JP6533146B2 - 焼入れ方法および焼入れ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば歯車やボルトやシャフトなど、鋼製のワークの焼入れ方法および焼入れ装置に関する。

例えば、特許文献１には、冷媒として焼入れ油を用いた焼入れ方法が開示されている。焼入れにおいては、臨界区域を速く冷却することにより、不完全焼入れを抑制し、ワークの硬質化、強度向上を図る必要がある。また、Ｍｓ点（マルテンサイト変態開始温度）に到達するまでに、ワーク内の温度のばらつきを小さくし、ワークの均熱性を確保する必要がある。また、Ｍｓ点からＭｆ点（マルテンサイト変態終了温度）までの危険区域を均熱性を確保しながら徐冷することにより、焼入れ歪みの発生を抑制する必要がある。

このため、従来は、ワークの鋼種、形状、大きさなどに応じて、焼入れ油の油種を使い分けていた。また、ソルトバスを用いていた。例えば、強度向上を要するワークの場合、臨界区域を重視し、冷媒として水やコールド油を使用していた。また、焼入れ歪みの低減を要するワークの場合、危険区域を重視し、冷媒としてホット油やソルトバスを使用していた。

特開２００１−６４７２２号公報

しかしながら、臨界区域を重視して水やコールド油を使用すると、危険区域におけるワークの均熱性が低下してしまう。一方、危険区域を重視してホット油やソルトバスを使用すると、臨界区域におけるワークの冷却速度が遅くなってしまう。このため、焼入れ不良が発生しやすくなる。

そこで、本発明は、不完全焼入れを抑制可能で、かつ焼入れ歪みを低減可能な焼入れ方法および焼入れ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の焼入れ方法は、蒸気膜段階において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、前記焼入れ室の空間を減圧工程に移る前の例えば３秒以内で素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧することにより、ワークの表面に蒸気膜が発生するのを抑制する加圧工程と、沸騰段階において、前記ワークの冷却速度に応じた速度で前記焼入れ室を減圧することにより、前記焼入れ油の沸騰を持続させる減圧工程と、を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明の焼入れ装置は、ワークが配置される焼入れ室と、焼入れ油を前記焼入れ室に注入し、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧する加圧装置と、前記加圧装置により加圧された前記焼入れ室を減圧する減圧装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、加圧工程において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、焼入れ室の空間（焼入れ油が貯留されていない部分）、言い換えると減圧工程において減圧される空間を、予め小さくしておくことができる。このため、減圧工程において、ワークの冷却速度に応じた速度で、焼入れ室を減圧することができる。したがって、減圧工程において、蒸気膜段階や対流段階と比較して熱伝達率が高い沸騰段階を、持続させることができる。よって、危険区域において、ワークの均熱性を確保することができる。すなわち、焼入れ歪みの発生を抑制することができる。

また、本発明によると、加圧工程において、焼入れ油で焼入れ室を加圧することができる。このため、蒸気膜の発生を抑制することができる。したがって、臨界区域において、ワークの冷却速度を速くすることができる。よって、不完全焼入れを抑制することができる。また、本発明によると、ソルトバスを用いる必要がない。このため、廃棄塩や洗浄水の処理が不要になる。したがって、環境対策コストを削減することができる。

第一実施形態の焼入れ装置の模式図である。 第一実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。 第二実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。 第三実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。 第四実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。 第五実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示すグラフである。

以下、本発明の焼入れ方法および焼入れ装置の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［焼入れ装置］
まず、本実施形態の焼入れ装置の実施の形態について説明する。図１に、本実施形態の焼入れ装置の模式図を示す。図１に示すように、本実施形態の焼入れ装置１は、焼入れ部２と、加圧装置３と、減圧装置４と、ワーク昇降装置５と、加熱部６と、真空ポンプ７と、を備えている。

焼入れ部２は、焼入れ室２０と、撹拌部２１と、筒部材２２と、ハウジング２３と、を備えている。焼入れ室２０は、ハウジング２３の内部に区画されている。焼入れ室２０は、一例として２００ｋＰａまで加圧可能である。撹拌部２１は、撹拌翼２１０と、モータ２１１と、を備えている。撹拌翼２１０は、焼入れ室２０に配置されている。モータ２１１は、撹拌翼２１０を回転駆動する。筒部材２２は、焼入れ室２０に配置されている。筒部材２２は、撹拌翼２１０と、後述する複数の噴射ノズル３１と、の間に介装されている。

加圧装置３は、蓄圧タンク３０と、複数の噴射ノズル３１と、を備えている。蓄圧タンク３０の内部には、加圧室３００が区画されている。複数の噴射ノズル３１は、焼入れ室２０に配置されている。複数の噴射ノズル３１は、後述する昇降部５０の下側に配置されている。複数の噴射ノズル３１は、各々、上向きに焼入れ油Ａを噴射可能である。

減圧装置４は、複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを備えている。真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの内部には、各々、減圧室４００が区画されている。減圧室４００には、ミストトラップ４０１が配置されている。

ワーク昇降装置５は、昇降部５０と、カウンタバランスウエイト５１と、スプロケット５２と、サーボモータ５３と、を備えている。昇降部５０には、ワークＷ（本実施形態においては、バスケットに収容された複数の歯車）を配置可能である。カウンタバランスウエイト５１は、チェーンを介して、昇降部５０に連結されている。スプロケット５２には、当該チェーンが巻装されている。スプロケット５２は、ベルトを介して、サーボモータ５３の回転軸に連結されている。サーボモータ５３の駆動力は、ベルト、スプロケット５２、チェーンを介して、昇降部５０に伝達される。当該駆動力により、昇降部５０は、上下方向に揺動可能である。

加熱部６は、加熱室６０と、ハウジング６１と、を備えている。加熱室６０は、断熱材付きのハウジング６１の内部に区画されている。加熱室６０は、扉を介して、焼入れ室２０に並設されている。

［焼入れ方法］
次に、本実施形態の焼入れ方法について説明する。以下の説明において用いられる数値（温度、圧力、時間など）は、各パラメータの一例であり、本発明を何等限定するものではない。

本実施形態の焼入れ方法は、浸炭工程と、加圧工程と、減圧工程と、を有している。図２に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２には、ＴＴＴ（Ｔｉｍｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）曲線、ＣＣＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）曲線を併せて示す。また、比較例として、従来の焼入れ方法（図１に示す焼入れ室２０の焼入れ油Ａ（液面は下側レベルＤ２）にワークＷを浸漬し、圧力をほとんど変えないで、油撹拌で冷却速度を調節する方法、または、真空ポンプ７により、直接、焼入れ室２０を減圧する方法）による、ワークＷの温度変化を点線で示す。

（浸炭工程）
本工程においては、ワークＷに所定の真空浸炭、拡散処理が施される。まず、ワークＷは、加熱室６０で加熱される。次に、一定温度のまま、ワークＷに浸炭処理が施される。続いて、一定温度のまま、ワークＷは所定時間保持される。この際、炭素は、ワークＷの表面から内部に拡散する。本工程完了後、ワークＷは、加熱室６０から焼入れ室２０に搬入される。加熱室６０と焼入れ室２０とは、扉により遮断される。

（加圧工程）
本工程は、臨界区域Ｅにおける蒸気膜段階に対応して実行される。本工程においては、焼入れ油Ａを焼入れ室２０に注入することにより、焼入れ室２０の空間Ｂを素早く小さくすると共に、焼入れ室２０を加圧する。本工程は、ワークＷの歯先ａおよび歯元ｂの温度が、蒸気膜段階から沸騰段階に移行する６５０℃になるまで実行される。

本工程開始時の焼入れ装置１の状態について説明する。ワークＷの温度は、８５０℃である。焼入れ室２０の圧力は、大気圧（１０１．３２５ｋＰａ。本明細書では１００ｋＰａと表記する。）である。ワークＷは、昇降部５０に載置されている。焼入れ室２０には、焼入れ油Ａが貯留されている。焼入れ油Ａの液面は、下側レベルＤ２である。加圧室３００には、焼入れ油Ａが貯留されている。加圧室３００は、バルブＶ１を介して導入される窒素ガスにより、大気圧よりも高圧（焼入れ室２０よりも高圧）に、蓄圧されている。全ての真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの減圧室４００は、バルブＶ６Ａ〜Ｖ６Ｄを介して、真空ポンプ７により、大気圧よりも低圧（焼入れ室２０よりも低圧）に、減圧されている。焼入れ油Ａは、撹拌翼２１０により撹拌されている。

本工程においては、まず、焼入れ室２０の焼入れ油Ａに、ワークＷを浸漬する。ワークＷの浸漬開始と同時に、バルブＶ１、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄが閉じた状態で、バルブＶ２を介して、加圧室３００から焼入れ室２０に、焼入れ油Ａを供給する。焼入れ油Ａは、複数の噴射ノズル３１から噴射される。加圧室３００からの焼入れ油Ａの噴射供給により、焼入れ室２０の焼入れ油Ａの液面は、下側レベルＤ２から上側レベルＤ１まで上昇する。また、液面が上昇した分だけ、焼入れ室２０の空間（焼入れ油Ａが貯留されていない部分）Ｂは、小さくなる。また、パスカルの原理に従って、焼入れ室２０の圧力は、自身よりも高圧の加圧室３００に連通することにより、所定の圧力まで上昇する。

また、本工程においては、サーボモータ５３を駆動し、昇降部５０つまりワークＷを、上端位置Ｃ１と下端位置Ｃ２との間で、上下方向に揺動させる。すなわち、焼入れ油Ａに浸漬された状態のワークＷを上下方向に揺動させる。

（減圧工程）
本工程は、臨界区域Ｅにおける沸騰段階、沸騰段階通過後の対流段階に対応して実行される。また、本工程は、ワークＷの温度がＭｓ点直前になるまで、つまり危険区域Ｆ直前まで実行される。本工程においては、ワークＷの冷却速度に応じた速度で焼入れ室２０を減圧することにより、できるだけ焼入れ油Ａの沸騰を持続させる。

まず、サーボモータ５３を停止し、ワークＷの揺動を停止する。次に、バルブＶ１〜Ｖ３、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄのうち、バルブＶ４Ａだけを開く。バルブＶ４Ａを介して、焼入れ室２０から真空タンク４０Ａの減圧室４００に、焼入れ室２０内の窒素ガスを導入する。パスカルの原理に従って、焼入れ室２０の圧力は、自身よりも低圧の減圧室４００に連通することにより、急速に低下する。すなわち、焼入れ室２０は減圧される。ミストトラップ４０１は、窒素ガスに混じって減圧室４００に導入される焼入れ油Ａのミストを、捕集する。

以下、順次、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄを一つずつ開き、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄを介して、焼入れ室２０から真空タンク４０Ｂ〜４０Ｄの減圧室４００に、焼入れ室２０内の窒素ガスを導入する。最終的には、全真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの減圧室４００が、焼入れ室２０に連通する。

このように、本工程においては、複数の減圧室４００を、一つずつ段階的に焼入れ室２０に連通させることにより、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した所定の減圧速度で、減圧する。具体的には、減圧速度を、ワークＷの表面温度に沿った、焼入れ油Ａの蒸気圧曲線よりも速くすることにより、ワークＷの表面が常に沸騰する状況を作り出す。すなわち、沸騰段階を継続させる。

その後、伝熱形態が沸騰段階から対流段階に移行したら、真空ポンプ７を用いて、焼入れ室２０を減圧する。すなわち、バルブＶ４Ｂ〜Ｖ４Ｄ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄを開き、これらのバルブ、複数の減圧室４００を介して、真空ポンプ７により、焼入れ室２０を減圧する。

焼入れ後においては、バルブＶ５Ａ〜Ｖ５Ｄを介して、ミストトラップ４０１により捕集した焼入れ油Ａを、焼入れ室２０に戻す。また、バルブＶ２を介して焼入れ室２０と加圧室３００とを連通させ、バルブＶ３を介して真空ポンプ７と加圧室３００とを連通させ、真空ポンプ７を駆動することにより、焼入れ室２０から加圧室３００に、焼入れ油Ａを戻す。なお、焼入れ後のワークＷには、適宜、焼戻しが施される。

［作用効果］
次に、本実施形態の焼入れ装置および焼入れ方法の作用効果について説明する。加圧工程は、臨界区域Ｅにおける蒸気膜段階に対応している。不完全焼入れを抑制し、ワークＷの硬質化、強度向上を図るためには、臨界区域ＥにおけるワークＷの冷却速度を速くする必要がある。しかしながら、蒸気膜段階において、焼入れ油Ａに浸漬されたワークＷの表面は、蒸気膜により覆われている。このため、ワークＷは、輻射により冷却されることになる。したがって、従来は、図２に示すように、ワークＷ（歯先ａ’および歯元ｂ’）の冷却速度が遅かった。

この点、本実施形態によると、焼入れ室２０は、加圧室３００から噴射注入される焼入れ油Ａにより、加圧される。このため、ワークＷの表面に蒸気膜が発生するのを抑制することができる。したがって、ワークＷ（歯先ａおよび歯元ｂ）の冷却速度を速くすることができる。

また、噴射ノズル３１からの焼入れ油Ａの噴流は、ワークＷの表面に衝突する。このため、ワークＷの表面に発生した蒸気膜を破壊することができる。この点においても、ワークＷの冷却速度を速くすることができる。

また、昇降部５０つまりワークＷは、焼入れ油Ａ内を上下方向に高速で揺動する。このため、ワークＷの表面に発生した蒸気膜を破壊することができる。この点においても、ワークＷの冷却速度を速くすることができる。

また、図２に示すように、ワークＷの冷却速度が速いため、ワークＷの歯先ａおよび歯元ｂの冷却曲線が、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するのを、防止することができる。このため、ワークＷの完全焼入れが可能である。

また、ワークＷが上下方向に揺動することにより、焼入れ油Ａを撹拌することができる。このため、焼入れ油Ａの上下方向の温度のばらつき（上部が高温、下部が低温）を、抑制することができる。したがって、焼入れ油Ａの上下方向の冷却速度のばらつき（上部が低速、下部が高速）を、抑制することができる。よって、ワークＷの上下方向における均熱性を保った高速冷却を達成することができる。また、撹拌翼２１０が回転することにより、焼入れ油Ａを撹拌することができる。この点においても、ワークＷの上下方向における均熱性を保った高速冷却を達成することができる。

また、減圧工程は、臨界区域Ｅにおける沸騰段階、沸騰段階通過後の対流段階に対応している。また、減圧工程は、ワークＷの温度がＭｓ点直前になるまで、つまり危険区域Ｆ直前まで実行される。ワークＷに焼入れ歪みが発生するのを抑制するためには、臨界区域Ｅ通過後の危険区域Ｆにおいて、ワークＷの均熱性を確保する必要がある。しかしながら、沸騰段階から対流段階に移行すると、言い換えると伝熱形態が核沸騰から対流に移行すると、熱伝達率が低くなってしまう。このため、ワークＷの冷却速度が遅くなってしまう。従来は、図２に示すように、沸点５００℃で沸騰段階から対流段階に移行していた。このため、ワークＷの冷却速度が遅かった。

この点、本実施形態によると、加圧工程において、焼入れ室２０には加圧室３００から焼入れ油Ａが注入される。このため、焼入れ油Ａが注入されない場合と比較して、焼入れ室２０に占める空間Ｂの割合が小さくなる。したがって、減圧工程における真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの排気負担を軽減することができる。よって、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した速度で、減圧することができる。したがって、伝熱形態が核沸騰から対流段階に移行するのを、遅らせることができる。よって、危険区域Ｆに進入する前に、ワークＷの均熱性を確保することができる。

また、焼入れ室２０は、予め減圧済みの複数の減圧室４００に、段階的に連通される。この点においても、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、真空ポンプ７を用いないで、焼入れ室２０を素早く減圧することができる。また、焼入れ室２０を、ワークＷの冷却速度に比例した速度で、減圧することができる。

また、減圧室４００には、ミストトラップ４０１が配置されている。このため、減圧工程において、真空ポンプ７に、焼入れ油Ａのミストが混入するのを抑制することができる。また、騒音の発生を抑制することができる。

また、ワークＷの揺動に、サーボモータ５３とカウンタバランスウエイト５１とを用いている。このため、油圧シリンダ、エアシリンダなどを用いる場合と比較して、ワークＷの動きを制御しやすい。したがって、高速かつスムーズにワークＷを動かすことができる。

＜第二実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図３に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。

図３に示すように、焼入れ室２０は、加圧工程において１００ｋＰａから１５０ｋＰａまで加圧され、その後の減圧工程において１５０ｋＰａから１．３ｋＰａまで減圧される。ホット油の沸点は、焼入れ室２０の圧力に従って変化する。

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の焼入れ方法によると、Ｍｓ点直前までに、歯先ａと歯元ｂとの温度差を、急速に縮小することができる。このため、ワークＷが質量５０ｋｇ以上の大物であっても、簡単に均熱化することができる。

また、本実施形態の焼入れ方法によると、焼入れ油Ａとしてホット油を用いている。ここで、大気圧におけるホット油の沸点は、５００℃以上である。このため、ワークＷ（歯先ａおよび歯元ｂ）の温度が６００℃付近から、伝熱形態が核沸騰から対流に移行しやすくなる。したがって、冷却速度が遅くなってしまう。

この点、本実施形態の焼入れ方法によると、加圧工程においては、蒸気膜の発生を抑制しながら、ワークＷを急速冷却することができる。また、減圧工程においては、核沸騰を持続させることにより、ワークＷを急速冷却することができる。このため、歯先ａについては、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するのを、防止することができる。すなわち、完全焼入れを行うことができる。また、歯元ｂについては、ＴＴＴ曲線のパーライトノーズＧに干渉するものの、パーライト変態やベイナイト変態の少ない焼入れを行うことができる。したがって、ホット油を用いて、コールド油に近い冷却性能を確保することができる。また、コールド油を用いる場合は、焼入れ室２０の減圧を途中で止める沸点温度制御により、危険区域を均一温度で通過する、ホット油並みの低歪み焼入れを行うことができる。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、一種類の焼入れ油Ａで、更油することなく、異なる焼入れ特性を確保することができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図４に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、コールド油（油温８０℃）である。ただし、点線で示す比較例の焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。大気圧において、コールド油の沸点は４００℃以下、ホット油の沸点は５００℃以上である。

図４に示すように、本実施形態の場合、減圧工程を、蒸気膜段階（６５０℃）を超えた点Ｐ１（焼入れ開始から２〜３秒後）から開始する。減圧工程においては、焼入れ室２０の圧力を、３〜８秒間で１０ｋＰａまで減圧する。

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。歯先ａは、冷却速度が速い。このため、歯先ａの温度は、コールド油の沸点未満になりやすい。したがって、歯先ａは、主に、熱伝達率が低い対流により冷却される。これに対して、歯元ｂは、冷却速度が遅い。このため、歯元ｂの温度は、コールド油の沸点以上になりやすい。したがって、歯元ｂは、主に、熱伝達率が高い核沸騰により冷却される。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、歯先ａの冷却速度を、対流伝熱により、遅くすることができる。一方、歯元ｂの冷却速度を、核沸騰伝熱により、維持することができる。このため、Ｍｓ点（２００〜３５０℃）直前までに、歯先ａと歯元ｂとの温度差を、急速に縮小することができる。このように、本実施形態の焼入れ方法によると、コールド油による焼入れであるにもかかわらず、ホット油によるマルクエンチ並みの低歪み焼入れを行うことができる。

また、本実施形態の焼入れ方法において、Ｍｓ点直前のコールド油の蒸気圧で減圧を止めて一定圧力に保持することにより、ワークＷの均熱性をさらに向上させることができる。この場合、従来の１８０〜２００℃ホット油マルクエンチ同等以上の低歪み焼入れを行うことができる。

＜第四実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図５に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、ホット油（油温２００℃）である。大気圧におけるホット油の沸点は５００℃以上である。

図５に示すように、第三実施形態と同様に、本実施形態の場合、減圧工程を、蒸気膜段階（６５０℃）を超えた点Ｐ１（焼入れ開始から２〜３秒後）から開始する。減圧工程においては、焼入れ室２０の圧力を、３〜８秒間で１０ｋＰａまで減圧する。

本実施形態の焼入れ方法と、第三実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。本実施形態の焼入れ方法によると、従来、ソルトバスが使用され、ホット油では不可能であった、２００℃以上のマルクエンチを行うことができる。

＜第五実施形態＞
本実施形態の焼入れ方法は、第一実施形態の焼入れ装置を用いて実施される。図６に、本実施形態の焼入れ方法のワークの温度変化を示す。なお、図２と対応する部位については、同じ符号で示す。焼入れ油Ａの油種は、コールド油（油温８０℃）である。大気圧におけるコールド油の沸点は４００℃以下である。

図６に示すように、本実施形態の場合、ワークＷは上下方向に長いシャフト（長尺物）である。コールド油の液面から、ワークＷの下端αまでの距離δは、８００ｍｍである。ワークＷの長さ（上端γ〜下端α間の距離）は、６００ｍｍである。図６に、ワークＷの下端α、上下方向中央β、上端γの冷却曲線を示す。また、下端α付近の沸点Ｔαの温度変化を示す。また、上端γ付近の沸点Ｔγの温度変化を示す。

本実施形態の焼入れ方法と、第一実施形態の焼入れ方法とは、構成が共通する部分に関しては、同様の作用効果を有する。また、ワークＷが長尺物の場合、従来の焼入れ方法によると、上端γの冷却速度は、蒸気膜の影響により遅くなってしまう。一方、下端αの冷却速度は、撹拌により速くなってしまう。当該冷却速度の差により、Ｍｓ点突入時にワークＷに温度差（時間差）が発生してしまう。このため、焼入れ歪みが大きくなる。

この点、本実施形態の焼入れ方法によると、サーボモータ５３を用いて、昇降部５０の昇降速度を、下降速度に対して上昇速度の方が速くなるように、設定することができる。こうすると、焼入れ油Ａの上部の冷却速度を速くすることができる。このため、ワークＷ全体における冷却速度のばらつきを抑制することができる。

例えば、減圧工程において、一気に焼入れ室２０を油温の蒸気圧まで減圧すれば、ワークＷの上端γは沸点に達する。ここで、コールド油のヘッド差による内部圧力により、下端αは、上端γと比較して、蒸気圧が高くなる。このため、下端αは、上端と比較して、沸点が１００〜２００℃ほど高くなる。当該沸点差を利用して、Ｍｓ点突入前のワークＷの温度差を縮小することができる。

また、減圧工程において、上端γの温度を５５０℃から一気に下げ、沸点に達した状態でＭｓ点に向かう場合、下端αの伝熱状態は、３５０℃の手前から核沸騰から対流に切り替わる。このため、下端αの冷却速度が遅くなり、下端αは当該冷却速度を保ったまま、コールド油の油温８０℃に向かう。一方、上下方向中央βは２５０℃まで沸騰段階であるため、２５０℃まで上下方向中央βの冷却速度は速い。並びに、上端γは１００℃まで沸騰段階であるため、１００℃まで上端γの冷却速度は速い。このため、上下方向中央β、上端γの温度は、下端αの温度に追いつく。したがって、均一な温度で、マルテンサイト変態が行われる。よって、焼入れ歪みを低減することができる。また、完全マルクエンチのため、上端γの温度が下端αの温度に追いついた後、追い越すことがないように、減圧を停止することもできる。

また、焼入れ油Ａとしてホット油を使用する場合も、上端γの温度が下端αの温度に追いついた後、追い越すことがないように、減圧速度を制御することにより、所定の温度（例えば３００℃）で、ワークＷを均熱状態にすることができる。

＜その他＞
以上、本発明の焼入れ方法および焼入れ装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

減圧工程における焼入れ室２０の減圧速度は特に限定しない。ワークＷの大きさや形状で変わる表面温度冷却曲線（冷却速度）や、使用する焼入れ油Ａの蒸気圧曲線に応じて、適正な減圧速度を設定すればよい。一例として、１００ｋＰａから１０ｋＰａまでの減圧時間を、１０秒以内、好ましくは３秒以内としてもよい。

減圧工程においては、予め減圧された真空タンク４０Ａ〜４０Ｄだけを用いて、焼入れ室２０を減圧してもよい。また、真空タンク４０Ａ〜４０Ｄと真空ポンプ７とを併用してもよい。また、減圧工程と沸騰段階とは、互いの少なくとも一部同士が、時間的に重複していればよい。例えば、減圧工程の全期間に亘って、沸騰段階が持続しなくてもよい。蒸気膜段階、沸騰段階、対流段階のうち少なくとも沸騰段階が、減圧工程に含まれればよい。

減圧工程の始期は特に限定しない。例えば、加圧工程に連続して減圧工程を行ってもよい。また、加圧工程終了後、所定の時間だけ空けてから、減圧工程を行ってもよい。減圧工程の終期は特に限定しない。例えば、Ｍｓ点直前まで減圧工程を行ってもよい。また、Ｍｓ点通過後まで減圧工程を行ってもよい。

加圧工程後における焼入れ室２０の圧力は特に限定しない。加圧工程前よりも高圧であればよい。大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）以上である方がよい。加圧工程の実行時間は特に限定しない。蒸気膜段階に対応して実行すればよい。加圧工程と蒸気膜段階とは、互いの少なくとも一部同士が、時間的に重複していればよい。例えば、加圧工程の全期間に亘って、蒸気膜段階が持続しなくてもよい。反対に、蒸気膜段階の全期間に亘って、加圧工程を行わなくてもよい。

加圧工程の実行時間は特に限定しない。例えば、図２〜図６に示すように、焼入れ開始から３秒以内であってもよい。すなわち、焼入れ室２０の空間Ｂを、素早く小さくできればよい。減圧工程において、ワークＷの揺動を停止するタイミングは特に限定しない。また、減圧工程において、ワークＷの揺動を停止しなくてもよい。また、焼入れ後のワークＷに焼戻しを施さなくてもよい。

バルブＶ１を介して加圧室３００に供給される加圧用の気体の種類は特に限定しない。アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスであってもよい。

真空タンク４０Ａ〜４０Ｄの容積、配置数は特に限定しない。配置数は、５つ以上であってもよい。また、単一でもよい。複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを交互に焼入れ室２０に連通させてもよい。この場合、常に一つの真空タンク４０Ａ〜４０Ｄが焼入れ室２０に連通することになる。また、複数の真空タンク４０Ａ〜４０Ｄを同時に焼入れ室２０に連通させてもよい。真空ポンプ７の種類は特に限定しない。メカニカルブースターポンプや油回転ポンプなどであってもよい。ミストトラップ４０１の種類は特に限定しない。デミスターなど、金属製のフィルタであってもよい。

焼入れ油Ａの種類は特に限定しない。ホット油、セミホット油、コールド油などであってもよい。なお、ホット油はＪＩＳＫ２２４２の３種に、セミホット油は２種に、コールド油は１種に、各々相当する。ワークＷの種類は特に限定しない。鋼製であればよい。

１：焼入れ装置、２：焼入れ部、２０：焼入れ室、２１：撹拌部、２１０：撹拌翼、２１１：モータ、２２：筒部材、２３：ハウジング、３：加圧装置、３０：蓄圧タンク、３００：加圧室、３１：噴射ノズル、４：減圧装置、４０Ａ〜４０Ｄ：真空タンク、４００：減圧室、４０１：ミストトラップ、５：ワーク昇降装置、５０：昇降部、５１：カウンタバランスウエイト、５２：スプロケット、５３：サーボモータ、６：加熱部、６０：加熱室、６１：ハウジング、７：真空ポンプ
α：下端、β：上下方向中央、γ：上端、δ：距離、Ａ：焼入れ油、Ｂ：空間、Ｃ１：上端位置、Ｃ２：下端位置、Ｄ１：上側レベル、Ｄ２：下側レベル、Ｅ：臨界区域、Ｆ：危険区域、Ｇ：パーライトノーズ、Ｖ１〜Ｖ３：バルブ、Ｖ４Ａ〜Ｖ４Ｄ：バルブ、Ｖ５Ａ〜Ｖ５Ｄ：バルブ、Ｖ６Ａ〜Ｖ６Ｄ：バルブ、Ｗ：ワーク、ａ：歯先、ｂ：歯元

Claims (11)

1. 蒸気膜段階において、焼入れ油を焼入れ室に注入することにより、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧することにより、ワークの表面に蒸気膜が発生するのを抑制する加圧工程と、
   沸騰段階において、前記ワークの冷却速度に応じた速度で前記焼入れ室を減圧することにより、前記焼入れ油の沸騰を持続させる減圧工程と、
   を有する焼入れ方法。
2. 前記加圧工程において、前記ワークを上下動させることにより前記蒸気膜を破壊する請求項１に記載の焼入れ方法。
3. 前記加圧工程において、前記焼入れ油を注入した後の前記焼入れ室の圧力は、大気圧以上である請求項１または請求項２に記載の焼入れ方法。
4. 前記加圧工程において、前記焼入れ室と、前記焼入れ油が貯留され予め蓄圧された加圧室と、を連通させることにより、前記焼入れ室を加圧する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の焼入れ方法。
5. 前記減圧工程において、前記焼入れ室と、予め真空引きされた減圧室と、を連通させることにより、前記焼入れ室を減圧する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の焼入れ方法。
6. 前記減圧工程は、少なくともＭｓ点直前まで実行される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の焼入れ方法。
7. 前記減圧工程は、前記Ｍｓ点通過後まで実行される請求項６に記載の焼入れ方法。
8. ワークが配置される焼入れ室と、
   焼入れ油を前記焼入れ室に注入し、前記焼入れ室の空間を素早く小さくすると共に、前記焼入れ室を加圧する加圧装置と、
   前記加圧装置により加圧された前記焼入れ室を減圧する減圧装置と、
   を備える焼入れ装置。
9. 前記加圧装置は、前記焼入れ油が貯留され、前記焼入れ室に連通する前に予め蓄圧される加圧室を有する請求項８に記載の焼入れ装置。
10. 前記ワークを上下動させるワーク昇降装置を備える請求項８または請求項９に記載の焼入れ装置。
11. 前記減圧装置は、前記焼入れ室に連通する前に予め真空引きされる減圧室を有する請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の焼入れ装置。

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