(57)【要約】【課題】ピンのような小物が熱処理できるにも拘らず、熱変形が起き難く、強度は大きく、しかも軽量な熱処理用治具を提供する。【解決手段】底壁部（１）と、側壁部（１０）とから略箱形に形成する。底壁部（１）には縦長のハニカム構造の複数個の六角形長穴（２，２，…）を設ける。底壁部（１）は、見かけ上４個の区画（１ａ〜１ｄ）に分け、各区画における複数個の縦長の六角形長穴（２，２，…）の向きは同一方向とし、隣の区画の複数個の縦長の六角形長穴（２，２，…）に対して実質的に直角に隣り合わせる。また、側壁部（１０）にも複数個の側部窓（１１，１１，…）を開け、その角部には位置合わせリブ（１５）を、底壁部（１）には支柱（１７）を、それぞれ一体的に鋳造成形する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカム構造を呈する複数個の縦長の六角形長穴が形成されている底壁部と、側壁部とから略箱形に形成され、その内部に被熱処理品が収納され、そして熱処理用の加熱炉に入れられるようになっている鋳造製の熱処理用治具であって、
前記底壁部は、見かけ上複数個の区画に区分され、各区画における複数個の縦長の六角形長穴は同一方向を向いていると共に、隣の区画の複数個の縦長の六角形長穴に対して実質的に直角に隣り合っていることを特徴とする鋳造製熱処理用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の側壁部に複数個の側部窓が形成され、その角部には、積み重ねるときの位置合用兼補強用の位置合わせリブが一体的に鋳造成形されている鋳造製熱処理用治具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の底壁部には、積み重ねるとき、その上の鋳造製熱処理用治具を支える支柱が一体的に鋳造されている鋳造製熱処理用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハニカム構造を呈する複数個の縦長の六角形長穴が形成されている底壁部と、側壁部とから略箱形に形成され、その内部に被熱処理品が収納され、そして熱処理用の加熱炉に入れられるようになっている鋳造製熱処理用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数個の被熱処理品が収納あるいは載置されるようになっている熱処理用治具は、従来から色々提案されている。例えば複数段に重ねる枠構造に改良が施された熱処理用治具は、実開昭６０ー７１６５７号により、また被熱処理品であるワークの保持に工夫された熱処理用治具は実開昭６３ー１３９８５号により提案されている。ところで、ワークの中にはピン、ワッシャ、ボルトのように径が小さいもの、あるいは短い小物があるが、前述の公報に記載されているような枠構造に改良が施された熱処理用治具、あるいは特殊な形状のワークを保持するように改良された熱処理用治具では、小物のワークは処理できない。
【０００３】
そこで、小物も熱処理できる鋳造製熱処理用治具を本出願人は、特開平８−１５９６７２号により提案している。この鋳造製熱処理用治具は、概略的には底壁部と側壁部とから箱状に形成されている。そして、底壁部と側壁部は棒状の要素から金網状の多数の透孔を有するように精密鋳造法により一体的に成形されている。これらの透孔は多角形に成形され、その少なくとも１辺は１５ｍｍ以下になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人が提案している上記鋳造製熱処理用治具は、底壁部と側壁部は棒状の要素から多数の透孔を有するように鋳造により金網状に一体成形され、しかもこれらの透孔は多角形で、その少なくとも１辺は１５ｍｍ以下となっているので、鋳造製であるにも拘らずピン、ボルト、ワッシャ等の小物を熱処理できるという特徴を有する。また、鋳造という１種類の製造方法により製造されているので、製造工程が少なく安価に得られる。さらには、同じ材料により鋳造成形されているので、すなわち従来のように不銹鋼製の金網が使用されていないので、歪、変形、破損等が起きにくいという特徴を備えている。したがって、耐用年数の長い鋳造製熱処理用治具が得られる。本出願人が提案している上記鋳造製熱処理用治具は、このような特徴を有するので、金属加工分野では現在も有効に利用されている。
しかしながら、熱処理用治具は加熱炉に出し入れされ、頻繁な熱応力を受けるので、さらに熱変形に強い熱処理用治具も求められている。
したがって、本発明は、ピンのような小物が熱処理できるにも拘らず、変形が起きにくく、強度は大きく、しかも軽量な熱処理用治具を安価に提供することを目的としている。また、他の発明は、上記目的に加えて、複数段に重ねて使用するのに便利な熱処理用治具を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる熱処理用治具は、上記目的を達成するために、底壁部と側壁部とから実質的に箱状を呈するように、一般的な砂型鋳造でも良いが望ましくは例えば精密鋳造により一体的に成形される。このとき、被熱処理品が万遍なく加熱されるように、底壁部には複数個の穴が開けられる。また、望ましくは側壁部にも複数個の穴が形成される。そして、本発明によると、底壁部の穴は、平面的に見て六角形を呈するハニカム構造の六角形長穴として形成される。さらに具体的には、ハニカム構造を呈する複数個の六角形長穴は、正確な六角形の穴ではなく、穴を形成している６辺の内、対向した２辺は、他の辺よりも長く縦長を呈するように形成される。
【０００６】
上記のように、ハニカム構造を呈する複数個の縦長の六角形長穴が形成されている底壁部は、見かけ上、複数個の区画、製作上のコスト面等から望ましくは４個の区画に区分される。そして、各区画における六角形長穴は同じ方向を向き、隣の区画の縦長の六角形長穴の側部と隣り合う関係に配列される。このように構成されている側壁部の４角には、望ましくは強度部材としての位置合わせリブが一体的に鋳造される。さらには、底壁部には、支柱が一体的に鋳造される。
【０００７】
かくして、請求項１に記載の発明は、前記発明の目的を達成するために、ハニカム構造を呈する複数個の縦長の六角形長穴が形成されている底壁部と、側壁部とから略箱形に形成され、その内部に被熱処理品が収納され、そして熱処理用の加熱炉に入れられるようになっている鋳造製の熱処理用治具であって、前記底壁部は、見かけ上複数個の区画に区分され、各区画における複数個の縦長の六角形長穴は同一方向を向いていると共に、隣の区画の複数個の縦長の六角形長穴に対して実質的に直角に隣り合っている。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の側壁部に複数個の側部窓が形成され、その角部には、積み重ねるときの位置合用兼補強用の位置合わせリブが一体的に鋳造成形され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の底壁部には、積み重ねるとき、その上の鋳造製熱処理用治具を支える支柱が一体的に鋳造されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
初めに、本実施の形態に係わる鋳造製熱処理用治具Ｇの形状、構造について説明し、次いでその製造方法あるいは鋳造方法について説明する。鋳造製熱処理用治具Ｇは、図１の（イ）に示されているように、本実施の形態では一辺が約５７０ｍｍの略方形をした底壁部１と、高さが約６０ｍｍの側壁部１０とから比較的浅い箱状に構成されている。このような大きさの底壁部１は、図１に示されている実施の形態によると、見かけ上第１〜４の区画１ａ〜１ｄに区分されている。そして、各区画１ａ〜１ｄには、ハニカム構造をした複数個の縦長の六角形長穴２、２、…が形成されている。また、本実施の形態によると、側壁部１０を構成している第１〜４の側壁１０ａ、〜１０ｄにも、図１の（イ）および図２の（ロ）に示されているように略方形を呈する複数個の側壁窓１１、１１、…が開けられている。
【０００９】
図２の（イ）は、底壁部１の平面図で、図３の（イ）はその一部の拡大図であるが、特に図３の（イ）に示されているように、六角形長穴２は、互いに向き合っている３対の底面リブ３、３、４、４、…からハニカム形状に構成されている。そして、本実施の形態では、第１の一対の底面リブ３、３の長さは約３０ｍｍで、他の対の底面リブ４、４の長さは１２ｍｍに選定され、第１の一対の底面リブ３、３は、他の対の底面リブ４、４よりも長い。したがって、六角形長穴２は縦長になって、その長軸方向の長さは４５ｍｍに、短軸方向は１８ｍｍになっている。このような底面リブ３、４の大きさは、図３の（ロ）に示されているように、その幅Ｗは３ｍｍ、高さＨは７ｍｍに選定されている。また、頂部は１．５のＲが付けられている。したがって、熱処理されるワークは、これらの底面リブ３、４、…の頂部に線接触して支持されることになる。なお、本実施の形態では、第１の一対の底面リブ３、３の両側部には、補助リブ３’、３’が一体的に形成されている。これらの補助リブ３’、３’により小物のワークが鋳造製熱処理用治具Ｇから脱落することが防止される。
【００１０】
上記のような複数個の六角形長穴２、２、…は、各区画１ａ〜１ｄ内では同じ方向を向いている。さらに詳しく説明すると、第１の区画１ａ内の六角形長穴２、２、…は、その縦方向の軸が第１の側壁１０ａに平行になるように、同様に第２の区画１ｂ内の六角形長穴２、２、…は、その縦方向の軸が第２の側壁１０ｂに平行になるように、以下同様な方向を向くように形成されている。換言すると、複数個の縦長の六角形長穴２、２、…は、各区画１ａ〜１ｄ毎に９０度向きを変えて一周している。このように、各区画１ａ〜１ｄ内で向きを９０度毎変えている隣り合った部分では、図２の（イ）に示されているように、六角形長穴２、２、…の第１の底面リブ３、３は、約半分の長さになっている。そして、一方の底面リブ３は隣の六角形長穴２の第１の底面リブ３に一体化され、他方の底面リブ３は、第１の底面リブ３と他の底面リブ４との接合部において一体化されている。これにより、第１〜４の区画１ａ〜１ｄは、１個の連続した底壁部１を構成している。
【００１１】
上記のように構成されている第１〜４の側壁１０ａ〜１０ｄの４角には、図１と図２に示されているように、側壁１０ａ〜１０ｄを直角に接続するような形で、上方へ多少突き出た位置合わせリブ１５、１５、…が、縦方向に下方に向かって一体的に成形されている。これらの位置合わせリブ１５、１５、…に対応して、第１〜４の側壁１０ａ〜１０ｄの下方の４角には、凹形ストッパ１６、１６、…が形成されている。したがって、これらの凹形ストッパ１６、１６、…に位置合わせリブ１５、１５、…が入るように位置合わせして、熱処理用治具Ｇを複数段に積み重ねることができる。
【００１２】
底壁部１の略中央部には、本実施の形態では１本の支柱１７が一体的に鋳造成形されている。この支柱１７は、図１の（イ）、図２の（イ）、（ロ）等に示されているように、複数本の底面リブ３、４、…にまたがってこれらの底面リブ３、４、…と一体的に成形され、そこから上方へ立ち上がっている。この支柱１７の根元における直径は大きく、上方の直径は小さくなっている。そして、その高さは側壁１０ａ〜１０ｄよりも多少高くなっている。この支柱１７に対応して、図２の（ロ）に示されているように、底壁部１の下面には凹部１８が形成されている。したがって、鋳造製熱処理用治具Ｇを複数段に積み重ねると、支柱１７と凹部１８とにより位置が合わされて、上部の鋳造製熱処理用治具Ｇは、その中心部において支柱１７により支持されることになる。
【００１３】
本実施例に係わる鋳造製熱処理用治具Ｇも、底壁部１にはハニカム形状をした多数の六角形長孔２、２、…が、そして側壁部１０にも略長方形を呈する側部窓１１、１１、…が形成されているので、前述した従来の鋳造製の熱処理用治具と同様にしてピン等の小物のワークを熱処理できることは明らかである。
【００１４】
本実施の形態に係わる構造の熱処理用治具Ｇを試作し、そしてテストしたところ、従来のものに比較して熱変形量が極めて少ないことが判明した。その理由は次のように考えられる。すなわち、ハニカム構造は、強度が大きく変形にも強いが、本実施の形態によると、底壁部１には複数個の縦長の六角形長穴２、２、…が、各区画１ａ〜１ｄ毎に９０度向きを変えて一周するように形成されているので、六角形長穴２、２、…を構成している長い第１の底面リブ３、３、…は、短い他の底面リブ４，４、…に比較して自由度があり、熱応力は主に第１の底面リブ３、３、…が吸収する。このような第１の底面リブ３、３、…に作用する長手方向の応力は、隣接する区画の第１の底面リブ３と他の底面リブ４との接合部に主に作用する。そして、吸収される。このように、本実施の形態によると、底壁部１は４個の区画１ａ〜１ｄに分けられ、各区画おける応力は隣の区画に順に分散され、一周する。これにより、熱変形が防止されると考えられる。
【００１５】
また、本実施の形態によると、六角形長穴２、２、…はハニカム構造を呈し、接点の数が多いため、大きな透孔の従来の熱処理用治具に比較して、剛性が大きくなっている。さらには、本実施の形態によると、位置合わせリブ１５、１５、…が設けられているので、鋳造製熱処理用治具Ｇの強度あるいは剛性は向上しているが、これらの位置合わせリブ１５、１５、…は、鋳造製熱処理用治具Ｇの４角部に縦方向に成形されているので、加熱するときにワークに悪影響を与えることなく、均一な熱処理ができる。さらには、本実施の形態によると、支柱１７が設けられているで、大きな重量のワークを入れ、そして重ねて熱処理炉に入れることもできる。また、本実施の形態によると、六角形長穴孔２、２、…を構成している第１の底面リブ３、３、…は、他の底面リブ４、４、…よりも長く、縦長になっているので、六角形長穴２、２、…の面積に比較して軽量にもなっている
。
【００１６】
本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できる。例えば、上記実施の形態では底壁部１は、第１〜４の４個の区画１ａ〜１ｄに区分されているが、２個以上の複数個でも実施できる。図３の（ハ）は、底壁部１’を見かけ上第１〜６の６区画１ａ’〜１ｆ’に区分した実施の形態を示す模式的平面図で、同図において２’、２’、…は、複数個の縦長の六角形長穴を示しているが、この図に示されているように、複数個の縦長の六角形長穴２’、２’、…は、各区画１ａ’〜１ｆ’毎に９０度向きを変えている。したがって、このように実施しても前述したような効果が得られる。また、鋳造製熱処理用治具Ｇの大きさ、底面リブ３、４、…の幅Ｗ、高さＨ等が上記実施の形態に限定されることがないことは明らかである。
【００１７】
次に、鋳造製熱処理用治具Ｇの鋳造方法について説明する。
［鋳造材料の準備］
本実施例で適用される鋳造材料は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ等を含むオーステナイト系およびオーステナイト＋フェライトの２相組織からなる耐熱合金で、代表的にはＪＩＳ　ＳＣＨ１３、ＳＣＨ１５、ＳＣＨ２４である。これらの合金で製造すると、耐酸化性、熱間強度等に優れ、熱歪の少ない治具が得られる。
【００１８】
［治具の鋳造］
上記のように準備した鋳造材料を用いて、精密鋳造法により前述した鋳造製熱処理用治具Ｇを鋳造する。精密鋳造法にはインベストメント法（ロストワックス法）、セラミックスモールド法、プラスターモールド法等の消失模型を使用した鋳造法あるいはシェルモード法が知られているので、これらの鋳造方法を適宜選択して鋳造することができる。例えば、ロウ、合成樹脂等で熱処理用治具Ｇと同形の模型いわゆる消失模型を作り、この模型の周わりにセラミックス耐火物を被覆し、周りだけを薄く覆ったセラミックス鋳型を作り、そして消失模型を溶出あるいは燃焼消失して鋳型を作る。次いでこの鋳型に溶湯を注湯して熱処理用治具Ｇを鋳造する。
【００１９】
上記実施の形態では、熱処理用治具Ｇは略方形をした底壁部１と、比較的浅い側壁部１０とが一体的に鋳造されているが、比較的大きな治具を製作するときは、底壁部１と側壁部１０を２〜３個に分割して鋳造し、そして溶接により一体化することもできる。このようにして製造しても同じ材料で鋳造しているので、すなわち不銹鋼製の金網は使用されていないので、前述した実施の形態と同様な効果が得られることは明らかである。また、精密鋳造以外の砂型鋳造で製作できることも明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明による鋳造製熱処理用治具は、ハニカム構造を呈する複数個の縦長の六角形長穴が形成されている底壁部と、側壁部とから略箱形に形成され、前記底壁部は、見かけ上複数個の区画に区分され、各区画における複数個の縦長の六角形長穴は同一方向を向いていると共に、隣の区画の複数個の縦長の六角形長穴に対して実質的に直角に隣り合っているので、熱応力は縦長の六角形長穴を構成している長い方の要素が主に吸収し、そして隣接している区画において六角形長穴を構成している要素に作用する。したがって、本発明による鋳造製熱処理用治具の熱変形量は極めて小さいという本発明に特有の効果が得られる。また、他の発明によると、側壁部にも側壁窓が形成され、その角部には積み重ねるときの位置合用兼補強用の位置合わせリブが、また底壁部には支柱が一体的に鋳造されているので、複数段に重ねても熱廻りがよく、多量の非熱処理品を一度に均一に熱処理できる効果がさらに得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる鋳造製熱処理用治具を示す図で、その（イ）は模式的に全体を示す斜視図、その（ロ）は角部の一部を拡大して示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる鋳造製熱処理用治具を示す図で、その（イ）は平面図、その（ロ）は一部を断面にして示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる鋳造製熱処理用治具を示す図で、その（イ）は底壁部の部分的拡大平面図、その（ロ）は（イ）においてローロ方向に見た断面図、その（ハ）は、他の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１　　　底壁部　　　　　　　１ａ〜１ｄ　　　　第１〜４の区画
２　　　六角形長穴　　　　　　　　　　３　　　　第１の底面リブ
１０　　　側壁部　　　　　１０ａ〜１０ｄ　　　　第１〜４の側壁
１５　　　位置合わせリブ　　　　　　１７　　　　支柱
Ｇ　　　鋳造製熱処理用治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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