(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射用材料を加熱すると共に対象物に向けて吹き付けることにより、前記溶射用材料を対象物に堆積させて溶射膜を形成する溶射方法において、
前記溶射用材料は導電性及び透磁性をもち、前記溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いて行われ、
前記第１のエネルギ源は、前記溶射用材料を誘導加熱で加熱する誘導加熱手段を用いて構成されており、
前記溶射用材料が対象物に到達するまでに、飛翔する前記溶射用材料の速度が増加するように速度増加手段により前記溶射用材料にエネルギを付与することを特徴とし、
前記速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して前記液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とする溶射方法。
【請求項２】
請求項１において、前記溶射用材料を加熱した後に、前記速度増加手段は、前記溶射用材料の飛翔速度を増加させることを特徴とする溶射方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記速度増加手段による前記溶射用材料の速度の増加は、前記第１のエネルギ源とは異なる第２のエネルギ源、または、前記第１のエネルギ源から前記溶射用材料の加熱とは別の経路で供給されるエネルギを用いて行われることを特徴とする溶射方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記速度増加手段で増加された前記溶射用材料の飛翔速度は４００ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする溶射方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記速度増加手段で増加された前記溶射用材料の飛翔速度は、前記速度増加手段が設けられていない場合に比較して、５〜１００倍であることを特徴とする溶射方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記誘導加熱手段は、導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルを備えており、
前記溶射用材料が通過する通路は前記導電コイルの前記環状部の中心軸線に沿って配置されていることを特徴とする溶射方法。
【請求項７】
溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材と、
前記通路を通過中のまたは前記通路を通過した溶射用材料を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時よりも増加させる速度増加手段とを具備しており、
前記速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して前記液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項８】
請求項７において、前記加熱手段は、燃料−酸素の燃焼炎を生成する燃焼炎生成手段、プラズマ炎を発生させるプラズマ炎発生手段、前記溶射用材料を加熱するレーザビームを発生させるレーザ発生手段、前記溶射用材料を誘導加熱する誘導加熱手段のうちの少なくとも一つであることを特徴とする溶射装置。
【請求項９】
請求項７または８において、前記加熱手段は、導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルを備え、前記通路形成部材は、前記導電コイルの環状部の中心軸線に沿って配置されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のうちの一項において、前記速度増加手段は、気体を封入した気体収容部と、前記気体収容部から供給された前記気体の圧力を増幅させる圧力増幅装置とを備えており、前記圧力増幅装置は気体を加熱するための加熱部を備えることを特徴とする溶射装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のうちの一項において、前記速度増加手段は、気体を封入した気体収容部と、前記気体収容部に接続され気体を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機に接続された圧力増幅装置とを備えており、前記圧力増幅装置は前記圧縮機から供給された前記気体を加熱するための加熱部をもつことを特徴とする溶射装置。
【請求項１２】
請求項１１において、前記気体収容部に収容されている前記気体は、不活性ガス、空気、酸素ガス、水素ガスの少なくとも１種であることを特徴とする溶射装置。
【請求項１３】
請求項７〜１２のうちの一項において、前記加熱手段は、第１のエネルギ源を用いて行われ、
前記速度増加手段は、前記第１のエネルギ源から分岐したエネルギによって増加した気体圧力を利用して形成されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１４】
請求項７〜１２のうちの一項において、前記加熱手段は、第１のエネルギ源を用いて行われ、前記第１のエネルギ源はレーザビームであり、
前記速度増加手段は、前記第１のエネルギ源からの前記レーザビームから分岐したレーザビームの照射によって増加した気体圧力を利用して形成されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１５】
請求項７〜１２のうちの一項において、前記通路形成部材は、溶射用材料が通過する第１通路を形成する第１通路形成部材と、溶射用材料が通過する第２通路を形成する管状の第２通路形成部材とを備えており、
前記速度増加手段は、前記レーザビームから分岐させたレーザビームを前記第１通路形成部材に向けるビームスプリッタと、前記レーザビームの照射により気化可能な気化用物質を収容する容器と、前記レーザビームの照射により前記気化用物質を気化させるべく、前記容器内の気化用物質を前記第１通路形成部材に送給する気化用物質供給手段とを備えていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１６】
請求項１５において、前記気化用物質は、レーザビーム吸収性が液体よりも良好な微粒子を前記液体に分散させた分散液により形成されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１７】
請求項７〜１６のうちの一項において、前記通路形成部材は溶射用材料が通過する通路をもつ溶射ガンを備えていることを特徴とする溶射装置。
【請求項１８】
請求項１〜６のうちの一項にかかる溶射方法に使用される溶射ガンを備える溶射装置であって、
前記溶射ガンは、溶射用材料が通過する通路と、前記溶射用材料を誘導加熱する誘導加熱手段と、加熱された溶射用材料の飛翔速度を増加させる高速室をもつことを特徴とする溶射装置。
【請求項１９】
請求項７〜１７のうちの一項において、前記通路形成部材は
非導電性材料または導電性材料で形成されていることを特徴とする溶射装置。
【請求項２０】
溶射用材料が通過する通路と溶射用材料の飛翔速度を増加させる高速流体を発生させる高圧室とをもつ溶射ガンと、前記溶射用材料の飛翔速度を増加させる高速流体を形成する気化用物質を前記高圧室のビーム照射部に供給する気化用物質供給手段と、前記ビーム照射部に供給された気化用物質に高密度エネルギビームを照射して加熱しこれを瞬時に気化させる加熱手段とを備えている溶射装置。
【請求項２１】
溶射用材料を加熱すると共に対象物に向けて吹き付けることにより、前記溶射用材料を対象物に堆積させて溶射膜を形成する溶射方法において、
前記溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いて行われ、
前記第１のエネルギ源は、前記溶射用材料を加熱する加熱手段を用いて構成されており、
前記溶射用材料が対象物に到達するまでに、飛翔する前記溶射用材料の速度が増加するように速度増加手段により前記溶射用材料にエネルギを付与することを特徴とし、
前記速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して前記液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とする溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶射膜の密着強度を高める溶射方法、溶射装置及び粉末通路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業界においては、溶射用材料を加熱すると共に対象物に向けて吹き付けることにより、溶射用材料を対象物に堆積させて溶射膜を形成する溶射方法が知られている。溶射方法によれば、溶射膜により、対象物の耐摩耗性を向上させたり、耐食性を向上させたりすることができる。
【０００３】
また溶射方法としては、特開昭６３−６６９００号公報、特開平５−５８９３号公報に開示されているように、溶射用材料を飛翔させるエネルギ源を設けると共に、溶射用材料を飛翔させるエネルギ源とは独立させて、溶射用材料を加熱するエネルギ源であるレーザビーム源を設ける技術が開示されている。この公報技術によれば、溶射用材料を対象物に向けて飛翔させると共に、レーザビームを対象物の被溶射面とほぼ並行に照射し、このレーザビームによって溶射用材料を加熱している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶射方法においては、加熱された溶射用材料の飛翔速度は、対象物に近づくにつれて低下する。上記した公報に係る溶射技術についても同様に、溶射用材料の飛翔速度は、対象物に近づくにつれて低下する。このため他の溶射条件を改善したとしても、溶射膜の密着強度の向上には限界がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、第１発明は溶射膜の密着強度の改善に貢献できる溶射方法を提供することを課題とする。また、第２発明は上記した溶射方法の実施に直接使用することができ、溶射膜の密着強度の改善に貢献できる溶射装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る溶射方法は、溶射用材料を加熱すると共に対象物に向けて吹き付けることにより、前記溶射用材料を対象物に堆積させて溶射膜を形成する溶射方法において、溶射用材料は導電性及び透磁性をもち、溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いて行われ、第１のエネルギ源は、溶射用材料を誘導加熱で加熱する誘導加熱手段を用いて構成されており、溶射用材料が対象物に到達するまでに、飛翔する前記溶射用材料の速度が増加するように速度増加手段により溶射用材料にエネルギを付与することを特徴とし、
速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
第２発明に係る溶射装置は、第１発明に係る溶射方法の実施に直接使用することができるものであり、溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材と、通路を通過中のまたは前記通路を通過した溶射用材料を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時よりも増加させる速度増加手段とを具備しており、
速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して前記液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とするものである。
第３発明に係る溶射方法は、溶射用材料を加熱すると共に対象物に向けて吹き付けることにより、前記溶射用材料を対象物に堆積させて溶射膜を形成する溶射方法において、
前記溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いて行われ、
前記第１のエネルギ源は、前記溶射用材料を加熱する加熱手段を用いて構成されており、
前記溶射用材料が対象物に到達するまでに、飛翔する前記溶射用材料の速度が増加するように速度増加手段により前記溶射用材料にエネルギを付与することを特徴とし、
前記速度増加手段は、気体を膨張させた際に発生する膨張圧を利用する手段、液体をガス化したときに発生する膨張圧を利用する手段、レーザビームで液体を加熱して前記液体をガス化させて膨脹させる手段のうちの少なくとも一つで構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記した溶射方法および溶射装置は粉末通路装置を用いることができる。この粉末通路装置は、第１発明に係る溶射方法の実施に直接使用することができるものであり、導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルと、導電コイルの環状部の中心軸線に沿って配置され粉末状の材料が通過する通路を形成する通路形成部材とを具備することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
前述したように、第１発明に係る溶射方法によれば、溶射用材料が対象物に到達するまでに、溶射用材料の飛翔速度が増加するように、速度増加手段により溶射用材料にエネルギを付与する。溶射用材料の飛翔速度が増加すれば、溶射用材料が対象物に高速で衝突するようになり、対象物に対する溶射用材料の密着性が向上し、これにより溶射膜の密着強度を改善することができる。
【００１０】
好ましい形態によれば、溶射用材料を加熱した後に、速度増加手段により溶射用材料の飛翔速度を増加させる。即ち、溶射用材料を加熱する加熱位置を溶射用材料が通過した後に、溶射用材料の飛翔速度を増加させる。このように溶射用材料の飛翔速度を増加させる前に加熱すれば、溶射用材料を加熱する時間を確保することができる。
【００１１】
あるいは第１発明に係る溶射方法によれば、溶射用材料を加熱している間に、溶射用材料の飛翔速度を増加させる形態とすることもできる。場合によっては、溶射用材料の加熱が制約されるものの、溶射用材料の加熱前に、溶射用材料の飛翔速度を増加させる形態とすることもできる。
【００１２】
溶射用材料としては、対象物に向けて飛翔しているときには、一般的には、粒子の形態である。粒子の形態としては、一般的には、固体粒子の形態、一部溶融している固体粒子の形態、あるいは、溶融状粒子の形態となる。なお、溶射処理する前における溶射用材料の形態としては、粉末状でも良いし、ワイヤ状、棒状でも良い。溶射処理する前における溶射用材料の形態が粉末状である場合には、平均粒径は適宜選択できるが、上限値は例えば１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５００μｍにでき、下限値は１μｍ、１０μｍ、４０μｍにできる。従って平均粒径は１〜５００μｍ、１０〜３００μｍ、４０〜２００μｍにできる。但しこれらに限定されるものではない。
【００１３】
溶射用材料の材質は金属系が好ましい。特に金属粉末が好ましい。溶射用材料が金属系であれば、導電性をもつ。また、多くの金属は良好な透磁性をもつ。金属は、常温域で、強磁性体でも良いし、常磁性体でも良い。具体的には、溶射用材料を構成する金属としては、鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の鉄系を採用することができるが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル系、チタン、チタン合金等の少なくとも１種で形成された非鉄系にすることもできる。
【００１４】
場合によっては、溶射用材料を構成する材質としては、セラミックス系、セラミックスと金属との混合物であるサーメット系を採用することもできる。セラミックスとしては酸化物系、窒化物系、炭化物系、ホウ化物系にでき、具体的にはアルミナ、シリカ、マグネシア、炭化珪素、窒化珪素、ホウ化チタン等の少なくとも１種を採用できる。溶射用材料がセラミックス系である場合であっても、溶射用材料が対象物に到達するまでの間において、溶射用材料の飛翔速度が増加するように溶射用材料にエネルギを付与すれば、対象物に衝突する溶射用材料の衝突速度が増加するため、溶射膜の密着強度の改善に有利となる。
【００１５】
なお、溶射用材料がセラミックス系である場合には、金属の場合と異なり、導電性を実質的にもたないため、溶射用材料の後述する誘導加熱性は期待できない。このとき溶射用材料が通過する通路を、例えばカーボン管で構成することにより、カーボン管が誘導過熱され、その輻射熱で材料を加熱することができる。
【００１６】
溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いて行われ、溶射用材料の速度の増加は、第１のエネルギ源とは異なる第２のエネルギ源、または第１のエネルギ源から溶射用材料の加熱とは別の経路で供給されるエネルギを用いて行われる形態を採用することができる。溶射用材料の加熱は、溶射用材料を加熱できるものであれば特に限定されず、燃料（アセチレンやプロパン等）−酸素の燃焼炎を生成する燃焼炎生成手段、プラズマ炎を発生させるプラズマ炎発生手段、レーザビームを発生するレーザ発生手段等を利用することができ、また、溶射用材料を誘導加熱で加熱する誘導加熱手段を利用することができる。この場合、通路または通路形成部材を誘導加熱し、その輻射熱で溶射用材料を加熱する場合も含む。
【００１７】
上記したように溶射用材料の加熱は第１のエネルギ源を用いて行われ、溶射用材料の速度の増加は第１のエネルギ源とは異なる第２のエネルギ源を用いて行われる形態を採用することができる。この場合には、第１のエネルギ源と第２のエネルギ源とをそれぞれ独立して調整すれば、溶射用材料の加熱と溶射用材料の速度の増加とを互いに独立して制御することができる。従って、溶射用材料の温度・速度を調整できる範囲を拡大することができる。すなわち、溶射用材料の飛翔速度を高速にしつつ溶射用材料の温度を高温にする形態、溶射用材料の飛翔速度を高速にしつつ溶射用材料の温度を低温にする形態、溶射用材料の温度を低めにしつつ溶射用材料の飛翔速度を高速化する形態等を任意に選択することができ、溶射膜の密着強度の改善に有利となる。
【００１８】
また、前記したように、溶射用材料の加熱が第１のエネルギ源を用いて行われ、溶射用材料の速度の増加が第１のエネルギ源から溶射用材料の加熱とは別の経路で供給されるエネルギを用いて行なわれることもできる。この場合においても、同様に、溶射用材料の加熱と溶射用材料の速度の増加とを独立して制御することができ、溶射用材料の温度・速度を調整できる範囲を拡大することができる。
【００１９】
この場合においても第１のエネルギ源としては前述同様に、溶射用材料を加熱できるものであれば特に限定されず、燃料（アセチレンやプロパン等）−酸素の燃焼炎を生成する燃焼炎生成手段、プラズマ炎を発生させるプラズマ炎発生手段、レーザビームを発生させるレーザ発生手段等を利用することができる。
【００２０】
好ましい形態によれば、溶射用材料が導電性及び透磁性をもち、第１のエネルギ源は、溶射用材料を誘導加熱で加熱する誘導加熱手段を用いている形態を採用することができる。誘導加熱手段を用いた場合には、給電する交番電流の周波数、電流値、電力等を調整することにより、溶射用材料における誘導加熱の度合を低温、中温、高温と適宜調整することができる。
【００２１】
また溶射用材料の飛翔速度を増加させるための速度増加手段としては、気体を膨張させた際に発生した膨張圧、液体を短時間でガス化したときに発生した膨張圧を利用する手段を採用することができる。例えば、レーザビームで液体を加熱してガス化させる等の手段を採用することができる。
【００２２】
前述したように、第２発明に係る溶射装置によれば、溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材と、通路を通過中のまたは通路を通過した溶射用材料を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時よりも増加させる速度増加手段とを具備する。
【００２３】
溶射装置に係る加熱手段としては、溶射用材料を加熱できるものであれば特に限定されず、前述したように、燃料（アセチレンやプロパン等）−酸素の燃焼炎を生成する燃焼炎生成手段、プラズマ炎を発生させるプラズマ炎発生手段、レーザビームを発生させるレーザ発生手段等を利用することができる。また、溶射用材料を誘導加熱する誘導加熱手段を採用することもできる。
【００２４】
上記した第２発明に係る溶射装置は、第１の発明に係る溶射方法の実施の際に使用することができ、従って溶射用材料の飛翔速度を高速にすることができる。
【００２５】
前述した粉末通路装置は、導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルと、導電コイルの環状部の中心軸線に沿って配置され粉末状の材料が通過する通路を形成する通路形成部材とを具備することができる。
【００２６】
この粉末通路装置によれば、粉末が透磁性を有する場合には、通路を通過する粉末状の材料が通路の内壁面に固着しにくくなり、通路の内壁面に粉末状の材料が詰まることが抑制される。その理由は、導電コイルに電流（交番電流、または直流）を給電すれば、導電コイルの中心軸線に沿った磁力線が発生するため、粉末が透磁性を有する場合には、この磁力線に沿って粉末状の材料が通過し易くなるためであると推察される。
【００２７】
このため、溶射処理前の溶射用材料が粉末である場合には、上記した粉末通路装置を上記溶射方法や上記溶射装置において粉末搬送経路として適用すれば、通路の内壁面に溶射用材料が固着することが抑制され、通路の内壁面における溶射用材料の異常詰まりが抑制される。これにより溶射用材料を加熱する際の不均一性が抑制されるため、粉末状の溶射用材料が良好に加熱され、溶射用材料が所望の温度域に加熱され易くなり、従って溶射膜の密着強度を向上させるのに有利となる。
【００２８】
【実施例】
（第１実施例）
以下、第１実施例を図１〜図５を参照して説明する。
【００２９】
まず、説明の便宜上、本実施例の溶射装置から説明する。図１に示すように、溶射装置は、粉末状の溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材１と、通路形成部材１の通路を通過中の溶射用材料を加熱する加熱手段５（第１のエネルギ源）と、加熱手段５で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時点での飛翔速度よりも増加させる速度増加手段７（第２のエネルギ源）とを具備する。
【００３０】
溶射装置に係る通路形成部材１は、溶射用材料が通過する第１通路２０を形成する第１通路形成部材として機能する溶射ガン２と、溶射用材料が通過する第２通路３０を形成する管状の第２通路形成部材３とで形成されている。
【００３１】
溶射ガン２は、第１通路２０に連通する高圧室２３をもつガン本体２２と、ガン本体２２の先端部に設けられ高圧室２３に連通するノズル孔２４をもつノズル２５とを備えている。ノズル２５は、ジェットエンジン等の超音速ガス流体装置に使用されるラバルノズルで形成されている。図２に示すように、第２通路３０の回りには高圧室２３、第１通路２０がほぼ同軸的配置で設けられており、第２通路３０の出口３１は溶射ガン２の第１通路２０で包囲されている。
【００３２】
図１に示すように、第２通路形成部材３は、粉末供給装置８と溶射ガン２とを接続している。粉末供給装置８は、粉末室８０をもつ容器８１と、容器８１の粉末室８０に収容された粉末状の溶射用材料８２と、容器８１に設けられ容器８１の粉末室８０の内部の圧力を増加させる加圧部８３とを備えている。溶射用材料８２は、導電性及び透磁性をもち誘導加熱可能な鉄系の粉末（鉄−炭素系）とされている。
【００３３】
加圧部８３を経て空気などの気体の圧力を容器８１の粉末室８０に作用させると、容器８１内の粉末状の溶射用材料は、第２通路形成部材３の第２通路３０内を飛翔しつつ、溶射ガン２へと搬送され、第２通路３０の先端の出口３１から吐出され、さらに溶射ガン２の第１通路２０及びノズル２５を経て前方に吹き出される。
【００３４】
溶射用材料を加熱するための加熱手段５は、電気を利用して溶射用材料を加熱するものであり、第２通路３０の出口３１側に位置する加熱位置３０ｋに設けられている。この加熱手段５は、溶射ガン２の内部に治具２ａにより加熱位置３０ｋに設けられた誘導加熱コイルとして機能する導電コイル５１と、導電コイル５１に電流つまり交番電流を給電線５２ｆを介して給電する給電手段５２とを備えている。給電手段５２は高周波の交番電流を発生させ得る高周波発振器で形成されている。導電コイル５１は前記したように誘導加熱コイルとして機能するため、誘導加熱手段として働くものであり、コイル状に巻回されており、つまり、互いに直列に接続された複数の環状部５１ａで構成されている。
【００３５】
図２に示すように導電コイル５１は、第２通路３０の外側に位置しつつ第２通路３０に対して同軸的となるように配置されている。すなわち、第２通路３０を形成する第２通路形成部材３の出口３１付近は、導電コイル５１で包囲されている。従って導電コイル５１に電流を給電すれば、導電コイル５１の中心軸線に沿った、つまり、第２通路３０の中心軸線に沿った磁力線が発生すると推察される。
【００３６】
前記した第２通路３０を形成する第２通路形成部材３のうち、後述する導電コイル５１で包囲されている部分は、石英系材料等の非導電性材料、あるいは、炭素系材料の導電性材料で形成することができる。導電性をもたない石英系材料等の非導電性材料は、実質的に誘導加熱されない。導電性をもつ炭素系材料等の導電性材料であれば、誘導加熱可能であり、高温（例えば１５００℃以上、２０００℃以上）となり、第２通路３０を通過する溶射用粉末に輻射熱を伝達することもでき、輻射熱による溶射用材料の高温化にも貢献できる。
【００３７】
なお、第２通路３０の内径は溶射用粉末の通過性、加熱性等の要因を考慮して適宜選択することができるが、例えば０．５〜２０ｍｍ、１〜１０ｍｍ、１〜５ｍｍにすることができる。但しこれに限定されるものではない。
【００３８】
前記した速度増加手段７は、第１のエネルギ源とは独立した第２のエネルギ源を利用して形成されている。図１に示すように、速度増加手段７は、高圧の気体を封入したガスボンベで形成された気体収容部７０と、気体収容部７０に中間通路７０ａを介して接続された圧縮機７１と、圧縮機７１に中間通路７１ａを介して接続され圧力増幅装置７２とを備えている。圧力増幅装置７２は、圧縮機７１から供給された気体を加熱するための電気ヒータなどの加熱部７３をもつ。
【００３９】
気体収容部７０に収容されている気体は圧縮機７１に連続的に送られ、圧縮機７１で圧縮される。その後に、気体は圧力増幅装置７２に送られ、圧力増幅装置７２の加熱部７３で高温に連続的に加熱される。このため気体は膨張し、気体の膨張圧は高圧となる。つまり気体の圧力は増幅される。このように圧力増幅装置７２で増幅されて高圧となった気体は、中間通路７２ａを介して溶射ガン２の高圧室２３に連続的に供給され、高速気流となって溶射ガン２の第１通路２０を通過してノズル２５から前方に連続的に吹き出される。
【００４０】
なお、気体収容部７０に収容されている気体、つまり溶射用材料を増加させる際に使用する高速流体となる気体の種類としては、特に限定されず、例えばヘリウムガス、窒素ガス等の不活性のガス、空気、酸素ガス、水素ガス等の少なくとも１種を採用できる。ガス膨張による膨張圧を利用して高速流体を得ることを考慮すると、分子量が小さいガスが好ましく、例えばヘリウムガスが好ましい。コストを考慮すると空気が好ましい。
【００４１】
本実施例で用いる対象物９の被溶射面９０は、予めブラスト処理（例えばショットブラスト処理、グリッドブラスト処理など）等の粗面化処理を施しておくことが好ましい。対象物９の材質は適宜選択できるが、一般的には金属にすることができる。金属としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金等の少なくとも１種からなる非鉄系、あるいは、鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼等の少なくとも１種からなる鉄系にすることができる。対象物９としては、摺動部品、ピストン、シリンダブロック、シリンダヘッド等を採用できるが、特に限定されるものではない。
【００４２】
次に溶射する場合について説明を加える。まず、図１に示すように、対象物９を溶射ガン２のノズル２５の前方に配置し、対象物９と溶射ガン２のノズル２５とを所定の間隔を隔てて対面させる。
【００４３】
また本実施例においては、給電手段５２から導電コイル５１に給電する。導電コイル５１に給電する電流は交番電流（＝交流）であり、高周波の交番電流である。周波数としては溶射用材料の材質、対象物９の材質、給電手段５２に要するコスト等に応じて適宜選択することができる。導電コイル５１に給電する周波数の上限値は例えば５０００ｋＨｚ、２０ＭＨｚ、１００ＭＨｚにすることができ、周波数の下限値は例えば５ＫＨｚ、２０ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、２００ＫＨｚにすることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
また本実施例においては、溶射の際には、加圧部８３を経て空気などの気体の圧力を容器８１の粉末室８０に作用させる。これにより容器８１内の鉄系の粉末状の溶射用材料は第２通路形成部材３の第２通路３０内を飛翔しつつ搬送される。更に、溶射用材料は、第２通路形成部材３の第２通路３０の先端の出口３１に至り、更に溶射ガン２の第１通路２０及びノズル２５を経て前方に吹き出される。本実施例においては、粉末状の溶射用材料が第２通路３０の出口３１付近つまり加熱位置３０ｋを通過するときには、粉末状の溶射用材料は、導電コイル５１により誘導加熱され、極く短時間のうちに高温となる。
【００４５】
溶射用材料の加熱温度は、導電コイル５１に給電する電流の周波数などによっても相違するが、図８及び図９からも理解できるように、５００℃以上、８００℃以上、１０００℃以上、１５００℃以上、１７００℃以上、２０００℃以上、２４００℃以上等のように任意の温度に容易に昇温させることができる。
【００４６】
本実施例においては、溶射の際には、気体収容部７０の気体は圧縮機７１に連続的に送られ、圧縮機７１で圧縮された後に、圧力増幅装置７２の加熱部７３で高温に加熱されるため、気体の圧力は増幅され、溶射ガン２の高圧室２３に高圧気体が連続的に送られ、高速気流がノズル２５から前方に吹き出される。このため、導電コイル５１により加熱位置３０ｋにおいて高温に加熱された第２通路３０の出口３１付近の溶射用材料は、第２通路３０の出口３１から吐出されると、溶射ガン２の高圧室２３からノズル２５に向かう高速気流によりエネルギを付与されて加速される。つまり、溶射用材料の飛翔速度は、導電コイル５１により加熱位置３０ｋにおいて加熱された時点の飛翔速度よりも増加されてノズル２５から吹き出される。すなわち本実施例においては、溶射用材料が対象物９に到達するまでに、溶射ガン２内の溶射用材料の飛翔速度が増加するように、溶射ガン２内の溶射用材料にエネルギを付与する。
【００４７】
増加された溶射用材料は、対象物９の被溶射面９０に高速で衝突する。これにより溶射用材料が対象物９の被溶射面９０に堆積し、溶射膜９２が形成される。増加後の溶射用粉末の飛翔速度は、溶射用材料の種類、圧力増幅装置の種類等によっても相違するが、例えば４００ｍ／ｓｅｃ以上、５００ｍ／ｓｅｃ以上、６００ｍ／ｓｅｃ以上、７００ｍ／ｓｅｃ以上、８００ｍ／ｓｅｃ以上、９００ｍ／ｓｅｃ以上（例えば３０００ｋｍ／ｓｅｃ以下）にすることができる。ちなみに、速度増加手段７が設けられていない場合に比較して、速度増加手段７を設けた場合には、溶射用粒子の飛翔速度を１〜７０倍、５〜１００倍とすることができる。
【００４８】
以上説明したように本実施例においては、溶射用材料が対象物９に到達するまでに、溶射用材料の飛翔速度が増加するように、速度増加手段７により溶射用材料にエネルギを付与し加速させる。このためエネルギを付与された溶射用材料は、対象物９の被溶射面９０に高速で衝突する。これにより溶射膜９２の密着強度を高めることができる。
【００４９】
本実施例においては、加速された溶射用材料の飛翔速度は、加熱手段５により加熱位置３０ｋにおいて加熱される飛翔速度よりも増加される。換言すれば、溶射用材料の加熱位置３０ｋにおける飛翔速度は、加速後の飛翔速度よりも低いものである。このため、溶射用材料を目標温度域に加熱するのに要する時間を確保することができ、溶射用材料の加熱性を確保できる。
【００５０】
図５（Ａ）は、対象物に形成された溶射膜の堆積形態の１例に係る写真を示す。図５（Ｂ）は倍率を大きくした場合である。本実施例に係る溶射方法を用いた場合には、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、高速に加速された粒子状の溶射用材料が、対象物の被溶射面の表面よりも内方に位置するように、対象物の被溶射面に食い込んでいるのがわかる。これにより溶射膜の密着強度の向上を図り得る。溶射用材料の飛翔速度がかなり高速化されるためと推察される。
【００５１】
また本実施例においては、溶射用材料の加熱は、第１のエネルギ源を用いた誘導加熱手段を構成する誘導加熱コイルとして機能する導電コイル５１で行われ、溶射用材料の速度の増加は、第１のエネルギ源とは異なる第２のエネルギ源を用いた速度増加手段７で行われる。このため、溶射用材料を加熱する誘導加熱手段として機能する導電コイル５１と、溶射用材料を加速して高速化する速度増加手段７とをそれぞれ独立して調整することができる。この場合には、溶射用材料の加熱と溶射用材料の速度増加とを独立して個別に制御することができる。従って、従来の溶射法に比較して溶射用材料の温度・速度を調整できる範囲を拡大できる。
【００５２】
図３はこの形態を模式化したものである。図３に示すように、溶射用材料の加熱の温度を低い温度Ｔ１と高い温度Ｔ２との間で調整することができ、また、溶射用材料の速度を遅い速度Ｖ１と速い速度Ｖ２との間で調整することができる。従って、溶射用材料の温度・速度の調整範囲を拡大でき、所望の特性をもつ溶射膜を形成するのに有利となる。
【００５３】
ちなみに、図４において、従来より使用されているプラズマ溶射法における溶射用材料の温度・速度の調整形態をＭ１として示し、従来より使用されているＨＶＯＦ（High Velocity Oxy-Fuel）溶射法における溶射用材料の温度・速度の調整形態をＭ２として示す。従来のプラズマ溶射法では、溶射用材料の加熱と飛翔とをプラズマ火炎という共通のエネルギ源で行う。従来のＨＶＯＦ溶射法では、溶射用材料の加熱と飛翔とをガス燃焼という共通のエネルギ源で行ない、プラズマ溶射法よりも粒子速度が速いものである。
【００５４】
上記した従来のプラズマ溶射法では、図４のＭ１として示すように、溶射用材料の速度が増加すると溶射用材料の温度が低下する傾向となり、また、溶射用材料の速度が低下すると溶射用材料の温度が上昇する傾向となる。従来のＨＶＯＦ溶射法でも、Ｍ２として示すように、溶射用材料の速度が増加すると溶射用材料の温度が低下する傾向となり、また、溶射用材料の速度が低下すると溶射用材料の温度が上昇する傾向となる。故に従来に係るプラズマ溶射法、ＨＶＯＦ溶射法でも、溶射用材料の温度・速度の調整範囲の拡大には限界があった。
【００５５】
本実施例においては、第２通路形成部材３の第２通路３０を通過する鉄系の粉末である溶射用材料を導電コイル５１により誘導加熱する。誘導加熱によれば、後述する図８及び図９に示すように、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数等を調整すれば、溶射用材料の加熱温度をかなりの範囲で容易に調整することができる。すなわち、溶射膜の密着強度を改善できるように、溶射用材料の加熱温度をかなりの範囲で容易に調整することができる。この意味においても溶射膜９２の特性の改善、溶射膜の密着強度の向上に有利である。
【００５６】
加えて、導電コイル５１に給電した場合には、第２通路形成部材３の第２通路３０の内壁面に溶射用材料が固着することが抑制される。これは本発明者が行った試験により確認されている。第２通路３０の内壁面に溶射用材料が固着することが抑制される理由は、導電コイル５１の中心軸線に沿った、つまり、第２通路３０の中心軸線に沿った磁力線が発生するため、第２通路３０の中心軸線に沿って粉末状の溶射用材料が通過し易くなり、粉末状の溶射用材料が第２通路３０の径方向における中心付近に沿って流れ易くなるためであると推察される。
【００５７】
なお、本実施例に係る第２通路３０の出口３１付近は、粉末通路装置を構成する。
【００５８】
（第２実施例）
以下、第２実施例を図６を参照して説明する。第２実施例は第１実施例と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。以下、第１実施例と相違する部分を中心として説明する。共通の機能を奏する部位には共通の符号を付する。  まず、説明の便宜上、本実施例の溶射装置から説明する。図６に示すように、溶射装置は、鉄系の粉末状の溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材１と、通路形成部材１の通路を通過中の溶射用材料を加熱する加熱手段５Ｂと、加熱手段５で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時よりも増加させる速度増加手段７Ｂとを具備する。
【００５９】
溶射装置に係る通路形成部材１は、溶射用材料が通過する第１通路２０を形成する第１通路形成部材として機能する溶射ガン２と、溶射用材料が通過する第２通路３０を形成する管状の第２通路形成部材３とを備えている。
【００６０】
第２通路形成部材３は、粉末供給装置８と溶射ガン２とを接続している。粉末供給装置８は、粉末室８０をもつ容器８１と、容器８１の粉末室８０に収容された粉末状の溶射用材料８２と、容器８１に設けられ容器８１の粉末室８０の内部の圧力を増加させる加圧部８３とを備えている。加圧部８３を経て空気などの気体の圧力を容器８１の粉末室８０に作用させると、容器８１内の粉末状の溶射用材料は、第２通路形成部材３の第２通路３０を飛翔しつつ、溶射ガン２へと供給される。
【００６１】
加熱手段５Ｂは、第１のエネルギ源である高密度エネルギビームであるレーザビームを利用して第２通路３０内の溶射用材料を加熱するものであり、ＹＡＧレーザビームやＣＯ2レーザビーム等の高エネルギ密度を有するレーザビーム５３ｘを発振するレーザ発振器で形成されている。レーザビーム５３ｘの経路は第２通路３０の加熱位置３０ｋに接続されている。故に、第２通路形成部材３の第２通路３０を通過する粉末状の溶射用材料は、加熱手段５から照射されるレーザビーム５３ｘによって目標温度域に加熱され、溶射ガン２に至る。
【００６２】
速度増加手段７Ｂは、第１のエネルギ源からのレーザビーム５３ｘから分岐したエネルギであるレーザビーム５３ｙによって増加した気体圧力を利用して形成されている。即ち、速度増加手段７Ｂは、レーザビーム５３ｘからレーザビーム５３ｙを分岐させ、この分岐させたレーザビーム５３ｙを溶射ガン２の高圧室２３に向けるビームスプリッタ５５と、気化用物質５７（一般的には気化用液体）を収容する容器５６と、容器内５６の気化用物質５７を送給路５８ａを介して溶射ガン２の高圧室２３に連続的に送給する気化用物質供給手段として機能するポンプ５８とを備えている。
【００６３】
気化用物質５７は、レーザビーム吸収性が良好な微粒子を液体に分散させた分散液により形成することができる。液体としては水、アルコール、有機溶媒等を採用できる。微粒子としては、炭素質微粒子等のようにレーザビーム吸収性が良い物質を採用できる。気化用物質５７はレーザビーム５３ｙが照射されると、瞬時に気化する。
【００６４】
本実施例においては、ポンプ５８から送給路５８ａを介して気化用物質５７が溶射ガン２の高圧室２３の照射部２３ｗに送給されると共に、ビームスプリッタ５５で分岐されたレーザビーム５３ｙが溶射ガン２内の照射部２３ｗに照射される。気化用物質５７にはレーザビーム吸収性が良好な微粒子が含まれているため、気化用物質５７は瞬時に高温となって気化する。本実施例においては、気化用物質５７はポンプ５８により高圧室２３に連続して供給されると共に、ビームスプリッタ５５で分岐されたレーザビーム５３ｙが気化用物質５７に連続して照射されるため、気化用物質５７の気化は連続的に行われ、高速気流が高圧室２３で発生し、溶射ガン２の第１通路２０を経てノズル２５から前方に連続的に吹き出される。この結果、第２通路３０の出口３１から吐出される溶射用材料は、加速するようにエネルギを付与される、この結果、第２通路３０の出口３１から吐出される溶射用材料の飛翔速度は、加熱位置３０ｋにおける飛翔速度よりも増加され、高速となる。
【００６５】
この結果、増加された溶射用材料は、対象物９の被溶射面９０に高速で衝突して堆積し、対象物９の被溶射面９０に溶射膜９２が形成される。
【００６６】
以上説明したように本実施例においても、溶射用材料が対象物９に到達するまでに、溶射用材料の飛翔速度が増加するように、速度増加手段７Ｂにより溶射用材料にエネルギを付与する。このため増加された溶射用材料は対象物９の被溶射面９０に高速で衝突する。これにより溶射膜９２の密着強度を高めることができる。
【００６７】
また本実施例においては、溶射用材料は加速され、溶射用材料の飛翔速度は加熱位置３０ｋにおける飛翔速度よりも増加される。換言すれば、溶射用材料の加熱位置３０ｋにおける飛翔速度は加速直後の速度よりも低いものである。このため溶射用材料の加熱に要する時間を確保することができ、溶射用材料の加熱に有利となる。
【００６８】
（試験例）
次に、本発明者が行った試験例について説明を加える。
【００６９】
（試験例１）
図７は粉末通路装置の試験例を示す。この試験例では、粉末通路装置を構成すべく、縦型に配置した誘導加熱コイルとして機能する導電コイル５１の中央域に、通路形成部材として機能する石英管９５が縦型に且つ同軸的に配置されている。この状態で、導電コイル５１の上部に設けた漏斗９６から金属の粉末を自然落下させる。石英管９５の下端部から吐出される溶射用材料である金属の粉末の温度を測定装置９７で測定した。測定装置９７は、粒子の温度を測定する機能と、粒子の飛翔速度を測定する機能とをもつ。
【００７０】
この試験では、電力５ｋＷにおいて、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数を１０ＫＨｚ〜１００００ＫＨｚ（１０ＭＨｚ）に変化させた。金属の粉末は導電性及び透磁性を有する鉄−炭素系であり、炭素の含有量は１質量％（=１重量％）であった。金属の粉末のサイズは、粒径が５０〜９０μｍであった。
【００７１】
試験結果を図８に示す。図８に示すように、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数が増加するにつれて、石英管９５の下端部から吐出される粉末の粒子温度は高温となった。具体的には、周波数が１００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は３００℃程度であり、周波数が４００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は１０００℃程度であり、周波数が１００００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は２０００℃を超えていた。図８に示す結果に基づけば、上記した条件のもとでは、粉末の粒子温度を高温化するには、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数は４００ＫＨｚ以上、１０００ＫＨｚ以上が好ましいことがわかる。
【００７２】
試験例１において、導電コイル５１に給電した場合には、給電しない場合に比較して、石英管９５を通過する金属の粉末は石英管９５の通路において中心寄りに流れることが確認された。上記した場合には導電コイル５１に交番電流を給電しているが、直流を給電したときにおいても同様である。
【００７３】
（試験例２）
試験例２では、図７に示す測定設備において、石英管９５に代えて炭素管を配置したとき、炭素管の下端部から吐出される粉末の温度を測定装置９７で測定した。この試験例２では、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数を同様に１０ＫＨｚ〜１００００ＫＨｚ（１０ＭＨｚ）に変化させた。導電コイル５１は縦型配置であり、その中心軸線は垂直方向に沿っていた。金属の粉末は試験例１の場合と同様とした。
【００７４】
試験結果を図９に示す。図９に示すように、導電コイル５１に給電する交番電流の周波数が増加するにつれて、粉末の粒子温度は高温となった。具体的には周波数が１００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は４００℃程度であり、周波数が４００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は１５００〜１６００℃程度であり、周波数が２０００ＫＨｚの場合には粉末の粒子温度は２０００℃付近近傍であり、周波数が３０００ＫＨｚを超えた場合には粉末の粒子温度は３０００℃を超えていた。図９に基づけば、上記した条件のもとでは、粉末の粒子温度を高温化するには、周波数が４００ＫＨｚ以上、１０００ＫＨｚ以上が好ましいことがわかる。
【００７５】
試験例２では、金属の粉末を通過させるために導電コイル５１の中央域に配置されている炭素管自体が誘導加熱されて赤熱状態または白熱状態の高温となった。即ち、周波数や電力量にもよるが、炭素管自体は１０００Ｋ以上、１５００Ｋ以上、２０００Ｋ以上、２５００Ｋ以上となった。このため、炭素管の内部を通過する金属の粉末は、導電コイル５１によって誘導加熱されるばかりか、炭素管からの輻射熱でも加熱されるため、金属の粉末（粉末状の溶射用材料に相当）を加熱する昇温効率が良好である。
【００７６】
（検討例）
本発明者は、前記したラバラノズル前方のガス圧力と、ラバラノズルから吹き出されたガス流速との関係を、計算により求めた。この結果を図１０に示す。ヘリウムを用いたときの結果を特性線ＳHeとして示し、空気を用いたときの結果を特性線ＳAirとして示す。図１０の特性線ＳAirに示すように、空気を用いたときには、ガス圧力が１ＭＰａのとき５００ｍ／ｓｅｃ程度であり、ガス圧力が３ＭＰａのときにおいても６００ｍ／ｓｅｃ程度である。しかしながら、ヘリウムを用いたときには、特性線ＳHeに示すように、ガス圧力が０．５ＭＰａのときに、ガス流速は既にかなり高速であり、１０００ｍ／ｓｅｃを超えている。更に特性線ＳHeに示すように、ガス圧力が１ＭＰａのときに、ガス流速は更に高速化され、１３００ｍ／ｓｅｃを超えており、ガス圧力が２ＭＰａのときにおいてはガス流速は更に一層高速化し、１４００ｍ／ｓｅｃを超えている。従って、高速化するには空気よりもヘリウムが有効であることがわかる。
【００７７】
また、本発明者は、ラバラノズルから吹き出されるガス流速とガス温度との関係を計算で求めた。この結果を図１１に示す。ヘリウムを用いたときの結果を特性線ＰHeとして示し、空気を用いたときの結果を特性線ＰAirとして示す。図１１の特性線ＰAir、特性線ＰHeから理解できるように、ガス温度が高温となれば、ノズルから吹き出されるガス流速が次第に増加する。従って、溶射ガン２から吹き出される溶射用材料の飛翔速度を増加させるには、ガス温度を高温とすることが有効であることがわかる。
【００７８】
図１１の特性線ＰAirに示すように、空気を用いたときには、ガス温度が４００〜８００Ｋのとき、ガス流速は６００ｍ／ｓｅｃ〜９００ｍ／ｓｅｃである。しかしながらヘリウムを用いたときには特性線ＰHeに示すように、ガス温度が４００Ｋのときに、ガス流速は既にかなり高速であり、１５００ｍ／ｓｅｃを超えている。更に特性線ＰHeに示すように、ガス温度が６００Ｋのときに、ガス流速は更に高速であり、２０００ｍ／ｓｅｃを超えている。更にガス温度が８００Ｋのときに、ガス流速は更に高速であり、２１００ｍ／ｓｅｃを超えている。また従来、広く使用されているＨＶＯＦ溶射方法のガス流速をＰHVOFとして図１１に示す。特性線ＰHeと特性線ＰHVOFとの比較から理解できるように、ヘリウムを用いる場合には、ガス温度を４００Ｋ以上とすれば、従来のＨＶＯＦ溶射方法で採用されているガス流速よりも高速化し易い。
【００７９】
更に、ガスとして、水素ガス（Ｈ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素ガス（Ｎ2）、空気（Ａｉｒ）、酸素（Ｏ2）、アルゴンガス（Ａｒ）をそれぞれ用い、溶射ガン２のノズルから吹き出されるガス流速（温度：３００Ｋ）を計算により求めた。結果を図１２に示す。図１２に示すように、分子量が小さいガスほど、ガス流速は速くかった。安全性を考慮しつつ、ガス流速を大きくして粉末状の溶射用材料の飛翔速度を増加させるためには、ヘリウムが有効であることがわかる。
【００８０】
（試験例３）
本発明者は、表１に示す条件のもとで、溶射を実際に行った。この場合には対象物は表面研磨されており、予熱温度を１００℃とした。
【００８１】
【表１】
0003918379.tif 000002
【００８２】
上記した表１に示す条件を図１３に示す。図１３に示すように、試験条件▲１▼では、溶射の際の粒子温度が２８００Ｋ程度、粒子速度が２４０ｍ／ｓｅｃ程度である。試験条件▲２▼では、粒子温度が２０００Ｋ程度、粒子速度が４００ｍ／ｓｅｃ程度である。試験条件▲３▼では、粒子温度が１８００Ｋ程度、粒子速度が２００ｍ／ｓｅｃ程度である。試験条件▲４▼では、粒子温度が３４００Ｋ程度、粒子速度が１６０ｍ／ｓｅｃ程度である。試験条件▲１▼〜▲４▼は比較例に相当する。試験条件▲５▼▲６▼は高速化されており、実施例に相当する。
【００８３】
実施例に係る試験条件▲５▼では、粒子温度が３６００Ｋ程度と高温であり、粒子速度が６２０ｍ／ｓｅｃ程度と高速である。実施例に係る試験条件▲６▼では、粒子温度が１０００Ｋ未満と低温であり、粒子速度が７８０ｍ／ｓｅｃ程度と高速である。粒子温度、粒子速度は、飛翔する粒子の温度を測定する機能と、粒子の飛翔速度を測定する機能とを備えた前記した測定装置９７（溶射粒子温度・速度測定装置）により求めた。
【００８４】
更に表１及び図１３に示す条件に基づいて形成した溶射膜の気孔率、密着強度を測定した。この場合には、対象物９はアルミニウム合金（ＪＩＳ−ＡＣ２Ｃ）であり、溶射用材料はガスアトマイズで製造した鉄−炭素系粉末（炭素：１質量％）とし、溶射膜の厚みは０．２ｍｍとした。
【００８５】
溶射膜の気孔率はレーザ顕微鏡における画像処理により測定した。密着強度は、溶射膜を被覆した所定の試験片を用い、溶射膜と対象物９との界面に沿って溶射膜にパンチにより外力を付加し、溶射膜が剥離したときの外力に基づいて、せん断密着強度として求めた。気孔率の試験結果を図１４に示す。溶射膜の密着強度の試験結果を図１５に示す。
【００８６】
図１４に示すように、比較例に係る試験条件▲１▼▲３▼および▲４▼によれば、気孔率は８％以上であり高かった。殊に試験条件▲３▼によれば、気孔率は２０％以上であり、高かった。その理由は、粒子速度が遅く且つ粒子温度が低温であるためと推察される。これに対して実施例に係る試験条件▲５▼および▲６▼によれば、気孔率は２％以下であり、低かった。溶射用材料の粒子速度が速いため、緻密化したものと推察される。
【００８７】
また図１５に示すように、比較例に係る試験条件▲１▼▲２▼▲３▼および▲４▼によれば、溶射膜の密着強度は必ずしも満足できる値ではなかった。殊に試験条件▲３▼によれば、密着強度は３４ＭＰａ程度であり、低かった。その理由は、粒子速度が遅く且つ粒子温度が低温であるためと推察される。これに対して実施例に係る試験条件▲５▼および▲６▼によれば、溶射膜の密着強度は１００ＭＰａを超えており、かなり高かった。その理由は粒子速度が速いためであると推察される。実施例に係る試験条件▲５▼と▲６▼とを比較すると、実施例に係る試験条件▲６▼は、粒粒子温度が８００Ｋ程度ともっとも低温であるにもかかわらず、試験条件▲５▼の密着強度に近い値をもつ優れた密着強度が得られた。このことから、溶射膜の密着強度を高めるためには、溶射用粉末材料の飛翔速度の高速化が有効であることがわかる。
【００８８】
（試験例６）
上記した表１及び図に基づいた条件に基づいて形成した溶射膜の硬さ（ビッカース硬さ：荷重０．０９８Ｎ=１０ｇｆ）を求めた。この場合には、水アトマイズにより製造した鉄−炭素系粉末（炭素：１質量％）を溶射用材料とした。溶射する前の溶射用材料は、組織がベイナイト組織であり、硬度がＨｖ６００程度であった。溶射膜の硬さの結果を図１６に示す。本実施例に係る試験条件▲６▼で製造した溶射膜の場合には、溶射膜の硬さはＨｖ５００を超えていた。試験条件▲６▼で製造した溶射膜の場合には、粒子速度が７００ｍ／ｓｅｃを越えており、かなり高速であるものの、粒子温度が８００Ｋ程度と低温であるため、溶射粉末の溶融は発生せず、溶射処理前の溶射用材料の組織、特性を維持し易いためであると推察される。
【００８９】
（付記）
上記した記載から次の技術的思想も把握することができる。
【００９０】
・溶射用材料の飛翔する粒子速度は６００ｍ／ｓｅｃ以上、７００ｍ／ｓｅｃ以上、または８００ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする各請求項に係る溶射方法、溶射装置。
【００９１】
・溶射膜の密着強度（せん断密着強度）は９０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、１１０ＭＰａ以上、または１２０ＭＰａ以上であることを特徴とする各請求項に係る溶射方法、溶射装置。
【００９２】
・溶射用材料の粒子温度が２０００Ｋ以上であり、粒子速度が６００ｍ／ｓｅｃ以上、７００ｍ／ｓｅｃ以上、または、８００ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする各請求項に係る溶射方法、溶射装置。
【００９３】
・溶射用材料の粒子温度が３０００Ｋ以上であり、粒子速度が６００ｍ／ｓｅｃ以上、７００ｍ／ｓｅｃ以上、または、８００ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする各請求項に係る溶射方法、溶射装置。
【００９４】
・溶射用材料の粒子温度が１５００Ｋ以下または１０００Ｋ以下であり、粒子速度が６００ｍ／ｓｅｃ以上、７００ｍ／ｓｅｃ以上、または、８００ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする各請求項に係る溶射方法、溶射装置。
【００９５】
・溶射用材料が通過する通路と、加熱された溶射用材料の飛翔速度を増加させる高圧室とをもつことを特徴とする溶射ガン。
【００９６】
・溶射用材料が通過する通路と溶射用材料の飛翔速度を増加させる高速流体を発生させる高圧室とをもつ溶射ガンと、高速流体を形成する気化用物質をビーム照射部に供給する気化用物質供給手段と、ビーム照射部に供給された気化用物質に高密度エネルギビーム（一般的にはレーザビーム、電子ビーム）を照射して加熱しこれを瞬時に気化させる加熱手段とを備えている溶射装置。
【００９７】
・溶射用材料が通過する通路と、溶射用材料を加熱する加熱手段と、加熱された溶射用材料の飛翔速度を増加させる高速室をもつことを特徴とする溶射ガン。
【００９８】
・溶射用材料が通過する通路と、通路内または通路の出口から吐出された溶射用材料を加熱する誘導加熱手段とをもつことを特徴とする溶射ガン。
【００９９】
・溶射用材料が通過する通路と、通路内または通路の出口から吐出された溶射用材料を加熱するコイル状に巻回された誘導加熱コイルとをもち、通路は誘導加熱コイルの中心軸線に沿って配置されていることを特徴とする溶射ガン。
【０１００】
・導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルと、導電コイルの環状部の中心軸線に沿って配置され粉末状の材料が通過する通路を形成する通路形成部材とを具備し、通路の中心軸線に沿って配向する磁力線が生成され、透磁性をもつ鉄系粉末等の材料が通路を通過することを特徴とする粉末通路装置。透磁性をもつ鉄系粉末等の材料が通路の内壁面に固着しにくくなるため、通路の詰まりを抑制するのに貢献できる。
【０１０１】
【発明の効果】
第１発明に係る溶射方法によれば、溶射用材料が対象物に到達するまでに、溶射用材料の飛翔速度が増加するように速度増加手段により溶射用材料にエネルギを付与する。このため溶射用材料を高速で対象物に衝突させることができ、溶射膜の密着強度を向上させ得る。
【０１０２】
また溶射用材料の飛翔速度が加熱時点の飛翔速度よりも増加される場合には、換言すれば、溶射用材料の加熱時点の飛翔速度は増加時点よりも低い場合には、溶射用材料を加熱する時間を確保することができる。よって溶射用材料を高い温度に加熱するのに有利となる。
【０１０３】
第２発明に係る溶射装置によれば、溶射用材料が通過する通路を形成する通路形成部材と、通路を通過中のまたは前記通路を通過した溶射用材料を加熱する加熱手段と、加熱手段で加熱した溶射用材料の飛翔速度を加熱時よりも増加させる速度増加手段とを具備する。このため第２発明に係る溶射装置は、第１発明に係る溶射方法の実施に直接使用することができる。このため溶射用材料を高速で対象物に衝突させることができ、溶射膜の密着強度を向上させ得る。
【０１０４】
上記した溶射方法および溶射装置に使用できる粉末通路装置によれば、導電性をもつ複数の環状部を備えた導電コイルと、導電コイルの環状部の中心軸線に沿って配置され粉末状の材料が通過する通路を形成する通路形成部材とを具備することを特徴とするものである。このため本装置は、第１発明に係る溶射方法において溶射用材料を誘導加熱するのに使用することができる。誘導加熱によれば、溶射用材料を短時間に高温域に加熱することができ、しかも加熱温度の調整も容易である。
【０１０５】
さらに上記した粉末通路装置によれば、導電コイルに給電した場合には、通路の内壁面に溶射用材料等の粉末が固着することが抑制される。その理由は、導電コイルの中心軸線に沿った、つまり、通路の中心軸線に沿った磁力線が発生するため、通路の中心軸線に沿って溶射用材料等の粉末が通過し易くなり、通路の径方向における中心付近を流れ易くなるためであると推察される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係り、溶射装置で溶射している状態を模式的に示す構成図である。
【図２】実施例１に係り、溶射装置を構成している溶射ガンの内部を模式的に拡大して示す構成図である。
【図３】実施例１に係り、溶射用材料を構成する粒子の温度と粒子の速度との選択性を示すグラフである。
【図４】比較例に係り、溶射用材料を構成する粒子の温度と粒子の速度との選択性を示すグラフである。
【図５】実施例１に係り、溶射膜を構成する粒子の堆積形態を模式的に示す写真である。
【図６】実施例２に係り、溶射装置で溶射している状態を模式的に示す構成図である。
【図７】溶射用材料を誘導加熱すると共に、誘導加熱された溶射用材料を構成する粉末粒子の加熱温度を測定する形態を模式的に示す構成図である。
【図８】溶射用材料を誘導加熱する際に、誘導加熱コイルを構成する導電コイルに給電する交番電流の周波数と粒子温度との関係を示すグラフである。
【図９】溶射用材料を誘導加熱する際に、誘導加熱コイルを構成する導電コイルに給電する交番電流の周波数と粒子温度との関係を示すグラフである。
【図１０】ガス圧力とガス流速との関係を示すグラフである。
【図１１】ガス温度とガス流速との関係を示すグラフである。
【図１２】ガスの種類とガス流速との関係を示すグラフである。
【図１３】各溶射形態における粒子速度と粒子温度との関係を示すグラフである。
【図１４】各溶射形態で溶射した溶射膜の気孔率を示すグラフである。
【図１５】各溶射形態で溶射した溶射膜の密着強度を示すグラフである。
【図１６】各溶射形態で溶射した溶射膜の硬さを示すグラフである。
【符号の説明】
図中、１は通路形成部材、２は溶射ガン、２５はノズル、３は第２通路形成部材、５は加熱手段（誘導加熱手段）、５１は導電コイル（誘導加熱コイル）、５２は給電手段、７は速度増加手段、８は粉末供給装置、８２は溶射用材料、９は対象物、９２は溶射膜を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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