JP3640071B2

JP3640071B2 - 石英バーナ装置

Info

Publication number: JP3640071B2
Application number: JP2002190378A
Authority: JP
Inventors: 靖之池田
Original assignee: 株式会社旭セミコン
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004036910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英製の管から火炎を噴き出して種々の処理を行なう石英バーナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、対象物に熱を加えて加工する場合にバーナが用いられており、供給機から気体燃料や霧状液体燃料等を放出させてその火炎を直接に加工あるいは処理対象物に当てて所望の加工、処理等が行なわれる。これらのバーナは、耐熱金属を筒状に形成した噴射口から混合燃料を放出させて火炎を結ぶように構成されたものが通常である。一方、近時、精密機械器具や半導体生産分野等での種々の薬品・化合物の反応試験用器具、光学器械器具、その他真空分子蒸留装置、薄膜蒸発装置、蒸留装置、精製装置等を高耐熱、高強度の石英ガラス管により構成したものが広く適用されるようになっている。さらに、光通信用の光ファイバ等がＭＣＶＤ(Modified chemical vapor deposition)法等により製造され、この場合に製造出発管として石英管が用いられ、Sicl4、Gecl4、O2等のガラス原料が気相で加熱した石英管内に供給されて、管内に透明ガラスを堆積させ、最終的に棒状の光ファイバ母材が製造される。このような高純度の石英管による装置、器具等の製作あるいは石英管を用いた加工を行なう際に用いられるバーナとして、従来の金属製バーナを使用する場合、石英ガラスの軟化点あるいは転移点が高いものであるから、使用時に金属粉が加工対象の石英管に溶融混入し製造あるいは加工対象物としての製品の耐久性や強度を劣化させ、かつ、製品として適合し得ない。この点から、近時、バーナ自体を石英管により構成した石英バーナがしだいに用いられるようになってきている。
【０００３】
図１２ないし図１４は、従来の石英バーナを示しており、外管１０の内部であって、その外管の内壁から周状に間隙を空けて同心状に基部管１００が設けられ、この基部管１００内に酸素ガスが供給される。外管１０は、燃料の供給側と放出側を有しており、放出側が開口されて混合ガスが反応して燃焼し、それによる火炎を該開口から噴射させる。基部管１００のガス放出側には外管の断面略中心位置にガス放出側に向けて中心部ノズル管１０１が配置されるとともに、その中心部ノズル管１０１の周囲に６個の周ノズル管１０２ａ〜１０２ｆがそれぞれ基部管１００の内部と連通してそれらのノズル先端開口をガス放出側に向けて設けられている。したがって、中心部ノズル管１０１と６個の周ノズル管１０２ａ〜１０２ｆとから酸素ガスがガス放出側に向けて噴射される。基部管１００には例えば酸素ガス供給装置に接続された酸素ガス供給管１０３が接続されるとともに、外管１０には外管と基部管及び複数のノズル管との間隙部分に連通するように例えば水素ガス供給管１０４が接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この図１２ないし図１４に示す従来の石英バーナでは、ガスの噴き出し開口部分の断面積が水素ガス（ガス放出側開口全体）に比べて酸素ガス（中心部ノズル管１０１先端開口、あるいは周ノズル管１０２の各先端開口）の方が非常に小さく、したがって、高速に噴き出される酸素ガスの流れの内部に巻き込まれ、あるいは引き込まれるように周囲の水素ガスが混合して火炎となって所要の焦点位置に向けて噴出されるが、この際、個々の周ノズル管１０２ａ〜１０２ｆから噴き出される酸素ガスは焦点位置に到達する前にノズル先端から噴き出されて管の流路拘束を解かれた時点ですぐに拡散するから、図１４に示すように、各周ノズル管１０２ａ〜１０２ｆを結ぶ環状の輪郭ｎに沿うような酸素ガスの障壁が形成され、酸素ガスと水素ガスの混合が十分に行なわれずに、結局、焦点位置では、処理対象物が平面的なものの場合には図１５（ａ）に示すように中心部高温域Ｔｃｈと、周縁高温域Ｔｐｈとの間に低温域Ｔｆ部分がドーナツ状に形成され、また、管体あるいは球体等の連続曲面や球面を有する対象物の場合には、図１５（ｂ）に示すように、両側の高温域Ｔｐｈとの中間部に縦縞状に低温域Ｔｆを形成させることとなっていた。この場合、供給側のガス量の調整では製造や加工の仕様条件に応じてそれぞれ個々に異なるから極めて困難である。このために、処理対象物の加熱部分に温度ムラが生じ製品強度や加工精度に大きな影響を与えるばかりでなく、火炎の高温域をターゲット材の所望の部分に当てる作業を試行錯誤的に繰り返しながら行なわざるを得ず、製造や加工時間がかかって作業コストが高くなる要因となっていた。さらに、火炎温度を上げるためにガス供給量を多くする操作を行なう場合が多く、徒にガスの消費量が多くなって製造あるいは加工コスト増を招く場合が多かった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸水素ガスの良好な混合を行なって火炎の焦点位置での均一な高温域を広く確保し、製造あるいは処理のターゲット材に対してムラなく加熱処理を行ない、製品強度並びに加工精度を向上させ得る石英バーナ装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、火炎の焦点位置での高温域を広く確保して製品の製造あるいは加工時間を短縮させ総じて製造あるいは加工効率を向上させ得る石英バーナ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の石英バーナ装置は、酸素ガス及び水素ガスを供給されてそれらのガスの噴出方向に向けて延びた筒状の外管１０と、外管内に配置され外管の断面略中心部分及びそれらの周囲に配置され所要の焦点位置でガスが収束するように酸素ガスを噴き出す小径の複数のノズル管５０１〜５０７と、それらのノズル管に仕切られる外管内であって、ノズル管外の空間部分であり水素ガスが供給されて焦点位置方向に向けて該水素ガスを噴き出すノズル管外噴き出し部１４と、外管１０内の中心部ノズル管５０１を含む複数のノズル管５０２〜５０７の外周に同心状に副管５２を設け、それらのノズル管と副管との間からノズル管に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスを噴き出させる局部周噴き出し部１８と、を備え、外管１０の内壁との間に空隙を空けさらに基端側を外管から突設させて配置され、複数のノズル管５０１〜５０７に共通に連通して酸素ガスが供給される基部管２０が設けられ、さらに、基部管２０の外周に空隙を空けて基部管に対して二重管状に配置されかつ、すべてのノズル管外周側の副管５２との空隙部分である局部周噴き出し部１８に連通して水素ガスが供給される基部外管５４と、を含むことを特徴としている。
【０００７】
その際、副管５２の先端が各ノズル管１２１、１２２〜１２７、５０１〜５０７の長手中間位置長さに設定された構成としても良い。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しつつ本発明に係る石英バーナ装置の好適な実施形態を説明する。本実施形態の石英バーナ装置１０は、石油プラント・化学工場・化学繊維工場、精密機械器具や半導体生産分野等での種々の薬品・化合物の反応試験用器具、光学器械器具、その他真空分子蒸留装置、薄膜蒸発装置、蒸留装置、精製装置等に用いられる高耐熱、高強度の石英ガラス製品製造あるいは、光ファイバ製造工程、その他、石英管を用いた加工処理等においてそれらの石英管製品製造、石英管使用の加工、その他の加熱処理加工等に用いられる石英管から構成されたバーナ装置である。
【０００９】
図１ないし図６は、本発明の第１の実施形態を示しており、図１、図６において、本実施形態の石英バーナ装置は、外管１０と、その内部に配置され酸素ガスを噴き出す複数の小径のノズル管１２と、外管内部にありノズル管１２で仕切られた部分以外の空間部分に形成されて水素ガスを噴き出すノズル管外噴き出し部１４と、少なくとも中心部ノズル管の外周に同心状に設けられた副管１６を介して複数のノズル管のうちの中心部ノズル管１２１から噴き出されるガスの流れの周囲から水素ガスを噴き出す局部周噴き出し部１８と、を備えている。
【００１０】
外管１０、ノズル管１２、後述する基部管、あるいはガス供給管は石英ガラスを素材としてこれを加熱し、軟化して曲げ、溶着接続、切断加工等により一体的に成形される。外管１０は、酸素ガス及び水素ガスを供給されてそれらのガスの噴出方向に向けて延びた筒体からなり、円筒部１１１と、円筒部に接続されたテーパ部１１２と、テーパ部１１２に接続されてガスの放出開口１１３ａを先端に有する放出筒部１１３と、を石英ガラス管により一体加工して内部を中空として全体として筒状に形成されている。外管１０は、燃焼用ガスの供給側ＩＮと放出側ＯＵＴとを有しており、テーパ部１１２は円筒部１１１からガスの放出側に向けて断面径をしだいに小さくするようにテーパ筒状に設けられている。テーパ部１１２と放出筒部１１３とは拡大部１１４を介して接続されている。放出筒部１１３は、テーパ部１１２から出て放出筒部に至り、その始端側から噴き出されるガスを混合均一化するとともに放出後のガスの行程に直線性を与えるように直筒状に形成され、放出開口１１３ａからガスを反応させて生じた火炎を噴き出させる。
【００１１】
図１、図２において、外管１０の内壁との間に空隙を空けて円筒状の基部管２０が外管１０のガス供給側ＩＮに一部を突出させ、かつガス放出側端部を外管の長手中間位置に位置させて二重管状に配置されている。基部管内には酸素ガスＯ２が供給され該基部管に共通に連通する複数のノズル管１２１〜１２７を介してそれらのノズル吐出口から酸素ガスを噴き出させる。実施形態において、図２に示すように、基部管２０の基端寄り外周位置において外管１０の基端側が周状に溶着接続されて閉鎖終端２２されており、この基部管２０外周壁と外管１０の内壁との空隙部分に後述する水素ガスが供給される。
【００１２】
図１、２において、基部管２０のガス放出側端部は閉鎖壁２４により閉鎖され、さらに、この閉鎖壁２４から図５に示すように、断面中心部の周囲の放射対象位置に６個の囲周ノズル管１２２〜１２７がガス放出側（図１、２上横方向）に向けて突設接続されている。これらの６個の直管から成る囲周ノズル管１２２〜１２７は、外管あるいは基部管の中心に対して略６０度間隔で離して設定され外管１０に対して十分に小さな直径の小径ノズル管から構成されている。囲周ノズル管１２２〜１２７のそれぞれの中空内部は基部管２０の中空内部と共通に連通しており、基部管２０に供給された酸素ガスはそれぞれの囲周ノズル管１２２〜１２７に分流して流入しそれぞれの吐出口１２２ａ〜１２７ａから略均等量の酸素ガスを噴き出させる。本実施形態の石英バーナ装置は、酸水素ガスを混合反応させて生成される火炎を所要の焦点位置を結ぶように放出開口からの所要の離隔位置で火炎の流れが交差するように噴き出されるようになっている。すなわち、焦点位置でガスが収束するように酸素ガスを噴き出すように、各囲周ノズル管１２２〜１２７は図示しない焦点位置に向けて吐出口側を傾斜させてそれぞれ基部管の中心に先端を近接させるように配置させた状態で基部管２０から延長されている。図２に示すように、それぞれのノズル管の吐出口先端はテーパ部１１２と拡大部１１４との接続位置部分で一致した長さで設定されている。
【００１３】
図２において、基部管２０のガス供給基端側には図示しない酸素ガス供給装置に連通接続された酸素ガス供給管２６が分岐管２８を介して接続され、基部管内に酸素ガスを供給するようになっている。１つの分岐管２８１は酸素ガス供給管２６の本管から迂回して迂回管として基部管２０の外管１０からのガス供給側突出部分に連通接続され、酸素ガスを供給して囲周ノズル管１２２〜１２７から酸素ガスを噴き出させる。他の分岐管は本管から直管状に接続され基部管２０を貫通して中心部ノズル管１２１の一部を構成している。
【００１４】
本発明において、１つの特徴的なことは、少なくとも外管１０内の中心部ノズル管１２１の外周に同心状に副管１６を設け中心部ノズル管と副管との間から中心部ノズル管に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスＨ２を噴き出させる局部周噴き出し部１８を設けたことである。図２の実施形態において、酸素ガス供給管２６に接続されその分岐部分から段付き部２９を介して酸素ガス供給管より小径で他のノズル管と略同じ管径の直管から成る中心部ノズル管１２１が外管１０の断面中心部を軸方向に通って配置されている。この中心部ノズル管１２１は酸素ガス供給管２６に連通接続されて基部管２０内を貫通しさらにその吐出口１２１ａを他のノズル管の吐出口１２２ａ〜１２７ａとほぼ同じ位置まで延設されている。したがって、この中心部ノズル管１２１内を通流する酸素ガスはその管により空間を仕切られており、迂回管２８１を介して送られる酸素ガスとは別の経路で送給される。
【００１５】
この中心部ノズル管１２１の外周に同心状に二重管を形成するように副管１６が設けられており、この中心部ノズル管１２１と副管１６との空隙部分に水素ガスが供給される。この中心部ノズル管１２１と副管１６の間の空隙部分が局部周噴き出し部１８を形成する。局部周噴き出し部１８は、中心部ノズル管１２１と副管１６との間の空隙から中心部ノズル管１２１に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスを噴き出させるものであり、本実施形態において、局部周噴き出し部１８は、水素ガス供給管３０の分岐管３０１に連通され酸素ガス供給管２６の本管とは別系統で中心部ノズル管１２１外周壁と副管１６内周壁との間の空隙に直接に連通して独立水素ガス通流経路を形成させて構成されている。すなわち、酸素ガス供給管２６の本管と基部管２０との連通を遮断して中心部ノズル管１２１の基部を袋状に取り囲む壁により画成されて袋部３２が設けられ、この袋部３２が水素ガス供給管３０の分岐管３０１に外部から連通接続されている。袋部３２は酸素ガス供給側を閉鎖するとともに分岐管３０１並びに中心部ノズル管１２１と副管１６間に形成される局部周噴き出し部１８とのみ連通しており、これによって分岐管３０１から供給される水素ガスは中心部ノズル管１２１に沿って流れさらに焦点位置方向に向けて噴き出される。この際、中心部ノズル管内から噴き出される酸素ガスと十分に混合されて反応し、生じた火炎を焦点位置方向に向けて噴き出させる。
【００１６】
図１、２、６に示すように、副管１６の先端は中心部ノズル管１２１の長手中間位置長さに設定され、中心部ノズル管１２１の吐出口１２１ａよりも短い長さでその先端が位置するように設定されている。例えば副管の先端長さを中心部ノズル管と同一あるいは略同じ長さに設定した場合には、酸素ガスを囲周するように流れる水素ガスが酸素ガスと略同じ流速で吐出口から吐出される結果、吐出されて以降の行程で両方のガスが混合しないで並行するように流れ、焦点位置を越えて炎を結ぶようになりバーナによる加工作業精度が劣ることとなる。実施形態のように、副管の先端から出る水素ガスの吐出口の位置を中心部ノズル管の吐出口よりも前方位置に設定することによりこれを防止し、加工作業の円滑化並びに加工精度を良好に保持し得る。
【００１７】
前述したように、酸素ガス供給管２６から分岐管２８１を介してそれぞれ中心部ノズル管１２１と基部管２０に対して分岐接続されてそれぞれに酸素ガスＯ２を供給し、さらに、水素ガス供給管３０から分岐管３０１、３０２を介してノズル管外噴き出し部１４並びに局部周噴き出し部１８に分岐接続してそれぞれに水素ガスＨ２を供給する。すなわち、酸素ガス供給管２６は、迂回管２８１と中心部ノズル管１２１とのみに連通しており、したがって、酸素ガスは酸素ガス供給管２６から迂回管２８１を経由して副管外でかつ基部管２０内の空間に供給され囲周ノズル管１２２〜１２７からそれぞれ吐出されるとともに、中心部ノズル管１２１の吐出口からも直接に噴き出される。このように、副管１６の基端寄り側に水素ガス供給管を接続して設けることにより石英バーナ自体の製造、加工を容易に行なえる。すなわち、実施形態において、袋部３２を基部管２０の基端側に設けて酸素ガス供給管２６の本管と基部壁２０との連通を遮断するように介在させて設け、これに水素ガス供給管とを接続させるようにしているので、基部管内の酸素ガス雰囲気内で別個の水素ガスの局部周噴き出し部を具体的に構成し得るとともに、石英ガラスを用いたバーナ製作時の加工を基部管の外部作業として円滑かつ簡易に行なわせることができる。
【００１８】
次に、本実施形態の作用について説明すると、図１、図２において、図示しない酸素ガス供給機から所要の供給圧力で供給される酸素ガスは、酸素ガス供給管２６から分岐管（迂回管）２８１、基部管２０、囲周ノズル管１２２〜１２７を経由してそれぞれのノズル管の吐出口１２２ａ〜１２７ａから噴き出される。同時に酸素ガス供給管２６からの酸素ガスは直状に連通して設けた中心部ノズル管１２１内に流入し、その中心部ノズル管の吐出口１２１ａからも酸素ガスを噴き出させる。この際、図４に示すように、中心部ノズル管の吐出口１２１ａを中心としてその放射対象位置であって周囲にそれぞれ略６０度離隔した位置に囲周ノズル管１２２〜１２７の吐出口１２２ａ〜１２７ａがそれぞれ外管１０内の長手方向のほぼ同じ吐出位置（テーパ部１１２と放出筒部１１３との接続部分）で点状に配置されており、したがって、これらの計７個の吐出口から酸素ガスがビーム状に噴き出される。
【００１９】
一方、図示しない水素ガス供給機から所要の供給圧力で供給される水素ガスは、水素ガス供給管３０から分岐管３０２を介して外管１０の内部の基部管２０及びノズル管１２により仕切られる空間以外の空隙であるノズル管外噴き出し部１４に供給されてテーパ部１１２により絞られて各ノズル管以外の空隙を流れてそれらの吐出口からでる酸素ガスを取り囲むように噴き出される。さらに、水素ガス供給管３０から分岐管３０１を介して袋部３２を流通し、局部周噴き出し部１８に至り、副管１６の先端からも水素ガスが噴き出される。この際、副管１６の先端は中心部ノズル管１２１の長さの中途位置の長さで設定されて中心部ノズル管１２１の吐出口よりも前方位置で水素ガスを噴き出すので、副管１６からの流路拘束を解かれた水素ガスはそれぞれのノズル管の吐出口よりも前方位置で拡散を始め、各ノズル管の吐出口から酸素ガスが噴き出される際には、特に、中心部ノズル管からの酸素ガスと、囲周ノズル管により形成される環状の酸素ガス帯との間の部分に、より多い水素ガスの流れを生起させる。これによって、放出筒部１１３の基端部分で酸水素ガスが噴き出される際に、中心部ノズル管の周囲でかつ囲周ノズル管の内側の部分での拡散状の水素ガス供給量を十分に確保し、放出開口１１３ａからガスが放出される際に、該中心部分でのガスの混合が十分に行なわれ、十分な量の水素ガスが酸素ガスに混合されて取り込まれて焦点位置での火炎の温度域は、図７に示すようにムラがないものとなり、その結果、火炎の焦点位置での均一な高温域を広く確保し、製造あるいは処理のターゲット材に対してムラなく加熱処理を行ない、製品強度並びに加工精度を大幅に向上させることができる。製品の製造あるいは加工時間を短縮させ、製造あるいは加工効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
次に、図８ないし図１１に基づいて本発明の第２の実施形態について説明するが、第１実施形態と同一の構成部材には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。この第２実施形態の石英バーナ装置は、外管１０の内壁との間に空隙を空けさらに基端側を外管から突設させて配置させて基部管２０を設け、この基部管２０のガス放出側に中心部ノズル管５０１と、その周囲の放射対象位置に囲周ノズル管５０２〜５０７を連通して接続し、それらのすべてのノズル管５０１〜５０７の離隔外周に副管５２を配置させてそれらのノズル管と副管との空隙部分を局部周噴き出し部１８とし、さらに、外管１０の内部側であって、基部管２０の外周に空隙を空けて基部管に対して二重管状に基部外管５４を設け、この基部管２０と基部外管５４との間の空隙部分をすべての局部周噴き出し部１８に連通させ、さらに、該基部外管５４の基端寄り側ｓ位置とノズル管外噴き出し部１４に連通する外管側とに水素ガス供給管３０を分岐管３０３、３０４を介して分岐接続させた構成である。水素ガスは基部外管を介して副管と各ノズル管との間の空隙である局部周噴き出し部１８と、外管内であってノズル管外の空間部分であるノズル管外噴き出し部１４と、から噴き出される。本実施形態においても、少なくとも外管１０内の中心部ノズル管５０１の外周に同心状に副管５２を設け、中心部ノズル管と副管との間から中心部ノズル管に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスを噴き出させる局部周噴き出し部１８を設けており、基本的には、第１実施形態と同様の作用効果を得られる。
【００２１】
本実施形態では、中心部ノズル管５０１は、基部管２０を貫通して酸素ガス供給管２６に連通するものではなく、中心部ノズル管５０１の他の囲周ノズル管５０２〜５０７を含むすべてのノズル管５０は基部管２０のガス放出側から連通接続して延長され、基部管２０を介してすべての酸素ガスが各ノズル管５０１〜５０７から噴き出される。したがって、酸素ガス供給管２６は基部管２０の基端側に直付けで連通接続され、簡単な接続構成となっている。さらに、本実施形態では、中心部ノズル管を含むすべてのノズル管５０１〜５０７の離隔外周位置に空隙を空けて副管５２を設置し、かつ、基部外管５４をそれらのすべての副管５２に連通接続させて、基部外管５４と基部管２０間の空隙とすべての局部周噴き出し部１８が共通に連通するようにしている。そして、基部外管５４と副管５２と各ノズル管５０により仕切られる外管１０内部の空間部分がノズル管外噴き出し部１４を形成している。各副管５２は、第１実施形態と同様に各ノズル管の先端位置よりも短い先端位置をもち、各ノズル管に沿ってその外周離隔位置で直管状に延長されている。
【００２２】
この第２実施形態の石英バーナ装置においては、中心部ノズル管５０１を含むすべてのノズル管の吐出口５０１ａ〜５０７ａから酸素ガスが吐出される前にそれらの個々の管の局部外周部分から水素ガスが噴き出されてそれぞれに吐出口に至る前にある程度の拡散状態で噴き出され、これによって、より混合率を向上させて放出開口１１３ａから噴き出されてターゲット材に当る際の火炎の温度分布が均一化され、製造、加工作業を安定して行なえるとともに、処理作業時間を効率化して短時間で処理を行なえ、もって対象物の製造、加工精度を向上させ得る。
【００２３】
以上、本発明に係る石英バーナ装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲の変更は本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、外管１０、中心部ノズル管を含むノズル管１２、５０、副管１６、５２、基部管２０、基部外管５４、囲周ノズル管１２２〜１２７、５０２〜５０７は、すべて断面円形の円筒管で構成しているが、断面三角形、四角形、その他の多角形形状の筒管で構成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の石英バーナ装置によれば、酸素ガス及び水素ガスを供給されてそれらのガスの噴出方向に向けて延びた筒状の外管と、外管内に配置され外管の断面略中心部分及びそれらの周囲に配置され所要の焦点位置でガスが収束するように酸素ガスを噴き出す小径の複数のノズル管と、それらのノズル管に仕切られる、外管内であってノズル管外の空間部分であり水素ガスが供給されて焦点位置方向に向けて該水素ガスを噴き出すノズル管外噴き出し部と、を有し、少なくとも外管内の中心部ノズル管の外周に同心状に副管を設け中心部ノズル管と副管との間から中心部ノズル管に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスを噴き出させる局部周噴き出し部を備えた構成であるから、中心部ノズル管の局部外周から水素ガスを供給し、十分な量の水素ガスを混合ガス内に取り込んで、火炎の焦点位置での均一な高温域を広く確保し、製造あるいは処理のターゲット材に対してムラなく加熱処理を行ない、製品強度並びに加工精度を向上させることができる。また、火炎の焦点位置での高温域を広く確保して製品の製造あるいは加工作業を容易化し、かつ作業時間を短縮させ、総じてこの石英バーナ装置を用いた製造、加工、処理の作業効率を大幅に向上させ得る。加えて、ガス供給量の頻繁な調整を不要とし、ガス供給量を一定としてその消費量を少なくし、製造コスト低減に資する。
【００２５】
また、外管の内壁との間に空隙を空けて配置され複数のノズル管に共通に連通して酸素ガスが供給される基部管が設けられ、中心部ノズル管は、基部管を貫通して酸素ガス供給側から供給される酸素ガスを直接に吐出口から噴き出すように設けられ、さらに、その中心部ノズル管の離隔外周に設けられる副管は基端側が閉鎖された状態で中心部ノズル管との間に局部周噴き出し部を形成しつつ基部管を貫通して設けられ、該副管の基端寄り側に水素ガス供給管が連通接続された構成とすることにより、酸素ガス供給管からの酸素ガスを中心部ノズル管及び囲周ノズル管から同時に噴き出させるようにしつつ、ノズル管外噴き出し部と局部周噴き出し部から水素ガスを同時に噴き出させる構成を具体的に実現し得る。また、副管の基端寄り側で水素ガス供給管と連通接続させることにより、基部管の胴側部分を縦断方向に貫通させて基部管の長手中間位置等で副管に接続させる構成などに比較してバーナ装置の加工、接続作業が簡単で、装置コストを低廉に維持し得る。
【００２６】
また、酸素ガス供給管から分岐管を介してそれぞれ中心部ノズル管と基部管に対して分岐接続されてそれぞれに酸素ガスを供給し、さらに、水素ガス供給管から他の分岐管を介してノズル管外噴き出し部並びに局部周噴き出し部に分岐接続してそれぞれに水素ガスを供給する構成とすることに寄り、例えば基部管のガス供給側の突設部分を利用してそれぞれの供給管の分岐管を接続させて、具体的に酸水素ガスをそれぞれの経路で装置内に供給させ得る。また、構造も簡単と成り、装置の製造を容易に行なえる。
【００２７】
また、外管の内壁との間に空隙を空けさらに基端側を外管から突設させて配置され、複数のノズル管に共通に連通して酸素ガスが供給される基部管が設けられ、さらに、基部管の外周に空隙を空けて基部管に対して二重管状に配置されかつ、すべてのノズル管外周側の副管との空隙部分である局部周噴き出し部に連通する基部外管が設けられ、該基部外管の基端寄り側とノズル管外噴き出し部に連通する外管側とに水素ガス供給管が分岐管を介して分岐接続された構成とすることにより、中心部ノズル管を含むすべてのノズル管の離隔外周位置に副管を設け、それらのノズル管に対応する局部周噴き出し部から水素ガスを噴き出して水素の混合量を十分に確保する結果、より混合率を向上させてターゲット材に当る際の火炎の温度分布を均一化し、より高精度の製造、加工作業を安定して行なえるとともに、処理作業を効率化して短時間で処理を行なえる。また、酸素ガス供給管は基部管の基端側に直付けで連通接続されるから、装置の製造、加工作業が簡単で製造コストを低減し得る。
【００２８】
また、副管の先端が各ノズル管の長手中間位置長さに設定された構成とすることにより、各ノズル管の先端から酸素ガスが放出される前にその前方位置で水素ガスがノズル管の外周部分から噴き出されてある程度拡散されるから、十分な水素ガスを混合ガス内に取り込んで放出でき、焦点位置での火炎の温度域を均一でムラのない高温域として広く確保でき、製造あるいは処理の精度を確実に向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る石英バーナ装置の全体斜視図である。
【図２】図１のバーナ装置の縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線矢示図である。
【図６】図２の二点鎖線部分の拡大説明図である。
【図７】火炎の焦点部分に配置した平面的なターゲット材に火炎を当てた場合の焦点位置での火炎の温度域分布を説明する断面的説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る石英バーナ装置の概略縦断面説明図である。
【図９】図８の二点鎖線部分の拡大説明図である。
【図１０】図８のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図８のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】従来の石英バーナの縦断面説明図である。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１４】図１２のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１５】（ａ）は、図１２の従来の石英バーナを用いた場合であり、火炎の焦点部分に配置した平面的なターゲット材に火炎を当てた場合の焦点位置での火炎の温度域分布を説明する断面的説明図である。
（ｂ）は、図１２の従来の石英バーナを用いた場合であり、火炎の焦点部分に配置した筒状のターゲット材の胴側部分に火炎を当てた場合の焦点位置での火炎の温度域分布を説明する断面的説明図である。
【符号の説明】
１０外管
１２ノズル管
１４ノズル管外噴き出し部
１６副管
１８局部周噴き出し部
２０基部管
２６酸素ガス供給管
３０水素ガス供給管
３２袋部
５０ノズル管
５２副管
５４基部外管
１２１，５０１中心部ノズル管
１２２〜１２７、５０２〜５０７囲周ノズル管

Claims

酸素ガス及び水素ガスを供給されてそれらのガスの噴出方向に向けて延びた筒状の外管と、
外管内に配置され外管の断面略中心部分及びそれらの周囲に配置され所要の焦点位置でガスが収束するように酸素ガスを噴き出す小径の複数のノズル管と、
それらのノズル管に仕切られる外管内であって、ノズル管外の空間部分であり水素ガスが供給されて焦点位置方向に向けて該水素ガスを噴き出すノズル管外噴き出し部と、
外管内の中心部ノズル管を含む複数のノズル管の外周に同心状に副管を設け、それらのノズル管と副管との間からノズル管に沿って焦点位置方向に向けて水素ガスを噴き出させる局部周噴き出し部と、を備え、
外管の内壁との間に空隙を空けさらに基端側を外管から突設させて配置され、複数のノズル管に共通に連通して酸素ガスが供給される基部管と、
基部管の外周に空隙を空けて基部管に対して二重管状に配置されかつ、すべてのノズル管外周側の副管との空隙部分である局部周噴き出し部に連通して水素ガスが供給される基部外管と、を含むことを特徴とする石英バーナ装置。
副管の先端が各ノズル管の長手中間位置長さに設定されていることを特徴とする請求項１記載の石英バーナ装置。