JP5339319B2

JP5339319B2 - Heat treatment apparatus and heat treatment method

Info

Publication number: JP5339319B2
Application number: JP2006097673A
Authority: JP
Inventors: 正裕古谷; 守泰常磐井; 伸幸田中
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP2007271167A

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。 The present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for heat-treating a surface of a substrate made of a metal or an alloy.

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）。 The present applicant heat-treats the surface of a substrate having at least a surface layer made of titanium, a titanium alloy, a titanium alloy oxide, or titanium oxide at a high temperature using, for example, a combustion flame of a gas mainly containing hydrocarbons. It is possible to manufacture a multifunctional material having a carbon-doped titanium oxide layer that has excellent durability (high hardness, scratch resistance, abrasion resistance, chemical resistance, heat resistance) and functions as a visible light responsive photocatalyst. (See Patent Document 1).

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。 However, since the surface of the substrate must be directly heated with a combustion flame such as acetylene, there is a problem that the mass productivity is poor. In addition, it has been known that the same treatment can be performed by heating at high temperature in a combustion gas atmosphere, but no specific treatment method has been proposed.

ＷＯ２００５／０５６８６６WO 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。 In view of the above-described circumstances, the present invention provides a heat treatment apparatus and a heat treatment method for efficiently performing heat treatment for forming an oxide layer by heat-treating a substrate whose surface is made of a metal or an alloy with good productivity. This is the issue.

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、この燃焼室と隔離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、前記燃焼室と前記処理室とを連通する連結管からなる連通部と、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、前記処理室内に不活性ガスを導入して前記燃焼ガスの反応性を調整する不活性ガス導入手段とを具備し、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且つ当該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制御手段を具備することを特徴とする加熱処理装置にある。 A first aspect of the present invention that solves the above-described problems is a heat treatment apparatus that heat-treats a substrate having a surface made of a metal or an alloy, and at least a fuel gas is introduced and a gas burner that ejects combustion gas from the tip, A fuel gas introduction means for introducing fuel gas into the gas burner, a combustion chamber having an introduction port for introducing a combustion flame released from the gas burner, a chamber provided separately from the combustion chamber and mounting the substrate A processing chamber for heat treatment, a communication portion comprising a connecting pipe communicating the combustion chamber and the processing chamber, and a combustion gas ejected from the gas burner is introduced from the communication portion to make the combustion gas uniform in the processing chamber. comprising a processing atmosphere forming means for forming a an atmosphere, and an inert gas introducing means for adjusting the reactivity of the combustion gases with an inert gas inlet guide into the processing chamber, the processing Kiri囲Forming means, and characterized by comprising control means for controlling the flow of combustion gas introduced from the communication portion to control and opening and closing of the gas outlet comprises a gas discharge port provided in said processing chamber It is in the heat treatment apparatus.

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。また、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。さらに、不活性ガス導入手段を介しての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。 In such a first aspect, the combustion flame from the gas burner is introduced into the combustion chamber and the combustion gas is introduced from the combustion chamber into the processing chamber to form a uniform atmosphere of the combustion gas, thereby being placed in the processing chamber. The surface of the substrate can be heat-treated, and can be processed efficiently and with good productivity. Further, the combustion gas introduced from the communication portion flows toward the gas discharge port, and forms a uniform combustion gas atmosphere in the processing chamber. Furthermore, the reactivity of the combustion gas can be controlled by introducing the inert gas through the inert gas introducing means.

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。 According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect, the processing atmosphere forming means includes an air flow control device provided in the processing chamber, and is a combustion gas introduced from the communication portion It is in the heat processing apparatus characterized by controlling the flow of water.

かかる第２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。 In the second aspect, the flow of the combustion gas from the communication portion is controlled via the airflow control device, and a uniform atmosphere of the combustion gas is formed in the processing chamber.

本発明の第３の態様は、第２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。 According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the second aspect, the air flow control device is at least one of a flow control plate and a fan provided in the processing chamber. In the processing unit.

かかる第３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。 In the third aspect, the flow of the combustion gas introduced from the communication portion is controlled by at least one of the flow control plate and the fan, and a uniform atmosphere of the combustion gas is formed in the processing chamber.

本発明の第４の態様は、第１〜３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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to third aspects, the processing atmosphere forming unit is provided in a housing that forms a wall of the processing chamber and the processing chamber. And a rotational movement device that rotationally drives at least one of the mounting tables on which the substrate is mounted.

かかる第４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。 In the fourth aspect, at least one of the casing and the mounting table is rotationally driven, and the atmosphere of the combustion gas around the base placed on the mounting table is made uniform.

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。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fourth aspects, an auxiliary heater is provided on the inner wall of the processing chamber to make the temperature distribution in the processing chamber uniform. It is in the heat processing apparatus characterized by the above-mentioned.

かかる第５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。 In the fifth aspect, the temperature distribution in the processing chamber is further uniformized by the auxiliary heater.

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。 According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the processing chamber includes an introduction port for introducing the substrate and a discharge port for discharging the substrate. The heat treatment apparatus is characterized by comprising conveying means for conveying the substrate so as to pass through the treatment chamber through a discharge port.

かかる第６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。 In the sixth aspect, the substrate is transported by the transport means and passes through the processing chamber, so that the heat treatment is continuously performed.

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、前記処理室は大気圧又は前記燃焼ガスの導入により加圧状態にあることを特徴とする加熱処理装置にある。 A seventh aspect of the invention, said the first to the heat treatment apparatus according to any one of aspects 6, the processing chamber is in by Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or the combustion gas It is in the heat treatment apparatus.

かかる第７の態様は、処理室が大気圧又は燃焼ガスの導入により加圧状態で基体の加熱処理を行うことができる。 According the seventh aspect may be the processing chamber to perform heat treatment of the substrate with due Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or combustion gases.

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。 An eighth aspect of the present invention is the heat treatment apparatus according to any one of the first to seventh aspects, further comprising combustion gas heating means for heating the combustion gas in the middle of the connecting pipe or in the processing chamber. The heat treatment apparatus is characterized.

かかる第８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。 In the eighth aspect, the combustion gas introduced into the combustion chamber is heated by the combustion gas heat treatment means when being introduced into the processing chamber via the communicating portion which is a communication pipe or in the processing chamber.

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。 A ninth aspect of the present invention is the heat treatment apparatus according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a cooling device that cools the combustion gas in the middle of the connecting pipe. It is in.

かかる第９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。 In the ninth aspect, the combustion gas introduced into the combustion chamber is cooled by the cooling device while being introduced into the processing chamber via the communication portion which is a communication pipe, and then heated by the combustion gas heating processing means. .

本発明の第１０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、少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスである燃料ガスが少なくとも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、この燃焼室と隔離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、前記燃焼室と前記処理室とを連通する連結管からなる連通部と、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、前記処理室内に不活性ガスを導入して前記燃焼ガスの反応性を調整する不活性ガス導入手段とを具備し、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、前記基体の表面に炭素ドープ酸化物層である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。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment method for heat-treating a substrate having a surface made of a metal or an alloy, wherein at least a fuel gas that is a gas containing a compound containing at least carbon is introduced and a combustion gas is introduced from the tip. A gas burner for injecting fuel, a fuel gas introduction means for introducing fuel gas into the gas burner, a combustion chamber having an introduction port for introducing a combustion flame released from the gas burner, and provided separately from the combustion chamber and the A treatment chamber in which a substrate is placed and heat-treated; a communication portion comprising a connecting pipe that connects the combustion chamber and the treatment chamber; and a combustion gas ejected from the gas burner is introduced from the communication portion to perform the treatment. a treatment atmosphere forming means for forming a uniform atmosphere in the combustion gases to the chamber, the inert gas guide for adjusting the reactivity of the combustion gases with an inert gas inlet guide into the processing chamber And the processing atmosphere forming means includes a gas discharge port provided in the processing chamber, and controls the flow of the combustion gas introduced from the communication portion by controlling the opening and closing of the gas discharge port. The processing apparatus is used to place the substrate in the processing chamber, and the combustion gas ejected from the gas burner is introduced into the processing chamber through the communication portion, and the combustion chamber has a uniform atmosphere in the processing chamber In this heat treatment method, an oxide layer which is a carbon-doped oxide layer is formed on the surface of the substrate by forming and heat-treating.

かかる第１０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、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である酸化物層を形成することができる。また、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。 In the tenth aspect, the combustion gas obtained by introducing the combustion flame from the gas burner into the combustion chamber, introducing the combustion gas from the combustion chamber into the processing chamber, and combusting the fuel gas composed of a gas containing at least a compound containing carbon. By forming a uniform atmosphere and heat-treating the surface of the substrate placed in the treatment chamber, an oxide layer that is a carbon-doped oxide layer is formed on the surface of the substrate efficiently and with good productivity. be able to. Further, the heat treatment can be performed while controlling the reactivity of the combustion gas by introducing an inert gas.

本発明の第１１の態様は、第１０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。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the tenth aspect, the fuel gas introduced into the gas burner is a gas containing hydrocarbon as a main component. is there.

かかる第１１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。 In the eleventh aspect, the surface of the substrate is heat-treated in an atmosphere of combustion gas obtained by burning a fuel gas containing hydrocarbon as a main component.

本発明の第１２の態様は、第１１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。 A twelfth aspect of the present invention is the heat treatment method according to the eleventh aspect, wherein the hydrocarbon-based gas contains 30% by volume or more of an unsaturated hydrocarbon. It is in.

かかる第１２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。 In the twelfth aspect, the surface of the substrate is heat-treated in an atmosphere of combustion gas obtained by burning a fuel gas containing 30% by volume or more of unsaturated hydrocarbon.

本発明の第１３の態様は、第１１又は１２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。 A thirteenth aspect of the present invention is the heat treatment method according to the eleventh or twelfth aspect, wherein the hydrocarbon-based gas contains 50% by volume or more of acetylene. is there.

かかる第１３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。 In the thirteenth aspect, the surface of the substrate is heat-treated in an atmosphere of combustion gas containing 50% by volume or more of acetylene.

本発明の第１４の態様は、第１０〜１３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。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to any one of the tenth to thirteenth aspects, the carbon of the oxide layer is doped in a state of being bonded to a metal constituting the oxide layer. It is in the heat processing method characterized by having.

かかる第１４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。 In the fourteenth aspect, the carbon-doped oxide layer doped with carbon in a state of being bonded to the metal constituting the oxide layer can be efficiently formed with good productivity.

本発明の第１５の態様は、第１０〜１４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。 A fifteenth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the 10-14 or aspects, that the processing chamber is subjected to heat treatment in due Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or the combustion gas In the heat treatment method.

かかる第１５の態様は、処理室が大気圧又は燃焼ガスの導入により加圧状態で基体の加熱処理を行うことができる。
Such fifteenth aspect may be the processing chamber to perform heat treatment of the substrate with due Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or combustion gases.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat processing apparatus and the heat processing method which perform efficiently the heat processing which heat-processes the base | substrate which consists of a metal or an alloy and forms an oxide layer, and favorable productivity can be provided.

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.

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。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heat treatment apparatus according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the heat treatment apparatus includes a box-shaped lower casing 10 and an upper casing 11 that define a combustion chamber 1 and a processing chamber 2. The lower housing 10 and the upper housing 11 are formed of a heat-resistant and heat-insulating material such as brick and ceramic, for example, and the lower housing 10 and the upper housing 11 are divided into upper and lower portions by a partition wall 12 and the lower housing Reference numeral 10 denotes the combustion chamber 1, and the upper housing 11 serves as the processing chamber 2, and both communicate with each other via a through-hole 13 that is a communication portion formed in the partition wall 12. A mounting table 14 on which the substrate 3 is mounted is provided in the processing chamber 2, and a heater 15 is provided on the inner wall of the processing chamber 2.

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。 The gas burner 20 is provided in a state in which a tip end portion is inserted into the combustion chamber 1 through an introduction port 21 provided in the lower housing 10. A fuel tank 23 is connected to the gas burner 20 via a valve 22 as fuel gas introduction means. The gas burner 20 is mixed with a fuel gas and a gas containing oxygen, for example, air at a predetermined mixing ratio. It can be introduced.

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。 On the other hand, the upper part of the upper housing 11 is opened and closed by a lid 16 so as to be opened and closed. The lid 16 is provided with a plurality of gas discharge ports 17 for discharging gas. The gas discharge port 17 includes an adjustment lid 17a so that the gas discharge amount can be adjusted.

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。 Therefore, when the combustion gas is ejected together with the combustion flame from the gas burner 20, the combustion gas in the combustion chamber 1 flows into the processing chamber 2 through the through-hole 13, and the combustion gas flowing into the processing chamber 2 By independently controlling the opening and closing of each of the gas discharge ports 17, the atmosphere of the combustion gas in the processing chamber 2 can be made uniform. In this case, since the combustion gas fills the processing chamber 2 in a heated state, the temperature in the processing chamber 2 is also uniformed, and it is not necessary to heat in particular. If this is likely to occur, the temperature distribution may be made uniform by heating through the heater 15 as an auxiliary.

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。 Next, a heat treatment method using such a heat treatment apparatus will be described.

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。 By placing the base 3 made of metal or alloy on the mounting table 14 and introducing a mixed gas of fuel gas and air into the gas burner 20 and burning it, the combustion gas filled in the combustion chamber 1 passes through the through-hole. 13 is introduced into the processing chamber 2. At this time, the adjustment lid 17a is adjusted to control the gas discharge from the gas discharge port 17 so that the atmosphere of the combustion gas in the processing chamber 2 is uniform. As a result, the heated combustion gas is uniformly filled in the processing chamber 2, the surface of the base 3 placed on the mounting table 14 is processed, and an oxide layer is formed.

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。 Although the mounting table 14 has two stages for simplification, it is possible to process a large number of substrates 3 at the same time by using more stages.

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。 Here, as the base 3, for example, a fuel gas introduced into the gas burner 20 using a member made of titanium or a titanium alloy or a member made of a metal other than titanium or a member made of ceramics provided with a titanium layer or a titanium alloy layer. As described above, a carbon-doped titanium oxide layer can be formed by using a gas containing a compound containing at least carbon. Such a carbon-doped titanium oxide layer is doped with carbon in a Ti-C bond state, and is excellent in durability (high hardness, scratch resistance, abrasion resistance, chemical resistance, heat resistance) and visible. It functions as a photoresponsive photocatalyst.

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。 In order to form such a carbon-doped titanium oxide layer relatively easily, a gas containing a hydrocarbon as a main component, preferably a gas containing 30% by volume or more of an unsaturated hydrocarbon, as a fuel gas, More preferably, a gas containing 50% by volume or more of acetylene is used.

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。 Moreover, when using such a combustion gas, it is preferable to make it a reduced state combustion gas, and it is preferable to set the mixing ratio of the combustion gas and the oxygen-containing gas to an excessive fuel gas state.

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。 In the heat treatment apparatus described above, the fuel gas and air are mixed and introduced into the gas burner 20 at a predetermined ratio, but the fuel gas and air are introduced into the gas burner 20 in a controllable manner. Also good. Alternatively, the introduction port 21 into which the gas burner 20 is inserted may be made larger than the outer diameter of the gas burner 20 so that only the fuel gas is introduced into the gas burner 20 and the air may be introduced through the introduction port 21. Further, in the apparatus described above, the tip of the gas burner 20 is used in a state inserted into the combustion chamber 1, but the tip of the gas burner 20 is present in the vicinity of the insertion port or outside the insertion port and is ejected from the tip of the gas burner 20. The combustion gas to be produced may be introduced into the combustion chamber 1.

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。 Further, in order to obtain a reduced combustion gas, carbon monoxide may be introduced together with or in the fuel gas instead of adjusting the air-fuel ratio so that unburned fuel gas is generated.

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。 The thickness of the oxide layer by such heat treatment varies depending on the heat treatment time, the heat treatment temperature, the properties of the combustion gas, and the like. In addition, when a high temperature treatment is to be performed, the reaction rate is too fast and the thickness of the oxide layer to be formed may be difficult to control. However, an inert gas is separately introduced to reduce the reaction rate. Thus, control can be facilitated. As the inert gas, nitrogen, argon, helium, or the like can be used, and carbon dioxide can be used. Here, nitrogen can be introduced at low cost by using a nitrogen generator, and since argon is a gas having a large specific gravity, it is useful for lowering the reaction rate at the bottom, and helium gas has good heat conduction, so There is an advantage that it takes a short time to reach the furnace temperature immediately after the introduction. In addition, carbon dioxide has an advantage that it can be obtained at a low cost.

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。 Further, in the heat treatment apparatus described above, a gas discharge port 17 is provided as a processing atmosphere forming means in the processing chamber 2, and combustion introduced from the through-hole 13 by controlling the opening and closing of the gas discharge port 17 by the adjustment lid 17 a. Although the gas flow is controlled, the gas discharge port 17 is not necessarily provided. For example, the gas is escaped from the gap between the upper housing 11 and the lid body 16 to control the flow of the combustion gas. Also good.

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。 Furthermore, in addition to or instead of such control, an air flow control device such as a flow control plate or a fan may be provided in the processing chamber 2 as the processing atmosphere forming means. The flow control plate controls the flow of combustion gas introduced into the processing chamber 2 from the through-hole 13, and is, for example, a fin-like member, and controls the flow of fuel gas to control the gas in the processing chamber 2. It makes the atmosphere uniform. In addition, the fan forms a flow in the combustion gas in the processing chamber 2 to make the atmosphere of the combustion gas uniform. For example, as shown in FIG. 2, a fan 18 is provided in the upper part of the processing chamber 2 and the combustion gas staying in the upper part is moved to form a uniform atmosphere. In addition, since the position, size, and number of the through-holes 13 are one of the important elements for forming a uniform atmosphere, the positions and sizes of the gas discharge ports 17, the arrangement of the flow control plate, etc. It is important to design and provide the arrangement and size in consideration of the relationship.

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。 Moreover, since the uniform atmosphere is the atmosphere of the base 3 placed on the mounting table 14, a uniform atmosphere may be formed by rotating the mounting table 14 about the vertical axis. . Furthermore, the combustion gas in the processing chamber 2 can also be agitated and a uniform atmosphere can be formed by rotationally driving the upper casing 11 having a rectangular horizontal section defining the processing chamber 2 about the vertical axis. At this time, the mounting table 14 may be rotationally driven at the same time.

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。 In the heat treatment apparatus described above, the combustion chamber 1 is provided adjacent to the treatment chamber 2 and the combustion gas is directly introduced into the treatment chamber 2 through the through-hole 13 provided in the partition wall 12. The temperature can be controlled by the combustion temperature in the gas burner 20, and may be supplementarily controlled by the heater 15 as necessary. Of course, the heat treatment temperature may be controlled by heating the combustion gas with the heater 15 in the processing chamber 2 while keeping the combustion temperature low.

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。 In addition, when providing the combustion chamber 1 and the processing chamber 2 adjacently in this way, the combustion chamber 1 may be arrange | positioned at the upper part, and both may be arranged side by side.

また、燃焼室１と処理室２とを別体としてもよい。 Further, the combustion chamber 1 and the processing chamber 2 may be separated.

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。 In FIG. 3, the heat processing apparatus which concerns on embodiment which made both separate is shown. As shown in the figure, the combustion chamber 1A is constituted by a casing 10A, and the processing chamber 2A is defined by a casing 11A and a lid body 16A, which communicate with each other via a communication pipe 31 serving as a communication portion. In the middle of the communication pipe 31, a cooling device 32 is provided.

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。 In such a heat treatment apparatus, the combustion gas ejected into the combustion chamber 1 </ b> A by the gas burner 20 is once cooled by the cooling device 32 through the communication pipe 31, then introduced into the treatment chamber 2 </ b> A and heated by the heater 15. Then, the substrate 3 on the mounting table 14 is subjected to a heat treatment. In such a heat treatment apparatus, after combustion gas is generated, it is supplied into the processing chamber 2A while being temporarily held in the cooling device 32, so that the supply amount can be easily controlled, and temperature control is performed. There is an advantage that it is easy to perform. Note that a heating device may be provided between the cooling device 32 of the communication pipe 31 and the processing chamber 2A to control the temperature of the combustion gas introduced into the processing chamber 2A, or a temperature control device instead of the cooling device 32. A combustion gas whose temperature is controlled may be supplied to the processing chamber 2A.

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。 As described above, the heat treatment apparatus of the present invention may be slightly pressurized due to the introduction of the combustion gas into the treatment chambers 2 and 2A, but basically performs the heat treatment in an atmospheric pressure environment. Therefore, heat treatment can be easily performed. In the heat treatment apparatus of the above-described embodiment, the upper portions of the casings 11 and 11A constituting the processing chambers 2 and 2A are opened, and the base body 3 is introduced and discharged by opening the lids 16 and 16A. Therefore, the heat treatment can be performed efficiently and with good productivity.

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。 Moreover, although the heat processing by the heat processing apparatus mentioned above turns into batch processing, the heat processing apparatus which can perform continuous heat processing is also realizable.

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。 In FIG. 4, schematic structure of the heat processing apparatus which concerns on other embodiment is shown. As shown in the figure, the inside of the housing 11B provided separately from the housing 10B constituting the combustion chamber 1B is the processing chamber 2B, and the conveying means 40 is disposed below the processing chamber 2B. . Specifically, a movable shutter 19 that opens and closes in a vertical direction is provided on the left and right of the housing 11B in the drawing, and a conveyance belt 41 of the conveyance means 40 is disposed below the movable shutter 19. The conveyor belt 41 is driven by a pair of rolls 42 provided on both sides of the housing 10B. Therefore, the base 3 placed on the transport belt 41 stays in the processing chamber 2B for a predetermined time while being transported from the left to the right in the figure, for example, and thus continuous heat treatment is possible. It becomes.

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。 Note that means for performing such continuous processing is not particularly limited, and various conventionally known means can be employed.

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。 In FIG. 5, the schematic sectional drawing of the heat processing apparatus which concerns on other embodiment is shown. In this embodiment, instead of the conveyor belt 41, a carry-in / carry-in table 50 that carries in and out by reciprocating movement is provided, and a movable shutter 19A is provided on one side of a casing 11C that defines the processing chamber 2C. It is. The carry-in / carry-in table 50 is for carrying the substrate 3 on the substrate 3 and loading / unloading the substrate 3, and a plurality of the substrates may be provided around the housing 11C. Further, instead of the carry-in / carry-in table 50, a means for carrying out and carrying in only the base 3 may be provided.

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。 Furthermore, the heat treatment apparatus of the present invention may be provided with a pretreatment chamber and a posttreatment chamber before and after the treatment chamber.

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。 FIG. 6 illustrates an example of a heat treatment apparatus including a pretreatment chamber and a posttreatment chamber. As shown in FIG. 6, this heat treatment apparatus has a housing 60 that defines a pretreatment chamber 6 on the upstream side in the transport direction of the treatment chamber 2D housing 11D, and a posttreatment on the downstream side. A housing 70 that defines the chamber 7 is provided. The housing 11D and the housing 60 and the housing 70 are communicated with each other by movable shutters 19B and 19C, respectively. A movable shutter 61 is provided on the entrance side of the pretreatment chamber 6 of the housing 60, and a movable shutter 71 is provided on the exit side of the posttreatment chamber 7 of the housing 70. Further, a conveying belt 41A of the conveying means 40A is disposed so as to penetrate the movable shutter 71 from the movable shutter 61, and the conveying belt 41A is driven by a pair of rolls 42A provided outside the casings 60 and 70. It is like that. Therefore, the substrate 3 placed on the transport belt 41A stays in the pretreatment chamber 6, the treatment chamber 2D, and the posttreatment chamber 7 for a predetermined time while being transported from left to right in the drawing, for example. Thus, continuous heat treatment including pre-treatment and post-treatment becomes possible.

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。 The functions of the pretreatment chamber 6 and the posttreatment chamber 7 vary depending on the purpose of use.

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。 The pretreatment chamber 6 is basically a preheating treatment, and is preferably used for heat treatment for the purpose of removing distortion of the substrate 3 under conditions that do not oxidize. In this case, a heater is provided. That's fine. The post-treatment chamber 7 is used for the purpose of slow cooling or the purpose of aging treatment. In the case of the gradual cooling treatment, any heating means or heating and cooling means for holding at a predetermined temperature may be used. In addition, when performing an aging treatment, it is only necessary to have a rapid cooling means such as gas cooling, and then a heating means for heating to a predetermined temperature. In this case, a post-treatment chamber for rapid cooling and a subsequent heating The processing chamber may be a separate chamber.

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。 FIG. 7 shows an example of a heat treatment apparatus according to another embodiment. This embodiment has a structure in which a movable shutter is omitted as a conveying means instead of a belt conveyor, and the movable shutter is omitted, and the combustion chamber is disposed adjacent to the upper side of the processing chamber. Is.

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。 As shown in FIG. 7, the casing 10C constituting the combustion chamber 1C is provided adjacent to the upper side of the casing 11E serving as the processing chamber 2E, and a plurality of through-holes 13A serving as communication portions are provided in both partition walls 12A. Is provided. A plurality of gas discharge ports 17A for controlling the flow of the combustion gas flowing into the processing chamber 2E and making the atmosphere of the combustion gas in the processing chamber 2E uniform is provided at the lower portion of the housing 11E.

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。 On the other hand, a conveying means 40B is disposed below the processing chamber 2E. Specifically, left and right in the figure are supported movably in the vertical direction, and a conveyor 43 that opens and closes the lower opening of the housing 11E is provided. That is, the mounting table 14 for mounting the substrate 3 is provided on the conveyor 43, and the substrate 3 can be moved in the vertical and horizontal directions in the figure while the substrate 3 is mounted on the mounting table 14, and the casing 11E. The lower opening is opened and closed, and the substrate 3 is carried into and out of the processing chamber 2E. Since the inside of the housing 11E is slightly positive pressure slightly higher than the atmospheric pressure, the sealing structure between the housing 11E and the conveyor 43 may be simple. Further, the housing 11E itself may be freely movable in the vertical direction so that it can be opened, or the upper wall of the housing 11E may be a separate body and movable together with the housing 10C. Furthermore, instead of making the conveyor 43 movable, the housing 11E may be movable together with the housing 10C.

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。 In such a heat treatment apparatus, the substrate 3 can be easily carried in and out, and particularly when a large amount of the substrate 3 is processed, there is an advantage that the carrying in and out can be simplified.

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。 Further, the combustion chamber 1C is disposed above the processing chamber 2E, the combustion gas having a high temperature is introduced into the lower processing chamber 2E, and the gas discharge port 17A is provided at the lower portion of the processing chamber 2E. There is an advantage that it is easy to maintain the temperature distribution over the direction and the uniformity of the atmosphere of the combustion gas.

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。 Heat treatment was performed using the heat treatment apparatus described in FIG.

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。 Acetylene and air were introduced into the gas burner 20 to form a combustion flame, and the combustion gas in the combustion chamber 1 was introduced into the processing chamber 2 through the through-hole 13. On the mounting table 14, a case formed of a titanium plate having a thickness of 0.3 mm was placed and the surface thereof was treated. The housing having a carbon-doped titanium oxide layer as a surface layer was formed by controlling the gas burner 20 so that the temperature in the processing chamber 2 was about 900 ° C. and performing heat treatment.

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。 The heat treatment apparatus and heat treatment method of the present invention can be employed in various fields and applications in which an oxide layer is formed by heat-treating a substrate having a surface made of metal or an alloy, for example, durability (high hardness, Heat treatment for obtaining scratch resistance, abrasion resistance, chemical resistance, and heat resistance) can be performed efficiently and with good productivity.

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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of one Embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the heat processing apparatus of other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B Combustion chamber 2, 2A, 2B Processing chamber 3 Base | substrate 10 Lower housing | casing 11 Upper housing | casing 10A, 10B, 10C, 11A, 11B, 11C Housing | casing 13 Through-hole 14 Mounting stand 15 Heater 16 Cover body 17 Gas Exhaust port 18 Fan 20 Gas burner

Claims

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、この燃焼室と隔離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、前記燃焼室と前記処理室とを連通する連結管からなる連通部と、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、前記処理室内に不活性ガスを導入して前記燃焼ガスの反応性を調整する不活性ガス導入手段とを具備し、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且つ当該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制御手段を具備することを特徴とする加熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heat-treating a substrate whose surface is made of a metal or alloy,
A gas burner that introduces at least fuel gas and ejects combustion gas from the tip; fuel gas introduction means for introducing fuel gas into the gas burner; and a combustion chamber having an inlet for introducing a combustion flame released from the gas burner; A treatment chamber that is provided separately from the combustion chamber and heat-treats by placing the substrate, a communication portion that includes a connecting pipe that communicates the combustion chamber and the treatment chamber, and combustion that is ejected from the gas burner a processing atmosphere creation means a gas is introduced from the communication portion to form a uniform atmosphere of the combustion gas in the process chamber, not to adjust the reactivity of the combustion gases with an inert gas inlet guide into the processing chamber comprising an active gas introduction means, is introduced from the process atmosphere forming means controls the and closing of the gas outlet comprises a gas discharge port provided in the processing chamber the communicating portion Heat treatment apparatus characterized by comprising a control means for controlling the flow of combustion gases that.

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。 The heat treatment apparatus according to claim 1,
The heat treatment apparatus, wherein the treatment atmosphere forming means includes an air flow control device provided in the treatment chamber, and controls a flow of combustion gas introduced from the communication portion.

請求項２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。 The heat treatment apparatus according to claim 2,
The heat treatment apparatus, wherein the air flow control device is at least one of a flow control plate and a fan provided in the processing chamber.

請求項１〜３の何れか一項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。 In the heat processing apparatus as described in any one of Claims 1-3,
The processing atmosphere forming means includes a rotational movement device that rotationally drives at least one of a housing that forms a wall of the processing chamber and a mounting table that is provided in the processing chamber and on which the substrate is mounted. A heat treatment apparatus.

請求項１〜４の何れか一項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。 In the heat processing apparatus as described in any one of Claims 1-4 ,
An auxiliary heater is provided on the inner wall of the processing chamber to make the temperature distribution in the processing chamber uniform.

請求項１〜５の何れか一項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。 In the heat processing apparatus as described in any one of Claims 1-5 ,
The processing chamber has an introduction port for introducing the substrate and a discharge port for discharging the substrate, and further includes conveying means for conveying the substrate so as to pass through the treatment chamber through the introduction port and the discharge port. A heat treatment apparatus.

請求項１〜６の何れか一項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加圧状態にあることを特徴とする加熱処理装置。 In the heat processing apparatus as described in any one of Claims 1-6 ,
The processing chamber heat treatment apparatus, characterized in that in the by Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or the combustion gases.

請求項１〜７の何れか一項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。 In the heat treatment apparatus according to any one of claim 1 to 7
A heat treatment apparatus comprising combustion gas heating means for heating combustion gas in the middle of the connecting pipe or in the processing chamber.

請求項１〜８の何れか一項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。 In the heat processing apparatus as described in any one of Claims 1-8 ,
A heat treatment apparatus comprising a cooling device for cooling the combustion gas in the middle of the connecting pipe.

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、
少なくとも炭素を含む化合物を含有するガスである燃料ガスが少なくとも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、この燃焼室と隔離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、前記燃焼室と前記処理室とを連通する連結管からなる連通部と、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、前記処理室内に不活性ガスを導入して前記燃焼ガスの反応性を調整する不活性ガス導入手段とを具備し、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、前記基体の表面に炭素ドープ酸化物層である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。 A heat treatment method for heat-treating a substrate having a surface made of a metal or an alloy,
A gas burner that introduces at least a fuel gas, which is a gas containing a compound containing at least carbon, and ejects a combustion gas from the tip; a fuel gas introduction means that introduces the fuel gas into the gas burner; and a combustion flame emitted from the gas burner A combustion chamber having an introduction port for introducing gas, a processing chamber that is provided separately from the combustion chamber, heats the base body, and a connecting pipe that communicates the combustion chamber and the processing chamber. a communicating portion, and the treatment atmosphere forming means combustion gas ejected from the gas burner is introduced from the communication portion to form a uniform atmosphere in the combustion gases to the processing chamber, the processing of an inert gas introduced City chamber An inert gas introduction means for adjusting the reactivity of the combustion gas, and the processing atmosphere forming means includes a gas exhaust port provided in the processing chamber, A heat treatment device that controls the opening and closing of the opening to control the flow of combustion gas introduced from the communication portion, and the substrate is placed in the processing chamber and the combustion gas ejected from the gas burner is communicated to the communication chamber. An oxide layer, which is a carbon-doped oxide layer, is formed on the surface of the substrate by introducing into the processing chamber through the section and forming a uniform atmosphere of combustion gas in the processing chamber and performing heat treatment. The heat processing method characterized by comprising.

請求項１０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。 In the heat processing method of Claim 10 ,
The heat treatment method, wherein the fuel gas introduced into the gas burner is a gas containing hydrocarbon as a main component.

請求項１１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。 In the heat processing method of Claim 11 ,
The heat treatment method, wherein the gas containing hydrocarbon as a main component contains 30% by volume or more of unsaturated hydrocarbon.

請求項１１又は１２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。 The heat treatment method according to claim 11 or 12 ,
The heat treatment method, wherein the gas containing hydrocarbon as a main component contains 50% by volume or more of acetylene.

請求項１０〜１３の何れか一項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。 In the heat processing method as described in any one of Claims 10-13 ,
The heat treatment method, wherein carbon of the oxide layer is doped in a state of being bonded to a metal constituting the oxide layer.

請求項１０〜１４の何れか一項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。 In the heat processing method as described in any one of Claims 10-14 ,
Heat treatment wherein said treatment chamber and performing the heat treatment in due Ri pressurized state to the introduction of the atmospheric pressure or the combustion gases.