JP6938402B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理物へ熱処理用の媒体、特に液状媒体を供給する熱処理装置に関する。

歯車を一例とする金属部品（被処理物）等に熱処理を施すための熱処理装置が知られている。熱処理の一種である焼入処理では、高周波加熱等によって加熱された被処理物に、水等の冷却媒体が供給される。熱処理装置内において、媒体は、熱処理装置内において配管を通って被処理物まで運ばれる。ここで、熱処理用の媒体を移送するための構成ではないけれども、気体を移送するためのダクトが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のダクトは、Ｕ字状のダクトの内部に気体の流れを案内する案内部材が設けられている。

特開２０１４−１６３６１２号公報

焼入処理用の熱処理装置では、配管のレイアウトの都合上、媒体は、水平方向に移送され、その後、垂直方向に進む最中に被処理物に浴びせられる場合がある。この場合、液状の冷却媒体は、水平に向かう箇所から垂直に向かう箇所において流れ方向を大きく変えられる。このため、冷却媒体が垂直に進む箇所において、冷却媒体の流れに乱れが生じる。このような乱れは、被処理物を通過する際における配管内での冷却媒体の乱れの原因となる。そして、被処理物に浴びせられる冷却媒体の流れが不均一であると、被処理物の各部における冷却速度が不均一となり、その結果、被処理物の歪みが大きくなる。

しかしながら、引用文献１に記載の構成は、熱処理される被処理物へ媒体を供給する構成ではなく、このような被処理物に浴びせられる時点での冷却媒体の乱れについての対策は何ら開示されていない。また、引用文献１に記載の構成であれば、案内部材の手前側（気体の流れ方向上流側）において大がかりな流量調整用ダクトを設ける必要があり、熱処理装置をコンパクトにすることができない。

本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にすることのできる熱処理装置を提供することを、目的とする。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、被処理物に熱処理を施すための媒体が流入する入口管と、前記入口管における前記媒体の進行方向としての第１方向とは異なる第２方向に向けて前記媒体が進行するように前記入口管に接続されるとともに、前記被処理物が配置される出口管と、前記媒体の進行方向を前記第１方向から前記第２方向に変更するために前記出口管内に配置され、前記第２方向に沿って前記出口管を見たときに、前記出口管の内周面から離隔しており、且つ、前記入口管の出口管側開口部から前記第１方向に進んだ箇所に配置された整流部材と、を備え、前記第２方向に沿って前記出口管を見たときに、前記第１方向と直交する方向としての幅方向において、前記整流部材の両端部と前記出口管の内周面との間に、前記媒体を通過させるための隙間が形成されており、前記整流部材は、前記出口管の底面に固定されるとともに前記出口管の長さ方向と同じ角度に延びるように配置され、前記第１整流部材における前記出口管側開口部側を向く面の面積ｗｈと前記入口管の前記出口管側開口部における開口面積ｄとの比率である形状指数ｗｈ／ｄが、０．５〜６．４の範囲に設定されている。

この構成によると、整流部材は、第２方向に沿って出口管を見たときに、出口管の内周面から離隔しており、且つ、入口管の出口管側開口部から第１方向に進んだ箇所に配置されている。このような構成であれば、第１方向に沿って入口管を進んだ後に出口管に到達した媒体は、第２方向に沿って出口管を見たときに整流部材の周囲を迂回するように出口管内を進み、その後、第２方向に沿って進む。これにより、出口管のうち入口管との接続部周辺における媒体を、よりスムーズに第２方向に進むように整流部材によって案内できる。したがって、出口管を第２方向に沿って進む媒体の流れの分布（第２方向と直交する断面での流速の分布）をより均等にできる。これにより、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管内に配置された被処理物が媒体によって熱処理される度合いを被処理物の各部においてより均等にできる。例えば、金属製の被処理物を水等の液状媒体で焼入処理する際に、被処理物の各部をより均等に冷却できるので、被処理物に歪みが生じることをより確実に抑制できる。また、この構成によると、媒体は、整流部材の周囲において、整流部材の幅方向両側方の隙間を通って出口管の内周面の全周に到達するように流れる。このようなスムーズな媒体の流れが生じる結果、整流部材の周囲から第２方向に沿って出口管を流れる媒体の流れの分布をより均等にできる。

（２）前記第１方向に沿って見て、前記整流部材は、前記出口管側開口部と前記幅方向の全域に亘って重なっている場合がある。

この構成によると、第１方向に真っ直ぐに進み入口管から出口管に到達した媒体は、出口管のうち入口管の出口管側開口部と第１方向に対向する対向内面にそのまま衝突するのではなく、整流部材に一旦受けられることとなる。このような構成であれば、媒体が第１方向に沿って対向内面に勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管で生じることを、より確実に抑制できる。

（３）前記熱処理装置は、前記第２方向において前記整流部材から離隔して配置され、前記第２方向と直交する面における前記出口管の面積を絞る絞り部材をさらに備えている場合がある。

この構成によると、絞り部材は、媒体の流れを増速させる作用を通じて、出口管内通過中の媒体の流れが不安定になることを抑制する。より具体的には、絞り部材は、連続の式とベルヌーイの法則とを満たすように媒体の動圧を相対的に低い状態から高い状態に移動させる。これにより、媒体の流れが出口管内の壁摩擦の抵抗に打ち勝つようにし、流体はく離の原因となる媒体逆流の発生を抑える。その結果、簡単な機構で流体的ノイズの原因となる渦、流体はく離などが抑えられる。これにより、出口管内において、第２方向と直交する断面での第２方向の流速分布がより均等となる。

（４）前記熱処理装置は、前記出口管内を流れる前記媒体を整流する第２整流部材をさらに備え、前記第２方向に沿って、前記絞り部材、前記第２整流部材、および、前記被処理物の配置位置の順に配置され、前記絞り部材から前記被処理物の配置位置までの距離が、前記整流部材から前記絞り部材までの距離よりも短く設定されている場合がある。

この構成によると、整流部材から絞り部材までの間の比較的長い領域において十分に流れの整った媒体は、第２整流部材でさらに流れを整えられた後に被処理物に与えられる。これにより、被処理物を通過する媒体の流れの分布をより均等にできる。

本発明によると、熱処理用の媒体が被処理物を通過する際の媒体の流れの分布をより均等にできる。

熱処理装置の模式的且つ概念的な斜視図であり、一部を切断して示している。 図２（Ａ）は、熱処理装置の加熱装置の主要部を正面側から見た一部断面図である。図２（Ｂ）は、熱処理装置の冷却装置の背面図である。 図２（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、被処理物の搬送方向と直交する断面を示している。 冷却装置の媒体供給部の主要部の構成を示す模式図である。 冷却装置を正面側から見た断面図である。 図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、冷却装置における冷却処理動作を説明するための図である。 冷却装置における冷却動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図８（Ａ）は、一般的な焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。図８（Ｂ）は、冷媒の流速が十分に高い場合の焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。 図９（Ａ）は、冷媒の流速が遅い場合の焼入処理の一例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。図９（Ｂ）は、冷媒の流速が遅い場合の焼入処理の別の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。 本実施形態における、冷媒の流速が可変である場合の焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。 図７に示すフローチャートにおける、被処理物への冷媒供給動作（ステップＳ２）の詳細を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。 第１実施形態の変形例における、冷媒の流速が可変である場合の焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速を示している。 図７に示すフローチャートにおける、被処理物への冷媒供給動作（ステップＳ２）の詳細の変形例を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る冷却装置の概略構成を示す、一部断面側面図である。 図１４に示す冷却装置の主要部を示す断面図であり、主要部を側面から見た状態を示している。 冷却装置の主要部を示す断面図であり、主要部を加熱装置側から見た状態を示している。 入口管、出口管の底面および第１整流部材を模式的に示す平面図である。 図１８（Ａ）は、第２実施形態の変形例の主要部の平面図である。図１８（Ｂ）は、第２実施形態の別の変形例の主要部を示している。図１８（Ｃ）は、第２実施形態のさらに別の変形例の主要部を示している。図１８（Ｄ）は、第２実施形態のさらなる変形例を示している。 図１９（Ａ）は、比較例１Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である。図１９（Ｂ）は、実施例１Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である。 図２０（Ａ）は、実施例２Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である。図２０（Ｂ）は、実施例３Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である。 形状指数と流速ばらつき割合との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、熱処理装置１の模式的且つ概念的な斜視図であり、一部を切断して示している。図２（Ａ）は、熱処理装置１の加熱装置４の主要部を正面側から見た一部断面図である。図２（Ｂ）は、熱処理装置１の冷却装置６の背面図である。図３は、図２（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、被処理物１００の搬送方向Ａ１と直交する断面を示している。図４は、冷却装置６の媒体供給部２２の主要部の構成を示す模式図である。図５は，冷却装置６を正面側から見た断面図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、冷却装置６における冷却処理動作を説明するための図である。

なお、以下では、熱処理装置１を正面から見た状態を基準として、左右方向Ｘ１（搬送方向Ａ１）、前後方向Ｙ１、および、上下方向Ｚ１を規定する。

図１を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００に熱処理を施すために設けられている。この熱処理は、加熱処理および冷却処理である。加熱処理の一例として、浸炭加熱処理、均熱処理などを例示することができる。また、冷却処理として、焼入処理などを例示することができる。本実施形態では、熱処理装置１で行われる熱処理として、焼入処理を例に説明する。本実施形態では、熱処理に用いられる媒体（冷媒）として、液状冷媒としてのポリマー水溶液が用いられるけれども、冷却水（水道水）または焼入油等が用いられてもよい。また、冷媒として、ガス等の気体が用いられてもよい。

本実施形態では、被処理物１００は、鋼等の金属部品であり、例えば、歯車である。なお、被処理物１００の材料として、実用上、焼入処理を必要とする材料を例示できる。このような材料として、ＳＣＭ材（クロムモリブデン鋼鋼材）、ＳＣｒ材（クロム鋼鋼材）、ＳＮＣＭ材（ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材）、ＳＵＪ（高炭素クロム軸受鋼鋼材）を例示することができる。

熱処理装置１は、焼入工程のうち、加熱後の特に冷却時において冷媒の流速制御をすることで、被処理物１００内の冷却温度のばらつきを抑える。これにより、被処理物１００に生じる歪み（変形）をより小さくする。より具体的には、熱処理装置１の後述する冷却装置６における、冷媒の整流化および冷媒の流速Ｖの均等化を通じて、被処理物１００に生じる歪み（変形）を抑制する。特に、厚みの薄い（薄肉である）被処理物１００においては、冷媒を整流しても、被処理物１００の各部の冷却を均等にし難い傾向にあるので、本実施形態では、冷媒の流速制御も重要視している。

熱処理装置１は、搬送トレイ２と、第１搬送機構３と、加熱装置４と、中間扉ユニット５と、冷却装置６と、を有している。

搬送トレイ２は、被処理物１００を支持するための搬送支持部材である。搬送トレイ２は、本実施形態では、金属製またはカーボン製の部材であり、熱処理装置１における被処理物１００の熱処理において繰り返し用いられる。搬送トレイ２は、被処理物１００を水平方向に沿って延びる所定の搬送方向Ａ１に沿って搬送する。

搬送トレイ２は、枠部２ａと、支持部２ｂと、を有している。

枠部２ａは、第１搬送機構３によって支持される部分として設けられている。枠部２ａは、例えば、矩形状の外形を有し、且つ、所定の厚みを有する板状に形成されている。枠部２ａは、加熱装置４内に収容可能で、且つ、冷却装置６内に収容可能な大きさに形成されている。枠部２ａの中央部には、孔部２ｃ（開口部）が形成されている。この孔部２ｃは、例えば、円形に形成されており、枠部２ａを当該枠部２ａの厚み方向に貫通している。この孔部２ｃは、加熱装置４において被処理物１００を昇降させるために設けられており、且つ、冷却装置６において、冷媒を通過させるために設けられている。冷却装置６で供給される冷媒の温度は、２０℃〜２５℃程度である。

孔部２ｃの内周部から孔部２ｃの中央に向けて、複数の梁状の支持部２ｂが延びている。支持部２ｂは、被処理物１００を支持する部分として設けられている。これらの支持部２ｂの先端は、互いに離隔しており、後述する第２搬送機構１５による被処理物１００の持ち上げ動作を阻害しないように構成されている。

また、各支持部２ｂには、被処理物１００を位置決め（センタリング）するための位置決め凸部２ｄが設けられている。凸部２ｄは、被処理物１００の外周面を受けるように配置されており、上方に延びている。この支持部２ｂに、被処理物１００が、点接触または線接触となるように載せられることが好ましい。この支持部２ｂは、後述する媒体通路４０において、冷媒を整流するための整流部材として機能する。なお、搬送トレイ２に複数の被処理物１００が積層されることで、バッチ処理が行われてもよい。

上記の構成を有する搬送トレイ２は、第１搬送機構３によって、搬送方向Ａ１に沿って加熱装置４および冷却装置６に搬送される。

第１搬送機構３は、加熱室側搬送部１１と、冷却室側搬送部１２と、加熱室側搬送部１１および冷却室側搬送部１２の間に配置された中間搬送部１３と、を有している。

加熱室側搬送部１１は、搬送トレイ２を加熱室７内で搬送するために設けられている。また、冷却室側搬送部１２は、加熱室７を通過した搬送トレイ２を冷却室８内で搬送するために設けられている。中間搬送部１３は、中間扉ユニット５において、搬送トレイ２を搬送方向Ａ１に沿って配置するために設けられている。第１搬送機構３のより具体的な構成は、後述する。

図１および図２（Ａ）を参照して、加熱装置４は、加熱室７と、加熱コイル１４と、第２搬送機構１５と、を有している。

加熱室７は、図示しない真空ポンプによって真空にされた状態で、被処理物１００に加熱処理を施すように構成されている。

被処理物１００は、加熱室側搬送部１１によって、加熱室７内に配置される。この加熱室側搬送部１１は、ベルトコンベア式の搬送部であり、搬送トレイ２を搬送方向Ａ１に搬送するように構成されている。

搬送方向Ａ１における加熱室７の中間部に加熱コイル１４が配置され、さらに、加熱コイル１４の下方に、第２搬送機構１５が配置されている。

加熱コイル１４は、本実施形態では、加熱室側搬送部１１の上方に配置されている。加熱コイル１４は、本実施形態では、誘導加熱コイルであり、被処理物１００に誘導加熱による加熱を行うように構成されている。加熱コイル１４による誘導加熱によって、被処理物１００は、所定の焼入温度Ｔｈまで加熱される。

第２搬送機構１５は、加熱室７において被処理物１００を、搬送トレイ２と加熱コイル１４との間に上下移動させるために設けられている。第２搬送機構１５は、加熱室７において、搬送トレイ２に形成された孔部２ｃを通して被処理物１００を持ち上げることで、搬送トレイ２は持ち上げずに被処理物１００を加熱コイル１４に持ち上げる。搬送トレイ２、および、加熱処理がされた後の被処理物１００は、加熱室側搬送部１１によって、中間扉ユニット５側に搬送される。

中間扉ユニット５は、加熱室７の出口壁７ｂに形成された出口７ｈと、冷却室８の入口壁８ａに形成された入口８ｇと、の間を気密的且つ液密的に封止した状態で閉じることが可能に構成され、且つ、これらの出口７ｈおよび入口８ｇを開いた状態にすることが可能に構成されている。

出口壁７ｂの出口７ｈは、中間扉ユニット５の中間扉１６によって開閉される。中間扉１６が開かれている状態で、加熱室７を通過した被処理物１００は、中間搬送部１３によって、冷却室８内に搬送される。

中間搬送部１３は、ベルトコンベア式の搬送機構を含んでおり、冷却室８内に配置されている。中間搬送部１３によって冷却室８内に搬送された被処理物１００は、さらに、冷却室側搬送部１２によって冷却室８内を搬送されるとともに、冷却装置６によって冷却処理を施される。

図１〜図５を参照して、冷却装置６では、加熱装置４で加熱された被処理物１００を冷媒に浸漬する。これにより、被処理物１００の周囲において、冷媒の蒸気膜が発生し、次いで冷媒が沸騰し、次いで冷媒が対流を生じるように構成されている。この構成により、被処理物１００が冷却される。

冷却装置６は、冷却室８と、出口扉２０を含む出口扉ユニット２１と、媒体供給部２２と、上下変位機構２３と、を有している。

冷却室８は、被処理物１００を冷却するために、加熱室７に隣接して配置されている。冷却室８は、縦長の略直方体状の箱状に形成されている。冷却室８は、入口壁８ａと、出口壁８ｂと、前壁８ｃと、後壁８ｄと、天壁８ｅと、底壁８ｆと、を有している。

入口壁８ａは、上下に延びる壁部である。この入口壁８ａには入口８ｇが形成されており、この入口８ｇに中間扉ユニット５の枠部５ａが固定されている。中間扉ユニット５の枠部５ａを通過した被処理物１００は、搬送方向Ａ１における冷却室８の下流側へ向けて進む。出口壁８ｂには、被処理物１００を冷却室８から搬出するための出口８ｈが形成されている。この出口８ｈは、出口扉２０によって開閉される。

媒体供給部２２は、冷媒を冷却室８の外部から冷却室８内に取り込み、この冷媒で被処理物１００を浸漬するために設けられている。媒体供給部２２は、電子制御によって、被処理物１００への冷媒の流速Ｖを変更可能に構成されている。本実施形態では、媒体供給部２２は、搬送トレイ２上で静止している被処理物１００に向けて所定の流速Ｖ１，Ｖ２で冷媒を供給する。

媒体供給部２２は、媒体供給設定部２４と、媒体通路形成体２５と、を有している。

媒体供給設定部２４は、媒体通路形成体２５（被処理物１００）への冷媒の供給量を設定するために設けられている。本実施形態では、媒体供給設定部２４は、媒体通路形成体２５の後述する出口管４２における冷媒の流速Ｖを設定する。なお、媒体供給設定部２４は、出口管４２における冷媒の流量（単位時間当たりにおける出口管４２での冷媒の通過量）を設定してもよい。

媒体供給設定部２４は、ポンプ２６と、ポンプ２６に接続された供給管２７と、供給管２７の途中に設けられた並列管部２８と、並列管部２８から流れた冷媒が通過する第４制御弁３４と、制御部２９と、を有している。

ポンプ２６は、例えば電動ポンプである。ポンプ２６は、冷媒タンク３０および供給管２７に接続されており、冷媒タンク３０に溜められた冷媒を、供給管２７へ輸送する。ポンプ２６の電動モータは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御等によって制御部２９で制御される。この制御により、ポンプ２６は、電動モータの回転数、すなわち、ポンプ２６の流量が所定値となるように制御される。

供給管２７での冷媒の流れ方向におけるポンプ２６の下流側に、並列管部２８が設けられている。並列管部２８は、出口管４２に供給される媒体の流速Ｖを調整するために設けられている。

並列管部２８は、複数（本実施形態では、３つ）の並列部分を有しており、本実施形態では、第１部分２８ａと、第２部分２８ｂと、第３部分２８ｃと、を有している。

第１部分２８ａは、本実施形態では、ベースラインとして設けられており、供給管２７に冷媒が供給されているときには常時開いているラインである。第２部分２８ｂおよび第３部分２８ｃは、供給管２７から出口管４２へ供給される冷媒の流速Ｖが比較的高く設定される場合に、冷媒を通される部分である。

第１部分２８ａは、第１制御弁３１と、第１仕切弁３５と、を有している。第２部分２８ｂは、第２制御弁３２と、第２仕切弁３６と、を有している。第３部分２８ｃは、第３制御弁３３と、第３仕切弁３７と、を有している。

第１〜第３制御弁３１〜３３は、それぞれ、冷媒が通過する電磁弁である。これらの制御弁３１〜３３は、制御部２９によって個別に開度設定される。仕切弁３５〜３７は、本実施形態では、手動弁であり、通常は、全開にされている。

第１部分２８ａ、第２部分２８ｂおよび第３部分２８ｃにおける冷媒の合計の流量は、制御部２９による第１〜第３制御弁３１〜３３の制御によって適宜設定される。

供給管２７での冷媒の流れ方向における並列管部２８の下流側に、第４制御弁３４が設けられている。第４制御弁３４は、出口管４２への冷媒の供給のオン／オフを切り替えるために設けられている。第４制御弁３４は、冷媒が通過する電磁弁であり、制御部２９によって開度設定される。

ポンプ２６および各制御弁３１〜３４は、前述したように、制御部２９によって制御される。本実施形態では、制御部２９は、媒体供給部２２の一要素であるけれども、媒体供給部２２とは別の要素として設けられてもよい。制御部２９は、所定の入力信号に基づいて、所定の出力信号を出力する構成を有し、例えば、安全プログラマブルコントローラなどを用いて形成することができる。安全プログラマブルコントローラとは、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｃ ０５０８−１のＳＩＬ２またはＳＩＬ３の安全機能をもつ公的に認証されたプログラマブルコントローラをいう。なお、制御部２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含むコンピュータ等を用いて形成されていてもよい。

供給管２７での流れ方向における供給管２７の下流端部は、媒体通路形成体２５の後述する入口管４１に接続されている。

媒体通路形成体２５は、被処理物１００に所定の冷媒を供給する媒体通路４０を形成するためのユニットである。すなわち、冷媒供給部２２は、被処理物１００が設置され冷媒が通過する媒体通路４０を含んでいる。媒体通路形成体２５は、冷却室８の外側から内側に向けて延びている。

媒体通路形成体２５は、入口管４１と、出口管４２と、搬送トレイ２と、を含んでいる。

媒体通路４０内の冷媒は、入口管４１において前後方向Ｙ１に沿う水平方向としての第１方向Ｄ１に沿って進み、入口管４１から出口管４２の下端部に到達し、出口管４２において、鉛直上方向である第２方向Ｄ２（上下方向Ｚ１）に沿って進む。

入口管４１は、被処理物１００に熱処理（焼入処理）を施すための冷媒が流入する管であり、冷媒を冷却室８の外部から冷却室８内に導入する。入口管４１は、前後方向Ｙ１に沿って水平に延びる円筒管である。入口管４１の内径Ｄ４１は、出口管４２の内径Ｄ４２未満（Ｄ４１＜Ｄ４２）に設定されている。本実施形態では、入口管４１は、冷却室８の後方から前方に向けて延びている。入口管４１の一端は、冷却室８の外部に配置されている。入口管４１の中間部は、冷却室８の後壁８ｄを貫通している。

入口管４１の他端部としての出口側開口部４１ａは、出口管４２の後述する下側部材４３に接続されている。この構成により、入口管４１の内部が、出口管４２内に開放されている。供給管２７から入口管４１に進入した冷媒は、入口管４１の延びる方向である第１方向Ｄ１に沿って進む。すなわち、第１方向Ｄ１は、入口管４１における冷媒の進行方向である。第１方向Ｄ１と直交する断面において、入口管４１内の媒体がより均等な流速分布となるように、供給管２７のうち入口管４１との接続部と、入口管４１とは、一直線に並んでいることが好ましい。

出口管４２は、本実施形態では、円筒形状に形成されている。なお、出口管４２は、断面四角形等の断面多角形形状の管部材であってもよい。

出口管４２は、複数の冷媒通路形成部材としての下側部材４３および上側部材４４を含んでいる。搬送トレイ２は、被処理物１００の冷却時において、下側部材４３と上側部材４４との間に配置される。すなわち、本実施形態では、搬送トレイ２は、被処理物１００を搬送する機能と、媒体通路４０の一部を形成する機能の双方を有しており、入口管４１、下側部材４３および上側部材４４（出口管４２）と協働して媒体通路４０を形成する。搬送トレイ２は、出口管４２の一部を構成しているともいえる。出口管４２の内径Ｄ４２は、被処理物１００の直径Ｄ１００（外径）よりも大きく設定されている。

本実施形態では、出口管４２の下側部材４３、搬送トレイ２、および、上側部材４４は、搬送方向Ａ１と交差する上下方向Ｚ１（交差方向）に沿って互いに接近するように相対変位することで、被処理物１００を収容した状態で媒体通路４０を形成するように構成され、且つ、上下方向Ｚ１に沿って互いに離隔するように相対変位することで、媒体通路４０に対する搬送方向Ａ１に沿った被処理物１００の出し入れを許容するように構成されている。媒体通路４０は、冷却室８内において被処理物１００に冷媒を供給するために設けられている。

出口管４２は、下側部材４３、搬送トレイ２および上側部材４４がこの順に重ね合わされることで形成される。そして、下側部材４３に対して搬送トレイ２および上側部材４４が上側に変位することで、出口管４２が分割され、搬送トレイ２およびこの搬送トレイ２に載せられた被処理物１００を媒体通路４０に対して出し入れできる。

出口管４２は、第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２（本実施形態では、鉛直上方向）に向けて冷媒が進行するように入口管４１に接続されており、当該出口管４２内に被処理物１００が配置される。冷媒は、入口管４１を通った後、入口管４１の出口側開口部４１ａから、第１方向Ｄ１に進みながら出口管４２の下端部に進入し、当該下端部において第２方向Ｄ２に向きを変えられ、出口管４２内を第２方向Ｄ２に進む。

下側部材４３は、冷却室８の底壁８ｆから上方に延びる円筒状の管として設けられている。下側部材４３は、上下方向Ｚ１に沿って延びる円筒管であり、一定の内径を有している。下側部材４３の下端部は、閉じられた形状を有している。上下方向Ｚ１において、下側部材４３の底面、すなわち、出口管４２の底面４２ａの高さ位置は、入口管４１の底部４１ｂの高さ位置と揃えられている。すなわち、入口管４１の底部４１ｂと出口管４２の底面４２ａとの間に段差が生じていない。

なお、入口管４１の底部４１ｂと出口管４２の底面４２ａとの間に段差が生じていてもよい。この場合、出口管４２の底面４２ａの高さ位置は、入口管４１の底部４１ｂの高さ位置より高くてもよいし、低くてもよい。

下側部材４３の内径は、出口管４２の内径でもあり、入口管４１の内径Ｄ４１より大きい。下側部材４３の高さは、下側部材４３の内径よりも大きく設定されており、下側部材４３において第２方向Ｄ２に進む冷媒の流れは、第２方向Ｄ２の下流側に進むに従いより均等な分布となる。下側部材４３の上端部の高さ位置は、所定の冷却位置Ｐ１の近傍に設定されている。換言すれば、下側部材４３の上端部は、冷却室側搬送部１２の近傍に配置されており、搬送トレイ２の下方に位置する。下側部材４３の上端部の外周部には、環状のフランジ部４３ａが設けられている。フランジ部４３ａの上面には、環状溝が形成されており、この環状溝にＯリング等の環状のシール部材が嵌め込まれている。下側部材４３のフランジ部４３ａ上には、搬送トレイ２の枠部２ａが載せられる。また、搬送トレイ２の枠部２ａ上には、上側部材４４が載せられる。

上側部材４４は、上下方向Ｚ１に延びる円筒状の可動管として設けられている。上側部材４４の内径は、下側部材４３の内径および搬送トレイ２の孔部２ｃの内径と同じに設定されている。この構成により、上側部材４４、搬送トレイ２および下側部材４３が重ね合わされて出口管４２が形成されたとき、出口管４２の内周面に実質的に段差が生じないようにされている。上側部材４４の下端部の外周部には、環状のフランジ部４４ａが設けられている。

フランジ部４４ａの下面には、環状溝が形成されており、この環状溝にＯリング等の環状のシール部材が嵌め込まれている。上側部材４４のフランジ部４４ａは、搬送トレイ２の枠部２ａの上面に押さえつけられる。上側部材４４は、被処理物１００の冷却時、被処理物１００の周囲を全周に亘って取り囲んでいる。本実施形態では、上下方向Ｚ１における上側部材４４の長さは、出口管４２の内径Ｄ４２以下に設定されているけれども、内径Ｄ４２より長くてもよい。上側部材４４の上端部４４ｂの高さ位置は、被処理物１００の熱処理時における被処理物１００の高さ位置よりも高く設定されている。この上側部材４４は、ブラケット４５を介して、流体圧シリンダ４６のロッド４７に支持されており、このロッド４７の変位に応じて上下移動する。流体圧シリンダ４６は、冷却室８の天壁８ｅに支持されている。出口管４２の上側部材４４を通過した冷媒は、冷却室８内において、出口管４２の外部に排出される。出口管４２の外部に排出された冷媒は、排出管４８を通って冷却室８の外部に排出される。

排出管４８は、入口管４１に隣接した位置において、冷却室８の後壁８ｄの下端部に形成されており、冷却室８の内部と外部とに連続している。排出管４８は、図示しないドレンタンクに接続されており、このドレンタンクに貯蔵される。

搬送トレイ２は、冷却室側搬送部１２によって、上側部材４４および下側部材４３の間に位置する所定の搬送位置Ｐ２に搬送される。

冷却室側搬送部１２は、冷却室８内に配置されている。この冷却室側搬送部１２は、ベルトコンベア式の搬送機構である。

冷却室側搬送部１２は、冷却室８に取り付けられた電動モータである冷却室側モータ５１と、冷却室側モータ５１の出力を伝達する出力伝達部材５２と、出力伝達部材５２によって回転される駆動軸５３および従動軸５４と、冷却室８の内部に配置され、出力伝達部材５２からの動力を受けて搬送トレイ２を搬送方向Ａ１に変位させる一対のチェーン５５，５５と、を有している。そして、駆動軸５３、従動軸５４およびチェーン５５，５５を含むチェーンユニット５６が形成されている。チェーンユニット５６は、上下方向Ｚ１に移動可能に構成されており、搬送位置Ｐ２および冷却位置Ｐ１に変位可能である。これにより、搬送トレイ２は、上側部材４４および下側部材４３に搬送トレイ２が結合されるときには冷却位置Ｐ１に向けて下方に変位することが可能であり、搬送トレイ２が上側部材４４および下側部材４３との結合を解除されるときには搬送位置Ｐ２に向けて上方に変位することが可能である。

出力伝達部材５２は、一対の自在継手を有する軸状部材である。出力伝達部材５２は、一対の自在継手を有していることにより、当該出力伝達部材５２の一端部と他端部の相対位置を変更可能である。

出力伝達部材５２には、駆動軸５３が連結されている。駆動軸５３と平行に、従動軸５４が配置されている。駆動軸５３と従動軸５４の間に、下側部材４３が配置されている。前後方向Ｙ１における駆動軸５３の一対の端部、および、前後方向Ｙ１における従動軸５４の一対の端部には、それぞれ、スプロケットが一体回転可能に連結されている。そして、搬送方向Ａ１に並ぶ一対のスプロケットに、チェーン５５，５５が巻き掛けられている。チェーン５５，５５は、前後方向Ｙ１に離隔して配置されており、搬送トレイ２の枠部２ａを載せることが可能に構成されている。また、チェーン５５，５５の間に、下側部材４３の上端部が配置されている。

上記の構成により、冷却室側モータ５１の駆動に伴い、出力伝達部材５２が回転し、この回転が駆動軸５３に伝わる。そして、この駆動軸５３は、チェーン５５，５５を駆動し、従動軸５４を回転させる。これにより、一対のチェーン５５，５５上の搬送トレイ２は、搬送方向Ａ１に移動する。

次に、冷却装置６における冷却動作の概要を説明する。図７は、冷却装置６における冷却動作の一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、フローチャートを参照しながら説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明する。

図７を参照して、冷却装置６において被処理物１００が冷却される際には、まず、被処理物１００が出口管４２内に収容される（ステップＳ１）。

ステップＳ１における動作においては、図３に示すように、搬送トレイ２が所定の搬送位置Ｐ２に到達すると、冷却室側モータ５１の停止に伴いチェーン５５が停止し、搬送トレイ２が搬送位置Ｐ２で停止する。次に、流体圧シリンダ４６のロッド４７が下方に変位する。これにより、上側部材４４が変位する。上側部材４４の下降移動に連動して、チェーンユニット５６が下方に変位し、図４、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、チェーンユニット５６は、冷却位置Ｐ１に到達する。このとき、搬送トレイ２は、下側部材４３に受けられている。

上側部材４４が下方に変位することに伴い、当該上側部材４４が搬送トレイ２を下側へ加圧する。そして、下側部材４３、および、上側部材４４によって搬送トレイ２が挟まれた状態となり、下側部材４３、搬送トレイ２、および、上側部材４４によって、出口管４２（媒体通路４０）が形成される。すなわち、被処理物１００が出口管４２内に収容される。

媒体通路４０は、Ｌ字状の通路である。この媒体通路４０は、入口管４１の内周面および出口管４２の内周面４２ｃによって形成されており、冷却室８内において、上方に開放されている。この構成により、冷媒の流れ方向における媒体通路４０の下流端部（上側部材４４の上端部４４ｂ）は、媒体通路４０内の圧力よりも低い圧力に設定された媒体通路４０の外部に開放されている。

この媒体通路４０内において、搬送トレイ２に支持された被処理物１００へ向けて、冷媒が下方から上方へ向けて流される（ステップＳ２）。媒体通路４０のうち被処理物１００が設置された領域における第２方向Ｄ２は、鉛直方向において下側から上側に向かっている。ステップＳ２での動作をより具体的に説明すると、第１制御弁３１〜第４制御弁３４の開度が制御部２９によって設定された状態で、所定の回転数に設定されたポンプ２６の駆動によって冷媒が供給管２７を通過する。供給管２７を通過した冷媒は、入口管４１を第１方向Ｄ１に沿って通過し、出口側開口部４１ａを通して出口管４２に到達する。出口管４２に到達した冷媒は、第２方向Ｄ２に向きを変えて出口管４２を上昇する。

冷媒は、出口管４２を通過するときに搬送トレイ２に支持されている静止状態の被処理物１００を浸漬し、被処理物１００を冷却する。この冷媒は、媒体通路４０の上端（上側部材４４の上端部４４ｂ）まで到達した後、媒体通路４０の外方に排出されることで、冷却室８の底壁８ｆに向けて落下する。冷却室８の底壁８ｆに落下した冷媒は、排出管４８から冷却室８の外部に排出される。ステップＳ２では、媒体通路４０における冷媒の流速Ｖが制御部２９によって制御されることで、被処理物１００の熱歪みのばらつきを小さくできる。

ステップＳ２において被処理物１００への冷媒の供給が完了した後、出口管４２から被処理物１００が搬出される（ステップＳ３）。具体的には、上下変位機構２３の流体圧シリンダ４６のロッド４７が、図３および図５に示すように、上方に変位する。これにより、上側部材４４は、上方に変位する。上側部材４４の変位に伴い、チェーンユニット５６が冷却位置Ｐ１から搬送位置Ｐ２に上昇する。これにより、搬送トレイ２は、搬送位置Ｐ２に戻され、搬送方向Ａ１に沿って進むことが可能となる。

次いで、冷却室側モータ５１が駆動することで、チェーンユニット５６のチェーン５５，５５が回転し、搬送トレイ２は、出口扉２０側へ移動する。そして、出口扉２０が開かれることで、搬送トレイ２および被処理物１００は、冷却室８から搬出される。

［焼入処理における冷却処理時の状態説明］
図８（Ａ）は、一般的な焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。図８（Ａ）を参照して、被処理物１００の焼入処理に際しては、被処理物１００が焼入温度Ｔｈまで加熱された後、冷媒によって冷却される。この冷却時、流速Ｖ＝所定値Ｖαであり、被処理物１００は、通常、（１）蒸気膜段階、（２）沸騰段階、（３）対流段階の３つの段階を経る。

上記（１）の蒸気膜段階は、高温の被処理物１００が冷媒に浸漬された直後の段階であり、被処理物１００の周囲に冷媒の蒸気膜が発生する。この段階は、上記３つの段階の中で冷却速度が最も遅い。この蒸気膜段階を経た後、上記（２）の沸騰段階に移行する。沸騰段階では、被処理物１００の表面において冷媒から激しく気泡が発生し、上記３つの段階の中で最も冷却速度が早くなる。そして、被処理物１００の表面温度が約４００℃程度に達すると、上記（３）の対流段階に移行する。対流段階では、比較的緩い冷却速度で被処理物１００が冷却される。このような熱処理では、被処理物１００が冷媒に浸漬され始めてからの被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの時間が長くなり、その結果、被処理物１００の各部の冷却の度合いが不均一になる。よって、被処理物１００に生じる歪みが大きくなる。

一方、冷媒を被処理物１００に浸漬する際の冷媒の流速Ｖを図８（Ａ）に示す上記一般的な処理の場合に比べて十分に大きい流速Ｖβにした場合、被処理物１００は、図８（Ｂ）に示す経過を辿る。図８（Ｂ）は、冷媒の流速が十分に高い場合の焼入処理について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。図８（Ｂ）に示すように、冷媒の流速Ｖが十分高いことにより、被処理物１００に冷媒が勢いよく衝突する結果、被処理物１００の周囲に蒸気膜が発生しても、この蒸気膜は瞬時に崩壊する（破られる）。このように、被処理物１００が冷媒に浸漬され始めてから被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの時間を短かくできる。しかしながら、冷媒の流速Ｖが速いと、被処理物１００の大きさによって焼入の効果が変化するという質量効果を無視できなくなる。その結果、対流段階において、被処理物１００の形状に応じて、被処理物１００の冷却速度がグラフＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３に示すように個体差を生じ、複数の被処理物１００において均等な冷却をし難い。

一方、冷媒を被処理物１００に供給する（浴びせる）際の冷媒の流速Ｖが上記一般的な処理の場合の流速Ｖαに比べて小さい流速Ｖγである場合、被処理物１００は、図９（Ａ）に示す経過を辿る。図９（Ａ）は、冷媒の流速Ｖが遅い場合の焼入処理の一例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。図９（Ａ）に示すように、冷媒の流速Ｖが遅い場合、被処理物１００に冷媒が接触開始するタイミングについて、被処理物１００毎のばらつきを生じ易い。その結果、沸騰段階において、被処理物１００内での冷却速度が不均一となり、被処理物１００に歪みが生じてしまう。

図９（Ｂ）は、冷媒の流速Ｖが遅い場合の焼入処理の別の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。図９（Ｂ）に示すように、冷媒の流速Ｖが遅い場合、特に、Ｔｘ４線で示す場合において、冷媒の流速Ｖが遅いことにより、冷媒の流れの勢いによっても蒸気膜が破断されない箇所が生じる。その結果、冷媒による被処理物１００の冷却態様が均等にならない（蒸気膜崩壊を制御できない）こととなり、被処理物１００内での冷却速度が不均一となり、被処理物１００に歪みが生じてしまう。

上述した被処理物１００の冷却に関して、特に、被処理物１００が鋼である場合の冷却における変形への影響因子として、冷却に伴う被処理物１００の熱収縮と、被処理物１００のマルテンサイト変態に伴う変態膨張を上げることができる。そして、これらの熱収縮・変態膨張を最適化することで、被処理物１００が均等に冷却され、被処理物１００の歪みをより小さくできる。

そこで、本実施形態では、冷却装置６は、被処理物１００の冷却段階に応じて冷媒の流速Ｖを変化させることで、被処理物１００の冷却時に生じる歪みを抑制している。図１０は、本実施形態における、冷媒の流速Ｖが可変である焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００の温度の経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。

図４および図１０を参照して、本実施形態では、制御部２９は、ポンプ２６、および、制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御する。これにより、制御部２９は、被処理物１００の冷却時における所定の第１段階において冷媒の流速Ｖを所定の第１流速Ｖ１に設定し、且つ、冷却時における第１段階よりも後の第２段階において流速Ｖを第１流速Ｖ１よりも低い第２流速Ｖ２に設定する。本実施形態では、冷媒への被処理物１００の浸漬開始時の流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定し、且つ、被処理物１００の周囲で冷媒が対流を生じるときの流速Ｖを第２流速Ｖ２に設定する。

制御部２９は、例えば、第１流速Ｖ１のときには、第１〜第４制御弁３１〜３４の全てを開き、第２流速Ｖ２のときには第１制御弁３１および第４制御弁３４は開くとともに第２制御弁３２および第３制御弁３３は閉じる。なお、制御部２９は、第１〜第３制御弁３１〜３３を開いた状態で、ポンプ２６の回転数を制御することで、流速Ｖを第１流速Ｖ１または第２流速Ｖ２に設定してもよい。

第１段階とは、入口管４１への冷媒の供給開始から、少なくとも搬送トレイ２上の被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの間であり、この間、流速Ｖが第１流速Ｖ１となるように設定される。特に、本実施形態では、被処理物１００の冷却が沸騰段階から対流段階に移行する時点で、第１段階（第１流速Ｖ１）から第２段階（第２流速Ｖ２）に移行する。すなわち、制御部２９は、被処理物１００の周囲において冷媒の対流が発生するまでの間、流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定する。

そして、第１流速Ｖ１は、第２流速Ｖ２の２倍以上に設定されており、本実施形態では、５倍に設定されている。換言すれば、Ｖ１≧２×Ｖ２に設定されており、本実施形態では、Ｖ１＝５×Ｖ２に設定されている。このように、第１流速Ｖ１を十分に大きな値に設定することで、冷媒の運動エネルギーによって被処理物１００の周囲に生じた蒸気膜を迅速に崩壊させることができる。このため、図１０に示すグラフでは、実質的に蒸気膜段階が生じていない。すなわち、被処理物１００が冷媒に浸漬され始めると同時に蒸気膜の生成および崩壊が瞬時に起こる。これにより、冷却速度が遅くなり且つ冷却が不安定に行われる原因となる蒸気膜を破断するタイミングをより早くでき、被処理物１００の各部のより均等な冷却を促進できる。そして、被処理物１００が冷媒に浸漬され始めるのと略同時に、被処理物１００の全体が冷媒に浸漬され、沸騰段階に移行する。この沸騰段階においては、流速Ｖは第１流速Ｖ１で一定である。

そして、被処理物１００の周囲の冷媒の沸騰が収まり、対流段階に移行する時点で、制御部２９は、ポンプ２６および制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することで、流速Ｖを第２流速Ｖ２に変更する。流速Ｖを第１流速Ｖ１からより低速である第２流速Ｖ２へ切り替えることにより、対流段階にある被処理物１００の冷却時に、被処理物１００の冷却速度を緩やかにできる。このような緩やかな冷却により、冷媒の流れが被処理物１００の冷却に与える影響を抑えることができる。その結果、対流段階において被処理物１００全体をより均等に冷却できる。第２段階は、被処理物１００が所定の冷却完了温度Ｔｅに到達するまで継続される。

なお、流速Ｖ１，Ｖ２、第１段階が実行される時間Ｌ１、および、第２段階が実行される時間Ｌ２は、それぞれ、事前に制御部２９内のメモリに設定（記憶）されている。

図１１は、図７に示すフローチャートにおける、被処理物１００への冷媒供給動作（ステップＳ２）の詳細を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。図４、図１０および図１１を参照して、制御部２９は、被処理物１００へ冷媒を供給する際、まず、ポンプ２６および各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することにより、出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定する（ステップＳ２１）。そして、被処理物１００への冷媒の供給開始から第１段階が実行される時間Ｌ１の経過後、制御部２９は、ポンプ２６および各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することにより、出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを第２流速Ｖ２に減速する（ステップＳ２２）。そして、第２段階が実行される時間Ｌ２の経過後、制御部２９は、制御弁３４を閉じることで、出口管４２への冷媒の供給を停止する（ステップＳ２３）。

以上説明したように、熱処理装置１の冷却装置６によると、被処理物１００の冷却時における第１段階では、冷媒の流速Ｖを早い速度としての第１流速Ｖ１にする。換言すれば、冷却装置６によると、被処理物１００の冷却開始時における、冷媒へ被処理物１００を浸漬する時点では、冷媒の流速Ｖを早い速度としての第１流速Ｖ１にする。よって、被処理物１００を冷媒中へ迅速に浸漬できる。これにより、被処理物１００が冷媒に触れ始めるタイミングを、被処理物１００の表面の各部でより均等にできる。その結果、被処理物１００の各部をより均等に冷却できる。また、冷媒は、高速（第１流速Ｖ１）で被処理物１００に当てられることで、蒸気膜段階において被処理物１００の周囲に生じる蒸気膜を破ることができる。よって、被処理物１００の冷却速度が遅く且つ冷却状態が不安定な蒸気膜段階から、冷却速度のより安定した沸騰段階へ、迅速に移行できる。このように、冷媒を被処理物１００に供給する速度を第１流速Ｖ１にすることで、第１段階（蒸気膜段階および沸騰段階）において、被処理物１００の各部をより均等に冷却できる。また、第２段階（対流段階）での冷媒の流速Ｖを第２流速Ｖ２とすることで、対流段階において、冷媒の流れに起因する被処理物１００の冷却度合いのばらつきを抑制できる。よって、第２段階においても、被処理物１００の各部をより均等に冷却できる。さらに、冷媒は、静止した被処理物１００へ供給される。これにより、被処理物１００の各部が冷媒に触れ始めるタイミングをより均等にできる。以上の次第で、第１段階、第２段階の何れにおいても被処理物１００をより均等に冷却できる結果、被処理物１００に歪みが生じることをより確実に抑制できる。

また、冷却装置６によると、被処理物１００に歪みが生じることをより確実に抑制できる結果、被処理物１００の歩留まりをより高くできる。また、被処理物１００の熱歪みが小さいことにより、この熱歪みを修正するための作業を少なくまたは省略できる。よって、被処理物１００の製造コストをより少なくできる。

また、冷却装置６によると、制御部２９は、冷媒への被処理物１００の浸漬が開始された後、少なくとも蒸気膜が発生する時点を含む期間Ｌ１の流速Ｖを、第１流速Ｖ１に設定する。この構成によると、被処理物１００の周囲に発生する蒸気膜を、十分な流速Ｖ１の冷媒でより迅速に破ることができる。

また、冷却装置６によると、制御部２９は、少なくとも被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定する。この構成によると、冷媒が被処理物１００へ接触を開始するタイミングを、被処理物１００の各部でより均等にできる。

また、冷却装置６によると、制御部２９は、出口管４２への冷媒の供給を開始してから対流の発生が開始するまでの間、流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定する。この構成によると、冷媒の流速Ｖが速いことが好ましい段階において、冷媒の流速Ｖが高い状態を維持できる。

また、冷却装置６によると、制御部２９は、ポンプ２６および制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することで、流速Ｖを設定する。この構成によって、制御部２９による流速制御を行うための構成を実現できる。

また、冷却装置６によると、冷媒の流れ方向における媒体通路４０の下流端部である上側部材４４の上端部４４ｂは、媒体通路４０内の圧力よりも低い圧力に設定された媒体通路４０の外部に開放されている。この構成によると、媒体通路４０において、被処理物１００を通過した冷媒の圧力が媒体通路４０の外部に開放される。これにより、媒体供給部２２における意図的な流速変化を生じさせ易くできる。

また、冷却装置６によると、媒体通路４０のうち被処理物１００が設置された領域における流れ方向Ｄ２は、鉛直方向において下側から上側に向かっている。この構成によると、特に冷媒が液体である本実施形態において、媒体通路４０内の流れ方向Ｄ２と直交する断面における冷媒の分布をより均等にできる。その結果、冷媒を被処理物１００へより均等に供給できる。

また、熱処理装置１によると、搬送トレイ２の支持部２ｂは、媒体通路４０内において冷媒を整流するための整流部材として機能する。この構成によると、冷媒を被処理物１００へより均等に供給できる。

上述の第１実施形態では、流速Ｖが第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２の２段階に設定される構成を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、制御部２９によって、図１２に示すように、３種類の流速としての第１流速Ｖ１、第２流速Ｖ２および第３流速Ｖ３が設定されてもよい。

図１２は、第１実施形態の変形例における、冷媒の流速Ｖが可変である場合の焼入処理の例について説明するための模式的なグラフであり、上側のグラフは、被処理物１００および流速Ｖの経時変化を示しており、下側のグラフは冷媒の流速Ｖを示している。

図４および図１２を参照して、この変形例では、制御部２９は、ポンプ２６、および、各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御する。これにより、制御部２９は、冷媒供給開始から被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定し、対流の発生開始以降の流速Ｖを第２流速Ｖ２に設定し、且つ、被処理物１００の全体が冷媒に浸漬された後から対流の発生開始までの間（期間Ｌ３の間）、流速Ｖを第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２とは異なる第３流速Ｖ３に設定する。

より具体的には、被処理物１００への冷媒の供給開始から被処理物１００の全体が冷媒に浸漬されるまでの間、流速Ｖが第１流速Ｖ１に設定される。そして、被処理物１００の全体が冷媒に浸漬された後、蒸気膜段階および沸騰段階において流速Ｖが第３流速Ｖ３に設定される。そして、沸騰段階から対流段階に移行する時点で、流速Ｖが第２流速Ｖ２に設定される。

第１流速Ｖ１＞第３流速Ｖ３＞第２流速Ｖ２であることが好ましいけれども、第１流速Ｖ１＞第２流速Ｖ２＞第３流速Ｖ３であってもよい。第１流速Ｖ１＞第３流速Ｖ３＞第２流速Ｖ２である場合、第１流速Ｖ１から第３流速Ｖ３への速度変化が比較的緩やかであるので、出口管４２内において冷媒の流れが乱れることを、より抑制できる。

図１３は、図７に示すフローチャートにおける、被処理物１００への冷媒供給動作（ステップＳ２）の詳細の変形例を説明するためのサブルーチンを示すフローチャートである。図４、図１２および図１３を参照して、この変形例では、被処理物１００へ冷媒が供給される際、制御部２９は、まず、ポンプ２６および各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することにより、出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを第１流速Ｖ１に設定する（ステップＳ３１）。そして、被処理物１００への冷媒供給開始から第１段階が実行される時間Ｌ１が経過した後、制御部２９は、ポンプ２６および各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することにより、出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを第３流速Ｖ３に減速する（ステップＳ３２）。そして、第３段階が実行される時間Ｌ３が経過した後、制御部２９は、ポンプ２６および各制御弁３１〜３４の少なくとも一方を制御することにより、出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを第２流速Ｖ２に変更する（ステップＳ３３）。そして、第２段階が実行される時間Ｌ２が経過した後、制御部２９は、制御弁３４を閉じることで、出口管４２への冷媒の供給を停止する（ステップＳ３４）。

この変形例によると、被処理物１００が冷媒に浸漬されるまでの間、冷媒の流速Ｖを速い第１流速Ｖ１にしているので、冷媒は被処理物１００を迅速に浸漬できる。また、対流段階での冷媒の流速Ｖを低い第２流速Ｖ２にしているので、冷媒に乱流が生じることを抑制できる。これにより、対流段階において、被処理物１００をより均等に冷却できる。さらに、冷媒への被処理物１００の浸漬が完了した後、対流段階に移行するまでの間、例えば、蒸気膜段階および沸騰段階（期間Ｌ３）において、より適した流速Ｖとしての第３流速Ｖ３で被処理物１００に冷媒を供給できる。このように、冷媒の流速Ｖを、各段階により適した値にできる。

なお、上述の第１実施形態および変形例において、流速Ｖが２段階または３段階に設定される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。流速Ｖは、４段階以上に設定されていてもよい。

また、上述の第１実施形態および変形例において、媒体供給部２２にポンプを１つ設ける形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、並列管部２８の各部分２８ａ〜２８ｃにポンプが設けられてもよい。この場合、複数のポンプが制御部２９によって制御される。

また、上述の第１実施形態および変形例において、冷媒が全体としてＬ字状をなす入口管４１および出口管４２を通って被処理物１００に供給される形態を例に説明した。しかしながら。この通りでなくてもよい。被処理物１００に冷媒を供給する冷媒通路の形状は、上述の第１実施形態および変形例で説明した形状に限定されず、任意の形状でよい。例えば、断面多角形状の冷媒通路を通して冷媒が被処理物１００に供給されてもよい。

また、上述の第１実施形態および変形例において、出口管４２において冷媒が下方から上方に上昇し被処理物１００に供給される形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。冷媒は、落下しながら被処理物１００に浴びせられてもよい。この場合、冷媒の初期流速をより速くできるとともに、被処理物１００が冷媒に触れ始めてから被処理物１００の全体が冷媒に浸されるまでの時間をより短縮できる。また、冷媒は、水平に進みながら被処理物１００に浴びせられてもよい。

また、上述の第１実施形態および変形例において、媒体通路４０の下流端部（上側部材４４の上端部４４ｂ）が媒体通路４０内の圧力よりも低い圧力の冷却室８に開放された形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、冷媒通路は、閉回路を形成していてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下では、主に、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１４は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置６Ａの概略構成を示す、一部断面側面図である。図１５は、図１４に示す冷却装置６Ａの主要部を示す断面図であり、主要部を側面から見た状態を示している。図１６は、冷却装置６Ａの主要部を示す断面図であり、主要部を加熱装置４４側から見た状態を示している。図１７は、入口管４１、出口管４２の底面４２ａおよび第１整流部材６１を模式的に示す平面図である。

図１４〜図１７を参照して、冷却装置６Ａは、冷却装置６の構成に加えて、第１整流部材６１と、絞り部材６２と、第２整流部材６３と、を有している。すなわち、冷却装置６Ａは、冷却室８と、出口扉ユニット２１と、媒体供給部２２と、上下変位機構２３と、第１整流部材６１と、絞り部材６２と、第２整流部材６３と、を有している。

第１整流部材６１は、冷媒の進行方向を第１方向Ｄ１から第２方向Ｄ２に変更するために出口管４２内に配置され、入口管４１の出口側開口部４１ａと出口管４２の対向内面４２ｂとの間の領域の少なくとも一部を覆っている。第１方向Ｄ１に沿って見たときにおいて、第１整流部材６１は、出口側開口部４１ａの少なくとも一部を覆っている。なお、冷媒の流れは矢印Ｆ１で模式的に図示されている。

対向内面４２ｂは、出口管４２の内周面４２ｃの一部であって、入口管４１の出口側開口部４１ａと第１方向Ｄ１に対向する面である。すなわち、第１方向Ｄ１に沿って見たときに、出口管４２の内周面４２ｃのうち出口側開口部４１ａで囲まれた空間と重なる領域が、対向内面４２ｂである。

第１整流部材６１は、冷媒の向きを第１方向Ｄ１から第２方向Ｄ２へ変更するのに際して、冷媒に乱流が生じることを抑制するように構成されている。第１整流部材６１は、金属、強化繊維プラスチック（ＦＲＰ）等の、高剛性材を用いて形成されており、冷媒の流れの衝撃によっては変位および変形を実質的に生じない程度の剛性を有している。

本実施形態では、第１整流部材６１は、出口管４２の底面４２ａ上に設置されており、当該底面４２ａに固定されている。第１整流部材６１は、矩形の平板状部材によって形成されており、均一な厚みＥ１を有している。第１整流部材６１の厚みＥ１は特に限定されていないけれども、数ｍｍ〜数ｃｍ程度の範囲内に設定されていることが好ましい。本実施形態では、第１方向Ｄ１に沿って見たときにおいて、第１整流部材６１の四隅は、何れも、９０度の直角先鋭形状に形成されており、面取りが形成されていない。

第１整流部材６１は、第１方向Ｄ１と直交するように延びており、本実施形態では、上下方向Ｚ１に沿って延びている。第１整流部材６１は、入口管４１の出口側開口部４１ａ側を向く一側面６１ａと、出口管４２の対向内面４２ｂ側を向く他側面６１ｂと、を有している。これらの側面６１ａ，６１ｂは、それぞれ、第２方向Ｄ２に沿って延びており、出口管４２の底面４２ａと直交している。この構成により、第１整流部材６１と、出口管４２の底面４２ａとは、直角に交わっており、湾曲形状が設けられていない。

図１７に示されているように、第２方向Ｄ２に沿って出口管４２を見たとき（出口管４２を平面視したとき、以下、単に平面視ともいう）、第１整流部材６１は、出口管４２の内周面４２ｃから離隔しており、且つ、入口管４１の出口側開口部４１ａから第１方向Ｄ１に進んだ箇所に配置されている。

より具体的には、平面視において、第１方向Ｄ１と直交する方向である、第１整流部材６１の幅方向（前後方向Ｙ１）において、第１整流部材６１の両端部と出口管４２の内周面４２ｃとの間に、冷媒を通過させるための隙間６４，６５が形成されている。本実施形態では、第１整流部材６１は、出口管４２の底面４２ａにおいて、左右方向Ｘ１の中央に配置されているとともに、前後方向Ｙ１の中央に配置されている。この構成により、平面視において、出口管４２および第１整流部材６１は、左右方向Ｘ１に対称な形状に形成されている。また、平面視において、出口管４２および第１整流部材６１は、前後方向Ｙ１に対称な形状に形成されている。

本実施形態では、幅方向（前後方向Ｙ１）において、出口管４２の内周面４２ｃと第１整流部材６１の一端部との間の隙間６４の長さｋ６４は、出口管４２の内周面４２ｃと第１整流部材６１の他端部との間の隙間６５の長さｋ６５と同じに設定されている。

なお、幅方向（前後方向Ｙ１）における隙間６４の長さｋ６４と隙間６５の長さｋ６５とは、互いに異なっていてもよいし、一方がゼロであってもよい。すなわち、幅方向（前後方向Ｙ１）における第１整流部材６１の一対の端部の何れかは、内周面４２ｃに接触しているか、または、内周面４２ｃと一体化されていてもよい。

第１整流部材６１の幅ｗは、入口管４１の出口側開口部４１ａにおける内径Ｄ４１の少なくとも５０％以上（ｗ≧０．５×Ｄ４１）であることが好ましく、１００％以上（ｗ≧Ｄ４１）であることがより好ましい。幅ｗが内径Ｄ４１の５０％以上であれば、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１から出口管４２に進入した冷媒が、出口管４２の対向内面４２ｂに直接衝突することを抑制する効果を十分に発揮できる。そして、幅ｗが内径Ｄ４１の１００％以上である場合、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１から出口管４２に進入した冷媒が、出口管４２の対向内面４２ｂに直接衝突するのを抑制する効果をより確実に高めることができる。幅ｗは、出口管４２の内径Ｄ４２未満（ｗ＜Ｄ４２）に設定されることで、隙間６４，６５を確保することができる。より好ましくは、幅ｗは、出口管４２の内径Ｄ４２の５０％以下（ｗ≦０．５×Ｄ４２）に設定されることで、隙間６４，６５を十分に確保することができる。

幅ｗは、例えば、内径Ｄ４１の１００％〜１８７．５％の範囲に設定される。

第２方向Ｄ２における第１整流部材６１の高さｈは、入口管４１の内径Ｄ４１の少なくとも５０％以上（ｈ≧０．５×Ｄ４１）であることが好ましく、１００％以上（ｈ≧Ｄ４１）であることがより好ましい。高さｈが内径Ｄ４１の５０％以上であれば、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１から出口管４２に進入した冷媒が出口管４２の対向内面４２ｂに直接衝突することを抑制する効果を、十分に発揮できる。そして、高さｈが内径Ｄ４１の１００％以上である場合、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１から出口管４２に進入した冷媒が出口管４２の対向内面４２ｂに直接衝突することを抑制する効果を、より確実に高めることができる。高さｈは、出口管４２の底面４２ａから絞り部材６２までの距離ｋ１未満に設定されることが好ましい（ｈ＜ｋ１）。ｈ＜ｋ１とすることで、第１整流部材６１の一側面６１ａ側を通過して上昇する冷媒と、第１整流部材６１の他側面６１ｂ側を通過して上昇する冷媒との衝突に起因する、冷媒の流れの乱れ状態が被処理物１００にまで続くことを抑制できる。

また、第１整流部材６１の下端（出口管４２の底面４２ａ）から被処理物１００の下端（被処理物配置位置）までの高さをＨとした場合、第１整流部材６１の高さｈと上記高さＨとの割合ｈ／Ｈは、０．１≦ｈ／Ｈ≦０．５であることが好ましい。０．１＞ｈ／Ｈであると、第１整流部材６１から被処理物１００までの距離が長くなり、第１整流部材６１による冷媒の整流効果が被処理物１００の周囲において低くなり易い。また、ｈ／Ｈ＞０．５であると、第１整流部材６１と被処理物１００との距離が近くなり過ぎ、その結果、入口管４１から出口管４２に至った冷媒の整流が十分になされないまま、冷媒が被処理物１００に供給されるおそれがある。

高さｈは、例えば、内径Ｄ４１の７５％〜１８７．５％の範囲に設定される。

そして、幅ｗおよび高さｈがいずれも内径Ｄ４１の１００％以上（ｗ≧Ｄ４１、且つ、ｈ≧Ｄ４１）である構成、すなわち、第１方向Ｄ１に沿って見て、第１整流部材６１が出口側開口部４１ａの全域（対向内面４２ｂの全域）を覆う構成が好ましい。この構成であれば、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１から出口管４２に到達した冷媒が対向内面４２ｂに第１方向Ｄ１に沿って真っ直ぐに直接衝突することを、略確実に防止することができる。

幅ｗは、例えば、高さｈの約５０％〜２００％の範囲に設定される。

特に、幅ｗが入口管４１の内径Ｄ４１の１００％〜２５０％であることが、出口管４２での被処理物１００の周囲における冷媒の流れの均一化に好ましい。

また、入口管４１の出口側開口部４１ａにおける開口面積（第１方向Ｄ１と直交する断面での開口部分の面積）をｄとした場合、第１方向Ｄ１と直交する断面での第１整流部材６１の面積（一側面６１ａの面積）ｗ×ｈと開口面積ｄとの比率ｗｈ／ｄは、所定の範囲に設定されることが好ましい。この比率ｗｈ／ｄは、０．５〜６．４の範囲に設定されていること（０．５≦ｗｈ／ｄ≦６．４）が好ましい。

比率ｗｈ／ｄが０．５未満であると、第１整流部材６１の大きさを十分に確保できない。その結果、入口管４１を通過して出口管４２に進入した冷媒が第１方向Ｄ１に沿って対向内面４２ｂに直接衝突することを防止する効果を、第１整流部材６１は十分に発揮し難い。このため、入口管４１から出口管４２に到達した冷媒が第１方向Ｄ１に沿って直接対向内面４２ｂに衝突する程度は大きくなる。その結果、出口管４２を上昇する冷媒に乱流が生じやすい。このような乱流が生じる結果、被処理物１００が冷媒に均等に当てられず、被処理物１００の歪みが大きくなる原因となる。

また、比率ｗｈ／ｄが６．４を超えると、第１整流部材６１の一側面６１ａ側の冷媒は、他側面６１ｂ側に流れ難くなる。その結果、第１整流部材６１の一側面６１ａ側の冷媒の上昇速度と第１整流部材６１の他側面６１ｂ側の冷媒の上昇速度とが不均一になり易い。このため、出口管４２を上昇する冷媒の上昇速度のばらつきが大きくなり、出口管４２を上昇する冷媒に乱流が生じやすい。

上記の構成を有する第１整流部材６１の上方に、絞り部材６２が設けられている。絞り部材６２は、第２方向Ｄ２において第１整流部材６１から離隔して配置され、第２方向Ｄ２と直交する面における出口管４２の面積を絞る部材として設けられている。絞り部材６２は、出口管４２を第２方向Ｄ２に沿って進む冷媒を整流する部材である。絞り部材６２は、出口管４２の内周面４２ｃに着脱可能な筒状部材である。絞り部材６２の外径は、出口管４２の内径Ｄ４２と略同じに設定されている。絞り部材６２の内周面は、第２方向Ｄ２に進むに従い直径が小さくなる円錐台テーパ状に形成されている。この内周面（円錐台テーパ形状）の中心軸線は、出口管４２の中心軸線と一致していることが好ましい。

絞り部材６２の厚み（第２方向Ｄ２における絞り部材６２の内周面の長さ）は、出口管４２の内径Ｄ４２未満に設定されており、本実施形態では、内径Ｄ４２の半分未満に設定されている。本実施形態では、絞り部材６２の厚みは、第２整流部材６３の厚みと略同じに設定されている。第２方向Ｄ２（上下方向Ｚ１）に対する絞り部材６２の内周面のテーパ状面の傾斜角度は、被処理物１００の形状等に応じて適宜設定される。絞り部材６２の上方、すなわち、絞り部材６２から第２方向Ｄ２に進んだ位置に、第２整流部材６３が配置されている。

第２整流部材６３は、絞り部材６２を通った冷媒を整流するために設けられている。第２整流部材６３は、本実施形態では、出口管４２の内周面４２ｃに固定された部材であり、平面視において格子状に形成されている。第２整流部材６３の外径は、出口管４２の内径Ｄ４２と略同じに設定されている。第２整流部材６３を平面視したときに、第２整流部材６３には、多数の例えば四角形状の孔部を有する格子状部分が形成されている。より具体的には、第２整流部材６３には、所定の第１水平方向に延びる複数の第１隔壁と、第１水平方向とは直交する第２水平方向に延びる複数の第２隔壁と、が設けられている。そして、複数の第１隔壁は、第２水平方向に等ピッチで配置されており、複数の第２隔壁は、第１水平方向に等ピッチで配置されている。

第２整流部材６３の格子状部分で形成された孔部の大きさは、被処理物１００の形状等に応じて適宜設定される。

本実施形態では、被処理物１００が冷媒によって冷却されているとき、第２方向Ｄ２に沿って、絞り部材６２、第２整流部材６３、および、被処理物１００（搬送トレイ２、被処理物１００の配置位置）の順に配列されている。そして、絞り部材６２から被処理物１００（被処理物１００の配置位置）までの距離ｋ２が、第１整流部材６１から絞り部材６２までの距離ｋ３よりも短く設定されている（ｋ２＜ｋ３）。

より具体的には、距離ｋ２は、絞り部材６２の上端から被処理物１００の下端までの距離である。また、距離ｋ３は、第１整流部材６１の上端から絞り部材６２の下端までの距離である。本実施形態では、距離ｋ２は、出口管４２の内径Ｄ４２未満であるのに対して、距離ｋ３は、出口管４２の内径Ｄ４２よりも大きい。

以上説明したように、第２実施形態に係る冷却装置６Ａによると、第１整流部材６１は、入口管４１の出口側開口部４１ａと、出口管４２の対向内面４２ｂとの間の領域の少なくとも一部を覆っている。これにより、入口管４１から出口管４２に到達した冷媒は、第１方向Ｄ１に沿って対向内面４２ｂに勢いよく衝突することを抑制される。その結果、冷媒が第１方向Ｄ１に沿って対向内面４２ｂに勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管４２で生じることを、抑制できる。よって、出口管４２を第２方向Ｄ２に沿って進む冷媒の流れの分布（第２方向Ｄ２と直交する断面での流速の分布）をより均等にできる。これにより、熱処理用の冷媒が被処理物１００を通過する際の冷媒の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管４２内に配置された被処理物１００が冷媒によって熱処理される度合いを被処理物１００の各部においてより均等にできる。本実施形態では、金属製の被処理物１００を液状の冷媒で焼入処理する際に、被処理物１００の各部をより均等に冷却できるので、被処理物１００に歪みが生じることをより確実に抑制できる。

また、冷却装置６Ａによると、第１整流部材６１は、第２方向Ｄ２に沿って出口管４２を見たときに、出口管４２の内周面４２ｃから離隔しており、且つ、入口管４１の出口側開口部４１ａから第１方向Ｄ１に進んだ箇所に配置されている。このような構成であれば、第１方向Ｄ１に沿って入口管４１を進んだ後に出口管４２に到達した媒体は、第２方向Ｄ２に沿って出口管４２を見たときに第１整流部材６１の周囲を迂回するように出口管４２内を進み、その後、第２方向Ｄ２に沿って進む。これにより、出口管４２のうち入口管４１との接続部周辺における冷媒を、よりスムーズに第２方向Ｄ２に進むように第１整流部材６１によって案内できる。したがって、出口管４２を第２方向Ｄ２に沿って進む冷媒の流れの分布（第２方向Ｄ２と直交する断面での流速の分布）をより均等にできる。これにより、熱処理用の冷媒が被処理物１００を通過する際の冷媒の流れの分布をより均等にできる。その結果、出口管４２内に配置された被処理物１００が冷媒によって熱処理される度合いを被処理物１００の各部においてより均等にできる。本実施形態では、金属製の被処理物１００を液状の冷媒で焼入処理する際に、被処理物１００の各部をより均等に冷却できるので、被処理物１００に歪みが生じることをより確実に抑制できる。

また、冷却装置６Ａによると、簡易な構成である第１整流部材６１を設けるコンパクトな構成で、出口管４２における冷媒のより均等な流れを実現できるので、冷却装置６Ａをより小型にできる。

また、冷却装置６Ａによると、冷媒は、第１整流部材６１の周囲において、第１整流部材６１の幅方向（前後方向Ｙ１）両側方の隙間６４，６５を通って出口管４２の内周面４２ｃの全周に到達するように流れる。このようなスムーズな冷媒の流れが生じる結果、第１整流部材６１の周囲から第２方向Ｄ２に沿って出口管４２を流れる冷媒の流れの分布をより均等にできる。

また、冷却装置６Ａによると、第１整流部材６１は、第１方向Ｄ１と直交するように配置された平板状部材を含んでいる。この構成によると、第１整流部材６１を、構成の簡易な平板状部材を用いて実現できる。さらに、第１整流部材６１の周囲から第２方向Ｄ２に沿って出口管４２を流れる媒体の流れの分布をより一層均等にできる。

また、冷却装置６Ａによると、第１方向Ｄ１に沿って見て、第１整流部材６１は、出口側開口部４１ａと幅方向（前後方向Ｙ１）の全域に亘って重なっていることが好ましい。この構成によると、第１方向Ｄ１に真っ直ぐに進み入口管４１から出口管４２に到達した冷媒は、出口管４２のうち入口管４１の出口側開口部４１ａと第１方向Ｄ１に対向する対向内面４２ｂにそのまま衝突するのではなく、第１整流部材６１に一旦受けられることとなる。このような構成であれば、冷媒が第１方向Ｄ１に沿って対向内面４２ｂに勢いよく衝突することで生じる、乱れの度合いの大きな乱流が出口管４２で生じることを、より確実に抑制できる。

また、冷却装置６Ａによると、絞り部材６２は、冷媒の流れを増速させる作用を通じて、出口管４２内を通過中の冷媒の流れが不安定になることを抑制する。より具体的には、絞り部材６２は、連続の式とベルヌーイの法則とを満たすように冷媒の動圧を相対的に低い状態から高い状態に移動させる。これにより、冷媒の流れが出口管４２の内周面４２ｃの壁面摩擦の抵抗に打ち勝つようにし、流体はく離の原因となる冷媒逆流の発生を抑える。これにより、簡単な機構で流体的ノイズの原因となる渦、流体はく離などが抑えられる。よって、出口管４２内において、第２方向Ｄ２と直交する断面での第２方向Ｄ２の流速分布がより均等となる。

また、冷却装置６Ａによると、第２方向Ｄ２に沿って、絞り部材６２、第２整流部材６３、および、被処理物１００の順に配置され、絞り部材６２から被処理物１００までの距離ｋ２が、第１整流部材６１から絞り部材６２までの距離ｋ３よりも短く設定されている（ｋ１＜ｋ３）。この構成によると、第１整流部材６１から絞り部材６２までの間の比較的長い領域において十分に流れの整った冷媒は、第２整流部材６３でさらに流れを整えられた後に被処理物１００に与えられる。これにより、被処理物１００を通過する冷媒の流れの分布をより均等にできる。

また、冷却装置６Ａによると、第１実施形態で詳述した、制御部２９による冷媒の流速制御によって、被処理物１００の各部をより均等に冷却する効果に加えて、第１整流部材６１、絞り部材６２および第２整流部材６３による冷媒の整流効果によって、被処理物１００の各部をより均等に冷却する効果を発揮できる。このように、冷媒の流速Ｖの制御と、冷媒の流れを案内する部材６１〜６３との相乗効果によって、被処理物１００の各部を均等に冷却することのできる効果を顕著に高めることができる。

なお、上述の第２実施形態では、第１実施形態または第１実施形態の変形例で説明した態様で制御部２９が流速Ｖを制御する場合を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。第２実施形態においては、被処理物１００の冷却処理時に流速Ｖを変化させる制御が行われなくてもよい。

また、第２実施形態では、絞り部材６２および第２整流部材６３の少なくとも一方が省略されてもよい。

また、第２実施形態では、液状またはガス状の媒体を用いて被処理物１００を加熱する処理が行われてもよい。

また、上述の第２実施形態では、第１方向Ｄ１に沿って見たときにおいて、第１整流部材６１が入口管４１の出口側開口部４１ａの全体を覆う形態を図示して説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、第２実施形態の変形例の主要部の平面図である図１８（Ａ）を参照して、第１整流部材６１は、第１方向Ｄ１と平行に配置されてもよい。この場合も、入口管４１を第１方向Ｄ１に沿って流れてきた冷媒を第１整流部材６１が第２方向Ｄ２に向かうように案内できる。なお、第２方向Ｄ２から見たときの出口管４２の周方向回りの第１整流部材６１の向きは、上述した形態に限定されず、任意の向きを採用することができる。

また、第２実施形態の別の変形例の主要部を示す図１８（Ｂ）を参照して、第１方向Ｄ１から見たときにおいて、第１整流部材６１は、幅方向（前後方向Ｙ１）において出口側開口部４１ａの全体を覆うけれども第２方向Ｄ２においては出口側開口部４１ａの上端側の一部を覆わないように配置されてもよい。

また、上述の第２実施形態およびその変形例では、第１整流部材６１が平板状部材である形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、第１整流部材６１に変えて、第２実施形態のさらに別の変形例の主要部を示す図１８（Ｃ）を参照して、下端部に湾曲状案内面６１ｃ，６１ｄが設けられた第１整流部材６１Ａが用いられてもよい。第１整流部材６１Ａが第１整流部材６１と異なっている点は、一対の湾曲状案内面６１ｃ，６１ｄの下部が、下方（第２方向Ｄ２と反対の方向）に進むに従い互いに離隔するように延びている点にある。各湾曲状案内面６１ｃ，６１ｄの下部は、円弧面状に形成されており、所定の曲率半径Ｒを有している。このような構成であれば、冷媒は、各湾曲状案内面６１ｃ，６１ｄの下部の湾曲状部分を伝って第２方向Ｄ２に向きを変えられることとなる。

また、上述の第２実施形態およびその変形例では、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが直角に交わる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが交差する角度は、直角以外の角度であってもよい。例えば、第２実施形態のさらなる変形例を示す図１８（Ｄ）を参照して、出口管４２が鉛直方向に対して傾斜するように延びている場合、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との交差角度θ（劣角）は、数度〜９０度未満に設定されていてもよい。交差角度θの下限は、３０度であってもよいし、４５度であってもよいし、６０度であってもよいし、７５度であってもよい。

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

＜冷媒の流速制御の有無に起因する、被処理物冷却の均等さの違いの検証＞
図３，４に示す第１実施形態の冷却装置６を用いて、被処理物１００を冷却する試験を行った。被処理物１００は、焼入温度Ｔｈまで加熱された状態において出口管４２内において搬送トレイ２に載せられた状態から、冷媒としての冷却水を用いて冷却された。冷却は、被処理物１００が蒸気膜段階、沸騰段階および対流段階が完了するまで行われた。被処理物１００は、円柱状の鋼材である。冷却装置における試験条件は、冷媒の流速以外の条件は、同一とした。

試験条件は、以下の通りである。
実施例１Ａ：（流速制御有り）：出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを、冷媒が被処理物１００の浸漬を開始してから沸騰段階が完了するまでの間、第１流速Ｖ１に設定し、沸騰段階の後の対流段階で第２流速Ｖ２に設定した。第１流速Ｖ１と第２流速Ｖ２の比Ｖ１：Ｖ２＝５：１である。
比較例１Ａ（低速）：出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを、第２流速Ｖ２（Ｖ＝Ｖ２）の固定値に設定した。
比較例２Ａ（高速）：出口管４２を通過する冷媒の流速Ｖを、第１流速Ｖ１（Ｖ＝Ｖ１）の固定値に設定した。

実施例１Ａ、比較例１Ａおよび比較例２Ａにおける被処理物の材質は、ＳＣＭ材（クロムモリブデン鋼材）である。

評価は、実施例１Ａ、比較例１Ａおよび比較例２Ａをそれぞれ複数回実施し、実施例１Ａ、比較例１Ａおよび比較例２Ａのそれぞれにおける、被処理物１００の焼入処理前後の真円度の変化量の平均値を測定した。

比較例２Ａにおける真円度の変化量の平均値を１とした場合の、真円度の変化量の平均値は、以下の通りである。
比較例２Ａ：１．０
比較例１Ａ：０．６
実施例１Ａ：０．２

上記から明らかなように、被処理物の焼入処理前後の真円度の変化量の平均値（以下、真円度平均値ともいう。）は、比較例２Ａが最も大きく、次に比較例１Ａが大きく、実施例１Ａは格段に小さかった。このように、実施例１Ａにおける真円度平均値は、比較例１Ａの１／３に過ぎず、さらに、比較例２Ａの１／５に過ぎない。

次に、材料をＳＵＪ材（軸受鋼）とした点以外は実施例１Ａと同一条件である実施例２Ａと、材料をＳＵＪ材（軸受鋼）とした点以外は比較例２Ａと同一条件である比較例３Ａと、について、真円度平均値を測定した。

比較例３Ａにおける真円度平均値を１とした場合の、真円度平均値は、以下の通りである。
比較例３Ａ：１．０
実施例２Ａ：０．１

このように、実施例２Ａにおける真円度平均値は、比較例３Ａの１／１０に過ぎず、極めて小さい。

以上の次第で、焼入温度Ｔｈに加熱された被処理物１００を冷却する際の熱歪みが、実施例１Ａ，２Ａにおいて極めて小さいことが実証された。すなわち、実施例１Ａ，２Ａに関して、出口管４２内において冷媒が高度に整流されており且つ均等な流速分布が実現されており、被処理物１００へ冷媒を均等に供給できる能力が極めて高いことが実証された。

＜第１整流部材の有無および第１整流部材の形状に起因する、冷媒の流れの均一度合いの違いの検証＞
図１８（Ｃ）に示す第２実施形態の変形例に係る冷却装置６Ａの構成をモデル化したコンピュータシミュレーションを行った。

（比較例１Ｂ実および実施例１Ｂについて）
比較例１Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図１９（Ａ）を参照して、比較例１Ｂは、第１整流部材６１が設けられていない点は、冷却装置６Ａと実質的に同一の構成を有している。

また、実施例１Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図１９（Ｂ）を参照して、実施例１Ｂは、図１８（Ｃ）に示す冷却装置６Ａの変形例に相当する構成を有している。すなわち、第１整流部材６１の一対の側面６１ａ，６１ｂのそれぞれの下部に湾曲状案内面６１ｃ，６１ｄが形成されている。実施例１Ｂにおいて、第１整流部材６１の幅（紙面に垂直な方向の長さ）ｗの値を１としたとき、高さｈ＝２．５ｗ、湾曲形状部分の曲率半径Ｒ＝ｗに設定されている。

比較例１Ｂおよび実施例１Ｂのそれぞれについて、入口管４１から流速Ｖを一定にして冷媒を出口４２管へ流したときの、被処理物１００が配置される箇所での、水平断面における冷媒の流速分布を算出した。結果は、図１９（Ａ）のおよび図１９（Ｂ）に示されている。

図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）では、流速Ｖが高い箇所ほどハッチングの間隔が狭くされている。具体的には、水平断面における流速Ｖが４段階Ｑ１〜Ｑ４で示されている。流速Ｑ１が４段階の流速Ｖの中で最も早く、流速Ｑ４が最も遅い。そして、最も速い流速Ｑ１におけるハッチングの間隔はゼロであり、塗りつぶされている。

比較例１Ｂでは、被処理物１００が配置される箇所において、出口管４２の対向内面４２ｂ側の領域の上方において流速Ｖが高くなっており、水平断面における冷媒の流れの分布に大きな偏りが生じている。一方、実施例１Ｂでは、被処理物１００が配置される箇所において、第１整流部材６１の幅方向両端の領域の上方での流速Ｖが僅かに高くなっているものの、水平断面における冷媒の流れ分布の偏りは、小さい。

被処理物１００が配置される箇所での水平断面における、流速Ｖの最大値（最大流速）と、平均値（平均流速）との差（偏差）について、比較例１Ｂにおける偏差を１とした場合、以下の通りとなる。

比較例１Ｂの偏差：１．０００
実施例１Ｂの偏差：０．５８９

すなわち、被処理物１００が配置される箇所における水平断面での流速の偏りについて、実施例１Ｂでは、比較例１Ｂの４０％以上（４１．１％）小さくされていることが実証された。このように、第１整流部材６１Ａを設けることで、被処理物１００が配置される箇所における水平断面での流速Ｖの偏りを顕著に低減できることが実証された。

（実施例２Ｂおよび実施例３Ｂについて）
次に、実施例２Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図２０（Ａ）を参照して、実施例２Ｂは、第１整流部材６１Ａの幅（紙面に垂直な方向の長さ）ｗの値と１としたとき、高さｈ＝２．５ｗ、湾曲形状部分６１ｃ，６１ｄの曲率半径Ｒ＝０．７５ｗである。実施例２Ｂは、第１整流部材６１の湾曲形状部分６１ｃ，６１ｄの曲率半径Ｒ＝０．７５ｗである点以外は、実施例１Ｂと同一の構成を有している。

次に、実施例３Ｂのモデルを示す模式的な側面図および冷媒の流れの分布を示す模式図である図２０（Ｂ）を参照して、実施例２Ｂは、第１整流部材６１の幅（紙面に垂直な方向の長さ）ｗを１としたときに高さｈ＝２．５ｗに設定されており、湾曲形状部分が設けられていない。実施例３Ｂでは、第１整流部材６１が平板状部材で形成されて湾曲形状部分が設けられていない点以外は、実施例２Ｂと同一の構成を有している。

実施例２Ｂおよび実施例３Ｂのそれぞれについて、入口管４１から流速Ｖを一定にして冷媒を出口管４２へ流したときの、被処理物１００が配置される箇所での、水平断面における冷媒の流速分布を算出した。結果は、図２０（Ａ）のおよび図２０（Ｂ）に示されている。

図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）では、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）で示したのと同様に、４段階の流速Ｑ１〜Ｑ４で流速を模式的に示している。実施例２Ｂでは、出口管４２の対向内面４２ｂ側の領域の上方において流速Ｖが僅かに高いものの、水平断面における冷媒の流れの分布は偏りが小さい。また、実施例３Ｂでは、出口管４２の対向内面４２ｂ側の領域の上方において流速Ｖの大きな領域が僅かであり、水平断面における冷媒の流れの分布は偏りが極めて小さい。

実施例２Ｂ，３Ｂのそれぞれについて、上記水平断面における、最大流速と平均流速との差（偏差）について、実施例２Ｂにおける偏差を１とした場合、以下の通りとなる。

実施例２Ｂの偏差：１．０００
実施例３Ｂの偏差：０．９４４

すなわち、被処理物１００が配置される箇所における水平断面での流速の偏りについて、実施例３Ｂでは、実施例２Ｂの５％以上（約５．６％）小さくされていることが実証された。このように、第１整流部材６１Ａを設けることで、被処理物１００が配置される箇所における水平断面での流速の偏りを顕著に低減でき、さらには第１整流部材６１を平板状部材とすることで当該偏りをより一層低減できることが実証された。

＜第１整流部材の面積に対する入口管の開口面積の比と、出口管における流速分布のばらつきとの関係についての検証＞
図１４に示す第２実施形態の冷却装置６Ａの構成に相当する構成をモデル化したコンピュータシミュレーションを行った。

この冷却装置６Ａの入口管４１から冷媒としての冷却水を流した場合をシミュレーションした。具体的には、第２整流部材６３の下流側位置（被処理物１００が配置される箇所）での水平断面における冷媒の流速Ｖのばらつき値σ（当該水平断面での流速Ｖの最大値と平均値との差）を算出した。なお、以下では、被処理物１００が配置される箇所での水平断面における冷媒の流速Ｖのばらつき値を、「流速ばらつき値」という。

シミュレーション条件は、形状指数ｗｈ／ｄを設定し、この形状指数ｗｈ／ｄが異なる複数の場合において、入口管４１から同一流速の冷却水を冷媒として流す条件とした。なお、ｗは第１整流部材の幅であり、ｈは第１整流部材の高さであり、ｄは入口管４１の出口側開口部４１ａの開口断面積である。

そして、形状指数ｗｈ／ｄがゼロ、すなわち、第１整流部材６１が設けられていないときの流速ばらつき値σｂを基準として、所定の形状指数ｗｈ／ｄにおける流速ばらつき値σの割合σ／σｂを算出した。この割合を、以下では流速ばらつき割合σ／σｂともいう。形状指数ｗｈ／ｄと流速ばらつき割合σ／σｂとの関係は、以下の表１において表で示し、図２１においてグラフで示している。なお、表１で示している内容と図２１で示している内容とは同じである。図２１においては、形状指数ｗｈ／ｄと流速ばらつき割合σ／σｂとの関係を示す傾向線が示されている。

表１および図２１から明らかなように、形状指数ｗｈ／ｄが０．１または０．２のとき、流速ばらつき割合σ／σｂが１００％以上である。これは、第１整流部材６１の面積が小さすぎることにより、第１整流部材６１による冷媒の整流効果が十分に発揮されていないことを示している。一方で、形状指数ｗｈ／ｄが０．５以上であれば、流速ばらつき割合σ／σｂが１００％未満である。なお、本実施例では、形状指数ｗｈ／ｄの最大値は８．６である。そして、形状指数が０．５〜６．４のとき、流速ばらつき割合σ／σｂは、９０％未満であり、出口管４２において特に流速Ｖの均一さの度合いが高い。以上の次第で、形状指数ｗｈ／ｄが０．２と０．５との間で流速ばらつき割合σ／σｂが顕著に低下し、さらに、形状指数ｗｈ／ｄが０．５〜６．４において、流速ばらつき割合σ／σｂが十分に低い値（９０％未満）となることが実証された。

＜第１整流部材の有無に起因する、被処理物冷却の均等さの違いの検証＞
図１４に示す第２実施形態の冷却装置６Ａを用いて、被処理物１００を冷却する試験を行った。被処理物１００は、焼入温度Ｔｈまで加熱された状態において出口管４２内において搬送トレイ２に載せられた状態から、冷媒としての冷却水を用いて冷却された。冷却は、被処理物１００が蒸気膜段階、沸騰段階および対流段階が完了するまで行われた。被処理物１００は、鋼材である。冷却装置６Ａにおける試験条件は、第１整流部材６１の有無以外の条件は、同一とした。

すなわち、実施例１Ｃは、第１整流部材６１が設けられた冷却装置で冷却処理が行われ、比較例１Ｃは、第１整流部材６１が設けられていない点以外は冷却装置６Ａと同じ構成の冷却装置で冷却処理が行われた。

実施例１Ｃおよび比較例１Ｃのそれぞれにおける、焼入処理に起因する被処理物の歪み量を測定した。

比較例１Ｃにおける歪み量を１としたとき、実施例１Ｃにおける歪み量は、０．４に過ぎなかった。すなわち、比較例１Ｃにおける歪み量と実施例１Ｃにおける歪み量の比率は、以下の通りである。
比較例１Ｃ：１．０
実施例１Ｃ：０．４

以上の次第で、焼入温度Ｔｈに加熱された被処理物１００を冷却する際の熱歪みが、実施例１Ｃにおいて極めて小さいことが実証された。すなわち、実施例１Ｃに関して、第１整流部材６１が設けられていることにより出口管４２内において冷媒が高度に整流されており且つ均等な流速分布が実現されており、被処理物１００へ冷媒を均等に供給できる能力が極めて高いことが実証された。

本発明は、熱処理装置として、広く適用することができる。

１ 熱処理装置
４１ 入口管
４１ａ 出口管側開口部
４２ 出口管
４２ｂ 出口管の対向内面
４２ｃ 出口管の内周面
６１ 第１整流部材（整流部材）
６２ 絞り部材
６３ 第２整流部材
６４，６５ 隙間
１００ 被処理物
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
ｋ２ 絞り部材から被処理物の配置位置までの距離
ｋ３ 整流部材から絞り部材までの距離
Ｙ１ 前後方向（幅方向）

Claims (4)

1. 被処理物に熱処理を施すための媒体が流入する入口管と、
   前記入口管における前記媒体の進行方向としての第１方向とは異なる第２方向に向けて前記媒体が進行するように前記入口管に接続されるとともに、前記被処理物が配置される出口管と、
   前記媒体の進行方向を前記第１方向から前記第２方向に変更するために前記出口管内に配置され、前記第２方向に沿って前記出口管を見たときに、前記出口管の内周面から離隔しており、且つ、前記入口管の出口管側開口部から前記第１方向に進んだ箇所に配置された整流部材と、
   を備え、
   前記第２方向に沿って前記出口管を見たときに、前記第１方向と直交する方向としての幅方向において、前記整流部材の両端部と前記出口管の内周面との間に、前記媒体を通過させるための隙間が形成されており、
   前記整流部材は、前記出口管の底面に固定されるとともに前記出口管の長さ方向と同じ角度に延びるように配置され、前記整流部材における前記出口管側開口部側を向く面の面積ｗｈと前記入口管の前記出口管側開口部における開口面積ｄとの比率ｗｈ／ｄが、０．５〜６．４の範囲に設定されていることを特徴とする、熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
   前記第１方向に沿って見て、前記整流部材は、前記出口管側開口部と前記幅方向の全域に亘って重なっていることを特徴とする、熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の熱処理装置であって、
   前記第２方向において前記整流部材から離隔して配置され、前記第２方向と直交する面における前記出口管の面積を絞る絞り部材をさらに備えていることを特徴とする、熱処理装置。
4. 請求項３に記載の熱処理装置であって、
   前記出口管内を流れる前記媒体を整流する第２整流部材をさらに備え、
   前記第２方向に沿って、前記絞り部材、前記第２整流部材、および、前記被処理物の配置位置の順に配置され、
   前記絞り部材から前記被処理物の配置位置までの距離が、前記整流部材から前記絞り部材までの距離よりも短く設定されていることを特徴とする、熱処理装置。

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