JPH01159365A - イオン浸炭窒化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は被処理物のイオン浸炭とイオン窒化を、単独
であるいは同時におこなうイオン浸炭窒化炉に関する。

〔従来の技術〕

最近鋼材などの被処理物の表面硬化法として、被処理物
を装入した真空容器中にアルゴンなどのキャリアーガス
とＣＨ系ガスあるいは窒素ガスの混合ガスから成る処理
ガスを導入し、被処理物と陽極の間にグロー放電を発生
させ、イオン化した炭素あるいは窒素を被処理物の表面
に打込むイオン浸炭（プラズマ浸炭ともいわれる）ある
いはイオン窒化（プラズマ窒化ともいわれる）が実用化
されている。第５図はこの処理法のための装置の一例を
示し、１は鋼製の炉殻、２は黒鉛製の断熱材を兼ねた陽
極、３はステンレス製の陰極で、その基部は絶縁物４を
介して炉殻１に固着されている。５は搭載用の治具に取
付けた被処理物、６はこの被処理物５を載せるための黒
鉛製の炉床で、陰極３の上端部に嵌着されている。７は
黒鉛製の丸棒状のヒータで抵抗加熱により発熱し、被処
理物５を主として放射熱により加熱昇温させるものであ
り、また８は黒鉛製の処理ガス供給用の管状のガスマニ
ホールドであり、被処理物５の周囲に複数本並設され、
被処理物５に向って処理ガスを吹出す複数個の吹出口を
そなえている。９は炉殻１に設けた排気口、１０はこの
排気口９に接続した真空ポンプである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記構成のイオン浸炭炉１１においては、真空
ポンプ１０に接続された排気口９は炉殻１の１箇所に設
けられているだけなので、ガスマニホールド８の吹出口
から流出した処理ガスが炉内を流通して排気口９から排
気される際、被処理物５の周囲の処理ガスの流通状態が
一定であり、このためたとえば段積みされた多数個の被
処理物はその各位置によってその周囲の処理ガス濃度に
差を生じ、被処理物の浸炭深さあるいは窒化深さのばら
つきが大きいという問題があった。

この発明は上記従来の問題点を解決するもので、浸炭深
さや窒化深さのばらつきの少ない均一な処理をおこなう
ことができるイオン浸炭窒化炉を提供しようとするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

しかしてこの発明のイオン浸炭窒化炉は、炉殻内に陽極
と陰極と処理ガス供給用のガスマニホールドと被処理物
加熱用のヒータとをそなえたイオン浸炭窒化炉において
、前記炉殻に複数個の排気口を設け、この排気口をそれ
ぞれ開閉弁を介して真空ポンプに接続したことを特徴と
するイオン浸炭窒化炉である。

〔作用〕

この発明のイオン浸炭窒化炉においては、複数個の排気
口に設けた各開閉弁を操作することにより、イオン浸炭
あるいはイオン窒化中において炉内から排気する排気口
を切換えることができる。

これによって炉内を流通する処理ガスの流通状態が切換
ねり、各被処理物周囲の処理ガス流通状態の均一化、従
って処理ガス濃度の均一化をはかることができ、浸炭深
さあるいは窒化深さのばらつきが抑制される。またこの
排気は必ずしも１箇所の排気口のみによっておこなわな
くてもよく、たとえば被処理物が金型などの大型の１個
の部品から成るときは、全排気口を開放して同時排気を
おこない、被処理物全周の処理ガス流通状態の均一化を
はかる等、被処理物の形状、個数等に応じて排気口の開
放個数、開放順序などを自由に選定して最適のガス流通
状態で処理をおこなうことができる。

〔実施例〕

以下第１図および第２図によりこの発明の一実施例を説
明する。

図中、第５図と同一部分には第５図と同一符号を付して
その説明を省略する。炉殻１には、その胴部外周を４等
分する位置に、４個の排気口１２ａ〜１２ｄ（排気口１
２と総称する）が設けられ、各排気口には４個の電磁操
作式の開閉弁１３ａ〜１３ｄがそれぞれ接続されている
。そしてこれら開閉弁１３の排気側は、１台の真空ポン
プ１０に接続されている。陽極２は、側方に開口部１４
をそなえ、被処理物５を包囲する箱形の容器状を呈し、
断熱性および通気性を有するカーボンファイバの板状成
形体を組立てて成る。第１図において１５は、図示しな
いヒンジにより側部を炉殻１に支持された手動開閉式の
蓋で、１６はシール用の０リングである。１７はこの１
１５に取付けられた内蓋であり、陽極２と同様なカーボ
ンファイバ製で、開口部１４の開閉をおこなうものであ
る。

１８は閉鎖状態の内蓋１７と陽極２により包囲された処
理室である。また１９は陽極２と陰極３の間に接続され
た直流電源、２０はヒータ７通電用の交流電源、２１は
ガスマニホールド８に接続された処理ガス供給源である
。

上記構成のイオン浸炭炉２２においては、被処理物５を
図示しない搬送フォーク等により炉床６上に載置し、蓋
１５を閉じて真空ポンプ１０を運転し、炉内を０．５〜
１ＱＴＯｒｒ程度の真空とする。

このとき開閉弁３１はいずれか１個を開放しておけばよ
い。炉内排気後ヒータ７に通電して被処理物５を所定の
温度（たとえば９００℃）に加熱し、アルゴンと水素ガ
スをガスマニホールド８から炉内に供給してｗＡ極２と
陰極３上の被処理物５との間のグロー放電により水素イ
オンの衝突による被処理物表面のクリーニングをおこな
う。

そののちＣＨ系ガスから成る処理ガスをガスマニホール
ド８から炉内に供給し、陽極２と被処理物５間のグロー
放電により炭素イオンを被処理物５の表面に打込んでイ
オン浸炭処理をおこなう。

このイオン浸炭処理中においては、開閉弁１３ａ〜１３
ｄを１個ずつ所定時間（たとえば２分間）ごとに順番に
開放して、排気口１２ａ、１２ｂ。

１２ｃ、１２ｄの順に排気口を切換えることを繰返す。

これによってガスマニホールド８から供給されて処理室
１８内を流れｒａ極２の壁面を通過して排気口１２へと
流れる処理ガスの流通状態は、順次４通りに切換えられ
、被処理物５の各部を流通する処理ガス濃度のばらつき
が減少して均一化され、浸炭深さのばらつきも低減化さ
れる。

上記構成のイオン浸炭炉２２（ただし炉殻１の内径＝１
６００姻）において、５ＣＲ４２０製の自動車用小物部
品を搭載治具に１段当り２０個並べて６段積みしたもの
を被処理物５とし、処理ガスとしてＣ３８８ガス７ｊ／
ｗｉｎとＮ２ガス３ｆＪ７ｍｉｎの混合ガスを用い、炉
内圧５　Ｔｏｒｒで９００℃３５分間の浸炭と、それに
続く９０分間の拡散処理をおこなった。そして上記浸炭
中においては、開閉弁１３ａ〜１３ｄのタイマ制御によ
り排気口１２８〜１２ｄを各２分間ずつ順番に１個ずつ
開放して排気をおこなったところ、得られた被処理物５
の浸炭深さのばらつきは±０．０９　ａｒｍであった。

これに対して１個の排気口１２ａのみを用いて排気をお
こない、他の条件は前記実施例と同条件で浸炭処理をお
こなった比較例では、被処理物５の浸炭深さのばらつき
は±０．１９ａｍと、２倍以上のばらつきが実測された
。

なお前記排気口１２の切換えは、前記順番以外の順でお
こなってもよいし、被処理物の形状や個数等に応じて、
２個の排気口を１組として開閉をおこなったり、あるい
は４個全部を開放して排気をおこなって処理ガス濃度の
均一化をはかることもできる。またこの排気口の切換え
は、イオン浸炭中のみではなく前工程の水素イオンによ
る被処理物表面のクリーニング中にも行なってもよい。

次に第３図はこの発明の他の実施例を示し、陽極２の内
壁面に黒鉛から成る通気抵抗の大きいガスタイトシート
２３を張付け、このガスタイトシート２３に複数個（こ
の実施例では４個）の丸穴状の通気孔２４を穿設したも
のであり、その他の構成は前記実施例と同一構造を有す
るものである。

この実施例においては、ガスマニホールド８から処３！
Ｐｖ１Ｂ内に供給された処理ガスは、通気孔２４部の陽
極２の通気性を有する壁面を通過していずれかの排気口
１２を経て炉外に排気される。

このため処理室１８内からの処理ガスの流出位置が規制
されたことになり、処理室１８内のガス流通状態の一定
化により、排気口１２の切換えとあいまって、被処理物
各部における処理ガス濃度をさらに均一化することがで
きる。この通気孔２４の位置および個数は、排気口１２
の位置および個数、被処理物の形状、個数等に応じて、
たとえば実験あるいはコンピュータによるシミュレーシ
ョン等により決定することができる。なおガスタイトシ
ート２３は陽極２の外壁面に張付けてもよい。

第４図はこの発明のさらに他の実施例を示し、前記ガス
タイトシート２３を省略し、かわりに陽極２の壁面に直
接通気孔２５を穿設したものであり、前記第３図の実施
例と同様な作用効果を有するものである。なおこの場合
は、陽極２は通気性を有しないカーボン板などで構成す
ることもできる。

この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、た
とえば排気口１２の位置や個数は上記以外のものとして
もよく、また陽極２は、円筒形の容器状のものや内蓋１
７を有しないもの、あるいは容器状以外の開放形状のも
のとしてもよい。

またこの発明はイオン浸炭炉にも適用でき、さらにイン
−アウト形のほかスルー形の炉にも適用できるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、炉殻に設けた複
数個の排気口を開閉弁により個別に開閉できるようにし
たので、炉内の処理ガスの流通状態を切換えることによ
り、被処理物の浸炭深さや窒化深さのばらつきを低減化
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すイオン浸炭炉の縦断
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す第２図相当図、第４図はこの発
明のさらに他の実施例を示す第２図相当図、第５図は従
来のイオン浸炭炉の一例を示す第２図相当図である。 １・・・炉殻、２・・・陽極、３・・・陽極、５・・・
被処理物、７・・・ヒータ、８・・・ガスマニホールド
、１０・・・真空ポンプ、１２ａ　〜１２ｄ−・・排気
口、１３ａ〜１３ｄ・・・開閉弁、１７・・・内蓋、２
１・・・処理ガス供給源、２２・・・イオン浸炭炉、２
３・・・ガスタイトシート、２４・・・通気孔、２５・
・・通気孔。 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　炉殻内に陽極と陰極と処理ガス供給用のガスマニホ
   ールドと被処理物加熱用のヒータとをそなえたイオン浸
   炭窒化炉において、前記炉殻に複数個の排気口を設け、
   この排気口をそれぞれ開閉弁を介して真空ポンプに接続
   したことを特徴とするイオン浸炭窒化炉。 ２　陽極が被処理物を包囲する容器状を呈している特許
   請求の範囲第１項記載のイオン浸炭窒化炉。 ３　陽極が通気性材料で構成されている特許請求の範囲
   第２項記載のイオン浸炭窒化炉。４　陽極が通気性材料
   層と、複数個の通気孔を穿設した非通気性材料層の２層
   から成る特許請求の範囲第２項記載のイオン浸炭窒化炉
   。 ５　陽極の壁面に複数個の通気孔が穿設されている特許
   請求の範囲第２項または第３項記載のイオン浸炭窒化炉
   。