JP4679130B2

JP4679130B2 - 半硬質磁性材料の製造方法

Info

Publication number: JP4679130B2
Application number: JP2004366236A
Authority: JP
Inventors: 義和浅野
Original assignee: Yamauchi Corp
Current assignee: Yamauchi Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP2006169604A

Description

この発明は、半硬質磁性材料の製造方法、特に、リール台、トルクリミッタ、電磁弁等に使用する半硬質磁性材料の製造方法に関するものである。

オーディオ・ビデオ機器のリール台、複写装置の給紙分離装置のトルクリミッタ、電磁弁等に使用される半硬質磁性材料として、マルテンサイト系ステンレス鋼の焼入材が特開平７−２１６２６号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報によると、マルテンサイト系ステンレス鋼は、入手容易であり、安価、軽量で、加工しやすい点で半硬質磁性材料に適している。また、マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理をすることによって半硬質磁性材料に適した保磁力等（以下、「半硬質磁性特性」という）を持つことが知られており、従来の熱処理方法としては、図１に示すようなバッチ式炉１が使用されている。

図１に示すバッチ式炉１は、箱型であり、床面２に配置されたロッドヒータ６と、天井
５および左右の両壁面３，４に配置されたクロスヒータ７とによって、炉内の温度を制御する。

図２は、バッチ式炉１の図解的断面図である。図２に示すように、バッチ式炉１は４層構造となっており、各層には被熱処理材料を入れる収納箱８が最上層に８箇所、下３層にそれぞれ７箇所設置されている。

図３は、収納箱８に被熱処理材料９としてのマルテンサイト系ステンレス鋼を入れた状態を示す図である。収納箱８には、図３に示すように、２０００個程度の材料が不規則に納められている。

上記のバッチ式炉１を用いて、マルテンサイト系ステンレス鋼を所定条件下で熱処理することにより、半硬質磁性特性を持たせることができる。また、一般には、上記熱処理により生じた、被熱処理材料内部の残留応力を除去するために焼戻しを行う。
特開平７−２１６２６号公報（段落番号００１５等）

上記のバッチ式炉１は、炉内の中央と端部で温度のむらが生じる他、収納箱８内で多数の被熱処理材料９が相互に重なり合っていることにより、各被熱処理材料９間の加熱むらおよび冷却むらが避けられない。さらには、炉内への被熱処理材料９の投入数量によって、熱処理条件を変更する必要が生じる。この各被熱処理材料９の熱処理のむらは、半硬質磁性特性に大きな影響を及ぼす。

図４は、バッチ式炉１の最上層の８箇所に収納箱８が配置された図解的平面図であり、８箇所それぞれの収納箱８に収納された被熱処理材料９の熱処理後の半硬質磁性特性のばらつきを図５に示す。

図５に示すように、収納箱８の炉内配置により、熱処理後の被熱処理材料９の半硬質磁性特性は大きく異なる。また、炉内各所での半硬質磁性特性は一定の値となるものではなく、熱処理を行う度に異なる値となる。

本発明の目的は、熱処理時の被熱処理材料間の加熱むらおよび冷却むらを少なくし、半硬質磁性特性のばらつきを抑えた半硬質磁性材料の製造方法を提供することである。

この発明に係る半硬質磁性材料の製造方法は、出発材料に対して一定速度で出発材料を搬送しながら連続炉で熱処理を行うことによって、出発材料に半硬質磁性特性を持たせるに際し、出発材料をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、連続炉は、加熱槽と、加熱槽の入口側に設けられた入口側搬送路と、加熱槽の出口側に設けられた冷却槽とを含み、熱処理は、入口側搬送路内で出発材料を予熱する工程と、加熱槽内の入口側で第１の炉内温度に設定し、加熱槽内の出口側で第１の炉内温度よりも高い第２の炉内温度に設定し、予熱工程を経た被熱処理材料を第１の炉内温度と第２の炉内温度の順で加熱する工程と、冷却槽内で第１の炉内温度よりも低く常温よりも高い第３の炉内温度に設定し、加熱工程を経た被熱処理材料を冷却する工程とを含むことを特徴とする。

上記方法とすることにより、材料間の加熱むらおよび冷却むらが少なくなるので、半硬質磁性特性のばらつきの少ない半硬質磁性材料を製造することが可能となる。

また、連続炉による熱処理に関して決められた処理条件に対して、単位時間当たりに熱処理を行う出発材料の数は一定であることを特徴とする。

さらには、連続炉へ投入する出発材料の単位時間当たりの投入数量の変化に拘わらず、熱処理条件を一定にすることを特徴とする。なお、熱処理条件とは、熱処理温度、熱処理時間、炉内の雰囲気等を含むものとする。

これにより、投入数量の増減に伴う熱処理条件の設定変更が不要となり、作業負荷を軽減することが可能となる。

連続炉で熱処理を行うことによって、熱処理時の被熱処理材料間の加熱むらおよび冷却むらが少なくなり、半硬質磁性特性のばらつきの少ない半硬質磁性材料を得ることができる。

図６を参照して、本発明の一実施形態に係る半硬質磁性材料の製造方法を説明する。

本発明で使用する連続炉１１は、図６（ａ）に示すように、入口側搬送路１２と、加熱槽１３と、冷却槽１４と、出口側搬送路１５と、入口側搬送路１２から出口側搬送路１５までをつなぐ搬送ベルト１６とを備える。また、入口側搬送路１２ｂから冷却槽１４までは、不活性ガスを充満させた領域とする。

入口側搬送路１２ａには、被熱処理材料を投入する投入口が設けられており、入口側搬送路１２ｂでは、隣接する加熱槽１３からの熱を利用して被熱処理材料の予熱を行う。

加熱槽１３は、さらに４槽１３ａ〜１３ｄに分けられており、図６（ｂ）に示すように、加熱槽１３ａは、炉内温度をＴ_３に設定し、加熱槽１３ｂ〜１３ｄはＴ_４に設定する。

冷却槽１４は、さらに３槽１４ａ〜１４ｃに分けられており、冷却槽１４ａはＴ_２、冷却槽１４ｂ，１４ｃはＴ_１にそれぞれ設定する。なお、冷却槽１４は、冷却手段として、水冷ジャケットを備えている。

また、被熱処理材料の熱処理時間は、搬送ベルト１６の搬送速度を変更することにより調節可能である。

連続炉１１は、入口側搬送路１２ａの投入口に被熱処理材料を投入して、加熱槽１３および冷却槽１４で加熱工程と冷却工程を一連の処理として連続的に行う。

具体的には、入口側搬送路１２ａの投入口から連続炉１１内に投入された、例えば、円盤状の被熱処理材料は、入口側搬送路１２ｂでは、図６（ｃ）に示すように、予熱により温度が上昇する。さらに、加熱槽１３ａではＴ_３まで温度が上昇し、加熱槽１３ｂ〜１３ｄでＴ_４に達する。加熱槽１３から冷却槽１４に搬送された被熱処理材料は、水冷ジャケットによって一気に常温まで冷却される。

上記方法とすることによって、被熱処理材料を乗せた搬送ベルト１６が連続炉１１内を通過する間に熱処理が行われるため、炉内の温度むらによる被熱処理材料間の加熱むらが極めて少ない。

また、連続炉１１内の被熱処理材料９は、図７に示すように、搬送ベルト１６上に相互に重なり合うことなく配置されている。これにより、各被熱処理材料間の加熱むらおよび冷却むらを少なくすることができる。

したがって、連続炉１１により熱処理を行うことによって、半硬質磁性特性のばらつきの少ない半硬質磁性材料を得ることができる。

また、搬送ベルト１６には一定の載置密度で被熱処理材料９を載置することが好ましい。搬送ベルト１６の搬送速度は、同一の熱処理条件下では常に一定であるので、被熱処理材料９の載置密度を一定とすることにより、半硬質磁性材料を安定的に製造することが可能となる。

さらに、連続炉１１は、被熱処理材料の投入数量が熱処理に及ぼす影響が少ないことから、被熱処理材料の投入数量を変更しても、熱処理条件を変更する必要がない。これにより、投入数量の増減に伴う熱処理条件の設定変更が不要となり、作業負荷を軽減することが可能となる。

上記の処理により、被熱処理材料は半硬質磁性特性を持つこととなる。ただし、高温状態から急冷したことにより、被熱処理材料は内部に残留応力を有している。

そこで、図８に示すように、例えば、Ｔ_５の温度下で焼戻しを行うことにより、残留応力を除去する。焼戻しは、半硬質磁性特性に及ぼす影響が極めて少ないことから、図６（ａ）に示す連続炉１１を用いて行ってもよいが、図１に示すようなバッチ式炉１を用いて行うことも可能である。

上記方法により熱処理を行うのに適したマルテンサイト系ステンレス鋼として、ＳＵＳ４２０Ｊ２やＳＵＳ４４０Ａが考えられるが、その他の材料についても適用することができる。

上記の実施形態では、冷却槽１４は水冷ジャケットを備えるものであったが、これに限ることなく、他の冷却手段を備えるものであってもよい。

上記の実施形態で示した、炉内の設定温度はマルテンサイト系ステンレス鋼に半硬質磁性特性を持たせるための一例であり、被熱処理材料の種類および要求される半硬質磁性特性によって熱処理条件を変更する必要がある。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、半硬質磁性材料の製造方法として利用される。

バッチ式炉の斜視図である。バッチ式炉の内部の状態を示す図解的断面図である。収納箱に被熱処理材料を収納した状態を示すイメージ図である。バッチ式炉の最上層の８箇所に収納箱を配置した状態を示す図解的平面図である。図４に示す各収納箱に収納した被熱処理材料の熱処理後の半硬質磁性特性のばらつきを示す図である。本発明の一実施形態に係る半硬質磁性材料の製造方法に使用する連続炉の概略断面図、ならびに、炉内の設定温度および被熱処理材料の温度変化を示す図である。本発明の一実施形態に係る半硬質磁性材料の製造方法に使用する連続炉に被熱処理材料を投入する状態を示すイメージ図である。焼戻しを行う際の被熱処理材料の温度変化を示す図である。

１バッチ式炉、２床面、３，４壁面、５天井、６ロッドヒータ、７クロスヒータ、８収納箱、９被熱処理材料、１１連続炉、１２入口側搬送路、１３加熱槽、１４冷却槽、１５出口側搬送路、１６搬送ベルト。

Claims

出発材料に対して一定速度で前記出発材料を搬送しながら連続炉で熱処理を行うことによって、前記出発材料に半硬質磁性特性を持たせるに際し、
前記出発材料をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、
前記連続炉は、加熱槽と、前記加熱槽の入口側に設けられた入口側搬送路と、前記加熱槽の出口側に設けられた冷却槽とを含み、
前記熱処理は、前記入口側搬送路内で前記出発材料を予熱する工程と、
前記加熱槽内の入口側で第１の炉内温度に設定し、前記加熱槽内の出口側で前記第１の炉内温度よりも高い第２の炉内温度に設定し、前記予熱工程を経た被熱処理材料を前記第１の炉内温度と前記第２の炉内温度の順で加熱する工程と、
前記冷却槽内で前記第１の炉内温度よりも低く常温よりも高い第３の炉内温度に設定し、前記加熱工程を経た被熱処理材料を冷却する工程とを含むことを特徴とする、半硬質磁性材料の製造方法。
前記連続炉による熱処理に関して決められた処理条件に対して、単位時間当たりに熱処理を行う前記出発材料の数は一定であることを特徴とする、請求項１に記載の半硬質磁性材料の製造方法。
前記連続炉へ投入する前記出発材料の単位時間当たりの投入数量の変化に拘わらず、熱処理条件を一定にする、請求項１または２に記載の半硬質磁性材料の製造方法。