(57)【要約】【課題】本発明は異形の棒状部材において焼入れ歪みの発生を最小限にするとともに生産性の高い熱処理方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の異形棒状部材の熱処理方法は、熱処理により湾曲歪みを生じる異形棒状部材の熱処理方法であって、一対の異形棒状部材（１１ａ、１１ｂ）を湾曲歪みを打ち消すように並列に配置して所定の治具（２２、２３）で一体的に固定する部材固定工程と、固定された一対の異形棒状部材に熱処理を施す熱処理工程と、熱処理を施した異形棒状部材を治具と分離するバラシ工程とを有することを特徴とする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理により湾曲歪みを生じる異形棒状部材の熱処理方法であって、
一対の前記異形棒状部材を前記湾曲歪みを打ち消すように配置して所定の治具で一体的に固定する部材固定工程と、
前記固定された一対の異形棒状部材に熱処理を施す熱処理工程と、
前記熱処理を施した異形棒状部材を前記治具と分離するバラシ工程とを有することを特徴とする異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項２】
前記一対の異形棒状部材の各軸線を二次元的あるいは三次元的に平行に配置する請求項１に記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項３】
前記一対の異形棒状部材を該異形棒状部材の側面側から見て左右対称又は点対称となるように並列配置する請求項２に記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項４】
前記一対の異形棒状部材を該異形棒状部材の端面側から見て軸対称となるように並列配置する請求項２に記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項５】
前記部材固定工程は並列配置した一対の異形棒状部材の離間部に所定の離間距離を保持する支持治具を配置する請求項１〜４のいずれかに記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項６】
前記熱処理工程は前記固定された一対の異形棒状部材に、前洗浄、加熱、焼入れ、後洗浄、焼戻しを順次施す工程である請求項１に記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項７】
前記熱処理工程は前記固定された一対の異形棒状部材を垂下した状態で実施する請求項１〜６のいずれかに記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項８】
前記異形棒状部材はコモンレール部材である請求項１〜７のいずれかに記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【請求項９】
前記治具は前記コモンレール部材の取付け穴に挿通するボルトである請求項８に記載の異形棒状部材の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱処理により湾曲歪みを生じる異形棒状部材の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、長尺かつ複雑形状のコモンレール部材は焼入れ処理すると、前工程の加工応力や焼入れによる変形により曲がりが発生しやすい。このような焼入れ歪みを防止する方法として従来からプレスクエンチが行われている。この方法は、所定の焼入れ温度に加熱された被焼入れ部材の全体又は一部分を所定形状の凹部を有するダイスに入れて加圧しつつ冷却液の槽に入れるなどの方法で冷却するものである。
【０００３】
ところが、コモンレール部材のように複数の突出部を有しかつ主幹部には貫通穴を有するような中空で複雑な形状をした異形棒状部材では、焼き入れすると中実の棒に比べて極めて曲がりが発生しやすいうえ、上記のプレスクエンチでは加圧力により中空部がつぶれてしまう虞がある。このため加圧力を制限すると変形を抑えきれず、冷却が完了してダイスで加圧されたままの状態ですでに歪みが発生している場合がある。また、たとえ加圧力をかなり大きくしてダイス内においては真っ直ぐな状態になっていても、残留応力によりダイスから取り出したときに歪みが発生する場合があり、これらのことから焼入れ歪みを完全になくすのは困難であるのが現状である。
【０００４】
また、上記のようなプレスクエンチなどの拘束熱処理方法では、ワーク１本ごとの熱処理となるので品質のバラツキが生じやすいために、歪み発生の少ない安定した品質の得られる熱処理方法が望まれていた。
【特許文献１】特開２０００−１１９７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、従来のダイスによる拘束焼入れ方法では完全に歪みの発生を防止することが困難であった異形の棒状部材において、焼入れ歪みの発生を最小限にするとともに生産性の高い熱処理方法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】
【０００６】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法は、熱処理により湾曲歪みを生じる異形棒状部材の熱処理方法であって、一対の異形棒状部材を湾曲歪みを打ち消すように配置して所定の治具で一体的に固定する部材固定工程と、固定された一対の異形棒状部材に熱処理を施す熱処理工程と、熱処理を施した異形棒状部材を治具と分離するバラシ工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法における部材固定工程では、一対の異形棒状部材の各軸線を二次元的あるいは三次元的に平行に配置することが望ましく、一対の異形棒状部材はその側面側から見て当接線に対して左右対称、又は当接線の中点に対して点対称となるように、あるいはその端面側から見て当接線の中点を対称軸とする軸対称となるように並列配置することができる。
【０００８】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法における部材固定工程では、並列配置した一対の異形棒状部材の離間部に所定の離間距離を保持する支持治具を配置することができる。
【０００９】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法において、熱処理工程は固定された一対の異形状部材に、前洗浄、加熱、焼入れ、後洗浄、焼戻しを順次施す工程としてもよい。
【００１０】
また、本発明の異形棒状部材の熱処理方法における熱処理工程は、固定された一対の異形状部材を垂下した状態で実施することが望ましい。
【００１１】
ここで、異形棒状部材はコモンレール部材であることが望ましく、この場合に治具はコモンレール部材の取付け穴に挿通するボルトとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法によれば、異形棒状部材同士を湾曲歪みを打ち消すように並列配置して固定するので、熱処理中に発生する湾曲歪みをお互いに矯正し合って熱処理により発生する変形を低減することができる。
【００１３】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法では、予め予測される歪みの発生方向によって異形棒状部材の並列配置方法を適宜選択することで発生する歪みを効果的に相殺することができる。
【００１４】
また、一体的に固定した一対の異形棒状部材を支持枠などに垂下して熱処理を施すので、自重によりさらに歪みの発生を小さくすることができる。
【００１５】
さらに、本発明は、異形棒状部材同士の離間部に離間距離を保持するスペーサなどの支持部材を配置して固定するので、種々の形状の異形棒状部材に適用することができ、特に、コモンレールの熱処理には好適に用いることができる。
【００１６】
本発明の熱処理方法は、所定の支持枠に互いに固定した多数の部材を取り付けて支持枠ごと熱処理を施すことができるので、ワークを一本ずつ処理する従来の拘束焼入れや拘束焼き鈍し工程に比べてはるかに生産性が高く、また、ワークごとの品質バラツキを小さくできるため、全体的に品質も安定して生産コストを大幅に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の異形棒状部材の熱処理方法をコモンレール部材（以後、単にコモンレールという）の熱処理を例に説明する。
【００１８】
本実施の形態ではコモンレールは、棒状の主幹部とこの主幹部の側部に長さ方向に対して直交する複数の突出部を一体的に形成した熱間鍛造部材に、所定の機械加工を施した異形棒状部材である。図１（ａ）にその一部断面側面図を示す。
【００１９】
主幹部１２の一側面には第１の突出部列１３が、また、この第１の突出部列１３から９０°離れた側面には第２の突出部列１４が、さらに、第１の突出部列１３に対向する側面にはコモンレールを所定の位置へ固定する固定部（本実施の形態では４個）１５が連結部（図３の２５）を介して第１の突出部列１３に背向するように等間隔で一体的に形成されている。
【００２０】
主幹部１２の軸芯部には貫通穴１６が穿設されており、この貫通穴１６の両端部は拡径して形成されている。また、第１の突出部列１３の各突出部１７には、貫通穴１６に直交して開口する所定形状の連通孔１８が形成されている。また、第１の突出部列１３から９０°離れた第２の突出部列１４の各突出部１９、２０、２１にもそれぞれ貫通穴１６に直交して開口する所定形状の連通孔が穿設されている。なお、上記の各固定部１５には各々ボルト穴（図示せず）が主幹部１２に直交する方向に貫通して設けられている。
【００２１】
熱間鍛造後、以上のように機械加工されたコモンレール１１は、焼入れ処理と焼戻し処理を施すことにより図１（ｂ）の破線で例示すような固定部１５側を凸とする湾曲歪みｄを生じる。なお、図１（ｂ）の鎖線は熱処理前の軸線である。
【００２２】
本発明の熱処理方法は、焼入れ後に拘束を加えて焼戻しを行うプレステンパではなく、焼入れ前に部材同士を並列配置、すなわち各部材の軸線を二次元的あるいは三次元的に平行に配置して固定し、その固定した状態のまま洗浄、加熱、焼入れ、洗浄および焼戻しの処理を施す方法である。そして、発生する湾曲歪みを熱処理治具や熱処理時のワークの姿勢などで解消しようとするものであって、一対の異形棒状部材を湾曲歪みを打ち消すように配置して所定の治具で一体的に固定する部材固定工程と、固定された一対の異形棒状部材に熱処理を施す熱処理工程と、熱処理を施した異形棒状部材を治具と分離するバラシ工程とを有する。
【００２３】
（部材固定工程）
部材固定工程では、一対の異形棒状部材を発生する歪みを相殺するように並列配置して固定する。発生する歪みの形状により、点対称配置、左右対称配置、あるいは軸対称配置などを適宜選択する。
【００２４】
（１）点対称配置
図２に示すように、湾曲歪みが一様でなだらかな形状であり湾曲頂部Ｔが長手方向のほぼ中央部であるような場合には、図２（ｂ）に示すように、湾曲歪みｄの凸側を対向するように一対のコモンレール１１ａ、１１ｂを対向して並列配置する。この場合には、各固定部が当接する当接線Ｘ１に対して左右対称となるように配置してもよいが、図２（ａ）に示すようにコモンレール１１ａに対してコモンレール１１ｂの左右の端部を逆にした側面から見て点対称の状態で、各固定部１５が当接するように配置してもよい。すなわち、コモレール１１の側面に平行な面（図示せず）内で当接線Ｘ１の中点Ｐ１を対称点としてコモンレール１１ａに対してコモンレール１１ｂを１８０℃回転して配置する。
【００２５】
それぞれの固定部１５にはボルト挿通穴が穿設されているので、図３にＡ視平面概要図で示すように当接している固定部（本実施の形態では４箇所）１５にボルト２２を挿通してナット２３でコモンレール１１ａとコモンレール１１ｂとを締結する。このように固定することで図３のｙ方向に発生する湾曲歪みを相殺することができる。また、後述する左右対称配置に比べて支持枠への吊り本数を増大できるので高い生産性を得ることができる。
【００２６】
（２）左右対称配置
また、湾曲頂部Ｔが長手方向のほぼ中央部ではなく、いずれかの側へ偏在する場合には、図５（ａ）または（ｂ）に破線で示すように歪みの湾曲頂部Ｔが対向するように部材同士を並列線Ｙに対して左右対称となるように配置する。熱処理中には部材の長手方向のそれぞれの点で歪みを生じる変形力が発生するが、このように配置して部材同士を固定することで、それぞれの部材の固定した部分に等しい大きさの変形力が逆方向に働くことになるので、変形力を相殺して結果として歪みの発生を抑制することができる。
【００２７】
例えば、図４に示すように第１の突出部列１３同士を当接させるようにコモンレール１１ａとコモンレール１１ｂとを左右対称となるように並列して配置する場合には、対向する固定部１５の挿通穴にボルト２２’を挿通してナット２３’で締結してコモンレール１１ａとコモンレール１１ｂとを固定する。この場合にはコモンレール１１ａの固定部１５とコモンレール１１ｂの固定部１５との離間部に離間距離Ｌに等しい長さの中空のスペーサ２４を挿入することが望ましい。スペーサ２４を挿入することで、熱処理中の離間距離Ｌの変化（すなわち、歪みの増大）を抑制することができる。
【００２８】
なお、湾曲歪みを抑制するためには、一対の部材を長手方向で３箇所以上固定しなければならない。図６に例示するように部材Ｗの形状によっては左右対称に配置することで矢印で示す固定箇所ｅ、ｆ、ｇのいずれかに離間部Ｂを生じる場合がある。このような場合には、棒又は板状のスペーサＳ１あるいは離間部の形状に沿うような２次元又は三次元形状を有するスペーサＳ２など、適宜のスペーサを装着して熱処理前の離間距離あるいは形状を維持できるように固定するとよい。
【００２９】
（３）軸対称配置
また、軸方向に対してねじれのような三次元的な歪みを生じる場合がある。図７はこのような三次元的な歪みを生じるコモンレール１１の場合を例示したもので、コモンレール１１ａとコモンレール１１ｂとをその端面側から見て軸対称（回転対称）となるように並列配置して固定している。すなわち、コモンレール１１ａとコモンレール１１ｂとを当接線Ｘ２の中点Ｐ２を通る端面に垂直な軸線Ｋの周りに１８０℃回転して配置する。このように配置して固定することで、ｙ方向に発生する歪みのみならずｘ方向に発生する歪みをも同時に相殺することができ、三次元的に発生するねじれのような歪みを効果的に小さく抑制することができる。
【００３０】
次に、上記のように締結した２本一組のコモンレール１１ａ、１１ｂ（以下、ワークともいう）を適宜の支持枠に鉛直に吊り下げて（例えば、図示しない支持枠のＬ字型などの係止部に図２のように固定したワークの当接している一端側の固定部１５を係合して垂下する）、所望の熱処理を施す。
【００３１】
（熱処理工程）
本実施の形態における熱処理工程では、まず、ワークを上記のように支持枠に垂下した状態で、例えば炭化水素系洗浄油あるいは水系洗浄液などで全体を前洗浄してワークに付着している加工油や防錆油などを除去する。次いで、電気（又はガスなど）加熱炉で８００〜９００℃×１〜３時間加熱し、しかる後に５０〜１５０℃の油槽へ支持枠ごと浸漬して焼入れ処理を施す。続いて真空洗浄あるいはアルカリ脱脂液などで全体を後洗浄して付着油を除去し、電気（又はガスなど）加熱炉で４００〜６００℃×１〜３時間の焼戻し処理を行う。その後、放冷又は炉冷により室温まで冷却する。
【００３２】
（バラシ工程）
支持枠とワークとが室温にまで冷却されたら、ワークを支持枠から取り出し、固定ボルトをゆるめてコモンレール１１ａと１１ｂとを分離する。コモンレール１１ａと１１ｂとは熱処理の開始から終了までボルトで固定されており、常時鉛直方向に維持されているので、固定されていることで発生する歪みを矯正し合うとともに、鉛直に吊り下げられることでワークの自重によりさらに歪みの発生を抑制することができる。このため固定ボルトを除去してワークを分離するバラシ工程の後にも残留応力による歪みの発生は極めて小さいものとなる。
【００３３】
一実施例として、材質がＳＣＭ４３５材で図１のように外径３０〜５０ｍｍの主管部１２に直径５〜１０ｍｍの貫通穴１６を穿設するとともに、その他の部位にも所定の機械加工を施した長さ２００〜６００ｍｍのコモンレールに、上記の熱処理工程の各条件で焼入れ処理と焼戻し処理とを施した場合の湾曲歪みｄを測定した。従来の熱処理方法では０．４〜０．７ｍｍであった歪みｄは、図２に示すように部材同士を固定して垂下した状態で焼入れ、焼戻し処理した本発明の熱処理方法では、ｄ＝０．１〜０．２ｍｍとなった。また、従来の方法では熱処理後の歪み修正率（あるロットの全熱処理本数に対する修正本数の百分比）が９３％であったが、本発明の熱処理方法を採用することで修正率を０とすることができた。このように、歪み矯正に関して本発明の熱処理方法は顕著な効果のあることが分かった。
【００３４】
上記の実施の形態ではコモンレールの焼入れ処理を中心に説明したが、本発明の異形棒状部材の熱処理方法はこれらに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
【００３５】
例えば、部材の材料は鋼材に限らずアルミニウム合金や銅合金、あるいはマグネシウム合金など熱処理を要する部材であれば、どのような材質の異形棒状部材にも適用することができる。また、熱処理も焼入れ処理のみならず、窒化処理、浸炭処理、焼きならし処理、焼き鈍し処理など、どのような熱処理にも適用することができる。
【００３６】
上記の実施の形態では固定治具としてボルトを用いたが、ワイヤやピンチあるいはバイスなど、並列配置した部材同士が熱処理中に相対的に移動することなく熱処理前の固定状態を維持できるように固定できるものであれば特に制限はない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、複雑な異形棒状部材の熱処理に好適である。中でもディーゼルエンジン用の燃料噴射装置に用いるコモンレールや自動車のステアリングラックバー、あるいはストラットバーなどの焼入れなどの熱処理に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）実施の形態のコモンレールの一例を示す一部断面側面概略図である。        （ｂ）（ａ）を熱処理した場合に発生する歪みの傾向を示す模式図である。
【図２】（ａ）図１のコモンレールを並列配置した状態を示す側面概略図である。          （ｂ）（ａ）の歪みの状況を説明する模式図である。
【図３】図２の並列配置状態でボルトにより固定したワークのＡ視概略平面図である。
【図４】他の固定方法を説明するＡ視概略平面図である。
【図５】歪みによる部材の配置方法を説明する説明図である。
【図６】部材固定工程で用いるスペーサを説明する説明図である。
【図７】他の固定方法を説明するＡ視概略平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１：コモンレール部材  １２：主幹部  １３：第１突出部列  １４：第２突出部列  １５：固定部  １６：貫通穴  １７：突出部  １８：連通孔   １９、２０、２１：突出部  ２２：ボルト  ２４：スペーサ
【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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