JP2010096378A - 石英ガラス製バーナー - Google Patents

Abstract

【課題】石英ガラスを火炎加工する際に金属不純物を付着させない石英ガラス製バーナーにおいて、本体にノズルを着脱可能に装着するための新規な構造を提供して、締結時のフィットを良好にすると共にねじ山の欠損を防止する。
【解決手段】耐熱樹脂製の継手１４の基端側の雄ねじ部１４１を石英ガラス製の本体１１の先端雌ねじ部１１７に締結し、石英ガラス製のノズル１２の基端側に装着した石英ガラス製のナット１５を該継手の先端側の雄ねじ部１４２に締結することにより、本体の先端にノズルが着脱可能に取り付けられた石英ガラス製バーナー１０が得られる。ノズルの基端側にはスリーブ１３が挿入されてナットに収容されており、スリーブが継手の先端との間に挟み込まれた状態でナットが締結されることによりノズルが取り付けられる。石英ガラス製の継手カバー１６が本体とノズルとの連結部を包囲するように設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として石英ガラスの火炎加工用に使用される石英ガラス製バーナーに関する。

石英ガラスを火炎加工してパイプなどの所定形状に成形するために用いられるバーナーにはステンレス、真鍮などの金属製バーナーが多用されてきたが、金属製バーナーを用いると、加熱された先端ノズル部の金属から遊離した金属イオンや金属酸化物などの不純物が被加工物である石英ガラスの表面に付着して石英ガラス製品の純度を低下させてしまう問題があった。特に、半導体用途の石英ガラス火炎加工製品に対する金属汚染低減の要望が近年ますます強くなってきている。

この要望に応えるために、下記特許文献１などにおいて純石英ガラス製のバーナーが提案されている。このバーナーは、作業者が手で持って作業することができるいわゆるハンドバーナーとして構成されたものであり、石英ガラス製バーナー本体の先端に石英ガラス製バーナーヘッド（ノズル）をねじ込み式で着脱可能に装着しており、加工の際に金属不純物が被加工物の石英ガラス表面に付着することがないため、石英ガラスを高純度に成形することができる利点を有する。また、ノズルが破損した場合には該ノズルを新しいものと交換すれば良く、高価なバーナー全体を購入する必要がなく、さらには、作業の必要性に応じて口径の異なるノズルを使用することができるなどの利点を発揮する。
特許第３８８１９８５号公報

しかしながら、上記特許文献１による石英ガラス製バーナーは、石英ガラス製バーナー本体先端のねじ加工部と石英ガラス製ノズル基端のねじ加工部とを締結させることでノズルを本体に装着しており、ねじを締結したときに脆性素材である石英ガラス同士が擦れ合ってねじ山が欠損しやすいという問題を有する。わずかな欠損が生じても、石英ガラスの破片を噛んだ状態でねじを強く締め付けるとねじ山の大きな欠損を招き、長期使用に耐えることができない。また、ねじ山の欠損は逆火やガス漏れを招く怖れがある。ねじ山は精密な機械加工を必要とするため、一旦ねじ山が欠損してしまうと、再製作には多大な時間とコストを要する。

また、石英ガラスはほとんど塑性変形しない素材であるため、石英ガラス同士でねじ締結しても十分にフィットせずに緩みやすいという問題を有する。このことは、ノズルを本体に装着する際にねじを強く締め付ける傾向を助長し、上述のねじ山の欠損を招く可能性を増大させる。

したがって、本発明の課題は、石英ガラスを火炎加工する際に不純物を付着させない石英ガラス製バーナーにおいて、脱着可能なノズルを本体に装着するための新規な構造を提供して上記従来技術の不利欠点を解消させることにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明は、先端側にねじ加工部を有する石英ガラス製の本体と、石英ガラス製のノズルと、基端側および先端側にそれぞれねじ加工部を有する耐熱樹脂製の継手と、ノズルの基端側に装着される石英ガラス製のナットとからなり、継手の基端側のねじ加工部は本体の先端側のねじ加工部に着脱可能に締結され、継手の先端側のねじ加工部はナットに着脱可能に締結されることにより、本体の先端にノズルが着脱可能に取り付けられることを特徴とする石英ガラス製バーナーである。

請求項２に係る本発明は、請求項１記載の石英ガラス製バーナーにおいて、ノズルの基端側にスリーブが挿入されてナットに収容されており、スリーブが継手の先端との間に挟み込まれた状態でナットが締結されることによりノズルが取り付けられることを特徴とする。

請求項３に係る本発明は、請求項１記載の石英ガラス製バーナーにおいて、ノズルの基端側にナットが一体形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る本発明は、請求項１ないし３のいずれか記載の石英ガラス製バーナーにおいて、本体とノズルとの連結部を包囲する石英ガラス製の継手カバーが設けられることを特徴とする。

本発明の石英ガラス製バーナーは、先端側にねじ加工部を有する石英ガラス製の本体と、石英ガラス製のノズルと、基端側および先端側にそれぞれねじ加工部を有する耐熱樹脂製の継手と、ノズルの基端側に装着される石英ガラス製のナットとからなり、継手の基端側のねじ加工部は本体の先端側のねじ加工部に着脱可能に締結され、継手の先端側のねじ加工部はナットに着脱可能に締結されることにより、本体の先端にノズルが着脱可能に取り付けられるものとされている。この石英ガラス製バーナーによれば、火炎加工の際に金属不純物が被加工物の石英ガラス表面に付着することがないため、石英ガラスを高純度に成形することができる利点を有する。また、ノズルが破損した場合には該ノズルを新しいものと交換すれば良く、高価なバーナー全体を購入する必要がなく、さらには、作業の必要性に応じて口径の異なるノズルを使用することができるなどの利点を発揮する。

さらに、本発明によれば、石英ガラス製の本体に石英ガラス製のノズルを着脱可能に取り付けるための構造において、石英ガラス同士でねじ締結することに代えて、耐熱樹脂製の継手を介して本体にノズルを装着することとしているのため、樹脂の塑性変形を通じて締結時のフィットが向上し、ねじ山の欠損を防止することができる効果が発揮される。

また、本体とノズルの連結部を包囲する石英ガラス製の継手カバーを設けることにより、火炎加工の際に被加工物に当たって跳ね返った火炎から樹脂製継手を保護することができる。

図１および図２を参照して、本発明の一実施例による石英ガラス製バーナー１０は、石英ガラス製の本体１１と、石英ガラス製のノズル１２と、ポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂からなるスリーブ１３と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの耐熱樹脂からなる継手１４と、石英ガラス製のナット１５と、石英ガラス製の継手カバー１６とから構成されている。

本体１１は、水素導入管１１１の内部に酸素導入管１１２が同心状に設けられた二重管構造を有しているが、その基端部では各々独立した管として分岐しており、水素導入口１１１ａおよび酸素導入口１１２ａを備えている。水素導入口１１１ａおよび酸素導入口１１２ａはそれぞれ水素供給源および酸素供給源（いずれも図示せず）に接続されている。酸素供給源から酸素導入口１１２ａを介して酸素導入管１１２に導入された酸素は、水素供給源から水素導入口１１１ａを介して水素導入管１１１に導入された水素と、本体１１の先端部１１６で混合されて、混合燃料とされる。

符号１１３は本体１１の基端側で分岐している水素導入管１１１と酸素導入管１１２とを連結する振れ止めである。また、符号１１４は本体１１の主部において二重管として設けられている水素導入管１１１と酸素導入管１１２とを連結して同心状の配置関係を維持するための振れ止めであり、この実施例では１２０度間隔で３箇所設けられている。

また、本体１１の主部においては水素導入管１１１を包囲するように外管１１５が設けられており、万一作業中に水素導入管１１１が割れた場合であっても外管１１５で作業者を保護する役割を果たす。作業者が握りやすいように、外管１１５の表面をサンドブラスト仕上げしても良い。

本体１１の先端部１１６の内径にはねじ加工が施されていて雌ねじ部１１７を有する。雌ねじ部１１７には継手１３の一端側の雄ねじ部１３１が締結される。

ノズル１２は、本体１１の先端部で混合された酸素と水素の混合燃料が燃焼して得られる火炎を被加工物に向けて噴射させるための火先口１２１を有する。火先口１２１は所要の火炎加工を行うための所定の口径を有する。異なる口径の火先口１２１を有するノズル１２を複数用意しておき、必要に応じて交換して使用することができる。

スリーブ１３はノズル１２の基端部１２２側に装着されるもので、その内径はノズル１２の基端部１２２の外径に略等しく、その外形状はナット１５の内側に密着するように形成されている。ナット１５はノズル１２の基端部１２２に装着され、その本体１１側に向けた開口部には雌ねじ部１５１が形成されている。ナット１５の外径は本体先端部１１６の外径より若干大きい。

継手１４は両端に雄ねじ部１４１，１４２を有しており、基端側の雄ねじ部１４１は前述のように本体１１先端側の雌ねじ部１１７に締結され、先端側の雄ねじ部１４２はノズル１２の基端部に装着されたナット１５の雌ねじ部１５１に締結される。継手１４の中央部１４３は本体１１の先端部１１６と略同一の外径を有しており、雄ねじ部１４１と雌ねじ部１１７との螺合を介して本体１１と一体化されたときに、これらが略同一面になるようにされている。また、継手１４の先端側の内径は基端側の内径よりも若干大きくてノズル１２の基端部の外径と略同一とされており、段差１４４を有している。

継手カバー１６は、本体１１とノズル１２との結合部を被覆するための筒状部材であり、本体先端部１１６および継手中央部１４３の外径と略同一の内径を有するが、ノズル１２側の先端部はナット１５の外径と略同一の内径を有しており、したがってこれらの間に段差１６１が形成されている。そして、継手１４の雄ねじ部１４１が本体１１先端側の雌ねじ部１１７に締結されると共にその雄ねじ部１４２がノズル１２基端部に装着されたナット１５に締結されることによってノズル１２が本体１１先端に装着されたときに、継手カバー１６は、その先端側においては段差１６１にナット１５が嵌合されると共に、基端側においては本体１１先端の外周面に形成された段差１１８に係合されることにより、軸方向移動が規制されて定位置に不動に保持される。

この石英ガラス製バーナー１０を組み付けるには、本体１１の先端の雌ねじ部１１７に継手１４の基端側の雄ねじ部１４１を締結することにより本体１１に継手１４を装着した後に、継手１４の上に継手カバー１６を被せ、ノズル１２の基端側からナット１５とスリーブ１３を通しておいてからノズル１２の基端部を継手１４の先端側に段差１４４に突き当たるまで差し込み、この状態でナット１５を継手１４の先端側の雌ねじ部１４２に締結させる。これによりノズル１２が本体１１に一体的に取り付けられて、石英ガラス製バーナー１０が得られる。

破損したノズル１２を新しいノズルに交換し、あるいは口径の異なるノズルに交換する場合は、ナット１５を緩めて継手１４から取り外すことによりノズル１２を本体１１から離脱させ、ナット１５とスリーブ１３を外して新たに取り付けるべきノズル１２に付け替えた後に、上記と同様にしてナット１５を締め付けることにより該ノズル１２を本体１１に装着させる。このようにしてノズル１２は本体１１に対して着脱可能である。

この石英ガラス製バーナー１０は、本体１１にノズル１２を着脱可能に装着するための連結構造において樹脂製の継手１３を用い、継手１３の雄ねじ部１３１を本体１１の先端側の雌ねじ部１１７に締結すると共に、継手１３の雄ねじ部１４２をノズル１２に装着したナット１５の雌ねじ部１５１に締結している。すなわち、いずれにおいても石英と樹脂とでねじ締結する連結構造を採用しているため、樹脂の塑性変形を通じて高いフィット性を有する連結が実現される。

本発明の一実施例による石英ガラス製バーナーの全体断面図である。 この石英ガラス製バーナーの本体とノズルの連結構造を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０ 石英ガラス製バーナー
１１ 本体
１１１ 水素導入管
１１２ 酸素導入管
１１３，１１４ 振れ止め
１１５ 外管
１１６ 先端部
１１７ 雌ねじ部
１１８ 段差
１２ ノズル
１２１ 火先口
１２２ 基端部
１３ スリーブ
１４ 継手
１４１ 基端側の雄ねじ部
１４２ 先端側の雄ねじ部
１４３ 中央部
１４４ 段差
１５ ナット
１６ 継手カバー
１６１ 段差

Claims (4)

1. 先端側にねじ加工部を有する石英ガラス製の本体と、石英ガラス製のノズルと、基端側および先端側にそれぞれねじ加工部を有する耐熱樹脂製の継手と、ノズルの基端側に装着される石英ガラス製のナットとからなり、継手の基端側のねじ加工部は本体の先端側のねじ加工部に着脱可能に締結され、継手の先端側のねじ加工部はナットに着脱可能に締結されることにより、本体の先端にノズルが着脱可能に取り付けられることを特徴とする石英ガラス製バーナー。
2. ノズルの基端側にスリーブが挿入されてナットに収容されており、スリーブが継手の先端との間に挟み込まれた状態でナットが締結されることによりノズルが取り付けられることを特徴とする請求項１記載の石英ガラス製バーナー。
3. ノズルの基端側にナットが一体形成されていることを特徴とする請求項１記載の石英ガラス製バーナー。
4. 本体とノズルとの連結部を包囲する継手カバーが設けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の石英ガラス製バーナー。

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