(57)【要約】【課題】テルミット反応をランスパイプとして利用することが可能になり、溶融切断の能力を著しく高めることができる酸素ランス用ランスパイプを提供する。【解決手段】金属製の外管１とこの外管１に内装される金属製の内管２を設ける。内管２の内壁に接するように内装される複数の金属線３を設ける。内管２と金属線３との間隙を酸素流路４とする。内管２と外管１との間に間隙空間５を形成する。外管１を二層構造に構成する。外管１の外側に鉄層１Ａを形成する。外管１の内側に異種金属層１Ｂを形成する。鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとを圧着により固着する。この固着部分に沿った外管１の燃焼端部にテルミット反応が生じるように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の外管とこの外管に内装される金属製の内管と、この内管の内壁に接するように内装される複数の金属線とを備え、金属線に囲まれた高速流路と内管と金属線との間に形成された低速支流路とを有する酸素流路を形成すると共に、酸素の流通経路が遮断された間隙空間を内管と外管との間に形成した酸素ランス用ランスパイプにおいて、外管の外側に形成される鉄層と、外管の内側に形成され、鉄層に対してイオン化傾向差のある異種金属層とを圧着による固着手段にて一体化した二層構造の外管を構成し、金属線及び内管の燃焼に伴って外管が燃焼すると鉄層と異種金属層にてテルミット反応が生じるように構成したことを特徴とする酸素ランス用ランスパイプ。
【請求項２】
前記外管において、前記鉄層を高純度鉄にて構成し、前記異種金属層をアルミ材にて構成した請求項１記載の酸素ランス用ランスパイプ。
【請求項３】
前記外管と前記内管との間の前記間隙空間内に、高純度鉄製の中外管を配して外側間隙空間と内側間隙空間とを設けた請求項１記載の酸素ランス用ランスパイプ。
【請求項４】
前記外管は、前記鉄層を形成する金属パイプの内側に前記異種金属層を形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化することで前記異種金属層と前記鉄層とを固着した請求項１乃至３いずれか記載の酸素ランス用ランスパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート等の建造物及びその他の構造物、岩石、鉄骨、耐火物、あるいは水中における構造物、岩礁等を溶解しながら穿孔、切断、解体等を行う際に使用する酸素ランス用ランスパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の酸素ランスは、例えば、鋼管の内部に金属線材や金属管材等を内装して熔削能力を高めたものが一般的に使用されている。すなわち、各種の熔削対象物を高熱で溶解しながら穿孔、切断する酸素ランスは、鉄製のランスパイプの先端から金属線材及び金属管材に着火し、ランスパイプ先端に生じる急激な酸化反応で得られる高熱を利用する。このランスパイプ先端の高熱が対象物を溶解すると共に、ランスパイプ内に連続供給される高圧酸素の圧力で溶けた対象物を吹き飛ばすことで溶融切断を行うものである。
【０００３】
そのため、酸素ランスに使用するランスパイプは、更に高熱の溶融反応が得られるように、テルミット反応を利用したランスパイプの提供が望まれていた。このテルミット反応とは、金属酸化物と金属アルミニウムを溶融・反応を促進させ、アルミニウムは金属酸化物を還元しながら高温を発生する反応で、このテルミット反応をランスパイプに利用すると、極めて高温の溶融切断が可能になる。
【０００４】
従来ではこのテルミット反応をランスパイプに利用した火焔棒（特許文献１）や、従来、溶接の世界ではテルミット反応を溶接棒に利用したテルミット式溶接棒（特許文献２）が提案されているが何れも机上論にて成功していない。また、特許文献３、４に記載の酸素ランス用ランスパイプにおいてもテルミット反応等について考察されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５３−５２６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８０３９７号公報
【特許文献３】実公平６−２１３号公報
【特許文献４】特許第３０３０６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のランスパイプは、外管とする鋼管内部にアルミ管を内装し、このアルミ管と鋼管との間に鉄線やアルミニウム線を充填した構造であり、溶融温度（火焔温度）を摂氏約2,500乃至5,000度の高温が得られるとしている。ところが、このような構造では、テルミット反応が生じたとしても僅かな時間に限られ、テルミット反応を持続させることはできなかった。しかも、何時反応するか予想すらできないので、溶融切断時にテルミット反応が生じた場合は、溶融温度が急激に上昇し、溶融切断作業が極めて危険になるなど、実用性に欠けるものである。
【０００７】
特許文献２のテルミット式溶接棒は、鉄心の周りをアルミニウムと酸化鉄との混合物で包み、先端にマグネシウムの点火剤を装着した構造である。そのため、マグネシウムに点火した途端、溶接棒が一瞬で爆燃する可能性があり、極めて危険な構造であることから、これまでに製品化されたことはない。
【０００８】
特許文献３は、当発明者が先に提案した酸素ランス用のランスパイプである。すなわち、特許文献３は、内管のみに酸素を供給するホルダー装着部を設け、オリフィスの原理に基づき内管と外管との間に酸素流路を有する間隙空間を形成することで少量の酸素量で大量の空気を圧送し熔削物の除去を促進させるランスパイプの溶融切断作業を効率的にしたものである。また、外管の外側を被覆体で被覆することで、外管の酸化反応を抑制しランスパイプ先端部分の溶断穿孔能力を高めている。
【０００９】
一方、特許文献４は、外表面または内外表面にカロライズ効果を目的とした耐熱性処理が施された適宜金属製のランスパイプを形成し、このランスパイプの先端がわ部分を大径部として内部に燃焼消耗充填材を充填したものである。このランスパイプによると溶断穿孔時に、充填材が消耗するまでは、単位時間当たりの被熔削物の穿孔量を多くすることができる。
【００１０】
すなわち、テルミット反応は、金属酸化物と金属アルミニウムとの混合物に着火した場合に、アルミニウムが金属酸化物を還元して高温を発生する反応である。従来技術において、アルミニウム素材をランスに活用した例はあるが、形状・質量の不足及び反応させるための構造・組み合わせに問題があって実用に供してもその効果を発揮することが不可能であった。
【００１１】
そこで、本発明は上述のごとき課題を解消すべく創出されたもので、従来ではテルミット反応に不十分な形状・質量の不足及び反応させるための構造・組み合わせを改良することで、テルミット反応をランスパイプとして利用することが可能になり、酸素ランスにおける溶融切断の能力を著しく高めることができる酸素ランス用ランスパイプの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成すべく本発明における第１の手段は、金属製の外管１とこの外管１に内装される金属製の内管２と、この内管２の内壁に接するように内装される複数の金属線３とを備え、金属線３に囲まれた高速流路４Ａと内管２と金属線３との間に形成された低速支流路４Ｂとを有する酸素流路４を形成すると共に、酸素の流通経路が遮断された間隙空間５を内管２と外管１との間に形成した酸素ランス用ランスパイプにおいて、外管１の外側に形成される鉄層１Ａと、外管１の内側に形成され、鉄層１Ａに対してイオン化傾向差のある異種金属層１Ｂとを圧着による固着手段にて一体化した二層構造の外管１を構成し、金属線３及び内管２の燃焼に伴って外管１が燃焼すると鉄層１Ａと異種金属層１Ｂにてテルミット反応が生じるように構成したことにある。
【００１３】
第２の手段は、前記外管１において、前記鉄層１Ａを高純度鉄にて構成し、前記異種金属層１Ｂをアルミ材にて構成したものである。
【００１４】
第３の手段は、前記外管１と前記内管２との間の前記間隙空間５内に、高純度鉄製の中外管６を配して外側間隙空間５Ａと内側間隙空間５Ｂとを設けたものである。
【００１５】
第４の手段において、前記外管１は、前記鉄層１Ａを形成する金属パイプの内側に前記異種金属層１Ｂを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化することで鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとを固着したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１によると、外管１を、外側に形成する鉄層１Ａと内側に形成する異種金属層１Ｂとを固着した二層構造にしたことで、外管１の燃焼端部にテルミット反応を発生させることに成功した。このテルミット反応は、金属線３と内管２及び中外管６が先行燃焼して融点が低い異種金属層１Ｂを溶融分子の中に取り込み鉄層１Ａと更なる反応を促進させ効果を最大まで高めることができた。
【００１７】
しかも、酸素の流通経路が遮断された間隙空間５を、内管２と外管１との間に形成したことで、外管１燃焼時の酸素流路において溶融分子が再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になった。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイ等の金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
【００１８】
更に、テルミット反応による高温の酸化物還元反応は、外管１の燃焼端部に生じるものであるから、ランスパイプ先端の単位面積あたりの熱量が豊富になる。したがって、同じ対象物を溶解する際に、従来のランスパイプより小径のランスパイプで溶解することが可能になり、ランスパイプの重量が軽減され操作性も向上するといった効果がある。しかも、高温の酸化物還元反応が外管１の燃焼端部に生じるので、ランスパイプの先端で溶融切断する酸素ランスにとって極めて扱い易いものになる。
【００１９】
請求項２のように、外管１の二層構成において、鉄層１Ａを高純度鉄にて構成し、異種金属層１Ｂをアルミ材にて構成することで、極めて安定化したテルミット反応が得られるものである。すなわち、テルミット反応はアルミニウムと金属酸化物の金属のイオン化傾向の差が大きいほど、多量の熱を発生する反応である。そこで、鉄層１Ａの材質に高純度鉄を選択すると、酸化物還元反応が大きく、しかもコントロール可能なテルミット反応を得ることに成功した。
【００２０】
請求項３のように、外管１と内管２との間に高純度鉄製の中外管６を配して外側間隙空間５Ａと内側間隙空間５Ｂとを設けたことで、低速支流路４Ｂが遮断された内側間隙空間５Ｂにより、外管１燃焼時の酸素流路において溶融分子が再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になった。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイの金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
【００２１】
請求項４のごとく、鉄層１Ａを形成する金属パイプの内側に前記異種金属層１Ｂを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化して外管１を構成するので、二層構造の外管１を容易に提供することが可能になる。しかも、鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとが固着されたために熱伝導が融点の低いアルミから融点の高い鉄層に無駄なく熱量を与えテルミット反応を確実に発生させることができる。
【００２２】
このように、本発明によると、安定して持続的なテルミット反応をランスパイプに利用することが可能になり、酸素ランスの溶融切断能力を著しく高めることができるなどといった当初の目的を達成した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一部省略横断面図である。
【図３】本発明の更なる発展型の実施例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の使用状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を説明する。本発明は酸素ランスに使用するランスパイプの構成にある。すなわち、金属製の外管１とこの外管１に内装される金属製の内管２と、この内管２の内壁に接するように内装される複数の金属線３とを備えたものである（図１参照）。
【００２５】
そして、内管２と金属線３との間隙を酸素流路４とし、この酸素流路４に酸素ボンベ１０から酸素が供給される（図１参照）。したがって、酸素アセチレンＰや着火剤Ｑ等でランスパイプの先端に着火すると（図４参照）、金属線３や内管２の先端がわが燃焼し、次第に外管１側に燃焼が広がり、酸素を遮断した間隙空間５とすることで、ランスパイプの酸化反応熱や酸化還元反応熱により対象物を溶融切断するものである。この間隙空間５は酸素流路でありながら遮断されねばならない。この方式は過去３０年に渡る永くベストセラー品として本発明の基礎をなすもので多くのユーザーが世界で認めたものである。
【００２６】
酸素流路４は、高速流路４Ａと低速支流路４Ｂとで構成されている(図１参照)。高速流路４Ａは、金属線３で囲まれた比較的広い空間で、低速支流路４Ｂは金属線３と内管２との間の比較的狭い空間である。そして、酸素流路４に酸素が供給されると、ランスパイプの先端は、酸素との接触が多い順となる金属線３、内管２の順に燃焼が広がるものである。
【００２７】
このとき、内管２と外管１との間に形成された間隙空間５にて燃焼時の酸素の流れが渦巻き状に回転する（図１参照）。この間隙空間５は、内管２と外管１との間に形成された空間で、酸素ボンベ１０から酸素が供給されないように酸素の流路が遮断された空間である（図２参照）。そして、酸素の供給を受けた内管２の燃焼が拡大して間隙空間５に至ると、ランスパイプ内の熔融物や、対象物の溶融物を外部に排出できるようになる。この際、酸素ボンベ１０から供給される酸素流路４の流れが間隙空間５に沿って高速になる。
【００２８】
このような酸素の高速な回転に伴って外管１が内側から燃焼する際に、鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとの固着境界部分にテルミット反応が生じるものである。このテルミット反応は、金属線３及び内管２の燃焼に伴って外管１の燃焼端部に生じる。したがって本発明ランスパイプは、外管１の先端部分に極めて高温の酸化物還元反応が継続して得られることになり、ランスパイプの径に伴った溶融切断が可能になる。
【００２９】
このとき、鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとのイオン化傾向差が大きいほど酸化物還元反応が大きくなる。本発明では、鉄層１Ａを高純度鉄にて構成し異種金属層１Ｂをアルミ材にて構成することで、酸化物還元反応が大きく、しかもコントロール可能なテルミット反応を得ることに成功した。更に、内管２や金属線３の材質においても高純度鉄を使用することで、より高温の酸化反応熱や酸化還元反応熱が得られる。また、鉄層１Ａや内管２、金属線３等の材質は高純度鉄以外を選択することも可能である。
【００３０】
図３に示すランスパイプは、先端部の径をより大径にしたものを示し、間隙空間５内に中外管６を配して外側間隙空間５Ａと常に遮断された内側間隙空間５Ｂとを設けたものである。そして、この外側間隙空間５Ａを遮断すれば長時間燃焼、開放すれば燃焼効率が最大となるコントロールが可能となる外側間隙空間５Ａ内に中外管６を配置したものである。このとき中外管６は内管２や外管１に接しないように、外側間隙空間５Ａや内側間隙空間５Ｂが極力狭くなるように形成している。この中外管６の材質及び、鉄層１Ａ、内管２、金属線３の材質も高純鉄にて形成されている。このようなランスパイプによると、追加した中外管６とそれの内側に構成された高能率・低消耗ランス構造が外管１の異種金属層１Ｂと鉄層１Ａとが反応することにより熱伝導が融点の低いアルミニウムから融点の高い鉄層に無駄なく熱量を与えられ高能率を可能ならしめた。
【００３１】
そして、内管２と中外管６との間に、遮断された内側間隙空間５Ｂを形成することで、外管１燃焼時の酸素流路において溶融分子を再燃焼させ分子を極微小化させることにより分子の表面積が増大し単位時間あたりの発熱量が高まり、テルミット反応による高温の酸化物還元反応を安定して持続させることが可能になる。この結果、極めて安全な使用ができ、従来では溶融切断が困難であった耐火レンガや、特殊鋼、フェロシリコン、シリコマンガン等のフェロアロイ等の金属などでも容易に溶融切断することが可能になった。
【００３２】
しかも、テルミット反応が得られる外管１の径を大きくしているので、ランスパイプの燃焼パワーを増大することが可能になり、より大きな被熔削物を熔削することが可能になる。このように、外管１や内管２の径の変更や鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとの厚みの比率等は任意に変更することが可能である。
【００３３】
外管１の具体的な製造手段として、鉄層１Ａを形成する金属パイプの内側に異種金属層１Ｂを形成するアルミパイプを重合し、重合したパイプ相互を圧着手段にて一体化する方法がある。このように鉄層１Ａとアルミ層１Ｂとを圧着して一体化することで、熱伝導が融点の低いアルミ層１Ｂから融点の高い鉄層１Ａに無駄なく熱量を与え、安定したテルミット反応が得られる。また、外管１の製造手段は他の手段を用いることも可能である。
【００３４】
図１、図３に示す間隙空間５において、外側間隙空間５Ａや内側間隙空間５Ｂの間隙空間５に流通しないように酸素の流通経路を遮断するには、例えば外管１を内管２に対する加締加工や、外管１を中外管６に対する加締加工、あるいはランスパイプに接続するランスホルダー１１の酸素供給口を内管２に限定する手段や、あるいは、間隙空間５に物理的な閉塞部を部分的に設ける手段など、任意の手段から選択することができる。
【００３５】
尚、本発明の各構成は図示例に限定されるものではなく、鉄層１Ａや内管２、金属線３等の材質の変更や鉄層１Ａと異種金属層１Ｂとの固着手段など本発明の要旨を変更しない範囲での変更は自由である。
【符号の説明】
【００３６】
１  外管
１Ａ  鉄層
１Ｂ  異種金属層
２  内管
３  金属線
４  酸素流路
４Ａ  高速流路
４Ｂ  低速支流路
５  間隙空間
５Ａ  外側間隙空間
５Ｂ  内側間隙空間
６  中外管
１０  酸素ボンベ
１１  ランスホルダー
【図１】
2018094607.tif 000003
【図２】
2018094607.tif 000004
【図３】
2018094607.tif 000005
【図４】
2018094607.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月10日(2017.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の請求項１によると、外管１を、外側に形成する鉄層１Ａと内側に形成する異種金属層１Ｂとを固着した二層構造にしたことで、外管１の燃焼端部にテルミット反応を発生させることに成功した。このテルミット反応は、金属線３及び内管２が先行燃焼して融点が低い異種金属層１Ｂを溶融分子の中に取り込み鉄層１Ａと更なる反応を促進させ効果を最大まで高めることができた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図３に示すランスパイプは、先端部の径をより大径にしたものを示し、間隙空間５内に中外管６を配して外側間隙空間５Ａと常に遮断された内側間隙空間５Ｂとを設けたものである。そして、この外側間隙空間５Ａを遮断すれば長時間燃焼、開放すれば燃焼効率が最大となるコントロールが可能となる外側間隙空間５Ａ内に中外管６を配置したものである。このとき中外管６は内管２や外管１に接しないように、外側間隙空間５Ａや内側間隙空間５Ｂが極力狭くなるように形成している。この中外管６の材質及び、鉄層１Ａ、内管２、金属線３の材質も高純度鉄にて形成されている。このようなランスパイプによると、追加した中外管６とそれの内側に構成された高能率・低消耗ランス構造が外管１の異種金属層１Ｂと鉄層１Ａとが反応することにより熱伝導が融点の低いアルミニウムから融点の高い鉄層に無駄なく熱量を与えられ高能率を可能ならしめた。