JP2009228035A - 熱硬化処理方法及び熱硬化処理物 - Google Patents

Abstract

【課題】 対象物の形状によらず、複雑な形状の部分的な熱硬化処理も簡易に行うことができる熱硬化処理方法及びその処理方法により得られた熱硬化処理物を提供する。
【解決手段】 対象物２の表面のうち、コイル状カーボン物質３１が含有されている含有面の所望の位置に対してマイクロ波を照射し、前記コイル状カーボン物質にマイクロ波を吸収させコイル状カーボン物質３１を発熱させて熱硬化処理を行う。この場合、前記コイル状カーボン物質は、カーボンマイクロコイル又はカーボンナノコイルである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱硬化処理方法及び熱硬化処理物に関する。

従来、鋼の高度を向上させるために熱硬化処理が一般的に行われている。熱硬化処理のうち、高周波焼入れは局所的な焼入れを行うのに適しているため、例えば、自動車部品など複雑な形状のものが多い部品の焼入れに用いられている。このような高周波焼入れが可能な高周波焼入装置としては、例えば、筐体に設けられた焼入れ対象物をチャックし得る焼入れ対象物保持手段と、該焼入れ対象物保持手段で保持された焼入れ対象物に対して加工用工具を移動させ得る工具移動手段と、前記焼入れ対象物保持手段で保持され加工用工具で加工された焼入れ対象物を高周波誘導加熱して焼入れする高周波焼入手段とを具備するものが知られている（特許文献１参照）。上記高周波焼入装置では、高周波焼入手段が、加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給するトランジスタインバータとを備えている。そして、この加熱コイルの開口部に焼入れ対象物をセットして、トランジスタインバータから高周波電流を加熱コイルに供給して発熱させて、焼入れを行う。

特開２００２−１９４４２６号公報（請求項１、図２等）

上記高周波焼入れ装置においては、簡易に複雑な形状の部品に対しても焼入れが行えるという利点があるものの、加熱コイルの開口部に対象物をセットして焼入れ処理を行うものであるから、対象物の形状に合わせて加熱コイルを作製しなくてはならないという問題がある。また、加熱コイル方式の高周波焼入れ方法では、筒状部材における穴部の内面の一部分等複雑な形状の部分的な焼入れを行うことが難しい場合があるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決することにあり、対象物の形状によらず、複雑な形状の部分的な熱硬化処理も簡易に行うことができる熱硬化処理方法及びその処理方法により得られた熱硬化処理物を提供することにある。

本発明の熱硬化処理方法は、対象物の表面のうち、コイル状カーボン物質が含有されている含有面の所望の位置に対してマイクロ波を照射し、前記コイル状カーボン物質を発熱させて熱硬化処理を行うことを特徴とする。本発明では、コイル状カーボン物質を含有する含有面にマイクロ波を照射することで、コイル状カーボン物質がマイクロ波を吸収し、発熱するので、対象物の形状にかかわらず、簡易に熱硬化処理を行うことができる。

このようなマイクロ波を吸収して発熱するような前記コイル状カーボン物質としては、カーボンマイクロコイル又はカーボンナノコイルが挙げられる。

前記熱硬化処理方法の好適な実施態様としては、前記コイル状カーボン物質を含有する塗料を対象物に塗布して前記含有面を形成し、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことが挙げられる。また、別の好適な実施態様としては、前記対象物に前記コイル状カーボン物質を添加して前記含有面を形成し、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことが挙げられる。

また、コイル状カーボン物質が発熱時に酸素に触れて焼失されてしまうのを防止するために、前記含有面にバインダーを塗布した後に、マイクロ波を照射して熱硬化処理を行うか、前記対象物の含有面にバインダーを含有させ、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことが好ましい。バインダー塗布により、コイル状カーボン物質が封入されるからである。

また、マイクロ波を外部に漏出させないために、前記対象物をマイクロ波遮蔽部材内に載置した後に、前記含有面にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことが好ましい。

前記対象物を前記筐体内に載置した後に、前記筐体内を不活性ガス雰囲気とし、その後、前記含有面にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことが好ましい。酸素含有雰囲気ではなく、不活性雰囲気中で熱硬化処理を行うことで、前記コイル状カーボン物質が分解されてしまうのを防止することができる。

本発明の熱硬化処理物は、前記熱硬化処理方法により熱硬化処理されたことを特徴とする。前記熱硬化処理方法を用いることで、簡易に熱硬化処理を行うことができる。

本発明によれば、対象物の形状によらずに、複雑な形状からなる部品の一部であっても簡易に熱硬化処理を行うことができるという優れた効果を奏する。

以下、図１を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、実施形態にかかる熱硬化処理方法を実施するための熱硬化処理装置を示す模式図である。

図１に示すように、熱硬化処理装置１は、マイクロ波遮蔽部材からなる筐体１１と、筐体１１の底部に設けられ、熱硬化処理の対象物２を載置する載置台１１１と、載置台１１１に対向して筐体１１の天井部に設けられたマイクロ波照射手段１２と、筐体１１の側壁面に設けられたガス導入手段１３とを備える。

筐体１１は、マイクロ波照射時に筐体１１内部からマイクロ波が漏出しないように金属部材または金属メッシュ部材等のマイクロ波遮蔽部材から構成されている。なお、本実施形態では筐体１１をマイクロ波遮蔽部材から構成しているが、マイクロ波遮蔽部材を筐体１１内部に設けてマイクロ波照射時に筐体１１内部からマイクロ波が漏出しないように構成してもよい。

マイクロ波照射手段１２は、マイクロ波を熱硬化処理対象物２の対象面に対して照射するものである。マイクロ波照射手段１２は、マイクロ波発生手段１２１と、マイクロ波発生手段１２１に接続された導波管１２２とからなり、マイクロ波発生手段１２１で発生したマイクロ波は、導波管１２２を通過して導波管の開口端１２３から導波管１２２外へ照射されるように構成されている。このマイクロ波発生手段１２１から出力されるマイクロ波の発信周波数範囲としては、後述するコイル状カーボン物質の形状によって変化するが、ギガヘルツ広帯域であればよい。この範囲であれば、後述するコイル状カーボン物質３１が効率よく吸収し、所望の温度まで発熱することが可能である。

ガス導入手段１３は、図示しないガス源に接続されており、筐体１１内に不活性ガスを導入して不活性ガス雰囲気を形成することができるように構成されている。このような不活性ガスとしては、通常用いられる不活性ガス、例えば窒素等を用いることができる。不活性ガス雰囲気とすることで後述するコイル状カーボン物質３１が自己の発熱により焼失されてしまうことを防止する。

熱硬化処理の対象物２は、その中央に凹部２１が設けられている。この凹部２１の内面（表面）には、塗料３が塗布されている。塗料３は、溶剤にコイル状カーボン物質３１が含有されているものである。塗料３が塗布された凹部２１の底面部の要部拡大図である図２（ａ）に示すように、この塗料が塗布された面には、コイル状カーボン物質３１がほぼ均一に付着する。

コイル状カーボン物質３１は、カーボンマイクロコイルやカーボンナノコイルであり、マイクロ波を吸収して、発熱するものである。この発熱のメカニズムは、以下のようなものである。即ち、カーボンマイクロコイルがそれ単体でＬＣＲ共振回路として振る舞うので、その共振周波数において誘起電力が生じて誘導電流が発生し、この電流がＬＣＲ共振回路の抵抗成分によって熱エネルギーとなり、発熱するものである。本実施形態で用いるコイル状カーボン物質３１としては、例えば、直径が１〜１０μｍであり、長さが１０〜１０００μｍであればよい。この範囲であれば、上記発信周波数範囲のマイクロ波と共振し効率よく吸収して発熱することにより、熱硬化処理の対象物の対象面を硬化することが可能である。

溶剤としては、この溶剤中に均一にコイル状カーボン物質３１を分散させた状態で保持できるものを用いている。このような溶剤としては、例えば水、アルコール系溶剤等が挙げられる。また、溶剤に分散剤を添加してコイル状カーボン物質３１を均一に分散させた状態で保持してもよい。

また、この熱硬化処理の対象物２の塗料３が塗布された含有面にさらにバインダーを塗布してもよい。バインダーを塗布することで、コイル状カーボン物質３１が発熱しても分解されてしまうことを防止できる。このようなバインダーとしては、熱に強いもの、例えば水ガラスが好ましい。また、このバインダーを塗料３に含有させてもよい。バインダーを塗料に含有させることで、コイル状カーボン物質３１が発熱により焼失することを防止できると共に、塗布作業の効率化を図ることができる。

この熱硬化処理装置１を用いた熱硬化処理方法について説明する。まず、熱硬化処理対象物２の熱硬化処理の対象となる対象面、即ち凹部２１の表面に塗料３を塗布する。次いで、この塗料３が塗布された熱硬化処理対象物２を筐体１１内に載置し、ガス導入手段１３により筐体１１内部を不活性ガス雰囲気とする。その後、マイクロ波発生手段１２１からマイクロ波を発生させて、対象物２の凹部２１にマイクロ波を照射する。なお、本実施形態においては、筐体１１内部を不活性ガス雰囲気としたが、筐体１１内を真空に引いても良い。

このようにマイクロ波照射手段１２によりマイクロ波を凹部２１に照射すると、凹部２１に塗布された塗料３に含有されたコイル状カーボン物質３１がマイクロ波を吸収し発熱するので、例えば、対象物２の熱硬化処理対象面である凹部２１の表面温度は９００℃以上まで昇温する。その結果、図２（ｂ）に示すように、マイクロ波を照射した対象物２の凹部２１の表面が硬化して、所定の厚さの硬化部４が形成される。このようにして、図２（ｃ）に示すように対象物２の一部である凹部２１の表面を熱硬化することができる。この熱硬化処理後、所定の冷却処理を行って焼入れが完了する。なお、硬度が不要の場合は、焼ならしのように徐冷して焼入れが完了する。

上述のように、コイル状カーボン物質３１がマイクロ波を吸収し、発熱するので、コイル状カーボン物質３１を含有する塗料３を所望の位置に塗布し、マイクロ波を照射すれば、どのような形状であっても、所望の部位に対して簡易に熱硬化処理を行うことができる。また、この場合、従来のように部品の形状に合わせて部品毎に加熱コイル等の部材を新たに作製する必要がない。

図３を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は、熱硬化処理の対象物の凹部の模式的要部拡大図である。本発明の第２の実施形態においては、図３（ａ）に示すように、第１の実施形態とは第２の熱硬化処理対象物５自体に予めコイル状カーボン物質３１を添加してある点が異なる。この場合、マイクロ波を第２の対象物５に照射すると、照射面の表面近くのコイル状カーボン物質３１のみがマイクロ波を吸収するため、内部では熱硬化が生じず、表面近くのみ硬化して、所望の厚さの硬化部４となる（図３（ｂ）参照）。

本実施形態においても、コイル状カーボン物質３１がマイクロ波を吸収し、発熱するので、所望の位置にマイクロ波を照射すれば、部材の形状によらずに、簡易に熱硬化処理を行うことができる。また、この場合、従来のように部品の形状に合わせて部品毎に加熱コイル等の部材を新たに作製する必要がない。

上述した各実施形態では、バインダーを予め対象面に含有させてもよい。

上述した各実施形態では、熱硬化処理の対象の形状によらずに対象物の所望の部位に対して熱硬化処理を簡易に行うことができるので、車両の動力伝達系のギアや軸受等凹凸面がある部材や、筒状部材の内面などを熱硬化処理するのに適している。また、これらの熱硬化処理方法によれば、簡易に熱硬化処理物を得ることができる。

本発明によれば、コイル状カーボン物質の含有面に対してマイクロ波を照射することで、熱硬化処理対象の形状によらずに簡易に熱硬化処理を行うことができる。従って、例えば鉄鋼産業、特に複雑な形状の部品を用いることが多い自動車製造業などにおいても利用可能である。

熱硬化処理装置を説明するための模式図である。 熱硬化処理の対象物の状態を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 装置
２ 対象物
３ 塗料
４ 硬化部
５ 第２の対象物
１１ 筐体
１２ マイクロ波照射手段
１３ ガス導入手段
２１ 凹部
３１ コイル状カーボン物質
１２１ マイクロ波発生手段
１２２ 導波管
１２３ 開口端

Claims (9)

1. 対象物の表面のうち、コイル状カーボン物質が含有されている含有面の所望の位置に対してマイクロ波を照射し、前記コイル状カーボン物質を発熱させて熱硬化処理を行うことを特徴とする熱硬化処理方法。
2. 前記コイル状カーボン物質が、カーボンマイクロコイル又はカーボンナノコイルであることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化処理方法。
3. 前記コイル状カーボン物質を含有する塗料を対象物に塗布して前記含有面を形成し、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱硬化処理方法。
4. 前記対象物に前記コイル状カーボン物質を添加して前記含有面を形成し、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱硬化処理方法。
5. 前記含有面にバインダーを塗布した後に、マイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱硬化処理方法。
6. 前記対象物の含有面にバインダーを含有させ、この含有面の所望の位置にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱硬化処理方法。
7. 前記対象物をマイクロ波遮蔽部材で形成された筐体内に載置した後に、前記含有面にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱硬化処理方法。
8. 前記対象物を前記筐体内に載置した後に、前記筐体内を不活性ガス雰囲気とし、その後、前記含有面にマイクロ波を照射して熱硬化処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の熱硬化処理方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱硬化処理方法により熱硬化処理されたことを特徴とする熱硬化処理物。

Images