以下、図面に基づいて本発明の実施の形� ��を説明する。なお、以下の図面において同� ��または相当する部分には同一の参照番号を� ��しその説明は繰り返さない。

 (実施の形態1)
 まず、図1を参照して、本発明の実施の形態 1における転がり軸受としての深溝玉軸受に� �いて説明する。

 図1を参照して、深溝玉軸受1は、環状の� �輪11と、外輪11の内側に配置された環状の内� ��12と、外輪11と内輪12との間に配置され、円� ��状の保持器14に保持された転動体としての� �数の玉13とを備えている。外輪11の内周面に� ��外輪転走面11Aが形成されており、内輪12の� �周面には内輪転走面12Aが形成されている。� �して、内輪転走面12Aと外輪転走面11Aとが互� �に対向するように、外輪11と内輪12とは配置� ��れている。さらに、複数の玉13は、玉転走� �(表面)13Aにおいて内輪転走面12Aおよび外輪転 走面11Aに接触し、かつ保持器14により周方向� ��所定のピッチで配置されることにより円環� ��の軌道上に転動自在に保持されている。以� ��の構成により、深溝玉軸受1の外輪11および� ��輪12は、互いに相対的に回転可能となって� �る。

 ここで、機械部品である外輪11、内輪12、 玉13および保持器14のうち、特に、外輪11、内 輪12および玉13には転動疲労強度や耐摩耗性� �要求される。そのため、これらのうち少な� �とも1つが本発明の熱処理炉において浸炭窒� ��処理された機械部品であることにより、当� ��部品の内部における窒素濃度が精度よく制� ��されて表面層が強化され、深溝玉軸受1を長 寿命化することができる。

 次に、図2を参照して、実施の形態1の変� �例における転がり軸受としてのスラストニ� �ドルころ軸受について説明する。

 図2を参照して、スラストニードルころ軸 受2は、円盤状の形状を有し、互いに一方の� �面が対向するように配置された転動部材と� �ての一対の軌道輪21と、転動部材としての複 数のニードルころ23と、円環状の保持器24と� �備えている。複数のニードルころ23は、ころ 転走面(外周面)23Aにおいて、一対の軌道輪21� �互いに対向する主面に形成された軌道輪転� �面21Aに接触し、かつ保持器24により周方向に 所定のピッチで配置されることにより円環状 の軌道上に転動自在に保持されている。以上 の構成により、スラストニードルころ軸受2� �一対の軌道輪21は、互いに相対的に回転可能 となっている。

 ここで、機械部品である軌道輪21、ニー� �ルころ23および保持器24のうち、特に、軌道� ��21、ニードルころ23には転動疲労強度や耐摩 耗性が要求される。そのため、これらのうち 少なくとも1つが本発明の熱処理炉において� �炭窒化処理された機械部品であることによ� �、当該部品の内部における窒素濃度が精度� �く制御されて表面層が強化され、スラスト� �ードルころ軸受2を長寿命化することができ� ��。

 次に、図3~図5を参照して、実施の形態1の 他の変形例における等速ジョイントについて 説明する。なお、図3は、図4の線分III-IIIに沿 う概略断面図に対応する。

 図3~図5を参照して、等速ジョイント3は、 軸35に連結されたインナーレース31と、イン� �ーレース31の外周側を囲むように配置され、 軸36に連結されたアウターレース32と、イン� �ーレース31とアウターレース32との間に配置� ��れたトルク伝達用のボール33と、ボール33を 保持するケージ34とを備えている。ボール33� �、インナーレース31の外周面に形成されたイ ンナーレースボール溝31Aと、アウターレース 32の内周面に形成されたアウターレースボー� ��溝32Aとに接触して配置され、脱落しないよ� ��にケージ34によって保持されている。

 インナーレース31の外周面およびアウタ� �レース32の内周面のそれぞれに形成されたイ ンナーレースボール溝31Aとアウターレースボ ール溝32Aとは、図3に示すように、軸35および 軸36の中央を通る軸が一直線上にある状態に� ��いて、それぞれ当該軸上のジョイント中心O から当該軸上の左右に等距離離れた点Aおよ� �点Bを曲率中心とする曲線(円弧)状に形成さ� �ている。すなわち、インナーレースボール� �31Aおよびアウターレースボール溝32Aに接触� �て転動するボール33の中心Pの軌跡が、点A(イ ンナーレース中心A)および点B(アウターレー� �中心B)に曲率中心を有する曲線(円弧)となる� ��うに、インナーレースボール溝31Aおよびア� ��ターレースボール溝32Aのそれぞれは形成さ� ��ている。これにより、等速ジョイントが角� ��をなした場合(軸35および軸36の中央を通る� �が交差するように等速ジョイントが動作し� �場合)においても、ボール33は、常に軸35およ び軸36の中央を通る軸のなす角(∠AOB)の2等分� ��上に位置する。

 次に、等速ジョイント3の動作について説 明する。図3および図4を参照して、等速ジョ� ��ント3においては、軸35、36の一方に軸まわ� �の回転が伝達されると、インナーレースボ� �ル溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aに� �め込まれたボール33を介して、軸35、36の他� �の軸に当該回転が伝達される。ここで、図5� ��示すように軸35、36が角度θをなした場合、� ��ール33は、前述のインナーレース中心Aおよ� ��アウターレース中心Bに曲率中心を有するイ ンナーレースボール溝31Aおよびアウターレー スボール溝32Aに案内されて、中心Pが∠AOBの� �等分線上となる位置に保持される。ここで� �ジョイント中心Oからインナーレース中心Aま での距離と、アウターレース中心Bまでの距� �とが等しくなるように、インナーレースボ� �ル溝31Aおよびアウターレースボール溝32Aが� �成されているため、ボール33の中心Pからイ� �ナーレース中心Aおよびアウターレース中心B までの距離はそれぞれ等しく、三角形OAPと三 角形OBPとは合同である。その結果、ボール33� ��中心Pから軸35、36までの距離Lは互いに等し� ��なり、軸35、36の一方が軸まわりに回転した 場合、他方も等速で回転する。このように、 等速ジョイント3は、軸35、36が角度をなした� ��合でも、等速性を確保することができる。� ��お、ケージ34は、軸35、36が回転した場合に� ��インナーレースボール溝31Aおよびアウター� ��ースボール溝32Aからボール33が飛び出すこ� �をインナーレースボール溝31Aおよびアウタ� �レースボール溝32Aとともに防止すると同時� �、等速ジョイント3のジョイント中心Oを決定 する機能を果たしている。

 ここで、機械部品であるインナーレース3 1、アウターレース32、ボール33およびケージ3 4のうち、特に、インナーレース31、アウター レース32およびボール33には疲労強度や耐摩� �性が要求される。そのため、これらのうち� �なくとも1つが本発明の熱処理炉において浸� ��窒化処理された機械部品であることにより� ��当該部品の内部における窒素濃度が精度よ� ��制御されて表面層が強化され、等速ジョイ� ��ト3を長寿命化することができる。

 次に、本実施の形態における上記機械部� ��、および上記機械部品を備えた転がり軸受� ��等速ジョイントなどの機械要素の製造方法� ��ついて説明する。図6を参照して、まず、鋼 からなり、機械部品の概略形状に成形された 鋼部材を準備する鋼部材準備工程が実施され る。具体的には、たとえば、棒鋼を素材とし 、当該棒鋼に対して切断、鍛造、旋削などの 加工が実施されることにより、機械部品とし ての外輪11、軌道輪21、インナーレース31など の機械部品の概略形状に成形された鋼部材が 準備される。

 次に、鋼部材準備工程において準備された� ��述の鋼部材に対して、浸炭窒化処理を実施� ��た後、A ₁ 点以上の温度からM _S 点以下の温度へ冷却することにより、鋼部材 を焼入硬化する焼入硬化工程が実施される。 この焼入硬化工程の詳細については後述する 。

 ここで、A ₁ 点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェ ライトからオーステナイトに変態を開始する 温度に相当する点をいう。また、M _S 点とはオーステナイト化した鋼が冷却される 際に、マルテンサイト化を開始する温度に相 当する点をいう。

 次に、焼入硬化工程が実施された鋼部材に� ��して、A ₁ 点以下の温度に加熱することにより焼入硬化 された鋼部材の靭性等を向上させる焼戻工程 が実施される。具体的には、焼入硬化された 鋼部材がA ₁ 点以下の温度である150℃以上350℃以下の温度 、たとえば180℃に加熱され、30分間以上240分� ��以下の時間、たとえば120分間保持されて、� ��の後室温の空気中で冷却される(空冷)。

 さらに、焼戻工程が実施された鋼部材に� ��して、仕上げ加工などが施される仕上げ工� ��が実施される。具体的には、たとえば、焼� ��工程が実施された鋼部材の内輪転走面12A、� ��道輪転走面21A、アウターレースボール溝32A� ��どに対する研削加工が実施される。これに� ��り、実施の形態1における機械部品は完成し 、実施の形態1における機械部品の製造方法� �完了する。さらに、完成した機械部品が組� �合わされて機械要素が組み立てられる組立� �工程が実施される。具体的には、上述の工� �により製造された本発明の機械部品である� �たとえば外輪11、内輪12、玉13と保持器14とが 組み合わされて、深溝玉軸受1が組み立てら� �る。これにより、実施の形態1における機械� ��品を備えた機械要素が製造される。

 次に、図7~図13を参照して、本実施の形態 における熱処理炉および当該熱処理炉を用い て実施される機械部品の製造方法に含まれる 焼入硬化工程の詳細について説明する。図13� ��おいて、横方向は時間を示しており右に行� ��ほど時間が経過していることを示している� ��また、図13において、縦方向は温度を示し� �おり上に行くほど温度が高いことを示して� �る。

 まず、本実施の形態の熱処理炉について� ��明する。図7を参照して、本実施の形態にお ける熱処理炉5は、鋼の浸炭窒化処理を実施� �るための連続炉タイプの熱処理炉である。� �処理炉5は、壁面により取り囲まれた本体部5 1と、雰囲気採取パイプ56と、雰囲気分析部57� ��、雰囲気制御部58とを備えている。

 本体部51の長手方向(X軸方向)の一端には� �被処理物91を投入するための開口である投入 口54が形成されており、本体部51の長手方向� �他端には被処理物91を排出するための開口で ある排出口55が形成されている。また、本体� ��51の底壁に沿って、投入口54から投入された 被処理物91を保持するとともに、被処理物91� �投入口54から排出口55まで搬送する保持部と� ��ての床面ベルト53が配置されている。さら� �、本体部51には、本体部の幅方向(Z軸方向)の 一端から他端にまで延在するとともに、本体 部51の上壁から床面ベルト53に向けて突出し� �床面ベルト53との間に間隔を有する3つの隔� �52、52、52が配置されている。3つの隔壁52、52 、52は、本体部51の長手方向に並べて配置さ� �ている。これにより、本体部51は、長手方向 に、投入口54側から順に予熱ゾーン51A、第1加 熱ゾーン51B、第2加熱ゾーン51Cおよび第3加熱� ��ーン51Dの4つのゾーンに分割されている。

 さらに、図7および図8を参照して、反応� �としての第2加熱ゾーン51Cには、第2加熱ゾー ン51C内に開口56Aを有し、第2加熱ゾーン51Cの� �部の雰囲気を採取する雰囲気採取部材とし� �の雰囲気採取パイプ56と、雰囲気採取パイプ 56に接続され、雰囲気中の未分解アンモニア� ��体積分率を算出する雰囲気分析部57と、雰� �気分析部57に接続され、算出された未分解ア ンモニアの体積分率に基づき、第2加熱ゾー� �51Cの内部の雰囲気を制御する雰囲気制御部58 とが設置されている。また、第2加熱ゾーン51 Cの内部の上壁51C1には、Rガス、エンリッチガ ス、アンモニアガスなどの雰囲気ガスを第2� �熱ゾーン51Cの内部に供給する雰囲気ガス供� �部61と、第2加熱ゾーン51Cの内部の雰囲気ガ� �を攪拌する攪拌装置としてのファン59が設置 されている。

 そして、図8を参照して、床面ベルト53に� ��持される被処理物91が占める領域、すなわ� �被処理物91が床面ベルト53により搬送されて� ��動する軌跡に該当する領域(被処理物91が移� ��することにより占める領域全体)である被処 理物通過領域92と同等の未分解アンモニアの� ��積分率、たとえば被処理物通過領域92との� �分解アンモニアの体積分率の差が25%以内と� �る領域である被処理物近傍領域93に位置する ように、雰囲気採取パイプ56の開口56Aの位置� ��調整されている。ここで、たとえば炭素の� ��量が0.95である場合、被処理物への窒素侵入 速度を最大にするためには、未分解アンモニ アの体積分率は0.2%程度以上必要であるが、0. 15%であれば当該窒素侵入速度は最大値の90%以 上を確保することができる。つまり、熱処理 炉内において被処理物が占める領域との未分 解アンモニアの体積分率の差が25%以下である 領域における未分解アンモニアの体積分率に 基づいて雰囲気を調整すれば、被処理物の内 部における窒素濃度を高い精度で制御するこ とができる。

 次に、本実施の形態における雰囲気採取� ��材としての雰囲気採取パイプについて説明� ��る。図8および図9を参照して、雰囲気採取� �イプ56は、第2加熱ゾーン51Cの上壁51C1を貫通� ��るように配置されている。この雰囲気採取� ��イプ56は、中空円筒状の形状を有し、第2加� ��ゾーン51C内に開口56Aを有するとともに、内� ��を第2加熱ゾーン51C内の雰囲気が通過可能な パイプ部561と、パイプ部561の外周面を取り囲 むように配置された筒状部としての円筒部材 562と、円筒部材562の外周面を取り囲むように 配置された筒状部としてのリング部材563とを 備えている。リング部材563の外周面の中央部 には、外周面の端部よりも外径の小さい溝部 563Aが形成されている。

 そして、溝部563Aには、円筒管状の形状を 有するシール部材としての円筒シール621が嵌 め込まれている。また、リング部材563から見 て開口56Aとは反対側のリング部材563の端面に 接触するように、円環状の形状を有するシー ル部材としての円盤シール622が配置されてい る。さらに、リング部材563の円盤シール622が 配置される側とは反対側の端面、および円盤 シール622のリング部材563の側とは反対側の端 面のそれぞれに接触するように、円環状の形 状を有するとともに、一方の端面が二股に分 離したUパッキン623、623が配置されている。U� ��ッキン623、623のそれぞれは、二股に分離し� ��側がリング部材563とは反対側に向くように� ��置されている。

 さらに、円筒部材562の両側の端面のそれ� ��れに接触するように、円盤状の支持部材631� ��631が配置されている。また、パイプ部561に� ��、隣接する領域よりも直径の大きい大径部5 61Aが形成されている。そして、一方の支持部 材631は、当該大径部561Aと円筒部材562とに挟� �れ、かつ他方の支持部材631は、円筒部材562� �パイプ部561に嵌め込まれたナット632とに挟� �れており、ナット632が締め付けられること� �よって、支持部材631、631により、円筒部材56 2が支持されている。

 また、シール部材としての円筒シール621� ��円盤シール622およびUパッキン623の外周面を 取り囲むように、第2加熱ゾーン51Cの上壁51C1� ��ら外側に突出する円筒中空状の外方壁部と� ��ての保護管511が形成されている。シール部� ��としての円筒シール621、円盤シール622およ� ��Uパッキン623のそれぞれと保護管511とは、少 なくともその一部において密着している。ま た、シール部材としての円筒シール621、円盤 シール622およびUパッキン623のそれぞれは、� �護管511に対してパイプ部561の軸方向に摺動� �能である。その結果、雰囲気採取パイプ56と 保護管511との間がシールされつつ、雰囲気採 取パイプ56は保護管511に対して相対的に移動� ��能となっており、開口56Aと床面ベルト53(図8 参照)との距離が変更可能となっている。す� �わち、雰囲気採取パイプ56は、シール部材と しての円筒シール621、円盤シール622およびU� �ッキン623と一体に、保護管511に対して移動� �能となっている。また、複数のシール部材� �しての円筒シール621、円盤シール622およびU� ��ッキン623が雰囲気採取パイプ56の軸方向に� �べて配置されることにより、雰囲気採取パ� �プ56と保護管511との間が十分にシールされて いる。

 ここで、保護管511およびパイプ部561は、� ��温の浸炭窒化雰囲気に曝されるため、高い� ��熱性等が必要である。そのため、保護管511� ��素材としては、ステンレス鋼、ステンレス� ��金、インコネル、炭素鋼など、パイプ部561� ��素材としては、ステンレス鋼、ステンレス� ��金、インコネルなどを採用することができ� ��。また、シール部材としての円筒シール621� ��円盤シール622およびUパッキン623は、保護管 511に接触することにより高温に加熱されるお それがある。さらに、これらは、雰囲気採取 パイプ56および保護管511に接触しつつ、保護� ��511に対して摺動可能である必要がある。そ� ��ため、円筒シール621の素材としては、エチ� ��ン樹脂、フェノール樹脂など、円盤シール6 22の素材としては、エチレン樹脂、ポリアミ� ��樹脂など、Uパッキン623の素材としては、ニ トリルゴム、フッ素ゴムなどを採用すること ができる。

 次に、雰囲気採取パイプ56の開口56Aの第2� ��熱ゾーン51C内における位置を調整するため� ��具体的手順の一例を説明する。

 図7、図8および図10を参照して、まず、工 程(S100)において、CFD(Computational Fluid Dynamics;� ��値流体力学)解析により、熱処理炉5の本体� �51の内部、特に第2加熱ゾーン51C内における� �分解アンモニアの体積分率を解析する。次� �、工程(S200)において、工程(S100)の解析結果� �基づき、被処理物91が占める領域、たとえば 被処理物通過領域92における未分解アンモニ� ��の体積分率を算出する。さらに、工程(S300)� ��おいて、工程(S200)で算出された未分解アン� ��ニアの体積分率との差が25%以内である被処� ��物近傍領域93を確定する。そして、工程(S400 )において、工程(S300)で確定した被処理物近� �領域93内に位置するように、開口56Aの位置を 決定する。そして、図9を参照して、雰囲気� �取パイプ56をパイプ部561の軸方向に、保護管 511に対して移動させることにより、開口56Aの 位置が被処理物近傍領域93内に位置するよう� ��、開口56Aの位置を調整する。

 次に、熱処理炉5を用いた焼入硬化処理の 具体的手順を説明する。図7を参照して、焼� �硬化工程においては、まず、被処理物91とし ての鋼部材が投入口54から投入され、床面ベ� ��ト53上に載置される。投入された被処理物91 は、床面ベルト53により搬送されて予熱ゾー� ��51A、第1加熱ゾーン51B、第2加熱ゾーン51Cお� �び第3加熱ゾーン51Dを順次通過しつつ浸炭窒� ��処理される。予熱ゾーン51Aでは、被処理物9 1が加熱されて昇温される。第1加熱ゾーン51B� ��は、被処理物91はさらに加熱されつつ被処� �物における温度のばらつきが小さくなるよ� �に温度が均一化される。第2加熱ゾーン51Cで� ��、被処理物91が浸炭窒化される。そして、� �3加熱ゾーン51Dにおいて被処理物91の温度調� �等が行なわれた後、被処理物91は排出口55か� ��外部に排出され、冷却油などの冷却剤中に� ��入されることにより冷却されて、焼入硬化� ��れる。

 次に、上記熱処理炉を用いた実施の形態1に おける機械部品の製造方法に含まれる焼入硬 化工程について説明する。図11を参照して、� ��入硬化工程においては、まず浸炭窒化工程� ��実施されて被処理物である鋼部材の表層部� ��浸炭窒化された後、冷却工程において、当� ��鋼部材がA ₁ 点以上の温度からM _S 点以下の温度に冷却されることにより、焼入 硬化される。浸炭窒化工程は、本発明の一実 施の形態である実施の形態1における浸炭窒� �方法により実施される。すなわち、浸炭窒� �工程は、熱処理炉内の雰囲気が制御される� �囲気制御工程と、熱処理炉内において鋼部� �に付与される加熱履歴が制御される加熱パ� �ーン制御工程とを含んでいる。この雰囲気� �御工程と加熱パターン制御工程とは、独立� �、かつ並行して実施することができる。

 雰囲気制御工程においては、図12を参照� �て、まず、熱処理炉5の第2加熱ゾーン51C内の 雰囲気が採取される雰囲気採取工程が実施さ れる。具体的には、図8を参照して、第2加熱� ��ーン51C内に位置する開口56Aを有する雰囲気� ��取パイプ56により、第2加熱ゾーン51C内の雰� ��気が採取される。次に、図12を参照して、� �取された雰囲気における未分解アンモニア� �体積分率が算出される未分解アンモニア体� �分率算出工程が実施される。具体的には、� �7および図8を参照して、採取された雰囲気が 、たとえば雰囲気分析部57に含まれるガスク� ��マトグラフにより分析されて、雰囲気中の� ��分解アンモニアの体積分率が算出される。� ��して、図7、図8および図12を参照して、算出 された未分解アンモニアの体積分率に基づい て、第2加熱ゾーン51C内の雰囲気が雰囲気制� �部58により調整される雰囲気調整工程が実施 される。具体的には、未分解アンモニアの体 積分率算出工程において算出された雰囲気中 の未分解アンモニアの体積分率が目標の未分 解アンモニアの体積分率になっていない場合 、第2加熱ゾーン51C内の未分解アンモニアの� �積分率を増減させるためのアンモニア供給� �調節工程が実施された後、雰囲気採取工程� �再度実施される。

 アンモニア供給量調節工程は、たとえば� ��配管を介して熱処理炉5に連結されたアンモ ニアガスボンベから雰囲気ガス供給部61を介� ��て単位時間に第2加熱ゾーン51Cに流入するア ンモニアの量(アンモニアガスの流量)を当該� ��管に取り付けられたマスフローコントロー� ��などを備えた流量制御装置にて調節するこ� ��により実施することができる。すなわち、� ��定された未分解アンモニアの体積分率が目� ��の未分解アンモニアの体積分率よりも高い� ��合、上記流量を低下させ、低い場合、上記� ��量を増加させることにより、アンモニア供� ��量調節工程を実施することができる。この� ��ンモニア供給量調節工程において、測定さ� ��た未分解アンモニアの体積分率と目標の未� ��解アンモニアの体積分率との間に所定の差� ��ある場合、どの程度流量を増減させるかに� ��いては、予め実験的に決定したアンモニア� ��スの流量の増減と未分解アンモニアの体積� ��率の増減との関係に基づいて決定すること� ��できる。

 一方、図12を参照して、未分解アンモニ� �の体積分率が目標の未分解アンモニアの体� �分率になっている場合には、アンモニア供� �量調節工程が実施されることなく、雰囲気� �取工程が再度実施される。

 そして、図8および図12を参照して、雰囲� ��採取工程では、アンモニアの分解反応速度� ��含む解析条件に基づき、第2加熱ゾーン51C内 の雰囲気のCFD解析を実施した場合に、被処理 物通過領域92との未分解アンモニアの体積分� ��の差が25%以内となる領域である被処理物近� ��領域93の雰囲気が当該領域に開口56Aを有す� �雰囲気採取パイプ56により採取される。

 一方、図11を参照して、加熱パターン制御� �程では、被処理物91としての鋼部材に付与さ れる加熱履歴が制御される。具体的には、図 13に示すように、鋼部材が上述の雰囲気制御� ��程によって制御された雰囲気中で、A ₁ 点以上の温度である800℃以上1000℃以下の温� �、たとえば850℃に加熱され、60分間以上300分 間以下の時間、たとえば150分間保持される。 当該保持時間が経過するとともに加熱パター ン制御工程は終了し、同時に雰囲気制御工程 も終了する(浸炭窒化工程)。この加熱パター� ��制御工程は、図7を参照して、予熱ゾーン51A 、第1加熱ゾーン51B、第2加熱ゾーン51Cおよび� ��3加熱ゾーン51Dを被処理物91が順次通過する� ��とにより、図13の加熱パターンが被処理物91 に付与されるように、上記各ゾーンの温度が 制御されることにより実施される。

 その後、図7、図11および図13を参照して、� �出口55から排出された被処理物91が、図示し� ��い焼入油槽に貯留された油中に浸漬(油冷)� �れることにより、A ₁ 点以上の温度からM _S 点以下の温度に冷却される冷却工程が実施さ れる。以上のプロセスにより、鋼部材は表層 部が浸炭窒化されるとともに焼入硬化される 。これにより、本実施の形態の焼入硬化工程 は完了する。

 以上のように、上記熱処理炉5を用いた本 実施の形態における浸炭窒化方法(浸炭窒化� �程)においては、熱処理炉5の第2加熱ゾーン51 C内において被処理物近傍領域93の雰囲気が採 取され、当該雰囲気における未分解アンモニ アの体積分率が算出された上で、当該体積分 率に基づいて、第2加熱ゾーン51C内の雰囲気� �調整される。その結果、本実施の形態の熱� �理炉を用いた上記浸炭窒化方法によれば、� �処理物91の内部における窒素濃度の制御を容 易に実施することができる。そして、本実施 の形態における機械部品の製造方法によれば 、浸炭窒化工程において本実施の形態の熱処 理炉を用いた上記浸炭窒化方法を採用してい るため、内部における窒素濃度が精度よく制 御された機械部品を製造することができる。

 (実施の形態2)
 以下、本発明の一実施の形態である実施の� ��態2について説明する。実施の形態2におけ� �熱処理炉、浸炭窒化方法、機械部品の製造� �法および機械部品は、基本的には図1~図13に� ��づいて説明した実施の形態1の場合と同様の 構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、 実施の形態2における熱処理炉は、保護管511� �構成において実施の形態1とは異なっている� ��

 すなわち、図14を参照して、実施の形態2� ��おける保護管511は、シール部材としての円� ��シール621、円盤シール622およびUパッキン623 に接触する円筒状の内壁511Aと、内壁511Aの外� ��面を取り囲む円筒状の外壁511Bとを含んでい る。内壁511Aと外壁511Bとの間には、隙間が設� ��られており、当該隙間は、冷却媒体として� ��冷却水が通過するための冷却媒体流路511Eと なっている。さらに、外壁511Bには、冷却水� �進入するための開口である流入口511Cと、冷� ��するが排出されるための排出口511Dとが形成 されている。つまり、実施の形態2における� �処理炉5における外方壁部としての保護管511� ��内壁511Aには、内壁511Aを取り囲む冷却部と� �ての冷却媒体流通部としての冷却媒体流路51 1Eが形成されている。

 そして、熱処理炉5の運転時には、図示し ないポンプなどを含む冷却水循環装置から供 給された冷却水が、流入口511Cから矢印αの向 きに冷却媒体流路511Eに流入し、排出口511Dか� ��矢印βの向きに排出される。これにより、� �護管511およびシール部材としての円筒シー� �621、円盤シール622およびUパッキン623が冷却� ��れ、シール部材の熱により劣化あるいは損� ��が抑制される。その結果、雰囲気採取パイ� ��56と保護管511との間のシールを、より確実� �実施することができる。

 なお、外方壁部としての保護管511の内壁5 11Aに設置される冷却部としては、上述のよう に冷却水などの冷却媒体が流通するものが採 用されてもよいが、高圧エアーを吹きかける 機構などが採用されてもよい。

 (実施の形態3)
 以下、本発明の一実施の形態である実施の� ��態3について説明する。実施の形態3におけ� �熱処理炉、浸炭窒化方法、機械部品の製造� �法および機械部品は、基本的には図1~図13に� ��づいて説明した実施の形態1の場合と同様の 構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、 実施の形態3における熱処理炉は、雰囲気採� �パイプ周辺の構成において実施の形態1とは� ��なっている。

 すなわち、図15を参照して、実施の形態3� ��おいては、保護管511を貫通し、第2加熱ゾー ン51Cの内部にまで到達する雰囲気採取部材と しての雰囲気採取パイプ56は、中空円筒状の� ��状を有している。また、保護管511は、隣接� ��る領域よりも内径の大きい領域である内径� ��大部511Fを含んでいる。そして、保護管511の 内径拡大部511Fの内周面と雰囲気採取パイプ56 の外周面との間には、Uパッキン623が配置さ� �ている。また、端部が二股に分離すること� �より形成されたUパッキン623の溝部623Cには、 Uパッキン623を支持する支持リング623Aが嵌め� ��まれている。そして、Uパッキン623の溝部623 Cとは反対側の端面に接触するように、円盤� �ール622が配置されている。

 さらに、第2加熱ゾーン51Cとは反対側の保 護管511の端面に接触するとともに、円盤シー ル622のUパッキン623側とは反対側の端面に接� �し、かつ雰囲気採取パイプ56の外周面を取り 囲むように、外方壁部としての円環状のシー ル保持部材519が配置されている。シール保持 部材519の内周面と雰囲気採取パイプ56の外周� ��との間には、円環状の形状を有するシール� ��材としての円環シール624が配置されている� ��

 シール部材としての円盤シール622およびU パッキン623のそれぞれと保護管511、およびシ ール部材として円環シール624とシール保持部 材519とは、少なくともその一部において密着 している。また、シール部材としての円盤シ ール622、Uパッキン623および円環シール624の� �れぞれに対して、雰囲気採取パイプ56は、密 着しつつ軸方向に摺動可能である。その結果 、雰囲気採取パイプ56と保護管511およびシー� ��保持部材519との間がシールされつつ、雰囲� ��採取パイプ56は保護管511およびシール保持� �材519に対して相対的に移動可能となってお� �、開口56Aと床面ベルト53(図8参照)との距離が 変更可能となっている。

 すなわち、雰囲気採取パイプ56は、シー� �部材としての円盤シール622、Uパッキン623お� ��び円環シール624、および外方壁部としての� ��護管511およびシール保持部材519に対して摺� ��することにより移動可能となっている。

 ここで、シール部材としての円環シール6 24は、高温の雰囲気採取パイプ56に接触する� �とにより高温に加熱されるおそれがある。� �らに、円環シール624に対しては、雰囲気採� �パイプ56が接触しつつ、摺動可能である必要 がある。そのため、円環シール624の素材とし ては、ニトリルゴム、フッ素ゴムなどを採用 することができる。

 なお、上記実施の形態においては、本発� ��の熱処理炉により熱処理(浸炭窒化)される� �械部品の一例として、深溝玉軸受、スラス� �ニードルころ軸受、等速ジョイントを構成� �る部品について説明したが、本発明の熱処� �炉は、表層部の疲労強度、耐摩耗性が要求� �れる機械部品、たとえばハブ、ギア、シャ� �ト等を構成する機械部品の熱処理にも好適� �ある。また、上記実施の形態においては、� �方壁部として、第2加熱ゾーン51Cの上壁51C1か ら外側に突出する保護管511が形成される場合 について説明したが、上壁51C1が十分な厚み� �有している場合、外方壁部は上壁51C1に形成� ��れた貫通孔の側壁であってもよい。

 (実施例1)
 以下、本発明の実施例1について説明する。 熱処理炉内における雰囲気採取パイプの開口 の位置と被処理物に侵入する窒素量の制御の 精度との関係を調査する実験を行なった。実 験の手順は以下のとおりである。

 実施例1における実験は、上記実施の形態 1において図7および図8に基づいて説明した熱 処理炉を用いて実施した。この熱処理炉は、 全長5000mmの連続炉タイプの熱処理炉である。 また、被処理物(サンプル)は、JIS SUJ2(炭素含 有量1質量%)製の外径φ38mm、内径φ30mm、幅10mm� �リングとした。そして、図7および図8を参照 して、被処理物91(サンプル)を投入口54から投 入し、床面ベルト53により本体部51内を搬送� �ることにより、被処理物91を熱処理した。加 熱パターンは図13と同様のパターンを採用し� ��保持温度は850℃とした。そして、第2加熱ゾ ーン51Cにおける炭素の活量の目標値を0.95、γ 値(炭素の活量を未分解アンモニアの体積分� �で除した値)の目標値を4.5に設定し、被処理� ��91に対して浸炭窒化処理を実施した。

 このとき、雰囲気採取パイプ56の開口56A� �被処理物通過領域92との距離dを好ましい範� �(開口56Aが被処理物近傍領域93内に位置する� �囲)である50mm~150mm(実施例A~C)および好ましい� ��囲外である200mm~650mm(参考例A~E)の範囲で変化 させて、熱処理を実施した。そして、熱処理 中の第2加熱ゾーン51Cにおける炭素の活量お� �びγ値を測定した。また、熱処理が完了した サンプルを表面に垂直な断面において切断し 、表面からの深さ方向における窒素濃度の分 布をEPMA(Electron Probe Micro Analysis)により調査� ��た。表1に熱処理の主な条件を示す。

 次に、実験結果について説明する。表2に 、上記実施例A~Cおよび参考例A~Eにおける炭素 の活量およびγ値の測定結果を示す。また、� ��16および図17において、横軸は表面からの深 さを示しており、縦軸は窒素濃度を示してい る。さらに、図16および図17において、図中� �細線は窒素濃度の測定値を示しており、太� �はγ値等から算出される窒素濃度の予測値を 示している。つまり、図16および図17におい� �、細線と太線とが一致しているほど、高い� �度でサンプルへの窒素の侵入量が制御され� �いることを表している。

 表2を参照して、実施例A~Cおよび参考例A~E のいずれの場合も、炭素の活量およびγ値は� ��ほぼ目標値(表1参照)どおりの値が得られて� ��ることが確認された。そして、図16を参照� �て、開口56Aが被処理物近傍領域93内に位置す る実施例Aにおけるサンプルの表層付近の窒� �濃度は、γ値等から算出される窒素濃度の予 測値とEPMAにより測定された窒素濃度の実測� �とがよく一致している。つまり、実施例Aに� ��いては、サンプルの内部における窒素濃度� ��精度よく制御されている。一方、図17を参� �して、開口56Aが被処理物近傍領域93外に位置 する参考例Eにおけるサンプルの表層付近の� �素濃度は、γ値等から算出される窒素濃度の 予測値とEPMAにより測定された窒素濃度の実� �値とが大きく異なっている。つまり、参考� �Eにおいては、サンプルの内部における窒素� ��度の制御の精度が低下している。

 さらに、実施例A~Cおよび参考例A~Eについ� ��測定された窒素濃度の分布について、サン� ��ルの表面から内部に向けて窒素濃度を積分� ��、サンプル表面の単位面積からサンプル内� ��侵入した窒素量(窒素侵入量)を算出した。� �18において、横軸は上記距離d、縦軸は窒素� �入量を示している。また、図18においては、 γ値等から算出された窒素侵入量の予測値が� ��線で示されている。つまり、図18において� �窒素侵入量がこの予測値に近いほど、高い� �度でサンプルへの窒素の侵入量が制御され� �いることを表している。

 図18を参照して、距離dが、被処理物近傍� ��域93内に開口56Aが位置する範囲内である150mm 以下の場合、算出された窒素侵入量が予測値 とほぼ一致している。一方、距離dが200mm以上 では、距離dが大きくなるにしたがって、算� �された窒素侵入量と予測値との差が大きく� �っている。これは、反応室である第2加熱ゾ� ��ン51Cの内部における未分解アンモニアの体� ��分率が均一となっておらず、距離dが150mmを� ��えた場合、被処理物(サンプル)近傍よりも� �分解アンモニアの体積分率が高い位置にお� �る未分解アンモニアの体積分率の測定結果� �基づき、γ値等が制御されたことが原因であ ると考えられる。以上の結果より、雰囲気採 取パイプの開口と被処理物通過領域との距離 dを150mm以下とすることにより、被処理物の内 部における窒素濃度が精度よく制御可能であ ることが分かった。なお、図18を参照して、� ��処理物の内部における窒素濃度を安定して� ��度よく制御するためには、雰囲気採取パイ� ��の開口と被処理物通過領域との距離dを100mm� ��下とすることが好ましいといえる。

 (実施例2)
 以下、本発明の実施例2について説明する。 浸炭窒化処理において、熱処理炉内に導入さ れたアンモニアガスは、分解反応が進行しつ つ炉内を流れて被処理物の表面に到達し、被 処理物への窒素の侵入に寄与するものと考え られる。そこで、上記実施例1における実験� �果の妥当性を確認するため、CFD解析を用い� �熱処理炉5内における未分解アンモニアの体� ��分率の分布を調査する実験を行なった。実� ��の手順は以下のとおりである。

 浸炭窒化処理の反応室である第2加熱ゾー ン51Cにおいては、内部の雰囲気が定常状態と なっていても、アンモニアの分解反応は平衡 状態には到達していないと考えられる。した がって、第2加熱ゾーン51C内における未分解� �ンモニアの体積分率の分布を解析するため� �は、導入されたアンモニアの分解反応の反� �速度が考慮される必要がある。そこで、ま� �、浸炭窒化処理が実施される温度および雰� �気中でのアンモニアの分解反応の反応速度� �数を算出する実験を行なった。

 具体的には、まず、バッチ型熱処理炉(容 積120L)にRガス、エンリッチガスおよびアンモ ニアガスを供給するとともに、炉内を850℃に 加熱した。その後、炉内の未分解アンモニア の体積分率が定常状態となったことを確認の 上、上記ガスの供給を停止し、赤外線分析計 にて未分解アンモニアの体積分率の経時的変 化を測定した。さらに、再現性を確認するた め、同様の測定を再度行なった。表3に、未� �解アンモニアの体積分率の経時的変化の測� �結果を示す。

 表3を参照して、上述のように2回実施さ� �た未分解アンモニアの体積分率の経時的変� �には再現性があることが確認される。ここ� �、アンモニアの分解反応が2次の速度式に従� ��場合、ある時刻におけるアンモニアの分解� ��度は以下の式(1)に従う。また、この場合、� ��分解アンモニアの体積分率の逆数と、経過� ��間との間には、式(2)に示す直線関係が成立� ��る。

 -(dC _A /dt)=kC _A ² ・・・(1)
 (1/C _A )-(1/C ⁰ _A )=kt・・・(2)
 ここで、C ⁰ _A は測定開始時のアンモニアの体積分率、C _A は任意の時間におけるアンモニアの体積分率 、tは測定開始からの経過時間、kは反応速度� ��数である。

 図19において、横軸は測定開始からの経� �時間、縦軸は未分解アンモニアの体積分率� �逆数である。また、図中の白丸は表3の1回目 、黒丸は表3の2回目の測定結果に該当する。

 図19を参照して、測定された未分解アン� �ニアの体積分率の逆数と経過時間とは、未� �解アンモニアの体積分率が0.04%以上の範囲(� �19の縦軸が2500以下の範囲)では、直線関係が� ��立していることが分かる。そして、この直� ��の傾きから、反応速度定数は21(s-1)と算出さ れた。このことから、アンモニアの分解速度 は速く、たとえば0.2%であった未分解アンモ� �アの体積分率は、8秒後には、0.15%にまで低� �していることとなる。したがって、熱処理� �内において、アンモニアの分解反応は平衡� �態に到達していないことを考慮すると、熱� �理炉内における未分解アンモニアの体積分� �は不均一となりやすいことが確認される。

 次に、上記アンモニアの分解反応の速度� ��数により規定されるアンモニアの分解反応� ��度を含む解析条件に基づき、図7に示す熱処 理炉5の本体部51内における雰囲気のCFD解析を 行なった。熱処理の条件は、実施例1の場合� �同様である。CFD解析は、種々のソフトウェ� �により実施することができるが、ここでは� �STORM/CFD2000(Adaptive Research社製)を用いて解析� �実施した。また、熱処理炉内に存在する未� �解アンモニアの体積分率は十分に小さいた� �、アンモニアが分解してもRガスの物性値へ� ��影響は小さい。そこで、本実施例ではアン� ��ニアの分解はパッシブスカラーとして(決ま った流れ場に対して移流拡散し、その濃度は 流れ場に対して影響を与えないものとして)� �解析を行なった。

 表4に、本実施例において採用したCFD解析の 諸元を示す。また、表5に、本実施例におい� �採用した解析条件に含まれる物性値を示す� �なお、雰囲気の密度および粘性率は、CO(一� �化炭素):20%、N ₂ (窒素):50%、H ₂ (水素):30%の組成のRガスが850℃に加熱された� �合を想定して決定した。また、解析におい� �、炉内に導入されるアンモニアの初期の濃� �は、上記実施例1における測定結果に合致す� ��ように決定した。以上の条件によりCFD解析� ��行ない、炉内における流速分布、圧力分布� ��よび未分解アンモニアの体積分率が定常状� ��となった時点で計算を終了した。

 図20~図22においては、白い領域が未分解� �ンモニアの体積分率が最も高く、黒に近づ� �ほど当該体積分率が低いことを示している� �図20~図22を参照して、第2加熱ゾーン51Cの内� �において、未分解アンモニアの体積分率は� �大幅にばらついていることが確認される。� �して、図7、図8および図20を参照して、雰囲� ��ガス供給部61および雰囲気採取パイプ56が設 置されている第2加熱ゾーン51Cの上壁51C1付近� ��おける未分解アンモニアの体積分率が高い� ��方、被処理物通過領域92に近い第2加熱ゾー� ��51Cの底壁51C2付近における未分解アンモニア の体積分率は低くなっている。これは、雰囲 気ガス供給部61および雰囲気採取パイプ56が� �置されている第2加熱ゾーン51Cの上壁51C1付近 から導入されたアンモニアガスが、被処理物 通過領域92に近い第2加熱ゾーン51Cの底壁51C2� �近に到達するまでに、アンモニアガスの分� �反応が速い速度で進行しているためである� �

 そして、実施例1の実験結果において、雰 囲気採取パイプ56の開口56Aから被処理物通過� ��域92までの距離dが大きくなるにしたがって� ��被処理物91への実際の窒素侵入量と予測値� �の差が大きくなったのは、開口56Aから被処� �物通過領域92までの距離dが大きいほど、被� �理物通過領域92よりも未分解アンモニアの体 積分率が高い領域で雰囲気を採取し、これに 基づいて雰囲気を制御していたためであると 考えられる。したがって、実施例1の実験結� �は妥当なものであって、浸炭窒化処理にお� �て被処理物の内部における窒素濃度の制御� �精度よく行なうためには、アンモニアの分� �反応速度を含む解析条件に基づきCFD解析を� �施した場合に、熱処理炉内において被処理� �が占める領域との未分解アンモニアの体積� �率の差が25%以内となる領域、より具体的に� �、被処理物が占める領域からの距離が150mm以 下である領域の雰囲気が採取され、当該雰囲 気中の未分解アンモニアの体積分率に基づい て、熱処理炉内の雰囲気が調整されることが 好ましいといえる。

 なお、上記実施例1および2における実験� �件においては、熱処理炉内の雰囲気の流速� �小さくなっている。図7、図8および図23を参� ��して、熱処理炉5の第2加熱ゾーン51Cにおい� �は、雰囲気ガス供給部61およびファン59が配� ��されている上壁51C1付近の流速が最も速く、 0.3m/s程度、他の領域では0.1m/s程度となってい る。これは、通常の熱処理条件に比べて小さ い値である。また、熱処理炉内における雰囲 気の流速が大きいほど、未分解アンモニアの 体積分率は均一となる。つまり、上記実施例 1および2における実験は、熱処理炉内におけ� ��未分解アンモニアの体積分率が不均一とな� ��やすい条件下において実施されている。

 さらに、上記実施例1および2においては� �浸炭窒化温度として850℃が採用されている� �高炭素鋼が素材として採用される場合、浸� �窒化温度は850℃付近、より具体的には830℃� �上870℃以下の温度とされるのが一般的であ� �。

 したがって、高炭素鋼からなる被処理物� ��830℃以上870℃以下の浸炭窒化温度で浸炭窒� ��処理される場合、被処理物が占める領域か� ��の距離が150mm以下である領域の雰囲気が採� �されるように、熱処理炉の雰囲気採取部材� �設置することは、特に有効である。ここで� �高炭素鋼とは、0.8質量%以上の炭素を含有す� ��鋼、すなわち共析鋼および過共析鋼であっ� ��、たとえば軸受鋼であるJIS SUJ2およびこれ� ��相当するSAE52100、DIN規格100Cr6の他、JIS SUJ3� �ばね鋼であるJIS SUP3、SUP4、工具鋼であるJIS� �SK2、SK3などが挙げられる。

 以上のように、鋼の熱処理(浸炭窒化処理 )において、被処理物の近傍において雰囲気� �採取して分析し、これに基づいて熱処理炉� �の雰囲気を制御することにより、熱処理炉� �の雰囲気を精度よく制御することができる� �そして、雰囲気採取部材の開口と被処理物� �保持する保持部との距離が変更可能に設置� �れている本発明の熱処理炉によれば、被処� �物の形状や量が変更された場合でも、これ� �応じて雰囲気採取部材の開口の位置を変更� �ることが可能であり、熱処理炉内の雰囲気� �精度よく制御することができる。

 なお、上記実施の形態および実施例にお� ��ては、熱処理として浸炭窒化処理が実施さ� ��る場合について説明したが、本発明の熱処� ��炉において実施可能な熱処理はこれに限ら� ��ない。本発明の熱処理炉は、たとえば浸炭� ��理など、被処理物の近傍において雰囲気が� ��取されることが好ましい熱処理に、有効に� ��用することができる。

 今回開示された実施の形態および実施例� ��すべての点で例示であって、制限的なもの� ��はないと考えられるべきである。本発明の� ��囲は上記した説明ではなくて請求の範囲に� ��って示され、請求の範囲と均等の意味、お� ��び範囲内でのすべての変更が含まれること� ��意図される。