技術解説＞真空浸炭炉導入のメリットと現場（熱処理）が求める設備の将来像

123

技術解説
Technical Review

真空浸炭炉導入のメリットと現場（熱処理）が求める
設備の将来像田中辰実＊

Advantages and Future Vision of Vacuum Carburizing Furnace
Tatsumi TanakaSynopsis
Productivity improvement and energy saving of heat treatment furnaces are permanent mission. This paper will introduce theadvantages of vacuum carburizing furnace manufactured by Daido Steel installed in Honda Hamamatsu Factory. “Future vision
for heat treatment furnace” which Honda believes to be is also described herein. In addition to “surface oxidation free” benefits,vacuum carburizing furnaces has production cost superiority to conventional gas carburizing furnaces caused by lower energy
consumption and less labor cost. Besides above, recipe determination process improved much easier by Daido’s calculation
software, that has achived skill-free, not dependant on experience and expert. In order to realize in-line heat treatment furnaces
synchronized to pre- and post-machining line as Honda seeks in future, further progress of material and equipment is essential
and is also strongly expected.

1．はじめに
熱処理は鋼の機械的性質向上には欠かせない技術では会は以下のように考えている．
従来熱処理は前後工程から分断され，どんな部品も同じ熱処理設備で対応しようと考えられて来た．

ある．しかし，適切な処理温度まで加熱するには，大量しかしそれが前後工程との同期性を阻害し，多くの在のエネルギーを必要とする．地球環境保全が叫ばれる中庫を生み，部品トータルでの生産性向上の障害となってにおいて，熱処理に携わる者として，「エネルギー消費いる．将来のありたい姿は熱処理のインライン化である量の削減・生産効率の向上」は永遠のテーマである．本と考えるが，生産される部品に合わせた最適ライン形態

稿では真空浸炭炉導入のメリットの紹介と，本田技研工の選択が重要と考える．（Table 1 参照）

業㈱（以下，当社と呼ぶ）が考える熱処理設備のありたい姿を紹介する．

2．ありたい姿と紹介事例の位置付け

熱処理のインライン化は前後工程とのタクト差をいかに短縮するかであり，浸炭時間の短縮が一番の課題となる．そこで有効なのが高温浸炭化であり，設備としては高温に耐えうる構造を取りやすい真空浸炭が有効であると考えている．

浸炭焼入れの「将来のありたい姿」を当社の熱処理部

2013 年 10 月 29 日受付＊本田技研工業㈱ 浜松製作所（Hamamatsu Factory, Honda Motor, Co., Ltd.）

124

電気製鋼 第 84 巻 2 号 2013 年

Table 1. Line compositions.

3．真空浸炭炉導入の目的と品質上のメリットとデメリット
次に浜松製作所における真空浸炭炉の導入事例を紹介する．
熱処理は使用する設備の危険性や，取扱いに必要な知識や技能に専門性が必要などの理由から，設備を一箇所に集約し管理する場合が多いと思われる．当社も創業以来同じ考えで，「熱処理工場」を設けて生産活動を行なって来た．しかし生産量の増加に伴い，物流効率の悪さが顕在化して来た．

そこで中・大型 2 輪車の熊本製作所への移管に伴う空きスペースを活用し，部品単位での工場完結化を行うこととした．その際目指したのは工場内でレース・歯切り・熱処理・仕上げ・出荷を完結させる「素加工一貫化」であり，部品工場毎に熱処理設備を設置することが必要となった．
従来のガス浸炭炉を工場毎に設置した場合と，真空浸炭炉を設置した場合で比較すると，イニシャルの設備投資は真空炉が高いが，土日含めた休日の保安要員が不要なため，25 年間の総発生費用で比較すれば真空浸炭炉が優位と判断した．（Fig. 1 参照）

Fig. 1. Continuous process for gear machining / heat treatment in Hamamatsu factory.

技術解説＞真空浸炭炉導入のメリットと現場（熱処理）が求める設備の将来像

次に真空浸炭炉のメリットとデメリットを紹介する．

125

るが，約 10 % の高強度化（平面）のため，製品鋭角部は過剰浸炭となりやすく，条件設定や製品形状に制約を（Table 2 参照）

品質上のメリットは粒界酸化層の発生が無いことにあ受けることがある．（Fig. 2，Fig. 3 参照）

Table 2. Merits/demerits of vacuum carburizing.

Fig. 2. Results of rotary bending fatigue testing.

Fig. 3. Correlations between edge angle and strength.

4．設備導入実績

ト炉を持っており，設備製造中に立上げのための種々の次に実際に設備導入を行ってみて，良かった点と悪入炉での品質が変化しないからである．品質の再現性のかった点を紹介する．
今回導入した大同特殊鋼㈱製真空浸炭炉は，ガス浸炭テストが可能である．それが可能なのもテスト炉と，購高さを，改めて確認することができた．（Table 3 参照）

また量産立上げ日程が短縮できるだけでなく，オペの連続炉に比べ，量産立上げまでの日程の大幅な短縮がレーターの習熟日程短縮の面でも優位な設備であるとい可能である．その理由は大同特殊鋼㈱社内に専用のテスえる．今回の設備稼働に対して，熱処理の経験が無いオ

126

電気製鋼 第 84 巻 2 号 2013 年

ペレーターに対し，品質確認から設備の取扱いまでの教に，対処作業中にガスに対する知識が不要な点である．

育を行い，3 ヶ月という短期間で 1 人で作業が行えるま

オペレーターはその「生産支援システム」と「危険の少でに習熟を行うことができた．

ない設備」によって，安心して業務に就くことが可能とその理由は発生しうる異常に対して，その対処方法がマニュアル化されていることと，炉内にガスが無いためなった．（Fig. 4 参照）

Table 3. Start-up schedules about each type of carburizing furnaces.

Fig. 4. Production support system.

技術解説＞真空浸炭炉導入のメリットと現場（熱処理）が求める設備の将来像

もう一つの日程短縮の事例は，熱処理条件設定までの127ことで，ガス投入量・時間・回数など必要な条件を計算してくれる．

プロセスの短さである．
真空浸炭は製品表面積に対し，如何に適切な量のガ入力する製品の情報は，材質・製品総表面積（単品のス（炭素）を与えるかである．必要量に対し少なければ表面積×取り付け数）であるが，製品の表面積を正しく炉内の均一性が失われ，部分的な浸炭抜けなどの不具合把握することが最も重要となる．当社では歯車のようなを生じる．逆に多過ぎれば浸炭に寄与しないガスが煤化

複雑な部品であっても，3D 図面が用いられていることし，排気系の詰りの原因となり操業性が悪化する．したから，表面積の把握に関しては 3D 図面での計算値を元がって適度なガス量の設定が，最も重要となる．にしている．

しかし我々の生産する部品には多くの種類があり，そこの計算結果を元にテストを行い，ほぼ一回のテストの部品毎に条件を見定めるのは非常に多くの労力を必要で規格内の品質が得られることを確認した．これによりとする．今回の導入炉には，条件設定のシミュレーショカンコツで設定していた条件設定が，より短時間で行えンソフトが付随しており，製品の必要な情報を入力するるようになった．（Fig. 5 参照）

Fig. 5. Simulation software about heat treatment conditions.
最後に真空浸炭炉の環境性能を紹介しておく．浜松製作所で所有している浸炭炉 6 ラインの比較をしたのがFig. 6 である．エネルギー原単位は 1 kg の製品を処理する際，何 kg の CO2 が発生するかで表現している．今回導入した設備が真空炉 3，4 号炉であり，既存のガス浸炭炉の最も良い設備に対し，50 % の削減効果が得られることが判った．設備自体の断熱性が高いなどの特長もあるが，休日の保持エネルギーが少ないことが大きい．
Fig. 6. Energy consumption of each type of carburizing
furnaces.

128

電気製鋼 第 84 巻 2 号 2013 年

当社の取り組んで来た真空浸炭炉導入による生産効率の向上を，エネルギー原単位で確認してみた．
基点となる 2000 年当時は，ガス浸炭炉のみを所有していた．その後随時真空浸炭炉を導入し，2010 年時点
では，2000 年比 30.4 % の原単位の削減を図ることができている．

今後老朽化し更新が予定されているガス浸炭炉を，真空浸炭炉に更新した場合 2020 年時点では，2000 年比48.5 % 減の原単位となり原単位を半減するが可能である．
（Fig. 7 参照）

Fig. 7. Progress of energy consumption of each type of carburizing furnaces.

5． 真空浸炭炉導入のまとめと今後の期待
真空浸炭炉には弱点もあるが，多くの優れた点もある．
真空浸炭の技術は一見すると難しいと思われるかも知れないが，信頼性の高い設備と最適な条件設定がされれば，ガス浸炭炉より扱いやすい生産設備である．
しかしまだ課題も残っている．条件設定において最も重要な，製品表面積の把握である．

が必要であり，それは設備を販売する設備メーカーが開発し，ユーザーに提供すべき技術であると考えている．
今回，我が社が導入した真空浸炭炉は，従来通りのアウトラインで行うタイプの工程設計である．
それは多種多様な製品を処理する目的のためであり，このような工程設計は従来から進化していない．
今回の真空浸炭炉でも限定された部品を大量に処理する目的ならば，前後工程に組み込みインライン化することは可能である．しかしそれができない理由は，設備が大型で高額なためである．

真空浸炭の技術を広く普及させようとする場合，ユー従来の殻を破るには生産性を飛躍的に高め，設備価格ザーによっては正しく表面積を求めることができない場を抑えることが必要で，生産性の向上には高温浸炭は無合があると思われる．

くてはならない技術となる．それと共に高温に耐えうる

特に受託加工の場合においては，製品の詳細寸法が開示されないケースも多い．
そんな場合においても製品表面積を正しく求める技術鋼材が必要であり，熱処理設備と鋼材の更なる進化が必要だと思っている．