(57)【要約】【課題】浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭状況を正確に捉え、被処理物の浸炭ムラを低減することができる浸炭処理装置及びその方法を提供する。【解決手段】浸炭処理装置１は、被処理物Ｗを配置した炉１１内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物Ｗの浸炭処理を行うための浸炭処理装置であって、該装置１は、前記被処理物と同じ材質であって前記炉１１内に配置する試験体１４と、該試験体１４の重量を測定する重量測定手段１５と、該測定した試験体重量に基づいて前記炭化水素系ガスの導入量を制御する制御装置２０と、を少なくとも備えてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物の浸炭処理を行う方法であって、
該浸炭処理方法は、前記被処理物が配置された炉内に被処理物と同じ材質の試験体を配置し、前記炉内に前記炭化水素系ガスを導入すると共に前記試験体の重量を測定し、該測定した試験体重量に基づいて前記炭化水素系ガスの導入量の制御を行うことを特徴とする浸炭処理方法。
【請求項２】
前記炭化水素系ガスの導入量の制御は、前記試験体重量に基づいて、前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求め、該重量増加量に基づいて前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の浸炭処理方法。
【請求項３】
前記浸炭処理方法は、前記重量増加量が減少したときに、前記導入量を減少させることを特徴とする請求項２に記載の浸炭処理方法。
【請求項４】
前記浸炭処理方法は、浸炭処理時における前記試験体の単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を設定し、前記重量増加量が、前記目標重量増加量の範囲を外れないように、前記導入量の制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の浸炭処理方法。
【請求項５】
前記目標重量増加量の範囲は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記試験体の浸炭処理を行った場合における、該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量から求めた範囲であることを特徴とする請求項４に記載の浸炭処理方法。
【請求項６】
前記試験体重量が目標重量となったときに、前記浸炭処理を終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の浸炭処理方法。
【請求項７】
被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入し、前記被処理物の浸炭処理を行う方法であって、
該浸炭処理方法は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記被処理物と同じ材質の試験体の浸炭処理を行うと共に該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求め、該重量増加量から被処理物の浸炭処理の時間経過に伴う炭化水素系ガスの適正導入量を算出し、該適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入して、前記被処理物の浸炭処理を行うことを特徴とする浸炭処理方法。
【請求項８】
被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物の浸炭処理を行うための浸炭処理装置であって、
該装置は、前記被処理物と同じ材質であって前記炉内に配置する試験体と、該試験体の重量を測定する重量測定手段と、該測定した試験体重量に基づいて前記炭化水素系ガスの導入量を制御する制御手段と、を少なくとも備えることを特徴とする浸炭処理装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記試験体重量から前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を算出する重量増加量算出手段と、前記重量増加量に基づいて前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行う導入量制御手段と、を備えることを特徴とする請求項８に記載の浸炭処理装置。
【請求項１０】
前記導入量制御手段は、前記重量増加量が減少したときに、前記導入量を減少させることを特徴とする請求項９に記載の浸炭処理装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、浸炭処理における前記試験体の単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を設定する目標増加量設定手段をさらに備え、前記導入量制御手段は、前記重量増加量が、前記目標重量増加量の範囲を外れないように、前記導入量の制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の浸炭処理装置。
【請求項１２】
前記目標重量増加量の範囲は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記試験体の浸炭処理を行った場合における、該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量から求めた範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の浸炭処理装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記試験体重量が目標重量となったときに、前記浸炭処理を終了する浸炭処理終了手段をさらに備えることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の浸炭処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物の浸炭処理を行う浸炭処理装置及びその方法であって、特に、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、浸炭ムラを低減することができる浸炭処理装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、浸炭処理は、低炭素鋼などの材料からなる被処理物の表面に浸炭ガスの炭素を固溶させ、この固溶した炭素を被処理物の表面から内部に拡散させる処理である。たとえば、この浸炭処理の一つに、加熱状態の被処理物が配置された炉内に、浸炭ガスとしてメタン、プロパン、エチレン、アセチレン等の炭化水素系ガスを導入し、この炭化水素系ガスを高温中で熱分解し、熱分解した炭素を被処理物に固溶・拡散させる処理がある。このような炭化水素系ガスを用いた浸炭処理は、従来の一酸化炭素、炭酸ガスなどの浸炭ガスを用いた場合に比べて、高品質の浸炭処理品を得ることができ、さらに、二酸化炭素の排出もないため環境に優れた処理方法である。
【０００３】
しかし、浸炭処理において炭化水素系ガスを用いた場合には、この炭化水素系ガスを過剰に炉内に導入すると、分解した炭素のすべてが浸炭に寄与せずに、この炭素の一部が気相中においてススとなって浮遊する。このススは、被処理物への炭化水素の吸着及びその炭素の固溶を阻害するだけでなく、炉内の配管などに堆積し、配管詰まりの原因となるなどの不具合を生じさせることがある。一方、ススの発生を低減するために、導入する炭化水素系ガスの量を減らすと、被処理物に浸炭ムラが発生するおそれがあり、最適な炭化水素系ガスを導入することが必要である。
【０００４】
そこで、このような問題を鑑みて、たとえば、炉内における被処理物の浸炭状況を検出すべく、加熱室にレーザーを投光する投光器と、このレーザーを受光する受光器を配置して、炉内雰囲気を通るレーザーの透過量を検出し、その検出値が設定透過量に維持されるように浸炭性ガスの送入量を漸減させるように制御する真空浸炭法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、被浸炭処理材である鋼材がセットされた浸炭炉内に浸炭ガスを導入し、浸炭ガスと鋼材とを反応させて炭素を鋼材中に固溶・拡散させる浸炭処理において、炉内雰囲気ガスの排出側の、炭化水素系ガスが熱分解した水素ガスの分圧を求め、この水素ガスの分圧に基づいて炉内に導入される浸炭ガス流量を調整制御する浸炭処理制御装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−８１５４３号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の如く、レーザーを用いた場合には、炉内におけるススの発生をレーザーの透過量から検出することができるが、この場合、レーザーの投光器及び受光器を対向して配置する必要があり、触媒作用により分解挙動に大きく影響する被処理物の近傍で、これら機器を配置して計測することが難い。また、このレーザーの透過量の検出は、特定の箇所に発生するススを捉えるものであって、被処理物の浸炭状況を直接的に検出しているものではないので、この被処理物の浸炭状況を正確に捉えることができないおそれがある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の如く、水素ガスの分圧を用いた場合には、炭化水素系ガスの熱分解により発生する水素ガスは、浸炭処理に寄与して得られた水素ガス、ススの発生に寄与して得られた水素ガス、のいずれの水素ガスも含まれることがあるので、この測定した水素ガスから浸炭状況を正確に捉えることができない。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭状況を正確に捉え、被処理物の浸炭ムラを低減することができる浸炭処理装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、浸炭反応は、被処理物への炭化水素系ガスの吸着及びその炭素の拡散の繰り返しにより進行するものであって、（１）この浸炭の反応速度は時系列的に変化し、（２）浸炭に必要な炭素量は、処理される被処理物の表面積によっても異なるため、この２つの要因を考慮する必要があると考えた。
【００１１】
そこで、発明者は、図１３（ａ）に示すように、ある被処理物の浸炭を行ったときには、浸炭処理の時間経過に伴ってその被処理物の重量は増加するが、図１３（ｂ）に示すように、浸炭処理の時間経過に伴って被処理物の表層に炭素が増加するため、被処理物へ固溶可能な炭素量は減少し、その結果として、その単位時間あたりの重量増加量は減少する点に着眼した。そして、このような変化を捉えることにより、被処理物の浸炭状況を適切に捉え、それに合わせて適量の炭化水素系ガスを導入することができると考えた。
【００１２】
しかし、被処理物は通常耐熱鋳鋼製の治具により支持された状態で浸炭が施され、治具自体も浸炭により重量が増加するため、被処理物単独の測定が非常に困難となる。そこで、発明者らは、さらに、その被処理体と同じ材質の標準試験体を準備し、浸炭処理のおけるこの試験体の増加量を測定することにより、たとえ複雑な形状の被処理物であっても精度良く、被処理物の浸炭状況を捉えることができ、炉内に最適な量の浸炭処理ガスを導入することができるとの知見を得た。
【００１３】
本発明は、発明者が得た新たな知見に基づくものであり、本発明に係る浸炭処理方法は、被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物の浸炭処理を行う方法であって、該浸炭処理方法は、前記被処理物が配置された炉内に被処理物と同じ材質の試験体を配置し、前記炉内に前記炭化水素系ガスを導入すると共に前記試験体の重量を測定し、該測定した試験体重量に基づいて前記炭化水素系ガスの導入量の制御を行うことを特徴としている。
【００１４】
本発明の如き浸炭処理方法では、被処理物の浸炭状況、すなわち、時系列的に変化する被処理物への炭素の固溶量を、浸炭時における試験体重量の変化から正確に捉えることができるので、たとえ複雑な形の被処理物であっても、この試験体重量に基づいて、リアルタイムに最適な量の炭化水素系ガスを炉内に導入することが可能となる。この結果、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭ムラを低減し、所望の浸炭状態の製品を得ることができる。また、この試験体は、被処理物の近傍に配置することが好ましく、このような配置により、被処理物の浸炭状況をより正確に捉えることができる。さらに、この試験体の形状、大きさは特に限定されるものではないが、好ましくは、円筒体、板体など、シンプルな形状であり、被処理物よりも小型のものが好ましい。また、この炭化水素系ガスとは、メタン、プロパン、エチレン、アセチレン等のガスである。
【００１５】
また、本発明に係るより好ましい浸炭処理方法は、前記炭化水素系ガスの導入量の制御が、前記試験体重量に基づいて、前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求め、該重量増加量に基づいて前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行うものである。
【００１６】
本発明の如き浸炭処理方法は、試験体の単位時間あたりの重量増加量に合わせて、前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行うので、この重量増加量から、導入すべき炭化水素系ガスの導入量を適量にフィードバックすることが可能となり、浸炭速度にあわせた浸炭ムラの無い良質の製品を得ることができると共に、炉内におけるススの発生を低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る浸炭処理方法は、前記重量増加量が減少したときに、前記導入量を減少させることがより好ましい。このように、試験体の重量増加量が減少したときは、試験体及び被処理物に固溶可能な炭素量は減少するので、炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量を減少することにより、炭化水素系ガスの炉内への過多導入を未然に防ぎ、炉内におけるススの発生を予防することができる。
【００１８】
また、別のより好ましい態様としては、本発明に係る浸炭処理方法は、浸炭処理時における前記試験体の単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を設定し、前記重量増加量が、前記目標重量増加量の範囲を外れないように、前記導入量の制御を行う。
【００１９】
そして、この目標重量増加量の範囲は、浸炭処理中の重量測定によって得られた重量増加量が、この目標重量増加量の範囲を外れて大きい場合には、ススが発生し、この重量増加量が、この目標重量増加量の範囲を外れて小さい場合には、被処理物に浸炭ムラが発生するような範囲に設定することが好ましい。
【００２０】
具体的には、予め被処理物及び試験体と同じ材料の、浸炭時における単位時間及び単位面積あたりの重量増加量を求め、単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を、この重量増加量から試験体の表面積に合わせて求めてもよく、より好ましい態様としては、前記目標重量増加量の範囲は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記試験体の浸炭処理を行った場合における、該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量から求めた範囲である。このように、試験体のみの浸炭処理を行った場合における、経時的な試験体の重量増加量を求めることにより、被処理物により精度よく適量の炭化水素をリアルタイムに導入することができる。
【００２１】
本発明に係る浸炭処理方法は、前記試験体重量が目標重量となったときに、前記浸炭処理を終了することがより好ましい。この目標重量は、所望の炭素固溶量の浸炭処理を行った場合の試験体の重量であり、試験体重量が目標重量になったことを確認して浸炭処理を終了することにより、所望の炭素固溶量となる被処理物の浸炭処理を行うことできる。
【００２２】
本発明は、さらに、別の浸炭処理方法として、以下の浸炭処理方法も開示する。すなわち、本発明に係る浸炭処理方法は、被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入し、前記被処理物の浸炭処理を行う方法であって、該浸炭処理方法は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記被処理物と同じ材質の試験体の浸炭処理を行うと共に該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求め、該重量増加量から被処理物の浸炭処理の時間経過に伴う炭化水素系ガスの適正導入量を算出し、該適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入して、前記被処理物の浸炭処理を行うことを特徴としている。
【００２３】
このように、被処理物の浸炭処理を行う前に、炭化水素系ガスの適正導入量の算出し、この適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入することにより、浸炭速度を落とさずに、ススの発生を大幅に抑えることができる。
【００２４】
さらに、本発明は、上述した如き浸炭処理方法を行うに最適な浸炭処理装置をも開示する。本発明に係る浸炭処理装置は、被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入して、前記被処理物の浸炭処理を行うための浸炭処理装置であって、該装置は、前記被処理物と同じ材質であって前記炉内に配置する試験体と、該試験体の重量を測定する重量測定手段と、該測定した試験体重量に基づいて前記炭化水素系ガスの導入量を制御する制御手段と、を少なくとも備えることを特徴としている。
【００２５】
このように、被処理物の浸炭状況、すなわち、時系列的に変化する被処理物への炭素の固溶量を、重量測定手段により測定した試験体重量に基づいて正確に捉えることができるので、たとえ複雑な形の被処理物であっても、リアルタイムに制御手段により、最適な導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入することが可能となる。この結果、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭ムラを低減し、所望の浸炭状態の製品を得ることができる。
【００２６】
なお、試験体としては、先に示したようなシンプルな形状で、被処理物よりも小型の試験体が好ましい。また、この制御手段は、炭化水素系ガスの導入量を制御することができるものであれば特に限定されるものではないが、たとえば、この制御手段は、炉内に導入する炭化水素系ガスの量を調整する圧力調整弁、又は流量調整弁などの炭化水素系ガスを調整する弁と、該調整弁の開度を演算して制御する制御部と、を少なくとも備えたものであってもよく、また、炭化水素系ガスに所定の不活性ガスを混合可能な構成と、これらの混合割合を制御する制御部とを少なくとも備えたものであってもよい。
【００２７】
さらに、本発明に係る浸炭処理装置は、前記制御手段が、前記試験体重量から前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を算出する重量増加量算出手段と、前記重量増加量に基づいて前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行う導入量制御手段と、を備えることがより好ましく、前記導入量制御手段は、前記重量増加量が減少したときに、前記導入量を減少させるものであることがより好ましい。
【００２８】
このように、重量増加量算出手段が算出した試験体の単位時間あたりの重量増加量に合わせて、制御手段が、前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量の制御を行うので、この重量増加量から、導入すべき炭化水素系ガスの導入量を適量にフィードバックすることが可能となり、さらには、炭化水素系ガスの炉内への過多導入を未然に防ぎ、炉内におけるススの発生を予防することができる。
【００２９】
また別のより好ましい態様としては、前記制御手段は、浸炭処理における前記試験体の単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を設定する目標増加量設定手段をさらに備え、前記導入量制御手段は、前記重量増加量が、前記目標重量増加量の範囲を外れないように、前記導入量の制御を行い、さらに、前記目標重量増加量の範囲は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記試験体の浸炭処理を行った場合における、該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量から求めた範囲であることが好ましい。試験体のみの浸炭処理を行った場合における、経時的な試験体の重量増加量を求め、この単位時間あたりの重量増加量を目標重量増加量として設定することにより、被処理物により精度よく適量の炭化水素系ガスをリアルタイムに導入することができる。
【００３０】
さらに、前記制御手段は、前記試験体重量が目標重量となったときに、前記浸炭処理を終了する浸炭処理終了手段をさらに備えることがより好ましく、このように浸炭処理の終了時間を、試験体重量に合わせて決定するので、被処理物を所望の浸炭状態に浸炭することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、浸炭時における炭化水素系ガスの導入量をリアルタイムに制御することにより、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭状況を正確に捉え、被処理物の浸炭ムラを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付の図面を参照して、本発明に浸炭処理装置及びその方法のいくつかの実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る第一実施形態の浸炭処理方法を好適に行うための浸炭処理装置１の全体構成図である。浸炭処理装置１は、炉内に炭化水素系ガスを導入して、被処理物Ｗの浸炭処理を行うための浸炭処理装置であって、この浸炭処理装置１は、主に、被処理物Ｗを加熱するヒータを備えた炉１１と、該炉１１内に浸炭ガスである炭化水素系ガスを供給するガス供給管１２と、炉１１内の浸炭処理後のガスを排気するガス排気管１３と、被処理物Ｗと同じ材質であって炉１１内に配置する試験体１４と、この試験体１４の重量を測定する吊り下げ式電子天秤（重量測定手段）１５と、この電子天秤１５の測定した試験体重量に基づいてガス供給管１２から供給される炭化水素系ガスの導入量を制御する制御装置（制御手段）２０と、を主に備えている。
【００３４】
また、この炭化水素系ガスの導入量を制御する制御装置２０は、ガス供給管１２の炭化水素系ガスの流れの上流から順に配設された、炭化水素系ガスの流量を調整する流量調整弁２１と、調整した炭化水素系ガスの流量を調整するガスフローメータ２２と、を備えており、さらに、電子天秤１５から得られた試験体１４の重量に基づいて、ガスフローメータ２２の流量から炭化水素系ガスの導入量を制御すべく流量調整弁２１に制御信号を出力する制御部３０とを備えている。なお、ここでは、流量調整弁２１により、炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量を制御するが、この流量調整弁の代わりに圧力調整弁であってもよい。
【００３５】
そして、この制御部３０は、ＲＡＭ，ＲＯＭを有した記憶部（図示せず）及びＣＰＵを有した制御演算部（図示せず）を主に備え、記憶部は、この浸炭処理を行うための初期条件等が入力されており、制御演算部は、電子天秤１５から出力された試験体重量から試験体の単位時間あたりの重量増加量を算出する重量増加量算出手段３１と、この算出された重量増加量に基づいて前記炭化水素系ガスの単位時間あたりの最適導入量を演算し、この導入量となるようにガスフローメータ２２の検出した流量から流量調整弁２１に制御信号を出力し炭化水素系ガスの導入量の制御を行う導入量制御手段３２とを、少なくとも備えている。
【００３６】
このように構成された浸炭処理装置１による浸炭処理方法を図２に示すフローにより以下に説明する。まず、ステップ１０１（Ｓ１０１）で、浸炭処理装置１の炉１１内に、被処理物と電子天秤１５により重量の測定が可能に吊り下げられた試験体１４とを配置し、ヒータによりを被処理物Ｗと試験体１４とを所望の温度に加熱する。次に、ステップ１０２で、この炉１１内に、制御部３０の導入量制御手段３２からの制御信号により、所定量の炭化水素系ガスを流すべく、流量調整弁２１を開弁すると共に、電子天秤１５により試験体１４の重量を連続的に測定する。そして、ステップ１０３で、重量増加量算出手段３１は、この測定した試験体１４の重量に基づいて、試験体の単位時間あたりの重量増加量を算出し、ステップ１０４に進み、この試験体１４の単位時間あたりの重量増加量が減少しているかの判定を行う。そして、このステップ１０４で、重量増加量が減少していない場合、すなわち、単位時間あたりの重量増加量が一定となる場合（図３(ａ)参照）には、この炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量を図３（ｂ）に示す如く変更することなく、ステップ１０６に進む。一方、この試験体１４の単位時間あたりの重量増加量が減少している場合（図３（ｃ）参照）には、その時点で炉内に導入している炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量が過多であるため、ススの発生を防止すべく導入量制御手段３２により、流量調整弁２１を絞り、図３（ｄ）に示すように炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量を減少させ、ステップ１０６に進む。さらに、ステップ１０６では、浸炭処理が終了時間であるかを判定し、終了であると判定した場合には、浸炭処理終了し、終了時間でないと判定した場合には、ステップ１０３に戻り、一連のステップを繰り返す。このようなステップにより、炭化水素系ガスの導入量を制御すると、図３（ｅ）に示す試験体の時間経過に伴う単位時間あたりの重量増加量から、炭化水素系ガスの導入量は、図３（ｆ）に示すように制御されることになる。
【００３７】
このようにして、被処理物の浸炭状況、すなわち、時系列的に変化する被処理物への炭素の固溶量を試験体の単位時間あたりの重量増加量に合わせて正確に捉えることができるので、たとえ複雑な形の被処理物であっても、導入すべき炭化水素系ガスの導入量を適量にフィードバックすることが可能となる。この結果、浸炭処理時にススの発生を抑制すると共に、被処理物の浸炭ムラを低減し、所望の浸炭状態の製品を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明に係る第二実施形態の浸炭処理方法を説明する。この浸炭処理方法も、第一実施形態の浸炭処理法の如く、被処理物を配置した炉内に炭化水素系ガスを導入し、前記被処理物の浸炭処理を行う方法であり、装置構成は、制御部を除き、第一実施形態の装置構成と同じである。この第二実施形態の浸炭処理方法では、まず、図４（ａ）に示すように、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記被処理物と同じ材質の試験体の浸炭処理を行なって、試験体の重量変化を測定する。そして、図４（ｂ）に示すように、この測定した重量変化から、浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求める。すなわち、図４（ｂ）の重量増加量の曲線は、図４（ａ）の試験体の重量変化の曲線を時間関数で微分した曲線となる。
【００３９】
次に、該重量増加量から被処理物の浸炭処理の時間経過に伴う炭化水素系ガスの適正導入量を算出する。具体的には、この適正導入量を算出する手順としては、図４（ｃ）に示すように、試験体１４の重量増加量とこの重量増加量となるに必要な炭化水素系ガスの導入量との関係を、この試験体と同じ未処理の試験体を複数準備して炭化水素系ガスの導入量を変えて浸炭処理を行い、これら試験体の重量増加量を試験体毎に実験的に求める。さらに、図４（ｄ）に示すように、この図４（ｃ）で得られた関係に基づいて図４（ｂ）の重量増加量を炭化水素系ガス導入量に置き換え、炭化水素系ガスの適正導入量を算出する。このようにして算出した図４（ｄ）の如き適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入して、炉内に配置した被処理物の浸炭処理を行う。
【００４０】
このような方法により浸炭処理を行った場合には、被処理物の浸炭処理を行う前に、炭化水素系ガスの適正導入量の算出し、この適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入するので、浸炭速度を落とさずに、ススの発生を大幅に抑えることができる。
【００４１】
さらに、本発明に係る第三実施形態の浸炭処理方法を好適に行うための浸炭処理装置３の全体構成図を図５に示す。なお、第三実施形態は、第一実施形態に比べて、制御部３０の構成が異なるが、他の同じ構成は、第一実施形態と同じであるので同一の符号を付して説明は省略する。
【００４２】
第三実施形態の浸炭処理装置３の制御部３０には、さらに、浸炭処理における試験体の単位時間あたりの目標重量増加量の範囲を設定する目標増加量設定手段３３が設けられている。この目標増加量設定手段３３の目標重量増加量の範囲は、単位時間あたり一定量の前記炭化水素系ガスを導入して前記試験体の浸炭処理を行った場合における、該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量から求めた範囲であり、この該浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量とは、先に示した図４の（ｂ）に示した曲線に相当する。そして、この目標重量増加量の範囲は、図６（ａ）に示すように、この重量増加量の曲線よりも僅かに小さい値を上限値とし、浸炭ムラが発生しない範囲の重量増加量を下限値として設けられている。
【００４３】
そして、導入量制御手段３２は、重量増加量算出手段３１により算出された試験体の単位時間あたりの重量増加量が、この目標重量増加量の範囲を外れないように、ガスフローメータ２２の検出した流量から流量調整弁２１に制御信号を出力し炭化水素系ガスの導入量の制御を行う。
【００４４】
このように被処理物の浸炭処理を行うことにより、この目標重量増加量の上限値を超えるような場合におけるススの発生を抑制することができるばかりでなく、また目標重量増加量の下限値を下回る場合における被処理物の浸炭ムラを回避することができる。
【００４５】
さらに、第三実施形態の浸炭処理装置３の制御部３０には、前記試験体重量の目標重量を設定する目標重量設定手段３４と、電子天秤１５により測定された重量が目標重量となったときに、前記浸炭処理を終了する浸炭処理終了手段３５が設けられている。また、目標重量は、所望の炭素固溶量の浸炭処理を行った場合の試験体の重量である。
【００４６】
そして図６（ｂ）に示すように、電子天秤１５から出力された試験体重量が目標重量になったときに、この浸炭処理終了手段３５は、導入量制御手段３２に浸炭処理を終了するための信号を出力し、この終了信号に基づいて、流量調整弁２１に制御信号を出力し炉内に炭化水素系ガスの導入を終了する。さらに、この浸炭処理終了手段３５は、炉１１内を加熱しているヒータ（図示せず）に、浸炭処理を終了するための信号を出力し、このヒータは、所定のヒートパターンで炉内の加熱を終了する。
【００４７】
このように被処理物の浸炭処理を行うことにより、所望の炭素固溶量となる被処理物の浸炭処理を行うことできる。尚、目標重量設定手段３４と、浸炭処理終了手段３５とは、第一実施形態の浸炭処理装置１を構成する制御部３０に設けられてもよい。
【実施例】
【００４８】
以下に、本発明に係る第二実施形態に基づいた実施例を以下に示す。
（実施例１）
被処理物と同じ材質の試験体として、大きさ：直径１８ｍｍ、高さ５０ｍｍ、材質：クロム鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣｒ）を準備し、炉内において、吊り下げ式電子天秤に試験体を吊るし、９５０℃に加熱し、炭化水素系ガスとして単位時間あたり２．２３×１０−３ｍｏｌ／分の一定量のアセチレンガスを導入すると共に、１０分間この試験体の重量変化を測定した。この結果を図７に示す。そして、この図７に示す結果に基づいて、この測定した試験体の重量変化から、図８に示すように、浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を求めた。
【００４９】
一方、本試験体と同じ部材を数体準備し、先と同じ条件で、単位時間あたりのアセチレンガスの導入量を変化させて、これら数体の試験体の初期における単位時間あたりの重量増加量を測定し、図９に示すようにアセチレンガスの導入量と重量増加量との関係を求めた。さらに、この図８と図９とから、図８の重量増加量を図９の関係に基づいて炭化水素系ガスの導入量に置き換え、図１０に示すようなアセチレンガスの適正導入量（必要アセチレンガス導入量）を算出した。
【００５０】
そして、炉内に、材質：クロム鋼（ＪＩＳ規格：ＳＣｒ）の被処理物を配置し、さらに浸炭処理の評価を行うために、前記と同じ試験体を吊すと共に、１５ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ２ｍｍの石英板を配置し、９５０℃に加熱して、図１０の適正導入量に基づいて、図１１に示す如く適正導入量のアセチレンガスを炉内に導入し、この試験体の重量を測定した。なお、このアセチレンガスは、窒素ガス希釈１％のアセチレンガスに窒素ガスを混合することにより混合率を変え、ガス総流量は５Ｌ／分一定として、炉内に導入されるアセチレンガスの単位時間あたりの導入量を制御した。このときの試験体重量の変化を図１１に示す。さらに、石英板の付着したススの厚みをＸ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて測定した。この結果を図１２に示す。
【００５１】
（比較例１）
実施例１と同じ被処理物の浸炭処理を行った。実施例１と相違する点は、アセチレンガスを単位時間あたり２．２３×１０−３ｍｏｌ／分の一定量として１０分間導入した点である。尚、比較例１に対しても、実施例１と同じ炉内の位置に石英板を配置し、この浸炭処理におけるススの付着量を測定した。この結果を図１２に示す。
【００５２】
（結果）
図１１に示すように、被処理物と共に配置した試験体の重量の変化は、図７に示す予め測定した試験体の重量変化に略一致した。さらに、図１２に示すように実施例１のスス厚さは、比較例１に比べて小さく、比較例１のスス厚さに対して６２％減少していた。また、実施例１の浸炭処理を行った被処理物には、浸炭ムラは無かった。
【００５３】
（考察）
被処理物と共に配置した試験体の重量の変化は、予め測定した試験体の重量変化に略一致したことから、実施例１の如くアセチレンガスの導入量を変化させた場合であっても、不足なくアセチレンガスを導入できたと考えられる。
【００５４】
また実施例１の如く、被処理物の浸炭処理を行う前に、試験体の重量変化に基づいて、アセチレンガスの適正導入量の算出し、この適正導入量の炭化水素系ガスを炉内に導入したので、被処理物への浸炭ムラの発生なく、比較例１よりも、ススの発生を大幅に抑えることができたと考えられる。
【００５５】
さらに、図９に示すように、アセチレンガスの導入量を増加させても、試験体の単位時間あたりの初期の重量増加量は線形的に増加するものではないため、例えば、重量増加量から斜線部領域を満たすような導入量のアセチレンガスを導入すると、浸炭に寄与するアセチレンガス以上にガスが導入されることになり、ススが発生するおそれがあると考えられ、このような重量増加量とアセチレンガスの最適な導入量との関係を求めることにより、ススの発生なく、浸炭ムラの無い浸炭処理を被処理物に行うことができる。
【００５６】
また、本実施例では、アセチレンガスの単位時間あたりの導入量を、アセチレンガスに窒素ガスを希釈することにより、制御をおこなったが、第一または第三実施形態に示すように、アセチレンガスの流量を制御することにより、アセチレンガスの単位時間あたりの導入量を制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る第一実施形態の浸炭処理方法を好適に行うための浸炭処理装置の全体構成図。
【図２】図１に示す浸炭処理装置による浸炭処理方法を示すフロー図。
【図３】第一実施形態に係る浸炭処理方法における、試験体の単位時間あたりの重量増加量と制御を行う炭化水素系ガスの単位時間あたりの導入量を説明するための図。
【図４】第二実施形態に係る浸炭処理方法を説明するための図。
【図５】本発明に係る第三実施形態の浸炭処理方法を好適に行うための浸炭処理装置の図。
【図６】第三実施形態に係る浸炭処理方法を説明するための図。
【図７】実施例１の浸炭処理による試験体の重量変化の測定結果図。
【図８】実施例１の浸炭処理の時間経過に伴う前記試験体の単位時間あたりの重量増加量を算出した結果図。
【図９】実施例１に係るアセチレンガスの導入量と試験体の重量増加量との関係図。
【図１０】炭化水素系ガスの適正導入量を示した図。
【図１１】導入したアセチレンガスの導入量と、そのときの試験体の重量変化の結果図。
【図１２】実施例１及び比較例１のススの付着厚さを示した図。
【図１３】浸炭処理を行ったときの被処理物の重量変化と単位時間あたりの重量増加量を示した図。
【符号の説明】
【００５８】
１，３：浸炭処理装置，１１：炉，１２：ガス供給管，１３：ガス排気管，１４：試験体，１５：電子天秤，２０：制御装置，２１：流量調整弁，２２：ガスフローメータ，３０：制御部，３１：重量増加量算出手段，３２：導入量制御手段，３３：目標増加量設定手段，３４：目標重量設定手段，３５：浸炭処理終了手段，Ｗ：被処理物
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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