(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材をベイナイト変態させると同時に塑性加工し、前記鋼材からダイヤフラムスプリングを成形する成形同時オーステンパ処理方法において、
前記鋼材をオーステナイト変態点以上の温度に加熱する加熱工程の後、
オーステナイト化した前記鋼材をパーライト変態しない冷却速度で、オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度まで冷却して過冷オーステナイト状態とする冷却工程と、
該冷却工程で冷却された温度で、前記鋼材の過冷オーステナイト状態を所定時間保持する保持工程と、
該保持工程の後、前記オーステンパ処理温度よりも高い所定の温度の成形同時熱処理金型に前記鋼材を挟持させる成形同時熱処理工程と、を有し、
前記冷却工程は、前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度の冷却用金型に前記鋼材を挟持して行われ、
前記保持工程は、前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度に設定された恒温炉によって行われる、成形同時オーステンパ処理方法。
【請求項２】
前記保持工程において前記鋼材は複数個が保持され、前記鋼材は前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度で所定時間保持された後、前記成形同時熱処理工程に順次送出される請求項１に記載の成形同時オーステンパ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼材を塑性加工するとともにベイナイト変態させる成形同時オーステンパ処理に関する。本発明による成形同時オーステンパ処理は自動車クラッチ用ダイヤフラムスプリングの塑性加工及び熱処理に好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
自動車クラッチ用のダイヤフラムスプリング８０は図８に示すようにバネ部８１とレバー部８２を備えている。バネ部８１は伸び性及び靭性が必要なため、オーステンパ処理により、伸び性及び靭性に富むベイナイト組織により構成される必要がある。
【０００３】
ベイナイト組織から成るバネ部８１を形成する従来のオーステンパ処理法として特開平９−２４１７３２がある。
【０００４】
図９の冷却温度曲線９０は上記のオーステンパ処理法におけるバネ部８１の温度変化を示す。
【０００５】
上記オーステンパ処理は主に以下の順の工程を経て処理される。すなわち、ブランキングされた円形の鋼板をオーステナイト変態点（約８５０℃）以上の温度Ｔ９１まで加熱する第1加熱工程と、所望のオーステンパ処理温度Ｔ９２より低い温度Ｔ９３に設定した金型に挟持し、前記鋼板を塑性変形加工しつつバネ部８１全体を完全にオーステンパ処理温度Ｔ９２以下の温度にして、バネ部８１が不完全ベイナイト組織になることを防止する急冷工程と、バネ部８１を挟持している前記金型を加熱しバネ部８１を再び温度Ｔ９３からオーステンパ処理温度Ｔ９２まで昇温してバネ部８１を加熱する第2加熱工程と、バネ部８１をオーステンパ処理温度Ｔ９３に保持してベイナイト変態させる恒温処理工程で処理される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記オーステンパ処理は同一の金型内で急冷工程、第2加熱工程、恒温処理工程を一貫して行うものである。そのため１個のダイヤフラムスプリングをオーステンパ処理時に急冷工程から恒温処理工程までに要する時間は、急冷工程、第2加熱工程及び恒温処理工程の各工程に要する時間の合計になる。特に第2加熱工程では金型を昇温するのに数十秒から数分の時間を要し、その結果処理にかかる時間が長くなり、生産性を向上させる上で限界があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決したもので生産性に優れた成形同時オーステンパ処理法を提供する。
【０００８】
上記した技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、鋼材をベイナイト変態させると同時に塑性加工し、前記鋼材からダイヤフラムスプリングを成形する成形同時オーステンパ処理方法において、前記鋼材をオーステナイト変態点以上の温度に加熱する加熱工程の後、オーステナイト化した前記鋼材をパーライト変態しない冷却速度で、オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度まで冷却して過冷オーステナイト状態とする冷却工程と、該冷却工程で冷却された温度で、前記鋼材の過冷オーステナイト状態を所定時間保持する保持工程とを有し、該保持工程の後、前記オーステンパ処理温度よりも高い所定の温度の成形同時熱処理金型に前記鋼材を挟持させる成形同時熱処理金型に前記鋼材を挟持させる成形同時熱処理工程と、を有し、前記冷却工程は、前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度の冷却用金型に前記鋼材を挟持して行われ、前記保持工程は、前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度に設定された恒温炉によって行われる、成形同時オーステンパ処理方法としたことである。
【００１０】
また、前記保持工程において前記鋼材は複数個が保持され、前記鋼材は前記オーステンパ処理温度よりも低い所定の温度で所定時間保持された後、前記成形同時熱処理工程に順次送出されると良い。
【００１１】
なお、上記の技術的手段において、前記保持工程に要する時間Ｔ１を前記成形同時熱処理工程に要する時間Ｔ２の整数倍の長さであるすれば、成形同時オーステンパ処理時間を最も短縮でき望ましい。
【００１２】
本発明によれば、冷却工程、保持工程、成形同時熱処理工程をそれぞれ別の装置で行うことにより、１つの生産ラインにおいて各工程を行う装置の台数を増やすことなく、前記３工程を時間的に並行処理することができ、成形同時ベイナイト処理全体にかかる時間を短縮することができる。
【００１３】
また、保持工程は、冷却工程を経て送られてきた過冷オーステナイト状態の鋼材を複数保持し、順次成形同時熱処理装置に送るため、冷却工程から成形同時熱処理工程までに要する時間は成形同時熱処理工程単一の工程時間を基準とすることができるので生産性を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る鋼材の成形同時オーステンパ処理法の実施例を添付図面：図１〜図８に基づいて説明する。
【００１５】
本発明に係わる鋼材の成形同時オーステンパ処理法１０は図１に示すように、主にブランキングされた円形の鋼板３１（図３及び図６）をオーステナイト変態点以上の温度に加熱する加熱工程１１と、オーステナイト化した前記鋼材をパーライト変態しない冷却速度で冷却して過冷オーステナイト状態とする冷却工程１２と、冷却された鋼板３１の過冷オーステナイト状態を所定時間保持する保持工程１３と、前記保持工程の後、鋼板３１をベイナイト変態させると同時に塑性加工する成形同時熱処理工程１４の４工程を含む。
【００１６】
鋼材の成形同時オーステンパ処理法１０の各工程が行われる装置を図２に示す。加熱工程１１が行われる加熱装置２１は例えば炉または高周波加熱装置である。冷却工程１２が行われる冷却装置２２は本実施例ではオーステンパ処理温度より低い温度に設定された急冷用金型６０（図６）である。保持工程１３が行われる保持装置２３は例えばオーステンパ処理温度より低い温度に設定された恒温炉またはオーステンパ処理温度より低い温度に設定された雰囲気炉である。成形同時熱処理工程１４が行われる成形同時熱処理装置２４は本実施例ではオーステンパ処理温度（より若干高い温度）に設定された成形同時熱処理用金型７０（図７）である。
【００１７】
冷却装置２２にあたる急冷用金型６０は図６に示すように平板パンチ６１、平板ダイス６２、型抜きノックピン６３、電熱線６４を備える。急冷用金型６０は使用前に予め電熱線６４によってオーステンパ処理温度より低い温度に設定される。図６の中心線より左半分は急冷用金型６０が開いて、円形の鋼板３１が型抜きノックピン６３の上部側面の段差部６３ａにセットされた状態を示している。図６の中心線より右半分は急冷用金型６０が閉じて、円形の鋼板３１が平板パンチ６１と平板ダイス６２の間に挟持された状態を示している。
【００１８】
保持装置２３は本実施例においては図３に示すように、恒温炉３２とベルトコンベア３３から構成される。
【００１９】
成形同時熱処理装置２４にあたる成形同時熱処理用金型７０は図７に示すように、オーステンパ用パンチ７１、オーステンパ用ダイス７２、型抜きノックピン７３、電熱線７４を備える。成形同時熱処理用金型７０のオーステンパ用パンチ７１、オーステンパ用ダイス７２は使用前に予め電熱線７４によってオーステンパ処理温度よりやや高い温度に設定される。図７の中心線より左半分は成形同時熱処理用金型７０が開いて、円形の鋼板３１が型抜きノックピン７３の上部側面の段差部７３ａにセットされた状態を示している。図７の中心線より右半分は成形同時熱処理用金型７０が閉じて、円形の鋼板３１が図８に示す円錐形状に塑性加工された状態で上型と下型に挟持された状態を示す。この状態ではダイヤフラムスプリング８０のバネ部８１はオーステンパ用パンチ７１とオーステンパ用ダイスの間に挟持される。
【００２０】
次に、本発明に係わる鋼材の成形同時オーステンパ処理法１０の各工程の作用を図４〜図８に基づいて説明する。
【００２１】
自動車クラッチ用ダイヤフラムスプリング８０のバネ部８１は伸び性及び靭性が必要なため、硬度はＨｖ４００〜５００（ビッカース硬さ試験による）が望ましい。図４に示すオーステンパ処理温度とベイナイト組織の硬度の関係から、所望の硬度を得るためのオーステンパ処理温度Ｔ５２（約３５０〜４００℃）が決定される。
【００２２】
＜加熱工程１１＞
内孔及びスリットをプレス加工により打抜いた円形の鋼板３１（ワーク）を加熱装置２１（炉または高周波加熱装置）により、図５に示すオーステナイト変態点以上の温度Ｔ５１（約８００〜１２００℃）に加熱し、円形の鋼板３１をオーステナイト化する。この時鋼板３１の焼入れ性が変化しないよう加熱時間に注意する。
【００２３】
＜冷却工程１２＞
加熱後、オーステナイト化した円形の鋼板３１（ワーク）を加熱装置２１から取り出し、図６に示す急冷用金型６０にセットする。急冷用金型６０は予め図５に示すオーステンパ処理温度Ｔ５２より低い温度Ｔ５３に設定されているため、急冷用金型６０を閉じると、円形の鋼板３１は平板パンチ６１と平板ダイス６２の間に挟持され温度Ｔ５１から温度Ｔ５３に急速に冷却される。
【００２４】
円形の鋼板３１は図５のベイナイト恒温変態開始曲線ＢｓのノーズＢｎにからないような冷却速度で急冷されて過冷オーステナイト状態（図５の５ａ）になる。急冷用金型６０を開け、型抜きノックピン６３に押し上げられて平板ダイス６２を離れた温度Ｔ５３に冷却された円形の鋼板３１を急冷用金型６０内から取り出す。この冷却工程１２に要した時間をｔ５Ｃとする。
【００２５】
＜保持工程１３＞
温度Ｔ５３に冷却された円形の鋼板３１を温度が室温によりさらに下がらないうちに手早く保持装置２３のベルトコンベア３３に乗せて、温度Ｔ５３に設定された恒温炉３２に搬入する。恒温炉３２内で鋼板３１は温度Ｔ５３に保たれた状態で図３の矢印の方向に搬送される。
【００２６】
鋼板３１を恒温炉３２内で温度Ｔ５３に保持する時間、即ち保持工程１３に要する時間ｔ５Ｈ（図５参照）は鋼板３１の材質（鉄鋼の規格）によって決まるもので、温度Ｔ５３に保持された過冷オーステナイト状態の鋼板３１はベイナイト変態される寸前の状態になっている。なお、時間ｔ５Ｈを過ぎて保持し続けると鋼板３１が過冷オーステナイトから恒温変態されてベイナイト組織にはなるが、所望の硬度が得られなくなるので注意する。従って、保持装置２３への鋼板３１の搬入・温度保持・送出は時間ｔ５Ｈの間に行う必要がある。
【００２７】
＜成形同時熱処理工程１４＞
恒温炉３２からベルトコンベア３３により送出された、時間ｔ５Ｈの間温度Ｔ５３に保持された円形の鋼板３１を図７に示す成形同時熱処理金型７０にセットする。成形同時熱処理金型７０のオーステンパ用パンチ７１とオーステンパ用ダイス７２は予め図５に示すオーステンパ処理温度Ｔ５２よりやや高めの温度に設定されているため、成形同時熱処理金型７０を閉じると、鋼板３１は塑性加工されて図８に示すダイヤフラムスプリング８０の形状になった状態で挟持されオーステンパ処理温度Ｔ５２まで加熱される。その結果、バネ部８１の部分がベイナイト変態し、ベイナイト組織が形成される。この成形同時熱処理工程１４に要した時間をｔ５Ｂとする。
【００２８】
本発明の成形同時オーステンパ処理法では、冷却工程１２、保持工程１３、成形同時熱処理工程１４は別々の装置（冷却装置２２の急冷用金型６０、保持装置２３の恒温炉３２、成形同時熱処理装置２４の成形同時熱処理金型７０）で行うため、各工程を時間的に並行処理することが可能である。
【００２９】
即ち、保持工程１３に要する時間ｔ５Ｈが成形同時熱処理工程１４に要する時間ｔ５Ｂのｎ倍（ｎは整数）である時、加熱工程１１・冷却工程１２を経た後、鋼板３１を保持工程１３（恒温炉２３）に一定のｔ５Ｂの間隔で１個ずつ入れるならば、保持工程１３において常にｎ個の鋼板３１を保持することが可能である（恒温炉２３に搬入されたばかりの鋼板３１から恒温炉２３から送出寸前の鋼板３１まで、ｎ個の鋼板３１が恒温炉２３内に保持可能である）。
【００３０】
ここで、鋼板３１を保持工程１３（恒温炉２３）に一定のｔ５Ｂの間隔で１個ずつ入れるために加熱工程１１・冷却工程１２の単位時間当たりの処理数、ベルトコンベア３３の搬送速度等を調整することが必要である。
【００３１】
鋼板３１はｔ５Ｂの間隔で１個ずつ保持工程１３（恒温炉２３）から送出され、成形同時熱処理工程１４（成形同時熱処理金型７０）に入る。
【００３２】
保持工程１３から送出された鋼板３１は成形同時熱処理金型７０内にセットされ、塑性加工・ベイナイト変態されてダイヤフラムスプリング８０となり成形同時熱処理金型７０から取り出される。その直後、保持工程１３から送出された次の鋼板３１が成形同時熱処理金型７０内にセットされ、同様の工程を繰り返す。この工程はｔ５Ｂの周期で行われる。その結果、本実施例の成形同時オーステンパ処理法１０の冷却工程１２から成形同時熱処理工程１４までの時間はｔ５Ｂとなる。
【００３３】
図５に示す、冷却工程１２に要した時間ｔ５Ｃは１〜５秒程度、保持工程１３に要する時間ｔ５Ｈは３０〜１８０秒程度、成形同時熱処理工程１４に要する時間ｔ５Ｂは１５〜３０秒程度である。
【００３４】
例えば、保持工程１３に要する時間ｔ５Ｈは１４０秒、成形同時熱処理工程１４に要する時間ｔ５Ｂは２０秒の場合、本発明の成形同時オーステンパ処理法１０の保持工程１３では順次７個の鋼板３１を保持でき、成形同時オーステンパ処理法１０の冷却工程１２から成形同時熱処理工程１４までの時間は２０秒になる。
【００３５】
また、図７に示す通り、成形同時熱処理金型７０はオーステンパ用ダイス７２、オーステンパ用パンチ７４とセラミック製の断熱板を隔てて、焼入れダイス７６、焼入れパンチ７７、冷却水流路７８も備えている。
【００３６】
成形同時熱処理工程１４において、焼入れダイス７６、焼入れパンチ７７は冷却水により４０〜１００℃の範囲で冷却され、鋼板３１をダイヤフラムスプリング８０に成形すると同時にレバー部８２（図８）が焼入れダイス７６と焼入れパンチ７７に挟持されることで焼入れされる。これにより、レバー部８２は対摩耗性を得るのに充分な硬度（Ｈｖ７００以上）を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は鋼材をオーステナイト変態点以上の温度に加熱する加熱工程と、オーステナイト化した前記鋼材をパーライト変態しない冷却速度で冷却して過冷オーステナイト状態とする冷却工程と、冷却された前記鋼材の過冷オーステナイト状態を所定時間保持する保持工程と、前記保持工程の後、前記鋼材をベイナイト変態させると同時に塑性加工する成形同時熱処理工程と、を含むことを特徴とする鋼材の成形同時オーステンパ処理法であるので、生産性に優れた鋼材のオーステンパ処理ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる鋼材の成形同時オーステンパ処理法の各工程の流れを示したブロック図である。
【図２】本発明に関わる鋼材の成形同時オーステンパ処理法の各工程を行う装置のブロック図である。
【図３】本発明に関わる鋼材の成形同時オーステンパ処理法の保持装置の模式図である。
【図４】鋼材におけるオーステンパ処理温度と、該オーステンパ処理によってできたベイナイト組織の硬度の関係を示した図である。
【図５】本発明の実施例における鋼材の恒温変態曲線と熱処理のバネ部における温度変化を模式的に示した線図である。
【図６】本発明の実施例における急冷用金型の模式的断面図である。
【図７】本発明の実施例における成形同時熱処理用金型の模式的断面図である。
【図８】自動車クラッチ用ダイヤフラムスプリングの斜視図である。
【図９】従来技術における鋼材の恒温変態曲線と熱処理のバネ部における温度変化を模式的に示した線図である。
【符号の説明】
１１    加熱工程
１２    冷却工程
１３    保持工程
１４    成形同時熱処理工程
２２    冷却装置
２４    成形同時熱処理装置
【図１】
0005070663.tif 000002
【図２】
0005070663.tif 000003
【図３】
0005070663.tif 000004
【図４】
0005070663.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005070663.tif 000008
【図８】
0005070663.tif 000009
【図９】
0005070663.tif 000010