JP4817898B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材の熱処理に関する。より詳細には、本発明は、部分毎に要求される品質が異ならない場合の熱処理としても適用可能であるが、たとえば中空円筒状の部材またはスプロケット等のように、部分によって要求品質が相違する部材の場合に特に有効な熱処理装置および熱処理方法に関する。

たとえば、建設機械等の下部走行体の構成部材であるローラ等は、岩盤上や、コンクリート路面上と強い力で接触したり、あるいは滑りを生じながら使用されるため、外周面の硬さは極めて高い。すなわち、外周面では、耐摩耗性を確保するために硬さを極めて高くする必要がある。
一方、係る構成部材（ローラ等）の内周面は、シャフト挿通のため、あるいは、軸受けを収容するために、靭性は確保するものの、嵌合を不利なものとしないために、ある程度の被切削性あるいは被加工性が要求されるので、外周面ほど硬さを高くすることができない。

連続処理もしくはバッチ処理が為されるなどの雰囲気加熱炉にて全断面が加熱された熱処理対象物（対象材の形状としては、中空円筒もしくは円盤形状）に対する従来の熱処理方法として、十分な表面硬さおよび硬化深さを必要とする外周面からのみ冷却を行い、切削加工を施す内周面は冷却を行わないことで、内周側を未熱処理材程度の硬さとするものが知られている。
しかし、係る熱処理においては、熱処理対象物が具備する全熱量が大きなため、冷却を行った面における硬化深さが十分に得られないという問題が存在する。

他の熱処理として、内周面も積極的に冷却を行うが、外周と内周とについて個別に焼もどしを行うことで、必要とされる硬度差をつけている従来技術も存在する。
しかし、係る従来技術は、焼もどし炉のような雰囲気加熱では個別での処理は不可能なため、誘導加熱などによらなければならないので、高価な誘導加熱設備を必要とする。また、全体としての熱処理時間が長くなってしまうので、作業性の向上が困難である。

あるいは、熱処理対象物の内周面も積極的に冷却を行い、熱処理対象物の芯部まで冷やし切ってから焼入れ機外に搬出しているものがある。
しかし、熱処理対象物の芯部まで冷やし切ってから焼入れ機外に搬出しているので、全体としての冷却時間が長くなってしまうという問題点を有している。

その他の従来技術として、圧延機出口の鋼製品を熱処理する方法がある（たとえば、特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術は、原材料である圧延鋼材（鋼製品）の熱処理を意図したものであり、上述したような問題を何ら解決するものではない。
特開平４−２３２２０６号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、中空円筒状部材の熱処理にあたり、耐摩耗性を要求される外周面の硬さが十分に高く、被切削性を要求される内周面はさほど硬さが高くならず、しかも、熱処理に費やされる時間を短縮することができる熱処理装置および熱処理方法の提供を目的としている。

本発明によれば、熱処理対象物である中空円筒状部材（１）またはスプロケット（１Ａ）を熱処理するための熱処理装置において、熱処理対象物（１、１Ａ）の硬さが要求される第１の領域（たとえば、中空円筒状部材１の外周面１１、スプロケット１Ａの歯面１１Ａ）を冷却する第１の冷却手段（２）と、熱処理対象物（１、１Ａ）の被切削性あるいは被加工性が要求される第２の領域（たとえば、中空円筒状部材１の内周面１２、スプロケット１Ａの内周面１２Ａおよび側面の取付用フランジ接合個所１３Ａ）を冷却する第２の冷却手段（３）と、制御手段（６）とを有し、該制御手段（６）は、所定の温度（Ｔ０）まで加熱された熱処理対象物（１、１Ａ）を冷却するために第１の冷却手段（２）および第２の冷却手段（３）を同時に作動（して冷却液を噴射）させ、その後（第１の所定時間ｔ１が経過したら）第２の冷却手段（３）を停止させ、第２の領域の高温自己焼きもどしを行う制御をするように構成されていることを特徴としている（請求項１）。

本発明の熱処理方法は、上述した熱処理装置（請求項１の熱処理装置）を用いて熱処理対象物（たとえば、中空円筒状部材１あるいはプロケット１Ａ）に熱処理を行う熱処理方法において、（熱処理対象物がＡｃ３変態点以上の所定温度に加熱された場合に）第１の冷却手段（２）および第２の冷却手段（３）を同時に作動させる工程（Ｓ２）と、第２の領域の高温自己焼もどしを行うために、第１の所定時間（ｔ１）が経過したら第２の冷却手段（３）を停止させる工程（Ｓ４）、とを有することを特徴としている(請求項４)。

本発明において、熱処理対象物がたとえば中空円筒状部材（１）である場合には、前記第１の領域は中空円筒状部材（１）の外周面（１１）であり、前記第２の領域は中空円筒状部材（１）の内周面（１２）である。
熱処理対象物がたとえばスプロケット（１Ａ）である場合には、前記第１の領域はスプロケット（１Ａ）の歯の部分（１１Ａ）であり、前記第２の領域はスプロケット（１Ａ）の回転軸が挿入される貫通孔の内周面（１２Ａ）およびスプロケット側面の取付用フランジ接合個所（１３Ａ）である。

本発明の実施に際して、前記第１の所定時間（ｔ１）とは、第２の領域（たとえば、中空円筒状部材１の内周面１２、スプロケット１Ａの内周面１２Ａおよび側面の取付用フランジ接合個所１３Ａ）の温度が、所定温度（Ｔｉ１）まで降下する時間であり、たとえば、要求品質や、熱処理対象物（中空円筒状部材１、スプロケット１Ａ）の寸法（たとえば、外径寸法、内径寸法、全長寸法等）その他によって、ケース・バイ・ケースで決定される。

本発明の熱処理装置において、前記制御手段（６）は、所定時間（第３の所定時間ｔ３）が経過したら第２の冷却手段（３）を再び作動させる制御を行うように構成されているのが好ましい（請求項２）。
そして前記制御手段（６）は、第４の所定時間（ｔ４）が経過したら第１の冷却手段および第２の冷却手段（２、３）を停止させるように制御するのが好ましい。

そして、上述した熱処理装置（請求項２の熱処理装置）を用いて熱処理対象物（たとえば、中空円筒状部材１あるいはプロケット１Ａ）に熱処理を行う熱処理方法において、所定時間（第３の所定時間ｔ３）が経過したら第２の冷却手段（３）を再び作動させる工程（Ｓ１６）を有することが好ましい（請求項５）。

本発明の熱処理装置において、前記制御手段（６）は、所定時間（第５の所定時間ｔ５）が経過したら第２の冷却手段（３）を再び作動させ、別の所定時間（第６の所定時間ｔ６）が経過したら第１の冷却手段および第２の冷却手段（２、３）を停止させ、熱処理対象物（たとえば、中空円筒状部材１、スプロケット１Ａ）の内部（いわゆる「肉厚芯部」）に残留した熱を第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）の表面および表面近傍に伝導させて焼もどし（いわゆる「自己焼もどし」）を行う制御を実行するように構成されている（請求項３）。

あるいは、上述した熱処理装置（請求項３の熱処理装置）を用いて熱処理対象物（たとえば、中空円筒状部材１あるいはプロケット１Ａ）に熱処理を行う熱処理方法において、所定時間（第５の所定時間ｔ５）が経過したら第２の冷却手段（３）を再び作動する工程（Ｓ２６）と、第２の冷却手段（３）を再び作動させてから別の所定時間（第６の所定時間ｔ６）が経過したら第１および第２の冷却手段（２、３）を停止させる工程（Ｓ２８）と、熱処理対象物（１、１Ａ）の内部（１３：いわゆる「肉厚芯部」）に残留した熱を第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）の表面および表面近傍に伝導させて焼もどし（いわゆる「自己焼もどし」）を行う工程（Ｓ２９）、とを有するのが好ましい（請求項６）。

本発明の実施に際して、前記第１の冷却手段（２）は第１の開閉弁（４）を介装した第１の冷却流体供給ライン（Ｌ１）によって冷却流体（たとえば、冷却液）が供給され、前記第２の冷却手段（３）は第２の開閉弁（５）を介装した第２の冷却流体供給ライン（Ｌ２）によって冷却流体が供給されるように構成され、前記制御手段（６）は前記第１の開閉弁（４）および第２の開閉弁（５）の開閉を制御するように構成されているのが好ましい。

上述した構成を具備する本発明によれば、制御手段（６）は、第１の冷却手段および第２の冷却手段（２、３）を作動させて、Ａｃ_３変態点以上の所定の温度に加熱された熱処理対象物（１、１Ａ）を冷却する際に、第１の所定時間（ｔ１）が経過したら第２の冷却手段（３）を停止させるように制御しているので、第２の冷却手段（３）を停止した後に、一度は低下した第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）の温度も、熱処理対象物（１、１Ａ）の内部、いわゆる「肉厚芯部（１３）」（たとえば、中空円筒状部材１であれば、外周面１１と内周面１２との半径方向中間の部分）に残留した熱が内周面方向に伝導して、再び昇温する。そして、第２の冷却手段（３）を停止したため、第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）は冷却液の噴射により急速に冷却することなく、昇温後は緩やかに降温して、焼もどしが為される。

すなわち、第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）は熱処理対象物（１、１Ａ）の内部（肉厚芯部１３）の熱により、一旦昇温された後に緩やかに降温して、焼もどしが行われる（いわゆる「自己焼もどし」：比較的高い温度で行われる自己焼もどし）。
一方、第１の領域（１１、１１Ａ）については、第１の冷却手段（２）により急速冷却（冷却液の噴射）が続行されるので、焼入れ硬化が行われる。
その結果、第１の領域（１１、１１Ａ）は極めて硬さが高くなり、十分な耐摩耗性を獲得することができる。そして第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）については、高温での自己焼もどしの結果として硬さはさほど高くはならないので、良好な被切削性あるいは被加工性が得られるのである。

そして、本発明によれば、第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）を高温で焼もどしするにあたって、熱処理対象物（１、１Ａ）内部（肉厚芯部１３）における熱を第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）に伝導させることにより高温での焼もどしを行うので（高温での自己焼もどし）、第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）のみを高温で焼もどしするための特別な設備を導入する必要がない。

さらに本発明において、熱処理対象物がたとえば中空円筒状部材（１）である場合には、その外周面（１１）のように十分な硬さを要求される部位（第１の領域１１、１１Ａ）において、十分な冷却を行って所望の焼入れ硬さを得ると共に、内周面（１２：第２の領域に相当する）側からも冷却すれば、硬化深さを深くすることが可能である。
上記メリットに関連して、同一レベルの硬化深さを得るのに、より低級な鋼でも対応可能になる。

本発明において、第１の所定時間（ｔ１）が経過した際に停止させた第２の冷却手段（３）を、第３の所定時間（ｔ３）が経過した際に再び作動させるように構成すれば（請求項２、請求項４）、第２の冷却装置（３）を再び作動させることにより（図６の領域Ｓｈ３）、外周面（１１）および内周面（１２）の冷却を促進して、冷却時間を短縮させることができる。その結果、熱処理作業全体の作業効率を向上させることが可能である。

あるいは本発明において、第６の所定時間（ｔ６）が経過した際に、第１の冷却手段および第２の冷却手段（２、３）を停止させ、且つ、比較的低い温度で自己焼もどしを行わせるように制御すれば、熱処理対象物内部（肉厚芯部１３）の温度が常温に降下するまで冷却する必要がなくなるので、その分だけ早く、熱処理対象物（１、１Ａ）を冷却設備（あるいは、冷却設備と一体になった熱処理設備）から取り出すことができる。そして、熱処理対象物（１、１Ａ）を冷却設備（あるいは、冷却設備と一体になった熱処理設備）から早く取り出せる分だけ、冷却時間を短縮させ、熱処理作業全体の作業効率を向上させることが可能となる。
比較的低い温度での自己焼もどしの工程を入れることで、良好な耐摩耗性を有する部材が得られる。

これに加えて本発明によれば、第２の領域（１２、１２Ａ、１３Ａ）に高温での焼もどし処理を行う（Ｓｈ２、Ｓｈ４）ので、熱処理対象物内部（肉厚芯部１３）における靭性が向上する、という作用効果も奏する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１〜図５を参照して、第１実施形態を説明する。

図１は、熱処理装置全体の構成を示すブロック図である。
図１において、全体を符号１００で示す熱処理装置は、図示しない加熱装置を備えており、あるいは、図示しない加熱装置の一部分を構成している。この加熱装置自体は、従来から公知の装置あるいは市販されている装置をそのまま流用することができる。

また、熱処理装置１００は、熱処理対象物（図１では中空円筒状部材１）の外周部を包囲し、中空円筒状部材１の外周面１１に冷却用流体（たとえば冷却液）を噴射する複数（図１では２つのユニットを示しているが、あくまでも例示である）の第１の冷却装置２と、中空円筒状部材１の内周面１２に冷却用流体（たとえば冷却液）を噴射する第２の冷却装置３とを備えている。

第１の冷却装置２は、第１の開閉弁４を介装した第１の冷却流体供給ラインＬ１を介して、冷却流体が供給されるように構成されている。
第２の冷却装置３は、第２の開閉弁５を介装した第２の冷却流体供給ラインＬ２を介して、冷却流体が供給されるように構成されている。

冷却ラインとして、冷却液供給源（たとえば、図示しない水道）に接続されたラインＬ０が設けられており、ラインＬ０は、分岐点Ｂ１で、前記第１の冷却流体供給ラインＬ１および第２の冷却流体供給ラインＬ２に分岐している。
また、第１の冷却流体供給ラインＬ１は、分岐点Ｂ２で、複数の分岐ラインＬ１１（図１では２本示しているが、あくまでも例示である）に分岐している。

さらに、熱処理装置１００は、制御手段であるコントロールユニット６を備えている。コントロールユニット６は、図示しないタイマーを内蔵しており、所定時間の経過によって、第１の開閉弁４および第２の開閉弁５の開閉を制御するように構成されている。
図１において、符号Ｓｏはコントロールユニット６と開閉弁４、５を接続する制御信号ラインを示している。

図２は、熱処理対象物の一例として、中空円筒状部材１を示した斜視図である。
一方、図３は、熱処理対象物である中空円筒状部材の一例として、スプロケット１Ａを示した斜視図である。図３において、スプロケットの歯の部分（歯面）には符号１１Ａを付し、図示しない回転軸が挿入される貫通孔の内周面に符号１２Ａを付し、スプロケット１Ａの側面において、取付用フランジ（図示せず）と接触して押圧される領域（取付フランジ接合個所）を符号１３Ａで示す。
図示の実施形態では、図２で示す中空円筒状部材１を熱処理対象物とした場合について、例示している。

図４は、第１実施形態における熱処理中の温度変化を示す温度特性線図である。
図４において、符号ＬＡは外周面（図２の符号１１、図３の符号１１Ａ）の温度変化特性を示し、符号ＬＢは内周面（図２の符号１２、図３の符号１２Ａ）の温度変化特性を示し、符号ＬＣは中空円筒状部材１の肉厚の中間部（１３：半径方向について、外周面１１と内周面１２との中間の部分：いわゆる「肉厚芯部」）の温度変化特性を示している。

制御の概要としては、コントロールユニット６は、熱処理の対象となるワーク（たとえば中空円筒状部材１）が所定の温度（たとえば８５０℃：図４の温度Ｔ０点）に加熱された場合に、第１の冷却装置２および第２の冷却装置３を作動させ、第１の所定時間ｔ１が経過したら第２の冷却手段３を停止させるように制御する。

次に、図４および図５に基づいて、第１実施形態の熱処理における制御について説明する。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、熱処理対象物１が所定温度、たとえば８５０℃（図４のＴ０点）まで加熱されたか否かを判定する。そして、所定温度（たとえば８５０℃）に加熱されるまで待機する（ステップＳ１でＮＯのループ）。所定温度（たとえば８５０℃）に達したならば（ステップＳ１のＹＥＳ）、第１および第２の開閉弁４、５を開放して、第１（外周側）の冷却装置２および第２（内周側）の冷却装置３から、図１の例では中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２へ冷却液を噴射する（ステップＳ２）。

ステップＳ３において、コントロールユニット６は所定時間ｔ１が経過したか否かを判断し、所定時間ｔ１が経過するまで待機している（ステップＳ３でＮＯのループ）。
ここで、所定時間ｔ１は、内周側の温度が図４では符号Ｔｉ１で示す温度（たとえば、約４００℃）まで降下するまでの時間である。所定時間ｔ１は、熱処理の対象物（ワーク）の要求品質、寸法、形状等により異なる。たとえば、中空円筒状部材であれば、当該部材の要求品質、全長、外周の径寸法、内周の径寸法、質量等によって、所定時間ｔ１が適宜決定される。

所定時間ｔ１が経過（内周側の温度が図４では符号Ｔｉ１で示す温度まで降下）したならば（ステップＳ３がＹＥＳ）、コントロールユニット６は、第２の開閉弁５のみを閉鎖して、第２の冷却装置３からの冷却液の噴射を停止させる（ステップＳ４）。一方、第１の冷却装置２からの冷却液の噴射は続行される。
第２の冷却装置３からの冷却液の噴射のみが停止する結果、中空円筒状部材１（図１参照）の内周面１２には、外周面１１と内周面１２との（半径方向について）間の領域（肉厚芯部１３）に残存する熱が内周面１２側に伝導して、内周側が高温で焼もどしされる（高温での自己焼もどし）。

図４の温度変化特性ＬＣを参照すれば、所定時間（ｔ１）が経過した時点で、肉厚芯部１３の温度はまだ高温（約８００℃）である。この肉圧芯部１３における熱は、低温の内周面１２側に伝導する。ここで、第２の冷却装置３からの冷却液の噴射は停止しているので、肉厚芯部１３の熱が内周面１２側のみに伝導することにより、図４の温度変化特性ＬＢで示すように、内周面１２の温度は昇温する。
内周面１２の温度（温度変化特性ＬＢ参照）は、肉厚芯部１３の温度（温度変化特性ＬＣ参照）と同程度になる位まで（約６５０℃：図４において、温度変化特性ＬＢと温度変化特性ＬＣとが交差する個所の温度）昇温し、その後、緩やかに降温する。

すなわち、内周面１２は、中空円筒状部材１が保有する熱、より詳細には中空円筒状部材１の肉厚芯部１３が保有する熱により、比較的高い温度（図４において、温度変化特性ＬＢと温度変化特性ＬＣとが交差する個所の温度：約６５０℃）に昇温して、図４の符号Ｄで示す領域において内周面１２が高温焼もどし（高温自己焼もどし）される。
図４を参照すれば明らかなように、当該焼もどし（自己焼もどし）は、比較的高い温度（図４において、温度変化特性ＬＢと温度変化特性ＬＣとが交差する個所の温度：約６５０℃）まで加熱されて行われる。

ここで、中空円筒状部材１の肉厚芯部１３が保有する熱は、中空円筒状部材１の外周面１１にも伝導するが、上述したように、第１の冷却装置２からの冷却液の噴射は続行されるので、外周面１１は冷却液による急速冷却が続けられる。
すなわち、内周面１２とは異なり、外周面１１では、いわゆる「自己焼もどし」は行われない。

再び図５において、ステップＳ５において、コントロールユニット６は、熱処理対象物の外周面１１の温度が所定の温度（たとえば、１００℃前後）まで降温するのに要する時間が経過したか否か、すなわち第２の所定時間ｔ２が経過したか否かを判定する。
第２の所定時間ｔ２が経過するまでは、上述した領域Ｄ（図４）の状態、すなわち、外周面１１は冷却液により急速冷却が行われ、内周面１２は自己焼もどしが行われる状態を続行する（ステップＳ５がＮＯのループ）。
第２の所定時間ｔ２が経過したならば（ステップＳ５のＹＥＳ）、ステップＳ６に進み、第１の開閉弁４も閉鎖して、第１の冷却装置２を停止して、制御を終了する。

図１〜図５の第１実施形態によれば、第２の冷却装置を比較的早期（所定時間ｔ１経過時）に停止することによって、肉厚芯部１３の熱を内周面１２へ伝導させ、内周面１２の温度を昇温し、その後、緩やかに降温させる（図４における領域Ｄ）。それにより、内周面１２は、いわゆる「高温自己焼もどし」が行われ、その結果、内周面１２では、良好な被加工性あるいは被切削性が得られる硬さになる。
一方、外周面１１は冷却液の噴射が続行されるので急速冷却が続き、焼入れ硬化する。その結果、外周面１１は、高硬度となり、良好な耐摩耗性が得られる。

したがって、たとえば、建設機械の下部走行体の構成部材であるローラ等に第１実施形態の熱処理を施せば、外周面１１は高硬度となって耐摩耗性が付与されるので、岩石等との衝突や滑りを生じても、陥没や摩耗等の変形を生じない。また、内周面１２は、良好な被切削性が得られる硬さになり、シャフトの挿入が容易となる。

また、図１〜図５の第１実施形態に係る処理過程において、部分的に焼もどしを行うのに必要な特別な設備を導入する必要がなくなる。図１〜図５の第１実施形態では、図４の符号Ｓｈ２で示す領域において焼もどし（自己焼もどし）が行われるが、領域Ｓｈ２における焼もどし（自己焼もどし）は、第２の冷却装置３からの冷却液の噴射を停止させることにより、実行可能であり、特別な設備の導入は不要である。

これに加えて、内周面１２について高温焼もどしが行われる結果、肉厚芯部１３における靭性も向上する。

次に、図６および図７を参照して、第２実施形態を説明する。
ここで第２実施形態は、図１〜図５で説明した第１実施形態と同様の熱処理装置を用いている。
そして、第２実施形態と第１実施形態とは、熱処理あるいは熱処理のための制御が異なっている。

上述したように、第２実施形態を実施するための装置自体は、第１実施形態の装置（図１の装置）と同様な構成を具備している。
図６を参照すれば、第２実施形態に係る熱処理では、コントロールユニット６は、熱処理の対象物、たとえば中空円筒状部材１（図１参照）が所定の温度（たとえば８５０℃：図６の符号Ｔ０）に加熱された際に、第１の冷却装置２（図１参照）および第２の冷却装置３（図１参照）を作動させて、中空円筒状部材１の外周面１１（図１）および内周面１２（図１）に冷却液を噴射する。

図６において、第１の所定時間ｔ１が経過した後の領域Ｓｈ２では、第２の冷却装置３のみを停止して、中空円筒状部材１の内周面１２に対する冷却液の噴射を中止する。内周面１２に対する冷却液の噴射が中止される結果、内周面１２側は、肉厚芯部１３（図１）に残存する熱が伝導することにより昇温し（図６において、ＬＢとＬＣとが交差する個所の温度：約６５０℃）、その後、緩やかに降温する（領域Ｄ）。すなわち、内周面１２は比較的高温に昇温し、いわゆる「高温自己焼もどし」が行われる。

第３の所定時間ｔ３（内周面１２の温度はＴｉ３、たとえば約４７０℃、となっている）が経過した後、第２の冷却装置３を再び作動して、内周面１２に冷却液を噴射する。
そして、第４の所定時間ｔ４が経過したならば、第１の冷却装置２および第２の冷却装置３を停止させて、中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２に対する冷却液の噴射を中止する。

図４、図５で示す第１実施形態における熱処理と、第２実施形態に係る熱処理との相違点は、第２実施形態に係る熱処理（図６、図７）では、第３の所定時間ｔ３が経過した際に、第１の所定時間ｔ１経過時に停止した第２の冷却装置３を再び作動させる行程（図７の領域Ｓｈ３）を含む点である。

図７を参照して、第２実施形態に係る熱処理を詳細に説明する。
図７のステップＳ１１〜Ｓ１４までは、図５（第１実施形態）のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。従って図７のステップＳ１４では、図５のステップＳ４と同ように、第２の冷却装置３（図１）からの冷却液の噴射を停止させ、中空円筒状部材１（図１参照）の内周面１２に、いわゆる「肉厚芯部」に残存する熱を伝導させて、いわゆる「高温自己焼もどし」（比較的高い温度で行われる自己焼もどし）を行わせる。

図７のステップＳ１５において、コントロールユニット６（図１）は、第３の所定時間ｔ３が経過したか否かを判断する。第３の所定時間ｔ３が経過していなければ、外周面１１に冷却液を噴射して急速冷却を行い、内周面１２は自己焼もどしが行われる状態を続行する（ステップＳ１５がＮＯのループ）。
第３の所定時間ｔ３が経過したなら（ステップＳ１５のＹＥＳ）、ステップＳ１６に進み、第２の開閉弁５（図１）を再び開放して、第２の冷却装置３による内周面１２の冷却を再開する（ステップＳ１６）。
なお、第３の所定時間ｔ３については、中空円筒状部材１の要求品質や寸法等により、ケース・バイ・ケースで決定される。

第２の冷却装置３による内周面１２の冷却を再開する（ステップＳ１６）ことにより、外周面１１のみならず内周面１２にも冷却液が噴射されて冷却されるので、図６の領域Ｓｈ３で示すように、特に内周面１２側の温度が急速に低下する。その結果、ステップＳ１６の行程（図６の領域Ｓｈ３）においては、外周面１１および内周面１２の双方に冷却液を噴射して急速に冷却することにより、中空円筒状部材１における残熱を短時間で奪い、熱処理における冷却に費やされる時間を短縮することができる。これにより、作業効率の向上を図るものである。

次のステップＳ１７では、コントロールユニット６は、第４の所定時間ｔ４が経過したか否かを判断する。ここで、第４の所定時間ｔ４は、中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２の温度が、約１００℃以下まで低下するのに十分な時間が設定される。

第４の所定時間ｔ４が経過していなければ、中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２が、共に、冷却液の噴射により急速冷却される状態が続行される（ステップＳ１７がＮＯのループ）。
第４の所定時間ｔ４が経過すれば（ステップＳ１７がＹＥＳ）、第１および第２の開閉弁４、５（図１）を閉鎖し、第１および第２の冷却装置２、３を停止して、中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２の冷却を終了する（ステップＳ１８）。そして、制御を終了する。

図６、図７の第２実施形態では、第３の所定時間ｔ３が経過した後、第２の冷却装置３を再び作動させて内周面１２に対して冷却液を噴射する工程（図６の領域Ｓｈ３）を設けたので、中空円筒状部材１、特に内周面１２側に残存する残熱を奪って、熱処理における冷却時間全体を短縮することができる。
その結果、熱処理作業全体の時間を短縮して、熱処理作業の能率を向上させることができるのである。

図６、図７の第２実施形態におけるその他の構成および作用効果は、図１〜図５の第１実施形態と同様である。

次に図８および図９を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態においても、第１実施形態および第２実施形態でおける熱処理装置１００と同様な装置が用いられる。
ここで、第３実施形態において、第１実施形態あるいは第２実施形態と相違する点は、熱処理における冷却あるいはそのための制御である。

第３実施形態に係る熱処理における制御の概要を、次に述べる。
コントロールユニット６（図１）は、たとえば中空円筒状部材１が所定の温度（たとえば８５０℃：図８の温度Ｔ０点）に加熱された場合に、第１の冷却装置２および第２の冷却装置３を作動させ、第１の所定時間ｔ１が経過したら第２の冷却装置３のみを停止させて、内周面１２側を、比較的高温にて、いわゆる「高温自己焼もどし」（図８の領域Ｓｈ２）を行わせる。

第５の所定時間ｔ５（図８において、内周面１２の温度がＴｉ５で示される）が経過したら、第２の冷却装置３を再び作動させる。そして、第６の所定時間ｔ６が経過したら、第１の冷却装置２および第２の冷却装置３を停止させ、その後、比較的低温にて、いわゆる「低温自己焼もどし」（図８の領域Ｓｈ４）を行う。

第３実施形態の熱処理（図８、図９）では、第６の所定時間ｔ６（第２実施形態における第４の所定時間ｔ４に対応）が経過した後、比較的低温にて、いわゆる「低温自己焼もどし」（図８のＳｈ４の領域）を行う点で、第２実施形態の熱処理（図６、図７）とは相違する。

次に、図８および図９を参照して、第３実施形態の熱処理を詳細に説明する。
図９におけるステップＳ２１〜Ｓ２６までは、図７のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様である。たとえば、図９のステップＳ２４（図８の領域Ｓｈ２に相当）では、図５のステップＳ４や図７のステップＳ１４と同ように、第２の冷却装置３（図１）からの冷却液の噴射を停止させ、肉厚芯部１３に残存する熱を伝導させて、中空円筒状部材１（図１参照）の内周面１２に、比較的高温にて、いわゆる「高温自己焼もどし」を行わせる。

図９のステップＳ２６（図８の領域Ｓｈ３に相当）では、図７のステップＳ１６と同様に、高温での自己焼もどしの後、第２の冷却装置３（図１）による内周面１２の冷却を再開して、中空円筒状部材１における残熱を奪い、特に内周面１２側の温度を急速に低下せしめ、熱処理における冷却に費やされる時間を短縮している。

図９のステップＳ２７では、コントロールユニット６は、第６の所定時間ｔ６（第２実施形態における第４の所定時間ｔ４の値とは異なる）が経過したか否かを判断する。第６の所定時間ｔ６が経過していなければ、外周面１１および内周面１２へ冷却液を噴射して冷却する作業を続行する（ステップＳ２７がＮＯのループ）。第６の所定時間ｔ６が経過すれば（ステップＳ２７がＹＥＳ）、第１および第２の開閉弁４、５を閉鎖させ、第１および第２の冷却装置２、３を停止する（ステップＳ２８）。

図６、図７の第２実施形態における第４の所定時間ｔ４は、中空円筒状部材１の外周面１１および内周面１２の温度が、たとえば常温まで低下するのに十分な時間が設定されている。それに対して、図８、図９の第３実施形態では、内周面１２が（比較的低温にて）いわゆる「低温自己焼もどし」され得る程度に、中空円筒状部材１の芯部において熱量が残存するように、第６の所定時間ｔ６が設定されている。
図８において、第６の所定時間ｔ６において、たとえば外周面１１の温度は１００℃前後である。

したがって、図８、図９の第３実施形態においては、第６の所定時間ｔ６が経過し（ステップＳ２７がＹＥＳ）、第１および第２の冷却装置２、３を停止した（ステップＳ２９）後に、中空円筒状部材１の芯部に残存した熱が外周面１１および内周面１２に伝導し、外周面１１および内周面１２の温度が上昇する。その結果、外周面１１および内周面１２は、比較的低温にて、いわゆる「低温自己焼もどし」される（ステップＳ２９）。

第３実施形態では、比較的高温で自己焼もどしを行う（図９の領域Ｓｈ２）と共に、比較的低温でも自己焼もどし（図９の領域Ｓｈ４）を行っているので、内周面１２は更に被加工性あるいは被切削性が良好となる。そして、外周面１１の良好な耐摩耗性が維持される。

それと共に、図８、図９の第３実施形態における第６の所定時間ｔ６は、図６、図７の第２実施形態における第４の所定時間ｔ４よりも短時間であることが予想されるので、その分だけ、中空円筒状部材１を装置１００内に配置しておく時間を短くすることができる。すなわち、図８、図９の第３実施形態では、熱処理設備内にワークを配置しておく時間を更に短縮して、熱処理の作業効率を更に向上させることができるのである。

図８、図９の第３実施形態におけるその他の構成および作用効果は、図１〜図７の第１実施形態および第２実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。
たとえば、第１と第２の冷却装置の作動タイミングを図示の実施形態と逆にすることで、当該熱処理を受けたワーク（中空円筒状部材）の外周面を柔らかく、内周面を硬くすることもできる。

また、図示の実施形態では、図２で示す中空円筒状部材１を熱処理対象物としているが、図３で示すスプロケット１Ａを熱処理対象物とすることも、もちろん可能である。
その場合、第１の冷却装置２はスプロケット１Ａの歯の部分（歯面）１１Ａに冷却用流体（たとえば冷却液）を噴射するように構成される。そして、第２の冷却装置３は、スプロケット１Ａの貫通孔の内周面１２Ａと、スプロケット１Ａ側面における取付用フランジ（図示せず）との接合個所（取付フランジ接合個所）１３Ａに対して、冷却用流体（たとえば冷却液）を噴射するように構成される。

本発明の実施形態の熱処理装置の全体構成を示したブロック図。 実施形態が実施される熱処理対象物である、中空円筒状部材の斜視図。 実施形態が実施される中空円筒状部材である、中央孔を有する円盤状部材の斜視図。 本発明の第１実施形態の熱処理における温度変化を示す図。 本発明の第１実施形態の熱処理における制御フローチャート。 本発明の第２実施形態の熱処理における温度変化を示す図。 本発明の第２実施形態の熱処理における制御フローチャート。 本発明の第３実施形態の熱処理における温度変化を示す図。 本発明の第３実施形態の熱処理における制御フローチャート。

符号の説明

１・・・熱処理対象物／中空円筒状部材
２・・・第１の冷却手段／外周側の冷却装置
３・・・第２の冷却手段／内周側の冷却装置
４・・・第１の開閉弁
５・・・第２の開閉弁
６・・・コントロールユニット
１１・・・外周面
１２・・・内周面
１３・・・肉厚の中央部／肉厚芯部
Ｌ１・・・第１の冷却流体供給ライン／第１の冷却液ライン
Ｌ２・・・第２の冷却流体供給ライン／第２の冷却液ライン

Claims (6)

1. 熱処理対象物である中空円筒状部材またはスプロケットを熱処理するための熱処理装置において、熱処理対象物の硬さが要求される第１の領域を冷却する第１の冷却手段と、熱処理対象物の被切削性あるいは被加工性が要求される第２の領域を冷却する第２の冷却手段と、制御手段とを有し、該制御手段は所定温度まで加熱された熱処理対象物を焼入れ冷却するために第１の冷却手段および第２の冷却手段を同時に作動させた後、第２の冷却手段を停止させ、第２の領域の高温自己焼もどしを行う制御をするように構成されていることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記制御手段は、所定時間が経過したら第２の冷却手段を再び作動させる制御を行うように構成されている請求項１の熱処理装置。
3. 前記制御手段は、所定時間が経過したら第２の冷却手段を再び作動させ、別の所定時間が経過したら第１の冷却手段および第２の冷却手段を停止し、熱処理対象物の内部に残留した熱が第１の領域および第２の領域の表面および表面近傍に伝導することにより焼もどしを行う制御を実行するように構成されている請求項１の熱処理装置。
4. 請求項１の熱処理装置を用いて熱処理対象物に熱処理を行う熱処理方法において、第１の冷却手段および第２の冷却手段を同時に作動させる工程と、第２の領域の高温自己焼もどしを行うために、第１の所定時間が経過したら第２の冷却手段を停止させる工程、とを有することを特徴とする熱処理方法。
5. 請求項２の熱処理装置を用いて熱処理対象物に熱処理を行う熱処理方法において、所定時間が経過したら第２の冷却手段を再び作動する工程を有する請求項４の熱処理方法。
6. 請求項３の熱処理装置を用いて熱処理対象物に熱処理を行う熱処理方法において、所定時間が経過したら第２の冷却手段を再び作動する工程と、第２の冷却手段を再び作動させてから別の所定時間が経過したら第１および第２の冷却手段を停止する工程と、熱処理対象物の内部に残留した熱が第１の領域および第２の領域の表面および表面近傍に伝導することにより焼もどしを行う工程、とを有する請求項４の熱処理方法。

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