(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持部材と、
前記ワークを加熱する加熱機構と、
前記加熱機構の加熱部が配置された密閉可能な加熱室と、
前記加熱室の内部に設置されたガス供給管と、
前記加熱室内を排気する排気機構と、
前記ワークに液状冷媒を供給して該ワークを冷却する冷却機構と、
前記冷却機構の冷却部が配置された冷却室と、
前記ワークを加熱する際に前記加熱室と前記冷却室とを連通する一方、該ワークを冷却する際に前記加熱室と前記冷却室とを遮断するための開閉部と、
前記加熱室または前記冷却室のいずれか一方から他方へ前記保持部材を移動させる機構と、
前記ワークを冷却して温度が上昇した前記液状冷媒を前記冷却室から回収して冷却するとともに、冷却された前記液状冷媒を前記ワークに再供給する液状冷媒循環供給機構と、
を備えることを特徴とする浸炭材料製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の浸炭材料製造装置において、
前記加熱機構が誘導加熱機構であることを特徴とする浸炭材料製造装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の浸炭材料製造装置において、
前記保持部材が回転可能であることを特徴とする浸炭材料製造装置。
【請求項４】
請求項３記載の浸炭材料製造装置において、
前記ガス供給管がリング状をなし、
該ガス供給管のガス供給口が前記ワークの表面に指向して形成されていることを特徴とする浸炭材料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭材料製造装置に関し、一層詳細には、煤の発生やワークの酸化を抑制することができ、しかも、浸炭材料を低コストでかつ効率よく製造することが可能な浸炭材料製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浸炭材料は、通常、以下のようにして製造されている。
【０００３】
まず、軟鋼や低合金鋼からなるワークを密閉可能な反応容器内に保持した後、該密閉容器の下部からＣＯガスや炭化水素化合物ガス等の浸炭性ガスを供給し、該反応容器内に前記浸炭性ガスを充填する。そして、前記浸炭性ガスの供給を続行しながら反応容器の上部に設けられた排出口を開放し、前記浸炭性ガスを流通状態にする。
【０００４】
次に、前記反応容器の内部に配置された加熱用コイルを備える高周波誘導加熱機構によって、前記浸炭性ガスの熱分解が起こる温度にまで前記ワークを加熱して昇温する。この加熱昇温により、該ワークの表面付近で前記浸炭性ガスの熱分解が起こるようになり、その結果、該ワークの表面に炭素が析出する。
【０００５】
炭素が析出した後は浸炭性ガスの供給を停止して、前記ワークを前記温度で所定時間保持する。この温度保持により、炭素がワークの表面から内部へと拡散浸透する。すなわち、ワーク内部に炭素が拡散浸透された浸炭材料が製造されるに至る。
【０００６】
この浸炭材料には、反応容器内から取り出した後に焼き入れが施されることが通例である。焼き入れにより浸炭材料の表面にマルテンサイトが生成するので、該表面の硬度が優れるようになるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来技術に係る浸炭材料の製造方法においては、浸炭性ガスを流通した状態でワークの加熱昇温および該ワークの表面への炭素の析出を行っている。しかしながら、この場合、熱分解を起こして消失する浸炭性ガスの量は僅かであり、大部分は炭素の析出に関与することなく前記反応容器の外部へと排出される。すなわち、所望の量の炭素を析出するために大量の浸炭性ガスを使用しなければならないので、原材料コストの高騰を惹起しているという不具合がある。
【０００８】
また、浸炭性ガスを流通せしめた状態で炭素の析出を行うと、例えば、反応容器の前記排出口等に煤が発生するという不具合がある。このため、拡散浸透されるべき量の炭素をワークの表面に析出させるのに長時間を要する。また、発生した煤が反応容器の排出口等を閉塞し、浸炭性ガスが流通することが困難になるので、装置のメンテナンスが必要となる。したがって、煩雑である。しかも、メンテナンスを行うことに伴って装置の稼働率が低下するので、浸炭材料の生産効率が低下する。
【０００９】
また、反応容器内の浸炭性ガスへの置換は、上記したように、該反応容器内に浸炭性ガスを一旦充填し、次いで、浸炭性ガスの供給を続行しながら放出して流通状態とすることにより行っているが、この場合、反応容器内の空気が充分に除去されずに該反応容器内に残留する。このため、ワークの材質によっては該ワークの粒界に酸化物が生成し、その結果、浸炭材料の靱性が低下してしまうことがある。
【００１０】
さらに、炭素の析出と浸炭材料に対する焼き入れとを別々の装置で行うようにしているので、浸炭材料の生産効率が低いという不具合がある。
【００１１】
本発明は上記した種々の問題を解決するためになされたもので、炭素を高収率で生成させることができるとともに煤の発生やワークの酸化を抑制することができ、しかも、ワークへの炭素の析出から浸炭材料の焼き入れまでを連続して行うことができ、これにより、浸炭材料を低コストでかつ効率よく製造することが可能な浸炭材料製造装置を提供することを目的とする。
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る浸炭材料製造装置は、ワークを保持する保持部材と、
前記ワークを加熱する加熱機構と、
前記加熱機構の加熱部が配置された密閉可能な加熱室と、
前記加熱室の内部に設置されたガス供給管と、
前記加熱室内を排気する排気機構と、
前記ワークに液状冷媒を供給して該ワークを冷却する冷却機構と、
前記冷却機構の冷却部が配置された冷却室と、
前記ワークを加熱する際に前記加熱室と前記冷却室とを連通する一方、該ワークを冷却する際に前記加熱室と前記冷却室とを遮断するための開閉部と、
前記加熱室または前記冷却室のいずれか一方から他方へ前記保持部材を移動させる機構と、
前記ワークを冷却して温度が上昇した前記液状冷媒を前記冷却室から回収して冷却するとともに、冷却された前記液状冷媒を前記ワークに再供給する液状冷媒循環供給機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
この浸炭材料製造装置においては、ワーク表面への炭素の析出、該炭素の拡散浸透処理および浸炭材料への焼き入れを行うことができる。すなわち、ワークを取り外したり搬送したりすることなく浸炭材料を製造することができるので、該浸炭材料を効率よく生産することができる。
【００２０】
この場合、加熱機構を誘導加熱機構とすることが好ましい。ワークのみを高温にすることができるからである。
【００２１】
また、炭素を均一な厚みにして析出させるために、前記保持部材が回転可能であることが好ましい。この場合、ガス供給管をリング状とし、該ガス供給管のガス供給口を前記ワークの表面に指向して形成することにより、回転しているワークに対して効率的に浸炭性ガスを供給することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る浸炭材料の製造方法につきこれを実施する浸炭材料製造装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
本実施の形態に係る浸炭材料製造装置１０の全体概略構成を、要部を断面にして図１および図２に示す。図１、図２に示されるように、この浸炭材料製造装置１０においては、基台１２上に排気機構１４、架台１６、冷却油循環供給機構１８および載置台２０が設置されており、かつ架台１６上および載置台２０上にチャンバ２２および高周波誘導加熱機構２４がそれぞれ載置固定されている。
【００２４】
排気機構１４は、メカニカルブースタ２６と真空ポンプ２８から構成されており、両者を付勢することによってチャンバ２２内のガスを排気することができる。すなわち、チャンバ２２は、後述するように筒状の加熱室３０および冷却室３２を有し、加熱室３０とメカニカルブースタ２６の吸気口とは、バルブ３４ａが介装されたダクト３６ａを介して接続されている。また、該メカニカルブースタ２６の排出口は、バルブ３４ｂが介装されたダクト３６ｂを介して真空ポンプ２８の吸気口に接続されている（図２参照）。すなわち、チャンバ２２内のガスは、まずメカニカルブースタ２６により排気され、次いで真空ポンプ２８により真空度が高められる。排気されたガスは、真空ポンプ２８の排出口に設置されたサイレンサ３８を介して外部へと排出される。なお、真空ポンプ２８のモータ（図示せず）は、駆動ベルト４０により回転付勢される。
【００２５】
架台１６上に載置固定されたチャンバ２２は、上記したように、筒状の加熱室３０と該加熱室３０の下部に連設された筒状の冷却室３２とを有し、両者の間にはゲートバルブ４２が介在されている。したがって、ゲートバルブ４２のシャッタ４４が開放または閉止されることにより、両者は連通または遮断される。図１においては、シャッタ４４が開放され、該シャッタ４４のロッド４５（図２参照）が最大に後退している状態が示されている。なお、チャンバ２２は、加熱室３０の上端を閉塞部材４６で閉塞することによって密閉可能である。
【００２６】
このチャンバ２２の中央には、シャフトカバー４７に囲繞されたシャフト４８が挿入されており、該シャフト４８の先端には円盤形状のワークＷが保持されている。後述するように、このワークＷの表面に炭素が析出され、さらに、該炭素の拡散浸透処理が施される。
【００２７】
ワークＷが加熱昇温される場合、該ワークＷは、高周波誘導加熱機構２４の構成要素であり、加熱室３０の内部に配置されたリング状の加熱用コイル５０に囲繞される（図１参照）。この際、シャッタ４４が開放され、シャフト４８は冷却室３２から加熱室３０に亘ってチャンバ２２内に位置する。また、該加熱用コイル５０の上方および下方にはリング状のガス供給管５２ａ、５２ｂがそれぞれ配置されており、両者から炭化水素化合物ガスやＣＯガス等を含有する浸炭性ガスが供給される。
【００２８】
高周波誘導加熱機構２４は、前記加熱用コイル５０の他、図示しない高周波交流電源に接続されて載置台２０上に載置固定された変成器５４と、該変成器５４にリード部５６を介して接続された同軸電極５８とを備え、前記加熱用コイル５０はこの同軸電極５８に接続されている。すなわち、加熱用コイル５０には、変成器５４、リード部５６および同軸電極５８を介して高周波数の交流電流が通電される。その結果、後述するように、ワークＷの内部に誘導電流が発生して該ワークＷの温度が上昇する。
【００２９】
ここで、図１の円内を拡大して図３に示し、この図３を参照してワークＷ、加熱用コイル５０およびガス供給管５２ａ、５２ｂについて説明する。
【００３０】
まず、ワークＷは、アダプタ６０を介してシャフト４８の先端に保持されている。具体的には、シャフト４８の先端には凹部４８ａが形成されており、また、ワークＷの中心には貫通孔６２が形成されている。そして、アダプタ６０は、円盤部６４と該円盤部６４の中心に形成された貫通孔に嵌合された円柱部６６とからなり、該円柱部６６の尖鋭な下端部６６ａは前記凹部４８ａに嵌合され、先端部６６ｂはワークＷに形成された貫通孔６２に嵌合されている。このような嵌合により、シャフト４８の先端にワークＷが堅牢に保持される。なお、ワークＷの材質としては、軟鋼や低合金鋼が例示され、これらはいずれも導体である。
【００３１】
加熱用コイル５０は、上記したようにリング状であり、ワークＷの外周部を囲繞する。そして、高周波数の交流電源が通電された際に、該ワークＷの内部に誘導電流を誘起させることにより該ワークＷを加熱昇温する。
【００３２】
また、ガス供給管５２ａ、５２ｂは、図示しない送気管から分岐した分岐管６８ａ、６８ｂを介してガスボンベおよびマスフローコントローラからなるガス供給機構（図示せず）に接続されている。この場合、ガス供給管５２ａ、５２ｂには同一組成の浸炭性ガスが導入され、該浸炭性ガスは、ガス供給管５２ａ、５２ｂにそれぞれ形成されたガス供給口７０ａ、７０ｂから同一圧力で加熱室３０内に供給される。
【００３３】
ガス供給管５２ａ、５２ｂもまたリング状であり、加熱用コイル５０から囲繞されたワークＷの上方および下方にそれぞれ配置されている。そして、ガス供給口７０ａ、７０ｂは、ワークＷの表面に確実にガスを到達させるために、ワークＷに指向して形成されている。すなわち、図３から諒解されるように、ガス供給口７０ａ、７０ｂは、ガス供給管５２ａ、５２ｂのワークＷに面する隅角部に形成されている。
【００３４】
前記シャフト４８の下端は、可動盤７２および該可動盤７２の下方に固定された凹字状のモータ用保持部材７４にそれぞれ形成された貫通孔を貫通して回転用モータ７６に軸支されている（図１参照）。すなわち、この回転用モータ７６を付勢することにより、シャフト４８を回転動作させることができる。なお、シャフトカバー４７の下端は可動盤７２により支持されており、また、該可動盤７２は、チャンバ２２とバー用保持部材７７とを連結する複数本のバー７８に貫通されている。
【００３５】
この可動盤７２は、昇降動作させることが可能である。具体的には、バー７８の中の１本はボールねじ７９からなり、該ボールねじ７９の先端は回転動作が可能なようにチャンバ２２に軸支されている。そして、ボールねじ７９の下端は、バー用保持部材７７に埋入された昇降用モータ８０に軸支されており、該昇降用モータ８０が付勢されることに伴ってボールねじ７９が回転動作する。勿論、可動盤７２において、ボールねじ７９が貫通された貫通孔にはめねじが形成されており、したがって、該可動盤７２は、ボールねじ７９が右ねじであれば、該ボールねじ７９が図１に示した矢印の方向に回転動作する際にはバー７８（ボールねじ７９を含む）に案内されて下降し、逆方向に回転動作する際には上昇する。
【００３６】
可動盤７２がこのように昇降動作することに伴い、シャフト４８も昇降動作する。また、シャフトカバー４７の下端は可動盤７２により支持されているので、該シャフトカバー４７も可動盤７２とともに昇降動作する。したがって、シャフトカバー４７によってシャフト４８の昇降動作が阻止されることはない。
【００３７】
シャフト４８の上死点は、該シャフト４８の先端部が加熱室３０の上端から露出するように設定することが望ましい。シャフト４８の先端にワークＷを保持することが容易となるからである。
【００３８】
ワークＷを焼き入れする際には、シャフト４８を下降させ、ワークＷを冷却室３２の内部に配置する。この際には、図４および図４の円内の拡大図である図５に示すように、ワークＷは、冷却室３２の内部に設置されたリング状の冷却油噴出管８２に囲繞され、かつシャッタ４４が閉じられる。図５に示されるように、噴出口８４は冷却油噴出管８２の内環状壁８２ａの表面に形成されており、したがって、冷却油がワークＷの表面に指向して噴出され、その結果、ワークＷに焼き入れが施される。
【００３９】
ワークＷの焼き入れに要する冷却油は、冷却油循環供給機構１８によって循環供給される。すなわち、図１、図２および図４に示されるように、冷却油循環供給機構１８は、収集管８６ａ、８６ｂを介して冷却室３２に接続された回収槽８８と、該回収槽８８の内部を減圧するための真空ポンプ９０と、冷却槽９２と、回収槽８８から冷却槽９２を介して冷却室３２に冷却油を供給する揚液ポンプ９４とを備え、噴出口８４から冷却室３２内に噴出された油は冷却槽９２内で冷却された後、揚液ポンプ９４によって再び冷却室３２内に噴出される。
【００４０】
より具体的には、回収槽８８の内部は、バルブ３４ｃが介装されたダクト３６ｃを介して該回収槽８８に接続された真空ポンプ９０により減圧されており、このため、冷却室３２の底部に流下した冷却油は収集管８６ａ、８６ｂを介して回収槽８８内に吸引収集される。収集された油は、揚液ポンプ９４により冷却槽９２を介して冷却油噴出管８２に揚液され、噴出口８４から再び噴出される。
【００４１】
ここで、バルブ３４ｄ、揚液ポンプ９４およびバルブ３４ｅが介装された送液管９６は、冷却槽９２の内部では螺旋状に旋回している（図１および図４参照）。そして、該冷却槽９２には図示しない冷却水用入口・出口が設けられており、該冷却槽９２の内部には冷却水が流通される。すなわち、該冷却槽９２の内部においては、送液管９６が冷却水に囲繞され、ワークＷに接触して高温となった冷却油が冷却される。冷却された冷却油は、再び冷却室３２に供給される。
【００４２】
次に、上記のように構成された浸炭材料製造装置１０を使用して浸炭材料を製造する方法について説明する。
【００４３】
本実施の形態に係る浸炭材料の製造方法のフローチャートを図６に示す。図６に示されるように、この製造方法は、ワークＷを加熱昇温する昇温工程Ｓ１と、加熱昇温されたワークＷに対して浸炭性ガスを供給し、この浸炭性ガスを熱分解させてワークＷの表面に炭素を析出させる析出工程Ｓ２と、析出した炭素をワークＷの表面から内部へと拡散浸透させる拡散浸透処理工程Ｓ３と、拡散浸透処理が施されたワークを焼き入れする焼き入れ工程Ｓ４とを備える。また、昇温工程Ｓ１の前に、チャンバ２２内のガスを排気する排気工程ＳＶが行われる。昇温工程Ｓ１を行う際、雰囲気に酸化性ガスが存在しないので、耐酸化性が低い材料からなるワークＷを使用した場合であっても該ワークＷが酸化することを回避することができる。
【００４４】
まず、軟鋼や低合金鋼等からなるワークＷに形成された貫通孔６２に、アダプタ６０の円柱部６６の先端部６６ｂを嵌合する。そして、該円柱部６６の尖鋭な下端部６６ａをシャフト４８に形成された凹部４８ａに嵌合する。勿論、アダプタ６０の円柱部６６の下端部６６ａを凹部４８ａに嵌合した後、該円柱部６６の先端部６６ｂにワークＷの貫通孔６２を嵌合するようにしてもよい。そして、昇降用モータ８０を付勢することによりバー７８の中の１本であるボールねじ７９を回転動作させ、ワークＷが加熱用コイル５０に囲繞される位置まで可動盤７２を下降させる（図１参照）。
【００４５】
そして、加熱室３０の上端を閉塞部材４６で閉塞し、排気工程ＳＶを行う。すなわち、真空ポンプ２８とメカニカルブースタ２６を付勢するとともにバルブ３４ａ、３４ｂを開け、チャンバ２２内のガスを排気する。この際、チャンバ２２内は、メカニカルブースタ２６により急速に排気され、さらに、真空ポンプ２８により真空度が高められる。この場合、ワークＷが酸化しない程度に酸化性ガスが排出されればよく、具体的には、チャンバ２２内の圧力を１０-3〜１０-1Ｔｏｒｒ程度とすれば充分である。
【００４６】
次いで、昇温工程Ｓ１において、加熱用コイル５０に通電することによりワークＷを加熱昇温する。具体的には、高周波数の交流電流を高周波電源（図示せず）から変成器５４に供給する。この交流電流は、変成器５４により適切な電流値および電圧値に変換された後、リード部５６および同軸電極５８を介して加熱用コイル５０に至る。これにより、該加熱用コイル５０の周囲に磁場が発生する。
【００４７】
ここで、加熱用コイル５０に通電された交流電流は高周波数であるので、前記磁場の方向は高速度で変化する。磁場の方向がこのように変化することに伴い、導体であるワークＷの内部に誘導電流が誘起され、その結果、該ワークＷの温度が上昇する。ワークＷは、浸炭性ガスを熱分解させて炭素を析出させることが可能であり、かつ、析出した炭素とワークＷとが固溶体を形成することが可能な温度、例えば、１０００℃まで加熱昇温される。
【００４８】
次いで、回転用モータ７６を付勢することによりシャフト４８を回転動作させる。この状態で、析出工程Ｓ２を行う。すなわち、ガス供給管５２ａ、５２ｂを介して、ガス供給機構（図示せず）から加熱室３０に浸炭性ガスを供給する。浸炭性ガスとしては、熱分解により炭素を生成するものであれば特に限定はされないが、プロパン、ブタン、アセチレン等の炭化水素化合物ガスやＣＯガス等の炭素化合物ガスを例示することができる。また、このような炭素化合物ガスにＡｒやＮ2 等の不活性ガスまたはＨ2 等の還元性ガスが混合された混合ガスであってもよく、前記不活性ガスおよび前記還元性ガスがともに混合された混合ガスであってもよい。
【００４９】
上記したように、ガス供給管５２ａ、５２ｂはリング状である。また、該ガス供給管５２ａ、５２ｂの隅角部に形成されたガス供給口７０ａ、７０ｂは、ワークＷの表面に指向している（図３参照）。したがって、回転しているワークＷの表面に、浸炭性ガスを効率よく到達させることができる。ワークＷの表面に到達した浸炭性ガスは、該ワークＷが高温であるため、熱分解を起こす。この熱分解により炭素が生成して、該炭素はワークＷの表面に析出する。この炭素とワークＷとは互いに固溶し、その結果、オーステナイトが生成する。
【００５０】
このように、本実施の形態においては、ワークＷの加熱昇温を誘導加熱により行っているので、ワークＷ以外が高温になることがない。したがって、ワークＷの表面以外、例えば、加熱用コイル５０の表面やダクト３６ａに炭素が析出することがない。このため、加熱用コイル５０の加熱効率が低下することや、ダクト３６ａが閉塞してしまう等の不都合が回避される。
【００５１】
しかも、この場合、浸炭性ガスは効率よくワークＷの表面に到達するので、浸炭性ガス中の炭素化合物ガスはほとんど全てが熱分解を起こす。換言すれば、煤の発生を回避することができるとともに収率よく炭素を得ることができる。
【００５２】
浸炭性ガスを導入してワークＷの表面に炭素を析出させる際のチャンバ２２内の圧力は、１Ｔｏｒｒ未満に設定する。１Ｔｏｒｒを超えると煤が発生するようになる。また、熱分解することなく排出される浸炭性ガスの量が多くなるので、炭素の収率が低下する。すなわち、浸炭材料の製造コストが高騰する。
【００５３】
所定時間が経過した後には、浸炭性ガスの供給を停止する。また、回転用モータ７６を停止して、シャフト４８およびワークＷの回転も停止する。一方、加熱用コイル５０への通電は続行してワークＷの温度を保持し、拡散浸透処理工程Ｓ３を行う。
【００５４】
すなわち、拡散浸透処理工程Ｓ３においては、ワークＷは、析出工程Ｓ２時の温度に保持された状態で放置される。この際、析出してワークＷに固溶された炭素は、ワークＷの表面から内部へと拡散浸透する。この拡散浸透処理により、表面から内部に指向して炭素濃度が低下する浸炭材料が得られる。
【００５５】
この拡散浸透処理工程Ｓ３は、排気機構１４によるチャンバ２２内の排気を続行しながら行うことが好ましい。酸化性ガスが滞留することがないので、ワークＷの酸化が回避されるからである。この拡散浸透処理工程Ｓ３におけるチャンバ２２内の圧力も、１０-3〜１０-1Ｔｏｒｒ程度で充分である。
【００５６】
次いで、焼き入れ工程Ｓ４を行う。まず、加熱用コイル５０への通電を停止する。そして、昇降用モータ８０を付勢することによりボールねじ７９を回転動作させ、ワークＷが冷却油噴出管８２に囲繞される位置まで可動盤７２を下降させる（図４参照）。可動盤７２の下降が終了した後には、ゲートバルブ４２のシャッタ４４を閉止し、加熱室３０と冷却室３２とを互いに遮断する。そして、回転用モータ７６を付勢して、シャフト４８およびワークＷを再び回転動作させる。
【００５７】
この状態で、冷却油循環供給機構１８を付勢する。すなわち、真空ポンプ９０および揚液ポンプ９４を付勢するとともにバルブ３４ｃ〜３４ｅを開ける。これにより、回収槽８８内に貯留された冷却油が送液管９６内を流通し、冷却槽９２内で冷却水により冷却された後、冷却油噴出管８２の内環状壁８２ａに形成された噴出口８４から噴出される。この際、加熱室３０と冷却室３２とはゲートバルブ４２（シャッタ４４）により遮断されているので、加熱室３０内に冷却油が噴出されることはない。
【００５８】
噴出口８４から噴出された冷却油は、ワークＷに接触する。この際、冷却油はワークＷと熱交換を行う。高温となった該冷却油は、収集管８６ａ、８６ｂを介して回収槽８８に吸引収集されるが、上記したように冷却槽９２内で冷却水により冷却され、冷却室３２内に再び供給される。
【００５９】
このような冷却油が接触することにより、ワークＷが急冷されて焼き入れが施され、該ワークＷの表面にマルテンサイトが生成する。その結果、表面が著しく高硬度な浸炭材料が得られるに至る。
【００６０】
このように、本実施の形態に係る浸炭材料製造装置１０によれば、炭素の析出およびワークＷの焼き入れ（急冷）を連続的に行うことができるので、浸炭材料を効率よく製造することができる。
【００６１】
また、析出工程Ｓ２を行う際におけるチャンバ２２内の圧力を適切に設定することにより、炭素を収率よく析出させることができる。しかも、煤の発生が著しく抑制される。
【００６２】
なお、上記した実施の形態においては、チャンバ２２内にガスを供給することなく昇温工程Ｓ１および拡散浸透処理工程Ｓ３を行ったが、上記した不活性ガスや還元性ガスを導入するようにしてもよい。この場合、不活性ガスや還元性ガスを導入した際のチャンバ２２内の圧力が１０-3〜１０-1Ｔｏｒｒとなるようにガスの導入量を調整すればよい。
【００６３】
また、この実施の形態では、排気工程ＳＶを昇温工程Ｓ１の前に行ったが、耐酸化性が高い材料からなるワークＷを使用する場合には、排気工程ＳＶを昇温工程Ｓ１の後に行うようにしてもよい。
【００６５】
【実施例】
Ｓ３５Ｃ（ＪＩＳ規格）からなる外径５０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状のワークＷを、アダプタ６０を介して浸炭材料製造装置１０のシャフト４８に保持した。そして、シャフト４８を下降させることによりワークＷを加熱用コイル５０の内部に配置して加熱室３０の上端を閉塞部材４６で閉塞した後、排気機構１４によりチャンバ２２内を排気し、圧力を２×１０-2Ｔｏｒｒにした。さらに、加熱用コイル５０に周波数１０ｋＨｚの交流電流を通電し、ワークＷを１０００℃まで加熱昇温した。
【００６６】
次に、シャフト４８を回転動作させることによりワークＷを回転させ、この状態でアセチレンを８×１０-1Ｔｏｒｒの圧力で２分間供給した。アセチレンが供給されている際、チャンバ２２内の圧力は７×１０-1Ｔｏｒｒであった。
【００６７】
次に、アセチレンの供給およびシャフト４８の回転動作を停止させて、拡散浸透処理を行った。すなわち、ワークＷの温度を１０００℃に保持した状態で２分間放置した。この際のチャンバ２２内の圧力は、２×１０-1Ｔｏｒｒとした。
【００６８】
次に、シャフト４８をさらに下降させ、ワークＷを冷却油噴出管８２の内部に配置した。そして、ゲートバルブ４２のシャッタ４４を閉止し、加熱室３０と冷却室３２とを互いに遮断した。さらに、シャフト４８を再び回転動作させるとともに冷却油循環供給機構１８を付勢し、回転しているワークＷに対して冷却油を１分間噴射して該ワークＷを急冷することにより該ワークＷに焼き入れを施した。
【００６９】
そして、バルブ３４ｃを閉止し、冷却室３２内の油を回収槽８８に吸引収集した後、ゲートバルブ４２のシャッタ４４を開放し、ガス供給管５２ａ、５２ｂから不活性ガスをチャンバ２２内に導入して該チャンバ２２内を大気圧よりもやや高くして閉塞部材４６を取り外した。さらに、シャフト４８を上昇動作させて、ワークＷ（浸炭材料）を浸炭材料製造装置１０から取り出した。なお、チャンバ２２内には煤の発生は認められなかった。
【００７０】
このようにして製造された浸炭材料における炭素濃度の深さ方向プロファイルを図７に示す。図７から、浸炭材料の表面から内部に指向して炭素が拡散浸透していることが明らかである。また、該浸炭材料の表面を観察した結果、該表面にはマルテンサイトが生成していることが確認された。
【００７１】
さらに、図７と、この浸炭材料におけるビッカース硬度の深さ方向プロファイルを示す図８から、該浸炭材料の硬度は、炭素濃度の増減に対応して増減していることが分かる。すなわち、従来技術に係る製造方法および製造装置と同様に、表面の硬度が最も高く、内部になるにしたがって炭素濃度および硬度が低下する浸炭材料が得られたことが諒解される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る浸炭材料の製造方法によれば、供給された浸炭性ガス中の炭素化合物ガスを効率よく熱分解させるので、ワーク表面に析出する炭素の収率が高い。このため、原材料コストを低減することができる。また、煤が発生しないので、浸炭材料製造装置のメンテナンスを行う必要がない。このため、該浸炭材料製造装置の稼働率が向上するので、浸炭材料を効率よく製造することができるという効果が達成される。さらに、ワークが酸化することが回避される。
【００７３】
また、本発明に係る浸炭材料製造装置によれば、ワーク表面への炭素の析出、該炭素の拡散浸透処理および浸炭材料に対する焼き入れを、ワークを一度も取り出すことなく連続的に行うことができる。したがって、浸炭材料を効率よく製造することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る浸炭材料製造装置の要部縦断面全体構成説明図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１における円内の要部拡大図である。
【図４】シャフトが下降して冷却油噴出管に囲繞された状態を示す要部縦断面動作説明図である。
【図５】図４における円内の要部拡大図である。
【図６】本実施の形態に係る浸炭材料の製造方法のフローチャートである。
【図７】製造された浸炭材料における炭素濃度の深さ方向プロファイルを示すグラフである。
【図８】製造された浸炭材料におけるビッカース硬度の深さ方向プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…浸炭材料製造装置            １４…排気機構
１８…冷却油循環供給機構          ２２…チャンバ
２４…高周波誘導加熱機構          ２６…メカニカルブースタ
２８、９０…真空ポンプ            ３０…加熱室
３２…冷却室                      ４２…ゲートバルブ
４４…シャッタ                    ４６…閉塞部材
４８…シャフト                    ５０…加熱用コイル
５２ａ、５２ｂ…ガス供給管        ６０…アダプタ
７０ａ、７０ｂ…ガス供給口        ７２…可動盤
７６…回転用モータ                ７８…バー
７９…ボールねじ                  ８０…昇降用モータ
８２…冷却油噴出管                ８４…噴出口
８６ａ、８６ｂ…収集管            ８８…回収槽
９２…冷却槽                      ９４…揚液ポンプ
Ｗ…ワーク
【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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