複合マルクエンチ装置及びその制御方法
【課題】高温に加熱されたワークを油冷によって危険領域を脱出させ、その後ホットガス装置によって完全等温保持し、その後最終焼入れを行って塩浴を用いない等温保持による低歪焼入れを行う。
【解決手段】加熱炉又は及び浸炭炉と、油槽と、オイルスプレー装置と、前記油槽上部に配置されたホットガス装置とを有して成り、高温に加熱された浸炭又は非浸炭のワークを油冷によって危険領域を脱出させ、その後マルテンサイト変態点温度直上の目標温度に調節されたホットガスと呼ばれるガスで等温保持し、その後常温以下の温度へ焼入れ処理できる複合マルクエンチ装置及びその制御方法。
【解決手段】加熱炉又は及び浸炭炉と、油槽と、オイルスプレー装置と、前記油槽上部に配置されたホットガス装置とを有して成り、高温に加熱された浸炭又は非浸炭のワークを油冷によって危険領域を脱出させ、その後マルテンサイト変態点温度直上の目標温度に調節されたホットガスと呼ばれるガスで等温保持し、その後常温以下の温度へ焼入れ処理できる複合マルクエンチ装置及びその制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭処理した高温ワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度で一定時間等温（恒温）保持し、その後常温以下の温度へ急冷し最終焼入れ処理するようにした複合マルクエンチ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属焼入れ方式としては、マルテンサイト変態点温度直上に定めた温度に一定時間等温保持することにより低歪にて焼入れ処理できることが知られている。
【０００３】
また、等温保持の方式としては、特開２００５−３２０５９３号公報に示されるように、塩浴法に代えて不活性ガスで等温保持するホットガス（登録商標）方式が知られている。
【０００４】
特開２００５−３２０５９３号公報のホットガス装置は、ガス炉の一部から吸引したガスを再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手間又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成る。
【０００５】
このホットガス装置は、ガスのみでの等温保持が可能で、任意の時間高精度（±３〜５℃）で金属を等温保持することができ、各種金属の等温保持への期待が高まっている。
【０００６】
前記ホットガス装置による等温保持は例えば１０００℃程度に加熱されたワークを変態点温度（例えば３００℃）直上の目標温度（例えば３２０℃）へ向けて急冷できるが、ワークの厚みが大なる場合には目標温度までへの冷却速度が遅く、焼入れ品質を劣化する恐れがあった。このため、特開２００５−３２０５９３号公報に示されるように、等温保持室の前部に予備冷却室を設けることで対処していた。しかし、予備冷却室をガスで構成する場合、厚さや材質に限界があった。
【０００７】
焼入れ開始温度から危険領域を脱出する温度（脱出温度）までの所要時間は予備冷却方式とワーク厚みとの関数であり、厚みのあるワークや焼入性に劣るワークでは、相応の冷却方式の研究がされねばならなかった。
【０００８】
一方で、従来より各種鉱油を用いて油冷により焼入れすることが行われていた。特開２０００−４５０１８号公報に示される熱処理油組成物等もこのためのものである。また、実開平６−３９９５０号に示されるように、超音波発振器を用いての高冷却速度で急冷することが行われている。ただし、鉱油は焼入れ油としては用いることができるが、蒸発温度が３００℃以上のものはなく、３００℃を超える等温保持のために油を用いた例はない。
【０００９】
さらに、近年、浸炭処理したワークを等温保持した上で焼き入れすると、歯車類の機械的性質が格別向上することが知られており、これが塩浴を用いて実施されていた。しかしながら、塩浴は禁止の方向にあり、これを実施できるホットガス装置の実現が期待されていた。
【特許文献１】特開２００５−３２０５９３号公報、第１頁、図１
【特許文献２】特開２０００−４５０１８号公報、第１頁
【特許文献３】実開平６−３９９５０号公報、第１頁、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、等温保持を加えた焼入れにおいて、高温に加熱されたワークを油冷によって危険領域を脱出させ、次いでホットガス装置を用いて完全等温保持し、焼入れ品質を大幅に向上することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、浸炭処理したワークをマルテンサイト変態点温度より上の脱出温度まで油で急冷し、その後ガスにより変態点温度直上に定めた目標温度まで冷却すると共に、一定時間目標温度で等温保持し、等温保持したワークをその後常温以下の温度へ急冷して常温以下の温度へ焼入れ（以下、最終焼入れとも呼ぶ）できる複合マルクエンチ装置及びその制御方法を提供することにある。
【００１２】
さらに、前記油冷は油槽への浸漬と油のシャワーリングの合成により、蒸発温度に制限のある油をうまく使い分けて効率よく油冷却することを目的とする。
【００１３】
また、さらに、ガス室にホットガス装置を組込んで、油槽との関連をうまく整合することにより、高精度等温保持を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の複合マルクエンチ装置は、ワークを高温に加熱し浸炭処理する浸炭炉と、浸炭処理された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、前記ワークを油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
油温は蒸発温度以下の温度であるが、マルテンサイト変態点温度以下でもある。マルテンサイト変態点温度は通常鋼（ＳＣＭ４２０）では４００℃近いが、浸炭部では１２０〜１５０℃であり、表面浸炭処理品では深層部と表面で大きく相違する。これらの関係から、油温は、ワークに応じて微妙に調節されねばならない。
【００１６】
前記ガス等温保持装置は、前記ガス炉の一部から吸引したガスを一度外へ出し再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手前又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成るホットガス装置が組み込まれていることを特徴とする。このホットガス装置の等温保持性能は、現段階で±５℃をクリアし、±３℃の精度向上が図られている。
【００１７】
また本発明は、上記複合マルクエンチ装置で浸炭焼入れする制御方法であって、次の工程（１）〜（７）から成ることを特徴とする。
【００１８】
（１） 記浸炭炉で前記ワークを高温域まで加熱し浸炭処理する工程。
【００１９】
（２） 浸炭処理された高温ワークを前記ガス炉に受入れる工程。
【００２０】
（３） ガス炉に受入れたワークを油槽に対して下降し次いで速やかに引き上げる工程。
【００２１】
（４） 前記ガス炉中に引上げたワークに一定間隔を置いて油のシャワーリングをし、冷却曲線の危険領域に到達しないよう管理しながら、前記ワークの平均温度を前記ワークのマルテンサイト変態点温度近くの温度まで急冷する工程。
【００２２】
（５） （３）又は及び（４）のいずれをどの程度行うかをワークの種別や量に応じて予め定める工程。
【００２３】
（６） 脱出温度まで冷却したワークを前記ホットガス装置を用いて前記等温保持の目標温度まで冷却し、次いで一定時間等温保持する工程。
【００２４】
（７） 等温保持後のワークを常温以下の温度で最終焼入れする工程。
【００２５】
（５）の予めの工程は、（３）又は（４）の工程の作業手順をシーケンス設定する作業から成る。例えば、比較的厚みの薄いワークでは、１回のシャワーリングのみで済ませることもできる。逆に、厚みの大きなワークでは、油槽への漬け込み作業を複数回行うこともある。これら工程は、冷却曲線の危険領域を速やかに脱出し、脱出し切った温度までの冷却を確実に行うものであるため、ワークに応じた予めの実験値（図４で詳述する）を参照しながら適切に定めなければならない。
【００２６】
本発明は請求項１に示した浸炭炉を請求項４に示した通常の加熱炉に代えても実施できる。通常の加熱炉であっても浸炭終了したワークを加熱すれば同じであるし、また、非浸炭ワークを加熱しても、非浸炭ワークに対して等温保持を加えての焼入れ処理を行うことができ、装置、構成及びその作用については同様である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の複合マルクエンチ装置及びその制御方法では、浸炭処理されたワークを蒸発温度近くまで昇温した油へ漬け込み又はその油のシャワーリングで冷却し、冷却曲線の危険領域を脱出させることができる。
【００２８】
本発明の複合マルクエンチ装置は、ガス浸炭炉に高精度等温保持可能のホットガス装置及び油冷装置を追加構成した形であるが、この簡易構成によって浸炭ワークの完全等温保持焼入れが塩浴を用いずして可能となった。
【００２９】
油は、一般には１２０〜１８０℃で調節するが、ワークに応じて１６０〜２３０℃位まで昇温することもある。冷却油の１００℃以上への昇温により、誤ってマルテンサイト変態点温度以下に過冷却してしまう可能性を低くすることができる。
【００３０】
油槽への浸漬とシャワーリングを共に実施できるように構成しているので、ワークの種別及び量或いは形状により夫々の利用を異ならしめることができる。これにより、各種ワークを危険領域をうまく脱出させることができる。
【００３１】
脱出温度まで急冷した温度のワークを高精度等温保持可能のホットガス装置でその目標温度まで冷却し、次いで任意の一定時間高精度に等温保持できる。マルテンサイト変態点温度の直上温度で保持することにより、過冷オーステナイトは不安定であるため、フェライトとセメンタイトから成る相変換を生じ、ノーズの下で下部ベイナイトを多く生成する。即ち、ベイナイトは等温保持に至る初期段階から等温保持にかけて生成する。この結果、低歪に加えて浸炭硬化層による靭性化が進み、歯車類において高品質化が図られる。
【００３２】
しかも、本発明のホットガス装置は等温保持の目標温度を自由に変化できるので、目下熱処理分野において研究が進んでいる所の下部ベイナイトの生成理論等において、これらのことを詳しく研究し、ひいてはこれらを自由に制御し、高品質の等温保持焼入れができることになる。
【００３３】
本発明の装置は、浸炭炉を通常加熱炉に変えても同様に適用できる。浸炭ワークを加熱処理すれば同じである。非浸炭ワークに対しても同様の等温保持を加えた焼入れを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る複合マルクエンチ装置の側面図、図２はガス炉の部分の断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の複合マルクエンチ装置ＣＭＱは、ガス浸炭を行う浸炭炉１と、これに対し中間扉２、３を介して接続されるガス炉４と、この炉４の直下に配置される油槽５を備えて成る。油槽５とガス炉４の底部は、エレベータＥＶを昇降可能として、少なくともガス炉４の内部を密封可能な形で構成される。ガス炉４の前方（図において左方）には前扉６が設けられている。従って、浸炭炉１に対し、ワークＷは前扉６、中間扉２、３を介して導入される形となる。浸炭炉１の図において右方にワーク投入用の扉（図示せず）が設けられることもある。
【００３６】
浸炭炉１は外周を断熱材７で覆って構成してある。浸炭炉１の炉内には加熱源８が配置され、その下方は加熱室９とされている。浸炭温度は吸熱型変成ガスを用いて９５０℃程度で行うことが多いが、９００℃前後とすることもある。これら温度は通常のガス浸炭方法に従うとする。以下の説明では、この温度を９００〜１０００℃とする。
【００３７】
前記浸炭炉１の上部には、Ｎ２ガスの導入を行うためのＮ２ガス導入管１０、記録用熱電対１１、制御用熱電対１２、酸素濃度計１３、添加エアーやプロパンガス等の添加ガス導入管１４、キャリアガス排気管１５等が設けられている。また、炉内には雰囲気攪拌のためのファン１６が配置され、このファン１６の軸１７を回転駆動するためのモータ１８が設けられている。浸炭炉１の台１９は高さを合わせるためであるが、油槽５を一部地中に埋設するような場合は、その高さを低くすることができる。
【００３８】
以上の構成により、浸炭炉１は、扉６、３、２を開き、ワークＷが導入されると加熱源８を駆動し、ワークを９００〜１０００℃に加熱し、添加剤導入によりガス浸炭できる。
【００３９】
ガス炉４はガス温及び流れ制御のためのベスチブルＶＥを備えて成り、その上部には雰囲気攪拌のためのファン２０とそれを駆動するためのモータ２１が設けられている。このガス炉４は図２に示すホットガス装置ＨＧＳの機構が組込まれて成る。Ｎ２ガスは、 Ｎ２ガスタンク２２、ベーパーライザ２３を介し、ホットガス装置ＨＧＳの管路を介して導入される。ガス炉４には制御用熱電対２４の他、圧力センサ、安全弁、その他諸要の計器類が設けられる。
【００４０】
図２にホットガス装置ＨＧＳの具体的構成例を示した。このホットガス装置ＨＧＳは、あくまで機構を示すもので、ガス炉４と一体的なものである。ホットガス装置ＨＧＳは圧力０．１〜１ＭＰＳの圧力仕様であるため、断熱材７内の炉体２４は円形に構成されている。
【００４１】
ホットガス装置ＨＧＳは、内部ガスの吸入口２５と、吸入管２６と、分岐管２７、２８と、吹出管２９を有し、炉体２４内のワークＷに対し均一に風を与えるべくラッパ状の吹出口３０を設けている。ラッパ状でなく、細管を分散配置したディストリビュータとすることもある。
【００４２】
前記吸入管２６にはガスの温度がマルテンサイト変態点温度以下に低下するのを防止し、常時定めた目標温度のホットガスとなるよう温度補償するためのヒータ３１が設けられている。分岐管２７、２８の入口には、各分岐管２７、２８に流入するガス量を制御するバタフライ弁等の弁３２が設けられている。両分岐管２７、２８の合流位置には、ガスの循環風を形成するためのファン３３が設けられている。一方の分岐管２８には、管路を流れるガスの温度を低下させる水冷式クーラ３４が設けられている。このクーラ３４は、水冷で良く、空冷等とすることもできる。制御温度域は３００℃以上と高く、かつ冷却熱量が比較的大であるため、水冷が最も経済的である。また、制御容易で高精度が可能となる。現状±３〜５℃程度の制御が可能である。図示しないが、吸入管２６と吹出管２９を交差させて、それを切り換えることにより、ガスの流れを逆転させることもできる。
【００４３】
以上の構成のホットガス装置ＨＧＳでは、ワークＷに変態点温度（例えば３００℃）直上に定めた目標温度（例えば３２０℃）に調節されたガス（ここでは、これをホットガスと呼ぶ）ＨＧをワークＷに吹き付け、ワークＷを目標温度まで冷却し、また等温保持できる。ワークＷに吹き付けられたガスはより高温となって分岐管２７、２８に入るが、弁３２によって各分岐管２７、２８への流入量が制御されるので、出力ガスを目標温度とすることができる。目標温度θＰは任意に変更可能である。
【００４４】
図１に戻り、前記ガス炉４の底部には、前記油槽５に対してエレベータＥＶを昇降可能とすべく開口部３５が設けられている。この開口部３５とエレベータＥＶとは密閉状態で接合できるようになっている。ただし、この接合は、必ずしも密閉構造とする必要はない。ガス炉４と油槽５の全体が密閉構造とされていれば良い。
【００４５】
前記油槽５は、ワークＷに対し十分大量の油３６が収納されている。油量は、ワーク浸漬によって蒸発温度に達しない温度計算により定められ、例えばワークＷの重量（ｋｇ）に対し、その１０倍程度の量（リットル）として定められる。油槽５の回りは断熱材７で覆われており、その一側面には油温度調節器３７が設けられている。また、内部には一対の振動板３８が設けられている。さらに、油槽５の内部の油３６をガス炉４に収納したワークＷに対してシャワーリング可能のオイルスプレー装置３９が設けられている。油槽５の油３６をスプレーするのでなく、温度調節器３７を通して、油３６の温度（例えば２００℃）をこれより冷たい温度（例えば１５０℃）とすることもできる。油槽５内の油を整流化するため、プロペラ４０が設けられている。このプロペラ４０は一対設けられ、流れ方向４１で示すように、油３６を底部へ向けて送り、中央から上方へ向かう流れを作っている。
【００４６】
図３〜図５を用いて複合マルクエンチ装置ＣＭＱの作用を説明する。図３は全体的な温度変化のタイムチャート、図４は油冷部分の温度変化のタイムチャート、図５は等温保持部分の温度変化のタイムチャートである。
【００４７】
図３に示すように、浸炭炉１に投入されたワークＷは、時刻ｔ１で加熱開始され、時刻ｔ２〜ｔ３の間９００〜１０００℃の温度で浸炭処理される。参考的に時間（ｈ）を付けて示すが、この値は目安である。時刻ｔ３〜ｔ４の間が油冷時間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の間が等温保持の時間であり、時刻ｔ５〜ｔ６の間が不活性ガスを用いての最終焼入れ処理である。
【００４８】
図３のタイムチャートにおいて、時刻ｔ３で浸炭処理が終了すると、中間扉２、３が開かれてワークＷはガス炉４に移行する。この時点での温度は９００℃であるとして示すが、焼入れ開始前に約１００℃低下させる処理を行って、実際には８００℃前後まで低下させることができる。
【００４９】
図４において、時刻ｔ３から油冷を開始するが、それまでの数十秒間の間、ガス炉４に不活性ガスの冷風を浴びせ、ワークＷの表面温度をここで８００℃以下に低下させておくこともできる。
【００５０】
時刻ｔ３でエレベータＥＶを下降させ、ワークＷを油３６内に浸漬すると、振動板３８を振動させ、油の流れ方向４１に整流して冷却を促進することができる。油３６の温度は、ワークＷの浸漬によって蒸発しないだけの温度に昇温してある。ワークＷには急冷が必要であるが、冷却度合いを適切にして、誤ってマルテンサイト変態点温度ＭＳ以下に低下させてしまうことがないようにするための配慮である。
【００５１】
ワークＷを油槽５内の油３６に浸漬するとワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は曲線Ｃ１のように冷却し、内部温度Ｗ（ｉｎ）はそれより遅れて曲線Ｃ２のように冷却する。タイムチャートは秒単位で示している。短時間での冷却であり、冷却効果を高めるため、振動板３８は油を振動させるより、ワークＷを振動させる方が効率的である。このとき、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がワークＷのマルテンサイト変態点温度ＭＳ、例えば３００℃まで冷却することがない時点でエレベータＥＶを上げ、ワークＷを油槽５内から引き上げる。図示の例では、このときの温度は５００℃である。引上げが遅れ、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がマルテンサイト変態点温度ＭＳ以下にならぬよう、十分安全を見て引き上げ時間が設定される。図示の例では１５秒間である。これら値は油温、ワークＷの形状、寸法、重量等ワーク性状によって異なる。
【００５２】
時刻ｔ３−１でワークＷが引き上げられると、ワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は再上昇し、内部温度Ｗ（ｉｎ）に近づこうとする。そこで、一定時間、例えば１５秒経ってから時刻ｔ３−２でオイルスプレー装置３９を駆動し、シャワーリングを行う。シャワーリングのための油３６は、油槽５内のものをそのまま用いることもできるが、これはワークＷの浸漬によって２３０℃程度まで昇温されているため、油温度調節器３７を介してより低温、例えば１５０℃とし、冷却効果及び蒸発防止を図ることができる。
【００５３】
シャワーリングの時間は図４の関係から定める。即ち、時刻ｔ３−２からシャワーリングを開始すると、ワークの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は曲線Ｃ３に従って冷却し、内部温度Ｗ（ｉｎ）は曲線Ｃ４に従って冷却されるので、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がマルテンサイト変態点温度ＭＳに到達することのない時間幅、例えば１５秒間とする。時刻ｔ３−４からｔ３−５にかけて休み、時刻ｔ３−５から再度シャワーリングした例を示している。このように、シャワーリングの回数は複数回に分けて行うのが好ましい。
【００５４】
図４に示す例示にて、ワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）を３６０℃、内部温度Ｗ（ｉｎ）を４７０℃、平均温度を４１５℃とできる。この値は、冷却曲線（ＣＣＴ線図）の危険領域Ｄａｎに届いていない。ここでは、この温度を脱出温度Ｔ（ｏｕｔ）と呼ぶ。脱出温度Ｔ（ｏｕｔ）を超えたワークＷは、マルテンサイト変態点温度ＭＳより低下することのないよう、（図５以下で示すように）所要の目標温度で時間をかけて等温保持できる。
【００５５】
上記の油冷却では１回の油浸漬と、２回のシャワーリングを行ったが、これらは図４の関係を見ながらシャワーリングのみとすることも可能である。また、２回の浸漬をすることも可能である。２者を組み合わせて活用すればよく、要するに、危険領域Ｄａｎをうまく脱出できれば良い。ただ、図４の工程中の各部の実測はほとんど不可能であるので、ワーク性状に応じて図４の関係を正確に定めておき、予測制御せねばならない。図４の例では、油冷却時間は合計７５秒で、前後の予備的時間を含めても２分以内で処理できる。移動の準備的時間等を含めても３分あれば十分である。
【００５６】
図５はガス炉４の機能部分であるホットガス装置ＨＧＳを用いての等温保持の工程を示している。時刻ｔ４以下で目標温度ＴＰに向けて数分間をかけて均一に冷却し、以後目標温度ＴＰで完全等温保持ＰＥＱできる。
【００５７】
図２及び図４を用いて等温保持の作用を示すと、ホットガスＨＧの温度が常時目標温度ＴＰに保たれる。温度偏差に対しては弁３２が制御され、出力ガスの温度を一定に保つ仕組みであるので、±３〜５℃の高精度の温度制御が可能である。しかも、等温保持の途中でマルテンサイト変態点温度ＭＳ以上の温度で目標温度を自由に変えられる。図５には、等温保持の最終段階で目標温度を２０℃程度上昇させた例を参考例として示した。１０〜２０℃を目安に目標温度を波状に変化させることもできる。これは、次の完全焼入れ時の表面での均一冷却が期待できることの目論見である。このような温度微調節は従来塩浴では為し得なかった事項である。
【００５８】
図５において、等温保持は時刻ｔ５で終了し、最終焼入れとして次の工程へ移行する。最終焼入れはガス炉４に常温以下の不活性ガスを導入することにより行うことができる。別の冷却専用炉に移行させても構わない。
【００５９】
上記実施形態では、１つの浸炭炉１と、１つのガス炉４と、１つの油槽５とを図１の関係で接続して示したが、レイアウトはこれに限定されない。例えばガス炉とホットガス装置ＨＧＳを別体とすることができる。また、ガス炉４に最終焼入れ専用のガス冷却炉を接続することもできる。さらにエレベータＥＶをワークを載せる台座が昇降駆動する例を示したが、その駆動方式はパンタグラフであってもホイストであっても同様である。不活性ガスをＮ２ガスの例で示したが、ＡｒやＨｅ等他の不活性ガスであってもよく、さらには冷却能力向上のためにＨ２ガス等のガスを組合わせて用いることも可能である。
【００６０】
以上の説明は浸炭炉１の例で示したが、浸炭炉１を通常加熱炉として浸炭処理したワーク、又は浸炭処理していないワークについても適用できる。また、これら炉を適宜組み合わせて構成できる。浸炭品と非浸炭品では、油冷開始の温度、脱出温度、等温保持の温度が異なるが、加熱、油冷、等温保持、常温以下の温度への焼入れ工程について同一に作用する。
【００６１】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計的変更を行うことにより、各種態様で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合マルクエンチ装置の側面図である。
【図２】図１の複合マルクエンチ装置の一部であるガス炉の断面図である。
【図３】全体的な温度変化を示すタイムチャートである。
【図４】油冷部分の温度変化の詳細を示すタイムチャートである。
【図５】等温保持部分の温度変化の詳細を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 浸炭炉
２、３ 中間扉
４ ガス炉
５ 油槽
６ 前扉
７ 断熱材
８ 加熱源
９ 加熱室
１０ Ｎ２ガス導入管
１１ 記録用熱電対
１２、２４ 制御用熱電対
１３ 酸素濃度計
１４ 添加ガス導入管
１５ ＣＲＸ排気管
１６、２０、３３、４０ ファン
１７ 軸
１８、２１ モータ
１９ 台
２２ Ｎ２ガスタンク
２３ ベーパーライザ
２５ 吸入口
２６ 吸入管
２７、２８ 分岐管
２９ 吸出管
３０ 吹出口
３１ ヒータ
３２ 弁
３４ クーラ
３５ 開口部
３６ 油
３７ 油温度調節器
３８ 振動板
３９ オイルスプレー装置
４０ プロペラ
４１ 流れ方向
ＣＭＱ 複合マルクエンチ装置
ＨＧＳ ホットガス装置
ＥＶ エレベータ
ＴＰ 目標温度
ＶＥ ベスチブル
ＰＥＱ 完全等温保持区間
Ｄａｎ 危険領域
Ｗ（ｏｕｔ） ワークの表面温度
Ｗ（ｉｎ） ワークの内部温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭処理した高温ワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度で一定時間等温（恒温）保持し、その後常温以下の温度へ急冷し最終焼入れ処理するようにした複合マルクエンチ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属焼入れ方式としては、マルテンサイト変態点温度直上に定めた温度に一定時間等温保持することにより低歪にて焼入れ処理できることが知られている。
【０００３】
また、等温保持の方式としては、特開２００５−３２０５９３号公報に示されるように、塩浴法に代えて不活性ガスで等温保持するホットガス（登録商標）方式が知られている。
【０００４】
特開２００５−３２０５９３号公報のホットガス装置は、ガス炉の一部から吸引したガスを再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手間又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成る。
【０００５】
このホットガス装置は、ガスのみでの等温保持が可能で、任意の時間高精度（±３〜５℃）で金属を等温保持することができ、各種金属の等温保持への期待が高まっている。
【０００６】
前記ホットガス装置による等温保持は例えば１０００℃程度に加熱されたワークを変態点温度（例えば３００℃）直上の目標温度（例えば３２０℃）へ向けて急冷できるが、ワークの厚みが大なる場合には目標温度までへの冷却速度が遅く、焼入れ品質を劣化する恐れがあった。このため、特開２００５−３２０５９３号公報に示されるように、等温保持室の前部に予備冷却室を設けることで対処していた。しかし、予備冷却室をガスで構成する場合、厚さや材質に限界があった。
【０００７】
焼入れ開始温度から危険領域を脱出する温度（脱出温度）までの所要時間は予備冷却方式とワーク厚みとの関数であり、厚みのあるワークや焼入性に劣るワークでは、相応の冷却方式の研究がされねばならなかった。
【０００８】
一方で、従来より各種鉱油を用いて油冷により焼入れすることが行われていた。特開２０００−４５０１８号公報に示される熱処理油組成物等もこのためのものである。また、実開平６−３９９５０号に示されるように、超音波発振器を用いての高冷却速度で急冷することが行われている。ただし、鉱油は焼入れ油としては用いることができるが、蒸発温度が３００℃以上のものはなく、３００℃を超える等温保持のために油を用いた例はない。
【０００９】
さらに、近年、浸炭処理したワークを等温保持した上で焼き入れすると、歯車類の機械的性質が格別向上することが知られており、これが塩浴を用いて実施されていた。しかしながら、塩浴は禁止の方向にあり、これを実施できるホットガス装置の実現が期待されていた。
【特許文献１】特開２００５−３２０５９３号公報、第１頁、図１
【特許文献２】特開２０００−４５０１８号公報、第１頁
【特許文献３】実開平６−３９９５０号公報、第１頁、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、等温保持を加えた焼入れにおいて、高温に加熱されたワークを油冷によって危険領域を脱出させ、次いでホットガス装置を用いて完全等温保持し、焼入れ品質を大幅に向上することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、浸炭処理したワークをマルテンサイト変態点温度より上の脱出温度まで油で急冷し、その後ガスにより変態点温度直上に定めた目標温度まで冷却すると共に、一定時間目標温度で等温保持し、等温保持したワークをその後常温以下の温度へ急冷して常温以下の温度へ焼入れ（以下、最終焼入れとも呼ぶ）できる複合マルクエンチ装置及びその制御方法を提供することにある。
【００１２】
さらに、前記油冷は油槽への浸漬と油のシャワーリングの合成により、蒸発温度に制限のある油をうまく使い分けて効率よく油冷却することを目的とする。
【００１３】
また、さらに、ガス室にホットガス装置を組込んで、油槽との関連をうまく整合することにより、高精度等温保持を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の複合マルクエンチ装置は、ワークを高温に加熱し浸炭処理する浸炭炉と、浸炭処理された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、前記ワークを油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
油温は蒸発温度以下の温度であるが、マルテンサイト変態点温度以下でもある。マルテンサイト変態点温度は通常鋼（ＳＣＭ４２０）では４００℃近いが、浸炭部では１２０〜１５０℃であり、表面浸炭処理品では深層部と表面で大きく相違する。これらの関係から、油温は、ワークに応じて微妙に調節されねばならない。
【００１６】
前記ガス等温保持装置は、前記ガス炉の一部から吸引したガスを一度外へ出し再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手前又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成るホットガス装置が組み込まれていることを特徴とする。このホットガス装置の等温保持性能は、現段階で±５℃をクリアし、±３℃の精度向上が図られている。
【００１７】
また本発明は、上記複合マルクエンチ装置で浸炭焼入れする制御方法であって、次の工程（１）〜（７）から成ることを特徴とする。
【００１８】
（１） 記浸炭炉で前記ワークを高温域まで加熱し浸炭処理する工程。
【００１９】
（２） 浸炭処理された高温ワークを前記ガス炉に受入れる工程。
【００２０】
（３） ガス炉に受入れたワークを油槽に対して下降し次いで速やかに引き上げる工程。
【００２１】
（４） 前記ガス炉中に引上げたワークに一定間隔を置いて油のシャワーリングをし、冷却曲線の危険領域に到達しないよう管理しながら、前記ワークの平均温度を前記ワークのマルテンサイト変態点温度近くの温度まで急冷する工程。
【００２２】
（５） （３）又は及び（４）のいずれをどの程度行うかをワークの種別や量に応じて予め定める工程。
【００２３】
（６） 脱出温度まで冷却したワークを前記ホットガス装置を用いて前記等温保持の目標温度まで冷却し、次いで一定時間等温保持する工程。
【００２４】
（７） 等温保持後のワークを常温以下の温度で最終焼入れする工程。
【００２５】
（５）の予めの工程は、（３）又は（４）の工程の作業手順をシーケンス設定する作業から成る。例えば、比較的厚みの薄いワークでは、１回のシャワーリングのみで済ませることもできる。逆に、厚みの大きなワークでは、油槽への漬け込み作業を複数回行うこともある。これら工程は、冷却曲線の危険領域を速やかに脱出し、脱出し切った温度までの冷却を確実に行うものであるため、ワークに応じた予めの実験値（図４で詳述する）を参照しながら適切に定めなければならない。
【００２６】
本発明は請求項１に示した浸炭炉を請求項４に示した通常の加熱炉に代えても実施できる。通常の加熱炉であっても浸炭終了したワークを加熱すれば同じであるし、また、非浸炭ワークを加熱しても、非浸炭ワークに対して等温保持を加えての焼入れ処理を行うことができ、装置、構成及びその作用については同様である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の複合マルクエンチ装置及びその制御方法では、浸炭処理されたワークを蒸発温度近くまで昇温した油へ漬け込み又はその油のシャワーリングで冷却し、冷却曲線の危険領域を脱出させることができる。
【００２８】
本発明の複合マルクエンチ装置は、ガス浸炭炉に高精度等温保持可能のホットガス装置及び油冷装置を追加構成した形であるが、この簡易構成によって浸炭ワークの完全等温保持焼入れが塩浴を用いずして可能となった。
【００２９】
油は、一般には１２０〜１８０℃で調節するが、ワークに応じて１６０〜２３０℃位まで昇温することもある。冷却油の１００℃以上への昇温により、誤ってマルテンサイト変態点温度以下に過冷却してしまう可能性を低くすることができる。
【００３０】
油槽への浸漬とシャワーリングを共に実施できるように構成しているので、ワークの種別及び量或いは形状により夫々の利用を異ならしめることができる。これにより、各種ワークを危険領域をうまく脱出させることができる。
【００３１】
脱出温度まで急冷した温度のワークを高精度等温保持可能のホットガス装置でその目標温度まで冷却し、次いで任意の一定時間高精度に等温保持できる。マルテンサイト変態点温度の直上温度で保持することにより、過冷オーステナイトは不安定であるため、フェライトとセメンタイトから成る相変換を生じ、ノーズの下で下部ベイナイトを多く生成する。即ち、ベイナイトは等温保持に至る初期段階から等温保持にかけて生成する。この結果、低歪に加えて浸炭硬化層による靭性化が進み、歯車類において高品質化が図られる。
【００３２】
しかも、本発明のホットガス装置は等温保持の目標温度を自由に変化できるので、目下熱処理分野において研究が進んでいる所の下部ベイナイトの生成理論等において、これらのことを詳しく研究し、ひいてはこれらを自由に制御し、高品質の等温保持焼入れができることになる。
【００３３】
本発明の装置は、浸炭炉を通常加熱炉に変えても同様に適用できる。浸炭ワークを加熱処理すれば同じである。非浸炭ワークに対しても同様の等温保持を加えた焼入れを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る複合マルクエンチ装置の側面図、図２はガス炉の部分の断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の複合マルクエンチ装置ＣＭＱは、ガス浸炭を行う浸炭炉１と、これに対し中間扉２、３を介して接続されるガス炉４と、この炉４の直下に配置される油槽５を備えて成る。油槽５とガス炉４の底部は、エレベータＥＶを昇降可能として、少なくともガス炉４の内部を密封可能な形で構成される。ガス炉４の前方（図において左方）には前扉６が設けられている。従って、浸炭炉１に対し、ワークＷは前扉６、中間扉２、３を介して導入される形となる。浸炭炉１の図において右方にワーク投入用の扉（図示せず）が設けられることもある。
【００３６】
浸炭炉１は外周を断熱材７で覆って構成してある。浸炭炉１の炉内には加熱源８が配置され、その下方は加熱室９とされている。浸炭温度は吸熱型変成ガスを用いて９５０℃程度で行うことが多いが、９００℃前後とすることもある。これら温度は通常のガス浸炭方法に従うとする。以下の説明では、この温度を９００〜１０００℃とする。
【００３７】
前記浸炭炉１の上部には、Ｎ２ガスの導入を行うためのＮ２ガス導入管１０、記録用熱電対１１、制御用熱電対１２、酸素濃度計１３、添加エアーやプロパンガス等の添加ガス導入管１４、キャリアガス排気管１５等が設けられている。また、炉内には雰囲気攪拌のためのファン１６が配置され、このファン１６の軸１７を回転駆動するためのモータ１８が設けられている。浸炭炉１の台１９は高さを合わせるためであるが、油槽５を一部地中に埋設するような場合は、その高さを低くすることができる。
【００３８】
以上の構成により、浸炭炉１は、扉６、３、２を開き、ワークＷが導入されると加熱源８を駆動し、ワークを９００〜１０００℃に加熱し、添加剤導入によりガス浸炭できる。
【００３９】
ガス炉４はガス温及び流れ制御のためのベスチブルＶＥを備えて成り、その上部には雰囲気攪拌のためのファン２０とそれを駆動するためのモータ２１が設けられている。このガス炉４は図２に示すホットガス装置ＨＧＳの機構が組込まれて成る。Ｎ２ガスは、 Ｎ２ガスタンク２２、ベーパーライザ２３を介し、ホットガス装置ＨＧＳの管路を介して導入される。ガス炉４には制御用熱電対２４の他、圧力センサ、安全弁、その他諸要の計器類が設けられる。
【００４０】
図２にホットガス装置ＨＧＳの具体的構成例を示した。このホットガス装置ＨＧＳは、あくまで機構を示すもので、ガス炉４と一体的なものである。ホットガス装置ＨＧＳは圧力０．１〜１ＭＰＳの圧力仕様であるため、断熱材７内の炉体２４は円形に構成されている。
【００４１】
ホットガス装置ＨＧＳは、内部ガスの吸入口２５と、吸入管２６と、分岐管２７、２８と、吹出管２９を有し、炉体２４内のワークＷに対し均一に風を与えるべくラッパ状の吹出口３０を設けている。ラッパ状でなく、細管を分散配置したディストリビュータとすることもある。
【００４２】
前記吸入管２６にはガスの温度がマルテンサイト変態点温度以下に低下するのを防止し、常時定めた目標温度のホットガスとなるよう温度補償するためのヒータ３１が設けられている。分岐管２７、２８の入口には、各分岐管２７、２８に流入するガス量を制御するバタフライ弁等の弁３２が設けられている。両分岐管２７、２８の合流位置には、ガスの循環風を形成するためのファン３３が設けられている。一方の分岐管２８には、管路を流れるガスの温度を低下させる水冷式クーラ３４が設けられている。このクーラ３４は、水冷で良く、空冷等とすることもできる。制御温度域は３００℃以上と高く、かつ冷却熱量が比較的大であるため、水冷が最も経済的である。また、制御容易で高精度が可能となる。現状±３〜５℃程度の制御が可能である。図示しないが、吸入管２６と吹出管２９を交差させて、それを切り換えることにより、ガスの流れを逆転させることもできる。
【００４３】
以上の構成のホットガス装置ＨＧＳでは、ワークＷに変態点温度（例えば３００℃）直上に定めた目標温度（例えば３２０℃）に調節されたガス（ここでは、これをホットガスと呼ぶ）ＨＧをワークＷに吹き付け、ワークＷを目標温度まで冷却し、また等温保持できる。ワークＷに吹き付けられたガスはより高温となって分岐管２７、２８に入るが、弁３２によって各分岐管２７、２８への流入量が制御されるので、出力ガスを目標温度とすることができる。目標温度θＰは任意に変更可能である。
【００４４】
図１に戻り、前記ガス炉４の底部には、前記油槽５に対してエレベータＥＶを昇降可能とすべく開口部３５が設けられている。この開口部３５とエレベータＥＶとは密閉状態で接合できるようになっている。ただし、この接合は、必ずしも密閉構造とする必要はない。ガス炉４と油槽５の全体が密閉構造とされていれば良い。
【００４５】
前記油槽５は、ワークＷに対し十分大量の油３６が収納されている。油量は、ワーク浸漬によって蒸発温度に達しない温度計算により定められ、例えばワークＷの重量（ｋｇ）に対し、その１０倍程度の量（リットル）として定められる。油槽５の回りは断熱材７で覆われており、その一側面には油温度調節器３７が設けられている。また、内部には一対の振動板３８が設けられている。さらに、油槽５の内部の油３６をガス炉４に収納したワークＷに対してシャワーリング可能のオイルスプレー装置３９が設けられている。油槽５の油３６をスプレーするのでなく、温度調節器３７を通して、油３６の温度（例えば２００℃）をこれより冷たい温度（例えば１５０℃）とすることもできる。油槽５内の油を整流化するため、プロペラ４０が設けられている。このプロペラ４０は一対設けられ、流れ方向４１で示すように、油３６を底部へ向けて送り、中央から上方へ向かう流れを作っている。
【００４６】
図３〜図５を用いて複合マルクエンチ装置ＣＭＱの作用を説明する。図３は全体的な温度変化のタイムチャート、図４は油冷部分の温度変化のタイムチャート、図５は等温保持部分の温度変化のタイムチャートである。
【００４７】
図３に示すように、浸炭炉１に投入されたワークＷは、時刻ｔ１で加熱開始され、時刻ｔ２〜ｔ３の間９００〜１０００℃の温度で浸炭処理される。参考的に時間（ｈ）を付けて示すが、この値は目安である。時刻ｔ３〜ｔ４の間が油冷時間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の間が等温保持の時間であり、時刻ｔ５〜ｔ６の間が不活性ガスを用いての最終焼入れ処理である。
【００４８】
図３のタイムチャートにおいて、時刻ｔ３で浸炭処理が終了すると、中間扉２、３が開かれてワークＷはガス炉４に移行する。この時点での温度は９００℃であるとして示すが、焼入れ開始前に約１００℃低下させる処理を行って、実際には８００℃前後まで低下させることができる。
【００４９】
図４において、時刻ｔ３から油冷を開始するが、それまでの数十秒間の間、ガス炉４に不活性ガスの冷風を浴びせ、ワークＷの表面温度をここで８００℃以下に低下させておくこともできる。
【００５０】
時刻ｔ３でエレベータＥＶを下降させ、ワークＷを油３６内に浸漬すると、振動板３８を振動させ、油の流れ方向４１に整流して冷却を促進することができる。油３６の温度は、ワークＷの浸漬によって蒸発しないだけの温度に昇温してある。ワークＷには急冷が必要であるが、冷却度合いを適切にして、誤ってマルテンサイト変態点温度ＭＳ以下に低下させてしまうことがないようにするための配慮である。
【００５１】
ワークＷを油槽５内の油３６に浸漬するとワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は曲線Ｃ１のように冷却し、内部温度Ｗ（ｉｎ）はそれより遅れて曲線Ｃ２のように冷却する。タイムチャートは秒単位で示している。短時間での冷却であり、冷却効果を高めるため、振動板３８は油を振動させるより、ワークＷを振動させる方が効率的である。このとき、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がワークＷのマルテンサイト変態点温度ＭＳ、例えば３００℃まで冷却することがない時点でエレベータＥＶを上げ、ワークＷを油槽５内から引き上げる。図示の例では、このときの温度は５００℃である。引上げが遅れ、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がマルテンサイト変態点温度ＭＳ以下にならぬよう、十分安全を見て引き上げ時間が設定される。図示の例では１５秒間である。これら値は油温、ワークＷの形状、寸法、重量等ワーク性状によって異なる。
【００５２】
時刻ｔ３−１でワークＷが引き上げられると、ワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は再上昇し、内部温度Ｗ（ｉｎ）に近づこうとする。そこで、一定時間、例えば１５秒経ってから時刻ｔ３−２でオイルスプレー装置３９を駆動し、シャワーリングを行う。シャワーリングのための油３６は、油槽５内のものをそのまま用いることもできるが、これはワークＷの浸漬によって２３０℃程度まで昇温されているため、油温度調節器３７を介してより低温、例えば１５０℃とし、冷却効果及び蒸発防止を図ることができる。
【００５３】
シャワーリングの時間は図４の関係から定める。即ち、時刻ｔ３−２からシャワーリングを開始すると、ワークの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）は曲線Ｃ３に従って冷却し、内部温度Ｗ（ｉｎ）は曲線Ｃ４に従って冷却されるので、表面温度Ｗ（ｏｕｔ）がマルテンサイト変態点温度ＭＳに到達することのない時間幅、例えば１５秒間とする。時刻ｔ３−４からｔ３−５にかけて休み、時刻ｔ３−５から再度シャワーリングした例を示している。このように、シャワーリングの回数は複数回に分けて行うのが好ましい。
【００５４】
図４に示す例示にて、ワークＷの表面温度Ｗ（ｏｕｔ）を３６０℃、内部温度Ｗ（ｉｎ）を４７０℃、平均温度を４１５℃とできる。この値は、冷却曲線（ＣＣＴ線図）の危険領域Ｄａｎに届いていない。ここでは、この温度を脱出温度Ｔ（ｏｕｔ）と呼ぶ。脱出温度Ｔ（ｏｕｔ）を超えたワークＷは、マルテンサイト変態点温度ＭＳより低下することのないよう、（図５以下で示すように）所要の目標温度で時間をかけて等温保持できる。
【００５５】
上記の油冷却では１回の油浸漬と、２回のシャワーリングを行ったが、これらは図４の関係を見ながらシャワーリングのみとすることも可能である。また、２回の浸漬をすることも可能である。２者を組み合わせて活用すればよく、要するに、危険領域Ｄａｎをうまく脱出できれば良い。ただ、図４の工程中の各部の実測はほとんど不可能であるので、ワーク性状に応じて図４の関係を正確に定めておき、予測制御せねばならない。図４の例では、油冷却時間は合計７５秒で、前後の予備的時間を含めても２分以内で処理できる。移動の準備的時間等を含めても３分あれば十分である。
【００５６】
図５はガス炉４の機能部分であるホットガス装置ＨＧＳを用いての等温保持の工程を示している。時刻ｔ４以下で目標温度ＴＰに向けて数分間をかけて均一に冷却し、以後目標温度ＴＰで完全等温保持ＰＥＱできる。
【００５７】
図２及び図４を用いて等温保持の作用を示すと、ホットガスＨＧの温度が常時目標温度ＴＰに保たれる。温度偏差に対しては弁３２が制御され、出力ガスの温度を一定に保つ仕組みであるので、±３〜５℃の高精度の温度制御が可能である。しかも、等温保持の途中でマルテンサイト変態点温度ＭＳ以上の温度で目標温度を自由に変えられる。図５には、等温保持の最終段階で目標温度を２０℃程度上昇させた例を参考例として示した。１０〜２０℃を目安に目標温度を波状に変化させることもできる。これは、次の完全焼入れ時の表面での均一冷却が期待できることの目論見である。このような温度微調節は従来塩浴では為し得なかった事項である。
【００５８】
図５において、等温保持は時刻ｔ５で終了し、最終焼入れとして次の工程へ移行する。最終焼入れはガス炉４に常温以下の不活性ガスを導入することにより行うことができる。別の冷却専用炉に移行させても構わない。
【００５９】
上記実施形態では、１つの浸炭炉１と、１つのガス炉４と、１つの油槽５とを図１の関係で接続して示したが、レイアウトはこれに限定されない。例えばガス炉とホットガス装置ＨＧＳを別体とすることができる。また、ガス炉４に最終焼入れ専用のガス冷却炉を接続することもできる。さらにエレベータＥＶをワークを載せる台座が昇降駆動する例を示したが、その駆動方式はパンタグラフであってもホイストであっても同様である。不活性ガスをＮ２ガスの例で示したが、ＡｒやＨｅ等他の不活性ガスであってもよく、さらには冷却能力向上のためにＨ２ガス等のガスを組合わせて用いることも可能である。
【００６０】
以上の説明は浸炭炉１の例で示したが、浸炭炉１を通常加熱炉として浸炭処理したワーク、又は浸炭処理していないワークについても適用できる。また、これら炉を適宜組み合わせて構成できる。浸炭品と非浸炭品では、油冷開始の温度、脱出温度、等温保持の温度が異なるが、加熱、油冷、等温保持、常温以下の温度への焼入れ工程について同一に作用する。
【００６１】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計的変更を行うことにより、各種態様で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合マルクエンチ装置の側面図である。
【図２】図１の複合マルクエンチ装置の一部であるガス炉の断面図である。
【図３】全体的な温度変化を示すタイムチャートである。
【図４】油冷部分の温度変化の詳細を示すタイムチャートである。
【図５】等温保持部分の温度変化の詳細を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１ 浸炭炉
２、３ 中間扉
４ ガス炉
５ 油槽
６ 前扉
７ 断熱材
８ 加熱源
９ 加熱室
１０ Ｎ２ガス導入管
１１ 記録用熱電対
１２、２４ 制御用熱電対
１３ 酸素濃度計
１４ 添加ガス導入管
１５ ＣＲＸ排気管
１６、２０、３３、４０ ファン
１７ 軸
１８、２１ モータ
１９ 台
２２ Ｎ２ガスタンク
２３ ベーパーライザ
２５ 吸入口
２６ 吸入管
２７、２８ 分岐管
２９ 吸出管
３０ 吹出口
３１ ヒータ
３２ 弁
３４ クーラ
３５ 開口部
３６ 油
３７ 油温度調節器
３８ 振動板
３９ オイルスプレー装置
４０ プロペラ
４１ 流れ方向
ＣＭＱ 複合マルクエンチ装置
ＨＧＳ ホットガス装置
ＥＶ エレベータ
ＴＰ 目標温度
ＶＥ ベスチブル
ＰＥＱ 完全等温保持区間
Ｄａｎ 危険領域
Ｗ（ｏｕｔ） ワークの表面温度
Ｗ（ｉｎ） ワークの内部温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを高温に加熱し浸炭処理する浸炭炉と、浸炭処理された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、
前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、
前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、
前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする複合マルクエンチ装置。
【請求項２】
前記ガス等温保持装置は、前記ガス炉の一部から吸引したガスを外へ出し再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手前又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、
少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成るホットガス装置が組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の複合マルクエンチ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の複合マルクエンチ装置を用いて浸炭焼入れする制御方法であって、次の工程（１）〜（７）から成ることを特徴とする複合マルクエンチ装置の制御方法。
（１） 前記浸炭炉で前記ワークを高温域まで加熱し浸炭処理する工程。
（２） 浸炭処理された高温ワークを前記ガス炉に受入れる工程。
（３） ガス炉に受入れたワークを油槽に対して下降し次いで速やかに引き上げる工程。
（４） 前記ガス炉中に引上げたワークに一定間隔を置いて油のシャワーリングをし、冷却曲線の危険領域に到達しないよう管理しながら、前記ワークの平均温度を前記ワークのマルテンサイト変態点温度近くの温度まで急冷する工程。
（５） （３）又は及び（４）のいずれをどの程度行うかをワークの種別や量に応じて予め定める工程。
（６） 脱出温度まで冷却したワークを前記ホットガス装置を用いて前記等温保持の目標温度まで冷却し、次いで一定時間等温保持する工程。
（７） 等温保持後のワークを常温以下の温度で最終焼入れする工程。
【請求項４】
ワークを高温に加熱する加熱炉と、加熱された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、
前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、
前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、
前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする複合マルクエンチ装置。
【請求項１】
ワークを高温に加熱し浸炭処理する浸炭炉と、浸炭処理された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、
前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、
前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、
前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする複合マルクエンチ装置。
【請求項２】
前記ガス等温保持装置は、前記ガス炉の一部から吸引したガスを外へ出し再度内部へ出力する循環路が付属され、該循環路は２分岐され、一方の分岐管はそのままで他の分岐管には常温冷媒を用いたクーラが配置され、両分岐管の分岐点の手前又は合流点の後にはガス循環用のファンが配置され、両分岐管の一方又は両方には各分岐管を流れるガスの流量制御のための弁が介在され、
少なくとも等温保持の折には、前記合流点以後の温度が前記等温保持のための前記目標温度となるよう前記ファンの風量及び前記弁の開度等を調節するコントローラが設けられて成るホットガス装置が組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の複合マルクエンチ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の複合マルクエンチ装置を用いて浸炭焼入れする制御方法であって、次の工程（１）〜（７）から成ることを特徴とする複合マルクエンチ装置の制御方法。
（１） 前記浸炭炉で前記ワークを高温域まで加熱し浸炭処理する工程。
（２） 浸炭処理された高温ワークを前記ガス炉に受入れる工程。
（３） ガス炉に受入れたワークを油槽に対して下降し次いで速やかに引き上げる工程。
（４） 前記ガス炉中に引上げたワークに一定間隔を置いて油のシャワーリングをし、冷却曲線の危険領域に到達しないよう管理しながら、前記ワークの平均温度を前記ワークのマルテンサイト変態点温度近くの温度まで急冷する工程。
（５） （３）又は及び（４）のいずれをどの程度行うかをワークの種別や量に応じて予め定める工程。
（６） 脱出温度まで冷却したワークを前記ホットガス装置を用いて前記等温保持の目標温度まで冷却し、次いで一定時間等温保持する工程。
（７） 等温保持後のワークを常温以下の温度で最終焼入れする工程。
【請求項４】
ワークを高温に加熱する加熱炉と、加熱された高温ワークを受入れて加圧された不活性ガス下で冷却又は等温保持するガス炉と、このガス炉の下方に連通配置され、油の蒸発温度近くの温度まで昇温した温度の油で油冷処理する油槽と、
前記ガス炉に受入れたワークを前記油槽に対して供給すると共に再度引上げ処理するワーク昇降装置と、
前記ガス炉のワークに前記油をシャワーリングするオイルスプレー装置と、
前記ガス炉に付随され、前記油によって冷却曲線の危険領域を超える領域まで冷却されたワークをマルテンサイト変態点温度直上に定めた目標温度でガス冷却し、その後一定時間等温保持するガス等温保持装置を備えたことを特徴とする複合マルクエンチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３２１２２１（Ｐ２００７−３２１２２１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５５０９５（Ｐ２００６−１５５０９５）
【出願日】平成１８年６月２日（２００６．６．２）
【出願人】（５０２０５８１５０）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２日（２００６．６．２）
【出願人】（５０２０５８１５０）
【Ｆターム（参考）】
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