(57)【要約】【課題】溶射層を薄く形成するとともに、密着性を向上できる非金属部材からなるシート材を提供するとともに、その溶射方法を提供する。【解決手段】シート材１０に、プラズマ溶射機で加熱・溶融した粉末状の銅の粒子１３を吹き付ける。シート材１０が、布材の場合、銅の粒子１３の大きさを約０．０５Φｍｍ程度にするとともに、プラズマ溶射ガン２の先端からシート材１０との距離を、２００〜５００ｍｍの範囲に設定し、プラズマ溶射ガン２のトラバーススピードを毎秒５００〜９００ｍｍとする。一方、シート材１０の溶射面には冷却空気２９を吹き付けて、銅の粒子１３がシート材１０に付着する際のシート材１０の温度を、シート材１０が布材や紙材の場合に１５０℃以下、シート材１０が樹脂材の場合に、１００℃以下となるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に、プラズマガスにより加熱・溶融された粉末状のイオン溶出金属を吹き付けて、溶射層が形成されていることを特徴とする非金属部材からなるシート材。
【請求項２】
粉末状のイオン溶出金属を、プラズマガン内で発生するプラズマガスにより加熱・溶融し、溶融された前記イオン溶出金属を前記プラズマガンで基材に向かって吹き付けることにより、前記基材の表面に皮膜を成膜するプラズマ溶射機による溶射方法であって、
前記基材が、布材または紙材であり、
前記イオン溶出金属が、銅、銀、亜鉛の一種または二種以上であり、
溶融された前記イオン溶出金属の付着時の前記基材の温度が、１５０℃以下となるように設定されていることを特徴とするプラズマ溶射機による溶射方法。
【請求項３】
前記プラズマガンのトラバース速度が５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃであり、前記基材が、前記プラズマガンの先端面から、２００〜５００ｍｍ離れた位置に設定されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマ溶射機による溶射方法。
【請求項４】
粉末状のイオン溶出金属を、プラズマガン内で発生するプラズマガスにより加熱・溶融し、溶融された前記イオン溶出金属を前記プラズマガンで基材に向かって吹き付けることにより、前記基材の表面に皮膜を成膜するプラズマ溶射機による溶射方法であって、
前記基材が、樹脂材料であり、
前記イオン溶出金属が、銅、銀、亜鉛の一種または二種以上であり、
溶融された前記イオン溶出金属の付着時の前記基材の温度が、１００℃以下となるように設定されていることを特徴とするプラズマ溶射機による溶射方法。
【請求項５】
前記プラズマガンのトラバース速度が５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃであり、前記基材が、前記プラズマガンの先端面から、２５０〜５５０ｍｍ離れた位置に設定されていることを特徴とする請求項４記載のプラズマ溶射機による溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、布材、樹脂材または紙材等の非金属部材やシートに、溶射材料として、粉末状のイオン溶出金属を、プラズマガンに供給して溶射するプラズマ溶射機による溶射方法に関するとともに、その溶射方法によって溶射された抗菌性や防臭性を備えた非金属部材からなるシート材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属部品の補修や皮膜層の形成を、溶射機によって行われることが知られている。金属部品を溶射機で溶射することは、他の表面処理技術と比べて基材に対する熱影響による変形がなくまた水素脆性もないことから、部品の必要範囲だけ部分加工ができることとなり、摩耗した部位や、傷のある部品を補修することに適用されていた。この溶射作業を、金属部品以外の非金属部材に適用する技術が特許文献によって知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、建物の壁面、または額縁等に内挿される絵画の紙材等の非金属製の部材において、カビ菌等の発生を防止するために、イオン溶出金属を溶射することが開示されている。これによると、非金属部材からなるシートにアルミニウム及びイオン溶出金属(例えば、亜鉛、チタン、銅等)を溶射機で溶射する。この溶射によって、溶融したアルミニウムが、他のイオン溶出金属より固定化速度が速いため、アルミニウムの微粒子が非金属部材からなるシート上に多数の支柱を形成する状態で固着する。その後、固形化速度の遅いイオン溶出金属の微粒子が、各支柱間に分子毎結合しながら溶着する。これによってイオン溶出シートが形成されていた。
【０００４】
また、特許文献２では、足の裏に適用する敷物として、重ね合わせられた一対の布地と、一対の布地との間に形成された金属粉末層と、で構成された中敷が開示されている。これによると、金属粉末層は、いずれか一方の布地の一側に、インバータドライブ溶射装置で溶着することによって形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９０１１公報
【特許文献２】実用新案登録第３０１７４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非金属部材からなるシートにイオン溶出金属を溶射することは、イオン溶出金属を加熱・溶融して基材に吹き付けるため、非金属部材からなるシートを燃焼させやすい。そのため、低温溶射で行う必要があった。低温溶射を行う場合には、一般的にアーク溶射方法が採用されていた。アーク溶射は、２本の連続して供給される金属ワイヤを、金属ワイヤの先端でアークを発生させることにより加熱・溶融して噴射ガスで基材に向けて吹き付けるようにするものである。このアーク溶射では、溶射材料が２本の金属ワイヤを使用するため、つまり、プラズマ溶射とは異なり、粉末状の粒子を溶射材料として供給するものではないことから、基材に付着する金属の粒子を細粒化するには限界があった。つまり、基材に溶射される金属ワイヤの溶融材料は、粉末状の粒子に比べて、基材に付着する粒子の大きさが大きく、そのため、基材に対して溶射層を厚く形成することになっていた。
【０００７】
また、例えば、基材が布材や紙材の場合では、基材が、複数の繊維を織成または絡めた状態で組成されていることから、各繊維間には隙間部が形成されている。基材に吹き付けられた溶融金属の粒子が大きいと、隙間内に入り込まない粒子が増えることになって、密着性も、多くの粒子が隙間部内に入り込むものに比べて、低下することになる。
【０００８】
特許文献１の場合では、基材にアルミニウムを下地として溶射させ、その上面にイオン溶出金属を溶射させているため、基材の厚みを厚くすることとなって、基材の可撓性を損なうこととなっていた。また、基材に溶射させることは記載されているものの、溶射方法に関する記載はない。
【０００９】
特許文献２の場合では、非金属部材で形成された基材への溶射をインバータドライブ溶射装置で行うことが記載されている。インバータドライブ溶射装置では、溶射材料の異種金属を同時に溶射する場合、個々の金属の溶融温度が異なるため、個々の金属を溶融する位置まで送る供給モータをそれぞれインバータ制御によって行うことになる。つまり、２本の金属ワイヤを使用して溶融させるアーク溶射機の特性を示すことになる。このアーク溶射では、溶融して吹き付けられる粒子が大きく、大きい粒子が短時間で多い量を溶射すると、熱量が大きくなって、布材や紙材または樹脂材等が溶融または燃焼してしまう可能性が高くなり溶射機での設定条件の自由度が少なくなってしまう。また、基材に付着する溶射層の厚みが厚くなって、非金属部材の基材の可撓性を損なうこととなっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、溶射材料の基材への密着性を向上するとともに、溶射層の厚みの薄い非金属部材からなるシート材を提供するとともに、非金属部材からなるシート材にイオン溶出金属を溶射するプラズマ溶射機による溶射方法を提供することを目的とする。そのため、本発明は以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の非金属部材からなるシート材の発明では、基材の表面に、プラズマガスにより加熱・溶融された粉末状のイオン溶出金属を吹き付けて、溶射層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の発明では、粉末状のイオン溶出金属を、プラズマガン内で発生するプラズマガスにより加熱・溶融し、溶融された前記イオン溶出金属を前記プラズマガンで基材に向かって吹き付けることにより、前記基材の表面に皮膜を成膜するプラズマ溶射機による溶射方法であって、前記基材が、布材または紙材であり、前記イオン溶出金属が、銅、銀、亜鉛の一種または二種以上であり、溶融された前記イオン溶出金属の付着時の前記基材の温度が、１５０℃以下となるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２に係る発明であって、前記プラズマガンのトラバース速度が５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃであり、前記基材が、前記プラズマガンの先端面から、２００〜５００ｍｍ離れた位置に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明のプラズマ溶射機による溶射方法では、粉末状のイオン溶出金属を、プラズマガン内で発生するプラズマガスにより加熱・溶融し、溶融された前記イオン溶出金属を前記プラズマガンで基材に向かって吹き付けることにより、前記基材の表面に皮膜を成膜するプラズマ溶射機による溶射方法であって、前記基材が、樹脂材料であり、前記イオン溶出金属が、銅、銀、亜鉛の一種または二種以上であり、溶融された前記イオン溶出金属の付着時の前記基材の温度が、１００℃以下となるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４に係る発明であって、前記プラズマガンのトラバース速度が５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃであり、前記基材が、前記プラズマガンの先端面から、２５０〜５５０ｍｍ離れた位置に設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の非金属部材からなるシート材によれば、基材の表面には、イオン溶出金属が付着された溶射層が形成されている。イオン溶出金属を付着することによって、例えば、基材が車両のシートやエアコンディショナ等のフィルタであれば、防臭性や抗菌性を有することになり、環境を向上することができる。また、この溶射層を形成する溶射材料を、プラズマ溶射機の場合には細粒化した溶射材料が使用できるので、細粒化した溶射材料を、基材に吹き付けることによって、溶射層を薄く形成することができ、基材の可撓性を損なわずに使用することができる。さらに、布材の基材であれば、繊維間の隙間内に入り込んで繊維に絡むことができるから密着性を向上することができる。
【００１６】
特に、繊維間に絡むように溶射材料を溶射することは、溶射材料が繊維間の隙間に挿入して連結した状態となるから、密着性を向上するとともに、銅または銀等のイオン溶出金属の表面積を大きくすることとなって、イオン溶出の量を増やすことができる。
【００１７】
また、本発明のプラズマ溶射機による溶射方法によれば、粉末状の溶射材料をプラズマ溶射ガンに供給して、プラズマジェットにより溶射材料を加熱・加速・溶融して基材に吹き付けて皮膜を成膜する。溶射材料を基材に吹き付ける際、基材が、加熱して溶融された銅や銀等の溶射材料で、燃えない程度の温度となるように位置設定する。これによって、布材、紙材または樹脂材のシート材にイオン溶出金属を溶射することができる。これ等のシート材に溶射された溶射層は、溶射材料が粉末状であることから、粒子を細かく形成することができるとともに、その粉末供給量の調整を容易に行うことができる。
【００１８】
また、本発明において、基材を、燃えない程度の温度となるように位置設定する場合、例えば、基材が布材や紙材の場合では、基材が、プラズマ溶射ガンの先端との距離を２００〜５００ｍｍに設定することによって、イオン溶出金属の付着時の基材の温度は１５０℃以下となり、布材や紙材を燃焼させることなく溶射することができる。
【００１９】
また、基材が、樹脂材の場合では、基材が、プラズマ溶射ガンの先端との距離を２５０〜５５０ｍｍに設定することによって、イオン溶出金属の付着時の基材の温度は１００℃以下となり、樹脂材を溶融させることなく溶射することができる。
【００２０】
これによって、基材が、布材、紙材、または樹脂材であっても溶射するこができ、金属イオンを溶出して防臭性や抗菌性を有するシート材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の非金属部材からなるシート材を示す断面図である。
【図２】本発明に使用するプラズマ溶射機を示す全体レイアウト図である。
【図３】図２におけるプラズマ溶射機によるプラズマ溶射の原理を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の非金属部材からなるシート材及びプラズマ溶射機による溶射方法について、図面に基づいて説明する。図１は、シート材１０の断面図であり、図２〜３はシート材１０を形成するためのプラズマ溶射機１を示すものである。
【００２３】
実施形態の基材は、布材、紙材、または樹脂材の非金属部材からなるシート材(以下、単にシート材という)１０であり、例えば、車両の座席シートである。シート材１０は、素地層１１と溶射層１２で構成されている。素地層１１は、織布で形成され、溶射層１２は、防臭性または抗菌性を有するイオン溶出金属としての銅材料(銀、亜鉛のこれ等の一種または２種以上の材料であってもよい)で形成されている。
【００２４】
溶射層１２は、その厚みが、銅の粒子１３の大きさ（約０．０５Φｍｍ程度）に形成され、銅の粒子１３が、隣接する銅の粒子に連結されながら、素地層１１に形成された空隙部に挿入されている。
【００２５】
図２〜３は、プラズマ溶射機１を示すものであり、プラズマ溶射機１は、粉末状の銅の粒子１３（図３参照）が供給されてプラズマジェットで加熱・溶融するプラズマ溶射ガン２と、プラズマ溶射ガン２に粉末状の銅の粒子１３を供給する粉末供給装置３と、プラズマ制御するプラズマ制御装置４と、プラズマ溶射ガン２に作動ガス１５のガス圧を調整して送給するガス調節器５と、プラズマ溶射ガン２の電極を安定化する安定化直流電源６と、プラズマ溶射ガン２に冷却水を循環させる冷却水循環装置７と、を備えている。
【００２６】
プラズマ溶射ガン２は、図３に示すように、作業者の操作する操作部２１と内部に中空部を有して筒状に形成されたプラズマ溶射構成部２２とを備えている。プラズマ溶射構成部２２は、プラズマ溶射の原理を示すものであり、内部にプラズマジェットを形成する中空部２３を備えて円筒状に形成されるとともに、陽極となる電極２４を備える冷却水入口側ケース部２５と、一端に陰極となる電極２６を配置して冷却水の通路を形成する冷却水出口側ケース部２７と、冷却水入口側ケース部２５と冷却水出口側ケース部２７とを連結する冷却水連絡通路２８と、を備えて構成されている。
【００２７】
電極２４は、銅材で形成されるとともに冷却水入口側ケース部２５の外周壁面として配置され、電極２６は、タングステン材で形成されて冷却水出口側ケース部２７の一端から中空部２３内に突出して配置されている。冷却水連絡通路２８には、一部に作動ガス１５を中空部２３内に導入する導入管２９が挿通されている。作動ガス１５は、例えば、アルゴンやヘリウムが使用される。
【００２８】
冷却水入口側ケース部２５の端面には、粉末供給装置３から接続された供給管３０が配置され、粉末状の銅の粒子１３が供給される。
【００２９】
プラズマ溶射ガン２の先端から所定距離離れた位置に、支持板１４に支持されたシート材１０が配置されている。
【００３０】
シート材１０が布材や紙材であって、シート材１０に溶射する場合において、上記のように構成されたプラズマ溶射機１を使用して、布材や紙材を燃焼させないで溶射する。この溶射条件は、
1)プラズマ溶射ガン２の先端面とシート材１０との距離Ｈを、２００〜５００ｍｍとし、
2)プラズマ溶射ガン２をシート材１０の横方向一端から横方向他端に移動させるトラバース速度を、５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃとし、
3)作動ガス１５をアルゴン及び水素で使用する場合の、作動ガス１５としてのアルゴンの供給量を７５ＮＬＰＭ、粉末材を供給する際のアルゴンの供給量を６〜８ＮＬＰＭ、水素の供給量を３．５〜５ＮＬＰＭとし、
4)電極２４、２６にかかる電圧値を７０Ｖ、電流値を５００Ａとし、
5)シート材１０に吹き付ける冷却空気３１のシート材１０からの距離を５００ｍｍ、で圧力を０．４ＭＰａとし、
6)粉末状の銅の粒子１３の供給量を２５〜１００ｇ／ｍｉｎとし、
7)プラズマ溶射ガン２の上下方向の移動ピッチを１０ｍｍと、
するように設定する。
【００３１】
上記の条件で、プラズマ溶射ガン２を手動で持つかあるいはロボットに装着し、プラズマ溶射ガン２の先端部をシート材１０に向けて設置する。そして、電極２４、２６間に直流アークを発生させる。そして、徐々に設定値を上昇させ電圧７０Ｖの設定値にする。
【００３２】
一方、作動ガス１５のアルゴンが電離して中空部２３内にプラズマジェットを発生させる。プラズマジェットの中心部では１０，０００℃以上の高熱となり、銅の粒子１３は、中空部２３内で加熱・溶融し、後方からアルゴン・水素を含んだ作動ガス１５によって、シート材１０に向かって吹き付けられる。
【００３３】
さらに、シート材１０には、冷却空気３１が吹き付けられていて冷却され、溶融された銅の粒子１３の溶射するシート材１０の温度を１５０℃以下となるように設定している。つまり、この状態で、プラズマ溶射ガン２の先端からシート材１０の距離を２００〜５００ｍｍ（望ましくは３００ｍｍ程度）とし、プラズマ溶射ガン２を、トラバース速度５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃ（望ましくは７５０ｍｍ／ｓｅｃ程度）で横方向に移動させつつ銅の粒子１３を吹き付けることによって、銅の粒子１３で、シート材１０を燃焼させることなくシート材１０の表面に付着する。そして、シート材１０の高さ方向において、プラズマ溶射ガン２を１０ｍｍピッチで往復移動させて銅の粒子１３を、溶射するシート材１０全面に吹き付けて１枚のシート材１０に溶射層１２を形成することになる。
【００３４】
溶射されたシート材１０は、図１に示すように、銅の粒子１３が繊維間の間に挿入したり、あるいは繊維状に絡み付いたりしながら、隣接する銅の粒子１３間と連結されている。また、個々の銅の粒子１３の大きさは、約０．０５Φｍｍであるから、その溶射層１２の素地層１１に対する密着性を向上するとともに、厚みを薄くすることができ、シート材１０の可撓性を損なうことがない。
【００３５】
シート材１０が、樹脂材料の場合、吹き付けられて溶融された銅の粒子１３の溶射するシート材１０の温度を１００℃以下となるように設定している。つまり、この状態で、プラズマ溶射ガン２の先端からシート材１０の距離を２５０〜５５０ｍｍ（望ましくは３３０ｍｍ程度）とし、プラズマ溶射ガン２をトラバース速度５００〜９００ｍｍ／ｓｅｃ（望ましくは７００ｍｍ／ｓｅｃ程度）で横方向に移動させつつ銅の粒子１３を吹き付けることになる。これによって銅の粒子１３で、シート材１０を溶融させることなくシート材１０の表面に付着する。その他の設定条件は、シート材１０が、布材あるいは紙材である場合と同一である。
【００３６】
上述のように、実施形態の非金属部材のシート材１０では、粉末状の細かな銅の粒子１３を、溶射層１２として形成することから、素地層１１に対して密着性を向上できるとともに、溶射層１２の厚みを薄くすることができる。そのため、シート材１０の機能を損なうことなく金属イオンを溶出することができ、シート材１０によって環境を向上することができる。
【００３７】
また、上記の非金属部材のシート材１０を形成するための溶射方法は、粉末状の銅の粒子１３を溶射材料として使用できるプラズマ溶射機１にて行っている。このプラズマ溶射機１では、粉末状の銅の粒子１３の大きさを自由に設定することができることから、溶射されるシート材１０の機能に合わせて、銅の粒子１３の大きさを設定することができる。この場合、シート材１０を燃焼させずに溶射するか、また溶融させずに溶射するためには、プラズマジェットで加熱・溶融した銅の粒子１３が、シート材１０に付着する際のシート材１０の温度を低温（布材や紙材の場合で１５０℃以下、樹脂材の場合では１００℃以下）となるように位置設定する必要があり、実施形態の場合では、プラズマ溶射ガン２の先端とシート材１０との距離Ｈを、設定要件としている。つまり、通常、燃え易い布材や紙材の場合、その距離Ｈを２００〜５００ｍｍとし、溶融し易い樹脂材の場合、距離Ｈを２５０〜５５０ｍｍとして設定して、溶射を行っている。これによって、加熱・溶融された銅の粒子１３がシート材１０に付着する際のシート材１０の温度を、１５０℃以下（または１００℃以下）となって、非金属部材であっても、容易に溶射することができる。
【００３８】
なお、シート材１０は、非金属部材であれば、布材や紙材または樹脂材でなくても、例えば、木材やそれ以外であってもよい。さらに、イオン溶出金属は、銅、銀、亜鉛以外でも、例えば、アルミニウムや、鉄、またはチタン等のイオンを溶出する金属であれば、適用することができる。
【００３９】
さらに、それぞれのシート材１０にイオン溶出金属を溶射する際の溶射設定条件は、イオン溶出金属がシート材１０に付着する際のシート材１０温度を、シート材１０を燃焼させるかまたは溶融させることのない温度となるように、それぞれのシート材１０に合わせて適宜決定することとなる。
【符号の説明】
【００４０】
１、プラズマ溶射機
２、プラズマ溶射ガン
１０、シート材（基材）
１１、素地層
１２、溶射層
１３、銅の粒子（イオン溶出金属）
Ｈ、（プラズマ溶射ガンとシート材との）距離
【図１】
2010167049.tif 000003
【図２】
2010167049.tif 000004
【図３】
2010167049.tif 000005