(57)【要約】【課題】熱処理に反復して使用しても歪み（変形）が生じにくい熱処理用支持具を提供する。【解決手段】加熱後に油冷される熱処理対象物を保持する熱処理用支持具１は、熱処理用支持具１を構成する部材（例えば、基台２、支柱３、竿４）の少なくとも一部を、部材を構成する基材６を覆う溶射被膜７と、溶射被膜７を覆う撥油性物質からなる撥油性被膜８とで構成する。これにより、冷却過程での熱歪みが抑制され、反復して熱処理に使用しても変形し難くなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱後に油冷される熱処理対象物を保持する熱処理用支持具であって、
前記熱処理用支持具を構成する部材の少なくとも一部は、
該部材を構成する基材を覆う溶射被膜と、
前記溶射被膜を覆う撥油性物質からなる撥油性被膜と、
で構成されることを特徴とする熱処理用支持具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理用支持具、特に、加熱後に油冷される熱処理対象物を保持する熱処理用支持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の機械部品を製造する過程で、素材の材質を調整する目的で、当該素材に対して熱処理が施される。熱処理の一態様として、機械加工途中の熱処理対象物を高温に加熱し、その後、油中に浸漬して急冷する熱処理方法が知られている。熱処理に際して、通常、熱処理対象物は何らかの熱処理用支持具に支持された状態とされ、その状態で、加熱と油中での冷却が行われる。そのために、熱処理用支持具も、熱処理対象物と同じ熱履歴を受ける。
【０００３】
通常、熱処理対象物は１回の熱履歴を経るだけであるが、それを支持する熱処理用支持具は、繰り返して使用されるのが普通であり、その過程で、多数回の熱履歴を経ることとなる。油冷の場合、加熱された熱処理対象物と熱処理用支持具は油槽内で急冷されるが、油槽内において熱処理用支持具の全体を均一に冷却することは、事実上、不可能に近い。実際には、熱処理用支持具の形状や周りの構造物の影響により、場所によって油温度や油流速が異なるため、熱処理用支持具には、局所的に冷却速度のばらつきが生じる。この冷却速度のばらつきが、熱処理用支持具に局所的な歪（熱による膨張収縮の差）を生じさせ、繰り返しの使用によってこの歪が蓄積されると、熱処理用支持具に使用に支障をきたすような大きな変形が生じてくる。
【０００４】
このような変形が生じるのを抑制できるようにした熱処理用支持具が、特許文献１に記載されている。そこでは、熱処理用支持具を構成する部材を、基材と、該基材の表面に形成された撥油性物質からなる撥油性被膜とで構成するようにしている。この熱処理用支持具では、撥油性被膜が存在することで、油冷過程において、熱処理用支持具が急激に温度低下するのが抑制される。熱処理用支持具の温度をゆっくりと下げることで、基材内部の熱を表面に伝える時間を、撥油性被膜を備えないものと比較して、長く確保することが可能となり、結果、油冷の過程で生じがちな基材の部位による温度差を無くすことができ、従来生じていた局所的な変形を抑制できるようになる。
【０００５】
図７は、特許文献１に記載されるような、撥油性被膜を備えた熱処理用支持具と、従来の熱処理用支持具、すなわち撥油性被膜を備えない熱処理用支持具との、浸炭焼入れにおける油冷時の温度履歴の一例を示すグラフである。図７において、点線は撥油性被膜を備えた熱処理用支持具の温度履歴であり、実線は撥油性被膜を備えない熱処理用支持具の温度履歴である。
【０００６】
浸炭焼入れ処理において、熱処理用支持具は高温状態（約８５０℃）から焼入れ油（約１００℃）に投入され、急冷される。その急冷過程で、熱処理用支持具は、図７に示すように、（１）蒸気膜段階、（２）沸騰段階、（３）対流段階の３つの段階を経る。（１）の蒸気膜段階では、熱処理用支持具が高温なために表面で急激な沸騰現象が起こり、蒸気の膜が形成される。この段階では熱処理用支持具と液相の油が接触しないことから、熱処理用支持具の冷却速度は非常に遅い。熱処理用支持具がある程度冷却されると、（２）の沸騰段階となり、熱処理用支持具と液相の油が接触し、さらに沸騰による油の流速増加により、熱処理用支持具は急激に冷却される。沸騰が始まると、（３）の対流段階となり、熱処理用支持具は再びゆっくりと冷やされる。
【０００７】
ここで、（１）〜（３）の段階が、熱処理用支持具で均一に発生すれば、熱処理用支持具は均一に冷却されることとなり、熱処理用支持具に大きな変形は生じない。しかし、前記したように、実際には、熱処理用支持具の形状や周りの構造物の影響により、場所によって油温度や油流速が異なるため、（１）〜（３）の段階は、熱処理用支持具全体では不均一に発生し、熱処理用支持具は不均一に冷却され、結果として、熱による膨張収縮の差が生じ、熱処理用支持具は大きく変形してしまう。
【０００８】
撥油性被膜を備えた熱処理用支持具の場合には、前記したように、また、図７に点線でその温度履歴を示すように、撥油性被膜が存在することで、熱処理用支持具の温度を、撥油性被膜を備えない熱処理用支持具と比較して、ゆっくりと下げることが可能となり、その結果、基材内部の熱を表面に伝える時間を、撥油性被膜を備えないものと比較して、長く確保することが可能となる。それにより、特に前記（２）の油冷段階で生じがちであった、基材の部位による温度差を少なくすることができ、従来生じていた局所的な変形を抑制できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−０７９４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載される熱処理用支持具は、前記したように、基材の表面に撥油性物質からなる撥油性被膜を備えることで、油冷処理に反復して使用しても、大きな歪みが生じ難くなっている。本発明者は、上記の熱処理用支持具についてさらに継続して研究と実験とを行ってきているが、その過程で、基材とその表面に形成した撥油性被膜との間の密着性が十分でなく、撥油性被膜が部分的に剥離する場合があることを経験した。剥離が生じた場合、撥油性被膜はその機能を十分に発揮できなくなり、繰り返しの使用によって、熱処理用支持具に無視できない変形が生じる恐れがある。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、加熱後に油冷される熱処理対象物を保持する熱処理用支持具において、繰り返しの使用によって局部的な変形が生じるのをさらに抑制できるようにした熱処理用支持具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による熱処理用支持具は、加熱後に油冷される熱処理対象物を保持する熱処理用支持具であって、前記熱処理用支持具を構成する部材の少なくとも一部は、該部材を構成する基材を覆う溶射被膜と、前記溶射被膜を覆う撥油性物質からなる撥油性被膜と、で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による熱処理用支持具では、基材を覆っている溶射被膜を覆うようにして、撥油性物質からなる撥油性被膜が形成されている。そのために、成膜後に撥油性被膜が基材から剥離するのを大きく抑制することができ、結果として、特許文献１に記載される形態の熱処理用支持具、すなわち溶射被膜を備えずに単に撥油性被膜のみで基材を覆うようにした熱処理用支持具と比較して、より変形抑制効果の高い熱処理用支持具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施の形態に係る熱処理用支持具によって熱処理対象物を支持している状態を示す正面図。
【図２】熱処理対象物の一例を示す斜視図。
【図３】一実施の形態に係る熱処理用支持具を構成する部材の一部を拡大して示す模式的断面図。
【図４】溶射被膜および撥油性被膜のない部材により構成された熱処理用支持具の反復使用後の状況を示す正面図。
【図５】一実施の形態に係る熱処理用支持具（ａ）と、撥油性被膜のみを備えた熱処理用支持具（ｃ）と、溶射被膜および撥油性被膜を備えない熱処理用支持具（ｂ）での油冷時の温度履歴を示すグラフ。
【図６】反復使用による変形の進行の程度の実測結果を示すグラフ。
【図７】撥油性被膜のみを備えた熱処理用支持具（点線）と撥油性被膜のない熱処理用支持具（実線）での油冷時の温度履歴を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る熱処理用支持具の一実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明に係る熱処理用支持具の一実施の形態を、そこに支持された熱処理対象物とともに示している。
【００１６】
図１の熱処理用支持具１は、基台２と、２本の支柱３と、竿４とを有している。２本の支柱３は、基台２に対して固定して取り付けられている。竿４は、熱処理の対象物１０を吊すためのものである。竿４には、適宜の留め具５が取り付けられおり、留め具５によって、竿４は、支柱３に掛け渡した状態で支柱３に対して固定される。
【００１７】
図２は、熱処理の対象となる対象物１の一例を示す。この例で、対象物はリング状の形状であり、その中央の穴１１に竿４を通すことで、対象物１０は竿４に吊されるようになる。図２に示す対象物１０の形状は、一例であり、竿４に吊すことができる形状であればいかなる形状でもよい。また、対象物１０の材質に特に限定はなく、熱処理により特性を調整できるものであれば任意である。例として、炭素鋼や特殊鋼等の鋼材を上げることができる。
【００１８】
熱処理用支持具１を構成する各部材について説明する。この例において、熱処理用支持具１は、基台２、支柱３および竿４の各部材からなる。各部材は、図３に拡大した模式的断面図を示すように、基材６と、該基材６を覆うようにして形成され溶射被膜７と、該溶射被膜７を覆うようにして形成された撥油性被膜８を備える。
【００１９】
基材６は耐熱鋼が一般的であり、耐熱鋼の素材としては、ＪＩＳＧ５１２２規格の「ＳＣＨ１３」などを例示できる。なお、基材６は、必要な耐熱性や高温強度を有するものであり、かつ溶射被膜７を形成できることを条件に、他にＳＣＨ２２のような材料も用いることができる。
【００２０】
溶射被膜７は、基材６の表面に低熱伝導性物質を溶射により形成したものであり、低熱伝導性物質の例として、ＺｒＯ２が挙げられる。他にＹ２Ｏ３、ＹＳＺのような材料も用いることができる。
【００２１】
撥油性被膜８は、前記溶射被膜７の表面に好ましくはＰＶＤ法で形成したアモルファスダイヤモンドライクカーボン膜である。撥油性被膜８の素材もこれに限られず、必要な耐熱性や撥油性を有するものであればよい。また、ＰＶＤ法でなくＣＶＤ法あるいは他の製法により形成してもよい。
【００２２】
これにより各部材、すなわち、基台２、支柱３、および竿４は、撥油性部材となっている。なお、基台２および竿４については、溶射被膜７および撥油性被膜８を有しないものであってもよい。好ましくは、溶射被膜７および撥油性被膜８は、長尺物であり変形が生じやすい前記支柱３に形成される。なお、留め具５の材質については、必要な耐熱性や高温強度を有するものであれば特に制限はない。
【００２３】
上記の熱処理用支持具１は、図１に示すように、適数の対象物１０を吊るした状態で、対象物１０の熱処理、例えば、浸炭油焼き入れ処理に供される。一例として、対象物１０は、炭化水素系減圧雰囲気下で約８５０℃程度に加熱され、その後、油冷により急速冷却される。このため熱処理用支持具１は、対象物１０とともに、減圧加熱炉内で加熱を受け、その後に油浴（約１００℃）中に浸漬される。つまり、熱処理用支持具１は、対象物１０とともに、熱処理の熱履歴を経験する。なお、冷却油としては、油焼き入れに通常使用される種類のものを使用すればよい。
【００２４】
上記の熱処理用支持具１は、前記［背景技術］の欄に記載したように、基材６を覆うようにして撥油性被膜８が形成されていることで、熱処理用支持具１の温度を、撥油性被膜を備えない熱処理用支持具と比較して、ゆっくりと下げることが可能となる。その結果、基材６内部の熱を表面に伝える時間を、撥油性被膜を備えないものと比較して長くすることができ、油冷段階における前記（２）沸騰段階で生じがちであった、基材６の部位による温度差を少なくすることができ、従来生じていた局所的な変形を抑制できるようになっている。
【００２５】
ちなみに、上記のような熱処理用支持具において、もし、支柱３等として、溶射被膜７および撥油性被膜８の双方を備えない部材を使用すると、前記したように、その熱処理用支持具は、反復使用により基材に変形が生じやすい。変形が起こった状態の例を図４に示す。図４に示される熱処理用支持具２１は、支柱２３等として、溶射被膜７および撥油性被膜のない部材を使用して構成したものであり、反復使用後のものである。図４の熱処理用支持具２１では、支柱２３が本来の形状（二点鎖線）から変形した状態となっている。これは、反復した熱履歴の歪みによる変形である。このために、図４の熱処理用支持具２１は、支柱２３への竿２４の取り付けが困難となり、使用が困難となる。
【００２６】
一方、本形態の熱処理用支持具１は、基材の表面に撥油性被膜８を備えていることで、反復使用後においても、ほぼ図１に示したままの形状を維持することができ、再使用に何ら支障がない。一方、一般に、ＰＶＣ、ＣＶＣなどを利用して形成した皮膜（コーティング膜）は、基材との混合層が薄く、さらに圧縮応力が高いために、成膜直後に剥離が生じやすいという不都合がある。
【００２７】
しかし、上記実施の形態の熱処理用支持具１では、基材６と撥油性被膜８との間に、中間層として溶射被膜７を介在させており、それにより、撥油性被膜８が基材６から剥離するのは大きく抑制される。すなわち、溶射によって形成される膜には、一般に、空孔が多数存在している。そのために、撥油性被膜８の製膜時に、皮膜材料である撥油性物質は溶射被膜７に存在する空孔に浸入することができ、いわゆるアンカー効果が得られる。そのアンカー効果により、撥油性被膜８の剥離は確実に抑制される。
【００２８】
また、溶射は高温、高速で皮膜材料を投射することができるため、基材６と溶射被膜７との混合層を厚く形成することができ、両者間の高い密着性が得られる。さらに、一般に溶射層は変形しやすいために、基材６、溶射被膜７、撥油性被膜８における各熱膨張率の違いを、溶射被膜７は吸収する働きも得られる。それらにより、基材６、溶射被膜７、撥油性被膜８間の相互の密着性が向上し撥油性被膜８の剥離はさらに抑制される。
【００２９】
また、上記実施の形態の熱処理用支持具１は、剥離抑制効果に加えて、さらなる変形抑制効果も得られる。すなわち、溶射によって形成した溶射被膜７は、前記のように空孔が多く存在するために、低熱伝導性が得られる。そのために、溶射被膜７を備えない熱処理用支持具、すなわち、基材６に撥油性被膜８のみを直接形成した熱処理用支持具と比較して、上記実施の形態の熱処理用支持具１は、さらに熱処理用支持具の冷却速度を抑えることができる。それにより、熱処理用支持具１内での温度ばらつきは一層抑制され、結果、熱処理用支持具１の変形はさらに抑制される。
【００３０】
図５は、上記実施の形態の熱処理用支持具１における油冷時の温度履歴を、前記図７に示した温度履歴を示すグラフに、追加して書き加えたものであって、溶射被膜７および撥油性被膜８の有無を除いて、他の条件は同じとした場合での、油冷時の温度履歴である。図５において、一点鎖線で示す曲線ａが、上記実施の形態の熱処理用支持具１における油冷時の温度履歴、実線で示す曲線ｂは、溶射被膜７および撥油性被膜８の双方を備えない熱処理用支持具の温度履歴、点線で示す曲線ｃは、撥油性被膜８のみを備えた熱処理用支持具の温度履歴である。図５に示されるように、曲線ａに示す上記実施の形態の熱処理用支持具１では、溶射被膜７および撥油性被膜８の双方を備えることで、前記した理由により、熱処理用支持具１の冷却速度を、曲線ｃ、すなわち、撥油性被膜８のみを備えた熱処理用支持具の温度履歴と比較して、さらに遅くできることが示される。
【００３１】
図６は、実施例品として、図１に示した形状に本発明に係る熱処理用支持具１を作成し、加熱と油冷の処理を反復して行ったときの、支柱３に生じた変形の進行程度を実測したときの結果（△―△、○―○）と、比較例品として、形状は図１に示した形態の熱処理用支持具１と同じであるが、基台２と２本の支柱３に対して、溶射被膜７および撥油性被膜８の双方を形成しないものに対して、同じ条件で同じ熱履歴を施した場合での、支柱３に生じた変形の進行程度を実測したときの結果（▲―▲、●―●）を示している。
【００３２】
実施例品では、基台２と２本の支柱３の表面をＺｒＯ２の溶射被膜７で覆い、さらにその溶射被膜７の表面に、ＰＶＤ法によりアモルファスダイヤモンドライクカーボン膜である撥油性被膜８を形成した。基台と支柱は耐熱鋼で形成した。
【００３３】
この実験例において、実施例品と比較例品における前記支柱には、図４に示した方向の変形が生じた。図６において、○―○および●―●で示す曲線は、支柱の上端における初期位置からの変形量Ｄ１（図４参照）であり、△―△および▲―▲で示す曲線は、支柱の下方端に近い位置での初期位置からの変形量Ｄ２（図４参照）である。なお、この例において、変形量Ｄ１と変形量Ｄ２は、初期位置から相反する方向に向けて発生しており、図６において、変形量Ｄ１を＋、変形量Ｄ２を−として示してある。
【００３４】
図６から明らかなように、実施例品では、変形量Ｄ１と変形量Ｄ２ともに、比較例品に比べて著しく小さく、特に、処理回数１００回の時点では、実施例品の変形量Ｄ１（○―○）は、比較例品の変形量Ｄ１（●―●）の約１０分の１程度にとどまっている。このことから本発明に係る熱処理用支持具１は、繰り返しの使用に極めて優れていることが示される。
【００３５】
ちなみに、形状は同じであるが、基台２と２本の支柱３に対して、溶射被膜７は形成せず、撥油性被膜８のみを基材６に直接に形成した熱処理用支持具を作成し、それに対して、実施例品および比較例品に対して行ったと同じ熱履歴を加えたところ、変形量Ｄ１と変形量Ｄ２ともに、前記した比較例品のものと比べて小さくなった。しかし、処理回数１００回の時点で、その変形量Ｄ１は、前記比較例品の変形量Ｄ１の約５分の１程度であった。このことからも、本発明による熱処理用支持具１において、基材６を覆うようにして溶射被膜７を形成した後、その上に撥油性物質からなる撥油性被膜８を形成したことの有効性が示される。
【００３６】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。例えば、本実施の形態では、図１に示したように、対象物１０を吊して支持する熱処理用支持具を示したが、これに限らず、熱処理用支持具による対象物の支持の態様はいかなるものであってもよい。また、熱処理用支持具を構成する部材中、溶射被膜および撥油性被膜が表面に形成されているものの個数は、最低１個あれば本発明の効果がある程度得られる。図１に示す形態のように、長尺状の支柱３を有するものの場合には、そこに発生する変形量は、一般に基台２に生じる変形量よりも大きくなるので、少なくとも支柱に３に対して、溶射被膜および撥油性被膜を形成することは好ましい。また、対象とする熱処理も、油浸漬による冷却過程（油冷過程）を含む熱処理であればよく、浸炭油焼き入れには限定されない。
【符号の説明】
【００３７】
１…熱処理用支持具、
２…基台、
３…支柱、
４…竿、
６…基材、
７…溶射被膜、
８…撥油性被膜。
【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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