JP2013011403A - バーナー - Google Patents

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Abstract

【課題】火炎の噴射に用いるガスの使用量を低減することができるバーナーを提供すること。
【解決手段】 表面改質剤、酸素、及び可燃性ガスを含む第１のガスを燃焼させた火炎を噴射する第１の噴射部３７と、酸素、及び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３９とを備え、前記第２の噴射部３９は、前記第１の噴射部の周囲を囲むように配置されたバーナーであって、前記第１の噴射部３７は取り外し可能であり、前記第２の噴射部は、複数の分割噴射部３９Ａ〜Ｄに分割されており、前記複数の分割噴射部３９Ａ〜Ｄのうちの少なくとも一部は、前記第１の噴射部３７の大きさに応じて、取付け位置が可変であることを特徴とするバーナー９。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、表面改質処理に用いられるバーナーに関する。
シリコンゴムやポリエチレン樹脂等の高分子、金属、セラミック等を材料とする固体物質の表面は、他の部材の接着、塗料の塗装、印刷等の表面処理が困難な状態である場合がある。そこで、従来から、固体物質の表面を改質して、接着、塗装、印刷等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。
従来の表面改質装置は、液状の表面改質剤を、ナノポンプや霧化装置を利用して気化し、その気化した表面改質剤を含むガスをバーナーで燃焼して生じた火炎を固体物質（被処理材）に噴射し、固体物質の表面改質を行う。
表面改質装置で用いられるバーナーとして、表面改質剤を含むガスの火炎を噴射する第１の噴射部を備えるとともに、その周縁に、可燃性ガスを含むガスの火炎を噴射する第２の噴射部を備えるものが開示されている（特許文献１参照）。このバーナーは、第２の噴射部が噴射する火炎により、第１の噴射部が噴射する火炎への空気（酸素）の侵入を低減し、結果として、酸化物の生成を防止できる。
特開２０１１−１７５０９号公報
しかしながら、従来のバーナーでは、火炎の噴射に用いるガスの使用量を低減することが困難であった。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、火炎の噴射に用いるガスの使用量を低減することができるバーナーを提供することを目的とする。
本発明の第１のバーナーは、表面改質剤、酸素、及び可燃性ガスを含む第１のガスを燃焼させた火炎を噴射する第１の噴射部と、酸素、及び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の噴射部とを備え、前記第２の噴射部は、前記第１の噴射部の周囲を囲むように配置されたバーナーであって、前記第１の噴射部は取り外し可能であり、前記第２の噴射部は、複数の分割噴射部に分割されており、前記複数の分割噴射部のうちの少なくとも一部は、前記第１の噴射部の大きさに応じて、取付け位置が可変であることを特徴とする。
本発明の第１のバーナーにおいては、第１の噴射部は取り外し可能であるので、例えば、被処理材が大きい場合は、大きい第１の噴射部を使用し、効率的に被処理材の表面改質処理を行うことができる。また、被処理材が小さい場合は、小さい（被処理材の幅からはみ出してしまう部分が小さい）第１の噴射部を使用し、第１の噴射部で使用するガス（第１のガス）の使用量を低減できる。
また、第２の噴射部は、複数の分割噴射部に分割されており、複数の分割噴射部のうちの少なくとも一部は、第１の噴射部の大きさに応じて、取付け位置が可変であるので、第１の噴射部の大きさを変えても、第１の噴射部に対する分割噴射部の位置関係（例えば、分割噴射部は第１の噴射部の周囲を囲むように配置され、第１の噴射部の外縁に接触しているか、近接している）が維持されるので、第１の噴射部を交換したときでも、分割噴射部が噴射する火炎により、第１の噴射部が噴射する火炎と周囲の空気との接触を防止できる。
本発明の第１のバーナーでは、例えば、前記第１の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第１の噴射面と、前記第２の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第２の噴射面との間に段差を設けることができる。
段差の形態としては、例えば、第１の噴射面の方が、第２の噴射面よりも奥側に陥没している形態が挙げられる。この場合、第２の噴射部から噴射する火炎が短くても、第１の噴射部が噴射する火炎と周囲の空気との接触を防止できる。そのため、第２の噴射部で使用するガス（第２のガス）の使用量を低減できる。
また、段差の形態としては、例えば、第１の噴射面の方が、第２の噴射面よりも突出している形態が挙げられる。この場合、第１のガスの流量が少なくても、第１の噴射部から噴射する火炎において、ラジカルが発生している領域（有効体積）を大きくすることができる。そのため、第１のガスの使用量を低減できる。
本発明における第２のバーナーは、表面改質剤、酸素、及び可燃性ガスを含む第１のガスを燃焼させた火炎を噴射する第１の噴射部と、酸素、及び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の噴射部とを備え、前記第２の噴射部は、前記第１の噴射部の周囲を囲むように配置されたバーナーであって、前記第１の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第１の噴射面と、前記第２の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第２の噴射面との間に段差があることを特徴とする。
段差の形態としては、例えば、第１の噴射面の方が、第２の噴射面よりも奥側に陥没している形態が挙げられる。この場合、第２の噴射部から噴射する火炎が短くても、第１の噴射部が噴射する火炎と周囲の空気との接触を防止できる。そのため、第２の噴射部で使用するガス（第２のガス）の使用量を低減できる。
また、段差の形態としては、例えば、第１の噴射面の方が、第２の噴射面よりも突出している形態が挙げられる。この場合、第１のガスの流量が少なくても、第１の噴射部から噴射する火炎において、ラジカルが発生している領域（有効体積）を大きくすることができる。そのため、第１のガスの使用量を低減できる。
前記表面改質剤は、表面改質を行う対象物の表面を改質して、塗装、印刷、接着などの処理を行い易くする作用を有する化合物である。表面改質剤としては、各種有機金属化合物や、含酸素有機化合物を使用できる。表面改質剤としては、例えば、特開２０１０−２７５６０１号公報、特開２０１１−１７５０９号公報に記載されているものを適宜選択して用いることができる。具体例としては、Ａｌ（Ｏ−ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、（ＣＨ3）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ、Ａｓ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）3、Ｂ（Ｏ−ＣＨ3）3、Ｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）3、Ｂ（Ｏ−ｉＣ4Ｈ9）3、（ｎ−Ｃ4Ｈ9）2Ｂ（ＯＨ）、トリシクロヘキシルボロン［（Ｃ6Ｈ13）3Ｂ］、（Ｃ2Ｈ5）2Ｂｅ、（Ｃ2Ｈ5）2Ｃｄ、Ｃｒ（Ｃ2Ｈ5−Ｃ6Ｈ5）2、Ｇｅ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）4、Ｇｅ（Ｏ−ｎＣ3Ｈ7）4、Ｇｅ（Ｏ−ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、Ｈｆ（Ｏ−ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、Ｉｎ（Ｏ−ＣＨ3）3、エチルシクロペンタジエニル（１，５−シクロオクタジエン）イリジウム［Ｉｒ（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）（Ｃ8Ｈ12）］、Ｆｅ（ＣＯ）5、Ｎｉ（ＣＯ）4、Ｎｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5、Ｎｂ（Ｏ−ｓｅｃＣ4Ｈ9）5、ＰＯ（Ｏ−ＣＨ3）3、ＰＯ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）3、ＰＯ（Ｏ−ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、Ｐ（Ｏ−ＣＨ3）3、Ｐ（Ｏ−ｓｅｃＣ4Ｈ9）3、Ｐｂ（Ｏ−ｉＣ3Ｈ7）2、ビス（エチルシクロペンタジエニル）ルテニウム［Ｒｕ（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）2]、Ｓｂ（Ｏ−ｎＣ3Ｈ7）3、Ｔａ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5、ジアセチルアセト−ジブトキシスズ［Ｓｎ（ＯＣ4Ｈ9）2（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）2］、Ｔｉ（Ｏ−ｉＣ3Ｈ7）4、Ｔｉ（Ｏ−ｓｅｃＣ4Ｈ9）4、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］4、ＶＯ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）3、Ｚｒ（Ｏ−ｔｅｒｔＣ4Ｈ9）4、（ＣＨ3）6Ｓｉ2Ｏ等が挙げられる。 これらの表面改質剤のうち、ＰＯ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）3や（ＣＨ3）6Ｓｉ2Ｏ等が好ましい。
また、表面改質剤としては、例えば、炭化水素系表面改質剤（例えば、炭素と水素と酸素とから成る炭化水素）を用いることができる。炭化水素系表面改質剤としては、例えば、以下の（Ａ）、（Ｂ）が挙げられる。
（Ａ）エーテル構造（−Ｏ−）を２個以上有している炭素を有する含酸素有機化合物。
（Ｂ）Ｃ＝Ｏ基（カルボキシル基を含む）が２個以上結合している炭素を有する含酸素有機化合物。
前記（Ａ）の炭化水素系表面改質剤としては、例えば、（Ａ１）オルトエステル類、（Ａ２）環状ジエーテル類、（Ａ３）アセタール類が挙げられる。（Ａ１）オルトエステル類としては、例えば、構造式：ＲＣ（ＯＲ‘）3で表されるものが好ましい。ここで、Ｒは水素又は炭素数１〜６のアルキル基であり、Ｒ’は炭素数１〜６のアルキル基である。（Ａ１）オルトエステル類の具体例としては、オルトプロピオン酸トリエチル（Triethyl orthopropionate;CH3CH2C-(OCH2CH3)3）、オルト酢酸トリエチル（Triethyl orthoacetate;CH3C(OCH2CH3)3）、オルトギ酸トリエチル（Triethyl orthoformate;HC(OCH2CH3)3）、オルト酪酸トリエチル（Triethyl orthobutyrate;CH3CH2C(OCH2CH3)3）、オルト吉草酸トリエチル（Triethyl orthovalerate;H3CH2CH2CH2C(OCH2CH3)3）、オルトギ酸トリーｎ−ブチル（Tri-n-buthyl orthoformate;HC(OCH2CH2CH2CH3)3）、オルトギ酸トリイソプロピル（Triisopropyl orthoformate;HC-(OCH(CH3)2)3）等が挙げられる。
前記（Ａ２）環状ジエーテル類としては、例えば、酸素１、３位置の５、６員環（２位置ケトン基のものを含む）が好ましい。この中で、１、３−ジオキソラン、２Ｃ位置の炭素数１〜３アルキル基の水素置換体が好ましい。（Ａ２）環状ジエーテル類の具体例としては、３−メチル−１，３ジオキソラン（3-methyl-1,3-dioxolane;CH3CH(-OCH2CH2O-）、１、３ジオキサン（1,3-Dioxane;CH2(O-CH2CH2CH2O-)）、炭酸エチレン（Ethylene carbonate;-CH2CH2O-CO-O-）、炭酸プロピレン（Propylene carbonate;-CH2CHCH3O-CO-O-）等が挙げられる。
前記（Ａ３）アセタール類としては、構造式：Ｒ1Ｒ2Ｃ（ＯＲ3）（ＯＲ4）で表されるものが好ましい。ここで、Ｒ1、Ｒ2は、それぞれ、水素又は炭素数１〜４のアルキル基であり。Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ、炭素数１〜６のアルキル基である。（Ａ３）アセタール類の具体例としては、アセトアルデヒド＝ジエチルアセタール（ジエトキシエタン）（Acetaldehydo diethyl acetal;CH3CH-(OCH2CH3)2）、ジエトキシメタン（Diethoxy methane;CH2-(OCH2CH3)2）等が挙げられる。
前記（Ｂ）の炭化水素系表面改質剤としては、例えば、（Ｂ１）ジケトン類、（Ｂ２）ジケト酸エステル、（Ｂ３）ジカルボン酸ジエステル類が好ましい。前記（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、それぞれ、総炭素数５〜１０のものが好ましい。
前記（Ｂ１）ジケトン類としては、例えば、アセチルアセトン（acetyl acetone;CH3COCH2COCH3）が好ましい。また、前記（Ｂ２）ジケト酸エステルとしては、例えば、アセト酢酸メチル（Methy acetoacetate;CH3COCH2COOCH3）が好ましい。また、前記（Ｂ３）ジカルボン酸ジエステル類としては、マロン酸ジメチル（Dimethyl malonate;CH2(COOCH3)2）が好ましい。
表面改質剤には、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコールを添加してもよい。アルコールを添加することにより炎色を変えることができ、アルコールの添加量は、表面改質剤とアルコールの合計質量に対して０．０１〜３０質量％であるのが燃焼の良否判定の点で好ましい。
前記可燃性ガスとしては、例えば、水素ガス、硫化水素ガス、一酸化炭素、メタン、アセチレン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、イソブタン、ノルマルブタン、イソペンタン、ノルマルペンタン、ジエチルエ−テル、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン等の炭化水素ガス、及びジボラン等のホウ素化合物等を用いることができる。これらの可燃性ガスのうち、プロパンガスが好ましい。
表面改質を行う対象物（被処理材）としては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム等のゴム類、各種ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂等の高分子材料、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス、ニッケル、クロム、タングステン、金、銅、鉄、銀、亜鉛、スズ、鉛等の金属材料、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、石灰、ゼオライト、金、銀、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、鉛、半田、ガラス、セラミック等の材料等が挙げられる。表面改質を行う対象物は、一種の材料から構成されていてもよいし、二種以上の材料から構成されていてもよい。
表面改質を行う対象物（被処理材）の形態は、例えば、板状、シート状、フィルム状、テープ状、短冊状、パネル状、紐状などの平面構造を有するものであってもよく、筒状、柱状、球状、ブロック状、チューブ状、パイプ状、凹凸状、膜状、繊維状、織物状、束状等の三次元構造を有するものであってもよく、これらに限定されない。
また、表面改質を行う対象物（被処理材）の形態は、上記に例示した構造のものと、金属部品、セラミック部品、ガラス部品、紙部品、木部品等とを組み合わせた複合構造体であってもよい。
表面改質装置１の全体構成を表すシステムフロー図である。 噴射面が下側となるように配置されたバーナー９の構成を表す斜視図である。 噴射面が上側となるように配置されたバーナー９の構成を表す斜視図である。 長手方向における長さが短い内炎バーナー３７を取り付けた場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。 内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも奥側に陥没している場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。 内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも突出している場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。 内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも奥側に陥没している場合におけるバーナー９の構成を表す断面図である。 内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも突出している場合におけるバーナー９の構成を表す断面図である。 表面改質剤混合部５の構成を表す説明図である。
本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
１．表面改質装置１の全体構成
本発明のバーナーを適用した表面改質装置１の全体構成を図１、及び図９に基づいて説明する。図１は、表面改質装置１の全体構成を表すシステムフロー図である。図９は、後述する表面改質剤混合部５の構成を表す説明図である。
表面改質装置１は、空気を供給する配管である空気ライン３と、空気ライン３により供給される空気に表面改質剤を混合する表面改質剤混合部５と、可燃性ガスを供給する配管である可燃性ガスライン７と、バーナー９とを備える。
空気ライン３は、空気ライン３Ａ、３Ｂ、３Ｃに分岐する。空気ライン３Ａ内を流れる空気は、ＡＩＲ加温槽１１により加温され、改質剤ミキサー１３に供給される。なお、ＡＩＲ加温槽１１は、後述する収熱ブロアー４７から、空気の加温に用いる熱を得る。空気ライン３Ｂ内を流れる空気は、表面改質剤混合部５において表面改質剤を加えられ、改質剤ミキサー１３に供給される。空気ライン３Ｃ内を流れる空気は、外炎フレームミキサー１５に供給される。
表面改質剤混合部５は、表面改質剤気化室１７を備える。表面改質剤気化室１７は、空気加温槽１９と薬液気化槽２１とに分かれており、空気ライン３Ｂにより供給された空気は、空気加温槽１９に入る。また、表面改質剤気化室１７は、空気加温槽１９及び薬液気化槽２１の下側にヒートプレート２２を備えており、このヒートプレート２２により、空気加温槽１９及び薬液気化槽２１を加温することができる。空気加温槽１９は、空気ライン３Ｂにより供給された空気を所定の温度Ｔに加温してから、薬液気化槽２１に送り出す。薬液気化槽２１は、その下方に、液状の表面改質剤が貯留された液溜槽２１ａを備えており、薬液気化槽２１の上方は、空気の通路となっている。空気加温槽１９から薬液気化槽２１に送り込まれた空気は、液溜槽２１ａに貯留された、液状の表面改質剤と接触し、その所定の温度Ｔにおける飽和蒸気量だけ、表面改質剤を含むようになる。なお、薬液気化槽２１内には、図示しない邪魔板が設けられ、空気の流路を蛇行させている。そのことにより、薬液気化槽２１を出るまでに、空気に含まれる表面改質剤の蒸気量は、所定の温度Ｔにおける飽和蒸気量に達する。
また、表面改質剤混合部５は、表面改質剤気化室１７の外側に、液状の表面改質剤を収容した薬液タンク２３を備える。薬液タンク２３は、補給配管２５を介して、薬液気化槽２１に接続している。薬液タンク２３からの薬液気化槽２１への表面改質剤の供給は、液面センサ２４、コントローラ２６、ＳＯＬ２７、及び薬液注入オペレートバルブ２８により、以下のように制御される。液面センサ２４は、液溜槽２１ａにおける表面改質剤の液量を検出する。表面改質剤が気化することで、液溜槽２１ａの液量が所定の下限値以下となれば、液面センサ２４は、コントローラ２６を介して、ＳＯＬ２７にＯＮの信号を送る。ＯＮの信号を受信したＳＯＬ２７のバルブは開となり、圧縮空気が薬液注入オペレートバルブ２８に送られ、薬液注入オペレートバルブ２８が開となる。すると、薬液タンク２３から、補給配管２５を介して、液溜槽２１ａに表面改質剤が注入される。なお、ＳＯＬ２７には、空気ライン３Ｂから圧縮空気が供給されている。
表面改質剤の注入により、液溜槽２１ａにおける表面改質剤の液量が所定の上限値を超えると、液面センサ２４は、コントローラ２６を介して、ＳＯＬ２７にＯＦＦの信号を送る。ＯＦＦの信号を受信したＳＯＬ２７のバルブは閉となり、薬液注入オペレートバルブ２８も閉となって、表面改質剤の注入が止まる。
薬液タンク２３内の上部（表面改質剤で満たされていない部分）と、薬液気化槽２１（液溜槽２１ａ以外の部分）とは、パイプ２９により接続されている。パイプ２９の中間部には、開閉可能な手動バルブ３０が設けられている。また、薬液タンク２３の上端には、取り外し可能なキャップ３１が設けられている。
パイプ２９により、薬液タンク２３内と薬液気化槽２１内とを同圧にすることができる。薬液タンク２３への表面改質剤の補給は、次のように行うことができる。まず、手動バルブ３０を閉にして、キャップ３１を開け、薬液タンク２３内へ表面改質剤を注入する。その後、キャップ３１を閉め、手動バルブ３０を開にする。
なお、空気ライン３Ｂのうち、表面改質剤混合部５から、改質剤ミキサー１３までの部分は、保温ヒータ３３により加温される。そのため、空気ライン３Ｂ内を流れる空気の温度は、所定の温度Ｔ以上に保たれ、空気中の表面改質剤が凝縮（液化）してしまうことがない。
可燃性ガスライン７は、可燃性ガスライン７Ａ、７Ｂに分岐する。可燃性ガスライン７Ａ内を流れる可燃性ガスは、内炎フレームミキサー３５に供給される。この内炎フレームミキサー３５には、可燃性ガスとともに、改質剤ミキサー１３で混合されたガス（空気と表面改質剤とを含むガス）も供給される。よって、内炎フレームミキサー３５では、表面改質剤、空気、及び可燃性ガスを含むガス（第１のガス）が生成する。
可燃性ガスライン７Ｂ内を流れる可燃性ガスは、外炎フレームミキサー１５に供給される。この外炎フレームミキサー１５には、上述したように、空気ライン３Ｃから、空気も供給される。よって、外炎フレームミキサー１５では、空気、及び可燃性ガスを含むガス（第２のガス）が生成する。
バーナー９は、内炎バーナー（第１の噴射部）３７と、外炎バーナー（第２の噴射部）３９とを備える。内炎バーナー３７は、内炎フレームミキサー３５から、第１のガスの供給を受け、その第１のガスを燃焼させた火炎を、被処理材４１に噴射し、被処理材４１の表面を改質する。外炎バーナー３９は、外炎フレームミキサー１５から、第２のガスの供給を受け、その第２のガスを燃焼させた火炎を噴射する。外炎バーナー３９が噴射する火炎は、内炎バーナー３７が噴射する火炎の周囲を囲む。そのことにより、内炎バーナー３７が噴射する火炎が、周囲の空気と接触し難くなる。
バーナー９は、イグニッション４３及びスパークプラグ４５を備えており、それらを用いて、第１のガス及び第２のガスに点火することができる。なお、バーナー９の詳細な説明は後述する。
表面改質装置１は、その他に、収熱ブロアー４７を備えており、バーナー９の熱を回収し、その熱をＡＩＲ加温槽１１に供給することができる。
また、表面改質装置１は、ストップバルブ５１、８１、エアーフィルター５３、レギュレータ５５、６９、８５、圧力スイッチ５７、７１、８７、ＳＯＬ５９、７７、８９、９３、マスフローメータ６１、７５、７９、９１、９５、マイクロミストセパレータ６３、ドライヤ６５、スーパーミストセパレータ６７、フロースイッチ７３、Ｙストレーナ８３等、公知の構成を備えている。
２．バーナー９の構成
バーナー９の構成を、図２〜図６に基づいて説明する。図２は、噴射面が下側となるように配置されたバーナー９の構成を表す斜視図である。図３は、噴射面が上側となるように配置されたバーナー９の構成を表す斜視図である。図４は、図２、図３の場合よりも、長手方向における長さが短い内炎バーナー３７を取り付けた場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。図５は、内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも奥側に陥没している場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。図６は、内炎バーナー３７の噴射面１０３が、外炎バーナー３９の噴射面１０７よりも突出している場合におけるバーナー９の構成を表す斜視図である。
バーナー９は、内炎バーナー３７、外炎バーナー３９、及び支持板１０１を備えている。内炎バーナー３７は、直方体形状を有し、その１つの面である噴射面（第１の噴射面）１０３において、多数の噴射孔１０５が形成されている。噴射孔１０５は、被処理材４１（図１参照）に対し、火炎を噴射する孔である。内炎バーナー３７は、噴射面１０３とは反対側の面において、支持板１０１に対し、取り外し可能に取り付けられている。支持板１０１のうち、内炎バーナー３７が取り付けられる位置は、その中央部であり、その位置は常に一定である。内炎バーナー３７の支持板１０１に対する取り付け方法は、両者にボルト孔を開けておき、その孔にボルトを通して取り付ける方法である。
外炎バーナー３９は、４つの分割外炎バーナー（分割噴射部）３９Ａ〜３９Ｄに分割されている。分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄは、それぞれ、支持板１０１に対し、取り外し可能に取り付けられている。支持板１０１のうち、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄが取り付けられている面は、内炎バーナー３７が取り付けられている面と同じである。支持板１０１のうち、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄが取り付けられる位置は、同じ支持板１０１においては、常に一定である。分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの支持板１０１に対する取り付け方法は、両者にボルト孔を開けておき、その孔にボルトを通して取り付ける方法である。
４つの分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄは、それぞれ、Ｌ字型の形状を有し、内炎バーナー３７の周囲を囲むように配置される。分割外炎バーナー３９Ａ、３９Ｂは、噴射面１０３における１つの長辺１０３ａに沿って配置される。また、分割外炎バーナー３９Ｃ、３９Ｄは、噴射面１０３における他方の長辺１０３ｂに沿って配置される。分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄは、内炎バーナー３７の外縁に接触しているか、近接している。
分割外炎バーナー３９Ａと３９Ｄとの間には、所定の隙間が存在する。また、分割外炎バーナー３９Ｂと３９Ｃとの間にも、所定の隙間が存在する。後述するように、内炎バーナー３７は、大きさが異なるものに交換可能であり、長手方向（長辺１０３ａ、１０３ｂの方向）における長さが大きい内炎バーナー３７を用いた場合は、図３に示すように、分割外炎バーナー３９Ａと３９Ｂとの間に隙間が生じ、分割外炎バーナー３９Ｃと３９Ｄとの間に隙間が生じる。一方、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７を用いた場合は、図４に示すように、分割外炎バーナー３９Ａと３９Ｂとの間に隙間は生じず、分割外炎バーナー３９Ｃと３９Ｄとの間にも隙間は生じない。
分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄは、それぞれ、支持板１０１に取り付けられる面とは反対側の面である噴射面（第２の噴射面）１０７において、多数の噴射孔１０９を有している。噴射孔１０９は、被処理材４１（図１参照）に対し、火炎を噴射する孔である。
内炎バーナー３７の噴射面１０３と、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７との位置関係は、使用する内炎バーナー３７により異なる。すなわち、後述するように、内炎バーナー３７は、大きさが異なるものに交換可能であり、図３及び図４に示すように、噴射面１０３と噴射面１０７とが面一になる内炎バーナー３７を使用することもできるし、図５に示すように、噴射面１０３の方が噴射面１０７よりも奥側に陥没している内炎バーナー３７を使用することもできるし、図６に示すように、噴射面１０３の方が噴射面１０７よりも突出している内炎バーナー３７を使用することもできる。
支持板１０１は、内炎バーナー３７及び分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを取り付ける面とは反対側の面に、第１のガス供給口１１１、第２のガス供給口１１３、１１５を備えている。第１のガス供給口１１１には、内炎フレームミキサー３５で生成した第１のガスが供給される。第１のガス供給口１１１に供給された第１のガスは、支持板１０１及び内炎バーナー３７の内部に形成された、図示しない内部配管を経て、噴射孔１０５に送られる。
また、第２のガス供給口１１３、１１５には、それぞれ、外炎フレームミキサー１５で生成した第２のガスが供給される。第２のガス供給口１１３に供給された第２のガスは、支持板１０１及び分割外炎バーナー３９Ａ、３９Ｄの内部に形成された、図示しない内部配管を経て、分割外炎バーナー３９Ａ、３９Ｄの噴射孔１０９に送られる。また、第２のガス供給口１１５に供給された第２のガスは、支持板１０１及び分割外炎バーナー３９Ｂ、３９Ｃの内部に形成された、図示しない内部配管を経て、分割外炎バーナー３９Ｂ、３９Ｃの噴射孔１０９に送られる。
３．内炎バーナー３７の交換
バーナー９において、以下のようにして、内炎バーナー３７を交換することができる。まず、内炎バーナー３７及び分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを支持板１０１から取り外し、内炎バーナー３７を、所望のものに交換する。また、支持板１０１も、交換後の内炎バーナー３７に対応したものに交換する。ここで、交換後の内炎バーナー３７に対応した支持板１０１とは、交換後の内炎バーナー３７に対し、上述した位置関係（分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄが内炎バーナー３７の周囲を囲むように配置され、内炎バーナー３７の外縁に接触しているか、近接している）で分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを取り付けることができ、その位置関係にある分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄに対し、第２のガスを供給できる内部配管が形成されたものである。
次に、支持板１０１（交換後の内炎バーナー３７に対応したもの）に対し、内炎バーナー３７（交換したもの）及び分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄ（従来のもの）をそれぞれ取り付ける。
内炎バーナー３７の交換のパターンとしては、例えば、図３に示すように、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７から、図４に示すように、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７への交換、あるいはその反対の交換が挙げられる。
なお、図３に示す内炎バーナー３７を取り付けた場合と、図４に示す内炎バーナー３７を取り付けた場合とでは、内炎バーナー３７の長手方向における長さが異なるため、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの長手方向における位置が異なるが、内炎バーナー３７の交換とともに、支持板１０１も、それぞれの場合に対応したものに交換するため、交換前後のいずれにおいても、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを、内炎バーナー３７に対する一定の位置関係（分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄが内炎バーナー３７の周囲を囲むように配置され、内炎バーナー３７の外縁に接触しているか、近接している）を維持しながら、支持板１０１に取り付けることができ、また、第２のガスを、支持板１０１内部の内部配管（図示略）を通して、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射孔１０９に供給することができる。
内炎バーナー３７の交換のパターンとしては、例えば、図３に示すように、噴射面１０３と噴射面１０７とが面一になる内炎バーナー３７、図５に示すように、噴射面１０３の方が噴射面１０７よりも奥側に陥没している内炎バーナー３７、及び、図６に示すように、噴射面１０３の方が噴射面１０７よりも突出している内炎バーナー３７のうちのいずれか１つから、他のいずれかへの交換が挙げられる。
４．バーナー９が奏する効果
（１）バーナー９においては、内炎バーナー３７を、図３に示すような、長手方向における長さが大きいものと、図４に示すような、長手方向における長さが小さいもののいずれにも交換できる。そのため、例えば、被処理材４１が大きい場合は、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７を使用し、効率的に被処理材４１の表面改質処理を行うことができる。また、被処理材４１が小さい場合は、長手方向における長さが小さい（被処理材４１の幅からはみ出してしまう部分が小さい）内炎バーナー３７を使用し、第１のガス（特に表面改質材）の無駄を低減できる。
また、内炎バーナー３７の大きさを変えても、内炎バーナー３７に対する分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの位置関係（分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄは内炎バーナー３７の周囲を囲むように配置され、内炎バーナー３７の外縁に接触しているか、近接している）が維持されるので、内炎バーナー３７を交換したときでも、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄが噴射する火炎により、内炎バーナー３７が噴射する火炎と周囲の空気との接触を防止できる。
（２）バーナー９においては、図５に示すように、内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも奥側に陥没している内炎バーナー３７を使用することができる。
図７に示すように、分割外炎バーナー３９から噴射する火炎（以下、外炎１１７とする）の先端１１７ａは、内炎バーナー３７から噴射する火炎（以下、内炎１１９とする）の先端１１９ａに達していることが好ましい。これは、内炎１１９への空気の侵入を防止するためである。
内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも奥側に陥没している場合、外炎１１７の長さ（噴射面１０７から、先端１１７ａまでの距離）が短くても、外炎１１７の先端１１７ａは、内炎１１９の先端１１９ａに達することができる。
そのため、内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも奥側に陥没していると、外炎１１７を短くし、外炎１１７の噴射に用いる第２のガスの量を低減できる。
（３）バーナー９においては、図６に示すように、内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも突出している内炎バーナー３７を使用することができる。
図８に示すように、内炎１１９には、ラジカルが発生している領域（以下、有効体積１２１とする）が存在する。この有効体積１２１は、表面改質に用いることができる領域である。また、内炎１１９において、有効体積１２１と噴射面１０３との間にはラジカルが発生しない領域が生じる。
内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも突出している場合、噴射面１０３と噴射面１０７とが面一の場合に比べて、有効体積１２１を、噴射面１０３の側に拡張し、有効体積１２１を大きくすることができる。その結果、表面改質を効率よく行うことができる。
また、一定の大きさの有効体積１２１を確保するために必要な第１のガスの流量は、噴射面１０３が噴射面１０７よりも突出している場合の方が、噴射面１０３と噴射面１０７とが面一の場合よりも小さくて済む。そのため、第１のガスを節約することができる。
なお、噴射面１０３が噴射面１０７よりも突出している場合、有効体積１２１が噴射面１０３の側に拡張する理由は、以下のように推測される。すなわち、噴射面１０３が噴射面１０７よりも突出していると、外炎１１７が、噴射面１０３の近傍にある内炎１１９に対する空気の侵入を効果的に防止するためである考えられる。
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、バーナー９は、内炎バーナー３７、外炎バーナー３９、及び支持板１０１が一体であるもの（内炎バーナー３７を交換できないもの）であってもよい。この場合、バーナー９は、図５に示すように、内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも奥側に陥没しているものとすることができる。また、バーナー９は、図６に示すように、内炎バーナー３７の噴射面１０３の方が、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄの噴射面１０７よりも突出しているものとすることができる。この場合でもバーナー９は、上述した効果を奏することができる。
また、図３に示すように、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７を使用して、分割外炎バーナー３９Ａと３９Ｂの間に隙間が生じ、分割外炎バーナー３９Ｃと３９Ｄの間に隙間が生じる場合、それらの隙間を埋める追加の外炎バーナーを取り付けてもよい。この追加の外炎バーナーも、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄと同様に、支持板１０１に取り付けられ、そこから第２のガスを供給される。また、追加の外炎バーナーは、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄと同様に、噴射孔を備え、その噴射孔から被処理材４１に向けて火炎を噴射する。
また、同一の支持板１０１に対し、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７と、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７とのいずれも取り付けられるようにしてもよい。この場合、同一の支持板１０１に、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７を取り付けるときに、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを取り付けるための４個のボルト孔（以下、ボルト孔Ｘ１〜Ｘ４とする）と、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７を取り付けるときに、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄを取り付けるための４個のボルト孔（以下、ボルト孔Ｙ１〜Ｙ４とする）とを、それぞれ設けることができる。
ボルト孔Ｘ１〜Ｘ４とボルト孔Ｙ１〜Ｙ４とは、完全に独立した８個の孔であってもよい。この場合、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７を取り付けるときと、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７を取り付けるときとでは、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄ全ての取付け位置が変わることになる。
また、ボルト孔Ｘ１〜Ｘ４とボルト孔Ｙ１〜Ｙ４とは、一部を共有していてもよい。この場合、長手方向における長さが大きい内炎バーナー３７を取り付けるときと、長手方向における長さが小さい内炎バーナー３７を取り付けるときとでは、分割外炎バーナー３９Ａ〜３９Ｄのうちの一部のみの取付け位置が変わることになる。
１・・・表面改質装置、３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・空気ライン、
５・・・表面改質剤混合部、７、７Ａ、７Ｂ・・・可燃性ガスライン、
９・・・バーナー、１１・・・ＡＩＲ加温槽、１３・・・改質剤ミキサー、
１５・・・外炎フレームミキサー、１７・・・表面改質剤気化室、
１９・・・空気加温槽、２１・・・薬液気化槽、２１ａ・・・液溜槽、
２２・・・ヒートプレート、２３・・・薬液タンク、２４・・・液面センサ、
２５・・・補給配管、２６・・・コントローラ、
２８・・・薬液注入オペレートバルブ、２９・・・パイプ、
３０・・・手動バルブ、３１・・・キャップ、
３３・・・保温ヒータ、３５・・・内炎フレームミキサー、
３７・・・内炎バーナー、３９・・・外炎バーナー、
３９Ａ〜Ｄ・・・分割外炎バーナー、４１・・・被処理材、
４３・・・イグニッション４５・・・スパークプラグ、４７・・・収熱ブロアー、
５１・・・ストップバルブ、５３・・・エアーフィルター、５５・・・レギュレータ、
５７・・・圧力スイッチ、６１・・・マスフローメータ、
６３・・・マイクロミストセパレータ、６５・・・ドライヤ、
６７・・・スーパーミストセパレータ、７３・・・フロースイッチ、
１０１・・・支持板、１０３、１０７・・・噴射面、
１０３ａ、１０３ｂ・・・長辺、１０５、１０９・・・噴射孔、
１１１・・・第１のガス供給口、１１３、１１５・・・第２のガス供給口、
１１７・・・外炎、１１７ａ・・・先端、１１９・・・内炎、
１１９ａ・・・先端、１２１・・・有効体積

Claims (3)

  1. 表面改質剤、酸素、及び可燃性ガスを含む第１のガスを燃焼させた火炎を噴射する第１の噴射部と、
    酸素、及び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の噴射部とを備え、
    前記第２の噴射部は、前記第１の噴射部の周囲を囲むように配置されたバーナーであって、
    前記第１の噴射部は取り外し可能であり、
    前記第２の噴射部は、複数の分割噴射部に分割されており、
    前記複数の分割噴射部のうちの少なくとも一部は、前記第１の噴射部の大きさに応じて、取付け位置が可変であることを特徴とするバーナー。
  2. 前記第１の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第１の噴射面と、
    前記第２の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第２の噴射面との間に段差があることを特徴とする請求項１記載のバーナー。
  3. 表面改質剤、酸素、及び可燃性ガスを含む第１のガスを燃焼させた火炎を噴射する第１の噴射部と、
    酸素、及び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の噴射部とを備え、
    前記第２の噴射部は、前記第１の噴射部の周囲を囲むように配置されたバーナーであって、
    前記第１の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第１の噴射面と、
    前記第２の噴射部において、火炎を噴射する孔が形成された面である第２の噴射面との間に段差があることを特徴とするバーナー。
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