WO2012161132A1 - 液状表面改質剤の気化装置、及び表面改質装置 - Google Patents

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WO2012161132A1
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temperature
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根泰 許
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メイリツコンポーネント株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/453—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating passing the reaction gases through burners or torches, e.g. atmospheric pressure CVD

Definitions

  • the present invention relates to a liquid surface modifier vaporizing device and a surface modifying device.
  • the surface of a solid substance made of a polymer such as silicon rubber or polyethylene resin, metal, ceramic or the like may be in a state where it is difficult to perform surface treatment such as adhesion of other members, paint coating, printing, and the like.
  • a surface modification device that modifies the surface of a solid substance to facilitate surface treatment such as adhesion, painting, and printing has been studied.
  • the surface modifying apparatus shown in Patent Document 1 vaporizes a liquid surface modifying agent using a nanopump or an atomizing device, and burns a gas generated by burning the gas containing the vaporized surface modifying agent.
  • the solid material (treated material) is sprayed to modify the surface of the solid material.
  • the liquid surface modifying agent is vaporized using a nanopump or an atomizing apparatus and is contained in the gas. Since the amount of the surface modifier that can be contained in the gas (saturated steam amount) depends on the temperature, the amount of the surface modifier contained in the gas changes due to a change in the temperature. For example, in winter, the temperature decreases and the amount of saturated steam decreases, so the amount of the surface modifier contained in the gas decreases. As a result, the effect of surface modification (wetting, adhesion, coating film adhesion, etc.) is affected by the climate and becomes unstable.
  • the liquid surface modifier vaporizer of the present invention is: A medium gas supply unit that supplies medium gas, a medium gas temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the medium gas to a predetermined temperature, and the medium gas that has reached the predetermined temperature and the liquid surface modifier are brought into contact with each other And a surface modifier-containing gas generating section for generating a surface modifier-containing gas that contains the vapor of the surface modifier in the medium gas by a saturated vapor amount at the predetermined temperature.
  • the vaporizer of the present invention adjusts the temperature of the medium gas to a predetermined temperature, and the medium gas contains the vapor of the surface modifier in the amount of saturated vapor at the predetermined temperature. Therefore, even if conditions such as climatic conditions change, the vaporizer of the present invention can generate a surface modifier-containing gas that always contains a certain amount of the surface modifier vapor. If the surface modifying agent-containing gas generated by the vaporization apparatus of the present invention is used in the surface modifying apparatus, the surface modifying agent content in the gas burned by the burner of the surface modifying apparatus can always be kept constant. . As a result, the effect of surface modification can always be stabilized.
  • the medium gas temperature adjusting unit includes a flow path A of the medium gas and a flow path A heating / cooling section that heats or cools the flow path A. By providing this configuration, the temperature of the medium gas can be further stabilized.
  • the mixed gas generation unit includes a flow path B of the medium gas and a surface modifier holding unit that holds the liquid surface modifier inside the flow path B.
  • the liquid surface modifier vaporizing apparatus of the present invention is configured to heat or cool the flow path B so that the temperature of the medium gas flowing through the flow path B is maintained at the predetermined temperature. / It is preferable to provide a cooling unit. By providing this configuration, the temperature of the medium gas in the flow path B can be further stabilized. As a result, the amount of vapor of the surface modifier contained in the medium gas can be further stabilized.
  • the surface modification apparatus of the present invention is The liquid surface modifier vaporizer described above, an oxygen-containing gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas containing oxygen, a combustible gas supply unit that supplies a combustible gas, and the surface modification generated by the vaporizer.
  • a mixed gas generation unit that generates a mixed gas containing a material containing gas, the oxygen-containing gas, and the combustible gas, and an injection unit that injects a flame that burns the mixed gas. .
  • the temperature of the medium gas is adjusted to a predetermined temperature, and the vapor of the surface modifying agent is included in the medium gas by the amount of saturated vapor at the predetermined temperature. Therefore, even if conditions such as climatic conditions change, the surface modifying apparatus of the present invention generates a surface modifying agent-containing gas that always contains a certain amount of the surface modifying agent vapor and burns it with a burner.
  • the surface modifier content in the gas can always be kept constant. As a result, the effect of surface modification can always be stabilized.
  • the surface modifying apparatus of the present invention includes a heating unit that heats the surface modifying agent-containing gas and / or the oxygen-containing gas using heat generated by the injection unit.
  • a heating unit for heating the surface modifier-containing gas since the temperature of the surface modifier-containing gas does not decrease, the surface modifier vapor contained in the surface modifier-containing gas is condensed. Can be suppressed.
  • the medium gas can be appropriately selected from gases capable of containing a surface modifier vapor.
  • gases capable of containing a surface modifier vapor include air (specifically, compressed air).
  • the surface modifier is a compound having an action of modifying the surface of an object to be subjected to surface modification to facilitate processing such as painting, printing, and adhesion.
  • various organometallic compounds and oxygen-containing organic compounds can be used.
  • the surface modifier for example, those described in JP2010-275601A and JP2011-17509A can be appropriately selected and used. Specific examples include Al (O—secC 4 H 9 ) 3 , (CH 3 ) 3 Al, (C 2 H 5 ) 3 Al, (C 2 H 5 ) 2 Be, As (O—C 2 H 5 ).
  • a hydrocarbon-based surface modifier for example, a hydrocarbon composed of carbon, hydrogen, and oxygen
  • examples of the hydrocarbon-based surface modifier include (A) and (B) below.
  • Examples of the (A) hydrocarbon-based surface modifier include (A1) orthoesters, (A2) cyclic diethers, and (A3) acetals.
  • (A1) orthoesters for example, those represented by the structural formula: RC (OR ′) 3 are preferable.
  • R is hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • R ′ is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • (A1) As specific examples of ortho esters, triethyl orthopropionate (Triethylorthopropionate; CH 3 CH 2 C- (OCH 2 CH 3) 3), triethyl orthoacetate (Triethyl orthoacetate; CH 3 C ( OCH 2 CH 3) 3 ), triethyl orthoformate (HC (OCH 2 CH 3 ) 3 ), triethyl orthobutyrate (Triethyl orthobutyrate; CH 3 CH 2 C (OCH 2 CH 3 ) 3 ), triethyl orthovalerate (H) 3 CH 2 CH 2 CH 2 C (OCH 2 CH 3 ) 3 ), tri-n-butyl orthoformate (HC (OCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ) 3 ), triisopropyl orthoformate (Triisopropyl orthoformate; HC- (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 ) and the like.
  • Triethyl orthopropionate Triethylorthopropionat
  • an oxygen 1,3-position 5- or 6-membered ring (including a 2-position ketone group) is preferable.
  • a hydrogen-substituted product of 1,3-dioxolane and a C 1-3 alkyl group at the 2C position is preferable.
  • (A2) cyclic diethers include 3-methyl-1,3-dioxolane (CH 3 CH (—OCH 2 CH 2 O—), 1,3 dioxane (1 , 3-Dioxane; CH 2 (O-CH 2 CH 2 CH 2 O-)), Ethylene carbonate; -CH 2 CH 2 O-CO-O-, Propylene carbonate; -CH 2 CHCH 3 O-CO-O-) and the like.
  • the (A3) acetals are preferably those represented by the structural formula: R 1 R 2 C (OR 3 ) (OR 4 ).
  • R 1 and R 2 are each hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • R 3 and R 4 are each an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • acetaldehyde diethylacetal (diethoxyethane) (Acetaldehydo diethyl acetal; CH 3 CH— (OCH 2 CH 3 ) 2 ), diethoxy methane (CH 2 — (OCH) 2 CH 3) 2), and the like.
  • (B) hydrocarbon-based surface modifier for example, (B1) diketones, (B2) diketo acid esters, and (B3) dicarboxylic acid diesters are preferable.
  • the (B1) to (B3) are preferably those having a total carbon number of 5 to 10, respectively.
  • the (B1) diketone for example, acetyl acetone (CH 3 COCH 2 COCH 3 ) is preferable.
  • the (B2) as diketo acid esters are, for example, methyl acetoacetate (Methy acetoacetate; CH 3 COCH 2 COOCH 3) is preferable.
  • the (B3) dicarboxylic acid diester is preferably dimethyl malonate (CH 2 (COOCH 3 ) 2 ).
  • Alcohol such as methanol, ethanol, butanol may be added to the surface modifier.
  • the flame color can be changed by adding alcohol.
  • the amount of alcohol added is preferably 0.01 to 30% by mass with respect to the total mass of the surface modifier and the alcohol because it is easy to determine whether the combustion is good or bad.
  • Examples of the oxygen-containing gas include air and oxygen.
  • Examples of the combustible gas include hydrogen gas, hydrogen sulfide gas, carbon monoxide, methane, acetylene, ethane, ethylene, propane, propylene, isobutane, normal butane, isopentane, normal pentane, diethyl ether, hexane, heptane, Hydrocarbon gases such as octane and benzene, and boron compounds such as diborane can be used. Of these combustible gases, propane gas is preferred.
  • Examples of objects include silicon rubber, fluorine rubber, natural rubber, neoprene rubber, chloroprene rubber, urethane rubber, acrylic rubber and other rubbers, various polyethylene resins, polypropylene resins, and modified Polymer materials such as polypropylene resin, polymethylpentene resin, polyester resin, polycarbonate resin, epoxy resin, phenol resin, cyanate resin, urea resin, guanamine resin, aluminum, magnesium, stainless steel, nickel, chromium, tungsten, gold, copper, Metal materials such as iron, silver, zinc, tin, lead, titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, silica, talc, calcium carbonate, lime, zeolite, gold, silver, copper, zinc, nickel, Tin, lead, solder, glass, ceramic Materials such as click and the like.
  • the object to be surface-modified may be composed of one kind of material or may be composed of two or more kinds of materials.
  • the form of the object to be surface-modified may have a planar structure such as a plate shape, a sheet shape, a film shape, a tape shape, a strip shape, a panel shape, a string shape, etc. It may have a three-dimensional structure such as a spherical shape, a block shape, a tube shape, a pipe shape, an uneven shape, a film shape, a fiber shape, a fabric shape, or a bundle shape, but is not limited thereto.
  • the form of the object to be surface-modified may be a composite structure in which the structure exemplified above is combined with a metal part, a ceramic part, a glass part, a paper part, a wooden part, or the like.
  • Liquid level detection sensor 43 ... Piping, 45 ... Air piping, 45a ... Spiral part, 47 ... Air heating tank, 47a ... Outlet, 49 ... combustible gas injection pipe, 50 ... heat absorption blower, 51 a first injection unit ..., 53 ... second injection unit
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the surface modification apparatus 1.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the vaporizer 3 described later.
  • the surface reformer 1 includes a vaporizer 3, a combustion compressed air supply unit (oxygen-containing gas supply unit) 5, a mixer (mixed gas generation unit) 7, a burner (injection unit) 9, and a heating device.
  • the vaporizer 3 includes an outer container 13, a first inner container 15 accommodated in the outer container 13, and a second inner container 17. Connected to one end of the first inner container 15 is a compressed air injection pipe (medium gas supply unit) 19 for taking in compressed air (cold air C1) supplied from the outside. Further, the first inner container 15 and the second inner container 17 are communicated with each other by a connecting pipe 21. In addition, an outlet pipe 23 is connected to the second inner container 17 from the outside.
  • a gas flow path is formed in order from the compressed air injection pipe 19 through the first inner container 15, the connecting pipe 21, the second inner container 17, and the outlet pipe 23.
  • the first inner container 15 corresponds to the flow path A.
  • the portion of the second inner container 17 corresponds to the flow path B.
  • the first inner container 15 is a sealed container except for the compressed air injection pipe 19 and the connecting pipe 21.
  • the second inner container 17 is a sealed container except for the connecting pipe 21 and the outlet pipe 23.
  • the material of the first inner container 15 and the second inner container 17 can be appropriately selected from metals, ceramics, plastics, etc., but Cu or Al having good thermal conductivity is suitable.
  • the outer container 13 is filled with oil 25, and the first inner container 15, the second inner container 17, and the connecting pipe 21 are immersed in the oil 25.
  • the vaporizer 3 can heat the oil 25 by a heating device (not shown). Further, the vaporizer 3 can detect the temperature of the oil 25 by a temperature detector (not shown), and can adjust the operation of the heating device described above according to the detection result. Therefore, the vaporizer 3 can maintain the temperature of the oil 25 at a constant temperature or a constant temperature range.
  • the oil 25 heats the first inner container 15, the second inner container 17, and the connecting pipe 21 that are immersed therein.
  • the oil 25 and the above-described mechanism for maintaining the temperature correspond to the medium gas temperature adjusting unit, the channel A heating / cooling unit, and the channel B heating / cooling unit.
  • a plurality of barrier plates (partition plates) 27-1 to 27-7 are provided in the first inner container 15, a plurality of barrier plates (partition plates) 27-1 to 27-7 are provided.
  • the barrier plates 27-1 to 27-7 are arranged in the order of their numbers from the compressed air injection pipe 19 side toward the connecting pipe 21.
  • the barrier plates 27-1, 27-3, 27-5, 27-7 are in contact with one side surface 15a of the first inner container 15, and have a gap between the opposite side surface 15b.
  • the barrier plates 27-2, 27-4, and 27-6 have a gap with the side surface 15a and are in contact with the side surface 15b.
  • the barrier plates 27-1 to 27-7 extend from the bottom 15c of the first inner container 15 to the ceiling 15d in the vertical direction.
  • the meandering (zigzag) gas flow path (flow path A) is formed in the first inner container 15 as indicated by the solid line arrow in FIG. It is formed.
  • the material of the barrier plates 27-1 to 27-7 can be appropriately selected from metals, ceramics, plastics, etc., but Cu or Al having good thermal conductivity is preferable.
  • a chemical tank (surface modifier holding part) 31 for holding a liquid surface modifier 29 is installed at the lower part in the second inner container 17.
  • the upper part of the chemical tank 31 is open, and the held liquid surface modifier 29 comes into contact with the gas in the second inner container 17.
  • a plurality of barrier plates (partition plates) 33-1 to 33-7 are provided in the second inner container 17 other than the chemical solution tank 31 (above the chemical solution tank 31).
  • the barrier plates 33-1 to 33-7 are arranged in the same manner as the barrier plates 27-1 to 27-7.
  • the barrier plates 33-1 to 33-7 meander in the second inner container 17 as indicated by the dotted arrows in FIG.
  • a flow path (zigzag) (flow path B) is formed.
  • the vaporizer 3 includes a chemical tank 35 containing a liquid surface modifier 29 outside the outer container 13.
  • the chemical liquid tank 35 is connected to a chemical liquid tank 31 in the second inner container 17 through a supply pipe 37.
  • the supply pipe 37 is controlled to open and close by a switching valve 39.
  • the opening and closing of the switching valve 39 is controlled by the detection result of the liquid level detection sensor 41 that detects the liquid level of the liquid surface modifier 29 in the chemical tank 31. That is, when the liquid level is lowered, the switching valve 39 is opened, and the liquid surface modifier 29 is replenished from the chemical liquid tank 35 to the chemical liquid tank 31. Further, when the liquid level becomes high, the switching valve 39 is closed and the replenishment from the chemical liquid tank 35 to the chemical liquid tank 31 is stopped.
  • the liquid level of the liquid surface modifier 29 in the chemical tank 31 is kept constant.
  • the space 35 a in the chemical liquid tank 35 and the second inner container 17 communicate with each other through a pipe 43.
  • the inside of the chemical tank 35 does not become negative pressure, and the liquid surface modifier 29 can be smoothly supplied from the chemical tank 35 to the chemical tank 31.
  • a valve 44 that can be opened or closed manually or automatically is provided in the middle of the pipe 43.
  • the valve 44 is opened, the space 35a in the chemical tank 35 and the second inner container 17 can be communicated with each other as described above.
  • the valve 44 is closed, even if the liquid level in the chemical liquid tank 35 becomes high and reaches the opening of the pipe 43, the surface modifier 29 passes through the pipe 43 and passes through the second inner container 17. Can be prevented from flowing into
  • the combustion compressed air supply unit 5 includes an air pipe 45 that supplies compressed air taken from the outside to the burner 9.
  • the air pipe 45 includes a spiral portion 45a wound in a spiral shape, and the spiral portion 45a is heated by the heating device 11 as described later.
  • the heating device 11 heats the air by the heat of the air heating tank 47 that houses the spiral portion 45a of the compressed air supply unit 5 for combustion and the burner 9, and the heated air (warm air H1) is heated. And a heat collecting blower 50 to be supplied into the warm bath 47.
  • the heated air supplied into the air warming tank 47 warms the spiral portion 45a in the air warming tank 47 and is discharged from the outlet 47a of the air warming tank 47 as the exhaust E1.
  • the compressed air (cold air C ⁇ b> 2) supplied to the spiral portion 45 a is heated by the hot air H ⁇ b> 1 supplied into the air heating tank 47.
  • the outlet pipe 23 is also heated by the heat of the burner 9 in the same manner as the method of heating the spiral portion 45 a of the compressed air supply unit 5 for combustion. ing.
  • the mixer 7 is connected to an outlet pipe 23 of the vaporizer 3, an air pipe 45, and a flammable gas injection pipe (flammable gas supply unit) 49 for taking in a flammable gas (propane gas) G1 supplied from the outside. Connected.
  • the mixer 7 includes a gas (compressed air containing a surface modifier) (hot air H2) supplied from the outlet pipe 23 of the vaporizer 3, air (hot air H3) supplied from the air pipe 45, and combustible
  • the combustible gas G1 supplied from the combustible gas injection pipe 49 is mixed at a predetermined ratio, and the mixed gas is sent to the burner 9.
  • the burner 9 includes a first injection unit 51 and a second injection unit 53 on an injection surface 9a that is a surface on which injection is performed.
  • the ejection surface 9a has a circular shape, and the first ejection unit 51 is located at the center of the circle.
  • the 2nd injection part 53 is provided in the annular
  • the mixed gas mixed in the mixer 7 is supplied to the first injection unit 51.
  • the first injection unit 51 ignites the mixed gas by an ignition plug, burns the mixed gas, and injects a flame.
  • the second injection unit 53 is supplied with a two-component mixed gas of combustible gas G2 and compressed air P1 from the outside.
  • the second injection unit 53 ignites the two-component mixed gas by the spark plug, burns the two-component mixed gas, and injects a flame.
  • the flame (inner flame) injected from the first injection unit 51 is surrounded by the flame (outer flame) injected from the second injection unit 53. As a result, the flame injected from the first injection unit 51 is difficult to come into contact with external oxygen.
  • the liquid surface modifier is supplied to the chemical tank 31 so as to have a predetermined liquid level. Further, the temperature of the oil 25 is heated to a constant temperature. The temperature of the oil 25 is set so that the temperature of the compressed air at the outlet of the first inner container 15 becomes a predetermined temperature T (for example, 25 ° C., 30 ° C., etc.). The optimum set temperature of the oil 25 can be easily determined by performing an experiment for measuring the temperature of the compressed air at the outlet of the first inner container 15 while changing several kinds of temperatures of the oil 25.
  • T for example, 25 ° C., 30 ° C., etc.
  • Cleaned and dehumidified compressed air is injected into the compressed air injection pipe 19 of the vaporizer 3.
  • the compressed air passes through the first inner container 15, the connecting pipe 21, the second inner container 17, and the outlet pipe 23 in order from the compressed air injection pipe 19.
  • the compressed air is heated by the oil 25 in the first inner container 15, and the temperature of the compressed air is adjusted to a predetermined temperature T at the outlet of the first inner container 15.
  • T the flow path of the compressed air in the first inner container 15 meanders and becomes longer due to the barrier plates 27-1 to 27-7, so that the compressed air flows to the outlet of the first inner container 15.
  • the temperature can reach a predetermined temperature T.
  • the temperature of the compressed air is maintained at a predetermined temperature up to the outlet pipe 23.
  • the compressed air comes into contact with the liquid surface modifier held in the chemical tank 31 in the second inner container 17, and the vapor of the surface modifier is included in the amount of saturated vapor at a predetermined temperature T. .
  • the flow path of the compressed air in the second inner container 17 meanders by the barrier plates 33-1 to 33-7 and becomes long. Further, since the flow path of the compressed air in the second inner container 17 meanders, a turbulent flow is generated, so that the vapor of the surface modifier contained in the compressed air before leaving the second inner container 17.
  • the amount reaches the amount of saturated steam at a given temperature T. Also in the second inner container 17, the temperature of the compressed air is maintained at a predetermined temperature T by the oil 25. Further, the liquid surface modifier held in the chemical tank 31 is also heated by the oil 25 and easily vaporized.
  • Compressed air containing the surface modifying agent vapor is sent to the mixer 7 through the outlet pipe 23.
  • the outlet pipe 23 is heated by the heat of the burner 9 as described above, and the temperature of the compressed air passing through the outlet pipe 23 is maintained at a predetermined temperature T or higher. That is, the compressed air passing through the outlet pipe 23 is hot air H2.
  • the mixer 7 is supplied with air from the air pipe 45 of the compressed air supply unit 5 for combustion and also supplied with combustible gas from the combustible gas injection pipe 49.
  • the air pipe 45 is heated by the heating device 11, and the temperature of the air supplied from the air pipe 45 is equal to or higher than a predetermined temperature T.
  • the compressed air containing the surface modifier vapor supplied from the outlet pipe 23, the combustible gas G1 supplied from the combustible gas injection pipe 49, and the air supplied from the air pipe 45 are mixed. 7 and the mixed gas is supplied to the first injection unit 51 of the burner 9.
  • the two-component mixed gas of combustible gas G2 and compressed air P1 is supplied to the 2nd injection part 53 of the burner 9 from the outside.
  • the burner 9 combusts the supplied mixed gas in the first injection unit 51 and injects a flame generated by the combustion onto the surface of the surface modification target (material 100). Further, the burner 9 burns the two-component mixed gas of the combustible gas G2 and the compressed air P1 in the second injection unit 53, and surrounds the flame from the first injection unit 51 from the outside. Inject.
  • the vaporizer 3 of the surface reformer 1 adjusts the temperature of the compressed air to a predetermined temperature T, and the surface modification is performed in the compressed air.
  • the agent vapor is included in the amount of saturated vapor at a predetermined temperature T. Therefore, even if conditions such as climatic conditions change, the vaporizer 3 can generate compressed air that always contains a certain amount of the surface modifier vapor. As a result, the content of the surface modifier in the mixed gas burned by the burner 9 can always be kept constant. As a result, the surface state (hydrophilicity) of the surface modification target after the surface modification treatment can always be stabilized.
  • the surface modification device 1 heats the outlet pipe 23 by the heating device 11. Thereby, since the temperature of the compressed air in the outlet pipe 23 does not decrease, it is possible to suppress the condensation of the surface modifier vapor in the outlet pipe 23.
  • the surface reformer 1 warms the compressed air supply unit 5 for combustion by the warming device 11. As a result, cold compressed air does not flow into the mixer 7, so that the temperature drop of the mixed gas generated in the mixer 7 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress condensation of the surface modifier vapor in the mixed gas.
  • the surface reformer 1 uses the heat generated in the burner 9 for heating the outlet pipe 23 and the compressed air supply unit 5 for combustion. Thereby, the energy cost required for heating can be reduced.
  • the means for heating the first inner container 15, the second inner container 17, and the connecting pipe 21 is not limited to the oil 25, but a known heating means (for example, a hot plate) Or a warming means using bath water, etc.) can be used as appropriate.
  • the arrangement of the barrier plates in the first inner container 15 and the second inner container 17 is not limited to the arrangement in the above embodiment, and various arrangements can be applied.
  • the barrier plates may be arranged in a lightning bolt shape (V shape) instead of being arranged in parallel to each other.
  • the shape of the barrier plate is not limited to that of the above embodiment, and can be set as appropriate.
  • the heat generated in the burner 9 may be used for heating the oil 25.
  • the first inner container 15 and the second inner container 17 may be combined into one container.
  • the vaporizer 3 may include three or more inner containers connected in series. A part of the three or more inner containers can be used for adjusting the temperature of the compressed air, and the rest can be used for mixing the compressed air and the surface modifier vapor.

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Abstract

　本発明の液状表面改質剤の気化装置は、媒体ガスを供給する媒体ガス供給部と、前記媒体ガスの温度を所定の温度に調整する媒体ガス温度調整部と、前記所定の温度となった前記媒体ガスと液状の表面改質剤とを接触させ、前記媒体ガス中に、前記表面改質剤の蒸気を、前記所定の温度における飽和蒸気量だけ含む表面改質剤含有ガスを生成する表面改質剤含有ガス生成部と、を備える。

Description

液状表面改質剤の気化装置、及び表面改質装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１１年５月２４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１１－１１５９３４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１１－１１５９３４号の全内容を本国際出願に援用する。
　本発明は、液状表面改質剤の気化装置、及び表面改質装置に関する。
　シリコンゴムやポリエチレン樹脂等の高分子、金属、セラミック等を材料とする固体物質の表面は、場合によっては、他の部材の接着、塗料の塗装、印刷等の表面処理が困難な状態となる。そこで、固体物質の表面を改質して、接着、塗装、印刷等の表面処理を容易なものとする表面改質装置が検討されている。
　例えば特許文献１に示す表面改質装置は、液状の表面改質剤を、ナノポンプや霧化装置を利用して気化し、その気化した表面改質剤を含むガスを燃焼して生じた火炎を固体物質（被処理材）に噴射し、固体物質の表面改質を行う。
特開２０１０－２７５６０１号公報
　特許文献１に示すような表面改質装置では、上述したように、液状の表面改質剤を、ナノポンプや霧化装置を利用して気化し、ガスに含有させる。ガスに含有可能な表面改質剤の量（飽和蒸気量）は気温に依存するから、気温の変化により、ガスに含まれる表面改質剤の量が変化してしまう。例えば、冬季は、気温が低下し、飽和蒸気量が少なくなるから、ガスに含まれる表面改質剤の量が減少してしまう。その結果、表面改質の効果（濡れ性、接着性、塗膜密着性等）が、気候に影響され、不安定になってしまう。
　本発明の一側面では、安定した表面改質効果を奏することができる液状表面改質剤の気化装置、及び表面改質装置を提供することが望ましい。
　本発明の液状表面改質剤の気化装置は、
　媒体ガスを供給する媒体ガス供給部と、前記媒体ガスの温度を所定の温度に調整する媒体ガス温度調整部と、前記所定の温度となった前記媒体ガスと液状の表面改質剤とを接触させ、前記媒体ガス中に、前記表面改質剤の蒸気を、前記所定の温度における飽和蒸気量だけ含む表面改質剤含有ガスを生成する表面改質剤含有ガス生成部と、を備えることを特徴とする。
　本発明の気化装置は、媒体ガスの温度を所定の温度に調整しておき、その媒体ガス中に、表面改質剤の蒸気を、所定の温度における飽和蒸気量だけ含ませる。そのため、気候条件等の条件が変化しても、本発明の気化装置は、表面改質剤の蒸気を常に一定の量だけ含んだ表面改質剤含有ガスを生成することができる。本発明の気化装置で生成した表面改質剤含有ガスを表面改質装置で用いれば、表面改質装置のバーナーで燃焼させるガスにおける表面改質剤含有量を、常に一定に維持することができる。その結果、表面改質の効果を常に安定させることができる。
　前記媒体ガス温度調整部は、前記媒体ガスの流路Ａと、前記流路Ａを加熱又は冷却する流路Ａ加熱／冷却部と、を備えることが好ましい。この構成を備えることにより、媒体ガスの温度を一層安定させることができる。
　前記混合ガス生成部は、前記媒体ガスの流路Ｂと、前記流路Ｂの内部において、液状の前記表面改質剤を保持する表面改質剤保持部と、を備えることが好ましい。この構成を備えることにより、媒体ガス中に含まれる表面改質剤の蒸気量を一層安定させることができる。
　本発明の液状表面改質剤の気化装置は、前記流路Ｂを流れる前記媒体ガスの温度が、前記所定の温度に維持されるように、前記流路Ｂを加熱又は冷却する流路Ｂ加熱／冷却部を備えることが好ましい。この構成を備えることにより、流路Ｂにおける媒体ガスの温度を一層安定させることができる。その結果、媒体ガス中に含まれる表面改質剤の蒸気量を一層安定させることができる。
　本発明の表面改質装置は、
　上述した液状表面改質剤の気化装置と、酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給部と、前記気化装置で生成した前記表面改質剤含有ガス、前記酸素含有ガス、及び前記可燃性ガスを含む混合ガスを生成する混合ガス生成部と、前記混合ガスを燃焼させた火炎を噴射する噴射部と、を備えることを特徴とする。
　本発明の表面改質装置は、媒体ガスの温度を所定の温度に調整しておき、その媒体ガス中に、表面改質剤の蒸気を、所定の温度における飽和蒸気量だけ含ませる。そのため、気候条件等の条件が変化しても、本発明の表面改質装置は、表面改質剤の蒸気を常に一定の量だけ含んだ表面改質剤含有ガスを生成し、バーナーで燃焼させるガスにおける表面改質剤含有量を、常に一定に維持することができる。その結果、表面改質の効果を常に安定させることができる。
　本発明の表面改質装置は、前記噴射部で生成する熱を用いて、前記表面改質剤含有ガス、及び／又は前記酸素含有ガスを加温する加温部を備えることが好ましい。表面改質剤含有ガスを加温する加温部を備える場合は、表面改質剤含有ガスの温度が低下しないので、表面改質剤含有ガスに含まれる表面改質剤の蒸気が結露してしまうことを抑制できる。
　また、酸素含有ガスを加温する加温部を備える場合は、混合ガス生成部に冷たい酸素含有ガスが流入しなくなるので、混合部で生成する混合ガスの温度低下を抑えることができる。その結果、混合ガスにおいて表面改質剤の蒸気が結露してしまうことを抑えることができる。
　また、噴射部で生じる熱を、表面改質剤含有ガスや酸素含有ガスの加温に利用することができる。そのことにより、加温に要するエネルギーコストを低減できる。
　前記媒体ガスとしては、表面改質剤の蒸気を含有できるガスから適宜選択できる。媒体ガスとしては、例えば、空気（具体的には圧縮空気）が挙げられる。
　前記表面改質剤は、表面改質を行う対象物の表面を改質して、塗装、印刷、接着などの処理を行い易くする作用を有する化合物である。表面改質剤としては、各種有機金属化合物や、含酸素有機化合物を使用できる。表面改質剤としては、例えば、特開２０１０－２７５６０１号公報、特開２０１１－１７５０９号公報に記載されているものを適宜選択して用いることができる。具体例としては、Ａｌ（Ｏ－ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、（ＣＨ3）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ、Ａｓ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）3、Ｂ（Ｏ－ＣＨ3）3、Ｂ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）3、Ｂ（Ｏ－ｉＣ4Ｈ9）3、（ｎ－Ｃ4Ｈ9）2Ｂ（ＯＨ）、トリシクロヘキシルボロン［（Ｃ6Ｈ13）3Ｂ］、（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ、（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｄ、Ｃｒ（Ｃ2Ｈ5－Ｃ6Ｈ5）2、Ｇｅ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）4、Ｇｅ（Ｏ－ｎＣ3Ｈ7）4、Ｇｅ（Ｏ－ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、Ｈｆ（Ｏ－ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、Ｉｎ（Ｏ－ＣＨ3）3、エチルシクロペンタジエニル（１，５－シクロオクタジエン）イリジウム［Ｉｒ（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）（Ｃ8Ｈ12）］、Ｆｅ（ＣＯ）5、Ｎｉ（ＣＯ）4、Ｎｂ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）5、Ｎｂ（Ｏ－ｓｅｃＣ4Ｈ9）5、ＰＯ（Ｏ－ＣＨ3）3、ＰＯ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）3、ＰＯ（Ｏ－ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、Ｐ（Ｏ－ＣＨ3）3、Ｐ（Ｏ－ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、Ｐｂ（Ｏ－ｉＣ3Ｈ7）2、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム［Ｒｕ（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）2]、Ｓｂ（Ｏ－ｎＣ3Ｈ7）3、Ｔａ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）5、ジアセチルアセト－ジブトキシスズ［Ｓｎ（ＯＣ4Ｈ9）2（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2］、Ｔｉ（Ｏ－ｉＣ3Ｈ7）4、Ｔｉ（Ｏ－ｓｅｃＣ4Ｈ9）4、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4、ＶＯ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）3、Ｚｒ（Ｏ－ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、（ＣＨ3）6Ｓｉ2Ｏ等が挙げられる。 これらの表面改質剤のうち、ＰＯ（Ｏ－Ｃ2Ｈ5）3や（ＣＨ3）6Ｓｉ2Ｏ等が好ましい。
　また、表面改質剤としては、例えば、炭化水素系表面改質剤（例えば、炭素と水素と酸素とから成る炭化水素）を用いることができる。炭化水素系表面改質剤としては、例えば、以下の（Ａ）、（Ｂ）が挙げられる。
（Ａ）エーテル構造（－Ｏ－）を２個以上有している炭素を有する含酸素有機化合物。
（Ｂ）Ｃ＝Ｏ基（カルボキシル基を含む）が２個以上結合している炭素を有する含酸素有機化合物。
　前記（Ａ）の炭化水素系表面改質剤としては、例えば、（Ａ１）オルトエステル類、（Ａ２）環状ジエーテル類、（Ａ３）アセタール類が挙げられる。（Ａ１）オルトエステル類としては、例えば、構造式：ＲＣ（ＯＲ’）3で表されるものが好ましい。ここで、Ｒは水素又は炭素数１～６のアルキル基であり、Ｒ’は炭素数１～６のアルキル基である。（Ａ１）オルトエステル類の具体例としては、オルトプロピオン酸トリエチル（Triethylorthopropionate;CH3CH2C-(OCH2CH3)3）、オルト酢酸トリエチル（Triethyl orthoacetate;CH3C(OCH2CH3)3）、オルトギ酸トリエチル（Triethyl orthoformate;HC(OCH2CH3)3）、オルト酪酸トリエチル（Triethyl orthobutyrate;CH3CH2C(OCH2CH3)3）、オルト吉草酸トリエチル（Triethyl orthovalerate;H3CH2CH2CH2C(OCH2CH3)3）、オルトギ酸トリ－ｎ－ブチル（Tri-n-buthyl orthoformate;HC(OCH2CH2CH2CH3)3）、オルトギ酸トリイソプロピル（Triisopropyl orthoformate;HC-(OCH(CH3)2)3）等が挙げられる。
　前記（Ａ２）環状ジエーテル類としては、例えば、酸素１，３位置の５，６員環（２位置ケトン基のものを含む）が好ましい。この中で、１，３－ジオキソラン、２Ｃ位置の炭素数１～３アルキル基の水素置換体が好ましい。（Ａ２）環状ジエーテル類の具体例としては、３－メチル－１，３ジオキソラン（3-methyl-1,3-dioxolane;CH3CH(-OCH2CH2O-）、１，３ジオキサン（1,3-Dioxane;CH2(O-CH2CH2CH2O-)）、炭酸エチレン（Ethylene carbonate;-CH2CH2O-CO-O-）、炭酸プロピレン（Propylene carbonate;-CH2CHCH3O-CO-O-）等が挙げられる。
　前記（Ａ３）アセタール類としては、構造式：Ｒ1Ｒ2Ｃ（ＯＲ3）（ＯＲ4）で表されるものが好ましい。ここで、Ｒ1、Ｒ2は、それぞれ、水素又は炭素数１～４のアルキル基である。Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ、炭素数１～６のアルキル基である。（Ａ３）アセタール類の具体例としては、アセトアルデヒド＝ジエチルアセタール（ジエトキシエタン）（Acetaldehydo diethyl acetal;CH3CH-(OCH2CH3)2）、ジエトキシメタン（Diethoxy methane;CH2-(OCH2CH3)2）等が挙げられる。
　前記（Ｂ）の炭化水素系表面改質剤としては、例えば、（Ｂ１）ジケトン類、（Ｂ２）ジケト酸エステル、（Ｂ３）ジカルボン酸ジエステル類が好ましい。前記（Ｂ１）～（Ｂ３）は、それぞれ、総炭素数５～１０のものが好ましい。
　前記（Ｂ１）ジケトン類としては、例えば、アセチルアセトン（acetyl acetone;CH3COCH2COCH3）が好ましい。また、前記（Ｂ２）ジケト酸エステルとしては、例えば、アセト酢酸メチル（Methy acetoacetate;CH3COCH2COOCH3）が好ましい。また、前記（Ｂ３）ジカルボン酸ジエステル類としては、マロン酸ジメチル（Dimethyl malonate;CH2(COOCH3)2）が好ましい。
　表面改質剤には、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコールを添加してもよい。アルコールを添加することにより炎色を変えることができる。燃焼の良否判定を行い易いという点で、アルコールの添加量は、表面改質剤とアルコールの合計質量に対して０．０１～３０質量％であるのが好ましい。
　前記酸素含有ガスとしては、空気、酸素等が挙げられる。前記可燃性ガスとしては、例えば、水素ガス、硫化水素ガス、一酸化炭素、メタン、アセチレン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、イソブタン、ノルマルブタン、イソペンタン、ノルマルペンタン、ジエチルエ－テル、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン等の炭化水素ガス、及びジボラン等のホウ素化合物等を用いることができる。これらの可燃性ガスのうち、プロパンガスが好ましい。
　表面改質を行う対象物（被処理材）としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム等のゴム類、各種ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂等の高分子材料、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス、ニッケル、クロム、タングステン、金、銅、鉄、銀、亜鉛、スズ、鉛等の金属材料、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、石灰、ゼオライト、金、銀、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、鉛、半田、ガラス、セラミック等の材料等が挙げられる。表面改質を行う対象物は、一種の材料から構成されていてもよいし、二種以上の材料から構成されていてもよい。
　表面改質を行う対象物の形態は、例えば、板状、シート状、フィルム状、テープ状、短冊状、パネル状、紐状などの平面構造を有するものであってもよく、筒状、柱状、球状、ブロック状、チューブ状、パイプ状、凹凸状、膜状、繊維状、織物状、束状等の三次元構造を有するものであってもよく、これらに限定されない。
　また、表面改質を行う対象物の形態は、上記に例示した構造のものと、金属部品、セラミック部品、ガラス部品、紙部品、木部品等とを組み合わせた複合構造体であってもよい。
表面改質装置の全体構成を表す説明図である。 気化装置の構成を表す平面図である。
１・・・表面改質装置、３・・・気化装置、５・・・燃焼用圧縮空気供給部、７・・・混合器、９・・・バーナー、９ａ・・・噴射面、１１・・・加温装置、１３・・・外側容器、１５・・・第１の内側容器、１５ａ，１５ｂ・・・側面、１７・・・第２の内側容器、１５ｃ・・・底、１５ｄ・・・天井、１９・・・圧縮空気注入配管、２１・・・連結配管、２３・・・出口配管、２５・・・オイル、２７－１～２７－７・・・バリア板、２９・・・表面改質剤、３１・・・薬液槽、３３－１～３３－７・・・バリア板、３５・・・薬液タンク、３５ａ・・・空間部、３７・・・補給配管、３９・・・切替バルブ、４１・・・液面検出センサ、４３・・・配管、４５・・・空気配管、４５ａ・・・螺旋部、４７・・・空気加温槽、４７ａ・・・出口、４９・・・可燃性ガス注入配管、５０・・・収熱ブロアー、５１・・・第１の噴射部、５３・・・第２の噴射部
　本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　１．表面改質装置１の構成
　表面改質装置１の構成を図１、及び図２に基づいて説明する。図１は、表面改質装置１の全体構成を表す説明図である。図２は、後述する気化装置３の構成を表す平面図である。
　表面改質装置１は、気化装置３と、燃焼用圧縮空気供給部（酸素含有ガス供給部）５と、混合器（混合ガス生成部）７と、バーナー（噴射部）９と、加温装置１１とを備える。
　上記気化装置３は、外側容器１３、その中に収容された第１の内側容器１５、及び第２の内側容器１７を備える。第１の内側容器１５における一方の端には、外部から供給される圧縮空気（冷気Ｃ１）を取り入れる、圧縮空気注入配管（媒体ガス供給部）１９が接続している。また、第１の内側容器１５と第２の内側容器１７とは、連結配管２１により連通している。また、第２の内側容器１７には、外部から、出口配管２３が接続している。よって、圧縮空気注入配管１９から、順に、第１の内側容器１５、連結配管２１、第２の内側容器１７、及び出口配管２３を通るガスの流路が形成されている。なお、このガスの流路のうち、第１の内側容器１５の部分は、流路Ａに該当する。また、上述したガスの流路のうち、第２の内側容器１７の部分は、流路Ｂに該当する。
　第１の内側容器１５は、圧縮空気注入配管１９と連結配管２１以外では、密閉された容器である。また、第２の内側容器１７は、連結配管２１と出口配管２３以外では、密閉された容器である。第１の内側容器１５、及び第２の内側容器１７の材質は、金属、セラミック、プラスチック等から適宜選択できるが、熱伝導性が良いＣｕやＡｌが好適である。
　外側容器１３内には、オイル２５が満たされ、第１の内側容器１５、第２の内側容器１７、及び連結配管２１は、オイル２５の中に浸漬されている。気化装置３は、図示しない加熱装置によりオイル２５を加熱することができる。また、気化装置３は、図示しない温度検出部によりオイル２５の温度を検出し、その検出結果に応じて、上述した加熱装置の動作を調整できる。よって、気化装置３は、オイル２５の温度を一定の温度、又は一定の温度範囲に維持することができる。オイル２５は、その中に浸漬されている第１の内側容器１５、第２の内側容器１７、及び連結配管２１を加温する。なお、オイル２５、及びその温度を維持する上述した機構は、媒体ガス温度調整部、流路Ａ加熱／冷却部、及び流路Ｂ加熱／冷却部に該当する。
　第１の内側容器１５内には、複数のバリア板（仕切板）２７－１～２７－７が設けられている。バリア板２７－１～２７－７は、圧縮空気注入配管１９の側から、連結配管２１の方向へ、その番号の順番で並んでいる。バリア板２７－１、２７－３、２７－５、２７－７は、第１の内側容器１５における一方の側面１５ａに接しており、反対側の側面１５ｂとの間には、隙間を有している。また、バリア板２７－２、２７－４、２７－６は、側面１５ａとの間には隙間を有しており、側面１５ｂには接している。なお、バリア板２７－１～２７－７は、上下方向については、第１の内側容器１５の底１５ｃから、天井１５ｄまで達している。上述したバリア板２７－１～２７－７の配置により、第１の内側容器１５内に、図２の実線矢印で示すように、蛇行した（ジグザグの）ガスの流路（流路Ａ）が形成される。バリア板２７－１～２７－７の材質は、金属、セラミック、プラスチック等から適宜選択できるが、熱伝導性が良いＣｕやＡｌが好適である。
　第２の内側容器１７内の下部には、液状の表面改質剤２９を保持する薬液槽（表面改質剤保持部）３１が設置されている。薬液槽３１の上方は開放されており、保持された液状の表面改質剤２９は、第２の内側容器１７内のガスに接触する。また、第２の内側容器１７内のうち、薬液槽３１以外の部分（薬液槽３１よりも上方）には、複数のバリア板（仕切板）３３－１～３３－７が設けられている。バリア板３３－１～３３－７は、バリア板２７－１～２７－７と同様に配置され、その結果、第２の内側容器１７内に、図２の点線矢印で示すように、蛇行した（ジグザグの）流路（流路Ｂ）が形成される。
　また、気化装置３は、外側容器１３の外側に、液状の表面改質剤２９を収容した薬液タンク３５を備える。薬液タンク３５は、補給配管３７を介して、第２の内側容器１７内の薬液槽３１に接続している。補給配管３７は、切替バルブ３９により、開閉制御される。切替バルブ３９の開閉は、薬液槽３１における液状の表面改質剤２９の液面高さを検出する液面検出センサ４１の検出結果により制御される。すなわち、液面が低くなれば、切替バルブ３９は開となり、薬液タンク３５から薬液槽３１に液状の表面改質剤２９が補給される。また、液面が高くなれば、切替バルブ３９は閉となり、薬液タンク３５から薬液槽３１への補給は停止する。よって、薬液槽３１における液状の表面改質剤２９の液面高さは一定に維持される。薬液タンク３５内の空間部３５ａと第２の内側容器１７内とは、配管４３により連通している。そのことにより、薬液タンク３５内が負圧にならず、薬液タンク３５から薬液槽３１へスムーズに液状の表面改質剤２９を補給できる。
　また、配管４３の途中には、手動又は自動で開閉できるバルブ４４を備えている。バルブ４４が開の場合は、上記のように、薬液タンク３５内の空間部３５ａと第２の内側容器１７内とを連通することができる。一方、バルブ４４が閉の場合は、仮に、薬液タンク３５内の液面が高くなり、配管４３の口にまで達しても、表面改質剤２９が配管４３を通って第２の内側容器１７に流入してしまうことを抑制できる。
　上記燃焼用圧縮空気供給部５は、外部から取り入れた圧縮空気を、バーナー９に供給する空気配管４５を備える。空気配管４５は、螺旋状に巻かれた螺旋部４５ａを備えており、その螺旋部４５ａは、後述するように、加温装置１１により加温される。
　上記加温装置１１は、燃焼用圧縮空気供給部５の螺旋部４５ａを収容する空気加温槽４７と、バーナー９の熱で空気を熱し、その熱せられた空気（温気Ｈ１）を空気加温槽４７内に供給する収熱ブロアー５０とを備える。空気加温槽４７内に供給された、熱せられた空気は、空気加温槽４７内で螺旋部４５ａを加温し、空気加温槽４７の出口４７ａから排気Ｅ１として排出される。これにより、螺旋部４５ａに供給された圧縮空気（冷気Ｃ２）は、空気加温槽４７内に供給された温気Ｈ１によって加温される。また、加温装置１１は、図１では省略しているが、燃焼用圧縮空気供給部５の螺旋部４５ａを加温する方法と同様に、出口配管２３も、バーナー９の熱で加温している。
　上記混合器７は、気化装置３の出口配管２３と、空気配管４５と、外部から供給された可燃性ガス（プロパンガス）Ｇ１を取り入れる可燃性ガス注入配管（可燃性ガス供給部）４９とに接続している。混合器７は、気化装置３の出口配管２３から供給されたガス（表面改質剤を含む圧縮空気）（温気Ｈ２）と、空気配管４５から供給された空気（温気Ｈ３）と、可燃性ガス注入配管４９から供給された可燃性ガスＧ１とを、所定の割合で混合し、その混合ガスをバーナー９に送り出す。
　バーナー９は、噴射を行う面である噴射面９ａに、第１の噴射部５１と、第２の噴射部５３とを備えている。噴射面９ａは、円形の形状を有しており、第１の噴射部５１は、その円形の中心部に位置する。また、第２の噴射部５３は、噴射面９ａのうち、第１の噴射部５１の外周を包囲する円環状に設けられている。第１の噴射部５１には、混合器７で混合された混合ガスが供給される。第１の噴射部５１は、点火プラグによってその混合ガスに着火し、混合ガスを燃焼させて火炎を噴射する。また、第２の噴射部５３には、外部から、可燃性ガスＧ２と圧縮空気Ｐ１との２成分混合ガスが供給される。第２の噴射部５３は、点火プラグによってその２成分混合ガスに着火し、２成分混合ガスを燃焼させて火炎を噴射する。第１の噴射部５１から噴射される火炎（内炎）は、第２の噴射部５３から噴射される火炎（外炎）で包囲される。その結果、第１の噴射部５１から噴射される火炎は、外部の酸素に接触し難くなる。
　２．表面改質処理
　表面改質装置１を用いて実行する表面改質処理を説明する。予め、薬液槽３１に、液状の表面改質剤を、所定の液面高さとなるように供給しておく。また、オイル２５の温度を一定の温度に加温しておく。オイル２５の温度は、第１の内側容器１５の出口における圧縮空気の温度が、所定の温度Ｔ（例えば、２５℃、３０℃等）となるように設定する。なお、オイル２５の最適な設定温度は、オイル２５の温度を数種類変えながら、第１の内側容器１５の出口における圧縮空気の温度を測定する実験を行うことで容易に決めることができる。
　浄化・除湿した圧縮空気を、気化装置３の圧縮空気注入配管１９に注入する。圧縮空気は、圧縮空気注入配管１９から、順に、第１の内側容器１５、連結配管２１、第２の内側容器１７、及び出口配管２３を通る。圧縮空気は、第１の内側容器１５において、オイル２５によって加温され、圧縮空気の温度は、第１の内側容器１５の出口では、所定の温度Ｔに調整される。なお、第１の内側容器１５内における圧縮空気の流路は、バリア板２７－１～２７－７によって蛇行し、長くなっているので、第１の内側容器１５の出口までに、圧縮空気の温度を所定の温度Ｔに到達させることができる。なお、圧縮空気の温度は、出口配管２３まで、所定の温度に維持される。
　圧縮空気は、第２の内側容器１７において、薬液槽３１に保持された液状の表面改質剤と接触し、表面改質剤の蒸気を、所定の温度Ｔにおける飽和蒸気量だけ含むようになる。第２の内側容器１７内における圧縮空気の流路は、バリア板３３－１～３３－７によって蛇行し、長くなっている。また、第２の内側容器１７内における圧縮空気の流路は、蛇行することで乱流が発生するので、第２の内側容器１７を出るまでに、圧縮空気に含まれる表面改質剤の蒸気量は、所定の温度Ｔにおける飽和蒸気量に達する。第２の内側容器１７内においても、圧縮空気の温度は、オイル２５により、所定の温度Ｔに維持される。また、薬液槽３１に保持された液状の表面改質剤も、オイル２５により加温され、気化し易くなっている。
　表面改質剤の蒸気を含んだ圧縮空気は、出口配管２３により、混合器７に送られる。なお、出口配管２３は、上述したように、バーナー９の熱で加温されており、出口配管２３を通る圧縮空気の温度は所定の温度Ｔ以上に維持される。すなわち、出口配管２３を通る圧縮空気は温気Ｈ２となっている。
　一方、混合器７には、燃焼用圧縮空気供給部５の空気配管４５から空気が供給されるとともに、可燃性ガス注入配管４９から可燃性ガスが供給される。空気配管４５は、上述したように、加温装置１１により加温されており、空気配管４５から供給される空気の温度は、所定の温度Ｔ以上となっている。出口配管２３から供給された、表面改質剤の蒸気を含んだ圧縮空気と、可燃性ガス注入配管４９から供給された可燃性ガスＧ１と、空気配管４５から供給された空気とは、混合器７で混合され、その混合ガスがバーナー９の第１の噴射部５１に供給される。また、バーナー９の第２の噴射部５３には、外部から、可燃性ガスＧ２と圧縮空気Ｐ１との２成分混合ガスが供給される。バーナー９は、第１の噴射部５１において、供給された混合ガスを燃焼し、その燃焼によって生じる火炎を、表面改質対象物（被処理材１００）の表面に噴射する。また、バーナー９は、第２の噴射部５３において、可燃性ガスＧ２と圧縮空気Ｐ１との２成分混合ガスを燃焼し、第１の噴射部５１からの火炎を外側から包囲するように、火炎を噴射する。
　３．表面改質装置１及び気化装置３が奏する効果
（１）表面改質装置１の気化装置３は、圧縮空気の温度を所定の温度Ｔに調整しておき、その圧縮空気中に、表面改質剤の蒸気を、所定の温度Ｔにおける飽和蒸気量だけ含ませる。そのため、気候条件等の条件が変化しても、気化装置３は、表面改質剤の蒸気を常に一定の量だけ含んだ圧縮空気を生成することができる。そのことにより、バーナー９で燃焼させる混合ガスにおける表面改質剤含有量を、常に一定に維持することができる。その結果、表面改質処理後における表面改質対象物の表面状態（親水性）を常に安定させることができる。
（２）表面改質装置１は、加温装置１１により、出口配管２３を加温する。そのことにより、出口配管２３内の圧縮空気の温度が低下しないので、出口配管２３内で表面改質剤の蒸気が結露してしまうことを抑制できる。
　また、表面改質装置１は、加温装置１１により、燃焼用圧縮空気供給部５を加温する。そのことにより、混合器７に冷たい圧縮空気が流入しなくなるので、混合器７で生じる混合ガスの温度低下を抑えることができる。その結果、混合ガスにおいて表面改質剤の蒸気が結露してしまうことを抑えることができる。
（３）表面改質装置１は、バーナー９で生じる熱を、出口配管２３や燃焼用圧縮空気供給部５の加温に利用する。そのことにより、加温に要するエネルギーコストを低減できる。
　尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
　例えば、気化装置３において、第１の内側容器１５、第２の内側容器１７、及び連結配管２１を加温する手段は、オイル２５には限定されず、公知の加温手段（例えば、ホットプレートや浴湯を用いる加温手段等）を適宜用いることができる。
　また、第１の内側容器１５、及び第２の内側容器１７におけるバリア板の配置は、前記実施形態における配置には限定されず、種々の配置を適用することができる。例えば、バリア板は、互いに平行に配置するのではなく、稲妻型（Ｖ字型）に配置してもよい。また、バリア板の形状も、前記実施形態のものには限定されず、適宜設定できる。
　また、オイル２５の加熱に、バーナー９で生じる熱を利用してもよい。
　また、第１の内側容器１５と第２の内側容器１７は、一つの容器にまとめてもよい。
　また、気化装置３は、直列に接続された３以上の内側容器を備えていてもよい。その３以上の内側容器のうち、一部を、圧縮空気の温度調整に用い、残りを、圧縮空気と表面改質剤の蒸気との混合に用いることができる。

Claims (6)

  1. 　媒体ガスを供給する媒体ガス供給部と、
    　前記媒体ガスの温度を所定の温度に調整する媒体ガス温度調整部と、
    　前記所定の温度となった前記媒体ガスと液状の表面改質剤とを接触させ、前記媒体ガス中に、前記表面改質剤の蒸気を、前記所定の温度における飽和蒸気量だけ含む表面改質剤含有ガスを生成する表面改質剤含有ガス生成部と、
    　を備えることを特徴とする液状表面改質剤の気化装置。
  2. 　前記媒体ガス温度調整部は、
    　前記媒体ガスの流路Ａと、
    　前記流路Ａを加熱又は冷却する流路Ａ加熱／冷却部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１記載の液状表面改質剤の気化装置。
  3. [規則91に基づく訂正 26.07.2012]　
    　前記表面改質剤含有ガス生成部は、
    　前記媒体ガスの流路Ｂと、
    　前記流路Ｂの内部において、液状の前記表面改質剤を保持する表面改質剤保持部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の液状表面改質剤の気化装置。
  4. 　前記流路Ｂを流れる前記媒体ガスの温度が、前記所定の温度に維持されるように、前記流路Ｂを加熱又は冷却する流路Ｂ加熱／冷却部を備えることを特徴とする請求項３記載の液状表面改質剤の気化装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載された液状表面改質剤の気化装置と、
    　酸素を含む酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
    　可燃性ガスを供給する可燃性ガス供給部と、
    　前記気化装置で生成した前記表面改質剤含有ガス、前記酸素含有ガス、及び前記可燃性ガスを含む混合ガスを生成する混合ガス生成部と、
    　前記混合ガスを燃焼させた火炎を噴射する噴射部と、
    　を備えることを特徴とする表面改質装置。
  6. 　前記噴射部で生成する熱を用いて、前記表面改質剤含有ガス、及び／又は前記酸素含有ガスを加温する加温部を備えることを特徴とする請求項５記載の表面改質装置。
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