JP2019112688A - ワークの熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で、かつ冷却液の液面レベルの変動を抑えつつ、加熱処理及び冷却処理のための密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換することで、熱処理装置の稼働までに要する時間を短縮して、熱処理に係るワークの生産性を向上させる。【解決手段】本発明に係るワークの熱処理方法は、ワークの加熱工程Ｓ２と、加熱工程Ｓ２で加熱されたワークＷを冷却液３６中に浸漬させることで冷却して所定の熱処理を施す冷却工程Ｓ３とを備えると共に、加熱工程Ｓ２の前に、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気とし、ワークＷを密閉空間Ｄに搬入可能な状態とする準備工程Ｓ１をさらに備える。準備工程Ｓ１では、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気とを併せて行うと共に、これら給排気を密閉空間Ｄの気圧に応じて制御することで、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する。【選択図】図８

Description

本発明は、ワークの熱処理方法及び熱処理装置に関し、特にワークを加熱した後に冷却することで所定の熱処理を施すための技術に関する。

例えば、転がり軸受の軌道輪のように、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状部材の製造過程においては、環状部材に必要とされる機械的強度等を付与するための熱処理（焼入硬化処理）が実施される。この熱処理は、環状部材の基材（環状のワーク）を狙い温度にまで加熱する加熱処理が実施される加熱工程や、加熱されたワークを冷却して焼入れする冷却処理が実施される冷却工程などを含む。加熱工程は、メッシュベルト型連続炉などの雰囲気加熱炉、あるいは、誘導加熱装置を用いて実施することができる。特に、誘導加熱であれば、ワークのみを直接加熱することができるために高いエネルギー効率を達成できることに加え、コンパクトな熱処理装置を実現できる、という利点がある。

ところで、上記のワークに対する加熱処理や冷却処理を、酸素が存在する雰囲気で実施すると、ワークの表面に高い確率で酸化スケールが生成される。ワーク表面に生成された酸化スケールは、ワークの光輝性を奪って外観品質を低下させるだけでなく、コンタミの発生原因にもなり得るため、研磨、研削あるいはショットブラストなどの適宜の手段によって完全に除去するのが好ましい。しかしながら、酸化スケールを完全に除去するのは容易ではなく、特に、微小な穴や凹凸を有する複雑な形状のワーク表面に酸化スケールが生成された場合、酸化スケールを完全に除去するには多大な工数を要する。従って、熱処理に伴う酸化スケールの生成が問題となる場合には、例えば下記特許文献１及び特許文献２に開示されているように、加熱処理や冷却処理を含む一連の熱処理工程を非酸化性雰囲気で実施することが望ましい。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されている熱処理装置は、非酸化性雰囲気にすることのできる容器内に、ワークを狙い温度に誘導加熱する加熱部と、加熱後のワークを冷却する冷却部とを上下に並べて設け、適宜の手段で保持した一のワーク（１個のワーク）を加熱部で狙い温度に誘導加熱した後、加熱されたワークを冷却部の配設位置まで下降させて、ワークに向けた冷却液の噴射によりワークを冷却し焼入れするように構成されている。このような構成の熱処理装置では、一のワークに対する熱処理（加熱および加熱後の冷却）が完了するまで後続のワークに対して何らの処理も施すことができない。従って、処理効率が低く、転がり軸受の軌道輪のような量産部品の製造過程で使用する熱処理装置としては好ましくない。

上記問題を解決するべく、本出願人は、特願２０１７−１７４５４７明細書において新たな熱処理装置及び熱処理方法を提案している。この熱処理装置及び熱処理方法は、開閉可能なワークの入口側開口部を有し加熱工程を実施する第１空間と、第１空間とつながりワークを浸漬させる冷却液の液面でワークの出口側開口部を閉口した第２空間とを共に密閉空間とし、この密閉空間を非酸化性雰囲気とした状態で、加熱及び冷却を行うものである。

特開２００１−５９１１６号公報 特開２００２−１０５５３２号公報

ところで、特願２０１７−１７４５４７明細書において提案しているように、非酸化性雰囲気下でワークに加熱処理と冷却処理を施すためには、ワークを密閉空間に搬入する前に、予め密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換してワークを搬入し得る環境を準備しておく必要がある。この場合、非酸化性雰囲気への置換は短時間で行うことが望ましく、例えば非酸化性のガスを密閉空間に大量に送り込む方法が考えられる。あるいは、密閉空間を急速に排気する方法が考えられる。

しかしながら、このように大量の非酸化性ガスを密閉空間に供給した場合には、密閉空間の気圧が上昇する。そのため、例えば特願２０１７−１７４５４７明細書において提案しているように、密閉空間の出口（ワークの出口側開口部）が冷却液の液面で閉口される構造をとる場合、冷却液の液面が押し下げられるおそれが高まる。一方、密閉空間を急速に排気した場合には、密閉空間の雰囲気が減圧される。そのため、上述のように冷却液の液面で密閉空間の出口が閉口される構造をとる場合、出口側開口部を介して冷却液が密閉空間に引き込まれるおそれが高まる。このように冷却液の液面レベルが不安定だと、ワークの冷却制御にも支障を来すおそれがある。これを回避するためには、例えば大気圧よりやや高い圧力のガスを密閉空間に供給し、あるいは密閉空間の気圧が大気圧よりやや低くなる程度で、ゆっくりと密閉空間を排気する必要があるが、これら何れの方法をとった場合でも、非酸化性雰囲気への置換に多大な時間を要し、生産性の低下を招く。

以上の実情に鑑み、本明細書では、短時間で、かつ冷却液の液面レベルの変動を抑えつつ、加熱処理及び冷却処理のための密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換することで、熱処理に係る生産性の向上を図ることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は本発明に係るワークの熱処理方法によって達成される。すなわちこの熱処理方法は、ワークを加熱する加熱工程と、加熱工程で加熱されたワークを冷却液中に浸漬させることによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却工程とを備え、加熱工程を実施する第１空間にワークの入口側開口部が設けられ、第１空間とつながり冷却液の液面に接する第２空間にワークの出口側開口部が設けられ、入口側開口部を閉口しかつ出口側開口部を冷却液の液面で閉口することで第１空間と第２空間とを共に密閉し、この密閉空間を非酸化性雰囲気とした状態で、加熱工程と冷却工程を実施するワークの熱処理方法であって、加熱工程の前に、密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、ワークを密閉空間に搬入可能な状態とする準備工程をさらに備え、準備工程では、密閉空間への非酸化性ガスの供給と、密閉空間の排気とを併せて行うと共に、これら非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を密閉空間の気圧に応じて制御する点をもって特徴付けられる。なお、ここでいう「非酸化性雰囲気」とは、酸素が一切存在しない雰囲気のみならず、ワークの表面に酸化スケールが生成されない程度に酸素がわずかに存在する雰囲気（例えば、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下）を含む概念である。同様に、ここでいう「非酸化性ガス」とは、酸素が一切含有されないガスのみならず、ワークの表面に酸化スケールが生成されない程度に酸素がわずかに含まれるガス（例えば、酸素濃度が１００ｐｐｍ以下）を含む概念である。後述する本発明に係る熱処理装置においても同様である。

このように、本発明に係る熱処理方法では、加熱工程の前に、密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、ワークを密閉空間に搬入可能な状態とする準備工程において、密閉空間への非酸化性ガスの供給と、密閉空間の排気とを併せて行うようにした。これにより、例えば非酸化性ガスを供給するだけの場合や密閉空間を排気するだけの場合と比べて非酸化性雰囲気への置換速度を高めることができる。よって、熱処理装置の稼働を素早く開始することができ、生産性の向上が可能となる。また、本発明に係る熱処理方法では、これら非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を密閉空間の気圧に応じて制御するようにしたので、給気量や排気量を上げたとしても、密閉空間の気圧を予め設定した範囲内で維持することができる。従って、冷却液の液面レベルを安定させつつ、密閉空間の雰囲気を迅速に非酸化雰囲気に置換することが可能となる。

もちろん、本発明に係る熱処理方法によれば、密閉空間で加熱処理を施したワークは密閉空間に隣接する冷却液中で冷却され、所定の熱処理が施される。そのため、一のワークが加熱工程を終えて冷却される際（冷却液中に浸漬される際）、次のワークに密閉空間で加熱処理を施すことができ、あるいは加熱処理後のワークを冷却液の液面に接する第２空間まで搬送し待機させることができる。これにより、複数のワークに対する加熱処理と冷却処理とを非酸化性雰囲気で同時進行することができる。よって、ワークの表面に酸化スケールを生成させることなく、複数のワークに対して効率良く熱処理を施すことができ、量産部品の製造にも対応することが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧上限しきい値以上の場合、密閉空間への非酸化性ガスの供給を停止し、かつ密閉空間の排気を継続するよう制御してもよい。

このように、測定した密閉空間の気圧が大気圧よりも一定値以上高い（気圧上限しきい値以上の）場合に、非酸化性非ガスの供給を停止することで、非酸化性ガスの流入に伴う密閉空間の気圧の上昇を抑えることができる。一方で、密閉空間の排気は継続することで、酸素濃度及び気圧の低減化を図ることができる。よって、気圧を所定範囲内に戻しながら、密閉空間を目標とする酸素濃度の雰囲気（非酸化性雰囲気）に近づけることができる。

あるいは、本発明に係るワークの熱処理方法においては、密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値以下の場合、密閉空間への非酸化性ガスの供給を継続し、かつ密閉空間の排気を停止するよう制御してもよい。

このように、測定した密閉空間の気圧が大気圧とほとんど変わらないかそれ以下（気圧下限しきい値以下）の場合には、密閉空間の排気を停止することで、排気に伴う気圧の低下を抑えることができる。一方で、密閉空間への非酸化ガスの供給を継続することで、酸素濃度の低下及び気圧の上昇を図ることができる。よって、気圧を許容範囲内に戻しながら、密閉空間を目標とする酸素濃度の雰囲気（非酸化性雰囲気）に近づけることができる。

あるいは、本発明に係るワークの熱処理方法においては、密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上の場合、密閉空間への非酸化性ガスの供給を継続し、かつ密閉空間の排気を継続するよう制御してもよい。

このように、測定した密閉空間の気圧が許容範囲内に収まっている場合には、非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を継続することで、引き続き気圧を安定させた状態で効果的に密閉空間の酸素濃度を低減化できる。また、気圧を安定させた状態で効果的に密閉空間の酸素濃度が低減化されている場合、酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が目標値以下に達しているか否か判定する。そして、未だ目標値以下に達していないと判定した場合には、上述した気圧制御を行いながら給排気を続行する。これにより、確実に密閉空間を非酸化性雰囲気に置換することができる。

あるいは、本発明に係るワークの熱処理方法においては、密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値未満の場合、密閉空間への非酸化性ガスの供給を停止し、かつ密閉空間の排気を停止するよう制御してもよい。

このように密閉空間の酸素濃度が目標範囲に達した場合には、もはやこれ以上の給排気は不要であるから、非酸化性ガスの供給を停止すると共に密閉空間の排気を停止する。これにより、密閉空間の雰囲気を非酸化雰囲気に置換した状態で、維持することが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、密閉空間の気圧を一定時間おきに測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値未満となるまで、測定した気圧に応じた非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気の制御を繰り返し行ってもよい。

このように、一定時間おきに気圧と酸素濃度を測定し、各数値が所定範囲内に収まるまで、測定した気圧に応じた給排気の制御を繰り返すことで、精度よく密閉空間の圧力を制御しながら酸素濃度の低減化を迅速に図ることができる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、入口側開口部を閉口した状態で、入口側開口部を介して第１空間と隣接する置換室内にワークを搬入し、密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、かつ置換室内の雰囲気を大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換した後、入口側開口部を開口して、ワークを密閉空間に搬入してもよい。

このように入口側開口部を閉口した状態で、第１空間と隣接する置換室内にワークを搬入し、上述のように密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、かつ置換室内の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換した後、ワークを密閉空間に搬入することで、第１空間の入口側開口を開口した際、置換室から酸化性の気体が密閉空間に流入する事態を回避できる。よって、密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に保った状態で、ワークを密閉空間に搬入することが可能となる。

また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、加熱工程でワークを狙い温度にまで誘導加熱すると共に、冷却工程で加熱されたワークを冷却して焼入れを施してもよい。

このように誘導加熱でワークを狙い温度にまで加熱することで、ワークのみを直接加熱することができ、高いエネルギー効率を達成することができると共に、密閉空間を含めた熱処理設備全体をコンパクトにできる。密閉空間がコンパクトになれば、置換容積も小さくなるため、急速な非酸化雰囲気への置換が比較的容易に達成できる。

また、以上の説明に係るワークの熱処理方法は、熱処理装置の稼働までに要する時間を短縮することにより、ワークの生産性向上を可能とするものであるから、例えば転がり軸受の軌道輪のような量産部品に熱処理を施すための方法として好適である。

また、前記課題の解決は、本発明に係るワークの熱処理装置によっても達成される。すなわち、この熱処理装置はワークを加熱する加熱部と、加熱部で加熱されたワークを冷却液中に浸漬させることによって、ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却部とを備え、加熱部は、ワークの加熱を実施する第１空間を有すると共に、冷却部は、第１空間とつながり冷却液の液面に接する第２空間を有し、第１空間にワークの入口側開口部が設けられ、第２空間にワークの出口側開口部が設けられ、入口側開口部を閉口しかつ出口側開口部を冷却液の液面で閉口することで第１空間と第２空間が共に密閉され、この密閉空間が非酸化性雰囲気とされるワークの熱処理装置であって、密閉空間の気圧を測定する気圧測定器と、密閉空間に非酸化性ガスを供給する給気装置と、密閉空間の排気を行う排気装置、及び、給気装置による密閉空間への非酸化性ガスの供給と、排気装置による密閉空間の排気とを併せて行うと共に、これら給排気を気圧測定器で測定した気圧に応じて制御する制御部とをさらに備える点をもって特徴付けられる。

上記構成の熱処理装置であれば、上述した本発明に係る熱処理方法と同様に、非酸化性雰囲気への置換速度を向上させることができる。よって、熱処理装置の稼働を素早く開始することができ、生産性の向上が可能となる。また、非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を密閉空間の気圧に応じて制御できるので、給気量や排気量を上げたとしても、密閉空間の気圧を予め設定した範囲内で維持することができる。従って、冷却液の液面レベルを安定させつつ、密閉空間の雰囲気を迅速に非酸化雰囲気に置換することが可能となる。

以上述べたように、本発明に係るワークの熱処理方法及び熱処理装置によれば、短時間で、かつ冷却液の液面レベルの変動を抑えつつ、加熱処理及び冷却処理のための密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換することができるので、熱処理装置の稼働までに要する時間を短縮して、熱処理に係るワークの生産性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の斜視図である。 図１に示す熱処理装置の正面図である。 加熱部の断面図である。 加熱装置の斜視図である。 冷却部の断面図である。 熱処理装置の給排気制御システムの構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る熱処理方法の全体の流れを示すフローチャート、(ｂ)は準備工程の流れを示すフローチャートである。 準備工程における給排気制御の一例を示すフローチャートである。 加熱工程及び冷却工程における給排気制御の一例を示すフローチャートである。 冷却工程の実施状態を示す冷却部の要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却工程の実施状態を示す冷却部の要部断面図である。 （ａ）（ｂ）ともに、本発明の他の実施形態に係る拘束型を用いた場合における冷却工程の実施状態を示す冷却部の要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る冷却部の要部断面図である。 本発明の他の実施形態に係る加熱装置の斜視図である。 図１４に示す加熱装置を有する加熱部の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構造を示す斜視図であり、図２は、熱処理装置の正面図である。図１及び図２に示す熱処理装置１は、ＳＵＪ２等の鋼材からなる環状のワークＷ（本実施形態では、転がり軸受の外輪の基材）を、図２中に二点鎖線で示す経路に沿って送りながらワークＷに焼入硬化処理を施すように構成された、いわゆる連続式の熱処理装置１である。従い、この熱処理装置１は、ワークＷの送り方向に沿って、ワークＷを狙い温度（焼入れ温度）にまで誘導加熱する加熱工程Ｓ２（後述する図７（ａ）を参照）が実施される加熱部２と、加熱部２で加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却工程Ｓ３（後述する図７（ａ）を参照）が実施される冷却部３とを備える。さらに、この熱処理装置１は、非酸化性雰囲気下で加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３が実施できるように構成されている。また、後述するように、この熱処理装置１は、密閉室４の内部空間である密閉空間Ｄの給排気制御システム４０をさらに備える。以下、まず熱処理装置１の構成について説明し、次いで熱処理装置１を用いた熱処理方法の一例を説明する。

図３に示すように、加熱部２は、加熱装置２０、加熱室５、置換室８、及び通路室７を備える。

加熱装置２０は、ワークＷを狙い温度にまで誘導加熱するためのものであって、本実施形態では、図３及び図４に示すように、複数のワークＷを段積み状態で支持可能な支持部材２１と、支持部材２１で支持されたワークＷの径方向外側に配置された加熱コイル２２と、支持部材２１の下方側に配置され、支持部材２１にワークＷ（経路上流側から搬送される後続のワークＷ）を供給するワーク供給手段２３とを備える。

支持部材２１は、支持すべきワークＷの周方向に離間した複数箇所（例えば３箇所）に配設されている。各支持部材２１は、支持すべきワークＷの径方向に沿って進退移動可能に設けられており、ワーク供給手段２３によって下方側からワークＷが供給されるのに伴って支持すべきワークＷの径方向外側に移動してワークＷを受け入れ、ワークＷを受け入れた後には、支持すべきワークＷの径方向内側に移動してワークＷを下方から支持する。

加熱コイル２２は、例えば、銅管等の導電性金属からなる管状体を螺旋状に巻き回したいわゆる多巻きコイルからなり、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置されている。加熱コイル２２としては、ワークＷの軸方向寸法の数倍〜数十倍程度の全長（軸方向）寸法を有するものが使用される。このような全長寸法を有する加熱コイル２２を使用することにより、支持部材２１によって段積み状態で支持された複数のワークＷが通電状態の加熱コイル２２の内側領域を上側に送られていくのに伴って、各ワークＷが順次狙い温度にまで誘導加熱される。

ワーク供給手段２３は、例えば、支持部材２１で支持されたワークＷと同軸に配置された伸縮自在のシリンダロッド２３ａを有する動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、あるいは電動シリンダ）で構成される。シリンダロッド２３ａの先端には、ワークＷを載置可能なフランジ部２３ｂが設けられている。

以上の構成を有する加熱装置２０は、本発明でいう第１空間Ａとしての加熱室５の内部空間に配設されており、加熱室５の上流側（ワークＷの送り方向後方側）に置換室８が、加熱室５の下流側（ワークＷの送り方向前方側）に通路室７がそれぞれ加熱室５と隣接して配置されている。

ここで、加熱室５は、図２に示すように、通路室７及び後述する焼入れ準備室６と協働して、室内雰囲気（熱処理装置１の稼働中における室内雰囲気）が非酸化性雰囲気に保たれる密閉室４を形成している。密閉室４は、ワークＷの送り方向に沿って、加熱室５、通路室７及び焼入れ準備室６を順に配置してなり、図３及び図５に示すように、第１空間Ａとしての加熱室５の内部空間と、本発明における第２空間Ｂとしての焼入れ準備室６の内部空間とは、両室５，６間に設けられた通路室７の内部空間（通路Ｃ）を介してつながっている。従って、本実施形態では、密閉室４は、相互に分離して設けられた第１空間Ａと第２空間Ｂ、及び通路Ｃとを有しており、第１空間Ａと第２空間Ｂ、及び通路Ｃとで本発明における密閉空間Ｄを構成している。密閉室４は、さらに、加熱室５の内部空間にワークＷを投入するための入口側開口部４ａ（図３を参照）と、焼入れ準備室６の底壁に設けられた出口側開口部４ｂ（図５を参照）とを有する。入口側開口部４ａは、図３に示す開閉手段（第２の開閉手段１２）によって開口又は閉口され、出口側開口部４ｂは、図５に示すように、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面によって常に閉口されている。密閉室４の内部空間（密閉空間Ｄ）に係る給排気制御システム４０については後述する。

置換室８は、ワークＷを加熱室５の内部空間に投入する際に、加熱室５を含む密閉室４の室内雰囲気（密閉空間Ｄの雰囲気）を非酸化性雰囲気に保つ目的で設置されている。そのため、図示は省略しているが、置換室８には、置換室８内の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換可能とするため、非酸化性ガスを置換室８内に供給するための給気装置や、置換室８内を排気するための排気装置、給気装置と置換室８内とを接続する給気管、及び排気装置と置換室８内とを接続する排気管が設けられている。

図３に示すように、置換室８には、その内部空間にワークＷを投入するための開口部８ａが設けられており、この開口部８ａは、開閉手段（第１の開閉手段１１）によって開口又は閉口可能とされる。第１の開閉手段１１には任意の開閉機器が採用でき、例えば昇降式のシャッターを採用することができる。

置換室８と加熱室５との間には開閉手段（第２の開閉手段１２）が設けられており、この第２の開閉手段１２によって密閉室４（密閉空間Ｄ）の入口側開口部４ａを開口又は閉口可能としている。この第２の開閉手段１２は、開口部８ａが第１の開閉手段１１により閉状態から開状態に切り替わったとき、密閉室４（加熱室５）の入口側開口部４ａを閉状態とするようになっている。なお、第２の開閉手段１２にも任意の開閉機器が採用でき、例えば昇降式のシャッターを採用することができる。

加熱部２は、図示は省略するが、置換室８の内部空間に投入されたワークＷを加熱室５の内部空間に移送するための移送手段を有する。この移送手段としては、例えば、置換室８及び加熱室５の底部に跨るようにして配設された搬送コンベア、あるいは動力シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダ）などを採用することができる。

通路室７の内部空間は、加熱装置２０で狙い温度にまで加熱され、加熱装置２０の外側（加熱コイル２２の上側）に排出された加熱完了後のワークＷを、第２空間Ｂとしての焼入れ準備室６の内部空間に向けて移送するための通路Ｃとして活用される。通路室７には、図示しない搬送コンベア等の移送手段が設けられており、この移送手段により加熱装置２０の外側に排出されたワークＷを第１空間Ａから第２空間Ｂに移送可能としている。

冷却部３は、上述した通り、加熱部２で狙い温度にまで加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却工程が実施される領域であり、本実施形態の冷却部３は、ワークＷの外周面を拘束型３３で拘束した状態でワークＷを冷却（焼入れ）可能に構成されている。図１、図２、及び図５に示すように、冷却部３は、通路室７を介して加熱室５の下流側に隣接して配設された焼入れ準備室６と、プレス装置３０と、拘束型３３と、昇降テーブル３４、及び冷却液貯留槽３５とを備える。

プレス装置３０は、通路室７の内部空間（通路Ｃ）を介して焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）に移送されてきたワークＷを下方側に加圧し、ワークＷを冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６中に浸漬させる加圧部材３１と、加圧部材３１を昇降可能に保持した昇降ユニット３２とを備える。本実施形態では、加圧部材３１の下端に拘束型３３が取り付け固定されており、拘束型３３は加圧部材３１と一体的に昇降可能とされる。図１及び図２に示すように、昇降ユニット３２は焼入れ準備室６の外側に配置されており、図５に示すように、加圧部材３１、加圧部材３１に取り付け固定された拘束型３３、さらには下端に加圧部材３１を保持した軸部材の一部のみが第２空間Ｂに配置されている。加圧部材３１を保持した軸部材は、焼入れ準備室６の天井壁を貫通する貫通穴に挿通されており、この貫通穴（貫通穴の内壁面と軸部材の外径面との間の隙間）は図示しないシール材で封止されている。

図５に示すように、冷却液貯留槽３５は、焼入れ準備室６の下方側に設置され、ワークＷを冷却して焼入れするための冷却液３６を貯留している。冷却液３６としては、公知の焼入れ油、あるいは水溶性焼入れ液などを使用することができる。本実施形態では、冷却液貯留槽３５の上部は開口しており、この開口部は、密閉室４（焼入れ準備室６）の壁部によって第１開口部３５ａと第２開口部３５ｂとに区分されている。焼入れ準備室６に設けられた密閉室４（密閉空間Ｄ）の出口側開口部４ｂは、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６のうち、第１開口部３５ａ内に存在する冷却液３６の液面で閉口されている。

図５に示すように、昇降テーブル３４は、加圧部材３１の直下に配設されて冷却液３６中で昇降する。昇降テーブル３４の上端面３４ａはワークＷを載置する載置面とされ、昇降テーブル３４が上昇限に位置したときには、昇降テーブル３４の上端面３４ａが冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６の液面よりも上方に位置して、通路室７の内部空間を移送されてきたワークＷを受け取る。

冷却液貯留槽３５の内部（冷却液３６中）には、拘束型３３から離型された焼入れ済のワークＷを昇降テーブル３４から払い出すための払い出し手段（図示は省略）と、払い出されたワークＷを受け取って冷却液貯留槽３５（熱処理装置１）の外側に排出するための排出手段３７とが設けられている。この排出手段３７としては、例えば、上記の昇降テーブル３４とは別に設けられた昇降テーブルを採用することができる。このワーク排出用昇降テーブルは、冷却液貯留槽３５のうち、第２開口部３５ｂの直下位置で昇降可能に設けられており、焼入れ済のワークＷを第２開口部３５ｂから冷却液貯留槽３５の外側、すなわち熱処理装置１の外側に排出する。

次に、密閉室４の内部空間（密閉空間Ｄ）に係る給排気制御システム４０について説明する。

この給排気制御システム４０は、図６に示すように、密閉室４の内部空間である密閉空間Ｄの酸素濃度を測定する酸素濃度測定器４１と、密閉空間Ｄの気圧を測定する気圧測定器４２と、密閉空間Ｄに非酸化性ガスＧａを供給する給気装置４３と、密閉空間Ｄの排気を行う排気装置４４と、給気装置４３及び排気装置４４の駆動を制御する制御部４５とを備える。

酸素濃度測定器４１は例えば酸素濃度計であり、密閉空間Ｄの酸素濃度を測定可能なように密閉室４に取付けられている。気圧測定器４２は例えば圧力センサであり、密閉空間Ｄの酸素濃度を測定可能なように密閉室４に取付けられている。

給気装置４３は、本実施形態では、給気バルブ４６と、非酸化性ガスＧａが貯留されるリザーブタンク４７とを有し、密閉空間Ｄと給気バルブ４６、給気バルブ４６とリザーブタンク４７とがそれぞれ給気管４８により接続されている。また、排気装置４４は、本実施形態では、排気ポンプ４９を有し、密閉空間Ｄと排気ポンプ４９とが排気管５０により接続されている。以上の構成により、リザーブタンク４７から排出された非酸化性ガスＧａが、給気管４８を通って給気バルブ４６に達し、給気バルブ４６が開いている状態で、給気バルブ４６を通過し、さらにはその下流側の給気管４８を通って、密閉空間Ｄに供給されるようになっている。本実施形態では、大気圧よりも高い気圧（例えば大気圧＋０．０１ＭＰａ以上）の非酸化性ガスＧａがリザーブタンク４７に貯溜されており、給気バルブ４６を開くことで、相対的に気圧の低い密閉空間Ｄに非酸化性ガスＧａが自動的に流れ込むようになっている。また、排気ポンプ４９の駆動により、密閉空間Ｄを満たす気体Ｇｂが、排気管５０を通って（さらに排気ポンプ４９内を通過して）熱処理装置１の外側に排出されるようになっている。なお、非酸化性ガスとしては、任意の種類のガスが使用可能であり、例えば窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスや、水素ガス、一酸化炭素ガス、二酸化窒素ガス、硫化水素ガス、二酸化硫黄ガスなどの還元性ガスが使用可能である。

これら酸素濃度測定器４１、気圧測定器４２、給気装置４３（給気バルブ４６）、排気装置４４（排気ポンプ４９）は何れも、図６中の一点鎖線で示すように、制御部４５と電気的に接続されている。これにより、酸素濃度測定器４１で測定された酸素濃度の測定値は制御部４５に送られ、気圧測定器４２で測定された気圧の測定値は制御部４５に送られるようになっている。また、制御部４５からの指令が給気バルブ４６と排気ポンプ４９とにそれぞれ送られることで、指令に基づいて給気バルブ４６と排気ポンプ４９の駆動を制御可能としている。

制御部４５には、予め所定の制御プログラムが記憶されている。本実施形態では、主に二つの制御プログラムが記憶されている。このうち、第１制御プログラムは、加熱工程Ｓ２の前の準備工程Ｓ１（図７（ａ）を参照）において実施されるプログラムであり、第２制御プログラムは、準備工程Ｓ１の後の加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３において実施されるプログラムである。

各制御プログラムについて具体的に述べると、第１制御プログラムは、後述する準備工程Ｓ１（図７（ａ）を参照）において、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気とを併せて行うと共に、これら給排気を密閉空間Ｄの気圧に応じて制御するように設定されている。本実施形態では、図８に示すように、一定時間おきに密閉空間Ｄの気圧を測定し、測定した気圧の値に応じて三パターンの制御を行う。すなわち、（１）測定した気圧が気圧上限しきい値（本実施形態では大気圧＋１００Ｐａ）以上の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止し、かつ密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。あるいは、（２）測定した気圧が気圧下限しきい値（本実施形態では大気圧＋１Ｐａ）以下の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続し、かつ密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。あるいは、（３）測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）より大きくかつ気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）未満の場合、併せて密閉空間の酸素濃度を測定する。そして、（３−１）測定した酸素濃度が予め設定しておいた酸素濃度しきい値（例えば１００ｐｐｍ）以上の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続し、かつ密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。あるいは、（３−２）測定した酸素濃度が上記しきい値（１００ｐｐｍ）未満の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止し、かつ密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。なお、気圧上限しきい値と気圧下限しきい値は、本実施形態ではそれぞれ大気圧＋１００Ｐａと大気圧＋１Ｐａに設定しているが、もちろんこれに限る必要はなく、ワークＷあるいは熱処理の種類等に応じて、適宜変更してもよい。後述する第２制御プログラムにおける気圧上限しきい値あるいは気圧下限しきい値についても同様である。また、酸素濃度のしきい値は、本実施形態では１００ｐｐｍに設定しているが、ワークＷあるいは熱処理の種類によりさらに厳しく密閉空間Ｄの酸素濃度を管理する必要がある場合、５０ｐｐｍに設定してもよく、好ましくは２０ｐｐｍに設定してもよく、より好ましくは１０ｐｐｍ以下に設定してもよい。後述する第２制御プログラムにおける酸素濃度のしきい値についても同様である。

また、第２制御プログラムは、加熱工程Ｓ２と冷却工程Ｓ３（図７（ａ）を参照）において、密閉空間Ｄの酸素濃度と気圧を一定時間おきに測定し、測定した酸素濃度と気圧の値に基づいて、密閉空間Ｄ内への非酸化性ガスＧａの供給を制御すると共に、密閉空間Ｄの排気を制御するように設定されている。本実施形態では、図９に示すように、測定した酸素濃度が予め設定しておいた酸素濃度しきい値（本実施形態では１００ｐｐｍ）以上の場合、併せて測定した気圧の値に応じて以下の三パターンの制御を行う。すなわち、（１）測定した気圧が予め設定しておいた気圧上限しきい値（本実施形態では大気圧＋１００Ｐａ）以上の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止すると共に、密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。あるいは、（２）測定した気圧が予め設定しておいた気圧下限しきい値（本実施形態では大気圧＋１Ｐａ）以下の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続すると共に、密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。そして、（３）測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）より大きくかつ気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）未満の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気を共に継続するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。

また、測定した酸素濃度が上記しきい値（１００ｐｐｍ）未満の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止すると共に、密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４を制御する。

次に、上記構成の熱処理装置１を用いたワークＷの熱処理方法の一例を説明する。

本実施形態に係るワークＷの熱処理方法は、図７（ａ）に示すように、準備工程Ｓ１と、加熱工程Ｓ２と、冷却工程Ｓ３とを備える。また、準備工程Ｓ１は、図７（ｂ）に示すように、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する第１置換工程Ｓ１１と、置換室８内の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する第２置換工程Ｓ１２とを有する。以下、図３、図５、及び図６も参照しながら、順に各工程の詳細を説明する。

（Ｓ１）準備工程
（Ｓ１１）第１置換工程
この工程では、まず、熱処理装置１の稼働開始時（熱処理装置１へのワークＷの投入前）に、加熱室５、焼入れ準備室６、及び通路室７からなる密閉室４内（第１空間Ａ，第２空間Ｂ、及び通路Ｃからなる密閉空間Ｄ）を大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換する（第１置換工程Ｓ１１）。この雰囲気置換処理は、密閉室４（密閉空間Ｄ）の入口側開口部４ａ及び出口側開口部４ｂを閉口した状態で、密閉空間Ｄに接続された給気装置４３（給気バルブ４６及びリザーブタンク４７）を作動させて、密閉空間Ｄに非酸化性ガスＧａを供給すると共に、排気装置４４（排気ポンプ４９）を作動させて、密閉空間Ｄに存在する気体（通常、稼働開始時においては大気）Ｇｂを排出することにより行われる。また、これら給気装置４３と排気装置４４による給排気は、制御部４５の第１制御プログラムに基づいて実施される。以下、制御の流れの一例を主に図８に基づいて説明する。

[準備工程における給排気制御の一例]
まず、制御部４５からの指令により、密閉室４（密閉空間Ｄ）の入口側開口部４ａ及び出口側開口部４ｂを閉口し、給気装置４３と排気装置４４を作動させて、密閉空間Ｄに非酸化性ガスＧａを供給すると共に、密閉空間Ｄを排気する。本実施形態でいえば、図６に示すように、給気バルブ４６を開くことでリザーブタンク４７に貯溜されている非酸化性ガスＧａが給気管４８を通って密閉空間Ｄに供給される。また、排気ポンプ４９の駆動により密閉空間Ｄに存在する気体Ｇｂが排気管５０を通って密閉空間Ｄの外側（密閉室４の外側）に排出される。これにより、密閉空間Ｄにおける酸素濃度の低減化処理が開始される。

そして、一定時間おきに、気圧測定器４２で密閉空間Ｄの気圧を自動的に測定する（図８を参照）。そして、（１）測定した気圧の値が気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）以上の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止し、かつ密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を閉じ、かつ排気ポンプ４９の駆動を継続するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、密閉空間Ｄの酸素濃度が低減化されつつ、気圧の上昇が抑制され、もしくは気圧の低減化が図られる。

あるいは、（２）測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）以下の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続し、かつ密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を開いたままの状態とし、かつ排気ポンプ４９の駆動を停止するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、密閉空間Ｄの酸素濃度が引き続き低減化されつつ、気圧の低下が抑制され、もしくは気圧の増大化が図られる。

あるいは、測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）より大きくかつ気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）未満の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄの酸素濃度を測定するよう酸素濃度測定器４１に指令を送る。そして、（３−１）測定した酸素濃度が予め設定しておいた酸素濃度しきい値（例えば１００ｐｐｍ）以上の場合、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続し、かつ密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を開いたままの状態とし、かつ排気ポンプ４９の駆動を継続するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、密閉空間Ｄの気圧が所定の範囲内で安定した状態で、密閉空間Ｄにおける酸素濃度の低減化が目標範囲（１００ｐｐｍ未満）に向けて進行する。

そして、気圧を上記範囲内に収めた状態で、（３−２）測定した酸素濃度が上記しきい値（１００ｐｐｍ）未満にまで低下したこと、すなわち目標範囲内に至ったことを検知した場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止し、かつ密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を閉状態とし、かつ排気ポンプ４９の駆動を停止する。これにより、密閉空間Ｄの気圧が所定の範囲（本実施形態では大気圧＋１Ｐａより大きく、かつ大気圧＋１００Ｐａ未満）で、かつ酸素濃度が１００ｐｐｍ未満の状態、すなわち非酸化性雰囲気の状態となる。

（Ｓ１２）第２置換工程
以上のようにして、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気に置換した後、入口側開口部４ａを閉口した状態で、加熱室５（第１空間Ａ）と隣接する置換室８（図３を参照）内にワークＷを搬入し、置換室８の開口部８ａを閉口した状態で置換室８内の雰囲気を大気雰囲気から非酸化性雰囲気に置換する（第２置換工程Ｓ１２）。然る後、入口側開口部４ａを開口して、ワークＷを密閉空間Ｄ内に搬入する。ワークＷの搬入後、第２の開閉手段１２を閉状態として、密閉空間Ｄの入口側開口部４ａを閉口しておく。これにより、密閉空間Ｄを非酸化性雰囲気に保った状態で、ワークＷを密閉空間Ｄに搬入することができる。なお、本実施形態では、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気に置換した後、置換室８内にワークＷを搬入して、置換室８内の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換する場合を例示したが、もちろんこれには限定されず、例えば予め入口側開口部４ａを閉口した状態で置換室８内にワークＷを搬入した状態で、第１置換工程Ｓ１２と第２置換工程Ｓ１２を実施し、然る後、入口側開口部４ａを開口して、ワークＷを密閉空間Ｄに搬入してもかまわない。また、第１置換工程Ｓ１１と第２置換工程Ｓ１２の順序に関しても特に問わず、例えば置換室８内にワークＷを搬入した状態で第２置換工程Ｓ１２を実施した後、第１置換工程Ｓ１１を実施してもよい。

（Ｓ２）加熱工程
以上のようにして、非酸化性雰囲気の密閉空間ＤにワークＷを搬入した後、ワークＷに加熱処理を施す。具体的には、図３に示すように、ワーク供給手段２３のフランジ部２３ｂ上にワークＷを載置する。そして、支持部材２１を半径方向外側に退避させた状態でワーク供給手段２３のシリンダロッド２３ａを伸長させることでワークＷを支持部材２１の上側にまで上昇させ、然る後、支持部材２１を半径方向内側に前進させることで支持部材２１によりワークＷを下方から支持する。以降、後続のワークＷが、順次、以上で述べた手順を経て、支持部材２１と、支持部材２１で支持されたワークＷとの間に供給されるのに伴って、支持部材２１で支持された全てのワークＷに上向きの送り力が付与される。このようして、ワークＷは、通電状態の加熱コイル２２の内側領域を上方に向けて送られながら狙い温度にまで誘導加熱され、加熱コイル２２の上側に排出される（図３及び図４を参照）。加熱コイル２２の上側領域に排出された加熱完了後のワークＷは、図示外の適宜の手段によって通路室７の内部空間に払い出された後、通路室７の内部空間に設けられた図示外の搬送手段によって焼入れ準備室６の内部空間（すなわち第２空間Ｂ）に向けて送られる（以上、図３及び図４を参照）。

（Ｓ３）冷却工程
この工程では、上述したように、加熱部２（加熱工程）で狙い温度にまで加熱されたワークＷを冷却して焼入れする冷却処理が実施される。具体的には、図５に示すように、まず、通路室７の内部空間を移送されてきたワークＷを、昇降テーブル３４の上端面３４ａで載置するようにして受け取る。次いで、プレス装置３０の昇降ユニット３２（図２を参照）を駆動して、加圧部材３１及び加圧部材３１の下端に取り付け固定された拘束型３３を一体的に下降させ、昇降テーブル３４の上端面３４ａに載置されたワークＷの外周に拘束型３３を配置することにより、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にする。この状態において、ワークＷの外周面と拘束型３３の内周面の嵌め合いはすきま嵌め（ＪＩＳ Ｂ ０４０１−１を参照）とされ、また、拘束型３３の下端面と昇降テーブル３４の上端面３４ａとは当接状態にある。

以上のようにして、拘束型３３によるワークＷの外周面の拘束が開始される直前状態にした後、図１０に示すように、加圧部材３１、拘束型３３、ワークＷ、及び昇降テーブル３４を一体的に下降させて、冷却液貯留槽３５に貯留された冷却液３６中に浸漬させる。冷却液３６中に浸漬されたワークＷは、わずかに縮径変形した後、拡径変形するといった変形挙動を示すため、ワークＷは、ワークＷの外周面が拘束型３３の内周面に拘束された状態で冷却される。本実施形態では所定の温度勾配で急速に冷却されることで、ワークＷに焼入れが施される。これにより、ワークＷの冷却及び焼入れに伴うワークＷ外周面の形状精度（特に外周面の真円度）の低下を効果的に防止することができる。

昇降テーブル３４が下降限に到達すると、拘束型３３からワークＷが離型される。ワークＷが離型された拘束型３３は、加圧部材３１とともに上昇移動して原点復帰する。一方、拘束型３３から離型されたワークＷは、図５中に白抜き矢印で示すように、冷却液貯留槽３５の内部に設けられた図示外の払い出し手段によって昇降テーブル３４の外側に払い出されて排出手段３７（ワーク排出用昇降テーブル）に受け取られ、その後、排出手段３７が上昇することによって冷却液貯留槽３５の上部開口部のうち、冷却液３６の液面が大気と接する側の第２開口部３５ｂから冷却液貯留槽３５の上側（熱処理装置１の外側）に排出される。これにより、ワークＷに対する焼入れ硬化処理が完了する。後続のワークＷについても同様の経路を辿って、焼入れ硬化処理が施され、熱処理装置１の外側に排出される。以上のようにして、複数のワークＷに対して連続的にかつ自動的に焼入れ硬化処理が施される。

また、上述した加熱部２と冷却部３によるワークＷの加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３が実施される間、密閉空間Ｄは、制御部４５の第２制御プログラムにより、所定の酸素濃度範囲に制御される。以下、制御の流れの一例を主に図９に基づいて説明する。

[加熱及び冷却工程における給排気制御の一例]
まず、制御部４５からの指令により、酸素濃度測定器４１と気圧測定器４２で密閉空間Ｄの酸素濃度と気圧を一定時間おきに測定する。なお、この制御初期状態において、給気装置４３による密閉空間Ｄ内への非酸化性ガスＧａの供給は行われておらず、また排気装置４４による密閉空間Ｄの排気は行われていない。

そして、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）以上で、かつ（１）測定した気圧が気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）以上の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止すると共に、密閉空間Ｄの排気を継続するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を閉じ、かつ排気ポンプ４９の駆動を継続するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、密閉空間Ｄの酸素濃度が低減化されつつ、気圧の上昇が抑制され、もしくは気圧の低減化が図られる。

あるいは、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）以上で、かつ（２）測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）以下の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を継続すると共に、密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を開いたままの状態とし、かつ排気ポンプ４９の駆動を停止するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、密閉空間Ｄの酸素濃度が低減化されつつ、気圧の低下が抑制され、もしくは気圧の増大化が図られる。

あるいは、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）以上で、かつ（３）測定した気圧が気圧下限しきい値（大気圧＋１Ｐａ）より大きくかつ気圧上限しきい値（大気圧＋１００Ｐａ）未満の場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気を共に継続するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。本実施形態では、給気バルブ４６を開いたままの状態とし、かつ排気ポンプ４９の駆動を継続するよう給気バルブ４６と排気ポンプ４９に指令を送る。これにより、気圧が許容範囲内で安定した状態で、酸素濃度が目標範囲内に向けて低減化される。

そして、（４）測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）未満の場合で、上述のように既に第２制御プログラムにより給気装置４３と排気装置４４による給排気が実施されていた場合、制御部４５は、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を停止すると共に、密閉空間Ｄの排気を停止するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る。未だ給気装置４３と排気装置４４が作動していない状態下においては、共に作動させない状態を維持するよう給気装置４３と排気装置４４に制御指令を送る（何らの指令を送らない場合も含まれる）。このようにして、密閉空間Ｄの酸素濃度及び気圧が所定の範囲内で安定した状態で、ワークＷの加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３が継続実施される。本制御は、例えば図示は省略するが、繰り返し実施される加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３が完了したことを受けて、終了する。

以上述べたように、本発明に係る熱処理方法では、加熱工程Ｓ２の前に、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気とし、ワークＷを密閉空間Ｄに搬入可能な状態とする準備工程Ｓ１において、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気とを併せて行うようにした。これにより、例えば非酸化性ガスＧａを供給するだけの場合や密閉空間Ｄを排気するだけの場合と比べて非酸化性雰囲気への置換速度を高めることができる。よって、熱処理装置１の稼働を素早く開始することができ、生産性の向上が可能となる。また、これら非酸化性ガスＧａの供給と密閉空間Ｄの排気を密閉空間Ｄの気圧に応じて制御することにより、給気量や排気量を上げたとしても、密閉空間Ｄの気圧を予め設定した範囲内で維持することができる。従って、冷却液３６の液面レベルを安定させつつ、密閉空間Ｄの雰囲気を迅速に非酸化雰囲気に置換することが可能となる。

また、本実施形態では、排気装置４４に排気ポンプ４９を適用し、排気ポンプ４９でもって密閉空間Ｄの排気を行うようにしたので、密閉空間Ｄの排気速度をより一層向上させることができる。従って、非酸化性雰囲気への置換をさらに短時間で実施することが可能となる。

また、本実施形態では、ワークＷの熱処理（加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３）中に、密閉空間Ｄの酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度の値に基づいて、密閉空間Ｄへの非酸化性ガスＧａの供給を制御すると共に、密閉空間Ｄの排気を制御するようにした。これにより、密閉空間Ｄの酸素濃度に応じて、非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気とを適宜選択して実行することができる。よって、例えば非酸化性ガスＧａの使用量を最小限に抑えつつ、排気を併せて行うことにより密閉空間Ｄの酸素濃度を一定範囲内（１００ｐｐｍ未満）に保つことができる。また、非酸化性ガスＧａの供給と、密閉空間Ｄの排気を併用可能とすることで、密閉空間Ｄの酸素濃度を迅速に許容範囲内（非酸化性雰囲気となる濃度であり、例えば１００ｐｐｍ未満）に戻すことができる。以上より、本発明によれば、ワークＷの熱処理中、密閉空間Ｄの酸素濃度をコストアップや生産性の低下を招くことなく安定化させることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る熱処理方法及び熱処理装置１について説明したが、熱処理装置１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更を施すことが可能である。

例えば、上記実施形態では、準備工程Ｓ１における給排気制御について、一定時間おきに密閉空間Ｄの気圧を測定し、測定した気圧が所定の範囲内（大気圧＋１Ｐａより大きくかつ１００Ｐａ未満）の場合のみ併せて密閉空間Ｄの酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度の値に応じて給気装置４３と排気装置４４の駆動を制御する場合を説明したが（図８を参照）、もちろん制御態様はこれには限られない。例えば図示は省略するが、一定時間おきに密閉空間Ｄの酸素濃度と気圧を測定し、測定した酸素濃度及び気圧の値に応じて給気装置４３の駆動と排気装置４４の駆動をそれぞれ制御してもかまわない。

また、制御部４５による給気装置４３及び排気装置４４の制御に関し、上記実施形態では、給気装置４３の駆動と停止（給気バルブ４６でいえば開状態と閉状態）、排気装置４４の駆動と停止（排気ポンプ４９の駆動と停止）の二種類を選択制御する場合を説明したが、もちろんこれ以外の制御態様を採用することも可能である。すなわち、図示は省略するが、給気装置４３として給気バルブ４６を含む構成を採用する場合、給気バルブ４６に非酸化性ガスＧａの供給量（供給流量）が調整可能なバルブ、例えば開度が電気的に制御可能な電動式バルブを適用することにより、非酸化性ガスＧａの供給量の増減を調整することができる。同様に、排気装置４４として排気ポンプ４９を含む構成を採用する場合、排気ポンプ４９に密閉空間Ｄの排気量が調整可能なポンプ、例えば回転数を電気制御可能なモータを組み込んでなる電動式ポンプを適用することにより、排気量の増減を調整することができる。本発明に係る熱処理装置１によれば、密閉空間Ｄの容積が小さくできる反面、上述のように給排気制御を行おうとすると、いわゆる脈動が大きく現れるおそれも生じる。これに対して、上述のように給気量や排気量を増減する微調整も含めて駆動及び停止を制御することにより、脈動を小さく抑えることができる。よって、密閉空間Ｄの酸素濃度と気圧をより一層安定させつつ迅速に密閉空間Ｄを非酸化性雰囲気に置換することが可能となる。

また、給気装置４３の給気量や排気装置４４の排気量を電気的に調整可能とすることの利点として、以下の点が挙げられる。すなわち、本実施形態のように、準備工程Ｓ１（第１置換工程Ｓ１１）の際に給排気制御を行うと共に、加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３の際に給排気制御を行う場合、前者と後者とでは、求められる給気量ないし排気量が異なる。すなわち、前者（準備工程Ｓ１）では、密閉空間Ｄの酸素濃度をほぼ大気中の酸素濃度に近い状態から所定の酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）未満にまで短時間で下げる必要があるため、求められる給気量ないし排気量は相当に大きい。これに対して、後者（加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３）では、密閉空間Ｄの酸素濃度は一旦所定の酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）未満にまで下げた状態で加熱冷却処理が繰り返し行われる環境下にある。そのため、密閉空間Ｄの酸素濃度は、たとえワークＷの搬入出ごとに変動したとしても、大気中の酸素濃度に比べれば依然としてかなり低い状態にあり、求められる給気量ないし排気量は相対的に小さくて済む。以上の理由より、例えば給気装置４３に開度調整が可能な給気バルブ４６を適用する場合、準備工程Ｓ１では基本的に開度を最大（全開）とし、加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３では開度を中間レベルに（準備工程Ｓ１時よりも開度を小さく）設定するのがよい。また、排気装置４４に流量調整が可能な排気ポンプ４９を適用する場合、準備工程Ｓ１では相対的に高流量域で排気ポンプ４９を駆動し、加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３では中流領域もしくは低流量域で排気ポンプ４９を駆動するのがよい。これにより、共通の給排気制御システム４０（給気装置４３、排気装置４４）を使用して、準備工程Ｓ１時の給排気制御と熱処理時（加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３）の給排気制御をともに高精度に実行することが可能となる。

もちろん、給気装置４３や排気装置４４の構成は任意であり、給気バルブ４６や排気ポンプ４９以外の機器を適用することも可能である。例えば給気装置４３に圧送ポンプやファンなど公知の気体供給手段を適用することも可能である。

また、冷却部３の構造について、冷却部３には、ワークＷおよびワークＷを拘束した拘束型３３を冷却液３６中でワークＷの軸線まわりに一体回転させる回転機構を設けることができる。図１１は、その一例であり、昇降テーブル３４に回転機構を設けている。この場合、加圧部材３１をワークＷの軸線まわりに空転可能に設けると共に、昇降テーブル３４に加圧部材３１に嵌合されるピン３４ｂを設け、昇降テーブル３４と、昇降テーブル３４に設けたピン３４ｂが嵌合された加圧部材３１とを冷却液３６中に浸漬させた状態で昇降テーブル３４を回転駆動することにより、加圧部材３１と昇降テーブル３４の間に配設されたワークＷおよび拘束型３３をワークＷの軸線まわりに一体回転させることができる。このようにすれば、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却することができるので、焼入れ完了後のワークＷの形状精度を一層高めることができる。

また、詳細な図示は省略するが、冷却部３には、上記の回転機構に加え、あるいはこれに替えて、少なくともワークＷが冷却液３６に浸漬されたときに冷却液３６を撹拌させるための撹拌機構を設けることもできる。このようにすれば、冷却部３に回転機構を設けた場合と同様に、冷却液３６に浸漬されたワークＷを均一に冷却する上で有利となる。

また、拘束型３３は、以上で説明した実施形態のように、プレス装置３０の加圧部材３１に取り付け固定する他、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、冷却液３６中に固定的に配設することも可能である。図１２（ａ）（ｂ）に示す拘束型３３は、その内周面でワークＷの外周面を拘束するものであり、かつ、２つのワークＷの軸方向寸法を合算した軸方向寸法を有する。この場合、焼入れ準備室６の内部空間（第２空間Ｂ）に移送されてきたワークＷは、拘束型３３（拘束型３３の内周に圧入されたワークＷ）の上側に配置される。その後、加圧部材３１が下降移動して下方側に加圧されるのに伴って、冷却液３６中へのワークＷの浸漬と、拘束型３３によるワークＷ外周面の拘束とが同時進行する。そして、図１２（ｂ）に示すように、拘束型３３の内周への後続のワークＷの押し込みが完了するのに伴って、拘束型３３の内周に配置されていた２つのワークＷのうち、下側のワークＷが拘束型３３から離型される。このような拘束型３３を採用する場合、本発明でいう「拘束型によるワークの外周面の拘束が開始される直前状態にする処理」とは、第２空間Ｂに移送されてきたワークＷの上端面に加圧部材３１の下端面を当接させる処理、となる。また、この場合、以上で説明した実施形態で用いていた昇降テーブル３４は必ずしも必要ではなく、離型されたワークＷを受ける適当な受け部材を加圧部材３１の直下位置に配置しておけばよい。

また、以上の説明では、ワークＷの一例として転がり軸受の外輪（の基材）を挙げ、拘束型３３でワークＷの外周面を拘束した状態でワークＷを冷却及び焼入れする場合に熱処理装置１を使用したが、熱処理装置１は、焼入れに伴う内周面の形状精度（特に真円度）の崩れを防止することが好ましいワークＷ（例えば、転がり軸受の内輪の基材）に焼入れ硬化処理を施す場合にも好ましく用いることができる。図１３はその一例であり、加圧部材３１の下端面にワークＷの内周面を拘束可能な拘束型３３’を取り付け固定している。

この場合、熱処理装置１を構成する冷却部３の動作態様や、冷却液３６中への浸漬に伴うワークＷの形状変化の態様は図５及び図１０を参照して説明した実施形態と基本的に同様である。要するに、ワークＷは、冷却液３６中に浸漬されると、まず、縮径変形し、その後拡径変形する。このため、ワークＷの内周面は、冷却液３６中に浸漬された初期段階で拘束型３３’に拘束されるが、離型される段階では基本的に拘束型３３’で拘束されていない。従って、ワークＷの内周面の形状精度は、以上で説明したワークＷの外周面を拘束型３３で拘束する場合ほど高めることはできないが、ワークＷの冷却及び焼入れの過程でワークＷの内周面が一時的に拘束型３３’の外周面で拘束されるので、本発明で採用しているいわゆる型拘束焼入れを採用しない場合に比べれば、ワークＷの内周面の形状精度を高めることができる。

また、上記実施形態において説明した熱処理装置１の加熱部２に設けた加熱装置２０はあくまでも一例であり、他の加熱装置を用いることも可能である。図１４はその一例であり、本発明の他の実施形態に係る加熱装置６０の部分斜視図である。同図に示す加熱装置６０は、ワークＷを一個ずつ誘導加熱可能に構成された加熱装置であって、先端にワークＷを載置可能なフランジ部６１ｂが設けられた伸縮自在のシリンダロッド６１ａを有する支持部材６１と、ワークＷの外径側に位置する外径側コイル６２と、ワークＷの内径側に位置する内径側コイル６３とを備え、両コイル６２，６３はシリンダロッド６１ａと同軸に配置されている。外径側コイル６２は、符号６４で示す絶縁材料からなるコイル保持部材によって保持されている。

図１４に示す加熱装置６０を採用した場合、加熱室５の内部空間（第１空間Ａ）に投入されたワークＷは、以下のようにして誘導加熱され、通路室７の内部空間（通路Ｃ）に搬出される。

まず、図１５に示すように、密閉空間Ｄの雰囲気を非酸化性雰囲気にすると共に、ワークＷが投入された置換室８内の雰囲気を非酸化性雰囲気にした後、入口側開口部４ａを開口してワークＷを密閉空間Ｄの第１空間Ａに搬入する。そして、搬入したワークＷを支持部材６１のフランジ部６１ｂ上に載置した後、入口側開口部４ａを閉口し、支持部材６１のシリンダロッド６１ａを伸長させることにより、フランジ部６１ｂ上に載置されたワークＷを上昇させて通電状態の外径側コイル６２と内径側コイル６３の間に導入し、この位置でワークＷを一定時間保持する。これにより、ワークＷが狙い温度にまで誘導加熱される。ワークＷの加熱が完了した後、支持部材６１のシリンダロッド６１ａを短縮させて、フランジ部６１ｂと共に加熱済みのワークＷを下降させる。そして、ワークＷが鉛直方向所定位置に到達すると、図示外の適宜の手段によって加熱完了後のワークＷが通路Ｃに向けて払い出される。なお、図１５では、支持部材６１へのワークＷの導入位置と同じ高さレベルで加熱完了後のワークＷを通路Ｃに払い出しできるように構成されている。この場合、ワークＷの払い出しと同時に、後続のワークＷを支持部材６１のフランジ部６１ｂ上に導入できるので、加熱装置６０によるワークＷの誘導加熱を効率よく行うことができる。

この場合も、本発明に係る熱処理方法又は熱処理装置１を適用することにより、短時間で、かつ冷却液の液面レベルの変動を抑えつつ、加熱処理及び冷却処理のための密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気に置換することで、熱処理に係る生産性の向上を図ることができる。なお、上記構成の加熱装置６０を採用する場合、図３や図４等に示す加熱装置２０を採用する場合に比べて密閉室４（特に加熱室５）の高さ寸法を小さくすることが可能となり、熱処理装置１をコンパクト化することができる、という利点も併せて享受することができる。

また、以上では、転がり軸受の軌道輪（外輪又は内輪）に焼入れ硬化処理を施すに際して本発明に係る熱処理装置１を適用した場合を説明したが、本発明に係る熱処理装置１は、その他の環状のワーク、例えば、すべり軸受、等速自在継手を構成する外側継手部材や内側継手部材、転がり軸受や等速自在継手に組み込まれる保持器（の基材）に焼入れ硬化処理を施す際にも好ましく適用することができる。

また、以上の説明では、ワークＷに対して所定の加熱処理及び冷却処理を実施することにより焼入れ処理を施す場合を例示したが、もちろん本発明は焼入れ以外の熱処理に対しても適用することが可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 熱処理装置
２ 加熱部
３ 冷却部
４ 密閉室
４ａ 入口側開口部
４ｂ 出口側開口部
５ 加熱室
６ 準備室
７ 通路室
８ 置換室
２０ 加熱装置
２１ 支持部材
２２ 加熱コイル
２３ ワーク供給手段
３０ プレス装置
３１ 加圧部材
３２ 昇降ユニット
３３ 拘束型
３４ 昇降テーブル
３５ 冷却液貯留槽
３６ 冷却液
３７ 排出手段
４０ 給排気制御システム
４１ 酸素濃度測定器
４２ 気圧測定器
４３ 給気装置
４４ 排気装置
４５ 制御部
４６ 給気バルブ
４７ リザーブタンク
４８ 給気管
４９ 排気ポンプ
５０ 排気管
６０ 加熱装置
６１ 支持部材
６２ 外径側コイル
６３ 内径側コイル
Ａ 第１空間
Ｂ 第２空間
Ｃ 通路
Ｄ 密閉空間
Ｇａ 非酸化性ガス
Ｇｂ 気体
Ｓ１ 準備工程
Ｓ１１ 第１置換工程
Ｓ１２ 第２置換工程
Ｓ２ 加熱工程
Ｓ３ 冷却工程
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. ワークを加熱する加熱工程と、前記加熱工程で加熱された前記ワークを冷却液中に浸漬させることによって、前記ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却工程とを備え、
   前記加熱工程を実施する第１空間に前記ワークの入口側開口部が設けられ、前記第１空間とつながり前記冷却液の液面に接する第２空間に前記ワークの出口側開口部が設けられ、
   前記入口側開口部を閉口しかつ前記出口側開口部を前記冷却液の液面で閉口することで前記第１空間と前記第２空間とを共に密閉し、この密閉空間を非酸化性雰囲気とした状態で、前記加熱工程と前記冷却工程を実施するワークの熱処理方法であって、
   前記加熱工程の前に、前記密閉空間の雰囲気を非酸化性雰囲気とし、前記ワークを前記密閉空間に搬入可能な状態とする準備工程をさらに備え、
   前記準備工程では、前記密閉空間への非酸化性ガスの供給と、前記密閉空間の排気とを併せて行うと共に、これら給排気を前記密閉空間の気圧に応じて制御するワークの熱処理方法。
2. 前記密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧上限しきい値以上の場合、前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給を停止し、かつ前記密閉区間の排気を継続する請求項１に記載のワークの熱処理方法。
3. 前記密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値以下の場合、前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給を継続し、かつ前記密閉空間の排気を停止する請求項１に記載のワークの熱処理方法。
4. 前記測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、前記密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素しきい値以上の場合、前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給を継続し、かつ前記密閉空間の排気を継続する請求項１に記載のワークの熱処理方法。
5. 前記密閉空間の気圧を測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、前記密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素しきい値未満の場合、前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給を停止し、かつ前記密閉空間の排気を停止する請求項１に記載のワークの熱処理方法。
6. 前記密閉空間の気圧を一定時間おきに測定し、測定した気圧が気圧下限しきい値より大きくかつ気圧上限しきい値未満の場合、前記密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度が酸素しきい値未満となるまで、前記測定した気圧に応じた前記非酸化性ガスの供給と前記密閉空間の排気の制御を繰り返し行う請求項１〜５の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
7. 前記入口側開口部を閉口した状態で、前記入口側開口部を介して前記第１空間と隣接する置換室内に前記ワークを搬入し、
   前記密閉空間の雰囲気を前記非酸化性雰囲気とし、かつ前記置換室内の雰囲気を大気雰囲気から前記非酸化性雰囲気に置換した後、前記入口側開口部を開口して、前記ワークを前記密閉空間に搬入する請求項１〜６の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
8. 前記加熱工程で前記ワークを狙い温度にまで誘導加熱すると共に、前記冷却工程で前記加熱されたワークを冷却して焼入れを施す請求項１〜７の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
9. 前記ワークは転がり軸受の環状輪である請求項１〜８の何れか一項に記載のワークの熱処理方法。
10. ワークを加熱する加熱部と、前記加熱部で加熱された前記ワークを冷却液中に浸漬させることによって、前記ワークを冷却して所定の熱処理を施す冷却部とを備え、
    前記加熱部は、前記ワークの加熱を実施する第１空間を有すると共に、前記冷却部は、前記第１空間とつながり前記冷却液の液面に接する第２空間を有し、
    前記第１空間に前記ワークの入口側開口部が設けられ、前記第２空間に前記ワークの出口側開口部が設けられ、
    前記入口側開口部を閉口しかつ前記出口側開口部を前記冷却液の液面で閉口することで前記第１空間と前記第２空間が共に密閉され、この密閉空間が非酸化性雰囲気とされるワークの熱処理装置であって、
    前記密閉空間の気圧を測定する気圧測定器と、前記密閉空間に非酸化性ガスを供給する給気装置と、前記密閉空間の排気を行う排気装置、及び
    前記給気装置による前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給と、前記排気装置による前記密閉空間の排気とを併せて行うと共に、これら給排気を前記気圧測定器で測定した気圧の値に応じて制御する制御部とをさらに備えるワークの熱処理装置。

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