JP2011149061A - 真空浸炭装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空浸炭炉内に供給される浸炭ガスの量の変動を抑制し、ワークにおける浸炭むらや、スーティングの発生を抑制する真空浸炭装置を提供する。
【解決手段】真空浸炭装置１は、液体炭化水素を計量搬送する液体炭化水素流路部１０と、所定量の液体炭化水素を気化して浸炭ガスを生成するとともに、生成した浸炭ガスを搬送する浸炭ガス流路部２０と、浸炭ガスを含む浸炭ガス雰囲気中でワークに浸炭処理を施す真空浸炭炉３０とを備えており、浸炭ガス流路部２０が、液体炭化水素を気化する気化室２１と、気化室２１内の圧力および温度の少なくとも一方をモニタリングすることにより浸炭ガスの生成を検知して浸炭ガスの搬送を制御するセンサ部２２とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空浸炭装置に関する。

自動車部品、建設機械部品などの製造に用いられる鋼材には、所定の表面硬さを確保するために、浸炭処理が施されている。かかる浸炭処理を行なう方法としては、例えば、浸炭ガス雰囲気中において、減圧条件下でワークに浸炭処理を施す真空浸炭法などが挙げられる。
前記真空浸炭法は、高温で短時間の処理が可能であり、しかも、複雑な形状のワークに対しても均一な浸炭が可能であるという利点がある。このような真空浸炭法として、浸炭ガスとしてシクロヘキサンなどの液体炭化水素を気化した気化ガスを用いることが提案されている（例えば、特許文献１〜２を参照）。これらの方法には、インジェクタによって液体炭化水素をパルス供給することにより間欠的な浸炭ガス流を生成する真空浸炭装置などが用いられている。これらの装置では、液体炭化水素をパルス供給する際のパルス幅や時間を調節することによって、真空浸炭炉内に供給される浸炭ガスの量を制御することが試みられている。

米国特許第６９９１６８７号明細書 米国特許第７２０４９５２号明細書

しかしながら、前記装置では、気化条件などによっては、実際に真空浸炭炉内に供給される浸炭ガスの量が変動することがある。そのため、浸炭ガスの供給量が不足している場合には、ワークにおける浸炭むらが生じるおそれがあり、一方、浸炭ガスの供給量が過剰である場合には、浸炭ガスの無駄が生じるだけでなく、スーティングの発生を引き起こすおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、真空浸炭炉内に供給される浸炭ガスの量の変動を抑制し、ワークにおける浸炭むらや、スーティングの発生を抑制する真空浸炭装置を提供することを目的とする。

本発明の真空浸炭装置は、液体炭化水素を浸炭ガスの供給源として用いる真空浸炭装置であって、
前記液体炭化水素を計量搬送する液体炭化水素流路部と、
前記液体炭化水素流路部の下流に接続され、所定量の液体炭化水素を気化して浸炭ガスを生成するとともに、生成した浸炭ガスを搬送する浸炭ガス流路部と
前記浸炭ガス流路部の下流に接続され、前記浸炭ガスを含む浸炭ガス雰囲気中でワークに浸炭処理を施す真空浸炭炉と
を備え、
前記浸炭ガス流路部が、液体炭化水素を気化する気化室と、この気化室の内部の圧力および温度の少なくとも一方をモニタリングすることにより浸炭ガスの生成を検知して当該浸炭ガスの搬送を制御するセンサ部と
を有していることを特徴としている。

本発明の真空浸炭装置では、液体炭化水素は、液体炭化水素流路部によって浸炭ガス流路部に計量搬送される。これにより、浸炭ガス流路部で浸炭ガスの生成に用いられる液体炭化水素の量が正確に制御される。また、浸炭ガスの生成は、浸炭ガス流路部のセンサ部によって検知され、当該浸炭ガスの搬送が制御される。これにより、浸炭ガス流路部において、所定量の液体炭化水素を確実に気化することができるとともに、真空浸炭炉に導入される浸炭ガスの量も正確に制御される。したがって、本発明の真空浸炭装置によれば、真空浸炭炉に供給される浸炭ガスの量の変動を抑制することができるので、ワークにおける浸炭むらや、スーティングの発生を抑制することができる。また、本発明の真空浸炭装置によれば、真空浸炭炉に供給される浸炭ガスの量の変動を抑制することによって、結果として、使用される液体炭素の量を必要最小限まで削減することができ、しかも、バラツキが少なく均質な浸炭ガス雰囲気を形成することができる。

本発明の真空浸炭装置では、前記真空浸炭炉は、複数の気化室が互いに独立して接続されていることが好ましい。この場合、浸炭ガスを、連続的に真空浸炭炉内に導入することが可能になる。

前記気化室は、内部に前記液体炭化水素を貯留する気化室本体と、熱媒体油によって前記液体炭化水素を加熱して気化する加熱部とを備えていることが好ましい。この場合、液体炭化水素を間接的に加熱するので、液体炭化水素への引火を効果的に防止することができる。

本発明の真空浸炭装置によれば、真空浸炭炉内に供給される浸炭ガスの量の変動を抑制し、ワークにおける浸炭むらや、スーティングの発生を抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る真空浸炭装置の概略説明図である。 図１に示される真空浸炭装置の気化室の概略説明図である。 本発明の一実施の形態に係る真空浸炭装置を用いた浸炭処理における浸炭ガス生成工程の際の気化室の動作状態を示す概略説明図である。 本発明の一実施の形態に係る真空浸炭装置を用いた浸炭処理における浸炭ガス生成工程の際の気化室内の圧力および温度の変動を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る真空浸炭装置の概略説明図である。

〔真空浸炭装置の全体構成〕
まず、添付図面を参照しつつ、本発明の真空浸炭装置を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る真空浸炭装置の概略説明図である。
図１に示されるように、真空浸炭装置１は、液体炭化水素流路部１０と、浸炭ガス流路部２０と、真空浸炭炉３０とを備えている。

液体炭化水素流路部１０は、タンク１１と、このタンク１１の下流側に設けられている流量計１２と、流量計１２の下流側に設けられているバルブ１３とを有している。
タンク１１には、例えば、シクロヘキサン、シクロペンタンなどの液体炭化水素が貯蔵されている。タンク１１から排出された液体炭化水素の流量は、流量計１２によって逐次計量される。そして、バルブ１３の開閉動作によって、所定量の液体炭化水素が浸炭ガス流路部２０に搬送される。これにより、浸炭ガス流路部２０に搬送される液体炭化水素ガスの量を所定量に制御することができるので、浸炭ガスの生成に用いられる液体炭化水素の量を正確に制御することができる。これにより、真空浸炭に必要な液体炭化水素の量を削減することができる。

浸炭ガス流路部２０は、液体炭化水素流路部１０により搬送された液体炭化水素を気化させる気化室２１と、気化室２１に接続されたセンサ部２２と、バルブ２３とを有している。
気化室２１は、図２に示されるように、内部に前記液体炭化水素を貯留する気化室本体１０１と、熱媒体油によって前記液体炭化水素を加熱して気化させる加熱部１０２とからなる。また、加熱部１０２には、熱媒体油を供給するための熱媒体油槽２０１が接続されている。これにより、気化室２１においては、気化室本体１０１内の液体炭化水素が間接的に加熱されるので、液体炭化水素への引火が効果的に防止される。加熱部１０２は、例えば、気化室２１の周壁内に配設された配管により、あるいはジャケット（二重壁）構造により構成することができる。
センサ部２２は、気化室本体１０１の内部の圧力および温度の少なくとも一方、好ましくは圧力、さらに好ましくは両方をモニタリングして、気化室本体１０１の内部の圧力および温度が、それぞれ所定の圧力および所定の温度であるときに、浸炭ガスが生成したことを検知して当該浸炭ガスの搬送を制御するように構成されている。圧力および温度の一方をモニタリングする場合としては、モニタリングしない方の値またはその時間的推移が所定条件下で既知となっている場合や推定し得る場合などが挙げられる。この場合、温度よりも圧力のモニタリングの方が好ましいのは、圧力の方が気化室の状態変化をより鋭敏に検知できるからである。以下では、さらに好ましい態様として、圧力および温度の両方をモニタリングする場合を説明する。
この浸炭ガスの搬送の制御は、センサ部２２により取得された浸炭ガスの生成の情報に基づいて、バルブ２３を介して制御されている。
これにより、気化室本体１０１内に導入された所定量の液体炭化水素を確実に気化することができるので、バラツキが少なく均質な浸炭ガス雰囲気を形成することができる。しかも、真空浸炭炉３０内に導入される浸炭ガスの量も正確に制御することができる。

真空浸炭炉３０は、ワークを加熱する炉本体３１と、この炉本体３１に接続された真空ポンプ３２とからなる。炉本体３１内は、真空ポンプ３２によって所定の真空度に減圧される。また、炉本体３１内には、浸炭ガス流路部２０から浸炭ガスが供給される。そして、この炉本体３１内では浸炭ガス雰囲気が形成される。真空浸炭炉３０の炉本体３１内には、所定量の浸炭ガスが供給されるので、ワークにおける浸炭むらや、スーティングの発生を抑制することができる。

〔気化室の動作状態〕
つぎに、真空浸炭装置１を用いた浸炭処理における浸炭ガス生成工程の際の気化室２１の動作状態を説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る真空浸炭装置を用いた浸炭処理における浸炭ガス生成工程の際の気化室の動作状態を示す概略説明図である。

図３に示される気化室２１には、圧力計２２ａおよび温度計２２ｂが取り付けられており、これら圧力計２２ａおよび温度計２２ｂによって、気化室本体１０１内の圧力および温度がモニタリングされる。

気化室２１に液体炭化水素が導入されていない状態では、バルブ１３が閉じられており、かつバルブ２３が開かれている（図３（Ａ））。このとき、図示しない真空浸炭炉３０を介して真空排気がされる状態とされており、気化室本体１０１内の圧力は５０Ｐａ程度とされている。また、加熱部１０２内に熱媒体油が循環することにより、気化室本体１０１内が間接的に加熱されている。

つぎに、気化室２１の気化室本体１０１内に、所定量の液体炭化水素を導入する際には、加熱部１０２内に熱媒体油を循環させたままの状態で、バルブ１３が開かれ、バルブ２３が閉じられる（図３（Ｂ））。気化室本体１０１内の圧力（図４中、黒矩形）は、気化室本体１０１内の液体炭化水素の加熱によって体積が大きくなるに従って上昇する（図４中の供給工程を参照）。一方、気化室本体１０１内の温度（図４中、白四角）は、液体炭化水素の加熱が進行すると、液体炭化水素により気化熱が奪われるので、低下する（図４中の供給工程を参照）。

さらに、気化室２１の気化室本体１０１内に、所定量の液体炭化水素を導入する際には、加熱部１０２内に熱媒体油を循環させたまま、バルブ１３およびバルブ２３が閉じた状態で維持されることによって、液体炭化水素は完全に気化し浸炭ガスとなる（図３（Ｃ））。このとき、気化の進行に伴い、気化室本体１０１内の圧力および温度が上昇する（図４中の気化工程）。

その後、圧力計２２ａおよび温度計２２ｂによって、気化室本体１０１内の圧力が所定圧力（例えば、９０〜１００ｋＰａ程度）であることが検知され、気化室本体１０１内の温度が所定温度（例えば、８０℃程度）であることが検知されたとき、バルブ１３が閉じられ、バルブ２３が開かれる（図３（Ｄ））。これにより、生成した浸炭ガスが図示しない真空浸炭炉３０に供給される。このとき、気化室本体１０１内の圧力は、浸炭ガスの排出によって急激に低下するが、気化室本体１０１内の温度は略一定、あるいは浸炭ガスの断熱膨張により少し低下する程度である（図４中の導入工程）。

このような供給工程、気化工程および導入工程（図４）を繰り返すことにより、気化室２１によって生成された所定量の浸炭ガスを真空浸炭炉３０に間欠的に供給することができる。

〔変形例〕
本発明の他の実施の形態においては、真空浸炭装置１は、図５に示されるように、複数の気化室２１ａ，２１ｂを備えていてもよい。これにより、浸炭ガスを連続的に真空浸炭炉内に導入することが可能になる。気化室の設置数は、必要に応じて任意に設定される。

また、熱媒体油の加熱には、専用の装置以外にも真空浸炭装置１に用いられる焼入れ油、排気などを適宜加熱源として利用してもよい。

１ 真空浸炭装置
１０ 液体炭化水素流路部
２０ 浸炭ガス流路部
２１ 気化室
２１ａ 気化室
２１ｂ 気化室
２２ センサ部
３０ 真空浸炭炉
１０１ 気化室本体
１０２ 加熱部

Claims (3)

1. 液体炭化水素を浸炭ガスの供給源として用いる真空浸炭装置であって、
   前記液体炭化水素を計量搬送する液体炭化水素流路部と、
   前記液体炭化水素流路部の下流に接続され、所定量の液体炭化水素を気化して浸炭ガスを生成するとともに、生成した浸炭ガスを搬送する浸炭ガス流路部と
   前記浸炭ガス流路部の下流に接続され、前記浸炭ガスを含む浸炭ガス雰囲気中でワークに浸炭処理を施す真空浸炭炉と
   を備え、
   前記浸炭ガス流路部が、液体炭化水素を気化する気化室と、この気化室の内部の圧力および温度の少なくとも一方をモニタリングすることにより浸炭ガスの生成を検知して当該浸炭ガスの搬送を制御するセンサ部と
   を有していることを特徴とする真空浸炭装置。
2. 前記真空浸炭炉には、複数の気化室が互いに独立して接続されている請求項１に記載の真空浸炭装置。
3. 前記気化室は、内部に前記液体炭化水素を貯留する気化室本体と、熱媒体油によって前記液体炭化水素を加熱して気化する加熱部とを備えている請求項１または２に記載の真空浸炭装置。

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