JP2001059154A

JP2001059154A - 浸炭材料の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP2001059154A
Application number: JP11236159A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Ishikawa; 正信石川; Hiroyuki Tsuyusaki; 博幸露崎; Isao Matsumoto; 勲松本; Keiichi Kubo; 啓一久保; Hiroshi Sone; 寛曽根
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; DKK Co Ltd
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2001-03-06
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP4118469B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】煤の発生やワークの酸化を抑制することがで
き、しかも、浸炭材料を低コストでかつ効率よく製造す
ることが可能な浸炭材料の製造方法および製造装置。【解決手段】ワークＷを加熱用コイル５０で囲繞し、減
圧下で誘導加熱する。ワークＷが所定温度に到達した
後、該ワークＷを保持するシャフト４８を回転動作させ
ながら、チャンバ２２内の圧力が１Ｔｏｒｒ未満となる
ようにガス供給管５２ａ、５２ｂから浸炭性ガスを供給
する。また、ワークＷを誘導加熱により昇温しているの
で、ワークＷのみが高温になっている。このため、炭素
はワークＷの表面のみに析出する。次いで、この炭素を
ワークＷの表面から内部へと拡散浸透させた後、ワーク
Ｗが冷却油噴出管８２で囲繞される位置までシャフト４
８を下降させる。そして、ゲートバルブ４２のシャッタ
４４を閉止して、シャフト４８を再び回転動作させなが
ら冷却油を循環供給し、ワークＷに焼き入れを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浸炭材料の製造方
法およびその製造装置に関し、一層詳細には、煤の発生
やワークの酸化を抑制することができ、しかも、浸炭材
料を低コストでかつ効率よく製造することが可能な浸炭
材料の製造方法およびその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】浸炭材料は、通常、以下のようにして製
造されている。

【０００３】まず、軟鋼や低合金鋼からなるワークを密
閉可能な反応容器内に保持した後、該密閉容器の下部か
らＣＯガスや炭化水素化合物ガス等の浸炭性ガスを供給
し、該反応容器内に前記浸炭性ガスを充填する。そし
て、前記浸炭性ガスの供給を続行しながら反応容器の上
部に設けられた排出口を開放し、前記浸炭性ガスを流通
状態にする。

【０００４】次に、前記反応容器の内部に配置された加
熱用コイルを備える高周波誘導加熱機構によって、前記
浸炭性ガスの熱分解が起こる温度にまで前記ワークを加
熱して昇温する。この加熱昇温により、該ワークの表面
付近で前記浸炭性ガスの熱分解が起こるようになり、そ
の結果、該ワークの表面に炭素が析出する。

【０００５】炭素が析出した後は浸炭性ガスの供給を停
止して、前記ワークを前記温度で所定時間保持する。こ
の温度保持により、炭素がワークの表面から内部へと拡
散浸透する。すなわち、ワーク内部に炭素が拡散浸透さ
れた浸炭材料が製造されるに至る。

【０００６】この浸炭材料には、反応容器内から取り出
した後に焼き入れが施されることが通例である。焼き入
れにより浸炭材料の表面にマルテンサイトが生成するの
で、該表面の硬度が優れるようになるからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来技術に係る浸炭材料の製造方法においては、浸炭性ガ
スを流通した状態でワークの加熱昇温および該ワークの
表面への炭素の析出を行っている。しかしながら、この
場合、熱分解を起こして消失する浸炭性ガスの量は僅か
であり、大部分は炭素の析出に関与することなく前記反
応容器の外部へと排出される。すなわち、所望の量の炭
素を析出するために大量の浸炭性ガスを使用しなければ
ならないので、原材料コストの高騰を惹起しているとい
う不具合がある。

【０００８】また、浸炭性ガスを流通せしめた状態で炭
素の析出を行うと、例えば、反応容器の前記排出口等に
煤が発生するという不具合がある。このため、拡散浸透
されるべき量の炭素をワークの表面に析出させるのに長
時間を要する。また、発生した煤が反応容器の排出口等
を閉塞し、浸炭性ガスが流通することが困難になるの
で、装置のメンテナンスが必要となる。したがって、煩
雑である。しかも、メンテナンスを行うことに伴って装
置の稼働率が低下するので、浸炭材料の生産効率が低下
する。

【０００９】また、反応容器内の浸炭性ガスへの置換
は、上記したように、該反応容器内に浸炭性ガスを一旦
充填し、次いで、浸炭性ガスの供給を続行しながら放出
して流通状態とすることにより行っているが、この場
合、反応容器内の空気が充分に除去されずに該反応容器
内に残留する。このため、ワークの材質によっては該ワ
ークの粒界に酸化物が生成し、その結果、浸炭材料の靱
性が低下してしまうことがある。

【００１０】さらに、炭素の析出と浸炭材料に対する焼
き入れとを別々の装置で行うようにしているので、浸炭
材料の生産効率が低いという不具合がある。

【００１１】本発明は上記した種々の問題を解決するた
めになされたもので、炭素を高収率で生成させることが
できるとともに煤の発生やワークの酸化を抑制すること
ができ、しかも、ワークへの炭素の析出から浸炭材料の
焼き入れまでを連続して行うことができ、これにより、
浸炭材料を低コストでかつ効率よく製造することが可能
な浸炭材料の製造方法およびその製造装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る浸炭材料の製造方法は、ワークを加
熱して昇温する昇温工程と、昇温した前記ワークに対し
て浸炭性ガスを供給し、前記浸炭性ガスを熱分解させて
前記ワークの表面に炭素を析出させる析出工程と、析出
した炭素を前記ワークの表面から内部へと拡散浸透させ
る拡散浸透処理工程と、拡散浸透処理が施された前記ワ
ークを焼き入れする焼き入れ工程とを備え、前記析出工
程を１Ｔｏｒｒ未満で行うことを特徴とする。

【００１３】析出工程をこのような減圧下で行うことに
より、煤の発生を回避することができる。したがって、
煤の除去等のメンテナンスが不要であるので、装置の稼
働率が向上し、その結果、浸炭材料の生産効率が向上す
る。また、浸炭性ガスの供給量が少ないので、原材料コ
ストを低減することができる。しかも、析出工程におい
ては酸化性ガスが存在しないので、ワークが酸化するこ
とが著しく抑制される。

【００１４】この場合、前記拡散浸透処理工程を１０^-3
〜１０^-1Ｔｏｒｒで行うことが好ましい。拡散浸透処理
工程においてもワークは高温に保持されているが、減圧
下では酸化性ガスが滞留することはない。したがってワ
ークが酸化することが著しく抑制される。

【００１５】また、ワークとして耐酸化性が低い材料を
使用する場合には、上記と同様の理由から、昇温工程も
１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒ程度の減圧下で行うことが好ま
しい。

【００１６】さらに、析出工程は、ワークを回転させな
がら行うことが好ましい。炭素の厚みを均一にして析出
させることができるからである。

【００１７】さらに、前記ワークの加熱は誘導加熱によ
り行うことが好ましい。この場合、ワークのみが高温と
なる。したがって、ワーク表面以外の箇所で浸炭性ガス
が熱分解することはない。このため、炭素を収率よくワ
ーク表面に生成させることができるとともに煤の発生を
一層回避することができる。

【００１８】また、本発明に係る浸炭材料製造装置は、
ワークを保持する保持部材と、前記ワークを加熱する加
熱機構と、前記加熱機構の加熱部が配置された密閉可能
な加熱室と、前記加熱室の内部に設置されたガス供給管
と、前記加熱室内を排気する排気機構と、前記ワークを
冷却する冷却機構と、前記冷却機構の冷却部が配置され
た冷却室と、前記加熱室と前記冷却室とを連通または遮
断するための開閉部と、前記加熱室または前記冷却室の
いずれか一方から他方へ前記保持部材を移動させる機構
とを備えることを特徴とする。

【００１９】この浸炭材料製造装置においては、ワーク
表面への炭素の析出、該炭素の拡散浸透処理および浸炭
材料への焼き入れを行うことができる。すなわち、ワー
クを取り外したり搬送したりすることなく浸炭材料を製
造することができるので、該浸炭材料を効率よく生産す
ることができる。

【００２０】この場合、加熱機構を誘導加熱機構とする
ことが好ましい。ワークのみを高温にすることができる
からである。

【００２１】また、炭素を均一な厚みにして析出させる
ために、前記保持部材が回転可能であることが好まし
い。この場合、ガス供給管をリング状とし、該ガス供給
管のガス供給口を前記ワークの表面に指向して形成する
ことにより、回転しているワークに対して効率的に浸炭
性ガスを供給することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る浸炭材料の製
造方法につきこれを実施する浸炭材料製造装置との関係
で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細
に説明する。

【００２３】本実施の形態に係る浸炭材料製造装置１０
の全体概略構成を、要部を断面にして図１および図２に
示す。図１、図２に示されるように、この浸炭材料製造
装置１０においては、基台１２上に排気機構１４、架台
１６、冷却油循環供給機構１８および載置台２０が設置
されており、かつ架台１６上および載置台２０上にチャ
ンバ２２および高周波誘導加熱機構２４がそれぞれ載置
固定されている。

【００２４】排気機構１４は、メカニカルブースタ２６
と真空ポンプ２８から構成されており、両者を付勢する
ことによってチャンバ２２内のガスを排気することがで
きる。すなわち、チャンバ２２は、後述するように筒状
の加熱室３０および冷却室３２を有し、加熱室３０とメ
カニカルブースタ２６の吸気口とは、バルブ３４ａが介
装されたダクト３６ａを介して接続されている。また、
該メカニカルブースタ２６の排出口は、バルブ３４ｂが
介装されたダクト３６ｂを介して真空ポンプ２８の吸気
口に接続されている（図２参照）。すなわち、チャンバ
２２内のガスは、まずメカニカルブースタ２６により排
気され、次いで真空ポンプ２８により真空度が高められ
る。排気されたガスは、真空ポンプ２８の排出口に設置
されたサイレンサ３８を介して外部へと排出される。な
お、真空ポンプ２８のモータ（図示せず）は、駆動ベル
ト４０により回転付勢される。

【００２５】架台１６上に載置固定されたチャンバ２２
は、上記したように、筒状の加熱室３０と該加熱室３０
の下部に連設された筒状の冷却室３２とを有し、両者の
間にはゲートバルブ４２が介在されている。したがっ
て、ゲートバルブ４２のシャッタ４４が開放または閉止
されることにより、両者は連通または遮断される。図１
においては、シャッタ４４が開放され、該シャッタ４４
のロッド４５（図２参照）が最大に後退している状態が
示されている。なお、チャンバ２２は、加熱室３０の上
端を閉塞部材４６で閉塞することによって密閉可能であ
る。

【００２６】このチャンバ２２の中央には、シャフトカ
バー４７に囲繞されたシャフト４８が挿入されており、
該シャフト４８の先端には円盤形状のワークＷが保持さ
れている。後述するように、このワークＷの表面に炭素
が析出され、さらに、該炭素の拡散浸透処理が施され
る。

【００２７】ワークＷが加熱昇温される場合、該ワーク
Ｗは、高周波誘導加熱機構２４の構成要素であり、加熱
室３０の内部に配置されたリング状の加熱用コイル５０
に囲繞される（図１参照）。この際、シャッタ４４が開
放され、シャフト４８は冷却室３２から加熱室３０に亘
ってチャンバ２２内に位置する。また、該加熱用コイル
５０の上方および下方にはリング状のガス供給管５２
ａ、５２ｂがそれぞれ配置されており、両者から炭化水
素化合物ガスやＣＯガス等を含有する浸炭性ガスが供給
される。

【００２８】高周波誘導加熱機構２４は、前記加熱用コ
イル５０の他、図示しない高周波交流電源に接続されて
載置台２０上に載置固定された変成器５４と、該変成器
５４にリード部５６を介して接続された同軸電極５８と
を備え、前記加熱用コイル５０はこの同軸電極５８に接
続されている。すなわち、加熱用コイル５０には、変成
器５４、リード部５６および同軸電極５８を介して高周
波数の交流電流が通電される。その結果、後述するよう
に、ワークＷの内部に誘導電流が発生して該ワークＷの
温度が上昇する。

【００２９】ここで、図１の円内を拡大して図３に示
し、この図３を参照してワークＷ、加熱用コイル５０お
よびガス供給管５２ａ、５２ｂについて説明する。

【００３０】まず、ワークＷは、アダプタ６０を介して
シャフト４８の先端に保持されている。具体的には、シ
ャフト４８の先端には凹部４８ａが形成されており、ま
た、ワークＷの中心には貫通孔６２が形成されている。
そして、アダプタ６０は、円盤部６４と該円盤部６４の
中心に形成された貫通孔に嵌合された円柱部６６とから
なり、該円柱部６６の尖鋭な下端部６６ａは前記凹部４
８ａに嵌合され、先端部６６ｂはワークＷに形成された
貫通孔６２に嵌合されている。このような嵌合により、
シャフト４８の先端にワークＷが堅牢に保持される。な
お、ワークＷの材質としては、軟鋼や低合金鋼が例示さ
れ、これらはいずれも導体である。

【００３１】加熱用コイル５０は、上記したようにリン
グ状であり、ワークＷの外周部を囲繞する。そして、高
周波数の交流電源が通電された際に、該ワークＷの内部
に誘導電流を誘起させることにより該ワークＷを加熱昇
温する。

【００３２】また、ガス供給管５２ａ、５２ｂは、図示
しない送気管から分岐した分岐管６８ａ、６８ｂを介し
てガスボンベおよびマスフローコントローラからなるガ
ス供給機構（図示せず）に接続されている。この場合、
ガス供給管５２ａ、５２ｂには同一組成の浸炭性ガスが
導入され、該浸炭性ガスは、ガス供給管５２ａ、５２ｂ
にそれぞれ形成されたガス供給口７０ａ、７０ｂから同
一圧力で加熱室３０内に供給される。

【００３３】ガス供給管５２ａ、５２ｂもまたリング状
であり、加熱用コイル５０から囲繞されたワークＷの上
方および下方にそれぞれ配置されている。そして、ガス
供給口７０ａ、７０ｂは、ワークＷの表面に確実にガス
を到達させるために、ワークＷに指向して形成されてい
る。すなわち、図３から諒解されるように、ガス供給口
７０ａ、７０ｂは、ガス供給管５２ａ、５２ｂのワーク
Ｗに面する隅角部に形成されている。

【００３４】前記シャフト４８の下端は、可動盤７２お
よび該可動盤７２の下方に固定された凹字状のモータ用
保持部材７４にそれぞれ形成された貫通孔を貫通して回
転用モータ７６に軸支されている（図１参照）。すなわ
ち、この回転用モータ７６を付勢することにより、シャ
フト４８を回転動作させることができる。なお、シャフ
トカバー４７の下端は可動盤７２により支持されてお
り、また、該可動盤７２は、チャンバ２２とバー用保持
部材７７とを連結する複数本のバー７８に貫通されてい
る。

【００３５】この可動盤７２は、昇降動作させることが
可能である。具体的には、バー７８の中の１本はボール
ねじ７９からなり、該ボールねじ７９の先端は回転動作
が可能なようにチャンバ２２に軸支されている。そし
て、ボールねじ７９の下端は、バー用保持部材７７に埋
入された昇降用モータ８０に軸支されており、該昇降用
モータ８０が付勢されることに伴ってボールねじ７９が
回転動作する。勿論、可動盤７２において、ボールねじ
７９が貫通された貫通孔にはめねじが形成されており、
したがって、該可動盤７２は、ボールねじ７９が右ねじ
であれば、該ボールねじ７９が図１に示した矢印の方向
に回転動作する際にはバー７８（ボールねじ７９を含
む）に案内されて下降し、逆方向に回転動作する際には
上昇する。

【００３６】可動盤７２がこのように昇降動作すること
に伴い、シャフト４８も昇降動作する。また、シャフト
カバー４７の下端は可動盤７２により支持されているの
で、該シャフトカバー４７も可動盤７２とともに昇降動
作する。したがって、シャフトカバー４７によってシャ
フト４８の昇降動作が阻止されることはない。

【００３７】シャフト４８の上死点は、該シャフト４８
の先端部が加熱室３０の上端から露出するように設定す
ることが望ましい。シャフト４８の先端にワークＷを保
持することが容易となるからである。

【００３８】ワークＷを焼き入れする際には、シャフト
４８を下降させ、ワークＷを冷却室３２の内部に配置す
る。この際には、図４および図４の円内の拡大図である
図５に示すように、ワークＷは、冷却室３２の内部に設
置されたリング状の冷却油噴出管８２に囲繞され、かつ
シャッタ４４が閉じられる。図５に示されるように、噴
出口８４は冷却油噴出管８２の内環状壁８２ａの表面に
形成されており、したがって、冷却油がワークＷの表面
に指向して噴出され、その結果、ワークＷに焼き入れが
施される。

【００３９】ワークＷの焼き入れに要する冷却油は、冷
却油循環供給機構１８によって循環供給される。すなわ
ち、図１、図２および図４に示されるように、冷却油循
環供給機構１８は、収集管８６ａ、８６ｂを介して冷却
室３２に接続された回収槽８８と、該回収槽８８の内部
を減圧するための真空ポンプ９０と、冷却槽９２と、回
収槽８８から冷却槽９２を介して冷却室３２に冷却油を
供給する揚液ポンプ９４とを備え、噴出口８４から冷却
室３２内に噴出された油は冷却槽９２内で冷却された
後、揚液ポンプ９４によって再び冷却室３２内に噴出さ
れる。

【００４０】より具体的には、回収槽８８の内部は、バ
ルブ３４ｃが介装されたダクト３６ｃを介して該回収槽
８８に接続された真空ポンプ９０により減圧されてお
り、このため、冷却室３２の底部に流下した冷却油は収
集管８６ａ、８６ｂを介して回収槽８８内に吸引収集さ
れる。収集された油は、揚液ポンプ９４により冷却槽９
２を介して冷却油噴出管８２に揚液され、噴出口８４か
ら再び噴出される。

【００４１】ここで、バルブ３４ｄ、揚液ポンプ９４お
よびバルブ３４ｅが介装された送液管９６は、冷却槽９
２の内部では螺旋状に旋回している（図１および図４参
照）。そして、該冷却槽９２には図示しない冷却水用入
口・出口が設けられており、該冷却槽９２の内部には冷
却水が流通される。すなわち、該冷却槽９２の内部にお
いては、送液管９６が冷却水に囲繞され、ワークＷに接
触して高温となった冷却油が冷却される。冷却された冷
却油は、再び冷却室３２に供給される。

【００４２】次に、上記のように構成された浸炭材料製
造装置１０を使用して浸炭材料を製造する方法について
説明する。

【００４３】本実施の形態に係る浸炭材料の製造方法の
フローチャートを図６に示す。図６に示されるように、
この製造方法は、ワークＷを加熱昇温する昇温工程Ｓ１
と、加熱昇温されたワークＷに対して浸炭性ガスを供給
し、この浸炭性ガスを熱分解させてワークＷの表面に炭
素を析出させる析出工程Ｓ２と、析出した炭素をワーク
Ｗの表面から内部へと拡散浸透させる拡散浸透処理工程
Ｓ３と、拡散浸透処理が施されたワークを焼き入れする
焼き入れ工程Ｓ４とを備える。また、昇温工程Ｓ１の前
に、チャンバ２２内のガスを排気する排気工程ＳＶが行
われる。昇温工程Ｓ１を行う際、雰囲気に酸化性ガスが
存在しないので、耐酸化性が低い材料からなるワークＷ
を使用した場合であっても該ワークＷが酸化することを
回避することができる。

【００４４】まず、軟鋼や低合金鋼等からなるワークＷ
に形成された貫通孔６２に、アダプタ６０の円柱部６６
の先端部６６ｂを嵌合する。そして、該円柱部６６の尖
鋭な下端部６６ａをシャフト４８に形成された凹部４８
ａに嵌合する。勿論、アダプタ６０の円柱部６６の下端
部６６ａを凹部４８ａに嵌合した後、該円柱部６６の先
端部６６ｂにワークＷの貫通孔６２を嵌合するようにし
てもよい。そして、昇降用モータ８０を付勢することに
よりバー７８の中の１本であるボールねじ７９を回転動
作させ、ワークＷが加熱用コイル５０に囲繞される位置
まで可動盤７２を下降させる（図１参照）。

【００４５】そして、加熱室３０の上端を閉塞部材４６
で閉塞し、排気工程ＳＶを行う。すなわち、真空ポンプ
２８とメカニカルブースタ２６を付勢するとともにバル
ブ３４ａ、３４ｂを開け、チャンバ２２内のガスを排気
する。この際、チャンバ２２内は、メカニカルブースタ
２６により急速に排気され、さらに、真空ポンプ２８に
より真空度が高められる。この場合、ワークＷが酸化し
ない程度に酸化性ガスが排出されればよく、具体的に
は、チャンバ２２内の圧力を１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒ程
度とすれば充分である。

【００４６】次いで、昇温工程Ｓ１において、加熱用コ
イル５０に通電することによりワークＷを加熱昇温す
る。具体的には、高周波数の交流電流を高周波電源（図
示せず）から変成器５４に供給する。この交流電流は、
変成器５４により適切な電流値および電圧値に変換され
た後、リード部５６および同軸電極５８を介して加熱用
コイル５０に至る。これにより、該加熱用コイル５０の
周囲に磁場が発生する。

【００４７】ここで、加熱用コイル５０に通電された交
流電流は高周波数であるので、前記磁場の方向は高速度
で変化する。磁場の方向がこのように変化することに伴
い、導体であるワークＷの内部に誘導電流が誘起され、
その結果、該ワークＷの温度が上昇する。ワークＷは、
浸炭性ガスを熱分解させて炭素を析出させることが可能
であり、かつ、析出した炭素とワークＷとが固溶体を形
成することが可能な温度、例えば、１０００℃まで加熱
昇温される。

【００４８】次いで、回転用モータ７６を付勢すること
によりシャフト４８を回転動作させる。この状態で、析
出工程Ｓ２を行う。すなわち、ガス供給管５２ａ、５２
ｂを介して、ガス供給機構（図示せず）から加熱室３０
に浸炭性ガスを供給する。浸炭性ガスとしては、熱分解
により炭素を生成するものであれば特に限定はされない
が、プロパン、ブタン、アセチレン等の炭化水素化合物
ガスやＣＯガス等の炭素化合物ガスを例示することがで
きる。また、このような炭素化合物ガスにＡｒやＮ₂等
の不活性ガスまたはＨ₂等の還元性ガスが混合された混
合ガスであってもよく、前記不活性ガスおよび前記還元
性ガスがともに混合された混合ガスであってもよい。

【００４９】上記したように、ガス供給管５２ａ、５２
ｂはリング状である。また、該ガス供給管５２ａ、５２
ｂの隅角部に形成されたガス供給口７０ａ、７０ｂは、
ワークＷの表面に指向している（図３参照）。したがっ
て、回転しているワークＷの表面に、浸炭性ガスを効率
よく到達させることができる。ワークＷの表面に到達し
た浸炭性ガスは、該ワークＷが高温であるため、熱分解
を起こす。この熱分解により炭素が生成して、該炭素は
ワークＷの表面に析出する。この炭素とワークＷとは互
いに固溶し、その結果、オーステナイトが生成する。

【００５０】このように、本実施の形態においては、ワ
ークＷの加熱昇温を誘導加熱により行っているので、ワ
ークＷ以外が高温になることがない。したがって、ワー
クＷの表面以外、例えば、加熱用コイル５０の表面やダ
クト３６ａに炭素が析出することがない。このため、加
熱用コイル５０の加熱効率が低下することや、ダクト３
６ａが閉塞してしまう等の不都合が回避される。

【００５１】しかも、この場合、浸炭性ガスは効率よく
ワークＷの表面に到達するので、浸炭性ガス中の炭素化
合物ガスはほとんど全てが熱分解を起こす。換言すれ
ば、煤の発生を回避することができるとともに収率よく
炭素を得ることができる。

【００５２】浸炭性ガスを導入してワークＷの表面に炭
素を析出させる際のチャンバ２２内の圧力は、１Ｔｏｒ
ｒ未満に設定する。１Ｔｏｒｒを超えると煤が発生する
ようになる。また、熱分解することなく排出される浸炭
性ガスの量が多くなるので、炭素の収率が低下する。す
なわち、浸炭材料の製造コストが高騰する。

【００５３】所定時間が経過した後には、浸炭性ガスの
供給を停止する。また、回転用モータ７６を停止して、
シャフト４８およびワークＷの回転も停止する。一方、
加熱用コイル５０への通電は続行してワークＷの温度を
保持し、拡散浸透処理工程Ｓ３を行う。

【００５４】すなわち、拡散浸透処理工程Ｓ３において
は、ワークＷは、析出工程Ｓ２時の温度に保持された状
態で放置される。この際、析出してワークＷに固溶され
た炭素は、ワークＷの表面から内部へと拡散浸透する。
この拡散浸透処理により、表面から内部に指向して炭素
濃度が低下する浸炭材料が得られる。

【００５５】この拡散浸透処理工程Ｓ３は、排気機構１
４によるチャンバ２２内の排気を続行しながら行うこと
が好ましい。酸化性ガスが滞留することがないので、ワ
ークＷの酸化が回避されるからである。この拡散浸透処
理工程Ｓ３におけるチャンバ２２内の圧力も、１０^-3〜
１０^-1Ｔｏｒｒ程度で充分である。

【００５６】次いで、焼き入れ工程Ｓ４を行う。まず、
加熱用コイル５０への通電を停止する。そして、昇降用
モータ８０を付勢することによりボールねじ７９を回転
動作させ、ワークＷが冷却油噴出管８２に囲繞される位
置まで可動盤７２を下降させる（図４参照）。可動盤７
２の下降が終了した後には、ゲートバルブ４２のシャッ
タ４４を閉止し、加熱室３０と冷却室３２とを互いに遮
断する。そして、回転用モータ７６を付勢して、シャフ
ト４８およびワークＷを再び回転動作させる。

【００５７】この状態で、冷却油循環供給機構１８を付
勢する。すなわち、真空ポンプ９０および揚液ポンプ９
４を付勢するとともにバルブ３４ｃ〜３４ｅを開ける。
これにより、回収槽８８内に貯留された冷却油が送液管
９６内を流通し、冷却槽９２内で冷却水により冷却され
た後、冷却油噴出管８２の内環状壁８２ａに形成された
噴出口８４から噴出される。この際、加熱室３０と冷却
室３２とはゲートバルブ４２（シャッタ４４）により遮
断されているので、加熱室３０内に冷却油が噴出される
ことはない。

【００５８】噴出口８４から噴出された冷却油は、ワー
クＷに接触する。この際、冷却油はワークＷと熱交換を
行う。高温となった該冷却油は、収集管８６ａ、８６ｂ
を介して回収槽８８に吸引収集されるが、上記したよう
に冷却槽９２内で冷却水により冷却され、冷却室３２内
に再び供給される。

【００５９】このような冷却油が接触することにより、
ワークＷが急冷されて焼き入れが施され、該ワークＷの
表面にマルテンサイトが生成する。その結果、表面が著
しく高硬度な浸炭材料が得られるに至る。

【００６０】このように、本実施の形態に係る浸炭材料
製造装置１０によれば、炭素の析出およびワークＷの焼
き入れ（急冷）を連続的に行うことができるので、浸炭
材料を効率よく製造することができる。

【００６１】また、析出工程Ｓ２を行う際におけるチャ
ンバ２２内の圧力を適切に設定することにより、炭素を
収率よく析出させることができる。しかも、煤の発生が
著しく抑制される。

【００６２】なお、上記した実施の形態においては、チ
ャンバ２２内にガスを供給することなく昇温工程Ｓ１お
よび拡散浸透処理工程Ｓ３を行ったが、上記した不活性
ガスや還元性ガスを導入するようにしてもよい。この場
合、不活性ガスや還元性ガスを導入した際のチャンバ２
２内の圧力が１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒとなるようにガス
の導入量を調整すればよい。

【００６３】また、この実施の形態では、排気工程ＳＶ
を昇温工程Ｓ１の前に行ったが、耐酸化性が高い材料か
らなるワークＷを使用する場合には、排気工程ＳＶを昇
温工程Ｓ１の後に行うようにしてもよい。

【００６４】また、焼き入れの際に使用する冷媒として
は、Ｎ₂等の不活性ガスであってもよい。

【００６５】

【実施例】Ｓ３５Ｃ（ＪＩＳ規格）からなる外径５０ｍ
ｍ、内径１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状のワークＷ
を、アダプタ６０を介して浸炭材料製造装置１０のシャ
フト４８に保持した。そして、シャフト４８を下降させ
ることによりワークＷを加熱用コイル５０の内部に配置
して加熱室３０の上端を閉塞部材４６で閉塞した後、排
気機構１４によりチャンバ２２内を排気し、圧力を２×
１０^-2Ｔｏｒｒにした。さらに、加熱用コイル５０に周
波数１０ｋＨｚの交流電流を通電し、ワークＷを１００
０℃まで加熱昇温した。

【００６６】次に、シャフト４８を回転動作させること
によりワークＷを回転させ、この状態でアセチレンを８
×１０^-1Ｔｏｒｒの圧力で２分間供給した。アセチレン
が供給されている際、チャンバ２２内の圧力は７×１０
^-1Ｔｏｒｒであった。

【００６７】次に、アセチレンの供給およびシャフト４
８の回転動作を停止させて、拡散浸透処理を行った。す
なわち、ワークＷの温度を１０００℃に保持した状態で
２分間放置した。この際のチャンバ２２内の圧力は、２
×１０^-1Ｔｏｒｒとした。

【００６８】次に、シャフト４８をさらに下降させ、ワ
ークＷを冷却油噴出管８２の内部に配置した。そして、
ゲートバルブ４２のシャッタ４４を閉止し、加熱室３０
と冷却室３２とを互いに遮断した。さらに、シャフト４
８を再び回転動作させるとともに冷却油循環供給機構１
８を付勢し、回転しているワークＷに対して冷却油を１
分間噴射して該ワークＷを急冷することにより該ワーク
Ｗに焼き入れを施した。

【００６９】そして、バルブ３４ｃを閉止し、冷却室３
２内の油を回収槽８８に吸引収集した後、ゲートバルブ
４２のシャッタ４４を開放し、ガス供給管５２ａ、５２
ｂから不活性ガスをチャンバ２２内に導入して該チャン
バ２２内を大気圧よりもやや高くして閉塞部材４６を取
り外した。さらに、シャフト４８を上昇動作させて、ワ
ークＷ（浸炭材料）を浸炭材料製造装置１０から取り出
した。なお、チャンバ２２内には煤の発生は認められな
かった。

【００７０】このようにして製造された浸炭材料におけ
る炭素濃度の深さ方向プロファイルを図７に示す。図７
から、浸炭材料の表面から内部に指向して炭素が拡散浸
透していることが明らかである。また、該浸炭材料の表
面を観察した結果、該表面にはマルテンサイトが生成し
ていることが確認された。

【００７１】さらに、図７と、この浸炭材料におけるビ
ッカース硬度の深さ方向プロファイルを示す図８から、
該浸炭材料の硬度は、炭素濃度の増減に対応して増減し
ていることが分かる。すなわち、従来技術に係る製造方
法および製造装置と同様に、表面の硬度が最も高く、内
部になるにしたがって炭素濃度および硬度が低下する浸
炭材料が得られたことが諒解される。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る浸炭
材料の製造方法によれば、供給された浸炭性ガス中の炭
素化合物ガスを効率よく熱分解させるので、ワーク表面
に析出する炭素の収率が高い。このため、原材料コスト
を低減することができる。また、煤が発生しないので、
浸炭材料製造装置のメンテナンスを行う必要がない。こ
のため、該浸炭材料製造装置の稼働率が向上するので、
浸炭材料を効率よく製造することができるという効果が
達成される。さらに、ワークが酸化することが回避され
る。

【００７３】また、本発明に係る浸炭材料製造装置によ
れば、ワーク表面への炭素の析出、該炭素の拡散浸透処
理および浸炭材料に対する焼き入れを、ワークを一度も
取り出すことなく連続的に行うことができる。したがっ
て、浸炭材料を効率よく製造することができるという効
果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る浸炭材料製造装置の要部縦
断面全体構成説明図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１における円内の要部拡大図である。

【図４】シャフトが下降して冷却油噴出管に囲繞された
状態を示す要部縦断面動作説明図である。

【図５】図４における円内の要部拡大図である。

【図６】本実施の形態に係る浸炭材料の製造方法のフロ
ーチャートである。

【図７】製造された浸炭材料における炭素濃度の深さ方
向プロファイルを示すグラフである。

【図８】製造された浸炭材料におけるビッカース硬度の
深さ方向プロファイルを示すグラフである。

【符号の説明】

１０…浸炭材料製造装置１４…排気機構１８…冷却油循環供給機構２２…チャンバ２４…高周波誘導加熱機構２６…メカニカル
ブースタ２８、９０…真空ポンプ３０…加熱室３２…冷却室４２…ゲートバル
ブ４４…シャッタ４６…閉塞部材４８…シャフト５０…加熱用コイ
ル５２ａ、５２ｂ…ガス供給管６０…アダプタ７０ａ、７０ｂ…ガス供給口７２…可動盤７６…回転用モータ７８…バー７９…ボールねじ８０…昇降用モー
タ８２…冷却油噴出管８４…噴出口８６ａ、８６ｂ…収集管８８…回収槽９２…冷却槽９４…揚液ポンプＷ…ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者露崎博幸埼玉県狭山市新狭山１−10−１ホンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者松本勲神奈川県愛甲郡愛川町中津4052−１電気興業株式会社厚木工場内 (72)発明者久保啓一神奈川県愛甲郡愛川町中津4052−１電気興業株式会社厚木工場内 (72)発明者曽根寛神奈川県愛甲郡愛川町中津4052−１電気興業株式会社厚木工場内Ｆターム(参考） 4K028 AA01 AC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを加熱して昇温する昇温工程と、昇温した前記ワークに対して浸炭性ガスを供給し、前記
浸炭性ガスを熱分解させて前記ワークの表面に炭素を析
出させる析出工程と、析出した炭素を前記ワークの表面から内部へと拡散浸透
させる拡散浸透処理工程と、拡散浸透処理が施された前記ワークを焼き入れする焼き
入れ工程と、を備え、前記析出工程を１Ｔｏｒｒ未満で行うことを特徴とする
浸炭材料の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の浸炭材料の製造方法におい
て、前記拡散浸透処理工程を１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒで行う
ことを特徴とする浸炭材料の製造方法。
【請求項３】請求項１または２記載の浸炭材料の製造方
法において、前記昇温工程を１０^-3〜１０^-1Ｔｏｒｒで行うことを特
徴とする浸炭材料の製造方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の浸炭
材料の製造方法において、前記ワークを回転させながら前記析出工程を行うことを
特徴とする浸炭材料の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の浸炭
材料の製造方法において、前記ワークを誘導加熱により加熱することを特徴とする
浸炭材料の製造方法。
【請求項６】ワークを保持する保持部材と、前記ワークを加熱する加熱機構と、前記加熱機構の加熱部が配置された密閉可能な加熱室
と、前記加熱室の内部に設置されたガス供給管と、前記加熱室内を排気する排気機構と、前記ワークを冷却する冷却機構と、前記冷却機構の冷却部が配置された冷却室と、前記加熱室と前記冷却室とを連通または遮断するための
開閉部と、前記加熱室または前記冷却室のいずれか一方から他方へ
前記保持部材を移動させる機構と、を備えることを特徴とする浸炭材料製造装置。
【請求項７】請求項６記載の浸炭材料製造装置におい
て、前記加熱機構が誘導加熱機構であることを特徴とする浸
炭材料製造装置。
【請求項８】請求項６または７記載の浸炭材料製造装置
において、前記保持部材が回転可能であることを特徴とする浸炭材
料製造装置。
【請求項９】請求項８記載の浸炭材料製造装置におい
て、前記ガス供給管がリング状をなし、該ガス供給管のガス供給口が前記ワークの表面に指向し
て形成されていることを特徴とする浸炭材料製造装置。