熱処理治具および熱処理装置
【課題】本発明は、浸窒焼入れ処理において、浸窒処理および焼入れをワーク表面に均一に施して、ワークに変形不良が生じることを防止することができる熱処理治具および熱処理装置を提供するものである。
【解決手段】複数のワークＷが載置され、熱処理炉１内にて前記ワークＷの熱処理を行う際および前記ワークＷを冷却油に浸漬する際に用いられる熱処理治具２であって、前記ワークＷが載置される治具本体２１と、前記治具本体２１の側面外周を覆う側壁２２とを有し、前記側壁２２は、その上部および下部が前記治具本体２１に対して固定されている。
【解決手段】複数のワークＷが載置され、熱処理炉１内にて前記ワークＷの熱処理を行う際および前記ワークＷを冷却油に浸漬する際に用いられる熱処理治具２であって、前記ワークＷが載置される治具本体２１と、前記治具本体２１の側面外周を覆う側壁２２とを有し、前記側壁２２は、その上部および下部が前記治具本体２１に対して固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具、および前記熱処理治具を備えた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄や鉄合金などの鉄鋼材料にて構成されるワークの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れ処理を施して、ワークの表面に硬化層を形成した浸窒焼入れ品を得るといったように、ワークに対する熱処理である浸窒焼入れ処理が行われている。
【０００３】
具体的には、前記ワークを熱処理炉内に投入し、該熱処理炉によりワークを焼入れ可能温度（ワークをオーステナイト組織にする温度）にまで加熱するとともに、前記熱処理炉内にアンモニアガスまたはアンモニアガスと窒素ガスとを供給する。
前記ガスが供給された熱処理炉内に前記ワークを投入することで、ワークの表面から窒素が拡散することとなる。
そして、ワークの表面から窒素を拡散させた後に、ワークを冷媒となる冷却油が貯溜される油槽に浸漬することにより急冷して焼入れを行うことで、表面の硬度が高く内部の硬度が低い浸窒焼入れ品が得られる。
【０００４】
一般的に、浸窒焼入れ処理を行う場合は、多数のワークを熱処理治具に収納した状態で熱処理炉内に搬入して処理が行われるが、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきが大きいと、得られた浸窒焼入れ品毎の表面硬度や硬化深さのばらつきが大きくなり、一定品質の製品を得ることが困難となってしまう。
【０００５】
従って、特許文献１に記載されるように、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきを抑えるために、多数のワークを収納した状態で熱処理炉内に搬入される熱処理治具の側面外周を板状部材により覆うことが行われている。
このように熱処理治具の側面外周を板状部材により覆うことで、熱処理炉内の雰囲気が熱処理治具の側面から熱処理治具内に流入することを阻止し、前記雰囲気が熱処理治具の下方からのみ熱処理治具内に流入するように構成しているので、熱処理治具内に載置されているワークは、同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されて、浸窒反応が均一に進行することとなる。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、熱処理治具の側面外周を板状部材にて覆う場合は、例えば板状部材を熱処理治具側面の上端から吊り下げるように設置していた。つまり、板状部材は、その上端部のみが熱処理治具に固定され、その下部は熱処理治具に何ら固定されていなかった。
浸窒処理を終えたワークに焼入れを行う場合は、ワークを収納した熱処理治具を油槽に上方から浸漬することによりワークを冷却するが、熱処理治具を油槽に浸漬する際には、油槽の冷却油が熱処理治具の下面から熱処理治具内に流入し、熱処理治具内を下方から上方へ向かって流れる。
【０００８】
しかし、熱処理治具の側面外周を覆っている板状部材は、熱処理治具に上端部が固定されているだけであるので、熱処理治具を油槽に浸漬する際に、前記板状部材の下部が冷却油の流れにより熱処理治具から浮き上がって、熱処理治具の側面外周から離れるため、冷却油は熱処理治具の下端部からのみならず、側面からも熱処理治具内に流入することとなり、熱処理治具内を流れる冷却油に乱流が発生してしまう。
このように、熱処理治具内を流れる冷却油に乱流が発生すると、冷却油によるワークの冷却が部位ごとで不均一に行われることとなり、ワークに曲がりなどの変形不良が生じる原因となってしまう。
そこで、本発明においては、浸窒焼入れ処理において、浸窒処理および焼入れをワーク表面に均一に施して、ワークへの変形不良の発生を防止することができる熱処理治具および熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する熱処理治具および熱処理装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具であって、前記ワークが載置される治具本体と、前記治具本体の側面外周を覆う側壁とを有し、前記側壁は、その上部および下部が前記治具本体に対して固定されている。
【００１０】
また、請求項２記載の如く、前記治具本体は、前記ワークが収納される容器と、前記容器が載置固定される基台とを備え、前記側壁の上部が、前記容器に固定されている。
【００１１】
また、請求項３記載の如く、請求項１または請求項２に記載の熱処理治具を備え、前記熱処理治具に載置されたワークに対して熱処理を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワーク表面に対して均一な浸窒処理が行われるとともに、ワークの外周面が冷却油により均等に冷却されて、均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークに曲がりなどの形状不良が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る熱処理装置を示す側面断面図である。
【図２】同じく熱処理装置の熱処理炉における加熱室を示す正面断面図である。
【図３】同じく熱処理装置の熱処理治具を示す斜視図である。
【図４】同じく熱処理治具を示す一部側面断面図である。
【図５】同じく熱処理治具を示す平面図である。
【図６】同じく熱処理治具を油槽に浸漬したときの、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図７】同じく熱処理治具を油槽に浸漬したときの、ワークに対する冷却油の流れ方向を示す側面図である。
【図８】熱処理治具に、熱処理治具の側面外周を覆う側壁を設けなかった場合の、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図９】熱処理治具に設けた、熱処理治具の側面外周を覆う側壁の上端部のみが熱処理治具に固定されている場合の、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図１０】熱処理治具に、熱処理治具の側面外周を覆う側壁を設けなかった場合、および熱処理治具に設けた、熱処理治具の側面外周を覆う側壁の上端部のみが熱処理治具に固定されている場合の、ワークに対する冷却油の流れ方向を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に示す熱処理装置は、熱処理炉１と、鉄または鉄合金にて構成されるワークＷが多数載置された熱処理治具２とを備えており、ワークＷを載置した状態の熱処理治具２を熱処理炉１内に搬入して熱処理を行うことで、ワークＷの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れを施す浸窒焼入れ処理を行うためのものである。
【００１６】
また、前記熱処理装置には搬送レール３が備えられており、熱処理治具２を熱処理炉１内へ搬入する際には、熱処理治具２を搬送レール３に沿って移動するように構成している。
【００１７】
熱処理炉１は、前室１ａと、前室１ａに連続して配置される加熱室１ｂと、前室１ａの下方に配置される焼入れ油槽１ｃとを備えている。
【００１８】
前室１ａと外部との間には第一開閉扉１５ａが設けられ、前室１ａと加熱室１ｂとの間には第二開閉扉１５ｂが設けられている。
また、加熱室１ｂ内には加熱室１ｂ内を加熱するための加熱具であるヒーター１３と、加熱室１ｂ内の雰囲気を攪拌するためのファン１４と、加熱室１ｂ内にアンモニアガスなどのガスを供給するためのガス供給管１２とが設けられている。
【００１９】
加熱室１ｂ内に設けられるヒーター１３は、例えば加熱室１ｂ内のワーク搬送方向と直交する方向における両側面部に配置されている。
ガス供給管１２は加熱室１ｂの天井面におけるファン１４の近傍位置から下方へ向けてアンモニアガスなどのガスを供給するように配置されている。
また、前記ファン１４は加熱室１ｂの天井面近傍に配置されており、上方または下方から供給される雰囲気を側方へ送風するように構成されている。
焼入れ油槽１ｃ内には、焼入れ時にワークＷを急冷するための冷媒である冷却油が貯溜されている。
【００２０】
このように構成される熱処理炉１を用いてワークＷの浸窒焼入れ処理が行われるが、浸窒焼入れ処理を行う際には、まず熱処理治具２に複数のワークＷを載置し、ワークＷが載置された熱処理治具２を搬送レール３に沿って移動させて前室１ａ内に搬送する。
前室１ａに熱処理治具２を搬送した後、第一開閉扉１５ａおよび第二開閉扉１５ｂを閉じて前室１ａ内を真空引きし、その後前室１ａ内に窒素ガスを充填する。
【００２１】
次に、第二開閉扉１５ｂを開いて、ワークＷが載置された熱処理治具２を搬送レール３に沿って前室１ａから搬送口１ｄを通じて加熱室１ｂ内に搬送する。
加熱室１ｂ内に熱処理治具２が搬送された後、ヒーター１３により加熱室１ｂ内の雰囲気を加熱することによりワークＷの加熱を行う。この場合、ファン１４により加熱室１ｂ内の雰囲気を攪拌することで、加熱室１ｂ内における各箇所の温度、雰囲気を一定にしている。
ヒーター１３によりワークＷを加熱した後、その加熱状態を維持しながら、ガス供給管１２から加熱室１ｂ内に所定流量のアンモニアガス（またはアンモニアガスおよび窒素ガス）を供給する。
【００２２】
つまり、加熱室１ｂでのワークＷへの浸窒処理は、アンモニアガス（またはアンモニアガスおよび窒素ガス）の雰囲気下で行われる。
また、加熱室１ｂにてワークＷへ浸窒処理を行うときには加熱室１ｂ内の雰囲気をヒーター１３により所定の温度に加熱するが、前記ヒーター１３による加熱は、加熱室１ｂ内の温度が所定の時間だけ所定の温度に維持されるように、熱処理炉１に接続される制御装置４により制御される。
【００２３】
なお、ワークＷに対する浸窒処理を行うときには、加熱室１ｂのヒーター１３による加熱は、例えばワークＷの温度が８００℃程度以上、特に８００℃程度から８５０℃程度までの範囲の温度となるように行われる。
また、制御装置４は、前記ファン１４の運転や熱処理炉１内におけるワークＷの搬送や、第一開閉扉１５ａおよび第二開閉扉１５ｂの開閉や、加熱室１ｂ内へのアンモニアガスの供給などの制御も行う。
【００２４】
加熱室１ｂでのワークＷの加熱が完了すると、第二開閉扉１５ｂを開いてワークＷが載置された熱処理治具２を焼入れ油槽１ｃへ搬送し、該焼入れ油槽１ｃ内の冷却油に熱処理治具２内に収納されたワークＷを浸漬して急冷する。
これにより、ワークＷにおけるオーステナイト組織がマルテンサイト化されて、ワークＷの焼入れが行われることとなり、浸窒焼入れ品が得られる。
【００２５】
図２〜図５に示すように、熱処理治具２は、ワークＷを収納するための治具本体２１と、治具本体２１の側面外周を覆う側壁２２・２２・・・とを有している。治具本体２１は、ワークＷが収納される容器である複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・と、前記バスケット２１ａが載置固定される基台２１ｂとを備えている。
バスケット２１ａは、複数のワークＷ・Ｗ・・・が収納される箱状部材である。ワークＷとしては、例えば鉄や鉄合金などの鉄鋼材料を丸棒状に形成した部材が用いられている。各ワークＷ・Ｗ・・・は、その軸心方向を上下方向に向けた姿勢で、即ち立設姿勢でバスケット２１ａ内に載置されている。
【００２６】
基台２１ｂ上には複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・が行列状に並設されており、各行列位置のバスケット２１ａ・２１ａ・・・は、基台２１ｂ上において複数段に積み上げられている（本例においては、一段につき２行３列に配列されたものが４段に積層されている）。基台２１ｂ上に載置される複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・は、全体的に直方体状に積み上げられている。
また、上下に隣接するバスケット２１ａ・２１ａ間には、隙間Ｇが存在している。
【００２７】
各側壁２２・２２・・・は板状部材にて構成されており、直方体状に積み上げられた複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・の各側面と略同じ面積および形状に形成されている。即ち、複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・の各側面は、それぞれ対応した一枚の側壁２２によりその全面が覆われている。
これにより、治具本体２１の側面外周が全体的に側壁２２・２２・・・により覆われることとなり、また上下に隣接するバスケット２１ａ・２１ａ間に存在する隙間Ｇが閉塞されている。
【００２８】
各側壁２２・２２・・・は、その上端部および下端部が、それぞれ固定フック２３・２３・・・および固定ブロック２４・２４・・・により、治具本体２１に固定されている。
各固定フック２３・２３・・・は、各側壁２２・２２・・・の上端部と、基台２１ｂ上に積み上げられている最上段のバスケット２１ａ・２１ａ・・・とを連結するフック部材であり、当該固定フック２３・２３・・・により側壁２２・２２・・・の上端部がバスケット２１ａ・２１ａ・・・に固定されている。
【００２９】
また、各固定ブロック２４・２４・・・は、各側壁２２・２２・・・の下端部と基台２１ｂとを連結するブロック状の部材であり、当該固定ブロック２４・２４・・・により側壁２２・２２・・・の下端部が基台２１ｂに固定されている。
本例の場合、各側壁２２・２２・・・の上端部および下端部は、それぞれ複数箇所において、固定フック２３・２３・・・および固定ブロック２４・２４・・・により、それぞれバスケット２１ａ・２１ａ・・・および基台２１ｂに固定されている。
本例の場合、各側壁２２・２２・・・における固定フック２３・２３・・・は、一つの最上段バスケット２１ａに対して二つの割合で配置されており、各側壁２２・２２・・・における固定ブロック２４・２４・・・は、一つの最下段バスケット２１ａに対して一つの割合で配置されている。
【００３０】
バスケット２１ａは、上面が開放された箱部材にて構成されており、その底板２１ｃには上下方向に貫通する複数の開口部２１ｄ・２１ｄ・・・が開口している。これにより、バスケット２１ａの底板２１ｃにおいては、開口部２１ｄ・２１ｄ・・・を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
また、基台２１ｂ上に積み上げられている最上段のバスケット２１ａの上面には、天板２１ｅが載置されている。天板２１ｅは、例えば複数の板状部材を立てた姿勢で（板面が前後左右方向へ向く姿勢）格子状に組んで構成されており、上下方向に貫通する開口部を有している。これにより、天板２１ｅにおいては、前記開口部を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
【００３１】
基台２１ｂには、上下方向に貫通する複数の開口部２１ｆ・２１ｆ・・・が形成されている。開口部２１ｆ・２１ｆ・・・は、少なくともバスケット２１ａ・２１ａ・・・が載置されている部分の全体にわたって形成されている。
これにより、基台２１ｂにおいては、開口部２１ｆ・２１ｆ・・・を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
【００３２】
このように構成される熱処理治具２を、加熱室１ｂ内に搬入して、ワークＷに対して加熱処理を施す場合、加熱室１ｂ内および熱処理治具２内における加熱室１ｂ内の雰囲気の流れは、以下のようになる。
【００３３】
つまり、図２に示すように、ファン１４によりワーク搬送方向と直交する方向の外側方へ送風された雰囲気は、熱処理治具２の両側方に位置するヒーター１３に沿って下方へ移動し、さらに熱処理治具２側へ流れる。
この場合、加熱室１ｂ内の上部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の上方を通過し、加熱室１ｂ内の上下中間部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の側面に達し、加熱室１ｂ内の下部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の下方へ回り込む。
【００３４】
加熱室１ｂ内の上部において熱処理治具２の上方を通過した雰囲気は再度ファン１４側へ戻る。
また、加熱室１ｂ内の上下中間部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２における治具本体２１の側面に達するが、治具本体２１の側面は側壁２２・２２・・・に覆われており、上下のバスケット２１ａ・２１ａ間の隙間Ｇが外周側に対して閉塞しているため、熱処理治具２の側面に達した雰囲気が熱処理治具２内に流入することはできない。
さらに、加熱室１ｂ内の下部において熱処理治具２の下方へ回り込んだ雰囲気は上昇して、熱処理治具２の下端部に位置する基台２１ｂの前記開口部から熱処理治具２内部へ流入する。
【００３５】
このように、熱処理治具２の下端部から内部へ流入した雰囲気により、熱処理治具２内に載置されたワークＷの浸窒処理が行われる。
つまり、熱処理治具２内部に流入した雰囲気によりワークＷの表面から内部へ向かって窒素が拡散していく。
【００３６】
ここで、高温に加熱された加熱室１ｂ内に供給されたアンモニアガスには熱分解反応が生じるが、ファン１４により送風された雰囲気については加熱室１ｂ内の上部から下方へ移動する過程においても熱分解反応が進行する。
従って、加熱室１ｂ内の上部の雰囲気よりも下部の雰囲気の方が、熱分解反応が進んだ状態となっており、加熱室１ｂ内の上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向にある。
特にヒーター１３の近傍に沿って下降する雰囲気については、ヒーター１３が雰囲気以上に高温に加熱されているため熱分解反応の進行が激しく、上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向が顕著である。
【００３７】
従って、加熱室１ｂ内の雰囲気が、熱処理治具２の側面における上部から下部にわたって全体的に熱処理治具２内部へ流入可能であった場合は、ファン１４の送風により加熱室１ｂ内の上部からヒーター１３に沿って下方へ移動する雰囲気が、その移動途中に熱処理治具２の側面から内部へ流入して、熱処理治具２内に載置されているワークＷの表面から窒素が拡散していくことになるが、上部の雰囲気におけるアンモニア濃度よりも下部の雰囲気におけるアンモニア濃度の方が低いため、熱処理治具２内の上部に配置されているワークＷと下部に配置されているワークＷとでは、硬化深さや表面硬度がばらつくことになる。
【００３８】
一方、本実施形態における熱処理治具２においては、治具本体２１の側面外周を側壁面となる側壁２２・２２・・・にて覆い、雰囲気が治具本体２１における側面の上下途中部から内部へ流入することを防止するとともに、治具本体２１の下面からのみ流入するようにしている。
このように、本実施形態における熱処理治具２内部には、加熱室１ｂ内の下部に存在している雰囲気、すなわち加熱室１ｂ内の上部から下方へ移動する過程でアンモニアガスの熱分解反応が進行した雰囲気のみが流入するため、熱処理治具２内に載置されている各ワークＷは同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されることになり、浸窒反応が均一に進行することとなる。
これにより、各ワークＷに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
【００３９】
また、浸窒処理を終えたワークＷに対しては、前述のように、ワークＷを収納した熱処理治具２を油槽１ｃに上方から浸漬して、冷却油によりワークを冷却することで焼入れが行われるが、この場合の熱処理治具２内における冷却油の流れは以下のようになる。
【００４０】
つまり、図６に示すように、熱処理治具２を油槽１ｃに貯溜された冷却油内に浸漬すると、冷却油は熱処理治具２の下方から基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・を通じて熱処理治具２内に浸入する。
この場合、本実施形態の熱処理治具２（治具本体２１）の側面外周は側壁２２・２２・・・により覆われているため、冷却油は積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇを通じて熱処理治具２内に浸入することができず、熱処理治具２の下面部に位置する基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみを通じて熱処理治具２内に浸入することとなる。
【００４１】
従って、熱処理治具２内においては、冷却油は下方から上方へ向かって、即ちバスケット２１ａ・２１ａ・・・内に収納されるワークＷの軸方向に沿って、流れが乱れることなく直線的に流通する。
これにより、図７に示すように、冷却油はワークＷの周囲を軸方向に沿って均一に流れ、ワークＷの外周面は均等に冷却されて、均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークＷに曲がりなどの形状不良が発生することもない。
【００４２】
一方、図８に示すように、熱処理治具２において、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けない状態で、熱処理治具２を冷却油内に浸漬した場合は、冷却油は、基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみならず、積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇからも熱処理治具２内に流入するとともに、熱処理治具２内に流入した冷却油が前記隙間Ｇを通じて熱処理治具２の外部に流出することとなり、熱処理治具２内における冷却油の流れには乱流が発生し、冷却油は必ずしもワークＷの軸方向に沿って流れるものとはならない。
【００４３】
また、図９に示すように、熱処理治具２において、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設け、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した状態で、熱処理治具２を冷却油内に浸漬した場合、側壁２２・２２・・・の下端部は治具本体２１に固定されていないため、熱処理治具２の下方から上方へ向かう冷却油の流れにより、側壁２２・２２・・・の下端部が上端部を中心にして外側へ開く。
従って、側壁２２・２２・・・の下部が治具本体２１の側面から離れて、積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇが、外部に対して開放されることとなり、冷却油は、基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみならず、前記隙間Ｇからも熱処理治具２内に流入するため、熱処理治具２内における冷却油の流れに乱流が発生して、冷却油は必ずしもワークＷの軸方向に沿って流れるものとはならない。
【００４４】
このように、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けなかった場合や、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けて、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した場合には、熱処理治具２内の冷却油の流れに乱流が発生して、図１０に示すように、ワークＷの外周面に対する冷却油の流れが一側からに偏った流れとなり、冷却油によるワークＷの外周面の冷却が不均一になる（ワークＷの外周面における、ワークＷに対する冷却油の流れが強い部分が、ワークＷに対する冷却油の流れが弱い部分よりも、より良く冷却される）。
これにより、ワークＷの外周面における、ワークＷに対する冷却油の流れが強い部分が、ワークＷに対する冷却油の流れが弱い部分よりも先に冷却されることとなる。つまり、ワークＷの冷却油による冷却タイミングがワークＷの部位によって異なり、ワークＷの外周面の部位によってマルテンサイトへ変態するタイミングに差が生じてしまうため、ワークＷに曲がりなどの形状不良が生じてしまう。
【００４５】
これに対し、本実施形態の熱処理治具２においては、治具本体２１の側面外周を側壁２２・２２・・・にて覆い、側壁２２・２２・・・の上端部及び下端部の両方を治具本体２１に対して固定しているので、熱処理治具２を油槽１ｃの冷却油内に浸漬した場合でも、冷却油の熱処理治具２に対する流れにより側壁２２・２２・・・が治具本体２の側面から開くことがない。従って、バスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇが側壁２２・２２・・・により閉塞された状態を保持することができ、熱処理治具２内における冷却油の流れが下方から上方へ向かう整流に維持されるので、ワークＷの外周面に均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークＷに曲がりなどの形状不良が発生することを確実に防止できる。
【００４６】
また、前記側壁２２・２２・・・を構成する素材としては、モリブデンやタングステンなどの低熱膨張金属を用いることが好ましい。
鉄や鉄合金といった鉄系の素材を用いて側壁２２・２２・・・を構成した場合、側壁２２・２２・・・の熱膨張率が大きくなるため、熱処理治具２が加熱および冷却を繰り返しされることにより、側壁２２・２２・・・に歪みやうねりが生じ易くなり、その歪みやうねりが大きくなる。
このように側壁２２・２２・・・に歪みやうねりが生じると、ワークＷに浸窒処理を施した後に、熱処理治具２を前記油槽１ｃ内の冷却油にワークＷを浸漬した際に、熱処理治具２内に流入する冷却油の流れが乱れて乱流となる。
【００４７】
これにより、各ワークＷの部位による冷却度合いにばらつきが生じて、焼入れ後のワークＷに歪みや変形が発生することとなる。
これに対して、側壁２２・２２・・・を前述のように低熱膨張金属にて構成すると、加熱および冷却を繰り返し行っても側壁２２・２２・・・には歪みやうねりがあまり発生しないので、焼入れ時における冷却油の流れに乱れが生じにくく、焼入れ後のワークＷに発生する歪みを減少させることができる。
また、側壁２２・２２・・・に生じる歪みやうねりが小さいため、長期間使用しても焼入れ後のワークＷに大きな歪みを発生させることがないので、側壁２２・２２・・・の寿命を伸ばすことができる。
【００４８】
また、本実施形態の側壁２２・２２・・・は、一枚の側壁２２により、治具本体２１における対応する一側面の全体を覆うように構成しているが、これにより、治具本体２１の側面の開口部（上下のバスケット２１ａ・２１ａ間の隙間Ｇ）を確実に閉塞することが可能となっている。
治具本体２１の側面外周を側壁２２・２２・・・にて覆う方法としては、治具本体２１の各側面を複数枚の側壁２２・２２・・・で覆うように構成することが考えられるが、このように構成した場合、側壁２２と側壁２２との境界部には必ず隙間が生じてしまうため、熱処理治具２を油槽１ｃの冷却油内に浸漬して焼入れを行う際に、冷却油が側壁２２と側壁２２との隙間を流通することが可能となり、熱処理治具２内に浸入する冷却油の流れに乱れが生じて、ワークＷの均一な冷却が阻害されてしまう。
従って、側壁２２・２２・・・は、本実施形態の側壁２２・２２・・・のように、一枚の側壁２２により、治具本体２１における対応する一側面の全体を覆うように構成することが好ましい。
【００４９】
次に、本実施形態の熱処理治具２を用いて、熱処理炉１によりワークＷに浸窒焼入れ処理を行った場合のワークＷに生じた変形と、図９に示したように、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２を用いて、熱処理炉１によりワークＷに浸窒焼入れ処理を行った場合のワークＷに生じた変形との比較結果を示す。なお、ワークＷとしては、鉄鋼素材からなり、径が１０ｍｍ、長さが１００ｍｍの丸棒を用いた。また、ワークＷの変形は、浸窒処理前のワークＷの軸心に対する浸窒処理後のワークＷの軸心の振れ量にて表す。
【００５０】
複数のワークＷについて浸窒処理前後の軸心の振れ量を測定した結果、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２の場合は２５μｍ±４０μｍ（平均値±３σ）であり、本実施形態の側壁２２・２２・・・の上端部および下端部を治具本体２１に固定した熱処理治具２の場合は１６μｍ±３０μｍ（平均値±３σ）である。
このように、側壁２２・２２・・・の上端部および下端部を治具本体２１に固定した熱処理治具２のほうが、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２に比べて、ワークＷの変形抑制に効果があることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ 隙間
Ｗ ワーク
１ 熱処理炉
１ａ 前室
１ｂ 加熱室
１ｃ 油槽
２ 熱処理治具
２１ 治具本体
２１ａ バスケット
２１ｂ 基台
２２ 側壁
２３ 固定フック
２４ 固定ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具、および前記熱処理治具を備えた熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄や鉄合金などの鉄鋼材料にて構成されるワークの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れ処理を施して、ワークの表面に硬化層を形成した浸窒焼入れ品を得るといったように、ワークに対する熱処理である浸窒焼入れ処理が行われている。
【０００３】
具体的には、前記ワークを熱処理炉内に投入し、該熱処理炉によりワークを焼入れ可能温度（ワークをオーステナイト組織にする温度）にまで加熱するとともに、前記熱処理炉内にアンモニアガスまたはアンモニアガスと窒素ガスとを供給する。
前記ガスが供給された熱処理炉内に前記ワークを投入することで、ワークの表面から窒素が拡散することとなる。
そして、ワークの表面から窒素を拡散させた後に、ワークを冷媒となる冷却油が貯溜される油槽に浸漬することにより急冷して焼入れを行うことで、表面の硬度が高く内部の硬度が低い浸窒焼入れ品が得られる。
【０００４】
一般的に、浸窒焼入れ処理を行う場合は、多数のワークを熱処理治具に収納した状態で熱処理炉内に搬入して処理が行われるが、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきが大きいと、得られた浸窒焼入れ品毎の表面硬度や硬化深さのばらつきが大きくなり、一定品質の製品を得ることが困難となってしまう。
【０００５】
従って、特許文献１に記載されるように、熱処理炉内におけるアンモニア濃度のばらつきを抑えるために、多数のワークを収納した状態で熱処理炉内に搬入される熱処理治具の側面外周を板状部材により覆うことが行われている。
このように熱処理治具の側面外周を板状部材により覆うことで、熱処理炉内の雰囲気が熱処理治具の側面から熱処理治具内に流入することを阻止し、前記雰囲気が熱処理治具の下方からのみ熱処理治具内に流入するように構成しているので、熱処理治具内に載置されているワークは、同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されて、浸窒反応が均一に進行することとなる。
これにより、各ワークに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、熱処理治具の側面外周を板状部材にて覆う場合は、例えば板状部材を熱処理治具側面の上端から吊り下げるように設置していた。つまり、板状部材は、その上端部のみが熱処理治具に固定され、その下部は熱処理治具に何ら固定されていなかった。
浸窒処理を終えたワークに焼入れを行う場合は、ワークを収納した熱処理治具を油槽に上方から浸漬することによりワークを冷却するが、熱処理治具を油槽に浸漬する際には、油槽の冷却油が熱処理治具の下面から熱処理治具内に流入し、熱処理治具内を下方から上方へ向かって流れる。
【０００８】
しかし、熱処理治具の側面外周を覆っている板状部材は、熱処理治具に上端部が固定されているだけであるので、熱処理治具を油槽に浸漬する際に、前記板状部材の下部が冷却油の流れにより熱処理治具から浮き上がって、熱処理治具の側面外周から離れるため、冷却油は熱処理治具の下端部からのみならず、側面からも熱処理治具内に流入することとなり、熱処理治具内を流れる冷却油に乱流が発生してしまう。
このように、熱処理治具内を流れる冷却油に乱流が発生すると、冷却油によるワークの冷却が部位ごとで不均一に行われることとなり、ワークに曲がりなどの変形不良が生じる原因となってしまう。
そこで、本発明においては、浸窒焼入れ処理において、浸窒処理および焼入れをワーク表面に均一に施して、ワークへの変形不良の発生を防止することができる熱処理治具および熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する熱処理治具および熱処理装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具であって、前記ワークが載置される治具本体と、前記治具本体の側面外周を覆う側壁とを有し、前記側壁は、その上部および下部が前記治具本体に対して固定されている。
【００１０】
また、請求項２記載の如く、前記治具本体は、前記ワークが収納される容器と、前記容器が載置固定される基台とを備え、前記側壁の上部が、前記容器に固定されている。
【００１１】
また、請求項３記載の如く、請求項１または請求項２に記載の熱処理治具を備え、前記熱処理治具に載置されたワークに対して熱処理を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワーク表面に対して均一な浸窒処理が行われるとともに、ワークの外周面が冷却油により均等に冷却されて、均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークに曲がりなどの形状不良が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る熱処理装置を示す側面断面図である。
【図２】同じく熱処理装置の熱処理炉における加熱室を示す正面断面図である。
【図３】同じく熱処理装置の熱処理治具を示す斜視図である。
【図４】同じく熱処理治具を示す一部側面断面図である。
【図５】同じく熱処理治具を示す平面図である。
【図６】同じく熱処理治具を油槽に浸漬したときの、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図７】同じく熱処理治具を油槽に浸漬したときの、ワークに対する冷却油の流れ方向を示す側面図である。
【図８】熱処理治具に、熱処理治具の側面外周を覆う側壁を設けなかった場合の、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図９】熱処理治具に設けた、熱処理治具の側面外周を覆う側壁の上端部のみが熱処理治具に固定されている場合の、熱処理治具内における冷却油の流れを示す側面断面図である。
【図１０】熱処理治具に、熱処理治具の側面外周を覆う側壁を設けなかった場合、および熱処理治具に設けた、熱処理治具の側面外周を覆う側壁の上端部のみが熱処理治具に固定されている場合の、ワークに対する冷却油の流れ方向を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
【００１５】
図１に示す熱処理装置は、熱処理炉１と、鉄または鉄合金にて構成されるワークＷが多数載置された熱処理治具２とを備えており、ワークＷを載置した状態の熱処理治具２を熱処理炉１内に搬入して熱処理を行うことで、ワークＷの表面に窒素を浸透拡散させるとともに焼入れを施す浸窒焼入れ処理を行うためのものである。
【００１６】
また、前記熱処理装置には搬送レール３が備えられており、熱処理治具２を熱処理炉１内へ搬入する際には、熱処理治具２を搬送レール３に沿って移動するように構成している。
【００１７】
熱処理炉１は、前室１ａと、前室１ａに連続して配置される加熱室１ｂと、前室１ａの下方に配置される焼入れ油槽１ｃとを備えている。
【００１８】
前室１ａと外部との間には第一開閉扉１５ａが設けられ、前室１ａと加熱室１ｂとの間には第二開閉扉１５ｂが設けられている。
また、加熱室１ｂ内には加熱室１ｂ内を加熱するための加熱具であるヒーター１３と、加熱室１ｂ内の雰囲気を攪拌するためのファン１４と、加熱室１ｂ内にアンモニアガスなどのガスを供給するためのガス供給管１２とが設けられている。
【００１９】
加熱室１ｂ内に設けられるヒーター１３は、例えば加熱室１ｂ内のワーク搬送方向と直交する方向における両側面部に配置されている。
ガス供給管１２は加熱室１ｂの天井面におけるファン１４の近傍位置から下方へ向けてアンモニアガスなどのガスを供給するように配置されている。
また、前記ファン１４は加熱室１ｂの天井面近傍に配置されており、上方または下方から供給される雰囲気を側方へ送風するように構成されている。
焼入れ油槽１ｃ内には、焼入れ時にワークＷを急冷するための冷媒である冷却油が貯溜されている。
【００２０】
このように構成される熱処理炉１を用いてワークＷの浸窒焼入れ処理が行われるが、浸窒焼入れ処理を行う際には、まず熱処理治具２に複数のワークＷを載置し、ワークＷが載置された熱処理治具２を搬送レール３に沿って移動させて前室１ａ内に搬送する。
前室１ａに熱処理治具２を搬送した後、第一開閉扉１５ａおよび第二開閉扉１５ｂを閉じて前室１ａ内を真空引きし、その後前室１ａ内に窒素ガスを充填する。
【００２１】
次に、第二開閉扉１５ｂを開いて、ワークＷが載置された熱処理治具２を搬送レール３に沿って前室１ａから搬送口１ｄを通じて加熱室１ｂ内に搬送する。
加熱室１ｂ内に熱処理治具２が搬送された後、ヒーター１３により加熱室１ｂ内の雰囲気を加熱することによりワークＷの加熱を行う。この場合、ファン１４により加熱室１ｂ内の雰囲気を攪拌することで、加熱室１ｂ内における各箇所の温度、雰囲気を一定にしている。
ヒーター１３によりワークＷを加熱した後、その加熱状態を維持しながら、ガス供給管１２から加熱室１ｂ内に所定流量のアンモニアガス（またはアンモニアガスおよび窒素ガス）を供給する。
【００２２】
つまり、加熱室１ｂでのワークＷへの浸窒処理は、アンモニアガス（またはアンモニアガスおよび窒素ガス）の雰囲気下で行われる。
また、加熱室１ｂにてワークＷへ浸窒処理を行うときには加熱室１ｂ内の雰囲気をヒーター１３により所定の温度に加熱するが、前記ヒーター１３による加熱は、加熱室１ｂ内の温度が所定の時間だけ所定の温度に維持されるように、熱処理炉１に接続される制御装置４により制御される。
【００２３】
なお、ワークＷに対する浸窒処理を行うときには、加熱室１ｂのヒーター１３による加熱は、例えばワークＷの温度が８００℃程度以上、特に８００℃程度から８５０℃程度までの範囲の温度となるように行われる。
また、制御装置４は、前記ファン１４の運転や熱処理炉１内におけるワークＷの搬送や、第一開閉扉１５ａおよび第二開閉扉１５ｂの開閉や、加熱室１ｂ内へのアンモニアガスの供給などの制御も行う。
【００２４】
加熱室１ｂでのワークＷの加熱が完了すると、第二開閉扉１５ｂを開いてワークＷが載置された熱処理治具２を焼入れ油槽１ｃへ搬送し、該焼入れ油槽１ｃ内の冷却油に熱処理治具２内に収納されたワークＷを浸漬して急冷する。
これにより、ワークＷにおけるオーステナイト組織がマルテンサイト化されて、ワークＷの焼入れが行われることとなり、浸窒焼入れ品が得られる。
【００２５】
図２〜図５に示すように、熱処理治具２は、ワークＷを収納するための治具本体２１と、治具本体２１の側面外周を覆う側壁２２・２２・・・とを有している。治具本体２１は、ワークＷが収納される容器である複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・と、前記バスケット２１ａが載置固定される基台２１ｂとを備えている。
バスケット２１ａは、複数のワークＷ・Ｗ・・・が収納される箱状部材である。ワークＷとしては、例えば鉄や鉄合金などの鉄鋼材料を丸棒状に形成した部材が用いられている。各ワークＷ・Ｗ・・・は、その軸心方向を上下方向に向けた姿勢で、即ち立設姿勢でバスケット２１ａ内に載置されている。
【００２６】
基台２１ｂ上には複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・が行列状に並設されており、各行列位置のバスケット２１ａ・２１ａ・・・は、基台２１ｂ上において複数段に積み上げられている（本例においては、一段につき２行３列に配列されたものが４段に積層されている）。基台２１ｂ上に載置される複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・は、全体的に直方体状に積み上げられている。
また、上下に隣接するバスケット２１ａ・２１ａ間には、隙間Ｇが存在している。
【００２７】
各側壁２２・２２・・・は板状部材にて構成されており、直方体状に積み上げられた複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・の各側面と略同じ面積および形状に形成されている。即ち、複数のバスケット２１ａ・２１ａ・・・の各側面は、それぞれ対応した一枚の側壁２２によりその全面が覆われている。
これにより、治具本体２１の側面外周が全体的に側壁２２・２２・・・により覆われることとなり、また上下に隣接するバスケット２１ａ・２１ａ間に存在する隙間Ｇが閉塞されている。
【００２８】
各側壁２２・２２・・・は、その上端部および下端部が、それぞれ固定フック２３・２３・・・および固定ブロック２４・２４・・・により、治具本体２１に固定されている。
各固定フック２３・２３・・・は、各側壁２２・２２・・・の上端部と、基台２１ｂ上に積み上げられている最上段のバスケット２１ａ・２１ａ・・・とを連結するフック部材であり、当該固定フック２３・２３・・・により側壁２２・２２・・・の上端部がバスケット２１ａ・２１ａ・・・に固定されている。
【００２９】
また、各固定ブロック２４・２４・・・は、各側壁２２・２２・・・の下端部と基台２１ｂとを連結するブロック状の部材であり、当該固定ブロック２４・２４・・・により側壁２２・２２・・・の下端部が基台２１ｂに固定されている。
本例の場合、各側壁２２・２２・・・の上端部および下端部は、それぞれ複数箇所において、固定フック２３・２３・・・および固定ブロック２４・２４・・・により、それぞれバスケット２１ａ・２１ａ・・・および基台２１ｂに固定されている。
本例の場合、各側壁２２・２２・・・における固定フック２３・２３・・・は、一つの最上段バスケット２１ａに対して二つの割合で配置されており、各側壁２２・２２・・・における固定ブロック２４・２４・・・は、一つの最下段バスケット２１ａに対して一つの割合で配置されている。
【００３０】
バスケット２１ａは、上面が開放された箱部材にて構成されており、その底板２１ｃには上下方向に貫通する複数の開口部２１ｄ・２１ｄ・・・が開口している。これにより、バスケット２１ａの底板２１ｃにおいては、開口部２１ｄ・２１ｄ・・・を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
また、基台２１ｂ上に積み上げられている最上段のバスケット２１ａの上面には、天板２１ｅが載置されている。天板２１ｅは、例えば複数の板状部材を立てた姿勢で（板面が前後左右方向へ向く姿勢）格子状に組んで構成されており、上下方向に貫通する開口部を有している。これにより、天板２１ｅにおいては、前記開口部を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
【００３１】
基台２１ｂには、上下方向に貫通する複数の開口部２１ｆ・２１ｆ・・・が形成されている。開口部２１ｆ・２１ｆ・・・は、少なくともバスケット２１ａ・２１ａ・・・が載置されている部分の全体にわたって形成されている。
これにより、基台２１ｂにおいては、開口部２１ｆ・２１ｆ・・・を通じて気体および液体が上下方向に通過可能となっている。
【００３２】
このように構成される熱処理治具２を、加熱室１ｂ内に搬入して、ワークＷに対して加熱処理を施す場合、加熱室１ｂ内および熱処理治具２内における加熱室１ｂ内の雰囲気の流れは、以下のようになる。
【００３３】
つまり、図２に示すように、ファン１４によりワーク搬送方向と直交する方向の外側方へ送風された雰囲気は、熱処理治具２の両側方に位置するヒーター１３に沿って下方へ移動し、さらに熱処理治具２側へ流れる。
この場合、加熱室１ｂ内の上部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の上方を通過し、加熱室１ｂ内の上下中間部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の側面に達し、加熱室１ｂ内の下部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２の下方へ回り込む。
【００３４】
加熱室１ｂ内の上部において熱処理治具２の上方を通過した雰囲気は再度ファン１４側へ戻る。
また、加熱室１ｂ内の上下中間部で熱処理治具２側へ流れた雰囲気は熱処理治具２における治具本体２１の側面に達するが、治具本体２１の側面は側壁２２・２２・・・に覆われており、上下のバスケット２１ａ・２１ａ間の隙間Ｇが外周側に対して閉塞しているため、熱処理治具２の側面に達した雰囲気が熱処理治具２内に流入することはできない。
さらに、加熱室１ｂ内の下部において熱処理治具２の下方へ回り込んだ雰囲気は上昇して、熱処理治具２の下端部に位置する基台２１ｂの前記開口部から熱処理治具２内部へ流入する。
【００３５】
このように、熱処理治具２の下端部から内部へ流入した雰囲気により、熱処理治具２内に載置されたワークＷの浸窒処理が行われる。
つまり、熱処理治具２内部に流入した雰囲気によりワークＷの表面から内部へ向かって窒素が拡散していく。
【００３６】
ここで、高温に加熱された加熱室１ｂ内に供給されたアンモニアガスには熱分解反応が生じるが、ファン１４により送風された雰囲気については加熱室１ｂ内の上部から下方へ移動する過程においても熱分解反応が進行する。
従って、加熱室１ｂ内の上部の雰囲気よりも下部の雰囲気の方が、熱分解反応が進んだ状態となっており、加熱室１ｂ内の上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向にある。
特にヒーター１３の近傍に沿って下降する雰囲気については、ヒーター１３が雰囲気以上に高温に加熱されているため熱分解反応の進行が激しく、上部のアンモニア濃度よりも下部のアンモニア濃度の方が低くなる傾向が顕著である。
【００３７】
従って、加熱室１ｂ内の雰囲気が、熱処理治具２の側面における上部から下部にわたって全体的に熱処理治具２内部へ流入可能であった場合は、ファン１４の送風により加熱室１ｂ内の上部からヒーター１３に沿って下方へ移動する雰囲気が、その移動途中に熱処理治具２の側面から内部へ流入して、熱処理治具２内に載置されているワークＷの表面から窒素が拡散していくことになるが、上部の雰囲気におけるアンモニア濃度よりも下部の雰囲気におけるアンモニア濃度の方が低いため、熱処理治具２内の上部に配置されているワークＷと下部に配置されているワークＷとでは、硬化深さや表面硬度がばらつくことになる。
【００３８】
一方、本実施形態における熱処理治具２においては、治具本体２１の側面外周を側壁面となる側壁２２・２２・・・にて覆い、雰囲気が治具本体２１における側面の上下途中部から内部へ流入することを防止するとともに、治具本体２１の下面からのみ流入するようにしている。
このように、本実施形態における熱処理治具２内部には、加熱室１ｂ内の下部に存在している雰囲気、すなわち加熱室１ｂ内の上部から下方へ移動する過程でアンモニアガスの熱分解反応が進行した雰囲気のみが流入するため、熱処理治具２内に載置されている各ワークＷは同じアンモニア濃度の雰囲気に晒されることになり、浸窒反応が均一に進行することとなる。
これにより、各ワークＷに浸窒焼入れ処理を施すことにより得られた浸窒焼入れ品の表面硬度や硬化深さのばらつきを抑えることができ、一定品質の製品を得ることが可能となる。
【００３９】
また、浸窒処理を終えたワークＷに対しては、前述のように、ワークＷを収納した熱処理治具２を油槽１ｃに上方から浸漬して、冷却油によりワークを冷却することで焼入れが行われるが、この場合の熱処理治具２内における冷却油の流れは以下のようになる。
【００４０】
つまり、図６に示すように、熱処理治具２を油槽１ｃに貯溜された冷却油内に浸漬すると、冷却油は熱処理治具２の下方から基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・を通じて熱処理治具２内に浸入する。
この場合、本実施形態の熱処理治具２（治具本体２１）の側面外周は側壁２２・２２・・・により覆われているため、冷却油は積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇを通じて熱処理治具２内に浸入することができず、熱処理治具２の下面部に位置する基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみを通じて熱処理治具２内に浸入することとなる。
【００４１】
従って、熱処理治具２内においては、冷却油は下方から上方へ向かって、即ちバスケット２１ａ・２１ａ・・・内に収納されるワークＷの軸方向に沿って、流れが乱れることなく直線的に流通する。
これにより、図７に示すように、冷却油はワークＷの周囲を軸方向に沿って均一に流れ、ワークＷの外周面は均等に冷却されて、均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークＷに曲がりなどの形状不良が発生することもない。
【００４２】
一方、図８に示すように、熱処理治具２において、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けない状態で、熱処理治具２を冷却油内に浸漬した場合は、冷却油は、基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみならず、積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇからも熱処理治具２内に流入するとともに、熱処理治具２内に流入した冷却油が前記隙間Ｇを通じて熱処理治具２の外部に流出することとなり、熱処理治具２内における冷却油の流れには乱流が発生し、冷却油は必ずしもワークＷの軸方向に沿って流れるものとはならない。
【００４３】
また、図９に示すように、熱処理治具２において、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設け、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した状態で、熱処理治具２を冷却油内に浸漬した場合、側壁２２・２２・・・の下端部は治具本体２１に固定されていないため、熱処理治具２の下方から上方へ向かう冷却油の流れにより、側壁２２・２２・・・の下端部が上端部を中心にして外側へ開く。
従って、側壁２２・２２・・・の下部が治具本体２１の側面から離れて、積み上げられたバスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇが、外部に対して開放されることとなり、冷却油は、基台２１ｂの開口部２１ｆ・２１ｆ・・・のみならず、前記隙間Ｇからも熱処理治具２内に流入するため、熱処理治具２内における冷却油の流れに乱流が発生して、冷却油は必ずしもワークＷの軸方向に沿って流れるものとはならない。
【００４４】
このように、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けなかった場合や、治具本体２１の側面外周に側壁２２・２２・・・を設けて、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した場合には、熱処理治具２内の冷却油の流れに乱流が発生して、図１０に示すように、ワークＷの外周面に対する冷却油の流れが一側からに偏った流れとなり、冷却油によるワークＷの外周面の冷却が不均一になる（ワークＷの外周面における、ワークＷに対する冷却油の流れが強い部分が、ワークＷに対する冷却油の流れが弱い部分よりも、より良く冷却される）。
これにより、ワークＷの外周面における、ワークＷに対する冷却油の流れが強い部分が、ワークＷに対する冷却油の流れが弱い部分よりも先に冷却されることとなる。つまり、ワークＷの冷却油による冷却タイミングがワークＷの部位によって異なり、ワークＷの外周面の部位によってマルテンサイトへ変態するタイミングに差が生じてしまうため、ワークＷに曲がりなどの形状不良が生じてしまう。
【００４５】
これに対し、本実施形態の熱処理治具２においては、治具本体２１の側面外周を側壁２２・２２・・・にて覆い、側壁２２・２２・・・の上端部及び下端部の両方を治具本体２１に対して固定しているので、熱処理治具２を油槽１ｃの冷却油内に浸漬した場合でも、冷却油の熱処理治具２に対する流れにより側壁２２・２２・・・が治具本体２の側面から開くことがない。従って、バスケット２１ａ・２１ａ・・・の側面に開口する隙間Ｇが側壁２２・２２・・・により閉塞された状態を保持することができ、熱処理治具２内における冷却油の流れが下方から上方へ向かう整流に維持されるので、ワークＷの外周面に均一に焼入れが施されることとなり、焼入れ後のワークＷに曲がりなどの形状不良が発生することを確実に防止できる。
【００４６】
また、前記側壁２２・２２・・・を構成する素材としては、モリブデンやタングステンなどの低熱膨張金属を用いることが好ましい。
鉄や鉄合金といった鉄系の素材を用いて側壁２２・２２・・・を構成した場合、側壁２２・２２・・・の熱膨張率が大きくなるため、熱処理治具２が加熱および冷却を繰り返しされることにより、側壁２２・２２・・・に歪みやうねりが生じ易くなり、その歪みやうねりが大きくなる。
このように側壁２２・２２・・・に歪みやうねりが生じると、ワークＷに浸窒処理を施した後に、熱処理治具２を前記油槽１ｃ内の冷却油にワークＷを浸漬した際に、熱処理治具２内に流入する冷却油の流れが乱れて乱流となる。
【００４７】
これにより、各ワークＷの部位による冷却度合いにばらつきが生じて、焼入れ後のワークＷに歪みや変形が発生することとなる。
これに対して、側壁２２・２２・・・を前述のように低熱膨張金属にて構成すると、加熱および冷却を繰り返し行っても側壁２２・２２・・・には歪みやうねりがあまり発生しないので、焼入れ時における冷却油の流れに乱れが生じにくく、焼入れ後のワークＷに発生する歪みを減少させることができる。
また、側壁２２・２２・・・に生じる歪みやうねりが小さいため、長期間使用しても焼入れ後のワークＷに大きな歪みを発生させることがないので、側壁２２・２２・・・の寿命を伸ばすことができる。
【００４８】
また、本実施形態の側壁２２・２２・・・は、一枚の側壁２２により、治具本体２１における対応する一側面の全体を覆うように構成しているが、これにより、治具本体２１の側面の開口部（上下のバスケット２１ａ・２１ａ間の隙間Ｇ）を確実に閉塞することが可能となっている。
治具本体２１の側面外周を側壁２２・２２・・・にて覆う方法としては、治具本体２１の各側面を複数枚の側壁２２・２２・・・で覆うように構成することが考えられるが、このように構成した場合、側壁２２と側壁２２との境界部には必ず隙間が生じてしまうため、熱処理治具２を油槽１ｃの冷却油内に浸漬して焼入れを行う際に、冷却油が側壁２２と側壁２２との隙間を流通することが可能となり、熱処理治具２内に浸入する冷却油の流れに乱れが生じて、ワークＷの均一な冷却が阻害されてしまう。
従って、側壁２２・２２・・・は、本実施形態の側壁２２・２２・・・のように、一枚の側壁２２により、治具本体２１における対応する一側面の全体を覆うように構成することが好ましい。
【００４９】
次に、本実施形態の熱処理治具２を用いて、熱処理炉１によりワークＷに浸窒焼入れ処理を行った場合のワークＷに生じた変形と、図９に示したように、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２を用いて、熱処理炉１によりワークＷに浸窒焼入れ処理を行った場合のワークＷに生じた変形との比較結果を示す。なお、ワークＷとしては、鉄鋼素材からなり、径が１０ｍｍ、長さが１００ｍｍの丸棒を用いた。また、ワークＷの変形は、浸窒処理前のワークＷの軸心に対する浸窒処理後のワークＷの軸心の振れ量にて表す。
【００５０】
複数のワークＷについて浸窒処理前後の軸心の振れ量を測定した結果、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２の場合は２５μｍ±４０μｍ（平均値±３σ）であり、本実施形態の側壁２２・２２・・・の上端部および下端部を治具本体２１に固定した熱処理治具２の場合は１６μｍ±３０μｍ（平均値±３σ）である。
このように、側壁２２・２２・・・の上端部および下端部を治具本体２１に固定した熱処理治具２のほうが、側壁２２・２２・・・の上端部のみを治具本体２１に固定した熱処理治具２に比べて、ワークＷの変形抑制に効果があることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｇ 隙間
Ｗ ワーク
１ 熱処理炉
１ａ 前室
１ｂ 加熱室
１ｃ 油槽
２ 熱処理治具
２１ 治具本体
２１ａ バスケット
２１ｂ 基台
２２ 側壁
２３ 固定フック
２４ 固定ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具であって、
前記ワークが載置される治具本体と、前記治具本体の側面外周を覆う側壁とを有し、
前記側壁は、その上部および下部が前記治具本体に対して固定されている、
ことを特徴とする熱処理治具。
【請求項２】
前記治具本体は、前記ワークが収納される容器と、前記容器が載置固定される基台とを備え、
前記側壁の上部が、前記容器に固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理治具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理治具を備え、前記熱処理治具に載置されたワークに対して熱処理を行う、
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項１】
複数のワークが載置され、熱処理炉内にて前記ワークの熱処理を行う際および前記ワークを冷媒に浸漬する際に用いられる熱処理治具であって、
前記ワークが載置される治具本体と、前記治具本体の側面外周を覆う側壁とを有し、
前記側壁は、その上部および下部が前記治具本体に対して固定されている、
ことを特徴とする熱処理治具。
【請求項２】
前記治具本体は、前記ワークが収納される容器と、前記容器が載置固定される基台とを備え、
前記側壁の上部が、前記容器に固定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理治具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理治具を備え、前記熱処理治具に載置されたワークに対して熱処理を行う、
ことを特徴とする熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１９０２９（Ｐ２０１３−１９０２９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４０８３（Ｐ２０１１−１５４０８３）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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