JP2024057470A - 熱処理装置及び金属製部材製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高程度で金属製部材の機械的強度を向上できる熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置１は、加熱室２０と、冷却室８０と、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が金属製部材３０に浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように加熱室２０に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように浸炭ガスを加熱室２０内から排気させる第一浸炭工程と、第一浸炭工程後に、冷却室８０に収容された金属製部材３０を冷却室８０に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程と、冷却工程後に、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、加熱室２０に浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程とを行う制御装置１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製部材に対して熱処理を行う熱処理装置及び金属製部材製造方法に関する。

従来から、金属製部材に対して炉及び熱処理装置を用いて浸炭処理とよばれる熱処理を行うことによって、金属製部材の表面から炭化物を浸入させて金属製部材の機械的強度を向上させる技術が知られている。

これに関し、特許文献１には、金属製部材をオーステナイト化温度以上に加熱した後に金属製部材を冷却し、減圧雰囲気下で金属製部材を浸炭処理する技術が開示されている。

特開２０２１－４２３９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、金属製部材の表面から炭化物を浸入させる際に、金属製部材の表面近傍に炭化物が形成され過ぎることによって金属製部材の機械的強度の向上が抑制されるという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属製部材の機械的強度を向上できる熱処理装置及び金属製部材製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の熱処理装置は、加熱、ガスの流入及び排気、並びに金属製部材の収容が可能な加熱室と、前記加熱室に接続されており、ガスの流入及び排気、並びに前記金属製部材の収容が可能な冷却室と、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを前記加熱室内の圧力が前記金属製部材に前記浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように前記加熱室に流入させた後に、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力未満になるように前記浸炭ガスを前記加熱室内から排気させる第一浸炭工程と、前記第一浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程と、前記冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に前記浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程とを行う制御装置と、を備える。

また、前記制御装置は、前記第一浸炭工程において、前記金属製部材の炭素含有量が所定値である場合のＡ３変態点温度以上であり、かつ前記金属製部材が炭素を含有しない場合のＡ３変態点温度未満の温度である第一温度に前記金属製部材を加熱し、前記第二浸炭工程において、前記第一温度よりも高い温度である第二温度に前記金属製部材を加熱する。

また、前記制御装置は、前記第一浸炭工程において、１分以下の期間、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力以上になるように前記加熱室内に前記所定量の前記浸炭ガスを流入させる。

また、前記制御装置は、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱する事前加熱工程と、前記事前加熱工程後に前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に前記冷却ガスを流入及び排気させて冷却する浸炭前冷却工程とを前記第一浸炭工程の前に行う。

また、前記制御装置は、前記第二浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に前記冷却ガスを流入及び排気させて冷却する窒化前冷却工程と、前記窒化前冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に窒化ガスを流入及び排気させる窒化工程とを行う。

また、前記冷却室は、焼き入れ用の油が浸されている油槽を有し、前記制御装置は、前記窒化工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記油槽内の油に浸漬する焼入工程を行う。

また、本発明の金属製部材製造方法は、加熱、ガスの流入及び排気、並びに金属製部材の収容が可能な加熱室と、ガスの流入及び排気、並びに前記金属製部材の収容が可能な冷却室とを備える熱処理装置に収容された前記金属製部材に対して熱処理を行い、炭化された前記金属製部材を製造する金属製部材製造方法であって、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを前記加熱室内の圧力が前記金属製部材に前記浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように前記加熱室に流入させた後に、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力未満になるように前記浸炭ガスを前記加熱室から排気させる第一浸炭工程と、前記第一浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程と、前記冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に前記浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程とを含む。

本発明によれば、金属製部材の機械的強度を向上できる熱処理装置及び金属製部材製造方法を提供できる。

本実施形態に係る熱処理装置の構成を概略的に示す図である。 図１に示す制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 図１に示す制御装置における機能的構成を熱処理装置における他の構成とともに概略的に示す図である。 図１に示す制御装置の一連の処理の流れを示すフローチャートの一例である。 図１に示す制御装置による熱処理における加熱室及び冷却室内の温度及び浸炭ガス及び窒化ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの一例である。 図１に示す制御装置による熱処理における加熱室及び冷却室内の圧力及び浸炭ガス及び窒化ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの他の例である。 図１に示す制御装置による短時間パルス浸炭処理の実行時における加熱室内の圧力及び浸炭ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの一例である。 図１に示す制御装置によって金属製部材に対して熱処理を行った場合における浸炭時間及び金属製部材に形成されるセメンタイト膜厚の関係を示すグラフである。 従来手法によって熱処理を行った金属製部材の表面近傍の断面図の一例である。 図１に示す熱処理装置による熱処理を行った金属製部材の表面近傍の断面図の一例である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の複数の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素及びステップに対しては可能な限り同一の符号を付して重複する説明は省略する。

＜全体構成＞
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、熱処理装置１は、制御装置１０と、加熱室２０と、冷却室８０と、浸炭ガス容器４０と、窒化ガス容器４２と、冷却ガス容器４５と、ガス制御弁４１、４３及び４６と、ポンプ５１、５２及び５４と、排気制御弁５３及び５５と、圧力測定部６０と、ヒータ電源７０と、吸気制御弁９２とを含んで主要部が構成される。なお、熱処理装置１としては、例えば真空浸炭装置が挙げられる。

制御装置１０は、金属製部材３０に対して行う熱処理の制御を行う。制御装置１０は、加熱室２０の温度測定部２３から加熱室２０内の温度の測定結果を取得する。また、制御装置１０は、圧力測定部６０から加熱室２０及び冷却室８０の内部の圧力の測定結果を取得する。また、制御装置１０は、ヒータ２２の加熱の実行及び停止に関する制御命令をヒータ電源７０に伝達する。また、制御装置１０は、冷却室８０におけるファン８４を駆動するための制御命令をモータ８３に伝達する。また、制御装置１０は、冷却室８０における前扉８２の開閉、加熱室２０における中扉２６の開閉、及び金属製部材３０を搬送するための搬送台９０の移動を制御するための制御命令を前扉８２、中扉２６及び搬送台９０に伝達する。

また、制御装置１０は、ガス制御弁４１及び４３の開弁及び閉弁を制御することによって、浸炭ガス容器４０及び窒化ガス容器４２から加熱室２０内へのガスの流入、流入の停止及び流入させる場合の流量を制御する。また、制御装置１０は、ガス制御弁４６及び吸気制御弁９２の開弁及び閉弁を制御することによって、冷却ガス容器４５から冷却室８０内への冷却ガスの流入、冷却室８０の外部から冷却室８０内への大気の流入、冷却ガス及び大気の流入の停止及び流入させる場合の流量を制御する。また、制御装置１０は、排気制御弁５３の開弁及び閉弁を制御することによって、加熱室２０内から加熱室２０外へのガスの排気及び排気の停止を制御する。また、制御装置１０は、排気制御弁５５の開弁及び閉弁を制御することによって、冷却室８０内から冷却室８０外へのガスの排気及び排気の停止を制御する。

また、本実施形態では、制御装置１０は、制御装置１０が予め記憶しているプログラムや制御装置１０の操作者からの入力、制御装置１０とは異なる外部の装置から伝達される制御信号に基づく制御命令に従って、上述したヒータ電源７０、ガス制御弁４１、４３及び４６、排気制御弁５３及び５５、吸気制御弁９２、モータ８３、前扉８２、中扉２６、並びに搬送台９０に対する制御を行う。これによって、制御装置１０は、加熱室２０又は冷却室８０に収容された金属製部材３０に対して炭素を添加する処理である浸炭処理、及び窒素を添加する処理である窒化処理の制御を行う。

加熱室２０は、金属製部材３０の収容及び取り出しが可能であり、収容された金属製部材３０を加熱する炉である。加熱室２０は、例えば、炉壁２１と、ヒータ２２と、温度測定部２３と、ガスを加熱室２０内に流入させるための流入口２４と、ガスを加熱室２０内から排気させるための排気口２５と、中扉２６とを含んで主要部が構成される。加熱室２０は、中扉２６を介して冷却室８０に接続される。具体的には、中扉２６が開放している場合、加熱室２０の内部及び冷却室８０の内部は、開放している中扉２６を介して一つの空間となる。また、加熱室２０は、制御装置１０によって加熱室２０内の温度及び圧力が制御される。また、加熱室２０は、温度測定部２３によって加熱室２０内の温度を測定し、当該温度測定結果を制御装置１０に伝達する。

炉壁２１は、加熱室２０内及び加熱室２０炉外を仕切る真空容器であり、金属製部材３０を収容するための空間を囲うように加熱室２０に設けられている。加熱室２０の炉壁２１及び冷却室８０の炉壁８１の接続箇所には、金属製部材３０を収容及び取り出しするための中扉２６が設けられている。また、炉壁２１及び中扉２６の内側に、例えばセラミック製の断熱材２７が設けられている。断熱材２７は、所定の値以下の熱伝導率を有しており、セラミックに限定されず、加熱室２０内と外部との間で熱が伝動しにくい素材で形成されている。

ヒータ２２は、ヒータ電源７０の温度制御に従って加熱室２０内を加熱する。ヒータ２２は、例えば、円柱状の形状であり、炉壁２１の上面から炉壁２１の下面に向かって垂直方向に延在するように、加熱室２０内に複数設けられる。また、ヒータ２２は、基部が炉壁２１の上面に接続されており、ヒータ電源７０の制御命令を受信できるように形成されている。

ヒータ電源７０は、ヒータ２２の加熱の実行及び停止を行うための電源である。ヒータ電源７０は、制御装置１０による動作制御に従って、各ヒータ２２における加熱の実行及び停止を制御する。

温度測定部２３は、例えば、一端に測定端子を有し、他端に出力端子を有する柱状の熱電対である。温度測定部２３は、測定端子によって加熱室２０内の温度を測定し、出力端子から当該測定結果を制御装置１０に伝達する。温度測定部２３は、炉壁２１の上面から炉壁２１の下面に向かって垂直方向に延在するように加熱室２０内に設けられる。

流入口２４は、加熱室２０外からガスを加熱室２０内に流入させるための口であり、炉壁２１に設けられる。具体的には、流入口２４は、浸炭ガス容器４０からガス制御弁４１を介して送られる浸炭ガス、又は窒化ガス容器４２からガス制御弁４３を介して送られる窒化ガスを加熱室２０外から加熱室２０内に流入させる。なお、本実施形態では、加熱室２０は、浸炭ガス及び窒化ガスを兼用する一つの流入口２４を有するが、これに限られるものではない。加熱室２０は、浸炭ガス及び窒化ガスのそれぞれに対応する複数の流入口２４を有していても良い。

浸炭ガス容器４０は、浸炭ガスを保存するためのボンベである。浸炭ガス容器４０は、ガス制御弁４１が開弁している間、ガス制御弁４１を介して保存している浸炭ガスを加熱室２０の流入口２４に送る。また、浸炭ガス容器４０は、ガス制御弁４１が閉弁している間、浸炭ガスが外部に漏れないように保存する。浸炭ガスは、炭化水素系のガスであり、例えば、エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）やアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）などである。

窒化ガス容器４２は、窒化ガスを保存するためのボンベである。窒化ガス容器４２は、ガス制御弁４３が開弁している間、ガス制御弁４３を介して保存している窒化ガスを加熱室２０の流入口２４に送る。また、窒化ガス容器４２は、ガス制御弁４３が閉弁している間、窒化ガスが外部に漏れないように保存する。窒化ガスは、窒素系のガスであり、例えば、アンモニアガスなどである。

ガス制御弁４１及び４３は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量のガスを加熱室２０の流入口２４に流入させるためのバルブである。ガス制御弁４１は、一端が配管を通じて浸炭ガス容器４０に接続され、他端が配管を通じて加熱室２０の流入口２４に接続されている。すなわち、ガス制御弁４１は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量の浸炭ガスを加熱室２０の流入口２４に流入させる。また、ガス制御弁４３は、一端が配管を通じて窒化ガス容器４２に接続され、他端が配管を通じて加熱室２０の流入口２４に接続されている。すなわち、ガス制御弁４３は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量の窒化ガスを加熱室２０の流入口２４に流入させる。

排気口２５は、加熱室２０内からガスを加熱室２０外に排気させるための口であり、炉壁２１に設けられる。具体的には、排気口２５は、ポンプ５１及びポンプ５２によって、排気制御弁５３を介して加熱室２０内のガスを加熱室２０外に排気させる。排気口２５は、加熱室２０内から所定量の流量のガスを加熱室２０外に排気できるだけの太さを有している。

中扉２６は、金属製部材３０の冷却室８０からの取り出し及び加熱室２０への収容、並びに金属製部材３０の加熱室２０からの取り出し及び冷却室８０への収容を行うための扉である。中扉２６は、炉壁２１における冷却室８０との接続箇所に設けられる。また、中扉２６は、制御装置１０の動作制御に従って、開閉動作を行う。

ポンプ５１は、加熱室２０内を真空にするための真空ポンプであり、加熱室２０の排気口２５から排気制御弁５３及びポンプ５２を介して送られてくるガスを熱処理装置１の外部に排気する。ポンプ５１は、一端が配管を通じてポンプ５２の他端に接続され、他端が配管を通じて熱処理装置１の外部に通じる。

ポンプ５２は、加熱室２０内を真空にするための真空ポンプであり、ポンプ５１による加熱室２０からガスの外部への排気を補助する。ポンプ５２は、加熱室２０の排気口２５から排気制御弁５３を介して送られてくるガスをポンプ５１に送る。ポンプ５２は、一端が配管を通じて加熱室２０の排気制御弁５３に接続され、他端が配管を通じてポンプ５１の一端に接続される。

排気制御弁５３は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量のガスを加熱室２０の排気口２５から排気させるためのバルブである。排気制御弁５３は、一端が配管を通じて加熱室２０の排気口２５に接続され、他端が配管を通じてポンプ５２の一端に接続される。

圧力測定部６０は、加熱室２０及び冷却室８０内の圧力を測定し、当該測定結果を制御装置１０に伝達する。圧力測定部６０は、加熱室２０及び冷却室８０の外部に設けられ、加熱室２０の炉壁２１と冷却室８０の炉壁８１とに設けられた圧力測定のための孔部６４と配管を通じ接続されている。

冷却室８０は、金属製部材３０の収容及び取り出しが可能であり、収容された金属製部材３０を冷却ガス又は焼入れ油により冷却する真空容器である。冷却室８０は、例えば、炉壁８１と、前扉８２と、ガス冷空間８５と、油槽８６と、冷却ガスを冷却室８０内に流入させるための流入口４４と、冷却ガスを攪拌するためのファン８４と、ファン８４を駆動するためのモータ８３と、ガスを冷却室８０内から排気させるための排気口８７と、熱処理装置１外から大気を冷却室８０内に流入させるための吸気口９１と、金属製部材３０の冷却室８０及び加熱室２０への収容及び取り出し並びに油槽８６への浸漬を行うための搬送台９０とを含んで主要部が構成される。

炉壁８１は、冷却室８０内及び冷却室８０外を仕切る壁であり、ガス冷空間８５及び油槽８６を囲うように冷却室８０に設けられている。炉壁８１は、真空に耐えられる強度を所有する金属素材で形成されている。また、炉壁８１は、金属製部材３０の収容及び外部への取り出しを行うための前扉８２を有する。また、上述したように、炉壁２１及び炉壁８１の接続箇所には、中扉２６が設けられている。

ガス冷空間８５は、金属製部材３０を冷却ガスによって冷却するための空間であり、冷却室８０における上部側に設けられる。ガス冷空間８５は、下部が油槽８６に連通されている。また、ガス冷空間８５は、炉壁８１の前扉８２を介して熱処理装置１の外部に接続され、中扉２６を介して加熱室２０に接続される。また、ガス冷空間８５は、流入口４４を介してガス制御弁４６に接続され、吸気口９１を介して吸気制御弁９２に接続され、排気口８７を介して排気制御弁５５に接続される。また、ガス冷空間８５は、孔部６４を介して圧力測定部６０に接続される。

油槽８６は、金属製部材３０を焼き入れ油によって焼き入れ工程を行うための空間であり、焼き入れ用の油が浸されている。

前扉８２は、金属製部材３０の熱処理装置１の外部から冷却室８０への収容、及び金属製部材３０の冷却室８０から熱処理装置１の外部への取り出しを行うための扉であり、ガス冷空間８５を囲う炉壁８１に設けられる。前扉８２は、制御装置１０の動作制御に従って、開閉動作を行う。

流入口４４は、冷却室８０外からガスを冷却室８０内に流入させるための口であり、ガス冷空間８５を囲う炉壁８１に設けられる。具体的には、流入口４４は、冷却ガス容器４５からガス制御弁４６を介して送られる冷却ガスを冷却室８０外から冷却室８０のガス冷空間８５に流入させる。

冷却ガス容器４５は、冷却ガスを保存するためのボンベである。冷却ガス容器４５は、ガス制御弁４６が開弁している間、ガス制御弁４６を介して保存している冷却ガスを冷却室８０の流入口４４に送る。また、冷却ガス容器４５は、ガス制御弁４６が閉弁している間、冷却ガスが外部に漏れないように保存する。冷却ガスは、例えば、窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガスが望ましい。

モータ８３は、ファン８４の送風の実行及び停止を行うための電源である。モータ８３は、制御装置１０による動作制御に従って、ファン８４による送風の実行及び停止を制御する。

ファン８４は、冷却室８０内の空気を対流させるためのファンであり、冷却室８０のガス冷空間８５に設けられる。ファン８４は、モータ８３の動作制御に従って送風を実行し、冷却室８０内の空気を対流させる。

吸気口９１は、冷却室８０外から大気を冷却室８０内に流入させるための口であり、ガス冷空間８５を囲う炉壁８１に設けられる。具体的には、吸気口９１は、冷却室８０外から吸気制御弁９２を介して送られる大気を冷却室８０のガス冷空間８５に流入させる。

吸気制御弁９２は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量の大気を吸気口９１から冷却室８０内に吸気させるためのバルブである。吸気制御弁９２は、一端が配管を通じて冷却室８０の吸気口９１に接続され、他端が配管を通じて熱処理装置１の外部に通じる。

排気口８７は、冷却室８０内からガスを冷却室８０外に排気させるための口であり、ガス冷空間８５を囲う炉壁８１に設けられる。具体的には、排気口８７は、ポンプ５４によって、排気制御弁５５を介して冷却室８０のガスを冷却室８０外に排気させる。

ポンプ５４は、冷却室８０内を真空にするための真空ポンプであり、冷却室８０の排気口８７から排気制御弁５５を介して送られてくるガスを熱処理装置１の外部に排気する。ポンプ５４は、一端が配管を通じて排気制御弁５５に接続され、他端が配管を通じて熱処理装置１の外部に通じる。

排気制御弁５５は、制御装置１０の動作制御に従って、所定の流量のガスを冷却室８０の排気口８７から排気させるためのバルブである。排気制御弁５５は、一端が配管を通じて冷却室８０の排気口８７に接続され、他端が配管を通じてポンプ５４の一端に接続される。

搬送台９０は、ガス冷空間８５と油槽８６と加熱室２０との間で、搬送台９０に載置された金属製部材３０を移動させるための機構である。搬送台９０は、制御装置１０による動作制御に従って、ガス冷空間８５と油槽８６との間を移動する。また、搬送台９０は、制御装置１０による動作制御に従って、開放状態の中扉２６を介してガス冷空間８５と加熱室２０との間を移動する。

＜ハードウェア構成＞
図２は、図１に示す制御装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。図２に示すように、制御装置１０は、例えば、記憶装置１１と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２と、メモリ１３と、通信装置１４と、入出力装置１５とを含んで主要部が構成される。

記憶装置１１は、ハードディスク等で構成される。この記憶装置１１は、ＣＰＵ１２における処理の実行に必要な各種プログラムや各種の情報、及び処理結果の情報を記憶する。

ＣＰＵ１２は、メモリ１３或いは記憶装置１１等に格納された所定のプログラムを実行することにより、各種の機能手段として機能する。この機能手段の詳細については後述する。

メモリ１３は、所定のプログラムや、ＣＰＵ１２が所定のプログラムを実行する際に必要なデータなどを一時的に記憶する。

通信装置１４は、外部の装置と通信するための通信インターフェース等で構成される。通信装置１４は、例えば、ガス制御弁４１、４３及び４６、排気制御弁５３及び５５、吸気制御弁９２、ヒータ電源７０、モータ８３、前扉８２、中扉２６、並びに搬送台９０に制御信号を送信する。また、通信装置１４は、例えば、温度測定部２３及び圧力測定部６０から対応する測定結果を含む信号を受信する。また、通信装置１４は、例えば、熱処理装置１の制御装置１０とは異なる装置の間で各種の情報を送受信する。

入出力装置１５は、制御装置１０の操作者が制御装置１０に対して操作を行うための入力を受け付けるとともに、制御装置１０に関する情報を操作者に対して表示する。具体的には、入出力装置１５は、操作者による制御装置１０に対する各種命令（金属製部材３０に対する浸炭処理及び窒化処理の実行や実行中の処理の状況の表示など）を受け付ける。また、入出力装置１５は、金属製部材３０に対する浸炭処理及び窒化処理など実行中の処理の状況を操作者に対して表示する。

なお、制御装置１０は、専用又は汎用のコンピュータなどの情報処理装置を用いて実現することができる。また、制御装置１０は、単一の情報処理装置より構成されるものであっても、複数の情報処理装置より構成されるものであってもよい。また、図２は、制御装置１０が有する主要なハードウェア構成の一部を示しているに過ぎず、制御装置１０は、コンピュータが一般的に備える他の構成を備えても良い。

＜機能的構成＞
図３は、図１に示す制御装置１０の機能的構成の一例を、熱処理装置１における他の構成とともに示す図である。図３に示すように、制御装置１０は、機能的構成として、温度取得部１１０と、圧力取得部１２０と、ヒータ調整部１３０と、浸炭ガス調整部１３２と、排気調整部１３４と、窒化ガス調整部１３６と、搬送調整部１４０と、冷却ガス調整部１５０と、ファン調整部１５２と、吸気調整部１５４と、制御部１７０と、入出力部１８０と、記憶部１９０とを含んで構成される。記憶部１９０以外の機能的構成は、ＣＰＵ１２がプログラムをメモリ１３上に展開して実行することにより実現される。記憶部１９０は、記憶装置１１又は／及びメモリ１３により実現される。

温度取得部１１０は、加熱室２０の温度測定部２３から送信される加熱室２０内の温度の測定結果を取得する。温度取得部１１０は、取得した加熱室２０内の温度の測定結果を制御部１７０及びヒータ調整部１３０に伝達する。

圧力取得部１２０は、圧力測定部６０から送信される加熱室２０及び冷却室８０内の圧力の測定結果を取得する。圧力取得部１２０は、取得した加熱室２０及び冷却室８０内の圧力の測定結果を制御部１７０に伝達する。

ヒータ調整部１３０は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、温度取得部１１０から伝達される加熱室２０内の温度の測定結果、及び制御部１７０から伝達される加熱室２０内に対する設定温度を参照し、加熱室２０内の温度が設定温度になるように、ヒータ電源７０による加熱室２０内の加熱及び当該加熱の停止の動作を調整する。

浸炭ガス調整部１３２は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ制御部１７０から伝達される流量の浸炭ガスを浸炭ガス容器４０から流入口２４を介して加熱室２０内に流入させるように、ガス制御弁４１の開弁及び閉弁の動作を調整する。

窒化ガス調整部１３６は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ制御部１７０から伝達される流量の窒化ガスを窒化ガス容器４２から流入口２４を介して加熱室２０内に流入させるように、ガス制御弁４３の開弁及び閉弁の動作を調整する。

冷却ガス調整部１５０は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ制御部１７０から伝達される流量の冷却ガスを冷却ガス容器４５から冷却室８０内に流入させるように、ガス制御弁４６の開弁及び閉弁の動作を調整する。

吸気調整部１５４は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ制御部１７０から伝達される流量の大気を熱処理装置１の外部から冷却室８０内に流入させるように、吸気制御弁９２の開弁及び閉弁の動作を調整する。

ファン調整部１５２は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ制御部１７０から伝達される回転速度で回転するように、モータ８３の送風、及び送風の停止の動作を調整する。

排気調整部１３４は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ加熱室２０内のガスを排気口２５から加熱室２０外に排気させるように、排気制御弁５３の開弁及び閉弁の動作を調整する。また、排気調整部１３４は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、制御部１７０から伝達される時間だけ冷却室８０内のガスを排気口８７から冷却室８０外に排気させるように、排気制御弁５５の開弁及び閉弁の動作を調整する。

搬送調整部１４０は、制御部１７０から伝達される制御命令に従って、前扉８２及び中扉２６の開閉動作、搬送台９０のガス冷空間８５及び油槽８６の間の移動の動作、並びに搬送台９０のガス冷空間８５及び加熱室２０の間の移動の動作を調整する。

制御部１７０は、温度取得部１１０から加熱室２０内の温度の測定結果、圧力取得部１２０から加熱室２０及び冷却室８０内の圧力の測定結果、及び入出力部１８０からの制御命令を受け付ける。制御部１７０は、記憶部１９０に記憶されているプログラム又は入出力部１８０から受け付けた制御命令に従って、加熱室２０及び冷却室８０に収容された金属製部材３０に対して浸炭処理及び窒化処理を行うために、ヒータ調整部１３０、浸炭ガス調整部１３２、窒化ガス調整部１３６、冷却ガス調整部１５０、排気調整部１３４、ファン調整部１５２及び搬送調整部１４０に制御命令及び制御に必要な各種情報を伝達する。

また、制御部１７０は、浸炭処理として、事前加熱工程、浸炭前冷却工程、第一浸炭工程、冷却工程、第二浸炭工程、窒化前冷却工程、窒化工程、焼入工程の順に各工程を実行する。なお、窒化前冷却工程及び窒化工程については、省略されてもよい。また、事前加熱工程に関しては、他の装置で実施しても構わない。制御部１７０は、浸炭処理及び窒化処理における各工程を行うための機能的構成として、第一浸炭工程を行うための第一浸炭工程部１７１と、冷却工程を行うための冷却工程部１７２と、第二浸炭工程を行うための第二浸炭工程部１７３と、事前加熱工程を行うための事前加熱工程部１７４と、浸炭前冷却工程を行うための浸炭前冷却工程部１７５と、窒化前冷却工程を行うための窒化前冷却工程部１７６と、窒化工程を行うための窒化工程部１７７と、焼入工程を行うための焼入工程部１７８とを含んで構成される。なお、第一浸炭工程、冷却工程、第二浸炭工程、事前加熱工程、浸炭前冷却工程、窒化前冷却工程、窒化工程及び焼入工程の詳細については、追って図４～図８を参照しつつ説明するため、ここではその説明を省略する。

事前加熱工程部１７４は、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱する事前加熱工程を行う。事前加熱工程部１７４は、事前加熱工程を実行するために、適宜、ヒータ調整部１３０、吸気調整部１５４、排気調整部１３４及び搬送調整部１４０を制御する。また、事前加熱工程部１７４は、事前加熱工程の実行後に、事前加熱工程が完了したことを浸炭前冷却工程部１７５に伝達する。

浸炭前冷却工程部１７５は、事前加熱工程後に、冷却室８０に収容された金属製部材３０を冷却室８０に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する浸炭前冷却工程を行う。浸炭前冷却工程部１７５は、浸炭前冷却工程を実行するために、適宜、冷却ガス調整部１５０、ファン調整部１５２、排気調整部１３４、吸気調整部１５４及び搬送調整部１４０を制御する。また、浸炭前冷却工程部１７５は、浸炭前冷却工程の実行後に、浸炭前冷却工程が完了したことを第一浸炭工程部１７１に伝達する。

第一浸炭工程部１７１は、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が金属製部材３０に浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように加熱室２０内に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように浸炭ガスを加熱室２０内から排気させる第一浸炭工程を行う。第一浸炭工程部１７１は、第一浸炭工程を実行するために、適宜、ヒータ調整部１３０、浸炭ガス調整部１３２、排気調整部１３４及び搬送調整部１４０を制御する。

冷却工程部１７２は、第一浸炭工程後に、冷却室８０のガス冷空間８５に収容された金属製部材３０を冷却室８０に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程を行う。冷却工程部１７２は、冷却工程を実行するために、適宜、冷却ガス調整部１５０、ファン調整部１５２、排気調整部１３４、吸気調整部１５４及び搬送調整部１４０を制御する。また、冷却工程部１７２は、冷却工程の実行後に、冷却工程が完了したことを第二浸炭工程部１７３に伝達する。

第二浸炭工程部１７３は、冷却工程後に、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、加熱室２０に浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程を行う。第二浸炭工程部１７３は、第二浸炭工程を実行するために、適宜、ヒータ調整部１３０、浸炭ガス調整部１３２、排気調整部１３４及び搬送調整部１４０を制御する。また、第二浸炭工程部１７３は、第二浸炭工程の実行後に第二浸炭工程が完了したことを窒化前冷却工程部１７６に伝達する。

窒化前冷却工程部１７６は、第二浸炭工程後に、冷却室８０に収容された金属製部材３０を冷却室８０に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する窒化前冷却工程を行う。窒化前冷却工程部１７６は、窒化前冷却工程を実行するために、適宜、冷却ガス調整部１５０、ファン調整部１５２、排気調整部１３４、吸気調整部１５４及び搬送調整部１４０を制御する。また、窒化前冷却工程部１７６は、窒化前冷却工程の実行後に、窒化前冷却工程が完了したことを窒化工程部１７７に伝達する。

窒化工程部１７７は、窒化前冷却工程後に、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、加熱室２０に窒化ガスを流入及び排気させる加熱する窒化工程を行う。窒化工程部１７７は、窒化工程を実行するために、適宜、ヒータ調整部１３０、窒化ガス調整部１３６、排気調整部１３４及び搬送調整部１４０を制御する。また、窒化工程部１７７は、窒化工程の実行後に窒化工程が完了したことを焼入工程部１７８に伝達する。

焼入工程部１７８は、窒化工程後に、冷却室８０の油槽８６に金属製部材３０を浸すことによって油焼き入れを行う焼入工程を行う。焼入工程部１７８は、焼入工程において、適宜、冷却ガス調整部１５０、ファン調整部１５２、排気調整部１３４、吸気調整部１５４及び搬送調整部１４０を制御する。

入出力部１８０は、制御装置１０の操作者による制御装置１０に対する各種命令を受け付け、受け付けた命令を制御部１７０に伝達する。また、入出力部１８０は、制御部１７０から伝達される情報を画面表示や音などによって操作者に対して出力する。

記憶部１９０は、制御部１７０から伝達される加熱室２０及び冷却室８０内の温度や圧力の時間遷移など金属製部材３０に対する浸炭処理及び窒化処理における加熱室２０及び冷却室８０内の各種情報を記憶する。

＜一連の処理の流れの一例＞
以上、制御装置１０の機能的構成について説明した。次に、制御装置１０の一連の処理の流れについて、図４及び図５Ａを参照しつつ説明する。図４は、図１に示す制御装置１０の一連の処理の流れを示すフローチャートの一例である。図５Ａは、図１に示す制御装置１０による熱処理における加熱室２０及び冷却室８０内の温度及び浸炭ガス及び窒化ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの一例である。また、以下の処理の順番及び内容は適宜変更することができる。なお、本例においては、制御装置１０において浸炭処理を行う前の金属製部材３０は、高合金鋼で形成されているものと仮定する。また、本例においては、浸炭ガスには、アセチレンガスを使用するものと仮定する。

（ステップＳＰ１０）
制御装置１０は、事前加熱工程部１７４によって事前加熱工程を実行する。具体的には、制御装置１０は、事前加熱工程部１７４によって、排気制御弁５５を閉弁した後、吸気制御弁９２を開弁して冷却室８０内の圧力を大気と略同圧にした後に、前扉８２を開放する。また、制御装置１０は、冷却室８０内に前扉８２を介して金属製部材３０が収容された後に、事前加熱工程部１７４によって、吸気制御弁９２を閉弁し、前扉８２を閉止して、排気制御弁５５を開弁し、冷却室８０内の圧力が加熱室２０と略同圧になるまで排気する。さらに、制御装置１０は、冷却室８０内の圧力が加熱室２０と略同圧に達した後に、事前加熱工程部１７４によって、中扉２６を開放し、金属製部材３０が載置された搬送台９０をガス冷空間８５から加熱室２０に移動させることによって加熱室２０に収容し、中扉２６を閉止する。続いて、制御装置１０は、事前加熱工程部１７４によって排気制御弁５５を閉弁し、ガス制御弁４３を開弁することで、冷却室８０内を冷却ガスで充填し、加熱室２０と冷却室８０の間に差圧を生じせしめ、中扉２６を圧力差によって封止する。

続いて、制御装置１０は、中扉２６の封止後、加熱室２０内の温度が第一温度になるようにヒータ電源７０を制御して、加熱室２０内及び加熱室２０内に収容された金属製部材３０を加熱する。ここで、第一温度は、金属製部材３０の炭素含有量が所定値（本例では０．２％）である場合のＡ３変態点温度（８５０℃）以上であり、かつ金属製部材３０が炭素を含有しない場合のＡ３変態点温度（即ち９１０℃）未満の温度である。第一温度は、上記条件を満たす範囲で可能な限り低い温度であることが望ましく、本例では、８５０℃である。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、事前加熱工程は、事前加熱工程部１７４によって、時刻０分から時刻８０分頃まで実行される。図５Ａに示す通り、加熱室２０内及び金属製部材３０は、制御装置１０の制御のもとヒータ電源７０によって第一温度である８５０℃まで加熱された後、６０分ほど第一温度である８５０℃に維持される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ１２の処理に移行する。

（ステップＳＰ１２）
制御装置１０は、浸炭前冷却工程部１７５によって浸炭前冷却工程を実行する。具体的には、制御装置１０は、浸炭前冷却工程部１７５によって、ヒータ調整部１３０を制御してヒータ電源７０による加熱を停止させる。また、制御装置１０は、浸炭前冷却工程部１７５によって、排気制御弁５３を開弁させて、冷却室８０内の圧力が加熱室２０内の同圧になるまで冷却ガスを冷却室８０外に排気させる。制御装置１０は、冷却室８０内の圧力が加熱室２０内の圧力と同圧になった後、浸炭前冷却工程部１７５によって、中扉２６を開放し、金属製部材３０が載置された搬送台９０を加熱室２０から冷却室８０に移動させることによって、金属製部材３０を冷却室８０に収容し、中扉２６を閉じる。

続いて、制御装置１０は、金属製部材３０を冷却室８０のガス冷空間８５に収容した後、浸炭前冷却工程部１７５によって、ガス制御弁４３及び排気制御弁５５を制御して冷却室８０内を大気圧以下の圧力まで冷却ガスで満たす。続いて、制御装置１０は、冷却室８０が冷却ガスで満たされた後、浸炭前冷却工程部１７５によって、ファン８４を駆動し、冷却室８０内を冷却ガスで攪拌し、冷却室８０内及び金属製部材３０を冷却する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、浸炭前冷却工程は、浸炭前冷却工程部１７５によって、時刻８０分頃から時刻１１０分頃まで実行される。図５Ａに示す通り、冷却室８０内及び金属製部材３０は、時刻８０分頃から時刻１１０分頃にかけて、冷却ガスの冷却室８０内への流入及び冷却室８０外への排気によって５００℃以下に冷却される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ１４の処理に移行する。

（ステップＳＰ１４）
制御装置１０は、第一浸炭工程部１７１によって第一浸炭工程を開始する。具体的には、まず制御装置１０は、事前加熱工程における前扉８２を閉止した後の動作と同様の動作で、金属製部材３０を冷却室８０から取り出して、加熱室２０内に収容し、中扉２６を封止する。続いて、制御装置１０は、中扉２６を封止した後、加熱室２０内の温度が第一温度になるようにヒータ電源７０を制御して、加熱室２０内及び加熱室２０内に収容された金属製部材３０を第一温度に加熱する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻１２０分で、第一浸炭工程部１７１によって第一浸炭工程が開始される。図５Ａに示す通り、加熱室２０内及び金属製部材３０は、制御装置１０の制御のもとヒータ電源７０によって第一温度である８５０℃まで加熱された後、８５０℃で温度が維持される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ１６の処理に移行する。

（ステップＳＰ１６）
制御装置１０は、第一浸炭工程部１７１によって、第一浸炭工程において、短時間パルス浸炭処理を実行する。具体的には、制御装置１０は、第一浸炭工程部１７１によって、所定周期で、所定量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が金属製部材３０に浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように加熱室２０内に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように浸炭ガスを加熱室２０内から排気させる。所定圧力は、浸炭ガスがアセチレンガスである場合、１００Ｐａであり、浸炭ガスがエチレンガスである場合、１０００Ｐａである。本例では、浸炭ガスがアセチレンガスであるため、所定圧力は、１００Ｐａである。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻２１０分頃から時刻３００分まで、第一浸炭工程部１７１によって短時間パルス浸炭処理が実行される。なお、短時間パルス浸炭処理において、平均２５ｌ／分の流量の浸炭ガスが加熱室２０内に流入され加熱室２０内から加熱室２０外に排気される。

ここで、図６を参照しつつ、短時間パルス浸炭処理の詳細について説明する。図６は、図１に示す制御装置１０による短時間パルス浸炭処理の実行時における加熱室２０内の圧力及び浸炭ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの一例である。図６に示すように、制御装置１０は、短時間パルス浸炭処理において、所定周期（本例では４０秒）で、所定量（本例では１００ｌ／分）の量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が所定圧力（本例では１００Ｐａ）以上になるように加熱室２０内に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように加熱室２０内から排気させる。

具体的には、時刻ｔ１で、制御装置１０は、排気調整部１３４によって加熱室２０内のガスを排気させて、加熱室２０内の圧力をより真空度が高い状態（本例では１４Ｐａ）にする。

時刻ｔ２で、制御装置１０は、排気調整部１３４による加熱室２０内からの排気を停止するとともに、浸炭ガス調整部１３２によって、浸炭ガス容器４０から所定量（本例では１００ｌ／分）の浸炭ガスを１０秒間加熱室２０内に流入させる。時刻ｔ２で、加熱室２０内の圧力は、浸炭ガスの流入により上昇し始める。

時刻ｔ３で、加熱室２０内の圧力は、２００Ｐａに到達する。時刻ｔ３で、制御装置１０は、浸炭ガス調整部１３２による浸炭ガスの加熱室２０内への流入を停止させるとともに、排気調整部１３４によって、加熱室２０内の圧力が所定圧力（１００Ｐａ）未満になるように、加熱室２０内から浸炭ガスを加熱室２０外に３０秒間排気させる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけて、加熱室２０内の圧力は、一旦２３０Ｐａ付近まで上昇したのちに、２９Ｐａ付近まで下降する。

時刻ｔ４で、加熱室２０内の圧力は、２９Ｐａに到達する。時刻ｔ４及びｔ５では、制御装置１０は、それぞれ時刻ｔ２及びｔ３と同様の処理を行い、短時間パルス浸炭処理を終了する。

なお、本例では、制御装置１０は、短時間パルス浸炭処理を行う際、４０秒の周期で、１００ｌ／分の流量の浸炭ガスを１０秒間加熱室２０内に流入させた後に浸炭ガスを３０秒間加熱室２０内から加熱室２０外に排気することによって、平均２５ｌ／分の流量の浸炭ガスを加熱室２０内に対して流入させ加熱室２０内から排気させるがこれに限られるものではない。制御装置１０は、短時間パルス浸炭処理を行う際、５秒以上かつ１分以下の期間、加熱室２０内の圧力が所定圧力以上になるように加熱室２０内に所定量の浸炭ガスを流入させても良い。なお、短時間パルス浸炭処理における浸炭ガスの浸炭時間は、望ましくは３０秒である。なお、加熱室２０内の圧力を所定圧力以上にするためには、浸炭時間が短いほど多くの量のガスを流入させる必要があり、浸炭時間が長い少量のガスの流入で足りる。一度に流入可能なガスの量などを加味すると、短時間パルス浸炭処理において、短時間パルス浸炭時間の下限は、５秒が望ましい。

また、第一浸炭工程において、短時間パルス浸炭間の拡散時間、及び短時間パルス浸炭の総処理時間は、第一浸炭工程後における金属製部材３０の表面炭素濃度が鋼の共析点（０．６７％）になるように調整されることが望ましい。第一浸炭工程終了後の炭素濃度が共析点を上回る場合、金属製部材３０の表面にセメンタイト層が形成され易くなり、セメンタイト層の下地の金属部分が引張による塑性変形を生じる可能性がある一方で。金属製部材３０の表面炭素濃度が低い場合、結晶粒成長に対するピン止め効果が得にくいためである。

さらに、短時間パルス浸炭処理を行う際の浸炭ガスを流入させる時間である浸炭時間について、図７を参照しつつ説明する。図７は、図１に示す制御装置１０によって金属製部材３０に対して熱処理を行った場合における浸炭時間及び金属製部材３０に形成されるセメンタイト膜厚の関係を示すグラフである。

金属製部材３０に対して浸炭処理を行うと、金属製部材３０の表面にセメンタイト膜厚が形成される。図７には、金属製部材３０の温度が９３０℃、９８０℃、１０４０℃の場合における浸炭時間に対して形成されるセメンタイト膜厚の厚さが示されている。図７に示すように、浸炭時間が長くなるほど、金属製部材３０に形成されるセメンタイト膜厚の厚さは、厚くなる。炭素の侵入により膨張したセメンタイト層の下部に引張応力が生じ、セメンタイト膜厚が、０．４ｕｍ以上の厚さになると、セメンタイト層の下地の金属部分が引張による塑性変形を生じ始める。図７に示すように、浸炭時間が１分の場合、金属製部材３０に形成されるセメンタイト膜厚は、およそ０．３ｕｍ～０．７ｕｍの厚さとなる。したがって、短時間パルス浸炭処理において、パルス浸炭時間の上限は、１分が望ましい。

図４に戻って、処理は、ステップＳＰ１８の処理に移行する。

（ステップＳＰ１８）
制御装置１０は、第一浸炭工程の後に、冷却工程部１７２によって、冷却工程を開始する。具体的には、制御装置１０は、冷却工程部１７２によって、浸炭前冷却工程と同様の動作で、第一浸炭工程を終えた金属製部材３０を加熱室２０から取り出して冷却室８０のガス冷空間８５に収容する。続いて、制御装置１０は、冷却工程部１７２によって、浸炭前冷却工程と同様の動作で金属製部材３０を冷却する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、冷却工程は、冷却工程部１７２によって、時刻３００分頃から時刻３３０分頃まで実行される。図５Ａに示す通り、冷却室８０内及び金属製部材３０は、時刻３００分頃から時刻３３０分頃にかけて、冷却ガスの冷却室８０内への流入及び冷却室８０外への排気によって５００℃以下に冷却される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ２０の処理に移行する。

（ステップＳＰ２０）
制御装置１０は、第二浸炭工程部１７３によって第二浸炭工程を開始する。具体的には、まず制御装置１０は、事前加熱工程における前扉８２を閉止した後の動作と同様の動作で、金属製部材３０を冷却室８０のガス冷空間８５から取り出して、加熱室２０内に収容し、中扉２６を封止する。続いて、制御装置１０は、中扉２６を封止した後、第二浸炭工程部１７３によって、加熱室２０内を第一温度より高い第二温度になるようにヒータ電源７０を制御して、加熱室２０内に収容された金属製部材３０を第二温度に加熱する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻３４０分頃で、第二浸炭工程部１７３によって第二浸炭工程が開始される。図５Ａに示す通り、加熱室２０内及び金属製部材３０は、制御装置１０の制御のもとヒータ電源７０によって第三温度である１０３０℃まで加熱された後、１０３０℃で温度が維持される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ２２の処理に移行する。

（ステップＳＰ２２）
制御装置１０は、第二浸炭工程部１７３によって、第二浸炭工程において、パルス浸炭処理を実行する。具体的には、制御装置１０は、第二浸炭工程部１７３によって、加熱室２０内に流入させる浸炭ガスの流量が時間経過とともに徐々に減るように、所定周期で、浸炭ガスの加熱室２０内への流入及び浸炭ガスの加熱室２０内から加熱室２０外への排気を行う。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻４８０分頃から時刻６８０分頃まで、第二浸炭工程部１７３によってパルス浸炭処理が実行される。時刻４８０分頃で、第二浸炭工程部１７３によって加熱室２０内に流入される浸炭ガスの流量は、約２０ｌ／分である。時刻６８０分頃で、第二浸炭工程部１７３によって加熱室２０内に流入される浸炭ガスの流量は、約５ｌ／分である。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ２４の処理に移行する。

（ステップＳＰ２４）
制御装置１０は、第二浸炭工程の後に、窒化前冷却工程部１７６によって、窒化前冷却工程を開始する。具体的には、制御装置１０は、窒化前冷却工程部１７６によって、浸炭前冷却工程と同様の動作で、第二浸炭工程を終えた金属製部材３０を加熱室２０から取り出して冷却室８０のガス冷空間８５に収容する。続いて、制御装置１０は、窒化前冷却工程部１７６によって、浸炭前冷却工程と同様の動作で金属製部材３０を冷却する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、冷却工程は、窒化前冷却工程部１７６によって、時刻７００分頃から時刻７２０分頃まで実行される。図５Ａに示す通り、冷却室８０内及び金属製部材３０は、時刻７００分頃から時刻７２３０分頃にかけて、冷却ガスの冷却室８０内への流入及び冷却室８０外への排気によって５００℃以下に冷却される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ２６の処理に移行する。

（ステップＳＰ２６）
制御装置１０は、窒化工程部１７７によって窒化工程を開始する。具体的には、まず制御装置１０は、事前加熱工程における前扉８２を閉止した後の動作と同様の動作で、金属製部材３０を冷却室８０のガス冷空間８５から取り出して、加熱室２０内に収容し、中扉２６を封止する。続いて、制御装置１０は、中扉２６を封止した後、窒化工程部１７７によって、加熱室２０内を第一温度より高い第三温度になるようにヒータ電源７０を制御して、加熱室２０内に収容された金属製部材３０を第三温度に加熱する。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻７３０分頃で、窒化工程部１７７によって窒化工程が開始される。図５Ａに示す通り、加熱室２０内及び金属製部材３０は、制御装置１０の制御のもとヒータ電源７０によって第三温度である８８０℃まで加熱された後、８８０℃で温度が維持される。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ２８の処理に移行する。

（ステップＳＰ２８）
制御装置１０は、窒化工程部１７７によって、窒化工程において、窒化処理を実行する。具体的には、制御装置１０は、窒化工程部１７７によって、加熱室２０内に対して所定の流量の窒化ガスを流入及び排気させる。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、時刻１０１０分頃から時刻１０９０分頃まで、窒化工程部１７７によって窒化処理が実行される。窒化工程部１７７によって加熱室２０内に流入される窒化ガスの流量は、約２５ｌ／分である。なお、窒化工程部１７７は、窒化工程において、窒化ガスをパルス浸炭のようにパルスによって所定の周期で加熱室２０内に流入及び排気させても良い。図４に戻って、処理は、ステップＳＰ３０の処理に移行する。

（ステップＳＰ３０）
制御装置１０は、窒化工程後に、焼入工程部１７８によって、焼入工程を実行する。具体的には、制御装置１０は、焼入工程部１７８によって、冷却室８０内に対する圧力を焼入工程用の圧力に設定することを除いて、浸炭前冷却工程と同様の動作で、窒化工程を終えた金属製部材３０を加熱室２０から取り出して冷却室８０のガス冷空間８５に収容する。ここで、焼入工程における設定圧力は、大気圧と充填圧力の差が少ない場合に焼入工程に用いる油槽８６内の油の沸騰により前扉８２の封止が破れることを抑制するために、大気圧－２０ｋＰａ程度が望ましい。続いて、制御装置１０は、焼入工程部１７８によって、金属製部材３０が載置された搬送台９０をガス冷空間８５から油槽８６の中に移動させることによって、金属製部材３０を油槽８６内の油に浸漬し、油焼入れを行う。図５Ａを参照して、図５Ａにおいて、制御部１７０によって、時刻１１８０分頃から焼入工程が開始される。図５Ａに示す通り、加熱室２０内及び金属製部材３０は、時刻１０８０分頃から時刻１２００分頃にかけて、油焼入れによって油の設定温度まで冷却される。図４に戻って、図４に示す一連の処理は、終了する。

図８Ａは、従来手法によって熱処理を行った金属製部材３０の表面近傍の断面図の一例である。また、図８Ｂは、図１に示す制御装置１０による熱処理を行った金属製部材３０の表面近傍の断面図の一例である。図８Ａに示すように、従来手法によって熱処理を行った金属製部材３０の断面８１０には、表面にあたる左辺に炭化物であるセメンタイトが形成されており、それに伴って形成された積層欠陥に沿って炭化物が析出している。これに対して、図８Ｂに示すように、制御装置１０による熱処理を行った金属製部材３０の断面８２０には、表面にあたる左辺に炭化物であるセメンタイトの形成が抑制されており、それに伴って積層欠陥も形成されず、炭化物の析出も粒界近傍のみに抑制されている。

＜効果＞
以上、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第二浸炭工程を行う前に、金属製部材３０を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が金属製部材３０に浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように加熱室２０内に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように浸炭ガスを加熱室２０内から排気させる第一浸炭工程を行う。また、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第一浸炭工程の後に、冷却室８０で金属製部材３０を冷却させる冷却工程を行い、冷却工程の後に浸炭ガスを加熱室２０内に流入及び排気させる第二浸炭工程を行う。したがって、熱処理装置１は、高程度で金属製部材３０の機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、金属製部材３０の炭素含有量が所定値である場合のＡ３変態点温度以上であり、かつ金属製部材３０が炭素を含有しない場合のＡ３変態点温度未満の温度である第一温度に金属製部材３０を加熱する。また、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第一温度よりも高い温度である第二温度に金属製部材３０を加熱する。したがって、熱処理装置１は、さらに高程度で金属製部材３０の機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、１分以下の期間、加熱室２０内の圧力が所定圧力以上になるように加熱室２０内に所定量の浸炭ガスを流入させる。したがって、熱処理装置１は、さらに高程度で金属製部材３０の機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱する事前加熱工程を行い、冷却室８０に収容された金属製部材３０を冷却する浸炭前冷却工程を行い、浸炭前冷却工程後に第一浸炭工程を行う。したがって、熱処理装置１は、別の処理装置を用いずとも事前加熱工程及び浸炭前冷却工程及を含む熱処理工程を行うことができ、高温の金属製部材３０を大気にさらすことがないため、金属製部材３０の酸化劣化を生じることなく機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第二浸炭工程後に、冷却室８０に収容された金属製部材３０を冷却する窒化前冷却工程を行い、窒化前冷却工程後に、加熱室２０に収容された金属製部材３０を加熱し、加熱室２０に窒化ガスを流入及び排気させる窒化工程を行う。したがって、熱処理装置１は、別の処理装置を用いずとも窒化処理を含む熱処理工程を行うことができ、高温の金属製部材３０を大気にさらすことがないため、金属製部材３０の酸化劣化を生じることなく機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、冷却室８０は、焼き入れ用の油が浸されている油槽８６を有する。また、熱処理装置１は、制御装置１０によって、窒化工程後に、冷却室８０に収容された金属製部材３０を油槽８６内の油に浸漬する焼入工程を行う。したがって、熱処理装置１は、別の処理装置を用いずとも焼入工程を含む熱処理工程を行うことができ、高温の金属製部材３０を大気にさらすことがないため、金属製部材３０の酸化劣化を生じることなく機械的強度を向上できる。

＜変形例＞
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記の実施形態に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第二浸炭工程において第二浸炭工程部１７３によって金属製部材３０に対してパルス浸炭処理を行うが、これに限られるものではない。熱処理装置１は、制御装置１０によって、第二浸炭工程において第二浸炭工程部１７３によって金属製部材３０に対して短時間パルス浸炭処理を行っても良い。

図５Ｂは、図１に示す制御装置１０による熱処理における加熱室２０及び冷却室８０内の圧力及び浸炭ガス及び窒化ガスの流量の遷移を示すタイミングチャートの他の例である。図５Ｂに示すように、本例では、制御装置１０は、第二浸炭工程部１７３によって、所定周期で、所定量の浸炭ガスを加熱室２０内の圧力が金属製部材３０に浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように加熱室２０内に流入させた後に、加熱室２０内の圧力が所定圧力未満になるように浸炭ガスを加熱室２０内から排気させる。本例では、浸炭ガスがアセチレンガスであるため、所定圧力は、１００Ｐａである。図５Ｂにおいて、時刻４９０分頃から時刻７４０分まで、第二浸炭工程部１７３によって短時間パルス浸炭処理が実行される。なお、短時間パルス浸炭処理において、平均２５ｌ／分の流量の浸炭ガスが加熱室２０内に流入され加熱室２０内から加熱室２０外に排気される。

この構成によれば、熱処理装置１は、第二浸炭工程において短時間パルス浸炭処理を実行するたえ、さらに高程度で金属製部材３０の機械的強度を向上できる。

また、本実施形態では、熱処理装置１は、制御装置１０によって、ポンプ５１及びポンプ５２によって、加熱室２０内のガスを排気口２５から排気制御弁５３を介して加熱室２０外に排気するが、これに限られるものではない。熱処理装置１は、制御装置１０によって、ポンプ５１及びポンプ５２による排気速度以上の排気速度でガスを排気できる単一のポンプで加熱室２０内のガスを排気口２５から排気制御弁５３を介して加熱室２０外に排気しても良い。

この構成によれば、熱処理装置１は、制御装置１０によって、単一のポンプで加熱室２０内のガスを加熱室２０外に排気するため、簡易な構成及び制御によって、高程度で金属製部材３０の機械的強度を向上できる。

また、熱処理装置１は、制御装置１０によって、第一浸炭工程又は事前加熱工程の前に窒化工程と冷却工程と同じ動作を行う窒化後冷却工程を行っても良い。この構成によれば、熱処理装置１は、第一浸炭工程又は事前加熱工程の前に窒化工程が行われることによって、浸炭開始直前の温度に強く依存する結晶粒粗大化に対するＡｌＮのピン止め効果が最大限に発揮されるため、金属製部材３０に形成される結晶粒の粗大化を抑制できる。

１…熱処理装置、１０…制御装置、２０…加熱室、３０…金属製部材、８０…冷却室

Claims (7)

1. 加熱、ガスの流入及び排気、並びに金属製部材の収容が可能な加熱室と、
   前記加熱室に接続されており、ガスの流入及び排気、並びに前記金属製部材の収容が可能な冷却室と、
   前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを前記加熱室内の圧力が前記金属製部材に前記浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように前記加熱室に流入させた後に、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力未満になるように前記浸炭ガスを前記加熱室内から排気させる第一浸炭工程と、前記第一浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程と、前記冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に前記浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程とを行う制御装置と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記制御装置は、前記第一浸炭工程において、前記金属製部材の炭素含有量が所定値である場合のＡ３変態点温度以上であり、かつ前記金属製部材が炭素を含有しない場合のＡ３変態点温度未満の温度である第一温度に前記金属製部材を加熱し、前記第二浸炭工程において、前記第一温度よりも高い温度である第二温度に前記金属製部材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記制御装置は、前記第一浸炭工程において、１分以下の期間、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力以上になるように前記加熱室内に前記所定量の前記浸炭ガスを流入させることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記制御装置は、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱する事前加熱工程と、前記事前加熱工程後に前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に前記冷却ガスを流入及び排気させて冷却する浸炭前冷却工程とを前記第一浸炭工程の前に行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
5. 前記制御装置は、前記第二浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に前記冷却ガスを流入及び排気させて冷却する窒化前冷却工程と、前記窒化前冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に窒化ガスを流入及び排気させる窒化工程とを行うことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の熱処理装置。
6. 前記冷却室は、焼き入れ用の油が浸されている油槽を有し、
   前記制御装置は、前記窒化工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記油槽内の油に浸漬する焼入工程を行うことを特徴とする請求項５に記載の熱処理装置。
7. 加熱、ガスの流入及び排気、並びに金属製部材の収容が可能な加熱室と、ガスの流入及び排気、並びに前記金属製部材の収容が可能な冷却室とを備える熱処理装置に収容された前記金属製部材に対して熱処理を行い、炭化された前記金属製部材を製造する金属製部材製造方法であって、
   前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、所定周期で、所定量の浸炭ガスを前記加熱室内の圧力が前記金属製部材に前記浸炭ガスが浸炭する所定圧力以上になるように前記加熱室に流入させた後に、前記加熱室内の圧力が前記所定圧力未満になるように前記浸炭ガスを前記加熱室から排気させる第一浸炭工程と、
   前記第一浸炭工程後に、前記冷却室に収容された前記金属製部材を前記冷却室に冷却ガスを流入及び排気させて冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程後に、前記加熱室に収容された前記金属製部材を加熱し、前記加熱室に前記浸炭ガスを流入及び排気させる第二浸炭工程と、
   を含むことを特徴とする金属製部材製造方法。
   
   
   

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