JP2005325372A - 真空浸炭炉及び浸炭用ガス排気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 浸炭用ガスの使用量を削減できると同時に、浸炭用ガスの流れを変化させて被処理材の浸炭をより均一にできる真空浸炭炉および真空浸炭炉を提供する。
【解決手段】 真空浸炭する被処理材１を内部に収容する中空の加熱室４と、加熱室４に位置し被処理材１を加熱するヒータ８と、加熱室内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管１３ａと、加熱室４内のガスを吸引排気するための真空ポンプ１７と、真空ポンプ１７と加熱室４内とを連通する複数のガス排気管１６ａ、１６ｂと、ガス排気管１６ａ、１６ｂを交互に開くための開閉弁１８ａ，１８ｂ及び制御部１９と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空浸炭炉に関し、特に、鉄鋼材料の真空浸炭処理時に浸炭ガスを排気する方法及びそのための真空浸炭炉に関する。

真空浸炭処理では、真空ポンプにより減圧された加熱室に鉄鋼材料を設置して、ヒータにより加熱昇温する。鉄鋼材料の各部分が所定の浸炭温度に到達するまで保持する。均一な温度になったら加熱室に浸炭ガスをガス導入ノズルにより導入しながら、真空ポンプで加熱室から浸炭ガスを吸引排気して、鉄鋼材料を浸炭する。この時、鉄鋼材料を十分に浸炭させるのに多量の浸炭用ガスが使用される。

浸炭用ガスには、炭化水素系のガスを使用するが、一般に単価が高い。従って、浸炭用ガスの使用量を削減する方法が望まれる。
このため、特許文献１では、使用する浸炭用ガスを削減するために、断熱材により区画される加熱室内にのみ浸炭用ガスを導入して、加熱室の外部に水素及び窒素を含む浸炭用ガス以外のガスを導入する方法を開示している。
特開２００４−４３９４８ 特開２００３−１８３８０７

しかし、従来では、一般的に浸炭ガスの排気は、１つの排気口を用いて行われている（例えば、特許文献１）。１つの排気口による真空排気のために炉内での浸炭ガスの流れ方向が固定される。このため加熱室内で浸炭ガスの濃淡、即ち濃度差が発生し、鉄鋼材料等の被処理材の浸炭品質にバラツキが生じる。

これに対応するために、特許文献２では、加熱室である浸炭処理室に多数のガス供給口を設け、加熱室内に延出している排気管に複数の吸引口を形成している。さらに、被処理材をガス供給口と吸引口との間に配置しているので、被処理材に対して均等かつ十分に浸炭用ガスを作用させるようにしている。
しかし、特許文献２の方法では、浸炭用ガスの流れる向きは一定なので、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置は変わらず、浸炭用ガスの流れにさらされる位置とさらされない位置との間で浸炭が不均一になる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、浸炭用ガスの流れを変化させることにより、浸炭用ガスの使用量を削減できると同時に、被処理材の浸炭をより均一にできる真空浸炭炉および真空浸炭炉における浸炭用ガス排気方法を提供することである。

本発明によると、真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に位置し被処理材を加熱するヒータと、加熱室内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、加熱室内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと加熱室内とを連通する複数のガス排気管と、該ガス排気管を交互に開く排気管選択手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉が提供される。

この構成により、開く排気管が排気管選択手段により交互に切り換わるので、加熱室内の浸炭用ガスは切り換わった排気管へ吸引されるように、ガスの流れの向きが変わる。よって、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わるので、被処理材をより均一に浸炭することができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記真空浸炭炉は、前記ガス導入管は複数設けられており、ガス導入管を交互に開くガス導入管選択手段を備える。
この構成により、ガス導入管は複数設けられ、ガス導入管選択手段により開くガス導入管が切り換わり浸炭用ガスを導入する位置が切り換わるので、浸炭用ガスの流れがより変化して、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わる。従って、被処理材をより均一に浸炭することができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記ガス導入管は、それぞれ加熱室内に開口するガス導入口を有し、前記ガス導入管は、該ガス導入口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するように、配置される。
この構成により、ガス導入口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するので、開くガス導入管が切り換わることで、浸炭用ガスは、被処理材の両側から交互に導入されることになるので、被処理材の浸炭をより均一にできる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記排気管は、それぞれ加熱室内に開口する排気口を有し、前記排気管は、該排気口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するように、配置される。
この構成により、排気口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するので、開く排気管が切り換わることで、浸炭用ガスは、被処理材の両側から交互に吸引されることになるので、被処理材の浸炭をより均一にできる。

また、本発明によると、真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に置かれる気密性容器と、前記加熱室の該気密性容器の外部に位置し被処理材を加熱するヒータと、気密性容器内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、気密性容器内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと気密性容器内とを連通する複数のガス排気管と、該ガス排気管を交互に開く排気管選択手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉が提供される。

この構成により、上述のように開く排気管が排気管選択手段により交互に切り換わり、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わるので、被処理材をより均一に浸炭することができる。さらに、浸炭用ガスが、気密性容器内に導入され気密性容器内から直接排気されるので、浸炭用ガスが気密性容器の外部へ漏出するのを防止でき、例えば浸炭用ガスによるヒータの電極部の絶縁抵抗劣化を防ぐことができる。

また、本発明によると、真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に位置し被処理材を加熱するヒータと、加熱室内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、加熱室内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと加熱室内とを連通するガス排気管と、加熱室の内部に収容された被処理材を回転させる被処理材回転手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉が提供される。

この構成により、加熱室内で被処理材を浸炭している最中に、被処理材回転手段により被処理材の向きが変わるので、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わり、被処理材をより均一に浸炭できる。

また、本発明によると、真空浸炭炉の加熱室に導入される浸炭用ガスの排気方法であって、減圧下の加熱室に置かれた被処理材を浸炭するために、加熱室に浸炭用ガスを導入し、加熱室に導入されている浸炭用ガスを吸引排気する加熱室内の位置を切り換えることを特徴とする浸炭用ガスの排気方法が提供される。

これにより、加熱室内の浸炭用ガスを吸引排気する位置が切り換わるので、浸炭用ガスの流れが変わり、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わり、被処理材をより均一に浸炭できる

被処理材を浸炭している最中に、加熱室内の浸炭用ガスを吸引排気する位置が切り換わるので、浸炭用ガスの流れ方向が変わる。これにより、ガスを吸引排気する位置が固定されている場合とは異なり、加熱室内の浸炭用ガスの時間平均した密度がより均一になり、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材の位置が変わるので、被処理材をより均一に浸炭することができる。

さらに、従来では、被処理材の浸炭のばらつきを減らすため、浸炭用ガスを過剰に投入していたが、本発明では上述のようにガスを吸引排気する位置を切り換えることで、浸炭用ガスの使用量が必要最小限になり、浸炭用ガスの消費量を削減できる。
また、浸炭用ガスを過剰に投入することは、被処理材の過剰浸炭を招くため、浸炭用ガスの使用量低減により、過剰浸炭を抑制できるという効果も得られる。

以下において、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。なお、重複する説明は省略し、各図において共通又は対応する部分には同一の符号を付する。

図１は本発明の第１実施形態による真空浸炭炉１０を示している。図１の真空浸炭炉１０は、炉体２と、内部が中空で開閉扉（図示せず）を有する加熱室４を区画する断熱材６と、加熱室４に設けられるヒータ８とを備える。ヒータ８は、電気ヒータ、ラジアントチューブヒータなどの本実施形態に適切などのようなヒータであってもよい。第１実施形態において、加熱室４内に開口するガス導入口を先端に有するガス導入ノズル１２が設けられる。浸炭用ガスは、浸炭用ガス供給源から供給され、図示しない浸炭用ガス導入管を通ってガス導入ノズル１２のガス導入口から加熱室４内に導入される。

第１実施形態によると、加熱室４内の上部に開口する排気口を有する排気管１６ａと、加熱室４の下部に開口する排気口を有する排気管１６ｂが設けられる。図１の例では、排気管１６ａの排気口と排気管１６ｂの排気口は、鉄鋼材料等の被処理材を挟むようにお互いに対向してそれぞれ加熱室４内の上部と下部に位置している。これら２つの排気管１６ａ、１６ｂの各々は、加熱室４の内部と真空ポンプ１７とを連通させる。これにより、真空ポンプ１７は、２つの排気管１６ａ、１６ｂの各々に形成された加熱室４内の上下の排気口から加熱室４内のガスを吸引排気して、加熱室４を減圧する。

図１に示されるように、排気管１６ａには開閉弁１８ａが設けられ、排気管１６ｂには開閉弁１８ｂが設けられる。さらに、これらの開閉弁１８ａ、１８ｂに制御信号を送って開閉弁１８ａ、１８ｂの開閉を制御する制御部１９が設けられる。

真空ポンプ１７により減圧されている加熱室４内にガス導入ノズル１２のガス導入口から浸炭用ガスが導入されて、被処理材１を浸炭している最中に、制御部１９は、開閉弁１８ａ，１８ｂに制御信号を送って、２つの開閉弁１８ａ，１８ｂを交互に開閉して、排気管１６ａ、１６ｂを交互に開閉する。排気管又は浸炭用ガス導入管を開閉するとは、排気管又は浸炭用ガス導入管中をガスが通過可能な状態と通過不可能な状態にすることをいう。例えば、図２に示されるように、最初に、第１の開閉弁１８ａのみを開けておき、第２の開閉弁１８ｂを閉じておく。そして、所定時間が経過したら、第１の開閉弁１８ａを閉じて第２の開閉弁１８ｂを開ける。このように、交互に開閉弁１８ａ、１８ｂの開閉の切り換えを行う。即ち、加熱室４内を吸引排気する排気口を上部の排気管１６ａの排気口と下部の排気管１６ｂの排気口との間で交互に切り換える。これらの開閉弁１８ａ、１８ｂと制御部１９は、排気管選択手段を構成する。なお、排気管を切り換えることができる他の適切なものを排気管選択手段として用いてもよい。

これにより、使用される排気口が交互に切り換わるので、例えば、最初に上部の排気管１６ａの排気口からのみ吸引排気されることで、加熱室４内の浸炭用ガスが上部排気口に向かって流れ、次に、使用される排気口が下部の排気管１６ｂの排気口に切り換わることで、加熱室４内の浸炭用ガスが下部排気口１６に向かって流れることになる。このように使用される排気管、即ち、排気口を交互に切り換えることで、浸炭用ガスの流れ方向が変化して、加熱室４内のガス密度が時間平均するとより均一化され、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで、より均一に被処理材１を浸炭することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態による真空浸炭炉２０を示している。以下、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図３において、第１実施形態と同様に、加熱室４内にヒータ８が設けられ、加熱室４内に開口するガス導入口を有する複数のガス導入ノズル１２が加熱室に設けられる。

第２実施形態によると、加熱室４内に開口している排気口を有する４つの排気管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが設けられる。図４の例では、上下の排気管１６ａ、１６ｂの排気口がお互いに対向するように加熱室４内の上部と下部に位置しており、左右の排気管１６ｃ、１６ｄの排気口がお互いに対向するように加熱室４内の左右に位置している。また、これらの排気管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの各々は、加熱室４内と真空ポンプ１７を連通させている。真空ポンプは、排気管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを通してこれらに形成された排気口から加熱室４内のガスを吸引排気する。

また、図３に示されるように、排気管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄには、それぞれ開閉弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが設けられている。さらに、これらの開閉弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに制御信号を送って第１の開閉弁１８ａ、第２の開閉弁１８ｂ、第３の開閉弁１８ｃ、第４の開閉弁１８ｄの開閉を制御する制御部１９が設けられる。

真空ポンプ１７により減圧されている加熱室４内にガス導入口から浸炭用ガスを導入して被処理材１を浸炭している最中に、制御部１９は、開閉弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに制御信号を送って、４つの開閉弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの開閉を制御する。例えば、図４に示されるように、初めに第１の開閉１８ａのみを開けておき、所定時間が経過したら第２の開閉弁１８ｂのみを開け、次に所定時間後、第３の開閉弁１８ｃのみを開け、また所定時間後に、第４の開閉弁１８ｄのみを開ける。このように順に開ける開閉弁を切り換えていくことで、加熱室４内のガスを吸引排気するのに使用する排気管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、即ち、排気口が順に切り換わっていく。これらの開閉弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと制御部１９は、排気管選択手段を構成する。なお、排気管を切り換えることができる他の適切なものを排気管選択手段として用いてもよい。

これにより、使用される排気口が順に切り換わるので、浸炭用ガスの流れ方向が、切り換わった排気口に向かうように変化して、加熱室４内のガス密度がより均一化され、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで、より均一に被処理材１を浸炭することができる。

図５は、本発明の第３実施形態による真空浸炭炉３０を示している。図５の真空浸炭炉３０は、図１に示された第１実施形態の真空浸炭炉１０に気密性容器２２を適用したものである。以下において、第３実施形態を第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図５の真空浸炭炉３０には、被処理材１が収容される気密性容器２２が設けられる。気密性容器２２は、例えば開閉可能な遮断扉又は蓋を有する箱型のものでよく、遮断扉を閉じた状態で内部の気密性が保たれるようになっている。遮断扉の開閉により被処理材１を気密性容器２２内に収容したり、気密性容器２２内から取り出すことができるようになっている。気密性容器２２は、グラファイトや金属性材料等の気密性を有する材料で作られる。また、グラファイトや金属性材料以外の気密性を有する他の適切な材料から作られてもよい。

また、ヒータ８は、加熱室４内の気密性容器２２の外部に設けられ、気密性容器２２内の被処理材１を浸炭する時に、気密性容器２２内を加熱する。図５の真空浸炭炉３０では、ガス導入ノズル１２の先端に形成され気密性容器２２内に開口するガス導入口から気密性容器２２内に導入される。また、気密性容器２２内に開口する排気口を有する排気管１６ａ、１６ｂが、設けられる。この構成により、真空ポンプ１７により排気管１６ａ、１６ｂの排気口から気密性容器２２内のガスが吸引排気され加熱室４内が減圧され、図示されない浸炭用ガス供給源から供給される浸炭用ガスが、ガス導入ノズル１２のガス導入口から気密性容器２２内に導入される。

これにより、気密性容器２２内の被処理材１が浸炭されるが、この時、第１実施形態と同様に、制御部１９は、開閉弁１８ａ、１８ｂを交互に開閉して、排気管１６ａ、１６ｂを交互に開閉する。これにより、加熱室４内の浸炭用ガスを吸引排気する排気口を交互に切り換えることができる。従って、使用される排気口が順に切り換わるので、浸炭用ガスの流れ方向が、切り換わった排気口に向かうように交互に変化して、加熱室４内の時間平均したガス密度がより均一化され、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで、より均一に被処理材１を浸炭することができる。

さらに、第３実施形態によると、被処理材１を浸炭するために、気密性容器２２内に被処理材１を収容して、減圧されている気密性容器２２内にのみ浸炭用ガスを導入し、気密性容器２２内から直接に浸炭用ガスを排気するので、浸炭用ガスが気密性容器２２の外部へ漏出することを防止することができる。従って、漏出された浸炭用ガスによるヒータ８の電極部の絶縁抵抗劣化を防止することができる。

なお、第３実施形態では、気密性容器２２を第１実施形態の真空浸炭炉２０に適用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、気密性容器２２を第２実施形態や後述する第４実施形態や第５実施形態に適用してもよい。この場合には、ガス導入ノズル１２のガス導入口は、浸炭用ガスを加熱室内の代わりに気密性容器２２内に開口しており、排気管に形成された排気口は加熱室４内の代わりに気密性容器２２内に開口している。浸炭用ガスはガス導入ノズル１２により気密性容器２２内にのみ導入され、真空ポンプ１７は排気管の排気口から浸炭用ガスを気密性容器２２内から直接吸引排気する。

図６は本発明の第４実施形態による真空浸炭炉４０を示す図である。図６の例では、加熱室４内に開口しているガス導入口を有するガス導入ノズル１２が複数設けられる。また、加熱室４内の上部に開口する排気口を有する排気管１６ａと、加熱室４内の下部に開口する排気口を有する排気管１６ｂが設けられる。図示されない真空ポンプにより、排気管１６ａ、１６ｂを通して排気管１６ａ、１６ｂの排気口から加熱室４内のガスが吸引排気され、加熱室４の内部が減圧される。

また、加熱室４内に開口するガス導入口を有するガス導入ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが、設けられる。また、図６に示されるように、ガス導入ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのそれぞれを浸炭用ガス供給源１４に通じさせる浸炭用ガス導入管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが設けられる。さらに、浸炭用ガス導入管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのそれぞれに第１の開閉弁２３ａ、第２の開閉弁２３ｂ、第３の開閉弁２３ｃ、第４の開閉弁２３ｄが設けられる。さらに、開閉弁２３に制御信号を送ってこれらの開閉弁２３の開閉を制御する制御部１９が設けられる。開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと制御部１９は、ガス導入管選択手段を構成する。なお、ガス導入管を切り換えることができる他の適切なものをガス導入管選択手段として用いてもよい。

第４実施形態によると、真空ポンプ１７により減圧されている加熱室４内にガス導入口１２から浸炭用ガスを導入して被処理材１を浸炭している最中に、制御部１９の制御信号により、例えば、上述の図４に示されるように、開ける開閉弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが順に切り換わっていく。これにより、浸炭用ガス導入管１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが交互に開けられるので、加熱室内に浸炭用ガスを導入するガス導入ノズルが切り換わり、浸炭用ガスの導入位置が変わり、これにより浸炭用ガスの流れ方向が変化して、加熱室４内の時間平均のガス密度がより均一化され、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで、より均一に被処理材１を浸炭することができる。

次に、図７を参照して本発明の第５実施形態による真空浸炭炉５０について説明する。

図７の真空浸炭炉５０において、加熱室４内の上部、下部、側面側のそれぞれに開口するガス導入口を有するガス導入ノズル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられる。また、加熱室４内の上部と下部のそれぞれに開口する排気口を有する排気管１６ａ、１６ｂが設けられる。

第５実施形態では、図７に示されるように、加熱室４内の上部に開口する排気口を有する排気管１６ａを開閉するための第１の開閉弁１８ａと、加熱室４内の下部に開口する排気口を有する排気管１６ｂを開閉するための第２の開閉弁１８ｂとが設けられる。排気管１６ａ、１６ｂの各々は、加熱室の内部と真空ポンプ１７とを連通させる。これにより、真空ポンプ１７は、排気管１６ａ、１６ｂを通して、加熱室４内のガスを吸引排気して加熱室を減圧させる。

図７の真空浸炭炉５０では、浸炭用ガス供給源１４から供給される浸炭用ガスは、浸炭用ガス導入管１５ａを通って加熱室４内の上部のガス導入口から加熱室４内に導入されるだけでなく、浸炭用ガス導入管１５ｂを通って加熱室４内の下部のガス導入口からも加熱室４内に導入できる構成となっている。

また、浸炭用ガス導入管１５ａを開閉するための第３の開閉弁２３ａが、浸炭用ガス導入管１５ａに設けられ、浸炭用ガス導入管１５ｂを開閉するための第４の開閉弁２３ｂが、浸炭用ガス導入管１５ｂに設けられる。

さらに、開閉弁１８ａ、１８ｂ、２３ａ、２３ｂに制御信号を送ってこれら開閉弁１８ａ、１８ｂ、２３ａ、２３ｂの開閉を制御する制御部１９が設けられる。図９に示されるように、例えば最初に制御部１９は、加熱室内の下部のガス導入口から加熱室４内に浸炭用ガスを導入するために、第１の開閉弁１８ａと第４の開閉弁２３ｂを開け、第２の開閉弁１８ｂと第３の開閉弁２３ａを閉じる。これにより、加熱室４の下部のガス導入口から導入された浸炭用ガスは、真空ポンプ１７により加熱室４内の上部の排気口から排気されるので、浸炭用ガスは加熱室内で下方から上方に向かって流れる。開閉弁１８ａ、１８ｂと制御部１９は、排気管選択手段を構成し、開閉弁２３ａ、２３ｂと制御部１９はガス導入管選択手段を構成する。なお、排気管を切り換えることができる他の適切なものを排気管選択手段として用い、ガス導入管を切り換える他の適切なものをガス導入管選択手段として用いてもよい。

その後、図８に示されるように、所定時間が経過したら、制御部１７は、第１の開閉弁１８ａと第４の開閉弁２３ｂを閉じ、第２の開閉弁１８ｂと第３の開閉弁２３ａを開ける。これにより、今度は、加熱室４の上部のガス導入口から導入された浸炭用ガスは、真空ポンプ１７により加熱室４内の下部の排気口から排気されるので、加熱室４内で浸炭用ガスは、上方から下方に向かって流れる。即ち、制御部１９が、開閉弁１８ａ、１８ｂ、２３ａ、２３ｂの開閉を図８に示されるように制御することで、加熱室４内に導入される浸炭用ガスの流れの向きを交互に上向きと下向きに切り換える。これにより、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで被処理材の浸炭をより均一に行うことができる。なお、加熱室４内の側面側に開口しているガス導入口からは、継続して浸炭用ガスが導入されてよい。

図９は、本発明の第６実施形態による真空浸炭炉６０を示す。以下、主に第１実施形態と異なる点について説明する。第６実施形態によると、加熱室４内の一側方に開口する排気口を有する１又は複数の排気管１６が設けられ、さらにこれらの排気管１６の排気口に対向する側の加熱室内に開口するガス導入口を有するガス導入ノズル１２と、加熱室４内の上部と下部とにそれぞれ開口するガス導入口を有するガス導入ノズル１２とが設けられる。

また、排気管１６を通じて加熱室４のガスを吸引排気して、加熱室４を減圧するための真空ポンプ１７が設けられる。また、加熱室４内には、被処理材１が積置されるテーブル２６が設けられており、テーブル２６は回転シャフト２７により支持されている。真空ポンプ１７により排気口から加熱室内のガスが吸引排気されている状態で、ガス導入口ノズル１２のガス導入口から浸炭用ガスが加熱室４内に導入されて被処理材１が浸炭されるが、この時、所定時間が経過したら所定角度だけ駆動モータ２８により回転シャフト２７を介してテーブル２６を回転させる。これにより、被処理材１の向きが変化させる。即ち、所定時間ごとに、駆動モータ２８によりテーブル２６を所定角度だけ回転させることで、所定時間ごとにテーブル２６上の被処理材１の向きを変化させる。駆動モータの回転は図示されない制御部により制御される。このように、通常の状態ではテーブルは静止しており、所定時間毎にテーブルの向きが駆動モータ２８により変えられる。テーブル２６と回転シャフト２７と駆動モータ２８と図示されない駆動モータの回転を制御する制御部は、被処理材回転手段を構成する。なお、被処理材を回転させる他の適切なものを被処理材回転手段として用いてもよい。上述では、テーブル２６を間欠的に回転する場合を説明したが、テーブル２６は連続的に回転させてもよい。

これにより、被処理材１に対する浸炭用ガスの流れ方向が所定時間ごとに変わる。図９の例では、加熱室４内の排気口に対向する位置にあるガス導入ノズル１２のガス導入口から導入された浸炭用ガスは、被処理材を通過するようにその反対側の排気口に向かって流れる。これにより、排気口と対抗する位置にあるガス導入口に向いてる被処理材の位置は、効率よく浸炭用ガスの流れにさらされる。被処理材の他の位置又は部分については、駆動モータ２８により回転させられた時に、この浸炭用ガスの流れに効率よくさらされる。所定時間ごとに、被処理材が回転させられ一回転することで、被処理材の側面部分は、浸炭用ガスを効率よく使用して浸炭させられる。

一方、加熱室４内の上部と下部のガス導入ノズル１２のガス導入口からは、継続して適切な量の浸炭用ガスが加熱室４内に導入されてよい。このように、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が変わることで、より均一に被処理材１を浸炭することができる。

図１０は、第１実施形態から第６実施形態のいずれかの真空浸炭炉とこれに関連する冷却室３２と焼き入れ油槽３５を示している。なお、図１０において簡単のため、ガス導入ノズル１２、排気管１６等を省略してある。冷却室３２には開閉可能な前扉３３と中間扉３４が取り付けられている。被処理材１は、前扉３３を通して冷却室３２に搬送することができ、中間扉３４を通して被処理材１を冷却室３２から真空浸炭炉内の加熱室４に搬送することができる。また、エレベータ３６を下降させることで被処理材１を油槽３５の油中に浸して焼き入れ処理を行うことができる。なお、外部と、冷却室３２と、真空浸炭炉内の加熱室４との間の被処理材１の搬送は図示されない搬送装置によって行われる。また、冷却室３２を所定の圧力の真空状態にするための排気管（図示せず）とこの排気管を通して冷却室３２と連通する真空ポンプ（図示せず）が設けられる。

次に、上記構成を持つ第１実施形態から第６実施形態による真空浸炭炉を用いた浸炭処理について説明する。まず、ヒータ８により加熱室４内を９３０℃から１１００℃まで昇温する。真空ポンプ１７により加熱室４を所定の圧力（一般的に、１Ｔｏｒｒ以下）にしておく。一方、この時、冷却室３２には例えば図示されないガス供給管から窒素ガスが供給されて冷却室３２の圧力は大気圧とされる。

次に、前扉３３を開けて被処理材１を冷却室３２に搬送し、前扉３３を閉じる。その後、真空ポンプによって冷却室３２の圧力を、図示されない真空ポンプにより例えば１Ｔｏｒｒ以下にし、冷却室３２の圧力と加熱室４内の圧力を同じにする。

加熱室４内と冷却室３２を同圧にした後、中間扉３４を開けて被処理材１を加熱室４内に搬送し、中間扉３４を閉じる。中間扉３４を閉じたら加熱室２２内が処理温度（９３０℃から１１００℃）に復温するのを待つ。復温したら、加熱室４内にて被処理材１を所定時間（一般に、４０分以上）保持して予熱を行う。この際、冷却室３２の圧力を６００Ｔｏｒｒ程度まで復圧しておく。

予熱が完了したら、ガス導入ノズル１２のガス導入口から浸炭用ガスを加熱室２２内に導入する。これにより、加熱室内の被処理材１は導入される浸炭用ガスにより浸炭される。

この時の加熱室内の浸炭用ガスの流れを上述した各実施形態ごとに説明する。
第１実施形態又は第２実施形態の真空浸炭炉１０、２０場合には、図１に示されるように、加熱室内を吸引排気するのに使用する排気口を切り換えるので、使用する排気口を切り換える度に、加熱室内の浸炭用ガスの流れの向きが変わる。これにより、浸炭用ガスの流れにされられる被処理材１の位置が変わることで、被処理材１の浸炭がより均一化される。

第３実施形態の真空浸炭炉３０の場合には、上述とは異なり浸炭用ガスは加熱室内に導入される代わりに加熱室内の気密性容器２２内にのみ導入され、気密性容器２２内から直接排気される。従って、浸炭用ガスが気密性容器２２の外部に漏出するのを防止することができ、気密性容器２２の外部に設けられたヒータ８の電極部の絶縁抵抗劣化を防止することができる。さらに、排気するのに使用する排気口を切り換えるので、気密性容器２２内の浸炭用ガスの流れの向きが、排気口を切り換える度に変わる。従って、被処理材１の浸炭おより均一に行うことができる。

第４実施形態の真空浸炭炉４０の場合には、加熱室内を吸引排気する位置は固定されているが、所定時間が経過する度に、加熱室内に浸炭用ガスを導入する位置が切り換わるので、加熱室４内の浸炭用ガスの流れが変わる。これにより、浸炭用ガスの流れにされられる被処理材１の位置が変わることで、被処理材１の浸炭がより均一化される。

第５実施形態の真空浸炭炉５０の場合には、使用するガス導入口と排気口を上述したように切り換えることで加熱室４内に導入される浸炭用ガスの流れの向きが上向きと下向きに交互に切り換わるので、浸炭用ガスにさらされる被処理材の位置が変わる。従って、被処理材をより均一に浸炭することができる。

第６実施気体の真空浸炭炉６０の場合には、加熱室内のテーブル２６上に置かれた被処理材１は、駆動モータ２８により回転シャフト２７を介して所定時間ごとに所定の角度ずつ回転されられる。これにより、所定時間が経過するごとに、被処理材１の向きが変わることになる。従って、被処理材１は、加熱室内の浸炭用ガスの流れに対して向きを変えることになるので、浸炭用ガスの流れにさらされる被処理材１の位置が所定時間毎に変わる。よって、被処理材１の浸炭がより均一に行われる。

このように所定時間、加熱室４内に浸炭用ガスを導入して被処理材１を浸炭した後、浸炭用ガスの供給を停止し、真空ポンプ１７により加熱室４内を真空引してもとの真空度に戻し拡散処理を行う。拡散処理が終了したら、被処理材１を焼き入れ温度まで降温して、均熱する。この後、図示しない不活性ガス供給管により加熱室４内と炉体２内に窒素ガスの不活性ガスを導入して、例えば６００Ｔｏｒｒに復圧した後、加熱室４内部及び冷却室３２を同圧にする。なお、第３実施形態の場合には、例えば真空ポンプ１７の操作により気密性容器内の圧力を加熱室４内及び冷却室３２内と同圧にしておく。

引き続いて、中間扉３４を開いて加熱室４から被処理材１を冷却室３２へ移動しエレベータ３６の上へ搬送し、中間扉３４を閉じてエレベータ２８を下降させ油槽３５の油中に被処理材１を浸して焼き入れ処理を行う。焼き入れ処理が終わったらエレベータ２８を上昇させて油を切り前扉３３を開けて被処理材１を冷却室３２から搬出する。このようにして、１サイクルの真空浸炭処理が行われる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 図１の真空浸炭炉に設けられた開閉弁の切り換えを示す図である。 本発明の第２実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 図３の真空浸炭炉に設けられた開閉弁の切り換えを示す図である。 本発明の第３実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 本発明の第４実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 本発明の第５実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 図７の真空浸炭炉に設けられた開閉弁の切り換えを示す図である。 本発明の第６実施形態による真空浸炭炉を示す図である。 本発明の実施形態による真空浸炭炉と、これに関連する冷却室および油槽を示す図である。

符号の説明

１ 被処理材１
２ 炉体
４ 加熱室
６ 断熱材
８ ヒータ
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 真空浸炭炉
１２ ガス導入ノズル
１４ 浸炭用ガス供給源
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 浸炭用ガス導入管
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 排気管
１７ 真空ポンプ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 開閉弁
１９ 制御部
２２ 気密性容器
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 開閉弁
２６ テーブル
２７ 回転シャフト
２８ 駆動モータ
３２ 冷却室
３３ 前扉
３４ 中間扉
３５ 油槽
３６ エレベータ

Claims (7)

1. 真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に位置し被処理材を加熱するヒータと、加熱室内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、加熱室内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと加熱室内とを連通する複数のガス排気管と、該ガス排気管を交互に開く排気管選択手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉。
2. 前記ガス導入管は複数設けられており、ガス導入管を交互に開くガス導入管選択手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空浸炭炉。
3. 前記ガス導入管は、それぞれ加熱室内に開口するガス導入口を有し、
   前記ガス導入管は、該ガス導入口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するように、配置されることを特徴とする請求項２に記載の真空浸炭炉。
4. 前記排気管は、それぞれ加熱室内に開口する排気口を有し、
   前記排気管は、該排気口が加熱室内の被処理材を挟んで互いに対向するように、配置されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の真空浸炭炉。
5. 真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に置かれる気密性容器と、前記加熱室の該気密性容器の外部に位置し被処理材を加熱するヒータと、気密性容器内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、気密性容器内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと気密性容器内とを連通する複数のガス排気管と、該ガス排気管を交互に開く排気管選択手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉。
6. 真空浸炭する被処理材を内部に収容する中空の加熱室と、該加熱室に位置し被処理材を加熱するヒータと、加熱室内に浸炭用ガスを導入する浸炭用ガス導入管と、加熱室内のガスを吸引排気するための真空ポンプと、該真空ポンプと加熱室内とを連通するガス排気管と、加熱室の内部に収容された被処理材を回転させる被処理材回転手段と、を備えたことを特徴とする真空浸炭炉。
7. 真空浸炭炉の加熱室に導入される浸炭用ガスの排気方法であって、
   減圧下の加熱室に置かれた被処理材を浸炭するために、加熱室に浸炭用ガスを導入し、
   加熱室に導入されている浸炭用ガスを吸引排気する加熱室内の位置を切り換えることを特徴とする浸炭用ガスの排気方法。
   
   
   
   

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