JP6721052B2

JP6721052B2 - 嵌合部品の熱処理方法及び組立方法

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Publication number: JP6721052B2
Application number: JP2018539471A
Authority: JP
Inventors: 剛杉本; 亮介平石; 健二安井; 諭吉岡山; 田中　圭; 圭田中; 武志押尾
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: US20200206850A1; CN109689280B; US20190255665A1; US11000924B2; WO2018051484A1; JPWO2018051484A1; EP3513902B1; CN109689280A; EP3513902A4; EP3513902A1

Description

本発明は、嵌合部品の熱処理方法及び組立方法に関するものである。

燃料噴射弁のステンレス鋼製アジャストパイプを、同じくステンレス鋼製固定子鉄心内に圧入するにあたり、アジャストパイプの内周面と外周面とに潤滑性を有する化成被膜を形成し、圧入荷重のばらつきを小さくするものが知られている（特許文献１）。

特許第３７９１５９１号公報

しかしながら、焼入れされて硬くなった鋼材の孔に、上記従来技術のように被膜が形成された部品を圧入すると被膜が剥離する。上記従来技術の潤滑性化成被膜は圧入する際にその目的を達成するので剥離しても問題はないが、圧入部品に施される被膜が圧入後に機能する場合は剥離してしまうと問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、被膜が形成された部品を焼入れされた部品に嵌合する場合に被膜の剥離を抑制することができる嵌合部品の熱処理方法及び組立方法を提供することである。

本発明は、焼入れ処理された第２鋼材部品の第１孔に、被膜が形成された第１鋼材部品を、前記被膜が挿通するように挿入し、前記第１鋼材部品が挿通される孔であって前記被膜に摺接する第２孔が形成された第３部品の前記第２孔に、前記被膜が前記第２孔に摺接するように前記第１鋼材部品を挿通するにあたり、前記第２鋼材部品を、当該第２鋼材部品の焼き戻し温度以上であって、前記第１鋼材部品の温度に対して焼嵌め可能な温度以上の第１温度にまで加熱し、
前記第１鋼材部品と前記第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差を維持した状態で、前記第１孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が挿通するように挿入し、前記第２孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が前記第２孔に摺接するように挿入し、前記第１鋼材部品の前記被膜が形成された部位以外の部位を前記第２鋼材部品の第１孔に焼嵌めすることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、第１鋼材部品と第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差を維持した状態で、第１鋼材部品を第２鋼材部品の第１孔に焼嵌めするので、第１鋼材部品に形成された被膜の剥離を抑制することができる。これに加えて、焼嵌めのために第２鋼材部品を焼き戻し温度以上に加熱するので、専用の焼き戻し工程を設けることなく焼き戻し処理を行うことができる。

本発明に係る嵌合部品の熱処理方法及び組立方法の一実施の形態を示す工程フロー図である。本発明に係る嵌合部品の一実施の形態を示す斜視図（組立前）である。本発明に係る嵌合部品の一実施の形態を示す中央断面図（組立前）である。本発明に係る嵌合部品の一実施の形態を示す中央断面図（組立後）である。本発明に係る嵌合部品の熱処理方法及び組立方法の一実施の形態を示す工程の側面図である。本発明に係る嵌合部品の熱処理方法及び組立方法の一実施の形態において熱処理される部品の温度条件を示すグラフである。図１〜図４の一実施の形態で熱処理及び組み立てた部品の表面状態を評価したグラフである。図１〜図４の一実施の形態で熱処理及び組み立てた部品の表面状態を評価した顕微鏡写真である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明は、第１の観点からすれば嵌合部品の熱処理方法であり、第２の観点からすれば嵌合部品の組立方法である。以下の実施形態では、嵌合部品の熱処理方法として説明するが、この実施形態は嵌合部品の組立方法にも妥当するものである。

図２Ａは、本発明に係る嵌合部品の一実施の形態を示す斜視図（組立前）、図２Ｂは、同じく中央断面図（組立前）、図２Ｃは、同じく中央断面図（組立後）である。本実施形態において熱処理方法又は組立方法の対象とされる嵌合部品は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、少なくとも第１鋼材部品１１と、第２鋼材部品１２と、第３部品１３とを備える。ただし、本発明に係る嵌合部品において、第３部品は必須部品ではない。

第１鋼材部品１１は、中空状（又は中実状であってもよい）の鋼材部品であって、第３部品１３の第２孔１３１に摺接する外面の範囲に、摺動抵抗を低減するための、例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）などの被膜１１１が形成されている。この第１鋼材部品１１は、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、第２鋼材部品１２の一対の第１孔１２３，１２４に焼嵌めにより嵌合されるとともに、第３部品の第２孔１３１に挿通される。

第２鋼材部品１２は、基部１２５と、当該基部１２５から間隔をあけて立設された一対の壁部１２１，１２２とを備える。一対の壁部１２１，１２２のそれぞれには、第１鋼材部品１１が嵌合される第１孔１２３，１２４が形成されている。第１鋼材部品１１の外径寸法と第１孔の内径寸法は所定の嵌め合い寸法に加工されている。また、一対の壁部１２１，１２２の間には、第３部品１３の一端が挿入され、第１鋼材部品１１を第２孔１３１に挿通させ、第１孔１２１，１２２に嵌合させることで、第３部品１３は第２鋼材部品１２に対して回動可能に支持される。

第３部品１３は、一端に第１鋼材部品１１が挿通する第２孔が形成されている、そして、これら第１鋼材部品１１、第２鋼材部品及び第３部品１３を組み立てることで、リンクなどの機械要素を構成する。

図１に示すように、これらの嵌合部品１１，１２，１３を組み立てる前に、第２鋼材部品１２の焼入れ処理を行う。すなわち、第２鋼材部品１２の部品表面を硬くして耐摩耗性を高めるために、部品表面の金属組織がオーステナイト組織になる温度まで加熱した後、急冷することで硬く緻密なαマルテンサイト組織を生成する焼入れ処理が施される。

次いで、第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２の第１孔１２３，１２４に嵌合させる。ここで、第２鋼材部品１２は焼入れ処理が施されているので、第１孔１２３，１２４を含めてその表面は硬くなっている。この状態で第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２の第１孔１２３，１２４に圧入すると、第１鋼材部品１１の表面に形成されたＤＬＣなどの非膜１１１が剥離する可能性が高い。また、従来技術で引用したもののように、潤滑性を有する化成被膜を形成して圧入すると、被膜１１１の剥離は抑制できても、第１鋼材部品１１の表面に潤滑性を有する膜を塗布する必要があり、製造コストの増大を招くだけでなく、圧入時に潤滑性を有する膜が除去されて第２鋼材部品１２や第３部品１３に混入し、コンタミネーションを招くおそれがある。

一方において、焼入れ処理された第２鋼材部品１２は、その表面は硬く耐摩耗性は高いが、衝撃強度（靱性）は低い。耐摩耗性と衝撃強度を両立させるために、１５０〜２２０℃程度の比較的低温で長時間保持する焼戻し処理を実施すると、αマルテンサイト組織を、比較的低炭素濃度のβマルテンサイト組織に変化させ、靱性を向上させることができる。しかしながら、焼戻し処理で起こるαマルテンサイト組織からβマルテンサイト組織への変態は、炭素の拡散凝集現象であるため反応に時間がかかる。このため、処理時間が長くなるという問題がある。

そこで、本実施形態では、専用の焼き戻し処理は行わず、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との嵌合を圧入に代えて焼嵌めとする。そして、焼嵌めには、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との温度差ΔＴが必要とされる点に着目し、第２鋼材部品１２を、当該第２鋼材部品１２の焼き戻し温度Ｔ_０以上であって、第１鋼材部品１１の温度に対して焼嵌め可能な温度差ΔＴ以上の第１温度Ｔ_１にまで加熱する。例えば、第２鋼材部品１２の焼き戻し温度が１５０℃以上（但し、Ａ_１変態温度７３０℃以下）、第１鋼材部品１１の温度が室温２０℃、第１鋼材部品１１に対して焼嵌め可能な第２鋼材部品１２の温度差ΔＴが２６０℃であるとすると、第２鋼材部品１２を２８０℃まで加熱する。また、第１鋼材部品１１に対して焼嵌め可能な第２鋼材部品１２の温度差ΔＴが３４０℃と大きい場合には、例えば第２鋼材部品１２を２８０℃まで加熱するとともに、第１鋼材部品１１を−５０℃まで冷却する。

このように、図１に示す焼嵌め工程における第２鋼材部品１２の加熱温度（第１温度Ｔ_１）は、第２鋼材部品１２の焼き戻し温度Ｔ_０以上であって、第１鋼材部品１１の温度に対して焼嵌め可能な温度差ΔＴ以上の第１温度Ｔ_１とする。このとき、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との焼嵌め可能な温度差ΔＴは、第１鋼材部品１１の外径寸法と第１孔の内径寸法は所定の嵌め合い寸法に依存する。したがって、この温度差ΔＴが相対的に小さい場合には、第２鋼材部品１２を加熱し、第１鋼材部品１１は室温状態とすることができるが、この温度差ΔＴが大きい場合には、図４に示すように、第２鋼材部品１２を焼き戻し温度Ｔ_０以上の第１温度Ｔ_１まで加熱するとともに、第１鋼材部品１１を第２温度Ｔ_２まで冷却することで、焼嵌め可能な温度差ΔＴを確保する。図４は、本実施形態において熱処理される第１鋼材部品１１及び第２鋼材部品１２の温度条件を示すグラフである。

そして、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との焼嵌めが可能な温度差ΔＴを維持した状態で、第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２の第１孔１２１，１２２に焼嵌めする。このとき、図４に示す時間ｔ１を設けることで焼き戻し時間を確保する。なお、第２鋼材部品１２を第１温度Ｔ_１まで加熱し、第１鋼材部品１１を第２温度Ｔ_２まで冷却したら、時間を空けずに焼嵌めを行うのが好ましいが、実ラインでは困難であることが少なくない。したがって、焼嵌めまでの間は、それらの温度Ｔ_１，Ｔ_２をそれぞれ維持し、少なくとも焼嵌め時に温度差ΔＴが確保できるように保温することが望ましい。

図３は、図１に示す工程フローを実ラインに展開した一例を示す側面図である。同図の右側から順に、第２鋼材部品１２の加熱炉２１、第２鋼材部品１２の保温炉２２及び搬送装置２４、第１鋼材部品１１の冷却槽２３及び焼嵌め装置２６、第３部品１３の搬送装置２５が配置されている。第２鋼材部品１２の加熱炉２１は、例えば高周波加熱コイルを含む炉であって、第２構成部品１２を第１温度Ｔ_１まで加熱する。第２鋼材部品１２の保温炉２２は、例えば断熱材で覆われたトンネル状の炉であって、第２鋼材部品１２を第１温度Ｔ_１又はそれより僅かに低い温度に維持するとともに、搬送装置２４により第２鋼材部品１２を焼嵌め工程まで搬送する時間ｔ１を確保することで、第２鋼材部品１２の焼き戻し時間を確保する。

第１鋼材部品１１の冷却槽２３には、例えば液体窒素２７が満たされ、第１鋼材部品１１を液体窒素２７に浸漬することで第１鋼材部品１１を第２温度Ｔ_２まで冷却する。搬送装置２５は、第３部品１３を焼嵌め工程まで搬送する。そして、焼嵌め工程において、焼嵌め装置２６（図示しないロボットを含む）により、第１鋼材部品１１、第２鋼材部品１２及び第３部品１３を把持しつつ、第３部品１３を第２鋼材部品１２の一対の壁部の間に挿入し、第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２の第１孔１２３，１２４に焼嵌めする際に、第１鋼材部品１１を第２孔１３１に挿通させる。こうして組み立てられた嵌合部品１は、図示しない搬送装置によって次工程に払い出される。

図５は、本実施形態で熱処理及び組み立てた部品の表面状態を評価したグラフである。実施例は、図１に示す熱処理工程で組み立てた嵌合部品１から、第１鋼材部品１１を切り出し、振動摩擦摩耗試験機を用いて第１鋼材部品１１の被膜１１１の部分の摩擦抵抗を測定したものである。これに対して比較例は、図１に示す焼き戻し工程に代えて、第２鋼材部品１２に１８０℃×７０分の焼き戻し処理を施し、第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２に圧入したものである。比較例に比べて実施例の第１鋼材部品１１はの被膜１１１の摩擦抵抗は明らかに小さくなっている。

図６は、本実施形態で熱処理及び組み立てた部品の表面状態を評価した顕微鏡写真であり、図５で作製した実施例及び比較例の表面を観察したものである。比較例では、表面に擦れによる条痕と剥離（○印の部分）が観察されたが、実施例では条痕や表面の剥離は観察されなかった。

以上のとおり、本実施形態の嵌合部品の熱処理方法又は組立方法によれば、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との焼嵌めが可能な温度差ΔＴを維持した状態で、第１鋼材部品１１を第２鋼材部品１２の第１孔１２３，１２４に焼嵌めするので、第１鋼材部品１１と第１孔１２３，１２４との間に隙間が形成される。その結果、第１鋼材部品１１に形成された被膜１１１の剥離を抑制することができる。これに加えて、焼嵌めのために第２鋼材部品１２を焼き戻し温度Ｔ_０以上に加熱するので、専用の焼き戻し工程を設けることなく焼き戻し処理を行うことができる。その結果、第２鋼材部品１２の耐摩耗性と衝撃強度とを向上させることができる。

また本実施形態の嵌合部品の熱処理方法又は組立方法によれば、第１鋼材部品１１と第２鋼材部品１２との焼嵌めが可能な温度差ΔＴにするために、第１鋼材部品１１を第２温度Ｔ_２まで冷却するので、温度差ΔＴが大きい嵌め合い条件であっても、第２鋼材部品１２をＡ_１変態温度７３０℃まで加熱することなく、対応することができる。

また本実施形態の嵌合部品の熱処理方法又は組立方法によれば、第１鋼材部品１１を第２温度Ｔ_２まで冷却したのち、当該第１鋼材部品１１を保温しながら焼嵌め工程まで搬送するか、及び／又は、第２鋼材部品１２を第１温度Ｔ_１まで加熱したのち、当該第２鋼材部品１２を保温しながら焼嵌め工程まで搬送するので、焼嵌め可能な温度差ΔＴを確保することができるとともに、焼き戻し時間をも確保することができる。

１…嵌合部品
１１…第１鋼材部品
１１１…被膜
１２…第２鋼材部品
１２１，１２２…壁部
１２３，１２４…第１孔
１２５…基部
１３…第３部品
１３１…第２孔
２…焼嵌め工程
２１…加熱炉
２２…保温炉
２３…冷却槽
２４，２５…搬送装置
２６…焼嵌め装置
２７…液体窒素
Ｔ_０…焼き戻し温度
Ｔ_１…第１温度
Ｔ_２…第２温度
ΔＴ…焼嵌め可能温度差

Claims

焼入れ処理された第２鋼材部品の第１孔に、被膜が形成された第１鋼材部品を、前記被膜が挿通するように挿入し、前記第１鋼材部品が挿通される孔であって前記被膜に摺接する第２孔が形成された第３部品の前記第２孔に、前記被膜が前記第２孔に摺接するように前記第１鋼材部品を挿通する熱処理方法において、
前記第２鋼材部品を、当該第２鋼材部品の焼き戻し温度以上であって、前記第１鋼材部品の温度に対して焼嵌め可能な温度差以上の第１温度にまで加熱する加熱工程と、
前記第１鋼材部品と前記第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差を維持した状態で、前記第１孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が挿通するように挿入し、前記第２孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が前記第２孔に摺接するように挿入し、前記第１鋼材部品の前記被膜が形成された部位以外の部位を前記第１孔に焼嵌めする焼嵌め工程と、を備える嵌合部品の熱処理方法。
前記第１鋼材部品と前記第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差にするために、前記第１鋼材部品を第２温度まで冷却する冷却工程をさらに備える請求項１に記載の嵌合部品の熱処理方法。
前記第１鋼材部品を前記第２温度まで冷却したのち、当該第１鋼材部品を保温しながら前記焼嵌め工程まで搬送する請求項２に記載の嵌合部品の熱処理方法。
前記第２鋼材部品を前記第１温度まで加熱したのち、当該第２鋼材部品を保温しながら前記焼嵌め工程まで搬送する請求項１〜３のいずれか一項に記載の嵌合部品の熱処理方法。
前記第２鋼材部品は、前記第１孔がそれぞれ形成され、間隔をあけて立設された一対の壁部を有し、
前記焼嵌め工程において、
前記第１鋼材部品が挿通される孔であって前記被膜に摺接する前記第２孔が形成された前記第３部品が、前記一対の壁部の間に挿入され、前記第１鋼材部品を前記第２鋼材部品の前記第１孔に焼嵌めする際に、前記第１鋼材部品を前記第２孔に挿通させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の嵌合部品の熱処理方法。
焼入れ処理された第２鋼材部品の第１孔に、被膜が形成された第１鋼材部品を、前記被膜が挿通するように挿入し、前記第１鋼材部品が挿通される孔であって前記被膜に摺接する第２孔が形成された第３部品の前記第２孔に、前記被膜が前記第２孔に摺接するように前記第１鋼材部品を挿通する組立方法において、
前記第２鋼材部品を、当該第２鋼材部品の焼き戻し温度以上であって、前記第１鋼材部品の温度に対して焼嵌め可能な温度差以上の第１温度にまで加熱する加熱工程と、
前記第１鋼材部品と前記第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差を維持した状態で、前記第１孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が挿通するように挿入し、前記第２孔に前記第１鋼材部品を前記被膜が前記第２孔に摺接するように挿入し、前記第１鋼材部品の前記被膜が形成された部位以外の部位を前記第１孔に焼嵌めする焼嵌め工程と、を備える嵌合部品の組立方法。
前記第１鋼材部品と前記第２鋼材部品との焼嵌めが可能な温度差にするために、前記第１鋼材部品を第２温度まで冷却する冷却工程をさらに備える請求項６に記載の嵌合部品の組立方法。
前記第１鋼材部品を前記第２温度まで冷却したのち、当該第１鋼材部品を保温しながら前記焼嵌め工程まで搬送する請求項７に記載の嵌合部品の組立方法。
前記第２鋼材部品を前記第１温度まで加熱したのち、当該第２鋼材部品を保温しながら前記焼嵌め工程まで搬送する請求項６〜８のいずれか一項に記載の嵌合部品の組立方法。
前記第２鋼材部品は、前記第１孔がそれぞれ形成され、間隔をあけて立設された一対の壁部を有し、
前記焼嵌め工程において、
前記第１鋼材部品が挿通される孔であって前記被膜に摺接する前記第２孔が形成された前記第３部品が、前記一対の壁部の間に挿入され、前記第１鋼材部品を前記第２鋼材部品の前記第１孔に焼嵌めする際に、前記第１鋼材部品を前記第２孔に挿通させる請求項６〜９のいずれか一項に記載の嵌合部品の組立方法。