JPH0257675A - プラズマ浸炭窒化炉におけるガスの送入方法 - 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おけるガ
スの炉内への送入方法に関する。

〔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
を装入した減圧した炉体内に、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等の処理ガスを送
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。この処理をおこなうイオン浸炭窒化炉においては、
上記のキャリアーガスおよび処理ガスから成る複数種類
のガスを炉体内に送入しなければならない。この送入法
としては、従来先ず第２図に示すように、たとえはＡｒ
、Ｈ２、、Ｃ３Ｈ８の３種類の各ガス供給源に接続され
たガス供給管１ａ、１ｂ、１ｃを、直接炉体２に接続し
、それぞれ単独のガスを炉体２内に送入する方法がある
。しかしこの方法では、各ガスが均一混合しに＜＜、炉
体内のガス濃度をガス分析計３で検出してこの検出信号
に応じて、各ガス供給管１ａ〜１Ｃに設けた流量調整弁
４ａ〜４Ｃの開度を調節して各ガス流量を適正に制御し
ても、炉体２内のガス分布はどうしても不均一となり、
浸炭あるいは窒化むらが避けられない。なお炉体２内の
ｍ造の図示は省略してあり、また５は炉体２内の減圧用
の真空ポンプである。

次に上記とは別の方法として、第３図に示すように各ガ
ス供給管１ａ〜１Ｃを共通のタンク６に接続して、流量
調節後の各ガスを一旦タンク６内に貯留し、このタンク
６の流出口と炉体２とを接続する流入管７に設けた流ｍ
調整弁８を、炉内圧を検゛出する圧力調節計９の出力信
号により開度制御して、混合ガスとして炉体２内へ送入
する方法もある。しかしこの方法においては、タンク６
内においては各ガスは均一には混合されず、さらに一般
に流量調整弁８は０Ｎ−ＯＦＦ制御されるため、タンク
６内ではガスが滞留し、この滞留中に密度差により各ガ
スが不均一な分布状態となるため、炉体２内に供給され
る混合ガスは成分不均一となり、浸炭あるいは窒化むら
を生じやすい。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記従来の欠点を解決するもので、炉体内の
ガス分布の均一性を向上させることができるプラズマ浸
炭窒化炉におけるガス送入方法を提供しようとするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

しかしてこの発明の方法は、減圧した炉体内に複数種類
のガスを送入してグロー放電下において被処理物の熱処
理をおこなうプラズマ浸炭窒化炉において、各ガスの流
量調整弁と炉体との間にガス混合器を設け、各ガスをこ
のガス混合器により混合し、得られた混合ガスを炉体内
に連続的に供給することを特徴とするプラズマ浸炭窒化
炉におけるガスの送入方法である。

この発明においてガス混合器としては、たとえば各ガス
が流入する単一容器内に、ガス流を撹乱する邪魔板、縮
流拡流流路、うず発生ガイドなどの乱流促進手段を付設
したものや、機械的に駆動される撹拌翼などの撹拌手段
をそなえたもの等、ガスを混合して均一化させる各種の
形式のガス混合器を用いることができる。

この発明において各ガスの流ｍ調整弁の開度調節は、流
量調整弁として高精度のニードル弁等を用い、手動操作
により流量調節をおこなうようにしてもよいが、流量調
整弁として電磁式、あるいは空圧式などの制御弁を用い
、炉体内のガス濃度を検出するガス分析計の検出値に応
じて各制御弁の開度を制御するとよい。

〔作用〕

この発明のガスの送入方法においては、炉体内に送入さ
れる複数種類のガスは、流量調整弁により流量を調節さ
れたのち、ガス混合器に流入して混合され、均一化され
た混合ガスとして炉体内に送入される。また混合ガスは
、開閏弁による０Ｎ−ＯＦＦ制御などを受けることなく
、ガス混合器から連続的に炉体内に送入されるので、ガ
ス混合器内におけるガスの滞留およびそれに伴う成分の
不均一化を生じることもない。また炉内のガス濃度を検
出するガス分析計の検出値に応じて各ガスの流量調整弁
の開度をフィードバック制御すれば、炉内の各ガスの成
分比率はより正確に維持され、混合ガスが均一であるこ
ととあいまって、炉内のガス分布は一層均一化される。

（実施例） 以下第１図によりこの発明の一実施例を説明する。

図中、第２図と同一部分には第２図と同一符号を付しで
ある。１０はイオン浸炭窒化炉で、１１は炉体２内に設
けた黒鉛製の箱形の陽極、１２は陰極１３の上端に固着
した炉床、１４はこの炉床上に載置される被処理物であ
る。１５は被処理物１４のまわりに複数本並設された管
状のガスマニホルドで、被処理物１４に向って開口する
多数個のガス吹出口をそなえている。なお被処理物加熱
用のヒータ等の図示は省略しである。

一方各ガス供給源に接続されたガス供給管１ａ〜１Ｃは
、ガス混合器１６に接続され、このガス混合器１６の流
出口側に接続した送入管１７は、炉体２内の各ガスマニ
ホルド１５に接続されている。ガス混合器１６としては
円筒状の容器１６内に多数枚の邪魔板１６ｂを並設した
ものを用いた。

また流量調整弁４ａ〜４Ｃとしては質量流口コントロー
ラを用い、ガス分析計３の出力信号に応じて各ガス流ｍ
のフィードバック制御がおこなえるようになっている。

上記構成の装置によれば、流量調整弁４ａ〜４Ｃにより
流ｍを制御された各ガスは、ガス混合器１６において混
合され、各ガス成分がは７均−に混合された混合ガスと
して送入管１７から連続的にガスマニホルド１５に供給
され炉内に送入される。

次に上記構成の装置においておこなった試験結果を示す
。

先ず送入ガスとしては試験のため相互に反応しないＡｒ
、Ｈ２、Ｎ２ガスを用い、これら各ガスをガス混合器１
６内に等ｍ（各２０ρ／１ｎ）供給して、各成分ガスの
含有量が３３．３％の混合ガスとして送入管１７からガ
スマニホルド１５に連続的に供給し、炉内に吹出させた
。なおガス分析計３は作動させず流口調整弁４ａ〜４Ｃ
は一定開度のままとした。また炉体２内は温度９００℃
、真空度２　ＴＯｒｒに維持した。この状態で、シール
機構付アルミナチューブを用いて、被処理物１４を包囲
する陽極１１内の有効空間（８００ｘ６５０Ｘ６５０Ｉ
ＩＩ１１）内の９箇所において炉内ガスを吸引し、質量
分析計により各成分ガスの分圧を測定し、その結果を第
１表に示す。また比較例１として、上記構成の装置にお
ける各流口調整弁４ａ〜４Ｃと炉体２の間の配管および
機器を取替えて第２図に示す従来法によった場合、比較
例２として同様にして第３図に示す従来法によった場合
についても、同条件で試験をおこなったので、その結果
を第１表に併記する。なおこれら比較例の場合も、ガス
は実施例と同じガスマニホルドから炉内に吹出させた。

（以下余白） 第１表 上表から判るように、実施例における各ガス成分の炉内
におけるばらつきは、比較例に比べて小さく、ガス分布
の均一性向上効果が確認された。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、ガス流量調整弁
と炉体との間にガス混合器を介在させ、得られた混合ガ
スを連続的に炉体内に供給するという簡潔で保守の手間
もかからない手段により、炉体内のガス分布の均一性を
向上させることができ、被処理品の品質のばらつきの低
減化に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す機器系統図、第２図
および第３図は従来のガス送入方法を示す機器系統図で
ある。 １ａ〜１Ｃ・・・ガス供給管、２・・・炉体、３・・・
ガス分析計、４ａ〜４Ｃ・・・流口調整弁、５・・・真
空ポンプ、１０・・・イオン浸炭窒化炉、１４・・・被
処理物、１５・・・ガスマニホルド、１６・・・ガス混
合器、１７・・・送入管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、減圧した炉体内に複数種類のガスを送入してグロー
   放電下において被処理物の熱処理をおこなうプラズマ浸
   炭窒化炉において、各ガスの流量調整弁と炉体との間に
   ガス混合器を設け、各ガスをこのガス混合器により混合
   し、得られた混合ガスを炉体内に連続的に供給すること
   を特徴とするプラズマ浸炭窒化炉におけるガスの送入方
   法。 ２、炉内のガス濃度を検出するガス分析計を設け、この
   ガス分析計の検出値に応じて各ガスの流量調整弁の開度
   を制御するようにした請求項１記載のプラズマ浸炭窒化
   炉におけるガスの送入方法。