(57)【要約】【課題】空気焼入れを行った場合でも、熱処理品質を安定化させる。【解決手段】溶体化処理後のアルミ合金製の円筒形状のワークＷに対し、ファン１により一方側から空気を供給する。ワークＷに対し、ファン１と反対側に中空状の空気流れ変換具３を配置する。空気流れ変換具３は、空気導入管５をワークＷ内に挿入することで、ファン１からの空気の一部を空気導入口５ａから取り込み、取り込んだ空気を、下流側端部の空気連通管９を経て空気放出管７の空気放出口７ａから噴出させ、ワークＷの他方の端面Ｗｃに向けて吹き付ける。【選択図】図１
2008069432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対しその一方の端部から、気体送風手段により気体を吹き付けて焼入れを行う際に、前記吹き付けた気体の一部の流れの向きを、前記吹き付けた方向と逆方向に変えつつ案内して前記ワークの他方の端部に向けて吹き付けて焼き入れを行う気体案内部材を設けたことを特徴とする焼入れ装置。
【請求項２】
前記気体案内部材は、前記ワークの一方の端部から流れてくる前記気体の一部を受け入れる気体導入部と、この気体導入部に対して屈曲し、前記ワークの他方の端部に向けて前記気体の一部を放出する気体放出部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の焼入れ装置。
【請求項３】
前記気体導入部は、その気体導入口が、前記ワークの一方の端部近傍に位置していることを特徴とする請求項２に記載の焼入れ装置。
【請求項４】
前記ワークは両端が開口した中空部材であり、この中空部材の内部に前記気体導入部を配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の焼入れ装置。
【請求項５】
前記中空部材からなるワークは、エンジンのシリンダブロックであり、前記気体送風手段は、前記シリンダブロックのクランクケース側の端部から空気を吹き付け、前記気体案内部材は、前記空気の一部の流れの向きを変えつつ案内して前記シリンダブロックのシリンダヘッド取付面に向けて放出することを特徴とする請求項４に記載の焼入れ装置。
【請求項６】
前記気体案内部材は、前記気体導入部と前記気体放出部とを互いに連通する気体連通部を備えて全体を中空状に形成し、前記気体連通部における前記ワークの一端側から流れてくる気体に対向する部位に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の焼入れ装置。
【請求項７】
前記ワークを、前記気体案内部材を用いた空気焼入れ工程に対し、その前工程から搬入するワーク搬送手段を設け、このワーク搬送手段により前記ワークを前記空気焼入れ工程に搬入して位置決めした状態で、前記気体案内部材を、前記ワークから離れた状態と、前記ワークにセットして前記気体送風手段からの気体を案内する状態との間を移動可能となるよう進退移動させる駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の焼入れ装置。
【請求項８】
ワークに対しその一方の端部から気体を吹き付けて焼入れを行い、この吹き付けた気体の一部の流れの向きを、前記吹き付けた方向と逆方向に変えて前記ワークの他方の端部に向けて吹き付けて焼入れを行うことを特徴とする焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対し気体を吹き付けて焼入れを行う焼入れ装置および焼入れ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば自動車用エンジンのアルミニウム合金からなる軽量化したシリンダブロックは、高強度化のため、鋳造後のアルミシリンダブロックに対して溶体化処理を実施した後、焼入れに続いて人工時効硬化を行うＴ６熱処理やＴ７熱処理の要求が高まっている。
【０００３】
しかしながら、エンジンのシリンダブロックは、大物で複雑な形状であることから、焼入れ方法が、例えば下記特許文献１に記載されているような水焼入れの場合には、比較的急速な冷却がなされることから、変形や割れが発生し、またシリンダボアに鋳鉄製ライナを鋳込んだ場合には、シリンダブロック本体からの鋳鉄製ライナの剥がれなどの不具合が発生しやすいものとなっている。
【特許文献１】特開平２０００−２３９７７６号公報（段落０００６参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、上記した不具合を解消すべく、水焼入れに比較して冷却速度が緩やかとなる空気焼入れを実施する場合がある。
【０００５】
しかしながら、空気焼入れは、冷却媒体として空気をワークに吹き付けて行うため、吹き付ける方向、速度、空気量といった条件によって熱処理品質（機械的性質）に大きな差が出やすい。また、この差は、上記した条件が要因となるだけでなく、同一ワーク内の部位毎にも発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、気体を用いた焼入れを行った場合でも、熱処理品質を安定化させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ワークに対しその一方の端部から、気体送風手段により気体を吹き付けて焼入れを行う際に、前記吹き付けた気体の一部の流れの向きを、前記吹き付けた方向と逆方向に変えつつ案内して前記ワークの他方の端部に向けて吹き付けて焼き入れを行う気体案内部材を設けたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ワークに対し、一方の端部に気体を吹き付けるとともに、他方の端部に対しても前記気体の一部の流れの向きを変えて吹き付けるようにしたので、ワークの一方側からのみ気体を吹き付ける場合に比較して、ワーク全体の熱処理品質を高めることができる。この際、本発明では、気体を吹き付ける気体送風手段を、ワークの一方側にのみ設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係わる焼入れ装置の概要図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。ワークＷは、両端が開口した中空部材としての円筒体であり、アルミニウム合金製の鋳物で構成されている。この鋳物からなるワークＷは、鋳造後に溶体化処理を実施した後、図１（ａ）のように気体としての空気を吹き付けて行う空気焼入れを行う。空気焼入れ後は、人工時効硬化処理を行う。
【００１１】
溶体化処理は、鋳造での自然凝固で析出物に寄与する微量元素のＭｇ，Ｃｕなどが偏って固まった状態となっているものを、高い温度で均一に拡散させることを狙いとしている。その後の焼入れは、溶体化で均一に分散したＭｇ，Ｃｕなどを、温度を下げることでその状態で凍結させる。最後の人工時効硬化処理は、析出層を均一化させつつ析出を完了・安定化させるために実施する。
【００１２】
本焼入れ装置は、ワークＷの図１（ａ）中で左側の一方の端部側に設置してある気体送風手段としての空気供給用のファン１と、ワークＷの内部に一部を挿入して設置する気体案内部材としての中空状の空気流れ変換具３とをそれぞれ備えている。
【００１３】
空気流れ変換具３は、ファン１によって供給され流れてくる空気の一部を受け入れる気体導入部としての空気導入管５と、この空気導入管５に対して連通して屈曲し、ワークＷの図１（ａ）中で右側の端部に向けて空気の一部を放出する気体放出部としての空気放出管７とを備えている。
【００１４】
空気導入管５は、ファン１側に対応する一端側の気体導入口としての空気導入口５ａがワークＷ内での一方の端部の開口Ｗａ近傍となるようワークＷ内に軸芯を合わせた状態で挿入し、ファン１と反対側の他端側をワークＷの他方の端部の開口Ｗｂから外部に突出させる。この際、空気導入管５とワークＷの内壁との間には、環状の隙間１１を設けておく。
【００１５】
上記した空気導入管５の外部への突出端部から、外側へ屈曲する気体連通部としての環状の空気連通管９を連通接続し、さらにこの空気連通管９の外側端部から、前記した空気放出管７を連通接続する。
【００１６】
空気放出管７は、空気導入管５と平行でかつ、空気導入管５の周囲を囲むように環状に形成してあり、その先端の空気放出口７ａをワークＷの開口Ｗｂの外側のワークＷの端面Ｗｃに指向している。すなわち、ワークＷの環状の端面Ｗｃに対向するように、空気放出管７の環状の気放出口７ａが配置されている。
【００１７】
環状の空気連通管９には、空気導入管５と空気放出管７との間で空気導入管５の周囲を囲むように、円周方向に沿って複数（ここでは５個）の貫通孔９ａを設けている。この貫通孔９ａは、空気連通管９を図１（ａ）中で左右方向に貫通するよう挿入した貫通管１３で構成している。この貫通管１３は、空気導入管５を図１（ａ）のようにワークＷ内に挿入した状態で、空気導入管５とワークＷとの間の隙間１１にほぼ対応した位置となる。
【００１８】
次に、上記図１に示した焼入れ装置を用いたワークＷに対する焼入れ動作を説明する。ファン１が回転することで、空気を矢印ＢのようにワークＷに向けて供給し、この空気は、ワークＷの内部および外部を通りファン１と反対側の他方の端部に向けてワークＷの内外壁に沿って流れ、これによりワークＷは、図１（ａ）中で左側の一方の端部から他方の端部に向けて徐々に冷却される。
【００１９】
そして、この冷却に要した空気のうちワークＷの内部の隙間１１を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管９に設けた貫通孔９ａを通って空気流れ変換具３の外部に排出される。
【００２０】
また、ファン１によって供給した上記空気のうちワークＷの内部に流入した空気の一部は、空気流れ変換具３の空気導入管５内に流入し、空気連通管９を経て空気放出管７に達するよう向きを変えて案内され、その先端の空気放出口７ａから噴出する。空気放出口７ａから噴出した空気は、ワークＷの端面Ｗｃに向けて流れ、これによりワークＷは、図１（ａ）中で右側の他方の端部付近が主に冷却される。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、ワークＷに対し、一方の端部からファン１によって空気を吹き付けるとともに、この吹き付けた空気の一部を、空気流れ変換具３の空気導入管５，空気連通管９および空気放出管７によって流れの向きを変えて他方の端部に向けて吹き付けるようにしたので、空気を用いた焼入れを行った場合でも、一方の端部からのみ空気を吹き付ける場合に比較して、熱処理品質を安定化させることができる。
【００２２】
この際、本実施形態では、ワークＷの両側にファンやブロワなどの気体送風手段を設けておらず、一方側のみにファン１を設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。
【００２３】
上記のように、本実施形態では、水焼入れに代えて空気焼入れを行っているので、冷却作用が緩やかとなり、ワークＷの変形や割れを防止することができ、またワークＷが、後述するようなシリンダボアに鋳鉄製ライナを鋳込んだシリンダブロックの場合に、シリンダブロック本体からの鋳鉄製ライナの剥がれを防止することができる。
【００２４】
また、本実施形態では、空気導入管５は、その空気導入口５ａが、ワークＷの一方の端部近傍に位置しているので、ファン１から送出された直後の、ワークＷによって温度上昇が抑えられた新鮮な空気を導入でき、この新鮮な空気をワークＷの他方の端部に供給して冷却効果を高めることができる。
【００２５】
また、ワークＷは両端が開口した中空部材であり、この中空部材の内部に空気導入管５を配置したので、ワークＷの内部空間を有効利用して空気流れ変換具３を設置することができる。例えば、空気導入管をワークＷの外部に配して空気を案内するような構造とした場合には、空気流れ変換具自体が大型化するだけでなく、その設置スペースも広く必要となって冷却装置全体の大型化を招く。
【００２６】
さらに、本実施形態では、ファン１から送出されて冷却に要した空気のうち、ワークＷの内部を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管９に設けた貫通孔９ａを通って空気流れ変換具３の外部に排出されるので、冷却に要して温度上昇した空気の、ワークＷの他方の端部に向かう流れを阻止でき、空気放出口７ａから噴出する空気の流れの乱れを防止してワークＷの他方の端部に対する冷却効率を高めることができる。
【００２７】
図２（ａ）は、前記したワークＷをエンジンのシリンダブロック１５として、このシリンダブロック１５に対し、気体案内部材としての中空状の空気流れ変換具１７を用いて空気焼入れを実施している状態を示す焼入れ装置の概要図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【００２８】
上記したシリンダブロック１５も、前記したワークＷと同様に、アルミニウム合金製の鋳物として鋳造後に溶体化処理を実施した後、図２（ａ）のように、シリンダブロック１５のクランクケース１５ａ側に設置したファン１から、気体としての空気を吹き付けて行う空気焼入れを行い、空気焼入れ後は、人工時効硬化処理を行う。なお、このシリンダブロック１５は、鋳造時にシリンダボア１５ｂに鋳鉄製ライナを鋳込んだものとする。
【００２９】
シリンダブロック１５は、図２（ａ）中で紙面に直交する方向に沿ってシリンダボア１５ｂが４つ配列された直列４気筒エンジンのもので、これに対応して空気流れ変換具１７は、気体導入部としての空気導入管２１を４本備えている。
【００３０】
この４本の空気導入管２１を、ファン１側に対応する一端側の気体導入口としての空気導入口２１ａがシリンダボア１５ｂ内で軸方向ほぼ中央位置となるよう、シリンダヘッド取付面１５ｃ側からシリンダボア１５ｂ内に軸芯を合わせた状態で挿入する。挿入した空気導入管２１は、他端側を、シリンダボア１５ｂのシリンダヘッド取付面１５ｃ側の他方の端部の開口から外部に突出させる。この際、空気導入管２１とシリンダボア１５ｂの内壁との間には、環状の隙間２３を設けておく。
【００３１】
４本の空気導入管２１の上記他端側に対応する基端部は、図２（ｂ）に示すように、直方体形状の気体連通管としての空気連通管２５に連通している。空気連通管２５は、空気導入管２１を図２（ａ）のようにシリンダボア１５ｂに挿入した状態で、シリンダブロック１５に対向する面の外形輪郭線が、シリンダブロック１５の外形輪郭線とほぼ整合している。この空気連通管２５の上記外形輪郭線の内側に、扁平の直方体形状からなる気体放出部としての空気放出管２７を連通接続し、その先端の空気放出口２７ａを、シリンダブロック１５のシリンダヘッド取付面１５ｃに指向するよう配置している。
【００３２】
空気放出管２７は、図２（ｂ）に示すように、４本の空気導入管２１の両側にそれぞれ設けるとともに、空気連通管２５の長手方向(図２（ｂ）中で左右方向)両端部にもそれぞれ設け、全部で１０本存在する。そして、この１０本の空気放出管２７の先端のそれぞれの空気放出口２７ａを、シリンダブロック１５のシリンダヘッド取付面１５ｃに指向させる。
【００３３】
また、空気連通管２５には、空気導入管２１の周囲を囲むように、円周方向に沿って複数（ここでは５個）の貫通孔２５ａを設けている。この貫通孔２５ａは、空気連通管２５を図２（ａ）中で左右方向に貫通するよう挿入した貫通管２９で構成している。この貫通管２９は、空気導入管２１を図２（ａ）のようにシリンダボア１５ｂ内に挿入した状態で、空気導入管２１とシリンダボア１５ｂとの間の隙間２３にほぼ対応した位置となる。
【００３４】
次に、上記図２に示した焼入れ装置を用いたシリンダブロック１５に対する焼入れ動作を説明する。ファン１が回転することで、空気を矢印Ｄのようにシリンダブロック１５に向けて供給し、この空気は、クランクケース１５ａ内からシリンダボア１５ｂ内にわたるシリンダブロック１５の内部および外部を通りファン１と反対側の他方の端部に向けてシリンダブロック１５の内外壁に沿って流れ、これによりシリンダブロック１５は、図２（ａ）中で左側の一方の端部から他方の端部に向けて徐々に冷却される。
【００３５】
そして、この冷却に要した空気のうちシリンダブロック１５の内部の隙間２３を通過した空気の大部分は、その前方の空気連通管２５に設けた貫通孔２５ａを通って空気流れ変換具１７の外部に排出される。
【００３６】
また、ファン１によって供給した上記空気のうちシリンダブロック１５の内部に流入した空気の一部は、空気流れ変換具１７の空気導入管２１内に流入し、空気連通管２５を経て空気放出管２７に達するよう向きを変えて案内され、その先端の空気放出口２７ａから噴出する。空気放出口２７ａから噴出した空気は、シリンダブロック１５のシリンダヘッド取付面１５ｃに向けて流れ、これによりシリンダブロック１５は、図２（ａ）中で右側の他方の端部付近が主に冷却される。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、シリンダブロック１５に対し、一方の端部からファン１によって空気を吹き付けるとともに、この吹き付けた空気の一部を、空気流れ変換具１７の空気導入管２１，空気連通管２３および空気放出管２７によって流れの向きを変えて他方の端部に相当するシリンダヘッド取付面１５ｃに向けて吹き付けるようにしたので、大型で複雑な形状のシリンダブロック１５に対して空気を用いた焼入れを行った場合でも、一方の端部からのみ空気を吹き付ける場合に比較して、熱処理品質を安定化させることができる。
【００３８】
この際、本実施形態では、シリンダブロック１５の両側にファンやブロワなどの気体送風手段を設けておらず、一方側のみにファン１を設けているので、駆動電力量が少なくて済み、焼入れ装置全体の構成も簡素化できる。
【００３９】
その他、本実施形態においても、中空部材であるシリンダブロック１５のシリンダボア５ｂの内部に空気導入管２１を配置することで、シリンダブロック１５の内部空間を有効利用して空気流れ変換具１７を設置できるなど、前記図１に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
図３は、上記図２に示した空気流れ変換具１７を使用した焼入れ装置３１を含む熱処理設備の全体構成を示す平面図である。焼入れ装置３１の図３中で右側に鋳造成形後のシリンダブロック１５に対して溶体化処理を施す溶体化炉３３を設置し、同左側には焼入れ装置３１で焼入れ後のシリンダブロック１５に対して人工時効硬化処理を行う時効炉３５を設置する。
【００４１】
シリンダブロック１５は、ここでは３個分を搬送トレイ３７上に載置し、この搬送トレイ３７を、ワーク搬送手段としてのローラコンベア３９に載せた状態で、前工程に対応する溶体化炉３３から、空気焼入れ工程に対応する焼入れ装置３１を経て時効炉３５に順次搬送する。
【００４２】
なお、図３では、シリンダブロック１５を、その長手方向（気筒列方向）が紙面に直交する位置関係で搬送トレイ３７上に載置してある図としているが、シリンダブロック１５がローラコンベア３９での搬送時に不安定であれば、横に寝かせた状態で載置してもよい。
【００４３】
焼入れ装置３１は、搬送されてくるシリンダブロック１５を搬送トレイ３７とともにその全体を収容する空気焼入れブース４１を備え、空気焼入れブース４１のローラコンベア３９から図３中で下方に対応する側に突出するファン収容空間４１ａに、ファン１を必要に応じて複数（ここでは２基）設置する。ファン収容空間４１ａは、ローラコンベア３９と反対側に多数の小孔４１ｂを介して外部に連通している。シリンダブロック１５は、上記したファン収容空間４１ａ側にクランクケース１５ａ側が位置し、シリンダヘッド取付面１５ｃがローラコンベア３９の図３中で上部側の縁部近傍に位置するよう搬送トレイ３７上に載置する。
【００４４】
空気焼入れブース４１のローラコンベア３９から図３中で上方に対応する側には、空気流れ変換具１７を設置する変換具収容空間４１ｃを突出して形成してある。変換具収容空間４１ｃの外部には、３つのシリンダブロック１５に対応して駆動手段としての駆動シリンダ４３をそれぞれ取り付け、駆動シリンダ４３のピストンロッド４３ａを、変換具収容空間４１ｃ内に移動可能に挿入し、その先端を空気流れ変換具１７における空気連通管２５の端面中央に連結する。
【００４５】
すわわち、空気流れ変換具１７は、駆動シリンダ４３の駆動によって、変換具収容空間４１ｃ内に位置してシリンダブロック１５から離れた状態と、空気導入管２１を前記図２（ａ）に示したようにシリンダボア１５ｂ内に挿入してセットした状態との間を移動可能である。
【００４６】
上記図３に示した空気焼入れ装置においては、溶体化炉３３で所定の温度、時間で溶体化したシリンダブロック１５を、搬送トレイ３７に載せたまま、図３に示すように焼入れブース４１内に搬送して停止させ、この状態で駆動シリンダ４３を駆動して、変換具収容空間４１ｃ内に位置する空気流れ変換具１７を前進移動させ、空気導入管２１を前記図２（ａ）に示したように、シリンダボア１５ｂ内に挿入する。
【００４７】
そして、上記の状態で、ファン１を駆動することで、シリンダブロック１５に向けて空気を供給し、その後は前記図２で説明したものと同様に、シリンダブロック１５に対し、クランクケース１５ａ側に加え、シリンダヘッド取付面１５ｃ側からも空気を吹き付けて効率よく空気焼入れ処理を実施することができる。
【００４８】
この場合、空気流れ変換具１７を使用する必要のないワークに対しては、空気流れ変換具１７を後退させて変換具収容空間４１ｃ内に退避させておけばよいので、熱処理設備として汎用性を確保することができる。
【００４９】
なお、上記した実施形態では、気体として空気を利用した空気焼入れについて説明したが、他の気体を冷媒として冷却してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係わる焼入れ装置の概要図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】（ａ）は、シリンダブロックに対し空気流れ変換具を用いて空気焼入れを実施している状態を示す焼入れ装置の概要図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図３】図２の空気流れ変換具を使用した焼入れ装置を含む熱処理設備の全体構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ  ワーク
１  ファン（気体送風手段）
３，１７  空気流れ変換具（気体案内部材）
５，２１  空気導入管（気体導入部）
５ａ，２１ａ  空気導入口（気体導入口）
７，２７  空気放出管（気体放出部）
９，２５  空気連通管（気体連通管）
９ａ，２５ａ  空気連通管の貫通孔
１５  シリンダブロック
１５ａ  シリンダブロックのクランクケース
１５ｃ  シリンダブロックのシリンダヘッド取付面
３９  ローラコンベア（ワーク搬送手段）
４３  駆動シリンダ（駆動手段）
【図１】
2008069432.tif 000003
【図２】
2008069432.tif 000004
【図３】
2008069432.tif 000005