(57)【要約】【課題】常圧下での直接浸炭であっても被処理品の浸炭深さを容易に調整できる浸炭深さ制御方法及び浸炭装置を提供する。【解決手段】常圧下で浸炭される被処理品２の浸炭深さを制御する浸炭深さ制御方法であって、被処理品２が収容された処理室３０内に浸炭ガスを導入して被処理品２を常圧下で浸炭する浸炭工程（Ｓ１１０）を有してなり、浸炭工程（Ｓ１１０）の際に、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じて処理室３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させる。具体的には、予め、浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係を求め、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧下で浸炭される被処理品の浸炭深さを制御する浸炭深さ制御方法であって、
被処理品が収容された処理室内に浸炭ガスを導入して被処理品を常圧下で浸炭する浸炭工程を有してなり、
前記浸炭工程の際に、被処理品の浸炭深さの目標値に応じて前記処理室内に導入される浸炭ガスの流速を変化させることを特徴とする浸炭深さ制御方法。
【請求項２】
前記処理室内に導入される浸炭ガスを被処理品の所定部位に直接吹き付け、前記所定部位ごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させることを特徴とする請求項１に記載の浸炭深さ制御方法。
【請求項３】
予め、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を求め、
前記関係に基づいて被処理品の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浸炭深さ制御方法。
【請求項４】
浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係は、浸炭ガス及び／又は被処理品の種類ごとに求められることを特徴とする請求項３に記載の浸炭深さの制御方法。
【請求項５】
被処理品の浸炭深さを制御しながら被処理品を常圧下で浸炭する浸炭装置であって、
被処理品が収容された処理室内に浸炭ガスを導入して被処理品を常圧下で浸炭する浸炭部と、
被処理品の浸炭深さの目標値に応じて、前記処理室内に導入される浸炭ガスの流速を変化させる浸炭深さ制御部とを具備してなることを特徴とする浸炭装置。
【請求項６】
前記浸炭部には、前記処理室内に収容された被処理品の近傍位置まで延出され、浸炭ガスを被処理品の所定部位に直接吹き付ける延出管が設けられ、
前記浸炭深さ制御部は、前記所定部位ごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させることを特徴とする請求項５に記載の浸炭装置。
【請求項７】
前記浸炭深さ制御部は、予め、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を求め、前記関係に基づいて被処理品の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の浸炭装置。
【請求項８】
前記浸炭深さ制御部は、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を浸炭ガス及び／又は被処理品の種類ごとに求めることを特徴とする請求項７に記載の浸炭装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浸炭深さ制御方法及び浸炭処理装置の技術に関し、より詳細には、常圧下で浸炭される被処理品の浸炭深さを制御する浸炭深さ制御方法、及び、被処理品の浸炭深さを制御しながら被処理品を常圧下で浸炭する浸炭装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浸炭処理（浸炭焼入れ）とは、低炭素鋼などの材料からなる被処理品の表面に、炭化水素系ガスからなる浸炭ガス中の炭素を固溶させ、この固溶した炭素を被処理品の表面から内部に拡散させて浸炭層を形成させた後に、焼入れ・焼戻しにより浸炭層を硬化させて浸炭硬化層を得る熱処理方法のことをいう。この浸炭処理の内、浸炭方法としては、固体浸炭法、液体浸炭法、ガス浸炭法、プラズマ浸炭法、真空浸炭法などが公知となっている。
【０００３】
上述した浸炭方法のうち、例えば、ガス浸炭法では、まず、変性炉にてメタン、プロパン、エチレン、アセチレン等を変性させることで一酸化炭素を含む浸炭ガスを得る。次いで、浸炭ガスを被処理品が収納された収納室に導入し、常圧高温ガス雰囲気下で一酸化炭素と被処理品とを反応させることでカーボンと二酸化炭素を生成させる。そして、生成したカーボンが被処理品の表面中に固溶し、被処理品の表面から内部へと拡散することにより浸炭層が形成される。従来は、このような変性式ガス浸炭法が主流であったが、今日では変性炉を必要としない滴注式ガス浸炭法や直接ガス浸炭法などが開発され、その適用が徐々に増えてきているところである。
【０００４】
近年では、環境問題や資源問題に対する関心の高まりを背景として、省エネルギーや省資源及び公害防止などの観点から直接浸炭方法が注目されている。この直接浸炭方法とは、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変性させることなくそのまま浸炭ガスとして用いるものである。直接浸炭方法では、例えば、浸炭ガスとしてプロパンを用いた場合には、まず、高温度ガス雰囲気下においてプロパンが被処理品の表面でカーボンと水素ガスに分解される。そして、生成したカーボンが被処理品の表面中に固溶し、さらに固溶したカーボンが被処理品の表面から内部へと拡散することにより浸炭層が形成される。
【０００５】
このように直接浸炭法によれば、ガス消費量がガス浸炭処理に比べて少なくて済むとともに二酸化炭素の排出がないため、浸炭処理の熱エネルギーの無駄がなくなり、環境特性に優れるという利点を有している。また、直接浸炭方法は、通常、真空（減圧）下で浸炭する方法が主流であるが、一方で、真空下での直接浸炭方法に比べて浸炭プロセスを単純化できるとともに、減圧設備等の電圧手段を要しないため浸炭処理装置を小型化できるという利点から常圧下での直接浸炭方法も検討されている。
【０００６】
ところで、従来の浸炭方法では、浸炭時の温度、浸炭時間、浸炭ガス濃度などの浸炭条件を管理することで、被処理品に対する浸炭深さ（浸炭硬化層の深さ）の均一性が確保されてきた。
しかしながら、上述した直接浸炭方法では、鋼表面で活性カーボンが直接反応するため、残存酸素等の浸炭雰囲気や浸炭ガスの流れの影響を受け易いため、従来の被処理品の浸炭深さ制御方法では、浸炭時の温度や浸炭時間などの浸炭条件を管理するだけでは被処理品の浸炭深さを適切に制御することが困難であった。また、浸炭時の温度の浸炭条件は容易に変更することができないため、被処理品の浸炭深さの微調整や変更などが困難であった。
【０００７】
なお、従来の被処理品の浸炭深さ制御方法としては、例えば、特許文献１に開示されるように、焼入れ工程の前に被処理品である焼結体の表面切削加工を行うことで浸炭深さを制御する方法が公知である（特許文献１参照）。
しかしながら、かかる特許文献１に開示される方法では、浸炭処理の際に浸炭後に被処理品に対して切削加工を行う手間が煩雑であり、被処理品としては焼結体のように空孔を有するものしか対象とならず、その適用範囲が限定されるという課題があった。
【特許文献１】特開平１−２４２７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明では、浸炭深さ制御方法及び浸炭装置に関し、前記従来の課題を解決するもので、常圧下での直接浸炭であっても被処理品の浸炭深さを容易に調整できる浸炭深さ制御方法及び浸炭装置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】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
すなわち、請求項１においては、常圧下で浸炭される被処理品の浸炭深さを制御する浸炭深さ制御方法であって、被処理品が収容された処理室内に浸炭ガスを導入して被処理品を常圧下で浸炭する浸炭工程を有してなり、前記浸炭工程の際に、被処理品の浸炭深さの目標値に応じて前記処理室内に導入される浸炭ガスの流速を変化させるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記処理室内に導入される浸炭ガスを被処理品の所定部位に直接吹き付け、前記所定部位ごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させるものである。
【００１２】
請求項３においては、予め、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を求め、前記関係に基づいて被処理品の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算するものである。
【００１３】
請求項４においては、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係は、浸炭ガス及び／又は被処理品の種類ごとに求められるものである。
【００１４】
請求項５においては、被処理品の浸炭深さを制御しながら被処理品を常圧下で浸炭する浸炭装置であって、被処理品が収容された処理室内に浸炭ガスを導入して被処理品を常圧下で浸炭する浸炭部と、被処理品の浸炭深さの目標値に応じて、前記処理室内に導入される浸炭ガスの流速を変化させる浸炭深さ制御部とを具備してなるものである。
【００１５】
請求項６においては、前記浸炭部には、前記処理室内に収容された被処理品の近傍位置まで延出され、浸炭ガスを被処理品の所定部位に直接吹き付ける延出管が設けられ、前記浸炭深さ制御部は、前記所定部位ごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させるものである。
【００１６】
請求項７においては、前記浸炭深さ制御部は、予め、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を求め、前記関係に基づいて被処理品の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算するものである。
【００１７】
請求項８においては、前記浸炭深さ制御部は、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係を浸炭ガス及び／又は被処理品の種類ごとに求めるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１９】
請求項１に示す構成としたので、常圧下での直接浸炭であっても被処理品の浸炭深さを容易に調整できる。
【００２０】
請求項２に示す構成としたので、一の被処理品に対して所定部位ごとの浸炭深さを調整して、被処理品の浸炭深さの均一性を確保し、浸炭深さのムラを低減できる。
【００２１】
請求項３に示す構成としたので、浸炭ガスの流速の演算が容易となり、浸炭深さ制御の精度を向上できる。
【００２２】
請求項４に示す構成としたので、被処理品の浸炭条件に応じて複数の基準値を用いることで、浸炭深さ制御の精度をより向上できる。
【００２３】
請求項５に示す構成としたので、常圧下での直接浸炭であっても被処理品の浸炭深さを容易に調整できる。
【００２４】
請求項６に示す構成としたので、一の被処理品に対して所定部位ごとの浸炭深さを調整して、被処理品の浸炭深さの均一性を確保し、浸炭深さのムラを低減できる。
【００２５】
請求項７に示す構成としたので、浸炭ガスの流速の演算が容易となり、浸炭深さ制御の精度を向上できる。
【００２６】
請求項８に示す構成としたので、被処理品の浸炭条件に応じて複数の基準値を用いることで、浸炭深さ制御の精度をより向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は第一実施例の浸炭処理装置の全体的な構成を示した模式図、図２は図１の制御装置の構成を示した機能ブロック図、図３は図１の浸炭処理装置を用いた浸炭処理方法のフローチャート、図４は図３の浸炭工程におけるヒートパターン及びガス雰囲気パターン、図５は演算テーブルの内容を示した図、図６は第二実施例の浸炭処理装置の全体的な構成を示した模式図、図７は図６の制御装置の構成を示した機能ブロック図である。
【００２８】
まず、第一実施例の浸炭処理装置１について、以下に概説する。
図１に示すように、本実施例の浸炭処理装置１は、被処理品２の浸炭深さを制御しながら被処理品２を常圧下で浸炭処理する浸炭処理装置として構成されており、被処理品２が収容された処理室３０内に浸炭ガスを導入して被処理品２を常圧下で浸炭する浸炭部としての浸炭装置３と、浸炭装置３で浸炭された被処理品２を常圧下で焼入れ・焼戻しを行う焼入れ・焼戻し部としての焼入れ・焼戻し装置４と、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じて、処理室３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させる浸炭深さ制御部としての制御装置５等とで構成されている。
【００２９】
なお、本実施例で用いられる被処理品２としては、鋼種は特に限定されないが、例えば、普通鋼である炭素鋼の他に、炭素鋼にＣｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）などの合金元素が加えられた合金鋼（ＳＣｒ鋼、ＳＣＭ鋼など）などの鋼種が用いられる。
【００３０】
また、浸炭ガスとしては、主成分としてメタン、プロパン、エチレン、アセチレン等の炭化水素系ガスが含有され、さらにかかる炭化水素系ガスに加えて窒素ガス等のその他の希釈ガスが混入された状態で用いられる。
【００３１】
図１に示したように、浸炭装置３は、被処理品２を収容する処理室３０が設けられた炉体３１と、浸炭ガスを処理室３０内に導入するガス供給ライン３２と、処理室３０内のガスを機外に排出するガス排出ライン３３と、処理室３０及び処理室３０内の被処理品２を加熱する加熱装置３４等とで構成されており、被処理品２が収容された処理室３０内に浸炭ガスが導入されて、被処理品２が常圧下で浸炭される。
【００３２】
処理室３０は、断熱部材３５により囲繞されており、処理室３０内が加熱装置３４により加熱されることで、処理室３０に収容された被処理品２が加熱状態で浸炭される。炉体３１は、処理室３０の内外空間を連通する図示せぬ連通口が穿設され、連通口を介して被処理品２が処理室３０に搬入出される。また、浸炭装置３は、ガス供給ライン３２から大気圧に調整された浸炭ガスが処理室３０に供給されるため、浸炭の際には処理室３０内が常圧となるように構成されている。
【００３３】
ガス供給ライン３２は、一端が炉体３１の機外に設けられた図示せぬガス供給装置に接続され、他端が処理室３０内に開口されている。このガス供給ライン３２からは、浸炭ガスと希釈ガスが同時に若しくはいずれか一方のみが切り換えられて処理室３０内に供給される。また、ガス供給ライン３２には、ガス供給ライン３２中の浸炭ガスの流量を調節するための開閉バルブ３２ａが設けられている。開閉バルブ３２ａは、後述する制御装置５に接続されており、開閉バルブ３２ａが開閉制御されることでガス供給ライン３２中の浸炭ガスの流量が調節されて、処理室３０に導入される浸炭ガスの流速が制御される。ガス排出ライン３３は、一端が処理室３０内に開口され、ガス排出ライン３３を介して処理室３０内のガスが機外に排気される。
【００３４】
加熱装置３４は、処理室３０を加熱することで、処理室３０に収容された被処理品２を間接的に加熱する加熱手段として構成されている。この加熱装置３４は、後述する制御装置５に接続されており、処理室３０が所定温度Ｔ１（８００℃〜１３００℃）となるように温度制御される（図４参照）。加熱装置３４としては、例えば、加熱ヒータや高周波加熱装置などが用いられる。
【００３５】
図１に示すように、焼入れ・焼戻し装置４は、上述した浸炭装置３に対して別体に構成されており、被処理品２を収容する処理室４０及び被処理品２を冷却するための冷却槽４２が設けられる炉体４１と、処理室４０と冷却槽４２との間を往復動する昇降装置４３と、処理室４０及び処理室４０内の被処理品２を加熱する加熱装置４４等とで構成されており、浸炭装置３で浸炭された被処理品２が常圧下で焼入れ・焼戻しされる。
【００３６】
処理室４０は、図示せぬ断熱部材により囲繞されており、処理室４０内が加熱装置４４により加熱されることで、処理室４０に収容された被処理品２が再加熱されて焼戻し等される。炉体４１には、図示せぬ連通口が開口されており、被処理品２が連通口を介して処理室４０に搬入出される。また、冷却槽４２は、処理室４０の下方空間に形成され、冷却用の水又は油が貯溜されている。被処理品２は、昇降装置４３に載置された状態で、上下方向に昇降されることで処理室４０と冷却槽４２との間を移動される。
【００３７】
次いで、制御装置５の構成について、以下に詳述する。
図１及び図２に示すように制御装置５は、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じて処理室３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させて被処理品２の浸炭処理を制御するように構成されており、各種処理が実行されるＣＰＵ５０と、各種処理プログラム等が格納されるメモリ５１と、ＣＰＵ５０に対する操作入力手段としての入力部５２と、液晶ディスプレイなどで構成される表示部５３等とにより構成されている。また、制御装置５には、上述した浸炭装置３の開閉バルブ３２ａや加熱装置３４、及び焼入れ・焼戻し装置４の昇降装置４３や加熱装置４４等が接続されている。
【００３８】
ＣＰＵ５０では、メモリ５１に格納された処理プログラムに基づいて、浸炭及び焼入れ・焼戻し等に必要な各種処理が実行される。特に、本実施例のＣＰＵ５０では、入力部５２により入力された浸炭条件に応じて、メモリ５１に格納された演算テーブルＣに基づいて浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速が演算される。制御装置５では、ＣＰＵ５０により演算された浸炭ガスの流速となるように開閉バルブ３２ａが制御されて、ガス供給ライン３２を移送される浸炭ガスの流量が調整される。
【００３９】
なお、本実施例における「演算テーブルＣ」とは、浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係を示した基準値のことをいい、本実施例では予め、浸炭ガス及び被処理品２の種類ごとに浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係が求められて、メモリ５１に格納されている（図５参照）。ただし、前述の浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係は、浸炭ガス及び被処理品２の何れか一方の種類ごとに求めておくことも可能である。
また、本実施例における「浸炭条件」とは、被処理品２の種類、浸炭ガスの種類、浸炭時の温度、浸炭時間、浸炭ガスの投入量、浸炭深さの目標値、焼入れ・焼戻し温度、焼入れ・焼戻し時間などの条件のことをいう。
また、本実施例における「浸炭深さ」とは、被処理品２の表面からの浸炭硬化層の深さのことをいい、詳細には、全浸炭深さに対する有効硬化層深として表される。
【００４０】
メモリ５１は、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性のメモリが用いられ、ＣＰＵ５０の処理に必要なプログラムや各種設定データの他、上述した演算テーブルＣが格納されている。
入力部５２は、キーボード等の複数の操作キーを有する部材により構成され、浸炭処理に必要な浸炭時の温度、浸炭時間、浸炭ガスの投入量、浸炭深さの目標値などの浸炭条件が入力されるとともに、上述した演算テーブルＣの作成処理や、測定処理の終了操作などが入力される。
表示部５３では、浸炭深さの目標値を含む各種の浸炭条件や、演算テーブルＣ等の値が表示可能とされる。
【００４１】
次に、本実施例の浸炭処理装置１を用いた被処理品２の浸炭処理方法及び被処理品２の浸炭深さ制御方法について、以下に説明する。
図３及び図４に示すように、本実施例の浸炭処理装置１を用いた被処理品２の浸炭処理方法では、被処理品２が収容された処理室３０内に浸炭ガスを導入して被処理品２を常圧下で浸炭する浸炭工程（Ｓ１１０）と、浸炭工程により浸炭された被処理品２を常圧下で焼入れ・焼戻しする焼入れ・焼戻し工程（Ｓ１２０）とを有する。特に、本実施例では、浸炭処理方法における浸炭工程（Ｓ１１０）の際に、制御装置５により被処理品２の浸炭深さの目標値に応じて処理室３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させることで被処理品２の浸炭深さが制御される。
【００４２】
浸炭工程（Ｓ１１０）では、まず、制御装置５の入力部５２により浸炭ガス及び被処理品２の種類、被処理品２の浸炭深さの目標値などの各種の浸炭条件が入力される（Ｓ１１１）。ここで、上述したように、制御装置５のメモリ５１には、予め浸炭ガス及び被処理品２の種類ごとに浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係が演算テーブルＣとして格納されている。
【００４３】
図５は、演算テーブルＣの一例として、浸炭ガスとしてそれぞれアセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）を用い、処理室３０内の浸炭ガス濃度が１．５％、浸炭温度が所定温度Ｔ１（１１００℃）となるように調整した浸炭条件下で浸炭ガスの流速をそれぞれ変化させた場合の、浸炭ガスの流速比（流速）と被処理品２の硬化深さ（浸炭深さ）との関係を示したものである。この演算テーブルＣによると、浸炭ガスの流速と被処理品２の硬化深さとの間に相関性を見出すことができ、浸炭ガスの流速を変更することで被処理品２の硬化深さが変化することが明らかである。なお、被処理品２の硬化深さは、被処理品２を浸炭処理した後に形成される浸炭硬化層の深さのことであり、本実施例での被処理品２の浸炭深さに相当する。また、本実施例では、演算テーブルＣは、用いられる被処理品２の鋼種（例えば、鋼種Ａと鋼種Ｂ）や被処理品２の形状（例えば、鋼種Ａと鋼種Ａ−１）などに応じて複数作成されている。
【００４４】
入力部５２により被処理品２の浸炭深さの目標値が入力されると、制御装置５にて演算テーブルＣに基づいて被処理品２の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速が演算される（Ｓ１１２）。具体的には、演算テーブルＣを用いて、入力された浸炭深さの目標値に対応する浸炭ガスの流速が求められる。
【００４５】
そして、浸炭装置３及び焼入れ・焼戻し装置４に制御装置５より所定の制御信号が送信され（Ｓ１１３）、以下に説明するように、浸炭装置３及び焼入れ・焼戻し装置４にて所定の浸炭条件及び演算された浸炭ガスの流速に応じた浸炭処理が行われる。
【００４６】
浸炭装置３では、制御装置５からの制御信号が受信されると、まず、加熱装置３４により処理室３０及び被処理品２が所定温度Ｔ１となるまで加熱される（Ｓ１１４）。なお、かかる状態では、浸炭装置３の処理室３０内に大気圧に調整された希釈ガス（例えば、窒素ガス）がガス供給ライン３２を介して供給され、処理室３０内が希釈ガス雰囲気に調整される。
【００４７】
次いで、処理室３０及び被処理品２が一定の所定温度Ｔ１となるように加熱制御されながら、ガス供給ライン３２を介して大気圧に調整された浸炭ガスが処理室３０内に供給されて、処理室３０内が希釈ガス雰囲気から浸炭ガス雰囲気へと置換される（Ｓ１１５）。この際、上述したように、制御装置５からの制御信号によって開閉バルブ３２ａが制御されて、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じてガス供給ライン３２より供給される浸炭ガスの流速が適宜調整される。
【００４８】
そして、浸炭ガス雰囲気の状態が所定時間（ｔ２−ｔ１）の間維持されることで、被処理品２が浸炭（被処理品２の表面で分解されたカーボンが被処理品２の表面で固溶）される（Ｓ１１５）。
時間ｔ２となると、ガス供給ライン３２を介して大気圧に調整された希釈ガスが処理室３０内に供給されて、処理室３０内が浸炭ガス雰囲気から希釈ガス雰囲気へと再び置換される。かかる希釈ガス雰囲気の状態が所定時間（ｔ３−ｔ２）の間維持されることで、固溶された炭素が、被処理品２の表面から内部に拡散される（Ｓ１１６）。
時間ｔ３となると、加熱装置３４がＯＦＦに切り換えられて処理室３０及び被処理品２の温度が低減され、処理室３０及び被処理品２が冷却されることで、被処理品２に浸炭層が形成される（Ｓ１１７）。
【００４９】
このように、浸炭工程（Ｓ１１０）では、浸炭装置３にて、高温状態に調整された処理室３０内に浸炭ガスが供給されることで、被処理品２の表面で浸炭ガスがカーボンと水素ガスに分解され、生成したカーボンが被処理品２の表面で固溶され、固溶された炭素が、被処理品２の表面から内部に拡散されることで、被処理品２に浸炭層が形成される。
【００５０】
焼入れ・焼戻し工程（Ｓ１２０）では、まず、浸炭工程（Ｓ１１０）にて浸炭された被処理品２が焼入れ・焼戻し装置４の処理室４０に収容される。そして、制御装置５からの制御信号に基づいて、加熱装置４４により処理室４０及び被処理品２が所定の焼入れ温度となるように加熱されて、被処理品２が焼入れされる（Ｓ１２１）。次いで、昇降装置４３が下動されて、焼入れされた被処理品２が一旦冷却槽４２に浸漬されて油冷却される（Ｓ１２２）。油冷却後は、再度、昇降装置４３が上動されて、被処理品２が処理室４０に再び収容され、所定の焼戻し温度となるように加熱されて焼戻しされる（Ｓ１２３）。
【００５１】
このように、焼入れ・焼戻し工程（Ｓ１２０）では、焼入れ・焼戻し装置４にて、被処理品２が焼入れ（油冷却）及び焼戻しされることで、浸炭工程（Ｓ１１０）にて被処理品２に形成された浸炭層が硬化されて浸炭硬化層が形成される。このようにして、焼入れ・焼戻しを行うことで、被処理品２に対して、表面硬化により適度な強度と耐摩耗性を持たせ、芯部は適度な硬さに押さえて靱性を備えることができる。
【００５２】
以上のようにして、本実施例の浸炭処理装置１を用いて被処理品２を浸炭処理することで、常圧下での直接浸炭であっても被処理品２の浸炭深さを容易に調整することができる。すなわち、本実施例の浸炭深さ制御方法は、浸炭工程（Ｓ１１０）の際に、常圧下での直接浸炭方法であっても、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じて浸炭装置３の処理室３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させることで、浸炭ガスの流速と被処理品２の硬化深さとの間の相関性から、被処理品２の浸炭処理にて形成される浸炭硬化層の深さ（浸炭深さ）を調整するものである。そのため、浸炭ガスの濃度、処理温度、処理時間等と比べて浸炭ガスの流速は瞬時に切り換えることが可能であり、浸炭ガスの流速を調整すれば浸炭深さを容易に制御することができ、浸炭作業の利便性を飛躍的に向上できる。
【００５３】
また、本実施例の浸炭深さ制御方法では、予め、浸炭ガスの流速と被処理品２の浸炭深さとの関係を求め、被処理品２の浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速を演算するものであるため、浸炭ガスの流速の演算が容易となり、浸炭深さ制御の精度を向上できる。
【００５４】
また、本実施例の浸炭深さ制御方法では、浸炭ガスの流速と被処理品の浸炭深さとの関係は、浸炭ガス及び被処理品２の種類ごとに求められるため、被処理品２の浸炭条件に応じて複数の基準値を用いることで、浸炭深さ制御の精度をより向上できる。
【００５５】
なお、浸炭処理装置１の構成及び浸炭深さ制御方法としては、上述した実施例に限定されない。
【００５６】
すなわち、上述した実施例（図１参照）の浸炭処理装置１では、浸炭ガスを処理室３０内に供給することで、浸炭ガス雰囲気中で被処理品２を浸炭する構成であるが、例えば、図６及び図７に示す第二実施例の浸炭処理装置１０１のように、処理室１３０内に導入される浸炭ガスを被処理品１０２の所定部位１０２ａ・１０２ｂに直接吹き付け、かつ所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させるように構成してもよい。
【００５７】
具体的には、第二実施例の浸炭処理装置１０１は、被処理品１０２が収容された処理室１３０内に浸炭ガスを導入して被処理品１０２を常圧下で浸炭する浸炭装置１０３と、被処理品１０２の浸炭深さの目標値に応じて、処理室１３０内に導入される浸炭ガスの流速を変化させる制御装置１０５とを具備してなり、浸炭装置１０３には、処理室１３０内に収容された被処理品１０２の近傍位置まで延出され、浸炭ガスを被処理品１０２の所定部位１０２ａ・１０２ｂに直接吹き付ける延出管１３２ｂ・１３５ｂがそれぞれ設けられるとともに、制御装置１０５により所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させるように構成されている。
【００５８】
なお、この浸炭処理装置１０１で用いられる被処理品１０２は、特に、異形状又は異質の所定部位１０２ａ・１０２ｂが組み合わされて形成されている。浸炭処理装置１０１では、このように異形状又は異質の所定部位１０２ａ・１０２ｂが組み合わされた被処理品１０２であっても、所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに異なる流速の浸炭ガスを吹き付けることで、所定部位１０２ａ・１０２ｂごとの浸炭深さ制御が可能となっている。
【００５９】
本実施例の浸炭装置１０３は、浸炭ガスを処理室１３０内に導入する第一ガス供給ライン１３２及び第二ガス供給ライン１３５と、処理室１３０内のガスを機外に排出するガス排出ライン１３３と、処理室１３０内の被処理品１０２を加熱する高周波加熱装置１３４等とで構成されており、常圧下での直接浸炭と高周波焼入れとが連続して行われる。
【００６０】
ガス供給ライン１３２・１３５は、一端に処理室１３０に収容された被処理品１０２の近傍位置まで延出された延出管１３２ｂ・１３５ｂが形成されており、本実施例では、第一ガス供給ライン１３２に形成された延出管１３２ｂは、被処理品１０２の対応する所定部位１０２ａの近傍位置まで延出され、第二ガス供給ライン１３５に形成された延出管１３５ｂは、被処理品１０２の対応する所定部位１０２ｂの近傍位置まで延出されている。各ガス供給ライン１３２・１３５には、各ガス供給ライン１３２・１３５中の浸炭ガスの流量を調節するための開閉バルブ１３２ａ・１３５ａがそれぞれ設けられており、制御装置１０５により開閉バルブ１３２ａ・１３５ａが個別に開閉制御されることで、延出管１３２ｂ・１３５ｂを介して所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに吹き付けられる浸炭ガスの流速が制御される。
【００６１】
高周波加熱装置１３４は、処理室１３０内に配設されており、略中心部に被処理品１０２が配設されることで、被処理品２を高周波加熱により加熱するように構成されている。この高周波加熱装置１３４は、後述する制御装置１０５に接続されており、被処理品１０２が所定の温度（８００℃〜１３００℃）となるように温度制御される。
【００６２】
制御装置１０５は、被処理品１０２の浸炭深さの目標値に応じて所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに吹き付けられる浸炭ガスの流速を変化させて被処理品２の浸炭処理を制御するように構成されている。また、制御装置１０５には、上述した浸炭装置１０３の開閉バルブ１３２ａ・１３５ａや高周波加熱装置１３４等が接続されている。
【００６３】
浸炭処理装置１０１を用いた被処理品１０２の浸炭処理方法を概説すると、浸炭工程では、まず、制御装置１０５の入力部１５２により浸炭ガス及び被処理品１０２の種類、被処理品１０２の浸炭深さの目標値などの各種の浸炭条件が、所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに個別に入力される。入力部１５２により被処理品１０２の浸炭深さの目標値が入力されると、制御装置１０５にて演算テーブルＣに基づいて所定部位１０２ａ・１０２ｂごとの浸炭深さの目標値に応じた浸炭ガスの流速が演算される。そして、演算された浸炭ガスの流速に基づいて制御装置１０５により各開閉バルブ１３２ａ・１３５ａが制御されて、延出管１３２ｂ・１３５ｂより各所定部位１０２ａ・１０２ｂに向けて浸炭ガスが吹き付けられる。
【００６４】
また、焼入れ・焼戻し工程では、浸炭工程にて浸炭された被処理品１０２は、浸炭装置１０３の処理室１３０に収容された状態のままで、制御装置１０５にて高周波加熱装置１３４が制御されることで焼入れ・焼戻しされる。
【００６５】
以上のようにして、本実施例の浸炭処理装置１０１を用いて被処理品１０２を浸炭処理することで、浸炭ガスを被処理品１０２の所定部位１０２ａ・１０２ｂに直接吹き付けるため、浸炭工程において処理室１３０内の残存酸素等の影響を低減でき、また、所定部位１０２ａ・１０２ｂごとに吹き付ける浸炭ガスの流速を変化させることで、一の被処理品１０２に対して部位ごとの浸炭深さを調整して、被処理品１０２の浸炭深さの均一性を確保し、浸炭深さのムラを低減できる。例えば、被処理品１０２において、異形状又は異質の部材が組み合わされて形成されている場合や、コーナー部や複雑な形状部を有する場合などであっても、全体として浸炭深さの均一性を確保することができる一方で、特定の部位のみを任意の浸炭深さとなるように調整することもできる。
【００６６】
なお、上述した実施例（図１参照）の浸炭処理装置１では、浸炭装置３と焼入れ・焼戻し装置４とが別体で配設されているが、浸炭装置３と焼入れ・焼戻し装置４とを連設して構成してもよく、また後述する実施例（図６）のように、一の浸炭装置３にて被処理品２の浸炭及び焼入れ・焼戻しが行われるように構成してもよい。
【００６７】
また、上述した第二実施例（図６参照）では、浸炭処理装置１０１において一対のガス供給ライン１３２・１３５が設けられた構成を示したが、ガス供給ライン１３２・１３５の個数や、ガス供給ライン１３２・１３５の一端に設けられる延出管１３２ｂ・１３５ｂの個数などは特に限定されず、被処理品１０２に応じて浸炭深さの個別制御を要する部位に対応するように配設することができる。
【００６８】
また、上述した第二実施例（図６参照）の浸炭装置１０３は、被処理品１０２の所定部位１０２ａ・１０２ｂに向けて浸炭ガスを吹き付けることで被処理品２を浸炭するように構成されているが、例えば、上述した第一実施例（図１参照）のように、処理室１３０内を浸炭ガス雰囲気とした上で、被処理品１０２の所定部位１０２ａ・１０２ｂに向けて浸炭ガスを吹き付けて浸炭するように構成してもよい。これとは逆に、第一実施例（図１参照）の浸炭処理装置１において、上述した第二実施例（図６参照）の浸炭装置１０３のように、被処理品２の所定部位に向けて浸炭ガスを吹き付けるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第一実施例の浸炭処理装置の全体的な構成を示した模式図。
【図２】図１の制御装置の構成を示した機能ブロック図。
【図３】図１の浸炭処理装置を用いた浸炭処理方法のフローチャート。
【図４】図３の浸炭工程におけるヒートパターン及びガス雰囲気パターン。
【図５】演算テーブルの内容を示した図。
【図６】第二実施例の浸炭処理装置の全体的な構成を示した模式図。
【図７】図６の制御装置の構成を示した機能ブロック図。
【符号の説明】
【００７０】
１    浸炭処理装置
２    被処理品
３    浸炭装置（浸炭部）
４    焼入れ・焼戻し装置
５    制御装置（浸炭深さ制御部）
３０    処理室
３１    炉体
３２    ガス供給ライン
３２ａ    開閉バルブ
３３    ガス排出ライン
３４    加熱装置
【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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