(57)【要約】【課題】一次空気を含む可燃ガスと有効成分との混合組成物を燃焼させ、その燃焼によって生じた火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することを基本として、可燃ガスの給送通路を有効成分が狭めたり詰まらせたりすることのない表面改質方法を提供する。【解決手段】一次空気を含む可燃ガスに有効成分としての表面改質成分を混合させる有効成分混合工程Ｓ１と、有効成分混合工程Ｓ１を経た可燃ガスの火炎８０を基材１００の表面に接触させることによって基材１００の表面に有効成分の被膜を形成する被膜形成工程Ｓ２と、を含む。ガスバーナー１０の吐出口２３から放出された可燃ガスを燃焼させることによって火炎８０を得る。有効成分混合工程Ｓ１には、吐出口２３から放出された可燃ガスの気流によって、容器７０に貯留された有効成分を吸込み管７１を通してその気流中に吸引させるエジェクタ作用が利用されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気を含む可燃ガスに有効成分としての表面改質成分を混合させる有効成分混合工程と、この有効成分混合工程を経た上記可燃ガスの火炎を基材表面に接触させることによって上記基材表面に上記有効成分の被膜を形成する被膜形成工程と、を含み、かつ、ガスバーナーの吐出口から放出された上記可燃ガスを燃焼させることによって上記火炎を得る表面改質方法であって、
上記有効成分混合工程では、上記吐出口から放出された燃焼前の可燃ガスに対して上記有効成分を混合させることを特徴とする表面改質方法。
【請求項２】
上記有効成分が、金属原子、半金属原子、又は非金属原子であり、水系又は油系の溶媒に分散した液体である請求項１に記載した表面改質方法。
【請求項３】
上記有効成分混合工程には、上記吐出口から放出された可燃ガスの気流によって、容器に貯留された上記有効成分を吸込み管を通してその気流中に吸引させるエジェクタ作用が利用されている請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載した表面改質方法。
【請求項４】
上記有効成分がバインダーを含んでいる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材表面の表面改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可燃ガスと有効成分としての表面改質成分との混合組成物を噴射ノズルの筒状の火口から噴出させて燃焼させ、その燃焼によって生じた火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することが知られていた（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、有効成分としての表面改質成分を含有する混合組成物を噴射ノズルの火口から噴射させ、その火口から噴出した混合組成物を燃焼させることにより発生した火炎を基材表面に接触させて処理対象物の基材表面を表面処理することが記載されている。また、この特許文献１には、可燃ガスと有効成分との混合組成物を、その貯留容器から液状のまま噴射ノズルに供給することも記載されている。さらに、可燃ガスとして液化天然ガスや液化石油ガスなどの各種の液化ガスを用いることができ、有効成分として、ケイ素（Si）原子、チタン（Ti）原子、アルミニウム（Al）原子、ジルコニウム（Zr）原子を含む液体又は粉塵状の化合物などを用い得る、ということも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５５９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そして、特許文献１に記載されている方法では、基材表面に形成される被膜中での有効成分の緻密性が向上し、また基本的に有効成分以外の混合物は燃焼により消失するため、有効成分による効果であるコーティングや塗装の密着性や接着性が高くなること、防汚性、抗菌性、空気清浄性などが阻害されるという問題点が発生しにくく、また、多くの種類の基材を処理対象物として選択できることが判っている。しかし、その一方で、貯留容器から噴射ノズルに供給される液状の混合組成物中の有効成分が、その給送通路の壁面に付着したり堆積したりして、希に、その給送通路を狭めたり詰まらせたりすることがあり、そのために噴射ノズルの火口から噴射される可燃ガスや有効成分の量が不足して満足のいく処理ができなくなることがあるという問題が知見された。また、特許文献１に記載されている方法では、特に耐食性、耐摩耗性、抗菌性の効果を得るために十分な複数回数の火炎処理が必要であり、火炎処理に長い処理時間を要した。さらに、特許文献１に記載されている方法では、貯蔵容器中の可燃ガスと有効成分が相溶しなければ、均一な表面改質皮膜を得ることはできないことが分かっている。
【０００５】
そこで、本発明は、特許文献１によって提案されている方法、すなわち、可燃ガスと有効成分との混合組成物を燃焼させ、その燃焼によって生じた火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することを基本として、特許文献１で提案されている表面改質方法の問題点を改善することを解決課題としている。具体的には、可燃ガスに対する有効成分の混合方法に工夫を講じることによって、可燃ガスの給送通路を有効成分が狭めたり詰まらせたりすることのない表面改質方法を提供することを目的とし、可燃ガスと有効成分を貯蔵容器中に封入する必要とすることなく、使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る表面改質方法は、一次空気を含む可燃ガスに有効成分としての表面改質成分を混合させる有効成分混合工程と、この有効成分混合工程を経た上記可燃ガスの火炎を基材表面に接触させることによって上記基材表面に上記有効成分の被膜を形成する被膜形成工程と、を含み、かつ、ガスバーナーの吐出口から放出された上記可燃ガスを燃焼させることによって上記火炎を得る表面改質方法であって、上記有効成分混合工程では、上記吐出口から放出された燃焼前の可燃ガスに対して上記有効成分を混合させる、というものである。
【０００７】
この発明に係る表面改質方法によると、ガスバーナーの吐出口から放出された燃焼前の一次空気を含む可燃ガスに対して有効成分を混合させるという混合方法を採用していることにより、可燃ガス供給源からガスバーナーに至る可燃ガスの給送通路を有効成分が流通することはない。そのため、可燃ガスの給送通路の壁面に有効成分が付着したり堆積したりして、その給送通路を狭めたり詰まらせたりすることがなくなり、その結果、ガスバーナーの吐出口から放出される可燃ガスの量が不足するという事態が生じない。また、既に一次空気を含んでいる可燃性ガスに対して有効成分を混合するので、可燃ガスと有効成分が均一に混合しなくても可燃性ガスの燃焼は安定しており、問題なく使用できる。この点特許文献１に記載されている方法では、可燃成分と表面改質成分とは貯留容器内に蓄えられて混合されていることから、一次空気はこの混合組成物に対して供給されなければならないので、可燃成分と表面改質成分とは均一に混合されていなければならない。また、本発明では、既に一次空気を含んでいる可燃性ガスに対して有効成分を混合していることのさらなる利点として、有効成分の混合割合を多く設定することが可能である。この点、特許文献１に記載されている方法では、表面改質成分の割合を多くすると、可燃ガスの給送通路の壁面に有効成分が付着したり堆積したりして、可燃成分の燃焼に支障をきたすこととなるので、表面改質成分の割合を多くすることができないことから、前記効果を得るのに十分な複数回数の火炎処理が必要であり、火炎処理に長い処理時間を要した。さらに、本発明では、可燃ガスと有効成分との混合組成物を燃焼させ、その火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することを基本としていることにより、基材表面に形成される被膜中での有効成分の緻密性が向上し、多くの種類の基材を処理対象物として選択することができるようになる。
【０００８】
上記有効成分は、金属原子、半金属原子、又は非金属原子であり、水系又は油系の溶媒に分散した液体であることが望ましく、それらの原子は、ナノ粒子まで分散した粒子であることが望ましい。その場合、上記有効成分混合工程にエジェクタ作用が利用されているときには、有効成分が粉体で有る場合と比べて吸引力が弱くとも可燃ガスの気流中に有効成分を吸引させることができる。
【０００９】
さらに、本発明において、上記有効成分混合工程には、ガスバーナーの吐出口から放出された可燃ガスの気流によって、容器に貯留された上記有効成分を吸込み管を通してその気流中に吸引させるエジェクタ作用が利用されていることが望ましい。このようにエジェクタ作用を利用して吐出口から放出された燃焼前の可燃ガスに有効成分を吸込み管を通して吸引させると、可燃ガスの放出量に見合う量の有効成分が可燃ガスに混合され、しかも、有効成分と可燃ガスを混合させる経路が無いため可燃ガスの給送通路を詰まらせるなどの事態を未然に防止しておくことも可能になる。
【００１０】
また、本発明では、上記有効成分がバインダーを含んでいても良い。有効成分がバインダーを含んでいると、基材表面に形成された被膜と基材表面との結合力が向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る表面改質方法によると、可燃ガスと有効成分との混合組成物を燃焼させ、その火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することを基本としていることにより、可燃ガスに含まれる有効成分が、火炎処理後の基材表面で緻密で純粋で十分な厚みの被膜を短時間の処理で形成する。これにより、基材表面に有効成分による表面改質効果が付与されるようになる。しかも、火炎による表面処理であるので、基材の材質を問わずに表面改質が可能になる。
【００１２】
特に、本発明によれば、ガスバーナーの吐出口から放出された燃焼前の一次空気を含む可燃ガスに対して有効成分を混合させるという手段を採用していることにより、その可燃ガスの給送通路の壁面に有効成分が付着したり堆積したりして、そのガス流路を狭めたり詰まらせたりすることがなくなり、ガス吐出口から放出される可燃ガスの量が不足するという事態が生じないし、また、可燃ガスと有効成分を同一の容器内に封入する必要も無く、さらには、高濃度の有効成分での火炎処理が可能となり、多くの種類の基材を処理対象物として選択することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る表面改質方法を示した説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面改質方法を実施することにより得られる基材の説明図である。
【図３】本発明で使用されるガスバーナーの概略構成と使用方法とを原理的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態に係る表面改質方法を示した説明図である。図２は上記表面改質方法を実施することにより得られる基材１００の説明図である。
図１のように、この表面改質方法は、有効成分混合工程Ｓ１と被膜形成工程Ｓ２とを含んでいる。これらの工程は、ブンゼンバーナーのようなガスバーナーを使用することによって実行される。したがって、この実施形態では、酸素ボンベや送風機を使う必要がなく、可燃ガスの気流で生じさせたベンチュリー作用によって一次空気が可燃ガス中に吸引される。
【００１５】
図１において、有効成分混合工程Ｓ１は、一次空気を含む可燃ガスに有効成分としての表面改質成分を混合させる工程である。被膜形成工程Ｓ２は、有効成分混合工程Ｓ１を経た可燃ガスの火炎を基材表面に接触させることによってその基材表面に上記有効成分の被膜を形成する工程である。上記の２つの工程Ｓ１，Ｓ２を経ることによって、図２のように、基材１００の表面に有効成分の被膜１１０が形成され、その被膜１１０の特性に応じて、例えばアルミニウム化合物で有れば、基材１００の表面に、耐食性が良く、導電性や熱伝導性が高いなどといった有益な機能が付与される。
【００１６】
図３はガスバーナー１０の概略構成と使用方法とを原理的に示した説明図である。このガスバーナー１０は、可燃ガスに一次空気を混入する作用を発揮する筒状の一次空気吸込み室２０と、一次空気を含む可燃ガスに有効成分としての表面改質成分を混合させるという上記有効成分混合工程Ｓ１を実行させるための筒状の有効成分混合室３０と、を備えている。したがって、一次空気吸込み室２０の筒壁に空気吸入口２１が設けられている。
【００１７】
一次空気吸込み室２０に供給される可燃ガスは、可燃ガス供給源としての圧力容器４０に蓄えられている。圧力容器４０は、例えば、手に持って携行することが可能なエアゾール容器と同程度のサイズを有していて、そのような圧力容器４０であると、手に持ったガスバーナー１０の操作性を高めて表面改質作業の作業性を向上させやすいという利点がある。圧力容器４０に貯留する可燃ガスには、メタンガス、エタンガス、プロパンガスなどの液化石油ガスのほか、天然ガスや溶解アセチレンガスなどの可燃ガスも含まれる。圧力容器４０のガス出口４１と上記ガスバーナー１０における上記一次空気吸込み室２０のガス入口２２とが可撓性を有する給送通路５０によって接続されている。そして、ガスバーナー１０には、圧力容器４０からの可燃ガスの供給を制御するための開閉弁６０が設けられている。図例では、ガスバーナー１０側で一次空気吸込み室２０のガス入口２２の近傍箇所に開閉弁６０を設置した事例を示しているけれども、この開閉弁６０の設置箇所は可撓性を有する給送通路５０の途中箇所であってもよい。
【００１８】
図３に示したガスバーナー１０において、一次空気吸込み室２０に可燃ガスが供給されると、可燃ガスの気流Ｆによるベンチュリー作用によって空気吸入口２１から外気Ａが吸入される。そのため、一次空気吸込み室２０の内部で一定割合の一次空気を含む可燃ガスでなる混合気が生じる。
【００１９】
一次空気吸込み室２０のガス出口が吐出口２３として形成されていて、この吐出口２３が、一次空気吸込み室２０に連接された火口３１の内部空間によって形成されている上記有効成分混合室３０に臨んでいる。したがって、吐出口２３から放出された可燃ガスの気流が火口３１の内部を流れてその先端開口３２からその前方へ放出される。火口３１の筒壁に開設されている取付孔３３を通して有効成分混合室３０に吸込み管７１が挿入されていて、その吸込み管７１の先端は上記吐出口２３の直前に配備されている。この吸込み管７１には、有効成分を貯留している容器７０から延び出た接続管７２が接続されている。そして、吐出口２３から放出された一次空気を含む可燃ガスの気流によるエジェクタ作用を利用して、容器７０に貯留されている有効成分を接続管７２及び吸込み管７１を通して吸引させるようにしている。なお、図例では、容器７０が有効成分の液体を貯留することに最適化されている。そのため、容器７０には、液体の有効成分を吸い上げるための吸上げチューブ７３が挿入されている。
【００２０】
上記エジェクタ作用によって有効成分混合室３０に吸い込まれた有効成分は、その有効成分混合室３０で一次空気を含む可燃ガスと混合する。有効成分混合工程Ｓ１である。そして、この有効成分混合工程Ｓ１を経た可燃ガスが火口３１の先端開口３２から放出される。したがって、火口３１の先端開口３２から放出された可燃ガスに点火して燃焼させることにより火炎８０を発生させ、その火炎８０を基材１００の表面に接触させるという作業を行うと、図２に示した表面改質成分１１０ａからなる有効成分の被膜１１０が基材１００の表面に形成される。被膜形成工程Ｓ２である。
【００２１】
図３の事例では、有効成分混合室３０を形成している火口３１の先端開口３２から放出された可燃ガスを燃焼させることによって、基材１００の表面に接触させる火炎８０を得ている。このようにすると、火口３１によって、基材１００の表面に接触させる火炎８０の噴射方向が定まるので、有効成分の被膜１１０を基材１００の表面に形成し易くなる。
【００２２】
本発明に係る表面改質方法は、ガスバーナー１０の吐出口２３から放出された可燃ガスを燃焼させることによって火炎８０を得るものであれば、火口３１の有無に関係なく発明の範囲に含まれる。したがって、火炎を得る方法は、上記したところの火口３１の先端開口３２から放出された可燃ガスを燃焼させるという方法に限らない。たとえば、火口３１を省略することも可能である。すなわち、火口３１を省略したとしても、吐出口２３から放出される可燃ガス中に吸込み管７１を臨ませておくだけで、吐出口２３から放出された一次空気を含む可燃ガスの気流によるエジェクタ作用を利用して、容器７０に貯留されている有効成分を接続管７２及び吸込み管７１を通して吸引させることができ、そうすることによって一次空気を含む可燃ガスと有効成分との混合気を生じさせることも可能である。この場合も、吐出口２３から放出された可燃ガスに点火して燃焼させることにより火炎を発生させることができ、その火炎を基材１００の表面に接触させるという作業を行うことが可能である。
【００２３】
図３を参照して説明した実施形態では、 ガスバーナー１０の吐出口２３から放出された燃焼前の一次空気を含む可燃ガスに対して有効成分を混合させるという混合方法を採用していることにより、可燃ガス供給源である圧力容器４０からガスバーナー１０に至る可燃ガスの給送通路５０を有効成分が流通することはない。そのため、仮に、給送通路５０の長さが長くても、あるいは、給送通路５０が蛇行状やコイル状に曲がっていても、給送通路５０の壁面に有効成分が付着したり堆積したりして、その給送通路５０を狭めたり詰まらせたりすることがなくなる。その結果として、ガスバーナー１０の吐出口２３から放出される可燃ガスの量が不足するという事態が生じない。また、既に一次空気を含んでいる可燃性ガスに対して有効成分を混合するので、可燃ガスと有効成分が均一に混合しなくても可燃性ガスの燃焼は安定する。さらには、有効成分の混合割合を多く設定することができる。また、可燃ガスと有効成分との混合組成物を燃焼させ、その火炎によって処理対象物としての基材を表面処理することを基本としていることにより、基材表面に形成される被膜中での有効成分の緻密性が向上し、高濃度での有効成分を使用できることから短時間の処理が可能であり、また、それにより多くの種類の基材を処理対象物として選択することができるようになる。
【００２４】
また、本発明において、有効成分には、金属原子や半金属原子又は非金属原子を使用することができ、好ましくは有機金属化合物や金属塩や金属酸化物やハロゲン化金属や金属イオンが挙げられる。また、有機金属の官能基としては、例えば、アミノ基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、ニトロ基、スルホ基、ビニル基、アリール基、アルコキシド基等が挙げられる。これらの有効成分で火炎処理した場合、耐食性、耐摩耗性、高導電性、耐熱性、熱伝導性が高い、摩擦係数が低い等の特徴をもった表面改質皮膜が得られる。また、これらは水系又は油系の溶媒に分散した液体などのほか、光触媒粒子などを選択使用することが可能である。有効成分が金属原子や半金属原子又は非金属原子を水系又は油系の溶媒に分散した液体で有れば、エジェクタ作用による吸引力が弱くとも可燃ガスの気流中に有効成分を吸引させることができる。また、有効成分が、光触媒粒子の場合には、表面改質効果として防汚性、抗菌性、空気清浄性などを期待することができる。
【００２５】
また、光触媒粒子の例として酸化チタン粒子以外では、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、錫、鉄、ジルコニウム、タンタル、タングステン、ニオブ、カドニウム、モリブデン、クロム、ニッケルなどの酸化物がある。これらは、水系又は油系の溶媒に分散した液体であることが望ましい。
【００２６】
さらに、本発明では、有効成分がバインダーを含んでいても良い。有効成分がバインダーを含んでいると図２に示した表面改質成分１１０ａ及びバインダー１１０ｂからなる有効成分の被膜１１０が基材１００の表面に形成される。バインダーとしては、無機バインダーを使用することができ、特に、珪酸ソーダが良い。有効成分が珪酸ソーダのバインダーを含んでいると、基材表面に形成される被膜の定着性能が上がり、基材表面からさらに被膜が剥がれにくくなる。
【００２７】
本発明に係る表面改質方法を実施した場合について、有効成分の酸化チタンの濃度が１０％であり、一次空気を含む燃焼ガスと有効成分との混合気の噴射時間を３秒、基材の大きさを５０×５０ｍｍとした。この場合ＪＩＳ  Ｒ１７０３−０２によるメチレンブルーの光触媒分解活性指数は３．２であり、これに対して従来の刷毛塗りの場合では同指数は０．４であった。
【００２８】
また、本発明に係る表面改質方法を実施する場合に対象となる基材には、その材質が限定されるものではない。したがって、ガラスやセラミック、陶磁器などの無機質基材、プラスチックなどの有機質基材、などに幅広く適用することが可能である。
【００２９】
本発明に係る表面改質方法の原理としては２つの原理が考えられ、一つは表面改質剤が火炎に晒されることでラジカルが発生することによって金属原子や半金属原子又は非金属原子が基材に化学的に密着する機構が考えられる。もう一つの原理としては表面改質剤が火炎に晒されることで熱を持ち、火炎の勢いで基材に衝突することで物理的相互作用により密着する機構が考えられる。これらの密着機構は２つの密着機構によって密着している場合もあり、片方の密着機構だけで密着している場合もある。
【符号の説明】
【００３０】
Ｓ１  有効成分混合工程
Ｓ２  被膜形成工程
１０  ガスバーナー
２３  吐出口
８０  火炎
【図１】
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【図２】
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【図３】
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