(57)【要約】  溶射方法は、次のステップ、すなわち、少なくとも１つの燃料（Ｃ）および少なくとも１つの燃焼剤（Ｄ）を燃焼室（１）内に導入するステップと、燃焼プロセスを生成するステップと、高温ガスの流れ（Ｅ）に被膜材料（Ｆ）を添加するステップとを含む。また、部分的にイオン化されたガスが生成され、この部分的にイオン化されたガスを、燃焼室（１）内に導入することで、燃料および燃焼剤の燃焼を引き起こす。また、本発明は、溶射装置にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の燃料（Ｃ）と、少なくとも１種類の燃焼剤（Ｄ）とを、少なくとも１つの出力口（４）を持つ燃焼室（１）内に導入し、
前記燃料および燃焼剤の混合物の燃焼を引き起こして、燃焼室（１）内で燃焼ガスを生成し、前記少なくとも１つの出力口（４）から、高温ガスの流れ（Ｅ）という形で前記燃焼ガスを流出させ、
前記燃焼室（１）の下流で、前記高温ガスの流れ（Ｅ）に被膜材料（Ｆ）を添加して、前記高温ガスの流れに前記被膜材料を混合し、
前記高温ガスの流れに混合された前記被膜材料（Ｆ）を、当該被膜材料によって被覆される対象である少なくとも１つの部品と基板の両方またはいずれかに噴霧することを含む、部品と基板の少なくともいずれかの被覆を実行する溶射方法であって、
部分的にイオン化されたガス（Ａ）を生成するステップと、
前記部分的にイオン化されたガスを前記燃焼室（１）内に導入して、前記燃料および燃焼剤の燃焼を引き起こすステップと、をさらに含むこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃焼室（１）内に添加ガス（Ｂ）を注入するステップをさらに含むこと、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記添加ガス（Ｂ）は、まず、当該添加ガスが前記部分的にイオン化されたガスと混合され、その後で、前記燃焼室（１）内に注入されて、前記燃焼ガスと混合されるように注入されること、を特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記部分的にイオン化されたガスは、少なくとも１つの電気アークを生成し、プラズマ性ガスを、前記少なくとも１つの電気アークを通って誘導して、前記部分的にイオン化されたガスを取得するステップによって生成されること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電気アークを制御して、前記燃焼室（１）内の燃焼プロセスへのエネルギ入力を調整するステップを含むこと、を特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電気アークは、１０ｋＷよりも少ない出力を用いて生成されること、を特徴とする請求項４および５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記部分的にイオン化されたガスは、前記燃料および燃焼剤の混合物の燃焼の、実質的に全期間の間、前記燃焼室内に導入されること、を特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの燃料注入口（２）と、少なくとも１つの燃焼剤注入口（３）と、少なくとも１つの出力口（４）とを含み、前記出力口（４）は、部品と基板の少なくともいずれかに向かって、高温ガスの流れという形で、燃焼室から燃焼ガスを出力する、少なくとも１つの燃焼室（１）と、
前記燃焼室の下流で、被膜材料が高温ガスの流れと混合されるように、当該被膜材料を注入するための少なくとも１つの注入口（５）と、を含む、部品および基板の少なくともいずれかの被覆を実行する溶射装置であって、
部分的にイオン化されたガスの生成部（１００）をさらに含み、前記生成部（１００）は、電気アーク生成部（６，７）と、前記電気アーク生成部（６，７）を通って、プラズマ性ガス注入口（８１）から部分的イオン化ガス出力口（８２）に誘導する、プラズマ性ガスの誘導システム（８）と、を含み、前記電気アーク生成部は、少なくとも１つの電気アークを利用して前記プラズマ性ガス内に放電を引き起こすことで、前記部分的にイオン化されたガスを生成するように構成され、前記部分的イオン化ガス出力口（８２）は、部分的にイオン化されたガスを前記燃焼室（１）内に注入するために、前記燃焼室（１）と連通すること、を特徴とする装置。
【請求項９】
前記燃焼室（１）内に添加ガスを注入するための添加ガス注入口（９）をさらに含むこと、を特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記添加ガス注入口（９）が、前記部分的イオン化ガス出力口（８２）と連通することで、当該添加ガス注入口（９）から導入された添加ガスは、燃焼室に到達して燃焼ガスと混合される前に、前記部分的にイオン化されたガスと混合されること、を特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記燃焼室内の燃焼プロセスへのエネルギ入力を調整するために、前記少なくとも１つの電気アークの制御を実現できるように、前記電気アーク生成部（６，７）に機能的に連携された少なくとも１つの制御要素を含むこと、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
燃焼ガスを出力するための前記出力口（４）は、高温ガスが流れる管路（４１）と連通すること、を特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに１項記載の装置。
【請求項１３】
前記高温ガスが流れる管路（４１）は、スプレイガンのシリンダ（４２）内の管路で形成されること、を特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
粉末形式の被膜材料を注入するための前記注入口（５）は、前記高温ガスが流れる管路（４１）と連通すること、を特徴とする請求項１２および１３のいずれかに１項記載の装置。
【請求項１５】
前記電気アーク生成部は、１０ｋＷより低い出力で、前記少なくとも１つの電気アークを生成するように構成されること、を特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室内への前記部分的にイオン化されたガスの導入を、前記燃焼室内の燃焼プロセスの、実質的に全期間のあいだ維持するように構成されること、を特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射被覆システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶射手法は、ガス流の生成を伴い、このガス流を利用して、付着させる被膜材料の粒子を加速すると共に、被覆対象である表面または基板に粒子を誘導することで、被覆材料の粒子が、前記表面または基板に衝突し、そこに接着して残る。ガス流と、付着させる粒子との相互作用（熱交換、化学反応、および力学的モーメントの移動）により、このプロセスの特性が規定され、ひいては、生成される被膜の性質および品質が規定される。
【０００３】
前述のガス流の生成に用いられる技術に従って、次のような慣例的な分類がなされている。
−プラズマ法としても知られる、熱プラズマを利用するプロセス
−燃焼プロセス
−高圧でのガスの膨張を利用するプロセス
【０００４】
プラズマ法は、２つの電極を利用することに基づいたもので、この電極の間に電流が流れて、電気アークを生成し、その電気アークを通してガスが送られることで、電気アークによってガスがイオン化される。その結果、非常に高い（通常は１０，０００℃を超える）温度を持つプラズマのストリームが生成され、このプラズマのストリームが、溶射に用いられる出力ノズルを介して膨張する。
【０００５】
高温であることから、プラズマ法は、あらゆる種類の粉末または粒子、金属およびセラミックの両方を溶融できるため、あらゆる種類の材料による被膜の塗布を実現できる。ただし、この手法には、プラズマのストリームによって生み出される粒子の出力速度がそれほど速くない（通常は、毎秒１００〜２００メートルの範囲である）ため、密度、稠密度、または接着力が限られた被膜しか得られないという欠点がある。また、場合によっては、達成される温度が高くなりすぎることが判っており、望ましくない分解プロセスが被膜材料の粒子に生じるため、プラズマのストリームの温度を下げる装置を設けることが必要になる場合がある。このタイプの技術の例としては、米国特許第５，３７２，８５７号、第５，０１９，６８６号、第５，１３５，１６６号、第５，３３０，７９８号、および第６，００３，７８８号が挙げられる。
【０００６】
すなわち、プラズマ法は、主に、セラミック材料のように、溶融に非常に高い温度を必要とする粒子または粉末の吹き付けに利用される。
【０００７】
燃焼法は、基本的に、スプレイガンの内部でガスを燃焼させ、燃焼ガスを高速でガンシリンダから噴射させるものである。被膜材料は、ガンの内部に導入されて、高温のガスと接触すると、融解して、ガンのシリンダから高速で噴き出し、被覆対象である部品に付着する。
【０００８】
これらの手法は、高温（被膜粉末を融解できる温度）かつ高圧（融解した粉末の部品または基板への付着を達成するガスのストリームの出力速度を生成するための圧力）の環境を生成することに基づいている。
【０００９】
燃焼法は、基本的に２つの主要系統、すなわち、連続高速燃焼法（酸素または空気のいずれを使用するかに応じて、それぞれ、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）および高速空気燃料（ＨＶＡＦ））と、爆発法としても知られるパルス燃焼法とに分類される。
【００１０】
連続高速燃焼法に関して、この手法は、燃料および燃焼剤の燃焼室への注入に基づいたもので、燃料および燃焼剤は、点火されたときに燃焼反応を引き起こし、その反応の生成物が、被膜粒子を取り込んだ高温ガスの流れという形で、燃焼室内の穴から噴き出す。
【００１１】
通常利用されるＨＶＯＦ装置の中でも、第１生成装置と第２生成装置とを区別する場合がある。第１生成装置は、燃焼室内で低圧（３〜５バール）を生成するため、被膜粒子の出力速度はそれほど高速にはならず、得られる被膜の特性が制限される。第２生成装置は、より高速の出力速度（毎秒４００〜７００メートル）を達成するために、燃焼室内で高圧（５〜１０バール）を生成することに基づいているため、被膜により高い密度が得られる。これは、燃焼室内に大容量のガス（燃料＋燃焼剤）を注入することによって達成され、この大容量のガスは、当然ながら燃焼室内により高い圧力を発生させる。場合によっては、空気の追加投入を利用して、容量を増やすこともある。このタイプの手法は、米国特許第５，３７２，８５７号、第５，０１９，６８６号、第５，１３５，１６６号、第５，３３０，７９８号、および第６，００３，７８８号に記載されている。
【００１２】
ＨＶＯＦ法の限界の１つは、達成し得る温度が使用する燃料の種類に左右されるため、被膜に使用しなければならない材料によっては、被膜粒子の融解に必要な燃焼温度に到達できるようにするためにも燃料を消費しなければならないことである。
【００１３】
したがって、たとえば、Ｏ2雰囲気内では、
−水素の利用により、約２１００度の温度を達成し得る。
−メタンの利用により、２２００度。
−灯油の利用により、２７００度。
−プロピレンの利用により、２８００度。
−アセチレンの利用により、３２００度。
【００１４】
当然ながら、融点の低い材料、たとえば、アルミニウムや銅など、を用いた被覆を行いたい場合は、たとえば、利用し易く、かつ、幅広い流通網が存在するメタンを採用することができる。
【００１５】
一方、セラミック材料を用いた被覆を行いたい場合には、プロピレンまたはアセチレンによってのみ提供されるような高温が必要になる。これらのガスは、特殊な設備を必要とすることに加え、より複雑な手法を活用しなければならないものである。
【００１６】
また、前述したように、より優れた被膜品質に反映される高速の噴霧速度を達成するために第２生成のＨＶＯＦ装置を用いる場合、燃焼室内に高いガス圧（５〜１０バール）が必要であり、このガス圧は、燃焼室に大量のガスを注入することによって達成されるものである。このことは、次の２つの欠点をもたらす。第1に、ガスの消費量が多いことである。一方、この高い圧力は、かなりの流量および長さを持つガスのストリームをもたらす高出力に変換されるため、被覆対象である基板を過熱する可能性があり、破壊することさえあり得る。このため、場合によっては、基板の冷却システムが組み込まれるため、設備がより複雑になり、またその費用も増加する。
【００１７】
融点の低い材料では、必要とされる低温燃焼プロセスが、不安定で、かつ、被覆プロセスの中で中断されやすいものであるため、ＨＶＯＦ法は、融点の低い材料にとってはあまり適したものではない。このタイプの材料には、後述する高圧ガス膨張技法が利用される。
【００１８】
主に、燃焼プロセスで利用される燃料混合物の安定性、効率、および範囲を改善することを目指して、ＨＶＯＦ法を改良しようとする試みもなされている。米国特許第５，９３２，２９３号には、燃焼室にバーナーを設ける方法が記載されている。このバーナーは、ある種の円盤で、高温に達し、かつ、その温度を維持するのに役立つと共に、燃焼混合物の点火を促進する。前述の米国特許第５，９３２，２９３号の図６には、バーナーと組み合わせて、プラズマトーチを利用して、プラズマによって生成される火炎の長さを拡張する構成例が示されている。この装置は、実際には、包囲ガスを用いてプラズマトーチを形成する（被膜材料は、実際のプラズマによって溶解される）ものであるため、実施されるプロセスは、もはやＨＶＯＦプロセスではなく、プラズマプロセスであり、たとえば、過度の高温に関して惹起される限界が存在する。
【００１９】
パルス燃焼法、または爆発プロセスでは、周期的に爆発が生じて、高温ガスのストリームが生成され、このストリームが、非常に速い速度（大流量）で、ガンから流出して溶射を行う。このタイプのプロセスの例としては、米国特許第２，７１４，５６３号および第６，５１７，０１０号が挙げられる。これらの爆発プロセスは、前述したガスの消費レベル、費用、および過熱をうまく抑制するため、連続高速燃焼プロセスよりもはるかに効果的である。
【００２０】
他の溶射法は、「コールドスプレイ」としても知られる、高圧でのガスの膨張に基づいたもので、この手法は、燃焼を行わずに、加圧ガスを利用して被膜粉末を取り込むことによって構成される。このタイプの手法の例としては、米国特許第５，３０２，４１４号が挙げられる。この場合、基本的に運動エネルギを利用した粒子の噴霧によって、事実上、噴霧される材料と、ガス状媒体との熱相互作用の望ましくない効果が排除される。したがって、得られる被膜は、密度、稠密性、接着性、および環境反応性に起因する酸化作用や分解の欠如という観点での優れた特性を提示する。ただし、この手法の利用は、いくつかの材料（主に、融点が低く、可塑性の高い金属）に限定され、また、ガス状流体の形成に必要なガスの容量に関して、そのコストは、多くの産業上の利用を阻害するほどに高額になることが判明している。
【００２１】
このタイプの手法では、また、プロセスの特性を改善するために、加圧されたガスを加熱するシステム（抵抗、コイル）も必要になるため、実際には、エネルギの単なる運動成分の他に、噴霧される粒子が受け取るエネルギ摂取物に、常に、熱成分が存在する。
【００２２】
米国特許第６，９８６，４７１号には、追加のエネルギ入力によって高速のガス流を提供するプラズマトーチを利用することにより、コールドスプレイプロセスを改良することが記載されている。実際には、これは、加速ノズルが設けられたプラズマ溶射装置であり、この装置では、高圧で導入されるガスが、噴霧ジェットの速度を増速させる。したがって、この装置では、高圧下において、冷ガスと共にプラズマ性ガスの混合物が発生するため、両方の溶射法の利点を組み合わせることができ、得られる被膜の範囲および品質を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第５，３７２，８５７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０１９，６８６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，１３５，１６６号明細書
【特許文献４】米国特許第５，３３０，７９８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，００３，７８８号明細書
【特許文献６】米国特許第５，９３２，２９３号明細書
【特許文献７】米国特許第２，７１４，５６３号明細書
【特許文献８】米国特許第６，５１７，０１０号明細書
【特許文献９】米国特許第５，３０２，４１４号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，９８６，４７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
高速（超音速）の気体流を中温で生成することができ、溶着される材料と気体流との熱相互作用が少なく、その結果、望ましくない化学反応（一般に、酸化または分解）も少ないプロセスを開発することは有利であると考えられている。また、高速の気体流は、高い運動エネルギ持つ粒子と同義であり、この粒子は、衝突後に、多くの用途において好まれる、密度および接着性の高い被膜を生成する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明が目的とするシステムは、連続高速燃焼プロセスによって定義されている前述した機器の限界を克服するものであり、このシステムにおいて、前述の燃焼に関与するガスは、低出力の熱プラズマによって生成される部分的にイオン化されたガスの流れを含み、前記熱プラズマは、燃焼プロセスの開始剤として機能する一方で、このプロセスの安定性も向上させる。これにより、従来の連続燃焼プロセス（ＨＶＯＦ）に用いられていたものよりも広い組成範囲（燃料比率＋可燃剤比率）に対応する安定した燃焼プロセスの生成を実現できる。
【００２６】
本発明の第１の態様は、部品と基板の少なくともいずれかの被覆を実行するための溶射方法に関するものであり、この方法は、少なくとも１つの出力口を有する燃焼室内に、少なくとも１種類の燃料と、少なくとも１種類の燃焼剤とを導入するステップと、前記燃料および燃焼剤の混合物の燃焼を引き起こして、前記燃焼室内に燃焼ガスを生成することで、当該燃焼ガスを、高温ガス流（すなわち、燃焼生成物を含む高温ガスの流れ）という形で、前述した少なくとも１つの出力口から流出させるステップと、燃焼室の下流で、前記高温ガスの流れに被膜材料（たとえば、粉末の形式で）を追加して、当該被膜材料を、高温ガスの流れに混合するステップと、前記被膜材料で被覆される、少なくとも１つの部品および基板の少なくともいずれかに、前記高温ガスの流れに混合された被覆材料を噴霧するステップとを含む。
【００２７】
本発明によれば、前述の方法は、さらに、次の追加のステップ、すなわち、部分的にイオン化されたガスを生成するステップと、前記部分的にイオン化されたガスを燃焼室内に導入して、当該ガスにより、前記燃料と可燃剤の燃焼を引き起こすステップとを含む。
【００２８】
部分的にイオン化されたガスは、従来の連続燃焼プロセス（ＨＶＯＦ）で用いられているものよりも広範囲の組成（燃料比率＋燃焼剤比率）に対応した燃焼プロセスを維持することができる。また、部分的にイオン化されたガスは、最初に燃焼を引き起こすように動作するのみならず、燃焼室内への部分的にイオン化されたガスの導入は、溶射プロセス全体（すなわち、燃焼室内での前記燃料と燃焼剤の燃焼中）を通じて維持される。
【００２９】
本発明の目的に応じて、部分的にイオン化されたガスは、放電が行われた後において、放電によって生成された帯電粒子（イオンおよび電子）の濃度よりも高い、中性粒子の濃度を維持すると考えられる。
【００３０】
推測されるように、本発明の手法は、第２生成のＨＶＯＦ燃焼法、すなわち、燃焼室内で高圧を用いた手法であってよいが、燃焼の活性化のために、プラズマまたは部分的にイオン化されたガスを高温（たとえば、電気的に生成された高温）で組み込むものである。この活性化は、連続的に生成、すなわち、基板が噴霧されている全期間を通じて維持されてよい。部分的にイオン化されたガスは、燃料の触媒または開始剤として機能し、燃焼プロセスで用いられるガスの反応の仕組みを変更する。したがって、部分的にイオン化されたガスは、被膜材料の直接処理（加熱）の原料ではなく、燃料および燃焼剤の混合物の燃焼を活性化して安定させるエネルギを供給するものである。
【００３１】
また、燃焼への追加のエネルギ入力を行うと、このエネルギ入力は、所定の燃料混合物に応じて燃焼室内で得られる温度の上昇に反映される。この温度上昇は、燃料＋燃焼剤混合物の燃焼の実際のプロセスから生成される温度を超える５００℃の範囲内であってもよい。
【００３２】
この手法では、生成される被膜の優れた品質を保証するフローを生成できるが、この目的に対応するより低い出力を利用することによりガスの消費が少なくなることに加え、特に、高出力を用いることに由来する過熱の問題が回避される。
【００３３】
また、この手法では、高融点のもの（セラミック粉末）から低融点の材料、たとえば、現時点ではコールドスプレイ装置を用いて溶着される金属まで、あらゆる種類の被膜粉末を利用することができ、換言すると、本発明は、利用分野が、コールドスプレイ法（低温かつ高速で動作する手法）の分野から、もう一方のプラズマを用いた手法（高温かつ低速の手法）の分野にまで拡大されながらも、ＨＶＯＦ法に共通の限界および問題が抑制された連続燃焼処理を提供する。
【００３４】
すなわち、燃焼で得られる温度がより高温であるため、所定の被膜材料に対応した連続燃焼プロセスにおいて現在利用されているものよりもエネルギの少ないガス混合物を利用することができる。つまり、取り扱いおよび動作がそれほど複雑でないガスを利用し得る。たとえば、通常では、プロピレンなどを必要とする多くの用途にメタンを利用することが可能である。
【００３５】
より高温の被膜粉末融解温度を得られるため、現在のＨＶＯＦでは融解させることが難しい高融点の被膜粉末（たとえば、セラミック粉末）を利用できるようになる。
【００３６】
また、本発明は、たとえば、融点の低い材料を用いた被覆のための低温での動作も実現できるが、これは、部分的にイオン化されたガスの存在により、従来のＨＶＯＦシステムでは安定した燃焼プロセスを提供できない、燃料と燃焼剤との混合物についても、燃焼の消滅を防止して、燃焼を維持できるためである。
【００３７】
本発明の手法の他の利点は、部分的にイオン化されたガスの生成に用いられる発電機が、必要に応じて、出力の異なるものであってよいことである。たとえば、低出力発電機（たとえば、１０ｋＷ未満）を利用してもよく、このような発電機は、低コストであることに加え、通常、溶射に用いられるプラズマユニット（１００ｋＷより上の高出力）とは異なり、寸法に関して大型のユニットを必要としない。もちろん、条件により必要とされる場合や、そうでなければ、設備が利用可能であるという理由により、高出力のプラズマユニットが利用されてもよい。
【００３８】
これにより、実際の装置を簡単に設定するだけで、「中程度」の融点を持つすべての材料（基本的に、従来のＨＶＯＦプロセスで標準的に利用される材料）に加え、低融点材料による被覆と高融点材料による被覆の両方を実行することができる。
【００３９】
また、本発明の手法は、部分的にイオン化されたガスの生成領域と、燃焼ガスの注入領域との間で、燃焼室内に添加ガス（たとえば、圧縮空気）を注入するステップを含んでもよく、この添加ガスは、燃焼室に進入する前（この段階において、添加ガスは、部分的にイオン化されたガスによって、部分的にイオン化されてもよい）に、部分的にイオン化されたガスと混合される。この添加ガスは、燃焼室内に送り込まれる高温ガスの容量に相当する。燃焼室へのこのような添加ガスの供給により、必要とされる燃焼ガス（たとえば、燃料および酸素）の容量を低減できるため、燃焼室の圧力を維持し、その結果、高速の噴霧速度を維持する一方で、燃焼のエネルギ出力を抑制して、第２生成のＨＶＯＦ処理における過熱という通常の問題を抑制できる。
【００４０】
添加ガスの送出流量は、部分的にイオン化されたガスの流量よりも多くてよい。添加ガスの流量は、部分的にイオン化されたガスの流量の少なくとも２倍であることが好ましい（大気圧での同等流量を考慮した場合）。たとえば、標準的な事例において、添加ガスは、毎分２０リットル（または「標準リットル」）程度の流量の部分的にイオン化されたガスに対して、毎分１００リットル（または「標準リットル」）程度の流量で、供給されてよい。
【００４１】
部分的にイオン化されたガスは、少なくとも１つの電気アークを生成し、プラズマ性ガスを、前記少なくとも１つの電気アークを介して誘導して、部分的にイオン化されたガスを取得するステップを利用して生成されてよい。電気的に生成されるため、部分的にイオン化されたガスは、この手法で印加される出力の調整または制御を、きわめて簡単な方式で実現することができる。この簡単な方式において、部分的イオン化ガス生成部の電流と電圧を調整するだけで、異なる出力を得ることができる。これにより、燃焼室に導入される際に、ある種の「電位差計」上で駆動するだけで、自由自在に、温度を段階的に上昇させることができるシステムを利用できる。すなわち、少なくとも１つの電気アークを制御することで、燃焼室内の燃料混合物へのエネルギ入力（温度および化学的活性の少なくともいずれか）を調整することができる。
【００４２】
燃料は、たとえば、可燃性炭化水素、たとえば、メタン、プロパン、プロピレン、ブタン、またはこれらの混合物などであってよい。
【００４３】
燃焼剤は、たとえば、酸素または空気であってよい。
【００４４】
部分的にイオン化されたガス（すなわち、部分的にイオン化されたガスの生成元であるプラズマ性ガス）は、たとえば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、水素、またはこれらの混合物であってよい。
【００４５】
電気アークを利用する場合、そのアークは、たとえば、１０ｋＷより低い出力で生成されてよい。
【００４６】
本発明の他の態様は、部品および基板の少なくともいずれかの被覆を行う溶射装置に関するもので、この装置は、少なくとも１つの燃料入力部と、少なくとも１つの燃焼剤入力部と、少なくとも１つの出力口とが設けられた、少なくとも１つの燃焼室を含み、前記少なくとも１つの出力口は、部品と基板の少なくともいずれかに向かって前記燃焼室から、高温ガスの流れという形で燃焼ガスを放出するための出力口である。また、本装置は、前記燃焼室の下流で、高温ガスの流れに被覆材料が混合されるように、当該被覆材料を注入するための少なくとも１つの入力部を含む。
【００４７】
本発明によれば、前述の装置は、さらに、部分的にイオン化されたガスの生成部を含み、この生成部は、電気アーク生成部と、プラズマ性ガス入力部から部分的イオン化ガス出力部まで、前記電気アーク生成部を通って、プラズマ性ガスを誘導するシステムとを含み、前記電気アーク生成部は、少なくとも１つの電気アークを利用して、前記プラズマ性ガス内に放電を生成することで、部分的にイオン化されたガスを作成するように構成され、前記部分的イオン化ガス出力部は、燃焼室内に部分的にイオン化されたガスを注入するために、前記燃焼室と連通する。
【００４８】
本方法に関連して上記で説明した内容は、前記装置にも準用することができる。
【００４９】
本装置は、燃焼室内に添加ガス（たとえば、空気）を注入するための添加ガス入力部を含むことができる。この添加ガス入力部は、部分的イオン化ガス出力部と連通してよく、これにより、前記添加ガス入力部から注入された添加ガスは、燃焼ガスと混合される場所である燃焼室に到達する前に、部分的にイオン化されたガスと混合される。
【００５０】
本装置は、少なくとも１つの制御要素（たとえば、電位差計タイプの要素）を含むことができ、この制御要素は、燃焼室内の燃料混合物へのエネルギ入力を調整するために、少なくとも１つの電気アークの制御を実現できるように、電気アーク生成部と機能的に連携される。
【００５１】
燃焼ガスを出力するための出力口は、高温ガスが流れる管路に連通してよい。この高温ガスが流れる管路は、スプレイガンのシリンダ内の管路で構成されてよい。
【００５２】
粉末形式の被覆材料を注入するための入力部は、前記高温ガスが流れる管路と連通してよい。
【００５３】
電気アークは、１０ｋＷより低い出力で、前記少なくとも１つの電気アークを生成するように構成されてよい。
【００５４】
本装置は、燃焼室内への部分的にイオン化されたガスの投入を、燃焼室内の燃焼プロセスの、実質的に全期間にわたって維持するように構成されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る手法を示す概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係る装置の長手方向断面を示す概念的模式図である。
【図３】本発明の手法によって得られる炭化タングステン被膜の微細構造の写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
提示する説明を補足し、かつ、本発明の特性についてのより明確な理解を支援するために、本発明の好ましい実用的実施形態に係る一連の図面が、本明細書の不可分の一部として結合され、これらの図面は、参考情報であり、かつ非限定的なものとして提示される。
【００５７】
図１に、本発明の好ましい実施形態に係るプロセスを模式的に示す。このプロセスにおいて、部分的にイオン化されたガスＡが生成され、そこに、添加ガスＢ（たとえば、空気）が添加されて、前記部分的にイオン化されたガスと混合する。この混合物は、燃焼室１に導入され、この燃料室１において、燃料Ｃおよび燃焼剤Ｄが添加される。燃焼室１内で生じる燃焼は、高温ガスの流れＥを生成する。さらに、このストリームまたは流れＥの内部に、被覆材料Ｆが導入されて、ストリームと混合され、この混合ストリームは、被覆対象である表面または基板Ｇに、従来の方式で誘導される。
【００５８】
図２に、本発明の好ましい実施形態に係る装置を模式的に示す。この装置は、燃焼室１を含み、燃焼室１には、燃料注入口２と、燃焼剤注入口３と、出力口４とが設けられ、この出力口４は、前記燃焼室から、被膜Ｈの溶着先である部品および基板Ｇの少なくともいずれかに向けて、高温ガスの流れＥという形で燃焼ガスを出力するためのものである。
【００５９】
また、本装置は、燃焼室１の下流で、被膜材料を注入して、当該被膜材料を混合ガスの流れと混合するための注入口５を含む。
【００６０】
本装置は、部分的にイオン化されたガスの生成部１００も含み、この生成部１００は、電気アーク生成部を通って、プラズマ性ガス注入口８１から部分的イオン化ガス出力口８２に、プラズマ性ガスを誘導する誘導システム８を含み、前記電気アーク生成部は、プラズマ性ガス内に電気アークの形式で放電を引き起こして、前記プラズマ性ガスから部分的にイオン化されたガスを生成するように構成される。部分的イオン化ガス出力口８２は、部分的にイオン化されたガスを燃焼室１内に注入するために、前記燃焼室１と連通する。
【００６１】
また、燃焼室１内に添加ガス（たとえば、空気）を注入するための、添加ガス注入口９も存在する。この添加ガス注入口９は、部分的イオン化ガス出力口８２と連通しており、当該添加ガス注入口９から導入された添加ガスは、燃焼室１に到達して、燃焼ガスと混合される前に、部分的にイオン化されたガスと混合される。
【００６２】
電気アーク生成部は、対応する電源に接続された陽極７および陰極６を含むと共に、少なくとも１つの電気アークを用いて、部分的にイオン化されたガスを生成するように構成される。また、電気アーク生成部は、（電位差計タイプの）制御要素と機能的に連携されて、少なくとも１つの電気アークの制御を実現することで、燃焼室１内の燃焼プロセスへのエネルギ入力を調整する。
【００６３】
燃焼ガスを出力するための出力口４は、スプレイガンのシリンダ４２内の管路から成る、高温ガスが流れる管路４１に連通する。粉末形式の被膜材料を注入するための注入口５は、高温ガスが流れる管路４１に連通し、管路４１内の出口穴４３を介した高温ガスの膨張により、高温ガスが超音速まで加速される。
【００６４】
この問題に関する平均的な専門家であれば、（プロセスの特徴、たとえば、塗布される被覆のタイプ、使用される材料およびガスなどに応じて）各事例の特定の特性に本構成を容易に適合させることができるであろう。
【００６５】
図３は、本発明のプロセスによって得られる炭化タングステン被膜の微細構造の写真である。この写真において、一連のポイントに印をつけて、その各ポイントにおいて得られる硬度をＨＶ０.３単位で示した。異なるポイントにおいて得られる硬度（１３１１，１１１９，１１９２，１２５０，１３２４，１０５２，１１３９，１２９８，１４３３，１３４３）は、タングステン層の標準的な値であるが、この被膜は、非常に少ないガス消費量で得られたものである。この被膜が取得されたプロセスのパラメータを下記に示す。
−電極を利用して、２５ボルトで４００アンペアのアークを形成し、この電極間に、２５ｓｌ／ｍｉｎのアルゴンを注入した（「ｓｌ」は、「標準リットル」、すなわち、標準であると見なされる圧力および温度条件における容量を表す）。
−部分的にイオン化されたガスは、１００ｓｌ／ｍｉｎの空気と混合した。
−２００ｓｌ／ｍｉｎのメタンおよび３００ｓｌ／ｍｉｎの酸素を燃焼室内に注入した。
−燃焼室の出力口には、長さ１００ｍｍ、直径８ｍｍのガンシリンダを採用した。
−５０ｇｒ／ｍｉｎの被膜粉末（ＷＣ−１７Ｃｏ）をガンシリンダに注入した。
−鋼から成る基板材料に溶射を実行した。
【００６６】
本明細書において、「含む」という用語およびその変形（「含んでいる」など）は、排他的な意味で解釈されるべきではない。すなわち、この用語は、本明細書に記載された内容が、他の要素やステップなどを含む可能性を排除するものではない。
【００６７】
また、本発明は、説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求項から推測されてよい範囲ないで、たとえば、この分野の通常の専門家が作製できる変形物（たとえば、材料、寸法、構成要素、構成などの選択に関する変更）も包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月8日(2008.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の燃料（Ｃ）と、少なくとも１種類の燃焼剤（Ｄ）とを、少なくとも１つの出力口（４）を持つ燃焼室（１）内に導入し、
前記燃料および燃焼剤の混合物の燃焼を引き起こして、燃焼室（１）内で燃焼ガスを生成し、前記少なくとも１つの出力口（４）から、高温ガスの流れ（Ｅ）という形で前記燃焼ガスを流出させ、
前記燃焼室（１）の下流で、前記高温ガスの流れ（Ｅ）に被膜材料（Ｆ）を添加して、前記高温ガスの流れに前記被膜材料を混合し、
前記高温ガスの流れに混合された前記被膜材料（Ｆ）を、当該被膜材料によって被覆される対象である少なくとも１つの部品と基板の両方またはいずれかに連続高速燃焼プロセスによって噴霧することを含む、部品と基板の少なくともいずれかの被覆を実行する溶射方法であって、
部分的にイオン化されたガス（Ａ）を生成するステップと、
前記部分的にイオン化されたガスを前記燃焼室（１）内に導入して、前記燃料および燃焼剤の燃焼を引き起こすステップと、をさらに含むこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃焼室（１）内に添加ガス（Ｂ）を注入するステップをさらに含むこと、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記添加ガス（Ｂ）は、まず、当該添加ガスが前記部分的にイオン化されたガスと混合され、その後で、前記燃焼室（１）内に注入されて、前記燃焼ガスと混合されるように注入されること、を特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記部分的にイオン化されたガスは、少なくとも１つの電気アークを生成し、プラズマ性ガスを、前記少なくとも１つの電気アークを通って誘導して、前記部分的にイオン化されたガスを取得するステップによって生成されること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの電気アークを制御して、前記燃焼室（１）内の燃焼プロセスへのエネルギ入力を調整するステップを含むこと、を特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの電気アークは、１０ｋＷよりも少ない出力を用いて生成されること、を特徴とする請求項４および５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記部分的にイオン化されたガスは、前記燃料および燃焼剤の混合物の燃焼の、実質的に全期間の間、前記燃焼室内に導入されること、を特徴とする先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの燃料注入口（２）と、少なくとも１つの燃焼剤注入口（３）と、少なくとも１つの出力口（４）とを含み、前記出力口（４）は、部品と基板の少なくともいずれかに向かって、高温ガスの流れという形で、燃焼室から燃焼ガスを出力する、少なくとも１つの燃焼室（１）と、
前記燃焼室の下流で、被膜材料が高温ガスの流れと混合されるように、当該被膜材料を注入するための少なくとも１つの注入口（５）と、を含む、部品および基板の少なくともいずれかの被覆を実行する溶射装置であって、
部分的にイオン化されたガスの生成部（１００）をさらに含み、前記生成部（１００）は、電気アーク生成部（６，７）と、前記電気アーク生成部（６，７）を通って、プラズマ性ガス注入口（８１）から部分的イオン化ガス出力口（８２）に誘導する、プラズマ性ガスの誘導システム（８）と、を含み、前記電気アーク生成部は、少なくとも１つの電気アークを利用して前記プラズマ性ガス内に放電を引き起こすことで、前記部分的にイオン化されたガスを生成するように構成され、前記部分的イオン化ガス出力口（８２）は、部分的にイオン化されたガスを前記燃焼室（１）内に注入するために、前記燃焼室（１）と連通すること、を特徴とする装置。
【請求項９】
前記燃焼室（１）内に添加ガスを注入するための添加ガス注入口（９）をさらに含むこと、を特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記添加ガス注入口（９）が、前記部分的イオン化ガス出力口（８２）と連通することで、当該添加ガス注入口（９）から導入された添加ガスは、燃焼室に到達して燃焼ガスと混合される前に、前記部分的にイオン化されたガスと混合されること、を特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記燃焼室内の燃焼プロセスへのエネルギ入力を調整するために、前記少なくとも１つの電気アークの制御を実現できるように、前記電気アーク生成部（６，７）に機能的に連携された少なくとも１つの制御要素を含むこと、を特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
燃焼ガスを出力するための前記出力口（４）は、高温ガスが流れる管路（４１）と連通すること、を特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに１項記載の装置。
【請求項１３】
前記高温ガスが流れる管路（４１）は、スプレイガンのシリンダ（４２）内の管路で形成されること、を特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
粉末形式の被膜材料を注入するための前記注入口（５）は、前記高温ガスが流れる管路（４１）と連通すること、を特徴とする請求項１２および１３のいずれかに１項記載の装置。
【請求項１５】
前記電気アーク生成部は、１０ｋＷより低い出力で、前記少なくとも１つの電気アークを生成するように構成されること、を特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室内への前記部分的にイオン化されたガスの導入を、前記燃焼室内の燃焼プロセスの、実質的に全期間のあいだ維持するように構成されること、を特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置は、連続高速燃焼プロセスによって、前記部品と基板の少なくともいずれかの被覆を実行するように構成される、請求項８乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
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