特開 2024-128568 冷却器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128568

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】冷却器具

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/00 20060101AFI20240913BHJP

   C21D 9/30 20060101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

C21D1/00 F

C21D9/30 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037594

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100196346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 貴士

(72)【発明者】

【氏名】切通 翔

【テーマコード（参考）】

4K034

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K034AA05

4K034AA10

4K034AA13

4K034AA15

4K034AA17

4K034BA10

4K034DB02

4K034DB03

4K034FA08

4K034FB15

4K034GA07

4K042AA17

4K042BA03

4K042BA13

4K042DA01

4K042DB04

4K042DD01

4K042DD05

4K042DF02

4K042EA01

(57)【要約】

【課題】簡易な構造で低コストに、かつ必要な箇所のみ冷却を可能にする。
【解決手段】この冷却器具１０は、冷却対象物２の表面２ａと対向可能な対向部１１と、対向部１１と一体に設けられ、冷却対象物２からの熱伝導で冷却対象物２に蓄積された熱を外気に放出する放熱部１２と、対向部１１のうち冷却対象物２と対向する面１１ａと反対側の表面１１ｂに設けられ、冷却対象物２との間に生じる引力で対向部１１を挟持可能とする磁石１３とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁性を示す冷却対象物に取付けて前記冷却対象物を冷却するための器具であって、
前記冷却対象物の表面と対向可能な対向部と、
前記対向部と一体に設けられ、前記冷却対象物からの熱伝導で前記冷却対象物に蓄積された熱を外気に放出する放熱部と、
前記対向部のうち前記冷却対象物と対向する面と反対側の表面に設けられ、前記冷却対象物との間に生じる引力で前記対向部を挟持可能とする磁石とを備えた、冷却器具。

【請求項2】

前記対向部のうち前記冷却対象物と対向する面に設けられ、前記冷却対象物の表面に密着可能な密着シートをさらに備えた、請求項１に記載の冷却器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却器具に関し、特に磁性を示す冷却対象物に取付けて冷却するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

周知の通り、自動車用エンジンのカムシャフトについては、必要な硬度を得るために、当該カムシャフトを鍛造で成形して所定の研削加工を施した後、所定のカム外周面に焼入れを施すことが行われている。また、最近では、必要な部分のみを狙って焼入れが可能なレーザー焼入れが用いられる傾向にある。

【0003】

一方、この種の熱処理工程では、熱処理中のワーク（カムシャフト）を効果的に冷却することが肝要となる。例えば特許文献１には、軸状ワークの外周面を、ノズルから噴射される冷却水により冷却する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－６２４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したレーザー焼入れでは、カムシャフトの冷却は空冷により行われるが、これだと、カムシャフトのサイズが小さい場合、表面積の低下に伴い冷却量が発熱量よりも小さくなる結果、熱処理の途中から熱がカムシャフト内部に必要以上に蓄積され、焼入れが不十分な部位（具体的にはカム外周面のうち相対的に曲率が大きい部位が該当）が生じるといった問題があった。

【0006】

特許文献１等に記載の冷却技術を用いた場合、カムシャフト全体を冷却水で冷却することになるため、必要な箇所のみを狙って冷却することができない。これでは不要な箇所で冷却することになり、冷却効率の面で好ましいとは言えない。また、上述した冷却技術を採用する場合には、ノズルと冷却水を噴射するための多数のノズルを設けた長尺のパイプが複数必要となるだけでなく、噴射した冷却水を回収及び排出するための機構がさらに必要となるため、冷却装置が複雑化並びに大型化する問題がある。これでは設備コストの高騰を招きかねない。

【0007】

上述した問題は何もカムシャフトなどのワーク（加工対象物）に限ったことではなく、性能評価を行う必要のある完成品など冷却性能を評価、調整する必要がある全ての物品に起こり得る。

【0008】

以上の事情に鑑み、本明細書では、簡易な構造で低コストに、かつ必要な箇所のみ冷却を可能にすることを、解決すべき技術課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題の解決は、本発明に係る冷却器具によって達成される。すなわち、この冷却器具は、磁性を示す冷却対象物に取付けて冷却対象物を冷却するための器具であって、冷却対象物の表面と対向可能な対向部と、対向部と一体に設けられ、冷却対象物からの熱伝導で冷却対象物に蓄積された熱を外気に放出する放熱部と、対向部のうち冷却対象物と対向する面と反対側の表面に設けられ、冷却対象物との間に生じる引力で対向部を挟持可能とする磁石とを備えた点をもって特徴付けられる。

【0010】

このように、本発明に係る冷却器具によれば、冷却対象物と対向する対向部を冷却対象物との間に挟持可能としたので、対向部と一体に設けられた放熱部を冷却対象物の狙った箇所に取付けることができる。これにより、例えばレーザー焼入れの際にレーザーが照射される領域の近傍に放熱部を配置することができ、効率よく焼入れ箇所の冷却を図ることが可能となる。また、本発明では、上述した対向部を磁石により冷却対象物との間で挟持可能としたので、冷却対象物の表面に痕跡を残すことなく冷却器具を容易に脱着させることが可能となる。よって、冷却対象物が変わっても冷却器具を繰り返し使用することが可能となる。もちろん、本発明に係る冷却器具であれば、駆動部を必要とせず、また冷却媒体の回収、排出のための設備も不要であるから、コスト面でも優位である。

【0011】

また、本発明に係る冷却器具は、対向部のうち冷却対象物と対向する面に設けられ、冷却対象物の表面に密着可能な密着シートをさらに備えてもよい。

【0012】

このように、対向部のうち冷却対象物と対向する面に密着シートを設けることで、上記構成の冷却器具を冷却対象物に取付けた際、密着シートの表面が冷却対象物の表面に密着した状態となる。これにより冷却対象物と密着した領域全てにおいて冷却対象物からの熱伝導を図ることができるので、放熱量をさらに高めることが可能となる。また、密着シートを設けることで、例えば鋳造品の成形面（鋳肌面）など粗い表面であっても漏れなく密着させることができるので、研削加工面と同レベルの放熱性能（冷却性能）を発揮することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

以上のように、本発明によれば、簡易な構造で低コストに、かつ必要な箇所のみ対象物を冷却することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一実施形態に係る冷却器具の斜視図である。

【図2】図１に示す冷却器具の取付け態様の一例を示す斜視図である。

【図3】図２に示す冷却器具のＡ－Ａ断面図である。

【図4】本発明の第二実施形態に係る冷却器具の取付け時におけるＡ－Ａ断面図である。

【図5】本発明の第三実施形態に係る冷却器具の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る冷却器具の第一実施形態を図面に基づき説明する。

【0016】

図１は、本発明の第一実施形態に係る冷却器具１０の斜視図を示している。図１に示すように、この冷却器具１０は、対向部１１と、放熱部１２と、磁石１３とを備える。本実施形態では、冷却器具１０は、密着シート１４をさらに備える。

【0017】

対向部１１は、冷却対象物（ここでは図２に示すカムシャフト１のジャーナル部２）と対向可能な形態をなすもので、本実施形態では平坦な板状をなしている。対向部１１には原則として任意の材質が適用可能であり、例えばアルミなど熱伝導性に優れた金属が好適である。

【0018】

放熱部１２は、対向部１１と一体に形成されるもので、本実施形態では、対向部１１の辺端部から直立した状態で設けられている。放熱部１２の形状は任意であり、図１では平坦な板状をなす場合を例示している。もちろん、放熱部１２としての機能を高める目的で、湾曲させた形状（図示は省略）など表面積を最大限大きく取ることのできる形状にすることも可能である。この場合、放熱部１２は、対向部１１と一体に形成されるので、放熱部１２の材質は対向部１１の材質と同じである。もちろん、放熱部１２を対向部１１と別体に製作し、両者を溶接等任意の手段で固定してもかまわない。

【0019】

磁石１３は、対向部１１のうち冷却対象物と対向する面（第一表面１１ａ）と反対側の表面（第二表面１１ｂ）に設けられる。本実施形態では、対向部１１の第二表面１１ｂに三個の磁石１３が例えば接着等で固定されている。これにより、図２に示すように、対向部１１をジャーナル部２の外周面２ａに対向配置した状態では、ジャーナル部２と磁石１３との間に生じる引力により、対向部１１をジャーナル部２と磁石１３とで挟持可能としている。

【0020】

密着シート１４は、対向部１１のうち冷却対象物となるジャーナル部２の外周面２ａと対向する第一表面１１ａに設けられる。本実施形態では、第一表面１１ａに密着シート１４が接着等の手段により固定されている。これにより、対向部１１と、放熱部１２と、磁石１３と、密着シート１４とは一体化されている。

【0021】

密着シート１４の材質は、冷却対象物の表面（ジャーナル部２の外周面２ａ）に密着可能な限りにおいて任意であり、例えばゲルシートを適用することが可能である。この際、使用環境を考慮して、密着シート１４の冷却対象物の表面と密着する表面１４ａを粘着面としてもよい。あるいは、使用環境を考慮して、密着シート１４に耐熱性に優れた材質のゲルシートを用いてもよい。また、密着シート１４の厚み寸法についても原則として任意であるが、厚み寸法が大きいほど伝熱性能が低下し、また密着シート１４に熱が蓄積される結果、高い耐熱性が要求されるため、なるべく薄いほうがよい。一方で、冷却対象物の表面（本実施形態では曲面をなすジャーナル部２の外周面２ａ）との密着性を考慮する場合、密着シート１４の変形性を確保し得る範囲で所定の厚み寸法を確保することが望ましい。

【0022】

次に、上記構成の冷却器具１０の実施態様の一例を図２及び図３に基づいて説明する。

【0023】

図２は、冷却対象物としてのカムシャフト１の所定位置に冷却器具１０を取付けた状態を示している。本実施形態では、カムシャフト１のカム部３の外周面３ａに向けてレーザー照射装置４からレーザーＬが照射されることにより、カム部３の外周表層部を局所的に加熱し、冷却することで当該表層部に焼入れ処理を施す。この場合、複数の冷却器具１０が、カム部３と軸方向で隣接するジャーナル部２の外周面２ａに取付けられている。なお、この際、レーザーＬを照射した直後の領域に向けてエアを吹付けて加熱領域を直接冷却してもよい。

【0024】

詳述すると、図３に示すように、複数の冷却器具１０はそれぞれ、冷却対象となるジャーナル部２の外周面２ａの円周方向で互いに異なる位置に取付けられている。本実施形態では、板状をなす放熱部１２がその法線方向を外周面２ａの円周方向に一致させた状態で、各冷却器具１０が外周面２ａに取付けられている。この場合、各冷却器具１０の対向部１１に取付けられた密着シート１４を外周面２ａに押し当てることにより密着シート１４が外周面２ａに倣って変形し、密着シート１４の対向部１１と反対側の表面１４ａが外周面２ａと密着した状態となる。

【0025】

ここで、カムシャフト１は、所定の組成をなす鋼材で形成されていることから、密着シート１４を外周面２ａに密着させた状態では、対向部１１の外側（密着シート１４と反対側）に設けた磁石１３との間に引力が発生し、対向部１１が磁石１３とジャーナル部２とで挟持固定された状態となる。これにより、カムシャフト１を軸回転させながらレーザーＬをカム部３の外周面３ａに照射してカム部３の外周表層部に焼入れ処理を施している最中、冷却器具１０がジャーナル部２の外周面２ａ上に保持された状態が維持される。

【0026】

また、ジャーナル部２の外周面２ａには密着シート１４の表面１４ａが密着した状態であるため、レーザーＬの照射によりカム部３の外周表層部に発生した熱が軸方向に隣接するジャーナル部２の外周面２ａを介して密着シート１４、対向部１１、放熱部１２の順に熱伝導で伝達され、放熱部１２の表面から効果的に放熱される。

【0027】

以上述べたように、本実施形態に係る冷却器具１０によれば、冷却対象物となるカムシャフト１の外表面と対向する対向部１１をジャーナル部２との間に挟持可能としたので、対向部１１と一体に設けられた放熱部１２をカムシャフト１の狙った箇所、ここではジャーナル部２の外周面２ａに取付けることができる。これにより、レーザー焼入れの際にレーザーＬが照射される領域（カム部３）の近傍に放熱部１２を配置することができ、効率よく焼入れ箇所の冷却を図ることが可能となる。また、本実施形態に係る冷却器具１０であれば、対向部１１を冷却対象物の表面となるジャーナル部２の外周面２ａに対向配置するだけで、磁石１３との間に生じる引力で対向部１１を挟持固定できる。また、磁石１３を近づけたことにより生じた引力で挟持固定しているので、使用後は磁石１３を挟持位置から離脱させるだけの動作で、ジャーナル部２の外周面２ａに痕跡を残すことなく冷却器具１０を容易に脱着させることが可能となる。よって、脱着も容易であり、またカムシャフト１の形状やサイズが変更されても冷却器具１０を繰り返し使用することが可能となる。もちろん、本実施形態に係る冷却器具１０であれば、駆動部を必要とせず、また冷却媒体（冷却水など）の回収、排出のための設備も不要であるから、コスト面でも優位である。

【0028】

また、本実施形態では、各冷却器具１０の対向部１１のうち冷却対象物となるジャーナル部２の外周面２ａと対向する第一表面１１ａに密着シート１４を設けるようにしたので、上記構成の冷却器具１０をジャーナル部２の外周面２ａに取付けた際、密着シート１４の表面１４ａがジャーナル部２の外周面２ａに密着した状態となる。これによりジャーナル部２と密着した領域全てにおいてジャーナル部２からの熱伝導を図ることができるので、放熱量をさらに高めることが可能となる。また、密着シート１４を設けることで、例えば鋳造品の成形面（鋳肌面）などであっても漏れなく密着させることができるので、研削加工面と同レベルの放熱性能（冷却性能）を発揮することが可能となる。

【0029】

また、本実施形態のように、複数の磁石１３を対向部１１の外側に配設することで、１個の磁石１３を配設した場合よりも放熱可能な部分の表面積を増やすことができる。従って、この構成によっても、冷却性能のさらなる向上を図ることが可能となる。

【0030】

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る冷却器具は、上記例示の構成に限られることなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能なことはもちろんである。

【0031】

例えば、上記実施形態では、１個の冷却器具１０につき１枚の密着シート１４を設けて、各冷却器具１０をジャーナル部２の外周面２ａに取付けた場合を例示したが、もちろんこれには限られない。図４はその一例（本発明の第二実施形態）に係る冷却器具２０の取付け態様の一例を示している。図４に示すように、本実施形態に係る冷却器具２０は、密着シート１４を除いて図１に示す冷却器具１０と同じ構造をなす複数の冷却器具ユニット２１と、これら複数の冷却器具ユニット２１と、冷却対象物となるジャーナル部２との間に配設される一つの長尺密着シート２２とを備える。この場合、複数の冷却器具ユニット２１と長尺密着シート２２はそれぞれ別体に製作し、長尺密着シート２２の第一表面２２ａをジャーナル部２の外周面２ａに取付けた後、長尺密着シート２２のジャーナル部２とは反対側の第二表面２２ｂに複数の冷却器具ユニット２１を取付ける。これにより、一枚の長尺密着シート２２を介して複数の冷却器具ユニット２１がジャーナル部２の外周面２ａ上に取付けられた状態となる。

【0032】

このように、本実施形態に係る冷却器具２０によれば、個々の冷却器具ユニット２１をさらに簡素化できるので、冷却器具２０全体の製作コストのさらなる低減化を図ることが可能となる。

【0033】

また、上記実施形態では、汎用性をもたせるために、対向部１１として平坦な板状をなすものを例示したが、もちろんこれには限られない。図５はその一例（本発明の第三実施形態）に係る冷却器具３０の側面図を示している。図５に示すように、この冷却器具３０は、対向部３１の表面３１ａ，３１ｂが所定の曲率で湾曲した形状をなす点で、第一実施形態に係る冷却器具１０と相違している。

【0034】

このように、対向部３１自体を湾曲形状とすれば、対向部３１の第一表面３１ａをジャーナル部２の外周面２ａに極力沿わせた形状とすることができる。よって、密着シート１４をより薄いものに変更し、あるいは密着シート１４を省略することも可能となる。従って、冷却器具３０をさらに簡素化できるので、製作コストのさらなる低減化を図ることが可能となる。

【0035】

また、上記何れの実施形態においても、一つのジャーナル部２の外周面２ａの円周方向の一部領域に複数（図示例では３個）の冷却器具１０（２０，３０）を設けた場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば図示は省略するが、ジャーナル部２の外周面２ａの円周方向全域にわたって多数の冷却器具１０（２０，３０）を取付けてもよい。

【0036】

また、以上の説明では、カムシャフト１のジャーナル部２の外周面２ａに冷却器具１０（２０，３０）を取付けた場合を例示したが、もちろんこれ以外の取付け態様を採ることも可能である。例えば図示は省略するが、上述した冷却器具１０（２０，３０）をカム部３の端面に取付けてもよい。焼入れ箇所に近い部分に冷却器具１０（２０，３０）を取付けることによって、冷却性能をさらに高めることが可能となる。

【0037】

また、以上の説明では、冷却対象物をカムシャフト１とした場合を例示したが、もちろんこれ以外のワーク（加工対象物）を冷却対象物とする場合においても、本発明を適用することが可能である。さらにいえば、ワークに限らず、冷却性能の向上を含む冷却性能の変更を図る必要のある用途（例えば各種完成部品や完成ユニットの性能試験など）に本発明を適用することが可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ カムシャフト
２ ジャーナル部
３ カム部
４ レーザー照射装置
１０，２０，３０ 冷却器具
１１，３１ 対向部
１２ 放熱部
１３ 磁石
１４ 密着シート
２１ 冷却器具ユニット
２２ 長尺密着シート
Ｌ レーザー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】