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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024152163
(43)【公開日】2024-10-25
(54)【発明の名称】ガス浸炭装置及びガス浸炭方法
(51)【国際特許分類】
C23C 8/22 20060101AFI20241018BHJP
C21D 1/63 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/06 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/76 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/18 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/00 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/773 20060101ALI20241018BHJP
C21D 1/74 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
C23C8/22
C21D1/63
C21D1/06 A
C21D1/76 H
C21D1/18 T
C21D1/00 112B
C21D1/00 121
C21D1/773 D
C21D1/74 Q
C21D1/74 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023066198
(22)【出願日】2023-04-14
(71)【出願人】
【識別番号】591080531
【氏名又は名称】株式会社日本テクノ
(71)【出願人】
【識別番号】000168632
【氏名又は名称】高圧ガス工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520252789
【氏名又は名称】奥村 望
(74)【代理人】
【識別番号】100112689
【弁理士】
【氏名又は名称】佐原 雅史
(74)【代理人】
【識別番号】100128934
【弁理士】
【氏名又は名称】横田 一樹
(72)【発明者】
【氏名】椛澤 均
(72)【発明者】
【氏名】森本 孝
(72)【発明者】
【氏名】八田 正喜
(72)【発明者】
【氏名】篠本 光弘
(72)【発明者】
【氏名】井ノ口 元気
(72)【発明者】
【氏名】福地 真也
(72)【発明者】
【氏名】奥村 望
【テーマコード（参考）】
4K028
4K034
【Ｆターム（参考）】
4K028AA01
4K028AB01
4K028AC03
4K034AA11
4K034AA19
4K034BA10
4K034CA04
4K034CA05
4K034CA06
4K034DA06
4K034DA08
4K034DB02
4K034DB03
4K034DB04
4K034DB05
4K034DB06
4K034DB08
4K034EA11
4K034EB34
4K034EB37
4K034FA06
4K034FB11
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ガス浸炭装置等において原料ガスの使用量を抑制し、かつ操業中の安全性を高める。
【解決手段】装置は、ワークＷが配置される前室６０と、焼入用の油が貯留する油槽７０と、焼入用移動装置９０と、常圧よりも高圧下でワークを加熱する浸炭室１０と、外部空間と前室をつなぐ前室出入口を気密に閉鎖する前室出入扉５０と、ワークを搬入・搬出する前室搬送装置８０と、前室と浸炭室をつなぐ前室第二出入口を気密に閉鎖する前室第二出入扉６６と、前室と浸炭室の間でワークを移動する浸炭室搬送装置８５と、浸炭室にキャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給する原料ガス供給装置２０と、前室出入扉及び前室第二出入扉が閉状態となる前室の内部気体を吸引して負圧状態とする負圧生成源６２ｂと、負圧状態となる前室にパージガスを供給して前室を常圧よりも高圧下に復圧状態とするパージガス供給装置６３と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】装置は、ワークＷが配置される前室６０と、焼入用の油が貯留する油槽７０と、焼入用移動装置９０と、常圧よりも高圧下でワークを加熱する浸炭室１０と、外部空間と前室をつなぐ前室出入口を気密に閉鎖する前室出入扉５０と、ワークを搬入・搬出する前室搬送装置８０と、前室と浸炭室をつなぐ前室第二出入口を気密に閉鎖する前室第二出入扉６６と、前室と浸炭室の間でワークを移動する浸炭室搬送装置８５と、浸炭室にキャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給する原料ガス供給装置２０と、前室出入扉及び前室第二出入扉が閉状態となる前室の内部気体を吸引して負圧状態とする負圧生成源６２ｂと、負圧状態となる前室にパージガスを供給して前室を常圧よりも高圧下に復圧状態とするパージガス供給装置６３と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークが一時的に配置される前室と、
前記前室から連続するように配置され、焼入用の油が貯留する油槽と、
前記ワークを移動させて前記油槽の前記油に浸漬させる焼入用移動装置と、
前記前室から連続するように配置され、常圧又は該常圧よりも高圧下でワークを加熱する浸炭室と、
外部空間と前記前室をつなぐ前室出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室出入口を気密に閉鎖する前室出入扉と、
外部空間と前記前室の間で前記前室出入口を介してワークを搬入・搬出する前室搬送装置と、
前記前室と前記浸炭室をつなぐ前室第二出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室第二出入口を気密に閉鎖する前室第二出入扉と、
前記前室と前記浸炭室の間で前記前室第二出入口を介してワークを移動する浸炭室搬送装置と、
前記浸炭室に、キャリアガス、及び、該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給する原料ガス供給装置と、
前記前室出入扉及び前記前室第二出入扉が閉状態となる前記前室の内部気体を吸引して負圧状態とする負圧生成源と、
前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を常圧又は該常圧よりも高圧下に復圧状態とするパージガス供給装置と、
を備えることを特徴とするガス浸炭装置。
前記前室から連続するように配置され、焼入用の油が貯留する油槽と、
前記ワークを移動させて前記油槽の前記油に浸漬させる焼入用移動装置と、
前記前室から連続するように配置され、常圧又は該常圧よりも高圧下でワークを加熱する浸炭室と、
外部空間と前記前室をつなぐ前室出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室出入口を気密に閉鎖する前室出入扉と、
外部空間と前記前室の間で前記前室出入口を介してワークを搬入・搬出する前室搬送装置と、
前記前室と前記浸炭室をつなぐ前室第二出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室第二出入口を気密に閉鎖する前室第二出入扉と、
前記前室と前記浸炭室の間で前記前室第二出入口を介してワークを移動する浸炭室搬送装置と、
前記浸炭室に、キャリアガス、及び、該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給する原料ガス供給装置と、
前記前室出入扉及び前記前室第二出入扉が閉状態となる前記前室の内部気体を吸引して負圧状態とする負圧生成源と、
前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を常圧又は該常圧よりも高圧下に復圧状態とするパージガス供給装置と、
を備えることを特徴とするガス浸炭装置。
【請求項2】
前記キャリアガスが窒素であり、前記鎖式不飽和炭化水素がアセチレンであることを特徴とする、
請求項１に記載のガス浸炭装置。
請求項１に記載のガス浸炭装置。
【請求項3】
前記パージガスが窒素であることを特徴とする、
請求項１に記載のガス浸炭装置。
請求項１に記載のガス浸炭装置。
【請求項4】
制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記外部空間から前記前室に前記前室出入口を介してワークを搬入する前室搬入処理部と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ処理部と、
前記原料ガス供給装置を制御して、前記浸炭室に前記キャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ処理部と、
前記前パージ処理部による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ処理部による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記浸炭室搬送装置と、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入処理部と、
前記浸炭室のヒータを制御して前記ワークを加熱し、かつ、前記原料ガス供給装置を制御して加熱中の前記浸炭室に前記キャリアガス及び前記浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭処理部と、
前記ガス浸炭処理部において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室搬送装置によって、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出処理部と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス浸炭装置。
前記制御装置は、
前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記外部空間から前記前室に前記前室出入口を介してワークを搬入する前室搬入処理部と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ処理部と、
前記原料ガス供給装置を制御して、前記浸炭室に前記キャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ処理部と、
前記前パージ処理部による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ処理部による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記浸炭室搬送装置と、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入処理部と、
前記浸炭室のヒータを制御して前記ワークを加熱し、かつ、前記原料ガス供給装置を制御して加熱中の前記浸炭室に前記キャリアガス及び前記浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭処理部と、
前記ガス浸炭処理部において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室搬送装置によって、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出処理部と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス浸炭装置。
【請求項5】
前記制御装置において、前記事前パージ処理部と、前記浸炭室パージ処理部が同時に実行されることを特徴とする、
請求項４に記載のガス浸炭装置。
請求項４に記載のガス浸炭装置。
【請求項6】
前記制御装置は、
前記浸炭室搬出処理によって前記前室に存在する前記ワークを、前記焼入用移動装置によって前記油槽の前記油に浸漬させる焼入処理部と、
前記焼入処理部による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記焼入用移動装置によって前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切処理部と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して、前記焼入処理部による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切処理部による油切処理中の前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ処理部と、
前記後パージ処理部における前記復圧状態完了後、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記前室から前記外部空間に前記前室出入口を介してワークを搬出する前室搬出処理部と、
を有することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のガス浸炭装置。
前記浸炭室搬出処理によって前記前室に存在する前記ワークを、前記焼入用移動装置によって前記油槽の前記油に浸漬させる焼入処理部と、
前記焼入処理部による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記焼入用移動装置によって前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切処理部と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して、前記焼入処理部による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切処理部による油切処理中の前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ処理部と、
前記後パージ処理部における前記復圧状態完了後、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記前室から前記外部空間に前記前室出入口を介してワークを搬出する前室搬出処理部と、
を有することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のガス浸炭装置。
【請求項7】
前記制御装置におけるガス浸炭処理部は、前記浸炭ガスの流量が５０（Ｌ／ｍｉｎ）以下となるように流量を制御することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のガス浸炭装置。
【請求項8】
外部空間と前室の間に配置される前室出入扉を開状態、且つ、前記前室と浸炭室の間に配置される前室第二出入扉を閉状態とし、前記外部空間から前記前室にワークを搬入する搬入工程と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、負圧生成源によって、前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、該負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ工程と、
前記浸炭室にキャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ工程と、
前記前パージ工程による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ工程による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入工程と、
前記浸炭室で前記ワークを加熱し、かつ、前記浸炭室に前記キャリアガス及び該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭工程と、
前記ガス浸炭工程において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出工程と、
を備えることを特徴とするガス浸炭方法。
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、負圧生成源によって、前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、該負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ工程と、
前記浸炭室にキャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ工程と、
前記前パージ工程による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ工程による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入工程と、
前記浸炭室で前記ワークを加熱し、かつ、前記浸炭室に前記キャリアガス及び該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭工程と、
前記ガス浸炭工程において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出工程と、
を備えることを特徴とするガス浸炭方法。
【請求項9】
前記中間搬出工程によって前記前室に存在する前記ワークを、該前室からつながる油槽の油に浸漬させる焼入工程と、
前記焼入工程による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切工程と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記焼入工程による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切工程による油切処理中の前記前室を前記負圧生成源によって負圧状態とし、その後、前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ工程と、
前記後パージ工程において前記前室が前記復圧状態となってから、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室から前記外部空間に前記ワークを搬出する搬出工程と、
を備えることを特徴とする、請求項８に記載のガス浸炭方法。
前記焼入工程による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切工程と、
前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記焼入工程による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切工程による油切処理中の前記前室を前記負圧生成源によって負圧状態とし、その後、前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ工程と、
前記後パージ工程において前記前室が前記復圧状態となってから、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室から前記外部空間に前記ワークを搬出する搬出工程と、
を備えることを特徴とする、請求項８に記載のガス浸炭方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はガス浸炭装置及びガス浸炭方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、鋼等の金属の表面層の硬化を目的として浸炭が行われている。特許文献１には浸炭方法の一例として、吸熱型変成ガス（ＲＸガス）やアルコール類等の熱分解ガスとなるキャリアガス（担体ガス）と、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）またはブタン（Ｃ４Ｈ１０）等のエンリッチガス（浸炭ガス）を、炉内のワークへ供給することで浸炭を行うガス浸炭方法が開示されている。ガス浸炭は、常圧（略大気圧）下で浸炭を行うことが可能であり、炉内の雰囲気制御が容易であるとのメリットも有する。
【0003】
また近年、窒素ガス等のベースガス（キャリアガス）と、ワークに侵入させる炭素（Ｃ）を供給するアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を含む浸炭ガスを、常圧（略大気圧）下で浸炭室内のワークへ供給することで浸炭を行うガス浸炭方法が開示されている（特許文献２参照）。ワークへの炭素（Ｃ）の供給（すなわち、浸炭）は、キャリアガスとなる窒素よりも、アセチレンの方がワーク表面に吸着しやすい特性を利用し、Ｃ２Ｈ２→２Ｃ＋Ｈ２ の関係式によって炭素をワークに直接的に侵入させる技術となる。このガス浸炭手法を「直接ガス浸炭」と称する場合もある。
【0004】
ガス浸炭またはガス浸炭等で用いられる従来の常圧型のガス浸炭装置１００１を図９（Ａ）に示す。ガス浸炭装置１００１は、前室１０６０、前室１０６０の下方に設けられる油槽１０７０、前室１０６０における搬入経路Ｈｉｎの奥側に配置される浸炭室１０１０を備える。前室１０６０における搬入経路Ｈｉｎの手前側には、排気フード１０５５及び開閉自在の前室出入扉１０５０が配置される。前室１０６０と浸炭室１０１０間には、開閉自在の断熱扉１０８４が配置される。前室１０６０及び油槽１０７０には、エレベータ装置１０９０が配置され、ワークＷ及び搬送トレイＣを、前室１０６０及び油槽１０７０の間で昇降できる。前室出入扉１０５０の下方には、フレームカーテン用バーナー１０５８が設けられる。
【0005】
図９（Ｂ）に示すように、前室出入扉１０５０を開放して、ワークＷ及び搬送トレイＣを前室１０６０に搬入する際には、キャリアガスや浸炭ガス等を原料としてフレームカーテン用バーナー１０５８に着火して、炎によるフレームカーテンＦを形成する。このフレームカーテンＦによって、外気に含まれる酸素（Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）が、そのまま前室１０６０に進入しないようにする。浸炭処理の途中で、酸素（Ｏ２）や水（Ｈ２Ｏ）が存在すると、ワークＷの表面に優先的に吸着して浸炭を阻害する要因となる。なお、フレームカーテン用バーナー１０５８によって燃焼されたガス（ＣＯ２等）は、排気フード１０５５を介して外部に排気される。
【0006】
ワークＷが前室１０６０又は浸炭室１０１０に存在する場合、浸炭室１０１０に供給されるキャリアガス及び浸炭ガス（エンリッチガス）が、断熱扉１０８４の隙間を介して、常に、前室１０６０に積極的に漏洩させている。この漏洩ガスによって、前室１０６０や浸炭室１０１０に外気（酸素）が進入しない構造となっている。なお、前室１０６０には、油槽１０７０の焼入処理によって生じる油煙も充満する。
【0007】
図１０に示すように、前室出入扉１０５０を開放して、前室１０６０に存在するワークＷ及び搬送トレイＣを搬出する際には、フレームカーテン用バーナー１０５８に着火して、炎によるフレームカーテンＦを形成する。このフレームカーテンＦによって、前室１０６０内の漏洩ガスや油煙を燃焼させることで、漏洩ガスや油煙がそのまま大気中に放出されない構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１７－１６６０３５号公報
【特許文献2】特許第６５４３２０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、従来の常圧型のガス浸炭装置１００１では、操業中において、浸炭室１０１０に供給するキャリアガスや浸炭ガス（エンリッチガス）を、積極的に前室１０６０に漏洩させる必要があり、浸炭ガスの消費量が多いという問題があった。
【0010】
また前室出入扉１０５０を開放して、ワークＷ及び搬送トレイＣを搬入・搬出する際には、フレームカーテン用バーナー１０５８に着火して、フレームカーテンＦを形成する必要があり、このフレームカーテンＦによって原料ガスの消費量が増大するという問題があった。
【0011】
更に長時間操業すると、排気フード１０５５に油煙に含まれる油が堆積する。堆積した油の定期除去を怠ると、フレームカーテンＦによる着火事故が発生しやすいという問題があった。結果、操業中は、ガス浸炭装置１００１に作業者を常時配置する必要があり、自動操業が困難となっていた。
【0012】
本発明は、このような実情に鑑み、原料ガスの使用量を抑制し、かつ、操業中の安全性を高めることが可能なガス浸炭装置、およびガス浸炭方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的を達成する本発明は、ワークが一時的に配置される前室と、前記前室から連続するように配置され、焼入用の油が貯留する油槽と、前記ワークを移動させて前記油槽の前記油に浸漬させる焼入用移動装置と、前記前室から連続するように配置され、常圧又は該常圧よりも高圧下でワークを加熱する浸炭室と、外部空間と前記前室をつなぐ前室出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室出入口を気密に閉鎖する前室出入扉と、外部空間と前記前室の間で前記前室出入口を介してワークを搬入・搬出する前室搬送装置と、前記前室と前記浸炭室をつなぐ前室第二出入口を開閉可能に配置され、閉状態で前記前室第二出入口を気密に閉鎖する前室第二出入扉と、前記前室と前記浸炭室の間で前記前室第二出入口を介してワークを移動する浸炭室搬送装置と、前記浸炭室に、キャリアガス、及び、該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給する原料ガス供給装置と、前記前室出入扉及び前記前室第二出入扉が閉状態となる前記前室の内部気体を吸引して負圧状態とする負圧生成源と、前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を常圧又は該常圧よりも高圧下に復圧状態とするパージガス供給装置と、を備えることを特徴とするガス浸炭装置である。
【0014】
上記ガス浸炭装置に関連して、前記キャリアガスが窒素であり、前記鎖式不飽和炭化水素がアセチレンであることを特徴としてもよい。
【0015】
上記ガス浸炭装置に関連して、前記パージガスが窒素であることを特徴としてもよい。
【0016】
上記ガス浸炭装置に関連して、さらに制御装置を備え、前記制御装置は、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記外部空間から前記前室に前記前室出入口を介してワークを搬入する前室搬入処理部と、前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ処理部と、前記原料ガス供給装置を制御して、前記浸炭室に前記キャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ処理部と、前記事前パージ処理部による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ処理部による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記浸炭室搬送装置と、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入処理部と、前記浸炭室のヒータを制御して前記ワークを加熱し、かつ、前記原料ガス供給装置を制御して加熱中の前記浸炭室に前記キャリアガス及び前記浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭処理部と、前記ガス浸炭処理部において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室搬送装置によって、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出処理部と、を有することを特徴としてもよい。
【0017】
上記ガス浸炭装置に関連して、前記制御装置において、前記事前パージ処理部と、前記浸炭室パージ処理部が同時に実行されることを特徴としてもよい。
【0018】
上記ガス浸炭装置に関連して、前記制御装置は、前記浸炭室搬出処理によって前記前室に存在する前記ワークを、前記焼入用移動装置によって前記油槽の前記油に浸漬させる焼入処理部と、前記焼入処理部による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記焼入用移動装置によって前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切処理部と、前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記負圧生成源を制御して、前記焼入処理部による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切処理部による油切処理中の前記前室を負圧状態とし、且つ、前記パージガス供給装置を制御して前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ処理部と、前記後パージ処理部における前記復圧状態完了後、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室搬送装置によって前記前室から前記外部空間に前記前室出入口を介してワークを搬出する前室搬出処理部と、を有することを特徴としてもよい。
【0019】
上記ガス浸炭装置に関連して、前記制御装置におけるガス浸炭処理部は、前記浸炭ガスの流量が５０（Ｌ／ｍｉｎ）以下となるように流量を制御してもよい。
【0020】
上記目的を達成する本発明は、外部空間と前室の間に配置される前室出入扉を開状態、且つ、前記前室と浸炭室の間に配置される前室第二出入扉を閉状態とし、前記外部空間から前記前室にワークを搬入する搬入工程と、前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、負圧生成源によって、前記ワークが搬入された前記前室を負圧状態とし、該負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする前パージ工程と、前記浸炭室にキャリアガスを供給して、前記浸炭室を前記キャリアガスでパージする浸炭室パージ工程と、前記前パージ工程による前記前室のパージ処理、及び、前記浸炭室パージ工程による前記浸炭室のパージ処理の終了後、前記前室第二出入扉を開状態とし、前記前室の前記ワークを前記浸炭室に移動させる浸炭室搬入工程と、前記浸炭室で前記ワークを加熱し、かつ、前記浸炭室に前記キャリアガス及び該キャリアガスよりもワークに吸着しやすい鎖式不飽和炭化水素を含む浸炭ガスを供給して、前記ワークを浸炭するガス浸炭工程と、前記ガス浸炭工程において少なくとも前記浸炭ガスの供給を停止した後、前記前室第二出入扉を開いて、前記浸炭室内の前記ワークを前記前室に移動させる浸炭室搬出工程と、を備えることを特徴とするガス浸炭方法である。
【0021】
上記ガス浸炭方法に関連して、前記中間搬出工程によって前記前室に存在する前記ワークを、該前室からつながる油槽の油に浸漬させる焼入工程と、前記焼入工程による前記ワークの焼入処理が完了した後、前記ワークを前記前室に移動させて油切を行う油切工程と、前記前室出入扉を閉状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記焼入工程による焼入処理中の前記前室及び／又は前記油切工程による油切処理中の前記前室を前記負圧生成源によって負圧状態とし、その後、前記負圧状態となる前記前室にパージガスを供給して、前記前室を復圧状態とする後パージ工程と、前記後パージ工程において前記前室が前記復圧状態となってから、前記前室出入扉を開状態且つ前記前室第二出入扉を閉状態とし、前記前室から前記外部空間に前記ワークを搬出する搬出工程と、を備えることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【0022】
本発明のガス浸炭装置及びガス浸炭方法によれば、原料ガスの使用量を抑制し、かつ、操業中の安全性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の実施形態に係るガス浸炭装置の正面図である。
【図3】（Ａ）～（Ｃ）は同ガス浸炭装置の制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は同ガス浸炭装置の動作状況を示す正面図である。
【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は同ガス浸炭装置の動作状況を示す正面図である。
【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は同ガス浸炭装置の動作状況を示す正面図である。
【図7】（Ａ）及び（Ｂ）は同ガス浸炭装置の動作状況を示す正面図である。
【図8】（Ａ）及び（Ｂ）は同ガス浸炭装置の浸炭処理及び焼入処理のタイムチャートである。
【図9】（Ａ）及び（Ｂ）は従来のガス浸炭装置の動作状況を示す正面図である。
【図10】従来のガス浸炭装置の動作状況を示す面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
【0025】
（全体構成）
図１に示すように、ガス浸炭装置１は、外部領域Ｊと、前室６０と、前室６０の下方に設けられる油槽７０と、前室６０に隣接して配置される浸炭室１０を備える。ワークＷの搬入経路Ｈｉｎは、外部領域Ｊ、前室６０、浸炭室１０の順番となる。ワークＷの搬出経路Ｈｏｕｔは、浸炭室１０、前室６０、油槽７０、前室６０、外部領域Ｊの順番となる。
図１に示すように、ガス浸炭装置１は、外部領域Ｊと、前室６０と、前室６０の下方に設けられる油槽７０と、前室６０に隣接して配置される浸炭室１０を備える。ワークＷの搬入経路Ｈｉｎは、外部領域Ｊ、前室６０、浸炭室１０の順番となる。ワークＷの搬出経路Ｈｏｕｔは、浸炭室１０、前室６０、油槽７０、前室６０、外部領域Ｊの順番となる。
【0026】
前室６０における搬入経路Ｈｉｎの手前側には、開口となる前室出入口６０ａが形成されており、この前室出入口６０ａには、開閉自在の前室出入扉５０が配置される。前室出入扉５０は、前室出入口６０ａを閉じることで、前室出入口６０ａを気密状態（気体が流通しない状態）する。
【0027】
前室６０と浸炭室１０間には、これらを繋ぐ接続路６５が配置される。前室６０における搬入経路Ｈｉｎの奥側、即ち、接続路６５における前室６０側には、開口となる前室第二出入口６０ｂが形成されており、前室第二出入口６０ｂには、開閉自在の前室第二出入扉６６が配置される。前室第二出入扉６６は、前室第二出入口６０ｂを閉じることで、前室第二出入口６０ｂを気密状態（気体が流通しない状態）する。浸炭室１０における搬入経路Ｈｉｎの手前側、即ち、浸炭室１０と接続路６５の境界には、開口となる浸炭室出入口１０ｘが形成されており、この浸炭室出入口１０ｘには、開閉自在の断熱扉８４が配置される。断熱扉８４は、浸炭室１０の熱が、前室６０に伝達することを抑制する。
【0028】
前室６０及び油槽７０には、焼入用移動装置に相当する昇降装置９０が配置される。昇降装置９０は、ワークＷ及び搬送トレイＣを、前室６０及び油槽７０の間で昇降できる。
【0029】
（外部領域）
外部領域Ｊには、前室搬送装置８０が配置される。前室搬送装置８０は、ワークＷが載置される搬送トレイＣを案内するローラコンベア８０ａと、搬送トレイＣの係合部Ｃｘを把持するフック８０ｂと、フック８０ｂを前室６０に向かって往復移動させるプッシュプルチェーン８０ｃと、スプロケットを介してプッシュプルチェーン８０ｃを駆動する駆動源８０ｄ有する。この前室搬送装置８０によって、外部領域Ｊに配置される搬送トレイＣを、前室出入口６０ａを介して前室６０に搬入したり、前室６０の配置される搬送トレイＣを外部領域Ｊに搬出したりできる。
外部領域Ｊには、前室搬送装置８０が配置される。前室搬送装置８０は、ワークＷが載置される搬送トレイＣを案内するローラコンベア８０ａと、搬送トレイＣの係合部Ｃｘを把持するフック８０ｂと、フック８０ｂを前室６０に向かって往復移動させるプッシュプルチェーン８０ｃと、スプロケットを介してプッシュプルチェーン８０ｃを駆動する駆動源８０ｄ有する。この前室搬送装置８０によって、外部領域Ｊに配置される搬送トレイＣを、前室出入口６０ａを介して前室６０に搬入したり、前室６０の配置される搬送トレイＣを外部領域Ｊに搬出したりできる。
【0030】
（前室出入扉）
前室出入扉５０は、いわゆる真空扉となっており、往復駆動源となるエアーシリンダ５２によって開閉される。なお、特に図示しないが、エアーシリンダ５２によって前室出入扉５０が前室出入口６０ａを閉じる際に、前室出入扉５０を前室出入口６０ａに押圧することで、気密状態が高められる押圧構造（例えば平行リンク構造やスライド機構）が採用されることが好ましい。
前室出入扉５０は、いわゆる真空扉となっており、往復駆動源となるエアーシリンダ５２によって開閉される。なお、特に図示しないが、エアーシリンダ５２によって前室出入扉５０が前室出入口６０ａを閉じる際に、前室出入扉５０を前室出入口６０ａに押圧することで、気密状態が高められる押圧構造（例えば平行リンク構造やスライド機構）が採用されることが好ましい。
【0031】
（前室第二出入扉）
前室第二出入扉６６は、いわゆる真空扉となっており、往復駆動源となるエアーシリンダ６７によって開閉される。なお、特に図示しないが、エアーシリンダ６７によって前室第二出入扉６６が前室第二出入口６０ｂを閉じる際に、前室第二出入扉６６を前室第二出入口６０ｂに押圧することで、気密状態が高められる押圧構造（例えば平行リンク構造やスライド機構）が採用されることが好ましい。
前室第二出入扉６６は、いわゆる真空扉となっており、往復駆動源となるエアーシリンダ６７によって開閉される。なお、特に図示しないが、エアーシリンダ６７によって前室第二出入扉６６が前室第二出入口６０ｂを閉じる際に、前室第二出入扉６６を前室第二出入口６０ｂに押圧することで、気密状態が高められる押圧構造（例えば平行リンク構造やスライド機構）が採用されることが好ましい。
【0032】
（前室）
前室６０は、耐圧性を有する金属製の容器で形成される。前室６０には、搬送トレイＣを搬入経路Ｈｉｎまたは搬出経路Ｈｏｕｔに沿って案内するガイドレール６４が配置される。なお、ガイドレール６４の一部は、昇降装置９０のエレベータ本体９２内に配置される。前室出入扉５０と前室第二出入扉６６を閉じると、前室６０全体が気密空間となる。前室６０には、脱気流路６２ａを介して及び真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂが接続される。この真空ポンプ６２ｂによって、前室６０内の気体を吸引（脱気）することで、前室６０を負圧状態にできる。なお、特に図示しないが、真空ポンプ６２ｂから先の排気経路には、排気ガス中に含まれる油分を吸着するフィルタ等が設けられてもよい。脱気流路６２ａの途中には、電磁弁となる開閉弁６２ｃが設けられており、脱気時に開放される。
前室６０は、耐圧性を有する金属製の容器で形成される。前室６０には、搬送トレイＣを搬入経路Ｈｉｎまたは搬出経路Ｈｏｕｔに沿って案内するガイドレール６４が配置される。なお、ガイドレール６４の一部は、昇降装置９０のエレベータ本体９２内に配置される。前室出入扉５０と前室第二出入扉６６を閉じると、前室６０全体が気密空間となる。前室６０には、脱気流路６２ａを介して及び真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂが接続される。この真空ポンプ６２ｂによって、前室６０内の気体を吸引（脱気）することで、前室６０を負圧状態にできる。なお、特に図示しないが、真空ポンプ６２ｂから先の排気経路には、排気ガス中に含まれる油分を吸着するフィルタ等が設けられてもよい。脱気流路６２ａの途中には、電磁弁となる開閉弁６２ｃが設けられており、脱気時に開放される。
【0033】
（断熱扉）
浸炭室出入口１０ｘに設置される断熱扉８４は、断熱材によって構成されており、往復駆動源となるチェーン８６ａ及び駆動機構８６ｂ（例えばウインチ）によって開閉制御される。
浸炭室出入口１０ｘに設置される断熱扉８４は、断熱材によって構成されており、往復駆動源となるチェーン８６ａ及び駆動機構８６ｂ（例えばウインチ）によって開閉制御される。
【0034】
（パージガス供給装置）
前室６０には、パージガス供給装置６３が接続される。パージガス供給装置６３は、一端が前室６０に接続されるパージ流路６３ａと、パージ流路６３ａの他端に接続されるパージガス源（ここではキャリアガスと同じ窒素供給源２６を兼用）と、パージ流路６３ａの途中に配置される開閉弁６３ｃを備える。開閉弁６３ｃは電磁弁である。パージガス供給装置６３は、真空ポンプ６２ｂによって脱気されて負圧状態となった前室６０に、パージガス（ここでは窒素ガス）を供給し、このパージガスによって、前室６０を常圧または常圧よりも高圧の状態に復帰させる（これを「復圧状態」と定義する）。
前室６０には、パージガス供給装置６３が接続される。パージガス供給装置６３は、一端が前室６０に接続されるパージ流路６３ａと、パージ流路６３ａの他端に接続されるパージガス源（ここではキャリアガスと同じ窒素供給源２６を兼用）と、パージ流路６３ａの途中に配置される開閉弁６３ｃを備える。開閉弁６３ｃは電磁弁である。パージガス供給装置６３は、真空ポンプ６２ｂによって脱気されて負圧状態となった前室６０に、パージガス（ここでは窒素ガス）を供給し、このパージガスによって、前室６０を常圧または常圧よりも高圧の状態に復帰させる（これを「復圧状態」と定義する）。
【0035】
（油槽）
油槽７０は、ワークＷに焼入処理を行うための急冷用の油が貯留される。油槽７０は、図２に示すように、油を加熱するヒータ７２と、油を撹拌する撹拌機７３と、油を冷却する熱交換器７４を備える。これらによって油を所定の温度に調節できるようになっている。
油槽７０は、ワークＷに焼入処理を行うための急冷用の油が貯留される。油槽７０は、図２に示すように、油を加熱するヒータ７２と、油を撹拌する撹拌機７３と、油を冷却する熱交換器７４を備える。これらによって油を所定の温度に調節できるようになっている。
【0036】
（昇降装置）
昇降装置９０は、前室６０及び油槽７０の間に設置される。昇降装置９０は、鉛直（垂直）方向に延びるレール９３と、レール９３によって鉛直（垂直）方向に案内されるエレベータ本体９２と、エレベータ本体９２を上下動させる駆動機構９４を備える。なお、駆動機構９４は、エレベータ本体９２に接続される昇降ワイヤ、昇降ワイヤを巻き取る電動の駆動機構等を有している。エレベータ本体９２内には、搬送トレイＣを案内または保持するガイドレール６４が配置される。昇降装置９０によって、エレベータ本体９２が前室６０と油槽７０の間を往復移動できる。
昇降装置９０は、前室６０及び油槽７０の間に設置される。昇降装置９０は、鉛直（垂直）方向に延びるレール９３と、レール９３によって鉛直（垂直）方向に案内されるエレベータ本体９２と、エレベータ本体９２を上下動させる駆動機構９４を備える。なお、駆動機構９４は、エレベータ本体９２に接続される昇降ワイヤ、昇降ワイヤを巻き取る電動の駆動機構等を有している。エレベータ本体９２内には、搬送トレイＣを案内または保持するガイドレール６４が配置される。昇降装置９０によって、エレベータ本体９２が前室６０と油槽７０の間を往復移動できる。
【0037】
（浸炭室搬送装置）
油槽７０内及び前室６０によって構成される内部空間には、浸炭室搬送装置８５が配置される。浸炭室搬送装置８５は、前室６０のガイドレール６４に保持される搬送トレイＣを案内するローラコンベア８５ａと、搬送トレイＣの係合部Ｃｘを把持するフック８５ｂと、フック８５ｂを前室６０及び浸炭室１０の間で往復移動させるプッシュプルチェーン８５ｃと、スプロケットを介してプッシュプルチェーン８５ｃを駆動する駆動源８５ｄを有する。なお、本実施形態では、浸炭室搬送装置８５の一部が油槽７０内に配置されることで、搬送トレイＣとの干渉を回避する。この浸炭室搬送装置８５によって、前室６０に配置される搬送トレイＣを、ガイドレール６４に沿って、前室第二出入口６０ｂ及び浸炭室出入口１０ｘを介して浸炭室１０に搬入したり、浸炭室１０の配置される搬送トレイＣを前室６０に搬出したりできる。
油槽７０内及び前室６０によって構成される内部空間には、浸炭室搬送装置８５が配置される。浸炭室搬送装置８５は、前室６０のガイドレール６４に保持される搬送トレイＣを案内するローラコンベア８５ａと、搬送トレイＣの係合部Ｃｘを把持するフック８５ｂと、フック８５ｂを前室６０及び浸炭室１０の間で往復移動させるプッシュプルチェーン８５ｃと、スプロケットを介してプッシュプルチェーン８５ｃを駆動する駆動源８５ｄを有する。なお、本実施形態では、浸炭室搬送装置８５の一部が油槽７０内に配置されることで、搬送トレイＣとの干渉を回避する。この浸炭室搬送装置８５によって、前室６０に配置される搬送トレイＣを、ガイドレール６４に沿って、前室第二出入口６０ｂ及び浸炭室出入口１０ｘを介して浸炭室１０に搬入したり、浸炭室１０の配置される搬送トレイＣを前室６０に搬出したりできる。
【0038】
（浸炭室）
浸炭室１０は、浸炭室内１０ａのワークＷを加熱する加熱装置１２と、浸炭室内１０ａに設けられた撹拌機１６を備える。浸炭室内１０ａには、ガイドレール６４が配置されており、このガイドレール６４上に、搬送トレイＣを介してワークＷが配置される。なお、搬送トレイＣ上に設置される（あるいは搬送トレイそのものとなる）多段の架台１１（図４（Ａ）参照）によって、複数のワークＷを、上下方向および水平方向に並べて搬送できる。ワークＷは低炭素鋼等の鋼である。浸炭室内１０ａの内壁には浸炭室内１０ａの温度を保つように不図示の断熱材が設けられる。さらに浸炭室１０には、浸炭室内１０ａの雰囲気ガスを炉外に排出する不図示の排出口が設けられており、浸炭中に、浸炭室内１０ａを常圧（略大気圧：１０１〔ｋＰａ〕程度）または常圧よりも高圧状態に維持する。加熱装置１２は、浸炭室内１０ａを加熱するヒータ１２ａとなる。このヒータ１２ａは、水平方向に間隔をあけて配置される。ヒータ１２ａとしては、例えばラジアントチューブヒーター等が用いられるが、これに限定されるものではない。撹拌機１６は、浸炭室内１０ａ天井面に設けられ、浸炭室内１０ａの雰囲気ガスを撹拌する例えば遠心ファンとなる。浸炭室１０には、浸炭室内１０ａをキャリアガスでパージする際に、浸炭室内１０ａの気体を排気するための排気路２９及び開閉弁２９ａを設けることが好ましい。なお、浸炭室１０は、浸炭室内１０ａの内圧を維持・制御して、キャリアガスの使用量を減らすために、気密構造（圧力室）であることが望ましい。
浸炭室１０は、浸炭室内１０ａのワークＷを加熱する加熱装置１２と、浸炭室内１０ａに設けられた撹拌機１６を備える。浸炭室内１０ａには、ガイドレール６４が配置されており、このガイドレール６４上に、搬送トレイＣを介してワークＷが配置される。なお、搬送トレイＣ上に設置される（あるいは搬送トレイそのものとなる）多段の架台１１（図４（Ａ）参照）によって、複数のワークＷを、上下方向および水平方向に並べて搬送できる。ワークＷは低炭素鋼等の鋼である。浸炭室内１０ａの内壁には浸炭室内１０ａの温度を保つように不図示の断熱材が設けられる。さらに浸炭室１０には、浸炭室内１０ａの雰囲気ガスを炉外に排出する不図示の排出口が設けられており、浸炭中に、浸炭室内１０ａを常圧（略大気圧：１０１〔ｋＰａ〕程度）または常圧よりも高圧状態に維持する。加熱装置１２は、浸炭室内１０ａを加熱するヒータ１２ａとなる。このヒータ１２ａは、水平方向に間隔をあけて配置される。ヒータ１２ａとしては、例えばラジアントチューブヒーター等が用いられるが、これに限定されるものではない。撹拌機１６は、浸炭室内１０ａ天井面に設けられ、浸炭室内１０ａの雰囲気ガスを撹拌する例えば遠心ファンとなる。浸炭室１０には、浸炭室内１０ａをキャリアガスでパージする際に、浸炭室内１０ａの気体を排気するための排気路２９及び開閉弁２９ａを設けることが好ましい。なお、浸炭室１０は、浸炭室内１０ａの内圧を維持・制御して、キャリアガスの使用量を減らすために、気密構造（圧力室）であることが望ましい。
【0039】
（原料ガス供給装置）
浸炭室１０には、浸炭室内１０ａに各種のガスを供給する原料ガス供給装置２０が接続される。原料ガス供給装置２０は、浸炭ガスが流通する浸炭ガス系統２１と、キャリアガスが流通するキャリアガス系統２２と、これらの系統２１、２２を流れる各ガスを浸炭室内１０ａまで供給する浸炭室内供給系統２４とを有している。さらに原料ガス供給装置２０は、浸炭ガス系統２１に接続された炭化水素供給源２５と、キャリアガス系統２２に接続された窒素供給源２６を有している。ここで本実施形態では、浸炭ガスに含まれる炭素をワークＷに直接侵入させるダイレクトな浸炭を常圧下で行うため、「エンリッチガス」ではなく「浸炭ガス」との用語を用いている。
浸炭室１０には、浸炭室内１０ａに各種のガスを供給する原料ガス供給装置２０が接続される。原料ガス供給装置２０は、浸炭ガスが流通する浸炭ガス系統２１と、キャリアガスが流通するキャリアガス系統２２と、これらの系統２１、２２を流れる各ガスを浸炭室内１０ａまで供給する浸炭室内供給系統２４とを有している。さらに原料ガス供給装置２０は、浸炭ガス系統２１に接続された炭化水素供給源２５と、キャリアガス系統２２に接続された窒素供給源２６を有している。ここで本実施形態では、浸炭ガスに含まれる炭素をワークＷに直接侵入させるダイレクトな浸炭を常圧下で行うため、「エンリッチガス」ではなく「浸炭ガス」との用語を用いている。
【0040】
（炭化水素供給源）
炭化水素供給源２５は、浸炭ガスとして、鎖式不飽和炭化水素を含む炭化水含有ガスを発生する。炭化水含有ガス中の鎖式不飽和炭化水素としてはアセチレンが例示される。アセチレン以外にも、プロピン（ＣＨ３Ｃ≡ＣＨ）や１－ブチン（ＣＨ３ＣＨ２Ｃ≡ＣＨ）等の三重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよいし、例えばエチレン（Ｈ２Ｃ＝ＣＨ２）やブタジエン（ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ２）等の二重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよい。複数種類の鎖式不飽和炭化水素を混合してもよい。但し、分子量が増すと安定性が減少して煤が発生しやすくなる点、三重結合を有する方が反応性に富む点、および入手の容易さ等を考慮すると、鎖式不飽和炭化水素としてアセチレンを使用することが好ましい。アセチレンは、例えば純度９５容量％以上を使用することが好ましく、さらに望ましくは純度９８容量％以上とする。炭化水素含有ガスには、鎖式不飽和炭化水素以外の不純物が含まれていてもよいが、この不純物は少ない方が好ましい。したがって例えば鎖式不飽和炭化水素がアセチレンである場合、炭化水素供給源２５ではアセトンやジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶剤を使用して炭化水素含有ガスを生成するものではないことが好ましい。
炭化水素供給源２５は、浸炭ガスとして、鎖式不飽和炭化水素を含む炭化水含有ガスを発生する。炭化水含有ガス中の鎖式不飽和炭化水素としてはアセチレンが例示される。アセチレン以外にも、プロピン（ＣＨ３Ｃ≡ＣＨ）や１－ブチン（ＣＨ３ＣＨ２Ｃ≡ＣＨ）等の三重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよいし、例えばエチレン（Ｈ２Ｃ＝ＣＨ２）やブタジエン（ＣＨ２＝ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ２）等の二重結合を有するその他の鎖式不飽和炭化水素を使用するようにしてもよい。複数種類の鎖式不飽和炭化水素を混合してもよい。但し、分子量が増すと安定性が減少して煤が発生しやすくなる点、三重結合を有する方が反応性に富む点、および入手の容易さ等を考慮すると、鎖式不飽和炭化水素としてアセチレンを使用することが好ましい。アセチレンは、例えば純度９５容量％以上を使用することが好ましく、さらに望ましくは純度９８容量％以上とする。炭化水素含有ガスには、鎖式不飽和炭化水素以外の不純物が含まれていてもよいが、この不純物は少ない方が好ましい。したがって例えば鎖式不飽和炭化水素がアセチレンである場合、炭化水素供給源２５ではアセトンやジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等の溶剤を使用して炭化水素含有ガスを生成するものではないことが好ましい。
【0041】
（浸炭ガス系統）
図１に示すように浸炭ガス系統２１は、炭化水素供給源２５に接続された供給配管２１ａと、供給配管２１ａに設けられた開閉弁２１ｂおよび流量計２１ｃとを有している。供給配管２１ａには炭化水素供給源２５に接続されて炭化水素供給源２５からの浸炭ガスが流通する。開閉弁２１ｂは電磁弁であって、供給配管２１ａの途中に設けられている。開閉弁２１ｂによって流路の開閉とともに浸炭ガスの流量の調整が行なわれる。流量計２１ｃは開閉弁２１ｂの下流側で供給配管２１ａに設けられて供給配管２１ａを流通する浸炭ガスの流量を計測する。なお開閉弁２１ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２１ｂとは別に浸炭ガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２１ｃの数値を確認しながら手動で浸炭ガスの流量調整を行ってもよい。
図１に示すように浸炭ガス系統２１は、炭化水素供給源２５に接続された供給配管２１ａと、供給配管２１ａに設けられた開閉弁２１ｂおよび流量計２１ｃとを有している。供給配管２１ａには炭化水素供給源２５に接続されて炭化水素供給源２５からの浸炭ガスが流通する。開閉弁２１ｂは電磁弁であって、供給配管２１ａの途中に設けられている。開閉弁２１ｂによって流路の開閉とともに浸炭ガスの流量の調整が行なわれる。流量計２１ｃは開閉弁２１ｂの下流側で供給配管２１ａに設けられて供給配管２１ａを流通する浸炭ガスの流量を計測する。なお開閉弁２１ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２１ｂとは別に浸炭ガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２１ｃの数値を確認しながら手動で浸炭ガスの流量調整を行ってもよい。
【0042】
（窒素供給源）
窒素供給源２６は、窒素（不活性ガス）を含有する窒素含有ガスを生成する。この窒素含有ガスがキャリアガスとなる。窒素供給源２６は、本実施形態ではＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置であるガス分離装置２６ａを有している。ガス分離装置２６ａは圧力スイング吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ）により空気中から窒素を分離して窒素含有ガスを生成する。このため、窒素含有ガスは窒素に加えて窒素以外の不純物として酸素を含んでいる。なお、キャリアガスガスとなる窒素含有ガスは、全体に対する窒素の体積パーセントが９９．００％以上となることが好ましい。更に、窒素含有ガス中の酸素の体積パーセントが０．０１０％以上１．００％以下となるようにすることが好ましい。
窒素供給源２６は、窒素（不活性ガス）を含有する窒素含有ガスを生成する。この窒素含有ガスがキャリアガスとなる。窒素供給源２６は、本実施形態ではＰＳＡ方式の窒素ガス発生装置であるガス分離装置２６ａを有している。ガス分離装置２６ａは圧力スイング吸着法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＰＳＡ）により空気中から窒素を分離して窒素含有ガスを生成する。このため、窒素含有ガスは窒素に加えて窒素以外の不純物として酸素を含んでいる。なお、キャリアガスガスとなる窒素含有ガスは、全体に対する窒素の体積パーセントが９９．００％以上となることが好ましい。更に、窒素含有ガス中の酸素の体積パーセントが０．０１０％以上１．００％以下となるようにすることが好ましい。
【0043】
（キャリアガス系統）
キャリアガス系統２２は供給配管２２ａと開閉弁２２ｂと流量計２２ｃを有する。供給配管２２ａの第一端が浸炭ガス添加用のガス混合器２７に接続され、供給配管２２ａの第二端が浸炭室内供給系統２４の接続部４０に接続される。キャリアガス系統２２は、更にガス混合器２７を有する。このガス混合器２７は、開閉弁２２ｂおよび流量計２２ｃの上流側に設けられ、窒素供給源２６のキャリアガス（窒素ガス）に対し、必要に応じて、微量の浸炭ガスを添加する役割を担う。ガス混合器２７は、流量計２７ａから出力される添加用の浸炭ガス流量を参照して、浸炭ガスの添加量を調節できるようになっている。本実施形態では、浸炭室１０に酸素が進入することが抑制されているため、通常運転では浸炭ガスの添加は不要である。何らかの事象で浸炭室１０に酸素や水が進入した場合、キャリアガスに浸炭ガスを微量添加することでこれらを減少させる。例えば、液体窒素以外の原料をキャリアガスとして用いる場合、窒素に微量の酸素が含まれてしまう可能性があることから、キャリアガスに少量のアセチレンを添加することで、キャリアガス自体による酸化を抑制できる。
キャリアガス系統２２は供給配管２２ａと開閉弁２２ｂと流量計２２ｃを有する。供給配管２２ａの第一端が浸炭ガス添加用のガス混合器２７に接続され、供給配管２２ａの第二端が浸炭室内供給系統２４の接続部４０に接続される。キャリアガス系統２２は、更にガス混合器２７を有する。このガス混合器２７は、開閉弁２２ｂおよび流量計２２ｃの上流側に設けられ、窒素供給源２６のキャリアガス（窒素ガス）に対し、必要に応じて、微量の浸炭ガスを添加する役割を担う。ガス混合器２７は、流量計２７ａから出力される添加用の浸炭ガス流量を参照して、浸炭ガスの添加量を調節できるようになっている。本実施形態では、浸炭室１０に酸素が進入することが抑制されているため、通常運転では浸炭ガスの添加は不要である。何らかの事象で浸炭室１０に酸素や水が進入した場合、キャリアガスに浸炭ガスを微量添加することでこれらを減少させる。例えば、液体窒素以外の原料をキャリアガスとして用いる場合、窒素に微量の酸素が含まれてしまう可能性があることから、キャリアガスに少量のアセチレンを添加することで、キャリアガス自体による酸化を抑制できる。
【0044】
具体的に、浸炭室１０内に進入した水（水蒸気）は、浸炭室内１０ａで分解して水素と共に酸素を生成し得るが、キャリアガスに、微量のアセチレンを添加することで、次の（１）式のようにアセチレンと水を反応させることができ、一酸化炭素および水素を生成させる。これにより、浸炭室内１０ａの水分濃度を減少させる。
Ｃ２Ｈ２＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋３Ｈ２ ・・・（１）
また、浸炭室内１０ａに進入した酸素は、ワークＷの表面に優先的に吸着して浸炭を阻害する要因となる。しかし、次の（２）式のように、キャリアガスに微量添加されるアセチレンが、酸素と反応して一酸化炭素および水素を生成させる。よって、混合ガス中のアセチレンの混合量を調整することで、浸炭室内１０ａの酸素濃度をコントロールできる。
Ｃ２Ｈ２＋Ｏ２→２ＣＯ＋Ｈ２ ・・・（２）
なお、浸炭ガスの添加量は、キャリアガス（窒素含有ガス）の体積に比べて十分小さいことが好ましく、例えば、キャリアガスに対して０．１容積％以上３．０容積％以下であるとよい。
Ｃ２Ｈ２＋２Ｈ２Ｏ→２ＣＯ＋３Ｈ２ ・・・（１）
また、浸炭室内１０ａに進入した酸素は、ワークＷの表面に優先的に吸着して浸炭を阻害する要因となる。しかし、次の（２）式のように、キャリアガスに微量添加されるアセチレンが、酸素と反応して一酸化炭素および水素を生成させる。よって、混合ガス中のアセチレンの混合量を調整することで、浸炭室内１０ａの酸素濃度をコントロールできる。
Ｃ２Ｈ２＋Ｏ２→２ＣＯ＋Ｈ２ ・・・（２）
なお、浸炭ガスの添加量は、キャリアガス（窒素含有ガス）の体積に比べて十分小さいことが好ましく、例えば、キャリアガスに対して０．１容積％以上３．０容積％以下であるとよい。
【0045】
供給配管２２ａには、キャリアガス（ガス混合器２７で微量の浸炭ガスが添加されたキャリアガス）が流通する。このキャリアガスは、浸炭室内供給系統２４の接続部４０に案内される。開閉弁２２ｂは電磁弁であって、供給配管２２ａの途中に設けられる。開閉弁２２ｂによって流路の開閉とともにキャリアガスの流量の調整が行なわれる。流量計２２ｃは開閉弁２２ｂの下流側で供給配管２２ａに設けられて供給配管２２ａを流通するキャリアガスの流量を計測する。なお開閉弁２２ｂは流路の開閉のみを行い、開閉弁２２ｂとは別にキャリアガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計２２ｃの数値を確認しながら手動でキャリアガスの流量調整を行ってもよい。
【0046】
なお、浸炭室内１０ａにキャリアガスのみを供給する場合、ガス混合器２７を停止させつつ、キャリアガス系統２２の開閉弁２２ｂを開放し、浸炭ガス系統２１の開閉弁２１ｂは閉塞すればよい。キャリアガスの供給流量は、特に限定されるものではなく、浸炭室内１０ａの容積やワークＷの表面積、ワークＷに必要な硬化深さ等に応じて適宜に設定すればよい。
【0047】
（浸炭室内供給系統）
浸炭室内供給系統２４は、接続部４０と、接続部４０から二俣に分岐する第一分岐部４１と第二分岐部４２とを有している。接続部４０の上流側には、浸炭ガス系統２１における供給配管２１ａ及びキャリアガス系統２２の供給配管２２ａが接続される。接続部４０の途中にはミキサー４９が設けられる。ミキサー４９は、上流の浸炭ガス系統２１から供給される浸炭ガス及びキャリアガス系統２２から供給されるキャリアガスを混合する機能を有する。
浸炭室内供給系統２４は、接続部４０と、接続部４０から二俣に分岐する第一分岐部４１と第二分岐部４２とを有している。接続部４０の上流側には、浸炭ガス系統２１における供給配管２１ａ及びキャリアガス系統２２の供給配管２２ａが接続される。接続部４０の途中にはミキサー４９が設けられる。ミキサー４９は、上流の浸炭ガス系統２１から供給される浸炭ガス及びキャリアガス系統２２から供給されるキャリアガスを混合する機能を有する。
【0048】
第一分岐部４１の先端には第一ガス供給ノズル４３が、第二分岐部４２の先端には第二ガス供給ノズル４４が設けられている。第一ガス供給ノズル４３は浸炭室１０の上部に設けられている。第一ガス供給ノズル４３は浸炭室１０の浸炭室内１０ａに開口する第一供給口４３ａを有する。第二ガス供給ノズル４４は浸炭室１０の下部に設けられている。この第二ガス供給ノズル４４は浸炭室１０の浸炭室内１０ａに開口する第二供給口４４ａを有する。第一供給口４３ａからは、浸炭ガス系統２１からの浸炭ガスが下方に向けて噴出（または流出）される。また第二供給口４４ａからは、浸炭ガス系統２１からの浸炭ガスが上方に向けて噴出される。
【0049】
第一分岐部４１および第二分岐部４２には、それぞれ開閉弁４１ａ、４２ａおよび流量計４１ｂ、４２ｂが設けられている。これら開閉弁４１ａ、４２ａは電磁弁であって、第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量を調整することで、第一分岐部４１と第二分岐部４２とを流れるガスの流量の比率を調整可能となっている。第一分岐部４１と第二分岐部４２とのうちのいずれか一方のみに開閉弁４１ａ、４２ａを設けてもよい。また、開閉弁４１ａ、４２ａでは流路の開閉のみを行い、開閉弁４１ａ、４２ａとは別に第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量を調整する流量調整弁（不図示）を設け、流量計４１ｂ、４２ｂの数値を確認しながら手動で第一分岐部４１および第二分岐部４２を流通するガスの流量調整を行ってもよい。
【0050】
ここで図示は省略するが、浸硫浸炭および浸硫浸炭窒化を行うため、原料ガス供給装置２０はさらに、浸炭室内１０ａに硫化水素ガスを供給する硫化水素供給源および硫化水素ガス供給系統を有していてもよい。原料ガス供給装置２０はさらに、原料ガスとして、アンモニアを追加供給することもできる。
【0051】
（制御装置）
制御装置３０は、プロセッサ等を有するコンピュータであり、ガス浸炭装置１の全体を制御する。図３（Ａ）に示すように、制御装置３０は、各種プログラムが実行されるＣＰＵ（中央演算装置）３１、ＣＰＵ３１で必要とする情報を一時的に展開するメモリ３２、プログラムや各種データが保存される情報記憶媒体３３、各種制御対象機器との通信を行う通信インターフェース３４等を備える。
制御装置３０は、プロセッサ等を有するコンピュータであり、ガス浸炭装置１の全体を制御する。図３（Ａ）に示すように、制御装置３０は、各種プログラムが実行されるＣＰＵ（中央演算装置）３１、ＣＰＵ３１で必要とする情報を一時的に展開するメモリ３２、プログラムや各種データが保存される情報記憶媒体３３、各種制御対象機器との通信を行う通信インターフェース３４等を備える。
【0052】
（制御装置の個別機能）
図３（Ｂ）に、制御装置３０の制御プログラムによって実現される制御対象機器の個別制御機能を示す。制御装置３０は、前室搬送装置８０によるワークＷの搬送を制御する前室搬送処理部３１０、エアーシリンダ５２を制御して前室出入扉５０を開閉する前室出入扉開閉処理部３１２、浸炭室搬送装置８５によるワークＷの搬送を制御する浸炭室内搬送処理部３１４、エアーシリンダ６７を制御して前室第二出入扉６６を開閉する前室第二出入扉開閉処理部３１６、真空ポンプ６２ｂを制御して前室６０の負圧状態を制御する前室脱気処理部３１８、パージガス供給装置６３を制御して前室６０に窒素ガスを供給する前室パージ処理部３２０、昇降装置９０を制御してワークＷを油槽７０に浸漬させる油槽昇降処理部３２２、油槽７０のヒータ７２を制御する油槽ヒータ処理部３２４、油槽７０の熱交換器７４を制御する油槽冷却処理部３２６、油槽７０の撹拌機７３を制御する油槽撹拌処理部３２８、駆動機構８６ｂを制御して断熱扉８４を開閉する断熱扉開閉処理部３３０、浸炭室１０の撹拌機１６を制御する浸炭室内撹拌処理部３３２、浸炭室１０の加熱装置１２を制御する浸炭室内ヒータ処理部３３４、原料ガス供給装置２０の開閉弁２２ｂを制御してキャリアガスの供給量を制御するキャリアガス制御部３３６、原料ガス供給装置２０の開閉弁２１ｂを制御して浸炭ガスの供給量を制御する浸炭ガス制御部３３８と、を有する。
図３（Ｂ）に、制御装置３０の制御プログラムによって実現される制御対象機器の個別制御機能を示す。制御装置３０は、前室搬送装置８０によるワークＷの搬送を制御する前室搬送処理部３１０、エアーシリンダ５２を制御して前室出入扉５０を開閉する前室出入扉開閉処理部３１２、浸炭室搬送装置８５によるワークＷの搬送を制御する浸炭室内搬送処理部３１４、エアーシリンダ６７を制御して前室第二出入扉６６を開閉する前室第二出入扉開閉処理部３１６、真空ポンプ６２ｂを制御して前室６０の負圧状態を制御する前室脱気処理部３１８、パージガス供給装置６３を制御して前室６０に窒素ガスを供給する前室パージ処理部３２０、昇降装置９０を制御してワークＷを油槽７０に浸漬させる油槽昇降処理部３２２、油槽７０のヒータ７２を制御する油槽ヒータ処理部３２４、油槽７０の熱交換器７４を制御する油槽冷却処理部３２６、油槽７０の撹拌機７３を制御する油槽撹拌処理部３２８、駆動機構８６ｂを制御して断熱扉８４を開閉する断熱扉開閉処理部３３０、浸炭室１０の撹拌機１６を制御する浸炭室内撹拌処理部３３２、浸炭室１０の加熱装置１２を制御する浸炭室内ヒータ処理部３３４、原料ガス供給装置２０の開閉弁２２ｂを制御してキャリアガスの供給量を制御するキャリアガス制御部３３６、原料ガス供給装置２０の開閉弁２１ｂを制御して浸炭ガスの供給量を制御する浸炭ガス制御部３３８と、を有する。
【0053】
（制御装置の統合機能）
図３（Ｃ）に、制御装置３０の制御プログラムによって実現される制御対象機器の統合制御機能を示す。制御装置３０は、統合制御機能として、前室搬入処理部３６０、前パージ処理部３６４、浸炭室準備処理部３６８、浸炭室搬入処理部３７２、浸炭処理部３７６、浸炭室搬出処理部３８０、焼入処理部３８４、油切処理部３８８、後パージ処理部３９２、前室搬出処理部３９６、全自動処理部３９８を有する。なお、これらの統合制御機能は、上記個別制御機能と連動することで、統合制御を実現している。以下、各統合制御機能について、動作図を参照しながら説明する。
図３（Ｃ）に、制御装置３０の制御プログラムによって実現される制御対象機器の統合制御機能を示す。制御装置３０は、統合制御機能として、前室搬入処理部３６０、前パージ処理部３６４、浸炭室準備処理部３６８、浸炭室搬入処理部３７２、浸炭処理部３７６、浸炭室搬出処理部３８０、焼入処理部３８４、油切処理部３８８、後パージ処理部３９２、前室搬出処理部３９６、全自動処理部３９８を有する。なお、これらの統合制御機能は、上記個別制御機能と連動することで、統合制御を実現している。以下、各統合制御機能について、動作図を参照しながら説明する。
【0054】
（前室搬入処理部）
前室搬入処理部３６０は、図４（Ａ）に示すように、前室出入扉５０を開状態、且つ、前室第二出入扉６６を閉状態とし、外部領域Ｊから前室６０にワークＷを搬入する。なお、搬入時には、外部の空気（酸素、窒素、水）が、前室６０に進入する。
前室搬入処理部３６０は、図４（Ａ）に示すように、前室出入扉５０を開状態、且つ、前室第二出入扉６６を閉状態とし、外部領域Ｊから前室６０にワークＷを搬入する。なお、搬入時には、外部の空気（酸素、窒素、水）が、前室６０に進入する。
【0055】
（前パージ処理部）
前室搬入処理部３６０の後に実行される前パージ処理部３６４は、図４（Ｂ）に示すように、前室出入扉５０を閉状態且つ前室第二出入扉６６を閉状態とし、真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂによって、５分以上且つ３０分以下、好ましくは１０分以上且つ２０分以下で、ワークＷが搬入された前室６０の内部気体を吸引することで、進入した空気を排出しながら負圧状態とする。前室搬入処理部３６０は、その後、負圧状態となる前室６０にパージガス（窒素ガス）を供給して、前室６０を常圧または常圧よりも高圧状態に復圧する。結果、前室６０はパージガス（窒素ガス）で満たされる。なお、前室６０の内部空間は、準備温度Ｔ０となっていることから、搬入されるワークＷも準備温度Ｔ０に維持される。
前室搬入処理部３６０の後に実行される前パージ処理部３６４は、図４（Ｂ）に示すように、前室出入扉５０を閉状態且つ前室第二出入扉６６を閉状態とし、真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂによって、５分以上且つ３０分以下、好ましくは１０分以上且つ２０分以下で、ワークＷが搬入された前室６０の内部気体を吸引することで、進入した空気を排出しながら負圧状態とする。前室搬入処理部３６０は、その後、負圧状態となる前室６０にパージガス（窒素ガス）を供給して、前室６０を常圧または常圧よりも高圧状態に復圧する。結果、前室６０はパージガス（窒素ガス）で満たされる。なお、前室６０の内部空間は、準備温度Ｔ０となっていることから、搬入されるワークＷも準備温度Ｔ０に維持される。
【0056】
（浸炭室準備処理部）
浸炭室準備処理部３６８は、浸炭室１０にキャリアガス（窒素ガス）を供給して、浸炭室１０をキャリアガスでパージする（浸炭室パージ工程）。結果、浸炭室１０はパージガス（窒素ガス）で満たされる。更に浸炭室準備処理部３６８は、浸炭室１０を、８００℃以上となる浸炭温度Ｔ１（図８参照）に加温しておき、ワークＷの搬入を待つ。例えば浸炭温度Ｔ１として８８０℃～９５０℃の範囲で制御しておくことが好ましく、更に望ましくは９００℃～９３０℃に制御する。なお、浸炭室準備処理部３６８は、前パージ処理部３６４のパージ処理と同時またはそれよりも前に実行されることが好ましい。
浸炭室準備処理部３６８は、浸炭室１０にキャリアガス（窒素ガス）を供給して、浸炭室１０をキャリアガスでパージする（浸炭室パージ工程）。結果、浸炭室１０はパージガス（窒素ガス）で満たされる。更に浸炭室準備処理部３６８は、浸炭室１０を、８００℃以上となる浸炭温度Ｔ１（図８参照）に加温しておき、ワークＷの搬入を待つ。例えば浸炭温度Ｔ１として８８０℃～９５０℃の範囲で制御しておくことが好ましく、更に望ましくは９００℃～９３０℃に制御する。なお、浸炭室準備処理部３６８は、前パージ処理部３６４のパージ処理と同時またはそれよりも前に実行されることが好ましい。
【0057】
（浸炭室搬入処理部）
浸炭室搬入処理部３７２は、前パージ処理部３６４及び浸炭室準備処理部３６８が完了してから実行される。浸炭室搬入処理部３７２は、図５（Ａ）に示すように、前室出入扉５０を閉状態としたままで、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を開状態とし、前室６０のワークＷを浸炭室１０に移動させる。この際、前室６０の窒素ガスと浸炭室１０の窒素ガスが互いに混ざり合う。
浸炭室搬入処理部３７２は、前パージ処理部３６４及び浸炭室準備処理部３６８が完了してから実行される。浸炭室搬入処理部３７２は、図５（Ａ）に示すように、前室出入扉５０を閉状態としたままで、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を開状態とし、前室６０のワークＷを浸炭室１０に移動させる。この際、前室６０の窒素ガスと浸炭室１０の窒素ガスが互いに混ざり合う。
【0058】
（浸炭処理部）
浸炭室搬入処理部３７２に続いて実行される浸炭処理部３７６は、図５（Ｂ）に示すように、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を閉状態とし、ワークＷを加熱しながら、浸炭室１０にキャリアガス（窒素ガス）及び浸炭ガス（アセチレン）を供給して、ワークＷを浸炭処理する。なお、浸炭処理が完了したら、浸炭処理部３７６は浸炭ガスの供給を停止し、キャリアガスのみを供給する。
浸炭室搬入処理部３７２に続いて実行される浸炭処理部３７６は、図５（Ｂ）に示すように、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を閉状態とし、ワークＷを加熱しながら、浸炭室１０にキャリアガス（窒素ガス）及び浸炭ガス（アセチレン）を供給して、ワークＷを浸炭処理する。なお、浸炭処理が完了したら、浸炭処理部３７６は浸炭ガスの供給を停止し、キャリアガスのみを供給する。
【0059】
浸炭処理のタイムチャートを図８（Ａ）に示す。浸炭処理部３７６は、予め設定された浸炭温度Ｔ１で浸炭室内１０ａを維持している。前室６０で準備温度Ｔ０に調整されるワークＷを浸炭室内１０ａに搬入すると、ワークＷは、浸炭温度Ｔ１まで素早く昇温する（昇温時間ｔ１）。ワークＷが浸炭温度（浸炭に適した温度）に到達したら、更に、浸炭温度を維持するように加熱装置１２を制御する。そして、浸炭温度によって予め設定された均熱時間ｔ２が経過したならば、浸炭ガス系統２１の開閉弁２１ｂを制御して、浸炭室内１０ａへの浸炭ガスの供給を開始する。これにより、キャリアガスと浸炭ガスの混合ガスが浸炭室内１０ａに供給される。この間も浸炭室内１０ａは常圧下に維持される。浸炭処理中において、キャリアガスの時間当たりの流量は、浸炭室内１０ａの容積の０．５～５．０倍に制御することが好ましい。また、浸炭ガスの流量は、ワークＷの表面積を考慮しつつ、５～５０（Ｌ／ｍｉｎ）で制御することが好ましい。
【0060】
浸炭ガスの供給は、予め設定された浸炭時間ｔ３中に連続的または断続的に行われる。断続的に供給する場合、図８（Ｂ）に示すように、浸炭処理部３７６は予め設定された開放時間ｔｏ（例えば、１２０秒）の開閉弁２１ｂの開放を、予め設定された供給間隔Ｉｏ（例えば、３００秒）で、予め設定された繰り返し回数ｎだけ繰り返す。なお、ここで供給間隔Ｉｏとは、開閉弁２１ｂを開くタイミングの間隔のことであり、開放時間ｔｏの経過後に開閉弁２１ｂを閉じてから次に開くまでの間隔（開閉弁２１ｂが閉じている時間）のことではない。このように、浸炭処理部３７６は、浸炭ガスを断続的（パルス的）に浸炭室内１０ａに供給することで、過剰浸炭の発生を抑制することができる。同時に、ワークＷに対する炭素の供給過剰が抑制され、ワークＷ内での炭素の拡散を促進できるため、局部的な浸炭ムラの発生を低減できる。スーティングの発生も防止することができる。
【0061】
浸炭ガスの供給をｎ回行ったならば、浸炭処理部３７６は、予め設定された拡散時間ｔ４の間、キャリアガスのみを供給する状態で浸炭室内１０ａを浸炭温度Ｔ１に保持する。この間、ワークＷ中に侵入した炭素が適宜に拡散し、所望の厚み（深さ）の硬化層が形成される。拡散時間ｔ４が経過したならば、浸炭処理部３７６は、加熱装置１２を制御して予め設定された焼入保持温度Ｔ２まで浸炭室内１０ａを降温する（降温時間ｔ５）。焼入保持温度Ｔ２は、８００℃～８８０℃の範囲内が好ましく、更に望ましくは８３０℃～８５０℃の範囲内とする。そして、予め設定された焼入保持時間ｔ６の間、浸炭室内１０ａの温度を焼入保持温度Ｔ２に維持するように、加熱装置１２を制御する。その後、ワークＷが前室６０に搬出されたら、次回の浸炭処理に備えるため、浸炭温度Ｔ１に復帰させる。
【0062】
なお、浸炭処理中は、第一分岐部４１を流通するガスの体積流量の方が第二分岐部４２を流通するガスの体積流量よりも大きくなるように第一分岐部４１の開閉弁４１ａ、および第二分岐部４２の開閉弁４２ａを制御することが好ましい。これにより、第一供給口４３ａから下方に向かって浸炭室内１０ａに噴出（または流出）される混合ガスの体積流量の方が、第二供給口４４ａから上方に向かって浸炭室内１０ａに噴出されるキャリアガスの体積流量よりも大きくなり、浸炭室内１０ａに循環流が形成されやすくなる。
【0063】
（浸炭室搬出処理部）
浸炭処理部３７６に続いて実行される浸炭室搬出処理部３８０は、図６（Ａ）に示すように、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を開いて、浸炭室１０のワークＷを前室６０に移動させる。この際、浸炭室１０と前室６０は、既に窒素ガスで満たされているので、両空間の窒素ガスが互いに混ざり合う。ワークＷの移動が完了したら、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を閉じる。
浸炭処理部３７６に続いて実行される浸炭室搬出処理部３８０は、図６（Ａ）に示すように、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を開いて、浸炭室１０のワークＷを前室６０に移動させる。この際、浸炭室１０と前室６０は、既に窒素ガスで満たされているので、両空間の窒素ガスが互いに混ざり合う。ワークＷの移動が完了したら、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を閉じる。
【0064】
（焼入処理部）
浸炭室搬出処理部３８０に続いて実行される焼入処理部３８４は、図６（Ｂ）に示すように、前室６０に存在するワークＷを、前室６０からつながる油槽７０の油に浸漬させて急冷する（焼入処理）。この際、油が気化して油煙となり、前室６０を満たすことになる。図８のタイムチャートに示すように、ワークＷは、油槽７０内に油焼入時間ｔ７の間浸漬される。なお、油槽７０内の油は、予め設定された焼入温度Ｔ３に保持されている。焼入温度Ｔ３は、５０℃～２００℃の範囲が好ましい。例えばコールド油の場合は６０℃前後、セミホット油の場合は１２０℃前後、ホット油の場合は１５０℃前後が一般的である。
浸炭室搬出処理部３８０に続いて実行される焼入処理部３８４は、図６（Ｂ）に示すように、前室６０に存在するワークＷを、前室６０からつながる油槽７０の油に浸漬させて急冷する（焼入処理）。この際、油が気化して油煙となり、前室６０を満たすことになる。図８のタイムチャートに示すように、ワークＷは、油槽７０内に油焼入時間ｔ７の間浸漬される。なお、油槽７０内の油は、予め設定された焼入温度Ｔ３に保持されている。焼入温度Ｔ３は、５０℃～２００℃の範囲が好ましい。例えばコールド油の場合は６０℃前後、セミホット油の場合は１２０℃前後、ホット油の場合は１５０℃前後が一般的である。
【0065】
（油切処理部）
焼入処理部３８４に続いて実行される油切処理部３８８は、図７（Ａ）に示すように、ワークＷを油槽７０から前室６０に移動させてしばらく静置することで油切を行う。
焼入処理部３８４に続いて実行される油切処理部３８８は、図７（Ａ）に示すように、ワークＷを油槽７０から前室６０に移動させてしばらく静置することで油切を行う。
【0066】
（後パージ処理部）
焼入処理部３８４または油切処理部３８８続いて実行される後パージ処理部３９２は、既に閉状態となっている前室出入扉５０及び前室第二出入扉６６を閉状態に維持したまま、ワークＷを焼入処理中の前室６０及び／又は油切処理中の前室６０の気体を、真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂによって吸引することで、窒素ガス及び気化した油（油煙）を排出しながら負圧状態とし、その後、負圧状態となる前室６０にパージガス（窒素ガス）を供給して、前室６０を常圧または常圧よりも高圧状態に復圧する。結果、前室６０は、再度、パージガス（窒素ガス）のみで満たされる。
焼入処理部３８４または油切処理部３８８続いて実行される後パージ処理部３９２は、既に閉状態となっている前室出入扉５０及び前室第二出入扉６６を閉状態に維持したまま、ワークＷを焼入処理中の前室６０及び／又は油切処理中の前室６０の気体を、真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂによって吸引することで、窒素ガス及び気化した油（油煙）を排出しながら負圧状態とし、その後、負圧状態となる前室６０にパージガス（窒素ガス）を供給して、前室６０を常圧または常圧よりも高圧状態に復圧する。結果、前室６０は、再度、パージガス（窒素ガス）のみで満たされる。
【0067】
（前室搬出処理部）
後パージ処理部３９２に続いて実行される前室搬出処理部３９６は、図７（Ｂ）に示すように、前室出入扉５０を開状態且つ前室第二出入扉６６を閉状態とし、前室６０から外部領域ＪにワークＷを搬出する。
後パージ処理部３９２に続いて実行される前室搬出処理部３９６は、図７（Ｂ）に示すように、前室出入扉５０を開状態且つ前室第二出入扉６６を閉状態とし、前室６０から外部領域ＪにワークＷを搬出する。
【0068】
（全自動処理部）
全自動処理部３９８は、上述の統合管理機能を連続実行することで、自動的な連続操業を実現する。具体的には、前室搬入処理部３６０、前パージ処理部３６４、浸炭室準備処理部３６８、浸炭室搬入処理部３７２、浸炭処理部３７６、浸炭室搬出処理部３８０、焼入処理部３８４、油切処理部３８８、後パージ処理部３９２、前室搬出処理部３９６を、上述の順番で自動的に繰り返す（ループ処理する）ようになっている。
全自動処理部３９８は、上述の統合管理機能を連続実行することで、自動的な連続操業を実現する。具体的には、前室搬入処理部３６０、前パージ処理部３６４、浸炭室準備処理部３６８、浸炭室搬入処理部３７２、浸炭処理部３７６、浸炭室搬出処理部３８０、焼入処理部３８４、油切処理部３８８、後パージ処理部３９２、前室搬出処理部３９６を、上述の順番で自動的に繰り返す（ループ処理する）ようになっている。
【0069】
以上の通り、本実施形態のガス浸炭装置１では、前室６０と浸炭室１０が、気密性の高い前室第二出入扉６６と、断熱性の高い断熱扉８４によって仕切られている。従って、外部領域Ｊから前室６０にワークＷを搬入する際に、前室第二出入扉６６及び断熱扉８４を閉じておくことで、外気が浸炭室１０に進入することを回避できる。
【0070】
またガス浸炭装置１では、前室６０が、気密性の高い前室出入扉５０及び前室第二出入扉６６で仕切られている。従って、外部領域Ｊから前室６０にワークＷを搬入した後、前室出入扉５０及び前室第二出入扉６６を閉じてから、室内の酸素や水分を真空ポンプ（負圧発生源）６２ｂで排気することができるので、前室６０に、酸素等が残留することを回避できる。
【0071】
またガス浸炭装置１では、前室６０から浸炭室１０にワークＷを搬入する前に、あらかじめ、前室６０をパージガスでパージして常圧またはそれ以上の圧力に復圧する。これと同時に、浸炭室内１０ａもキャリアガス（窒素ガス）でパージして常圧またはそれ以上の圧力に維持される。従って、ワークＷを前室６０から浸炭室１０へ搬入する際、浸炭室内１０ａの雰囲気ガスに、酸素や水分がほとんど混入しない。従って、浸炭室１０側においても、ワークＷが搬入される前に、浸炭温度Ｔ１（図８参照）に加温しておくことができるので、素早く浸炭処理を開始することができ、浸炭品質を高めることができる。特に本実施形態では、前室６０のパージガスとして、浸炭室１０のキャリアガスと同一のガスを採用しているので、ワークＷ搬入中に、互いのガスが混ざり合っても、浸炭室内１０ａのキャリアガスに悪影響が生じないで済む。
【0072】
ガス浸炭装置１では、浸炭室内１０ａを常圧または常圧よりも高圧状態で浸炭処理を行っている。結果、浸炭処理中に、浸炭室内１０ａに外気（酸素）が吸い込まれないので、浸炭品質を高めることができる。この際、浸炭室内１０ａの圧力を常圧（大気圧）よりも若干高い圧力として浸炭を行うようにしてもよい。常圧よりも若干高い圧力とは、常圧の＋１０％の圧力であるとよく、常圧の＋５％の圧力であるとより好ましく、常圧の＋１％の圧力であるとさらに好ましい。
【0073】
更に、ガス浸炭装置１では、浸炭処理が完了したワークＷを浸炭室１０から前室６０に搬出する際、前室６０側は、パージガス及び／またはワークＷを浸炭室１０に搬入したときに混ざりこんだキャリアガスで満たされている。結果、前室６０に搬出されたワークＷに、新たな酸素や水分が付着することがない。結果、焼入処理において、ワークＷの浸炭品質の低下を回避できる。
【0074】
更にまた、ガス浸炭装置１では、焼入処理及び油切り処理が完了したワークＷを、前室６０から外部領域Ｊに搬出する前に、前室６０内の雰囲気ガスを、真空ポンプ６２ｂによって排気し、パージガス（窒素ガス）に置換しているので、外部領域Ｊ側に、可燃性ガスや気化した油分等が排気されないで済む。従って、従来のガス浸炭装置のレームカーテン用バーナーを設ける必要がなくなり、二酸化炭素の排出量が抑制され、安全な連続操業を実現できる。結果、本ガス浸炭装置１では、制御装置３０によって、自動化された連続操業が可能となる。
【0075】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0076】
例えば上記の実施形態では、浸炭ガス及びキャリアガスは第一分岐部４１と第二分岐部４２とから浸炭室内１０ａに供給されているが、単一の流路から供給してもよい。
【0077】
また、上記実施形態では、キャリアガスで浸炭室内１０ａ内に存在するガスをパージする場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、前室６０のパージガスを、接続路６５を介して浸炭室内１０ａに導入して、浸炭室内１０ａの不純物を追い出すようにしてもよい。
【0078】
また、窒素供給源２６では圧力スイング吸着法ではない方法を用いて窒素含有ガスを供給してもよい。例えば窒素ガスボンベを用いて窒素含有ガスを生成して供給してもよい。
【符号の説明】
【0079】
１ ガス浸炭装置
１０ 浸炭室
１０ａ 浸炭室内
１０ｘ 浸炭室出入口
１１ 架台
１２ 加熱装置
１２ａ ヒータ
１６ 撹拌機
２０ 原料ガス供給装置
２１ 浸炭ガス系統
２１ａ 供給配管
２１ｂ 開閉弁
２１ｃ 流量計
２２ キャリアガス系統
２２ａ 供給配管
２２ｂ 開閉弁
２２ｃ 流量計
２４ 浸炭室内供給系統
２５ 炭化水素供給源
２６ 窒素供給源
２６ａ ガス分離装置
２７ ガス混合器
２９ 排気路
２９ａ 開閉弁
３０ 制御装置
３１ ＣＰＵ
３２ メモリ
３３ 情報記憶媒体
３４ 通信インターフェース
４０ 接続部
４１ 第一分岐部
４１ａ 開閉弁
４１ｂ 流量計
４２ 第二分岐部
４２ａ 開閉弁
４３ 第一ガス供給ノズル
４３ａ 第一供給口
４４ 第二ガス供給ノズル
４４ａ 第二供給口
４９ ミキサー
５０ 前室出入扉
５２ エアーシリンダ
６０ 前室
６０ａ 前室出入口
６０ｂ 前室第二出入口
６２ａ 脱気流路
６２ｂ 真空ポンプ
６２ｃ 開閉弁
６３ パージガス供給装置
６３ａ パージ流路
６３ｃ 開閉弁
６４ ガイドレール
６５ 接続路
６６ 前室第二出入扉
６７ エアーシリンダ
７０ 油槽
７２ ヒータ
７３ 撹拌機
７４ 熱交換器
８０ 前室搬送装置
８０ａ ローラコンベア
８０ｂ フック
８０ｃ プッシュプルチェーン
８０ｄ 駆動源
８４ 断熱扉
８５ 浸炭室搬送装置
８５ａ ローラコンベア
８５ｂ フック
８５ｃ プッシュプルチェーン
８５ｄ 駆動源
８６ａ チェーン
８６ｂ 駆動機構
９０ 昇降装置
９２ エレベータ本体
９３ レール
９４ 駆動機構
３１０ 前室搬送処理部
３１２ 前室出入扉開閉処理部
３１４ 浸炭室内搬送処理部
３１６ 前室第二出入扉開閉処理部
３１８ 前室脱気処理部
３２０ 前室パージ処理部
３２２ 油槽昇降処理部
３２４ 油槽ヒータ処理部
３２６ 油槽冷却処理部
３２８ 油槽撹拌処理部
３３０ 断熱扉開閉処理部
３３２ 浸炭室内撹拌処理部
３３４ 浸炭室内ヒータ処理部
３３６ キャリアガス制御部
３３８ 浸炭ガス制御部
３６０ 前室搬入処理部
３６４ 前パージ処理部
３６８ 浸炭室準備処理部
３７２ 浸炭室搬入処理部
３７６ 浸炭処理部
３８０ 浸炭室搬出処理部
３８４ 焼入処理部
３８８ 油切処理部
３９２ 後パージ処理部
３９６ 前室搬出処理部
３９８ 全自動処理部
Ｈｉｎ 搬入経路
Ｈｏｕｔ 搬出経路
Ｊ 外部領域
Ｗ ワーク
１０ 浸炭室
１０ａ 浸炭室内
１０ｘ 浸炭室出入口
１１ 架台
１２ 加熱装置
１２ａ ヒータ
１６ 撹拌機
２０ 原料ガス供給装置
２１ 浸炭ガス系統
２１ａ 供給配管
２１ｂ 開閉弁
２１ｃ 流量計
２２ キャリアガス系統
２２ａ 供給配管
２２ｂ 開閉弁
２２ｃ 流量計
２４ 浸炭室内供給系統
２５ 炭化水素供給源
２６ 窒素供給源
２６ａ ガス分離装置
２７ ガス混合器
２９ 排気路
２９ａ 開閉弁
３０ 制御装置
３１ ＣＰＵ
３２ メモリ
３３ 情報記憶媒体
３４ 通信インターフェース
４０ 接続部
４１ 第一分岐部
４１ａ 開閉弁
４１ｂ 流量計
４２ 第二分岐部
４２ａ 開閉弁
４３ 第一ガス供給ノズル
４３ａ 第一供給口
４４ 第二ガス供給ノズル
４４ａ 第二供給口
４９ ミキサー
５０ 前室出入扉
５２ エアーシリンダ
６０ 前室
６０ａ 前室出入口
６０ｂ 前室第二出入口
６２ａ 脱気流路
６２ｂ 真空ポンプ
６２ｃ 開閉弁
６３ パージガス供給装置
６３ａ パージ流路
６３ｃ 開閉弁
６４ ガイドレール
６５ 接続路
６６ 前室第二出入扉
６７ エアーシリンダ
７０ 油槽
７２ ヒータ
７３ 撹拌機
７４ 熱交換器
８０ 前室搬送装置
８０ａ ローラコンベア
８０ｂ フック
８０ｃ プッシュプルチェーン
８０ｄ 駆動源
８４ 断熱扉
８５ 浸炭室搬送装置
８５ａ ローラコンベア
８５ｂ フック
８５ｃ プッシュプルチェーン
８５ｄ 駆動源
８６ａ チェーン
８６ｂ 駆動機構
９０ 昇降装置
９２ エレベータ本体
９３ レール
９４ 駆動機構
３１０ 前室搬送処理部
３１２ 前室出入扉開閉処理部
３１４ 浸炭室内搬送処理部
３１６ 前室第二出入扉開閉処理部
３１８ 前室脱気処理部
３２０ 前室パージ処理部
３２２ 油槽昇降処理部
３２４ 油槽ヒータ処理部
３２６ 油槽冷却処理部
３２８ 油槽撹拌処理部
３３０ 断熱扉開閉処理部
３３２ 浸炭室内撹拌処理部
３３４ 浸炭室内ヒータ処理部
３３６ キャリアガス制御部
３３８ 浸炭ガス制御部
３６０ 前室搬入処理部
３６４ 前パージ処理部
３６８ 浸炭室準備処理部
３７２ 浸炭室搬入処理部
３７６ 浸炭処理部
３８０ 浸炭室搬出処理部
３８４ 焼入処理部
３８８ 油切処理部
３９２ 後パージ処理部
３９６ 前室搬出処理部
３９８ 全自動処理部
Ｈｉｎ 搬入経路
Ｈｏｕｔ 搬出経路
Ｊ 外部領域
Ｗ ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】