JPH0151541B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面含浸の分野に関し、特に、金属
部品の熱処理および表面含浸を行うための装置に
関する。

本発明は、炉内にばらばらに装入された部品た
とえばセルフタツピンねじおよび他の取付硬質製
品の硬化に利用することが出来る。本発明は、ガ
ス窒化、浸炭、浸炭窒化および他の表面含浸技術
を用いて、摩擦を受けやすい器具および機械部品
の硬化に利用することが出来る。磁気回路の構成
部品の熱磁気処理は、本発明の他の有望な応用分
野であり、したがつて、本発明は機械工学および
器具製造において広く利用することが出来る。

熱処理および表面含浸は普通電気竪型炉で行わ
れる。ライニングを有する本体、熱風ヒーター、
邪魔板、送風機および支持体に固定された装入用
バスケツトを含んでなる、ばらばらに装入された
部品を熱処理および表面含浸するための電気炉は
知られている（ソ連邦発明者証第501090号）。支
持体には、支持体を垂直軸を中心として一定間隔
で180゜回転させる駆動装置が設けられ、そしてバ
スケツトには、内部気密邪魔板が垂直に設置して
設けられる。

この電気炉は次のように運転される。送風機お
よび熱風ヒーターを作動させる前に、開口カバー
プレートからバスケツト一杯分の仕込部品が支持
体上に置かれる。送風機および熱風ヒーターを作
動させる時点までにカバープレートは閉じなけれ
ばならないことは明らかである。送風機によりヒ
ーターに流通せしめられるガスにより装入品は加
熱される。仕込品を含有する装入用バスケツトは
垂直軸を中心として一定間隔で180゜回転する。

この公知の電気炉はバツチ式に運転されるので
処理能力が低い。処理時間の大半は、補助作業た
とえば装入、取出し、加熱および冷却により占め
られる。回転駆動装置の存在により炉の気密性が
損われる。さらに、この公知の電気炉では、熱処
理および表面含浸温度で直接無酸化焼入れを行う
ことが出来ない。

テーパー用内張り本体、ヒーター、カバープレ
ートを有するマツフルおよび本体とマツフルの間
に磁極片がマツフルに対面するように設けられた
電磁石からなる電気炉も知られている（ソ連邦発
明者証第111793号、1957年）。電磁石はマツフル
のテーパー状側に配置される。

被処理部品は、装入入口から、マツフルに進入
しているスクリユーフイーダーまたはシユートに
よりマツフルに装入され、電磁石により生じる磁
界によりマツフル内で固定して保持される。部品
の加熱により金属の磁性が劣化し始めたら、摩擦
力により電磁石が部品を傾斜した側壁に固定して
保持するようにさせる。金属が磁性をすべて失つ
たら、部品は重力により傾斜面を滑り落ちて焼入
れタンクに入る。

この公知電気炉では、電磁石の軸によりつくら
れる角度は、処理室の側壁が傾いている角度によ
つてのみ定まる。この後者の角度は、一定の重量
および形状の部品を一定の位置に保持することを
目的として採用されており、他の物理的要因たと
えば必要な対称磁界を与えるための条件、気相と
固体間界面における化学反応の進行に対する影
響、および熱処理から生じる多形および同素変態
は無視されている。磁界の発生装置は、処理帯域
に磁束を集中させることが出来ない。

さらに、内張本体、加熱要素、取外し可能なカ
バープレートおよび送風機を有するマツフル、磁
界を発生させる装置および部品を装入および取出
すための装置からなる部品の窒化用竪型炉が知ら
れている（ソ連邦発明者証第558967号、1975年）。
磁界は、X20H80タイプ電線をフレームに巻き付
けたソレノイドにより発生せしめられる。ソレノ
イドは、マツフルの内側にその側面および底部か
ら最小限の隙間をおいて取付けられる。本体内に
設けられた端子により、電力がソレノイドに与え
られる。

運転に際して、マツフルに部品が装入され、カ
バープレートでシールされ、そしてアンモニアが
循環せしめられる。加熱要素およびソレノイドは
別々に電圧が印加され、したがつて、互いに独立
して作動する。交流を使用する場合、部品バツチ
の反磁性効果により、適用される磁界強度が低下
する。

前記構成の電気炉では、磁気回路の制御が問題
であり、磁界発生器の効率が低い。20％Crおよ
び80％Niからなる合金線を巻き付けた前記設計
のソレノイドは、磁界発生器としてよりはむしろ
追加の加熱要素として機能し、ソレノイドに加え
られる電力は実際にほとんどすべてが磁界エネル
ギーの代りに熱に変換される。そのような磁界発
生器に固有の低効率は、発生する磁束が著しく散
逸することに起因する。これはまた、マツフルの
処理帯域で磁界パラメータの不安定性を惹起する
要因でもある。均一な磁界を発生させるには、ソ
レノイド直径対ソレノイド長さの比を１対10にし
なければならないが、この要件は炉のマツフル寸
法と両立しない。

したがつて、何＋Ａ／ｍに達する磁界強度を発
生させなければならない時でさえ、この公知の電
気炉の電力必要量は大きく、ましてや、磁界強度
が何＋KA／ｍに達する場合については云うまで
もないことは明らかである。しかしながら、この
磁界強度でも、温度をある一定値に維持するとい
う正確度に対するソレノイドと加熱要素の相互悪
影響は除去されず、このため、前述した難点と相
俟つて、処理条件および硬化層の品質を効果的に
制御してある目的を達成することが妨げられる。

この公知電気炉のバツチ式運転では、部品の装
入・取出しに多量の時間が消費されるので処理能
力が著しく低くなる。また、これらの作業をうま
く処理するには特殊の装置および機構が必要であ
り、バツチを均一に加熱しかつ含浸媒体を均一に
循環させることは困難である。磁界の作用効果は
限られており、窒化処理速度に対する効果が限界
である。ソレノイドは高温および含浸媒体にさら
されるので、その寿命は短い。高温条件下で電力
入口の絶縁および気密性に関する厳しい条件が完
全に満たされない限り、この装置は全体として信
頼性がなく、また安全操業が不可能である。ま
た、この電気炉では、窒化温度で直接無酸化焼入
れを行うことが出来ない。

本発明の主目的は、構造部材を導入して互いに
関して配置し、処理過程で磁界発生装置に対する
温度および含浸媒体の影響および加熱要素と磁気
系との間の相互作用効果を除去することにより
（これは、磁気系により発生する所要強度の磁界
の存在および処理中処理帯域にわたる部品の変位
ならびに部品取出し装置と部品装入装置の一致し
た機能により実際に可能である）、高められた速
度で連続的に作動し、磁界制御および処理部品の
改良された品質の確保が可能な、金属部品の熱処
理および表面含浸用装置を提供することである。

この目的は、加熱要素、断熱材、および磁界発
生装置、部品の装入・取出し装置および含浸媒体
の供給装置と共に、本体内に設けられたマツフル
に装入された金属部品の熱処理および表面含浸用
装置であつて、磁界発生装置が、マツフルの高さ
全体を囲むハウジング内に対にして集められた複
数の電磁石の形態（閉磁系）であり、そして、マ
ツフルはその下部に配置された遮断具を備えかつ
その下部の下に配置された取出し用装置と連通し
ていることを特徴とする前記装置により達成され
る。

閉磁系（closed magnetic system）は、マツ
フルを取り巻くハウジング内に対として導入され
た電磁石により形成され、加熱要素は、マツフル
の内側に配置された二本線巻きとして設けられ、
すべての対の対向電磁石の軸線は同一線上にあり
かつハウジング内で隣接して配列される対をなす
電磁石の軸線とは互いに直角で交差するようにさ
れるのが有利である。

また、被処理金属部品を取出す装置は、把持具
およびその作動装置を取付けた案内として設けら
れるのが有利である。

前記構造部材を熱処理および表面含浸用装置に
導入しかつそれら部材を装置内で相対的に配置す
ることにより、閉磁系が形成され、冷却および熱
絶縁体が用意され、電磁石の独立作動が確保さ
れ、したがつて、40KA／ｍまでの制御可能な強
度を有する磁界が発生せしめられる。さらに、磁
気系は、含浸媒体の侵食作用にさらされない。ハ
ウジングに収容された連続的に電圧印加される電
磁石により、処理中における金属部品の運搬、金
属部品の混合および処理表面の酸化を防ぐ条件下
で処理金属部品を焼入れタンクに供給することが
可能になる。加熱要素がマツフル内に含まれると
いう事実により、金属部品の加熱速度は増加し、
周囲に散逸される熱量が減少する。加熱要素の二
本線巻きにより、マツフルの処理帯域で電磁石に
より発生する磁界のゆがみが防止される。

本発明による金属部品の熱処理および表面含浸
用装置により、処理後部品の物理的および機械的
性質が改良され、表面含浸工程は処理速度が1.5
〜２倍増大する。

本発明の好ましい実施態様を添付図面により説
明する。

第１図を参照するに、金属部品の熱処理および
表面含浸用装置は、本体１からなり、本体１内に
はマツフル２が設けられている。マツフル２は、
非磁性鋼からつくられ、かつ部品装入装置のホツ
パー３と部品取出し装置の焼入れタンク４とに気
密に連通している。セラミツクマンドレル６に取
付けられた中空石英円筒体５のまわりに二本線を
螺旋状に巻き付けた加熱要素７がマツフル２内に
設けられる。石英円筒体５の下端は閉じられ、上
端はホツパー３のシール８を貫通してホツパーの
外側に延び、そして冷却された電力供給装置９に
入り込んでいる。装置９にはシール１０が設けら
れている。マツフル２は断熱材１１により包囲さ
れ、断熱材１１の外側には、反磁性スペーサ１３
により互いに分離された磁気回路１２を有する電
磁石が設けられる。磁極片１５を有する鉄心１４
にコイル１６を取付けたものが、磁気回路１２と
断熱材１１の間に配置される。

焼入れタンク４は、仕切り１７により２つの隔
室に分離されている。マツフル２に連通している
一つの隔室は、連接棒１９を有する電磁石１８を
収容し、連接棒１９は、スプリング２１により所
定の位置に保持された遮断具２０に取付けられて
いる。焼入れタンク４のもう一つの隔室には案内
２２が設けられ、油圧シリンダ２４により動かさ
れる電磁把持具（グリツパー）２３が案内２２に
沿つて移動する。焼入れタンク４の各隔室には、
２５および２６で示される有孔仕切りが設けられ
ている。焼入れタンク４と電磁把持具２３との間
に、有孔底板を有する高架補集タンク２７が設け
られ、処理部品がタンク２７に入れられる。電気
モータ２９により駆動される油圧ポンプ２８は、
吸引ラインにより焼入れタンク４に、そして送出
しラインにより油圧シリンダ２４に連結されてい
る。ホツパー３にガス入口３０が設けられ、そし
てオイルシール３２を介して大気と連通するガス
出口３１が焼入れタンク４に設けられている。ま
た、ホツパー３には、気密カバープレート３３お
よび断熱材３４が設けられている。

本発明に係る金属部品の熱処理および表面含浸
用装置の断面図である第２図を参照するに、同一
の磁気回路１２に取付けられた対向コイル１６は
同じラインに配置され、一方、隣接した対をなす
コイル１６は互いに直角で交差している。

金属部品の熱処理および表面含浸用装置は、次
のように作動する。焼入れタンク４には急冷剤が
入つており、そのレベルは急冷剤の水頭（mm）で
表わすマツフル２内の含浸媒体の水頭の1.5〜２
倍だけ仕切り１７の下端よりも高い。ホツパー３
に部品が装入され、カバープレート３３により密
封される。含浸媒体として使用されるガスが入口
３０に導入され、ガスは、ホツパー３、マツフル
２および焼入れタンク４から空気を追い出し、オ
イルシール３２および出口３１を通つて大気中へ
去る。気密装置９を貫通してヒータ７に電力が与
えられる。マツフル２に入れられた部品は、遮断
具２０によりマツフル内に停止状態で保持され
る。マツフル２内の温度が450〜500℃になるやい
なや、電磁石のコイル１６に直流が流され、マツ
フル２内に一定の磁界が生じる。磁極片１５間の
磁気回路は、マツフル２に含まれる部品により完
成され、部品は磁束によつて電磁石すべての磁界
に固定せしめられる。加熱要素の輻射エネルギー
と伝熱の複合効果により、部品の加熱時間が短縮
され、装置の電力必要量が1/2〜1/4に低下する。

所定深さの硬化層を形成するのに必要な時間
後、電磁石１８に電圧を印加すると、連結棒１９
により遮断具２０が引張られ、スプリング２１が
圧縮されてマツフル２からの出口が開かれる。同
時に、下部側電磁石のコイル１６への電圧印加を
止め、その結果多数の部品がマツフル２から出て
仕切り２５に落下し、そこから急冷剤中に落ち込
み、焼入れタンク４の底部に蓄積する。遮断具２
０は元の位置に戻り、下部側電磁石のコイル１６
に電圧を印加し、一方、同時に、隣接するより高
い位置の電磁石のコイル１６への電圧印加が止め
られる。

隣接する電磁石のコイル１６の軸線は互いに直
角に交差しているので、下方に変位する部品のい
くつかは同時に90゜回転する。さらに上方に配置
された隣接電磁石のコイル１６に同じようにつぎ
つぎに電圧印加を止めそして電圧を印加し、その
結果ホツパー３に含まれる部品は徐々に焼入れタ
ンク４へ下向へ動く。スイツチ作動毎に、部品は
90゜回転し、その結果、部品はあらゆる側から均
一に含浸媒体の作用を受ける。

焼入れタンク４の底部に蓄積する部品は、油圧
シリンダ２４の作用により案内２２上を移動する
電磁把持具２３によつてタンク２７内へ運び込ま
れる。炉の能力を最大限に利用するためには、シ
フト中に処理出来る量（数）を越える部品をホツ
パー３に装入してはならない。

前述したように作動する装置の加熱要素の電力
必要量は、1/2または1/3に低減される。同時に、
加熱速度は２〜４倍増大し、したがつて、装置能
力が増大する。肌焼き直後を非酸化性雰囲気とす
る焼入れにより、処理表面の耐久性および耐食性
が改良され、同時に優れた仕上りが得られる。高
炭素および中炭素含量の普通炭素鋼を窒化する
と、硬度が２または３倍増大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金属部品の熱処理および
表面含浸用装置の断面正面図であり、第２図は第
１図の線−での断面図である。 １……本体、２……マツフル、７……加熱要
素、１１……断熱材、２２……処理部品を取出す
装置の案内、２３……処理部品を取出す装置の把
持具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱要素７、断熱材１１、磁界発生装置、金
   属部品の装入および取出し用装置および該金属部
   品内への含浸媒体の供給装置と共に本体１内に収
   容されたマツフル２に装入された金属部品を熱処
   理および表面含浸するための装置において、前記
   磁界発生装置が、前記マツフル２の高さ全体を囲
   むハウジング内に対にして集められた複数の電磁
   石の形態であり、そして、前記マツフル２はその
   下部に配置された遮断具２０を備えかつその下部
   の下に配置された前記取出し装置と連通している
   ことを特徴とする金属部品の熱処理および表面含
   浸用装置。 ２ 前記各対の対向電磁石の軸線が同一線上にあ
   り、前記ハウジング内で隣接している対の電磁石
   の軸線は相互に直角で交差しており、そして、前
   記加熱要素７が前記マツフル２の内側に配置され
   た二本線巻きとして設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 被処理金属部品の前記取出し用装置が、把持
   具２３およびそれを作動させる装置を設けた案内
   ２２として設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。