JP2012007202A - ワークの冷却方法及びワークの熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを低温まで効率よく冷却でき冷却時間を短縮することができるワークの冷却方法と、小型の装置でワークに所望の熱処理を行うと共に低温まで効率よく冷却することが可能な熱処理装置とを提供する。
【解決手段】ワーク１１を所定の加熱温度に加熱する加熱部１３と、加熱部１３で加熱したワーク１１に対し、冷却液１５を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却部１７と、第１の冷却部１７で冷却したワーク１１に冷却液１５を接触させて冷却する第２の冷却部１９とを備え、加熱部１３並びに第１及び第２の冷却部１７，１９をワーク１１に対して相対移動可能に構成したワーク熱処理装置１０であり、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温可能な間隔を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを加熱した後に低温まで冷却するためのワークの冷却方法と、その冷却方法を用いたワークの熱処理装置に関する。

鋼材のような各種のワークに、焼入れ、焼戻し、焼鈍しなどの各種の熱処理を行うには、各熱処理に応じて所定の加熱温度に昇温すると共に所定の冷却速度で冷却することで行われる。加熱後にワークを冷却するには、冷却液をワークに接触させて行うのが一般的である。

冷却液を用いた冷却では、成分や濃度が調整された冷却液をワークに対して供給量を調整しつつ接触させることで実施される。冷却時にはワークを所定の加熱温度から金属組織が安定する温度領域まで所定の冷却速度で降温させるのが好ましい。

冷却液を用いた冷却方法については種々の提案がなされている。例えば、下記特許文献１では、低合金鋼からなるロッドを熱処理する際、複数のコイルと複数の冷却器を順次通過させることで、表層部と中心部との温度差を利用し、表層部の耐摩耗性を高めると共に中心部での耐衝撃性を保持させることが行われている。

下記特許文献２では、高周波誘導加熱により熱処理する際、冷却装置を２つに分け、第１冷却手段で冷却液の噴出力を強くすると共に液量を少なくして５００℃付近まで急冷し、第２冷却手段で冷却液の噴出力を弱くすると共に液量を多くして２００℃付近まで徐冷している。このようにすることで、冷却液の一部が加熱側に戻り表面温度を低下させることを防止している。
下記特許文献３では、棒材を急速加熱後に急速冷却し、再度急速加熱して棒材の部位に応じて保持時間を異ならせて再度急冷することで、部分的強度を変えた鋼棒を作製している。

下記特許文献４では、所定の加熱温度に加熱して冷却手段で冷却した条鋼材において、内部の熱量を十分に復熱させた後、圧延することで内部温度を推定し、その後の冷却手段の冷却能力を調整することが行われている。このようにすることで、条鋼材の品質を安定させている。

特開昭５９−９６２２１号公報 特開昭６０−５９０１５号公報 特開２００１−４０４２３号公報 特開２００９−５０８９３号公報

しかしながら、このような冷却液を用いた従来の冷却方法では、ワークの金属組織が変化したり、性質が変化し易い温度領域において、所定の冷却方法を採用することで種々の効果を実現しているものの、それより低い温度領域において冷却する方法については特に検討されていなかった。

冷却工程ではワーク内部の温度がワーク表面よりも高くなるため、ワーク表面を素手で触れる温度程度まで冷却したとしても、そのまま冷却を終了すると、残熱により熱変形が生じたり、外部からの応力により容易に変形が生じ易かった。そのため、従来は、図７に示すように、加熱部１３で加熱されたワーク１１を最終的に冷却する冷却部３１において、内部の温度を十分に低下させるように冷却が行われていた。

ところが、ワーク表面の温度が高ければ、冷却液との温度差が大きいため効率よく冷却可能であるが、最終的な冷却部３１ではワーク表面の温度が低いため、冷却液との温度差が小さい。そのため、冷却液を十分に接触させても十分な冷却を行い難く、冷却処理の時間を長くするしかなかった。ワークに対して加熱部１３や冷却部３１を所定速度で相対移動させて熱処理を行う装置では、冷却部３１の全長を大きく設けなければならず、装置が大型化していた。顕著な場合には、冷却部３１の冷却能力に応じて加熱条件を調整しなければならなかった。

そこで、本発明では、ワークを低温まで効率よく冷却できて処理時間を短縮することができるワークの冷却方法を提供することを目的とし、小型の装置でワークに所望の熱処理を行うと共に低温まで効率よく冷却することが可能な熱処理装置を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するワークの冷却方法は、加熱後のワークに冷却液を接触させて冷却するに当たり、加熱されたワークに冷却液を接触させることで、熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却工程と、第１の冷却工程後のワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させる復熱工程と、復熱工程後のワークに冷却液を接触させて冷却する第２の冷却工程とを備えている。

このような方法によれば、第１の冷却工程で熱変質温度領域より低い温度まで冷却すると、ワークの金属組織が安定化すると同時に、ワーク表面と冷却液との間の温度差が小さくなる。そのため、復熱工程でワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させてから、第２の冷却工程でワークに冷却液を接触させて冷却することにより、ワーク表面と冷却液との間の温度差を広げて冷却することができ、ワークを効率よく冷却することが可能で、処理時間を短縮することができる。

この冷却方法に係る復熱工程は、ワーク表面に冷却液を接触させることなく行うのが好適である。このようにすれば、ワーク表面をより短い時間で昇温させることができ、効率よく冷却液との熱交換を行うことができる。

さらに、この復熱工程では、ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した後、第２の冷却工程を開始するのが好適である。これにより、ワーク内部とワーク表面との間の温度差が小さくなったことを把握できるため、効率よく第２の冷却工程を開始することが可能である。

上記他の目的を達成するワークの熱処理装置は、ワークを所定の加熱温度に加熱する加熱部と、加熱部で加熱されたワークに対し、冷却液を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却部と、第１の冷却部で冷却されたワークに冷却液を接触させて冷却する第２の冷却部とを備え、加熱部並びに第１及び第２の冷却部がワークに対して相対移動可能に構成され、第１の冷却部と第２の冷却部との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させるための間隔を設けていることを特徴とする。

この熱処理装置によれば、第１の冷却部と第２の冷却部との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させるための間隔を設けたので、加熱部並びに第１及び第２の冷却部をワークに対して相対移動させると、加熱部及び第１の冷却部により所望の熱処理が実施されてワークが熱変質温度領域より低い温度まで冷却された後、ワーク内部の熱量を復熱させてワーク表面を昇温させてから第２の冷却部により冷却することが可能である。そのため、ワーク表面と冷却液との温度差を広げて第２の冷却部により効率よく冷却することができる。その結果、第２の冷却部が過剰に大きくなることを防止でき、小型の装置でワークに所望の熱処理を行うと共に低温まで効率よく冷却することが可能である。

この熱処理装置に係る第２の冷却部は、加熱部及び第１の冷却部に対して移動可能に構成されるのが好適である。このようにすれば、第２の冷却部の位置を加熱部及び第１の冷却部の位置に拘わらず調整することができ、ワーク表面の温度がワーク内部の熱量の復熱により昇温した最適な部位を冷却することができ、第２の冷却部によって効率よく冷却することが可能である。

この熱処理装置では、加熱部及び第１の冷却部がワークに沿って移動する第１の移動機構を備え、第２の冷却部が加熱部及び第１の冷却部とは別に、ワークに沿って移動する第２の移動機構を備えた構成としてもよい。このような構成であれば、加熱部及び第１の冷却部をワークに沿って移動させつつ、第２の移動機構を加熱部及び第１の冷却部の位置に拘わらず適宜移動させることが可能で、ワーク内部の熱量の復熱によりワーク表面の温度が昇温した部位を自在に冷却でき、所望の冷却パターンを実現できる。

この熱処理装置では、第１の冷却部と第２の冷却部との間の間隔を調整可能な間隔調整部を介して、第２の冷却部が第１の冷却部と連結されていてもよい。このような構成であれば、加熱部の加熱量及び時間や第１の冷却部の冷却能力などを予め設定してワークを加熱して冷却する場合に、復熱によるワーク表面の昇温部位を予測できるため、予測される部位を第２の冷却部を第１の冷却部に対して従動させつつ冷却することができる。そのため、第２の冷却部を移動させるための構成を簡単にして、効率よくワークを低温まで冷却することが可能である。

本発明のワークの冷却方法によれば、加熱されたワークに冷却液を接触させることで、熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却工程と、第１の冷却工程後のワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させる復熱工程と、復熱工程後のワークに冷却液を接触させて冷却する第２の冷却工程とを備えるので、ワークを低温まで効率よく冷却できて処理時間を短縮することができるワークの冷却方法を提供することができる。

本発明のワークの熱処理冷却装置によれば、ワークを所定の加熱温度に加熱する加熱部と、加熱部で加熱されたワークに対し、冷却液を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却部と、第１の冷却部で冷却されたワークに冷却液を接触させて冷却する第２の冷却部とを備え、加熱部並びに第１及び第２の冷却部がワークに対して相対移動可能に構成され、第１の冷却部と第２の冷却部との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温可能な間隔を設けているので、小型の装置でワークに所望の熱処理を行うと共に低温まで効率よく冷却することが可能な熱処理装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るワークの熱処理装置を示す図である。 第１実施形態に係るワークの熱処理装置において冷却時の温度変化を示すグラフである。 図７に示すような従来のワークの熱処理装置において冷却時の温度変化を示すグラフである。 第１実施形態の変形例に係るワークの熱処理装置を示す図である。 第２実施形態に係るワークの熱処理装置を示す図である。 第３実施形態に係るワーク冷却装置を備えた熱処理装置を示す図である。 従来のワーク冷却装置を備えた熱処理装置を示す図である。

以下、図１乃至図６を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１及び図２は、本実施形態１の熱処理装置を示す。
この熱処理装置１０は、ワーク１１を、例えば焼入れ、焼戻し、焼鈍しなど、金属組織を変化させる各種の熱処理として加熱及び冷却を行うと共に、さらに低温まで冷却する装置であり、ワーク１１を所定の加熱温度に加熱する加熱部１３と、加熱部１３で加熱された高温のワーク１１に対し、冷却液１５を接触させて冷却する第１の冷却部１７と、第１の冷却部１７で冷却されたワーク１１に冷却液１５を接触させて冷却する第２の冷却部１９とを備える。

加熱及び冷却の対象となるワーク１１は、加熱後に冷却液１５を直接接触させて冷却可能な鋼材等の各種の金属などの材料からなるものであればよいが、冷却時にワーク表面とワーク内部との温度差が生じ易いことから、比表面積が大きい材料が好適であり、例えば、円柱、角柱のようなワーク１１の場合、最小幅が２５ｍｍ以上の材料が好適である。このワーク１１は短いものであってもよいが、復熱工程を行い易いことなどから、例えば、３ｍ以上、或いは５ｍ以上の長尺のワーク１１であってもよい。この実施形態では、例えばボールネジ、直線レール、パイプ等の長尺材料を熱処理可能な装置となっている。

熱処理装置１０の加熱部１３は、ワーク１１を加熱可能で、ワーク１１に対して相対移動可能なものであれば適宜採用可能であり、ここでは、誘導加熱コイルにより構成されている。この加熱部１３では、供給電力や移動速度を調整することで、加熱温度及び加熱時間が所定の量となるようにワーク１１を加熱可能である。加熱温度及び加熱時間は熱処理の種類やワークの材質及び大きさなどに応じて適宜設定される。

熱処理装置１０の第１の冷却部１７は、加熱されたワーク１１に対し、冷却液１５を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却可能であって、ワーク１１に対して相対移動可能に構成されている。
ここで、 熱変質温度領域とは、ワーク１１がこの温度領域に加熱されることで、各種の相変態や金属組織の変化などが生じる温度領域であり、この温度領域より低い温度であれば、金属組織が安定な状態を維持できる温度領域である。鋼材等の金属の場合、熱変質温度領域より低い温度領域は、例えば１５０℃以下、好ましくは１２０℃以下、特に好ましくは１００℃以下の温度領域である。

一方、第２の冷却部１９は、第１の冷却部１７において冷却されたワーク１１に冷却液１５を接触させることで、十分に低温まで冷却可能であって、ワーク１１に対して相対移動可能に構成されている。

これらの第１の冷却部１７及び第２の冷却部１９で使用する冷却液１５としては、水や水に各種の添加剤を添加した水性液などを用いることができる。水又は水性液を用いることで、蒸発潜熱を利用して冷却効率を向上することができて好適である。
第１の冷却部１７で用いる冷却液１５と、第２の冷却部１９で用いる冷却液１５とは同一であっても異なっていてもよい。この実施形態では、第１の冷却工程では、水に所定の添加剤が所定濃度となるように添加された冷却液１５を使用し、第２の冷却工程では水を使用している。

第１及び第２の冷却部１７，１９において、冷却液をワーク１１に接触させる構成は特に制限されず、例えば、ワーク１１に対して冷却液を適度な圧力で噴射するような構成や、重力により冷却液をシャワーリングする構成などを採用可能である。

この熱処理装置１０では、これらの加熱部１３、第１の冷却部１７及び第２の冷却部１９がワーク１１に対して移動可能に構成されている。
ここでは、加熱部１３と第１の冷却部１７とが一体的に連結されて、ワーク１１に対して一体的に移動可能に構成されているのが好適である。このようにすれば、加熱部１３の加熱量及び時間や第１の冷却部１７の冷却能力などを予め設定した状態で、ワーク１１に対して所定速度で相対移動させることで、所望の熱処理を安定して行うことができ、加熱部１３及び第１の冷却部１７の調整や制御を容易にでき、熱処理装置１０の構成を簡略化し得る。

このような本実施形態の熱処理装置１０では、第１及び第２の冷却部１７，１９をワーク１１に対して移動させた際、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させるための間隔を設けることが必要である。
ここで、ワーク１１の復熱による昇温とは、ワーク表面よりワーク内部の温度が高い状態で、ワーク内部からの熱伝達によりワーク表面の温度が上昇することである。第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間の間隔が短いとワーク内部の温度が高くても上昇することが困難であるため、ワーク表面の昇温が可能な程度に両者を離間させることが必要である。

また、この実施形態では、第２の冷却部１９は、加熱部１３及び第１の冷却部１７に対して移動可能に構成されている。具体的には、加熱部１３及び第１の冷却部１７が、ワーク１１に沿って移動する第１の移動機構２１を備え、第２の冷却部１９が、加熱部１３及び第１の冷却部１７とは別に、ワーク１１に沿って移動する第２の移動機構２３を備えており、第１の移動機構２１と第２の移動機構２３とが制御部２５により適宜制御されることで、両者の間に所定の間隔を設けてそれぞれが独立に移動することが可能となっている。これらの第１及び第２の移動機構２１，２３の構成は任意であり、例えば回転駆動可能な異なるネジロッドにそれぞれ螺合されていてもよい。

この実施形態の場合、制御部２５において、加熱部１３及び第１の冷却部１７が予め設定されたプログラムに基づいて移動し、第２の冷却部１９が第１の冷却部１７に対して適宜設定された距離だけ離間した位置で、第１の冷却部１７と同様に移動するように制御されている。

次に、このような熱処理装置１０を用いてワーク１１を加熱して冷却する方法について説明する。
熱処理装置１０に、長尺材料からなるワーク１１が両端側で固定されており、このワークに対して、加熱部１３並びに第１及び第２冷却部１７，１９が移動することで、ワーク１１の一方の端部側から順次熱処理が行われる。この熱処理は、ワーク１１を加熱部１３により所定の加熱温度及び加熱時間で加熱する加熱工程を行い、その後、第１及び第２の冷却部１７，１９によりワーク１１を冷却することで行う。

ワーク１１の冷却は、第１の冷却部１７において、加熱されたワーク１１に冷却液１５を接触させることで、熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却工程と、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間の間隙において、第１の冷却工程後のワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させる復熱工程と、第２の冷却部１９において、復熱工程後のワーク１１に冷却液１５を接触させて冷却する第２の冷却工程とにより行う。この冷却時におけるワーク１１の温度変化を図２に示す。

この熱処理装置１０の場合、加熱部１３及び第１の冷却部１７が一体的に連結されているため、加熱部１３及び第１の冷却部１７がワーク１１に対して他方側に一定速度で移動することで、加熱工程において、ワーク１１の各部を所定の加熱温度で所定時間加熱し、続いて、第１の冷却工程において、ワーク１１各部を熱変質温度領域より低い温度となる時点（Ｔ１）以後まで冷却する。

第１の冷却工程では、ワーク内部が熱変質温度領域より低い温度まで冷却されることが好ましいが、ワーク内部の温度を把握することが困難であるため、第１の冷却工程では、少なくともワーク表面の温度が熱変質温度領域より低い温度まで冷却されればよい。その場合、ワークの大きさや形状に応じてワーク内部の温度が熱変質温度領域より低くなるように予め設定された温度以下まで冷却されるのが好適である。

次いで、復熱工程では、第１の冷却工程後のワークにおいて、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させる。この実施形態では、ワーク表面に冷却液１５を接触させることなく放置することで復熱工程を行う。

ワーク表面と冷却液１５との温度差が大きい場合には、冷却液１５を多量に接触させることで効率よくワーク１１を冷却できるが、このように第１の冷却工程において十分に冷却されることで、ワーク表面と冷却液１５との温度差が小さくなり、例えば両者の温度差が８０℃以下、さらに５０℃以下の状態となると、固液界面における熱量の伝達速度が小さくなり、効率よくワーク１１を冷却することが容易でない。その状態では、第１の冷却工程を継続してワーク表面全体に十分な冷却液１５を接触させる以上に多量に供給したとしても、ワーク表面の冷却速度は向上することができなくなる。

そのために、この復熱工程において、ワーク内部の熱量をワーク表面側に伝達させてワーク表面を十分に昇温させることで、ワーク表面と冷却液１５との温度差を大きくし、両者の温度差を、例えば５０℃以上、好ましくは８０℃以上にして、ワーク表面と冷却液１５との間の熱伝達速度を向上させる。

なお、この復熱工程では、熱変質温度領域より低い温度の範囲で昇温させなければならない。この温度であれば、昇温させてもワーク１１の品質を低下することを防止できる。

次いで、第２の冷却工程では、復熱によりワーク表面の温度が上昇したワーク１１に冷却液１５を接触させることで、十分に低い温度までワーク１１を冷却する。
ここでは、復熱工程において、ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した時点（Ｔ２）以後で、第２の冷却工程を開始する。ワーク表面の昇温速度は、ワーク内部とワーク表面との温度差に応じて変動する。そのため、ワーク表面の昇温速度が所定値以下となれば、ワーク内部とワーク表面との温度差が小さくなっているため、その時点で第２の冷却工程を開始することで、効率よく時間を短縮して冷却を実施することが可能である。この値は予め設定しておくことができる。

そして、第２の冷却工程を継続してワーク１１を冷却することで、ワーク１１の温度を十分に低下させ、ワーク１１の冷却を完了することができる。

以上のようにして、加熱部１３で加熱されたワーク１１を冷却すれば、第１の冷却工程で熱変質温度領域より低い温度まで冷却することで、ワーク１１の金属組織が安定化すると同時に、ワーク表面と冷却液１５との間の温度差が小さくなる。そのため、復熱工程でワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させてから、第２の冷却工程でワーク１１に冷却液１５を接触させて冷却することにより、ワーク表面と冷却液１５との間の温度差を広げて冷却することができ、これによりワーク１１を低温まで効率よく冷却することが可能で、冷却処理に要する時間を短縮することができる。

この点を具体的に説明すれば、例えば直径５０ｍｍの丸棒形状のワークを１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で連続的に熱処理する場合、図７に示すような従来の熱処理装置を用い、加熱部１３で加熱したワーク１１を冷却部３１により一度に連続して冷却すると、加熱後の温度変化は図３のようになる。
ところが、同一のワークを図１に示す本実施形態の熱処理装置を用い、同一条件で加熱処理し、第１の冷却部１７で第１の冷却工程を行い、復熱工程を設けて第２の冷却部１９で第２の冷却工程を行うと、加熱後の温度変化は図２の実線のようになる。ここでは、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９とから供給される冷却水の温度や供給量などを図７の熱処理装置の冷却部３１と同一にしている。
その結果、図７及び図３に示す従来の熱処理装置では、効率よく冷却が行なえず処理時間が長く、冷却処理が追いつかずに加熱処理の速度を遅くすることが必要であるのに対し、図１及び図２に示す本実施形態の熱処理装置では、第１の冷却工程と第２の冷却工程とを分け、その間に復熱工程を設けていても、効率よく冷却が行なえるため、冷却処理の時間が長時間になるようなことはなく、処理時間を短縮することができる。しかも、この実施形態の装置では、冷却液１５の使用量を少なく抑えることもできる。

この実施形態では、さらに冷却時における復熱工程で、ワーク表面に冷却液１５を接触させることなく行なっているので、ワーク表面をより短い時間で昇温させることができ、効率よく冷却液１５との熱交換を行うことができる。

この復熱工程では、ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した後、第２の冷却工程を開始しているので、ワーク内部とワーク表面との間の温度差が小さくなったことを把握でき、一層効率よく第２の冷却工程を行うことができる。

以上のような熱処理装置１０によれば、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間に、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温可能な間隔を設けたので、加熱部１３並びに第１及び第２の冷却部１７，１９をワーク１１に対して相対移動させると、加熱部１３及び第１の冷却部１７により所望の熱処理が実施されて熱変質温度領域より低い温度まで冷却された後、復熱によりワーク表面を昇温させてから第２の冷却部１９により冷却することが可能である。そのため、ワーク表面と冷却液１５との温度差を広げて第２の冷却部１９により効率よく冷却することができて第２の冷却部１９が過剰に大きくなることを防止でき、小型の装置でワーク１１に所望の熱処理を行うと共に低温まで効率よく冷却することが可能である。

しかも、この熱処理装置１０の第２の冷却部１９は、加熱部１３及び第１の冷却部１７に対して移動可能に構成されているので、第２の冷却部１９の位置を調整することで、ワーク表面の温度がワーク内部の熱量の復熱により昇温した部位を最適な位置で冷却することができ、第２の冷却部１９により効率よく冷却することが可能である。

なお、この実施の形態では、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、上記では、第１の移動機構２１と第２の移動機構２３とが制御部２５により制御されることで、両者の間に所定の間隔を離間してそれぞれが移動するように構成した例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。
例えば、図４に示すように、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９との間で、ワーク１１の表面温度を温度検出センサ２７により検出し、第１の冷却部１７が通過した後のワーク１１の表面温度が上昇している部位に、第２の移動機構２３を加熱部１３及び第１の冷却部１７の位置に拘わらず適宜移動させて、その部位を冷却するようにしてもよい。このような構成を採用することで、ワーク内部の熱量によりワーク表面の温度が昇温した部位を自在に冷却でき、例えば、ワーク１１の各部において所望の冷却パターンにより冷却することが可能となる。

上記実施形態では、第２の冷却工程を１つの冷却部により一度に冷却した例について説明したが、第２の冷却工程を複数に分けて行うことは可能である。
その場合、例えば図２に破線Ａで示すように、分割された第２の冷却工程において、最初の復熱工程を開始した時点（Ｔ１）の温度より低い温度に到達した時点（Ｔ３）以後にワーク内部の熱量によりワーク表面の温度を上昇させる復熱工程を再び行い、ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した時点（Ｔ４）以後に、分割された第２の冷却工程を開始することができる。その後にも、図２に破線Ｂで示すように、直前の復熱工程を開始した時点（Ｔ３）の温度より低い温度に到達した時点（Ｔ５）以後に復熱工程を再び行い、ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した時点（Ｔ６）以後に、さらに分割された第２の冷却工程を開始することができる。
このようにして、第２の冷却工程を複数に分けることで、より効率よく低温まで冷却することが可能である。

上記実施形態では、長尺のワーク１１に対して加熱部１３や第１及び第２の冷却部１７，１９を移動させることで、ワーク１１の一方の端部から他方の端部側へ順次加熱及び冷却を行うように構成したが、ワーク１１が短く、全体を同時に加熱及び冷却処理を行う場合であっても、同様に本実施形態の冷却方法を採用することが可能である。
その場合、所定の加熱温度及び所定の加熱時間で加熱を行い、その後、ワーク１１に冷却液を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却し、ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させ、その後、ワークに冷却液を接触させて冷却すればよい。このようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

［第２の実施形態］
図５は、本実施形態２に係るワークの熱処理装置を示す。
この熱処理装置１０では、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９とが、両者の間の間隔を調整可能な間隔調整部２９により連結されている。その他は、実施形態１と同様の構成である。

このような構成によれば、実施形態１と同様にワーク１１を熱処理したり、加熱後のワーク１１を冷却したりすることが可能である上に、加熱部１３の加熱量及び時間や第１の冷却部１７の冷却能力などを予め設定して所定のワーク１１を加熱して冷却する場合に、復熱によるワーク表面の昇温部位を予測することで、第２の冷却部１９を第１の冷却部１７に対して従動させつつその部位を冷却することができる。そのため、簡単な構成で、効率よくワーク１１を低温まで冷却することが可能である。

［第３の実施形態］
図６は、本実施形態３に係るワークの熱処理装置を示す。
この実施形態３に係る熱処理装置１０では、ワーク１１が上下方向に配置され、そのワークに対して、加熱部１３並びに第１及び第２の冷却部１７，１９が設けられている。その他は、実施形態１と同様である。

この熱処理装置１０によりワーク１１を加熱して冷却するには、上から加熱部１３、第１の冷却部１７、第２の冷却部１９の順でワーク１１の周囲に配置し、ワーク１１の下側から上方に向けてこれらを移動させることで行うことが可能である。
このようにすれば、実施形態１と同様にワーク１１を加熱したり、加熱後のワーク１１を冷却することが可能であることに加え、第１及び第２の冷却部１７，１９により供給された冷却液を、第１及び第２の冷却部１７，１９より下方のワーク表面で流下させることができるため、一層効率よくワーク１１の冷却を行うことが可能である。

なお、上記各実施形態では、第１の冷却部１７と第２の冷却部１９とをそれぞれ一つ設けた構成例について主として説明したが、第１の冷却部１７や第２の冷却部１９を複数設けることは当然に可能であり、これにより第１の冷却工程や第２の冷却工程を複数回に分けて実施してもよい。複数の第１の冷却部１７あるいは複数の第２の冷却部１９を設ける場合には、各第１の冷却部１７間や各第２の冷却部１９間に復熱のための間隔を設けることで、冷却工程と復熱工程とを各実施形態と同様に繰り返すことができ、ワーク１１の冷却の効率をより向上することが可能である。

１０ 熱処理装置
１１ ワーク
１３ 加熱部
１５ 冷却液
１７ 第１の冷却部
１９ 第２の冷却部
２１ 第１の移動機構
２３ 第２の移動機構
２５ 制御部
２７ 温度検出センサ
２９ 間隔調整部

Claims (7)

1. 加熱後のワークに冷却液を接触させて冷却するワークの冷却方法であって、
   加熱された上記ワークに上記冷却液を接触させることで、熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却工程と、
   第１の冷却工程後の上記ワーク表面をワーク内部からの復熱により昇温させる復熱工程と、
   復熱工程後の上記ワークに上記冷却液を接触させて冷却する第２の冷却工程とを備える、ワークの冷却方法。
2. 前記復熱工程は、前記ワーク表面に前記冷却液を接触させることなく行う、請求項１に記載のワークの冷却方法。
3. 前記復熱工程で前記ワーク表面の昇温速度が所定値以下に低下した後、前記第２の冷却工程を開始する、請求項１に記載のワークの冷却方法。
4. ワークを所定の加熱温度に加熱する加熱部と、該加熱部で加熱された上記ワークに対し、冷却液を接触させて熱変質温度領域より低い温度まで冷却する第１の冷却部と、上記第１の冷却部で冷却された上記ワークに上記冷却液を接触させて冷却する第２の冷却部とを備え、上記加熱部並びに上記第１及び第２の冷却部が上記ワークに対して相対移動可能に構成されたワーク熱処理装置であり、
   上記第１の冷却部と上記第２の冷却部との間に、上記ワーク表面を該ワーク内部からの復熱により昇温させるための間隔を設けた、ワークの熱処理装置。
5. 前記第２の冷却部は、前記加熱部及び前記第１の冷却部に対して移動可能に構成された、請求項４に記載のワークの熱処理装置。
6. 上記加熱部及び上記第１の冷却部は、上記ワークに沿って移動する第１の移動機構を備え、上記第２の冷却部は、上記加熱部及び上記第１の冷却部とは別に、上記ワークに沿って移動する第２の移動機構を備える、請求項５に記載のワーク熱処理装置。
7. 上記第２の冷却部は、上記第１の冷却部との間の間隔を調整可能な間隔調整部を介して上記第１の冷却部と連結されている、請求項５に記載のワークの熱処理装置。

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