(57)【要約】      （修正有）【課題】  安全性が高く簡便に使用できることに加え、出力の増大化に適した水酸素ガス溶射装置、及びその溶射方法を提供する。【解決手段】水酸素ガス溶射装置１０は、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段１と、水酸素ガス発生手段１に接続し混合気を導入するガス導入口２を一端に形成し他端に噴出口３を開放した燃焼チャンバ４と、燃焼チャンバ４の内部へ溶射原料５を供給する原料供給手段６とを備える。水酸素ガス発生手段１は、陽電極７及び陰電極８を内装して密閉された電解槽９と、陽電極７及び陰電極８に電位差を付与する電解用電源１１とを備え、電解槽９に導入した水を電気分解することにより、水素と酸素の混合気を発生する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、該水酸素ガス発生手段に接続し前記混合気を導入するガス導入口を一端に形成し他端に噴出口を開放した燃焼チャンバと、該燃焼チャンバ内に溶射原料を供給する原料供給手段とを備え、
前記混合気を前記燃焼チャンバ内で燃焼させることにより、前記混合気の燃焼炎を前記噴出口から噴出し、前記溶射原料を、前記燃焼炎により溶融しつつ前記噴出口から噴出することを特徴とする水酸素ガス溶射装置。
【請求項２】
水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、前記水酸素ガス発生手段に接続し前記混合気を導入するガス導入口を一端寄りに形成し他端に噴出口を開放した筒状陽極と、前記筒状陽極に対して間隙を保ちつつ前記筒状陽極に挿入された棒状陰極と、前記筒状陽極と前記棒状陰極に接続したプラズマ発生電源と、前記筒状陽極内の前記間隙に溶射原料を供給する原料供給手段とを備え、
前記混合気が、前記ガス導入口から前記間隙を経て前記噴出口から噴出する過程で、前記プラズマ発生電源が前記筒状陽極及び前記棒状陰極に電位差を付与することにより、前記混合気をプラズマ化させ、前記溶射原料を、前記プラズマ化した混合気により溶融しつつ前記噴出口から噴出させることを特徴とする水酸素ガス溶射装置。
【請求項３】
前記水酸素ガス発生手段が、陽電極及び陰電極を内装して密閉された電解槽と、前記陽電極及び陰電極に電位差を付与するプラズマ発生電源とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水酸素ガス溶射装置。
【請求項４】
前記水酸素ガス発生手段が、前記電解槽の外部へ延出し前記電解槽内に発生した前記混合気を前記ガス導入口へ送出する動作ガス供給路と、該動作ガス供給路を経て前記電解槽から送出される前記混合気の送出量を検出する流量検出手段とを備え、
前記プラズマ発生電源が、前記送出量に等しい容積の前記混合気を発生するのに必要な電位差を前記陽電極及び陰電極に付与することを特徴とする請求項２又は３に記載の水酸素ガス溶射装置。
【請求項５】
水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を大気圧を超える圧力まで加圧する工程と、前記混合気を大気中に噴射させつつ燃焼させることにより燃焼炎を形成する工程と、前記燃焼炎中に溶射原料を投入して該溶射原料を溶融しつつ加速する工程とを含むことを特徴とする水酸素ガス溶射方法。
【請求項６】
水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を大気圧を超える圧力まで加圧する工程と、前記混合気を大気中に噴射させつつ電離させることによりプラズマジェットを形成する工程と、前記プラズマジェット中に溶射原料を投入して該溶射原料を溶融しつつ加速する工程とを含むことを特徴とする水酸素ガス溶射方法。
【請求項７】
陽電極及び陰電極を内装した電解槽に水を導入して前記電解槽を密閉する工程と、前記陽電極及び陰電極にそれぞれ電位差を付与することにより前記水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生させる工程と、前記電解槽内における前記混合気の気圧が大気圧を超えるまで前記電気分解を継続する工程と、前記混合気を前記電解槽から噴出させる工程とを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の水酸素ガス溶射方法。
【請求項８】
前記混合気が前記電解装置から噴出して前記ガス導入口まで送出される送出量を計測し、前記送出量に等しい容積の前記混合気を発生させるのに必要な電位差を前記陽電極及び陰電極に付与することにより、前記電解槽内の気圧を保持することを特徴とする請求項７に記載の水酸素ガス溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解して生成される水素と酸素を燃焼又はプラズマ化し、この火炎又はプラズマジェットにて溶射原料を溶融しつつ噴射する水酸素ガス溶射装置、及びその溶射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高圧の酸素とアセチレンの混合ガスの燃焼炎等のような高速火炎により、溶射原料を連続的に溶融しつつ加速し、この溶滴（液状微粒子）を被覆対象物に衝突、堆積させる高速フレーム溶射が周知である。更には、連続送給される２本の金属ワイヤから成る電極間に放電されるアークを熱源として同金属ワイヤを溶融し、この溶滴を圧縮空気等の高速ガスによって被覆対象物へ吹き付けるアーク溶射が周知である。
【０００３】
この他、下記の特許文献には、プラズマ溶射に係る技術が開示されている。プラズマ溶射は、作動ガスとしてアルゴン等の不活性ガスを適用し、この作動ガス中に配置した電極間にアークを放電し、或いは高周波電流が供給される導体コイルを用いて作動ガスを電磁誘導してプラズマ化する。このプラズマ化した作動ガスをプラズマジェットとして溶射ガンから噴射させる過程で、金属、セラミックス、又はプラスチック等の微溶射原料を同プラズマジェットにて加熱し溶融させつつ加速し、この溶滴を被覆対象物に高速で衝突させる。これにより、上記微溶射原料を被覆対象物に堆積させて成膜することができる。
【特許文献１】特開平１０−２６６９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の高速フレーム溶射は、酸素とアセチレンを別々の高圧タンクに蓄えて貯蔵する必要があるので、これらを危険物として厳重に管理しなければならない。また、被覆対象物に溶射する範囲が広い程に大量の酸素とアセチレンを消費するため、溶射作業を行うに際して上記の高圧タンクを予め多数準備しなければならず、同作業が大掛かりになることは避けられない。上記のプラズマ溶射においても、アルゴン等の作動ガスを高圧タンクに蓄える必要があるので、同様の不都合がある。
【０００５】
また、上記のアーク溶射は、熱源であるアークを電極間に放電させるため、一度に広範囲な被覆対象物への溶射が実現できるように、言い換えればアークの出力を増大させると、電力の過剰な消費が問題となる。このような出力の増加に伴って電極を大型化すれば、溶射ガン自体の大型化、及びその重量の増加も伴うので、溶射ガンの取扱いが困難なものとなる。
【０００６】
また、上記のプラズマ溶射には、溶射ガン内に供給した水をアークによって水素と酸素に電離し、これらの混合気を作動ガスとして利用する例がある。しかしながら、水の電離を総てアークに依存するため、以上に列挙した問題を解決するには至っていない。
【０００７】
本発明の目的は、安全性が高く簡便に使用できることに加え、出力の増大化に適した水酸素ガス溶射装置、及びその溶射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水酸素ガス溶射装置は、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、該水酸素ガス発生手段に接続し前記混合気を導入するガス導入口を一端に形成し他端に噴出口を開放した燃焼チャンバと、該燃焼チャンバ内に溶射原料を供給する原料供給手段とを備え、前記混合気を前記燃焼チャンバ内で燃焼させることにより、前記混合気の燃焼炎を前記噴出口から噴出し、前記溶射原料を、前記燃焼炎により溶融しつつ前記噴出口から噴出することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置は、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、前記水酸素ガス発生手段に接続し前記混合気を導入するガス導入口を一端寄りに形成し他端に噴出口を開放した筒状陽極と、該筒状陽極に対して間隙を保ちつつ前記筒状陽極に挿入された棒状陰極と、前記筒状陽極と前記棒状陰極に接続したプラズマ発生電源と、前記筒状陽極内の前記間隙に溶射原料を供給する原料供給手段とを備え、前記混合気が、前記ガス導入口から前記間隙を経て前記噴出口から噴出する過程で、前記プラズマ発生電源が前記筒状陽極及び前記棒状陰極に電位差を付与することにより、前記混合気をプラズマ化させ、前記溶射原料を、前記プラズマ化した混合気により溶融しつつ前記噴出口から噴出させることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置は、前記水酸素ガス発生手段が、陽電極及び陰電極を内装して密閉された電解槽と、前記陽電極及び陰電極に電位差を付与するプラズマ発生電源とを備えることを特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置は、前記水酸素ガス発生手段が、前記電解槽の外部へ延出し前記電解槽内に発生した前記混合気を前記ガス導入口へ送出する動作ガス供給路と、該動作ガス供給路を経て前記電解槽から送出される前記混合気の送出量を検出する流量検出手段とを備え、前記プラズマ発生電源が、前記送出量に等しい容積の前記混合気を発生するのに必要な電位差を前記陽電極及び陰電極に付与することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る水酸素ガス溶射方法は、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を大気圧を超える圧力まで加圧する工程と、前記混合気を大気中に噴射させつつ燃焼させることにより燃焼炎を形成する工程と、前記燃焼炎中に溶射原料を投入して該溶射原料を溶融しつつ加速する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射方法は、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を大気圧を超える圧力まで加圧する工程と、前記混合気を大気中に噴射させつつ電離させることによりプラズマジェットを形成する工程と、前記プラズマジェット中に溶射原料を投入して該溶射原料を溶融しつつ加速する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射方法は、陽電極及び陰電極を内装した電解槽に水を導入して前記電解槽を密閉する工程と、前記陽電極及び陰電極にそれぞれ電位差を付与することにより前記水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生させる工程と、前記電解槽内における前記混合気の気圧が大気圧を超えるまで前記電気分解を継続する工程と、前記混合気を前記電解槽から噴出させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射方法は、前記混合気が前記電解装置から噴出して前記ガス導入口まで送出される送出量を計測し、前記送出量に等しい容積の前記混合気を発生させるのに必要な電位差を前記陽電極及び陰電極に付与することにより、前記電解槽内の気圧を保持することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る水酸素ガス溶射装置によれば、水を電気分解して得られる水素と酸素の混合気を、燃焼チャンバ内で燃焼させることにより、燃焼チャンバの噴出口から混合気の燃焼炎を噴出し、溶射原料を、燃焼炎により溶融しつつ噴出口から噴出するので、このように熱溶融した溶滴を被覆対象物に衝突させると、被覆対象物の表面に溶滴が堆積する。そして、被覆対象物に堆積した溶滴が直ちに冷えて固化することにより、被覆対象物の表面に皮膜が形成される。以上のような溶射作業を行うに際して、当該溶射装置、及びその溶射方法によれば、熱源として利用するガス類を例えば高圧タンクに蓄えて貯蔵する必要がないので、これらを管理する手間を省くことができる。
【００１７】
また、広範囲に溶射を施すのに大量の水素と酸素を消費する場合であっても、既に例示した高圧タンクを準備する必要がないので、溶射作業を手際良く行えること加え、高圧タンクの搬送や配管等の大掛かりな段取りを省けるという利点が得られる。しかも、当該溶射装置の出力の増大を図る場合には、燃焼チャンバ内で所定時間当りに燃焼させる混合気の容積を増加し、これに比例させて燃焼チャンバ内に供給する溶射原料の量を増加するだけで済むので、従来のようなアークの出力のみに依存する技術に比較して、電力の不要な消費を抑制できることに加え、燃焼チャンバ（溶射ガン）自体を大型化する必要がない。
【００１８】
従って、本発明によれば、取扱いが容易で作業現場における使い勝手に優れた水酸素ガス溶射装置を提供することができる。また、本発明に係る水酸素ガス溶射装置、及びその方法は、水素と酸素の混合気を燃焼させて熱エネルギーを発生する構成であるので、溶射作業を実施する過程で理論的には水（蒸気）以外の副産物が生成する余地が無く、また空気中の酸素を消費することもない。このため、自然環境や人体に悪影響を及ぼす有害ガスの排出が起こらないので、例えば坑道において溶射作業を行う場合でも、坑道内に有害ガスが充満したり、又は坑道内の酸素が不足する事態となる恐れがないことが、従来の技術よりも優れた点となる。
【００１９】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置によれば、混合気がガス導入口から筒状陽極と棒状陰極の間隙を経て噴出口から噴出する過程で、プラズマ発生電源が、筒状陽極及び棒状陰極に電位差を付与することにより、混合気をプラズマ化させるので、混合気を大気中で燃焼させる場合に比較して、溶射原料を短時間で高温に加熱しつつ噴出することができる。このように熱溶融した溶滴は、被覆対象物に衝突すると被覆対象物の表面に堆積し、既述のように直ちに冷えて皮膜となる。
【００２０】
以上のような溶射作業を行うに際して、当該溶射装置、及びその溶射方法によれば、例えばセラミック等のような高融点溶射原料であってもプラズマジェットにて良好に溶融することができる。特に、３０％以上の酸素を含むプラズマジェットが強い酸化雰囲気を構成するため、当該溶射装置、及びその溶射方法は、成膜の作業効率が比較的高い酸化物系セラミックの溶射を行うのに最適の技術である。
【００２１】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置に適用する水酸素ガス発生手段が、陽電極及び陰電極を内装して密閉された電解槽と、陽電極及び陰電極に電位差を付与するプラズマ発生電源とを備えるものである場合、電解槽に導入した水を電気分解することにより連続的に所望の容積の水素と酸素の混合気を発生することができる。
【００２２】
以上のように混合気を発生させる過程で、当該溶射装置、及びその溶射方法によれば、混合気を大気圧を超える圧力まで加圧した後に、混合気を大気中に噴射させつつ燃焼させることにより燃焼炎を形成するので、圧縮機等を用いて混合気を加圧する必要が無く、当該溶射装置は極めて簡単な構造であり、安価に製造することができる。また、電解槽に蓄積する混合気の気圧は、電気分解を開始してから電解槽を開放し混合気を大気中へ放出するまでのタイミングを変えること、又は電解槽にて混合気を所定時間当りに発生させる量を増減することにより自在に調整できるので、当該溶射装置の出力の増大を図る場合に、混合気の気圧を上昇させるようにするだけで、所定時間当りに燃焼させる混合気の容積（燃焼炎）を増加することができる。これによる効果は既述の通りである。
【００２３】
或いは、混合気を大気中に噴射させつつ電離させることによりプラズマジェットを形成する構成を適用する場合、既述の要領で混合気の気圧を上昇させることに加え、所定時間当りに電離させる混合気の容積（プラズマジェット）を増加すれば、当該溶射装置の出力の増大を図ることができる。これによる効果は既述の通りである。
【００２４】
更に、本発明に係る水酸素ガス溶射装置は、水酸素ガス発生手段を、電解槽の外部へ延出し電解槽内に発生した混合気をガス導入口へ送出する動作ガス供給路と、動作ガス供給路を経て電解槽から送出される混合気の送出量を検出する流量検出手段とから構成しているので、プラズマ発生電源が、送出量に等しい容積の混合気を発生するのに必要な電位差を陽電極及び陰電極に付与することにより、混合気を所定時間当りに燃焼又は電離させる消費量が増えた場合には、これに応じて混合気が電解槽にて発生する量を増加させることができる。反対に、消費量が減少又は消費が中断された場合には、これに応じて混合気が電解槽にて発生される量を減少することができる。
【００２５】
従って、当該溶射装置、及びその方法によれば、溶射作業の状況に伴って混合気の消費量が変化しても、過剰の混合気が熱源又は動作ガスとして供給されたり、或いはこのような混合気が不足するといった不都合を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る実施形態として、水を電気分解して生成されるモル比が２対１の水素と酸素の混合気（以下で「水酸素ガス」と略す。）を利用した高速フレーム溶射、及びプラズマ溶射に係る技術を順次説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１に概略を示すように、実施例１の水酸素ガス溶射装置１０は、水を電気分解して水酸素ガスを発生する水酸素ガス発生手段１と、水酸素ガス発生手段１に接続し水酸素ガスを導入するガス導入口２を一端に形成し他端に噴出口３を開放した燃焼チャンバ４と、燃焼チャンバ４の内部へ溶射原料５を供給する原料供給手段６とを備えるものである。
【００２８】
水酸素ガス発生手段１は、陽電極７及び陰電極８を内装して密閉された電解槽９と、陽電極７及び陰電極８に電位差を付与する電解用電源１１とを備え、電解槽９に導入した水を電気分解して水酸素ガスを発生するものである。電解槽９は、この内部に発生した水酸素ガスをガス導入口２へ送出する動作ガス供給路１２と、動作ガス供給路１２を経て電解槽９から送出される水酸素ガスの送出量を検出する流量検出手段１３とを備えている。
【００２９】
ガス導入口２は、動作ガス供給路１２から送出される水酸素ガスを漏れなく燃焼チャンバ４の内部へ導入できるようにシールが施されている。噴出口３は、燃焼チャンバ４の内径よりも細く絞られた先細りのノズルとなっている。燃焼チャンバ４は、金属、セラミック、又は石英硝子等の耐熱溶射原料から成る筒体であり、溶射ガンの主体となる部分である。燃焼チャンバ４の周壁に冷却水の通路を形成し、燃焼チャンバ４の積極的な冷却を図っても良い。溶射原料５としてはアトマイズ粉、更には金属、セラミック、又はプラスチック等の微細な粉末、これらの原料を線状、棒状、又は粒状にしたものを適用できる。原料供給手段６としては、所定量の溶射原料５を燃焼チャンバ４の内部へ連続的に投入させるフィーダ等を適用しても良い。
【００３０】
陽電極７及び陰電極８は、それぞれ１極ずつ図示しているが、これらの個数を適宜増減することにより、電解槽９の内部にて所定時間当りに発生可能な水酸素ガスの容積を増減することができる。電解用電源１１は、電解槽９内に導入した水に所望の電流を通すために必要となる電圧を、それぞれ正負の電荷として陽電極７及び陰電極８に印加する直流電源である。陽電極７及び陰電極８に印加される電圧は、詳しく後述するが、流量検出手段１３からのフィードバックにより制御されるものである。
【００３１】
動作ガス供給路１２としては、溶射作業を実施するに際して燃焼チャンバ４を自由に移動できるように、可撓性の管路を適用することが望ましい。また、燃焼チャンバ４を電解槽９からある程度離間できるように、動作ガス供給路１２の下流端１２１は電解槽９から数ｍ延出させるのが望ましい。下流端１２１をガス導入口２に直結しても良いが、水酸素ガスの燃焼を促すガスバーナのノズル１２２を介して接続することが望ましい。流量検出手段１３として、流量計又は圧力計を適用しても良い。この場合、動作ガス供給路１２内を通過する水酸素ガスの流量又は圧力に基づき、電解槽９から燃焼チャンバ４へ所定時間当り送出される水酸素ガスの量を検出、言い換えれば水酸素ガスの消費量を計測することができる。
【００３２】
次に、水酸素ガス溶射装置１０による溶射方法について説明する。以下で文頭に付した英文字は工程を区分する指標である。
【００３３】
Ａ：電解槽９の内部に水を導入する。図示を省略しているが電解槽９の側面には水を摂氏約６０度まで加熱する電熱器が設けられている。更に、電解槽９の底部の適所には水を導入する給水口と水を排水する排水口が形成され、これら給水口及び排水口を経て電解槽９の外部に設けた熱交換機との間で水を循環することができる。この状態で、電解槽９と動作ガス供給路１２との間に介在した図に表れない電磁開閉弁を閉じることにより、電解槽９の内部を外部から遮断して、電解槽９の内部を密封した空間とすることができる。
【００３４】
Ｂ：電解用電源１１によって陽電極７及び陰電極８に電位差を付与することにより、水を電気分解する。これにより水酸素ガスが発生し電解槽９の内部に蓄積する。この電気分解に伴って水は徐々に加熱されるので、その分、上記の熱交換機により冷却して、電解槽９の内部の水温を約６０度に保つようにする。
【００３５】
Ｃ：上記の電気分解を継続することにより水酸素ガスを更に発生させ、電解槽９の内部の気圧を上昇させる。水酸素ガスを電解槽９から大気中へ噴出させるのに必要となる気圧は、大気圧以上であれば足りるが、水酸素ガスを燃焼チャンバ４の噴出口３から勢い良く噴射させるには、大気圧の１．５倍程度まで加圧するのが望ましい。
【００３６】
Ｄ：電解槽９の内部が所望の気圧に達した時点で、上記の電磁開閉弁を開放することにより、電解槽９の内部に蓄積した水酸素ガスを動作ガス供給路１２、更には燃焼チャンバ４を経て大気中に噴射させる。同時に、燃焼チャンバ４の内部で水酸素ガスに点火して燃焼させる。これにより、燃焼チャンバ４の内部におけるガス導入口２の近傍から噴出口３の外方へ達する燃焼炎１４を形成することができる。燃焼炎１４の温度は摂氏２，０００〜３，０００度程度まで上昇する。上記の点火には、別途準備した種火を用いることもできるが、スパークを放つ電極等を燃焼チャンバ４に予め内装しておいても良い。
【００３７】
Ｅ：原料供給手段６により所定量の溶射原料５を計量しつつ、溶射原料５を燃焼炎１４中へ投入する。これにより、溶射原料５が燃焼炎１４により溶融しつつ、溶射原料５の溶滴を燃焼炎１４と共に噴出口３から噴出させる。更に、溶射原料５の溶滴は、被覆対象物１５の表面に衝突し固化する。このような溶射を所定の時間継続して実施することにより、被覆対象物１５の表面に溶射原料５から成る皮膜１６が形成される。溶射原料５としては、鉄、銅、銀、亜鉛、アルミニウム等の金属、金属酸化物、セラミック、サーメット、又はプラスチック等を選択できる。被覆対象物１５としては、鉄、ステンレス、タングステン、又はモリブデン等の金属板、シリコン、硝子、又はアルミナ等のセラミック基板の他、プラスチック等の成形品を選択できる。
【００３８】
皮膜１６の厚さ、及び皮膜１６を形成する範囲（面積）は、溶射を実施する時間を延長又は短縮すれば自在に増減できるが、比較的短時間で広範囲の面積又は皮膜１６を厚手に形成することを実現するには、言い換えれば水酸素ガス溶射装置１０の出力を増大させるには、燃焼チャンバ４内で所定時間当りに燃焼させる水酸素ガスの容積（燃焼炎１４の大きさ）を増加し、これに比例させて燃焼チャンバ４内に供給する溶射原料５の量を増加すれば良い。燃焼チャンバ４（溶射ガン）を特に大型化する必要はない。
【００３９】
具体的に、所定時間当りに燃焼させる水酸素ガスの容積を変化させるには、図に表れていない流量調整弁等によって電解槽９から送出される水酸素ガスの流量を増減すれば直ちに行える。更には、電解槽９の内部の水酸素ガスの気圧を上下させることによっても行える。この場合、上記Ｂ，Ｃの工程において電気分解を開始してから電解槽９を上記の電磁開閉弁を開放し水酸素ガスを大気中へ放出するまでのタイミングを変えること、又は電解槽９にて水を電気分解する速度、つまり、陽電極７及び陰電極８とに印加する電圧を変化させることにより行える。これら何れの場合でも、圧縮機等を用いて水酸素ガスを加圧する必要がないので、水酸素ガス溶射装置１０の構造を極めて簡単にすることができ、しかも安価に製造できるという利点がある。
【００４０】
以上のように、水酸素ガス溶射装置１０によれば、燃焼炎１４として消費されるガス類を例えば高圧タンクに蓄えて貯蔵する必要がないので、これらを危険物として管理する手間を省くことができる。また、被覆対象物１５の広範囲に溶射を施すのに大量の水素と酸素を消費する場合であっても、既に例示した高圧タンクを準備する必要が全くないので、溶射作業を手際良く行えることに加え、高圧タンクの搬送や配管等の大掛かりな段取りを省くこともできる。しかも、以上のように水酸素ガスを燃焼させて熱エネルギーを発生する構成であるので、溶射作業を実施する過程で理論的には水（蒸気）以外の副産物が生成する余地が無く、また空気中の酸素を消費することもない。このため、自然環境や人体に悪影響を及ぼす有害ガスを排出する恐れはない。
【００４１】
Ｆ：上記Ｄ，Ｅの工程において、流量検出手段１３が、水酸素ガスが電解槽９からガス導入口２まで所定時間当り送出される送出量（流量）を計測する。この計測した値に基づき、電解用電源１１が、この送出量に等しい容積の水酸素ガスを発生させるのに必要な電位差を陽電極７及び陰電極８に付与する。つまり、燃焼炎１４として所定時間当りに消費される水酸素ガスの容積が増大したとき、これに比例して電解槽９の内部で所定時間当りに発生する水酸素ガスの容積を増大させる。反対に、燃焼炎１４として所定時間当りに消費される水酸素ガスの容積が減少したとき、これに比例して電解槽９の内部で所定時間当りに発生する水酸素ガスの容積を減少させる。
【００４２】
従って、溶射作業の状況に伴って水酸素ガスの消費量が変化しても、過剰の水酸素ガスを発生したり、或いは水酸素ガスが不足することがない。以上が既述のフィードバックによる制御である。
【実施例２】
【００４３】
以下に、本発明の実施例２としてプラズマ溶射に係る技術を説明する。既に実施例１として述べた構成要素は文中で同符号を付し、その図示及び説明は省略する。また、実施例２は、既述の高速フレーム溶射の技術では困難である炭化物等の硬質・高融点セラミックス膜の形成を実現し、更には、皮膜１６の原子配列又はナノ構造を利用することにより、例えば燃料電池や熱電変換素子の製造に適用できる機能性溶射をも実現するものである。
【００４４】
図２に概略を示すように、実施例２に係る水酸素ガス溶射装置２０は、水酸素ガス発生手段１に接続し水酸素ガスを導入するガス導入口２を有する電気絶縁体１７と、電気絶縁体１７にて一端が塞がれ他端に噴出口３を開放した筒状陽極１８と、筒状陽極１８に対して間隙１９を保ちつつ筒状陽極１８に挿入された棒状陰極２１と、筒状陽極１８及び棒状陰極２１に各々接続したプラズマ発生電源２２と、筒状陽極１８内の間隙１９に溶射原料５を供給する原料供給手段６とを備えるものである。
【００４５】
電気絶縁体１７は、セラミックス又は石英等のブロックから成り、筒状陽極１８と棒状陰極２１とを互いに離間して位置決めすると共に、両者を電気的に絶縁するものである。噴出口３は末広ノズルであっても良い。筒状陽極１８としては内径が３〜５ｃｍ、全長が３０〜１００ｃｍ前後の円筒形の銅又はカーボン等から成る伝導体を適用する。筒状陽極１８の外形は六角形や四角形であっても良い。棒状陰極２１としては直径が１〜３ｃｍ、全長が２０〜８５ｃｍ前後の棒状の銅又はカーボン等から成る伝導体を適用する。プラズマ発生電源２２は、筒状陽極１８と棒状陰極２１との間隙１９に数ｋＡの大電流を放電できる起電力を有する直流電源である。
【００４６】
以下に、水酸素ガス溶射装置２０による溶射方法について説明する。即ち、上記Ａ乃至Ｃの工程を経て水酸素ガスを発生させ、電解槽９の内部が所望の気圧に達したところで、水酸素ガスをガス導入口２から筒状陽極１８の内側の間隙１９へ導入し、更に間隙１９を経て噴出口３の外方へ噴出させる。この過程で、プラズマ発生電源２２が筒状陽極１８及び棒状陰極２１に電位差を付与することにより、水酸素ガスをプラズマ化（電離）させて摂氏５，０００〜１０，０００度に達する極めて高温のプラズマジェット２３を形成する。更に、原料供給手段６により所定量の溶射原料５を計量しつつ、溶射原料５をプラズマジェット２３の中へ投入する。これにより、溶射原料５がプラズマジェット２３により溶融しつつ、溶射原料５の溶滴をプラズマジェット２３と共に噴出口３から噴出させる。
【００４７】
この場合、溶射原料５の溶滴は、被覆対象物１５の表面に衝突し固化する点は上記の通りであるが、水酸素ガスを大気中で単に燃焼させる場合に比較して、プラズマジェット２３は溶射原料５を短時間で高温に加熱できるので、溶射原料５が例えばセラミック等のような高融点溶射原料であっても良好に溶融することができる。また、プラズマジェット２３は３０％以上の酸素を含む強い酸化雰囲気を形成するため、作業効率が比較的高い酸化物系セラミックの溶射を行う場合にその酸化反応を促進することができる。
【００４８】
また、図２には、棒状陰極２１が筒状陽極１８の内部の中心線に沿って延びる形態を例示しているが、板状の陽極と板状の陰極とを対にして配置する方が構造上簡単であり、板状の陽極と板状の陰極との間にも良好にプラズマを発生することは可能である。しかしながら、同図の形態によれば、溶射ガンの主体である筒状陽極１８の噴出口３からプラズマジェット２３を末広の円錐状に放出させることができ、これにより、溶射原料５の溶滴を噴出口３を基点として偏ることなく飛散させることができる。
【００４９】
また、水酸素ガス溶射装置２０の出力を増加させる場合には、既述の要領で水酸素ガスの気圧を上昇させることにより行える。更に、プラズマ発生電源２２にて筒状陽極１８及び棒状陰極２１に印加する電圧を上昇させることにより、所定時間当りに電離させる水酸素ガスの容積（プラズマジェット２３）を増加することにより行える。
【００５０】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できる。例えば、上記のプラズマ溶射は、プラズマジェットにて加速可能な溶滴の速度が、高速フレーム溶射又はアーク溶射にて達成できる溶滴の噴射速度よりも遅いので、緻密な皮膜を形成するのには不向きである。そこで、プラズマ発生電源２２にパルス電圧を発生させ、同パルス電圧によってパルスプラズマを発生させると共に、同パルスプラズマをローレンツ力によって電磁気的に加速する電磁加速プラズマ溶射を実施しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る水酸素ガス溶射装置、及びその溶射方法によれば、鋼溶射、亜鉛溶射、アルミニウム溶射、その他の金属溶射、セラミック溶射、サーメット溶射、プラスチック溶射等を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１に係る水酸素ガス溶射装置の概略図。
【図２】本発明の実施例２に係る水酸素ガス溶射装置の概略図。
【符号の説明】
【００５３】
１：水酸素ガス発生手段
２：ガス導入口
３：噴出口
４：燃焼チャンバ
５：溶射原料
６：原料供給手段
７：陽電極
８：陰電極
９：電解槽
１０：水酸素ガス溶射装置
１１：電解用電源
１２：動作ガス供給路
１３：流量検出手段
１４：燃焼炎
１５：被覆対象物
１６：皮膜
１７：電気絶縁体
１８：筒状陽極
１９：間隙
２０：水酸素ガス溶射装置
２１：棒状陰極
２２：プラズマ発生電源
２３：プラズマジェット
【図１】
2005146390.tif 000003
【図２】
2005146390.tif 000004