JP4458079B2 - 真空浸炭処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空浸炭処理装置に関する。

真空浸炭処理は、金属製の被処理物の表層部に浸炭させて焼入れすることにより表層部の硬度を高める浸炭処理の一つである。真空浸炭処理には、特許文献１や特許文献２に示すものがある。
特許文献１に示す真空浸炭処理は、被処理物を加熱室において極低圧状態で所定温度に加熱し、加熱室内にアセチレン等の浸炭性ガスを装入して被処理物に浸炭させた後、浸炭性ガスの供給を停止し再び加熱室内を極低圧状態にすることにより被処理物の表面近くの炭素を内部へ拡散させ、焼入れ温度まで降温させてから油冷する。
特許文献２に示す真空浸炭処理は、被処理物の表面（特に角部）の過剰な浸炭を改善するために、特許文献１のような真空浸炭処理における拡散の初期で、炉（特許文献１における加熱室と同等）内に脱炭性ガスを導入し、被処理物の表面のセメンタイトを減少又は除去する。
特開平８−３２５７０１号公報 特開２００４−１１５８９３号公報

上記のような従来の真空浸炭処理においては、処理温度を高くするほど浸炭及び拡散が速く進行する。このため、処理温度を高くするほど真空浸炭処理に要する時間を短縮できる。しかし、その反面、高温で真空浸炭処理を行うと、被処理物の結晶粒が肥大化してしまう。結晶粒が肥大化した被処理物は、所定の物性値をもたないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、処理温度を高くすることにより浸炭及び拡散の進行を速めて処理時間を短縮した場合にも、高温処理による被処理物の結晶粒の肥大化を改善して所定の物性値をもつ被処理物を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用した。

本発明では、第１の手段として、加熱器を備える加熱室と、冷却器を備える冷却室と、を有し、前記加熱器により加熱して前記加熱室内の被処理物の温度を第１の温度にし、前記加熱室内を所定気圧以下に減圧した状態から浸炭性ガスを前記加熱室内に供給して前記被処理物に浸炭させ、前記浸炭性ガスの供給を停止して前記被処理物の表面から内部へ炭素を拡散させ、前記被処理物の温度を第２の温度にした状態から前記冷却室において前記冷却器により急冷する真空浸炭処理装置であって、前記加熱室内に、断熱隔壁で囲まれた炉と、前記炉を覆うと共に該炉の内外で気体を循環させて前記被処理物を冷却する第２冷却器とを設け、前記第２冷却器により、浸炭後の前記被処理物の温度を前記第１の温度から所定温度まで温度履歴が所定条件を満たすように降下させ、前記被処理物全体が前記所定温度となるように所定時間保温することにより前記被処理物の結晶粒を微細化させることを特徴とする真空浸炭処理装置を採用した。

更に、本発明では、第２の手段として、加熱器及び冷却器を備える加熱室を有し、前記加熱器により加熱して前記加熱室内の被処理物の温度を第１の温度にし、前記加熱室内を所定気圧以下に減圧した状態から浸炭性ガスを前記加熱室内に供給して前記被処理物に浸炭させ、前記浸炭性ガスの供給を停止して前記被処理物の表面から内部へ炭素を拡散させ、前記被処理物の温度を第２の温度にした状態から前記冷却器により急冷する真空浸炭処理装置であって、前記加熱室内に、断熱隔壁で囲まれた炉と、前記炉を覆うと共に該炉の内外で気体を循環させて前記被処理物を冷却する前記冷却器とを設け、前記冷却器により、浸炭後の前記被処理物の温度を前記第１の温度から所定温度まで温度履歴が所定条件を満たすように降下させ、前記被処理物全体が前記所定温度となるように所定時間保温することにより前記被処理物の結晶粒を微細化させることを特徴とする真空浸炭処理装置を採用した。

また、第３の手段として、上記第５から７の何れかの手段に係る真空浸炭処理装置において、前記加熱器は、高温状態からの急冷に耐える導電性材料で形成され前記加熱室内に配設された発熱部材と、前記加熱室外壁に取り付けられ前記発熱部材を前記加熱室外壁に対して位置固定に支持する支持部材と、を有し、前記加熱室外において前記発熱部材の地絡電流を測定する電流測定手段を配設し、前記電流測定手段の測定値から前記発熱部材の地絡の有無を検知するものを採用した。

第４の手段として、上記第５から８の何れかの手段に係る真空浸炭処理装置において、前記冷却器は、高圧ガスを循環させて前記被処理物を冷却するものであるものを採用した。

第５の手段として、上記第５から９の何れかの手段に係る真空浸炭処理装置において、前記加熱器は、ガス対流装置を備えるものを採用した。

本発明の真空浸炭処理装置によれば、加熱室内に、断熱隔壁で囲まれた炉と、炉を覆うと共に該炉の内外で気体を循環させて被処理物を冷却する冷却器を設けたので、拡散後の焼ならし及びその後の温度保持を容易に実行することができる。特に、温度保持を行うためには加熱器が必要であるため、焼ならし後に続けて温度保持を行うためには冷却と加熱とを連続的に行う必要があり、加熱室に冷却器を設けることによりこれを容易に実行することができる。また、加熱室に冷却器を設けたことにより、焼ならしを加熱室内で行うことが可能であるため、焼ならしのために被処理物を加熱室から出す必要がないので高温の被処理物を移動させる回数を増やすことがなく、被処理物が高温の状態で移動することにより変形する等の危険を回避することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る真空浸炭処理装置及び方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態の真空浸炭処理装置の構成を示した断面図である。図１に示すように、本実施形態の真空浸炭処理装置は、ケース１、加熱室２及び冷却室３を備え、加熱と冷却とを別室で行う２室型である。ケース１は、略円筒形であって、軸線を水平にして設置され、軸線方向略中央で区切った一方に加熱室２を収納し、他方は冷却室３とされている。また、ケース１の軸線方向略中央部には、冷却室３の入口３ａを閉じる扉１１を昇降させることにより冷却室３を開閉する開閉機構１２が設けられている。

加熱室２は、断熱隔壁２１、加熱器２２、電源部２３、冷却器２４及び載置台２５を備えている。ここで、図２は、加熱器２２の形状を示す斜視図である。また、図３は、断熱隔壁２１に対する加熱器２２の取付構造及び加熱器２２と電源部２３との電気的接続を示す模式図である。
断熱隔壁２１は、図３に示すように、金属製の外郭２１ａと、グラファイト製の内郭２１ｂとの間に、断熱材２１ｃを充填して形成されている。また、図１に示すように、断熱隔壁２１の上面及び下面には、それぞれ扉２１ｄ、２１ｅが設けられている。

加熱器２２は、図２に示すように、同型の３つのヒータＨ１〜Ｈ３からなる。各ヒータＨ１〜Ｈ３は、中空細軸部ｇ１、中実細軸部ｇ２、中実太軸部ｇ３、コネクタｃ１〜ｃ３、給電軸部ｍとからなる。中空細軸部ｇ１、中実細軸部ｇ２及び中実太軸部ｇ３は、グラファイト製である。給電軸部ｍは、金属製である。
コネクタｃ１は、直方体であって、長手方向に２等分したそれぞれ領域に１つずつ互いに逆向きの接続部ａ１、ｂ１を備えており、中空細軸部ｇ１と中実細軸部ｇ２とを通電可能に接続する。コネクタｃ２は、２つの接続部ａ２、ｂ２が互いに直交方向を向くように設けられたＬ字型であって、中空細軸部ｇ１同士を通電可能に接続する。コネクタｃ３は、２つの同方向を向く接続部ａ３、ｂ３を離間させて連結したものであって、中空細軸部ｇ１同士を通電可能に接続する。

中空細軸部ｇ１は、４本で矩形を作るように配され、矩形の３つの角がコネクタｃ２により接続される。上記矩形の残る１つの角を形成する２本の中空細軸部ｇ１の各端部のうちの一方には、コネクタｃ１によって中実細軸部ｇ２が接続され、他方はコネクタｃ３の接続部ａ３、ｂ３の一方に取り付けられる。中実細軸部ｇ２のコネクタｃ１に取り付けられた端部の逆側の端部は、中実太軸部ｇ３の一端部に連続しており、中実太軸部ｇ３の他端部には、給電軸部ｍが取り付けられている。
上記のような４本の中空細軸部ｇ１、中実細軸部ｇ２、中実太軸部ｇ３、コネクタｃ１、３個のコネクタｃ２及び給電軸部ｍからなる構成が、対をなし、コネクタｃ３によって接続されることにより、各ヒータＨ１〜Ｈ３が構成されている。
なお、中空細軸部ｇ１、中実細軸部ｇ２及び中実太軸部ｇ３は、各々の断面積の差異によって発熱し易さを変えたものであって、中空細軸部ｇ１、中実細軸部ｇ２、中実太軸部ｇ３の順に発熱し易く、中実太軸部ｇ３は発熱しにくい。

図３に示すように、給電軸部ｍは、中空であり、内部に冷却管ｔが収納されている。冷却管ｔには、通電による温度上昇を抑える冷却水が循環させられる。
ヒータＨ１〜Ｈ３は、断熱隔壁２１の一部に設けられたヒータ支持部２６によって支持されている。ヒータ支持部２６は、セラミックス製であって、内径が中実太軸部ｇ３の径よりも大きい略円筒形に形成されており、円筒の軸方向を断熱隔壁２１の厚さ方向に平行に、各端部を断熱隔壁２１の内側と外側とにそれぞれ位置させるように固定されている。断熱隔壁２１の外側に位置する端部は、円筒の内径よりも小径である中実太軸部ｇ３の径と同径の開口２６ａが設けられており、この開口２６ａに中実太軸部ｇ３が嵌装されることにより、各ヒータＨ１〜Ｈ３が支持される。

また、給電軸部ｍは、ケース１に設けられた開口１ａからケース１外へ導出されている。開口１ａと給電軸部ｍとの隙間は、シール材１ｂで塞がれることにより密閉されている。給電軸部ｍには、電源部２３が接続される。
電源部２３は、電源２３ａ、ブレーカ２３ｂ、サイリスタ２３ｃ、温度調節計２３ｄ、変圧器２３ｅ、抵抗器２３ｆ及び電流計２３ｇを有している。

電源２３ａは、ブレーカ２３ｂ、サイリスタ２３ｃ及び変圧器２３ｅを介して給電軸部ｍに接続されており、給電軸部ｍに電力を供給する。ブレーカ２３ｂは、回路への負荷が許容範囲を超えたときに電力を遮断し、回路に過負荷がかかることを防止するものである。
サイリスタ２３ｃは、温度調節計２３ｄと協働して、ヒータＨ１〜Ｈ３の温度が所定温度に達するまで回路を導通状態にし、ヒータＨ１〜Ｈ３の温度が所定温度に達すると導通を解除する。変圧器２３ｅは、電源２３ａから給電される電力の電圧を所定の値に変換する。
抵抗器２３ｆ及び電流計２３ｇは、変圧器２３ｅと給電軸部ｍとの間の回路から分岐してアースされる回路の途中に配設される。電流計２３ｇは、地絡電流を測定する。

冷却器２４は、断熱隔壁２１の上部に設けられており、熱交換器２４ａ及びファン２４ｂを有している。熱交換器２４ａは、加熱室２で加熱された気体から熱を取り除くものである。ファン２４ｂは、加熱室２内及びケース１内の気体を循環させるものである。
加熱室２内を冷却する際には、断熱隔壁２１の扉２１ｄ、２１ｅを開放して、加熱室２内及びケース１内の気体をファン２４ｂで循環させながら熱交換器２４ａで冷却することにより、加熱室２内の温度及び加熱室２内の被処理物Ｗの温度を低下させる。

載置台２５は、矩形のフレームと、複数本のローラとを有して構成されており、各ローラは、回転軸線をフレームの対向する２辺に平行に並列されて、フレームの他の２辺に両端を回転自在に支持されている。このような載置台２５は、各ローラの回転軸線が搬送方向に直交するように設置されて、被処理物Ｗの移送を良好にする。被処理物Ｗは、載置台２５に載置されることにより、下面側からも均一に加熱される。
なお、真空状態では、温度が高いほど、蒸気圧が低い物質から順に蒸発するので、加熱室２内で高温にさらされる上記各部は、１３００℃程度まで加熱室２の温度を昇温させても蒸発しない物質で製作したものを用いる。

冷却室３は、被処理物Ｗを冷却するための部屋であって、冷却器３１、整流板３２及び載置台３３を備えている。
冷却器３１は、熱交換器３１ａ及びファン３１ｂを有している。熱交換器３１ａは、冷却室３内の気体から熱を取り除くものである。ファン３１ｂは、冷却室３内で気体を高圧で循環させるものである。
整流板３２は、格子状に間切りをされた格子箱とパンチングメタルとを組み合わせたものであって、冷却室３内の被処理物Ｗが載置される位置の上下に配設されて、冷却室３内の気体の流れ方向を整えるものである。載置台３３は、加熱室２内に設置された載置台２５と略同構造であって、且つ、載置台２５と同じ高さに配置されている。

次に、上記構成の真空浸炭処理装置で行う真空浸炭処理について図４〜図７を用いて説明する。真空浸炭処理においては、予熱工程、浸炭前保持工程、浸炭工程、拡散工程、焼ならし工程、再加熱工程、焼入れ前保持工程及び焼入れ工程を、順次行う。
図４は、母材炭素濃度が０．２％のＳＣｒ４２０という鋼材を処理対象材料とし、表面炭素濃度目標を０．８％、有効浸炭深さを０．８ｍｍ、有効浸炭深さにおける炭素濃度目標を０．３５％とした場合の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。図５は、比較のために示す図であり、従来の真空浸炭処理における各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。
上記説明図における各工程の処理時間は、Ｆｉｃｋの第２法則による拡散方程式で算出したものである。

予熱工程では、まず、被処理物Ｗを、加熱室２内のヒータＨ１〜Ｈ３で囲まれる位置に載置する。続いて、加熱室２から排気して、加熱室２内を減圧し真空状態にする。ここで、一般的な真空浸炭処理において『真空』とは大気圧の１／１０程度の１０ｋＰａ以下程度をさすが、本実施形態では１Ｐａ以下を『真空』とした。
次に、加熱器２２に通電して、加熱室２内の温度を昇温させる。予熱工程の全てを真空で行っても真空浸炭処理は可能であるが、本実施形態では、６５０℃まで加熱室２内の温度を昇温させたところで、被処理物Ｗの表面から物質が蒸発するのを防ぐために不活性ガスを加熱室２内に装入する。このときの加熱室２内の気圧は、０．１ｋＰａ〜大気圧未満程度である。そして更に昇温を継続し、１０５０℃まで加熱室２内の温度を昇温させたら、浸炭前保持工程へ移行する。

浸炭前保持工程では、加熱室２内の温度を予熱工程終了時の温度に保持する。この浸炭前保持工程を経ることにより、被処理物Ｗの温度が表面から内部まで１０５０℃に均一化される。浸炭前保持工程の最後の２分では、不活性ガスを排気して加熱室２内を減圧し真空状態に戻す。

浸炭工程では、加熱室２内に浸炭性ガスを装入する。浸炭性ガスは、例えばアセチレンである。このときの加熱室２内の気圧は、０．１ｋＰａ以下である。この浸炭工程において、被処理物Ｗは、加熱室２内は１０５０℃という高温の浸炭性ガス雰囲気下におかれることにより、浸炭される。
拡散工程では、加熱室２内の浸炭性ガスを排気して不活性ガスを装入する。このときの加熱室２内の気圧は、０．１ｋＰａ〜大気圧未満程度である。そして、加熱室２内の温度を保持する。この拡散工程を経ることにより、被処理物Ｗの表面近くの炭素が表面から内部へ拡散される。
処理温度が同条件であれば、浸炭工程の処理時間及び拡散工程の処理時間によって、表面炭素濃度、有効浸炭深さ、有効浸炭深さにおける炭素濃度が決定する。

拡散工程に続いて、焼ならし工程及び焼ならし後保持工程を行う。焼ならし工程の前に、被処理物Ｗは１０５０℃という高温に長時間晒されるので、結晶粒が肥大化している。焼ならし工程では、冷却器２４を用いて加熱室２内の温度を低下させる。焼ならし工程において所定の処理時間（本実施形態では５分）で６００℃以下に温度を低下させ、続く焼ならし後保持工程において所定時間保温して被処理物全体の温度を均一にすることにより、肥大化した結晶粒が微細化される。
再加熱工程では、焼ならし工程で下げられた加熱室２内の温度を再び上げる。再加熱工程では、後の焼入れ工程における焼入れ温度の８５０℃まで昇温する。そして、この温度を焼入れ前保持工程において所定時間保持する。この焼入れ前保持工程を経ることにより、被処理物Ｗの温度が表面から内部まで８５０℃に均一化される。

最後に、被処理物Ｗを冷却室３へ移して、焼入れ工程を行う。焼入れ工程では、冷却器３１によって、被処理物Ｗを冷却する。このときの冷却は、本実施形態の処理対象材料つまりＳＣｒ４２０という鋼材のように焼きが入りにくい材料では、焼きを入れるためには、処理時間の初期の１分程度の時間内に冷却する温度差の半分程度まで冷却することが必要である。冷却器３１は、例えば大気圧の１０倍から３０倍程度の高い圧力で冷却室３内部の気体を循環させつつ冷却することによって、被処理物Ｗの冷却速度を向上させている。

上記本実施形態の真空浸炭処理に対して、従来は、図５に示すように、処理温度Ｘ℃を９３０℃程度にして行うのが一般的である。本実施形態の真空浸炭処理は１０５０℃で行うので、浸炭及び拡散の進行が早いため、処理時間が従来の９３０℃で行う真空浸炭処理の処理時間よりも短縮される。
また、図５に示す従来の真空浸炭処理の処理工程には、焼きならし工程はなく、拡散工程の後、降温工程において焼入れ温度まで降温させた後、焼入れ前保持工程に移る。このような従来の真空浸炭処理においても、処理温度を上げることにより処理時間は短縮される。しかし、高温処理によって肥大化した被処理物Ｗの結晶粒を微細化することができないので、所定の物性値をもつ被処理物Ｗを得ることができない。

上記従来の真空浸炭処理に対して、本実施形態の真空浸炭処理によれば、処理時間短縮のために浸炭及び拡散を高温で行って結晶粒を粗大化させても、焼ならしによって結晶粒を微細化させることができ、このため、高温処理によって処理時間を短縮しつつも、高温処理による結晶粒の肥大化を改善して、所定の物性値の被処理物Ｗを得ることができる。更に、本実施形態によれば、焼ならしに続けて再加熱及び焼入れを行うので、効率よく真空浸炭処理を完了することができる。
また、本実施形態の真空浸炭処理装置によれば、加熱室２に冷却器２４を設けたので、拡散後の焼ならしを容易に実行することができる。また、加熱室２に冷却器２４を設けたことにより、焼ならしを加熱室２内で行うことが可能であるため、焼ならしのために被処理物Ｗを加熱室２から出す必要がないので高温の被処理物Ｗを移動させる回数を増やすことがなく、被処理物Ｗが高温の状態で移動することにより変形する等の危険を回避することができる。

図６は、母材炭素濃度が０．２％のＳＣｒ４２０という鋼材を処理対象材料とし、表面炭素濃度目標を０．８％、有効浸炭深さを１．５ｍｍ、有効浸炭深さにおける炭素濃度目標を０．３５％とした場合の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。つまり、図６に示す真空浸炭処理では、図４に示す真空浸炭処理と同じ鋼材を処理対象材料としており、図４に示す真空浸炭処理との差異は有効浸炭深さを１．５ｍｍとしている点である。図７は、比較のために示す図であり、従来の真空浸炭処理における各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。
図４及び図５と同様に、上記説明図における各工程の処理時間は、Ｆｉｃｋの第２法則による拡散方程式で算出したものである。

図６に示す真空浸炭処理においては、図４の真空浸炭処理よりも有効浸炭深さが深く設定されているために、浸炭工程及び拡散工程の処理時間が長くされている。図６のその他の工程の処理時間は図４と同じである。従来の真空浸炭処理においても同様に、図７に示す従来の真空浸炭処理においては、図５の従来の真空浸炭処理よりも有効浸炭深さが深く設定されているために、浸炭工程及び拡散工程の処理時間が長くされている。図７のその他の工程の処理時間は図５と同じである。
図６及び図７の比較からわかるように、有効浸炭深さが深く設定された真空浸炭処理においても、浸炭工程及び拡散工程の処理時間は、従来の真空浸炭処理に比べて短縮することができる。そして、有効浸炭深さが深く設定された真空浸炭処理においても、処理時間短縮のために浸炭及び拡散を高温で行って結晶粒を粗大化させても、焼ならしによって結晶粒を微細化させることができ、このため、高温処理によって処理時間を短縮しつつも、高温処理による結晶粒の肥大化を改善して、所定の物性値の被処理物Ｗを得ることができる。

次に、脱ガス工程について説明する。本実施形態においては、加熱器２２に地絡が発生した場合に、脱ガス工程を行う。脱ガス工程は、電流計２３ｇにより測定される地絡電流の値が所定の閾値を超えた場合には、加熱室２に被処理物Ｗを入れずに、加熱室２の温度を処理温度（本実施形態では１０５０℃）よりも５０〜１５０℃高い温度にまで昇温させて、所定時間保持した後、冷却する。この脱ガス工程を経ることにより、加熱室２内の煤が蒸発する。
脱ガス工程においては、１２００℃程度まで加熱室２の温度が昇温されるが、加熱室２を構成する各部は１３００℃程度まで加熱室２の温度を昇温させても蒸発しない物質で製作したものであるので、加熱室２を構成する各部が損なわれることなく、煤を除去することができる。

上記の脱ガス工程を実施するにあたり、加熱器２２の構造を従来の構造から変更している。即ち、従来の加熱器は、煤が付着することによる不具合が発生しないように、発熱部分つまり通電部分をセラミックス等の絶縁体により覆って、絶縁体を介して間接的に外部に熱を伝える構造になっている。
しかし、本実施形態の焼ならし工程を加熱室２内で行う場合、上記従来の構造では、通電部分を覆う絶縁体のセラミックスが、熱せられた状態から急激に冷やされるために割れてしまう。そこで、本実施形態の構造の加熱器２としている。
本実施形態の構造の加熱器２は、熱せられた状態からの急激な冷却に耐えられる構造とされている。但し、図３に示す本実施形態の構造の加熱器２では、ヒータ支持部２６が煤で覆われると地絡が発生することになる。これに対して、本実施形態では、地絡電流を監視し、地絡電流が所定の閾値を上回ったときに脱ガス工程を行って地絡状態から回復させ、地絡による被害を防いでいる。

上記実施形態では、図１に示す２室型の真空浸炭処理装置を用いて説明したが、他の形態の真空浸炭処理装置において上記実施形態のように拡散工程の後に焼ならし工程及び再加熱工程を行う真空浸炭処理を行うことが可能である。
図８は、真空浸炭処理装置の形態の例を示す模式図である。図８に示すように、真空浸炭処理装置の形態には、上記実施形態の２室型の他、単室型、連続型、搬送装置別体型等がある。
単室型は、冷却専用室なしで加熱室のみで構成され、加熱室内に冷却器を備えた形態である。単室型は、冷却器が加熱室内にあるため、温度低下速度が遅いので、焼入れ性のよい鋼材が処理対象材料であるとき、利用可能である。上記実施形態の処理対象材料であるＳＣｒ４２０という鋼材は、焼入れ性が悪いので、単室型では焼入れ工程まで行うことができない。

連続型は、多数の被処理物Ｗを連続的に真空浸炭処理する場合に用いる形態で、予熱室、第１加熱室、第２加熱室及び冷却室を備えている。第２加熱室には、冷却器が備えられている。このような連続型では、例えば、予熱室で予熱工程を行い、第１加熱室で浸炭前保持工程、浸炭工程及び拡散工程を行い、第２加熱室で焼ならし工程、再加熱工程及び焼入れ前保持工程を行い、冷却室で焼入れ工程を行うという手順で真空浸炭処理を行う。被処理物Ｗが工程の進行に伴って処理室を順次移動していくので、多数の被処理物Ｗの真空浸炭処理を次々と進めることができる。

搬送装置別体型は、上記実施形態の加熱室２と冷却室３とを同一のケース１内に設けず別体とし、更に両処理室間を移動する被処理物Ｗを搬送する搬送装置を設けたものである。真空浸炭処理の各工程は、上記実施形態と同様に、予熱工程〜焼入れ前保持工程までを加熱室で行い、焼入れ工程を冷却室で行う。
ここで、加熱室は、１台に限らず複数台設置してもよい。真空浸炭処理において、冷却室を要する時間よりも加熱室を要する時間の方が長いので、加熱室と冷却室との台数が１：１であると冷却室の空き時間が長くなるが、加熱室を被処理物の数に応じて増設すれば、冷却室へ複数の加熱室から順次被処理物が搬送されるようにすることにより、冷却室の空き時間を減らし冷却室を有効に活用することができるため、効率よく真空浸炭処理を行うことができる。なお、複数台の加熱室を設ける場合にはそのうち少なくとも１台を冷却器付としその他の加熱器は冷却器無しとしてもよい。

搬送装置別体型の例としては、図示したものの他に、主容器及び準備室を更に備えるものが考えられる。主容器は、例えば円筒形の密閉容器であって、この円筒形の主容器の外周面に放射状に、１乃至複数の加熱室、冷却室及び準備室が連結され、主容器内に搬送装置が収納される。搬送装置は、加熱室、冷却室及び準備室の何れかと連結される位置の間で主容器内を回転する。
このような真空浸炭処理装置においては、ユーザが準備室に被処理物を入れると、搬送装置が準備室から加熱室へ被処理物を搬送し、また、加熱室から冷却室へ被処理物を搬送し、冷却室から準備室へ被処理物を搬送する。そして、ユーザは、準備室から被処理物を取り出す。
上記真空浸炭処理装置によれば、被処理物は各室間を搬送される際は常に主容器内を通るので、被処理物が準備室に入れられてから真空浸炭処理を施されて準備室から取り出されるまで確実に外気に触れないようにすることが出来る。また、被処理物が加熱室や冷却室内に装入されている間に、別の処理物を準備室から出し入れすることができるので、複数個の被処理物の真空浸炭処理にあたって、真空浸炭処理装置の各室を有効に活用することができる。
なお、上記主容器の形状は一例であって、主容器は、搬送装置を収納すると共に加熱室、冷却室及び準備室が連結されたものであればよい。

更に、搬送装置を加熱器及び／又は冷却器付のものにすることにより、被処理物の温度を管理しながら加熱室と冷却室との間を搬送することができる。更に、被処理物の搬送にあたって加熱室或いは冷却室と搬送装置とを連通させる際、搬送装置の加熱器（或いは冷却器）により、加熱室内の温度（或いは冷却室内の温度）と搬送装置内の温度とを同程度に合わせることができる。そして、搬送装置の冷却器によって、真空浸炭処理後の被処理物を常温まで冷却することができる。

なお、図９に示すように、加熱器２２の構成要素として、対流加熱用ファンＦとこの対流加熱用ファンＦを回転駆動するモータＭとを、更に設けてもよい。対流加熱用ファンＦ及びモータＭは、ガス対流装置を構成する。
このような構成において、例えば予熱工程のように低温状態から昇温させる際に、加熱室２に不活性ガスを装入して被処理物Ｗを不活性雰囲気下におき、モータＭにより対流加熱用ファンＦを回転駆動させながらヒータＨ１〜Ｈ３に通電して発熱させることにより、被処理物Ｗを素早く均一に昇温させることができる。
また、上記実施形態では、高圧の気体を循環させて被処理物Ｗを冷却する冷却器３１としたが、実施にあたっては、冷却器は、油冷により被処理物Ｗを冷却するものであってもよい。

本発明の一実施形態における真空浸炭処理装置の構成を示した断面図である。 本発明の一実施形態における加熱器の形状を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における断熱隔壁２１に対する加熱器２２の取付構造及び加熱器２２と電源部２３との電気的接続を示す模式図である。 本発明の一実施形態における真空浸炭処理の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。 図４の比較として示す従来の真空浸炭処理の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。 本発明の一実施形態における真空浸炭処理の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。（図４とは有効浸炭深さが異なる） 図６の比較として示す従来の真空浸炭処理の各工程の処理時間と温度、雰囲気条件及び装置形態例を示した説明図である。 本発明の一実施形態における真空浸炭処理装置の形態の例を示す模式図である。 本発明の他の実施形態における真空浸炭処理装置の構成を示した断面図である。

符号の説明

１…ケース、
１１…扉、 １２…開閉機構、
１ａ…開口、 １ｂ…シール材、
２…加熱室、
２１…断熱隔壁、
２１ａ…外郭、 ２１ｂ…内郭、 ２１ｃ…断熱材、 ２１ｄ、２１ｅ…扉、
２２…加熱器、
Ｈ１〜Ｈ３…ヒータ（発熱部材）、
ｇ１…中空細軸部、 ｇ２…中実細軸部、 ｇ３…中実太軸部、
ｍ…給電軸部、 ｔ…冷却管、
ｃ１〜ｃ３…コネクタ、
ａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３…接続部、
２３…電源部、
２３ａ…電源、 ２３ｂ…ブレーカ、 ２３ｃ…サイリスタ、
２３ｄ…温度調節計、 ２３ｅ…変圧器、 ２３ｆ…抵抗器、
２３ｇ…電流計（電流測定手段）、
２４…冷却器（第２冷却器）、
２４ａ…熱交換器、 ２４ｂ…ファン、
２５…載置台、
２６…ヒータ支持部（支持部材）、
２６ａ…開口、
３…冷却室、
３ａ…入口、
３１…冷却器、
３１ａ…熱交換器、 ３１ｂ…ファン、
３２…整流板、
３３…載置台、
Ｗ…被処理物
Ｆ…対流加熱用ファン（ガス対流装置の一部）、 Ｍ…モータ（ガス対流装置の一部）

Claims (5)

1. 加熱器を備える加熱室と、冷却器を備える冷却室と、を有し、
   前記加熱器により加熱して前記加熱室内の被処理物の温度を第１の温度にし、前記加熱室内を所定気圧以下に減圧した状態から浸炭性ガスを前記加熱室内に供給して前記被処理物に浸炭させ、前記浸炭性ガスの供給を停止して前記被処理物の表面から内部へ炭素を拡散させ、前記被処理物の温度を第２の温度にした状態から前記冷却室において前記冷却器により急冷する真空浸炭処理装置であって、
   前記加熱室内に、断熱隔壁で囲まれた炉と、前記炉を覆うと共に該炉の内外で気体を循環させて前記被処理物を冷却する第２冷却器とを設け、
   前記第２冷却器により、浸炭後の前記被処理物の温度を前記第１の温度から所定温度まで温度履歴が所定条件を満たすように降下させ、前記被処理物全体が前記所定温度となるように所定時間保温することにより前記被処理物の結晶粒を微細化させることを特徴とする真空浸炭処理装置。
2. 加熱器及び冷却器を備える加熱室を有し、
   前記加熱器により加熱して前記加熱室内の被処理物の温度を第１の温度にし、前記加熱室内を所定気圧以下に減圧した状態から浸炭性ガスを前記加熱室内に供給して前記被処理物に浸炭させ、前記浸炭性ガスの供給を停止して前記被処理物の表面から内部へ炭素を拡散させ、前記被処理物の温度を第２の温度にした状態から前記冷却器により急冷する真空浸炭処理装置であって、
   前記加熱室内に、断熱隔壁で囲まれた炉と、前記炉を覆うと共に該炉の内外で気体を循環させて前記被処理物を冷却する前記冷却器とを設け、
   前記冷却器により、前記浸炭後の前記被処理物の温度を前記第１の温度から所定温度まで温度履歴が所定条件を満たすように降下させ、前記被処理物全体が前記所定温度となるように所定時間保温することにより前記被処理物の結晶粒を微細化させることを特徴とする真空浸炭処理装置。
3. 前記加熱器は、高温状態からの急冷に耐える導電性材料で形成され前記加熱室内に配設された発熱部材と、前記加熱室外壁に取り付けられ前記発熱部材を前記加熱室外壁に対して位置固定に支持する支持部材と、を有し、
   前記加熱室外において前記発熱部材の地絡電流を測定する電流測定手段を配設し、
   前記電流測定手段の測定値から前記発熱部材の地絡の有無を検知する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空浸炭処理装置。
4. 前記冷却器は、高圧ガスを循環させて前記被処理物を冷却するものであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の真空浸炭処理装置。
5. 前記加熱器は、ガス対流装置を備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の真空浸炭処理装置。

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