JP2006062214A

JP2006062214A - 鉱石積層体及びその製造方法

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Publication number: JP2006062214A
Application number: JP2004247806A
Authority: JP
Inventors: Kunio Nakamura; 州男中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】基材の表面に強固に均一に付着した高強度の鉱石層を備える鉱石積層体、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】プラズマ溶射により付着した粉状鉱石が積層する鉱石層３を基材２の表面に備えることを特徴とする鉱石積層体１。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉱石積層体、詳しくは基材の表面に粉状鉱石が積層する鉱石積層体、及びその製造方法に関するものである。

従来、金属、木材、プラスチック等からなる基材の表面に未硬化のモルタルやコンクリートを散布し、その散布後の表面に適当な大きさに粉砕した鉱石を散在させ、余剰の水分を吸収させて硬化させることにより、基材に鉱石を付着させた鉱石付着体を得ている（特許文献１参照）。また、鉱石を混在させたモルタル等を基材の表面に散布することにより、鉱石付着体を得ることもある。このような鉱石付着体は、例えば石風呂装置における温浴層に用いられ、室内の水蒸気に鉱石が接触すること等により鉱石に含まれる各種鉱物（ミネラル）の作用による効果を得ることができる（特許文献２参照）。
特開２００３−１２０００９号公報特許３３９６７７６号公報

しかし、上記従来の鉱石付着体においては、鉱石をモルタル等の表面上に散在させたりモルタル等に混在させていたので、鉱石を均一に付着させることができないという問題があった。また、モルタル等により基材に鉱石を付着させていたので、モルタル等と基材との付着強度、及びモルタル等自身の強度が優れたものではないため、鉱石付着体の強度が劣るという問題があった。また、モルタル等の耐熱性が優れたものではないため、鉱石付着体の耐熱性が劣るという問題があった。また、鉱石を付着させるためにはモルタル等からなる層をある程度以上の厚みとする必要があるので、鉱石が付着する層を薄くすることができないという問題があった。また、モルタル等を用いるため、天井の下面や管の内周面に鉱石を付着させることが困難であるなど、鉱石を付着させる基材の部位が限定されるという問題があった。また、例えば上記従来の鉱石付着体を上記温浴層に用いた場合には、モルタル等に埋没した鉱石はその表面が外部に露出しないので、鉱石に含まれる各種鉱物の作用による効果を十分に得ることができないという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、基材の表面に強固に均一に付着した高強度の鉱石層を備える鉱石積層体、およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の鉱石積層体は、プラズマ溶射により付着した粉状鉱石が積層する鉱石層を基材の表面に備えることを特徴としている。

請求項２に記載の鉱石積層体の製造方法は、基材の表面に向かって噴出するプラズマジェットに鉱石を供給して、前記基材の表面に粉状鉱石が積層する鉱石層を形成することを特徴としている。

請求項１に記載の鉱石積層体によれば、鉱石層は粉状鉱石からなり、モルタルやコンクリートのようにそれ自体の強度が低く耐熱性の劣る材料が存在しないので、鉱石層の強度や耐熱性が優れている。また、鉱石層を構成する粉状鉱石はプラズマ溶射により基板に付着しているので、基材と鉱石層との付着強度が優れている。また、鉱石層は粉状鉱石からなり、モルタル等の介在材料がないので、厚さの薄い鉱石層とすることが可能である。また、積層した粉状鉱石間に気孔が存在するので、例えば鉱石積層体を上記温浴層に用いた場合には、鉱石層の下側に位置する粉状鉱石にも水蒸気が接触し、鉱石に含まれる各種鉱物の作用による効果を十分に得ることができる。

請求項２に記載の鉱石積層体の製造方法によれば、鉱石層は粉状鉱石からなり、モルタルやコンクリートのようにそれ自体の強度が低く耐熱性の劣る材料が存在しないので、鉱石層の強度や耐熱性が優れている。また、鉱石層を構成する粉状鉱石はプラズマジェットにより溶融され基板に付着するので、基材と鉱石層との付着強度が優れている。また、プラズマ溶射条件を制御することによって、鉱石層の厚さを最適化することができる。また、プラズマジェットにより溶融された粉状鉱石は基材の表面ですぐに凝固するので、短時間で鉱石層を形成することができるとともに、天井の下面や管の内周面に鉱石層を形成することが容易であるなど、鉱石層を形成する基材の部位が限定されない。また、プラズマジェットにより溶融された粉状鉱石は、基材の表面に達する時の温度が２００℃程度以下に低下しているため、当該温度で熱変形や熱劣化等を起こさない、金属、セラミックス、プラスチックなどの様々な材質の基材に鉱石層を形成することができる。また、複雑な形状の基材の表面にも均一に積層された鉱石層を容易に形成することができる。また、鉱石層の粉状鉱石間に気孔が存在するので、例えば鉱石積層体を上記温浴層に用いた場合には、鉱石層の下側に位置する粉状鉱石にも水蒸気が接触し、鉱石に含まれる各種鉱物の作用による効果を十分に得ることができる。

本発明の実施の形態に係る鉱石積層体について図面に基づき説明する。この鉱石積層体１は、図１に示すように、基材２と、該基材２の表面にプラズマ溶射により形成された鉱石層３とからなるものである。

基材２は、金属、セラミックス、プラスチック、コンクリート、アスファルト、木材等からなるものであり、その形状は板状、管状等を含み特に限定されるものではなく、その表面に凹凸や模様が形成されていてもよい。鉱石層３は、粉状鉱石（鉱石パウダー）からなる均一な厚さの層であり、プラズマ溶射により基材２の表面に粉状鉱石が多数付着して積層した多孔質構造の層である。ここで、鉱石には、花崗岩、安山岩、橄欖岩、トルマリンなどの天然鉱石の他、珊瑚、貝の化石（貝殻）、人工鉱石が含まれるものとする。なお、人工鉱石とは、珪素、珪素化合物、トルマリン、セラミックス等の何れかを溶融させた後に、鉄、アルミニウム、カルシウム等を添加し、その後冷却することにより作られた、熱伝導率、熱拡散率、耐火温度等の熱物性が良好なものである。鉱石層３は、異なる種類や大きさの粉状鉱石からなる層が複数積層するものであってもよい。

このような鉱石積層体１は、鉱石層２が粉状鉱石のみからなるので、鉱石層３の強度や耐熱性は、鉱石層３を構成する鉱石自身の強度や耐熱性と同等となり優れている。また、鉱石層３を構成する粉状鉱石はプラズマ溶射により基板２に付着しているので、基材２と鉱石層３との付着強度が優れている。また、鉱石層３は粉状鉱石のみからなり、モルタル等の介在材料を必要としないので、厚さの薄い鉱石層３とすることが可能である。

以下、本発明の実施の形態に係る鉱石積層体の製造方法に用いるプラズマ溶射装置について図面に基づき説明する。このプラズマ溶射装置１０は、図２に示すように、陰極１１ａを備えたカソードトーチ１１と、陽極１２ａを各々備えた一対のアノードトーチ１２と、溶射材料である粉砕鉱石１３を供給する鉱石供給口１４とを備え、プラズマ溶射すべき被溶射材である基材２に向かってプラズマジェット１５を噴出するものである。

カソードトーチ１１は、円錐状の先端を備えた陰極１１ａと、間隙を有して該陰極１１ａの先端周りを取り囲む陽極ノズル１１ｂと、その間隙にアルゴンガス、プラズマガス（アルゴン、水素、ヘリウム、窒素、圧縮空気、酸素又はこれらの混合ガス等）及び２次ガス（水素、ヘリウム等）が供給可能なガス供給口１１ｃとを備えている。カソードトーチ１１は、陰極１１ａと陽極ノズル１１ｂとの間に発生させるプラズマアーク１６がプラズマ溶射すべき基材２に向かって噴出するように、基材２に向かう軸線Ａ上に配置されている。アノードトーチ１２は、円錐状の先端を備えた陽極１２ａと、間隙を有して該陽極１２ａの先端周りを取り囲む陰極ノズル１２ｂと、その間隙にアルゴンガスが供給可能なガス供給口１２ｃとを備えている。アノードアーチ１２は、各々の陽極１２ａと陰極ノズル１２ｂとの間に発生させるプラズマアーク１７を前記軸線Ａに向かって噴出し、該軸線Ａ上でカソードトーチ１１からのプラズマアーク１６と連続させるように、カソードアーチ１１よりプラズマ溶射すべき方向の下流側に配置されている。カソードトーチ１１の陰極１１ａとアノードトーチ１２の陽極１２ａとの間には、主電源（不図示）が接続され、カソードトーチ１１の陰極１１ａと陽極ノズル１１ｂとの間及びアノードトーチ１２の陽極１２ａと陰極ノズル１２ｂとの間には、点火用の補助電源（不図示）がそれぞれ接続されている。鉱石供給口１４は、粉砕鉱石１３を溶射材料供給ガス（アルゴン等）に乗せてプラズマジェット１５中に供給する。

以下、上記プラズマ溶射装置１０を用いた鉱石積層体１の製造方法について説明する。まず、カソードトーチ１１及びアノードトーチ１２の間隙に各々のガス供給口１１ｃ，１２ｃからアルゴンガスを供給し、直流電圧を補助電源によって印加しながら高周波電圧を瞬間的に印加し、アルゴンガスを電離させてプラズマアーク１６，１７を発生させる。この状態で、カソードトーチ１１の陰極１１ａとアノードトーチ１２の陽極１２ａの間に主電源により百数十ボルトの直流電圧を印加し、これら両極間のアーク放電によりメインプラズマアーク１８を発生させる。そして、補助電源を切り、カソードトーチ１１の間隙にガス供給口１１ｃからプラズマガス及び必要に応じて２次ガスを供給し、メインプラズマアーク１８をプラズマジェット１５として噴出させる。このプラズマジェット１５中に、鉱石供給口１４から粉砕鉱石１３を溶射材料供給ガスに乗せて供給する。プラズマジェット１５中に供給された粉砕鉱石１３は、プラズマジェット１５の超高温に曝され溶融、もしくは少なくともその表面部が溶融し粉状鉱石となり、高速度で吹き付けられて基材２の表面に衝突する。基材２の表面に衝突した粉状鉱石は、その場で急速に凝固して積層し鉱石層３（図１参照）を形成する。

鉱石供給口１４から供給する鉱石の種類や粗度を変更することによって、用途に応じて適切な種類や大きさの異なる粉状鉱石が積層した鉱石層３を形成することが可能である。例えば、緻密な鉱石層３を形成する場合には、細かな粉砕鉱石１３を供給し、気孔率の高い鉱石層３を形成する場合には、大きな粉砕鉱石を供給すればよい。また、プラズマジェット１５により溶融された粉状鉱石が基材２の表面に達する時の温度を２００℃程度以下とすることが可能であり、当該温度で熱変形や熱劣化等しない材質からなる基材２を用いることができる。さらに、プラズマトリミングによって不要なプラズマジェット１５を除去することにより、基材２の熱変形や熱劣化等を低減させることも可能である。

このような鉱石積層体１の製造方法によれば、複雑な形状の基材２の表面にも均一に積層された鉱石層３を容易に形成することができ、基材２の表面に凹凸や模様が形成されている場合には、その凹凸や模様をそのまま鉱石層３の表面に形成することが可能である。また、プラズマ溶射条件を制御することによって、鉱石層３の厚さを最適化することができる。また、プラズマジェット１５により溶融された粉状鉱石は基材２の表面ですぐに凝固するので、短時間で鉱石層３を形成することができるとともに、天井の下面や管の内周面に鉱石層３を形成することが容易であるなど、鉱石層３を形成する基材２の部位が限定されない。

本発明に係る鉱石積層体は、石風呂装置における温浴層としての温浴積層体に好適に適用することができる。この温浴積層体は、保温性が高められた室の床に配設された温水管の上方に敷設され、基層に鉱石層が積層されてなるものである。基層は、鉱石層を形成するための基材であり、金属板や木製ボード、プラスチックボード等を用いることができる。鉱石層は、人体の生理機能を活性化する効果がある鉱物を含む花崗岩、安山岩、トルマリン等からなる粉状鉱石を用途に応じて適宜組み合わせてプラズマ溶射により基層の表面に積層したものである。この鉱石積層体からなる温浴積層体上で温浴することによって、鉱石層に含まれる各種鉱物の作用や、これら鉱物と室内の水蒸気や霧状の水とが接触することにより活性化された水の作用により、温浴者の生理機能が活性化される。

なお、本発明に係る鉱物付着体は、石風呂装置における温浴積層体に用いられることに限定されない。例えば、鉄、アルミニウム等の金属製や陶製のフライパンや鍋を基材として、その被燃焼面などの表面に鉱石層を形成した場合には、熱拡散の優れたフライパンや鍋を得ることできる。また、コンクリート、アスファルトからなる舗装体（道路）を基材として、その下面に鉱石層を形成した場合には、その下方に設置された電気ヒータ、温水パイプ等から放熱される熱の拡散を優れたものとすることができ、融雪作用をより効果的なものとすることができる。

本発明の実施の形態に係る鉱石積層体１の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る鉱石積層体１の製造方法に用いるプラズマ溶射装置１０の構成を示す概念図である。

符号の説明

１鉱石積層体
２基材
３鉱石層
１０プラズマ溶射装置
１１カソードトーチ
１２アノードトーチ
１３粉砕鉱石
１５プラズマジェット

Claims

プラズマ溶射により付着した粉状鉱石が積層する鉱石層を基材の表面に備えることを特徴とする鉱石積層体。
基材の表面に向かって噴出するプラズマジェットに鉱石を供給して、前記基材の表面に粉状鉱石が積層する鉱石層を形成することを特徴とする鉱石積層体の製造方法。