(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の浸炭拡散室を備える連続炉の一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送ってその被処理物を複数回に分けて浸炭する真空浸炭方法であり、
一の浸炭拡散室では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、室内を減圧する工程を順に実行し、
他の浸炭拡散室では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入する工程と、室内を減圧する工程を順に実行し、
各浸炭拡散室の浸炭工程開始時を同一にし、
前記他の浸炭拡散室では、その室の浸炭工程終了時から前記一の浸炭拡散室の浸炭工程終了時まで不活性ガスを導入して浸炭拡散室間で圧力を同一に保持し、
各浸炭拡散室の減圧工程開始時を同一にし、
全工程にわたって浸炭拡散室間で圧力を同一に保持することを特徴とする真空浸炭方法。
【請求項２】
複数の浸炭拡散室を備える連続炉の一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送ってその被処理物を複数回に分けて浸炭する真空浸炭方法であり、
各浸炭拡散室では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入して浸炭ガスを排出する浸炭ガス排出工程と、室内を減圧する工程を順に実行し、
各浸炭拡散室の浸炭工程開始時を同一にし、
各浸炭拡散室の減圧工程開始時を同一にし、
前記一の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時と、前記他の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時とを異ならせ、
全工程にわたって浸炭拡散室間で圧力を同一に保持することを特徴とする真空浸炭方法。
【請求項３】
前記一の浸炭拡散室で浸炭工程と減圧工程を複数サイクル実行する間に前記他の浸炭拡散室では浸炭工程と減圧工程を一サイクル実行し、前記一の浸炭拡散室での２度目の浸炭工程開始時に同期して前記他の浸炭拡散室では不活性ガス導入工程を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の真空浸炭方法。
【請求項４】
複数の浸炭拡散室と、各浸炭拡散室間を区切る一枚の扉と、一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送る搬送装置と、各浸炭拡散室に浸炭ガスを導入する装置と、各浸炭拡散室に不活性ガスを導入する装置と、各浸炭拡散室を減圧する装置と、各浸炭拡散室に対する不活性ガス導入装置の作動開始時を個々に制御するとともに、各浸炭拡散室に対する減圧装置の作動開始時を一斉に制御するタイミングコントローラと、不活性ガス導入中にその浸炭拡散室内圧力を隣接する浸炭拡散室内圧力に調整する圧力コントローラとを備えた連続炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空浸炭方法とそのための装置に関する。特に、複数の浸炭拡散室を備える連続炉を用いて被処理物に複数回に分けて真空浸炭する方法とそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理物（例えば、鉄等の金属）を真空浸炭処理するために、以下の３つの方法が知られている。
第１の方法では、図１（ａ）に示すように、浸炭工程Ｃ１とそれに続く拡散工程Ｄ１をそれぞれ１回行う。
第２の方法（等間隔パルス法）では、図１（ｂ）に示すように、同一の被処理物に対して浸炭工程と拡散工程を複数回実行する。図１（ｂ）の場合、３回に分けて浸炭する場合を例示している。この場合、一組の浸炭工程Ｃ２と拡散工程Ｄ２で構成されるサイクルＫ１〜Ｋ３がすべて同じ時間条件で繰り返される。
第３の方法（不等間隔パルス法）でも、第２の方法と同様に、複数回に分けて浸炭する。ただしこの場合、図１（ｃ）に例示するように、一組の浸炭工程と拡散工程で構成されるサイクルＫ１〜Ｋ４の時間条件を異ならせる。図１（ｃ）の場合、４回に分けて浸炭する場合を例示している。
【０００３】
３つの方法の長所短所を説明する。
図１（ａ）に示した第１の方法による場合の炭素濃度と被処理物の表面からの距離（以下、「深さ」という）の関係を図２に示す。図２（ａ）は浸炭開始直後（タイミングＡ（図１（ａ）参照））における関係を示している。比較的短時間に表面炭素濃度は上昇する。図２（ｂ）は浸炭終了時（タイミングＢ）における関係を示す。図２（ｃ）は拡散処理のほぼ中間時点（タイミングＣ）の関係を示す。図２（ｄ）は、拡散終了時（タイミングＤ）の関係を示す。
この第１の方法では、被処理物の表面炭素濃度が高くなった後も浸炭を続けて被処理物中に充分な炭素量を浸炭させなければならない。すなわち、浸炭工程の中盤以降（例えばタイミングＡ以降）には表面炭素濃度が上昇して炭素吸収速度が低下した状態で浸炭処理を続ける必要がある。このために、後記するように、第２・第３の方法に比して浸炭時間（ガス導入時間）が長くかかり、浸炭ガス使用量も多い。
【０００４】
図１（ｂ）に示した第２の方法（等間隔パルス法）による場合の炭素濃度と深さの距離の関係を図３に示す。
図３（ａ）には、一回目の浸炭工程終了時のグラフＡと、一回目の拡散工程終了時のグラフＢを示す。図３（ｂ）には、二回目の浸炭工程終了時のグラフＣと、二回目の拡散工程終了時のグラフＤを示す。この場合、二回目の浸炭工程では、図３（ａ）のグラフＢに示すように、表面炭素濃度が低くなって炭素吸収速度が回復した状態で浸炭できることから効率的に浸炭でき、第１の方法に比較して浸炭時間が短くて済み、浸炭ガス使用量が少なくて済む。
しかしながら、図１（ｂ）に示すように、単位サイクルＫ１〜Ｋ３の時間が一定であり、しかも、浸炭工程Ｃ２と拡散工程Ｄ２の時間比が一定であるという制約を受けることから、浸炭の進行とともに浸炭工程Ｃ１と拡散工程Ｄ1の時間比を変えて、そのときそのときの最適な時間比に調整することができず、結局、第１・第３の方法に比較して処理時間が長くかかる。
図１（ａ）〜（ｃ）では時間軸が同一縮尺で示されており、処理開始タイミングから図１（ａ）のタイミングＤと図１（ｂ）のタイミングＦまでの時間は等しい。図１（ａ）のタイミングＤでの炭素濃度分布を示す図２（ｄ）の曲線と、図１（ｂ）のタイミングＦでの炭素濃度分布を示す図３（ｄ）の曲線を比較すると明らかに、図３（ｄ）では炭素の拡散が不十分であり、図２（ｄ）の炭素濃度分布を得るためにはさらに浸炭と拡散のサイクルを繰り返さなければならない。
【０００５】
図１（ｃ）に示す第３の方法（不等間隔パルス法）による場合の炭素濃度と深さの距離の関係を図４に示す。
図４（ａ）には、一回目の浸炭工程終了時のグラフＡと、一回目の拡散工程終了時のグラフＢを示す。図４（ｂ）には、二回目の浸炭工程終了時のグラフＣと、二回目の拡散工程終了時のグラフＤを示す。この場合、二回目の浸炭工程では、図４（ａ）のグラフＢに示すように、表面炭素濃度が低くなって炭素吸収速度が回復した状態で浸炭できることから効率的に浸炭でき、第１の方法に比して浸炭時間が短くて済み、浸炭ガス使用量が少なくて済む。この点において第２の方法と同様である。
しかも、図１（ｃ）に示すように、単位サイクルＫ１〜Ｋ４の時間が不等であり、浸炭工程と拡散工程（それぞれ、浸炭工程Ｃ３１〜Ｃ３４、拡散工程Ｄ３１〜Ｄ３４）の時間比を任意に設定できることから、浸炭の進行とともに浸炭工程と拡散工程の時間比を変えて、そのときそのときの最適な時間比に調整することができ、第２の方法に比較して処理時間を短くできる。
図１（ａ）のタイミングＤでの炭素濃度分布を示す図２（ｄ）のグラフＤと、図１（ｃ）のタイミングＨでの炭素濃度分布を示す図４（ｄ）のグラフＨを比較すると明らかに、両炭素濃度分布がほぼ同一であり、第１の方法と第３の方法の処理時間はほぼ同一であることがわかる。すなわち、第３の方法では第２の方法による場合よりも短時間で処理することができる。
【０００６】
以上から明らかに、第３の方法（不等間隔パルス法）によると、浸炭ガスの使用量を減少させ、処理時間を短くできることが理解される。
【０００７】
第３の方法を実行する場合、同一の被処理物を複数回に分けて浸炭することから、図５に示すように、複数の浸炭拡散室３０ａ、３０ｂ・・を備える連続炉を利用するのが有利である。すなわち、被処理物が浸炭拡散室３０ａ、３０ｂ・・を通り抜ける間に、被処理物に複数回に分けて浸炭処理するのが有利である。
【０００８】
連続炉で図１（ｂ）に例示する第２の方法（等間隔パルス法）を実行する場合には、格別の問題点がない。しかしながら、連続炉で図１（ｃ）に例示する第３の方法（不等間隔パルス法）を実行する場合には、隣接する浸炭拡散室で圧力を変えなければならない。
例えば、図１（ｃ）の浸炭・拡散パターンによる場合、タイミングＴ１で浸炭拡散Ｉ室に搬入された被処理物は、タイミングＴ２で浸炭拡散II室に搬入され、タイミングＴ３で浸炭拡散III室に搬入される。３個の被処理物が一斉に搬送される場合、タイミングＴ１で一斉に、１個目の被処理物は浸炭拡散III室に搬入され、２個目の被処理物は浸炭拡散II室に搬入され、３個目の被処理物は浸炭拡散Ｉ室に搬入される。この場合、１個目の被処理物の浸炭拡散処理のための浸炭拡散III室での圧力変動パターンと、２個目の被処理物の浸炭拡散処理のための浸炭拡散II室での圧力変動パターンと、３個目の被処理物の浸炭拡散処理のための浸炭拡散Ｉ室での圧力変動パターンをそれぞれに変えなければならない。
【０００９】
隣接する浸炭拡散室間で異なる圧力に調整できるようにするためには、隣接する浸炭拡散室間を気密に区画しなければならない。しかしながら、同時に、隣接する浸炭拡散室間で被処理物が移動可能でなければならない。そこで、図５に示すように、各浸炭拡散室（図５では浸炭拡散Ｉ室３０ａとII室３０ｂを例示する）間に二重扉（図５ではシール扉４０ｂ、断熱扉４２ｂを例示する）を設けなければならない。断熱扉４２ｂを設けないとオーリング４４でシールを保つことが難しい。すなわち、１枚のシール扉４０ｂだけでは気密を確保することが難しい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
第３の方法（不等間隔パルス法）を連続炉で実行するためには、前記したように、二重扉を必要とする。また、シール扉で気密を確保できるようにシール扉を浸炭拡散室の壁に付勢するシリンダ等を必要とする。このために、連続炉の設備が大型化し、炉長が長くなる。
一層重要なことに、図６のグラフ５０に示すように、被処理物が二重扉の間を通過する間に被処理物が冷却されるところ、被処理物毎に冷却度合いが微妙に変化し、浸炭焼入れされた後の製品性能が被処理物毎に変動してしまう。
【００１１】
本発明は、隣接する浸炭拡散室間で圧力を同一に保持しながら、しかも、不等間隔パルス法を実行できる技術を実現する。
この技術が実現されれば、不等間隔パルス法の利点、すなわち、浸炭ガスの使用量が節約できてしかも処理時間が短いという利点を享受できる。また、隣接する浸炭拡散室間で圧力差を設ける必要がないことから、隣接する浸炭拡散室同士を気密に隔離する必要がない。このために、二重扉が不要となり、連続炉の構造を簡単化でき、炉長を短くすることができる。さらに、二重扉を必要としないことから、浸炭拡散室間を移動するときに被処理物が冷却されず、被処理物毎の処理結果のばらつきが抑制される。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用と効果】
本発明群中の一つの発明は、新たな真空浸炭方法に関する。この真空浸炭方法は、複数の浸炭拡散室を備える連続炉の一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送ってその被処理物を複数回に分けて浸炭する方法である。
この方法の場合、一の浸炭拡散室では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、室内を減圧する工程を順に実行する。他の浸炭拡散室では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入する工程と、室内を減圧する工程を順に実行する。ここで、各浸炭拡散室の浸炭工程開始時を同一にする。また、前記他の浸炭拡散室では、その室の浸炭工程終了時から前記一の浸炭拡散室の浸炭工程終了時まで不活性ガスを導入して浸炭拡散室間で圧力を同一に保持する。さらに、各浸炭拡散室の減圧工程開始時を同一にする。その結果、全工程にわたって浸炭拡散室間で圧力を同一に保持することを特徴とする。
【００１３】
この真空浸炭方法によれば、各浸炭拡散室間で圧力差が生じないようにすることができる。しかも、不活性ガスを利用することで、不等間隔パルス法が実現される。このようにして、従来技術の問題点が解決される。
【００１４】
本発明群中の他の一つの発明は、もう一つの新たな真空浸炭方法に関する。この真空浸炭方法は、先と同様に、複数の浸炭拡散室を備える連続炉の一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送ってその被処理物を複数回に分けて浸炭する方法である。
この方法の場合、各浸炭拡散室で、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入して浸炭ガスを排出する浸炭ガス排出工程と、室内を減圧する工程を順に実行する。ここで、各浸炭拡散室の浸炭工程開始時を同一にし、各浸炭拡散室の減圧工程開始時を同一にする。ただし、前記一の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時と、前記他の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時とを異ならせながら、全工程にわたって浸炭拡散室間で圧力を同一に保持する。
【００１５】
浸炭処理後の被処理物毎の品質のばらつきを押さえるためには、浸炭工程を終了して拡散工程に移る際に、速やかに浸炭ガスが排出されることが好ましい。浸炭ガスの排出がゆっくりしていると、拡散工程の実行中に浸炭が進み、この進みの程度が被処理物毎にばらつきやすい。本発明に係る真空浸炭方法によれば、浸炭工程の後に不活性ガスを導入して浸炭ガスを速やかに排出するので、性能の高い真空ポンプ６４を用いることなく被処理物毎のばらつきを抑制できる。
【００１６】
上記の二つの方法のいずれにおいても、前記一の浸炭拡散室で浸炭工程と減圧工程を複数サイクル実行する間に、前記他の浸炭拡散室では浸炭工程と減圧工程を一サイクル実行するようにし、前記一の浸炭拡散室での２度目の浸炭工程開始時に同期して前記他の浸炭拡散室では２度目の不活性ガス導入工程を開始することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る真空浸炭方法によれば、各浸炭拡散室間で圧力差を生じさせないという制約のなかで、一の浸炭拡散室で浸炭拡散処理を複数サイクル実行し、他の浸炭拡散室では一サイクル実行することができる。
【００１８】
本発明群中の他の一つの発明は、連続炉に関する。この連続炉は、複数の浸炭拡散室と、各浸炭拡散室間を区切る一枚の扉と、一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室に被処理物を送る搬送装置と、各浸炭拡散室に浸炭ガスを導入する装置と、各浸炭拡散室に不活性ガスを導入する装置と、各浸炭拡散室を減圧する装置と、各浸炭拡散室に対する不活性ガス導入装置の作動開始時を個々に制御するとともに、各浸炭拡散室に対する減圧装置の作動開始時を一斉に制御するタイミングコントローラと、不活性ガス導入中にその浸炭拡散室内圧力を隣接する浸炭拡散室内圧力に調整する圧力コントローラとを備えている。
【００１９】
本発明に係る連続炉では、浸炭拡散室間で圧力差が生じないことから、浸炭拡散室間の仕切り扉を１枚の扉とすることができ、従来の連続炉が必要としていた二重扉を設ける必要がない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
後記する実施例の主要な特徴を記載する。
（形態１）  浸炭拡散室の他に昇温室を備えている連続炉で実行する浸炭拡散方法であり、各浸炭拡散室に浸炭ガスまたは不活性ガスを導入する間、昇温室に不活性ガスを導入して全室の圧力を同一に保持し、各浸炭拡散室の減圧工程開始時と同一時に昇温室の減圧工程を開始する。
この形態によれば、昇温室と浸炭拡散室の間でも圧力差が生じないようにすることができるため、昇温室と浸炭拡散室の間の扉も二重扉とする必要がない。
（形態２）  被処理物を一つの浸炭拡散室に搬入してから搬出するまでのサイクル時間を、ｎ回目の（ここでｎは自然数）浸炭拡散サイクルを実行する浸炭拡散室ではｎ回目のサイクルに最適な浸炭工程と拡散工程の時間比で按分した時間で不活性ガス導入工程を開始する。
【００２１】
【実施例】
本発明を具現化した好適な実施例について、図を参照して説明する。まず、本発明の実施例に係る連続炉について図７を参照して説明する。図７は本実施例に係る連続炉の断面図である。
図７に示すように、本実施例に係る連続炉２０は、被処理物２２を収容可能な前パージ室２４、昇温室２６、浸炭拡散室３０（正確には浸炭拡散Ｉ室３０ａ、浸炭拡散II室３０ｂ、浸炭拡散III室３０ｃ）、降温室３２、焼入油槽３４、後パージ室３６、各浸炭拡散室間を区切る一枚の仕切り扉３８ａ〜ｃ、仕切り扉収容部２８を備えている。
また、一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室（例えば、浸炭拡散Ｉ室３０ａからII室３０ｂ、あるいは、II室３０ｂからIII室３０ｃ）に被処理物２２を送る搬送装置（ローラ）５２と、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃに浸炭ガスを導入する装置６０と、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃおよび昇温室２６に不活性ガスを導入する装置６２と、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃおよび昇温室２６を減圧する装置（真空ポンプ）６４と、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃおよび昇温室２６に対する不活性ガス導入装置６２の作動開始時を個々に制御するとともに、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃおよび昇温室２６に対する減圧装置６４の作動開始時を一斉に制御するタイミングコントローラ６６と、不活性ガス導入中にその浸炭拡散室３０内圧力を隣接する浸炭拡散室３０内圧力に調整する圧力コントローラ６８を有している。
【００２２】
次に、本実施例に係る連続炉２０の動作の概要について説明する。この連続炉２０では１度に２個の被処理物２２を前パージ室２４に投入し、２個を一単位として間欠的に右方向に搬送され、浸炭焼入れされた被処理物２２が１サイクル中に２回に分けて一個ずつ後パージ室３６から搬出される。複数の被処理物２２が連続炉２０の中に同時に投入されており、実際には、下流側の被処理物２２がさらに下流に送られてある被処理物２２の下流が空きスペースとなったときにその被処理物２２が下流に送られる。
【００２３】
細かく説明すると、あるタイミングで焼入油槽３４から後パージ室３６へ１個の被処理物２２が搬出され、その被処理物２２は後パージ室３６から連続炉２０外へ搬出される。その後に焼入油槽３４から後パージ室３６へ残った１個の被処理物２２が搬出され、その被処理物２２が後パージ室３６から連続炉２０外へ搬出される。以上の動作が１サイクル時間中に実行される。すなわち、１サイクル中に２個の被処理物２２が２回に分けて一個ずつ連続炉から搬出される。なお、焼入油槽での焼入処理はサイクル時間の前半で終了しており、２回に分けて一個ずつ搬出しても差し支えない。
２個の被処理物２２が焼入油槽３４から搬出されると、降温室３２から焼入油槽３４に２個の被処理物２２が搬送される。その後、浸炭拡散III室３０ｃから降温室３２へ２個の被処理物２２が搬送される。その後、浸炭拡散II室３０ｂから浸炭拡散III室３０ｃへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、浸炭拡散Ｉ室３０ａから浸炭拡散II室３０ｂへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、昇温室２６の第３ポジションから浸炭拡散Ｉ室３０ａへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、昇温室２６の第２ポジションから第３ポジションへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、昇温室２６の第１ポジションから第２ポジションへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、前パージ室２４から昇温室２６の第１ポジションへ２個の被処理物２２が搬送される。その後、連続炉２０の外から前パージ室２４へ２個の被処理物２２が搬送される。
以上の動作は、連続炉２０の各室を中心に動作を説明したものである。１つの被処理物２２を中心に動作を追っていくと、被処理物２２は移動して静止する動作を繰り返しながら図７の左から右に搬送される。移動開始時から次の移動開始時までの時間を以下ではサイクル時間という。
なお、上記では、下流に空き位置ができてからその空き位置に搬送する連鎖で被処理物群が搬送される方式を採用しているが、これに代えて全部の被処理物が同時に一斉に搬送されるようにしてもよい。
【００２４】
次に、本実施例に示す連続炉２０における浸炭拡散処理の一例を、図８を参照して説明する。図８は、横軸に時間をとって、昇温室２６と浸炭拡散Ｉ室３０ａ、II室３０ｂ、III室３０ｃでの圧力変動と、導入ガスの種類を示した図である。
図８には、昇温室２６の第３ポジション、浸炭拡散Ｉ室３０ａ、II室３０ｂ、III室３０ｃにおける処理が並列に示されている。昇温室２６の第１、第２ポジションでの処理は第３ポジションでの処理と同様であり、図示が省略されている。連続炉２０の上流に行くほど被処理物２２が遅れて搬送されることを反映して、図８の各室への移動時刻がずらされている。例えば、２つ目の被処理物２２が、タイミングＴ１で昇温室２６の第３ポジションに移動し、タイミングＴ２（これはタイミングＴ１にサイクル時間（この場合４０単位時間）を加えたタイミング）で浸炭拡散Ｉ室３０ａに移動し、タイミングＴ３で浸炭拡散II室３０ｂに移動する場合、それよりも一個前の被処理物２２は、各タイミングよりもサイクル時間Ｔだけ早いタイミングで同一の移動をする。すなわち、一個前の被処理物２２は、一個後の被処理物２２が第３ポジションに移動するタイミングＴ１よりも１単位時間先行するタイミングＴ１−１で浸炭拡散Ｉ室３０ａに移動する。
図８は、昇温室２６の第３ポジションと浸炭拡散Ｉ室３０ａからIII室３０ｃにある４個の被処理物２２に対する処理を示しており、同一時刻が同一の縦軸で示される。第３ポジションに被処理物２２が移動するタイミングＴ１よりも単位時間早いタイミングでそれよりも一個先行する被処理物２２が浸炭拡散Ｉ室３０ａに移動している（このタイミングにサイクル時間Ｔを加えたときが先に説明したタイミングＴ２である）。また、図８の縦軸は圧力（単位：Ｔｏｒｒ）を示している。
昇温室２６では、被処理物２２が昇温室２６の第１ポジションから第３ポジションに移動する間に、被処理物２２を浸炭処理に適した高温にまで昇温する。浸炭拡散Ｉ室３０ａでは浸炭拡散処理を２サイクル実行する。浸炭拡散II室３０ｂ、III室３０ｃでは、それぞれ、浸炭拡散処理を１サイクル実行する。
以下で、浸炭拡散Ｉ室３０ａ、II室３０ｂ、III室３０ｃ、昇温室２６の順に、各室の処理の内容を説明する。
【００２５】
（浸炭拡散Ｉ室）浸炭拡散Ｉ室３０ａでは、時間軸の目盛りに示すタイミングＴｘから５単位時間、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスを導入して、第１回目の浸炭を行う。エチレンガスを導入することによって、室内の炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒとする。この時、圧力コントローラ６８で真空ポンプ６４の排気量を調整している。その後、タイミングＴｄから２単位時間、斜線部分に示すように窒素（Ｎ２）を導入する。窒素の導入によって浸炭拡散Ｉ室３０ａ内のエチレンガスの分圧が急激に減少する（エチレンガスが排気される）。窒素を導入することによって、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒに維持しながら、エチレンガスの分圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに急激に下げることができる。その後、タイミングＴｅから１２単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。窒素導入中も拡散が進行することから、浸炭拡散Ｉ室３０ａでは、第１浸炭工程を５単位時間実行した後に、第１拡散工程を１４単位時間行っていることになる。
また、時間軸の目盛りに示すタイミングＴｙから２単位時間、エチレンガスを導入して２回目の浸炭を行う。その後、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒに維持しながら、エチレンガスの分圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒ以下に下げるために、タイミングＴｂから２単位時間、窒素を導入する。その後、タイミングＴｆから１８単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。真空ポンプ６４を１８単位時間使用している間に、被処理物２２を浸炭拡散Ｉ室３０ａからII室３０ｂに移動させる。このとき、後記するように、浸炭拡散II室３０ｂでも真空ポンプ６４で排気されており、被処理物２２の移動が妨げられない。この間も拡散工程が続行する。
結局、浸炭拡散Ｉ室３０ａでは、浸炭拡散処理を２回行っており、第１浸炭工程を５単位時間（タイミングＴｘ〜Ｔｄ）、第１拡散工程を１４単位時間（タイミングＴｄ〜Ｔｙ）、第２浸炭工程を２単位時間（タイミングＴｙ〜Ｔｅ）、第２拡散工程を２０単位時間（タイミングＴｅ〜Ｔｘ）行う（このうちの一部は浸炭拡散II室３０ｂで実行される）。
【００２６】
（浸炭拡散II室）浸炭拡散II室３０ｂでは、浸炭拡散Ｉ室３０ａの第１回目の浸炭工程開始時Ｔｘ（これが第２拡散工程の終了タイミングとなる）にあわせて、エチレンガスを３単位時間導入して第３浸炭工程を行う。その後、タイミングＴｂから４単位時間、窒素を導入する。このうち、斜線部分に示す最初の２単位時間（タイミングＴｂ〜Ｔｄ）は、上記したように、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒに維持しながら、エチレンガスの分圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げるためのものである。残りの２単位時間（タイミングＴｄ〜Ｔｅ）は、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等の圧力と同じにして、各室間の圧力差をなくすためのものである。その後、タイミングＴｅから１２単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等と同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。
その後、浸炭拡散Ｉ室３０ａの第２回目の浸炭工程開始時（時間軸の目盛りに示すＴｙ）にあわせて、窒素を４単位時間導入する。この窒素は、浸炭拡散Ｉ室３０ａで第２回目の浸炭を行うためにエチレンガスを導入し、この結果圧力が５〜２０Ｔｏｒｒに上昇することから、この圧力変動にあわせるために導入されるものである。その後、タイミングＴｆから１８単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等と同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。真空ポンプ６４を１８単位時間使用している間に、被処理物２２を浸炭拡散III室３０ｃに移動させる。
このように、浸炭拡散II室３０ｂでは、浸炭拡散処理を１回のみ行っており、１サイクル（４０単位時間）中、浸炭工程を３単位時間（タイミングＴｘ〜Ｔｂ）、拡散工程を３７単位時間（タイミングＴｂ〜Ｔｘ）行っている（このうちの一部は浸炭拡散III室３０ｃで実行される）。
【００２７】
（浸炭拡散III室）浸炭拡散III室３０ｃでは、浸炭拡散Ｉ室３０ａでの第１回の浸炭工程開始時と浸炭拡散II室３０ｂでの第３回の浸炭工程開始時Ｔｘにあわせて、エチレンガスを２単位時間導入して、第４浸炭工程を行う。このタイミングが、第３拡散工程の終了タイミングとなる。その後、タイミングＴａから５単位時間、窒素を導入する。このうち、斜線部分に示す最初の２単位時間（タイミングＴａ〜Ｔｃ）は、上記したように、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒに維持しながら、エチレンガスの分圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げるためのものである。残りの３単位時間（タイミングＴｃ〜Ｔｅ）の導入は、浸炭拡散III室３０ｃの圧力を浸炭拡散Ｉ室３０ａ、II室３０ｂの圧力と同じにして、各室間の圧力差をなくすためのものである。その後、タイミングＴｅから１２単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａと浸炭拡散II室３０ｂと同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。
その後、浸炭拡散Ｉ室３０ａの第２回の浸炭工程開始時Ｔｙにあわせて、タイミングＴｙから４単位時間、窒素を導入する。この窒素は、浸炭拡散II室３０ｂの場合と同様に、浸炭拡散Ｉ室３０ａの圧力変動にあわせるために導入されるものである。その後、タイミングＴｆから１１単位時間、エチレンガス、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等と同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。
このように、浸炭拡散III室３０ｃでは、浸炭拡散処理を１回のみ行っており、浸炭工程を２単位時間（タイミングＴｘ〜Ｔａ）、拡散工程を３２単位時間（タイミングＴａ〜Ｔｘ）行っている。
【００２８】
（昇温室）昇温室２６では、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等の第１回目の浸炭工程開始時Ｔｘにあわせて、窒素を７単位時間導入する。この窒素は、昇温室２６の圧力を浸炭拡散Ｉ室３０ａ等の圧力と同じにして、各室間の圧力差をなくすために導入するものである。その後、タイミングＴｅから１２単位時間、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等と同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。
その後、浸炭拡散Ｉ室３０ａの第２回目の浸炭工程開始時Ｔｙにあわせて、窒素を４単位時間導入する。この窒素は、浸炭拡散II室３０ｂ、III室３０ｃの場合と同様に、浸炭拡散Ｉ室３０ａの圧力にあわせるために導入されるものである。その後、タイミングＴｆから１８単位時間、窒素の導入を止め、真空ポンプ６４を使用する。真空ポンプ６４を用いることによって、浸炭拡散Ｉ室３０ａ等と同じ圧力を維持しながら、炉内圧を５〜２０Ｔｏｒｒから１Ｔｏｒｒに下げる。被処理物２２は、真空ポンプ６４が運転している間に、昇温室２６の第３ポジションから浸炭拡散Ｉ室３０ａに移動する。
【００２９】
このように、昇温室２６も各浸炭拡散室３０ａ〜ｃと同じ圧力とすることによって、昇温室２６と浸炭拡散Ｉ室３０ａの間も、１枚の仕切り扉３８ａとすることができる。ここで、仕切り扉３８ａ、３８ｂ、３８ｃは圧力差に抗する必要がなく、左右両側が等しい圧力にある室間でガスが交じり合わないようにするものであればよい。簡単な１枚の扉で充分である。
【００３０】
以上で説明した真空浸炭方法では、複数の浸炭拡散室３０ａ〜ｃを備える連続炉２０の一の浸炭拡散室から他の浸炭拡散室（例えば３０ａから３０ｂ、あるいは、３０ｂから３０ｃ）に被処理物２２を送ってその被処理物２２を複数回に分けて浸炭する。
各浸炭拡散室（Ｉ室３０ａ〜III室３０ｃ）では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入して浸炭ガスを排出する浸炭ガス排出工程と、室内を減圧する工程を順に実行する。ここで、各浸炭拡散室の浸炭工程開始時Ｔｘは同一である。また、各浸炭拡散室の減圧工程開始時Ｔｅも同一である。しかしながら、前記一の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時と、前記他の浸炭拡散室の浸炭ガス排出工程開始時とを異ならせる。例えば、浸炭拡散Ｉ室３０ａの浸炭ガス排出工程開始時Ｔｄと浸炭拡散II室３０ｂの浸炭ガス排出工程開始時Ｔｂは相違し、浸炭拡散II室３０ｂの浸炭ガス排出工程開始時Ｔｂと浸炭拡散III室３０ｃの浸炭ガス排出工程開始時Ｔａも相違する。それでいながら、全工程にわたって各浸炭拡散室間（Ｉ室３０ａとII室３０ｂで、あるいは、II室３０ｂとIII室３０ｃ）で圧力を同一に保持する。
【００３１】
なお、この方法では、例えば、浸炭拡散Ｉ室３０ａにおいては、タイミングＴｄからタイミングＴｅまで不活性ガス（窒素）を導入しているが、これに代えて、タイミングＴｄで真空ポンプ６４で排気し始めてもよい。大容量真空ポンプ６４を使えば浸炭処理の終了後に短時間に浸炭ガスを排出できるために、浸炭ガスの排気用に不活性ガスを導入する必要がなくなるからである。この変形実施例については後に説明する。
【００３２】
また、図８では、一の浸炭拡散室（Ｉ室３０ａ）で浸炭工程と減圧工程を複数サイクルする実行する間に他の浸炭拡散室（II室３０ｂ、III室３０ｃ）では浸炭工程と減圧工程を一サイクル実行し、一の浸炭拡散室（Ｉ室３０ａ）での２度目の浸炭工程開始時Ｔｙに同期して他の浸炭拡散室（II室３０ｂ、III室３０ｃ）では不活性ガス導入工程（タイミングＴｙ〜Ｔｆ）を行っている。このようにすれば、浸炭拡散室の数以上に分けて繰り返し浸炭処理することができる。
【００３３】
本実施例に示す浸炭拡散処理によれば、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃ間および昇温室２６の間の圧力差が生じさせないようにすることができる。よって、従来のように、各室間に圧力差が生じる結果、各室間に設ける必要のあった二重扉４０、４２（図５参照）が不要となる。この結果、各室間には、各室間でガスの流通を防ぐために用いる１枚の仕切り扉３８（図７参照）だけを設ければよい。また、このように１枚の仕切り扉３８とすることで、連続炉２０の全体長を短縮できるという効果も得られる。さらに、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃ間を被処理物２２が通過する際の被処理物２２の温度低下は、図６の参照番号４８に示す程度に低減される。この結果、被処理物２２毎の炭素濃度分布のばらつきを小さくすることができる。
【００３４】
また、エチレンガスを導入した後、図８の斜線部分に示すように窒素を導入することによって、エチレンガスを短時間に排出することができるので、浸炭処理後の品質が安定化する。また、このように窒素を導入することによって、短時間にエチレンガスを排出できるため、性能の高い真空ポンプ６４を用いる必要がない。さらに、窒素の導入量を制御することによって、エチレンガスを排出する時間を自由に調整することができる。
【００３５】
以上に示す浸炭拡散処理では、４回の浸炭拡散工程で、浸炭時間と拡散時間の時間比を異ならせている。具体的には、一回目（５：１４）、二回目（２：２０）、三回目（３：３８）、四回目（２：３２）である。この比の値だけ整理すると、２.８、１０、１２.６、１６と徐々に大きくされている。この比は、浸炭の進行に追随して変化する最適比であり、浸炭ガスの量を少なくし、浸炭・拡散時間を短縮しながらも、所望の表面炭素濃度と浸炭深さを得ることができる。
【００３６】
不活性ガスを利用することで、浸炭の進行に追従して浸炭時間と拡散時間の時間比を異ならせ、それでいて、各浸炭拡散室での浸炭工程開始時と減圧工程開始時をそろえることが可能となる。
【００３７】
次に、浸炭時間と拡散時間の決定方法の一例を図９を参照して説明する。図９（ａ）は、各浸炭拡散室で浸炭工程開始時が異なる一例を示す。図９（ｂ）は、各浸炭拡散室で浸炭工程開始時が同一の場合を示す。ここで、図９（ａ）には、浸炭拡散Ｉ室３０ａにおける浸炭拡散工程Ｋ１（浸炭２分、拡散４分）、浸炭拡散Ｉ室３０ａからII室３０ｂにわたる浸炭拡散工程Ｋ２（浸炭１分、拡散６分）、浸炭拡散II室３０ｂからIII室３０ｃにわたる浸炭拡散工程Ｋ３（浸炭１分、拡散７分）、浸炭拡散III室３０ｃにおける浸炭拡散工程Ｋ４（浸炭１分、拡散８分）が示されている。なお、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃで１サイクルは１０分としている。この場合、４回に分けて浸炭するにあたって、浸炭時間と拡散時間の比を、２、６、７、８とするのが最適であることが判明したものとする。
【００３８】
図９の時間に対する変化パターンを得るには、まず、浸炭工程開始時が異なる真空浸炭における浸炭・拡散工程を、各浸炭拡散室ごとに割り当てて浸炭工程開始時を同一に調整する。具体的には、図９（ｂ）に示すように、浸炭拡散工程Ｋ１とＫ２を浸炭拡散Ｉ室３０ａに割り当てる。浸炭拡散工程Ｋ３を浸炭拡散II室３０ｂに割り当てる。浸炭拡散工程Ｋ４を浸炭拡散３０ｃに割り当てる。そして、浸炭拡散工程Ｋ１、Ｋ３、Ｋ４の浸炭工程開始時を各サイクルの最初に調整する。
次に、各浸炭拡散室ごとに区分された浸炭・拡散工程の調整前の浸炭時間と拡散時間の比（浸炭／拡散比）に応じて１サイクルの時間を分割し、分割した各時間を調整後の浸炭時間と拡散時間に割り当てる。具体的には、浸炭拡散Ｉ室３０ａについては、浸炭拡散工程Ｋ１（浸炭２：拡散４）と浸炭拡散工程Ｋ２（浸炭１：拡散６）の比に応じて１サイクル（１０分）を分割する。この結果、浸炭工程開始時を同一に調整した図９（ｂ）の浸炭拡散工程Ｋ１の浸炭時間は、２×１０／（２＋４＋１＋６）＝２０／１３分となる。拡散時間は、４×１０／（２＋４＋１＋６）＝４０／１３分となる。同様に、浸炭拡散工程Ｋ２の浸炭時間は１０／１３分、拡散時間は６０／１３分と算出される。
また同様に、浸炭拡散工程Ｋ３の浸炭時間は１０／８分、拡散時間は７０／８分と算出され、浸炭拡散工程Ｋ４の浸炭時間１０／９分、拡散時間は８０／９分と算出される。
【００３９】
すなわち、被処理物２２を一つの浸炭拡散室に搬入してから搬出するまでのサイクル時間（上記の場合１０分）を、ｎ回目（ここでｎは３以上のは自然数）の浸炭拡散処理を実行する浸炭拡散室では、ｎ回目の処理に最適な浸炭工程と拡散工程の時間比で按分した時間で不活性ガス導入工程を開始するようにすると、浸炭ガスの導入開始時と減圧工程開始時をそろえることができる。
以上のようにして浸炭・拡散時間を算出すれば、浸炭工程開始時と減圧工程開始時を一致させて、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃ間で圧力差を生じさせないようにしながらも、所望の不等間隔パルス法を実行することができる。
なお、実際には、図９（ａ）のパターンから図９（ｂ）のパターンに変えることによって、最適な浸炭工程と拡散工程の時間比が変動する。そこで、最終的には実験をして変動パターンを決定する必要がある。上記の計算方法は、実験のための指針を与える。
また、被処理物２２が一斉に移動するのではなく、順々に移動する場合には、上記によって計算した時間に移動の遅れを加味する必要がある。また、図９（ｂ）では、浸炭拡散室の移動に同期して浸炭処理を開始しているが、移動後に所定時間が経過してから浸炭工程を開始する場合には、その分をずらすことになる。
【００４０】
以上、本発明の実施例に係る真空浸炭方法（浸炭拡散処理）および連続炉について説明したが、本発明は上記の実施例になんら限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
【００４１】
例えば、本実施例では、図８に示す真空浸炭方法について説明したが、図８に示す斜線部分（浸炭ガス排出工程）を除いた真空浸炭方法も可能である。この真空浸炭方法の場合、一の浸炭拡散室（Ｉ室３０ａ）では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、室内を減圧する工程を順に実行する。他の浸炭拡散室（II室３０ｂ、III室３０ｃ）では、浸炭ガスを導入する浸炭工程と、不活性ガスを導入する工程（圧力保持工程）と、室内を減圧する工程を順に実行する。ここで、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃの浸炭工程開始時Ｔｘを同一にする。また、他の浸炭拡散室（II室３０ｂ、III室３０ｃ）では、その室の浸炭工程終了時から一の浸炭拡散室（Ｉ室３０ａ）の浸炭工程終了時まで不活性ガスを導入して各浸炭拡散室３０ａ〜ｃ間で圧力を同一に保持する。さらに、各浸炭拡散室３０ａ〜ｃの減圧工程開始時を同一にする。そして、全工程にわたって各浸炭拡散室３０ａ〜ｃ間で圧力を同一に保持する。
【００４２】
また、本実施例では、浸炭拡散室３０が３室（３０ａ〜ｃ）の連続炉２０において、浸炭・拡散工程を合計４回（Ｋ１〜Ｋ４）行う場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、浸炭拡散室が４室の連続炉において、各浸炭拡散室ごとに浸炭・拡散工程を１回ずつ行うような形態であってもよい。
また、本実施例では、浸炭ガスとしてエチレンガスを用いているが、これに限られず、例えば、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス等の飽和炭化水素ガス、またはアセチレン、プロピレン等の不飽和炭化水素ガスであってもよい。また、本実施例では、不活性ガスとして窒素を用いているが、これに限られず、例えば、アルゴン等であってもよい。
また、本実施例では、浸炭ガスや窒素を導入した場合の圧力を５〜２０Ｔｏｒｒとしているが、この範囲に限られず、例えば、１〜５０Ｔｏｒｒの範囲であってもよい。また、本実施例では、拡散時の圧力を１Ｔｏｒｒとしているが、これに限られず、例えば、１Ｔｏｒｒ以下であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の方法、第２の方法、第３の方法の圧力変動パターンを示す図。
【図２】第１の方法によるときの炭素濃度と表面からの距離の関係を示した図。
【図３】第２の方法（等間隔パルス法）によるときの炭素濃度と表面からの距離の関係を示した図。
【図４】第３の方法（不等間隔パルス法）によるときの炭素濃度と表面からの距離の関係を示した図。
【図５】従来の連続炉の二重扉を示した断面図。
【図６】連続炉を移動する被処理物の温度変動を示した図。
【図７】本実施例に係る連続炉の断面図。
【図８】本実施例に係る浸炭・拡散工程を示した図。
【図９】浸炭時間と拡散時間の決定方法の一例を示した図。
【符号の説明】
２０：連続炉
２２：被処理物
２４：前パージ室
２６：昇温室
２８：仕切り扉収容部
３０：浸炭拡散室
３２：降温室
３４：焼入油槽
３６：後パージ室
３８：仕切り扉
５２：搬送装置（ローラ）
６０：浸炭ガス導入装置
６２：不活性ガス導入装置
６４：減圧装置（真空ポンプ）
６６：タイミングコントローラ
６８：圧力コントローラ
【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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