JP2013181226A - 焼入れ方法および焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、焼入れ処理対象の温度が均一な状態でマルテンサイト変態温度を超えるよう急冷して、歪や変形が生じることなく容易に且つ確実に焼入れ処理対象を焼入れすることができる方法およびその装置を提供する。
【解決手段】焼入れ装置は、所定温度に加熱された部品Ｗに対してミスト状の冷却剤Ｃを吹き付けるミスト吹き付け手段１と、部品Ｗとミスト吹き付け手段１を収容するチャンバ２と、部品Ｗの温度がマルテンサイト変態温度を超える前にチャンバ２内を減圧する減圧手段３とを備えている。部品Ｗの温度がマルテンサイト変態温度を超える前に、部品Ｗとミスト状の冷却剤Ｃの周囲の雰囲気の圧力を低下させることにより、冷却剤Ｃの沸点を低下させ、部品Ｗと冷却剤Ｃの液滴との間に発生する蒸気膜を維持し、部品Ｗの温度を均一化させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、焼入れ方法および焼入れ装置に関し、さらに詳しくは、所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせる焼入れ方法、および、所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせるミスト吹き付け手段を備えた焼入れ装置に関するものである。

焼入れ処理対象を焼入れ処理するに際しては、所定温度に加熱された焼入れ処理対象を冷却剤に接触させることより急激にマルテンサイト変態温度を超える（下回る）よう冷却する。このような焼入れ処理対象を焼入れ処理するための従来の技術として、たとえば特許文献１に開示されているように、冷却剤をミスト状にして焼入れ処理対象に吹き付けることが行われている。

特許文献１には、被処理物を搬送する搬送装置の搬送経路を囲んで配置されミスト状の冷却液を供給するミスト冷却装置を備えた熱処理装置が開示されており、さらに、ミスト冷却装置は、搬送経路に沿って延在して設けられ冷却液が供給される管体と、管体に搬送経路に沿って互いに離間して設けられたノズル部とを有することが開示されている。

そして、特許文献１の０００７には、「ミスト冷却装置によるミスト状の冷却液供給により、全体に一様に冷却液を供給できるため、被処理物を一様に冷却することが可能になり、温度分布等に起因して生じる被処理物の歪や変形を抑制することができる。」などと記載されている。
また、特許文献１の００１４、００５０には、「被処理物の冷却時に押圧装置により被処理物に対して押圧力が付与されつつ冷却されるため、被処理物の歪みや変形を充分小さく抑えることができる。」などと記載されている。
さらに、特許文献１の００５３には、「被処理物の温度をより高精度に管理するために、放射温度計等の計測装置を冷却室に配置して被処理物の温度を計測し、各位置で計測した結果に基づいて、ノズル部毎にミスト状冷却液の供給量を制御することにより、被処理物をより均一に冷却して歪や変形を抑えることができる。」などと記載されている。

特開２０１０−３８５３１号公報

しかしながら、焼入れ処理対象には、その形状や材質などの要因により、温度の下がり易い部分と温度の下がり難い部分とがあり、部分によって温度差が生じる。このように部分によって温度差が生じた状態の焼入れ処理対象に対して、上記の特許文献１のように、ただ単にミスト状の冷却剤を全体に一様に供給したのでは、実際に焼入れ処理対象を一様に冷却することはできず、その結果、焼入れ処理対象に歪や変形が生じるという問題があった。

そして、上記特許文献１にあっては、ミスト状の冷却剤をただ単に吹き付けても焼入れ処理対象の歪や変形を抑えることができないために、焼入れ処理対象の冷却時に押圧装置により押圧力を付与する必要があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、焼入れ処理対象の温度が均一な状態でマルテンサイト変態温度を超えるよう急冷して、歪や変形が生じることなく容易に且つ確実に焼入れ処理対象を焼入れすることができる方法およびその装置を提供することを目的とする。

本願請求項１の焼入れ方法に係る発明は、上記目的を達成するため、所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせる焼入れ方法であって、前記焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に雰囲気圧力を低下させることを特徴とする。
本願請求項２の焼入れ方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、前記焼入れ処理対象に対して相対的に回転させた状態で、前記ミスト状の冷却剤を吹き付けることを特徴とする。
本願請求項３の焼入れ方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１または２のいずれかに記載の発明において、前記ミスト状の冷却剤の滴径を０．５〜２．０ｍｍとすることを特徴とする。
本願請求項４の焼入れ方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼入れ処理対象の温度を検出して、該検出された温度に応じて雰囲気圧力を制御することを特徴とする。
本願請求項５の焼入れ方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却剤として、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含むことを特徴とする。
また、本願請求項６の焼入れ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせるミスト吹き付け手段を備えた焼入れ装置であって、前記焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段を収容するチャンバと、前記焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に前記チャンバ内を減圧する減圧手段とを備えたことを特徴とする。
本願請求項７の焼入れ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項６に記載の発明において、前記焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段とを相対的に回転させる回転手段を備えたことを特徴とする。
本願請求項８の焼入れ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項６または７のいずれかに記載の発明において、前記ミスト吹き付け手段は、滴径が０．５〜２．０ｍｍの冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることを特徴とする。
本願請求項９の焼入れ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項６〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記焼入れ処理対象の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検出された前記焼入れ処理対象の温度に応じて雰囲気圧力を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
本願請求項１０の焼入れ装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項６〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記ミスト吹き付け手段が、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含む冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に雰囲気圧力を低下させることにより、冷却剤の沸点が低下してライデンフロスト現象の状態が持続されるため、その状態の間に焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱が移動するので、焼入れ処理対象の温度が均一となり、その後、ライデンフロスト温度を下回ると焼入れ処理対象の表面とミスト状の冷却剤の液滴との間に発生していた蒸気膜がなくなり、焼入れ処理対象の表面にミスト状の冷却剤の液滴が密着して焼入れ処理対象の温度が急激にマルテンサイト変態温度を超え、焼入れされることとなる。焼入れ処理対象は、全体の温度が均一な状態で焼入れされるため、歪や変形が発生することがない。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記焼入れ処理対象に対して相対的に回転させた状態で、前記ミスト状の冷却剤を吹き付けることにより、焼入れ処理対象全体にミスト状の冷却剤を均一に吹き付けることができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または２のいずれかに記載の発明において、前記ミスト状の冷却剤の滴径を０．５〜２．０ｍｍとすることにより、ライデンフロスト現象の状態を確実に持続することができ、したがって、焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱を確実に移動させることができるので、焼入れ処理対象の温度を確実に均一にすることができる。
請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記焼入れ処理対象の温度を検出して、該検出された温度がライデンフロスト温度を下回りそうな低い場合には雰囲気圧力をより低くするように、検出された温度に応じて雰囲気圧力を制御することで、冷却剤の沸点を適切に低下させて、ライデンフロスト現象の状態を確実に持続することができ、したがって、焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱を確実に移動させることができるので、焼入れ処理対象の温度を確実に均一にすることができる。
請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記冷却剤として、焼入れ処理対象の特性に応じて、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含むことにより、焼入れ処理対象のマルテンサイト変態温度特性に応じて、適切に焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を急激に超えて冷却され、焼入れされることとなる。
また、請求項６の発明によれば、焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段を収容するチャンバと、前記焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に前記チャンバ内を減圧する減圧手段とを備えたことにより、チャンバ内で焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に減圧手段によって雰囲気圧力を低下させる。これにより冷却剤の沸点が低下してライデンフロスト現象の状態が持続されるため、その状態の間に焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱が移動するので、焼入れ処理対象の温度が均一となる。その後、ライデンフロスト温度を下回ると焼入れ処理対象の表面とミスト状の冷却剤の液滴との間に発生していた蒸気膜がなくなり、焼入れ処理対象の表面にミスト状の冷却剤の液滴が密着して焼入れ処理対象の温度が急激にマルテンサイト変態温度を超え、焼入れされることとなる。焼入れ処理対象は、全体の温度が均一な状態で焼入れされるため、歪や変形が発生することがない。
請求項７の発明によれば、請求項６に記載の発明において、焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段とを相対的に回転させる回転手段を備えたことにより、焼入れ処理対象に対して相対的に回転させた状態で、ミスト状の冷却剤を吹き付けることができ、したがって、焼入れ処理対象全体にミスト状の冷却剤を均一に吹き付けることができる。
請求項８の発明によれば、請求項６または７のいずれかに記載の発明において、ミスト吹き付け手段は、滴径が０．５〜２．０ｍｍの冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることにより、ライデンフロスト現象の状態を確実に持続させることができ、したがって、焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱を確実に移動させることができるので、焼入れ処理対象の温度を確実に均一にすることができる。
請求項９の発明によれば、請求項６〜８のいずれか１項に記載の発明において、焼入れ処理対象の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により検出された前記焼入れ処理対象の温度に応じて雰囲気圧力を制御する制御手段とを備えていることにより、前記焼入れ処理対象の温度を検出して、該検出された温度がライデンフロスト温度を下回りそうな低い場合には雰囲気圧力をより低くするように、制御手段が検出された温度に応じて雰囲気圧力を制御することで、冷却剤の沸点を適切に低下させて、ライデンフロスト現象の状態を確実に持続することができ、したがって、焼入れ処理対象の温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱を確実に移動させることができるので、焼入れ処理対象の温度を確実に均一にすることができる。
請求項１０の発明によれば、請求項６〜９のいずれか１項に記載の発明において、ミスト吹き付け手段が、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含む冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることにより、焼入れ処理対象のマルテンサイト変態温度特性に応じて冷却剤を選択して、適切に焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を急激に超えて冷却され、焼入れされることとなる。

部品温度と液滴寿命との関係と、ライデンフロスト現象を説明するために示した図である。 一般的な焼入れ時の部品温度の時間経過による変化を説明するために示したグラフである。 本発明において、焼入れ時の部品温度の時間経過による変化を説明するために示したグラフである。 本発明において、雰囲気圧力を低下させることにより、雰囲気圧力を低下させない場合と比較してライデンフロスト温度が低下することを説明するために示したグラフである。 本発明の焼入れ装置の実施の一形態を説明するために概念的に示した断面図である。 本発明により、部品の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に雰囲気圧力を低下させた場合のライデンフロスト現象による温度均一化時間を説明するために示したグラフである。 図６に示した本発明と比較するために、雰囲気圧力を変化させることなく大気圧のままとした場合の、ライデンフロスト現象による温度均一化時間を説明するために示したグラフである。 本発明と一般的な雰囲気圧力を変化させない場合との、焼入れ時の時間経過によるチャンバ内の圧力変化の違いを説明するために示したグラフである。 本発明と一般的な雰囲気圧力を変化させない場合との、時間経過による温度変化から温度均一化時間の長さの違いを説明するために示したグラフである。 焼入れ処理対象としてギヤを焼入れした場合の、本発明と一般的な雰囲気圧力を変化させない場合との、歯車精度（歯溝の振れ）を測定した結果を示すグラフである。 焼入れ処理対象としてギヤを焼入れした場合の、本発明により炉内を減圧するとともに治具を回転させた場合と、図１０に示したものと同様に、本発明により炉内を減圧するだけで治具を回転させない場合と、本発明と比較するために炉内を減圧することなく且つ治具を回転させない場合との、歯車精度（歯溝の振れ）を測定した結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態として、ミスト状に吹き付ける冷却剤の滴径を変化させた場合の、時間経過に対する焼入れ処理対象の表面温度変化を説明するために示したグラフである。 本発明の第３の実施の形態として、焼入れ処理対象の温度に応じて雰囲気圧力を制御する場合を説明するために示した、時間経過に対する焼入れ処理対象の温度と圧力の変化を示したグラフである。

最初に、本発明の基本的な構成を図１〜図４に基づいて説明する。上述したように、焼入れ処理対象（部品Ｗという）を焼入れするに際しては、所定温度に加熱された部品Ｗに対して、冷却剤Ｃをミスト状に吹き付けると、部品Ｗの表面温度がライデンフロスト温度以上の状態では、図１のＡに示すように、部品Ｗの表面と冷却剤Ｃの液滴との間に蒸気膜が発生して、冷却剤Ｃの液滴が部品Ｗの表面から浮いた状態で留まるライデンフロスト現象が発現する。このとき、部品Ｗは、その表面から冷却剤Ｃが離れている状態であるため、急激に冷却されることはない。そして、部品Ｗの表面温度がライデンフロスト温度以下に低下すると、図１のＢに示すように、部品Ｗの表面と冷却剤Ｃの液滴との間の蒸気膜が消失して、冷却剤Ｃの液滴が部品Ｗの表面に密着することにより部品Ｗを急激に冷却し（この、ライデンフロスト現象が発現して部品Ｗが急冷されない状態から、ライデンフロスト温度を下回って蒸気膜が消失し部品Ｗが急冷されることをライデンフロスト効果という）、最終的に冷却剤Ｃが気化して液滴がなくなる。この冷却剤Ｃの液滴が部品Ｗの表面に吹き付けられてから気化してなくなるまでにかかる時間を液滴寿命とする。このミスト状の冷却剤Ｃによる部品Ｗの温度の時間経過による一連の変化は、図２に示されている。

本発明では、ライデンフロスト現象により部品Ｗが急激に冷却されない、すなわち、冷却速度が遅い状態のときに、部品Ｗの形状などによって温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で熱が移動して部品Ｗの温度が均一化され、しかもその後に、急激にマルテンサイト変態温度を超えるよう冷却されるライデンフロスト効果に着目し、図３に示すように、ライデンフロスト現象をできるだけ長時間にわたって維持することにより部品Ｗの温度を確実に均一化させ（温度均一化の促進）、この状態からライデンフロスト温度を下回ることにより急激にマルテンサイト変態温度を超えるよう冷却するようにしている。そして、このために、具体的には、図４に示すように、部品Ｗとミスト状の冷却剤Ｃの液滴との雰囲気の圧力を低下させることにより、冷却剤Ｃの沸点を低下させる、つまり、ライデンフロスト温度をマルテンサイト変態温度よりも高い範囲で低下させて、部品Ｗと冷却剤Ｃの液滴との間に発生する蒸気膜を維持するようにした。

次に、上記の基本的な構成に基づいた本発明の焼入れ装置を図５により説明する。
本発明の焼入れ装置は、概略、所定温度に加熱された部品Ｗに対してミスト状の冷却剤Ｃを吹き付けて、部品Ｗにマルテンサイト変態を生じさせるミスト吹き付け手段１と、部品Ｗとミスト吹き付け手段１を収容するチャンバ２と、部品Ｗの温度がマルテンサイト変態温度を超える前にチャンバ２内を減圧する減圧手段３とを備えている。

図５に示した実施の形態において、焼入れ処理する部品Ｗとして、例えばリングギヤやシャフトなどの軸対称部品を焼入れ処理することができる。そして、この実施の形態における部品Ｗは、例えばクロム鋼などの浸炭鋼により構成することができる。また、チャンバ２は、密閉可能な炉により構成されている。さらに、炉２の上方には、リングギヤなどの部品Ｗを所定の温度に加熱するための加熱手段として高周波誘導加熱コイル４が設けられている。

炉２の下方には、部品Ｗを支持するための治具５が設けられている。治具５は、部品Ｗを高周波誘導加熱コイル４により加熱する上昇位置と、部品Ｗを治具５にセットしあるいは取出し、また、所定温度に加熱された部品Ｗに対してミスト吹き付け手段１によりミスト状の冷却剤Ｃを吹き付ける下降位置との間で昇降移動するように支持されている。なお、後述するように、治具５は、軸回りに回転駆動する回転手段に接続されて、昇降移動および回転可能に支持されることができる。また、治具５に支持された部品Ｗがミスト吹き付け手段１のノズル１０に対して相対的に回転することができればよく、治具５に対してノズル１０を回転させることができるよう構成することもできる。

ミスト吹き付け手段１は、炉２の内壁面に配設されたノズル１０を含んでいる。ノズル１０は、液状の冷却剤Ｃが圧送されて、所定の滴径の冷却剤Ｃをミスト状に噴霧することができるよう構成されている。冷却剤Ｃは、焼入れする部品Ｗの材質やその特性に応じて適宜選択することができるが、水、油、ふっ素系不活性液のいずれか単独で、または、これらを組み合わせたものを用いることができる。

炉２には、その内部を制御可能に減圧するための減圧手段３として、減圧ポンプ３０が接続されている。さらに、炉２には、例えば窒素などの不活性ガスのような所定のガスや、炉２内の減圧状態を解除すべく空気などを炉２内に制御可能に導入するため導入管６を備えている。部品Ｗを所定の温度に加熱する際に、導入管６を介して炉２内に不活性ガスを供給することにより、部品Ｗの酸化を防止することができる。

次に、本発明の焼入れ方法の具体的な実施の形態を、上述したように構成された焼入れ装置を用いる場合により、その作動とともに図６〜図１１により詳細に説明する。
本発明の焼入れ方法は、概略、所定温度に加熱された部品Ｗに対してミスト状の冷却剤Ｃを吹き付けて、部品Ｗにマルテンサイト変態を生じさせるものであって、部品Ｗの温度がマルテンサイト変態温度を超える（下回る）前に、部品Ｗとミスト状の冷却剤Ｃの周囲の雰囲気の圧力を低下させるものである。

部品Ｗを焼入れ処理するに際して、最初に、炉２を開放して下降位置にある治具５にセットし、その後、炉２を閉塞して内部を密閉空間とする。そして、導入管６を介して炉２内に不活性ガスを導入するとともに、治具５を上昇位置に移動させて、部品Ｗの周囲に高周波誘導コイル４を位置させ、高周波誘導コイル４に所定の電流を所定の電圧で印加して、部品Ｗを所定の温度に加熱する。なお、この所定の温度は、少なくとも、マルテンサイト変態温度およびライデンフロスト温度よりも高い温度となる。

部品Ｗが所定の温度に加熱されると、治具５を下降位置に移動させてミスト吹き付け手段１のノズル１０により液状の冷却剤Ｃを所定の滴径でミスト状に吹き付ける。なお、このとき、図５に矢印で示すように、治具５を回転手段によって軸回りに回転させることにより、部品Ｗに対して均一にミスト状の冷却剤Ｃを吹き付けることができる。

部品Ｗに対してミスト状に吹き付けられた冷却剤Ｃは、部品Ｗの表面温度がライデンフロスト温度よりも高いため、ライデンフロスト現象により部品Ｗの表面との間に蒸気膜が形成され、部品Ｗの表面から浮いた状態となる（図１のＡを参照）。そのため、部品Ｗの温度は、マルテンサイト変態温度よりも高い温度で、徐々に低下する（冷却速度が遅い）。このとき、本発明では、図６および図８に示すように、減圧ポンプ３０により炉２内を減圧する。これにより、冷却剤Ｃの沸点が低下し、部品Ｗの表面との間で蒸気膜が形成され続け、ライデンフロスト現象の発現時間が長くなる。一方、比較例では、図７および図８に示すように炉２内の圧力を変化させないため、冷却剤Ｃの沸点が低下することはなく、ライデンフロスト現象の発現時間を長くすることはできない。その結果、図９に示すように、部品Ｗの温度をマルテンサイト変態温度よりも高い温度に維持する時間は、本発明（圧力制御あり）の方が比較例（圧力制御なし）と比較して長くなる。

ここで、部品Ｗの温度は、その形状などによって温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分とが存在する。しかしながら、ライデンフロスト現象が発現している状態では、冷却速度が遅いため、温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で温度が均一となるよう熱が移動する。すなわち、ライデンフロスト現象が発現している状態は、部品Ｗの温度が均一化される状態となる。そして、本発明では、このライデンフロスト現象が発現している状態の時間を維持するよう長くすることができるので、その間に部品Ｗの温度が下がり難い部分と温度の下がり易い部分との間で確実且つ充分に熱が移動し、部品Ｗの温度が確実に均一化されることとなる。

その後、部品Ｗの温度がライデンフロスト温度よりも下がると、冷却剤Ｃの液滴と部品Ｗの表面との間に形成されていた蒸気膜が消失し、液滴が部品Ｗの表面に密着して急激に部品Ｗの温度をマルテンサイト変態温度よりも低くなるよう冷却することとなる。

図１０に示したように、部品Ｗの焼入れによる歪または変形量を測定するために、部品Ｗとしてギヤを焼入れした場合の歯溝の振れは、比較例のように圧力制御しない場合と比較して、圧力制御を行う本発明の方が大幅に少なくすることができた。

図５に矢印で示したように、治具５を回転手段によって軸回りに回転させた場合（圧力制御あり、部品回転あり）には、ミスト状の冷却剤Ｃを均一に吹き付けることができるので、図１１に示すように、炉２内の圧力は制御しても治具５を回転させない場合（圧力制御あり、部品回転なし）よりもさらに、部品Ｗとしてギヤを焼入れした場合の歯溝の振れを大幅に少なくすることができた。

次に、本発明の第２の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。なお、この実施の形態の説明では、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、上述した実施の形態と異なる部分についてのみ説明することとする。
この実施の形態においては、上述した実施の形態に加えて、ミスト吹き付け手段１のノズル１０が、０．５〜２．０ｍｍの滴径のミスト状の冷却剤Ｃを吹き付けることができるよう構成されている。

図１２は、ミスト吹き付け手段１のノズル１０によりミスト状に吹き付ける冷却剤Ｃの液滴の径を、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、および２．５ｍｍと変化させた場合の、それぞれの時間経過による部品Ｗの温度変化を示したグラフである。

図１２に示したように、冷却剤Ｃの液滴の径が０．３ｍｍでは、部品Ｗの温度をマルテンサイト変態温度よりも低く冷却することができず、焼入れをすることができなかった。また、冷却剤Ｃの液滴の径が２．５ｍｍでは、部品Ｗが過冷却となり、歪が大きく適切に焼入れすることができなかった。これは、冷却剤Ｃの液滴の径が大きすぎて部品Ｗの表面に充分に蒸気膜を形成することができなかったことが要因であると思われる。

一方、冷却剤Ｃの液滴の径を０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとした場合には、ライデンフロスト現象によりマルテンサイト変態温度よりも高い温度に充分に長い時間維持されるため、部品Ｗの温度が均一化され、その後、マルテンサイト変態温度を超えるよう急冷されるため、歪や変形が少なく適切に焼入れすることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態を、図１３に基づいて説明する。なお、この実施の形態の説明では、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、上述した実施の形態と異なる部分についてのみ説明することとする。
この実施の形態においては、上述した実施の形態に加えて、焼入れ装置が部品Ｗの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段により検出された部品Ｗの温度に応じて減圧ポンプ３０による炉２内の減圧度を調整するよう制御する制御手段とを備えている。また、この実施の形態における焼入れ方法では、部品Ｗの温度を検出して、この検出された温度に応じて雰囲気の減圧を調整するよう制御する。

制御手段は、温度検出手段によって検出された部品Ｗの温度が、例えば、通常よりも速く温度低下すると判明した場合、減圧ポンプ３０により炉２内の減圧度を通常よりも高くする（すなわち、炉２内の圧力をより低くする）よう制御する。これにより、冷却剤Ｃの沸点をより低下させ、部品Ｗの表面との間で蒸気膜が通常と同様に形成され続け、ライデンフロスト現象の発現時間を長くする、つまり、部品Ｗの温度を確実且つ充分に均一化させることができる。この減圧度の調整によるライデンフロスト現象の発現時間の長期化は、部品Ｗの組織がベイナイト変態域に入らない程度に設定される。

なお、温度検出手段は、たとえば熱電対などのように部品Ｗに対して接触させることによりその温度を測定するもの、あるいは、たとえば放射温度計のように非接触でその温度を測定するものを、適宜選択することができる。

１：ミスト吹き付け手段、 ２：炉（チャンバ）、 ３：減圧手段、 Ｗ：部品（焼入れ処理対象）、Ｃ：冷却剤

Claims (10)

1. 所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせる焼入れ方法であって、
   前記焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に雰囲気圧力を低下させることを特徴とする焼入れ方法。
2. 前記焼入れ処理対象に対して相対的に回転させた状態で、前記ミスト状の冷却剤を吹き付けることを特徴とする請求項１に記載の焼入れ方法。
3. 前記ミスト状の冷却剤の滴径を０．５〜２．０ｍｍとすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の焼入れ方法。
4. 前記焼入れ処理対象の温度を検出して、該検出された温度に応じて雰囲気圧力を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の焼入れ方法。
5. 前記冷却剤として、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焼入れ方法。
6. 所定温度に加熱された焼入れ処理対象に対してミスト状の冷却剤を吹き付けて、前記焼入れ処理対象にマルテンサイト変態を生じさせるミスト吹き付け手段を備えた焼入れ装置であって、
   前記焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段を収容するチャンバと、
   前記焼入れ処理対象の温度がマルテンサイト変態温度を超える前に前記チャンバ内を減圧する減圧手段と
   を備えたことを特徴とする焼入れ装置。
7. 前記焼入れ処理対象とミスト吹き付け手段とを相対的に回転させる回転手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の焼入れ装置。
8. 前記ミスト吹き付け手段は、滴径が０．５〜２．０ｍｍの冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の焼入れ装置。
9. 前記焼入れ処理対象の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段により検出された前記焼入れ処理対象の温度に応じて雰囲気圧力を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の焼入れ装置。
10. 前記ミスト吹き付け手段が、少なくとも水、油、ふっ素系不活性液のいずれかを含む冷却剤をミスト状に吹き付けるものであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の焼入れ装置。