專(zhuān)利名稱(chēng)：滲碳裝置和滲碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滲碳裝置和滲碳方法。
本申請(qǐng)主張2007年2月23日申請(qǐng)的日本特愿第2007-43973號(hào)的 優(yōu)先權(quán)，在此援引其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為用于鋼材表面處理的一種滲碳處理，目前已知有在減壓下進(jìn)行 的真空滲碳。下述專(zhuān)利文獻(xiàn)中公開(kāi)了關(guān)于真空滲碳的技術(shù)的例子。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 專(zhuān)利文獻(xiàn)5 專(zhuān)利文獻(xiàn)6 專(zhuān)利文獻(xiàn)7 專(zhuān)利文獻(xiàn)8 專(zhuān)利文獻(xiàn)9 專(zhuān)利文獻(xiàn)10
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081543號(hào)公報(bào) 240954號(hào)公報(bào) 262313號(hào)公報(bào) 173759號(hào)公報(bào) 212702號(hào)公報(bào) 053507號(hào)公報(bào) 059959號(hào)公才艮 332075號(hào)7>才艮 350729號(hào)公報(bào)
日本特開(kāi)2005 — 351761號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
目前，作為用于得到真空滲碳處理重現(xiàn)性的一種方法，有選取真空 滲碳處理后的被處理材料(鋼材)進(jìn)行檢查的方法。具體來(lái)說(shuō)，例如控 制各種滲碳條件(滲碳時(shí)間、滲碳溫度、滲碳?xì)怏w供給量等)，同時(shí)對(duì) 被處理材料進(jìn)行真空滲碳處理，在該真空滲碳處理后適當(dāng)選取被處理材 料，檢查被處理材料的滲碳質(zhì)量(表面滲碳濃度、滲碳濃度分布、表面 硬度、有效果固化層深度等)，并根據(jù)該選取的被處理材料的檢查結(jié)果， 確認(rèn)是否得到期望的滲碳質(zhì)量，或者對(duì)上述滲碳條件進(jìn)行再調(diào)節(jié)以得到 期望的滲碳質(zhì)量。
但是，在這種方法中，為了得到期望的滲碳質(zhì)量，需要進(jìn)行每次反饋滲碳處理品的質(zhì)量確認(rèn)結(jié)果這樣的復(fù)雜動(dòng)作。另外，當(dāng)供給的滲碳?xì)?體量相對(duì)于滲碳處理品的量不合適時(shí)，產(chǎn)生以下的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)滲碳 氣體量相對(duì)于滲碳處理品的量不足時(shí)，供給處理品表面的滲碳?xì)怏w量發(fā)
生偏差，因此滲碳質(zhì)量產(chǎn)生不穩(wěn)定。相對(duì)于此，當(dāng)滲碳?xì)怏w量相對(duì)于滲 碳處理品的量過(guò)剩時(shí)，有可能產(chǎn)生下述缺點(diǎn)，即，由于無(wú)助于滲碳的剰 余氣體的原因，在滲碳爐內(nèi)產(chǎn)生煤煙，從而需要頻繁進(jìn)行用于除去該煤 煙的維護(hù)作業(yè)。
為了重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理，人們考慮對(duì)滲碳爐內(nèi)部的爐 內(nèi)氣體的組成進(jìn)行良好地控制。因此，需要迅速且精確地求出爐內(nèi)氣體 的組成，并使用該求得的結(jié)果，對(duì)爐內(nèi)氣體采取適當(dāng)?shù)奶幹靡孕纬善谕?的組成。目前的現(xiàn)狀是仍沒(méi)有確立能夠迅速且精確地求出爐內(nèi)氣體的組 成的有效方效法。因此，人們希望出現(xiàn)可迅速且精確地求出爐內(nèi)氣體的 組成的有歲丈方法。
本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而作出的發(fā)明，其目的在于提供滲碳裝置和
現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。
為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下的構(gòu)成。
本發(fā)明的第1方案提供對(duì)物體進(jìn)行真空滲碳處理的滲碳裝置，其具
備裝納了上述物體的滲碳爐、向上述滲碳爐供給滲碳?xì)怏w的氣體供給
的發(fā)光裝置r接受來(lái)自、i述發(fā)光裝置的i的受光l置、、、和根據(jù)上述受光
裝置的受光結(jié)果而求得上述爐內(nèi)氣體的組成的處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第l方案，由于設(shè)置了使用爐內(nèi)氣體進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光 裝置、和接受來(lái)自發(fā)光裝置的光的受光裝置，因而根據(jù)該受光裝置的受 光結(jié)果，能夠光學(xué)性地、迅速且精確地求出爐內(nèi)氣體的組成。因此，使 用該求得的結(jié)果，可以對(duì)爐內(nèi)氣體采取適當(dāng)?shù)奶幹靡孕纬善谕慕M成， 從而能夠重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。
在上述方案的滲碳裝置中，上述發(fā)光裝置可以采用使用引入到檢測(cè) 空間中的上述爐內(nèi)氣體進(jìn)行發(fā)光的構(gòu)成，所述檢測(cè)空間與上述滲碳爐的
內(nèi)部空間連4^。
因此，由于設(shè)置了與滲碳爐的內(nèi)部空間不同的、用于在發(fā)光裝置中 發(fā)光的專(zhuān)用的檢測(cè)空間，因此可以順暢地進(jìn)行利用了發(fā)光裝置的發(fā)光動(dòng)作和利用了受光裝置的受光動(dòng)作。另外，由于檢測(cè)空間與滲碳爐的內(nèi)部
空間連接，因而檢測(cè)空間形成與滲碳爐的內(nèi)部空間相應(yīng)的環(huán)境。因此，
在與該滲碳爐的內(nèi)部空間相應(yīng)的環(huán)境下，可以使用爐內(nèi)氣體使其發(fā)光。 在上述方案的滲碳裝置中，上述發(fā)光裝置可以采用通過(guò)對(duì)上述爐內(nèi)
氣體賦予能量而進(jìn)行發(fā)光的構(gòu)成。
由此，發(fā)光裝置可以使?fàn)t內(nèi)氣體處于激發(fā)狀態(tài)而發(fā)光。 在上述方案的滲碳裝置中，上述發(fā)光裝置可以采用在含有上述爐內(nèi)
氣體的空間產(chǎn)生等離子體的構(gòu)成。
由此，發(fā)光裝置可以使?fàn)t內(nèi)氣體處于激發(fā)狀態(tài)而發(fā)光。 在上述方案的滲碳裝置中，上述發(fā)光裝置可以采用對(duì)上述爐內(nèi)氣體
照射激光的構(gòu)成。
由此，發(fā)光裝置可以使?fàn)t內(nèi)氣體處于激發(fā)狀態(tài)而發(fā)光。 在上述方案的滲碳裝置中，上述受光裝置可以采用對(duì)來(lái)自上述發(fā)光
裝置的光的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)的構(gòu)成。
由此，發(fā)光裝置發(fā)出具有相應(yīng)于爐內(nèi)氣體的組成的規(guī)定的波長(zhǎng)和強(qiáng)
度的光，因此基于受光裝置的受光結(jié)果，可以精確地求出爐內(nèi)氣體的組成。
在上述方案的滲碳裝置中，可以采用具有控制裝置的構(gòu)成，所述控 制裝置根據(jù)由上述處理裝置求得的上述爐內(nèi)氣體的組成，對(duì)上述氣體供 給裝置的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏w供給量、和滲碳時(shí)間的至少 一者進(jìn)行控制。
由此，基于求得的爐內(nèi)氣體的組成，通過(guò)控制氣體供給裝置的每單 位時(shí)間的滲碳?xì)怏w供給量、或者滲碳時(shí)間，控制裝置可以使?fàn)t內(nèi)氣體為 期望的組成，從而能夠重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。
本發(fā)明的第2方案提供對(duì)物體進(jìn)行真空滲碳處理的滲碳方法，其中 包括對(duì)裝納了上述物體的滲碳爐供給滲碳?xì)怏w的動(dòng)作、使供給了上述
J動(dòng)作、和根據(jù)i述受光:結(jié)果而求得上述爐內(nèi)氣體的組成的動(dòng)作。、、' 根據(jù)本發(fā)明的笫2方案，由于進(jìn)行使?fàn)t內(nèi)氣體發(fā)光的動(dòng)作和接受所 發(fā)的光的動(dòng)作，因此根據(jù)該受光結(jié)果，能夠光學(xué)性地、迅速且精確地求 得爐內(nèi)氣體的組成。因此，使用該求得的結(jié)果，可以對(duì)爐內(nèi)氣體采取適 當(dāng)?shù)奶幹茫孕纬善谕慕M成，從而能夠重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。
在上述方案的滲碳方法中，可以采用下述構(gòu)成，即，接受上述光的 動(dòng)作含有檢測(cè)上述所接受的光的強(qiáng)度的動(dòng)作，進(jìn)而具有預(yù)先求得爐內(nèi)氣
體的組成與該爐內(nèi)氣體所發(fā)的光的強(qiáng)度的關(guān)系的動(dòng)作，根據(jù)上述關(guān)系和 上述檢測(cè)的光強(qiáng)度，求得上述爐內(nèi)氣體的組成。
度的關(guān)系，可以根據(jù)該關(guān)系和檢測(cè)的光強(qiáng)度精確地求得爐內(nèi)氣體的組成。
根據(jù)本發(fā)明，可以迅速且精確地求得滲碳爐內(nèi)部的爐內(nèi)氣體的狀 態(tài)。因此可以重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。


表示本實(shí)施方式的滲碳裝置的概略構(gòu)成圖。表示發(fā)光裝置和受光裝置附近的放大圖。 [圖3A]用于說(shuō)明滲碳條件與爐內(nèi)氣體的關(guān)系的模式圖。 [圖3B]用于說(shuō)明滲碳條件與爐內(nèi)氣體的關(guān)系的才莫式圖。 [圖4]表示根據(jù)受光裝置的受光結(jié)果而導(dǎo)出的發(fā)光光譜的一例附圖。 [圖5]表示氫的分壓比與將對(duì)應(yīng)于該分壓比的發(fā)光強(qiáng)度歸一化所得 數(shù)值的關(guān)系圖。表示發(fā)光裝置的其它例子的模式圖。 [圖7]表示發(fā)光裝置的其它例子的模式圖。 [圖8]表示發(fā)光裝置的其它例子的模式圖。
符號(hào)說(shuō)明
l...滲碳裝置、2...滲碳爐、3...氣體供給機(jī)構(gòu)、4...氣體排出機(jī)構(gòu)、 5…發(fā)光裝置、6...受光裝置、7...處理裝置、8...控制裝置、12…處理室 (內(nèi)部空間)、15...放電室U企測(cè)空間)
具體實(shí)施例方式
以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參考附圖進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明 不限定于以下各實(shí)施方式，例如也可以將這些實(shí)施方式的構(gòu)成要素之間 進(jìn)行適當(dāng)組合。圖1是表示本實(shí)施方式涉及的滲碳裝置的概略構(gòu)成圖。在本實(shí)施方 式中，以滲碳裝置是將鋼材等被處理材料在減壓下(大氣壓以下)進(jìn)行 滲碳處理的真空滲碳裝置為例進(jìn)行說(shuō)明。
在圖1中，滲碳裝置1具有裝納進(jìn)行真空滲碳處理的鋼材等被處 理材料S的滲碳爐2、向滲碳爐2供給滲碳?xì)怏wGl的氣體供給機(jī)構(gòu)3、
體排出機(jī)^ 4、使用供給》了滲碳?xì)怏w:i的滲碳爐2的內(nèi)部的爐^]氣體 G2進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光裝置5、接受來(lái)自發(fā)光裝置5的光的受光裝置6、根 據(jù)受光裝置6的受光結(jié)果而求出爐內(nèi)氣體G2的組成的處理裝置7，和 控制整個(gè)滲碳裝置1的動(dòng)作的控制裝置8。在控制裝置8上連接有存儲(chǔ) 與滲碳處理有關(guān)的各信息的存儲(chǔ)裝置9、可輸出關(guān)于滲碳處理的信息的 輸出裝置IO和可對(duì)于控制裝置8輸入動(dòng)作信號(hào)的輸入裝置11。輸出裝 置10包含例如顯示器、打印機(jī)等。輸入裝置11包含例如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等。
滲碳爐2具有配置了被處理材料S的內(nèi)部空間(處理室)12。滲碳 爐2具有爐壁2A和絕熱壁2B,處理室12形成于絕熱壁2B的內(nèi)側(cè)。
氣體供給機(jī)構(gòu)3向滲碳爐2的處理室12供給滲碳?xì)怏wGl。氣體供 給機(jī)構(gòu)3具有可送出滲碳?xì)怏wGl的氣體供給裝置3A、在處理室12的 一部分上形成的給氣口 3M和將氣體供給裝置3A與給氣口 3M連接的 給氣管3L。另外，氣體供給機(jī)構(gòu)3具有調(diào)節(jié)每單位時(shí)間對(duì)處理室12的 滲碳?xì)怏wGl供給量的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3B。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3B含有閥門(mén)機(jī)構(gòu)，并與 控制裝置8連接?？刂蒲b置8可以控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3B,調(diào)節(jié)由氣體供給機(jī) 構(gòu)3對(duì)處理室12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏wGl供給量。
滲碳?xì)怏wGl是為了對(duì)被處理材料S進(jìn)行真空滲碳處理而向處理室 12供給的氣體，含有規(guī)定的烴系氣體。在本實(shí)施方式中，氣體供給機(jī)構(gòu) 3向處理室12供給乙炔(C2H2)作為滲碳?xì)怏wG1。
氣體排出機(jī)構(gòu)4將供給了滲碳?xì)怏wG1的滲碳爐2的處理室12的爐 內(nèi)氣體G2排出到處理室12的外部。氣體排出機(jī)構(gòu)4含有真空泵等的真 空系統(tǒng)，具有可吸引氣體的氣體吸引裝置4A、在處理室12的一部分上 形成的排氣口 4M和連接氣體吸引裝置4A與排氣口 4M的排氣管4L。
爐內(nèi)氣體G2是利用氣體供給機(jī)構(gòu)3供給處理室12后的氣體，含有 通過(guò)滲碳處理在處理室12中滲碳?xì)怏wGl進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(滲碳反應(yīng))后 的氣體(反應(yīng)氣體)、和沒(méi)有供給滲碳處理的未發(fā)生滲碳反應(yīng)的滲碳?xì)怏w(未反應(yīng)氣體)的至少一者。例如根據(jù)滲碳條件，供給處理室12的
滲碳?xì)怏wG1不一定全部都供給滲碳反應(yīng)，該情況下，在處理室12中存 在供給了滲碳處理的氣體(反應(yīng)氣體)、和沒(méi)有供給滲碳處理的氣體(未 反應(yīng)氣體)這兩者，由該處理室12排出的氣體也含有反應(yīng)氣體和未反 應(yīng)氣體這兩者。
如上所述，在本實(shí)施方式中，將乙炔(C2H2)作為滲碳?xì)怏wGl供 給處理室12。在供給處理室12的乙炔中，與凈皮處理材料S之間發(fā)生滲 碳反應(yīng)的一部分乙炔生成碳成分和氫成分。即，本實(shí)施方式中的滲碳反 應(yīng)是用C2H2—H2 + 2C表示的反應(yīng)。由滲石友反應(yīng)生成的石友成分在^皮處理 材料S的表面浸透(滲碳)，氫成分從處理室12排出。即，在本實(shí)施 方式中，滲碳?xì)怏wG1進(jìn)行滲碳反應(yīng)后的反應(yīng)氣體的主成分為氫氣。另 外，在本實(shí)施方式中，沒(méi)有供給滲碳處理、未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的未反應(yīng)氣 體的主成分為乙炔。
發(fā)光裝置5使用爐內(nèi)氣體G2進(jìn)行發(fā)光。發(fā)光裝置5使用引入到與 滲碳爐2的處理室12連接的檢測(cè)空間15中的爐內(nèi)氣體G2進(jìn)行發(fā)光。 發(fā)光裝置5具有具有連接在排氣管4L的中途的內(nèi)部空間(檢測(cè)空間、 放電室)15的放電構(gòu)件5A、和配置在放電構(gòu)件5A的放電室15中的、 使放電室15中產(chǎn)生等離子體的電極。放電構(gòu)件5A可由放電管(例如蓋 斯勒管)形成。排氣管4L與放電室15連接，處理室12與放電室15通 過(guò)排氣管4L連接。從處理室12排出的、流過(guò)排氣管4L的爐內(nèi)氣體G2 的至少一部分被引入到放電室15中。發(fā)光裝置5在引入了爐內(nèi)氣體G2 的放電室15中產(chǎn)生等離子體。發(fā)光裝置5通過(guò)產(chǎn)生等離子體而使?fàn)t內(nèi) 氣體G2發(fā)光。這樣，在本實(shí)施方式中，發(fā)光裝置5可以使用引入到與 滲碳爐2的處理室12連接的放電室15中的爐內(nèi)氣體G2進(jìn)行發(fā)光。
受光裝置6接受來(lái)自發(fā)光裝置5的光。受光裝置6具有配置在發(fā)光 裝置5的放電構(gòu)件5A附近的分光鏡。含有分光鏡的受光裝置6可以檢 測(cè)由發(fā)光裝置5的放電構(gòu)件5A發(fā)出的光的強(qiáng)度和發(fā)光光譜。受光裝置 6與處理裝置7 (控制裝置8 )連接，受光裝置6的檢測(cè)結(jié)果(受光結(jié)果) 輸出到處理裝置7 (控制裝置8)中。
處理裝置7具有例如CPU等，可進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算處理、各種信息 處理等。受光裝置6的受光結(jié)果輸出到處理裝置7中。處理裝置7根據(jù) 受光裝置6的受光結(jié)果，可以求得爐內(nèi)氣體G2的組成。另外，滲碳裝置1具有溫度調(diào)節(jié)裝置13,該溫度調(diào)節(jié)裝置13可以 調(diào)節(jié)處理室12的溫度、和裝納在處理室12中的被處理材料S的溫度的 至少一者。溫度調(diào)節(jié)裝置13的至少一部分配置在處理室12中。溫度調(diào) 節(jié)裝置13含有加熱裝置(加熱器)?？刂蒲b置8控制含有加熱裝置的 溫度調(diào)節(jié)裝置13,可將處理室13、和裝納在處理室12中的一皮處理材料 S調(diào)節(jié)(加熱)至規(guī)定的溫度。另外，滲碳裝置1具備可檢測(cè)處理室12 的溫度的溫度傳感器16。溫度傳感器16的至少一部分(探針等)配置 在處理室12中。溫度傳感器16與控制裝置8連接，溫度傳感器16的 檢測(cè)結(jié)果輸出到控制裝置8中。控制裝置8根據(jù)溫度傳感器16的檢測(cè) 結(jié)果來(lái)控制含有加熱裝置的溫度調(diào)節(jié)裝置13,可將處理室12調(diào)節(jié)至期 望的溫度。
另外，控制裝置8對(duì)含有真空系統(tǒng)的氣體吸引裝置4A進(jìn)行控制， 可調(diào)節(jié)(可減低)處理室12的壓力。另外，滲碳裝置1具備可檢測(cè)處 理室12的壓力的壓力傳感器17。壓力傳感器17的至少一部分(探針等) 配置在處理室12中。壓力傳感器17與控制裝置8連接，壓力傳感器17 的檢測(cè)結(jié)果輸出到控制裝置8中?？刂蒲b置8根據(jù)壓力傳感器17的檢 測(cè)結(jié)果來(lái)控制含有真空系統(tǒng)的氣體吸引裝置4A,可將處理室12調(diào)節(jié)至 期望的壓力。
以下，對(duì)于具有上述構(gòu)成的滲碳裝置1的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。為了將被 處理材料S進(jìn)行真空滲碳處理，控制裝置8使用溫度調(diào)節(jié)裝置13將裝 納了被處理材料S的滲碳爐2的處理室12進(jìn)行加熱，同時(shí)使用氣體排 出機(jī)構(gòu)4吸引處理室12的氣體，將處理室12減壓(提高真空度)。在 將處理室12設(shè)定于規(guī)定的加熱狀態(tài)和減壓狀態(tài)之后，控制裝置8利用 氣體供給機(jī)構(gòu)3對(duì)于裝納了被處理材料S的滲碳爐2的處理室12,供給 每單位時(shí)間規(guī)定量的滲碳?xì)怏wGl。控制裝置8利用氣體供給機(jī)構(gòu)3以 每單位時(shí)間的規(guī)定量對(duì)于處理室12供給滲碳?xì)怏wG1，同時(shí)利用氣體排 出機(jī)構(gòu)4排出處理室12的氣體，在維持處理室12中規(guī)定的加熱狀態(tài)和 減壓狀態(tài)的同時(shí)，以規(guī)定時(shí)間對(duì)被處理材料S進(jìn)行真空滲碳處理。
處理室12的爐內(nèi)氣體G2通過(guò)排氣口 4M排出，流過(guò)排氣管4L。流 過(guò)排氣管4L的爐內(nèi)氣體G2的一部分向氣體吸引裝置4A流動(dòng)，另 一部 分流入發(fā)光裝置5的放電室15。控制裝置8使用發(fā)光裝置5使?fàn)t內(nèi)氣體 G2發(fā)光。圖2是顯示發(fā)光裝置5和受光裝置6的附近的放大圖。如圖2所示， 發(fā)光裝置5具有具有放電室15的放電構(gòu)件5A,和配置在放電構(gòu)件5A 的放電室15中的、使放電室15中產(chǎn)生等離子體的電極5B。發(fā)光裝置5 在放電室15中產(chǎn)生等離子體。從處理室12排出的爐內(nèi)氣體G2被引入 到放電室15中，并供給在放電室15中產(chǎn)生等離子體的等離子體發(fā)生區(qū) 域PU。發(fā)光裝置5通過(guò)等離子體使?fàn)t內(nèi)氣體G2發(fā)光。
受光裝置6接受來(lái)自基于爐內(nèi)氣體G2而發(fā)光的發(fā)光裝置5的光。 受光裝置6的檢測(cè)結(jié)果(受光結(jié)果)輸出到處理裝置7中。處理裝置7 根據(jù)受光裝置6的受光結(jié)果而求得爐內(nèi)氣體G2的組成。在本實(shí)施方式 中，對(duì)于處理室12中被處理材料S進(jìn)行的真空滲碳處理、與利用發(fā)光 裝置5進(jìn)行的發(fā)光動(dòng)作和利用受光裝置6進(jìn)行的受光動(dòng)作一起進(jìn)行。即， 在對(duì)于被處理材料S的真空滲碳處理中，受光裝置6的受光動(dòng)作和基于 該受光結(jié)果的處理裝置7的處理動(dòng)作(求得爐內(nèi)氣體G2的組成的動(dòng)作) 實(shí)時(shí)進(jìn)行。
控制裝置8根據(jù)由處理裝置7求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，使用調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)3B控制氣體供給機(jī)構(gòu)3的對(duì)于處理室12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)?體G1供給量。即，在本實(shí)施方式中，控制裝置8根據(jù)處理裝置7中求 得的爐內(nèi)氣體G2的組成，在對(duì)于被處理材料S的真空滲碳處理中，實(shí) 時(shí)進(jìn)行氣體供給機(jī)構(gòu)3的對(duì)于處理室12的滲碳?xì)怏wGl供給動(dòng)作的控制 (調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3B的控制)。
以下，對(duì)于處理裝置7根據(jù)受光裝置6的受光結(jié)果而求得爐內(nèi)氣體 G2的組成的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
如上所述，爐內(nèi)氣體G2含有在處理室12中滲碳?xì)怏wG1進(jìn)行滲碳 反應(yīng)后的反應(yīng)氣體、和沒(méi)有供給滲碳處理的未發(fā)生滲碳反應(yīng)的未反應(yīng)氣 體。在本實(shí)施方式中，爐內(nèi)氣體G2含有作為反應(yīng)氣體的氫和作為未反 應(yīng)氣體的乙炔。
在本實(shí)施方式中，氣體供給機(jī)構(gòu)3將每單位時(shí)間規(guī)定量的滲碳?xì)怏w Gl供給處理室12,但根據(jù)滲碳時(shí)間、滲碳溫度、和滲碳?xì)怏w供給量等 的各種滲碳條件，浸透到被處理材料S中的碳成分的量、換句話(huà)說(shuō)滲碳 反應(yīng)的反應(yīng)速度有變化的可能性。當(dāng)浸透到被處理材料S中的碳成分的 量變化時(shí)，伴隨著該變化，處理室12中的反應(yīng)氣體(氫氣)量也發(fā)生 變化。這里，滲碳時(shí)間是指從開(kāi)始進(jìn)行滲碳處理經(jīng)過(guò)的時(shí)間。滲碳溫度是 指進(jìn)行滲碳處理的處理室12的溫度。滲碳?xì)怏w供給量是指對(duì)于處理室
12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏wGl供給量。
例如，如圖3A的模式圖所示的那樣，當(dāng)滲碳時(shí)間短，被處理材料 S表面的碳成分的量(在被處理材料S的表面已經(jīng)浸透的碳量)少時(shí)， 在被處理材料S的表面充分殘留有碳成分浸透的空間。此時(shí)，在供向處 理室12的乙炔中，大部分的乙炔供給滲碳反應(yīng)，浸透到被處理材料S 中的碳成分的量(滲碳反應(yīng)的反應(yīng)速度)升高。此時(shí)，處理室12的氣 體和從處理室12排出的爐內(nèi)氣體G2含有大量反應(yīng)氣體(氫氣)。
另一方面，如圖3B的模式圖所示的那樣，當(dāng)滲碳時(shí)間長(zhǎng)，被處理 材料S表面的碳成分的量(在被處理材料S的表面已經(jīng)浸透的碳量)多 時(shí)，換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)可在被處理材料S的表面浸透的碳成分的量幾乎達(dá)到 飽和狀態(tài)時(shí)，在被處理材料S表面上碳成分浸透的空間少。此時(shí)，在供 向處理室12的乙炔中，大部分的乙炔沒(méi)有供給滲碳反應(yīng)，浸透到凈皮處 理材料S中的碳成分的量(滲碳反應(yīng)的反應(yīng)速度)降低。此時(shí)，處理室 12的氣體和從處理室12排出的爐內(nèi)氣體G2含有大量未反應(yīng)氣體(乙 炔)。
這樣，根據(jù)滲碳時(shí)間，爐內(nèi)氣體G2的組成發(fā)生變化。另外，不限 于滲碳時(shí)間，根據(jù)滲碳溫度、對(duì)于處理室12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏w 供給量等的滲碳條件，爐內(nèi)氣體G2的組成也發(fā)生變化。即，根據(jù)滲碳 時(shí)間、滲碳溫度、和每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏w供給量等的滲碳條件等，爐 內(nèi)氣體G2的組成發(fā)生變化。
根據(jù)爐內(nèi)氣體G2的組成，在發(fā)光裝置5中使該爐內(nèi)氣體G2發(fā)光時(shí) 的光的狀態(tài)發(fā)生變化。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)爐內(nèi)氣體G2的組成，在發(fā)光裝 置5中使該爐內(nèi)氣體G2發(fā)光時(shí)的光的強(qiáng)度、發(fā)光光鐠發(fā)生變化。例如， 當(dāng)使具有如圖3A所示組成(大量含有氫的組成)的爐內(nèi)氣體G2在發(fā)光 裝置5中發(fā)光時(shí)，可以得到具有來(lái)源于氫的峰強(qiáng)度的發(fā)光光譜。另外， 當(dāng)使具有如圖3B所示組成(大量含有乙炔的組成)的爐內(nèi)氣體G2在發(fā) 光裝置5中發(fā)光時(shí)，可以得到具有來(lái)源于乙炔的峰強(qiáng)度的發(fā)光光譜。
圖4是表示根據(jù)受光裝置6的受光結(jié)果而導(dǎo)出的發(fā)光光譜圖。在圖 4中，橫軸為波長(zhǎng)，縱軸為發(fā)光強(qiáng)度。在圖4中，線(xiàn)L1表示氫的分壓與 爐內(nèi)氣體G2總壓(處理室12的總壓)之比為1時(shí)的發(fā)光光譜。即，線(xiàn)Ll表示在供給處理室12的乙炔中、全部乙炔供給滲碳反應(yīng)，處理室12 的爐內(nèi)氣體G2 (從處理室12排出的爐內(nèi)氣體G2 )的全部為氫氣時(shí)的發(fā)
光光譜。
另外，在圖4中，線(xiàn)L2表示氫的分壓與爐內(nèi)氣體G2總壓(處理室 12的總壓)之比為0.56時(shí)的發(fā)光光鐠。即，線(xiàn)L2表示在供給處理室12 的乙炔中、約一半的乙炔供給滲碳反應(yīng)，處理室12的爐內(nèi)氣體G2 (從 處理室12排出的爐內(nèi)氣體G2)的大約一半為氫氣時(shí)的發(fā)光光譜。
另夕卜，在圖4中，線(xiàn)L3表示氫的分壓與爐內(nèi)氣體G2總壓(處理室 12的總壓)之比為0時(shí)的發(fā)光光譜。即，線(xiàn)L3表示在供給處理室12 的乙炔中、全部乙炔沒(méi)有供給滲碳反應(yīng)，處理室12的爐內(nèi)氣體G2 (從 處理室12排出的爐內(nèi)氣體)G2的全部為乙炔時(shí)的發(fā)光光譜。
這樣，根據(jù)爐內(nèi)氣體G2的組成，受光裝置6的受光結(jié)果產(chǎn)生變化， 所述受光裝置6接受來(lái)自使用該爐內(nèi)氣體G2發(fā)光的發(fā)光裝置5的光。
因此，處理裝置7根據(jù)受光裝置6的受光結(jié)果，可以求得氫的分壓 與爐內(nèi)氣體G2總壓之比。氫的分壓與爐內(nèi)氣體G2總壓之比由于與爐內(nèi) 氣體G2的組成呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此處理裝置7根據(jù)受光裝置6的受光結(jié) 果，可以求得爐內(nèi)氣體G2的組成。
圖5是以氫的分壓與爐內(nèi)氣體G2總壓之比為橫軸，以受光結(jié)果(源 于乙炔的烴的峰強(qiáng)度比源于氫的峰強(qiáng)度)為縱軸進(jìn)行作圖而成的圖?？?知爐內(nèi)氣體的組成和受光結(jié)果是相關(guān)的。
在本實(shí)施方式中，存儲(chǔ)裝置9預(yù)先存儲(chǔ)爐內(nèi)氣體G2的組成與使該 爐內(nèi)氣體G2發(fā)光時(shí)的光強(qiáng)度的關(guān)系。并且該關(guān)系可以例如使用預(yù)試驗(yàn) 和模擬的至少一者預(yù)先求得，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置9中。在本實(shí)施方式中， 存儲(chǔ)裝置9預(yù)先存儲(chǔ)如圖5所示的、氫的分壓與爐內(nèi)氣體G2總壓之比 (進(jìn)而爐內(nèi)氣體G2的組成)、與將對(duì)應(yīng)于該分壓比(組成)的發(fā)光強(qiáng) 度歸一化的值的關(guān)系。這里，發(fā)光強(qiáng)度優(yōu)選使用源于氫的峰強(qiáng)度與源于 乙炔的烴的峰強(qiáng)度的比率，也可以簡(jiǎn)單地使用源于氫的峰強(qiáng)度。
控制裝置8根據(jù)由處理裝置7求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，使用調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)3B控制氣體供給機(jī)構(gòu)3的每單位時(shí)間的滲石灰氣體Gl供給量。
被處理材料S的滲碳質(zhì)量(表面滲碳濃度、滲碳濃度分布、表面硬 度、有效固化層深度(滲碳深度)等)根據(jù)爐內(nèi)氣體G2的組成(處理 室12的氛圍)而發(fā)生變化。換句話(huà)說(shuō)，被處理材料S的滲碳質(zhì)量與爐內(nèi)氣體G2的組成之間具有相關(guān)性，因此，控制裝置8根據(jù)由處理裝置 7利用受光裝置6的受光結(jié)果求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，來(lái)調(diào)節(jié)氣體 供給機(jī)構(gòu)3的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏wGl供給量，以使?fàn)t內(nèi)氣體G2的組 成(乙炔的濃度等)為最優(yōu)狀態(tài)，換句話(huà)說(shuō)，以形成可得到期望滲碳質(zhì) 量的爐內(nèi)氣體G2的組成。由此，可以使?fàn)t內(nèi)氣體G2的組成為期望的狀 態(tài)，能夠重現(xiàn)性良好地進(jìn)行真空滲碳處理。
另外，如上所述，滲碳條件不僅有氣體供給機(jī)構(gòu)3的每單位時(shí)間的 滲碳?xì)怏wG1供給量，還含有滲碳時(shí)間、滲碳溫度等。因此，控制裝置 8根據(jù)求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，將滲碳時(shí)間、滲碳溫度等作為滲碳 條件來(lái)調(diào)節(jié)，也可以使被處理材料S的滲碳質(zhì)量為期望的狀態(tài)。另外， 控制裝置8也可以根據(jù)求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，來(lái)調(diào)節(jié)由氣體供給 機(jī)構(gòu)3供給處理室12的滲碳?xì)怏wGl的組成。
如以上所說(shuō)明的那樣，由于能夠光學(xué)性地求得滲碳爐2內(nèi)部的爐內(nèi)
另外:在本實(shí)施、方口式中,、能夠光學(xué):生:求得爐內(nèi)氣體G2的組成:
可高速(應(yīng)答性良好)地求得爐內(nèi)氣體G2的組成。另外，本實(shí)施方式 的構(gòu)成例如與目前的可檢測(cè)氫濃度的傳感器相比，價(jià)格較便宜，靈敏度 也好，因此適于反饋控制，可提高控制性。
另外，在本實(shí)施方式中，滲碳裝置1為真空滲碳裝置，滲碳爐2的 處理室12具有高的真空度。因此，在沒(méi)有設(shè)置用于增加檢測(cè)空間(放 電室)15的真空度的新的(其它的)真空系統(tǒng)的情況下，可以使與該處 理室12連接的檢測(cè)空間15處于高的真空度。因此，在該真空度高的檢 測(cè)空間15中，可以良好地產(chǎn)生等離子體。
另外，；險(xiǎn)測(cè)空間15與滲碳爐2的處理室12連接，可以使;險(xiǎn)測(cè)空間 15與滲碳爐2的處理室12為大致相同的環(huán)境(氛圍)。因此，在與該 處理室12為大致相同環(huán)境的檢測(cè)空間15中，可以使用爐內(nèi)氣體G2進(jìn) 行發(fā)光，能夠正確地求出爐內(nèi)氣體G2的組成。
根據(jù)該求得的爐內(nèi)氣體G2的組成，通過(guò)調(diào)節(jié)滲碳條件中、特別是 對(duì)于處理室12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏wGl供給量，可以使?fàn)t內(nèi)氣體 G2的組成為期望的組成。即，在本實(shí)施方式中，可實(shí)施下述反饋控制， 即，使用發(fā)光裝置5、受光裝置6、和處理裝置7等實(shí)時(shí)求得爐內(nèi)氣體 G2的組成，根據(jù)該所求得的結(jié)果，可以為了將滲碳條件最優(yōu)化以得到期望的滲碳質(zhì)量，而調(diào)節(jié)對(duì)于處理室12的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏wG1供
給量，從而能夠重現(xiàn)性良好地進(jìn)行被處理材料s的真空滲碳處理。因此， 可以得到所期望的滲碳質(zhì)量的被處理材料s。
另外，在本實(shí)施方式中，可以良好地控制用于得到期望滲碳質(zhì)量的 滲碳條件，能夠以期望的滲碳質(zhì)量處理被處理材料，同時(shí)可以抑制滲碳 爐內(nèi)產(chǎn)生煤煙等缺點(diǎn)的發(fā)生，可使?jié)B碳爐的維護(hù)作業(yè)簡(jiǎn)便化。
并且，在本實(shí)施方式中，發(fā)光裝置5通過(guò)使含有爐內(nèi)氣體G2的檢 測(cè)空間(放電室)15中產(chǎn)生等離子體，可以給該爐內(nèi)氣體G2賦予能量， 該爐內(nèi)氣體G2的分子處于激發(fā)狀態(tài)，由此使?fàn)t內(nèi)氣體G2發(fā)光，發(fā)光裝 置5也可以例如如圖6的模式圖所示的那樣，具備可向引入了爐內(nèi)氣體 G2的檢測(cè)室15，照射激光的激光照射裝置5L。檢測(cè)室15，通過(guò)排氣管4L 與處理室12連接，并被引入爐內(nèi)氣體G2。另外，檢測(cè)室15，由可透過(guò) 激光的透明構(gòu)件形成。發(fā)光裝置5通過(guò)激光照射裝置5L向爐內(nèi)氣體G2 照射激光，給該爐內(nèi)氣體G2賦予能量，由此可使該爐內(nèi)氣體G2發(fā)光。 即，通過(guò)照射激光，爐內(nèi)氣體G2呈激發(fā)狀態(tài)并發(fā)光，因此發(fā)光裝置5 通過(guò)向爐內(nèi)氣體G2照射激光，也可以使用爐內(nèi)氣體G2進(jìn)行發(fā)光。
并且，發(fā)光裝置5只要通過(guò)給爐內(nèi)氣體G2賦予能量而可發(fā)光即可， 也可以使用例如使?fàn)t內(nèi)氣體G2燃燒等其他的方法進(jìn)行發(fā)光。
并且，在上述實(shí)施方式中，空間15(15，)從排氣管4L的中途分支， 如圖7所示，也可以在排氣管4L的中途配置用于產(chǎn)生等離子體的電極 5B,用受光裝置6通過(guò)設(shè)置在排氣管4L的規(guī)定位置的透射窗接受由該 等離子體產(chǎn)生的光。另外，也可以在排氣管4L的中途設(shè)置透射窗，通 過(guò)該透射窗向爐內(nèi)氣體G2照射激光。
另外，在上述實(shí)施方式中，發(fā)光裝置5使用流過(guò)排氣管4L的爐內(nèi) 氣體G2進(jìn)行發(fā)光，但例如也可以如圖8所示，設(shè)置形成與滲碳爐2的 處理室12連接的專(zhuān)用檢測(cè)空間115的檢測(cè)用構(gòu)件5A',使用引入到該檢 測(cè)空間115中的爐內(nèi)氣體G2進(jìn)行發(fā)光。
權(quán)利要求
1.滲碳裝置，其是對(duì)物體進(jìn)行真空滲碳處理的滲碳裝置，其中具備裝納上述物體的滲碳爐、向上述滲碳爐供給滲碳?xì)怏w的氣體供給裝置、使用供給了上述滲碳?xì)怏w的上述滲碳爐內(nèi)部的爐內(nèi)氣體進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光裝置、接受來(lái)自上述發(fā)光裝置的光的受光裝置、和根據(jù)上述受光裝置的受光結(jié)果而求得上述爐內(nèi)氣體的組成的處理裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳裝置，其中，上述發(fā)光裝置使用引入 到檢測(cè)空間中的上述爐內(nèi)氣體進(jìn)行發(fā)光，所述檢測(cè)空間與上述滲碳爐的 內(nèi)部空間連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳裝置，其中，上述發(fā)光裝置通過(guò)對(duì)上 述爐內(nèi)氣體賦予能量而發(fā)光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的滲碳裝置，其中 述爐內(nèi)氣體的空間使等離子體產(chǎn)生。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的滲碳裝置，其中 內(nèi)氣體照射激光。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳裝置，其中 上述發(fā)光裝置的光的強(qiáng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲碳裝置，其中 制裝置根據(jù)由上述處理裝置求得的上述爐內(nèi)氣體的組成，對(duì)上述氣體供 給裝置的每單位時(shí)間的滲碳?xì)怏w供給量、和滲碳時(shí)間的至少 一者進(jìn)行控 制。
8. 滲碳方法，其是對(duì)物體進(jìn)行真空滲碳處理的滲碳方法，其中包括 對(duì)裝納了上述物體的滲碳爐供給滲碳?xì)怏w的動(dòng)作、接i上述所發(fā):光的動(dòng)作、和、鄉(xiāng)'、、；''、 、—根據(jù)上述受光的結(jié)果而求得上述爐內(nèi)氣體的組成的動(dòng)作。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的滲碳方法，其中，接受上述光的動(dòng)作含有 檢測(cè)上述所接受的光的強(qiáng)度的動(dòng)作，上述發(fā)光裝置在含有上 上述發(fā)光裝置對(duì)上述爐 上述受光裝置檢測(cè)來(lái)自 具有控制裝置，所述控度的關(guān)系的動(dòng)作，根據(jù)上述關(guān)系和上述檢測(cè)的光強(qiáng)度，求得上述爐內(nèi)氣體的組成。
全文摘要
對(duì)物體進(jìn)行真空滲碳處理的滲碳裝置，其具備裝納上述物體的滲碳爐、向上述滲碳爐供給滲碳?xì)怏w的氣體供給裝置、使用供給了上述滲碳?xì)怏w的上述滲碳爐內(nèi)部的爐內(nèi)氣體進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光裝置、接受來(lái)自上述發(fā)光裝置的光的受光裝置、和根據(jù)上述受光裝置的受光結(jié)果而求得上述爐內(nèi)氣體的組成的處理裝置。
文檔編號(hào)C23C8/20GK101617063SQ200880005440
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者中井宏, 中林貴 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ihi