(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーガ本体の両端に軸部を備え、同軸部が有する軸支部に対応する部位に設けた環状凹所に耐摩耗性の合金をプラズマアーク溶接により肉盛りして、同肉盛り部の表面に仕上げ加工を施して前記軸支部を形成するオーガの製造方法であり、当該オーガにおける高硬度および高強度が要求される部位の母材として析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用して、同母材を前記プラズマアーク溶接工程における予熱および溶接熱にて時効熱処理して析出硬化することを特徴とするオーガの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオーガの製造方法において、前記母材として１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕまたは１７Ｃｒ−７Ｎｉ−１Ａｌを採用することを特徴とするオーガの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のオーガの製造方法において、前記プラズマアーク溶接工程における予熱温度は３００℃〜３５０℃で、予熱時間は２０分〜８０分であることを特徴とするオーガの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーガ式製氷機等に使用されるオーガを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーガ式製氷機、各種の押出機、掘削機等に使用されるオーガは、螺旋刃を有するロッド状のオーガ本体の両端の各軸部に軸支部を有するもので、オーガ本体には、耐食性および高強度が要求され、また、各軸部の軸支部には、耐食性および高強度の他に耐摩耗性や高硬度が要求される。
【０００３】
このため、オーガの母材として、フェライト系スレンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼等を採用してオーガ本体および各軸部に対応する部位を形成するとともに、各軸部の軸支部に対応する部位に軸方向に所定幅の環状凹所を形成して、この環状凹所に、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉを主要成分とする所定割合の合金である耐摩耗性合金をプラズマアーク溶接により肉盛りして、この肉盛り部の表面に仕上げ加工を施して軸支部を形成する手段が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オーガを構成するオーガ本体、各軸部、または、オーガ本体および各軸部等、当該オーガにおける高い硬度や高い強度が要求される部位の硬度や強度をさらに高めるには、これらの部位を構成する母材として、析出硬化型ステンレス鋼を採用することが考えられる。しかしながら、析出硬化型ステンレス鋼は、時効熱処理を施して析出硬化させることにより高硬度、高強度を発現するもので、時効熱処理が不可欠であることから、析出硬化させた高硬度、高強度の析出硬化型ステンレス鋼を採用する場合には、母材が高価になってオーガの価格を高騰させることになる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、オーガの母材として析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用して、析出硬化型ステンレス鋼をプラズマアーク溶接工程での熱を有効に利用して時効熱処理することにより、母材として析出硬化させた高硬度、高強度の析出硬化型ステンレス鋼を採用する場合に比較して、オーガを廉価に製造できる製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オーガの製造方法に関する。本発明が適用対象とするオーガの製造方法は、オーガ本体の両端に軸部を備え、同軸部が有する軸支部に対応する部位に設けた環状凹所に耐摩耗性の合金をプラズマアーク溶接により肉盛りして、同肉盛り部の表面に仕上げ加工を施して前記軸支部を形成する方式のオーガーガの製造方法である。
【０００７】
しかして、本発明に係るオーガの製造方法は、当該オーガにおける高硬度および高強度が要求される部位、例えば、前記オーガ本体、前記各軸部、または、前記オーガ本体および前記各軸部の母材として析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用して、同母材を前記プラズマアーク溶接工程における予熱および溶接熱にて時効熱処理して析出硬化することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係るオーガの製造方法においては、前記母材として、１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕまたは１７Ｃｒ−７Ｎｉ−１Ａｌを採用することができ、前記時効熱処理に利用する予熱温度としては３００℃〜３５０℃、予熱時間としては２０分〜８０分程度とすることが好ましい。
【０００９】
【発明の作用・効果】
本発明に係る製造方法においては、本発明が適用対象とする方式のオーガの製造方法において不可欠であるプラズマアーク溶接工程における予熱および溶接熱を有効に利用して、母材である析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を時効熱処理するものである。これにより、当該オーガにおける高硬度や高強度が特に要求される部位（オーガ全体、オーガ本体、各軸部等）は、析出硬化した高硬度、高強度のステンレス鋼にて構成されることになる。このため、本発明に係る製造方法によれば、オーガの母材として、析出硬化した析出硬化型ステンレス鋼を母材として採用する場合に比較して、オーガを廉価に提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、オーガ式製氷機を構成するオーガを製造する方法を開示するもので、図１に示すように、当該オーガ１０は、オーガ本体１１と、オーガ本体１１の上下各端部に圧接されて一体的に接合された軸部１２，１３にて構成されている。オーガ本体１１においては、その本体軸部１１ａの外周に、螺旋刃１１ｂを備えている。また、各軸部１２，１３においては、その軸方向の略中央部に、耐摩耗性の軸支部１４，１５が形成されている。当該オーガ１０は、製氷機の製氷室を構成する冷却筒内に同心的に配置されて、各軸支部１４，１５にて回転可能に軸支されるとともに、駆動モータの出力軸に動力伝達可能に連結される。
【００１１】
当該オーガ１０においては、オーガ本体１１および両軸部１２，１３の母材として、析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用している。具体的には、母材として、１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕの組成で、固溶化熱処理されている時効熱処理前のステンレス鋼、または、１７Ｃｒ−７Ｎｉ−１Ａｌの組成で、固溶化熱処理されている時効熱処理前のステンレス鋼を採用している。
【００１２】
各軸支部１４，１５の表層部は、プラズマトランスファアーク溶接により肉盛りされた耐摩耗性の合金で形成されているもので、耐摩耗性の合金としては、Ｃｏ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを主要成分とし、これらの成分を所定の混合割合とする合金を採用している。
【００１３】
図２は、各軸支部１４，１５を形成する前の各軸部１２，１３の状態を示している。この状態では、母材である析出硬化型ステンレス鋼は析出硬化前の状態にある。
【００１４】
また、図３は、各軸支部１４，１５を形成する部位に合金をプラズマトランスファアーク溶接により肉盛りした状態を示している。当該オーガ１０においては、母材の状態にある各軸部１２，１３に、予め環状凹所１２ａ，１３ａを形成しておいて、この環状凹所１２ａ，１３ａにプラズマトランスファアーク溶接を施して合金の肉盛り部位１２ｂ，１３ｂを形成し、肉盛り後に肉盛り部位１２ｂ，１３ｂの外周を仕上げ加工（研削加工）を施すことにより各軸支部１４，１５を形成している。また、オーガ本体１１の本体軸部１１ａの外周を切削加工を施すことにより、螺旋刃１１ｂを形成している。
【００１５】
しかして、各軸部１２，１３の環状凹所１２ａ，１３ａに合金をプラズマトランスファアーク溶接を施して肉盛りする場合には、環状凹所１２ａ，１３ａの急速な加熱、および肉盛り部位１２ｂ，１３ｂの急速な冷却を防止するため、プラズマトランスファアーク溶接工程において、母材全体を３００℃〜３５０℃で２０分〜８０分間の範囲で予熱し、この予熱された状態で、環状凹所１２ａ，１３ａに合金をプラズマトランスファアーク溶接を施す。母材全体は、この溶接工程における予熱および溶接熱により時効熱処理されて析出硬化し、高硬度、高強度のステンレス鋼となる。
【００１６】
このように、本発明に係る製造方法によれば、オーガ１０を製造する場合に不可欠とするプラズマトランスファアーク溶接工程での予熱および溶接熱を有効に利用して、母材である析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を時効熱処理するものであり、これにより、当該オーガ１０は析出硬化させた析出硬化型ステンレス鋼にて構成されることになる。従って、本発明に係る製造方法によれば、析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼である母材を析出硬化させるための、独立した熱処理工程での時効熱処理は不要となる。
【００１７】
このため、本発明に係る製造方法によれば、オーガ１０の母材として通常のステンレス鋼を採用した場合と同じ製造工程を採用すればよくて、この場合と同等の製造コストとなり、析出硬化した高硬度、高強度のステンレス鋼を母材として採用する場合に比較して、オーガ１０を廉価に製造することができる。また、オーガ１０は、析出硬化した高硬度、高強度のステンレス鋼から構成されることになるため、母材として通常のステンレス鋼を採用した場合に比較して硬度が数倍増大しかつ高強度となることから、強度的および硬度的な点からすれば、オーガ本体１１の軸径を大幅に縮小することができる利点がある。
【００１８】
なお、当該オーガ１０においては、オーガ本体１１および両軸部１２，１３の全ての母材として、析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用している例である。しかしながら、使用目的によって、軸部１２，１３がオーガ本体１１に比較してより高硬度、高強度を要求されるオーガや、これとは逆に、オーガ本体１１が軸部１２，１３に比較してより高硬度、高強度を要求されるオーガがあり得る。これらのオーガを製造する場合には、高硬度、高強度が要求される部位、例えば軸部１２，１３の母材のみに、またはオーガ本体１１の母材のみに析出硬化前の析出硬化型ステンレス鋼を採用し、他の部位の母材として析出硬化型ステンレス鋼ではないステンレス鋼を採用するようにすることもできる。
【００１９】
【実施例】
本実施例では、オーガ本体１１および両軸部１２，１３の母材として、固溶化熱処理された時効熱処理前のＳＵＳ６３０（組成：１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕ）を採用して、オーガ１０を製造する実験を行った。本実験では、製造方法として、オーガ本体１１の母材に両軸部１２，１３の母材を圧接して接合一体化する圧接工程、両軸部１２，１３の母材の外周に切削加工を施して環状凹所１２ａ，１２ｂを形成する凹所形成工程、環状凹所１２ａ，１２ｂにプラズマトランスファアーク溶接を施して肉盛り部位１２ｂ，１３ｂを形成する溶接工程、肉盛り部位１２ｂ，１３ｂを研削して軸支部１４，１５を形成する仕上げ工程、および、オーガ本体１１の本体軸部１１ａ上に螺旋刃１１ｂを形成する螺旋刃形成工程からなる製造方法を採用している。
【００２０】
当該製造方法における各工程は、オーガを製造する従来の製造方法で採用している各工程と同様であり、かつ、製造条件として同様の条件を採用している。このため、当該製造方法における各工程にうち、本発明の製造方法の主要部とする溶接工程を除き、他の工程の詳細な説明を省略する。
【００２１】
当該製造方法における溶接工程は、凹所形成工程を経た母材を予熱する予熱装置と、プラズマトランスファアーク溶接を行う溶接装置を備えている。予熱装置は、複数本の母材を収容できる予熱炉を備えていて、所定時間予熱された母材を予熱炉から１本毎に搬出して溶接装置へ搬入するとともに、この母材の搬出に応じて母材を予熱炉へ１本毎に搬入するようになっている。すなわち、母材は、溶接を終えた段階で予熱炉から溶接装置へ１本搬送され、これに応じて予熱炉内へ１本搬入される。
【００２２】
予熱炉の温度は約３５５℃に設定されていて、母材は３１５℃〜３４０℃の温度範囲に予熱される。プラズマトランスファアーク溶接の所要時間は、各軸部１２，１３の母材の軸径および長さ（環状凹所１２ａ，１２ｂの幅および深さ）に応じて異なるもので、溶接時間に応じて母材の予熱時間が異なる。本実験例では、母材が４本収容される予熱炉を採用しており、オーガ本体１１の母材が直径４５ｍｍで軸部１２，１３の母材が直径１６．２ｍｍである場合、溶接時間は約６分３０秒を要することから、予熱時間（予熱炉中に滞在している時間）は約２６分となり、また、オーガ本体１１の母材が直径７０ｍｍで軸部１２，１３の母材が直径３０．４ｍｍである場合、溶接時間は約９分４０秒を要することから、予熱時間（予熱炉中に滞在している時間）は約３８分３０秒となる。溶接装置では、従来のプラズマトランスファアーク溶接と同様の条件で、Ｃｏ、Ｃｒ、ＭｏおよびＮｉを主要成分とする合金を用いて、母材の環状凹所１２ａ，１３ａに溶接を施して肉盛り部位１２ｂ，１３ｂを形成する。溶接温度は約１７００℃〜１８００℃である。
【００２３】
従って、オーガ１０の母材は、溶接工程を経る間に、溶接工程での予熱および溶接熱によって時効熱処理を受け、析出硬化されて高硬度を発現し、かつ、これにともない高強度を発現する。この時点での母材は、マイクロビッカース硬度測定器による測定結果によれば、各部位での平均硬度が４４３．１Ｈｖであった。この硬度は、析出硬化前の硬度２００Ｈｖに比較して約２．２倍となった。また、母材の疲労強度については約２倍向上していた。
【００２４】
また、オーガ本体１１および両軸部１２，１３の母材として、固溶化熱処理された時効熱処理前のＳＵＳ６３１（組成：１７Ｃｒ−７Ｎｉ−１Ａｌ）を採用して、上記と同様の条件でオーガ１０を製造する実験を行ったところ、ＳＵＳ６３０（組成：１７Ｃｒ−４Ｎｉ−４Ｃｕ）を採用した場合とほぼ同様の平均硬度および疲労強度を発現していることを確認した。
【００２５】
念のため、溶接工程を経た母材（ＳＵＳ６３０）について、同母材に、固溶化熱処理されたＳＵＳ６３０の通常の時効熱処理と同様の熱処理温度である４８０℃で１時間時効熱処理を施したところ、この熱処理された母材のマイクロビッカース硬度の各部位での平均硬度は４２３．４Ｈｖであった。この結果は、溶接工程で受ける時効熱処理が、独立した工程で行われる通常の時効熱処理とほぼ同様の効果を有していることを裏付けるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法により製造されるオーガの側面図である。
【図２】同オーガにおける軸支部の形成部位の部分側面図である。
【図３】同軸支部の形成部位に合金の肉盛り部位を形成した状態を示す部分側面図である。
【符号の説明】
１０…オーガ、１１…オーガ本体、１１ａ…本体軸部、１１ｂ…螺旋刃、１２，１３…軸部、１２ａ，１３ａ…環状凹所、１２ｂ，１３ｂ…肉盛り部位、１４，１５…軸支部。
【図１】
0004477723.tif 000002
【図２】
0004477723.tif 000003
【図３】
0004477723.tif 000004