JP2003286517A

JP2003286517A - 焼入れ方法及び焼入れ装置

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Publication number: JP2003286517A
Application number: JP2002094301A
Authority: JP
Inventors: Saburo Yamagata; 三郎山方; Hiromitsu Murakami; 博充村上; Hideo Yokota; 秀雄横田; Satoshi Suda; 聡須田; Hiroyuki Hoshino; 浩之星野
Original assignee: Oriental Engineering Co Ltd; Nippon Oil Corp
Current assignee: Oriental Engineering Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP3986864B2

Abstract

(57)【要約】【課題】焼入れ処理における冷却能のバラツキを抑制
し、焼入れ時に発生する変形や歪みを抑制可能な焼入れ
方法及び焼入れ装置を提供する。【解決手段】ワーク（被処理物）を浸漬し冷却を行う
冷却液２を、振動攪拌機１０によって振動攪拌したの
ち、噴流攪拌機２０で噴流攪拌することによって、冷却
能のバラツキを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属の熱処理にお
ける焼入れ方法及び焼入れ装置に関し、特に、焼入れ時
の変形や歪みを押さえるために有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、焼入れは、鋼を変態点以上の温
度に加熱した後、油、水、水溶性冷却剤などの適当な冷
却液中に浸漬して急速に冷却する操作であり、例えば図
２１に示すような焼入れ装置が使用される。この焼入れ
装置は、焼入れ材である冷却液１を貯えた冷却槽２と、
この冷却槽２内に片寄せて配設されたプロペラ攪拌機３
と、プロペラ攪拌機３による冷却槽２内の液流（流れ）
４を槽底から上部に向かうように整える整流板５とを備
えている。もっとも、プロペラ攪拌機３の代わりに噴流
用ポンプを用いるものもある。

【０００３】この焼入れ装置を用いて、鋼製又は特殊鋼
製の被処理物（以下、ワークという）を焼入れ処理する
方法は次の通りである。すなわち、予めプロペラ攪拌機
３を始動させて冷却槽２内に冷却液１の流れ４を作って
おく。別途に加熱炉で変態点以上に加熱された高温のワ
ークをバスケット等の容器６に収納し、これを冷却槽２
の冷却液１に浸漬する。かくして冷却液の流れ４にさら
すことによりワークは急冷され、硬化する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この場合、容器６内の
ワークは、エレベータなどの昇降手段で下降させること
で冷却液１中に浸漬され、焼入れが行われる。そのた
め、冷却は容器６の下部から始まり、徐々に上部が冷却
される傾向がある。さらに、冷却液の流れ４が槽底部か
ら上部に向かう上昇流であることも関与して、被処理物
であるワークの全体を上部及び下部にわたって均一に冷
却することは難しい。そのため、ワークが単体の場合は
変形が起こり、またワークが多数個のロットの場合は、
ロット全体でバラツキが発生してしまう。

【０００５】それでもワークの数量やサイズが小さけれ
ば、プロペラ攪拌機３による冷却液１の流れ４の乱され
方が少ないから、バラツキのない良好な焼入れが行われ
やすい。しかしながら、一般的な焼入れ装置では、一度
に重量で数百ｋｇから千ｋｇ程度のワークを焼入れす
る。そのため、冷却槽２内の流れ４が遮られてしまい、
冷却槽２内におけるワークの位置、特に上部と下部とで
は冷却速度が大きく異なり、冷却のバラツキが大きくな
ってしまう。その結果、ワークの焼入れ硬さや、歪み・
曲がりなどの焼入れ変形にバラツキが生じてしまうとい
う不具合があった。

【０００６】ここで、熱処理に起因する歪み・曲がりな
どの焼入れ変形が大きい場合には、熱処理後にワークの
切削工程が必要となる。ところが、近年、熱処理部品の
高精度化に伴い、歪み・曲がりなどの焼入れ変形を極力
抑え、熱処理後の切削工程を省略することが切望されて
いる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであ
り、焼入れ処理における冷却能のバラツキを抑制し、焼
入れ時に発生する変形や歪みを抑制可能な焼入れ方法及
び焼入れ装置を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明者らが鋭意検討を行った結果、焼入れ
時に被処理物の表面に形成される焼入れ油の蒸気膜が、
被処理物の形状や位置により不均一に破壊されること
で、歪み・曲がりなどの焼入れ変形を大きくしているこ
とを発見し、本発明に至った。

【０００８】本発明の第一の焼入れ方法は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ方法におい
て、前記冷却液を振動によって攪拌した後、噴流によっ
て攪拌することを特徴としている。本発明の第二の焼入
れ方法は、焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸漬す
る焼入れ方法において、前記冷却液を振動及び噴流によ
って攪拌した後、噴流によって攪拌することを特徴とし
ている。

【０００９】本発明の第三の焼入れ方法は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ方法におい
て、前記冷却液を振動によって攪拌した後、振動及び噴
流によって攪拌し、さらにその後噴流によって攪拌する
ことで冷却能のバラツキを抑制することを特徴としてい
る。本発明の第四の焼入れ方法は、焼入れ冷却槽内の冷
却液に被処理物を浸漬する焼入れ方法において、前記冷
却液を振動によって攪拌した後、振動及び噴流によって
攪拌することを特徴としている。

【００１０】ここで、本発明の第一乃至第四の焼入れ方
法において「振動によって攪拌した後、噴流によって攪
拌する」とは、振動による攪拌を停止すると同時に、噴
流による攪拌を作動させるようにしてもよいし、振動に
よる攪拌を完全に停止させてからしかる後に、噴流によ
る攪拌を作動させるようにしてもよい。また、振動によ
る攪拌を行っている途中から、噴流による攪拌を作動さ
せるようにしてもかまわない。

【００１１】本発明の第五の焼入れ方法は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ方法におい
て、前記冷却液の冷却過程である蒸気膜段階において、
前記冷却液を振動によって攪拌するとともに、前記冷却
液の冷却過程である対流段階において、前記冷却液を噴
流によって攪拌することを特徴としている。また、本発
明の第五の焼入れ方法は、前記冷却液の冷却過程である
沸騰段階において、前記冷却液の攪拌方法を、振動によ
る攪拌から噴流による攪拌に切り替えることが好まし
い。

【００１２】ここで、本発明の第五の焼入れ方法におい
て、冷却液の冷却過程である「蒸気膜段階」及び「沸騰
段階」並びに「対流段階」とは、被処理物を加熱させた
後冷却する時に、その温度と時間との変化における冷却
液の状態変化を指す。本発明の第六の焼入れ方法は、焼
入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ方法
において、前記冷却液を、振動による攪拌及び噴流によ
る攪拌の作動・停止を焼入れ中に個別に制御すること
で、攪拌することを特徴としている。

【００１３】また、本発明の第六の焼入れ方法は、前記
冷却液を、振動による攪拌及び噴流による攪拌の強さも
個別に制御することで、攪拌することが好ましい。本発
明の第一の焼入れ装置は、焼入れ冷却槽内の冷却液に被
処理物を浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所
定時間振動によって攪拌した後、噴流によって攪拌する
ように攪拌方法を制御するようになっていることを特徴
としている。

【００１４】本発明の第二の焼入れ装置は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ装置におい
て、前記冷却液を所定時間振動及び噴流によって攪拌し
た後、噴流によって攪拌するように攪拌方法を制御する
ようになっていることを特徴としている。本発明の第三
の焼入れ装置は、焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を
浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所定時間振
動によって攪拌した後、振動及び噴流によって攪拌し、
さらにその後噴流によって攪拌するように攪拌方法を制
御するようになっていることを特徴としている。

【００１５】本発明の第四の焼入れ装置は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ装置におい
て、前記冷却液を所定時間振動によって攪拌した後、振
動及び噴流によって攪拌するように攪拌方法を制御する
ようになっていることを特徴としている。また、本発明
の第一乃至第四の焼入れ装置において、前記振動を、複
数枚の振動板からなる多段式振動攪拌器によって発生さ
せるとともに、当該多段式振動攪拌器は、振動周波数を
調整可能となっていることが好ましい。

【００１６】本発明の第五の焼入れ装置は、焼入れ冷却
槽内の冷却液に被処理物を浸漬する焼入れ装置におい
て、前記冷却液の冷却過程である蒸気膜段階において、
前記冷却液を振動によって攪拌するとともに、前記冷却
液の冷却過程である対流段階において、前記冷却液を噴
流によって攪拌するように攪拌方法を制御するようにな
っていることを特徴としている。

【００１７】また、本発明の第五の焼入れ装置は、前記
冷却液の冷却過程である沸騰段階において、前記冷却液
の攪拌方法を、振動による攪拌から噴流による攪拌に切
り替えるようになっていることが好ましい。さらに、本
発明の第五の焼入れ装置は、前記振動を、複数枚の振動
板からなる多段式振動攪拌器によって発生させるととも
に、当該多段式振動攪拌器は、振動周波数を調整可能と
なっていることが好ましい。

【００１８】本発明の第一の焼入れ方法によれば、被処
理物を冷却する冷却液を振動によって攪拌した後、噴流
によって攪拌することによって、焼入れ時に被処理物表
面に形成される冷却液（焼入れ油）の蒸気膜を振動攪拌
により均一に破壊するとともに、取り除いた蒸気を噴流
攪拌により均一に拡散消失させることが可能となる。こ
のため、冷却能のバラツキをなくし、焼入れ時に発生す
る被処理物の歪み・曲がりなどの焼入れ変形を抑制する
ことが可能となる。

【００１９】本発明における第二乃至第四の焼入れ方法
によれば、被処理物の形状や容器の大きさに合わせて、
振動と噴流の組み合わせを変化させることで、被処理物
に応じた最適な攪拌を行うことが可能となる。本発明の
第五の焼入れ方法によれば、冷却液の冷却過程である蒸
気膜段階において、冷却液を振動によって攪拌するとと
もに、冷却液の冷却過程である対流段階において、冷却
液を噴流によって攪拌することによって、蒸気膜段階に
おいて、焼入れ時に被処理物表面に形成される蒸気膜を
均一に破壊するとともに、その後の沸騰段階及び対流段
階において、被処理物表面から取り除いた蒸気を均一に
拡散消失させることができる。よって、強い冷却能のま
まで、焼入れ時に発生する被処理物の歪み・曲がりなど
の焼入れ変形を抑制することが可能となる。

【００２０】本発明の第六の焼入れ方法によれば、冷却
液を、振動による攪拌及び噴流による攪拌の作動・停止
を焼入れ中に個別に制御するとともに、振動による攪拌
及び噴流による攪拌の強さも個別に制御することで攪拌
することによって、被処理物の形状や容器の大きさに応
じた最適な攪拌を行うことが可能となる。よって、冷却
能のバラツキをなくし、焼入れ時に発生する被処理物の
歪み・曲がりなどの焼入れ変形を抑制することが可能と
なる。

【００２１】本発明の焼入れ装置によれば、本発明の焼
入れ方法を容易に実現することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明における焼
入れ装置の一実施形態を模式的に示し、（ａ）は正断面
図、（ｂ）は図１（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面
図である。なお、従来と同一部分には、同一符号を付し
てある。

【００２３】本実施形態における焼入れ装置は、図１に
示すように、冷却液１を貯えた冷却槽２と、この冷却槽
２の中央部に配設され、焼入れ処理がなされるワーク
（被処理物）を収納する容器６と、この冷却槽２内に片
寄せて配置される振動攪拌機１０と、容器６の下方を噴
流攪拌管２２が横切るように配置された噴流攪拌機２０
と、振動攪拌機１０と噴流攪拌機２０との切り替えやそ
れぞれの攪拌強度の調整を行う制御器３０とを備えてい
る。

【００２４】振動攪拌機１０は、等間隔で上下に配列し
た多段の振動板１０ａを有し、冷却液１を振動によって
攪拌する多段式振動装置である。振動板１０ａの段数
は、ワークを収納する容器６の高さ（深さ）に合わせて
決められる。これらの振動板１０ａは、共通の軸１０ｂ
を介して連結され、冷却液１に没入させてある。ここ
で、軸１０ｂの端部は、振動の周波数を調整する周波数
調整手段として周波数調整器（図示せず）を内蔵した駆
動装置１１に接続されている。

【００２５】周波数調整器は、焼入れされるワークの形
状や材質に応じて、冷却過程で振動周波数を変化させる
ことで、振動による攪拌の強度を調整可能となってい
る。噴流攪拌機２０は、噴流を送り出す噴流ポンプ２１
と、噴流を搬送する噴流管２２と、噴流を冷却槽２の内
壁に対向して噴出する噴出口２３とを備えている。この
噴出口２３から噴出した噴流は、冷却槽２の下部より上
部に向かう上昇流となり、冷却液１を噴流によって攪拌
する。この噴流の噴出量は、焼入れされるワークの形状
や材質に応じて、噴流による攪拌の強度を調整可能とな
っている。

【００２６】すなわち、図２１に示した従来例のプロペ
ラ攪拌機３による上昇液流４の代わりに、噴流ポンプ２
１により上昇噴流を形成するようにしている。制御器３
０は、焼入れされるワークの形状や材質に応じて、振動
攪拌機１０及び噴流攪拌機２０との切り替えを行うタイ
ミングを制御している。また、振動攪拌機１０における
攪拌の強度を調整するために、周波数調整器の制御を行
うとともに、噴流攪拌機２０における攪拌の強度を調整
するために、噴流ポンプ２２から噴出される噴出量の制
御を行っている。

【００２７】次に、上記構成を有する焼入れ装置を用い
た焼入れ方法について説明する。図２は、振動攪拌及び
噴流攪拌の作動状態を示すタイムチャートである。ま
ず、振動攪拌機１０を作動させ、冷却槽２内に冷却液１
において水平方向の振動流４を形成する。そして、別途
に加熱炉で変態点以上に加熱させた高温のワークを容器
６内に収納し、例えば、エレベータ（図示せず）で冷却
槽２の冷却液１内に浸漬させる。

【００２８】次いで、図２に示すように、振動攪拌機１
０による振動攪拌を所定時間行い、ワーク表面が蒸気膜
に覆われた蒸気膜段階が終了し、沸騰段階になった時点
で振動攪拌機１０の作動を切り替えて、噴流攪拌機２０
を作動させる。ここで、振動攪拌機１０及び噴流攪拌機
２０が完全に切り替わるまでには所定時間を要する。こ
のため、この時間を見込んで振動攪拌機１０と噴流攪拌
機２０とを切り替えるタイミングを決定する。

【００２９】ここで、振動攪拌機１０及び噴流攪拌機２
０とを切り替えるタイミングは、焼入れするワークの形
状、材料、或いは大きさなどによって決定することが望
ましい。このタイミングの決定方法としては、例えば、
予め振動或いは噴流による攪拌の様々な組み合わせパタ
ーンを試行し、焼入れするワークに最適なタイミングを
決定するようにしてもよい。また、焼入れするワークに
応じて、冷却液の冷却過程における蒸気膜段階、沸騰段
階、及び対流段階の発生時間を予め測定しておき、それ
らの冷却過程発生時間に合わせてタイミングを決定する
ようにしてもよい。

【００３０】そして、沸騰段階及び対流段階のワークを
噴流攪拌機２０による噴流攪拌により冷却することで、
ワークを焼入れする。本実施形態における焼入れ方法に
よれば、冷却液１の蒸気膜段階において冷却液１に振動
を加えることによって攪拌することで、冷却槽１内の冷
却液１には、水平方向の振動流４が形成され、容器６内
の上部、中部、下部を横断しつつワークの蒸気膜を均一
に破壊することができる。

【００３１】また、冷却液１の沸騰段階及び対流段階に
おいて、冷却液１を噴流によって攪拌することで、振動
攪拌によって除去された蒸気を、素早く全体に拡散消失
せ、冷却の均一性を向上させることができる。すなわ
ち、冷却液を振動によって攪拌した後、噴流によって攪
拌することで、ワーク全体が均一に硬化し、歪み・曲が
りなどの焼入れ変形を抑制することが可能となる。

【００３２】ここで、本実施形態の焼入れ方法によれ
ば、冷却液１の冷却状態が蒸気膜段階において、振動に
よる攪拌のみを行い、冷却液１の冷却状態が沸騰段階及
び対流段階において、噴流による攪拌のみを行うように
したが、少なくとも冷却開始時に振動攪拌機１０を作動
させ、冷却終了時に噴流攪拌機２０を作動させるように
するのであれば、これに限らない。例えば、図３に示す
ように、冷却開始時に振動攪拌及び噴流攪拌を行い、所
定時間経過後、噴流攪拌のみを行うようにしてもよい。
また、図４に示すように、冷却開始時に振動攪拌を行
い、所定時間経過後、振動攪拌及び噴流攪拌を同時に行
い、さらにその後、噴流攪拌のみを行うようにしてもよ
い。さらに、図５に示すように、冷却開始時に振動攪拌
を行い、所定時間経過後、振動攪拌及び噴流攪拌を同時
に行うようにしてもよい。

【００３３】また、振動攪拌及び噴流攪拌の攪拌状況
は、焼入れされるワークの形状や材質に応じて変更可能
であり、例えば、図６に示すように、冷却開始時には強
振動により攪拌を行い、所定時間経過後に弱振動による
攪拌に切り替え、さらに所定時間経過後には振動による
攪拌は停止し、噴流により攪拌を行うようにしてもよ
い。また、図７に示すように、冷却開始時には強振動に
より攪拌を行い、所定時間経過後に弱振動及び強噴流に
よる攪拌に切り替え、さらに所定時間経過後には振動に
よる攪拌は停止し、強噴流のみにより攪拌を行うように
してもよい。さらに、図８に示すように、冷却開始時に
は強振動により攪拌を行い、所定時間経過後に弱振動及
び強噴流による攪拌に切り替え、さらに所定時間経過後
には振動による攪拌は停止し、弱噴流のみによる攪拌に
切り替えるようにしてもよい。さらに、図９に示すよう
に、冷却開始時には強振動及び弱噴流により攪拌を行
い、所定時間経過後に弱振動及び強噴流による攪拌に切
り替え、さらに所定時間経過後には振動による攪拌は停
止し、弱噴流のみにより攪拌を行うようにしてもよい。

【００３４】さらに、本実施形態の焼入れ方法におい
て、振動攪拌機１０及び噴流攪拌機２０の切り替え及び
それらの攪拌強度の調整は制御器３０によって行うよう
にしたが、これに限らず、手作業で行うようにしてもか
まわない。

【００３５】

【実施例】次に、本発明の効果を、以下の実施例に基づ
いて検証する。加熱炉にて、焼入れ温度（８３０℃）ま
で加熱したＣ型試験片（ＳＵＪ２）を冷却槽中に投入
し、以下の条件下において焼入れを行った。（１）冷却方法（本発明例）実施例１）振動攪拌を４秒間行った後、噴流攪拌を行
う。実施例２）振動攪拌を８秒間行った後、噴流攪拌を行
う。実施例３）振動攪拌を１２秒間行った後、噴流攪拌を行
う。実施例４）振動攪拌を１６秒間行った後、噴流攪拌を行
う。

【００３６】ここで、振動攪拌を所望時間行った後、こ
の振動攪拌機の作動を停止し、代わりに噴流攪拌機を作
動させ、攪拌機の切り替えが完了するまでに約４秒要し
た。この切り替えが完了するまでの時間は、振動攪拌及
び噴流攪拌が同時に行われていることになる。（比較例）比較例１）噴流攪拌のみを行う。比較例２）振動攪拌のみを行う。比較例３）振動攪拌と噴流攪拌を同時に行う。比較例４）噴流攪拌を８秒間行った後、振動攪拌を行
う。振動攪拌の強さについては、予備実験により流量と振動
周波数との関係を求めたところ、図１０に示す直線関係
が得られた。

【００３７】冷却速さについては、遅い速いは冷却油の
種類により大きく異なってくる。そこで、上記冷却油種
ＦＷ２４３について、予備実験により温度８５０℃から
３００℃までの冷却速さ（秒数）と振動周波数との関係
を求めたところ、図１１の関係が得られた。すなわち、
振動周波数が１０Ｈｚから３０Ｈｚまでは冷却秒数が６
０秒台に略一定に維持し、周波数３０Ｈｚを超えると、
次第に速くなり、周波数４０Ｈｚで冷却秒数４５秒と最
も速くなっていることが分かる。一方、周波数４０Ｈｚ
を超えるとこんどは次第に遅くなり、周波数６０秒を若
干上回ってしまう。ところが、周波数６０Ｈｚで冷却秒
数は６０秒を超えると、逆に急に早くなる。

【００３８】このように、振動周波数の変化により冷却
速さが変化するが、周波数が１０Ｈｚ未満になると冷却
が遅れて良好な焼入れ結果が得られず、一方、周波数６
０Ｈｚを超えると油の粘度にもよるが振動が空回りの状
態となり、やはり良好な焼入れ結果が得られない。この
結果から、冷却油種ＦＷ２４３を冷却液とする本実施例
においては、最適な振動周波数として４０Ｈｚを採用し
た。

【００３９】これにあわせて、噴流攪拌における噴流の
流量を、振動周波数４０Ｈｚに対応すべく５ｍ²／Ｈｒ
とした。そして、それぞれの冷却方法によって焼入れさ
れた試験片において、焼入れ前後における試験片の歪み
量と、内部硬化度とを以下の試験条件に基づいて算出し
た。図１２は、試験片の歪み量を示す図である。図１３
〜図１９はそれぞれの冷却条件で焼入れした試験片の内
部硬度を示す図である。なお、図１３〜図１９はいずれ
も、同一容器内に、振動攪拌機側から順に所定間隔を空
けて配置したＮｏ．１〜Ｎｏ．３の試験片についての内
部硬度を示している。図２０は、被処理物の冷却時間
と、被処理物の冷却状態との関係を示す図である。（歪み量試験条件）８３０℃、６０分間の加熱条件で焼
入れを行い、その焼入れ前後の試験片の開口部をマイク
ロメータによって測定し、その寸法の変化を歪み量とし
た。（内部硬度測定条件）８３０℃、６０分間の加熱条件で
焼入れを行い、その焼入れ後の試験片における最大厚み
部の内部硬度を、ビッカース硬さ計を用いて測定した。

【００４０】図１２に示す結果より、噴流攪拌のみを行
った比較例１及び振動攪拌のみを行った比較例２と比べ
て、振動攪拌を行った後噴流攪拌を行った実施例１〜４
及び振動攪拌と噴流攪拌とを同時に行った比較例３にお
いては、試験片の歪み量が少ないことが分かる。また、
実施例とは逆に、噴流攪拌を行った後振動攪拌を行った
比較例４においても、比較例１及び比較例２と同様に試
験片の歪み量が大きいことが分かる。このことより、振
動攪拌及び噴流攪拌の組み合わせを変更することで、歪
み量に変化が生じることが分かった。つまり、被処理物
の形状、材質に応じて、振動攪拌及び噴流攪拌の組み合
わせを調整することによって、歪みを調整可能であるこ
とが確認できた。

【００４１】また、図１３〜図１９に示す結果より、噴
流攪拌のみを行った比較例１及び振動攪拌のみを行った
比較例２、並びに振動攪拌と噴流攪拌とを同時に行った
比較例３においては、内部硬度にバラツキが生じること
が確認された。このことより、均一な硬度を確保するた
めには、冷却液に振動攪拌及び噴流攪拌をともに行うと
ともに、振動攪拌と噴流攪拌との作動順序が重要である
ことが分かる。また、振動攪拌を１２秒以上行った後噴
流攪拌を行った実施例３及び実施例４においても、内部
硬度にバラツキが生じていることが確認された。このこ
とより、均一な硬度を確保するためには、振動による攪
拌から噴流による攪拌への切り替えタイミングが重要で
あることが分かる。

【００４２】さらに、図２０に示す結果より、冷却液の
冷却状態は、いずれの冷却条件の場合であっても、おお
むね冷却を開始してから約４秒後に蒸気膜段階から沸騰
段階に変化し、さらに、冷却を開始してから約１０秒後
には沸騰段階から対流段階に変化していることが分か
る。つまり、実施例１及び実施例２を実現するために
は、振動攪拌及び噴流攪拌の切り替えにかかる時間を考
慮して、冷却液の冷却状態が蒸気膜段階（冷却開始時か
ら約８秒程度まで）においては、振動攪拌を行い、冷却
液の冷却状態が沸騰段階及び対流段階の適切なタイミン
グにおいては、噴流攪拌を行うようにすればよいことが
分かる。

【００４３】すなわち、上記結果より、冷却液の冷却過
程が蒸気膜段階においては振動によって攪拌し、冷却液
の冷却過程が沸騰段階及び対流段階においては噴流によ
って攪拌した実施例１及び２において、歪み・曲がりな
どの焼入れ変形が抑制され、均一な硬度を有する焼入れ
処理がなされたことが確認できた。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の焼入れ方
法によれば、振動による攪拌と噴流による攪拌とを組み
合わせて、被処理物を冷却する冷却液を振動によって攪
拌した後、噴流によって攪拌することによって、焼入れ
時に被処理物表面に形成される焼入れ油の蒸気膜を振動
攪拌により均一に破壊するとともに、取り除いた蒸気を
噴流攪拌により均一に拡散消失させることが可能とな
る。このため、冷却能のバラツキを抑制し、焼入れ時に
発生する被処理物の歪み・曲がりなどの焼入れ変形を抑
制することが可能となる。本発明の焼入れ装置によれ
ば、本発明の焼入れ方法を容易に実現することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における焼入れ装置の一実施形態を模式
的に示し、（ａ）は正断面図、（ｂ）は図１（ａ）にお
けるｂ−ｂ線に沿った断面図である。

【図２】振動攪拌及び噴流攪拌の一作動状態を示すタイ
ムチャートである。

【図３】振動攪拌及び噴流攪拌の他の作動状態を示すタ
イムチャートである。

【図４】振動攪拌及び噴流攪拌の他の作動状態を示すタ
イムチャートである。

【図５】振動攪拌及び噴流攪拌の他の作動状態を示すタ
イムチャートである。

【図６】被処理物の冷却時間に対する振動攪拌及び噴流
攪拌の作動状態の一実施形態を示すタイムチャートであ
る。

【図７】被処理物の冷却時間に対する振動攪拌及び噴流
攪拌の作動状態の他の実施形態を示すタイムチャートで
ある。

【図８】被処理物の冷却時間に対する振動攪拌及び噴流
攪拌の作動状態の他の実施形態を示すタイムチャートで
ある。

【図９】被処理物の冷却時間に対する振動攪拌及び噴流
攪拌の作動状態の他の実施形態を示すタイムチャートで
ある。

【図１０】振動攪拌における噴流の流量と、振動周波数
との関係を示すグラフである。

【図１１】本発明における振動周波数と、冷却速度との
関係を示すグラフである。

【図１２】焼入れ方法における歪み発生量を示すグラフ
である。

【図１３】振動攪拌のみによって焼入れを行った場合の
内部硬度を示すグラフである。

【図１４】噴流攪拌のみによって焼入れを行った場合の
内部硬度を示すグラフである。

【図１５】振動攪拌を４秒間行った後、噴流攪拌を行う
ようにした焼入れ方法における内部硬度を示すグラフで
ある。

【図１６】振動攪拌を８秒間行った後、噴流攪拌を行う
ようにした焼入れ方法における内部硬度を示すグラフで
ある。

【図１７】振動攪拌を１２秒間行った後、噴流攪拌を行
うようにした焼入れ方法における内部硬度を示すグラフ
である。

【図１８】振動攪拌を１６秒間行った後、噴流攪拌を行
うようにした焼入れ方法における内部硬度を示すグラフ
である。

【図１９】振動攪拌と噴流攪拌を同時に行うようにした
焼入れ方法における内部硬度を示すグラフである。

【図２０】被処理物の冷却時間と、冷却液の冷却状態と
の関係を示す図である。

【図２１】従来の焼入れ装置の一実施形態を模式的に示
す正断面図である。

【符号の説明】

１冷却液２冷却槽３プロペラ攪拌機４振動流（流れ）６容器１０振動攪拌機 (振動攪拌手段）２０噴流攪拌機（噴流攪拌手段）３０制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上博充埼玉県入間郡三芳町北永井888−23 (72)発明者横田秀雄神奈川県横浜市中区千鳥町８番地日石三菱株式会社内 (72)発明者須田聡神奈川県横浜市中区千鳥町８番地日石三菱株式会社内 (72)発明者星野浩之新潟県新潟市竜が島２丁目１番１号日本石油加工株式会社内Ｆターム(参考） 4K034 AA01 AA02 DB03 FA04 FB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液を振動によって攪拌した後、噴流によって攪
拌することを特徴とする焼入れ方法。
【請求項２】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液を振動及び噴流によって攪拌した後、噴流に
よって攪拌することを特徴とする焼入れ方法。
【請求項３】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液を振動によって攪拌した後、振動及び噴流に
よって攪拌し、さらにその後噴流によって攪拌すること
を特徴とする焼入れ方法。
【請求項４】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液を振動によって攪拌した後、振動及び噴流に
よって攪拌することを特徴とする焼入れ方法。
【請求項５】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液の冷却過程である蒸気膜段階において、前記
冷却液を振動によって攪拌するとともに、前記冷却液の
冷却過程である対流段階において、前記冷却液を噴流に
よって攪拌することを特徴とする焼入れ方法。
【請求項６】前記冷却液の冷却過程である沸騰段階に
おいて、前記冷却液の攪拌方法を、振動による攪拌から
噴流による攪拌に切り替えることを特徴とする請求項５
に記載の焼入れ方法。
【請求項７】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ方法において、前記冷却液を、振動による攪拌及び噴流による攪拌の作
動・停止を焼入れ中に個別に制御することで、攪拌する
ことを特徴とする焼入れ方法。
【請求項８】前記冷却液を、振動による攪拌及び噴流
による攪拌の強さも個別に制御することで、攪拌するこ
とを特徴とする請求項７に記載の焼入れ方法。
【請求項９】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を浸
漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所定時間振動によって攪拌した後、噴流に
よって攪拌するように攪拌方法を制御するようになって
いることを特徴とする焼入れ装置。
【請求項１０】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を
浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所定時間振動及び噴流によって攪拌した
後、噴流によって攪拌するように攪拌方法を制御するよ
うになっていることを特徴とする焼入れ装置。
【請求項１１】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を
浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所定時間振動によって攪拌した後、振動及
び噴流によって攪拌し、さらにその後噴流によって攪拌
するように攪拌方法を制御するようになっていることを
特徴とする焼入れ装置。
【請求項１２】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を
浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液を所定時間振動によって攪拌した後、振動及
び噴流によって攪拌するように攪拌方法を制御するよう
になっていることを特徴とする焼入れ装置。
【請求項１３】前記振動を、複数枚の振動板からなる
多段式振動攪拌器によって発生させるとともに、当該多
段式振動攪拌器は、振動周波数を調整可能となっている
ことを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載
の焼入れ装置。
【請求項１４】焼入れ冷却槽内の冷却液に被処理物を
浸漬する焼入れ装置において、前記冷却液の冷却過程である蒸気膜段階において、前記
冷却液を振動によって攪拌するとともに、前記冷却液の
冷却過程である対流段階において、前記冷却液を噴流に
よって攪拌するように攪拌方法を制御するようになって
いることを特徴とする焼入れ装置。
【請求項１５】前記冷却液の冷却過程である沸騰段階
において、前記冷却液の攪拌方法を、振動による攪拌か
ら噴流による攪拌に切り替えるようになっていることを
特徴とする請求項１４に記載の焼入れ装置。
【請求項１６】前記振動を、複数枚の振動板からなる
多段式振動攪拌器によって発生させるとともに、当該多
段式振動攪拌器は、振動周波数を調整可能となっている
ことを特徴とする請求項１４又は１５に記載の焼入れ装
置。