窒化処理方法及びそれに用いる窒化処理装置
【課題】鋼材の表面硬度のバラツキを小さくして確実に所望の硬度が得られる窒化処理方法及び窒化処理装置を提供する。
【解決手段】窒化処理装置６内に、アンモニアと酸素とを含む雰囲気を導入し、所定の温度範囲に加熱する。窒化処理装置６内の酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度に基づいて窒化処理装置６内の酸素濃度を調整する。予め鋼材の表面硬度と酸素濃度との関係に基づいて、必要な酸素濃度の範囲を設定し、測定された酸素濃度が設定範囲より大きければ窒化処理装置内６に導入される酸素の量を低減し、小さければ酸素の量を増加する。窒化処理装置内を加熱する加熱手段と、アンモニアガス導入手段２２と、酸素ガス導入手段２３ａと、窒化処理装置６内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段３５ａと、酸素濃度測定手段３５ａにより検出された酸素濃度に基づいて窒化処理装置６内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備える。
【解決手段】窒化処理装置６内に、アンモニアと酸素とを含む雰囲気を導入し、所定の温度範囲に加熱する。窒化処理装置６内の酸素濃度を測定し、測定された酸素濃度に基づいて窒化処理装置６内の酸素濃度を調整する。予め鋼材の表面硬度と酸素濃度との関係に基づいて、必要な酸素濃度の範囲を設定し、測定された酸素濃度が設定範囲より大きければ窒化処理装置内６に導入される酸素の量を低減し、小さければ酸素の量を増加する。窒化処理装置内を加熱する加熱手段と、アンモニアガス導入手段２２と、酸素ガス導入手段２３ａと、窒化処理装置６内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段３５ａと、酸素濃度測定手段３５ａにより検出された酸素濃度に基づいて窒化処理装置６内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機用ベルト等に用いられるマルエージング鋼等の鋼材の窒化処理方法及びそれに用いる窒化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達のために、複数の金属リングを積層して積層リングを形成し、該積層リングを所定形状のエレメントに組み付けて保持したＣＶＴ用ベルトが知られている。
【０００３】
前記積層リングを形成する金属リングは、マルエージング鋼等のＮｉ、Ｍｏを含む低炭素鋼からなり、例えば前記低炭素鋼の薄板を長方形に切断し、該薄板を長辺に沿って丸め、短辺側の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成した後、該ドラムを所定幅に裁断して無端状の金属リングとする。そして、前記金属リングを圧延して０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さとした後、さらに所定の周長に周長補正することにより製造されている。
【０００４】
前記マルエージング鋼は、適温に加熱してマルテンサイト状態において時効硬化を生じさせることにより、高強度、高靱性を兼ね備えることができる超強力鋼であるので、前記金属リングに賞用される。しかし、前記金属リングを積層した積層リングからなるＣＶＴ用ベルトを前記ＣＶＴの動力伝達のために用いる場合には、該ＣＶＴ用ベルトがＶ溝間隔を変換自在の１対のプーリ間に張設されて用いられる。従って、前記金属リングは、前記ＣＶＴ用ベルトが前記プーリ間を走行するときには直線状態となり、該プーリに沿って走行するときには湾曲状態となり、前記直線状態と湾曲状態との繰り返しにより過酷な曲げ変形を加えられる。
【０００５】
そこで、前記金属リングは、さらに耐摩耗性、耐疲労強度を備えることが必要とされ、このために前記時効硬化後の金属リングに表面硬化処理を施すことが行われている。前記表面硬化処理は、一般に、前記金属リングに窒化処理を施して、該金属リング表面に窒化層を形成することにより行われる。前記窒化処理としては、例えば、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理がある。
【０００６】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理によれば、アンモニアの分解により生じる窒素がマルエージング鋼の金属組織中に浸透し、前記金属リングの表面に窒化層を形成して硬化させる。この結果、前記金属リングの耐摩耗性、耐疲労強度を向上させることができる。
【０００７】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理の際にアンモニアの分解を促進して、優れた硬度を備える窒化層を形成するために、例えば、鋼材料を、アンモニア４０〜９０容量％、酸素０．２〜３容量％を含み、残部が窒素からなる雰囲気下、５００〜６００℃の温度に１２０〜３６０時間保持する技術が知られている。前記技術によれば、窒化ガスとして窒素ガスとアンモニアガスと酸素ガスとからなる３成分系の混合ガスを用いることにより、処理表面の硬度が向上し、耐摩耗性、耐擦傷性等の表面強度特性を長期間維持できるとされている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、前記アンモニアの分解によれば窒素と同時に水素が生成するが、本発明者らの検討によれば、前記水素の分圧が高くなると前記アンモニアの分解が抑制されたり、水素が窒素と再結合するために、窒化が阻害される。このとき、前記窒化ガスが酸素を含んでいると、前記水素を該酸素と結合させ、水の状態として系外に除去できるので、アンモニアの分解が促進されるものと考えられる。
【０００９】
前記窒化処理は、前記金属リングを収容した加熱炉等の窒化処理装置内に前記窒化ガスを導入することにより行われるが、前記窒化ガスは、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれの容器から、予め所定の混合比となるように設定された所定の流量で該加熱炉内に導入される。
【００１０】
しかしながら、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれ所定の流量で前記加熱炉内に導入すると、前記金属リングの表面硬度のバラツキが大きくなるという不都合がある。
【特許文献１】特開昭６２−２７０７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる不都合を解消して、鋼材の表面硬度のバラツキを小さくして確実に所望の硬度を得ることができる窒化処理方法及びそれに用いる窒化処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願は、特願２００４−２７４７１（以下、原出願という）の分割出願であり、本発明は原出願の請求項１における各工程の処理の順序を規定したものである。
【００１３】
本発明者らの検討によれば、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれ所定の流量で窒化処理装置内に導入したのでは、該装置内で設定通りの混合比が得られるとは限らないことが判明した。これは、窒化処理を連続して行う場合に、前回のアンモニアが装置内に残留していたり、窒化処理の回数を重ねる毎に装置内が還元されたり、鋼材から酸素が発生したりするためと考えられる。
【００１４】
そこで、本発明の窒化処理方法は、前記目的を達成するために、窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入し、鋼材を該雰囲気下、所定の処理温度範囲に所定の処理時間保持して窒化処理する窒化処理方法において、該窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入する工程と、該雰囲気を導入した後、該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱する工程と、該温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する工程と、測定された酸素濃度に基づいて該装置内の酸素濃度を調整する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の窒化処理方法では、窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入し、該雰囲気が導入された該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する。そして、測定された酸素濃度に基づいて前記窒化処理装置内の酸素濃度を調整するので、該装置内での環境に関わらず、該装置内のアンモニアと酸素との濃度が確実に設定された混合比になる。
【００１６】
従って、本発明の窒化処理方法によれば、鋼材の表面硬度のバラツキを小さくして、確実に所望の硬度を得ることができる。
【００１７】
前記窒化処理装置内の酸素濃度の調整は、予め求められた鋼材の表面硬度と該窒化処理装置内の酸素濃度との関係に基づいて、所定の表面硬度を得るために必要な該窒化処理装置内の酸素濃度の範囲を設定し、測定された酸素濃度が設定された酸素濃度の範囲より大きければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を低減し、測定された酸素濃度が設定された酸素濃度の範囲より小さければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を増加することにより行うことができる。
【００１８】
本発明の窒化処理方法は、鋼材を、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下、所定の温度範囲に所定時間保持して窒化処理する窒化処理装置において、該窒化処理装置内を加熱して所定の処理温度範囲に保持する加熱手段と、アンモニアガスを該窒化処理装置内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理装置内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理装置内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度測定手段により検出された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備えることを特徴とする窒化処理装置により、有利に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１はＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図、図２は本実施形態の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図である。また、図３は図２の窒化処理装置における空気の導入量と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ、図４は金属リングの表面硬度と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【００２０】
本実施形態では、鋼材としてＣＶＴ用ベルトとして用いられるマルエージング鋼製金属リングの窒化処理を行う場合を例として説明する。
【００２１】
前記金属リングを製造する際には、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分２ａの両側に硬度の高い部分が出現する。
【００２２】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して８２０〜８３０℃の温度に２０〜６０分間保持することにより第１の溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リングＷを形成する。
【００２３】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。金属リングＷは、前記圧延により０．２ｍｍの厚さとされ、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延された金属リングＷを、加熱炉４に収容して第２の溶体化を行うことにより、前記圧延組織を消滅させると共に、均一な金属結晶粒を形成させる。
【００２４】
溶体化された金属リングＷは、次に周長補正した後、加熱炉５に収容し、４４０〜４８０℃の範囲の温度に６０〜１２０分間保持して時効処理を行う。そして、前記時効処理が終了したならば、金属リングＷを加熱炉５内で冷却し、窒化装置６に移送して、窒化処理を行う。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態の窒化処理装置６は、第１置換室１１、予熱室１２、窒化処理室１３、冷却室１４、第２置換室１５を備えている。前記各室は、相互の境界に上下動自在の扉（図示せず）を備え、該扉を開閉することにより相互に連通可能とされている。また、第１置換室１１は予熱室１２と反対側に上下動自在の搬入扉（図示せず）を備え、第２置換室１５は冷却室１４と反対側に上下動自在の搬出扉（図示せず）を備えている。尚、前記各扉は、通常の状態ではいずれも閉鎖されている。
【００２６】
また、窒化処理装置６は、前記各室で処理を行いながら、第１置換室１１から第２置換室１５方向に金属リングＷを断続的に搬送する搬送手段（図示せず）を備え、予熱室１２と、窒化処理室１３とは、それぞれ室内を加熱する加熱手段（図示せず）を備えている。
【００２７】
窒化処理装置６は、さらに、窒素ガス供給源１６、ハロゲン化物ガス供給源１７、アンモニアガス供給源１８、空気（酸素ガス）供給源１９を備えている。窒素ガス供給源１６は、窒素ガス導管２０に接続されており、窒素ガス導管２０から分岐する窒素ガス支管２０ａが第１置換室１１に、窒素ガス支管２０ｂが予熱室１２に、窒素ガス支管２０ｃが窒化処理室１３に、窒素ガス支管２０ｄが冷却室１４に、窒素ガス支管２０ｅが第２置換室１５に、それぞれ接続されている。
【００２８】
また、ハロゲン化物ガス供給源１７はハロゲン化物ガス導管２１を介して予熱室１２に接続されており、アンモニアガス供給源１８はアンモニアガス導管２２を介して窒化処理室１３に接続されている。さらに、空気供給源１９は、空気導管２３に接続されており、空気導管２３から分岐する空気支管２３ａが窒化処理室１３に、空気支管２３ｂが冷却室１４にそれぞれ接続されている。
【００２９】
第１置換室１１は、大気放出部２４に接続された排気管２５を備えている。排気管２５の途中には第１置換室１１内の雰囲気を排出する高真空ポンプ２６と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ２７とが設けられている。
【００３０】
予熱室１２は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管２９を備え、排気管２９の途中には予熱室１２内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３０と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３１とが設けられている。排ガス燃焼装置２８は、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に接続されている。
【００３１】
窒化処理室１３は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管３３を備え、排気管３３の途中には窒化処理室１３内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３４と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３５とが設けられている。また、窒化処理室１３は、窒化処理室１３内の雰囲気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３５ａを備えている。排気管３３は、排気管３３から分岐して排ガス燃焼装置２８に接続された排気支管３３ａを備え、排気支管３３ａの途中には排気中のアンモニア濃度を測定するアンモニア分析計３６が設けられている。
【００３２】
冷却室１４は、大気放出部２４に接続された排気管３７を備え、第２置換室１５は、大気放出部２４に接続された排気管３８を備えている。排気管３８の途中には第２置換室１５内の雰囲気を排出する高真空ポンプ３９と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ４０とが設けられている。
【００３３】
さらに窒化処理装置６は、前記各扉の開閉、加熱手段、搬送手段、各ガス供給源１６，１７，１８，１９、各真空ポンプ２６，３０，３４，３９、排ガス燃焼装置２８の作動を制御する制御装置（図示せず）を備えている。また、前記制御手段は、各酸素センサ２７，３１，３５，３５ａ，４０、アンモニア分析計３６に接続されて、検出信号が入力されるようになっている。前記制御装置として、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータ等を用いることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の窒化処理装置６の作動について説明する。
【００３５】
窒化処理装置６では、まず、図示しない制御装置により、第１置換室１１の図示しない搬入扉を開き、図示しない搬送手段により、金属リングＷを第１置換室１１内に搬入する。次いで、前記制御装置は、前記搬入扉を閉鎖して高真空ポンプ２６を作動させ、排気管２５を介して第１置換室１１内の雰囲気を大気放出部２４に排気する。同時に窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ａを介して、第１置換室１１内に窒素を導入する。そして、前記制御装置は、酸素センサ２７で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、第１置換室１１内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ２６を停止する。
【００３６】
次に、前記制御装置は、第１置換室１１と予熱室１２との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを予熱室１２に移送する。前記金属リングＷが予熱室１２に収容されたならば、第１置換室１１と予熱室１２との間の扉を閉鎖し、図示しない加熱手段により、予熱室１２内を加熱して、４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温する。
【００３７】
このとき、予熱室１２内の雰囲気は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｂを介して導入される窒素ガスと、ハロゲン化物ガス供給源１７から、ハロゲン化物ガス導管２１を介して導入されるハロゲン化物ガスとにより、ハロゲン化物ガス１．０〜２０．０容量％を含み残部が窒素からなる混合ガス雰囲気に置換されている。そこで、金属リングＷは、その表面が前記ハロゲン化物ガスにより活性化され、窒化処理室１３での窒化処理が容易になる。
【００３８】
予熱室１２内の雰囲気の置換は、まず、前記制御装置が低真空ポンプ３０を作動させることにより、予熱室１２内の雰囲気を排気管２９、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。そして、前記制御装置は、酸素センサ３１で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、低真空ポンプ３０を停止させ、窒素供給源１６とハロゲン化物ガス供給源１７とから、それぞれ窒素ガス、ハロゲン化ガスを予熱室１２内に導入する。
【００３９】
次に、前記制御装置は、予熱室１２内が４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを窒化処理室１３に移送する。そして、前記金属リングＷが窒化処理室１３に収容されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の扉を閉鎖して、前記金属リングＷを３０〜１２０分の処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内に保持して窒化処理を行う。
【００４０】
このとき、窒化処理室１３内には、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｃを介して窒素ガスが、アンモニアガス供給源１８から、アンモニアガス導管２２を介してアンモニアガスが、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ａを介して空気がそれぞれ導入されて、第１の混合ガス雰囲気に置換されている。また、窒化処理室１３内は、図示しない加熱手段により４５０〜５００℃の範囲の温度に加熱されている。
【００４１】
窒化処理室１３内の雰囲気の置換は、まず、低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の雰囲気を排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出し、同時に、窒素ガス、アンモニアガス、空気を窒化処理室１３内に導入するようにして行う。このとき、前記窒素ガス、アンモニアガス、空気は、前記制御装置により、アンモニアガス５０〜９０容量％、酸素０．１〜０．９容量％を含み残部が窒素からなる組成となる流量で窒化処理室１３内に導入される。しかし、窒化処理室１３内では、前回窒化処理のアンモニアが残留していたり、窒化処理室１３内が還元されたり、金属リングＷから酸素が発生したりするために、雰囲気の組成が前記範囲になっているとは限らない。
【００４２】
そこで、窒化処理装置６では、酸素センサ３５ａにより窒化処理室１３内の雰囲気中の酸素濃度を実測し、酸素センサ３５ａの検出信号に基づいて、前記制御装置が空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の流量を調整する。
【００４３】
前記調整は、具体的には次のようにして行う。まず、窒化処理室１３内が清浄な状態で、空気供給源１９から窒化処理室１３内に空気を導入し、このときの空気の導入量と酸素センサ３５ａにより検出される窒化処理室１３内の酸素濃度との関係を求めておく。本実施形態では、前記空気の導入量と窒化処理室１３内の酸素濃度とは、図３に示すように、比例関係にある。
【００４４】
次に、窒化処理室１３内が清浄な状態でアンモニアガスを前記範囲としたときに、空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の導入量を変量して、それぞれの場合に窒化された金属リングＷの表面硬度を求める。そして、前記表面硬度と、空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の導入量に対応する酸素濃度との関係を求め、図４に示すようなグラフを作成する。
【００４５】
図４に示すグラフによれば、所望の表面硬度の範囲Ｈを得るために必要な酸素濃度Ｃの範囲がわかる。そこで、前記制御装置は、酸素濃度の範囲Ｃを設定範囲とし、該設定範囲に対して、酸素センサ３５ａの実測値の方が大きければ空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の流量を低減し、実測値の方が小さければ前記空気の流量を増加させるように調整して、雰囲気の組成が前記範囲になるようにする。
【００４６】
前記窒化処理は、まず、窒化処理室１３内を前記第１の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの表面に窒化層を形成させる。そして、前記処理時間の１／３〜１／２が経過したならば、再び低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の第１の混合ガスを排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。同時に、窒素供給源１６とアンモニアガス供給源１８とから、それぞれ窒素ガス、アンモニアガスを窒化処理室１３内に導入する。そして、アンモニア分析計３６で検出されるアンモニア濃度が、０〜２５容量％の範囲になったならば、低真空ポンプ３４を停止させる。この結果、窒化処理室１３内の雰囲気が、アンモニアガス０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガス雰囲気に置換される。
【００４７】
前記窒化処理は、次に、前記処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内を前記第２の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの窒化を完了させる。
【００４８】
次に、前記制御装置は、前記所定時間が経過して前記窒化処理が終了したならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを冷却室１４内に移送する。そして、前記金属リングＷが冷却室１４に収容されたならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の扉を閉鎖して、冷却処理を行う。
【００４９】
前記冷却処理は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｄを介して導入される窒素ガスと、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ｂを介して導入される空気とにより、冷却室１４内が室温に冷却されるまで行われる。前記窒素ガスと空気とは、排気管３７を介して大気放出部２４に排気される。
【００５０】
次に、前記制御装置は、冷却室１４内が室温まで冷却されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを第２置換室１５内に移送する。そして、前記金属リングＷが第２置換室１５に収容されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の扉を閉鎖して、第２置換室１５内の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。
【００５１】
第２置換室１５内の雰囲気の置換は、高真空ポンプ３９を作動させ、排気管３８を介して第２置換室１５内の雰囲気を大気放出部２４に排気すると同時に、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｅを介して、第２置換室１５内に窒素を導入することにより行う。そして、酸素センサ４０で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、前記制御装置は、第２置換室１５内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ３９を停止する。
【００５２】
次に、前記制御装置は、第２置換室１５内の雰囲気が窒素雰囲気に置換されたならば、図示しない搬出扉を開き、前記搬送手段により、金属リングＷを窒化処理装置６から搬出する。この結果、表面に窒化層が形成されて所望の範囲の硬度を備える金属リングＷが得られる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ハロゲン化物ガス供給源１７を設け、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入するようにしているが、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入しないようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、空気供給源１９を設け、窒化処理室１３に空気を導入して第１の混合ガスを形成させるようにしているが、空気に代えて他の酸素含有ガスを導入するようにしてもよく、純酸素ガスを導入するようにしてもよい。
【００５５】
また、予熱室１２の雰囲気はハロゲン化物を含み、窒化処理室１３の雰囲気はアンモニアガスを含んでおり、そのまま排出すると大気汚染の原因となることが懸念される。しかし、本実施形態の窒化処理装置６では、予熱室１２の雰囲気と、窒化処理室１３の雰囲気とは、いずれも排ガス燃焼装置２８で燃焼されて無害化された上で、大気放出部２４に放出されるので、大気汚染の原因となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図。
【図２】本発明の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図。
【図３】図２の窒化処理装置における空気の導入量と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ。
【図４】金属リングの表面硬度と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５７】
６…窒化処理装置、 １３…窒化処理室、 ２０ｃ…窒素ガス導入手段、 ２２…アンモニアガス導入手段、 ２３ａ…酸素ガス導入手段、 ３５ａ…酸素濃度測定手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機用ベルト等に用いられるマルエージング鋼等の鋼材の窒化処理方法及びそれに用いる窒化処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達のために、複数の金属リングを積層して積層リングを形成し、該積層リングを所定形状のエレメントに組み付けて保持したＣＶＴ用ベルトが知られている。
【０００３】
前記積層リングを形成する金属リングは、マルエージング鋼等のＮｉ、Ｍｏを含む低炭素鋼からなり、例えば前記低炭素鋼の薄板を長方形に切断し、該薄板を長辺に沿って丸め、短辺側の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成した後、該ドラムを所定幅に裁断して無端状の金属リングとする。そして、前記金属リングを圧延して０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さとした後、さらに所定の周長に周長補正することにより製造されている。
【０００４】
前記マルエージング鋼は、適温に加熱してマルテンサイト状態において時効硬化を生じさせることにより、高強度、高靱性を兼ね備えることができる超強力鋼であるので、前記金属リングに賞用される。しかし、前記金属リングを積層した積層リングからなるＣＶＴ用ベルトを前記ＣＶＴの動力伝達のために用いる場合には、該ＣＶＴ用ベルトがＶ溝間隔を変換自在の１対のプーリ間に張設されて用いられる。従って、前記金属リングは、前記ＣＶＴ用ベルトが前記プーリ間を走行するときには直線状態となり、該プーリに沿って走行するときには湾曲状態となり、前記直線状態と湾曲状態との繰り返しにより過酷な曲げ変形を加えられる。
【０００５】
そこで、前記金属リングは、さらに耐摩耗性、耐疲労強度を備えることが必要とされ、このために前記時効硬化後の金属リングに表面硬化処理を施すことが行われている。前記表面硬化処理は、一般に、前記金属リングに窒化処理を施して、該金属リング表面に窒化層を形成することにより行われる。前記窒化処理としては、例えば、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理がある。
【０００６】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理によれば、アンモニアの分解により生じる窒素がマルエージング鋼の金属組織中に浸透し、前記金属リングの表面に窒化層を形成して硬化させる。この結果、前記金属リングの耐摩耗性、耐疲労強度を向上させることができる。
【０００７】
前記ガス窒化処理またはガス軟窒化処理の際にアンモニアの分解を促進して、優れた硬度を備える窒化層を形成するために、例えば、鋼材料を、アンモニア４０〜９０容量％、酸素０．２〜３容量％を含み、残部が窒素からなる雰囲気下、５００〜６００℃の温度に１２０〜３６０時間保持する技術が知られている。前記技術によれば、窒化ガスとして窒素ガスとアンモニアガスと酸素ガスとからなる３成分系の混合ガスを用いることにより、処理表面の硬度が向上し、耐摩耗性、耐擦傷性等の表面強度特性を長期間維持できるとされている（例えば特許文献１参照）。
【０００８】
また、前記アンモニアの分解によれば窒素と同時に水素が生成するが、本発明者らの検討によれば、前記水素の分圧が高くなると前記アンモニアの分解が抑制されたり、水素が窒素と再結合するために、窒化が阻害される。このとき、前記窒化ガスが酸素を含んでいると、前記水素を該酸素と結合させ、水の状態として系外に除去できるので、アンモニアの分解が促進されるものと考えられる。
【０００９】
前記窒化処理は、前記金属リングを収容した加熱炉等の窒化処理装置内に前記窒化ガスを導入することにより行われるが、前記窒化ガスは、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれの容器から、予め所定の混合比となるように設定された所定の流量で該加熱炉内に導入される。
【００１０】
しかしながら、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれ所定の流量で前記加熱炉内に導入すると、前記金属リングの表面硬度のバラツキが大きくなるという不都合がある。
【特許文献１】特開昭６２−２７０７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる不都合を解消して、鋼材の表面硬度のバラツキを小さくして確実に所望の硬度を得ることができる窒化処理方法及びそれに用いる窒化処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願は、特願２００４−２７４７１（以下、原出願という）の分割出願であり、本発明は原出願の請求項１における各工程の処理の順序を規定したものである。
【００１３】
本発明者らの検討によれば、アンモニア、酸素、窒素をそれぞれ所定の流量で窒化処理装置内に導入したのでは、該装置内で設定通りの混合比が得られるとは限らないことが判明した。これは、窒化処理を連続して行う場合に、前回のアンモニアが装置内に残留していたり、窒化処理の回数を重ねる毎に装置内が還元されたり、鋼材から酸素が発生したりするためと考えられる。
【００１４】
そこで、本発明の窒化処理方法は、前記目的を達成するために、窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入し、鋼材を該雰囲気下、所定の処理温度範囲に所定の処理時間保持して窒化処理する窒化処理方法において、該窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入する工程と、該雰囲気を導入した後、該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱する工程と、該温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する工程と、測定された酸素濃度に基づいて該装置内の酸素濃度を調整する工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の窒化処理方法では、窒化処理装置内に、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気を導入し、該雰囲気が導入された該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する。そして、測定された酸素濃度に基づいて前記窒化処理装置内の酸素濃度を調整するので、該装置内での環境に関わらず、該装置内のアンモニアと酸素との濃度が確実に設定された混合比になる。
【００１６】
従って、本発明の窒化処理方法によれば、鋼材の表面硬度のバラツキを小さくして、確実に所望の硬度を得ることができる。
【００１７】
前記窒化処理装置内の酸素濃度の調整は、予め求められた鋼材の表面硬度と該窒化処理装置内の酸素濃度との関係に基づいて、所定の表面硬度を得るために必要な該窒化処理装置内の酸素濃度の範囲を設定し、測定された酸素濃度が設定された酸素濃度の範囲より大きければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を低減し、測定された酸素濃度が設定された酸素濃度の範囲より小さければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を増加することにより行うことができる。
【００１８】
本発明の窒化処理方法は、鋼材を、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下、所定の温度範囲に所定時間保持して窒化処理する窒化処理装置において、該窒化処理装置内を加熱して所定の処理温度範囲に保持する加熱手段と、アンモニアガスを該窒化処理装置内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理装置内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理装置内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度測定手段により検出された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備えることを特徴とする窒化処理装置により、有利に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１はＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図、図２は本実施形態の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図である。また、図３は図２の窒化処理装置における空気の導入量と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ、図４は金属リングの表面硬度と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフである。
【００２０】
本実施形態では、鋼材としてＣＶＴ用ベルトとして用いられるマルエージング鋼製金属リングの窒化処理を行う場合を例として説明する。
【００２１】
前記金属リングを製造する際には、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分２ａの両側に硬度の高い部分が出現する。
【００２２】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して８２０〜８３０℃の温度に２０〜６０分間保持することにより第１の溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リングＷを形成する。
【００２３】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。金属リングＷは、前記圧延により０．２ｍｍの厚さとされ、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延された金属リングＷを、加熱炉４に収容して第２の溶体化を行うことにより、前記圧延組織を消滅させると共に、均一な金属結晶粒を形成させる。
【００２４】
溶体化された金属リングＷは、次に周長補正した後、加熱炉５に収容し、４４０〜４８０℃の範囲の温度に６０〜１２０分間保持して時効処理を行う。そして、前記時効処理が終了したならば、金属リングＷを加熱炉５内で冷却し、窒化装置６に移送して、窒化処理を行う。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態の窒化処理装置６は、第１置換室１１、予熱室１２、窒化処理室１３、冷却室１４、第２置換室１５を備えている。前記各室は、相互の境界に上下動自在の扉（図示せず）を備え、該扉を開閉することにより相互に連通可能とされている。また、第１置換室１１は予熱室１２と反対側に上下動自在の搬入扉（図示せず）を備え、第２置換室１５は冷却室１４と反対側に上下動自在の搬出扉（図示せず）を備えている。尚、前記各扉は、通常の状態ではいずれも閉鎖されている。
【００２６】
また、窒化処理装置６は、前記各室で処理を行いながら、第１置換室１１から第２置換室１５方向に金属リングＷを断続的に搬送する搬送手段（図示せず）を備え、予熱室１２と、窒化処理室１３とは、それぞれ室内を加熱する加熱手段（図示せず）を備えている。
【００２７】
窒化処理装置６は、さらに、窒素ガス供給源１６、ハロゲン化物ガス供給源１７、アンモニアガス供給源１８、空気（酸素ガス）供給源１９を備えている。窒素ガス供給源１６は、窒素ガス導管２０に接続されており、窒素ガス導管２０から分岐する窒素ガス支管２０ａが第１置換室１１に、窒素ガス支管２０ｂが予熱室１２に、窒素ガス支管２０ｃが窒化処理室１３に、窒素ガス支管２０ｄが冷却室１４に、窒素ガス支管２０ｅが第２置換室１５に、それぞれ接続されている。
【００２８】
また、ハロゲン化物ガス供給源１７はハロゲン化物ガス導管２１を介して予熱室１２に接続されており、アンモニアガス供給源１８はアンモニアガス導管２２を介して窒化処理室１３に接続されている。さらに、空気供給源１９は、空気導管２３に接続されており、空気導管２３から分岐する空気支管２３ａが窒化処理室１３に、空気支管２３ｂが冷却室１４にそれぞれ接続されている。
【００２９】
第１置換室１１は、大気放出部２４に接続された排気管２５を備えている。排気管２５の途中には第１置換室１１内の雰囲気を排出する高真空ポンプ２６と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ２７とが設けられている。
【００３０】
予熱室１２は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管２９を備え、排気管２９の途中には予熱室１２内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３０と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３１とが設けられている。排ガス燃焼装置２８は、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に接続されている。
【００３１】
窒化処理室１３は、排ガス燃焼装置２８に接続された排気管３３を備え、排気管３３の途中には窒化処理室１３内の雰囲気を排出する低真空ポンプ３４と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３５とが設けられている。また、窒化処理室１３は、窒化処理室１３内の雰囲気中の酸素濃度を測定する酸素センサ３５ａを備えている。排気管３３は、排気管３３から分岐して排ガス燃焼装置２８に接続された排気支管３３ａを備え、排気支管３３ａの途中には排気中のアンモニア濃度を測定するアンモニア分析計３６が設けられている。
【００３２】
冷却室１４は、大気放出部２４に接続された排気管３７を備え、第２置換室１５は、大気放出部２４に接続された排気管３８を備えている。排気管３８の途中には第２置換室１５内の雰囲気を排出する高真空ポンプ３９と、排気中の酸素濃度を測定する酸素センサ４０とが設けられている。
【００３３】
さらに窒化処理装置６は、前記各扉の開閉、加熱手段、搬送手段、各ガス供給源１６，１７，１８，１９、各真空ポンプ２６，３０，３４，３９、排ガス燃焼装置２８の作動を制御する制御装置（図示せず）を備えている。また、前記制御手段は、各酸素センサ２７，３１，３５，３５ａ，４０、アンモニア分析計３６に接続されて、検出信号が入力されるようになっている。前記制御装置として、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータ等を用いることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の窒化処理装置６の作動について説明する。
【００３５】
窒化処理装置６では、まず、図示しない制御装置により、第１置換室１１の図示しない搬入扉を開き、図示しない搬送手段により、金属リングＷを第１置換室１１内に搬入する。次いで、前記制御装置は、前記搬入扉を閉鎖して高真空ポンプ２６を作動させ、排気管２５を介して第１置換室１１内の雰囲気を大気放出部２４に排気する。同時に窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ａを介して、第１置換室１１内に窒素を導入する。そして、前記制御装置は、酸素センサ２７で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、第１置換室１１内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ２６を停止する。
【００３６】
次に、前記制御装置は、第１置換室１１と予熱室１２との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを予熱室１２に移送する。前記金属リングＷが予熱室１２に収容されたならば、第１置換室１１と予熱室１２との間の扉を閉鎖し、図示しない加熱手段により、予熱室１２内を加熱して、４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温する。
【００３７】
このとき、予熱室１２内の雰囲気は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｂを介して導入される窒素ガスと、ハロゲン化物ガス供給源１７から、ハロゲン化物ガス導管２１を介して導入されるハロゲン化物ガスとにより、ハロゲン化物ガス１．０〜２０．０容量％を含み残部が窒素からなる混合ガス雰囲気に置換されている。そこで、金属リングＷは、その表面が前記ハロゲン化物ガスにより活性化され、窒化処理室１３での窒化処理が容易になる。
【００３８】
予熱室１２内の雰囲気の置換は、まず、前記制御装置が低真空ポンプ３０を作動させることにより、予熱室１２内の雰囲気を排気管２９、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。そして、前記制御装置は、酸素センサ３１で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、低真空ポンプ３０を停止させ、窒素供給源１６とハロゲン化物ガス供給源１７とから、それぞれ窒素ガス、ハロゲン化ガスを予熱室１２内に導入する。
【００３９】
次に、前記制御装置は、予熱室１２内が４５０〜５００℃の範囲の温度に昇温されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを窒化処理室１３に移送する。そして、前記金属リングＷが窒化処理室１３に収容されたならば、予熱室１２と窒化処理室１３との間の扉を閉鎖して、前記金属リングＷを３０〜１２０分の処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内に保持して窒化処理を行う。
【００４０】
このとき、窒化処理室１３内には、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｃを介して窒素ガスが、アンモニアガス供給源１８から、アンモニアガス導管２２を介してアンモニアガスが、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ａを介して空気がそれぞれ導入されて、第１の混合ガス雰囲気に置換されている。また、窒化処理室１３内は、図示しない加熱手段により４５０〜５００℃の範囲の温度に加熱されている。
【００４１】
窒化処理室１３内の雰囲気の置換は、まず、低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の雰囲気を排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出し、同時に、窒素ガス、アンモニアガス、空気を窒化処理室１３内に導入するようにして行う。このとき、前記窒素ガス、アンモニアガス、空気は、前記制御装置により、アンモニアガス５０〜９０容量％、酸素０．１〜０．９容量％を含み残部が窒素からなる組成となる流量で窒化処理室１３内に導入される。しかし、窒化処理室１３内では、前回窒化処理のアンモニアが残留していたり、窒化処理室１３内が還元されたり、金属リングＷから酸素が発生したりするために、雰囲気の組成が前記範囲になっているとは限らない。
【００４２】
そこで、窒化処理装置６では、酸素センサ３５ａにより窒化処理室１３内の雰囲気中の酸素濃度を実測し、酸素センサ３５ａの検出信号に基づいて、前記制御装置が空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の流量を調整する。
【００４３】
前記調整は、具体的には次のようにして行う。まず、窒化処理室１３内が清浄な状態で、空気供給源１９から窒化処理室１３内に空気を導入し、このときの空気の導入量と酸素センサ３５ａにより検出される窒化処理室１３内の酸素濃度との関係を求めておく。本実施形態では、前記空気の導入量と窒化処理室１３内の酸素濃度とは、図３に示すように、比例関係にある。
【００４４】
次に、窒化処理室１３内が清浄な状態でアンモニアガスを前記範囲としたときに、空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の導入量を変量して、それぞれの場合に窒化された金属リングＷの表面硬度を求める。そして、前記表面硬度と、空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の導入量に対応する酸素濃度との関係を求め、図４に示すようなグラフを作成する。
【００４５】
図４に示すグラフによれば、所望の表面硬度の範囲Ｈを得るために必要な酸素濃度Ｃの範囲がわかる。そこで、前記制御装置は、酸素濃度の範囲Ｃを設定範囲とし、該設定範囲に対して、酸素センサ３５ａの実測値の方が大きければ空気供給源１９から窒化処理室１３内に導入される空気の流量を低減し、実測値の方が小さければ前記空気の流量を増加させるように調整して、雰囲気の組成が前記範囲になるようにする。
【００４６】
前記窒化処理は、まず、窒化処理室１３内を前記第１の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの表面に窒化層を形成させる。そして、前記処理時間の１／３〜１／２が経過したならば、再び低真空ポンプ３４を作動させることにより、窒化処理室１３内の第１の混合ガスを排気管３３、排気支管３３ａ、排ガス燃焼装置２８、燃焼ガス導管３２を介して大気放出部２４に放出する。同時に、窒素供給源１６とアンモニアガス供給源１８とから、それぞれ窒素ガス、アンモニアガスを窒化処理室１３内に導入する。そして、アンモニア分析計３６で検出されるアンモニア濃度が、０〜２５容量％の範囲になったならば、低真空ポンプ３４を停止させる。この結果、窒化処理室１３内の雰囲気が、アンモニアガス０〜２５容量％を含み残部が窒素からなる第２の混合ガス雰囲気に置換される。
【００４７】
前記窒化処理は、次に、前記処理時間が経過するまで、窒化処理室１３内を前記第２の混合ガス雰囲気下、前記４５０〜５００℃の範囲の温度に保持することにより、金属リングＷの窒化を完了させる。
【００４８】
次に、前記制御装置は、前記所定時間が経過して前記窒化処理が終了したならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを冷却室１４内に移送する。そして、前記金属リングＷが冷却室１４に収容されたならば、窒化処理室１３と冷却室１４との間の扉を閉鎖して、冷却処理を行う。
【００４９】
前記冷却処理は、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｄを介して導入される窒素ガスと、空気供給源１９から、空気導管２３、空気支管２３ｂを介して導入される空気とにより、冷却室１４内が室温に冷却されるまで行われる。前記窒素ガスと空気とは、排気管３７を介して大気放出部２４に排気される。
【００５０】
次に、前記制御装置は、冷却室１４内が室温まで冷却されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の図示しない扉を開き、前記搬送手段により前記金属リングＷを第２置換室１５内に移送する。そして、前記金属リングＷが第２置換室１５に収容されたならば、冷却室１４と第２置換室１５との間の扉を閉鎖して、第２置換室１５内の雰囲気を窒素雰囲気に置換する。
【００５１】
第２置換室１５内の雰囲気の置換は、高真空ポンプ３９を作動させ、排気管３８を介して第２置換室１５内の雰囲気を大気放出部２４に排気すると同時に、窒素供給源１６から、窒素導管２０、窒素支管２０ｅを介して、第２置換室１５内に窒素を導入することにより行う。そして、酸素センサ４０で検出される酸素濃度が所定の値未満になったならば、前記制御装置は、第２置換室１５内の雰囲気が窒素ガスで置換されたものと判断し、高真空ポンプ３９を停止する。
【００５２】
次に、前記制御装置は、第２置換室１５内の雰囲気が窒素雰囲気に置換されたならば、図示しない搬出扉を開き、前記搬送手段により、金属リングＷを窒化処理装置６から搬出する。この結果、表面に窒化層が形成されて所望の範囲の硬度を備える金属リングＷが得られる。
【００５３】
尚、本実施形態では、ハロゲン化物ガス供給源１７を設け、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入するようにしているが、予熱室１２にハロゲン化物ガスを導入しないようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、空気供給源１９を設け、窒化処理室１３に空気を導入して第１の混合ガスを形成させるようにしているが、空気に代えて他の酸素含有ガスを導入するようにしてもよく、純酸素ガスを導入するようにしてもよい。
【００５５】
また、予熱室１２の雰囲気はハロゲン化物を含み、窒化処理室１３の雰囲気はアンモニアガスを含んでおり、そのまま排出すると大気汚染の原因となることが懸念される。しかし、本実施形態の窒化処理装置６では、予熱室１２の雰囲気と、窒化処理室１３の雰囲気とは、いずれも排ガス燃焼装置２８で燃焼されて無害化された上で、大気放出部２４に放出されるので、大気汚染の原因となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ＣＶＴ用ベルトとして用いられる金属リングの製造工程を模式的に示す工程説明図。
【図２】本発明の窒化処理装置の構成を示すシステム構成図。
【図３】図２の窒化処理装置における空気の導入量と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ。
【図４】金属リングの表面硬度と窒化処理装置内の酸素濃度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５７】
６…窒化処理装置、 １３…窒化処理室、 ２０ｃ…窒素ガス導入手段、 ２２…アンモニアガス導入手段、 ２３ａ…酸素ガス導入手段、 ３５ａ…酸素濃度測定手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化処理装置内において、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下で、鋼材を該雰囲気下、所定の処理温度範囲に所定の処理時間保持して窒化処理する窒化処理方法であって、
該窒化処理装置内に、前記雰囲気を導入する工程と、
該雰囲気を導入した後、該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱する工程と、
該温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する工程と、
測定された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する工程とを備えることを特徴とする窒化処理方法。
【請求項２】
前記窒化処理装置内の酸素濃度の調整は、
予め求められた鋼材の表面硬度と該窒化処理装置内の酸素濃度との関係に基づいて、所定の表面硬度を得るために必要な該窒化処理装置内の酸素濃度の範囲を設定し、
前記測定された酸素濃度が前記設定された酸素濃度の範囲より大きければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を低減し、
前記測定された酸素濃度が前記設定された酸素濃度の範囲より小さければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を増加することにより行うことを特徴とする請求項１記載の窒化処理方法。
【請求項３】
鋼材を、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下、所定の温度範囲に所定時間保持して窒化処理する窒化処理装置において、
該窒化処理装置内を加熱して所定の処理温度範囲に保持する加熱手段と、アンモニアガスを該窒化処理装置内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理装置内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理装置内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度測定手段により検出された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備えることを特徴とする窒化処理装置。
【請求項１】
窒化処理装置内において、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下で、鋼材を該雰囲気下、所定の処理温度範囲に所定の処理時間保持して窒化処理する窒化処理方法であって、
該窒化処理装置内に、前記雰囲気を導入する工程と、
該雰囲気を導入した後、該窒化処理装置内を所定の温度範囲に加熱する工程と、
該温度範囲に加熱した後、該窒化処理装置内の酸素濃度を測定する工程と、
測定された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する工程とを備えることを特徴とする窒化処理方法。
【請求項２】
前記窒化処理装置内の酸素濃度の調整は、
予め求められた鋼材の表面硬度と該窒化処理装置内の酸素濃度との関係に基づいて、所定の表面硬度を得るために必要な該窒化処理装置内の酸素濃度の範囲を設定し、
前記測定された酸素濃度が前記設定された酸素濃度の範囲より大きければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を低減し、
前記測定された酸素濃度が前記設定された酸素濃度の範囲より小さければ該窒化処理装置内に導入される酸素の量を増加することにより行うことを特徴とする請求項１記載の窒化処理方法。
【請求項３】
鋼材を、少なくともアンモニアと酸素とを所定の濃度で含む雰囲気下、所定の温度範囲に所定時間保持して窒化処理する窒化処理装置において、
該窒化処理装置内を加熱して所定の処理温度範囲に保持する加熱手段と、アンモニアガスを該窒化処理装置内に導入するアンモニアガス導入手段と、酸素ガスを該窒化処理装置内に導入する酸素ガス導入手段と、該窒化処理装置内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度測定手段により検出された酸素濃度に基づいて該窒化処理装置内の酸素濃度を調整する酸素濃度調整手段とを備えることを特徴とする窒化処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０８７６７（Ｐ２００８−３０８７６７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０７２８８（Ｐ２００８−２０７２８８）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【分割の表示】特願２００４−２７４７１（Ｐ２００４−２７４７１）の分割
【原出願日】平成１６年２月４日（２００４．２．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【分割の表示】特願２００４−２７４７１（Ｐ２００４−２７４７１）の分割
【原出願日】平成１６年２月４日（２００４．２．４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（０００１６７２００）光洋サーモシステム株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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