CN111065756A - 渗碳装置 - Google Patents

Abstract

一种渗碳装置(A)，具备：炉体(1)，对被处理物进行容纳；多个加热器(4a)，设置在炉体内；多个保护部件(4b)，覆盖多个加热器；渗碳气体供给部(13)，将渗碳气体供给至炉体内；惰性气体供给部，将惰性气体供给至加热器与保护部件之间的间隙中；空气供给部，将燃尽用的空气供给至加热器与保护部件之间的间隙中。

Description

渗碳装置

技术领域

本公开内容涉及渗碳装置。

本申请基于2017年9月27日在日本申请的特愿2017－186206号主张优先权，在此引用其内容。

背景技术

下述专利文献1中记载了有关渗碳装置中的燃尽。即，在对被处理物进行渗碳处理的情况下,由渗碳气体引起的碳成分(即煤)附着在渗碳装置的内部，燃尽是通过将空气导入渗碳装置内来使附着在渗碳装置的内部(特别是加热器等)的碳(煤)燃烧并去除的处理。

另外，除了专利文献1以外，在专利文献2中也公开了这样的燃尽。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特许第5830586号公报

专利文献2：日本国特开2007-131936号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，由于燃尽是在对使用了渗碳装置的被处理物进行渗碳处理的间歇进行的，所以燃尽可能成为使渗碳装置的工作效率(即被处理物的处理效率)降低的原因之一。因此，对渗碳装置的操作员有希望尽可能地减少燃尽的时间和次数这样的要求。特别地，由于渗碳装置的加热器的表面温度高于其他零件，因此碳(煤)的附着比其他零件更显著。因此，由于碳(煤)对加热器的附着，容易使渗碳装置的工作效率(被处理物的处理效率)降低。

本公开内容鉴于上述情况而完成，其目的在于抑制或者防止碳(煤)对加热器的附着。

用于解决上述技术问题的方案

本公开内容的一方案的渗碳装置具备：炉体，容纳被处理物；多个加热器，设置在所述炉体内；多个保护部件，覆盖所述多个加热器；渗碳气体供给部，将渗碳气体供给至所述炉体内；惰性气体供给部，将惰性气体供给至所述加热器与所述保护部件之间的间隙；空气供给部，将燃尽用的空气供给至所述加热器与所述保护部件之间的间隙。

在上述一方案的渗碳装置中，所述多个加热器可以为在所述炉体内沿水平方向延伸的棒状部件，以在垂直方向上夹着所述被处理物的方式配置。

在上述一方案的渗碳装置中，所述多个加热器可以为在所述炉体内沿垂直方向延伸的棒状部件，以在水平方向上夹着所述被处理物的方式配置。

在上述一方案的渗碳装置中，所述加热器为第1端连接至电源、第2端接地的电加热器，所述惰性气体供给部可以构成为从所述第1端朝向所述第2端供给惰性气体。

发明的效果

根据本公开内容，由于将惰性气体供给到加热器与保护部件之间的间隙中，因此可以抑制或者防止碳(煤)对加热器的附着。

附图说明

图1是本公开内容的一实施方式的渗碳装置的正剖视图。

图2A是本公开内容的一实施方式中的上电极部的侧剖视图。

图2B是本公开内容的一实施方式中的上电极部的俯视剖视图。

图3A是本公开内容的一实施方式中的下电极部的侧剖视图。

图3B是本公开内容的一实施方式中的下电极部的俯视剖视图。

具体实施方式

以下,参照附图对本公开内容的一实施方式进行说明。

如图1所示，本实施方式的渗碳装置A具备：腔室1、隔热容器2、炉床3、多个加热器单元4、上电极部5、上接地部6、下电极部7、下接地部8、渗碳气体管9、排气管10、气体供给部11、气体回收部12以及渗碳气体供给部13等。

这些构成要素中，腔室1相当于本公开内容的炉体。此外，气体供给部11相当于本公开内容的惰性气体供给部以及空气供给部。

渗碳装置A对容纳于腔室1内的被处理物X实施渗碳处理。即，渗碳装置A将被处理物X加热至超过500℃的高温，并且使渗碳室处于渗碳气体气氛，从而使碳(碳原子)渗入被处理物X的表面，形成规定深度的渗碳层。另外，渗碳装置A的处理对象即被处理物X是因渗碳层而表面硬度上升的金属零件。

腔室1是长方体形状的主体容器(金属制容器)，在一侧面(图1中前侧的面)设置有开闭门(图示省略)。此外，腔室1电气接地(接地)。隔热容器2设置在腔室1内，具有长方体形状,由规定的具有隔热性能的隔热材料(陶瓷材料)形成。隔热容器2的内部空间(长方体空间)是容纳被处理物X的渗碳室P。炉床3是载置被处理物X的载置台，配置于隔热容器2的内侧且下部。炉床3由氧化铝等陶瓷材料形成。

在上述的开闭门的内侧设置有形成隔热容器2的一侧面的隔热板。即，隔热容器2由设置于开闭门的内侧的开闭自如的隔热板以及固定设置的5个隔热板构成。在渗碳装置A中，通过打开设置于图1的前侧的开闭门，将被处理物X容纳于渗碳室P。

在此，图1中的左右方向是渗碳装置A即腔室1以及隔热容器2的宽度方向，图1中的上下方向是渗碳装置A的高度方向，此外，与图1中的左右方向以及上下方向正交的方向是渗碳装置A的深度方向。

多个加热器单元4是具有规定长度并且沿水平方向延伸的棒状部件，以在垂直方向上夹着被处理物X的方式上下地配置。即，如图1所示，多个加热器单元4以轴线方向为渗碳装置A(腔室1以及隔热容器2)的宽度方向的姿势配置于隔热容器2内的上部以及下部。如图2A、图2B以及图3A、图3B所示，加热器单元4隔开规定间隔设置于渗碳装置A(腔室1以及隔热容器2)的深度方向。

此外，如图2A、图2B所示，加热器单元4在隔热容器2内的上部(渗碳室P的上部)的深度方向设置有7根，此外如图3A、图3B所示，在隔热容器2内的下部的深度方向设置有8根。设置于渗碳室P的上部的7根加热器单元4为上部加热器单元4A。上部加热器单元4A的第1端(左端)由上电极部5支承，第2端(右端)由上接地部6支承。设置于渗碳室P的下部的8根加热器单元4为下部加热器单元4B。下部加热器单元4B的第1端(左端)由下电极部7支承，第2端(右端)由下接地部8支承。

加热器单元4(上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B)各自具备加热器主体4a以及保护管4b。加热器主体4a中位于上电极部5或者下电极部7侧的第1端连接至电源，此外位于上接地部6或者下接地部8侧的第2端接地。加热器主体4a是通过从电源向第1端通电而发热的圆柱状的电加热器(电阻发热体)，例如是陶瓷制的陶瓷加热器或者石墨制的石墨加热器。另外，加热器主体4a相当于本公开内容的加热器，保护管4b相当于本公开内容的保护部件。

保护管4b是具有比加热器主体4a的直径更大的内径的陶瓷制的圆管状部件(直管)，以覆盖加热器主体4a的方式设置。保护管4b的内表面与加热器主体4a的表面是呈同心状且隔开规定间隔而平行对置的圆环状面与圆柱状面。另外，详细情况将在后面描述，惰性气体G或者燃尽用的压缩空气K在保护管4b的内表面与加热器主体4a的表面之间流通。

如图1以及图2A、图2B所示，上电极部5是机械地支承上部加热器单元4A的第1端(左端)的结构体，以将7个上部加热器单元4A的第1端(左端)作为整体而覆盖的方式设置于腔室1的左上部。上电极部5具备包围部件5a以及7个承托部件5b等。

包围部件5a是形成为大致长方体状的金属部件，以将7个上部加热器单元4A的第1端(左端)作为整体而包围的方式设置于腔室1的左上部。包围部件5a的内部即容纳7个上部加热器单元4A的第1端(左端)的空间为大致密闭空间，是从气体供给部11供给惰性气体G或者燃尽用的压缩空气K的气体供给室S1。

承托部件5b是绝缘件，与各上部加热器单元4A对应地设置，并承托上部加热器单元4A的第1端(左端)的载荷。如图2A所示，承托件5b是在上部形成有V字状的槽的大致长方体状的成形体，上部加热器单元4A的第1端(左端)以卡合于该V字状的槽的状态而载置于该V字状的槽。

如图1所示，上接地部6是支承上部加热器单元4A的第2端(右端)的结构体，以将7个上部加热器单元4A的第2端(右端)作为整体而覆盖的方式设置于腔室1的右上部。上接地部6具备包围部件6a以及与各上部加热器单元4A对应地设置的7个承托部件6b等。

包围部件6a是形成为大致长方体状的金属部件，以将7个上部加热器单元4A的第2端(右端)作为整体而包围的方式设置于腔室1的右上部。包围部件6a的内部即容纳7个上部加热器单元4A的第2端(右端)的空间为大致密闭空间，是回收惰性气体G或者燃尽用的压缩空气K等的气体回收室C1。

承托部件6b是承托上部加热器单元4A的第2端(右端)的载荷的绝缘件。承托部件6b与上述的承托部件5b相同，是在上部形成有V字状的槽的大致长方体状的成形体，上部加热器单元4A的第2端(右端)以卡合于该V字状的槽的状态而载置于该V字状的槽。

如图1以及图3A、图3B所示，下电极部7是支承下部加热器单元4B的第1端(左端)的结构体，以将8个下部加热器单元4B的第1端(左端)作为整体而覆盖的方式设置于腔室1的左下部。下电极部7具备包围部件7a以及8个承托部件7b等。

包围部件7a是形成为大致长方体状的金属部件，以将8个下部加热器单元4B的第1端(左端)作为整体而包围的方式设置于腔室1的左下部。包围部件7a的内部即容纳8个下部加热器单元4B的第1端(左端)的空间为大致密闭空间，是从气体供给部11供给惰性气体G或者燃尽用的压缩空气K的气体供给室S2。

承托部件7b是绝缘件，与各下部加热器单元4B对应地设置，并承托下部加热器单元4B的第1端(左端)的载荷。如图3A所示，承托部件7b是在上部形成有V字状的槽的大致长方体状的成形体，下部加热器单元4B的第1端(左端)以卡合于该V字状的槽的状态而载置于该V字状的槽。

如图1所示，下接地部8是支承下部加热器单元4B的第2端(右端)的结构体，以将8个下部加热器单元4B的第2端(右端)作为整体而覆盖的方式设置于腔室1的右下部。下接地部8具备包围部件8a以及与各下部加热器单元4B对应地设置的8个承托部件8b等。

包围部件8a是形成为大致长方体状的部件，以将8个下部加热器单元4B的第2端(右端)作为整体而包围的方式设置于腔室1的右下部。包围部件8a的内部即容纳8个下部加热器单元4B的第2端(右端)的空间为大致密闭空间，是回收惰性气体G或者燃尽用的压缩空气K的气体回收室C2。

承托部件8b是承托下部加热器单元4B的第2端(右端)的载荷的绝缘件。承托部件8b与上述的承托部件6b相同，是在上部形成有V字状的槽的大致长方体状的成形体，下部加热器单元4B的第2端(右端)以卡合于该V字状的槽的状态而载置于该V字状的槽。

渗碳气体管9是用于将渗碳气体导入渗碳室P内的管状部件。渗碳气体管9的前端在渗碳室P内开口，并且渗碳气体管9的后端与渗碳气体供给部13连通。渗碳气体管9将由渗碳气体供给部13所供给的规定流量的渗碳气体排出至渗碳室P。排气管10是管状部件，其一端在渗碳室P开口，另一端连接至真空泵(图示省略)。排气管10经由真空泵将渗碳室P内的气体(渗碳气体或渗碳气体热分解后的热分解气体等)向外部排气。

气体供给部11连接至2个气体供给室S1、S2，将惰性气体G或者燃尽用的压缩气体K供给至气体供给室S1、S2。另外，惰性气体G是例如被加压至常压以上的规定压力的氮气(N₂)，此外压缩空气K是被加压至常压以上的规定压力的空气。气体回收部12连接至2个气体回收室C1、C2，对气体回收室C1、C2的惰性气体G或者压缩空气K等进行回收。渗碳气体供给部13经由渗碳气体管9将渗碳气体供给至渗碳室P。渗碳气体例如是乙炔气体(C₂H₂)。

接着，对本实施方式的渗碳装置A的动作详细地进行说明。

在使用渗碳装置A对被处理物X实施渗碳处理的情况下，通过打开腔室1所具备的开闭门，将被处理物X收容于渗碳室P并载置在炉床3上。然后，通过关闭开闭门，使渗碳室P变成密闭状态。在该状态下，通过运转真空泵而将渗碳室P设定为规定压力(渗碳压力)。

此外，在通过真空泵对渗碳室P进行抽真空的同时，从加热用电源向各加热器单元4(上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B)供给电力，由此渗碳室P被加热至规定温度(渗碳温度)。然后，在这样的压力环境以及温度环境中渗碳气体供给部13进行运转，从而使规定流量的渗碳气体连续地从渗碳气体管9被供给至渗碳室P，此外通过运转真空泵，使存在于渗碳室P的气体从排气管10向外部排气。即，通过渗碳气体供给部13以及真空泵同时进行运转，由此渗碳室P被维持在规定的渗碳压。

然后，渗碳室P在规定时间(渗碳时间)的范围内被维持在渗碳压以及渗碳温度，在此期间来自渗碳气体的碳原子从被处理物X的表面渗入内部，由此形成从被处理物X的表面到规定深度(渗碳深度)的渗碳层。即，在渗碳室P中，通过渗碳气体进行热分解来生成碳原子与热分解气体，由该热分解所生成的碳原子(碳)的一部分形成渗碳层。

在渗碳装置A中，气体供给部11与渗碳层的形成并行地进行运转，由此将压缩状态的惰性气体G供给至上电极部5以及下电极部7，此外气体回收部12进行运转，由此从上接地部6以及下接地部8回收惰性气体G。即，在各加热器单元4(上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B)中的加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中，惰性气体G始终从上电极部5朝向上接地部6、并且从下电极部7朝向下接地部8而流通。

另一方面，由渗碳气体的热分解所生成的热分解气体以及渗碳气体的一部分从排气管10向外部排气。例如，在渗碳气体为乙炔气体(C₂H₂)的情况下，作为热分解气体生成氢气(H₂)，该氢气(H₂)经由排气管10从渗碳室P被排气。

在此，由渗碳气体的热分解而生成的碳的一部分渗入各加热器单元4(上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B)的加热器主体4a与保护管4b之间的间隙而煤化。该煤(碳)具有导电性，是能够使加热器主体4a的电阻变化的物质。即，在使渗碳装置A长时间地运转的情况下，由于加热器主体4a的电阻因煤(碳)而从初始状态逐渐地变化，所以，加热器主体4a的发热量也可以逐渐地变化。在该情况下，在渗碳装置A中难以将渗碳室P加热到期望的渗碳温度。

在本实施方式的渗碳装置A中，由于在被处理物X的渗碳处理中，惰性气体G始终在各加热器单元4(上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B)中的加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中流通，所以能够抑制或者防止煤(碳)堆积在加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中。因此，根据本实施方式，能够抑制或者防止煤(碳)附着在加热器主体4a的表面。

根据本实施方式，在渗碳处理中使惰性气体G在加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中流通，所以可以抑制或者防止煤(碳)对加热器主体4a的附着，因此也可以比以往提高渗碳装置的工作效率。

此外，在渗碳装置A中，定期或者不定期地进行燃尽处理。即，仅通过惰性气体G的流通，有时无法充分地防止煤(碳)对加热器主体4a的表面的附着。在渗碳装置A中，为了消除这样的风险，通过将压缩空气从气体供给部11供给至上电极部5以及下电极部7，从而将存在于加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中的煤(碳)压力输送到上接地部6以及下接地部8，并且将压缩空气以及煤(碳)从上接地部6以及下接地部8回收到气体回收部12。

通过这样的燃尽处理，能充分地去除存在于加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中的煤(碳)，使加热器主体4a的电阻恢复到初始状态。即，根据本实施方式，通过该燃尽处理，能够更可靠地防止煤(碳)向加热器主体4a的堆积。

此外，根据本实施方式，由于将惰性气体G供给到上电极部5以及下电极部7并从上接地部6以及下接地部8进行回收，因此能够有效地去除存在于加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中的煤。即，由于加热器主体4a具有规定的电阻，因此与加热用电源连接的上电极部5以及下电极部7在电压的高压侧，与此相对，上接地部6以及下接地部8在电压的低压侧。

对于这样的加热器主体4a的电压分布，呈现煤相比于低压侧更易附着在高压侧的倾向。根据本实施方式，在通过加热器主体4a与保护管4b之间的间隙时不受压力损失的影响的状态下，将惰性气体G供给至煤容易附着的高压侧，因此能够有效地去除存在于加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中的煤。

另外，本公开内容并不限定于上述实施方式，例如也能够考虑有以下这样的变形例。

(1)在上述实施方式中，使多个加热器单元4在隔热容器2内沿水平方向延伸，并且以在垂直方向上夹着被处理物X的方式而配置，但本公开内容不限定于此。也可以使多个加热器单元4在隔热容器2内沿垂直方向延伸，并且以在水平方向上夹着被处理物X的方式而配置。

(2)在上述实施方式中，构成为将惰性气体G供给到上电极部5以及下电极部7，并从上接地部6以及下接地部8进行回收，但本公开内容不限定于此。例如在加热器单元4(加热器主体4a)的长度较短的情况下，即渗碳装置A的宽度较小的情况下，也可以将惰性气体G供给到上接地部6以及下接地部8，并从上电极部5以及下电极部7进行回收。

(3)由于在隔热容器2内的下部存在炉床3，所以被处理物X的下部比上部更难以加热。在上述实施方式中，考虑到这样的情况，使下部加热器单元4B的根数(8根)比上部加热器单元4A的根数(7根)多。然而，本公开内容并不限定于此。也可以使上部加热器单元4A以及下部加热器单元4B的根数相同。

(4)在上述实施方式中，使惰性气体G在被处理物X的渗碳处理中，始终在加热器主体4a与保护管4b之间的间隙中流通，但本公开内容不限定于此。例如，也可以使惰性气体G间歇性地流通，或者仅在规定期间内的渗碳处理中的特定时间段，例如仅在渗碳处理的后半的时间段使惰性气体G流通。

工业实用性

根据本公开内容，能够抑制或者防止碳(煤)对加热器的附着。

附图标记说明

A 渗碳装置

G 惰性气体

K 压缩空气

S1、S2 气体供给室

C1、C2 气体回收室

P 渗碳室

X 被处理物

1 腔室(炉体)

2 隔热容器

3 炉床

4 加热器单元

4A 上部加热器单元

4B 下部加热器单元

4a 加热器主体(加热器)

4b 保护管(保护部件)

5 上电极部

5a 包围部件

5b 承托部件

6 上接地部

6a 包围部件

6b 承托部件

7 下电极部

7a 包围部件

7b 承托部件

8 下接地部

8a 包围部件

8b 承托部件

9 渗碳气体管

10 排气管

11 气体供给部

12 气体回收部

13 渗碳气体供给部。

Claims (4)

1.一种渗碳装置，其特征在于,具备：

炉体，容纳被处理物；

多个加热器，设置在所述炉体内；

多个保护部件，覆盖所述多个加热器；

渗碳气体供给部，将渗碳气体供给至所述炉体内；

惰性气体供给部，将惰性气体供给至所述加热器与所述保护部件之间的间隙；

空气供给部，将燃尽用的空气供给至所述加热器与所述保护部件之间的间隙。

2.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，

所述多个加热器为在所述炉体内沿水平方向延伸的棒状部件，以在垂直方向上夹着所述被处理物的方式配置。

3.如权利要求1所述的渗碳装置，其特征在于，

所述多个加热器为在所述炉体内沿垂直方向延伸的棒状部件，以在水平方向上夹着所述被处理物的方式配置。

4.如权利要求1～3的任一项所述的渗碳装置，其特征在于，

所述加热器为第1端连接至电源、第2端接地的电加热器，

所述惰性气体供给部构成为从所述加热器的所述第1端朝向所述第2端供给惰性气体。

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