(57)【要約】【課題】プラズマ処理炉において処理される被処理体の温度分布を改善する。処理むらの発生を防止する。【解決手段】プラズマ処理炉４において、処理室Ｓ２内の被処理体２の周囲に、熱遮蔽体６３を備えるようにした。熱遮蔽体６３には開口８１を設けた。さらに、蓋体８３によって開口８１を開閉させるようにした。これにより、熱遮蔽体６３内の熱を外側に放散できるようにした。熱遮蔽体６３は、被処理体２の側方及び上方に設け、開口８１は被処理体２の上方に設けた。さらに、熱遮蔽体６３の入口側を開閉する入口側熱遮蔽扉６４と、熱遮蔽体６３の出口側を開閉する出口側熱遮蔽扉６５とを備えた。熱遮蔽体６３の内側にはヒータ６２を備えた。炉体５１には冷却水路６８を内蔵した。【選択図】図３
2008255404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させることにより被処理体を処理するプラズマ処理炉であって、
被処理体を収納する処理室を備え、
前記処理室内の被処理体の周囲に配置される熱遮蔽体を備え、
前記熱遮蔽体に開口を設け、
前記開口を開閉させる蓋体を設けたことを特徴とする、プラズマ処理炉。
【請求項２】
前記熱遮蔽体は、被処理体の側方及び上方に設けられ、
前記開口は、被処理体の上方に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理炉。
【請求項３】
前記熱遮蔽体の内側に、被処理体を加熱するヒータを設けたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のプラズマ処理炉。
【請求項４】
前記熱遮蔽体の入口側を開閉する入口側熱遮蔽扉と、前記熱遮蔽体の出口側を開閉する出口側熱遮蔽扉とを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理炉。
【請求項５】
前記熱遮蔽体は、炉体の内側に設けられ、
前記炉体を冷却する冷却水を通過させる冷却水路を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマ処理炉。
【請求項６】
前記熱遮蔽体の内側の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定値に基づいて前記開口に対する前記蓋体の位置を制御する制御部とを備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ処理炉。
【請求項７】
前記温度センサは、被処理体と前記開口との間の温度を測定することを特徴とする、請求項６に記載のプラズマ処理炉。
【請求項８】
前記処理室は、被処理体を窒化処理する窒化室であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鋼材等の被処理体をプラズマを用いて処理するプラズマ処理炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばクランクシャフト等の鋼材品の製造においては、鋼材の耐摩耗性や耐食性等を向上させるため、鋼材の表面に窒化鉄層を形成する窒化処理が行われている。かような窒化処理方法の一例として、プラズマ窒化（イオン窒化）がある（特許文献１、２参照）。この方法は、鋼材品である被処理体を装入した処理室に、窒素ガス（Ｎ２）を含有した処理ガスを供給し、鋼材品である被処理体を陰極とし、処理室を構成する炉体等を陽極として、両極間にグロー放電を発生させ、これによりイオン化した処理ガス（窒素イオン）を被処理体に対して衝突させ、被処理体の表面に浸入させるものである。
【０００３】
上記のような窒化処理を行う処理炉として、処理室内に、被処理体の周囲を囲む熱遮蔽体（断熱材）を設けたものが知られている（特許文献１、２参照）。かような熱遮蔽体は、被処理体と炉体との間を仕切るように、処理室内の被処理体の側方や上方に配置される。このような熱遮蔽体を設けることで、被処理体に与えられた熱が周囲に放散すること、炉体などに吸収されてしまうことを抑制できる。従って、被処理体の加熱効率を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３３４０号公報
【特許文献２】特開平９−２６８３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の処理炉においては、被処理体の温度分布にばらつきが生じ易く、そのために処理むらが発生しやすい問題があった。即ち、被処理体の周囲に熱遮蔽体を配置すると、熱遮蔽体の内側に熱が溜まり、被処理体の温度が高温になりすぎてしまうことがあった。また、プラズマを用いた処理を行う場合、処理室内は減圧されるが、そのような減圧状態になっていても、僅かな熱対流が生じるため、処理室の雰囲気温度は、下部よりも上部側が上昇しやすい傾向がある。そのため、熱遮蔽体を例えば被処理体の側方と上方を囲むように配置した場合では、熱遮蔽体の内側上部（被処理体の上部と熱遮蔽体との間）が高温になりやすかった。従って、被処理体の上部（特に上部中央部分）の温度が、他の部分よりも高温になりやすかった。即ち、被処理体の上部とその他の部分との間で、処理効果に差が生じるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、被処理体の温度分布を改善し、処理むらの発生を防止できるプラズマ処理炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明によれば、プラズマを発生させることにより被処理体を処理するプラズマ処理炉であって、被処理体を収納する処理室を備え、前記処理室内の被処理体の周囲に配置される熱遮蔽体を備え、前記熱遮蔽体に開口を設け、前記開口を開閉させる蓋体を設けたことを特徴とする、プラズマ処理炉が提供される。
【０００８】
前記熱遮蔽体は、被処理体の側方及び上方に設けても良い。前記開口は、被処理体の上方に設けても良い。前記熱遮蔽体の内側には、被処理体を加熱するヒータを設けても良い。さらに、前記熱遮蔽体の入口側を開閉する入口側熱遮蔽扉と、前記熱遮蔽体の出口側を開閉する出口側熱遮蔽扉とを備えても良い。前記熱遮蔽体は、炉体の内側に設け、前記炉体を冷却する冷却水を通過させる冷却水路を備えるようにしても良い。
【０００９】
さらに、前記熱遮蔽体の内側の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの測定値に基づいて前記開口に対する前記蓋体の位置を制御する制御部とを備えても良い。前記温度センサは、被処理体と前記開口との間の温度を測定するように配置しても良い。また、前記処理室は、被処理体を窒化処理する窒化室であっても良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被処理体の熱を熱遮蔽体の内側から外側に、開口を通じて放散させることができる。蓋体によって開口を開閉することで、被処理体の熱が開口を通じて放散される状態と放散されない状態とを切り換えることができる。これにより、開口付近の被処理体の温度を調節できる。即ち、被処理体の温度分布を改善し、処理むらの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、プラズマ窒化処理システム１は、被処理体２を収納して処理する３つの処理室、即ち、被処理体２を加熱処理（予熱処理）する加熱室Ｓ１、加熱室Ｓ１において加熱処理された被処理体２をプラズマを発生させることにより窒化処理する窒化室Ｓ２、窒化室Ｓ２において窒化処理された被処理体２を冷却処理する冷却室Ｓ３を備えている。加熱室Ｓ１、窒化室Ｓ２、冷却室Ｓ３は、加熱炉３、窒化炉４（プラズマ処理炉）、冷却部５にそれぞれ設けられており、横方向（略水平方向、搬送方向Ｄ）において一列に、入口側からこの順に並べて設けられている。また、プラズマ窒化処理システム１には、被処理体２を所定の搬送方向Ｄに移動させ、加熱室Ｓ１、窒化室Ｓ２、冷却室Ｓ３の順に搬送する被処理体搬送機構６が備えられている（図２参照）。さらに、加熱炉３の入口側には、被処理体２を加熱室Ｓ１に搬入する搬入機１１が設けられている。冷却部５の出口側には、冷却室Ｓ３から搬出された被処理体２を受け取る搬出機１２が設けられている。また、加熱炉３と窒化炉４の間には、シャッター室１５が設けられている。窒化炉４と冷却部５の間には、シャッター室１６がそれぞれ設けられている。加熱炉３、窒化炉４、冷却部５の外部には、プラズマ窒化処理システム１の各部の動作を制御する制御部１７、プラズマ窒化処理システム１の各部に電圧を供給する電源ユニット１８が設けられている（図１参照）。
【００１２】
本実施形態において、被処理体２は、例えばクランクシャフトあるいはカムシャフト等の複数の金属製品であり、金属等の導電性を有する支持部材２ａ（トレー等）によって保持された状態で、支持部材２ａと一体的に搬送されるようになっている。被処理体２の材質は、クランクシャフトの場合は例えば炭素鋼あるいは合金鋼等の鋼材であり、カムシャフトの場合は例えば鋳鉄等である。
【００１３】
加熱炉３は炉体２１を備えており、この炉体２１の内部空間が加熱室Ｓ１となっている。炉体２１の入口側には、被処理体２の搬入口２２と、搬入口２２を開閉するシャッター２３が設けられている。炉体２１の出口側には、被処理体２の搬出口２５と、搬出口２５を開閉するシャッター２６が設けられている。シャッター２６は、シャッター室１５内において移動するようになっている。また、加熱室Ｓ１には、被処理体２を加熱室Ｓ１において搬送するチェーンコンベア３１（図２参照）、加熱室Ｓ１内の被処理体２を放射熱によって加熱する加熱室ヒータ（図示せず）、加熱室Ｓ１内の雰囲気を攪拌する攪拌機構３４（ファン）が設けられている。さらに、加熱室Ｓ１には、加熱室Ｓ１内を減圧（真空引き）する加熱室減圧機構４２と、加熱室Ｓ１内に加熱用ガス又はパージ用ガスとして例えば窒素ガス（Ｎ２）を供給する加熱室ガス供給路４３が接続されている（図２参照）。
【００１４】
窒化炉４は、いわゆる横型炉の構造になっており、例えば長さ方向（軸方向）を搬送方向Ｄに向けた略円筒状をなす炉体５１を備え、この炉体５１の内部空間が窒化室Ｓ２となっている。炉体５１は、金属（導体）によって構成されている。炉体５１の入口側には、被処理体２の搬入口５２と、搬入口５２を開閉するシャッター５３が設けられている。シャッター５３は、シャッター室１５内において移動するようになっている（図２参照）。炉体５１の出口側には、被処理体２の搬出口５５と、搬出口５５を開閉するシャッター５６が設けられている。シャッター５６は、シャッター室１６内において移動するようになっている。
【００１５】
図３及び図４に示すように、窒化室Ｓ２には、被処理体２を窒化室Ｓ２において搬送するチェーンコンベア６１、被処理体２を放射熱によって加熱するヒータ６２（窒化室ヒータ）が設けられている。さらに、ヒータ６２の発熱が拡散して炉体５１等に奪われることを抑制する熱遮蔽体６３（窒化室熱遮蔽体）、熱遮蔽体６３の入口側を開閉する入口側熱遮蔽扉６４、熱遮蔽体６３の出口側を開閉する出口側熱遮蔽扉６５が設けられている。また、被処理体２を窒化室Ｓ２内でチェーンコンベア６１に対して昇降移動させる被処理体昇降機構６６が備えられている。被処理体昇降機構６６には、電極体６７が設けられている。炉体５１には、炉体５１を冷却する冷却水を通過させる冷却水路６８が内蔵されている。
【００１６】
ヒータ６２は、熱遮蔽体６３（後述する側壁部６３ａ、６３ｂ）の内側に設けられている。図示の例では、熱遮蔽体６３の内面に沿って、被処理体２の側方にそれぞれ配置されるように設けられており、被処理体２を両側全体から加熱するようになっている。なお、ヒータ６２としては、例えば電気ヒータ等を用いても良く、その場合、ヒータ６２には、電源ユニット１８から交流電源が供給される。また、図示の例では、ヒータ６２は被処理体２の両側にそれぞれ複数ずつ設けられ、被処理体２の周囲を複数のゾーンに分割して温調できるようになっている。即ち、各ヒータ６２の発熱量をそれぞれ調節することで、熱遮蔽体６３の内側の温度分布（窒化処理時の処理温度分布）を制御できる構成になっている。
【００１７】
熱遮蔽体６３は、図４及び図５に示すように、搬送方向Ｄからみて略コの字状をなし、チェーンコンベア６１又は被処理体昇降機構６６によって保持された状態の被処理体２の側方（被処理体２の幅方向において両側）にそれぞれ備えられる側壁部６３ａ、６３ｂと、被処理体２の上方に備えられる上板部６３ｃとを有している。即ち、窒化室Ｓ２内の被処理体２の周囲において、被処理体２の側方及び上方を囲むように設けられている。換言すれば、被処理体２の側部と炉体５１の側壁部との間を側壁部６３ａ（６３ｂ）によって左右に仕切り、被処理体２の上部と炉体５１の天井部との間を上板部６３ｃによって上下に仕切るように設けられている。また、図５に示すように、搬送方向Ｄにおいて熱遮蔽体６３の入口側には、被処理体２を通過させる入口側通過口６３ｄが設けられている。搬送方向Ｄにおいて熱遮蔽体６３の出口側には、被処理体２を通過させる出口側通過口６３ｅが設けられている。なお、熱遮蔽体６３は、断熱性の高い材質（断熱材）によって形成しても良い。
【００１８】
側壁部６３ａ、６３ｂは、略鉛直（搬送方向Ｄに対して平行）に向けられた平板状をなしている。図４に示す例では、側壁部６３ａ、６３ｂは、チェーンコンベア６１の上面よりも上方に設けられている。即ち、チェーンコンベア６１又は被処理体昇降機構６６によって保持された被処理体２の両側部全体を覆うように設けられている。
【００１９】
上板部６３ｃは、略水平（搬送方向Ｄに対して平行）に向けられた平板状をなしている。上板部６３ｃの中央部（即ち、チェーンコンベア６１又は被処理体昇降機構６６によって保持された被処理体２の上方）には、開口８１が設けられている。図示の例では、開口８１は、略方形状に形成されており、また、上方からみた平面視において、窒化処理を行う際の所定位置に配置された被処理体２の上部中央に重なるような位置に設けられている。
【００２０】
開口８１の周縁部には、開口壁体８２が備えられている。開口壁体８２は、開口８１の周縁部から外側（上板部６３ｃの上方）に向かって立設され、また、開口８１の周縁部全体に沿って、方形の枠状に設けられている。
【００２１】
開口８１と開口壁体８２の上方には、開口８１（開口壁体８２の上部開口）を開閉させる蓋体８３が設けられている。図示の例では、蓋体８３は、略方形の平板状をなし、略水平に向けられている。また、炉体５１の天井部に取り付けられている蓋体昇降機構８４（蓋体移動機構）の下端部によって支持されており、蓋体昇降機構８４の作動により、略鉛直方向に沿って昇降するようになっている。即ち、開口壁体８２に近接して開口８１を閉塞する閉塞位置ＰＬ１（図６参照）と、閉塞位置ＰＬ１の上方に移動して開口８１を開口させる開口位置ＰＬ２との間で、昇降移動可能になっている。なお、蓋体８３は、断熱性の高い材質によって構成してもよい。蓋体昇降機構８４は、例えばエアシリンダ等のシリンダ機構を用いた構成にしても良い。
【００２２】
入口側熱遮蔽扉６４（図３参照）は、略平板状をなし、側壁部６３ａ、６３ｂ、上板部６３ｃに対して略垂直（搬送方向Ｄに対して垂直）に設けられている。また、炉体５１の天井部に取り付けられている図示しない入口側扉昇降機構（例えばシリンダ機構等）によって支持されており、入口側扉昇降機構の作動により、略鉛直方向に沿って昇降するようになっている。即ち、側壁部６３ａ、６３ｂ、上板部６３ｃの入口側の縁部に近接して入口側通過口６３ｄを閉塞する入口閉塞位置ＰＩ１と、入口閉塞位置ＰＩ１の上方に移動して入口側通過口６３ｄを開口させる入口開口位置ＰＩ２との間で、昇降移動可能になっている。入口閉塞位置ＰＩ１に配置された入口側熱遮蔽扉６４は、被処理体２の後部（入口側の側部）と搬入口５２との間を搬送方向Ｄにおいて前後に仕切るように設けられる。なお、入口側熱遮蔽扉６４は、断熱性の高い材質によって構成してもよい。
【００２３】
出口側熱遮蔽扉６５は、略平板状をなし、側壁部６３ａ、６３ｂ、上板部６３ｃに対して略垂直（搬送方向Ｄに対して垂直）に設けられている。また、炉体５１の天井部に取り付けられている図示しない出口側扉昇降機構（例えばシリンダ機構等）によって支持されており、出口側扉昇降機構の作動により、略鉛直方向に沿って昇降するようになっている。即ち、側壁部６３ａ、６３ｂ、上板部６３ｃの出口側の縁部に近接して出口側通過口６３ｅを閉塞する出口閉塞位置ＰＯ１と、出口閉塞位置ＰＯ１の上方に移動して出口側通過口６３ｅを開口させる出口開口位置ＰＯ２との間で、昇降移動可能になっている。出口閉塞位置ＰＯ１に配置された出口側熱遮蔽扉６５は、被処理体２の前部（出口側の側部）と搬出口５５との間を搬送方向Ｄにおいて前後に仕切るように設けられる。なお、出口側熱遮蔽扉６５も、断熱性の高い材質によって構成してもよい。
【００２４】
被処理体昇降機構６６は、被処理体２に対して電圧を印加するための電極体６７と、電極体６７を窒化室Ｓ２内において昇降させる昇降機１１２と、電極体６７を昇降機１１２から絶縁させる絶縁体１１３とを備えている。電極体６７は、窒化室Ｓ２内においてチェーンコンベア６１の内側（チェーンベルトの間）に設けられている（図６参照）。各電極体６７には、窒化室Ｓ２の外部に設けられているプラズマ用電源１１５（直流電源）の陰極が、配線等を介して接続されている。一方、プラズマ用電源１１５の陽極は、例えば炉体５１に対して配線等を介して接続されている。なお、直流電源１１５の陰極（電極体６７）と陽極（炉体５１等）は、絶縁体１１３によって絶縁されている。即ち、絶縁体１１３を設けることで、直流電源１１５の陰極と陽極が短絡して電圧が低下すること、アーク放電等の異常放電が生じて処理効率が低下すること等を防止するようになっている。また、電極体６７によって被処理体２を支持し、昇降機１１２によって絶縁体１１３及び電極体６７を上昇させると、被処理体２をチェーンコンベア６１から持ち上げ、電極体６７以外の部分から絶縁した状態にすることが可能な構成になっている。絶縁体１１３は、耐熱性、電気絶縁性等が高い材質、例えばセラミックス等によって形成されている。
【００２５】
また、窒化室Ｓ２には、図３に示すように、窒化室Ｓ２内を減圧（真空引き）する窒化室減圧路１３１が接続されている。窒化室減圧路１３１は、窒化室Ｓ２の外部において、例えば真空ポンプ等を備えた減圧機構１３２（窒化室減圧機構）に接続されている。さらに、窒化室Ｓ２内に例えば窒素ガス（Ｎ２）、水素ガス（Ｈ２）、プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）等の炭化水素系のガス、アンモニアガス（ＮＨ３）等を処理ガス又はパージ用ガスとして供給する窒化室ガス供給路１３３が設けられている。窒化室ガス供給路１３３は、窒化室Ｓ２の外部において、窒化室ガス供給源ユニット１３４に接続されている。窒化室ガス供給源ユニット１３４には、窒素ガス供給源１４１、水素ガス供給源１４２、プロパンガス供給源１４３、アンモニアガス供給源１４４が設けられている。
【００２６】
冷却部５は、図２に示すように、筐体１５１を備えており、この筐体１５１の内部空間が冷却室Ｓ３となっている。筐体１５１の入口側には、被処理体２の搬入口１５２と、搬入口１５２を開閉するシャッター１５３が設けられている。シャッター１５３は、シャッター室１６内において移動するようになっている。筐体１５１の出口側には、被処理体２の搬出口１５５と、搬出口１５５を開閉するシャッター１５６が設けられている。また、冷却室Ｓ３には、被処理体２を冷却室Ｓ３において搬送するチェーンコンベア１６１、冷却室Ｓ３内の雰囲気を攪拌する攪拌機構１６４（ファン）が設けられている。さらに、冷却室Ｓ３には、冷却室Ｓ３内を減圧（真空引き）する冷却室減圧機構１７２、冷却室Ｓ３内に冷却用ガス又はパージ用ガスとして例えば窒素ガス（Ｎ２）を供給する冷却室ガス供給路１７３が接続されている。
【００２７】
被処理体搬送機構６は、図２に示すように、前述した加熱室Ｓ１のチェーンコンベア３１、窒化室Ｓ２のチェーンコンベア６１、冷却室Ｓ３のチェーンコンベア１６１、シャッター室１５に設けられているローラ１８１、シャッター室１６に設けられているローラ１８２を備えている。
【００２８】
上述したプラズマ窒化処理システム１の各部の機能要素は、制御部１７（図１参照）の命令によって制御される。制御部１７は、例えば汎用コンピュータ等を備え、所定の処理レシピに従って被処理体２を自動的に処理する制御を行うように構成されている。即ち、制御部１７の制御により、後述する加熱処理、窒化処理、冷却処理を自動的に行わせることができる。なお、図示はしないが、プラズマ窒化処理システム１には、加熱室Ｓ１の温度、圧力、窒化室Ｓ２の温度、圧力、冷却室Ｓ３内の温度、圧力等をそれぞれ検出する温度計、圧力計等の検出センサが設けられており、その検出値が制御部１７に送信されるように構成されている。即ち、制御部１７は、各検出センサの検出値に基づいて、プラズマ窒化処理システム１の各部を制御するようになっている。
【００２９】
次に、以上のように構成されたプラズマ窒化処理システム１を用いたプラズマ窒化（イオン窒化）処理方法について説明する。先ず、加熱室Ｓ１に被処理体２が搬入される。即ち、被処理体２が搬入機１１から搬入口２２を通じて加熱室Ｓ１に搬送され、チェーンコンベア３１上に受け渡される。
【００３０】
搬入口２２が閉じられて加熱室Ｓ１内が密閉されると、加熱室減圧機構４２の作動により、加熱室Ｓ１内が減圧され、略真空状態（例えば約０．１Ｔｏｒｒ程度（約１３．３Ｐａ程度））にされる。その後、加熱室ガス供給路４３を通じて加熱室Ｓ１内に窒素ガスが供給される。これにより、加熱室Ｓ１内から酸化性雰囲気（Ｏ２）が排出され、加熱室Ｓ１内が窒素ガスによってパージされ、処理圧力（加熱室Ｓ１の圧力）は、例えば約５００Ｔｏｒｒ程度（約６６．７ｋＰａ程度）にされる。そして、図示しないヒータの発熱によって、チェーンコンベア３１上の被処理体２が例えば約５００℃程度まで加熱される。
【００３１】
一方、窒化室Ｓ２においては、窒化室Ｓ２の搬入口５２、搬出口５５がそれぞれシャッター５３、５６によって閉じられ、窒化室Ｓ２が密閉状態にされた状態で、減圧機構１３２の作動により、窒化室Ｓ２内が減圧された状態（例えば約１Ｔｏｒｒ程度（約１３３．３Ｐａ程度））になっている。また、窒化室ガス供給路１３３を通じて窒化室Ｓ２内に窒素ガスが供給された状態になっている。即ち、窒化室Ｓ２内は、窒素ガス雰囲気にされた状態で、減圧されている。さらに、窒化室Ｓ２内の温度は、ヒータ６２の発熱によって所定温度（例えば約５００℃〜５５０℃程度）に昇温されている。また、冷却水路６８には、冷却水が適宜供給される。即ち、窒化室Ｓ２内の温度は、ヒータ６２の発熱量と冷却水路６８の冷却水の流量を調節することによって、所定の温度に制御されている。
【００３２】
加熱室Ｓ１における加熱処理が終了すると、再び減圧機構４２が作動させられ、加熱室Ｓ１内が窒化室Ｓ２の圧力と同程度（例えば約１Ｔｏｒｒ程度）に減圧される。その後、搬出口２５、搬入口５２がそれぞれ開かれ、加熱室Ｓ１と窒化室Ｓ２が、シャッター室１５を通じて互いに連通させられる。窒化室Ｓ２では、入口側熱遮蔽扉６４が入口開口位置ＰＩ２に移動させられ、入口側通過口６３ｄが開かれる。
【００３３】
かかる状態において、被処理体２が搬送方向Ｄに沿って移動させられ、加熱室Ｓ１から搬出口２５、シャッター室１５、搬入口５２を通じて、窒化室Ｓ２に搬送される。即ち、被処理体２がチェーンコンベア３１上からチェーンコンベア６１上に受け渡される。被処理体２が窒化室Ｓ２に搬入されると、窒化室Ｓ２の搬入口５２が閉じられ、窒化室Ｓ２内は、再び密閉状態にされる。
【００３４】
窒化室Ｓ２に搬入された被処理体２は、チェーンコンベア６１の駆動により、入口側通過口６３ｄを通じて、熱遮蔽体６３の内側の所定位置に搬送された後、静止させられる。熱遮蔽体６３の入口側通過口６３ｄと出口側通過口６３ｅは、入口側熱遮蔽扉６４、出口側熱遮蔽扉６５によってそれぞれ閉じられる。さらに、被処理体昇降機構６６の駆動により電極体６７が上昇させられ、チェーンコンベア６１上に保持されている被処理体２が電極体６７によって押し上げられる。即ち、被処理体２はチェーンコンベア６１から上方に離隔し、熱遮蔽体６３の内側において電極体６７上に載せられた状態、また、電極体６７以外の部分（昇降機１１２、炉体５１、チェーンコンベア６１等）から電気的に絶縁された状態になる。こうして、被処理体２は、被処理体昇降機構６６に支持された状態で、所定の高さで静止させられ、熱遮蔽体６３、入口側熱遮蔽扉６４、出口側熱遮蔽扉６５によって囲まれた状態（即ち、被処理体２の側部全体が熱遮蔽性の高い部材によって囲まれ、かつ、被処理体２の上部が上板部６３ｃによって覆われた状態）になる。こうすることで、被処理体２から熱が放散されることを抑制でき、被処理体２を効率的に加熱できるようになる。
【００３５】
また、被処理体２が窒化室Ｓ２に搬入され、搬入口５２が閉じられて窒化室Ｓ２内が密閉されると、窒化室ガス供給路１３３を通じて窒化室Ｓ２内に窒素ガスを含む処理ガス（例えば窒素ガス、水素ガス、プロパンガス、アンモニアガス等の混合流体）が供給される。これにより、窒化室Ｓ２内の圧力が、所定の処理圧力（例えば約３Ｔｏｒｒ〜８Ｔｏｒｒ程度（約４００Ｐａ〜１０６７Ｐａ程度）に昇圧される。
【００３６】
こうして、窒化室Ｓ２内に処理ガスが供給され、被処理体２が電極体６７によって支持された状態において、直流電源１１５によって電圧が印加され、窒化処理が行われる。即ち、電極体６７及び被処理体２が陰極となり、炉体５が陽極となって、両極間にグロー放電が起こり、プラズマが発生する。即ち、窒化室Ｓ２内の処理ガスがイオン化される。イオン化した処理ガス（窒素イオン）は、被処理体２に対して衝突し、被処理体２の表面に浸入する。これにより、被処理体２の表面に、窒化鉄層が形成される。
【００３７】
なお、窒化処理が行われる間、窒化室Ｓ２内の処理温度、被処理体２の温度は、ヒータ６２の発熱、グロー放電による加熱（イオン化した処理ガスが被処理体２に衝突することによる加熱）、冷却水路６８による冷却を制御することで、所定温度（例えば約５００℃〜５５０℃程度）に調節される。
【００３８】
さらに、熱遮蔽体６３の内側の温度分布は、開口８１を開閉することで、好適に調節することが可能である。即ち、この窒化炉４のような横型の処理炉では、一般的に竪型の処理炉と比較して処理室内の温度分布が悪くなりやすい傾向があり、被処理体２の上部（特に開口８１の真下付近に位置する上部中央部分）が高温になりやすいが、開口８１を開くことで、開口８１を通じて熱遮蔽体６３内の熱が放出され、炉体５１（冷却水路６８）に吸収されやすくなる。
【００３９】
例えば被処理体２の上部中央部分の温度が、予め設定した所定の上限温度よりも上昇した場合は、蓋体８３を開口位置ＰＬ２に移動させ、開口８１を開き、被処理体２の上部中央部分の熱が熱遮蔽体６３の外に放熱される状態にすれば良い。そうすれば、被処理体２の上部中央部分の温度を低下させ、他の部分（被処理体２の上部中央部分以外の部分）の温度に近づけることができる。逆に、被処理体２の上部中央部分の温度が、予め設定した所定の下限温度（上限温度よりも低い温度）よりも低下した場合は、蓋体８３を閉塞位置ＰＬ１に移動させ、開口８１を閉じ、被処理体２の上部中央部分の熱が熱遮蔽体６３の外に放熱されない状態に切り換えるようにすれば良い。そうすれば、被処理体２の上部中央部分の温度を昇温させ、他の部分の温度に近づけることができる。こうして開口８１を開閉することで、被処理体２の上部中央部分の温度を、所定の範囲内（上限温度と下限温度との間）の温度に維持することができる。また、被処理体２の上部中央の温度が他の部分に対して高温又は低温になりすぎることを防止でき、窒化処理における被処理体２の温度分布の均一性を向上させることができる。ひいては、処理むらが発生することを防止できる。
【００４０】
以上のようにして、窒化室Ｓ２における窒化処理が終了すると、直流電源１１５による電圧の供給が停止され、グロー放電が停止される。また、被処理体昇降機構６６の駆動により、電極体６７と被処理体２が下降させられる。すると、被処理体２が電極体６７からチェーンコンベア６１に受け渡され、電極体６７は、チェーンコンベア６１及び被処理体２の下方に下降させられる。また、出口側熱遮蔽扉６５が出口開口位置ＰＯ２に移動させられ、出口側通過口６３ｅが開かれる。さらに、搬出口５５、搬入口１５２それぞれ開かれ、窒化室Ｓ２と冷却室Ｓ３が、シャッター室１６を通じて互いに連通させられる。
【００４１】
かかる状態において、被処理体２が搬送方向Ｄに沿って移動させられ、熱遮蔽体６３の内側から出口側通過口６３ｅ、搬出口５５、シャッター室１６、搬入口１５２を通じて、予め減圧された冷却室Ｓ３に搬送される。即ち、被処理体２がチェーンコンベア６１上からチェーンコンベア１６１上に受け渡される。被処理体２が冷却室Ｓ３に搬入されると、冷却室Ｓ３の搬入口１５２が閉じられ、冷却室Ｓ３内が密閉状態にされる。
【００４２】
冷却室Ｓ３に搬入された被処理体２は、チェーンコンベア１６１の駆動により、冷却室Ｓ３の所定位置に搬送され、静止させられる。また、冷却室Ｓ３に冷却室ガス供給路１７３を通じて窒素ガスが供給され、冷却室Ｓ３内が所定の処理圧力（例えば約５００Ｔｏｒｒ程度）に昇圧され、冷却処理が行われる。被処理体２から放熱される熱は、冷却室Ｓ３内の窒素ガス、筐体１５１等を介して、図示しない冷却水路内の冷却水に伝達し、冷却水と共に冷却部５から排熱される。かかる冷却処理により、被処理体２の温度は、約５００℃〜５５０℃程度から約１００℃〜１５０℃程度まで下げられる。
【００４３】
冷却処理が終了すると、搬出口１５５か開かれ、チェーンコンベア１６１の駆動により、被処理体２が冷却室Ｓ３から搬出口１５５を通じて搬出機１２上に受け渡される。以上のようにして、プラズマ窒化処理システム１における一連の処理工程が終了する。
【００４４】
なお、プラズマ窒化処理システム１では、複数の被処理体２を連続的に並行して処理できる。即ち、加熱室Ｓ１においては加熱処理、窒化室Ｓ２においては窒化処理、冷却室Ｓ１において冷却処理をそれぞれ行いながら、複数の被処理体２を連続的に、効率的に処理することができる。
【００４５】
以上説明したように、かかるプラズマ窒化処理システム１の窒化炉４においては、熱遮蔽体６３に開口８１が設けられていることにより、熱遮蔽体６３の内側の雰囲気や被処理体２の熱を、熱遮蔽体６３の内側から外側（炉体５１側）に、開口８１を通じて放散させることができる。蓋体８３によって開口８１を開閉することで、熱遮蔽体６３の内側の雰囲気や被処理体２の熱が開口８１を通じて放散される状態と放散されない状態とを切り換えることができる。これにより、開口８１付近の雰囲気や被処理体２の温度（開口８１に対向する上部中央部分の温度）を調節できる。即ち、熱遮蔽体６３内の雰囲気の温度分布や被処理体２の温度分布を改善し、温度分布の均一性を向上させることができる。ひいては、被処理体２の処理むらの発生を防止することができる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４７】
例えば以上の実施形態では、被処理体２として鉄系合金からなるクランクシャフト、カムシャフト等を例示したが、被処理体２とはかかるものに限定されず、本実施形態は、様々な材質に対するプラズマ窒化に適用できる。
【００４８】
窒化炉４に設けるヒータ６２、熱遮蔽体６３、開口８１、開口壁体８２、蓋体８３等の形状や配置等も、以上の実施形態には限定されない。例えばヒータ６２は、窒化室Ｓ２内の被処理体２の側方だけでなく、上方に設けても良い。また、入口側熱遮蔽扉６４や出口側熱遮蔽扉６５は、必ずしも設けなくても良い。即ち、入口側通過口６３ｄ、出口側通過口６３ｅを開口させた状態で窒化処理を行っても良い。開口壁体８２は、必ずしも設けなくても良い。即ち、蓋体８３を熱遮蔽体６３に対して直接的に接触させ、開口８１を閉塞するようにしても良い。開口８１の位置は、被処理体２の上部中央に重なる位置には限定されず、他の箇所に設けても良い。
【００４９】
以上の実施形態では、蓋体８３を閉塞位置ＰＬ１と開口位置ＰＬ２の２箇所に移動させることにより、被処理体２の温度分布を調節する方法を説明したが、蓋体８３は、３箇所以上の複数の位置に段階的に移動させるようにしても良いし、任意の位置に移動させるようにしても良い。即ち、開口８１の開度（開口８１と蓋体８３との間の距離）を段階的又は任意に調節するようにしても良い。
【００５０】
例えば図７に示すように、開口８１に対する蓋体８３の高さを４段階に調節できるように、即ち、蓋体８３を閉塞位置ＰＬ１、閉塞位置ＰＬ１の上方に配置されて開口８１を開口させる第一の開口位置ＰＬ３、第一の開口位置ＰＬ３よりも高い第二の開口位置ＰＬ４、第二の開口位置ＰＬ４よりも高い第三の開口位置ＰＬ５に移動できるようにしても良い。この場合、開口８１の開度は、蓋体８３を閉塞位置ＰＬ１に配置したとき最小（ゼロ）になり、蓋体８３を第三の開口位置ＰＬ５に配置したとき最大になる。また、被処理体２の上部から開口８１を通じて放散される放熱量（炉体５１に吸収される熱量）は、開口８１の開度が大きくなるほど増加する。即ち、蓋体８３を第三の開口位置ＰＬ５に配置したとき、放熱量が最大になる。従って、蓋体８３の位置を調節することで、放熱量を調節し、ひいては、熱遮蔽体６３内の温度分布、被処理体２の温度分布を制御することができる。
【００５１】
また、図７に示すように、窒化室Ｓ２の温度（雰囲気温度）を測定する温度センサ１８５を備え、その測定値に基づいて、蓋体８３の位置を調節するようにしても良い。図７に示す例では、温度センサ１８５は、熱遮蔽体６３の内側において、被処理体２の上部中央部分と開口８１との間の温度を測定するように配置されている。つまり、温度センサ１８５の測定値から、被処理体２の上部中央部分の温度を予測できるようになっている。また、温度センサ１８５の測定値は、制御部１７に送信される。制御部１７は、温度センサ１８５の測定値に基づいて、開口８１に対する蓋体８３の位置を制御する。即ち、温度センサ１８５の測定値に基づいて、蓋体昇降機構８４に制御命令を送信し、蓋体昇降機構８４は、制御部１７から送信された制御命令に従って、蓋体８３の位置を調節する。例えば、温度センサ１８５の測定値が目標値（予め設定された上限温度と下限温度の間の温度）になるように制御する。このようにすれば、被処理体２の温度を適切に調節することができる。
【００５２】
また、制御部１７においては、温度センサ１８５の測定値と目標値との差（偏差量）を計算し、その偏差量に基づいて、開口８１の開度を決定するようにしても良い。例えば、偏差量が小さいときは、蓋体８３を第一の開口位置ＰＬ３に配置し、放熱量を小さくすれば良い。偏差量が大きいときは、蓋体８３を第二の開口位置Ｌ４に配置し、放熱量を大きくすれば良い。偏差量がさらに大きいときは、蓋体８３を第三の開口位置ＰＬ５に配置し、放熱量を最大にすれば良い。このように、偏差量が大きいほど、開口８１の開度を大きくするように制御しても良い。そうすれば、熱遮蔽体６３内の温度分布、被処理体２の温度分布を、さらに精度良く適切に調節することができる。
【００５３】
さらに、窒化炉４の構成は、以上の実施形態に示したプラズマ窒化処理システム１のような連続式の処理システム（複数の処理室を備え、加熱処理、プラズマを利用した処理、冷却処理等の複数種類の処理を互いに異なる処理室で行うシステム）には限定されず、バッチ型のプラズマ処理システム（複数種類の処理を同一の処理室で行うシステム）にも適用できる。即ち、例えば加熱処理と窒化処理を互いに同一の処理室内で行う構成、あるいは、加熱処理と窒化処理と冷却処理を互いに同一の処理室内で行う構成等にも適用できる。
【００５４】
また、窒化炉４の構成は、以上の実施形態で説明したような横型炉（被処理体を横方向に移動させ、処理室の側方から搬入出させる構造）には限定されず、竪型炉（被処理体を上下方向に移動させ、処理室の下方から搬入出させる構造）にも適用できる。
【００５５】
図８は、バッチ型の竪型の窒化炉１９０の一例を示している。なお、図８においては、上述した実施形態における要素と同一の機能構成を有する要素に、同一の符号を付している。この窒化炉１９０は、長さ方向（軸方向）を略鉛直方向に向けた略円筒状をなす炉体１９１を備えており、この炉体１９１の内部空間が窒化室Ｓ２となっている。炉体１９１は金属によって構成されており、炉体１９１の底部には、被処理体２の搬入出口１９２と、搬入出口１９２を開閉するシャッター１９３が設けられている。さらに、窒化炉１９０は、上述した窒化炉４と同様に、ヒータ６２、熱遮蔽体６３、冷却水路６８（炉体１９１を冷却する冷却水路）、開口８１、開口壁体８２、蓋体８３、蓋体昇降機構８４等を備えている。また、被処理体２を昇降移動させることにより搬入出口１９２を通じて窒化室Ｓ２に対して搬入出させる被処理体昇降機構１９６を備えている。
【００５６】
この窒化炉１９０に備えられている熱遮蔽体６３は、底部が開口された略直方体状をなしている。つまり、窒化室Ｓ２内において被処理体昇降機構１９６によって保持された被処理体２（窒化処理を行う際の所定位置に配置された被処理体２）の側部全体を囲み、かつ、被処理体２の上部を囲むように形成されている。開口８１は、上方からみた平面視において、被処理体昇降機構１９６によって保持された被処理体２の上部中央に重なるような位置に設けられている。また、被処理体昇降機構１９６は、被処理体昇降機構６６と同様に、電極体６７、絶縁体１１３等を備えている。このような窒化炉１９０の構成においても、蓋体８３によって開口８１を開閉することで、開口８１を通じて放散される放熱量を調整し、被処理体２の温度分布を好適に制御できる。
【００５７】
また、本実施形態は、プラズマ窒化処理以外にも、例えばプラズマ浸炭処理、プラズマ浸炭窒化処理等、プラズマを利用した様々な処理に適用することが可能である。即ち、プラズマ処理炉とは窒化炉（プラズマ窒化炉）には限定されず、例えばプラズマ浸炭炉、プラズマ浸炭窒化炉等であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、金属製品等の表面処理を行うプラズマ処理炉等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態にかかるプラズマ窒化処理システムの概略平面図である。
【図２】プラズマ窒化処理システムの概略縦断面図である。
【図３】窒化炉の縦断面図である。
【図４】窒化炉の縦断面図（図３におけるＩ−Ｉ線による概略断面図）である。
【図５】熱遮蔽体、開口及び蓋体の構成を説明する斜視図である。
【図６】熱遮蔽体、被処理体昇降機構の構成を拡大して示した説明図である。
【図７】蓋体の位置を４段階に調節する実施形態を示した縦断面図である。
【図８】竪型炉の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｄ        搬送方向
Ｓ１      加熱室
Ｓ２      窒化室
Ｓ３      冷却室
１        プラズマ窒化処理システム
２        被処理体
３        加熱炉
４        窒化炉
５        冷却部
６        被処理体搬送機構
１７      制御部
６２      ヒータ
６３      熱遮蔽体
６４      入口側熱遮蔽扉
６５      出口側熱遮蔽扉
８１      開口
８２      開口壁体
８３      蓋体
８４      蓋体昇降機構
【図１】
2008255404.tif 000003
【図２】
2008255404.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008255404.tif 000007
【図６】
2008255404.tif 000008
【図７】
2008255404.tif 000009
【図８】
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