JP2007271167A - 加熱処理装置及び加熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理して酸化物層を形成する加熱処理を効率よく且つ生産性良好に行う加熱処理装置及び加熱処理方法を提供する。
【解決手段】表面が金属又は合金からなる基体３を加熱処理する加熱処理装置であって、少なくとも燃料ガスが導入されて先端から燃焼ガスを噴出するガスバーナ２０と、このガスバーナに燃料ガスを導入する燃料ガス導入手段２１、２２と、前記ガスバーナから放出された燃焼炎を導入する導入口を有する燃焼室１と、この燃焼室１に連通部１３を介して連通して設けられると共に前記基体３を載置して加熱処理する処理室２と、前記ガスバーナ２０から噴出された燃焼ガスを前記連通部１３から導入して当該処理室２内に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成する処理雰囲気形成手段１７とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属又は合金からなる基体の表面を加熱処理する加熱処理装置及び加熱処理方法に関する。

本出願人は、少なくとも表面層がチタン、チタン合金、チタン合金酸化物又は酸化チタンからなる基体の表面を、例えば、炭化水素を主成分とするガスの燃焼炎を用いて高温で加熱処理することにより、耐久性（高硬度、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐薬品性、耐熱性）に優れ且つ可視光応答型光触媒として機能する炭素ドープ酸化チタン層を有する多機能材を製造できることを先に出願した（特許文献１参照）。

しかしながら、基体の表面をアセチレンなどの燃焼炎で直接加熱しなければならないので、大量生産性に劣るという課題がある。また、燃焼ガス雰囲気中で高温加熱すれば同様に処理できることもわかっていたが、具体的な処理方法を提案するものではなかった。

ＷＯ ２００５／０５６８６６

本発明は、上述した事情に鑑み、表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理して酸化物層を形成する加熱処理を効率よく且つ生産性良好に行う加熱処理装置及び加熱処理方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理する加熱処理装置であって、少なくとも燃料ガスが導入されて先端から燃焼ガスを噴出するガスバーナと、このガスバーナに燃料ガスを導入する燃料ガス導入手段と、前記ガスバーナから放出された燃焼炎を導入する導入口を有する燃焼室と、この燃焼室に連通部を介して連通して設けられると共に前記基体を載置して加熱処理する処理室と、前記ガスバーナから噴出された燃焼ガスを前記連通部から導入して当該処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成する処理雰囲気形成手段とを具備することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１の態様では、ガスバーナからの燃焼炎を燃焼室に導入して燃焼室から燃焼ガスを処理室に導入して燃焼ガスの均一な雰囲気を形成することにより、処理室に載置された基体の表面を加熱処理することができ、効率よく且つ生産性良好に処理することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の加熱処理装置において、前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室に設けられたガス排出口を含み、ガス排出口の開閉を制御して前記連通部から導入される燃焼ガスの流れを制御することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第２の態様では、連通部から導入された燃焼ガスはガス排出口へ向かって流れ、処理室内に均一な燃焼ガスの雰囲気を形成する。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様に記載の加熱処理装置において、前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室内に設けられた気流制御装置を含み、前記連通部から導入される燃焼ガスの流れを制御することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第３の態様では、連通部からの燃焼ガスの流れが気流制御装置を介して制御され、処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気が形成される。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の加熱処理装置において、前記気流制御装置が、前記処理室内に設けられた流れ制御板及びファンの少なくとも一方であることを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第４の態様では、流れ制御板及びファンの少なくとも一方により連通部から導入された燃焼ガスの流れが制御され、処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気が形成される。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室の壁を構成する筐体及び当該処理室内に設けられて前記基体を載置するための載置台の少なくとも一方を回転駆動する回転移動装置を含むことを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第５の態様では、筐体及び載置台の少なくとも一方が回転駆動されて載置台に載置された基体の周囲の燃焼ガスの雰囲気が均一化される。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室内の温度分布を均一にするように機能することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第６の態様では、処理雰囲気形成手段により、燃焼ガスの雰囲気と共に温度分布も均一となる。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理室の内壁には、当該処理室の温度分布を均一にするために補助ヒータが設けられていることを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第７の態様では、補助ヒータにより処理室内の温度分布がさらに均一化される。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理室は、前記基体を導入する導入口及び排出する排出口を有すると共にこれら導入口及び排出口を介して当該処理室内を通過するように前記基体を搬送する搬送手段を具備することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第８の態様では、搬送手段により基体が搬送されて処理室内を通過することで、連続的に加熱処理される。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理室に不活性ガスを導入するガス導入手段を具備することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第９の態様では、不活性ガスの導入により前記燃焼ガスの反応性を制御することができる。

本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記処理室は大気圧又は前記燃焼ガスの導入により若干加圧状態にあることを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１０の態様は、処理室が大気圧又は燃焼ガスの導入により若干の加圧状態で基体の加熱処理を行うことができる。

本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記燃焼室と前記処理室とが隣接して設けられ、前記連通部が両者の境界の隔壁に設けられた少なくとも１つの貫通口であることを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１１の態様では、燃焼室に導入された燃焼ガスは隔壁の貫通口である連通部を介して隣接する処理室に導入される。

本発明の第１２の態様は、第１〜１０の何れかの態様に記載の加熱処理装置において、前記燃焼室と前記処理室とが隔離して設けられ、前記連通部が両者を連結する連結管であることを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１２の態様では、燃焼室に導入された燃焼ガスは連通管である連通部を介して処理室に導入される。

本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の加熱処理装置において、前記連結管の途中又は前記処理室内に燃焼ガスを加熱する燃焼ガス加熱手段を具備することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１３の態様では、燃焼室に導入された燃焼ガスは連通管である連通部を介して処理室に導入される際又は処理室内で燃焼ガス加熱処理手段により加熱される。

本発明の第１４の態様は、第１２又は１３の態様に記載の加熱処理装置において、前記連結管の途中に燃焼ガスを冷却する冷却装置を具備することを特徴とする加熱処理装置にある。

かかる第１４の態様では、燃焼室に導入された燃焼ガスは連通管である連通部を介して処理室に導入される途中で冷却装置により冷却され、その後、燃焼ガス加熱処理手段により加熱される。

本発明の第１５の態様は、表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理する加熱処理方法であって、少なくとも燃料ガスが導入されて先端から燃焼ガスを噴出するガスバーナと、このガスバーナに燃料ガスを導入する燃料ガス導入手段と、前記ガスバーナから放出された燃焼炎を導入する導入口を有する燃焼室と、この燃焼室に連通部を介して連通して設けられると共に前記基体を載置して加熱処理する処理室とを有する加熱処理装置を用い、前記処理室内に前記基体を載置すると共に、前記ガスバーナから噴出された燃焼ガスを前記連通部を介してから前記処理室内に導入して当該処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成して加熱処理することにより、前記基体の表面に酸化物層を形成することを具備することを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第１５の態様では、ガスバーナからの燃焼炎を燃焼室に導入して燃焼室から燃焼ガスを処理室に導入して燃焼ガスの均一な雰囲気を形成して、処理室に載置された基体の表面を加熱処理することにより、効率よく且つ生産性良好に基体の表面に酸化物層を形成することができる。

本発明の第１６の態様は、第１５の態様に記載の加熱処理方法において、前記ガスバーナに導入される燃料ガスが、少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスであることを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第１６の態様では、少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスからなる燃料ガスを燃焼した燃焼ガスの雰囲気中で、基体の表面が加熱処理される。

本発明の第１７の態様は、第１６の態様に記載の加熱処理方法において、前記ガスバーナに導入される燃料ガスが、炭化水素を主成分とするガスであることを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第１７の態様では、炭化水素を主成分とする燃料ガスを燃焼した燃焼ガスの雰囲気中で、基体の表面が加熱処理される。

本発明の第１８の態様は、第１７の態様に記載の加熱処理方法において、前記炭化水素を主成分とするガスが不飽和炭化水素を３０容量％以上含有することを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第１８の態様では、不飽和炭化水素を３０容量％以上含有する燃料ガスを燃焼した燃焼ガスの雰囲気中で、基体の表面が加熱処理される。

本発明の第１９の態様は、第１７又は１８の態様に記載の加熱処理方法において、前記炭化水素を主成分とするガスがアセチレンを５０容量％以上含有することを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第１９の態様では、アセチレンを５０容量％以上含有する燃焼ガスの雰囲気中で、基体の表面が加熱処理される。

本発明の第２０の態様は、第１６〜１９の何れかの態様に記載の加熱処理方法において、前記酸化物層が炭素ドープ酸化物層であることを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第２０の態様では、処理室に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成して、処理室に載置された基体の表面を加熱処理することにより、効率よく且つ生産性良好に基体の表面に炭素ドープ酸化物層を形成することができる。

本発明の第２１の態様は、第１６〜２０の何れかの態様に記載の加熱処理方法において、前記酸化物層の炭素が、当該酸化物層を構成する金属と結合した状態でドープされていることを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第２１の態様では、酸化物層を構成する金属と結合した状態で炭素がドープされた炭素ドープ酸化物層を効率よく且つ生産性良好に形成することができる。

本発明の第２２の態様は、第１６〜２１の何れかの態様に記載の加熱処理方法において、前記処理室に不活性ガスを導入しながら加熱処理を行うことを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第２２の態様では、不活性ガスの導入により前記燃焼ガスの反応性を制御しながら加熱処理を行うことができる。

本発明の第２３の態様は、第１６〜２２の何れかの態様に記載の加熱処理方法において、前記処理室が大気圧又は前記燃焼ガスの導入により若干加圧状態で加熱処理を行うことを特徴とする加熱処理方法にある。

かかる第２３の態様は、処理室が大気圧又は燃焼ガスの導入により若干の加圧状態で基体の加熱処理を行うことができる。

本発明によれば、表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理して酸化物層を形成する加熱処理を効率よく且つ生産性良好に行う加熱処理装置及び加熱処理方法を提供することができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１には、一実施形態に係る加熱処理装置の概略断面図である。図１に示すように、この加熱処理装置は、燃焼室１及び処理室２を画成する箱状の下部筐体１０及び上部筐体１１を有する。下部筐体１０及び上部筐体１１は、例えば、煉瓦、セラミックなどの耐熱且つ断熱性の材料で形成され、下部筐体１０と上部筐体１１とは、隔壁１２により上下分割され、下部筐体１０が燃焼室１、上部筐体１１が処理室２となっており、両者は隔壁１２に形成された連通部となる貫通口１３を介して連通している。処理室２内には、基体３を載置する載置台１４が設けられ、処理室２の内壁にはヒータ１５が設けられている。

ガスバーナ２０は、先端部が下部筐体１０に設けられた導入口２１を介して燃焼室１内に挿入された状態で設けられている。このガスバーナ２０には、燃料ガス導入手段として、バルブ２２を介して燃料タンク２３が連結されており、ガスバーナ２０に、燃料ガスと、酸素を含有するガス、例えば、空気とが所定の混合割合で導入できるようになっている。

一方、上部筐体１１の上部は開放されて蓋体１６により開閉自在に塞がれており、蓋体１６には、ガスを排出するためのガス排出口１７が複数個設けられている。ガス排出口１７は調整蓋１７ａを具備し、ガス排出量が調整できるようになっている。

したがって、ガスバーナ２０から燃焼炎と共に燃焼ガスを噴出させると、燃焼室１内の燃焼ガスは貫通口１３を介して処理室２へ流入するようになっており、処理室２へ流入する燃焼ガスの流れをガス排出口１７のそれぞれの開閉を独立して制御することにより、処理室２内の燃焼ガスの雰囲気を均一化することができる。なお、この場合の燃焼ガスは加熱された状態で処理室２内に充満するので、処理室２内の温度も均一化されており、特に加熱する必要はないが、壁面近傍が冷え易く、低温になりやすい場合には、補助的にヒータ１５を介して加熱するようにして温度分布を均一にするようにしてもよい。

次に、このような加熱処理装置を用いた加熱処理方法を説明する。

載置台１４上に表面が金属又は合金からなる基体３を載置し、ガスバーナ２０に燃料ガスと空気との混合ガスを導入して燃焼することにより、燃焼室１に充満した燃焼ガスは貫通口１３を介して処理室２に導入される。このとき、処理室２内の燃焼ガスの雰囲気を均一とするように、調整蓋１７ａをそれぞれ調整してガス排出口１７からのガス排出を制御する。これにより、加熱された燃焼ガスが処理室２に均一に充満し、載置台１４上に載置された基体３の表面が処理され、酸化物層が形成される。

なお、載置台１４は、単純化のために２段としたが、さらに多段等にすることにより、多量の基体３を同時に処理することが可能となる。

ここで、基体３として、例えば、チタン若しくはチタン合金製の部材又はチタン以外の金属やセラミックス製の部材の表面にチタン層又はチタン合金層を設けたものを用い、ガスバーナ２０に導入される燃料ガスとして、少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスを用いることにより、炭素ドープ酸化チタン層が形成できる。このような炭素ドープ酸化チタン層は、炭素がＴｉ−Ｃ結合の状態でドープされており、耐久性（高硬度、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐薬品性、耐熱性）に優れ且つ可視光応答型光触媒として機能するものとなる。

なお、このような炭素ドープ酸化チタン層を比較的容易に形成するためには、燃料ガスとして、炭化水素を主成分とするガス、好ましくは、不飽和炭化水素を３０容量％以上含有するガス、さらに好ましくは、アセチレンを５０容量％以上含有するガスを用いるのがよい。

また、このような燃焼ガスを用いる場合、還元状態の燃焼ガスとするのが好ましく、燃焼ガスと酸素含有ガスとの混合比を燃料ガス過多状態とするのが好ましい。

上述した加熱処理装置では、ガスバーナ２０へ燃料ガスと空気とを所定の比率で混合して導入するようになっているが、ガスバーナ２０へ燃料ガスと空気とをそれぞれ制御可能に導入するようにしてもよい。また、ガスバーナ２０を挿入した導入口２１をガスバーナ２０の外径より大きくして、ガスバーナ２０には燃料ガスのみを導入するようにし、空気は導入口２１から導入するようにしてもよい。さらに、上述した装置ではガスバーナ２０の先端部を燃焼室１内に挿入した状態で用いているが、ガスバーナ２０の先端が挿入口の近傍若しくは挿入口の外側に存在してガスバーナ２０から先端から噴出される燃焼ガスが燃焼室１に導入されるようにしてもよい。

さらに、還元状態の燃焼ガスを得るためには、未燃の燃料ガスが生じるように空燃比を調整する代わりに、燃料ガスと共に又は燃焼ガス中に一酸化炭素を導入するようにしてもよい。

このような加熱処理による酸化物層の厚さは、加熱処理時間、加熱処理温度、燃焼ガスの性状等によって異なる。また、高温処理を行おうとした場合、反応速度が速すぎて、形成される酸化物層の膜厚が制御困難な場合があるが、不活性ガスを別途導入して反応速度を低下させるようにして、制御を容易にすることができる。なお、不活性ガスとしては、窒素やアルゴン、ヘリウムなどを用いることができ、また、二酸化炭素を用いることができる。ここで、窒素は窒素発生器を用いれば安価に導入可能であり、また、アルゴンは比重が大きいガスなので、底部の反応速度低下に有用であり、また、ヘリウムガスは熱伝導が良好なため、導入直後から炉内温度に達するまでの時間が短時間であるという利点がある。また、二酸化炭素は安価に入手できるという利点がある。

また、上述した加熱処理装置では、処理室２内の処理雰囲気形成手段として、ガス排出口１７を設けて、調整蓋１７ａによりガス排出口１７の開閉を制御して貫通口１３から導入される燃焼ガスの流れを制御するようにしたが、ガス排出口１７を必ずしも設ける必要はなく、例えば、上部筐体１１と蓋体１６との隙間からガスを逃がして燃焼ガスの流れを制御するようにしてもよい。

さらに、このような制御に加えて、又は代わりに、処理雰囲気形成手段として、処理室２内に、流れ制御板やファンなどの気流制御装置を設けてもよい。流れ制御板は、貫通口１３から処理室２内に導入される燃焼ガスの流れを制御するもので、例えば、フィン状の部材であり、燃料ガスの流れを制御して処理室２内のガス雰囲気を均一にするものである。また、ファンは処理室２内の燃焼ガスに流れを形成して燃焼ガスの雰囲気を均一化するものである。例えば、図２に示すように、処理室２の上部にファン１８を設けて上部に滞留した燃焼ガスを移動させて均一な雰囲気を形成するものである。なお、貫通口１３の位置や大きさ、数も均一な雰囲気を形成するために重要な要素の１つであるので、ガス排出口１７を設ける位置や大きさ、流れ制御板の配置等との関係を考慮して、配置及び大きさを設計して設けることが重要である。

また、均一な雰囲気とは、載置台１４上に載置される基体３の雰囲気であるので、載置台１４を鉛直軸中心に回転駆動することにより、均一な雰囲気を形成するようにしてもよい。さらに、処理室２を画成する水平断面が矩形の上部筐体１１を鉛直軸中心に回転駆動することによっても、処理室２内の燃焼ガスが攪拌され、均一な雰囲気を形成することができ、また、このとき、同時に載置台１４を回転駆動するようにしてもよい。

上述した加熱処理装置では、燃焼室１を処理室２に隣接して設けて隔壁１２に設けた貫通口１３を介して燃焼ガスを直接処理室２に導入しているので、処理室２内の温度はガスバーナ２０での燃焼温度により制御することができ、必要に応じてヒータ１５により補助的に制御するようにしてもよい。勿論、燃焼温度を低目に抑えて、処理室２のヒータ１５により燃焼ガスを加熱して加熱処理温度を制御するようにしてもよい。

なお、このように燃焼室１と処理室２とを隣接して設ける場合、燃焼室１を上部に配置してもよいし、両者を左右に並べて配置してもよい。

また、燃焼室１と処理室２とを別体としてもよい。

図３には、両者を別体とした実施形態に係る加熱処理装置を示す。同図に示すように、燃焼室１Ａは筐体１０Ａにより構成され、処理室２Ａは、筐体１１Ａ及び蓋体１６Ａにより画成されており、これらは連通部となる連通管３１を介して連通されており、連通管３１の途中には冷却装置３２が設けられている。

このような加熱処理装置では、ガスバーナ２０により燃焼室１Ａ内に噴出された燃焼ガスは連通管３１を介して冷却装置３２により一端冷却された後、処理室２Ａに導入され、ヒータ１５により加熱されて載置台１４上の基体３の加熱処理に供される。このような加熱処理装置では、燃焼ガスが生成された後、一時的に冷却装置３２に保持された状態で処理室２Ａ内に供給されるので、供給量を制御し易くなり、また、温度制御も行い易いという利点がある。なお、連通管３１の冷却装置３２と処理室２Ａとの間に加熱装置を設けて処理室２Ａに導入される燃焼ガスの温度を制御してもよいし、冷却装置３２の代わりに温度制御装置を設けて温度制御された燃焼ガスを処理室２Ａに供給するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の加熱処理装置は、処理室２、２Ａ内に燃焼ガスが導入されて若干加圧状態となることもあるが、基本的には大気圧環境で加熱処理を行うことができるので、加熱処理を簡便に行うことができる。また、上述した実施形態の加熱処理装置では、処理室２、２Ａを構成する筐体１１、１１Ａの上部が開放されており、蓋体１６、１６Ａを開けることにより、基体３の導入・排出等を容易に行うことができるという利点があり、効率的且つ生産性良好に加熱処理を行うことができる。

また、上述した加熱処理装置による加熱処理はバッチ処理となるが、連続的な加熱処理を行うことができる加熱処理装置も実現できる。

図４には、他の実施形態に係る加熱処理装置の概略構成を示す。同図に示すように、燃焼室１Ｂを構成する筐体１０Ｂと別体として設けられた筐体１１Ｂ内が処理室２Ｂとなるが、処理室２Ｂの下部には搬送手段４０が配置されている。具体的には、筐体１１Ｂの図中左右には上下方向に移動自在となって開閉する可動シャッタ１９が設けられており、可動シャッタ１９の下側に搬送手段４０の搬送ベルト４１が配置されており、搬送ベルト４１は筐体１０Ｂの両側に設けられた一対のロール４２により駆動されるようになっている。したがって、搬送ベルト４１上に載置されている基体３は、例えば、図中左から右へ搬送されながら処理室２Ｂ内に所定時間滞在することになり、これにより、連続的な加熱処理が可能となる。

なお、このような連続的な処理を行うための手段は特に限定されるものではなく、従来から公知の各種手段を採用することができる。

図５には、他の実施形態に係る加熱処理装置の概略断面図を示す。この実施形態は、搬送ベルト４１の代わりに往復移動により搬入搬出を行う搬出搬入台５０を設けたものであり、処理室２Ｃを画成する筐体１１Ｃの一方側に可動シャッタ１９Ａを設けたものである。搬出搬入台５０は基体３を載置して基体３を搬入搬出するものであり、筐体１１Ｃの周囲に複数個設けてもよい。また、搬出搬入台５０の代わりに基体３のみを搬出搬入する手段を設けてもよい。

さらに、本発明の加熱処理装置は、処理室の前後に前処理室及び後処理室を設けてもよい。

図６には、前処理室及び後処理室を備えた加熱処理装置の一例を示す。図６に示すように、この加熱処理装置は、処理室２Ｄ筐体１１Ｄの搬送方向上流側には、前処理室６を画成する筐体６０を有すると共に、後流側には、後処理室７を画成する筐体７０を備える。筐体１１Ｄと、筐体６０及び筐体７０とは、それぞれ可動シャッタ１９Ｂ及び１９Ｃとによりそれぞれ連通されている。また、筐体６０の前処理室６の入口側には可動シャッタ６１が設けられ、筐体７０の後処理室７の出口側には可動シャッタ７１が設けられている。さらに、可動シャッタ６１から可動シャッタ７１を貫通するように搬送手段４０Ａの搬送ベルト４１Ａが配置されており、搬送ベルト４１Ａは筐体６０及び７０の外側に設けられた一対のロール４２Ａにより駆動されるようになっている。したがって、搬送ベルト４１Ａ上に載置されている基体３は、例えば、図中左から右へ搬送されながら前処理室６、処理室２Ｄ、及び後処理室７内にそれぞれ所定時間滞在することになり、これにより、前処理及び後処理を含めた連続的な加熱処理が可能となる。

なお、前処理室６及び後処理室７の機能は、その使用目的によっても異なる。

前処理室６は、基本的には予備加熱処理であり、酸化しないような条件で基体３のひずみ除去などの目的で加熱処理するために用いるのが好ましく、この場合、加熱ヒータを備えていればよい。また、後処理室７は、徐冷する目的か、あるいは時効処理する目的などで使用するものである。徐冷処理の場合には、所定の温度に保持する加熱手段又は加熱及び冷却手段を具備するものであればよい。また、時効処理を行う場合には、ガス冷却などの急冷手段と、その後、所定の温度に加熱する加熱手段を有していればよく、この場合、急冷する後処理室と、その後加熱する後処理室とを別室としてもよい。

図７には、他の実施形態に係る加熱処理装置の一例を示す。この実施形態は、搬送手段として、ベルトコンベアの代わりに上下方向及び左右方向に移動自在なコンベアを用いて可動シャッタを省略すると共に、燃焼室を処理室の上側に隣接して配置した構造としたものである。

図７に示すように、燃焼室１Ｃを構成する筐体１０Ｃは処理室２Ｅとなる筐体１１Ｅの上側に隣接して設けられ、両者の隔壁１２Ａには、連通部となる複数の貫通口１３Ａが設けられている。また、筐体１１Ｅの下部には、処理室２Ｅへ流入する燃焼ガスの流れを制御して処理室２Ｅ内の燃焼ガスの雰囲気を均一化するためのガス排出口１７Ａが複数設けられている。

一方、処理室２Ｅの下部には搬送手段４０Ｂが配置されている。具体的には、図中左右には上下方向に移動自在に支持されていると共に、筐体１１Ｅの下部開口を開閉するコンベア４３が設けられている。すなわち、コンベア４３上には基体３を載置する載置台１４が設けられており、基体３を載置台１４上に載置したまま、図中上下方向及び左右方向に移動自在となり、筐体１１Ｅの下部開口を開閉すると共に基体３の処理室２Ｅ内への搬入搬出を行う。なお、筐体１１Ｅ内は大気圧よりも若干高い微正圧であるため、筐体１１Ｅとコンベア４３とのシール構造は簡単なものでよい。また、筐体１１Ｅ自体も上下方向に移動自在となって開放できるようにしてもよいし、筐体１１Ｅの上部壁を別体とし、これを筐体１０Ｃと共に移動自在としてもよい。さらに、コンベア４３を移動自在とする代わりに、筐体１１Ｅを筐体１０Ｃと共に移動自在としてもよい。

このような加熱処理装置では、基体３の搬入搬出を容易に行うことができ、特に、大量の基体３を処理する場合において、その搬入搬出を簡便化できるという利点がある。

また、燃焼室１Ｃを処理室２Ｅの上方に配置し、温度の高い燃焼ガスを下方の処理室２Ｅに導入し且つ処理室２Ｅの下部にガス排出口１７Ａを設けたので、処理室２Ｅの上下方向に亘った温度分布及び燃焼ガスの雰囲気の均一性を維持し易いという利点がある。

上述した図１に記載する加熱処理装置を用いて加熱処理を実施した。

ガスバーナ２０にはアセチレン及び空気を導入して燃焼炎を形成し、燃焼室１内の燃焼ガスを貫通口１３から処理室２に導入した。載置台１４上には、厚さ０.３ｍｍのチタン板で形成した筐体を載置してその表面を処理した。処理室２内の温度は約９００℃となるようにガスバーナ２０を制御し、加熱処理することにより、表面層として炭素ドープ酸化チタン層を有する筐体を形成した。

本発明の加熱処理装置及び加熱処理方法は、表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理して酸化物層を形成する各種分野・用途に採用することができ、例えば、耐久性（高硬度、耐スクラッチ性、耐磨耗性、耐薬品性、耐熱性）を得るための加熱処理を効率よく且つ生産性良好に行うことができる。

本発明の一実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態の加熱処理装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 燃焼室
２、２Ａ、２Ｂ 処理室
３ 基体
１０ 下部筐体
１１ 上部筐体
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 筐体
１３ 貫通口
１４ 載置台
１５ ヒータ
１６ 蓋体
１７ ガス排出口
１８ ファン
２０ ガスバーナ

Claims (23)

1. 表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理する加熱処理装置であって、
   少なくとも燃料ガスが導入されて先端から燃焼ガスを噴出するガスバーナと、このガスバーナに燃料ガスを導入する燃料ガス導入手段と、前記ガスバーナから放出された燃焼炎を導入する導入口を有する燃焼室と、この燃焼室に連通部を介して連通して設けられると共に前記基体を載置して加熱処理する処理室と、前記ガスバーナから噴出された燃焼ガスを前記連通部から導入して当該処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成する処理雰囲気形成手段とを具備することを特徴とする加熱処理装置。
2. 請求項１記載の加熱処理装置において、
   前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室に設けられたガス排出口を含み、ガス排出口の開閉を制御して前記連通部から導入される燃焼ガスの流れを制御することを特徴とする加熱処理装置。
3. 請求項１又は２記載の加熱処理装置において、
   前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室内に設けられた気流制御装置を含み、前記連通部から導入される燃焼ガスの流れを制御することを特徴とする加熱処理装置。
4. 請求項３記載の加熱処理装置において、
   前記気流制御装置が、前記処理室内に設けられた流れ制御板及びファンの少なくとも一方であることを特徴とする加熱処理装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の加熱処理装置において、
   前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室の壁を構成する筐体及び当該処理室内に設けられて前記基体を載置するための載置台の少なくとも一方を回転駆動する回転移動装置を含むことを特徴とする加熱処理装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の加熱処理装置において、
   前記処理雰囲気形成手段が、前記処理室内の温度分布を均一にするように機能することを特徴とする加熱処理装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の加熱処理装置において、
   前記処理室の内壁には、当該処理室の温度分布を均一にするために補助ヒータが設けられていることを特徴とする加熱処理装置。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の加熱処理装置において、
   前記処理室は、前記基体を導入する導入口及び排出する排出口を有すると共にこれら導入口及び排出口を介して当該処理室内を通過するように前記基体を搬送する搬送手段を具備することを特徴とする加熱処理装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の加熱処理装置において、
   前記処理室に不活性ガスを導入するガス導入手段を具備することを特徴とする加熱処理装置。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の加熱処理装置において、
    前記処理室は大気圧又は前記燃焼ガスの導入により若干加圧状態にあることを特徴とする加熱処理装置。
11. 請求項１〜１０の何れかに記載の加熱処理装置において、
    前記燃焼室と前記処理室とが隣接して設けられ、前記連通部が両者の境界の隔壁に設けられた少なくとも１つの貫通口であることを特徴とする加熱処理装置。
12. 請求項１〜１０の何れかに記載の加熱処理装置において、
    前記燃焼室と前記処理室とが隔離して設けられ、前記連通部が両者を連結する連結管であることを特徴とする加熱処理装置。
13. 請求項１２記載の加熱処理装置において、
    前記連結管の途中又は前記処理室内に燃焼ガスを加熱する燃焼ガス加熱手段を具備することを特徴とする加熱処理装置。
14. 請求項１２又は１３記載の加熱処理装置において、
    前記連結管の途中に燃焼ガスを冷却する冷却装置を具備することを特徴とする加熱処理装置。
15. 表面が金属又は合金からなる基体を加熱処理する加熱処理方法であって、
    少なくとも燃料ガスが導入されて先端から燃焼ガスを噴出するガスバーナと、このガスバーナに燃料ガスを導入する燃料ガス導入手段と、前記ガスバーナから放出された燃焼炎を導入する導入口を有する燃焼室と、この燃焼室に連通部を介して連通して設けられると共に前記基体を載置して加熱処理する処理室とを有する加熱処理装置を用い、前記処理室内に前記基体を載置すると共に、前記ガスバーナから噴出された燃焼ガスを前記連通部を介してから前記処理室内に導入して当該処理室内に燃焼ガスの均一な雰囲気を形成して加熱処理することにより、前記基体の表面に酸化物層を形成することを具備することを特徴とする加熱処理方法。
16. 請求項１５記載の加熱処理方法において、
    前記ガスバーナに導入される燃料ガスが、少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスであることを特徴とする加熱処理方法。
17. 請求項１６記載の加熱処理方法において、
    前記ガスバーナに導入される燃料ガスが、炭化水素を主成分とするガスであることを特徴とする加熱処理方法。
18. 請求項１７記載の加熱処理方法において、
    前記炭化水素を主成分とするガスが不飽和炭化水素を３０容量％以上含有することを特徴とする加熱処理方法。
19. 請求項１７又は１８記載の加熱処理方法において、
    前記炭化水素を主成分とするガスがアセチレンを５０容量％以上含有することを特徴とする加熱処理方法。
20. 請求項１６〜１９の何れかに記載の加熱処理方法において、
    前記酸化物層が炭素ドープ酸化物層であることを特徴とする加熱処理方法。
21. 請求項１６〜２０の何れかに記載の加熱処理方法において、
    前記酸化物層の炭素が、当該酸化物層を構成する金属と結合した状態でドープされていることを特徴とする加熱処理方法。
22. 請求項１６〜２１の何れかに記載の加熱処理方法において、
    前記処理室に不活性ガスを導入しながら加熱処理を行うことを特徴とする加熱処理方法。
23. 請求項１６〜２２の何れかに記載の加熱処理方法において、
    前記処理室が大気圧又は前記燃焼ガスの導入により若干加圧状態で加熱処理を行うことを特徴とする加熱処理方法。
    
    

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