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公開番号2024072269
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-27
出願番号2023192250
出願日2023-11-10
発明の名称窒化処理方法、窒化処理装置及び表面改質処理方法
出願人国立大学法人静岡大学
代理人個人,個人,個人
主分類C23C 8/38 20060101AFI20240520BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】大気圧及び室温環境下にて被処理材の表面を改質する。
【解決手段】窒化処理方法は、窒化処理装置1を準備する工程S1と、ガラス管21を挟んで電極メッシュ22と重複するように被処理材5を配置する工程S2と、ガラス管21のガラス管内周面21cと被処理材5との間に窒素ガスを供給すると共に、ガラス管21のガラス管内周面21cと被処理材5との間に大気圧プラズマを発生させることにより、窒化処理を実施する工程S3と、を有する。基準電位を基準とした被処理材5の電位は、基準電位を基準とした電源モジュール4が出力する基準電位を基準とした電圧の電位と同電位である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
導電性を有する被処理材の表面を含む領域を窒化処理する窒化処理装置を準備する工程であり、前記窒化処理のための改質元素を活性化する大気圧プラズマを発生させる処理領域形成部と、前記改質元素を含む改質ガスを前記処理領域形成部に供給するガス供給部と、前記大気圧プラズマを発生させるための交流電圧を前記処理領域形成部に供給する電源部と、を備える窒化処理装置において、前記処理領域形成部は、誘電体により形成されると共に前記被処理材から離間して配置されて、前記被処理材に対面する対面領域を含む主面を有する誘電体部材と、前記電源部に接続されると共に前記誘電体部材の前記主面とは逆側の裏面に配置され、前記対面領域と重複する電極部材と、を有する、前記窒化処理装置を準備する工程と、
前記誘電体部材を挟んで前記電極部材と重複するように前記被処理材を配置する工程と、
前記誘電体部材の前記主面と前記被処理材との間に前記改質ガスを供給すると共に前記誘電体部材の前記主面と前記被処理材との間に前記大気圧プラズマを発生させることにより、窒化処理を実施する工程と、を有し、
基準電位を基準とした前記被処理材の電位は、前記基準電位を基準とした前記電源部が出力する前記基準電位を基準とした電圧の電位と同電位である、窒化処理方法。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記被処理材を配置する工程は、
前記被処理材を前記処理領域形成部に配置する工程と、
前記電源部又は基準電位を与える接地部を前記被処理材へ直接に接続する工程と、を含む、請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項３】
前記処理領域形成部は、前記電源部又は基準電位を与える接地部に電気的に接続されたテーブルを有し、
前記被処理材を配置する工程は、前記被処理材を前記テーブルに載置する工程を含む、請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項４】
前記電極部材は、金属線によって形成されたメッシュ状の形状である、請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項５】
前記被処理材は、鉄を主成分として含む材料により形成されている、請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項６】
前記誘電体部材は、ガラス材料により形成された筒状の部材である、請求項１に記載の窒化処理方法。
【請求項７】
導電性を有する被処理材の表面を含む領域を窒化処理する窒化処理装置であって、
前記窒化処理のための窒素を活性化する大気圧プラズマを発生させる処理領域形成部と、
前記窒素を含む改質ガスを前記処理領域形成部に供給するガス供給部と、
前記大気圧プラズマを発生させるための交流電圧を前記処理領域形成部に供給する電源部と、を備え、
前記処理領域形成部は、
誘電体により形成されると共に前記被処理材から離間して配置されて、前記被処理材に対面する対面領域を含む主面を有する誘電体部材と、
前記電源部に接続されると共に前記誘電体部材の前記主面とは逆側の裏面に配置され、前記対面領域と重複する電極部材と、を有し、
前記ガス供給部は、前記誘電体部材の前記主面と前記被処理材との間に前記改質ガスを供給し、
前記電源部は、前記誘電体部材の前記主面と前記被処理材との間に前記大気圧プラズマを発生させる、窒化処理装置。
【請求項８】
導電性を有する被処理材の被処理面を、大気圧プラズマによって活性化された第１改質元素によって第１改質処理する表面改質処理装置を準備する工程と、
前記表面改質処理装置において前記大気圧プラズマを生じさせる改質領域に前記被処理材を配置する工程と、
前記改質領域に前記第１改質元素である窒素を含む改質ガスを供給すると共に前記改質領域に前記大気圧プラズマを発生させることにより、表面改質処理を実施する工程と、を有し、
前記表面改質処理を実施する工程では、前記改質ガスの流れを基準として前記改質領域の上流側に前記被処理材とは異なる種類の金属材料により形成された追加改質部材が配置されており、
前記改質処理を実施する工程では、前記改質ガスに含まれる前記第１改質元素である窒素に起因する前記第１改質処理である窒化処理と、前記追加改質部材に含まれる第２改質元素に起因する第２改質処理と、が行われる、表面改質処理方法。
【請求項９】
前記被処理材を配置する工程の前に、前記被処理材に前記追加改質部材を取り付ける工程をさらに有し、
前記被処理材を配置する工程では、前記追加改質部材が前記被処理面よりも上流側に位置するように、前記表面改質処理装置に前記追加改質部材を取り付けた前記被処理材を配置する、請求項８に記載の表面改質処理方法。
【請求項１０】
前記追加改質部材は、金属製のシートであり、
前記被処理材は、棒状の部材であり、
前記追加改質部材を取り付ける工程では、前記追加改質部材を前記被処理材の一方の端部側に巻き付ける、請求項９に記載の表面改質処理方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化処理方法及び窒化処理装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化処理は、材料表面を硬化させる表面改質法の一種である。窒化処理は、機械製品の摩擦摩耗特性の向上及び疲労特性の向上に寄与する。窒化処理の一つにガス窒化が挙げられる。ガス窒化は、人体や環境に有害なアンモニアガス雰囲気で金属を加熱する。窒素を活性化させる従来技術として、プラズマ窒化が挙げられる。プラズマ窒化は、減圧雰囲気中にアーク放電を発生させることによって、材料表面に窒化層を形成する。例えば、特許文献１は、材料表面を窒化させる窒化処理を開示する。特許文献１の窒化処理は、大気圧プラズマジェットを材料に照射することにより、その材料の表面を窒化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－２０２０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属材料といった被処理材の表面を窒化する改質技術は、適用範囲が広いため、簡易に実施できることが望まれている。しかし、窒化処理は、いくつかの要因によって簡易的な実施が妨げられる。例えば、窒化処理にアンモニアガスを用いる場合には、アンモニアが人体や環境に与える影響を抑制する必要がある。また、窒化処理が真空環境で実施される場合には、真空環境を実現する装置の準備を要求されることもある。さらに、窒化処理を実施する場合には、被処理材を加熱するために、加熱装置の準備を要求されることもある。
【０００５】
本発明は、大気圧及び室温環境下にて被処理材の表面を窒化処理することが可能な被処理材の窒化処理方法及び窒化処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態である窒化処理方法は、被処理材の表面を含む領域を窒化処理する窒化処理装置を準備する工程であり、窒化処理装置は、窒化処理のための窒素原子を活性化する大気圧プラズマを発生させる処理領域形成部と、窒素原子を含む改質ガスを処理領域形成部に供給するガス供給部と、大気圧プラズマを発生させるための交流電圧を処理領域形成部に供給する電源部と、を備える窒化処理装置において、処理領域形成部は、誘電体により形成されると共に被処理材から離間して配置されて、被処理材に対面する対面領域を含む主面を有する誘電体部材と、電源部に接続されると共に誘電体部材の主面とは逆側の裏面に配置され、対面領域と重複する電極部材と、を有する、窒化処理装置を準備する工程と、誘電体部材を挟んで電極部材と重複するように被処理材を配置する工程と、誘電体部材の主面と被処理材との間に改質ガスを供給すると共に誘電体部材の主面と被処理材との間に大気圧プラズマを発生させることにより、窒化処理を実施する工程と、を有し、基準電位を基準とした被処理材の電位は、基準電位を基準とした電源部が出力する基準電位を基準とした電圧の電位と同電位である。
【０００７】
この窒化処理方法は、大気圧プラズマを利用して窒素原子を活性化させる。その結果、窒素原子の活性種を発生させることができる。さらに、窒化処理方法は、誘電体部材の主面と被処理材との間に大気圧プラズマを発生させる。その結果、被処理材の表面から被処理材を構成する元素が遊離する。遊離した元素と窒素原子の活性種とが反応して、反応の結果生じた反応元素が再び被処理材に堆積する。従って、この窒化処理方法は、大気圧環境であって且つ加熱処理を要することなく被処理材の表面を窒化処理することができる。
【０００８】
上記の窒化処理方法の被処理材を配置する工程は、被処理材を処理領域形成部に配置する工程と、電源部又は基準電位を与える接地部を被処理材へ直接に接続する工程と、を含んでもよい。この構成によれば、大気圧プラズマを発生させるための電極として被処理材を用いることができる。
【０００９】
上記の窒化処理方法において、処理領域形成部は、電源部又は基準電位を与える接地部に電気的に接続されたテーブルを有してもよい。被処理材を配置する工程は、被処理材をテーブルに載置する工程を含んでもよい。この構成によれば、任意の形状の被処理材を窒化処理することができる。
【００１０】
上記の窒化処理方法において、電極部材は、金属線によって形成されたメッシュ状の形状であってもよい。この構成によれば、被処理材の表面における広い範囲を容易に窒化することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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