JP2007162115A - 金属表面硬化処理部材の生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 板金プレス加工等により作製された製品部材を枠（さん）に固定したまま表面硬化処理する場合、処理後枠から製品部材をきれいに取外すことが難しく、ブリッジ部が製品に残って外形精度を低下させていた。
また、通常行なうように製品部材を単体にしてから、治工具に固定して処理する場合は製品と治工具の接点が不安定になるため、表面硬化処理後の製品の品質が低下することもあった。
【解決手段】 板金プレス加工等で製品部材を枠から一旦切り離した後、再度枠に製品部材を固定した上で、該枠ごと製品部材を表面硬化処理する。
【選択図】 図1

Description

本発明は金属部材を表面硬化処理する生産方法に関するものである。

腕時計用指針の生産工程において、フープ基板につながった状態で当該指針を表面処理など施し、その後ブランク抜きにて指針単体とする方法がある（特許文献1参照）。

該方法は指針（製品）をばらばらな単体にする前に各種加工を施すので、製品の取扱いが容易になり、また高い品質を達成出来る合理的な加工方法と考えられる。
特開昭６３―４５３９６号公報

しかしながら、当該方法において生産する場合においても、後の表面処理が表面硬化処理の場合は、表面処理層の硬さが高くなって、金属基板の母材硬さとの差が大きくなるため下記のような課題があった。

つまり、図14に示すようにリング状被処理部材（製品）1と基板2がブリッジ10で連結されているものでは、表面処理後に被処理部材を基板から折り曲げて切り離そうとすると、ブリッジ部が被処理部材に残ったり、反対に凹みが生じたりして、被処理部材の外形輪郭が一定にならなかった。

この原因は、被処理部材の表面処理層部分とその母材部分の機械的性質が大きく異なるからであって、表層部は脆性破壊しやすく、一方基板の母材部分は延性破壊する傾向があるので、その破壊面が一定の形状にならないからである。

また基板の厚さが厚い時は、ポンチなどの工具によりブリッジ部をせん断することもあるが、その場合は該ポンチの摩耗が激しく、すぐに切断面の形状が変化してしまって、やはり外形輪郭が一定にならなかった。

そのため結局、金属部材を表面硬化処理する場合、製品となる被処理部材は予め単体として切り離した状態にしてから、治工具などに固定した上で処理装置内に設置していた。

つまり、図15の従来例に示すように、リング状の被処理部材1と窒化用スペーサ治具11を交互に窒化用棒状治具に挿入してから設置していた。

この時、被処理部材同士が接触すると窒化層が形成されないので、被処理部材の表面に空間を設けるために窒化用スペーサ治具が必要になる。

そして、当然のことながら治工具自体にも硬化処理層が形成されてしまう。

その上、繰返し処理されるのでそれが累積され、変形や表面粗さの増大という寸法に関する変化のみならず、表面の接触電気抵抗値の変化という物性に関する変化も発生していた。

その結果、被処理部材の表面硬化層の厚さ、硬さ等諸特性、表面粗さなどのばらつきの原因になっていた。

そのため、そういった品質のばらつきを防止する上で、治工具の寸法等管理や交換費用も必要になっていた。

さらには、被処理部材を治工具などに設置する段取りにも工数がかかる上、スペーサ同士の間にもし被処理部材が２枚以上挟まったまま前記窒化用棒状治具を設置すると、被処理部材同士が干渉して窒化層が形成されないという不良も発生していた。

以上説明したように、品質の安定化および処理コストに関し解決すべき課題があったので、それらを解決することが本発明の目的である。

従来技術の優れた点を改良し、さらに品質の安定化を実現するための手段として、以下に述べるような各手段により課題を解決した。

請求項1は、板材をプレス加工することにより被処理部材を一旦分離した単体として加工した後、被処理部材となる部分以外の板材部分である基板に被処理部材を再度挿入固定して表面硬化処理するようにした。これにより別途治工具が不要になり、さらに品質が安定した。

請求項2は、被処理部材の全周を基板に接触固定させるのではなく、複数の部分で固定することで、基板への固定及び基板からの分離を容易にした。その結果、被処理部材の変形も小さくなった。

請求項3は、基板での固定部分の一部が開口するようにすることで、基板に弾力性を持たせた。それにより被処理部材に無理な応力がかからなくなったため、変形が小さくなる。

請求項4は、基板の固定部分を変形しやすくするために、さん部分の形状を工夫することで上記の請求項2、3と同様の効果を持たせる。

請求項5は、請求項4の具体的形態を示した。

請求項6は、基板にはその板厚方向にテーパを設けることで、被処理部材の固定及び分離を容易にした。

請求項7は、本発明の効果をさらに高める表面効果処理手段を示した。

請求項8は、基板に応力を加えることで被処理部材を固定する部分を拡大し、被処理部材の固定及び分離を容易にした。

請求項9は、以上の手段で生産された金属表面効果処理部材を用いた機器を示し、当該機器の品質が安定する。

前記板材の残りの部分（基板）は被処理部材とともに作られ、被処理部材と治工具に相当する基板はそれぞれ対応した数が出来るため、常に新品の治工具として基板を活用できることになる。

その上該基板はプレスの加工工程において被処理部材とともに、必然的に作製されるので別途に費用は生じない。

本来ならば、そのままプレス加工の直後にスクラップとして処理されるはずのものが、本発明では表面硬化処理時の治工具として活用した後にスクラップとなるという違いのみである。

また、被処理部材は一度基板から分離した上で、該基板の弾性力で被処理部材を固定しているので、処理後は簡単に基板からはずせるだけでなく、ブリッジ部の痕跡なども残らないため寸法精度が優れている。

以上より、本発明は被処理部材の表面硬化処理後の品質が安定向上するという効果がある。

また、治工具のためのコストがほとんど発生しないので、処理費用も抑えられる。

本発明における最良の形態を図１に示す。

これはプレス加工の一貫工程である順送工程において、板材から一旦被処理部材を切り離した直後に同一金型内にて再度残りの部材（基板）に押し戻す加工である、いわゆるプッシュバック加工を表している。

板素材は図の左側から右側へと進行し3箇所のプレス加工工程を経て、図2に示したような被処理部材1と基板2が一体化した短冊状部材Ａが出来上がる。

プレスの3工程を説明すると、まずパイロットピンのかん合するパイロット孔2ａを開けパイロット孔形成材１ａを抜き落とす。

パイロット孔はその後の各プレス工程において、パイロットピンとかん合して、安定した加工精度を維持するための基準孔になる。

次に被処理部材の内径部2ｂを開けるため、内径部形成材１ｂを抜き落とす。

そして、パイロット孔形成材１ａと内径部形成材1ｂはスクラップとなる。

なお、内径部形成材を抜き落とした左側はいわゆるアイドル部分であって、何らの加工も行なっていない。

隣接した加工工具のためのスペースを十分確保するためである。
最後は被処理部材の外径部を抜いた直後に、不図示のバックアップポンチにて該被処理部材を基板に押し戻す工程である
つまり、プレス加工により加工したリング状の被処理部材1は、一旦金属基板から打抜かれた直後、同じ金型内で再度前記基板に挿入し固定される。

ここで、外径部形成孔2ｃは被処理部材を固定する部分であって、該形成孔は被処理部材の外径と略同じ寸法になっている。

また、２ｄは送りさん部、２ｅはつなぎさん部であって、これらは位置決め用のパイロットピンが入るパイロット孔２ａ同士の位置関係を決め、その結果被処理部材の寸法精度は左右される。

このように、被処理部材と治工具を同時かつ一体化して作製すると、極めて生産性が高い加工工程となるので最も望ましい。

次に、図2に示すような当該被処理部材と基板が一体化した短冊状の部材を各種表面硬化処理する。

その後、前記短冊状部材から被処理部材（製品）を分離取出しするわけであるが、先の加工工程において一旦被処理部材を予め切り離していたので、製品に損傷を与えることなく比較的簡単に分離できる。

図3は実施例1で用いた板金プレスの加工工程を示す。

この加工で作られる被処理部材は、後述する超音波モータ用摩擦材となる。

まず、材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ａのフープ材を図の左側から供給する。

プレスの順送加工工程は図の右側から進み、まずパイロット孔を開けて生じた材料であるパイロット孔形成材１ａがスクラップとして打抜かれる。

次に被処理部材1の内径部を開けて生じた材料である内径部形成材1ｂが同じくスクラップとして打抜かれる。

その次にリング状の被処理部材1の外径部が打抜かれることで、被処理部材は基板から分離され、後述する別の加工工程に運ばれる。

一方、板材はそのまま次のプレス工程に進むが、該工程では基板2の内径部に３つの突起部２ｆを設けるために、円弧状材料１ｃがスクラップとして打抜かれる。

そして、最終的に基板は図3の左側のように、内径部に３つの突起部を有する形状が連続する部材となり、これは後に表面硬化処理の一種であるイオン窒化処理を施す時の治工具として用いられる。

ところで、前記の打抜かれたリング状被処理部材1は単体で焼入れを行なっているが、その理由は次の４点からである。

第一に、イオン窒化処理において焼きなまし材と比較したところ、同一窒化処理条件で窒化層が深く形成されたからである。

第二に、次工程の研削の結果も表面の仕上がりが滑らかだったからである。

第三に、窒化層下の母材の硬さが大きいので、窒化層の破壊も起こりにくいからである。

第四に、基板の３箇所の突起に再度押込む時に、被処理部材の方にキズがつきにくかったからである。

焼入れして硬化した被処理部材は平面度を向上させるために、その両端面を両頭研削機にて研削した後、角部のバリを除去するためにバレル研磨処理を行い、洗浄して図4に示すように先の基板2に当該被処理部材を再度押し込み図5のような短冊状部材にする。

該短冊状部材は図6に示すイオン窒化炉に多数つるした状態で窒化処理を行なった。

窒化処理が終了した短冊部材は図7のようにその両端部に引張り力を加えると、被処理部材1は容易に基板2から分離する。

この様にして出来たリング状被処理部材は、図8に示す棒状超音波モータの摩擦材として用いられている。

図9は実施例2にかかる短冊状部材の平面図である。

本実施例の被処理部材1はギヤであって、該ギヤは基板2に開けられた楕円状の孔にかん合している。

該楕円状の孔は短冊の長手方向が短軸になっており、当該短軸方向の二箇所でギヤは支えられている。

そのため、イオン窒化処理を終了した短冊状部材の長手方向に引張ると、かん合したギヤは基板から簡単に分離出来る。

なお、基板には図10のようにテーパ部が設けられているため、被処理部材を押込みやすい。

図11は実施例3にかかる短冊状部材を示す斜視図である。

本実施例は耐食性アルミニウム合金のアルマイト処理の例である。

硫酸溶液中に該短冊状部材を浸漬し、電流を流すのであるが、基板と被処理部材の接点が確実にとれているので、高品質の陽極酸化皮膜が形成される。

該基板には被処理部材を支えるための孔が開けられているが、その一部には開口部2ｆを設けてあるため、短冊の長手方向に引張ることで、やはり容易に被処理部材は基板に押込むことができ、また容易に分離出来る。

本実施例では該開口部が基板の両辺に交互に設けられているが、片側に設けてもよい。

その場合は基板を面内方向に曲げて被処理部材を固定および分離する。

図12は実施例4にかかる短冊状部材を示す平面図である。

基板2の外形には切り欠き部2ｈが設けられているため、基板には円弧状の細い送りさんが形成される。

そのため、該基板の長手方向に引張り力を加えた状態では、基板の内径部が拡張し、被処理部材を容易に押込むことが出来る。

反対に窒化処理後は、基板を長手方向に引張ると該円弧状の送りさんが伸びて、内部の被処理部材が容易に分離出来る。

図13は実施例5にかかる短冊状部材を示す図である。

前記円弧状のさんとは異なり屈曲した直線状のさんで構成されている。

その効果は実施例4と同様であって、基板に開けられた楕円状孔の短軸方向が伸びるので、容易に被処理部材を基板から分離出来る。

本発明はイオン窒化処理に限らず、アルマイト処理などの陽極酸化処理や電気メッキ処理のように被処理部材に電気的導通を必要とする表面硬化処理にも応用できる可能性もあるが、本発明のように治工具を介して被処理部材に電流を流すとともに、治工具が高温になって劣化が早くなってしまう処理においては、特に大きい効果がある。

本発明の最良の形態を示すために、プレス順送工程を説明する斜視図である。 本発明の最良の形態を示す斜視図である。 実施例1を示すために、プレス順送工程を説明する斜視図である。 実施例1において、被処理部材を基板に押込む様子を表す斜視図である。 実施例1を示す図である。 イオン窒化処理装置と本発明の短冊状部材の設置状態を示す正面図である。 実施例1において、被処理部材を基板から分離する様子を表す斜視図である。 本発明の生産方法により作られた被処理部材を用いた棒状超音波モータを示す正面図である。 実施例2を示す平面図である。 実施例2における基板かん合部と被処理部材の断面図である。 実施例3を示す斜視図である。 実施例4を示す平面図である。 実施例5を示す平面図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。

１ 被処理部材（製品）
１ａ パイロット孔形成材（スクラップ）
１ｂ 内径部形成材（スクラップ）
１ｃ 円弧状材料（スクラップ）
2 基板
２ａ パイロット孔
２ｂ 内径部形成孔
２ｃ 外径部形成孔
２ｄ 送りさん
２ｅ つなぎさん
２ｆ 突起部
２ｇ 開口部
２ｈ 切り欠き部
Ａ 上記1及び2を含む短冊状部材である
3 窒化装置の電源
4 排気装置
5 窒素ガス供給装置
6 水素ガス供給装置
7 温度測定器
8 超音波モータの相手側摩擦材
9 圧電素子
10 ブリッジ部
11 窒化用スペーサ治具
12 窒化用棒治具

Claims (9)

1. 金属板の一部をプレス加工することにより形成された被処理部材を、該被処理部材以外の前記金属板の部分である基板から切り離した後、再度該基板に挿入固定することで一体化した後、表面硬化処理を施すことを特徴とする金属表面硬化処理部材の生産方法。
2. 前記基板において固定する部分は、離隔した二箇所以上の部分であることを特徴とする前記請求項1に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
3. 前記基板において固定する部分は、面内方向に開口していることを特徴とする前記請求項1または2に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
4. 前記基板において固定する部分のさん部分は、該基板に応力を付与することで弾性変形するように形状上の工夫が施されていることを特徴とする請求項1〜3に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
5. 前記基板において固定する部分のさん部分は、湾曲ないし屈曲していることを特徴とする請求項4に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
6. 前記被処理部材を押込む前記基板のかん合部には、該基板の板厚方向にテーパ部が設けられていることを特徴とする請求項1〜5に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
7. 前記金属表面硬化処理はイオン（プラズマ）窒化処理または陽極酸化処理であることを特徴とする請求項1〜6に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
8. 前記基板に応力を付与することにより、前記被処理部材を基板に押込むことあるいは基板から分離することを特徴とする請求項1〜7に記載の金属表面硬化処理部材の生産方法。
9. 請求項1〜8に記載された金属表面硬化処理部材の生産方法により生産した部材を使用した機器。

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