JP7030299B1 - バーナヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の火炎加工領域形状、範囲を生成可能なバーナヘッド装置を提供する。【解決手段】ガスの噴出し面１Ｆを有するバーナヘッド８と、噴出し面１Ｆ以外のバーナヘッド８の部分（ＸＦ）に設けられた燃焼ガス供給用の多数のガス導入口を含む第１導入口群１１ａと、噴出し面以外のバーナヘッド８の部分ＸＦに設けられた可燃ガス供給用の多数のガスの導入口を含む第２導入口群（１２ａ―１～１２ａ―４）と、燃焼ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第１バッファ室１５と、可燃ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第２バッファ室１６と、を含む。バーナヘッドを加工して内部にガス通路を設けかつ異なるガスそれぞれのバッファ室を設けることで実現する。【選択図】図７

Description

本発明は、気体燃料、霧状液体燃料等に空気を適量混合して燃焼させるバーナに関し、特に、ガラス製品製造、加工等に用いられるバーナヘッド装置に関する。

バーナは、コンロ等の家庭用調理器具から材料の品質保持のための工業用の工業炉まで幅広く用いられる燃焼装置である。近時、半導体プロセス用の素材加工、科学研究・開発用品、クリーンルーム、実験・研究用器具等の加工用のバーナの需要が大きく伸長しており、特に、ガラス製品加工等のための石英製バーナの開発が盛んに行われている。

従来、石英ガラス製バーナとして、特許文献１の装置が知られている。

特許第３２２２８４０号

特許文献１の石英ガラス製バーナは、一体の石英ガラスロッドに背面側から前面側に貫通するガス体の流通通路を複数形成してそれぞれ支燃性ガスと燃料性ガスの通路とした石英ガラス製バーナヘッドを設け、各通路の背面縁にそれぞれのガスの供給用石英ガラスチューブの端部をガスの導入管として溶接接続したものである。しかしながら、特許文献１の装置によれば、バーナヘッドの背面側で各流通通路の導入口に石英ガラスチューブの端部を溶接する作業を多数行う必要があり作業工数が多く製作に時間がかかり製品コストが高価である。また、数ミリ単位の各孔位置に合わせて溶接する作業であり溶接誤差を生じて完成品の精度バラツキを生じやすい。また、バーナヘッドの前面から中心軸方向前方位置に火炎焦点を設定したものであるから、バーナの火炎による加工領域を広く設定したい場合や一方向に長い長方形状等の加工領域を設定することができない、等の問題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、製作工程が比較的簡単であり、かつ製品精度を良好に保持し、コストを安価に維持しつつ製作可能なバーナヘッド装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、バーナの火炎による加工領域を広く設定でき、また、任意の加工領域形状に対応したバーナとすることのできるバーナヘッド装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、前面１Ｆと側面３Ｆ－１～３Ｆ－４と背面２Ｆを有するブロック体からなる石英ガラス製のバーナヘッド８と、バーナヘッド８の背面２Ｆに設けられ燃焼ガス１Ｇまたは可燃ガス２Ｇのいずれかが導入されるガス導入口１１ａであってすべての導入口がいずれかのガスのみを導入するものであり多数設けられた背面側の第１ガス導入口群と、バーナへッド８の側面３Ｆ－１～３Ｆ－４に設けられ第１のガス導入口群の多数のガス導入口１１ａから導入されるガスとは異なるガスである燃焼ガスまたは可燃ガスのいずれかが導入されるガス導入口１２ａ－１～１２ａ－４であってすべての導入口がいずれかのガスのみを導入するものであり多数設けられた側面側の第２ガス導入口群と、背面側のすべてのガスの導入口１１ａと共有する空間を有する第１バッファ室１５と、側面側のすべてのガスの導入口１２ａ－１～１２ａ－４と共有する空間を有する第２バッファ室１６と、を含み、バーナヘッド８自体に設けられ、前記背面２Ｆ側及び側面３Ｆ－１～３Ｆ－４側の多数のガスの導入口１１ａ、１２ａ－１～１２ａ－４にそれぞれ一端が連通し他端が前面１Ｆ側に開口して設けられた多数のガス通路であって、バーナヘッド８自体に孔を穿孔してバーナヘッド内部に形成した多数のガス通路３１、４１と、バーナヘッド８の前面１Ｆに設けられ多数のガスの通路３１、４１の他端側にそれぞれ連通し多数のガスの通路を介して供給される燃焼ガス１Ｇまたは可燃ガス２Ｇを前面１Ｆから噴き出す多数のガスの噴出し口２１ｂ、２２ｂ－１～２２ｂ－４と、を含み、第１バッファ室１５は、内側にバッファ空間１５Ｓを形成しつつ背面側の第１ガス導入口群のすべてのガス導入口１１ａを内包するバッファフレーム６０（６０－１）をバーナヘッド８の背面２Ｆ又は側面３Ｆ－１～３Ｆ－４に溶接接合させて設けられ、第２バッファ室１６は、内側にバッファ空間１６Ｓを形成しつつ側面側の第２ガス導入口群のすべてのガス導入口１２ａ－１～１２ａ－４を内包するバッファフレーム６０（６０－２）をバーナヘッド８の側面３Ｆ－１～３Ｆ－４に溶接接合させて設けられたバーナヘッド装置１０から構成される。

その際、第１バッファ室１５を形成するバッファフレーム６０（６０－１）は、背面側の第１ガス導入口群のすべてのガス導入口１１ａを内包しかつバーナヘッド８の背面１Ｆ全体及び側面３Ｆ－１～３Ｆ－４の一部を外部から覆うようにバーナヘッド８の側面に溶接接合させて設けられていることとするとよい。

また、第１バッファ室１５と、第２バッファ室１６とは室内どうしが連通しないように隔壁９０で仕切られた状態でバーナヘッドを内側に包み込むようにバッファフレーム６０（６０－１）、６０（６０－２）を接合一体化して設けられていることとするとよい。

さらに、バーナヘッド８は、前面１Ｆが一方向に長い噴出し面を形成する横長の矩形六面体であることとするとなおよい。

本発明のバーナヘッド装置によれば、基本的にはバーナヘッドと第１、第２チャンバとを溶接して一体化するだけで装置を構成できるので製作工程が簡単で良好な仕上がり精度で高品質のバーナヘッド装置を得ることができる。また、製作が容易で製作時間も従来に比較して飛躍的に短時間でよくコストを大幅に低減することができる。さらに、バーナの火炎による加工領域を広く設定できると共に、任意の加工領域形状や大きな領域の火炎加工領域を形成し得るバーナヘッド装置を得ることが可能である。

（ａ）、（ｂ）は、本発明のバーナヘッド装置の原理構成斜視説明図である。 （ａ）は、図１の装置のバーナヘッドのみの斜視説明図である。（ｂ）は、図１の装置の正面説明図である。（ｃ）は、図１の装置の背面説明図である。 実施形態に係るバーナヘッド装置の正面図である。 図３のバーナヘッド装置のバーナヘッド以外の部分のみの図１Ａ－Ａ‘線断面図である。 図３のバーナヘッド装置の底面から見てバーナヘッド以外の部分のみをハッチングで示した図である。 図３のバーナヘッド装置のバーナヘッドのみの背面図である。 図３のバーナヘッドの斜視説明図である。 図３のバーナヘッドの斜視説明図である。 （ａ）は、図８の７Ａ線断面図、（ｂ）は、図８の７Ｂ線断面図、（ｃ）は、図８の７Ｃ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、図３のバーナヘッド装置の作用説明図である。

以下添付図面を参照しつつ本発明のバーナヘッド装置の実施形態について説明する。

本発明のバーナヘッド装置は、ガスや燃焼流体を用いて生じた火炎により種々の物品や物体を火炎加工する装置であり、例えばビーカーやフラスコなど理化学用途や光ファイバー製造用部品の製造などに用いられる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の原理構成説明図である。本発明のバーナヘッド装置は、金属材料又は非金属の無機材料で構成される。バーナは火炎加工の設備である点から、その中でも耐熱性、耐食性を有する材料が好適に用いられる。中でも、非金属無機材料であるガラス、耐火物、ファインセラミックス等が有利に用いられる。原理的には、耐熱性、耐食性、透明性に優れる石英ガラスが特に有利に用いられる。そして、これらの材料を加工したガスの噴射ノズルを利用し、広い火炎加工領域や任意の範囲の火炎加工領域を形成して火炎加工作業効率の向上、加工精度向上を図るものである。

図の原理構成例では、例えば石英ガラスを加工したソリッドブロック体のバーナヘッド８の１つの面をガスの噴出し面１Ｆとし、該噴出し面１Ｆに多数のガスの噴出し口２１ｂ、２２ｂ－１～２２ｂ－４が設けられている。噴出し面１Ｆ以外の表面部分に燃焼ガス供給用と可燃ガス供給用の導入口群１１ａ，１２ａ－１～１２ａ－４を設け、各導入口と噴出し面１Ｆの各噴出し口とが１対１で連通するようにバーナヘッド８の内部にガス通流用の通路３１、４１を設けている。さらに、燃焼ガス供給用の各導入口に接する空間を気密閉鎖するようにバッファフレーム６０をバーナヘッド８の表面に接合させて少なくとも２つのバッファ室１５，１６を設ける。１つのバッファ室１５は燃焼ガスとしての例えば酸素ガスの一時貯留用であり、他のバッファ室１６は可燃ガスとしての例えば水素ガス貯留用である。これによって、供給管等から供給を受けたガスは各バッファ室に一時貯留されてほぼ同時に各導入口からガス通路３１，４１に入り、通流して噴出し面１Ｆから噴出され空気中で両ガスが接する火炎領域で加工対象物に対して火炎加工を行う。バーナヘッドの外形形状やサイズ等を変更、調整して多数のガスの噴出し口群の配置形状や広がり等を変更することで自在の火炎加工領域を生成することができる。

すなわち、本発明の原理構成例によるバーナヘッド装置２００によれば、ガスの噴出し面１Ｆを有するソリッド状ブロック体のバーナヘッド８であり、多数のガス通路３１、４１を内部に形成すると共に多数のガス通路３１、４１に連通する多数のガスの噴出し口２１ｂ、２２ｂを設けた噴出し面１Ｆから燃焼ガス１Ｇと可燃ガス２Ｇを噴き出すバーナヘッド８と、噴出し面１Ｆ以外のバーナヘッド８の部分（ＸＦ）に設けられた燃焼ガス供給用の多数のガス導入口を含む第１導入口群１１ａと、噴出し面以外のバーナヘッド８の部分ＸＦに設けられた可燃ガス供給用の多数のガスの導入口を含む第２導入口群（１２ａ―１～１２ａ―４）と、燃焼ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第１バッファ室１５と、可燃ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第２バッファ室１６と、を含む。バーナヘッド内の多数のガスの通路は燃焼及び可燃ガスが接触しなければどのような通路の経路で通流してもよい。また、ガスの導入口並びに噴出し口の配置や個数は燃焼及び可燃ガスが接触しなければ任意に設定できる。バッファ室のうちバーナヘッド８の周側面側に配置するバッファ室は周方向の一部のみに設けるようにしてもよいし、全周にわたってバッファ室を形成し周側面全体からガスをバーナヘッド内に導入し、噴出し面から噴出させるようにしてもよい。

本発明の原理構成例によるバーナヘッド装置によれば、バーナヘッド８の形状は１つの噴出し面（１Ｆ）を有する形状であれば、四角柱体、円柱体、その他の立体多角形、不定形状立体その他任意形状のブロック体を用いることができる。噴出し面の噴出し口の孔の配置、数、孔径、導入口の孔の配置、数、孔径等は任意に設定可能である。バッファ室は３個以上設けてもよい。バッファ室はバーナヘッド全体を内側に被覆するようにバーナヘッドを囲周して一体接合させてもよいし、導入口の設置位置に応じてバーナヘッドの一部のみでバーナヘッドとバッファ室形成用のバッファフレームとが接合されている図１のような接合形態でもよい。また、ガスの供給管は石英ガラスではなくとも耐熱仕様等の可撓性チューブ等を用いてもよい。

次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。本実施形態のバーナヘッド装置は、耐食性、耐熱性、透明性に優れた石英（ＳｉＯ２）製のガスバーナヘッド装置で構成されている。図３は、本発明の実施形態に係るバーナヘッド装置１０の正面図、図４は、バーナヘッド装置のバーナヘッド以外の部分のみの図３Ａ－Ａ‘線断面図であり、図において、バーナヘッド装置１０は、前面１Ｆから燃焼ガス１Ｇと、可燃ガス２Ｇを噴き出すバーナヘッド８に燃焼ガス及び可燃性ガスの供給管を接続させて構成されている。

即ち、本発明の実施形態に係るバーナヘッド装置１０は、前面１Ｆから燃焼ガス１Ｇと、可燃ガス２Ｇを噴き出すバーナヘッド８と、バーナヘッド８に設けた多数のガスの導入口を有するガス導入口群１１ａ、１２ａ－１、１２ａ－２、１２－ａ３、１２ａ－４と、第１バッファ室１５と、第２バッファ室１６と、を含む。ガス導入口群１１ａ、１２ａ－１、１２ａ－２、１２－ａ３、１２ａ－４は多数のガスの導入口（以下、図示省略）１１ａ１，１１ａ２、１１ａ３．．．、１２ａ－１１，１２ａ－１２，１２ａ―１３．．．、１２ａ－２１、１２ａ－２２、１２ａ－２３．．．、１２ａ－３１、１２ａ－３２、１２ａ３３．．．、１２ａ－４１、１２ａ－４２、１２ａ－４３．．．（以上、図示省略）を含む。

バーナヘッド８は、前面１Ｆと、背面２Ｆを少なくとも有する立体のブロック体からなり、立体形状自体は立方体、直方体、三角柱体、四角柱体、五角柱体、その他の多角柱体、立体台形、その他変形立体形状、不定形立体形状でもよい。バーナヘッド８は、その内部に多数のガス通路（３１、４１）を有しており、特に本実施形態では石英製の一体の塊からなる横長直方体形状ブロックに超音波加工等により直接に貫通する孔を穿孔して通路を形成している。さらに、バーナヘッド８は、前面１Ｆに複数又は多数のガスの噴出し口を含むガスの噴出し口群２１ｂ、２２ｂ－１、２２ｂ－２、２２ｂ－３、２２ｂ－４を設けている。

実施形態において、バーナヘッド８は、図８に主に示す六面体の立体形状の石英の一体ブロック体であり、前面１Ｆ、背面２Ｆの他に４つの側面３Ｆ－１、３Ｆ－２、３Ｆ－３、３Ｆ－４を含む。なお、図８実施形態では小径の孔口がすべて酸素ガス１Ｇの噴出し口であり、大径の孔口がすべて水素ガス２Ｇの噴出し口である。

実施形態において、ガスの導入口群１１ａ、１２ａ－１、１２ａ－２、１２ａ－３、１２ａ－４は、図４，５，６，８に示すように、背面２Ｆと、全ての側面３Ｆ－１、３Ｆ－２、３Ｆ－３、３Ｆ－４とに設けられている。一方、前面１Ｆのみに多数のガス噴出し口を含むガス噴出し口群２１ｂ、２２ｂ－１、２２ｂ－２、２２ｂ－３、２２－ｂ４が設けられており、前面１Ｆがガスの噴出し面とされる。なお、前面にのみ噴出し口を設けることなく、側面や他の部位からガスを噴き出させるようにすることも可能である。バーナヘッド８は、前面１Ｆが一方向に長い噴出し面として形成されている。なお、前面１Ｆ全体にガス噴出し口を設ける必要はなく、全体の一部にのみ偏在したり、あるいは全体に散在していてもよい。

実施形態において、背面２Ｆのガス導入口群１１ａは、図６に示すように、例えば直径０．６ｍｍの口径の導入口の孔が縦７個（列）×横３３個（行）で整列位置で穿孔されている。実施形態において、背面２Ｆのガス導入口には燃焼ガスとしての酸素（Ｏ２）のみが供給される。

一方、図４、５、８、９、１０に示すように、バーナヘッド８の周面としての４側面（図３のバーナヘッド８の平面、底面及び左右両側面）にもそれぞれガスの導入口が設けられている。図３の正面図から見て平面及び底面（図５）すなわち、図３の上下の側面側には、バーナヘッド８の底面となる横長第１側面３Ｆ－１、バーナヘッド８の平面となる横長対向第２側面３Ｆ－３が設けられている。そして、それぞれの側面３Ｆ－１、３Ｆ－３のそれぞれ短辺側幅の略中央位置に横長方向一列に６５個のガス導入口を含む側面横長ガス導入口群１２ａ－１、対向側面横長ガス導入口群１２ａ－２が形成されている。また、面が狭い右小第１側面、左小対向第２側面３Ｆ－２、３Ｆ－４にはそれぞれ横長側面３Ｆ－１、３Ｆ－３の短辺側幅と同じ幅の略中央位置一列に５個のガス導入口１２－ａ３、１２ａ－４が穿孔されている。すなわち、側面側のガス導入口は直方体形状のバーナヘッドの周側面を一周するようにそれぞれ短辺側幅の略中央位置で設けられている。バーナヘッド８の４側面３Ｆ－１、３Ｆ－２、３Ｆ－３、３Ｆ－４に設けられた導入口群１２ａ－１、１２ａ－２、１２ａ－３、１２ａ－４の各導入口はそれぞれ例えば１ｍｍの口径に設定されており、実施形態においては、これらの導入口群のそれぞれの導入口には可燃ガスとしての水素（Ｈ２）が供給される。なお、燃焼及び可燃のいずれのガスの導入口を背面側とするか側面側とするかは実施形態構成に限定されるものではなく、装置の製造しやすさやガス流通の効率、その他の条件から任意に設定することができる。また、燃焼ガスや可燃ガスの導入口の数や配置構成もこの実施態様構成に限定されることなく、任意に設定することができる。

バーナヘッド８の内部に設けられた多数のガス通路３１中、酸素ガスを通流させるガス通路は、第１ガス通路群３１ａを形成している。酸素ガス通路３１は、図８，９，１０に示すように、背面２Ｆのガス導入口群１１ａの各ガス導入口に一端が連通し他端が前面１Ｆの噴出し口群２１ｂのガス噴出し口にそれぞれ連通する内部通路であり、実施形態において、それぞれ直径０．６ｍｍ径の孔として背面側から前面に向けて直線状に貫通して設けられている。実施形態において、ガス通路３１は、ガスの導入口（１１ａ）からバーナヘッド８に供給された燃焼用の酸素ガスＯ２をバーナヘッド８の前面の噴出し口（２１ｂ）から加工対象物に向けて噴出す。

バーナヘッド８の内部に設けられた他の多数のガス通路４１は、バーナヘッド８の側面３Ｆ－１、３Ｆ－２、３Ｆ－３、３Ｆ－４に設けたガス導入口１２ａ－１、１２ａ－２、１２ａ－３、１２ａ－４と、前面１Ｆに設けたガス噴出し口２２ｂ－１、２２ｂ－２、２２ｂ－３、２２－ｂ４を連通接続する通路であり、実施形態において、可燃ガスとしての水素Ｈ２をヘッドの側面から導入させ前面の噴出し面から噴出させる。水素ガス通流用の多数のガス通路は第２ガス通路群４１ａを形成している。

一方、図３，８に戻ってバーナヘッド８の前面１Ｆのガス噴出し口は、燃焼用ガスとしての酸素ガス噴出し口２１ｂと、可燃ガスとしての水素ガス噴出し口２２ｂ－１～２２ｂ－４を含む。図において小径の孔口は酸素ガス噴出し口２１ｂであり、大径の孔口は水素ガス噴出し口２２ｂ－１～２２ｂ－４に設定されている。小径孔口２１ｂと大径孔口２２ｂ－１～２２ｂ－４はそれぞれの孔の周囲に異なる径の孔が配置されるように縦横に交互に小径孔と大径孔を配置させている。例えば、図８において、バーナヘッド８の長手方向一端には、所要の間隔を空けて縦に５個の大径孔口としてのガス噴出し口群（２２ｂ－３）のガス噴出し口が設けられている。そして、それに隣接する左隣りに中央７個を縦に所要間隔を空けて酸素噴出し用としての小径孔口２１ｂが一列に設けられ、その両端に１個ずつの水素噴出し用としての大径孔口（２２ｂ－１）を配置している。この縦に７個一列の小径孔口としての酸素噴出し口群と両端１個ずつの水素噴出し口孔との混合噴出し口孔群ｘと、さらにその隣に縦に５個配置された大径孔口ｙとの並びを交互に繰り返してバーナヘッドの横長方向にわたって設けられている。このとき、縦５個一列の水素噴出し口群ｙの大径孔口どうしの中心間隔は例えば２．２５ｍｍ、混合噴出し口孔群ｙの小径孔口どうしの中心間隔は例えば１．５ｍｍに設定されている。これらの大径孔口、小径孔口の配置形態や孔径、孔口どうしの間隔は任意に設定できる。

図８において、バーナヘッド８の右小第１側面３Ｆ－２には、短辺方向である幅方向に５個の大径孔口としての小側面ガス導入口（１２ａ－３）が所要間隔を空けて一列に設けられている。そして、これらの小側面ガス導入口（１２ａ－３）は、前面１Ｆの長手方向一端側の縦５個の大径孔口ガス噴出し口（２２ｂ－３）に連通接続されている。すなわち、実施形態において、水素ガス通路４１は、Ｌ字状に導入口と噴出し口を連通接続させるＬ字通路として形成されている。すなわち、第２ガス通路群４１ａは、バーナヘッド８の側面側ガス導入口１２ａ－１～１２ａ－４から前面側ガス噴出し口２２ｂ－１～２２ｂ－４に連通する直通及び／又は屈曲ガス通路を含む。これによって、バーナヘッドの周側面側から前面の噴出し面側に具体的に通路を設けることができる。

さらに、バーナヘッド８の前面１Ｆの最も平面（横長対向第２側面３Ｆ－３）及び底面（横長第１側面３Ｆ－１）寄りに設けられたそれぞれ３３個の水素ガス噴出し口としての大径孔口２２ｂ－１～２２ｂ－４は、それぞれ横長第１側面３Ｆ－１と横長対向第２側面３Ｆ－３の幅方向中央位置に間隔を空けて一列状に設けられたそれぞれ６５個の横並びの水素ガス導入口１３ａ－１～１３ａ－６５のうちの３３個の水素ガス導入口にＬ字接続されている。さらに、横長第１側面３Ｆ－１と横長対向第２側面３Ｆ－３の幅方向中央位置に間隔を空けて一列状に設けられた６５個の横並びの水素ガス導入口のうちの残りの３２個が前面１Ｆの水素ガス噴出し口としての大径孔口２２ｂ－１～２２ｂ－４のいずれかにＬ字連通接続されている。横長第１、第２側面３Ｆ－１、３Ｆ－３に設けた６５個の一列の大径口孔はそれぞれ交互に前面１Ｆの５個一列の大径孔口としての水素噴出し口群ｙと、混合噴出し口孔群ｘに連通接続するように設けられている。

実施形態において、図９（ｂ）に示すように混合噴出し口孔群ｘは中央に間隔を空けて７個の酸素ガス通路３１が配置され、その両端に側面３Ｆ－１、３Ｆ－２から水素ガスを供給させ前面１Ｆの水素ガス噴出し口（２２ｂ－１、２２ｂ－２）から水素を噴き出すＬ字通路４１が対称位置に設けられている。これより、酸素ガス１Ｇと水素ガス２Ｇが同時に前面１Ｆから噴出される。また、図９（ｃ）に示すように、水素噴出し口群ｙのラインでは水素ガス通路４１は、側面横長導入口のガス噴出し口２２ｂ－１、と対向側面横長導入口のガス噴出し口２２ｂ－２を直線状に連通するように、一側面から他の側面を貫通するように設けられた貫通孔５１と、前面１Ｆの５個一列に設けられた噴出し口２２ｂ－１、２２ｂ－２とこの貫通路５１とを直角状に連通接続する枝通路５２と、で形成されている。したがって、水素噴出し口群ｙのラインではこれに接続される水素ガス導入口１２ａ―１、１２ａ－２から導入されるガスは直通されたいずれの側面方向にも相互に流通するとともに、貫通孔５１から枝通路５２を経由してそれぞれ前面１Ｆの５個の噴出し口に分かれて噴出される。

図３ないし図７において、実施形態のバーナヘッド装置１０は、バーナヘッド８と、該バーナヘッドの噴出し面を露出させつつバーナヘッドを内包して一体化したバッファフレーム６０と、バッファフレーム６０を介してバーナヘッド８のガス導入口群に燃焼及び可燃ガスを供給するガス供給管８０と、を備えている。

実施形態において、バッファフレーム６０は、石英ガラスを加工して内部が中空の横長矩形立体形状として形成されている。図３ないし図５に示すように、バッファフレーム６０は、例えば数ミリメール程度の厚さの横長矩形立体状のガラス成型体からなり、バーナヘッド８を内側に包み込むようにバーナヘッド８の周側面に一部を接合して一体化されている。バッファフレーム６０は、内部に中空のバッファ室１５，１６を形成するように成型した気密のフレーム壁体を有しており、実施形態においてはバーナヘッド８の外形の半分以上の部分でバーナヘッド８の外周面との間にバッファ室１５，１６を形成する状態でバーナヘッド８に接合されている。

すなわち、図４，５、７に示すように、本実施形態ではバッファフレーム６０は、バーナヘッド８の背面２Ｆ（図６）に縦横に整列配置状態で設けられた背面ガス導入口群１１ａの多数のガス導入口を覆い、間に空間１５Ｓを設ける形態で第１フレーム壁体６０－１で被覆するように第１バッファ室１５を形成している。第１バッファ室１５は、ガス供給管８０から供給される燃焼ガスとしての酸素ガスのみを受け入れて一時貯留する酸素ガスのバッファリング手段であり、ガス供給管８０により供給されるガスを一時貯留してほぼ同時にバーナヘッド８のガス導入口群１１ａの各ガス導入口に酸素ガスを供給する。バッファフレーム６０の第１フレーム壁は内部に中空部としての第１バッファ空間１５Ｓを形成しつつ、フレーム壁端をバーナヘッドの周壁部に環状に気密溶融接合させ酸素ガス供給管８０との連通開口部分以外の空間１５Ｓを気密閉鎖している。ここにおいて、第１バッファ室１５は、バーナヘッド８の背面２Ｆに設けた多数のガス導入口（１１ａ）のそれぞれに連通するバッファ空間１５Ｓを有しており、したがって、バーナヘッドの８の背面２Ｆの多数のガス導入口（１１ａ）全体が空間１５Ｓを共有しそれぞれが該空間１５Ｓに連通している。

そして、酸素ガス供給管８０は、図４、５，７に示すように、直管状の本管部８５と、接続部８６を介して二股に分岐して延長した分岐管８７、８７を有しており、それぞれの分岐管８７の端部がバッファフレーム６０の第１バッファ室１５に形成した開口８８において連通接合されており、これによって、酸素ガスがバーナヘッド８の背面２Ｆ側に設けたバッファフレームの第１フレーム壁体６０－１から第１バッファ室１５内に供給される。酸素ガス供給管８０は、バーナヘッド８の背面に接合して第１バッファ室１５を形成するバッファフレーム６０に接合することで、バーナヘッド８の背面側を支持している。

一方、図４，５に示すように、本実施形態ではバッファフレーム６０は、バーナヘッド８の周壁面３Ｆ－１～３Ｆ－４に孔が周回するように設けられた側面ガス導入口１２ａ－１～１２ａ－４部分を、間に空間１６Ｓを設ける形態で第２フレーム壁体６０－２で被覆し第２バッファ室１６を形成している。

実施形態において、第２バッファ室１６は、ガス供給管７０から供給する可燃性ガスとしての水素ガスのみを受け入れて一時貯留する水素ガスのバッファリング手段であり、ガス供給管７０により供給されるガスを一時貯留してほぼ同時にバーナヘッド８のガス導入口群１２ａ－１～１２ａ－４の各ガス導入口に水素ガスを供給する。第２バッファ室１６は、バーナヘッド８の周側部を間に第２バッファ室１６を介在させてバーナヘッド８の外形より大きな外形のフレーム壁体６０－２によりバーナヘッド８の周側面に接する空間を袋状に取り囲んで設けられている。なお、いずれのバッファ室１５，１６に燃焼又は可燃のいずれのガス１Ｇ，２Ｇを供給するかは限定的なものではなく、諸種の条件、仕様に則して任意に変更できる。

第２バッファ室１６は、バーナヘッド８の周側面全体に連通する空間１６Ｓを有しており、したがって、バーナヘッドの８の周側面の短辺方向幅の中間位置に一列状に周回形成された側面ガス導入口１２ａ－１～１２ａ－４全体が空間１６Ｓを共有しそれぞれが該空間１６Ｓに連通している。

一方、水素ガス供給管７０は、図４、７に示すように、直管状の本管部７５と、接続部７６を介して二股に分岐して延長した分岐管７７、７７を有しており、それぞれの分岐管７７の端部がバッファフレーム６０の第２バッファ室１６に設けた開口７８に接続され、これによって水素ガス供給管７０と第２バッファ室１６とは連通接合されている。これによって、水素ガスがバッファフレームの横長周壁の２か所から第２バッファ室１６内に供給される。

図４、５，７に示すように第１バッファ室１５と、第２バッファ室１６とはそれぞれがバーナヘッド８に気密に一体接合されて、それぞれのバッファ室から異なるガスをバーナヘッド８の各ガス導入口（１１ａ、１２ａ－１～１２ａ－４）に導入させている。それと同時に本実施形態では、第１バッファ室１５と第２バッファ室１６の室内どうしが連通しない状態で相互に溶融接合されている。すなわち、実施形態において、第１バッファ室１５と第２バッファ室１６を画成する第１、第２フレーム壁体６０－１、６０－２が中間に隔壁９０を設けた状態で相互に溶融接合されている。これによって、バッファフレーム６０全体とバーナヘッド８が物理的に一体化し強度を保持している。

さらに、図７に示すように、実施形態において、水素及び酸素ガス供給管７０，８０の本管部７５、８５どうしは平行に配置されるように収束されてグリップ部９２においてグリップ管とそれぞれのガス供給管が相互に接合連結されおり、該グリップ部９２部分を加工用アクチュエータのチャックに把持させた状態で火炎加工する。

次に、本発明の実施形態のバーナヘッド装置１０の作用について、説明すると、図４，８、９、１０にも示すようにガス噴射用スイッチをオンにすると、ガス供給管７０、８０から同時に燃焼用ガスとしての酸素ガスと、可燃ガスとしての水素ガスがそれぞれの供給管に案内されてそれぞれ、第１、第２バッファ室１５，１６内に供給される。

酸素ガスは、酸素ガス供給管８０からバーナヘッド８の背面２Ｆに気密接合される第１バッファ室１５に進入し背面ガス導入口群１１ａの各ガス導入口から酸素ガス通路３１を直線状にまっすぐに通流してそのまま前面１Ｆのガス噴出し口群２１ｂの各吹き出し口からバーナヘッド前面の前方に向けて噴出される。このとき、噴出される酸素ガスは、図２、４，５，６に示すように横長矩形状の噴出し領域と噴出し先領域を形成するように噴出される。

一方、水素ガスは、水素ガス供給管７０からバーナヘッド８の周側面を囲繞するバッファフレーム６０の第２フレーム壁体６０－２の第２バッファ室１６内に進入しさらに側面ガス導入口群１２ａ－１～１２ａ－４の各ガス導入口から水素ガス通路４１内を通流してバーナヘッド８の前面１Ｆのガス噴出し口群２１ｂ、２２ｂ－１～２２ｂ－４の各ガス噴出し口から水素ガスを噴き出す。この時、水素ガスの一部は図９（ａ），（ｂ）のようにバーナヘッド８の側面３Ｆ－１～３Ｆ－４から進入して通路をＬ字状に屈曲案内されて前面１Ｆから噴き出す。また、他の水素ガスの一部は、図９（ｃ）のように、貫通孔５１から進入し、これに連通しつつそれぞれＬ字状に５つに分岐された枝通路５２を経由して前面１Ｆから噴き出す。実施形態では、第１バッファ室１５から導入されバーナヘッド８内を直進しその前面から噴出されるガスは燃焼ガス１Ｇであり、第２バッファ室１６から導入されバーナヘッド８内を経由してその前面から噴出されるガスは可燃ガス２Ｇであることにより、燃焼ガスと可燃ガスが接触しないように完全に遮断しつつガスの種類ごとに通流するルートを異ならせて管理やメンテナンスを容易にさせることができる。

バーナヘッド８の前面１Ｆの噴出し口群２１ｂ、２２ｂ－１～２２ｂ４は、バーナヘッド８のソリッド体の形状に応じて略横長四角形状に集中して口孔が形成されており、これによって、燃焼ガス及び可燃ガスが同時に横長四角形状の広域な加炎加工領域を形成し、加工領域を広く確保して加工時間短縮、所望の加工形状に則した火炎加工の実施、加工精度の確保を実現することができる。

本発明のバーナヘッド装置１０は、上記した実施形態の構成のみに限定されるものではない。例えば、背面、周側面のガス導入孔の直径サイズや前面のガス噴出し口孔の直径サイズは実施例のサイズに限定されるものではなく、ガスの供給側の流速その他の条件に応じて任意サイズに設定することができる。また、前面や周側面における孔の配置や孔の数も実施例構成に限定されるものではない。また、バーナヘッド８の内部のガス通路の配置構成やＬ字その他のルート構成も実施例構成に限定されない。例えば、直角Ｌ字でなく屈曲が９０度より浅い、あるいはさらに深い屈曲構成としてもよい。また、第１バッファ室１５と第２バッファ室１６とは必ずしも連結している必要はない。例えば、バッファフレーム６０の第１、第２フレーム壁体６０－１，６０－２を切り離しそれぞれ個別にのみ第２バッファ室１６が周側面側のガス導入口群１２ａ－１～１２ａ－４の多数のガス導入口に空間を共有されるように第２フレーム壁をバーナヘッド８に連結接合させ、第１バッファ室１５が背面側のガス導入口群１１ａの多数のガス導入口に空間を共有されるように第１フレーム壁をバーナヘッド８に連結接合させてもよい。また、バーナヘッドの構成材料は、石英ガラスに限定されるものではなく、その他のガラス、耐火物、ファインセラミックス等の非金属無機材料、耐熱性、耐食性を有する金属、合金材料等を用いることができる。

上記の実施形態による例で実現されるバーナヘッド装置１０は、ガスの噴出し面１Ｆを有するブロック体のバーナヘッド８であり、多数のガス通路３１、４１を内部に形成すると共に多数のガス通路３１、４１に連通する多数のガスの噴出し口２１ｂ、２２ｂを設けた噴出し面１Ｆから燃焼ガス１Ｇと可燃ガス２Ｇを噴き出すバーナヘッド８と、噴出し面１Ｆ以外のバーナヘッド８の部分（ＸＦ）に設けられた燃焼ガス供給用の多数のガス導入口を含む第１導入口群１１ａと、噴出し面以外のバーナヘッド８の部分ＸＦに設けられた可燃ガス供給用の多数のガスの導入口を含む第２導入口群（１２ａ―１～１２ａ―４）と、燃焼ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第１バッファ室１５と、可燃ガス供給用の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第２バッファ室１６と、を含むことにより、バーナヘッドの外形形状やサイズ等を変更、調整して多数のガスの噴出し口群の配置形状や広がり等を変更することで自在の火炎加工領域を生成することができる。例えば、横長にしたい場合や広い加工領域を得たい場合にも対応できる。この結果、火炎加工対象物の範囲が広くなり、加工分野、加工精度も大幅に向上させることが可能である。

また、前面と側面と背面を有するブロック体からなるバーナヘッドであり、多数のガス通路を内部に形成すると共に多数のガス通路に連通する多数のガスの噴出し口を設けた前面から燃焼ガスと可燃ガスを噴き出すバーナヘッドと、バーナヘッドの背面に設けられた多数のガスの導入口と、バーナへッドの側面に設けられた多数のガスの導入口と、背面側の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第１バッファ室と、側面側の多数のガスの導入口と共有する空間を有する第２バッファ室と、を含むことにより、火炎加工領域を自在に変更でき、火炎加工対象物の範囲が広くなり、加工分野、加工精度も大幅に向上させ得るバーナヘッド装置を具体的に製作することができる。

また、第１バッファ室と、第２バッファ室と、をフレーム壁により形成するバッファフレームが設けられており、バーナヘッドとバッファフレームは石英ガラス製であり、少なくとも第１バッファ室と、第２バッファ室それぞれがバーナヘッドの多数のガスの導入口に連通するように、バッファフレームは、バーナヘッドに接合されて一体化されていることにより、バーナヘッドと第１、第２バッファ室を構成材料で一体化することにより、精密加工仕上がり精度が良好で故障が少なく耐久性が高い共に、火炎加工用バーナとして取扱いが容易である上に、石英ガラスを素材とすることにより耐熱性、耐食性に優れる。

また、第１バッファ室と、第２バッファ室とは室内どうしが連通しないように隔壁で分離された状態でバーナヘッドを内側に包み込むようにバーナヘッドと接合一体化されていることにより、加工用バーナとしての作業上の取扱いが簡単で管理、メンテナンスも容易であるとともに、バーナヘッドと両バッファ室が一体化されることで装置全体の強度が高くなり、アクチュエータのチャッキング操作などに耐え得る耐久性を保持し得る。

バーナヘッドは、前面が一方向に長い噴出し面であることとすることにより、例えば横長い加工領域を有する対象物に対しても横長の火炎加工領域を確実に形成することができ、加工時間短縮、加工精度向上に資する。

また、バーナヘッドは、背面側のガス導入口に連通しつつ前面側のいくつかのガス噴出し口に直通する第１ガス通路群と、側面側のガス導入口に連通しつつ前面側のいくつかのガス噴出し口に連通する第２ガス通路群と、を含むことにより、燃焼ガスと可燃ガスとの接触を確実に防止しつつガス通路の管理、メンテナンスを容易に行える。

また、第２ガス通路群は、バーナヘッドの側面側ガス導入口から前面側ガス噴出し口に連通する直通及び／又は屈曲ガス通路を含むことにより、バーナヘッドの側面側から前面側にガスの通路を具体的に形成させることができる。

また、第１バッファ室から導入されバーナヘッド内を直進しその前面から噴出されるガスは燃焼ガスであり、第２バッファ室から導入されバーナヘッド内を経由してその前面から噴出されるガスは可燃ガスであることにより、燃焼ガスと可燃ガスとの接触を確実に防止しつつガス通路の管理、メンテナンスを容易に行える。

以上のように、本発明のバーナヘッド装置によれば、ピンポイント等の従来の火炎加工領域を大幅に広げるとともに任意の加工領域形状の加工範囲を形成できるから、被加工物の対象範囲を大幅に大きくでき、さらに、加工時間短縮、加工精度向上等を実現することが可能である。

本発明のバーナヘッド装置は、家庭用調理器具、半導体プロセス用の素材加工、科学研究・開発用品、クリーンルーム、実験・研究用器具等の加工用途、その他火炎加工の幅広い分野において利用することができる。

１Ｆ 前面（噴出し面）
２Ｆ 背面
３Ｆ－１～３Ｆ－４ 側面
１Ｇ 燃焼ガス
２Ｇ 可燃ガス
８ バーナヘッド
１０ バーナヘッド装置
１１ａ 背面ガス導入口群
１２ａ－１～１２ａ－４ 側面ガス導入口群
２１ 前面ガス噴出し口群
２２ｂ－１～２２ｂ－４ 側面ガス噴出し口群
１５ 第１バッファ室
１５Ｓ バッファ空間
１６ 第２バッファ室
１６Ｓ バッファ空間
３１ 酸素ガス通路
３１ａ 第１ガス通路群
４１ 水素ガス通路
４１ａ 第２ガス通路群
６０ バッファフレーム
７０ 水素ガス供給管
８０ 酸素ガス供給管

Claims (4)

1. 前面と側面と背面を有するブロック体からなる石英ガラス製のバーナヘッドと、
   バーナヘッドの背面に設けられ燃焼ガスまたは可燃ガスのいずれかが導入されるガス導入口であってすべての導入口がいずれかのガスのみを導入するものであり多数設けられた背面側の第１ガス導入口群と、
   バーナへッドの側面に設けられ第１のガス導入口群の多数のガス導入口から導入されるガスとは異なるガスである燃焼ガスまたは可燃ガスのいずれかが導入されるガス導入口であってすべての導入口がいずれかのガスのみを導入するものであり多数設けられた側面側の第２ガス導入口群と、
   背面側の多数のガスのすべての導入口と共有する空間を有する第１バッファ室と、
   側面側の多数のガスのすべての導入口と共有する空間を有する第２バッファ室と、を含み、
   バーナヘッド自体に設けられ、前記背面側及び側面側の多数のガスの導入口にそれぞれ一端が連通し他端が前面側に開口して設けられた多数のガス通路であって、バーナヘッド自体に孔を穿孔してバーナヘッド内部に形成した多数のガス通路と、
   バーナヘッドの前面に設けられ多数のガスの通路の他端側にそれぞれ連通し多数のガスの通路を介して供給される燃焼ガスまたは可燃ガスを前面から噴き出す多数のガスの噴出し口と、を含み、
   第１バッファ室は、内側にバッファ空間を形成しつつ背面側の第１ガス導入口群のすべてのガス導入口を内包するバッファフレームをバーナヘッドの背面又は側面に溶接接合させて設けられ、
   第２バッファ室は、内側にバッファ空間を形成しつつ側面側の第２ガス導入口群のすべてのガス導入口を内包するバッファフレームをバーナヘッドの側面に溶接接合させて設けられていることを特徴とするバーナヘッド装置。
2. 第１バッファ室を形成するバッファフレームは、背面側の第１ガス導入口群のすべてのガス導入口を内包しかつバーナヘッドの背面全体及び側面の一部を外部から覆うようにバーナヘッドの側面に溶接接合させて設けられていることを特徴とする請求項１記載のバーナヘッド装置。
3. 第１バッファ室と、第２バッファ室とは室内どうしが連通しないように隔壁で仕切られた状態でバーナヘッドを内側に包み込むようにバッファフレームを接合一体化して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のバーナヘッド装置。
4. バーナヘッドは、前面が一方向に長い噴出し面を形成する横長の矩形六面体であることを特徴とする請求項１又は３のいずれかに記載のバーナヘッド装置。

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