JPS634052A - チタン製品の窒化処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は歯科用製品などのチタン製品の表面窒化処理装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、チタン製品の表面を窒化処理する方法としては、
例えば特公昭５６−４４１４８号で代表される純チタン
またはαチタン合金の表面窒化方法が存在する。この表
面窒化方法では、一つの庫内でチタン窒化物粉末と純チ
タンまたはαチタン合金を接触させた状態で窒素ガスを
供給し、７９０　’Ｃから８８０℃程度の加熱を行いな
がら、チタン製品の周りに存在させたチタン窒化物の粉
末で被処理用の純チタンなどの表面を窒化処理するもの
である。また、他の方法として、窒素ガスを処理すべき
チタン製品に加熱状態下で接触させるガス窒化法が存在
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述の第１の方法においては、チタン窒化物を
用いて純チタンまたはαチタン合金の表面に互いの反応
により窒化物を作る構成の為、その処理時間が長くかか
るという欠点を有している。

また、第２のガス窒化法によれば、窒素ガス中に存在す
る酸素や水素分の除去の為に、大型で且コスト的に大と
なる装置を必要とし、−般のローコスト化、汎用化とい
う意味では阻害する原因となっている。とりわけ窒素ガ
ス中に水素や酸素分が残存している時には、これらが処
理すべき純チタンやαチタン合金表面と反応して表面強
度を変化させたり、又はその着色を所望の色彩から他の
色彩へ変化させる傾向がある。

本発明は、このような従来の純チタンやチタン合金等の
チタン製品の表面窒化方法における、一つは装置が高額
となり複雑化することを単純化せんとするとともに、処
理時間を短時間で可能とし、窒化処理されたチタン製品
の表面状態も良好なチタン製品の窒化処理装置を提供せ
んとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るチタン製品の窒化処理装置は、このような
問題点に鑑み発明されたもので、窒素ガス供給手段に連
結した流入口側から真空手段に関係づけ、ガス排出をす
る為の流出口への一つのガス流路手段を作成し、該流路
手段にチタン小片又はチタン合金小片を内蔵した窒素ガ
スフィルターと窒化用チタン製品配置部をそれぞれ独立
して又は重合して設け、該窒素ガスフィルターと窒化用
チタン製品配下部に加熱手段を配してなることを特徴と
する。

〔作　用〕

本発明の構成は上述のとおりであり、窒素ガス供給手段
と真空手段によって連続的にフローされる窒素ガスを加
熱手段により加熱状態下で流路手段に設けられた窒素ガ
スフィルターに内蔵されたチタン小片又はチタン合金小
片に接触させて窒素ガス中に含まれる水素や酸素分を除
去した後、純粋な窒素ガス状態としてこの窒素ガスを加
熱状態下でチタン製品配置部に配置した窒化用チタン製
品の表面と接触させて、その表面に窒化物層を形成し、
窒化チタン製品を得るものである。

〔実施例〕

本発明の詳細を更に図面に示した実施例にて説明する。

第１図は、本窒化処理装置の１実施例の説明図で、処理
炉１として、基板２上面に設けた凹所２゛に、有蓋管体
の下端縁外向きに形成した鍔部４′をパツキン部材３を
介して密閉状態に設置して外装管４とし、該外装管４内
部の基板２の中央には、上端周縁から外向きに鍔部５゛
を形成した支持管体５を配し、該支持管体５上端面には
、有底の底部中央を下方へ開口した管体を配して内装管
６とし、該内装管６下方の支持管５内、及び外装管４と
支持管５との間の基板２にはそれぞれ外部へ通ずる開口
を設け、それぞれ流出口８、流入ロアとし、該流入ロア
から内外装管６．４間の空間、内装管６内、支持管５内
を経て流出口８へ至る一連の流路を形成し、流入ロアに
は窒素ガス供給手段としての窒素ガスボンベ１０が絞り
弁１１を経てパイプ９で連結されており、流出口８には
、真空手段としての真空ポンプ１２及び減圧ポンプ１３
がそれぞれパルプ１４及び絞り弁１５を経てパイプ１６
で連結されており、処理炉１内のガスを吸引可能として
おり、窒素ガスを窒素ガスボンベ１０から処理炉１内へ
順次供給しうる流路を形成している。また、前記処理炉
１内の外装管４の周囲には処理炉１内を処理温度まで加
熱する為の加熱手段１７を配してなるものである。本実
施例においては、内装管６内にチタン又はチタン合金小
片を充填して窒素ガスフィルターｆとするとともに、前
記チタン又はチタン合金小片内に窒化用チタン製品Ｔを
埋設して窒素ガスフィルターｆとしてのチタン又はチタ
ン小片をチタン製品支持部材としても用いることにより
、窒化用チタン製品配置部ａとし、窒素ガスフィルター
ｆとチタン製品配置部ａとを重合したものとしている。

このような窒化処理装置を使用してのチタン製品の窒化
処理の操作は、まず窒化用チタン製品配置部ａ及び窒素
ガスフィルターｒとしての内装管６内に充填されたチタ
ン又はチタン合金小片内に窒化用チタン製品Ｔを埋没す
る。次いで窒素ガスボンベ１０の絞り弁１１を閉じた状
態で真空ポンプ１２にて処理炉１内を高真空に減圧した
後バルブ１４を閉じ、窒素ガスボンベ１０より絞り弁１
１を開放して処理炉１内に窒素ガスを封入する。この減
圧、窒素ガス封入操作を２〜３回繰り返し、処理炉１内
の空気をできるだけ排除するとともに加熱手段により、
処理炉１内を所定処理温度、例えば７００°Ｃ〜８８０
℃程度に加熱し、しかる後窒素ガスボンベ１０に連結し
た絞り弁１１を調節して窒素ガスを供給するとともに、
減圧ポンプ１３を該減圧ポンプ１３に連結した絞り弁１
５を調節しながら作動させ例えば３００〜数Ｔｏｒｒの
減圧状態で窒素ガスをフローさせ窒化処理を行うもので
ある。而して、窒素ガスボンベ１０から流入ロアを経て
処理炉１へ導入された窒素ガスは外装管４周囲の加熱手
段１７によって予め予熱されることにより活性化され、
内装管６内の窒素ガスフィルターｆとしてのチタン又は
チタン合金小片とまず接触して、窒素ガス中に含まれて
いる酸素や水素等の不純物が除去され、純粋な窒素ガス
としてチタン製品Ｔと接触することによりチタン製品表
面と反応し、該チタン製品下表面に窒化物の被膜を形成
するものであり、また、窒素ガスは、供給手段としての
窒素ガスボンベ１０と真空手段としての減圧ポンプ１３
によってフローさせることにより、常にチタン製品には
新鮮な窒素ガスが接触するので、より良好な処理表面を
形成しうるちのである。尚、処理時の窒素ガス圧を上述
の如（３００〜数Ｔｏｒｒに調節することにより、チタ
ン製品の窒化処理表面を良好にするものであるが、この
圧力に限定されるものではなく、窒素ガス圧力を大気圧
よりもやや高い状態に維持すれば、処理炉１内の気密性
を維持し易いものであり、また操作手順としては、窒化
処理操作初期において上述のとおり処理炉１内を真空ポ
ンプ１２で減圧し高真空にした状態で窒素ガスを導入し
たり、又は窒素ガスを流入させ通過させながら処理炉１
内を窒素ガス雰囲気にする方法等が採用される。また、
加熱も処理炉ｌ内を窒素ガス雰囲気にした後に加熱した
り、又は予め処理炉１内を昇温させておき、この状態で
処理用部材としてのチタン製品Ｔを挿入し、且つ窒素ガ
スを供給したりすることも任意にしうろことである。ま
た、本実施例では真空手段として真空ポンプ１２と減圧
ポンプ１３を併用することにより、処理開始時の処理炉
１内の窒素置換を迅速に行い且つ処理時の窒素ガスのフ
ローを容易に調節しうるようにしているが、この真空ポ
ンプ１２及び減圧ポンプ１３を一つのポンプで併用する
こともできる。更に、本実施例のように処理炉１内をた
て型２重構造とすれば、加熱手段１７による窒素ガスの
予熱活性化及びチタン製品Ｔとの反応をより効果的にし
うるちのであり、また基板２内を水冷構造としてもよい
。

ここで、窒素ガスフィルターｆとして用いるチタン小片
又はチタン合金小片は、加熱により窒素ガス中の酸素弁
等と接触して燃焼しない程度の大きさ又は形状のものが
使用されなければならない。

この大きさとしては、窒化が通常７００℃程度から開始
するので、この温度程度でチタン又はチタン合金小片が
窒素ガス中の酸素弁等と接触することにより、燃焼を始
めない大きさであることが必要であり、その大きさとし
ては１００メツシユ程度であるが、更には窒素ガス中の
酸素、水素等をチタン製品表面より窒素ガスフィルター
ｆとしてのチタン又はフェロチタン小片と反応させ易く
するためには、窒素ガスフィルターｆの温度をチタン製
品配置部ａの温度より高く設定する方が有利であり、そ
のために８０メツシユよりも大きなチタン又はフェロチ
タン小片を用いることがより好ましい使用態様といえる
。このような大きさのものを使用することにより、チタ
ン製品表面における窒化処理温度より高い温度の加熱状
態下の窒素ガスと接触しても、窒素ガス中の酸素や水素
成分と接触して燃焼することを阻害するに充分な状態を
与えるのである。更に、窒素ガスフィルターｆと窒化用
チタン製品配置部ａを重合して設けた場合においては、
窒素ガスがチタン小片又はチタン合金小片間を通過しチ
タン部材と容易に接触させる為には、なるべく細かい小
片でない状態、即ち通気性が良い状態が望まれるところ
である。この意味からは、６０メツシユよりも大きな小
片、例えば３５メッシュ乃至１０ｍｎ＋程度の小片を用
いれば、チタンの窒化初期の温度が約７００℃程度でま
た変形点が９００℃弱であることから、窒素ガスと接触
しても燃焼が開始することもなく、且つ窒素ガスフィル
ターｆとしてのチタン又はチタン合金小片の寿命を延長
することができより好ましい使用態様といえる。尚、チ
タン小片としては、純チタンの板状のもの、切屑及びス
ポンジチタン等、またチタン合金小片としてフェロチタ
ン小片等が使用しうる。

また、上記実施例においては、内装管６が窒素ガスフィ
ルター［とチタン製品配置部ａとを兼ねるものであるが
、第２図のように内外装管６．４間の空間部を窒素ガス
フィルターｆとしてチタン小片又はチタン合金小片を充
填し、内装管６内をチタン製品配置部ａとしてもよい。

この場合には、更に第３図に示したように、チタン製品
配置部ａに粒状、粉体状又は破砕片状部材、例えば石英
ビーズ又は破砕片等を支持部材Ｓとしてチタン製品′ｒ
の周囲に配すれば、該チタン製品Ｔに接触する窒素ガス
は、前記石英ビーズ間を通過してチタン製品Ｔに接触す
る為チタン製品表面の全体に渡って均一に接触し、もっ
て窒化処理表面が均一状態となりより良好な表面状態の
窒化チタン製品をうるという効果を生ずるものである。

このような支持部材Ｓとしては、上記石英ビーズ又は破
砕片の他に、該窒化処理温度７００〜８８０℃程度以上
の耐熱性を有するもの、例えばアルミナ、セラミックス
、バイコールガラス（高珪酸ガラス）等の粒状、粉体状
又は破砕片等のものを用いてもよいが、多孔質で内部に
ガス等を含有し易いものはそれらのガスが窒化用チタン
製品と接触してチタン製品表面と反応したりして、チタ
ン製品表面に窒化物層以外の被膜を形成したりするので
除外される。

また、本発明による窒化処理８は、窒化ガスが窒化用チ
タン製品Ｔに接触する前に窒素ガスフィルターｆを通過
すればよいのであるから、第４図のように内装管６内の
下部に支持部材Ｓを充填して該支持部材Ｓ内に窒化用チ
タン製品］゛を埋設して配置部ａとし、その上部に窒素
ガスフィルターｆとしてのチタン又はチタン合金小片を
配してもよいし、第１図のように、窒素ガスフィルター
ｆとチタン製品配置部ａを重合して設けた場合には、流
入ロアと振出日８とを逆にして窒素ガス供給手段を開口
８に、真空手段を開ロアに連結して窒素ガスの流路を逆
にすることも可能である。また、第１図における窒素ガ
スフィルターｆ及びチタン製品配置部ａとしての内装ｇ
６内に第５図の如く更に有底の内管１８を配し、核内管
１８側壁の適所に孔１９を設ければ、窒素ガスのチタン
製品Ｔへの接触がより均一になるという効果を生ずる。

この場合にも、窒素ガス供給手段及び真空手段を逆に連
結してもよいし、また、第６図のように、内外装管６．
４間の空間を窒素ガスフィルターｒとしてチタン又はチ
タン合金を配し、内装管６内をチタン製品配置部ａとし
て窒素ガスフィルターｆとチタン製品配置部ａをそれぞ
れ独立させ、また、チタン製品配置部ａとしての内装管
６内に石英ビーズ等の支持部材Ｓをチタン製品Ｔ周囲に
配せば窒素ガスのチタン製品表面への接触をより均一に
することができ、処理表面を均一で良好なものとしうる
ものである。

また、第７．８図に示すように、処理炉１として一本の
管体を用いてもよく、この場合においても、第７図の如
く窒素ガスフィルターｆとチタン製品配置部ａとを重合
し、窒化用チタン製品Ｔの周囲にチタン又はチタン合金
小片を配してもよいし、また第８図の如く窒素ガスフィ
ルターｆ１チタン製品配置部ａを独立させ、且つチタン
製品周囲に支持部材Ｓとしての石英ビーズ等を配しても
よい。また、該第７．８図では、処理炉１としての直管
を縦に配しているがこれを横にして配置してもよいし、
横にした場合には、処理炉１としての管内の窒素ガスの
流れが管内上部と下部とで不均一になる傾向にあるため
、このような場合には窒素ガスフィルターｆとチタン製
品配置部ａを重合するか又は窒化用チタン製品Ｔの周囲
に支持部材Ｓを配することにより、チタン製品正面への
窒素ガスの接触を均一にしうるちのである。また、処理
炉として直管だけでなく、例えばＵ字管等をも任意に用
いることもできる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明に係るチタンの窒化処理装置は、窒
素ガス供給手段に連結した流入口側から真空手段に関係
づけ、ガス排出をする為の流出口への一つのガス流路手
段を作成し、該流路手段にチタン小片又はチタン合金小
片を内蔵した窒素ガスフィルターと窒化用チタン製品配
置部をそれぞれ独立して又は重合して設け、該窒素ガス
フィルターと窒化用チタン配置部に加熱手段を配してな
り、窒素ガスを窒素ガス供給手段から前記流路手段内を
通って真空手段へ順次フローさせ、加熱状態下でフィル
ターに内蔵されたチタン又はチタン合金小片に接触させ
て窒素ガス中に含まれる水素や酸素等を除去した後純粋
な窒素ガス状態として加熱状態下でチタン製品配置部に
配置した窒化用チタン製品の表面に常に新鮮な窒素ガス
を接触させることにより、簡単な装置で該チタン製品表
面に短時間でしかも均一な窒化物層を形成し、良好な窒
化チタン製品を提供しうるちのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るチタン製品の窒化処理装置の１実
施例を示す説明図、第２図、第３図、第４図は第１図に
おける装置の処理炉内の他の実施例を示す説明図、第５
図は他の実施例を示す説明図、第６図は第５図における
装置の処理炉内の他の実施例を示す説明図、第７図は処
理炉として直管を用いた場合の装置の説明図、第８図は
第７図における装置の処理炉内の他の実施例を示す説明
図、である。 １：処理炉、　２：基板、　３：バソキン部材、４：外
装管、　５：支持管体、　６：内装管、７：流入口、　
８：流出口、　９：パイプ、１０：窒素ガスボンベ、　
１１：絞り弁、１２：真空ポンプ、　１３：減圧ポンプ
、１４：パルプ、　１５：絞り弁、　１６：パイプ、１
７：加熱手段、　工８：内管、　１９：孔、Ｔ：チタン
製品、　ａ：チタン製品配置部、ｆ：窒素ガスフィルタ
ー、　Ｓ：支持部材。 第１図 第６図 第５図 第８図 第７図

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒素ガス供給手段に連結した流入口側から、真空
   手段に関係づけガス排出をする為の流出口ヘの一つのガ
   ス流路手段を作成し、該流路手段にチタン小片又はチタ
   ン合金小片を内蔵した窒素ガスフィルターと窒化用チタ
   ン製品配置部をそれぞれ独立して又は重合して設け、該
   窒素ガスフィルターと窒化用チタン製品配置部に加熱手
   段を配してなるチタン製品の窒化処理装置。
2. （２）ガス流路手段が有蓋外装管の内部に、上方に開口
   して有底の内装管を内蔵し、外装管内への流入口から内
   外装管間の空間並びに内装管内と内装管から外部へ導出
   した流出口で形成した一つのガス流路手段を利用してな
   る特許請求の範囲第１項記載のチタン製品の窒化処理装
   置。
3. （３）内装管内に更に上方に開口し有底の内管を設け、
   該内管と内装管を流路の一部としてなる特許請求の範囲
   第２項記載のチタン製品の窒化処理装置。
4. （４）ガス流路として１本の管体を用い各手段を直列に
   配してなる特許請求の範囲第１項記載のチタン製品の窒
   化処理装置。
5. （５）窒化用チタン製品配置部として、該配置部内にチ
   タン製品支持部材としての粒状、粉体状又は破砕片状部
   材を充填し、該支持部材内に窒化用チタン製品を埋設し
   てなる特許請求の範囲第１項から第４項記載チタン製品
   の窒化処理装置。
6. （６）チタン製品支持部材として、石英の粒状、粉体状
   又は破砕片状のものを用いてなる特許請求の範囲第５項
   記載のチタン製品の窒化処理装置。
7. （７）チタン小片又はチタン合金小片として、１００メ
   ッシュより大なるものを用いてなる特許請求の範囲第１
   項から第６項記載のチタン製品の窒化処理装置。
8. （８）チタン小片又はチタン合金小片として、８０メッ
   シュより大なるものを用いてなる特許請求の範囲第１項
   から第６項記載のチタン製品の窒化処理装置。
9. （９）チタン小片としてチタンの板状小片を用いてなる
   特許請求の範囲第１項から第８項記載のチタン製品の窒
   化処理装置。
10. （１０）チタン小片としてチタンの切屑を用いてなる特
    許請求の範囲第１項から第８項記載のチタン製品の窒化
    処理装置。
11. （１１）チタン小片としてスポンジチタン小片を用いて
    なる特許請求の範囲第１項から第８項記載のチタン製品
    の窒化処理装置。
12. （１２）チタン合金小片として、フェロチタン小片を用
    いてなる特許請求の範囲第１項から第８項記載のチタン
    製品の窒化処理装置。