(57)【要約】【課題】安価で耐酸化性、耐浸炭性を有し、かつ熱膨張による歪みを吸収し、耐久性に優れた熱処理用治具を提供する。【解決手段】底面部（２）と側壁部（３）とから略箱状を呈する熱処理用治具（１）を鋳造により製造する。底面部（２）を、第１群の複数本の棒状部材（１１、１１、…）と第２群の複数本の棒状部材（１２、１２、…）とから格子状に構成する。いずれの棒状部材（１１、１２、…）も、対向する２面の側壁（４、４）に同時に接続されない。格子構造の平面形状は、対称点（Ｇ）に関して回転対称であり、任意の直線に対して非対称である。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面部（２）と側壁部（３）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（１）であって、
前記底面部（２）は、第１群の複数本の棒状部材（１１、１１、…）と第２群の複数本の棒状部材（１２、１２、…）とからなり、前記第１群の棒状部材（１１、１１、…）は、一方の端部のみが前記側壁部（３）に接合されていると共に、前記第２群の棒状部材（１２、１２、…）は、前記第１群の棒状部材（１１、１１、…）または前記第２群の棒状部材（１２、１２、…）とのみ結合されて、全体として平面状の格子構造に形成され、
前記格子構造の平面形状は、回転対称であると共に任意の直線に対しては非対称であることを特徴とする、熱処理用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理用治具は、前記回転対称が４回対称であることを特徴とする、熱処理用治具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理用治具（１）において、該熱処理用治具（１）は重箱状に互いに複数個重ねられるようになっていると共に、前記回転対称の対称点（Ｇ）に所定形状の支柱（８）が設けられ、熱処理用治具（１）が複数個重ねられるとき、前記支柱（８）で他の熱処理用治具（１）を支持するようになっていることを特徴とする、熱処理用治具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの項に記載の熱処理用治具（１）において、前記側壁部（３）が、略長方形の板状を呈する４面の側壁（４、４、…）と、互いに隣り合う２面の前記側壁（４、４）を接合する４面の接合壁（５、５、…）とから構成され、前記側壁（４、４、…）は、前記長方形の長辺の中点近傍が肉厚に形成されていることを特徴とする熱処理用治具。
【請求項５】
請求項４に記載の熱処理用治具（１）は、前記接合壁（５、５、…）が、所定幅の平板状に形成されていることを特徴とする熱処理用治具。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの項に記載の熱処理用治具（１）において、前記第１群の棒状部材（１１、１１、…）と前記第２群の棒状部材（１２、１２、…）の断面形状は、略台形状を呈していると共に、その上面は面取りされていることを特徴とする熱処理用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、底面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熱処理用治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削、鍛造等により機械加工された金属製品は、硬度、靭性等の機械的性質を改善するため、焼き入れ等の熱処理が施される。熱処理される金属製品、すなわち被熱処理品は、複数個まとめられて熱処理用治具に入れられて、熱処理用治具と共に加熱炉に入れられる。熱処理用治具は、底面部と側壁部とからなる箱状を呈し、重箱状に重ね合わせられるようになっている。そして、被熱処理品が効率よく熱せられる様に、底面部や側壁部は網状または格子状に形成されて、高温の空気の流れが妨げられないようになっている。このような熱処理用治具は、鋳造製の枠と不銹鋼製の金網とから構成される場合もあるが、枠に金網を溶接する必要があり製造コストが高い。さらに、不銹鋼は耐酸化性、耐浸炭性が劣るし、鋳造材料に比して熱膨張率が大きいので、金網部分が早期に破損したり、高熱になると金網が塑性変形してしまい耐久性に劣る。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５９６７２号公報
【０００４】
特許文献１には、全体が鋳造で製造された熱処理用治具が記載されている。特許文献１に記載の熱処理用治具は鋳造製なので安価に製造できる利点がある。さらには、耐酸化性、耐浸炭性に劣る不銹鋼の部材が設けられていないので耐久性が高いという特徴も有する。また、全体が所定の鋳造材料から形成されて熱膨張率が均一で、高温になっても比較的変形しにくく、繰り返し利用でき耐用年数は比較的長い。ところで、熱膨張の違いは温度差によって生じる。熱処理用治具は加熱炉に入れられて急速に高温にされると共に、焼き入れ等の際には急速に常温まで冷却される。このような急激な温度変化の際には、熱処理用治具の側壁部と底面部には大きな温度差が生じる。温度差から生じる熱膨張の差によって側壁部に拘束されている底面部には巨大な熱応力が発生して塑性変形を誘発してしまい、熱処理用治具が破壊されてしまう。
【０００５】
底面部の形状を工夫すると、熱膨張の差を吸収して熱応力による破壊を防ぐことができる。従来周知の熱処理用治具のうち、底面部の形状を工夫した鋳造製の熱処理用治具５０が図３に示されている。熱処理用治具５０は、図３の（ア）の斜視図に示されているように、底面部５１、側壁部を構成する側壁５２、５２、…等からなり扁平な箱状を呈している。底面部５１の中央には支柱５３が設けられ、熱処理用治具５０が重箱状に重ねられるときに他の熱処理用治具５０を支えられるようになっている。側壁５２、５２、…は、曲面状の接合壁５４、５４、…で互いに接合され、所定の幅のスリット５５、５５、…が多数明けられている。底面部５１は、図３の（イ）の平面図に示されているように、長さの異なる所定の棒状部材５７、５７、…が互いに結合されて形成された平面状の格子構造になっており、所定の棒状部材５７、５７、…の端部が側壁５２、５２、…に接合されている。図３の（イ）において線Ｙ−Ｙで切断した、棒状部材５７、５７、…の断面図が、図３の（ウ）に示されている。棒状部材５７、５７、…は断面が長方形状を呈し、被熱処理品は面取りされた長方形の頂面５８で支持されるようになっている。
【０００６】
底面部５１の格子構造は、次の２つの特徴を有する。
［特徴１］いずれの棒状部材５７、５７、…も、向かい合う２面の側壁５２、５２に同時に接合されることはない。すなわち棒状部材５７、５７、…は、同一直線上に連続して一方の側壁５２から対面の側壁５２に接合されることはなく、棒状部材５７、５７、…の延長線上には必ず途切れた部分が存在することになる。従って、いずれの棒状部材５７、５７、…も向かい合う２面の側壁５２、５２から同時に拘束を受けない。棒状部材５７、５７、…の熱膨張による歪みが生じても、向かい合う２面の側壁５２、５２から同時に拘束されないので巨大な熱応力は発生しない。棒状部材５７、５７、…に生じる歪みは、棒状部材５７、５７、…の弾性変形によるたわみや、格子形状の変形、例えば長方形から平行四辺形への変形によって吸収される。
［特徴２］格子構造の平面形状は２本の対称軸６０、６０に関して線対称に形成されている。このため、上記した棒状部材５７、５７、…のたわみや格子の変形は、対称軸６０、６０に対して線対称に生じるので、応力分布のバランスが良く、底面部５１は全体として均一に弾性変形する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来周知の熱処理用治具５０も、熱膨張の歪みを底面部の格子構造で吸収できるので弾性変形はするが塑性変形はし難く、鋳造材料は耐酸化性、耐浸炭性に優れているので、比較的長い耐用年数が期待できる。しかしながら、改良すべき点も見受けられる。例えば、底面部の棒状部材５７、５７、…に生じる弾性変形のたわみや格子構造の格子の変形は、特徴２によって対称軸６０、６０に対して線対称に生じるのでバランスは良いが、変形は２本の対称軸６０、６０で囲まれた範囲内で生じることになる。換言すると、変形はあたかも２本の対称軸６０、６０に拘束されるように生じることになる。従って、たわみの量や変形量には限度があり、十分に熱膨張の歪みを吸収することはできない。さらには、熱処理用治具５０の側壁部、すなわち側壁５２、５２、…や接合壁５４、５４、…は、形状について格別に考慮されていないので、高熱時に曲げモーメントを受けて変形してしまう恐れがある。また、格子構造を形成している棒状部材５７、５７、…の断面形状も格別に考慮されていないので、被熱処理品と接する部分が十分に小さいとは限らない。被熱処理品と接する部分が大きいと、被熱処理品が均一に熱せられない可能性があり、均一な熱処理は期待できない。また、熱処理用治具５０にも温度ムラが生じやすくなり、熱応力が発生して塑性変形してしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した熱処理用治具を提供することを目的とし、具体的には、安価でありながら耐酸化性、耐浸炭性に優れ、急激な温度変化の際に熱膨張の差が生じても熱膨張を吸収し、従って塑性変形はし難く、長い耐用年数が得られると共に、被熱処理品を均一に熱処理することができる、熱処理用治具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために、熱処理用治具は底面部と側壁部とから略箱状に構成され、底面部は複数本の棒状部材から形成される平面状の格子構造によって構成される。そして、格子構造を構成する所定の棒状部材の端部が側壁部に接合されるとき、棒状部材の一方の端部のみが接合されるように構成されると共に、格子構造の平面形状は回転対称であって任意の直線に関して非対象になるように構成される。さらに、このような熱処理用治具は鋳造により製造される。
【００１０】
かくして、請求項１に記載の発明は、底面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、前記底面部は、第１群の複数本の棒状部材と第２群の複数本の棒状部材とからなり、前記第１群の棒状部材は、一方の端部のみが前記側壁部に接合されていると共に、前記第２群の棒状部材は、前記第１群の棒状部材または前記第２群の棒状部材とのみ結合されて、全体として平面状の格子構造に形成され、前記格子構造の平面形状は、回転対称であると共に任意の直線に対しては非対称であるように構成される。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱処理用治具は、前記回転対称が４回対称であるように構成され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の熱処理用治具において、該熱処理用治具は重箱状に互いに複数個重ねられるようになっていると共に、前記回転対称の対称点に所定形状の支柱が設けられ、熱処理用治具が複数個重ねられるとき、前記支柱で他の熱処理用治具を支持するように構成される。そして、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の熱処理用治具において、前記側壁部が、略長方形の板状を呈する４面の側壁と、互いに隣り合う２面の前記側壁を接合する４面の接合壁とから構成され、前記側壁は、前記長方形の長辺の中点近傍が肉厚に形成されるように構成され、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の熱処理用治具は、前記接合壁が、所定幅の平板状に形成されように構成される。さらに、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかの項に記載の熱処理用治具において、前記第１群の棒状部材と前記第２群の棒状部材の断面形状は、略台形状を呈していると共に、その上面は面取りされるように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によると、熱処理用治具は鋳造製の熱処理用治具として構成されているので、安価に製造できるし、鋳造材料は耐酸化性、耐浸炭性に優れており耐久性が高い。そして、異種材料を組み合わせて構成される場合に比べて、熱膨張率が均一な同一の材料で構成されているので、比較的熱膨張による影響を受けにくい。さらには、熱処理用治具の底面部を構成する、複数の棒状部材からなる平面状の格子構造は、格子構造を構成する所定の棒状部材の端部が熱処理用治具の側壁部に接合されるとき、棒状部材の一方の端部のみが接合されて構成されているので、すなわち、任意の棒状部材は両方の端部が同時に側壁部に接合されることはないので、棒状部材が熱膨張で伸縮しても、側壁部に拘束されて高い熱応力が生じることはない。棒状部材が熱膨張して生じる歪みは、棒状部材の弾性変形によるたわみや格子の変形で吸収されることになる。ところで、格子構造の平面形状は、回転対称に構成されていると共に任意の直線に関して非対象に構成されているので、棒状部材のたわみや格子の変形は回転対称の対称点を中心に全体が所定の回転方向に捻れるように生じることになる。回転方向の捻れが無い場合に比べて、このように捻れを生じて変形する場合、大きな歪みでも吸収することができる。すなわち、本発明に係る熱処理用治具は急激な温度変化により大きな熱膨張の差が生じても吸収できる。従って、塑性変形はし難く、耐用年数が長くなるという本発明に特有の効果が得られる。請求項２に記載の発明によると、底面部の格子構造は４回対称に構成されているので、熱膨張の差で生じる変形も４回対称になる。すなわち、変形は４面の側壁に対して均等に生じる。従って、熱処理用治具は全体として、歪むことは無い。また、請求項３に記載の発明によると、支柱は底面部の回転対称の対称点に設けられているので、底面部を構成する格子構造が熱膨張で生じた歪みを吸収して弾性変形しても支柱の位置は変化せず、熱処理用治具が重箱状に重ねられているとき、上段の熱処理用治具は下段の熱処理用治具の支柱で安定して支持されることになる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、側壁部を構成する略長方形の板状の４面の側壁は長方形の長辺の中点近傍が肉厚に形成されているので、熱膨張による歪みが生じるときに、側壁は塑性変形しにくく、請求項５に記載の発明によると、側壁部を構成する４個の接合壁は所定幅の平板状に形成されているので、側壁部に生じる熱膨張の歪みを接合壁でも吸収することができ、側壁部の側壁がさらに塑性変形しにくくなる。そして、請求項６に記載の発明によると、底面部を構成する棒状部材は、上辺が短く前記上辺が円弧状に面取りされた略台形状の断面形状を有し、被熱処理品は前記上辺の部分で支持されるように構成されているので、熱処理用治具と被熱処理品とが接触する面積は非常に小さく、被熱処理品を均一に熱処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る熱処理用治具１は、図１の（ア）の斜視図に示されているように、従来の熱処理用治具と同様に、底面部２と側壁部３とからなり、全体的に扁平な箱状を呈している。側壁部３は、長方形の板状を呈する４面の側壁４、４、…と、隣り合う２面の側壁４、４を接合する４面の接合壁５、５、…とから構成され、底面部２には、中央に支柱８が設けられている。従って、複数個の熱処理用治具１、１、…が重箱状に重ねられるとき、上段の熱処理用治具１は、下段の熱処理用治具１の、側壁４、４、…と接合壁５、５、…と支柱８とで支持されることになる。
【００１４】
底面部２は、所定の断面形状を有する複数本の棒状部材１１、１２、…からなり、図１の（イ）の平面図に示されているように、棒状部材１１、１２、…が互いに結合されて形成された平面状の格子構造になっている。このような棒状部材１１、１２、…は、一端が側壁４、４、…接合されている第１群の棒状部材１１、１１、…と、第１群の棒状部材１１、１１、…に結合されている第２群の棒状部材１２、１２、…とからなる。第２群の棒状部材１２、１２、…は、側壁４、４、…には直接接合されていない。第１、２群の棒状部材１１、１２、…の断面形状は類似しており、図１の（ウ）の断面図に示されているように、台形状を呈しており、上面１５部分で被熱処理品が支持されるようになっている。上面１５は下面１６に比べて短く、さらに所定の曲面で面取りされているので、被熱処理品が熱処理用治具１に入れられるとき、被熱処理品と棒状部材１１、１２、…の接触面積は十分に小さい。
【００１５】
このような棒状部材１１、１２、…から形成される平面状の格子構造は、下記のＡ、Ｂのような構造上の特徴を有する。
［特徴Ａ］いずれの棒状部材１１、１２、…も、向かい合う２面の側壁４、４に同時に接合されることは無い。すなわち棒状部材１１、１２、…は、同一直線上に連続して一方の側壁４から対面の側壁４に接合されることはなく、棒状部材１１、１２、…の延長線上には必ず途切れた部分が存在する。
［特徴Ｂ］格子構造の平面形状は、対称点Ｇに関して回転対称であり、具体的には４回対称である。すなわち、図１の（イ）に符号１７で示されている点線の範囲の格子が、対称点Ｇを中心に角度９０°ずつ回転して４回繰り返された形状になっている。そして、任意の直線に関しては非対称である。すなわち線対称ではない。
【００１６】
側壁４、４、…は、図１の（イ）に示されているように、長方形の長辺の中点近傍２０、２０、…が端部近傍２１、２１、…に比べて肉厚に形成されている。そして、隣り合う２面の側壁４、４、…は、所定幅の平板状の接合壁５、５、…によって接続されている。このような、側壁４、４、…と接合壁５、５、…には所定幅のスリット７、７、…が、明けられている。
【００１７】
本実施の形態に係る熱処理用治具１の製造方法について説明する。
［鋳造材料］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。
［熱処理用治具の鋳造］上記の鋳造材料を用いて、熱処理用治具１を鋳造する。鋳造法には、普通鋳造法、精密鋳造法、等がありいずれでも実施できる。例えばロストワックス法で鋳造する場合、ロウ、合成樹脂等で熱処理用治具１と同形の模型、いわゆる消失模型を作り、この模型の周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１を鋳造する。
【００１８】
本実施の形態に係る熱処理用治具１の作用を説明する。複数個の熱処理用治具１、１、…のそれぞれに１個または複数個の被熱処理品を入れる。被熱処理品が入れられた熱処理用治具１、１、…を重箱状に重ねて、加熱炉に入れて加熱する。熱処理用治具１、１、…の側壁部３には多数のスリット７、７、…が明けられており、底面部２は格子構造になっているので、被熱処理品は、熱処理用治具１、１、…に妨げられることなく加熱炉内の高熱の空気で加熱されることになる。このとき、既に説明したように、被熱処理品は棒状部材１１、１２、…の上面１５、１５、…で支持されるとき、接触面積は十分に小さい。従って、被熱処理品と、熱処理用治具１との間で大きな熱交換は発生しない。従って、被熱処理品は熱処理用治具１の温度の影響を受け難く、均一に加熱されて均一に熱処理される。また、熱処理用治具１も被熱処理品の温度の影響を受け難いので、棒状部材１１、１２、…の温度ムラは発生しない。すなわち、棒状部材１１、１２、…の断面を考えたとき、被熱処理品と接触している台形の上面１５と、接していない下面１６との間には熱膨張の差は生じない。従って、棒状部材１１、１２、…は、平面状の格子構造の面内からずれて反ることはなく、塑性変形はしない。
【００１９】
加熱炉内で熱処理用治具１が急激に加熱されると、側壁部３と底面部２とで熱膨張に差が生じる。このとき、底面部２の棒状部材１１、１２、…には熱膨張による歪みが生じる。棒状部材１１、１２、…は、向かい合う２面の側壁４、４に同時に接合されてはいない。従って、２面の側壁４、４に拘束されない。それゆえ、巨大な熱応力は発生しない。棒状部材１１、１２、…に生じた歪みは、棒状部材１１、１２、…の弾性変形によるたわみや、格子の変形によって吸収されることになる。このような弾性変形によるたわみや格子の変形は、図２に矢印Ｚ、Ｚで示されているように、全体として対称点Ｇに関して回転するように生じる。すなわち、底面部２の格子構造は対称点Ｇ周りに回転して捻れながら弾性変形する。格子構造が回転して捻れる場合、回転なく変形する場合に比べて、大きな歪みも吸収できる。従って、本実施の形態に係る熱処理用治具１の底面部２は、熱膨張による歪みが生じても巨大な熱応力が発生して塑性変形することはなく、弾性変形によって歪みを十分に吸収することができる。
【００２０】
急激な温度変化の際には、側壁４、４、…も所定の力を受ける。具体的には、側壁４、４、…は接合壁５、５、…から図２に示されているように、モーメントＭ、Ｍ、…を受ける。モーメントＭ、Ｍ、…は、側壁４、４、…を符号４’、４’、…で示されている点線のように曲げようとする、曲げモーメントとして作用する。しかしながら、側壁４、４、…は、中央部が肉厚に形成されているので、モーメントＭ、Ｍ、…によっては変形しにくい。さらに、接合壁５、５、…は曲面状ではなく平板状に形成されていて、接合壁５、５、…でも歪みを若干吸収できるので、発生するモーメントＭ、Ｍ、…の大きさは比較的小さくなる。従って、側壁部３も変形しにくい。
【００２１】
本発明の熱処理用治具は、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、底面部の格子構造の平面形状は４回対称であるように説明したが、２回対称すなわち点対称になるように形成されていても良い。さらには、底面部を正八角形に構成して、底面部の格子構造を８回対称にしたり、底面部を円形に構成して、底面部の格子構造を３回対称、５回対称等にすることもできる。また、底面部の棒状部材は場所によって太さを変えたり、断面形状を変えても良い。被熱処理品を入れたときに棒状部材に生じる剪断応力や曲げモーメントを考慮して、棒状部材の太さや断面形状を選定すれば、熱処理用治具の強度は増す。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態に係る熱処理用治具を示す図であり、その（ア）は、熱処理用治具を模式的に示す斜視図、その（イ）は熱処理用治具の上面図であり、その（ウ）は、熱処理用治具の部材である棒状部材をＸ−Ｘにおいて切断した断面図である。
【図２】本実施の形態に係る熱処理用治具の作用を説明するための上面図である。
【図３】従来周知の熱処理用治具を示す側面図であり、その（ア）は、熱処理用治具を模式的に示す斜視図、その（イ）は熱処理用治具の上面図であり、その（ウ）は、熱処理用治具の部材である棒状部材をＹ−Ｙにおいて切断した断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    熱処理用治具              ２    底面部
３    側壁部                    ４    側壁
５    接合壁                    ７    スリット
８    支柱
１１    第１群の棒状部材        １２    第２群の棒状部材
Ｇ    対称点
【図１】
2009249649.tif 000003
【図２】
2009249649.tif 000004
【図３】
2009249649.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月8日(2008.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009249649.tif 000006
【図２】
2009249649.tif 000007
【図３】
2009249649.tif 000008