JP6023905B1 - 金属部品の製造方法、および、熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リング部材など、円形状の金属製の被処理物に関して、熱処理による歪みをより小さくすることができ、且つ、被処理物の熱処理時間をより短くできるようにする。【解決手段】円形状に形成された金属製の被処理物１００と、所定の主輻射方向Ｄ２に向かう熱を輻射するヒータユニット６とが互いに向かい合わされる。また、被処理物１００の軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が４５°以下（ゼロを含む）となるように被処理物１００が配置される。ヒータユニット６を用いて被処理物１００が加熱される。【選択図】 図３

Description

本発明は、円形状の金属部品の製造方法、および、熱処理装置に関する。

加熱装置によって、鋼製のリング部材に加熱処理を施し、その後、当該リング部材を冷却することで、リング部材に熱処理を行う構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−２９７６６４号公報

リング部材の熱処理に際しては、当該リング部材における熱歪みを可及的に小さくすることが要請されている。たとえば、テーパーローラーベアリングの内輪および外輪など、高負荷環境で使用されるリング部材は、浸炭焼入などの熱処理を施されている。しかしながら、この熱処理では、リング部材の真円度を狂わせる歪み、いわゆる楕円歪みが発生する。楕円歪みは、真円状の鋼材部品が楕円形に歪む現象をいう。そして、このような楕円歪みを修整するために、たとえば、リング部材を加熱によって硬化させた後、旋削するという、多段階の工法が採用されており、非効率である。

また、リング部材の熱処理に際しては、温度変化を緩やかにすることで、リング部材の各部の温度差を抑制できるので、熱歪みを抑制できる。しかしながら、この場合、リング部材の熱処理に時間がかかってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、リング部材など、円形状の金属製の被処理物に関して、熱処理による歪みをより小さくすることができ、且つ、被処理物の熱処理時間をより短くできる、金属部品の製造方法、および、熱処理装置を提供することを目的とする。

従来、熱処理時における被処理物の歪みを抑制するために、被処理物の加熱後の冷却工程に着目し、冷却工程を工夫することで歪みを抑制することが一般的であった。一方、本願発明者は、被処理物の昇温工程（温度上昇工程）に着目し、さらに、この昇温工程において、被処理物の、従来にない配置方法を想到した。これにより、熱処理における被処理物の楕円歪みを格段に小さくすることが可能となった。

（１）上記の知見に基づく、この発明のある局面に係わる金属部品の製造方法は、円形状に形成された金属製の被処理物と、所定の主輻射方向に向かう熱を輻射する熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置する配置ステップと、前記熱源を用いて前記被処理物を加熱する加熱ステップと、を含み、前記配置ステップにおいて、前記被処理物は、起立した姿勢で配置されており、前記軸方向が水平方向に沿っており、
前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されている。
（２）また、上記の知見に基づく、この発明のある局面に係わる金属部品の製造方法は、円形状に形成された金属製の被処理物と、所定の主輻射方向に向かう熱を輻射する熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置する配置ステップと、前記熱源を用いて前記被処理物を加熱する加熱ステップと、を含み、前記配置ステップにおいて、前記被処理物は、起立した姿勢で配置されており、前記軸方向が水平方向に対して傾斜しており、前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されている。

この構成によると、熱源からの熱は、被処理物の各部に、より均等に伝わる。これにより、熱源による被処理物の加熱時において、被処理物内の温度差をより小さくできる。より具体的には、被処理物の周方向における当該被処理物の温度差をより小さくできる。特に、軸方向と主輻射方向とが一致する場合、すなわち劣角がゼロの場合、被処理物の周方向における当該被処理物内の温度差を格段に小さくできる。その結果、被処理物内で応力の不均衡が生じることを抑制できる。たとえば、１つの被処理物内において、各部がオーステナイト変態するタイミングをより等しくできる。さらに、被処理物内で応力の不均衡が生じることを抑制できる結果、より短時間に被処理物を加熱処理することができる。これにより、円形状に形成された金属製の被処理物に関して、熱処理に起因する歪みをより小さくでき、且つ、被処理物の熱処理時間をより短くできる。より具体的には、被処理物が楕円状に歪む楕円歪みを、より小さくできる。たとえば、被処理物をＡ１変態点以上に加熱する場合において、被処理物内の各部の温度がＡ１変態点を通過するタイミングをより均一にできる。これにより、被処理物に変態応力が生じることを抑制できる。また、軸方向が水平方向に沿っている場合、被処理物に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、被処理物の応力に起因する熱歪みを、格段に小さくすることができる。また、
軸方向が水平方向に対して傾斜している場合、複数の被処理物の全体としての重量バランスなどを考慮した状態で、より適切に複数の被処理物を配置することができる。

（３）前記配置ステップにおいて、複数の前記被処理物が、前記主輻射方向に沿って配列される場合がある。

この構成によると、複数の被処理物を、熱歪みを小さくしつつ、一括して熱処理することができる。

（４）前記配置ステップでは、所定のホルダーが、前記被処理物の外周面を下方から支持する場合がある。

この構成によると、被処理物に引張応力が生じることを、抑制できる。これにより、被処理物の応力に起因する熱歪みを、格段に小さくすることができる。

（５）前記ホルダーは、前記被処理物を線接触または点接触した状態で支持する場合がある。

この構成によると、ホルダーは、被処理物の熱処理時における当該被処理物の膨張および収縮を妨げることを抑制された状態で、被処理物を支持することができる。その結果、熱処理に起因する被処理物の歪みをより低減できる。

（６）前記ホルダーは、前記被処理物の外周面を、当該外周面の周方向に離隔した第１支持部および第２支持部で支持しており、前記被処理物の中心軸線回りの前記第１支持部と前記第２支持部との角度間隔は、２０°〜６０°の範囲に設定されている場合がある。

この構成によると、第１支持部と第２支持部との角度範囲を２０°以上とすることで、これらの支持部に支持されている被処理物の各部に作用する応力をより均等にできる。よって、被処理物の熱歪みをより小さくできる。また、第１支持部と第２支持部との角度範囲を６０°以下とすることで、被処理物が熱処理によって熱膨張したときに、膨張によって２箇所の支持部間で被処理物が挟まれた状態となることを抑制できる。これにより、被処理物が２つの支持部に食い込むように変形することを抑制できる。

（７）前記加熱ステップでは、前記被処理物は、０．６％〜１．０％の範囲のカーボンポテンシャルに設定された雰囲気ガス中で加熱される場合がある。

この構成によると、被処理物の加熱時において、被処理物の表面の各部がフェライト＋セメンタイトである領域からオーステナイトである領域に移行するのに必要な時間をより短くできる。その結果、被処理物を、より均一にオーステナイト変態させることができる。

（８）前記加熱ステップは、少なくとも、前記被処理物のＡ１変態点とＡ３変態点との間で行われる場合がある。

この構成によると、被処理物の各部は、より均等にオーステナイト変態できる。

（９）前記加熱ステップでは、前記被処理物は、０．５℃／ｍｉｎ〜１０℃／ｍｉｎの範囲の温度上昇速度でＡ１変態点からＡ３変態点まで加熱される場合がある。

この構成によると、被処理物の昇温速度（温度上昇速度）が上記の下限値以上であることにより、被処理物をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させるのに必要な時間を、より短くできる。また、被処理物の昇温速度が上記の上限値以下であることにより、被処理物をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させる際に、被処理物の外表面から当該被処理物の内部まで熱が伝わる際における、被処理物の外表面と内部との温度差を十分に小さくできる。これにより、被処理物の内部における変態応力を、より小さくできる。よって、被処理物の熱歪みをより小さくできる。換言すれば、被処理物の各部がオーステナイト変態するときにおいて、変態のタイミングのむら（すなわち、変態のタイミングの不均一さ）をより小さくできる。

（１０）前記被処理物は、リング状に形成されている場合がある。

この構成によると、リング状の被処理物において、各部の温度変化の度合いをより均等にできる。その結果、楕円歪みなどの熱歪みの小さい金属部品を形成することができる。

（１１）前記被処理物は、軸受のレースまたはギヤを含んでいる場合がある。

この構成によると、寸法精度の高い軸受またはギヤを製造することができる。

（１２）また、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、所定の主輻射方向に向かう熱を輻射するように構成された熱源と、円形状に形成された金属製の被処理物と前記熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置するためのホルダーと、を備え、前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されるように構成され、前記ホルダーは、前記被処理物を起立した姿勢で支持するように構成されており、且つ、前記軸方向が水平方向に沿うようにまたは前記軸方向が前記水平方向に対して傾斜するように前記被処理物を支持するように構成されている。

この構成によると、熱源からの熱は、被処理物の各部に、より均等に伝わる。これにより、熱源による被処理物の加熱時において、被処理物内の温度差をより小さくできる。より具体的には、被処理物の周方向における当該被処理物の温度差をより小さくできる。特に、軸方向と主輻射方向とが一致する場合、すなわち、劣角がゼロの場合、被処理物の周方向における当該被処理物内の温度差を格段に小さくできる。その結果、被処理物内で応力の不均衡が生じることを抑制できる。たとえば、１つの被処理物内において、各部がオーステナイト変態するタイミングをより等しくできる。さらに、被処理物内で応力の不均衡が生じることを抑制できる結果、より短時間に被処理物を加熱処理することができる。これにより、円形状に形成された金属製の被処理物に関して、熱処理に起因する歪みをより小さくでき、且つ、被処理物の熱処理時間をより短くできる。より具体的には、被処理物が楕円状に歪む楕円歪みを、より小さくできる。たとえば、被処理物をＡ１変態点以上に加熱する場合において、被処理物内の各部の温度がＡ１変態点を通過するタイミングをより均一にできる。これにより、被処理物に変態応力が生じることを抑制できる。また、軸方向が水平方向に沿っている場合、被処理物に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、被処理物の応力に起因する熱歪みを、格段に小さくすることができる。また、
軸方向が水平方向に対して傾斜している場合、複数の被処理物の全体としての重量バランスなどを考慮した状態で、より適切に複数の被処理物を配置することができる。

本発明によると、リング部材など、円形状の金属製被処理物に関して、熱処理による歪みをより小さくすることができ、且つ、被処理物の熱処理時間をより短くできる。

本発明の実施形態に係る熱処理装置の模式的な断面図であり、熱処理装置を平面視した状態を示している。 熱処理装置の模式的な断面図であり、熱処理装置を側面視した状態を示している。 図１の熱処理装置におけるホルダーおよび被処理物を拡大した図である。 図２の熱処理装置におけるホルダーおよび被処理物を拡大した図である。 ホルダーと被処理物との関係を説明するための模式図である。 劣角を説明するための模式図であり、劣角がゼロではない場合を示している。 熱処理装置における熱処理動作の一例を説明するためのフローチャートである。 熱処理装置における被処理物の温度制御の一例を示す、グラフである。 熱処理装置で熱処理される被処理物の状態について説明するための、Ｆｅ−Ｃ合金の模式的な平衡状態図である。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置に備えられるホルダーおよびヒータユニットの模式的な平面図である。 ホルダーおよび当該ホルダーに保持された被処理物を示す、主要部の模式的な側面図である。 ホルダーおよび当該ホルダーに保持された被処理物を示す、主要部の模式的な正面図である。 本発明の第２実施形態に係る熱処理装置に備えられるホルダーおよび当該ホルダーに保持された被処理物を示す、主要部の模式的な平面図である。 変形例の１つについて説明するための主要部の模式的な側面図である。 図１４で示した変形例とは別の変形例について説明するための主要部の模式的な側面図である。 被処理物の置き方の種類別の熱歪みについて説明するためのグラフである。 被処理物の軸方向と主輻射方向とがなす劣角と、熱歪みとの関係について説明するためのグラフである。 炉内雰囲気のカーボンポテンシャルと熱歪みとの関係について説明するためのグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置１の模式的な断面図であり、熱処理装置１を平面視した状態を示している。図２は、熱処理装置１の模式的な断面図であり、熱処理装置１を側面視した状態を示している。側面図である。図３は、図１の熱処理装置１におけるホルダー２および被処理物１００を拡大した図である。図４は、図２の熱処理装置１におけるホルダー２および被処理物１００を拡大した図である。図４では、一部の被処理物１００の図示を省略している。

図１および図２を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００を熱処理するために設けられている。この熱処理として、真空浸炭、浸炭窒化および浸炭焼入れなどの浸炭処理、焼入処理、焼戻処理、焼鈍処理などを例示することができる。本実施形態では、熱処理装置１が、ガス浸炭処理炉である場合を例に説明する。

被処理物１００は、円形状に形成された金属製の部材である。この場合の「円形状」とは、貫通孔が形成された円筒状、貫通孔が形成されていない円板状、および、外形形状の包絡線が円状である形状などを含んでいる。外形形状の包絡線が円状である部材として、外周部に歯が形成されたギヤを例示できる。本実施形態では、被処理物１００は、リング状の金属部品である。被処理物１００は、略真円の円筒状に形成されており、熱処理装置１による熱処理が行われる前の状態において、歪み量が実質的にゼロである。この場合の歪みとは、楕円歪みをいい、被処理物１００のうち直径が最大の部分と最小の部分との差または比をいう。

被処理物１００として、転がり軸受の外輪および内輪などのレース部材、平歯車などのギヤ、転がり軸受のころ、シャフト、ワッシャなどを例示することができる。なお、被処理物１００は、円形状に形成され熱処理が施される金属部品であればよい。被処理物１００は、たとえば、炭素含有量（カーボンポテンシャル）が０．２％程度の炭素鋼である。なお、被処理物１００の炭素含有量として、０．１５％〜０．２％を例示することができる。本実施形態では、被処理物１００は、当該被処理物１００の軸方向Ｄ１に数ｍｍ程度の厚みを有するリング状に形成されている。よって、被処理物１００の内周面および外周面は、互いに同心の円筒状である。

熱処理装置１は、熱処理ユニット３と、制御部４と、を有している。

熱処理ユニット３は、ホルダー２と、熱処理炉５と、ヒータユニット６と、台座７と、撹拌装置８と、雰囲気ガス供給部９と、を有している。

熱処理炉５は、中空の箱状に形成されている。熱処理炉５は、被処理物１００を収容するための収容室を形成している。熱処理炉５の互いに向かい合い略平行に並ぶ一対の側壁には、入口扉１０と出口扉１１が形成されている。入口扉１０が開かれた状態で、被処理物１００は、熱処理炉５の外部から熱処理炉５内に搬入される。また、出口扉１１が開かれた状態で、被処理物１００は、熱処理炉５内から熱処理炉５外に搬出される。また、被処理物１００が熱処理されている間、入口扉１０および出口扉１１は、閉じられている。本実施形態では、入口扉１０から出口扉１１に向かう方向が、進行方向Ｘ１として規定されている。

熱処理炉５には、熱処理炉５内の温度としての炉内温度Ｔを検出するための温度センサ１２が設置されている。この温度センサ１２の温度検出結果は、制御部４に与えられる。また、熱処理炉５には、熱処理炉５内のカーボンポテンシャルを測定するための酸素センサ１３が配置されている。この酸素センサ１３による酸素濃度検出結果は、制御部４に与えられる。熱処理炉５には、ヒータユニット６が配置されている。

ヒータユニット６は、熱処理炉５内の温度を、被処理物１００の熱処理に必要な温度にまで上昇させるために設けられている。ヒータユニット６は、熱処理炉５内において、進行方向Ｘ１に沿うように配置されている。ヒータユニット６は、平面視において、熱処理炉５の４つの側壁のそれぞれから離隔した箇所に配置されている。

ヒータユニット６は、複数の第１ヒータ１４と、複数の第２ヒータ１５と、を有している。

各ヒータ１４，１５は、図示しない電源から供給される電力を熱に変換するように構成された、発熱体（電熱体）を有している。各ヒータ１４，１５は、この発熱体による発熱動作を行うことで、熱処理炉５内の雰囲気を加熱するように構成されている。第１ヒータ１４は、進行方向Ｘ１に沿って略等間隔に複数（本実施形態では、６個）配置されている。同様に、第２ヒータ１５は、進行方向Ｘ１に沿って略等間隔に複数配置されている。本実施形態では、第１ヒータ１４の数と第２ヒータ１５の数とは、同じに設定されている。

また、進行方向Ｘ１において、各第１ヒータ１４の位置は、対応する１つの第２ヒータ１５の位置と揃えられている。これにより、進行方向Ｘ１の位置が揃えられた一対の第１ヒータ１４および第２ヒータ１５は、平面視において、進行方向Ｘ１と直交する方向に離隔した状態で向かい合っている。

第１ヒータ１４と第２ヒータ１５とは、同じ構成を有している。より具体的には、第１ヒータ１４と第２ヒータ１５は、同じ形状に形成されており、且つ、同じ加熱性能を有している。

各ヒータ１４，１５は、チューブ１６を有している。

チューブ１６は、当該チューブ１６内に配置された電熱体への通電によって生じる熱を熱処理炉５内の空間に伝達するために設けられている。チューブ１６内で電熱体から生じた熱によって熱処理炉５が加熱され、熱処理炉５内の被処理物１００が加熱される。チューブ１６は、熱処理炉５内において、熱処理炉５の天壁５ａから下方に延びる円筒状に形成されており、上下に真っ直ぐな形状を有している。各チューブ１６の直径は、所定の値に設定されている。各チューブ１６は、熱処理炉５の天壁５ａから、台座７の上面の位置よりも下方の位置まで延びている。各チューブ１６は、当該チューブ１６の周囲へ放射状に熱を放射する。

上記の構成を有するヒータユニット６には、主輻射方向Ｄ２が規定されている。主輻射方向Ｄ２とは、ヒータユニット６から供給される単位時間当たりの熱量が最も大きい方向をいう。換言すれば、ヒータユニット６は、主輻射方向Ｄ２に向かう熱を輻射するように構成されている。本実施形態では、主輻射方向Ｄ２は、進行方向Ｘ１の位置が同じ一対のヒータ１４，１５が向かい合う方向である。より具体的には、主輻射方向Ｄ２は、平面視において、進行方向Ｘ１と直交する方向である。本実施形態では、ヒータユニット６は、進行方向Ｘ１と直交する方向に熱が放射されることとなる。また、本実施形態では、主輻射方向Ｄ２は、水平方向に沿っている。主輻射方向Ｄ２は、各ヒータ１４，１５からの熱放射量をベクトル表示したときにおいて各ベクトルの合成値が最大である方向ともいえる。なお、熱源としてのヒータが、１つのヒータ１４または１つのヒータ１５のみである場合、主輻射方向Ｄ２は、チューブ１６の円筒部分の任意の点における法線が延びる方向であって、且つ、被処理物１００の中心点を通る方向であると定義することもできる。

上記の構成を有するヒータ１４，１５間に、台座７が配置されている。台座７は、ホルダー２を支持するために設けられている。台座７は、たとえば、進行方向Ｘ１における入口扉１０から２番目のヒータ１４，１５間に配置されているとともに、入口扉１０から５番目のヒータ１４，１５間に配置されている。台座７は、たとえば、複数の支柱７ａ〜７ｆを含んでいる。各支柱７ａ〜７ｆは、上下に延びている。 支柱７ａ〜７ｆは、たとえば、６個設けられており、４つの支柱７ａ，７ｂ，７ｅ，７ｆでホルダー２の四隅を支持するとともに、２つの支柱７ｃ，７ｄで、ホルダー２の中間部を支持するように構成されている。

本実施形態では、３つの支柱７ａ，７ｃ，７ｅが、進行方向Ｘ１における入口扉１０から２番目のヒータ１４，１５間に配置されており、これら３つの支柱７ａ，７ｃ，７ｅは、主輻射方向Ｄ２に等間隔に配置されている。さらに、これら３つの支柱７ａ，７ｃ，７ｅのうちの２つは、対応するヒータ１４，１５に隣接している。また、残りの３つの支柱７ｂ，７ｄ，７ｆが、入口扉１０から５番目のヒータ１４，１５間に配置されており、これら３つの支柱７ｂ，７ｄ，７ｆは、主輻射方向Ｄ２に等間隔に配置されている。さらに、これら３つの支柱７ｂ，７ｄ，７ｆのうちの２つは、対応するヒータ１４，１５に隣接している。

ホルダー２は、１または複数の被処理物１００を熱処理炉５に搬入および搬出するために用いられる。また、ホルダー２は、被処理物１００が熱処理される際に、被処理物１００を保持するために用いられる。ホルダー２は、本実施形態では、金属製である。ホルダー２は、上方が開放された矩形の箱形形状に形成されている。ホルダー２の４つの側面および１つの底面は、メッシュ状に形成されており、ガスなどの流体を通過可能に構成されている。

図５は、ホルダー２と被処理物１００との関係を説明するための模式図である。図１〜図５を参照して、ホルダー２は、底枠部２１と、４つの縦枠部２２〜２５と、底枠部２１に取り付けられた受け部２６と、を有している。

底枠部２１は、たとえば、金属棒を矩形状に組み合わせることで形成されている。底枠部２１の４つの辺部から、４つの縦枠部２２〜２５が延びている。

縦枠部２２，２３は、被処理物１００を前後（主輻射方向Ｄ２）に挟むように配置される一対の枠部として形成されている。これら縦枠部２２，２３は、底枠部２１のうち所定の第１並び方向Ｅ１の両端部から上方に延びるとともに、受け部２６に保持された複数の被処理物１００を挟むように配置されている。縦枠部２２は、前枠部として設けられており、たとえば、ヒータ１４に隣接するように配置される。縦枠部２２は、後枠部として設けられており、たとえば、ヒータ１５に隣接するように配置される。

縦枠部２４，２５は、被処理物１００を左右（進行方向Ｘ１）に挟むように配置される一対の枠部として形成されている。縦枠部２４は左枠部として設けられ、縦枠部２５は、右枠部として設けられている。縦枠部２４，２５は、たとえば、ヒータ１４，１５が向かい合う方向に延びるようにして、これらのヒータ１４，１５間に配置される。

各縦枠部２２〜２５は、それぞれ、メッシュ状に形成されており、ガスを通過可能に構成されている。縦枠部２２〜２５を支持している底枠部２１のうち、後述する主輻射方向Ｄ２に離隔する２つの辺部間に、受け部２６が延びている。

受け部２６は、複数の被処理物１００を支持するために設けられている。受け部２６は、所定の第１並び方向Ｅ１に沿って延びている。第１並び方向Ｅ１は、受け部２６に保持された被処理物１００の軸方向Ｄ１に沿っている。また、第１並び方向Ｅ１は、平面視において、縦枠部２４，２５が延びる方向に沿っている。受け部２６は、複数の支持部材２７を有している。

支持部材２７は、平面視で第１並び方向Ｅ１と直交する第２並び方向Ｅ２に沿って所定のピッチで一対配置されている。そして、第２並び方向Ｅ２に沿って複数対の支持部材２７，２７が設けられている。本実施形態では、第１並び方向Ｅ１および第２並び方向Ｅ２は、何れも、実質的に水平方向であり、水平面に対する傾斜角度は、ゼロ〜数度程度に設定されている。そして、隣り合う一対の支持部材２７，２７が、被処理物１００を支持する。

一対の支持部材２７，２７は、被処理物１００を、起立した姿勢で熱処理炉５内に配置するように構成されている。そして、被処理物１００の軸方向Ｄ１は、水平方向に沿っている。この場合の「水平方向に沿っている」とは、軸方向Ｄ１と水平面とのなす角度が、ゼロ度から数度程度の範囲にあることを例示できる。また、本実施形態では、一対の支持部材２７，２７は、被処理物１００の外周面１００ａを外周面１００ａの下方から支持するようにして、当該被処理物１００を支持している。

また、一対の支持部材２７，２７は、被処理物１００を２点支持するように構成されている。より具体的には、一対の支持部材２７，２７は、被処理物１００を、当該被処理物１００の周方向における２点で支持するように構成されている。このように、一対の支持部材２７，２７は、被処理物１００の外周面１００ａを、当該外周面１００ａの周方向に離隔した２箇所（具体的には、後述する第１支持部３１および第２支持部３２）で支持するように構成されている。

各支持部材２７は、たとえば、断面円形状の金属棒を用いて形成されており、本実施形態では、主輻射方向Ｄ２と平行に延びている。本実施形態では、各支持部材２７は、第１並び方向Ｅ１に延びていることで、被処理物１００と線接触となるように接触し、当該被処理物１００を支持している。

より具体的には、各支持部材２７は、支持する被処理物１００と対向する対向面２８を有している。対向面２８は、第１並び方向Ｅ１に沿って真っ直ぐに延びている。そして、対向面２８のうち、被処理物１００に接触している箇所が、支持部３１または支持部３２を形成している。このように、一対の支持部２７，２７のうちの一方の支持部材２７に形成された第１支持部３１と、他方の支持部材２７に形成された第２支持部３２と、が存在することとなる。第１支持部３１および第２支持部３２は、本実施形態では、第１並び方向Ｅ１（主輻射方向Ｄ２）に延びる直線状部分である。被処理物１００の外周面１００ａは、当該外周面１００ａの周方向に離隔した支持部３１，３２で支持されている。

また、被処理物１００の軸方向Ｄ１と、主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が、４５°以下（ゼロを含む）となるように、ホルダー２に被処理物１００が配置されている。

図６は、劣角θ１を説明するための模式図であり、劣角θ１がゼロではない場合を示している。なお、図１〜図４は、劣角θ１＝ゼロである場合を示している。図６を参照して、本実施形態では、劣角θ１は、たとえば、以下のように定義される。劣角θ１は、軸方向Ｄ１に延びる被処理物１００の中心軸線Ｂ３と、主輻射方向Ｄ２に沿って延びる基準線Ｂ４の２つの直線を含む平面、すなわち、図６に示す平面で定義される。劣角θ１は、これら２つの線Ｂ３，Ｂ４が交わる交点を原点Ｏとして、上記中心軸線Ｂ３の一部からなる第１半直線Ｂ５と、基準線Ｂ４の一部からなる２半直線Ｂ６とがなす２つの共役角のうち、小さいほうの角度をいう。

なお、劣角θ１は、基準線Ｂ４（主輻射方向Ｄ２）と直交する仮想の直交面と中心軸線Ｂ３（軸方向Ｄ１）とがなす角度を用いて定義されてもよい。この場合、仮想の直交面と中心軸線Ｂ３とが直交しているときの劣角θ１がゼロとなる。そして、仮想の直交面と中心軸線Ｂ３とが直交しているときの当該中心軸線Ｂ３（基準中心軸線）に対する中心軸線Ｂ３の傾斜角度が、劣角θ１となる。

本実施形態では、水平方向に沿って、被処理物１００の軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とが延びている。よって、本実施形態では、劣角θ１は、仮想の水平面上における、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とがなす角度となる。

図１〜図６を参照して、劣角θ１が４５°以下に設定されることで、被処理物１００の外周部における熱の伝わりの偏りを、より確実に抑制できる。すなわち、劣角θ１を、直角である９０°の１／２以下にすることで、被処理物１００の表面の全体に、より均等にヒータ１４，１５からの熱が伝わることとなる。これにより、被処理物１００が熱処理されている際に、被処理物１００内の各部において変態を開始するタイミング（以下、単に変態タイミングともいう）のずれを、より小さくできる。その結果、被処理物１００内における変態応力（すなわち、変態タイミングのずれに起因する応力）の発生を、より少なくできる。その結果、被処理物１００の内部応力に起因する被処理物１００の熱歪みを、より小さくできる。特に、略真円状であるリング状の被処理物１００が楕円状に歪む、楕円歪みをより小さくできる。

なお、劣角θ１が４５°を超えると、主輻射方向Ｄ２に沿って被処理物１００に伝わる熱の分布が被処理物１００内で不均一になる度合いは、大きくなる。その結果、被処理物１００が熱処理されている際に、被処理物１００内における変態タイミングのずれが、大きくなる。その結果、被処理物１００内における変態応力が大きくなる。よって、被処理物１００の内部応力に起因する被処理物１００の熱歪みが、より大きくなる。

なお、劣角θ１は、３０°以下であることがより好ましくい。劣角θ１が４５°の２／３の３０°以下であれば、リング状の被処理物１００の内周面１００ａと外周面１００ｂにおける熱の受ける度合いをより均等にできる。その結果、被処理物１００の内部応力に起因する被処理物１００の熱歪みは、より小さくなる。劣角θ１は、３０°の１／２である１５°以下であれば、より好ましい。劣角θ１の最も好ましい値は、ゼロである。

劣角θ１は、たとえば、平面視において、各ヒータ１４，１５に対するホルダー２の向きを変更することで、調整される。また、平面視において、ホルダー２の底枠部２１に対して支持部材２７が延びる方向を変更することで、劣角θ１を調整することもできる。

このように、ホルダー２は、被処理物１００と、ヒータユニット６とを互いに向かい合わせるとともに、被処理物１００の軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が４５°以下（ゼロを含む）となるように、被処理物１００を配置する。

図５に示すように、第１並び方向Ｅ１に見たとき、第１支持部３１および第２支持部３２は、被処理物１００の外周面１００ａと点接触している。第１支持部３１と第２支持部３２との間に、被処理物１００の最底部１００ｅが配置されている。本実施形態では、第１支持部３１および第２支持部３２は、高さ位置が揃えられており、第２並び方向Ｅ２に対称に位置している。

第１支持部３１および第２支持部３２は、所定の角度間隔θ２を有している。換言すれば、被処理物１００が載せられているときの第１支持部３１および第２支持部３２を被処理物１００の軸方向Ｄ１に見たとき、第１支持部３１および第２支持部３２は、所定の角度間隔θ２を有している。

より具体的には、支持部材２７に被処理物１００が載せられているときの第１支持部３１および第２支持部３２を被処理物１００の軸方向Ｄ１に見たときにおける、第１線分Ｂ１と第２線分Ｂ２とがなす劣角が、角度間隔θ２として規定される。第１線分Ｂ１は、被処理物１００の中心軸線Ｂ３と第１支持部３１とを結ぶ線分である。第２線分Ｂ２は、被処理物１００の中心軸線Ｂ３と第２支持部３２とを結ぶ線分である。角度間隔θ２は、被処理物１００の中心軸線Ｂ３回りの第１支持部３１と第２支持部３２との間隔であるといえる。

角度間隔θ２は、２０°〜６０°の範囲に設定されていることが好ましい。角度間隔θ２を２０°以上にすることで、これらの支持部３１，３２に支持されている被処理物１００の各部に作用する圧縮応力をより均等にできる。よって、被処理物１００の熱歪みをより小さくできる。また、角度間隔を６０°以下とすることで、被処理物１００が熱処理によって熱膨張したときに、膨張によって２箇所の支持部３１，３２間で被処理物１００が挟まれた状態となることを抑制できる。これにより、被処理物１００が２つの支持部３１，３２に食い込むように変形することを抑制できる。

なお、各支持部材２７の対向面２８のうち、第１支持部３１および第２支持部３２を形成する部分が突起状であってもよい。この場合、第１支持部３１および第２支持部３２は、被処理物１００を、点接触した状態で支持する。

一対の支持部材２７，２７には、第１並び方向Ｅ１（本実施形態では主輻射方向Ｄ２）に沿って、複数の被処理物１００が略等間隔で配置されている。また、第１支持部３１および第２支持部３２は、平面視において第１並び方向Ｅ１と直交する第２並び方向Ｅ２に沿って、複数対配置されている。これにより、進行方向Ｘ１において複数列に被処理物１００を配置することができる。本実施形態では、進行方向Ｘ１に隣り合う各列の被処理物１００は、進行方向Ｘ１に完全に離隔しており、進行方向Ｘ１における位置が重ならないように配置されている。

本実施形態では、複数（本実施形態では、３つ）のホルダー２としての下ホルダー２ａａ、中ホルダー２ｂ、および、上ホルダー２ｃが設けられている。

本実施形態では、下ホルダー２ａ、中ホルダー２ｂ、上ホルダー２ｃの順に積み上げられている。下ホルダー２ａは、当該下ホルダー２ａの底枠部２１が台座７に支持されている。下ホルダー２ａの４つの縦枠部２２〜２５に、中ホルダー２ｂが載せられている。また、中ホルダー２ｂの４つの縦枠部２２〜２５に、上ホルダー２ｃが載せられている。このように、複数のホルダー２が積層されていることで、多数の被処理物１００を一括して熱処理することができる。

熱処理炉５内に配置された被処理物１００へは、熱処理炉５内の気体を撹拌するための撹拌装置８によって撹拌された気流が与えられる。

図１および図２を参照して、撹拌装置８は、熱処理炉５内の気温およびガス成分をより均等にするために設けられている。撹拌装置８は、電動モータなどによって回転駆動される撹拌ファン３３を有している。撹拌ファン３３は、たとえば、遠心ファンであり、撹拌ファン３３の径方向の外方に向かう風を発生するように構成されている。撹拌ファン３３は、熱処理炉５の上部に配置されている。本実施形態では、撹拌ファン３３は、台座７およびホルダー２の真上に配置されている。撹拌装置８の動作は、制御部４によって制御される。また、雰囲気ガス供給部９から熱処理炉５内へ、熱処理用の雰囲気ガスが供給される。

雰囲気ガス供給部９は、被処理物１００に所望の熱処理を行うための熱処理用ガスである雰囲気ガスを熱処理炉５に供給するように構成されている。雰囲気ガス供給部９は、熱処理炉５に接続された配管を有しており、当該配管は、ポンプ９ａおよび図示しないタンクに接続されている。雰囲気ガス供給部９のポンプ９ａの動作は、制御部４によって制御される。これにより、タンクに貯蔵された雰囲気ガスは、雰囲気ガス供給部９によって熱処理炉５内に供給される。

本実施形態では、熱処理用ガスとして、一酸化炭素（ＣＯ）ガスなどの、炭素を含むガスが用いられる。このガスにおけるカーボンポテンシャル（質量％）は、被処理物１００の母材である炭素鋼の炭素含有量よりも大きく設定されている。そして、本実施形態では、熱処理装置１における加熱時において、被処理物１００は、０．６％〜１．０％の範囲のカーボンポテンシャルＣｐに設定された雰囲気ガスに曝される。

より具体的には、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐは、Ｆｅ−Ｃ合金の平衡状態図における共析点でのカーボンポテンシャルである、０．７７％を基準として設定される。カーボンポテンシャルＣｐを上記０．６％〜１．０％の範囲に設定することで、被処理物１００の熱処理時において、被処理物１００の表面の炭素含有量が、０．７７％に近くなる。これにより、被処理物１００の熱処理時、被処理物１００がフェライト＋オーステナイトなどである状態の時間をより短くできる。これにより、被処理物１００に生じる変態応力をより小さくできる。本実施形態では、雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルＣｐは、被処理物１００の母材のカーボンポテンシャルである０．２％の３倍以上に設定されている。

本実施形態では、より好ましくは、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐは、０．７７％±０．１％、すなわち、０．６７％〜０．８７％であることがより好ましい。雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐを０．７７％±０．１％に設定することで、実質的に雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐを、上記共析点でのカーボンポテンシャルに設定することができる。これにより、被処理物１００の熱処理時において、被処理物１００の表面の炭素含有量が、０．７７％に近くなり、被処理物１００がフェライト＋オーステナイトでなどある状態の時間をより短くできる。これにより、被処理物１００における変態応力をより小さくできる。

熱処理炉５内において、被処理物１００の熱処理動作は、制御部４によって制御される。制御部４は、所定の入力信号に基づいて、所定の出力信号を出力する構成を有し、たとえば、安全プログラマブルコントローラなどを用いて形成することができる。安全プログラマブルコントローラとは、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｃ ０５０８−１のＳＩＬ２またはＳＩＬ３の安全機能をもつ公的に認証されたプログラマブルコントローラをいう。なお、制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータなどを用いて形成されていてもよい。

制御部４は、酸素センサ１３からの酸素濃度検出結果に基づいて、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐを算出するように構成されている。また、制御部４は、検出されたカーボンポテンシャルＣｐなどに基づいて、雰囲気ガス供給部９の図示しないポンプ９ａなどを制御することで、熱処理炉５に供給される雰囲気ガスの流量などを制御するように構成されている。これにより、制御部４は、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐを制御する。また、制御部４は、各ヒータ１４，１５に供給される燃焼用ガスの流量などを制御可能に構成されている。これにより、制御部４は、温度センサ１２で検出された温度検出結果に基づいて、熱処理炉５内の温度を制御することができる。

次に、熱処理装置１における熱処理動作の一例について説明する。図７は、熱処理装置１における熱処理動作の一例を説明するためのフローチャートである。図８は、熱処理装置１における被処理物１００の温度制御の一例を示す、グラフである。図９は、熱処理装置１で熱処理される被処理物１００の状態について説明するための、Ｆｅ−Ｃ合金の模式的な平衡状態図である。なお、以下では、フローチャートを参照して説明するときは、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。

熱処理装置１における熱処理動作では、まず、たとえば、作業員、または、機械による自動配置装置（図示せず）によって、被処理物１００を配置する作業が行われる（ステップＳ１）。具体的には、たとえば、作業員が、各ホルダー２ａ，２ｂ，２ｃに被処理物１００を配置する。そして、作業員によって、台座７に下ホルダー２ａが載せられる。さらに、下ホルダー２ａの上に中ホルダー２ｂが載せられる。さらに、中ホルダー２ｂの上に上ホルダー２ｃが載せられる。なお、図示しない搬送装置によってホルダー２ａ，２ｂ，２ｃが移動されてもよい。

これにより、図１〜図４を参照しつつ説明した前述の態様で、ホルダー２が熱処理炉５内に配置される。すなわち、被処理物１００とヒータユニット６とが互いに向かい合わされた状態で、各被処理物１００の軸方向Ｄ１とヒータユニット６の主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が４５°以下（ゼロを含む）となるように、被処理物１００が熱処理炉５内に配置される。

次に、熱処理炉５内の被処理物１００が、ヒータユニット６を用いて加熱される（ステップＳ２）。具体的には、制御部４が、ヒータユニット６の加熱動作を制御するとともに、雰囲気ガス供給部９から供給される雰囲気ガスの供給量を制御することにより、熱処理炉５内の雰囲気温度およびカーボンポテンシャルＣｐを制御する。これにより、制御部４は、被処理物１００の熱処理動作を制御する。より具体的には、制御部４は、図８に示す、時間と被処理物１００の温度との関係が実現されるように、ヒータユニット６の加熱動作を制御する。

なお、以下では、特に説明無き場合、「温度」という場合、熱処理炉５内の雰囲気ガスの温度をいう。ステップＳ２において、制御部４は、まず、熱処理炉５内の雰囲気ガスをＡ１変態点まで加熱させる。なお、Ａ１変態点は、たとえば、７２７℃〜８１０℃の範囲内である場合がある。また、Ａ１変態点は、７５０℃〜８５０℃の範囲内である場合がある。

Ａ１変態点まで温度が上昇した後、この温度が、所定のタイミングＴ１まで所定時間維持される。これにより、被処理物１００の内部を含む全体が、Ａ１変態点まで加熱される。次に、制御部４は、たとえば、ヒータユニット６へ供給される電力を増加させる制御を行うことで、熱処理炉５内の温度を、Ａ１変態点からＡ３変態点まで上昇させる（タイミングＴ１〜Ｔ２）。

Ａ１変態点〜Ａ３変態点の間、雰囲気ガスおよび被処理物１００は、０．５℃／ｍｉｎ〜１０℃／ｍｉｎの範囲内の昇温速度（温度上昇速度）で、加熱される。被処理物１００の昇温速度が上記の下限値以上であることにより、被処理物１００をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させるのに必要な時間を、より短くできる。また、被処理物１００の昇温速度が上記の上限値以下であることにより、被処理物１００をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させる際に、被処理物１００の外表面から当該被処理物１００の内部まで熱が伝わる際における、被処理物１００の外表面と内部との温度差を十分に小さくできる。これにより、被処理物１００の内部における変態応力を、より小さくできる。よって、被処理物１００の熱歪みをより小さくできる。換言すれば、被処理物の各部がオーステナイト変態するときにおいて、変態のタイミングのむら（すなわち、変態のタイミングの不均一さ）をより小さくできる。

なお、Ａ１変態点〜Ａ３変態点の間、雰囲気ガスおよび被処理物１００は、０．５℃／ｍｉｎ〜１．０℃／ｍｉｎの範囲内の昇温速度で加熱されることが、より好ましい。これにより、被処理物１００の外表面から当該被処理物１００の内部まで熱が伝わる際における、被処理物１００の外表面と内部との温度差を、格段に小さくできる。

また、被処理物１００は、前述したカーボンポテンシャルＣｐの雰囲気ガス中で、Ａ３変態点以上まで加熱される。この際、被処理物１００の内部のカーボンポテンシャルは、実質的に変化しない。一方、被処理物１００の外表面のカーボンポテンシャルは、加熱処理によって増加していく。

より具体的には、被処理物１００の内部は、図９における線Ｌ１で規定される経過を辿って、Ａ３変態点より高い温度まで加熱される。この際、被処理物１００の内部は、Ａ１変態点以下の温度において、フェライト＋セメンタイトの状態となっている。そして、被処理物１００の内部は、線Ｌ１で示されているように、Ａ１変態点を超えると、フェライト＋オーステナイトの状態に変態する。被処理物１００がさらに温度上昇することで、被処理物１００の内部の温度がＡ３変態点を超えると、フェライトが消失し、オーステナイト状態に変態する。そして、被処理物１００の内部のカーボンポテンシャルは、Ａ３変態点を超える温度まで加熱された場合でも変化しない。

ここで、被処理物１００は、熱処理時において、最初に外表面の温度が上昇し、次いで、内部の温度が上昇する。このため、本実施形態では、熱処理炉５内の雰囲気ガスの状態が共析点（たとえば、７２７℃、カーボンポテンシャルＣｐ＝０．７７％）付近の状態となるように、制御される。これにより、被処理物１００の歪みを低減する効果をより高めることができる。

本実施形態では、被処理物１００の外表面は、図９における線Ｌ２（たとえば、Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３）で示される経過を辿ることで、カーボンポテンシャルが増加し、概ね、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐに収束していく。なお、線Ｌ２１は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐが、上述した範囲の下限（Ｃｐ＝０．６％）にある場合を示している。また、線Ｌ２２は、雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐが共析点におけるカーボンポテンシャル（Ｃｐ＝０．７７％）に等しい場合を示している。また、線Ｌ２３は、雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルＣｐが、上述した範囲の上限（Ｃｐ＝１．０％）にある場合を示している。

被処理物１００の外表面は、熱処理炉５内の雰囲気ガスの温度上昇とともに、雰囲気ガス中の炭素と反応する。これにより、被処理物１００の外表面のカーボンポテンシャルが上昇する。特に、被処理物１００の外表面は、Ａ１変態点に到達するまでの間、温度上昇と略比例するようにして、カーボンポテンシャルが上昇する。そして、被処理物１００の外表面の温度がＡ１変態点に近くなると、被処理物１００の外表面のカーボンポテンシャルは、被処理物１００の外表面の温度上昇とともに僅かながら増えつつも略一定となる。そして、被処理物１００の内部に比べて、被処理物１００の外表面は、オーステナイト状態に変態するまでの温度が低くなっている。

たとえば、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐが上記の下限に設定されている場合、線Ｌ２１に示すように、被処理物１００の外表面は、Ａ１変態点に到達すると、フェライト＋セメンタイト状態から、フェライト＋オーステナイト状態に変態する。そして、被処理物１００の外表面がＡ１変態点からＡ３変態点へ到達するまでの温度差Δｔ２１は、被処理物１００の内部がＡ１変態点からＡ３変態点へ到達するまでの温度差Δｔ１よりも小さい。このため、被処理物１００の外表面においては、Ａ１変態点からＡ３変態点に到達するまでの間における、変態応力をより小さくできる。その結果、被処理物１００の外表面の熱歪みをより小さくできる。

一方、たとえば、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐが、共析点におけるカーボンポテンシャルである０．７７％に設定されている場合、Ｌ２２に示すように、被処理物１００の外表面は、Ａ１変態点に到達すると、フェライト＋セメンタイト状態から、実質的に即時にオーステナイト状態に変態する。この場合、被処理物１００の外表面がＡ１変態点からＡ３変態点へ到達するまでの温度差は、略ゼロとなる。このため、被処理物１００の外表面においては、Ａ１変態点からＡ３変態点に到達するまでの間における、変態応力をより小さくできる。その結果、被処理物１００の外表面の熱歪みをより小さくできる。

また、たとえば、熱処理炉５内の雰囲気ガスのカーボンポテンシャルＣｐが上記の上限に設定されている場合、線Ｌ２３に示すように、被処理物１００の外表面は、Ａ１変態点に到達すると、フェライト＋セメンタイト状態から、オーステナイト＋セメンタイト状態に変態する。そして、被処理物１００の外表面がＡ１変態点からＡｃｍ変態点へ到達するまでの温度差Δｔ２３は、被処理物１００の内部がＡ１変態点からＡ３変態点へ到達するまでの温度差Δｔ１よりも小さい。このため、被処理物１００の外表面においては、Ａ１変態点からＡｃｍ変態点に到達するまでの間における、変態応力をより小さくできる。その結果、被処理物１００の外表面の熱歪みをより小さくできる。このように、線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の何れかの経過をたどっても、被処理物１００の外表面の歪みをより小さくできる。

以上のように、被処理物１００の全体が、加熱ステップ（ステップＳ２）において、Ａ１変態点を超えて、さらに、Ａ３変態点まで加熱される。なお、制御部４は、所定期間、熱処理炉５内の雰囲気ガスの温度を、Ａ３変態点と同じ温度に維持する制御を行う（タイミングＴ２〜Ｔ３）。これにより、被処理物１００の全体の温度が、Ａ３変態点となる。その後、制御部４は、熱処理炉５内の雰囲気ガス温度を、熱処理時の最大温度ｔｍａｘまでさらに上昇させるように、ヒータユニット６による加熱動作を行わせる（タイミングＴ３〜Ｔ４）。

なお、最大温度ｔｍａｘは、本実施形態では、被処理物１００に浸炭処理を行わせるために設定される温度である。この最大温度ｔｍａｘは、被処理物１００に拡散処理など他の熱処理を施す際には、拡散処理など、目的とする熱処理に必要な温度に設定される。最大温度ｔｍａｘは、たとえば、８００℃〜９６０℃程度に設定される。また、制御部４は、被処理物１００の内部をＡ３変態点から最大温度ｔｍａｘまで加熱する際の昇温速度を、被処理物１００の内部をＡ１変態点からＡ３変態点まで加熱する際の昇温速度よりも、大きく設定する。

制御部４は、所定期間、熱処理炉５内の雰囲気ガスの温度を最大温度ｔｍａｘに維持することで、被処理物１００に熱処理を施す。その後、制御部４は、ヒータユニット６による加熱動作を停止させるなどして、被処理物１００の温度を低下させる（ステップＳ３）。その後、被処理物１００は、熱処理炉５から搬出されるなどした後に、焼入処理など、他の処理を施される。上述したように、ヒータユニット６のチューブ１６は、耐久性などの観点から、熱処理炉５の天壁５ａに対して垂直に配置されている。

なお、従来は、熱処理歪みの観点から、１つの被処理物内の温度分布に配慮して、被処理物を起立した姿勢で且つ被処理物を下から支えた状態で配置することがなく、被処理物を寝かせた姿勢にしていた。また、従来は、リング状の被処理物の内周面を受けるように構成されたバーを用いて当該被処理物を熱処理炉内に吊下げた状態にして、被処理物に熱処理を施すこともあった。

これに対して、本実施形態では、円形状の被処理物１００のそれぞれにおいて、被処理物１００の周方向における温度差が生じることを抑制するために、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が４５°以下に設定されている。加えて、本実施形態では、被処理物１００の外周面１００ａのうち下向きの箇所を支持するように構成されているとともに、第１支持部３１と第２支持部３２との角度間隔θ２が２０°〜６０°の範囲内に設定されている。これにより、ホルダー２は、被処理物１００に引張応力が生じ難い姿勢で当該被処理物１００を支持することができる。これにより、被処理物１００に生じる熱歪みを格段に小さくできる。

さらに、本実施形態では、Ｆｅ−Ｃ合金の平衡状態図における共析点でのカーボンポテンシャルを基準として雰囲気ガスの供給制御が行われる。これにより、オーステナイト変態する際における被処理物１００の熱歪みがより小さくなる。さらに、被処理物１００の昇温速度を前述した値に設定することで、被処理物１００がオーステナイト変態する際における被処理物１００内での温度差をより小さくできる。これにより、被処理物１００の熱歪みがより小さくなる。その結果、被処理物１００の熱歪みを抑制しつつ、短時間で大量の被処理物１００を熱処理装置１によって、熱処理することができる。

以上説明したように、本実施形態によると、各被処理物１００の軸方向Ｄ１とヒータユニット６の主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が４５°以下（ゼロを含む）となるように被処理物１００が配置されている。この構成によると、ヒータユニット６からの熱は、被処理物１００の各部に、より均等に伝わる。これにより、ヒータユニット６による被処理物１００の加熱時において、被処理物１００内の温度差をより小さくできる。より具体的には、被処理物１００の周方向における当該被処理物１００の温度差をより小さくできる。特に、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とが一致する場合、すなわち、劣角θ１がゼロの場合、被処理物１００の周方向における当該被処理物１００内の温度差を格段に小さくできる。その結果、被処理物１００内で応力の不均衡が生じることを抑制できる。特に、１つの被処理物１００内において、各部がオーステナイト変態するタイミングをより等しくできる。さらに、被処理物１００内で応力の不均衡が生じることを抑制できる結果、より短時間に被処理物１００を加熱処理することができる。これにより、円形状に形成された金属製の被処理物１００に関して、熱処理に起因する歪みをより小さくでき、且つ、被処理物１００の熱処理時間をより短くできる。より具体的には、被処理物１００が楕円状に歪む楕円歪みを、より小さくできる。また、被処理物１００をＡ１変態点以上に加熱する場合において、被処理物１００内の各部の温度がＡ１変態点を通過するタイミングをより均一にできる。これにより、被処理物１００に変態応力が生じることを抑制できる。

また、本実施形態によると、被処理物１００が熱処理炉５内に配置される際（ステップＳ１）において、複数の被処理物１００が、主輻射方向Ｄ２に沿って配列される。この構成によると、複数の被処理物１００を、熱歪みを小さくしつつ、一括して熱処理することができる。

また、本実施形態によると、各被処理物１００は、起立した姿勢で配置されており、各被処理物１００の軸方向Ｄ１が水平方向に沿っている。この構成によると、被処理物１００に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、被処理物１００の応力に起因する熱歪みを、格段に小さくすることができる。

また、本実施形態によると、被処理物１００が熱処理炉５内に配置される際（ステップＳ１）、ホルダー２は、被処理物１００の外周面を下方から支持する。この構成によると、被処理物１００に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、被処理物１００の応力に起因する熱歪みを、格段に小さくすることができる。

また、本実施形態によると、ホルダー２の各支持部３１，３２は、被処理物１００を線接触または点接触した状態で支持する。この構成によると、ホルダー２は、被処理物１００の熱処理時における当該被処理物１００の膨張および収縮を妨げることを抑制された状態で、被処理物１００を支持することができる。その結果、熱処理に起因する被処理物１００の歪みをより低減できる。

また、本実施形態によると、被処理物１００の中心軸線Ｂ３回りの第１支持部３１と第２支持部３２との角度間隔θ２は、２０°〜６０°の範囲に設定されている。この構成によると、第１支持部３１と第２支持部３２との角度間隔θ２を２０°以上とすることで、これらの支持部３１，３２に支持されている被処理物１００の各部に作用する応力をより均等にできる。よって、被処理物１００の熱歪みをより小さくできる。また、第１支持部３１と第２支持部３２との角度間隔θ２を６０°以下とすることで、被処理物１００が熱処理によって熱膨張したときに、膨張によって２箇所の支持部３１，３２間で被処理物１００が挟まれた状態となることを抑制できる。これにより、被処理物１００が２つの支持部３１，３２に食い込むように変形することを抑制できる。

また、本実施形態によると、各被処理物１００が加熱される際（ステップＳ２）において、被処理物１００は、０．６％〜１．０％の範囲のカーボンポテンシャルに設定された雰囲気ガス中で加熱される。この構成によると、被処理物１００の加熱時において、被処理物１００の表面の各部がフェライト＋セメンタイトである領域からオーステナイトである領域に移行するのに必要な時間をより短くできる。その結果、被処理物１００を、より均一にオーステナイト変態させることができる。

また、本実施形態によると、ヒータユニット６は、被処理物１００を加熱するとき（ステップＳ２）において、少なくとも、Ａ１変態点とＡ３変態点との間で被処理物１００を加熱する。この構成によると、被処理物１００の各部は、より均等にオーステナイト変態できる。

また、本実施形態によると、各被処理物１００が加熱される際（ステップＳ２）において、被処理物１００は、０．５℃／ｍｉｎ〜１０℃／ｍｉｎの範囲の温度上昇速度でＡ１変態点からＡ３変態点まで加熱される。この構成によると、被処理物１００の昇温速度が上記の下限値以上であることにより、被処理物１００をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させるのに必要な時間を、より短くできる。また、被処理物１００の昇温速度が上記の上限値以下であることにより、被処理物１００をＡ１変態点からＡ３変態点まで変態させる際に、被処理物１００の外表面から当該被処理物１００の内部まで熱が伝わる際における、被処理物１００の外表面と内部との温度差を十分に小さくできる。これにより、被処理物１００の内部における変態応力を、より小さくできる。よって、被処理物１００の熱歪みをより小さくできる。換言すれば、被処理物１００の各部がオーステナイト変態するときにおいて、変態のタイミングのむら（すなわち、変態のタイミングの不均一さ）をより小さくできる。

また、本実施形態によると、被処理物１００は、リング状に形成されている。この構成によると、リング状の被処理物１００において、各部の温度変化の度合いをより均等にできる。その結果、楕円歪みなどの熱歪みの小さい金属部品を形成することができる。

さらに、被処理物１００が、軸受のレースまたはギヤである場合、寸法精度の高い軸受またはギヤを製造することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下では、上述した実施形態と異なる点について主に説明し、上述した実施形態と同様の構成には、図に同様の符号を付して説明を省略する場合がある。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る熱処理装置１に備えられるホルダー２Ａおよびヒータユニット６の模式的な平面図である。図１１は、ホルダー２Ａおよび当該ホルダー２Ａに保持された被処理物１００を示す、主要部の模式的な側面図である。図１２は、ホルダー２Ａおよび当該ホルダー２Ａに保持された被処理物１００を示す、主要部の模式的な正面図である。図１３は、本発明の第２実施形態に係る熱処理装置１に備えられるホルダー２Ａおよび当該ホルダー２Ａに保持された被処理物１００を示す、主要部の模式的な平面図である。なお、図１１および図１３において、後述する第２リンク列４２の被処理物１００には、当該被処理物１００を見易くするためにクロスハッチングを付している。

図１０〜図１３を参照して、本実施形態のホルダー２Ａは、熱処理が施される円形状の複数の被処理物１００の保持に適しており、特に、リング状の被処理物１００の保持に適している。ホルダー２Ａは、各被処理物１００について、内周部への雰囲気ガスの供給態様と外周部への雰囲気ガスとの供給態様とに差がでることを抑制するための構成を有している。また、本実施形態のホルダー２Ａは、一度に保持可能な被処理物１００の数を可及的に大きくするための構成を有している。被処理物１００は、ホルダー２Ａと後述する態様で配置され（ステップＳ１）、その後加熱処理（ステップＳ２）および冷却処理（ステップＳ３）を施される。以下、ホルダー２Ａについて、より具体的に説明する。

ホルダー２Ａの受け部２６Ａは、第１並び方向Ｅ１に沿って延びており、複数の被処理物１００を受けるように構成されている。前述したように、第１並び方向Ｅ１は、受け部２６Ａに保持された被処理物１００の軸方向Ｄ１に沿っている。また、受け部２６Ａは、被処理物１００を、被処理物１００の開口部１００ｃが横向きとなるように立てられた状態で且つ開口部１００ｃが第１並び方向Ｅ１側を向くようにして複数並べるように構成されている。また、受け部材２６Ａは、第１並び方向Ｅ１に隣接する２つの被処理物１００を、第１並び方向Ｅ１と直交する第２並び方向Ｅ２に互いにずらして配置するように構成されている。

より具体的には、受け部２６Ａの各支持部材２７Ａは、第１並び方向Ｅ１に沿って延び、且つ、被処理物１００の外周面のうち、下向きとなる面を含む下部を支持するように配置されている。本実施形態においても、支持部材２７Ａの第１支持部３１Ａおよび第２支持部３２Ａは、線状に形成されており、被処理物１００と支持部材２７Ａとが線接触している。なお、被処理物１００と支持部材２７Ａとは、接触面積が少ないことが好ましく、また、点接触でもよいし、線接触でもよいし、面接触でもよい。

各支持部材２７Ａの両端部は、ホルダー２Ａの底枠部２１Ａの上部に受けられている。また、第２並び方向Ｅ２に沿って延び底枠部２１Ａに固定された補強梁３５が、設けられている。補強梁３５は、第１並び方向Ｅ１のたとえば２箇所に配置されている。各補強梁３５の両端部が、底枠部２１Ａに固定されている。そして、各支持部材２７Ａは、これらの補強梁３５上に配置されている。

支持部材２７Ａは、第２並び方向Ｅ２に所定のピッチＰ１で等ピッチに並んでいる。各支持部材２７Ａの対向面２８は、第１並び方向Ｅ１に沿って真っ直ぐに延びている。そして、第２並び方向Ｅ２に隣接する一対の支持部材２７Ａ，２７Ａが、１つの被処理物１００を支持するように構成されている。

本実施形態では、複数の支持部材２７Ａのうち、第２並び方向Ｅ２の両端に配置されている支持部材２７Ａは、１つのリング列４１の被処理物１００を支持している。一方、複数の支持部材２７Ａのうち、第２並び方向Ｅ２の両端以外に配置されている支持部材２７Ａは、２つのリング列４１，４２の被処理物１００を支持している。なお、リング列４１は、第２並び方向Ｅ２の位置を揃えられた状態で第１並び方向Ｅ１に並ばされた複数の被処理物１００を含んでいる。同様に、リング列４２は、第２並び方向Ｅ２の位置を揃えられた状態で第１並び方向Ｅ１に並ばされた複数の被処理物１００を含んでいる。

本実施形態では、多数のリング列４１および多数のリング列４２が形成されている。リング列４１，４２は、それぞれ、第１並び方向Ｅ１に沿って並ぶ複数の被処理物１００を含んでいる。第２並び方向Ｅ２に沿ってリング列４１とリング列４２とが交互に形成されている。そして、第２並び方向Ｅ２の両端のリング列４１以外のリング列４１，４２は、第２並び方向Ｅ２に隣接するリング列４１またはリング列４２と１つの支持部材２７Ａを共用している。このため、複数の支持部材２７Ａのうち、第２並び方向Ｅ２の両端以外に配置されている支持部材２７Ａの対向面２８は、２箇所で２つの被処理物１００に接触している。この対向面２８は、一のリング列４１またはリング列４２の被処理物１００と第１支持部３１Ａで接触しているとともに、別のリング列４１またはリング列４２の被処理物１００と第２支持部３２Ａで接触している。なお、各支持部材２７Ａは、１つのリング列４１または１つのリング列４２のみにおける被処理物１００を支持するように構成されていてもよい。

本実施形態では、第２並び方向Ｅ２に隣接するリング列として、第１リング列４１と第２リング列４２とが形成されている。第２並び方向Ｅ２に隣接する第２リング列４２の各被処理物１００、および、第１リング列４１の各被処理物１００は、第２並び方向Ｅ２における位置をずらされた状態で第１並び方向Ｅ１に沿って並んでいる。本実施形態では、第１並び方向Ｅ１に沿って進むと、第１リング列４１の１つの被処理物１００と、第２リング列４２の１つの被処理物１００とが交互に並んでいる。このような構成により、第１リング列４１の１つの被処理物１００と、第２リング列４２の１つの被処理物１００とがジグザグ状に配置されている。

また、第１並び方向Ｅ１に隣接する２つの被処理物１００は、互いに対向する端面１００ｄ同士が接触するように配置されている。すなわち、第１リング列４１の被処理物１００の一端面１００ｄは、第２リング列４２の対応する被処理物１００の対応する一端面１００ｄに接触している。よって、第１リング列４１のうち、第１並び方向Ｅ１の中間部に配置されている被処理物１００の一対の端面１００ｄ，１００ｄは、第２リング列４２の２つの被処理物１００の対応する一端面１００ｄに挟まれている。同様に、第２リング列４２のうち、第１並び方向Ｅ１の中間部に配置されている被処理物１００の一対の端面１００ｄ、１００ｄは、第１リング列４１の２つの被処理物１００の対応する一端面１００ｄに挟まれている。

本実施形態では、第１リング列４１と第２リング列４２とが、第２並び方向Ｅ２に交互に配置されている。すなわち、第２並び方向Ｅ２に沿って、第１リング列４１、第２リング列４２、第１リング列４１、第２リング列４２、…、の順に配置されている。このように、本実施形態では、２種類のリング列４１，４２によって、多数のリング列が形成されている。

上記の構成により、第２並び方向Ｅ２において、１つのリング列をあけて、同一のリング列（第１リング列４１または第２リング列４２）が配置されている。

図１２に示されているように、リング列４１またはリング列４２を第１並び方向Ｅ１から見たとき、当該リング列の各被処理物１００は、隣接するリング列４２またはリング列４１の被処理物１００とは、第２並び方向Ｅ２に関して、被処理物１００の外径ＤＲ１の半分以下の長さの領域が重なって配置されている。たとえば、第２並び方向Ｅ２に並ぶ３つのリング列４１ａ，４２ａ，４１ｂについて説明する。これら３つのリング列４１ａ，４２ａ，４１ｂのうち、真ん中のリング列４２ａの被処理物１００は、一方のリング列４１ａの被処理物１００の中心軸線Ｂ３を通り鉛直に延びる第１仮想平面ＰＬ１と、他方のリング列４１ｂの被処理物１００の中心軸線Ｂ３を通り鉛直に延びる第２仮想平面ＰＬ２と、で挟まれた空間内に配置される。

被処理物１００を上述した態様でホルダー２Ａに並べることで、多数の被処理物１００をホルダー２Ａに載せることができる。たとえば、ホルダー２Ａは、第１実施形態におけるホルダー２と同じ長さ、幅および高さを有している。一方で、ホルダー２Ａに一度に載せることのできる被処理物１００の数は、ホルダー２に一度に載せることのできる被処理物１００の数の約１２５％にすることができる。

図１０〜図１３を参照して、ホルダー２Ａの前枠部および後枠部としての縦枠部２２Ａ，２３Ａは、それぞれ、第２並び方向Ｅ２に所定のピッチで配置された複数の柱と、これらの柱の上端部を繋ぐ梁部とを有している。また、ホルダー２Ａの一対の横枠部としての縦枠部２４Ａ，２５Ａは、それぞれ、第１並び方向Ｅ１に所定のピッチで配置された複数の柱と、これらの柱の上端部を繋ぐ梁部とを有している。縦枠部２２Ａ〜２５Ａは、このような構成により、メッシュ状に形成されている。

また、ホルダー２Ａの上部の四隅には、それぞれ、Ｌ字状のストッパ４３が設けられている。各ストッパ４３は、ホルダー２Ａの４つの縦枠部２２Ａ，２３Ａ，２４Ａ，２５Ａの上端部から上方に突出している。そして、ホルダー２Ａの上方に別のホルダー２Ａが積まれたとき、４つのストッパ４３は、上記別のホルダー２Ａの底枠部２１Ａの四隅に向かい合う。これにより、上記別のホルダー２Ａの位置がホルダー２Ａの位置に対してずれることを抑制できる。

以上説明したように、本実施形態によると、リング部材としての被処理物１００は、被処理物１００の開口部１００ｃが横向きとなるように立てられた状態で、且つ、開口部１００ｃが第１並び方向Ｅ１側を向くようにして複数並べられている。また、第１並び方向Ｅ１に隣接する２つの被処理物１００は、第２並び方向Ｅ２における位置が互いにずらされている。この構成によると、各被処理物１００の内周面１００ｂで囲まれた空間へ、流体をよりスムーズに通過させることができる。このため、たとえば、浸炭工程での浸炭ガス、焼入工程での油および窒素ガスなど、熱処理のための媒体（流体）を、被処理物１００の内周部側の空間に、よりスムーズに供給することができる。さらに、各被処理物１００において、内周部と外周部のそれぞれにおける、媒体の供給度合いのばらつきを抑制できる。その結果、各被処理物１００の熱処理のばらつき度合いをより小さくできる。また、複数の被処理物１００間における、熱処理のばらつき度合いをより小さくできる。よって、各被処理物１００の表面硬さや内部硬さなどの熱処理品質をより均等にできる。また、第１並び方向Ｅ１における被処理物１００の間隔を大きくすることで、熱処理のための媒体を被処理物１００の内周部側へスムーズに供給する構成ではない。このため、被処理物１００を熱処理する際に必要なスペースをより小さくできる。その結果、熱処理炉５内に配置されたホルダー２Ａに、一度により多くの被処理物１００を配置することができる。よって、一度により多くの被処理物１００を熱処理することができる。以上の次第で、金属製の被処理物１００を熱処理する際に、熱処理品質のばらつきを小さくでき、且つ、一度により多くの被処理物１００を熱処理することができる。

また、本実施形態によると、第１並び方向Ｅ１および第２並び方向Ｅ２が何れも水平方向である。この構成によると、各被処理物１００が全体として上下に占める空間をより狭くできる。よって、熱処理用の限られたスペースにおいて、一度により多くの被処理物１００を配置することができる。

また、本実施形態によると、第１並び方向Ｅ１に隣接する２つの被処理物１００は、互いに対向する端面１００ｄ、１００ｄ同士が接触するように配置されている。この構成によると、各被処理物１００が、被処理物１００の位置を規定するスペーサとしての機能できる。たとえば、第１並び方向Ｅ１に並ぶ３つの被処理物１００において、第１並び方向Ｅ１における１番目の被処理物１００と３番目の被処理物１００とは、２番目の被処理物１００を挟むこととなる。このような構成により、２番目の被処理物１００は、１番目の被処理物１００と３番目の被処理物１００との間隔を、当該２番目の被処理物１００の厚みと同じに設定できる。これにより、多数の被処理物１００を、第１並び方向Ｅ１に沿ってより均等に配列できる。また、複数の被処理物１００を互いに接触させた状態で起立させることができるので、これらの被処理物１００を自律して起立させることができる。よって、被処理物１００が倒れないようにサポートするためのサポート部材を別途設ける必要が無い。これにより、被処理物１００をより高い密度で配列できる。よって、限られたスペースにおいて、一度により多くの被処理物１００を配置できる。

また、本実施形態によると、第１リング列４１の被処理物１００と第２リング列４２の被処理物１００とが第１並び方向Ｅ１に交互に配置されている。この構成によると、被処理物１００をジグザグに配列することができる。これにより、被処理物１００を配置するためのスペースが狭い場合でも、各被処理物１００の内周部および外周部へ媒体をより均等に行き渡らせることができる。さらに、被処理物１００をより効率よく配置できる。その結果、限られたスペースにおいて、一度により多くの被処理物１００をより均等に熱処理できる。

また、本実施形態によると、各リング列４１，４２を第１並び方向Ｅ１から見たとき、各被処理物１００は、隣接するリング列の被処理物１００とは、第２並び方向Ｅ２に関して、被処理物１００の外径の半分以下の長さの領域が重なって配置されている。この構成によると、第１並び方向Ｅ１から見たとき、一の被処理物１００と、当該一の被処理物１００とは第２並び方向Ｅ２の両側に隣接する２つの被処理物１００の双方と、を重ね合わせることができる。これにより、被処理物１００を配置するための限られたスペースにおいて、被処理物１００をより効率よく配置できる。その結果、限られたスペースにおいて、一度により多くの被処理物１００を熱処理できる。

また、本実施形態によると、ホルダー２Ａの受け部２６Ａの支持部材２７Ａは、第２並び方向Ｅ２に所定のピッチＰ１で並ぶように配置されている。また、第２並び方向Ｅ２に隣接する一対の支持部材２７Ａ，２７Ａで被処理物１００を支持するように構成されている。この構成によると、一対の支持部材２７Ａ，２７Ａで被処理物１００を支える簡易な構成で、被処理物１００を倒れずに安定して支持する構成を実現できる。また、被処理物１００を吊下げる構成ではないので、被処理物１００の熱処理時に被処理物１００に引張応力が生じることを抑制できる。これにより、被処理物１００に引張応力が残留応力として生じることを抑制できる。よって、被処理物１００の機械的強度をより高くできる。

また、本実施形態によると。ホルダー２Ａの一対の縦枠部２２Ａ，２３Ａは、それぞれ、メッシュ状に形成されている。この構成によると、縦枠部２２Ａ，２３Ａが被処理物１００を受けることが可能であるので、被処理物１００の倒れを防止することができる。また、縦枠部２２Ａ〜２５Ａがメッシュ状に形成されているので、熱処理用の媒体をホルダー２Ａの外側から内側へ縦枠部２２Ａ〜２５Ａを通してスムーズに導入することができる。これにより、被処理物１００の熱処理を、より均等に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。

（１）上述の実施形態では、ヒータユニット６が、少なくともＡ１変態点とＡ３変態点との間で被処理物１００を加熱する形態を例に説明した。これに関して、ヒータユニットト６は、Ａ１変態点とＡ３変態点との間だけでなく、他の温度域でも被処理物１００を加熱してもよい。

（２）また、上述の実施形態では、熱源として電熱式のヒータユニットが用いられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、熱源として、ガス式チューブバーナ、壁に発熱体が埋め込まれた構成を有する電気抵抗加熱式ヒータなどが用いられてもよい。

（３）また、上述の実施形態では、各ホルダー２，２Ａが、被処理物１００の軸方向Ｄ１を水平方向となるようにした状態で当該被処理物１００を保持する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、図１４および図１５の各変形例に示すように、被処理物１００は、起立した姿勢で配置されているとともに、軸方向Ｄ１および第１並び方向Ｅ１が、水平面に対して傾斜した方向となるように、配置されていてもよい。

図１４に示す変形例では、ホルダー２において、傾斜姿勢支持部２９が設けられている。傾斜姿勢支持部２９は、ホルダー２の左右の縦枠部２４，２５に両端支持された棒状の部材である。被処理物１００は、水平面に対して傾斜した姿勢で、傾斜姿勢支持部２９に受けられる。より具体的には、被処理物１００の下部が支持部材２７に受けられ、且つ、被処理物１００の上部の位置が被処理物１００の下部の位置に対して主輻射方向Ｄ２のうち傾斜姿勢支持部２９側に寄せられた状態で、被処理物１００が配置されている。このとき、平面視において、すなわち、上方からホルダー２を見たときにおいて、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とは、一致していてもよいし、互いに傾斜していてもよい。

上方からホルダー２を見たときにおいて、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とが一致している場合、側面視において、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角が、劣角θ１となる。

また、上方からホルダー２を見たときにおいて、軸方向Ｄ１が主輻射方向Ｄ２に対して傾斜している場合、平面視（より正確には、軸方向Ｄ１と直交する方向からの平面視）において、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角が、第１の劣角θ１となる。さらに、側面視において、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角が、第２の劣角θ１となる。この場合、第１の劣角θ１と第２の劣角θ１の双方が４５°以下（ゼロを含む）となるように設定される。

なお、図１５に示す変形例では、ホルダー２全体が、水平方向に対して傾斜した姿勢となるように配置される。この場合、ホルダー２は、台座７に固定されたブロック状の傾斜姿勢支持部材３０に受けられることで、傾斜姿勢を維持される。

なお、図１４、図１５で示したホルダー２の構成と同様の構成、すなわち、起立姿勢の被処理物１００を水平方向に対して傾斜姿勢で配置する構成は、ホルダー２Ａについて採用されてもよい。

以上説明した図１４，図１５に示す各変形例によると、被処理物１００の軸方向Ｄ１が水平方向に対して傾斜した方向となる。この構成によると、複数の被処理物１００の全体としての重量バランスなどを考慮した状態で、より適切に複数の被処理物１００を配置することができる。

（４）また、上述の実施形態では、各ホルダー２，２Ａの対応する支持部材２７，２７Ａが、対応する底枠部２１，２１Ａに固定される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、ホルダー２，２Ａのそれぞれにおいて、支持部材２７，２７Ａは、底枠部２１，２１Ａに対して回転可能に構成されていてもよい。この場合、支持部材２７，２７Ａは、当該支持部材２７，２７Ａの中心軸線回りを自転可能に構成される。これにより、支持部材２７，２７Ａに載せられた被処理物１００を当該被処理物１００の中心軸線Ｂ３回りに回転させることができる。これにより、被処理物１００の各部に生じる応力をより均等にできるので、被処理物１００に生じる熱歪みをより少なくできる。また、被処理物１００の内周部および外周部のそれぞれが媒体に曝される度合いをより均等にできるので、熱処理品質をより均等にすることができる。

（５）また、上述の各実施形態では、軸方向Ｄ１と主輻射方向Ｄ２とのなす劣角θ１が規定された構成を説明した。この劣角以外の構成について、任意の組み合わせをすることが可能である。

（５）また、上述の第２実施形態では、第１リング列４１と第２リング列４２とを第２並び方向Ｅ２に交互に配置する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。第２実施形態では、第１並び方向Ｅ１に隣接する２つの被処理物１００が、第２並び方向Ｅ２における位置を互いにずらされていればよく、例示した被処理物１００の配置でなくてもよい。

＜被処理物の置き方の種類別の熱歪みについて＞
第１実施形態で説明した熱処理装置１と同様の構成の熱処理装置を用いてリング状の金属製被処理物を浸炭処理することで、実施例１、および、比較例１を作製した。実施例１、および、比較例１について、作製条件は、以下の点で異なっている。

実施例１：被処理物の軸方向と主輻射方向とがなす劣角をゼロとした。すなわち、被処理物の軸方向と主輻射方向とが一致した状態で熱処理が行われた当該被処理物を実施例１とした。
比較例１：軸方向と主輻射方向とがなす劣角を９０°とした。より具体的には、被処理物の軸方向が鉛直方向を向くように、当該被処理物が横置きに配置された状態で熱処理が行われることで、比較例１を得た。なお、劣角以外について、実施例１と比較例１は、同じ条件で熱処理を施されている。

実施例１を１４０個、比較例１を１２０個、それぞれ、作製した。そして、実施例１，比較例１について、それぞれ、楕円歪み（楕円状の歪み）を計測した。具体的には、実施例１および比較例１のそれぞれについて、１つ毎に、直径の最も大きい箇所での当該直径と、直径の最も小さい箇所での当該直径と、の差を、楕円歪み量として測定した。そして、複数の比較例１における、楕円歪み量の平均値を、基準歪み量と規定した。そして、基準歪み量に対する歪み量の比を楕円歪み比として規定した。結果を図１６に示す。図１６の縦軸は、楕円歪み比を示している。

図１６に示されているように、複数の比較例１において、楕円歪み量が最も大きい場合、基準歪み量に対する当該歪み量の比としての楕円歪み比は、２００％にも達した。一方、複数の実施例１における、楕円歪み量の平均値は、基準歪み量の約６０％に過ぎなかった。また、複数の実施例１のうち、楕円歪み量が最も大きい場合でも、楕円歪み比は、約１１０％に過ぎなかった。すなわち、実施例１は、比較例１と比べて、楕円歪みを約半分に低減できた。このように、実施例１は、楕円歪みを極めて小さくできることが実証された。

＜被処理物の軸方向と主輻射方向とがなす劣角と、熱歪みとの関係について＞
実施例１に加えて、実施例２、実施例３、および、比較例２を用意した。なお、実施例１、実施例２、実施例３、および、比較例２は、熱処理時における被処理物の軸方向と主輻射方向とのなす劣角が異なっている点以外、同様の構成を有している。実施例１、実施例２、実施例３、および、比較例２は、何れも、縦置き姿勢（起立した姿勢）で熱処理されている。具体的には、以下の通りである。
実施例１：劣角＝０°
実施例２：劣角＝３０°
実施例３：劣角＝４５°
比較例２：劣角＝６０°

実施例２を５個、実施例３を５個、比較例２を５個、それぞれ、作製した。そして、実施例２、実施例３、比較例２について、それぞれ、楕円歪みを計測した。結果を図１７に示す。楕円歪みの表示方法は、図１６に示す表示方法と同一である。図１７の縦軸は、図１６の縦軸と同様、楕円歪み比を示している。なお、実施例１については、図１６で示した結果と同一の結果を示している。

図１７に示されているように、複数の比較例２のうち、楕円歪み量が最も大きい場合、楕円歪み比は、約１８０％にも達した。また、複数の比較例２における、楕円歪みの平均値については、楕円歪み比が約９０％であった。一方、複数の実施例３における、楕円歪み量の最大値について、楕円歪み比は、約１３０％に過ぎなかった。また、複数の実施例３における、楕円歪み量の平均値について、楕円歪み比は、約８０％に過ぎなかった。また、複数の実施例２における、楕円歪み量の最大値について、楕円歪み比は、約１２０％に過ぎなかった。また、複数の実施例２における、楕円歪み量の平均値について、楕円歪み比は、約７０％に過ぎなかった。また、前述したように、複数の実施例１における、楕円歪み量の最大値について、楕円歪み比は、約１１０％に過ぎなかった。また、複数の実施例１における、楕円歪み量の平均値について、楕円歪み比は、約６０％に過ぎなかった。

このように、被処理物の軸方向と主輻射方向とのなす劣角が小さいほど、楕円歪みが小さくなることが実証された。また、実施例１〜３のそれぞれにおける楕円歪みの最大比を通る直線Ｆ１を図１７で引いた場合、比較例２における楕円歪み比の最大値は、当該直線Ｆ１のはるか上方に位置することとなる。すなわち、被処理物の軸方向と主輻射方向とがなす劣角が４５°以下である実施例１〜３は、楕円歪みを極めて小さいことが実証された。

＜炉内雰囲気のカーボンポテンシャルと熱歪みとの関係について＞
被処理物の熱処理時における雰囲気ガス中のカーボンポテンシャルを異ならせることで、実施例４〜６および比較例３を作製した。なお、実施例４〜６および比較例３について、カーボンポテンシャル以外の熱処理条件は、同一である。具体的には、実施例４〜６および比較例３の熱処理時のカーボンポテンシャルは、以下の通りである。

実施例４：０．６％
実施例５：０．８％
実施例６：１．０％
比較例３：１．４％

実施例４を１０個、実施例５を１０個、実施例６を１０個、比較例４を１０個、それぞれ、作製した。そして、実施例４、実施例５、実施例６、比較例３について、それぞれ、楕円歪みを計測した。結果を図１８に示す。楕円歪みの表示方法は、図１６に示す表示方法と同一である。図１８の縦軸は、図１６の縦軸と同様、楕円歪み比を示している。

図１８に示されているように、複数の比較例３のうち、楕円歪み量が最も大きい場合、楕円歪み比は、約１１０％にも達した。一方、複数の実施例６における、楕円歪み量の平均値については、楕円歪み比は、約５０％に過ぎなかった。また、複数の実施例６のうち、楕円歪み量が最も大きい場合でも、楕円歪み比は、約９０％に過ぎなかった。また、複数の実施例５における、楕円歪み量の平均値について、楕円歪み比は、約４０％に過ぎなかった。また、複数の実施例５のうち、楕円歪み量が最も大きい場合でも、楕円歪み比は、約８０％に過ぎなかった。また、複数の実施例４における、楕円歪み量の平均値について、楕円歪み比は、約５５％に過ぎなかった。また、複数の実施例４のうち、楕円歪み量が最も大きい場合でも、楕円歪み比は、約９５％に過ぎなかった。

このように、熱処理時のカーボンポテンシャルが０．６％〜１．０％の範囲内である実施例４〜６は、楕円歪み比が最大でも１００％を下回っており、楕円歪みが極めて小さいことが実証された。特に、熱処理時のカーボンポテンシャルが共析点でのカーボンポテンシャルである０．７７％に実質的に等しい０．８％に設定された実施例５について、楕円歪みが極めて小さいことが実証された。

本発明は、金属部品の製造方法、および、熱処理装置として、広く適用することができる。

１ 熱処理装置
２，２Ａ ホルダー
６ ヒータユニット（熱源）
３１，３１Ａ 第１支持部
３２，３２Ａ 第２支持部
１００ 被処理物（金属部品）
１００ａ 被処理物の外周面
Ｂ３ 被処理物の中心軸線
Ｃｐ カーボンポテンシャル
Ｄ１ 被処理物の軸方向
Ｄ２ 主輻射方向
θ１ 劣角
θ２ 角度間隔

Claims (12)

1. 円形状に形成された金属製の被処理物と、所定の主輻射方向に向かう熱を輻射する熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置する配置ステップと、
   前記熱源を用いて前記被処理物を加熱する加熱ステップと、
   を含み、
   前記配置ステップにおいて、前記被処理物は、起立した姿勢で配置されており、
   前記軸方向が水平方向に沿っており、
   前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されていることを特徴とする、金属部品の製造方法。
2. 円形状に形成された金属製の被処理物と、所定の主輻射方向に向かう熱を輻射する熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置する配置ステップと、
   前記熱源を用いて前記被処理物を加熱する加熱ステップと、
   を含み、
   前記配置ステップにおいて、前記被処理物は、起立した姿勢で配置されており、
   前記軸方向が水平方向に対して傾斜しており、
   前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されていることを特徴とする、金属部品の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記配置ステップにおいて、複数の前記被処理物が、前記主輻射方向に沿って配列されることを特徴とする、金属部品の製造方法。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記配置ステップでは、所定のホルダーが、前記被処理物の外周面を下方から支持することを特徴とする、金属部品の製造方法。
5. 請求項４に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記ホルダーは、前記被処理物を線接触または点接触した状態で支持することを特徴とする、金属部品の製造方法。
6. 請求項５に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記ホルダーは、前記被処理物の外周面を、当該外周面の周方向に離隔した第１支持部および第２支持部で支持しており、
   前記被処理物の中心軸線回りの前記第１支持部と前記第２支持部との角度間隔は、２０°〜６０°の範囲に設定されていることを特徴とする、金属部品の製造方法。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記加熱ステップでは、前記被処理物は、０．６％〜１．０％の範囲のカーボンポテンシャルに設定された雰囲気ガス中で加熱されることを特徴とする、金属部品の製造方法。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記加熱ステップは、少なくとも、前記被処理物のＡ１変態点とＡ３変態点との間で行われることを特徴とする、金属部品の製造方法。
9. 請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の金属部品の製造方法であって、
   前記加熱ステップでは、前記被処理物は、０．５℃／ｍｉｎ〜１０℃／ｍｉｎの範囲の温度上昇速度でＡ１変態点からＡ３変態点まで加熱されることを特徴とする、金属部品の製造方法。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の金属部品の製造方法であって、
    前記被処理物は、リング状に形成されていることを特徴とする、金属部品の製造方法。
11. 請求項１０に記載の金属部品の製造方法であって、
    前記被処理物は、軸受のレースまたはギヤを含んでいることを特徴とする、金属部品の製造方法。
12. 所定の主輻射方向に向かう熱を輻射するように構成された熱源と、
    円形状に形成された金属製の被処理物と前記熱源とを互いに向かい合わせるとともに、前記被処理物の軸方向と前記主輻射方向とのなす劣角が４５°以下（ゼロを含む）となるように前記被処理物を配置するためのホルダーと、
    を備え、
    前記熱源は、前記被処理物の外側に配置されるように構成され、
    前記ホルダーは、前記被処理物を起立した姿勢で支持するように構成されており、且つ、前記軸方向が水平方向に沿うようにまたは前記軸方向が前記水平方向に対して傾斜するように前記被処理物を支持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。

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