(57)【要約】【課題】  着脱容易な焼入れ歪抑制治具を用いて焼入れを実施し、真円度の歪の発生を抑えた生産性の高い鍛造品の製造方法を提供する。【解決手段】  有底円筒形状部（１１）を有する鍛造製品（１）を加熱して焼入れする工程を含む鍛造品の製造方法において、有底円筒形状部（１１）に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部２１を備えた焼入れ歪抑制治具２を外側から装着した状態で加熱し、焼入れ歪抑制治具２が装着された鍛造製品（１）の部位を下側にし、鍛造製品（１）の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れする。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状部を有する鍛造製品を加熱して焼入れする工程を含む鍛造品の製造方法において、
有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着した状態で加熱し、焼入れ歪抑制治具が装着された鍛造製品の部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れすることを特徴とする鍛造品の製造方法。
【請求項２】
鍛造製品の素材の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する焼入れ歪抑制治具を用いることを特徴とする請求項１に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項３】
クリアランスをｄ（ｍｍ）、鍛造製品の外径寸法をＲ（ｍｍ）、焼入れ歪抑制治具と鍛造製品との熱膨張係数の差をΔｔ、熱処理前と熱処理温度との差をΔＴ（Ｋ）としたとき、
【数１】
2005146415.tif 000007
を満足するクリアランス量を有する焼入れ歪抑制治具を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項４】
焼入れ歪抑制治具がステンレス製であって、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．６ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項５】
焼入れ歪抑制治具がセラミックス製であって、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたこと特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項６】
鍛造製品がアルミニウム合金製のユニバーサルジョントヨークの素形材であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項７】
有底円筒形状部を有するアルミニウム合金製の鍛造製品を４９０℃〜５６０℃に加熱した後、焼入れする工程を含む鍛造品の製造方法において、
鍛造製品の有底円筒形状部の外側に焼入れ歪抑制治具の外周囲い部を装着した状態で加熱し、鍛造製品の焼入れ歪抑制治具が装着された部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れすることを特徴とする鍛造品の製造方法。
【請求項８】
鍛造製品の上端側を固定する固定手段が、鍛造製品を多段に積層する、籠の仕切り棚であることを特徴とする請求項７に記載の鍛造品の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の鍛造品の製造方法に用いる外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具。
【請求項１０】
外周囲い部に底または開口を有する底を設けたことを特徴とする請求項９に記載の焼入れ歪抑制治具。
【請求項１１】
外周囲い部にフランジ部を設けたことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の焼入れ歪抑制治具。
【請求項１２】
鍛造製品の有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着する装置と、焼入れ歪抑制治具を装着した鍛造製品を加熱する装置と、焼入れ歪抑制治具を装着して加熱した鍛造製品を冷媒に浸漬して急冷する装置とを含む鍛造品の生産システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄肉の、有底円筒形状部、すなわち、円筒部の一端を底で閉塞したカップ形状部を有する鍛造製品を高温から焼入れ処理し、鍛造品とする製造方法に関するもので、詳しくは、各種車両、例えば、自動車、二輪車、鉄道車両などの輸送装置に用いられるユニバーサルジョイントヨーク部品、有底円筒シャフト、有底パイプ、その他の鍛造品の製造方法、この製造方法に用いる焼入れ歪抑制治具、および、鍛造品の生産システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カップ形状部を有する鍛造品として、ユニバーサルジョイントヨークがある。図１（ａ），（ｂ）にプロペラシャフト用のユニバーサルジョイントヨーク素形材（鍛造製品）の概略見取り図を示す。ユニバーサルジョイントヨーク素形材１は、円筒部１１と、この円筒部１１の一端を閉塞する底１２と、この底１２の円筒部１１と反対側へ対向して延びる２つのピンボス部１３とで構成されている。なお、カップ形状部（有底円筒形状部）は、円筒部１１と底１２とで構成され、接続部として機能する。
【０００３】
ユニバーサルジョイントヨークはアルミニウム合金を素材として鍛造で素形材形状に成形し、Ｔ６処理と呼ばれる一連の、素形材を約５５０℃に加熱する溶体化処理、この溶体化処理で高温に加熱された素形材を焼入れ処理する水焼入れ処理、この水焼入れ処理で焼入れされた素形材を約２００℃で焼鈍する時効処理を経て、所望の強度に調整し、素形材を機械加工などで仕上げて製造されていた。
【０００４】
しかしながら、焼入れによって歪（例えば、真円度歪）が発生し易い場合、焼入れ時の冷却速度を遅くする方法がとられているが、冷却速度を遅くすると、充分な焼入れ効果が上げられず、強度が低下するおそれがある。
【非特許文献１】昭和６２年４月３０日、財団法人鍛造技術研究所発行、鍛造技術講座アルミニウム、Ｐ９６〜Ｐ９７
【０００５】
これらの焼入れ歪を防止する方法として、エチレングリコールなどの添加剤を水に添加する手法が挙げられるが、添加剤が高価な上、添加剤が鍛造製品に付着して鍛造製品に汚れを発生させるなどの問題がある。また、歪の程度を緩和させることは可能であるが、完全に防止するには至っていない。
【０００６】
さらに、円筒状の薄肉長尺管を焼入れする際に熱膨張差を利用した保持部材を用いることも提案されている。
【特許文献１】特開平７−１１３１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
カップ形状部を有する鍛造製品においては溶体化処理時に焼入れ歪と呼ばれる変形によってカップ形状部が楕円状に変形し、その後の仕上げ加工によってカップ形状部の肉厚が不均一となり、特に、使用時に回転するユニバーサルジョイントヨークなどにおいては回転時の偏芯モーメントの原因となっていた。
【０００８】
従来からのこうした、焼入れ歪を防止する手法には付随する問題点があり、また、不充分な効果しか得られていないことにより、歪の発生を抑えた生産効率のより高い方法が望まれていた。
【０００９】
一方、特許文献１（特開平７−１１３１２１号公報）に開示されている、円筒状の薄肉長尺管を焼入れする際に用いる熱膨張差を利用した保持部材は、焼入れ歪を抑制して真円度を向上させるものでなく、長さ方向の曲がりやつぶれを抑制するもののである。なお、特許文献１には、焼入れ歪を抑制して真円度を向上させる具体的な方法が開示されていない。
【００１０】
本発明は、着脱容易な焼入れ歪抑制治具を用いて焼入れを実施し、真円度歪の発生を抑えた生産性の高い鍛造品の製造方法、この製造方法に用いる焼入れ歪抑制治具、および、鍛造品の生産システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下のような発明である。
（１）有底円筒形状部を有する鍛造製品を加熱して焼入れする工程を含む鍛造品の製造方法において、有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着した状態で加熱し、焼入れ歪抑制治具が装着された鍛造製品の部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れすることを特徴とする鍛造品の製造方法。
（２）鍛造製品の素材の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する焼入れ歪抑制治具を用いることを特徴とする上記（１）に記載の鍛造品の製造方法。
（３）クリアランスをｄ（ｍｍ）、鍛造製品の外径寸法をＲ（ｍｍ）、焼入れ歪抑制治具と鍛造製品との熱膨張係数の差をΔｔ、熱処理前と熱処理温度との差をΔＴ（Ｋ）としたとき、
【数２】
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を満足するクリアランス量を有する焼入れ歪抑制治具を用いることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の鍛造品の製造方法。
（４）焼入れ歪抑制治具がステンレス製であって、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．６ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたことを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の鍛造品の製造方法。
（５）焼入れ歪抑制治具がセラミックス製であって、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたこと特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の鍛造品の製造方法。
（６）鍛造製品がアルミニウム合金製のユニバーサルジョントヨークの素形材であることを特徴とする上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の鍛造品の製造方法。
（７）有底円筒形状部を有するアルミニウム合金製の鍛造製品を４９０℃〜５６０℃に加熱した後、焼入れする工程を含む鍛造品の製造方法において、鍛造製品の有底円筒形状部の外側に焼入れ歪抑制治具の外周囲い部を装着した状態で加熱し、鍛造製品の焼入れ歪抑制治具が装着された部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れすることを特徴とする鍛造品の製造方法。
（８）鍛造製品の上端側を固定する固定手段が、鍛造製品を多段に積層する、籠の仕切り棚であることを特徴とする上記（７）に記載の鍛造品の製造方法。
（９）上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の鍛造品の製造方法に用いる外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具。
（１０）外周囲い部に底または開口を有する底を設けたことを特徴とする上記（９）に記載の焼入れ歪抑制治具。
（１１）外周囲い部にフランジ部を設けたことを特徴とする上記（９）または（１０）に記載の焼入れ歪抑制治具。
（１２）鍛造製品の有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着する装置と、焼入れ歪抑制治具を装着した鍛造製品を加熱する装置、焼入れ歪抑制治具を装着して加熱した鍛造製品を冷媒に浸漬して急冷する装置とを含む鍛造品の生産システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着した状態で加熱し、焼入れ歪抑制治具が装着された鍛造製品の部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れするので、有底円筒形状部の焼入れに伴う変形（真円度歪）の発生を抑制することができる。
したがって、その鍛造製品においては、後工程である切削加工において歪に起因する偏肉を防止でき、その結果、実使用時の回転時の振れを低減できる。また、変形を想定した切削代を設定することなく鍛造製品の形状を設計して成形することができるので、切削加工代の少ないニアネット形状の鍛造品を製造することができ、材料歩留まりを向上させ、工数を低減した高い生産性を有する製造方法となる。焼入れ歪抑制治具を鍛造製品の有底円筒形状部の外周に嵌めて加熱をすることにより、鍛造製品が熱膨張して焼入れ歪抑制治具の外周囲い部に密着するので、その後の急冷による焼入れ時に歪の発生を抑制できる状態となり、その状態で焼入れを実施することで、歪の発生を抑制して生産性の高い製造方法を提供することができる。また、焼入れの後に、治具と製品との間にクリアランスがもどるので着脱が容易な方法となる。
歪の発生を抑えて充分な冷却速度で焼入れできるので、強度の低下を抑えた製品を得ることができる。
そして、鍛造製品の素材の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する焼入れ歪抑制治具を用いるので、より確実に歪を抑制することができる。
さらに、クリアランスをｄ（ｍｍ）、鍛造製品の外径寸法をＲ（ｍｍ）、焼入れ歪抑制治具と鍛造製品との熱膨張係数の差をΔｔ、熱処理前と熱処理温度との差をΔＴ（Ｋ）としたとき、
【数３】
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を満足するクリアランス量を有する焼入れ歪抑制治具を用いるので、より確実に歪を抑制することができる。
さらに、焼入れ歪抑制治具をステンレス製とし、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．６ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたので、安価な材料でより確実に歪を抑制することができる。
また、焼入れ歪抑制治具をセラミックス製とし、常温時のクリアランスが０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍであり、鍛造製品をアルミニウム合金製としたので、より確実に歪を抑制することができ、耐食性に優れた焼入れ歪抑制治具の材料を選択できる。
さらに、鍛造製品をアルミニウム合金製のユニバーサルジョントヨークの素形材としたので、歪の発生を抑制して充分な焼入れ効果を得ることができ、歪を除去するための切削代を設ける必要がなくなり、材料歩留りが向上する。
また、鍛造製品の有底円筒形状部の外側に焼入れ歪抑制治具の外周囲い部を装着した状態で加熱し、鍛造製品の焼入れ歪抑制治具が装着された部位を下側にし、鍛造製品の上端側を固定手段で固定して浸漬槽に浸漬して焼入れするので、歪の発生を抑制して充分な焼入れ効果を得ることができ、歪を除去するための切削代を設ける必要がなくなり、材料歩留りが向上する。
そして、鍛造製品の上端側を固定する固定手段を、鍛造製品を多段に積層する、籠の仕切り棚としたので、大量に効率よく焼入れすることができる。
また、焼入れ歪抑制治具が外周囲い部を備えているので、歪の発生を抑制して充分な焼入れ効果を得ることができ、歪を除去するための切削代を設ける必要がなくなり、材料歩留りが向上する。
そして、外周囲い部に底または開口を有する底を設けたので、焼入れ歪抑制治具が有底であることにより、嵌め合せた鍛造製品の円筒部が底に突き当たり、焼入れ歪抑制治具の外周囲い部が鍛造製品の円筒部の先端周辺（一番歪が発生しやすい部位。）に固定される。また、焼入れ歪抑制治具を装着した鍛造製品を、焼入れ歪抑制治具を挟んだ状態で、直接段積みすることができる。また、焼入れ歪抑制治具の装着位置がずれなくなる。
さらに、外周囲い部にフランジ部を設けたので、鍛造製品を浸漬させるときに鍛造製品が安定し、また、浸漬のために鍛造製品を並べるときにフランジ部を当接させて並べることにより、加熱冷却の適切な間隔を確保することができる。
また、鍛造品の生産システムが、鍛造製品の有底円筒形状部に、加熱状態で少なくとも一部のクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する外周囲い部を備えた焼入れ歪抑制治具を外側から装着する装置と、焼入れ歪抑制治具を装着した鍛造製品を加熱する装置と、焼入れ歪抑制治具を装着して加熱した鍛造製品を冷媒に浸漬して急冷する装置とを含むので、歪の発生を抑制して充分な焼入れ効果を得ることができ、歪を除去するための切削代を設ける必要がなくなり、材料歩留りが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態の一例を説明する。
図１（ａ），（ｂ）に有底円筒形状部を有する鍛造製品の例であるユニバーサルジョイントヨーク素形材１の一例を示す。
【００１４】
ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の材質は、アルミニウム合金であればよく、例えば、６０６１合金、６０８２合金、または、Ｓｉを０．４質量％〜０．８質量％、Ｃｕを０．１５質量％〜０．４０質量％、Ｍｇを０．８質量％〜１．２質量％、Ｃｒを０．０４質量％〜０．３５質量％含有するアルミニウム合金、または、Ｓｉを０．７質量％〜１．３質量％、Ｍｎを０．４０質量％〜１．０質量％、Ｍｇを０．６質量％〜１．２質量％含有するアルミニウム合金が用いられる。特に、Ｓｉの添加量が少なく、Ｍｇの添加量が多いものは、熱膨張係数が純アルミの２３．６×１０-6／Ｋに近くなるので、外周囲い部を有する焼入れ歪抑制治具の熱膨張係数よりも熱膨張係数を大きくすることが容易になるので好ましい。
【００１５】
鍛造製品の素形材の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する外周囲い部を有する焼入れ歪抑制治具を用いることが好ましい。例えば、鍛造製品の素形材の熱膨張係数は２０．０-6／Ｋ〜２４．５×１０-6／Ｋで、焼入れ歪抑制治具の熱膨張係数は１．５-6／Ｋ〜１９．０×１０／Ｋ-6であるのが好ましい。
【００１６】
ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の形状は、少なくとも、円筒部１１と、この円筒部１１の一端を閉塞する底１２と、この底１２から円筒部１１と反対側へ対向した延びるピンボス部１３とで構成され、それぞれの部位は必要に応じて機械加工により最終形状に加工される。円筒部１１の形状は、特に制限されないが、焼入れ歪抑制治具の外周囲い部を装着する部位の外径が８０．０ｍｍ〜１３０．０ｍｍ、肉厚が４．０ｍｍ〜１２．０ｍｍであると、本発明の効果を得易いので好ましい。なお、円筒部１１と、底１２とで有底円筒形状部を構成し、底１２は、円筒部１１の外側へ延びていてもよい。
【００１７】
図２に本発明の焼入れ歪抑制治具２の一例を示す。
【００１８】
この焼入れ歪抑制治具２は、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の円筒部１１の外周を囲む、円筒部１１と相似形の外周囲い部２１のみで構成されたＳＵＳ製で、円筒部１１を嵌めるために内径２１１が円筒部１１の外径１１１よりも０．１ｍｍ〜１．２ｍｍ大きく設定されている。したがって、クリアランスにすると、０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍになる。焼入れ歪抑制治具２（外周囲い部２１）の肉厚２１３は、円筒部１１（鍛造製品）の熱膨張による圧力で外周囲い部２１が変形しないような強度が得られる程度あればよく、例えば、５ｍｍ〜１５ｍｍに設定する。このように、外周囲い部２１を円筒部１１と相似形にすることにより、歪の発生量を効果的に抑制することができる。
【００１９】
焼入れ歪抑制治具２（外周囲い部２１）の高さ（幅）２１４は、円筒部１１の長さ、および常温時のクリアランスを考慮して決めることができ、例えば、円筒部１１の長さ７０ｍｍ、常温時のクリアランス０．６ｍｍの場合、２５ｍｍ〜５０ｍｍとするのが好ましい。なお、２１２は焼入れ歪抑制治具２（外周囲い部２１）の外径を示す。
【００２０】
焼入れ歪抑制治具２（外周囲い部２１）をむやみに大きく設計すると、焼入れ時の熱量が焼入れ歪抑制治具２に奪われるので、加熱が不充分になるおそれがあり、また、炉に投入できる総量に制限があるため、生産性を低下させるので好ましくなく、最適な寸法を設計すべきである。
【００２１】
図３（ａ），（ｂ）に図１のユニバーサルジョイントヨーク素形材１の外側に図２の焼入れ歪抑制治具２をセットした状態の一例を示す。常温時においては、外周囲い部２１の内側にユニバーサルジョイントヨーク素形材１（鍛造製品）の円筒部１１が遊嵌している。
【００２２】
本発明の、焼入れ歪抑制治具を詳しく説明する。
図４（ａ），（ｂ）に、本発明の焼入れ歪抑制治具を用いない場合の鍛造製品の焼入れ前後の有底円筒形状部の概略断面図を示す。鍛造製品の有底円筒形状部は高温からの焼入れにより、熱処理後における鍛造製品の円筒部外周の、長軸１２２と短軸１２３との差が１ｍｍとなる程度変形する。この鍛造製品は、塑性流動などに起因して焼入れで変形するが、ピンボス部などの複雑な形状を鍛造成形することにより、変形がさらに発生し易くなっている。なお、１２１は熱処理前における鍛造製品の円筒部の外径を示し、この外径１２１の真円度は０．１ｍｍである。
【００２３】
図５に焼入れ歪抑制治具２をセットした場合の熱処理前後および焼入れ途中における外周囲い部２１とユニバーサルジョイントヨーク素形材１（鍛造製品）の円筒部１１との関係の概略図を示す。図５（ａ）は加熱前に焼入れ歪抑制治具２をセットした状態、図５（ｂ）は焼入れ歪抑制治具２をセットしての加熱時の状態、図５（ｃ）は冷却後の状態である。
【００２４】
ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の円筒部１１の熱膨張により、焼入れ歪抑制治具２の外周囲い部２１と円筒部１１との間の熱処理前セット時に設定したクリアランスはなくなり、円筒部１１と外周囲い部２１とは密着し、外周囲い部２１によって円筒部１１が真円近くに矯正され、円筒部１１は圧縮場となっている。この状態は、焼入れによって急冷されて冷却が完了するまで維持され、その結果、焼入れ歪の発生を抑制することができる。図５（ｂ）では、円筒部１１と外周囲い部２１とが前面に亘って密着しているが、図４に示したように、歪量が等方でない場合、外側方向へ歪が大きい部位において矯正作用が働けば充分である。例えば、図４のような楕円状の歪が発生する場合は、加熱時のクリアランスゼロが実現できていれば、外側への歪を抑制することができる。クリアランスゼロ部位の範囲は、最初に密着が始まる点を中心に少なくとも全体の１０％以上であればよい。このような場合は、外周囲い部２１の形状は必ずしも円筒状である必要はなく、例えば、図６および図７に示すようなクリアランスゼロ部位で円筒部１１を押さえる形状のものとすることができる。なお、図６における焼入れ歪抑制治具２Ａは平面視コ字状をした外周囲い部２１Ａのみで構成され、また、図７における焼入れ歪抑制治具２Ｂは平面視ロ字状をした外周囲い部２１Ｂのみで構成されている。
【００２５】
または、焼入れ歪抑制治具を、耐水性、耐食性を考慮してステンレス製とすることができる。具体的には、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ３１６を挙げることができる。その場合、常温時のクリアランス（有底円筒形状部の外径と外周囲い部の内径との差）が０．０１ｍｍ〜０．６ｍｍ（より好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ。）であることが好ましい。
【００２６】
クリアランス量は、例えば、以下のように設計することもできる。
クリアランスをｄ（ｍｍ）、鍛造製品の外径寸法をＲ（ｍｍ）、焼入れ歪抑制治具と鍛造製品との熱膨張係数の差をΔｔ、熱処理前と熱処理温度との差をΔＴ（Ｋ）としたとき、
【００２７】
【数４】
2005146415.tif 000005
【００２８】
を満足するクリアランス量を有する焼入れ歪抑制治具とする。
【００２９】
例えば、焼入れ歪抑制治具をセラミックス製とすることが好ましい。具体的には、例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニアを挙げることができる。その場合、常温時のクリアランス（有底円筒形状部の外径と外周囲い部の内径との差）が０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍ（より好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ。）であることが好ましい。ＳＵＳなどの鉄系の材料の熱膨張係数が８×１０-6／Ｋ〜１８×１０-6／Ｋ程度であるのに対し、セラミックスの熱膨張係数は２×１０-6／Ｋ〜５×１０-6／Ｋ程度と鉄系の材料よりも小さく、セラミックスが熱膨張しにくいことになり、焼入れ歪抑制治具の材質をセラミックスとすることにより、設計の自由度が増すからである。
【００３０】
図８（ａ）はユニバーサルジョイントヨーク素形材１の見取り図、図８（ｂ）は焼入れ歪抑制治具２Ｃの見取り図、図８（ｃ）はユニバーサルジョイントヨーク素形材１に焼入れ歪抑制治具２Ｃをセットした状態の見取り図、図８（ｄ）はユニバーサルジョイントヨーク素形材１に焼入れ歪抑制治具２Ｃをセットした状態の部分断面図、図８（ｅ）は焼入れ歪抑制治具２Ｃをユニバーサルジョイントヨーク素形材１の上側に位置させた状態の部分断面図である。
【００３１】
図８において、焼入れ歪抑制治具２Ｃは、円筒状の外周囲い部２１Ｃと、この外周囲い部２１Ｃの一方の端を閉塞し、中心部分に開口２２ａが設けられた底２２と、外周囲い部２１Ｃの底２２と同じ側の端の外周に周回させて設けられたフランジ部２３とで構成されている。なお、開口は底２２の中心部分でなくてもよく、また、フランジ部は外周囲い部２１の外周に設けられていれば、高さ方向の位置はどこでもよい。
【００３２】
この焼入れ歪抑制治具２Ｃの場合、図８（ｅ）に示すように、外周囲い部２１Ｃを円筒部１１の上側に位置させても、底２２が円筒部１１に衝合することにより、焼入れ歪抑制治具２Ｃの装着（セット）位置が円筒部１１の軸方向へずれなくなる。
底２２に開口２２ａが設けられているのが好ましい。開口２２ａは底２２の中心付近に１箇所または複数箇所、設けるのが好ましい。底２２全体に多数設けることによって開放系となり、加熱時、冷却時に媒体の移動を妨げることがなく、均一な処理ができるからである。
さらに、鍛造製品の円筒部と嵌め合せする円筒形状部位と反対側に、凸状のツバもしくは凹状の溝を有していると段積みしやすくなるので好ましい。
【００３３】
本発明を用いる加熱焼入れは、溶体化条件（加熱条件）を常温から４９０℃〜５６０℃（好ましくは５００℃〜５６０℃）まで０．５時間〜５時間で昇温し、４９０℃〜５６０℃（好ましくは５００℃〜５６０℃）に０．５時間〜５時間保持とし、焼入れを１０℃〜６０℃の冷媒での急冷とするのが好ましい。冷媒としては、冷水、温水、油、添加剤を加えた水（エチレングリコールなど）を挙げることができる。水が、安価で、冷却能が高く急冷の点から好ましい。
【００３４】
図９に有底円筒形状部を有する鍛造製品を焼き入れる場合、浸漬槽に沈めたときに浮き上がりを防止するように固定した状態の一例を断面図で示す。６１は熱処理バスケット（籠）、６２は仕切り板を示す。
【００３５】
動作と作用効果を説明する。
ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の円筒部１１内に空気が残るように有底円筒形状部の開口側を下にして浸漬槽に浸漬すると、押さえを外すことにより、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１は浮き上がり、取りだしを効率的行うことができる。しかし、その状態で冷却すると、冷却後に焼入れ歪抑制治具２の外周囲い部２１から有底円筒形状部がはずれたり、外周囲い部２１が有底円筒形状部に斜めにかみこんでしまうため、有底円筒形状部外表面に傷が付いたり、外周囲い部２１が離れなくなるおそれがある。そのおそれを取り除くため、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の上部を固定手段で固定する。
【００３６】
固定手段は、例えば、次のようにすることができる。
図９（ａ）に示す場合と反対に、焼入れ歪抑制治具２の高さ２１４よりも、浮き上がりを抑える仕切り板６２とユニバーサルジョイントヨーク素形材１との空間Ｓが大きくなると、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１が浮き上がるため、図９（ａ）に示すように、焼入れ歪抑制治具２の高さ２１４よりも空間Ｓが狭くなる熱処理バスケット６１にユニバーサルジョイントヨーク素形材１を並べ、図９（ｂ）に示すように熱処理バスケット６１を多段に積み、最上段の熱処理バスケット６１に浮き上がり押さえプレートとして仕切り板６２を載せることにより、最上段から下側は上段の熱処理バスケット６１の底が浮き上がり押さえプレート、仕切り板として機能するので、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の浮き上がりを防止して焼入れを実施することできる。
【００３７】
または、熱処理バスケット６１を多段に積み重ねる代わりに、焼入れ歪抑制治具２の高さ２１４よりもユニバーサルジョイントヨーク素形材１の上の空間Ｓが狭くなるように仕切り板６２を設けることにより、ユニバーサルジョイントヨーク素形材１の浮き上がりを防止して焼入れを実施してもよい。さらに、これを多段にして積み上げることも可能である。
【００３８】
図９（ｃ）に、焼入れ歪抑制治具２Ｃを用いて熱処理バスケット６１内にユニバーサルジョイントヨーク素形材１を直接多段に積み上げた例を示す。この場合は、浮き上がり押さえプレートの数を減らすことができ、例えば、一番上に仕切り板６２を浮き上がり押さえプレートとして載せればよい。
仕切り板６２や浮き上がり押さえプレートは、開口を有したもの、パンチング孔を有したもの、格子状に編んだものなどを用いることができる。また、焼入れ歪抑制治具をその平面に固定した仕切り板や浮き上がり押さえプレートとすることも可能である。
【００３９】
この熱処理バスケットを用いて、有底円筒形状部を有する鍛造製品を焼入れする場合、有底円筒形状部を備えた焼入れ歪抑制治具を装着した部位を下側にして浸漬槽に浸漬して焼入れすることにより、鍛造製品の有底円筒形状部内に水が入り込むことがなく、外側からの均一な焼入れとなり、焼入れむらを抑えることができるので、好ましい実施形態となる。
また、有底円筒形状部に急冷用媒体（例えば水。）が溜まらないので、後工程へ持ち込む際、媒体の持ち込みを抑えることができる。例えば、後工程でさらに熱処理を施す場合など水を持ち込まないように乾燥工程が必要になるが、乾燥工程を省略したり、または簡単な乾燥処理でよくなる。
【００４０】
冷却後、熱処理バスケットを冷却媒体中から引き上げ、その後熱処理バスケットから鍛造製品を取り出す。その後、必要に応じて、時効処理、機械加工処理を施す。
ユニバーサルジョイントヨーク素形材１について本発明を説明したが、これに限定されることなく、円筒シャフト、パイプ、その他、円筒形状または有底円筒形状部を有する鍛造製品にも適用できる。
【００４１】
本発明の生産システムについて説明する。
図１０に本発明の鍛造品の生産システム８の一例の構成の概略を示す。
【００４２】
図１０において、鍛造品の生産システム８は、溶湯から連続鋳造棒を鋳造して所定の長さに切断する連続鋳造装置８１と、この連続鋳造装置８１で鋳造した連続鋳造棒に加熱処理を施す加熱処理装置８２と、この加熱処理装置８２で加熱処理されて曲がった連続鋳造棒の曲がりを矯正する矯正装置８３と、この矯正装置８３で曲がりを矯正された連続鋳造棒の外周部分を除去するピーリング装置８４と、このピーリング装置８４で外周部分が除去された連続鋳造棒を、製品を鍛造するのに必要な長さの切断片に切断する切断装置８５と、この切断装置８５で切断された切断片を予備加熱する予備加熱装置８６と、この予備加熱装置８６で加熱された切断片に馴染み易い水溶性の潤滑剤を付着させる予備潤滑装置８７と、この予備潤滑装置８７で潤滑剤を付着させた切断片から鍛造製品（素形材）を鍛造する鍛造装置８８と、この鍛造装置８８で鍛造した鍛造製品に溶体化処理を施す溶体化加熱装置８９と、この溶体化加熱装置８９で加熱した鍛造製品を焼入れする焼入れ装置９０と、この焼入れ装置９０で焼入れした鍛造製品に時効処理を施す時効処理装置９１とで構成されている。なお、加熱処理装置８２、ピーリング装置８４は省略することができる。また、各装置間の搬送は自動搬送装置で行うことができる。
溶体化加熱装置８９は、鍛造製品の有底円筒形状部に、加熱状態でクリアランスがゼロとなる常温時のクリアランスを有する焼入れ歪抑制治具の外周囲い部を外側から装着する装置を有し、自動装着ロボットなどを用いることができる。
【実施例】
【００４３】
図２に示した焼入れ歪抑制治具２を用いて図１に示したユニバーサルジョイントヨーク素形材１を、鍛造後Ｔ６処理と呼ばれる溶体化処理、焼入れ処理、時効処理を連続して行う工程を経て作製した。
鍛造用素材として、Ａ６０６１材のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒を直径１００ｍｍ、長さ２５ｍｍに丸のこぎりで切断したものを用いた。切断した鍛造用素材に黒鉛系の潤滑剤を塗布して４５０℃に予加熱した。予備加熱した鍛造用素材を鍛造金型で図１に示したユニバーサルジョイントヨーク素形材１（鍛造製品）に成形した。成形が完了後、鍛造製品を下金型のノックアウト機構により金型の外へ排出した。
鍛造条件は、プレス速度を２５ｓｐｍ（ストローク回数／分）とし、成形荷重を２２０ｔとした。
【００４４】
続いて機械的特性を得るためにＴ６処理を実施した。実施例１では、有底円筒形状部の外径（直径１０５ｍｍ。）を図２に示した外周囲い部２１（２）内に遊嵌するようにセットし、熱処理バスケット（籠）にピンボス部が上側（すなわち、焼入れ歪抑制治具装着部位が下側）になるように並べた。焼入れ歪抑制治具の素材はＳＵＳ３０４材を用いた。熱処理バスケットは円筒形状のもので、熱処理バスケットを７段に積み重ねた。鍛造製品上端とその上部に重ねた籠の底部とのクリアランスは最大２５ｍｍであった。焼入れ歪抑制治具の高さ寸法は３０ｍｍ、外周囲い部の内径と鍛造製品における円筒部の外径との熱処理前のクリアランスを０．３ｍｍに設定した。溶体化条件は５３０℃まで２時間で昇温し、５３０℃に２時間保持し、水温２０℃の水で焼入れを実施した。続いて時効処理を２００℃まで１時間で昇温し、６時間保持して空冷（放冷）した。熱処理前後の有底円筒形状部の真円度歪を測定したところ、熱処理前０．１ｍｍであったものが、熱処理後０．２ｍｍであった。熱処理に伴う変形は０．１ｍｍに抑制された。外径部を三次元測定器で３６点の円測定を実施し、３６点から平均円を求め、それと実測値を比較し最大ずれ量を真円度歪として定義した。
【００４５】
比較例１として鍛造製品に焼入れ歪抑制治具を用いずに上記条件でＴ６処理を行った。熱処理前後の有底円筒形状部の真円度歪を測定したところ、熱処理前０．１ｍｍであったものが、熱処理後１．０ｍｍとなり、０．９ｍｍもの変形となっていた。
また、比較例２として鍛造製品の熱膨張係数と焼入れ歪抑制治具の熱膨張係数との差以上のクリアランス、すなわち、０．９ｍｍのクリアランスを設けて上記条件でＴ６処理を行った。熱処理前後の有底円筒形状部の真円度歪を測定したところ、熱処理前０．１ｍｍであったものが、熱処理後１．０ｍｍとなり、０．９ｍｍもの変形となっていた。
同様して、焼入れ歪抑制治具の材質、クリアランスを変えた実施例２〜実施例６の結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2005146415.tif 000006
【００４７】
熱処理中のクリアランス状態は、熱処理後の鍛造製品に焼入れ歪抑制治具の当り跡の観察結果から確認した。跡がない場合は、クリアランスが熱処理中もあったことになる。強く締まった場合は、傷跡が観察される。
【００４８】
また、別の比較例として鍛造製品における有底円筒形状部の内側に、図１１に示した内径抑えタイプのＳＵＳ製の焼入れ内径歪抑制治具２Ｘの、フランジ部２Ｆの中心に設けた円柱部２Ｐを嵌合させて上記条件でＴ６処理を行った。焼入れ内径歪抑制治具２Ｘにおける円柱部２Ｐの外径と鍛造製品における有底円筒形状部の内径とのクリアランスを０．３ｍｍとした。ＳＵＳ３０４とアルミニウム合金Ａ６０６１との熱膨張係数は各々１７．３×１０-6／Ｋ、２３．４×１０-6／Ｋであり、アルミニウム合金の方が熱膨張が大きいため、５３０℃まで昇温時に鍛造製品における有底円筒形状部の内径が円柱部２Ｐの外径よりも大きくなり、焼入れ時の変形を防止できなかった。熱処理前後の真円度歪は、熱処理前が０．１ｍｍ、熱処理後が１．０ｍｍとなっており、内側から変形を抑えることを目的としたが、歪抑制治具としての効果は得られなかった。
【００４９】
さらに別の比較例として鍛造製品における有底円筒形状部の内側に、図１１に示したアルミニウム合金性の焼入れ内径歪抑制治具２Ｘの円柱部２Ｐを嵌合させて上記条件でＴ６処理を行った。焼入れ内径歪抑制治具２Ｘにおける円柱部２Ｐの外径と鍛造製品における有底円筒形状部の内径とのクリアランスを０．１ｍｍとした。熱処理前後の真円度歪は、熱処理前が０．１ｍｍ、熱処理後０．４ｍｍとなっており、熱処理変形防止の効果は得られたが、鍛造製品における有底円筒形状部が０．３ｍｍ変形することにより、鍛造製品が焼入れ内径歪抑制治具２Ｘに抱きつき、簡単には焼入れ内径歪抑制治具２Ｘを外すことができなかった。
内径抑えタイプでは、治具の取り外しに手間がかかったり、加熱時にクリアランスが発生し歪の発生を防止するには至らなかった。
【００５０】
上記した実施例は、鍛造製品の材質をアルミニウム合金とした例で説明したが、鍛造製品の材質をアルミニウム合金以外とする場合にも適用することができる。この場合においても、焼入れ歪抑制治具の材質の熱膨張係数は、鍛造製品の材質の熱膨張係数よりも小さくする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ），（ｂ）はユニバーサルジョイントヨーク素形材の一例の概略見取り図である。
【図２】本発明の焼入れ歪抑制治具の一例を示す概略見取り図である。
【図３】（ａ），（ｂ）はユニバーサルジョイントヨーク素形材の外側に焼入れ歪抑制治具をセットした状態の概略見取り図および概略断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は従来例のユニバーサルジョイントヨーク素形材の熱処理前後の概略断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の焼入れ歪抑制治具をセットした場合の熱処理前後および焼入れ途中における概略断面図である。
【図６】本発明の焼入れ歪抑制治具の他の例を示す概略見取り図および概略断面図である。
【図７】本発明の焼入れ歪抑制治具のさらに他の例を示す概略見取り図および概略断面図である。
【図８】本発明の焼入れ歪抑制治具のさらに他の例などを示す概略見取り図および概略断面図である。
【図９】本発明のユニバーサルジョイントヨーク素形材の熱処理バスケットおよびそこに配置した状態の製品、焼入れ歪抑制治具の概略断面図である。
【図１０】本発明の鍛造品の生産システムの一例の概略構成図である。
【図１１】焼入れ内径歪抑制治具の説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１      ユニバーサルジョイントヨーク素形材
２      焼入れ歪抑制治具
２Ａ    焼入れ歪抑制治具
２Ｂ    焼入れ歪抑制治具
２Ｃ    焼入れ歪抑制治具
８      鍛造品の生産システム
１１    円筒部
１２    底
１３    ピンボス部
２１    焼入れ歪抑制治具の外周囲い部
２１Ａ  焼入れ歪抑制治具の外周囲い部
２１Ｂ  焼入れ歪抑制治具の外周囲い部
２１Ｃ  焼入れ歪抑制治具の外周囲い部
２２    底
２２ａ  開口
２３    フランジ部
６１    熱処理用バスケット（籠）
６２    仕切り板
８１    連続鋳造装置
８２    加熱処理装置
８３    矯正装置
８４    ピーリング装置
８５    切断装置
８６    予備加熱装置
８７    予備潤滑装置
８８    鍛造装置
８９    溶体化加熱装置
９０    焼入れ装置
９１    時効処理装置
１１１  円筒部の外径
１２１  熱処理前における鍛造製品の円筒部の外径
１２２  熱処理後における鍛造製品の円筒部外周の長軸
１２３  熱処理後における鍛造製品の円筒部外周の長軸
２１１  外周囲い部の内径
２１２  外周囲い部の外径
２１３  外周囲い部の肉厚
２１４  外周囲い部の高さ（幅）
Ｓ      空間
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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