バーナー
【課題】改質化合物を含むガスの火炎を効率よく固体物質に吹き付けることができ、かつ、改質処理可能な範囲がわかリ易いバーナーを提供する。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナーに関する。詳しくは、本発明は、高分子材料、金属、セラミック等の固体物質の表面を改質する改質化合物を含む燃焼炎を固体表面に噴射するためのバーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、印刷などの表面処理が困難な場合がある。
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）。
【０００３】
特許文献１に記載の表面改質装置によれば、固体物質の表面を改質する改質剤化合物を気体状態とし、当該気体状態の改質剤化合物と空気とを混合して燃料ガスとしてから、この燃料ガスを燃焼させた火炎を固体物質に噴射することにより固体物質の表面改質が行われる。
【０００４】
上記特許文献１には、燃料ガスの火炎を固体物質に噴射するためのバーナーとして、全体として扇形をなし噴射口を１つ備えるものや、全体として長方形状をなし長手方向に沿って複数の噴射口が一列に並んで設けられているものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているような噴射口が１つのバーナーでは、噴射口から噴射される火炎の中心寄りのところ（内炎ともいう）は、空気と接触しにくくなっており一酸化炭素が多く存在する。一方、バーナーの噴射口から噴射される火炎の外縁や外縁寄りの部分（外炎ともいう）は、空気に接触しやすくなっている。なお、上記特許文献１に記載のバーナーのうち、複数の噴射口が並列している構成のものにおいても、端部の噴射口のように隣接する噴射口のない噴射口から噴射される火炎の外炎は、空気に接触しやすくなっている。
【０００７】
ところで、気体状態の改質剤化合物を含む燃料ガスを燃焼させると、一酸化炭素などが多く存在する雰囲気下ではラジカル状態の燃焼炎になり易いが、空気に接触しやすい雰囲気下では酸化されて酸化物となりやすい。当該酸化物が塊状となって固体物質の表面に付着すると、固体物質の性質に悪影響を与えることがある。
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。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載のバーナーを用いた場合、噴射口から噴射される燃料ガスの火炎のどの範囲を吹き付けると、ラジカル状態の燃焼炎が固体物質の表面に吹き付けられるかということは不明確であるため、固体物質の表面改質処理が可能な範囲がわかり難いという問題があった。
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。
【０００９】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、改質化合物を含むガスの火炎を効率よく固体物質に吹き付けることができ、かつ、改質処理可能な範囲がわかリ易いバーナーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するものとして、本発明は、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ところに特徴を有する。
【００１１】
本発明のバーナーは、燃料ガスの火炎を噴射する第１の噴射部の周縁に、可燃性ガスを含む第２のガスの火炎を噴射する第２の噴射部が配された噴射部を備えるので、第１の噴射部から噴射される火炎はその中心部だけでなく、周縁や周縁寄りにおいても空気と接触し難くなっている。従って、本発明では、バーナーの第１の噴射部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の表面が改質される。その結果、本発明によれば、第１の噴射部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。また、本発明によれば、第１の噴射部から噴射される火炎の周縁および周縁付近においても酸化物が生成され難いので、固体物質は、表面改質処理後の固体物質の表面に酸化物が付着することによる悪影響を受けない。
【００１２】
また、本発明によれば、第１の噴射部を固体物質の所望の領域に一致するように配して燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射することにより固体物質を表面改質することができる。その結果、本発明によれば、燃料ガスの使用量に無駄が生じず、吹きつけ作業回数も少なくすることができ、作業効率を向上することができる。なお、本発明においては「周縁」という語には内周縁および外周縁が含まれる。
【００１３】
本発明は以下の構成であってもよい。
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。
【００１４】
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ていていもよい。
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。
【００１５】
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ていていもよい。
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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質化合物を含むガスの火炎を効率よく固体物質に吹き付けることができ、かつ、改質処理可能な範囲がわかリ易いバーナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のバーナーを備える表面改質装置を説明する模式図
【図２】噴射部側から見たバーナーの正面図
【図３】実施形態１のバーナーを用いて表面処理を行った固体物質の被処理面の電子顕微鏡写真
【図４】従来のバーナーを用いて表面処理を行った固体物質の被処理面の電子顕微鏡写真
【図５】実施形態２のバーナーを備える表面改質装置を説明する模式図
【図６】噴射部側から見たバーナーの正面図
【図７】他の実施形態（２）に示すバーナーの正面図
【図８】他の実施形態（３）に示すバーナーの正面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
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。
【００１９】
気化室１２に収容される改質化合物は、固体物質Ｓの表面を改質して、塗装、印刷、接着などの処理を行いやすくする作用を有する化合物である。
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。
【００２０】
改質化合物に含まれる金属原子としては、アルミニウム、ハフニウム、インジウム、イリジウム、鉄、ニッケル、ニオブ、鉛、ルテニウム、タンタル、スズ、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ベリリウム、カドミウム、クロム、コバルト、金、水銀、レニウム、タリウム、および亜鉛などが挙げられる。改質化合物に含まれる半金属原子としては、ヒ素、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン、およびシリコン等が挙げられ、改質化合物に含まれる非金属原子としては、リンなどが挙げられる。
【００２１】
改質化合物に含まれる有機基としては、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）、アシル基、アルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルアミノ基、ポリフルオロアルキル基などが挙げられる。本発明で用いる改質化合物には、これらの有機基のうち一種または２種以上のものが含まれている。なお、改質化合物は、これらの有機基以外に、一酸化炭素、ハロゲン、リン化合物、イオウ化合物等の配位子を有していてもよい。
【００２２】
アシル基としては、アセチル基、アセチルアセト基などがあげられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基、ｓｅｃブトキシ基、ｔｅｒｔブトキシ基、等が挙げられる。アルキル基としては、炭素数が１〜６の直鎖、分岐、環状のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アルケニル基としては、アリル基、プロペニル基、シクロペンタジエニル基等が挙げられる。アルキルフェニル基としてはメチルフェニル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基などがあげられ、フェニル基に結合したアルキル基は直鎖状でも分岐状でもよい。アルキルアミノ基としてはジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などがあげられる。ポリフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）などのアルキル基の水素の一部又は全部をフッ素に置き換えたものが挙げられる。
【００２３】
改質化合物の具体例としては、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。
これらの改質化合物のうち、ＰＯ（Ｏ−Ｃ２Ｈ５）３や（ＣＨ３）６Ｓｉ２Ｏなどが好ましい。
【００２４】
改質化合物には、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、改質化合物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。
【００２５】
気化室１２には、空気または可燃性ガスを導入するガス導入部１６と、気体状態の改質化合物と、空気または可燃性ガスと、を含む表面改質ガスを混合室１８へ移送する移送部１７と、が取り付けられている。
【００２６】
空気または可燃性ガスを導入するガス導入部１６は、空気または可燃性ガスが収容されている図示左側の第１のガスタンク１５から、気化室１２内の液体状の改質化合物が含まれる液相１３内に至るように設けられている。これにより、空気または可燃性ガスは、第１のガスタンク１５からガス導入部１６を経て液相１３中にバブリングされるようになっている。空気または可燃性ガスの導入量は、第１のガスタンク１５と気化室１２との間に設けた第１の弁１５Ａを操作することにより制御可能とされる。
【００２７】
可燃性ガスとしては、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、ベンゼンなどの炭化水素ガス、およびジボランなどのホウ素化合物など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。
【００２８】
移送部１７は、気化室１２の気相１４から混合室１８まで設けられている。移送部１７により混合室１８に移送される表面改質ガスの量は、気化室１２と混合室１８との間に設けた第２の弁１７Ａにより制御できるようになっている。
【００２９】
混合室１８には、酸素を含むガスを供給するガス供給部２１と、表面改質ガスと酸素を含むガスとを混合してなる燃料ガスをバーナー３０に移送する第１の移送管２２とが設けられている。
【００３０】
ガス供給部２１により供給される酸素を含むガスは、図示右側の第２のガスタンク２０に収容されており、この第２のガスタンク２０と混合室１８との間に設けた第３の弁２０Ａにより供給量が制御されるようになっている。
【００３１】
酸素を含むガスとしては、空気や酸素など、酸素を含むものを用いることができる。酸素を含むガス中の酸素濃度は、使用する改質化合物の燃焼効率等を考慮して、設定することが好ましい。
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。
【００３２】
さて、本実施形態のバーナー３０は、混合室１８に設けた第１の移送管２２の一端に設けられている。バーナー３０は、図２に示すように、正面視において円形をなす第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（多重構造）の噴射部３１を備える。円形の第１の噴射部３２は、それ自体が噴射口３２Ａとして機能する。第２の噴射部３３においては第１の噴射部３２を取り囲むように円形の噴射口３３Ａが複数設けられている。
【００３３】
第１の噴射部３２は燃料ガスを移送する第１の移送管２２から連なっており、燃料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。
【００３４】
第２のガスに含まれる可燃性ガスとしては、表面改質ガスに含まれる可燃性ガスと同様のものを用いることができ、第２のガスに含まれる可燃性ガスと、表面改質ガスに含まれる可燃性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。
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。
【００３５】
可燃性ガス供給部４１は、可燃性ガスを収容する第３のガスタンク４２から、酸素又は空気を供給する酸素類供給部４０と合流するところまで設けられ、第２の移送管４６に連なっている。また、可燃性ガス供給部４１には第３のガスタンク４２から供給される可燃性ガスの量を制御する第４の弁４１Ａが設けられている。
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。
【００３６】
噴射部３１から噴射される燃料ガスの火炎が吹付けられる固体物質Ｓを構成する材料としては、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、アクリルゴムなどのゴム類、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。固体物質Ｓ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。
【００３７】
燃料ガスの火炎の吹付けにより改質処理される固体物質Ｓ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。
【００３８】
また、固体物質Ｓ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。
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。
【００３９】
次に、本実施形態のバーナ３０を備える表面改質装置１０を用いた改質方法について説明する。
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。
【００４０】
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。
【００４１】
本実施形態では、気化室１２において空気または可燃性ガスと気体状態の改質化合物とを混合するので、気体状態の改質化合物と空気又は可燃性ガスとの混合割合を予め定めた割合とすることができる。
【００４２】
混合室１８では、第２のガスタンク２０からガス供給部２１を経て供給された酸素を含むガスと、空気または可燃性ガスおよび気体状態の改質化合物を含む表面改質ガスと、が混合されて燃料ガスとされる。
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。
【００４３】
一方、可燃性ガス供給部４１から供給される可燃性ガスと、酸素類供給部４０から供給された酸素を含むガスと、を含む第２のガスは、第２の移送管４６を通ってバーナー３０の第２の噴射部３３へ移送される。
【００４４】
次にバーナー３０の噴射部３１を固体物質Ｓの表面に向けて、火炎を吹き付ける。すると、第１の移送管２２を通って第１の噴射部３２に移送された燃料ガスが燃焼し、第１噴射部３２の噴射口３２Ａから当該燃料ガスの燃焼により生じる火炎が噴射される。一方、第２の噴射部３３においては、第２の移送管４６を通って第２の噴射部３３に移送された第２のガスが燃焼して、第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから、当該第２のガスの燃焼により生じた火炎が噴射される。
【００４５】
第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから噴射される火炎の周縁を取り囲むように第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから第２のガスの火炎が噴射されるので、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および周縁付近においても酸化物が生成しない（図３を参照、詳細は後述する）。
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）。
【００４６】
上述したような方法により改質処理を施した固体物質Ｓには、従来は接着に問題のあった異種材料との接着性を向上する効果、濡れ性（親水性）を向上する効果、帯電防止効果などが付与される。すなわち、表面改質装置１０により改質処理を行うことにより、固体物質Ｓを改質し、接着、塗装、印刷などの表面処理を容易なものとすることができる。
【００４７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
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。
【００４８】
ところで、従来の構成のバーナー（例えば特許文献１に記載のものなど）を用いて、例えば、眼鏡のレンズ用のガラスに対して表面改質処理を行った場合には、燃料ガスの火炎の周縁および周縁付近が空気に接触して酸化物が生成し、ガラスの表面（固体物質Ｓの被処理面Ｓ１：被処理部Ｓ１に相当）に付着することがある。図４に示す白い粒状のものが酸化物である。このような酸化物の付着が生じるとガラスが乱反射が起こして、不都合が生じる。しかしながら、本実施形態によれば、第１の噴射部３２から噴射される火炎の周縁および周縁付近において酸化物が生成され難いので、固体物質Ｓの被処理面Ｓ１に酸化物が付着しない（図３を参照）。その結果、本実施形態によれば、表面改質処理後の固体物質Ｓの被処理面Ｓ１に酸化物が付着することによる悪影響を受けない。なお、この点については後述の試験例において詳細に説明する。
【００４９】
また、本実施形態のバーナー３０を、第１の噴射部３２を固体物質Ｓの所望の領域に一致するように配して燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射することにより固体物質Ｓを表面改質することができる。その結果、本実施形態によれば、燃料ガスの使用量に無駄が生じず、吹きつけ作業回数も少なくすることができ、作業効率を向上することができる。
【００５０】
＜試験例＞
（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。
【００５１】
（２）試験例２
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。
【００５２】
＜実施形態２＞
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。
【００５３】
本実施形態のバーナー３０を備える表面改質装置１０の混合室１８には、酸素を含むガスを供給するガス供給部２１と第１の移送管２２に加えて、燃料ガスの燃焼量を調整する助燃ガスを供給する助燃ガス供給部５１とが設けられている。
【００５４】
助燃ガス供給部５１は、助燃ガスを収容する第５のガスタンク５０から混合室１８に至って設けられており、助燃ガス供給部５１には第５のガスタンク５０から供給される助燃ガスの量を制御する第６の弁５０Ａが設けられている。
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。
【００５５】
次に、本実施形態のバーナー３０を備える表面改質装置１０を用いた表面改質方法について説明する。
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。
【００５６】
混合室１８では、第２のガスタンク２０からガス供給部２１を経て供給された酸素を含むガスと、空気または可燃性ガスおよび気体状態の改質化合物を含む表面改質ガスと、第５のガスタンク５０から助燃ガス供給部５１を経て供給された助燃ガスとが混合されて燃料ガスとされる。
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。
【００５７】
一方、可燃性ガス供給部４１から供給される可燃性ガスと、酸素類供給部４０から供給された酸素を含むガスと、を含む第２のガスは、第２の移送管４６を通ってバーナー３０の第２の噴射部３３へ移送される。
【００５８】
次にバーナー３０の噴射部３１を固体物質Ｓの表面に向けて、火炎を吹き付ける。すると、第１の移送管２２を通って第１の噴射部３２に移送された燃料ガスが燃焼して、第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから当該燃料ガスの燃焼により生じる火炎が噴射される。一方、第２の噴射部３３においては、第２の移送管４６を通って第２の噴射部３３に移送された第２のガスが燃焼して、第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから、当該第２のガスの燃焼により生じた火炎が噴射される。
【００５９】
本実施形態においても実施形態１と同様に、第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから噴射される火炎の周縁を取り囲むように第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから第２のガスの火炎が噴射されるので、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および周縁付近においても酸化物が生成しない。
【００６０】
次に本実施形態の効果について説明する。
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。
【００６１】
＜他の実施形態＞
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。
【００６２】
（２）上記実施形態では、複数の噴射口３３Ａを有する第２の噴射部３３を有する噴射部３１を備えるバーナー３０を示したが、例えば、図７に示すバーナー３０のように第２の噴射部３３に１つの噴射口３３Ａを有するものであってもよい。
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。
【符号の説明】
【００６３】
３０…バーナー
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナーに関する。詳しくは、本発明は、高分子材料、金属、セラミック等の固体物質の表面を改質する改質化合物を含む燃焼炎を固体表面に噴射するためのバーナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、印刷などの表面処理が困難な場合がある。
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）。
【０００３】
特許文献１に記載の表面改質装置によれば、固体物質の表面を改質する改質剤化合物を気体状態とし、当該気体状態の改質剤化合物と空気とを混合して燃料ガスとしてから、この燃料ガスを燃焼させた火炎を固体物質に噴射することにより固体物質の表面改質が行われる。
【０００４】
上記特許文献１には、燃料ガスの火炎を固体物質に噴射するためのバーナーとして、全体として扇形をなし噴射口を１つ備えるものや、全体として長方形状をなし長手方向に沿って複数の噴射口が一列に並んで設けられているものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載されているような噴射口が１つのバーナーでは、噴射口から噴射される火炎の中心寄りのところ（内炎ともいう）は、空気と接触しにくくなっており一酸化炭素が多く存在する。一方、バーナーの噴射口から噴射される火炎の外縁や外縁寄りの部分（外炎ともいう）は、空気に接触しやすくなっている。なお、上記特許文献１に記載のバーナーのうち、複数の噴射口が並列している構成のものにおいても、端部の噴射口のように隣接する噴射口のない噴射口から噴射される火炎の外炎は、空気に接触しやすくなっている。
【０００７】
ところで、気体状態の改質剤化合物を含む燃料ガスを燃焼させると、一酸化炭素などが多く存在する雰囲気下ではラジカル状態の燃焼炎になり易いが、空気に接触しやすい雰囲気下では酸化されて酸化物となりやすい。当該酸化物が塊状となって固体物質の表面に付着すると、固体物質の性質に悪影響を与えることがある。
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。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載のバーナーを用いた場合、噴射口から噴射される燃料ガスの火炎のどの範囲を吹き付けると、ラジカル状態の燃焼炎が固体物質の表面に吹き付けられるかということは不明確であるため、固体物質の表面改質処理が可能な範囲がわかり難いという問題があった。
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。
【０００９】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、改質化合物を含むガスの火炎を効率よく固体物質に吹き付けることができ、かつ、改質処理可能な範囲がわかリ易いバーナーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するものとして、本発明は、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ところに特徴を有する。
【００１１】
本発明のバーナーは、燃料ガスの火炎を噴射する第１の噴射部の周縁に、可燃性ガスを含む第２のガスの火炎を噴射する第２の噴射部が配された噴射部を備えるので、第１の噴射部から噴射される火炎はその中心部だけでなく、周縁や周縁寄りにおいても空気と接触し難くなっている。従って、本発明では、バーナーの第１の噴射部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の表面が改質される。その結果、本発明によれば、第１の噴射部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。また、本発明によれば、第１の噴射部から噴射される火炎の周縁および周縁付近においても酸化物が生成され難いので、固体物質は、表面改質処理後の固体物質の表面に酸化物が付着することによる悪影響を受けない。
【００１２】
また、本発明によれば、第１の噴射部を固体物質の所望の領域に一致するように配して燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射することにより固体物質を表面改質することができる。その結果、本発明によれば、燃料ガスの使用量に無駄が生じず、吹きつけ作業回数も少なくすることができ、作業効率を向上することができる。なお、本発明においては「周縁」という語には内周縁および外周縁が含まれる。
【００１３】
本発明は以下の構成であってもよい。
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。
【００１４】
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ていていもよい。
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。
【００１５】
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ていていもよい。
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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質化合物を含むガスの火炎を効率よく固体物質に吹き付けることができ、かつ、改質処理可能な範囲がわかリ易いバーナーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のバーナーを備える表面改質装置を説明する模式図
【図２】噴射部側から見たバーナーの正面図
【図３】実施形態１のバーナーを用いて表面処理を行った固体物質の被処理面の電子顕微鏡写真
【図４】従来のバーナーを用いて表面処理を行った固体物質の被処理面の電子顕微鏡写真
【図５】実施形態２のバーナーを備える表面改質装置を説明する模式図
【図６】噴射部側から見たバーナーの正面図
【図７】他の実施形態（２）に示すバーナーの正面図
【図８】他の実施形態（３）に示すバーナーの正面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜実施形態１＞
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。
【００１９】
気化室１２に収容される改質化合物は、固体物質Ｓの表面を改質して、塗装、印刷、接着などの処理を行いやすくする作用を有する化合物である。
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。
【００２０】
改質化合物に含まれる金属原子としては、アルミニウム、ハフニウム、インジウム、イリジウム、鉄、ニッケル、ニオブ、鉛、ルテニウム、タンタル、スズ、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ベリリウム、カドミウム、クロム、コバルト、金、水銀、レニウム、タリウム、および亜鉛などが挙げられる。改質化合物に含まれる半金属原子としては、ヒ素、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン、およびシリコン等が挙げられ、改質化合物に含まれる非金属原子としては、リンなどが挙げられる。
【００２１】
改質化合物に含まれる有機基としては、カルボニル基（Ｃ＝Ｏ）、アシル基、アルコキシ基、アルキル基、アルケニル基、フェニル基、アルキルフェニル基、アルキルアミノ基、ポリフルオロアルキル基などが挙げられる。本発明で用いる改質化合物には、これらの有機基のうち一種または２種以上のものが含まれている。なお、改質化合物は、これらの有機基以外に、一酸化炭素、ハロゲン、リン化合物、イオウ化合物等の配位子を有していてもよい。
【００２２】
アシル基としては、アセチル基、アセチルアセト基などがあげられ、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｉ−ブトキシ基、ｓｅｃブトキシ基、ｔｅｒｔブトキシ基、等が挙げられる。アルキル基としては、炭素数が１〜６の直鎖、分岐、環状のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。アルケニル基としては、アリル基、プロペニル基、シクロペンタジエニル基等が挙げられる。アルキルフェニル基としてはメチルフェニル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基などがあげられ、フェニル基に結合したアルキル基は直鎖状でも分岐状でもよい。アルキルアミノ基としてはジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などがあげられる。ポリフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）などのアルキル基の水素の一部又は全部をフッ素に置き換えたものが挙げられる。
【００２３】
改質化合物の具体例としては、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。
これらの改質化合物のうち、ＰＯ（Ｏ−Ｃ２Ｈ５）３や（ＣＨ３）６Ｓｉ２Ｏなどが好ましい。
【００２４】
改質化合物には、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、改質化合物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。
【００２５】
気化室１２には、空気または可燃性ガスを導入するガス導入部１６と、気体状態の改質化合物と、空気または可燃性ガスと、を含む表面改質ガスを混合室１８へ移送する移送部１７と、が取り付けられている。
【００２６】
空気または可燃性ガスを導入するガス導入部１６は、空気または可燃性ガスが収容されている図示左側の第１のガスタンク１５から、気化室１２内の液体状の改質化合物が含まれる液相１３内に至るように設けられている。これにより、空気または可燃性ガスは、第１のガスタンク１５からガス導入部１６を経て液相１３中にバブリングされるようになっている。空気または可燃性ガスの導入量は、第１のガスタンク１５と気化室１２との間に設けた第１の弁１５Ａを操作することにより制御可能とされる。
【００２７】
可燃性ガスとしては、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、ベンゼンなどの炭化水素ガス、およびジボランなどのホウ素化合物など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。
【００２８】
移送部１７は、気化室１２の気相１４から混合室１８まで設けられている。移送部１７により混合室１８に移送される表面改質ガスの量は、気化室１２と混合室１８との間に設けた第２の弁１７Ａにより制御できるようになっている。
【００２９】
混合室１８には、酸素を含むガスを供給するガス供給部２１と、表面改質ガスと酸素を含むガスとを混合してなる燃料ガスをバーナー３０に移送する第１の移送管２２とが設けられている。
【００３０】
ガス供給部２１により供給される酸素を含むガスは、図示右側の第２のガスタンク２０に収容されており、この第２のガスタンク２０と混合室１８との間に設けた第３の弁２０Ａにより供給量が制御されるようになっている。
【００３１】
酸素を含むガスとしては、空気や酸素など、酸素を含むものを用いることができる。酸素を含むガス中の酸素濃度は、使用する改質化合物の燃焼効率等を考慮して、設定することが好ましい。
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。
【００３２】
さて、本実施形態のバーナー３０は、混合室１８に設けた第１の移送管２２の一端に設けられている。バーナー３０は、図２に示すように、正面視において円形をなす第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（多重構造）の噴射部３１を備える。円形の第１の噴射部３２は、それ自体が噴射口３２Ａとして機能する。第２の噴射部３３においては第１の噴射部３２を取り囲むように円形の噴射口３３Ａが複数設けられている。
【００３３】
第１の噴射部３２は燃料ガスを移送する第１の移送管２２から連なっており、燃料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。
【００３４】
第２のガスに含まれる可燃性ガスとしては、表面改質ガスに含まれる可燃性ガスと同様のものを用いることができ、第２のガスに含まれる可燃性ガスと、表面改質ガスに含まれる可燃性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。
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。
【００３５】
可燃性ガス供給部４１は、可燃性ガスを収容する第３のガスタンク４２から、酸素又は空気を供給する酸素類供給部４０と合流するところまで設けられ、第２の移送管４６に連なっている。また、可燃性ガス供給部４１には第３のガスタンク４２から供給される可燃性ガスの量を制御する第４の弁４１Ａが設けられている。
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。
【００３６】
噴射部３１から噴射される燃料ガスの火炎が吹付けられる固体物質Ｓを構成する材料としては、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、アクリルゴムなどのゴム類、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。固体物質Ｓ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。
【００３７】
燃料ガスの火炎の吹付けにより改質処理される固体物質Ｓ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。
【００３８】
また、固体物質Ｓ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。
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。
【００３９】
次に、本実施形態のバーナ３０を備える表面改質装置１０を用いた改質方法について説明する。
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。
【００４０】
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。
【００４１】
本実施形態では、気化室１２において空気または可燃性ガスと気体状態の改質化合物とを混合するので、気体状態の改質化合物と空気又は可燃性ガスとの混合割合を予め定めた割合とすることができる。
【００４２】
混合室１８では、第２のガスタンク２０からガス供給部２１を経て供給された酸素を含むガスと、空気または可燃性ガスおよび気体状態の改質化合物を含む表面改質ガスと、が混合されて燃料ガスとされる。
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。
【００４３】
一方、可燃性ガス供給部４１から供給される可燃性ガスと、酸素類供給部４０から供給された酸素を含むガスと、を含む第２のガスは、第２の移送管４６を通ってバーナー３０の第２の噴射部３３へ移送される。
【００４４】
次にバーナー３０の噴射部３１を固体物質Ｓの表面に向けて、火炎を吹き付ける。すると、第１の移送管２２を通って第１の噴射部３２に移送された燃料ガスが燃焼し、第１噴射部３２の噴射口３２Ａから当該燃料ガスの燃焼により生じる火炎が噴射される。一方、第２の噴射部３３においては、第２の移送管４６を通って第２の噴射部３３に移送された第２のガスが燃焼して、第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから、当該第２のガスの燃焼により生じた火炎が噴射される。
【００４５】
第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから噴射される火炎の周縁を取り囲むように第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから第２のガスの火炎が噴射されるので、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および周縁付近においても酸化物が生成しない（図３を参照、詳細は後述する）。
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）。
【００４６】
上述したような方法により改質処理を施した固体物質Ｓには、従来は接着に問題のあった異種材料との接着性を向上する効果、濡れ性（親水性）を向上する効果、帯電防止効果などが付与される。すなわち、表面改質装置１０により改質処理を行うことにより、固体物質Ｓを改質し、接着、塗装、印刷などの表面処理を容易なものとすることができる。
【００４７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
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。
【００４８】
ところで、従来の構成のバーナー（例えば特許文献１に記載のものなど）を用いて、例えば、眼鏡のレンズ用のガラスに対して表面改質処理を行った場合には、燃料ガスの火炎の周縁および周縁付近が空気に接触して酸化物が生成し、ガラスの表面（固体物質Ｓの被処理面Ｓ１：被処理部Ｓ１に相当）に付着することがある。図４に示す白い粒状のものが酸化物である。このような酸化物の付着が生じるとガラスが乱反射が起こして、不都合が生じる。しかしながら、本実施形態によれば、第１の噴射部３２から噴射される火炎の周縁および周縁付近において酸化物が生成され難いので、固体物質Ｓの被処理面Ｓ１に酸化物が付着しない（図３を参照）。その結果、本実施形態によれば、表面改質処理後の固体物質Ｓの被処理面Ｓ１に酸化物が付着することによる悪影響を受けない。なお、この点については後述の試験例において詳細に説明する。
【００４９】
また、本実施形態のバーナー３０を、第１の噴射部３２を固体物質Ｓの所望の領域に一致するように配して燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射することにより固体物質Ｓを表面改質することができる。その結果、本実施形態によれば、燃料ガスの使用量に無駄が生じず、吹きつけ作業回数も少なくすることができ、作業効率を向上することができる。
【００５０】
＜試験例＞
（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。
【００５１】
（２）試験例２
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。
【００５２】
＜実施形態２＞
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。
【００５３】
本実施形態のバーナー３０を備える表面改質装置１０の混合室１８には、酸素を含むガスを供給するガス供給部２１と第１の移送管２２に加えて、燃料ガスの燃焼量を調整する助燃ガスを供給する助燃ガス供給部５１とが設けられている。
【００５４】
助燃ガス供給部５１は、助燃ガスを収容する第５のガスタンク５０から混合室１８に至って設けられており、助燃ガス供給部５１には第５のガスタンク５０から供給される助燃ガスの量を制御する第６の弁５０Ａが設けられている。
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。
【００５５】
次に、本実施形態のバーナー３０を備える表面改質装置１０を用いた表面改質方法について説明する。
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。
【００５６】
混合室１８では、第２のガスタンク２０からガス供給部２１を経て供給された酸素を含むガスと、空気または可燃性ガスおよび気体状態の改質化合物を含む表面改質ガスと、第５のガスタンク５０から助燃ガス供給部５１を経て供給された助燃ガスとが混合されて燃料ガスとされる。
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。
【００５７】
一方、可燃性ガス供給部４１から供給される可燃性ガスと、酸素類供給部４０から供給された酸素を含むガスと、を含む第２のガスは、第２の移送管４６を通ってバーナー３０の第２の噴射部３３へ移送される。
【００５８】
次にバーナー３０の噴射部３１を固体物質Ｓの表面に向けて、火炎を吹き付ける。すると、第１の移送管２２を通って第１の噴射部３２に移送された燃料ガスが燃焼して、第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから当該燃料ガスの燃焼により生じる火炎が噴射される。一方、第２の噴射部３３においては、第２の移送管４６を通って第２の噴射部３３に移送された第２のガスが燃焼して、第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから、当該第２のガスの燃焼により生じた火炎が噴射される。
【００５９】
本実施形態においても実施形態１と同様に、第１の噴射部３２の噴射口３２Ａから噴射される火炎の周縁を取り囲むように第２の噴射部３３の噴射口３３Ａから第２のガスの火炎が噴射されるので、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および周縁付近においても酸化物が生成しない。
【００６０】
次に本実施形態の効果について説明する。
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。
【００６１】
＜他の実施形態＞
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。
【００６２】
（２）上記実施形態では、複数の噴射口３３Ａを有する第２の噴射部３３を有する噴射部３１を備えるバーナー３０を示したが、例えば、図７に示すバーナー３０のように第２の噴射部３３に１つの噴射口３３Ａを有するものであってもよい。
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。
【符号の説明】
【００６３】
３０…バーナー
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７５０９（Ｐ２０１１−１７５０９Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６３６７５（Ｐ２００９−１６３６７５）
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【出願人】（５０７１９８０７１）タイムオートマシン株式会社 (4)
【出願人】（５９３１０２９２１）ミズショー株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【出願人】（５０７１９８０７１）タイムオートマシン株式会社 (4)
【出願人】（５９３１０２９２１）ミズショー株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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