JP2014167171A - 溶射設備 - Google Patents

Abstract

【課題】溶射ブース内のクリーン化を図る。
【解決手段】対象物１に溶射粉を溶射する溶射ガン１１，７１と、対象物１及び溶射ガンが内部に配置される溶射ブースＢと、溶射ブース内の気体を吸引する吸引ファン３２と、溶射ブース内で開口し溶射ブース内の気体を吸引ファンに導く吸引ダクト３１と、を備える。溶射ブースＢを形成する壁のうち、対象物が配置される位置を基準にして溶射ガン側の壁１１には、溶射ブース内に空気を取り込む吸気孔３９が形成され、溶射ブースＢを形成する壁のうち、対象物が配置される位置を基準にして溶射ガンと反対側の壁に、吸引ダクト３１の開口側の部分が設けられ、開口３１ａが溶射ガン１１，７１に向かって開口している。
【選択図】図１

Description

対象物に溶射粉を溶射する溶射設備の再利用方法、この方法を実行する設備、及びコーティング部材の製造方法に関する。

ガスタービンの動翼、静翼、燃焼器等は、高温ガスと直接接触して、過酷な熱サイクル、エロージョン、コロージョン等を受ける。このため、動翼等の部材は、遮熱コーティング（Thermal Barrier Coating : TBC）されていることが多い。このＴＢＣ層は、以下の特許文献１に記載されているように、対象母材に、例えば、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ等の金属溶射粉の溶射で形成されるボンドコート層と、ＺｒＯ２系のセラミック溶射粉の溶射で形成されるトップコート層とを有している。

特開２００７−２７０２４５号公報 （[００４４]）

動翼等の部材は、その母材自体を形成する材料も高価であるが、この母材にコーティング層を形成する溶射粉も高価であるため、動翼等、溶射粉でコーティングされたコーティング部材の製造コストが極めて嵩んでしまう。

このため、コーティング部材の製造コスト低減が望まれている。また、溶射ブース内のクリーン化も望まれている。

そこで、本発明は、このような要望に応えるべく、コーティング部材の製造コスト低減を図ることができる技術を提供することを目的とする。また、本発明は、溶射ブース内のクリーン化を図ることができる技術を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係る溶射設備は、
対象物に溶射粉を溶射する溶射ガンと、前記対象物及び前記溶射ガンが内部に配置される溶射ブースと、前記溶射ブース内の気体を吸引する吸引ファンと、前記溶射ブース内で開口し、前記溶射ブース内の気体を前記吸引ファンに導く吸引ダクトと、を備え、前記溶射ブースを形成する壁のうち、前記対象物が配置される位置を基準にして前記溶射ガン側の壁には、前記溶射ブース内に空気を取り込む吸気孔が形成され、前記溶射ブースを形成する壁のうち、前記対象物が配置される位置を基準にして前記溶射ガンと反対側の壁に、前記吸引ダクトの前記開口側の部分が設けられ、前記開口が前記溶射ガンに向かって開口している。

ここで、前記溶射設備において、前記吸引ファンにより、前記溶射ブース内の気体と共に吸引された前記溶射粉を含む粉を、前記粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で分離する分離装置を備えてもよい。

前記目的を達成するための発明に係る溶射粉の再利用方法は、
対象物に向かって溶射された、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とのうち、少なくとも一方の溶射粉の再利用方法において、
前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収工程と、前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離する分離工程と、前記分離工程で得られた前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とのうち、少なくとも一方の回収粉を溶射粉として、新たな対象物に溶射する溶射粉再利用工程と、を有することを特徴とする。

当該再利用方法では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用するので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。さらに、当該再利用方法では、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とが混じっている状態であっても、分離工程で両溶射粉を分離しているので、再利用可能な純度の高い溶射粉を得ることができる。

ここで、前記溶射粉の再利用方法において、前記回収工程で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分離工程に送る分級工程を有していてもよい。

当該再利用方法では、再利用される溶射粉が目的の粒径範囲内になるため、当該溶射粉で形成したコーティング層に対して、求められる性能を確保することができる。

また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上であり、前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。

当該再利用方法では、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、求められる耐熱性能を確保することができる。

また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分級工程で抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上であり、前記溶射粉再利用工程では、前記分離工程で得られた前記金属回収粉の少なくとも一部を前記金属溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。

当該再利用方法では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができる。

また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分離工程で得られたセラミックス回収粉から、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上のセラミックス回収粉を抽出するセラミックス粉分級工程を有し、前記溶射粉再利用工程では、前記セラミックス粉分級工程で抽出された前記セラミックス回収粉の少なくとも一部を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。

当該再利用方法では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層の、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができると共に、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層の耐熱性能を確保することができる。

また、前記溶射粉の溶射粉の再利用方法において、前記分離工程で得られた前記セラミックス回収粉を、金属又は両性水酸化物を溶解する水溶液中に入れて、該セラミックス回収粉中の金属粉又は両性水酸化物粉を溶解し、該水溶液中に残った粒状物を抽出する溶解除去工程を有し、前記溶射粉再利用工程では、前記溶解除去工程で、前記水溶液中から抽出した前記粒状物を前記セラミックス溶射粉として、前記新たな対象物に溶射してもよい。

当該再利用方法では、セラミックス回収粉中のセラミックス溶射粉の純度を高めることができる。

また、前記溶射粉の再利用方法において、前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の電気的性質の相違により、電場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離してもよい。また、前記分離工程では、前記回収工程で回収された前記回収粉を構成する各粒子の磁気的性質の相違により、磁場内で、前記金属回収粉と前記セラミックス回収粉とに分離してもよい。

前記目的を達成するための発明に係るコーティング部材の製造方法は、
前記溶射粉の再利用方法を実行し、前記溶射粉再利用工程において、前記対象物に溶射された溶射粉で、該対象物の表面にコーティング層を形成してコーティング部材を製造する、ことを特徴とする。

当該コーティング部材の製造方法では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用するので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。

前記目的を達成するための発明に係る溶射設備は、
対象物に金属溶射粉及びセラミックス溶射粉をそれぞれ溶射する溶射設備において、
前記金属溶射粉を前記対象物に溶射する第一溶射ガンを有する第一溶射装置と、前記セラミックス溶射粉を前記対象物に溶射する第二溶射ガンを有する第二溶射装置と、前記対象物に向かって溶射された前記金属溶射粉のうちで該対象物に付かなかった金属溶射粉と、該対象物に向かって溶射された前記セラミックス溶射粉のうちで該対象物に付かなかったセラミックス溶射粉と、を含む粉を回収粉として回収する回収装置と、前記回収粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で、該回収粉を、前記金属溶射粉を含む金属回収粉と、前記セラミックス溶射粉を含むセラミックス回収粉とに分離し、少なくとも一方の回収粉を溶射粉の一部として抽出する分離装置と、を備えていることを特徴とする。

当該溶射設備では、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用できるので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。さらに、当該溶射設備では、金属溶射粉とセラミックス溶射粉とが混じっている状態であっても、両溶射粉を分離できるので、再利用可能な純度の高い溶射粉を得ることができる。

ここで、前記溶射設備において、前記回収装置で回収された前記回収粉から、目的の粒径範囲の粉を抽出し、抽出した回収粉を前記分級装置を備え、前記分離装置は、前記分級装置が抽出した回収粉を分離してもよい。

当該溶射設備では、再利用される溶射粉が目的の粒径範囲内になるため、当該溶射粉で形成したコーティング層に対して、求められる性能を確保することができる。

また、前記溶射設備において、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上であり、前記分離装置は、前記セラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出してもよい。なお、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、の積算粒度１０％粒径が４０μｍ以上であることがより好ましい。

当該溶射設備では、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、求められる耐熱性能を確保することができる。

また、前記溶射設備において、前記分級装置が抽出する前記回収粉の前記目的の粒径範囲は、積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上であり、前記分離装置は、前記金属回収粉を、前記金属溶射粉の少なくとも一部として抽出してもよい。

当該溶射設備では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層に対して、求められる性能、具体的には、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができる。

また、前記溶射設備において、前記分離装置が得た前記セラミックス回収粉から、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上のセラミックス回収粉を、前記セラミックス溶射粉の少なくとも一部として抽出するセラミックス粉分級装置を備えていてもよい。

当該溶射設備では、前記金属回収粉の溶射で形成したコーティング層の、熱生成酸化物の生成量の抑制を図ることができると共に、前記セラミックス回収粉の溶射で形成したコーティング層の耐熱性能を確保することができる。

また、前記溶射設備において、前記第一溶射ガンと前記第二溶射ガンとは、一つの溶射ブース内に設置され、前記回収装置は、開口が前記溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該溶射ブース内の粉類を回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有してもよい。また、前記第一溶射ガンが第一溶射ブース内に設置され、前記第二溶射ガンが該第一溶射ブースとは異なる第二溶射ブース内に設置され、前記回収装置は、第一の開口が前記第一溶射ブース内に臨み、第二の開口が前記第二溶射ブース内に臨んでいる回収ダクトと、該第一溶射ブース内の粉類を該第一の開口から該回収ダクト内に吸い込み、且つ該第二溶射ブース内の粉類を該第二の開口から該回収ダクト内に吸い込むための吸引ファンと、を有してもよい。

本発明によれば、対象物に向かって溶射された溶射粉のうち、対象物に付かなかった溶射分の少なくとも一部を、新たな対象物に溶射する溶射粉として再利用できるので、溶射粉の溶射でコーティング層が形成されたコーティング部材の製造コストを抑えることができる。また、本発明によれば、溶射ブース内のクリーン化を図ることができる。

本発明に係る第一実施形態における溶射設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態におけるフレーム溶射装置の構成を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態におけるプラズマ溶射装置の構成を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における分級装置の一例の構成を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における溶射粉及びコーティング部材の製造手順を示すフローチャートで、同図（Ａ）はＹＳＺ溶射粉の製造手順を示すフローチャートであり、同図（Ｂ）はコーティング部材の製造手順を示すフローチャートである。 本発明に係る第一実施形態における溶射粉の再利用の手順を示すフローチャートである。 ＹＳＺ溶射分の積算粒度１０％における粒度と、ＹＳＺ溶射粉のプラズマ溶射で形成したセラミックス層（コーティング層）が、熱サイクル数１０００回を超えても破損せずに耐え得る温度差ΔＴと、の関係を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における各種溶射紛の粒径と積算粒度との関係を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態における溶射設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における溶射粉の再利用の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る第三実施形態における溶射設備の構成を示す説明図である。 本発明に係る第三実施形態における溶射粉の再利用の手順を示すフローチャートである。 本発明に係る実施形態の溶射設備の変形例の構成を示す説明図である。 本発明に係る実施形態の分離装置の変形例の構成を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態におけるコーティング部材の断面図である。

以下、本発明に係る溶射設備の各種実施形態について、図面を用いて説明する。

「コーティング部材の実施形態」
溶射設備の実施形態を説明する前に、当該溶射設備による溶射で製造されるコーティング部材について説明する。

本実施形態のコーティング部材は、図１５に示すように、コーティングの対象母材１と、この対象部材の表面に形成されたボンドコート層（コーティング層）２と、ボンドコート層２の表面に形成されたセラミックス層（コーティング層）３と、を有している。このボンドコート層２とセラミックス層３とで、遮熱コーティング（Thermal Barrier Coating : TBC）層４を構成する。

対象部材１は、耐熱合金、例えば、Ｎｉ基合金又はＣｏ基合金で形成されている。具体的に、Ｎｉ基合金としては、例えば、以下のような成分の合金が用いられる。Ｎｉ−16Ｃｒ−8.5Ｃｏ−1.75Ｍｏ−2.6 Ｗ−1.75Ｔａ−0.9Ｎｂ−3.4Ｔｉ−3.4Ａｌ（質量％）

ボンドコート層２は、セラミックス層３の熱膨張量と対象母材１の熱膨張量との差を緩和する等のために設けられている。このボンドコート層２は、高温での耐食性及び耐酸化性に優れたＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅの群から選ばれる一種又は二種の元素）で形成されている。具体的には、ボンドコート層２は、例えば、ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ合金で形成され、その成分は以下の通りである。Ｃｏ−32Ｎｉ−21Ｃｒ−8Ａｌ−0.5Ｙ（質量％） このボンドコート層２は、ＭＣｒＡｌＹ合金粉を、対象母材１に、例えば、高速フレーム（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxygen Fuel）溶射することで形成される。
このボンドコート層２の厚さは、１０μｍ〜５００μｍである。

セラミックス層３は、対象母材１に対する遮熱及び熱衝撃の緩和等のために設けられている。このため、熱伝導率が低く、輻射率の高い安定化したジルコニア等で形成されている。具体的には、質量比がＹｂ_２Ｏ_３：ＺｒＯ_２＝８：９２のイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で形成されている。このセラミックス層３は、ＹＳＺ粉を、ボンドコート層２が形成された対象母材１に、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ：Atmospheric Plasma Spraying）することで形成される。このセラミックス層３の厚さは、０．１ｍｍ〜１ｍｍである。

「溶射設備の第一実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第一実施形態について、図１〜図８を用いて説明する。

本実施形態の溶射設備は、図１に示すように、対象母材１にＭＣｒＡｌＹ溶射粉を高速フレーム溶射する高速フレーム溶射装置７０と、対象母材１にＹＳＺ溶射粉を大気圧プラズマ溶射するプラズマ溶射装置１０と、対象母材１に付かなかった各溶射粉を回収する回収装置３０と、回収装置３０で回収された紛等を分級する分級装置４０と、この分級装置４０で分級された粒径３０μｍ以上で１５０μｍ未満の粉等からセラミックス紛、つまりＹＳＺ紛を主として抽出する分離装置５０と、分離装置５０で抽出された粉から金属粉等を溶解除去するための溶解容器６１と、を備えている。

高速フレーム溶射装置７０は、図２に示すように、フレーム溶射ガン７１と、フレーム溶射ガン７１に燃料を供給する燃料供給装置８１と、フレーム溶射ガン７１に酸素を供給する酸素供給装置８２と、溶射ガンに溶射粉を供給する粉体供給装置８３と、燃料を点火するための電力を溶射ガン１１に供給する電源装置８４と、フレーム溶射ガン７１に冷却水を供給する冷却水供給装置８５と、これらの各装置８１〜８５を制御する制御装置８６と、を備えている。

フレーム溶射ガン７１は、内部に火炎（フレーム）Ｆが形成されるノズル７２と、ノズル７２の基部側のチャンバ７２ｂ内にスパークを形成する点火プラグ７３と、ノズル７２を囲むガンハウジング７７と、を有している。ノズル７２のチャンバ７２ｂには、燃料受入口７４及び酸素受入口７５が形成されている。ノズル７２のチャンバ７２ｂとノズル７２の噴射口７２ａとの間には、溶射粉受入口７６が形成されている。また、ガンハウジング７７には、このガンハウジング７７の内側とノズル７２の外側との間の冷却空間に、冷却水供給装置８５からの冷却水を流入させる冷却水入口７８と、冷却空間内の冷却水が排水される冷却水出口７９と、が形成されている。

ノズル７２のチャンバ７２ｂ内には、燃料供給装置８１からの燃料と酸素供給装置８２からの酸素とが噴射される。また、このチャンバ７２内では、電源装置８４からの電力を受けて点火プラグ７３が点火し、スパークが形成される。この結果、このノズル７２内に火炎（フレーム）Ｆが形成される。また、ノズル７２内には、粉体供給装置８３からの溶射粉が供給される。この溶射粉は、火炎Ｆと共に、ノズル７２の噴射口７２ａから噴射され、対象母材１に溶射される。

プラズマ溶射装置１０は、図３に示すように、プラズマ溶射ガン１１と、プラズマ溶射ガン１１に作動ガスを供給する作動ガス供給装置２１と、溶射ガン１１に粉体を供給する粉体供給装置２２と、作動ガスをプラズマ化するための電力を溶射ガン１１に供給する電源装置２３と、溶射ガン１１に冷却水を供給する冷却水供給装置２４と、これらの各装置２１〜２４を制御する制御装置２５と、を備えている。

プラズマ溶射ガン１１は、内部にプラズマが形成されるノズル１２と、ノズル１２内に設けられているタングステン電極１５と、ノズル１２を囲むガンハウジング１６と、を有している。タングステン電極１５は、ノズル１２内であって、その基部側に固定されている。ノズル１２には、その基部側に作動ガス受入口１３が形成され、その噴射口１２ａ側に粉体受入口１４が形成されている。また、ガンハウジング１６には、このガンハウジング１６の内側とノズル１２の外側との間の冷却空間に、冷却水供給装置２４からの冷却水を流入させる冷却水入口１７と、冷却空間内の冷却水が排水される冷却水出口１８と、が形成されている。

プラズマ溶射ガン１１のノズル１２内には、作動ガス供給装置２１からのＡｒ等の作動ガスが供給される。また、電源装置２３の駆動により、タングステン電極１５は負極性電極になり、ノズル１２の噴射口１２ａ近傍は正極性電極になり、タングステン電極１５からノズル噴射口１２ａ近傍に向かって電子が飛び出す。この結果、作動ガスはイオン化し、プラズマとなる。このプラズマの中に、粉体供給装置２２からの溶射粉が供給される。
この溶射粉は、プラズマ加熱されて、対象母材１に溶射される。

再び、図１に従って説明する。高速フレーム溶射装置７０のフレーム溶射ガン７１及びプラズマ溶射装置１０のプラズマ溶射ガン１１は、いずれも、溶射ブースＢ内に配置されている。この溶射ブースＢ内には、溶射ガン７１，１１のほかに、対象母材１が置かれる回転テーブル８９，２９も配置されている。この溶射ブースＢを形成する壁のうち、回転テーブル８９，２９を基準にして、溶射ガン７１，１１側の壁には、このブース内に気体を取り入れるための吸気孔３９が形成されている。なお、ここでは、各溶射ガン１１，７１毎に回転テーブル２９，８９を設けているが、一つ回転テーブルのみを設け、この一つの回転テーブルをフレーム溶射及びプラズマ溶射時に利用するようにしてもよい。

回収装置３０は、溶射ガン７１，１１から噴射された溶射紛を回収するための回収ダクト３１と、気体と共に溶射紛を含む粉等を回収ダクト３１内に吸引する吸引ファン３２とを有している。回収ダクト３１の開口３１ａは、溶射ブースＢを形成する壁のうち、回転テーブル８９，２９を基準にして、溶射ガン７１，１１と反対側の壁に設けられ、溶射ガン７１，１１に向かって大きく開口している。この回収ダクト３１の端部に吸引ファン３２が設けられている。なお、ここでは、回収装置３０を回収ダクト３１及び吸引ファン３２で構成しているが、さらに、この回収装置３０にサイクロン等の集塵装置を追加してもよい。

分級装置４０は、図１に示すように、吸引ファン３２の排気口に接続されている。分級装置４０は、回収装置３０が溶射ブースＢから回収した回収粉を、粒径が３０μｍ未満の回収粉と、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉と、１５０μｍ以上の回収粉とに分けて、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉を抽出する。より正確には、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉を抽出する。

分級装置４０の種類としては、遠心分級装置、重力分級装置、篩分け装置等があるが、回収粉を前述したような三つの粒径範囲に分けることができれば、これらの装置のうち、いずれの種類の装置を用いてもよいし、また、いずれか２種類の装置を組み合わせてもよい。

本実施形態では、図４に示す強制渦型遠心分級装置４５を用いて回収粉を分級する。この強制渦型遠心分級装置４５は、分級筒４６と、この分級筒４６内で回転する分級ロータ４７とを有している。この強制渦型遠心分級装置４５は、回収粉を二つの粒径範囲にしか分けることができないため、二台の強制渦型遠心分級装置４５を直列的に接続するか、又は、同図に示すように、一台の強制渦型遠心分級装置４５の粗粒排出口４６ａの下流に、篩分け装置４１を設けるとよい。

分離装置５０は、図１に示すように、電気的性質の異なる物質を擦り合わせることで、一方の物質から他方の物質へ電荷を移動させて、各物質を帯電させる摩擦帯電装置５１と、帯電した物質の極性に応じて物質を選別する静電選別装置５２と、を備えている。摩擦帯電装置５１は、分級装置４０から送られてくる粉等を受ける帯電シュートを有している。粉等は、この帯電シュートを通過する過程で、その電気的性質に応じて、正極性又は負極性に帯電する。静電選別装置５２は、正極性に帯電した物質を引き寄せる負極板５４と、負極性に帯電した物質を引き寄せる正極板５３と、各極性に帯電した物質を受け取る回収容器５５と、を有している。回収容器５５には、容器内を正極板側部５５ａ、中間部５５ｂ，負電極板側部５５ｃの三つに分けるための仕切り５６が設けられている。

ここで、本実施形態で用いられるＹＳＺ溶射粉の製造方法について、図５（Ａ）に示すフローチャートに従って説明する。

まず、ＹＳＺの生成材料であるＺｒＯ_２粉とＹｂ_２Ｏ_３粉とを準備する。そして、ＺｒＯ_２粉、Ｙｂ_２Ｏ_３紛、水、分散剤等をボールミルに入れて、これらを混合し、スラリー化する（Ｓ１）。

次に、ステップ１で生成したスラリーをスプレードライヤー内に投入して、これを造粒する（Ｓ２）。

そして、造粒されたＺｒＯ_２とＹｂ_２Ｏ_３の混合物に対して熱処理を施す（Ｓ３）。この熱処理方法としては、以下の三つの方法がある。

第一の方法は、造粒された混合物を電気炉内に入れて、１５００〜１６００℃程度まで加熱し、この混合物を焼結する方法である。第二の方法は、アーク放電を利用して、造粒された混合物を、２４００℃程度まで加熱し、この混合物を溶融する方法である。この方法では、溶融した混合物が固化した後、この混合物を粉砕・分級する。第三の方法は、プラズマで加熱する方法である。プラズマ加熱を実行する具体的な方法としては、例えば、前述のプラズマ溶射装置を用いて、このプラズマ溶射装置が形成したプラズマ中に、造粒された混合物を入れる方法がある。

この熱処理（Ｓ３）により、混合物中のＺｒＯ_２の多くは、単斜晶から正方晶に相変化し、さらに、この正方晶に相変化したＺｒ酸化物にＹｂ_２Ｏ_３が固溶して、安定した正方晶のＺｒ酸化物の粉、すなわち、ＹＳＺ溶射粉になる。

なお、ここでは、Ｚｒ酸化物の結晶構造を安定化させものとして、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末を用いているが、Ｙｂ_２Ｏ_３粉末の替わりに、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｙｂのうちのいずれか一の元素の酸化物粉末を用いてもよい。また、溶射粉の主成分であるＺｒ酸化物の替わりに、Ｃｅ酸化物を用いてもよい。この場合、Ｃｅ酸化物の結晶構造を安定化させるものとして、Ｌａ、Ｎｄ、Ｇｄのうちの一の元素の酸化物粉末を用いてもよい。

次に、図５（Ｂ）に示すフローチャートに従って、図１３を用いて説明した遮熱コーティング部材の製造手順について説明する。

まず、対象母材を目的の形状に形成する（Ｓ１１）。この対象部材は、前述したように、Ｎｉ合金又はＣｏ合金で形成されている。

次に、ボンドコート層２（図１３）の下地処理として、対象母材１の表面に対してブラスト処理を行う（Ｓ１２）。このブラスト処理では、ブラスト装置にアルミナ（水酸化アルミニウム）粒を投入し、高エアー圧で、このアルミナ粒を対象母材表面に噴射する。この結果、対象母材の表面には、多数のアルミナ粒が高速で衝突し、この表面が粗化する。

次に、以上で説明した溶射設備の高速フレーム溶射装置７０を用いて、ブラスト処理が施された対象母材１の表面に、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を高速フレーム溶射し、対象母材１の表面にボンドコート層２（図１３）を形成する（Ｓ１３）。なお、このボンドコート層２には、必要に応じて、このボンドコート層の耐酸化性を向上させるために、アルミニウム、又はアルミニウム及びシリコンを拡散浸透させてもよい。

そして、以上で説明した溶射設備のプラズマ溶射装置１０を用いて、ボンドコート層２（図１３）が形成された対象母材１の方面に、ＹＳＺ溶射粉をプラズマ溶射し、ボンドコート層２の上にセラミックス層３を形成する（Ｓ１４）。

以上で、対象母材１の表面に、ボンドコート層２及びセラミックス層３を有するＴＢＣ層４（図１３）が形成された遮熱コーティング部材が完成する。

本実施形態では、プラズマ溶射（Ｓ１４）の際に使用され、対象母材に付かなかったＹＳＺ溶射粉の再生処理（Ｓ２０）を実行する。そこで、このＹＳＺ溶射粉の再生処理（Ｓ２０）について、図６に示すフローチャートに従って説明する。

プラズマ溶射（Ｓ１４）の際、回収装置３０の吸引ファン３２は駆動している。このため、プラズマ溶射ガン１１から噴射されたＹＳＺ溶射紛のうち、対象母材１に付かなかったＹＳＺ溶射粉は、回収ダクト３１内に吸い込まれて回収される（Ｓ２１）。この際、溶射ブースＢ内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト３１内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(Ｓ１２)に用いたアルミナ粒、ボンドコート層の形成の際（Ｓ１３）に用いたＭＣｒＡｌＹ溶射粉、溶射ブースＢ内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、プラズマ溶射（Ｓ１４）の際にのみ、この回収処理（Ｓ２１）を実行してもよいが、高速フレーム溶射（Ｓ１３）の際にも実行してもよい。さらに、溶接ブースＢ内の環境をクリーンにするために、溶射ブースＢを何からの処理で使用している間中、この回収処理（Ｓ２１）を実行してもよい。

回収ダクト３１内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置４０で、粒径が３０μｍ未満の回収粉と、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉と、１５０μｍ以上の回収粉とに分けられて、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される（Ｓ２２）。より正確には、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が３０μｍ未満の回収粉、及び１５０μｍ以上の回収粉は、廃棄される。粒径が３０μｍ未満の回収粉は、ＹＳＺ溶射紛等を含んでいるが、粒径が小さくＴＢＣ層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。また、粒径が１５０μｍ以上の回収粉は、ＹＳＺ溶射紛等が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。

分級装置４０で抽出された回収粉は、分離装置５０で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される（Ｓ２３）。具体的には、分離装置５０の摩擦帯電装置５１により、分離装置５０に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるＹＳＺ溶射紛は負極性に帯電し、金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉は正極性に帯電する。このため、負極性に帯電したＹＳＺ溶射粉は、静電選別装置５２の正極板５３側に引き寄せられ、主として回収容器５５内の正極板側部５５ａに落ちる。また、正極性に帯電したＭＣｒＡｌＹ溶射粉は負極板５４側に引き寄せられて、主として回収容器５５内の負極板側部５５ｃに落ちる。回収容器５５の中間部５５ｂには、負極性に帯電したＹＳＺ溶射粉及び正極性に帯電したＭＣｒＡｌＹ溶射粉が落ちる。

回収容器５５の負極板側部５５ｃに回収された回収粉、つまり、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は廃棄されるか、ボンドコート層形成のための溶射粉として再利用される。なお、ここでは、ＹＳＺ溶射粉に対して、相対的に僅かのＭＣｒＡｌＹ溶射粉しか回収できない場合を想定している関係で、負極板側部５５ｃに回収された回収粉を廃棄する。
また、回収容器５５の中間部５５ｂに回収された回収粉は、分離装置５０の摩擦帯電装置５１内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。また、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉、つまり、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉は、回収容器５５から取り出されて、溶解除去処理が施される（Ｓ２４）。

ここで、本実施形態の分離装置５０による静電分離効果の具体例について説明する。以下の表１に示すように、回収処理（Ｓ２１）で得られた回収粉のサンプル１，２中のＭＣｒＡｌＹの含有率が、それぞれ、５．３４（wt％）、１．８６（wt％）であった場合、分級・分離処理（Ｓ２２，Ｓ２３）で抽出された回収粉のサンプル１，２中のＭＣｒＡｌＹの含有率は、０．０６（wt％）、０．０５（wt％）になる。すなわち、本実施形態では、分離装置５０の回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉、つまり、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉は、ＭＣｒＡｌＹの含有率が１（wt％）未満になる。

溶解除去処理（Ｓ２４）では、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉中に金属粉（例えば、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉）が多い場合には、１〜１２規定の塩酸、硝酸、王水等の酸性水溶液が入っている溶解容器６１内に、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉を入れて、水溶液を加熱し、この回収粉中の金属粉を溶解させる。例えば、回収粉中に０．５（wt％）前後のＭＣｒＡｌＹ溶射粉が含まれている場合、この回収粉に対して、王水中で加熱処理を施すと、この王水から未溶解の回収粉を抽出すると、この回収粉中のＭＣｒＡｌＹ溶射粉の量は、０．０２（wt％）になる。

また、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉中に、両性水酸化物粉、例えば、水酸化アルミニウム（アルミナ）粉が多い場合には、１〜１２規定の水酸化ナトリウム水溶液が入っている溶解容器６１内に、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉を入れて、水溶液を加熱し、この回収粉中の両性水酸化物粉を溶解させる。例えば、回収粉中に０．０８〜０．０５（wt％）前後のアルミナ粉が含まれている場合、この回収粉に対して、水酸化ナトリウム水溶液中で加熱処理を施すと、この水溶液から未溶解の回収粉を抽出すると、この回収粉中のアルミナ粉の量は、０．０１（wt％）になる。

さらに、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉中に、金属粉も、両性水酸化物粉も比較的多い場合には、前述したような酸性水溶液中での加熱処理、及び水酸化ナトリウム水溶液中での加熱処理を行って、この回収粉中の金属粉及び両性水酸化物粉を溶解させる。

水溶液により、不要粒子を溶解させると、溶解容器６１から水溶液と微粒子固体とを分離して、微粒子固体を水洗等してから乾燥させて、乾燥粉とする。

この溶解除去処理（Ｓ２４）で得られた乾燥粉は、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満であり、しかも、高純度のＹＳＺ粉である。以上で、溶射粉の再生処理（Ｓ２０）が終了する。

本実施形態では、このＹＳＺ粉をＹＳＺ再生溶射粉として、溶射装置の粉体供給装置２２に投入し、ＹＳＺ溶射粉の投入量が少ない場合には、図５（Ａ）に示すステップ１〜３の処理で製造されたバージン溶射粉を追加する。そして、このプラズマ溶射装置１０の粉体供給装置２２からＹＳＺ溶射粉をプラズマ溶射ガン１１に供給して、このＹＳＺ溶射粉を対象母材１にプラズマ溶射する。すなわち、ＹＳＺ再生溶射粉をプラズマ溶射のために再利用する（Ｓ２５、Ｓ１４（図５（Ｂ））。

以上、本実施形態では、未使用の溶射粉（以下、バージン溶射粉とする）を溶射に使用した後、これを回収して、再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージン溶射粉の量を少なくすることができ、結果として、溶射粉が溶射されて、表面に遮熱コーティング（ＴＢＣ）層が形成された遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、ＹＳＺ再生溶射粉でセラミックス層を形成するので、以下の理由ａ，ｂにより、このセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。

（１）剥離可能性の低減理由ａ
ＹＳＺバージン溶射粉を製造する過程では、図５（Ａ）を用いて前述したように、ＺｒＯ_２とＹｂ_２Ｏ_３の混合物に対して熱処理を施し（Ｓ３）、混合物中のＺｒＯ_２の多くを単斜晶から正方晶に相変化させ、さらに、この正方晶に相変化したＺｒ酸化物にＹｂ_２Ｏ_３を固溶させて、安定した正方晶のＺｒ酸化物の粉、すなわち、ＹＳＺ溶射粉を製造している。

しかしながら、熱処理（Ｓ３）において、混合物を電気炉で加熱する場合やアーク放電で加熱する場合には、混合物の温度があまり高くならないため、加熱時間を長くしても、混合物中のＺｒＯ_２の全てが単斜晶から正方晶に相変化せず、単斜晶のものが残ってしまう。具体的には、加熱条件によって、多少異なるが、以上のような加熱では、混合物中のＺｒＯ_２のうち、９０〜９５％が正方晶になるが、残りは単斜晶のまま存在する。さらに、混合物の温度があまり高くならないため、Ｙｂ_２Ｏ_３の固溶量もあまり多くなく、正方晶になったＺｒ酸化物も十分に安定化しない。

また、熱処理（Ｓ３）において、混合物をプラズマ加熱する場合、混合物の温度が極めて高温（例えば、１万℃程度）になるものの、瞬間的な加熱であるため、前述の場合と同様、混合物中のＺｒＯ_２の全てが単斜晶から正方晶に相変化せず、しかも、正方晶になったＺｒ酸化物も十分に安定化しない。

これに対して、ＹＳＺ再生溶射粉は、ＹＳＺバージン溶射粉の製造過程で施された熱処理（Ｓ３：第一熱処理）後に、プラズマ溶射による熱処理（Ｓ１４：第二熱処理）が施されるため、混合物中のＺｒＯ_２で、第一熱処理で正方晶にならなかったもの、つまり、単斜晶のものを正方晶に相変位にさせると共に、Ｙｂ_２Ｏ_３の固溶量を多くすることができる。具体的に、条件によって多少異なるが、この第二熱処理（Ｓ１４）により、混合物中のＺｒＯ_２の９９％以上が正方晶になる。

以上のように、ＹＳＺ再生溶射粉は、ＹＳＺバージン溶射粉よりも、多くのＺｒＯ_２が正方晶になっており、しかも、Ｙｂ_２Ｏ_３の固溶量が多いため、正方晶になったＺｒ酸化物をより安定化させることができる。このため、ＹＳＺ再生溶射粉で形成したセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。

（２）剥離可能性の低減理由ｂ
ＹＳＺ溶射粉の粒径と、このＹＳＺ溶射粉で形成されたセラミックス層の熱サイクル耐久性とには、所定の関係がある。

ここで、溶射粉の粒径と熱サイクル耐久性との関係について、図７を用いて説明する。
なお、同図において、横軸は、ＹＳＺ溶射粉の積算粒度１０％の粒径（ｄ_１０）を示し、縦軸は、ＹＳＺ溶射粉のプラズマ溶射で形成したセラミックス層が、熱サイクル数１０００回を超えても破損せずに耐え得る温度差ΔＴを示している。この温度差ΔＴは、セラミックス層の最高表面温度と最高界面温度との差である。この温度差ΔＴは、セラミックス層の熱サイクル耐久性を示す指標であり、このΔＴが大きいほど、熱サイクル耐久性が高いと判断される。

この図７に示すデータは、以下で説明する熱サイクル耐久性試験で得たデータである。
この熱サイクル耐久性試験では、試験片として、厚さ５（ｍｍ）の耐熱合金であるＮｉ基合金（商標名：ＩＮ−７３８ＬＣ）に、低圧プラズマ溶射法にて膜厚１００（μｍ）の金属ボンドコート層（Ｎｉ：３２質量％、Ｃｒ：２１質量％、Ａｌ：８質量％、Ｙ：０．５質量％、Ｃｏ：残部）を形成したものを用いた。この試験片に対するＹＳＺ溶射粉の溶射には、スルザーメテコ社製溶射ガン１１（Ｆ４ガン）を使用した。この溶射における溶射条件は、溶射電流：６００（Ａ）、溶射距離：１５０（ｍｍ）、溶射粉供給量：６０（ｇ／ｍｉｎ）、作動ガス（Ａｒ／Ｈ_２）供給量：３５／７．４（ｌ／ｍｉｎ）である。ＹＳＺ溶射粉の溶射により、試験片上に形成したセラミックス膜の厚さは、０．５（ｍｍ）である。

この熱サイクル耐久性試験では、特許第４０３１６３１号公報に記載のレーザ熱サイクル試験法を採用し、セラミックス層に対する加熱時間を３分、冷却時間を３分、最高界面温度を900℃とし、種々の最高表面温度を設定して、セラミックス層が試験片から剥離するまでの熱サイクル数を計測し、ΔＴを求めた。なお、溶射粉の粒度分布は、レーザ散乱回折式粒度分布測定装置（シーラス社製）で測定した。

図７に示すように、ＹＳＺ溶射粉の積算粒度１０％粒径が３０μｍになると、熱サイクル耐久性の指標であるΔＴが急激に上昇し始め、その値は約６００℃になる。そして、積算粒度１０％粒径が４０μｍになると、ΔＴが約８００℃になり、以降、積算粒度１０％粒径が４０μｍより大きくなってもあまり変化しなくなる。

すなわち、熱サイクル耐久性の面から、ＹＳＺ溶射粉の積算粒度１０％粒径は、３０μｍ以上が好ましく、４０μｍ以上がより好ましい。

ところで、本実施形態において、図８に示すように、バージン溶射粉（図中、破線で示す）は、積算粒度１０％粒径が２２〜２４μｍ以上である。このバージン溶射粉をプラズマ溶射して回収すると、回収した溶射粉（図中、一点鎖線で示す）は、積算粒度１０％粒径が２０〜２２μｍ以上になり、粒径が小さくなる。本実施形態では、回収後に分級することで、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の再生溶射粉（図中、実線で示す）を得ている。すなわち、本実施形態では、バージン溶射粉より、平均粒径の大きな再生溶射粉を得ている。

以上のように、ＹＳＺ再生溶射粉は、ＹＳＺバージン溶射粉よりも、平均粒径が大きく、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満であるため、このＹＳＺ再生溶射粉で形成されたセラミックス層は、ＹＳＺバージン溶射粉で形成されたセラミックス層よりも、熱サイクル耐久性が高くなる。なお、本実施形態において、ＹＳＺ再生溶射粉の積算粒度１０％粒径を１５０μｍ未満にしているのは、回収装置３０で回収された回収粉中、１５０μｍ以上の回収粉には、ゴミ類が多く溶射粉が相対的に少ないこと、さらに、１５０μｍ以上の溶射粉では成膜効率が悪化するからである。

以上、本実施形態では、ＹＳＺ再生溶射粉でセラミックス層を形成することで、以上で説明した理由ａ，ｂの相互作用により、このセラミックス層の剥離可能性を低減させることができる。

具体的に、以下の表２に示すように、プラズマ加熱により熱処理（Ｓ３）したバージン溶射粉（サンプル３）では、熱伝導率の相対値が１で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔＴが５００℃であった。また、電気ヒータ加熱又はアーク放電加熱により熱処理（Ｓ３）したバージン溶射粉（サンプル４）では、熱伝導率の相対値が１．２で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔＴが５００℃であった。なお、熱伝導率の相対値は、サンプル３の熱伝導率を基準（１）にした熱伝導率比である。この熱伝導率は、低い程、遮熱性がよいことになり、遮熱セラミックス層の形成には好ましい。

一方、プラズマ加熱により熱処理（Ｓ３）したバージン溶射粉をプラズマ溶射した後、これ回収して、これに分級・分離処理（Ｓ２２，Ｓ２３）した再生溶射粉（サンプル５）では、熱伝導率の相対値が１で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔＴが５４０℃であった。また、電気ヒータ加熱又はアーク放電加熱により熱処理（Ｓ３）したバージン溶射粉をプラズマ溶射した後、これ回収して、これに分級・分離処理（Ｓ２２，Ｓ２３）した再生溶射粉（サンプル６）では、熱伝導率の相対値が１．２で、熱サイクル耐久性の指標である温度差ΔＴが６４０℃であった。

すなわち、再生溶射粉は、バージン溶射粉に対して、熱伝導率を上昇させることなく、熱サイクル耐久性を１．０６７〜１．０８２（1.08＝540/500、1.067＝640/600）倍にすることができる。

「溶射設備の第二実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第二実施形態について、図９及び図１０を用いて説明する。

本実施形態の溶射設備は、図９に示すように、第一実施形態の溶射設備と同様、高速フレーム溶射装置７０、プラズマ溶射装置１０、回収装置３０、分級装置４０ａ、分離装置５０を備えている。すなわち、本実施形態の溶射設備は、第一実施形態における溶解容器６１（図１）を備えていないことを除いて、第一実施形態の溶射設備と基本的に同じである。

本実施形態は、回収工程で、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉に対して、相対的に僅かのＹＳＺ溶射粉しか回収できない場合、言い換えると、ＹＳＺ溶射粉に対して、相対的に非常に多いＭＣｒＡｌＹ溶射粉を回収できる場合の実施形態である。このため、本実施形態では、第一実施形態と異なり、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を再利用する。すなわち、本実施形態では、高速フレーム溶射（Ｓ１３（図５（Ｂ））の際に使用され、対象母材１に付かなかったＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理を実行する。そこで、以下では、図１０に示すフローチャートに従って、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理（Ｓ２０ａ）について説明する。

高速フレーム溶射（Ｓ１３）の際、回収装置３０の吸引ファン３２は駆動している。このため、フレーム溶射ガン７１から噴射されたＭＣｒＡｌＹ溶射粉のうち、対象母材１に付かなかったＭＣｒＡｌＹ溶射粉は、回収ダクト３１内に吸い込まれて回収される（Ｓ２１ａ）。この際、溶射ブースＢ内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト３１内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(Ｓ１２)に用いたアルミナ粒、セラミックス層の形成の際（Ｓ１４）に用いたＹＳＺ溶射粉、溶射ブースＢ内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、フレーム溶射（Ｓ１３）の際にのみ、この回収処理（Ｓ２１ａ）を実行してもよいが、プラズマ溶射（Ｓ１４）の際にも実行してもよい。さらに、溶接ブースＢ内の環境をクリーンにするために、溶射ブースＢを何からの処理で使用している間中、この回収処理（Ｓ２１ａ）を実行してもよい。

回収ダクト３１内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置４０ａで、粒径が２０μｍ未満の回収粉と、粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉と、１５０μｍ以上の回収粉とに分けられて、粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される（Ｓ２２ａ）。より正確には、積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が２０μｍ未満の回収粉、及び粒径が１５０μｍ以上の回収粉は、廃棄される。粒径が２０μｍ未満の回収粉は、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉等を含んでいるが、粒径が小さくＴＢＣ層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。
また、粒径が１５０μｍ以上の回収粉は、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉等が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。

分級装置４０ａで抽出された回収粉は、第一実施形態と同様、分離装置５０で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される（Ｓ２３ａ）。すなわち、分離装置５０に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるＹＳＺ溶射紛を主とする回収粉は、主として回収容器５５内の正極板側部５５ａに落ちる。また、金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は、主として回収容器５５内の負極板側部５５ｃに落ちる。また、回収容器５５の中間部５５ｂには、ＹＳＺ溶射粉及びＭＣｒＡｌＹ溶射粉が落ちる。

回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉、つまり、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉は廃棄される。これは、本実施形態では、前述したように、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉に対して、相対的に僅かのＹＳＺ溶射粉しか回収できないからである。また、回収容器５５の中間部５５ｂに回収された回収粉は、分離装置５０の摩擦帯電装置５１内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。また、回収容器５５の負極板側部５５ｃに回収された回収粉、つまり、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は、回収容器５５から取り出されて、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉として再利用される（Ｓ２５ａ）。

すなわち、本実施形態では、分離処理（Ｓ２３ａ）の完了で、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理（Ｓ２０ａ）が終了する。

ここで、本実施形態の分離装置５０による静電分離効果の具体例について説明する。以下の表３に示すように、回収処理（Ｓ２１ａ）で得られた回収粉のサンプル７中のＹＳＺの含有率が、７．５２（wt％）であった場合、分級・分離処理（Ｓ２２ａ，Ｓ２３ａ）で抽出された回収粉のサンプル７中のＹＳＺの含有率は、０．０８（wt％）になる。すなわち、本実施形態では、分離装置５０の回収容器５５の負極板側部５５ｃに回収された回収粉、つまり、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は、ＹＳＺの含有率が１（wt％）未満になる。

ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再利用（Ｓ２５ａ）では、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理（Ｓ２０ａ）で得られたＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉を、フレーム溶射装置７０の粉体供給装置８３に投入し、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の投入量が少ない場合には、ＭＣｒＡｌＹバージン溶射粉を追加する。そして、このフレーム溶射装置７０の粉体供給装置８３からＭＣｒＡｌＹ溶射粉をフレーム溶射ガン７１に供給して、このＭＣｒＡｌＹ溶射粉を対象母材１に溶射する。すなわち、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉をフレーム溶射のために再利用する。

以上、本実施形態では、ＭＣｒＡｌＹバージン溶射粉を溶射に使用した後、これを回収して、再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージン溶射粉の量を少なくすることができ、結果として、溶射粉が溶射されて、表面に遮熱コーティング（ＴＢＣ）層が形成された遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉でボンドコート層を形成するものの、ＭＣｒＡｌＹバージン溶射粉でボンドコート層を形成した場合と比べて、ボンドコート層の性能劣化を抑えることができる。

具体的に、以下の表４に示すように、バージン溶射粉（サンプル８）で形成したボンドコート層に対して、３００時間に渡って１０００℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成された酸化物（熱生成酸化物、ＴＧＯ：Thermally Grown Oxide）の厚さは、５μｍであった。また、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、これを回収（Ｓ２１ａ）して得られた溶射粉（サンプル９）で形成したボンドコート層に対して、前述と同様、３００時間に渡って１０００℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成されたＴＧＯの厚さは、１２μｍであった。なお、ＧＴＯがボンドコート層の表面に生成されると、セラミックス層に剥離方向の内部応力が作用する。このため、このＧＴＯの厚さは薄いことが好ましい。

一方、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、これを回収して（Ｓ２１ａ）、分級・分離処理（Ｓ２２ａ，Ｓ２３ａ）した再生溶射粉（サンプル１０）で形成したボンドコート層に対して、前述と同様、３００時間に渡って１０００℃を維持した場合、このボンドコート層の表面に生成されたＴＧＯの厚さは、サンプル８と同様、５μｍであった。

すなわち、バージン溶射粉をフレーム溶射した後、分級処理（Ｓ２２ａ）で、回収粉から粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉を抽出し、この回収粉に対して分離処理（Ｓ２３ａ）を施して得たＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉（サンプル１０）は、ＴＧＯの厚さがバージン溶射粉（サンプル８）と同じで、ボンドコート層は性能劣化しない。

このように、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉の積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上であれば、ボンドコート層の性能劣化を抑えることができるので、本実施形態では、分級処理（Ｓ２２ａ）で、回収粉から粒径が２０μｍ以上の回収粉を抽出している。さらに、本実施形態では、成膜効率を考慮して、積算粒度１０％粒径が１５０μｍ未満の回収粉を抽出している。

ＴＧＯの厚さは、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を構成する各粒子に付着している酸素元素の量と密接な関係がある。粒子は、粒径が小さくなるほど、単位体積量当たりの表面積が大きくなるため、溶射粉を構成する金属粒子は、粒径が小さくなるほど、単位体積量当たりの付着酸素元素量が多くなる。よって、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉は、これを構成する粒子の径が大きい場合よりも、径が小さい場合の方が、ＴＧＯの厚さは厚くなる。

なお、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉の積算粒度１０％粒径が２０μｍよりも大きければ、例えば、３０μｍであれば、ＴＧＯの厚さがバージン溶射粉を用いる場合よりも薄くなるので、分級処理（Ｓ２２ａ）では、回収粉から粒径が３０μｍ以上の回収粉を抽出するようにしてもよい。

「溶射設備の第三実施形態」
次に、本発明に係る溶射設備の第三実施形態について、図１１及び図１２を用いて説明する。

本実施形態の溶射設備は、図１１に示すように、第一実施形態の溶射設備と同様、高速フレーム溶射装置７０、プラズマ溶射装置１０、回収装置３０、分級装置４０ａ、分離装置５０、溶解容器６１を備えている。さらに、本実施形態の溶射設備は、分離装置５０の回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉を吸引する吸引ファン６５と、この吸引ファン６５で吸引された分級装置６６と、を備えている。

本実施形態は、回収工程で、ＹＳＺ溶射粉及びＭＣｒＡｌＹ溶射粉のそれぞれを、回収に値するだけ回収できる場合の実施形態である。このため、本実施形態では、ＹＳＺ溶射粉及びＭＣｒＡｌＹ溶射粉を再利用する。そこで、以下では、図１２に示すフローチャートに従って、ＹＳＺ溶射粉及びＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理（Ｓ２０ｂ）について説明する。

高速フレーム溶射（Ｓ１３）及びプラズマ溶射（Ｓ１４）の際、回収装置３０の吸引ファン３２は駆動している。このため、フレーム溶射ガン７１から噴射されたＭＣｒＡｌＹ溶射粉のうち、対象母材１に付かなかったＭＣｒＡｌＹ溶射粉、さらに、プラズマ溶射ガン１１から噴射されたＹＳＺ溶射粉のうち、対象母材１に付かなかったＹＳＺ溶射粉は、回収ダクト３１内に吸い込まれて回収される（Ｓ２１ｂ）。この際、溶射ブースＢ内に浮遊していた各種粉類も回収ダクト３１内に吸い込まれる。この各種粉類には、ブラスト処理の際(Ｓ１２)に用いたアルミナ粒、溶射ブースＢ内の浮遊ゴミ等が含まれている。なお、フレーム溶射（Ｓ１３）及びプラズマ溶射（Ｓ１４）の際にのみ、この回収処理（Ｓ２１ｂ）を実行してもよいが、溶接ブースＢ内の環境を常時クリーンにするために、溶射ブースＢを何からの処理で使用している間中、この回収処理（Ｓ２１ｂ）を実行してもよい。

回収ダクト３１内に吸い込まれた粉類、つまり回収粉は、分級装置４０ａで、粒径が２０μｍ未満の回収粉と、粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉と、１５０μｍ以上の回収粉とに分けられて、粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される（Ｓ２２ｂ）。より正確には、積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉が抽出される。一方、粒径が２０μｍ未満の回収粉、及び１５０μｍ以上の回収粉は、廃棄される。粒径が２０μｍ未満の回収粉は、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉やＹＳＺ溶射粉を含んでいるが、粒径が小さいことから、ＴＢＣ層を形成するための溶射紛として適さないため、廃棄される。また、粒径が１５０μｍ以上の回収粉は、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉及びＹＳＺ溶射粉が少なく、逆に、砂粒等のごみ類が多いため、廃棄される。

分級装置４０ａで抽出された回収粉は、以上の各第実施形態と同様、分離装置５０で、回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、分離される（Ｓ２３ｂ）。すなわち、分離装置５０に送られてきた回収粉のうち、セラミックであるＹＳＺ溶射紛を主とする回収粉は、主として回収容器５５内の正極板側部５５ａに落ちる。また、金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は、主として回収容器５５内の負極板側部５５ｃに落ちる。また、回収容器５５の中間部５５ｂには、ＹＳＺ溶射粉及びＭＣｒＡｌＹ溶射粉が落ちる。

回収容器５５の負極板側部５５ｃに回収された回収粉、つまり、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉を主とする回収粉は、第二実施形態と同様、回収容器５５から取り出されて、ＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉として再利用される（Ｓ２５ｃ）。また、回収容器５５の中間部５５ｂに回収された回収粉は、分離装置５０の摩擦帯電装置５１内に再度投入されて、この回収粉に含まれている各物質の電気的性質の違いにより、再分離される。

また、回収容器５５の正極板側部５５ａに回収された回収粉、つまり、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉は、吸引ファン６５により、回収容器５５の正極板側部５５ａから吸引されて、分級装置６６に送られる。そして、この分級装置６６により、粒径が３０μｍ未満の回収粉と、粒径が３０μｍ以上の回収粉とに分けられて、粒径が３０μｍ以上の回収粉が抽出される（Ｓ２２ｃ）。なお、この分級装置６６に送られる回収粉は、前段階で、既に粒径が１５０μｍ未満のものに分級されているため、この分級装置６６により抽出される回収粉は、粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満の回収粉になる。

分級装置６６で分級処理が施された、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉には、第一実施形態と同様、溶解除去処理が施された後（Ｓ２４ｂ）、ＹＳＺ再生溶射粉として再利用される（Ｓ２５ｂ）。

以上、ステップ２１ｂ〜ステップ２４ｂの処理で、ＹＳＺ溶射粉の再生処理が終了し、ステップ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの処理で、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉の再生処理が終了する。

以上、本実施形態では、バージンＭＣｒＡｌＹ溶射粉及びバージンＹＳＺ溶射粉のそれぞれを溶射に使用した後、これらを回収して、それぞれ再生溶射粉として再生させているので、溶射に使用するバージンＭＣｒＡｌＹ溶射粉及びバージンＹＳＺ溶射粉の量を少なくすることができる。このため、本実施形態によれば、第一実施形態、第二実施形態よりも、遮熱コーティング部材の製造コストを低減することができる。

なお、本実施形態では、積算粒度１０％粒径が２０μｍ以上で１５０μｍ未満のＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉と、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満のＹＳＺ再生溶射粉と、を得るために、二つの分級装置４０，６６を設けているが、積算粒度１０％粒径が３０μｍ以上で１５０μｍ未満のＭＣｒＡｌＹ再生溶射粉及びＹＳＺ再生溶射粉を得ようとする場合には、後段の分級装置６６、及びこの分級装置６６に回収粉を導く吸引ファン６５は不要である。

「溶射設備の変形例」
まず、図１３を用いて、溶射設備の第一変形例について説明する。

以上の各実施形態の溶射設備は、いずれも、一つの溶射ブースＢ内で、フレーム溶射及びプラズマ溶射を行うものである。これに対して、本変形例の溶射設備は、フレーム溶射専用の溶射ブースＢ１、プラズマ溶射専用の溶射ブースＢ２が設けられている。

本変形例の回収ダクト３０ｂは、その開口３１ｃ，３１ｄが、フレーム溶射専用の溶射ブースＢ１、プラズマ溶射専用の溶射ブースＢ２のそれぞれに設けられ、その後、一つのダクトとして統合されている。本変形例では、この一つのダクトに統合された部分に、吸引ファン３２が設けられている。この吸引ファン３２以降の設備は、以上の各実施形態と同じである。なお、図１３に示す溶射設備は、吸引ファン３２以降の設備が第三実施形態の溶射設備と同じである。

以上、本変形例のように、各溶射種毎に溶射ブースが設けられている場合でも、各溶射ブースで用いられる溶射粉を再生することができる。

次に、溶射設備の第二変形例について説明する。

以上の各実施形態の溶射設備は、いずれも、分離装置に静電分離装置５０を用いたが、この替わりに、磁石で磁性体を選択的に分離する磁気分離装置を用いてもよい。この磁気分離装置では、回収ダクト内に吸い込まれた回収粉から、金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉等が磁石に吸着する。分離装置として磁気分離装置を用いる場合には、図１４に示すように、高勾配磁気分離装置５０ａを用いることが好ましい。この高勾配磁気分離装置５０ａは、例えば、超伝導磁石等の強力な電磁石５１ａによって形成される磁場内に、透磁性材で形成された筒５２ａを配置し、この筒５２ａ内に強磁性ステンレスのウール材５３ａを置いて、ウールとウールの周辺の間に大きな磁気勾配を形成し、フール材５３ａを磁気フィルタとして機能させて、磁性体を吸着分離する装置である。

この高勾配磁気分離装置５０ａでは、金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉等が磁気フィルタとしてのウール材５３ａが吸着し、セラミックスであるＹＳＺ溶射粉はウール材５３ａを通過する。そこで、吸引ファン４０を駆動させて、溶射粉を回収している最中では、制御装置５４ａで、電磁石５１ａを磁化させ、磁気フィルタとしてのウール材５３ａに金属であるＭＣｒＡｌＹ溶射粉等を吸着させて、ウール材５３ａに吸着しないＹＳＺ溶射粉を筒５２ａから排出する。また、吸引ファン４０が停止し、溶射粉が高勾配磁気分離装置５０ａに供給されなくなると、制御装置５４ａで、電磁石５１ａを消磁させ、ウール材５３ａに吸着していたＭＣｒＡｌＹ溶射粉等をウール材５３ａから離脱させ、このＭＣｒＡｌＹ溶射粉を筒５２ａから排出する。

このように、この高勾配磁気分離装置５０ａでは、ＭＣｒＡｌＹ溶射粉とＹＳＺ溶射粉とを異なるタイミングで、同一の筒５２ａから排出する。そこで、これらの溶射粉の排出先を変えるために、筒５２ａの先には、切替え弁５８を設けることが好ましい。

ここで、本変形例の高勾配磁気分離装置５０ａの磁気分離効果の具体例について説明する。以下の表５に示すように、回収処理（Ｓ２１）で得られた回収粉のサンプル１１，１２中のＭＣｒＡｌＹの含有率が、それぞれ、５．３４（wt％）、１．８６（wt％）であった場合、分級処理、さらに磁気分離処理で抽出された回収粉のサンプル１１，１２中のＭＣｒＡｌＹの含有率は、０．０９（wt％）、０．０６（wt％）になる。すなわち、本変形例では、ＹＳＺ溶射粉を主とする回収粉は、ＭＣｒＡｌＹの含有率が１（wt％）未満になる。

１：対象母材（対象物）、２：ボンドコート層、３：セラミックス層、４：ＴＢＣ層、１０：プラズマ溶射装置、１１：プラズマ溶射ガン（又は単に溶射ガン）、２２：紛体供給装置、２３：電源装置、３０：回収装置、３１：回収ダクト、３２：吸引ファン、４０，４０ａ：分級装置、５０，５０ａ：分離装置、６１：溶解容器、７０：フレーム溶射装置、７１：フレーム溶射ガン（又は単に溶射ガン）、８３：粉体供給装置、８４：電源装置

Claims (2)

1. 対象物に溶射粉を溶射する溶射ガンと、
   前記対象物及び前記溶射ガンが内部に配置される溶射ブースと、
   前記溶射ブース内の気体を吸引する吸引ファンと、
   前記溶射ブース内で開口し、前記溶射ブース内の気体を前記吸引ファンに導く吸引ダクトと、
   を備え、
   前記溶射ブースを形成する壁のうち、前記対象物が配置される位置を基準にして前記溶射ガン側の壁には、前記溶射ブース内に空気を取り込む吸気孔が形成され、
   前記溶射ブースを形成する壁のうち、前記対象物が配置される位置を基準にして前記溶射ガンと反対側の壁に、前記吸引ダクトの前記開口側の部分が設けられ、前記開口が前記溶射ガンに向かって開口している、
   溶射設備。
2. 請求項１に記載の溶射設備において、
   前記吸引ファンにより、前記溶射ブース内の気体と共に吸引された前記溶射粉を含む粉を、前記粉を構成する各粒子の電磁気的性質の相違により、電磁気場内で分離する分離装置を備える、
   溶射設備。

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