WO2021070938A1

WO2021070938A1 - 表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法

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Publication number: WO2021070938A1
Application number: PCT/JP2020/038315
Authority: WO
Inventors: 泰平岡
Original assignee: パーカー熱処理工業株式会社
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-04-15
Also published as: EP4043606A4; TW202124731A; EP4043606A1; JPWO2021070938A1; US20220341021A1; CN114829668A; KR20220057601A; MX2022002518A

Abstract

本発明は、処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、演算された処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら複数種類の炉内導入ガスのうちアンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、を備える。

Description

表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法

　本発明は、例えば、窒化、軟窒化、浸窒焼入れ等、金属製の被処理品に対する表面硬化処理を行う表面硬化処理装置及び表面硬化処理方法に関する。

　鋼等の金属製の被処理品の表面硬化処理の中で、低ひずみ処理である窒化処理のニーズは多い。窒化処理の方法として、ガス法、塩浴法、プラズマ法等がある。

　これらの方法の中で、ガス法が、品質、環境性、量産性等を考慮した場合に、総合的に優れている。機械部品に対する焼入れを伴う浸炭や浸炭窒化処理または高周波焼入れによるひずみは、ガス法による窒化処理（ガス窒化処理）を用いることで改善される。浸炭を伴うガス法による軟窒化処理（ガス軟窒化処理）も、ガス窒化処理と同種の処理として知られている。

　ガス窒化処理は、被処理品に対して窒素のみを浸透拡散させて、表面を硬化させるプロセスである。ガス窒化処理では、アンモニアガス単独、アンモニアガスと窒素ガスとの混合ガス、アンモニアガスとアンモニア分解ガス（７５％の水素と２５％の窒素からなり、ＡＸガスとも呼ばれる）、または、アンモニアガスとアンモニア分解ガスと窒素ガスとの混合ガス、を処理炉内へ導入して、表面硬化処理を行う。

　一方、ガス軟窒化処理は、被処理品に対して窒素とともに炭素を副次的に浸透拡散させて、表面を硬化させるプロセスである。例えば、ガス軟窒化処理では、アンモニアガスと窒素ガスと炭酸ガス（ＣＯ₂）との混合ガス、あるいは、アンモニアガスと窒素ガスと炭酸ガスと一酸化炭素ガス（ＣＯ）との混合ガス等、複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、表面硬化処理を行う。

　ガス窒化処理及びガス軟窒化処理における雰囲気制御の基本は、炉内の窒化ポテンシャル（Ｋ_N）を制御することにある。窒化ポテンシャル（Ｋ_N）を制御することによって、鋼材表面に生成される化合物層中のγ’相（Ｆｅ₄Ｎ）とε相（Ｆｅ_2-3Ｎ）との体積分率を制御したり、当該化合物層が生成されない処理を実現したり等、幅広い窒化品質を得ることが可能である。例えば、特開２０１６―２１１０６９（特許文献１）によれば、γ’相の選択とその厚膜化によって、曲げ疲労強度や耐摩耗性が改善され、機械部品のさらなる高機能化が実現される。

　一方，軟窒化処理は、例えば耐摩耗性を向上させるべく、硬いε相を積極的に活用するために用いられている（「鉄の窒化と軟窒化」、第２版（２０１３）、８１～８６頁（ディータリートケほか、アグネ技術センター：非特許文献１）。

　以上のようなガス窒化処理及びガス軟窒化処理では、被処理品が内部に配置された処理炉内の雰囲気を管理するために、炉内水素濃度あるいは炉内アンモニア濃度を測定する炉内雰囲気ガス濃度測定センサが設置される。そして、当該炉内雰囲気ガス濃度測定センサの測定値から炉内窒化ポテンシャルが演算され、目標（設定）窒化ポテンシャルと比較されて、各導入ガスの流量制御が行われる（「熱処理」、５５巻、１号、７～１１頁（平岡泰、渡邊陽一）：非特許文献２）。各導入ガスの制御方法については、炉内導入ガスの流量比率を一定に保ちながら合計導入量を制御する方法が周知である（「鉄の窒化と軟窒化」、第２版（２０１３）、１５８～１６３頁（ディータリートケほか、アグネ技術センター）：非特許文献３）。

　特許第５６２９４３６号（特許文献２）は、炉内導入ガスの流量比率を一定に保ちながら合計導入量を制御する制御態様を第一の制御とし、炉内導入ガスの流量比率が変化するように炉内導入ガスの導入量を個別に制御する制御態様を第二の制御として、両方を実行可能にした（同時には一方のみが選択的に行われる）装置を開示している（特許第５６２９４３６号：特許文献２）。しかしながら、特許第５６２９４３６号（特許文献２）は、第一の制御が有効な窒化処理の具体例を１つ開示するのみで（特許第５６２９４３６号（特許文献２）の段落００９６及び００９９の記載：「ＮＨ₃（アンモニアガス）：Ｎ₂（窒素ガス）＝８０：２０を保持した状態で、アンモニアガス及び窒素ガスの処理炉内への合計導入量を制御することにより」窒化ポテンシャル３，３を精度良く制御）、どういう窒化処理ないし軟窒化処理の場合に第二の制御を採用することが有効であるのか何ら開示がなく、また、有効な第二の制御の具体例についても何ら開示がない。

　また、炉内導入ガスの流量比率を一定に保ちながら合計導入量を制御する方法では、ガスの総使用量の抑制が期待できるという利点がある一方で、窒化ポテンシャルの制御範囲が狭いことも分かっている。この問題に対処する方策として、本件発明者は、低窒化ポテンシャル側において広い窒化ポテンシャル制御範囲（例えば、５８０℃で約０．０５～１．３）を実現するための制御方法を開発し、特許第６３４５３２０号（特許文献３）を取得している。特許第６３４５３２０号（特許文献３）の制御方法では、複数種類の炉内導入ガスの合計導入量を一定に保ちながら当該複数種類の炉内導入ガスの流量比率を変化させることによって、処理炉内の窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルに近づけるべく、当該複数種類の炉内導入ガスの導入量が個別に制御される。

（ガス窒化処理の基本的事項）
　ガス窒化処理の基本的事項について化学的に説明すれば、ガス窒化処理では、被処理品が配置される処理炉（ガス窒化炉）内において、以下の式（１）で表される窒化反応が発生する。
　　　　　　　　　NH₃→[N]+3/2H₂　　　・・・（１）

　このとき、窒化ポテンシャルK_Nは、以下の式（２）で定義される。
　　　　　　　　　K_N=P_NH3/P_H2 ^3/2　　　　・・・（２）
ここで、P_NH3は炉内アンモニア分圧であり、P_H2は炉内水素分圧である。窒化ポテンシャルK_Nは、ガス窒化炉内の雰囲気が有する窒化能力を表す指標として周知である。

　一方、ガス窒化処理中の炉内では、当該炉内へ導入されたアンモニアガスの一部が、式（３）の反応にしたがって水素ガスと窒素ガスとに熱分解する。
　　　　　　　　　NH₃→1/2N₂+3/2H₂　　　・・・（３）

　炉内では、主に式（３）の反応が生じており、式（１）の窒化反応は量的にはほとんど無視できる。したがって、式（３）の反応で消費された炉内アンモニア濃度または式（３）の反応で発生された水素ガス濃度が分かれば、窒化ポテンシャルを演算することができる。すなわち、発生される水素及び窒素は、アンモニア１モルから、それぞれ１．５モルと０．５モルであるから、炉内アンモニア濃度を測定すれば炉内水素濃度も分かり、窒化ポテンシャルを演算することができる。あるいは、炉内水素濃度を測定すれば、炉内アンモニア濃度が分かり、やはり窒化ポテンシャルを演算することができる。

　なお、ガス窒化炉内に流されたアンモニアガスは、炉内を循環した後、炉外へ排出される。すなわち、ガス窒化処理では、炉内の既存ガスに対して、フレッシュ（新た）なアンモニアガスを炉内へ絶えず流入させることにより、当該既存ガスが炉外へ排出され続ける（供給圧で押し出される）。

　ここで、炉内へ導入されるアンモニアガスの流量が少なければ、炉内でのガス滞留時間が長くなるため、分解されるアンモニアガスの量が増加して、当該分解反応によって発生される窒素ガス＋水素ガスの量は増加する。一方、炉内へ導入されるアンモニアガスの流量が多ければ、分解されずに炉外へ排出されるアンモニアガスの量が増加して、炉内で発生される窒素ガス＋水素ガスの量は減少する。

（流量制御の基本的事項）
　次に、流量制御の基本的事項について、まずは炉内導入ガスをアンモニアガスのみとする場合について説明する。炉内に導入されるアンモニアガスの分解度をｓ(0<s<1)とした場合、炉内におけるガス反応は、以下の式（４）で表される。
　　　　NH₃→(1-s)/(1+s)NH₃+0.5s/(1+s)N₂+1.5s/(1+s)H₂　　・・・（４）
ここで、左辺は炉内導入ガス（アンモニアガスのみ）、右辺は炉内ガス組成であり、未分解のアンモニアガスと、アンモニアガスの分解によって１：３の比率で発生した窒素及び水素と、が存在する。したがって、炉内水素濃度を水素センサで測定する場合、右辺の1.5s/(1+s) が水素センサによる測定値に対応し、当該測定値から炉内に導入されたアンモニアガスの分解度ｓが演算できる。これにより、右辺の (1-s)/(1+s) に相当する炉内アンモニア濃度も演算できる。つまり、水素センサの測定値のみから炉内水素濃度と炉内アンモニア濃度とを知ることができる。このため、窒化ポテンシャルを演算できる。

　複数の炉内導入ガスを用いる場合でも、窒化ポテンシャルＫ_Nの制御が可能である。例えば、アンモニアと窒素との２種類のガスを炉内導入ガスとし、その導入比率をx：y （ｘ、ｙは既知でｘ＋ｙ＝１とする。例えば、ｘ＝０．５、ｙ＝１－０．５＝０．５（ＮＨ₃：Ｎ₂＝１：１））とした場合の炉内におけるガス反応は、以下の式（５）で表される。
　xNH₃+(1-x)N₂→x(1-s)/(1+sx)NH₃+(0.5sx+1-x)/(1+sx)N₂+1.5sx/(1+sx)H₂・・・（５）

　ここで、右辺の炉内ガス組成は、未分解のアンモニアガスと、アンモニアガスの分解によって１：３の比率で発生した窒素及び水素と、導入したままの左辺の窒素ガス（炉内で分解しない）と、である。このとき、xは既知なので（例えばｘ＝０．５）、右辺の炉内水素濃度、つまり1.5sx/(1+sx) において、未知数はアンモニアの分解度ｓのみである。従って、式（４）の場合と同様に、水素センサの測定値から炉内へ導入されたアンモニアガスの分解度ｓが演算でき、これにより炉内アンモニア濃度も演算できる。このため、窒化ポテンシャルを演算できる。

　炉内導入ガスの流量比率を固定しない場合には、炉内水素濃度と炉内アンモニア濃度とは、炉内に導入されたアンモニアガスの分解度ｓとアンモニアガスの導入比率ｘの２つを変数として含む。一般的に、ガス流量を制御する機器としてはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が用いられるため、その流量値に基づいて、アンモニアガスの導入比率ｘはデジタル信号として連続的に読み取ることができる。従って、式（５）に基づいて、当該導入比率ｘと水素センサの測定値とを組み合わせることで、窒化ポテンシャルを演算できる。

　一方、ガス軟窒化処理の基本的事項について化学的に説明すれば、ガス軟窒化処理では、被処理品が配置される処理炉（ガス軟窒化炉）内において、以下の式（６）、式（７）で表される炭素供給反応が発生する（鋼表面に炭素が供給される）。
　　　　　　　　　2CO　→[C]+CO₂　　　・・・（６）
　　　　　　　　　CO+H₂→[C]+H₂O　　　・・・（７）

　炭素供給源は、（６）式と（７）式から明らかなように、一酸化炭素ガスである。一酸化炭素ガスは、直接的に処理炉内に導入されてもよいし、炭酸ガス（二酸化炭素）から処理炉内で生成されてもよい。一方、処理炉内において、以下の式（８）で表される平衡反応が成り立っている。

　更に、処理炉内では、H₂Oに関して、以下の式（９）で表される平衡反応が成り立っている。

　以上から、式（８）及び式（９）の反応によって消費される水素の量（モル比ｗとする）は、処理炉内の酸素の量と相関する。従って、水素センサの測定値を、式（５）における 1.5sx/(1+sx)に直ちに当て嵌めるのではなく、水素センサの測定値は、(1.5sx-w)/(1+sx)に相当するものとした上で、酸素センサの測定値に基づいてw を計算してから、アンモニアの分解度ｓを求めることが好ましい。

　式（９）の平衡定数は、K=pH₂O/(pH₂・pO₂ ^1.5)であり、pH₂O, pH₂, pO₂は、それぞれ、炉内におけるH₂O, H₂, O₂の分圧である。従って、炉内温度条件に対応して既知の平衡定数Kと、酸素センサ及び水素センサの双方の値（= pH₂, pO₂)とから、pH₂Oの値を計算することができる。そして、式（８）及び式（９）から明らかなように、それらの反応によって消費される水素の量w は、pH₂O の値に等しい。従って、w を得ることができるため、アンモニアの分解度ｓを求めることができる。

特開２０１６―２１１０６９特許第５６２９４３６号特許第６３４５３２０号

「鉄の窒化と軟窒化」、第２版（２０１３）、８１～８６頁（ディータリートケほか、アグネ技術センター）「熱処理」、５５巻、１号、７～１１頁（平岡泰、渡邊陽一）「鉄の窒化と軟窒化」、第２版（２０１３）、１５８～１６３頁（ディータリートケほか、アグネ技術センター）「Effect of Compound Layer Thickness Composed of　γ’-Fe4N on Rotated-Bending Fatigue Strength in Gas-Nitrided JIS-SCM435 Steel」、 Materials Transactions、Vol.58、 No.7(2017)、９９３～９９９頁（Y.Hiraoka and A.Ishida）「特殊鋼」、６１巻、３号、１７～１９頁（椛澤均）

　本件発明者は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入するガス軟窒化処理の場合について鋭意検討を重ね、処理炉内の窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルに近づける制御の際において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記複数種類の炉内導入ガスのうち前記アンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって、実用に足る窒化ポテンシャル制御を実現できることを知見した。

　本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入するガス軟窒化処理において、実用に足る窒化ポテンシャル制御を実現できる表面硬化処装置及び表面硬化処理方法を提供することである。

　本発明は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記複数種類の炉内導入ガスのうち前記アンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、
を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置である。

　本発明によれば、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら複数種類の炉内導入ガスのうちアンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって、比較的広い窒化ポテンシャル制御（特に、比較的低い窒化ポテンシャル制御）を実現できることが確認された。

　一定に維持されるアンモニア分解ガスの導入量は、操業前に予備実験を行って事前決定されることが望ましい。これは、実際には、アンモニアガスの熱分解度は使用する炉の炉内環境等にも影響されるためである。

　本発明の表面硬化処理装置は、好ましくは、前記処理炉内の酸素濃度を検出する炉内酸素濃度検出装置を更に備え、前記炉内窒化ポテンシャル演算装置は、前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度と前記炉内酸素濃度検出装置によって検出される酸素濃度とに基づいて、前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算するようになっている。

　前述のように、軟窒化処理においては、炭素供給反応において水素が消費されて水（H₂O）となり、当該水（H₂O）の量は炉内の酸素量に対して平衡状態となるため、炉内酸素濃度検出装置によって炉内の酸素濃度を検出して、当該酸素濃度を窒化ポテンシャルの演算に利用することで、より精度の高い窒化ポテンシャルを実現することができる。

　また、前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記複数種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量Ｃ１、・・・、ＣＮ（Ｎは１以上の整数）を、当該各炉内導入ガスに割り当てた比例係数ｃ１、・・・、ｃＮを用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)、・・・、ＣＮ＝ｃＮ×（Ａ＋ｘ×Ｂ）
となるように制御することが好ましい。

　本件発明者による実際の実験により、このような制御条件が採用される場合に、比較的広い窒化ポテンシャルの制御（特に、比較的低い窒化ポテンシャルの制御）を実現できることが確認された。

　ｘの値は、例えば０．５である。これは、１モルのアンモニアガスが熱分解して炉内で発生する水素の量が１．５モルであるのに対し、１モルのアンモニア分解ガスが炉内に供給する水素の量が０．７５モル（３／４モル）であるから、１．５：０．７５＝１：０．５なる比を用いて、水素の量に関してアンモニア分解ガスの炉内導入量Ｂをアンモニアガスの炉内導入量Ａに換算する係数であると説明できる。

　もっとも、ｘの値は、厳密に０．５でなくてもよく、概ね０．４～０．６の範囲内であれば、実用に足る窒化ポテンシャル制御を実現できる。

　前記複数種類の炉内導入ガスは、浸炭性のガスとして、炭酸ガスを含む。あるいは、前記複数種類の炉内導入ガスは、浸炭性のガスとして、一酸化炭素ガスを含む。

　あるいは、前記複数種類の炉内導入ガスは、炭酸ガス及び窒素ガスを含むか、または、一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む。

　また、本発明は、表面硬化処理方法として認識することも可能である。すなわち、本発明は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理方法であって、前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出工程と、前記炉内雰囲気ガス濃度検出工程によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算工程と、前記炉内窒化ポテンシャル演算工程によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記複数種類の炉内導入ガスのうち前記アンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御工程と、を備えたことを特徴とする表面硬化処理方法である。

　また、本発明は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスと浸炭性ガス（例えば炭酸ガスまたは一酸化炭素ガス）とを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記アンモニアガス及び前記浸炭性ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置である。

　これは、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら、アンモニアガス及び浸炭性ガスの導入量を変化させることのみを特徴とし、その他のガスの導入量制御については不問とするものである。これによれば、反応に実質的に関与しない程度の微量なガス（流量比で１％程度以下）を一定量導入する態様を、権利範囲内に明確に含めることができる。例えば、浸炭性ガスを２種類以上導入する場合に本発明を適用し、主たる浸炭性ガスのみ導入量を変化させ、微量に導入される他の浸炭性ガスを一定量導入する態様でも、比較的広い窒化ポテンシャル制御（特に、比較的低い窒化ポテンシャル制御）を実現できる。

　この場合、前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記浸炭性ガスの導入量Ｃ１を、当該浸炭性ガスに割り当てた比例係数ｃ１を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御することが好ましい。

　また、本発明は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスと浸炭性ガスと窒素ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記アンモニアガスと前記浸炭性ガスと前記窒素ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置である。

　これは、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら、アンモニアガス及び浸炭性ガスと窒素ガスの導入量を変化させることのみを特徴とし、その他のガスの導入量制御については不問とするものである。これによれば、反応に実質的に関与しない程度の微量なガス（流量比で１％程度以下）を一定量導入する態様を、権利範囲内に明確に含めることができる。例えば、浸炭性ガスを２種類以上導入する場合に本発明を適用し、主たる浸炭性ガスのみ導入量を変化させ、微量に導入される他の浸炭性ガスを一定量導入する態様でも、比較的広い窒化ポテンシャル制御（特に、比較的低い窒化ポテンシャル制御）を実現できる。

　この場合、前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記浸炭性ガスの導入量Ｃ１及び前記窒素ガスの導入量Ｃ２を、当該浸炭性ガスに割り当てた比例係数ｃ１及び当該窒素ガスに割り当てた比例係数ｃ２を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)、Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御することが好ましい。

本発明の第１実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。実施例１－１の炉内導入ガス制御を示すグラフである。実施例１－１の窒化ポテンシャル制御を示すグラフである。実施例１－３の炉内導入ガス制御を示すグラフである。実施例１－３の窒化ポテンシャル制御を示すグラフである。実施例１－１～実施例１－３と各比較例とを対比する表である。本発明の第２実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。実施例２－２の炉内導入ガス制御を示すグラフである。実施例２－２の窒化ポテンシャル制御を示すグラフである。実施例２－１～実施例２－３と各比較例とを対比する表である。本発明の第３実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。実施例３－２の炉内導入ガス制御を示すグラフである。実施例３－２の窒化ポテンシャル制御を示すグラフである。実施例３－１～実施例３－３と各比較例とを対比する表である。本発明の第４実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。実施例４－１～実施例４－３と各比較例とを対比する表である。本発明の第５実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。実施例５－１～実施例５－３と各比較例とを対比する表である。

　以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

（構成）
　図１は、本発明の一実施形態による表面硬化処理装置を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の表面硬化処理装置１は、アンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスとを処理炉２内へ導入して、処理炉２内に配置される被処理品Ｓの表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置である。

　アンモニア分解ガスとは、ＡＸガスとも呼ばれるガスで、１：３の比率の窒素と水素とからなる混合ガスである。被処理品Ｓは、金属製であって、例えば鋼部品や金型等が想定される。

　図１に示すように、本実施形態の表面硬化処理装置１の処理炉２には、攪拌ファン８と、攪拌ファン駆動モータ９と、炉内温度計測装置１０と、炉体加熱装置１１と、雰囲気ガス濃度検出装置３と、窒化ポテンシャル調節計４と、温度調節計５と、プログラマブルロジックコントローラ３１と、記録計６と、炉内導入ガス供給部２０と、が設けられている。

　攪拌ファン８は、処理炉２内に配置されており、処理炉２内で回転して、処理炉２内の雰囲気を攪拌するようになっている。攪拌ファン駆動モータ９は、攪拌ファン８に連結されており、攪拌ファン８を任意の回転速度で回転させるようになっている。

　炉内温度計測装置１０は、熱電対を備えており、処理炉２内に存在している炉内ガスの温度を計測するように構成されている。また、炉内温度計測装置１０は、炉内ガスの温度を計測した後、当該計測温度を含む情報信号（炉内温度信号）を温度調節計５及び記録計６へ出力するようになっている。

　雰囲気ガス濃度検出装置３は、処理炉２内の水素濃度またはアンモニア濃度を炉内雰囲気ガス濃度として検出可能なセンサと、処理炉２内の酸素濃度を炉内酸素濃度として検出可能な酸素センサと、により構成されている。当該２つのセンサの各々の検出本体部は、雰囲気ガス配管１２を介して処理炉２の内部と連通している。雰囲気ガス配管１２は、本実施形態においては、雰囲気ガス濃度検出装置３のセンサ本体部と処理炉２とを直接連通させる単線の経路で形成されている。雰囲気ガス配管１２の途中には、開閉弁１７が設けられており、当該開閉弁は開閉弁制御装置１６によって制御されるようになっている。

　また、雰囲気ガス濃度検出装置３は、炉内雰囲気ガス濃度及び酸素濃度を検出した後、当該検出濃度を含む情報信号を、窒化ポテンシャル調節計４及び記録計６へ出力するようになっている。

　記録計６は、ＣＰＵやメモリ等の記憶媒体を含んでおり、炉内温度計測装置１０や雰囲気ガス濃度検出装置３からの出力信号に基いて、処理炉２内の温度や炉内雰囲気ガス濃度及び酸素濃度を、例えば表面硬化処理を行った日時と対応させて、記憶するようになっている。

　窒化ポテンシャル調節計４は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３と、ガス流量出力調整装置３０と、を有している。また、プログラマブルロジックコントローラ３１は、ガス導入制御装置１４と、パラメータ設定装置１５と、を有している。

　炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内雰囲気ガス濃度検出装置３によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度と酸素濃度とに基づいて、処理炉２内の窒化ポテンシャルを演算するようになっている。具体的には、実際の炉内導入ガスに応じて式（５）～式（９）と同様の考え方に基づいてプログラムされた窒化ポテンシャルの演算式が組み込まれており、炉内雰囲気ガス濃度の値と酸素濃度の値とから窒化ポテンシャルを演算するようになっている。

　本実施形態では、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、アンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の炉内導入ガスである炭酸ガスの導入量Ｃ１を、当該炉内導入ガスに割り当てた比例係数ｃ１を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御するようになっている。

　そして、パラメータ設定装置１５は、例えばタッチパネルからなり、同一の被処理品に対して、目標窒化ポテンシャル、処理温度、処理時間、アンモニア分解ガスの導入量、所定の定数ｘ、比例係数ｃ１、などを設定入力できるようになっている。また、目標窒化ポテンシャルの異なる値毎にＰＩＤ制御の設定パラメータ値を設定入力することもできるようになっている。具体的には、ＰＩＤ制御の「比例ゲイン」と「積分ゲインまたは積分時間」と「微分ゲインまたは微分時間」とを目標窒化ポテンシャルの異なる値毎に設定入力できるようになっている。設定入力された各設定パラメータ値は、ガス流量出力調整手段３０へ伝送されるようになっている。

　そして、ガス流量出力調整手段３０が、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、３種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施するようになっている。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス及び炭酸ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づけられる。また、当該ＰＩＤ制御において、パラメータ設定装置１５から伝送された各設定パラメータ値が用いられるようになっている。

　パラメータ設定装置１５に対する設定入力作業のためのＰＩＤ制御の設定パラメータ値の候補は、パイロット処理を実施して予め入手しておくことが好ましい。本実施形態では、（１）処理炉の状態（炉壁や治具の状態）、（２）処理炉の温度条件及び（３）被処理品の状態（タイプ及び個数）が同一であっても、（４）目標窒化ポテンシャルの異なる値毎に、設定パラメータ値の候補を窒化ポテンシャル調節計４自体のオートチューニング機能によって取得しておくことができる。オートチューニング機能を有する窒化ポテンシャル調節計４を構成するためには、横河電気株式会社製のＵＴ７５Ａ(高機能形デジタル指示調整計、http://www.yokogawa.co.jp/ns/cis/utup/utadvanced/ns-ut75a-01-ja.htm)等が利用可能である。

　候補として取得された設定パラメータ値（「比例ゲイン」と「積分ゲインまたは積分時間」と「微分ゲインまたは微分時間」の組）は、何らかの形態で記録されて、目的の処理内容に応じてパラメータ設定装置１５に手入力され得る。もっとも、候補として取得された設定パラメータ値が目標窒化ポテンシャルと紐付けされた態様で何らかの記憶装置に記憶されて、設定入力された目標窒化ポテンシャルの値に基づいてパラメータ設定装置１５によって自動的に読み出されるようになっていてもよい。

　ガス流量出力調整手段３０は、ＰＩＤ制御に先立って、目標窒化ポテンシャルの値に基づいて、一定に維持されるアンモニア分解ガスの導入量と変動されるアンモニアガス及び炭酸ガスの導入量の初期値とを決定するようになっている。これらの値の候補は、パイロット処理を実施して予め入手しておくことが好ましく、パラメータ設定装置１５によって記憶装置等から自動的に読み出されるか、あるいは、パラメータ設定装置１５から手動で入力される。その後、ＰＩＤ制御に従って、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくように、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるように、アンモニアガス及び炭酸ガスの導入量（変動する）を決定するようになっている（アンモニア分解ガスの導入量は一定に維持される）。ガス流量出力調整手段３０の出力値は、ガス導入量制御手段１４へ伝達されるようになっている。

　ガス導入量制御手段１４は、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２に制御信号を送るようになっている。

　本実施形態の炉内導入ガス供給部２０は、アンモニアガス用の第１炉内導入ガス供給部２１と、第１供給量制御装置２２と、第１供給弁２３と、第１流量計２４と、を有している。また、本実施形態の炉内導入ガス供給部２０は、アンモニア分解ガス（ＡＸガス）用の第２炉内導入ガス供給部２５と、第２供給量制御装置２６と、第２供給弁２７と、第２流量計２８と、を有している。更に、本実施形態の炉内導入ガス供給部２０は、炭酸ガス用の第３炉内導入ガス供給部６１と、第３供給量制御装置６２と、第３供給弁６３と、第３流量計６４と、を有している。

　本実施形態では、アンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスとは、処理炉２内に入る前の炉内導入ガス導入配管２９内で混合されるようになっている。

　第１炉内導入ガス供給部２１は、例えば、第１炉内導入ガス（本例ではアンモニアガス）を充填したタンクにより形成されている。

　第１供給量制御装置２２は、マスフローコントローラ（短時間のうちに小刻みに流量を変更することができる）により形成されており、第１炉内導入ガス供給部２１と第１供給弁２３との間に介装されている。第１供給量制御装置２２の開度が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に応じて変化する。また、第１供給量制御装置２２は、第１炉内導入ガス供給部２１から第１供給弁２３への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入制御手段１４と調節計６へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御手段１４による制御の補正等に用いられ得る。

　第１供給弁２３は、ガス導入量制御手段１４が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第１供給量制御装置２２と第１流量計２４との間に介装されている。

　第１流量計２４は、例えば、フロー式流量計等の機械的な流量計で形成されており、第１供給弁２３と炉内導入ガス導入配管２９との間に介装されている。また、第１流量計２４は、第１供給弁２３から炉内導入ガス導入配管２９への供給量を検出する。第１流量計２４が検出する供給量は、作業員の目視による確認作業に用いられ得る。

　第２炉内導入ガス供給部２５は、例えば、第２炉内導入ガス（本例ではアンモニア分解ガス）を充填したタンクにより形成されている。

　第２供給量制御装置２６は、マスフローコントローラ（短時間のうちに小刻みに流量を変更することができる）により形成されており、第２炉内導入ガス供給部２５と第２供給弁２７との間に介装されている。第２供給量制御装置２６の開度が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に応じて変化する。また、第２供給量制御装置２６は、第２炉内導入ガス供給部２５から第２供給弁２７への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入制御手段１４と調節計６へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御手段１４による制御の補正等に用いられ得る。

　第２供給弁２７は、ガス導入量制御手段１４が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第２供給量制御装置２６と第２流量計２８との間に介装されている。

　第２流量計２８は、例えば、フロー式流量計等の機械的な流量計で形成されており、第２供給弁２７と炉内導入ガス導入配管２９との間に介装されている。また、第２流量計２８は、第２供給弁２７から炉内導入ガス導入配管２９への供給量を検出する。第２流量計２８が検出する供給量は、作業員の目視による確認作業に用いられ得る。

　もっとも、本発明においては、アンモニア分解ガスの導入量は小刻みに変動されないため、第２供給量制御装置２６が省略されて、第２流量計２８の流量（開度）が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に対応するように、手動で調整されてもよい。

　第３炉内導入ガス供給部６１は、例えば、第３炉内導入ガス（本例では炭酸ガス）を充填したタンクにより形成されている。

　第３供給量制御装置６２は、マスフローコントローラ（短時間のうちに小刻みに流量を変更することができる）により形成されており、第３炉内導入ガス供給部６１と第３供給弁６３との間に介装されている。第３供給量制御装置６２の開度が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に応じて変化する。また、第３供給量制御装置６２は、第３炉内導入ガス供給部６１から第３供給弁６３への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入制御手段１４と調節計６へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御手段１４による制御の補正等に用いられ得る。

　第３供給弁６３は、ガス導入量制御手段１４が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第３供給量制御装置６２と第３流量計６４との間に介装されている。

　第３流量計６４は、例えば、フロー式流量計等の機械的な流量計で形成されており、第３供給弁６３と炉内導入ガス導入配管２９との間に介装されている。また、第３流量計６４は、第３供給弁６３から炉内導入ガス導入配管２９への供給量を検出する。第３流量計６４が検出する供給量は、作業員の目視による確認作業に用いられ得る。

（作用：実施例１）
　次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の表面硬化処理装置１の作用について説明する。まず、処理炉２内に被処理品Ｓが投入され、処理炉２の加熱が開始される。図２及び図３に示す例では、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、図２に示すように、アンモニアガスの設定初期流量が１３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が１９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が１．０３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０５３とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　初期状態では、開閉弁制御装置１６は、開閉弁１７を閉鎖状態としている。一般的に、ガス窒化処理の前処理として、鋼材表面を活性化して窒素を入りやすくする処理が行われることがある。この場合、炉内に塩化水素ガスやシアン化水素ガスなどが発生する。これらのガスは、炉内雰囲気ガス濃度検出装置（センサ）３を劣化させ得るため、開閉弁１７を閉鎖状態としておくことが有効である。

　また、炉内温度計測装置１０が炉内ガスの温度を計測し、この計測温度を含む情報信号を窒化ポテンシャル調節計４及び記録計６に出力する。窒化ポテンシャル調節計４は、処理炉２内の状態について、昇温途中であるのか、昇温が完了した状態（安定した状態）であるのか、判定する。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．６：図３参照）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　昇温が完了した状態であると判定され、且つ、炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和（本例では０．７）を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計４は、ガス導入量制御手段１４を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。これに応じて、開閉制御装置１６が開閉弁１７を開放状態に切り換える。

　開閉弁１７が開放状態に切り換えられると、処理炉２と雰囲気ガス濃度検出装置３とが連通し、炉内雰囲気ガス濃度検出装置３が炉内水素濃度あるいは炉内アンモニア濃度を検出すると共に酸素濃度を検出する。検出された水素濃度信号あるいはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とが、窒化ポテンシャル調節計４及び記録計６へ出力される。

　窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、３種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施する。具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス及び炭酸ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるような制御が実施される。当該ＰＩＤ制御においては、パラメータ設定装置１５にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なっていてもよい。

　そして、ガス導入量制御手段１４が、ＰＩＤ制御の結果として、アンモニアガスの導入量及び炭酸ガスの導入量を制御する。ガス導入量制御手段１４は、決定された各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２、アンモニア分解ガス用の第２供給量制御装置２６（一定供給量）、及び、炭酸ガス用の第３供給量制御装置６２、に制御信号を送る。

　以上のような制御により、図３に示すように、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体例として、図３に示す例によれば、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．６）に制御できることが分かる。（図２に示す例では、処理開始後約１９０分の時点で、各ガス流量及び窒化ポテンシャルの記録が停止されている。）

（作用：実施例１－２）
　次に、本実施形態の表面硬化処理装置１を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．４とする場合について、実施例１－２として説明する。当該実施例１－２においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が５．５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が０．９５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０５３とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　初期状態では、開閉弁制御装置１６は、開閉弁１７を閉鎖状態としている。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．４）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　昇温が完了した状態であると判定され、且つ、炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和（本例では０．５）を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計４は、ガス導入量制御手段１４を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。これに応じて、開閉制御装置１６が開閉弁１７を開放状態に切り換える。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．４）に制御できた。

（作用：実施例１－３）
　次に、本実施形態の表面硬化処理装置１を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．２とする場合について、実施例１－３として説明する。当該実施例１－３においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、図４に示すように、アンモニアガスの設定初期流量が２［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が０．８７［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０５３とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．２：図５参照）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　昇温が完了した状態であると判定され、且つ、炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和（本例では０．３）を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計４は、ガス導入量制御手段１４を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。これに応じて、開閉制御装置１６が開閉弁１７を開放状態に切り換える。

　以上のような制御により、図５に示すように、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体例として、図５に示す例によれば、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．２）に制御できることが分かる。（図４に示す例では、処理開始後約１６０分の時点で、各ガス流量及び窒化ポテンシャルの記録が停止されている。）

（比較例の説明）
　比較のため、アンモニア分解ガスを導入せずに、アンモニアガスと炭酸ガスとの流量比を常に９５：５に維持してそれらの合計流量を変動させる、という態様の窒化ポテンシャル制御を行った。

　具体的には、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算した。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、アンモニアガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施した。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニアガスと炭酸ガスとの流量比を一定に保ちながらアンモニアガス及び炭酸ガスの合計導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような制御が実施された。

　しかしながら、以上のような比較例の制御では、窒化ポテンシャルを安定的に制御することができなかった。

（実施例１－１～実施例１－３と比較例との比較）
　以上の結果を纏めた表を、図６として示す。

（第２実施形態の構成）
　図７に示すように、第２実施形態では、第３炉内導入ガス供給部６１’が、炭酸ガスではなく、一酸化炭素ガスを充填したタンクにより形成されている。

　そして、第２実施形態では、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、アンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の炉内導入ガスである一酸化炭素ガスの導入量Ｃ１を、当該炉内導入ガスに割り当てた比例係数ｃ１を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御するようになっている。

　本実施形態のその他の構成については、図１を用いて説明した第１実施形態と略同様である。図７において、第１実施形態と同様の部分については、同様の符号を付している。また、本実施形態の第１実施形態と同様の部分については、詳しい説明を省略する。

（作用：実施例２－１）
　次に、第２実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．６とする場合について、実施例２－１として説明する。当該実施例２－１においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が５．５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が１９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．２［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０１とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．６）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、３種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス及び一酸化炭素ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施する。具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス及び一酸化炭素ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるような制御が実施される。当該ＰＩＤ制御においては、パラメータ設定装置１５にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なっていてもよい。

　そして、ガス導入量制御手段１４が、ＰＩＤ制御の結果として、アンモニアガスの導入量及び一酸化炭素ガスの導入量を制御する。ガス導入量制御手段１４は、決定された各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２、アンモニア分解ガス用の第２供給量制御装置２６（一定供給量）、及び、一酸化炭素ガス用の第３供給量制御装置６２、に制御信号を送る。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約２０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．６）に制御できた。
（作用：実施例２－２）

　次に、第２実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．４とする場合について、実施例２－２として説明する。当該実施例２－２においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、図８に示すように、アンモニアガスの設定初期流量が３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．１５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０１とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　以上のような制御により、図９に示すように、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約２０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．４）に制御できた。
（作用：実施例２－３）

　次に、第２実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．２とする場合について、実施例２－３として説明する。当該実施例２－３においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が１［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．１５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０１とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．３）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　昇温が完了した状態であると判定され、且つ、炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和（本例では０．４）を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計４は、ガス導入量制御手段１４を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。これに応じて、開閉制御装置１６が開閉弁１７を開放状態に切り換える。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．２）に制御できた。

（比較例の説明）
　比較のため、アンモニア分解ガスを導入せずに、アンモニアガスと一酸化炭素ガスとの流量比を常に９９：１に維持してそれらの合計流量を変動させる、という態様の窒化ポテンシャル制御を行った。

　具体的には、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算した。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、アンモニアガス及び一酸化炭素ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施した。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニアガスと炭酸ガスとの流量比を一定に保ちながらアンモニアガス及び一酸化炭素ガスの合計導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような制御が実施された。

（実施例２－１～実施例２－３と比較例との比較）
　以上の結果を纏めた表を、図１０として示す。

（第３実施形態の構成）
　図１１に示すように、第３実施形態の炉内導入ガス供給部２０’は、更に、窒素ガス用の第４炉内導入ガス供給部７１と、第４供給量制御装置７２と、第４供給弁７３と、第４流量計７４と、を有している。

　第４炉内導入ガス供給部７１は、例えば、第４炉内導入ガス（窒素ガス）を充填したタンクにより形成されている。

　第４供給量制御装置７２は、マスフローコントローラ（短時間のうちに小刻みに流量を変更することができる）により形成されており、第４炉内導入ガス供給部７１と第４供給弁７３との間に介装されている。第４供給量制御装置７２の開度が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に応じて変化する。また、第４供給量制御装置７２は、第４炉内導入ガス供給部７１から第４供給弁７３への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入制御手段１４と調節計６へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御手段１４による制御の補正等に用いられ得る。

　第４供給弁７３は、ガス導入量制御手段１４が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第４供給量制御装置７２と第４流量計７４との間に介装されている。

　第４流量計７４は、例えば、フロー式流量計等の機械的な流量計で形成されており、第４供給弁７３と炉内導入ガス導入配管２９との間に介装されている。また、第４流量計７４は、第４供給弁７３から炉内導入ガス導入配管２９への供給量を検出する。第４流量計７４が検出する供給量は、作業員の目視による確認作業に用いられ得る。

　そして、第３実施形態では、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、アンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の炉内導入ガスである炭酸ガスの導入量Ｃ１及び窒素ガスの導入量Ｃ２を、それぞれに割り当てた比例係数ｃ１、ｃ２を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
　Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御するようになっている。

　本実施形態のその他の構成については、図１を用いて説明した第１実施形態と略同様である。図１１において、第１実施形態と同様の部分については、同様の符号を付している。また、本実施形態の第１実施形態と同様の部分については、詳しい説明を省略する。
（作用：実施例３－１）

　次に、第３実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを１．０とする場合について、実施例３－１として説明する。当該実施例３－１においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が１３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が１９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が２．２［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が２０［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．１とされ、ｃ２＝０．９とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では１．０）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　昇温が完了した状態であると判定され、且つ、炉内窒化ポテンシャルの演算値が目標窒化ポテンシャルと基準偏差値との和（本例では１．１）を下回ったと判定されると、窒化ポテンシャル調節計４は、ガス導入量制御手段１４を介して、炉内導入ガスの導入量の制御を開始する。これに応じて、開閉制御装置１６が開閉弁１７を開放状態に切り換える。

　窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、４種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス、炭酸ガス及び窒素ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施する。具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス、炭酸ガス及び窒素ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)及びＣ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるような制御が実施される。当該ＰＩＤ制御においては、パラメータ設定装置１５にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なっていてもよい。

　そして、ガス導入量制御手段１４が、ＰＩＤ制御の結果として、アンモニアガスの導入量、炭酸ガスの導入量及び窒素ガスの導入量を制御する。ガス導入量制御手段１４は、決定された各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２、アンモニア分解ガス用の第２供給量制御装置２６（一定供給量）、炭酸ガス用の第３供給量制御装置６２、及び、窒素ガス用の第４供給量制御装置７２、に制御信号を送る。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約２０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（１．０）に制御できた。
（作用：実施例３－２）

　次に、第３実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．６とする場合について、実施例３－２として説明する。当該実施例３－２においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、図１２に示すように、アンモニアガスの設定初期流量が８［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が２［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が１８．５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．１とされ、ｃ２＝０．９とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　以上のような制御により、図１３に示すように、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．６）に制御できた。
（作用：実施例３－３）

　次に、第３実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．２とする場合について、実施例３－３として説明する。当該実施例３－３においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと炭酸ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が１．８［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が１５．８［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．１とされ、ｃ２＝０．９とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　また、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、炉内の窒化ポテンシャルを演算し（最初は極めて高い値である（炉内に水素が存在しないため）がアンモニアガスの分解（水素発生）が進行するにつれて低下してくる）、目標窒化ポテンシャル（本例では０．２）と基準偏差値との和を下回ったか否かを判定する。この基準偏差値も、パラメータ設定装置１５において設定入力可能であり、例えば０．１である。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約４０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．２）に制御できた。

（比較例の説明）
　比較のため、アンモニア分解ガスを導入せずに、アンモニアガスと窒素ガスと炭酸ガスとの流量比を常に５０：４５：５に維持してそれらの合計流量を変動させる、という態様の窒化ポテンシャル制御を行った。

　具体的には、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算した。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、アンモニアガス、窒素ガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施した。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニアガスと窒素ガスと炭酸ガスとの流量比を一定に保ちながらアンモニアガスと窒素ガスと炭酸ガスとの合計導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような制御が実施された。

（実施例３－１～実施例３－３と比較例との比較）
　以上の結果を纏めた表を、図１４として示す。

（第４実施形態の構成）
　図１５に示すように、第４実施形態では、第３炉内導入ガス供給部６１’が、炭酸ガスではなく、一酸化炭素ガスを充填したタンクにより形成されている。

　そして、第４実施形態では、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、アンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の炉内導入ガスである一酸化炭素ガスの導入量Ｃ１及び窒素ガスの導入量Ｃ２を、それぞれに割り当てた比例係数ｃ１、ｃ２を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
　Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御するようになっている。

　本実施形態のその他の構成については、図１を用いて説明した第１実施形態と略同様である。図１５において、第３実施形態と同様の部分については、同様の符号を付している。また、本実施形態の第３実施形態と同様の部分については、詳しい説明を省略する。
（作用：実施例４－１）

　次に、第４実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを１．０とする場合について、実施例４－１として説明する。当該実施例４－１においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が１３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が１９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が２０［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０４とされ、ｃ２＝０．９６とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、４種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス、一酸化炭素ガス及び窒素ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施する。具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス、一酸化炭素ガス及び窒素ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)及びＣ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるような制御が実施される。当該ＰＩＤ制御においては、パラメータ設定装置１５にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なっていてもよい。

　そして、ガス導入量制御手段１４が、ＰＩＤ制御の結果として、アンモニアガスの導入量、一酸化炭素ガスの導入量及び窒素ガスの導入量を制御する。ガス導入量制御手段１４は、決定された各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２、アンモニア分解ガス用の第２供給量制御装置２６（一定供給量）、一酸化炭素ガス用の第３供給量制御装置６２、及び、窒素ガス用の第４供給量制御装置７２、に制御信号を送る。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（１．０）に制御できた。
（作用：実施例４－２）

　次に、第４実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．６とする場合について、実施例４－２として説明する。当該実施例４－２においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、図１２に示すように、アンモニアガスの設定初期流量が８［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．８［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が１９．７［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０４とされ、ｃ２＝０．９６とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　以上のような制御により、図１３に示すように、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約４０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．６）に制御できた。
（作用：実施例４－３）

　次に、第４実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．２とする場合について、実施例４－３として説明する。当該実施例４－３においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０’からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．７［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が１６［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０４とされ、ｃ２＝０．９６とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

（比較例の説明）
　比較のため、アンモニア分解ガスを導入せずに、アンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスとの流量比を常に５０：４８：２に維持してそれらの合計流量を変動させる、という態様の窒化ポテンシャル制御を行った。

　具体的には、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算した。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、アンモニアガス、窒素ガス及び一酸化炭素ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施した。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスとの流量比を一定に保ちながらアンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスとの合計導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような制御が実施された。

（実施例４－１～実施例４－３と比較例との比較）
　以上の結果を纏めた表を、図１６として示す。

（第５実施形態の構成）
　図１７に示すように、第５実施形態の炉内導入ガス供給部２０”は、第４実施形態の炉内導入ガス供給部２０’に加えて、更に、炭酸ガス用の第５炉内導入ガス供給部８１と、第５供給量制御装置８２と、第５供給弁８３と、第５流量計８４と、を有している。

　第５炉内導入ガス供給部８１は、例えば、第５炉内導入ガス（炭酸ガス）を充填したタンクにより形成されている。

　第５供給量制御装置８２は、マスフローコントローラ（短時間のうちに小刻みに流量を変更することができる）により形成されており、第５炉内導入ガス供給部８１と第５供給弁８３との間に介装されている。第５供給量制御装置８２の開度が、ガス導入量制御手段１４から出力される制御信号に応じて変化する。また、第５供給量制御装置８２は、第５炉内導入ガス供給部８１から第５供給弁８３への供給量を検出し、この検出した供給量を含む情報信号をガス導入制御手段１４と調節計６へ出力するようになっている。当該制御信号は、ガス導入量制御手段１４による制御の補正等に用いられ得る。

　第５供給弁８３は、ガス導入量制御手段１４が出力する制御信号に応じて開閉状態を切り換える電磁弁により形成されており、第５供給量制御装置８２と第５流量計８４との間に介装されている。

　第５流量計８４は、例えば、フロー式流量計等の機械的な流量計で形成されており、第５供給弁８３と炉内導入ガス導入配管２９との間に介装されている。また、第５流量計８４は、第５供給弁８３から炉内導入ガス導入配管２９への供給量を検出する。第５流量計８４が検出する供給量は、作業員の目視による確認作業に用いられ得る。

　そして、第５実施形態では、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、アンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の炉内導入ガスである一酸化炭素ガスの導入量Ｃ１、窒素ガスの導入量Ｃ２及び炭酸ガスの導入量Ｃ３を、それぞれに割り当てた比例係数ｃ１、ｃ２、ｃ３を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
　Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
　Ｃ３＝ｃ３×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御するようになっている。

　本実施形態のその他の構成については、図１５を用いて説明した第４実施形態と略同様である。図１７において、第４実施形態と同様の部分については、同様の符号を付している。また、本実施形態の第４実施形態と同様の部分については、詳しい説明を省略する。
（作用：実施例５－１）

　次に、第５実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを１．０とする場合について、実施例５－１として説明する。当該実施例５－１においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０”からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が１３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が１９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．４５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が２１［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が０．９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０２とされ、ｃ２＝０．９４とされ、ｃ３＝０．０４とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算する。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、５種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス、一酸化炭素ガス、窒素ガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施する。具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながらアンモニアガス、一酸化炭素ガス、窒素ガス及び炭酸ガスの導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような、且つ、前述したＣ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)、Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)及びＣ３＝ｃ３×(Ａ＋ｘ×Ｂ)なる関係が維持されるような制御が実施される。当該ＰＩＤ制御においては、パラメータ設定装置１５にて設定入力された各設定パラメータ値が用いられる。この設定パラメータ値は、目標窒化ポテンシャルの値に応じて異なっていてもよい。

　そして、ガス導入量制御手段１４が、ＰＩＤ制御の結果として、アンモニアガスの導入量、一酸化炭素ガスの導入量、窒素ガスの導入量及び炭酸ガスの導入量を制御する。ガス導入量制御手段１４は、決定された各ガスの導入量を実現するべく、アンモニアガス用の第１供給量制御装置２２、アンモニア分解ガス用の第２供給量制御装置２６（一定供給量）、一酸化炭素ガス用の第３供給量制御装置６２、窒素ガス用の第４供給量制御装置７２、及び、炭酸ガス用の第５供給量制御装置８２、に制御信号を送る。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約３０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（１．０）に制御できた。

（作用：実施例５－２）
　次に、第５実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．６とする場合について、実施例５－２として説明する。当該実施例５－２においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０”からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が１２［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．５［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が２３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が１．０［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０２とされ、ｃ２＝０．９４とされ、ｃ３＝０．０４とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

　以上のような制御により、炉内窒化ポテンシャルを目標窒化ポテンシャルの近傍に安定的に制御することができる。これにより、被処理品Ｓの表面硬化処理を極めて高品質に行うことができる。具体的には、サンプリング時間数百ミリ秒程度のフィードバック制御によって、アンモニアガスの導入量は３ｍｌ（±１．５ｍｌ）程度の変動幅内で増減され、処理開始後約４０分の時点から窒化ポテンシャルを極めて高精度に目標窒化ポテンシャル（０．６）に制御できた。

（作用：実施例５－３）
　次に、第５実施形態の表面硬化処理装置を用いて、目標窒化ポテンシャルを０．２とする場合について、実施例５－３として説明する。当該実施例５－３においても、処理炉２として、φ７００×１０００のサイズのピット炉が用いられ、加熱温度は５７０℃とされ、被処理品Ｓとして、４ｍ²の表面積を有する鋼材が用いられた。

　処理炉２の加熱中、炉内導入ガス供給部２０”からアンモニアガスとアンモニア分解ガスと一酸化炭素ガスと窒素ガスと炭酸ガスとが設定初期流量で処理炉２内へ導入される。ここでは、アンモニアガスの設定初期流量が３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、アンモニア分解ガスの設定初期流量が２９［ｌ／ｍｉｎ］とされ、一酸化炭素ガスの設定初期流量が０．３［ｌ／ｍｉｎ］とされ、窒素ガスの設定初期流量が１６［ｌ／ｍｉｎ］とされ、炭酸ガスの設定初期流量が０．６［ｌ／ｍｉｎ］とされ、ｘ＝０．５とされ、ｃ１＝０．０２とされ、ｃ２＝０．９４とされ、ｃ３＝０．０４とされた。これらの設定初期流量は、パラメータ設定装置１５において設定入力可能である。また、攪拌ファン駆動モータ９が駆動されて攪拌ファン８が回転し、処理炉２内の雰囲気が攪拌される。

（比較例の説明）
　比較のため、アンモニア分解ガスを導入せずに、アンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスと炭酸ガスとの流量比を常に５０：４７：１：２に維持してそれらの合計流量を変動させる、という態様の窒化ポテンシャル制御を行った。

　具体的には、窒化ポテンシャル調節計４の炉内窒化ポテンシャル演算装置１３は、入力される水素濃度信号またはアンモニア濃度信号と酸素濃度信号とに基づいて炉内窒化ポテンシャルを演算した。そして、ガス流量出力調整手段３０は、炉内窒化ポテンシャル演算装置１３によって演算された窒化ポテンシャルを出力値とし、目標窒化ポテンシャル（設定された窒化ポテンシャル）を目標値とし、アンモニアガス、窒素ガス、一酸化炭素ガス及び炭酸ガスの各々の導入量を入力値としたＰＩＤ制御を実施した。より具体的には、当該ＰＩＤ制御において、アンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスと炭酸ガスとの流量比を一定に保ちながらアンモニアガスと窒素ガスと一酸化炭素ガスと炭酸ガスとの合計導入量を変化させることによって、処理炉２内の窒化ポテンシャルが目標窒化ポテンシャルに近づくような制御が実施された。

（実施例５－１～実施例５－３と比較例との比較）
　以上の結果を纏めた表を、図１８として示す。

１　表面硬化処理装置
２　処理炉
３　雰囲気ガス濃度検出装置
４　窒化ポテンシャル調節計
５　温度調節計
６　記録計
８　攪拌ファン
９　攪拌ファン駆動モータ
１０　炉内温度計測装置
１１　炉内加熱装置
１３　窒化ポテンシャル演算装置
１４　ガス導入量制御装置
１５　パラメータ設定装置（タッチパネル）
１６　開閉弁制御装置
１７　開閉弁
２０、２０’　炉内ガス供給部
２１　第１炉内導入ガス供給部
２２　第１炉内ガス供給制御装置
２３　第１供給弁
２４　第1流量計
２５　第２炉内導入ガス供給部
２７　第２供給弁
２８　第２流量計
２９　炉内導入ガス導入配管
３０　ガス流量出力調整装置
３１　プログラマブルロジックコントローラ
４０　炉内ガス廃棄配管
４１　排ガス燃焼分解装置
６１、６１’　第３炉内導入ガス供給部
６２　第３炉内ガス供給制御装置
６３　第３供給弁
６４　第３流量計
７１　第４炉内導入ガス供給部
７２　第４炉内ガス供給制御装置
７３　第４供給弁
７４　第４流量計
８１　第５炉内導入ガス供給部
８２　第５炉内ガス供給制御装置
８３　第５供給弁
８４　第５流量計

Claims

　アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、
　前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、
　前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、
　前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記複数種類の炉内導入ガスのうち前記アンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、
を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置。
　前記処理炉内の酸素濃度を検出する炉内酸素濃度検出装置
を更に備え、
　前記炉内窒化ポテンシャル演算装置は、前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度と前記炉内酸素濃度検出装置によって検出される酸素濃度とに基づいて、前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の表面硬化処理装置。
　前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記複数種類の炉内導入ガスのうちアンモニアガス及びアンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量Ｃ１、・・・、ＣＮ（Ｎは１以上の整数）を、当該各炉内導入ガスに割り当てた比例係数ｃ１、・・・、ｃＮを用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)、・・・、ＣＮ＝ｃＮ×（Ａ＋ｘ×Ｂ）
となるように制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表面硬化処理装置。
　前記所定の定数ｘは、０．４～０．６である
ことを特徴とする請求項３に記載の表面硬化装置。
　前記所定の定数ｘは、０．５である
ことを特徴とする請求項４に記載の表面硬化装置。
　前記複数種類の炉内導入ガスは、炭酸ガスを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面硬化装置。
　前記複数種類の炉内導入ガスは、一酸化炭素ガスを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面硬化装置。
　前記複数種類の炉内導入ガスは、炭酸ガス及び窒素ガスを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面硬化装置。
　前記複数種類の炉内導入ガスは、一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面硬化装置。
　アンモニアガスとアンモニア分解ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理方法であって、
　前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出工程と、
　前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算工程と、
　前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記複数種類の炉内導入ガスのうち前記アンモニア分解ガス以外の各炉内導入ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御工程と、
を備えたことを特徴とする表面硬化処理方法。
　アンモニアガスとアンモニア分解ガスと浸炭性ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、
　前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、
　前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、
　前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記アンモニアガス及び前記浸炭性ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、
を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置。
　前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記浸炭性ガスの導入量Ｃ１を、当該浸炭性ガスに割り当てた比例係数ｃ１を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御する
ことを特徴とする請求項１１に記載の表面硬化処理装置。
　アンモニアガスとアンモニア分解ガスと浸炭性ガスと窒素ガスとを含む複数種類の炉内導入ガスを処理炉内へ導入して、前記処理炉内に配置される被処理品の表面硬化処理としてガス軟窒化処理を行う表面硬化処理装置であって、
　前記処理炉内の水素濃度またはアンモニア濃度を検出する炉内雰囲気ガス濃度検出装置と、
　前記炉内雰囲気ガス濃度検出装置によって検出される水素濃度またはアンモニア濃度に基づいて前記処理炉内の窒化ポテンシャルを演算する炉内窒化ポテンシャル演算装置と、
　前記炉内窒化ポテンシャル演算装置によって演算される前記処理炉内の窒化ポテンシャルと目標窒化ポテンシャルとに応じて、前記アンモニア分解ガスの導入量を一定に保ちながら前記アンモニアガスと前記浸炭性ガスと前記窒素ガスの導入量を変化させることによって前記処理炉内の窒化ポテンシャルを前記目標窒化ポテンシャルに近づけるガス導入量制御装置と、
を備えたことを特徴とする表面硬化処理装置。
　前記ガス導入量制御装置は、アンモニアガスの炉内導入量をＡとし、アンモニア分解ガスの炉内導入量をＢとし、ｘを所定の定数とした時、前記浸炭性ガスの導入量Ｃ１及び前記窒素ガスの導入量Ｃ２を、当該浸炭性ガスに割り当てた比例係数ｃ１及び当該窒素ガスに割り当てた比例係数ｃ２を用いて、
　Ｃ１＝ｃ１×(Ａ＋ｘ×Ｂ)、Ｃ２＝ｃ２×(Ａ＋ｘ×Ｂ)
となるように制御する
ことを特徴とする請求項１３に記載の表面硬化処理装置。