特開 2024-179845 真空浸炭処理方法および真空浸炭炉

(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】P2024179845

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】真空浸炭処理方法および真空浸炭炉

(51)【国際特許分類】

   C23C 8/22 20060101AFI20241219BHJP

   C21D 1/06 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

C23C8/22

C21D1/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099064

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】306039120

【氏名又は名称】ＤＯＷＡサーモテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(72)【発明者】

【氏名】金山 正男

(72)【発明者】

【氏名】羽深 智

【テーマコード（参考）】

4K028

【Ｆターム（参考）】

4K028AA01

4K028AB01

4K028AC03

4K028AC07

4K028AC08

(57)【要約】

【課題】浸炭処理後に炭化水素ガスと酸化性ガスを用いて、ワークに炭素を拡散させる処理を行う真空浸炭処理方法において、同一ロット内で処理される複数個のワークの表面炭素濃度のバラつきを低減する。
【解決手段】加熱室内で行うワークの浸炭工程と、ワークの内部に炭素を拡散させる拡散工程と、を有する真空浸炭処理方法において、拡散工程で、加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給して加熱室内の圧力が０．１～１００ｋＰａで処理を行う第１工程を行い、第１工程の後に行われる第２工程において、当該第２工程の終了時における加熱室内の圧力が第１工程の終了時における加熱室内の圧力よりも低下する条件下で処理を行う。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空浸炭処理方法であって、
加熱室内で行うワークの浸炭工程と、
前記ワークの内部に炭素を拡散させる拡散工程と、を有し、
前記拡散工程は、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給して前記加熱室内の圧力が０．１～１００ｋＰａで処理を行う第１工程と、
前記第１工程の後に行われる第２工程と、を含み、
前記第２工程において、当該第２工程の終了時における前記加熱室内の圧力が前記第１工程の終了時における前記加熱室内の圧力よりも低下する条件下で処理を行うことを特徴とする、真空浸炭処理方法。

【請求項2】

前記第２工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスの供給、および、前記加熱室内の排気がいずれも停止した状態を保持することを特徴とする、請求項１に記載の真空浸炭処理方法。

【請求項3】

前記第１工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスは、下記の式（１）で算出される累積供給量比が１～２０となるように供給されることを特徴とする、請求項１または２に記載の真空浸炭処理方法。
累積供給量比＝加熱室内に供給された酸化性ガスの累積供給量／加熱室内に供給された炭化水素ガスの累積供給量・・・（１）

【請求項4】

前記炭化水素ガスは、プロパンガス又はブタンガスであることを特徴とする、請求項１または２に記載の真空浸炭処理方法。

【請求項5】

前記酸化性ガスは、二酸化炭素ガスであることを特徴とする、請求項１または２に記載の真空浸炭処理方法。

【請求項6】

真空浸炭炉であって、
浸炭処理されたワークの内部に炭素を拡散させる処理が行われる加熱室と、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給するガス供給機構と、
前記加熱室内の排気を行う排気機構と、
前記ガス供給機構と前記排気機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ワークの内部に炭素を拡散させる処理を行う拡散工程において、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給して前記加熱室内の圧力が０．１～１００ｋＰａで処理を行う第１工程と、
前記第１工程の後に行われる第２工程と、を行い、
前記第２工程において、当該第２工程の終了時における前記加熱室内の圧力が前記第１工程の終了時における前記加熱室内の圧力よりも低下する条件下で処理を行う制御を実行するように構成されていることを特徴とする、真空浸炭炉。

【請求項7】

前記制御装置は、前記第２工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスの供給、および、前記加熱室内の排気がいずれも停止した状態を保持する制御を実行することを特徴とする、請求項６に記載の真空浸炭炉。

【請求項8】

前記制御装置は、
前記第１工程において、下記の式（１）で算出される累積供給量比が１～２０となるように前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスを供給する制御を実行することを特徴とする、請求項６または７に記載の真空浸炭炉。
累積供給量比＝加熱室内に供給された酸化性ガスの累積供給量／加熱室内に供給された炭化水素ガスの累積供給量・・・（１）

【請求項9】

前記炭化水素ガスは、プロパンガス又はブタンガスであることを特徴とする、請求項６または７に記載の真空浸炭炉。

【請求項10】

前記酸化性ガスは、二酸化炭素ガスであることを特徴とする、請求項６または７に記載の真空浸炭炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空浸炭処理方法および真空浸炭炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鋼材料からなる自動車部品や機械部品等の耐久性を向上させる熱処理として、ワーク表面（部品表面）に炭素を固溶させてワーク表面を硬化させる浸炭処理が行われている。また、浸炭処理が行われる浸炭炉から排出される二酸化炭素量を削減できる浸炭処理として、真空雰囲気下で浸炭処理を行う真空浸炭処理が知られている。

【0003】

ところで、上記の真空浸炭処理では、カーボンポテンシャル（Ｃｐ値）の制御を行うことができないために、真空浸炭処理後のワークの角部（エッジ部）には、平面部よりも過剰にセメンタイトが残留することが知られている。

【0004】

ワーク角部のセメンタイトを低減または除去する方法として、特許文献１には、真空浸炭処理後に脱炭を含む拡散処理を行う方法が開示されている。例えば特許文献１の実施例２Ａ（表３）では、アセチレンガスを用いて真空浸炭をした後、真空雰囲気下において、浸炭性ガスであるプロパンガスと脱炭性ガスである二酸化炭素ガスの混合ガスを用いて拡散処理を実施している。このように脱炭性ガスを用いて拡散処理を行うことで、ワークの角部におけるセメンタイトが低減または除去される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４－１１５８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者らは、上述のようなプロパンガスと二酸化炭素ガスを供給してワークの内部に炭素を拡散させる処理方法を用いて、複数個のワークを同時に真空浸炭処理する試験を実施した。その試験結果から、炉内（加熱室内）における各ワークの配置位置によって、各ワークの表面炭素濃度に差が生じ易く、同一ロット内で複数個のワークを真空浸炭処理する際には、表面炭素濃度のバラつきが大きくなるという知見を得た。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、浸炭処理後に炭化水素ガスと酸化性ガスを用いてワークの内部に炭素を拡散させる処理を行う真空浸炭処理方法において、同一ロット内で処理される複数個のワークの表面炭素濃度のバラつきを低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する本発明の態様を以下に例示する。
［１］真空浸炭処理方法であって、
加熱室内で行うワークの浸炭工程と、
前記ワークの内部に炭素を拡散させる拡散工程と、を有し、
前記拡散工程は、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給して前記加熱室内の圧力が０．１～１００ｋＰａで処理を行う第１工程と、
前記第１工程の後に行われる第２工程と、を含み、
前記第２工程において、当該第２工程の終了時における前記加熱室内の圧力が前記第１工程の終了時における前記加熱室内の圧力よりも低下する条件下で処理を行うことを特徴とする、真空浸炭処理方法。
［２］前記第２工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスの供給、および、前記加熱室内の排気がいずれも停止した状態を保持することを特徴とする、［１］に記載の真空浸炭処理方法。
［３］前記第１工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスは、下記の式（１）で算出される累積供給量比が１～２０となるように供給されることを特徴とする、［１］または［２］に記載の真空浸炭処理方法。
累積供給量比＝加熱室内に供給された酸化性ガスの累積供給量／加熱室内に供給された炭化水素ガスの累積供給量・・・（１）
［４］前記炭化水素ガスは、プロパンガス又はブタンガスであることを特徴とする、［１］～［３］のいずれかに記載の真空浸炭処理方法。
［５］前記酸化性ガスは、二酸化炭素ガスであることを特徴とする、［１］～［４］のいずれかに記載の真空浸炭処理方法。
［６］真空浸炭炉であって、
浸炭処理されたワークの内部に炭素を拡散させる処理が行われる加熱室と、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給するガス供給機構と、
前記加熱室内の排気を行う排気機構と、
前記ガス供給機構と前記排気機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ワークの内部に炭素を拡散させる処理を行う拡散工程において、
前記加熱室内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給して前記加熱室内の圧力が０．１～１００ｋＰａで処理を行う第１工程と、
前記第１工程の後に行われる第２工程と、を行い、
前記第２工程において、当該第２工程の終了時における前記加熱室内の圧力が前記第１工程の終了時における前記加熱室内の圧力よりも低下する条件下で処理を行う制御を実行するように構成されていることを特徴とする、真空浸炭炉。
［７］前記制御装置は、前記第２工程において、前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスの供給、および、前記加熱室内の排気がいずれも停止した状態を保持する制御を実行することを特徴とする、［６］に記載の真空浸炭炉。
［８］前記制御装置は、
前記第１工程において、下記の式（１）で算出される累積供給量比が１～２０となるように前記炭化水素ガスと前記酸化性ガスを供給する制御を実行することを特徴とする、［６］または［７］に記載の真空浸炭炉。
累積供給量比＝加熱室内に供給された酸化性ガスの累積供給量／加熱室内に供給された炭化水素ガスの累積供給量・・・（１）
［９］前記炭化水素ガスは、プロパンガス又はブタンガスであることを特徴とする、［６］～［８］のいずれかに記載の真空浸炭炉。
［１０］前記酸化性ガスは、二酸化炭素ガスであることを特徴とする、［６］～［９］のいずれかに記載の真空浸炭炉。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、浸炭処理後に炭化水素ガスと酸化性ガスを用いてワークの内部に炭素を拡散させる処理を行う真空浸炭処理方法において、同一ロット内で処理される複数個のワークの表面炭素濃度のバラつきを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る真空浸炭炉の概略構成を示す説明図である。

【図2】加熱室を説明するための斜視図である。

【図3】加熱室へのワークの装入工程から冷却室におけるワークの焼入工程までの加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【図4】加熱室へのワークの装入工程を説明するための図である。

【図5】加熱室へのワークの装入と、加熱室から冷却室へのワークの搬送について説明するための図である。

【図6】浸炭処理試験で使用された治具に対する各ワークの配置を説明するための図である。

【図7】実施例１の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【図8】比較例１の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【図9】比較例２の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【図10】ワークの表面炭素濃度の測定位置を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0012】

図１は、本実施形態に係る真空浸炭炉の概略構成を示す説明図である。図２は、加熱室を説明するための斜視図である。図面に示されたＸ方向は真空浸炭炉１の幅方向、Ｙ方向は真空浸炭炉１の奥行方向、Ｚ方向は真空浸炭炉１の高さ方向である。

【0013】

＜真空浸炭炉＞
真空浸炭炉１は、鋼材料からなる複数個の自動車部品や機械部品等のワークＷの浸炭処理が行われる加熱室１０と、加熱室１０に隣接して配置された冷却室４０を備えている。ワークＷは、例えばトレイまたはバスケットのような形状の治具に複数個、載せられていてもよい。浸炭処理されるワークＷの個数は限定されないが、例えば１０個以上１０００００個以下である。真空浸炭炉１の小型化の観点からは、ワークＷの個数を１００００個以下にしてもよい。

【0014】

（加熱室）
加熱室１０は、軸方向がＸ方向を向いた略円筒状の容器であり、加熱室１０の内面には、断熱材１１が設けられている。加熱室１０の内部には、天井部から下方に延びたヒータ１２が複数設置され、各ヒータ１２は、Ｘ方向に間隔をおいて配置されている。ヒータ１２は、ＳｉＣヒータなどのセラミックヒータや電気バーナー、ガスバーナー等の公知の加熱装置が適用されるが、高温時の酸化によるヒータ劣化を抑制する観点からは、ヒータ１２としてセラミックヒータを用いることが好ましい。加熱室１０の天井部中央には、加熱室１０内の雰囲気を攪拌する攪拌ファン１３が取り付けられている。

【0015】

なお、加熱室１０内においては、後述するワークＷの表面（部品表面）に固溶した炭素を固溶させる浸炭工程を行う処理空間と、ワークＷの内部（部品表面より内側）に炭素を拡散させる拡散工程を行う処理空間が別々に設けられてもよい。この場合、各々の処理空間を隔てるための仕切扉（図示せず）が加熱室１０内に設置される。ただし、そのような仕切扉が設置される場合、仕切扉の開放に伴う各々の処理空間の雰囲気制御が難化するため、浸炭工程を行う処理空間と拡散工程を行う処理空間は同一であることが好ましい。

【0016】

加熱室１０の冷却室４０側（Ｘ方向正側）の側壁には、加熱室１０から冷却室４０にワークＷを搬送するための搬送口１４が形成されている。また、加熱室１０と冷却室４０との間には、昇降式の扉１５が設けられており、搬送口１４は、その扉１５によって開放または閉塞される。

【0017】

上記の搬送口１４が形成された加熱室１０の側壁とは反対側（Ｘ方向負側）の側壁には、ワークＷを加熱室１０から冷却室４０に押し出すプッシャー１６が設けられている。プッシャー１６は、例えばリニアガイドなどの直線移動機構（図示せず）を有し、Ｘ方向に移動可能に構成されている。

【0018】

図２に示すように、加熱室１０の側壁には、プッシャー１６用の開口部１７が形成されており、プッシャー１６でワークＷを押し出す際には、その開口部１７をプッシャー１６が通過する。

【0019】

図１に示すように、プッシャー１６の周囲は、ハウジング１８で囲まれている。このハウジング１８は、図２に示す開口部１７（図２ではハウジング１８は図示せず）を覆うようにして加熱室１０の側壁に固定されている。ハウジング１８は、ワークＷの浸炭処理の際に、加熱室１０内に外気が流入しないように密閉された構造となっている。

【0020】

ハウジング１８の上方には、加熱室１０内の雰囲気を排気する排気管１９が設けられている。排気管１９は、真空ポンプ２０に接続されている。また、排気管１９には、図示しないバルブが設けられており、そのバルブの開閉量の調節あるいは真空ポンプ２０の運転状態が制御されることで、加熱室１０内の排気量が調節される。すなわち、本実施形態では、上記の排気管１９、真空ポンプ２０およびバルブ（図示せず）によって、加熱室１０の排気を行う排気機構が構成されている。

【0021】

排気管１９には、圧力計２１が取り付けられ、その圧力計２１によって加熱室１０内の圧力が測定される。なお、加熱室１０内の圧力測定が可能であれば、圧力計２１の設置位置は特に限定されない。また、二酸化炭素の排出抑制の観点から、排気管１９に二酸化炭素回収装置（図示せず）を取り付けてもよい。

【0022】

図２に示すように、加熱室１０の円筒部の外周面には、ガス供給口としてのガスインレット２２が設けられている。ガスインレット２２は、浸炭性ガス（例えばアセチレンガス、エチレンガス、プロパンガス、ブタンガスやこれらのガスが混合されたガス）、不活性ガス（例えば窒素ガス、アルゴンガス）、酸化性ガス（例えば空気、酸素、二酸化炭素）などのガスを加熱室１０内に供給する。

【0023】

ガスインレット２２は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って複数設けられており、各々のガスインレット２２は、互いに間隔をおいて配置されている。なお、図２では加熱室１０に隠れて図示されていないが、加熱室１０の円筒部の外周面には、図２に示されたガスインレット２２と対向する位置にも、同様のガスインレットが設けられている。すなわち、対向して配置された一対のガスインレット２２は加熱室１０を間に挟むように設けられており、加熱室１０に供給されるガスは、加熱室１０の側方の２方向から供給される。

【0024】

各々のガスインレット２２には、それぞれガス供給管（図示せず）が接続されている。それらの複数のガス供給管のうち、例えば一部のガス供給管は、浸炭性ガスが貯蔵されたボンベ（図示せず）に接続され、他の一部のガス供給管は、不活性ガスが貯蔵されたボンベ（図示せず）に接続され、残りのガス供給管は、酸化性ガスが貯蔵されたボンベ（図示せず）やエアーコンプレッサー（図示せず）に接続されている。

【0025】

ガス供給源としての上記の各ボンベには、それぞれバルブ（図示せず）が設けられている。これらのバルブの開閉量の制御あるいはエアーコンプレッサーの運転状態が制御されることによって、加熱室１０内に供給されるガスの供給量調節あるいはガス種の変更が可能である。

【0026】

本実施形態では、以上で説明したガスインレット２２、ガス供給管（図示せず）、ボンベ（図示せず）、エアーコンプレッサー（図示せず）等によって、加熱室１０内に浸炭性ガス、不活性ガス、酸化性ガス等のガスの供給を行うガス供給機構が構成されている。このガス供給機構によれば、加熱室１０内の雰囲気を、浸炭性ガス雰囲気、不活性ガス雰囲気、酸化性ガス雰囲気、またはそれら各ガスの混合雰囲気に変更することができる。

【0027】

なお、ガスインレット２２は、複数設置されなくてもよい。例えばガス供給機構は、１つのガスインレット２２から、浸炭性ガス、不活性ガスおよび酸化性ガスの各ガスが適宜混合された状態で供給される構成であってもよい。

【0028】

図１に示すように、加熱室１０の底部１０ａには、ワークＷを装入するための装入口２３が形成されている。加熱室１０の下方には、装入口２３から加熱室１０内にワークＷを装入するための昇降機としてのシザーリフター３０が設けられている。

【0029】

このシザーリフター３０の上方には、ワークＷを支持する支持台３１と、支持台３１の下に設けられた断熱材３２と、断熱材３２の下に配置された蓋体３３が設けられている。蓋体３３は、装入口２３を閉塞し、加熱室１０の底壁部として機能する部材であり、装入口２３全体を覆う形状を有している。蓋体３３の下面は、シザーリフター３０の上端部に接続されており、蓋体３３は、シザーリフター３０の昇降動作に連動して昇降するように構成されている。

【0030】

（冷却室）
加熱室１０に隣接して配置される冷却室４０では、ワークＷの冷却が行われる。図１に示す冷却室４０は、油冷式の冷却室であり、冷却室４０は、焼入れ用の油が貯留する油槽４１を備えている。

【0031】

この油槽４１の上方には、ワークＷの搬送空間が存在する。搬送空間には、ワークＷを当該搬送空間と油槽４１との間で昇降させるエレベータラック４２が設けられている。冷却室４０の加熱室１０側（Ｙ方向負側）の側壁には、冷却室４０にワークＷを搬送するための搬送口４３が形成されている。一方、その搬送口４３が形成された側壁とは反対側（Ｙ方向正側）の側壁には、冷却室４０からワークＷを搬出するための搬出口４４が形成されている。また、搬出口４４が形成された側壁の外側には、搬出口４４を閉塞する昇降式の扉４５が設けられている。

【0032】

なお、冷却室４０の冷却方式は、油冷式に限定されず、ガス冷式などの他の冷却方式であってもよい。また、冷却室４０は、加熱室１０に隣接して配置されなくてもよい。例えば加熱室１０から搬出したワークＷが、加熱室１０に対して間隔をおいて配置された冷却室４０に装入される装置構成であってもよい。

【0033】

（制御装置）
上記の真空浸炭炉１は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、真空浸炭炉１で実施される一連の処理を制御する各種のプログラムが格納されている。例えばプログラム格納部には、加熱室１０内にガスを供給するためのガス供給機構の動作や、加熱室１０内の排気を行うための排気機構の動作を制御するプログラム等が格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御装置１００にインストールされたものであってもよい。

【0034】

本実施形態に係る真空浸炭炉１は、以上のように構成されている。なお、本明細書では説明を省略しているが、真空浸炭炉１は、加熱室１０内の温度を測定する温度センサなどの一般的な真空浸炭炉で必要とされる構成も有している。

【0035】

＜真空浸炭処理方法＞
次に、真空浸炭炉１で行われるワークＷの真空浸炭処理方法の一例について説明する。図３は、加熱室１０へのワークＷの装入工程から冷却室４０におけるワークＷの焼入工程までの加熱室１０内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【0036】

以下で説明する真空浸炭処理方法は、制御装置１００により真空浸炭炉１の各動作が制御されることによって自動的に実行されるが、一部の動作については、オペレータによる手動操作によって実行されてもよい。なお、以下の説明で使用する「圧力」は絶対圧である。

【0037】

（装入工程）
装入工程は、真空浸炭炉１の加熱室１０内にワークＷを装入するまでの工程である。
装入工程では、加熱室１０内にワークＷを装入する前の段階（装入口２３が開放される前の段階）では、ガスインレット２２から加熱室１０内に不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給されることによって、加熱室１０内の雰囲気は不活性ガス雰囲気となっている。このとき、加熱室１０内の圧力が例えば１０～１５０ｋＰａ、加熱室内１０内の温度が例えば７５０～１０００℃に保持される。

【0038】

続いて、図４（Ａ）に示すように、蓋体３３が下降し、加熱室１０の底部１０ａに設けられた装入口２３が開放される。そして、図４（Ｂ）に示すように、ローラーコンベア（図示せず）などの搬送手段によって炉外から搬送されたワークＷが支持台３１の上に支持される。

【0039】

その後、制御装置１００からシザーリフター３０に対して上昇を指示する信号が出力され、図５（Ａ）に示すように、蓋体３３が上昇する。これによって加熱室１０の底部１０ａと蓋体３３が密接して装入口２３が閉塞され、加熱室１０内にワークＷが装入される。

【0040】

（昇温工程）
昇温工程は、加熱室１０内の雰囲気を後述する浸炭工程を行う浸炭温度まで加熱する工程である。
昇温工程では、上記の装入工程で加熱室１０内にワークＷが装入された後、まず加熱室１０内の真空排気が行われる。この真空排気によって加熱室１０内の圧力が例えば１．０ｋＰａ以下となった後、真空排気が停止する。次いで、加熱室１０内に不活性ガス（例えば窒素ガス）が供給されると共にヒータ１２と攪拌ファン１３が作動し、加熱室１０内の温度上昇が開始される。

【0041】

その後、加熱室１０内の圧力が、例えば３０～９９ｋＰａに達した後に不活性ガスの供給が停止され、加熱室１０内が所定の浸炭温度となるまで加熱される。昇温工程においては、加熱室１０内が真空雰囲気ではなく、不活性ガス雰囲気であるために、加熱室１０内の温度が上昇し易くなり、昇温時間を短縮できる。昇温工程の目標温度となる浸炭温度は、ワークＷの鋼種や炉内の構造物によって適宜設定される温度であり、真空浸炭処理の場合には、例えば７３０～１２００℃に設定される。

【0042】

（一次均熱工程）
一次均熱工程は、浸炭温度まで加熱されたワークＷの均熱を行う工程である。
一次均熱工程では、上記の昇温工程で加熱室１０内の温度が所定の浸炭温度まで昇温した後、加熱室１０内の圧力が例えば１．０ｋＰａとなるまで真空排気が行われる。この真空排気中にワークＷの均熱が行われる。

【0043】

なお、一次均熱工程は実施されなくてもよい。一次均熱工程が実施されない場合、前述した昇温工程の途中から真空排気が開始される。ただし、一次均熱工程が実施されずに昇温工程の途中から真空排気が開始される場合、加熱室１０内が真空雰囲気となった後は対流熱伝達が生じない。そのような対流熱伝達が生じない環境下では、昇温工程においてワークＷの温度ばらつきが生じ易くなる。このため、ワークＷの温度ばらつきを抑制し、浸炭品質を高めるためには、不活性ガス雰囲気下でワークＷを十分に加熱した後に、一次均熱工程を行うことが好ましい。

【0044】

（浸炭工程）
浸炭工程は、加熱室１０内に供給された浸炭性ガスの存在下で熱処理を行い、浸炭性ガスの熱分解反応させることでワークＷの表面に炭素を固溶させる工程である。
浸炭工程では、上記の一次均熱工程で加熱室１０内が真空雰囲気となった後、真空排気を継続しながら加熱室１０内に浸炭性ガス（例えばアセチレンガス、エチレンガス、プロパンガス、ブタンガスやこれらのガスが混合されたガス）が供給される。また、加熱室１０内の排気量が調節されることで、加熱室１０内の圧力は例えば１０ｋＰａ以下で維持される。浸炭工程の加熱室１０内の圧力は、例えば、１．０ｋＰａを超えるように維持してもよい。

【0045】

加熱室１０内のワークＷは、そのような浸炭雰囲気の下で所定の浸炭時間が経過するまで浸炭が行われ、その後、浸炭性ガスの供給が停止する。なお、「所定の浸炭時間」とは、ワークＷの鋼種や要求される浸炭品質の水準等に応じて適宜設定される時間である。

【0046】

浸炭性ガスの供給停止後、加熱室１０内の圧力が例えば１．０ｋＰａ以下となるまで真空排気が行われ、その後、真空排気が停止する。

【0047】

上記の真空排気は実施されなくてもよいが、後述の拡散工程において、加熱室１０内に残留する浸炭性ガスがワークＷの内部に炭素を拡散させる拡散処理に影響を及ぼさないようにするために真空排気を行うことが好ましい。特に、浸炭工程で使用される浸炭性ガスと、後述の拡散工程で使用される炭化水素ガスが異なる種類のガスである場合には、加熱室１０内に残留するガスがワークＷの拡散処理に影響を及ぼす可能性があるため、真空排気を行うことが好ましい。

【0048】

なお、浸炭性ガスの供給停止後に真空排気が実施されない場合、浸炭工程とは、加熱室１０内への浸炭性ガスの供給を開始してから「所定の浸炭時間」が経過するまでの工程のことを指す。

【0049】

浸炭工程の終了時におけるワークＷの表面炭素濃度は、後述する拡散工程の終了時のワークＷの表面炭素濃度よりも高い。浸炭条件は、ワークＷの用途に応じて所望の表面炭素濃度が得られるように適宜設定されるが、浸炭工程では、例えば共析組成が得られるように表面炭素濃度が０．８％以上となるように浸炭処理を行うことが好ましい。また、表面炭素濃度が６．６７％以下や３％以下となるように浸炭処理を行ってもよい。

【0050】

（拡散工程）
拡散工程は、ワークＷの内部（部品表面より内側）に炭素を拡散させる工程である。炭素がワークＷの内部に拡散したか否かは、拡散工程前後のワーク表面の炭素濃度を測定し、拡散工程を行うことでワーク表面の炭素濃度が、拡散工程を行わないワーク表面の炭素濃度と比較して低くなっていることを確認することで判断できる。
拡散工程は、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスの供給が開始されてから、所定の拡散処理時間が経過するまでの工程である。以下、拡散工程の詳細について説明する。

【0051】

まず拡散工程では、加熱室１０内の温度が例えば７３０～１２００℃に保持される。なお、加熱室１０内の温度は、ワークＷの鋼種や加熱室１０の構造に応じて適宜変更されるものである。

【0052】

・第１工程
次に、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスが供給される。このとき、加熱室１０内の排気は停止した状態にあるため、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスが供給されることによって加熱室１０内の圧力は上昇する。

【0053】

本明細書では、拡散工程において、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給し、加熱室１０内の圧力が０．１～１００ｋＰａ以下で処理を行う工程のことを拡散工程の「第１工程」と定義する。

【0054】

加熱室１０内の圧力を０．１～１００ｋＰａ以下とすることで、加熱室１０内で炭化水素ガスと酸化性ガスを含む雰囲気の対流が生じ易くなる。これによって第２工程にて行われる拡散処理において、ワーク表面における炭素の拡散効果が高まる。

【0055】

第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力は、好ましくは１．０ｋＰａ以上、より好ましくは１０ｋＰａ以上、さらに好ましくは２０ｋＰａ以上である。また、第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力は、好ましくは８０ｋＰａ以下、より好ましくは５０ｋＰａ以下である。

【0056】

加熱室１０内に供給される炭化水素ガスと酸化性ガスは、各々のガスが混合された状態で加熱室１０内に供給されてもよいし、各々のガスが個別に加熱室１０内に供給されてもよい。また、炭化水素ガスと酸化性ガスが加熱室１０内に供給されるタイミングは同時でなくてもよい。すなわち、拡散工程の第１工程においては、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスの混合雰囲気が形成されるように、各々のガスが供給されていればよい。

【0057】

炭化水素ガスの種類は、特に限定されないが、例えばガスの反応速度が過度に速くならないことによって表面炭素濃度を制御しやすいメタンガス、メタノールガス、プロパンガス、ブタンガス等を用いることが好ましい。なお、ここで例示した炭化水素ガスにおける１molの化合物中に含まれる炭素のmol数は、メタン（ＣＨ₄）が１mol、メタノール（ＣＨ₄Ｏ）が１mol、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）が３mol、ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）が４molである。このため、ガス使用量を節約した拡散処理を行うためには、化合物１molあたりの炭素のmol数が多いプロパンガスまたはブタンガスを炭化水素ガスとして用いることが好ましい。

【0058】

拡散工程において炭化水素ガスを供給することで、ワークの表面の炭素が内部に拡散し、同一ロット内で処理される複数個のワークの表面炭素濃度のバラつきを低減することができる。さらに炭化水素ガスが熱分解反応することによりワーク表面の炭素濃度が所望の炭素濃度より低くなることを抑制できる。また、酸化性ガスによってワーク表面が酸化する粒界酸化の発生を抑制できる。

【0059】

炭化水素ガスと共に加熱室１０内に供給される酸化性ガスは、酸素原子を含むガスであり、例えば空気、酸素ガス、二酸化炭素ガス等のガスが使用される。拡散工程において酸化性ガスを供給することで、ワーク内部への炭素拡散を促進することができる。なお、酸化性ガスとして供給されるガスは、ボンベ等の容器に貯蔵されたガスであることが好ましい。

【0060】

また、加熱室１０内で進む炭化水素ガスと酸化性ガスの化学反応の観点から炭化水素ガスの使用量を節約するためには、酸化性ガスとして二酸化炭素ガスを用いることが好ましい。

【0061】

第１工程における炭化水素ガスと酸化性ガスの供給量は、ワークＷの表面積（複数のワークＷが存在する場合には全てのワークＷの合計表面積）に応じて適宜変更されるが、下記の式（１）で算出される累積供給量比が１～２０となるように各々のガスが供給されることが好ましい。累積供給量比を１以上とすることで、炭化水素ガスの熱分解反応をより迅速に行うことができる。また、累積供給量比を２０以下にすることで、ワーク表面が酸化する粒界酸化が過剰に生じることを抑制できる。

【0062】

累積供給量比＝加熱室１０内に供給された酸化性ガスの累積供給量（Ｌ）／加熱室１０内に供給された炭化水素ガスの累積供給量（Ｌ）・・・（１）

【0063】

なお、「累積供給量」は、加熱室１０内に供給されるガスの体積流量（Ｌ／ｍｉｎ）×そのガスの供給時間（ｍｉｎ）で算出される。

【0064】

第１工程の処理時間は、加熱室１０の容積や、ワークＷの鋼種、要求される浸炭品質の水準等に応じて適宜変更されるが、例えば１０分以上１８０分以下であることが好ましい。第１工程の処理時間の短縮を図るためには、第１工程の処理時間は１２０分以下、６０分以下または３０分以下にすることが好ましい。

【0065】

・第２工程
第１工程において加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスを供給した後、制御装置１００からの制御信号に基づき炭化水素ガスと酸化性ガスの供給が停止する制御が行われる。

【0066】

このとき、加熱室１０内の排気を停止させる制御が第１工程から継続して行われているため、上記のように炭化水素ガスと酸化性ガスの供給が停止することにより、加熱室１０内では、ガスの供給と排気の両方が停止した状態となる。これにより、それまでに加熱室１０内に供給されていた炭化水素ガスと酸化性ガスが加熱室１０内に封じ込められた状態となる。このような炭化水素ガスと酸化性ガスの混合雰囲気下でワークＷの内部に炭素を拡散させる拡散処理が行われる。

【0067】

後述の実施例で示すように、炭化水素ガスと酸化性ガスを加熱室１０内に封じ込めた状態で複数個のワークに対して拡散処理を行うと、各ワークの表面炭素濃度の差が小さくなり、表面炭素濃度のバラつきを低減することができる。例えば後述する複数個のワークの表面炭素濃度のバラつきＲを０．２以下にすることができる。好ましくはワークの表面炭素濃度のバラつきＲを０．１５以下にできる。このような効果が得られる理由としては、加熱室１０内が排気されないことによって炭化水素ガスの熱分解反応が十分に進むためであると推察される。

【0068】

このとき第２工程の終了時における加熱室１０内の圧力は、第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力よりも低い圧力となる。本明細書においては、第２工程の終了時における加熱室１０内の圧力が第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力より低下する条件下で拡散処理を行う工程を拡散工程の「第２工程」と定義する。

【0069】

なお、「第２工程の終了時における加熱室内の圧力」とは、第２工程を開始してから所定の時間が経過した時の圧力である。ここで言及する「所定の時間」は、加熱室１０の容積や、ワークＷの鋼種、要求される浸炭品質の水準等に応じて適宜変更される。

【0070】

従前の拡散工程においては、加熱室１０内へのプロパンガスと二酸化炭素ガスの供給と排気が継続されることによって、ガスインレット２２から排気管１９に形成されるガス流路の近傍にある特定のワークに対してのみ供給される状態となる。その状態で拡散処理を行うと、ガス流路の近傍に位置するワークと、ガス流路の近傍に位置していないワークとで拡散処理の進行速度に差が生じ、ワークごとの表面炭素濃度にバラつきが生じ易かった。

【0071】

一方、本実施形態に係る拡散工程の第２工程においては、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と排気を停止した状態が保持される。その結果、相対的に表面炭素濃度が低いワークＷにおいても炭素の拡散が促進される。

【0072】

さらに、加熱室１０内の排気が停止していることによって、加熱室１０内の全体に炭化水素ガスと酸化性ガスを行き渡らせることが可能となる。これによって、複数個のワークＷの配置位置に関わらず、各々のワークに対して炭化水素ガスと酸化性ガスを供給することができる。すなわち、従前の方法では拡散処理が起こり難い箇所に配置されていたワークにおいても、拡散処理が起き易い状態となり炭素の拡散が促進される。

【0073】

以上のように本実施形態に係る拡散工程の第２工程によれば、相対的に表面炭素濃度が低いワークにおいても炭素の拡散が促進されるため、複数個のワークを同時に浸炭処理した際の表面炭素濃度のバラつきを低減することができる。

【0074】

なお、第２工程において、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と排気のそれぞれを停止した状態の保持時間は、炭化水素ガスの種類や酸化性ガスの種類、加熱室１０の容積、加熱室内温度、ワークＷの表面積や鋼種、要求される浸炭品質の水準等に応じて適宜変更されるが、例えば２０分以上であることが好ましい。より好ましくは、２５分以上、さらに好ましくは３０分以上である。また、生産工程時間の短縮の観点からは、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と排気のそれぞれを停止した状態の保持時間は、１８０分以下であることが好ましく、より好ましくは１５０分以下である。

【0075】

また、第２工程において、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と排気のそれぞれを停止している間は、加熱室１０内の圧力が漸減する。このため、拡散工程が終了するまでの間、低圧雰囲気下での拡散処理を行う状態を維持するためには、加熱室１０内の圧力を大気圧未満の圧力、例えば９９ｋＰａ以下（より好ましくは５０ｋＰａ以下）で保持することが好ましい。一方、加熱室１０内の圧力の好ましい下限値は、前述の式（１）の下限値と加熱室１０の容積等に応じて変わる。加熱室１０内の圧力は、好ましくは１．０ｋＰａ以上、より好ましくは１０ｋＰａ以上、さらに好ましくは２０ｋＰａ以上である。

【0076】

また、拡散工程においては、炭化水素ガスと酸化性ガスに加えて、不活性ガス（例えば窒素ガス又はアルゴンガス等）を供給してもよい。この場合、不活性ガスの供給は、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給を停止するタイミングと同様のタイミングで停止される。

【0077】

また、不活性ガスの供給量は、炭化水素ガス、酸化性ガス及び不活性ガスの供給を停止した時の加熱室１０内の圧力が９９ｋＰａ以下となる供給量に設定されることが好ましい。なお、不活性ガスを供給する場合には、前述の式（１）の累積供給量比を算出する際に不活性ガスの供給量を考慮する必要がある。

【0078】

以上で説明した加熱室１０内に供給され得る各ガスは、加熱室１０内に連続的に供給されてもよいし、間欠的に供給されてもよい。同様に、加熱室１０内の排気は、連続的に実施されてもよいし、間欠的に実施されてもよい。

【0079】

（二次均熱工程）
二次均熱工程では、上記の拡散工程が終了した後、加熱室１０内の圧力が所定の圧力以下（例えば１００ｋＰａ以下）となるまで真空排気が行われる。そして、この状態が一定時間保持され、ワークＷの均熱が行われる。

【0080】

（搬送工程）
搬送工程では、上記の二次均熱工程が終了した後、図５（Ｂ）に示すように、加熱室１０の側壁に設置された扉１５が開かれる。その後、加熱室１０から冷却室４０にワークＷが搬送され、扉１５が閉じられる。

【0081】

（焼入工程）
焼入工程では、冷却室４０に搬送されたワークＷが油槽４１内に浸漬され、焼入れ処理が行われる。その後、油槽４１からワークＷが引き上げられ、ワークＷが冷却室４０から搬出される。

【0082】

以上の一連の工程を経ることによって、１ロット分のワークＷの真空浸炭処理が完了する。そして、次ロットのワークＷが加熱室１０に装入される際には、前述した装入工程が再度実施される。

【0083】

以上、本実施形態に係る真空浸炭処理方法について説明した。この真空浸炭処理方法の拡散工程は、炭化水素ガスと酸化性ガスを加熱室１０に供給して加熱室１０内の圧力が０．１～１００ｋＰａ以下で処理を行う第１工程と、第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力が漸減する条件下で拡散処理を行う第２工程を有する。

【0084】

その第２工程において、炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と加熱室内の排気をいずれも停止させることによって、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスの混合雰囲気を封じ込めた状態とすることができる。

【0085】

そして、加熱室１０内に炭化水素ガスと酸化性ガスの混合雰囲気を封じ込めた状態とすることで、炭化水素ガスと酸化性ガスが加熱室１０内の全体に行き渡る。これによって、同一ロット内で浸炭処理される複数個のワークにおいて、各ワークの表面炭素濃度のバラつきを低減させることが可能となる。

【0086】

なお、本実施形態に係る拡散工程の第２工程では、加熱室１０の排気を停止していたが、排気を完全に停止させずに微量の排気をしてもよい。排気量が微量である場合には、加熱室１０内に供給された炭化水素ガスと酸化性ガスが加熱室１０内に実質的に滞留するため、前述した加熱室１０内への炭化水素ガスと酸化性ガスの封じ込めの効果を得ることができる。第２工程で許容される排気量は、単位時間あたりの排気量が加熱室１０の容積の１／１００以下となる量であり、例えば２Ｌ／ｍｉｎ以下である。

【0087】

また、上記実施形態に係る第２工程においては、加熱室１０内の圧力が漸減する条件下で拡散処理が実施されているが、加熱室１０内の圧力が段階的に低下する条件下で拡散処理が実施されてもよい。

【0088】

例えば、第２工程において加熱室１０内への炭化水素ガスと酸化性ガスの供給と排気を停止している場合、加熱室１０内の圧力は漸減するが、排気を停止した状態で上記のガスを供給すれば加熱室１０内の圧力を一定に保持できる。そして、排気を停止した状態で加熱室１０内へのガスの供給と停止を繰り返すことで加熱室１０内の圧力が段階的に低下し、第１工程の終了時における加熱室１０内の圧力が第２工程の終了時における加熱室１０内の圧力よりも低下する。

【0089】

そのような条件下で拡散処理を行う場合も、前述した加熱室１０内への炭化水素ガスと酸化性ガスの混合雰囲気の封じ込め効果を得ることが可能である。ただし、第２工程において加熱室１０内の圧力を段階的に低下させる場合、加熱室１０内の圧力を一定に保持する制御が容易ではないため、加熱室１０内の圧力が漸減する条件下で第２工程を行うことが好ましい。

【0090】

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0091】

例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。

【実施例0092】

鋼種ＳＣＲ４２０からなる丸棒試験片（φ１８ｍｍ×全長４０ｍｍ）をワークとして１３個準備し、１３個のワークに対して同時に真空浸炭処理を行う真空浸炭処理試験を実施した。なお、ワーク１３個の合計表面積は約３６０ｃｍ²である。

【0093】

図６は、試験に用いた治具に対する各ワークの配置位置を示した模式図であり、図６（Ａ）は、治具を斜め上から見たときのワークの位置を示し、図６（Ｂ）は、治具を上方から見たときのワークの位置を示している。なお、治具は、縦７６０ｍｍ、横６１０ｍｍ、高さ２００ｍｍの直方体形状である。

【0094】

ワークの配置位置について詳細に説明する。まず、直方体の頂点の位置Ｐ１～Ｐ８にそれぞれ１つずつワークが配置され、また、直方体の重心の位置Ｐ９にもワークが１つ配置されている。さらに、位置Ｐ４と位置Ｐ９とを結ぶ直線の中間の位置Ｐ１０、位置Ｐ８と位置Ｐ９とを結ぶ直線の中間の位置Ｐ１１、位置Ｐ１と位置Ｐ９とを結ぶ直線の中間の位置Ｐ１２、位置Ｐ５と位置Ｐ９とを結ぶ直線の中間の位置Ｐ１３にそれぞれ１つずつワークが配置されている。

【0095】

上述したようにワークが配置された治具を真空浸炭炉に装入し、以下の条件で真空浸炭処理を施した。なお、真空浸炭炉の構成は、図１および図２を参照しながら説明した前述の実施形態の真空浸炭炉１と同様の構成である。

【0096】

＜実施例１＞
まず実施例１の処理条件について説明する。図７は、実施例１の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。

【0097】

（装入工程）
加熱室内の温度を８５０℃、加熱室内の圧力を１００ｋＰａに調節し、その加熱室内に各ワークが配置された上記の治具を装入する。

【0098】

（昇温工程）
加熱室に治具を装入した後、５分以内に加熱室内の圧力が０．５ｋＰａとなるように加熱室の真空排気を行う。真空排気の完了後、加熱室への窒素ガスの供給を開始し、加熱室内の圧力が９０ｋＰａに達した後に窒素ガスの供給を停止する。その後、加熱室内の温度を浸炭温度である９３０℃まで６０分かけて昇温させる。

【0099】

（一次均熱工程）
加熱室内の温度を９３０℃に保持し、加熱室内の圧力が０．１ｋＰａとなるまで１０分間、真空排気を行う。

【0100】

（浸炭工程）
加熱室内を真空雰囲気とした後、真空排気を継続しながら加熱室内にアセチレンガスを１６Ｌ／ｍｉｎの供給量で供給する。そして、排気量を調節して加熱室の圧力が２ｋＰａ以下となる状態を保持し、３８分間浸炭処理を行う。その後、アセチレンガスの供給を停止し、加熱室内の真空排気を行う。

【0101】

（拡散工程）
・第１工程
加熱室内の真空排気を停止し、加熱室内にプロパンガスを８Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスを１６Ｌ／ｍｉｎの供給量で１５分間供給し、加熱室内の圧力を３０ｋＰａまで上昇させる。また、下記の式（１）で算出される炭化水素ガスと酸化性ガスの累積供給量比は２であった。
累積供給量比＝加熱室内に供給された酸化性ガスの累積供給量（Ｌ）／加熱室内に供給された炭化水素ガスの累積供給量（Ｌ）・・・（１）
・第２工程
その後、プロパンガスと二酸化炭素ガスの供給を停止し、この状態を３７分間保持する。なお、ガスの供給を停止した時点の加熱室内の圧力は３０ｋＰａであったが、第２工程の終了時点の加熱室内の圧力は２５ｋＰａであった。また、加熱室内に供給するガスの供給量と全てのワークの合計表面積との比は、３×１０^-5［ｍ³／ｃｍ²］であった。

【0102】

（二次均熱工程）
加熱室内の温度を９３０℃で保持した状態で、加熱室内の圧力が１００Ｐａとなるまで真空排気を行い、その状態を５分間保持する。

【0103】

（焼入工程）
均熱処理されたワークが載せられた治具を湯温１３０℃の油槽内に１０分間浸漬する。その後、治具を油槽から引き上げて真空浸炭炉から搬出する。

【0104】

以上の工程を経て、実施例１における真空浸炭処理が完了する。次に、実施例２～４および比較例１～２の処理条件について説明する。実施例２～４および比較例１～２の処理条件は、拡散工程の条件のみが実施例１と相違しているため、以下の説明では、実施例１に対する相違点のみを説明する。また、各例における拡散工程の条件を比較し易いように下記表１に拡散工程の条件を示す。

【0105】

【表1】

【0106】

＜実施例２＞
実施例２の処理条件は、拡散工程の第１工程におけるプロパンガスの供給量を４．８Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスの供給量を１９．２Ｌ／ｍｉｎとしたことを除いて、実施例１と同様の条件である。なお、ガスの供給を停止した時点の加熱室内の圧力は３０ｋＰａであったが、拡散工程の第２工程の終了時における加熱室内の圧力は２７ｋＰａであった。

【0107】

＜実施例３＞
実施例３の処理条件は、拡散工程の第２工程におけるプロパンガスと二酸化炭素ガスの供給、及び、加熱室内の排気をいずれも停止した状態の保持時間を６０分間としたことを除いて、実施例１と同様の条件である。

【0108】

＜実施例４＞
実施例４の処理条件は、拡散工程の第２工程におけるプロパンガスと二酸化炭素ガスの供給、及び、加熱室内の排気をいずれも停止した状態の保持時間を１２０分間としたことを除いて、実施例１と同様の条件である。

【0109】

＜比較例１＞
図８は、比較例１の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。比較例１の拡散工程においては、加熱室内の排気を停止せず、加熱室内にプロパンガスを８Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスを１６Ｌ／ｍｉｎの供給量で５２分間供給した。

【0110】

また、プロパンガスと二酸化炭素ガスの供給を開始して加熱室内の圧力が１．０ｋＰａに達した後は、拡散工程が終了するまでの間、１．０ｋＰａの圧力が維持されるように排気量を調節した。その他の処理条件については、実施例１と同様の条件である。

【0111】

＜比較例２＞
図９は、比較例２の浸炭処理試験における加熱室内の圧力履歴および温度履歴を示す図である。比較例２の拡散工程においては、加熱室内の排気を停止せず、加熱室内にプロパンガスを８Ｌ／ｍｉｎ、二酸化炭素ガスを１６Ｌ／ｍｉｎの供給量で５２分間供給した。

【0112】

また、プロパンガスと二酸化炭素ガスの供給を開始して加熱室内の圧力が３０ｋＰａに達した後は、拡散工程が終了するまで３０ｋＰａの圧力が維持されるように排気量を調節した。その他の処理条件については、実施例１と同様の条件である。

【0113】

以上の条件で真空浸炭処理された実施例１～４及び比較例１～２の各ワークに対して表面炭素濃度の測定を行い、各々の例における１３個のワークの表面炭素濃度のバラつきを求めた。

【0114】

（表面炭素濃度のバラつきＲの算出方法）
まず図１０に示すように、ワークの全長の中央の位置（２０ｍｍの位置）において、ワークの軸方向に対して垂直な方向にワークを切断する。次に、表面炭素濃度測定装置として日本電子株式会社製の電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用い、ワークの切断面の外縁から２０μｍの位置で表面炭素濃度を測定する。表面炭素濃度測定条件は、電子ビーム径が１０μｍ、ビームスキャン幅が８０μｍである。

【0115】

次に、検出された炭素の特性Ｘ線強度と、別途標準試料を用いて作成した検量線から表面炭素濃度を算出する。そして、この表面炭素濃度の測定を１つの治具に配置された１３個のワークに対してそれぞれ行い、測定された表面炭素濃度の最大値と最小値の差を算出する。ここで算出された値を１３個のワークにおける表面炭素濃度のバラつきＲとする。

【0116】

本浸炭処理試験では、上述した表面炭素濃度のバラつきＲの計算を実施例１～４および比較例１～２でそれぞれ行い、上記の表１に示すように各例における表面炭素濃度のバラつきＲを算出した。

【0117】

表１に示すように、拡散工程でガスの供給と排気をそれぞれ停止してプロパンガスと二酸化炭素ガスを加熱室内に封じ込めた実施例１～４においては、ガスの供給と排気をいずれも停止していない比較例１～２に対して表面炭素濃度のバラつきＲが低減した。

【0118】

また、実施例１～４、比較例１～２の拡散工程前と拡散工程後のワーク表面の炭素濃度を測定し、拡散工程を行うことでワーク表面の炭素濃度が、拡散工程を行わないワーク表面の炭素濃度と比較して低下していたため、ワーク内部（部品表面より内側）に炭素が拡散したことも確認できた。

【0119】

すなわち、本発明に係る真空浸炭処理方法によれば、浸炭後に炭化水素ガスと酸化性ガスを用いた拡散処理を行う真空浸炭処理において、同一ロット内で処理される複数個のワーク同士の表面炭素濃度のバラつきを低減させた状態で各ワークの内部に炭素を拡散させることができる。

【0120】

以上、本発明に係る真空浸炭処理方法について説明した。なお、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

【産業上の利用可能性】

【0121】

本発明は、ワークの真空浸炭処理に適用することができる。

【符号の説明】

【0122】

１ 真空浸炭炉
１０ 加熱室
１０ａ 加熱室の底部
１１ 断熱材
１２ ヒータ
１３ 攪拌ファン
１４ 搬送口
１５ 扉
１６ プッシャー
１７ 開口部
１８ ハウジング
１９ 排気管
２０ 真空ポンプ
２１ 圧力計
２２ ガスインレット
２３ 装入口
３０ シザーリフター
３１ 支持台
３２ 断熱材
３３ 蓋体
４０ 冷却室
４１ 油槽
４２ エレベータラック
４３ 搬送口
４４ 搬出口
４５ 扉
１００ 制御装置
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】