JPH06172960A

JPH06172960A - 真空浸炭方法

Info

Publication number: JPH06172960A
Application number: JP33068892A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Muraoka; 智機村岡; Akihiko Yuushi; 明彦勇士
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】真空浸炭炉内における煤の発生・付着を簡単な
方法で極力減少させることが可能な真空浸炭方法を提供
する。【構成】被浸炭材Ｗの浸炭期に、炭化水素系ガスと空気
とを一定の範囲内の比率で混合した浸炭性ガスを、真空
加熱炉１１の加熱室２に導入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空浸炭方法に係り、
特に、真空浸炭における真空浸炭炉内での煤の発生及び
付着を防止する真空浸炭方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空浸炭における真空浸炭炉内で
の煤の発生及び付着を防止する真空浸炭方法及び真空浸
炭炉として、例えば、特開昭５２−４７５３１号公報、
特公昭５４−３１９７６号公報、特公昭６２−４４６４
号公報等、種々の従来例が紹介されている。

【０００３】前記特開昭５２−４７５３１号公報に紹介
されている従来例は、浸炭性ガスを真空浸炭炉内に導入
し、被浸炭材を浸炭した後、炭素を拡散させる拡散工程
で浸炭性ガスである炭化水素系ガスを窒素ガスで希釈す
ることにより、真空浸炭炉内での浸炭ガスの過剰な分解
を制御するなどの効果を得ながら浸炭を行うものであ
る。

【０００４】また、前記特公昭５４−３１９７６号公報
に紹介されている真空浸炭方法は、真空浸炭炉に被浸炭
材を装入して真空浸炭する際、当該被浸炭材の浸炭期
に、前記真空浸炭炉内に炭化水素系ガスと窒素ガスとを
一定の割合で混合した浸炭性ガスを導入して、一定減圧
下で炭素を浸透拡散させるものである。そしてまた、前
記特公昭６２−４４６４号公報に開示されている従来例
は、真空浸炭炉の加熱室内に被浸炭材を収容し、減圧下
で浸炭処理する際、前記加熱室内に浸炭性ガスを供給す
る一方、真空浸炭炉の内壁と加熱室の外壁とにより形成
される空間部に窒素ガスを供給すると共に、前記浸炭性
ガスの導入及び窒素ガスの供給量を、浸炭期の時間の経
過に伴って段階的に減少させることで、真空浸炭炉内の
煤の発生を減少させるものである。

【０００５】そしてまた、特公昭６３−２５０６６号公
報に紹介されている浸炭方法及び浸炭炉（炉室内で反応
する混合ガスの炭素レベルの制御方法及び装置）は、浸
炭炉に被浸炭材を装入して浸炭する際、当該浸炭炉内に
存在する混合ガスにおける炭素レベルを連続的に測定し
制御しながら、被浸炭材に炭素を浸透拡散させるもので
ある。

【０００６】この方法は、炭化水素を含む燃料（浸炭性
ガス）を浸炭炉内に導入した後に生じる混合ガスの反応
生成物が、水─ガス平衡状態になく、また、メタン─ガ
ス平衡状態になく、且つ、前記混合ガスが過剰なメタン
を含有しているものにおいて、前記浸炭炉内に存在する
混合ガス中に含有する一酸化炭素（ＣＯ）成分の割合を
測定（第１の測定量）し、メタンの分解に対し触媒作用
しない電極を備えた酸素（Ｏ₂）イオン伝導固体電解質
の電圧を測定（第２の測定量）し、前記浸炭炉内温度を
測定（第３の測定量）し、前記第１の測定量、第２の測
定量及び第３の測定量から炭素レベルの制御量を求め、
当該炭素レベルを求める計算機へ前記３つの測定量を送
信し、これらに基づいて前記浸炭炉内に導入する燃料ま
たは空気の流量を、測定された炭素レベルがその目標値
と一致するまで変化させるために、前記浸炭炉内に燃料
と空気のみを供給することで、前記炭素レベルの自動制
御を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭５２−４７５３１号公報、特公昭５４−３１９７６
号公報、特公昭６２−４４６４号公報に紹介されている
従来例では、浸炭性ガスとして用いた炭化水素系ガスの
熱分解反応で発生する煤を化学的な原理により除去する
という考慮がなされていなかった。

【０００８】そのため、前記従来例では、浸炭性ガスが
真空浸炭炉内で昇温される過程において、浸炭性ガスで
ある炭化水素系ガスが次のような熱分解反応を起こす。Ｃ₃Ｈ₈→ＣＨ₄＋２Ｈ₂＋２Ｃ_S Ｃ₄Ｈ₁₀→ＣＨ₄＋３Ｈ₂＋３Ｃ_S 但し、Ｃ_SのＳは、Ｓｏｌｉｄを示す。

【０００９】この反応の結果発生したＣ_S（煤で代表さ
れる固体炭素）により大量の煤が発生するという問題が
生じていた。ここで、真空浸炭炉内の空間中及び炉壁等
に付着して発生する煤は、活性炭素と異なり、被浸炭材
の表面には吸収されない固体グラファイトであり、浸炭
反応においては活性を有しない。

【００１０】そして、前記煤の付着は、真空浸炭炉の構
造を傷める原因となっていた。また、前記煤は、浸炭工
程で使用するトレイやバスケット等にも付着し、焼入れ
油槽内や作業場の搬送経路で剥離・脱落して周辺を著し
く汚染し、作業環境や作業性を極めて悪化させるという
問題があった。さらに、前記浸炭性ガスが真空浸炭炉内
で昇温する前に、被浸炭材に直接接触すると、その接触
表面部においてグラファイト膜を生成するため、浸炭反
応を阻害して浸炭ムラを生じさせる原因となるという問
題があった。

【００１１】そして、前記浸炭反応中に発生する煤は、
炭化水素系ガスとして、一般的に用いられているプロパ
ン（Ｃ₃Ｈ₈）を使用した時に、特に著しく発生するこ
とが知られており、浸炭反応中における煤の発生を抑制
することをさらに困難としていた。そしてまた、特に、
前記特公昭６３−２５０６６号公報に紹介されている浸
炭方法及び浸炭炉（炉室内で反応する混合ガスの炭素レ
ベルの制御方法及び装置）は、炭素レベルを制御する目
的で、前記浸炭炉内に導入する燃料（浸炭性ガス）また
は空気の流量を制御しているが、これには、３つの測定
量が必要であるため、制御装置として複雑な回路が要求
されると共に、制御が困難であり、設備費及び手間がか
かるという問題があった。

【００１２】本発明は、このような問題を解決すること
を課題とするものであり、真空浸炭炉内における煤の発
生・付着を簡単な方法で極力減少させることが可能な真
空浸炭方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、減圧下の加熱雰囲気内に浸炭性ガスを導
入して、被浸炭材に浸炭処理を行う真空浸炭方法におい
て、前記被浸炭材の浸炭期に、炭化水素系ガスと空気と
を一定の範囲内の比率で混合した浸炭性ガスを導入する
ことを特徴とする真空浸炭方法を提供するものである。

【００１４】

【作用】本発明に係る真空浸炭方法は、被浸炭材の浸炭
期に、炭化水素系ガスと空気とを一定の範囲内の比率で
混合した浸炭性ガスを導入して浸炭を行うため、従来の
浸炭方法において煤として発生（析出）していた炭素
（Ｃ_S）を、空気中の酸素と反応させて、一酸化炭素
（ＣＯ）ガスとして変成することができる。

【００１５】即ち、例えば、前記炭化水素系ガスとし
て、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）或いは、ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）
を使用した場合、Ｃ₃Ｈ₈＋３Ｏ₂→ＣＨ₄＋２Ｈ₂＋６ＣＯＣ₄Ｈ₁₀＋９／２Ｏ₂→ＣＨ₄＋３Ｈ₂＋９ＣＯのように、前記炭素（Ｃ_S）が発生（析出）する代わり
に、一酸化炭素（ＣＯ）ガスが発生する。従って、固体
としての煤（Ｃ_S）の発生を著しく減少することができ
る。

【００１６】この反応は、従来から行われている浸炭工
程において、浸炭性ガスとして広く一般的に使用されて
いる炭化水素系ガスであるプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）やブタ
ン（Ｃ₄Ｈ₁₀）を使用した際に限らず、他の炭化水素系
ガスを使用した際にも同様の効果が得られる。前記被浸
炭材に最適な表面を硬さを付与する表面炭素量は、浸炭
温度、及び、炭化水素系ガスに対する空気の比の組合せ
により定めることができる。ここで、前記浸炭温度とし
て、最も最適な温度（例えば、９３０〜９８０℃程度）
を選択して、被浸炭材に浸炭を行う際に当該被浸炭材に
適切な表面硬さを与えるためには、当該被浸炭材の表面
炭素量を、約０．７重量％以上程度にすることが望まし
いとされている。しかしながら、前記浸炭工程の後に拡
散工程を行う場合には、前記被浸炭材の表面にある炭素
が内部に拡散していく濃度が低下するため、実際には、
前記浸炭工程における被浸炭材の表面炭素量を約０．８
重量％以上とする必要がある。そして、この最適な表面
浸炭量を満足することができるように、前記炭化水素系
ガスに対する空気比を決定することが望ましい。

【００１７】即ち、例えば、前記炭化水素系ガスとして
プロパンを使用した場合、当該炭化水素系ガスに対する
空気の混合比率は、炭化水素系ガス（プロパン）：空気＝１：３〜１：５の範囲内とすることが特に好適である。前記炭化水素系
ガス（プロパン）に対する空気比が５を越えると、浸炭
温度として最適な温度（例えば、９３０〜９８０℃程
度）を選択して被浸炭材に浸炭を行う際に、被浸炭材に
最適な表面硬さを付与することができる表面炭素量（例
えば、約０．８重量％以上）を得ることができず、良好
な浸炭を行うことができない。

【００１８】一方、空気は、浸炭反応に無効な煤
（Ｃ_S）を空気中の酸素と反応させて、ＣＯとし、当該
煤が発生することを抑制するために使用される。この
時、例えば、炭化水素系ガスとしてプロパンを使用した
場合、前記炭化水素系ガスに対する空気比を３未満であ
ると、前記煤の発生量に対して、当該煤と反応する酸素
量が不足し、煤の発生を十分に抑制することができな
い。従って、前記炭化水素系ガス（プロパン）に対する
空気比を３以上とすることが望ましい。

【００１９】これより、炭化水素系ガスとしてプロパン
を使用した場合、前記炭化水素系ガスと空気との混合比
率は、炭化水素系ガス（プロパン）：空気＝１：３〜１：５の範囲内とすることが特に好適である。そして、前記被
浸炭材の浸炭期における前記炭化水素系ガスと空気との
混合比率は、真空浸炭炉内に存在する混合ガス（浸炭性
ガス）の成分を測定し、これに基づいて、当該真空浸炭
炉内に供給する炭化水素系ガスの流量及び空気の流量を
制御することにより、被浸炭材の浸炭期に常に最適な値
となるようにコントロールすることが好適である。

【００２０】また、前記炭化水素系ガスと空気との混合
比率は、炭化水素系ガスとしてプロパンを使用した場合
は、前記混合比率となるが、ブタン等、他の炭化水素系
ガスを使用した場合は、前記混合比率は、使用する炭化
水素系ガスの成分により常に最適な値となるように設定
すればよい。

【００２１】

【実施例】次に、本発明に係る一実施例について、図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施例で行う真
空浸炭方法において使用する真空浸炭炉の断面図、図２
は、図１に示す真空浸炭炉のＡ−Ａ断面図、図３は、図
１に示す真空浸炭炉の原料ガス供給系統及び炉内雰囲気
をモニタリングする分析系統を示す図である。

【００２２】図１ないし図３に示す真空浸炭炉１は、加
熱室２を有する真空加熱炉１１と、焼入れ油が収容され
ている焼入れ槽３を有するベスチブル４とを、中間扉５
を介して連設した構造を有している。前記真空加熱炉１
１には、雰囲気ガス（浸炭性ガス）を加熱室２に充填す
る充填用ボンベ３０及び、加熱室２内の雰囲気ガスの成
分を調整する調整用ボンベ３１より、炭化水素系ガス
（本実施例では、プロパン）と空気を供給する雰囲気ガ
ス供給管９が設置されている。

【００２３】また、前記真空加熱炉１１には、加熱室２
内に存在する雰囲気ガス中に含有されている酸素の分圧
を測定する酸素分圧計４０が、サンプルガス吸引管５２
を介して接続されている。なお、本実施例では、前記酸
素分圧計４０として、固体電解質型酸素分圧計を使用し
た。そして、前記真空加熱炉１１には、加熱室２内に存
在する雰囲気ガス中に含有されている一酸化炭素の分圧
を測定する一酸化炭素分圧計４１、及び前記雰囲気ガス
中に含有されている二酸化炭素の分圧を測定する二酸化
炭素分圧計４２が、サンプルガス吸引管５３を介して接
続されている。そして、前記サンプルガス吸引管５３に
は、サンプルガスの流量を調整する流量調整バルブ６４
が設置されている。そして、この流量調整バルブ６４の
開閉により、雰囲気ガスのサンプリング量を調節してい
る。なお、本実施例では、一酸化炭素分圧計４１及び二
酸化炭素分圧計４２として、赤外線分析計を使用した。

【００２４】さらに、前記真空加熱炉１１には、前記一
酸化炭素分圧計４１及び二酸化炭素分圧計４２で各々の
分圧測定が行われた後の雰囲気ガスを、再び加熱室２内
に戻すサンプルガス供給管５４が、サンプルガス吸引ポ
ンプ４３を介して接続されている。そして前記サンプル
ガス吸引管５４には、サンプルガスの流量を調整する流
量調整バルブ６５が設置されている。そして、この流量
調整バルブ６５の開閉により、前記雰囲気ガスの返還量
（供給量）を調節している。

【００２５】そしてまた、前記真空加熱炉１１には、加
熱室２内のガスを外部に排気する排気孔５１が開口さ
れ、ここに、加熱室２内の圧力を調整するための排気用
真空ポンプ６２が、排気ガスの流量を調整する流量調整
バルブ６１を介して接続されている。そして、この流量
調整バルブ６１の開閉により、前記排気ガスの排気量を
調節している。

【００２６】さらにまた、前記真空加熱炉１１には、加
熱室２内のガスを外部に排気する排気管５５が接続され
ている。そして、この排気管５５には、排気ガスの流量
を調整する流量調整バルブ６５が設置され、当該流量調
整バルブ６５の開閉により、前記ガスの排気量を調節し
ている。前記加熱室２は、炉殻内に空間部を介して設け
られており、その内部には、加熱室２内を最適な温度に
加熱するヒータ６、加熱室２内の雰囲気ガスを循環する
循環ファン７及び被浸炭材Ｗを載置する上下可動炉床８
が設けられている。そして、前記上下可動炉床８の下部
には、当該上下可動炉床８の上下運動を制御する上下可
動炉床エレベータ１５Ｂが設けられている。

【００２７】前記雰囲気ガス供給管９に接続されている
充填用ボンベ３０は、空気が収容されている空気ボンベ
３０Ａ及びプロパンが収容されているプロパンボンベ３
０Ｂにより構成されている。この充填用ボンベ３０は、
前記被浸炭材Ｗの浸炭を行うために必要な雰囲気ガス
を、加熱室２内に供給するために設置されている。そし
て、前記空気ボンベ３０Ａは、空気の流量を調整する電
磁バルブ３２を介して雰囲気ガス供給管９に接続されて
いる。また、前記プロパンボンベ３０Ｂは、プロパンの
流量を調整する電磁バルブ３３を介して雰囲気ガス供給
管９に接続されている。

【００２８】前記雰囲気ガス供給管９に接続されている
調整用ボンベ３１は、空気が収容されている空気ボンベ
３１Ａ及びプロパンが収容されているプロパンボンベ３
１Ｂにより構成されている。この調整用ボンベ３１は、
後に詳細するが、前記被浸炭材Ｗの浸炭期に、加熱室２
内のプロパンと空気との混合比率を調整するために設置
されている。そして、前記空気ボンベ３１Ａは、空気の
流量を調整する電磁バルブ３４を介して雰囲気ガス供給
管９に接続されている。また、前記プロパンボンベ３１
Ｂは、プロパンの流量を調整する電磁バルブ３５を介し
て雰囲気ガス供給管９に接続されている。

【００２９】前記酸素分圧計４０には、当該酸素分圧計
４０で得られた酸素の分圧（雰囲気ガスに対する酸素の
割合）に基づいて、前記調整用ボンベ３１から加熱室２
内へのプロパンまたは空気の供給量を決定し、この供給
量に基づいて前記電磁バルブ３４及び電磁バルブ３５の
開閉状態を自動的に制御する流量制御装置４４が接続さ
れている。

【００３０】同様に、前記一酸化炭素分圧計４１、及び
前記二酸化炭素４２も前記流量制御装置４４が接続され
ており、いずれも酸素分圧計４０の場合と同様、各々の
分圧に基づいて、プロパンまたは空気の供給量を制御で
きるようになっている。そして、どれを使用するかは、
適宜選択すればよい。前記ベスチブル４内には、当該ベ
スチブル４と加熱室２との間で、被浸炭材Ｗを移動させ
る際に、当該被浸炭材Ｗを目的位置まで搬送する被浸炭
材搬送装置１３が設置されている。また、前記ベスチブ
ル４内には、当該ベスチブル４内に収容された浸炭後の
被浸炭材Ｗを冷却する冷却用ファン１４が設置されてい
る。さらに、前記ベスチブル４内には、被浸炭材Ｗを焼
入れする際に、当該被浸炭材Ｗを焼入れ槽３内から出し
入れする焼入れエレベータ１５Ａが設置されている。そ
して、前記ベスチブル４には、被浸炭材Ｗを装入抽出す
る装入抽出扉１６が設けられている。

【００３１】次に、本実施例に係る真空浸炭方法の具体
的実施例について、図面を参照して説明する。図４は、
本実施例に係る真空浸炭工程を示す図である。この真空
浸炭工程の流れに沿って説明する。なお、本実施例で
は、容積が４０００リットルである加熱室２を使用し
た。（昇温・均熱工程）先ず、加熱室２内の上下可動炉床８
の所定位置に、被浸炭材Ｗを載置する。本実施例では、
被浸炭材Ｗとして、ＳＣＲ４２０Ｈ（形状は、Φ５０×
１０；円板形状）を使用した。

【００３２】次に、排気用真空ポンプ６２を作動して、
加熱室２内の圧力を大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から５Ｔ
ｏｒｒ以下となるまで減圧する。前記被浸炭材Ｗを９３
０〜９８０℃程度まで昇温し、被浸炭材Ｗの表面と芯部
及び各部位が均一の温度となるように所定時間保持す
る。この時、循環ファン７を作動させて、被浸炭材Ｗへ
の熱伝導を高める。なお、前記排気用真空ポンプ６２
は、加熱室２内が所定の圧力になった時点で停止する。

【００３３】また、浸炭を大気圧で行う場合は、加熱室
２内が７６０Ｔｏｒｒに達した後、排気用真空ポンプ６
２を停止させ、流量調整バルブ６５を開いて、加熱室２
内の雰囲気ガスを自然に放出させればよい。（浸炭工程）次に、電磁バルブ３２及び３３を開き、充
填用ボンベ３０から当該加熱室２内に、当該加熱室２内
の圧力が、７３０Ｔｏｒｒとなるまで空気とプロパンを
供給する。

【００３４】次に、前記加熱室２内の圧力が７３０Ｔｏ
ｒｒに達したら、前記電磁バルブ３２及び３３を閉じ、
浸炭を開始する。なお、浸炭温度は、高い方が浸炭時間
を短縮することができるが、高くしすぎると、被浸炭材
Ｗの結晶核が粗大化し、最適な強度を得ることができな
くなる。また、浸炭温度が低すぎると浸炭時間がかかり
過ぎて生産性が低下する。従って、本実施例では、浸炭
温度を９３０〜９８０℃の範囲に設定して行った。

【００３５】被浸炭材Ｗの浸炭期には、加熱室２内の雰
囲気ガスをサンプルガス吸引管５２からサンプリング
し、酸素分圧計４０にて、雰囲気ガス中に含有する酸素
の分圧（これに基づきプロパンに対する空気の混合比率
を知る）を測定する。この作業により得られたデータに
基づき、前記プロパンに対する空気の混合比率が、常にプロパン：空気＝１：３〜１：５となるように、電磁バルブ３４及び３５の調整を行う。

【００３６】即ち、空気比が、５を越えた場合は、電磁
バルブ３４を閉じ、電磁バルブ３５を開放して、プロパ
ンの供給量を増加し、空気比が、３未満となった場合
は、電磁バルブ３４を開き、電磁バルブ３５を閉じて、
空気の供給量を調整する。また、前記と同様に、被浸炭
材Ｗの浸炭期には、調整バルブ６４及び６５を開けて加
熱室２内の雰囲気ガスをサンプルガス吸引管５３からサ
ンプリングし、一酸化炭素分圧計４１及び二酸化炭素分
圧計４２にて、雰囲気ガス中に含有する一酸化炭素量及
び二酸化炭素量を測定する。そして、この作業により得
られたデータに基づき電磁バルブ３４の開閉状態を制御
して、加熱室２内に常に最適な量のプロパンガスが存在
するように調整する。前記一酸化炭素分圧計４１及び二
酸化炭素分圧計４２での調査が終了した雰囲気ガスは、
サンプルガス供給管５４を介して、再び加熱室２内に戻
される。ここで、この雰囲気ガスの循環は、サンプルガ
ス吸引ポンプ４３を作動して行う。

【００３７】このように、加熱室２内のプロパンと空気
との混合比率が最適な値となるように調整して浸炭を行
うことで、被浸炭材Ｗの浸炭期には、加熱室２内で、Ｃ₃Ｈ₈＋３Ｏ₂→ＣＨ₄＋２Ｈ₂＋６ＣＯのような反応が起こる。このため、真空加熱炉１１内に
煤（Ｃ_S）が発生・付着することを防止することができ
る。このようにして、被浸炭材Ｗを所定時間浸炭する。

【００３８】なお、浸炭中の加熱室２内の圧力は、高い
方が浸炭を促進するのに有効であることから、７００〜
７６０Ｔｏｒｒの範囲となるように調整した。（拡散工程）次に、前記電磁バルブ３４及び３５を閉
じ、加熱室２内へのプロパン及び空気の供給を停止す
る。その後、排気用真空ポンプ６２を作動させ、加熱室
２内の圧力が５Ｔｏｒｒ以下となるまで減圧する。この
工程により被浸炭材Ｗの表面に浸炭した炭素を芯部に向
けて拡散することができる。（焼入れ工程）次に、加熱室２内とベスチブル４内との
圧力を無酸化、等圧状態としする。その後、中間扉５を
開放し、被浸炭材搬送装置１３により、前記浸炭及び拡
散工程が終了した被浸炭材Ｗを加熱室２からベスチブル
４に移動する。次に、中間扉５を閉じ、焼入れエレベー
タ１５Ａを下降させて被浸炭材Ｗを焼入れ槽３内に浸漬
し、焼入れ槽３内に収容されている焼入れ油にて被浸炭
材Ｗに焼入れを行う。焼入れが終了したら、前記焼入れ
エレベータ１５Ａを上昇させ、装入抽出扉１６を開いて
被浸炭材Ｗを取り出す。

【００３９】このようにして、真空浸炭炉１内に煤を発
生させることを防止した状態で、被浸炭材Ｗの浸炭を行
った。次に、前記実施例に基づいて、被浸炭材Ｗの最適
浸炭条件（被浸炭材Ｗに最適な表面硬さを付与すること
ができ、且つ、煤の発生を十分に防止できる条件）を求
めるため、表１に示す条件で被浸炭材Ｗの浸炭を空炉状
態で行った。

【００４０】なお、表１では、工程上、不可避的に必要
な時間を省略し、拡散時間は、加熱室２内を排気して焼
入れするまでにかかる時間を以て表現した。

【００４１】

【表１】

【００４２】次に、表１に示す浸炭条件で浸炭を行った
被浸炭材Ｗの表面浸炭量（重量％）と、プロパンと空気
との混合割合（空気比；空気供給量／プロパン供給量）
との関係を、浸炭温度毎に調査した。この結果を図５に
示す。なお、被浸炭材Ｗの表面浸炭量（重量％）は、発
光分光分析器にて分析した値の平均値を以て表現した。

【００４３】図５より、本発明における被浸炭材Ｗの表
面浸炭量は、浸炭温度と空気比との組合せにより決定す
ることが確認された。また、図５において、被浸炭品Ｗ
に最適な表面硬さを与えることができる表面炭素量（約
０．７重量％、拡散工程を行う場合は、約０．８重量
％）を満足するためには、空気比が５以下であることが
確認された。

【００４４】一方、図５において、煤の発生を防止する
ために有効な空気比は、３以上であることが確認され
た。これより、炭化水素系ガスとして、プロパンを使用
した場合、プロパンと空気との混合比率は、プロパン：空気＝１：３〜１：５の範囲内とすることが好適であることが確認された。

【００４５】なお、この混合比率の関係は、炭化水素系
ガスとして、プロパンを使用した場合に最適な値であっ
て、例えば、ブタン等、他の組成を有する炭化水素系ガ
スを用いた場合には、使用した炭化水素系ガスの組成に
より、前記混合比率は、適宜決定すればよい。次に、表
１に示す条件の一部に関して、被浸炭材Ｗの浸炭期にお
ける加熱室２内の雰囲気ガスの組成分析を行った。この
結果を図６に示す。

【００４６】図６より、浸炭温度と空気比とを決定すれ
ば、前記加熱室２内の雰囲気ガスの組成を定めることが
でき、被浸炭材Ｗの表面炭素量を決定することができる
ことが確認された。なお、前記表１に示す条件の浸炭処
理では、空炉状態で行ったが、被浸炭材Ｗを満載した場
合は、雰囲気ガスの原料供給が少な過ぎれば、浸炭反応
の進行によって、加熱室２内のガスが変化する。また、
雰囲気ガスの原料供給が多過ぎると真空加熱炉１１内に
おける煤の発生を防止することが困難となる。従って、
加熱室２内へのプロパン及び空気の供給量は、被処理材
Ｗを満載した際に、加熱室２内で雰囲気ガスの組成に変
化がみられない量に設定した。

【００４７】次に、表２に示す浸炭条件で、被浸炭材Ｗ
を連続的に浸炭した。

【００４８】

【表２】

【００４９】この結果、表２に示す浸炭条件で、真空浸
炭炉１を連続運転行った場合、従来のように、プロパン
のみ（所望により窒素ガスを含む）を供給して浸炭を行
う場合に比べ、トレイやバスケット等への煤の付着が著
しく減少したことが確認された。また、被浸炭材Ｗを５
０個処理した後に、真空浸炭炉１の運転を停止し、真空
加熱炉１１内を確認したが、断熱材や発熱体保護管等へ
の煤の付着が著しく軽減されていたことが確認された。

【００５０】なお、本実施例では、被浸炭材Ｗとして、
ＳＣＲ４２０Ｈを使用いたが、これに限らず、公知の肌
焼鋼を適用しても同様の効果をえることができる。ま
た、本実施例では、被浸炭材Ｗの浸炭温度を９３０〜９
８０℃としたが、これに限らず、浸炭温度は所望により
変更してよい。そして、この時は、浸炭温度に対応し
て、炭化水素系ガスと空気との混合比率を最適に設定す
ればよい。

【００５１】さらに、本実施例では、被浸炭材Ｗの浸炭
期における加熱室２内の圧力を７００〜７６０Ｔｏｒｒ
としたが、これに限らず、加熱室２内の圧力は、所望に
より決定してよい。さらに、本実施例では、酸素分圧計
４０、一酸化炭素分圧計４１、二酸化炭素分圧計４２の
３種類の分圧計を使用しているが、いずれか一つの分圧
計を使用してもよい。あるいは、流量制御装置４４に接
続する分圧計を一つにし、他の少なくとも一つは、モニ
タ用としてのみ使用してもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る真空
浸炭方法は、被浸炭材の浸炭期に、炭化水素系ガスと空
気とを一定の範囲内の比率で混合した浸炭性ガスを導入
して浸炭を行うため、従来の浸炭方法において煤として
発生していた炭素（Ｃ_S）は、空気中の酸素と反応し
て、一酸化炭素（ＣＯ）ガスとして変成されるため、固
体としての煤（Ｃ_S）の発生を著しく減少することがで
きる。この結果、真空浸炭炉に煤が付着することを最低
限に抑えることができるため、真空浸炭炉の構造を傷め
ることがない。また、浸炭工程で使用するトレイやバス
ケット等に煤が付着するの量も極めて軽減できるため、
浸炭処理における作業環境や作業性を良好に保つことが
できる。また、従来煤の発生に起因していた被浸炭材の
浸炭ムラを防止することができる。この結果、簡単な方
法により良好な作業環境も元で品質が向上した被浸炭材
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で行う真空浸炭方法において使
用する真空浸炭炉の断面図である。

【図２】図１に示す真空浸炭炉のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す真空浸炭炉の原料ガス供給系統及び
炉内雰囲気をモニタリングする分析系統を示す図であ
る。

【図４】本発明の本実施例に係る真空浸炭工程を示す図
である。

【図５】本発明に係る実施例で行った浸炭での、被浸炭
材の表面浸炭量（重量％）と、プロパンと空気との混合
割合（空気比；空気供給量／プロパン供給量）との関係
を、浸炭温度毎に記載した図である。

【図６】本発明に係る実施例で行った浸炭での、被浸炭
材Ｗの浸炭期における加熱室内の雰囲気ガスの組成分析
を示す図である。

【符号の説明】

１真空浸炭炉２加熱室３焼入れ槽４ベスチブル９雰囲気ガス供給管１１真空加熱炉３０充填用ボンベ３０Ａ空気ボンベ３０Ｂプロパンボンベ３１調整用ボンベ３１Ａ空気ボンベ３１Ｂプロパンボンベ３２電磁バルブ３３電磁バルブ３４電磁バルブ３５電磁バルブ４０酸素分圧計４１一酸化炭素分圧計４２二酸化炭素分圧計４３サンプルガス吸引ポンプ４４流量制御装置６２排気用真空ポンプＷ被浸炭材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧下の加熱雰囲気内に浸炭性ガスを導
入して、被浸炭材に浸炭処理を行う真空浸炭方法におい
て、前記被浸炭材の浸炭期に、炭化水素系ガスと空気とを一
定の範囲内の比率で混合した浸炭性ガスを導入すること
を特徴とする真空浸炭方法。