JP2014141747A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却時の温度分布を抑制できる熱処理装置及び熱処理方法を提供する。
【解決手段】本発明は、冷却時の温度分布を抑制する熱処理装置及び熱処理方法に関し、加熱された被処理物を、ミスト状の冷却液を用いて冷却する冷却工程を有し、第１のミスト密度で被処理物を冷却する第１工程（Ｋ１）と、第１のミスト密度よりも密度が小さい第２のミスト密度で被処理物を冷却する第２工程（Ｋ２）とを交互に繰り返して熱処理を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱処理装置及び熱処理方法に関し、例えば被処理物の焼き入れ等の処理に用いて好適な熱処理装置に関する。
本願は、２００９年２月１０日に日本に出願された特願２００９−０２８９００号、および２００９年２月２７日に日本に出願された特願２００９−０４７２２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

被処理物である金属材を加熱し、冷却することにより、いわゆる焼入れ等の処理を行う熱処理装置において高速の冷却を必要とする場合に、従来から油冷方式の冷却装置やガス冷却方式の冷却装置が用いられている。上記油冷方式の冷却装置においては、冷却効率は優れているものの、細かな冷却コントロールがほとんどできず被熱処理品が変形しやすいという問題がある。一方、ガス冷却方式の冷却装置においては、ガスの流量制御等により冷却コントロールが容易であり、被熱処理品の変形に関しては優れているものの、冷却効率が低いという問題がある。

そこで、特許文献１には、被熱処理品を囲んで液用ノズルとガス用ノズルとを配置し、液用ノズルから冷却液をスプレー式で供給し（いわゆるミスト冷却）、ガス用ノズルから冷却ガスを供給することにより、冷却コントロール性及び冷却効率の向上を図った技術が開示されている。

特開平１１−１５３３８６号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
冷却室内のミスト密度に分布が生じている場合には、冷却特性に差が生じて被処理物に温度分布が生じてしまう可能性がある。また、被処理物が複数の場合には、ミスト密度の分布に応じて被処理物間に温度差が生じる可能性がある。
このように、温度分布が被処理物に生じた場合には、被処理物の変形の原因となる虞があるとともに、温度分布が生じた被処理物を、焼き入れ処理に用いた場合には、被処理物が一様な硬さとならない虞がある。
一方、複数の被処理物に温度差が生じた場合には、被処理物間で品質に差が生じて品質不良となる可能性もある。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、冷却時の温度分布を抑制できる熱処理装置及び熱処理方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
（１）本発明の熱処理方法は、加熱された被処理物を、ミスト状の冷却液を用いて冷却する冷却工程を有する熱処理方法であって、第１のミスト密度で前記被処理物を冷却する第１工程と、前記第１のミスト密度よりも、密度が小さい第２のミスト密度で前記被処理物を冷却する第２工程とを交互に繰り返して行う。
従って、本発明の熱処理方法では、第１工程で被処理物に温度分布が生じた場合でも、第２工程ではミスト密度が小さくなることからミスト冷却による温度分布の拡大が抑えられるとともに、被処理物における熱伝導により温度分布が緩和される。従って、本発明では、被処理物に対する冷却時の温度分布を抑制することが可能になり、変形や硬さのバラツキ等の品質不良の発生を回避することができる。

（２）上記（１）に記載の熱処理方法では、前記第１工程では、前記冷却液をミスト状で供給し、前記第２工程では、前記ミスト状の冷却液の供給を停止しても良い。
これにより、本発明では、第２工程において被処理物における熱伝導による温度分布の緩和を効果的に促進することができる。
（３）上記（１）または（２）に記載の熱処理方法では、前記ミストの密度を前記冷却液の供給量、供給圧力、供給時間の少なくとも一つで調整しても良い。

（４）上記（１）〜（３）に記載の熱処理方法では、前記ミスト状の冷却液の供給状態と、前記被処理物の温度特性との相関関係を保持し、前記相関関係に基づいて前記第１工程と前記第２工程とを切り替えても良い。
これにより、本発明では、予め保持した相関関係に基づいて前記第１工程と前記第２工程とを切り替えるオープン制御を実施することができ、効率的、且つ高精度な熱処理を実施することが可能になる。

（５）上記（１）〜（４）に記載の熱処理方法では、前記被処理物の温度を計測する工程と、計測した温度に基づいて、前記ミスト状の冷却液の供給を制御する工程とを有しても良い。
これにより、本発明では、被処理物の温度に応じてミスト状の冷却液の供給量、供給圧力、供給時間等を調整することにより、最適な冷却処理を実施することが可能になり、被処理物に対する高精度の熱処理を実現できる。

（６）上記（５）に記載の熱処理方法では、前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記第１工程と前記第２工程とを切り替えても良い。
これにより、本発明では、被処理物における温度差が所定の閾値を超えた後に第１工程から第２工程に切り替えて温度差の拡大を抑え、熱伝導により被処理物における温度差が閾値内に収まった後に第２工程から第１工程に切り替えて被処理物に対する冷却処理を行うことができる。

（７）上記（５）に記載の熱処理方法では、また、被処理物が複数存在する場合には、複数の前記被処理物に対して温度を計測し、計測した前記被処理物間の温度差に基づいて、前記第１工程と前記第２工程とを切り替えても良い。
これにより、本発明では、複数の被処理物の間での温度差を抑制して、各被処理物で品質不良の発生を抑えることが可能になる。

そして、本発明の熱処理装置は、ミスト状の冷却液を冷却室に供給して、加熱された被処理物を冷却する熱処理装置であって、前記ミスト状の冷却液の供給を、第１のミスト密度と、前記第１のミスト密度よりも小さい密度の第２のミスト密度とに交互に切り替える切替装置を備える。
従って、本発明の熱処理装置では、第１のミスト密度で冷却液を供給することにより被処理物に温度分布が生じた場合でも、第１のミスト密度よりも小さい密度の第２のミスト密度で冷却液を供給することにより、ミスト冷却による温度分布の拡大が抑えられるとともに、被処理物における熱伝導により温度分布が緩和される。従って、本発明では、被処理物に対する冷却時の温度分布を抑制することが可能になり、変形や硬さのバラツキ等の品質不良の発生を回避することができる。

本発明では、被処理物に対する冷却時の温度分布を抑制することが可能になり、変形や硬さのバラツキ等の品質不良の発生を回避することができる。

本実施形態の真空熱処理炉の全体構成図である。 冷却室１６０の正面断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線視断面図である。 ミスト冷却を行った場合の時間と温度との関係を示す図である。 第１工程と第２工程とを交互に繰り返した場合の時間と温度との関係を示す図である。 複数の被処理物を冷却する際の冷却室１６０の正面断面図である。

以下、本発明の熱処理装置及び熱処理方法の実施の形態を、図１ないし図６を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
また、本実施形態では、熱処理装置として、多室型の真空熱処理炉（以下、単に「真空熱処理炉」と称する）の例を示す。

図１は、本実施形態の真空熱処理炉の全体構成図である。
真空熱処理炉（熱処理装置）１００は、被処理物に対して熱処理を施すものであって、脱気室１１０、予熱室１２０、浸炭室１３０、拡散室１４０、降温室１５０、冷却室１６０が順次隣接して配置されており、被処理物は各室１１０〜１６０に順次単列で搬送される。

本発明は、冷却室１６０における冷却処理に特徴を有しているため、以下、冷却室１６０について詳述する。
図２は、冷却室１６０の正面断面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ線視断面図である。冷却室１６０は、真空容器１内に形成される。また、真空容器１内には、搬送装置１０、ガス冷却装置２０、ミスト冷却装置３０、温度計測装置８０を含む冷却ユニットＣＵが設けられている。

搬送装置１０は、被処理物Ｍを水平方向に沿って搬送可能なものであって、互いに間隔をあけて対向配置され搬送方向（水平方向）に延在する一対の支持フレーム１１と、各支持フレーム１１の対向する面に回転自在に、且つ搬送方向に所定間隔をあけて設けられたローラ１２と、被処理物Ｍが載置されローラ１２上を搬送されるトレー１３と、鉛直方向に沿って設けられ支持フレーム１１の両端を支持する支持フレーム１４（図２では図示せず）と、を有している。
なお、以下の説明においては、搬送装置１０による被処理物Ｍの搬送方向を単に搬送方向と称する。

トレー１３は、例えば板材を格子状に配列し、略直方体である。トレー１３の幅は被処理物Ｍの幅よりも僅かに大きく、底面の幅方向の端縁でローラ１２に支持される大きさである。被処理物Ｍの例として、ここでは中央部に空間が形成されるリング状の物体を例示している。

ガス冷却装置２０は、冷却室１６０内に冷却ガスを供給することによって被処理物Ｍを冷却するものであって、ヘッダ管２１、供給管２２、ガス回収および供給系２３を備えている。ヘッダ管２１は、図３に二点鎖線で示すように、冷却室１６０の搬送方向の下流側端部に配置され、搬送装置１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心とする環状に形成されている。このヘッダ管２１には、ガス回収および供給系２３によって冷却ガスが供給される。

供給管２２は、一端部がヘッダ管２１に接続されており、他端側が搬送方向上流側に向けて水平方向に延びて形成され、搬送装置１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。具体的には、図３に示すように、供給管２２は、環状のヘッダ管２１の３時、６時、９時、１２時の位置（上下左右の位置）に設けられている。各供給管２２は、冷却室１６０の長さに亘る長さで他端側が冷却室１６０の搬送方向上流側に向けて水平方向に延びて形成されている。各供給管２２には、被処理物の搬送経路に向けて開口する噴出口２４が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔をあけて複数形成されている。

ガス回収および供給系２３は、真空容器１に接続された排気管２５と、排気管２５に設けられた開閉弁２６と、排気管２５で回収された冷却ガスを再冷却する冷却器としての熱交換器２７と、再冷却された冷却ガスをヘッダ管２１に供給するファン２８と、を含んでいる。
冷却ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが用いられる。

ミスト冷却装置３０は、冷却室１６０内に冷却液をミスト状に供給することによって被処理物Ｍを冷却するものであって、ヘッダ管３１（図３では図示せず）、供給管３２と、冷却液回収および供給系３３と、を備えている。ヘッダ管３１は、冷却室１６０の搬送方向上流側端部に配置され、搬送装置１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心とする環状に形成されている。このヘッダ管３１には、冷却液回収および供給系３３によって冷却液が供給される。

供給管３２は、一端部がヘッダ管３１に接続されており、他端側が搬送方向下流側に向けて水平方向に延びて形成されている。また、供給管３２は、搬送装置１０による被処理物Ｍの搬送経路を中心として、周方向に略等間隔（ここでは９０°間隔）で複数（ここでは４つ）設けられている。具体的には、図３に示すように、供給管３２は、環状のヘッダ管２１に水平方向から±４５°の位置に設けられている。各供給管３２は、冷却室１６０の長さに亘る長さで他端側が冷却室１６０の搬送方向下流側に向けて水平方向に延びて形成されている。各供給管３２には、被処理物の搬送経路に向けて冷却液をミスト状に噴射するノズル部３４が長さ方向全体に亘って、それぞれ所定間隔をあけて複数形成されている。

なお、供給管３２及びノズル部３４の配置としては、ミスト状の冷却液が重力の影響を受けることから、供給量に差が生じる可能性がある上下方向を避けることが好ましく、好適には、水平方向に沿ってミスト状の冷却液を供給する。ただし、上下方向に沿って冷却液を供給する場合には、重力による影響を考慮して供給量を異ならせればよい。また、供給管３２を４つではなく、例えば３つ配置する場合には、垂直成分を極力減らすためにも、天頂部と、この天頂部を挟んで±１２０°の位置に配置することが好ましい。

冷却液回収および供給系３３は、真空容器１に接続された排液管３５と、排液管３５に設けられた開閉弁３６と、排液管３５で回収された冷却液をモータ３９の駆動により配管３７を介してヘッダ管３１に送液するポンプ３８と、冷却室１６０の圧力（気圧）を計測するセンサ４０と、センサ４０の計測結果に基づいてモータ３９の駆動をコントロールする冷却液の流量制御器としてのインバータ４１と、処理品からの受熱により気化した冷却液を液化する液化器（液化トラップ）４２と、を含んでいる。
冷却液としては、例えば油、ソルト、後述するフッ素系不活性液体等を用いることができる。

温度計測装置８０は、被処理物Ｍの温度を計測するものであって、被処理物Ｍの外周に設けられた温度センサ８０Ａと、被処理物Ｍの内周中央に設けられた温度センサ８０Ｂと、を含む。温度センサ８０Ａ、８０Ｂの計測結果は、インバータ４１に出力される。温度センサ８０Ａ、８０Ｂとしては、ここでは熱電対が設けられているが、例えば放射温度計のような非接触式のセンサにより複数箇所を計測してもよい。

インバータ４１は、温度センサ８０Ａ、８０Ｂの計測結果に応じてモータ３９の駆動を制御する。

続いて、上記の真空熱処理炉１００において、加熱された被処理物Ｍを冷却室１６０で冷却する手順について説明する。

冷却室１６０に搬送された被処理物Ｍに対しては、ミスト冷却装置３０におけるノズル部３４から冷却液がミスト状に供給および噴射される。ここで、ノズル部３４からの拡散角度としては、例えば図３に示すように、９０°に設定されることで被処理物Ｍの側面（外周面）に対して全面的に噴射させることができる。また、このとき、被処理物Ｍ（トレー１３）の斜め下方に位置するノズル部３４から噴出した冷却液は、トレー１３が板材を格子状に配列したもので形成されていることから、板材の隙間を通過することにより、支障なく被処理物Ｍに到達して冷却することができる。また、被処理物Ｍの搬送方向前面及び背面についても、ノズル部３４が冷却室１６０の長さ方向全体に亘って設けられていることから、特に供給管３２の両端側に位置するノズル部３４からの噴射により、ミスト状の冷却液が所定のミスト密度（第１のミスト密度）で供給されるため、ミスト状の冷却液の蒸発潜熱により支障なく被処理物Ｍを冷却することができる（第１工程、図５中、符合Ｋ１）。

ここで、冷却室１６０におけるミスト密度は一様ではなく、ノズル部３４の配置等により分布が生じるため、被処理物Ｍに対する冷却特性に差が生じる。特に、本実施形態における被処理物Ｍのように中心部に空間が形成されている場合には、外周部近傍と内周部近傍とではミスト密度の差に起因して冷却特性に差が生じることから温度差が生じてしまう。

例えば、図４に示すように、ミスト密度が大きく冷却効率が高い箇所の温度ＴＡは、ミスト密度が小さく冷却効率が低い箇所の温度ＴＢよりも温度低下が短時間で進行するため、時間経過とともに温度差ＴＳが大きくなってしまう。

そのため、本実施形態では、温度差が最も大きいと推定される被処理物Ｍの外周面及び内周面の奥側に温度センサ８０Ａ、８０Ｂをそれぞれ配置している。
そして、温度センサ８０Ａ、８０Ｂの計測結果から求められた被処理物Ｍの温度差ＴＳが所定の閾値（例えば１０℃）を超えたとき（時間Ｔ１）には、インバータ４１が、切替装置として機能し、モータ３９の駆動を制御してミスト冷却装置３０におけるノズル部３４からのミスト供給を停止させる。

これにより、冷却室１６０内における、特に被処理物Ｍの外周近傍のミスト密度が低下し（第２のミスト密度となって）、第１工程よりも低い冷却効率で被処理物Ｍを冷却することになる（第２工程、図５中、符合Ｋ２）。このとき、被処理物Ｍにおいては、熱伝導により高温部から低温部に熱が伝わることにより温度差ＴＳが小さくなる。
そして、温度差ＴＳが所定の閾値（例えば１０℃）以内になった後に再度ノズル部３４からミスト状の冷却液を冷却室１６０に供給および噴射する。このように、所定の閾値を設定し、温度センサ８０Ａ、８０Ｂの計測結果を用いて被処理物Ｍが所定温度となるまで、第１工程と第２工程とを交互に繰り返して行う。

ここで、閾値を超えたところで直ちにミスト供給の停止またはミスト供給の再開を行ってもよいが、モータ３９及びポンプ３８が短時間運転を繰り返して負荷が大きくなることを回避するために、例えば閾値を超えた後に所定時間（例えば５秒間）経過した後にモータ３９及びポンプ３８の駆動または駆動停止を行うことが好ましい。
また、遅延時間を設定するのではなく、ディファレンシャル（differential）温度（例えば２℃）を設定し、温度差ＴＳが１２℃を超えたところでミスト冷却を停止し、温度差ＴＳが８℃以内となったところでミスト冷却を再開してもよい。

上記ミスト状の冷却液供給においては、処理中に真空容器１からの冷却液の漏出を防止する観点からも大気圧以下での処理が好ましい。また、冷却液に関する物性値としては、大気圧下で常温２５℃とした場合に、水と同等以上の沸点（１００℃以上の沸点）であることが望ましい。これは、ミストとして噴出させた冷却液が被処理物Ｍとの熱交換により温度が上昇するため、これを冷却する機構（液化器４２）として熱交換器が用いられ、熱交換媒体としては一般的には水が用いられるためである。

より詳細には、熱交換媒体としての水は、冷却塔を用いて冷却される形態が一般的であるため、冷却液との熱交換効率を考慮すると、４０〜５０℃程度で用いる（すなわち熱交換後の冷却液温度（ミスト状冷却液の供給温度）が４０〜５０℃程度で用いられる）ことが妥当である。また、冷却液は、その沸点と被処理物Ｍの温度との差に応じた熱量を吸熱するため、より多くの熱量を吸熱することを考慮すると、ミスト状冷却液の供給温度に対して３０〜５０℃程度高い温度の沸点を有することが望ましい。これらのことから、冷却液の沸点としては水と同等以上の沸点（１００℃以上の沸点）であることが望ましい。
具体的には、例えば、大気圧下（１０１ｋＰａ（abs））において、常温２５℃で沸点１３１℃のフッ素系不活性液を用いる場合には、沸点が１１０℃となる雰囲気調整圧５５ｋＰａ（abs）〜沸点が８０℃となる雰囲気調整圧２０ｋＰａ（abs）程度の条件で処理することが好ましい。

また、冷却液は、その沸点と被処理物Ｍの温度との差に応じた熱量を吸熱するため、被処理物Ｍからの吸熱量のばらつきを抑えることを考慮すると、ミスト状冷却液の供給温度と冷却液の沸点の温度差が一定であることが望ましい。
具体的には、ミスト状冷却液の供給温度が下がった場合には、その下がった温度の分だけ冷却液の沸点も低くするように、雰囲気調整圧を高くすることが望ましい。一方、ミスト状冷却液の供給温度が上がった場合には、その上がった温度の分だけ冷却液の沸点も高くするように、雰囲気調整圧を低くすることが望ましい。なお、図示しない真空排気装置により容器内の気体を排気することにより雰囲気調整圧を低くする。

一方、被処理物Ｍに対しては、ガス冷却装置２０における噴出口２４から冷却ガスが供給および噴射される。噴出された冷却ガスにより被処理物Ｍが直接冷却されるとともに、冷却ガスの流れにより冷却室１６０にミスト状に噴霧された冷却液が拡散することにより、冷却室１６０の雰囲気を一様とすることができる。

このミスト状の冷却液を用いた冷却の場合には、冷却液を連続的に供給して被処理物Ｍとの熱交換が可能となる。そのため、被処理物Ｍを冷却液中に浸漬した場合のように、高温の被処理物Ｍに接触した冷却液が沸騰して生じた気泡により冷却液との接触面積が減って冷却効率が低下したり、さらに気泡の量が増加して蒸気膜となって断熱層を形成して冷却効率が著しく低下する、といった不都合を生じることなく、被処理物Ｍに対する冷却処理を継続的に実施できる。

冷却室１６０にミスト状で供給された冷却液は、真空容器１の内壁面や液化器４２で液化して真空容器１の底部に貯溜される。そして、ガス回収および供給系２３における開閉弁２６を閉じ、冷却液回収および供給系３３における開閉弁３６を開いた状態で、モータ３９を駆動してポンプ３８を作動させることにより、貯留された冷却液は、配管３７を介してヘッダ管３１に循環するように供給される。特に、センサ４０が冷却室１６０内の気圧が低下して冷却液の供給・噴射量が低下したことを検知した場合には、インバータ４１によりモータ３９の駆動を制御して、冷却液の供給量を調整することにより、常に適切な量の冷却液をヘッダ管３１に対して供給することができる。

一方、冷却室１６０に供給された冷却ガスについても循環して再使用される。
具体的には、冷却液回収および供給系３３における開閉弁３６を閉じ、ガス回収および供給系２３における開閉弁２６を開くことにより、冷却室１６０から排気管２５に導入した冷却ガスを熱交換器２７で再冷却し、ファン２８の作動によりヘッダ管２１に循環するように供給することができる。

以上説明したように、本実施形態では、第１のミスト密度で被処理物Ｍを冷却する第１工程と、第２のミスト密度で被処理物Ｍを冷却する第２工程とを交互に繰り返すことにより、冷却処理時の被処理物Ｍにおける温度差ＴＳを小さくすることができる。そのため、本実施の形態では、冷却処理により被処理物Ｍに生じる変形を抑制できるとともに、被処理物Ｍにおける熱処理後の硬さ分布を抑制することができ、高品質の被処理物を得ることが可能になる。

特に、本実施形態では、第２工程においてミスト状の冷却液の供給を停止させているため、第１、第２のミスト密度差を最大にすることができ、より効率的に被処理物Ｍにおける温度差ＴＳを小さくすることが可能である。
また、本実施形態では、被処理物Ｍの温度を複数箇所、より詳細には冷却効率の高い箇所と低い箇所とで計測し、この計測結果に応じて第１工程と第２工程とを切り替えているため、自動運転による高い生産性を実現する熱処理を実施することができる。また、焼き入れ時等においては、所望の冷却曲線（時間と温度低下特性との関係）を設定し、この冷却曲線に沿った被処理物Ｍの冷却も実施できるため、例えば鋼材の被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施す際にも、鋼材に硬くて脆いパーライト組織が形成されない条件で冷却することができ、高品質の被処理物Ｍを得ることができる。

なお、上記実施形態における冷却液としては、フッ素系不活性液体を好適に用いることができる。
フッ素系不活性液体を用いた場合には、被処理物Ｍの構成材料を侵さず被処理物Ｍに悪影響を及ぼすことを防止できる。また、フッ素系不活性液体は、不燃性を有しているため、安全性も向上させることが可能である。また、フッ素系不活性液体は、沸点が水よりも高いため、冷却ポテンシャルも高く、水を用いた場合に生じる酸化や蒸気膜等の問題も抑制することができる。それとともに、蒸発潜熱の点でも熱伝達能力に優れており、被処理物Ｍを効率的に冷却することが可能である。さらに、被処理物Ｍにフッ素系不活性液体が付着しても洗浄する必要がないことから、生産性も向上する。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、第２工程でミスト状の冷却液の供給を停止させたが、これに限定されるものではなく、第１工程で供給される冷却液のミスト密度よりも小さい密度であれば、第２工程では、冷却液をミスト状で供給してもよい。
ミスト密度を調整する方法としては、上述したモータ３９及びポンプ３８を用いた冷却液の供給量調整や、供給圧力調整、供給時間調整（絞り弁等を用いた周波数調整）等を採ることができる。いずれの場合でも、被処理物Ｍに対する冷却特性に応じて第１、第２のミスト密度を適宜設定可能である。

また、上記実施形態では、複数のノズル部３４からの冷却液（ミスト）供給量が一様であったが、これに限定されるものではなく、温度計測結果に応じて供給量等を異ならせてもよい。例えば、４つの供給管３２毎に供給量を制御可能な供給系を構築しておき、温度計測結果に応じて供給管３２毎に供給量を増減させてもよく、さらにノズル部３４毎に開閉弁を設けてノズル部３４毎に供給量を調整してもよい。

また、上記実施形態では、温度センサ８０Ａ、８０Ｂで被処理物Ｍの温度を計測し、計測した温度差に応じて第１工程と第２工程とを切り替えたが、温度差以外にも、被処理物Ｍの代表温度や計測した温度の平均値に応じて第１工程と第２工程とを切り替えてもよい。
また、被処理物Ｍの温度計測を行いながら工程切替を行なうのではなく、例えば、予め実験やシミュレーション等により、ミスト状の冷却液の供給と被処理物Ｍの温度（冷却特性）との相関関係をテーブルとして保持しておき、その相関関係に基づいて冷却液の供給を調整しつつ、タイマー運転を行なってもよい。

また、上記実施形態では、単体の被処理物Ｍにおいて複数箇所で温度を計測して温度差を求めたが、例えば図６に示すように、架台１５に支持された複数の被処理物Ｍに対して冷却処理を行う場合にも本発明が適用可能である。
この場合、複数の被処理物Ｍの中、ミスト密度が大きい位置（例えば外側の位置）に配置される被処理物Ｍに温度センサ８０Ａを設けるとともに、ミスト密度が小さい位置（例えば中側の位置）に配置される被処理物Ｍに温度センサ８０Ｂを設け、上述したように、これら温度センサ８０Ａ、８０Ｂで計測された温度差に応じて第１工程と第２工程を切り替えてもよい。
これにより、本発明では、複数の被処理物Ｍの間での温度差を抑制して、各被処理物で品質不良の発生を抑えることが可能になる。

また、上記実施形態で説明した冷却液の供給は、通常真空下で行われるが、例えばミスト冷却時に上述した不活性ガスを添加してもよい。
通常、雰囲気圧が高いと沸点は上がり、雰囲気圧が低いと沸点が下がる。そのため、不活性ガスの添加量を調整して、雰囲気圧を上昇させることにより、冷却液の気化潜熱による冷却能力を高めることができ、逆に雰囲気圧を下降させることにより、沸点が下がって供給液温度との温度差が狭まり冷却速度（冷却能力）を抑えることができる。
このように、不活性ガスの添加量を調整することにより、被処理物Ｍに対する冷却特性を制御することも可能になり、より高精度の冷却を実施することができる。

また、上記実施形態では、ミスト冷却装置３０とガス冷却装置２０とを併用したが、これに限定されるものではなく、ミスト冷却装置３０のみが設けられてもよい。

また、上記実施形態では、冷却液として油、ソルト、フッ素系不活性液体等を例示したが、この他に、酸化や蒸気膜等の影響が軽微な場合には水を用いてもよい。ミスト状の冷却液として水を用いる場合には、上述したフッ素系不活性液を用いる場合と同様の理由により、沸点が９０℃となる雰囲気調整圧７０ｋＰａ（abs）〜沸点が８０℃となる雰囲気調整圧４８ｋＰａ（abs）程度の条件で処理することが好ましい。
冷却液として水を用いた場合には、液相または気相のいずれであっても、煩雑な後処理を要することなく安全に排出することが可能であり、後処理に係るコスト面及び地球環境保護の観点からも好適である。

本発明の熱処理装置及び熱処理方法によれば、冷却時の温度分布を抑制でき、変形や硬さのバラツキ等の品質不良の発生を回避することができる。

２０ ガス冷却装置
３０ ミスト冷却装置
３２ 供給管
３４ ノズル部
４１ インバータ（切替装置）
８０ 温度計測装置
１００ 真空熱処理炉（熱処理装置）
１６０ 冷却室
ＣＵ 冷却ユニット
Ｍ 被処理物
Ｋ１ 第１工程
Ｋ２ 第２工程

Claims (8)

1. 加熱された被処理物を冷却室内に配置し、ミスト状の冷却液を用いて冷却する冷却工程を有する熱処理方法であって、
   前記ミスト状の冷却液の供給温度に基づいて、前記供給温度と前記冷却液の沸点との温度差を一定とするように、前記冷却室内の圧力を調整する調整工程をさらに有し、
   前記冷却工程では、
   第１のミスト密度で前記被処理物を冷却する第１工程と、
   前記第１のミスト密度よりも密度が小さい第２のミスト密度で前記被処理物を冷却する第２工程とを交互に繰り返して行う熱処理方法。
2. 請求項１記載の熱処理方法において、
   前記第１工程では、前記ミスト状の冷却液を供給し、
   前記第２工程では、前記ミスト状の冷却液の供給を停止する熱処理方法。
3. 請求項１または２記載の熱処理方法において、
   前記ミスト状の冷却液の密度を、前記冷却液の供給量、供給圧力、供給時間の少なくとも一つで調整する熱処理方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
   前記ミスト状の冷却液の供給状態と、前記被処理物の温度特性との相関関係を保持し、
   前記相関関係に基づいて前記第１工程と前記第２工程とを切り替える熱処理方法。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の熱処理方法において、
   前記被処理物の温度を計測する工程と、
   計測した温度に基づいて、前記ミスト状の冷却液の供給を制御する工程と、を有する熱処理方法。
6. 請求項５記載の熱処理方法において、
   前記被処理物の温度を複数箇所で計測し、
   計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記第１工程と前記第２工程とを切り替える熱処理方法。
7. 請求項５記載の熱処理方法において、
   複数の前記被処理物に対して温度を計測し、
   計測した前記被処理物における温度差に基づいて、前記第１工程と前記第２工程とを切り替える熱処理方法。
8. ミスト状の冷却液を冷却室に供給して、加熱された被処理物を冷却する熱処理装置であって、
   前記ミスト状の冷却液の供給温度に基づいて，前記供給温度と前記冷却液の沸点との温度差を一定とするように，前記冷却室内の圧力を調整する圧力調整部と，
   前記ミスト状の冷却液の供給を、第１のミスト密度と、前記第１のミスト密度よりも小さい第２のミスト密度とに交互に切り替える切替装置と，を備える熱処理装置。

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