WO2014112286A1 - 表面処理装置 - Google Patents

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WO2014112286A1
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WO
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surface treatment
tank
heat transfer
treatment apparatus
treatment agent
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PCT/JP2013/084111
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French (fr)
Inventor
定由 伊藤
順子 山本
Original Assignee
株式会社ケイアイ静岡
清新工機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C3/00—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material
    • B05C3/02—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material
    • B05C3/09—Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material for treating separate articles

Definitions

  • This invention relates to the surface treatment apparatus which improves the abrasion resistance of the surface of the metal workpiece which consists of metal parts and a processing tool.
  • Patent Document 1 a metal part or a processing tool is used as a metal object to be processed, and a surface treatment agent mainly composed of mineral oil is infiltrated into the surface of the metal object to be processed.
  • a surface treatment method for improving wear resistance and corrosion resistance on the surface of an object to be treated has been proposed.
  • the surface treatment method is mainly performed by a surface treatment apparatus including a treatment tank for storing a metal workpiece and a surface treatment agent and a heater provided on a side surface of the treatment tank. That is, in the surface treatment apparatus described in Patent Document 1, the surface treatment agent is infiltrated into the metal workpiece by operating the heater provided on the side surface of the treatment tank to heat the inside of the treatment tank.
  • the present invention has been made to address the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of suppressing variations in treatment accuracy while simplifying the control of the treatment temperature for performing the surface treatment.
  • a feature of the present invention is a surface treatment apparatus for improving the wear resistance of the surface of a metal workpiece, comprising a surface treatment agent mainly composed of oil and a metal workpiece.
  • a treatment tank that can be accommodated in a pressure environment of atmospheric pressure or higher, a heat transfer tank that can accommodate a heat transfer fluid and treatment tank made of a fluid having a specific heat larger than that of the surface treatment agent in a pressure environment of atmospheric pressure or higher, and a heat transfer tank And a heating means for heating the internal heat transfer fluid.
  • the surface treatment apparatus performs a surface treatment by containing a surface treatment agent mainly composed of oil and a metal workpiece in a pressure environment of atmospheric pressure or higher.
  • a surface treatment agent mainly composed of oil and a metal workpiece in a pressure environment of atmospheric pressure or higher.
  • the tank is configured to include a heating unit that heats the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is mainly composed of a material that is more incombustible or incombustible than the surface treatment agent.
  • the surface treatment apparatus is configured such that the heat transfer fluid is composed mainly of a material that is more flame retardant or non-flammable than the surface treatment agent.
  • the surface treatment agent can be heated more safely than when the agent is directly heated.
  • the surface treatment apparatus further comprises a pressurizing means for pressurizing the inside of the treatment tank.
  • the pressurizing means may be configured to pressurize the inside of the processing tank by supplying an inert fluid (for example, nitrogen or argon) into the processing tank.
  • the surface treatment apparatus includes a pressurizing unit that pressurizes the pressure in the treatment tank. Therefore, the temperature can be controlled more easily.
  • the heating means is provided in the heat transfer tank.
  • the surface treatment apparatus is more efficient than the case where the heating means is provided outside the heat transfer tank because the heating means is provided in the heat transfer tank.
  • the heat transfer medium can be heated.
  • Another feature of the present invention is that, in the surface treatment apparatus, the treatment tank is arranged in a state where the outer peripheral surface is separated from the inner peripheral surface in the heat transfer tank.
  • the surface treatment apparatus is disposed in a state where the outer peripheral surface of the treatment tank is separated from the inner peripheral surface of the heat transfer tank. Can be made uniform in a short time with high accuracy.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an outline of an apparatus configuration of a surface treatment apparatus according to the present invention.
  • the surface treatment apparatus 100 is a mechanical device mainly for improving wear resistance by impregnating a surface of a component or processing tool made of a metal material with a lubricating oil.
  • a metal part for example, in addition to a so-called mechanical element such as a gear or a bearing, a part having a sliding part that mechanically slides such as a guide corresponds.
  • a metal processing tool a cutting tool or a tool used for cutting processing or plastic processing, such as a cutting tool, a drill, an end mill, a punch, or a die, corresponds.
  • the surface treatment apparatus 100 includes a treatment tank 110.
  • the treatment tank 110 is a metal (for example, stainless steel) container for containing a metal workpiece WK and a surface treatment agent SC each composed of a metal part or processing tool and performing an impregnation treatment.
  • the surface treatment agent SC is a fluid whose main component is at least oil that functions as a lubricant by impregnating the surface of the metal workpiece WK.
  • the surface treatment agent SC is composed mainly of oily (water-insoluble) cutting oil used for cutting of metal or the like.
  • the treatment tank 110 is mainly composed of a tank body 111 and a lid body 112.
  • the tank body 111 is a container that accommodates the metal workpiece WK in a state of being completely immersed in the surface treatment agent SC, and is formed in a bottomed cylindrical shape. That is, the tank body 111 is formed to have a size and depth that allow the metal workpiece WK to be completely immersed in the surface treatment agent SC.
  • the lid body 112 is a substantially disk shape that closes the inside of the tank body 112 by liquid-tight fitting with an opening that opens upward in the figure in order to put in and out the metal workpiece WK in and out of the tank body 112. It is a member.
  • the lid 112 is detachably attached to the opening of the tank body 112 by a bolt (not shown).
  • the processing tank 110 constituted by the tank main body 111 and the lid body 112 has a processing atmosphere of the metal workpiece WK, in the present embodiment, a pressure of at least 6 atmospheres (0.6 MPa) and a temperature of 150 ° C. It is configured to withstand.
  • the tank body 111 constituting the processing tank 110 is provided with a drain (not shown) for completely discharging the surface treatment agent SC from the processing tank 110.
  • a gas supply pipe 113 and a discharge pipe 116 are connected to the processing tank 110, respectively.
  • the gas supply pipe 113 is a pipe for supplying an inert gas (for example, nitrogen gas) into the processing tank 110, and one end thereof is connected to a gas cylinder 115 for storing the inert gas via the compressor 114. And the other end is connected in a state of penetrating the tank body 111.
  • the compressor 114 is a mechanical device for supplying an inert gas into the processing tank 110 to bring the atmosphere in the processing tank 110 to 2 atm (0.2 MPa).
  • the discharge pipe 116 is a pipe for discharging the surface treatment agent SC from the processing tank 110 in order to keep the pressure in the processing tank 110 below a certain value, and one end penetrates the lid body 112. And the other end extends to the discharge tank 118 via the back pressure valve 117.
  • the back pressure valve 117 is a valve for suppressing the pressure of the surface treatment agent SC in the treatment tank 110 to 6 atm (0.6 MPa) or less.
  • the treatment tank 110 is accommodated in the heat transfer tank 130 via the pedestal 120.
  • the pedestal 120 is a member as a leg for supporting the bottom of the processing tank 110 in a state where it floats from the bottom of the heat transfer tank 130 in the heat transfer tank 130, and a metal material (for example, stainless steel) is formed in a block shape. Formed and configured.
  • a metal material for example, stainless steel
  • four pedestals 120 are equally arranged on the peripheral edge of the bottom of the processing tank 110.
  • the processing tank 110 is fixedly provided in the heat transfer tank 130, it may be configured so as to be provided in and out of the heat transfer tank 130.
  • the heat transfer tank 130 is a metal (for example, stainless steel) container for accommodating the processing tank 110 and the heat transfer fluid CF and heating the processing tank 110.
  • the heat transfer fluid CF is a fluid for heating the surface treatment agent SC accommodated in the treatment tank 110, and is composed of a fluid having a specific heat larger than that of the surface treatment agent SC.
  • the heat transfer fluid CF is composed of water.
  • the heat transfer tank 130 mainly includes a tank body 131 and a lid body 132.
  • the tank body 131 is a container that accommodates the processing tank 110 in a state of being completely immersed in the heat transfer fluid CF, and is formed in a bottomed cylindrical shape. That is, the tank body 131 is formed to have a size and depth that allow the treatment tank 110 to be completely immersed in the heat transfer fluid CF.
  • the lid 132 is a substantially disk-shaped member that closes the inside of the tank body 131 by liquid-tight fitting with an opening that opens upward in the figure in order to put the processing tank 110 in and out of the tank body 131. is there.
  • the lid 132 is detachably attached to the opening of the tank body 131 by a bolt (not shown).
  • the heat transfer tank 130 constituted by the tank body 131 and the lid body 132 can withstand an atmosphere for heating the processing tank 110, in the present embodiment, a temperature of at least 150 ° C. and a pressure of 5 atmospheres (0.5 MPa). It is configured to be.
  • the gas supply pipe 113 and the discharge pipe 116 pass through the tank body 131 and are connected to the processing tank 110.
  • the tank body 131 constituting the heat transfer tank 130 is provided with a drain (not shown) for completely discharging the heat transfer fluid CF from the heat transfer tank 130.
  • a heater 140 is provided on the inner peripheral surface of the heat transfer tank 130.
  • the heater 140 is a submerged heat source for heating the heat transfer fluid CF accommodated in the heat transfer tank 130.
  • the heater 140 is a submersible heater provided with a heating wire that converts electric energy into heat energy.
  • the heater 140 is provided with a temperature sensor 141 immediately below the bottom and the opening in the heat transfer layer 120, and is configured to keep the temperature of the heat transfer fluid CF constant by a controller (not shown).
  • the operator prepares the metal workpiece WK and the immersion rod 150, respectively.
  • the immersion trough 150 is a container for supporting the metal workpiece WK in a state where it floats from the bottom of the processing tank 110 in the processing tank 110, and is the bottom of the bottomed cylindrical body formed of a wire mesh.
  • the leg portion is provided on.
  • at least one metal workpiece WK is prepared. Therefore, the worker accommodates the prepared metal workpiece WK in the immersion tub 150.
  • the surface treatment agent SC is configured by mixing various additives with cutting oil as a main component.
  • the additive include, for example, a surfactant (for example, orphine) for improving the oil permeability to the metal workpiece WK, an extreme pressure agent, a rust inhibitor, an antioxidant, or a corrosion inhibitor.
  • a surfactant for example, orphine
  • the surface treatment agent SC may be composed of only cutting oil without adding an additive.
  • the worker places the immersion rod 150 containing the metal workpiece WK on the bottom of the tank body 111 in the treatment tank 110, and then fills the tank body 111 with the surface treatment agent SC.
  • the operator adjusts the arrangement of the metal workpiece WK and the amount of the surface treatment agent SC in the tank body 111 so that the metal workpiece WK is completely immersed in the surface treatment agent SC. .
  • the operator seals the inside of the tank body 111 in a liquid-tight and air-tight manner by fitting and attaching the lid 112 on the opening of the tank body 111.
  • the worker fills the inside of the tank body 131 in the heat transfer tank 130 with the heat output fluid CF.
  • the operator adjusts the amount of the heat transfer fluid CF in the tank body 131 so that the treatment tank 110 is completely immersed in the heat transfer fluid CF.
  • the operator seals the inside of the tank body 131 in a liquid-tight and air-tight manner by fitting and attaching the lid 132 on the opening of the tank body 131.
  • the worker performs a surface treatment of the metal workpiece WK. Specifically, the worker starts the operation of the heater 140 and the compressor 114, respectively. As a result, the heat transfer fluid CF is heated in the heat transfer tank 140, and the pressure rises in the processing tank 110 due to the supply of the inert gas.
  • the heater 130 is controlled by a controller (not shown) so that the temperature of the heat transfer fluid CF in the heat transfer tank 140 becomes a temperature in the range of 140 ° C. to 145 ° C.
  • the heat transfer fluid CF is composed of water.
  • the pressure in the heat transfer tank 130 is equal to or higher than atmospheric pressure, specifically 4 to 5 atmospheres, the heat transfer fluid CF does not boil.
  • the surface treatment agent SC in the treatment tank 110 is heated by heat transfer to the temperature necessary for the surface treatment by maintaining the temperature of the heat transfer fluid CF in the range of 140 ° C. to 145 ° C. And it is pressurized to the temperature required for the surface treatment by the supply pressure of the inert gas.
  • the surface treatment agent SC is heated to a temperature of 140 ° C. and pressurized to a pressure of 6 atmospheres (0.6 MPa). Therefore, the worker can treat the surface treatment agent SC in the treatment tank 110 at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 6 atm (0.6 MPa) for a treatment time of 50 minutes to 90 minutes, with the treatment start time as the start time. Maintain process temperature and pressure.
  • the surface treatment agent SC impregnates the surface of the metal workpiece WK.
  • the surface treatment apparatus 100 controls the temperature of the heat transfer fluid CF having a specific heat larger than that of the surface treatment agent SC by the heater 130, the temperature of the surface treatment agent SC can be accurately maintained at 140 ° C.
  • the worker gradually cools the treatment tank 110 after the treatment time has elapsed. Specifically, after the processing time elapses, the operator stops the operation of the heater 140 and the compressor 114, and is allowed to stand until the temperature in the processing tank 110 becomes 50 ° C. or lower. Then, after the cooling of the treatment tank 110, the operator opens the cover 132 in the heat transfer tank 130 and opens a drain (not shown) to discharge the heat transfer fluid FC from the heat transfer tank 130 and in the treatment tank 110.
  • the surface treatment agent SC is discharged by opening the lid 112 and opening a drain (not shown). Thereby, the operator can take out the metal workpiece WK from the inside of the tank body 111 in the processing tank 110.
  • FIG. 2 is a graph showing the amount of wear at the tip of the rake face when a stainless steel material is cut with a cemented carbide cutting tool (bite) subjected to surface treatment by the surface treatment apparatus 100 according to the present invention.
  • the vertical axis represents the wear amount ( ⁇ m)
  • the horizontal axis represents the cutting distance (m).
  • the cutting conditions in this test are stricter than the standard cutting conditions. Specifically, the cutting speed is 270 (m / min), and the feed is 0.2 (mm / rev). Yes, the depth of cut is 0.7 (mm).
  • the curve indicated by the rhombus marks is a test result for an untreated cutting tool that has not been surface-treated
  • the curve indicated by a square mark is the test result for a cutting tool that has been surface-treated.
  • the unprocessed cutting tool which did not perform surface treatment since it cut
  • the amount of wear of the cutting tool can be reduced with respect to the untreated cutting tool and the cutting distance is increased. Can be confirmed.
  • the surface-treated cutting tool can reduce the amount of wear by about 18% compared to an untreated cutting tool, and the cutting distance is at least about 10%. % Can be confirmed.
  • the surface treatment apparatus 100 accommodates the surface treatment agent SC mainly composed of oil and the metal workpiece WK in a pressure environment of atmospheric pressure or higher. And a heat transfer tank 130 that accommodates the treatment tank 110 that performs surface treatment together with the heat transfer fluid CF, which is a fluid having a specific heat larger than that of the surface treatment agent SC, in a pressure environment of atmospheric pressure or higher.
  • a heater 140 is provided as a heating means for heating.
  • the surface treatment apparatus 100 controls the temperature of the surface treatment agent SC by controlling the temperature of the heat transfer fluid CF, which is less likely to change in temperature than the surface treatment agent SC.
  • the surface treatment temperature can be easily maintained within a certain range, so that variations in surface treatment accuracy can be suppressed and high-precision surface treatment can be performed.
  • the surface treatment of the metal workpiece WK in the treatment tank 110 is performed in an environment in which the surface treatment agent SC is heated to 140 ° C. and pressurized to a pressure of 6 atm (0.6 MPa).
  • the temperature condition and pressure condition in the surface treatment may be appropriately set according to the amount of the surface treatment agent SC impregnated in the metal workpiece WK so that the surface treatment agent SC is at least at atmospheric pressure or higher.
  • the heating amount and the pressurizing amount may be adjusted.
  • the processing tank 110 and the heat transfer tank 130 should just be comprised so that an internal pressure can endure the pressure more than atmospheric pressure.
  • it is preferable that the surface treatment agent SC is heated to at least 140 ° C. and is performed in an environment pressurized to a pressure of 6 atmospheres (0.6 MPa).
  • the surface treatment apparatus 100 is configured to supply the inert gas into the treatment tank 110 so that the pressure in the treatment tank 110 is at least 2 atmospheres. That is, the gas supply pipe 113, the compressor 114, and the gas cylinder 115 correspond to the pressurizing means according to the present invention.
  • the pressurizing unit is not limited to the above embodiment as long as the pressure in the processing tank 110 can be set to a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure. Therefore, the pressurizing unit may pressurize the inside of the processing tank 110 to 2 atm or more by supplying an inert gas, for example.
  • the pressurizing means is for increasing the pressure in the processing tank 110, for example, if the pressure in the processing tank 110 can be increased by heating the processing tank 110, it can be omitted.
  • the surface treatment apparatus 100 can also be configured by providing an inert gas supply means that simply supplies an inert gas into the treatment tank 110 for the purpose of preventing the ignition or ignition of the surface treatment agent SC.
  • the pressurizing means preferably uses an inert gas from the viewpoint of safety in the processing tank 110.
  • the surface treatment apparatus 100 is configured to heat the heat transfer fluid CF in the heat transfer tank 130 by installing the heater 140 in the heat transfer tank 130. That is, the heater 140 corresponds to the heating unit according to the present invention.
  • the heating means only needs to be configured to heat the heat transfer fluid CF in the heat transfer tank 130 and is not limited to the above embodiment. Therefore, the heating means can be configured by installing the heater 140 on the outer periphery of the heat transfer tank 130, for example. According to this, a heating means can be comprised cheaply and simply rather than the submerged heater.
  • the surface treatment agent SC is mainly composed of cutting oil.
  • the surface treatment agent SC is not limited to the above embodiment as long as it is composed mainly of oil that impregnates at least the surface of the metal workpiece WK and exhibits a lubricating function. Therefore, the surface treatment agent SC can be composed of mineral oil or animal and vegetable oils other than cutting oil alone, or these synthetic oils or mixed oils.
  • the surface treatment agent SC can be composed of a gas, but is preferably composed of a liquid.
  • the heat transfer fluid CF is composed of water.
  • the heat transfer fluid CF is not limited to the above embodiment, as long as it is composed of a fluid having a specific heat larger than that of the surface treatment agent SC. Therefore, the heat transfer fluid CF can be composed of an aqueous solution (for example, ammonia water) or a fluid other than water (for example, ammonia or oil) in addition to water.
  • the heat transfer fluid CF can be composed of a gas, but is preferably composed of a liquid.
  • the heat transfer fluid CF is more flame retardant (characteristics that are difficult to ignite, ignite, or expand the flame) than the surface treatment agent SC (for example, The surface treatment agent SC can be heated more safely by using a fluid composed of a non-flammable (eg, water glycol-based oil or phosphoric acid-based oil) or non-flammable material (for example, water or a fluorine-based nonflammable liquid).
  • a fluid composed of a non-flammable eg, water glycol-based oil or phosphoric acid-based oil
  • non-flammable material for example, water or a fluorine-based nonflammable liquid.
  • the heat transfer fluid CF may be composed of a flame-retardant or non-flammable fluid as compared with the surface treatment agent SC, and the specific heat is not necessarily limited to the surface treatment agent SC. No need to be bigger than.
  • the processing tank 110 is disposed in the heat transfer tank 130 inside the heater 140 and supported by the pedestal 120. That is, the processing tank 110 is disposed in a state where the outer peripheral surface is separated from the inner peripheral surface of the heat transfer tank 130 in the heat transfer tank 130.
  • the surface treatment apparatus 100 can change the temperature of the surface treatment agent SC in the treatment tank 110 uniformly in a short time with high accuracy.
  • the surface treatment apparatus 100 can also be configured by arranging the treatment tank 110 directly on the bottom of the heat transfer tank 130.
  • the surface treatment apparatus 100 is configured to arrange the metal workpiece WK in the treatment tank 110 through the immersion rod 150. Thereby, the surface treatment apparatus 100 can perform surface treatment with high accuracy by preventing heat transfer to the metal workpiece WK and contact unevenness of the surface treatment agent SC.
  • the surface treatment apparatus 100 can also be configured such that the immersion object 150 is omitted and the metal workpiece WK is directly disposed in the treatment tank 110.

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Abstract

表面処理を行う処理温度の制御を簡単化しつつ処理精度のバラツキを抑えることができる表面処理装置を提供する。 表面処理装置１００は、処理槽１１０と伝熱槽１３０とを備えている。処理槽１１０は、表面処理剤ＳＣおよび金属製被処理物ＷＫを密閉状態で収容して表面処理剤ＳＣを金属製被処理物ＷＫの表面に含浸させるための容器である。この処理槽１１０には、コンプレッサ１１４を介して不活性ガスが供給される。伝熱槽１３０は、伝熱流体ＣＦおよび処理槽１１０を密閉状態で収容する容器である。この伝熱槽１３０の内部には、ヒータ１４０が設けられている。ヒータ１４０は、伝熱流体ＣＦを加熱する熱源である。表面処理剤ＳＣは、金属製被処理物ＷＫの耐摩耗性を向上させるための潤滑性を有する油を主成分として構成されている。伝熱流体ＣＦは、表面処理剤ＳＣよりも大きな比熱の流体である水で構成されている。　

Description

表面処理装置
　本発明は、金属製の部品や加工工具からなる金属製被処理物の表面の耐摩耗性を向上させる表面処理装置に関する。
　従来から、金属で構成された部品や加工工具の各表面における耐摩耗性を向上させるために種々の表面処理が行なわれている。例えば、下記特許文献１には、金属製の部品や加工工具などを金属製被処理物としてこの金属製被処理物の表面に鉱油を主成分とする表面処理剤を浸透させることにより、金属製被処理物の表面における耐摩耗性や耐腐食性を向上させる表面処理方法が提案されている。
特開平０７－４１９５９号公報
　この場合、上記表面処理方法は、主として、金属製被処理物および表面処理剤を収容する処理タンクとこの処理タンクの側面に設けられたヒータとを備える表面処理装置によって行われる。すなわち、上記特許文献１に記載された表面処理装置は、処理タンクの側面に備えたヒータを作動させて処理タンク内を加熱することによって表面処理剤を金属製被処理物に浸透させている。
　しかしながら、上記特許文献１に記載された表面処理装置においては、金属製被処理物に浸透させる表面処理剤が比熱の小さい油で構成されているため処理温度を一定の範囲内に保つ温度制御が複雑化するとともに処理精度にバラツキが生じ易いという問題があった。
　本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、表面処理を行う処理温度の制御を簡単化しつつ処理精度のバラツキを抑えることができる表面処理装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の特徴は、金属製被処理物の表面の耐摩耗性を向上させる表面処理装置であって、油を主成分とする表面処理剤および金属製被処理物を大気圧以上の圧力環境下で収容できる処理槽と、表面処理剤よりも比熱が大きい流体からなる伝熱流体および処理槽を大気圧以上の圧力環境下で収容できる伝熱槽と、伝熱槽内の伝熱流体を加熱する加熱手段とを備えたことにある。
　このように構成した本発明の特徴によれば、表面処理装置は、油を主成分とする表面処理剤および金属製被処理物を大気圧以上の圧力環境下で収容して表面処理を行う処理槽を表面処理剤よりも比熱が大きい流体である伝熱流体とともに大気圧以上の圧力環境下で収容する伝熱槽を備えるとともに、この伝熱流体を加熱する加熱手段を備えて構成されている。これにより、表面処理装置は、表面処理剤よりも温度変化し難い伝熱流体の温度制御を行うことによって表面処理剤の温度を制御するため、表面処理剤の温度制御を簡単化することができるとともに表面処理の処理温度を一定範囲内に保ち易くなることによって表面処理精度のバラツキを抑えて高精度な表面処理を行うことができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記表面処理装置において、伝熱流体は、表面処理剤よりも難燃性または不燃性の物質を主成分とすることにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面処理装置は、伝熱流体は、表面処理剤よりも難燃性または不燃性の物質を主成分として構成されているため、表面処理剤を直接加熱する場合に比べてより安全に表面処理剤を加熱することができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記表面処理装置において、さらに、処理槽内を加圧する加圧手段を備えたことにある。この場合、加圧手段は、処理槽内に不活性流体（例えば、窒素、アルゴン）を供給することにより処理槽内を加圧するように構成するとよい。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面処理装置は、処理槽内の圧力を加圧する加圧手段を備えているため、加圧手段を備えない場合に比べて処理槽内の温度を低くすることができ、温度制御をより行い易くすることができる。
　また、本発明の他の特徴は、前記表面処理装置において、加熱手段は、伝熱槽内に設けられていることにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面処理装置は、加熱手段が伝熱槽内に設けられているため、加熱手段を伝熱槽の外側に設けた場合に比べて効率的に伝熱媒体を加熱することができる。
　また、本発明の他の特徴は、表面処理装置において、処理槽は、外周面が伝熱槽内の内周面に対して離隔した状態で配置されていることにある。
　このように構成した本発明の他の特徴によれば、表面処理装置は、処理槽の外周面が伝熱槽内の内周面に対して離隔した状態で配置されているため、処理槽内の温度を短時間に精度良く均一にすることができる。
本発明の一実施形態に係る表面処理装置の装置構成の概略を模式的に示す断面図である。 本発明に係る表面処理装置を用いて表面処理を行った金属製被処理物であり切削工具の耐摩耗試験の試験結果を示すグラフである。
　以下、本発明に係る表面処理装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る表面処理装置の装置構成の概略を模式的に示す断面図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この表面処理装置１００は、金属材で構成される部品や加工工具の表面に潤滑性のある油を含浸させることによって主として耐摩耗性を向上させるための機械装置である。この場合、金属製の部品としては、例えば、歯車やベアリングなどの所謂機械要素の他、ガイドなどの機械的に摺動する摺動部を有する部品が相当する。また、金属製の加工工具としては、バイト、ドリル、エンドミル、パンチまたはダイスなど、切削加工や塑性加工に用いる刃物や工具が相当する。
　（表面処理装置１００の構成）
　表面処理装置１００は、処理槽１１０を備えている。処理槽１１０は、金属製の部品や加工具で構成される金属製被処理物ＷＫおよび表面処理剤ＳＣをそれぞれ収容して含浸処理を行うための金属製（例えば、ステンレス材）の容器である。ここで、表面処理剤ＳＣは、金属製被処理物ＷＫの表面に含浸することによって少なくとも潤滑剤として機能する油を主成分とする流体である。本実施形態においては、表面処理剤ＳＣは、金属などの切削加工に用いる油性（不水溶性）の切削油を主成分として構成されている。
　この処理槽１１０は、主として、槽本体１１１と蓋体１１２とで構成されている。槽本体１１１は、金属製被処理物ＷＫを表面処理剤ＳＣによって完全に浸漬した状態で収容する容器であり、有底円筒状に形成されている。すなわち、槽本体１１１は、金属製被処理物ＷＫを表面処理剤ＳＣによって完全に浸漬可能な大きさおよび深さに形成されている。蓋体１１２は、槽本体１１２において金属製被処理物ＷＫを出し入れするために図示上方に向かって開口する開口部に対して液密的に嵌合して槽本体１１２内を閉塞する略円盤状の部材である。この蓋体１１２は、図示しないボルトによって槽本体１１２の開口部に対して着脱自在に取り付けられる。
　これらの槽本体１１１および蓋体１１２によって構成された処理槽１１０は、金属製被処理物ＷＫの処理雰囲気、本実施形態においては、少なくとも６気圧（０.６ＭＰａ）の圧力および１５０℃の温度に耐えられるように構成されている。なお、この処理槽１１０を構成する槽本体１１１には、処理槽１１０内から表面処理剤ＳＣを完全に排出するための図示しないドレンが設けられている。そして、この処理槽１１０には、ガス供給管１１３および排出管１１６がそれぞれ接続されている。
　ガス供給管１１３は、処理槽１１０内に不活性ガス（例えば、窒素ガス）を供給するための配管であり、一方の端部がコンプレッサ１１４を介して不活性ガスを貯留するガスボンベ１１５に接続されるとともに他方の端部が槽本体１１１を貫通した状態で接続されている。コンプレッサ１１４は、処理槽１１０内に不活性ガスを供給して処理槽１１０内の雰囲気を２気圧（０.２ＭＰａ）にするための機械装置である。一方、排出管１１６は、処理槽１１０内の圧力を一定値以下に保つために表面処理剤ＳＣを処理槽１１０内から排出するための配管であり、一方の端部が蓋体１１２を貫通して接続されるとともに他方の端部が背圧弁１１７を介して排出槽１１８に延びている。背圧弁１１７は、処理槽１１０内における表面処理剤ＳＣの圧力を６気圧（０.６ＭＰａ）以下に抑えるための弁である。
　この処理槽１１０は、台座１２０を介して伝熱槽１３０内に収容されている。台座１２０は、伝熱槽１３０内において処理槽１１０の底部を伝熱槽１３０の底部から浮かした状態で支持するための脚としての部材であり、金属材（例えば、ステンレス材）をブロック状に形成して構成されている。本実施形態においては、台座１２０は、処理槽１１０の底部周縁部に均等に４つ配置されている。なお、処理槽１１０は、本実施形態においては、伝熱槽１３０内において固定的に設けられているが、伝熱槽１３０内に対して出し入れ自在に設けられるように構成してもよい。
　伝熱槽１３０は、前記処理槽１１０および伝熱流体ＣＦをそれぞれ収容して処理槽１１０を加熱するための金属製（例えば、ステンレス材）の容器である。ここで、伝熱流体ＣＦは、処理槽１１０内に収容されている表面処理剤ＳＣを加熱するための流体であり、表面処理剤ＳＣよりも大きな比熱の流体によって構成されている。本実施形態においては、伝熱流体ＣＦは、水で構成されている。
　この伝熱槽１３０は、主として、槽本体１３１と蓋体１３２とで構成されている。槽本体１３１は、処理槽１１０を伝熱流体ＣＦによって完全に浸漬した状態で収容する容器であり、有底円筒状に形成されている。すなわち、槽本体１３１は、処理槽１１０を伝熱流体ＣＦによって完全に浸漬可能な大きさおよび深さに形成されている。蓋体１３２は、槽本体１３１において処理槽１１０を出し入れするために図示上方に向かって開口する開口部に対して液密的に嵌合して槽本体１３１内を閉塞する略円盤状の部材である。この蓋体１３２は、図示しないボルトによって槽本体１３１の開口部に対して着脱自在に取り付けられる。
　これらの槽本体１３１および蓋体１３２によって構成された伝熱槽１３０は、処理槽１１０を加熱する雰囲気、本実施形態においては、少なくとも１５０℃の温度および５気圧（０.５ＭＰａ）の圧力に耐えられるように構成されている。また、この伝熱槽１３０は、前記ガス供給管１１３および前記排出管１１６が槽本体１３１をそれぞれ貫通して処理槽１１０に接続されている。なお、この伝熱槽１３０を構成する槽本体１３１には、伝熱槽１３０内から伝熱流体ＣＦを完全に排出するための図示しないドレンが設けられている。
　伝熱槽１３０の内部における内周面には、ヒータ１４０が設けられている。ヒータ１４０は、伝熱槽１３０内に収容される伝熱流体ＣＦを加熱するための液中用の熱源である。本実施形態においては、ヒータ１４０は、電気エネルギを熱エネルギに変換する電熱線を備えた水中ヒータで構成されている。このヒータ１４０には、温度センサ１４１が伝熱層１２０内の底部および開口部直下にそれぞれ設けられており、図示しないコントローラによって伝熱流体ＣＦの温度を一定に保つように構成されている。
　（表面処理装置１００の作動）
　次に、上記のように構成した表面処理装置１００の作動について説明する。まず、作業者は、金属製被処理物ＷＫおよび浸漬籠１５０をそれぞれ用意する。この場合、浸漬籠１５０は、処理槽１１０内において金属製被処理物ＷＫを処理槽１１０の底部から浮かした状態で支持するための容器であり、金網で形成された有底筒状体の底部に脚部が設けられて構成されている。また、この場合、金属製被処理物ＷＫは、少なくとも１つ以上用意する。したがって、作業者は、用意した金属製被処理物ＷＫを浸漬籠１５０内に収容する。
　次に、作業者は、表面処理剤ＳＣを用意した後、金属製被処理物ＷＫを収容した浸漬籠１５０を処理槽１１０内にセットする。この場合、表面処理剤ＳＣは、主成分となる切削油に各種添加剤を混合して構成されている。添加剤としては、例えば、金属製被処理物ＷＫに対して油分の浸透性を向上させるための界面活性剤（例えば、オルフィン）の他、極圧剤、防錆剤、酸化防止剤または腐食防止剤がある。なお、表面処理剤ＳＣは、添加剤を加えることなく切削油のみで構成してもよい。
　作業者は、金属製被処理物ＷＫを収容した浸漬籠１５０を処理槽１１０における槽本体１１１内の底部に配置した後、槽本体１１１内を表面処理剤ＳＣで満たす。この場合、作業者は、槽本体１１１内において、金属製被処理物ＷＫが完全に表面処理剤ＳＣによって浸漬されるように金属製被処理物ＷＫの配置および表面処理剤ＳＣの量を調整する。そして、作業者は、槽本体１１１の開口部上に蓋体１１２を嵌合させて装着することにより槽本体１１１内を液密的かつ気密的に密閉する。
　次に、作業者は、伝熱流体ＣＦを用意した後、伝熱槽１３０における槽本体１３１内を出熱流体ＣＦで満たす。この場合、作業者は、槽本体１３１内において、処理槽１１０が完全に伝熱流体ＣＦによって浸漬されるように伝熱流体ＣＦの量を調整する。そして、作業者は、槽本体１３１の開口部上に蓋体１３２を嵌合させて装着することにより槽本体１３１内を液密的かつ気密的に密閉する。
　次に、作業者は、金属製被処理物ＷＫの表面処理を実行する。具体的には、作業者は、ヒータ１４０およびコンプレッサ１１４の作動をそれぞれ開始させる。これにより、伝熱槽１４０内においては伝熱流体ＣＦが加熱されるとともに、処理槽１１０内においては不活性ガスの供給によって圧力が上昇する。この場合、ヒータ１３０は、図示しないコントローラによって伝熱槽１４０内の伝熱流体ＣＦの温度を１４０℃～１４５℃の範囲の温度となるように制御される。なお、本実施形態においては、伝熱流体ＣＦが水で構成されているが、伝熱槽１３０内の圧力が大気圧以上、具体的には、４～５気圧となっているため伝熱流体ＣＦが沸騰することはない。
　これにより、処理槽１１０内における表面処理剤ＳＣは、伝熱流体ＣＦの温度が１４０℃～１４５℃の範囲で維持されることによって表面処理に必要な温度に伝熱によって加熱されるとともに同加熱および不活性ガスの供給圧力によって表面処理に必要な温度に加圧される。本実施形態においては、表面処理剤ＳＣは、１４０℃の温度に加熱されるとともに６気圧（０.６ＭＰａ）の圧力に加圧される。したがって、作業者は、処理槽１１０内における表面処理剤ＳＣが１４０℃の温度および６気圧（０.６ＭＰａ）の圧力に達した時点を処理の開始時刻として５０分～９０分の処理時間の間処理温度および処理圧力を維持する。これにより、処理槽１１０内においては、表面処理剤ＳＣが金属製被処理物ＷＫの表面に含浸する。この場合、表面処理装置１００は、表面処理剤ＳＣよりも比熱が大きい伝熱流体ＣＦをヒータ１３０によって温度制御するため、表面処理剤ＳＣの温度を精度良く１４０℃に維持することができる。
　次に、作業者は、処理時間を経過した後、処理槽１１０を徐冷する。具体的には、作業者は、処理時間を経過した後、ヒータ１４０およびコンプレッサ１１４の作動をそれぞれ停止させ処理槽１１０内の温度が５０℃以下になるまでの間放置する。そして、作業者は、処理槽１１０の徐冷後、伝熱槽１３０における蓋体１３２を開けて図示しないドレンを開くことにより伝熱槽１３０内から伝熱流体ＦＣを排出するとともに処理槽１１０における蓋体１１２を開けて図示しないドレンを開くことにより表面処理剤ＳＣを排出する。これにより、作業者は、処理槽１１０における槽本体１１１内から金属製被処理物ＷＫを取り出すことができる。
　ここで、本発明に係る表面処理装置１００によって表面処理を行った切削工具における耐摩耗性試験の結果について説明する。図２は、本発明に係る表面処理装置１００によって表面処理を施した超硬製切削工具（バイト）でステンレス材を切削した際におけるすくい面先端部の摩耗量を示したグラフである。図２において、縦軸は摩耗量（μｍ）であり、横軸は切削距離（ｍ）である。なお、本試験での切削条件は、標準的な切削条件よりも厳しい条件としており、具体的には、切削速度が２７０（ｍ／ｍｉｎ）であり、送りが０.２（ｍｍ／ｒｅｖ）であり、切込量が０.７（ｍｍ）である。また、図２において、ひし形印が示す曲線は表面処理を行っていない未処理品の切削工具における試験結果であり、四角印が示す曲線は表面処理を行った切削工具における試験結果である。なお、表面処理を行っていない未処理品の切削工具においては、切削距離が４５００ｍを超えた後に欠損したため、その後の試験の続行が不能となった。
　この図２に示す試験結果によれば、本発明に係る表面処理装置１００による表面処理を行うことによって未処理品の切削工具に対して切削工具の摩耗量を減らすことができるとともに切削距離を増加させることができることを確認することができる。具体的には、図２に示す試験結果によれば、表面処理を施した切削工具は、未処理品の切削工具に比べて摩耗量を約１８％抑えることができるとともに切削距離を少なくとも約１０％以上伸ばすことができることが確認できる。
　上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、表面処理装置１００は、油を主成分とする表面処理剤ＳＣおよび金属製被処理物ＷＫを大気圧以上の圧力環境下で収容して表面処理を行う処理槽１１０を表面処理剤ＳＣよりも比熱が大きい流体である伝熱流体ＣＦとともに大気圧以上の圧力環境下で収容する伝熱槽１３０を備えるとともに、この伝熱流体を加熱する加熱手段としてのヒータ１４０を備えて構成されている。これにより、表面処理装置１００は、表面処理剤ＳＣよりも温度変化し難い伝熱流体ＣＦの温度制御を行うことによって表面処理剤ＳＣの温度を制御するため、表面処理剤ＳＣの温度制御を簡単化することができるとともに表面処理の処理温度を一定範囲内に保ち易くなることによって表面処理精度のバラツキを抑えて高精度な表面処理を行うことができる。
　さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　例えば、上記実施形態においては、処理槽１１０内における金属製被処理物ＷＫの表面処理は、表面処理剤ＳＣを１４０℃に加熱するとともに６気圧（０.６ＭＰａ）の圧力に加圧した環境で行った。しかし、表面処理における温度条件および圧力条件は、金属製被処理物ＷＫに含浸させる表面処理剤ＳＣの含浸量に応じて適宜設定されればよく、表面処理剤ＳＣが少なくとも大気圧以上となるように加温量および加圧量を調整すればよい。この場合、処理槽１１０および伝熱槽１３０は、内部圧力が大気圧以上の圧力に耐えられるように構成されていればよい。なお、本発明者らの実験によれば、表面処理剤ＳＣを少なくとも１４０℃に加熱するとともに６気圧（０.６ＭＰａ）の圧力に加圧した環境で行うことが好適である。
　また、上記実施形態においては、表面処理装置１００は、処理槽１１０内に不活性ガスを供給することにより処理槽１１０内の圧力を少なくとも２気圧とするように構成した。すなわち、ガス供給管１１３、コンプレッサ１１４およびガスボンベ１１５が、本発明に係る加圧手段に相当する。しかし、加圧手段は、処理槽１１０内の圧力を大気圧以上の圧力にできればよく、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、加圧手段は、例えば、不活性ガスを供給することによって処理槽１１０内を２気圧以上に加圧するようにしてもよい。また、加圧手段は、処理槽１１０内の圧力を上昇させるためのものであるから、例えば、処理槽１１０を加熱することによって処理槽１１０内の圧力を上昇させることができれば省略することもできる。この場合、表面処理装置１００は、表面処理剤ＳＣの発火や着火を防止する目的で単に不活性ガスを処理槽１１０内に供給する不活性ガス供給手段を設けて構成することもできる。なお、加圧手段は、処理槽１１０内の安全性の観点から不活性ガスを用いることが好適である。
　また、上記実施形態においては、表面処理装置１００は、伝熱槽１３０内にヒータ１４０を設置して伝熱槽１３０内の伝熱流体ＣＦを加熱するように構成した。すなわち、ヒータ１４０が、本発明に係る加熱手段に相当する。しかし、加熱手段は、伝熱槽１３０内の伝熱流体ＣＦを加熱するように構成されていればよく、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、加熱手段は、例えば、伝熱槽１３０の外周部にヒータ１４０を設置して構成することもできる。これによれば、加熱手段を液中用ヒータよりも安価で簡易に構成できる。
　また、上記実施形態においては、表面処理剤ＳＣは、主として切削油で構成した。しかし、表面処理剤ＳＣは、少なくとも金属製被処理物ＷＫの表面に含浸して潤滑機能を発揮する油を主成分として構成されていればよく、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、表面処理剤ＳＣは、切削油以外の鉱油や動植物油を単体で、またはこれらの合成油や混合油で構成することができる。なお、表面処理剤ＳＣは、気体で構成することも可能であるが、液体で構成する方が好適である。
　また、上記実施形態においては、伝熱流体ＣＦは、水で構成した。しかし、伝熱流体ＣＦは、表面処理剤ＳＣの比熱よりも大きな比熱の流体で構成されていればよく、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、伝熱流体ＣＦは、水の他、水溶液（例えば、アンモニア水）や水以外の流体（例えば、アンモニアや油）で構成することもできる。なお、伝熱流体ＣＦは、気体で構成することも可能であるが、液体で構成する方が好適である。また、表面処理剤ＳＣは可燃性を有する物質で構成されることが多いため、伝熱流体ＣＦを表面処理剤ＳＣに比べて難燃性（発火、着火または炎の拡大が難い性質）（例えば、水グリコール系油やリン酸系油）または不燃性（例えば、水やフッ素系不燃液体）の物質で構成された流体を用いることによってより安全に表面処理剤ＳＣを加熱することができる。この場合、表面処理の安全性のみを重視すれば、伝熱流体ＣＦは、表面処理剤ＳＣに比べて難燃性または不燃性の流体で構成されていればよく、必ずしも比熱が表面処理剤ＳＣよりも大きい必要はない。
　また、上記実施形態においては、処理槽１１０は、伝熱槽１３０内においてヒータ１４０の内側でかつ台座１２０に支持された状態で配置されている。すなわち、処理槽１１０は、伝熱槽１３０内において外周面が伝熱槽１３０の内周面に対して離隔した状態で配置されている。これにより、表面処理装置１００は、処理槽１１０内の表面処理剤ＳＣを短時間に精度良く均一に温度変化させることができる。しかし、表面処理装置１００は、処理槽１１０を直接伝熱槽１３０の底部に配置して構成することも可能である。
　また、上記実施形態においては、表面処理装置１００は、浸漬籠１５０を介して処理槽１１０内に金属製被処理物ＷＫを配置するように構成した。これにより、表面処理装置１００は、金属製被処理物ＷＫに対する伝熱や表面処理剤ＳＣの接触ムラを防止して精度良く表面処理を行うことができる。しかし、表面処理装置１００は、浸漬籠１５０を省略して金属製被処理物ＷＫを直接処理槽１１０内に配置するように構成することもできる。
ＷＫ…金属製被処理物、ＳＣ…表面処理剤、ＣＦ…伝熱流体、
１００…表面処理装置、
１１０…処理槽、１１１…槽本体、１２２…蓋体、１１３…ガス供給管、１１４…コンプレッサ、１１５…ガスボンベ、１１６…排出管、１１７…背圧弁、１１８…排出槽、
１２０…台座、
１３０…伝熱槽、１３１…槽本体、１３２…蓋体、
１４０…ヒータ、１４１…温度センサ、
１５０…浸漬籠。

Claims (5)

  1. 　金属製被処理物の表面の耐摩耗性を向上させる表面処理装置であって、
    　油を主成分とする表面処理剤および前記金属製被処理物を大気圧以上の圧力環境下で収容できる処理槽と、
    　前記表面処理剤よりも比熱が大きい流体からなる伝熱流体および前記処理槽を大気圧以上の圧力環境下で収容できる伝熱槽と、
    　前記伝熱槽内の前記伝熱流体を加熱する加熱手段とを備えたことを特徴とする表面処理装置。
  2. 　請求項１に記載した表面処理装置において、
    　前記伝熱流体は、前記表面処理剤よりも難燃性または不燃性の物質を主成分とすることを特徴とする表面処理装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載した表面処理装置において、さらに、
    　前記処理槽内を加圧する加圧手段を備えたことを特徴とする表面処理装置。
  4. 　請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した表面処理装置において、
    　前記加熱手段は、前記伝熱槽内に設けられていることを特徴とする表面処理装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した表面処理装置において、
    　前記処理槽は、外周面が前記伝熱槽内の内周面に対して離隔した状態で配置されていることを特徴とする表面処理装置。
     
     
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