JPH11199923A

JPH11199923A - 金属製品の部分熱処理方法及びこれを用いた金属製品

Info

Publication number: JPH11199923A
Application number: JP773698A
Authority: JP
Inventors: Koji Goto; 浩二後藤; Yuki Tomita; 友樹富田; Keiichi Yamanaka; 啓市山中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】金属製品の表面酸化を抑え、温度制御が容易
であり、廃液処理の問題が生じず、しかも焼入れ温度を
高くできる金属製品の部分熱処理方法及びこれを用いた
金属製品を提供すること。【解決手段】マルテンサイト系ステンレス鋼製の供試
材２１の下端寄り部分を、刳貫部２３を備えた耐火レン
ガ２５ａ、２５ｂで挟持する。耐火レンガ２５ａ、２５
ｂと供試材２１との間隙を、セラミクスウール２３で充
填する。これを真空炉に投入し、真空炉内を減圧して窒
素ガスで空気を置換し、摂氏１０５０度にて２０分間保
持する。その後、ガス冷却により焼入れを施し、さらに
摂氏マイナス８０度までサブゼロ処理を行う。そして、
摂氏２００度で焼戻しを行する。供試材２１の耐火レン
ガ２５ａ、２５ｂで挟持された部分は、焼入れがなされ
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鑿、鋏等の
金属製品の部分熱処理及びこれを用いた金属製品に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素鋼、合金鋼等の鋼系材料から形成さ
れる刃物、工具類などの金属製品は、鋭利性及び耐摩耗
性を付与する目的で、焼入れによる高硬度化が図られて
いる。例えばステンレス鋼からなる医療用の鑿の場合、
ロックウェル硬さ１０ＨＲＣ程度の母材に焼入れが施さ
れ、ロックウェル硬さ５０ＨＲＣ以上とされて刃先部が
形成されている。この焼入れには、金属製品の表面酸化
を防止するため、真空雰囲気又は窒素ガス等の不活性ガ
ス雰囲気で加熱処理が可能な真空炉が用いられている。
焼入れに際しては、金属製品の全体が真空炉中に投入さ
れ、加熱される。

【０００３】ところで、金属製品のなかには、製品全体
を焼入れすることが好ましくないものも存在する。例え
ば前述の医療用の鑿の場合、金属製の本体部に木製の柄
部が取り付けられているが、この取付は本体部に設けら
れた孔と柄部に設けられた孔とにピン等の係止部材を挿
入し、本体部と柄部とを係止することにより達成され
る。両孔の位置ずれを防止するため、孔の穿設は柄部の
穴に本体部の胴部を挿入した後に行われる。この際、本
体部の胴部に焼入れ処理がなされていると、孔穿設作業
が極めて困難となる。孔穿設作業を容易とするには、本
体部の焼入れ後、胴部のみをバーナー等で再加熱して軟
化させなければならず、鑿の製造工程が増加して製造コ
ストを上昇させるばかりか、エネルギーの浪費となって
しまう。

【０００４】また、刃部が高速度工具鋼（ハイス）で形
成され、グリップ部が鋳鉄で形成されている鋏の場合、
高速度工具鋼の焼入れ温度（例えば摂氏１２５０度）ま
で鋏を加熱すると、鋳鉄であるグリップ部の結晶粒が粗
大化して脆化したり、グリップ部が溶融したりしてしま
うことがある。

【０００５】医療用の鑿の場合、本体部のうち刃先部の
みが加熱されて焼きが入り、胴部は加熱されずに焼きが
入らないような熱処理を施せば、孔穿設作業を容易とす
ることができる。また、鋏の場合、刃部のみが加熱され
て焼きが入り、グリップ部は加熱されないような熱処理
を施せば、グリップ部の溶融を避けることができる。こ
のような、いわゆる部分熱処理方法として、高周波焼入
れ、塩浴焼入れ、鉛浴焼入れ等が従来行われている。

【０００６】しかしながら、高周波焼入れでは真空雰囲
気や不活性ガス雰囲気を形成するのが真空炉による焼入
れに比べて困難であり、金属製品の表面が酸化してしま
うという問題がある。さらに、高周波焼入れでは、焼入
れ時間が短時間であり、しかも焼入れ温度が金属製品の
表面の形状や寸法に依存してしまうので、例えば鑿のよ
うな先細形状の金属製品に適応する場合、真空炉による
焼入れに比べて温度制御が困難となってしまうという問
題がある。

【０００７】また、塩浴焼入れ及び鉛浴焼入れの場合、
前述の高周波焼入れの問題に加えて塩浴又は鉛浴の廃液
処理が困難であるという問題があり、自然環境保護の観
点からも好ましくない。しかも、塩浴焼入れ及び鉛浴焼
入れの場合、焼入れ温度を充分には高くできないという
問題もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
に鑑みてなされたものであり、金属製品の表面酸化を抑
え、温度制御が容易であり、廃液処理の問題が生じず、
しかも焼入れ温度を高くすることができる金属製品の部
分熱処理方法及びこれを用いた金属製品を提供すること
をその目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の問題に鑑みてなさ
れた発明は、金属製品の一部を断熱性材料で被覆して真
空炉中に投入し、加熱後冷却する金属製品の部分熱処理
方法、である（請求項１）。

【００１０】この熱処理方法によれば、金属製品の一部
を断熱性材料で被覆して真空炉中に投入するので、この
断熱材料で被覆された部分の真空炉中の温度を他の部分
よりも低くすることができる。また、真空炉を用いてい
るため、金属製品の表面酸化を抑えることができ、温度
制御が容易であり、廃液処理の問題も生じず、しかも熱
処理温度を高くすることができる。

【００１１】熱処理が焼入れである場合、断熱性材料で
被覆する部分に焼きが入るのを防いだり、この部分の焼
入れの程度を抑えたりすることができる。従って、この
部分の熱処理後の硬度を他の部分より低くすることがで
き、この部分の後加工を容易とすることができる（請求
項２）。このような熱処理が適用できる金属製品として
は、例えば鑿が挙げられる（請求項４、５）。

【００１２】金属製品が材質の異なる２以上の金属部材
を含んでおり、熱処理温度が高温である場合でも、一部
の部材を断熱性材料で被覆することにより、この部分の
熱処理中の温度を他の部分より低くすることができ、こ
の部分の溶融を防止することができる（請求項３）。こ
のような熱処理が適用できる金属製品としては、例えば
鋏が挙げられる（請求項４、６）。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ、本
発明を詳説する。

【００１４】図１には、本発明の一実施形態にかかる金
属製品である、医療用の鑿１の斜視図が示されている。
この鑿１は、本体部３と柄部５とを備えている。本体部
３はマルテンサイト系ステンレス鋼から形成されてお
り、柄部５は木製である。本体部３は、先端の刃先部７
とこの刃先部７に連続する胴部９とからなる。胴部９の
後端寄りには孔（図示されず）が穿設されている。柄部
５の先端寄りには、胴部９の孔とほぼ内径が等しい孔１
１が穿設されている。なお、本体部３には、マルテンサ
イト系ステンレス鋼以外にも、例えば炭素鋼、合金鋼等
の鋼系金属材料を用いることができる。

【００１５】本体部３と柄部５とを取り付けるには、ま
ず、本体部３及び柄部５に孔を穿設する前の段階で、本
体部３の後端寄りが柄部５の先端よりの穴に挿入され
る。次に、ドリル等の切削工具を用いて柄部５表側、本
体部３及び柄部５裏側に貫通する孔が穿設される。そし
て、この孔に係止部材としてのピン１３が挿入され、本
体部３と柄部５とが固定される。

【００１６】ここで、柄部５との取付に先立ち行われる
本体部３の焼入れ方法について説明する。まず、本体部
３の胴部９の後端寄りが、断熱性材料で被覆される。そ
して、本体部３全体が真空炉に投入され、真空炉内が減
圧され、不活性ガスにて空気が置換され、所定温度（例
えば摂氏１０５０度）で、所定時間（例えば２０分間）
加熱される。加熱中、胴部９の先端寄り部分及び刃先部
７は充分加熱されてオーステナイト化する。一方、断熱
性材料で被覆された胴部９の後端寄り部分は、熱伝導が
遅れるため比較的低温となり、フェライト又は不充分な
オーステナイトとなる。

【００１７】その後、本体部３がガス冷却、水冷、油冷
等の手段により急冷される。急冷によりオーステナイト
化していた刃先部７はマルテンサイト変態を起こし、硬
化されて耐摩耗性が付与される。また、胴部９の先端寄
り部分は、断熱性材料に近いためこの影響で冷却速度が
不足して不完全焼入れの状態となり、やや硬くて靱性の
ある遷移組織となる。そして、断熱性材料で被覆された
胴部９の後端寄り部分はマルテンサイト変態をほとんど
起こさず、全く硬化されないか、又は硬化が不充分とな
り、前述の孔穿設作業が容易となる。このように、一度
の焼入れ作業にて、刃先部７に耐摩耗性を付与すること
ができ、胴部９の先端寄り部分に靱性を付与することが
でき、胴部９の後端寄り部分に加工容易性を付与するこ
とができる。

【００１８】なお、加熱後の急冷に際し、通常の冷却に
引き続いていわゆるサブゼロ処理を行ってもよいのはも
ちろんである。また、通常は焼入れ後に焼戻しが行わ
れ、鑿１に強靱性が付与される。

【００１９】この熱処理方法では、本体部３を不活性ガ
ス雰囲気中で加熱するため、本体部３の表面が酸化され
てしまうことがない。用いられる不活性ガスとしては、
周期表０族元素ガス（希ガス）であるヘリウムガス、ネ
オンガス、アルゴンガス等の他、窒素ガス等の反応性の
乏しいガスが挙げられる。また、不活性ガスを用いずに
真空雰囲気中で熱処理しても、本体部３の酸化を防止す
ることできる。また、この熱処理方法では、真空炉を用
いて本体部３を加熱するため温度制御が容易であり、熱
処理温度を高くすることができ、塩浴及び鉛浴を用いな
いので廃液による自然環境破壊の問題が生じない。

【００２０】胴部９の後端寄り部分を被覆する断熱性材
料としては、熱処理温度に耐えて熱伝導性の少ないもの
であればよく、例えば耐火レンガ、セラミクス、セラミ
クスウール等が挙げられる。断熱性材料の好ましい使用
方法として、例えば耐火レンガに穴を設けてその穴に胴
部９の後端寄りを挿入し、穴の内周壁と胴部９の後端寄
りとの間隙にセラミクスウールを充填する等の方法が挙
げられる。こうすれば、断熱性材料と胴部９の後端寄り
部分とが密着し、胴部９の後端寄り部分への熱伝導をよ
り確実に抑えることができる。

【００２１】図２には、本発明の他の実施形態にかかる
金属製品である鋏１５の斜視図が示されている。この鋏
１５は、刃部１７とグリップ部１９とを備えている。刃
部１７は高速度工具鋼から形成されており、グリップ部
１９は鋳鉄から形成されている。刃部１７を高速度工具
鋼で形成するのは、耐摩耗性が良好であること、焼戻し
軟化抵抗が大きくてグラインダー等により容易に再研磨
ができること等の理由からであり、グリップ部１９を鋳
鉄で形成するのは、グリップ部１９は複雑形状であるの
で通常の切削加工よりも鋳造加工の方が製造が容易であ
ること、刃部１７と同様の材質を用いるよりもコストの
面で有利であること等の理由からである。高速度工具鋼
以外の、例えば冷間金型用鋼、マルテンサイト系ステン
レス鋼、刃物鋼、工具鋼等の材料で刃部１７を形成して
もよい。なお、グリップ部１９を構成する鋳鉄として
は、特には限定されないが、例えば白心可鍛鋳鉄、球状
黒鉛鋳鉄等が挙げられる。

【００２２】この鋏１５の焼入れを行うには、まずグリ
ップ部１９が断熱性材料で被覆される。そして、鋏１５
全体が真空炉に投入され、真空炉内が減圧され、不活性
ガスにて空気が置換され、所定時間（例えば２０分間）
加熱される。加熱温度は、高速度工具鋼からなる刃部１
７を充分オーステナイト化させるため、摂氏１２５０度
程度とされる。加熱中であっても、グリップ部１９は断
熱性材料で被覆されているために熱伝導が遅れ、比較的
低温となる。従って、このグリップ部１９に融点が摂氏
１２００度未満である鋳鉄を用いても、グリップ部１９
が溶融してしまうことがない。

【００２３】その後、鋏１５がガス冷却、水冷、油冷等
の手段により急冷される。急冷によりオーステナイト化
していた刃部１７はマルテンサイト変態を起こし、硬化
されて耐摩耗性が付与される。

【００２４】この熱処理方法では、鋏１５を不活性ガス
雰囲気中で加熱するため、その表面が酸化されてしまう
ことがない。また、この熱処理方法では、真空炉を用い
て鋏１５を加熱するため温度制御が容易であり、熱処理
温度を高くすることができ、塩浴及び鉛浴を用いないの
で廃液による自然環境破壊の問題が生じない。

【００２５】この熱処理方法に用いられる不活性ガスと
しては、前述の実施形態の場合と同様、周期表０族元素
ガス（希ガス）であるヘリウムガス、ネオンガス、アル
ゴンガス等の他、窒素ガス等の反応性の乏しいガスが挙
げられる。また、不活性ガスを用いずに真空雰囲気中で
熱処理しても、鋏１５の酸化を防止することできる。

【００２６】また、用いられる断熱性材料としては、前
述の実施形態の場合と同様、熱処理温度に耐えて熱伝導
性の少ないものであればよく、例えば耐火レンガ、セラ
ミクス、セラミクスウール等が挙げられる。断熱性材料
の好ましい使用方法として、例えば２枚の耐火レンガで
グリップ部１５を挟持し、その耐火レンガ間の間隙に、
グリップ部１５に密着するようにセラミクスウールを充
填する等の方法が挙げられる。こうすれば、断熱性材料
とグリップ部１５とが密着し、グリップ部１５への熱伝
導をより確実に抑えることができる。

【００２７】以上、各実施形態に基づき本発明を詳説し
たが、本発明はこれらの記載に基づいて限定的に解釈さ
れるものではない。本発明の熱処理方法は、焼入れに限
らず、焼戻し、焼鈍し、焼ならし等の、真空炉を用いる
あらゆる熱処理に適用することができる。また、本発明
の熱処理方法は、鋼系金属材料に限られず、熱処理が必
要とされる全ての金属材料に適用することができる。さ
らに、本発明の熱処理方法は、前述の鑿１、鋏１５に限
られず、熱処理を施すことが適切でない部分を部分的に
備えた金属製品、及び熱処理の程度を低くするのが適切
である部分を部分的に備えた金属製品の全てに適用する
ことができる。

【００２８】［実験例］横断面が１０ｍｍ角で長さが１
３０ｍｍの柱状である、低炭素マルテンサイト系ステン
レス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）及び高炭素マルテンサイト
系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）からなる供試材２１
を用意した。各供試材２１の長さ方向の半分（６５ｍ
ｍ）を、図３に示されるように刳抜部２３を備えた２枚
の耐火レンガ２５ａ、２５ｂで挟持した。そして、供試
材２１と耐火レンガ２５ａ、２５ｂとの間隙に、セラミ
クスウール２７を充填した。これを真空炉に投入し、真
空炉内を減圧して窒素ガスで空気を置換し、摂氏１０５
０度にて２０分間保持した。その後、ガス冷却により焼
入れを施し、さらに摂氏マイナス８０度までサブゼロ処
理を行った。そして、摂氏２００度で焼戻しを行い、得
られた供試材２１のロックウェル硬度を、部位（図３に
おける供試材の上端部からの距離）を異ならせて測定し
た。この結果が、図４に示されている。

【００２９】図４において、高炭素マルテンサイト系ス
テンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）製の供試材２１の測定結
果が白丸で表されており、低炭素マルテンサイト系ステ
ンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）製の供試材２１の測定結
果が黒丸で表されている。

【００３０】図４から明らかなように、いずれの材質の
供試材２１においても、上端からほぼ５０ｍｍまでの領
域は充分に高硬度となっており、この部分がマルテンサ
イト変態を起こして完全に焼入れされていることが解
る。また、５０ｍｍを越えて６５ｍｍ程度までの領域
は、上端から遠ざかるにつれて硬度が低下する。これ
は、この領域が加熱時にはオーステナイト化している
が、冷却時に耐火レンガ２５ａ、２５ｂに近いため冷却
速度不足となり、不完全焼入れされて遷移組織となって
いるためである。また、６５ｍｍを越えて１０５ｍｍ程
度までの領域は、断熱性材料に被覆されているので加熱
時に充分にはオーステナイト化せず、しかも冷却速度が
遅い領域である。１０５ｍｍを超えた領域は、熱処理に
よる硬度上昇が全く見られない領域である。

【００３１】この測定結果を前述の鑿１に適用すると、
上端から５０ｍｍまでの領域は耐摩耗性と鋭利性とが要
求される刃先部７に適した領域であり、５０ｍｍを越え
て８０ｍｍ程度までの領域は強靱性が要求される胴部９
の先端寄り部分に適した領域であり、８０ｍｍを越えた
領域は加工容易性が要求される胴部９の後端寄り部分に
適した領域である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属製品の表面酸化を抑え、温度制御が容易であり、廃
液処理の問題が生じず、しかも焼入れ温度を高くできる
金属製品の部分熱処理方法及びこれを用いた金属製品を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる金属製品
である鑿が示された斜視図である。

【図２】図２は、本発明の他の実施形態にかかる金属製
品である鋏が示された斜視図である。

【図３】図３は、本発明の熱処理方法の効果を確認する
ための実験方法を説明するための斜視図である。

【図４】図４は、本発明の熱処理方法の効果を確認する
ための実験の結果が示されたグラフである。

【符号の説明】

１・・・鑿３・・・本体部５・・・柄部７・・・刃先部９・・・胴部１１・・・孔１３・・・ピン１５・・・鋏１７・・・刃部１９・・・グリップ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２１Ｄ 1/70 Ｃ２１Ｄ 1/70 Ｅ 9/18 9/18 (72)発明者富田友樹兵庫県小野市葉多町617 (72)発明者山中啓市兵庫県神戸市北区鳴子１丁目３−６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製品の一部を断熱性材料で被覆して
真空炉中に投入し、加熱後冷却する金属製品の部分熱処
理方法。
【請求項２】上記断熱性材料で被覆する部分が、金属
製品のうち熱処理後に後加工を施す部分である請求項１
に記載の金属製品の部分熱処理方法。
【請求項３】上記金属製品が材質の異なる２以上の金
属部材を含んでおり、上記断熱性材料で被覆する部分が
金属製品のうちの一部の金属部材である請求項１又は２
に記載の金属製品の部分熱処理方法。
【請求項４】上記請求項１から３のいずれかに記載の
金属製品の部分熱処理方法によって熱処理された金属製
品。
【請求項５】柄部と金属材料からなる本体部とを備え
ており、その本体部は刃先部と胴部とを備えており、そ
の柄部と本体部とは胴部に設けられた孔に挿入される係
止部材によって係止される鑿であって、その本体部は、胴部の後寄り部分のみが断熱性材料で被
覆された状態で真空炉中で熱処理されており、この胴部
の後寄り部分が刃先部よりも低硬度とされていることを
特徴とする鑿。
【請求項６】鋼系材料からなる刃部と鋳鉄系材料から
なるグリップ部とを備えた鋏であって、グリップ部のみが断熱性材料で被覆された状態で、真空
炉中で熱処理されたことを特徴とする鋏。