(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パレットに載置された状態で加熱されたワークをエアにより焼入れする焼入れブースを有し、
前記焼入れブース内に、前記ワークを前記第１パレットから当該第１パレットとは別の第２パレットに載せ替えるためのワーク搬送装置を設けたことを特徴とするワークの熱処理装置。
【請求項２】
前記ワーク搬送装置は、前記ワークを保持するためのワーク保持手段を有し、
前記ワーク保持手段に、前記ワークに向けてエアを送るエア出射手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワークの熱処理装置。
【請求項３】
前記エア出射手段は、前記ワークに向けて第１の方向からエアを送る第１のエアノズルと、前記ワークに向けて前記第１の方向とは異なる第２の方向からエアを送る第２のエアノズルとを有することを特徴とする請求項２に記載のワークの熱処理装置。
【請求項４】
前記ワーク保持手段は、前記ワークを支持する一対の第１アームおよび第２アームを有し、前記第１のエアノズルは前記第１アームに設けられ、前記第２のエアノズルは前記第２アームに設けられていることを特徴とする請求項３に記載のワークの熱処理装置。
【請求項５】
前記エア出射手段は、複数のエアノズルおよび当該複数のエアノズルが設置された基体部からなるエア出射ユニットを少なくとも１つ含み、
前記エア出射ユニットは、前記ワーク保持手段に対して着脱可能であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のワークの熱処理装置。
【請求項６】
前記基体部は、前記複数のエアノズルに連通する共通のエア導入口を備えていることを特徴とする請求項５に記載のワークの熱処理装置。
【請求項７】
前記ワークは、アルミニウム合金製の鋳造品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のワークの熱処理装置。
【請求項８】
第１パレットに載置された状態で加熱されたワークを焼入れブース内でエアにより焼入れする焼入れ工程を有し、
前記焼入れ工程において、前記ワークは前記第１パレットから当該第１パレットとは別の第２パレットに載せ替えられることを特徴とするワークの熱処理方法。
【請求項９】
前記焼入れ工程において、前記ワークを前記第１パレットから前記第２パレットに載せ替える際に使用される前記ワークを保持するためのワーク保持手段に設けられたエア出射手段により、前記ワークに向けてエアが送られることを特徴とする請求項８に記載のワークの熱処理方法。
【請求項１０】
前記焼入れ工程において、前記エア出射手段により、第１の方向および当該第１の方向とは異なる第２の方向から前記ワークに向けてエアが送られることを特徴とする請求項９に記載のワークの熱処理方法。
【請求項１１】
前記ワーク保持手段は、前記ワークを支持する一対の第１アームおよび第２アームを有しており、
前記第１アームに設けられた第１のエアノズルおよび前記第２アームに設けられた第２のエアノズルから、それぞれ前記ワークに向けてエアが送られることを特徴とする請求項１０に記載のワークの熱処理方法。
【請求項１２】
前記エア出射手段は、複数のエアノズルおよび当該複数のエアノズルが設置された基体部からなるエア出射ユニットを少なくとも１つ含んでおり、
前記焼入れ工程において、前記エア出射ユニットが、前記ワークの形状の相違にしたがって交換されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のワークの熱処理方法。
【請求項１３】
前記基体部は、前記複数のエアノズルに連通する共通のエア導入口を備え、
前記焼入れ工程において、前記エア導入口から前記複数のエアノズルの各々にエアが送られることを特徴とする請求項１２に記載のワークの熱処理方法。
【請求項１４】
前記ワークは、アルミニウム合金製の鋳造品であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載のワークの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの熱処理装置およびワークの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の軽量化の観点から、例えばエンジンのシリンダブロック等にアルミニウム合金製の鋳造品（鋳物）が使用されている。かかるシリンダブロック等の鋳造品は、近年のエンジンの高出力化に対応させるために、引張強度、耐摩耗性、伸び等の機械的性質（材料特性）を向上させるべく、熱処理が施される（下記特許文献１参照）。
【０００３】
このような熱処理として、特許文献１には、アルミニウム合金製のワークを所定温度に加熱して合金元素を固溶させた後急冷する溶体化処理と、溶体化処理により固溶したままの合金元素を時効により析出させる時効処理とが開示されている。
【０００４】
しかしながら、加熱されたワークを急冷する焼入れでは、例えば水等の冷却媒体により急激な冷却が行われることが多い。このため、熱処理の過程での高温からの急激な温度変化は、ワークに残留応力を発生させて、ワークの変形を大きくするという問題があった。
【特許文献１】特開２００６−２８１２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ワークの変形を抑えつつ材料特性を高めることができる、ワークの熱処理装置およびワークの熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明のワークの熱処理装置は、第１パレットに載置された状態で加熱されたワークをエアにより焼入れする焼入れブースを有し、前記焼入れブース内に、前記ワークを前記第１パレットから当該第１パレットとは別の第２パレットに載せ替えるためのワーク搬送装置を設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明のワークの熱処理方法は、第１パレットに載置された状態で加熱されたワークを焼入れブース内でエアにより焼入れする焼入れ工程を有し、前記焼入れ工程において、前記ワークは前記第１パレットから当該第１パレットとは別の第２パレットに載せ替えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、焼入れブースにおいて、加熱されたワークが高温の第１パレットから当該第１パレットとは別の第２パレットに載せ替えられるため、エアによるワークの冷却を効率的に行うことができ、焼入れ品質を向上させることができる。したがって、焼入れ用の冷却媒体としてエアを使用することによってワークの変形を抑えつつ、材料特性を高めることが可能となる。
【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、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるワークの熱処理装置の全体構成を概略で示す平面図である。
【００１１】
図１に示すように、ワークの熱処理装置１は、第１パレットＰ１に載置されたワークＷを加熱する溶体化炉２と、溶体化炉２で加熱されたワークＷをエアにより焼入れする焼入れブース３と、焼入れブース３で焼入れされたワークＷを溶体化炉２における加熱温度よりも低い温度に加熱する時効炉４とを有している。なお、図１では、焼入れブース３の内部構造が透視されて模式的に示されている。
【００１２】
本実施形態において、ワークＷはアルミニウム合金製の鋳造品であり、例えばエンジンのシリンダブロック等が例示される。つまり、本実施形態の熱処理は、アルミニウム合金製の鋳造品に適用することができ、例えば自動車部品の軽量化に有用である。
【００１３】
溶体化炉２は、ワークＷを所定温度に加熱して合金元素を固溶させるための熱処理炉である。
【００１４】
アルミニウム合金製のシリンダブロックは、近年のエンジンの高出力化に対応させるため、特にバルク部（仕切り壁）の高強度化を狙ったＴ７熱処理（溶体化処理後安定化処理）の要求がある。しかしながら、Ｔ７熱処理の焼入れにおいて水等の冷却媒体により急激な冷却が行われると、急激な温度変化によりワークＷに残留応力が発生して変形が大きくなる虞がある。このため本実施形態では、焼入れの冷却速度を小さくするために、焼入れ用の冷却媒体としてエアが使用される。
【００１５】
すなわち、焼入れブース３の枠体３２内には、送風ファン３１が設置されており、送風ファン３１は加熱されたワークＷに対してエアを送って冷却する。
【００１６】
また、焼入れブース３内に、ワークＷを第１パレットＰ１から当該第１パレットＰ１とは別の第２パレットＰ２に載せ替えるためのワーク搬送装置５が設けられている。
【００１７】
焼入れブース３内では、ワークＷを載せる第１パレットＰ１も同時に冷却されるので、第１パレットＰ１の熱がワークＷを効率的に冷却することの妨げとなってしまう虞がある。しかし、本実施形態では、加熱されたワークＷが高温の第１パレットＰ１から室温の第２パレットＰ２に載せ替えられるため、効率的な冷却が可能である。
【００１８】
時効炉４は、焼入れブースで焼入れされたワークＷを溶体化炉２における加熱温度よりも低い温度に加熱する第２の熱処理炉である。時効炉４は、焼入れにより固溶したままの合金元素を時効により析出させることができる。
【００１９】
また、ワークの熱処理装置１は、第１パレットＰ１に載置されたワークＷを搬送するための第１コンベア１０と、第２パレットＰ２に載置されたワークＷを搬送するための第２コンベア１１とを備えている。
【００２０】
図１中符号６は第１パレットＰ１に載置されたワークＷが溶体化炉２へ投入されるワーク投入口を示し、図１中符号７はワークＷが第１パレットＰ１から第２パレットＰ２に載せ替えられた後に空になった第１パレットＰ１が取り出される第１パレット取出し口を示す。また、図１中符号８は室温の第２パレットＰ２が投入される第２パレット投入口を示し、図１中符号９は第２パレットＰ２に載置されたワークＷが時効炉４を経て取り出されるワーク取出し口を示す。
【００２１】
図２〜図５は、ワーク搬送装置５の構成および動作を説明するための図である。
【００２２】
ワーク搬送装置５は、ワークＷを保持するためのワーク保持部５１と、ワーク保持部５１を水平方向に移動させるための水平移動部５２と、ワーク保持部５１を鉛直方向に移動させるための鉛直移動部５３とを有している。
【００２３】
ワーク保持部５１には、ワークＷに向けてエアを送るエア出射部５４が設けられている。送風ファン３１による送風だけでは、ワークＷのうちエアの当たりが良い部分と悪い部分とが生じる虞がある。しかし、本実施形態では、送風ファン３１によるエアの流れによるワークＷの冷却のみならず、ワーク保持部５１に設けられたエア出射部５４によりワークＷに対して局部的な冷却が行われる。
【００２４】
ワーク保持部５１は、ワークＷを支持する一対の第１アーム５５および第２アーム５６を有している。本実施形態では、エア出射部５４は第１アーム５５に設けられている。なお、図中の符号Ｔは、エアの供給チューブを示す。
【００２５】
ワーク搬送装置５によるワークＷの第１パレットＰ１から第２パレットＰ２への載せ替えは、次のように行われる。
【００２６】
まず、図２に示すように、鉛直移動部５３によって、ワーク保持部５１が第１パレットＰ１に載置されたワークＷに向けて下降させられる。このとき、ワーク保持部５１の第１アーム５５および第２アーム５６の先端支持部が、第１パレットＰ１に形成された開口部１２に進入する。続いて、図３に示すように、水平移動部５２によって、第１アーム５５および第２アーム５６が相互に近接する方向に水平移動させられる。このとき、ワーク保持部５１の第１アーム５５および第２アーム５６の先端支持部がワークＷの下方に入り込んで、ワークＷを支持可能な状態となる。また、このとき、エア出射部５４からワークＷに向けてエアの吐出を開始する。続いて、図４に示すように、鉛直移動部５３によって、ワーク保持部５１がワークＷを支持した状態で上昇する。続いて、図５に示すように、水平移動部５２によって、焼入れブース３内に搬入された第２パレットＰ２の真上まで、ワーク保持部５１がワークＷを支持した状態で水平移動させられる。そして、図２〜図４を用いて説明した手順と逆の手順で、ワークＷが第２パレットＰ２上に載置される。ワークＷが第２パレットＰ２上に載置された時点で、エア出射部５４からワークＷに向けてのエアの吐出を停止する。
【００２７】
次に、本実施形態のワークの熱処理装置１を用いたワークＷの熱処理方法について説明する。図６は、本実施形態のワークの熱処理方法における温度パターンを示す図である。
【００２８】
まず、ワークＷとして、アルミニウム合金製のシリンダブロックが、重力鋳造法、低圧鋳造法、高圧鋳造法等の工法により鋳造される。
【００２９】
そして、ワークＷは、第１パレットＰ１に載置された状態で、第１コンベア１０により溶体化炉２に投入される。溶体化炉２において、ワークＷは、５００℃前後に昇温され、一定時間保持される（図６の温度Ｔ１参照）。
【００３０】
この後、ワークＷは、焼入れブース３に投入されてエアにより焼入れされる。送風ファン３１によるエアの流れにより、加熱されたワークＷが急冷される。このとき、ワークＷは、高温の第１パレットＰ１から室温の第２パレットＰ２に載せ替えられる。さらに、ワークＷの載せ替えの間、ワーク保持部５１に設けられたエア出射部５４からワークＷに向けてエアが吐出されて局部的な冷却が行われる。好ましくは、ワークＷであるシリンダブロックのバルク部にエアが当たるように、エア出射部５４が配置される。これにより、高強度が必要なバルク部が効果的に急冷される。但し、ワークＷの種類にしたがって、エア出射部５４が配置される箇所が、適宜変更され得る。
【００３１】
焼入れされたワークＷは、第２コンベア１１により時効炉４に投入される。時効炉４において、ワークＷは、２００℃前後に昇温され、一定時間保持される（図６の温度Ｔ２参照）。これにより、焼入れにより固溶したままの合金元素を時効により析出させて組織を安定化させることができる。この後、ワークＷは、第２コンベア１１により時効炉４外へ搬出され、自然放冷されて、熱処理が完了する。
【００３２】
以上説明したように本実施形態では、第１パレットＰ１に載置された状態で加熱されたワークＷを焼入れブース３内でエアにより焼入れする焼入れ工程において、ワークＷは第１パレットＰ１から当該第１パレットＰ１とは別の第２パレットＰ２に載せ替えられる。
【００３３】
したがって、加熱されたワークＷが高温の第１パレットＰ１から室温の第２パレットＰ２に載せ替えられるため、エアによるワークＷの冷却を効率的に行うことができ、焼入れ品質を向上させることができる。これにより、焼入れ用の冷却媒体としてエアを使用することによってワークの変形を抑えつつ、材料特性を高めることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、ワークＷの載せ替えに使用されるワーク保持部５１に設けられたエア出射部５４により、ワークＷに向けてエアが吐出される。したがって、全体的なエアの流れによるワークＷの冷却のみならず、ワークＷに対して局部的な冷却が行われる。これにより、特に高強度が必要とされる部分の材料特性をより高めることが可能となる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、上記の第１の実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点については説明を省略する。
【００３６】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかるワーク搬送装置５ａの構成を説明するための図、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【００３７】
第２の実施形態では、エア出射部５４ａは、ワークＷに向けて第１の方向からエアを送る第１のエアノズル５７ａと、ワークＷに向けて第１の方向とは異なる第２の方向からエアを送る第２のエアノズル５７ｂとを有している。このように構成すれば、ワークＷにおける異なる方位の面を同時に急冷することが可能となる。
【００３８】
したがって、第２の実施形態によれば、上記実施形態の作用効果に加え、ワークＷの異なる方位の面にそれぞれ高強度を必要とする部分がある場合でも、ワークＷの全体的な材料特性を高めることができるという作用効果を奏する。
【００３９】
より具体的には、第２の実施形態では、第１のエアノズル５７ａは第１アーム５５に設けられ、第２のエアノズル５７ｂは第２アーム５６に設けられている。このように構成すれば、ワークＷの表裏両面を同時に急冷することが可能となる。したがって、ワークＷの表裏両面にそれぞれ高強度を必要とする部分がある場合でも、ワークＷの全体的な材料特性を高めることができる。この場合、例えば、シリンダブロックのクランクルーム側のバルク部、およびシリンダヘッド側のバルク部の両面を同時に急冷することが可能となる。
【００４０】
但し、エアノズルの設置箇所は、第１アーム５５および第２アーム５６に限定されるものではなく、例えばエアノズルがワーク保持部５１ａの天井部に設けられてワークＷに対して上方からエアを送ってもよい。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、上記の第２の実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点については説明を省略する。
【００４２】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるワーク搬送装置５ｂの構成を説明するための図、図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【００４３】
第３の実施形態では、エア出射部５４ｂは、複数のエアノズル５７ａおよび当該複数のエアノズルが設置された基体部５８ａからなる第１のエア出射ユニット５９ａと、複数のエアノズル５７ｂおよび当該複数のエアノズルが設置された基体部５８ｂからなる第２のエア出射ユニット５９ｂとを有している。但し、エア出射ユニットの設置個数は任意である。そして、エア出射ユニット５９ａ、５９ｂは、ワーク保持部５１ｂに対して着脱可能である。ここで、エアノズルの配置が異なる複数種類のエア出射ユニットを用意しておくことが好ましい。
【００４４】
また、基体部５８ａ、５８ｂは、複数のエアノズルに連通する共通のエア導入口Ｈを備えている。そして、焼入れの際、エア導入口Ｈから複数のエアノズルの各々にエアが送られる。このように構成すれば、エア出射ユニット５９ａ、５９ｂの構造が簡易化されるとともに、エア出射ユニット５９ａ、５９ｂへのエアの供給チューブＴの着脱作業も容易となる。
【００４５】
第３の実施形態では、ワークＷの焼入れの際、エア出射部５４ｂが、ワークＷの形状の相違にしたがって交換される。図９および図１０は、Ｖ型６気筒エンジンのシリンダブロックに適応したエア出射ユニットの例を示す。
【００４６】
図１１は、本発明の第３の実施形態にかかるワーク搬送装置５ｂにおいて形状の異なるワークＷａに対応したエア出射ユニット５９ｃ、５９ｄを使用した例を説明するための図、図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１１および図１２は、直列４気筒エンジンのシリンダブロックに適応したエア出射ユニットの例を示す。
【００４７】
このように第３の実施形態では、エア出射部５４ｂは、複数のエアノズルと基体部とからなるエア出射ユニットを少なくとも１つ含んでおり、エア出射ユニットが、ワークＷの形状の相違にしたがって交換される。
【００４８】
したがって、第３の実施形態によれば、上記実施形態の作用効果に加え、１台の熱処理装置により多品種のワークの熱処理に対応することが可能となるという作用効果を奏する。
【００４９】
本発明は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の技術的概念から逸脱することなく、種々様々な変更あるいは修正を実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるワークの熱処理装置の全体構成を概略で示す平面図である。
【図２】ワーク搬送装置の構成および動作を説明するための図である。
【図３】ワーク搬送装置の構成および動作を説明するための図である。
【図４】ワーク搬送装置の構成および動作を説明するための図である。
【図５】ワーク搬送装置の構成および動作を説明するための図である。
【図６】本実施形態のワークの熱処理方法における温度パターンを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかるワーク搬送装置の構成を説明するための図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかるワーク搬送装置の構成を説明するための図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態にかかるワーク搬送装置において形状の異なるワークに対応したエア出射ユニットを使用した例を説明するための図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  熱処理装置、
２  溶体化炉、
３  焼入れブース、
３１  送風ファン、
４  時効炉、
５、５ａ、５ｂ  ワーク搬送装置、
５１、５１ａ、５１ｂ  ワーク保持部、
５４、５４ａ、５４ｂ  エア出射部、
５５  第１アーム、
５６  第２アーム、
５７ａ、５７ｂ  エアノズル、
５８ａ、５８ｂ  基体部、
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ  エア出射ユニット、
Ｈ  エア導入口、
Ｐ１  第１パレット、
Ｐ２  第２パレット、
Ｗ、Ｗａ  ワーク。
【図１】
0005223368.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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