JP2011017509A - バーナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のバーナー30は、固体物質Sの表面を改質する改質化合物を気化してなる気体状の改質化合物を含む燃料ガスの火炎を固体物質Sの表面に吹き付けるためのバーナー30である。燃料ガスは、気体状の改質化合物と、空気または可燃性ガスと、酸素を含むガスと、を含む。バーナー30は、燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射する第1の噴射部32と、可燃性ガスを含む第2のガスを燃焼させた火炎を噴射する第2の噴射部33とが、交互に配された多重構造の噴射部31を備える。第1の噴射部32の周縁には第2の噴射部33が配されている。
【選択図】図2
Description
そこで、従来から、固体物質の表面を改質して、接着、塗装、印刷などの表面処理を容易なものとする表面改質装置が検討されている(例えば、特許文献1を参照)。
従って、固体物質の表面を改質するためには、気体状態の改質剤化合物を含む燃料ガスを燃焼させてラジカル状態の燃焼炎とし、当該燃焼炎を固体物質に吹き付ける必要がある。
また、上述したように、上記特許文献1に記載のバーナーの噴射口から噴射される燃料ガスの火炎のうち、外縁や外縁寄りのところでは酸化物が生成されやすくなっているため、当該火炎の外縁や外縁寄りの部分が吹き付けられた領域では充分な表面改質が行われない。すなわち、上記のような構成のバーナーを用いると、固体物質の表面改質に寄与できず無駄になる表面改質化合物が生じてしまう。そのうえ、上記の構成では、一度の吹きつけ処理を行うだけでは表面改質処理を行いたい領域(被処理領域)全体を処理できないことがあるため、燃料ガスの火炎を固体表面に複数回吹き付けたり、複数のバーナーで複数の方向から燃料ガスの火炎を固体表面に吹き付ける必要があった。
前記第1の噴射部が、前記固体物質の前記燃料ガスの火炎により改質処理される前記固体物質の被処理部の形状と対応した形状をなしていてもよい。
このような構成とすると表面改質ガスを燃焼させた火炎を一度吹き付けるだけで固体物質の表面の改質が可能となるので、作業効率に優れる。
このような構成とすると、改質剤化合物として燃焼性の劣るものを使用した場合に、燃焼効率を向上することができる。
このような構成とすると、改質剤化合物として燃焼性の劣るものを使用した場合に、燃焼効率を向上することができる。
本発明を具体化した実施形態1を、図1ないし図4を参照しながら説明する。
本実施形態のバーナー30は、高分子材料、金属、セラミック等の固体物質Sの表面を改質する改質化合物を含む燃料ガスの燃焼炎を固体物質Sの表面に吹き付けるためのものである。
本実施形態のバーナー30を備える表面改質装置10は、図1に示すように、改質化合物を収容・気化する気化室12と、空気または可燃性ガスと気体状態の改質化合物とを含む表面改質ガスを気化室12から移送する移送部17と、表面改質ガスと酸素を含むガスとを混合して燃料ガスとする混合室18と、を備える。
改質化合物としては、常温(5〜35℃)で液体状のもの、または沸点が200℃以下の低沸点のものを用いるのが好ましく、具体的には、金属原子、半金属原子、または非金属原子に、1以上の有機基が結合した化合物等が用いられる。
これらの改質化合物のうち、PO(O−C2H5)3や(CH3)6Si2Oなどが好ましい。
なお、本発明では、燃料ガスの体積に対する酸素の量が70%以上99%以下であるのが好ましい。酸素が上記の割合で含まれていると、燃焼性の劣る改質化合物を用いた場合でも燃料ガスの燃焼効率を向上させることができるからである。
第2の噴射部33は、可燃性ガスと、酸素を含むガスとを含む第2のガスを移送する第2の移送管46から連なっており、第2のガスを燃焼させた火炎が噴射されるようになっている。
第2のガスに含まれる酸素を含むガスとしては燃料ガスに含まれる酸素を含むガスと同様のものを用いることができ、第2のガスに含まれる酸素を含むガスと、燃料ガスに含まれる酸素を含むガスとは別のものでも同じものでもよいし、それぞれ2種以上を組み合わせてもよい。
酸素類供給部40は、酸素又は空気を収容する第4のガスタンク43から、第2の移送管46に連なっており、第4のガスタンク43から供給される酸素又は空気の量を制御する第5の弁43Aが設けられている。
なお、固体物質Sの形状を第1の噴射部32の形状に合わせると、表面改質ガスを燃焼させた火炎を一度吹き付けるだけで固体物質Sの表面の改質が可能となるので、作業効率に優れる。
まず、第1のガスタンク15に貯蔵された空気又は可燃性ガスを気化室12に導入する。空気又は可燃性ガスは第1のガスタンク15から、ガス導入部16を通って気化室12の液相13中にバブリングにより導入される(バブリング工程)。液相13中に含まれる改質化合物は、空気又は可燃性ガスがバブリングされていないときでも、液体状態から気体状態に変化(気化)するが、本実施形態では、空気又は可燃性ガスが気化室12の液相13中でバブリングされることにより、液体状態の改質化合物が撹拌されて気化が促進され、気体状態の改質化合物を、常に飽和蒸気圧状態に近づけることができる。
この燃料ガスは、混合室18に設けた第1の移送管22を通ってバーナー30の第1の噴射部32へ移送される。
すなわち、本実施形態では、第1の噴射部32の全域からラジカル状態の燃焼炎が噴射され、このラジカル状態の燃焼炎が吹き付けられることにより固体物質Sの表面が改質処理される(処理工程)。
本実施形態のバーナー30は、燃料ガスの火炎を噴射する第1の噴射部32の周縁に、可燃性ガスを含む第2のガスの火炎を噴射する第2の噴射部33が配された噴射部31を備えるので、第1の噴射部32から噴射される火炎はその中心部だけでなく、周縁や周縁寄りのところでも空気と接触し難くなっている。
従って、本実施形態では、バーナー30の第1の噴射部32のほぼ全域からラジカル状態の燃焼炎が噴射され、当該ラジカル状態の燃焼炎が噴射された固体物質Sの表面が改質される。その結果、本実施形態によれば、第1の噴射部32の形成領域が表面改質処理可能な範囲とほぼ一致するので、改質処理可能な範囲がわかり易い。
(1)試験例1
実施形態1のバーナー30を備える上述の表面改質装置10を用いて以下の条件下で表面改質処理を行った。
改質化合物として(CH3)6Si2O(ヘキサメチルジシロキサン)を用い、バブリングするガスとしてプロパンガスを用いた。酸素を含むガスとしては、当該ガス中の酸素濃度が80〜85体積%の酸素を用い、第2のガスとしてはプロパンガスと空気との混合ガスを用いた。固体物質Sとしてはポリプロピレン板を用いた。
改質処理後のポリプロピレン板の被処理面S1を倍率10000倍で電子顕微鏡[日本電子(株)製、電子線マイクロアナライザー(JXA−8600S型)]により撮影した。撮影した写真を図3に示す。図3の右下に記載の白い線分は1μmの長さを示す。
図3に示すように、本発明のバーナー30を用いて表面改質を行ったポリプロピレン板の被処理面S1においては、白い粒状のものは認められなかった。
1つの噴射口を有するバーナー(特許文献1の図1に示す形態のもの)を用いたこと以外は、試験例1と同様にして、表面改質処理を行った。改質処理後のポリプロピレン板の被処理面を試験例1と同様にして電子顕微鏡により撮影した。撮影した写真を図4に示す。図4の右下に記載の白い線分は1μmの長さを示す。
図4に示すように、従来のバーナーを用いて表面改質を行ったポリプロピレン板の被処理面においては全域において白い粒状のものが認められ、0.3μm程度の白い塊状のものも認められた。この白い粒状のものおよび白い塊状のものは分析(XPS分析、FT−IR分析)により改質化合物の酸化物であることが確認された。
次に、本発明の実施形態2を図5および図6によって説明する。実施形態1と同じ名称の部位には、同一の符号を用い、構造、作用及び効果について重複する説明は省略する。
本実施形態のバーナー30は、図6に示すように、正面視において長円形をなす第1の噴射部32と、第1の噴射部32の外周を包囲する円環状の第2の噴射部33とから構成される二重構造の噴射部31を備える。第1の噴射部32には、円形の噴射口32Aが6個並列して設けられており、第2の噴射部33においては円形の噴射口33Aが多数個、第1の噴射部を取り囲むように設けられている。
助燃ガスとしては、例えばメタン、エタン、ブタンなどの炭化水素ガスなどが挙げられる。上記以外の構成は実施形態1と同様である。
まず、第1のガスタンク15に貯蔵された空気又は可燃性ガスを気化室12の液相13中にバブリングにより導入する。液体状態から気体状態に気化した改質化合物と、バブリングにより導入された空気又は可燃性ガスは、気化室12の気相14に移動する。気化室12の気相14に移動した気体状態の改質化合物と空気又は可燃性ガスとは、気化室12の上部に取り付けられた移送部17を通って混合室18の方向へ移送される。
この燃料ガスは、混合室18に設けた第1の移送管22を通ってバーナー30の第1の噴射部32へ移送される。
本実施形態によれば、実施形態1と同様の効果に加えて、以下の効果が発揮される。
本実施形態によれば、混合室18で助燃性のガスが燃料ガスに混合されるので、改質剤化合物として燃焼性の劣るものを使用した場合にも、燃焼効率を向上することができるという効果が得られる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)上記実施形態では、表面改質装置10として、気化室12の液相13にバブリングにより空気又は可燃性ガスを導入するものを示したが、空気又は可燃性ガスの導入方法はバブリングでなくてもよい。また気化室12には、ヒーター(図示せず)を取り付けて改質化合物の気化を促進してもよい。
図7のバーナー30の噴射部31は、正面視において長円形をなす第1の噴射部32と、第1の噴射部32の外周を包囲する円環状の第2の噴射部33とから構成され、第1の噴射部32には、円形の噴射口32Aが8個並列して設けられており、第2の噴射部33においては第2の噴射部33を構成する円環状の部分が噴射口33Aとされる。
(3)上記実施形態では、第1の噴射部32の外周縁に第2の噴射部33が配されている二重構造の噴射部31を備えるバーナー30を示したが、噴射部31は三重以上の多重構造であってもよいし、第1の噴射部32の内周縁と外周縁との両方に第2の噴射部33が配されているものであってもよい。
具体的には、図8に示すように、内側から順に、正面視において円形の空孔の外周を包囲する円環状の第2の噴射部33、この第2の噴射部33の外周を包囲する円環状の第1の噴射部32、第1の噴射部32の外周を包囲する第2の噴射部33が重なって3重構造をなす噴射部31を有するバーナー30であってもよい。
なお、噴射部31の形状は長円形や円形以外であってもよく、固体物質Sの形状や処理面の形状により使い分けることが可能である。
31…噴射部
32…第1の噴射部
33…第2の噴射部
S…固体物質
S1…被処理面(被処理部)
Claims (4)
- 金属原子、半金属原子、または非金属原子、及び有機基を有し、固体物質の表面を改質する改質化合物を気化してなる気体状の改質化合物を含む燃料ガスの火炎を前記固体物質の表面に吹き付けるための噴射部を備えるバーナーであって、
前記燃料ガスは、可燃性ガスまたは空気と、酸素を含むガスと、気体状の前記改質化合物と、を含み、
前記噴射部は、前記燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射する第1の噴射部と、可燃性ガスを含む第2のガスを燃焼させた火炎を噴射する第2の噴射部とが、交互に配されて多重構造をなし、
前記第1の噴射部の周縁には前記第2の噴射部が配されていることを特徴とするバーナー。 - 前記第1の噴射部が、前記固体物質の前記燃料ガスの火炎により改質処理される前記固体物質の被処理部の形状と対応した形状をなしていることを特徴とする請求項1に記載のバーナー。
- 前記燃料ガスには、当該燃料ガスの体積に対して70%以上99%以下の酸素が含まれることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のバーナー。
- 前記燃料ガスには、当該燃料ガスの燃焼を補助するための助燃ガスが含まれることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のバーナー。
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