(57)【要約】【課題】ＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、ＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することが可能な鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉を提供する。【解決手段】鋼の熱処理方法は、被処理物が加熱室内において加熱される工程（Ｓ２０）と、加熱室からＣＯを含む排ガスが排出される工程（Ｓ４０）と、排ガスが燃焼することにより、ＣＯ２を含む燃焼排ガスが生成する工程（Ｓ５０）と、燃焼エネルギーが回収される工程（Ｓ６０）と、燃焼排ガス中のＣＯ２が化学吸収により吸収剤に吸収される工程（Ｓ７０）と、吸収剤からＣＯ２が放出される工程（Ｓ８０）と、放出されたＣＯ２が回収される工程（Ｓ９０）とを備え、回収された燃焼エネルギーは、吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。【選択図】図６
2011075152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼からなる被処理物が一酸化炭素を含む雰囲気に調整された加熱室内において加熱される工程と、
前記加熱室から一酸化炭素を含む排ガスが排出される工程と、
前記排ガスが燃焼することにより、二酸化炭素を含む燃焼排ガスが生成する工程と、
前記排ガスの燃焼により発生した燃焼エネルギーが回収される工程と、
前記燃焼排ガス中の二酸化炭素が化学吸収により吸収剤に吸収される工程と、
前記吸収剤から二酸化炭素が放出される工程と、
前記吸収剤から放出された二酸化炭素が回収される工程とを備え、
前記燃焼エネルギーが回収される工程において回収された前記燃焼エネルギーは、前記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる、鋼の熱処理方法。
【請求項２】
前記被処理物が加熱される工程において前記加熱室から放出される加熱エネルギーが回収される工程をさらに備え、
前記加熱エネルギーが回収される工程において回収された前記加熱エネルギーは、前記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる、請求項１に記載の鋼の熱処理方法。
【請求項３】
鋼からなり、成形加工された鋼部材を準備する工程と、
前記鋼部材に対して熱処理を実施する工程とを備え、
前記熱処理は、請求項１または２に記載の鋼の熱処理方法を用いて実施される、機械部品の製造方法。
【請求項４】
鋼からなる被処理物を加熱する加熱室と、
前記加熱室に一酸化炭素を含む雰囲気ガスを供給するガス供給部と、
前記加熱室から、一酸化炭素を含む雰囲気ガスを排ガスとして排出するガス排出部と、
前記ガス排出部から排出された前記排ガスを燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを生成させる燃焼部と、
前記燃焼部における前記排ガスの燃焼により発生する燃焼エネルギーを回収する燃焼エネルギー回収部と、
前記燃焼排ガス中の二酸化炭素を化学吸収により吸収する吸収剤を保持する吸収剤保持部と、
前記燃焼部において生成した前記燃焼排ガスを前記吸収剤保持部に輸送する燃焼排ガス輸送部と、
二酸化炭素を吸収した前記吸収剤から二酸化炭素を放出させる二酸化炭素放出駆動部と、
前記吸収剤から放出される二酸化炭素を回収する二酸化炭素回収部とを備え、
前記燃焼エネルギー回収部において回収された前記燃焼エネルギーは、前記二酸化炭素放出駆動部による前記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる、熱処理炉。
【請求項５】
前記被処理物の加熱により前記加熱室から放出される加熱エネルギーを回収する加熱エネルギー回収部をさらに備え、
前記加熱エネルギー回収部において回収された前記加熱エネルギーは、前記二酸化炭素放出駆動部による前記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる、請求項４に記載の熱処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉に関し、より特定的には、熱処理において排出される二酸化炭素を効率よく回収することが可能な鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の熱処理においては、炭化水素ガスを原料ガスとするＲＸガスなどのガスが雰囲気を構成するベースガスとして用いられる場合が多い。ＲＸガスを用いることにより、以下の式（１）に示すブードア反応を実現し、鋼の表面における炭素量を制御することができる。このようなベースガスを用いた鋼表面における炭素量の制御は、低炭素鋼に対する浸炭や浸炭窒化、高炭素鋼に対する窒化（脱炭を抑制しつつ表層部に窒素を侵入させる処理）や普通焼入（表層部に新たな元素を侵入させる意図を持たず、単に鋼をＡ１変態点以上に加熱したうえで急冷して焼入硬化させる処理）など、種々の熱処理において実施される。
【０００３】
２ＣＯ⇔＜Ｃ＞＋ＣＯ２・・・（１）
一般に、ＲＸガスは高温(例えば１０５０℃程度)でＮｉ触媒の存在下において炭化水素ガスと空気を混合させることにより発生させることができる。通常用いられている炭化水素ガスはＣＨ４（メタン）、Ｃ３Ｈ８（プロパン）、Ｃ４Ｈ１０（ブタン）、あるいはこれらの混合ガスである。いずれの場合も、ＲＸガスにおけるＣＯ（一酸化炭素）の体積分率は約２０％である。より具体的には、たとえばＣ３Ｈ８を用いた場合、ＣＯの体積分率が２３．７％、Ｈ２（水素）の体積分率が３１．６％、Ｎ２（窒素）の体積分率が４４．６％のＲＸガスが得られる（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、他のベースガスとしてＤＸガス、ＮＸガスなどが知られている。ＤＸガスは、空気と炭化水素ガスとを混合し、不完全燃焼させた上で冷却脱水したガスであり、ＮＸガスはＤＸガスからＣＯ２（二酸化炭素）ガスと水分とを除去したガスである(たとえば、非特許文献２参照)。
【０００５】
鋼の熱処理に使用された後のベースガスは、そのほとんどが排ガスとして炉外で燃焼された後、大気中に放出される。環境問題の一つとして地球温暖化の問題が注目される現在、鋼の熱処理においても、その原因の１つとされるＣＯ２ガスの排出量を可能な限り低減すべきであると考えられる。排ガス中のＣＯ２の分離方法としては、（１）化学吸収法(アルカノールアミン水溶液などを用いたアミン法、リチウムシリケートを用いた方法、酸化亜鉛を用いた方法など)、（２）物理吸収法(高圧下でＣＯ２を大量に溶解できる液体に接触吸収させる方法)、（３）膜分離法(高分子膜、セラミック膜などを用いた方法)、（４）物理吸着法(ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；圧力スイング吸着）法、ＴＳＡ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；温度スイング吸着）法、ＰＴＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；圧力・温度スイング吸着）法など)、（５）深冷分離法(液化分離、蒸留分離など)、（６）ハイドレード分離法などが、それぞれ基礎研究、実証研究、実用化されている。
【０００６】
これらのうち、現時点で実用化されているのは、化学吸収法であるアミン法、物理吸収法、ＰＳＡ法などの物理吸着法である。しかし、費用対効果の観点から、いずれも方法も大規模工場(化学プラント、発電プラント、製鉄プラントなど)での採用に留まっており、比較的小規模な工場の排ガスからのＣＯ２の分離に適用された例はほとんど無い。これは以下のような理由による。物理吸収法は、ガスの高い圧力を利用するため、大気圧に近い圧力の排ガスには適用出来ない。ＰＳＡ法などの物理吸着法は、その原理に起因して設備が大規模にならざるを得ず、また当該設備は比較的高価であるため、比較的小規模な工場への導入は難しい。一方、アルカノールアミン水溶液などを用いた化学吸収法(アミン法)は、ＣＯ２の分離吸収機構が単純で、その装置も複雑ではない。したがって、設備の構造的には、比較的小規模な工場への導入も可能である（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２５６２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本鉄鋼協会編、「鋼の熱処理」、改訂第５版、丸善株式会社、１９６９年、ｐ．１０
【非特許文献２】原泰三、熱処理炉の設計と実際、改訂第２版、新日本鋳鍛造出版会、２００５年、ｐ．１１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＣＯ２ガスを吸収させたアミン溶液からＣＯ２ガスを放出させてアミン溶液を再生利用するためには、アミン溶液を１００〜１２０℃程度に加熱する必要がある。そして、この加熱に必要なエネルギーの調達に必要なコストが、比較的小規模な工場への導入の障害となっていた。また、加熱に必要なエネルギーを調達するために新たなＣＯ２を大量に発生させた場合、ＣＯ２ガス排出量の低減効果が小さくなる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、化学吸収法を用いたＣＯ２ガスの回収を実施してＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、化学吸収法においてＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することが可能な鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に従った鋼の熱処理方法は、鋼からなる被処理物が一酸化炭素を含む雰囲気に調整された加熱室内において加熱される工程と、加熱室から一酸化炭素を含む排ガスが排出される工程と、当該排ガスが燃焼することにより、二酸化炭素を含む燃焼排ガスが生成する工程と、排ガスの燃焼により発生した燃焼エネルギーが回収される工程と、燃焼排ガス中の二酸化炭素が化学吸収により吸収剤に吸収される工程と、吸収剤から二酸化炭素が放出される工程と、吸収剤から放出された二酸化炭素が回収される工程とを備えている。そして、燃焼エネルギーが回収される工程において回収された燃焼エネルギーは、吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。
【００１２】
鋼の熱処理にＲＸガスなどのベースガスが用いられる場合、熱処理炉の加熱室から排出される排ガスの主成分はＨ２、ＣＯおよびＮ２（窒素）である。そして、Ｈ２およびＣＯがそのまま大気中に放出されることを防止する目的で、排ガスは燃焼させられる。このとき、不活性ガスであるＮ２は反応することなく放出される一方、ＣＯおよびＨ２は、それぞれ以下の式（２）および（３）のような発熱反応により燃焼する。
【００１３】
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２  →  ＣＯ２＋２８３ｋＪ／ｍｏｌ・・・（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ＋２８６ｋＪ／ｍｏｌ・・・（３）
本発明の鋼の熱処理方法においては、化学吸収法によるＣＯ２の回収を実施するとともに、排ガスの燃焼により発生した上記燃焼エネルギーが回収され、当該燃焼エネルギーが、吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。そのため、吸収剤からＣＯ２を放出させるために必要なエネルギーの調達コストが低減される。また、上記燃焼エネルギーは、新たなＣＯ２を発生させることなく得られるエネルギーであるため、新たなＣＯ２を大量に発生させることもない。その結果、本発明の鋼の熱処理方法によれば、化学吸収法を用いたＣＯ２ガスの回収を実施してＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、化学吸収法においてＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することができる。
【００１４】
上記鋼の熱処理方法において好ましくは、被処理物が加熱される工程において加熱室から放出される加熱エネルギーが回収される工程をさらに備えている。そして、当該加熱エネルギーが回収される工程において回収された加熱エネルギーは、上記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。
【００１５】
鋼の熱処理においては、被処理物である鋼が、オーステナイト化温度（Ａ１点以上の温度）以上の高温に加熱される場合が多い。また、熱処理炉の加熱室は、エネルギー損失を防ぐ目的で断熱構造を有している場合が多いものの、大気中に放出されるエネルギー量は大きい。そのため、加熱室から放出される加熱エネルギーを回収し、当該加熱エネルギーをも上記吸収剤からのＣＯ２の放出に用いることにより、一層エネルギーを効率よく利用してＣＯ２の回収を実施することができる。
【００１６】
本発明に従った機械部品の製造方法は、鋼からなり、成形加工された鋼部材を準備する工程と、鋼部材に対して熱処理を実施する工程とを備えている。そして、当該熱処理は、上記本発明の鋼の熱処理方法を用いて実施される。
【００１７】
本発明の機械部品の製造方法によれば、上記本発明の鋼の熱処理方法を採用することにより、ＣＯ２の回収に必要なエネルギーコストを低減するとともに、新たなＣＯ２の生成を抑制しつつ、機械部品を製造することができる。
【００１８】
本発明に従った機械部品は、上述の機械部品の製造方法により製造されている。上述した本発明の機械部品の製造方法により製造されていることにより、本発明の機械部品は、環境への負荷の小さい機械部品となっている。
【００１９】
上記本発明の機械部品は軸受を構成する部品として用いられてもよい。環境への負荷が低減された本発明の機械部品は、耐久性の向上だけでなく環境への負荷の低減が要求される軸受を構成する部品として好適である。
【００２０】
なお、上述の機械部品を用いて、軌道輪と、軌道輪に接触し、円環状の軌道上に配置される転動体とを備えた転がり軸受を構成してもよい。すなわち、軌道輪および転動体の少なくともいずれか一方、好ましくは両方が、上述の機械部品である。
【００２１】
環境への負荷が低減された本発明の機械部品を備えていることにより、当該転がり軸受によれば、環境への負荷が低減された転がり軸受を提供することができる。
【００２２】
本発明に従った熱処理炉は、加熱室と、ガス供給部と、ガス排出部と、燃焼部と、燃焼エネルギー回収部と、吸収剤保持部と、燃焼排ガス輸送部と、二酸化炭素放出駆動部と、二酸化炭素回収部とを備えている。加熱室では、鋼からなる被処理物が加熱される。ガス供給部は、加熱室に一酸化炭素を含む雰囲気ガスを供給する。ガス排出部は、加熱室から、一酸化炭素を含む雰囲気ガスを排ガスとして排出する。燃焼部は、ガス排出部から排出された排ガスを燃焼させて二酸化炭素を含む燃焼排ガスを生成させる。燃焼エネルギー回収部は、燃焼部における排ガスの燃焼により発生する燃焼エネルギーを回収する。吸収剤保持部は、燃焼排ガス中の二酸化炭素を化学吸収により吸収する吸収剤を保持する。燃焼排ガス輸送部は、燃焼部において生成した燃焼排ガスを吸収剤保持部に輸送する。二酸化炭素放出駆動部は、二酸化炭素を吸収した吸収剤から二酸化炭素を放出させる。二酸化炭素回収部は、吸収剤から放出される二酸化炭素を回収する。そして、燃焼エネルギー回収部において回収された燃焼エネルギーは、二酸化炭素放出駆動部による吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。
【００２３】
本発明の熱処理炉においては、化学吸収法によるＣＯ２の回収を実施するとともに、排ガスの燃焼により発生した上記燃焼エネルギーを回収し、当該燃焼エネルギーを吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いることができる。そのため、吸収剤からＣＯ２を放出させるために必要なエネルギーの調達コストが低減される。また、上記燃焼エネルギーは、新たなＣＯ２を発生させることなく得られるエネルギーであるため、新たなＣＯ２を大量に発生させることもない。その結果、本発明の熱処理炉によれば、化学吸収法を用いたＣＯ２ガスの回収を実施してＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、当該化学吸収法においてＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することができる。
【００２４】
上記熱処理炉において好ましくは、被処理物の加熱により加熱室から放出される加熱エネルギーを回収する加熱エネルギー回収部をさらに備えている。そして、加熱エネルギー回収部において回収された加熱エネルギーは、二酸化炭素放出駆動部による上記吸収剤からの二酸化炭素の放出に用いられる。これにより、一層エネルギーを効率よく利用して、ＣＯ２の回収を実施することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から明らかなように、化学吸収法を用いたＣＯ２ガスの回収を実施してＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、化学吸収法においてＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することが可能な鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態である機械部品を備えた深溝玉軸受の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である機械部品を備えたスラストニードルころ軸受の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である機械部品を備えた等速ジョイントの構成を示す概略部分断面図である。
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。
【図５】図３の等速ジョイントが角度をなした状態を示す概略部分断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における機械部品および当該機械部品を備えた機械要素の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態における熱処理炉の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２８】
まず、本発明の一実施の形態における機械部品を備えた転がり軸受である深溝玉軸受について説明する。図１を参照して、深溝玉軸受１は、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置され、円環状の保持器１４に保持された転動体としての複数の玉１３とを備えている。外輪１１の内周面には外輪転走面１１Ａが形成されており、内輪１２の外周面には内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、内輪転走面１２Ａと外輪転走面１１Ａとが互いに対向するように、外輪１１と内輪１２とは配置されている。さらに、複数の玉１３は、内輪転走面１２Ａおよび外輪転走面１１Ａに接触し、かつ保持器１４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、深溝玉軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００２９】
ここで、機械部品である外輪１１、内輪１２、玉１３および保持器１４のうち、特に、外輪１１、内輪１２および玉１３には転動疲労強度や耐摩耗性などの耐久性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つが低炭素鋼に対して浸炭や浸炭窒化、あるいは高炭素鋼に対して窒化や普通焼入などが実施されて製造された本発明の機械部品であることにより、環境負荷を低減しつつ、十分な耐久性を有する深溝玉軸受１を得ることができる。
【００３０】
次に、第１の変形例であるスラストニードルころ軸受について説明する。図２を参照して、スラストニードルころ軸受２は、円盤状の形状を有し、互いに一方の主面が対向するように配置された軌道部材としての一対の軌道輪２１と、転動体としての複数のニードルころ２３と、円環状の保持器２４とを備えている。複数のニードルころ２３は、一対の軌道輪２１の互いに対向する主面に形成された軌道輪転走面２１Ａに接触し、かつ保持器２４により周方向に所定のピッチで配置されることにより円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受２の一対の軌道輪２１は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００３１】
ここで、機械部品である軌道輪２１、ニードルころ２３および保持器２４のうち、特に、軌道輪２１、ニードルころ２３には転動疲労強度や耐摩耗性などの耐久性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つが低炭素鋼に対して浸炭や浸炭窒化、あるいは高炭素鋼に対して窒化や普通焼入などが実施されて製造された本発明の機械部品であることにより、環境負荷を低減しつつ、十分な耐久性を有するスラストニードルころ軸受２を得ることができる。
【００３２】
次に、第２の変形例である等速ジョイントについて説明する。なお、図３は、図４の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図に対応する。
【００３３】
図３〜図５を参照して、等速ジョイント３は、軸３５に連結されたインナーレース３１と、インナーレース３１の外周側を囲むように配置され、軸３６に連結されたアウターレース３２と、インナーレース３１とアウターレース３２との間に配置されたトルク伝達用のボール３３と、ボール３３を保持するケージ３４とを備えている。ボール３３は、インナーレース３１の外周面に形成されたインナーレースボール溝３１Ａと、アウターレース３２の内周面に形成されたアウターレースボール溝３２Ａとに接触して配置され、脱落しないようにケージ３４によって保持されている。
【００３４】
インナーレース３１の外周面およびアウターレース３２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝３１Ａとアウターレースボール溝３２Ａとは、図３に示すように、軸３５および軸３６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに接触して転動するボール３３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａのそれぞれは形成されている。これにより、等速ジョイントが角度をなした場合（軸３５および軸３６の中央を通る軸が交差するように等速ジョイントが動作した場合）においても、ボール３３は、常に軸３５および軸３６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。
【００３５】
次に、等速ジョイント３の動作について説明する。図３および図４を参照して、等速ジョイント３においては、軸３５、３６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに嵌め込まれたボール３３を介して、軸３５、３６の他方の軸に当該回転が伝達される。ここで、図５に示すように軸３５、３６が角度θをなした場合、ボール３３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。ここで、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａが形成されているため、ボール３３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、三角形ＯＡＰと三角形ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール３３の中心Ｐから軸３５、３６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸３５、３６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、等速ジョイント３は、軸３５、３６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ３４は、軸３５、３６が回転した場合に、インナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａからボール３３が飛び出すことをインナーレースボール溝３１Ａおよびアウターレースボール溝３２Ａとともに防止すると同時に、等速ジョイント３のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。
【００３６】
ここで、機械部品であるインナーレース３１、アウターレース３２、ボール３３およびケージ３４のうち、特に、インナーレース３１、アウターレース３２およびボール３３には疲労強度や耐摩耗性などの耐久性が要求される。そのため、これらのうち少なくとも１つが低炭素鋼に対して浸炭や浸炭窒化、あるいは高炭素鋼に対して窒化や普通焼入などが実施されて製造された本発明の機械部品であることにより、環境負荷を低減しつつ、十分な耐久性を有する等速ジョイント３を得ることができる。
【００３７】
次に、本実施の形態における上記機械部品、および上記機械部品を備えた転がり軸受、等速ジョイントなどの機械要素の製造方法について説明する。図６を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として、鋼部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、機械構造用合金鋼（ＪＩＳ規格ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０など）、機械構造用炭素鋼（Ｓ５３Ｃなど）、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）などの鋼からなる棒鋼、鋼線などに対して切断、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、機械部品としての外輪１１、軌道輪２１、インナーレース３１などの機械部品の概略形状に成形加工された鋼部材が準備される。
【００３８】
次に、上記鋼部材に対して熱処理を実施する熱処理工程が実施される。この熱処理工程は、工程（Ｓ２０）として実施される加熱工程、工程（Ｓ３０）として実施される加熱エネルギー回収工程、工程（Ｓ４０）として実施される排ガス排出工程、工程（Ｓ５０）として実施される燃焼工程、工程（Ｓ６０）として実施される燃焼エネルギー回収工程、工程（Ｓ７０）として実施される二酸化炭素吸収工程、工程（Ｓ８０）として実施される二酸化炭素放出工程、および工程（Ｓ９０）として実施される二酸化炭素回収工程を含んでいる。この熱処理工程の詳細については後述する。
【００３９】
次に、工程（Ｓ１００）として、熱処理工程が実施された鋼部材に対して、仕上げ加工などが施される仕上げ工程が実施される。具体的には、たとえば、熱処理工程が実施された鋼部材の内輪転走面１２Ａ、軌道輪転走面２１Ａ、アウターレースボール溝３２Ａなどに対する研磨加工が実施される。これにより、本実施の形態における機械部品は完成し、本実施の形態における機械部品の製造方法は完了する。
【００４０】
さらに、工程（Ｓ１１０）として、完成した機械部品が組合わされて機械要素が組立てられる組立て工程が実施される。具体的には、上述の工程により製造された本実施の形態における機械部品である、たとえば外輪１１、内輪１２および玉１３と保持器１４とが組合わされて、深溝玉軸受１が組立てられる。以上の手順により、本発明の機械部品を備えた機械要素が製造される。
【００４１】
次に、上記熱処理工程の詳細について説明する。本実施の形態における熱処理工程では、たとえば以下に説明する本発明の一実施の形態における熱処理炉が用いられる。図７を参照して、本実施の形態における熱処理炉７は、加熱室７１と、ガス供給部７２と、ガス排出部７３と、燃焼部７４と、燃焼エネルギー回収部７８と、吸収剤保持部７５と、燃焼排ガス輸送部７６と、二酸化炭素放出駆動部としての加熱部材８１と、二酸化炭素回収部７７とを備えている。
【００４２】
加熱室７１では、鋼からなる被処理物が加熱される。ガス供給部７２は、ＲＸガスなどのベースガスを生成させるガス生成部７２Ａと、ガス生成部７２Ａにおいて生成したベースガスを加熱室に輸送するための配管を含むガス輸送部７２Ｂとを含むことにより、加熱室７１にＣＯを含む雰囲気ガスを供給する。ガス排出部７３は、加熱室７１から、ＣＯを含む雰囲気ガスを排ガスとして排出する。燃焼部７４は、たとえばバーナーなどの燃焼手段を含み、ガス排出部７３から排出された排ガスを燃焼させてＣＯ２を含む燃焼排ガスを生成させる。燃焼エネルギー回収部７８は、排ガスの燃焼によって発生した燃焼エネルギーを吸収する燃焼エネルギー吸収部７８Ａと、吸収した当該エネルギーを輸送する燃焼エネルギー輸送部７８Ｂとを含むことにより、燃焼部７４における排ガスの燃焼により発生する燃焼エネルギーを回収する。この燃焼エネルギー輸送部７８Ｂは、吸収剤保持部７５の一部に対向するように配置され、当該吸収剤保持部７５の一部を加熱するヒータなどの加熱部材８１に接続されている。
【００４３】
吸収剤保持部７５は、燃焼排ガス中のＣＯ２を化学吸収により吸収する吸収剤７５Ａを保持する。また、吸収剤保持部７５は、大気に対して開口することにより燃焼排ガスに含まれるＮ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２などを放出する開口部７５Ｂと、吸収剤から放出されたＣＯ２を輸送する配管などを含む二酸化炭素輸送部７５Ｃとを有している。燃焼排ガス輸送部７６は、燃焼部７４において生成した燃焼排ガスを取り込む吸気口７６Ａと、吸気口から取り込まれた燃焼排ガスを輸送するための配管を含む輸送部７６Ｂと、吸気口７６Ａから燃焼排ガスを取り込むとともに当該燃焼排ガスを吸収剤保持部７５に保持された吸収剤７５Ａに対して押し出す駆動力を発生するポンプなどの駆動部７６Ｃとを有している。つまり、吸気口７６Ａと駆動部７６Ｃとは輸送部７６Ｂにより接続されており、かつ駆動部７６Ｃと吸収剤保持部７５とは輸送部７６Ｂにより接続されている。これにより、燃焼排ガス輸送部７６は、燃焼部７４において生成した燃焼排ガスを吸収剤保持部７５に輸送することができる。加熱部材８１は、吸収剤７５Ａを加熱することによりＣＯ２を吸収した吸収剤７５ＡからＣＯ２を放出させる。二酸化炭素回収部７７は、吸収剤保持部７５の二酸化炭素輸送部７５Ｃに接続されていることにより、吸収剤７５Ａから放出されるＣＯ２を回収する。
【００４４】
さらに、熱処理炉７は、加熱エネルギー回収部７９を備えている。この加熱エネルギー回収部７９は、加熱室７１に対向するように配置され、被処理物の加熱により加熱室７１から放出される加熱エネルギーを吸収する加熱エネルギー吸収部７９Ａと、吸収した当該エネルギーを輸送する加熱エネルギー輸送部７９Ｂとを含んでいる。これにより、加熱エネルギー回収部７９は、被処理物の加熱によって加熱室７１から放出される加熱エネルギーを回収することができる。加熱エネルギー輸送部７９Ｂは、加熱部材８１に接続されている。
【００４５】
次に、上記熱処理炉７を用いた本実施の形態における熱処理工程について説明する。図６および図７を参照して、本実施の形態における熱処理工程では、まず工程（Ｓ２０）として加熱工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、まずＲＸガスなどのＣＯガスを含むベースガスがガス生成部７２Ａにおいて生成され、ガス輸送部７２Ｂを通して加熱室７１に供給される（矢印ａ）。このとき、加熱室７１において実施されるべき熱処理の種類に合わせて、浸炭窒化処理や窒化処理を実施するためのアンモニアガスなどが加熱室７１に供給されてもよい。これにより、加熱室７１内が所望の雰囲気に調整される。さらに、工程（Ｓ１０）において準備された被処理物としての鋼部材が、所望の雰囲気に調整された加熱室７１内において加熱される。そして、加熱された鋼部材は、たとえば油中に浸漬されて急冷されることにより、焼入硬化される。
【００４６】
ここで、工程（Ｓ２０）において加熱室から放出される加熱エネルギーが回収される加熱エネルギー回収工程が工程（Ｓ３０）として実施される。具体的には、工程（Ｓ２０）において発生した加熱エネルギーは、矢印αに沿って加熱エネルギー吸収部７９Ａに吸収される。さらに、吸収されたエネルギーは、加熱エネルギー輸送部７９Ｂによって加熱部材８１に供給される。ここで、加熱エネルギー吸収部７９Ａにおいて吸収された熱エネルギーである加熱エネルギーは、熱エネルギーのまま加熱部材８１に供給されてもよいし、一旦電気エネルギーなどの他のエネルギーに変換された後、加熱部材８１に供給されてもよい。
【００４７】
次に、工程（Ｓ４０）として、排ガス排出工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、加熱室７１からＣＯを含む排ガスが、ガス排出部７３を通して排出される（矢印ｂ）。より具体的には、上記ベースガスがＲＸガスである場合、たとえばＣＯ、Ｎ２、Ｈ２などを含む排ガスが排出される。
【００４８】
次に、工程（Ｓ５０）として燃焼工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、工程（Ｓ４０）において排出された排ガスが燃焼することにより、ＣＯ２を含む燃焼排ガスが生成するとともに、燃焼反応に伴って熱エネルギーである燃焼エネルギーが発生する。ここで、上記ベースガスがＲＸガスである場合、たとえばＣＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏなどを含む燃焼排ガスが生成する。
【００４９】
そして、工程（Ｓ５０）において生成した燃焼排ガスは、工程（Ｓ７０）として実施される二酸化炭素吸収工程において吸収剤７５Ａに吸収される。具体的には、生成した排ガスは、吸気口７６Ａによって燃焼排ガス輸送部７６内に取り込まれる。取り込まれた燃焼排ガスは、ポンプなどの駆動部７６Ｃの駆動力により矢印ｃに沿って輸送部７６Ｂ内を輸送され、吸収剤保持部７５に保持された吸収剤７５Ａに対して押し出される。ここで、吸収剤７５Ａとしては、たとえばエタノールアミンなどのアルカノールアミンやアルカノールアミン水溶液などを採用することができる。また、吸収剤保持部７５は、図７に示すように環状のループ構造を有しており、当該ループ構造内を液体の吸収剤７５Ａが矢印ｄに沿って循環している。そして、たとえば吸収剤７５Ａとしてエタノールアミンを採用し、当該吸収剤７５Ａを吸収領域７５Ｄにおいて４０〜６０℃程度に保持した場合、以下の式（４）の可逆反応が右辺側に進行する。これにより、輸送部７６Ｂから吸収剤７５Ａに対して押し出された燃焼排ガス中のＣＯ２は、吸収剤７５Ａに化学吸収により吸収される。
【００５０】
２Ｃ２Ｈ５Ｏ‐ＮＨ２＋ＣＯ２⇔Ｃ２Ｈ５Ｏ‐ＮＨ３＋Ｃ２Ｈ５Ｏ‐ＮＨＣＯＯ−・・・（４）
一方、工程（Ｓ５０）において発生した燃焼エネルギーは、工程（Ｓ６０）として実施される燃焼エネルギー回収工程において燃焼エネルギー回収部７８に回収される。具体的には、工程（Ｓ５０）において発生した燃焼エネルギーは、矢印βに沿って燃焼部７４に隣接する燃焼エネルギー吸収部７８Ａに吸収される。さらに、吸収されたエネルギーは、燃焼エネルギー輸送部７８Ｂによって加熱部材８１に供給される。ここで、燃焼エネルギー吸収部７８Ａにおいて吸収された熱エネルギーである燃焼エネルギーは、熱エネルギーのまま加熱部材８１に供給されてもよいし、一旦電気エネルギーなどの他のエネルギーに変換された後、加熱部材８１に供給されてもよい。
【００５１】
次に、工程（Ｓ８０）として二酸化炭素放出工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、吸収剤７５ＡからＣＯ２が放出される。具体的には、図７を参照して、４０〜６０℃程度に維持された吸収領域７５ＤにおいてＣＯ２を吸収した吸収剤７５Ａは矢印ｄに沿って移動する。そして、燃焼排ガスのうち吸収剤７５Ａに化学吸収されなかったＮ２、Ｈ２Ｏ、Ｏ２などのガスは、矢印ｅに沿って開口部７５Ｂから大気中に放出される。さらに、吸収剤７５Ａ矢印ｄに沿って移動し、加熱部材８１に対向し、加熱部材８１によって加熱される（矢印ｆ）ことにより１００〜１２０℃程度に加熱された放出領域７５Ｅに到達する。そうすると、上記式（４）の可逆反応が左辺側に進行する。これにより、吸収剤７５ＡからＣＯ２が放出される。そして、放出されたＣＯ２は、二酸化炭素輸送部７５Ｃへと排出される。ＣＯ２を放出した吸収剤７５Ａは、さらに矢印ｄに沿って移動する。このとき、放出領域７５Ｅにおいて１００〜１２０℃程度に保持されていた吸収剤７５Ａは放熱し（矢印ｈ）、冷却される。そして、吸収領域７５Ｄに再度到達した時点では、吸収剤７５Ａは４０〜６０℃程度の温度となる。
【００５２】
ここで、上述のように、加熱部材８１には工程（Ｓ６０）において回収された燃焼エネルギーが供給され、当該エネルギーは加熱部材８１による吸収剤７５Ａの加熱に用いられる。また、加熱部材８１には工程（Ｓ３０）において回収された加熱エネルギーが供給され、当該エネルギーも加熱部材８１による吸収剤７５Ａの加熱に用いられる。
【００５３】
次に、工程（Ｓ９０）として二酸化炭素回収工程が実施される。この工程（Ｓ９０）では、吸収剤７５Ａから放出された二酸化炭素が回収される。具体的には、吸収剤７５Ａから二酸化炭素輸送部７５Ｃへと排出されたＣＯ２が、二酸化炭素回収部７７に回収され（矢印ｇ）、貯留される。以上により、本実施の形態における熱処理工程は完了する。
【００５４】
本実施の形態における熱処理炉７を用いた上記熱処理工程においては、化学吸収法によるＣＯ２の回収を実施するとともに、排ガスの燃焼により発生した燃焼エネルギーが回収され、当該燃焼エネルギーが、吸収剤７５ＡからのＣＯ２の放出に用いられる。そのため、吸収剤からＣＯ２を放出させるために必要なエネルギーの調達コストが低減される。また、上記燃焼エネルギーは、新たなＣＯ２を発生させることなく得られるエネルギーであるため、新たなＣＯ２を大量に発生させることもない。その結果、熱処理炉７を用いた上記熱処理工程によれば、化学吸収法を用いたＣＯ２ガスの回収を実施してＣＯ２ガスの排出量を低減するとともに、化学吸収法においてＣＯ２ガスを吸収する吸収剤からのＣＯ２ガスの放出に必要なエネルギーコストを低減し、かつ新たなＣＯ２の生成を抑制することができる。
【００５５】
さらに、加熱エネルギー回収部７９による加熱エネルギーの回収および加熱部材８１への当該エネルギーの供給は、本発明の熱処理炉および本発明の鋼の熱処理方法において必須のものではないが、上述のようにこれを実施することにより、一層エネルギーを効率よく利用して、ＣＯ２の回収を実施することができる。
【００５６】
ここで、上記効果を具体的に検証する。今、ベースガスとしてＲＸガスを採用した場合の排ガスにおいて、ＣＯの体積分率が２３．７％、Ｈ２の体積分率が３１．６％、Ｎ２の体積分率が４４．６％であるとし、排ガスの流量が１０Ｌ／ｍｉｎであると仮定する。そうすると、ＣＯの燃焼による１時間あたりの発熱エネルギーは上記式（２）より１９７９ｋＪ、Ｈ２の燃焼によるエネルギーは上記式（３）より２４２０ｋＪとなり、合計で約４４００ｋＪである。
【００５７】
一方、ＲＸガスの排ガスが完全燃焼されたと仮定すると、発生するＣＯ２は１時間あたり６．３５ｍｏｌである。２ｍｏｌのエタノールアミンにより１ｍｏｌのＣＯ２を吸収できることを考慮すると(上記式（４）参照)、１時間あたり必要なエタノールアミンは１２．７ｍｏｌとなる。ここでエタノールアミンに化学吸収されたＣＯ２を回収のために排出させる際、エタノールアミンを１２０℃まで加熱する場合を考える。エタノールアミンの比熱は３０℃の下で１２７．２Ｊ／ｍｏｌであるため、１時間あたりに必要なエタノールアミンを１２０℃に加熱するために必要なエネルギーは１９３．９ｋＪである。
【００５８】
このように、ＣＯおよびＨ２の燃焼によって発生する燃焼エネルギーは１時間あたり約４４００ｋＪであるのに対し、エタノールアミンを１２０℃に加熱するために必要なエネルギーは１時間あたり１９３．９ｋＪであって、ＣＯおよびＨ２の燃焼によって発生する燃焼エネルギーよりもはるかに小さい。したがって、吸収剤７５Ａが保温されないものと仮定しても、吸収剤７５Ａの加熱を排ガスの燃焼エネルギーのみで十分に賄うことができる。このように、本実施の形態における熱処理炉を用いた熱処理工程および当該熱処理工程を含む機械部品の製造方法によれば、従来大気中に放出していたエネルギーのみを利用して燃焼排ガス中のＣＯ２を分離、回収出来るため、従来に比べて確実にＣＯ２排出量の削減を達成することができる。
【００５９】
なお、上記実施の形態においては吸収剤としてエタノールアミンが採用される場合について詳細に説明したが、本発明において採用可能な吸収剤はこれに限られず、たとえば炭酸カリウム水溶液など、他の吸収剤を採用することもできる。
【００６０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の鋼の熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉は、二酸化炭素の排出量低減が求められる熱処理方法、機械部品の製造方法および熱処理炉に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００６２】
１  深溝玉軸受、２  スラストニードルころ軸受、３  等速ジョイント、７  熱処理炉、１１  外輪、１１Ａ  外輪転走面、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  玉、１４，２４  保持器、２１  軌道輪、２１Ａ  軌道輪転走面、２３  ニードルころ、３１  インナーレース、３１Ａ  インナーレースボール溝、３２  アウターレース、３２Ａ  アウターレースボール溝、３３  ボール、３４  ケージ、３５，３６  軸、７１  加熱室、７２  ガス供給部、７２Ａ  ガス生成部、７２Ｂ  ガス輸送部、７３  ガス排出部、７４  燃焼部、７５  吸収剤保持部、７５Ａ  吸収剤、７５Ｂ  開口部、７５Ｃ  二酸化炭素輸送部、７５Ｄ  吸収領域、７５Ｅ  放出領域、７６  燃焼排ガス輸送部、７６Ａ  吸気口、７６Ｂ  輸送部、７６Ｃ  駆動部、７７  二酸化炭素回収部、７８  燃焼エネルギー回収部、７８Ａ  燃焼エネルギー吸収部、７８Ｂ  燃焼エネルギー輸送部、７９  加熱エネルギー回収部、７９Ａ  加熱エネルギー吸収部、７９Ｂ  加熱エネルギー輸送部、８１  加熱部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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