JPH02125856A - 金属などの熱化学処理装置 - 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） 本発明は減圧ガス雰囲気中のグロー放電によるイオンの
衝撃により、金属や非鉄金属などの表面処理、例えば窒
化処理を行うための熱化学処理装置、特にその放電電圧
電源に関するものである。

（従来技術） 第１図のようにガスボンベ（１）による供給ガスと真空
ポンプ（２）により減圧ガス雰囲気が形成される気密容
器（３）内に被処理物（４）を収容して、電源（５）に
より上記気密容器（３）を陽極とし被処理物（４）を陰
極として、所要の直流電位差を与えることによりグロー
放電を生じさせ、これによって得られる例えば窒素ガス
イオンの衝撃により金属などの窒化表面処理を行う所謂
熱化学処理装置は周知である。

ところでこの装置により被処理物の表面処理、特に多数
の角部や凹凸をもつ複雑な形状の被処理物（４）の表面
に、均一良好な処理膜を形成するためには被処理物が過
熱されないようにし、また気密容器（３）内のガス圧を
高くすると共に放電電流密度を高くして、被処理物（４
）の表面全面に一様に厚さの薄いグロー放電領域が形成
されることが必要である。

しかし従来使用されている一定レベルの直流を放電電源
（５）とするものでは、例えば高い放電電流密度を得よ
うとして放電電圧を上昇すると、被処理物の過熱を生じ
て処理温度の上昇を招くばかりか、グロー放電が局所的
にアーク放電に移行して被処理物（４）の表面に損傷を
与えたり、均一な窒化処理膜の形成が阻害されて処理む
らを作るおそれがあり好ましいものではない。

そこでこの一定レベルの直流電圧に代えて、第２図（ｂ
）のように異常放電（アーク放電）領域から離れた電圧
レベルであって、被処理物（４）を過熱することのない
継続時間をもった第１直流電圧部Ａと、この電圧部Ａに
よる加熱温度を保持し、しかも被処理物の表面に厚さの
薄いグロー放電領域を形成するに必要とする高い電流密
度を与えるための継続時間と第１直流電圧部Ａより高い
レヘルの第２直流電圧部Ｂをもった電圧を放電電圧とし
て使用し、またその周期やレベルなどを被処理物の形状
、材質、熱容量などに応じて調整しうる電源を使用する
ことが行われている。

（従来技術の問題点） ところで近年この表面処理方法は小型なものにとどまら
ず大形なものへの適用が盛んになりつつあり、これに伴
い電源装置として大容量のものが要求されるようになり
つつある。

しかし従来の電源回路方式は、パワーコントロール部例
えば交直コンバータと、その出力から前記第２図（ｂ）
の如き波形の出力を直接作る波形形成部例えばインバー
タなどからなるため電源装置が大形高価となり、大容量
化の要求に応えることが難しい。例えば従来装置は第３
図に示す回路から構成されている。その第１の回路は■
パワーコントロール回路即ち制御信号発生回路（６）か
らの信号によりゲートを制御されて、三相商用周波電源
（７）からの電圧の正負において所要の導通角でオンす
るサイリスク回路（８）と、その出力を整流して直流出
力を得る三相全波整流回路（９）からなるパワーコント
ロール用の交直コンバータ回路Ａ／Ｄである。

■はコンバータ回路Ａ／Ｄを電源として第２図（ト））
に示す所要波形の出力を作る波形形成用インバータ回路
ＩＮＶ、即ち制御信号発生回路（６）からの信号により
ゲートを制御されて、サイリスタＳＣＲ，。

ＳＣＲ，’と５ＣＲｚ、５ＣＲｚ’をそれぞれ１組とし
て交互にオン・オフさせるサイリスク群と、サイリスタ
ＳＣＲ，，５ＣＲ２，ＳＣＲ，’とＳＣＲ，’のそれぞ
れの直列回路に直列接続されたチョーク（１０）　（１
１）と、第１．第２人力巻線Ｐ、、Ｐ、と出力巻線Ｐｓ
を備え、入力巻線Ｐ、、Ｐ、のそれぞれの一端が上記チ
ョーク（１０）　（１１）の中点に接続され、他端が逆
流阻止用ダイオード（１２）　（１３）と可飽和リアク
トル（１４）　（１５）を介して相手入力巻線の中点に
接続される出カドランス（１６）とからなり、上記リア
クトル（１４）　（１５）の飽和度を異ならせることに
より、第２図（ａ）に示す非対称交流出力を得るブリッ
ジ接続形インバータＩＮＶである。■第３はインバータ
の出力を整流して第２図（１））の波形の出力を得る単
相全波整流回路ＲＥＣである。従ってこの回路では要求
最大供給電力量に比例した容量のコンバータとインバー
タなどを必要とするため、装置が大形高価となり大容量
化が難しい。

（発明の目的） 本発明は前記熱化学処理装置が要求する波形の放電電圧
を小型安価な回路により実現しうるばかりでなく、異常
放電による処理むらや損傷を防ぎうる電源の提供を目的
とするものである。

（問題点を解決するための本発明の手段）本発明の特徴
とするところは放電電源装置の出力の波形を、第４図（
ａ）のようにレベルが可変の放電電圧調整用の直流電圧
Ｅ３と、第４図（Ｃ）のように高周波パルス列からなる
レベルが一定の矩形波パルス電圧Ｅ、との重畳による第
４図（ロ）の合成電圧ＥＣ＝Ｅ、十Ｂ、として、第２図
（ｂ）により前記した熱化学処理装置が要求する所要の
レベルと周期をもつ出力波形に近似した波形としたもの
である。

以上のようにすれば例えば電圧Ｅ８を第５図のように商
用周波電源Ｓを電源とする電圧レベル可変の交流−直流
コンバータＣＡにより得ることができ、また電圧Ｅ、を
例えば商用周波電源Ｓを電源とする整流回路ＲＥと、そ
の出力を電源とするインバータＩＮＶ、および電圧Ｅ８
とＥ、の重畳回路とよりなる所謂ブースタ方式回路によ
って得ることができる。従って一般に熱化学処理装置に
おける通常の処理の場合、従来の経験からいわれている
ように可変電圧レベル直流電圧Ｅ３の最高レベルＥ、が
第４図（Ｃ）のように矩形波パルス電圧Ｅ、の一定しベ
ル電圧Ｅ２とほぼ同等であればよいとした場合、熱化学
処理装置への印加電圧を調整するための交流−直流コン
バータなどからなる交流−直流変換回路の容量は、出力
電圧そのもののレベルを調節する従来の電源装置に比べ
て約２で済み、矩形波パルス電圧Ｅ、をうるためのイン
バータその他の回路の容量も％で済む。これに加えて出
力電圧Ｅ、を作るインバータの取り扱う周波数も従来装
置に比べて遥かに高い周波数、即ち矩形波パルス列の周
波数例えば５〜１０Ｈｚに対して矩形波パルス列の形成
のための高周波パルス列のそれは４０〜８０ＫＨｚと遥
かに高い周波数である。従ってインバータの小型低廉化
が図られ大容量化の実現が容易となる。また高周波パル
スで形成されル矩形波パルス列電圧Ｅ、にはＥ３のレベ
ルまでの電圧低下部が従来の波形に比べて極めて短い時
間間隔で生ずるため、アーク放電の事前阻止が有効に行
われる。次に本発明放電電源装置の実施例について説明
する。

（実施例） 第６図は本発明の一実施例を示すブロック回路図であっ
て、図においてＳは三相商用周波交流電源、ＲＥ、はサ
イリスク回路と整流回路とからなる直流変換回路、ＩＮ
Ｖ、はインバータで、ハーフ或いはフルブリッジ接続さ
れた高速度デバイス群と、そのオンオフにより交互に反
対方向に直流電流が流される１次巻線と２次巻線からな
る化カドランス、および整流用ダイオードなどにより形
成される。Ｆはフィルタ回路、Ｔ８は出力電圧Ｅ。

の出力端子、ＤＩは出力電流の検出回路、ＣＯは比較回
路、Ｓ■は基準電源、Ａ１はインバータ■ＮＶ、のオン
オフ制御回路で、以上で電圧レベル可変の直流出力電圧
発生回路ＤＡを形成し、基準電圧Ｓ■に設定されたコン
トロールレベルに基づき所要の電流密度を得るに必要な
第４図（ａ）に示す所要レベルの直流出力電圧Ｅ３を出
力端子Ｔ８に出力する。

次にＲＥ２は前記ＲＥ、と同様な直流変換回路、ＩＮＶ
２はインバータで、前記インバータＩ　ＮＶ。

と同様な構成をもつ。ＰＤはパルスデューティ指令回路
、ＰＯＦはパルスオンオフ制御回路であって、ＰＯＦは
パルスデューティ指令回路ＰＤからの信号によりインバ
ータＩＮＶ２の出力を断続的に停止し、これにより第４
図（ト））に示す高周波パルス列Ｐｐからなる所要周期
ＴＩの矩形波交流出力を送出する。ＳＴは昇圧回路、Ｄ
Ｉは整流用ダイオード、Ｔｂは出力端子で、第４図ら）
に示す昇圧用回路ＳＴを介して得られたインバータＩＮ
Ｖ。

の断続出力を整流して第４図（Ｃ）のレベルが一定矩形
波パルス列出力電圧Ｅ、を発生する回路を形成する。そ
して前記出力端子Ｔ３の負極性端子と出力端子Ｔｂの正
極性端子を接続することにより、Ｔ、の正極性端子とＴ
、の負極性端子間即ち出力端子Ｔｃに第４図（ｄ）に示
す出力電圧Ｅ３とＥ、とが重畳された出力電圧ＥＣを送
出して熱化学処理装置ＥＨに印加する。Ｌはりアクドル
で、熱化学処理装置ＥＨと直列に接続され、異常放電発
生時に生ずる過渡電流を抑制して被処理物の損傷を出来
る限り少な（すると同時に、インバータなどを構成する
半導体素子などの保護を行い、これに加えて出力電圧Ｅ
、中の高周波パルスＰ２の断時第４図（ｅ）の点線によ
って示すように電流を接続させ、安定なグロー放電の維
持を行う。

次にＡＤは異常放電検出回路で、異常放電により通常放
電より高いレベルの電流が流れ始めたことを検出する。

Ａ２は高速度出力遮断制御回路で、異常放電発生時異常
放電検出回路ＡＤから送出される出力を受けてパルスオ
ンオフ制御回路ＰＯＦに信号を加えてインバータＩＮＶ
２の出力の送出を停止させ、またこれと同時にオンオフ
制御回路ＡＩに信号を送出してインバータＩＮＶ、の出
力の送出を停止させる。そして例えばＥ、＝Ｅ、とした
とき出力端子Ｔｃの出力電圧をＩＮＶ、のフィルタＦの
残留電極Ｅ１まで瞬時に低下させてアーク放電の高速消
弧を行い表面処理の質の向上を図る。

以上ピーク電流一定制御方式を採用した一実施例回路に
ついて説明したが、出力電圧の検出によるピーク電圧一
定制御方式とじうろことは云うまでもない。

（発明の効果） 以上から明らかなように本発明では放電電圧が電圧レベ
ルが可変の直流電圧と高周波パルスの断続による一定電
圧レベルの矩形発明パルス列電圧との重畳によって作る
ので装置が小型化され、大容量化の要求に応えることが
できる。また本発明の放電電圧波形は基部の直流電圧部
とその上部の高周波パルス列によって形成されており、
直流電圧レベルまでの電圧低下部を有しているので異常
放電への移行が防止され、また異常放電の移行が生じた
ときには直ちに放電電圧の出力停止を行うように構成さ
れているで異常放電による被処理物の処理むらや損傷を
防ぎうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱化学処理装置の説明図、第２図は従来装置に
おける放電電圧波形図、第３図は従来の放電電源装置の
説明図、第４図は本発明による放電電圧波形図、第５図
はその原理的回路図、第６図は本発明の一実施例回路図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気密容器と、この容器内を所定のガス雰囲気に保
   持する手段と、前記気密容器を陽極に、気密容器内に収
   容された被処理物を陰極としてグロー放電を生じさせる
   ための電源とからなる装置において、前記気密容器と被
   処理物間に印加する放電電圧を電圧レベル可変の直流電
   圧発生回路の出力と、高周波パルスの断続による一定電
   圧レベルの矩形波パルス列電圧発生回路の出力電圧との
   重畳波形電圧としたことを特徴とする金属などの熱化学
   処理装置。
2. （２）電圧レベル可変の直流出力電圧発生回路と、高周
   波パルス列の断続による一定レベルの矩形波パルス列電
   圧の発生回路と、この矩形波パルス列発生回路の出力電
   圧と前記直流出力電圧発生回路の出力電圧との重畳回路
   と、この重畳回路出力に直列に接続された電流持続用リ
   アクトルと、このリアクトルを介して得られた出力電流
   または電圧から異常放電レベルを検出し、その出力によ
   り前記直流電圧発生回路と矩形波パルス列発生回路を制
   御してその出力の送出を阻止する回路とを備えたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属などの熱化
   学処理装置の放電電源装置。