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      熱處理爐的制作方法

      文檔序號(hào):3425220閱讀:443來源:國知局

      專利名稱::熱處理爐的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :本發(fā)明涉及一種熱處理爐,尤其涉及一種用于熱處理由鋼組成的被處理物的熱處理爐。
      背景技術(shù)
      :—般,在控制好的氣氛中加熱由鋼組成的被處理物的熱處理中,一邊將氣氛氣體導(dǎo)入熱處理爐內(nèi),一邊采集熱處理爐內(nèi)的氣氛進(jìn)行分析,基于上述分析結(jié)果來調(diào)節(jié)導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的氣氛氣體的流量(單位時(shí)間下的供給量),藉此來控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。這樣便能實(shí)現(xiàn)對被處理物的表面改性或氧化等引起的表面惡化的抑制。例如,在針對由鋼組成的被處理物實(shí)施的氣體滲碳氮化處理中,使R氣體和氨氣(NH3)以一定流量流入熱處理爐內(nèi)且基于熱處理爐內(nèi)的二氧化碳(C02)的分壓來控制熱處理爐內(nèi)的碳勢(Cp)值,藉此能控制上述熱處理爐內(nèi)的氣氛。在此,侵入被處理物的表層部的氮量不易在滲碳氮化處理中直接測定。因此,關(guān)于各熱處理爐,經(jīng)常的做法是從以往的生產(chǎn)實(shí)效等中依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定氨氣的流量與侵入被處理物的表層部的氮量的關(guān)系,并通過調(diào)節(jié)在滲碳氮化處理中能直接測定的氨氣的流量來控制侵入被處理物的表層部的氮量。此外,基于各熱處理爐以往的生產(chǎn)實(shí)效等,并考慮被處理物的量、形狀等后依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定上述氨氣的流量。但是,當(dāng)發(fā)生需要滲碳氮化處理沒有以往的生產(chǎn)實(shí)效這樣的量或形狀的被處理物時(shí),則需要進(jìn)行用于確定在這種滲碳氮化處理中最適合的氨氣流量的嘗試。其結(jié)果是,在確定最適合的氨氣流量之前不易使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定。此外,由于需要在批量生產(chǎn)線上實(shí)施上述嘗試,因而可能會(huì)產(chǎn)生無法滿足品質(zhì)要求的被處理物,從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。對此提出了如下方法通過調(diào)節(jié)殘留在熱處理爐內(nèi)的氣態(tài)氨的濃度、即未分解氨濃度(氨的殘留氣體濃度),而不是調(diào)節(jié)隨熱處理爐的形狀、被處理物的量或形狀而變化的氨氣流量,藉此來控制侵入被處理物的氮量(參照例如恒川好樹等3人,"氣體滲碳氮化處理中空隙的產(chǎn)生與氮的擴(kuò)散舉動(dòng)",熱處理,1985年,25巻,5號(hào),p.242-247(非專利文獻(xiàn)1)以及日本專利特開平8-13125號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)l))。即,測定在滲碳氮化處理中能得以測定的未分解氨濃度,基于與熱處理爐的形狀、被處理物的量及形狀等無關(guān)的情況下得以確定的未分解氨濃度與侵入被處理物的氮量的關(guān)系來調(diào)節(jié)氨氣的流量。藉此,不需要通過嘗試法確定最適合的氨氣流量,便能控制侵入被處理物的氮量,從而能使被處理物的品質(zhì)穩(wěn)定。而且,還提出了如下的滲碳氮化方法采用碳的活度除以未分解氨的體積分率后的值、即Y值作為參數(shù)來控制爐內(nèi)的氣氛,藉此能調(diào)整氮侵入被處理物的侵入速度(參照日本專利特開2007-154293號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2))。這樣,不僅能使被處理物的品質(zhì)進(jìn)一步穩(wěn)定,還能實(shí)施高效的滲碳氮化處理。非專利文獻(xiàn)1:恒川好樹等3人、"氣體滲碳氮化處理中空隙的發(fā)生與氮的擴(kuò)散舉動(dòng)",熱處理,1985年,25巻,5號(hào),p.242-2473專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平8-13125號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2007-154293號(hào)公報(bào)但是,即使采用了上述文獻(xiàn)中所公開的滲碳氮化方法,也會(huì)存在無法完全控制被處理物內(nèi)部的氮的濃度。更具體而言,即使實(shí)施了上述文獻(xiàn)所公開的滲碳氮化方法,也會(huì)存在侵入被處理物內(nèi)部的氮的量比所預(yù)測的量少,從而無法得到期望的氮濃度的分布。可以認(rèn)為,這是由于在現(xiàn)有的熱處理爐中,熱處理爐內(nèi)的氣氛的控制未必能以足夠的精度進(jìn)行。發(fā)明的公開發(fā)明所要解決的技術(shù)問題因此,本發(fā)明的目的在于提供一種能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的熱處理爐。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案本發(fā)明的熱處理爐是用于實(shí)施鋼的熱處理的熱處理爐。上述熱處理爐包括反應(yīng)室,該反應(yīng)室具有保持被處理物的保持部;以及氣氛采集構(gòu)件,該氣氛采集構(gòu)件在反應(yīng)室內(nèi)有開口,并從該開口采集反應(yīng)室內(nèi)的氣氛。此外,氣氛采集構(gòu)件的上述開口與保持部的距離被設(shè)置成可改變。一般,在控制好的氣氛中加熱被處理物的熱處理中,將氣氛氣體導(dǎo)入至加熱到規(guī)定溫度的熱處理爐內(nèi),在確認(rèn)了熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài)后將被處理物投入熱處理爐內(nèi)。此外,當(dāng)熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài)時(shí),以熱處理爐內(nèi)的氣氛為均勻狀態(tài)作為前提,對處理爐內(nèi)的氣氛進(jìn)行分析,藉此來控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。但是,本發(fā)明人經(jīng)過詳細(xì)的研究發(fā)現(xiàn),即使熱處理爐內(nèi)的氣氛為恒定狀態(tài),該氣氛也未必達(dá)到平衡狀態(tài),有時(shí)熱處理爐內(nèi)的氣氛不均勻。因此,在熱處理爐內(nèi)的氣氛為不均勻的狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)施熱處理時(shí),較為理想的是,在采集同與被處理物接觸的氣氛具有同等成分的區(qū)域、即被處理物附近的氣氛,并分析完該氣氛的成分組成之后,基于上述分析結(jié)果來調(diào)整熱處理爐內(nèi)的氣氛。也就是說,在熱處理爐中,通過設(shè)置氣氛采集構(gòu)件以使得用于采集氣氛的開口位于被處理物的附近,藉此能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。然而,在熱處理爐中,要熱處理各種形狀和量的被處理物。在熱處理爐內(nèi)單獨(dú)采用將氣氛采集構(gòu)件設(shè)置成使上述開口位于保持有被處理物的保持部附近的對策時(shí),若改變被處理物的形狀或量,則被處理物與氣氛采集構(gòu)件可能會(huì)發(fā)生干擾。對此,在本發(fā)明的熱處理爐中,以上述開口與保持部的距離可改變的形態(tài)設(shè)置有氣氛采集構(gòu)件。因此,即使改變了被處理物的形狀或量,也可相應(yīng)改變上述開口與保持部的距離,從而能采集被處理物附近的氣氛。此外,能在分析完從被處理物附近采集到的氣氛的成分組成之后,基于上述分析結(jié)果來調(diào)整熱處理爐內(nèi)的氣氛。因此,根據(jù)本發(fā)明的熱處理爐,可提供一種能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的熱處理爐。在上述熱處理爐中,較為理想的是,還包括密封構(gòu)件,該密封構(gòu)件圍住氣氛采集構(gòu)件的外周面;以及外側(cè)壁部,該外側(cè)壁部圍住密封構(gòu)件的外周面,且與反應(yīng)室的外壁連接。此外,氣氛采集構(gòu)件以相對于外側(cè)壁部能相對移動(dòng)的形態(tài)設(shè)置。根據(jù)上述結(jié)構(gòu),通過將氣氛采集構(gòu)件與外側(cè)壁部之間密封來抑制熱處理爐內(nèi)的氣氛向外部漏出的同時(shí),使氣氛采集構(gòu)件相對于外側(cè)壁部移動(dòng),藉此能改變上述開口與保持部的距離。在上述熱處理爐中,較為理想的,氣氛采集構(gòu)件包括具有筒狀形狀的筒狀部。而且,密封構(gòu)件配置成圍住上述筒狀部的外周面。此外,氣氛采集構(gòu)件在上述筒狀部的軸向以相對于外側(cè)壁部能相對移動(dòng)的形態(tài)設(shè)置。根據(jù)上述結(jié)構(gòu),氣氛采集構(gòu)件能一邊在筒狀部上被密封構(gòu)件密封,一邊相對于外側(cè)壁部移動(dòng)。其結(jié)果是,能平滑地改變上述開口與保持部的距離。另外,與上述筒狀部的軸向垂直的截面的截面形狀可以是多邊形形狀,但通過制成圓形,能進(jìn)一步平滑地改變上述開口與保持部的距離。此外,上述密封構(gòu)件還可以在氣氛采集構(gòu)件可相對于外側(cè)壁部移動(dòng)的方向上隔開間隔來配置多個(gè)。藉此,當(dāng)氣氛采集構(gòu)件相對于外側(cè)壁部移動(dòng)時(shí),氣氛采集構(gòu)件與外側(cè)壁部之間能被穩(wěn)定地密封。在上述熱處理爐中,較為理想的是,還包括冷卻密封構(gòu)件的冷卻部。在鋼的熱處理中,鋼被加熱到高溫、例如70(TC以上的溫度,而熱處理爐內(nèi)的氣氛也成為高溫。因此,上述密封構(gòu)件存在被加熱到高溫的情況。此時(shí),密封構(gòu)件因受熱而產(chǎn)生惡化或損傷,從而可能會(huì)使氣氛采集構(gòu)件與外側(cè)壁部之間的密封不完全。對此,通過包括冷卻密封構(gòu)件的冷卻部,能抑制密封構(gòu)件的溫度上升,從而能抑制密封構(gòu)件的惡化、損傷。在上述熱處理爐中,上述熱處理也可以是滲碳氮化處理。此時(shí),上述熱處理爐還能包括氣氛分析部,該氣氛分析部與氣氛采集構(gòu)件連接,并計(jì)算出被氣氛采集構(gòu)件采集到的氣氛中的未分解氨的體積分率;以及氣氛控制部,該氣氛控制部與氣氛分析部連接,并基于計(jì)算出的未分解氨的體積分率來控制反應(yīng)室內(nèi)的氣氛?!愣?,滲碳氮化處理是在導(dǎo)入有R氣體、富化氣(enrichedgas)和氨氣等氣體的熱處理爐內(nèi),通過將由鋼組成的被處理物加熱到規(guī)定溫度來進(jìn)行的。此外,測定熱處理爐內(nèi)的Cp值、未分解氨的體積分率等,并據(jù)此來調(diào)整被導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的上述氣體的量。此外,在將上述氣體導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)后經(jīng)過足夠的時(shí)間而使熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài)之后,將被處理物搬入熱處理爐內(nèi)。因此,以熱處理爐內(nèi)的氣氛均勻?yàn)榍疤醽頊y定Cp值、未分解氨的體積分率等,并據(jù)此來控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。但是,即使當(dāng)熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài)之后將被處理物投入熱處理爐內(nèi),也會(huì)發(fā)生無法完全控制被處理物內(nèi)部的氮濃度這樣的問題。對此,本發(fā)明人對熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率的均勻性進(jìn)行了詳細(xì)地研究,關(guān)于上述問題的原因,得到如下見解。S卩,被導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的氨分解成氮和氫。此外,上述氮侵入被處理物。在此,在熱處理爐內(nèi)導(dǎo)入R氣體、富化氣和氨氣等氣體之后,即使已成為定常狀態(tài),熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率也達(dá)到例如2000ppm左右。另一方面,通常進(jìn)行滲碳氮化處理的溫度、即85(TC左右的溫度下,未分解氨的體積分率的平衡值為100ppm左右。此外,調(diào)查了熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率的分布后可知,即使熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài),未分解氨的體積分率也為不均勻的狀態(tài),這便是上述問題的原因。也就是說,即使熱處理爐內(nèi)的氣氛成為定常狀態(tài),被導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的氨的分解反應(yīng)仍處于非平衡狀態(tài),雖說熱處理爐內(nèi)的同一地點(diǎn)的未分解氨的體積分率為大致固定,但在導(dǎo)入的氨所到達(dá)的時(shí)間不同的兩處地點(diǎn),上述未分解氨的體積分率是不同的。因此,為了基于熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率來調(diào)整氣氛,且高精度地進(jìn)行被處理物內(nèi)部的氮濃度的控制,需要基于具有同與被處理物接觸的氣氛的未分解氨的體積分率同等的未分解氨的體積分率的區(qū)域處的未分解氨的體積分率來調(diào)整氣氛。對此,在上述結(jié)構(gòu)中,由于氣氛采集構(gòu)件的開口與保持被處理物的保持部的距離是可改變的,因此能利用氣氛采集構(gòu)件采集被處理物在熱處理爐內(nèi)所占區(qū)域附近的氣氛,在氣氛分析部計(jì)算出上述氣氛中未分解氨的體積分率,并基于上述體積分率來控制熱處理爐的反應(yīng)室內(nèi)的氣氛。其結(jié)果是,根據(jù)上述結(jié)構(gòu),通過高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛,藉此可提供一種能高精度地控制被處理物內(nèi)部的氮濃度的熱處理爐。在此,在如間歇式的熱處理爐這樣的熱處理爐內(nèi)的被處理物的位置不會(huì)發(fā)生變化而實(shí)施熱處理的情況下,被處理物在熱處理爐內(nèi)所占區(qū)域是指配置有被處理物的區(qū)域、尤其是上述區(qū)域的表面;在如連續(xù)爐型的熱處理爐這樣的熱處理爐內(nèi)的被處理物的位置一邊變化一邊實(shí)施熱處理的情況下,被處理物在熱處理爐內(nèi)所占區(qū)域是指與被處理物移動(dòng)的軌跡相當(dāng)?shù)膮^(qū)域。此外,本應(yīng)計(jì)算出的上述未分解氨的體積分率只要是具有與氣氛中未分解氨的體積分率一一對應(yīng)關(guān)系的數(shù)值即可。而且,未分解氨的體積分率是指在已供給到熱處理爐內(nèi)的氨中,未被分解而以氣態(tài)氨的狀態(tài)殘留的氨在熱處理爐內(nèi)的氣氛中的體積分率。發(fā)明效果由上述說明可知,根據(jù)本發(fā)明的熱處理爐,可提供一種能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的熱處理爐。圖1是表示包括在實(shí)施方式1的熱處理爐中滲碳氮化處理過的機(jī)械零部件的深溝球軸承的結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。圖2是表示包括在實(shí)施方式1的熱處理爐中滲碳氮化處理過的機(jī)械零部件的推力滾針軸承的結(jié)構(gòu)的概略剖視圖。圖3是表示包括在實(shí)施方式1的熱處理爐中滲碳氮化處理過的機(jī)械零部件的等速接頭的結(jié)構(gòu)的局部概略剖視圖。圖4是沿圖3的線段IV-IV的概略剖視圖。圖5是表示圖3的等速接頭形成一定角度的狀態(tài)的局部概略剖視圖。圖6是表示實(shí)施方式1的機(jī)械零部件和包括該機(jī)械零部件的機(jī)械要素的制造方法的圖。圖7是表示實(shí)施方式1的熱處理爐的結(jié)構(gòu)的概略圖。圖8是沿圖7的線段VIII-VIII的局部概略剖視圖。圖9是放大表示圖7和圖8的氣氛采集管道的周邊的局部概略剖視圖。圖10是用于說明調(diào)整氣氛采集管道的開口的位置的具體步驟的流程圖。圖11是用于說明實(shí)施方式1的機(jī)械零部件的制造方法所包括的淬火硬化工序的圖。圖12是用于說明圖11的氣氛控制工序的詳細(xì)情況的圖。圖13是表示圖11的加熱模式控制工序的加熱模式(被處理物所受的溫度履歷)的一例的圖。圖14是放大表示圖7和圖8的氣氛采集管道的周邊的局部概略剖視圖。圖15是放大表示圖7和圖8的氣氛采集管道的周邊的局部概略剖視圖。圖16是表示實(shí)施例A的樣品的內(nèi)部(表層附近)的氮濃度的分布的圖。圖17是表示參考例E的樣品的內(nèi)部(表層附近)的氮濃度的分布的圖。圖18是表示氣氛采集管道的開口和被處理物通過區(qū)域間的距離d與氮侵入量的關(guān)系的圖。圖19是表示測定到的未分解氨的體積分率的倒數(shù)與經(jīng)過時(shí)間的關(guān)系的圖。圖20是表示沿圖7的線段XX-XX的截面上的CFD解析的結(jié)果的圖。圖21是表示沿圖7的線段XXI-XXI的截面上的CFD解析的結(jié)果的圖。圖22是表示沿圖7的線段XXII-XXII的截面上的CFD解析的結(jié)果的圖。圖23是表示由實(shí)施例2的CFD解析所得到的上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的熱處理爐內(nèi)的氣氛的流速分布的圖。(符號(hào)說明)1深溝球軸承2推力滾針軸承3等速接頭5熱處理爐11外圈11A外圈滾走面12內(nèi)圈12A內(nèi)圈滾走面13珠13A珠滾走面14、24保持器21軌道圈21A軌道圈滾走面23滾針23A滾子滾走面31內(nèi)座圈31A內(nèi)座圈球槽32外座圈32A外座圈球槽33球34隔圈35、36軸51主體部51A預(yù)熱區(qū)51B第一加熱區(qū)51C第二加熱區(qū)51C1上壁51C2底壁751D第三加熱區(qū)52隔板53爐底帶54投入口55排出口56氣氛采集管道56A開口57氣氛分析部58氣氛控制部59風(fēng)扇61氣氛氣體供給部91被處理物92被處理物通過區(qū)域93被處理物附近區(qū)域511保護(hù)管511A內(nèi)壁511B外壁511C流入口511D排出口511E冷卻介質(zhì)流路511F內(nèi)徑放大部519密封保持構(gòu)件561管道部561A大徑部562圓筒構(gòu)件563環(huán)構(gòu)件563A槽部621圓筒密封件622圓盤密封件623U型密封圈(Upacking)623A支承環(huán)623C槽部624圓環(huán)密封件631支承構(gòu)件632螺母具體實(shí)施例方式以下,根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外,在以下附圖中,對相同或相似的部分標(biāo)注相同的符號(hào),不重復(fù)其說明。(實(shí)施方式l)首先,參照圖1對本發(fā)明實(shí)施方式1的作為滾動(dòng)軸承的深溝球軸承進(jìn)行說明。參照圖l,深溝球軸承1包括環(huán)狀的外圈11;配置于外圈11內(nèi)側(cè)的環(huán)狀的內(nèi)圈12;以及配置于外圈11與內(nèi)圈12之間,并被圓環(huán)狀保持器14保持的作為滾動(dòng)體的多個(gè)珠13。外圈11的內(nèi)周面形成有外圈滾走面IIA,內(nèi)圈12的外周面形成有內(nèi)圈滾走面12A。此外,外圈ll和內(nèi)圈12配置成內(nèi)圈滾走面12A與外圈滾走面IIA彼此相對。而且,多個(gè)珠13在珠滾走面(表面)13A與內(nèi)圈滾走面12A和外圈滾走面IIA接觸,且被保持器14沿周向以規(guī)定的間距配置,藉此可被自由滾動(dòng)地保持在圓環(huán)狀的軌道上。根據(jù)上述結(jié)構(gòu),深溝球軸承1的外圈11和內(nèi)圈12能彼此相對地旋轉(zhuǎn)。在此,在作為機(jī)械零部件的外圈11、內(nèi)圈12、珠13和保持器14之中,特別地,對外圈11、內(nèi)圈12和珠13要求具有滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此,在這些中的至少一個(gè)是本發(fā)明的熱處理爐中被滲碳氮化處理過的機(jī)械零部件,藉此能高精度地控制該零部件內(nèi)部的氮濃度來強(qiáng)化表面層,從而使深溝球軸承1耐用。接著,參照圖2對實(shí)施方式1的變形例的作為滾動(dòng)軸承的推力滾針軸承進(jìn)行說明。參照圖2,推力滾針軸承2包括作為滾動(dòng)構(gòu)件的一對軌道圈21;作為滾動(dòng)構(gòu)件的多個(gè)滾針23;以及圓環(huán)狀的保持器24,上述一對軌道圈21具有圓盤狀的形狀且被配置成彼此一方的主面相對。多個(gè)滾針23在滾子滾走面(外周面)23A上與形成于與一對軌道圈21彼此相對的主面的軌道圈滾走面21A接觸,且被保持器24沿周向以規(guī)定的間距配置,藉此多個(gè)滾針23能自由滾動(dòng)地保持在圓環(huán)狀的軌道上。根據(jù)上述結(jié)構(gòu),推力滾針軸承2的一對軌道圈21能彼此相對地旋轉(zhuǎn)。在此,作為機(jī)械零部件的軌道圈21、滾針23和保持器24之中,特別地,對軌道圈21和滾針23要求具有滾動(dòng)疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此,在這些中的至少一個(gè)是本發(fā)明的熱處理爐中被滲碳氮化處理過機(jī)械零部件,藉此能高精度地控制該零部件內(nèi)部的氮濃度來強(qiáng)化表面層,從而使推力滾針軸承2耐用。接著,參照圖3圖5對實(shí)施方式1的另一變形例的等速接頭進(jìn)行說明。另外,圖3對應(yīng)于沿圖4的線段III-III的概略剖視圖。參照圖3圖5,等速接頭3包括與軸35連結(jié)的內(nèi)座圈31;配置成圍住內(nèi)座圈31的外周側(cè),且與軸36連結(jié)的外座圈32;配置于內(nèi)座圈31與外座圈32之間的扭矩傳遞用的球33;以及保持球33的隔圈34。球33與形成于內(nèi)座圈31的外周面的內(nèi)座圈球槽31A和形成于外座圈32的內(nèi)周面的外座圈球槽32A接觸而配置,且被隔圈34保持為無法脫落。如圖3所示,分別形成于內(nèi)座圈31的外周面和外座圈32的內(nèi)周面的內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A在經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線處于一直線上的狀態(tài)下,形成為以在上述軸的左右兩邊分別離開上述軸上的接頭中心0等距離的點(diǎn)A和點(diǎn)B為曲率中心的曲線(圓弧)狀。即,內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A分別被形成為使與內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A接觸而滾動(dòng)的球33的中心P的軌跡是在點(diǎn)A(內(nèi)座圈中心A)和點(diǎn)B(外座圈中心B)具有曲率中心的曲線(圓弧)。藉此,即使是在等速接頭形成角度的情況下(等速接頭動(dòng)作以使得經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線交叉的情況下),球33也始終位于經(jīng)過軸35和軸36的中央的軸線的夾角(ZA0B)的二等分線上。接著,對等速接頭3的動(dòng)作進(jìn)行說明。參照圖3和圖4,在等速接頭3中,若向軸35、36中的一方傳遞繞軸的旋轉(zhuǎn),則通過被嵌入內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A的球33將上述旋轉(zhuǎn)向軸35、36中的另一方的軸傳遞。在此,如圖5所示,當(dāng)軸35、36形成角度e時(shí),球33被引導(dǎo)到在上述內(nèi)座圈中心A和外座圈中心B具有曲率中心的內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A,中心P被保持在ZAOB的二等分線上的位置。在此,由于內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A形成為使接頭中心0距內(nèi)座圈中心A的距離與距外座圈中心B的距離相等,因此球33的中心P距內(nèi)座圈中心A的距離與距外座圈中心B的距離分別相等,三角形OAP與三角形OBP全等。其結(jié)果是,球33的中心P距軸35、36的距離L也分別相等,當(dāng)軸35、36之一繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí),另一個(gè)軸也以等速旋轉(zhuǎn)。如上所述,即使在軸35、36形成角度時(shí),等速接頭3也能確保等速。另外,當(dāng)軸35、36旋轉(zhuǎn)時(shí),隔圈34在與內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A—起防止球33跳出內(nèi)座圈球槽31A和外座圈球槽32A的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了確定等速接頭3的接頭中心0的功能。在此,在作為機(jī)械零部件的內(nèi)座圈31、外座圈32、球33和隔圈34之中,特別地,對內(nèi)座圈31、外座圈32和球33要求具有疲勞強(qiáng)度和耐磨損性。因此,在這些中的至少一個(gè)是本發(fā)明的熱處理爐中被滲碳氮化處理過機(jī)械零部件,藉此能高精度地控制該零部件內(nèi)部的氮濃度來強(qiáng)化表面層,從而使等速接頭3耐用。接著,對本實(shí)施方式的上述機(jī)械零部件和包括上述機(jī)械零部件的滾動(dòng)軸承、等速接頭等機(jī)械要素的制造方法進(jìn)行說明。參照圖6,首先實(shí)施鋼構(gòu)件準(zhǔn)備工序,該鋼構(gòu)件準(zhǔn)備工序準(zhǔn)備由鋼組成的,且被成形為機(jī)械零部件的大致形狀的鋼構(gòu)件。具體而言,例如,準(zhǔn)備以型鋼為原材料,對該型鋼實(shí)施切割、鍛造、車削等加工而被成形為作為機(jī)械零部件的外圈11、軌道圈21、內(nèi)座圈31等機(jī)械零部件的大致形狀的鋼構(gòu)件。接著,對鋼構(gòu)件準(zhǔn)備工序中準(zhǔn)備好的上述鋼構(gòu)件實(shí)施滲碳氮化處理后,從A點(diǎn)以上的溫度冷卻到Ms點(diǎn)以下的溫度,藉此來實(shí)施將鋼構(gòu)件淬火硬化的淬火硬化工序。對該淬火硬化工序的具體情況在后敘述。在此,&是相當(dāng)于加熱鋼時(shí)使鋼的結(jié)構(gòu)從鐵素體開始變態(tài)為奧氏體的溫度的點(diǎn)。此外,Ms點(diǎn)是相當(dāng)于奧氏體化后的鋼冷卻時(shí)開始馬氏體化的溫度的點(diǎn)。接著,對已實(shí)施淬火硬化工序的鋼構(gòu)件加熱到Ai點(diǎn)以下的溫度來實(shí)施使淬火硬化后的鋼構(gòu)件的韌性等提升的回火工序。具體而言,淬火硬化后的鋼構(gòu)件被加熱到A點(diǎn)以下的溫度、即150°C以上350°C以下的溫度、例如180°C,并被保持30分鐘以上240分鐘以下的時(shí)間、例如120分鐘,此后在室溫的空氣中冷卻(空氣冷卻)。而且,對已實(shí)施回火工序的鋼構(gòu)件實(shí)施精加工等精加工工序。具體而言,例如對已實(shí)施回火工序的鋼構(gòu)件的內(nèi)圈滾走面12A、軌道圈滾走面21A、外座圈球槽32A等實(shí)施研磨加工。藉此,實(shí)施方式1的機(jī)械零部件完成,實(shí)施方式1的機(jī)械零部件的制造方法結(jié)束。而且,實(shí)施組合已完成的機(jī)械零部件來組裝機(jī)械要素的組裝工序。具體而言,組合經(jīng)上述工序制造的本發(fā)明的機(jī)械零部件,例如外圈11、內(nèi)圈12、珠13和保持器14來組裝深溝球軸承1。藉此來制造包括實(shí)施方式1的機(jī)械零部件的機(jī)械要素。接著,參照圖7圖13,對本實(shí)施方式的熱處理爐和采用該熱處理爐來實(shí)施的機(jī)械零部件的制造方法中所包括的淬火硬化工序的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。在圖13中,橫向表示時(shí)間,越往右表示時(shí)間經(jīng)過越長。此外,圖13中,縱向表示溫度,越往上表示溫度越高。首先,對本實(shí)施方式的熱處理爐進(jìn)行說明。參照圖7,本實(shí)施方式的熱處理爐5是用于實(shí)施鋼的滲碳氮化處理的連續(xù)爐型的熱處理爐。熱處理爐5包括被壁面圍起的主體部51;氣氛采集管道56;氣氛分析部57;以及氣氛控制部58。在主體部51的長度方向(X軸方向)的一端形成有用于投入被處理物91的開口、即投入口54,在主體部51的長度方向的另一端形成有用于排出被處理物91的開口、即排出口55。此外,沿主體部51的底壁配置有爐底帶53,該爐底帶53作為保持從投入口54投入的被處理物91、且,將被處理物91從投入口54搬運(yùn)到排出口55的保持部。而且,在主體部51配置有三個(gè)隔壁52、52、52,這些隔板52、52、52從主體部的寬度方向(Z軸方向)的一端延長到另一端且從主體部51的上壁朝向爐底帶53突出,并在與爐底帶53之間具有間隔。三個(gè)隔板52、52、52沿主體部51的長度方向并排配置。藉此,主體部51在長度方向上從投入口54側(cè)依次被分割為預(yù)熱區(qū)51A、第一加熱區(qū)51B、第二加熱區(qū)51C和第三加熱區(qū)51D這四個(gè)區(qū)。而且,參照圖7和圖8,在作為反應(yīng)室的第二加熱區(qū)51C設(shè)置有氣氛采集管道56,該氣氛采集管道56在第二加熱區(qū)51C內(nèi)有開口56A,并作為采集第二加熱區(qū)51C內(nèi)部的氣氛的氣氛采集構(gòu)件;氣氛分析部57,該氣氛分析部57與氣氛采集管道56連接,并計(jì)算出氣氛中的未分解氨的體積分率;以及氣氛控制部58,該氣氛控制部58與氣氛分析部57連接,并基于計(jì)算出的未分解氨的體積分率來控制第二加熱區(qū)51C內(nèi)部的氣氛。此外,在第二加熱區(qū)51C的內(nèi)部的上壁51C1上設(shè)置有氣氛氣體供給部61,該氣氛氣體供給部61向第二加熱區(qū)51C的內(nèi)部供給R氣體、富化氣、氨氣等氣氛氣體;以及風(fēng)扇59,該風(fēng)扇59作為攪拌第二加熱區(qū)51C內(nèi)部的氣氛氣體的攪拌裝置。此外,參照圖8,調(diào)整氣氛采集管道56的開口56A的位置以使其位于被處理物附近區(qū)域93,上述被處理物附近區(qū)域93是指與被處理物通過區(qū)域92具有同等的未分解氨的體積分率的區(qū)域、例如是未分解氨的體積分率與被處理物通過區(qū)域92的未分解氨的體積分率之差在25%以內(nèi)的區(qū)域,而此外所述被處理物通過區(qū)域92是保持于爐底帶53的被處理物91所占區(qū)域、即相對于被處理物91被爐底帶53搬運(yùn)而移動(dòng)的軌跡的區(qū)域(被處理物移動(dòng)所占的整個(gè)區(qū)域)。在此,例如當(dāng)碳的活度為0.95時(shí),為使氮侵入被處理物的氮侵入速度最大,未分解氨的體積分率需要在0.2%以上,但若為0.15%,則上述氮侵入速度能確保最大值的90%。也就是說,若基于與熱處理爐內(nèi)被處理物所占區(qū)域的未分解氨的體積分率之差在25%以下的區(qū)域的未分解氨的體積分率來調(diào)整氣氛,則能高精度地控制被處理物內(nèi)部的氮濃度。接著,對作為本實(shí)施方式的氣氛采集構(gòu)件的氣氛采集管道進(jìn)行說明。參照圖8和圖9,氣氛采集管道56配置成貫通第二加熱區(qū)51C的上壁51Cl。上述氣氛采集管道56包括管道部561,該管道部561具有中空圓筒狀的形狀且在第二加熱區(qū)51C內(nèi)具有開口56A,并且第二加熱區(qū)51C內(nèi)的氣氛能通過上述管道部561的內(nèi)部;圓筒構(gòu)件562,該圓筒構(gòu)件562作為配置成圍住管道部561的外周面的筒狀部;以及環(huán)構(gòu)件563,該環(huán)構(gòu)件563作為配置成圍住圓筒構(gòu)件562的外周面的筒狀部。在環(huán)構(gòu)件563的外周面的中央部形成有外徑比外周面的端部的外徑小的槽部563A。此外,在槽部563A嵌入有作為具有圓筒管狀的密封構(gòu)件的圓筒密封件621。此外,使作為具有圓環(huán)狀的形狀的密封構(gòu)件的圓盤密封件622配置成從環(huán)構(gòu)件563處觀察,上述圓盤密封件622與環(huán)構(gòu)件563的和開口56A相反一側(cè)的的端面接觸。而且,使具有圓環(huán)狀的形狀且一側(cè)端面分開成雙叉的U型密封圈623、623配置成分別與環(huán)構(gòu)件563的和配置有圓盤密封件622側(cè)相反一側(cè)的端面,以及與圓盤密封件622的和環(huán)構(gòu)件563側(cè)相反一側(cè)的端面分別接觸。各個(gè)U型密封圈623、623配置成分開成雙叉的一側(cè)朝向與環(huán)構(gòu)件563相反而且,使圓盤狀的支承構(gòu)件631、631配置成分別與圓筒構(gòu)件562兩側(cè)的端面接觸。此外,在管道部561形成有直徑比相鄰區(qū)域的直徑大的大徑部561A。此外,其中一個(gè)支承構(gòu)件631被上述大徑部561A和圓筒構(gòu)件562夾住,且另一個(gè)支承構(gòu)件631被圓筒構(gòu)件562和嵌套于管道部561的螺母632夾住,將螺母632旋緊,藉此圓筒構(gòu)件562被支承構(gòu)件631、631支承。此外,形成有保護(hù)管511來圍住作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623的外周面,該保護(hù)管511作為從第二加熱區(qū)51C的上壁51C1朝外側(cè)突出的圓筒中空狀的外側(cè)壁部。作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623與保護(hù)管511至少局部緊貼。此外,作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623能分別相對于保護(hù)管511沿管道部561的軸向滑動(dòng)。其結(jié)果是,氣氛采集管道56與保護(hù)管511之間被密封,氣氛采集管道56能相對于保護(hù)管511作相對移動(dòng),且開口56A與爐底帶53(參照圖8)的距離能改變。S卩,氣氛采集管道56能與作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623—體地相對于保護(hù)管511移動(dòng)。此外,作為多個(gè)密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623在氣氛采集管道56的軸向并排配置,藉此將氣氛采集管道56與保護(hù)管511之間完全密封。在此,由于被暴露在高溫的滲碳氮化氣氛下,因此保護(hù)管511和管道部561需要有高耐熱性等。因此,作為保護(hù)管511的原材料,可采用不銹鋼、不銹合金、因科鎳合金、碳鋼等,作為管道部561的原材料,可采用不銹鋼、不銹合金、因科鎳合金等。此外,作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623可能會(huì)因與保護(hù)管511接觸而被加熱到高溫。而且,圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623需要一邊與氣氛采集管道56和保護(hù)管511接觸,一邊能相對于保護(hù)管511滑動(dòng)。因此,作為圓筒密封件621的原材料,可采用乙烯樹脂、苯酚樹脂等,作為圓盤密封件622的原材料,可采用乙烯樹脂、聚酰胺樹脂等,作為U型密封圈623的原材料,可采用丁腈橡膠、氟橡膠等。接著,對用于調(diào)整氣氛采集管道56的開口56A在第二加熱區(qū)51C內(nèi)的位置的具體步驟的一例進(jìn)行說明。參照圖7、圖8和圖IO,首先,在工序(S100)中,利用CFD(ComputationalFluidDynamics:數(shù)值流體力學(xué))解析,對熱處理爐5的主體部51的內(nèi)部、尤其對第二加熱區(qū)51C內(nèi)的未分解氨的體積分率進(jìn)行解析。接著,在工序(S200)中,基于工序(S100)的解析結(jié)果,計(jì)算出被處理物91所占區(qū)域、例如被處理物通過區(qū)域92中的未分解氨的體積分率。而且,在工序(S300)中,確定與在工序(S200)中計(jì)算出的未分解氨的體積分率之差在25%以內(nèi)的被處理物附近區(qū)域93。此外,在工序(S400)中,確定開口56A的位置,以使其位于在工序(S300)所確定的被處理物附近區(qū)域93內(nèi)。此外,參照圖9,使氣氛采集管道56沿管道部561的軸向相對于保護(hù)管511移動(dòng),藉此調(diào)整開口56A的位置,以使開口56A的位置位于被處理物附近區(qū)域93內(nèi)。接著,對采用熱處理爐5的淬火硬化處理的具體步驟進(jìn)行說明。參照圖7,在淬火硬化工序中,首先從投入口54投入作為被處理物91的鋼構(gòu)件,并被載置在爐底帶53上。被投入的被處理物91一邊被爐底帶53搬運(yùn)而依次通過預(yù)熱區(qū)51A、第一加熱區(qū)51B、第二加熱區(qū)51C和第三加熱區(qū)51D,一邊進(jìn)行滲碳氮化處理。在預(yù)熱區(qū)51A中,被處理物91被加熱升溫。在第一加熱區(qū)51B中,被處理物91一邊被進(jìn)一步加熱,一邊使溫度均勻,以使得被處理物的溫度偏差變小。在第二加熱區(qū)51C中,被處理物91被滲碳氮化。此外,在第三加熱區(qū)51D進(jìn)行了被處理物91的溫度調(diào)整等之后,被處理物91被從排出口55排出到外部,并被投入冷卻油等冷卻劑中冷卻而被淬火硬化。接著,對采用上述熱處理爐的實(shí)施方式1的機(jī)械零部件的制造方法所包括的淬火硬化工序進(jìn)行說明。參照圖11,在淬火硬化工序中,在首先實(shí)施滲碳氮化工序使作為被處理物的鋼構(gòu)件的表層部滲碳氮化后,在冷卻工序中,通過上述鋼構(gòu)件被從A點(diǎn)以上的溫度冷卻到Ms點(diǎn)以下的溫度而被淬火硬化。滲碳氮化工序是通過作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式1中的滲碳氮化方法來實(shí)施的。即,滲碳氮化工序包括控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的氣氛控制工序;以及在熱處理爐內(nèi)控制鋼構(gòu)件所受的加熱履歷的加熱模式控制工序。上述氣氛控制工序和加熱模式控制工序能獨(dú)立且并行地實(shí)施。在氣氛控制工序中,參照圖12,首先實(shí)施采集熱處理爐5的第二加熱區(qū)51C的氣氛的氣氛采集工序。具體而言,參照圖8,利用具有位于第二加熱區(qū)51C內(nèi)的開口56A的氣氛采集管道56來采集第二加熱區(qū)51C內(nèi)的氣氛。接著,參照圖12,實(shí)施計(jì)算出采集到的氣氛中未分解氨的體積分率的未分解氨體積分率計(jì)算工序。具體而言,參照圖7和圖8,例如通過氣氛分析部57所包括的氣相色譜法分析被采集的氣氛來計(jì)算出氣氛中未分解氨的體積分率。此外,參照圖7、圖8和圖12,實(shí)施基于計(jì)算出的未分解氨的體積分率,通過氣氛控制部58調(diào)整第二加熱區(qū)51C內(nèi)的氣氛的氣氛調(diào)整工序。具體而言,當(dāng)在未分解氨的體積分率計(jì)算工序中計(jì)算出的氣氛中的未分解氨的體積分率未達(dá)到目標(biāo)的未分解氨的體積分率時(shí),在實(shí)施了用于使第二加熱區(qū)51C內(nèi)的未分解氨的體積分率增減的氨供給量調(diào)節(jié)工序之后,再次實(shí)施氣氛采集工序。氨供給量調(diào)節(jié)工序例如能通過如下方法實(shí)施將單位時(shí)間內(nèi)從經(jīng)由配管與熱處理爐5連結(jié)的氨氣儲(chǔ)氣瓶經(jīng)過氣氛氣體供給部61流入第二加熱區(qū)51C的氨的量(氨氣的流量)用包括安裝于上述配管的質(zhì)量流控制器等的流量控制裝置來調(diào)節(jié)。即,通過在測定到的未分解氨的體積分率比目標(biāo)的未分解氨的體積分率高時(shí)使上述流量降低,在測定到的未分解氨的體積分率比目標(biāo)的未分解氨的體積分率低時(shí)使上述流量增加,藉此能實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié)工序。在上述氨供給量調(diào)節(jié)工序中,測定到的未分解氨的體積分率與目標(biāo)的未分解氨的體積分率之間存在有規(guī)定的差時(shí),對于增減多少流量,可基于事先通過實(shí)驗(yàn)確定好的氨氣流量的增減與未分解氨的體積分率的增減的關(guān)系來確定。另一方面,參照圖12,當(dāng)未分解氨的體積分率達(dá)到目標(biāo)的未分解氨的體積分率時(shí),不實(shí)施氨供給量調(diào)節(jié)工序,而是再次實(shí)施氣氛采集工序。此外,參照圖8和圖12,在氣氛采集工序中,在基于包括氨的分解反應(yīng)速度在內(nèi)的解析條件來實(shí)施第二加熱區(qū)51C內(nèi)的氣氛的CFD解析后,未分解氨的體積分率與被處理物通過區(qū)域92的未分解氨的體積分率之差在25%以內(nèi)的區(qū)域、即被處理物附近區(qū)域93的氣氛通過在該區(qū)域具有開口56A的氣氛采集管道56來采集。另一方面,參照圖11,在加熱模式控制工序中,控制作為被處理物91的鋼構(gòu)件所13受的加熱履歷。具體而言,如圖13所示,鋼構(gòu)件在被上述氣氛控制工序控制的氣氛中,被加熱到A點(diǎn)以上的溫度、即800°C以上IOO(TC以下的溫度、例如850°C,并被保持60分鐘以上300分鐘以下的時(shí)間、例如150分鐘。隨著上述時(shí)間的經(jīng)過,加熱模式控制工序結(jié)束,同時(shí)氣氛控制工序也結(jié)束(滲碳氮化工序)。參照圖7,上述加熱模式控制工序能通過如下方法實(shí)施控制下述各區(qū)的溫度,以使得被處理物91依次通過預(yù)熱區(qū)51A、第一加熱區(qū)51B、第二加熱區(qū)51C和第三加熱區(qū)51D,藉此來使圖13的加熱模式施加到被處理物91。此后,參照圖7、圖ll和圖13,實(shí)施通過將從排出口55排出的被處理物91浸漬(油冷卻)在儲(chǔ)存于未圖示的淬火油槽的油中,藉此被從A點(diǎn)以上的溫度冷卻到Ms點(diǎn)以下的溫度的冷卻工序。通過以上工藝,鋼構(gòu)件的表層部被滲碳氮化且被淬火硬化。藉此,本實(shí)施方式的淬火硬化工序完成。如上所述,在采用上述熱處理爐5的本實(shí)施方式的滲碳氮化方法(滲碳氮化工序)中,在熱處理爐5的第二加熱區(qū)51C內(nèi)采集被處理物附近區(qū)域93的氣氛,并在計(jì)算出上述氣氛的未分解氨的體積分率之后,基于上述體積分率來調(diào)整第二加熱區(qū)51C的氣氛。其結(jié)果是,根據(jù)采用本實(shí)施方式的熱處理爐的上述滲碳氮化方法,能方便地實(shí)施被處理物91內(nèi)部的氮濃度的控制。此外,根據(jù)本實(shí)施方式的機(jī)械零部件的制造方法,由于在滲碳氮化工序中采用了使用本實(shí)施方式的熱處理爐的上述滲碳氮化方法,因此能制造出高精度地控制內(nèi)部的氮濃度的機(jī)械零部件。(實(shí)施方式2)以下,對本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。實(shí)施方式2的熱處理爐、滲碳氮化方法、機(jī)械零部件的制造方法和機(jī)械零部件基本上具有與基于圖1圖13所說明的實(shí)施方式1相同的結(jié)構(gòu),達(dá)到相同的效果。但是,實(shí)施方式2的熱處理爐在保護(hù)管511的結(jié)構(gòu)上與實(shí)施方式1不同。S卩,參照圖14,實(shí)施方式2的保護(hù)管511包括與作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623接觸的圓筒狀的內(nèi)壁511A;以及圍住內(nèi)壁511A的外周面的圓筒狀的外壁511B。在內(nèi)壁511A與外壁511B之間設(shè)有縫隙,上述縫隙成為用于使作為冷卻介質(zhì)的冷卻水通過的冷卻介質(zhì)流路511E。而且,在外壁511B形成有作為用于使冷卻水進(jìn)入的開口的流入口511C和用于使冷卻排出的排出口511D。也就是說,在實(shí)施方式2的作為熱處理爐5的外側(cè)壁部的保護(hù)管511的內(nèi)壁511A形成有作為冷卻介質(zhì)流通部的冷卻介質(zhì)流路511E,該冷卻介質(zhì)流通部作為圍住內(nèi)壁511A的冷卻部。此外,當(dāng)熱處理爐5運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),從包括未圖示的泵等的冷卻水循環(huán)裝置供給的冷卻水從流出口511C沿箭頭a的方向流入冷卻介質(zhì)流路511E,并從排出口511D沿箭頭P的方向排出。藉此,能冷卻保護(hù)管511以及作為密封構(gòu)件的圓筒密封件621、圓盤密封件622和U型密封圈623,并能抑制密封構(gòu)件因熱而導(dǎo)致的劣化或損傷。其結(jié)果是,能更可靠地實(shí)施氣氛采集管道56與保護(hù)管511之間的密封。另外,作為設(shè)置于作為外側(cè)壁部的保護(hù)管511的內(nèi)壁511A的冷卻部,采用了如上所述使冷卻水等冷卻介質(zhì)流通的冷卻部,但也可以采用吹過高壓氣體的機(jī)構(gòu)等。(實(shí)施方式3)以下,對本發(fā)明的一實(shí)施方式的實(shí)施方式3進(jìn)行說明。實(shí)施方式3的熱處理爐、滲碳氮化方法、機(jī)械零部件的制造方法和機(jī)械零部件基本上具有與基于圖1圖13所說明的實(shí)施方式1相同的結(jié)構(gòu),達(dá)到相同的效果。但是,實(shí)施方式3的熱處理爐在氣氛采集管道周邊的結(jié)構(gòu)上與實(shí)施方式1不同。SP,參照圖15,在實(shí)施方式3中,作為貫通保護(hù)管511且到達(dá)第二加熱區(qū)51C內(nèi)部的氣氛采集構(gòu)件的氣氛采用管道56具有中空圓筒狀的形狀。此外,保護(hù)管511包括內(nèi)徑比相鄰區(qū)域的內(nèi)徑大的區(qū)域、即內(nèi)徑擴(kuò)大部511F。此外,在保護(hù)管511的內(nèi)徑擴(kuò)大部511F的內(nèi)周面與氣氛采集管道56的外周面之間配置有U型密封圈623。此外,端部分開成雙叉形成的U型密封圈623的槽部623C嵌入有支承U型密封圈623的支承環(huán)623A。此外,使圓盤密封件622配置成與U型密封圈623的和槽部623C相反一側(cè)的端面接觸。而且,使作為外側(cè)壁部的圓環(huán)狀的密封保持構(gòu)件519配置成與保護(hù)管511的和第二加熱區(qū)51C相反一側(cè)的端面接觸,并且與圓盤密封件622的和U型密封圈623側(cè)相反一側(cè)的端面接觸且圍住氣氛采集管道56的外周面。在密封保持構(gòu)件519的內(nèi)周面與氣氛采集管道56的外周面之間配置有作為具有圓環(huán)狀的形狀的密封構(gòu)件的圓環(huán)密封件624。作為密封構(gòu)件的圓盤密封件622和U型密封圈623分別與保護(hù)管511、以及作為密封構(gòu)件的圓環(huán)密封件624與密封保持構(gòu)件519至少局部緊貼。此外,氣氛采集管道56相對于作為密封構(gòu)件的各個(gè)圓盤密封件622、U型密封圈623和圓環(huán)密封件624—邊緊貼一邊可沿軸向滑動(dòng)。其結(jié)果是,氣氛采集管道56與保護(hù)管511及密封保持構(gòu)件519之間被密封,氣氛采集管道56能相對于保護(hù)管511及密封保持構(gòu)件519作相對移動(dòng),且開口56A與爐底帶53(參照圖8)的距離能改變。S卩,氣氛采集管道56能通過相對于作為密封構(gòu)件的圓盤密封件622、U型密封圈623和圓環(huán)密封件624以及相對于作為外側(cè)壁部的保護(hù)管511和密封保持構(gòu)件519滑動(dòng)來移動(dòng)。在此,作為密封構(gòu)件的圓環(huán)密封件624因與高溫的氣氛采集管道56接觸而可能被加熱成高溫。而且,氣氛采集管道56需要一邊與圓環(huán)密封件624接觸,一邊能相對于圓環(huán)密封件624滑動(dòng)。因此,作為圓環(huán)密封件624的原材料,可采用丁腈橡膠、氟橡膠等。另外,在上述實(shí)施方式中,作為通過本發(fā)明的熱處理爐進(jìn)行熱處理(滲碳氮化)的機(jī)械零部件的一例,對構(gòu)成深溝球軸承、推力滾針軸承、等速接頭的部件進(jìn)行了說明,但本發(fā)明的熱處理爐也能適用于對表層部要求有疲勞強(qiáng)度、耐磨損性的機(jī)械零部件、例如構(gòu)成輪轂、齒輪、軸等機(jī)械零部件的熱處理。此外,在上述實(shí)施方式中,作為外側(cè)壁部,對形成有從第二加熱區(qū)51C的上壁51C1朝外側(cè)突出的保護(hù)管511的情況進(jìn)行了說明,但在上壁51C1具有足夠厚度時(shí)外側(cè)壁部也可以是形成于上壁51C1的貫通孔的側(cè)壁。(實(shí)施例l)以下,對本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行說明。進(jìn)行了研究熱處理爐內(nèi)的氣氛采集管道的開口的位置與侵入被處理物的氮量的控制精度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的步驟如下所述。實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)采用上述實(shí)施方式1中的基于圖7和圖8所說明的熱處理爐進(jìn)行實(shí)施。上述熱處理爐是全長5000mm的連續(xù)爐型的熱處理爐。此外,被處理物(樣品)是JISSUJ2(含碳量1質(zhì)量%)制的外徑小38mm、內(nèi)徑小30mm,寬度10mm的環(huán)。此外,參照圖7和圖8,從投入口54投入被處理物91(樣品),用爐底帶53在主體部51內(nèi)搬運(yùn)來熱處理被處理物91。加熱模式采用與圖13相同的模式,保持溫度為85(TC。此外,將第二加熱區(qū)51C的碳的活性的目標(biāo)值設(shè)定成0.95,將y值(碳的活性除以未分解氨的體積分率后的值)的目標(biāo)值設(shè)定成4.5,對被處理物91實(shí)施滲碳氮化處理。此時(shí),使氣氛采集管道56的開口56A與被處理物通過區(qū)域92的距離d在較為理想的范圍(開口56A位于被處理物附近區(qū)域93內(nèi)的范圍)即50mm150mm(實(shí)施方式AC),以及較為理想的范圍外即200mm650mm(參考例AE)的范圍內(nèi)進(jìn)行變化來實(shí)施熱處理。此外,測定了熱處理中的第二加熱區(qū)51C的碳的活性和y值。此外,在與表面垂直的截面處切割完成了熱處理的樣品,并通過EPMA(ElectronProbeMicroAnalysis:電子探針顯微分析儀)來研究從表面起在深度方向上的氮濃度的分布。表l表示熱處理的主要條件。表l第二加熱區(qū)的加熱溫度850°C被處理物的移動(dòng)速度40mm/minR氣體流入第一加熱區(qū)的流入量10m3/h(體積流入)R氣體流入第二加熱區(qū)的流入量9m3/h(體積流入)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速10rpm氣氛從投入口的流出自然流出氣氛從排出口的流出2mVh(強(qiáng)制流出、體積流出)第二加熱區(qū)的碳的活性(目標(biāo)值)0.95第二加熱區(qū)的Y值(目標(biāo)值)4.5接著,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。在表2中表示上述實(shí)施例AC和參考例AE的碳的活性及y值的測定結(jié)果。此外,在圖16和圖17中,橫軸表示距表面的深度,縱軸表示氮濃度。而且,在圖16和圖17中,圖中的細(xì)線表示氮濃度的測定值,粗線表示由y值等計(jì)算出的氮濃度的預(yù)測值。也就是說,在圖16和圖17中,表示了細(xì)線與粗線越一致,就越能高精度地控制氮侵入樣品的侵入量。表2距離d(mm)碳的活性Y值實(shí)施例A500.954.75實(shí)施例B1000.964.57實(shí)施例c1500.954.7516<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>參照表2,確認(rèn)了在實(shí)施例AC和參考例AE中任一情況下,碳的活性和y值均能得到與目標(biāo)值(參照表l)大致相同的值。此外,參照圖16,開口56A位于被處理物附近區(qū)域93內(nèi)的實(shí)施例A的樣品的表層附近的由y值等計(jì)算出的氮濃度的預(yù)測值與通過EPMA測定的氮濃度的實(shí)測值非常一致。也就是說,在實(shí)施例A中,能高精度地控制樣品內(nèi)部的氮濃度。相反,參照圖17,開口56A位于被處理物附近區(qū)域93外的參考例E的樣品的表層附近的由y值等計(jì)算出的氮濃度的預(yù)測值與通過EPMA測定的氮濃度的實(shí)測值有很大差異。也就是說,在參考例E中,樣品內(nèi)部的氮濃度的控制精度差。而且,關(guān)于對實(shí)施例AC和參考例AE所測定的氮濃度的分布,從樣品的表面朝向內(nèi)部對氮濃度積分,計(jì)算出從樣品表面的單位面積侵入樣品內(nèi)的氮量(氮侵入量)。在圖18中,橫軸表示上述距離d,而縱軸表示氮侵入量。此外,在圖18中,用虛線表示由y值等計(jì)算出的氮侵入量的預(yù)測值。也就是說,在圖18中,表示了氮侵入量越接近上述預(yù)測值,就越能高精度地控制氮侵入樣品的侵入量。參照圖18,當(dāng)距離d在開口56A位于被處理物附近區(qū)域93內(nèi)的范圍內(nèi)、S卩150mm以下時(shí),計(jì)算出的氮侵入量與預(yù)測值幾乎一致。相反,當(dāng)距離d在200mm以上時(shí),隨著距離d的變大,計(jì)算出的氮侵入量與預(yù)測值之差變大??梢哉J(rèn)為其原因在于作為反應(yīng)室的第二加熱區(qū)51C內(nèi)部的未分解氨的體積分率不均勻,當(dāng)距離d超過150mm時(shí),基于未分解氨的體積分率比被處理物(樣品)附近的未分解氨的體積分率更高的位置處的未分解氨的體積分率的測定結(jié)果來控制y值等。根據(jù)以上的結(jié)果可知,通過將氣氛采集管道的開口與被處理物通過區(qū)域的距離d設(shè)為150mm以下,藉此能高精度地控制被處理物內(nèi)部的氨濃度。另外,參照圖18,為了穩(wěn)定且高精度地控制被處理物內(nèi)部的氮濃度,較為理想的是將氣氛采集管道的開口與被處理物通過區(qū)域的距離d設(shè)為100mm以下。(實(shí)施例2)以下,對本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說明。在滲碳氮化處理中,可以認(rèn)為導(dǎo)入熱處理爐內(nèi)的氨氣一邊進(jìn)行分解反應(yīng)一邊在爐內(nèi)流動(dòng)而到達(dá)被處理物的表面,有利于氮向被處理物的侵入。因此,用于確認(rèn)上述實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性,采用CFD解析進(jìn)行研究熱處理爐5內(nèi)的未分解氨的體積分率的分布的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的步驟如下所述。在作為滲碳氮化處理的反應(yīng)室的第二加熱區(qū)51C內(nèi),可以認(rèn)為即使內(nèi)部的氣氛成為定常狀態(tài),氨的分解反應(yīng)也還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)。因此,為了解析第二加熱區(qū)51C內(nèi)的未分解氨的體積分率的分布,需要考慮到被導(dǎo)入的氨的分解反應(yīng)的反應(yīng)速度。因此,首先進(jìn)行了計(jì)算出在實(shí)施滲碳氮化處理的溫度和氣氛中氨的分解反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)的實(shí)驗(yàn)。具體而言,首先向間歇型熱處理爐(容積120L)供給R氣體、富化氣和氨氣,并且將爐內(nèi)加熱到850°C。此后,在確認(rèn)爐內(nèi)的未分解氨的體積分率為定常狀態(tài)之后,停止上述氣體的供給,并用紅外分析計(jì)測定未分解氨的體積分率的經(jīng)時(shí)變化。而且,用于確認(rèn)再現(xiàn)性,再次進(jìn)行相同的測定。在表3中表示未分解氨的體積分率的經(jīng)時(shí)變化的測定結(jié)果。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>參照表3,如上所述能確認(rèn)兩次實(shí)施的未分解氨的體積分率的經(jīng)時(shí)變化具有再現(xiàn)性。在此,當(dāng)氨的分解反應(yīng)依據(jù)兩次速度式時(shí),在某一時(shí)刻的氨的分解速度依據(jù)以下式(1)。此外,此時(shí),在未分解氨的體積分率的倒數(shù)與經(jīng)過時(shí)間之間滿足式(2)所示的直線關(guān)系。_(dCA/dt)=kCA2(1)(1/CA)_(1/C°A)=kt(2)在此,C°A是測定開始時(shí)的氨的體積分率,CA是任意時(shí)間的氨的體積分率,t是測定開始后的經(jīng)過時(shí)間,k是反應(yīng)速度常數(shù)。在圖19中,橫軸是測定開始后的經(jīng)過時(shí)間,縱軸是未分解氨的體積分率的倒數(shù)。此外,圖中的白圈是表3的第一次的測定結(jié)果,黑圈是表3的第二次的測定結(jié)果。參照圖19可知,未分解氨的體積分率在0.04%以上的范圍(圖19的縱軸在2500以下的范圍)內(nèi),測定的未分解氨的體積分率的倒數(shù)與經(jīng)過時(shí)間滿足直線關(guān)系。此外,從上述直線的斜率計(jì)算出反應(yīng)速度常數(shù)為21(s-1)。因此,氨的分解速度快,例如0.2%的未分解氨的體積分率在8秒后,降低到0.15%。因此,確認(rèn)了若在熱處理爐內(nèi)考慮到氨的分解反應(yīng)未到達(dá)平衡狀態(tài),則熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率容易變得不均勻。接著,基于包括由上述氨的分解反應(yīng)的速度常數(shù)所規(guī)定的氨的分解反應(yīng)速度在內(nèi)的解析條件,進(jìn)行如圖7所示的熱處理爐5的主體部51內(nèi)的氣氛的CFD解析。熱處理的條件與實(shí)施例1的情況相同。CFD解析能通過各種軟件來實(shí)施,但在此采用STORM/CFD2000(AdaptiveResearch公司制)來實(shí)施解析。此外,由于存在于熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率足夠小,因此即使氨分解,對R氣體的物性的影響也小。因此,在本實(shí)施例中,氨的分解作為被動(dòng)標(biāo)量(passivescalar)(作為相對于已定流場發(fā)生移流擴(kuò)散,其濃度不對流場施加影響)來進(jìn)行解析。在表4中,表示本實(shí)施例采用的CFD解析的各種參數(shù)。此外,在表5中,表示本實(shí)施例采用的解析條件所包括的物性值。另外,氣氛的密度和粘性系數(shù)是假定在組成為CO(—氧化碳)20%、^(氮?dú)?50%、112(氫氣)30^的R氣體被加熱到85(TC的情況下來確定的。此外,在解析中,被導(dǎo)入爐內(nèi)的氨的初始濃度確定成與上述實(shí)施例1的測定結(jié)果相符。按上述條件進(jìn)行CFD解析,在爐內(nèi)的流速分布、壓力分布和未分解氨的體積分率成為定常狀態(tài)時(shí)結(jié)束計(jì)算。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>在圖20圖22中,白色區(qū)域的未分解氨的體積分率最高,越黑則表示上述體積分率越低。參照圖20圖22,確認(rèn)在第二加熱區(qū)51C的內(nèi)部,未分解氨的體積分率大幅偏差。此外,參照圖7、圖8和圖20,設(shè)置有氣氛氣體供給部61和氣氛采集管道56的第二加熱區(qū)51C的上壁51C1附近的未分解氨的體積分率較高,接近被處理物通過區(qū)域92的第二加熱區(qū)51C的底壁51C2附近的未分解氨的體積分率較低。這是由于從設(shè)置有氣氛氣體供給部61和氣氛采集管道56的第二加熱區(qū)51C的上壁51C1附近導(dǎo)入的氨氣到達(dá)接近被處理物通過區(qū)域92的第二加熱區(qū)51C的底壁51C2附近為止,氨的分解反應(yīng)始終以高速進(jìn)行。此外,可以想到在實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,隨著氣氛采集管道56的開口56A到被處理物通過區(qū)域92的距離d增大,實(shí)際侵入被處理物91的氮侵入量與預(yù)測值之差越大的原因在于從開口56A到被處理物通過區(qū)域92的距離d越大,在未分解氨的體積分率比被處理物通過區(qū)域92的未分解氨的體積分率更高的區(qū)域處采集氣氛,并據(jù)此來控制氣氛。因此,實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是合理的結(jié)果,在滲碳氮化處理中,為了高精度地進(jìn)行被處理物內(nèi)部的氮濃度的控制,較為理想的是,在基于包括氨的分解反應(yīng)速度在內(nèi)的解析條件來實(shí)施CFD解析時(shí),采集未分解氨的體積分率與在熱處理爐內(nèi)被處理物所占區(qū)域的未分解氨的體積分率之差在25%以內(nèi)的區(qū)域的氣氛,更具體而言,采集距被處理物所占區(qū)域的距離在150mm以下的區(qū)域的氣氛,并基于上述氣氛中的未分解氨的體積分率來調(diào)整熱處理爐內(nèi)的氣氛。另外,在上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)條件下,熱處理爐內(nèi)的氣氛的流速變小。參照圖7、圖8和圖23,在熱處理爐5的第二加熱區(qū)51C中,配置有氣氛氣體供給部61和風(fēng)扇59的上壁51C1附近的流速最快,為0.3m/s左右,在其他區(qū)域?yàn)?.lm/s左右。這是比通常的熱處理?xiàng)l件更小的值。此外,熱處理爐內(nèi)的氣氛的流速越大,未分解氨的體積分率越均勻。也就是說,上述實(shí)施例1和實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)是在熱處理爐內(nèi)的未分解氨的體積分率容易不均勻的條件下實(shí)施的。而且,在上述實(shí)施例1和實(shí)施例2采用的滲碳氮化溫度為850°C。當(dāng)采用高碳鋼作為原材料時(shí),滲碳氮化溫度一般在850°C附近,更具體而言,一般在830°C以上870°C以下的溫度。因此,當(dāng)在830°C以上870°C以下的滲碳氮化溫度下滲碳氮化處理由高碳鋼組成的被處理物時(shí),設(shè)置熱處理爐的氣氛采集構(gòu)件來采集距被處理物所占區(qū)域的距離在150mm以下的區(qū)域的氣氛尤為有效。在此,高碳鋼是指含有0.8質(zhì)量%以上碳的鋼,即共析鋼和過共析鋼,例如除了作為軸承鋼的JISSUJ2及與之相當(dāng)?shù)腟AE52100、DIN規(guī)格的100Cr6之外,還列舉JISSUJ3;作為彈簧鋼的JISSUP3、SUP4;作為工具鋼的JISSK2、SK3等。如上所述,在鋼的熱處理(滲碳氮化處理)中,通過在被處理物附近采集氣氛進(jìn)行分析,并據(jù)此來控制熱處理爐內(nèi)的氣氛,藉此能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。此外,根據(jù)氣氛采集構(gòu)件的開口與保持被處理物的保持部的距離被設(shè)置成可改變的本發(fā)明的熱處理爐,即使被處理物的形狀及量發(fā)生改變,也能相應(yīng)地改變氣氛采集構(gòu)件的開口的位置,從而能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛。另外,在上述實(shí)施方式和實(shí)施例中,作為熱處理對實(shí)施滲碳氮化處理的情況進(jìn)行了說明,但在本發(fā)明的熱處理爐中所能實(shí)施的熱處理不限于此。本發(fā)明的熱處理爐能有效地應(yīng)用于例如加碳處理等最好在被處理物附近采集氣氛的熱處理。本次所公開的實(shí)施方式和實(shí)施例在所有點(diǎn)上為例示,不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是對本發(fā)明作出了限制。本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求書來表示的而不是由上述說明來表示的,本發(fā)明包括與權(quán)利要求書等同的意思和范圍內(nèi)的所有變更。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的熱處理爐能尤為有利地適用于要求高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛的熱處理爐。權(quán)利要求一種熱處理爐(5),其用于實(shí)施鋼的熱處理,其特征在于,包括反應(yīng)室(51C),該反應(yīng)室(51C)具有保持被處理物(91)的保持部(53);以及氣氛采集構(gòu)件(56),該氣氛采集構(gòu)件(56)在所述反應(yīng)室(51C)內(nèi)具有開口(56A),從所述開口(56A)采集所述反應(yīng)室(51C)內(nèi)的氣氛,所述氣氛采集構(gòu)件(56)被設(shè)置成所述開口(56A)與所述保持部(53)的距離是可改變的。2.如權(quán)利要求1所述的熱處理爐(5),其特征在于,還包括密封構(gòu)件(621、622、623),該密封構(gòu)件(621、622、623)圍住所述氣氛采集構(gòu)件(56)的外周面;以及外側(cè)壁部(511),該外側(cè)壁部(511)圍住所述密封構(gòu)件(621、622、623)的外周面,且與所述反應(yīng)室(51C)的外壁連接,所述氣氛采集構(gòu)件(56)被設(shè)置成可相對于所述外側(cè)壁部(511)作相對移動(dòng)。3.如權(quán)利要求2所述的熱處理爐(5),其特征在于,所述氣氛采集構(gòu)件(56)包括具有筒狀形狀的筒狀部(562、563),所述密封構(gòu)件(621、622、623)被配置成圍住所述筒狀部(562、563)的外周面,所述氣氛采集構(gòu)件(56)被設(shè)置成可沿所述筒狀部(562、563)的軸向相對于所述外側(cè)壁部(511)作相對移動(dòng)。4.如權(quán)利要求2所述的熱處理爐(5),其特征在于,還包括冷卻部(511E),該冷卻部(511E)冷卻所述密封構(gòu)件(621、622、623)。5.如權(quán)利要求1所述的熱處理爐(5),其特征在于,所述熱處理是滲碳氮化處理,所述熱處理爐(5)還包括氣氛分析部(57),該氣氛分析部(57)與所述氣氛采集構(gòu)件(56)連接,并計(jì)算出被所述氣氛采集構(gòu)件(56)采集到的所述氣氛中的未分解氨的體積分率;以及氣氛控制部(58),該氣氛控制部(58)與所述氣氛分析部(57)連接,并基于計(jì)算出的所述未分解氨的體積分率來控制所述反應(yīng)室(51C)內(nèi)的所述氣氛。全文摘要一種熱處理爐,其能高精度地控制熱處理爐內(nèi)的氣氛,包括作為反應(yīng)室的第二加熱區(qū)(51c),該第二加熱區(qū)(51c)具有保持被處理物(91)的爐底帶(53);以及氣氛采集管道(56),該氣氛采集管道(56)在第二加熱區(qū)(51C)內(nèi)具有開口(56A),從開口(56a)采集第二加熱區(qū)(51c)內(nèi)的氣氛。此外,氣氛采集管道(56)被設(shè)置成開口(56a)與爐底帶(53)的距離是可改變的。文檔編號(hào)C21D1/76GK101784691SQ20088010477公開日2010年7月21日申請日期2008年6月19日優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日發(fā)明者大木力申請人:Ntn株式會(huì)社
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