JPWO2007010607A1 - 浸炭処理方法および浸炭炉 - Google Patents

Abstract

浸炭炉は、上端閉鎖垂直筒状炉本体12と、炉本体12の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体13と、炉本体12の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている可動床13と、可動床13に支持されかつ複数のワークＷを多段に保持しうる保持ジグ14と、発熱体13および保持ジグ14に保持されたワークＷを加熱しうるように配置されている誘導加熱コイル16とを備えている。

Description

この発明は、ワーク、とくに、ベアリングの内外輪、歯車等のように回転対称の質量分布をもつワークを浸炭処理するための浸炭処理方法および浸炭炉に関する。

従来の浸炭炉は、連続型、バッチ型、１個処理などに大別される。連続型、バッチ型は、大量生産に対応した生産形態には適するが、処理品の品質、バラツキ、精度を追求する製品に対しては十分な結果が得られていない。これらの問題点を解決するために開発されたものが１個処理の浸炭炉である（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。

この１個処理の浸炭炉は、高速浸炭技術を採用し、処理時間を短縮することは可能であるが、如何せん、１個処理のため、生産性、製造コストの面で問題が残る。
特開２００４−３６００５７号公報 特開昭５９−２５９７４号公報

この発明の目的は、複雑な装置を必要とせず、最大のスループット（時間当たり処理量）を安価に実現できる浸炭処理方法および浸炭炉を提供することにある。

この発明による浸炭処理方法は、浸炭炉本体内において、グラファイト製筒状発熱体の内側に複数のワークを多段に保持し、発熱体およびワークを、浸炭炉本体の高さ方向複数か所で浸炭炉本体を取り囲むように配置されかつ個別に加熱温度制御を可能とする複数のコイル部材によって全てのワークが１２５０℃以上の温度で均一加熱されるように誘導加熱するものである。

この発明による浸炭処理方法によれば、複雑な装置を必要とせず、最大のスループットを安価に実現できる。

この発明による浸炭炉は、上端閉鎖垂直筒状炉本体と、炉本体の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体と、炉本体の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている可動床と、可動床に支持されかつ複数のワークを多段に保持しうる保持ジグと、発熱体および保持ジグに保持されたワークを加熱しうるように配置されている誘導加熱コイル手段とを備えているものである。

この発明による浸炭炉では、コイル手段によって発熱体およびワークがそれぞれ誘導加熱され、ワークはコイルによって直接的に誘導加熱されるとともに、発熱体によって間接的に加熱される。したがって、超高温浸炭が可能となり、浸炭時間を短縮することができる。さらに、複数のワークを一括処理することができるから、最大のスループットを安価に実現できる。

さらに、コイル手段が、炉本体の高さ方向複数か所で炉本体を取り囲むように配置されている複数のコイル部材よりなり、浸炭処理時に、保持ジグに保持された全てのワークが均一加熱されるように複数のコイル部材に供給される電気を個別に制御する制御手段を備えていると、ワーク品質の安定化を図ることができる。

また、均一加熱温度が１２５０℃以上となるように制御手段が制御するようになされていると、超高温浸炭が可能となる。

また、浸炭処理時における発熱体の温度をＴ1、ワークの温度をＴ2としたときに、Ｔ1≧Ｔ2であると、ワークの過熱を防止することができる。

また、炉本体が真空チャンバによって取り囲まれているから、ガス導入量と真空排気量を制御することにより、スーティング（煤の発生）を防止することができる。

この発明によれば、複雑な装置を必要とせず、最大のスループットを安価に実現できる浸炭処理方法および浸炭炉が提供される。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

浸炭炉は、真空チャンバ11と、真空チャンバ11内に収容されている断熱材製上端閉鎖垂直円筒状炉本体12と、炉本体12の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体13と、炉本体12の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている断熱材製可動床14と、可動床14に支持されている保持ジグ15と、炉本体12外面の高さ方向複数か所で炉本体12を取り囲むように配置されている複数の誘導加熱コイル部材16とを備えている。断熱材としては、カーボンフェルトが好適に用いられる。

真空チャンバ11は、水平基板21の外周縁部で支持されている。基板の中央には上方突出垂直筒22が設けられている。

炉本体12および発熱体13は、同心でありかつともに垂直筒22に受けられてこれに連通させられている。炉本体12内にこれの下方から処理ガスを導入しうるようにガス導入管23が配管されている。ガス導入管23は、真空チャンバ11の外から、真空チャンバ11を横断するようにのびてきて炉本体12に連通させられている。炉本体12の頂壁にはガス排気管24が設けられている。

可動床14は、図示しない昇降機構によって昇降させられる昇降台31によって支持されている。昇降台31には冷却水通路32が形成されている。可動床14上面には回転台33が受けられている。回転台33は、炉本体12および発熱体13の共通軸線上をのびかつ可動床14に貫通させられた垂直回転軸34を有している。回転軸34は、図示しない回転機構によって回転させられる。

保持ジグ15は、セラミックのような絶縁材料で複数のワークＷを多段に保持しうる構造となされかつ回転台33に載せられている。絶縁材料は、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＢＮ（窒化ホウ素）でもよい。

各コイル部材16は、高周波電源41に接続されている。炉本体12の高さ方向複数か所には、炉本体12内の温度を検出する温度センサ42が備えられている。温度センサ42の出力信号は、制御装置43に送られる。制御装置43によって、高周波電源41から、コイル部材16に、周波数、電圧等、電流等を異にする電気が個別に供給可能となされている。

図１は、昇降ストロークの上限に位置させられた可動床14を示している。この状態で、可動床14は、垂直筒22にはめ入れられ、炉本体12の下端開口は閉鎖されている。この状態から、可動床14を保持ジグ15の全体が炉本体12の下方に露出させる位置まで下降させる。そうすると、可動床14は昇降ストロークの下限に位置させられる。可動床14を下限に位置させた状態で、処理済みのワークＷを載せた保持ジグ15と、これから処理するワークＷを載せた保持ジグ15とを交換する。これから処理するワークＷを載せた保持ジグ15が炉本体12内に収納されるように可動床14を上限まで上昇させると、処理可能状態となる。上記したように、ワークを保持ジグ毎交換することに代えて、１つの保持ジグを用いて、ワークだけを移載するようにしてもよい。

つぎに、図２を参照しながら、浸炭処理の流れを説明する。真空チャンバ11によって炉本体12内は真空に保たれ、導入管23を通じて炉本体12内には浸炭処理ガスが導入される。

炉本体12内を温度を常温から処理温度まで昇温する。炉本体12内の温度が処理温度に達すると、その温度を一定時間保持する。処理時間が経過すると、この後、ワークＷを徐冷し、ついで、常温に曝す。

炉本体12内の加熱に際し、コイル部材16に通電すると、誘導加熱によって、発熱体13が加熱させられるともに、ワークＷも加熱される。このときに、ワークＷは、コイル部材16による誘導加熱に加えて、発熱体13から放射される熱によっても加熱される。発熱体13の温度をＴ1とし、ワークＷの温度をＴ2とすると、Ｔ1≧Ｔ2であることが好ましい。

温度センサの検出信号に基づいて、炉本体12内全体の温度が均一となるように各コイル部材16が制御される。もし仮に、全てのコイル材16を同じ条件のものとに制御すると、炉本体12内の頂部および底部の温度は、その中央部よりも低下してしまうことになる。

浸炭処理の条件を具体的につぎに示す、ワークＷは、ベアリングの外輪で、回転対称の質量分布をもつリング状のものである。ワークＷは、上記共通軸線と同心となるように保持ジグ15に保持される。ワークＷの材質はＣＳＣｒ４２０相当のものである。一度の処理量は１０個である。昇温に要する時間は、６０秒以内とする。浸炭処理温度は、１２６０℃とする。処理時間は、１５分程度でよい。徐冷はワークＷの温度が５００℃まで低下するまでとし、要する時間は、１０〜２０分である。ワークＷの温度が２００℃程度まで低下すると、炉本体12内からワークＷを取り出す。昇温開始から、徐冷終了までに要するサイクルタイムは、３０〜４０分以内とする。浸炭処理されたワークＷの表面炭素濃度は１Ｗｔ％、有効硬化深さは、１ｍｍであった。

この発明による浸炭炉は、ワーク、とくに、ベアリングの内外輪、歯車等のように回転対称の質量分布をもつワークを浸炭処理することを達成するのに適している。

この発明による浸炭炉の垂直縦断面図である。 同装置による浸炭処理動作の流れを示す説明図である。

符号の説明

12 炉本体
13 発熱体
14 可動床
15 保持ジグ
16 コイル
Ｗ ワーク

【０００１】
技術分野
この発明は、ワーク、とくに、ベアリングの内外輪、歯車等のように回転対称の質量分布をもつワークを浸炭処理するための浸炭処理方法および浸炭炉に関する。
背景技術
従来の浸炭炉は、連続型、バッチ型、１個処理などに大別される。連続型、バッチ型は、大量生産に対応した生産形態には適するが、処理品の品質、バラツキ、精度を追求する製品に対しては十分な結果が得られていない。これらの問題点を解決するために開発されたものが１個処理の浸炭炉である（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。
この１個処理の浸炭炉は、高速浸炭技術を採用し、処理時間を短縮することは可能であるが、如何せん、１個処理のため、生産性、製造コストの面で問題が残る。
特許文献１：特開２００４−３６００５７号公報
特許文献２：特開昭５９−２５９７４号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
この発明の目的は、複雑な装置を必要とせず、最大のスループット（時間当たり処理量）を安価に実現できる浸炭処理方法および浸炭炉を提供することにある。
課題を解決するための手段
この発明による浸炭処理方法は、浸炭炉本体内において、グラファイト製筒状発熱体の内側に複数のワークを多段に保持し、発熱体およびワークを、浸炭炉本体の高さ方向複数か所で浸炭炉本体を取り囲むように配置されかつ個別に加熱温度制御を可能とする複数のコイル部材によって全てのワークが１２５０℃以上の温度で均一加熱されるように誘導加熱するものである。
この発明による浸炭処理方法によれば、複雑な装置を必要とせず、最大のスループットを安価に実現できる。また、ワークの過熱を防止することができる。
また、上記浸炭処理方法において、浸炭処理時における発熱体の温度をＴ１、ワークの温度をＴ２としたときに、Ｔ１≧Ｔ２とすれば、ワークの過熱を防止することができる。
この発明による浸炭炉は、上端閉鎖垂直筒状炉本体と、炉本体の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体と、炉本体の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている可動床と、可動床に支持されかつ複数のワークを多段に保持しうる保持ジグと、発熱体および保持ジグに保持されたワークを加熱しうるように配置されている誘導加熱コイル手段とを備えて
いるものである。
この発明による浸炭炉では、コイル手段によって発熱体およびワークがそれぞれ誘導加熱され、ワークはコイルによって直接的に誘導加熱されるとともに、発熱体によって間接的に加熱される。したがって、超高温浸炭が可能となり、浸炭時間を短縮することができる。さらに、複数のワークを一括処理することができるから、最大のスループットを安価に実現できる。
さらに、コイル手段が、炉本体の高さ方向複数か所で炉本体を取り囲むように配置されている複数のコイル部材よりなり、浸炭処理時に、保持ジグに保持された全てのワークが均一加熱されるように複数のコイル部材に供給される電気を個別に制御する制御手段を備えていると、ワーク品質の安定化を図ることができる。
また、浸炭処理時における発熱体の温度をＴ１、ワークの温度をＴ２としたときに、Ｔ１≧Ｔ２であると、ワークの過熱を防止することができる。
また、均一加熱温度が１２５０℃以上となるように制御手段が制御するようになされていると、超高温浸炭が可能となる。
また、炉本体が真空チャンバによって取り囲まれているから、ガス導入量と真空排気量を制御することにより、スーティング（煤の発生）を防止することができる。

【０００２】
発明の効果
この発明によれば、複雑な装置を必要とせず、最大のスループットを安価に実現できる浸炭処理方法および浸炭炉が提供される。
発明を実施するための最良の形態
この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。
浸炭炉は、真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内に収容されている断熱材製上端閉鎖垂直円筒状炉本体１２と、炉本体１２の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体１３と、炉本体１２の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている断

Claims (6)

1. 浸炭炉本体内において、グラファイト製筒状発熱体の内側に複数のワークを多段に保持し、発熱体およびワークを、浸炭炉本体の高さ方向複数か所で浸炭炉本体を取り囲むように配置されかつ個別に加熱温度制御を可能とする複数のコイル部材によって全てのワークが１２５０℃以上の温度で均一加熱されるように誘導加熱する浸炭処理方法。
2. 上端閉鎖垂直筒状炉本体と、炉本体の内面に被覆されているグラファイト製筒状発熱体と、炉本体の下端開口を開閉しうるように昇降自在に配置されている可動床と、可動床に支持されかつ複数のワークを多段に保持しうる保持ジグと、発熱体および保持ジグに保持されたワークを加熱しうるように配置されている誘導加熱コイル手段とを備えている浸炭炉。
3. コイル手段が、炉本体の高さ方向複数か所で炉本体を取り囲むように配置されている複数のコイル部材よりなり、
   浸炭処理時に、保持ジグに保持された全てのワークが均一加熱されるように複数のコイル部材に供給される電気を個別に制御する制御手段を備えている請求項２に記載の浸炭炉。
4. 均一加熱温度が１２５０℃以上となるように制御手段が制御するようになされている請求項３に記載の浸炭炉。
5. 浸炭処理時における発熱体の温度をＴ1、ワークの温度をＴ2としたときに、Ｔ1≧Ｔ2である請求項２〜４のいずれか１つに記載の浸炭炉。
6. 炉本体が真空チャンバによって取り囲まれている請求項２〜５いずれか１つに記載の浸炭炉。

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