(57)【要約】【課題】薄肉金属部材の焼き入れに伴う温度むらを解消する。【解決手段】薄肉鋼１を治具２で挟持しながら、治具２を冷却媒体として薄肉鋼板１に焼き入れを行なう。薄肉鋼板１を断熱材３に包含された状態で治具２が挟持することで、断熱材３内部の薄肉鋼板１に温度むらが生じにくい環境が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉金属部材を治具で挟持しながら、前記治具を冷却媒体として前記薄肉金属部材に焼き入れを行なう薄肉金属部材の焼き入れ方法において、
前記薄肉金属部材を断熱材に包含された状態で前記治具により挟持することを特徴とする、薄肉金属部材の焼き入れ方法。
【請求項２】
前記断熱材は前記治具の外周を覆う外周部材を有することを特徴とする、請求項１に記載の薄肉金属部材の焼き入れ方法。
【請求項３】
前記薄肉金属部材の加熱を、前記治具が前記断熱材に包含された前記薄肉金属部材を挟持した状態で行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載の薄肉金属部材の焼き入れ方法。
【請求項４】
前記断熱材を介して前記治具に挟持された前記薄肉金属部材を、エアーまたはガスにより冷却するとともに、前記治具の前記薄肉金属部材の中央部に相当する部位の背面に前記エアーまたはガスと接する凹部を形成したことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の薄肉金属部材の焼き入れ方法。
【請求項５】
前記断熱材はセラミックで構成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の薄肉金属部材の焼き入れ方法。
【請求項６】
金属部材を治具で挟持しながら、前記治具を冷却媒体として前記薄肉金属部材に焼き入れを行なう薄肉金属部材の焼き入れ装置において、
前記薄肉金属部材を包含しつつ前記治具に挟持される断熱材を備えたことを特徴とする、薄肉金属部材の焼き入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄肉金属部材の焼き入れ技術に関する。  
【背景技術】
【０００２】
薄肉鋼板の焼き入れに際して、加熱した鋼板をエアーやガスを用いて冷却すると、部位による冷却むらなどのために、鋼板に反りや変形が生じることがある。  
【０００３】
特許文献１は、薄肉鋼板の焼き入れに伴う反りや変形を防止するために、金型で鋼板を挟持した状態で冷却することを提案している。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６９４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金型で薄肉鋼板を挟持していても、薄肉鋼板の外周がエアーやガスに接することは避けられない。その結果、引用文献１の焼き入れ方法を適用しても、薄肉鋼板の外周部が薄肉鋼板の中心寄りの部位と比べて冷めやすいことに変わりはなく、温度差による薄肉鋼板の変形を完全に防止することは難しい。  
【０００６】
この発明は、以上の問題点を解決すべくなされたもので、薄肉金属部材の焼き入れプロセスにおいて、薄肉金属部材の温度むらを抑制することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成すべく、この発明のある実施形態は、薄肉金属部材を治具で挟持しながら、治具を冷却媒体として薄肉金属部材に焼き入れを行なう薄肉金属部材の焼き入れ方法を提供する。焼き入れ方法は、薄肉金属部材を断熱材に包含された状態で治具により挟持するプロセスを含む。  
【発明の効果】
【０００８】
焼き入れを行なう薄肉金属部材を断熱材に包含された状態で治具により挟持することで、エアーやガスと薄肉金属部材との直接の接触が阻止される。その結果、焼き入れ工程でのエアーやガスとの直接接触によって薄肉金属部材内部に生じる温度むらが抑制される。結果として、焼き入れ後の薄肉金属部材の反りや変形を防止できる。  
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１の実施形態による焼き入れ作業中の焼き入れ治具と断熱材と薄肉鋼板の横断面図である。
【図２】焼き入れ治具の斜視図である。
【図３】焼き入れのパターンを説明する図である。
【図４】この発明の第２の実施形態による焼き入れ作業注の焼き入れ治具と断熱材と薄肉鋼板の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、この発明の第１の実施形態による焼き入れ方法と焼き入れ装置を説明する。  
【００１１】
この実施形態においては、円形の薄肉鋼板１に対して焼き入れを行なう。薄肉鋼板１には冷間工具鋼を使用する。ただし、薄肉鋼板１の形状や材質はこれに制限されない。  
【００１２】
焼き入れはステンレス製の治具２と、セラミックスで構成された断熱材３とを用いて行なう。  
【００１３】
治具２は相対する上型２Ａと下型２Ｂからなり、断熱材３を介して薄肉鋼板１を挟持する。  
【００１４】
断熱材３は、上側部材３Ａと下側部材３Ｂと外周部材３Ｃとで構成される。上側部材３Ａ及び下側部材３Ｂは上型２Ａ及び下型２Ｂの横断面と同形のセラミック板で構成される。外周部材３Ｃは円筒状に巻きつけ可能に構成されたセラミックス材またはあらかじめ円筒形状に成形され、上側部材３Ａと下側部材３Ｂの外周に装着可能なセラミックス材で構成される。  
【００１５】
薄肉鋼板１を下側部材３Ｂに載置し、上方から上側部材３Ａを被せた状態で、上型２Ａと下型２Ｂによりこれらを挟持する。さらに、外周部材３Ｃを上型２Ａと下型２Ｂの隙間を塞ぐように治具２の外周に巻きつけるかあるいは装着することにより、薄肉鋼板１は外周部を含めて、全面的に断熱材３に包含される。  
【００１６】
上型２Ａには、図２に示すような放熱用の凹部５が形成される。凹部５は治具２が断熱材３を介して薄肉鋼板１を挟持した状態で、薄肉鋼板１の中央部に相当する上型２Ａの部位の背面に形成される。凹部５は冷却用のエアーまたはガスに接するように治具２の外側に露出する。  
【００１７】
再び図１を参照すると、焼き入れ作業は予め真空窒素ガスにより摂氏１０３０度以上に加熱した薄肉鋼板１を、断熱材３に包含した状態で、治具２で挟持し、エアーやガスを用いて冷却する。エアーやガスは治具２全体を冷却する。冷却に際して、断熱材３に包含された薄肉鋼板１はエアーやガスに接しないので、薄肉鋼板１内の温度分布は均一に保たれ、温度むらが生じにくい環境で薄肉鋼板１は冷却される。  
【００１８】
結果として、冷却時の温度むらによって薄肉鋼板１に生じる反りや変形を抑制して、薄肉鋼板１を設計通りに精度良く製造することができる（請求項１，６の効果）。  
【００１９】
また、この実施形態においては、断熱材３を上型２Ａ及び下型２Ｂと同形の上側部材３Ａ及び下側部材３Ｂと治具２の外周に嵌合する外周部材３Ｃとで構成したので、断熱材３の内側に治具２の横断面と同じ広さのスペース４が確保される。したがって、焼き入れを行なう薄肉鋼板１の寸法が異なる場合でも、上側部材３Ａと下側部材３Ｂの寸法を上回らない限りは、同一の治具２と断熱材３を用いて焼き入れを行なうことが可能となる（請求項２の効果）。  
【００２０】
図３を参照すると、薄肉鋼板１の焼き入れは、冷却に先立ち、薄肉鋼板１を所定の加熱パターンのもとで加熱する工程を含む。この加熱は治具２と他断熱材３を用いずに別途行っても良いが、例えば治具２内に高周波誘導加熱装置を内蔵することで、治具２が断熱材３を介して薄肉鋼板１を挟持した状態のまま、薄肉鋼板１の加熱と冷却とを行なうことが可能である。  
【００２１】
このようにして、薄肉鋼板１の加熱と冷却とをともに、治具２と断熱材３を用いて行なうことで、薄肉鋼板１の冷却時に加えて、加熱時においても薄肉鋼板１の外周が外気に触れるのを防止できる。したがって、加熱工程においても薄肉鋼板１に温度むらが生じにくい環境が得られ、加熱時の温度むらによる薄肉鋼板１の反りや変形も防止できる（請求項３の効果）。  
【００２２】
また、断熱材３に包含された状態でも薄肉鋼板１の温度は中央部が外周部より高くなりがちである。上型２Ａの薄肉鋼板１の中央部に相当する部位の背面に形成した凹部５は放熱面を拡大するとともに、周囲の上型２Ａの熱容量を下げることで、上型２Ａの中央部の放熱性を高める。その結果、薄肉鋼板１の温度分布をより均一にする効果が得られる（請求項４の効果）。  
【００２３】
この実施形態では上型２Ａのみに凹部を設けているが、上型２Ａ及び下型２Ｂの両方に凹部を設けても良く、この場合にはさらに薄肉鋼板１の温度分布を均一にする効果が得られる。
【００２４】
この焼き入れ装置において薄肉鋼板１を包含する断熱材３はセラミックスで構成されている。そのため、加熱と冷却を行なう焼き入れ作業において断熱材３が薄肉鋼板１に溶着するのを防止できる（請求項５の効果）。  
【００２５】
ただし、セラミックス以外の断熱材を用いることも可能である。  
【００２６】
図４を参照して、この発明の第２の実施形態を説明する。  
【００２７】
この実施形態では、使用する断熱材３の構造のみが第１の実施形態と異なる。その他の構成は第１の実施形態と同じである。  
【００２８】
この実施形態において、断熱材３は上側部材３Ａと下側部材３Ｂとで構成される。上側部材３Ａは予めセラミックス製の有底の円筒に形成される。下側部材３Ｂは第１の実施形態と同様のセラミックス板で構成される。薄肉鋼板１を下側部材３Ｂに載置し、上方から上側部材３Ａを円筒の開口部を下向きにして薄肉鋼板１に被せる。これにより、断熱材３の内側に薄肉鋼板１を収容する密閉されたスペース４が形成され、薄肉鋼板１は外周部を含めて、全面的に断熱材３に包含される。この状態で治具２の上型２Ａと下型２Ｂで断熱材３を挟持する。  
【００２９】
この実施形態によれば、断熱材３の内側に形成されるスペース４の面積は第１の実施形態と比べて若干狭くなるものの、外周部材３Ｃが不要となり、断熱材３の構成が単純化される。  
【００３０】
以上のように、この発明による焼き入れ方法及び焼き入れ装置は、断熱材に包含された薄肉金属部材を治具で挟持した状態で行なうので、焼き入れ対象である薄肉金属部材の冷却むらを防止して、均一に冷却することができる。そのため、焼き入れ後の薄肉金属部材の反りや変形を防止できる。  
【符号の説明】
【００３１】
１  薄肉鋼板
２  治具
２Ａ  上型
２Ｂ  下型
３  断熱材
３Ａ  上側部材
３Ｂ  下側部材
３Ｃ  外周部材
４  スペース
５  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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