JP3895000B2 - 浸炭焼入焼戻方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にした浸炭焼入焼戻方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浸炭焼入装置として、大量生産に対応するためにトレイプッシャー型あるいはローラーハース型の連続式ガス浸炭焼入炉が用いられてきた。いずれの型の連続式ガス浸炭焼入炉も機械加工工場とは離れたいわゆる熱処理工場で機械加工工程とオフラインで通常２４時間連続操業されている。また、その生産方式は、トレイに被処理物を多数個段取りするバッチ方式で熱処理する形態となっている。
【０００３】
ところで、このような従来の連続式ガス浸炭焼入炉の工程は図１０に示すようなものであった。
【０００４】
すなわち、機械加工場で被処理物の切削加工を行って、オフラインで離れた場所にある熱処理工場に輸送される。熱処理工場に被処理物が到着してから、トレイに治具でセットする段取り工程を行う。トレイにセットされた被処理物は洗浄した後、連続式ガス浸炭焼入炉に挿入し浸炭焼入の工程を行う。浸炭焼き入れされたトレイ上の被処理物は、焼入油を洗い落とすために洗浄装置に挿入される。浸炭焼入後に洗浄されたトレイ上の被処理物は、焼戻炉に挿入され、焼き戻し工程を行う。一連の熱処理工程が終了した被処理物は、セットされたトレイから取り出し解体する。解体された被処理物は、オフラインで離れた場所にある機械加工場に輸送される。機械加工場で、被処理物の研削加工が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示したような従来の連続式ガス浸炭焼入炉での図１０のような工程では、以下のような問題点がある。
【０００６】
（イ）機械加工場と熱処理場が離れているために、被処理物を輸送する輸送装置及ぴ輸送要員が必要であり、被処理物を所定の間ストックしておく必要がある
【０００７】
（ロ）炉に被処理物を装入するために、トレイに治具で被処理物をセットする段取り工程が必要であり、熱処理工程終了時に、トレイにセットされた被処理物を取り出す解体工程が必要である。
【０００８】
（ハ）被処理物の昇温や降温に時間を要し熱処理のリードタイムが長く、被処理物の炉への挿入から抽出までに時間がかかる。
【０００９】
（ニ）炉の立ち上げの際、炉内雰囲気調整のためのシーズニングに長時問を要する。
【００１０】
（ホ）バッチ処理のため、個々の被処理物の熱処理品質にばらつきが生ずる。
【００１１】
本発明は、上記間題点を解決するためになされたものであり、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にすると共に、個々の熱処理品質にばらつきのない高品質の処理が可能な浸炭焼入焼戻方法及び浸炭焼入焼戻装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、
請求項１の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱工程と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭工程と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入工程と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻工程とを含む工程を有する浸炭焼入焼戻方法であって、
前記被処理物は物品の機械加工製造ライン上で供給されるものであり、前記浸炭焼入焼戻方法における各工程は前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の供給速度にあわせて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行われるようにしたことを特徴とする浸炭焼入焼戻方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱工程と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭工程と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入工程と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻工程とを含む工程を有する浸炭焼入焼戻方法であって、
前記被処理物は物品の機械加工製造ライン上で供給されるものであり、前記浸炭焼入焼戻方法における各工程は、それぞれの工程を行うための処理手段をそれぞれの工程を行うために必要な時間に応じて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行うために必要な数だけ設けて必要に応じて１又は２以上の被処理物を処理単位にしてまとめて各処理手段に順次振り分けて供給して行うようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、
前記予熱工程を行う予熱処理手段と前記浸炭工程を行う浸炭処理手段とを分離して別個に構成し、
前記予熱処理手段は、高周波誘導加熱法を用いる構成にすることによって予熱処理時間を前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔よりも十分に短くしてその用いる数を１つとすると共に、
前記浸炭処理手段は、前記浸炭工程の時間をＸ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記浸炭工程を行う浸炭処理手段の数をＺとそれぞれしたときに、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たすように浸炭処理手段を設けることによって、予熱処理手段を各浸炭処理手段毎に設けることなく、前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることのない処理が行なえるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、
前記浸炭工程を行う浸炭処理手段を、被処理物の温度を浸炭温度に保持しつつ前記浸炭処理手段と被処理物との間でグロー放電を起こさせて行うプラズマ浸炭法で浸炭処理を行うもので構成することによって、前記浸炭焼入焼戻方法の稼動開始に要する立ち上げ時間を短くして前記物品の機械加工製造ラインの稼動開始に要する立ち上げ時間に近付けるようにして前記浸炭焼入焼戻方法の稼動開始を前記物品の機械加工製造ラインの稼動開始とあわせて行えるようにし、，かつ、前記浸炭焼入焼戻方法の稼動停止を前記物品の機械加工製造ラインの稼動停止に近付けて行えるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１６】
請求項５の発明は、
前記浸炭温度に保持する方法として高周波誘導加熱法を用いることとを特徴とする請求項４に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１７】
請求項６の発明は、
前記高周波誘導加熱の高周波の周波数を０．５ｋＨｚ〜３ｋＨｚとしたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１８】
請求項７の発明は、
前記浸炭工程の時間短縮するために該浸炭工程を９５０℃以上で１２００℃以下の高い温度で行うと共に、前記浸炭工程と前記焼入工程との間にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程とこの冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程とを付加したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１９】
請求項８の発明は、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程に要する時間をＭ、前記冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程に要する時間をＮ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却工程を行う冷却処理手段の数をＣ、前記再加熱工程を行う再加熱処理手段の数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たすように前記冷却処理手段及び再加熱処理手段を設けることによって、前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることのない処理が行なえるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００２０】
請求項９の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱装置と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭装置と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入装置と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻装置と、１又は２以上の被処理物を処理単位にしてまとめて各装置に搬入する動作及び搬出する動作を含む搬送動作を行う搬送装置と、を含む装置を有する浸炭焼入焼戻装置であって、
該浸炭焼入焼戻装置は物品の機械加工製造ライン中に設置されたものであり、
前記予熱装置、浸炭装置、焼入装置及び焼戻装置は、それぞれの装置において前記被処理物にそれぞれの処理を行うために必要な時間に応じて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行うために必要な数だけそれぞれ設けられており、
前記各装置のうちで複数設けられた装置のそれぞれの装置に前の工程から処理単位毎に順次供給される被処理物を順次振り分けて供給する振り分け装置が設けられていることを特徴とする浸炭焼入焼戻装置である。
【００２１】
請求項１０の発明は、
前記予熱装置は、高周波誘導加熱装置を備えたものであると共に、その設置数が１であり、
前記浸炭装置は、該浸炭装置による浸炭工程の時間をＸ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹとしたとき、その設置数Ｚが、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たすように設けられたものであることを特徴とする請求項９に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２２】
請求項１１の発明は、
前記浸炭装置は、真空浸炭室を有し、該真空浸炭室と被処理物との間でグロー放電を起こしてプラズマ浸炭を行うプラズマ浸炭処理装置を有し、かつ、被処理物を浸炭温度に保持する加熱装置が設けられたものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２３】
請求項１２の発明は、
前記浸炭温度に保持する加熱装置が高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１１に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２４】
請求項１３の発明は、
前記浸炭装置で浸炭された被処理物を前記焼入装置で焼入する前にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する工程を行うための冷却装置と、この冷却装置で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱装置とが設置されていることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２５】
請求項１４の発明は、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程に要する時間をＭ、前記冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程に要する時間をＮ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却工程を行う冷却処理手段の数をＣ、前記再加熱工程を行う再加熱処理手段の数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たすように前記冷却装置及び再加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２６】
請求項１５の発明は、
前記焼戻工程の時間をＬ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記焼戻工程を行う焼戻装置の数をＷとそれぞれしたときに、Ｗ≧Ｌ／Ｙを満たすように焼戻装置を設けることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる浸炭焼入焼戻方法及び浸炭焼入焼戻装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図を示したものであり、図２は同概略平面図を示したものである。
本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、予熱室２、中間室４、浸炭室５ａ〜５ｆ、冷却室６、再加熱室７、焼入室８及び焼戻室１０を有する。予熱室２は該予熱室２に被処理物を搬入するための入口扉１が設けられ、予熱室２と中間室４との結合部には中間扉３ｇが設けられ、中間室４とその周囲に配置された浸炭室５ａ〜５ｆとのそれぞれの結合部には中間扉３ａ〜３ｆが設けられ、中間室４と冷却室６との結合部には中間扉３ｈが設けられ、中間室４と再加熱室７との結合部には中間扉３ｉが設けられ、中間室４と焼入室８との結合部には中間扉３ｊが設けられ、焼入室８には該焼入室から被処理物を搬出する出口扉９が設けられている。さらに、予熱室２と浸炭室５ａ〜５ｆと再加熱室７と焼戻室１０とのそれぞれの内部には高周波誘導加熱を行う誘導加熱コイルが設けられているが、図では予熱室２内に設けられた誘導加熱コイル１７のみを示しこれら以外の図示は省略してある。また、予熱室２と浸炭室５ａ〜５ｆと冷却室６と再加熱室７と焼入室８とのそれぞれには被処理物を上下移動可能に支持する支持台が設けられているが、図では予熱室２に設けられた支持台１４ｇと焼入室８に設けられた支持台１５ｃとのみを示しこれら以外の図示は省略してある。そして、予熱室２の近傍には、被処理物を予熱室２の入口扉１から搬入する搬送装置１１が設けられ、また、中間室４には、予熱室２と、各浸炭室５ａ〜５ｆと冷却室６と再加熱室７と焼入室８とのそれぞれから被処理物を出し入れする搬送装置１２が設けられ、焼入室８及び焼戻室１０の近傍には、焼入室８の出口扉９から搬出される被処理物を焼戻室１０に搬送し、該焼戻室１０から次工程に搬出する搬送装置１３が設けられている。さらに、冷却室６及び焼入室８には冷却ファンが設けれているが、図では焼入室８に設けられた冷却ファン２１のみを図示し、他は図示を省略してある。なお、真空排気系、ガス導入系、電源系等の図示は省略した。
【００２９】
予熱室２は、搬送装置１１によって運ばれてきた図示しない機械加工機によって加工された被処理物を入口扉１を介して受け取り、被処理物を浸炭温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造としており、内部には被処理物をセットするための支持台１４ｇと被処理物を予熱するための誘導加熱コイル１７を備えている。後述するように、予熱された被処理物は、中間扉３ｇを介して中間室４に運ばれる。
【００３０】
中間室４は、一時的に被処理物を保持するための真空密閉可能な室であり、中間扉３ｇを介して予熱された被処理物を受け取り、被処理物を中間扉３ａ〜３ｆを介して浸炭室５ａ〜５ｆに順次挿入していく搬送装置１２を備えている。後述するように、該搬送装置１２は被処理物の浸炭室５ａ〜５ｆから冷却室６への移送及び冷却室６から再加熱室７への移送並びに再加熱室７から焼入室８への移送に供されるものである。
【００３１】
浸炭室５ａ〜５ｆは、搬送装置１２によって運ばれてきた被処理物に浸炭処理をするための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、それぞれには被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図では支持台１４ｇ以外は省略してある）と被処理物を浸炭温度に保持するための誘導加熱コイル（図では省略）を備えている。浸炭処理終了後、被処理物は浸炭室５ａ〜５ｆから中間室４へ中間扉３ａ〜３ｆを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。なお、浸炭室５ａ〜５ｆの支持台は、該浸炭室５ａ〜５ｆの室壁とは電気的に絶縁されている。
【００３２】
冷却室６は、浸炭処理が終了し搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物をＡ1 変態点以下の温度に冷却するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、内部に被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図示略）と被処理物を冷却するための冷却ファン（図示略）を備えている。冷却終了後、被処理物は冷却室６から中間室４へ中間扉３ｈを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。
【００３３】
再加熱室７は、冷却が終了して搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物を焼入温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、内部で被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図示略）と処理物を再加熱するための誘導加熱コイル（図示略）を備えている。再加熱終了後、被処理物は再加熱室７から中間室４へ中間扉３ｉを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。
【００３４】
焼入室８は、再加熱が終了し搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物を焼き入れするための真空密閉可能な室であり、内部で被処理物を上下移動可能に支持する支持台１５ｃを備えている。焼入処理終了後、被処理物は焼入室８から出口扉９を介して搬送装置１３に乗せられて焼戻室１０に運ばれる。
【００３５】
焼戻室１０は、搬送装置１３によって焼入室８から運ばれてきた被処理物を焼き戻しするための装置であり、被処理物をセットするための支持台１６と被処理物を焼戻温度に加熱するための加熱装置を備えている。焼戻処理は、大気中で行われるため、本実施例のように焼戻室１０を大気開放の形態にして室の形態を取らなくすることもできる。焼戻処理終了後、被処理物は焼戻室１０から搬送装置１３に乗せられて次工程の機械加工機に搬送される。
【００３６】
このように、本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、それぞれが真空密閉可能な室である予熱室２、浸炭室５ａ〜５ｆ、冷却室６と再加熱室７及び焼入室８が中間扉３ａ〜３ｊを介して中間室４の周囲に結合して配置された構造になっている。
【００３７】
このような構成における浸炭焼入焼戻装置の詳細な動作を図３のタイムチャートを参照にしながら以下に説明する。
【００３８】
図３のタイムチャートでは、被処理物１個あたりの機械加工時間を４分／個とし、被処理物の浸炭処理時間を１１００℃×２２分４５秒であるとした。これは、被処理物に求められる有効浸炭深さが０．５〜０．８ｍｍの場合を想定したものである。
【００３９】
まず、機械加工機で加工された被処理物は、付着した加工油を洗浄した後、搬送装置１１によって入口扉１を介して、予熱室２に搬入される（時間０）。
【００４０】
搬入された被処理物は支持台１４ｇにセットされ、該支持台１４ｇによって予熱するときの定位置まで上昇される。そうすると、入口扉１が閉じて予熱室２内の圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気され、さらに、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流が誘導加熱コイル１７に通電されて誘導磁界により被処理物が急速加熱される。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の浸炭温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物は該浸炭温度に保持される。中間室４及び浸炭室（浸炭室５ａ〜５ｆのいずれかが）が空室になると、高周波電流が停止して中間扉３ｇが開き、中間室４に備えられた搬送装置１２によって被処理物が中間扉３ｇを介して中間室４に取り出される（時間３．２５）。
【００４１】
中間室４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、予熱室２から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３を介して浸炭室５に搬入される。ここでは、浸炭室５ａに搬入されるものとする（時間３．７５）。このとき、同時に、機械加工機で加工された被処理物が洗浄された後、搬送装置１１によって入口扉１を介して予熱室２に搬入される。このように、機械加工機から予熱室２には、機械加工処理時間に合わせて、待ち時間０で搬入されていく。
【００４２】
浸炭室５ａは圧力がｌＰａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、中間室４から運ばれてきた被処理物は支持台（図示略）にセットされる。そうすると支持台が浸炭処理するときの定位置まで上昇し、中間扉３ａが閉じる。次いで、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流が誘導加熱コイル（図示略）に通電され、誘導磁界により被処理物の温度が浸炭温度に保持される。このとき、図示しないガスマニホールドを介してキャリアガスが浸炭室５ａ内に導入される。ここで、キャリアガスは、炭素含有ガスであって、例えばＣ3 Ｈ8 等の炭化水素のみの単体ガス、あるいは炭化水素とＡｒ等の不活性ガスとＨ2 ガスの１種類あるいは２種類含んだ混合ガスである。キャリアガスはあらかじめ定められた流量で浸炭室５ａ内に導入される。その後、真空排気量の調整によって、浸炭室５ａ内の圧力があらかじめ設定された圧力（略１×１０1 Ｐａ〜２．６×１０3 Ｐａ）に到達すると、浸炭室５ａの室壁を陽極、支持台（図示略）を陰極として直流電流あるいはパルス状直流電流が通電され、グロー放電可能な電圧が印加される。こうして浸炭処理が終了するとキャリアガスの導入とグロー放電電流並びに誘導加熱コイル（図示略）への高周波電流の通電が停止して、浸炭室５ａの圧力があらかじめ設定された１Ｐａ台（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉３ａが開いて、搬送装置１２が浸炭室５ａに挿入され、支持台が下降し、被処理物は搬送装置１２によって中間扉３ａを介して中間室４に移送される（時間２６．５）。
【００４３】
中間室４は、圧力がｌＰａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、浸炭室５ａから搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｈを介して冷却室６に搬入され、冷却室６内の支持台（図示略）にセットされる（時間２７）。
【００４４】
冷却室６は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が冷却室６内の支持台にセットされる。中間扉３ｈが閉じるとＮ2 等の不活性ガスであらかじめ設定された大気圧以上の圧力に復圧される。次いで、冷却室６内の冷却ファン（図示略）が起動し、冷却室６内に封入された不活性ガスが循環し、被処理物と冷却室６の水冷された二重壁構造の室壁との間で不活性ガスを介して熱交換され、被処理物がＡ1 変態点以下の温度に冷却される。冷却が終了すると、冷却ファンを停止して冷却室６の圧力があらかじめ設定された１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉３ｈが開いて、搬送装置１２が冷却室６に挿入され、支持台が下降し、被処理物は搬送装置１２によって中間扉３ｈを介して中間室４に移送される（時間２９．７５）。
【００４５】
中間室４は、圧力が１Ｐａ台（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、冷却室６から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｉを介して再加熱室７に搬入され、再加熱室７内の支持台（図示略）にセットされる（時間３０．２５）。
【００４６】
再加熱室７は、圧力が１Ｐａ台（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が再加熱室７内の支持台にセットされ、中間扉３ｉが閉じると、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流を誘導加熱コイル１９に通電して誘導磁界により被処理物を急速加熱する。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の焼入温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物は該焼入温度に保持される。焼入温度の保持終了し、誘導加熱コイル（図示略）への高周波電流の通電が停止されて中間扉３ｉが開くと、中間室４に備えられた搬送装置１２によって被処理物が中間扉３ｉを介して中間室４に取り出される（時間３３）。
【００４７】
中間室４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が焼入温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、再加熱室７から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｊを介して焼入室８に搬入され、焼入室８内の支持台１５ｃにセットされる（時間３３．５）。
【００４８】
焼入室８は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が焼入温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が乗せられた支持台１５ｃが定位置にセットされると中間扉３ｊが閉じて、被処理物の焼き入れ処理が行われる。焼入処理には、減圧下あるいは大気圧以上のＮ2 ガス等の不活性化ガス雰囲気中で油，水あるいはガス（液化ガスを含む）のいずれか一種の冷媒を用いられる。例えば、図示したようにガスによる焼入処理の場合には、焼入室８内にＮ2 、Ｈｅ等の不活性ガスであらかじめ設定された大気圧以上の圧力に封入される。次いで、焼入室８内の冷却ファン２１が起動して焼入室８内に封入された不活性ガスが循環し、被処理物と焼入室８の水冷された二重壁構造の室壁との間で不活性ガスを介して熱交換され、被処理物が急速に冷却され焼き入れされる。冷媒のガスは、一種あるいは二種以上の混合の不活性ガス以外に、Ｈ2 ガス単体あるいはＨ2 ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。焼入処理が終了すると，冷却ファン２１を停止して焼入室８内の圧力が大気圧になるまで冷媒ガスを室外に放出する。次いで、出口扉９を開いて、搬送装置１３が焼入室８に挿入され、支持台１５ｃが下降して被処理物は搬送装置１３によって出口扉９を介して焼入室８外に搬出される（時間３５）。
【００４９】
焼戻室１０では、大気雰囲気中で焼戻処理が行われるため、本実施例においては焼戻室１０を室の形態にしないで大気開放の形態にしてある。搬送装置１３で焼戻室１０の支持台１６にセットされた被処理物は、誘導加熱、直接通電加熱、あるいは遠赤外線加熱等であらかじめ設定された焼戻温度（１５０℃〜２５０℃）ヘ急速加熱されて、該焼戻温度に所定の時間保持されることによって行われる。焼戻処理が終了すると、被処理物は搬送装置１３に乗せられて次工程の機械加工機に連ばれる。
【００５０】
以上のように本実施例によれば、６つの浸炭室を備え、被処理物を順次浸炭室に振り分けて浸炭するようにしたので、機械加工機と同一ライン上で浸炭焼入焼戻処理を行うことができ、被処理物の輸送、段取り、解体作業が不要となり、被処理物をストックしておく必要もなくなる。また、装置のスイッチのオン・オフで生産開始、終了が可能になり、従来のように２４時間操業をする必要もなくなる。さらに、１つずつもしくは少数の処理単位毎に被処理物を順次処理できるため、従来のバッチ式等の処理のように一度に大量の処理をしなければならない方法に比較して個々の熱処理品質にばらつきを著しく少なくすることができる。
【００５１】
さらには、図４に実施例１の浸炭焼入焼戻方法の工程を示した通り、図１０に示した従来の工程に比べて処理がかなり簡素化されるという利点もある。
また、
【００５２】
また、上述の実施例では、予熱室、浸炭室、冷却室、再加熱室並びに焼入室が中間室の周囲に結合して配置された構造になっているが、図５に概略平面図を示したように、予熱室２、浸炭室５ａ〜５ｆ並びに冷却室６を中間室４の周囲に結合して配置し、再加熱室７を冷却室６に結合し、かつ焼入室８を再加熱室７に結合する配置としてもよい。なお、この場合、冷却室６にある被処理物を再加熱室７に搬送する搬送装置１３１及び再加熱室７にある被処理物を焼入室８に搬送する搬送装置１３２を設ける。
【００５３】
また、上述の実施例では、被処理物の結晶粒度を微細化するための冷却室６と再加熱室７とを設ける形態を取っているが、被処理物の結晶粒度が粗大化しない低い浸炭温度で処理する場合には、図６にその概略平面図を示したように、冷却室６と再加熱室７とを取り除いた形態としてよい。
【００５４】
（実施例２）
図７は実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図を示したものであり、図８は同概略平面図を示したものである。実施例１においては、予熱室、浸炭室、中間室及び焼入室等を略同一平面上に配置した例であるが、この実施例２は、これらを上下に複数段になるように配置した例である。
本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、予熱室２２、中間室２４、浸炭室２７ａ〜２７ｆ、焼入室２１１、焼戻室２１４を有する。予熱室２２の近傍には該予熱室２２に被処理物を搬入するための入口扉２１が設けられ、予熱室とその下部に設けられた中間室２４との結合部には中間扉２５が設けられ、中間室２４とその周囲に配置された浸炭室２７ａ〜２７ｆとのそれぞれの結合部には中間扉２６ａ〜２６ｆが設けられ、中間室２４とその下部に設けられた焼入室２１１との結合部には中間扉２１０が設けられ、焼入室２１１と焼戻室２１４との結合部には中間扉２１３が設けられ、焼戻室２１４には該焼戻室２１４から被処理物を搬出するための出口扉２１５が設けられている。さらに、予熱室２２と浸炭室２７ａ〜２７ｆと焼戻室２１４とのそれぞれの内部には高周波誘導加熱を行う誘導加熱コイルが設けられているが、図では予熱室２２内に設けられた誘導加熱コイル２３と浸炭室２７ａ内に設けられた誘導加熱コイル２８ａと焼戻室２１４内に設けられた誘導加熱コイル２１４ａとのみを示しこれら以外の図示は省略してある。また、予熱室２２及び焼入室２１１のそれぞれには被処理物の支持台を兼ねる搬送装置２１７及び２１９が設けられている。また、浸炭室２７ａ〜２７ｆ及び焼戻室２１４には被処理物を上下移動可能に支持する支持台が設けられているが、図では浸炭室２７ａに設けられた支持台２９ａと焼戻室２１４に設けられた支持台２２１とのみを示しこれら以外の図示は省略してある。そして、予熱室２２の近傍には、被処理物を予熱室２２の入口扉２１から搬入する搬送フォーク２１６が設けられ、また、各浸炭室２７ａ〜２７ｆには中間室２４において搬送装置２１７及び２１９と被処理物の受け渡しをして浸炭室に被処理物を出し入れする搬送フォーク２１８ａ〜２１８ｆがそれぞれ設けられ、焼入室２１１には被処理物を焼戻室２１４に搬送する搬送フォーク２２０が設けられ、焼戻室２１４の出口扉２１５近傍には焼戻室２１４から被処理物を搬出する搬送フォーク２２２が設けられている。なお、真空排気系、ガス導入系、電源系等の図示は省略した。
【００５５】
予熱室２２は、搬送フォーク２１６によって運ばれてきた図示しない機械加工機によって加工された被処理物を入口扉２１を介して受け取り、被処理物を浸炭温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造になっていて、内部にはを被処理物を支持するとともに被処理物を中間室２４に搬送するための搬送装置２１７と、被処理物を予熱するため誘導加熱コイル２３とを備えている。後述するように、予熱された被処理物は、中間扉２５を介して中間室２４に運ばれる。
【００５６】
中間室２４は、被処理物を予熱室２２から浸炭室２７ａ〜２７ｆに移送し、あるいは、各浸炭室から焼入室２１１に移送する際にその中継室として必要となる真空密閉可能な室であり、中間扉２５を介して、予熱された被処理物を受け取り、被処理物を浸炭室毎に設けられた搬送フォーク２１８ａ等（浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する搬送フォークの図示は省略してある）に乗せてそれぞれの浸炭室毎に設けられた中間扉２６ａ〜６ｆを介して浸炭室２７ａ〜２７ｆに順次搬送していくものであり、後述するように、浸炭室２７ａ〜２７ｆから中間扉２６ａ〜２６ｆを介して搬送フォーク２１８ａ等によって運ばれてきた浸炭処理が済んだ被処理物を受け取り、搬送装置２１９に乗せて中間扉２１０を介して焼入室２１１に搬入するものである。
【００５７】
浸炭室２７ａ〜２７ｆは、搬送フォーク２１８ａ等によって運ばれてきた被処理物に浸炭処理をするための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造になっていて、それぞれの内部には被処理物を上下移動可能に支持する支持台２９ａ等（但し、浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する支持台の図示は省略）と被処理物を浸炭温度に保持するための誘導加熱コイル２８ａ等（但し、浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する誘導加熱コイルの図示は省略）を備えている。浸炭処理終了後、被処理物は浸炭室２７ａ〜２７ｆから中間室２４へ中間扉２６ａ〜２６ｆを介して搬送フォークに乗せられて運ばれる。なお、各浸炭室２７ａ〜２７ｆの支持台は、該浸炭室２７ａ〜２７ｆの室壁とは電気的に絶縁されている。
【００５８】
焼入室２１１は、該焼入室に設けられた被処理物の支持台を兼ねる搬送装置２１９によって運ばれてきた被処理物の焼入処理をするための真空密閉可能な室であり、内部に被処理物を冷却するためのノズル２１２を備えている。焼入処理終了後、被処理物は中間扉２１３を介して搬送フォーク２２０に乗せられて焼戻室２１４に運ばれる。
【００５９】
焼戻室２１４は、搬送フォーク２２０によって運ばれてきた被処理物の焼戻処理をするための真空密閉可能な室であり、被処理物を上下移動可能に支持するための支持台２２１と、被処理物を加熱するための誘導加熱コイル２１４ａを備えている。焼戻処理終了後、被処理物は出口扉２１５を介して搬送フォーク２２２に乗せられて次工程の機械加工機に搬送される。
【００６０】
このように、本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、それぞれが真空密閉可能な室である予熱室２２、中間室２４、浸炭室２７ａ〜２７ｆ、並びに、焼入室２１１及び焼戻室２１４がそれぞれ中間扉２５，２６ａ〜２６ｆ，２１０，２１３を介して結合された構造になっていて、予熱室２１の直下に中間室２４が、中間室２４の直下に焼入室２１１がそれぞれ配置されているものである。また、浸炭室２７ａ〜２７ｆは、中間室２４の周りに、該中間室２４とほぼ同じ高さに６つ配置されていて、焼戻室２１４は、焼入室２１１とほぼ同じ高さに配置されているものである。
【００６１】
このような構成における浸炭焼人焼戻装置の詳細な動作を図９のタイムチャートを参照にしながら以下に説明する。
【００６２】
図９のタイムチャートでは、被処理物１個あたりの機械加工処理時間を３分／個として、被処理物１個あたりの浸炭処理時間が９５０℃×１５分であるとしている。これは、被処理物に求められる有効浸炭深さが０．３〜０．５ｍｍの場合を想定したものである。
【００６３】
まず、機械加工機で加工された被処理物は、付着した加工油を洗浄した後、洗浄後すぐに、搬送フォーク２１６によって入口扉２１を介して、予熱室２２に搬入される（時間０）。
【００６４】
搬入された被処理物は支持台を兼ねる搬送装置２１７にセットされる。該搬送装置２１７は被処理物を予熱するときの定位置まで上昇させる。次に、入口扉２１を閉じて予熱室２１内の圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気して、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨＺ以下の高周波電流を誘導加熱コイル２３に通電して誘導磁界ににより被処理物を急速加熱する。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の浸炭温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物を該浸炭温度に保持する。中間室２４及び浸炭室２７ａ〜２７ｆのいずれかが空室になると、高周波電流が停止して、搬送装置２１７が下降し、被処理物が中間扉２５を介して中間室２４に移送される。
【００６５】
中間室２４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、予熱室２２から運ばれてきた被処理物は搬送フォーク２１８ａ等に乗せられて中間扉２６ａ〜２６ｆを介して浸炭室２７ａ〜２７ｆに搬入される。ここでは、浸炭室２７ａに搬入するものとする（時間３）。このとき、同時に、機械加工機で加工された次の被処理物が、洗浄後、搬送フォーク２１６によって入口扉２１を介して、予熱室２２に搬入される。このように、機械加工機から予熱室２２には、機械加工処理時間に合わせて、待ち時間０で、次々と供給されていく。
【００６６】
浸炭室２７ａは、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、中間室２４から運ばれてきた被処理物は支持台２９ａにセットされる。支持台２９ａによって被処理物は浸炭処理するときの定位置まで上昇される。次いで、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の周波数の高周波電流が誘導加熱コイル２８ａに通電されて誘導磁界により被処理物が浸炭温度に保持される。これと共に中間扉２６ａが閉じて図示しないカスマニホールドを介してキャリアガスが浸炭室２７ａ内に導入される。ここで、キャリアガスは、炭素含有ガスであって、例えばＣ3 Ｈ8 等の炭化水素のみの単体ガス、あるいは炭化水素とＡｒ等の不活性ガスとＨ2 ガスの一種類あるいは二種類含んだ混合ガスであり、キャリアガスはあらかじめ定められた流量で浸炭室２７ａ内に導入される。その後、真空排気量の調整によって、浸炭室２７ａ内の圧力があらかじめ設定された圧力（略１×１０1 Ｐａ〜２．６×１０3 Ｐａ程度）に到達すると、浸炭室２７ａの室壁を陽極、支持台２９ａを陰極としてパルス直流電流を通電して、グロー放電可能な電圧を印加する。浸炭処理が終了するとキャリアガスの導入と電流の通電を停止して、浸炭室２７ａ内の圧力が１Ｐａ程度（あらかじめ設定された圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉２６ａが開いて、誘導加熱コイル２８ａへの高周波電流の通電も停止し、支持台２９ａが下降して被処理物は搬送フォーク２１８ａによって中間扉２６ａを介して中間室２４に移送される。
【００６７】
中間室２４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、浸炭室２７ａから運ばれてきた被処理物は、焼入室２１１から上昇してきた搬送装置２１９に乗せられる。搬送装置２１９に乗せられた被処理物は、搬送装置２１９が下降することにより、中間扉２１０を介して、焼入室２１１に搬入される。
【００６８】
焼入室２１１は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化ざれない程度の圧力）になるまで真空排気されている。支持台を兼ねる搬送装置２１９に乗せられた被処理物は、被処理物を均一に包むように配置されたノズル２１２によって噴霧された冷媒によって急速冷却されて焼き人れされる。このときの焼き入れは、減圧下あるいは大気圧のＮ2 ガス等の不活性ガス雰囲気中で行われ、冷媒には、油、水、ガス（液化ガスを含む）いずれか一種の用いられる。焼入処理が終了してから、支持台２１９が下降して、被処理物は搬送フォーク２２０に乗せられ、中間扉２１３を介して、焼戻室２１４へ運ばれる。
【００６９】
焼戻室２１４に運ばれてきた被処理物は支持台２２１にセットされる。支持台２２１が被処理物を加熱するときの定位置まで上昇すると、被処理物の焼戻処理が行われる。このときの焼戻処理は、減圧下あるいは大気中において、誘導加熱コイル２１４ａ（これは、直接通電加熱、あるいは遠赤外線加熱等でもよい）であらかじめ設定された焼戻温度（１５０℃〜２５０℃）ヘ急速加熱されて、該焼戻温度に所定の時間保持されることによって行われる。焼戻処理が終了してから、被処理物を乗せた支持台２２１が下降して、被処理物は搬送フォーク２２２に乗せられて出口扉２１５を介して次工程の機械加工機に運ばれる。
【００７０】
この実施例によっても実施例１の場合と同様の利点得られる外、搬送装置を各室に略対応して各室毎に設けてあるので、迅速な搬送が可能であり、したがって、処理タクトを実施例１の場合に比較して短縮することが可能になる。
【００７１】
なお、以上説明した各実施例では、被処理物を１つずつ搬入して一連の処理を行うものを例にして示したが、少数の被処理物を１つの処理単位としてまとめて同時に搬入して各々の処理を行うようにしてもよい。また、上述の各実施例では、浸炭室を６つ、焼入室と再加熱室ならびに焼戻室等をｌつ設けたものを示したが、各々の室の個数は被処理物１個あたりの機械加工処理時間を考慮して各々任意に定めてよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、浸炭焼入焼戻方法における各工程を機械加工製造ラインで供給される被処理物の供給速度にあわせて機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行われるようにして、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にすると共に、個々の熱処理品質にばらつきのない高品質の処理ができるようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図２】実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図３】実施例１の浸炭焼入焼戻方法のタイムチャートである。
【図４】実施例１の浸炭焼入焼戻方法の工程を示すフロック図である。
【図５】実施例１の変型例の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図６】実施例１の変型例の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図７】実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図８】実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図９】実施例２の浸炭焼入焼戻方法のタイムチャートである。
【図１０】従来例の浸炭焼入焼戻方法の工程を示すフロック図である。
【符号の説明】
１…入口扉、２…予熱室、３ａ〜３ｊ…中間扉、４…中間室、５ａ〜５ｆ…浸炭室、６…冷却室、７…再加熱室、８…焼入室、９…出口扉、１０…焼戻室、１１，１２，１３…搬送装置、１４ｇ，１５ｃ…支持台、１７…誘導加熱コイル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にした浸炭焼入焼戻方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浸炭焼入装置として、大量生産に対応するためにトレイプッシャー型あるいはローラーハース型の連続式ガス浸炭焼入炉が用いられてきた。いずれの型の連続式ガス浸炭焼入炉も機械加工工場とは離れたいわゆる熱処理工場で機械加工工程とオフラインで通常２４時間連続操業されている。また、その生産方式は、トレイに被処理物を多数個段取りするバッチ方式で熱処理する形態となっている。
【０００３】
ところで、このような従来の連続式ガス浸炭焼入炉の工程は図１０に示すようなものであった。
【０００４】
すなわち、機械加工場で被処理物の切削加工を行って、オフラインで離れた場所にある熱処理工場に輸送される。熱処理工場に被処理物が到着してから、トレイに治具でセットする段取り工程を行う。トレイにセットされた被処理物は洗浄した後、連続式ガス浸炭焼入炉に挿入し浸炭焼入の工程を行う。浸炭焼き入れされたトレイ上の被処理物は、焼入油を洗い落とすために洗浄装置に挿入される。浸炭焼入後に洗浄されたトレイ上の被処理物は、焼戻炉に挿入され、焼き戻し工程を行う。一連の熱処理工程が終了した被処理物は、セットされたトレイから取り出し解体する。解体された被処理物は、オフラインで離れた場所にある機械加工場に輸送される。機械加工場で、被処理物の研削加工が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示したような従来の連続式ガス浸炭焼入炉での図１０のような工程では、以下のような問題点がある。
【０００６】
（イ）機械加工場と熱処理場が離れているために、被処理物を輸送する輸送装置及ぴ輸送要員が必要であり、被処理物を所定の間ストックしておく必要がある
【０００７】
（ロ）炉に被処理物を装入するために、トレイに治具で被処理物をセットする段取り工程が必要であり、熱処理工程終了時に、トレイにセットされた被処理物を取り出す解体工程が必要である。
【０００８】
（ハ）被処理物の昇温や降温に時間を要し熱処理のリードタイムが長く、被処理物の炉への挿入から抽出までに時間がかかる。
【０００９】
（ニ）炉の立ち上げの際、炉内雰囲気調整のためのシーズニングに長時問を要する。
【００１０】
（ホ）バッチ処理のため、個々の被処理物の熱処理品質にばらつきが生ずる。
【００１１】
本発明は、上記間題点を解決するためになされたものであり、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にすると共に、個々の熱処理品質にばらつきのない高品質の処理が可能な浸炭焼入焼戻方法及び浸炭焼入焼戻装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、
請求項１の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱工程と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭工程と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入工程と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻工程とを含む工程を有する浸炭焼入焼戻方法であって、
前記被処理物は物品の機械加工製造ライン上で供給されるものであり、前記浸炭焼入焼戻方法における各工程は前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の供給速度にあわせて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行われるようにしたことを特徴とする浸炭焼入焼戻方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱工程と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭工程と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入工程と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻工程とを含む工程を有する浸炭焼入焼戻方法であって、
前記被処理物は物品の機械加工製造ライン上で供給されるものであり、前記浸炭焼入焼戻方法における各工程は、それぞれの工程を行うための処理手段をそれぞれの工程を行うために必要な時間に応じて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行うために必要な数だけ設けて必要に応じて１又は２以上の被処理物を処理単位にしてまとめて各処理手段に順次振り分けて供給して行うようにしたものであることを特徴とする請求項１に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、
前記予熱工程を行う予熱処理手段と前記浸炭工程を行う浸炭処理手段とを分離して別個に構成し、
前記予熱処理手段は、高周波誘導加熱法を用いる構成にすることによって予熱処理時間を前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔よりも十分に短くしてその用いる数を１つとすると共に、
前記浸炭処理手段は、前記浸炭工程の時間をＸ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記浸炭工程を行う浸炭処理手段の数をＺとそれぞれしたときに、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たすように浸炭処理手段を設けることによって、予熱処理手段を各浸炭処理手段毎に設けることなく、前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることのない処理が行なえるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、
前記浸炭工程を行う浸炭処理手段を、被処理物の温度を浸炭温度に保持しつつ前記浸炭処理手段と被処理物との間でグロー放電を起こさせて行うプラズマ浸炭法で浸炭処理を行うもので構成することによって、前記浸炭焼入焼戻方法の稼動開始に要する立ち上げ時間を短くして前記物品の機械加工製造ラインの稼動開始に要する立ち上げ時間に近付けるようにして前記浸炭焼入焼戻方法の稼動開始を前記物品の機械加工製造ラインの稼動開始とあわせて行えるようにし、，かつ、前記浸炭焼入焼戻方法の稼動停止を前記物品の機械加工製造ラインの稼動停止に近付けて行えるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１６】
請求項５の発明は、
前記浸炭温度に保持する方法として高周波誘導加熱法を用いることとを特徴とする請求項４に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１７】
請求項６の発明は、
前記高周波誘導加熱の高周波の周波数を０．５ｋＨｚ〜３ｋＨｚとしたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１８】
請求項７の発明は、
前記浸炭工程の時間短縮するために該浸炭工程を９５０℃以上で１２００℃以下の高い温度で行うと共に、前記浸炭工程と前記焼入工程との間にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程とこの冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程とを付加したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００１９】
請求項８の発明は、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程に要する時間をＭ、前記冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程に要する時間をＮ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却工程を行う冷却処理手段の数をＣ、前記再加熱工程を行う再加熱処理手段の数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たすように前記冷却処理手段及び再加熱処理手段を設けることによって、前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることのない処理が行なえるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の浸炭焼入焼戻方法である。
【００２０】
請求項９の発明は、
被処理物を浸炭温度にする予熱装置と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭装置と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入装置と、焼入後に被処理物を焼き戻しする焼戻装置と、１又は２以上の被処理物を処理単位にしてまとめて各装置に搬入する動作及び搬出する動作を含む搬送動作を行う搬送装置と、を含む装置を有する浸炭焼入焼戻装置であって、
該浸炭焼入焼戻装置は物品の機械加工製造ライン中に設置されたものであり、
前記予熱装置、浸炭装置、焼入装置及び焼戻装置は、それぞれの装置において前記被処理物にそれぞれの処理を行うために必要な時間に応じて前記機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行うために必要な数だけそれぞれ設けられており、
前記各装置のうちで複数設けられた装置のそれぞれの装置に前の工程から処理単位毎に順次供給される被処理物を順次振り分けて供給する振り分け装置が設けられていることを特徴とする浸炭焼入焼戻装置である。
【００２１】
請求項１０の発明は、
前記予熱装置は、高周波誘導加熱装置を備えたものであると共に、その設置数が１であり、
前記浸炭装置は、該浸炭装置による浸炭工程の時間をＸ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹとしたとき、その設置数Ｚが、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たすように設けられたものであることを特徴とする請求項９に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２２】
請求項１１の発明は、
前記浸炭装置は、真空浸炭室を有し、該真空浸炭室と被処理物との間でグロー放電を起こしてプラズマ浸炭を行うプラズマ浸炭処理装置を有し、かつ、被処理物を浸炭温度に保持する加熱装置が設けられたものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２３】
請求項１２の発明は、
前記浸炭温度に保持する加熱装置が高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求項１１に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２４】
請求項１３の発明は、
前記浸炭装置で浸炭された被処理物を前記焼入装置で焼入する前にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する工程を行うための冷却装置と、この冷却装置で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱装置とが設置されていることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２５】
請求項１４の発明は、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却工程に要する時間をＭ、前記冷却工程で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱工程に要する時間をＮ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却工程を行う冷却処理手段の数をＣ、前記再加熱工程を行う再加熱処理手段の数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たすように前記冷却装置及び再加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２６】
請求項１５の発明は、
前記焼戻工程の時間をＬ、前記機械加工製造ラインで供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記焼戻工程を行う焼戻装置の数をＷとそれぞれしたときに、Ｗ≧Ｌ／Ｙを満たすように焼戻装置を設けることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の浸炭焼入焼戻装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる浸炭焼入焼戻方法及び浸炭焼入焼戻装置の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（実施例１）
図１は実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図を示したものであり、図２は同概略平面図を示したものである。
本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、予熱室２、中間室４、浸炭室５ａ〜５ｆ、冷却室６、再加熱室７、焼入室８及び焼戻室１０を有する。予熱室２は該予熱室２に被処理物を搬入するための入口扉１が設けられ、予熱室２と中間室４との結合部には中間扉３ｇが設けられ、中間室４とその周囲に配置された浸炭室５ａ〜５ｆとのそれぞれの結合部には中間扉３ａ〜３ｆが設けられ、中間室４と冷却室６との結合部には中間扉３ｈが設けられ、中間室４と再加熱室７との結合部には中間扉３ｉが設けられ、中間室４と焼入室８との結合部には中間扉３ｊが設けられ、焼入室８には該焼入室から被処理物を搬出する出口扉９が設けられている。さらに、予熱室２と浸炭室５ａ〜５ｆと再加熱室７と焼戻室１０とのそれぞれの内部には高周波誘導加熱を行う誘導加熱コイルが設けられているが、図では予熱室２内に設けられた誘導加熱コイル１７のみを示しこれら以外の図示は省略してある。また、予熱室２と浸炭室５ａ〜５ｆと冷却室６と再加熱室７と焼入室８とのそれぞれには被処理物を上下移動可能に支持する支持台が設けられているが、図では予熱室２に設けられた支持台１４ｇと焼入室８に設けられた支持台１５ｃとのみを示しこれら以外の図示は省略してある。そして、予熱室２の近傍には、被処理物を予熱室２の入口扉１から搬入する搬送装置１１が設けられ、また、中間室４には、予熱室２と、各浸炭室５ａ〜５ｆと冷却室６と再加熱室７と焼入室８とのそれぞれから被処理物を出し入れする搬送装置１２が設けられ、焼入室８及び焼戻室１０の近傍には、焼入室８の出口扉９から搬出される被処理物を焼戻室１０に搬送し、該焼戻室１０から次工程に搬出する搬送装置１３が設けられている。さらに、冷却室６及び焼入室８には冷却ファンが設けれているが、図では焼入室８に設けられた冷却ファン２１のみを図示し、他は図示を省略してある。なお、真空排気系、ガス導入系、電源系等の図示は省略した。
【００２９】
予熱室２は、搬送装置１１によって運ばれてきた図示しない機械加工機によって加工された被処理物を入口扉１を介して受け取り、被処理物を浸炭温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造としており、内部には被処理物をセットするための支持台１４ｇと被処理物を予熱するための誘導加熱コイル１７を備えている。後述するように、予熱された被処理物は、中間扉３ｇを介して中間室４に運ばれる。
【００３０】
中間室４は、一時的に被処理物を保持するための真空密閉可能な室であり、中間扉３ｇを介して予熱された被処理物を受け取り、被処理物を中間扉３ａ〜３ｆを介して浸炭室５ａ〜５ｆに順次挿入していく搬送装置１２を備えている。後述するように、該搬送装置１２は被処理物の浸炭室５ａ〜５ｆから冷却室６への移送及び冷却室６から再加熱室７への移送並びに再加熱室７から焼入室８への移送に供されるものである。
【００３１】
浸炭室５ａ〜５ｆは、搬送装置１２によって運ばれてきた被処理物に浸炭処理をするための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、それぞれには被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図では支持台１４ｇ以外は省略してある）と被処理物を浸炭温度に保持するための誘導加熱コイル（図では省略）を備えている。浸炭処理終了後、被処理物は浸炭室５ａ〜５ｆから中間室４へ中間扉３ａ〜３ｆを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。なお、浸炭室５ａ〜５ｆの支持台は、該浸炭室５ａ〜５ｆの室壁とは電気的に絶縁されている。
【００３２】
冷却室６は、浸炭処理が終了し搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物をＡ1 変態点以下の温度に冷却するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、内部に被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図示略）と被処理物を冷却するための冷却ファン（図示略）を備えている。冷却終了後、被処理物は冷却室６から中間室４へ中間扉３ｈを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。
【００３３】
再加熱室７は、冷却が終了して搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物を焼入温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造となっており、内部で被処理物を上下移動可能に支持する支持台（図示略）と処理物を再加熱するための誘導加熱コイル（図示略）を備えている。再加熱終了後、被処理物は再加熱室７から中間室４へ中間扉３ｉを介して搬送装置１２に乗せられて運ばれる。
【００３４】
焼入室８は、再加熱が終了し搬送装置１２によって中間室４から運ばれてきた被処理物を焼き入れするための真空密閉可能な室であり、内部で被処理物を上下移動可能に支持する支持台１５ｃを備えている。焼入処理終了後、被処理物は焼入室８から出口扉９を介して搬送装置１３に乗せられて焼戻室１０に運ばれる。
【００３５】
焼戻室１０は、搬送装置１３によって焼入室８から運ばれてきた被処理物を焼き戻しするための装置であり、被処理物をセットするための支持台１６と被処理物を焼戻温度に加熱するための加熱装置を備えている。焼戻処理は、大気中で行われるため、本実施例のように焼戻室１０を大気開放の形態にして室の形態を取らなくすることもできる。焼戻処理終了後、被処理物は焼戻室１０から搬送装置１３に乗せられて次工程の機械加工機に搬送される。
【００３６】
このように、本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、それぞれが真空密閉可能な室である予熱室２、浸炭室５ａ〜５ｆ、冷却室６と再加熱室７及び焼入室８が中間扉３ａ〜３ｊを介して中間室４の周囲に結合して配置された構造になっている。
【００３７】
このような構成における浸炭焼入焼戻装置の詳細な動作を図３のタイムチャートを参照にしながら以下に説明する。
【００３８】
図３のタイムチャートでは、被処理物１個あたりの機械加工時間を４分／個とし、被処理物の浸炭処理時間を１１００℃×２２分４５秒であるとした。これは、被処理物に求められる有効浸炭深さが０．５〜０．８ｍｍの場合を想定したものである。
【００３９】
まず、機械加工機で加工された被処理物は、付着した加工油を洗浄した後、搬送装置１１によって入口扉１を介して、予熱室２に搬入される（時間０）。
【００４０】
搬入された被処理物は支持台１４ｇにセットされ、該支持台１４ｇによって予熱するときの定位置まで上昇される。そうすると、入口扉１が閉じて予熱室２内の圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気され、さらに、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流が誘導加熱コイル１７に通電されて誘導磁界により被処理物が急速加熱される。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の浸炭温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物は該浸炭温度に保持される。中間室４及び浸炭室（浸炭室５ａ〜５ｆのいずれかが）が空室になると、高周波電流が停止して中間扉３ｇが開き、中間室４に備えられた搬送装置１２によって被処理物が中間扉３ｇを介して中間室４に取り出される（時間３．２５）。
【００４１】
中間室４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、予熱室２から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３を介して浸炭室５に搬入される。ここでは、浸炭室５ａに搬入されるものとする（時間３．７５）。このとき、同時に、機械加工機で加工された被処理物が洗浄された後、搬送装置１１によって入口扉１を介して予熱室２に搬入される。このように、機械加工機から予熱室２には、機械加工処理時間に合わせて、待ち時間０で搬入されていく。
【００４２】
浸炭室５ａは圧力がｌＰａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、中間室４から運ばれてきた被処理物は支持台（図示略）にセットされる。そうすると支持台が浸炭処理するときの定位置まで上昇し、中間扉３ａが閉じる。次いで、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流が誘導加熱コイル（図示略）に通電され、誘導磁界により被処理物の温度が浸炭温度に保持される。このとき、図示しないガスマニホールドを介してキャリアガスが浸炭室５ａ内に導入される。ここで、キャリアガスは、炭素含有ガスであって、例えばＣ3 Ｈ8 等の炭化水素のみの単体ガス、あるいは炭化水素とＡｒ等の不活性ガスとＨ2 ガスの１種類あるいは２種類含んだ混合ガスである。キャリアガスはあらかじめ定められた流量で浸炭室５ａ内に導入される。その後、真空排気量の調整によって、浸炭室５ａ内の圧力があらかじめ設定された圧力（略１×１０1 Ｐａ〜２．６×１０3 Ｐａ）に到達すると、浸炭室５ａの室壁を陽極、支持台（図示略）を陰極として直流電流あるいはパルス状直流電流が通電され、グロー放電可能な電圧が印加される。こうして浸炭処理が終了するとキャリアガスの導入とグロー放電電流並びに誘導加熱コイル（図示略）への高周波電流の通電が停止して、浸炭室５ａの圧力があらかじめ設定された１Ｐａ台（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉３ａが開いて、搬送装置１２が浸炭室５ａに挿入され、支持台が下降し、被処理物は搬送装置１２によって中間扉３ａを介して中間室４に移送される（時間２６．５）。
【００４３】
中間室４は、圧力がｌＰａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、浸炭室５ａから搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｈを介して冷却室６に搬入され、冷却室６内の支持台（図示略）にセットされる（時間２７）。
【００４４】
冷却室６は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が浸炭温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が冷却室６内の支持台にセットされる。中間扉３ｈが閉じるとＮ2 等の不活性ガスであらかじめ設定された大気圧以上の圧力に復圧される。次いで、冷却室６内の冷却ファン（図示略）が起動し、冷却室６内に封入された不活性ガスが循環し、被処理物と冷却室６の水冷された二重壁構造の室壁との間で不活性ガスを介して熱交換され、被処理物がＡ1 変態点以下の温度に冷却される。冷却が終了すると、冷却ファンを停止して冷却室６の圧力があらかじめ設定された１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉３ｈが開いて、搬送装置１２が冷却室６に挿入され、支持台が下降し、被処理物は搬送装置１２によって中間扉３ｈを介して中間室４に移送される（時間２９．７５）。
【００４５】
中間室４は、圧力が１Ｐａ台（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、冷却室６から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｉを介して再加熱室７に搬入され、再加熱室７内の支持台（図示略）にセットされる（時間３０．２５）。
【００４６】
再加熱室７は、圧力が１Ｐａ台（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が再加熱室７内の支持台にセットされ、中間扉３ｉが閉じると、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の高周波電流を誘導加熱コイル１９に通電して誘導磁界により被処理物を急速加熱する。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の焼入温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物は該焼入温度に保持される。焼入温度の保持終了し、誘導加熱コイル（図示略）への高周波電流の通電が停止されて中間扉３ｉが開くと、中間室４に備えられた搬送装置１２によって被処理物が中間扉３ｉを介して中間室４に取り出される（時間３３）。
【００４７】
中間室４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が焼入温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、再加熱室７から搬送装置１２で運ばれてきた被処理物は中間扉３ｊを介して焼入室８に搬入され、焼入室８内の支持台１５ｃにセットされる（時間３３．５）。
【００４８】
焼入室８は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が焼入温度で酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、被処理物が乗せられた支持台１５ｃが定位置にセットされると中間扉３ｊが閉じて、被処理物の焼き入れ処理が行われる。焼入処理には、減圧下あるいは大気圧以上のＮ2 ガス等の不活性化ガス雰囲気中で油，水あるいはガス（液化ガスを含む）のいずれか一種の冷媒を用いられる。例えば、図示したようにガスによる焼入処理の場合には、焼入室８内にＮ2 、Ｈｅ等の不活性ガスであらかじめ設定された大気圧以上の圧力に封入される。次いで、焼入室８内の冷却ファン２１が起動して焼入室８内に封入された不活性ガスが循環し、被処理物と焼入室８の水冷された二重壁構造の室壁との間で不活性ガスを介して熱交換され、被処理物が急速に冷却され焼き入れされる。冷媒のガスは、一種あるいは二種以上の混合の不活性ガス以外に、Ｈ2 ガス単体あるいはＨ2 ガスと不活性ガスの混合ガスを用いてもよい。焼入処理が終了すると，冷却ファン２１を停止して焼入室８内の圧力が大気圧になるまで冷媒ガスを室外に放出する。次いで、出口扉９を開いて、搬送装置１３が焼入室８に挿入され、支持台１５ｃが下降して被処理物は搬送装置１３によって出口扉９を介して焼入室８外に搬出される（時間３５）。
【００４９】
焼戻室１０では、大気雰囲気中で焼戻処理が行われるため、本実施例においては焼戻室１０を室の形態にしないで大気開放の形態にしてある。搬送装置１３で焼戻室１０の支持台１６にセットされた被処理物は、誘導加熱、直接通電加熱、あるいは遠赤外線加熱等であらかじめ設定された焼戻温度（１５０℃〜２５０℃）ヘ急速加熱されて、該焼戻温度に所定の時間保持されることによって行われる。焼戻処理が終了すると、被処理物は搬送装置１３に乗せられて次工程の機械加工機に連ばれる。
【００５０】
以上のように本実施例によれば、６つの浸炭室を備え、被処理物を順次浸炭室に振り分けて浸炭するようにしたので、機械加工機と同一ライン上で浸炭焼入焼戻処理を行うことができ、被処理物の輸送、段取り、解体作業が不要となり、被処理物をストックしておく必要もなくなる。また、装置のスイッチのオン・オフで生産開始、終了が可能になり、従来のように２４時間操業をする必要もなくなる。さらに、１つずつもしくは少数の処理単位毎に被処理物を順次処理できるため、従来のバッチ式等の処理のように一度に大量の処理をしなければならない方法に比較して個々の熱処理品質にばらつきを著しく少なくすることができる。
【００５１】
さらには、図４に実施例１の浸炭焼入焼戻方法の工程を示した通り、図１０に示した従来の工程に比べて処理がかなり簡素化されるという利点もある。
また、
【００５２】
また、上述の実施例では、予熱室、浸炭室、冷却室、再加熱室並びに焼入室が中間室の周囲に結合して配置された構造になっているが、図５に概略平面図を示したように、予熱室２、浸炭室５ａ〜５ｆ並びに冷却室６を中間室４の周囲に結合して配置し、再加熱室７を冷却室６に結合し、かつ焼入室８を再加熱室７に結合する配置としてもよい。なお、この場合、冷却室６にある被処理物を再加熱室７に搬送する搬送装置１３１及び再加熱室７にある被処理物を焼入室８に搬送する搬送装置１３２を設ける。
【００５３】
また、上述の実施例では、被処理物の結晶粒度を微細化するための冷却室６と再加熱室７とを設ける形態を取っているが、被処理物の結晶粒度が粗大化しない低い浸炭温度で処理する場合には、図６にその概略平面図を示したように、冷却室６と再加熱室７とを取り除いた形態としてよい。
【００５４】
（実施例２）
図７は実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図を示したものであり、図８は同概略平面図を示したものである。実施例１においては、予熱室、浸炭室、中間室及び焼入室等を略同一平面上に配置した例であるが、この実施例２は、これらを上下に複数段になるように配置した例である。
本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、予熱室２２、中間室２４、浸炭室２７ａ〜２７ｆ、焼入室２１１、焼戻室２１４を有する。予熱室２２の近傍には該予熱室２２に被処理物を搬入するための入口扉２１が設けられ、予熱室とその下部に設けられた中間室２４との結合部には中間扉２５が設けられ、中間室２４とその周囲に配置された浸炭室２７ａ〜２７ｆとのそれぞれの結合部には中間扉２６ａ〜２６ｆが設けられ、中間室２４とその下部に設けられた焼入室２１１との結合部には中間扉２１０が設けられ、焼入室２１１と焼戻室２１４との結合部には中間扉２１３が設けられ、焼戻室２１４には該焼戻室２１４から被処理物を搬出するための出口扉２１５が設けられている。さらに、予熱室２２と浸炭室２７ａ〜２７ｆと焼戻室２１４とのそれぞれの内部には高周波誘導加熱を行う誘導加熱コイルが設けられているが、図では予熱室２２内に設けられた誘導加熱コイル２３と浸炭室２７ａ内に設けられた誘導加熱コイル２８ａと焼戻室２１４内に設けられた誘導加熱コイル２１４ａとのみを示しこれら以外の図示は省略してある。また、予熱室２２及び焼入室２１１のそれぞれには被処理物の支持台を兼ねる搬送装置２１７及び２１９が設けられている。また、浸炭室２７ａ〜２７ｆ及び焼戻室２１４には被処理物を上下移動可能に支持する支持台が設けられているが、図では浸炭室２７ａに設けられた支持台２９ａと焼戻室２１４に設けられた支持台２２１とのみを示しこれら以外の図示は省略してある。そして、予熱室２２の近傍には、被処理物を予熱室２２の入口扉２１から搬入する搬送フォーク２１６が設けられ、また、各浸炭室２７ａ〜２７ｆには中間室２４において搬送装置２１７及び２１９と被処理物の受け渡しをして浸炭室に被処理物を出し入れする搬送フォーク２１８ａ〜２１８ｆがそれぞれ設けられ、焼入室２１１には被処理物を焼戻室２１４に搬送する搬送フォーク２２０が設けられ、焼戻室２１４の出口扉２１５近傍には焼戻室２１４から被処理物を搬出する搬送フォーク２２２が設けられている。なお、真空排気系、ガス導入系、電源系等の図示は省略した。
【００５５】
予熱室２２は、搬送フォーク２１６によって運ばれてきた図示しない機械加工機によって加工された被処理物を入口扉２１を介して受け取り、被処理物を浸炭温度に急速加熱するための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造になっていて、内部にはを被処理物を支持するとともに被処理物を中間室２４に搬送するための搬送装置２１７と、被処理物を予熱するため誘導加熱コイル２３とを備えている。後述するように、予熱された被処理物は、中間扉２５を介して中間室２４に運ばれる。
【００５６】
中間室２４は、被処理物を予熱室２２から浸炭室２７ａ〜２７ｆに移送し、あるいは、各浸炭室から焼入室２１１に移送する際にその中継室として必要となる真空密閉可能な室であり、中間扉２５を介して、予熱された被処理物を受け取り、被処理物を浸炭室毎に設けられた搬送フォーク２１８ａ等（浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する搬送フォークの図示は省略してある）に乗せてそれぞれの浸炭室毎に設けられた中間扉２６ａ〜６ｆを介して浸炭室２７ａ〜２７ｆに順次搬送していくものであり、後述するように、浸炭室２７ａ〜２７ｆから中間扉２６ａ〜２６ｆを介して搬送フォーク２１８ａ等によって運ばれてきた浸炭処理が済んだ被処理物を受け取り、搬送装置２１９に乗せて中間扉２１０を介して焼入室２１１に搬入するものである。
【００５７】
浸炭室２７ａ〜２７ｆは、搬送フォーク２１８ａ等によって運ばれてきた被処理物に浸炭処理をするための真空密閉可能な室であり、室壁を水冷するために二重壁構造になっていて、それぞれの内部には被処理物を上下移動可能に支持する支持台２９ａ等（但し、浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する支持台の図示は省略）と被処理物を浸炭温度に保持するための誘導加熱コイル２８ａ等（但し、浸炭室２７ｂ〜２７ｆに対応する誘導加熱コイルの図示は省略）を備えている。浸炭処理終了後、被処理物は浸炭室２７ａ〜２７ｆから中間室２４へ中間扉２６ａ〜２６ｆを介して搬送フォークに乗せられて運ばれる。なお、各浸炭室２７ａ〜２７ｆの支持台は、該浸炭室２７ａ〜２７ｆの室壁とは電気的に絶縁されている。
【００５８】
焼入室２１１は、該焼入室に設けられた被処理物の支持台を兼ねる搬送装置２１９によって運ばれてきた被処理物の焼入処理をするための真空密閉可能な室であり、内部に被処理物を冷却するためのノズル２１２を備えている。焼入処理終了後、被処理物は中間扉２１３を介して搬送フォーク２２０に乗せられて焼戻室２１４に運ばれる。
【００５９】
焼戻室２１４は、搬送フォーク２２０によって運ばれてきた被処理物の焼戻処理をするための真空密閉可能な室であり、被処理物を上下移動可能に支持するための支持台２２１と、被処理物を加熱するための誘導加熱コイル２１４ａを備えている。焼戻処理終了後、被処理物は出口扉２１５を介して搬送フォーク２２２に乗せられて次工程の機械加工機に搬送される。
【００６０】
このように、本実施例の浸炭焼入焼戻装置は、それぞれが真空密閉可能な室である予熱室２２、中間室２４、浸炭室２７ａ〜２７ｆ、並びに、焼入室２１１及び焼戻室２１４がそれぞれ中間扉２５，２６ａ〜２６ｆ，２１０，２１３を介して結合された構造になっていて、予熱室２１の直下に中間室２４が、中間室２４の直下に焼入室２１１がそれぞれ配置されているものである。また、浸炭室２７ａ〜２７ｆは、中間室２４の周りに、該中間室２４とほぼ同じ高さに６つ配置されていて、焼戻室２１４は、焼入室２１１とほぼ同じ高さに配置されているものである。
【００６１】
このような構成における浸炭焼人焼戻装置の詳細な動作を図９のタイムチャートを参照にしながら以下に説明する。
【００６２】
図９のタイムチャートでは、被処理物１個あたりの機械加工処理時間を３分／個として、被処理物１個あたりの浸炭処理時間が９５０℃×１５分であるとしている。これは、被処理物に求められる有効浸炭深さが０．３〜０．５ｍｍの場合を想定したものである。
【００６３】
まず、機械加工機で加工された被処理物は、付着した加工油を洗浄した後、洗浄後すぐに、搬送フォーク２１６によって入口扉２１を介して、予熱室２２に搬入される（時間０）。
【００６４】
搬入された被処理物は支持台を兼ねる搬送装置２１７にセットされる。該搬送装置２１７は被処理物を予熱するときの定位置まで上昇させる。次に、入口扉２１を閉じて予熱室２１内の圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気して、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨＺ以下の高周波電流を誘導加熱コイル２３に通電して誘導磁界ににより被処理物を急速加熱する。被処理物がＡ1 変態点以上の所定の浸炭温度に到達すると、次の工程が開始されるまで被処理物を該浸炭温度に保持する。中間室２４及び浸炭室２７ａ〜２７ｆのいずれかが空室になると、高周波電流が停止して、搬送装置２１７が下降し、被処理物が中間扉２５を介して中間室２４に移送される。
【００６５】
中間室２４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、予熱室２２から運ばれてきた被処理物は搬送フォーク２１８ａ等に乗せられて中間扉２６ａ〜２６ｆを介して浸炭室２７ａ〜２７ｆに搬入される。ここでは、浸炭室２７ａに搬入するものとする（時間３）。このとき、同時に、機械加工機で加工された次の被処理物が、洗浄後、搬送フォーク２１６によって入口扉２１を介して、予熱室２２に搬入される。このように、機械加工機から予熱室２２には、機械加工処理時間に合わせて、待ち時間０で、次々と供給されていく。
【００６６】
浸炭室２７ａは、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されており、中間室２４から運ばれてきた被処理物は支持台２９ａにセットされる。支持台２９ａによって被処理物は浸炭処理するときの定位置まで上昇される。次いで、０．５ｋＨｚ以上３ｋＨｚ以下の周波数の高周波電流が誘導加熱コイル２８ａに通電されて誘導磁界により被処理物が浸炭温度に保持される。これと共に中間扉２６ａが閉じて図示しないカスマニホールドを介してキャリアガスが浸炭室２７ａ内に導入される。ここで、キャリアガスは、炭素含有ガスであって、例えばＣ3 Ｈ8 等の炭化水素のみの単体ガス、あるいは炭化水素とＡｒ等の不活性ガスとＨ2 ガスの一種類あるいは二種類含んだ混合ガスであり、キャリアガスはあらかじめ定められた流量で浸炭室２７ａ内に導入される。その後、真空排気量の調整によって、浸炭室２７ａ内の圧力があらかじめ設定された圧力（略１×１０1 Ｐａ〜２．６×１０3 Ｐａ程度）に到達すると、浸炭室２７ａの室壁を陽極、支持台２９ａを陰極としてパルス直流電流を通電して、グロー放電可能な電圧を印加する。浸炭処理が終了するとキャリアガスの導入と電流の通電を停止して、浸炭室２７ａ内の圧力が１Ｐａ程度（あらかじめ設定された圧力）になるまで真空排気される。次いで、中間扉２６ａが開いて、誘導加熱コイル２８ａへの高周波電流の通電も停止し、支持台２９ａが下降して被処理物は搬送フォーク２１８ａによって中間扉２６ａを介して中間室２４に移送される。
【００６７】
中間室２４は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化されない程度の圧力）になるまで真空排気されていて、浸炭室２７ａから運ばれてきた被処理物は、焼入室２１１から上昇してきた搬送装置２１９に乗せられる。搬送装置２１９に乗せられた被処理物は、搬送装置２１９が下降することにより、中間扉２１０を介して、焼入室２１１に搬入される。
【００６８】
焼入室２１１は、圧力が１Ｐａ程度（被処理物が酸化ざれない程度の圧力）になるまで真空排気されている。支持台を兼ねる搬送装置２１９に乗せられた被処理物は、被処理物を均一に包むように配置されたノズル２１２によって噴霧された冷媒によって急速冷却されて焼き人れされる。このときの焼き入れは、減圧下あるいは大気圧のＮ2 ガス等の不活性ガス雰囲気中で行われ、冷媒には、油、水、ガス（液化ガスを含む）いずれか一種の用いられる。焼入処理が終了してから、支持台２１９が下降して、被処理物は搬送フォーク２２０に乗せられ、中間扉２１３を介して、焼戻室２１４へ運ばれる。
【００６９】
焼戻室２１４に運ばれてきた被処理物は支持台２２１にセットされる。支持台２２１が被処理物を加熱するときの定位置まで上昇すると、被処理物の焼戻処理が行われる。このときの焼戻処理は、減圧下あるいは大気中において、誘導加熱コイル２１４ａ（これは、直接通電加熱、あるいは遠赤外線加熱等でもよい）であらかじめ設定された焼戻温度（１５０℃〜２５０℃）ヘ急速加熱されて、該焼戻温度に所定の時間保持されることによって行われる。焼戻処理が終了してから、被処理物を乗せた支持台２２１が下降して、被処理物は搬送フォーク２２２に乗せられて出口扉２１５を介して次工程の機械加工機に運ばれる。
【００７０】
この実施例によっても実施例１の場合と同様の利点得られる外、搬送装置を各室に略対応して各室毎に設けてあるので、迅速な搬送が可能であり、したがって、処理タクトを実施例１の場合に比較して短縮することが可能になる。
【００７１】
なお、以上説明した各実施例では、被処理物を１つずつ搬入して一連の処理を行うものを例にして示したが、少数の被処理物を１つの処理単位としてまとめて同時に搬入して各々の処理を行うようにしてもよい。また、上述の各実施例では、浸炭室を６つ、焼入室と再加熱室ならびに焼戻室等をｌつ設けたものを示したが、各々の室の個数は被処理物１個あたりの機械加工処理時間を考慮して各々任意に定めてよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、浸炭焼入焼戻方法における各工程を機械加工製造ラインで供給される被処理物の供給速度にあわせて機械加工製造ラインの流れを実質的に止めることなく行われるようにして、オンライン機械加工製造システムの一工程として浸炭処理を組み入れることを可能にすると共に、個々の熱処理品質にばらつきのない高品質の処理ができるようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図２】実施例１の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図３】実施例１の浸炭焼入焼戻方法のタイムチャートである。
【図４】実施例１の浸炭焼入焼戻方法の工程を示すフロック図である。
【図５】実施例１の変型例の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図６】実施例１の変型例の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図７】実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略縦断面図である。
【図８】実施例２の浸炭焼入焼戻装置の概略平面図である。
【図９】実施例２の浸炭焼入焼戻方法のタイムチャートである。
【図１０】従来例の浸炭焼入焼戻方法の工程を示すフロック図である。
【符号の説明】
１…入口扉、２…予熱室、３ａ〜３ｊ…中間扉、４…中間室、５ａ〜５ｆ…浸炭室、６…冷却室、７…再加熱室、８…焼入室、９…出口扉、１０…焼戻室、１１，１２，１３…搬送装置、１４ｇ，１５ｃ…支持台、１７…誘導加熱コイル。
Claims (6)
- 機械加工製造ラインで製造された被処理物を浸炭処理するための、浸炭焼入装置を用いた浸炭焼入方法であって、
少なくとも、被処理物を浸炭温度にする予熱装置を有する真空密閉可能な予熱室と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭装置を有する真空密閉可能な浸炭室と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入装置を有する真空密閉可能な焼入室と、被処理物を、各室に搬入する動作及び搬出する動作を含む搬送動作を行う搬送装置を有する真空密閉可能な中間室と、を有し、
前記予熱室と、浸炭室と、焼入室とは、前記中間室の周囲に配置され、中間室との結合部には、それぞれ中間扉が設けられており、さらに、前記予熱室と、焼入室とは、外界との扉を有し、
浸炭処理の時間をＸ、機械加工製造ラインから供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記浸炭処理を行う浸炭処理手段の数をＺとそれぞれしたときに、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たす個数の浸炭室が設けられており、
前記中間室の周囲に、さらに、前記浸炭室で浸炭された被処理物を前記焼入室で焼入する前にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する工程を行うための真空密閉可能な冷却室と、この冷却室で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する真空密閉可能な再加熱室とが配置され、
前記冷却室と中間室との結合部、再加熱室と中間室との結合部には、それぞれ中間扉が設けられており、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却処理に要する時間をＭ、前記冷却処理で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱処理に要する時間をＮ、機械加工製造ラインから供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却処理を行う冷却室数をＣ、前記再加熱処理を行う再加熱室数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たす個数の冷却室及び再加熱室が設けられており、
被処理物を、前記機械加工製造ラインから、少なくとも前記予熱室、前記中間室、前記浸炭室、前記中間室、前記冷却室、前記中間室、前記再加熱室、前記中間室、前記焼入室、外界の順で搬送して、所定の処理を行う浸炭焼入方法であって、
前記予熱室では、前記被処理物が、機械加工製造ラインから搬入され、被処理物が浸炭温度で酸化されない圧力になるまで真空排気され、予熱処理を施された後、予熱室に設けられた中間扉を介して、被処理物が浸炭温度で酸化されないの圧力になるまで真空排気された前記中間室へ搬出され、
次に、前記被処理物は、当該中間室から、被処理物が浸炭温度で酸化されない圧力になるまで真空排気された前記浸炭室へ、浸炭室に設けられた中間扉を介して搬入され、浸炭処理を施され、被処理物が浸炭温度で酸化されないの圧力になるまで真空排気された後、浸炭室に設けられた中間扉を介して、前記中間室へ搬出され、
前記冷却室では、前記被処理物が冷却室に設けられた中間扉を介して中間室から搬入され、冷却処理を施された後、冷却室に設けられた中間扉を介して、前記中間室へ搬出され、
前記再加熱室では、前記被処理物が再加熱室に設けられた中間扉を介して中間室から搬入され、再加熱処理を施された後、再加熱室に設けられた中間扉を介して、前記中間室へ搬出され、
次に、前記被処理物は、当該中間室から、被処理物が焼入温度で酸化されない圧力になるまで真空排気された前記焼入室へ、焼入室に設けられた中間扉を介して搬入され、焼入処理を施された後、外界へ搬出されることを特徴とする浸炭焼入方法。 - 前記浸炭処理を、被処理物の温度を浸炭温度に保持しつつ前記浸炭処理手段と被処理物との間でグロー放電を起こさせて行う、プラズマ浸炭法で浸炭処理を行うことを特徴とする請求項１記載の浸炭焼入方法。
- 前記機械加工製造ラインの流れを止めることなく、所定の処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の浸炭焼入方法。
- 機械加工製造ラインで製造された被処理物を浸炭処理するための、浸炭焼入装置であって、
少なくとも、被処理物を浸炭温度にする予熱装置を有する真空密閉可能な予熱室と、予熱後に浸炭温度で被処理物を浸炭する浸炭装置を有する真空密閉可能な浸炭室と、浸炭後に被処理物を焼き入れする焼入装置を有する真空密閉可能な焼入室と、被処理物を、各室に搬入する動作及び搬出する動作を含む搬送動作を行う搬送装置を有する真空密閉可能な中間室と、を有し、
前記予熱室と、浸炭室と、焼入室とは、前記中間室の周囲に配置され、中間室との結合部には、それぞれ中間扉が設けられており、さらに、前記予熱室と、焼入室とは、外界との扉を有し、
浸炭処理の時間をＸ、機械加工製造ラインから供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記浸炭処理を行う浸炭処理手段の数をＺとそれぞれしたときに、Ｚ≧Ｘ／Ｙを満たす個数の浸炭室が設けられ、
前記中間室の周囲に、さらに、前記浸炭室で浸炭された被処理物を前記焼入室で焼入する前にＡ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する工程を行うための真空密閉可能な冷却室と、この冷却室で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する真空密閉可能な再加熱室とが配置され
前記冷却室と中間室との結合部、再加熱室と中間室との結合部には、それぞれ中間扉が設けられており、
前記Ａ1 変態点以下の温度に被処理物を冷却する冷却処理に要する時間をＭ、前記冷却処理で冷却後の被処理物を焼入温度に再び加熱する再加熱処理に要する時間をＮ、機械加工製造ラインから供給される被処理物の処理単位の供給時間間隔をＹ、前記冷却処理を行う冷却室数をＣ、前記再加熱処理を行う再加熱室数をＨとしたとき、Ｃ≧Ｍ／Ｙ、Ｈ≧Ｎ／Ｙを満たす個数の冷却室及び再加熱室が設けられていることを特徴とする浸炭焼入装置。 - 前記浸炭室は、真空浸炭室であり、該真空浸炭室と被処理物との間でグロー放電を起こしてプラズマ浸炭を行うプラズマ浸炭処理装置を有し、かつ、被処理物を浸炭温度に保持する加熱装置が設けられたものであることを特徴とする請求項４に記載の浸炭焼入装置。
- 前記浸炭温度に保持する加熱装置が高周波誘導加熱装置であることを特徴とする請求項４または５に記載の浸炭焼入装置。
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