專利名稱：滲碳處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對鋼制工件實施滲碳處理的滲碳處理裝置。
背景技術(shù)：
作為汽車及產(chǎn)業(yè)機械等中使用的鋼制部件的表面硬化處理方法之一，例如可以采用高頻滲碳方法，所述高頻滲碳方法將低碳鋼制工件安裝在處理室的內(nèi)部，通過高頻感應加熱將該工件的表面層加熱至規(guī)定溫度后，向處理室內(nèi)供給滲碳氣體，進行滲碳處理(例如參見專利文獻1)。在上述高頻滲碳方法中，例如，如圖4所示，可以使用滲碳處理裝置101，所述滲碳處理裝置101具有處理室110，在內(nèi)部安裝有工件W;水冷式感應加熱線圈120，設(shè)置在處理室Iio的內(nèi)部，對工件W進行加熱；氣體流路150，向處理室110內(nèi)供給滲碳氣體；排氣流路160，排出處理室110內(nèi)的排氣。在使用上述滲碳處理裝置101的高頻滲碳方法中，首先通過感應加熱線圈120將安裝在處理室110內(nèi)部的工件W的表面層感應加熱至規(guī)定溫度。之后，例如將滲碳氣體通過氣體流路150供給到處理室110內(nèi)，所述滲碳氣體在由烴氣儲氣瓶151供給的烴氣中混合有由稀釋氣體儲氣瓶152供給的稀釋氣體，在處理室110內(nèi)生成滲碳氣氛氣體，使該滲碳氣氛氣體與變?yōu)楦邷氐墓ぜ的表面接觸。此時，通過滲碳氣氛氣體中的烴的滲碳反應在工件W表面生成的碳，從工件W的表面向內(nèi)部擴散浸透。由此，工件W的表面的碳含量升高， 因此工件W的表面層硬化。專利文獻1 日本特開2004-360057號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述現(xiàn)有滲碳處理裝置101中，工件W在滲碳處理時，因被加熱的工件W 的輻射熱而使該工件W附近的滲碳氣氛氣體升溫，由此在處理室110的內(nèi)部發(fā)生滲碳氣氛氣體的對流(箭頭C)和擴散(箭頭D)，因此可以促進該滲碳氣氛氣體與處理室110的殼壁 111及感應加熱線圈120之間的熱交換。因此，上述滲碳處理裝置101存在下述問題工件 W在滲碳處理時的熱損失大，滲碳處理所需的能量消耗量增多，滲碳處理成本變高。本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，目的在于提供一種能夠抑制工件在滲碳處理時的熱損失、且能夠降低滲碳處理成本的滲碳處理裝置。本發(fā)明的滲碳處理裝置，是對鋼制工件實施滲碳處理的滲碳處理裝置，其特征在于，具有處理室，內(nèi)部安裝有上述工件；感應加熱線圈，設(shè)置在上述處理室的內(nèi)部，包圍上述工件并進行加熱；氣體供給通路，向上述處理室內(nèi)供給滲碳氣體；排氣流路，排出上述處理室內(nèi)的滲碳氣氛氣體；和筒狀的方向限制構(gòu)件，用于區(qū)分上述工件與處理室的殼壁及感應加熱線圈，從而限制在處理室內(nèi)對流的滲碳氣氛氣體從工件側(cè)向處理室的殼壁側(cè)及感應加熱線圈側(cè)流動。在本發(fā)明的滲碳處理裝置中，通過上述方向限制構(gòu)件，能夠限制在上述處理室內(nèi)對流的滲碳氣氛氣體從工件側(cè)向處理室的殼壁側(cè)及感應加熱線圈側(cè)流動，抑制滲碳氣氛氣體與上述處理室的殼壁及感應加熱線圈之間的熱交換，因此能夠抑制工件在滲碳處理時的熱損失。本發(fā)明的滲碳處理裝置優(yōu)選具有回流限制構(gòu)件，所述回流限制構(gòu)件導入已通過上述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體，且使該滲碳氣氛氣體以規(guī)定流量回流到上述處理室的殼壁與方向限制構(gòu)件之間的空間。根據(jù)上述滲碳處理裝置，可以使從上述方向限制構(gòu)件的內(nèi)部導入的滲碳氣氛氣體通過上述回流限制構(gòu)件，以規(guī)定流量回流到上述處理室的殼壁與方向限制構(gòu)件之間的空間。通過利用上述回流限制構(gòu)件將上述空間的滲碳氣氛氣體的回流量事先設(shè)定為符合工件的材質(zhì)及表面積等特性的適當?shù)闹?，能夠?qū)⑻幚硎覂?nèi)的滲碳氣氛氣體的溫度及/或組成設(shè)定為符合工件特性的適當?shù)闹怠Ｒ虼?，根?jù)上述滲碳處理裝置，能夠均勻且有效地進行工件的滲碳處理。另外，也能夠再次利用回流到上述空間的滲碳氣氛氣體中未反應的氣體，因此能夠降低滲碳處理成本。本發(fā)明的滲碳處理裝置優(yōu)選具有滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件調(diào)節(jié)上述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間。根據(jù)上述滲碳處理裝置，利用上述滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件，根據(jù)工件的材質(zhì)和表面積等特性，適當設(shè)定上述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間，由此能夠進一步均勻且有效地進行工件的滲碳處理。上述滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件可以為調(diào)節(jié)風門，所述調(diào)節(jié)風門能夠可變地調(diào)節(jié)從上述方向限制構(gòu)件的內(nèi)部被導入到上述回流限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的流量。在這種情況下，通過操作上述調(diào)節(jié)風門，能夠容易地調(diào)節(jié)上述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間。上述方向限制構(gòu)件的表面或上述感應加熱線圈的表面優(yōu)選采用下述構(gòu)成將來自工件的輻射熱反射到工件側(cè)空間的反射層。在這種情況下，由于來自工件的輻射熱能夠被上述反射層反射到工件側(cè)空間，所以能夠抑制該輻射熱與上述感應加熱線圈及處理室的殼壁間的熱交換。因此，能夠更有效地抑制工件在滲碳處理時的熱損失。根據(jù)本發(fā)明的滲碳處理裝置，能夠抑制工件在滲碳處理時的熱損失，降低滲碳處理所需的能量的消耗量，從而能夠降低滲碳處理成本。


[圖1]為表示本發(fā)明的一個實施方式的滲碳處理裝置的主要部分的剖面圖。[圖2]為表示本發(fā)明的其他實施方式的滲碳處理裝置的主要部分的剖面圖。[圖3]為表示本發(fā)明的另一個實施方式的滲碳處理裝置的主要部分的剖面圖。[圖4]為表示現(xiàn)有滲碳處理裝置的主要部分的剖面圖。
符號說明 1滲碳處理裝置10 處理室11殼壁20 感應加熱線圈22 反射層
31方向限制構(gòu)件
31a反射層
35回流限制構(gòu)件
35b排出口
38調(diào)節(jié)風門(滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件)
50氣體流路
70傳感器
W工件
具體實施例方式以下，一邊參照附圖，一邊詳細說明本發(fā)明的滲碳處理裝置。圖1為表示本發(fā)明的一個實施方式的滲碳處理裝置的主要部分的剖面圖。在同一圖中，滲碳處理裝置1具有處理室10，在內(nèi)部設(shè)置有低碳鋼、低碳合金鋼等鋼制工件W ；感應加熱線圈20，對工件W進行感應加熱；圓筒狀的方向限制構(gòu)件31，限制滲碳氣氛氣體的流動方向；回流限制構(gòu)件35，導入已通過上述方向限制構(gòu)件31內(nèi)部的滲碳氣氛氣體，使該滲碳氣氛氣體以規(guī)定量回流到處理室10的殼壁11與方向限制構(gòu)件31之間的空間；氣體供給通路50，向處理室10內(nèi)供給滲碳氣體；及排氣流路60，排出處理室10內(nèi)的滲碳氣氛氣體寸。處理室10由底部為開口的殼壁11和能夠開放地閉塞該殼壁11底部的圓盤狀底板14構(gòu)成。上述殼壁11中通過圓盤狀的頂壁13使圓筒狀的周壁12的上端部閉塞。上述周壁12及頂壁13分別由石英、耐熱鋼等耐熱性材料形成。上述底板14可以通過圖中未示出的升降裝置升降，能夠在其上升端位置使上述殼壁11的底部閉塞。上述感應加熱線圈20被配置在處理室10的內(nèi)部。該感應加熱線圈20為能夠包圍工件W外周的螺旋狀線圈，在其內(nèi)周內(nèi)側(cè)安裝有工件W。通過對該感應加熱線圈20供給高頻電流，能夠?qū)⒐ぜ感應加熱至期望的溫度。上述工件W被圖中未示出的能夠升降的支承構(gòu)件所支承。上述支承構(gòu)件通過與上述底板14 一起升降，能夠?qū)⒐ぜ供給到感應加熱線圈20的內(nèi)周內(nèi)側(cè)，或?qū)⑸鲜龉┙o的工件W搬出至處理室10的下方。上述方向限制構(gòu)件31由下述部分構(gòu)成第1圓筒部32，包圍工件W的外周；錐形筒部33，與上述第1圓筒部32的上端部相連接設(shè)置，朝向上方直徑逐漸減小；第2圓筒部 34，與上述錐形筒部33的上端部相連接設(shè)置。上述方向限制構(gòu)件31的材料從不被感應加熱的材料中選擇，優(yōu)選石英或陶瓷。上述方向限制構(gòu)件31被配置于工件W與感應加熱線圈20之間的空間，用于區(qū)分工件W與處理室10的殼壁11及感應加熱線圈20。由此，限制因被加熱的工件W的輻射熱而升溫的滲碳氣氛氣體從工件W側(cè)向感應加熱線圈20側(cè)及殼壁11側(cè)流動(參見圖1的箭頭A)。因此，能夠抑制上述滲碳氣氛氣體與上述殼壁11及感應加熱線圈20之間的熱交換， 降低滲碳處理時的熱損失。上述回流限制構(gòu)件35為區(qū)分處理室10的頂壁13側(cè)空間的一部分的箱形構(gòu)件，其頂板部分兼用作頂壁13。另外，在上述回流限制構(gòu)件35的底部設(shè)置有開口，且在該開口嵌入上述第2圓筒部34。由此，可以將在上述方向限制構(gòu)件31的內(nèi)部上升的滲碳氣氛氣體導入回流限制構(gòu)件35的內(nèi)部。進而，在上述側(cè)壁部3 上，在其整個周面設(shè)置有多個排出孔 35b。另外，上述回流限制構(gòu)件35的內(nèi)部與上述排氣流路60相連通，能夠使導入到該內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的一部分或全部通過上述排氣通路60排出。各排出孔3 的開口面積的總和可以設(shè)定為符合工件W的材質(zhì)及表面積等特性的適當?shù)闹?。在滲碳氣氛氣體的回流率為0 100%的范圍內(nèi)，根據(jù)工件W的特性按照每個工件W設(shè)定上述開口面積的總和。此處上述所謂“回流率”，是指滲碳氣氛氣體的量Y相對于氣體的量X的比例(Y/X)，其中，氣體的量X表示從導入到回流限制構(gòu)件35內(nèi)的滲碳氣氛氣體中減去通過排氣流路60排出的滲碳氣氛氣體得到的氣體的量，滲碳氣氛氣體的量Y表示回流到處理室10的殼壁11與方向限制構(gòu)件31之間的空間的滲碳氣氛氣體的量?！盎亓髀?% ”是指通過排氣流路60將在工件W的滲碳處理中使用后的滲碳氣氛氣體100%排出， “回流率100%”是指工件W的滲碳處理中使用后的滲碳氣氛氣體中，使通過排氣流路60排出的氣體為0，100%回流。如上所述，根據(jù)上述回流限制構(gòu)件35，由于各排出孔35b的開口面積的總和被設(shè)定為符合工件W的材質(zhì)和表面積等特性的適當?shù)闹?，所以能夠?yōu)化回流到上述處理室10的殼壁11與方向限制構(gòu)件31之間的空間的滲碳氣氛氣體的量。因此，能夠?qū)⑻幚硎?0內(nèi)的滲碳氣氛氣體的溫度及/或組成設(shè)定為符合工件W的特性的適當?shù)闹?。因此，能夠均勻且有效地進行工件W的滲碳處理。需要說明的是，調(diào)節(jié)排出孔35b的開度使上述回流率超過0%時，能夠?qū)⒈粚牖亓飨拗茦?gòu)件35內(nèi)部的滲碳氣氛氣體通過上述排出孔3 排出到上述處理室10的殼壁11 與方向限制構(gòu)件31之間的空間，使其回流再次供給到工件附近(參見圖1的箭頭B)。在這種情況下，能夠再次利用上述滲碳氣氛氣體中的未反應氣體，從而能夠降低滲碳處理成本。氣體流路50與上述處理室10連接，所述氣體流路50向該處理室10內(nèi)供給由作為烴氣的甲烷氣體和作為稀釋氣體的氮氣組成的滲碳氣體。用于供給甲烷氣體的烴氣儲氣瓶51、及用于供給氮氣的稀釋氣體儲氣瓶52分別與上述氣體流路50連接。進而，在上述滲碳處理裝置1上設(shè)置有檢測處理室10內(nèi)的滲碳氣氛氣體的溫度及組成的傳感器70。上述傳感器70的前端的檢測部分例如可以被配置在圖1所示的位置上， 如圖2及3所示也可以被配置在工件W與方向限制構(gòu)件31之間的空間內(nèi)。由于利用上述傳感器70能夠監(jiān)控在工件W的滲碳處理中使用的滲碳氣氛氣體的溫度及組成，所以能夠調(diào)節(jié)滲碳氣氛氣體的溫度及組成為符合工件W的材質(zhì)、表面積等特性的適當?shù)闹怠Ａ硗?，上述傳感?0可以檢測滲碳氣氛氣體的溫度及組成中的任一種。根據(jù)以上構(gòu)成的滲碳處理裝置1，通過上述方向限制構(gòu)件31，限制方向限制構(gòu)件 31內(nèi)部的滲碳氣氛氣體向處理室10的殼壁11側(cè)及感應加熱線圈20側(cè)流動，因此，能夠有效地抑制滲碳氣氛氣體與上述處理室10的殼壁11及感應加熱線圈20之間的熱交換。因此，根據(jù)本發(fā)明的滲碳處理裝置1，能夠抑制工件W在滲碳處理時的熱損失，使?jié)B碳處理所需的能量的消耗量減少。具體而言，確認了本發(fā)明的滲碳處理裝置1與沒有設(shè)置上述方向限制構(gòu)件31的現(xiàn)有滲碳處理裝置相比，能夠減少約17 23%左右的滲碳處理時的熱損失。因此，本發(fā)明的滲碳處理裝置1能夠降低滲碳處理成本。
如圖2所示，上述方向限制構(gòu)件31也可以采用下述構(gòu)成即，至少將感應加熱線圈 20側(cè)表面作為反射來自工件W的輻射熱的反射層31a。作為上述反射層31a，例如能夠通過對方向限制構(gòu)件31的母材表面施行鍍金等而形成。另外，如圖3所示，上述感應加熱線圈20也可以采用下述構(gòu)成，即，將該感應加熱線圈20的表面作為反射來自工件W的輻射熱的反射層22。對于上述反射層22，也能夠通過對感應加熱線圈20的母材表面施行鍍金等而形成。在這種情況下，通過上述方向限制構(gòu)件31的反射層31a或感應加熱線圈20的反射層22，能夠?qū)碜怨ぜ的輻射熱反射到工件W側(cè)空間，因此，能夠進一步抑制該輻射熱與上述感應加熱線圈20及處理室10的殼壁11之間的熱交換。因此，能夠更有效地抑制工件W在滲碳處理時的熱損失。具體而言，確認了在上述方向限制構(gòu)件31上形成反射層31a 時與不形成反射層31a時相比，能夠降低約8 12%左右的滲碳處理時的熱損失。需要說明的是，如圖2及圖3所示，在上述滲碳處理裝置1中也可以在方向限制構(gòu)件31的第2圓筒部34的內(nèi)部設(shè)置調(diào)節(jié)風門38(滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件)，所述調(diào)節(jié)風門38用于調(diào)節(jié)方向限制構(gòu)件31內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間。上述調(diào)節(jié)風門38，通過從處理室10的外部對該轉(zhuǎn)動軸38a進行轉(zhuǎn)動操作，能夠改變第2圓筒部34內(nèi)部的開口率，由此， 能夠根據(jù)工件W的特性適當調(diào)節(jié)方向限制構(gòu)件31內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間。因此， 能夠更加均勻且有效地進行工件W的滲碳處理。另外，通過利用上述調(diào)節(jié)風門38調(diào)節(jié)滲碳氣氛氣體的回流量及排氣量的總量，能夠適當調(diào)節(jié)滯留時間。需要說明的是，上述調(diào)節(jié)風門38的轉(zhuǎn)動軸38a除了通過手動進行轉(zhuǎn)動操作的情況之外，有時也通過步進電動機等驅(qū)動裝置進行遠程操作。在上述實施方式中，使用調(diào)節(jié)風門38作為滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件，能夠可變地調(diào)節(jié)方向限制構(gòu)件31內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間，但是，也可以通過適當選擇第2圓筒部34 的口徑來代替上述調(diào)節(jié)風門38，使該第2圓筒部34兼用作滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件。另外，在上述滲碳處理裝置1中，事先求出符合工件的材質(zhì)、表面積等特性的適當?shù)臐B碳氣氛氣體的溫度及組成的值，為了能夠維持上述值，可以將來自傳感器70的信號作為輸入信號反饋控制上述排出孔35b，自動調(diào)節(jié)回流到滲碳氣氛氣體的處理室10的回流量。
權(quán)利要求
1.一種滲碳處理裝置，是對鋼制工件實施滲碳處理的滲碳處理裝置，其特征在于，具有處理室，內(nèi)部安裝有所述工件；感應加熱線圈，設(shè)置在所述處理室內(nèi)部，包圍所述工件并進行加熱； 氣體供給通路，向所述處理室內(nèi)供給滲碳氣體； 排氣流路，排出所述處理室內(nèi)的滲碳氣氛氣體；及筒狀的方向限制構(gòu)件，用于區(qū)分所述工件與處理室的殼壁及感應加熱線圈，從而限制在處理室內(nèi)對流的滲碳氣氛氣體從工件側(cè)向處理室的殼壁側(cè)及感應加熱線圈側(cè)流動。
2.如權(quán)利要求1所述的滲碳處理裝置，其中，具有回流限制構(gòu)件，所述回流限制構(gòu)件導入已通過所述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體，且使所述滲碳氣氛氣體以規(guī)定流量回流到所述處理室的殼壁與方向限制構(gòu)件之間的空間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的滲碳處理裝置，其中，具有滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件，所述滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件調(diào)節(jié)所述方向限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的滯留時間。
4.如權(quán)利要求3所述的滲碳處理裝置，其中，所述滯留時間調(diào)節(jié)構(gòu)件為調(diào)節(jié)風門，所述調(diào)節(jié)風門能夠可變地調(diào)節(jié)從所述方向限制構(gòu)件內(nèi)部被導入到所述回流限制構(gòu)件內(nèi)部的滲碳氣氛氣體的流量。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的滲碳處理裝置，其中，所述方向限制構(gòu)件的表面或所述感應加熱線圈的表面構(gòu)成為反射層，該反射層將來自工件的輻射熱反射到工件側(cè)空間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滲碳處理裝置，所述滲碳處理裝置能夠抑制工件在滲碳處理時的熱損失，并能夠使能量的消耗量降低至比以前低。在滲碳處理裝置1內(nèi)設(shè)置有筒狀的方向限制構(gòu)件31，所述方向限制構(gòu)件31用于區(qū)分處理室10的殼壁11及感應加熱線圈20與工件W，從而限制在處理室內(nèi)對流的滲碳氣氛氣體從工件W側(cè)向處理室10的殼壁11側(cè)及感應加熱線圈20側(cè)流動。由此抑制滲碳氣氛氣體與殼壁11及感應加熱線圈20之間的熱交換。
文檔編號C23C8/20GK102206798SQ201110084669
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者山本亮介, 長島靖 申請人:光洋熱系統(tǒng)株式會社