(57)【要約】  凝集性耐火材集塊を道路面上に形成する方法とその装置であって、1種またはそれ以上の日燃焼性材料が1種またはそれ以上の金属粉(２)と酸化剤(７)と混合されて、燃焼性金属粉(２)が酸化剤（７）と反応して、燃焼熱の作用で凝集性集塊を形成するに十分な熱を放出し、前記集塊を道路面上に放射し、そうして前記集塊を道路面上に耐久性良く接着する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路面に凝集性材料を形成する方法であって、以下の工程からなる：
一つまたはそれ以上の非燃焼性材料を一つまたはそれ以上の金属燃焼性粉末および酸化剤と混合し；
燃焼室で混合物に点火して、燃焼粒子が発熱しながら燃焼室内の酸化剤と反応して、燃焼熱の作用により高温の凝集性耐火集塊を形成するに十分な熱を放出し；そして
前記高温の集塊を道路面に燃焼室から放出し前記材料が耐久性良く道路面に接着する。
【請求項２】
非燃焼性材料が二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化クロム、二酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化鉄、粉砕色ガラスおよびこれらの二種もしくはそれ以上の混合物からなる群から選らばれるものであり、そして
燃焼性粉末が、アルミニウム、シリコン、亜鉛、マグネシウム、ジルコニウム、クロムおよびこれらの二種またはそれ以上の混合物からなる群から選ばれるものである請求項1の方法。
【請求項３】
酸化剤が、空気、酸素、過塩素酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、硝酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウム及びこれらの二種以上の混合物からなる群から選ばれる請求項1の方法。
【請求項４】
非燃焼性材料が再溶融結晶粒レンガから製造される酸化クロムである請求項1の方法。
【請求項５】
非燃焼性材料がCohart  RFGまたはCohart  １０４級として市販されている再溶融結晶粒レンガである請求項1の方法。
【請求項６】
非燃焼性材料が再生マグネサイトである請求項1の方法。
【請求項７】
非燃焼性材料がCORHART-ZAC  耐火材料である請求項1の方法。
【請求項８】
非燃焼性材料がＡｌ２Ｏ３−／ボーキサイト−再生体である請求項1の方法。
【請求項９】
酸化剤が抗−ケーキング剤または流動化剤を含む請求項1の方法。
【請求項１０】
流動化剤は、燐酸三カルシウムである請求項９の方法。
【請求項１１】
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が混合物の触媒として使用される請求項１の方法。
【請求項１２】
混合工程が混合物に着色剤を導入する工程を含み、該着色剤は他の材料の存在下に耐火材集塊の色彩を所定の色彩とするものである請求項１の方法。
【請求項１３】
前記色彩が、白色、黄色または青色である請求項１２の方法。
【請求項１４】
着色剤が、タングステン、ジルコニウムまたは酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）である請求項１２の方法。
【請求項１５】
着色剤が粉砕色ガラスである請求項１２の方法。
【請求項１６】
１種またはそれ以上の金属燃焼粉末の燃焼を助けるために燃焼室に酸素を供給する工程を含む請求項１の方法。
【請求項１７】
混合工程が燃焼室内で達成される請求項１の方法。
【請求項１８】
混合工程が、混合物が燃焼室内へ導入される前に達成される請求項１の方法。
【請求項１９】
道路面上に耐火材集塊を放射する前に道路面を予備加熱する工程を含む請求項１の方法。
【請求項２０】
道路面上に耐火材集塊を放射する前に耐火材集塊に再帰性反射材を添加する工程を含む請求項１の方法。
【請求項２１】
道路面上に放出された耐火性集塊に再帰性反射ビーズを堆積する工程を含む請求項1の方法。
【請求項２２】
前記耐火材集塊の堆積速度を調整して道路上へ放射される集塊が実質的に均一の厚みを有する請求項１の方法。
【請求項２３】
混合物へ添加された再帰性反射ビーズが反応熱で軟化してビーズを道路面に耐久性良く接着させる請求項２０の方法。
【請求項２４】
道路面上に凝集性耐火材集塊を形成するための装置であって、該装置は以下からなる：
道路面上に配置されるに適合する燃焼室；
１種またはそれ以上の金属燃焼粉末及び１種またはそれ以上の非燃焼性材料を燃焼室へ搬送する第１の供給ライン；
酸化剤を燃焼室へ搬送する第２の供給ライン；
燃焼室と連動する点火装置であって、燃焼室内の燃焼粉、非燃焼性材料及び酸化剤に点火して、発熱しながら金属燃焼粉を酸化剤と反応させるようにし、そして耐火材集塊を形成するに十分な熱を放出させて、該集塊は道路面上に放射されて、耐久性良く道路面上に接着する。
【請求項２５】
第１の供給ラインは第１の容器から燃焼粉末を燃焼室へ搬送するためのキャリアを含み、そしてここで、第２の供給ラインは第２の容器から酸化剤を燃焼室へ搬送するためのキャリアを含む、請求項２４の装置。
【請求項２６】
追加の酸素の供給と耐火材集塊を道路面に放射するのを助けるために燃焼室へ空気を供給する第３の供給ラインを含む請求項２４の装置。
【請求項２７】
金属燃焼粉末類の燃焼を助けるために燃焼室に追加の酸素を供給する第３の供給ラインを有する請求項２４の装置。
【請求項２８】
道路面上に耐火材集塊を放射するのを助けるために追加の酸素を燃焼室へ供給する第３の供給ラインを含む請求項２４の装置。
【請求項２９】
他の材料の存在下に加熱されると耐火材集塊を黄変させる着色剤を混合物へ供給する追加の供給ラインを含む請求項２４の装置。
【請求項３０】
着色剤が、タングステン、ジルコニウムまたは酸化鉄(Ｆｅ２Ｏ３)である請求項２９の装置。
【請求項３１】
着色剤が粉砕色ガラスである請求項２９の装置。
【請求項３２】
第１と第２の供給ラインのキャリアが空気である請求項２４の装置。
【請求項３３】
点火装置が電気アークまたはプラズマアークである請求項２４の装置。
【請求項３４】
点火装置がガスパイロット灯である請求項２４の装置。
【請求項３５】
金属燃焼粉末の搬送速度が、可変速モーター駆動のスクリューコンベアにより調整される請求項２４の装置。
【請求項３６】
酸化剤は粉末化酸化剤であり、前記粉末化酸化剤の搬送が可変速モータ駆動のスクリューコンベアにより調節される請求項２４の装置。
【請求項３７】
金属燃焼性粉末の搬送が担体ガスを調節する可変バルブ手段により調節される請求項２４の装置。
【請求項３８】
酸化剤は粉末化酸化剤であり、前記粉末化酸化剤の搬送が担体ガスを調節する可変バルブにより調節される請求項２４の装置。
【請求項３９】
酸素の搬送速度が可変バルブで調整される請求項２７の装置。
【請求項４０】
前記装置と連動する線引き装置を含み、ここで、凝集性集塊の道路面上への堆積が道路に沿った前記線引き装置の速度により調整される請求項２４の装置。
【請求項４１】
再帰性反射ビーズを燃焼室へ搬送するための別個の供給ラインを含み、それにより反応熱が再帰性反射ビーズの表面を軟化させて道路面に耐久性よく接着させる請求項２４の装置。
【請求項４２】
再帰性反射ビーズが、燃焼室の最高温部分へ注入されて、反応熱が再帰性反射ビーズの表面を軟化させて道路面に耐久性よく接着させる請求項２４の装置。
【請求項４３】
再帰性反射ビーズが、前記再帰性反射ビーズを軟化して道路面に耐久性よく接着させるに十分な温度であるが、しかし前記温度は再帰性反射ビーズの主たる変形又は破壊が生じるには不十分な温度の燃焼室のクーラー部へ注入される請求項４１の装置。
【請求項４４】
一つの供給ラインが酸化剤と非燃焼剤の部分を搬送する担体を含む請求項２４の装置。
【請求項４５】
一つの供給ラインが金属燃焼粉末と非燃焼剤の部分を搬送する担体を含む請求項２４の装置。
【請求項４６】
燃焼室がセラミック材からなる請求項２４の装置。
【請求項４７】
燃焼室が開口を含み、それは空気を吸引して燃焼室の内面を冷却する請求項２４の装置。
【請求項４８】
燃焼室が金属からなり、セラミック材で内側が被覆されている請求項２４の装置。
【請求項４９】
請求項１の方法に使用するための道路標識用組成物であって少なくとも１種の非燃焼性乾燥粉末と少なくとも１種の燃焼性乾燥粉末からなり、ここで混合物が酸化剤の存在下に点火されると、燃焼性粉末は発熱しながら酸化剤と反応し、そして十分な熱を開放して、燃焼熱の作用で耐火材集塊を形成して、耐火材集塊を道路面上に耐久性良く接着させるものである。
【請求項５０】
非燃焼性粉末が、二酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化クロム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化ジルコニウムまたはこれらの２種以上の混合物からなる群から選ばれるものであり、そして
ここで、燃焼性粉末はアルミニウム、シリコン、亜鉛、マグネシウム、クロム、ジルコニウムまたはこれらの２種またはそれ以上の混合物からなる群から選択されるものである請求項５０の組成物。
【請求項５１】
酸化剤が、空気、圧縮酸素、液体酸素、過塩素酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、硝酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、硝酸ナトリウム、塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウム及びこれらの二種以上の混合物からなる群から選ばれる請求項５０の組成物。
【請求項５２】
非燃焼性粉末がCORHART  RFGまたはCORHART  １０４級として市販される請求項５０の組成物。
【請求項５３】
非燃焼性材料が、マグネサイト再生体である請求項５０の組成物。
【請求項５４】
非燃焼性材料が、酸化アルミニウム／ボーキサイト-再生体である請求項５０の組成物。
【請求項５５】
混合物の触媒として使用される酸化鉄を含む請求項５０の組成物。
【請求項５６】
他の材料の存在下に加熱されると耐火材集塊の色相を所定の色相にする着色剤を含む請求項５０の組成物。
【請求項５７】
着色剤により黄色、赤色及び青色が発色する請求項５６の組成物。
【請求項５８】
着色剤が、タングステン、ジルコニウム、酸化鉄、または粉砕色ガラスである請求項５６の組成物。
【請求項５９】
二酸化チタンとシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６０】
二酸化チタン、二酸化珪素及びシリコンからなる請求項４９の道路標識用組成物。
【請求項６１】
酸化アルミニウムとシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６２】
酸化アルミニウム、二酸化珪素およびシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６３】
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）とシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６４】
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、二酸化珪素およびシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６５】
酸化マグネシウムおよびシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６６】
酸化マグネシウム、二酸化珪素およびシリコンからなる請求項４９の道路標識組成物。
【請求項６７】
道路面上に凝集性耐火材集塊を形成するための装置であって、該装置は以下からなることを特徴とする：
道路面上に配置されるのに適合した燃焼室；
１種又はそれ以上の金属燃焼粉末、１種又はそれ以上の非燃焼性材料および酸化剤を燃焼室へ搬送するための単一の供給ライン；
燃焼室と連動し、そして燃焼室内の燃焼粉末、非燃焼性材料および酸化剤に点火するように作用する点火装置であって、これにより金属燃焼粉末が発熱しながら酸化剤と反応し、耐火材集塊を形成するに十分な熱が放散され、該集塊はどうろめんじょうにほうしゃされて、そうして該集塊は道路面上に耐久性よく接着するものである。
【請求項６８】
点火装置が電気アークである請求項６７の装置。
【請求項６９】
点火装置がガスパイロット灯である請求項６７の装置。
【請求項７０】
点火装置がプラズマアークである請求項６７の装置。
【請求項７１】
燃焼と非燃焼性粉末の搬送速度が可変速度モーター駆動のスクリューコンベアと可変バルブにより調整され、そして可変バルブは空気、酸素又は空気と酸素の混合物の搬送速度を調節する請求項６７の装置。
【請求項７２】
道路面上へ凝集性集塊を堆積する速度が、道路面と燃焼室出口との間の動き又はその逆により調整される請求項６７の装置。
【請求項７３】
燃焼室がセラミック材からなる請求項６７の装置。
【請求項７４】
燃焼室が空気を吸引して燃焼室内面を冷却するベンチュリーとして働く開口を備える請求項６７の装置。
【請求項７５】
燃焼室が金属製であり、内部には高融点金属又はセラミック被覆が施される請求項６７の装置。
【請求項７６】
再帰性反射ビーズを燃焼室へ搬送する別個の供給ラインを含み、かくして反応熱が再帰性反射ビーズの表面を軟化させてビーズを耐久性よく道路面に接着させる請求項６７の装置。
【請求項７７】
再帰性反射ビーズが燃焼室の最高温度部に投入されて、反応熱が再帰性反射ビーズの表面を軟化して該ビーズを道路面に耐久性よく接着させる請求項６７の装置。
【請求項７８】
再帰性反射ビーズが燃焼室の冷却部分に投入されて、ここで該部分ではその温度は再帰性反射ビーズの表面を軟化させるには十分な温度であるので道路面に該ビーズが耐久性よく接着するが、しかしその温度は再帰性反射ビーズの変形又は破壊に至るには不十分な温度である請求項６７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
この出願は、２００４年２月６日に出願されたアメリカ特許出願第１０／７７４，１９９号の一部継続出願であり、その内容はここに組み入れられる。
連邦援助の研究または開発の陳述
なし
【０００２】
発明の背景
過去３０年間ハイウエイの塗料線または道路標識の方法はほとんど変わっていない。ここで単語“ペインティング”は線や道路標識を形成するために道路面に塗料を塗布する方法を意味する。本願以前には、ハイウエイに線を引く方法はたった３種しか広く使用されてはいなかった。最も一般的な方法は、化学塗料を道路面上に散布して乾燥するまで待つ方法である。この塗料を散布する装置は典型的には“空気”または“空気なし”塗料機であり、そこでは塗料が空気に搬送されて道路面に噴射されるかまたは塗料が小孔を通して非常な高圧で圧送されて道路面に噴射される。“化学散布”はハイウエイの線や道路標識を塗布するのに最も広く使用されるシステムである。
【０００３】
ハイウエイに線を引く第２の方法は、道路面にテープを張る方法で、テープは熱かまたは適当な化学剤で結合される。アメリカ特許第４，１６２，８６２号明細書は“舗装の剥離装置のその使用方法”を説明し、それは熱い新鮮なアスファルトにテープを圧着するための装置を使用するものである。アメリカ特許第４２３６９５０号明細書は既成のテープ材料による多層道路標識の他の適用の方法を図解する。
【０００４】
第３番目の技術は、基材上に溶融粉末またはセラミック粉を散布する高速で酸素燃料により熱スプレーガンを使用するものである。
【０００５】
三種の塗装方法のうち、はじめの方法は道路面に薬剤をスプレーし乾燥を待つ方法で、今日の主要な方法である。
【０００６】
線引きの歴史からは、道路標識界に重要な”塗料”の少なくとも３種の性質があることが示され、それは（１）塗料の乾燥速度、（２）道路面への塗料の接着強度、（３）自動車、砂、雨、流水などの活動に耐える塗料の耐久性である。
【０００７】
アメリカ特許第３，７０６，６８４号明細書（１９７２年１２月１９日）で議論されるように、はじめの従来のトラフィックペイントは、基材を乾性油アルキッドとし、それにナフサや軽油（white  spirits）のような溶剤を加えてなる。塗料は溶剤が蒸発して飛ぶにつれて乾燥する。しかし、塗料の”乾燥”（酸化）工程は”連続し、そしてフィルムは徐々に硬化し、脆くなって、耐摩耗性が低下してフィルムにクラックや剥離が生じる。”上記特許は、硬化剤が不要な迅速乾燥の、一液性のエポキシのトラフィックペイントを記載する。
【０００８】
アメリカ特許第４，７６５，７７３号明細書による：”この国の道路やハイウエイは標識を頻繁に塗布する必要があり、これには分離線、転回線、横断歩道および他の安全標識であるこれらの標識が通常速乾性塗料の形態で塗布され一方で、塗料は直ぐには乾燥しない。そこで、道路やハイウエーの一部は塗料が十分乾燥するまでの時間、閉鎖される。これはしかし、交通渋滞を引き起こす。”もしも、塗料が乾燥するに十分な時間だけ閉鎖されないと、交通の車両は道路標識を擦ってそれを見え難くする。またある場合には、交通車両は安全情報が不明確になるまで標識を損ない、それは事故につながる可能性がある。
【０００９】
低沸点の揮発性有機溶剤は、道路への塗料の塗布後に迅速に蒸発して、新たに塗布する道路標識の所望の乾燥特性を与える。
【００１０】
特許第４，７６５，７７３号明細書はマイクロウエーブのエネルギーを利用して、このような溶剤の乾燥工程を促進させる。
【００１１】
低沸点揮発性有機溶剤は速乾性を促進するが、この型の塗料配合は作業者を有機溶剤蒸気に暴露させる傾向がある。“この欠点と政府や自治体からの厳格な環境規制が厳しくなるので、速乾性の性質や特徴を保持しつつより環境に優しい塗料やコーティングを開発することが強く求められる”（アメリカ特許第６、４７５、５５６号明細書）。
【００１２】
この問題を解決するために、溶剤型のポリマーや樹脂よりも水性のものを使用して開発がされてきた。アメリカ特許第６，３３７，１０６号は速乾性の水性塗料をの製造方法を開示する。しかし、水性塗料の乾燥時間は一般には有機溶剤型の塗料のそれよりも長い。さらに、水性塗料はその塗布作業が天候状態に厳しく制限される。典型的には塗料は路面の湿潤状態や気温が-１０℃以下の場合には塗装することができないまた、乾燥時間は、塗布される際の大気の相対湿度に大きく影響される。水性塗料は高湿度下では数時間またはそれ以上の乾燥時間を要する。最後に、水性塗料、それは一般的にはゴムベースの塗料として知られているが、ポリマーの水性分散液からなる。これらのポリマーは、非常に軟質で、車両交通、砂塵及び天候浸食で路面から摩滅する。
【００１３】
上記特許は全て、水性塗料を用いて乾燥工程を促進することで塗料の乾燥課題を解決するものである。本発明は、塗装工程をいかなる溶剤を用いていることなく乾燥課題を解決するものである。
【００１４】
本発明は、コークス炉、ガラス炉、ソーキングポット、再加熱炉、そのほかで行われる作業に非常に関連し、それらは耐火煉瓦または鋳物をならべる。この方法は、今日では“セラミック溶接（ceramic  welding）”として知られる。
【００１５】
アメリカ特許第３，８００，９８３号は耐火材の形成方法を開示し、それは発熱を伴って酸素と化合して燃焼する少なくとも一つの酸化性物質と他の燃焼熱で溶融または部分溶融する非燃焼性物質とを放出し、それは耐火煉瓦に対して放出するものである。その発明は、炉の操業の間に、その場で炉のライニングの補修をするために考案された。典型的には炉の壁の温度は１５００℃を超えており、放出粉末は高温の炉に対して放出されると自然に発火する。この方法では、酸化性と非燃焼性の粒子の双方が化学的にも熱的にも炉のライニングとマッチすることが非常に重要である。
【００１６】
もしも熱的性質が適切でなければ、材料の熱膨張係数が異なることにより新規な耐火材料は炉のライニングから剥離する。化学組成物が適切でなければ、炉中の溶融物に該組成物は害をなす。
【００１７】
アメリカ特許第３，８００，９８３号明細書では酸化性と非酸化性の粒子が組み合わさって粉末混合物とされる。その後、粉末は加圧下の純酸素で粉末ホッパーからアスピレータとして吸引される。得られた粉末―酸素混合体は柔軟な供給ラインを経て水冷のランス（lance）へ輸送される。ランスは補修される炉の耐火ライニングに対して粉末―酸素混合体を放出するために使用される。粉末―酸素混合体は炉の高温面と衝突すると自然発火する。
【００１８】
特許‘９８３号の目的は、対価ライニングの特性に合うような粉末組成物を選択し、そして、“火災の逆流”がランスに発生して装置の運転員に向かって逆流するのを防止することである。“逆火”は酸素―粉末混合体が非常に早く燃焼して炎が酸素―粉末に沿って逆方向に伝播し装置に損傷を与え、装置の操作員を危険にさらす現象である。
【００１９】
アメリカ特許第４，７９２，４６８号では上記に似た方法を開示し、そして特に対価ライニング上に剥離の実質的にない耐火材料を形成する酸化性と耐火材料粉末の化学的、物理的特性を説明する。
【００２０】
アメリカ特許第４，９４６，８０６号は第３，８００，８９３号にもとずく方法を開示し、それは亜鉛金属粉、マグネシウム金属粉または両者の混合粉を熱源とすし使用する耐火材料の形成方法である。
【００２１】
アメリカ特許第５，０１３，４９９号は、耐火材料の火炎スプレー方法を開示し（今では“セラミック溶接”と称される）、それは炉ライニングの現場補修のためであり、そこでは純酸素が吸引ガスとしてまた加速ガスとして使用され、高度に燃焼性ガスとしてクロム、アルミニウム、ジルコニウム、またはマグネシウムが逆火なしに使用される。装置は材料を非常に高速で堆積できる。
【００２２】
アメリカ特許第５，００２，８０５号は酸化性と非酸化性の粉末の化学組成物にフラックス融剤を加えることで改良をしている。
【００２３】
アメリカ特許第５，２０２，０９０号は、アメリカ特許第５，０１３，４９９号に示めされるものに類似の装置を開示する。’０９０特許では、粉末材料を酸素と混合して酸素−粉末混合体をランスへ搬送するのに使用される機械装置について特に詳細を開示される。この装置は逆火なしに材料を非常に高速で堆積できる。
【００２４】
アメリカ特許第５，４０１，６９８号は、先の特許のリストに記載された装置に使用されるセラミック溶接の粉末混合の改良を開示する。この混合物は、少なくとも二つの金属を燃料粉末として使用し、耐火粉は少なくともマグネシア、アルミナまたは酸化クロムを含む。
【００２５】
アメリカ特許第５，６８６、０２８号は、セラミック溶接方法を開示し、そこでは耐火粉は少なくとも一つの珪素化合物からなり、また非金属前駆体が、ＣａＯ、ＭｇＯまたはＦｅＯのいずれかから選択される。
【００２６】
アメリカ特許第５，８６６，０４９号は、特許第５，６８６、０２８号に記載のセラミック溶接の組成物をさらに改良することを開示する。
【００２７】
アメリカ特許第６，３７，２８８号は、セラミック溶接粉末の改良を開示し、そこで粉末は耐火材のガラス状態を産生するのを促進する少なくとも一つの材料を含む。
【００２８】
発明の要約
本発明は道路面に直接に耐火材料を火炎放射するための方法と装置を開示し、それにより高度に反射性で、非常な耐久性があり、そして即時に乾燥する塗料を前記道路面に供給する。塗料は溶剤を含まず、そして火炎放射方法は高温で操作されるので、塗料は非常に幅広い条件の温度と湿度下で塗装が可能である。
【００２９】
本発明はセラミック溶接方法を使用するもので、それは非燃焼性セラミック粉が金属燃料および酸化剤と混合される。混合物は燃焼室に搬送され、着火されて道路表面へ噴射される。代わりに組成物は燃焼室で混合もできる。燃料は典型的にはアルミニウム粉であり、非燃焼セラミック粉は典型的には酸化ケイ素または酸化チタニウムである。酸化剤は典型的には化学薬剤粉であるが、純酸素も使用され得る。燃焼熱はセラミック粉を溶融または部分溶融させて道路面へ放出される凝集性の塊を形成し、その温度は凝集性の材料を耐久性よく道路面に接着させる。
【００３０】
本発明の目的は、道路に線を引く方法を提供し、そこでは“塗料”は即時に乾燥し、耐久性よく道路面に接着し、磨耗や腐食、風雨、砂塵に非常な耐久性があり、“逆火”に本質的に安全である。この“塗料”はいかなる温度や湿潤した降雨の条件下でも塗装が可能である。燃焼室の操作温度は典型的には３０００°ケルビンの桁にある。
【００３１】
図面の複数の面の簡単な説明
以下の図面と連結して次の詳細な説明により本発明は十分に理解される：
図１は、本発明に従う装置の模式図である。
図２は、本発明に従う代わりの態様の装置の模式図である。
図３は、本発明に従う、更に代わりの装置の模式図である。
図４は、本発明に使用する燃焼室の一つの態様を示す模式図である。
【００３２】
本発明の詳細な説明
図１は、本発明で使用する装置の典型的な態様を図解する。ホッパー（１）には金属燃料粉（２）、典型的にはアルミニウム粉またはシリコン粉が収納される。他の適当な燃焼粉には亜鉛、マグネシウム、ジルコニウムおよびクロムがある。二種またはそれ以上の燃焼粉の混合物を使用することができる。ホッパー（６）は粉末化の化学酸化剤（７）、典型的には硝酸アンモニア、カリウムまたはナトリウムを収納する。非燃焼セラミック材料、典型的には酸化ケイ素またはチタンは、燃料粉、酸化剤またはその両方と組み合わせることができる。各ホッパーは粉末を重力でベンチュリー部（３と８）へ供給し、それには空気または酸素（４と９）が供給される。ベンチュリー部を通過する気流はバルブ（１３）または（１４）で調整されて粉末を空気流中へ吸引する。両方のホッパーからの空気流は別個の供給ライン（５）と（１９）を流れ、そして燃焼室（１１）で混合され、そこでは空気流は混合して、典型的には電気アーク（１２）またはガス供給のパイロット灯またはプラズマアークにより点火される。燃焼の結果少なくとも非燃焼材料の表面は溶融し、そして気流は溶融集塊を道路面上に放出する。材料は凝集性のセラミックまたは耐火集塊を形成し、それは道路面に耐久性よく接着する。
【００３３】
図１では各ホッパーは独自の供給ライン（５と１０）を有しそして各供給ラインは直接に燃焼室（１１）の上部へつながっている。燃焼室はその部分を３個の領域に区画する：上部（２３）は金属燃料と酸化剤が混合する；中間部分（２４）は燃料に点火されて高温燃焼が発生する；そして下部（２５）は燃焼室の最も温度が低い部分で、第２の燃焼効果が奏される。
【００３４】
図１では、酸化剤は供給源（９）から供給されて調整バルブ（１４）で調節される純酸素である。酸素は供給ライン（１０）を経由して直接に燃焼室（１１）へ供給される。この場合は、粉末酸化剤は使用しないので第２のホッパー（６）は不要である。ホッパーから燃焼室（１１）へ粉末化燃料を吸引するのに空気のみを使用するのが重要である。燃料を吸引するのに空気を使用することは粉末化燃料への“逆火”の可能性を除去する。
【００３５】
図２は燃焼室に純酸素を注入する他の方法を図解する。この例では、粉末化燃料は供給ライン（５）へ吸引されて燃焼室（１１）へ搬送される。燃焼室に近い供給ラインの点（６）で酸素が供給ラインへ点１６で酸素源（１７）から注入される。この酸素は、燃料―空気混合を加速すると共に燃焼に必要な酸素を供給する。燃料は点の数値が１６になるまで空気で吸引されるので燃焼室に近いところでの酸素の注入は“逆火”を防止する。空気は粉末化燃料の燃焼を維持するには不十分である。それ故、粉末化燃料―空気混合物はホッパー（１）へ向かう逆方向には燃えることができない。供給ライン（６）へ酸素を注入して、酸素は燃料とセラミック粉混合物の道路面へ向かって加速するのを助け、そしてまた粉末化燃料と酸素との混合をより促進する。
【００３６】
典型的にはアルミニウム粉末またはチタン粉末燃料が空気で搬送されて化学酸化剤が燃焼室（１１）で結合されるまで化学薬剤から分離されているので、この方法は本質的に“逆火”に安全である。アルミニウムまたはシリコン粉末が普通の空気で搬送されるならばバックフラッシュを起こすことはほとんど不可能である。さらに、酸化剤は空気中では燃えない（または非常にゆっくりと燃える）ので化学酸化剤を搬送する供給ライン（１０）でのバックフラッシュを防止する。
【００３７】
他の安全上の特徴は、アルミニウムやシリコン粉末は空気中では発火するのが非常に困難であることである。アルミニウム粉について多くの注意があるが、火炎温度（マッチなどの）が酸化アルミニウムの溶融温度（２３１３Ｋ）を超えない限り空気中で発火することができない。本発明者らはアルミニウム粉のいくつかの粒径で試験をした；すなわち、１ミクロンから１００ミクロンまでで、プロパン灯を使ってどの粉末にも点火することができなかった。
【００３８】
さらに、非燃焼セラミック粉は金属燃焼粉または粉末化酸化剤と混合し得る。もしも非燃焼粉が粉末化燃料と混合されるならば、希釈により粉末化燃料の濃度を下げて燃料のフラッシュバックまたは偶発的な転化の可能性を最小化する。種々のセラミック溶接の特許の開示によると、粉末燃料の量は非燃焼性セラミック粉末に対して質量で典型的には１５％未満である。
【００３９】
他の場合では、純酸素の補充なしで空気のみで燃焼に必要な酸素が十分供給される。この場合、空気は図２の点１６で注入され得て路面へ向かう混合物を加速し、粉末化燃料と空気との混合を更に促進する。
【００４０】
図３は、本発明に使用される装置のさらなる詳細を図解する。ホッパー（１）は粉末燃料（２）または粉末化酸化剤（７）のいずれかを収納する。粉末は可変速モーターで駆動されるスクリューコンベヤ（１９）で供給される。スクリューコンベヤは漏斗（２０）に供給し、それはアスピレーター（３）に流体連通し、それには供給源（４）から空気流が供給される。空気流の流速は空気源（４）と直列のバルブ（１３）で調節される。ベンチュリは粉末化燃料を漏斗から供給ライン（５）へ吸引し、そこでは同伴した粒子が燃焼室（１１）へ搬送される。凝集性集塊の道路面への堆積速度は表面と燃焼室出口間の運動速度により調節されえる。スクリューコンベヤと可変速モーターおよび空気調節バルブ（１３）は粉末化燃料と酸化剤を燃焼室へ供給し燃焼速度と道路面への耐火集塊の堆積速度を変える正確な手段となる。可変速モーターと空気調節バルブ（１３）は，道路面に対して“ライン塗装機”の速度を測定する装置により調節される。このようにして、道路面上の堆積の厚みが道路面に対するライン塗装機の速度に独立して調節され得る。表面は、耐火性集塊の放射の前に呼び加熱され得る。
【００４１】
酸化剤薬品の選択はこのライン塗装方法の安全性と経済性にとって非常に重要である。酸化剤薬剤は低コストで、入手容易であり、毒性がなく、そして火炎温度で燃えて、この方法に使用するセラミック材料を溶融または軟化するに十分な高温となるものである。以下の薬剤が考慮される：
過塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ４）
硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）
硝酸カリウム（ＫＮＯ３）
硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）
過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）
過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）
塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ３）
塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ３）
空気
純酸素
【００４２】
過塩素酸アンモニウムは固体ロケット燃料に使用される公知の、特性の知られている酸化剤である。それはスペースシャトルの固体ロケットブースターの酸化剤である。それは相対的に高価であり、アメリカ合衆国では１社で製造される。燃焼生成物は主としてＮＯと少量のＮＯ２、塩素及び塩化水素（ＨＣｌ）であり、これらの全ては有害である。それゆえ、過塩素酸アンモニウムは本方法の酸化剤としての使用からは除外される。
【００４３】
塩素を含まず、それ故塩化水素を生成しないので硝酸アンモニウムは次善の酸化剤の一つである。ＮＯの濃度は自由空気を組み合わされると非常に低濃度であるが、それは毒性のある量のＮＯを生成し得る。硝酸アンモニウムはまた肥料としても知られており、爆発物として広く使用される。それは広く使用されて安価である。しかし１ポンドのアルミニウムを燃焼させるのに４．４５ポンドの硝酸アンモニウムが必要であり、それ故硝酸アンモニウムは他の有力な酸化剤よりもより多量でより重量のある量が必要となる。
【００４４】
硝酸カリウム（ＫＮＯ３）と硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）は広く使用され、非常に安価であり、また毒性量のＮＯを生成する。またであるが、ＮＯはこの装置の運転では自由空気で非常に希釈されると期待される。硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの両方は副生物を生成し、それは空気を反応して水酸化物となる。この水酸化物は水に溶解して道路面への耐火材料の堆積または接着に問題が発生するかもしれないしまたは発生しないかもしれない。ＫＮＯ３の２．２５ポンドのみが１ポンドのアルミニウムを燃やすのに必要である。それ故ＫＮＯ３は酸化剤の非常に良い候補である。
【００４５】
硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）は、ＫＮＯ３に非常に似た性質を有する。それは容易に入手可能であり、低コストで、１ポンドのアルミニウムを燃やすのにＫＮＯ３の１．８９ポンドが必要になるだけである。
【００４６】
他の過塩素酸塩と塩素酸塩は、作用と燃焼性質で硝酸ナトリウムやカリウムと類似し、そして水溶性の副生物を生成する。これらは硝酸ナトリウムやカリウムよりもより高価でありより入手しがたい。
【００４７】
空気は酸化剤として使用されるのに非常に良い候補である。明らかに、それは容易に入手可能でコンプレッサーが必要であるのみである。問題は十分な酸素が系に供給されるに十分な空気が注入されると、また過大な熱の漏洩にならないかということである。
【００４８】
純酸素は、酸化剤の優秀な候補である。純酸素を使用するとセラミック溶接と非常に似た方法を構築できる。毒性のある副生物はなくそしてバルブやコントロールの類は安価である。純酸素は非常に安価であり容易に入手可能である。もしも圧縮酸素（気体として）が使用されるならば、貯蔵酸素の量に対して容器は非常に大型で重くなる。また、“フラッシュバック”の問題も議論されねばならない。
【００４９】
液体酸素は、大容量のハイウエイ塗装方法の非常に良い候補である。それは非常に安価で広く利用可能である。たった一つの問題は、ＬＯＸの貯蔵と取り扱いである。
【００５０】
以下の非燃焼性のセラミック材料が本装置における“塗料顔料”として使用を考慮さえる。
二酸化珪素
二酸化チタン
酸化アルミニウム
再溶融結晶粒レンガから製造される酸化クロム
酸化マグネシウム
酸化鉄
粉砕色づけガラス
再生マグネシア
Corhart-Zac
Al２O３−／ボーキサイト−再生体
【００５１】
“塗料顔料”を選択する第１の基準はコストと入手可能性である。酸化チタンは白色顔料に使用される第１の顔料で、容易に利用可能であり、非常に安価である。酸化アルミニウムは容易に利用可能であるが、二酸化チタンよりはかなり高価である。二酸化珪素は通常は“砂”として知られており全ての“塗料顔料”中で最も安価であり得る。酸化クロムは、再溶融結晶粒レンガから製造されるならば、低コストのセラミック材料となるが、混合物中の含有量が一定しないかもしれない。再溶融結晶粒レンガは、たとえばCohart  RFGまたはCohart  １０４級として市販されている。酸化マグネシウムと最終の塗料製品の熱的性質を改善するのに少量使用され得る。再生マグネシア、Corhart-Zacおよびボーキサイト−再生体は高温炉で以前に使用された再生耐火材料である。二種またはそれ以上の非燃焼性セラミック材料を混合して使用されることができる。
【００５２】
一つの態様では、少なくとも二種の非燃焼性材料が少なくとも一種の金属燃焼性粉末と酸化剤と混合される。非燃焼性材料の一つは燃焼金属粉末と酸化剤の火炎温度を超える溶融温度を有し、そしてもう一つの非燃焼性材料は燃焼金属粉末と酸化剤の火炎温度よりも低い溶融温度を有する。混合物は点火され、そうして燃焼粒子は発熱しながら酸化剤と反応して低融点非燃焼性材料を溶融するに十分な熱を開放するが、高融点の非燃焼性材料を溶融するには十分ではない。材料は、ついで表面に放出されて、低融点非燃焼性材料は高融点非燃焼性材料と燃焼生成物とを接着する接着剤として機能し、その結果の材料は表面に耐久性良く接着する。好ましい高融点非燃焼性材料には、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化タングステンまたはこれらの二つまたはそれ以上の混合物がある。低融点非燃焼性材料は二酸化珪素であり、金属燃焼性粉末はシリコンである。
【００５３】
道路面の塗装に適した線引き塗料組成物には、二酸化チタンとシリコンからなる組成物、二酸化チタン、二酸化珪素およびシリコンからなる組成物、酸化アルミニウム及びシリコンからなる組成物、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素およびシリコンからなる組成物、酸化鉄およびシリコンからなる組成物、酸化鉄、二酸化ケイ素およびシリコンからなる組成物、酸化マグネシウム及びシリコンからなる組成物、酸化マグネシウム、二酸化ケイ素及びシリコンからなる組成物がある。
【００５４】
“塗料顔料”として使用される低コストのセラミック材料に加えて、黄色、青色や赤色に道路面を着色する着色剤の必要がある。これらの着色剤はセラミック材料や粉末化燃料と予め混合されるかまたは、別個の供給ラインから燃焼室に添加される。着色剤は、たとえば、タングステン、ジルコニウム、粉砕黄色または他の色の色ガラス、または酸化第二鉄(Fe２0３)である。同様に、再帰性反射ビーズも使用され得る。
【００５５】
酸化剤粉末は吸湿する傾向があるので、抗ケーキング剤を加えて凝集塊の生成防止をする必要があり、凝集すると粉末がスムーズに流動しなくなる。抗ケーキング剤は“流動化”剤としても知られている。典型的な流動化剤はＴＣＰ（燐酸三カルシウム）であり、他は公知である。
【００５６】
図4は、燃焼室(１１)の一つの態様である。装置は非常な高温、典型的には約３０００°ケルビンを超えて操業するので、燃焼室を低コストになるよう設計し、しかも高温での耐久性があるようにすることが重要である。燃焼室はセラミック材料または金属でできており、その内表面は高温セラミック被覆がされている。図４は、燃焼室(１１)の側面に内蔵された小さいベンチュリ（２１）の使用を図解する。燃焼生成物が燃焼室（１１）から放射されるにつれて、早い燃焼ガスの流れは燃焼室の内面に部分真空を創出する。冷却器空気はベンチュリー入り口（２１）に吸い込まれて燃焼室(２２)の内側に沿って流れる。この空気は燃焼室の内面を冷却し、また燃焼室内に残渣が蓄積するのを減少させる。
【００５７】
本発明は特に示されたものや記載されたものに限定されず、また添付の請求項の精神と範囲をふくむものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に従う装置の模式図
【図２】本発明に従う代わりの態様の装置の模式図
【図３】本発明に従う、更に代わりの装置の模式図
【図４】本発明に使用する燃焼室の一つの態様を示す模式図
【符号の説明】
【００５９】
（１）、（６）        ホッパー
（２）、（７）        金属燃料粉
（３と８）          ベンチュリー部
（４と９）          空気または酸素
（５と１０）        供給ライン
（１１）            燃焼室
（１２）            電気アーク
（１３）、（１４）    バルブ
（２３）            燃焼室上部
（２４）            燃焼室中間部
（２５）            燃焼室下部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2007520655.tif 000008
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