JP2014051695A - 熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の形状によらずに組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物の装入量を上げることのできる熱処理装置及び熱処理方法の提供。
【解決手段】被処理物Ｘを収容可能な冷却室３と、冷却室３に冷却媒体を貯溜する冷却媒体供給装置１６と、貯溜した冷却媒体に被処理物Ｘを沈水させる昇降装置２６と、沈水後、冷却室３に貯溜した冷却媒体を排水する冷却媒体排水装置２１と、排水後、被処理物Ｘにミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却する冷却媒体供給装置１６と、を有する、多室型熱処理装置Ｓを採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理装置及び熱処理方法に関し、特に被処理物の焼入れ処理のための熱処理装置及び熱処理方法に関するものである。

被処理物である金属材を加熱し、冷却することにより、焼入れ処理を行う熱処理方法において、急冷を要する場合に、ミスト冷却方式の熱処理装置を用いることが提案されている（特許文献１参照）。このミスト冷却方式は、例えば被処理物の側面及び上下に配置したノズルからミスト状の冷却媒体を供給することで、被処理物を気化潜熱によって冷却するものであり、冷却効率及び冷却コントロール性に優れている。

特許文献１には、このミスト冷却方式の冷却効率及び冷却コントロール性を活かし、焼入れの際の被処理物の組織の不均一化及び曲りを抑制するべく、冷却、冷却中間停止、再冷却を行い、被処理物の内外の温度差が緩和された状態で、所定の組織の変態点以下まで被処理物を冷却し、被処理物の内外の組織をほぼ同時に所定の組織に変態させるようにした熱処理方法が開示されている。

特開２０１１−２０２２２８号公報

ミスト冷却方式は、冷却媒体のあたりの多いところと少ないところとで温度差が生じる。このため、例えば穴や溝等が形成され、その外表面の全てがノズルに面することができないような形状の被処理物においては、熱処理の際に組織の不均一化及び曲りが生じる場合がある。また、被処理物の外表面に均一に冷却媒体を供給しようとすると、ノズルの配置の関係で、被処理物の装入量を上げることが難しいという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被処理物の形状によらずに組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物の装入量を上げることのできる熱処理装置及び熱処理方法の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、被処理物を収容可能な冷却槽と、前記冷却槽に冷却媒体を貯溜する冷却媒体供給部と、前記貯溜した冷却媒体に被処理物を沈水させる被処理物搬送部と、前記沈水後、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を排水する冷却媒体排水部と、前記排水後、被処理物にミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却するミスト冷却部と、を有する、熱処理装置を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に冷却媒体を溜め、被処理物を冷却媒体に沈水させることにより初期冷却を行い、その後、冷却媒体を排水して冷却中間停止を行い、ミスト冷却による再冷却を行う。被処理物の内外の温度差が生じ易い初期冷却において、このように被処理物を冷却媒体に漬け込むことによって、被処理物の外表面の全てを均一に冷却することができる。このため、被処理物に穴や溝等が形成されていたとしても温度差が生じることなく組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物の装填量を上げても十分な冷却が可能となる。

また、本発明においては、前記被処理物搬送部は、前記沈水後、前記排水が完了する前に、被処理物を前記冷却槽に貯溜した冷却媒体から引き上げる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に貯溜した冷却媒体の排水に時間がかかる場合には、被処理物が部分的に冷却媒体に漬かっている時間が長くなり、被処理物の上下で温度差が生じやすくなるが、被処理物搬送部によって排水の完了を待つことなく被処理物を引き上げることによって、当該被処理物の上下で温度差を生じ難くすることができる。

また、本発明においては、前記被処理物搬送部は、前記排水中に、被処理物を前記冷却槽に貯溜した冷却媒体から引き上げる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、排水による冷却媒体の液面の低下と、被処理物搬送部による被処理物の引き上げとによって、被処理物を相対的に素早く冷却媒体から引き上げることができるため、被処理物の部分的に冷却媒体に漬かっている時間が短くなり、被処理物の上下で温度差を生じ難くすることができる。

また、本発明においては、前記冷却媒体排水部は、前記冷却槽より低い位置に設けられた排水タンクと、一端部が前記冷却槽の底部に、他端部が前記排水タンクに連通する排水配管と、前記排水配管の管路を開閉するバタフライ弁と、を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、バタフライ弁を開くことにより、冷却槽と排水タンクを連通させて、冷却槽の底部から水頭圧でもって貯溜された冷却媒体を一気に排水タンクに抜き出すことができるため、冷却媒体の排水に要する時間を短くすることができる。

また、本発明においては、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を攪拌する冷却媒体攪拌部を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に貯溜した冷却媒体に水流を付与することによって、被処理物と熱交換した冷却媒体がその場に滞留することなく流動するため、冷却効率を高めることができる。

また、本発明においては、前記冷却媒体攪拌部は、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体に鉛直方向の流れを付与する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に貯溜した冷却媒体に鉛直方向に流れを付与することによって、被処理物の外表面に沿って冷却媒体を効果的に流通させることができ、冷却効率をさらに高めることができる。

また、本発明においては、前記ミスト冷却部は、ミスト状に冷却媒体を噴射するノズルを有しており、前記冷却媒体攪拌部は、前記ノズルを介して冷却媒体を噴射させることにより、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を攪拌する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に貯溜した冷却媒体に被処理物を漬け込んでいるときに、ミスト冷却部のノズルを利用して、冷却媒体に水流を付与することができる。

また、本発明においては、前記冷却媒体攪拌部は、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を循環させる冷却媒体循環部を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、冷却槽に貯溜した冷却媒体を循環させることにより、冷却媒体に水流を付与することができる。

また、本発明においては、前記冷却媒体供給部と前記ミスト冷却部とは、同一の装置からなる、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、装置の部品点数を低減し、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、本発明においては、被処理物を収容可能な冷却槽に冷却媒体を貯溜する工程と、 前記貯溜した冷却媒体に被処理物を沈水させる工程と、前記沈水後、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を排水する工程と、前記排水後、被処理物にミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却する工程と、を有する、熱処理方法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、冷却槽に冷却媒体を溜め、被処理物を冷却媒体に沈水させることにより初期冷却を行い、その後、冷却媒体を排水して冷却中間停止を行い、ミスト冷却による再冷却を行う。被処理物の内外の温度差が生じ易い初期冷却において、このように被処理物を冷却媒体に漬け込むことによって、被処理物の外表面の全てを均一に冷却することができる。このため、被処理物に穴や溝等が形成されていたとしても温度差が生じることなく組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物の装填量を上げても十分な冷却が可能となる。

本発明によれば、被処理物の形状によらずに組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物の装入量を上げることができる。

本発明の第１実施形態における多室型熱処理装置の断面構成図である。 図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態における冷却媒体排水装置の平面図及び側面図である。 本発明の第１実施形態における多室型熱処理装置の熱処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における熱処理動作を説明するための図である。 本発明の第１実施形態における熱処理動作を説明するための図である。 本発明の第１実施形態における熱処理動作による被処理物の温度変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態における熱処理動作を説明するための図である。 本発明の第３実施形態における熱処理動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の熱処理方法を使用する熱処理装置として、多室型熱処理装置を例示する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における多室型熱処理装置Ｓの断面構成図である。図２は、図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。図３は、本発明の第１実施形態における冷却媒体排水装置２１の平面図及び側面図である。なお、図３（ａ）は、図１における矢視Ｂ−Ｂ断面図に対応する。図３（ｂ）は、図１における矢視Ｃ図に対応する。
多室型熱処理装置Ｓは、金属部品である被処理物Ｘに対して焼入れ処理を行うための熱処理装置である。本実施形態では、被処理物Ｘとして、例えばダイス鋼（ＳＫＤ材）やハイス鋼（ＳＫＨ材）等の鋼を対象としている。

多室型熱処理装置Ｓは、図１に示すように、中間搬送室１と、加熱室２と、冷却室（冷却槽）３とを備えている。
中間搬送室１は、加熱室２と冷却室３との間に配置されている。この中間搬送室１は、加熱室２と冷却室３との間において被処理物Ｘを搬送するための部屋であり、図２に示すように、中央室１ａと加熱用昇降室１ｂとを有している。中央室１ａは、平面視八角形に形状設定されており、本実施形態の多室型熱処理装置Ｓにて処理される全ての被処理物Ｘが通過する部屋となっている。

中央室１ａは、本実施形態の多室型熱処理装置Ｓへの出入口となる搬出入扉４を有する。このため、搬出入扉４を介して被処理物Ｘが中央室１ａに対して搬入され、また、搬出入扉４を介して被処理物Ｘが中央室１ａから搬出される。中央室１ａは、３つの加熱用昇降室１ｂと接続されている。中間搬送室１には、プッシュ装置５が複数設けられており、被処理物Ｘが載置されるトレーＴを押すことにより、中間搬送室１の内部に設置されたレールに沿って被処理物Ｘを水平方向前方に押し出して搬送するようになっている。

中央室１ａの下方には、冷却室３が配置されている（図１参照）。この中央室１ａの中央部には、中央室１ａ（すなわち中間搬送室１）から冷却室３へ連通する開口１ａ１が設けられている。そして、当該開口１ａ１は、開閉可能な上蓋６によって閉鎖可能とされている。つまり、中間搬送室１と冷却室３とは、開口１ａ１が上蓋６によって閉鎖されることによって隔離することができるようになっている。中央室１ａには、図１に示すように、上蓋６を昇降するための上蓋昇降装置７が設置されている。また、上蓋６の上面には、トレーＴを載置可能な載置台８が設けられており、開口１ａ１が上蓋６によって閉鎖されている場合であっても中央室１ａに被処理物Ｘを収容可能に構成されている。

加熱用昇降室１ｂは、中間搬送室１から加熱室２にこれから搬入する被処理物Ｘ、あるいは加熱室２から中間搬送室１に搬出された被処理物Ｘを収容する部屋である。そして、加熱用昇降室１ｂは、加熱室２の開閉可能な床部と当該床部上に設置される載置台１０とを収容可能とされており、載置台１０ごと被処理物Ｘを収容する。図１に示すように、加熱用昇降室１ｂの下方には、被処理物Ｘを昇降する昇降装置９が設置され、当該昇降装置９によって被処理物Ｘが載置台１０と共に加熱用昇降室１ｂ内を昇降されて搬送される。

加熱室２は、被処理物Ｘの加熱処理を行う円筒形状の部屋であり、各加熱用昇降室１ｂの上方に設置されている。つまり、本実施形態の多室型熱処理装置Ｓは、３つの加熱室２を備えている。加熱室２には、ヒータ１３が設置されており、当該ヒータ１３が発熱することによって被処理物Ｘが加熱処理される。なお、ヒータ１３としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、グラファイト、ニッケルクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）あるいは黒鉛を発熱体とする電熱ヒータや、高周波電力にて加熱を行うヒータ等を用いることができる。

また、加熱室２は、加熱室２の内部に雰囲気形成ガスを供給するためのガス供給装置１４と接続されている。ガス供給装置１４は、雰囲気形成ガスとして、例えば、窒素ガスやアセチレンガス等を加熱室２に対して供給するようになっている。また、加熱室２は、被処理物Ｘを均一に加熱するために内部雰囲気を攪拌するファン１５を有する。さらに、加熱室２は、加熱室２の内部を真空引きするための不図示の真空ポンプと接続されている。
なお、中間搬送室１及び冷却室３においても同様に、不図示の真空ポンプと接続されて内部を真空引きすることが可能となっており、また、不図示のガス供給装置と接続されて雰囲気形成ガスとして例えば窒素ガスが供給されるようになっている。

冷却室３は、加熱室２において所定に加熱された被処理物Ｘを冷却することにより焼入れ処理を行う円筒形状の部屋であり、上述のように中間搬送室１の中央室１ａの下方に接続されている。冷却室３には、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（冷却媒体供給部、ミスト冷却部）１６が設置されている。冷却媒体供給装置１６は、冷却室３内にミスト状に冷却媒体を噴射する複数のノズル１７を有する。ノズル１７は、円筒状の冷却室３の側面周方向において所定間隔で均等配置されると共に冷却室３の上下にも配置されている。このノズル１７からは、例えば最大１０００リットル／分で大量の冷却媒体を供給することができるようになっている。

また、冷却媒体供給装置１６は、これらのノズル１７にミストとなる冷却媒体を案内する複数に分岐したヘッダ管１８と、冷却媒体タンク（排水タンク）２２に貯溜された冷却媒体をヘッダ管１８に圧送する冷却媒体ポンプ１９と、冷却媒体ポンプ１９で圧送された冷却媒体を冷却する熱交換器２０と、を有している。本実施形態の冷却媒体供給装置１６は、冷却媒体として水を供給する構成となっている。なお、冷却媒体としては、水の他に、例えば油、ソルト液、フッ素系不活性液体等を用いることができる。

冷却室３には、冷却室３に供給された冷却媒体を排水する冷却媒体排水装置２１が設置されている。冷却媒体排水装置２１は、冷却室３に供給された冷却媒体を回収する冷却媒体タンク２２と、冷却室３の底部から冷却媒体を抜き出す排水配管２３と、排水配管２３の管路を開閉するバタフライ弁２４と、を有している。冷却媒体タンク２２は、図１及び図３（ｂ）に示すように、冷却室３より低い位置に設けられている。この冷却媒体タンク２２は、図３（ａ）に示すように、扁平形のタンクであり、所定高さで水平面に沿って延在している。この構成により、装置全体の高さを出さないようにし、装置の小型化を図ることができる。

排水配管２３は、図１に示すように、一端部２３ａが冷却室３の底部に、他端部２３ｂが冷却媒体タンク２２に連通するように設けられている。排水配管２３は、冷却媒体の排水の際に圧損が生じないよう十分に大きな径（例えばΦ２００）を有しており、水平姿勢で冷却室３と冷却媒体タンク２２との間を接続するようになっている。排水配管２３の一端部２３ａは、図３（ａ）に示すように、冷却室３の底部に形成された排水口３ａと連通している。排水口３ａは、排水配管２３の延在方向に沿って長方形状に形成されており、流路面積を大きく確保するようになっている。

排水配管２３の一端部２３ａは、図３（ｂ）に示すように、上部を水平に切り欠かれた形状を有しており、排水配管２３の径方向において冷却室３から冷却媒体を抜き出す構成となっている。一方、排水配管２３の他端部２３ｂは、冷却媒体タンク２２の側部に接続されており、排水配管２３の長さ方向（軸方向）において冷却媒体タンク２２に冷却媒体を導入する構成となっている。

バタフライ弁２４は、図１に示すように、排水配管２３の中途に設けられている。本実施形態では、バタフライ弁２４を採用することによって、弁軸を９０度回転させて素早く排水配管２３の管路を開閉でき、設置による圧損も小さく抑えるようにしている。また、バタフライ弁２４は、設置幅が狭くて済むので、他の種類の弁と比べて排水配管２３の管長を短くでき、これによっても圧損を小さく抑えることができる。

また、冷却室３には、図１に示すように、内部にトレーＴごと被処理物Ｘを載置可能な載置台２５が設置され、当該載置台２５を昇降可能な昇降装置（被処理物搬送部）２６が設置されている。昇降装置２６は、上述した上蓋６が開放されている場合に、中間搬送室１と冷却室３との間で被処理物Ｘの受渡しを行うものであり、載置台２５を中間搬送室１の中央室１ａ内部まで上昇可能とされている。このように、本実施形態では、冷却室３の上方に中間搬送室１が接続され、さらには中間搬送室１の上方に加熱室２が接続され、冷却室３と中間搬送室１との間及び加熱室２と中間搬送室１との間において昇降装置９，２６を用いて被処理物Ｘの受渡しを行うようになっている。

次に、このように構成された本実施形態の多室型熱処理装置Ｓにおける特徴的な熱処理動作（熱処理方法）について図４〜図７を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の多室型熱処理装置Ｓは、不図示の制御装置を備えており、以下の動作は、主として制御装置が主体となって行う。また、以下の説明では、焼入れ温度に保持された被処理物Ｘを、マルテンサイト組織の状態に変態させる焼入れ処理について説明する。

図４は、本発明の第１実施形態における多室型熱処理装置Ｓの熱処理動作を示すフローチャートである。図５及び図６は、本発明の第１実施形態における熱処理動作を説明するための図である。図７は、本発明の第１実施形態における熱処理動作による被処理物Ｘの温度変化を示すグラフである。図７において、縦軸は温度を、横軸は時間を示す。また、図７において、実線は被処理物Ｘの外表面の温度変化を、破線は被処理物Ｘの内部の温度変化を示す。

先ず、図２に示す中間搬送室１の中央室１ａの側壁に設けられた搬出入扉４を開放し、中間搬送室１の中央室１ａに、トレーＴに載置された被処理物Ｘを搬入する。その後、搬出入扉４が閉鎖され、不図示の真空ポンプによって中間搬送室１が真空引きされ、所定の真空度に達した時点で、被処理物Ｘは、予め定められた加熱室２に搬送される。具体的に、被処理物Ｘは、プッシュ装置５によってトレーＴごと押し出されて加熱用昇降室１ｂまで搬送され、その後、昇降装置９によって上昇されることによって載置台１０上の被処理物Ｘが加熱室２まで搬送される（図１参照）。

加熱室２は、予め不図示の真空ポンプによって真空引きされており、昇降装置９によって被処理物Ｘが加熱室２に搬入されると、ヒータ１３及びファン１５が駆動し、真空中または雰囲気形成ガス中で被処理物Ｘが加熱処理される。当該加熱処理では、被処理物Ｘをオーステナイト組織の状態まで加熱（１０００℃程度）する。加熱室２における加熱処理が完了すると、昇降装置９によって加熱室２に収容された被処理物Ｘが再び中間搬送室１の加熱用昇降室１ｂまで下降される。そして、加熱用昇降室１ｂまで下降された被処理物Ｘは、トレーＴごとプッシュ装置５によって中央室１ａの中央まで搬送される。

中間搬送室１では、加熱室２から被処理物Ｘを受け渡されるのに先立って、上蓋６が上蓋昇降装置７によって上昇されており、さらにはこれにより開いた開口１ａ１に昇降装置２６により上昇された載置台２５が配置されている。このため、加熱用昇降室１ｂまで下降された被処理物Ｘは、中央室１ａの中央まで搬送されることによって、載置台２５上に搬送されることとなる。

冷却室３においては、このように載置台２５上まで被処理物Ｘが搬送されるまでの間に、冷却媒体の貯溜を行う（ステップＳ１）。
冷却室３は、予め不図示の真空ポンプによって真空引きされている。そして、バタフライ弁２４が閉じられた状態で、冷却媒体供給装置１６が駆動し、複数のノズル１７から例えば最大流量（１０００リットル／分）で冷却媒体を冷却室３に供給することで、冷却室３に短時間で冷却媒体を貯溜することができる。

このように冷却室３に冷却媒体を貯溜したら、雰囲気形成ガスを供給すると共に、図５（ａ）に示すように、被処理物Ｘを冷却媒体に沈水させる（ステップＳ２）。
つまり、載置台２５上まで被処理物Ｘが搬送されると、昇降装置２６によって載置台２５が下降され、被処理物Ｘが冷却室３内に搬送されて、予め貯溜されていた冷却媒体中に水没することによって、被処理物Ｘの急冷（初期冷却）が行われる。この初期冷却では、図７に示すように、被処理物Ｘを、パーライト組織に変態し始める変態点Ｐｓ（所謂パーライトノーズ）を避けるように、目標温度Ｔａまで急冷する。

本実施形態では、被処理物Ｘの内外の温度差が生じ易い初期冷却（ステップＳ２）において、ミスト冷却ではなく、被処理物Ｘを冷却媒体に漬け込むことにより冷却を行う。ミスト冷却は、冷却効率及び冷却コントロール性に優れているが、被処理物Ｘが例えば円筒状のものであったような場合、その内側にはミストのあたりが少なくなるため、初期冷却の際の温度差がより大きくなることがある。そこで、本実施形態では、被処理物Ｘの内外の温度差が生じ易い初期冷却において、被処理物Ｘを冷却媒体に漬け込むことによって、被処理物Ｘの外表面の全てを均一に冷却するようにしている。このため、被処理物Ｘに穴や溝等が形成されていたとしても温度差が大きくなることはなく組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物Ｘの装填量を上げても十分な冷却が可能となる。

被処理物Ｘを冷却媒体に沈水させて目標温度Ｔａまで冷却したら、図５（ｂ）に示すように、昇降装置２６によって被処理物Ｘを冷却室３に貯溜した冷却媒体から引き上げる（ステップＳ３）。
ここで目標温度Ｔａは、被処理物Ｘがパーライト組織に変態し始める変態点Ｐｓ（上部の変態点）より低く、被処理物Ｘがマルテンサイト組織に変態し始める変態点Ｍｓより高い範囲内において設定されている。具体的に本実施形態では、被処理物Ｘがダイス鋼（ＳＫＤ６１）であるので、目標温度Ｔａは、３７０℃〜５５０℃の間において設定されている。なお、目標温度Ｔａは、後述するミスト冷却工程におけるプロセスを考慮して、変態点Ｍｓ近傍の温度（変態点Ｍｓより十数℃度程度高い温度）に設定することが好ましい。被処理物Ｘの温度は、例えば非接触式の赤外線温度センサ等によって計測することができる。

被処理物Ｘを冷却室３に貯溜した冷却媒体から引き上げたら、図６（ａ）に示すように、冷却媒体排水装置２１によって冷却室３に貯溜した冷却媒体を排水する（ステップＳ４）。
具体的に、本実施形態では、バタフライ弁２４を開くことにより、冷却室３と冷却媒体タンク２２を連通させて、冷却室３の底部から水頭圧でもって貯溜された冷却媒体を冷却媒体タンク２２に抜き出す。排水配管２３は、十分な径を有しており、また、冷却室３の底部に大きく開口する排水口３ａに連通しているため、圧損が小さく、大量の冷却媒体を短時間で排水することができる。なお、冷却室３に貯溜した冷却媒体の排水に時間がかかる場合であっても、ステップＳ３で昇降装置２６によって排水の完了を待つことなく予め被処理物Ｘを引き上げることによって、被処理物Ｘが部分的に冷却媒体に漬かっている時間が短くなり、当該被処理物Ｘの上下で温度差を生じ難くさせることができる。

図７に示すように、ステップＳ３から後述するステップＳ６に到るまでの間では、被処理物Ｘは冷却中間停止状態となる。冷却中間停止状態では、被処理物Ｘの内外の温度差の拡大を抑えて、被処理物Ｘの内外における熱伝導により温度差を緩和し、被処理物Ｘの温度をほぼ均一にすることができる。冷却中間停止は、被処理物Ｘの内外の温度差が所定の閾値（例えば１０℃）以内になるまで実施する。なお、冷却中間停止は、被処理物Ｘの内外の温度差と熱伝達率とから、被処理物Ｘの内外の温度差が所定の閾値以内になる時間を予測し、その時間が経過したときに終了する手法を用いてもよい。

冷却室３に貯溜した冷却媒体の排水が完了したら、図６（ｂ）に示すように、昇降装置２６によって被処理物Ｘを冷却室３に下降させ、冷却媒体供給装置１６によって被処理物Ｘをミスト冷却する（ステップＳ５、ステップＳ６）。
具体的には、冷却媒体供給装置１６によって冷却媒体がノズル１７から冷却室３内に噴霧されることによって、冷却室３内にミストが充填された状態となる。そして、ミスト状に供給された冷却媒体が被処理物Ｘに付着し、ミストの潜熱により被処理物Ｘが冷却される。なお、冷却室３において被処理物Ｘの冷却処理が行われている間は、上蓋６が閉じ当該冷却室３は密閉されている。このため、冷却室３において被処理物Ｘを冷却処理している間に、空いている加熱室２に他の被処理物Ｘを搬入することができる。

ステップＳ６では、図７に示すように、被処理物Ｘを変態点Ｍｓ以下の温度まで冷却する。ステップＳ６では、ステップＳ３〜Ｓ５を経ることで内外の温度差が緩和された状態の被処理物Ｘを、冷却効率及び冷却コントロール性に優れたミスト冷却によって最終的に変態点Ｍｓ以下まで冷却することにより、被処理物Ｘの内外の組織をほぼ同時にマルテンサイト組織に変態させる。このため、被処理物Ｘの内外の温度差を微小に抑えることが可能となり、品質の向上を図ることが可能となる。
その後、上蓋６が上蓋昇降装置７によって上昇されると共に昇降装置２６によって載置台２５が中間搬送室１内に上昇されることによって、焼入れ処理が完了した被処理物Ｘが中間搬送室１に搬送され、搬出入扉４から被処理物Ｘが本実施形態の多室型熱処理装置Ｓの外部に搬出されることとなる。

このように、上述の本実施形態によれば、被処理物Ｘを収容可能な冷却室３と、冷却室３に冷却媒体を貯溜する冷却媒体供給装置１６と、貯溜した冷却媒体に被処理物Ｘを沈水させる昇降装置２６と、沈水後、冷却室３に貯溜した冷却媒体を排水する冷却媒体排水装置２１と、排水後、被処理物Ｘにミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却する冷却媒体供給装置１６と、を有する、多室型熱処理装置Ｓを採用することによって、被処理物Ｘの内外の温度差が生じ易い初期冷却において、被処理物Ｘを冷却媒体に漬け込み、被処理物Ｘの外表面の全てを均一に冷却することで、被処理物Ｘに穴や溝等が形成されていたとしても温度差が生じることなく組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物Ｘの装填量を上げても十分な冷却が可能となる。
したがって、本実施形態では、被処理物Ｘの形状によらずに組織の不均一化及び曲りを抑制でき、また、被処理物Ｘの装入量を上げることができる。

（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。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図８は、本発明の第２実施形態における熱処理動作を説明するための図である。
第２実施形態では、昇降装置２６が、被処理物Ｘの沈水後、冷却媒体の排水中に、被処理物Ｘを冷却室３に貯溜した冷却媒体から引き上げる点で、上記実施形態と異なる。

上記実施形態では、昇降装置２６によって排水の完了を待つことなく予め被処理物Ｘを引き上げることとしているが、被処理物Ｘの載置安定性のため上昇速度には上限がある。そうすると、冷却媒体から引き上げる際に、被処理物Ｘが部分的に冷却媒体に漬かっている状態（上部が液面上、下部が液面下に位置する状態）が所定時間あり、この時間が長いと被処理物Ｘの上下で温度差が生じてしまう場合がある。

このため、第２実施形態では、冷却媒体の排水中に、被処理物Ｘを冷却室３に貯溜した冷却媒体から引き上げるようにし、排水による冷却媒体の液面の低下と、昇降装置２６による被処理物Ｘの引き上げとによって、被処理物Ｘを相対的に素早く冷却媒体中から脱出させる。これによって、被処理物Ｘが部分的に冷却媒体に漬かっている時間を短くし、被処理物Ｘの上下で温度差を微小に抑えることが可能となり、さらなる品質の向上を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図９は、本発明の第３実施形態における熱処理動作を説明するための図である。
第３実施形態では、冷却室３に貯溜した冷却媒体を攪拌する冷却媒体攪拌装置（冷却媒体攪拌部）２７を有する点で、上記実施形態と異なる。

冷却媒体攪拌装置２７は、冷却室３に貯溜した冷却媒体に鉛直方向の流れを付与するものである。この冷却媒体攪拌装置２７は、冷却室３の底部に複数設けられた冷却媒体供給装置１６のノズル１７を介して冷却媒体を噴射させることにより、冷却室３に貯溜した冷却媒体を攪拌するようになっている。ノズル１７は、鉛直上方を向いて配置されている。冷却媒体攪拌装置２７は、冷却室３に貯溜した冷却媒体を循環させる冷却媒体循環部２８を有する。冷却媒体循環部２８は、冷却媒体を圧送するポンプを備え、一端が冷却室３に連通し、他端が分岐して冷却室３の底部に設けられた複数のノズル１７に分岐して連通している。なお、トレーＴや載置台２５は、格子状やスリット状にして鉛直方向の冷却媒体の流れを阻害しないようにすることが好ましい。

上記構成の第３実施形態によれば、冷却媒体攪拌装置２７によって冷却室３に貯溜した冷却媒体に水流を付与することによって、被処理物Ｘと熱交換した冷却媒体がその場に滞留することなく流動するため、冷却効率を高めることができる。このため、被処理物Ｘを、パーライトノーズを避けるようにして、目標温度Ｔａまで確実に急冷することができる。また、第３実施形態では、冷却室３に貯溜した冷却媒体に被処理物Ｘを漬け込んでいるときに、冷却媒体供給装置１６のノズル１７を利用して、冷却媒体に水流を付与することができるため、設備コストを低減させることができる。なお、その後にミスト冷却するときには、不図示の切替弁によってノズル１７をヘッダ管１８に接続させればよい。

また、第３実施形態では、冷却媒体攪拌装置２７が冷却室３に貯溜した冷却媒体に鉛直方向に流れを付与することによって、被処理物Ｘの外表面に沿って冷却媒体を効果的に流通させることができる。例えば羽根車等を用いて冷却媒体に旋回流を与えるような攪拌方式では、水流が円筒状の冷却室３の外周側に形成され、中央部に配置される被処理物Ｘには殆ど効果はないが、鉛直上方に水流を形成することで、被処理物Ｘに向けて容易に水流を形成できるため冷却効率を高めることができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、被処理物Ｘの冷却媒体への沈水後、排水が完了する前に、被処理物Ｘを冷却媒体から引き上げると説明したが、例えば上述の冷却媒体排水装置２１のように、バタフライ弁２４を開くことにより、冷却室３と冷却媒体タンク２２を連通させて、冷却室３の底部から水頭圧でもって貯溜された冷却媒体を一気に冷却媒体タンク２２に抜き出すことで、被処理物Ｘが部分的に冷却媒体に漬かっている時間を短くすることができるような場合には、必ずしも被処理物Ｘの引き上げは必要ない。

また、例えば、上記実施形態では、装置の部品点数を低減し、装置の小型化、低コスト化を図るべく、冷却媒体供給部とミスト冷却部とが、同一の装置（冷却媒体供給装置１６）からなる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル１７の性能によっては、冷却室３に冷却媒体を貯溜する装置と、被処理物Ｘをミスト冷却する装置とをそれぞれ別装置にしてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、冷却媒体攪拌装置２７が冷却室３の底部に設けられたノズル１７から冷却媒体を噴射して流れを付与するものであると説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷却室３の側面に設けられたノズル１７から冷却媒体を噴射して流れを付与するものであってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、冷却室３以外の他の処理室として、中間搬送室１及び加熱室２を備える構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、処理室として冷却室と加熱室とのみを備える多室型熱処理装置、処理室として冷却室と搬送室とのみを備える多室型熱処理装置、処理室として冷却室とプラズマ処理室とのみを備える多室型熱処理装置に適用することもできる。

Ｓ…多室型熱処理装置（熱処理装置）、Ｘ…被処理物、３…冷却室（冷却槽）、１６…冷却媒体供給装置（冷却媒体供給部、ミスト冷却部）、１７…ノズル、２１…冷却媒体排水装置（冷却媒体排水部）、２２…冷却媒体タンク（排水タンク）、２３…排水配管、２３ａ…一端部、２３ｂ…他端部、２４…バタフライ弁、２６…昇降装置（被処理物搬送部）、２７…冷却媒体攪拌装置（冷却媒体攪拌部）、２８…冷却媒体循環部

Claims (10)

1. 被処理物を収容可能な冷却槽と、
   前記冷却槽に冷却媒体を貯溜する冷却媒体供給部と、
   前記貯溜した冷却媒体に被処理物を沈水させる被処理物搬送部と、
   前記沈水後、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を排水する冷却媒体排水部と、
   前記排水後、被処理物にミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却するミスト冷却部と、を有する、ことを特徴とする熱処理装置。
2. 前記被処理物搬送部は、前記沈水後、前記排水が完了する前に、被処理物を前記冷却槽に貯溜した冷却媒体から引き上げる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記被処理物搬送部は、前記排水中に、被処理物を前記冷却槽に貯溜した冷却媒体から引き上げる、ことを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記冷却媒体排水部は、
   前記冷却槽より低い位置に設けられた排水タンクと、
   一端部が前記冷却槽の底部に、他端部が前記排水タンクに連通する排水配管と、
   前記排水配管の管路を開閉するバタフライ弁と、を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
5. 前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を攪拌する冷却媒体攪拌部を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱処理装置。
6. 前記冷却媒体攪拌部は、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体に鉛直方向の流れを付与する、ことを特徴とする請求項５に記載の熱処理装置。
7. 前記ミスト冷却部は、ミスト状に冷却媒体を噴射するノズルを有しており、
   前記冷却媒体攪拌部は、前記ノズルを介して冷却媒体を噴射させることにより、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を攪拌する、ことを特徴とする請求項５または６に記載の熱処理装置。
8. 前記冷却媒体攪拌部は、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を循環させる冷却媒体循環部を有する、ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の熱処理装置。
9. 前記冷却媒体供給部と前記ミスト冷却部とは、同一の装置からなる、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱処理装置。
10. 被処理物を収容可能な冷却槽に冷却媒体を貯溜する工程と、
    前記貯溜した冷却媒体に被処理物を沈水させる工程と、
    前記沈水後、前記冷却槽に貯溜した冷却媒体を排水する工程と、
    前記排水後、被処理物にミスト状の冷却媒体を供給してミスト冷却する工程と、を有する、ことを特徴とする熱処理方法。

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