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June/2006■ 新商品・適用事例紹介
ＥＮ−ＣＡＲＢＯ「真空浸炭炉ＮＶＣシリーズの紹介」
マテリアル事業
マシニング
機能部品

ＥＮ−ＣＡＲＢＯ"Introduction of Vacuum Carburizing"〈キーワード〉エチレンガス・パルス浸炭・高濃度浸炭・
夜間無人運転クリーンサーモ事業部／工業炉部

町 哲司
高堂 亮

Tetsushi Machi
Akira Takado

ＥＮ−ＣＡＲＢＯ「真空浸炭炉ＮＶＣシリーズの紹介」

要旨

浸炭処理は、50年以上の歴史があり、産業機械真空浸炭処理に必要不可欠な表面硬化法である。固形浸炭、液2005年は国内の真空浸炭処理炉市場においてガス浸炭と技術改良を経てきて、現在、ガス体浸炭、画期的な年であった。自動車部品において、深い浸浸炭が主流となっている。

炭や深い穴浸炭だけでなく、自動車用歯車へと適ガ
この10年、改良を加えてきた真空浸炭処理は、セル式の連続真用が拡大してきた。NACHIでは、ス浸炭と比較し品質面、環境面、生産性においてすでに納入を開始している。
空浸炭システムを開発し、有利な特徴をもっており適用が拡大している。

自動車部品関連が最も大きく、全熱処理市場は、NACHIの、マテリアル、機械工具、部品事業の固体の約５０％を占めるが、建設機械、産業機械関係有技術をベースに、真空、熱処理、数値制御技術なあるいは関連する油圧部品などにの歯車、シャフト、どの熱処理技術を開発し、自動車部品、建設機械も浸炭処理が適用され、高強度焼入れ、高濃度浸部品、産業機械部品などに適した、バッチ型真空浸炭などのニーズがますます高まっている。

炭炉NVCシリーズを開発した。

Abstract
Carburizing is an essential case-hardening forindustrial machines with a history of morethan 50 years. The carburizing technology has
improved over the years, starting from solid
carburizing, liquid carburizing and to gas carburizing that is the current leading method.
Conversely, vacuum carburizing has been improved for the past ten years and its application has been expanding because of better
quality, greater environmental friendliness andhigher productivity than what gas carburizing
can offer.
With our unique technologies developed formaterials, machining tools and components,
Nachi has developed the heat treatment technologies such as vacuum, heat treatment andnumerical control methods. Then Nachi has
ultimately developed the batch-type vacuum
carburizing furnace, NVC Series that is applicable to the production of parts for automobiles, construction machines and industrial machines.
11.部品強度向上の切り札※1

自動車、船舶エンジン等の燃料噴射ノズル内部への浸炭は、真空浸炭の特徴のひとつとなっているが、今後、歯車やシャフトに関して高負荷が要求されており、真空浸炭は強度向上の技術的切り札として不可欠である。
ＳＣＭ
真空浸炭の場合、加熱方法の特徴により、材などの肌焼鋼においての共析点狙いについて、有効浸炭が0.3mm〜0.5mmといった浅い浸炭では、ガス浸炭と単純にランニングコストメリットは出にくく、しかし、有効硬化比較して割高になる場合がある。
深さ0.8mm以上の深い浸炭においては浸炭速度が約１０％高まり、高温浸炭の容易性によりコストメリットが明確になる。

2. 耐久性・保守性を高めた

真空浸炭炉ＮＶＣシリーズ

ここで紹介するNVCシリーズはNACHIの真空浸新しい熱処理試験データなどによれば、歯車歯先炭法「EN-CARBO」プロセスを搭載した、バッチ炉のなどの外部鋭角部分における炭化物の生成抑制にシリーズである。これまでの実績をふまえて、要所に、は他の原料ガスよりも効果的であることが分ってきて新しい技術要素を盛り込んで改良したものであり、耐いる。浸炭圧力は、ロータリーポンプで操業維持でき久性、保守性を高めたものである。

る範囲の2.7〜5.4KPａであり、真空排気系は単純なNVCシリーズの特徴は大きく下記3項目である。
※2構成である。浸炭ガスは浸炭室内側面と天井に配1、浸炭原料ガスに「エチレンガス」を使用。

置されたノズルより噴射する。また、流量−圧力制御

2、省スペースに配慮した浸炭室設計。

のみならず、材料、荷姿、製品形状に合わせた噴射

3、焼入れ性を重視した油槽構造。

パターンをプログラム化し運用する。
投入した炭素は100％製品に浸炭されるわけでは

1）エチレンガス採用の利点

これらは殆どが排気ガスとしなく、余剰分が出るが、エチレンガスは主に高分子材料の原料として生産て排気系より排出される（微小の排気ガスが排出さされており、いわば汎用的な原料ガスである。取り扱れることになる）。浸炭ガスはマスフローコントローラー

いはプロパンガスと同様で、少量の場合は小型のボンと炉圧制御弁によりP.I.D制御され、このことにより供給量が増えてきたらタンクなどに貯蔵して、ベで賄い、EN-CARBOは基本的に一定流量の原料ガスを投蒸発器を通して設備へ供給する。

入し、排気コントロールで炉圧制御を行なう。
（図2）

浸炭圧力は通常2.7KPaで設定し、浸炭ガスは一（図1）
般的にパルス状で供給する。
有効浸炭深さ HV513 1.0mm 歯底,
使用炉 NVC-6型
材質 SCM420 処理品 歯車外形220Ｘ内径138Ｘ高さ30mm 490Ｋg/G.C
980℃±3℃
実体温度設定±3℃
850℃±5℃

工程
所要時間

昇温
2Ｈ

エチレンガス

浸炭・拡散2.0H

均熱0.75H

降温

保持2.0H

油冷0.25H

浸炭圧力 2.7KPa

50L／min※3 パルス浸炭0

図1 ヒートパターン例

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図2 ＮＶＣ−6型側面写真

2

ＥＮ−ＣＡＲＢＯ「真空浸炭炉ＮＶＣシリーズの紹介」

2）省スペース配慮浸炭室

真空浸炭は炭素の進入が強いため、浸炭室内にセル式連続炉の開発にあたり、炉内搬送装置とは金属製の構造物は極力配置しないほうがよい。
ラ並んで構造面で最も重視した改良のひとつが浸炭

ジアントチューブは一般的に耐熱鋳鋼製が使用され室 の 省スペース設 計と保 守 性 である。従 来 のているが、NVCシリーズ耐久性、耐熱衝撃性、耐浸NACHI製あるいは他社製バッチ炉の浸炭室は炭炭性に優れたセラミックスを採用している。

化珪素製発熱体をセラミックスの保護管で保護し、本構造の優位点は他にも以下の点がある

浸炭室内有効寸法上下に平行に配置していたが、①端子電圧を上げることができ、ヒータートランスを省

ヒーター端子部分は真空容器内に配置せ構造上、略できる。

ざるを得ず、ヒーター老朽化やワーク脱落による保護②油焼入れ時に、炉内搬送装置に付着した焼入れ管破損の場合、炉体が常温まで降下した後でない油の落下によるヒーター保護管の損傷がない。と交換作業ができず、保守性が非常に悪いケースが③処理ワークの脱落によるヒーターの破損がない。

ある。

④微量スーチングによるヒーター出力の変化がない。

また、保守作業の際にヒーターを抜き取るために、横方向の保守スペースを片側2.5m確保する必要があった。連続真空浸炭炉の開発にあたり、この構造を大きく設計変更し、特殊ラジアントチューブを採用※4

旧来の方式と比較して、非常に優れた構造を持っなど、ているといえる。

3）焼入れ性を重視した油槽構造

することで、加熱室間の配置を0.5mまで縮めること

EN−CARBOプロセスでは、処理品の表面炭素ができた。温度分布なども実体で設定±3℃を確保

濃度ばらつきはロット内ロット間で幅0.06％以内に抑（図3）
でき、均熱性は良好になった。

（図4）えることができる。
ここまで揃えると、最終的な有効硬化と深さのばらつきを抑える因子としては焼入れに大きな比重がかかるのが実情である。NVCシリーズは初期設計の不足していた点を大幅に改善し、厚肉部品の焼入れに対しても冷却性能を向上させた。焼入れ性の向上は勿論であるが、熱処理ひずみの低減は熱処理に携わる技術者であれば、究極の改善テーマである。
NVCシリーズは油槽を深くすると共に、冷却条件を幅広く設定できるような機能を付加できた。真空浸炭炉の現場に関わる方々の役に立てれば幸いである。

図3 ＮＶＣシリーズ３Ｄ鳥瞰モデル

3

後トレイ

前トレイ

炉前

炉奥

カーボンプロファイル測定位置

1.0

炉前側

0.80.80.6

0.60.4

（C%）

（C%）

1.0

同 一深さでのＣ濃度の差：
最 大 0 . 0 8％

0.20.00.00.40.2

同 一深さでのＣ濃度の差：
最 大 0 . 0 7％0.00.00.51.0
表面からの距離（mm）

図4

炉奥側

0.51.0表面からの距離（mm）

通常浸炭カーボンプロファイル例

3. 新熱処理ソフトとしての高濃度浸炭
今後、真空浸炭に期待される熱処理ソフトとしてNVCシリーズでは、浸炭拡散処理後の1次冷却で高濃度浸炭処理がある。すでに実用化されているリファイニングファンにより除冷を行ない、鋼種、部品部品もあり、焼もどし軟化抵抗の改善に有効であり、によっては、維持冷却を油焼入れする場合もある。

また、高面圧の掛かる部位の耐磨耗性に関しても良たとえば、写真の部品は自動車部品メーカーに納入

好な結果が報告されている。

した高濃度浸炭処理事例である。
（図5.6.7）

図5

高濃度浸炭処理品事例

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図6

高濃度浸炭処理品事例

図7

高濃度浸炭処理品事例

4

ＥＮ−ＣＡＲＢＯ「真空浸炭炉ＮＶＣシリーズの紹介」

4. 夜間無人運転可能で、環境にやさしいＮＶＣシリーズ

NVCシリーズ真空浸炭炉は洗浄装置、焼もどし炉、量産用のNVC6型、8型、10型に対して、多品種ライン化される場および搬送装置とシステムにして、少 量 生 産用として、試 験 研 究、開 発用 途として、合が多い。写真の設備は減速機関係の部品熱処

SCM420Hなどの一般的な肌焼鋼はもちろん金型理に適用するバッチ炉の全自動化ライン例である。

部品も狙い、ダイス鋼の焼入れ用として2.9bar加圧

夜間無人運転、垂直立ち上げ（常温→処理開始

冷却機能を持たせた。この冷却機能は、高濃度浸まで2時間）、環境負荷低減（ガス浸炭炉比較廃棄炭における1次冷却にも使用でき、今後、適用が拡大などと合わせ、前述した保守性省スペー
物80％低減）すると見込まれ、この分野の試作、小物部品の生産ス（従来型比較15％向上）を実現するシステムである。

用として適用が期待される。詳細は改めて紹介したい。

（図8）

図8

NVCシリーズ配置事例

さらに新すでに紹介した基本的な機能に対して、しい適用を狙い、小型シリーズNVC−1型を市場投入している。NVC−1型は真空浸炭処理を中心にし、（図9）保守性に配慮した斬新なデザインである。
表1 ＮＶＣシリーズ緒元
使用温度

850℃〜1050℃

最高使用温度

1080℃

浸炭制御

プログラムＰＩ．．
Ｄ（温度、圧力）

パルス浸炭

圧力−流量パルス任意設定

浸炭室温度分布±3℃

焼入油槽温度50℃〜150℃（油種対応）

攪拌方法プロペラ攪拌両袖（無段変速）※5 油面圧力制御

油量

図95

NVC−１型モデル

13.3KPa〜87KPa
処理重量KgＸ10L以上
NVC−3型〜10型共通

5. 浸炭ソフト技術の提供
地球環境意識の高まりに伴い、熱処理工程におNACHIは、材料、熱処理という基礎技術に加え、ける省エネ、環境負荷低減品質向上の切り札として、マシナリーで蓄積した機械設計技術で信頼性の高自動車部品を中心に注目され、採用が真空浸炭は、いバッチ炉を提供している。そして、浸炭時の焼入増えてきている。

れひずみ解析技術や、最適条件設定のための浸部品の高強度化を狙った高濃度浸炭、浸炭窒化処理ソフトの開発ニーズも高まりつつある。

カスタマーの高強度化、高精度炭ソフトの提供など、化のニーズに対して、技術力を結集して応えていきます。

用語解説

関連記事

※1 高濃度浸炭

1）原井 哲：知りたい材料・熱処理講座⑥「浸炭と窒化」
NACHI-BUSINESS news Vol.9 D1、November／2005

一般的な浸炭は鋼の共析点(Ｃ％0.78％)を狙うが、これよりも高い濃度の炭素の組織（過共析）を狙い、表面に炭化物を生成する処理。
関連記事 1）参照※2 エチレンガス
化学式Ｃ2Ｈ4、ポリエチレン、ポリプロピレン等の原材料として石油化学原料では基本的な物質。

※3 パルス浸炭
浸炭を行なう際に原料ガスを導入する方法の呼称。原料ガスを連続投入するのではなく、所定の間隔で導入を繰り返し（パルス）浸炭する方法。

※4 スーチング
浸炭に寄与しない炭素は、殆どがメタン等の炭化水素ガスとして排出されるが、分解の促進した状態で炭素微粒子になった状態のことを言う。

※5 油面圧力制御
浸炭−拡散終了後、所定の焼入れ温度にワークを均熱し、油槽へ投入する際に油槽上面の圧力を変化させることで、油の沸点を変化させ、冷却速目的は熱処理ひずみの低減。
度を変化させる方法の総称、

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Vol.10 B3June / 2006

〈発行〉 2006年6月20日
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