JP5407281B2

JP5407281B2 - 熱処理方法

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Publication number: JP5407281B2
Application number: JP2008283797A
Authority: JP
Inventors: 浩規立石
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP2010111893A

Description

本発明は、焼入れ等において、加熱後の被処理物を、冷媒ガスによって冷却する熱処理方法に関する。

従来、金属加工物等をワーク（被処理物）とする熱処理として、真空焼入れが行われている。真空焼入れにおいては、ワークが、真空中で加熱（真空加熱）された後、急速に冷却される。加熱後のワークの冷却方法としては、水または油を用いる方法や、窒素ガス等の冷媒ガスを用いる方法がある。

ガス冷却（冷媒ガスによる冷却）によれば、水または油を用いる方法との比較において、冷却速度の調整が容易であることからワークの焼入れ歪（急冷されることにより生じる熱変形）の調整が容易であることや、ワークの洗浄が不要であること等の利点が得られる。すなわち、水または油を用いる方法によれば、冷却速度を変える場合には冷媒としての水または油を交換する必要がある。この点、ガス冷却によれば、冷媒ガスの圧力や冷媒ガスを導入する速度等の調整により、冷却速度を調整することができる。また、冷媒として油が用いられる場合、油で汚れたワークについての洗浄が必要となるが、ガス冷却の場合は、そのような洗浄が不要である。

ガス冷却には、加熱後のワークに対して冷媒ガスを送風するためのファンを備える構成が用いられる。ファンを備える構成としては、加熱後のワークが存在する処理室（チャンバ等と称される）の内部にファンが設けられ、処理室内に導入された冷媒ガスがファンによって攪拌される構成や、処理室に対して配管等を介して連通する空間にファンが設けられ、ファンの回転によって冷媒ガスが処理室内に導入される構成がある。このようなガス冷却のためのファンの駆動には、一般的に、電動機が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、電動機の駆動軸に直結されるファンが処理室内に設けられる構成が開示されている。

このように、ファンの駆動に電動機が用いられる場合、真空中において電動機の内部で発生する放電が問題となる。すなわち、真空加熱による加熱処理後のワークの冷却が行われる処理室内は、加熱時と同様に真空状態となる。このため、電動機が存在する空間が冷却のための処理室と連通する構成においては、ワークの冷却に際して電動機が真空状態にさらされることとなる。そこで、冷媒ガスが導入される前の真空状態下で電動機の始動が行われると、電動機の内部で放電が発生する場合がある。

このため、従来、ガス冷却のための電動機の運転について、冷媒ガス圧力（冷媒ガスが導入されること等により変化する処理室内の圧力）が所定の圧力（例えば、大気圧（１ａｔｍ））に達した後に、電動機を始動させることが行われている。つまりこの場合、冷媒ガス圧力について、処理室への冷媒ガスの導入開始直後、電動機における放電が生じない所定の圧力となったタイミングで、電動機の始動が行われる。

このような電動機の始動方法においては、冷媒ガス圧力の立上げと電動機により回転するファンの加速とが同時に行われることから、ファン（電動機）の加速中に、冷媒ガス圧力が上昇する。このため、ファン加速時間（電動機の始動時からファンが所定の設定回転数に達するまでの時間）が、ガス冷却における冷却速度（冷却能）に大きく影響し、十分な冷却速度が得られない場合がある。

具体的には、ファン加速時間は、電動機あるいはファンの慣性モーメント（慣用的にＧＤ²により求められる。以下同じ。）が大きくなるほど、長くなる傾向にある。ここで、ファンによる風量を増大させて冷媒ガスによる冷却能を高めようとした場合、一般的にファンの大型化を図ることが行われる。ファンが大型化すると、ファンの慣性モーメントが大きくなることに加え、電動機のトルクを上げる必要が生じる。電動機のトルクが上がると、電動機の慣性モーメントが大きくなる。このように、ガス冷却においては、冷却速度を高めることと、ファン加速時間の短縮化を図ることとの両立は困難であり、十分な冷却速度が得られない場合がある。

この点、ファン加速時間を短縮するため、比較的小型の電動機およびファンをそれぞれ複数台用いる方法が考えられる。かかる方法によれば、電動機およびファンが小型であることから前記のような慣性モーメントやトルクが小さくなり、ファン加速時間が短縮するとともに、複数台の電動機およびファンにより、ガス冷却に必要な風量が確保される。しかし、複数台の電動機およびファンを用いる方法によれば、設備費用の増大や、配管等のレイアウトの複雑化や、設置面積の増大等の問題が生じる。

そこで、ガス冷却における冷却速度に対するファン加速時間の影響を低減するため、次のような方法が考えられている。すなわち、冷媒ガス圧力について、ファン加速時間の間は電動機における放電が生じない程度の低い圧力に保持し、ファンが設定回転数に達した後に、ガス冷却に必要な圧力まで上昇させるという方法である。

このようなファン加速時間との関係における冷媒ガス圧力を上昇させるタイミングについての内容が、特許文献２に示されている。しかし、特許文献２は、前述したようなファン加速時間との関係において冷媒ガス圧力を調整する方法についての具体的な内容や、かかる方法を実現するための具体的な手段を示すものではない。

前述のように、冷媒ガス圧力を、電動機における放電が生じない程度の低い圧力と、ガス冷却に必要な圧力との二段階に上昇させるためには、一般的には次のような方法が考えられる。すなわち、処理室内に冷媒ガスを導入するためのガス導入通路において、冷媒ガスを油圧ポンプ等によって昇圧させ、タンク等を用いて蓄えた状態から、開閉弁等を用いて所定のタイミングで（二段階に）処理室内に導入する方法である。

しかし、冷媒ガス圧力を二段階に上昇させるに際して、共通の配管構成（ポンプ、タンク、開閉弁等）が用いられる場合、通常、冷媒ガス圧力についての設定圧力差が大きくなる各段階において、冷媒ガス圧力を安定させることが難しい。特に、電動機における放電が生じない程度の低い圧力については、ガス冷却に必要な圧力と比べて非常に低いため、冷媒ガス圧力が上がり過ぎる等、圧力のバラツキが生じ、冷媒ガス圧力の安定化を図ることが困難である。
特開平１０−１８３２３６号公報特開２００２−２９４３３３号公報（第１図（ａ））

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、冷媒ガスによって加熱後の被処理物を冷却するガス冷却において、設備構造の複雑化やコストの増大等を招くことなく、冷媒ガスを被処理物に送風するためのファンの駆動に用いられる電動機における放電を効果的に防止することができるとともに、十分な冷却能を得ることができる熱処理方法を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、加熱後の被処理物を、該被処理物を収容する処理室にて、該処理室と連通する空間に設けられる電動機を駆動源とするファンにより冷媒ガスを対流させることで冷却する熱処理方法であって、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記電動機における放電が発生しない程度に低い圧力としてあらかじめ設定される第一の圧力となるように導入する前期冷媒ガス導入過程と、前記処理室内の圧力が前記第一の圧力である状態で、前記電動機を始動させ、該電動機の回転数を、前記ファンの駆動との関係においてあらかじめ設定される所定の回転数となるまで上昇させるファン始動過程と、前記電動機の回転数が前記所定の回転数である状態で、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記被処理物の冷却に用いられる圧力としてあらかじめ設定される第二の圧力となるように導入する後期冷媒ガス導入過程と、を行うものであり、所定の供給源から供給される前記冷媒ガスを前記処理室内に導入するための通路であるガス導入通路に、前記冷媒ガスの導入方向についての上流側から下流側にかけて順に設けられる、前記ガス導入通路の開閉を行う第一の開閉弁手段、および前記開閉を行う第
二の開閉弁手段を含む構成により、前記第一の開閉弁手段および前記第二の開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記ガス導入通路における前記第一の開閉弁手段と前記第二の開閉弁手段との間の部分に、前記第一の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第二の開閉弁手段を開状態とすることで、前記前期冷媒ガス導入過程を行い、前記第一の開閉弁手段が閉状態、かつ前記第二の開閉弁手段が開状態であるとともに、前記ガス導入通路における前記第一の開閉弁手段の前記上流側の部分に、前記第二の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第一の開閉弁手段を開状態とすることで、前記後期冷媒ガス導入過程を行うものである。

請求項２においては、前記第一の開閉弁手段の前記下流側に、前記ガス導入通路から分岐して前記電動機が設けられる前記空間に連通する分岐ガス導入通路を設けるものである。

請求項３においては、加熱後の被処理物を、該被処理物を収容する処理室にて、該処理室と連通する空間に設けられる電動機を駆動源とするファンにより冷媒ガスを対流させることで冷却する熱処理方法であって、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記電動機における放電が発生しない程度に低い圧力としてあらかじめ設定される第一の圧力となるように導入する前期冷媒ガス導入過程と、前記処理室内の圧力が前記第一の圧力である状態で、前記電動機を始動させ、該電動機の回転数を、前記ファンの駆動との関係においてあらかじめ設定される所定の回転数となるまで上昇させるファン始動過程と、前記電動機の回転数が前記所定の回転数である状態で、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記被処理物の冷却に用いられる圧力としてあらかじめ設定される第二の圧力となるように導入する後期冷媒ガス導入過程と、を行うものであり、所定の供給源から供給される前記冷媒ガスを前記処理室内に導入するための通路であるガス導入通路として、前記前期冷媒ガス導入過程を行うための前記ガス導入通路である第一のガス導入通路と、前記後期冷媒ガス導入過程を行うための前記ガス導入通路である第二のガス導入通路とを設け、前記第一のガス導入通路および前記第二のガス導入通路のそれぞれに設けられ、前記ガス導入通路の開閉を行う開閉弁手段を含む構成により、前記第一のガス導入通路を用い、該第一のガス導入通路の前記開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記第一のガス導入通路における前記開閉弁手段よりも前記冷媒ガスの導入方向についての上流側の部分に、前記第一の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第一のガス導入通路の前記開閉弁手段を開状態とすることで、前記前期冷媒ガス導入過程を行い、前記第二のガス導入通路を用い、該第二のガス導入通路の前記開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記第二のガス導入通路における前記開閉弁手段よりも前記上流側の部分に、前記第二の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第二のガス導入通路の前記開閉弁手段を開状態とすることで、前記後期冷媒ガス導入過程を行うものである。

請求項４においては、前記第一のガス導入通路の前記開閉弁手段の前記下流側に、前記第一のガス導入通路から分岐して前記電動機が設けられる前記空間に連通する分岐ガス導入通路を設けるものである。

請求項５においては、前記前期冷媒ガス導入過程を行う前の前記被処理物の温度を、前記ファン始動過程中に低下する前記被処理物の温度低下量に相当する分あらかじめ上昇させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、冷媒ガスによって加熱後の被処理物を冷却するガス冷却において、設備構造の複雑化やコストの増大等を招くことなく、冷媒ガスを被処理物に送風するためのファンの駆動に用いられる電動機における放電を効果的に防止することができるとともに、十分な冷却能を得ることができる。

本発明は、冷媒ガスによって加熱後の被処理物を冷却するガス冷却において、被処理物が存在する処理室に対する冷媒ガスの導入を二段階で行うことで、処理室内の圧力を、ファンを駆動するための電動機における放電が発生しない程度に低い（真空状態に近い）圧力と、被処理物を冷却するための比較的高い圧力との二段階で上昇させる方法を、具体的な手法ととともに提案するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、本発明に係る熱処理として、金属加工物等を被処理物とする真空焼入れが行われる場合を例に説明する。

本発明の一実施形態に係る熱処理方法が行われる熱処理装置の構成について、図１を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る熱処理装置は、被処理物としてのワーク１を真空加熱するための加熱室２と、真空加熱後のワーク１を冷媒ガスによって冷却するための冷却室３とを備える。つまり、本実施形態に係る熱処理装置は、加熱室２と冷却室３とを備える二室型の構造を有する。加熱室２と冷却室３とは、中間室４を介して互いに隣り合うように設けられる。

加熱室２は、ワーク１を真空加熱するためのいわゆる真空熱処理炉である。つまり、ワーク１が入れられた加熱室２内が所定の真空度に減圧された状態で、ワーク１の焼入れのための加熱が行われる。加熱室２に対しては、加熱室２内を所定の真空度に減圧するための真空排気系５が設けられる。真空排気系５は、真空ポンプ等が接続された配管構成が、切換弁等によって加熱室２内に対する連通・非連通が切り換えられる状態で設けられることで構成される。真空排気系５を構成する真空ポンプとしては、例えば、所望の真空度等に応じて、ロータリポンプ、メカニカルブースタポンプ、拡散ポンプ等が設けられる。

加熱室２は、中間室４側に、耐火物等により構成される断熱扉７を有する。つまり、断熱扉７が開くことで、加熱室２内は中間室４内と連通した状態となる。断熱扉７は、加熱室２を密閉するものではなく、加熱室２と中間室４とは、略同じ圧力となる。加熱室２内には、ワーク１を所定の荷姿でセットするためのトレイ等の支持手段や、ワーク１を所定の焼入れ温度に加熱するための加熱手段等が設けられる。加熱手段としては、例えば加熱室２内にセットされるワーク１を取り囲むようにして設けられるグラファイトヒータ等が用いられる。なお、加熱室２には、加熱室２内のメンテナンス等を行うための作業扉６が設けられる。

冷却室３は、加熱室２において真空加熱されたワーク１について、ガス冷却（冷媒ガスによる冷却）を行うためのものである。つまり、ワーク１が入れられた冷却室３内に冷媒ガスが導入されることで、ワーク１の焼入れのための冷却が行われる。ガス冷却に際し、ワーク１は、ガス冷却室３内に設けられるトレイ８に対して、所定の荷姿でセットされる。

本実施形態では、ガス冷却のための冷媒ガスとして、窒素ガス（Ｎ₂ガス）が用いられる。ただし、冷媒ガスの種類は特に限定されるものではない。冷媒ガスとしては、窒素ガスのほか、例えばアルゴンガス（Ａｒガス）等の不活性ガスや空気等が用いられる。

冷却室３は、中間室４側に仕切扉９を有する。つまり、仕切扉９が開くことで、ガス冷却室３内は中間室４内と連通した状態となる。また、冷却室３には、冷却室３内に対するワーク１の出し入れ等を行うための開閉扉１０が設けられる。

加熱室２で加熱されたワーク１は、中間室４を介して冷却室３に搬入され、ガス冷却される。具体的には、ワーク１が加熱室２で真空加熱された後、加熱室２の断熱扉７および冷却室３の仕切扉９が開かれることで、加熱室２と冷却室３とが中間室４を介して連通した状態となる。かかる連通状態で、加熱室２内のワーク１が、図示せぬ搬送手段等により、冷却室３内に搬送される。

ここで、断熱扉７および仕切扉９が開かれて加熱室２と冷却室３とが連通状態とされるため、加熱室２と冷却室３とは、均圧弁１１を有する配管１２によって接続される。つまり、断熱扉７および仕切扉９が開かれるに際しては、均圧弁１１が所定の時間開弁されることで、加熱室２（および中間室４）と冷却室３とが均圧とされる。

また、冷却室３は、図示せぬ真空排気系により、加熱室２と同様、所定の真空度に減圧可能に構成される。そして、冷却室３内の真空状態は、冷却室３が仕切扉９および開閉扉１０によって密閉されることで確保される。なお、図示は省略するが、加熱室２および冷却室３には、作業扉６および開閉扉１０が開かれるに際して加熱室２または冷却室３内の圧力を大気圧と等しくするための弁を有する配管が接続される。

このように、中間室４に対して断熱扉７を介して連通可能な加熱室２と、同じく中間室４に対して仕切扉９を介して連通可能な冷却室３とは、中間室４を介して温度的に遮断可能であるとともに、それぞれ独立した圧力の調整が可能に構成される。

次に、ワーク１のガス冷却のための構成について説明する。図１に示すように、冷却室３内に導入される冷媒ガスは、電動機（モータ）１５を駆動源とするファン１６により対流させられる。ファン１６は、電動機１５の駆動軸に直結される。したがって、本実施形態では、電動機１５の回転数がファン１６の回転数となる。ファン１６は、遠心方向を送風方向とする遠心ファンである。

電動機１５およびファン１６は、冷却室３の内部空間と連通する空間を形成するモータハウジング１７内に収容される。ファン１６の回転により送風される冷媒ガスは、送入用ダクト１８によって冷却室３内に導かれ、送出用ダクト１９によって冷却室内から送り出される。したがって、送入用ダクト１８および送出用ダクト１９は、それぞれ一端側が冷却室３に接続され、他端側がモータハウジング１７に接続される。

送入用ダクト１８は、モータハウジング１７から冷却室３への冷媒ガスの送り配管である。送入用ダクト１８は、モータハウジング１７から、ファン１６の遠心方向に含まれる方向（本実施形態では上方向）に配される。本実施形態では、モータハウジング１７から上方に向けて配される送入用ダクト１８は、冷却室３に対して上側に接続される。送入用ダクト１８には、冷却室３内に導入される冷媒ガスの温度を低下させるためのガスクーラ２０が設けられる。

送出用ダクト１９は、冷却室３からモータハウジング１７への冷媒ガスの戻し配管である。本実施形態では、送出用ダクト１９は、冷却室３に対して送入用ダクト１８が接続される側の反対側である下側に接続される。また、送出用ダクト１９は、モータハウジング１７に対しては、電動機１５の軸方向に沿う方向に接続される。

このような構成における冷却室３とモータハウジング１７との間の冷媒ガスの流れとしては、送入用ダクト１８により、回転するファン１６によってモータハウジング１７から上向きに送り出される冷媒ガスが、冷却室３に対して上側から下向きに送り込まれる（矢印Ａ１参照）。冷却室３内に送り込まれる冷媒ガスは、トレイ８上のワーク１に吹き付けられるとともに、送出用ダクト１９により、冷却室３から下向きに送り出されて、モータハウジング１７内に送り込まれる（矢印Ａ２参照）。

このように、電動機１５により回転するファン１６によって冷却室３とモータハウジング１７との間を送入用ダクト１８および送出用ダクト１９を介することで対流する冷媒ガスにより、冷却室３内のワーク１が冷却される。このように対流しながら冷却室３内に導入される冷媒ガスは、例えばガスボンベ等により構成される冷媒ガスについての所定の供給源３１から、ガス導入通路３０によって導入される。

すなわち、図１に示すように、供給源３１からは、前述したようにファン１６の回転によって対流する冷媒ガスの通路（以下「対流通路」という。）内に冷媒ガスを送り込むための導入配管３０ａが配される。導入配管３０ａは、対流通路を構成する送入用ダクト１８に接続される。したがって、本実施形態では、供給源３１からの導入配管３０ａと、送入用ダクト１８の一部とにより、所定の供給源から供給される冷媒ガスを冷却室３内に導入するための通路であるガス導入通路３０が構成される。

なお、導入配管３０ａの対流通路に対する接続位置は、特に限定されない。つまり、供給源３１からの導入配管３０ａは、対流通路を構成する送入用ダクト１８および送出用ダクト１９における任意の位置に接続されればよい。言い換えると、供給源３１からの導入配管３０ａは、かかる導入配管３０ａを経た冷媒ガスがファン１６の回転による冷媒ガスの流れにおける任意の位置から送り込まれるように送入用ダクト１８または送出用ダクト１９に接続されればよい。

以上のように、本実施形態に係る熱処理方法（真空焼入れ方法、以下同じ。）においては、加熱後のワーク１が、ワーク１を収容する処理室としての冷却室３にて、この冷却室３と連通する空間であるモータハウジング１７内に設けられる電動機１５を駆動源とするファン１６により冷媒ガスが対流させられることで冷却される。

そして、本実施形態の熱処理方法では、ワーク１のガス冷却に際し、冷媒ガスが導入されること等により変化する冷却室３内の圧力（以下「冷媒ガス圧力」という。）が、電動機１５の始動時からファン１６が所定の回転数に達するまでの時間の間は電動機１５における放電が生じない程度の低い圧力に保持される。そして、ファンが所定の回転数に達した後に、冷媒ガス圧力が、ガス冷却に必要な圧力まで上昇させられる。そこで、本実施形態の熱処理方法では、ワーク１のガス冷却に際し、前期冷媒ガス導入過程と、ファン始動過程と、後期冷媒ガス導入過程とが行われる。

前期冷媒ガス導入過程では、冷媒ガスが、冷却室３内に、冷媒ガス圧力が電動機１５における放電が発生しない程度に低い圧力としてあらかじめ設定される第一の圧力となるように導入される。

前期冷媒ガス導入過程は、電動機１５の始動前に行われる冷媒ガスの導入過程である。前期冷媒ガス導入過程においては、加熱室２における真空加熱後のワーク１が搬入された真空状態の冷却室３に対して、わずかな量の冷媒ガスが導入されることにより、冷媒ガス圧力が第一の圧力まで上昇させられる。前期冷媒ガス導入過程により、送入用ダクト１８および送出用ダクト１９を介して冷却室３内と連通するモータハウジング１７内の圧力は、第一の圧力となる。

前期冷媒ガス導入過程において用いられる第一の圧力は、例えば、冷媒ガス圧力と電動機１５における放電が発生する電圧（放電開始電圧）との関係を表すいわゆるパッシェン曲線に基づいて設定される。パッシェン曲線は、ある気体中での所定の電極間距離における気体の圧力と放電開始電圧との関係を示すグラフであり、放電限界である放電開始電圧は気体の種類、気体の圧力、電極間の距離によって決まるというパッシェンの法則から導かれる。

したがって、冷媒ガスとして窒素ガスが用いられる本実施形態において、第一の圧力の設定に際して用いられるパッシェン曲線は、電動機１５を構成するコイルと本体アース間の距離の最小値を電極間距離とする、窒素ガスの圧力（冷媒ガス圧力）と電動機１５における放電開始電圧との関係を示すものとなる。このため、第一の圧力は、電動機１５の製作精度のバラツキ等（個体差）にもよるが、本実施形態の場合は、例えば、０．００５〜０．１ＭＰａの範囲で設定される。

第一の圧力の範囲について、その下限値（前記の例では０．００５ＭＰａ）は、電動機１５における放電が発生しない程度の最小限の圧力という観点に基づく値である。したがって、第一の圧力の範囲の下限値は、例えばパッシェン曲線による放電開始電圧に対応する冷媒ガス圧力の値をわずかに上回るように規定される。

また、第一の圧力の範囲について、その上限値（前記の例では０．１ＭＰａ）は、前期冷媒ガス導入過程において冷却室３内に導入される冷媒ガスにより、ワーク１の温度が緩やかに低下することで後期冷媒ガス導入過程においてワーク１の急冷作用が得られなくなることを抑制するという観点に基づく値である。すなわち、前期冷媒ガス導入過程において冷却室３内に導入される冷媒ガスの量が多くなると、その冷媒ガスが前期冷媒ガス導入過程の後のファン始動過程にて駆動するファン１６の回転によって対流することで、後期冷媒ガス導入過程が開始される前までにおけるワーク１の温度低下が大きくなる。このように後期冷媒ガス導入過程の前までのワーク１の温度低下が大きくなると、後期冷媒ガス導入過程におけるワーク１の急冷作用が不十分となる（十分な冷却速度が得られない）。したがって、第一の圧力の範囲の上限値は、ガス冷却によるワーク１の冷却速度が確保できて焼入れ品質が損なわれない程度に、後期冷媒ガス導入過程の前までのワーク１の温度低下が抑制されるように規定される。

前期冷媒ガス導入過程の後に、ファン始動過程が行われる。ファン始動過程では、冷却室３内の圧力が第一の圧力である状態で、電動機１５が始動させられ、電動機１５の回転数が、ファン１６の駆動との関係においてあらかじめ設定される所定の回転数となるまで上昇させられる。

ファン始動過程は、前期冷媒ガス導入過程により第一の圧力まで上昇した冷媒ガス圧力が第一の圧力に保持された状態で、電動機１５の回転数を所定の回転数まで上昇させる過程である。本実施形態では、前記のとおり電動機１５の回転数とファン１６の回転数（以下「ファン回転数」という。）とが一対一で対応するため、電動機１５の回転数が所定の回転数である状態では、ファン回転数もその所定の回転数と同じ回転数となる。したがって、本実施形態では、電動機１５についての所定の回転数は、ファン１６の駆動（回転）との関係において、ワーク１のガス冷却に必要な風量が得られるようなファン回転数に対応するようにあらかじめ設定される。以下では、電動機１５の回転数が所定の回転数である状態におけるファン回転数を「設定回転数」とする。

このように、ファン始動過程においては、ファン１６（電動機１５）の回転が停止している状態から、電動機１５が始動して、ファン回転数が設定回転数となるまで、ファン１６（電動機１５）の回転が加速させられる。したがって、ファン始動過程による経過時間は、電動機１５の始動時からファン回転数が設定回転数に達するまでの時間（以下「ファン加速時間」という。）に相当する。

ファン始動過程においては、冷媒ガスが第一の圧力に保持されることから、電動機１５における放電が生じることがない。また、同じく冷媒ガスが第一の圧力に保持される（低圧下である）ことから、ファン１６が回転することによっても、対流する冷媒ガスが少量であるため、ワーク１の温度低下は抑制される。

ファン始動過程の後に、後期冷媒ガス導入過程が行われる。後期冷媒ガス導入過程では、電動機１５の回転数が所定の回転数である状態で、冷媒ガスが、冷却室３内に、冷媒ガス圧力がワーク１の冷却に用いられる圧力としてあらかじめ設定される第二の圧力となるように導入される。

後期冷媒ガス導入過程は、ファン始動過程において始動した電動機１５によりファン回転数が設定回転数である状態（電動機１５の回転数が所定の回転数である状態）で行われる冷媒ガスの導入過程である。後期冷媒ガス導入過程においては、第一の圧力に保持されていた冷却室３に対して、前期冷媒ガス導入過程で導入される冷媒ガスの量との比較において多量の冷媒ガスが導入されることにより、冷媒ガス圧力が第一の圧力から第二の圧力まで上昇させられる。

後期冷媒ガス導入過程において用いられる第二の圧力は、焼入れ対象としてのワーク１について、十分な急冷作用が得られるように導入される冷媒ガスの量に対応する圧力として設定される。第二の圧力は、通常、第一の圧力の百倍から数百倍程度の範囲で設定される。

以上のように、ワーク１のガス冷却において行われる前記各過程について、図２に示すグラフを用いて具体的に説明する。図２において、（ａ）および（ｂ）に示すグラフは、時間（ｓｅｃ）を示す横軸を共通にするものであり、（ａ）に示すグラフは冷媒ガス圧力（ＭＰａ）の時間変化を、（ｂ）に示すグラフはファン回転数（ｒｐｍ）の時間変化をそれぞれ表す。また、ここでは、第一の圧力が０．０１ＭＰａとして設定され、ファン回転数についての設定回転数が３６００ｒｐｍとして設定され、第二の圧力が１ＭＰａとして設定される場合を例に説明する。

図２（ａ）に示すように、加熱室２における真空加熱後のワーク１が搬入された冷却室３の真空状態（圧力ｐ０＜０．０１ＭＰａ）において、前期冷媒ガス導入過程が開始される（時刻ｔ０）。すなわち、前期冷媒ガス導入過程では、電動機１５（ファン１６）が停止している状態で、圧力ｐ０の冷却室３に対して、わずかな量の冷媒ガスが導入されることにより、冷媒ガス圧力が、圧力ｐ０から０．０１ＭＰａに上昇させられる。冷媒ガス圧力が０．０１ＭＰａに達することで、前期冷媒ガス導入過程が終了する（時刻ｔ１）。

図２（ｂ）に示すように、前期冷媒ガス導入過程の終了時に対応する時刻ｔ１に、ファン始動過程が開始される。すなわち、ファン始動過程では、冷媒ガス圧力が０．０１ＭＰａである状態で、停止状態にある電動機１５が始動し、その回転が加速することで、ファン回転数が３６００ｒｐｍまで上昇させられる。ファン回転数が３６００ｒｐｍに達することで、ファン始動過程が終了する（時刻ｔ２）。したがって、本例では、ファン加速時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間となる。図２（ａ）に示すように、ファン加速時間の間は、冷媒ガス圧力は、０．０１ＭＰａに保持される。

ファン始動過程の終了時に対応する時刻ｔ２に、後期冷媒ガス導入過程が開始される。すなわち、後期冷媒ガス導入過程では、ファン回転数が３６００ｒｐｍである状態で、０．０１ＭＰａの冷却室３に対して、前期冷媒ガス導入過程で導入される冷媒ガスの量との比較において多量の冷媒ガスが導入されることにより、冷媒ガス圧力が、０．０１ＭＰａから１ＭＰａに上昇させられる。このように、冷媒ガス圧力が上昇するとともに、対流通路内を冷媒ガスが対流することで、ワーク１が冷却される。

本実施形態の熱処理方法においては、これらの各過程を行うため、次のような構成が用いられる。すなわち、図１に示すように、ガス導入通路３０に、冷媒ガスの導入方向についての上流側（以下単に「上流側」という。）から下流側（同じく「下流側」という。）にかけて順に設けられる、第一開閉弁３５、および第二開閉弁３８を含む構成である。

第一開閉弁３５は、ガス導入通路３０におけるリザーブタンク３４の下流側に設けられる。第一開閉弁３５は、ガス導入通路３０の開閉を行う第一の開閉弁手段として機能する。すなわち、第一開閉弁３５の開状態においては、第一開閉弁３５の位置における冷媒ガスの流れが確保され、第一開閉弁３５の閉状態においては、第一開閉弁３５の位置における冷媒ガスの流れが止められる。

第二開閉弁３８は、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の下流側に設けられる。第二開閉弁３８は、第一開閉弁３５と同様にガス導入通路３０の開閉を行う第二の開閉弁手段として機能する。なお、第一開閉弁３５および第二開閉弁３８としては、ガス導入通路３０の開閉を行うことができる機能を有するものであれば、その弁機構の種類等は特に限定されない。

また、ガス導入通路３０においては、昇圧ユニット３３が設けられている。昇圧ユニット３３は、供給源３１からの冷媒ガスの圧力を上昇させる昇圧手段として機能する。昇圧ユニット３３は、電動機３３ｂを駆動源とする油圧ポンプ３３ａにより構成される。ただし、例えば、供給源３１から供給される冷媒ガスの圧力が、ワーク１のガス冷却に用いられる圧力として十分な場合等においては、昇圧ユニット３３は省略可能である。

また、ガス導入通路３０においては、リザーブタンク３４が設けられている。リザーブタンク３４は、ガス導入通路３０における昇圧ユニット３３の下流側であって第一開閉弁３５の上流側に設けられる。リザーブタンク３４は、昇圧ユニット３３により圧力が上昇した冷媒ガスを蓄える収容手段として機能する。リザーブタンク３４としては、リザーブタンク３４が用いられて蓄えられた冷媒ガスが冷却室３に導入されることで所望の冷媒ガス圧力が得られるように、冷却室３の容積やガス導入通路３０の長さ・管径等に基づいて、必要な容積を有するものが用いられる。

また、ガス導入通路３０においては、第一開閉弁３５と並列に、圧力調整弁３６が設けられている。圧力調整弁３６は、ガス導入通路３０に対して小さい管径を有する分岐配管３７に設けられる。分岐配管３７は、その一端側が、導入配管３０ａにおける第一開閉弁３５の上流側に接続され、他端側が、同じく第一開閉弁３５の下流側に接続される。圧力調整弁３６により、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の開状態での冷媒ガスの流量の微調整が行われる。

また、本実施形態の冷媒ガスの配管構成においては、好ましくは次のような構成が備えられる。すなわち、図１に示すように、本実施形態においては、第一開閉弁３５の下流側に、ガス導入通路３０から分岐して電動機１５が設けられる空間であるモータハウジング１７内に連通する分岐ガス導入通路４０が設けられる。

本実施形態では、分岐ガス導入通路４０は、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の下流側である第一開閉弁３５と第二開閉弁３８との間の位置から分岐され、モータハウジング１７に接続される。分岐ガス導入通路４０は、ガス導入通路３０に対して小さい管径を有する。分岐ガス導入通路４０は、ガス導入通路３０によって冷却室３内に導かれる冷媒ガスの一部を、モータハウジング１７に直接的に送り入れるための冷媒ガスの通路である。

すなわち、モータハウジング１７内に導入される冷媒ガスについて、ガス導入通路３０により冷却室３内に導入される冷媒ガスがファン１６の回転によって対流通路を対流する冷媒ガスに加え、分岐ガス導入通路４０により、ガス導入通路３０内の冷媒ガスが分岐されて導入される。分岐ガス導入通路４０には、分岐ガス導入通路４０の開閉を行う分岐開閉弁４１が設けられる。

以上のような構成を備える熱処理装置により行われる本実施形態の熱処理方法について、図３に示すフロー図を加えて説明する。本実施形態の熱処理方法では、加熱室２においてワーク１の真空加熱（Ｓ１０）が行われた後、冷却室３におけるワーク１のガス冷却が行われる（Ｓ２０）。ワーク１のガス冷却においては、前述した各過程、つまり前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）、ファン始動過程（Ｓ２２）、および後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）が行われる。

本実施形態の装置構成において、前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）は、次のようにして行われる。すなわち、前期冷媒ガス導入過程に際しては、まず、第一開閉弁３５が開状態、かつ第二開閉弁３８が閉状態のもとで、ガス導入通路３０における第二開閉弁３８よりも上流側における冷媒ガスによる圧力が、前期冷媒ガス導入過程用の所定の圧力（以下「前期用圧力」という。）とされる。つまり、第一開閉弁３５が開状態、かつ第二開閉弁３８が閉状態のもとで、昇圧ユニット３３により、供給源３１からの冷媒ガスの圧力が上昇させられ、第二開閉弁３８よりも上流側（昇圧ユニット３３およびリザーブタンク３４を含む部分）が、前期用圧力とされる。

そして、第二開閉弁３８よりも上流側が前期用圧力とされた状態で、第一開閉弁３５が閉状態とされる。これにより、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５と第二開閉弁３８との間の部分（以下「弁間通路部分」という。）を構成する配管部分３０ｔ（図１参照）に、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態となる。つまり、第一開閉弁３５および第
二開閉弁３８が閉状態となることで配管部分３０ｔによって形成される閉空間（配管の内部）に、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられる。なお、前期冷媒ガス導入過程に際しては、配管部分３０ｔに連通する分岐配管３７に設けられる圧力調整弁３６は閉状態とされる。

配管部分３０ｔを含む弁間通路部分に前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第二開閉弁３８が開状態とされる。これにともない、弁間通路部分内の冷媒ガスが、真空状態（圧力ｐ０）に対する差圧によってガス導入通路３０により冷却室３内に導入される。

このように、本実施形態では、第一開閉弁３５および第二開閉弁３８が閉状態であるとともに、弁間通路部分に、昇圧ユニット３３が用いられて、第一の圧力（０．０１ＭＰａ）に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第二開閉弁３８が開状態とされることで、前期冷媒ガス導入過程が行われる。

したがって、前期冷媒ガス導入過程に際し、弁間通路部分内の圧力について、冷媒ガスが蓄えられることによる前期用圧力（蓄えられる冷媒ガスの量）は、冷却室３の容積やガス導入通路３０の長さ・管径等に基づいて、弁間通路部分内の冷媒ガスが冷却室３内に導入されることで、冷媒ガス圧力が第一の圧力に達するような圧力（冷媒ガスの量）として設定される。このように、弁間通路部分について、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態は、第一の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態に相当する。

また、前述したように分岐ガス導入通路４０が設けられる配管構成においては、前期冷媒ガス導入過程に際し、第一の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態となる弁間通路部分に、分岐ガス導入通路４０の一部が含まれる。

具体的には、分岐ガス導入通路４０における分岐開閉弁４１よりも上流側の配管部分４０ｔ（図１参照）が、弁間通路部分に含まれる。つまり、分岐ガス導入通路４０が設けられる配管構成においては、互いに連通するガス導入通路３０の配管部分３０ｔと分岐ガス導入通路４０の配管部分４０ｔが、弁間通路部分に含まれる。

したがって、前期冷媒ガス導入過程に際して、昇圧ユニット３３によって弁間通路部分が前期用圧力とされるときには、第二開閉弁３８および分岐開閉弁４１（および圧力調整弁３６）が閉状態とされる。そして、第二開閉弁３８および分岐開閉弁４１よりも上流側が前期用圧力とされた状態で、第一開閉弁３５が閉状態とされることで、弁間通路部分に、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態となる。つまり、第一開閉弁３５、第二開閉弁３８、および分岐開閉弁４１（および圧力調整弁３６）が閉状態となることで、主に配管部分３０ｔおよび配管部分４０ｔによって形成される閉空間（配管の内部）に、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられる。

そして、弁間通路部分に前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態、つまり第一の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第二開閉弁３８と分岐開閉弁４１とが同じタイミングで開状態とされる。これにともない、弁間通路部分内の冷媒ガスが、真空状態（圧力ｐ０）に対する差圧によって冷却室３内およびモータハウジング１７内に導入される。つまり、弁間通路部分内の冷媒ガスは、第二開閉弁３８が開かれることでガス導入通路３０によって冷却室３内に導入されるとともに、分岐開閉弁４１が開かれることで分岐ガス導入通路４０によってモータハウジング１７に導入される。分岐ガス導入通路４０が設けられる場合は、このようにして前期冷媒ガス導入過程が行われる。

このように、前期冷媒ガス導入過程において、分岐ガス導入通路４０が用いられることで、モータハウジング１７内の圧力を、効率的に第一の圧力まで上昇させることができる。すなわち、前期冷媒ガス導入過程における冷媒ガスの導入が、ガス導入通路３０のみによって行われる場合との比較において、分岐ガス導入通路４０が設けられることにより、電動機１５が存在するモータハウジング１７内の圧力を短時間で第一の圧力まで上昇させることができる。これにより、前期冷媒ガス導入過程の時間の短縮化を図ることができ、前期冷媒ガス導入過程における経時的なワーク１の温度低下を抑制することができる。

なお、分岐ガス導入通路４０のガス導入通路３０に対する分岐位置は、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の下流側であれば特に限定されない。分岐ガス導入通路４０は、例えば、ガス導入通路３０における第二開閉弁３８の下流側の部分から分岐されてもよい。この場合、分岐開閉弁４１を省略することが可能となる。

また、本実施形態の装置構成において、後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）は、次のようにして行われる。すなわち、後期冷媒ガス導入過程に際しては、第一開閉弁３５が閉状態のもとで、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５よりも上流側における冷媒ガスによる圧力が、後期冷媒ガス導入過程用の所定の圧力（以下「後期用圧力」という。）とされる。つまり、第一開閉弁３５が閉状態のもとで、昇圧ユニット３３により、供給源３１からの冷媒ガスの圧力が上昇させられ、第一開閉弁３５よりも上流側（昇圧ユニット３３およびリザーブタンク３４を含む部分）が、後期用圧力とされる。ここで、第一開閉弁３５よりも上流側を後期用圧力とする冷媒ガスは、第一開閉弁３５よりも上流側において主にリザーブタンク３４内に蓄えられる。

第一開閉弁３５よりも上流側が後期用圧力とされた状態は、開閉弁３２（図１参照）により確保される。開閉弁３２は、ガス導入通路３０の開閉を行うものであり、ガス導入通路３０における供給源３１の下流側であって昇圧ユニット３３の上流側に設けられる。つまり、第一開閉弁３５が閉じられた状態で昇圧ユニット３３により上昇させられる冷媒ガスの圧力が後期用圧力に達した状態で、開閉弁３２が閉状態とされることにより、ガス導入通路３０における開閉弁３２と第一開閉弁３５との間の部分の圧力が後期用圧力に保持される。なお、第一開閉弁３５よりも上流側を後期用圧力に保持するための開閉弁３２は、ガス導入通路において昇圧ユニット３３とリザーブタンク３４との間に設けられてもよい。

また、第一開閉弁３５よりも上流側が後期用圧力とされるに際しての第一開閉弁３５の閉動作（閉状態となるための動作）としては、例えば、前述したように前期冷媒ガス導入過程に際して弁間通路部分に前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられるための閉動作が用いられる。この場合、弁間通路部分に前期用圧力の冷媒ガスを閉じ込めるために第一開閉弁３５が閉状態となってから、第一開閉弁３５よりも上流側が昇圧ユニット３３によって後期用圧力に昇圧される。

そして、第一開閉弁３５よりも上流側（開閉弁３２と第一開閉弁３５との間）が後期用圧力とされた状態、つまり閉状態の第一開閉弁３５の上流側の部分（主にリザーブタンク３４）に後期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第一開閉弁３５が開状態とされる。これにともない、開閉弁３２と第一開閉弁３５との間の冷媒ガスが、第一の圧力に対する差圧（後期用圧力は第一の圧力に対して十分に高い）によってガス導入通路３０により冷却室３内に導入される。

すなわち、前期冷媒ガス導入過程に際して第二開閉弁３８が開状態とされることで導入される冷媒ガスにより冷媒ガス圧力が第一の圧力となっている状態で、後期用圧力の冷媒ガスを蓄えるために閉状態となっている第一開閉弁３５が開状態とされることで、第一開閉弁３５よりも上流側の冷媒ガスが、ガス導入通路３０により開状態の第二開閉弁３８を介して冷却室３内に導入される。

このように、本実施形態では、第一開閉弁３５が閉状態、かつ第二開閉弁３８が開状態であるとともに、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の上流側の部分に、第二の圧力（１ＭＰａ）に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第一開閉弁３５が開状態とされることで、後期冷媒ガス導入過程が行われる。

したがって、後期冷媒ガス導入過程に際し、第一開閉弁３５よりも上流側の圧力について、冷媒ガスが蓄えられることによる後期用圧力（蓄えられる冷媒ガスの量）は、冷却室３の容積やガス導入通路３０の長さ・管径等に基づいて、第一開閉弁３５よりも上流側の冷媒ガスが冷却室３内に導入されることで、冷媒ガス圧力が第二の圧力に達するような圧力（冷媒ガスの量）として設定される。

また、後期用圧力の設定に際しては、第一開閉弁３５よりも上流側において冷媒ガスが蓄えられる主な部分を構成するリザーブタンク３４の容積が考慮される。つまり、リザーブタンク３４の容積は、後期冷媒ガス導入過程によって冷媒ガス圧力が第二の圧力に達するような量の冷媒ガスを第一開閉弁３５よりも上流側に蓄えることができる容積として設定される。このように、ガス導入通路３０における第一開閉弁３５の上流側の部分について、後期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態は、第二の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態に相当する。

なお、後期冷媒ガス導入過程においては、分岐開閉弁４１の開閉状態は特に限定されない。このことは、第二の圧力が第一の圧力に対して十分に高いこと（例えば０．０１ＭＰａに対して１ＭＰａ）、および分岐ガス導入通路４０の管径がガス導入通路３０に対して小さいことに基づく。すなわち、後期冷媒ガス導入過程において、ガス導入通路３０によって冷却室３内に冷媒ガスが導入されることで冷媒ガス圧力が第二の圧力に上昇する過程では、分岐ガス導入通路４０により冷媒ガスが導入されることによる影響が小さい。このため、後期冷媒ガス導入過程では、分岐ガス導入通路４０の利用の有無、つまり分岐開閉弁４１の開閉状態は特に限定されない。

後期冷媒ガス導入過程の後は、冷媒ガス圧力が第二の圧力に保持される。後期冷媒ガス導入過程中、あるいは後期冷媒ガス導入過程後の圧力保持に際しては、冷却室３内に導入される冷媒ガスについて、圧力調整弁３６による流量の微調整が行われる。

以上のように本実施形態の装置構成が用いられて前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）および後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）が行われるワーク１のガス冷却（Ｓ２０）の一例について説明する。

ガス冷却（Ｓ２０）においては、まず、第一開閉弁３５が開状態、第二開閉弁３８および分岐開閉弁４１が閉状態のもとで、昇圧ユニット３３により、第二開閉弁３８および分岐開閉弁４１よりも上流側が前期用圧力とされた後、第一開閉弁３５が閉状態とされる。かかる状態から、第二開閉弁３８および分岐開閉弁４１が同じタイミングで開状態とされることにより、前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）が行われる。つまり、冷媒ガス圧力が第一の圧力に上昇させられる。

前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）が行われた後、ファン始動過程（Ｓ２２）が行われる。すなわち、冷媒ガス圧力が第一の圧力である状態で、電動機１５が始動させられ、ファン回転数が設定回転数に達するまで加速させられる。

前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）において第一開閉弁３５が閉状態とされてから、前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）およびファン始動過程（Ｓ２２）と並行して、第一開閉弁３５よりも上流側の部分に、リザーブタンク３４が用いられて後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）に際しての冷媒ガスが蓄えられる。つまり、第一開閉弁３５よりも上流側の部分が、後期用圧力とされる。

そして、ファン始動過程（Ｓ２２）によってファン回転数が設定回転数に達した状態から、第一開閉弁３５が開状態とされることにより、後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）が行われる。つまり、冷媒ガス圧力が第二の圧力に上昇させられる。その後は、冷媒ガス圧力が第二の圧力に保持された状態で対流する冷媒ガスにより、ワーク１が冷却される。

以上のような本実施形態の熱処理方法によれば、冷媒ガスによって加熱後のワーク１を冷却するガス冷却において、設備構造の複雑化やコストの増大等を招くことなく、冷媒ガスをワーク１に送風するためのファン１６の駆動に用いられる電動機１５における放電を効果的に防止することができるとともに、十分な冷却能を得ることができる。

すなわち、本実施形態の熱処理方法においては、前期冷媒ガス導入過程が行われることにより、ファン始動過程の間（ファン加速時間の間）は、冷媒ガス圧力が電動機１５における放電が生じない程度に低い圧力（第一の圧力）の状態であり、冷却室３内に導入される冷媒ガスの量も少ない。このため、ファン加速時間の間は、電動機１５における放電が防止されるとともに、ファン回転数が設定回転数まで上昇することによっても冷却能の低い状態が保たれる。そして、ファン回転数が設定回転数となった状態で、冷媒ガス圧力が、後期冷媒ガス導入過程によってガス冷却に必要な圧力（第二の圧力）まで上昇させられる。これにより、ガス冷却における冷却速度に対するファン加速時間の影響が低減され、ワーク１を焼入れするための十分な冷却速度（冷却能）が得られる。

そして、本実施形態の熱処理方法においては、冷媒ガス圧力についての設定圧力が通常
二桁程度異なる（例えば０．０１ＭＰａと１ＭＰａ）前期冷媒ガス導入過程と後期冷媒ガス導入過程とが、同一系統の配管構成（ガス導入通路３０）によって行われる。このため、設備構造の複雑化やコストの増大等を回避することが容易となる。

具体的には、本実施形態の配管構成では、冷却室３に冷媒ガスを導入するためのガス導入通路３０の一部（配管部分３０ｔ参照）が、前期冷媒ガス導入過程のための圧力制御やリザーブタンク等として代用されている。このため、設備コスト、設備の維持管理コスト、設備の操業コスト等の低減化、ならびに設備のシンプル化およびコンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態の熱処理方法によれば、電動機１５における放電を防止するに際し、電動機１５が設けられる空間（モータハウジング１７内）を冷却室３あるいはこれと連通する空間に対して気密性を保つためのシール構造等が不要である。この点からも、装置構成の複雑化を防止することができる。

本実施形態の熱処理方法による効果について、冷媒ガスを一段階で導入する熱処理方法（以下「従来方法」という。）との比較により説明する。まず、従来方法について、図４に示すグラフを用いて説明する。図４においては、図２と同様に、（ａ）に示すグラフは冷媒ガス圧力の時間変化を、（ｂ）に示すグラフはファン回転数の時間変化をそれぞれ表す。なお、従来方法において本実施形態と共通する構成等については、便宜上、同一の符号を用いる等して引用する。

従来方法では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱室２における真空加熱後のワーク１が搬入された冷却室３の真空状態（圧力ｐ０＜０．０１ＭＰａ）において、冷却室３に対する冷媒ガスの導入が開始される（時刻ｔ３）。そして、冷媒ガス圧力が、電動機１５における放電が生じない所定の圧力（本例では０．０１ＭＰａ）となったタイミング（時刻ｔ４）で、電動機１５の始動が行われる。電動機１５が始動した後は、ファン回転数は設定回転数（本例では３６００ｒｐｍ）まで上昇させられる。

従来方法では、冷媒ガス圧力は、その上昇が開始されてから（冷却室３に対する冷媒ガスの導入が開始されてから）、ワーク１の冷却に用いられる所定の圧力（本例では１ＭＰａ）に達するまで、徐々に（一様に）上昇させられる。したがって、従来方法では、冷媒ガス圧力の立上げと電動機１５により回転するファン１６の加速とが同時に行われることから、ファン１６（電動機１５）の加速中に、冷媒ガス圧力が上昇する。このため、ファン加速時間が、ガス冷却における冷却速度（冷却能、以下同じ。）に大きく影響し、十分な冷却速度が得られない場合がある。

図５は、従来方法および本実施形態の熱処理方法のそれぞれについての、ファン加速時間（ｓｅｃ）と、ワーク１が真空焼入れされることにより得られる焼入れ品の硬さ（ビッカース硬さ：Ｈｖ）との関係についての実験結果の一例を示すものである。図５において、本実施例（白丸で示す計測点）は、本実施形態の熱処理方法による実験結果を示し、従来例（黒四角で示す計測点）は、従来方法による実験結果を示す。本実験結果例は、ファン加速時間が、１ｓｅｃから６ｓｅｃまでの１ｓｅｃ毎における焼入れ品の硬さを計測したものである。

図５に示すように、従来方法によれば、ファン加速時間が長くなるにともない、焼入れ品の硬さが低下する。具体的には、従来例については、ファン加速時間が１ｓｅｃである場合は、焼入れ品の硬さがＨｖ６５０程度の硬さであるが、ファン加速時間が長くなるにともない、焼入れ品の硬さが徐々に低下する。本例では、ファン加速時間が６ｓｅｃの場合は、焼入れ品の硬さがＨｖ２８０程度にまで低下している。このように、ファン加速時間が長くなるにつれて焼入れ品の硬さが低下することは、従来方法では、前述したようにファン加速時間がガス冷却における冷却速度に大きく影響し、十分な冷却速度が得られないことによる。

一方、本実施形態の熱処理方法によれば、ファン加速時間が１〜６ｓｅｃの間において、焼入れ品についてＨｖ６００以上の硬さが保持される。つまり、本実施形態の熱処理方法によれば、ガス冷却における冷却速度に対するファン加速時間の影響が低減されることから、ファン加速時間がある程度長くなることによっても、焼入れ品の硬さが低下することが抑制される。これにより、ファン加速時間との関係において、良好な焼入れ品質を容易に得ることが可能となる。

なお、前述した本発明の実施形態（以下「第一実施形態」という。）では、ワーク１のガス冷却において、前期冷媒ガス導入過程と後期冷媒ガス導入過程とが同一系統の配管構成（ガス導入通路３０）によって行われるが、これらの過程は、それぞれの過程を行うために設けられる別系統の配管構成によって行うこともできる。この場合の配管構成の一例を、本発明の別実施形態として、図６を用いて説明する。なお、本実施形態の説明においては、第一実施形態における構成と共通する部分については同一の符号を用いる等して適宜説明を省略するとともに、第一実施形態における構成に基づいて（構成を引用して）説明する。

本実施形態では、所定の供給源３１から供給される冷媒ガスを冷却室３内に導入するための通路であるガス導入通路として、前期冷媒ガス導入過程を行うためのガス導入通路である第一のガス導入通路としての前期用通路５０と、後期冷媒ガス導入過程を行うためのガス導入通路である第二のガス導入通路としての後期用通路６０とが設けられる。そして、各通路にリザーブタンク等の冷媒ガスを蓄えるための収容手段が設けられる。

具体的には、本実施形態では、図６に示すように、第一実施形態の配管構成におけるガス導入通路３０が、後期用通路６０として用いられる。この場合、ガス導入通路３０について第二開閉弁３８（図１参照）が省略されるとともに、昇圧ユニット３３とリザーブタンク３４と第一開閉弁３５とを備える配管構成が、後期用通路６０として用いられる。したがって、本実施形態では、第一開閉弁３５が、後期用通路６０の開閉を行う開閉弁手段として機能する。

このような後期用通路６０に対し、前期用通路５０が設けられる。前期用通路５０は、導入配管３０ａにおける昇圧ユニット３３の下流側であってリザーブタンク３４の上流側から分岐されることで構成される。つまり本実施形態では、後期用通路６０と前期用通路５０とで、冷媒ガスの圧力を上昇させる昇圧手段としての昇圧ユニット３３が共用される。ただし、後期用通路６０および前期用通路５０のそれぞれに、昇圧ユニット３３等の昇圧手段が設けられてもよい。また、昇圧ユニット３３については、前述したように省略可能である。

前期用通路５０は、冷媒ガス圧力を第一の圧力に上昇させるためのものであるため、後期用通路６０に対して小径の配管により構成される。前期用通路５０には、昇圧ユニット３３の下流側に、開閉弁５５が設けられている。開閉弁５５は、前期用通路５０の開閉を行う開閉弁手段として機能する。

また、前期用通路５０においては、リザーブタンク５４が設けられている。リザーブタンク５４は、前期用通路５０における昇圧ユニット３３の下流側であって開閉弁５５の上流側に設けられる。リザーブタンク５４は、昇圧ユニット３３により圧力が上昇した冷媒ガスを蓄える収容手段として機能する。リザーブタンク５４としては、リザーブタンク５４が用いられて蓄えられた冷媒ガスが冷却室３に導入されることで所望の冷媒ガス圧力が得られるように、冷却室３の容積や前期用通路５０の長さ・管径等に基づいて、必要な容積を有するものが用いられる。したがって、リザーブタンク５４は、前期冷媒ガス導入過程よりも冷媒ガス圧力についての設定圧力が高い後期冷媒ガス導入過程に用いられる後期用通路６０に設けられるリザーブタンク３４よりも、容積が小さいものとなる。

前期用通路５０は、後期用通路６０を構成する導入配管３０ａから分岐する導入配管５０ａにより主に構成される。導入配管５０ａは、対流通路を構成する送入用ダクト１８に接続される。したがって、本実施形態では、導入配管３０ａから分岐する導入配管５０ａと、送入用ダクト１８の一部とにより、前期用通路５０が構成される。なお、導入配管５０ａの対流通路に対する接続位置は、特に限定されない。つまり、導入配管５０ａは、対流通路を構成する送入用ダクト１８および送出用ダクト１９における任意の位置に接続されればよい。

また、本実施形態の冷媒ガスの配管構成においては、好ましくは次のような構成が備えられる。すなわち、図６に示すように、本実施形態においては、前期用通路５０の開閉弁５５の下流側に、前期用通路５０から分岐して電動機１５が設けられる空間であるモータハウジング１７内に連通する分岐ガス導入通路７０が設けられる。

分岐ガス導入通路７０は、前期用通路５０を構成する導入配管５０ａと略同じ管径を有する。分岐ガス導入通路７０は、前期用通路５０によって冷却室３内に導かれる冷媒ガスの一部を、モータハウジング１７に直接的に送り入れるための冷媒ガスの通路である。

すなわち、モータハウジング１７内に導入される冷媒ガスについて、前期用通路５０により冷却室３内に導入される冷媒ガスがファン１６の回転によって対流通路を対流する冷媒ガスに加え、分岐ガス導入通路７０により、前期用通路５０内の冷媒ガスが分岐されて導入される。

本実施形態の装置構成において、前期冷媒ガス導入過程（Ｓ２１）は、次のようにして行われる。すなわち、前期冷媒ガス導入過程では、前期用通路５０が用いられる。つまり、前期冷媒ガス導入過程では、供給源３１から供給されて昇圧ユニット３３により昇圧される冷媒ガスは、前期用通路５０側に対して導入される。したがって、前期冷媒ガス導入過程に際しては、図示せぬ開閉弁等により、後期用通路６０側への冷媒ガスの導入が制限される。

前期冷媒ガス導入過程に際しては、開閉弁５５が閉状態のもとで、前期用通路５０における開閉弁５５よりも上流側における冷媒ガスによる圧力が、前期用圧力とされる。つまり、開閉弁５５が閉状態のもとで、昇圧ユニット３３により、供給源３１からの冷媒ガスの圧力が上昇させられ、開閉弁５５よりも上流側（昇圧ユニット３３およびリザーブタンク５４を含む部分）が、前期用圧力とされる。ここで、開閉弁５５よりも上流側を前期用圧力とする冷媒ガスは、開閉弁５５よりも上流側において主にリザーブタンク５４内に蓄えられる。また、開閉弁５５よりも上流側が前期用圧力とされた状態は、開閉弁３２により確保される。

これにより、開閉弁５５よりも上流側（開閉弁３２と開閉弁５５との間）が前期用圧力とされた状態、つまり閉状態の開閉弁５５よりも上流側の部分（主にリザーブタンク５４）に、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態となる。かかる状態から、開閉弁５５が開状態とされることで、開閉弁３２と開閉弁５５との間の冷媒ガスが、真空状態（圧力ｐ０）に対する差圧によって前期用通路５０により冷却室３内に導入される。

このように、本実施形態では、前期用通路５０が用いられ、前期用通路５０の開閉弁５５が閉状態であるとともに、前期用通路５０における開閉弁５５よりも上流側の部分に、昇圧ユニット３３が用いられて、第一の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態から、開閉弁５５が開状態とされることで、前期冷媒ガス導入過程が行われる。

なお、前期用圧力の設定が、冷却室３の容積や前期用通路５０の長さ・管径やリザーブタンク５４の容積等に基づいて行われることは、第一実施形態と同様である。つまり、前期用通路５０における開閉弁５５よりも上流側の部分について、前期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態は、第一の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態に相当する。

また、前述したように分岐ガス導入通路７０が設けられる配管構成においては、前期冷媒ガス導入過程に際し、開閉弁５５が開状態とされることで、開閉弁５５から前期用通路５０を下流側に流れる冷媒ガスの一部が、分岐ガス導入通路７０を介してモータハウジング１７内に導入される。これにより、第一実施形態において分岐ガス導入通路４０が設けられる場合と同様に、モータハウジング１７内の圧力を、効率的に第一の圧力まで上昇させることができる。

また、本実施形態の装置構成において、後期冷媒ガス導入過程（Ｓ２３）は、次のようにして行われる。すなわち、後期冷媒ガス導入過程では、後期用通路６０が用いられる。つまり、後期冷媒ガス導入過程では、供給源３１から供給されて昇圧ユニット３３により昇圧される冷媒ガスは、後期用通路６０側に対して導入される。したがって、後期冷媒ガス導入過程に際しては、図示せぬ開閉弁等により、前期用通路５０側への冷媒ガスの導入が制限される。

後期冷媒ガス導入過程に際しては、第一開閉弁３５が閉状態のもとで、後期用通路６０における第一開閉弁３５よりも上流側における冷媒ガスによる圧力が、後期用圧力とされる。つまり、第一開閉弁３５が閉状態のもとで、昇圧ユニット３３により、供給源３１からの冷媒ガスの圧力が上昇させられ、第一開閉弁３５よりも上流側（昇圧ユニット３３およびリザーブタンク３４を含む部分）が、後期用圧力とされる。ここで、第一開閉弁３５よりも上流側を後期用圧力とする冷媒ガスは、第一開閉弁３５よりも上流側において主にリザーブタンク３４内に蓄えられる。また、第一開閉弁３５よりも上流側が後期用圧力とされた状態は、開閉弁３２により確保される。

これにより、第一開閉弁３５よりも上流側（開閉弁３２と第一開閉弁３５との間）が後期用圧力とされた状態、つまり閉状態の第一開閉弁３５よりも上流側の部分（主にリザーブタンク３４）に、後期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態となる。かかる状態から、第一開閉弁３５が開状態とされることで、開閉弁３２と第一開閉弁３５との間の冷媒ガスが、第一の圧力に対する差圧によって後期用通路６０により冷却室３内に導入される。

このように、本実施形態では、後期用通路６０が用いられ、第一開閉弁３５が閉状態であるとともに、第一開閉弁３５よりも上流側の部分に、昇圧ユニット３３が用いられ、第
二の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態から、第一開閉弁３５が開状態とされることで、後期冷媒ガス導入過程が行われる。

なお、後期用圧力の設定が、冷却室３の容積や後期用通路６０の長さ・管径やリザーブタンク３４の容積等に基づいて行われることは、第一実施形態と同様である。つまり、後期用通路６０における第一開閉弁３５よりも上流側の部分について、後期用圧力の冷媒ガスが蓄えられた状態は、第二の圧力に対応する量の冷媒ガスが蓄えられた状態に相当する。

以上のように、前期冷媒ガス導入過程と後期冷媒ガス導入過程とが別系統の配管構成によって行われる本実施形態によれば、冷媒ガス圧力についての設定圧力差が大きい（通常二桁程度異なる）前期冷媒ガス導入過程と後期冷媒ガス導入過程とについて、各過程での冷媒ガス圧力の安定性の確保が容易となる。

ところで、本実施形態の装置構成により行われるワーク１のガス冷却においては、電動機１５の始動電流の制限や電動機１５の駆動にともなって生じる高調波等との関係で、ファン加速時間（ファン始動過程の時間）について十分な短時間化が図れない場合がある。すなわち、ガス冷却における冷却速度を上げるためには、ファン加速時間が短時間化されればよい。しかし、ファン加速時間の短時間化は、電動機１５の始動電流の増加にともなう高調波やノイズ等の原因となる。高調波等の発生は、電動機１５を備える設備のみならず、周辺設備へも影響する場合がある。

このように、ファン加速時間について十分な短時間化が図れない場合、ファン加速時間の間に、ワーク１の温度（以下「ワーク温度」という。）が低下してしまい、ガス冷却において十分な冷却速度が得られないときがある。ガス冷却において十分な冷却速度が得られないことは、焼入れが不十分となることや、十分な硬さが得られないこと等、焼入れ品質の低下を招く原因となる。

そこで、本実施形態の熱処理方法においては、前期冷媒ガス導入過程が行われる前のワーク温度が、ファン始動過程中に低下するワーク１の温度低下量（以下「ワーク温度低下量」という。）に相当する分あらかじめ上昇させられることが好ましい。

具体的には、ファン加速時間の間のワーク温度低下量が、あらかじめ実験等により測定される。ワーク温度低下量の測定は、前述したような熱処理方法によって実際にワーク１のガス冷却が行われる場合と同様にして前期冷媒ガス導入過程の後に行われるファン始動過程におけるワーク温度低下量が測定されることで行われる。

ワーク温度低下量の測定においては、加熱室２による真空加熱後の冷却直前（前期冷媒ガス導入過程が行われる前）のワーク温度についてあらかじめ設定される所定の温度（以下「ワーク基準温度」という。）が基準とされる。つまり、ワーク温度低下量の測定においては、ワーク基準温度からの温度の低下量が測定される。ワーク温度低下量の測定としては、ワーク１自体の温度低下量を測定することによる直接的な測定、あるいはワーク１がセットされる冷却室３の雰囲気温度を測定することによる間接的な測定が行われる。

そして、あらかじめ測定したワーク温度低下量の分、ワーク温度が上昇させられる。ここで上昇させられるワーク温度は、加熱室２による真空加熱後の冷却直前のワーク温度である。例えば、ワーク温度低下量が５０℃である場合、ワーク温度が、ワーク基準温度から５０℃上昇させられる。ワーク温度の上昇は、加熱室２に設けられるグラファイトヒータ等の加熱手段によるワーク１の加熱温度の調整により行われる。

このように、ワーク１のガス冷却に際し、ワーク温度があらかじめ上昇させられることにより、ファン加速時間の間においてワーク温度が低下することで十分な冷却速度が得られなくなることを防止することができる。つまり、ワーク温度があらかじめ上昇させられることで、ファン加速時間の間にワーク温度が低下することによっても、ワーク１の焼入れに際しての温度低下代が確保されることから、十分な冷却速度が得られる。

また、ワーク温度低下量ΔＴ_w（℃）は、次式（１）に基づいて推定することができる。
ΔＴ_w＝｛Ｑ・ｔ（Ｔ_f−Ｔ_s）α｝／Ａ＋Ｔ_s ・・・（１）

上記式（１）において、Ｑはファン始動過程中の平均風量（Ｎｍ³／ｍｉｎ）、ｔはファン始動過程の時間（ｓｅｃ）、Ｔ_sはファン始動過程開始時の冷媒ガスの温度（℃）、Ｔ_fはファン始動過程終了時の冷媒ガスの温度（℃）、αは冷媒ガスの比熱、Ａはあらかじめ求められるワーク１の放熱係数である。

ここで、冷媒ガスの比熱αは、冷媒ガスの種類に応じて既知の固有定数である。また、ワーク１の放熱係数Ａは、ワーク１がセットされるトレイ８その他の治具やワーク１自体等の熱容量、ワーク１の形状、その他の設備構造等に基づいて定まる固有の定数であり、あらかじめ実験等で求めることができる値である。また、ファン始動過程中の平均風量Ｑについて、Ｎｍ³により示される値は、気体の体積についてのノルマル値であり、温度０℃、気圧７６０ｍｍＨｇ、湿度０％の状態における値として換算される気体の体積である。また、ファン始動過程の時間ｔ（ｓｅｃ）は、ファン加速時間に相当する。このため、以下では、ｔをファン加速時間とする。また、ファン始動過程開始時の冷媒ガスの温度Ｔ_sを「開始時温度」とし、ファン始動過程終了時の冷媒ガスの温度Ｔ_fを「終了時温度」とする。

上記式（１）は、次式（２）から導かれたものである。
Ｑ・ｔ（Ｔ_f−Ｔ_s）α＝Ａ（ΔＴ_w−Ｔ_s）・・・（２）

上記式（２）は、ガス冷却において、ワーク１を冷却するための熱量が、冷却されるワーク１において減少する熱量に等しいとの観点に基づくものである。上記式（２）が変形されることで、上記式（１）が導かれる。

そして、上記式（１）によるワーク温度低下量ΔＴ_wの算出に際しては、開始時温度Ｔ_sとして、ファン始動過程の開始時、つまりファン１６の回転が開始された時（図２、時刻ｔ１参照）における冷却室３内の雰囲気温度が測定される。また、前記平均風量Ｑおよびファン加速時間ｔとして、ファン始動過程の開始時（図２、時刻ｔ１参照）から、ファン回転数が設定回転数に達した時（同図、時刻ｔ２参照）までの平均送風量および経過時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）が測定される。また、終了時温度Ｔ_fとして、ファン始動過程の終了時、つまりファン回転数が設定回転数に達した時（図２、時刻ｔ２参照）における冷却室３内の雰囲気温度が測定される。

また、前記のとおり実験等で求められる値であるワーク１の放熱係数Ａについて、その実験結果の一例を以下に示す。本実験結果例では、前記のように測定される開始時温度Ｔ_s等の各値についての測定値として、次のような測定結果が得られた。すなわち、ΔＴ_w＝５０（℃）、Ｔ_s＝３０（℃）、Ｔ_f＝５０（℃）、ｔ＝１．０（ｓｅｃ）、Ｑ＝２１０（Ｎｍ³／ｍｉｎ）である。また、αについては、冷媒ガスとして窒素ガスが用いられる場合は、α＝１．０４（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）となる。

一方、上記式（２）は、次式（３）のように変形できる。
Ａ＝｛Ｑ・ｔ（Ｔ_f−Ｔ_s）α｝｝／（ΔＴ_w−Ｔ_s）・・・（３）

したがって、前記の実験結果例における測定結果による各値が、上記式（３）に代入されることにより、Ａ＝２１８．４が算出される。そして、このようにして算出されたワーク１の放熱係数Ａが、上記式（１）によるワーク温度低下量ΔＴ_wの算出に用いられる。すなわち、上記式（１）において、ワーク１の放熱係数Ａ＝２１８．４、冷媒ガスの比熱α、および前記のように測定される開始時温度Ｔ_s等の各値についての測定値から、ワーク温度低下量ΔＴ_wが算出される。

このように、ワーク温度低下量ΔＴ_wを、上記式（１）により算出される値として推定することにより、ワーク温度低下量ΔＴ_wを求めることが容易となる。つまり、ワーク温度低下量ΔＴ_wを求めるに際し、上記式（１）が用いられることにより、ワーク１のガス冷却における各種条件の変化により様々に変化するワーク温度低下量ΔＴ_wについて、その導出が容易となる。

また、上記式（２）を用いることで、前述したようにワーク１のガス冷却に際し、ワーク温度をあらかじめ上昇させる場合、その上昇させる温度に応じたファン加速時間ｔを求めることができる。すなわち、ワーク温度をあらかじめ上昇させる場合と、上昇させない場合との比較において、ファン加速時間ｔ経過時のワーク温度が同じであるとの条件の下では、ワーク温度をあらかじめ上昇させる場合の方が、ファン加速時間ｔが長くなる。言い換えると、ワーク温度があらかじめ上昇させられることで、ファン１６の始動が行われてからワーク温度がある所定の温度にまで低下するまでの時間が長くなるということである。

このように、ワーク温度をあらかじめ上昇させる場合において、その上昇させる温度変化量（以下「ワーク温度上昇量」という。）の変化に対応して変化するファン加速時間ｔが、次式（４）により推定される。
ｔ＝｛Ａ（ΔＴ_wa−Ｔ_s）｝／｛Ｑ（Ｔ_f−Ｔ_s）α｝・・・（４）

上記式（４）において、ΔＴ_waは、ワーク温度低下量ΔＴ_wの測定値とワーク温度を所定の目標温度まで上昇させる際のワーク温度上昇量との和である。言い換えると、ΔＴ_waは、ワーク温度が所定の目標温度まで上昇させられる場合におけるワーク温度低下量ΔＴ_wに相当する。

上記式（４）によりファン加速時間ｔが推定される場合、ワーク１のガス冷却に際してあらかじめ上昇させられるワーク温度が、所定の目標温度Ｔ_m（℃）としてあらかじめ設定される。ここで設定される目標温度Ｔ_mは、ワーク１の熱処理品質（例えば、結晶粒径、疲労強度、部分融解等）を確保するために規定される上限値等に基づいて決定される。

上記式（４）によるファン加速時間ｔの推定について、目標温度Ｔ_mが９５０℃であり、ワーク温度上昇量が５０℃である場合を例に説明する。この場合、あらかじめ上昇させられる前のワーク基準温度Ｔ_b（℃）は、９５０−５０＝９００（℃）となる。そして、上記実験結果例において得られた測定結果を用いると、ΔＴ_wa＝ΔＴ_w＋（ワーク温度上昇量：Ｔ_m−Ｔ_b）＝５０（℃）＋（９５０−９００）（℃）＝１００（℃）となる。

そして、上記のようにして算出されたΔＴ_waの値と、上記実験結果例において得られた測定結果を上記式（４）に代入すると、ｔ＝３．５（ｓｅｃ）が得られる。つまりこの場合に得られたｔ＝３．５（ｓｅｃ）は、ワーク温度が目標温度Ｔ_m（９５０℃）にあらかじめ上昇させられ、かつワーク温度低下量ΔＴ_w＝５０℃である場合のファン加速時間に相当する。

すなわち、ファン加速時間ｔ経過時のワーク温度が同じであるとの条件、つまりワーク温度低下量ΔＴ_w＝５０（℃）であるとの条件の下では、ワーク温度があらかじめ上昇させられる（ワーク温度が目標温度Ｔ_m（９５０℃）とされる）ことにより、ワーク温度が上昇させられない場合（ワーク温度がワーク基準温度Ｔ_b（９００℃）である場合）との比較において、ファン加速時間が１ｓｅｃから３．５ｓｅｃに長くなる。言い換えると、上記の実験結果例において得られた測定結果については、前期冷媒ガス導入過程が行われる前のワーク温度が、ワーク基準温度Ｔ_b（９００℃）から目標温度Ｔ_m（９５０℃）に上昇させられることは、ファン加速時間ｔが、１ｓｅｃから３．５ｓｅｃに遅らされることに対応する。

このように、本実施形態の熱処理方法においては、前期冷媒ガス導入過程が行われる前のワーク温度が、あらかじめ設定される所定の目標温度Ｔ_mまで上昇させられるに際し、前期冷媒ガス導入過程を行う前のワーク温度が目標温度Ｔ_mに上昇することに相当するファン加速時間ｔ（ファン始動過程の時間）が、上記式（４）に基づいて推定される。

以上のように、ファン加速時間の推定を行うことができることにより、例えば本実施形態の熱処理方法を行うための設備が他の工場等に移設された際等、ワーク１について一品一様で変化する各種条件について、条件出しのリードタイムの短縮化を図ることが可能となる。

例えば、ガス冷却における冷却速度を速くするためには、ファン加速時間が短時間化されればよい。しかし、ファン加速時間の短時間化は、前述したように電動機１５の始動電流の増加にともなう高調波等との関係から限界が生じる場合がある。また、高調波等の発生の有無は、熱処理方法を行うための設備が現場において実際に稼動されないと判明しない場合が多い。さらに、前記のとおり高調波等の発生は電動機１５を備える設備のみならず周辺設備へも影響する場合があることから、高調波等の発生時は、その対策が早急に実施される必要がある。

そこで、例えば、高調波の発生を防止するため、電動機１５の始動電流を低減させたい場合において、後期冷媒ガス導入過程が行われる前のワーク温度を確保するためにワーク温度があらかじめ上昇させられるときには、前述したように、上記式（４）により、ファン加速時間（ｔ）の推定が行われる。

すなわち、電動機１５の始動電流を低減させることは、ファン加速時間を遅らせる（長くする）ことに対応する。このため、高調波の発生を防止するために電動機１５の始動電流を低減させる場合は、上記式（４）を用いる方法によれば、あらかじめ上昇させられるワーク温度との関係において、どの程度ファン加速時間を遅くするかを推定することができる。このように、早急な対策が必要とされる高調波等の発生時等において、ワーク温度との関係でファン加速時間を推定することができることは、ファン加速時間の設定に際して条件出しのリードタイムの短縮化を図るうえで極めて有効である。

なお、上記の例は、ワーク温度をあらかじめ上昇させるとともに、ファン加速時間を遅らせる場合についてのものであるが、上記式（２）は、変形して用いられることで、他の因子の調整を行うために用いることも可能である。例えば、電動機１５の変更、電動機１５の製作精度のバラツキ、冷媒ガス圧力のバラツキ、冷媒ガスの種類の変更、あるいはこれらにともなって変化する電動機１５の放電条件（前述したパッシェン曲線で表される）等の各種条件の変更にともない、上記式（２）を変形して用いることで、その都度ワーク１の加熱温度やファン加速時間の調整を行うことが可能である。このように、各種条件の変化に応じてワーク１の加熱温度やファン加速時間の調整が図られることにより、電動機１５により駆動されるファン１６の回転によって冷媒ガスが対流させられることで行われるガス冷却において、省エネ化に貢献することが可能となる。

また、上述した本発明の実施の形態においては、熱処理方法が行われる熱処理装置の構成として、加熱室２と冷却室３とを備える二室型の構造を有するものが採用されているが、これに限定されない。つまり、本発明に係る熱処理方法は、加熱室２と冷却室３とが共通の処理室として構成される一室型の構造を有する熱処理装置においても適用可能である。

本発明の一実施形態に係る熱処理装置の全体構成を示す図。本発明の一実施形態に係るガス冷却における冷媒ガス圧力およびファン回転数の時間変化のグラフを示す図。本発明の一実施形態に係る熱処理方法を示すフロー図。従来方法に係るガス冷却における冷媒ガス圧力およびファン回転数の時間変化のグラフを示す図。ファン加速時間と焼入れ品の硬さとの関係における本実施例と従来例との比較を表す実験結果例を示す図。本発明の別実施形態に係る熱処理装置の全体構成を示す図。

１ワーク（被処理物）
２加熱室
３冷却室（処理室）
１５電動機
１６ファン
１７モータハウジング
１８送入用ダクト
１９送出用ダクト
３０ガス導入通路
３１供給源
３３昇圧ユニット
３４リザーブタンク
３５第一開閉弁（第一の開閉弁手段、開閉弁手段）
３８第二開閉弁（第二の開閉弁手段）
４０分岐ガス導入通路
５０前期用通路（第一のガス導入通路）
５４リザーブタンク
５５開閉弁（開閉弁手段）
６０後期用通路（第二のガス導入通路）
７０分岐ガス導入通路

Claims

加熱後の被処理物を、該被処理物を収容する処理室にて、該処理室と連通する空間に設けられる電動機を駆動源とするファンにより冷媒ガスを対流させることで冷却する熱処理方法であって、
前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記電動機における放電が発生しない程度に低い圧力としてあらかじめ設定される第一の圧力となるように導入する前期冷媒ガス導入過程と、
前記処理室内の圧力が前記第一の圧力である状態で、前記電動機を始動させ、該電動機の回転数を、前記ファンの駆動との関係においてあらかじめ設定される所定の回転数となるまで上昇させるファン始動過程と、
前記電動機の回転数が前記所定の回転数である状態で、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記被処理物の冷却に用いられる圧力としてあらかじめ設定される第二の圧力となるように導入する後期冷媒ガス導入過程と、を行うものであり、
所定の供給源から供給される前記冷媒ガスを前記処理室内に導入するための通路であるガス導入通路に、前記冷媒ガスの導入方向についての上流側から下流側にかけて順に設けられる、前記ガス導入通路の開閉を行う第一の開閉弁手段、および前記開閉を行う第二の開閉弁手段を含む構成により、
前記第一の開閉弁手段および前記第二の開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記ガス導入通路における前記第一の開閉弁手段と前記第二の開閉弁手段との間の部分に、前記第一の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第二の開閉弁手段を開状態とすることで、前記前期冷媒ガス導入過程を行い、
前記第一の開閉弁手段が閉状態、かつ前記第二の開閉弁手段が開状態であるとともに、前記ガス導入通路における前記第一の開閉弁手段の前記上流側の部分に、前記第二の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第一の開閉弁手段を開状態とすることで、前記後期冷媒ガス導入過程を行うことを特徴とする熱処理方法。
前記第一の開閉弁手段の前記下流側に、前記ガス導入通路から分岐して前記電動機が設けられる前記空間に連通する分岐ガス導入通路を設けることを特徴とする請求項１に記載の熱処理方法。
加熱後の被処理物を、該被処理物を収容する処理室にて、該処理室と連通する空間に設けられる電動機を駆動源とするファンにより冷媒ガスを対流させることで冷却する熱処理方法であって、
前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記電動機における放電が発生しない程度に低い圧力としてあらかじめ設定される第一の圧力となるように導入する前期冷媒ガス導入過程と、
前記処理室内の圧力が前記第一の圧力である状態で、前記電動機を始動させ、該電動機の回転数を、前記ファンの駆動との関係においてあらかじめ設定される所定の回転数となるまで上昇させるファン始動過程と、
前記電動機の回転数が前記所定の回転数である状態で、前記冷媒ガスを、前記処理室内に、該処理室内の圧力が前記被処理物の冷却に用いられる圧力としてあらかじめ設定される第二の圧力となるように導入する後期冷媒ガス導入過程と、を行うものであり、
所定の供給源から供給される前記冷媒ガスを前記処理室内に導入するための通路であるガス導入通路として、前記前期冷媒ガス導入過程を行うための前記ガス導入通路である第一のガス導入通路と、前記後期冷媒ガス導入過程を行うための前記ガス導入通路である第二のガス導入通路とを設け、
前記第一のガス導入通路および前記第二のガス導入通路のそれぞれに設けられ、前記ガス導入通路の開閉を行う開閉弁手段を含む構成により、
前記第一のガス導入通路を用い、該第一のガス導入通路の前記開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記第一のガス導入通路における前記開閉弁手段よりも前記冷媒ガスの導入方向についての上流側の部分に、前記第一の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第一のガス導入通路の前記開閉弁手段を開状態とすることで、前記前期冷媒ガス導入過程を行い、
前記第二のガス導入通路を用い、該第二のガス導入通路の前記開閉弁手段が閉状態であるとともに、前記第二のガス導入通路における前記開閉弁手段よりも前記上流側の部分に、前記第二の圧力に対応する量の前記冷媒ガスを蓄えた状態から、前記第二のガス導入通路の前記開閉弁手段を開状態とすることで、前記後期冷媒ガス導入過程を行うことを特徴とする熱処理方法。
前記第一のガス導入通路の前記開閉弁手段の前記下流側に、前記第一のガス導入通路から分岐して前記電動機が設けられる前記空間に連通する分岐ガス導入通路を設けることを特徴とする請求項３に記載の熱処理方法。
前記前期冷媒ガス導入過程を行う前の前記被処理物の温度を、前記ファン始動過程中に低下する前記被処理物の温度低下量に相当する分あらかじめ上昇させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理方法。