JP2017082275A - Nitriding treatment apparatus and nitriding treatment method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitriding treatment apparatus capable of reducing furthermore a used amount of gas for heat treatment without lowering quality of a nitriding treatment, and to provide a nitriding treatment method.SOLUTION: A nitriding treatment apparatus 1 has a nitriding potential detector 18, an ammonia sensor 16 and a control part 5. The control part 5 controls supply of gas for heat treatment into a heat treatment furnace 6 based on both a nitriding potential P and a residual ammonia concentration C1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、窒化処理装置、および、窒化処理方法に関する。   The present invention relates to a nitriding apparatus and a nitriding method.

鋼材部品などの被処理物の表面に、ガス軟窒化処理などの窒化処理を行うことがある。ガス軟窒化処理では、約550℃〜600℃に加熱された熱処理炉内に、アンモニアガスを主成分とした熱処理用ガス(混合ガス)が供給される。これにより、熱処理炉内の被処理物の表面から内部に向かって窒素原子と炭素原子とが、浸透および拡散しつつ固溶する。その結果、被処理物の表面に、窒素原子と炭素原子の化合物が窒化層として形成される。これにより、被処理物の耐摩耗性、疲労強度、および、耐食性などを向上することができる。   Nitriding treatment such as gas soft nitriding treatment may be performed on the surface of an object to be treated such as a steel part. In the gas soft nitriding treatment, a heat treatment gas (mixed gas) mainly composed of ammonia gas is supplied into a heat treatment furnace heated to about 550 ° C. to 600 ° C. Thereby, nitrogen atoms and carbon atoms are solid-dissolved while penetrating and diffusing from the surface of the workpiece in the heat treatment furnace toward the inside. As a result, a compound of nitrogen atoms and carbon atoms is formed as a nitride layer on the surface of the workpiece. Thereby, the wear resistance, fatigue strength, corrosion resistance, and the like of the workpiece can be improved.

そして、窒化処理を行うための窒化処理装置が知られている(たとえば、特許文献1〜3参照)。特許文献1に記載の窒化処理装置は、ガス軟窒化処理において、熱処理炉内の水素濃度を検出し、当該水素濃度から窒化ポテンシャルを算出する。窒化ポテンシャルとは、(残留アンモニア濃度×0.01)/{(水素濃度×0.01)1.5}で定義される値である。なお、残留アンモニアとは、熱処理炉内で分解されず、且つ、他のガスなどと反応せずに残っているアンモニアをいう。残留アンモニア濃度とは、残留アンモニアの濃度をいう。そして、この窒化処理装置は、窒化ポテンシャルが一定となるように、熱処理炉内に導入する各種ガスの流量を調整する。これにより、熱処理に必要なガスの使用量を低減することが意図されている。 A nitriding apparatus for performing nitriding is known (see, for example, Patent Documents 1 to 3). The nitriding apparatus described in Patent Document 1 detects the hydrogen concentration in the heat treatment furnace and calculates the nitriding potential from the hydrogen concentration in the gas soft nitriding process. The nitriding potential is a value defined by (residual ammonia concentration × 0.01) / {(hydrogen concentration × 0.01) 1.5 }. The residual ammonia refers to ammonia that is not decomposed in the heat treatment furnace and remains without reacting with other gases. The residual ammonia concentration refers to the concentration of residual ammonia. The nitriding apparatus adjusts the flow rates of various gases introduced into the heat treatment furnace so that the nitriding potential is constant. This is intended to reduce the amount of gas used for the heat treatment.

特許文献2,3に記載の窒化処理方法では、被処理物における窒化の品質を確保するために、熱処理炉内における残留アンモニア濃度が制御される。この方法においては、残留アンモニア濃度を、被処理物において所望の窒化層の形成に必要な下限値となるような制御を行う。これにより、被処理物における窒化の品質を確保しつつ、熱処理用ガスの使用量を削減することを意図している。   In the nitriding methods described in Patent Documents 2 and 3, the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace is controlled in order to ensure the nitriding quality of the object to be processed. In this method, control is performed so that the residual ammonia concentration becomes the lower limit necessary for forming a desired nitrided layer in the workpiece. Thus, it is intended to reduce the amount of heat treatment gas used while ensuring the quality of nitriding in the object to be processed.

特開2011−26627号公報JP 2011-26627 A 特開2007−169723号公報JP 2007-169723 A 特開平8−134626号公報JP-A-8-134626

ところで、熱処理用のガスを用いた軟窒化処理では、熱処理用ガスの使用量を低減することが、当該軟窒化処理にかかるコストを低減する観点から好ましい。特に、環境への負荷が比較的大きいアンモニアガスの排出量をより低減することは、地球環境保護の面からも好ましい。   By the way, in the soft nitriding treatment using the heat treatment gas, it is preferable to reduce the amount of the heat treatment gas used from the viewpoint of reducing the cost of the soft nitriding treatment. In particular, it is preferable from the viewpoint of protecting the global environment to further reduce the discharge amount of ammonia gas having a relatively large environmental load.

本発明は、上記事情に鑑みることにより、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理装置、および、窒化処理方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a nitriding apparatus and a nitriding method that can further reduce the amount of heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding process. .

本願発明者は、鋭意研究の結果、以下の知見を得るに至った。すなわち、設定された窒化ポテンシャルに応じて、熱処理炉内に導入される各種ガスの流量を調整する制御と、熱処理炉内に残留する残留アンモニア濃度に応じて、熱処理炉内に導入される各種ガスの流量を調整する制御と、を行うことをで、被処理物の品質を低下させることなく、熱処理炉内に導入される各種ガス、特に、窒素の価格に対して数倍の価格であるアンモニアガスの使用量を低減できる。   As a result of earnest research, the inventor of the present application has obtained the following knowledge. That is, the control for adjusting the flow rate of various gases introduced into the heat treatment furnace according to the set nitriding potential, and the various gases introduced into the heat treatment furnace according to the residual ammonia concentration remaining in the heat treatment furnace. By adjusting the flow rate of the gas, various gases introduced into the heat treatment furnace without deteriorating the quality of the object to be processed, especially ammonia that is several times the price of nitrogen. The amount of gas used can be reduced.

また、窒化ポテンシャルは、熱処理炉内に導入される各種ガスの流量比を一定のままで熱処理用ガスの総流量を調整することによって任意に制御され得る。一方、熱処理炉内の残留アンモニア濃度は、熱処理炉内に導入される熱処理用ガスの総流量を一定のままで熱処理用ガス中の各種ガスの流量比を調整することで、任意に制御され得る。   Further, the nitriding potential can be arbitrarily controlled by adjusting the total flow rate of the heat treatment gas while keeping the flow rate ratio of various gases introduced into the heat treatment furnace constant. On the other hand, the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace can be arbitrarily controlled by adjusting the flow ratio of various gases in the heat treatment gas while keeping the total flow rate of the heat treatment gas introduced into the heat treatment furnace constant. .

(1)上記の知見に基づいてなされた、この発明のある局面に係わる窒化処理装置は、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理装置であって、前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを検出するための窒化ポテンシャル検出部と、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を検出するための残留アンモニア濃度検出部と、前記窒化ポテンシャルおよび前記残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの供給を制御するための制御部と、を備え、前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルの何れか一方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルの何れか他方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの前記総流量を変化させるように構成されている。   (1) A nitriding apparatus according to an aspect of the present invention, which has been made based on the above knowledge, introduces a heat treatment gas containing ammonia gas into a heat treatment furnace, so that the substrate disposed in the heat treatment furnace. A nitriding apparatus for performing nitriding treatment on a workpiece, a nitriding potential detecting unit for detecting a nitriding potential in the heat treatment furnace, and a residual ammonia concentration for detecting a residual ammonia concentration in the heat treatment furnace A detection unit; and a control unit for controlling the supply of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on the nitriding potential and the residual ammonia concentration, and the control unit includes the residual ammonia concentration and When changing any one of the nitriding potentials, the residual ammonia concentration detected by the residual ammonia concentration detector and the nitriding Based on either one of the nitriding potentials detected by the temporal detector, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is constant, while the unit flow rate per unit time into the heat treatment furnace is constant. The flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas is changed, and the control unit detects the residual ammonia concentration detection unit when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential. Based on either the residual ammonia concentration or the nitriding potential detected by the nitriding potential detector, the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is constant, The total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace It is configured to be of.

この構成によると、制御部は、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度の双方に基づいて、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給態様を設定する。すなわち、窒化処理においては、制御部は、窒化ポテンシャルに加えて、残留アンモニア濃度も考慮した上で、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給態様を設定する。これにより、被処理物の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to this configuration, the control unit sets the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on both the nitriding potential and the residual ammonia concentration. That is, in the nitriding process, the control unit sets the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace in consideration of the residual ammonia concentration in addition to the nitriding potential. Thereby, the amount of heat treatment gas used can be further reduced while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece (specifications required for the components of the nitrided layer, uniformity of thickness, etc.).

また、制御部は、熱処理炉内に残留しているアンモニアガスそのものの濃度などに基づいて、熱処理炉への熱処理用ガス、特に、アンモニアガスの流量比を設定するように構成されている。これにより、制御部は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, the control unit is configured to set the flow rate ratio of the heat treatment gas to the heat treatment furnace, particularly the ammonia gas, based on the concentration of the ammonia gas itself remaining in the heat treatment furnace. Thereby, the control unit can perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

さらに、制御部は、残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、熱処理炉内への単位時間当たりのアンモニアガスの流量比を変化させるように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際においても、熱処理炉内への単位時間当たりの熱処理用ガスの総流量は変化しない。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。   Furthermore, when changing any one of the residual ammonia concentration and the nitriding potential, the control unit keeps the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace, while keeping the total flow rate per unit time into the heat treatment furnace. The flow rate ratio of ammonia gas is changed. According to this configuration, even when either the residual ammonia concentration or the nitriding potential is changed, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace does not change. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed.

また、制御部は、窒化ポテンシャル、すなわち、窒化処理の進行度合いに基づいて、熱処理炉への熱処理用ガス総流量を設定できる。その結果、制御部は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, the control unit can set the total heat treatment gas flow rate to the heat treatment furnace based on the nitriding potential, that is, the progress of the nitriding treatment. As a result, the control unit can perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

さらに、制御部は、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際において、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は変化しない。したがって、被処理物の表面周辺において、窒化反応の態様が急激に変化することが抑制される。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。以上の次第で、本発明によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理装置を実現できる。   Further, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the control unit keeps the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace into the heat treatment furnace. The total flow rate of the heat treatment gas per unit time is changed. According to this configuration, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace per unit time does not change. Therefore, it is possible to suppress the nitriding reaction mode from rapidly changing around the surface of the workpiece. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a nitriding apparatus capable of further reducing the amount of heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding process.

(2)好ましくは、前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルに基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの前記総流量を変化させるように構成されている。   (2) Preferably, when the controller changes either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the controller enters the heat treatment furnace based on the residual ammonia concentration detected by the residual ammonia concentration detector. The flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is changed while the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant, and the control unit When changing any one of the residual ammonia concentration and the nitriding potential, each of the heat treatment gases in the heat treatment furnace per unit time based on the nitridation potential detected by the nitriding potential detector The flow rate ratio of the component gases is kept constant, while And it is configured to vary the total flow rate of the heat treatment gas.

この構成によると、窒化処理をより迅速に完了でき、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to this configuration, the nitriding treatment can be completed more quickly, and the amount of heat treatment gas used can be further reduced.

(3)好ましくは、前記制御部は、前記アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、前記熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を交互に行うように構成されている。   (3) Preferably, the control unit is configured to alternately perform control for changing the flow rate ratio of the ammonia gas and control for changing the total flow rate of the heat treatment gas.

この構成によると、窒化処理をより迅速に完了でき、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to this configuration, the nitriding treatment can be completed more quickly, and the amount of heat treatment gas used can be further reduced.

(4)より好ましくは、前記制御部は、前記熱処理用ガスの総流量の初期値、前記アンモニアガスの前記流量比の初期値、前記残留アンモニア濃度の目標値、および、前記窒化ポテンシャルの目標値に基づいて、前記アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、前記熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を行うように構成されている。   (4) More preferably, the control unit includes an initial value of a total flow rate of the heat treatment gas, an initial value of the flow rate ratio of the ammonia gas, a target value of the residual ammonia concentration, and a target value of the nitriding potential. The control for changing the flow rate ratio of the ammonia gas and the control for changing the total flow rate of the heat treatment gas are performed.

この構成によると、窒化処理をより迅速に完了させ、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減するための、よりきめ細かい制御を実現できる。   According to this configuration, finer control for completing the nitriding process more quickly and reducing the amount of heat treatment gas used can be realized.

(5)好ましくは、前記制御部は、前記窒化ポテンシャルを制御するために、所定の等アンモニア流量比率特性に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの総流量を制御可能に構成されており、前記等アンモニア流量比率特性は、前記残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアガスの流量比を一定にしたときの特性を示す。   (5) Preferably, the control unit is configured to be able to control a total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristics in order to control the nitriding potential. The equi-ammonia flow rate ratio characteristic is a graph in which the residual ammonia concentration is on the horizontal axis and the nitriding potential is on the vertical axis, and the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time is shown in the graph. The characteristic when it is made constant is shown.

この構成によると、制御部は、予め設定された等アンモニア流量比率特性に基づいて、熱処理炉内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を設定する。これにより、制御部は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   According to this configuration, the control unit sets the supply mode of the heat treatment gas, particularly the ammonia gas, supplied into the heat treatment furnace based on the preset equal ammonia flow rate ratio characteristic. Thereby, the control unit can perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

(6)好ましくは、前記制御部は、前記残留アンモニア濃度を制御するために、所定の等総流量特性に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガス中の前記アンモニアガスの流量比を制御可能に構成されており、前記等総流量特性は、前記残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示す。   (6) Preferably, in order to control the residual ammonia concentration, the control unit sets a flow ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on a predetermined equal total flow characteristic. The equal total flow rate characteristic is configured such that the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant in the graph in which the horizontal axis is the residual ammonia concentration and the vertical axis is the nitriding potential. The characteristics when set to.

この構成によると、制御部は、予め設定された等総流量特性に基づいて、熱処理炉内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を設定する。これにより、制御部は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   According to this configuration, the control unit sets the supply mode of the heat treatment gas, particularly the ammonia gas, which is supplied into the heat treatment furnace based on the preset equal total flow characteristics. Thereby, the control unit can perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

(7)好ましくは、前記制御部は、前記熱処理炉内の前記残留アンモニア濃度が12%以上で且つ前記熱処理炉内の前記窒化ポテンシャルが0.75以上となるように前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御するように構成されている。   (7) Preferably, the control unit performs the heat treatment to the heat treatment furnace so that the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace is 12% or more and the nitriding potential in the heat treatment furnace is 0.75 or more. It is configured to control supply of the working gas.

この構成によると、残留アンモニア濃度を最低で12%とし、且つ、窒化ポテンシャルを最低で0.75とすることにより、窒化処理に関する品質を十分に確保しつつ、熱処理用ガス、特にアンモニアガスの使用量を、より低減できる。   According to this configuration, the residual ammonia concentration is set to a minimum of 12% and the nitriding potential is set to a minimum of 0.75, so that the quality related to the nitriding treatment is sufficiently secured, and the heat treatment gas, particularly ammonia gas is used. The amount can be further reduced.

(8)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる窒化処理装置は、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理装置であって、所定の等アンモニア流量比率特性と、所定の等総流量特性とに基づいて、前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御するための制御部を備え、前記等アンモニア流量比率特性は、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアの流量比を一定にしたときの特性を示し、前記等総流量特性は、前記グラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示す。   (8) In order to solve the above-mentioned problem, a nitriding apparatus according to an aspect of the present invention introduces a heat treatment gas containing ammonia gas into a heat treatment furnace, and thereby the object to be processed disposed in the heat treatment furnace. A nitriding apparatus for nitriding an object, for controlling the supply of the heat treatment gas to the heat treatment furnace based on a predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristic and a predetermined equal total flow characteristic In the graph in which the horizontal ammonia axis is the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace and the nitriding potential in the heat treatment furnace is the vertical axis, the equal ammonia flow rate ratio characteristic is the heat treatment per unit time. Shows the characteristics when the flow rate ratio of ammonia in the working gas is constant, and the equal total flow characteristics are the heat treatment per unit time in the graph Shows the characteristic when the total flow rate of the gas constant.

この構成によると、制御部は、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度の双方に基づいて、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給量を設定する。すなわち、窒化処理においては、窒化ポテンシャルに加えて、残留アンモニア濃度も考慮した上で、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給量が設定される。これにより、被処理物の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量、特にアンモニアガスの使用量を、より低減することができる。   According to this configuration, the control unit sets the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on both the nitriding potential and the residual ammonia concentration. That is, in the nitriding treatment, the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is set in consideration of the residual ammonia concentration in addition to the nitriding potential. As a result, the amount of heat treatment gas used, particularly the amount of ammonia gas, can be satisfied while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece (specifications required for the components of the nitrided layer, thickness uniformity, etc.) It can be further reduced.

より具体的には、制御部は、予め設定された等アンモニア流量比率特性および等総流量特性に基づいて、熱処理炉内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの流量を設定する。その結果、制御部は、窒化処理に関する品質を十分に確保しつつ、残留アンモニア濃度と窒化ポテンシャルの双方について、より低減した状態を実現できる。すなわち、制御部は、窒化処理において、熱処理用ガス、特にアンモニアガスの使用量を、より低減できる。以上の次第で、本発明によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理装置を実現できる。   More specifically, the control unit sets the flow rate of the heat treatment gas, particularly ammonia gas, supplied into the heat treatment furnace based on the preset equal ammonia flow rate ratio characteristic and the equal total flow characteristic. As a result, the control unit can realize a state in which both the residual ammonia concentration and the nitriding potential are further reduced while sufficiently ensuring the quality related to the nitriding treatment. In other words, the control unit can further reduce the amount of heat treatment gas, particularly ammonia gas, used in the nitriding treatment. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a nitriding apparatus capable of further reducing the amount of heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding process.

(9)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる窒化処理方法は、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理方法であって、前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを検出するための窒化ポテンシャル検出ステップと、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を検出するための残留アンモニア濃度検出ステップと、前記窒化ポテンシャルおよび前記残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの供給を制御する制御ステップと、を含み、前記制御ステップは、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出ステップで検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出ステップにより検出された窒化ポテンシャルの何れか一方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、前記制御ステップは、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出ステップで検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出ステップにより検出された窒化ポテンシャルの何れか他方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されている。   (9) In order to solve the above-described problem, a nitriding method according to an aspect of the present invention is a treatment process disposed in the heat treatment furnace by introducing a heat treatment gas containing ammonia gas into the heat treatment furnace. A nitriding method for nitriding an object, wherein a nitriding potential detecting step for detecting a nitriding potential in the heat treatment furnace and a residual ammonia concentration detection for detecting a residual ammonia concentration in the heat treatment furnace And a control step of controlling supply of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on the nitridation potential and the residual ammonia concentration, wherein the control step includes the residual ammonia concentration and the nitridation potential. When changing either one of the residual ammonia concentration detected in the residual ammonia concentration detection step, Based on either the concentration or the nitriding potential detected by the nitriding potential detection step, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is made constant while the unit into the heat treatment furnace is kept constant. The flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per time is changed, and the control step detects the residual ammonia concentration when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential. The flow ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is based on either the residual ammonia concentration detected in step 1 or the nitriding potential detected in the nitriding potential detection step. Unit time into the heat treatment furnace while keeping constant It is configured to vary the total flow rate of the heat treatment gas in streams.

この構成によると、制御ステップでは、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度の双方に基づいて、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給態様を設定する。すなわち、窒化処理においては、窒化ポテンシャルに加えて、残留アンモニア濃度も考慮した上で、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給態様が設定される。これにより、被処理物の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to this configuration, in the control step, the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is set based on both the nitriding potential and the residual ammonia concentration. That is, in the nitriding treatment, the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is set in consideration of the residual ammonia concentration in addition to the nitriding potential. Thereby, the amount of heat treatment gas used can be further reduced while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece (specifications required for the components of the nitrided layer, uniformity of thickness, etc.).

また、制御ステップでは、熱処理炉内に残留しているアンモニアガスそのものの濃度などに基づいて、熱処理炉への熱処理用ガス、特に、アンモニアガスの流量比を設定するように構成されている。これにより、制御ステップでは、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   In the control step, the flow rate ratio of the heat treatment gas to the heat treatment furnace, particularly the ammonia gas, is set based on the concentration of ammonia gas remaining in the heat treatment furnace. Thus, in the control step, it is possible to perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

さらに、制御ステップでは、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、熱処理炉内への単位時間当たりのアンモニアガスの流量比を変化させるように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際においても、熱処理炉内への単位時間当たりの熱処理用ガスの総流量は変化しない。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。   Further, in the control step, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is kept constant, while the unit flow rate per unit time into the heat treatment furnace is constant. The flow rate ratio of ammonia gas is changed. According to this configuration, even when either the residual ammonia concentration or the nitriding potential is changed, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace does not change. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed.

また、制御ステップでは、熱処理炉内の窒化ポテンシャル、すなわち、窒化処理の進行度合いに基づいて、熱処理炉への熱処理用ガス総流量を設定できる。その結果、制御ステップでは、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, in the control step, the total heat treatment gas flow rate to the heat treatment furnace can be set based on the nitriding potential in the heat treatment furnace, that is, the degree of progress of the nitriding treatment. As a result, in the control step, it is possible to perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace while satisfying sufficient quality for nitriding more reliably.

さらに、制御ステップでは、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際において、熱処理炉内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は変化しない。したがって、被処理物の表面周辺において、窒化反応の態様が急激に変化することが抑制される。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。以上の次第で、本発明によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理方法を実現できる。   Further, in the control step, when either the residual ammonia concentration or the nitriding potential is changed, the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is kept constant while the flow rate ratio of each component gas into the heat treatment furnace is kept constant. The total flow rate of the heat treatment gas per unit time is changed. According to this configuration, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace per unit time does not change. Therefore, it is possible to suppress the nitriding reaction mode from rapidly changing around the surface of the workpiece. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a nitriding method that can further reduce the amount of heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding treatment.

(10)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる窒化処理方法は、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理方法であって、所定の等アンモニア流量比率特性と、所定の等総流量特性とに基づいて、前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御する制御ステップを含み、前記等アンモニア流量比率特性は、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアの流量比を一定にしたときの特性を示し、前記等総流量特性は、前記グラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示す。   (10) In order to solve the above-described problem, a nitriding method according to an aspect of the present invention includes a heat treatment gas containing ammonia gas introduced into a heat treatment furnace, so that the treatment object disposed in the heat treatment furnace is provided. A control method for controlling supply of the heat treatment gas to the heat treatment furnace based on a predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristic and a predetermined equal total flow characteristic. And the equi-ammonia flow rate ratio characteristic includes the heat treatment gas per unit time in a graph in which the horizontal axis is the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace and the nitriding potential in the heat treatment furnace is the vertical axis. In the graph, the equal total flow rate characteristic is the heat treatment per unit time. The total flow rate of the use gas shows the characteristics when the constant.

この構成によると、制御ステップでは、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度の双方に基づいて、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給量が設定される。すなわち、窒化処理においては、窒化ポテンシャルに加えて、残留アンモニア濃度も考慮した上で、熱処理炉内への熱処理用ガスの供給量が設定される。これにより、被処理物の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量、特にアンモニアガスの使用量を、より低減することができる。   According to this configuration, in the control step, the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is set based on both the nitriding potential and the residual ammonia concentration. That is, in the nitriding treatment, the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is set in consideration of the residual ammonia concentration in addition to the nitriding potential. As a result, the amount of heat treatment gas used, particularly the amount of ammonia gas, can be satisfied while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece (specifications required for the components of the nitrided layer, thickness uniformity, etc.) It can be further reduced.

より具体的には、制御ステップでは、予め設定された等アンモニア流量比率特性および等総流量特性に基づいて、熱処理炉内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの流量が設定される。その結果、制御ステップでは、窒化処理に関する品質を十分に確保しつつ、残留アンモニア濃度と窒化ポテンシャルの双方について、より低減した状態を実現できる。すなわち、制御ステップでは、窒化処理において、熱処理用ガス、特にアンモニアガスの使用量を、より低減できる。以上の次第で、本発明によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理方法を実現できる。   More specifically, in the control step, the flow rate of the heat treatment gas, particularly ammonia gas, supplied into the heat treatment furnace is set based on the preset equal ammonia flow rate ratio characteristic and equal total flow characteristic. As a result, in the control step, it is possible to realize a state where both the residual ammonia concentration and the nitriding potential are further reduced while sufficiently ensuring the quality related to the nitriding treatment. That is, in the control step, the amount of heat treatment gas, particularly ammonia gas, can be further reduced in the nitriding treatment. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a nitriding method that can further reduce the amount of heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding treatment.

本発明によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to the present invention, the amount of heat treatment gas used can be further reduced without degrading the quality of the nitriding treatment.

本発明の一実施形態に係る窒化処理装置の模式図である。It is a schematic diagram of the nitriding apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 制御部における制御に用いられる制御マップを示す図である。It is a figure which shows the control map used for control in a control part. 窒化処理装置における熱処理動作の一例を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating an example of the heat processing operation | movement in a nitriding processing apparatus. 制御部の制御における制御動作の一つの具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one specific example of the control action in control of a control part. 本発明の実施形態および変形例における制御パターンの例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the control pattern in embodiment and the modification of this invention. 窒化処理開始からの時間と窒化ポテンシャルとの関係、および、窒化処理開始からの時間と残留アンモニア濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time after nitriding start, and nitriding potential, and the relationship between the time after nitriding start and residual ammonia concentration.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、窒化処理装置、および、窒化処理方法として広く適用することができる。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention can be widely applied as a nitriding apparatus and a nitriding method.

図1は、本発明の一実施形態に係る窒化処理装置1の模式図である。図1を参照して、窒化処理装置1は、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉6内に導入することで、熱処理炉6内に配置された被処理物100に窒化処理を行うように構成されている。   FIG. 1 is a schematic view of a nitriding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the nitriding apparatus 1 introduces a heat treatment gas containing ammonia gas into the heat treatment furnace 6 so as to perform the nitriding treatment on the workpiece 100 arranged in the heat treatment furnace 6. It is configured.

被処理物100の材質は、表面に窒化処理を施されることが可能な材質であればよく、特に限定されない。被処理物100の一例として、鋼材部品などの金属部品を例示することができる。窒化処理は、たとえば、約550℃〜600℃に加熱された熱処理炉6内に、アンモニアガスを主成分とする熱処理用ガス(混合ガス)を供給する処理である。   The material of the workpiece 100 is not particularly limited as long as the material can be nitrided on the surface. As an example of the workpiece 100, metal parts such as steel parts can be exemplified. The nitriding process is a process for supplying a heat treatment gas (mixed gas) mainly composed of ammonia gas into the heat treatment furnace 6 heated to about 550 ° C. to 600 ° C., for example.

この処理により、窒素原子および炭素原子は、被処理物100の表面から内部へ浸透および拡散することで被処理物100の金属部分に固溶する。その結果、窒素原子と炭素原子の化合物(窒化層)が、被処理物100の表面近傍に形成される。これにより、被処理物100の耐摩耗性、疲労強度、および、耐食性が向上する。   By this treatment, nitrogen atoms and carbon atoms penetrate and diffuse from the surface of the object to be processed 100 to the inside to be dissolved in the metal portion of the object to be processed 100. As a result, a compound of nitrogen atoms and carbon atoms (nitride layer) is formed in the vicinity of the surface of the workpiece 100. Thereby, the wear resistance, fatigue strength, and corrosion resistance of the workpiece 100 are improved.

本実施形態で用いられる熱処理用ガスは、窒素ガス(N)と、アンモニアガス(NH)と、炭酸ガス(CO)と、を含んでいる。なお、熱処理用ガスは、アンモニアガスと、吸熱型変成ガス(CO、N、H)と、を含んでいてもよい。 The heat treatment gas used in the present embodiment includes nitrogen gas (N 2 ), ammonia gas (NH 3 ), and carbon dioxide gas (CO 2 ). The heat treatment gas may contain ammonia gas and endothermic modified gas (CO, N 2 , H 2 ).

窒化処理装置1は、ガス供給ユニット2と、熱処理ユニット3と、ガスセンサ4と、制御部5と、を有している。熱処理ユニット3は、熱処理炉6と、ファン7と、ヒータ8と、を有している。   The nitriding apparatus 1 includes a gas supply unit 2, a heat treatment unit 3, a gas sensor 4, and a control unit 5. The heat treatment unit 3 includes a heat treatment furnace 6, a fan 7, and a heater 8.

ガス供給ユニット2は、前述したアンモニアガス、窒素ガス、および、炭酸ガスを含む熱処理用ガスを、熱処理炉6へ向けて供給するために設けられている。本実施形態では、ガス供給ユニット2は、アンモニアガスと、窒素ガスと、炭酸ガスのそれぞれの流量(L/min)を個別に設定することが可能に構成されている。   The gas supply unit 2 is provided to supply the heat treatment gas including the above-described ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas to the heat treatment furnace 6. In the present embodiment, the gas supply unit 2 is configured to be able to individually set the flow rates (L / min) of ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas.

ガス供給ユニット2は、アンモニアガス供給部11と、窒素ガス供給部12と、炭酸ガス供給部13と、集合管14と、を有している。   The gas supply unit 2 includes an ammonia gas supply unit 11, a nitrogen gas supply unit 12, a carbon dioxide gas supply unit 13, and a collecting pipe 14.

アンモニアガス供給部11は、供給管11aと、マスフローセンサ11bと、電磁弁11cと、を有している。   The ammonia gas supply unit 11 includes a supply pipe 11a, a mass flow sensor 11b, and an electromagnetic valve 11c.

供給管11aは、アンモニアガスが充填されたタンク(図示せず)などのアンモニアガス供給源に接続されており、当該アンモニアガス供給源からのアンモニアガスが流れる。供給管11aに、マスフローセンサ11bと、電磁弁11cとが設けられている。   The supply pipe 11a is connected to an ammonia gas supply source such as a tank (not shown) filled with ammonia gas, and the ammonia gas flows from the ammonia gas supply source. A mass flow sensor 11b and an electromagnetic valve 11c are provided in the supply pipe 11a.

マスフローセンサ11bは、供給管11aにおけるアンモニアガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ11bは、電磁弁11cに対して、供給管11aにおける流れ方向の上流側に配置されている。マスフローセンサ11bは、たとえば、熱式流量センサであり、供給管11aを通過するアンモニアガスの流量を検出するように構成されている。マスフローセンサ11bは、アンモニアガスの検出流量を示す信号を、制御部5へ出力する。電磁弁11cは、供給管11aにおけるアンモニアガスの流量を調整するために設けられている。電磁弁11cは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該電磁弁11cの開度が設定される。電磁弁11cは、制御部5によって制御される。より具体的には、電磁弁11cは、マスフローセンサ11bで検出されたアンモニアガスの流量と、制御部5で設定されたアンモニアガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。   The mass flow sensor 11b is provided to detect the flow rate of ammonia gas in the supply pipe 11a. The mass flow sensor 11b is disposed upstream of the electromagnetic valve 11c in the flow direction of the supply pipe 11a. The mass flow sensor 11b is, for example, a thermal flow sensor, and is configured to detect the flow rate of ammonia gas passing through the supply pipe 11a. The mass flow sensor 11 b outputs a signal indicating the detected flow rate of ammonia gas to the control unit 5. The electromagnetic valve 11c is provided to adjust the flow rate of ammonia gas in the supply pipe 11a. The electromagnetic valve 11c has, for example, an actuator such as a solenoid, and the opening degree of the electromagnetic valve 11c is set by the operation of this actuator. The electromagnetic valve 11 c is controlled by the control unit 5. More specifically, the solenoid valve 11c operates so that the difference between the ammonia gas flow rate detected by the mass flow sensor 11b and the ammonia gas target flow rate set by the control unit 5 becomes zero.

窒素ガス供給部12は、供給管12aと、マスフローセンサ12bと、電磁弁12cと、を有している。   The nitrogen gas supply unit 12 includes a supply pipe 12a, a mass flow sensor 12b, and an electromagnetic valve 12c.

供給管12aは、窒素ガスが充填されたタンク(図示せず)などの窒素ガス供給源に接続されており、当該窒素ガス供給源からの窒素ガスが流れる。供給管12aに、マスフローセンサ12bと、電磁弁12cとが設けられている。   The supply pipe 12a is connected to a nitrogen gas supply source such as a tank (not shown) filled with nitrogen gas, and the nitrogen gas flows from the nitrogen gas supply source. The supply pipe 12a is provided with a mass flow sensor 12b and an electromagnetic valve 12c.

マスフローセンサ12bは、供給管12aにおける窒素ガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ12bは、電磁弁12cに対して、供給管12aにおける流れ方向の上流側に配置されている。マスフローセンサ12bは、たとえば、熱式流量センサであり、供給管12aを通過する窒素ガスの流量を検出するように構成されている。マスフローセンサ12bは、窒素ガスの検出流量を示す信号を、制御部5へ出力する。電磁弁12cは、供給管12aにおける窒素ガスの流量を調整するために設けられている。電磁弁12cは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該電磁弁12cの開度が設定される。電磁弁12cは、制御部5によって制御される。より具体的には、電磁弁12cは、マスフローセンサ12bで検出された窒素ガスの流量と、制御部5で設定された窒素ガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。   The mass flow sensor 12b is provided to detect the flow rate of nitrogen gas in the supply pipe 12a. The mass flow sensor 12b is disposed on the upstream side in the flow direction of the supply pipe 12a with respect to the electromagnetic valve 12c. The mass flow sensor 12b is, for example, a thermal flow sensor, and is configured to detect the flow rate of nitrogen gas passing through the supply pipe 12a. The mass flow sensor 12 b outputs a signal indicating the detected flow rate of nitrogen gas to the control unit 5. The solenoid valve 12c is provided to adjust the flow rate of nitrogen gas in the supply pipe 12a. The electromagnetic valve 12c has, for example, an actuator such as a solenoid, and the opening degree of the electromagnetic valve 12c is set by the operation of this actuator. The electromagnetic valve 12 c is controlled by the control unit 5. More specifically, the solenoid valve 12c operates so that the difference between the flow rate of nitrogen gas detected by the mass flow sensor 12b and the target flow rate of nitrogen gas set by the control unit 5 becomes zero.

炭酸ガス供給部13は、供給管13aと、マスフローセンサ13bと、電磁弁13cと、を有している。   The carbon dioxide supply unit 13 includes a supply pipe 13a, a mass flow sensor 13b, and an electromagnetic valve 13c.

供給管13aは、炭酸ガスが充填されたタンク(図示せず)などの炭酸ガス供給源に接続されており、当該炭酸ガス供給源からの炭酸ガスが流れる。供給管13aに、マスフローセンサ13bと、電磁弁13cとが設けられている。   The supply pipe 13a is connected to a carbon dioxide supply source such as a tank (not shown) filled with carbon dioxide, and the carbon dioxide from the carbon dioxide supply source flows. The supply pipe 13a is provided with a mass flow sensor 13b and an electromagnetic valve 13c.

マスフローセンサ13bは、供給管13aにおける炭酸ガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ13bは、電磁弁13cに対して、供給管13aにおける流れ方向の上流側に配置されている。マスフローセンサ13bは、たとえば、熱式流量センサであり、供給管13aを通過する炭酸ガスの流量を検出するように構成されている。マスフローセンサ13bは、炭酸ガスの検出流量を示す信号を、制御部5へ出力する。電磁弁13cは、供給管13aにおける炭酸ガスの流量を調整するために設けられている。電磁弁13cは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該電磁弁13cの開度が設定される。電磁弁13cは、制御部5によって制御される。より具体的には、電磁弁13cは、マスフローセンサ13bで検出された炭酸ガスの流量と、制御部5で設定された炭酸ガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。   The mass flow sensor 13b is provided to detect the flow rate of carbon dioxide gas in the supply pipe 13a. The mass flow sensor 13b is disposed upstream of the electromagnetic valve 13c in the flow direction in the supply pipe 13a. The mass flow sensor 13b is, for example, a thermal flow sensor, and is configured to detect the flow rate of carbon dioxide passing through the supply pipe 13a. The mass flow sensor 13 b outputs a signal indicating the detected flow rate of carbon dioxide gas to the control unit 5. The electromagnetic valve 13c is provided to adjust the flow rate of carbon dioxide gas in the supply pipe 13a. The electromagnetic valve 13c has, for example, an actuator such as a solenoid, and the opening degree of the electromagnetic valve 13c is set by the operation of this actuator. The electromagnetic valve 13 c is controlled by the control unit 5. More specifically, the solenoid valve 13c operates so that the difference between the flow rate of the carbon dioxide gas detected by the mass flow sensor 13b and the target flow rate of the carbon dioxide gas set by the control unit 5 becomes zero.

集合管14は、各供給管11a〜13aに接続されており、供給管11a〜13aからのアンモニアガス、窒素ガスおよび炭酸ガスを、熱処理炉6内に導入するように構成されている。上記の構成により、アンモニアガス、窒素ガスおよび炭酸ガスを含む熱処理用ガスは、制御部5による制御によって、熱処理炉6へ供給される。   The collecting pipe 14 is connected to each of the supply pipes 11 a to 13 a and is configured to introduce ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas from the supply pipes 11 a to 13 a into the heat treatment furnace 6. With the above configuration, the heat treatment gas including ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas is supplied to the heat treatment furnace 6 under the control of the control unit 5.

熱処理炉6は、被処理物100を収容する収容室として設けられている。熱処理炉6は、箱状に形成されており、被処理物100を出し入れすることが可能に構成されている。被処理物100を収容した状態の熱処理炉6内に、ガス供給ユニット2から熱処理用ガスが供給される。熱処理炉6内の熱処理用ガスおよび被処理物100は、ヒータ8によって加熱される。ヒータ8は、たとえば、電熱ヒータまたはガスバーナなどであり、熱処理炉6内に配置されている。   The heat treatment furnace 6 is provided as a storage chamber for storing the workpiece 100. The heat treatment furnace 6 is formed in a box shape, and is configured such that the workpiece 100 can be taken in and out. A heat treatment gas is supplied from the gas supply unit 2 into the heat treatment furnace 6 in a state where the workpiece 100 is accommodated. The heat treatment gas in the heat treatment furnace 6 and the workpiece 100 are heated by the heater 8. The heater 8 is, for example, an electric heater or a gas burner, and is disposed in the heat treatment furnace 6.

ヒータ8は、熱処理炉6内の被処理物100および加熱用ガスを、窒化処理に必要な温度(たとえば、約550℃〜約600℃)に加熱する。また、熱処理炉6内の雰囲気は、ファン7によって撹拌され、より均一な分布とされる。ファン7は、たとえば、遠心ファンである。ファン7は、熱処理炉6の内部の天井部分などに配置され、図示しない電動モータによって回転することで、熱処理炉6内の雰囲気(熱処理用ガス)を撹拌する。熱処理炉6内のガスは、ガスセンサ4によって検出される。   The heater 8 heats the workpiece 100 and the heating gas in the heat treatment furnace 6 to a temperature required for nitriding (for example, about 550 ° C. to about 600 ° C.). Further, the atmosphere in the heat treatment furnace 6 is stirred by the fan 7 to have a more uniform distribution. The fan 7 is a centrifugal fan, for example. The fan 7 is disposed on a ceiling portion or the like inside the heat treatment furnace 6 and is rotated by an electric motor (not shown) to stir the atmosphere (heat treatment gas) in the heat treatment furnace 6. The gas in the heat treatment furnace 6 is detected by the gas sensor 4.

ガスセンサ4は、サンプリング管15と、熱処理炉6内に分解されず且つ他の物質と反応せずに残留しているアンモニアガスとしての残留アンモニアガスの濃度を検出するためのアンモニアセンサ(残留アンモニア濃度検出部)16と、熱処理炉6内の水素の濃度を検出するための水素センサ17と、を有している。   The gas sensor 4 is an ammonia sensor (residual ammonia concentration) for detecting the concentration of the residual ammonia gas as the ammonia gas remaining in the sampling tube 15 and the heat treatment furnace 6 without being decomposed and reacting with other substances. And a hydrogen sensor 17 for detecting the concentration of hydrogen in the heat treatment furnace 6.

なお、残留アンモニア濃度C1とは、熱処理炉6内において、気体の全成分の合計の濃度(100%)に対するアンモニアガスの濃度の割合をいう。同様に、水素濃度C2とは、熱処理炉6内において、気体の全成分の合計の濃度(100%)に対する水素ガスの濃度の割合をいう。   The residual ammonia concentration C1 refers to the ratio of the concentration of ammonia gas to the total concentration (100%) of all components of the gas in the heat treatment furnace 6. Similarly, the hydrogen concentration C2 refers to the ratio of the concentration of hydrogen gas to the total concentration (100%) of all gas components in the heat treatment furnace 6.

サンプリング管15は、熱処理炉6内のガスを取り出すために設けられている。サンプリング管15の一端は、熱処理炉6に接続されている。サンプリング管15の他端は、熱処理炉6の外部に開放されており、サンプリング管15に導入されたガスを排出する。サンプリング管15の途中部に、アンモニアセンサ16、および、水素センサ17が設けられている。   The sampling tube 15 is provided for taking out the gas in the heat treatment furnace 6. One end of the sampling tube 15 is connected to the heat treatment furnace 6. The other end of the sampling tube 15 is open to the outside of the heat treatment furnace 6, and the gas introduced into the sampling tube 15 is discharged. An ammonia sensor 16 and a hydrogen sensor 17 are provided in the middle of the sampling tube 15.

アンモニアセンサ16は、たとえば、赤外線吸収式ガス分析計などを用いて形成されており、熱処理炉6内のアンモニアガスの濃度に応じた信号を出力するように構成されている。また、水素センサ17は、たとえば、熱線型半導体式センサなどを用いて形成されており、熱処理炉6内の水素ガスの濃度に応じた信号を出力するように構成されている。アンモニアセンサ16のアンモニアガス検出信号、および、水素センサ17の水素ガス検出信号は、制御部5へ出力される。   The ammonia sensor 16 is formed using, for example, an infrared absorption gas analyzer or the like, and is configured to output a signal corresponding to the concentration of ammonia gas in the heat treatment furnace 6. The hydrogen sensor 17 is formed by using, for example, a hot-wire semiconductor sensor, and is configured to output a signal corresponding to the concentration of hydrogen gas in the heat treatment furnace 6. The ammonia gas detection signal of the ammonia sensor 16 and the hydrogen gas detection signal of the hydrogen sensor 17 are output to the control unit 5.

制御部5は、各ガス供給部11,12,13のマスフローセンサ11b,12b,13b、および、ガスセンサ4の少なくとも一方を用いて、熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1と、窒化ポテンシャルPと、を検出するように構成されている。そして、制御部5は、窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1に基づいて、熱処理炉6内への熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を制御する。本実施形態では、制御部5は、窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1が所定の値となるように、各ガス供給部11,12,13の動作を制御する。   The control unit 5 uses the mass flow sensors 11b, 12b, 13b of the gas supply units 11, 12, 13 and at least one of the gas sensors 4, and uses the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6, the nitriding potential P, Is configured to detect. Then, the control unit 5 controls the supply mode of the heat treatment gas, particularly the ammonia gas, into the heat treatment furnace 6 based on the nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1. In the present embodiment, the control unit 5 controls the operations of the gas supply units 11, 12, and 13 so that the nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1 have predetermined values.

より具体的には、本実施形態では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1に基づいて、熱処理炉6へのアンモニアガスの流量比を設定するように構成されている。同様に、本実施形態では、制御部5は、窒化ポテンシャルPに基づいて、熱処理炉6へのアンモニアガスの流量(単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量)を設定するように構成されている。   More specifically, in the present embodiment, the control unit 5 is configured to set the flow rate ratio of ammonia gas to the heat treatment furnace 6 based on the residual ammonia concentration C1. Similarly, in the present embodiment, the control unit 5 is configured to set the flow rate of ammonia gas to the heat treatment furnace 6 (total flow rate of heat treatment gas per unit time) based on the nitriding potential P. .

制御部5は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を含むコンピュータを用いて形成されている。なお、制御部5は、PLC(Programmable Logic Controller)などであってもよい。   The control unit 5 is formed using a computer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The control unit 5 may be a PLC (Programmable Logic Controller) or the like.

制御部5は、演算器5aと、調整計5bと、を有している。本実施形態では、演算器5a、および、調整計5bは、ROMに格納されたプログラムをCPUが実行することにより実現されている。   The control unit 5 includes a calculator 5a and an adjuster 5b. In the present embodiment, the calculator 5a and the adjuster 5b are realized by the CPU executing a program stored in the ROM.

演算器5aは、演算処理を行うために設けられている。この演算器5aは、各マスフローセンサ11b,12b,13bと、アンモニアセンサ16と、水素センサ17と、に接続されている。演算器5aは、アンモニアガスの流量、窒素ガスの流量、炭酸ガスの流量、熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1、および、熱処理炉6内の水素濃度C2を用いて演算処理を行う。演算器5aは、演算結果を基に、調整計5bを制御する。   The calculator 5a is provided for performing calculation processing. This computing unit 5 a is connected to each mass flow sensor 11 b, 12 b, 13 b, ammonia sensor 16, and hydrogen sensor 17. The arithmetic unit 5a performs arithmetic processing using the flow rate of ammonia gas, the flow rate of nitrogen gas, the flow rate of carbon dioxide gas, the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6, and the hydrogen concentration C2 in the heat treatment furnace 6. The calculator 5a controls the adjuster 5b based on the calculation result.

調整計5bは、熱処理炉6への熱処理用ガスの各成分ガスの供給態様を調整するために設けられている。調整計5bは、各電磁弁11c,12c,13cに接続されており、これらの電磁弁11c,12c,13cの開度を設定するように構成されている。   The adjuster 5 b is provided to adjust the supply mode of each component gas of the heat treatment gas to the heat treatment furnace 6. The regulator 5b is connected to each electromagnetic valve 11c, 12c, 13c, and is configured to set the opening degree of these electromagnetic valves 11c, 12c, 13c.

なお、本実施形態では、熱処理用ガスの各成分ガス(アンモニアガス、窒素ガス、炭酸ガス)の流量を計測するマスフローセンサ11b,12b,13bと、残留アンモニア濃度C1を検出するアンモニアセンサ16と、水素濃度C2を検出する水素センサ17と、が設けられる形態を例に説明する。しかしながら、この通りでなくてもよく、下記(1)〜(3)の機構の少なくとも1つが設けられていればよい。   In the present embodiment, mass flow sensors 11b, 12b, and 13b that measure the flow rate of each component gas (ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas) of the heat treatment gas, an ammonia sensor 16 that detects the residual ammonia concentration C1, and An example in which the hydrogen sensor 17 for detecting the hydrogen concentration C2 is provided will be described. However, this need not be the case, and it is sufficient that at least one of the following mechanisms (1) to (3) is provided.

すなわち、(1)熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1および水素濃度C2を検出する機構(アンモニアセンサ16および水素センサ17)、(2)熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1および熱処理用ガスの各成分ガスの流量を計測する機構(アンモニアセンサ16およびマスフローセンサ11b,12b,13b)、(3)熱処理炉6内の水素濃度C2および熱処理用ガスの各成分ガスの流量を計測する機構(水素センサ17およびマスフローセンサ11b,12b,13b)の少なくとも1つが設けられていればよい。但し、上記(3)の構成においては、上記のセンサから得られたデータを用いて、演算器5aによって、残留アンモニア濃度C1が算出される。上記(1)〜(3)の何れかの構成と演算器5aとの組み合わせにおいて、演算器5aは、窒化ポテンシャルPを演算可能である。   That is, (1) a mechanism (ammonia sensor 16 and hydrogen sensor 17) for detecting a residual ammonia concentration C1 and a hydrogen concentration C2 in the heat treatment furnace 6, and (2) a residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 and a heat treatment gas. Mechanism for measuring the flow rate of the component gas (ammonia sensor 16 and mass flow sensors 11b, 12b, 13b), (3) Mechanism for measuring the hydrogen concentration C2 in the heat treatment furnace 6 and the flow rate of each component gas of the heat treatment gas (hydrogen sensor) 17 and the mass flow sensors 11b, 12b, 13b) need only be provided. However, in the configuration of (3), the residual ammonia concentration C1 is calculated by the calculator 5a using the data obtained from the sensor. In the combination of any one of the configurations (1) to (3) and the calculator 5a, the calculator 5a can calculate the nitriding potential P.

本実施形態では、マスフローセンサ11b,12b,13bと、残留アンモニア濃度C1を検出するアンモニアセンサ16と、水素ガス濃度C2を検出する水素センサ17と、制御部5とが、窒化ポテンシャル検出部18を形成している。そして、窒化ポテンシャル検出部18の制御部5の演算器5aは、熱処理炉6内における残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPを検出する。   In the present embodiment, the mass flow sensors 11b, 12b, and 13b, the ammonia sensor 16 that detects the residual ammonia concentration C1, the hydrogen sensor 17 that detects the hydrogen gas concentration C2, and the control unit 5 include the nitriding potential detection unit 18. Forming. The computing unit 5a of the control unit 5 of the nitriding potential detecting unit 18 detects the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P in the heat treatment furnace 6.

本実施形態では、演算器5aは、各マスフローセンサ11b,12b,13bと、アンモニアセンサ16と、水素センサ17のそれぞれから得られたデータを用いて、窒化ポテンシャルPを演算(算出)する。窒化ポテンシャルPは、以下の式によって演算される。
P=(残留アンモニア濃度C1×0.01)/{(水素濃度C2×0.01)1.5
In the present embodiment, the calculator 5a calculates (calculates) the nitriding potential P using data obtained from the mass flow sensors 11b, 12b, 13b, the ammonia sensor 16, and the hydrogen sensor 17, respectively. The nitriding potential P is calculated by the following equation.
P = (residual ammonia concentration C1 × 0.01) / {(hydrogen concentration C2 × 0.01) 1.5 }

制御部5は、窒化ポテンシャルPの予め設定された目標値としての目標窒化ポテンシャルPTと、残留アンモニア濃度C1の予め設定された目標値としての目標残留アンモニア濃度C1Tと、を数値データとして記憶している。   The control unit 5 stores a target nitriding potential PT as a preset target value of the nitriding potential P and a target residual ammonia concentration C1T as a preset target value of the residual ammonia concentration C1 as numerical data. Yes.

そして、演算器5aおよび調整計5bは、検出された窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1と、対応する目標窒化ポテンシャルPTおよび目標残留アンモニア濃度C1Tとを一致させるために、各ガス供給部11,12,13からの対応するガスの流量を、個別に設定する。すなわち、調整計5bは、検出された窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1と、対応する目標窒化ポテンシャルPTおよび目標残留アンモニア濃度C1Tとの差分がゼロとなるように、各ガス供給部11,12,13の電磁弁11c,12c,13cの開度を設定する。   The computing unit 5a and the adjustment meter 5b then connect the gas supply units 11, 12 to match the detected nitriding potential P and residual ammonia concentration C1 with the corresponding target nitriding potential PT and target residual ammonia concentration C1T. , 13, the corresponding gas flow rates are set individually. That is, the adjustment meter 5b is configured so that the difference between the detected nitriding potential P and residual ammonia concentration C1 and the corresponding target nitriding potential PT and target residual ammonia concentration C1T becomes zero. The opening degree of the thirteen electromagnetic valves 11c, 12c, 13c is set.

上記の構成を有する制御部5は、熱処理炉6における熱処理用ガスの各成分ガスの供給について、等流量比制御、および、等総流量制御を段階的(交互)に行うように構成されている。   The control unit 5 having the above-described configuration is configured to perform equal flow ratio control and equal total flow control stepwise (alternately) with respect to the supply of each component gas of the heat treatment gas in the heat treatment furnace 6. .

上記の等流量比制御は、単位時間当たりにおける熱処理用ガスにおける各成分ガスの流量比を一定のままで、単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変更(調整)することで、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか他方(本実施形態では、窒化ポテンシャルP)を変更(調整)する制御である。なお、各成分ガスの流量比とは、熱処理用ガスの総流量を100%としたときの各成分ガスの流量の割合をいう)。上記の等総流量制御は、単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を一定のままで、単位時間当たりの熱処理ガスにおける各成分ガスの流量比を変更(調整)することで、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか一方(本実施形態では、残留アンモニア濃度C1)を調整する制御である。   The above equal flow ratio control is performed by changing (adjusting) the total flow rate of the heat treatment gas per unit time while keeping the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time constant. This is control for changing (adjusting) one of C1 and nitriding potential P (in this embodiment, nitriding potential P). Note that the flow rate ratio of each component gas means the ratio of the flow rate of each component gas when the total flow rate of the heat treatment gas is 100%). The above-mentioned equal total flow control changes the residual ammonia concentration C1 by changing (adjusting) the flow ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time while keeping the total flow rate of the heat treatment gas per unit time constant. This is control for adjusting one of the nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1 in this embodiment.

すなわち、制御部5は、アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を交互に行うように構成されている。本実施形態では、制御部5は、熱処理用ガスの総流量の初期値、アンモニアガスの流量比の初期値、残留アンモニア濃度C1の目標値としての目標残留アンモニア濃度C1T、および、窒化ポテンシャルPの目標値としての目標窒化ポテンシャルPTに基づいて、アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を行うように構成されている。   That is, the control unit 5 is configured to alternately perform control for changing the flow rate ratio of ammonia gas and control for changing the total flow rate of the heat treatment gas. In the present embodiment, the controller 5 sets the initial value of the total flow rate of the heat treatment gas, the initial value of the flow rate ratio of ammonia gas, the target residual ammonia concentration C1T as the target value of the residual ammonia concentration C1, and the nitriding potential P. Based on the target nitridation potential PT as a target value, control for changing the flow rate ratio of ammonia gas and control for changing the total flow rate of the heat treatment gas are performed.

図2は、制御部5における制御に用いられる制御マップMを示す図である。図1および図2を参照して、制御部5は、制御マップMを数値データとして記憶しており、この制御マップMに基づいて、熱処理用ガスの各成分ガスの供給を制御する。この制御マップMは、残留アンモニア濃度C1を横軸とし、窒化ポテンシャルPを縦軸とするグラフで特定される。   FIG. 2 is a diagram showing a control map M used for control in the control unit 5. Referring to FIGS. 1 and 2, control unit 5 stores control map M as numerical data, and controls the supply of each component gas of the heat treatment gas based on control map M. This control map M is specified by a graph with the residual ammonia concentration C1 as the horizontal axis and the nitriding potential P as the vertical axis.

制御マップMでは、等流量比線(等アンモニア流量比率特性)Rと、等総流量線(等総流量特性)Vと、が規定されている。   In the control map M, an equal flow ratio line (equal ammonia flow rate ratio characteristic) R and an equal total flow line (equal total flow characteristic) V are defined.

等流量比線Rは、熱処理用ガス中における各成分ガス(アンモニアガス、窒素ガス、および、炭酸ガス、特にアンモニアガス)について、熱処理用ガスにおける流量比を一定にした場合において、熱処理用ガスの総流量を変化させたときの残留アンモニア濃度C1と窒化ポテンシャルPとの関係(特性)を示している。等流量比線Rにおいては、熱処理用ガスの総流量の増加(減少)に伴い、窒化ポテンシャルPが増加(減少)する。制御部5は、窒化ポテンシャルPが所望の値よりも高い(または低い)と判定した場合、等流量比線Rに従って、熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比を一定に維持しつつ、熱処理ガスの総流量を低下(または増加)させる。本実施形態では、等流量比線Rとして、複数(7つ)の等流量比線R1〜R7が設定されている。等流量比線R1〜R7は、たとえば、実験または計算によって、予め設定された線である。なお、等流量比線R1〜R7を総称していう場合、単に「等流量比線R」という。   The equiflow ratio ratio line R represents the heat treatment gas when the flow rate ratio in the heat treatment gas is constant for each component gas (ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas, particularly ammonia gas) in the heat treatment gas. The relationship (characteristic) between the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P when the total flow rate is changed is shown. In the equal flow ratio line R, the nitriding potential P increases (decreases) as the total flow rate of the heat treatment gas increases (decreases). When it is determined that the nitriding potential P is higher (or lower) than the desired value, the control unit 5 performs heat treatment while maintaining the flow ratio of each component gas in the heat treatment gas constant according to the equiflow ratio ratio line R. Reduce (or increase) the total gas flow. In the present embodiment, a plurality (seven) of equal flow ratio lines R1 to R7 are set as the equal flow ratio lines R. The equal flow ratio lines R1 to R7 are lines set in advance by, for example, experiments or calculations. Note that the equal flow ratio lines R1 to R7 are collectively referred to simply as “equal flow ratio lines R”.

等流量比線R1は、等流量比線R1〜R7のうち、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率が最も大きく設定されている。また、等流量比線R1は、等流量比線R1〜R7のうち、残留アンモニア濃度C1の最低値が最も小さく設定されている。   The constant flow ratio line R1 is set to have the largest change rate of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 among the equal flow ratio lines R1 to R7. Further, the equal flow ratio line R1 is set such that the lowest value of the residual ammonia concentration C1 is the smallest among the equal flow ratio lines R1 to R7.

同様に、等流量比線Rn(nは、2〜7の何れか)は、等流量比線R1〜R7のうち、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率がn番目に大きく設定されている。また、等流量比線Rnは、等流量比線R1〜R7のうち、残留アンモニア濃度C1の最低値がn番目に小さく設定されている。   Similarly, the constant flow ratio line Rn (n is any one of 2 to 7) is set to the nth largest change rate of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 among the constant flow ratio lines R1 to R7. Has been. In addition, the equal flow ratio line Rn is set to the nth smallest value of the residual ammonia concentration C1 among the equal flow ratio lines R1 to R7.

一方、等総流量線Vは、熱処理用ガス中における各成分ガス(アンモニアガス、窒素ガス、および、炭酸ガス)の総流量(熱処理用ガスの総流量)を一定にした場合における、残留アンモニア濃度C1と窒化ポテンシャルPとの関係(特性)を示している。等総流量線Vにおいては、アンモニアガスの流量比の増加(減少)に伴い、残留アンモニア濃度C1が増加(減少)する。   On the other hand, the equal total flow line V indicates the residual ammonia concentration when the total flow rate (total flow rate of the heat treatment gas) of each component gas (ammonia gas, nitrogen gas, and carbon dioxide gas) in the heat treatment gas is constant. The relationship (characteristic) between C1 and the nitriding potential P is shown. In the equal total flow line V, the residual ammonia concentration C1 increases (decreases) as the flow rate ratio of ammonia gas increases (decreases).

本実施形態では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が所望の値よりも高い(または低い)と判定した場合、等総流量線Vに従って、熱処理用ガスの総流量を一定に維持しつつ、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を低下(または増加)させる。本実施形態では、等総流量線Vとして、複数(5つ)の等総流量線V1〜V5が設定されている。等総流量線V1〜V5は、たとえば、実験または計算によって、予め設定されたグラフである。なお、等総流量線V1〜V5を総称していう場合、単に「等総流量線V」という。   In the present embodiment, when the control unit 5 determines that the residual ammonia concentration C1 is higher (or lower) than a desired value, according to the equal total flow line V, while maintaining the total flow rate of the heat treatment gas constant, Based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16, the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas is reduced (or increased). In the present embodiment, a plurality (five) of equal total flow lines V1 to V5 are set as the equal total flow lines V. The equal total flow lines V1 to V5 are graphs set in advance, for example, by experiments or calculations. When the equal total flow lines V1 to V5 are collectively referred to, they are simply referred to as “equal total flow lines V”.

等総流量線V1は、等総流量線V1〜V5のうち、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率が最も大きく設定されている。また、等総流量線V1は、等総流量線V1〜V5のうち、窒化ポテンシャルPの最低値が最も大きく設定されている。   In the equal total flow line V1, the change rate of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 is set to be the largest among the equal total flow lines V1 to V5. In the equal total flow line V1, the lowest value of the nitriding potential P is set to be the largest among the equal total flow lines V1 to V5.

同様に、等総流量線Vn(nは、2〜5の何れか)は、等総流量線V1〜V5のうち、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率がn番目に大きく設定されている。また、等総流量線Vnは、等総流量線V1〜V5のうち、窒化ポテンシャルPの最低値がn番目に大きく設定されている。   Similarly, in the equal total flow line Vn (n is any one of 2 to 5), the rate of change of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 is set to the nth largest among the equal total flow lines V1 to V5. Has been. In the equal total flow line Vn, the lowest value of the nitriding potential P among the equal total flow lines V1 to V5 is set to the nth largest.

上記の等流量比線Rおよび等総流量線Vから明らかなように、全般的に、等流量比線Rにおける、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率は、等総流量線Vにおける、残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率よりも大きく設定されている。   As is clear from the above equal flow ratio line R and the equal total flow line V, generally, the change rate of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 in the equal flow ratio line R is equal to the equal total flow line V. Is set larger than the rate of change of the nitriding potential P with respect to the change of the residual ammonia concentration C1.

より具体的には、等流量比線R1〜R7と等総流量線V1〜V5との交点のそれぞれにおいて、等流量比線R1〜R7における残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率は、等総流量線V1〜V5における残留アンモニア濃度C1の変化に対する窒化ポテンシャルPの変化率よりも、大きく設定されている。   More specifically, the rate of change of the nitriding potential P with respect to the change in the residual ammonia concentration C1 in the equal flow ratio lines R1 to R7 at the intersections of the equal flow ratio lines R1 to R7 and the equal total flow lines V1 to V5 is The change rate of the nitriding potential P with respect to the change of the residual ammonia concentration C1 in the equal total flow lines V1 to V5 is set to be larger.

前述したように、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を変化させる際、制御マップMにおける等総流量線Vに基づく等総流量制御を行う。この場合において、制御部5は、熱処理炉6への単位時間当たりの熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、熱処理炉6内への熱処理用ガスの各成分ガス(アンモニアガス)の流量比を変化させる。この場合、一例として、等総流量線Vにおいて、符号S3,S4間の線分で示しているように、熱処理用ガスの総流量は変化させずに、アンモニアガスの流量比を増加または減少させることで、残留アンモニア濃度C1を増加または減少させる。   As described above, the controller 5 performs equal total flow control based on the equal total flow line V in the control map M when changing the residual ammonia concentration C1. In this case, the control unit 5 sets the flow rate ratio of each component gas (ammonia gas) of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 while keeping the total flow rate of the heat treatment gas per unit time to the heat treatment furnace 6 constant. Change. In this case, as an example, in the equal total flow line V, as indicated by the line segment between the signs S3 and S4, the flow rate ratio of ammonia gas is increased or decreased without changing the total flow rate of the heat treatment gas. As a result, the residual ammonia concentration C1 is increased or decreased.

一方、前述したように、制御部5は、窒化ポテンシャルPを変化させる際、制御マップMにおける等流量比線Rに基づく等流量比制御を行う。この場合において、本実施形態では、制御部5は、熱処理炉6への単位時間当たりの熱処理用ガスの各成分ガスの流量比は一定にしつつ、窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変化させる。この場合、一例として、等流量比線Rにおいて、符号S1〜S2間の線分で示しているように、アンモニアガスの流量比は変化させずに、熱処理用ガスの総流量を増加または減少させることで、窒化ポテンシャルPを増加または減少させる。   On the other hand, as described above, when the nitriding potential P is changed, the control unit 5 performs the equal flow ratio control based on the equal flow ratio line R in the control map M. In this case, in the present embodiment, the control unit 5 makes the nitriding potential P detected by the nitriding potential detection unit 18 while keeping the flow rate ratio of each component gas of the heat treatment gas to the heat treatment furnace 6 per unit time constant. Based on the above, the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 per unit time is changed. In this case, as an example, as indicated by the line segment between S1 and S2 in the equal flow rate ratio line R, the total flow rate of the heat treatment gas is increased or decreased without changing the flow rate ratio of ammonia gas. As a result, the nitriding potential P is increased or decreased.

本実施形態では、制御部5は、熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1が12%以上で且つ熱処理炉6内の窒化ポテンシャルPが0.75以上となるように、熱処理炉6へのアンモニアガスの供給を制御するように構成されている。より具体的には、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPが、対応する目標残留アンモニア濃度C1T=12%および目標窒化ポテンシャルPT=0.75となるように、目標残留アンモニア濃度C1Tおよび目標窒化ポテンシャルPTを設定し、熱処理炉6への熱処理用ガスの供給態様を制御する。熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1が12%未満であると、被処理物100の表面に形成される化合物の層(窒化層)のばらつきが大きくなってしまい、窒化処理品質が低下してしまう。同様に、熱処理炉6内の窒化ポテンシャルPが0.75未満であると、被処理物100の表面に形成される化合物の層(窒化層)のばらつきが大きくなってしまい、窒化処理品質が低下してしまう。より好ましくは、目標残留アンモニア濃度C1T=18%、目標窒化ポテンシャルPT=1.00である。これにより、窒化処理のばらつき(窒化処理品質の低下)をより確実に抑制しつつ、高価なアンモニアガスの使用量をより低減できる。   In this embodiment, the control unit 5 controls the ammonia gas to the heat treatment furnace 6 so that the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 is 12% or more and the nitriding potential P in the heat treatment furnace 6 is 0.75 or more. Is configured to control the supply of. More specifically, the controller 5 sets the target residual ammonia concentration C1T so that the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P become the corresponding target residual ammonia concentration C1T = 12% and the target nitriding potential PT = 0.75. The target nitriding potential PT is set, and the supply mode of the heat treatment gas to the heat treatment furnace 6 is controlled. If the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 is less than 12%, the variation of the compound layer (nitriding layer) formed on the surface of the workpiece 100 becomes large, and the nitriding quality is deteriorated. . Similarly, when the nitriding potential P in the heat treatment furnace 6 is less than 0.75, the variation of the compound layer (nitriding layer) formed on the surface of the workpiece 100 becomes large, and the nitriding quality decreases. Resulting in. More preferably, the target residual ammonia concentration C1T = 18% and the target nitriding potential PT = 1.00. Thereby, the amount of expensive ammonia gas used can be further reduced while more reliably suppressing variation in nitriding treatment (decreasing nitriding treatment quality).

次に、窒化処理装置1における熱処理の一例、特に、制御部5による制御動作の一例を説明する。図3は、窒化処理装置1における熱処理動作の一例を説明するためのフローチャートである。なお、フローチャートを参照して説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照しながら説明をする。   Next, an example of heat treatment in the nitriding apparatus 1, particularly an example of a control operation by the control unit 5 will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining an example of the heat treatment operation in the nitriding apparatus 1. In addition, when it demonstrates with reference to a flowchart, it demonstrates, referring also to figures other than a flowchart suitably.

図1〜図3を参照して、熱処理炉6内に被処理物100が配置された状態で、ヒータ8によって熱処理炉6内の雰囲気が加熱される。そして、この状態において、各ガス供給部11,12,13から熱処理炉6内へ向けて、熱処理用ガスの各成分ガスが供給される。この状態で、アンモニアセンサ16は、残留アンモニア濃度C1を測定する(ステップS1)。   1 to 3, the atmosphere in the heat treatment furnace 6 is heated by the heater 8 in a state where the workpiece 100 is disposed in the heat treatment furnace 6. In this state, the component gases of the heat treatment gas are supplied from the gas supply units 11, 12, and 13 into the heat treatment furnace 6. In this state, the ammonia sensor 16 measures the residual ammonia concentration C1 (step S1).

次に、演算器5aは、残留アンモニア濃度C1が所定値a以上であるか否かを判定する(ステップS2)。演算器5aにおいて、残留アンモニア濃度C1が所定値a未満であると判定された場合(ステップS2でNO)、制御部5は、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を増加させる(ステップS3)。   Next, the computing unit 5a determines whether or not the residual ammonia concentration C1 is greater than or equal to a predetermined value a (step S2). When the calculator 5a determines that the residual ammonia concentration C1 is less than the predetermined value a (NO in step S2), the control unit 5 increases the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas (step S3). .

具体的には、制御部5の演算器5aは、調整計5bに、アンモニアガスの流量比を増加させる指令信号を出力する。調整計5bは、アンモニアガス供給部11の電磁弁11cに、アンモニアガスの流量を増加させる指令を出力するとともに、窒素ガス供給部12の電磁弁12cに、窒素ガスの流量を減少させる指令を出力するとともに、炭酸ガス供給部13の電磁弁13cに、炭酸ガスの流量を減少させる指令を出力する。これにより、制御部5は、等総流量線Vに基づいて、熱処理用ガスの総流量は変化させずに、アンモニアガスの流量比を増加させる。なお、炭酸ガスの流量は、熱処理用ガスの総流量の数%程度の小さい値であるので、固定値としてもよい。炭酸ガスは、熱処理用ガスの総流量のたとえば5%程度の小さい値なので、熱処理雰囲気に影響を与えない。   Specifically, the arithmetic unit 5a of the control unit 5 outputs a command signal for increasing the flow rate ratio of ammonia gas to the regulator 5b. The regulator 5b outputs a command to increase the flow rate of ammonia gas to the electromagnetic valve 11c of the ammonia gas supply unit 11, and outputs a command to decrease the flow rate of nitrogen gas to the electromagnetic valve 12c of the nitrogen gas supply unit 12. In addition, a command to reduce the flow rate of carbon dioxide gas is output to the electromagnetic valve 13 c of the carbon dioxide gas supply unit 13. Accordingly, the control unit 5 increases the flow rate ratio of the ammonia gas based on the equal total flow line V without changing the total flow rate of the heat treatment gas. Note that the flow rate of the carbon dioxide gas is a small value of about several percent of the total flow rate of the heat treatment gas, and may be a fixed value. Since carbon dioxide gas is a small value of, for example, about 5% of the total flow rate of the heat treatment gas, it does not affect the heat treatment atmosphere.

一方、演算器5aにおいて、残留アンモニア濃度C1が所定値a以上であると判定された場合(ステップS2でYES)、演算器5aは、残留アンモニア濃度C1が所定値b以下であるか否かを判定する(ステップS4)。所定値bは、所定値aにたとえば定数(本実施形態では、0.5%)を加算した値である。所定値bは、所定値aに対する誤差範囲として捉えることができる。すなわち、ステップS4では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が実質的に所定値aに到達したか否かを判定している。   On the other hand, when the calculator 5a determines that the residual ammonia concentration C1 is equal to or greater than the predetermined value a (YES in step S2), the calculator 5a determines whether the residual ammonia concentration C1 is equal to or less than the predetermined value b. Determine (step S4). The predetermined value b is a value obtained by adding, for example, a constant (0.5% in the present embodiment) to the predetermined value a. The predetermined value b can be regarded as an error range with respect to the predetermined value a. That is, in step S4, the control unit 5 determines whether or not the residual ammonia concentration C1 has substantially reached the predetermined value a.

演算器5aにおいて、残留アンモニア濃度C1が所定値bより大きいと判定された場合(ステップS4でNO)、制御部5は、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を減少させる(ステップS5)。具体的には、制御部5の演算器5aは、調整計5bに、アンモニアガスの流量比を低下させる指令信号を出力する。調整計5bは、アンモニアガス供給部11の電磁弁11cに、アンモニアガスの流量を低下させる指令を出力するとともに、窒素ガス供給部12の電磁弁12cに、窒素ガスの流量を増加させる指令を出力するとともに、炭酸ガス供給部13の電磁弁13cに、炭酸ガスの流量を増加させる指令を出力する。なお、炭酸ガスの流量は、熱処理用ガスの総流量の数%程度の小さい値であるので、固定値としてもよい。これにより、制御部5は、等総流量線Vに基づいて、熱処理用ガスの総流量は変化させずに、アンモニアガスの流量比を低下させる。   When the calculator 5a determines that the residual ammonia concentration C1 is greater than the predetermined value b (NO in step S4), the control unit 5 decreases the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas (step S5). Specifically, the arithmetic unit 5a of the control unit 5 outputs a command signal for reducing the flow rate ratio of ammonia gas to the regulator 5b. The regulator 5b outputs a command to decrease the flow rate of ammonia gas to the electromagnetic valve 11c of the ammonia gas supply unit 11, and outputs a command to increase the flow rate of nitrogen gas to the electromagnetic valve 12c of the nitrogen gas supply unit 12. In addition, a command to increase the flow rate of carbon dioxide gas is output to the electromagnetic valve 13 c of the carbon dioxide gas supply unit 13. Note that the flow rate of the carbon dioxide gas is a small value of about several percent of the total flow rate of the heat treatment gas, and may be a fixed value. Accordingly, the control unit 5 reduces the flow rate ratio of the ammonia gas based on the equal total flow line V without changing the total flow rate of the heat treatment gas.

上記の制御により、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が所定値a未満の場合に、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を増加させる(ステップS3)。また、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が所定値a以上b以下の場合、残留アンモニア濃度C1が実質的に所定値aに到達したとして、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を変化させない。一方、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が所定値bより大きい場合に、熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を減少させる(ステップS5)。   With the above control, the control unit 5 increases the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas when the residual ammonia concentration C1 is less than the predetermined value a (step S3). Further, when the residual ammonia concentration C1 is not less than the predetermined value a and not more than b, the control unit 5 does not change the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas, assuming that the residual ammonia concentration C1 has substantially reached the predetermined value a. . On the other hand, when the residual ammonia concentration C1 is larger than the predetermined value b, the control unit 5 decreases the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas (step S5).

熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を設定するための処理(残留アンモニア濃度調整処理、ステップS1〜S5)の後、制御部5は、熱処理用ガスの総流量を設定するための処理(窒化ポテンシャル調整処理、ステップS6〜S10)を行う。   After the process for setting the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas (residual ammonia concentration adjustment process, steps S1 to S5), the control unit 5 performs the process (nitriding for setting the total flow rate of the heat treatment gas. A potential adjustment process, steps S6 to S10) is performed.

具体的には、制御部5の演算器5aは、残留アンモニア濃度C1および水素濃度C2の検出結果と、前述の式と、を用いて窒化ポテンシャルPを演算することで、窒化ポテンシャルPを検出する(ステップS6)。   Specifically, the computing unit 5a of the control unit 5 detects the nitriding potential P by calculating the nitriding potential P using the detection results of the residual ammonia concentration C1 and the hydrogen concentration C2 and the above-described equations. (Step S6).

次に、演算器5aは、窒化ポテンシャルPが所定値c以上であるか否かを判定する(ステップS7)。演算器5aにおいて、窒化ポテンシャルPが所定値c未満であると判定された場合(ステップS7でNO)、制御部5は、熱処理用ガスの総流量を増加させる(ステップS8)。具体的には、制御部5の演算器5aは、調整計5bに、熱処理用ガスの総流量を増加させる指令信号を出力する。調整計5bは、各ガス供給部11,12,13の電磁弁11c,12c,13cに、対応するガスの流量を増加させる指令を出力する。これにより、制御部5は、等流量比線Rに基づいて、熱処理用ガス中の各成分ガスの比率は変化させずに、熱処理用ガスの総流量を増加させる。   Next, the computing unit 5a determines whether or not the nitriding potential P is equal to or greater than a predetermined value c (step S7). When the computing unit 5a determines that the nitriding potential P is less than the predetermined value c (NO in step S7), the control unit 5 increases the total flow rate of the heat treatment gas (step S8). Specifically, the arithmetic unit 5a of the control unit 5 outputs a command signal for increasing the total flow rate of the heat treatment gas to the regulator 5b. The regulator 5b outputs a command for increasing the flow rate of the corresponding gas to the electromagnetic valves 11c, 12c, and 13c of the gas supply units 11, 12, and 13, respectively. Accordingly, the control unit 5 increases the total flow rate of the heat treatment gas without changing the ratio of each component gas in the heat treatment gas based on the equal flow ratio line R.

一方、演算器5aにおいて、窒化ポテンシャルPが所定値c以上であると判定された場合(ステップS7でYES)、演算器5aは、窒化ポテンシャルPが所定値d以下であるか否かを判定する(ステップS9)。所定値dは、所定値cにたとえば定数(本実施形態では、0.05)を加算した値である。所定値dは、所定値cに対する誤差範囲として捉えることができる。すなわち、ステップS9では、制御部5は、窒化ポテンシャルPが実質的に所定値cに到達したか否かを判定している。   On the other hand, when the computing unit 5a determines that the nitriding potential P is equal to or greater than the predetermined value c (YES in step S7), the computing unit 5a determines whether the nitriding potential P is equal to or less than the predetermined value d. (Step S9). The predetermined value d is a value obtained by adding, for example, a constant (0.05 in this embodiment) to the predetermined value c. The predetermined value d can be regarded as an error range with respect to the predetermined value c. That is, in step S9, the control unit 5 determines whether or not the nitriding potential P has substantially reached the predetermined value c.

演算器5aにおいて、窒化ポテンシャルPが所定値dより大きいと判定された場合(ステップS9でNO)、制御部5は、熱処理用ガスの総流量を低下させる(ステップS10)。具体的には、制御部5の演算器5aは、調整計5bに、熱処理用ガスの総流量を低下させる指令信号を出力する。調整計5bは、各ガス供給部11,12,13の電磁弁11c,12c,13cに、対応する各ガスの流量を低下させる指令を出力する。これにより、等流量比線Rに基づいて、熱処理用ガスの各成分ガスの流量比は変化させずに、熱処理用ガスの総流量を低下させる。   When the computing unit 5a determines that the nitriding potential P is greater than the predetermined value d (NO in step S9), the control unit 5 decreases the total flow rate of the heat treatment gas (step S10). Specifically, the arithmetic unit 5a of the control unit 5 outputs a command signal for reducing the total flow rate of the heat treatment gas to the regulator 5b. The regulator 5b outputs a command to reduce the flow rate of each corresponding gas to the electromagnetic valves 11c, 12c, and 13c of the gas supply units 11, 12, and 13. Thereby, based on the equal flow rate ratio line R, the total flow rate of the heat treatment gas is decreased without changing the flow rate ratio of each component gas of the heat treatment gas.

上記の制御により、制御部5は、窒化ポテンシャルPが所定値c未満の場合に、熱処理用ガスの総流量を増加させる(ステップS8)。また、制御部5は、窒化ポテンシャルPが所定値c以上d以下の場合、窒化ポテンシャルPが所定値cに実質的に到達したとして、熱処理用ガスの総流量を変化させない。一方、制御部5は、窒化ポテンシャルPが所定値dより大きい場合に、熱処理用ガスの総流量を減少させる(ステップS10)。   With the above control, the control unit 5 increases the total flow rate of the heat treatment gas when the nitriding potential P is less than the predetermined value c (step S8). In addition, when the nitriding potential P is not less than the predetermined value c and not more than d, the control unit 5 does not change the total flow rate of the heat treatment gas, assuming that the nitriding potential P has substantially reached the predetermined value c. On the other hand, when the nitriding potential P is larger than the predetermined value d, the control unit 5 decreases the total flow rate of the heat treatment gas (step S10).

制御部5は、窒化ポテンシャル調整処理(ステップS6〜S10)の後、残留アンモニアガス濃度調整処理(ステップS1〜S5)を再び行う。すなわち、制御部5は、残留アンモニアガス濃度調整処理と、窒化ポテンシャル調整処理と、を交互に繰り返し行う。そして、ステップS3,S5,S8,S10では、窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1に基づいて制御部5が熱処理炉6内の熱処理用ガスの供給を制御する。   After the nitriding potential adjustment process (steps S6 to S10), the controller 5 performs the residual ammonia gas concentration adjustment process (steps S1 to S5) again. That is, the control unit 5 repeatedly performs the residual ammonia gas concentration adjustment process and the nitriding potential adjustment process alternately. In steps S3, S5, S8, and S10, the controller 5 controls the supply of the heat treatment gas in the heat treatment furnace 6 based on the nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1.

次に、上記のフローチャートに沿った処理における、より具体的な例を説明する。図4は、制御部5の制御における制御動作の一つの具体例を説明するための図である。なお、図4では、上記のマップMとは若干異なるマップに基づく制御を示す。しかしながら、図2に示すマップMと図4に示すマップMとは、具体的な数値が異なるのみであり、何れのマップを用いた制御であっても、窒化処理装置1では同様の処理が行われる。   Next, a more specific example in the process according to the above flowchart will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining one specific example of the control operation in the control of the control unit 5. FIG. 4 shows control based on a map slightly different from the map M described above. However, the map M shown in FIG. 2 and the map M shown in FIG. 4 differ only in specific numerical values, and the nitriding apparatus 1 performs the same process regardless of the control using any map. Is called.

図1、図3および図4を参照して、たとえば、制御部5による制御に先立ち、制御部5は、熱処理用ガスの総流量の初期値およびアンモニアガスの流量比の初期値を設定する。本実施形態では、熱処理用ガスの総流量の初期値=100L/min、および、アンモニアガス流量比の初期値=50%(点D1)に設定される。なお、熱処理用ガスの総流量の初期値およびアンモニアガス流量比の初期値は、制御部5によって一律に設定されてもよいし、熱処理開始直前における熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1および水素濃度C2に基づいて設定されてもよい。   Referring to FIGS. 1, 3, and 4, for example, prior to control by control unit 5, control unit 5 sets an initial value of the total flow rate of the heat treatment gas and an initial value of the flow rate ratio of ammonia gas. In the present embodiment, the initial value of the total flow rate of the heat treatment gas is set to 100 L / min, and the initial value of the ammonia gas flow rate ratio is set to 50% (point D1). The initial value of the total flow rate of the heat treatment gas and the initial value of the ammonia gas flow rate ratio may be set uniformly by the control unit 5, or the residual ammonia concentration C1 and the hydrogen concentration in the heat treatment furnace 6 immediately before the start of the heat treatment. It may be set based on C2.

そして、制御部5の演算器5aは、複数の等総流量線V’(V1’〜V3’)のうち、熱処理用ガスの総流量の初期値およびアンモニアガス流量比の初期値が含まれる等総流量線V1’を設定する。   The computing unit 5a of the control unit 5 includes the initial value of the total flow rate of the heat treatment gas and the initial value of the ammonia gas flow rate ratio among the plurality of equal total flow lines V ′ (V1 ′ to V3 ′). Set the total flow line V1 ′.

次に、この場合において、制御部5は、残留アンモニア濃度C1が許容上限値bより大きいと判定する(ステップS4でNO)。これにより、制御部5は、等総流量線V1’に沿って、アンモニアガス流量比をたとえば、50%から40%(点D1から点D2)に低下させる(ステップS5)。その結果、熱処理炉6内における残留アンモニア濃度C1の調整が行われ、残留アンモニア濃度C1が低下する。   Next, in this case, the control unit 5 determines that the residual ammonia concentration C1 is greater than the allowable upper limit b (NO in step S4). Accordingly, the control unit 5 reduces the ammonia gas flow rate ratio from 50% to 40% (from point D1 to point D2) along the equal total flow line V1 '(step S5). As a result, the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 is adjusted, and the residual ammonia concentration C1 decreases.

次に、制御部5の演算器5aは、検出された窒化ポテンシャルPを判定する(ステップS7,S9)。この場合、窒化ポテンシャルPは、所定値dより大きく、所望の範囲c≦P≦dの範囲に無い(ステップS9でNO)。よって、演算器5aは、上記の等総流量線V1’と交差し且つ測定された窒化ポテンシャルPに一番近い等流量比線R1’に沿って、熱処理用ガスの総流量を、100L/minからたとえば83L/min(点D2から点D3)に低下させる(ステップS10)。その結果、熱処理炉6内における窒化ポテンシャルPの調整が行われ、窒化ポテンシャルPが低下する。   Next, the computing unit 5a of the control unit 5 determines the detected nitriding potential P (steps S7 and S9). In this case, the nitriding potential P is larger than the predetermined value d and is not in the desired range c ≦ P ≦ d (NO in step S9). Therefore, the computing unit 5a sets the total flow rate of the heat treatment gas to 100 L / min along the equal flow rate ratio line R1 ′ that intersects the above-mentioned equal total flow rate line V1 ′ and is closest to the measured nitriding potential P. To 83 L / min (from point D2 to point D3) (step S10). As a result, the nitriding potential P is adjusted in the heat treatment furnace 6 and the nitriding potential P is lowered.

次に、制御部5の演算器5aは、再度残留アンモニア濃度C1を判定する(ステップS1,S4)。この場合、残留アンモニア濃度C1は、所定値bより大きく、所望の範囲a≦C≦bの範囲に無い(ステップS4でNO)。よって、演算器5aは、上記の等流量比線R1’と交差し且つ測定された残留アンモニア濃度C1に一番近い等総流量線V2’に沿って、熱処理用ガスのアンモニアガスの流量比を、40%からたとえば35%(点D3から点D4)に低下させる(ステップS5)。その結果、熱処理炉6内における残留アンモニア濃度C1の調整が行われ、残留アンモニア濃度C1が低下する。   Next, the computing unit 5a of the control unit 5 determines the residual ammonia concentration C1 again (steps S1 and S4). In this case, the residual ammonia concentration C1 is larger than the predetermined value b and is not in the desired range a ≦ C ≦ b (NO in step S4). Therefore, the computing unit 5a calculates the flow rate ratio of the ammonia gas of the heat treatment gas along the isototal flow line V2 ′ that intersects the above equal flow ratio line R1 ′ and is closest to the measured residual ammonia concentration C1. 40%, for example, 35% (from point D3 to point D4) (step S5). As a result, the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 is adjusted, and the residual ammonia concentration C1 decreases.

次に、制御部5の演算器5aは、再度、検出された窒化ポテンシャルPを判定する(ステップS7,S9)。この場合、窒化ポテンシャルPは、所定値dより大きく、所望の範囲c≦P≦dの範囲に無い(ステップS9でNO)。よって、演算器5aは、上記の等総流量線V2’と交差し且つ測定された窒化ポテンシャルPに一番近い等流量比線R2’に沿って、熱処理用ガスの総流量を、83L/minからたとえば75L/min(点D4から点D5)に低下させる(ステップS10)。その結果、熱処理炉6内における窒化ポテンシャルPの調整が行われ、窒化ポテンシャルPが低下する。   Next, the computing unit 5a of the control unit 5 determines the detected nitriding potential P again (steps S7 and S9). In this case, the nitriding potential P is larger than the predetermined value d and is not in the desired range c ≦ P ≦ d (NO in step S9). Therefore, the computing unit 5a sets the total flow rate of the heat treatment gas to 83 L / min along the equal flow rate ratio line R2 ′ that intersects the above-mentioned equal total flow rate line V2 ′ and is closest to the measured nitriding potential P. To, for example, 75 L / min (from point D4 to point D5) (step S10). As a result, the nitriding potential P is adjusted in the heat treatment furnace 6 and the nitriding potential P is lowered.

次に、制御部5の演算器5aは、再度残留アンモニア濃度C1を判定する(ステップS1,S4)。この場合、残留アンモニア濃度C1は、所定値bより大きく、所望の範囲a≦C≦bの範囲に無い(ステップS4でNO)。よって、演算器5aは、上記の等流量比線R2’と交差し且つ測定された残留アンモニア濃度C1に一番近い等総流量線V3’に沿って、熱処理用ガスのアンモニアガスの流量比を、35%からたとえば32.5%(点D5から点D6)に低下させる(ステップS5)。その結果、熱処理炉6内における残留アンモニア濃度C1の調整が行われ、残留アンモニア濃度C1が低下する。   Next, the computing unit 5a of the control unit 5 determines the residual ammonia concentration C1 again (steps S1 and S4). In this case, the residual ammonia concentration C1 is larger than the predetermined value b and is not in the desired range a ≦ C ≦ b (NO in step S4). Therefore, the computing unit 5a calculates the flow rate ratio of the ammonia gas of the heat treatment gas along the equal total flow line V3 ′ that intersects the above equal flow ratio line R2 ′ and is closest to the measured residual ammonia concentration C1. 35% to 32.5% (from point D5 to point D6) (step S5). As a result, the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 is adjusted, and the residual ammonia concentration C1 decreases.

次に、制御部5の演算器5aは、再度、窒化ポテンシャルPを判定する(ステップS7,S9)。この場合、窒化ポテンシャルPは、所定値dより大きく、所望の範囲c≦P≦dの範囲に無い(ステップS9でNO)。よって、演算器5aは、上記の等総流量線V3’と交差し且つ測定された窒化ポテンシャルPに一番近い等流量比線R3’に沿って、熱処理用ガスの総流量を、75L/minからたとえば67L/min(点D6から点D7)に低下させる(ステップS10)。その結果、熱処理炉6内における窒化ポテンシャルPの調整が行われ、窒化ポテンシャルPが低下する。   Next, the computing unit 5a of the control unit 5 determines the nitriding potential P again (steps S7 and S9). In this case, the nitriding potential P is larger than the predetermined value d and is not in the desired range c ≦ P ≦ d (NO in step S9). Therefore, the computing unit 5a sets the total flow rate of the heat treatment gas to 75 L / min along the equal flow rate ratio line R3 ′ that intersects the above-mentioned equal total flow rate line V3 ′ and is closest to the measured nitriding potential P. To, for example, 67 L / min (from point D6 to point D7) (step S10). As a result, the nitriding potential P is adjusted in the heat treatment furnace 6 and the nitriding potential P is lowered.

上記の制御処理により、残留アンモニア濃度C1は、約12%、窒化ポテンシャルPは、約0.75となった。   By the above control process, the residual ammonia concentration C1 was about 12%, and the nitriding potential P was about 0.75.

以上の次第で、本実施形態によると、制御部5は、検出された窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1の双方に基づいて、熱処理炉6内への熱処理用ガスの供給態様を設定する。すなわち、窒化処理においては、制御部5は、窒化ポテンシャルPに加えて、残留アンモニア濃度C1も考慮した上で、熱処理炉6内への熱処理用ガスの供給態様を設定する。これにより、被処理物100の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量、特に、アンモニアガスの使用量をより低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, the control unit 5 sets the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 based on both the detected nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1. That is, in the nitriding process, the control unit 5 sets the supply mode of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 in consideration of the residual ammonia concentration C1 in addition to the nitriding potential P. Accordingly, the amount of heat treatment gas used, in particular, the amount of ammonia gas used, while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece 100 (specifications required for the components of the nitrided layer, uniformity of thickness, etc.). Can be further reduced.

また、制御部5は、熱処理炉6内に残留しているアンモニアガスそのものの濃度などに基づいて、熱処理炉6への熱処理用ガス、特に、アンモニアガスの流量比を設定するように構成されている。これにより、制御部5は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉6内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, the control unit 5 is configured to set the flow rate ratio of the heat treatment gas to the heat treatment furnace 6, particularly the ammonia gas, based on the concentration of the ammonia gas itself remaining in the heat treatment furnace 6. Yes. Thereby, the control part 5 can perform control which decreases supply_amount | feed_rate of the ammonia gas in the heat processing furnace 6 more reliably satisfy | filling sufficient quality about a nitriding process.

また、本実施形態によると、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか一方を変化させる際、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、熱処理炉6内への単位時間当たりのアンモニアガスの流量比を変化させるように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか一方を変化させる際においても、熱処理炉6内への単位時間当たりの熱処理用ガスの総流量は変化しない。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。   Further, according to this embodiment, when the controller 5 changes either the residual ammonia concentration C1 or the nitriding potential P, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 is kept constant. The flow rate ratio of ammonia gas per unit time into the heat treatment furnace 6 is changed. According to this configuration, even when either the residual ammonia concentration C1 or the nitriding potential P is changed, the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 per unit time does not change. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed.

また、制御部5は、窒化ポテンシャルP、すなわち、窒化処理の進行度合いに基づいて、熱処理炉6への熱処理用ガスの総流量を設定できる。その結果、制御部5は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉6内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, the controller 5 can set the total flow rate of the heat treatment gas to the heat treatment furnace 6 based on the nitriding potential P, that is, the degree of progress of the nitriding treatment. As a result, the control unit 5 can perform control to reduce the supply amount of ammonia gas into the heat treatment furnace 6 while satisfying sufficient quality for the nitriding treatment more reliably.

また、本実施形態によると、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか他方を変化させる際、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されている。この構成によると、制御部5が残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか他方を変化させる際において、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は変化しない。したがって、被処理物100の表面周辺において、窒化反応の態様が急激に変化することが抑制される。その結果、窒化処理に関する品質のばらつきを、より確実に抑制できる。以上の次第で、本実施形態によると、窒化処理の品質を落とすこと無く、熱処理用ガスの使用量をより低減することのできる窒化処理装置1を実現できる。   Further, according to the present embodiment, when the controller 5 changes any one of the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P, the flow rate of each component gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 per unit time is changed. The total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 is changed while keeping the ratio constant. According to this configuration, when the control unit 5 changes any one of the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P, the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 per unit time changes. do not do. Therefore, a rapid change in the mode of the nitriding reaction around the surface of the workpiece 100 is suppressed. As a result, quality variations related to nitriding can be more reliably suppressed. As described above, according to the present embodiment, the nitriding apparatus 1 that can further reduce the amount of the heat treatment gas used without degrading the quality of the nitriding process can be realized.

また、本実施形態によると、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか一方を変化させる際、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、熱処理炉6内への単位時間当たりの熱処理用ガスにおけるアンモニアガスの流量比を変化させるように構成されている。また、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか他方を変化させる際、窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されている。この構成によると、窒化処理をより迅速に完了でき、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   Further, according to the present embodiment, when the controller 5 changes either the residual ammonia concentration C1 or the nitriding potential P, the control unit 5 enters the heat treatment furnace 6 based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16. The flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 is changed while the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant. In addition, when changing either the residual ammonia concentration C1 or the nitriding potential P, the control unit 5 per unit time into the heat treatment furnace 6 based on the nitriding potential P detected by the nitriding potential detecting unit 18. The total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 is changed while the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas is kept constant. According to this configuration, the nitriding treatment can be completed more quickly, and the amount of heat treatment gas used can be further reduced.

また、本実施形態によると、制御部5は、アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を交互に行うように構成されている。この構成によると、窒化処理をより迅速に完了でき、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減することができる。   According to the present embodiment, the control unit 5 is configured to alternately perform control for changing the flow rate ratio of ammonia gas and control for changing the total flow rate of the heat treatment gas. According to this configuration, the nitriding treatment can be completed more quickly, and the amount of heat treatment gas used can be further reduced.

また、本実施形態によると、制御部5は、熱処理用ガスの総流量の初期値、アンモニアガスの流量比の初期値、残留アンモニア濃度C1の目標値C1T、および、窒化ポテンシャルPの目標値PTに基づいて、アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を行うように構成されている。この構成によると、窒化処理をより迅速に完了させ、且つ、熱処理用ガスの使用量をより低減するための、よりきめ細かい制御を実現できる。   Further, according to the present embodiment, the controller 5 sets the initial value of the total flow rate of the heat treatment gas, the initial value of the flow rate ratio of the ammonia gas, the target value C1T of the residual ammonia concentration C1, and the target value PT of the nitriding potential P. On the basis of the above, the control for changing the flow rate ratio of the ammonia gas and the control for changing the total flow rate of the heat treatment gas are performed. According to this configuration, finer control for completing the nitriding process more quickly and reducing the amount of heat treatment gas used can be realized.

また、本実施形態によると、制御部5は、窒化ポテンシャルPを制御するために、所定の等流量比線Rに基づいて、熱処理炉6内への熱処理用ガスの総流量を設定可能に構成されている。そして、等流量比線Rは、残留アンモニア濃度C1を横軸とし且つ窒化ポテンシャルPを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける熱処理用ガス中におけるアンモニアガスの流量比を一定にしたときの特性を示す。この構成によると、制御部5は、予め設定された等流量比線Rに基づいて、熱処理炉6内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を設定する。これにより、制御部5は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉6内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, according to the present embodiment, the control unit 5 is configured to be able to set the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 based on a predetermined equiflow rate ratio line R in order to control the nitriding potential P. Has been. The equiflow rate ratio line R is obtained when the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas per unit time is constant in the graph when the residual ammonia concentration C1 is the horizontal axis and the nitriding potential P is the vertical axis. The characteristics of According to this configuration, the control unit 5 sets the supply mode of the heat treatment gas supplied to the heat treatment furnace 6, particularly the ammonia gas, based on the preset equal flow ratio line R. Thereby, the control part 5 can perform control which decreases supply_amount | feed_rate of the ammonia gas in the heat processing furnace 6 more reliably satisfy | filling sufficient quality about a nitriding process.

また、本実施形態によると、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を制御するために、等総流量線Vに基づいて、熱処理炉6内への熱処理用ガス中のアンモニアガスの流量比を制御可能に構成されており、等総流量線Vは、単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示す。この構成によると、制御部5は、予め設定された等総流量線Vに基づいて、熱処理炉6内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を設定する。これにより、制御部5は、より確実に窒化処理についての十分な品質を満たしつつ、熱処理炉6内へのアンモニアガスの供給量をより少なくする制御を行うことができる。   Further, according to this embodiment, the control unit 5 controls the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 based on the equal total flow line V in order to control the residual ammonia concentration C1. The equal total flow line V indicates a characteristic when the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant. According to this structure, the control part 5 sets the supply aspect of the gas for heat processing especially the ammonia gas supplied in the heat processing furnace 6 based on the equal total flow line V set beforehand. Thereby, the control part 5 can perform control which decreases supply_amount | feed_rate of the ammonia gas in the heat processing furnace 6 more reliably satisfy | filling sufficient quality about a nitriding process.

また、本実施形態によると、制御部5は、熱処理炉6内の残留アンモニア濃度C1が12%以上で且つ熱処理炉6内の窒化ポテンシャルPが0.75以上となるように熱処理炉6への熱処理用ガスの供給を制御するように構成されている。この構成によると、残留アンモニア濃度C1を最低で12%とし、且つ、窒化ポテンシャルPを最低で0.75とすることにより、窒化処理に関する品質を十分に確保しつつ、熱処理用ガス、特にアンモニアガスの使用量を、より低減できる   Further, according to the present embodiment, the control unit 5 supplies the heat treatment furnace 6 with the residual ammonia concentration C1 in the heat treatment furnace 6 so that the residual ammonia concentration C1 is 12% or more and the nitriding potential P in the heat treatment furnace 6 is 0.75 or more. The supply of the heat treatment gas is controlled. According to this configuration, the residual ammonia concentration C1 is set to 12% at the minimum and the nitriding potential P is set to 0.75 at the minimum, so that the quality for the nitriding process is sufficiently ensured, and the heat treatment gas, particularly the ammonia gas. Can be used more

特に、本実施形態では、制御部5は、窒化ポテンシャルPおよび残留アンモニア濃度C1の双方に基づいて、熱処理炉6内への熱処理用ガスの供給量を設定する。すなわち、窒化処理においては、窒化ポテンシャルPに加えて、残留アンモニア濃度C1も考慮した上で、熱処理炉6内への熱処理用ガスの供給量が設定される。これにより、被処理物100の窒化処理についての品質(窒化層の成分、厚みの均一性などの要求される仕様)を十分に満たしつつ、熱処理用ガスの使用量、特にアンモニアガスの使用量を、より低減することができる。   In particular, in the present embodiment, the control unit 5 sets the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 based on both the nitriding potential P and the residual ammonia concentration C1. That is, in the nitriding process, in addition to the nitriding potential P, the residual ammonia concentration C1 is also considered, and the supply amount of the heat treatment gas into the heat treatment furnace 6 is set. Thus, the amount of heat treatment gas used, particularly the amount of ammonia gas, is sufficiently satisfied while sufficiently satisfying the quality of the nitriding treatment of the workpiece 100 (required specifications such as the composition of the nitrided layer and uniformity of thickness). Can be further reduced.

より具体的には、制御部5は、予め設定された等流量比線Rおよび等総流量線Vに基づいて、熱処理炉6内に供給される熱処理用ガス、特にアンモニアガスの流量を設定する。その結果、制御部5は、窒化処理に関する品質を十分に確保しつつ、残留アンモニア濃度C1と窒化ポテンシャルPの双方について、より低減した状態を実現できる。すなわち、制御部5は、窒化処理において、熱処理用ガス、特にアンモニアガスの使用量を、より低減できる。   More specifically, the control unit 5 sets the flow rate of the heat treatment gas, particularly ammonia gas, supplied into the heat treatment furnace 6 based on the preset equal flow ratio line R and the equal total flow line V. . As a result, the control unit 5 can realize a state in which both the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P are further reduced while sufficiently ensuring the quality related to the nitriding treatment. That is, the control unit 5 can further reduce the amount of heat treatment gas, particularly ammonia gas, used in nitriding.

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The present invention can be variously modified as long as it is described in the claims.

(1)上述の実施形態では、特に、制御対象(変化させられる対象としての残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルP)と、測定対象(制御対象を変化させるために測定される対象、すなわち、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルP)と、制御方法(総流量を変化させる方法と流量比を変化させる方法)について、図5に示すパターン1である例を説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。   (1) In the above-described embodiment, in particular, a control object (residual ammonia concentration C1 and nitriding potential P as objects to be changed) and a measurement object (object to be measured to change the control object, that is, an ammonia sensor). The residual ammonia concentration C1 detected in FIG. 16 and the nitriding potential P detected by the nitriding potential detector 18) and the control method (the method of changing the total flow rate and the method of changing the flow rate ratio) are shown in the pattern 1 shown in FIG. Explained an example. However, this need not be the case.

たとえば、図5に示すパターン2,3,4の何れかが採用されてもよい。なお、以下では、熱処理炉6内への単位時間当たりにおける熱処理用ガスの総流量を、単に「総流量」という場合がある。また、熱処理炉6内への単位時間当たりの熱処理用ガスにおけるアンモニアガスの流量比を、単に「流量比」という場合がある。   For example, any of patterns 2, 3, and 4 shown in FIG. 5 may be employed. Hereinafter, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 may be simply referred to as “total flow rate”. Further, the flow rate ratio of ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace 6 may be simply referred to as “flow rate ratio”.

パターン1では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を変化させる際、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、総流量は一定にしつつ流量比を変化(パターンA)させる。このパターン1では、制御部5は、窒化ポテンシャルPを変化させる際、窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、流量比は一定にしつつ、総流量を変化(パターンB)させる。   In pattern 1, when changing the residual ammonia concentration C1, the control unit 5 changes the flow rate ratio (pattern A) while keeping the total flow rate constant based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16. In this pattern 1, when changing the nitriding potential P, the control unit 5 changes the total flow rate (pattern B) while keeping the flow rate ratio constant based on the nitriding potential P detected by the nitriding potential detection unit 18. .

パターン2では、制御部5は、窒化ポテンシャルPを変化させる際、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、総流量は一定にしつつ流量比を変化させる。このパターン2では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を変化させる際、窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、流量比は一定にしつつ、総流量を変化させる。   In pattern 2, when changing the nitriding potential P, the control unit 5 changes the flow rate ratio while keeping the total flow rate constant based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16. In this pattern 2, when changing the residual ammonia concentration C1, the control unit 5 changes the total flow rate while keeping the flow rate ratio constant based on the nitriding potential P detected by the nitriding potential detection unit 18.

パターン3では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を変化させる際、窒化ポテンシャル検出部18で検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、総流量は一定にしつつ流量比を変化させる。このパターン3では、制御部5は、窒化ポテンシャルPを変化させる際、アンモニアセンサ16により検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、流量比は一定にしつつ、総流量を変化させる。   In pattern 3, when changing the residual ammonia concentration C1, the control unit 5 changes the flow rate ratio while keeping the total flow rate constant based on the nitriding potential P detected by the nitriding potential detection unit 18. In this pattern 3, when the nitriding potential P is changed, the control unit 5 changes the total flow rate while keeping the flow rate ratio constant based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16.

パターン4では、制御部5は、窒化ポテンシャルPを変化させる際、窒化ポテンシャル検出部18で検出された窒化ポテンシャルPに基づいて、総流量は一定にしつつ流量比を変化させる。このパターン4では、制御部5は、残留アンモニア濃度C1を変化させる際、アンモニアセンサ16により検出された残留アンモニア濃度C1に基づいて、流量比は一定にしつつ、総流量を変化させる。   In pattern 4, when changing the nitriding potential P, the control unit 5 changes the flow rate ratio while keeping the total flow rate constant based on the nitriding potential P detected by the nitriding potential detection unit 18. In this pattern 4, when changing the residual ammonia concentration C1, the control unit 5 changes the total flow rate while keeping the flow rate ratio constant based on the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16.

上記パターン1〜4を総括すると、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか一方を変化させる際、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度Pおよび窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPの何れか一方に基づいて、総流量は一定にしつつ、流量比を変化させるように構成される。さらに、制御部5は、残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャルPの何れか他方を変化させる際、アンモニアセンサ16で検出された残留アンモニア濃度C1および窒化ポテンシャル検出部18により検出された窒化ポテンシャルPの何れか他方に基づいて、流量比は一定にしつつ、総流量を変化させるように構成される。   When the patterns 1 to 4 are summarized, the control unit 5 detects the residual ammonia concentration P detected by the ammonia sensor 16 and the nitriding potential detection unit 18 when changing either the residual ammonia concentration C1 or the nitriding potential P. Based on one of the nitriding potentials P, the flow rate ratio is changed while the total flow rate is kept constant. Further, when the controller 5 changes any one of the residual ammonia concentration C1 and the nitriding potential P, the controller 5 determines which of the residual ammonia concentration C1 detected by the ammonia sensor 16 and the nitriding potential P detected by the nitriding potential detector 18. On the other hand, the total flow rate is changed while the flow rate ratio is kept constant.

(2)上述の実施形態では、熱処理用ガスを用いた軟窒化処理について説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、窒化処理装置1は、窒化処理、酸窒化処理、浸炭窒化処理など、他の窒化処理に用いられることもできる。   (2) In the above-described embodiment, the soft nitriding process using the heat treatment gas has been described. However, this need not be the case. For example, the nitriding apparatus 1 can be used for other nitriding processes such as a nitriding process, an oxynitriding process, and a carbonitriding process.

<試験1>
上記の実施形態で説明した構成の窒化処理装置を、実施例として作製した。また、制御部による窒化ポテンシャルの制御および残留アンモニア濃度の制御の双方が行われない点以外は実施例と同様の構成の窒化処理装置を、比較例として作製した。
<Test 1>
The nitriding apparatus having the configuration described in the above embodiment was manufactured as an example. Further, a nitriding apparatus having the same configuration as that of the example was manufactured as a comparative example, except that neither the control of the nitriding potential nor the control of the residual ammonia concentration was performed by the control unit.

そして、実施例と比較例のそれぞれを用いて、被処理物の窒化処理を行った。このときにおける、窒化処理開始からの時間(処理時間)と窒化ポテンシャルとの関係、および、処理時間と残留アンモニア濃度との関係について、測定した。結果を図6に示す。   And the nitriding process of the to-be-processed object was performed using each of an Example and a comparative example. At this time, the relationship between the time from the start of the nitriding treatment (treatment time) and the nitriding potential, and the relationship between the treatment time and the residual ammonia concentration were measured. The results are shown in FIG.

図6のグラフにおいて、横軸は、処理時間を示している。また、縦軸は、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度を示している。図6から明らかなように、処理時間の経過に従い、窒化ポテンシャルが低下している。しかしながら、比較例においては、窒化処理開始の初期段階における窒化ポテンシャルの低下率が緩やかであるのに対して、実施例では、当該窒化ポテンシャルの低下率が顕著に大きい。そして、処理時間が90分の時点で、比較例における窒化ポテンシャルは、1.5近くの大きな値であるのに対して、実施例における窒化ポテンシャルは、約1.0と、十分に小さい値となっている。   In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents the processing time. The vertical axis shows the nitriding potential and the residual ammonia concentration. As is apparent from FIG. 6, the nitriding potential decreases as the processing time elapses. However, in the comparative example, the decrease rate of the nitriding potential at the initial stage of the nitriding treatment is moderate, whereas in the example, the decrease rate of the nitriding potential is remarkably large. When the treatment time is 90 minutes, the nitriding potential in the comparative example is a large value close to 1.5, whereas the nitriding potential in the example is about 1.0, which is a sufficiently small value. It has become.

また、比較例においては、処理時間の経過に伴い、残留アンモニア濃度が次第に大きくなっている。特に、比較例においては、経過時間が30分までの間において、残留アンモニア濃度の上昇率が大きく、また、経過時間が30分以降においても、残留アンモニア濃度が次第に上昇している。そして、経過時間が90分の時点で、残留アンモニア濃度は、約30%にまで到達している。一方、実施例においては、経過時間が30分までの間において、残留アンモニア濃度の上昇率が小さく、また、経過時間が30分以降において、残留アンモニア濃度の上昇率は、顕著に小さくなっている。そして、経過時間が90分の時点で、残留アンモニア濃度は、20%未満の一定値にほぼ収束している。   In the comparative example, the residual ammonia concentration gradually increases as the processing time elapses. In particular, in the comparative example, the rate of increase in the residual ammonia concentration is large when the elapsed time is up to 30 minutes, and the residual ammonia concentration is gradually increased even after the elapsed time is 30 minutes. Then, when the elapsed time is 90 minutes, the residual ammonia concentration reaches about 30%. On the other hand, in the examples, the increase rate of the residual ammonia concentration is small during the elapsed time of up to 30 minutes, and the increase rate of the residual ammonia concentration is remarkably small after the elapsed time of 30 minutes. . Then, when the elapsed time is 90 minutes, the residual ammonia concentration almost converges to a constant value of less than 20%.

以上の次第で、実施例は、窒化処理において、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度を、より小さくできることにより、熱処理用ガス、特に、アンモニアガスの使用量をより低減できることが実証された。   As described above, it has been proved that the embodiment can further reduce the amount of the heat treatment gas, in particular, the amount of ammonia gas, by reducing the nitriding potential and the residual ammonia concentration in the nitriding treatment.

<試験2>
次に、比較例を用いて被処理物に窒化処理を施すことで、比較参考例1〜8を作製した。また、実施例を用いて被処理物に窒化処理を施すことで、実施参考例1〜16を作製した。
<Test 2>
Next, Comparative Reference Examples 1 to 8 were produced by performing nitriding treatment on the workpiece using the comparative example. Moreover, the reference examples 1-16 were produced by performing a nitriding process to a to-be-processed object using an Example.

比較参考例1〜8を作製する際の条件は、窒化ポテンシャルが0.75未満である条件、および、残留アンモニア濃度が12%未満である条件の少なくとも一方を満たしている。一方、実施参考例1〜16を作製する際の条件は、窒化ポテンシャルが0.75以上で、且つ、残留アンモニア濃度が12%以上である条件を満たしている。   The conditions for producing Comparative Reference Examples 1 to 8 satisfy at least one of the condition that the nitriding potential is less than 0.75 and the condition that the residual ammonia concentration is less than 12%. On the other hand, the conditions for producing Examples Reference Examples 1 to 16 satisfy the conditions that the nitriding potential is 0.75 or more and the residual ammonia concentration is 12% or more.

なお、比較参考例1〜8および実施参考例1〜16について、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度は、以下の通りである。
窒化ポテンシャル;残留アンモニア濃度
比較参考例1 0.50;12%
比較参考例2 0.50;18%
比較参考例3 0.50;24%
比較参考例4 0.50;30%
比較参考例5 0.75; 6%
比較参考例6 1.00; 6%
比較参考例7 1.25; 6%
比較参考例8 1.50; 6%
実施参考例1 0.75;12%
実施参考例2 0.75;18%
実施参考例3 0.75;24%
実施参考例4 0.75;30%
実施参考例5 1.00;12%
実施参考例6 1.00;18%
実施参考例7 1.00;24%
実施参考例8 1.00;30%
実施参考例9 1.25;12%
実施参考例10 1.25;18%
実施参考例11 1.25;24%
実施参考例12 1.25;30%
実施参考例13 1.50;12%
実施参考例14 1.50;18%
実施参考例15 1.50;24%
実施参考例16 1.50;30%
For Comparative Reference Examples 1 to 8 and Example Reference Examples 1 to 16, the nitriding potential and the residual ammonia concentration are as follows.
Nitriding potential; residual ammonia concentration Comparative Reference Example 1 0.50; 12%
Comparative Reference Example 2 0.50; 18%
Comparative Reference Example 3 0.50; 24%
Comparative Reference Example 4 0.50; 30%
Comparative Reference Example 5 0.75; 6%
Comparative Reference Example 6 1.00; 6%
Comparative Reference Example 7 1.25; 6%
Comparative Reference Example 8 1.50; 6%
Implementation Reference Example 1 0.75; 12%
Implementation Reference Example 2 0.75; 18%
Implementation Example 3 0.75; 24%
Implementation Reference Example 4 0.75; 30%
Example of Reference Example 5 1.00; 12%
Example of Reference Example 6 1.00; 18%
Example of Reference Example 7 1.00; 24%
Example of Reference Example 8 1.00; 30%
Example of Reference Example 9 1.25; 12%
Example of Reference Example 10 1.25; 18%
Implementation Reference Example 11 1.25; 24%
Working Example 12 1.25; 30%
Implementation Reference Example 13 1.50; 12%
Reference Example 14 1.50; 18%
Reference Example 15 1.50; 24%
Working Example 16 1.50; 30%

比較参考例1〜8および実施参考例1〜16のそれぞれについて、化合物層(窒化層)の厚みのばらつき量Rを測定した。そして、R≦2μmである場合の評価を◎とし、2μm<R<4μmである場合の評価を○とし、4μm≦Rである場合の評価を×とした。結果を
表1に示す。
For each of Comparative Reference Examples 1 to 8 and Example Reference Examples 1 to 16, the thickness variation R of the compound layer (nitride layer) was measured. The evaluation when R ≦ 2 μm was given as ◎, the evaluation when 2 μm <R <4 μm was given as ◯, and the evaluation when 4 μm ≦ R was given as x. The results are shown in Table 1.

Figure 2017082275
Figure 2017082275

表1から明らかなように、比較参考例1〜8は、何れも×の結果であり、窒化層の厚みのばらつき量Rが大きく、窒化層表面の処理品質が良くなかった。一方、実施参考例1〜16は、○または◎の結果であり、窒化層の厚みのばらつき量Rが小さく、窒化層表面の処理品質が良いことが実証された。特に、実施参考例6〜8,10〜12,14〜16は、◎の評価であり、窒化層の厚みのばらつき量Rが極めて小さく、窒化層表面の処理品質が極めて良いことが実証された。すなわち、窒化ポテンシャルが0.75以上で且つ残留アンモニア濃度が12%であることが、窒化処理の品質を高くするのに有効であり、特に、窒化ポテンシャルが1.00以上で且つ残留アンモニア濃度が18%以上であることが、窒化処理の品質を高くするのに極めて有効であることが実証された。   As is clear from Table 1, Comparative Reference Examples 1 to 8 are all results of x, the variation amount R of the nitride layer thickness is large, and the treatment quality of the nitride layer surface is not good. On the other hand, Examples 1 to 16 are the results of ◯ or ◎, and it was proved that the variation amount R of the thickness of the nitride layer was small and the treatment quality on the surface of the nitride layer was good. In particular, Examples 6 to 8, 10 to 12, and 14 to 16 were evaluated as ◎, and the variation amount R of the nitride layer thickness R was extremely small, and it was proved that the treatment quality of the nitride layer surface was extremely good. . That is, a nitriding potential of 0.75 or more and a residual ammonia concentration of 12% are effective for improving the quality of nitriding treatment, and in particular, a nitriding potential of 1.00 or more and a residual ammonia concentration of It was demonstrated that 18% or more is extremely effective for increasing the quality of the nitriding treatment.

また、表2は、窒化処理にかかる熱処理用ガスの費用について示している。   Table 2 shows the cost of the heat treatment gas for the nitriding treatment.

Figure 2017082275
Figure 2017082275

表2では、窒化処理の品質において◎の評価を受けた実施参考例6〜8,10〜12,14〜16について示している。   Table 2 shows Examples 6 to 8, 10 to 12, and 14 to 16 that have been evaluated as ◎ in the quality of nitriding treatment.

表2に示されている数値は、比較参考例(比較参考例1〜8の何れか1つ)を作製するために必要な熱処理用ガスの費用を100とした場合における、実施参考例を作製するために必要な熱処理用ガスの費用を示している。ここでは、アンモニアガス:窒素のガスの量の割合を6:1としている。表2から明らかなように、実施参考例6〜8,10〜12,14〜16のうち、実施参考例16以外の作製に必要な熱処理用ガスの費用は、比較参考例の作製費用よりも安い。特に、実施参考例6の作製に必要な熱処理用ガスの費用は、比較参考例の作製に必要な熱処理用ガスの費用の半分で済んだ。また、実施参考例16であっても作製に必要な熱処理用ガスの費用は、比較参考例の作製に必要な熱処理用ガスの費用と同じである。以上より、実施例において、窒化層の厚みのばらつきが小さいことにより、高品質の窒化処理を行うことができ、しかも、安価に窒化処理を実現可能であることが実証された。   The numerical values shown in Table 2 are for the reference example when the cost of the heat treatment gas necessary for preparing the comparative reference example (any one of comparative reference examples 1 to 8) is 100. It shows the cost of the heat treatment gas required to do. Here, the ratio of the amount of ammonia gas: nitrogen gas is 6: 1. As is clear from Table 2, the heat treatment gas cost required for the production of Examples other than Example Reference Example 16 out of Example Reference Examples 6-8, 10-12, and 14-16 is more than the production cost of Comparative Reference Example. cheap. In particular, the cost of the heat treatment gas necessary for producing Example Reference Example 6 was half of the cost of the heat treatment gas necessary for producing the Comparative Reference Example. Further, even in Example Reference Example 16, the cost of the heat treatment gas necessary for production is the same as the cost of the heat treatment gas necessary for production of the comparative reference example. From the above, it was proved that, in the examples, since the variation in the thickness of the nitride layer is small, a high-quality nitriding treatment can be performed and the nitriding treatment can be realized at a low cost.

本発明は、窒化処理装置および窒化処理方法として、広く適用することができる。   The present invention can be widely applied as a nitriding apparatus and a nitriding method.

1 窒化処理装置
5 制御部
6 熱処理炉
16 アンモニアセンサ(残留アンモニア濃度検出部)
18 窒化ポテンシャル検出部
100 被処理物
C1 残留アンモニア濃度
C1T 残留アンモニア濃度の目標値
P 窒化ポテンシャル
PT 窒化ポテンシャルの目標値
R 等流量比線(等アンモニア流量比率特性)
V 等総流量線(等総流量特性)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nitriding apparatus 5 Control part 6 Heat treatment furnace 16 Ammonia sensor (residual ammonia concentration detection part)
18 Nitriding potential detector 100 Object C1 Residual ammonia concentration C1T Target value P of residual ammonia concentration P Nitriding potential PT Target value R of nitriding potential Equivalent flow ratio line (equal ammonia flow rate ratio characteristic)
V equal total flow line (equal total flow characteristics)

Claims (10)

アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理装置であって、
前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを検出するための窒化ポテンシャル検出部と、
前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を検出するための残留アンモニア濃度検出部と、
前記窒化ポテンシャルおよび前記残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの供給を制御するための制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルの何れか一方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、
前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルの何れか他方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの前記総流量を変化させるように構成されていることを特徴とする、窒化処理装置。
A nitriding apparatus for performing nitriding treatment on an object to be processed disposed in the heat treatment furnace by introducing a heat treatment gas containing ammonia gas into the heat treatment furnace,
A nitriding potential detector for detecting the nitriding potential in the heat treatment furnace;
A residual ammonia concentration detector for detecting a residual ammonia concentration in the heat treatment furnace;
A control unit for controlling the supply of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on the nitriding potential and the residual ammonia concentration;
With
When the control unit changes any one of the residual ammonia concentration and the nitriding potential, either the residual ammonia concentration detected by the residual ammonia concentration detecting unit or the nitriding potential detected by the nitriding potential detecting unit Based on one, the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is changed while the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is constant. Configured to let
When the control unit changes either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, the control unit selects either the residual ammonia concentration detected by the residual ammonia concentration detecting unit or the nitriding potential detected by the nitriding potential detecting unit. Based on the other, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace while the flow rate ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is constant. The nitriding apparatus is configured to change the temperature.
請求項1に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出部で検出された残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、
前記制御部は、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記窒化ポテンシャル検出部により検出された窒化ポテンシャルに基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの前記総流量を変化させるように構成されていることを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to claim 1, wherein
The controller, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, based on the residual ammonia concentration detected by the residual ammonia concentration detector, the unit per unit time into the heat treatment furnace The flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is changed while keeping the total flow rate of the heat treatment gas constant,
The controller controls the heat treatment per unit time into the heat treatment furnace based on the nitriding potential detected by the nitriding potential detector when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential. A nitriding apparatus configured to change the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace while keeping a flow rate ratio of each component gas in the gas constant .
請求項1または請求項2に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、前記熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を交互に行うように構成されていることを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The nitriding apparatus, wherein the control unit is configured to alternately perform control for changing the flow rate ratio of the ammonia gas and control for changing the total flow rate of the heat treatment gas.
請求項3に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記熱処理用ガスの総流量の初期値、前記アンモニアガスの前記流量比の初期値、前記残留アンモニア濃度の目標値、および、前記窒化ポテンシャルの目標値に基づいて、前記アンモニアガスの流量比を変化させる制御と、前記熱処理用ガスの総流量を変化させる制御と、を行うように構成されていることを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to claim 3, wherein
The control unit is configured to determine the ammonia gas based on an initial value of a total flow rate of the heat treatment gas, an initial value of the flow rate ratio of the ammonia gas, a target value of the residual ammonia concentration, and a target value of the nitriding potential. A nitriding apparatus configured to perform control for changing a flow rate ratio of the gas and control for changing a total flow rate of the heat treatment gas.
請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記窒化ポテンシャルを制御するために、所定の等アンモニア流量比率特性に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの総流量を制御可能に構成されており、
前記等アンモニア流量比率特性は、前記残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアガスの流量比を一定にしたときの特性を示すことを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
The control unit is configured to control the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on a predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristic in order to control the nitriding potential,
The equiammonia flow rate ratio characteristic is a graph in which the residual ammonia concentration is on the horizontal axis and the nitriding potential is on the vertical axis, and the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time is made constant. A nitriding apparatus characterized by exhibiting characteristics at the time.
請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記残留アンモニア濃度を制御するために、所定の等総流量特性に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガス中の前記アンモニアガスの流量比を制御可能に構成されており、
前記等総流量特性は、前記残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示すことを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The control unit is configured to control a flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on a predetermined equal total flow characteristic in order to control the residual ammonia concentration. And
The equal total flow rate characteristic indicates a characteristic when the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant in a graph when the residual ammonia concentration is on the horizontal axis and the nitriding potential is on the vertical axis. A nitriding apparatus characterized by the above.
請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の窒化処理装置であって、
前記制御部は、前記熱処理炉内の前記残留アンモニア濃度が12%以上で且つ前記熱処理炉内の前記窒化ポテンシャルが0.75以上となるように前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御するように構成されていることを特徴とする、窒化処理装置。
The nitriding apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein
The controller controls the supply of the heat treatment gas to the heat treatment furnace so that the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace is 12% or more and the nitriding potential in the heat treatment furnace is 0.75 or more. It is comprised so that it may carry out. The nitriding apparatus characterized by the above-mentioned.
アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理装置であって、
所定の等アンモニア流量比率特性と、所定の等総流量特性とに基づいて、前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御するための制御部を備え、
前記等アンモニア流量比率特性は、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアの流量比を一定にしたときの特性を示し、
前記等総流量特性は、前記グラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示すことを特徴とする、窒化処理装置。
A nitriding apparatus for performing nitriding treatment on an object to be processed disposed in the heat treatment furnace by introducing a heat treatment gas containing ammonia gas into the heat treatment furnace,
A control unit for controlling the supply of the heat treatment gas to the heat treatment furnace based on a predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristic and a predetermined equal total flow characteristic;
The equiammonia flow rate ratio characteristic is a graph in which the horizontal axis represents the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace and the vertical axis represents the nitriding potential in the heat treatment furnace, and the ammonia in the heat treatment gas per unit time. Shows the characteristics when the flow rate ratio is constant,
The equal total flow rate characteristic indicates a characteristic when the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant in the graph.
アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理方法であって、
前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを検出するための窒化ポテンシャル検出ステップと、
前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を検出するための残留アンモニア濃度検出ステップと、
前記窒化ポテンシャルおよび前記残留アンモニア濃度に基づいて、前記熱処理炉内への前記熱処理用ガスの供給を制御する制御ステップと、
を含み、
前記制御ステップは、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか一方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出ステップで検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出ステップにより検出された窒化ポテンシャルの何れか一方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりの前記熱処理用ガスにおける前記アンモニアガスの流量比を変化させるように構成され、
前記制御ステップは、前記残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャルの何れか他方を変化させる際、前記残留アンモニア濃度検出ステップで検出された残留アンモニア濃度および前記窒化ポテンシャル検出ステップにより検出された窒化ポテンシャルの何れか他方に基づいて、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中の各成分ガスの流量比は一定にしつつ、前記熱処理炉内への単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を変化させるように構成されていることを特徴とする、窒化処理方法。
A nitriding method for nitriding a workpiece disposed in the heat treatment furnace by introducing a gas for heat treatment containing ammonia gas into the heat treatment furnace,
A nitriding potential detecting step for detecting a nitriding potential in the heat treatment furnace;
A residual ammonia concentration detection step for detecting a residual ammonia concentration in the heat treatment furnace;
A control step of controlling supply of the heat treatment gas into the heat treatment furnace based on the nitriding potential and the residual ammonia concentration;
Including
In the control step, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, either the residual ammonia concentration detected in the residual ammonia concentration detecting step or the nitriding potential detected in the nitriding potential detecting step is selected. Based on one, the flow rate ratio of the ammonia gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is changed while the total flow rate of the heat treatment gas into the heat treatment furnace is constant. Configured to let
In the control step, when changing either the residual ammonia concentration or the nitriding potential, either the residual ammonia concentration detected in the residual ammonia concentration detecting step or the nitriding potential detected in the nitriding potential detecting step is selected. Based on the other, the total flow rate of the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is set while the flow ratio of each component gas in the heat treatment gas per unit time into the heat treatment furnace is constant. It is comprised so that it may change, The nitriding method characterized by the above-mentioned.
アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉内に導入することで、前記熱処理炉内に配置された被処理物に窒化処理を行うための窒化処理方法であって、
所定の等アンモニア流量比率特性と、所定の等総流量特性とに基づいて、前記熱処理炉への前記熱処理用ガスの供給を制御する制御ステップを含み、
前記等アンモニア流量比率特性は、前記熱処理炉内の残留アンモニア濃度を横軸とし且つ前記熱処理炉内の窒化ポテンシャルを縦軸としたときのグラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガス中における前記アンモニアの流量比を一定にしたときの特性を示し、
前記等総流量特性は、前記グラフにおいて、単位時間当たりにおける前記熱処理用ガスの総流量を一定にしたときの特性を示すことを特徴とする、窒化処理方法。
A nitriding method for nitriding a workpiece disposed in the heat treatment furnace by introducing a gas for heat treatment containing ammonia gas into the heat treatment furnace,
A control step of controlling supply of the heat treatment gas to the heat treatment furnace based on a predetermined equal ammonia flow rate ratio characteristic and a predetermined equal total flow characteristic;
The equiammonia flow rate ratio characteristic is a graph in which the horizontal axis represents the residual ammonia concentration in the heat treatment furnace and the vertical axis represents the nitriding potential in the heat treatment furnace, and the ammonia in the heat treatment gas per unit time. Shows the characteristics when the flow rate ratio is constant,
In the graph, the equal total flow rate characteristic indicates a characteristic when the total flow rate of the heat treatment gas per unit time is constant.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110914467A (en) * 2017-07-07 2020-03-24 帕卡热处理工业株式会社 Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
CN112513314A (en) * 2018-08-17 2021-03-16 帕卡热处理工业株式会社 Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
JP7451950B2 (en) 2019-11-14 2024-03-19 大同特殊鋼株式会社 Surface treatment method for metal materials

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531142A (en) * 1976-06-24 1978-01-07 Koyo Seiko Co Method of controlling undecomposed ammonia gas concentration of nitriding atmosphere in twoostepped nitriding
JPH0813125A (en) * 1994-06-30 1996-01-16 Aisin Seiki Co Ltd Furnace gas controlling method for gas carbonitriding process and device therefor
JPH1030164A (en) * 1996-07-18 1998-02-03 Nippon Light Metal Co Ltd Treatment for nitriding die for aluminum extrusion and die for aluminum extrusion
JPH10306364A (en) * 1994-05-25 1998-11-17 Nippon Techno:Kk Gas nitrosulphurizing method and device
US20020104587A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-08 Leo Medeiros Method for nitriding suspension components
JP2006028588A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Toyota Motor Corp Nitriding treatment method
JP2007131933A (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Dowa Holdings Co Ltd Nitriding method and nitriding apparatus
JP2007169723A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Ntn Corp Carbo-nitriding method, method for manufacturing machine component, and machine component
JP2011026627A (en) * 2009-07-21 2011-02-10 Oriental Engineering Co Ltd Apparatus and method for surface hardening treatment
JP2012089774A (en) * 2010-10-22 2012-05-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Rare earth-transition metal-nitrogen magnet powder, method and apparatus for producing the same, composition for bond magnet using the same and bond magnet
JP2012224913A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Ntn Corp Gas soft nitriding method and method for manufacturing bearing component
WO2015046593A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Dowaサーモテック株式会社 Method for nitriding steel member
CN104651858A (en) * 2015-03-09 2015-05-27 湖南大学 Composite heat treatment process for improving surface compactness of nitro-carburizing strengthened layer
JP2015175009A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 新日鐵住金株式会社 Gas soft nitriding process of low-alloy steel

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531142A (en) * 1976-06-24 1978-01-07 Koyo Seiko Co Method of controlling undecomposed ammonia gas concentration of nitriding atmosphere in twoostepped nitriding
JPH10306364A (en) * 1994-05-25 1998-11-17 Nippon Techno:Kk Gas nitrosulphurizing method and device
JPH0813125A (en) * 1994-06-30 1996-01-16 Aisin Seiki Co Ltd Furnace gas controlling method for gas carbonitriding process and device therefor
JPH1030164A (en) * 1996-07-18 1998-02-03 Nippon Light Metal Co Ltd Treatment for nitriding die for aluminum extrusion and die for aluminum extrusion
US20020104587A1 (en) * 2001-02-02 2002-08-08 Leo Medeiros Method for nitriding suspension components
JP2006028588A (en) * 2004-07-16 2006-02-02 Toyota Motor Corp Nitriding treatment method
JP2007131933A (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Dowa Holdings Co Ltd Nitriding method and nitriding apparatus
JP2007169723A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Ntn Corp Carbo-nitriding method, method for manufacturing machine component, and machine component
JP2011026627A (en) * 2009-07-21 2011-02-10 Oriental Engineering Co Ltd Apparatus and method for surface hardening treatment
JP2012089774A (en) * 2010-10-22 2012-05-10 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Rare earth-transition metal-nitrogen magnet powder, method and apparatus for producing the same, composition for bond magnet using the same and bond magnet
JP2012224913A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Ntn Corp Gas soft nitriding method and method for manufacturing bearing component
WO2015046593A1 (en) * 2013-09-30 2015-04-02 Dowaサーモテック株式会社 Method for nitriding steel member
JP2015175009A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 新日鐵住金株式会社 Gas soft nitriding process of low-alloy steel
CN104651858A (en) * 2015-03-09 2015-05-27 湖南大学 Composite heat treatment process for improving surface compactness of nitro-carburizing strengthened layer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110914467A (en) * 2017-07-07 2020-03-24 帕卡热处理工业株式会社 Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
EP3650574A4 (en) * 2017-07-07 2021-01-20 Parker Netsushori Kogyo Co., Ltd. Surface-hardening treatment device and surface-hardening treatment method
US11155891B2 (en) 2017-07-07 2021-10-26 Parker Netsushori Kogyo Co., Ltd. Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
CN112513314A (en) * 2018-08-17 2021-03-16 帕卡热处理工业株式会社 Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
EP3839089A4 (en) * 2018-08-17 2021-12-08 Parker Netsushori Kogyo Co., Ltd. Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
US11781209B2 (en) 2018-08-17 2023-10-10 Parker Netsushori Kogyo Co., Ltd. Surface hardening treatment device and surface hardening treatment method
JP7451950B2 (en) 2019-11-14 2024-03-19 大同特殊鋼株式会社 Surface treatment method for metal materials

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