(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理を施す長尺なシャフトからなるワークを配列して搬送するためのパレットと、前記ワークを加熱する熱処理炉と、加熱した前記ワークを冷却する冷却装置を含んで構成される熱処理装置であって、
前記パレットは、上下方向に積まれることで前記ワークを把持する把持部を形成する載置プレートを備え、
前記載置プレートは、前記ワークの一方の端部を把持する載置プレートと、他方の端部を把持する載置プレートと、前記ワークの中央部を把持する載置プレートと、がそれぞれ間隙を設けて配列され、
前記間隙に前記冷却装置を進退自在に配設し、
前記パレットに配列された前記ワークを加熱及び／又は冷却しながら、前記把持部に荷重をかけて前記ワークの形状を矯正する矯正手段を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記載置プレートは、それぞれ上下方向に積まれる下側の載置プレートと上側の載置プレートとを有し、
前記把持部は、前記下側の載置プレートの上側に形成されたＶ字形状の切欠部と、前記上側の載置プレートの下側に形成された逆Ｖ字形状の切欠部と、を合わせた菱形形状の開口を形成していることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記パレットは、前記ワークを把持する把持部を形成する載置プレートに上下方向に挿通させる支柱を備え、前記矯正手段は、前記載置プレートに挿通した後の前記支柱に挿通される錘部材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記矯正手段は、前記冷却装置に前記載置プレートに向けて弾性部材で付勢される当接部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
長尺のシャフトからなるワークを把持する把持部が形成された載置プレートを備えたパレットに、前記ワークを位置決めして載置し、前記パレットに載置された前記ワークを熱処理炉に搬入し加熱してから冷却装置により冷却する熱処理方法において、
前記載置プレートは、前記ワークの一方の端部を把持する載置プレートと、他方の端部を把持する載置プレートと、前記ワークの中央部を把持する載置プレートと、がそれぞれ間隙を設けて配列され、
前記間隙に前記冷却装置を進退自在に配設して前記ワークを冷却可能に構成し、
前記ワークの加熱時及び／又は冷却時に前記ワークの把持部に荷重をかけて、加熱により軟化した前記ワークの形状を矯正することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱処理装置、及び熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造品であるワークの熱処理を施す方法の従来例としては、特開平５−１５６３４６号公報に記載されたカムシャフトの加熱方法がある。このカムシャフトの加熱方法は、カムシャフトの両端部を受け金具に載置し、この両端部に加圧電極から電流を流すことで加熱するものである。ここで、カムシャフトは、カム部やジャーナル部を有するため長軸方向の断面積は一定でないため一度の通電ではカムシャフト全体の温度を均一化することができない。従って、加熱と放熱による冷却を二回ずつ交互に行い、カムシャフトの温度の均一化を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カムシャフトは、その内部に鋳造工程における凝固時に内部歪が蓄積されることがあり、このような場合に、カムシャフトの両端部のみを支持して通電し、加熱すると、内部歪が開放されてカムシャフトが曲がって変形することがあった。
また、カムシャフトのような複雑な形状を有するワークは、加熱過程、冷却過程において部分ごとの温度差が大きくなると、熱膨張による変形量の違いにより全体の形状が歪んで変形する可能性もある。
さらに、ワークは凝固時に変形することもあり、この変形量が許容範囲を越えた場合には規格外品として廃棄処分されてしまっていた。
従って、本発明は、ワークの変形を防止しつつ、ワークに熱処理を施すことを目的とする。また、変形したワークの形状を矯正しつつ、熱処理を施すことを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、熱処理を施す長尺なシャフトからなるワークを配列して搬送するためのパレットと、前記ワークを加熱する熱処理炉と、加熱した前記ワークを冷却する冷却装置を含んで構成される熱処理装置であって、前記パレットは、上下方向に積まれることで前記ワークを把持する把持部を形成する載置プレートを備え、前記載置プレートは、前記ワークの一方の端部を把持する載置プレートと、他方の端部を把持する載置プレートと、前記ワークの中央部を把持する載置プレートと、がそれぞれ間隙を設けて配列され、前記間隙に前記冷却装置を進退自在に配設し、前記パレットに配列された前記ワークを加熱及び／又は冷却しながら、前記把持部に荷重をかけて前記ワークの形状を矯正する矯正手段を備えることを特徴とする熱処理装置とした。
この熱処理装置は、ワークの加熱時により軟化したワークに矯正手段により荷重をかけて、ワークの熱処理時にワークの変形を防止したり、ワークの形状を矯正したりするものである。
【０００５】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の熱処理装置であって、前記載置プレートは、それぞれ上下方向に積まれる下側の載置プレートと上側の載置プレートとを有し、前記把持部は、前記下側の載置プレートの上側に形成されたＶ字形状の切欠部と、前記上側の載置プレートの下側に形成された逆Ｖ字形状の切欠部と、を合わせた菱形形状の開口を形成していることを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置であって、前記パレットは、前記ワークを把持する把持部を形成する載置プレートに上下方向に挿通させる支柱を備え、前記矯正手段は、前記載置プレートに挿通した後の前記支柱に挿通される錘部材であることを特徴とする。
この熱処理装置は、パレットが矯正手段を有し、簡単な構成で、ワークの加熱時や、冷却時にワークの形状を矯正するものである。
【０００７】
そして、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置であって、前記矯正手段は、冷却装置に載置プレートに向けて弾性部材で付勢される当接部材を備えることを特徴とする。
この熱処理装置は、少なくとも冷却装置が矯正手段を有し、簡単な構成で、ワークの冷却時にワークの形状を矯正するものである。
【０００８】
また、本発明の請求項５に係る発明は、長尺のシャフトからなるワークを把持する把持部が形成された載置プレートを備えたパレットに、前記ワークを位置決めして載置し、前記パレットに載置された前記ワークを熱処理炉に搬入し加熱してから冷却装置により冷却する熱処理方法において、前記載置プレートは、前記ワークの一方の端部を把持する載置プレートと、他方の端部を把持する載置プレートと、前記ワークの中央部を把持する載置プレートと、がそれぞれ間隙を設けて配列され、前記間隙に前記冷却装置を進退自在に配設して前記ワークを冷却可能に構成し、前記ワークの加熱時及び／又は冷却時に前記ワークの把持部に荷重をかけて、加熱により軟化した前記ワークの形状を矯正することを特徴とする。
このような熱処理方法は、ワークの加熱時、及び／又は、冷却時にワークを把持する把持部に荷重をかけることで、ワークの内部歪が熱処理時に開放されて変形したり、鋳造時等に変形してしまったワークの形状を矯正するものである。
なお、冷却時のみの矯正であっても、ワークが比較的高温で軟化していれば、加熱時の矯正と同様な効果を得ることができる。そして、冷却時の矯正は、熱処理炉とは機能的に別体の手段により行われる。また、加熱時とは、保温時も含むものとし、加熱時のみに矯正する場合としては熱処理炉に矯正手段を有する場合が想定される。さらに、加熱時及び冷却時に矯正する場合としては、ワークを搬送する手段が矯正手段を有する場合である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態は、図１に示す金型１で鋳造されたワークであるカムシャフトＷを図２に示す熱処理装置２で熱処理し、その一部をチル化する際に、カムシャフトＷを載置する熱処理パレット１３に装着した矯正手段５０でカムシャフトＷの変形を防止するものである。
【００１０】
まず、カムシャフトＷを鋳造する金型１について説明する。
金型１は、二分割式の金型であり、図１には型開きした状態の片方の金型のみが図示してある。この金型１は、同時に二つの鋳造品Ｆを鋳造するために二つのキャビティ３を有している。各々のキャビティ３に溶湯を注入する給湯口４は、金型１の中央に形成されており、給湯口４と各々のキャビティ３の一端（図１の下端）の間は湯道５が形成されている。また、キャビティ３の他端（図１の上端）には、フック部６と湯上り部７が設けられている。この金型１は、キャビティ３まわりにカムシャフトＷのカム部Ｃに対応して複数の冷却水路８が設けられているが、冷却水路８は必須の構成要素ではない。なお、鋳造品Ｆは、カムシャフトＷと、カムシャフトＷをハンドリングするためのフック部６を備えた非製品部分４０とから構成される。また、図１に示す金型１の構造は例示であり、この他の任意の構造を有する金型を用いることが可能である。
【００１１】
ここで、ワークであるカムシャフトＷは、図１に示すようにシャフト軸Ａの長手方向に沿って複数のカム部Ｃや、ジャーナル部Ｊが配列されている。
本実施の形態で変形を防止するのは、カムシャフトＷのシャフト軸Ａの熱処理時の変形である。一方で、凝固時にシャフト軸Ａが変形したカムシャフトＷも、後に詳細を説明する熱処理装置２でカムシャフトＷの組織内に残った応力を開放させると共に、その形状を矯正する。
なお、熱処理は、カムシャフトＷの焼き戻しと、カム部Ｃのチル化のために行われる。焼き戻しは、ジャーナル部Ｊ及びシャフト軸Ａの靭性及び切削性を向上させるためであり、カム部Ｃのチル化は、耐磨耗性を向上させるためである。
【００１２】
次に、前記した金型１により鋳造されたカムシャフトＷを熱処理する熱処理装置２の構成について説明する。
図２に示すように、熱処理装置２は、多数のカムシャフトＷを一度に処理できる熱処理炉１０と、熱処理炉１０にカムシャフトＷを搬送、搬出する搬送手段であるローラコンベア１１、並びに、熱処理炉１０の出口側１０ａに配置され、熱処理後のカムシャフトＷのカム部Ｃを急冷するための冷却装置１２とを含んで構成されている。また、多数のカムシャフトＷは、矯正手段５０を装着可能な熱処理パレット１３に載置して処理される。
【００１３】
熱処理炉１０は、複数の熱処理パレット１３に搭載された複数のカムシャフトＷを１０００℃程度の高温に保持できる炉であり、ガス炉等の公知の炉である。なお、熱処理炉１０は、不活性ガス雰囲気又は還元ガス雰囲気において熱処理できる構成を有し、さらに、昇温時や降温時の温度勾配が制御できることが望ましい。
【００１４】
ローラコンベア１１は、熱処理炉１０に熱処理パレット１３を搬入する第一のローラコンベア１１ａと、熱処理後の熱処理パレット１３を搬出する第二のローラコンベア１１ｂを有する。また、熱処理炉１０内にも図示しないローラ等が設けられており、熱処理炉１０内の熱処理パレット１３の移動を可能にしている。なお、これらのローラコンベアを一つのローラコンベアとして敷設しても良い。
【００１５】
次に、熱処理パレット１３について説明する。なお、図３は熱処理パレットの平面図、図４は熱処理パレットの正面図、図５は熱処理パレットの側面図である。
図３から図５に示すように、熱処理パレット１３は、ベース２１から左右方向に三本、かつ、前後方向に三列の計九本立設する支柱２２ａ１〜２２ｃ３と、支柱２２ａ１〜２２ｃ３が挿通することで積み重なる載置プレート２３ａ、２３ｂ、並びに、載置プレート２３ａ、２３ｂを積み重ねた後に支柱２２ａ１〜２２ｃ３に上方から挿通される矯正手段５０を有している。なお、支柱２２ａ１〜２２ｃ３は、その配列に着目して、前段の三本の支柱を左から２２ａ１、２２ｂ１、２２ｃ１、後段の三本の支柱を左から２２ａ３、２２ｂ３、２２ｃ３とし、前段と後段の略中間位置に立設される中段の三本の支柱を左から２２ａ２、２２ｂ２、２２ｃ２と区別して説明する。
【００１６】
図４及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、載置プレート２３ａは、支柱２２ａ１が挿通する筒部２４と、支柱２２ｂ１が挿通する筒部２５を連結する板状のプレート２６からなる。
筒部２４は、プレート２６の高さと同一の高さを有する中空の部材であり、筒部２５はプレート２６の半分の高さを有する。筒部２４はプレート２６の一端部に、筒部２５は、プレート２６の他端部の下側に固定されている。さらに、プレート２６は、上下に位置を合わせて略Ｖ字形状に切り欠けられた切欠部２７をそれぞれ二つずつ有し、図４及び図８に示すように載置プレート２３ａを積み重ねると、下側の載置プレート２３ａのプレート２６の上側に形成されている切欠部２７と、上側の載置プレート２３ａのプレート２６の下側に形成されている切欠部２７が略菱形形状の開口を形成する。この開口が、カムシャフトＷのシャフト軸Ａを位置決め把持する把持部４１になる。
【００１７】
また、図４及び図７（ａ）、（ｂ）に示すように、載置プレート２３ｂは、支柱２２ｂ１が挿通する筒部２８と、支柱２２ｃ１が挿通する筒部２９を連結する板状のプレート３０からなる。
筒部２８は、プレート３０の半分の高さを有する中空の部材である。一方、筒部２９はプレート３０の高さと同一の高さを有する中空の部材である。筒部２８はプレート３０の一端部の上側に、筒部２９は、プレート３０の他端部に固定されている。さらに、プレート３０は、上下に位置を合わせて略Ｖ字形状に切り欠けられた切欠部２７をそれぞれ三つずつ有し、図８に示すように載置プレート２３ｂを積み重ねると、前記と同様にして、切欠部２７が略菱形形状の開口を形成し、カムシャフトＷのシャフト軸Ａを位置決め把持する把持部４１になる。
【００１８】
なお、載置プレート２３ａ及び載置プレート２３ｂを積み重ねる場合には、載置プレート２３ａと載置プレート２３ｂは、交互に支柱２２ａ１、２２ｂ１、２２ｃ１に挿通されるようにする。これにより図４の支柱２２ｂ１においては、半分の高さを有する筒部２５と筒部２８とが交互に並ぶ。
また、図４に示すように、この熱処理パレット１３には、前段の支柱２２ａ１〜２２ｃ１だけでなく、中段の支柱２２ａ２〜２２ｃ２、後段の支柱２２ａ３〜２２ｃ３のそれぞれにも載置プレート２３ａ、２３ｂが積み重ねられており、中段における把持部４２、後段における把持部４３が、それぞれ前段の把持部４１と前後に等しい位置に形成される。そして、前後に位置する三つの把持部４１、４２、４３により一つのカムシャフトＷが位置決めされて把持される。つまり、カムシャフトＷは、その長手方向が熱処理パレット１３の移動方向と一致するように位置決めされて把持される。
【００１９】
また、載置プレート２３ａ及び載置プレート２３ｂが積み重ねられると、形成される把持部４１、４２、４３は水平方向において等間隔に、図４においては５箇所並ぶ。つまり、載置プレート２３ａ及び載置プレート２３ｂのそれぞれの切欠部２７は等しいピッチで形成されており、支柱２２ｂ１を挟んで並ぶ載置プレート２３ａの他端側の切欠部２７と、載置プレート２３ｂの一端側の切欠部２７も等しいピッチになるように形成されている。
なお、本実施の形態において切欠部２７の形状は直角二等辺三角形であり、把持部４１、４２、４３の形状は正方形となる。また、把持部４１、４２、４３がジャーナル部Ｊを把持する部分の厚さは、プレートの厚さと同じで５〜１０ｍｍ程度としている。さらに、把持部４１、４２、４３の大きさは、その内接円の半径が、ジャーナル部Ｊの半径よりも大きくなるように設定されており、各把持部４１、４２、４３とジャーナル部Ｊとの間には１ｍｍのクリアランスを有する。
【００２０】
さらに、図４に示すように矯正手段５０は、円筒形状を有する錘部材からなり、カムシャフトＷを載置し終えた後に、各支柱２２ａ１〜２２ｃ３に合計九個挿通される。矯正手段５０は、カムシャフトＷを位置決め把持する各載置プレート２３ａ、２３ｂを上側から抑え付けることで、カムシャフトＷの変形を防止したり、形状を矯正したりする。
【００２１】
なお、本実施の形態において、熱処理パレット１２の載置プレート２３ａ、２３ｂを前、中、後の三段に配列し、かつ、一本のカムシャフトＷに対して、両端部だけでなく、略中央部においても矯正手段５０で押圧するのは、長尺なカムシャフトＷの反りを確実に防止するためである。つまり、一本のカムシャフトＷの形状を矯正するには、三箇所以上を矯正手段５０で押圧することが望ましい。
【００２２】
次に冷却装置１２について説明する。なお、図９は冷却装置の正面図、図１０は冷却装置の側面図、図１１（ａ）、（ｂ）は冷却装置と熱処理パレットの関係を説明する図である。
図２及び図１１（ａ）に示すように、冷却装置１２は、熱処理炉１０の出口側１０ａにおいて、第二のローラコンベア１１ｂの上方に位置しており、図示しない公知の昇降機構により昇降自在に配置されている。この冷却装置１２は、直方体形状をした本体部３１の下面に、加熱後のカムシャフトＷのカム部Ｃにエアーを噴出し、急冷するエアー噴出手段３２を備えている。また、図９に示すように本体部３１の左右の側面には、エアー噴出手段３２にエアーを供給するためのエアー配管３３が接続されている。
【００２３】
図９の正面図及び図１０の側面図に示すようにエアー噴出手段３２は、本体部３１の下面から垂直下向きに設けられており、下面から鉛直下向きに延設される主管３４と、主管３４の所定位置から左右方向に水平に突出する短い枝管３５とから構成されている。
【００２４】
図９に示すように、主管３４は、左右方向に等間隔に配置されている。これは、冷却装置１２が図１１（ａ）に示す上方位置から、図１１（ｂ）に示すように熱処理後の熱処理パレット１３に対して下降した際に、隣り合う二つのカムシャフトＷの間に、カムシャフトＷのシャフト軸Ａに直交するよう主管３４を挿入するためである。
また、図１０に示すように、枝管３５は一つの主管３４に対して対象な位置に等間隔に設けられている。これは、主管３４がカムシャフトＷの間に挿入されたとき、枝管３５を図１２に示すように各載置プレート２３ａ、２３ｂの上下方向の中心位置で、かつ、カムシャフトＷのシャフト軸Ａに平行に配置するためである。このとき、図１３に示すように、上下方向及び左右方向に隣り合う四つの枝管３５は、各々を頂点とする四角形の中心にカム部Ｃ（シャフト軸Ａの回転中心軸）が位置する。
【００２５】
さらに、図１３に示すように、枝管３５の各々には、カム部Ｃに向けてエアーを噴出するエアー噴出孔３６が多数穿設されている。エアー噴出孔３６は、一つのカム部Ｃを取り囲む四つの枝管３５の各々からカム部Ｃ（シャフト軸Ａの回転中心軸）に向けてエアーを噴出する角度に穿設されている。エアー噴出孔３６から噴出されたエアーは、所定角度の広がりをもってカム部Ｃに噴き付けられるため、四つの枝管３５から一つのカム部Ｃに向けて噴き付けられたエアーはカム部Ｃの全周に対して噴き付けられる。
【００２６】
次に、カムシャフトＷを鋳造し、熱処理する工程について説明する。
まず、カムシャフトＷを鋳造するためには、図１に示す金型１を型締めした状態で、給湯口４から溶湯を注入する。注入された溶湯は湯道５を通り各キャビティ３内に注がれ、金型１の自然冷却及び冷却水の循環によりキャビティ３内で溶湯が凝固し、鋳造品Ｆが出来上がる。このときの鋳造品Ｆは、ねずみ鋳鉄であるが、カム部Ｃ及びその近傍は冷却水の循環により他の部分よりも冷却されているので凝固速度が速く、硬いチル層が形成される。このチル層はパーライトリッチな組織であり、他の部分は、比較的軟らかいフェライトリッチな組織である。しかし、前記の通りに鋳造時のチル化は、その境界が安定しておらず、この段階ではジャーナル部Ｊも部分的にチル化している。
【００２７】
溶湯が凝固したら、把持装置がフック部６を把持して鋳造品Ｆを金型１から取り出す。そして、フック部６を含む非製品部分４０を切断装置により切断し、残りの製品部分であるカムシャフトＷを次工程で熱処理する。
【００２８】
次に、熱処理工程に先駆けて、まずカムシャフトＷを熱処理パレット１３に載置する。
熱処理パレット１３は、ベース２１から立設する各支柱２２ａ１〜２２ｃ３が載置プレート２３ａ、２３ｂを一段だけ挿通した状態で待機している。ここで、図示しない把持手段又は人手により鋳造後のカムシャフトＷを載置プレート２３ａ、２３ｂの各切欠部２７に一本ずつ載置する。
一段目の載置プレート２３ａ、２３ｂの各切欠部２７の全てにカムシャフトＷを載置したら、図８に示すように二段目の載置プレート２３ａ、２３ｂを支柱２２に挿通させる。このとき二段目の載置プレート２３ａ、２３ｂの下側の切欠部２７が、カムシャフトＷのシャフト軸Ａの上側に当接することでカムシャフトＷが位置決めされ、上下の切欠部２７により把持される。以降、同様の動作を行いカムシャフトＷを載置してから、最後に矯正手段５０が各支柱２２ａ１〜２２ｃ３に挿通され、装着する。
【００２９】
ここで、カムシャフトＷのシャフト軸Ａが鋳造工程の凝固時に既に変形しており、かつ、その変形量が把持部４１〜４３のクリアランス量より大きい場合は、そのカムシャフトＷの下側の載置プレート２３ａ（２３ｂ）と、上側の載置プレート２３ａ（２３ｂ）との間に図示しない隙間が発生する。しかし、この段階では、隙間を有したままで載置プレート２３ａ（２３ｂ）の上から矯正手段５０を装着し、熱処理炉１０に搬入される。
【００３０】
カムシャフトＷの載置が完了した熱処理パレット１３は、図２の第一のローラコンベアにより熱処理炉１０内に搬入される。熱処理炉１０の入口において、熱処理パレット１３は、熱処理炉１０内に搬入され、すでに熱処理炉１０内にある加熱された熱処理パレット１３が押し出される。
【００３１】
そして、新しい熱処理パレット１３が搬入された熱処理炉１０で、例えば図１４に示すタイムチャートに従って、カムシャフトＷの焼き戻しを行う。
この場合の焼き戻しは、約３０分かけてカムシャフトＷの温度を約９３０℃まで昇温（ＴＵ）した後、この温度で３０分保持する（ＴＳ）ことにより行われる。これによりカムシャフトＷの組成は、オーステナイト化する。
そして、保持時間が終了したら、カムシャフトＷを熱処理パレット１３ごと熱処理炉１０から搬出する。
【００３２】
熱処理炉１０から搬出された熱処理パレット１３は、不図示のストッパにより停止する。そして、熱処理パレット１３が停止したら、上方位置で待機していた冷却装置１２の本体部３１が下降して、図１２に示すように、水平方向に隣り合うカムシャフトＷの間に主管３４を挿入する。このとき主管３４に配設されている枝管３５は、上下方向においてカムシャフトＷの間に、かつ、枝管３５のエアー噴出孔３６が直近位置にあるカム部Ｃに向くように位置する（図１２、図１３参照）。
【００３３】
冷却装置１２の本体部３１が下降し、主管３４及び枝管３５が所定位置に達したら、図示しないエアー供給源からエアー配管３３を通じてエアーが供給され、枝管３５のエアー噴出孔３６からエアーが各カムシャフトＷの多数のカム部Ｃの全周に渡って噴き出けられる（図１３参照）。一つのカム部Ｃに対して四つの枝管からエアーが、その吹き付けられる。これによりカム部Ｃは、図１４のＴＣに示すように５００℃程度まで急冷され、その組成はパーライトリッチになる。
一方、載置プレートにより隔離され、エアーが噴き付けられない端部のジャーナル部Ｊは、図１４の破線に示すように自然冷却され（ＴＮ）、その組織はフェライトリッチになる。一方、中央のジャーナル部Ｊやシャフト軸Ａは、載置プレート２３ａ、２３ｂで隔離されていないが、エアーが直接噴き付けられないので、ジャーナル部Ｊとほぼ同様の温度降下ＴＮを示し、その組織はフェライトリッチになる。これは、エアーは冷却水に比べて冷却可能な範囲が狭く、エアーが一定流速以上で直接噴き付けられた部分しか急冷されないからである。
【００３４】
エアーの噴き付けが終了したら、冷却装置１２の本体部が上方位置まで上昇し、ストッパが解除されるので、熱処理パレット１３は第二のローラコンベア１１ｂにより搬送され、次工程、例えば精度出しのための切削工程に送られる。
以降、未熱処理のカムシャフトＷを搭載した熱処理パレット１３が搬送されるたびに前記の熱処理を繰り返し、連続的に多数のカムシャフトＷのカム部Ｃのチル化、ジャーナル部Ｊ等の焼き戻しを行う。
【００３５】
ここで、熱処理炉１０での加熱（ＴＵ）及び保持（ＴＳ）の過程で、カムシャフトＷに内在する内部歪が開放された場合は、カムシャフトＷは変形しようとする力、例えばカムシャフトＷの両端又は一方の端部、若しくは、中央部分に、上方に持ち上がろうとする力が働く。しかし、カムシャフトＷを把持する載置プレート２３ａ、２３ｂは、矯正手段５０により下方に向けて抑え付けられているので動かない。従って、カムシャフトＷの変形量が、把持部４１〜４３とカムシャフトＷのジャーナル部Ｊのクリアランス量よりも大きくなることはない。
また、カムシャフトＷが鋳造工程の凝固時に変形していた場合には、加熱（ＴＵ）及び保持（ＴＳ）の過程でカムシャフトＷが軟化したときに、矯正手段５０の荷重により、カムシャフトＷの変形が把持部４１〜４３とカムシャフトＷのジャーナル部Ｊのクリアランス量以下に矯正される。
さらに、昇温（ＴＵ）から急冷（ＴＣ）を含む自然冷却（ＴＮ）の間に、場所ごとの温度差等によりカムシャフトＷに変形しようとする力が発生したとしても、矯正手段５０は常にカムシャフトＷの変形を抑える働きをするので、カムシャフトＷの変形量が把持部４１〜４３のクリアランス量よりも大きくなることはない。
【００３６】
このように、鋳造時に変形したり、内部歪を有するカムシャフトＷであっても、矯正しながら熱処理することで、カムシャフトＷの変形を基準値内に抑えることができ、不良率を低減することができる。
また、カムシャフトＷのように、熱処理時の部分ごとの温度差が発生しやすい形状を有するワークであっても、温度差に起因して発生する力を効果的に打ち消すことができる。
さらに、切欠部２７の形状や大きさを変えることで、カムシャフトＷの変形許容量を簡単に制御することができる。また、変形許容量が方向により異なるワークの場合は、方向ごとにクリアランス量が異なるような形状を有する切欠部とすることで、変形方向ごとの変形許容量を制御することができる。
【００３７】
次に、本発明の第二の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、第一の実施の形態と同様な構成要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図１５に示すように本実施の形態は、熱処理炉１０により加熱されたカムシャフトＷを、選択的に冷却して部分的にチル化する際に、矯正手段であるストッパ６２ａ、６２ｂを備えた冷却装置６１を用いることで、冷却と同時にカムシャフトＷの変形を矯正するものである。
【００３８】
図１５及び図１６に示すように冷却装置６１は、エアー配管３３が接続された本体部３１を有し、本体部３１の下面には、主管３４と枝管３５からなるエアー噴出手段３２、並びに、熱処理パレット１３の載置プレート２３ａ、２３ｂを押圧するストッパ６２ａ、６２ｂが配設されている。
【００３９】
冷却装置６１の底面図である図１７に示すように、ストッパ６２ａは、熱処理パレット１３の進行方向に沿って三つ配列され、この位置において、図１８及び図１９に示す熱処理パレット１３の短い方の載置プレート２３ａの左右方向の中心位置を押圧する。
一方、図１７に示すように、ストッパ６２ｂは、熱処理パレット１３の進行方向に沿って三つずつ二列に配列され、この位置において、図１８及び図１９に示す熱処理パレット１３の長い方の載置プレート２３ｂを左右方向に三分割する位置を押圧する。
このように、ストッパ６２ａ、６２ｂが、それぞれの載置プレート２３ａ、２３ｂに形成されるそれぞれの把持部４１〜４３を押圧することで、載置プレート２３ａ、２３ｂを効率良く、かつ、確実に抑え付けて、カムシャフトＷを矯正する。
【００４０】
本実施の形態において、熱処理パレット１２の載置プレート２３ａ、２３ｂを前、中、後の三段に配列し、かつ、一つのカムシャフトＷに対して、両端部だけでなく、略中央部においてもストッパ６２ａ、６２ｂで押圧するのは、カムシャフトＷの反りを確実に防止するためである。つまり、押圧箇所は、一つのカムシャフトＷに対して三箇所以上であることが望ましい。
【００４１】
図２０（ａ）に示すように、各ストッパ６２ａ、６２ｂは、本体部３１に固定され、下端部に開口を備えた外筒６３に、搭載プレート２３ａ、２３ｂに当接する当接部６４を備えたロッド６５が挿入され、ロッド６５がスプリング等の弾性部材６６により下側に付勢された構成を有している。なお、符号６７は、弾性部材６６からの押圧力を確実に伝達するためにロッド６５に形成された拡径部である。
【００４２】
なお、熱処理パレット１３は、第一の実施の形態における矯正手段５０を有していない他は同様の構成であるので、その説明を省略する。また、熱処理パレット１３に位置決めされて、載置されるカムシャフトＷの配列、及び、手順も第一の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００４３】
次に、本実施の形態における熱処理について説明する。
まず、図１に示す金型１を用いて鋳造されたカムシャフトＷは、第一の実施の形態と同様にして熱処理パレット１３に位置決め、載置され、熱処理炉１０において、昇温し、保持される（図１４のＴＵ及びＴＳ参照）。このとき、カムシャフトＷが、内部歪の緩和等により変形すると、その変形量に応じて、載置プレート２３ａどうし、又は、載置プレート２３ｂどうしの間に隙間が生じる。
【００４４】
この状態で保持時間が終了し、熱処理炉１０から搬出された熱処理パレット１３に対して、冷却装置６１が上側位置から図２０に示す下側位置まで降下し、隣り合うカムシャフトＷの間にエアー噴出手段３２が挿入される。
このとき、冷却装置６１が下側位置まで降下する前に、ストッパ６２ａ、６２ｂのそれぞれの当接部６４が載置プレート２３ａ、２３ｂに当接する。従って、冷却装置６１が下側位置まで降下したときには、図１９（ｂ）に示すように載置プレート２３ａ、２３ｂに押されて弾性部材６６が所定量だけ圧縮される。弾性部材６６が圧縮されると、弾性部材６６の反力によりロッド６５が下方に押圧されるので、結果として、載置プレート２３ａ、２３ｂは、所定の力で下側に抑え付けられる。つまり、ストッパ６２ａは、カムシャフトＷの変形により形成されていた載置プレート２３ａどうしの隙間を無くすように載置プレート２３ａを押圧し、カムシャフトＷの形状を矯正する。同様に、ストッパ６２ｂは、カムシャフトＷの変形により形成されていた載置プレート２３ｂどうしの隙間を無くすように載置プレート２３ｂを押圧し、加熱により軟化しているカムシャフトＷの形状を矯正する。これにより、カムシャフトＷは、載置プレート２３ａ、２３ｂの把持部４１とカムシャフトＷのジャーナル部Ｊのクリアランス量以内の変形量に矯正される。
【００４５】
また、ストッパ６２ａ、６２ｂは、エアー噴出手段３２からカム部Ｃの全周に対してエアーを噴き付けて急冷し、カム部Ｃのみをチル化する間も載置プレート２３ａ、２３ｂを押圧し続けるので、カムシャフトＷに部分ごとの温度差に起因する力が発生しても変形を防止することができる。
そして、エアー噴き付けによるカム部Ｃのチル化が終了したら、冷却装置６１が上昇し、熱処理パレット１２がローラコンベア１１ｂにより搬送され、矯正されたカムシャフトＷが次工程に送られる。
【００４６】
このように、鋳造時に変形したり、内部歪を有するカムシャフトＷであっても、冷却時に矯正することで、カムシャフトＷの変形を基準値内に抑えることができ、不良率を低減することができる。
また、カムシャフトＷのように熱処理時の温度差が発生しやすい形状を有するワークであっても、温度差に起因して発生する力を効果的に打ち消すことができる。
【００４７】
なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することが可能である。例えば、第一の実施の形態の矯正手段５０と、第二の実施の形態のストッパ６０ａ、６０ｂを併用すると、さらに確実にカムシャフトＷを矯正できる。
また、矯正手段５０、ストッパ６０ａ、６０ｂの数や配列は、ワークの形状、本数により最適な数や配列を設定することができる。ここで、各実施の形態においては、一つのカムシャフトＷに対して三箇所以上で押圧することが望ましいとしたが、例えば、長さが短いワークや、ワークの一端、両端、又は、中間部分において、ワークを挟持する載置プレート２３ａ（２３ｂ）どうしを固定し、この部分のワークＷの移動を防止する場合は、押圧箇所を一箇所又は二箇所にすることもできる。
【００４８】
さらに、このような熱処理を施すワークは、カムシャフトＷに限定されずに、鋳造、鍛造、その他の製法により製造されたクランクシャフトや、農機具、工具、ライナ等、任意の製品とすることができる。具体的には、クランクシャフトであれば、ピン部やジャーナル部、シリンダライナの摩耗しやすいピストンの上死点における一番下のリング溝であるオイルリング溝から上側の部分がチル化される部分である。
そして、熱処理は、各実施の形態において例示したチル化のための熱処理に限定されずに、任意の熱処理とすることができる。また、ワークを急冷する場合の冷却装置は、冷却装置１２、６１に限定されずに、ワークを水冷する冷却装置、ワークの全体を急冷させる冷却装置等、任意の冷却装置及び冷媒を用いることができる。
【００４９】
さらに、第一の実施の形態の矯正手段５０は、最上段の載置プレート２３ａ、２３ｂの各切欠部２７に架け渡されるようにして配置される棒状の錘部材であっても良し、最上段の載置プレート２３ａ、２３ｂのプレート２６、３０に上側から嵌合する略コ字上の錘部材にすることもできる。そして、最上段の載置プレート２３ａ、２３ｂを他の載置プレート２３ａ、２３ｂよりも重い材料で製造し、このような載置プレート２３ａ、２３ｂを矯正手段５０として用いることもできる。
一方、第二の実施の形態のストッパ６２ａ、６２ｂは、当接部材６４を筒状にし、支柱２２ａ１〜２２ｃ３を挿通させた載置プレート２３ａ、２３ｂの筒状部材２４、２５、２８、２９を下向きに押圧するように配置しても良い。
【００５０】
また、熱処理炉１０内で昇降可能な部材を設け、この部材に第二の実施の形態で示したストッパ６２ａ、６２ｂを配列することで、ワークの加熱（保温も含む）時にのみワークの形状の矯正を行うことも可能である。冷却装置１２による急冷が必要でない熱処理を行う場合であっても、ワークの形状の矯正を行うことができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、ワークの加熱時、及び／又は、冷却時にワークを把持する載置プレートを押圧することで、ワークの内部歪が熱処理時に開放されて変形したり、鋳造時等に変形してしまったワークの形状を矯正する熱処理方法又は熱処理装置としたので、カムシャフトＷの変形を基準値内に抑えることができ、不良率を低減することができる。また、熱処理時のワークに発生する温度差により発生する力を効果的に打ち消すことができる。
ここで、ワークを搬送するパレット、及び／又は、加熱後のワークを急冷する冷却装置に矯正する手段を設けると簡単な構成で確実にワークの形状を矯正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のカムシャフトを鋳造するための金型を示した図である。
【図２】本実施の形態の熱処理装置の一部破断平面図である。
【図３】本実施の形態の熱処理パレットの平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】載置プレートの（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図７】載置プレートの（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図８】熱処理プレートにカムシャフトを載置する手順を説明する説明図である。
【図９】冷却装置の正面図である。
【図１０】冷却装置の側面図である。
【図１１】冷却装置が（ａ）上方位置にある場合、（ｂ）下方位置にある場合をそれぞれ示す側面図である。
【図１２】冷却装置が下方位置にある場合を示す正面図である。
【図１３】エアー噴出孔からエアーがカム部に噴き付けられた状態を説明する説明図である。
【図１４】熱処理におけるタイムチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態における矯正手段であるストッパを備えた冷却装置の正面図である。
【図１６】ストッパを備えた冷却装置の側面図である。
【図１７】ストッパを備えた冷却装置の底面図である。
【図１８】ストッパが熱処理パレットを押圧する位置を示す図である。
【図１９】ストッパが熱処理パレットを押圧した状態を示す正面図である。
【図２０】ストッパの弾性部材が（ａ）伸長した状態、（ｂ）収縮した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２      熱処理装置
１０    熱処理炉
１２    冷却装置
１３    熱処理パレット  （パレット）
２２ａ１〜２２ｃ３    支柱
２３ａ、２３ｂ    載置プレート
２４、２５、２８、２９    筒部
２７    切欠部
３１    本体部
３２    エアー噴出手段
４１、４２、４３    把持部
５０    矯正手段
６２ａ、６２ｂ  ストッパ  （矯正手段）
６６    弾性部材
Ｗ      カムシャフト  （ワーク）
Ｃ      カム部
Ｊ      ジャーナル部
Ａ      シャフト軸
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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