JP2004091900A

JP2004091900A - ガス浸炭方法及びガス浸炭装置

Info

Publication number: JP2004091900A
Application number: JP2002257705A
Authority: JP
Inventors: Koichi Fukuda; 福田　耕一; Akio Tamura; 田村　彰男; Yasuyuki Fujiwara; 藤原　康之
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】被処理物にガス浸炭を施す際、浸炭時間が短くかつ設備費用が安いガス浸炭方向及びガス浸炭装置を提供することである。
【解決手段】ガス浸炭装置６０は、所定圧力、所定温度で浸炭ガスを被処理物５０に浸炭させる真空浸炭部２０と；浸炭された被処理物に真空浸炭部の所定の圧力よりも高い圧力、所定の温度よりも低い又は同等の温度で浸炭ガスを浸炭及び拡散させるガス浸炭・拡散部２５と；から成る。被処理物は浸炭初期に真空浸炭部２０においてＣＰ値を急激に上昇され、浸炭時間が短くなる。真空浸炭部２０は小さな構造を持ち、設備費用の上昇が抑制されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス浸炭方法及びガス浸炭装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浸炭とは、綱等の被処理物の表面に炭素（原子）を侵入、拡散させて炭素量を増し、その後焼入れ硬化させる表面硬化法である。被処理物は浸炭処理されると、表面はマルテンサイト組織が形成され非常に硬くなって摩耗し難いが、内部は柔軟な組織のため靭性を保ち、衝撃に対する耐摩耗性が大きい。また、被処理物の表面に圧縮残留応力が生じ、疲労強度が向上する。
【０００３】
浸炭の一種に、浸炭剤としてガスを使用するガス浸炭があり、ガス浸炭と真空（減圧）浸炭とを含む。従来のガス浸炭の浸炭装置の雰囲気熱処理方法及び熱処理炉がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８１５１６号
【０００５】
図５に示すように、この特許文献１に開示された熱処理炉１００は搬入部１０２、予熱部１０４、浸炭部１０６、降温均熱部１０８、焼入油槽部１１０、及び搬出部１１２から成る。予熱部１０４及び降温均熱部１０８は被処理物１２０を乗せた１つのトレイを挿入でき、浸炭部１０６は被処理物１２０を乗せた３個のトレイを挿入できる程度の大きさである。
【０００６】
搬入部１０２と予熱部１０４との間、予熱部１０４と浸炭部１０６との間、浸炭部１０４と降温均熱部１０８との間、及び降温均熱部１０８と焼入油槽部１１０との間にそれぞれ扉１１４，１１５，１１６及び１１７が配置されている。
【０００７】
浸炭時、１個の被処理物１２０を予熱部１０４に挿入して予熱し、次に３個の順次被処理物１２０を浸炭部１０６に挿入し所定温度に加熱し、浸炭を施す。所定の浸炭時間経過後、１個の被処理物１２０を降温均熱部１０８に挿入すると共に、１個の被処理物１２０を予熱部１０４から浸炭部１０６に挿入する。ガス浸炭は熱処理炉の内部が減圧されないので、次述する真空浸炭に比べて構造が簡単で設備費用が安くできる長所がある。
【０００８】
一方、従来の真空浸炭の浸炭装置として連続浸炭炉がある（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献２】特開２００２−１４６５１２号
【００１０】
図６に示すように、この連続真空浸炭炉１３０は、装入室１３２、昇温室１３４、３個の浸炭兼拡散室１３６，１３７及び１３８、降温・保持室１４０、焼入室１４２及び搬出室１４４から成る。３個の浸炭兼拡散室１３６から１３８の雰囲気（浸炭ガスの種類、温度及び圧力等）は同じである。昇温室１３４は被処理物１４５を乗せた３個のトレイを収納でき、各浸炭兼拡散室１３６から１３８及び降温・保持室１４０は１個のトレイを収納できる。
【００１１】
装入室１３２は入口扉１３１を備え、昇温室１３４は入口扉１３３ａ及び出口扉１３３ｂを備え、各浸炭兼拡散室１３６から１３８は入口扉１３５ａ及び出口扉１３５ｂを備える。降温・保持室１４０は入口扉１３９ａ及び出口扉１３９ｂを備え、焼入室１４２は入口扉１４１ａ及び出口扉１４１ｂを備え、搬出室１４４は出口扉１４３を備える。
【００１２】
浸炭時、装入室１３２内の被処理物１４５を乗せたトレイを１個ずつ、合計３個のトレイを昇温室１３４に収納し、所定温度まで加熱する。昇温室１３４内の被処理物１４５を第１浸炭兼拡散室１３６に挿入し浸炭ガスを浸炭後、第２浸炭兼拡散室１３７に挿入する。浸炭ガスを浸炭後、トレイを第３浸炭兼拡散室１３８に挿入し、浸炭する。その後、降温・保持室１４０に挿入する。
【００１３】
真空浸炭は上記ガス浸炭に比べて、浸炭時間が短く、浸炭ガスの使用量が少なくて済む長所がある。浸炭時の温度がガス浸炭よりも高く、被処理物の表面での反応が非平衡反応であり、浸炭ガスと平衡する被処理物の表面炭素濃度（カーボンポテンシャル値、以下「ＣＰ値」と略称する）がガス浸炭よりも高いからである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１ではガス浸炭を採用しているため浸炭速度が遅く単位時間当たりの処理個数が少ない。浸炭速度が遅いのは第１に、浸炭時の被処理物１２０のＣＰ値が１．０％程度と低いためである。しかし、例えば変成ガス（キャリヤガス「Ｒｘガス」）にエンリッチガスを混合した浸炭ガスの浸炭室１０６内での滞在時間が長くすすが発生し易く、１．０％よりも高くすることは困難である。
【００１５】
第２に、浸炭初期において被処理物１２０のＣＰ値が１．０％に達するまでに時間がかかるためである。これは被処理物１２０の表面における反応が平衡反応であることによる。
【００１６】
そして、第３に、被処理物１２０の浸炭室１０６への挿入毎、及び浸炭室１０６からの排出毎に扉１１５及び１１６を開閉するためである。扉１１５及び１１６の開放により浸炭室１０６に外部の空気が侵入し、熱処理炉内の雰囲気が乱れ、ＣＰ値が下がる。下がったＣＰ値を所定値に回復させるには浸炭ガスを供給しなければならず、時間がかかる。
【００１７】
一方、特許文献２は真空浸炭方式を採用しているため設備費用が高く、コストが上昇する。設備費用が高いのは第１に、３個の減圧された浸炭兼拡散室１３６から１３８は真空容器として作用するため、大気圧（約１００ｋＰａ）に相当する大きな圧力に耐えるべく、その炉壁の厚さは通常ガス浸炭の場合よりも厚くしなければならないからである。第２に、隣接する浸炭兼拡散室１３６，１３７及び１３８間に通常ガス浸炭の場合よりも丈夫な入口扉１３５ａ及び出口扉１３５ｂやシール機構が必要だからである。第３に、その内部の浸炭ガスを排気して真空にすべく、浸炭兼拡散室１３６から１３８に、通常ガス浸炭では不要な真空ポンプ及びその付属部品（不図示）を設ける必要があることによる。
【００１８】
このように、従来の通常ガス浸炭方法及び装置は設備費用は安いものの浸炭速度が遅く、真空浸炭方法及び装置は浸炭速度が早いものの設備費用が高く、何れも一長一短であった。
【００１９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ガス浸炭の長所と真空浸炭の長所の両方が得られる、即ち浸炭速度が早く浸炭時間が短く、しかも設備費用が安いガス浸炭方法及びガス浸炭装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、真空浸炭の長所を生かしつつその短所を解消することを思いつき、両者を組み合わせた上で改良を加えて本発明に至った。
【００２１】
本願の第１発明によるガス浸炭方法は、請求項１に記載しているように、所定の圧力、所定の温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭させる真空浸炭工程と；その後、真空浸炭工程の所定の圧力よりも高い圧力、所定の温度よりも低い又は同等の温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭及び拡散させるガス浸炭・拡散工程と；から成ることを特徴とする。
【００２２】
このガス浸炭方法において、浸炭の初期に真空浸炭工程で被処理物の表面に炭素を侵入させ、ＣＰ値を急激に上昇させ、これにより被処理物の表面に炭素が侵入する。また、ガス浸炭・拡散工程は表面に炭素が侵入した被処理物を浸炭し、炭素を内部に拡散させる。
【００２３】
請求項２のガス浸炭方法は、請求項１の真空浸炭工程での浸炭ガスの所定圧力は１００ｋＰａより低く所定温度は９５０℃より高く、被処理物の表面炭素濃度は０．９％より高い。ガス浸炭・浸炭工程での浸炭ガスの圧力は大気圧程度であり温度は９００℃より高く、被処理物の表面炭素濃度は１．０よりも低い。
請求項３のガス浸炭方法は、請求項１の真空浸炭工程では１から２個の被処理物が真空浸炭される。
【００２４】
請求項４のガス浸炭方法は、請求項１において、真空浸炭工程に連続してガス浸炭・拡散工程が実行される。請求項５のガス浸炭方法は、請求項１において更に、真空浸炭工程の前に未浸炭の被処理物の温度を所定値まで上昇させる昇温工程を含み、ガス浸炭・拡散工程の後に浸炭済みの被処理物の温度を所定値まで降下させる降温工程を含む。
【００２５】
本願の第２発明によるガス浸炭装置は、請求項６に記載しているように、所定の圧力、所定の温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭させる真空浸炭部と；浸炭された被処理物に真空浸炭部の所定の圧力よりも高い圧力、所定の温度よりも低い又は同等の温度で浸炭ガスを浸炭及び拡散させるガス浸炭・拡散部と；から成ることを特徴とする。
【００２６】
このガス浸炭装置において、浸炭の初期に真空浸炭部で被処理物の表面に炭素を侵入させ、ＣＰ値を急激に上昇させ、これにより被処理物の表面に炭素が侵入する。また、ガス浸炭・拡散工程は表面に炭素が侵入した被処理物を浸炭し、炭素を内部に拡散させる。
【００２７】
請求項７のガス浸炭装置は、請求項６の真空浸炭部での浸炭ガスの所定圧力は１００ｋＰａより低く所定温度は９００℃より高く、被処理物の表面炭素濃度は０．９％より高い。ガス浸炭・浸炭部での浸炭ガスの圧力は大気圧程度であり温度は９００℃より高く、被処理物の表面炭素濃度は１．０％よりも低い。請求項８のガス浸炭装置は、請求項６の真空浸炭部は１から２個の被処理物を収納する長さを持つ。
【００２８】
請求項９のガス浸炭装置は、請求項６において、真空浸炭部とガス浸炭・拡散部とは同じ構成の横断面を持つ。請求項１０のガス浸炭装置は、請求項６において更に、真空浸炭部の前に未浸炭の被処理物の温度を所定値まで上昇させる昇温部を含み、ガス浸炭・拡散部の後に浸炭済みの被処理物の温度を所定値まで降下させる降温部を含む。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜ガス浸炭方法＞
▲１▼本発明のガス浸炭方法で使用する浸炭ガスには変成ガスと直接雰囲気変成ガスとがある。前者は一般的に吸熱型変成ガスをベースとし、浸炭の際これにエンリッチガス（プロパンやブタン等）を添加する。これに対して、後者は炭化水素ガスと酸化性ガスとの混合ガスを浸炭炉内に直接導入し、上記Ｒｘガスと類似のガスを発生させると同時に浸炭を行うものである。
▲２▼本発明のガス浸炭方法は真空浸炭（「減圧浸炭」と言うこともある）とガス浸炭方法とを組み合わせた上で改良を加えて、単一のガス浸炭方法としている。真空浸炭とガス浸炭とは浸炭炉内の浸炭ガスの圧力、温度及び被処理物のＣＰ値等が異なる。
【００３０】
「真空浸炭工程」では浸炭ガスの圧力は０．１から２ｋＰａ、温度は９５０から１０４０℃、ＣＰ値は０．９％以上である。浸炭ガス中の炭素を被処理物の表面に侵入させ、短時間でＣＰ値を上昇させるので、真空浸炭工程は上記第２従来例のような真空浸炭のみで浸炭を完了する浸炭方法に比べて、浸炭時間が短く、使用する浸炭ガスも少ない。
【００３１】
一方、「ガス浸炭・拡散工程」では浸炭ガスの圧力は２から１００ｋＰａ、温度は８５０から９８０℃、ＣＰ値は１．０％以下、望ましくは０．９％未満である。真空浸炭工程により上記表面に侵入した炭素を被処理物の内部に拡散させる。既に表面に炭素が侵入しているので、ガス浸炭・拡散工程は上記第１従来例のようなガス浸炭・拡散のみで浸炭を完了する浸炭方法に比べて、浸炭時間が短く、使用する浸炭ガスも少ない。
【００３２】
真空浸炭を先に行いその後通常ガス浸炭・拡散を行う。これは、浸炭の初期にＣＰ値を短時間で急速に上昇させその後炭素を拡散させるためである。また、真空浸炭工程に連続してガス浸炭・拡散工程を実行することが望ましい。
▲３▼ガス浸炭方法は更に、真空浸炭の前に被処理物の温度を浸炭温度まで上昇させる昇温工程、及び通常ガス浸炭の後に浸炭済みの被処理物の温度を所定温度までで降下させる降温工程を含むことができる。昇温工程では温度の上昇につれて、微細な炭素が被処理物の内部に分散する。降温工程では、炭素が拡散し、表面の炭素濃度が０．８％に調整される。
▲４▼「被処理物」の材質に特別の制約はなく、肌焼鋼等の鋼材から成ることができる。形状にも特別の制約はなく、棒形状、板形状又はブロック形状等、任意の形状を採用できる。尚、被処理物は通常トレイに乗せてガス浸炭装置の内部を搬送される。
＜ガス浸炭装置＞
▲１▼本発明のガス浸炭装置は、真空浸炭装置と通常ガス浸炭装置とを組み合わせた上で改良を加えて単一のガス浸炭装置としている。少なくとも、被処理物に真空浸炭を施す真空浸炭部と、真空浸炭が終了した被処理物にガス浸炭を施して拡散させるガス浸炭・拡散部とを含む。真空浸炭部及びガス浸炭・拡散部はそれぞれ浸炭炉、浸炭ガスの供給口及び排出口、ヒータ等を含み、これらによって真空浸炭部及びガス浸炭・拡散部の圧力や温度等が上記値に制御される。
【００３３】
真空浸炭部の大きさ（特に長さ）は極力短くし、具体的には被処理物（その寸法にもよるが）を乗せるトレイが１又は２個収納できる程度とする。ガス浸炭・拡散部の大きさ（特にその長さ）は真空浸炭部の長さよりも長く、上記第１従来例のガス浸炭部の長さよりも短くする。具体的には、トレイが４から８個収納できる程度とする。
【００３４】
真空浸炭部及びガス浸炭・拡散部の横断は同じ構成（形状、寸法）として、同一平面上に配置することが望ましい。
▲２▼ガス浸炭装置は更に、昇温部及び降温部を含むことができる。
【００３５】
昇温部は被処理物をの温度を所定値まで上昇させる部分であり、真空浸炭部に隣接して被処理物の装入側に配置される。一方、降温部は被処理物の温度を所定値まで降下させる部分であり、真空浸炭部に隣接して被処理物の搬出側に配置される。昇温部及び降温部も浸炭炉、浸炭ガスの供給口及び排出口、ヒータ等を含む。
▲３▼ガス浸炭装置は昇温部、真空浸炭部、浸炭・拡散部、降温部等が被処理物の搬送方向に沿って配置され、横断面は同じ形状、寸法を持ち、同一平面上に直線上に配置すること、即ち全体を連結炉とすることが望ましい。同じ材質、形状の被処理物を同一熱処理サイクルで多量に処理する場合特に好都合である。尚、被処理物はトレイに載置され、トレイはガス浸炭装置の各部分及び隣接する各部間をプッシャ又はコンベヤにより搬送される。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
（ガス浸炭装置）
▲１▼構成
図１に示す連続式ガス浸炭装置６０は、装入部１０、昇温部１５、真空浸炭部２０、ガス浸炭・拡散部２５、降温部３５及び油槽４０から成る。これらがワーク５０の装入側（図１において左側）から搬出側（図１において右側）に順に配置され、全体として細長い箱形状を持つ。尚、ワーク５０は無断変速機（ＣＶＴ）の構成部品である。
【００３７】
装入部１０は、ワーク５０を乗せた１個のトレイ（不図示）を収納できる長さを有する。左側開口は仕切扉１１で覆われており、仕切扉１１は開閉機構により開閉される。
【００３８】
昇温部１５は、比較的厚さの薄い炉壁１３で区画され、全体的に四角筒形状で横断面は矩形状である。ワーク５０を乗せた数個のトレイを収納できる程度の長さを持つ。昇温部１５と装入部１０との境界及び昇温部１５の右側開口をそれぞれ覆う断熱扉１４及び１６は開閉機構により開閉される。
【００３９】
長手方向（図１において左右方向）の中間部がアーチ１７により左ゾーン１８ａと右ゾーン１８ｂとに区分され、各ゾーンに、浸炭ガスの導入口及び排出口（不図示）と、導入した浸炭ガスを攪拌する攪拌用ファン１９と、両側部及び底部に配置されたヒータ（不図示）とを備えている。左ゾーン１８ａ及び右ゾーン１８ｂ内の浸炭ガスの圧力は１００ｋＰａ程度に維持され、温度は左ゾーン１８ａが９００℃、右ゾーン１８ｂが９５０℃に維持されている。
【００４０】
上記昇温部１５の炉壁１６よりも厚さの厚い炉壁２１で区画された真空浸炭部２０は立方体に近い形状であり、ワーク５０を乗せた１個のトレイを収納できる程度の長さを持つ。左側開口及び右側開口がそれぞれ上記断熱扉１４及び１６よりも厚さが厚く頑丈な真空断熱扉２２及び２３で覆われている。真空断熱扉２２及び２３はその周囲をシール部材によりシールされ開閉機構により開閉される。
【００４１】
浸炭ガスの導入口及び排出口（不図示）を備え、両側部及び底部にヒータ（不図示）が配置されている。
【００４２】
ガス浸炭・拡散部２５は、比較的厚さの薄い炉壁２６で区画され、全体的に四角筒形状で横断面は矩形状である。ワーク５０を乗せた数個のトレイを収納できる程度の長さを持つ。左側開口及びガス浸炭・拡散部２５と降温部３５との境界をそれぞれ覆う断熱扉２７及び２８は開閉機構により開閉される。
【００４３】
長手方向の中間部がアーチ２９により左ゾーン３１ａと右ゾーン３１ｂとに区分され、各ゾーンに浸炭ガスの導入口及び排出口（不図示）と、導入した浸炭ガスを攪拌する攪拌用ファン３２と、両側部及び底部に配置されたヒータ（不図示）とを備えている。
【００４４】
降温部３５は全体的に直方体形状を持ち、ワーク５０を乗せた２から３個のトレイを収納できる長さを持つ。右側開口と油槽４５との境界部を覆う断熱扉３６は開閉機構により開閉される。浸炭ガスの導入口及び排出口（不図示）と、導入した浸炭ガスを攪拌する攪拌用ファン３７とを備えている。また、両側部及び底部にヒータ（不図示）が配置されている。
【００４５】
上記昇温部１５，真空浸炭部２０，ガス浸炭・拡散部２５及び降温部３５の横断面は形状及び寸法が同じである。
【００４６】
内部に冷却湯が貯蔵された油槽４５は縦長形状を呈し、ワーク５０が乗せられた１個のトレイを収納できる長さを持つ。右側開口を仕切扉４１により覆われている。
▲２▼効果
本実施例のガス浸炭装置６０において真空浸炭部２０は、ワーク５０を乗せた１個のトレイを収納できる大きさを持つに過ぎない。よって、厚さの厚い炉壁２１の長さが短くでき、丈夫な構造が要求される断熱扉２２及び２３の個数が少なくて済む。また、ガス浸炭・拡散部２５は上記特許文献１のようにガス浸炭のみで浸炭を完了する浸炭装置に比べて短くできる。
（浸炭方法）
次に、上記ガス浸炭装置によるガス浸炭方法について、図１，図２及び図３を参照しつつ説明する。
▲１▼手順
図２に示すように、トレイに乗せられたワーク５０は装入工程Ｓ１において、油圧式プッシャにより装入部１０から次々に装入される。次に、昇温工程Ｓ２において昇温部１５に搬送され、温度が上昇する。次に、真空浸炭工程Ｓ３において真空浸炭部２０により真空浸炭され、ワーク５０の表面に炭素が侵入する。
【００４７】
続いて、ガス浸炭・拡散工程Ｓ４においてガス浸炭・拡散部２５により浸炭及び拡散され、炭素がワーク５０の内部に拡散する。次に、降温工程Ｓ５において降温部３５に搬送され、ワーク５０の温度が降下する。その後、焼入工程Ｓ６において油槽４０により焼入れされる。
【００４８】
上記各工程を、図３を基に詳述する。図３（ａ）は時間と各部分１５，２０，２５及び３５との圧力との関係即ちワーク５０が通過している各部分の圧力を示し、（ｂ）は時間と各部分１５，１６，２０，２５及び３５と温度との関係即ちワークが通過している各部分の温度を示し、（ｃ）は時間とワーク５０の表面炭素濃度との関係即ちワークが各部分１５，２０，２５及び３５を通過している時点での表面炭素濃度を示す。
【００４９】
未処理品のワーク５０をトレイに乗せて装入部１０に装入する。昇温部１５にはワーク５０の酸化を防止するため、大気圧下でＲｘガスを導入する。導入されたＲｘガスは燃焼し、装入部１０から排気される。装入部１０がＲｘガスで置換された後、ワーク５０を乗せた一つのトレイを装入部１０から昇温部１５に搬送する。図３（ａ）に示すように昇温部１５の圧力は１００ｋＰａであり、図３（ｂ）に示すように温度は右側ゾーン１８ｂで９５０℃まで上昇する。これに伴いワーク５０はＲｘガスにより浸炭され、図３（ｃ）に示すようにＣＰ値は０．２から０．４％に上昇する。
【００５０】
ワーク５０が昇温部１５で昇温されかつ真空浸炭部２０がＲｘガスで大気圧になった後、一つのワーク５０を昇温部１５から真空浸炭部２０に搬送する。図３（ａ）に示すように搬送の完了後直ちに真空浸炭部２０を０．１ｋＰａまで真空排気し，２ｋＰａまで炭化水素（Ｃ_２Ｈ_４）で復圧し、真空浸炭を開始する。図３（ｃ）に示すように浸炭の初期のみワーク５０の表面炭素濃度が急速に高く（約１．４％）なる。図３（ｂ）に示すように、このとき真空浸炭部２０の温度は９５０℃である。
【００５１】
設定した時間だけワーク５０を真空浸炭した後、Ｒｘガス及び炭化水素（Ｃ_４Ｈ_１０）で真空浸炭部２０を大気圧まで復圧し、一つのワーク５０をガス浸炭・拡散部２５に搬送する。浸炭・拡散部２５の装入部１０側のＣＰ値が１．０％、油槽４５側のＣＰ値が０．８％となるように雰囲気制御を行う。ガス浸炭・拡散部２５を搬送される間に、ワーク５０は図３（ｃ）に示すように表面炭素濃度を０．８％に下げながら炭素を内部に拡散させる。この間、図３（ａ）に示すように圧力は１００ｋＰａに維持され、図３（ｂ）に示すように温度は９５０℃に維持される。
【００５２】
表面炭素濃度が０．８％になった後、一つのワーク５０を降温部３５に搬送する。図３（ｂ）に示すように降温部３５で焼入温度８５０度まで降温し、油槽部４０へ搬送して焼き入れする。
▲２▼効果
本実施例のガス浸炭方法による効果を確認すべく、実験を行った。肌焼鋼で３つのテストピース（以下「ＴＰ」と呼ぶ）を製作した。何れも形状は丸棒で、大きさはφ１８ｘ５０ｌである。ＴＰ１をトレイに乗せてを上記ガス浸炭装置６０の真空浸炭部２０及びガス浸炭・拡散部２５で炭素を浸炭及び拡散させた。その際、真空浸炭の温度は９５０℃、ガス浸炭・拡散の温度は９５０℃とし、炭素の浸炭・拡散時間と肌焼深さ（浸炭深さ）との関係を調べた。
【００５３】
これに対して、ＴＰ２は、上記ガス浸炭装置６０とは別の真空浸炭専用の浸炭炉により、温度９５０℃で真空浸炭のみで浸炭を完了させた。また、ＴＰ３は、上記ガス浸炭装置６０とは別のガス浸炭・拡散専用の浸炭炉により温度９５０℃でガス浸炭及び拡散のみで浸炭を完了させた。
【００５４】
ＴＰ１からＴＰ３による実験の結果を図４に示す。横軸は浸炭・拡散時間（分）の平方根であり、縦軸は浸炭深さ（ｍｍ）である。但し、何れも場合も浸炭工程のみを示し、昇温工程や降温工程は示していない。
【００５５】
ＴＰ１による実験結果が直線ａで、ＴＰ２による実験結果が直線ｂで、ＴＰ３による実験結果が直線ｃで、それぞれ示されている。例えば拡散・浸炭時間の平方根（（浸炭・拡散時間）^１／２）１０分で比較すると、本実施例により浸炭したＴＰ１の浸炭深さは約０．７ｍｍであり、真空浸炭したＴＰ２の浸炭深さ０．７５ｍｍに近く、ガス浸炭・拡散したＴＰ３の浸炭深さ０．３８ｍｍよりも遙かに深い。一方、例えば浸炭深さ０．６ｍｍで比較すると、ＴＰ１の浸炭・拡散時間は約６４（８^２）分であり、ＴＰ２の浸炭・拡散時間約（７．５）^２分に近く、ＴＰ３の浸炭・拡散時間約深さ（１２．７）^２分よりも遙かに短い。
【００５６】
これより、真空浸炭及びガス浸炭・拡散を施したＴＰ１は、真空浸炭のみを施したＴＰ２とほぼ同等の短い時間でほぼ同等の浸炭深さを得ることが分かる。これは、浸炭の初期のみを真空浸炭部２０で行い、残りはガス浸炭・拡散部２５で行ったためである。
【００５７】
尚、上記昇温部１５における昇温時の浸炭を避ける場合は、不活性ガス（Ｎ_２等）又は不活性ガス及び水素を昇温部１５に導入する。この場合、装入部１０は真空排気できる構造として、ワーク５０の酸化を防ぐことが望ましい。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べてきたように、第１発明のガス浸炭方法では、浸炭の初期に真空浸炭工程で被処理物のＣＰ値を急激に上昇させるので、真空浸炭のみで浸炭を完了させる従来例と同等の浸炭速度が得られる。被処理物の表面に炭素を侵入させるのみなので、浸炭時間は短く、浸炭ガスの使用量が少なくて済み、コストの上昇が抑制できる。また、ガス浸炭・拡散工程は表面に炭素が侵入した被処理物を浸炭するので、浸炭時間を従来例よりも短くできる。
【００５９】
一方、第２発明のガス浸炭装置では、浸炭の初期に真空浸炭部で被処理物のＣＰ値を急激に上昇させるので、真空浸炭のみで浸炭を完了させる従来例と同等の浸炭速度が得られる。真空浸炭部は被処理物の表面に炭素を侵入させるのみなので、寸法が小さくて済み設備費用の上昇が最低限に抑制できる。また、ガス浸炭・拡散部は表面に炭素が侵入した被処理物を浸炭するので、長さを短くできる。
【００６０】
請求項２のガス浸炭方法及び請求項７のガス浸炭装置では、真空浸炭及びガス浸炭・拡散が効果的に行われる。請求項３のガス浸炭方法及び請求項８のガス浸炭装置では、真空浸炭工程の時間を短くでき真空浸炭部の構成を小さくできる。
【００６１】
請求項４のガス浸炭方法及び請求項９のガス浸炭装置では、真空浸炭工程及びガス浸炭・拡散工程に要する時間が短くなり、真空浸炭部及びガス浸炭・拡散部の構成が簡単になる。請求項５のガス浸炭方法及び請求項１０のガス浸炭装置では、真空浸炭及びガス浸炭・拡散がより効果的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガス浸炭装置の実施例を示す正面断面図である。
【図２】上記実施例の作動即ちガス浸炭方法を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は時間と各部分との圧力との関係を示し、（ｂ）は時間と各部分と温度との関係を示し、（ｃ）は時間とワークの表面炭素濃度との関係を示す。
【図４】上記実施例等による浸炭拡散時間とテストピースの肌焼深さとの関係を示すグラフである。
【図５】特許文献１の従来例を示す正面断面図である。
【図６】特許文献２の従来例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０：装入部　　　　　　　　　　　　１５：昇温部
２０：真空浸炭部　　　　　　　　　　２１：炉壁
２５：ガス浸炭・拡散部　　　　　　　２６：炉壁
３５：降温部　　　　　　　　　　　　４０：油槽
６０：ガス浸炭装置
Ｓ３：真空浸炭工程　　　　　　　　　Ｓ４：ガス浸炭・拡散工程

Claims

所定圧力、所定温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭させる真空浸炭工程と、
その後、該真空浸炭工程の所定圧力よりも高い圧力、所定温度よりも低い又は同等の温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭及び拡散させるガス浸炭・拡散工程と、から成ることを特徴とするガス浸炭方法。
前記真空浸炭工程における浸炭ガスの圧力は１００ｋＰａより低く温度は９００℃より高く、前記被処理物の表面炭素濃度は０．９％より高く、前記ガス浸炭・浸炭工程における浸炭ガスの圧力は大気圧程度で温度は９００℃より高く、該被処理物の表面炭素濃度は１．０％よりも低い請求項１に記載のガス浸炭方法。
前記真空浸炭工程において１から２個の前記被処理物が真空浸炭される請求項１に記載のガス浸炭方法。
前記真空浸炭工程に連続して前記ガス浸炭・拡散工程が実行される請求項１に記載のガス浸炭方法。
更に、前記真空浸炭工程の前に未浸炭の前記被処理物の温度を所定値まで上昇させる昇温工程を含み、前記ガス浸炭・拡散工程の後に浸炭済みの該被処理物の温度を所定値まで降下させる降温工程を含む請求項１に記載のガス浸炭方法。
所定圧力、所定温度で浸炭ガスを被処理物に浸炭させる真空浸炭部と、
浸炭された該被処理物に該真空浸炭部の所定の圧力よりも高い圧力、所定の温度よりも低い又は同等の温度で浸炭ガスを浸炭及び拡散させるガス浸炭・拡散部と、
から成ることを特徴とするガス浸炭装置。
前記真空浸炭部における浸炭ガスの所定圧力は１００ｋＰａより低く所定温度は９００℃より高く、前記被処理物の表面炭素濃度は０．９％より高く、前記ガス浸炭・浸炭部における浸炭ガスの圧力は大気圧程度であり温度は９００℃より高く、表面炭素濃度は１．０％よりも低い請求項６に記載のガス浸炭装置。
前記真空浸炭部は１から２個の前記被処理物を収納する長さを持つ請求項６に記載のガス浸炭装置。
前記真空浸炭部と前記ガス浸炭・拡散部とは同じ構成の横断面を持つ請求項６に記載のガス浸炭装置。
更に、前記真空浸炭部の前に未浸炭の前記被処理物の温度を所定値まで上昇させる昇温部を含み、前記ガス浸炭・拡散部の後に浸炭済みの該被処理物の温度を所定値まで降下させる降温部を含む請求項６に記載のガス浸炭装置。