特開 2022-65805 熱処理治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022065805

(43)【公開日】2022-04-28

(54)【発明の名称】熱処理治具

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/00 20060101AFI20220421BHJP

   C21D 9/00 20060101ALN20220421BHJP

   C21D 1/06 20060101ALN20220421BHJP

【ＦＩ】

C21D1/00 F

C21D9/00 A

C21D1/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020174522

(22)【出願日】2020-10-16

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】596174341

【氏名又は名称】ミクニ機工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】高崎 典大

(72)【発明者】

【氏名】松下 博之

【テーマコード（参考）】

4K034

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K034AA16

4K034BA10

4K034CA05

4K034DA02

4K034DA04

4K034DA06

4K034DB02

4K034DB03

4K034EA01

4K034EC06

4K034FA01

4K034FA06

4K034GA07

4K034GA08

4K042AA18

4K042AA23

4K042BA03

4K042DA06

4K042DB07

4K042DC02

4K042DC03

4K042DC04

4K042DD05

4K042DE03

4K042DE05

4K042DE06

4K042EA01

(57)【要約】

【課題】特殊な材料を必要とすることなく、優れた強度と耐久性とを有する熱処理治具を提供すること。
【解決手段】熱処理治具は、ベーストレイ１０に立設される少なくとも２つの支柱部３０と、隣接する支柱部３０間を連結する少なくとも１つのビーム部４０ａと、支柱部３０同士を連結させて、ワークＷを保持するワーク保持部５０と、を有し、ビーム部４０ａは、第１リブ部４１と、第１リブ部４１の上下の少なくとも一方に設けられ、第１リブ部４１よりも幅が細く、第１リブ部４１と連結柱４３により接続される第２リブ部４２と、を有し、第２リブ部４２は、ビーム部４０ａが連結する一方の支柱部３０と他方の支柱部３０との間で断続的に形成される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベーストレイに立設される少なくとも２つの支柱部と、
隣接する前記支柱部間を連結する少なくとも１つのビーム部と、
前記支柱部同士を連結させて、ワークを保持するワーク保持部と、を有し、
前記ビーム部は、
第１リブ部と、
前記第１リブ部の上下の少なくとも一方に設けられ、前記第１リブ部よりも幅が細く、前記第１リブ部と連結柱により接続される第２リブ部と、を有し、
前記第２リブ部は、前記ビーム部が連結する一方の前記支柱部と他方の前記支柱部との間で断続的に形成される熱処理治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱処理治具に関する。

【背景技術】

【0002】

歯車やシャフト等の製造工程では、浸炭焼入れ等の各種熱処理が行われる。これらの被熱処理品に対して熱処理を行う場合、被熱処理品は熱処理治具に保持された状態で熱処理に供される。被熱処理品を保持する熱処理治具としては、例えば、トレイ、バスケット、ホルダー、グリッド、金網、立棒等が用いられる。熱処理治具には、被熱処理品を保持するための優れた強度と、熱処理に伴う熱応力及び変形に耐え得る耐久性と、が求められる。

【0003】

特許文献１には、Ｃ／Ｃコンポジットにより形成され、還元性または中性雰囲気、あるいは真空中での熱処理に用いられる熱処理用治具が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１２３２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の熱処理用治具（熱処理治具）は、材料費が高価であるＣ／Ｃコンポジットを用いているため、高コストであるという問題があった。

【0006】

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、特殊な材料を必要とすることなく、優れた強度と耐久性とを有する熱処理治具を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施の形態にかかる熱処理治具は、ベーストレイに立設される少なくとも２つの支柱部と、隣接する支柱部間を連結する少なくとも１つのビーム部と、支柱部同士を連結させて、ワークを保持するワーク保持部と、を有し、ビーム部は、第１リブ部と、第１リブ部の上下の少なくとも一方に設けられ、第１リブ部よりも幅が細く、第１リブ部と連結柱により接続される第２リブ部と、を有し、第２リブ部は、ビーム部が連結する一方の支柱部と他方の支柱部との間で断続的に形成される。

【発明の効果】

【0008】

本発明により、特殊な材料を必要とすることなく、優れた強度と耐久性とを有する熱処理治具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１にかかる構成が組み込まれる熱処理治具の全体構成を示す写真である。

【図2】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するベーストレイの上面図である。

【図3】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの正面図である。

【図4】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの上面図である。

【図5】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの側面図である。

【図6】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するワーク保持部の正面図である。

【図7】実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するワーク保持部の上面図である。

【図8】実施例のビーム部を示す図である。

【図9】図８のＩＩ－ＩＩ線に沿う側面断面図である。

【図10】比較例のビーム部を示す図である。

【図11】参考例１のビーム部を示す図である。

【図12】参考例２のビーム部を示す図である。

【図13】参考例３のビーム部を示す図である。

【図14】実施の形態１にかかる熱処理治具を用いた熱処理条件を示す図である。

【図15】実施の形態１にかかる熱処理治具に生じる主応力の計算結果を示す図である。

【図16】実施の形態１にかかる熱処理治具の交差部に生じる主応力差を比較したグラフである。

【図17】実施の形態１にかかる熱処理治具のビーム部における変形量差を説明する図である。

【図18】実施の形態１にかかる熱処理治具のビーム部における変形量差を比較したグラフである。

【図19】主応力差及び変形量差の増減率を示す図である。

【図20】比較例の熱処理治具にクラックが発生した様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。なお、以下の説明では、ビーム部の延在方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する方向であって、ビーム部の幅方向をＹ方向とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向であって、ビーム部の高さ方向をＺ方向とする。

【0011】

まず、図１を参照して、本実施形態にかかる熱処理治具の基本構成を説明する。本実施形態では、トランスミッション用歯車等の円環形状の複数のワーク（被熱処理品）を熱処理する場合に用いられる熱処理治具を例として説明する。図１は、実施の形態１にかかる構成が組み込まれる熱処理治具の全体構成を示す写真である。図１は、比較例にかかる構成を含む場合の熱処理治具の全体構成を示している。図１に示すように、熱処理治具は、ワークＷの軸心を水平方向に配置して保持する治具であり、ステンレス鋼や耐熱鋳鋼を用いて製造される。熱処理治具は、ベーストレイ１０と、支柱ユニット２０と、ワーク保持部５０と、により構成される。以下に説明する実施例、比較例、参考例１～３の構成がそれぞれ組み込まれる各熱処理治具は、それぞれ支柱ユニット２０の一部の形状が異なるものである。

【0012】

図２～図７を参照して本実施形態にかかる熱処理治具について説明する。初めに、図２は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するベーストレイの上面図である。図２に示すベーストレイ１０は、平板状のベース部材に対してＺ方向に貫通する複数の空隙を設けた網目構造を有し、雰囲気ガスや焼入媒体が流通可能に構成される。ベーストレイ１０は、ＸＹ面に沿う略長方形の外枠１１と、外枠１１の内部を略正方形の網目状に組んだ補助枠１２と、を有する。また、補助枠１２の各正方形の各頂点位置には、Ｚ方向に貫通する略円形の係合孔１３が形成される。さらに、係合孔１３は、外枠１１の長方形の各頂点位置と、Ｘ方向に存在する外枠１１及び補助枠１２の交点位置と、外枠１１のＹ方向に沿う各辺の中央部分において補助枠１２との交点位置と、に形成される。

【0013】

次に、図３～図５を参照して、支柱ユニット２０について説明する。図３は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの正面図である。図４は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの上面図である。図５は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成する支柱ユニットの側面図である。

【0014】

本実施形態において、支柱ユニット２０は、ベーストレイ１０に立設される少なくとも２つの支柱部３０と、隣接する支柱部３０間を連結する少なくとも１つのビーム部４０と、を有する。さらに、支柱ユニット２０は、底部２１と、係合部２５と、を有する。支柱ユニット２０は、３つの支柱部３０がＸ方向においてそれぞれ所定間隔離間して配置される。そして、隣接する２つの支柱部３０間には、３つのビーム部４０がＺ方向においてそれぞれ所定間隔離間して配置される。すなわち、本実施形態では、３つの支柱部３０に対して６つのビーム部４０が形成される。

【0015】

まず、支柱ユニット２０を構成する支柱部３０について説明する。図５に示すように、支柱部３０は、支柱本体３１と、複数のアーム３２と、を有する。支柱本体３１は、平板状部材に対してＸ方向に貫通する複数の空隙３３を設けた網目構造を有する。本実施形態では、ＹＺ面に沿う略長方形をなす支柱本体３１のＹ方向に略正方形の２つの空隙３３が並設され、当該２つの空隙３３を１組としてＺ方向に６組の空隙３３が並設される。このような構成により、支柱本体３１には、Ｚ方向に延在する端部３４、３６及び中央部３５が形成される。また、支柱本体３１のＹ方向に沿う下端は、支柱ユニット２０の底部２１に接続される。

【0016】

アーム３２は、支柱本体３１の端部３４、３６からＹ方向に左右対称に突出形成され、後述するワーク保持部５０を支持するものである。図５に示すアーム３２は、支柱本体３１に対して左右対称に２つの略Ｕ字形のアーム３２が形成される。当該２つの略Ｕ字形のアーム３２のそれぞれの両端は支柱本体３１の端部３４、３６に接続される。また、当該２つの略Ｕ字形のアーム３２のＹ方向に沿う下端は支柱ユニット２０の底部２１に接続される。当該２つの略Ｕ字形のアーム３２は、その下端と対向してＹ方向に沿って延びる上端によって、ワーク保持部５０を支持する。

【0017】

さらに、当該２つの略Ｕ字形のアーム３２の上側に支柱本体３１に対して左右対称に形成された２つの略三角形状のアーム３２が形成される。当該２つの略三角形状のアーム３２の一辺は支柱本体３１の端部３４、３６に接続される。当該２つの略三角形状のアーム３２は、支柱本体３１に接続される一辺と直交するとともに、Ｙ方向に沿って延びる上端によってワーク保持部５０を支持する。

【0018】

このように、１つの支柱部３０に対して４つのアーム３２が設けられる。各支柱部３０に設けられたアーム３２は、上下のそれぞれの位置においてＸ方向に平行に配置され、Ｘ方向において隣接する２つのアーム３２間はワークＷの保持空間である。各アーム３２の上端面に形成される２つの凸部３２ａは、後述するワーク保持部５０をアーム３２に設置した際に、ワーク保持部５０のＹ方向への移動を規制するものである。なお、図５において破線で示す部分にビーム部４０が設けられる。

【0019】

続いて、支柱ユニット２０を構成するビーム部４０について説明する。図３は、実施例にかかる構成を含む支柱ユニット２０を示している。なお、以下の説明では、説明の便宜上、複数存在する支柱本体３１に対して、それぞれを区別する場合には、個別の符号を用いて具体例を説明する。図３においては、各支柱本体３１に対して３１ａ～３１ｃの符号を付している。

【0020】

ビーム部４０の詳細な形状については、実施例、比較例、及び参考例１～３を挙げて後述する。後述する実施例、比較例、及び参考例１～３は、それぞれビーム部４０の形状が異なるものであるが、ビーム部４０がＸ方向に延在し、隣接する支柱部３０間を連結するように架設される点は共通している。また、ビーム部４０は、支柱本体３１の中央部３５における編目の交点付近からＸ方向に突出し、隣接する一方の支柱本体３１から他方の支柱本体３１に向けて延設されるものである。

【0021】

続いて、支柱ユニット２０を構成する底部２１について説明する。図４に示すように、底部２１は、平板状部材に対してＺ方向に貫通する複数の空隙２４を設けた網目構造を有する。底部２１は、ＸＹ面に沿う略長方形の外枠２２と、外枠２２の内部を略長方形の網目状に組んだ補助枠２３と、を有する。例えば、底部２１には、４つの空隙２４が設けられ、補助枠２３は十字に組まれる。そして、外枠２２のＹ方向に沿う２つの辺及び補助枠２３のＹ方向に沿う辺の３箇所に、それぞれ支柱部３０が立設される。また、補助枠２３のＸ方向に沿う辺とビーム部４０とは、Ｘ方向において互いに重なるように配置される。このような構成により、底部２１は、熱処理治具において外側に配置される支柱部３０が熱処理治具の外側方向に広がって変形することを防止する機能を果たす。なお、図５において破線で示す部分に係合部２５が設けられる。

【0022】

続いて、支柱ユニット２０を構成する係合部２５について説明する。係合部２５は、ベーストレイ１０の係合孔１３と係合可能な円筒形状に形成される。支柱ユニット２０の係合部２５とベーストレイ１０の係合孔１３とが係合することにより、ベーストレイ１０に支柱部３０が立設される。図３～図５に示すように、係合部２５は、支柱部３０が設けられる底部２１の上端面と反対側の底部２１の下端面から突出形成される。係合部２５は、各支柱部３０の配設位置と対応する底部２１のＹ方向に沿う辺に設けられ、ベーストレイ１０のいずれかの係合孔１３と一致して係合可能に構成される。例えば、図５において、係合部２５は、支柱本体３１の端部３４及び端部３６に対応する位置において各２つの係合部２５が互いに離隔して設けられる。

【0023】

次に、図６及び図７を参照して、ワーク保持部５０について説明する。図６は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するワーク保持部の正面図である。図７は、実施の形態１にかかる熱処理用治具を構成するワーク保持部の上面図である。

【0024】

ワーク保持部５０は、ワークＷの軸方向に存在する軸孔に挿入された状態で、Ｘ方向において隣接する一対のアーム３２に設置されることにより、隣接する支柱部３０同士を連結させて、熱処理治具にワークＷを保持するものである。図６及び図７に示すように、ワーク保持部５０は、細長い板状部材が略Ｕ字状に成形されたワーク保持部本体５１と、ワーク保持部本体５１から突出する２つの掛止部５６と、を有する。ワーク保持部本体５１は、ＸＺ面に沿ってＸ方向に長い略長方形に形成される２つの挿入部５２がＹ方向に並設され、当該２つの挿入部５２間はＹ方向に延びる補助部５３により連結される。

【0025】

挿入部５２の上下端にはＺ方向に切り欠かれた複数の溝５４ａが所定間隔離間して上下対称に形成され、先端側には、溝５４ａよりもＸ方向の長さが大きく切り欠かれた溝５４ｂが上下対称に形成される。２つの挿入部５２の基端側を繋ぐ部分は、ワーク係止部５５である。ワーク保持部５０をワークＷに装着する際には、ワーク保持部本体５１（挿入部５２）の先端側をワークＷに挿入し、ワーク係止部５５によりワークＷの軸方向の移動を規制するように構成される。

【0026】

また、掛止部５６は、ワーク係止部５５からＸ方向に沿ってワーク保持部本体５１の外側方向に突出形成され、ＸＺ面に沿う略長方形の板状部材の上下端にＺ方向に切り欠かれた溝５４ｃが上下対称に形成される。溝５４ｃは溝５４ａよりもＸ方向の長さが大きく切り欠かれている。ワーク保持部５０は、各アーム３２の２つの凸部３２ａ間、並びに、支柱本体３１側の凸部３２ａと支柱本体３１との間に、上下どちらか一方の溝５４ｂ、５４ｃを嵌めることにより、アーム３２に引っ掛かるように設置される。

【0027】

２つの掛止部５６のＹ方向の離間距離は、２つの挿入部５２のＹ方向の離間距離と比べて狭く構成される。そのため、支柱ユニット２０に対して複数のワーク保持部５０をＸ方向に連続して設置する場合にも、一方のワーク保持部５０の挿入部５２と他方のワーク保持部５０の掛止部５６とが、１つのアーム３２において互いに干渉することなく設置することができる。

【0028】

次に、図８～図１３を参照して、実施例、比較例、及び参考例１～３の各ビーム部４０ａ～４０ｅの詳細な形状について説明する。本実施形態では、３つの支柱本体３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対して６つのビーム部４０が形成されるが、６つのビーム部４０は同一形状、又は３つの支柱本体３１ａ、３１ｂ、３１ｃの中央に配置される支柱本体３１ｂを挟んで対称的な形状を有する。そのため、以下の説明では、互いに隣接する支柱本体３１ａと支柱本体３１ｂとの間に設けられる１つのビーム部４０を例として、その形状を説明する。

【0029】

（実施例）
図８及び図９に示すように、実施例のビーム部４０ａは、Ｘ方向に延在し、隣接する支柱部３０間（支柱本体３１ａと支柱本体３１ｂとの間）を連結するように架設される。また、ビーム部４０ａは、第１リブ部４１と、第１リブ部４１の上下の少なくとも一方に設けられ、第１リブ部４１よりも幅が細く、第１リブ部４１と連結柱４３により接続される第２リブ部４２と、を有する。さらに、第２リブ部４２は、ビーム部４０ａが連結する一方の支柱部３０と他方の支柱部３０との間で断続的に形成される。

【0030】

なお、説明の便宜上、複数存在するもの（第２リブ部４２、及び連結柱４３）に対して、それぞれを区別する場合には、個別の符号を用いて具体例を説明する。図９においては、各第２リブ部４２に対して４２ａ～４２ｇ、各連結柱４３に対して４３ａ～４３ｈの符号を付している。

【0031】

ここで、図３及び図５に示すように、第１リブ部４１は、支柱本体３１の中央部３５における編目の交点付近からＸ方向に突出し、隣接する一方の支柱本体３１から他方の支柱本体３１に向けて連続的に延びる部分である。また、第１リブ部４１のＹ方向の幅は、支柱本体３１の中央部３５のＹ方向の幅より少し細く形成される。

【0032】

図８及び図９に示すように、第２リブ部４２は、第１リブ部４１とＺ方向に所定間隔離間した位置に、第１リブ部４１と平行をなして設けられる。第２リブ部４２のＹ方向の幅は、第１リブ部４１のＹ方向の幅より細く構成される。また、第２リブ部４２は、Ｘ方向に沿った所定の位置に部分的に形成される。すなわち、第２リブ部４２は、隣接する支柱部３０間においてＸ方向に沿って断続的に形成される部分である。そして、第１リブ部４１と第２リブ部４２とは、Ｘ方向の所定の位置にそれぞれ離間して形成されてＺ方向に延びる複数の連結柱４３により接続される。

【0033】

本実施例では、第１リブ部４１の上側には、それぞれ離間した３つの第２リブ部４２ａ、４２ｂ、４２ｃが形成される。当該３つの第２リブ部４２ａ、４２ｂ、４２ｃのうち、２つの第２リブ部４２ａ、４２ｃにおいては、第２リブ部４２ａの一端が支柱本体３１ａの中央部３５に接続され、第２リブ部４２ｃの一端が支柱本体３１ｂの中央部３５に接続される。第２リブ部４２ａの他端は支柱本体３１ａの近傍に設けられた連結柱４３ａに接続され、第２リブ部４２ｃの他端は支柱本体３１ｂの近傍に設けられた連結柱４３ｄに接続される。第１リブ部４１の上側に形成される残り１つの第２リブ部４２ｂは、２つの第２リブ部４２ａ、４２ｃの間に配置され、その両端は対応するそれぞれの連結柱４３ｂ、４３ｃにより第１リブ部４１と接続される。

【0034】

一方、第１リブ部４１の下側には、１つの連結柱４３を介して連続した２つの第２リブ部を１組として、２組の第２リブ部（４２ｄ及び４２ｅの１組、並びに、４２ｆ及び４２ｇの１組）が互いに離間して形成される。２組の第２リブ部のうち、第２リブ部４２ｄの一端は支柱本体３１ａの中央部３５に接続され、第２リブ部４２ｇの一端は支柱本体３１ｂの中央部３５に接続される。また、第２リブ部４２ｄの他端は連結柱４３ｅに接続され、第２リブ部４２ｇの他端は連結柱４３ｈに接続される。そして、第２リブ部４２ｅの両端は、対応するそれぞれの連結柱４３ｅ、４３ｆに接続され、第２リブ部４２ｆの両端は、対応するそれぞれの連結柱４３ｇ、４３ｈに接続される。

【0035】

例えば、１つの第１リブ部４１の寸法は、Ｘ方向：２４９．５ｍｍ、Ｙ方向：３０ｍｍ、Ｚ方向：７ｍｍである。また、１つの連結柱４３の寸法は、Ｘ方向：８ｍｍ、Ｙ方向：９ｍｍ、Ｚ方向：２１．５ｍｍである。そして、連結柱４３ａは、一方の支柱本体３１ａからＸ方向に３７．５ｍｍの間隔を空けて設けられ、この連結柱４３ａから他方の支柱本体３１ｂに向かって４５ｍｍピッチで３つの連結柱４３ｂ～４３ｄが設けられる。連結柱４３は、第１リブ部４１の上下に対称的に設けられるため、第１リブ部４１の上側に設けられる連結柱４３ａ～４３ｄと同様の間隔で、連結柱４３ｅ～４３ｈが第１リブ部４１の下側に設けられる。

【0036】

第２リブ部４２は、Ｘ方向：３７．５ｍｍ、Ｙ方向：９ｍｍ、Ｚ方向：９ｍｍの寸法を有する第２リブ部４２ａ、４２ｄが一方の支柱本体３１ａに接続されるとともに、第１リブ部４１の上下に対称的に設けられる。そして、その他の第２リブ部４２ｂ～４２ｃ、４２ｅ～４２ｇの寸法は、Ｘ方向：４５ｍｍ、Ｙ方向：９ｍｍ、Ｚ方向：９ｍｍであり、第１リブ部４１の上下において、第２リブ部４２ａ、４２ｄのそれぞれから他方の支柱本体３１ｂに向かうＸ方向に沿って断続的に設けられる。なお、支柱本体３１及び第２リブ部４２、連結柱４３及び第１リブ部４１、並びに、連結柱４３及び第２リブ部４２が交差する部分は、それぞれ所定の曲率半径で曲がる曲面形状を有する。

【0037】

以上、実施例のビーム部４０ａの具体的な形状について説明したが、当該ビーム部４０ａの形状は上記に限定されるものではない。例えば、第２リブ部４２が形成されるパターンは、第２リブ部４２ｂ、４２ｅ、４２ｆのように、第１リブ部４１の上側又は下側の少なくとも一方に設けられればよく、第２リブ部４２の一部は、第２リブ部４２ａ、４２ｄ、並びに、第２リブ部４２ｃ、４２ｇのように、第１リブ部４１の上下に共に設けられてもよい。第２リブ部４２が形成されるパターンやビーム部４０ａを構成する各部の形状及び配置は、熱処理治具の強度、重量、熱処理の効率等を考慮して、適宜設計されるものである。

【0038】

（比較例）
図１０を参照して、比較例のビーム部４０ｂの形状について説明する。図１０は、比較例のビーム部を示す図である。比較例のビーム部４０ｂは、第２リブ部の形成パターンが異なることを除いて、実施例のビーム部４０ａと同様の構成である。ビーム部４０ｂは、ビーム部４０ａと同様に、隣接する一方の支柱本体３１から他方の支柱本体３１に向けて連続的に延びる第１リブ部４１と、Ｘ方向の所定の位置にそれぞれ離間して形成されるとともに、Ｚ方向に延びる複数の連結柱４３ａ～４３ｈと、を有する。

【0039】

一方、ビーム部４０ｂにおいては、第１リブ部４１とＺ方向に所定間隔離間した位置に、第１リブ部４１と平行に設けられる第２リブ部４４ａ、４４ｂが、隣接する支柱部３０間に連続的に形成された形状を有する。すなわち、ビーム部４０ｂは、Ｙ方向に貫通する空隙が第１リブ部４１の上下に５つずつＸ方向に並設された網目状に形成される。このように構成される比較例のビーム部４０ｂは、後述する参考例１～３のビーム部４０ｃ～４０ｅと比べて、剛性を確保しつつ、軽量化された構造である。

【0040】

（参考例１）
図１１を参照して、参考例１のビーム部４０ｃの形状について説明する。図１１は、参考例１のビーム部を示す図である。図１１に示すように、ビーム部４０ｃは、隣接する一方の支柱本体３１から他方の支柱本体３１に向けて連続的に延び、ＸＺ面に沿って広がる板状を呈している。また、Ｙ方向に切り欠かれた複数の溝がＸ方向に離間して並設される。したがって、ビーム部４０ｃには、Ｘ方向に沿って、厚肉部４５ａと当該溝に対応する薄肉部４５ｂとが交互に形成される。ビーム部４０ｃの両端に存在する厚肉部４５ａは、隣接する２つの支柱本体３１のそれぞれの中央部３５と接続される。ビーム部４０ｃにおけるＸＹＺの３方向の外形寸法は、実施例のビーム部４０ａのＸＹＺの３方向の外形寸法と同一に構成される。

【0041】

（参考例２）
図１２を参照して、参考例２のビーム部４０ｄの形状について説明する。図１２は、参考例２のビーム部を示す図である。図１２に示すように、参考例２のビーム部４０ｄは、参考例１のビーム部４０ｃの薄肉部４５ｂに対してＹ方向に貫通する略正方形の空隙４６が設けられた形状を有し、その他は参考例１のビーム部４０ｃと同様の構成である。

【0042】

（参考例３）
図１３を参照して、参考例３のビーム部４０ｅの形状について説明する。図１３は、参考例３のビーム部を示す図である。図１３に示すように、ビーム部４０ｅは、隣接する一方の支柱本体３１から他方の支柱本体３１に向けて連続的に延び、四角柱状を呈している。ビーム部４０ｅにおけるＸＹの２方向の外形寸法は、実施例のビーム部４０ａのＸＹの２方向の外形寸法と同一に構成される。参考例３のビーム部４０ｅは、他のビーム部４０ａ～４０ｄよりもＺ方向の外形寸法が短く構成される。

【0043】

上記の実施例、比較例及び参考例１～３の各ビーム部４０ａ～４０ｅをそれぞれ備えた５種類の熱処理治具にワークＷをセットした状態で浸炭炉に装入し、図１４に示す熱処理条件下で浸炭処理を行った。図１４は、実施の形態１にかかる熱処理治具を用いた熱処理条件を示す図である。図１４に示すように、本実施形態に適用した浸炭処理は、ステップＳ１の加熱工程、ステップＳ２の浸炭工程、ステップＳ３の焼入れ工程、及び、ステップＳ４の空冷工程を有する。

【0044】

各工程の操作は、常温の浸炭炉内を加熱して４３２０～５２８０秒間で９５０℃に到達させ（ステップＳ１）、９５０℃の温度でＴ１～Ｔ２の１０８００～１３２００秒間加熱保持して浸炭を施した（ステップＳ２）。その後、油冷によりＴ２～Ｔ３の２４０秒間で１３０℃まで降温し（ステップＳ３）、さらに、Ｔ３～Ｔ４の５００秒間で常温の２０℃まで空冷した（ステップＳ４）。そして、浸炭処理を施した５種類の熱処理治具において、温度変化に伴う応力及び変形量を調査した。

【0045】

次に、図１５及び図１６を参照して、各熱処理治具に生じる主応力について説明する。図１５は、実施の形態１にかかる熱処理治具に生じる主応力の計算結果を示す図である。図１６は、実施の形態１にかかる熱処理治具の交差部に生じる主応力差を比較したグラフである。図１５及び図１６は、図１４に示した熱処理条件において、加熱により９５０℃に到達する昇温完了時に生じる主応力差と、冷却により２０℃に至る冷却完了時に生じる主応力差と、を示している。また、図１５に示すように、主応力の発生部位は、支柱本体３１と各ビーム部４０ａ～４０ｅとが接続される交差部６０である。図１５及び図１６に記載される数値は、交差部６０に生じる最大主応力と最小主応力との差分を主応力差として算出して示している。最大主応力は、主にプラスの値を示し、引張応力を表す。一方、最小主応力は、主にマイナスの値を示し、圧縮応力を表す。従って、ある一点での最大主応力と最小主応力との差（主応力差）が大きいほど、その点周辺でクラック等の不具合が発生しやすい。

【0046】

このように算出した主応力差は、比較例では、昇温完了時の主応力差が２０６ＭＰａ、冷却完了時の主応力差が３００ＭＰａであった。実施例では、昇温完了時の主応力差が１０２ＭＰａ、冷却完了時の主応力差が２９２ＭＰａであった。参考例１では、昇温完了時の主応力差が１９０ＭＰａ、冷却完了時の主応力差が６８０ＭＰａであった。参考例２では、昇温完了時の主応力差が１７７ＭＰａ、冷却完了時の主応力差が６５５ＭＰａであった。参考例３では、昇温完了時の主応力差が１２０ＭＰａ、冷却完了時の主応力差が４１４ＭＰａであった。

【0047】

次に、図１７及び図１８を参照して、各ビーム部４０ａ～４０ｅの変形量について説明する。図１７は、実施の形態１にかかる熱処理治具のビーム部における変形量差を説明する図である。図１８は、実施の形態１にかかる熱処理治具のビーム部における変形量差を比較したグラフである。図１７に示すように、浸炭処理を施したビーム部４０には、浸炭処理の温度変化に応じた熱膨張により、歪みが生じる。そこで、各ビーム部４０ａ～４０ｅのＺ方向に沿う高さについて、最大値δ２と最小値δ１との差分を変形量差として算出した。このように算出した変形量差は、比較例では０．０６５ｍｍ、実施例では０．０４７ｍｍ、参考例１では０．１１８ｍｍ、参考例２では０．１２４ｍｍ、参考例３では０．０６３ｍｍであった。

【0048】

次に、図１９を参照して、上記のように得られた主応力差及び変形量差の値について、比較例を基準として実施例、比較例、及び参考例１～３を比較した結果を説明する。図１９は、主応力差及び変形量差の増減率を示す図である。

【0049】

昇温完了時に生じる主応力差は、実施例及び参考例１～３の全てが比較例よりも低い値であった。昇温完了時に比較例のビーム部４０ｂに生じる主応力差を基準（ゼロ）として、比較例に対する増減率を比べた場合、実施例では最も減少幅が大きく５０％減少し、参考例１では８％減少し、参考例２では１４％減少し、参考例３では４２％減少した。

【0050】

一方、冷却完了時に生じる主応力差は、実施例は比較例よりも低い値であったが、参考例１～３は比較例よりも高い値であった。冷却完了時に比較例のビーム部４０ｂに生じる主応力差を基準（ゼロ）として、比較例に対する増減率を比べた場合、実施例では３％減少し、参考例１では１２７％増加し、参考例２では１１８％増加し、参考例３では３８％増加した。

【0051】

さらに、変形量差は、実施例及び参考例３は比較例よりも小さい値であったが、参考例１及び参考例２は比較例よりも大きい値であった。比較例のビーム部４０ｂにおける変形量差を基準（ゼロ）として増減率を比べた場合、実施例では最も減少幅が大きく２８％減少し、参考例３では僅かに３％の減少であった。また、参考例１では８２％増加し、参考例２では９１％増加した。

【0052】

ここで、熱処理治具に強度及び耐久性を付与するための梁構造を設ける場合には、単に四角柱状を呈した参考例３のビーム部４０ｅの形状が考えられる。しかし、ビーム部４０ｅの形状では大型化するため、ビーム部４０ｅとビーム部４０ｅが接続される支柱本体３１との体積差が大きくなる。この体積差が大きいと、昇温に際してビーム部４０ｅと支柱本体３１との温度差が大きくなるとともに、ビーム部４０ｅの膨張量が大きくなる。さらに、昇温及び冷却に際して交差部６０に生じる熱応力も大きくなり、この熱応力が降伏応力を超えることとなる。その結果、このようなビーム部４０ｅには、熱による変形やクラック等の不具合が生じやすい。

【0053】

そこで、この体積差を低減するために、ビーム部４０の体積を小さくする各種の形状が考えられ得る。しかしながら、例えば、熱処理治具に比較例のビーム部４０ｂの形状を備えた場合でも、依然としてビーム部４０ｂの体積が大きく、交差部６０にクラック等の不具合が生じる場合が多い。図２０は、比較例の熱処理治具にクラックが発生した様子を示す図である。図２０では、ビーム部４０ｂの第２リブ部４４ａにおける接続端（交差部６０周辺）にクラックＣが発生している。

【0054】

一方、実施例１のビーム部４０ａは、比較例のビーム部４０ｂよりもさらに軽量化されるとともに、体積が小さくなっている。つまり、ビーム部４０ａとビーム部４０ａが接続される支柱本体３１との体積差が小さく構成される。このような構成によれば、昇温に際してビーム部４０ａと支柱本体３１との温度差が低減されるとともに、ビーム部４０ａの膨張量が低減する。さらに、昇温及び冷却に際して交差部６０に生じる熱応力も小さくなる。

【0055】

さらに、比較例のビーム部４０ｂを備えた熱処理治具及び実施例のビーム部４０ａを備えた熱処理治具に対して、図１４に示す熱処理条件下における浸炭処理を複数サイクル行い、クラックＣが発生するまでの治具寿命を比較した。その結果、比較例のビーム部４０ｂは、９９サイクル目の浸炭処理で図２０に示したようにクラックＣが発生した。これに対し、実施例のビーム部４０ａは１３７サイクル目の浸炭処理まで治具寿命を延長することができた。このように、熱処理治具の変形やクラックＣ等の不具合が発生しやすい箇所に生じる熱応力と熱による膨張とを低減することは、熱処理治具の強度及び耐久性を向上させるために有効である。

【0056】

以上説明したように、本実施形態にかかる熱処理治具は、ベーストレイ１０に立設される支柱部３０間にワークＷを保持するものであり、隣接する支柱部３０間に少なくとも１つのビーム部４０ａが設けられることにより、熱処理治具に強度が付与される。そして、ビーム部４０ａは、隣接する一方の支柱部３０から他方の支柱部３０に向けて連続的に形成される第１リブ部４１を有する。さらに、ビーム部４０ａは、一方の支柱部３０と他方の支柱部３０との間で断続的に形成される第２リブ部４２を有する。第２リブ部４２は、第１リブ部４１の上下の少なくとも一方に設けられ、連結柱４３を介して第１リブ部４１と接続される。そして、第２リブ部４２の幅は、第１リブ部４１の幅より細く構成される。

【0057】

このように、ビーム部が断続的に形成されるリブ構造を有し、所望の強度を満たす構成とすることにより、ビーム部の強度を確保しながらビーム部の体積を低減することができる。これにより、ビーム部とビーム部が接続される支柱部との体積差が小さくなるため、加熱による部材の膨張を抑制し、クラック等が発生しやすい箇所に生じる熱応力に伴う主応力差を低減できる。したがって、熱による変形やクラック等の不具合の発生を抑制し、熱処理治具の強度及び耐久性を向上させて、治具寿命を延長することができる。

【0058】

例えば、特許文献１のように、気孔を多く含む多孔性材料であるＣ／Ｃコンポジットを用いて熱処理治具を形成した場合、熱処理後のワークを熱処理治具と共に油に浸漬させて急冷させると、Ｃ／Ｃの気孔内に油が浸透して残留する。そして、油が残留した熱処理治具を次のサイクルに使用すると、熱処理中に油が炭化して製品へ異物付着等の悪影響を及ぼすことがあるという問題があった。

【0059】

これに対し、本実施形態にかかる熱処理治具では、Ｃ／Ｃコンポジットのように特殊で高価な材料を用いることにより生じる上記のような問題もなく、形状の工夫によって熱処理治具の強度と耐久性とを向上することができる。また、表面処理等の追加の加工も必要としない。本実施形態にかかる熱処理治具によれば、熱処理治具の剛性に加え、熱処理治具に生じる熱応力も考慮してその形状を設計することにより、熱処理治具の治具寿命を向上することができる。

【0060】

１０ ベーストレイ
１１ 外枠
１２ 補助枠
１３ 係合孔
２０ 支柱ユニット
２１ 底部
２２ 外枠
２３ 補助枠
２４、３３、４６ 空隙
２５ 係合部
３０ 支柱部
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 支柱本体
３２ アーム
３２ａ 凸部
３４、３６ 端部
３５ 中央部
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ ビーム部
４１ 第１リブ部
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ、４２ｇ 第２リブ部
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｅ、４３ｇ、４３ｈ 連結柱
４４ａ、４４ｂ 第２リブ部
４５ａ 厚肉部
４５ｂ 薄肉部
５０ ワーク保持部
５１ ワーク保持部本体
５２ 挿入部
５３ 補助部
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ 溝
５５ ワーク係止部
５６ 掛止部
６０ 交差部
Ｃ クラック
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】