(57)【要約】【課題】アルミ車両部品、特に１６インチ以上の大口径を有する軽合金ホイールに好適な熱処理装置であり、その熱処理時間を大幅に短縮することができるとともに歪の発生を抑制可能な連続式の熱処理設備を提供する。【解決手段】アルミ車両部品用の連続式熱処理装置であって、前記連続式熱処理装置は内部で前記アルミ車両部品を搬送できる搬送手段と、炉内雰囲気の風速を１５ｍ／ｓ以上とすることが可能な送風手段を具備し、前記アルミ車両部品の溶体化処理温度までの昇温時間が３０分以内であり、かつ昇温後のワーク温度制御幅が目標温度±２℃以下で制御可能なことを特徴とする。【選択図】        図１
2004278930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ車両部品用の連続式熱処理装置であって、前記連続式熱処理装置は内部で前記アルミ車両部品を搬送できる搬送手段と、炉内雰囲気の風速を１５ｍ／ｓ以上とすることが可能な送風手段を具備し、前記アルミ車両部品の溶体化処理温度までの昇温時間が３０分以内であり、かつ昇温後のワーク温度制御幅が目標温度±２℃以下で制御可能なことを特徴とする連続式熱処理装置。
【請求項２】
軽合金ホイール用の連続式熱処理装置であって、前記連続式熱処理装置は内部で前記軽合金ホイールを搬送できる搬送手段と、炉内雰囲気の風速を１５ｍ／ｓ以上とすることが可能な送風手段を具備し、前記搬送手段は前記軽合金製ホイールの軸を垂直方向のまま搬送可能な構造であるとともに、炉内雰囲気の風向きを実質的に垂直方向にしたことを特徴とする連続式熱処理装置。
【請求項３】
前記軽合金ホイールは１６インチ以上であることを特徴とする請求項２に記載の連続式熱処理装置。
【請求項４】
前記搬送手段は上下方向に複数備えられるとともに通風可能であり、炉内雰囲気の風向きが上側から下側である部分と、下側から上側である部分とを具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の連続式熱処理装置。
【請求項５】
前記連続式熱処理装置は、搬送方向での炉断面におけるアルミ車両部品の積載個数が４ヶ以上であることを特徴とする請求項４に記載の連続式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ車両用部品の連続式熱処理装置に関するものであり、特に１６インチ以上の大口径を有する軽合金ホイールに適用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用ホイールは、鋼板を加工して製作されるものが安価であり採用されているが、近年軽量化や意匠（デザイン）性などから、アルミ鋳物で製作されてきている。またクロスメンバーや足回り部品も、軽量化を目的にアルミで製作され始めている。このためアルミ鋳物は乗用車用ホイール、クロスメンバーおよび足廻り部品等比較的小型の部品が主流であり、トラック用ホイールなど比較的大型の物にはアルミ鍛造品（例えばＪＩＳ６０６１など）が用いられてきている。
【０００３】
強度部品用として現状最も良好な性能を持つアルミ鋳物用合金はＪＩＳに定められているＡＣ４Ｃ，ＡＣ４ＣＨ材が中心であるが、この材料は機械的性質と鋳造性とのバランスのとれたアルミ合金鋳物材であり、熱処理（Ｔ６処理）を施すことにより高強度、高靭性が得られ、この性質が必要なたとえば自動車のアルミホイールとして用いられている。このＴ６処理（溶体化処理＋時効処理）は、これまで昇温に１〜２時間、保持に４〜６時間と計６〜８時間必要であったが、原価低減および省エネ等の要望により大幅な時間短縮が求められるようになっている。
【０００４】
例えば特開２００２−１７３７０８号においては高速昇温炉として循環ファンを用いた構成が開示されている。同公報によれば、ワーク搬送口が２つ重ねて備えられ、両者は開閉可能な扉を有する構造であり、かつ扉が閉状態の時に炉室の内壁と外壁との間で炉内雰囲気が循環する循環通路が確保されることが記載されている。しかしながら同公報では一般的な高速昇温炉の構造のみしか記載されておらず、しかもワークは連続式のものでなく、同搬送口からワークを出し入れするものである。特に車両用ホイールを熱処理するための最適な構造については何も記載されていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１７３７０８号公報  （第３頁左欄４６行目〜第４頁右欄６行目、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
よって発明が解決しようとする課題はアルミ車両部品、特に１６インチ以上の大口径を有する軽合金ホイールに好適な連続式熱処理装置であり、その熱処理時間を大幅に短縮することができるとともに歪の発生を抑制可能な連続式熱処理装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する方法は熱処理温度を上げその処理時間を短縮することである。しかしながらＴ６処理（溶体化処理＋時効処理）の中で特に溶体化処理温度を現行処理温度（５００〜５４０℃）より更にあげることは５７５℃近傍に存在する共晶温度直下での熱処理となり部分融解等の問題で現状実用化されていない。これまで炉では温度制御幅は±５℃程度であるが、５５５℃以上で温度を制御する場合、部分溶解および軟化による変形等が考えられ、非常に危険である。これを可能にするため鋭意検討した結果、次の連続式熱処理装置を得たものである。
つまり本発明は、アルミ車両部品用の連続式熱処理装置であって、前記連続式熱処理装置は内部で前記アルミ車両部品を搬送できる搬送手段と、炉内雰囲気の風速を１５ｍ／ｓ以上とすることが可能な送風手段を具備し、前記アルミ車両部品の溶体化処理温度までの昇温時間が３０分以内であり、かつ昇温後のワーク温度制御幅が目標温度±２℃以下で制御可能なことを特徴とするものである。
【０００８】
特にアルミ車両部品用が車両用ホイールである場合、本発明の連続式熱処理装置は内部で前記軽合金ホイールを搬送できる搬送手段と、炉内雰囲気の風速を１５ｍ／ｓ以上とすることが可能な送風手段を具備し、前記搬送手段は前記軽合金製ホイールの軸を垂直方向のまま搬送可能な構造であるとともに、炉内雰囲気の風向きを実質的に垂直方向にしたものが好適である。ここで軽合金ホイールの軸を垂直方向のまま搬送させるのは通常よりも高い溶体化処理温度（４５５〜４６５℃）まで短時間加熱するために軽合金ホイールを回転軸を平行にして積載・搬送するとリムの部分で歪が発生するためである。
【０００９】
熱媒体である炉内空気の流速を一般的に５ｍ／ｓ程度であったものを、その流速を１５ｍ／ｓ以上とすることで温度のバラツキを±２℃に抑えることが可能となり、共晶温度直下の温度を狙っても部分融解の可能性が工業生産レベルでも起きなくなった。また熱媒体である炉内空気の流速を速くすることにより昇温速度も向上し熱処理時間短縮に大幅に寄与する。特にアルミホイールを処理する場合、１５ｍ／ｓの送風では、ホイール側面（タイヤ面側）より送風すると均一な昇温がされず、最も厚肉部で且つ平らであるデザイン面方向より送風することが実験の結果必要であることが解った。これらの技術を織込んだ本特許記載の熱処理炉を使うことにより初めてＴ６処理を２時間という非常に短い時間での処理が可能となる。非熱処理品が１６インチ以上の軽合金ホイールではホイールリムの歪を抑制することが重要課題である。この熱処理炉の構成を用いることで熱処理中に歪みの発生を従来よりも格段に少なくすることができる。
【００１０】
また、搬送手段は上下方向に複数備えられるとともに通風可能であり、炉内雰囲気の風向きが上側から下側である部分と、下側から上側である部分とを具備するものであれば設置面積が同じ熱処理炉でも大容量の被熱処理品を処理可能であり、かつ被熱処理品の必要部分を均一に昇温することが可能である。溶体化処理を行う装置内の位置において風向きが上側から下側である部分と、下側から上側である部分とを具備することが好ましい。
【００１１】
前記被熱処理品は、搬送方向での炉断面におけるの積載個数が４ヶ以下かつ並列に並び、実質的に１ヶ流しである構造であればライン管理上好ましい。
【００１２】
搬送手段はアルミ車両部品のみを搬送できる機構が好ましい。アルミ車両部品のみを搬送できる機構とは、ラックなどの積載用部材が不用であることを意味する。例えば歪防止用のジグ的なものなど、熱処理品と比べて小さく熱容量の小さいものであれば本願発明の均等の範囲である。熱処理時間を大幅に短縮することおよびワークを積載するトレーを使用しないことが好ましい。トレーを昇温する必要が無くなるために省エネの効果も期待できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
本発明の熱処理炉の一例を図１，２の模式図で説明する。
図１は本発明の熱処理装置の要部断面の模式図である。熱処理装置１は装置内の雰囲気を循環するための循環器２を備えており、その循環器の傍には装置内の雰囲気温度を昇温する為の熱源３が備えられている。図中、破線の矢印は装置内の雰囲気の風向きを示すものである。５ａ、５ｂは循環器と連結されたダクトである。ここでは循環器２から熱風がダクト５ｂに送られ、そこから装置内を上方に向けて熱風を送風している。この熱風は装置内で搬送される軽合金ホイール３０を昇温し、その後ダクト５ａから循環器２に戻る構造が取られている。軽合金ホイール３０は搬送手段４ａ，ｂによって図の紙面上奥に向い搬送される。図中１０は車両用ホイールを搬送手段４から離れた位置に備えられる浴槽８に出すための窓である。
【００１４】
図２は図１のＡ−Ａ断面である。図中６は軽合金ホイールの搬入口、７が搬出口である。搬入口より搬入された軽合金ホイール３０は搬送手段により図中右方向に移動する。まず上記に示したように循環器から送られた熱風がダクト５ｂから５ａに向って送風され、この間は下から上の風向きの熱風により昇温される。このダクト５ａ、５ｂの間を通過するのに要する時間は０．５時間であり、その間に軽合金ホイールは５６０℃±２℃にまで昇温される。
さらにその後、図中３０ｂの位置に搬送された軽合金ホイールはダクト５ｃからダクト５ｄの方向の熱風により先程とは反対方向の送風で昇温される。このダクト５ｃ、５ｄの間を通過するのに要する時間は０．５Ｈであり、その間軽合金ホイールは５６０℃±２℃の範囲で保持にまで昇温される。この装置内の場所により風向きを変えることで車両用ホイールが複数段で垂直方向に積載される形態の連続式熱処理装置であっても車両用ホイール全体が均一に昇温・保持される。
【００１５】
その後、この車両用ホイールを昇降アーム９により窓１０介してを搬送手段から降ろし、浴槽８の水中に埋没させて急冷する。二重破線にてその車両用ホイールの移動ルートを示す。その後、時効処理として車両用ホイールは再度搬送手段に積載される。ダクト５ｅからダクト５ｆの方向に熱風を送風し、その間に車両用ホイールを１８０℃まで昇温・保持する。この時効処理に要する時間は１Ｈとした。その後熱処理（Ｔ６処理）が施された車両用ホイールは搬出口７より装置外に出され、次の加工工程に搬送される。搬入からここまでに必要な処理時間は１Ｈ以内である。
【００１６】
アルミ車両用部品としてアルミホイールを用い実験を行った。図３に示す代表的な４ヶ所（▲１▼湯口近傍、▲２▼フロントフランジ、▲３▼タイヤ面中央、▲４▼インナーフランジ）にその厚さ中央部まで穴をあけて熱伝対を取付けた。その後、上記した本発明の熱処理装置に挿入し装置内の雰囲気の循環風速を変えて、その昇温状況および昇温後の温度制御状況を確認した。昇温時間は最も昇温が遅い部位が目標温度に到達するのに必要な時間とする。
昇温速度は、ワークの形状および重量によっても異なるが装置内の循環風速が早いほど短くなり、流速１５ｍ／ｓを超えると実質的に３０分以下となる。また温度制御状況も、炉内風速が１５ｍ／ｓをこえると温度制御幅±２℃に収まる。装置内での処理時間と各測定位置での温度との関係を図４にしめす。また各風速（６，１０，１７ｍ／ｓ）毎の昇温時間および昇温後の温度制御状況を表１にしめす。ここでの風速とは軽合金ホイールが搬送される位置で測定したものを指す。
【００１７】
【表１】
2004278930.tif 000003
【００１８】
（参考例）
図２に示す熱処理装置において、循環器からの熱風の風向きを軽合金ホイールの搬送方向に対して水平方向として（図２の紙面上、手前から奥）熱処理を施した。他、熱処理の送風条件、搬送条件は実施例１と同様にしている。この条件で行った場合の軽合金ホイールの昇温時間を表１に参考例として併記する。送風を１５ｍ以上としてもリムのアウターフランジ側とインナーフランジ側とで昇温に必要な時間が３分以上異なることが解る。これは厚肉部となる意匠面では部分的に熱容量が多いことによるものと思われる。前記したように車両用ホイールは搬送する際には回転軸を垂直方向にして運ぶ必要が有るため、送風の方向はこの軸に平行にし、熱風が車両用ホイールのリムで遮られないような垂直方向の送風が好ましいことが解った。これにより強度のバラツキも抑制可能である。
【００１９】
本発明の高温、短時間での熱処理を施した場合、熱処理後の機械的性質が少なくとも従来の熱処理条件と最低でも同程度である必要がある。そこで本発明の熱処理装置を用いた軽合金ホイールから試験片を切りだして供試材を作製し、従来熱処理条件品との比較で引張試験を実施した。結果を表２に示す。従来の熱処理条件と本熱処理装置を用いて高温、短時間で処理したものとの間を比較すると、高温での熱処理が可能となったために機械的性質は向上していることが認められる。また図５に従来と本発明の熱処理装置で熱処理した車両用ホイールのミクロ組織写真を示す。両者ともアウターフランジ部のものである。本発明で熱処理したものは熱処理時間がトータル１Ｈ程と短いにも係わらず両者の間に有意差は認められない。
【００２０】
【表２】
2004278930.tif 000004
【００２１】
共晶温度直下で熱処理を実施するためワークの歪状況を確認する必要がある。そこで従来の送風を行わない熱処理条件との比較で歪発生状況を確認した。測定方法は、アウターフランジ部９点を定め、その各点の熱処理前後での相対的な差異をとり絶対値で評価した。本発明の熱処理装置を用いた結果を表３に、従来の熱処理装置を用いた結果を表４に示す。本発明で熱処理したものは熱処理時間がトータル１Ｈ程と短いにも係わらず最大変位量および平均変位量ともに従来の５Ｈ以上もかかって処理していたものと同程度の車両用ホイールを得ることができている。
【００２２】
【表３】
2004278930.tif 000005
【００２３】
【表４】
2004278930.tif 000006
【００２４】
【発明の効果】
これによりアルミ車両部品、特に１６インチ以上の大口径を有する軽合金ホイールに好適な熱処理装置を提供できた。熱処理時間を大幅に短縮することができるとともに車両用ホイールにおいては歪の発生を抑制可能な連続式の熱処理設備を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続式熱処理装置の要部を示す模式断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】測定ヶ所を示す図である。
【図４】本発明の連続式熱処理装置を使用した再の車両用ホイールの昇温の状態を示す図である。
【図５】熱処理後の車両用ホイールのミクロ写真である。
【符号の説明】
１  連続式熱処理装置、２  循環器、３  熱源、４  搬送手段、５  ダクト、６  搬入口、７  搬出口、８  浴槽、９  昇降手段、１０  窓
【図１】
2004278930.tif 000007
【図２】
2004278930.tif 000008
【図３】
2004278930.tif 000009
【図４】
2004278930.tif 000010
【図５】
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