(57)【要約】【課題】マルエージング鋼製の金属リングに優れた硬度と靱性とを付与できる窒化処理装置を提供する。【解決手段】マルエージング鋼製の金属リングＷをアンモニアを含む雰囲気下、４５０〜５００℃の処理温度に３０〜１２０分の処理時間で保持して窒化処理する。窒化処理装置６は予熱室１２と窒化処理室１３とを備える。予熱室１２は該処理温度に昇温する第１の加熱手段を備える。窒化処理室１３は、窒化処理室１３内を加熱して該処理温度に保持する第２の加熱手段と、窒素ガスを窒化処理室１３内に導入する窒素ガス導入手段２０ｃと、アンモニアガスを窒化処理室１３内に導入するアンモニアガス導入手段２２と、酸素ガスを窒化処理室１３内に導入する酸素ガス導入手段２３ａと、窒化処理室１３内の雰囲気を排出する排気手段３３，３４とを備える。予熱室１２は、ハロゲン化物ガスを予熱室１２内に導入するハロゲン化物ガス導入手段２１を備える。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルエージング鋼製の金属リングを、少なくともアンモニアを含む雰囲気下、４５０〜５００℃の範囲の処理温度に３０〜１２０分の範囲の処理時間が経過するまで保持して窒化処理する窒化処理装置において、
予熱室と窒化処理室とを備え、
該予熱室は該金属リングを収容したときに該予熱室内を加熱して該処理温度に昇温する第１の加熱手段を備え、
該窒化処理室は、該窒化処理室内を加熱して該処理温度に保持する第２の加熱手段と、窒素ガスを該窒化処理室内に導入する窒素ガス導入手段と、アンモニアガスを該窒化処理室内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理室内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理室内の雰囲気を排出する排気手段とを備え、
該窒素ガス導入手段により導入される窒素ガスと、該アンモニアガス導入手段により導入されるアンモニアガスと、該酸素ガス導入手段により導入される酸素とにより、アンモニア５０〜９０容量％と酸素０．１〜０．９容量％とを含み残部が実質的に窒素からなる第１の混合ガスを生成し、第１の混合ガス雰囲気下、該予熱室から該窒化処理室内に移送された該金属リングを収容して、該金属リングの表面に窒化層を形成し、
該処理時間の１／３〜１／２が経過したときに、該排気手段により第１の混合ガスを排出する一方、該窒素ガス導入手段により導入される窒素と、該アンモニアガス導入手段により導入されるアンモニアガスとにより、アンモニア０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガスを生成して、該窒化処理室内の雰囲気を第２の混合ガスに置換し、
第２の混合ガス雰囲気下、該処理時間の残りの時間が経過するまで該窒化処理室内に該金属リングを保持することを特徴とする金属リングの窒化処理装置。
【請求項２】
前記予熱室は、ハロゲン化物ガスを該予熱室内に導入するハロゲン化物ガス導入手段を備えることを特徴とする請求項１記載の金属リングの窒化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機用ベルト等に用いられるマルエージング鋼製の金属リングの窒化処理を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達のために、複数の金属リングを積層して積層リングを形成し、該積層リングを所定形状のエレメントに組み付けて保持したＣＶＴ用ベルトが知られている。
【０００３】
前記積層リングを形成する金属リングは、マルエージング鋼等のＮｉ、Ｍｏを含む低炭素鋼からなり、例えば前記低炭素鋼の薄板を長方形に切断し、該薄板を長辺に沿って丸め、短辺側の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成した後、該ドラムを所定幅に裁断して無端状の金属リングとする。そして、前記金属リングを圧延して０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さとした後、さらに所定の周長に周長補正することにより製造されている。
【０００４】
前記マルエージング鋼は、適温に加熱してマルテンサイト状態において時効硬化を生じさせることにより、高強度、高靱性を兼ね備えることができる超強力鋼であるので、前記金属リングに賞用される。しかし、前記金属リングを積層した積層リングからなるＣＶＴ用ベルトを前記ＣＶＴの動力伝達のために用いる場合には、該ＣＶＴ用ベルトがＶ溝間隔を変換自在の１対のプーリ間に張設されて用いられる。従って、前記金属リングは、前記ＣＶＴ用ベルトが前記プーリ間を走行するときには直線状態となり、該プーリに沿って走行するときには湾曲状態となり、前記直線状態と湾曲状態との繰り返しにより過酷な曲げ変形を加えられる。
【０００５】
そこで、前記金属リングは、さらに耐摩耗性、耐疲労強度を備えることが必要とされ、このために前記時効硬化後の金属リングに表面硬化処理を施すことが行われている。前記表面硬化処理は、一般に、前記金属リングに窒化処理を施して、該金属リング表面に窒化層を形成することにより行われる。前記窒化処理としては、例えば、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理がある。
【０００６】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理によれば、アンモニアの分解により生じる窒素がマルエージング鋼の金属組織中に浸透し、前記金属リングの表面に窒化層を形成して硬化させる。この結果、前記金属リングの耐摩耗性、耐疲労強度を向上させることができる。
【０００７】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理の際にアンモニアの分解を促進して、優れた硬度を備える窒化層を形成するために、例えば、鋼材料を、アンモニア４０〜９０容量％、酸素０．２〜３容量％を含み、残部が窒素からなる雰囲気下、５００〜６００℃の温度に１２０〜３６０時間保持する技術が知られている。前記技術はプラスチック成形用金型等の鋼材料の窒化処理に用いられるものであり、前記条件下に窒化処理を行うことにより、表面から０．２５ｍｍの深さまで前記窒化層を形成し、硬度を向上させることができるとされている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
一方、前記金属リングは、表面に優れた硬度を備え、しかも前記窒化層を形成した後も高い靱性を保持していることが望まれるため、前記窒化層の内部に窒化されていない部分を備えている必要がある。しかしながら、前述のアンモニアの分解を促進して、優れた硬度を備える窒化層を形成する技術によれば、表面から０．２５ｍｍの深さまで前記窒化層が形成されるため、該技術を前記範囲の厚さを備える前記金属リングに適用すると、該金属リングの厚さ全体に亘って前記窒化層が形成され、前記窒化層の形成後に高い靱性を保持することが難しくなるという問題がある。
【０００９】
前記問題を解決するために、本出願人は、前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理により、前記金属リングの表面に形成される前記窒化層の厚さが該金属ベルトの厚さ全体の２０〜４０％となるようにする技術について、既に特許出願している（特許文献２参照）。前記技術は、前記金属リングを、アンモニアと窒素とからなる雰囲気またはアンモニアとＲＸガスとからなる雰囲気下、例えば４５０〜５００℃の範囲の温度に６０〜９０分間保持するものである。前記技術によれば、前記金属リングの内部には窒化されない部分が残存するので、この部分により高い靱性を得ることができる。しかし、前記金属リングでは、さらに靱性を向上させることが望まれる。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６２−２７０７６１号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３７４５３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、マルエージング鋼製の金属リングに優れた硬度と靱性とを付与することができる窒化処理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】
かかる目的を達成するために、本発明の金属リングの窒化処理装置は、マルエージング鋼製の金属リングを、少なくともアンモニアを含む雰囲気下、４５０〜５００℃の範囲の処理温度に３０〜１２０分間の範囲の処理時間が経過するまで保持して窒化処理する窒化処理装置において、予熱室と窒化処理室とを備え、該予熱室は該金属リングを収容したときに該予熱室内を加熱して該処理温度に昇温する第１の加熱手段を備え、該窒化処理室は、該窒化処理室内を加熱して該処理温度に保持する第２の加熱手段と、窒素ガスを該窒化処理室内に導入する窒素ガス導入手段と、アンモニアガスを該窒化処理室内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理室内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理室内の雰囲気を排出する排気手段とを備え、該窒素ガス導入手段により導入される窒素ガスと、該アンモニアガス導入手段により導入されるアンモニアガスと、該酸素ガス導入手段により導入される酸素とにより、アンモニア５０〜９０容量％と酸素０．１〜０．９容量％とを含み残部が実質的に窒素からなる第１の混合ガスを生成し、第１の混合ガス雰囲気下、該予熱室から該窒化処理室内に移送された該金属リングを収容して、該金属リングの表面に窒化層を形成し、該処理時間の１／３〜１／２が経過したときに、該排気手段により第１の混合ガスを排出する一方、該窒素ガス導入手段により導入される窒素と、該アンモニアガス導入手段により導入されるアンモニアガスとにより、アンモニア０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガスを生成して、該窒化処理室内の雰囲気を第２の混合ガスに置換し、第２の混合ガス雰囲気下、該処理時間の残りの時間が経過するまで該窒化処理室内に該金属リングを保持することを特徴とする。
【００１３】
本発明の金属リングの窒化処理装置では、まず、前記金属リングが前記予熱室に収容される。すると、前記予熱室内が第１の加熱手段により加熱され、４５０〜５００℃の範囲の処理温度まで昇温される。
【００１４】
一方、前記窒化処理室には、前記窒素ガス導入手段と、前記アンモニアガス導入手段と、前記酸素ガス導入手段とにより、それぞれ窒素ガス、アンモニアガス、酸素ガスが導入されている。この結果、前記窒化処理室の内部には、前記各ガスによりアンモニア５０〜９０容量％と酸素０．１〜０．９容量％とを含み残部が実質的に窒素からなる第１の混合ガスが生成せしめられている。
【００１５】
そして、前記窒化処理室内は、前記第２の加熱手段により加熱され、４５０〜５００℃の範囲の処理温度に保持されている。前記窒化処理室内の温度は、４５０℃未満では窒化処理を行うことができず、５００℃を超えると窒化処理の加熱によりさらに時効が進んで過時効となり、マルテンサイトが析出して前記金属リングの硬度が低下する。
【００１６】
そこで、前記金属リングが前記予熱室から前記窒化処理室に移送されると、該金属リングは、第１の混合ガス雰囲気下、前記範囲の処理温度に保持される。このようにすると、前記アンモニアの分解により生成する窒素が前記金属リング内に拡散し、該金属リングの表層に窒化層が形成される。このとき、前記アンモニアの分解により、窒素と同時に水素が生成するが、水素の分圧が高くなると前記アンモニアの分解が抑制されたり、または水素が窒素と再結合したりするために、窒化が阻害される。
【００１７】
しかし、前記第１の混合ガスは、前記範囲の量の酸素を含有しているので、前記水素を該酸素と結合させ、水の状態で系外に除去する。この結果、前記アンモニアの分解を促進させることができる。
【００１８】
前記第１の混合ガスに含まれるアンモニアの量は、５０容量％未満では十分に窒化層を形成することができず、前記金属リングの表面に所望の硬度を付与することができない。一方、前記アンモニアの量が９０容量％を超えると、生成する窒素の量が過剰になり、前記金属リングの金属組織に窒化鉄等の化合物が形成され、窒化が不均一になるので好ましくない。
【００１９】
また、前記第１の混合ガスに含まれる酸素の量は、０．１容量％未満では該酸素が水素と結合して該水素を除去する効果が十分に得られない。一方、前記酸素の量が０．９％を超えると、前記金属リングの金属組織に酸化物が形成され、或いは前記アンモニアの分解が過度に促進されて生成する窒素の量が過剰になるので好ましくない。
【００２０】
尚、前記酸素ガス導入手段は、前記第１の混合ガスを生成することができるものであれば、純酸素ガスを導入するものであってもよく、空気等の酸素を含むガスを導入するものであってもよい。
【００２１】
次に、前記窒化処理室では、前記金属リングの表面に窒化層が形成され、前記処理時間の１／３〜１／２が経過したならば、前記排気手段により第１の混合ガスを排出する。そして、新たに、前記窒素ガス導入手段と、前記アンモニアガス導入手段とにより、それぞれ窒素ガス、アンモニアガスを導入し、前記窒化処理室の内部にアンモニア０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガスを生成せしめる。この結果、前記窒化処理室内の雰囲気が前記第２の混合ガスに置換される。
【００２２】
次に、前記第２の混合ガス雰囲気下、前記処理時間の残りの時間が経過するまで、前記窒化処理室内に該金属リングを保持する。
【００２３】
前記窒化処理室内の雰囲気を前記第２の混合ガスに置換すると、前記金属リングの表面に形成された窒化層に含まれる窒素が、一部は前記雰囲気内に気化して前記金属リングから脱離し、一部は該金属リングのさらに内部に拡散する。この結果、前記金属リングの表面に、該表面からの深さに従って硬度が同程度ずつ低減する構成を備え、優れた硬度と共に優れた靱性を備える窒化層が形成される。
【００２４】
前記窒化処理室内の雰囲気の前記第２の混合ガスへの置換を前記処理時間の１／３以上の時間が経過しないうちに行うと、前記窒化層の形成が不十分となり、前記金属リングの表面で所望の硬度が得られないことがある。一方、前記置換を前記処理時間の１／２を超えた時期に行うと、前記窒化層が過剰に前記金属リングの内部まで形成され、十分な靱性が得られないことがある。
【００２５】
前記第２の混合ガスに含まれるアンモニア量は、２５容量％を超えると、前記窒化層に含まれる窒素の一部を前記金属リングから脱離させる効果と、他の一部を該金属リングのさらに内部に拡散させる効果とのいずれの効果も得られない。
【００２６】
また、前記処理時間は、３０分未満では窒化処理を行うことができず、１２０分を超えると窒化処理の加熱によりさらに時効が進んで過時効となり、マルテンサイトが析出して前記金属リングの硬度が低下する。
【００２７】
この結果、本発明の窒化処理装置によれば、前記金属リング内部の窒化されない部分により保持されている靱性に加えて、前記構成の窒化層によっても靱性が得られるので、該金属リングの靱性をさらに向上させ、該金属リングに優れた硬度と靱性とを付与することができる。
【００２８】
本発明の窒化処理装置において、前記予熱室は、ハロゲン化物ガスを該予熱室内に導入するハロゲン化物ガス導入手段を備えることが好ましい。前記予熱室は、前記ハロゲン化物ガス導入手段により導入されたハロゲン化物ガス雰囲気下、該予熱室内を前記第１の加熱手段により加熱することにより、前記窒化処理に先立って前記金属リングの表面を前記ハロゲン化物ガスにより活性化し、前記窒化層の形成を容易にすることができる。前記ハロゲン化物としては、塩化物、フッ化物等を用いることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１はＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図、図２は本実施形態の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図であり、図３は本実施形態の窒化処理装置における窒化処理を示す工程説明図、図４は金属リングの表面からの深さと硬度との関係を示すグラフである。
【００３０】
前記金属リングを製造する際には、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分２ａの両側に硬度の高い部分が出現する。
【００３１】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して８２０〜８３０℃の温度に２０〜６０分間保持することにより第１の溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リングＷを形成する。
【００３２】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。金属リングＷは、前記圧延により０．２ｍｍの厚さとされ、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延された金属リングＷを、加熱炉４に収容して第２の溶体化を行うことにより、前記圧延組織を消滅させると共に、均一な金属結晶粒を形成させる。
【００３３】
溶体化された金属リングＷは、次に周長補正した後、加熱炉５に収容し、４４０〜４８０℃の範囲の温度に６０〜１２０分間保持して時効処理を行う。そして、前記時効処理が終了したならば、金属リングＷを加熱炉５内で冷却し、窒化装置６に移送して、窒化処理を行う。
【００３４】
図２に示すように、本実施形態の窒化処理装置６は、第１置換室１１、予熱室１２、窒化処理室１３、冷却室１４、第２窒化処理室１５を備えている。前記各室は、相互の境界に上下動自在の扉（図示せず）を備え、該扉を開閉することにより相互に連通可能とされている。また、第１置換室１１は予熱室１２と反対側に上下動自在の搬入扉（図示せず）を備え、第２置換室１５は冷却室１４と反対側に上下動自在の搬出扉（図示せず）を備えている。尚、前記各扉は、通常の状態ではいずれも閉鎖されている。
【００３５】
また、窒化処理装置６は、前記各室で処理を行いながら、第１置換室１１から第２置換室１５方向に金属リングＷを断続的に搬送する搬送手段（図示せず）を備え、予熱室１２と、窒化処理室１３とは、それぞれ室内を加熱する加熱手段（図示せず）を備えている。
【００３６】
窒化処理装置６は、さらに、窒素ガス供給源１６、ハロゲン化物ガス供給源１７、アンモニアガス供給源１８、空気（酸素ガス）供給源１９を備えている。窒素ガス供給源１６は、窒素ガス導管２０に接続されており、窒素ガス導管２０から分岐する窒素ガス支管２０ａが第１置換室１１に、窒素ガス支管２０ｂが予熱室１２に、窒素ガス支管２０ｃが窒化処理室１３に、窒素ガス支管２０ｄが冷却室１４に、窒素ガス支管２０ｅが第２置換室１５に、それぞれ接続されている。
【００３７】
また、ハロゲン化物ガス供給源１７はハロゲン化物ガス導管２１を介して予熱室１２に接続されており、アンモニアガス供給源１８はアンモニアガス導管２２を介して窒化処理室１３に接続されている。さらに、空気供給源１９は、空気導管２３に接続されており、空気導管２３から分岐する空気支管２３ａが窒化処理室１３に、空気支管２３ｂが冷却室１４にそれぞれ接続されている。
【００３８】
第１置換室１１は、大気放出部２４に接続された排気管２５を備えている。排気管２４の途中には第１置換室１１内の雰囲気を排出する高真空ポンプ２６と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ２７とが設けられている。
【００３９】
予熱室１２は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管２９を備え、排気管２９の途中には予熱室１２内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３０と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３１とが設けられている。排ガス燃焼装置２８は、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に接続されている。
【００４０】
窒化処理室１３は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管３３を備え、排気管３３の途中には窒化処理室１３内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３４と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３５とが設けられている。排気管３３は、排気管３３から分岐して排ガス燃焼装置２８に接続された排気支管３３ａを備え、排気支管３３ａの途中には排気中のアンモニア濃度を測定するアンモニア分析計３６が設けられている。
【００４１】
冷却室１４は、大気放出部２４に接続された排気管３７を備え、第２置換室１５は、大気放出部２４に接続された排気管３８を備えている。排気管３８の途中には第２置換室１５内の雰囲気を排出する高真空ポンプ３９と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ４０とが設けられている。
【００４２】
次に、本実施形態の窒化処理装置６の作動について説明する。
【００４３】
窒化処理装置６では、まず、第１置換室１１の図示しない搬入扉を開き、図示しない搬送手段により、金属リングＷを第１置換室１１内に搬入する。次いで、前記搬入扉を閉鎖して高真空ポンプ２６を作動させ、排気管２５を介して第１置換室１１内の雰囲気を大気放出部２４に排気する。同時に窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ａを介して、第１置換室１１内に窒素を導入する。そして、酸素センサ２７で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、第１置換室１１内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ２６を停止する。
【００４４】
次に、第１置換室１１と予熱室１２との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを予熱室１２に移送する。前記金属リングＷが予熱室１２に収容されたならば、第１置換室１１と予熱室１２との間の扉を閉鎖し、図示しない加熱手段により、予熱室１２内を加熱して、４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温する。
【００４５】
このとき、予熱室１２内の雰囲気は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｂを介して導入される窒素ガスと、ハロゲン化物ガス供給源１７から、ハロゲン化物ガス導管２１を介して導入されるハロゲン化物ガスとにより、ハロゲン化物ガス１．０〜２０．０容量％を含み残部が窒素からなる混合ガス雰囲気に置換されている。そこで、金属リングＷは、その表面が前記ハロゲン化物ガスにより活性化され、窒化処理室１３での窒化処理が容易になる。
【００４６】
予熱室１２内の雰囲気の置換は、まず、低真空ポンプ３０を作動させることにより、予熱室１２内の雰囲気を排気管２９、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。そして、酸素センサ３１で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、低真空ポンプ３０を停止させ、窒素供給源１６とハロゲン化物ガス供給源１７とから、それぞれ窒素ガス、ハロゲン化ガスを予熱室１２内に導入する。
【００４７】
予熱室１２内が、４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを窒化処理室１３に移送する。そして、前記金属リングＷが窒化処理室１３に収容されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の扉を閉鎖して、前記金属リングＷを３０〜１２０分の処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内に保持して窒化処理を行う。
【００４８】
このとき、窒化処理室１３内の雰囲気は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｃを介して導入される窒素ガスと、アンモニアガス供給源１８から、アンモニアガス導管２２を介して導入されるアンモニアガスと、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ａを介して導入される空気とにより、アンモニアガス５０〜９０容量％、酸素０．１〜０．９容量％を含み残部が窒素からなる第１の混合ガス雰囲気に置換されており、図示しない加熱手段により４５０〜５００℃の範囲の温度に加熱されている。
【００４９】
窒化処理室１３内の雰囲気の置換は、まず、低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の雰囲気を排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。同時に、窒素供給源１６とアンモニアガス供給源１８と空気供給源１９とから、それぞれ窒素ガス、アンモニアガス、空気を窒化処理室１３内に導入する。そして、酸素センサ３５で検出される酸素濃度と、アンモニア分析計３６で検出されるアンモニア濃度とが前記第１の混合ガスを構成する範囲になったならば、低真空ポンプ３４を停止させる。
【００５０】
前記窒化処理は、まず、窒化処理室１３内を前記第１の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの表面に窒化層を形成させる。そして、前記処理時間の１／３〜１／２が経過したならば、再び低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の第１の混合ガスを排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。同時に、窒素供給源１６とアンモニアガス供給源１８とから、それぞれ窒素ガス、アンモニアガスを窒化処理室１３内に導入する。そして、アンモニア分析計３６で検出されるアンモニア濃度が、０〜２５容量％の範囲になったならば、低真空ポンプ３４を停止させる。この結果、窒化処理室１３内の雰囲気が、アンモニアガス０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガス雰囲気に置換される。
【００５１】
前記窒化処理は、次に、前記処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内を前記第２の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの窒化を完了させる。
【００５２】
次に、前記所定時間が経過して前記窒化処理が終了したならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを冷却室１４内に移送する。そして、前記金属リングＷが冷却室１４に収容されたならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の扉を閉鎖して、冷却処理を行う。
【００５３】
前記冷却処理は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｄを介して導入される窒素ガスと、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ｂを介して導入される空気とにより、冷却室１４内が室温に冷却されるまで行われる。前記窒素ガスと空気とは、排気管３７を介して大気放出部２４に排気される。
【００５４】
次に、冷却室１４内が室温まで冷却されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを第２置換室１５内に移送する。そして、前記金属リングＷが第２置換室１５に収容されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の扉を閉鎖するして、第２置換室１５内の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。
【００５５】
第２置換室１５内の雰囲気の置換は、高真空ポンプ３９を作動させ、排気管３８を介して第２置換室１５内の雰囲気を大気放出部２４に排気すると同時に、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｅを介して、第２置換室１５内に窒素を導入することにより行う。そして、酸素センサ４０で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、第２置換室１５内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ３９を停止する。
【００５６】
そして、第２置換室１５内の雰囲気が窒素雰囲気に置換されたならば、図示しない搬出扉を開き、前記搬送手段により、金属リングＷを窒化処理装置６から搬出する。
【００５７】
この結果、表面に窒化層が形成されて硬度が向上しており、内部の窒化されていない部分により靱性が保持されている金属リングＷが得られる。しかも、前記金属リングＷは、前記窒化層が表面からの深さに従って硬度が同程度ずつ低減する構成を備えており、該窒化層によりさらに優れた靱性を得ることができる。
【００５８】
次に、本実施形態の窒化処理装置６で得られた金属リングＷの表面からの深さと硬度との関係を図３に示す。
【００５９】
本実施形態の窒化処理装置６で得られた金属リングＷは、図３に示すように、最表面で、ヴィッカース硬度（Ｈｖ０．３）８００以上の優れた硬度を備えている。また、表面から４０μｍ以下の内部に、硬度が一定で窒化されていない部分を備える一方、表面から４０μｍの深さまでは、硬度が同程度ずつ低減する窒化層が形成されている。従って、本実施形態の窒化処理装置６で得られた金属リングＷは、内部の窒化されていない部分による靱性に、前記構成の窒化層による靱性が付加され、優れた靱性を備えていることが明らかである。
【００６０】
尚、本実施形態の窒化処理装置６において、前記搬送手段、各扉、各真空ポンプ２６，３０，３４，３９、窒素ガス供給源１６、ハロゲン化物ガス供給源１７、アンモニアガス供給源１８、空気供給源１９等の動作は、手動により制御してもよく、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータ等のような制御手段により制御してもよい。前記コンピュータによるときには、各酸素センサ２７，３１，３５，４０、アンモニア分析計３６の検出値により、前記動作を制御することもできる。
【００６１】
また、本実施形態では、ハロゲン化物ガス供給源１７を設け、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入するようにしているが、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入しないようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、空気供給源１９を設け、窒化処理室１３に空気を導入して第１の混合ガスを形成させるようにしているが、空気に代えて他の酸素含有ガスを導入するようにしてもよく、純酸素ガスを導入するようにしてもよい。
【００６３】
また、予熱室１２の雰囲気はハロゲン化物を含み、窒化処理室１３の雰囲気はアンモニアガスを含んでおり、そのまま排出すると大気汚染の原因となることが懸念される。しかし、本実施形態の窒化処理装置６では、予熱室１２の雰囲気と、窒化処理室１３の雰囲気とは、いずれも排ガス燃焼装置２８で燃焼されて無害化された上で、大気放出部２４に放出されるので、大気汚染の原因となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図。
【図２】本発明の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図。
【図３】金属リングの表面からの深さと硬度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
６…窒化処理装置、  １２…予熱室、  １３…窒化処理室、  ２０ｃ…窒素ガス導入手段、  ２１…ハロゲン化物ガス導入手段、  ２２…アンモニアガス導入手段、  ２３ａ…酸素ガス導入手段、  ３３，３４…排気手段、  Ｗ…金属リング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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