WO2019172242A1 - ワークの熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

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sealed space
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space
exhaust
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義也 真野
慎太郎 鈴木
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for a workpiece.
  • a heat treatment (quenching hardening treatment) is performed to impart mechanical strength required for the annular member.
  • This heat treatment includes a heating process in which a heating process for heating the substrate (annular workpiece) of the annular member to a target temperature is performed, a cooling process in which a cooling process for cooling and quenching the heated workpiece is performed, and the like. including.
  • the heating step can be performed using an atmosphere heating furnace such as a mesh belt type continuous furnace or an induction heating apparatus.
  • induction heating has an advantage that a compact heat treatment apparatus can be realized in addition to achieving high energy efficiency because only the workpiece can be directly heated.
  • Oxidized scale generated on the workpiece surface not only detracts from the brightness of the workpiece and degrades the appearance quality, but can also cause contamination, so it can be completely removed by appropriate means such as polishing, grinding, or shot blasting. It is preferable to remove. However, it is not easy to completely remove the oxide scale. Particularly, when the oxide scale is generated on the surface of a workpiece having a complicated shape having minute holes and irregularities, it is very difficult to completely remove the oxide scale. It takes man-hours. Therefore, when generation of oxide scale accompanying heat treatment becomes a problem, for example, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 below, a series of heat treatment steps including heat treatment and cooling treatment are performed in a non-oxidizing atmosphere. It is desirable to implement in.
  • the heat treatment apparatus disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 cools the heated workpiece and a heating portion that heats the workpiece to a target temperature and heats the workpiece in a non-oxidizing atmosphere.
  • a cooling unit is provided side by side, and one workpiece (one workpiece) held by appropriate means is induction heated to a target temperature by the heating unit, and then the heated workpiece is lowered to the position where the cooling unit is disposed.
  • the workpiece is cooled and quenched by spraying the coolant toward the workpiece.
  • the heat treatment apparatus having such a configuration it is impossible to perform any treatment on the subsequent workpiece until the heat treatment (heating and cooling after the heating) for one workpiece is completed. Therefore, the treatment efficiency is low, and it is not preferable as a heat treatment apparatus used in the production process of mass-produced parts such as rolling bearing races.
  • the heat treatment apparatus and the heat treatment method include a first space having an opening on the inlet side of a work that can be opened and closed, and an opening on the outlet side of the work at a liquid level that is connected to the first space and immerses the work. Heating and cooling are performed in a state where both the second space with the closed portion is a sealed space and the sealed space is in a non-oxidizing atmosphere.
  • the heat treatment apparatus and heat treatment method proposed in the specification of Japanese Patent Application No. 2017-174547 has a structure in which the opening on the outlet side of the sealed space is closed with the liquid level of the coolant. Therefore, when heat treatment of the workpiece is started in a state where the sealed space is in a non-oxidizing atmosphere, oxygen dissolved in the cooling liquid is released to the sealed space through the liquid level of the cooling liquid as time passes. This increases the oxygen concentration in the sealed space and increases the possibility that an oxide film is formed on the workpiece.
  • the heat treatment method includes a heating step of heating the workpiece, and a cooling step of cooling the workpiece and performing a predetermined heat treatment by immersing the workpiece heated in the heating step in a cooling liquid.
  • the work entrance side opening is provided in the first space for carrying out the work
  • the work exit side opening is provided in the second space connected to the first space and in contact with the liquid surface of the coolant, and the entrance side opening is closed.
  • the first opening and the second space are sealed by closing the outlet side opening with the liquid level of the cooling liquid, and the heating process and the cooling process are performed in a state where the sealed space is in a non-oxidizing atmosphere.
  • the oxygen concentration of the sealed space is measured in the heating process and the cooling process, and the supply of the non-oxidizing gas to the sealed space is controlled based on the measured oxygen concentration value. Controls exhaust in enclosed spaces That is characterized with a point.
  • the “non-oxidizing atmosphere” referred to here is not only an atmosphere in which no oxygen is present, but also an atmosphere in which oxygen is present so slightly that no oxide scale is generated on the surface of the workpiece (for example, an oxygen concentration of less than 100 ppm). ).
  • non-oxidizing gas is not only a gas that does not contain any oxygen, but also a gas that contains a small amount of oxygen to the extent that no oxide scale is generated on the surface of the workpiece (for example, an oxygen concentration of 100 ppm). Less than). The same applies to a heat treatment apparatus according to the present invention described later.
  • the oxygen concentration in the sealed space is measured during the heat treatment of the workpiece, and the supply of the non-oxidizing gas to the sealed space is controlled based on the measured oxygen concentration value.
  • the exhaust of the enclosed space was controlled.
  • the oxygen concentration in the sealed space can be quickly returned to an allowable range (concentration that becomes a non-oxidizing atmosphere).
  • the oxygen concentration in the sealed space can be stabilized during the heat treatment of the workpiece without causing an increase in cost or a decrease in productivity.
  • the workpiece subjected to the heat treatment in the sealed space is cooled in the cooling liquid adjacent to the sealed space and subjected to the predetermined heat treatment. Therefore, when one workpiece is cooled after finishing the heating step (when immersed in the coolant), the next workpiece can be heat-treated in a closed space, or the workpiece after the heat treatment can be cooled with the coolant. It can be transported to a second space in contact with the liquid level and waited. Thereby, the heat treatment and the cooling treatment for the plurality of workpieces can proceed simultaneously in a non-oxidizing atmosphere. Therefore, it is possible to efficiently perform heat treatment on a plurality of workpieces without generating an oxide scale on the surface of the workpiece, and it is possible to cope with the production of mass-produced parts.
  • the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space are measured at regular intervals, and the non-oxidizing gas is supplied to the sealed space based on the measured oxygen concentration and the atmospheric pressure.
  • the exhaust of the enclosed space may be controlled.
  • the supply of non-oxidizing gas and the exhaust of the enclosed space are controlled based on the measured atmospheric pressure value, thereby providing the atmospheric pressure in the enclosed space.
  • the oxygen concentration can be stabilized while suppressing the fluctuation.
  • the outlet side opening of the sealed space is closed with the liquid level of the cooling liquid, depending on the supply amount of the non-oxidizing gas, the pressure of the sealed space increases, and the cooling liquid closing the outlet side opening.
  • by controlling the supply and exhaust air based on the pressure value of the sealed space It becomes possible to avoid a serious situation.
  • the measured oxygen concentration is the oxygen concentration.
  • the measured pressure is equal to or higher than the threshold and the measured atmospheric pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure upper threshold, the supply of the non-oxidizing gas may be stopped and the exhaust of the sealed space may be continued.
  • the supply of the non-oxidizing gas may be continued and the exhaust of the sealed space may be stopped.
  • the non-oxidizing gas supply is continued and the sealed space is The exhaust may be continued.
  • the non-oxidizing gas By continuing the supply and exhaust of the sealed space, the oxygen concentration in the sealed space can be effectively reduced while the atmospheric pressure is continuously stabilized.
  • the supply and exhaust are controlled based on the measured oxygen concentration and the value of the atmospheric pressure, for example, the measured oxygen concentration is the oxygen concentration.
  • the supply of the non-oxidizing gas may be stopped and the exhaust of the sealed space may be stopped.
  • the oxygen concentration measured in this way reaches below the oxygen concentration threshold value, the supply of non-oxidizing gas and the exhaust of the sealed space are stopped, so that the non-oxidizing gas is supplied more than necessary or exhausted. It is possible to prevent fluctuations in atmospheric pressure due to being performed. Therefore, wasteful energy consumption can be prevented, and the predetermined heating process and cooling process of the workpiece can be performed in a state where both the oxygen concentration and the atmospheric pressure are stable.
  • the air supply valve may be opened to supply the non-oxidizing gas to the sealed space, and the exhaust pump may be driven to exhaust the sealed space.
  • a valve with an adjustable supply amount may be used as the air supply valve, and a pump with an adjustable exhaust amount may be used as the exhaust pump.
  • the pressure in the sealed space is controlled, for example, if a non-oxidizing gas having a pressure higher than the atmospheric pressure is supplied, it is possible to open the air supply valve without using any special pumping means.
  • Non-oxidizing gas can be supplied to the sealed space. Therefore, a non-oxidizing gas supply device can be constructed at low cost.
  • a valve with an adjustable supply amount for the air supply valve and a pump with an adjustable exhaust amount for the exhaust pump the supply amount of the non-oxidizing gas can be gradually reduced, or The amount of exhaust in the sealed space can be gradually reduced.
  • the oxygen concentration or the atmospheric pressure in the sealed space can be moderately changed as compared with the case where the air supply valve is opened to the closed state or the exhaust pump is stopped from the driving state. Therefore, it becomes possible to stabilize the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space more quickly.
  • the workpiece may be induction-heated to a target temperature in the heating step, and the workpiece heated in the cooling step may be cooled and quenched.
  • the work heat treatment method according to the above description makes it possible to efficiently perform heat treatment on the work while stabilizing the oxygen concentration in the sealed space without causing an increase in cost or a decrease in productivity even during the heat treatment. Therefore, it is suitable as a method for performing heat treatment on a mass-produced part such as a bearing ring of a rolling bearing.
  • this heat treatment apparatus includes a heating unit that heats the workpiece, and a cooling unit that cools the workpiece and performs a predetermined heat treatment by immersing the workpiece heated in the heating unit in a cooling liquid.
  • the cooling section has a second space connected to the first space and in contact with the liquid surface of the coolant, and an opening on the inlet side of the workpiece is provided in the first space.
  • Exhaust system for exhausting oxygen and measuring oxygen concentration In based on the value of the measured oxygen concentration, it is characterized with a that it further includes a control unit for controlling the driving of the air supply device and an exhaust device.
  • the supply of the non-oxidizing gas and the exhaust of the sealed space are appropriately selected and executed according to the oxygen concentration in the sealed space. be able to. Therefore, for example, the oxygen concentration in the sealed space can be kept constant by performing exhaustion while minimizing the amount of non-oxidizing gas used. Further, by allowing the supply of non-oxidizing gas and the exhaust of the sealed space to be used together, the oxygen concentration in the sealed space can be quickly returned to the allowable range. As described above, according to the present invention, the oxygen concentration in the sealed space can be stabilized during the heat treatment of the workpiece without causing an increase in cost or a decrease in productivity.
  • the oxygen concentration in the sealed space for performing heat treatment and cooling treatment on the work is stable without causing an increase in cost or a decrease in productivity. It is possible to efficiently perform the heat treatment on the workpiece.
  • FIG. 6A It is a flowchart which shows an example of the air supply / exhaust control in a preparation process. It is a flowchart which shows an example of the supply / exhaust control in a heating process and a cooling process.
  • cooling part which shows the implementation state of a cooling process. It is principal part sectional drawing of the cooling part which shows the implementation state of the cooling process which concerns on other embodiment of this invention. It is principal part sectional drawing of the cooling part which shows the implementation state of the cooling process at the time of using the constraining type
  • FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view of the heat treatment apparatus.
  • a heat treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is arranged along a path indicated by a two-dot chain line in FIG. 2 for an annular workpiece W (in this embodiment, a base material for an outer ring of a rolling bearing) made of a steel material such as SUJ2.
  • This is a so-called continuous heat treatment apparatus 1 configured to subject the workpiece W to quench hardening treatment while being fed.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a heating unit 2 in which a heating step S2 (see FIG.
  • the cooling unit 3 includes a cooling step S3 (see FIG. 6A described later) in which the workpiece W heated by the heating unit 2 is cooled and quenched. Furthermore, the heat treatment apparatus 1 is configured so that the heating step S2 and the cooling step S3 can be performed in a non-oxidizing atmosphere. Further, as will be described later, the heat treatment apparatus 1 further includes a supply / exhaust control system 40 for the sealed space D that is an internal space of the sealed chamber 4.
  • a supply / exhaust control system 40 for the sealed space D that is an internal space of the sealed chamber 4.
  • the heating unit 2 includes a heating device 20, a heating chamber 5, a replacement chamber 8, and a passage chamber 7.
  • the heating device 20 is for inductively heating the workpiece W to a target temperature.
  • a support capable of supporting a plurality of workpieces W in a stacked state.
  • the member 21, the heating coil 22 disposed on the radially outer side of the work W supported by the support member 21, and the work W (conveyed from the upstream side of the path) to the support member 21 are disposed below the support member 21.
  • a workpiece supply means 23 for supplying a subsequent workpiece W).
  • the support member 21 is disposed at a plurality of locations (for example, three locations) spaced apart in the circumferential direction of the workpiece W to be supported. Each support member 21 is provided so as to be able to advance and retreat along the radial direction of the workpiece W to be supported, and the workpiece W to be supported as the workpiece W is supplied from below by the workpiece supply means 23. After the workpiece W is received by moving radially outward, the workpiece W is supported from below by moving radially inward of the workpiece W to be supported. *
  • the heating coil 22 is formed of a so-called multi-turn coil in which a tubular body made of a conductive metal such as a copper tube is spirally wound, and is arranged coaxially with the workpiece W supported by the support member 21.
  • a coil having an overall length (axial direction) of several times to several tens of times the axial dimension of the workpiece W is used.
  • the workpiece supply means 23 is configured by, for example, a power cylinder (hydraulic cylinder, air cylinder, or electric cylinder) having a telescopic cylinder rod 23a arranged coaxially with the workpiece W supported by the support member 21.
  • a flange portion 23b on which the workpiece W can be placed is provided at the tip of the cylinder rod 23a.
  • the heating device 20 having the above configuration is disposed in the internal space of the heating chamber 5 as the first space A in the present invention, and is replaced with the upstream side of the heating chamber 5 (the rear side in the feed direction of the workpiece W).
  • the passage chamber 7 is disposed adjacent to the heating chamber 5 on the downstream side of the heating chamber 5 (the front side in the feed direction of the workpiece W).
  • the heating chamber 5 cooperates with the passage chamber 7 and a quenching preparation chamber 6 to be described later, so that the indoor atmosphere (the indoor atmosphere during the operation of the heat treatment apparatus 1) becomes a non-oxidizing atmosphere.
  • a sealed chamber 4 to be maintained is formed.
  • the sealed chamber 4 includes a heating chamber 5, a passage chamber 7, and a quenching preparation chamber 6 arranged in this order along the feed direction of the workpiece W. As shown in FIGS. 3 and 4, heating as the first space A is performed.
  • the internal space of the chamber 5 and the internal space of the quenching preparation chamber 6 as the second space B in the present invention are connected via an internal space (passage C) of the passage chamber 7 provided between the two chambers 5 and 6. ing.
  • the sealed chamber 4 includes the first space A, the second space B, and the passage C provided separately from each other, and the first space A, the second space B, And the passage C constitutes a sealed space D in the present invention.
  • the sealed chamber 4 further includes an inlet-side opening 4a (see FIG. 3) for putting the workpiece W into the internal space of the heating chamber 5, and an outlet-side opening 4b provided on the bottom wall of the quenching preparation chamber 6. (See FIG. 4).
  • the inlet side opening 4a is opened or closed by the opening / closing means (second opening / closing means 12) shown in FIG. 3, and the outlet side opening 4b is stored in the coolant storage tank 35 as shown in FIG. It is always closed by the liquid level of the cooling liquid 36.
  • the air supply / exhaust control system 40 related to the internal space (sealed space D) of the sealed chamber 4 will be described later.
  • the replacement chamber 8 is installed for the purpose of keeping the indoor atmosphere of the sealed chamber 4 including the heating chamber 5 (the atmosphere of the sealed space D) in a non-oxidizing atmosphere when the workpiece W is put into the internal space of the heating chamber 5. Yes. Therefore, although not shown, the replacement chamber 8 is supplied with air for supplying a non-oxidizing gas into the replacement chamber 8 so that the atmosphere in the replacement chamber 8 can be replaced with a non-oxidizing atmosphere.
  • An apparatus, an exhaust device for exhausting the interior of the replacement chamber 8, an air supply pipe connecting the air supply device and the interior of the replacement chamber 8, and an exhaust pipe connecting the exhaust device and the interior of the replacement chamber 8 are provided.
  • the replacement chamber 8 is provided with an opening 8a for introducing the workpiece W into the internal space.
  • the opening 8a is opened and closed by the opening / closing means (first opening / closing means 11). It can be opened or closed.
  • Arbitrary opening / closing equipment can be adopted as the first opening / closing means 11, and for example, an elevating shutter can be adopted.
  • An opening / closing means (second opening / closing means 12) is provided between the replacement chamber 8 and the heating chamber 5, and the second opening / closing means 12 allows the opening 4a on the inlet side of the sealed chamber 4 (sealed space D). Can be opened or closed.
  • the second opening / closing means 12 closes the inlet side opening 4a of the sealed chamber 4 (heating chamber 5) when the opening 8a is switched from the closed state to the open state by the first opening / closing means 11. It has become.
  • any opening / closing device can be employed for the second opening / closing means 12, for example, an elevating shutter can be employed.
  • the heating unit 2 has a transfer means for transferring the workpiece W put into the internal space of the replacement chamber 8 to the internal space of the heating chamber 5.
  • this transfer means for example, a conveyor conveyer disposed so as to straddle the bottoms of the replacement chamber 8 and the heating chamber 5, or a power cylinder (hydraulic cylinder, air cylinder, electric cylinder) can be employed.
  • the internal space of the passage chamber 7 is heated to a target temperature by the heating device 20, and the workpiece W after heating that has been discharged to the outside of the heating device 20 (upper side of the heating coil 22) is quenched as the second space B. It is used as a passage C for transferring toward the internal space of the preparation chamber 6.
  • the passage chamber 7 is provided with transfer means such as a transfer conveyor (not shown), and the work W discharged to the outside of the heating device 20 can be transferred from the first space A to the second space B by the transfer means. .
  • the cooling unit 3 is a region in which a cooling process for cooling and quenching the workpiece W heated to the target temperature by the heating unit 2 is performed.
  • the work W can be cooled (quenched) in a state where the outer peripheral surface is restrained by the restraining die 33.
  • the cooling unit 3 includes a quenching preparation chamber 6 disposed adjacent to the downstream side of the heating chamber 5 through the passage chamber 7, a press device 30, A restraint mold 33, a lifting table 34, and a coolant storage tank 35 are provided.
  • the press device 30 pressurizes the work W, which has been transferred to the internal space (second space B) of the quenching preparation chamber 6 via the internal space (passage C) of the passage chamber 7,
  • a pressurizing member 31 that is immersed in the coolant 36 stored in the storage tank 35 and an elevating unit 32 that holds the pressurizing member 31 so as to be able to be raised and lowered are provided.
  • the restraining die 33 is attached and fixed to the lower end of the pressing member 31, and the restraining die 33 can be moved up and down integrally with the pressing member 31.
  • the elevating unit 32 is disposed outside the quenching preparation chamber 6, and as shown in FIG. 4, as shown in FIG.
  • the restraint mold 33 attached and fixed to the pressurizing member 31. Furthermore, only a part of the shaft member holding the pressing member 31 at the lower end is disposed in the second space B.
  • the shaft member holding the pressurizing member 31 is inserted into a through hole that penetrates the ceiling wall of the quenching preparation chamber 6, and the through hole (a gap between the inner wall surface of the through hole and the outer diameter surface of the shaft member). ) Is sealed with a sealing material (not shown).
  • the coolant reservoir 35 is installed below the quenching preparation chamber 6 and stores a coolant 36 for cooling and quenching the workpiece W.
  • a well-known quenching oil or a water-soluble quenching liquid can be used as the cooling liquid 36.
  • the upper part of the coolant reservoir 35 is opened, and this opening is divided into a first opening 35a and a second opening 35b by the wall of the sealed chamber 4 (quenching preparation chamber 6).
  • Outlet side opening 4b of sealed chamber 4 (sealed space D) provided in quenching preparation chamber 6 is a coolant existing in first opening 35a among coolants 36 stored in coolant reservoir 35. It is closed at 36 liquid levels.
  • the lifting table 34 is disposed directly below the pressure member 31 and moves up and down in the coolant 36.
  • the upper end surface 34a of the elevating table 34 is a mounting surface on which the workpiece W is placed.
  • the elevating table 34 is positioned at the upper limit, the upper end surface 34a of the elevating table 34 is stored in the coolant storage tank 35.
  • the workpiece W transferred through the internal space of the passage chamber 7 is received.
  • cooling liquid storage tank 35 In the cooling liquid storage tank 35 (in the cooling liquid 36), paying-out means (not shown) for paying out the hardened workpiece W released from the constraining mold 33 from the lifting table 34 is discharged.
  • Discharging means 37 for receiving the workpiece W and discharging it to the outside of the coolant reservoir 35 (heat treatment apparatus 1) is provided.
  • the discharge means 37 for example, a lifting table provided separately from the lifting table 34 can be adopted.
  • the workpiece discharge lifting table is provided so as to be able to move up and down at a position directly below the second opening 35b in the coolant reservoir 35, and the hardened workpiece W is transferred from the second opening 35b to the coolant reservoir 35. , Ie, outside the heat treatment apparatus 1.
  • the air supply / exhaust control system 40 includes an oxygen concentration measuring device 41 that measures the oxygen concentration in the sealed space D that is the internal space of the sealed chamber 4, and an atmospheric pressure measuring device that measures the atmospheric pressure in the sealed space D. 42, an air supply device 43 that supplies the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D, an exhaust device 44 that exhausts the sealed space D, and a control unit 45 that controls driving of the air supply device 43 and the exhaust device 44 Is provided.
  • the oxygen concentration measuring device 41 is an oxygen concentration meter, for example, and is attached to the sealed chamber 4 so that the oxygen concentration in the sealed space D can be measured.
  • the atmospheric pressure measuring device 42 is, for example, a pressure sensor, and is attached to the sealed chamber 4 so that the oxygen concentration in the sealed space D can be measured.
  • the air supply device 43 includes an air supply valve 46 and a reserve tank 47 in which the non-oxidizing gas Ga is stored, and the sealed space D, the air supply valve 46, the air supply valve 46, and the reserve tank. 47 are connected to each other by an air supply pipe 48.
  • the exhaust device 44 includes an exhaust pump 49, and the sealed space D and the exhaust pump 49 are connected by an exhaust pipe 50.
  • the non-oxidizing gas Ga having a pressure higher than the atmospheric pressure (for example, atmospheric pressure + 0.01 MPa or more) is stored in the reserve tank 47, and by opening the air supply valve 46, the relative atmospheric pressure is relatively increased.
  • the non-oxidizing gas Ga automatically flows into the low sealed space D. Further, by driving the exhaust pump 49, the gas Gb filling the sealed space D is exhausted to the outside of the heat treatment apparatus 1 through the exhaust pipe 50 (and further passing through the exhaust pump 49).
  • any kind of gas can be used.
  • inert gas such as nitrogen gas, helium gas, argon gas, hydrogen gas, carbon monoxide gas, nitrogen dioxide gas, hydrogen sulfide.
  • a reducing gas such as gas or sulfur dioxide gas can be used.
  • oxygen concentration measuring device 41 atmospheric pressure measuring device 42
  • air supply device 43 air supply valve 46
  • exhaust device 44 exhaust pump 49
  • controller 45 the controller 45 as shown by the one-dot chain line in FIG. Electrically connected.
  • the measured value of the oxygen concentration measured by the oxygen concentration measuring device 41 is sent to the control unit 45
  • the measured value of the atmospheric pressure measured by the atmospheric pressure measuring device 42 is sent to the control unit 45.
  • the commands from the controller 45 are sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49, respectively, so that the driving of the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 can be controlled based on the commands.
  • the control unit 45 stores a predetermined control program in advance.
  • two control programs are mainly stored.
  • the first control program is a program executed in the preparation step S1 (see FIG. 6A) before the heating step S2
  • the second control program is a heating step S2 and a cooling step after the preparation step S1. This is a program executed in S3.
  • the first control program performs the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and the exhaust of the sealed space D in a preparation step S1 (see FIG. 6A) described later. It is set so that these air supply and exhaust are controlled according to the air pressure in the sealed space D.
  • the atmospheric pressure in the sealed space D is measured at regular intervals, and three patterns are controlled according to the measured atmospheric pressure value. That is, (1) When the measured atmospheric pressure is equal to or higher than the atmospheric pressure upper threshold (in the present embodiment, atmospheric pressure + 100 Pa), the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is stopped and the exhaust of the sealed space D is exhausted.
  • the air supply device 43 and the exhaust device 44 are controlled so as to continue.
  • the measured atmospheric pressure is equal to or lower than the atmospheric pressure lower limit threshold value (atmospheric pressure + 1 Pa in this embodiment)
  • the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is continued and the sealed space D is exhausted.
  • the air supply device 43 and the exhaust device 44 are controlled to stop.
  • the measured atmospheric pressure is larger than the atmospheric pressure lower limit threshold (atmospheric pressure + 1 Pa) and less than the atmospheric upper limit threshold (atmospheric pressure + 100 Pa)
  • the oxygen concentration in the sealed space is also measured.
  • the threshold value of the oxygen concentration is set to 100 ppm in the present embodiment. However, when the oxygen concentration in the sealed space D needs to be more strictly managed depending on the type of the workpiece W or the heat treatment, it is set to 50 ppm. It may be set to 20 ppm, more preferably 10 ppm or less. The same applies to the threshold value of the oxygen concentration in the second control program described later.
  • the second control program measures the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D at regular intervals in the heating step S2 and the cooling step S3 (see FIG. 6A), and based on the measured oxygen concentration and atmospheric pressure values.
  • the non-oxidizing gas Ga is controlled to be supplied into the sealed space D and the exhaust of the sealed space D is controlled.
  • a preset oxygen concentration threshold 100 ppm in the present embodiment
  • the measured oxygen concentration is less than the oxygen concentration threshold value (100 ppm)
  • (4) supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is stopped and supply of air to stop exhaust of the sealed space D
  • the device 43 and the exhaust device 44 are controlled.
  • the heat treatment method for the workpiece W includes a preparation step S1, a heating step S2, and a cooling step S3, as shown in FIG. 6A.
  • the preparation step S1 includes a first replacement step S11 for replacing the atmosphere in the sealed space D with a non-oxidizing atmosphere, and a second replacement step for replacing the atmosphere in the replacement chamber 8 with a non-oxidizing atmosphere.
  • the tank 47) is operated to supply the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D, and the exhaust device 44 (exhaust pump 49) is operated to detect the gas present in the sealed space D (usually at the start of operation). Atmosphere) Gb is discharged.
  • the air supply / exhaust by the air supply device 43 and the exhaust device 44 is performed based on the first control program of the control unit 45.
  • the atmospheric pressure in the sealed space D is automatically measured by the atmospheric pressure measuring device 42 at regular intervals (see FIG. 7).
  • the control unit 45 stops the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and the sealed space D
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to continue exhausting the air.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 is closed and the exhaust pump 49 is continuously driven.
  • the control unit 45 continues to supply the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and exhausts the sealed space D.
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 to stop the operation.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 remains open and the drive of the exhaust pump 49 is stopped.
  • the control unit 45 measures the oxygen concentration so as to measure the oxygen concentration in the sealed space D.
  • a command is sent to the measuring device 41.
  • a preset oxygen concentration threshold eg, 100 ppm
  • the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is continued, and the sealed space
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to continue the exhaust of D.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 remains open and the exhaust pump 49 continues to be driven.
  • reduction of the oxygen concentration in the sealed space D proceeds toward the target range (less than 100 ppm) in a state where the pressure of the sealed space D is stable within a predetermined range.
  • the control unit 45 sends a control command to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to stop the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and stop the exhaust of the sealed space D.
  • the air supply valve 46 is closed and the driving of the exhaust pump 49 is stopped.
  • the pressure in the sealed space D is in a predetermined range (in this embodiment, greater than atmospheric pressure + 1 Pa and less than atmospheric pressure + 100 Pa) and the oxygen concentration is less than 100 ppm, that is, a non-oxidizing atmosphere.
  • work W can be carried in into the sealed space D in the state which maintained the sealed space D in the non-oxidizing atmosphere.
  • the atmosphere of the sealed space D is replaced with a non-oxidizing atmosphere, and then the workpiece W is loaded into the replacement chamber 8 and the atmosphere in the replacement chamber 8 is replaced with a non-oxidizing atmosphere.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first replacement step S12 and the second replacement step S12 are performed in a state where the workpiece W is loaded into the replacement chamber 8 with the inlet side opening 4a closed in advance. Then, the entrance W 4a may be opened and the workpiece W may be carried into the sealed space D.
  • (S2) Heating process After carrying the workpiece W into the sealed space D in the non-oxidizing atmosphere as described above, the workpiece W is subjected to a heat treatment. Specifically, as shown in FIG. 3, the workpiece W is placed on the flange portion 23 b of the workpiece supply means 23. Then, by extending the cylinder rod 23a of the work supply means 23 with the support member 21 retracted radially outward, the work W is raised to the upper side of the support member 21, and then the support member 21 is moved to the radius. The workpiece W is supported from below by the support member 21 by being advanced inward in the direction.
  • the subsequent workpiece W is sequentially supported by the support member 21 as it is supplied between the support member 21 and the workpiece W supported by the support member 21 through the procedure described above.
  • An upward feed force is applied to all the workpieces W.
  • the workpiece W is induction-heated to a target temperature while being sent with the inner region of the energized heating coil 22 facing upward, and is discharged to the upper side of the heating coil 22 (see FIG. 3).
  • the workpiece W after completion of heating discharged to the upper region of the heating coil 22 is delivered to the internal space of the passage chamber 7 by an appropriate means not shown, and is then not shown in the internal space of the passage chamber 7. Is sent toward the internal space of the quenching preparation chamber 6 (that is, the second space B) (see FIG. 3 above).
  • (S3) Cooling step In this step, as described above, a cooling process is performed in which the workpiece W heated to the target temperature in the heating unit 2 (heating step) is cooled and quenched. Specifically, as shown in FIG. 4, first, the workpiece W transferred through the internal space of the passage chamber 7 is received by being placed on the upper end surface 34 a of the lifting table 34. Next, the lifting unit 32 (see FIG. 2) of the press device 30 is driven to lower the pressing member 31 and the restraint die 33 attached and fixed to the lower end of the pressing member 31 integrally.
  • the pressing member 31, the restraint die 33, the work W, and the lifting table 34 are integrally lowered and immersed in the cooling liquid 36 stored in the cooling liquid storage tank 35. Since the workpiece W immersed in the cooling liquid 36 exhibits a deformation behavior in which the diameter of the workpiece W is slightly reduced and then deformed, the outer circumference of the workpiece W is constrained to the inner circumference of the restraint die 33. It is cooled in the state that was done. In this embodiment, the workpiece W is quenched by being rapidly cooled at a predetermined temperature gradient. Thereby, the fall of the shape precision (especially roundness of an outer peripheral surface) of the workpiece
  • work W is completed.
  • the subsequent workpiece W also follows the same path, is subjected to quench hardening, and is discharged to the outside of the heat treatment apparatus 1.
  • the hardening hardening process is continuously and automatically performed on the plurality of workpieces W.
  • the sealed space D is controlled to a predetermined oxygen concentration range by the second control program of the control unit 45. Is done.
  • an example of the flow of control will be described mainly based on FIG.
  • the oxygen concentration measuring device 41 and the atmospheric pressure measuring device 42 measure the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D at regular intervals.
  • the air supply device 43 does not supply the non-oxidizing gas Ga into the sealed space D
  • the exhaust device 44 does not exhaust the sealed space D.
  • the control unit 45 enters the sealed space D.
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to continue the exhaust of the sealed space D.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 is closed and the exhaust pump 49 is continuously driven.
  • the control unit 45 supplies the sealed space D to the sealed space D.
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to stop the exhaust of the sealed space D.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 remains open and the drive of the exhaust pump 49 is stopped. Thereby, the fall of atmospheric pressure is suppressed or the atmospheric pressure is increased while the oxygen concentration in the sealed space D is reduced.
  • the measured oxygen concentration is greater than or equal to the oxygen concentration threshold (100 ppm)
  • the measured atmospheric pressure is greater than the atmospheric lower limit threshold (atmospheric pressure + 1 Pa) and less than the atmospheric upper limit threshold (atmospheric pressure + 100 Pa).
  • the control unit 45 sends a control command to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to continue the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and the exhaust of the sealed space D together.
  • a command is sent to the air supply valve 46 and the exhaust pump 49 so that the air supply valve 46 remains open and the exhaust pump 49 continues to be driven.
  • the oxygen concentration is reduced toward the target range while the atmospheric pressure is stable within the allowable range.
  • the control unit 45 stops the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D and sends a control command to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to stop the exhaust of the sealed space D.
  • a control command is sent to the air supply device 43 and the exhaust device 44 so as to maintain the state where both are not operated (including the case where no command is sent).
  • the heating step S2 and the cooling step S3 of the workpiece W are continuously performed in a state where the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D are stable within a predetermined range.
  • this control is omitted, for example, the control is completed upon completion of repeated heating step S2 and cooling step S3.
  • the oxygen concentration in the sealed space D is measured during the heat treatment (heating step S2 and cooling step S3) of the workpiece W, and based on the measured oxygen concentration value.
  • the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is controlled, and the exhaust of the sealed space D is controlled.
  • the oxygen concentration in the sealed space D can be kept within a certain range (less than 100 ppm) by performing exhaustion while minimizing the amount of the non-oxidizing gas Ga used.
  • the oxygen concentration in the sealed space D can be quickly within an allowable range (a concentration that provides a non-oxidizing atmosphere, for example, less than 100 ppm). ).
  • the oxygen concentration in the sealed space D can be stabilized during the heat treatment of the workpiece W without causing an increase in cost or a decrease in productivity.
  • the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D are measured at regular intervals, and the supply of the non-oxidizing gas Ga to the sealed space D is controlled based on the measured oxygen concentration and atmospheric pressure.
  • the exhaust of the enclosed space was controlled. In this way, not only the oxygen concentration in the enclosed space but also the atmospheric pressure is measured at regular intervals, and the supply of non-oxidizing gas and the exhaust of the enclosed space are controlled based on the measured atmospheric pressure value, thereby providing the atmospheric pressure in the enclosed space.
  • the oxygen concentration can be stabilized while suppressing the fluctuation.
  • the outlet side of the sealed space D is cut off from the atmosphere by the coolant 36 (the second opening 35b of the upper opening of the coolant reservoir 35 is opened on the atmosphere side).
  • the liquid level of the cooling liquid 36 located in the second opening 35b is in contact with the atmosphere
  • the liquid level of the cooling liquid 36 easily rises and falls even by slight fluctuations in atmospheric pressure. This makes it difficult to manage the liquid level position and may interfere with the cooling control of the workpiece W.
  • the supply / exhaust is controlled based on the oxygen concentration and the pressure value of the sealed space D. This makes it possible to avoid such a situation.
  • the non-oxidizing atmosphere is set in the sealed space D, and the non-oxidizing atmosphere is set in the preparatory step S1 in which the workpiece W can be loaded into the sealed space D.
  • the supply of the oxidizing gas Ga and the exhaust of the sealed space D were performed together.
  • the replacement speed to the non-oxidizing atmosphere can be increased as compared with the case where only the non-oxidizing gas Ga is supplied or the case where only the sealed space D is exhausted. Therefore, the operation of the heat treatment apparatus 1 can be started quickly, and productivity can be improved.
  • the air pressure of the sealed space D is set in advance even if the supply amount and the exhaust amount are increased. Within the specified range. Therefore, it is possible to quickly replace the atmosphere of the sealed space D with a non-oxidizing atmosphere while stabilizing the liquid level of the cooling liquid 36.
  • the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D are measured at regular intervals, and the air supply is performed according to the measured oxygen concentration and atmospheric pressure values.
  • the case where the driving of the device 43 and the driving of the exhaust device 44 are controlled has been described (see FIG. 8), but of course the control mode is not limited to this.
  • the control mode is not limited to this.
  • the oxygen concentration threshold for example, 100 ppm.
  • the driving of the air supply device 43 and the exhaust device 44 may be controlled according to the measured pressure value.
  • the air supply device 43 is driven and stopped (open state and closed state in the case of the air supply valve 46).
  • the two types of drive and stop drive and stop of the exhaust pump 49
  • an electric valve whose degree can be electrically controlled By applying an electric valve whose degree can be electrically controlled, increase / decrease in the supply amount of the non-oxidizing gas Ga can be adjusted.
  • a pump capable of adjusting the exhaust amount of the sealed space D for example, a motor capable of electrically controlling the rotation speed is incorporated in the exhaust pump 49.
  • the increase / decrease in the displacement can be adjusted.
  • the opening degree of the air supply valve 46 and the flow rate of the exhaust pump 49 may be controlled to increase or decrease in accordance with the degree of deviation from the allowable limit (upper limit, lower limit) of the oxygen concentration or atmospheric pressure. Good.
  • the following points can be cited as advantages of electrically adjusting the air supply amount of the air supply device 43 and the exhaust amount of the exhaust device 44. That is, when the supply / exhaust control is performed during the preparation step S1 (first replacement step S11) and the supply / exhaust control is performed during the heating step S2 and the cooling step S3 as in the present embodiment, Then, the required air supply amount or exhaust amount is different. That is, in the former (preparation step S1), the oxygen concentration in the sealed space D needs to be lowered in a short time from a state close to the oxygen concentration in the atmosphere to less than a predetermined oxygen concentration threshold (100 ppm). The amount of air supplied or exhausted is quite large.
  • the opening is smaller than that in the preparation step S1).
  • the exhaust pump 49 capable of adjusting the flow rate is applied to the exhaust device 44, the exhaust pump 49 is driven in a relatively high flow rate region in the preparation step S1, and the middle flow region or the low flow rate in the heating step S2 and the cooling step S3.
  • the exhaust pump 49 should be driven in the region.
  • the common air supply / exhaust control system 40 air supply device 43, exhaust device 44
  • the air supply device 43, exhaust device 44 is used to perform the air supply / exhaust control during the preparation step S1 and the air supply / exhaust control during the heat treatment (heating step S2 and cooling step S3). Both can be executed with high accuracy.
  • the cooling unit 3 can be provided with a rotation mechanism that integrally rotates the workpiece W and the constraining die 33 that constrains the workpiece W around the axis of the workpiece W in the coolant 36.
  • FIG. 10 shows an example of this, and the lifting table 34 is provided with a rotating mechanism.
  • the pressure member 31 is provided so as to be able to idle around the axis of the workpiece W
  • the lift table 34 is provided with a pin 34b fitted to the pressure member 31, and the lift table 34 and the pins provided on the lift table 34 are provided.
  • the workpiece W disposed between the pressure member 31 and the elevating table 34 and The constraining die 33 can be integrally rotated around the axis of the workpiece W. In this way, since the workpiece W immersed in the cooling liquid 36 can be cooled uniformly, the shape accuracy of the workpiece W after completion of quenching can be further enhanced.
  • the cooling unit 3 is used to stir the cooling liquid 36 at least when the workpiece W is immersed in the cooling liquid 36 in addition to or instead of the above rotation mechanism.
  • a stirring mechanism can also be provided. This is advantageous in uniformly cooling the workpiece W immersed in the cooling liquid 36, similarly to the case where the cooling unit 3 is provided with the rotation mechanism.
  • the constraining die 33 is fixedly disposed in the cooling liquid 36 as shown in FIGS. 11A and 11B in addition to being attached and fixed to the pressure member 31 of the press device 30 as in the embodiment described above. It is also possible to set up.
  • the constraining die 33 shown in FIGS. 11A and 11B constrains the outer peripheral surface of the workpiece W at its inner peripheral surface, and has an axial dimension that is the sum of the axial dimensions of the two workpieces W.
  • the workpiece W transferred to the internal space (second space B) of the quenching preparation chamber 6 is disposed on the upper side of the restraint die 33 (the workpiece W press-fitted into the inner periphery of the restraint die 33).
  • the pressurizing member 31 moves downward and is pressed downward, the immersion of the work W in the coolant 36 and the restraint of the outer peripheral surface of the work W by the restraint die 33 proceed simultaneously. .
  • the subsequent work W is pushed into the inner periphery of the constraining die 33, the lower of the two workpieces W arranged on the inner periphery of the constraining die 33.
  • the workpiece W on the side is released from the constraining die 33.
  • the “process immediately before the restraint of the outer peripheral surface of the work by the constraining die” starts in the present invention refers to the work W transferred to the second space B.
  • the lifting table 34 used in the above-described embodiment is not necessarily required, and an appropriate receiving member for receiving the released workpiece W is disposed at a position directly below the pressing member 31. Good.
  • the outer ring (base material) of a rolling bearing is given as an example of the work W, and the heat treatment apparatus 1 is used when the work W is cooled and quenched while the outer peripheral surface of the work W is restrained by the restraint die 33.
  • the heat treatment apparatus 1 quenches and hardens the workpiece W (for example, a base material of an inner ring of a rolling bearing) that is preferably prevented from breaking the shape accuracy (particularly roundness) of the inner peripheral surface due to quenching. It can be preferably used also when applying.
  • FIG. 12 shows an example of this, and a constraining mold 33 ′ capable of constraining the inner peripheral surface of the work W is attached and fixed to the lower end surface of the pressing member 31. *
  • FIG. 13 is an example thereof and is a cross-sectional view of a main part of a heating device 60 according to another embodiment of the present invention.
  • the heating device 60 shown in the figure is a heating device configured to be able to induction-heat work W one by one, and includes a retractable cylinder rod 61a provided with a flange portion 61b on which the work W can be placed.
  • the outer diameter side coil 62 is held by a coil holding member made of an insulating material indicated by reference numeral 64.
  • the heating device 60 shown in FIG. 13 When the heating device 60 shown in FIG. 13 is adopted, the work W put into the internal space (first space A) of the heating chamber 5 is induction-heated as follows, and the internal space (passage C) of the passage chamber 7 is induced. ).
  • the atmosphere in the sealed space D is changed to a non-oxidizing atmosphere, and the atmosphere in the replacement chamber 8 into which the workpiece W is charged is changed to a non-oxidizing atmosphere. Open and carry the workpiece W into the first space A of the sealed space D.
  • the inlet side opening 4a is closed, and the cylinder rod 61a of the support member 61 is extended to place the workpiece W on the flange portion 61b.
  • the workpiece W is raised and introduced between the energized outer diameter side coil 62 and inner diameter side coil 63, and the workpiece W is held at this position for a certain period of time.
  • work W is induction-heated to target temperature.
  • the cylinder rod 61a of the support member 61 is shortened, and the heated workpiece W is lowered together with the flange portion 61b.
  • the heated workpiece W is paid out toward the passage C by an appropriate means (not shown).
  • the workpiece W after heating is configured to be delivered to the passage C at the same height level as the position where the workpiece W is introduced into the support member 61. In this case, since the succeeding workpiece W can be introduced onto the flange portion 61b of the support member 61 simultaneously with the delivery of the workpiece W, induction heating of the workpiece W by the heating device 60 can be performed efficiently.
  • the oxygen concentration and the atmospheric pressure in the sealed space D during the heat treatment period can be stabilized without causing an increase in cost or a decrease in productivity. Can be efficiently performed.
  • the heating device 60 having the above-described configuration is employed, the height of the sealed chamber 4 (particularly the heating chamber 5) can be reduced as compared with the case where the heating device 20 illustrated in FIG. The advantage that the apparatus 1 can be made compact can also be enjoyed together.
  • the heat treatment apparatus 1 according to the present invention is applied when quenching and hardening the bearing ring (outer ring or inner ring) of the rolling bearing has been described. It is also preferable when quenching and hardening a workpiece (for example, a slide bearing, an outer joint member or an inner joint member constituting a constant velocity universal joint, a cage (base material) incorporated in a rolling bearing or a constant velocity universal joint). Can be applied.
  • a workpiece for example, a slide bearing, an outer joint member or an inner joint member constituting a constant velocity universal joint, a cage (base material) incorporated in a rolling bearing or a constant velocity universal joint.

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Abstract

ワークＷの加熱工程Ｓ２を実施する第１空間ＡにワークＷの入口側開口部４ａが設けられ、第１空間Ａとつながり冷却液３６の液面に接する第２空間ＢにワークＷの出口側開口部４ｂが設けられる。入口側開口部４ａを閉口しかつ出口側開口部４ｂを冷却液３６の液面で閉口することで第１空間Ａと第２空間Ｂとを共に密閉し、この密閉空間Ｄを非酸化性雰囲気とした状態で、加熱工程Ｓ２と冷却工程Ｓ３とを実施する。そして、加熱工程Ｓ２と冷却工程Ｓ３において、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。

Description

ワークの熱処理方法及び熱処理装置
　本発明は、ワークの熱処理方法及び熱処理装置に関する。
　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熱処理装置及び熱処理方法では、密閉空間の出口側開口部を冷却液の液面で閉口した構造をとっている。そのため、密閉空間を非酸化性雰囲気にした状態でワークの熱処理を開始した場合、時間の経過と共に、冷却液に溶け込んでいる酸素が冷却液の液面を介して密閉空間に放出される。これでは、密閉空間の酸素濃度が上がり、ワークに酸化膜が生じるおそれが高まる。
　このような事態を回避するためには、例えば密閉空間を非酸化性雰囲気にしてワークの熱処理を開始した後も、非酸化性のガスを密閉空間に供給し続ける必要がある。しかしながら、このように酸素濃度の上昇を防ぐためだけに非酸化性のガスを供給し続けたのでは、非酸化性ガスの供給量が増大し、ランニングコストが高騰する。この弊害を回避するため、例えば密閉空間の雰囲気をワークの搬入出ごとに非酸化性雰囲気に置換することも考えられるが、この方法だと非酸化性雰囲気への置換に多くの時間を要し、生産性の低下を招く。
　以上の実情に鑑み、本明細書では、加熱処理と冷却処理をワークに施すための密閉空間の酸素濃度を、コストアップや生産性の低下を招くことなく安定させつつ、ワークに対する熱処理を効率よく実施することを、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とを実施するワークの熱処理方法であって、加熱工程と冷却工程において、密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度の値に基づいて、密閉空間への非酸化性ガスの供給を制御すると共に、密閉空間の排気を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未満）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未満）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、ワークの熱処理中に、密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度の値に基づいて、密閉空間への非酸化性ガスの供給を制御すると共に、密閉空間の排気を制御するようにした。これにより、密閉空間の酸素濃度に応じて、非酸化性ガスの供給と、密閉空間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の酸素濃度を所定範囲内に保つことができる。また、非酸化性ガスの供給と、密閉空間の排気を併用可能とすることで、密閉空間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）に戻すことができる。以上より、本発明によれば、ワークの熱処理中、密閉空間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。
　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、密閉空間への非酸化性ガスの供給を制御すると共に、密閉空間の排気を制御してもよい。
　このように密閉空間の酸素濃度だけでなく気圧を一定時間おきに測定し、測定した気圧の値に基づいて、非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を制御することにより、密閉空間の気圧変動を抑制しつつ、酸素濃度を安定させることができる。特に、冷却液の液面で密閉空間の出口側開口部を閉口してなる場合、非酸化性ガスの供給量によっては、密閉空間の気圧が高まり、出口側開口部を閉口している冷却液の液面を押し下げる事態も考えられる。これでは液面位置の管理が難しくなり、ワークの冷却制御にも支障を来すおそれがあるが、上述のように、密閉空間の気圧の値に基づいて給排気を制御することで、このような事態を回避することが可能となる。
　また、上述したように、密閉空間の酸素濃度に加えて気圧を測定し、測定した酸素濃度及び気圧の値に基づいて給気と排気を制御する場合において、例えば測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ測定した気圧が気圧上限しきい値以上の場合、非酸化性ガスの供給を停止すると共に、密閉空間の排気を継続してもよい。
　このように酸素濃度が予め設定しておいたしきい値以上の雰囲気であっても、密閉空間の気圧が気圧上限しきい値以上の場合には、非酸化性ガスの供給により更なる気圧の上昇を招くおそれがあり好ましくない。よって、この場合には、非酸化性ガスの供給を停止しつつ、密閉空間の排気を継続することが望ましい。これにより、密閉空間の気圧を下げつつも酸素濃度を許容範囲内に近づけることが可能となる。
　あるいは、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ測定した気圧が気圧下限しきい値以下の場合、非酸化性ガスの供給を継続すると共に、密閉空間の排気を停止してもよい。
　このように酸素濃度がしきい値以上の値を示す雰囲気であっても、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、密閉空間の排気により密閉空間の雰囲気が負圧になるおそれがあり好ましくない（例えば冷却液の密閉空間への引込みなどが生じるおそれがあるため）。よって、この場合には、非酸化性ガスの供給を継続すると共に、密閉空間の排気を停止することが望ましい。これにより密閉空間の気圧の低下を防ぎつつ酸素濃度を目標範囲内（酸素濃度しきい値未満）に近づけることが可能となる。
　あるいは、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ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、非酸化性ガスの供給を継続すると共に、密閉空間の排気を継続してもよい。
　このように酸素濃度のみが許容範囲外（酸素濃度しきい値以上）で気圧は許容範囲内（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、上述したように、密閉空間の酸素濃度に加えて気圧を測定し、測定した酸素濃度及び気圧の値に基づいて給気と排気を制御する場合において、例えば測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値未満の場合、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してもよい。
　このように測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値未満に達した場合に、非酸化性ガスの供給及び密閉空間の排気を停止することで、必要以上に非酸化性ガスが供給され、又は排気されることによる気圧の変動を防止することができる。よって、無駄なエネルギー消費を防止して、酸素濃度と気圧ともに安定した状態でワークの所定の加熱処理及び冷却処理を施すことができる。
　また、本発明に係るワークの熱処理方法においては、給気バルブを開いて非酸化性ガスを密閉空間に供給すると共に、排気ポンプを駆動して密閉空間を排気してもよい。また、この場合、給気バルブに、供給量が調整可能なバルブを使用すると共に、排気ポンプに、排気量が調整可能なポンプを使用してもよい。
　上述のように、密閉空間の気圧を制御している場合、例えば大気圧よりも高圧の非酸化性ガスを供給するようにすれば、給気バルブを開くだけで特段の圧送手段を用いずとも密閉空間に非酸化性ガスを供給できる。よって、非酸化性ガスの供給装置を安価に構築できる。また、給気バルブに供給量が調整可能なバルブを使用すると共に、排気ポンプに排気量が調整可能なポンプを使用することで、非酸化性ガスの供給量を徐々に減らすことができ、あるいは密閉空間の排気量を徐々に減らすことができる。これにより、給気バルブを開いた状態から閉じた状態とし、あるいは排気ポンプを駆動状態から停止する場合と比べて、密閉空間の酸素濃度又は気圧の変動を緩やかにすることができる。従って、より迅速に密閉空間の酸素濃度と気圧を安定させ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、酸素濃度の制御に際して必要となる給気量や排気量も小さくて済むため、エネルギー効率やランニングコストの観点からも好適である。
　また、以上の説明に係るワークの熱処理方法は、熱処理中においても密閉空間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させつつ、ワークに対する熱処理を効率よく実施すること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、密閉空間の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器と、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、及び酸素濃度測定器で測定した酸素濃度の値に基づいて、給気装置並びに排気装置の駆動を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、密閉空間の酸素濃度に応じて、非酸化性ガスの供給と、密閉空間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の酸素濃度を一定に保つことができる。また、非酸化性ガスの供給と、密閉空間の排気を併用可能とすることで、密閉空間の酸素濃度を迅速に許容範囲内に戻すことができる。以上より、本発明によれば、ワークの熱処理中、密閉空間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、加熱処理と冷却処理をワークに施すための密閉空間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させつつ、ワークに対する熱処理を効率よく実施す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。 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。 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である。 図６Ａに示す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。 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６Ａ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６Ａ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４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４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４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４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４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４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４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５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５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６Ａ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６Ａ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７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、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６Ａ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８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酸素濃度しきい値（１００ｐｐｍ）未満の場合、（４）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６Ａ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６Ｂ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７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５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７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４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９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４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８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によれば、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。
　また、本実施形態では、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への非酸化性ガスＧａの供給を制御すると共に、密閉空間の排気を制御した。このように密閉空間の酸素濃度だけでなく気圧を一定時間おきに測定し、測定した気圧の値に基づいて、非酸化性ガスの供給と密閉空間の排気を制御することにより、密閉空間の気圧変動を抑制しつつ、酸素濃度を安定させることができる。特に、本実施形態のように、冷却液３６により密閉空間Ｄの出口側が大気と縁切りされている（冷却液貯留槽３５の上部開口部のうち、第２開口部３５ｂが大気側で開孔しており、第２開口部３５ｂ内に位置する冷却液３６の液面が大気と接する）構造をとる場合、わずかな気圧の変動によっても、冷却液３６の液面レベルが容易に上下する。これでは液面位置の管理が難しくなり、ワークＷの冷却制御にも支障を来すおそれがあるが、上述のように、密閉空間Ｄの酸素濃度及び気圧の値に基づいて給排気を制御することで、このような事態を回避することが可能となる。
　また、本実施形態では、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。
　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、加熱工程Ｓ２及び冷却工程Ｓ３における給排気制御について、まず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するようにした場合を説明したが（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の酸素濃度のみを測定し、測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値（例えば１００ｐｐｍ）以上の場合のみ併せて密閉空間Ｄの気圧を測定し、測定した気圧の値に応じて給気装置４３と排気装置４４の駆動を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。この場合、例えば図示は省略するが、酸素濃度や気圧の許容限（上限、下限）からの乖離度合いに応じて給気バルブ４６の開度や排気ポンプ４９の流量を増減させるよう制御してもよい。あるいは、酸素濃度や気圧の直前の測定値からの変動（増加又は減少）に応じて給気バルブ４６の開度や排気ポンプ４９の流量を増減させるよう制御してもよい。このように、給気量や排気量を制御することにより、密閉空間Ｄの酸素濃度又は気圧の変動を緩やかにすることができる。従って、より迅速かつ精密に密閉空間Ｄの酸素濃度と気圧を安定させることが可能となる。特に、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。例えば本発明に係る給排気制御においては、熱処理期間中、密閉空間Ｄの気圧が上がり過ぎないように、気圧を監視（制御）していることを鑑みれば、排気装置４４にリリーフバルブのように高圧時のみエアを逃がすような簡易な構造の機器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１０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１１Ａ及び図１１Ｂ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１１Ａ及び図１１Ｂ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１１Ｂ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１２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４及び図９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１３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の要部断面図である。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略環状の外径側コイル６２と、ワークＷの内径側に位置する同じく略環状の内径側コイル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１３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１３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１３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、熱処理期間中の密閉空間Ｄの酸素濃度及び気圧を、コストアップや生産性の低下を招くことなく安定させつつ、ワークに対する熱処理を効率よく実施することができる。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、請求の範囲によって示され、さらに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。

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とを実施するワークの熱処理方法であって、
    　前記加熱工程と前記冷却工程において、前記密閉空間の酸素濃度を測定し、測定した酸素濃度の値に基づいて、前記密閉空間への非酸化性ガスの供給を制御すると共に、前記密閉空間の排気を制御するワークの熱処理方法。
  2. 　前記密閉空間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、前記密閉空間への前記非酸化性ガスの供給を制御すると共に、前記密閉空間の排気を制御する請求項１に記載のワークの熱処理方法。
  3. 　前記測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ前記測定した気圧が気圧上限しきい値以上の場合、前記非酸化性ガスの供給を停止すると共に、前記密閉空間の排気を継続する請求項２に記載のワークの熱処理方法。
  4. 　前記測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ前記測定した気圧が気圧下限しきい値以下の場合、前記非酸化性ガスの供給を継続すると共に、前記密閉空間の排気を停止する請求項２に記載のワークの熱処理方法。
  5. 　前記測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値以上で、かつ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、前記非酸化性ガスの供給を継続すると共に、前記密閉空間の排気を継続する請求項２に記載のワークの熱処理方法。
  6. 　前記測定した酸素濃度が酸素濃度しきい値未満の場合、前記非酸化性ガスの供給を停止すると共に、前記密閉空間の排気を停止する請求項２に記載のワークの熱処理方法。
  7. 　給気バルブを開いて前記非酸化性ガスを前記密閉空間に供給すると共に、排気ポンプを駆動して前記密閉空間を排気し、かつ
    　前記給気バルブに、供給量が調整可能なバルブを使用すると共に、前記排気ポンプに、排気量が調整可能なポンプを使用する請求項２～６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、
    　前記密閉空間の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器と、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
    　前記酸素濃度測定器で測定した酸素濃度の値に基づいて、前記給気装置並びに前記排気装置の駆動を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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