专利名称：渗碳处理装置及渗碳处理方法
技术领域：
本发明涉及一种渗碳处理装置及渗碳处理方法。
本申请基于2005年9月21日在日本申请的特愿2005-273726号要求优先权，将其内容在此引入作为参考。
背景技术：
作为使由金属材料制成的被处理物表面层的碳素量增加而仅将表面层淬火硬化的所谓渗碳处理，有固体渗碳法、液体渗碳法、气体渗碳法、真空渗碳法等各种方法的渗碳处理，但其中在对被处理物有光泽性要求等情况下，多采用真空渗碳法。
这样的真空渗碳法是指下述方法在将处理室的内部处理成真空状态之后，向处理室的内部供给稍微减压了的渗碳性气体，在该状态下对被处理物进行加热，由此来使被处理物表面层的碳素量增加。
例如，在专利文献1和专利文献2中，公开了使用上述真空渗碳法对被处理物进行渗碳处理的真空渗碳炉。
专利文献1特开2004-27299号公报专利文献2特开2002-357389号公报但是，在这种真空渗碳炉中，被处理物的渗碳处理程度取决于被处理物的加热温度、加热时间以及温度保持时间等，所以在对被处理物实施希望的渗碳处理时，需要准确进行处理室内部的温度管理。
为此，在现有的真空渗碳炉中，是用热电偶等温度测量机构对处理室内部的温度进行测量，并基于温度测量机构的测量结果，对处理室内部配置的加热器的功率进行控制，使得处理室内部的温度环境达到希望的状态。
但是，在现有的真空渗碳炉中，仅仅测量处理室中一个部位的温度，并基于该测量结果来控制加热器的功率。因此，由于被处理物的形状和处理室内部的被处理物的填充量的离散等，有时处理室内部的被处理物不能均匀升温。
在这种情况下，被处理物的渗碳处理进度存在离散，从而不能对被处理物整体均匀进行渗碳处理。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于对被处理物进行更加均匀的渗碳处理。
为了达到上述目的，在本发明中，作为渗碳处理装置的第1方案，采用下述渗碳处理装置，其通过在内部为减压状态而且是渗碳性气体气氛的处理室中加热被处理物，来进行渗碳处理，具备温度测定机构，测定上述处理室内部的多个区域的温度；温度调整机构，基于上述温度测定机构的测定结果对上述多个区域的温度分别进行调整，以便对上述被处理物均匀地进行渗碳处理。
作为渗碳处理装置的第2方案，在上述第1方案中，上述多个区域至少包括将上述被处理物向上述处理室输入的方向上的前方区域、后方区域、以及位于上述前方区域和上述后方区域之间的中间区域。
作为渗碳处理装置的第3方案，在上述第1或者第2方案中，上述温度调整机构具备配置于上述多个区域的各区域中的加热器、和基于上述温度测定机构的测定结果分别控制该加热器的控制机构。
作为渗碳处理装置的第4方案，在上述第3方案中，上述控制机构利用与上述多个区域的各区域中的上述被处理物的填充质量相对应的PID值，分别控制上述加热器。
作为渗碳处理装置的第5方案，在上述第3或第4方案中，上述加热器在上述各区域中以包围上述被处理物的方式配置。
作为渗碳处理方法的方案，采用下述渗碳处理方法，其通过在内部为减压状态而且是渗碳性气体气氛的处理室中加热被处理物，来进行渗碳处理，测定上述处理室内部的多个区域的温度，基于测定结果对上述多个区域的温度分别进行调整，以便对上述被处理物均匀地进行渗碳处理。
根据本发明的渗碳处理装置及方法，测定处理室内部的多个区域的温度，并基于该测定结果，对多个区域的温度分别进行调整。
因此，能够使各区域的温度均匀上升，可以防止由于被处理物的形状和处理室内部被处理物的填充量离散、而在被处理物的不同部位产生温度差，能缩短整体升温时间。
因此，根据本发明的渗碳处理装置及方法，能够相对于被处理物进行更加均匀的渗碳处理。
图1是表示本发明一实施方式的渗碳处理装置的概略结构的剖视图。
图2是加热器的立体图。
图3是示意性表示隔热室的放大剖视图。
图4是表示温度调整系统的功能构成的框图。
附图标记说明S1渗碳处理装置R1前方区域R2中间区域R3后方区域10(11～16)加热器31隔热室(处理室)71～72热电偶100温度调整系统110测定系统(温度测定机构)120调整系统(温度调整机构)121控制部(控制机构)具体实施方式
下面，参照附图对本发明的渗碳处理装置以及方法的一实施方式进行说明。在下面的附图中，为了将各部件放大到能够识别的大小，而对各部件的比例尺进行了适当变更。
图1是表示本实施方式的渗碳处理装置S1的概略结构的剖视图。如图1所示，本实施方式的渗碳处理装置S1，是具备冷却被处理物W的冷却室20、以及加热被处理物W的加热室30的多室型热处理装置，除此之外，还在冷却室20和加热室30之间具有中间室40。
冷却室20具备在内部循环冷却气体X的热处理炉1、和配置在热处理炉1内部的风炉室2。
另外，在热处理炉1的内部，除了风炉室2之外，还配置有用于冷却冷却气体X的热交换器3和用于使冷却气体X在热处理炉1的内部循环的风扇4。
热处理炉1设定成大致圆筒形，以便即使在热处理炉1的内部压力状态变化了的情况下，也能够耐受该压力，并且，设定成该圆筒形的中心轴水平的姿势。
另外，热处理炉1的单侧端部构成为真空密封门80。该真空密封门80的内侧与风炉室2的拆装自如的侧壁部21连接，通过打开真空密封门80，侧壁部21脱离，从而能够在冷却室20和中间室40之间进行被处理物W的移动。
在热处理炉1的内部，风炉室2的外部空间由分隔板(未图示)分成上下两部分。而且，风炉室2由该分隔板支承。
风炉室2是在其内部对被处理物W进行加热处理以及冷却处理的腔室。在该风炉室2的内部，配置有用于载置被处理物W的载置台22，在该载置台22上设置有多个用于使得被处理物W的输出输入易于进行的自由辊23。另外，该载置台22构成为气体能够沿上下方向通过的结构(例如栅格状)。
风炉室2的上壁部以及下壁部构成为均匀化整流部7(7a、7b)，用于使冷却气体X的流动均匀化并对其进行整流。具体地说，作为该均匀化整流部7，采用的是将切成栅格状的栅格箱和冲孔金属件组合的部件等。
另外，冷却室20的后端部(包括热交换器3和风扇4的端部)构成为能够开闭的门50。并且，在该门50上，风炉室2中与侧壁部21对置且同样能够开闭的侧壁部25，与包括热交换器3和风扇4且能够开闭的门50连接。
因此，通过打开门50，便能够在冷却室20(风炉室2)与装置外部之间进行被处理物W的移动。另外，门50由支承腿51支承，该支承腿51固定在设置于地面的滑动装置52上。通过该滑动装置52的驱动，门50如图所示那样，相对于冷却室20在水平方向上接近或者远离。通过采用这样的滑动装置52，能够容易地进行门50的开闭。另外，作为使得门50的开闭易于进行的机构，不限于滑动装置52，例如也可以采用铰链装置等。
加热室30与冷却室20同样设定成大致圆筒形，如图所示那样，与冷却室20对置配置。另外，在连结于加热室30的输送棒收纳室62的内部，设置有用于在本渗碳处理装置S1的内部输送被处理物W的输送棒61。
在加热室30的内部设置有设定成大致长方形的隔热室31(处理室)。在该隔热室31的一侧(与冷却室20对置的一侧)侧面部上，设置有隔热门32，在另一侧侧面部上设置有作为输送棒61的出入口的输送棒用门33。该输送棒用门33的开闭由升降部41规定，所述升降部41设置成从加热室30的外壁突出。另外，该输送用门33也与隔热门32同样进行了隔热设计。在隔热室31的内部，设置有用于载置被处理物W的载置台34。该载置台34形成为例如框架状，以便均匀加热被处理物W，并且，设置有用于良好地进行被处理物W的移送的自由辊35。另外，设置在隔热室31内部的载置台34和设置在风炉室2内部的载置台22配置在相同高度上。
在隔热室31的内部，设置有多个用于加热被处理物W的加热器10。图2是加热器10的立体图，图3是示意性表示隔热室31的放大剖视图。如这些图所示，本实施方式的加热器10包括共计六根加热器11～16，即，配置在隔热室31的出入口侧区域即前方区域R1(被处理物W的输入方向上的前方区域)中的加热器11、12；配置在隔热室31的中间区域R2(被处理物W的输入方向上的前方区域与后方区域之间的区域)中的加热器13、14；以及配置在隔热室31的里侧区域即后方区域R3(被处理物W的输入方向上的后方区域)中的加热器15、16。并且，如图2所示，各加热器11～16以包围被处理物W的方式配置。
另外，在隔热室31的内部配置有测量前方区域R1的温度的热电偶71、测量中间区域R2的温度的热电偶72、和测量后方区域R3的温度的热电偶73。
图4是表示本实施方式的渗碳处理装置S1的温度调整系统100的功能构成的框图。如该图所示，作为温度调整系统100的构成要素，包括上述加热器11～16以及热电偶71～73。具体地说，温度调整系统100具备测定隔热室31内部的多个区域即区域R1～R3(前方区域R1、中间区域R2以及后方区域R3)的温度的测定系统110、和基于测定系统110的测定结果而分别调整区域R1～R3的温度以便对被处理物W均匀进行渗碳处理的调整系统120。测定系统110具备热电偶71～73、和算出该热电偶71～73的测定结果作为测定值的运算部111。另外，调整系统120具备加热器11～16、和基于规定的PID值以及从测定系统110输入的测定值对该加热器11～16的功率进行调整的控制部121。
在本实施方式的渗碳处理装置S1中，控制部121基于热电偶71的测定结果对配置在前方区域R1中的加热器11、12的功率进行调整，基于热电偶72的测定结果对配置在中间区域R2中的加热器13、14的功率进行调整，基于热电偶73的测定结果对配置在后方区域R3中的加热器15、16的功率进行调整。
即，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，分别测定各区域R1～R3的温度，对应于该分别测定的测定结果而分别调整各区域R1～R3的温度。
具体地说，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，分别调整各区域R1～R2的温度，以便将各区域R1～R3加热至均匀的温度。
另外，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，控制部121能够设定与填充在该区域中的被处理物W的质量对应的PID值。因此，能够基于与填充在各区域R1～R3中的被处理物W的质量相对应的PID值，来调整各区域R1～R3的加热器11～16的功率。
返回到图1，中间室40设定成中空的大致方形，配置在冷却室20和加热室30之间。在其上部，设置有用于使真空密封门80升降的密封门用升降部41和用于使隔热门32升降的隔热门用升降部42。
另外，渗碳处理装置S1具备对加热室30的内部进行减压的减压装置(未图示)、和用于向隔热室31的内部供给渗碳性气体(例如乙炔)的渗碳性气体供给装置(未图示)等。
下面，对这样构成的本发明的渗碳处理装置的动作(渗碳处理方法)进行说明。
首先，在借助滑动装置52而使得门50相对于冷却室20离开的状态下，被处理物W被载置在风炉室2内部的载置台22上。然后，借助滑动装置52而使得门50抵接于冷却室20，从而密闭冷却室20。然后，冷却室20、加热室30以及中间室40通过减压装置(未图示)的驱动而被吸成真空。然后，通过升降部41、真空密封门用升降部41以及隔热门用升降部42的驱动，敞开输送棒用门33、真空密封门80以及隔热门32。
在此，通过输送棒61将被处理物W从风炉室2内部的载置台22移送到隔热室31内部的载置台34上。然后，升降部41和隔热门用升降部42再次进行驱动，关闭输送棒用门33以及隔热门32，在该状态下，被处理物W由加热器10加热。
并且，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，通过温度调整系统100分别测定隔热室31内各区域R1～R3的温度，并基于测定结果分别控制各区域R1～R3的温度，以便对被处理物W均匀地进行渗碳处理。
具体地说，利用构成温度调整系统的一部分的温度测定系统110的热电偶71测定前方区域R1的温度，并基于该测定结果由测定系统110的运算部111算出测定值并输出。并且，利用温度测定系统110的热电偶72测定中间区域R2的温度，并基于该测定结果由测定系统110的运算部111算出测定值并输出。利用温度测定系统110的热电偶73测定后方区域R3的温度，并基于该测定结果由测定系统110的运算部111算出测定值并输出。
即，温度测定系统110测定隔热室31内部的多个区域的温度。
由温度测定系统110测定的测定值被输入到构成温度调整系统100的一部分的调整系统120中。在此，调整系统120的控制部121对应于输入的测定值调整加热器11～16的功率。更加详细地说，控制部121在输入了基于前方区域R1的温度的测定值时调整加热器11、12的功率，在输入了基于中间区域R2的温度的测定值时调整加热器13、14的功率，在输入了基于后方区域R3的温度的测定值时调整加热器15、16的功率。
这样，本实施方式的渗碳处理装置S1由温度调整系统100控制，使得区域R1～R3达到相同温度。然后，在载置在隔热室31内部的被处理物W升温到规定温度之后，利用渗碳性气体供给装置(未图示)对隔热室31的内部供给渗碳性气体。
这里，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，由温度调整系统100进行控制，使得区域R1～R3达到相同温度，所以，被处理物W均匀地升温。从而可以通过向隔热室31内部供给渗碳性气体，对被处理物W实施均匀的渗碳处理。
另外，在本实施方式的渗碳处理装置S1中，控制部121能够设定与该区域中填充的被处理物W的质量相对应的PID值。在预先知道填充在各区域R1～R3中的被处理物W的质量的情况下，可以基于与各区域R1～R3中填充的被处理物W的质量相对应的PID值，即与存在于各区域R1～R3中的被处理物W的吸热容量相对应的PID值，对各区域R1～R3的加热器11～16的功率进行调整。由此，即使在渗碳处理中改变隔热室31的内部温度的情况下，也能以相同速度使各区域R1～R3中存在的被处理物W变化到相同温度，从而能够进行更加均匀的渗碳处理。
在被处理物W的渗碳处理结束后，再次利用减压装置排出加热室30(隔热室31)内的渗碳性气体，进行规定时间的扩散处理，即，使由于渗碳处理产生的粒子扩散。其后，打开输送棒用门33以及隔热门32，利用输送棒61将被处理物W再次移送到风炉室2内部的载置台22上。在将被处理物W移送到风炉室2的载置台22上后，密闭真空密封门80。
然后，借助风扇4使由热交换器3冷却了的冷却气体X循环，该循环的冷却气体X的流动借助均匀化整流部7均匀化，该均匀化了的冷却气体X被吹到被处理物上，从而均匀冷却被处理物W。
在被处理物W被冷却到规定温度后，门50从冷却室20脱离，将被处理物W输出到外部。
根据这种本实施方式的渗碳处理装置及方法，对隔热室31内各区域R1～R3的温度分别进行测定，并基于测定结果分别控制各区域R1～R3的温度，以便均匀地对被处理物W进行渗碳处理。因此，能够使被处理物W整体均匀地升温，即使在使用乙炔等渗碳性高的渗碳性气体的情况下，也能对被处理物W进行更加均匀的渗碳处理。
以上，参照附图对本发明的渗碳处理装置及方法的优选实施方式进行了说明，但本发明当然不限于上述实施方式。在上述实施方式中例示的各构成部件的各种形状以及组合等仅是一个例子，在不脱离本发明宗旨的范围内能够基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，采用了利用冷却气体冷却被处理物W的方式。但是，本发明并不限于此，例如，也可以采用利用冷却油冷却被处理物W的方式。
另外，上述实施方式的渗碳处理装置S1具备加热室30、冷却室20以及它们之间的中间室40。但是，本发明并不限于此，对于具备多个加热室30和对被处理物W进行其他处理的处理室的渗碳处理装置S1也可以应用。
权利要求
1.一种渗碳处理装置，通过在内部为减压状态而且是渗碳性气体气氛的处理室中加热被处理物，来进行渗碳处理，其特征在于，具备温度测定机构，测定前述处理室内部的多个区域的温度；温度调整机构，基于前述温度测定机构的测定结果对前述多个区域的温度分别进行调整，以便对前述被处理物均匀地进行渗碳处理。
2.如权利要求1所述的渗碳处理装置，其特征在于，前述多个区域至少包括将前述被处理物向前述处理室输入的方向上的前方区域、后方区域、以及位于前述前方区域和前述后方区域之间的中间区域。
3.如权利要求1或2所述的渗碳处理装置，其特征在于，前述温度调整机构具备配置于前述多个区域的各区域中的加热器、和基于前述温度测定机构的测定结果分别控制该加热器的控制机构。
4.如权利要求3所述的渗碳处理装置，其特征在于，前述控制机构利用与前述多个区域的各区域中前述被处理物的填充质量相对应的PID值，分别控制前述加热器。
5.如权利要求3所述的渗碳处理装置，其特征在于，前述加热器在前述各区域中以包围前述被处理物的方式配置。
6.如权利要求4所述的渗碳处理装置，其特征在于，前述加热器在前述各区域中以包围前述被处理物的方式配置。
7.一种渗碳处理方法，通过在内部为减压状态而且是渗碳性气体气氛的处理室中加热被处理物，来进行渗碳处理，其特征在于，测定前述处理室内部的多个区域的温度，并基于测定结果对前述多个区域的温度分别进行调整，以便对前述被处理物均匀地进行渗碳处理。
全文摘要
本发明的课题在于对被处理物进行更加均匀的渗碳处理。本发明的渗碳处理装置，通过在内部为减压状态而且是渗碳性气体气氛的处理室(31)中加热被处理物(W)，来进行渗碳处理，具备温度测定机构，测定上述处理室(31)内部的多个区域的温度；温度调整机构，基于上述温度测定机构的测定结果对上述多个区域的温度分别进行调整，以便对上述被处理物(W)均匀地进行渗碳处理。
文档编号C21D1/18GK1936067SQ20061013882
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月19日 优先权日2005年9月21日
发明者胜俣和彦 申请人:石川岛播磨重工业株式会社