CN101962744A

CN101962744A - 表面固化处理装置及表面固化处理方法

Info

Publication number: CN101962744A
Application number: CN 201010205179
Authority: CN
Inventors: 河田一喜; 木立彻; 关谷庆之
Original assignee: ORIENT ENGINEERING CORP
Current assignee: ORIENT ENGINEERING CORP; Oriental Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2011-02-02
Also published as: JP2011026627A; JP5629436B2

Abstract

本发明提供表面固化处理装置及表面固化处理方法。表面固化处理装置具备：氢浓度检测单元4，其基于处理炉2内的炉内气体的热导率检测炉内气体的氢浓度；炉内气体组成演算单元24，其基于氢浓度检测单元4检测的氢浓度演算炉内气体的组成即炉内气体组成；和气体导入量控制单元26，其根据炉内气体组成演算单元24演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量的比率即炉内导入气体流量比率保持为恒定值的状态下，控制两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的合计导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率，或者，分别控制两种以上的炉内导入气体的导入量以使炉内导入气体流量比率变化。

Description

表面固化处理装置及表面固化处理方法

技术领域

本发明涉及对金属制的待处理品进行表面固化处理(例如，氮化、软氮化、渗碳、碳氮共渗等)的表面固化处理装置及表面固化处理方法。

背景技术

以往，作为对金属制的待处理品(特别是钢件或金属模具)的表面固化处理，应用氮化处理或软氮化处理。与后述的渗碳处理或碳氮共渗处理相比，该氮化处理或软氮化处理是处理温度低且变形少的处理法。

作为这样的氮化处理或软氮化处理的方法，有气体法、盐浴法、等离子体法等。并且，这些方法中，考虑品质、环境性、量产性等的情况下，气体法是综合优异的。

另外，利用气体法的氮化处理(气体氮化处理)具有如下工序：对于待处理品，仅使氮渗透扩散，使表面固化。另外，气体氮化处理中，将氨气、氨气与氮气的混合气体、氨气与氨分解气体(75％的H₂，25％的N₂)的混合气体导入到处理炉内，进行表面固化处理。

另一方面，利用气体法的软氮化处理(气体软氮化处理)具有如下工序：对于待处理品，与氮一同使碳从属地渗透扩散，使表面固化。另外，气体软氮化处理中，将氨气与RX气体(以CO、H₂、N₂为主成分的吸热型改性气体)的混合气体、氨气与氮气、CO₂的混合气体等混合了两种以上的炉内导入气体的混合气体导入到处理炉内，进行表面固化处理。

如上所述的气体氮化处理和气体软氮化处理中，为了管理在内部配置有待处理品的处理炉内的气氛，例如，有时使用如非专利文献1所述的测定方法测定炉内气体的氨浓度、氢浓度。

具体地说，非专利文献1中，作为测定存在于处理炉内的炉内气体的氨浓度的方法，记载了使用手动玻璃管氨分析仪非连续地测定炉内气体的氨浓度的方法；和使用红外线氨分析仪连续地测定炉内气体的氨浓度的方法。

另外，非专利文献1中，作为测定炉内气体的氢浓度的方法，记载了使用热导率传感器(其利用了炉内气体的热导率)连续地测定炉内气体的氢浓度的方法。需要说明的是，上述热导率传感器是能够直接安装于处理炉的炉体的构成，是能够基于炉内气体的热导率来检测炉内气体的氢浓度的构成。

另外，作为针对待处理品的表面固化处理，除了上述氮化处理或软氮化处理以外，有渗碳处理或碳氮共渗处理。与氮化处理或软氮化处理相比，渗碳处理或碳氮共渗处理虽然处理温度高且变形大，但是是能形成较深固化层的处理法。

作为这样的渗碳处理或碳氮共渗处理的方法，有气体法、盐浴法、等离子体法、真空法(减压法)等。并且，这些方法中，真空法与其他方法相比具有如下优点：环境性良好，渗碳速度快，不产生表面异常层等。

另外，利用真空法的渗碳处理(真空渗碳处理)具有如下工序：对于待处理品，仅使碳渗透扩散，使表面固化。另外，真空渗碳处理中，将乙炔气体、丙烷气体、乙烯气体等烃单独或两种以上同时导入到处理炉内，或者将混合有烃和氮气的混合气体导入到处理炉内，进行表面固化处理。

另一方面，利用真空法的碳氮共渗处理(真空碳氮共渗处理)具有如下工序：对于待处理品，与碳一同使氮从属地渗透扩散，使表面固化。并且，真空碳氮共渗处理中，进行真空渗碳后，单独导入氨气，或者将混合有氨气和氮气的混合气体导入到处理炉内，进行表面固化处理。

如上所述的渗碳处理和碳氮共渗处理中，为了管理处理炉内的气氛，例如，有时使用如非专利文献2和3所述的热导率传感器，测定炉内气体的氢浓度。需要说明的是，非专利文献2和3所述的热导率传感器与非专利文献1所述的热导率传感器同样，基于炉内气体的热导率，检测炉内气体的氢浓度。

非专利文献1：河田一喜，《窒化ポテンシヤル制御システム付きガス軟窒化炉(附带氮势控制系统的气体软氮化炉)》，熱処理，49卷2号、2009、P.64～68

非专利文献2：河田一喜，《浸炭処理及び窒化処理(渗碳处理和氮化处理)》，機械設計，51卷7号、2007、P.54～59

非专利文献3：河田一喜，《雰囲気制御付き真空浸炭炉の実用化(附带气氛控制的真空渗碳炉的实用化)》，熱処理，44卷5号、2004、P.289～295

非专利文献1所述的手动玻璃管氨分析仪由于其构成为通过手动操作进行测定，所以不能连续测定炉内气体的氨浓度，不能适用于针对处理炉内气氛的连续自动控制。

另外，非专利文献1所述的红外线氨分析仪由于能连续测定炉内气体的氨浓度，所以能够适用于针对处理炉内气氛的连续自动控制，但需要将炉内气体通过采样泵导入到红外线氨分析仪。因此，气体软氮化处理中，由于碳酸铵的析出而容易发生采样路径的堵塞，需要定期进行清扫过滤器等维护，因此有可能发生表面固化处理的作业效率降低的问题。

另外，与手动玻璃管氨分析仪或热导率传感器相比，非专利文献1所述的红外线氨分析仪价格昂贵，所以从成本方面等考虑，存在难以采用的问题。

与此相对，非专利文献1至3所述的热导率传感器与红外线氨分析仪不同，其价格低且能够直接安装于处理炉的炉体，并且能够连续测定炉内气体的氢浓度，因此能够适用于针对处理炉内气氛的连续自动控制。

因此，上述气体氮化处理等将混合有两种以上的炉内导入气体的混合气体导入到处理炉内后进行的表面固化处理中，从成本方面等的角度出发，适合使用非专利文献1至3所述的热导率传感器进行处理炉内的气氛控制。

另外，与红外线氨分析仪不同，热导率传感器能够直接安装于处理炉的炉体，而且能够连续地测定处理炉内的氢浓度，因此能够适用于针对处理炉内气氛的连续自动控制。

但是，热导率传感器存在如下所示的问题。

仅将热导率传感器安装于炉体时，有可能会产生炉内气体流入到热导率传感器的传感器部需要耗费时间这样的问题。另外，在热导率传感器的某些安装位置有可能会产生仅炉内气体的不均匀成分流入到传感器部而难以精确反映全部炉内气体的氢浓度这样的问题。

另外，在热导率传感器始终安装于炉体的状态下，实际对待处理品进行量产处理时，待处理品配置于处理炉内，升温过程中初期产生的附着于待处理品的油分或污垢会气体化而污染传感器部，有可能发生早期难以维持热导率传感器的精度的问题。

另外，气体软氮化处理中，在连通传感器部和炉体的配管内，有可能发生碳酸铵析出这样的问题。另外，具有在处理炉内产生氯化氢那样的工序的情况下，传感器部或配管内发生氯化铵的析出，从而有可能发生难以维持热导率传感器的精度的问题。

另外，真空渗碳或碳氮共渗处理中，黑烟或焦油附着于传感器部，也有可能发生难以维持热导率传感器的精度的问题。

但是，以往没有公开能够长期稳定地维持热导率传感器的精度的手段或对策。

另外，关于使用热导率传感器进行的处理炉内的气氛控制，以往没有公开具体的控制方法。

因此，在使用混合气体的表面固化处理中，通过将两种以上的炉内导入气体的消耗量设定为恒定的比率等方式，在不参照处理炉内的气氛的情况下进行表面固化处理。由此可能会产生炉内导入气体的消耗量比适于表面固化处理的量多、表面固化处理所需的运行成本增加这样的问题。另外，在不参照处理炉内的气氛的情况下进行表面固化处理时，有可能会产生如下问题：未用于表面固化处理而由处理炉内排出的炉内气体的量增加，向大气中排出的气体量增加，对环境造成不良影响。

本发明着眼于如上所述的问题，课题在于提供一种表面固化处理装置及表面固化处理方法，其中基于炉内气体的热导率检测处理炉内的气氛，能够参照该检测的气氛控制处理炉内的气氛。

发明内容

为了解决上述课题，本发明中，技术方案1所述的发明涉及一种表面固化处理装置，其中，将两种以上的炉内导入气体导入处理炉内，对配置于上述处理炉内的待处理品进行表面固化处理，所述两种以上的炉内导入气体包含在所述处理炉内产生氢的至少一种炉内导入气体，该装置的特征在于具备：

氢浓度检测单元，该氢浓度检测单元基于上述处理炉内的炉内气体的热导率，检测上述炉内气体的氢浓度；

炉内气体组成演算单元，该炉内气体组成演算单元基于上述氢浓度检测单元检测的氢浓度，演算上述炉内气体的组成(即炉内气体组成)；和

气体导入量控制单元，该气体导入量控制单元根据上述炉内气体组成演算单元演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将上述两种以上的上述炉内导入气体向上述处理炉内的导入量的比率(即炉内导入气体流量比率)保持为恒定值的状态下，控制两种以上的上述炉内导入气体向上述处理炉内的合计导入量，以使上述炉内气体组成成为上述设定炉内气体混合比率，或者，分别控制上述两种以上的炉内导入气体的导入量以使上述炉内导入气体流量比率变化。

根据本发明，根据氢浓度检测单元基于炉内气体的热导率检测出的炉内气体的氢浓度，通过演算求出处理炉内产生氢的炉内导入气体的炉内浓度。并且，基于该演算值，炉内气体组成演算单元演算炉内气体的组成即炉内气体组成。

因此，根据演算出的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，检测处理炉内的气氛，参照该检测出的气氛，气体导入量控制单元能够控制两种以上的炉内导入气体的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。

需要说明的是，将两种以上的炉内导入气体导入处理炉内时，例如，在混合有两种以上炉内导入气体的状态下导入到处理炉内，或者，将两种以上的炉内导入气体分别导入到处理炉内，在处理炉内将这些导入的炉内导入气体进行混合。

接着，本发明中，技术方案2所述的发明涉及技术方案1所述的发明，其特征在于，该装置具备：

开关阀，该开关阀安装于上述处理炉和上述氢浓度检测单元之间，能够对连通上述处理炉和上述氢浓度检测单元的连通状态和封闭上述处理炉和上述氢浓度检测单元之间的封闭状态进行切换；和

开关阀切换控制单元，该开关阀切换控制单元根据上述气体导入量控制单元的动作状态，将上述开关阀切换到上述连通状态或上述封闭状态。

根据本发明，开关阀切换控制单元根据气体导入量控制单元的动作状态，将开关阀切换到连通状态或封闭状态。

因此，在气体导入量控制单元未控制炉内导入气体的导入量的状态下，能够抑制炉内气体所含的污染成分与氢浓度检测单元接触，能够长期抑制氢浓度检测单元的检测精度的降低。

需要说明的是，开关阀切换控制单元将开关阀切换到连通状态或封闭状态时，例如，在气体导入量控制单元控制炉内导入气体的导入量的状态下，将开关阀切换到连通状态，连通处理炉和氢浓度检测单元。另一方面，在气体导入量控制单元未控制炉内导入气体的导入量的状态下，开关阀切换控制单元将开关阀切换到封闭状态，将处理炉和氢浓度检测单元之间封闭。

另外，连通处理炉和氢浓度检测单元的路径通过例如配管形成。并且，该配管可以是直接连通处理炉和氢浓度检测单元的单线路径，也可以是在处理炉和氢浓度检测单元之间分支为两个以上的路径的复线路径。

接着，本发明中，技术方案3所述的发明涉及技术方案1或2所述的发明，其特征在于，该装置具备：

氢浓度检测配管，该氢浓度检测配管连通上述处理炉和上述氢浓度检测单元；和

配管温度控制单元，该配管温度控制单元控制上述氢浓度检测配管的温度，

上述配管温度控制单元根据上述炉内导入气体的种类，将上述氢浓度检测配管的温度控制在25～450℃的范围内，以使上述炉内气体在上述氢浓度检测配管内不以固体的形式析出。

根据本发明，配管温度控制单元根据炉内导入气体的种类，将氢浓度检测配管的温度控制在25～450℃的范围内，由此抑制炉内气体在氢浓度检测配管内以固体的形式析出。

因此，在气体氮化处理或气体软氮化处理等可能在氢浓度检测配管内析出氯化铵或碳酸铵的表面固化处理中，能够抑制氯化铵或碳酸铵在氢浓度检测配管内的析出。

需要说明的是，配管温度控制单元控制氢浓度检测配管的温度时，表面固化处理为在处理炉内产生氯化氢气体那样的气体氮化处理的情况下，适宜将氢浓度检测配管的温度控制在340～450℃的范围内。另外，表面固化处理为气体软氮化处理的情况下，适宜将氢浓度检测配管的温度控制在60～100℃的范围内。

接着，本发明中，技术方案4所述的发明涉及一种表面固化处理方法，其中，将两种以上的炉内导入气体导入上述处理炉内，对配置于上述处理炉内的待处理品进行表面固化处理，所述两种以上的炉内导入气体包含在处理炉内产生氢的至少一种炉内导入气体，

其特征在于，

基于上述处理炉内的炉内气体的热导率，检测上述炉内气体的氢浓度，

基于上述检测的氢浓度，演算上述炉内气体的组成(即炉内气体组成)，

根据上述演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将上述两种以上的上述炉内导入气体向上述处理炉内的导入量的比率(即炉内导入气体流量比率)保持为恒定值的状态下，控制上述两种以上的上述炉内导入气体向上述处理炉内的合计导入量，以使上述炉内气体组成成为上述设定炉内气体混合比率，或者，分别控制上述两种以上的炉内导入气体的导入量以使上述炉内导入气体流量比率变化。

根据本发明，根据基于炉内气体的热导率检测出的炉内气体的氢浓度，通过演算求出处理炉内产生氢的炉内导入气体的炉内浓度。并且，基于该演算值，演算炉内气体的组成即炉内气体组成。

因此，根据演算出的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，检测处理炉内的气氛，参照该检测出的气氛，能够控制两种以上的炉内导入气体的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。

根据本发明，根据炉内气体的组成(即炉内气体组成)和预先设定的设定炉内气体混合比率，检测处理炉内的气氛，可以参照该检测出的气氛，控制处理炉内的气氛。

由此能够减少表面固化处理所需的运行成本。另外，由于能够减少向大气中排放的气体量，因此能够抑制环境的恶化。

附图说明

图1是表示第一实施方式的表面固化处理装置的构成的图。

图2是表示第一实施方式的变形例的构成的图。

图3是表示第二实施方式的表面固化处理装置的构成的图。

图4是表示比较例的表面固化处理装置的构成的图。

符号说明

1表面固化处理装置

2处理炉

4氢浓度检测单元

6调节仪

8记录仪

10开关阀(第一开关阀10a、第二开关阀10b、第三开关阀10c)

12开关阀切换控制单元

14炉内导入气体供给部

16搅拌扇

18搅拌扇驱动马达

20炉内温度测量单元

22氢浓度检测配管(第一配管22a、第二配管22b、第三配管22c)

24炉内气体组成演算单元

26气体导入量控制单元

28第一炉内导入气体供给部

30第一炉内导入气体供给量控制部

32第一供给阀

34第一炉内导入气体流量仪

36第二炉内导入气体供给部

38第二炉内导入气体供给量控制部

40第二供给阀

42第二炉内导入气体流量仪

44炉内导入气体导入配管

46配管温度控制单元

S待处理品

具体实施方式

(第一实施方式)

下面参照附图对本发明的第一实施方式(以下记作“本实施方式”)进行说明。

(表面固化处理的基础事项)

说明本实施方式之前，作为说明的前提事项，对有关待处理品的表面固化处理的基础事项进行说明。

下面对表面固化处理之中的气体氮化处理和气体软氮化处理进行说明。

气体氮化处理和气体软氮化处理中，在配置有待处理品的处理炉(气体氮化炉)内，发生下式(1)所示的氮化反应。这种情况下，氮化反应中的氮势K_N以下式(2)表示。

NH₃→(N)+3/2H₂...(1)

K_N＝P_NH3/P_H2 ^3/2...(2)

需要说明的是，上式(2)中，将氮势以K_N表示，将NH₃(氨气)的分压以P_NH3表示，将H₂(氢气)的分压以P_H2表示。

此处，氮势K_N是公知的要素，如上式(2)所示，其表示氨气与氢气的分压比率，是表示气体氮化炉内的气氛所具有的氮化强度或氮化能力的指标。

接着对表面固化处理之中的真空渗碳处理和真空碳氮共渗处理进行说明。

作为一例，在作为渗碳气体使用乙炔气体的真空渗碳处理和真空碳氮共渗处理中，在配置有待处理品的处理炉(真空渗碳炉)内，发生下式(3)所示的渗碳反应。这种情况下，渗碳反应中的碳势K_C以下式(4)表示。

1/2C₂H₂→(C)+1/2H₂...(3)

K_C＝P_C2H2 ^1/2/P_H2 ^1/2...(4)

需要说明的是，上式(4)中，将碳势以K_C表示，将C₂H₂(乙炔气体)的分压以P_C2H2表示，将H₂(氢气)的分压以P_H2表示。

此处，碳势K_C是公知的要素，如上式(4)所示，其表示分解前的渗碳气体(乙炔气体)与分解后所生成的气体的分压比率，是表示真空渗碳炉内的气氛所具有的渗碳强度或渗碳能力的指标。

(表面固化处理的问题)

接着，对上述各种表面固化处理共同的问题进行说明。

气体氮化处理和气体软氮化处理之中，在气体氮化处理中仅将氨气导入气体氮化炉内进行表面固化处理的情况下，为了使气体氮化炉内的气氛成为所期望的氮势，使用热导率传感器，检测存在于气体氮化炉内的炉内气体的氢浓度。并且，根据该检测的氢浓度，控制氨气向气体氮化炉内的导入量。

如此地仅将一种炉内导入气体导入到气体氮化炉内进行表面固化处理的情况下，通过使用热导率传感器检测炉内气体的氢浓度，能够通过利用检测的氢浓度进行计算来检测炉内气体的氨浓度。因此，能够利用上式(2)计算氮势，将气体氮化炉内的气氛控制为所期望的氮势。

但是，将混合有两种以上的炉内导入气体(例如氨气和氮气等)的混合气体导入到气体氮化炉内进行表面固化处理的情况下，存在如下问题：仅控制氨气向气体氮化炉内的导入量或氮气向气体氮化炉内的导入量时，不能将气体氮化炉内的气氛控制为所期望的氮势。

这是因为，在某些表面固化处理的状况等条件下，混合气体的混合比率发生变化时，则不能掌握炉内气体的组成即炉内气体组成，因此即使使用热导率传感器仅检测炉内气体的氢浓度，也不能检测炉内气体的氨浓度。

另外，与上述气体氮化处理和气体软氮化处理同样，真空渗碳处理和真空碳氮共渗处理中，在将混合有两种以上的炉内导入气体(例如乙炔气体和氮气等)的混合气体导入到气体氮化炉内进行表面固化处理的情况下，也存在如下问题：仅控制乙炔气体向真空渗碳炉内的导入量或氮气向真空渗碳炉内的导入量时，不能将真空渗碳炉内的气氛控制为所期望的碳势。

与上述气体氮化处理和气体软氮化处理同样，这是因为，混合气体的混合比率发生变化时，不能掌握炉内气体的组成即炉内气体组成，因此即使使用热导率传感器仅检测炉内气体的氢浓度，也不能检测炉内气体的乙炔浓度。

另外，真空碳氮共渗处理或真空氮化处理中，将混合有两种以上的炉内导入气体的混合气体导入到气体氮化炉内进行表面固化处理的情况下，由于即使使用热导率传感器仅检测炉内气体的氢浓度，也不能够检测炉内气体的乙炔或氨的浓度，因此存在不能将真空渗碳炉内的气氛控制为所期望的碳势或氮势的问题。

(构成)

接着，使用图1说明本实施方式的表面固化处理装置1的构成。

图1是表示本实施方式的表面固化处理装置1的构成的图。

本实施方式的表面固化处理装置1是通过在配置有钢件或金属模具等金属制待处理品S的处理炉2内导入混合有两种以上的炉内导入气体的混合气体来对待处理品S进行表面固化处理的装置。需要说明的是，两种以上的炉内导入气体也可以分别导入到处理炉2内，在处理炉2内混合。

此处，两种以上的炉内导入气体之中，至少一种炉内导入气体是氨气(NH₃)等在处理炉2内产生氢的炉内导入气体。即，两种以上的炉内导入气体含有在处理炉2内产生氢的至少一种炉内导入气体。

需要说明的是，本实施方式中，以设两种以上的炉内导入气体为氨气(NH₃)和氮气(N₂)这两种炉内导入气体的情况为例进行说明。另外，本实施方式中，以设表面固化处理为气体氮化处理的情况为例进行说明。

另外，本实施方式中，由于对设表面固化处理为气体氮化处理的情况进行说明，因此设在处理炉2内产生氢的炉内导入气体为氨气(NH₃)，设其他的炉内导入气体为氮气(N₂)。

另外，本实施方式中，作为一例，将进行表面固化处理的条件设定为如下：将处理炉2内的温度(处理温度)设定在300～1100℃的范围内，将处理炉2内的压力(处理压力)设定在13～133000Pa的范围内。

下面对表面固化处理装置1的具体构成进行说明。

如图1所示，表面固化处理装置1具备处理炉2、氢浓度检测单元4、调节仪6、记录仪8、开关阀10、开关阀切换控制单元12和炉内导入气体供给部14。

处理炉2以能够导入氨气(NH₃)和氮气(N₂)且能配置待处理品S的方式形成，其具备搅拌扇16、和搅拌扇驱动马达18、和炉内温度测量单元20。

搅拌扇16配置于处理炉2内，在处理炉2内通过旋转来搅拌处理炉2内的气氛。

搅拌扇驱动马达18连接于搅拌扇16，使搅拌扇16以任意旋转速度旋转。

炉内温度测量单元20具有热电偶，以能够测量存在于处理炉2内的炉内气体的温度的方式构成。

另外，炉内温度测量单元20测量炉内气体的温度时，将包含该测量的温度的信息信号(炉内温度信号)输出至调节仪6和记录仪8。

氢浓度检测单元4由热导率传感器形成，该热导率传感器以能检测炉内气体的氢浓度的方式构成，用于检测氢浓度的传感器部通过氢浓度检测配管22与处理炉2的内部连通。需要说明的是，炉内气体的氢浓度是基于炉内气体的热导率进行检测的。

另外，氢浓度检测单元4检测炉内气体的氢浓度时，将包含该检测的氢浓度的信息信号(氢浓度信号)输出至调节仪6和记录仪8。

氢浓度检测配管22是连通处理炉2和氢浓度检测单元4的配管。需要说明的是，本实施方式中，以直接连通处理炉2和氢浓度检测单元4的单线路径形成氢浓度检测配管22。

调节仪6具备CPU(CENTRAL PROCESSING UNIT，中央处理单元)等而构成，具有炉内气体组成演算单元24和气体导入量控制单元26。

炉内气体组成演算单元24基于氢浓度检测单元4检测出的氢浓度，演算炉内气体的组成即炉内气体组成。并且，将包含该演算出的炉内气体组成的信息信号(炉内气体组成信号)输出至气体导入量控制单元26。

具体地说，炉内气体组成演算单元24根据基于炉内气体的热导率检测出的炉内气体的氢浓度，通过演算求出处理炉2内产生氢的炉内导入气体的炉内浓度。

并且，炉内气体组成演算单元24基于通过上述测定和演算得到的各气体分压，演算炉内气体的组成即炉内气体组成。由此，在如本实施方式所述那样设表面固化处理为气体氮化处理的情况下，基于炉内气体的氢浓度，通过演算求出炉内气体的氨浓度。该测定的炉内气体的氢浓度和氨浓度是反映处理炉2内的气氛的要素，因此基于炉内气体的氢浓度和氨浓度，能够检测处理炉2内的氮势。

需要说明的是，表面固化处理为真空渗碳处理或真空碳氮共渗处理的情况下，基于炉内气体的氢浓度，通过演算求出炉内气体的乙炔浓度。

气体导入量控制单元26根据炉内气体组成演算单元24演算出的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，控制两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。需要说明的是，设定炉内气体混合比率是根据表面固化处理的种类和两种以上的炉内导入气体而设定的值，预先存储于气体导入量控制单元26。另外，对气体导入量控制单元26进行的控制，将在下文中描述。

另外，气体导入量控制单元26在控制两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量的状态下，将表示该动作状态的信息信号(控制实施信号)输出至开关阀切换控制单元12和炉内导入气体供给部14。

记录仪8具备CPU等或存储器等存储介质而形成。

另外，记录仪8基于炉内温度测量单元20和氢浓度检测单元4输出的信息信号，例如，对应进行表面固化处理的日期和时间存储处理炉2内的温度和炉内气体的氢浓度。

开关阀10设置于氢浓度检测配管22，是安装在处理炉2和氢浓度检测单元4之间的阀。

另外，开关阀10以能够根据开关阀切换控制单元12输出的控制信号(开关控制信号)来切换连通状态和封闭状态的方式形成。

此处，连通状态是指连通处理炉2和氢浓度检测单元4的状态，封闭状态是指封闭处理炉2和氢浓度检测单元4之间的状态。

开关阀切换控制单元12根据气体导入量控制单元26的动作状态，将开关阀10切换到连通状态或封闭状态。需要说明的是，气体导入量控制单元26的动作状态是基于气体导入量控制单元26输出的信息信号(控制实施信号)检测的。

需要说明的是，本实施方式中，作为具体例，通过以下所示的条件，说明开关阀切换控制单元12将开关阀10切换到连通状态或封闭状态的情况。

具体地说，开关阀切换控制单元12在气体导入量控制单元26控制炉内导入气体的导入量的状态下，将开关阀10切换到连通状态。另一方面，开关阀切换控制单元12在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，将开关阀10切换到封闭状态。

炉内导入气体供给部14具有第一炉内导入气体供给部28、第一炉内导入气体供给量控制部30、第一供给阀32、第一炉内导入气体流量仪34、第二炉内导入气体供给部36、第二炉内导入气体供给量控制部38、第二供给阀40、第二炉内导入气体流量仪42和炉内导入气体导入配管44。

第一炉内导入气体供给部28由填充有第一炉内导入气体的罐形成。需要说明的是，本实施方式中，对设第一炉内导入气体为氨气(NH₃)的情况进行说明。

第一炉内导入气体供给量控制部30由能改变开度的质量流量控制器形成，安装在第一炉内导入气体供给部28和第一供给阀32之间。需要说明的是，第一炉内导入气体供给量控制部30的开度是根据气体导入量控制单元26输出的控制信号(导入量控制信号)变化的。

另外，第一炉内导入气体供给量控制部30对从第一炉内导入气体供给部28向第一供给阀32供给的第一炉内导入气体的供给量进行检测，将包含该检测出的第一炉内导入气体的供给量的信息信号(第一炉内导入气体供给量信号)输出至气体导入量控制单元26。该第一炉内导入气体流量信号用于例如气体导入量控制单元26进行的控制校正等。

第一供给阀32由根据气体导入量控制单元26输出的信息信号(控制实施信号)切换开关状态的电磁阀形成，安装在第一炉内导入气体供给量控制部30和第一炉内导入气体流量仪34之间。

具体地说，第一供给阀32在气体导入量控制单元26控制炉内导入气体的导入量的状态下，将第一供给阀32的开关状态切换到连通第一炉内导入气体供给量控制部30和第一炉内导入气体流量仪34之间的开放状态。另一方面，第一供给阀32在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，将第一供给阀32的开关状态切换到封闭第一炉内导入气体供给量控制部30和第一炉内导入气体流量仪34之间的封闭状态。

第一炉内导入气体流量仪34由例如流式流量仪(フロ一式流量計)等机械流量仪形成，安装在第一供给阀32和炉内导入气体导入配管44之间。

另外，第一炉内导入气体流量仪34对从第一供给阀32经炉内导入气体导入配管44导入到处理炉2的第一炉内导入气体的流量进行检测。需要说明的是，第一炉内导入气体流量仪34检测的第一炉内导入气体的流量用于例如通过进行表面固化处理的作业人员的目视进行的第一炉内导入气体的流量的确认作业。

第二炉内导入气体供给部36由填充有第二炉内导入气体的罐形成。需要说明的是，本实施方式中，对设第二炉内导入气体为氮气(N₂)的情况进行说明。

与第一炉内导入气体供给量控制部30同样，第二炉内导入气体供给量控制部38由能改变开度的质量流量控制器形成，安装在第二炉内导入气体供给部36和第二供给阀40之间。需要说明的是，第二炉内导入气体供给量控制部38的开度是根据气体导入量控制单元26输出的控制信号(导入量控制信号)变化的。

另外，第二炉内导入气体供给量控制部38对从第二炉内导入气体供给部36向第二供给阀40供给的第二炉内导入气体的供给量进行检测，将包含该检测出的第二炉内导入气体的供给量的信息信号(第二炉内导入气体供给量信号)输出至气体导入量控制单元26。该第二炉内导入气体流量信号用于例如气体导入量控制单元26进行的控制校正等。

与第一供给阀32同样，第二供给阀40由根据气体导入量控制单元26输出的信息信号(控制实施信号)切换开关状态的电磁阀形成，安装在第二炉内导入气体供给量控制部38和第二炉内导入气体流量仪42之间。

具体地说，第二供给阀40在气体导入量控制单元26控制炉内导入气体的导入量的状态下，将第二供给阀40的开关状态切换到连通第二炉内导入气体供给量控制部38和第二炉内导入气体流量仪42之间的开放状态。另一方面，第二供给阀40在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，将第二供给阀40的开关状态切换到封闭第二炉内导入气体供给量控制部38和第二炉内导入气体流量仪42之间的封闭状态。

与第一炉内导入气体流量仪34同样，第二炉内导入气体流量仪42由例如流式流量仪等机械流量仪形成，安装在第二供给阀40和炉内导入气体导入配管44之间。

另外，第二炉内导入气体流量仪42对从第二供给阀40经炉内导入气体导入配管44导入到处理炉2的第二炉内导入气体的流量进行检测。需要说明的是，第二炉内导入气体流量仪42检测的第二炉内导入气体的流量用于例如通过进行表面固化处理的作业人员的目视进行的第二炉内导入气体的流量的确认作业。

炉内导入气体导入配管44是将第一炉内导入气体流量仪34和第二炉内导入气体流量仪42与处理炉2进行连接的配管，形成第一炉内导入气体和第二炉内导入气体向处理炉2的导入路径。

下面，以上述构成为前提，举出具体的例子对气体导入量控制单元26进行的控制进行说明。

气体导入量控制单元26参照炉内气体组成演算单元24演算的炉内气体组成以使上式(2)所示的氮势K_N成为3.3，演算氨气(NH₃)的导入量和氮气(N₂)的导入量以使氨气(NH₃)的导入量和氮气(N₂)的导入量之比成为设定炉内气体混合比率。

并且，气体导入量控制单元26基于演算出的各气体(NH₃，N₂)的导入量，将控制各导入量的控制信号(导入量控制信号)输出到第一炉内导入气体供给量控制部30和第二炉内导入气体供给量控制部38。

需要说明的是，气体导入量控制单元26在控制氨气(NH₃)和氮气(N₂)的导入量时，进行以下两种控制中的一种。

第一控制中，在将导入到处理炉2内的混合气体(氨气+氮气)向处理炉2内的导入量的比率(即炉内导入气体流量比率)保持为恒定值的状态下，控制氨气(NH₃)和氮气(N₂)向处理炉2内的合计导入量。

另一方面，第二控制中，对于氨气(NH₃)和氮气(N₂)分别进行使各导入量变化的控制以使混合气体(氨气+氮气)的炉内导入气体流量比率变化。

需要说明的是，表面固化处理为真空渗碳处理或真空碳氮共渗处理的情况下，气体导入量控制单元26参照炉内气体组成演算单元24演算的炉内气体组成，演算两种以上的炉内导入气体(乙炔气体等)的导入量，以使上述的式(4)所示的碳势K_C成为所期望的值。

(动作)

下面，参照图1，对进行待处理品的表面固化处理时本实施方式的表面固化处理装置1的动作进行说明。

首先，在处理炉2内配置待处理品S后，从炉内导入气体供给部14将混合有氨气(NH₃)和氮气(N₂)的混合气体导入处理炉2内，驱动搅拌扇驱动马达18，旋转搅拌扇16，搅拌处理炉2内的气氛。

此时，开关阀切换控制单元12将开关阀10的状态切换到封闭状态，将处理炉2和氢浓度检测单元4之间封闭。由此抑制炉内气体所含的污染成分与包括传感器部的氢浓度检测单元4接触。需要说明的是，所谓炉内气体所含的污染成分是指例如附着于待处理品S的油分或污垢在处理炉2内经汽化而包含于炉内气体中的成分。

此处，本实施方式中，将设定炉内气体混合比率设定为氨气(NH₃)∶氮气(N₂)＝80∶20。因此，开始表面固化处理时，对于氨气(NH₃)和氮气(N₂)向处理炉2内的导入量，控制第一炉内导入气体供给量控制部30和第二炉内导入气体供给量控制部38的开度，以使氨气(NH₃)的导入量与氮气(N₂)的导入量的比为80∶20。

除此之外，使用附图以外的加热机等使处理炉2内的温度(处理温度)在300～1100℃的范围内，并且使用附图以外的泵等使处理炉2内的压力(处理压力)在13～133000Pa的范围内。

此时，炉内温度测量单元20测量炉内气体的温度，将包含该测量得到的温度的信息信号(炉内温度信号)输出至调节仪6和记录仪8。

调节仪6接受到炉内温度信号的输入时，气体导入量控制单元26判断处理炉2内的状态是否为如下状态：处理炉2内的温度在上述条件下稳定而不是利用加热机等的升温过程。

并且，判断处理炉2内的温度在上述条件下为稳定的状态时，气体导入量控制单元26开始对两种以上的炉内导入气体的导入量进行控制。另外，气体导入量控制单元26将表示动作状态的控制实施信号输出至开关阀切换控制单元12和炉内导入气体供给部14。

开关阀切换控制单元12接受了控制实施信号的输入后，将开关阀10的状态切换到连通状态。

开关阀10切换到连通状态时，处理炉2和氢浓度检测单元4连通，炉内气体在氢浓度检测配管22内移动，与氢浓度检测单元4的传感器部接触。

炉内气体与氢浓度检测单元4的传感器部接触时，氢浓度检测单元4检测炉内气体的氢浓度，将包含该检测到的氢浓度的氢浓度信号输出至调节仪6和记录仪8。

调节仪6接受到氢浓度信号的输入后，炉内气体组成演算单元24基于氢浓度检测单元4检测到的氢浓度，演算炉内气体的组成即炉内气体组成，将炉内气体组成信号输出至气体导入量控制单元26。

气体导入量控制单元26接受了炉内气体组成信号的输入后，根据炉内气体组成和设定炉内气体混合比率，控制两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。由此对反映处理炉2内的气氛的炉内气体组成进行检测，参照该检测的处理炉2内的气氛对处理炉2内的气氛进行控制。

在通过对两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量进行控制从而控制处理炉2内的气氛的状态下，以根据待处理品S的材质或量等而设定的预定的时间对待处理品S的表面进行固化处理。

对待处理品S进行表面固化处理期间，在气体导入量控制单元26不对两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量进行控制、不输出控制实施信号的状态下，开关阀切换控制单元12将开关阀10切换到封闭状态。

如以上说明，使用表面固化处理装置1的表面固化处理方法是将两种以上的炉内导入气体导入到处理炉2内、对配置于处理炉2内的待处理品S进行表面固化处理的表面固化处理方法。此处，两种以上的炉内导入气体包含在处理炉2内产生氢的至少一种炉内导入气体。

另外，表面固化处理方法包括如下步骤：基于处理炉2内的炉内气体的热导率，检测炉内气体的氢浓度，基于检测的氢浓度，演算炉内气体的组成即炉内气体组成。

而且，表面固化处理方法包括如下步骤：根据演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的导入量的比率即炉内导入气体流量比率保持为恒定值的状态下，控制两种以上的炉内导入气体向处理炉2内的合计导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率；或者，分别控制两种以上的炉内导入气体的导入量以使炉内导入气体流量比率变化。

(第一实施方式的效果)

下面列举本实施方式的效果。

(1)本实施方式的表面固化处理装置1中，根据氢浓度检测单元4基于炉内气体的热导率检测出的炉内气体的氢浓度，通过演算求出处理炉2内产生氢的炉内导入气体的炉内浓度。

并且，基于该测定的演算值，炉内气体组成演算单元24演算炉内气体的组成即炉内气体组成。

因此，根据演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，检测处理炉2内的气氛，参照该检测的气氛，气体导入量控制单元26能够控制两种以上的炉内导入气体的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。

其结果，参照根据炉内气体组成和设定炉内气体混合比率检测出的处理炉2内的气氛，能够控制处理炉2内的气氛，因此能够减少表面固化处理所需的运行成本。

另外，由于能够减少向大气中排放的气体量，因此能够抑制环境的恶化。

(2)本实施方式的表面固化处理装置1中，开关阀切换控制单元12在气体导入量控制单元26控制炉内导入气体的导入量的状态下，将开关阀10切换到连通状态，连通处理炉2和氢浓度检测单元4。

另一方面，开关阀切换控制单元12在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，将开关阀10切换到封闭状态，将处理炉2和氢浓度检测单元4之间封闭。

因此，在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，能够抑制炉内气体所含的污染成分与包括传感器部的氢浓度检测单元4接触。

其结果，能够长期抑制氢浓度检测单元4的检测精度的降低，因此能够长期维持氢浓度检测单元4的检测精度。

需要说明的是，表面固化处理为真空渗碳处理或真空碳氮共渗处理的情况下，能够抑制处理炉2内产生的黑烟或焦油导入到热导率传感器，能够长期抑制氢浓度检测单元4的检测精度的降低。

(3)本实施方式的表面固化处理方法中，根据基于炉内气体的热导率检测出的炉内气体的氢浓度，通过演算求出处理炉2内产生氢的炉内导入气体的炉内浓度。并且，基于该演算值，演算炉内气体的组成即炉内气体组成。

因此，根据演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，检测处理炉2内的气氛，参照该检测出的气氛，能够控制两种以上的炉内导入气体的导入量，以使炉内气体组成成为设定炉内气体混合比率。

其结果，参照根据炉内气体组成和设定炉内气体混合比率检测出的处理炉2内的气氛，能够控制处理炉2内的气氛，从而能够减少表面固化处理所需的运行成本。

(应用例)

下面列举本实施方式的应用例。

(1)本实施方式的表面固化处理装置1中，将氢浓度检测配管22以直接连通处理炉2和氢浓度检测单元4的单线路径形成，但并不限于此。即，也可以如图2所示在处理炉2和氢浓度检测单元4之间以分支为两个以上的路径的复线路径形成氢浓度检测配管22。需要说明的是，图2是表示第一实施方式的变形例的构成的图。另外，图2中，省略了除处理炉2、氢浓度检测单元4、氢浓度检测配管22和开关阀10以外的图示。

这种情况下，氢浓度检测配管22由连通处理炉2和氢浓度检测单元4的第一配管22a、连通处理炉2和第一配管22a的第二配管22b、和与第一配管22a连通的第三配管22c形成。

并且，在形成有第一配管22a、第二配管22b和第三配管22c的路径上分别安装开关阀10。这种情况下，如图2所示，将安装于第一配管22a的开关阀10设为第一开关阀10a，将安装于第二配管22b的开关阀10设为第二开关阀10b，将安装于第三配管22c的开关阀10设为第三开关阀10c。

将氢浓度检测配管22和开关阀10的构成设为图2所示的构成时，能够提高氢浓度检测单元4的响应性。除此之外，容易进行氢浓度检测配管22中残留的气体的排出或氢浓度检测单元4的检查。因此能够长期维持氢浓度检测单元4的检测精度。

具体地说，在气体导入量控制单元26控制炉内导入气体的导入量的状态下，通过将第三开关阀10c设为封闭状态、将第一开关阀10a和第二开关阀10b设为连通状态，使炉内气体的流动变得良好。由此能够抑制炉内气体之中仅不均匀成分导入到氢浓度检测单元4，能够准确反映处理炉2内的全部气氛的氢浓度，能够提高氢浓度检测单元4的检测精度。

另外，炉内气体的流动变得良好时，能够缩短炉内气体导入到氢浓度检测单元4的时间，因此能够提高氢浓度检测单元4的响应性。

另一方面，在气体导入量控制单元26未控制炉内导入气体的导入量的状态下，将第一开关阀10a设为封闭状态、将第二开关阀10b和第三开关阀10c设为连通状态，由此可以通过从第三开关阀10c导入氮气等洁净气体后将第二开关阀10b和第三开关阀10c设为封闭状态，来排出残留在第三配管22c内的炉内气体。因此，在接着进行的表面固化处理中，能够使氢浓度检测配管22内保持洁净的状态直至检测炉内气体的氢浓度，从而能够长期维持氢浓度检测单元4的检测精度。

另外，在未进行表面固化处理的状态下，将第一开关阀10a设为封闭状态、将第二开关阀10b和第三开关阀10c设为连通状态，从第三开关阀10c导入氮气等洁净的气体，由此能够进行氢浓度检测单元4的调零。另外，通过将氢浓度已明确的气体(标准氢气)导入到氢浓度检测单元4能够进行氢浓度检测单元4的间距调整(スパン調整)，能够长期维持氢浓度检测单元4的检测精度。

(2)本实施方式的表面固化处理装置1中，第一炉内导入气体供给量控制部30和第二炉内导入气体供给量控制部38由质量流量控制器形成，但并不限于此。即，还可以在利用低成本的手动式流式流量仪形成第一炉内导入气体供给量控制部30和第二炉内导入气体供给量控制部38的同时，将预先设定了流量的两个以上的气体流量仪与流式流量仪和自动开关阀组合，形成第一炉内导入气体供给量控制部30和第二炉内导入气体供给量控制部38。

(第二实施方式)

下面参照附图对本发明的第二实施方式(以下记作“本实施方式”)进行说明。

(构成)

图3是表示本实施方式的表面固化处理装置1的构成的图。

如图3所示，本实施方式的表面固化处理装置1的构成中，除了氢浓度检测配管22和开关阀10的构成和具备配管温度控制单元46的方面以外，与上述第一实施方式相同，因此以下的说明以关于配管温度控制单元46的部分为中心进行记载。需要说明的是，图3中，省略了除处理炉2、氢浓度检测单元4、氢浓度检测配管22、开关阀10和配管温度控制单元46以外的图示。

氢浓度检测配管22由连通处理炉2和氢浓度检测单元4的第一配管22a、连通处理炉2和第一配管22a的第二配管22b、和与第一配管22a连通的第三配管22c形成。

开关阀10由安装于第一配管22a的第一开关阀10a、安装于第二配管22b的第二开关阀10b、和安装于第三配管22c的第三开关阀10c形成。

配管温度控制单元46使用线状的加热器形成，其控制氢浓度检测配管22的温度。

具体地说，配管温度控制单元46根据炉内导入气体的种类，将氢浓度检测配管22的温度控制在25～450℃的范围内，以使炉内气体在氢浓度检测配管22内不以固体的形式析出。

具体地说，表面固化处理为气体氮化处理、炉内导入气体的种类为在处理炉2内产生氯化氢气体那样的气体的情况下，配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22的温度控制在340～450℃的范围内。

另外，表面固化处理为气体软氮化处理的情况下，配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22的温度控制在60～100℃的范围内。

其他的构成与上述第一实施方式相同。

(动作)

下面，参照图3，对进行待处理品的表面固化处理时本实施方式的表面固化处理装置1的动作进行说明。需要说明的是，本实施方式的表面固化处理装置1的动作除了配管温度控制单元46进行的动作以外，与上述第一实施方式相同，因此以下的说明以配管温度控制单元46进行的动作为中心进行记载。另外，以下的说明中，对设表面固化处理为气体氮化处理的情况进行记载。

进行表面固化处理时，在处理炉2内配置待处理品S后，将混合气体导入到处理炉2内，搅拌处理炉2内的气氛。

此时，表面固化处理为气体氮化处理，炉内导入气体的种类为在处理炉2内产生氯化氢气体那样的气体，因此配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22的温度控制在340～450℃的范围内。

配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22的温度控制在340～450℃的范围内时，能够在抑制炉内气体在氢浓度检测配管22内以固体的形式析出的状态下进行表面固化处理。由此能够抑制氢浓度检测单元4的检测精度的降低，在长期维持氢浓度检测单元4的检测精度的状态下进行表面固化处理。

(第二实施方式的效果)

下面记载本实施方式的效果。

(1)本实施方式的表面固化处理装置1中，配管温度控制单元46根据炉内导入气体的种类将氢浓度检测配管22的温度控制在25～450℃的范围内，由此抑制炉内气体在氢浓度检测配管22内以固体的形式析出。

因此，在气体氮化处理或气体软氮化处理等可能在氢浓度检测配管22内析出氯化铵或碳酸铵的表面固化处理中，能够抑制氯化铵或碳酸铵在氢浓度检测配管22内的析出。

其结果，能够抑制碳酸铵的析出和氯化氢在处理炉2内的产生，因此能够长期维持氢浓度检测单元4的检测精度。

(第一实施例)

针对利用上述第一实施方式的表面固化处理装置(以下记作“第一发明例”)进行表面固化处理的情况和利用构成与第一实施方式的表面固化处理装置不同的装置(以下记作“第一比较例”)进行表面固化处理的情况，控制处理炉内的气氛。

需要说明的是，作为处理炉，第一发明例和第一比较例均具备井式气体氮化炉(处理重量：50kg/gross)，设处理炉内的温度为570℃，利用质量流量控制器将氨气向处理炉的导入量控制为1.6m³/h，另外，利用质量流量控制器将氮气向处理炉的导入量控制为0.4m³/h，进行气体氮化处理，以使氮势K_N成为3.3。

此处，第一发明例中，以NH₃∶N₂＝80∶20的混合气体的混合比率为基础，利用气体导入量控制单元对为了使氮势K_N为3.0的氢浓度的设定值和利用氢浓度检测单元检测的炉内气体的氢浓度进行比较，针对氨气和氮气的质量流量控制器，在保持设定炉内气体混合比率为NH₃∶N₂＝80∶20的状态下，分别对氨气和氮气向处理炉内的合计导入量进行控制，由此控制氮势K_N。

另一方面，第一比较例中，仅控制氮气向处理炉内的导入量，由此控制氮势K_N。

下面，将炉内气体的氢浓度(炉内氢浓度)、炉内气体的氨浓度(炉内氨浓度)、处理炉内的气氛的氮势(氮势K_N)的测定结果列于表1。

[表1]

	炉内氢浓度	炉内氨浓度	氮势K_N
				第一发明例	27.4％	47.2％	精度良好地控制为K_N＝3.3
第一比较例	27.4％	不能计算	不能控制

如表1所示，第一发明例中，将氮势K_N精度良好地控制为3.3。另外，能够将炉内氢浓度控制为27.4％、将炉内氨浓度控制为47.2％。

与此相对，第一比较例中，不能控制氮势K_N。另外，虽然能够将炉内氢浓度控制为27.4％，但不能计算炉内氨浓度。

这是因为，第一比较例中，仅能够利用氢浓度检测单元检测炉内气体的氢浓度，但炉内气体中的炉内气体组成不清楚，因此不能由检测的氢浓度求出氨浓度，不能演算氮势K_N。

(第二实施例)

针对利用上述第二实施方式的表面固化处理装置(以下记作“第二发明例”)进行表面固化处理的情况和利用构成与第二实施方式的表面固化处理装置不同的装置(以下记作“第二比较例”)进行表面固化处理的情况，控制处理炉内的气氛。

此处，参照图4对第二比较例的表面固化处理装置1的构成进行说明。

图4是表示比较例的表面固化处理装置1的构成的图。

如图4所示，除了不具备开关阀这一点以外，比较例的表面固化处理装置1的构成与第一发明例(参见图1)相同。需要说明的是，图4中，省略了除处理炉2和氢浓度检测单元4以外的图示。

需要说明的是，作为处理炉，第二发明例和第二比较例均具备分批式气体氮化炉(处理重量：600kg/gross)，设处理炉内的温度为580℃，将氨气向处理炉的导入量控制为8m³/h，将氮气向处理炉的导入量控制为5m³/h，将二氧化碳气向处理炉的导入量控制为0.4m³/h，在5天/周的期间中，以5批/天进行3小时的气体软氮化处理。

此处，第二发明例中，利用配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22和开关阀10的温度控制在60℃，而且，将氢浓度检测单元4附近的温度控制在80℃。除此之外，第二发明例中，仅在待处理品的温度到达580℃后、进行冷却之前的气体软氮化处理期间，将第一开关阀10a和第二开关阀10b设为连通状态，利用氢浓度检测单元4检测炉内气体的氢浓度。另外，待处理品的冷却中，设第一开关阀10a为封闭状态、第二开关阀10b和第三开关阀10c为连通状态，流通氮气5分钟，从而对氢浓度检测配管22和氢浓度检测单元4的传感器部进行清洗。其后，将第二开关阀10b和第三开关阀10c设为封闭状态，将由传感器部、第一开关阀10a、第二开关阀10b和第三开关阀10c包围的氢浓度检测配管22内的空间用氮气密封，保持该状态直到随后进行的表面固化处理中处理炉2内的升温结束。

另一方面，第二比较例中，将氢浓度检测单元4的传感器部附近的温度控制在40℃。

下面，将氢浓度检测配管22和氢浓度检测单元4的传感器部的污染状况(连接配管和传感器部的污染状况)、氢浓度检测单元4检测的氢浓度基于标准氢气的误差的检查结果(热导率传感器值的基于标准氢气的误差检查结果)的测定结果列于表2。

[表2]

	连接配管和传感器部的污染状况	热导率传感器值的基于标准氢气的误差检查结果
			第二发明例	·处理10批后，在连接配管和传感器部也完全观察不到碳酸铵或来自待处理品的油分或污垢的附着。	·10批结束时，误差为满刻度的0.5％以内。·4个月后，误差也是满刻度的0.5％以内。
第二比较例	·从第1批起，在连接配管和传感器部出现碳酸铵和来自待处理品的油分或污垢的附着。其后，随着批数的增加，附着量增加。	·3批结束时，产生满刻度的10％的误差。

如表2所示，第二比较例中，从第1批起，在氢浓度检测配管22和氢浓度检测单元4的传感器部开始有析出的碳酸铵和来自待处理品的油分或污垢附着。另外，3批结束时，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，可以确认产生了相对于满刻度为约10％的误差。

与此相对，第二发明例中，处理10批后，在氢浓度检测配管22、开关阀10和氢浓度检测单元4的传感器部没有发生碳酸铵的析出。另外，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，确认到仅产生了相对于满刻度为0.5％以内的误差。而且，第二发明例中，经过4个月后，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，确认到仅产生了相对于满刻度为0.5％以内的误差。

(第三实施例)

针对利用上述第一实施方式的表面固化处理装置(以下记作“第三发明例”)进行表面固化处理的情况和利用构成与第一实施方式的表面固化处理装置不同的装置(以下记作“第三比较例”)进行表面固化处理的情况，控制处理炉内的气氛。

需要说明的是，作为处理炉，第三发明例和第三比较例均具备分批式气体氮化炉(处理重量：600kg/gross)，设处理炉内的温度为580℃，将氨气向处理炉的导入量控制为8m³/h，将氮气向处理炉的导入量控制为5m³/h，将二氧化碳气向处理炉的导入量控制为0.4m³/h，对待处理品(S45C材料和SCM440材料)进行3小时的气体软氮化处理。

此处，第三发明例中，处理炉内的升温结束后，在进行3小时的气体软氮化处理的期间，在保持氨气和氮气向处理炉内的导入量的状态下，控制氨气和氮气向处理炉内的合计导入量，由此控制处理炉内的气氛，以使氮势K_N成为3.1(N₂：23％，NH₃：35％)。

另一方面，第三比较例中，处理炉内的升温结束后，在进行3小时的气体软氮化处理的期间，不控制处理炉内的气氛，分别将氨气、氮气和二氧化碳气向处理炉的导入量保持为上述值。

下面，将炉内导入气体的用量(气体用量)、表面固化处理装置的氮化性能(氮化性能)的测定结果列于表3。

[表3]

	气体用量	氮化性能
			第三发明例	待处理品从搬入直至搬出的总气体用量：31.1m³(减少比较例的约40％)	S45C的化合物层厚度：26.3μmSCM440的化合物层厚度：20.2μm
第三比较例	待处理品从搬入直至搬出的总气体用量：51.8m³	S45C的化合物层厚度：26.4μmSCM440的化合物层厚度：20.4μm

由表3可以确认，第三发明例中，能够在与第三比较例同样地保持表面固化处理装置的氮化性能的状态下，显著地减少炉内导入气体的用量，能够在减少表面固化处理所需的运行成本、实现经济效果的同时，减少向大气中排放的气体量，抑制环境的恶化。

(第四实施例)

针对利用具备与上述第二实施方式的表面固化处理装置同样的各种传感器和配管温度控制单元并具有进行真空渗碳处理作为表面固化处理的构成的表面固化处理装置(以下记作“第四发明例”)进行表面固化处理的情况；和利用具有与第二比较例同样的构成的装置(以下记作“第四比较例”)进行表面固化处理的情况，控制处理炉内的气氛。

需要说明的是，作为处理炉，第四发明例和第四比较例均具备分批式真空渗碳炉(处理重量：600kg/gross)，首先，将处理炉内的温度设定为950℃，依次进行15min的渗碳、30min的扩散、7min的渗碳、45min的扩散，其后，将处理炉内的温度设定为850℃，保持30min后，在60℃的油中，对待处理品进行淬火。进一步，将处理炉内的压力设定为1067Pa，在2小时的期间将丙烷气体向处理炉的导入量控制在30L/m、将氮气向处理炉的导入量控制在20L/m，在5天/周的期间中，以2批/天进行真空渗碳处理。

此处，第四发明例中，利用配管温度控制单元46将氢浓度检测配管22和开关阀10的温度控制在60℃，而且，将氢浓度检测单元4附近的温度控制在80℃。

另一方面，第四比较例中，将氢浓度检测单元4的传感器部附近的温度控制在40℃。

下面，将氢浓度检测配管22和氢浓度检测单元4的传感器部的污染状况(连接配管和传感器部的污染状况)、氢浓度检测单元4检测的氢浓度基于标准氢气的误差的检查结果(热导率传感器值的基于标准氢气的误差检查结果)的测定结果列于表4。

[表4]

	连接配管和传感器部的污染状况	热导率传感器值的基于标准氢气的误差检查结果
			第四发明例	·处理10批后，在连接配管和传感器部也完全观察不到黑烟或焦油的附着。	·10批结束时，误差是满刻度的0.5％以内。·3个月后，误差也是满刻度的0.5％以内。
第四比较例	·从第1批起，在连接配管和传感器部出现黑烟或焦油的附着。其后，随着批数增加，附着量增加。	·10批结束时，产生满刻度的20％的误差。

如表4所示，第四比较例中，从第1批起，在氢浓度检测配管22和氢浓度检测单元4的传感器部开始有黑烟或焦油的附着。另外，10批结束时，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，可以确认产生了相对于满刻度为约20％的误差。

与此相对，第四发明例中，处理10批后，在氢浓度检测配管22、开关阀10和氢浓度检测单元4的传感器部没有发生黑烟或焦油的附着。另外，10批结束时，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，发现仅产生了相对于满刻度为0.5％以内的误差。进一步，第四发明例中，经过3个月后，利用标准氢气检查氢浓度检测单元4的精度，确认到仅产生了相对于满刻度为0.5％以内的误差。

工业实用性

本发明的表面固化处理装置及表面固化处理方法能够用于针对由金属材料构成的汽车、建筑机械、各种工业机械等的部件或金属模具的氮化、软氮化、渗碳、碳氮共渗等表面固化处理。

Claims

1.一种表面固化处理装置，其中，将两种以上的炉内导入气体导入处理炉内，对配置于所述处理炉内的待处理品进行表面固化处理，所述两种以上的炉内导入气体包含在所述处理炉内产生氢的至少一种炉内导入气体，

其特征在于，该装置具备：

氢浓度检测单元，该氢浓度检测单元基于所述处理炉内的炉内气体的热导率，检测所述炉内气体的氢浓度；

炉内气体组成演算单元，该炉内气体组成演算单元基于所述氢浓度检测单元检测的氢浓度，演算所述炉内气体的组成即炉内气体组成；和

气体导入量控制单元，该气体导入量控制单元根据所述炉内气体组成演算单元演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将所述两种以上的所述炉内导入气体向所述处理炉内的导入量的比率即炉内导入气体流量比率保持为恒定值的状态下，控制两种以上的所述炉内导入气体向所述处理炉内的合计导入量，以使所述炉内气体组成成为所述设定炉内气体混合比率，或者，分别控制所述两种以上的炉内导入气体的导入量以使所述炉内导入气体流量比率变化。

2.如权利要求1所述的表面固化处理装置，其特征在于，该装置还具备：

开关阀，该开关阀安装于所述处理炉和所述氢浓度检测单元之间，能够对连通所述处理炉和所述氢浓度检测单元的连通状态和封闭所述处理炉和所述氢浓度检测单元之间的封闭状态进行切换；和

开关阀切换控制单元，该开关阀切换控制单元根据所述气体导入量控制单元的动作状态，将所述开关阀切换到所述连通状态或所述封闭状态。

3.如权利要求1或2所述的表面固化处理装置，其特征在于，该装置还具备：

氢浓度检测配管，该氢浓度检测配管连通所述处理炉和所述氢浓度检测单元；和

配管温度控制单元，该配管温度控制单元控制所述氢浓度检测配管的温度，

所述配管温度控制单元根据所述炉内导入气体的种类，将所述氢浓度检测配管的温度控制在25℃～450℃的范围内，以使所述炉内气体在所述氢浓度检测配管内不以固体的形式析出。

4.一种表面固化处理方法，其中，将两种以上的炉内导入气体导入处理炉内，对配置于所述处理炉内的待处理品进行表面固化处理，所述两种以上的炉内导入气体包含在所述处理炉内产生氢的至少一种炉内导入气体，

其特征在于，

基于所述处理炉内的炉内气体的热导率，检测所述炉内气体的氢浓度；

基于所述检测的氢浓度，演算所述炉内气体的组成即炉内气体组成；

根据所述演算的炉内气体组成和预先设定的设定炉内气体混合比率，在将所述两种以上的所述炉内导入气体向所述处理炉内的导入量的比率即炉内导入气体流量比率保持为恒定值的状态下，控制所述两种以上的所述炉内导入气体向所述处理炉内的合计导入量，以使所述炉内气体组成成为所述设定炉内气体混合比率，或者，分别控制所述两种以上的炉内导入气体的导入量以使所述炉内导入气体流量比率变化。