JP4851569B2

JP4851569B2 - Vacuum carburizing method

Info

Publication number: JP4851569B2
Application number: JP2009201401A
Authority: JP
Inventors: 宗幸岡本; 利一太田; 信彦井上; 隆彦伊藤
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: JP2011052262A; CN102002663B; CN102002663A

Description

本発明は、減圧した雰囲気の浸炭室に配置した被処理物を浸炭する真空浸炭方法に関する。 The present invention relates to a vacuum carburizing method for carburizing an object to be processed disposed in a carburizing chamber in a decompressed atmosphere.

減圧した雰囲気の浸炭室にプロパンガス等の浸炭ガスを噴射することで、同室に配置した被処理物（例えば鋼性の部材）を浸炭する真空浸炭が知られている（特許文献１参照）。 Vacuum carburizing is known in which carburizing gas such as propane gas is injected into a carburizing chamber in a decompressed atmosphere to carburize an object to be processed (for example, a steel member) (see Patent Document 1).

特許文献１には、このような真空浸炭に関して、浸炭室内に設けた酸素センサ等の雰囲気センサを用いて雰囲気中の浸炭ガスの組成を分析するとともに、この分析結果に応じて以降噴射する浸炭ガスの組成等をフィードバック制御する技術が開示されている。この技術によれば、雰囲気中の浸炭ガスの組成を監視してフィードバック制御しているので、高品質の浸炭を再現性良く且つ経済的に行うことができる。 In Patent Document 1, for such vacuum carburizing, the composition of the carburizing gas in the atmosphere is analyzed using an atmosphere sensor such as an oxygen sensor provided in the carburizing chamber, and the carburizing gas to be subsequently injected according to the analysis result. A technique for feedback control of the composition and the like is disclosed. According to this technique, since the composition of the carburizing gas in the atmosphere is monitored and feedback controlled, high-quality carburizing can be performed with good reproducibility and economically.

特開２００２−２１２７０２号公報JP 2002-212702 A

しかしながら、特許文献１に開示されたような方法では、被処理物の表面においてスポット状過剰浸炭が発生してしまう問題があった。スポット状過剰浸炭とは、必要以上の浸炭ガスが浸炭室内に供給されて、浸炭ガス中の余剰な炭素が被処理物の表面に堆積して黒シミ状になることである。なお、黒シミ状になった部位は表面硬度が低下してしまう欠点がある。 However, the method disclosed in Patent Document 1 has a problem that spot-like excessive carburization occurs on the surface of the workpiece. The spot-like excessive carburization is that excessive carburizing gas is supplied into the carburizing chamber, and excess carbon in the carburizing gas is deposited on the surface of the workpiece to form a black spot. In addition, the site | part used as the black spot has the fault that surface hardness falls.

上記方法においてこのような問題が生じる理由を説明する。上記方法によれば、雰囲気センサを用いることで浸炭室に供給する浸炭ガスの組成等を適正な値にフィードバック制御できることが示されている。しかしながら、実際には、雰囲気センサが浸炭ガスから生じる煤やタールによって適切に機能しなくなったり、雰囲気センサを用いて測定される浸炭ガス中の炭素の量と被処理物に供給される炭素の量が一致しなくなりフィードバック制御に係る精度が低下したりしていた。その結果、浸炭室内に必要以上の浸炭ガスが供給される事態が生じていたからである。 The reason why such a problem occurs in the above method will be described. According to the above method, it is shown that the composition of the carburizing gas supplied to the carburizing chamber can be feedback controlled to an appropriate value by using the atmosphere sensor. However, in reality, the atmosphere sensor does not function properly due to soot and tar generated from the carburizing gas, or the amount of carbon in the carburizing gas measured using the atmosphere sensor and the amount of carbon supplied to the workpiece. Are not consistent with each other, and the accuracy of feedback control is reduced. As a result, there has been a situation in which more than necessary carburizing gas is supplied into the carburizing chamber.

また、必要以上の浸炭ガスが供給されると、上記問題に加えて、浸炭に係るサイクルタイムの延長を招く問題があった。さらには、適切に機能しなくなった雰囲気センサの交換等のメンテナンスに係るコストの増加の問題にもつながっていた。 In addition to the above-described problem, there is a problem in that the cycle time related to carburization is extended when more than necessary carburizing gas is supplied. Furthermore, it has also led to a problem of an increase in costs related to maintenance such as replacement of an atmospheric sensor that has stopped functioning properly.

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物を浸炭できる真空浸炭方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such technical problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum carburizing method capable of carburizing a workpiece with high quality while preventing the occurrence of spot-like excessive carburization.

本発明は、減圧した雰囲気の浸炭室に浸炭ガスを噴射することで、前記浸炭室に配置した被処理物を浸炭する真空浸炭方法であって、前記浸炭室へ噴射する前記浸炭ガスのガス噴射量に対する前記被処理物の浸炭に現に寄与するガス消費量の割合（以下、浸炭ガス利用率、という）をＥ（％）、前記被処理物の総表面積をＡ（m2）、フラックス値をＦ（g/m2）、浸炭ガス噴射時間をＴ(hr)、前記浸炭ガスの炭素原子のモル数をｎ(mol)、炭素原子質量をＣ(=12.01g/mol)、標準状態での時間当たりガス噴射量をＶ（NL/hr）とすると、次の式

を満たすように前記浸炭ガスを間欠噴射し、前記浸炭ガス噴射時間及びガス噴射停止時間は前記被処理物の表面炭素濃度が最大固溶濃度より小さい状態を維持するように決定され、前記浸炭ガス利用率は、次の式
15≦Ｅ≦25
を満たすように決定されることを特徴とする。 The present invention is a vacuum carburizing method for carburizing a workpiece disposed in the carburizing chamber by injecting a carburizing gas into a carburized chamber in a decompressed atmosphere, wherein the carburizing gas is injected into the carburizing chamber. E (%) is the ratio of gas consumption that actually contributes to the carburizing of the object to be treated relative to the amount (hereinafter referred to as carburizing gas utilization rate), A (m2) is the total surface area of the object to be treated, and F is the flux value. (G / m2), carburizing gas injection time is T (hr), the number of moles of carbon atoms in the carburizing gas is n (mol), carbon atom mass is C (= 12.01 g / mol), When the gas injection amount is V (NL / hr), the following formula

The carburizing gas is intermittently injected so as to satisfy the condition, and the carburizing gas injection time and the gas injection stop time are determined so that the surface carbon concentration of the object to be processed is maintained smaller than the maximum solid solution concentration, The utilization rate is given by
15 ≦ E ≦ 25
It is determined so that it may satisfy | fill .

本発明によれば、浸炭ガス利用率に基づいてガス噴射量を決定するとともに、被処理物の表面炭素濃度に基づいてガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定している。また、これらガス噴射量、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間の各設定値を、スポット状過剰浸炭の発生を抑止可能になるように決定している。そのため、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物を浸炭できる。 According to the present invention, the gas injection amount is determined based on the carburized gas utilization rate, and the gas injection time and the gas injection stop time are determined based on the surface carbon concentration of the workpiece. Further, the set values of the gas injection amount, the gas injection time, and the gas injection stop time are determined so that the occurrence of spot-like excessive carburization can be suppressed. Therefore, the workpiece can be carburized with high quality while preventing the occurrence of spot-like excessive carburization.

本実施形態に係る真空浸炭装置の装置構成を示す図である。It is a figure which shows the apparatus structure of the vacuum carburizing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る真空浸炭装置の制御ロジックを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control logic of the vacuum carburizing apparatus which concerns on this embodiment. 被処理物の総表面積Ａとガス噴射量Ｖとの相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation of the total surface area A of a to-be-processed object, and the gas injection amount V. FIG. 浸炭ガス利用率Ｅの上下限値を説明する図である。It is a figure explaining the upper and lower limit of carburizing gas utilization rate E. ガス噴射回数Ｔと被処理物の表面炭素濃度Ｄとの相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the gas injection frequency | count T and the surface carbon concentration D of a to-be-processed object. 本実施形態に係るガス噴射時間及びガス噴射停止時間の決定方法を説明する図である。It is a figure explaining the determination method of gas injection time and gas injection stop time concerning this embodiment. 本実施形態に係る浸炭処理の温度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the temperature profile of the carburizing process which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る浸炭処理の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the carburizing process concerning this embodiment.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（装置の構成）
図１は、本実施形態に係る真空浸炭装置１の概略構成を示す図である。図１に示す真空浸炭装置１は、被処理物２、真空浸炭室３、浸炭ガス流路４、流量調整弁５、制御装置６を有する構成である。 (Device configuration)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment. A vacuum carburizing apparatus 1 shown in FIG. 1 has a configuration including an object to be processed 2, a vacuum carburizing chamber 3, a carburizing gas flow path 4, a flow rate adjusting valve 5, and a control device 6.

被処理物２は、浸炭対象の鋼性の部材である。例えば、自動車用無段変速機に用いられるプーリ（材質JIS-SCr420H）である。真空浸炭室３は、内部に被処理物２を配置し、この被処理物２に対して減圧した雰囲気で真空浸炭を実行する真空浸炭炉である。浸炭ガス流路４は、浸炭ガス供給源（不図示）から真空浸炭室３まで連通する浸炭ガスのガス流路である。流量調整弁５は、浸炭ガス流路４に介装され、同流路４を通流する浸炭ガスのガス流量、すなわち真空浸炭室３に噴射するガス噴射量を調整する開閉弁である。この流量調整弁５の開閉動作は制御装置６によって制御される。制御装置６は、流量調整弁５の開閉動作を制御するマイクロコントローラである。制御内容については後述する。 The workpiece 2 is a steel member to be carburized. For example, a pulley (material JIS-SCr420H) used in a continuously variable transmission for automobiles. The vacuum carburizing chamber 3 is a vacuum carburizing furnace in which the workpiece 2 is disposed and vacuum carburizing is performed in an atmosphere in which the workpiece 2 is decompressed. The carburizing gas passage 4 is a gas passage for carburizing gas that communicates from a carburizing gas supply source (not shown) to the vacuum carburizing chamber 3. The flow rate adjusting valve 5 is an open / close valve that is interposed in the carburizing gas flow path 4 and adjusts the gas flow rate of the carburizing gas flowing through the flow path 4, that is, the gas injection amount injected into the vacuum carburizing chamber 3. The opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 is controlled by the control device 6. The control device 6 is a microcontroller that controls the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5. Details of the control will be described later.

以上に示す構成により、本実施形態に係る真空浸炭装置１では、制御装置６が流量調整弁５の開閉動作を制御することで、真空浸炭室３に噴射するガス噴射量を調整し、同室３に配置した被処理物２を浸炭する。 With the configuration described above, in the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment, the control device 6 controls the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 to adjust the gas injection amount to be injected into the vacuum carburizing chamber 3. The to-be-processed object 2 arrange | positioned in is carburized.

（制御ロジック）
図２は、本実施形態に係る真空浸炭装置１の制御ロジックを示すフローチャートである。図１の制御装置６は、浸炭時に図２に示す制御ロジックを実行する。 (Control logic)
FIG. 2 is a flowchart showing the control logic of the vacuum carburizing apparatus 1 according to this embodiment. The control device 6 in FIG. 1 executes the control logic shown in FIG. 2 during carburizing.

まず、ステップＳ１において制御装置６は、浸炭処理温度を設定する（Ｓ１）。ここでは、制御装置６は、真空浸炭室３に設けた温度センサ（不図示）による測定値又はユーザによる設定値等に基づき、真空浸炭室３の温度を設定する。詳細については後述する。 First, in step S1, the control device 6 sets a carburizing temperature (S1). Here, the control device 6 sets the temperature of the vacuum carburizing chamber 3 based on a measured value by a temperature sensor (not shown) provided in the vacuum carburizing chamber 3 or a set value by the user. Details will be described later.

次に、ステップＳ２に進んで制御装置６は、被処理物２の総表面積を設定する（Ｓ２）。ここでは、被処理物２の総表面積の値がユーザによって制御装置６に入力され、制御装置６はこの入力された値を被処理物２の総表面積として設定する。詳細については後述する。 Next, it progresses to step S2 and the control apparatus 6 sets the total surface area of the to-be-processed object 2 (S2). Here, the value of the total surface area of the workpiece 2 is input to the control device 6 by the user, and the control device 6 sets this input value as the total surface area of the workpiece 2. Details will be described later.

続いて、ステップＳ３に進んで制御装置６は、ガス噴射量を決定する（Ｓ３）。ここでは、制御装置６はステップＳ２で設定された被処理物２の総表面積に基づいてガス噴射量を決定する。詳細については後述する。なお、被処理物２の総表面積を基にユーザによって計算されたガス噴射量の値が制御装置６に入力され、制御装置６はこの入力された値をガス噴射量として決定してもよい。また、決定されたガス噴射量に応じてユーザは流量調整弁５の開度を調整する。 Then, it progresses to step S3 and the control apparatus 6 determines gas injection amount (S3). Here, the control device 6 determines the gas injection amount based on the total surface area of the workpiece 2 set in step S2. Details will be described later. In addition, the value of the gas injection amount calculated by the user based on the total surface area of the workpiece 2 may be input to the control device 6, and the control device 6 may determine the input value as the gas injection amount. Further, the user adjusts the opening degree of the flow rate adjusting valve 5 according to the determined gas injection amount.

続いて、ステップＳ４に進んで制御装置６は、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定する（Ｓ４）。ここでは、制御装置６は、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定する。詳細については後述する。なお、ユーザによって計算されたガス噴射時間及びガス噴射停止時間の各々の値が制御装置６に入力され、制御装置６はこの入力された値をガス噴射時間及びガス噴射停止時間として決定してもよい。 Then, it progresses to step S4 and the control apparatus 6 determines gas injection time and gas injection stop time (S4). Here, the control device 6 determines the gas injection time and the gas injection stop time. Details will be described later. Each value of the gas injection time and the gas injection stop time calculated by the user is input to the control device 6, and the control device 6 determines the input values as the gas injection time and the gas injection stop time. Good.

続いて、ステップＳ５において制御装置６は、ガス噴射量及びガス噴射時間に基づいて流量調整弁５の開閉動作を制御する（Ｓ５）。ここでは、ステップＳ３で決定されたガス噴射量と、ステップＳ４で決定されたガス噴射時間及びガス噴射停止時間と、に基づいて流量調整弁５の開閉動作を制御する。詳細については後述する。 Subsequently, in step S5, the control device 6 controls the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 based on the gas injection amount and the gas injection time (S5). Here, the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 is controlled based on the gas injection amount determined in step S3 and the gas injection time and gas injection stop time determined in step S4. Details will be described later.

以上に示す制御ロジックにより、図１に示す制御装置６は、特にステップＳ３及びステップＳ４によって決定されたガス噴射量、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間に基づいて流量調整弁５の開閉動作を制御する。これにより、真空浸炭室３に噴射する浸炭ガスを調整する。以下、各ステップについて詳細に説明する。 With the control logic described above, the control device 6 shown in FIG. 1 controls the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 based on the gas injection amount, the gas injection time, and the gas injection stop time determined in particular in steps S3 and S4. To do. Thereby, the carburizing gas injected into the vacuum carburizing chamber 3 is adjusted. Hereinafter, each step will be described in detail.

（ステップＳ１について）
ステップＳ１を詳細に説明する。ステップＳ１では、真空浸炭室３の温度を1203Ｋから1253Ｋの範囲の任意の温度に設定する。これは、本実施形態に係る真空浸炭装置１は、この範囲内の浸炭温度に対して有効だからである。 (About Step S1)
Step S1 will be described in detail. In step S1, the temperature of the vacuum carburizing chamber 3 is set to an arbitrary temperature in the range of 1203K to 1253K. This is because the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment is effective for the carburizing temperature within this range.

（ステップＳ２について）
ステップＳ２を詳細に説明する。ステップＳ２では、ユーザは真空浸炭室３に配置した全ての被処理物２の総表面積の値を算出して制御装置６に入力する。この総表面積の値は、被処理物２の個数や形状に応じて可変な値である。 (About step S2)
Step S2 will be described in detail. In step S <b> 2, the user calculates the value of the total surface area of all the workpieces 2 arranged in the vacuum carburizing chamber 3 and inputs it to the control device 6. The value of the total surface area is a variable value depending on the number and shape of the workpieces 2.

（ステップＳ３について）
ステップＳ３を詳細に説明する。ステップＳ３では、ステップＳ２で設定された被処理物２の総表面積に基づいてガス噴射量を決定すると前述した。そこでまず、被処理物２の総表面積とガス噴射量との相関関係について説明する。 (About Step S3)
Step S3 will be described in detail. As described above, in step S3, the gas injection amount is determined based on the total surface area of the workpiece 2 set in step S2. First, the correlation between the total surface area of the workpiece 2 and the gas injection amount will be described.

（被処理物２の総表面積とガス噴射量との相関関係）
本願発明者は、被処理物２の総表面積(単位： m2)をＡ、標準状態での時間当たりガス噴射量（単位：NL/hr）をＶとすると、これら被処理物２の総表面積Ａ及びガス噴射量の間に図３に示すような相関関係があることを発見した。 (Correlation between total surface area of workpiece 2 and gas injection amount)
The inventor of the present application assumes that the total surface area (unit: m2) of the workpiece 2 is A and the gas injection amount per unit time (unit: NL / hr) is V, the total surface area A of these workpieces 2 is A. It was discovered that there is a correlation as shown in FIG.

図３は、被処理物２の総表面積Ａとガス噴射量Ｖとの相関関係を説明する図である。図３では、横軸に総表面積Ａを縦軸にガス噴射量Ｖを示している。また、図３上にプロットされた各点の数値は、各点における総表面積Ａ及びガス噴射量Ｖを基に次の式（１）で算出した浸炭ガス利用率Ｅ（単位：％）の数値を示している。ここでいう浸炭ガス利用率Ｅとは、真空浸炭室３へ噴射する浸炭ガスの総炭素量（又はガス噴射量）に対する被処理物２の浸炭に現に寄与した総炭素量（又はガス消費量）の割合(単位：％)である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the correlation between the total surface area A of the workpiece 2 and the gas injection amount V. FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the total surface area A, and the vertical axis indicates the gas injection amount V. Further, the numerical value of each point plotted on FIG. 3 is the numerical value of the carburizing gas utilization rate E (unit:%) calculated by the following equation (1) based on the total surface area A and the gas injection amount V at each point. Is shown. The carburizing gas utilization rate E here refers to the total carbon amount (or gas consumption) that has actually contributed to the carburizing of the workpiece 2 relative to the total carbon amount (or gas injection amount) of the carburizing gas injected into the vacuum carburizing chamber 3. Ratio (unit:%).

なお、式（１）において、Ｆは被処理物２のフラックス値(単位：g/m2)を、Ｔは浸炭ガス噴射時間(単位：hr)を、nはモル数(単位：mol)を、Ｃは炭素原子質量（単位：12.01g/mol）をそれぞれ示す。 In Formula (1), F is the flux value (unit: g / m 2) of the workpiece 2, T is the carburizing gas injection time (unit: hr), n is the number of moles (unit: mol), C represents a carbon atom mass (unit: 12.01 g / mol).

本願発明者は、図３上の各点におけるスポット状過剰浸炭の発生状況を検査した。その結果、「×」でプロットされた各点（Ｅ＝4.6％、6.7％、11.3％、12.1％）では、真空浸炭室３に必要以上の浸炭ガスが供給されてスポット状過剰浸炭が発生することが分かった。一方、「△」でプロットされた各点（Ｅ＝25.4％、32.3％）では、真空浸炭室３に必要分の浸炭ガスが供給されずに浸炭不足が発生することが分かった。なお、「○」でプロットされた各点（Ｅ＝16.4％、16.6％、17.0％、17.1％）では、適切量の浸炭ガスが供給されて適切な浸炭が行われることが分かった。 The inventor of the present application examined the occurrence of spot-like excessive carburization at each point on FIG. As a result, at each point plotted with “x” (E = 4.6%, 6.7%, 11.3%, 12.1%), more than necessary carburizing gas is supplied to the vacuum carburizing chamber 3 and spot-like excessive carburization occurs. I understood that. On the other hand, it was found that at each point plotted with “Δ” (E = 25.4%, 32.3%), the carburizing gas was not supplied to the vacuum carburizing chamber 3 and carburization was insufficient. At each point plotted with “◯” (E = 16.4%, 16.6%, 17.0%, 17.1%), it was found that an appropriate amount of carburizing gas was supplied and appropriate carburizing was performed.

図３に示す直線Ｌ１及びＬ２は、これら「×」、「○」、「△」の境界を示している。直線Ｌ１はＥ＝15％を示す直線である。一方、直線Ｌ２はＥ＝25％を示す直線である。すなわち、15％≦Ｅ≦25％を満たす総表面積Ａ及びガス噴射量Ｖであるときには図３の「○」に該当し、適切に浸炭できる。この浸炭ガス利用率Ｅの下限値15％及び上限値25％について図４を用いて具体的に説明する。図４は、浸炭ガス利用率Ｅの上下限値を説明する図である。 The straight lines L1 and L2 shown in FIG. 3 indicate the boundaries between these “×”, “◯”, and “Δ”. The straight line L1 is a straight line indicating E = 15%. On the other hand, the straight line L2 is a straight line indicating E = 25%. That is, when the total surface area A and the gas injection amount V satisfy 15% ≦ E ≦ 25%, it corresponds to “◯” in FIG. 3 and can be carburized appropriately. The lower limit value 15% and the upper limit value 25% of the carburizing gas utilization rate E will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the upper and lower limits of the carburizing gas utilization rate E.

（浸炭ガス利用率Ｅの下限値15％について）
図４（ａ）は、浸炭ガス利用率Ｅの下限値15％を説明する図である。図４（ａ）では横軸に浸炭ガス利用率Ｅを縦軸にスポット状過剰浸炭発生レベルを示す。ここでいうスポット状過剰浸炭発生レベルとは、スポット状過剰浸炭の発生度合いを示す指標である。本実施形態では、スポット状過剰浸炭発生レベルが１以上のときにはスポット状過剰浸炭が発生したことを示し、スポット状過剰浸炭発生レベルが０のときにはスポット状過剰浸炭が不発生で適切な浸炭がなされたことを示すものと定義している。 (About the lower limit 15% of carburizing gas utilization rate E)
FIG. 4A is a diagram for explaining a lower limit value 15% of the carburizing gas utilization rate E. FIG. In FIG. 4A, the horizontal axis represents the carburizing gas utilization rate E, and the vertical axis represents the spot-like excessive carburization occurrence level. The spot-like excessive carburization occurrence level here is an index indicating the degree of occurrence of spot-like excessive carburization. In the present embodiment, when the spot-like excessive carburization occurrence level is 1 or more, it indicates that spot-like excessive carburization has occurred. It is defined to indicate that

特に、図４（ａ）の縦軸に示すスポット状過剰浸炭発生レベル（３）は、５箇所以上の部位でスポット状過剰浸炭が発生し、それぞれの発生部位が濃い黒色であることを示す。また、スポット状過剰浸炭発生レベル（２）は、１箇所以上５箇所未満の部位でスポット状過剰浸炭が発生し、それぞれの発生部位が濃い黒色であることを示す。さらに、スポット状過剰浸炭発生レベル（１）は、１箇所以上５箇所未満の部位でスポット状過剰浸炭が発生し、それぞれの発生部位が薄い黒色（灰色）であることを示す。さらには、スポット状過剰浸炭発生レベル（０）は、スポット状過剰浸炭が不発生で適切な浸炭がなされていることを示す。 In particular, the spot-like excessive carburization occurrence level (3) shown on the vertical axis of FIG. 4 (a) indicates that spot-like excessive carburization occurs at five or more locations, and each occurrence location is dark black. Moreover, a spot-like excessive carburization generation level (2) shows that spot-like excessive carburization has occurred in one or more parts and less than five parts, and each occurrence part is dark black. Furthermore, the spot-like excessive carburization occurrence level (1) indicates that spot-like excessive carburization occurs at one or more sites and less than five sites, and each generation site is light black (gray). Furthermore, the spot-like excessive carburization occurrence level (0) indicates that no spot-like excessive carburization occurs and appropriate carburization is performed.

そうすると、この図４（ａ）からは、浸炭ガス利用率Ｅが15％より小さい範囲ではスポット状過剰浸炭発生レベルが段階的に低減し、浸炭ガス利用率Ｅが15％よりも大きい範囲ではスポット状過剰浸炭発生レベルが０になる傾向が生じることが分かる。このように浸炭ガス利用率Ｅが15％より小さい範囲でスポット状過剰浸炭が発生するのは、かかる範囲では、利用されない浸炭ガスが多く（85％より大きく）存在するためである。 Then, from FIG. 4 (a), from the range where the carburizing gas utilization rate E is less than 15%, the spot-like excessive carburization occurrence level decreases stepwise, and in the range where the carburizing gas utilization rate E is larger than 15%, it is a spot. It can be seen that there is a tendency that the level of the state of excess carburization becomes zero. The reason why spot-like excessive carburization occurs in a range where the carburizing gas utilization rate E is less than 15% is that there are many carburizing gases (greater than 85%) that are not used in such a range.

以上のことから、適切に浸炭できる浸炭ガス利用率Ｅの下限値は15％ということができる。なお、図４（ａ）において浸炭ガス利用率Ｅが15％より小さい範囲の浸炭ガス利用率Ｅとスポット状過剰浸炭発生レベルとの関係を示す波線は、最小２乗法等により得ることができる。 From the above, it can be said that the lower limit of the carburizing gas utilization rate E that can be carburized appropriately is 15%. In addition, the wavy line which shows the relationship between the carburizing gas utilization factor E in the range where the carburizing gas utilization factor E is less than 15% in FIG. 4A and the spot-like excessive carburization occurrence level can be obtained by the least square method or the like.

（浸炭ガス利用率Ｅの上限値25％について）
図４（ｂ）は、浸炭ガス利用率Ｅの上限値25％を説明する図である。図４（ｂ）では横軸に浸炭ガス利用率Ｅを縦軸に浸炭深さバラつきを示す。ここでいう浸炭深さバラつきとは、被処理物２における浸炭深さのバラつきの度合いを示す指標（例えば単位mm）である。 (About the upper limit 25% of carburizing gas utilization rate E)
FIG. 4B is a diagram for explaining the upper limit value 25% of the carburizing gas utilization rate E. In FIG. 4B, the carburizing gas utilization rate E is shown on the horizontal axis and the carburization depth variation is shown on the vertical axis. The variation in the carburization depth here is an index (for example, unit mm) indicating the degree of variation in the carburization depth in the workpiece 2.

本願発明者は、浸炭ガス利用率Ｅと浸炭深さバラつきとの間に、図４（ｂ）に示す相関関係、すなわち浸炭ガス利用率Ｅが25％よりも小さいときには浸炭深さバラつきが一定値（ここでは0.03）になり、浸炭ガス利用率Ｅが25％よりも大きいときには浸炭ガス利用率Ｅに比例して浸炭深さバラつきが大きくなる関係があることを発見した。 The inventor of the present application indicates that the correlation shown in FIG. 4B between the carburizing gas utilization rate E and the carburizing depth variation, that is, when the carburizing gas utilization rate E is smaller than 25%, the carburization depth variation is a constant value. (0.03 here), and when the carburizing gas utilization rate E is greater than 25%, it has been found that there is a relationship in which the variation in carburizing depth increases in proportion to the carburizing gas utilization rate E.

具体的に説明する。浸炭ガス利用率Ｅが25％よりも小さいときには、真空浸炭室３の内部全体を十分に満たす量だけの浸炭ガスが供給されている。そのため、被処理物２における浸炭深さのバラつきが生じず、浸炭深さバラつきは一定値になる。他方、浸炭ガス利用率Ｅが25％よりも大きいときには、真空浸炭室３の内部全体を十分に満たす量だけの浸炭ガスが供給されなくなる。そのため、被処理物２において適切に浸炭される部分と浸炭されない部分が現れる等により、浸炭深さバラつきが生じる。このような浸炭深さバラつきの発生及び不発生の境界を示す浸炭ガス利用率Ｅが25％であることが本願発明者より発見された。 This will be specifically described. When the carburizing gas utilization rate E is smaller than 25%, the carburizing gas is supplied in an amount that sufficiently fills the entire interior of the vacuum carburizing chamber 3. Therefore, the variation in the carburization depth in the workpiece 2 does not occur, and the variation in the carburization depth becomes a constant value. On the other hand, when the carburizing gas utilization rate E is greater than 25%, the carburizing gas is not supplied in an amount that sufficiently fills the entire interior of the vacuum carburizing chamber 3. Therefore, the carburizing depth varies due to the appearance of a part that is appropriately carburized and a part that is not carburized in the workpiece 2. The inventor of the present application has found that the carburizing gas utilization rate E indicating the boundary between occurrence and non-occurrence of such carburizing depth variation is 25%.

以上のことから、適切に浸炭できる浸炭ガス利用率Ｅの上限値は25％ということができる。なお、図４（ｂ）に示す波線は、浸炭深さバラつきが一定値（ここでは0.03）になる線と、浸炭深さバラつきが浸炭ガス利用率Ｅに比例して大きくなる線とを組み合わせて得ることができる。 From the above, it can be said that the upper limit value of the carburizing gas utilization rate E that can be carburized appropriately is 25%. Note that the wavy line shown in FIG. 4B is a combination of a line where the variation in carburization depth is a constant value (here, 0.03) and a line where the variation in carburization depth increases in proportion to the carburizing gas utilization rate E. Obtainable.

（ステップＳ３におけるガス噴射量の決定方法）
以上、被処理物２の表面積Ａとガス噴射量Ｖとの相関関係及び浸炭ガス利用率Ｅの上下限値について説明してきた。以上の点に鑑みて、ステップＳ３において制御装置６は、ステップＳ２で設定された被処理物２の表面積Ａに基づいてガス噴射量Ｖを以下の式（２）及び式（３）により算出された値に決定する。なお、式（２）は式（１）から導き出される。 (Method for determining gas injection amount in step S3)
The correlation between the surface area A of the workpiece 2 and the gas injection amount V and the upper and lower limits of the carburizing gas utilization rate E have been described above. In view of the above points, in step S3, the control device 6 calculates the gas injection amount V by the following equations (2) and (3) based on the surface area A of the workpiece 2 set in step S2. Determine the value. Equation (2) is derived from Equation (1).

このように浸炭ガス利用率Ｅが式（３）に示す範囲内に含まれるようにガス噴射量Ｖを決定することで、真空浸炭室３に必要以上の浸炭ガスが供給されてスポット状過剰浸炭が発生するのを抑止できる。これに伴い、浸炭に係るサイクルタイムを短縮化することもできる。さらには、余剰の浸炭ガスが熱分解して煤やタールが生成することを抑止して、煤やタールの生成によるメンテナンスコストの低減を図ることができる。 In this way, by determining the gas injection amount V so that the carburizing gas utilization rate E is included in the range shown in the equation (3), an excessive amount of carburizing gas is supplied to the vacuum carburizing chamber 3 and spot-like excess carburizing is performed. Can be prevented from occurring. Along with this, the cycle time related to carburizing can be shortened. Furthermore, it is possible to prevent the excessive carburizing gas from being thermally decomposed to generate soot and tar, and to reduce the maintenance cost due to the generation of soot and tar.

（ステップＳ４について）
ステップＳ４を詳細に説明する。ステップＳ４では、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定すると前述した。本実施形態によれば厳密には、これらガス噴射時間及びガス噴射停止時間と被処理物２の表面炭素濃度との相関関係を考慮して両要素の値の決定している。そこでまず、この相関関係について説明する。 (About step S4)
Step S4 will be described in detail. As described above, in step S4, the gas injection time and the gas injection stop time are determined. Strictly speaking, according to the present embodiment, the values of both elements are determined in consideration of the correlation between the gas injection time and the gas injection stop time and the surface carbon concentration of the workpiece 2. First, this correlation will be described.

（ガス噴射時間及びガス噴射停止時間と被処理物２の表面炭素濃度との関係）
本願発明者は、数十秒間のガス噴射時間及び数十秒間の噴射停止時間を一対にしたものを１回の噴射回数と定義したときのガス噴射回数（単位：回数）をＴ、被処理物２の表面炭素濃度（単位％）をＤとすると、これらガス噴射回数Ｔ及び表面炭素濃度Ｄの間には図５に示すような相関関係があることを発見した。 (Relationship between gas injection time and gas injection stop time and surface carbon concentration of workpiece 2)
The inventor of the present application defines T as the number of times of gas injection (unit: number of times) when a combination of a gas injection time of several tens of seconds and an injection stop time of several tens of seconds is defined as one injection number. When the surface carbon concentration (unit%) of 2 is D, it has been found that there is a correlation as shown in FIG.

図５は、ガス噴射回数Ｔと被処理物２の表面炭素濃度Ｄとの相関関係を示す図である。図５では、横軸にガス噴射回数Ｔを縦軸に被処理物２の表面炭素濃度Ｄを示している。また、図５上にプロットされた各点の記号は、各点においてスポット状過剰浸炭が発生したか否かを示すものである。なお、この図５に示す相関関係は、真空浸炭室３の浸炭処理温度を1223Ｋ、内部圧力を950Paとしてガス噴射回数Ｔを変更して焼入れを行ったときの計測値から得られたものである。 FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the number T of gas injections and the surface carbon concentration D of the workpiece 2. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the number of gas injections T, and the vertical axis indicates the surface carbon concentration D of the workpiece 2. Further, the symbol of each point plotted on FIG. 5 indicates whether or not spot-like excessive carburization has occurred at each point. The correlation shown in FIG. 5 is obtained from measured values when quenching is performed by changing the number of times T of gas injection with the carburizing temperature in the vacuum carburizing chamber 3 being 1223 K and the internal pressure being 950 Pa. .

本願発明者は、図５上の各点におけるスポット状過剰浸炭の発生状況を検査した。その結果、「×」でプロットされた各点（Ｄ＞1.40％）では、スポット状過剰浸炭が発生することが分かった。一方、「△」でプロットされた各点（Ｄ＜1.40％）では、スポット状過剰浸炭が発生しないことが分かった。また、表面炭素濃度ＤがＤ＝1.40％に達するまでの間はガス噴射回数Ｔが増加するほど表面炭素濃度Ｄは直線的に上昇し、Ｄ＝1.40％を超えると表面炭素濃度Ｄが飽和してスポット状過剰浸炭が発生することが分かった。 The inventor of the present application examined the occurrence of spot-like excessive carburization at each point on FIG. As a result, it was found that spot-like excessive carburization occurred at each point (D> 1.40%) plotted with “x”. On the other hand, it was found that spot-like excessive carburization does not occur at each point plotted with “Δ” (D <1.40%). In addition, the surface carbon concentration D increases linearly as the number of gas injections T increases until the surface carbon concentration D reaches D = 1.40%, and when it exceeds 1.40%, the surface carbon concentration D is saturated. It was found that spot-like excessive carburization occurred.

このようなスポット状過剰浸炭の発生及び不発生の境界となる表面炭素濃度Ｄ（ここではＤ＝1.40％）を炭素の限界濃度と定義する。この限界濃度は、実験的に最大固溶濃度と一致している。また、この限界濃度の値は、真空浸炭室３の浸炭処理温度に応じて変化する。 The surface carbon concentration D (here, D = 1.40%) that becomes the boundary between occurrence and non-occurrence of such spot-like excessive carburization is defined as the limit concentration of carbon. This limit concentration is experimentally consistent with the maximum solid solution concentration. The value of the limit concentration changes according to the carburizing temperature of the vacuum carburizing chamber 3.

図５に示す例では、表面炭素濃度Ｄをこの限界濃度（ここでは1.40％）より小さい状態を維持するように制御することで、スポット状過剰浸炭を阻止できる。つまり、この限界濃度とは、スポット状過剰浸炭の発生を抑止可能な表面炭素濃度Ｄの上限値であるということができる。 In the example shown in FIG. 5, spot-like excessive carburization can be prevented by controlling the surface carbon concentration D so as to maintain a state smaller than the limit concentration (here, 1.40%). That is, this limit concentration can be said to be the upper limit value of the surface carbon concentration D that can suppress the occurrence of spot-like excessive carburization.

（ステップＳ４におけるガス噴射時間及びガス噴射停止時間の決定方法）
以上の点に鑑み、ステップＳ４において制御装置６は、表面炭素濃度Ｄが限界濃度より小さい状態を維持するように、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定する。図６を用いて具体的に説明する。図６は、本実施形態に係るガス噴射時間及びガス噴射停止時間の決定方法を説明する図である。 (Determination method of gas injection time and gas injection stop time in step S4)
In view of the above points, in step S4, the control device 6 determines the gas injection time and the gas injection stop time so that the surface carbon concentration D is maintained to be smaller than the limit concentration. This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a method for determining the gas injection time and the gas injection stop time according to the present embodiment.

図６（ａ）は、本実施形態に係るガス噴射パターンを説明するための図である。図６（ａ）の実線Ｌ３は、ガス噴射を開始してから表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達したときにガス噴射を停止したときの表面炭素濃度Ｄの一般的な経時変化を示している。一方、図６（ａ）の波線Ｌ４は、本実施形態に係るガス噴射パターンによる表面炭素濃度Ｄの経時変化を示している。 Fig.6 (a) is a figure for demonstrating the gas injection pattern which concerns on this embodiment. A solid line L3 in FIG. 6A shows a general change over time in the surface carbon concentration D when the gas injection is stopped when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration after the gas injection is started. . On the other hand, a wavy line L4 in FIG. 6A shows a change with time in the surface carbon concentration D by the gas injection pattern according to the present embodiment.

図６（ａ）の実線Ｌ３のように、時刻Ｔ０においてガス噴射を開始してから表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達した時刻Ｔ１において、ガス噴射を停止する。そうすると、その後は時刻Ｔ２に至るまで表面炭素濃度Ｄは直線状に低下する。これは、被処理物２の表面に堆積した炭素が被処理物２の内部に拡散するためである。その後、この時刻Ｔ２を変化点として時間の経過に対する表面炭素濃度Ｄの低下の度合いが小さくなる。これは、被処理物２の表面から内部への炭素の拡散が鈍化するためである。 As indicated by the solid line L3 in FIG. 6A, the gas injection is stopped at the time T1 when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration after the gas injection is started at the time T0. Then, the surface carbon concentration D thereafter decreases linearly until time T2. This is because carbon deposited on the surface of the workpiece 2 diffuses into the workpiece 2. Thereafter, the degree of decrease in the surface carbon concentration D with respect to the passage of time is reduced with the time T2 as a changing point. This is because the diffusion of carbon from the surface of the workpiece 2 to the inside slows down.

本実施形態に係る真空浸炭装置１では、このような表面炭素濃度Ｄの一般的な経時変化に係る傾向に鑑み、図６（ａ）の波線Ｌ４のように、時刻Ｔ０においてガス噴射を開始してから表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達した時刻Ｔ１において、ガス噴射を停止する。その後、変化点である時刻Ｔ２に至ったところで、再度ガスを噴射する。以降、表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達した時刻Ｔ３において、再びガス噴射を停止する。その後、変化点である時刻Ｔ４に至ったところで、再びガスを噴射する。以上のように、表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達するときを上限として、断続的に噴射と噴射停止を繰り返す間欠噴射を実行する。 In the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment, gas injection is started at time T0 as indicated by a dashed line L4 in FIG. After that, at time T1 when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration, the gas injection is stopped. After that, when the time T2, which is a change point, is reached, the gas is injected again. Thereafter, the gas injection is stopped again at time T3 when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration. Thereafter, the gas is injected again at time T4, which is the changing point. As described above, intermittent injection is performed in which the injection and stop of injection are intermittently performed with the upper limit when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration.

図６（ｂ）は、本実施形態に係るガス噴射パターンの具体例を示す図である。図６（ｂ）では、ガス噴射量Ｖの経時変化、及び、表面炭素濃度Ｄの経時変化を示している。 FIG. 6B is a diagram showing a specific example of the gas injection pattern according to the present embodiment. FIG. 6B shows a change with time of the gas injection amount V and a change with time of the surface carbon concentration D. FIG.

図６（ｂ）に示すように、時刻０においてガス噴射を開始してから時間t0経過後に表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達したところで、ガス噴射を停止する（図６（ａ）の時刻Ｔ０からＴ１に相当）。その後、一定時間ts経過して表面炭素濃度Ｄが直線状に低下したところで、再度ガスを噴射する（図６（ａ）の時刻Ｔ１からＴ２に相当）。以降、一定時間tp経過して表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達したところで、再びガス噴射を停止する（図６（ａ）の時刻Ｔ２からＴ３に相当）。その後一定時間ts経過して表面炭素濃度Ｄが直線状に低下したところで、再度ガスを噴射する（図６（ａ）の時刻Ｔ３からＴ４に相当）。すなわち、表面炭素濃度Ｄが限界濃度に達するときを上限として、断続的に噴射と噴射停止を繰り返す間欠噴射を実行している。なお、図６（ｂ）に示すガス噴射量ＶとはステップＳ３で決定されるガス噴射量である。 As shown in FIG. 6B, the gas injection is stopped when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration after the elapse of time t0 from the start of the gas injection at time 0 (time T0 in FIG. 6A). To T1). Thereafter, when the surface carbon concentration D decreases linearly after a certain time ts, gas is injected again (corresponding to times T1 to T2 in FIG. 6A). Thereafter, when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration after a certain time tp has elapsed, the gas injection is stopped again (corresponding to the times T2 to T3 in FIG. 6A). Thereafter, when the surface carbon concentration D decreases linearly after a certain time ts, gas is injected again (corresponding to times T3 to T4 in FIG. 6A). In other words, intermittent injection is performed in which the injection and stop of injection are repeated intermittently with the upper limit when the surface carbon concentration D reaches the limit concentration. Note that the gas injection amount V shown in FIG. 6B is the gas injection amount determined in step S3.

以上のように、ステップＳ４において制御装置６は、表面炭素濃度Ｄの経時変化を考慮した上で、表面炭素濃度Ｄが限界濃度より小さい状態を維持するように、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定する。これにより、表面炭素濃度Ｄを限界濃度以下に保つことが可能になるとともに、スポット状過剰浸炭の発生を抑止することができる。 As described above, in step S4, the control device 6 takes into consideration the change with time of the surface carbon concentration D, and the gas injection time and the gas injection stop time so as to maintain the surface carbon concentration D smaller than the limit concentration. To decide. As a result, the surface carbon concentration D can be kept below the limit concentration, and the occurrence of spot-like excessive carburization can be suppressed.

なお、図６（ｂ）に示す時間t0、ts、tpは、図６（ａ）に示す表面炭素濃度Ｄの経時変化に係る傾向のうちの時刻Ｔ０からＴ１の時間、時刻Ｔ１からＴ２の時間、時刻Ｔ２からＴ３の時間を実験計測することにより決定することが可能である。本具体例のように真空浸炭室３の浸炭処理温度が1223Ｋ、内部圧力が950Pa、限界濃度が1.40％の条件下では、t0≦180s、ts≦300s、tp≦120s（単位：秒、ts）で示される。また、（ts+tp）の繰り返し回数は、被処理物２の有効硬化層（ＥＣＤ）に応じて可変とすることができる。 Note that the times t0, ts, and tp shown in FIG. 6B are the times from the time T0 to the time T1 and the times from the time T1 to the time T2 in the trend related to the temporal change in the surface carbon concentration D shown in FIG. The time from time T2 to time T3 can be determined by experimental measurement. As in this specific example, when the carburizing temperature of the vacuum carburizing chamber 3 is 1223 K, the internal pressure is 950 Pa, and the limit concentration is 1.40%, t0 ≦ 180 s, ts ≦ 300 s, tp ≦ 120 s (unit: seconds, ts) Indicated by Further, the number of repetitions of (ts + tp) can be made variable according to the effective hardened layer (ECD) of the workpiece 2.

（ステップＳ５について）
ステップＳ５を詳細に説明する。ステップＳ５では、ステップＳ３で決定されたガス噴射量と、ステップＳ４で決定されたガス噴射時間及びガス噴射停止時間と、に基づいて流量調整弁５の開閉動作を制御する。 (About step S5)
Step S5 will be described in detail. In step S5, the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 is controlled based on the gas injection amount determined in step S3 and the gas injection time and gas injection stop time determined in step S4.

図７は、本実施形態に係る浸炭処理の温度プロファイルを示す図である。図７に示すように、本実施形態に係る真空浸炭装置１を用いた真空浸炭の処理過程は、昇温期、浸炭期、拡散期、及び、焼き入れ期に分けられる。ここで、昇温期、拡散期、及び、焼き入れ期については従来の処理方法と同様であるためここでは説明を省略する。図７に示す浸炭期においては、図６（ｂ）で説明してきたガス噴射パターンに応じて流量調整弁５の開閉動作を制御する。 FIG. 7 is a view showing a temperature profile of the carburizing process according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, the process of vacuum carburizing using the vacuum carburizing apparatus 1 according to this embodiment is divided into a temperature raising period, a carburizing period, a diffusion period, and a quenching period. Here, since the temperature raising period, the diffusion period, and the quenching period are the same as those in the conventional processing method, description thereof is omitted here. In the carburizing period shown in FIG. 7, the opening / closing operation of the flow rate adjusting valve 5 is controlled in accordance with the gas injection pattern described with reference to FIG.

（本実施形態に係る浸炭処理による効果）
図８は、本実施形態に係る真空浸炭装置１による浸炭処理の効果を説明する図である。図８（ａ）では、本実施形態に係る真空浸炭装置１による真空浸炭方法を採用したときの表面炭素濃度Ｄの経時変化を示している。一方、図８（ｂ）では、従来の真空浸炭装置による真空浸炭方法を採用したときの表面炭素濃度Ｄの経時変化を示している。 (Effects of carburizing treatment according to this embodiment)
FIG. 8 is a diagram for explaining the effect of the carburizing process by the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 8A shows a change with time of the surface carbon concentration D when the vacuum carburizing method by the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment is employed. On the other hand, FIG. 8B shows a change with time in the surface carbon concentration D when a vacuum carburizing method using a conventional vacuum carburizing apparatus is employed.

図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る真空浸炭装置１による真空浸炭方法を採用したときには、表面炭素濃度Ｄが限界濃度（ここでは1.40％）より小さい状態を維持することができる。そのため、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物２を浸炭できる。 As shown in FIG. 8 (a), when the vacuum carburizing method by the vacuum carburizing apparatus 1 according to the present embodiment is adopted, the surface carbon concentration D can be kept smaller than the limit concentration (here, 1.40%). . Therefore, the workpiece 2 can be carburized with high quality while preventing the occurrence of spot-like excessive carburization.

（まとめ）
以上のように、本実施形態によれば、浸炭ガス利用率Ｅに基づいてガス噴射量Ｖを決定するとともに、被処理物の表面炭素濃度Ｄに基づいてガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定している。また、これらガス噴射量、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間の各設定値を、スポット状過剰浸炭の発生を抑止可能になるように決定している。そのため、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物２を浸炭できる（請求項１に記載の発明の効果）。 (Summary)
As described above, according to the present embodiment, the gas injection amount V is determined based on the carburized gas utilization rate E, and the gas injection time and the gas injection stop time are determined based on the surface carbon concentration D of the workpiece. is doing. Further, the set values of the gas injection amount, the gas injection time, and the gas injection stop time are determined so that the occurrence of spot-like excessive carburization can be suppressed. Therefore, the to-be-processed object 2 can be carburized with high quality, preventing generation | occurrence | production of a spot-like excessive carburization (effect of invention of Claim 1).

また、本実施形態によれば、浸炭ガス利用率をＥ（％）、被処理物２の総表面積をＡ（m2）、フラックス値をＦ（g/m2）、浸炭ガス噴射時間をＴ(hr)、モル数をｎ(mol)、炭素原子質量をＣ(=12.01g/mol)、標準状態での時間当たりガス噴射量をＶ（NL/hr）とすると、前述の式（２）を満たすようにガス噴射量Ｖを決定している。そのため、被処理物２の総表面積Ａとガス噴射量Ｖとの相関関係を考慮した上で、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物２を浸炭できる（請求項２に記載の発明の効果）。 Further, according to the present embodiment, the carburizing gas utilization rate is E (%), the total surface area of the workpiece 2 is A (m2), the flux value is F (g / m2), and the carburizing gas injection time is T (hr. ), The number of moles is n (mol), the carbon atom mass is C (= 12.01 g / mol), and the gas injection amount per hour in the standard state is V (NL / hr), the above equation (2) is satisfied. Thus, the gas injection amount V is determined. Therefore, in consideration of the correlation between the total surface area A of the workpiece 2 and the gas injection amount V, the workpiece 2 can be carburized with high quality while preventing the occurrence of spot-like excessive carburization. Effect of the invention).

また、本実施形態によれば、浸炭ガス利用率Ｅが式（３）に示す範囲内に含まれるようにガス噴射量Ｖを決定している。そのため、浸炭ガス利用率Ｅと、スポット状過剰浸炭又は浸炭深さバラつきの発生と、の相関関係を考慮した上で、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物２を浸炭できる（請求項３に記載の発明の効果）。 Further, according to the present embodiment, the gas injection amount V is determined so that the carburized gas utilization rate E is included in the range shown in the equation (3). Therefore, in consideration of the correlation between the carburizing gas utilization rate E and the occurrence of spot-like excessive carburization or carburization depth variation, the workpiece 2 can be carburized with high quality while preventing the occurrence of spot-like excessive carburization. (Effect of invention of Claim 3).

また、本実施形態によれば、ガス噴射周期決定工程（図２のステップＳ４）では、表面炭素濃度Ｄが最大固溶濃度より小さい状態を維持するように、浸炭ガスのガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定している。そのため、最大固溶濃度とスポット状過剰浸炭の発生との相関関係を考慮した上で、スポット状過剰浸炭の発生を防ぎつつ高品質に被処理物２を浸炭できる（請求項４に記載の発明の効果）。 Further, according to the present embodiment, in the gas injection cycle determination step (step S4 in FIG. 2), the carburizing gas injection time and gas injection are performed so that the surface carbon concentration D is maintained smaller than the maximum solid solution concentration. The stop time is determined. Therefore, in consideration of the correlation between the maximum solid solution concentration and the occurrence of spot-like excess carburization, the workpiece 2 can be carburized with high quality while preventing the occurrence of spot-like excess carburization (the invention according to claim 4). Effect).

以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment shows one example of application of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. is not.

例えば、上記ステップＳ３の説明においては、15％≦Ｅ≦25％を満たす総表面積Ａ及びガス噴射量Ｖであるときには適切に浸炭できると説明したが、この場合には限らない。例えば±2％程度の誤差を許容するようにしてもよい。これは、流量調整弁５、制御装置６の性能等により、真空浸炭室３に実際に噴射される浸炭ガスのガス噴射量が必ずしも設定値通り一定にはならない場合が生じるためである。 For example, in the description of step S3, it has been described that carburization can be appropriately performed when the total surface area A and the gas injection amount V satisfy 15% ≦ E ≦ 25%. However, the present invention is not limited to this case. For example, an error of about ± 2% may be allowed. This is because the gas injection amount of the carburizing gas actually injected into the vacuum carburizing chamber 3 may not always be constant according to the set value due to the performance of the flow rate adjusting valve 5 and the control device 6.

また、上記ステップＳ４の説明においては、表面炭素濃度Ｄが限界濃度より小さい状態を維持するようにガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定すると前述した。しかしながら、ここでいう限界濃度の値は真空浸炭室３の浸炭処理温度に応じて変化する。そこで、予め実験計測等により浸炭処理温度を変えたときの限界濃度を温度毎に取得しておき、表面炭素濃度Ｄが限界濃度より小さい状態を維持するようなガス噴射時間及びガス噴射停止時間を温度毎に求めておいてもよい。この場合、ステップＳ４では、ステップＳ１で設定される浸炭処理温度に応じて最適なガス噴射時間及びガス噴射停止時間を設定することができる。 In the description of step S4, it has been described above that the gas injection time and the gas injection stop time are determined so as to maintain the surface carbon concentration D smaller than the limit concentration. However, the value of the limit concentration here changes according to the carburizing temperature of the vacuum carburizing chamber 3. Therefore, the gas injection time and the gas injection stop time for maintaining the state where the surface carbon concentration D is smaller than the limit concentration are acquired in advance for each temperature by changing the carburizing temperature by experimental measurement or the like. You may obtain | require for every temperature. In this case, in step S4, the optimum gas injection time and gas injection stop time can be set according to the carburizing temperature set in step S1.

また、上記ステップＳ３及びＳ４の説明においては、制御装置６は、ガス噴射量を決定したあとにガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定しているが、この場合には限らない。浸炭ガス利用率Ｅがスポット状過剰浸炭の発生を抑止可能な範囲に含まれるように、且つ、被処理物２の表面炭素濃度Ｄがスポット状過剰浸炭の発生を抑止可能な濃度上限値より小さい状態を維持するように、ガス噴射量、ガス噴射時間及びガス噴射停止時間を決定するのであれば、これらステップＳ３及びＳ４の処理は前後逆であってもよいし、同時であってもよい。 In the description of steps S3 and S4, the control device 6 determines the gas injection time and the gas injection stop time after determining the gas injection amount. However, the present invention is not limited to this case. The carburizing gas utilization rate E is included in a range in which the occurrence of spot-like excessive carburization can be suppressed, and the surface carbon concentration D of the workpiece 2 is smaller than the concentration upper limit value that can suppress the occurrence of spot-like excessive carburization. As long as the gas injection amount, the gas injection time, and the gas injection stop time are determined so as to maintain the state, the processes in steps S3 and S4 may be reversed, or may be simultaneous.

１真空浸炭装置
２被処理物
３真空浸炭室（浸炭室）
４浸炭ガス供給路
５流量調整弁
６制御装置
ステップＳ３ガス噴射量決定工程
ステップＳ４ガス噴射周期決定工程
ステップＳ５ガス噴射工程 1 Vacuum carburizing equipment 2 Work piece 3 Vacuum carburizing chamber (carburizing chamber)
4 Carburizing gas supply path 5 Flow rate adjusting valve 6 Control device step S3 Gas injection amount determination process step S4 Gas injection cycle determination process step S5 Gas injection process

Claims

A vacuum carburizing method for carburizing an object to be processed disposed in the carburizing chamber by injecting a carburizing gas into a carburizing chamber in a reduced pressure atmosphere,
E (%) is a ratio of a gas consumption amount that actually contributes to carburizing of the object to be processed with respect to a gas injection amount of the carburizing gas injected into the carburizing chamber (hereinafter referred to as a carburizing gas utilization rate). The total surface area is A (m2), the flux value is F (g / m2), the carburizing gas injection time is T (hr), the number of moles of carbon atoms in the carburizing gas is n (mol), and the carbon atom mass is C (= 12.01 g / mol), where V (NL / hr) is the gas injection rate per hour in the standard state,

Intermittently injecting the carburizing gas to satisfy
The carburizing gas injection time and the gas injection stop time are determined so as to maintain a state in which the surface carbon concentration of the workpiece is smaller than the maximum solid solution concentration,
The carburizing gas utilization rate is given by
15 ≦ E ≦ 25
A vacuum carburizing method characterized by being determined to satisfy