(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に被処理体を収納し、放電用導体物と被処理体との間に所定の電圧を印加することにより、前記処理室内においてプラズマを発生させて、被処理体を処理するプラズマ処理炉であって、
先端部に温度計の測温部を内蔵する温度測定部材を備え、
前記温度測定部材は、前記放電用導体物および前記被処理体から電気的に絶縁され、
前記温度測定部材の先端は、前記被処理体から放電の影響がない略最小距離の位置に配置され、
前記被処理体からの放電の影響を確認するために、前記温度測定部材の先端部と前記被処理体の間を見ることができる炉体の耐熱窓、または、前記温度測定部材からの出力と時間の経過との関係を記録するレコーダーのうち、少なくとも一方の手段を備えていることを特徴とする、プラズマ処理炉。
【請求項２】
前記最小距離が５〜３０ｍｍであ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】
前記温度計が熱電対であり、前記熱電対の接合点が前記温度測定部材の先端部に内蔵されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマ処理炉。
【請求項４】
前記温度測定部材は、前記処理室から電気的に絶縁されてい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】
前記被処理体から前記温度測定部材の距離を調節する機構を有す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】
前記温度測定部材の先端部は、黒色に着色されてい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１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理炉。
【請求項８】
処理室内に被処理体を収納し、放電用導体物と被処理体との間に所定の電圧を印加することにより、前記処理室内においてプラズマを発生させて、前記被処理体を処理するプラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法であって、
先端部に温度計の測温部を内蔵する温度測定部材を備え、前記温度測定部材は、前記放電用導体物および前記被処理体から電気的に絶縁し、
前記温度測定部材の先端は、前記被処理体から放電の影響がない最小距離の位置に配置された状態で前記被処理体の温度を測定し、
前記最小距離は、炉体に設けられた耐熱窓から前記温度測定部材の先端部と前記被処理体の間を見ること、または、前記温度測定部材からの出力と時間の経過の関係をレコーダーで記録すること、のうち少なくともいずれかにより放電の影響を確認して決定することを特徴とする、プラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法。
【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、及びプラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法に関する。
【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の導体を陽極として、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において、被処理体の温度を検出する構成として、処理室内に被処理体のダミーを備え、ダミーの温度を測定するようにしたものが知られている（特許文献１参照）。この構成においては、ダミーの表面に接触式温度計を取り付け、ダミーの温度を直接的に測定するようにしている。そして、ダミーの温度測定値等から、被処理体の温度を推定し、処理室内のヒータの発熱量等を調節することにより、被処理体の温度が所望の窒化処理温度になるように制御する構成となっている。ダミーの温度を測定する温度計としては、例えば熱電対を備えたものが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２４４４号公報
【特許文献２】特開平９−８９６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の処理炉にあっては、ダミーの温度を測定する温度計が、放電による影響を受け、損傷するおそれがあった。温度計が損傷すると、ダミーの温度を正確に測定できず、さらに、被処理体の温度を正確に制御できなくなり、安定した処理が行えなくなる問題があった。また、温度計の寿命が短く、温度計を頻繁に交換しなければならず、経済性が悪くなるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、温度計の損傷を防止でき、温度計の長寿命化を図ることができるプラズマ処理炉及びプラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明によれば、処理室内に被処理体を収納し、放電用導体物と被処理体との間に所定の電圧を印加することにより、前記処理室内おいてプラズマを発生させて、被処理体を処理するプラズマ処理炉であって、先端部に温度計の測温部を内蔵する温度測定部材を供え、前記温度測定部材は、前記放電用導体物および前記被処理体から電気的に絶縁され、前記温度測定部材の先端は、前記被処理体から放電の影響がない略最小距離の位置に配置され、前記被処理体からの放電の影響を確認するために、前記温度測定部材の先端部と前記被処理体の間を見ることができる炉体の耐熱窓、または、前記温度測定部材からの出力と時間の経過との関係を記録するレコーダーのうち、少なくとも一方の手段を備えていることを特徴とする、プラズマ処理炉が提供される。
【０００７】
前記最小距離が５〜３０ｍｍであっても良い。また、前記温度計が熱電対であり、前記熱電対の接合点が前記温度測定部材の先端部に内蔵されていても良い。また、前記温度測定部材は、前記処理室から電気的に絶縁されていても良い。また、前記被処理体から前記温度測定部材の距離を調節する機構を有しても良い。また、前記温度測定部材の先端部は、黒色に着色されていても良い。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。
さらには、処理室内に被処理体を収納し、放電用導体物と被処理体との間に所定の電圧を印加することにより、前記処理室内においてプラズマを発生させて、前記被処理体を処理するプラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法であって、先端部に温度計の測温部を内蔵する温度測定部材を備え、前記温度測定部材は、前記放電用導体物および前記被処理体から電気的に絶縁し、前記温度測定部材の先端は、前記被処理体から放電の影響がない最小距離の位置に配置された状態で前記被処理体の温度を測定し、前記最小距離は、炉体に設けられた耐熱窓から前記温度測定部材の先端部と前記被処理体の間を見ること、または、前記温度測定部材からの出力と時間の経過の関係をレコーダーで記録すること、のうち少なくともいずれかにより放電の影響を確認して決定することを特徴とする、プラズマ処理炉の被処理体の温度測定方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度計を内蔵した温度測定部材を放電用導体物および被処理体から電気的に絶縁するとともに、温度測定部材の先端を、処理室内に収納された被処理体から放電の影響がない略最小距離の位置に配置することによって、温度計が放電の影響によって損傷することを防止でき、温度計の長寿命化を図ることができる。ひいては、被処理体の温度を正確に測定および制御し、安定した処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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）。
【００１０】
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。
【００１１】
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）。
【００１２】
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。
【００１３】
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の入口側の開口部分を開閉する入口側熱遮蔽扉６４、熱遮蔽体６３の出口側の開口部分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。
【００１４】
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。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。
【００１５】
熱遮蔽体６３は、図４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。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。
【００１６】
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、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。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設けられている。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。蓋体８３は、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し、開口８１を開閉するようになっている。
【００１７】
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５参照）。
【００１８】
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（第一の極性の電極）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（第二の極性の電極）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。即ち、本実施形態において、被処理体２の周囲に配置される放電用導体物とは、炉体５１のことである。放電用導体物としての炉体５１には、電極体６７（被処理体２）に対して反対極性の電極が接続されるようになっている。
【００１９】
また、炉体５１と電極体６７は、絶縁体１１３によって電気的に絶縁されている。即ち、絶縁体１１３を設けることで、プラズマ用電源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、図５に示すように、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。
【００２０】
窒化炉４には、被処理体２の温度を測定するための温度測定部材１２０が備えられている。図６に示すように、温度測定部材１２０は、中空の円筒形状をなす保護管（シース）１２１の内部に、温度計としての熱電対１２２を内蔵した構成である。保護管１２１の先端（図６では、保護管１２１の左端）は、塞がれている。保護管１２１は、例えばＳＵＳ３１０などの金属あるいはセラミックス等、耐熱性及び剛性が高い材質からなる。
【００２１】
熱電対１２２は、２本の熱電対素線１２５、１２６（金属線）を備えている。各熱電対素線１２５、１２６は、保護管１２１の内部において、保護管１２１の長さ方向に沿ってそれぞれ延設されている。温度測定部材１２０（保護管１２１）の先端部には、熱電対１２２の測温部である接合部１２７が内蔵されている。なお、温度測定部材１２０（保護管１２１）の先端部とは、保護管１２１の先端面１２１’と先端面１２１’近傍の保護管１２１の周面部分１２１”である。温度測定部材１２０（保護管１２１）の内部全体には、絶縁性を有する充填材１２８が充填されている。これにより、温度測定部材１２０（保護管１２１）の内部には、熱電対１２２が電気的に絶縁された状態で保持されている。
【００２２】
温度測定部材１２０（保護管１２１）の基端部は、取り付け具１３０およびシール部材１３１を介して、炉体５１に支持されている。炉体５１の内部において、温度測定部材１２０（保護管１２１）は、熱遮蔽体６３（側壁部６３ｂ）およびヒータ６２を厚さ方向に貫通し、温度測定部材１２０（保護管１２１）の先端部は、熱遮蔽体６３およびヒータ６２の内部に配置されている。熱遮蔽体６３（側壁部６３ｂ）およびヒータ６２に対する温度測定部材１２０（保護管１２１）の貫通部には、適当なシール部材１３２が配置されている。このシール部材１３２および温度測定部材１２０（保護管１２１）の基端部に配置されるシール部材１３１はいずれも絶縁材料からなる。これにより、温度測定部材１２０は、炉体５１、熱遮蔽体６３、ヒータ６２等から電気的に絶縁されている。
また、さまざまな前記被処理体２に対応できるように、前記温度測定部材１２０は前記被処理体２に対して距離が調節できる機構、手段を有することが好ましい。例えば、前記温度測定部材１２０と前記シール部材１３２、前記取り付け具１３０と前記シール部材１３１は、摺動可能な機構を有しており、被処理体との距離の調節が可能であることが好ましい。また、前記取り付け具１２８と前記シール部材１３１は摺動可能且つ気密性を保持できるように、例えば真空用のＯリング等（図示しない）を介して設置される。
前記被処理体２と前記温度測定部材１２０の先端の間が放電の影響のない略最小距離、すなわち５〜３０ｍｍの範囲で調節可能とするのが好ましい。また、炉外から前記距離が被処理体に合わせて調節できるようになっていることが好ましい。さらにラック・アンド・ピニオンギアなどの機構を用いて精度よく簡単に距離を調節可能とするようにしても良い。
従来はこのような距離を調節する機構、手段がないためもあり、被処理体に近づけての正確な温度測定が困難であった。
【００２３】
温度測定部材１２０の先端（保護管１２１の先端面１２１’）は、窒化室Ｓ２内に収納された被処理体２の表面から所定の距離Ｌ、すなわち放電の影響がない略最小距離だけ離れた位置に配置されている。この場合、距離Ｌは５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、５〜１０ｍｍの範囲である。
放電の影響があるかどうかは、例えば炉体に耐熱窓（図示しない）を設けて直接温度測定部材１２０の先端部と被処理体２の間を見て放電がないか確認できるようにしたり、温度測定部材１２０からの出力と時間の経過の関係をレコーダーで記録して異常な振れがないか（異常放電などによる）を確認することから可能である。
また、距離の調節および確認は、前記耐熱窓からの確認、あるいは予め被処理体の形状はわかるのでその形状に基づいて距離を設定することなどにより、実施することができる。
【００２４】
また、温度測定部材１２０（保護管１２１）の先端部には、黒色の塗料１３２が塗布するのか好ましい。これにより、保護管１２１の先端面１２１’と先端面１２１’近傍の保護管１２１の周面部分１２１”の外表面は、塗料１３２によって黒色に着色されている。この場合、黒色の塗料１３２には、例えばシリコン樹脂を主成分とする耐熱インクが好適に用いられ、一例として、オキツモ株式会社製の耐熱耐候マーカー（黒）が用いられる。
【００２５】
温度測定部材１２０（保護管１２１）に内蔵されている熱電対１２２（熱電対素線１２５、１２６）は、炉体５１の外部に設置されている温度検出部１３５に対して、配線等を介して電気的に接続されている。即ち、熱電対１２２に生じた熱起電力が、温度検出部１３５によって検出され、これに基づいて、熱電対１２２の接合部１２７における温度が測定される構成になっている。さらに、温度検出部１３５において測定された測定値は、温度検出部１３５から制御部１７に送信されるようになっている。
【００２６】
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１４１が接続されている。窒化室減圧路１４１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１４２（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１４３が設けられている。窒化室ガス供給路１４３は、窒化室Ｓ２の外部において、窒化室ガス供給源ユニット１４５に接続されている。窒化室ガス供給源ユニット１４５には、窒素ガス供給源１４５ａ、水素ガス供給源１４５ｂ、プロパンガス供給源１４５ｃ、アンモニアガス供給源１４５ｄが設けられている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
前述したように、制御部１７には、温度検出部１３５から熱電対１２２の測定値が送信されるようになっている。制御部１７は、温度検出部１３５から送信された測定値に基づいて、ヒータ６２の発熱量（電源ユニット１８の電圧）、冷却水路６８における冷却水の流量、蓋体昇降機構８４による蓋体８３の移動量（開口８１の開度）、プラズマ用電源１１５の電圧等を調節することができ、これにより、窒化室Ｓ２内の被処理体２の温度を制御できるようなっている。
【００３１】
また、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、それらの検出値も制御部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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１４２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１４３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内は窒素ガスによってパージされている。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。
【００３５】
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が移動させられ、熱遮蔽体６３の入口側が開かれる。
【００３６】
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。
【００３７】
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、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の入口側と出口側は、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となり、かつ、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になる。なお、この状態においては、被処理体２の側部には、温度測定部材１２０が配置され、温度測定部材１２０の先端（保護管１２１の先端面１２１’）と、窒化室Ｓ２内に収納された被処理体２の表面との距離Ｌが放電の影響がない略最小距離である５〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、さらには好ましくは５〜１０ｍｍの範囲となるようにする。距離の調整は、前記被処理体から前記温度測定部材の距離を調節する機構で、実施する。
また、温度測定部材の先端部を、黒色に着色したことによって、温度測定部材の先端部の熱吸収が良く、被処理体の温度を精度良く測定できる。
【００３８】
そして、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１４３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３００Ｐａ〜４００Ｐａ程度）に昇圧される。
【００３９】
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、プラズマ用電源１１５によって例えば４００Ｖのプラズマ電圧が印加され、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、窒化室Ｓ２内の処理ガスがイオン化されてプラズマが発生する。そして、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。
【００４０】
また、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、温度測定部材１２０（保護管１２１）の先端部に内蔵されている熱電対１２２の接合部１２７において測定され、温度検出部１３５から制御部１７に送信される。そして、被処理体２の温度が目標値に近づくように、ヒータ６２の発熱量等が制御される。これにより、被処理体２の実際の温度が、目標値（例えば約５００℃〜５５０℃程度）となるように調節される。
【００４１】
この場合、温度測定部材１２０の先端（保護管１２１の先端面１２１’）と、窒化室Ｓ２内に収納された被処理体２の表面との距離Ｌが５〜３０ｍｍの範囲にあり、また、保護管１２１の先端部の外表面が塗料１３２によって黒色に着色されていることにより、被処理体２の温度が温度測定部材１２０の先端部に効率良く吸収され、熱電対１２２によって被処理体２の温度を精度良く測定でき、例えば温度誤差を５℃以内から数℃以内程度に抑えることができるようになる。これにより、制御部１７は、熱電対１２２による精度の良い測定値を利用して、被処理体２の温度を適切に制御することができる。
【００４２】
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、プラズマ用電源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。
【００４３】
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、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、温度測定部材１２０の先端が、窒化室Ｓ２内に収納された被処理体２の表面から放電の影響がない略最小距離の５〜１０ｍｍ離れた位置に配置されており、温度測定部材１２０に内蔵された熱電対１２２は、炉体５１、熱遮蔽体６３、ヒータ６２等から電気的に絶縁されているので、熱電対１２２が放電の影響によって損傷されることを防止できる。従って、熱電対１２２の長寿命化を図ることができる。また、温度測定部材１２０によって、被処理体２の温度を非接触で測定できるので、自動化設備に対応できる。放電の影響のない略最小距離とは、雰囲気、温度、圧力、放電の電圧などの条件にもよるが、５〜３０ｍｍの範囲で調整すればよく、好ましくは５〜１０ｍｍ程度である。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、温度測定部材１２０の形状の形状等も、以上の実施形態には限定されない。例えば温度測定部材１２０の先端部のみを着色する構成としたが、勿論、温度測定部材１２０の先端部以外の部分まで黒色に着色しても良い。
【００５２】
温度測定部材１２０を配置する位置は、被処理体２の側方には限定されない。例えば、被処理体２の上方、即ち、上板部６３ｃと被処理体２の上部との間であっても良いし、被処理体２の下方、前方、後方等であっても良い。
【００５３】
なお、例えば開口８１と被処理体２との間に温度測定部材１２０を設けるようにすると、開口８１の開度（蓋体８３と開口８１との間の距離）を、熱電対１２２の測定値に基づいて、より好適に調節できるようになる。即ち、窒化炉４においては、開口８１を開閉させることで、被処理体２から開口８１を通じて外側に放出される放熱量を増減でき、これにより、開口８１に対向する部分（以上の実施形態では被処理体２の上部中央部分）の温度を調節できるようになっているが、そのような開口８１に対向する部分の実際の温度に近い測定値を検出することができる。そして、制御部１７においては、その測定値を用いて、開口８１の適切な開度を計算することができる。即ち、開口８１に対向する部分の温度を、所望の値に制御することができる。特に、以上の実施形態のような窒化炉４においては、開口８１の開度が小さいと、被処理体２の上部中央部分の温度が他の部分（被処理体２の側部、下部など）と比較して高温になりやすい傾向があるが、そのような最も高温になりやすい部分の温度を測定し、開口８１の開度を調節することで、被処理体２の温度分布の均一化を図ることができる。ひいては、被処理体２の処理むらを防止できる。
【００５４】
また、窒化室Ｓ２内の複数箇所に、温度測定部材１２０を接地し、窒化室Ｓ２内の複数箇所の温度を測定するようにしても良い。この場合には、温度測定部材１２０の数に対応して制御できる複数のヒーターを持つことが好ましい。
また、被処理体２の放射温度を非接触状態で測定する被処理体用放射温度計等を備え、それらの測定値も加えて、被処理体２の実際の温度を推定するようにしても良い。ただし放射温度計は本発明のプラズマ処理炉の温度制御の目的に対し放射温度計そのものの測定精度が低いため、補助的に使用することが好ましい。
【００５５】
また、以上の実施形態では、炉体５１にプラズマ用電源１１５の陽極が接続されている、即ち、炉体５１が放電用導体物であるとしたが、プラズマ用電源１１５の陽極は、他の部材に接続しても良い。例えば、炉体５１の内側（炉体５１と熱遮蔽体６３との間）、あるいは、熱遮蔽体６３の内側（ヒータ６２と被処理体２との間）等に、放電用導体物を備え、その放電用導体物にプラズマ用電源１１５の陽極を接続しても良い。要するに、窒化室Ｓ２内において、放電用導体物と被処理体２との間、及び、放電用導体物とダミー１２０との間にグロー放電が生じるような構成であれば良い。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
本発明は、金属製品等の表面処理を行うプラズマ処理炉及びプラズマ処理方法等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】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、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６】温度測定部材等の構成を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
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
１７      制御部
５１      炉体
１１５    プラズマ用電源
１２０    温度測定部材
１２１    保護管
１２２    熱電対
１２７    接合部
１３２    塗料
１３５    温度検出部
【図１】
0005145005.tif 000002
【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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