表面固化處理裝置及表面固化處理方法

2023-11-01 11:51:02

專利名稱：表面固化處理裝置及表面固化處理方法
技術領域：
本發明涉及對金屬制的待處理品進行表面固化處理(例如，氮化、軟氮化、滲碳、 碳氮共滲等)的表面固化處理裝置及表面固化處理方法。
背景技術：
以往，作為對金屬制的待處理品(特別是鋼件或金屬模具)的表面固化處理，應用 氮化處理或軟氮化處理。與後述的滲碳處理或碳氮共滲處理相比，該氮化處理或軟氮化處 理是處理溫度低且變形少的處理法。作為這樣的氮化處理或軟氮化處理的方法，有氣體法、鹽浴法、等離子體法等。並 且，這些方法中，考慮品質、環境性、量產性等的情況下，氣體法是綜合優異的。另外，利用氣體法的氮化處理(氣體氮化處理)具有如下工序對於待處理品，僅 使氮滲透擴散，使表面固化。另外，氣體氮化處理中，將氨氣、氨氣與氮氣的混合氣體、氨氣 與氨分解氣體(75%的H2, 25%的N2)的混合氣體導入到處理爐內，進行表面固化處理。另一方面，利用氣體法的軟氮化處理(氣體軟氮化處理)具有如下工序對於待處 理品，與氮一同使碳從屬地滲透擴散，使表面固化。另外，氣體軟氮化處理中，將氨氣與RX 氣體(以C0、H2、N2為主成分的吸熱型改性氣體)的混合氣體、氨氣與氮氣、CO2的混合氣體 等混合了兩種以上的爐內導入氣體的混合氣體導入到處理爐內，進行表面固化處理。如上所述的氣體氮化處理和氣體軟氮化處理中，為了管理在內部配置有待處理品 的處理爐內的氣氛，例如，有時使用如非專利文獻1所述的測定方法測定爐內氣體的氨濃 度、氫濃度。具體地說，非專利文獻1中，作為測定存在於處理爐內的爐內氣體的氨濃度的方 法，記載了使用手動玻璃管氨分析儀非連續地測定爐內氣體的氨濃度的方法；和使用紅外 線氨分析儀連續地測定爐內氣體的氨濃度的方法。另外，非專利文獻1中，作為測定爐內氣體的氫濃度的方法，記載了使用熱導率傳 感器(其利用了爐內氣體的熱導率)連續地測定爐內氣體的氫濃度的方法。需要說明的是， 上述熱導率傳感器是能夠直接安裝於處理爐的爐體的構成，是能夠基於爐內氣體的熱導率 來檢測爐內氣體的氫濃度的構成。另外，作為針對待處理品的表面固化處理，除了上述氮化處理或軟氮化處理以外， 有滲碳處理或碳氮共滲處理。與氮化處理或軟氮化處理相比，滲碳處理或碳氮共滲處理雖 然處理溫度高且變形大，但是是能形成較深固化層的處理法。作為這樣的滲碳處理或碳氮共滲處理的方法，有氣體法、鹽浴法、等離子體法、真 空法(減壓法)等。並且，這些方法中，真空法與其他方法相比具有如下優點環境性良好， 滲碳速度快，不產生表面異常層等。另外，利用真空法的滲碳處理(真空滲碳處理)具有如下工序對於待處理品， 僅使碳滲透擴散，使表面固化。另外，真空滲碳處理中，將乙炔氣體、丙烷氣體、乙烯氣體等 烴單獨或兩種以上同時導入到處理爐內，或者將混合有烴和氮氣的混合氣體導入到處理爐
3內，進行表面固化處理。另一方面，利用真空法的碳氮共滲處理(真空碳氮共滲處理)具有如下工序對於 待處理品，與碳一同使氮從屬地滲透擴散，使表面固化。並且，真空碳氮共滲處理中，進行真 空滲碳後，單獨導入氨氣，或者將混合有氨氣和氮氣的混合氣體導入到處理爐內，進行表面 固化處理。如上所述的滲碳處理和碳氮共滲處理中，為了管理處理爐內的氣氛，例如，有時使 用如非專利文獻2和3所述的熱導率傳感器，測定爐內氣體的氫濃度。需要說明的是，非專 利文獻2和3所述的熱導率傳感器與非專利文獻1所述的熱導率傳感器同樣，基於爐內氣 體的熱導率，檢測爐內氣體的氫濃度。非專利文獻1 河田一喜，《窒化求r > ν ^義制御* 7歹Λ付t力『7軟窒化爐 (附帶氮勢控制系統的氣體軟氮化爐)》，熱処理，49卷2號、2009、P. 64 68非專利文獻2 河田一喜，《浸炭処理及t/窒化処理(滲碳處理和氮化處理)》，機械 設計，51 卷 7 號、2007、P. 54 59非專利文獻3 河田一喜，《雰囲気制御付,真空浸炭爐們実用化(附帶氣氛控制 的真空滲碳爐的實用化)》，熱処理，44卷5號、2004、P. 289 295非專利文獻1所述的手動玻璃管氨分析儀由於其構成為通過手動操作進行測定， 所以不能連續測定爐內氣體的氨濃度，不能適用於針對處理爐內氣氛的連續自動控制。另外，非專利文獻1所述的紅外線氨分析儀由於能連續測定爐內氣體的氨濃度， 所以能夠適用於針對處理爐內氣氛的連續自動控制，但需要將爐內氣體通過採樣泵導入到 紅外線氨分析儀。因此，氣體軟氮化處理中，由於碳酸銨的析出而容易發生採樣路徑的堵 塞，需要定期進行清掃過濾器等維護，因此有可能發生表面固化處理的作業效率降低的問 題。另外，與手動玻璃管氨分析儀或熱導率傳感器相比，非專利文獻1所述的紅外線 氨分析儀價格昂貴，所以從成本方面等考慮，存在難以採用的問題。與此相對，非專利文獻1至3所述的熱導率傳感器與紅外線氨分析儀不同，其價格 低且能夠直接安裝於處理爐的爐體，並且能夠連續測定爐內氣體的氫濃度，因此能夠適用 於針對處理爐內氣氛的連續自動控制。因此，上述氣體氮化處理等將混合有兩種以上的爐內導入氣體的混合氣體導入到 處理爐內後進行的表面固化處理中，從成本方面等的角度出發，適合使用非專利文獻1至3 所述的熱導率傳感器進行處理爐內的氣氛控制。另外，與紅外線氨分析儀不同，熱導率傳感器能夠直接安裝於處理爐的爐體，而且 能夠連續地測定處理爐內的氫濃度，因此能夠適用於針對處理爐內氣氛的連續自動控制。但是，熱導率傳感器存在如下所示的問題。僅將熱導率傳感器安裝於爐體時，有可能會產生爐內氣體流入到熱導率傳感器的 傳感器部需要耗費時間這樣的問題。另外，在熱導率傳感器的某些安裝位置有可能會產生 僅爐內氣體的不均勻成分流入到傳感器部而難以精確反映全部爐內氣體的氫濃度這樣的 問題。另外，在熱導率傳感器始終安裝於爐體的狀態下，實際對待處理品進行量產處理 時，待處理品配置於處理爐內，升溫過程中初期產生的附著於待處理品的油分或汙垢會氣
4體化而汙染傳感器部，有可能發生早期難以維持熱導率傳感器的精度的問題。另外，氣體軟氮化處理中，在連通傳感器部和爐體的配管內，有可能發生碳酸銨析 出這樣的問題。另外，具有在處理爐內產生氯化氫那樣的工序的情況下，傳感器部或配管內 發生氯化銨的析出，從而有可能發生難以維持熱導率傳感器的精度的問題。另外，真空滲碳或碳氮共滲處理中，黑煙或焦油附著於傳感器部，也有可能發生難 以維持熱導率傳感器的精度的問題。但是，以往沒有公開能夠長期穩定地維持熱導率傳感器的精度的手段或對策。另外，關於使用熱導率傳感器進行的處理爐內的氣氛控制，以往沒有公開具體的 控制方法。因此，在使用混合氣體的表面固化處理中，通過將兩種以上的爐內導入氣體的消 耗量設定為恆定的比率等方式，在不參照處理爐內的氣氛的情況下進行表面固化處理。由 此可能會產生爐內導入氣體的消耗量比適於表面固化處理的量多、表面固化處理所需的運 行成本增加這樣的問題。另外，在不參照處理爐內的氣氛的情況下進行表面固化處理時，有 可能會產生如下問題未用於表面固化處理而由處理爐內排出的爐內氣體的量增加，向大 氣中排出的氣體量增加，對環境造成不良影響。本發明著眼於如上所述的問題，課題在於提供一種表面固化處理裝置及表面固化 處理方法，其中基於爐內氣體的熱導率檢測處理爐內的氣氛，能夠參照該檢測的氣氛控制 處理爐內的氣氛。

發明內容
為了解決上述課題，本發明中，技術方案1所述的發明涉及一種表面固化處理裝 置，其中，將兩種以上的爐內導入氣體導入處理爐內，對配置於上述處理爐內的待處理品進 行表面固化處理，所述兩種以上的爐內導入氣體包含在所述處理爐內產生氫的至少一種爐 內導入氣體，該裝置的特徵在於具備氫濃度檢測單元，該氫濃度檢測單元基於上述處理爐內的爐內氣體的熱導率，檢 測上述爐內氣體的氫濃度；爐內氣體組成演算單元，該爐內氣體組成演算單元基於上述氫濃度檢測單元檢測 的氫濃度，演算上述爐內氣體的組成(即爐內氣體組成)；和氣體導入量控制單元，該氣體導入量控制單元根據上述爐內氣體組成演算單元演 算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，在將上述兩種以上的上述爐內導 入氣體向上述處理爐內的導入量的比率(即爐內導入氣體流量比率)保持為恆定值的狀態 下，控制兩種以上的上述爐內導入氣體向上述處理爐內的合計導入量，以使上述爐內氣體 組成成為上述設定爐內氣體混合比率，或者，分別控制上述兩種以上的爐內導入氣體的導 入量以使上述爐內導入氣體流量比率變化。根據本發明，根據氫濃度檢測單元基於爐內氣體的熱導率檢測出的爐內氣體的氫 濃度，通過演算求出處理爐內產生氫的爐內導入氣體的爐內濃度。並且，基於該演算值，爐 內氣體組成演算單元演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成。因此，根據演算出的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，檢測處 理爐內的氣氛，參照該檢測出的氣氛，氣體導入量控制單元能夠控制兩種以上的爐內導入氣體的導入量，以使爐內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。需要說明的是，將兩種以上的爐內導入氣體導入處理爐內時，例如，在混合有兩種 以上爐內導入氣體的狀態下導入到處理爐內，或者，將兩種以上的爐內導入氣體分別導入 到處理爐內，在處理爐內將這些導入的爐內導入氣體進行混合。接著，本發明中，技術方案2所述的發明涉及技術方案1所述的發明，其特徵在於， 該裝置具備開關閥，該開關閥安裝於上述處理爐和上述氫濃度檢測單元之間，能夠對連通上 述處理爐和上述氫濃度檢測單元的連通狀態和封閉上述處理爐和上述氫濃度檢測單元之 間的封閉狀態進行切換；和開關閥切換控制單元，該開關閥切換控制單元根據上述氣體導入量控制單元的動 作狀態，將上述開關閥切換到上述連通狀態或上述封閉狀態。根據本發明，開關閥切換控制單元根據氣體導入量控制單元的動作狀態，將開關 閥切換到連通狀態或封閉狀態。因此，在氣體導入量控制單元未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，能夠抑制 爐內氣體所含的汙染成分與氫濃度檢測單元接觸，能夠長期抑制氫濃度檢測單元的檢測精 度的降低。需要說明的是，開關閥切換控制單元將開關閥切換到連通狀態或封閉狀態時，例 如，在氣體導入量控制單元控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將開關閥切換到連通狀 態，連通處理爐和氫濃度檢測單元。另一方面，在氣體導入量控制單元未控制爐內導入氣體 的導入量的狀態下，開關閥切換控制單元將開關閥切換到封閉狀態，將處理爐和氫濃度檢 測單元之間封閉。另外，連通處理爐和氫濃度檢測單元的路徑通過例如配管形成。並且，該配管可以 是直接連通處理爐和氫濃度檢測單元的單線路徑，也可以是在處理爐和氫濃度檢測單元之 間分支為兩個以上的路徑的複線路徑。接著，本發明中，技術方案3所述的發明涉及技術方案1或2所述的發明，其特徵 在於，該裝置具備氫濃度檢測配管，該氫濃度檢測配管連通上述處理爐和上述氫濃度檢測單元；和配管溫度控制單元，該配管溫度控制單元控制上述氫濃度檢測配管的溫度，上述配管溫度控制單元根據上述爐內導入氣體的種類，將上述氫濃度檢測配管的 溫度控制在25 450°C的範圍內，以使上述爐內氣體在上述氫濃度檢測配管內不以固體的 形式析出。根據本發明，配管溫度控制單元根據爐內導入氣體的種類，將氫濃度檢測配管的 溫度控制在25 450°C的範圍內，由此抑制爐內氣體在氫濃度檢測配管內以固體的形式析
出ο因此，在氣體氮化處理或氣體軟氮化處理等可能在氫濃度檢測配管內析出氯化銨 或碳酸銨的表面固化處理中，能夠抑制氯化銨或碳酸銨在氫濃度檢測配管內的析出。需要說明的是，配管溫度控制單元控制氫濃度檢測配管的溫度時，表面固化處理 為在處理爐內產生氯化氫氣體那樣的氣體氮化處理的情況下，適宜將氫濃度檢測配管的溫 度控制在340 450°C的範圍內。另外，表面固化處理為氣體軟氮化處理的情況下，適宜將
6氫濃度檢測配管的溫度控制在60 100°C的範圍內。接著，本發明中，技術方案4所述的發明涉及一種表面固化處理方法，其中，將兩 種以上的爐內導入氣體導入上述處理爐內，對配置於上述處理爐內的待處理品進行表面固 化處理，所述兩種以上的爐內導入氣體包含在處理爐內產生氫的至少一種爐內導入氣體，其特徵在於，基於上述處理爐內的爐內氣體的熱導率，檢測上述爐內氣體的氫濃度，基於上述檢測的氫濃度，演算上述爐內氣體的組成(即爐內氣體組成)，根據上述演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，在將上述兩 種以上的上述爐內導入氣體向上述處理爐內的導入量的比率(即爐內導入氣體流量比率) 保持為恆定值的狀態下，控制上述兩種以上的上述爐內導入氣體向上述處理爐內的合計導 入量，以使上述爐內氣體組成成為上述設定爐內氣體混合比率，或者，分別控制上述兩種以 上的爐內導入氣體的導入量以使上述爐內導入氣體流量比率變化。根據本發明，根據基於爐內氣體的熱導率檢測出的爐內氣體的氫濃度，通過演算 求出處理爐內產生氫的爐內導入氣體的爐內濃度。並且，基於該演算值，演算爐內氣體的組 成即爐內氣體組成。因此，根據演算出的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，檢測處 理爐內的氣氛，參照該檢測出的氣氛，能夠控制兩種以上的爐內導入氣體的導入量，以使爐 內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。根據本發明，根據爐內氣體的組成(即爐內氣體組成)和預先設定的設定爐內氣 體混合比率，檢測處理爐內的氣氛，可以參照該檢測出的氣氛，控制處理爐內的氣氛。由此能夠減少表面固化處理所需的運行成本。另外，由於能夠減少向大氣中排放 的氣體量，因此能夠抑制環境的惡化。


圖1是表示第一實施方式的表面固化處理裝置的構成的圖。圖2是表示第一實施方式的變形例的構成的圖。圖3是表示第二實施方式的表面固化處理裝置的構成的圖。圖4是表示比較例的表面固化處理裝置的構成的圖。符號說明1表面固化處理裝置2處理爐4氫濃度檢測單元6調節儀8記錄儀10開關閥(第一開關閥10a、第二開關閥10b、第三開關閥IOc)12開關閥切換控制單元14爐內導入氣體供給部16攪拌扇18攪拌扇驅動馬達
20爐內溫度測量單元22氫濃度檢測配管(第一配管22a、第二配管22b、第三配管22c)24爐內氣體組成演算單元26氣體導入量控制單元
28第一爐內導入氣體供給部30第一爐內導入氣體供給量控制部32第一供給閥34第一爐內導入氣體流量儀36第二爐內導入氣體供給部38第二爐內導入氣體供給量控制部40第二供給閥42第二爐內導入氣體流量儀44爐內導入氣體導入配管46配管溫度控制單元S待處理品
具體實施例方式(第一實施方式)下面參照附圖對本發明的第一實施方式(以下記作「本實施方式」)進行說明。(表面固化處理的基礎事項)說明本實施方式之前，作為說明的前提事項，對有關待處理品的表面固化處理的 基礎事項進行說明。下面對表面固化處理之中的氣體氮化處理和氣體軟氮化處理進行說明。氣體氮化處理和氣體軟氮化處理中，在配置有待處理品的處理爐(氣體氮化爐) 內，發生下式(1)所示的氮化反應。這種情況下，氮化反應中的氮勢Kn以下式(2)表示。NH3 — (Ν)+3/2Η2· · · (1)Kn = ΡΝΗ3/ΡΗ23/2· · · (2)需要說明的是，上式(2)中，將氮勢以&表示，將NH3(氨氣)的分壓以Pnh3表示， 將吐(氫氣)的分壓以Ph2表示。此處，氮勢&是公知的要素，如上式(2)所示，其表示氨氣與氫氣的分壓比率，是 表示氣體氮化爐內的氣氛所具有的氮化強度或氮化能力的指標。接著對表面固化處理之中的真空滲碳處理和真空碳氮共滲處理進行說明。作為一例，在作為滲碳氣體使用乙炔氣體的真空滲碳處理和真空碳氮共滲處理 中，在配置有待處理品的處理爐(真空滲碳爐)內，發生下式(3)所示的滲碳反應。這種情 況下，滲碳反應中的碳勢Kc以下式(4)表示。1/2C2H2 — (C)+1/2H2. · · (3)Kc = Pc2H21/2/PH21/2. · · (4)需要說明的是，上式⑷中，將碳勢以&表示，將C2H2(乙炔氣體)的分壓以Pc2h2 表示，將H2 (氫氣)的分壓以Ph2表示。
此處，碳勢Kc是公知的要素，如上式(4)所示，其表示分解前的滲碳氣體(乙炔氣 體)與分解後所生成的氣體的分壓比率，是表示真空滲碳爐內的氣氛所具有的滲碳強度或 滲碳能力的指標。(表面固化處理的問題)接著，對上述各種表面固化處理共同的問題進行說明。氣體氮化處理和氣體軟氮化處理之中，在氣體氮化處理中僅將氨氣導入氣體氮化 爐內進行表面固化處理的情況下，為了使氣體氮化爐內的氣氛成為所期望的氮勢，使用熱 導率傳感器，檢測存在於氣體氮化爐內的爐內氣體的氫濃度。並且，根據該檢測的氫濃度， 控制氨氣向氣體氮化爐內的導入量。如此地僅將一種爐內導入氣體導入到氣體氮化爐內進行表面固化處理的情況下， 通過使用熱導率傳感器檢測爐內氣體的氫濃度，能夠通過利用檢測的氫濃度進行計算來檢 測爐內氣體的氨濃度。因此，能夠利用上式(2)計算氮勢，將氣體氮化爐內的氣氛控制為所 期望的氮勢。但是，將混合有兩種以上的爐內導入氣體(例如氨氣和氮氣等)的混合氣體導入 到氣體氮化爐內進行表面固化處理的情況下，存在如下問題僅控制氨氣向氣體氮化爐內 的導入量或氮氣向氣體氮化爐內的導入量時，不能將氣體氮化爐內的氣氛控制為所期望的氮勢。這是因為，在某些表面固化處理的狀況等條件下，混合氣體的混合比率發生變化 時，則不能掌握爐內氣體的組成即爐內氣體組成，因此即使使用熱導率傳感器僅檢測爐內 氣體的氫濃度，也不能檢測爐內氣體的氨濃度。另外，與上述氣體氮化處理和氣體軟氮化處理同樣，真空滲碳處理和真空碳氮共 滲處理中，在將混合有兩種以上的爐內導入氣體(例如乙炔氣體和氮氣等)的混合氣體導 入到氣體氮化爐內進行表面固化處理的情況下，也存在如下問題僅控制乙炔氣體向真空 滲碳爐內的導入量或氮氣向真空滲碳爐內的導入量時，不能將真空滲碳爐內的氣氛控制為 所期望的碳勢。與上述氣體氮化處理和氣體軟氮化處理同樣，這是因為，混合氣體的混合比率發 生變化時，不能掌握爐內氣體的組成即爐內氣體組成，因此即使使用熱導率傳感器僅檢測 爐內氣體的氫濃度，也不能檢測爐內氣體的乙炔濃度。另外，真空碳氮共滲處理或真空氮化處理中，將混合有兩種以上的爐內導入氣體 的混合氣體導入到氣體氮化爐內進行表面固化處理的情況下，由於即使使用熱導率傳感器 僅檢測爐內氣體的氫濃度，也不能夠檢測爐內氣體的乙炔或氨的濃度，因此存在不能將真 空滲碳爐內的氣氛控制為所期望的碳勢或氮勢的問題。(構成)接著，使用圖1說明本實施方式的表面固化處理裝置1的構成。圖1是表示本實施方式的表面固化處理裝置1的構成的圖。本實施方式的表面固化處理裝置1是通過在配置有鋼件或金屬模具等金屬制待 處理品S的處理爐2內導入混合有兩種以上的爐內導入氣體的混合氣體來對待處理品S進 行表面固化處理的裝置。需要說明的是，兩種以上的爐內導入氣體也可以分別導入到處理 爐2內，在處理爐2內混合。
此處，兩種以上的爐內導入氣體之中，至少一種爐內導入氣體是氨氣(NH3)等在處 理爐2內產生氫的爐內導入氣體。即，兩種以上的爐內導入氣體含有在處理爐2內產生氫 的至少一種爐內導入氣體。需要說明的是，本實施方式中，以設兩種以上的爐內導入氣體為氨氣(NH3)和氮氣 (N2)這兩種爐內導入氣體的情況為例進行說明。另外，本實施方式中，以設表面固化處理為 氣體氮化處理的情況為例進行說明。另外，本實施方式中，由於對設表面固化處理為氣體氮化處理的情況進行說明， 因此設在處理爐2內產生氫的爐內導入氣體為氨氣(NH3),設其他的爐內導入氣體為氮氣 (N2)。另外，本實施方式中，作為一例，將進行表面固化處理的條件設定為如下將處理 爐2內的溫度(處理溫度)設定在300 1100°C的範圍內，將處理爐2內的壓力(處理壓 力)設定在13 133000Pa的範圍內。下面對表面固化處理裝置1的具體構成進行說明。如圖1所示，表面固化處理裝置1具備處理爐2、氫濃度檢測單元4、調節儀6、記錄 儀8、開關閥10、開關閥切換控制單元12和爐內導入氣體供給部14。處理爐2以能夠導入氨氣(NH3)和氮氣(N2)且能配置待處理品S的方式形成，其 具備攪拌扇16、和攪拌扇驅動馬達18、和爐內溫度測量單元20。攪拌扇16配置於處理爐2內，在處理爐2內通過旋轉來攪拌處理爐2內的氣氛。攪拌扇驅動馬達18連接於攪拌扇16，使攪拌扇16以任意旋轉速度旋轉。爐內溫度測量單元20具有熱電偶，以能夠測量存在於處理爐2內的爐內氣體的溫 度的方式構成。另外，爐內溫度測量單元20測量爐內氣體的溫度時，將包含該測量的溫度的信息 信號(爐內溫度信號)輸出至調節儀6和記錄儀8。氫濃度檢測單元4由熱導率傳感器形成，該熱導率傳感器以能檢測爐內氣體的氫 濃度的方式構成，用於檢測氫濃度的傳感器部通過氫濃度檢測配管22與處理爐2的內部連 通。需要說明的是，爐內氣體的氫濃度是基於爐內氣體的熱導率進行檢測的。另外，氫濃度檢測單元4檢測爐內氣體的氫濃度時，將包含該檢測的氫濃度的信 息信號(氫濃度信號)輸出至調節儀6和記錄儀8。氫濃度檢測配管22是連通處理爐2和氫濃度檢測單元4的配管。需要說明的是， 本實施方式中，以直接連通處理爐2和氫濃度檢測單元4的單線路徑形成氫濃度檢測配管 22。 調節儀6具備CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT,中央處理單元)等而構成，具有爐 內氣體組成演算單元24和氣體導入量控制單元26。爐內氣體組成演算單元24基於氫濃度檢測單元4檢測出的氫濃度，演算爐內氣體 的組成即爐內氣體組成。並且，將包含該演算出的爐內氣體組成的信息信號(爐內氣體組 成信號)輸出至氣體導入量控制單元26。具體地說，爐內氣體組成演算單元24根據基於爐內氣體的熱導率檢測出的爐內 氣體的氫濃度，通過演算求出處理爐2內產生氫的爐內導入氣體的爐內濃度。並且，爐內氣體組成演算單元24基於通過上述測定和演算得到的 氣體分壓，演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成。由此，在如本實施方式所述那樣設表面固化處理為氣 體氮化處理的情況下，基於爐內氣體的氫濃度，通過演算求出爐內氣體的氨濃度。該測定的 爐內氣體的氫濃度和氨濃度是反映處理爐2內的氣氛的要素，因此基於爐內氣體的氫濃度 和氨濃度，能夠檢測處理爐2內的氮勢。需要說明的是，表面固化處理為真空滲碳處理或真空碳氮共滲處理的情況下，基 於爐內氣體的氫濃度，通過演算求出爐內氣體的乙炔濃度。氣體導入量控制單元26根據爐內氣體組成演算單元24演算出的爐內氣體組成 和預先設定的設定爐內氣體混合比率，控制兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導入 量，以使爐內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。需要說明的是，設定爐內氣體混合比率 是根據表面固化處理的種類和兩種以上的爐內導入氣體而設定的值，預先存儲於氣體導入 量控制單元26。另外，對氣體導入量控制單元26進行的控制，將在下文中描述。另外，氣體導入量控制單元26在控制兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導 入量的狀態下，將表示該動作狀態的信息信號(控制實施信號)輸出至開關閥切換控制單 元12和爐內導入氣體供給部14。記錄儀8具備CPU等或存儲器等存儲介質而形成。另外，記錄儀8基於爐內溫度測量單元20和氫濃度檢測單元4輸出的信息信號， 例如，對應進行表面固化處理的日期和時間存儲處理爐2內的溫度和爐內氣體的氫濃度。開關閥10設置於氫濃度檢測配管22，是安裝在處理爐2和氫濃度檢測單元4之間 的閥。另外，開關閥10以能夠根據開關閥切換控制單元12輸出的控制信號(開關控制 信號)來切換連通狀態和封閉狀態的方式形成。此處，連通狀態是指連通處理爐2和氫濃度檢測單元4的狀態，封閉狀態是指封閉 處理爐2和氫濃度檢測單元4之間的狀態。開關閥切換控制單元12根據氣體導入量控制單元26的動作狀態，將開關閥10切 換到連通狀態或封閉狀態。需要說明的是，氣體導入量控制單元26的動作狀態是基於氣體 導入量控制單元26輸出的信息信號(控制實施信號)檢測的。需要說明的是，本實施方式中，作為具體例，通過以下所示的條件，說明開關閥切 換控制單元12將開關閥10切換到連通狀態或封閉狀態的情況。具體地說，開關閥切換控制單元12在氣體導入量控制單元26控制爐內導入氣體 的導入量的狀態下，將開關閥10切換到連通狀態。另一方面，開關閥切換控制單元12在氣 體導入量控制單元26未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將開關閥10切換到封閉狀 態。爐內導入氣體供給部14具有第一爐內導入氣體供給部28、第一爐內導入氣體供 給量控制部30、第一供給閥32、第一爐內導入氣體流量儀34、第二爐內導入氣體供給部36、 第二爐內導入氣體供給量控制部38、第二供給閥40、第二爐內導入氣體流量儀42和爐內導 入氣體導入配管44。第一爐內導入氣體供給部28由填充有第一爐內導入氣體的罐形成。需要說明的 是，本實施方式中，對設第一爐內導入氣體為氨氣(NH3)的情況進行說明。第一爐內導入氣體供給量控制部30由能改變開度的質量流量控制器形成，安裝
11在第一爐內導入氣體供給部28和第一供給閥32之間。需要說明的是，第一爐內導入氣體供 給量控制部30的開度是根據氣體導入量控制單元26輸出的控制信號(導入量控制信號) 變化的。另外，第一爐內導入氣體供給量控制部30對從第一爐內導入氣體供給部28向第 一供給閥32供給的第一爐內導入氣體的供給量進行檢測，將包含該檢測出的第一爐內導 入氣體的供給量的信息信號(第一爐內導入氣體供給量信號)輸出至氣體導入量控制單元 26。該第一爐內導入氣體流量信號用於例如氣體導入量控制單元26進行的控制校正等。第一供給閥32由根據氣體導入量控制單元26輸出的信息信號(控制實施信號) 切換開關狀態的電磁閥形成，安裝在第一爐內導入氣體供給量控制部30和第一爐內導入 氣體流量儀34之間。具體地說，第一供給閥32在氣體導入量控制單元26控制爐內導入氣體的導入量 的狀態下，將第一供給閥32的開關狀態切換到連通第一爐內導入氣體供給量控制部30和 第一爐內導入氣體流量儀34之間的開放狀態。另一方面，第一供給閥32在氣體導入量控 制單元26未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將第一供給閥32的開關狀態切換到封 閉第一爐內導入氣體供給量控制部30和第一爐內導入氣體流量儀34之間的封閉狀態。第一爐內導入氣體流量儀34由例如流式流量儀(7 口一式流量計)等機械流量 儀形成，安裝在第一供給閥32和爐內導入氣體導入配管44之間。另外，第一爐內導入氣體流量儀34對從第一供給閥32經爐內導入氣體導入配管 44導入到處理爐2的第一爐內導入氣體的流量進行檢測。需要說明的是，第一爐內導入氣 體流量儀34檢測的第一爐內導入氣體的流量用於例如通過進行表面固化處理的作業人員 的目視進行的第一爐內導入氣體的流量的確認作業。第二爐內導入氣體供給部36由填充有第二爐內導入氣體的罐形成。需要說明的 是，本實施方式中，對設第二爐內導入氣體為氮氣(N2)的情況進行說明。與第一爐內導入氣體供給量控制部30同樣，第二爐內導入氣體供給量控制部38 由能改變開度的質量流量控制器形成，安裝在第二爐內導入氣體供給部36和第二供給閥 40之間。需要說明的是，第二爐內導入氣體供給量控制部38的開度是根據氣體導入量控制 單元26輸出的控制信號(導入量控制信號)變化的。另外，第二爐內導入氣體供給量控制部38對從第二爐內導入氣體供給部36向第 二供給閥40供給的第二爐內導入氣體的供給量進行檢測，將包含該檢測出的第二爐內導 入氣體的供給量的信息信號(第二爐內導入氣體供給量信號)輸出至氣體導入量控制單元 26。該第二爐內導入氣體流量信號用於例如氣體導入量控制單元26進行的控制校正等。與第一供給閥32同樣，第二供給閥40由根據氣體導入量控制單元26輸出的信息 信號(控制實施信號)切換開關狀態的電磁閥形成，安裝在第二爐內導入氣體供給量控制 部38和第二爐內導入氣體流量儀42之間。具體地說，第二供給閥40在氣體導入量控制單元26控制爐內導入氣體的導入量 的狀態下，將第二供給閥40的開關狀態切換到連通第二爐內導入氣體供給量控制部38和 第二爐內導入氣體流量儀42之間的開放狀態。另一方面，第二供給閥40在氣體導入量控 制單元26未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將第二供給閥40的開關狀態切換到封 閉第二爐內導入氣體供給量控制部38和第二爐內導入氣體流量儀42之間的封閉狀態。
與第一爐內導入氣體流量儀34同樣，第二爐內導入氣體流量儀42由例如流式流 量儀等機械流量儀形成，安裝在第二供給閥40和爐內導入氣體導入配管44之間。另外，第二爐內導入氣體流量儀42對從第二供給閥40經爐內導入氣體導入配管 44導入到處理爐2的第二爐內導入氣體的流量進行檢測。需要說明的是，第二爐內導入氣 體流量儀42檢測的第二爐內導入氣體的流量用於例如通過進行表面固化處理的作業人員 的目視進行的第二爐內導入氣體的流量的確認作業。爐內導入氣體導入配管44是將第一爐內導入氣體流量儀34和第二爐內導入氣體 流量儀42與處理爐2進行連接的配管，形成第一爐內導入氣體和第二爐內導入氣體向處理 爐2的導入路徑。下面，以上述構成為前提，舉出具體的例子對氣體導入量控制單元26進行的控制 進行說明。氣體導入量控制單元26參照爐內氣體組成演算單元24演算的爐內氣體組成以使 上式(2)所示的氮勢Kn成為3. 3，演算氨氣(NH3)的導入量和氮氣(N2)的導入量以使氨氣 (NH3)的導入量和氮氣(N2)的導入量之比成為設定爐內氣體混合比率。並且，氣體導入量控制單元26基於演算出的各氣體(NH3，N2)的導入量，將控制各 導入量的控制信號(導入量控制信號)輸出到第一爐內導入氣體供給量控制部30和第二 爐內導入氣體供給量控制部38。需要說明的是，氣體導入量控制單元26在控制氨氣(NH3)和氮氣(N2)的導入量 時，進行以下兩種控制中的一種。第一控制中，在將導入到處理爐2內的混合氣體(氨氣+氮氣)向處理爐2內的 導入量的比率(即爐內導入氣體流量比率)保持為恆定值的狀態下，控制氨氣(NH3)和氮 氣(N2)向處理爐2內的合計導入量。另一方面，第二控制中，對於氨氣(NH3)和氮氣(N2)分別進行使各導入量變化的控 制以使混合氣體(氨氣+氮氣)的爐內導入氣體流量比率變化。需要說明的是，表面固化處理為真空滲碳處理或真空碳氮共滲處理的情況下，氣 體導入量控制單元26參照爐內氣體組成演算單元24演算的爐內氣體組成，演算兩種以上 的爐內導入氣體(乙炔氣體等)的導入量，以使上述的式(4)所示的碳勢K。成為所期望的值。(動作)下面，參照圖1，對進行待處理品的表面固化處理時本實施方式的表面固化處理裝 置1的動作進行說明。首先，在處理爐2內配置待處理品S後，從爐內導入氣體供給部14將混合有氨氣 (NH3)和氮氣(N2)的混合氣體導入處理爐2內，驅動攪拌扇驅動馬達18，旋轉攪拌扇16，攪 拌處理爐2內的氣氛。此時，開關閥切換控制單元12將開關閥10的狀態切換到封閉狀態，將處理爐2和 氫濃度檢測單元4之間封閉。由此抑制爐內氣體所含的汙染成分與包括傳感器部的氫濃度 檢測單元4接觸。需要說明的是，所謂爐內氣體所含的汙染成分是指例如附著於待處理品 S的油分或汙垢在處理爐2內經汽化而包含於爐內氣體中的成分。此處，本實施方式中，將設定爐內氣體混合比率設定為氨氣(NH3)氮氣(N2)=
1380 20。因此，開始表面固化處理時，對於氨氣(NH3)和氮氣(N2)向處理爐2內的導入量， 控制第一爐內導入氣體供給量控制部30和第二爐內導入氣體供給量控制部38的開度，以 使氨氣(NH3)的導入量與氮氣(N2)的導入量的比為80 20。除此之外，使用附圖以外的加熱機等使處理爐2內的溫度(處理溫度)在300 1100°C的範圍內，並且使用附圖以外的泵等使處理爐2內的壓力(處理壓力)在13 133000Pa的範圍內。此時，爐內溫度測量單元20測量爐內氣體的溫度，將包含該測量得到的溫度的信 息信號(爐內溫度信號)輸出至調節儀6和記錄儀8。調節儀6接受到爐內溫度信號的輸入時，氣體導入量控制單元26判斷處理爐2內 的狀態是否為如下狀態處理爐2內的溫度在上述條件下穩定而不是利用加熱機等的升溫 過程。並且，判斷處理爐2內的溫度在上述條件下為穩定的狀態時，氣體導入量控制單 元26開始對兩種以上的爐內導入氣體的導入量進行控制。另外，氣體導入量控制單元26將 表示動作狀態的控制實施信號輸出至開關閥切換控制單元12和爐內導入氣體供給部14。開關閥切換控制單元12接受了控制實施信號的輸入後，將開關閥10的狀態切換 到連通狀態。開關閥10切換到連通狀態時，處理爐2和氫濃度檢測單元4連通，爐內氣體在氫 濃度檢測配管22內移動，與氫濃度檢測單元4的傳感器部接觸。爐內氣體與氫濃度檢測單元4的傳感器部接觸時，氫濃度檢測單元4檢測爐內氣 體的氫濃度，將包含該檢測到的氫濃度的氫濃度信號輸出至調節儀6和記錄儀8。調節儀6接受到氫濃度信號的輸入後，爐內氣體組成演算單元24基於氫濃度檢測 單元4檢測到的氫濃度，演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成，將爐內氣體組成信號輸出 至氣體導入量控制單元26。氣體導入量控制單元26接受了爐內氣體組成信號的輸入後，根據爐內氣體組成 和設定爐內氣體混合比率，控制兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導入量，以使爐 內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。由此對反映處理爐2內的氣氛的爐內氣體組成進 行檢測，參照該檢測的處理爐2內的氣氛對處理爐2內的氣氛進行控制。在通過對兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導入量進行控制從而控制處 理爐2內的氣氛的狀態下，以根據待處理品S的材質或量等而設定的預定的時間對待處理 品S的表面進行固化處理。對待處理品S進行表面固化處理期間，在氣體導入量控制單元26不對兩種以上的 爐內導入氣體向處理爐2內的導入量進行控制、不輸出控制實施信號的狀態下，開關閥切 換控制單元12將開關閥10切換到封閉狀態。如以上說明，使用表面固化處理裝置1的表面固化處理方法是將兩種以上的爐內 導入氣體導入到處理爐2內、對配置於處理爐2內的待處理品S進行表面固化處理的表面 固化處理方法。此處，兩種以上的爐內導入氣體包含在處理爐2內產生氫的至少一種爐內 導入氣體。另外，表面固化處理方法包括如下步驟基於處理爐2內的爐內氣體的熱導率，檢 測爐內氣體的氫濃度，基於檢測的氫濃度，演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成。
而且，表面固化處理方法包括如下步驟根據演算的爐內氣體組成和預先設定的 設定爐內氣體混合比率，在將兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導入量的比率即爐 內導入氣體流量比率保持為恆定值的狀態下，控制兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內 的合計導入量，以使爐內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率；或者，分別控制兩種以上的 爐內導入氣體的導入量以使爐內導入氣體流量比率變化。(第一實施方式的效果)下面列舉本實施方式的效果。(1)本實施方式的表面固化處理裝置1中，根據氫濃度檢測單元4基於爐內氣體的 熱導率檢測出的爐內氣體的氫濃度，通過演算求出處理爐2內產生氫的爐內導入氣體的爐 內濃度。並且，基於該測定的演算值，爐內氣體組成演算單元24演算爐內氣體的組成即爐 內氣體組成。因此，根據演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，檢測處理 爐2內的氣氛，參照該檢測的氣氛，氣體導入量控制單元26能夠控制兩種以上的爐內導入 氣體的導入量，以使爐內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。其結果，參照根據爐內氣體組成和設定爐內氣體混合比率檢測出的處理爐2內的 氣氛，能夠控制處理爐2內的氣氛，因此能夠減少表面固化處理所需的運行成本。另外，由於能夠減少向大氣中排放的氣體量，因此能夠抑制環境的惡化。(2)本實施方式的表面固化處理裝置1中，開關閥切換控制單元12在氣體導入量 控制單元26控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將開關閥10切換到連通狀態，連通處理 爐2和氫濃度檢測單元4。另一方面，開關閥切換控制單元12在氣體導入量控制單元26未控制爐內導入氣 體的導入量的狀態下，將開關閥10切換到封閉狀態，將處理爐2和氫濃度檢測單元4之間 封閉。因此，在氣體導入量控制單元26未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，能夠抑 制爐內氣體所含的汙染成分與包括傳感器部的氫濃度檢測單元4接觸。其結果，能夠長期抑制氫濃度檢測單元4的檢測精度的降低，因此能夠長期維持 氫濃度檢測單元4的檢測精度。需要說明的是，表面固化處理為真空滲碳處理或真空碳氮共滲處理的情況下，能 夠抑制處理爐2內產生的黑煙或焦油導入到熱導率傳感器，能夠長期抑制氫濃度檢測單元 4的檢測精度的降低。(3)本實施方式的表面固化處理方法中，根據基於爐內氣體的熱導率檢測出的爐 內氣體的氫濃度，通過演算求出處理爐2內產生氫的爐內導入氣體的爐內濃度。並且，基於 該演算值，演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成。因此，根據演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，檢測處理 爐2內的氣氛，參照該檢測出的氣氛，能夠控制兩種以上的爐內導入氣體的導入量，以使爐 內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率。其結果，參照根據爐內氣體組成和設定爐內氣體混合比率檢測出的處理爐2內的 氣氛，能夠控制處理爐2內的氣氛，從而能夠減少表面固化處理所需的運行成本。
另外，由於能夠減少向大氣中排放的氣體量，因此能夠抑制環境的惡化。(應用例)下面列舉本實施方式的應用例。(1)本實施方式的表面固化處理裝置1中，將氫濃度檢測配管22以直接連通處理 爐2和氫濃度檢測單元4的單線路徑形成，但並不限於此。即，也可以如圖2所示在處理爐 2和氫濃度檢測單元4之間以分支為兩個以上的路徑的複線路徑形成氫濃度檢測配管22。 需要說明的是，圖2是表示第一實施方式的變形例的構成的圖。另外，圖2中，省略了除處 理爐2、氫濃度檢測單元4、氫濃度檢測配管22和開關閥10以外的圖示。 這種情況下，氫濃度檢測配管22由連通處理爐2和氫濃度檢測單元4的第一配管 22a、連通處理爐2和第一配管22a的第二配管22b、和與第一配管22a連通的第三配管22c 形成。並且，在形成有第一配管22a、第二配管22b和第三配管22c的路徑上分別安裝開 關閥10。這種情況下，如圖2所示，將安裝於第一配管22a的開關閥10設為第一開關閥 10a，將安裝於第二配管22b的開關閥10設為第二開關閥10b，將安裝於第三配管22c的開 關閥10設為第三開關閥10c。將氫濃度檢測配管22和開關閥10的構成設為圖2所示的構成時，能夠提高氫濃 度檢測單元4的響應性。除此之外，容易進行氫濃度檢測配管22中殘留的氣體的排出或氫 濃度檢測單元4的檢查。因此能夠長期維持氫濃度檢測單元4的檢測精度。具體地說，在氣體導入量控制單元26控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，通過 將第三開關閥IOc設為封閉狀態、將第一開關閥IOa和第二開關閥IOb設為連通狀態，使爐 內氣體的流動變得良好。由此能夠抑制爐內氣體之中僅不均勻成分導入到氫濃度檢測單元 4，能夠準確反映處理爐2內的全部氣氛的氫濃度，能夠提高氫濃度檢測單元4的檢測精度。另外，爐內氣體的流動變得良好時，能夠縮短爐內氣體導入到氫濃度檢測單元4 的時間，因此能夠提高氫濃度檢測單元4的響應性。另一方面，在氣體導入量控制單元26未控制爐內導入氣體的導入量的狀態下，將 第一開關閥IOa設為封閉狀態、將第二開關閥IOb和第三開關閥IOc設為連通狀態，由此可 以通過從第三開關閥IOc導入氮氣等潔淨氣體後將第二開關閥IOb和第三開關閥IOc設為 封閉狀態，來排出殘留在第三配管22c內的爐內氣體。因此，在接著進行的表面固化處理 中，能夠使氫濃度檢測配管22內保持潔淨的狀態直至檢測爐內氣體的氫濃度，從而能夠長 期維持氫濃度檢測單元4的檢測精度。另外，在未進行表面固化處理的狀態下，將第一開關閥IOa設為封閉狀態、將第二 開關閥IOb和第三開關閥IOc設為連通狀態，從第三開關閥IOc導入氮氣等潔淨的氣體，由 此能夠進行氫濃度檢測單元4的調零。另外，通過將氫濃度已明確的氣體(標準氫氣)導 入到氫濃度檢測單元4能夠進行氫濃度檢測單元4的間距調整(7 〃 >調整)，能夠長期維 持氫濃度檢測單元4的檢測精度。(2)本實施方式的表面固化處理裝置1中，第一爐內導入氣體供給量控制部30和 第二爐內導入氣體供給量控制部38由質量流量控制器形成，但並不限於此。即，還可以在 利用低成本的手動式流式流量儀形成第一爐內導入氣體供給量控制部30和第二爐內導入 氣體供給量控制部38的同時，將預先設定了流量的兩個以上的氣體流量儀與流式流量儀
16和自動開關閥組合，形成第一爐內導入氣體供給量控制部30和第二爐內導入氣體供給量 控制部38。(第二實施方式)下面參照附圖對本發明的第二實施方式(以下記作「本實施方式」)進行說明。(構成)圖3是表示本實施方式的表面固化處理裝置1的構成的圖。如圖3所示，本實施方式的表面固化處理裝置1的構成中，除了氫濃度檢測配管22 和開關閥10的構成和具備配管溫度控制單元46的方面以外，與上述第一實施方式相同，因 此以下的說明以關於配管溫度控制單元46的部分為中心進行記載。需要說明的是，圖3中， 省略了除處理爐2、氫濃度檢測單元4、氫濃度檢測配管22、開關閥10和配管溫度控制單元 46以外的圖示。氫濃度檢測配管22由連通處理爐2和氫濃度檢測單元4的第一配管22a、連通處 理爐2和第一配管22a的第二配管22b、和與第一配管22a連通的第三配管22c形成。開關閥10由安裝於第一配管22a的第一開關閥10a、安裝於第二配管22b的第二 開關閥10b、和安裝於第三配管22c的第三開關閥IOc形成。配管溫度控制單元46使用線狀的加熱器形成，其控制氫濃度檢測配管22的溫度。具體地說，配管溫度控制單元46根據爐內導入氣體的種類，將氫濃度檢測配管22 的溫度控制在25 450°C的範圍內，以使爐內氣體在氫濃度檢測配管22內不以固體的形式 析出。具體地說，表面固化處理為氣體氮化處理、爐內導入氣體的種類為在處理爐2內 產生氯化氫氣體那樣的氣體的情況下，配管溫度控制單元46將氫濃度檢測配管22的溫度 控制在340 450°C的範圍內。另外，表面固化處理為氣體軟氮化處理的情況下，配管溫度控制單元46將氫濃度 檢測配管22的溫度控制在60 100°C的範圍內。其他的構成與上述第一實施方式相同。(動作)下面，參照圖3，對進行待處理品的表面固化處理時本實施方式的表面固化處理裝 置1的動作進行說明。需要說明的是，本實施方式的表面固化處理裝置1的動作除了配管 溫度控制單元46進行的動作以外，與上述第一實施方式相同，因此以下的說明以配管溫度 控制單元46進行的動作為中心進行記載。另外，以下的說明中，對設表面固化處理為氣體 氮化處理的情況進行記載。進行表面固化處理時，在處理爐2內配置待處理品S後，將混合氣體導入到處理爐 2內，攪拌處理爐2內的氣氛。此時，表面固化處理為氣體氮化處理，爐內導入氣體的種類為在處理爐2內產生 氯化氫氣體那樣的氣體，因此配管溫度控制單元46將氫濃度檢測配管22的溫度控制在 340 450°C的範圍內。配管溫度控制單元46將氫濃度檢測配管22的溫度控制在340 450°C的範圍內 時，能夠在抑制爐內氣體在氫濃度檢測配管22內以固體的形式析出的狀態下進行表面固 化處理。由此能夠抑制氫濃度檢測單元4的檢測精度的降低，在長期維持氫濃度檢測單元4的檢測精度的狀態下進行表面固化處理。(第二實施方式的效果)下面記載本實施方式的效果。(1)本實施方式的表面固化處理裝置1中，配管溫度控制單元46根據爐內導入氣 體的種類將氫濃度檢測配管22的溫度控制在25 450°C的範圍內，由此抑制爐內氣體在氫 濃度檢測配管22內以固體的形式析出。因此，在氣體氮化處理或氣體軟氮化處理等可能在氫濃度檢測配管22內析出氯 化銨或碳酸銨的表面固化處理中，能夠抑制氯化銨或碳酸銨在氫濃度檢測配管22內的析
出ο其結果，能夠抑制碳酸銨的析出和氯化氫在處理爐2內的產生，因此能夠長期維 持氫濃度檢測單元4的檢測精度。(第一實施例)針對利用上述第一實施方式的表面固化處理裝置(以下記作「第一發明例」)進行 表面固化處理的情況和利用構成與第一實施方式的表面固化處理裝置不同的裝置(以下 記作「第一比較例」)進行表面固化處理的情況，控制處理爐內的氣氛。需要說明的是，作為處理爐，第一發明例和第一比較例均具備井式氣體氮化爐 (處理重量50kg/grOSS)，設處理爐內的溫度為570°C，利用質量流量控制器將氨氣向處 理爐的導入量控制為1.6m3/h，另外，利用質量流量控制器將氮氣向處理爐的導入量控制為 0. 4m3/h，進行氣體氮化處理，以使氮勢Kn成為3. 3。此處，第一發明例中，以NH3 N2 = SO 20的混合氣體的混合比率為基礎，利用 氣體導入量控制單元對為了使氮勢Kn為3. 0的氫濃度的設定值和利用氫濃度檢測單元檢 測的爐內氣體的氫濃度進行比較，針對氨氣和氮氣的質量流量控制器，在保持設定爐內氣 體混合比率為NH3 N2 = 80 20的狀態下，分別對氨氣和氮氣向處理爐內的合計導入量 進行控制，由此控制氮勢KN。另一方面，第一比較例中，僅控制氮氣向處理爐內的導入量，由此控制氮勢KN。下面，將爐內氣體的氫濃度(爐內氫濃度)、爐內氣體的氨濃度(爐內氨濃度)、處 理爐內的氣氛的氮勢(氮勢Kn)的測定結果列於表1。[表1]
權利要求
一種表面固化處理裝置，其中，將兩種以上的爐內導入氣體導入處理爐內，對配置於所述處理爐內的待處理品進行表面固化處理，所述兩種以上的爐內導入氣體包含在所述處理爐內產生氫的至少一種爐內導入氣體，其特徵在於，該裝置具備氫濃度檢測單元，該氫濃度檢測單元基於所述處理爐內的爐內氣體的熱導率，檢測所述爐內氣體的氫濃度；爐內氣體組成演算單元，該爐內氣體組成演算單元基於所述氫濃度檢測單元檢測的氫濃度，演算所述爐內氣體的組成即爐內氣體組成；和氣體導入量控制單元，該氣體導入量控制單元根據所述爐內氣體組成演算單元演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，在將所述兩種以上的所述爐內導入氣體向所述處理爐內的導入量的比率即爐內導入氣體流量比率保持為恆定值的狀態下，控制兩種以上的所述爐內導入氣體向所述處理爐內的合計導入量，以使所述爐內氣體組成成為所述設定爐內氣體混合比率，或者，分別控制所述兩種以上的爐內導入氣體的導入量以使所述爐內導入氣體流量比率變化。
2.如權利要求1所述的表面固化處理裝置，其特徵在於，該裝置還具備開關閥，該開關閥安裝於所述處理爐和所述氫濃度檢測單元之間，能夠對連通所述處 理爐和所述氫濃度檢測單元的連通狀態和封閉所述處理爐和所述氫濃度檢測單元之間的 封閉狀態進行切換；和開關閥切換控制單元，該開關閥切換控制單元根據所述氣體導入量控制單元的動作狀 態，將所述開關閥切換到所述連通狀態或所述封閉狀態。
3.如權利要求1或2所述的表面固化處理裝置，其特徵在於，該裝置還具備 氫濃度檢測配管，該氫濃度檢測配管連通所述處理爐和所述氫濃度檢測單元；和 配管溫度控制單元，該配管溫度控制單元控制所述氫濃度檢測配管的溫度，所述配管溫度控制單元根據所述爐內導入氣體的種類，將所述氫濃度檢測配管的溫度 控制在25°C 450°C的範圍內，以使所述爐內氣體在所述氫濃度檢測配管內不以固體的形 式析出。
4.一種表面固化處理方法，其中，將兩種以上的爐內導入氣體導入處理爐內，對配置於 所述處理爐內的待處理品進行表面固化處理，所述兩種以上的爐內導入氣體包含在所述處 理爐內產生氫的至少一種爐內導入氣體，其特徵在於，基於所述處理爐內的爐內氣體的熱導率，檢測所述爐內氣體的氫濃度； 基於所述檢測的氫濃度，演算所述爐內氣體的組成即爐內氣體組成； 根據所述演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，在將所述兩種以 上的所述爐內導入氣體向所述處理爐內的導入量的比率即爐內導入氣體流量比率保持為 恆定值的狀態下，控制所述兩種以上的所述爐內導入氣體向所述處理爐內的合計導入量， 以使所述爐內氣體組成成為所述設定爐內氣體混合比率，或者，分別控制所述兩種以上的 爐內導入氣體的導入量以使所述爐內導入氣體流量比率變化。
全文摘要
本發明提供表面固化處理裝置及表面固化處理方法。表面固化處理裝置具備氫濃度檢測單元4，其基於處理爐2內的爐內氣體的熱導率檢測爐內氣體的氫濃度；爐內氣體組成演算單元24，其基於氫濃度檢測單元4檢測的氫濃度演算爐內氣體的組成即爐內氣體組成；和氣體導入量控制單元26，其根據爐內氣體組成演算單元24演算的爐內氣體組成和預先設定的設定爐內氣體混合比率，在將兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的導入量的比率即爐內導入氣體流量比率保持為恆定值的狀態下，控制兩種以上的爐內導入氣體向處理爐2內的合計導入量，以使爐內氣體組成成為設定爐內氣體混合比率，或者，分別控制兩種以上的爐內導入氣體的導入量以使爐內導入氣體流量比率變化。
文檔編號G01N25/20GK101962744SQ201010205179
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月13日 優先權日2009年7月21日
發明者關谷慶之, 木立徹, 河田一喜 申請人:東方工程公司