JP6820598B2 - 溶射装置搭載車両 - Google Patents

Description

本発明は、溶射材を加熱して基材に吹き付けることができる溶射装置搭載車両に関する。

プラズマ発生装置を搭載した車両としては、特許文献１に開示されたものが提案されている。特許文献１では、トラックの荷台に水プラズマ発生装置を設置し、また、水プラズマ発生装置の駆動に必要な発電ユニットや冷却機構、廃棄物を投入する投入装置等もトラックの荷台に設置している。

特許第４４３２０８６号公報

しかしながら、特許文献１の水プラズマ発生装置は、運転席側に向かってプラズマを放出する構成となっている。このため、かかるプラズマを利用して溶射を実施する場合でも、運転席側を保護するためにウォーターブースを設けることが不可欠となって構造が複雑化する、という問題がある。また、ウォーターブースと水プラズマ発生装置との間に溶射対象となる基材を配置するので、基材の配置スペースが狭くなる制約を受ける、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、構造の簡略化を図ることができ、基材の配置スペースの制約を少なくすることができる溶射装置搭載車両を提供することを目的とする。

本発明の溶射装置搭載車両は、荷台を有するトラックと、前記荷台上に搭載されたプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置によって発生されるプラズマに溶射材を供給する供給装置とを有する溶射装置とを備え、プラズマによって加熱した溶射材を基材に吹き付ける溶射装置搭載車両であって、前記荷台上であって前記プラズマ発生装置がプラズマを発生する方向に溶射が行われる溶射領域が形成され、該溶射領域に前記基材を支持する支持部を設け、前記プラズマ発生装置は、車両後方から側方の範囲における何れかの方向に向かってプラズマを発生することを特徴とする。

この構成によれば、プラズマ発生装置が車両の後方や側方に向かってプラズマを発するので、トラックの運転席側にプラズマを発しなくなる。これにより、運転席を保護するブース等を省略して構造の簡略化を図ることができ、且つ、基材を設置する溶射領域を車両の後方や側方に向かって広く確保し易くなる。従って、長尺物や大型となる基材であっても、荷台上において支持部に支持させて容易に溶射を行うことができる。

前記溶射装置搭載車両において、プラズマ発生装置は、陰極と陽極との間で発生するアーク放電により噴射口から水プラズマを噴射する水プラズマ発生装置であるとよい。この構成では、装置内に供給された水を解離、電離して高エネルギーとなる水プラズマのジェット気流を熱源として溶射を行うことができる。

前記溶射装置搭載車両において、溶射領域は、車両後方、側方及び上方が外部に対して開放した空間であるとよい。この構成では、それらの方向に溶射領域からはみ出るようなサイズの基材を溶射することができ、基材の配置スペースの制約を大幅に緩和することができる。

前記溶射装置搭載車両において、荷台上には、前記基材の溶射面を粗面化する前処理装置が搭載され、前記支持部は、前記前処理装置から前記プラズマ発生装置のプラズマ発生方向側に亘って設けられるとよい。この構成では、前処理装置からプラズマの発生する位置に亘って支持部が設けられるので、支持部を介して前処理からプラズマによる溶射材の吹き付けを一連の工程で迅速且つ容易に実施することができる。

前記溶射装置搭載車両において、前記プラズマ発生装置は、前記荷台上の収納室内に設けられ、前記収納室は、前記プラズマ発生装置のプラズマ発生側となる一部が通過可能な開口と、該開口を開閉する開閉体とを備えているとよい。この構成では、溶射を行わない場合は閉塞した収納室内でプラズマ発生装置を保管でき、溶射を行う場合には開閉体によって開口を開放してプラズマ発生装置による溶射領域での溶射材の吹き付けを行うことができる。

本発明によれば、構造の簡略化を図ることができ、基材の配置スペースの制約を少なくすることができる。

実施の形態に係る溶射装置搭載車両の荷台の内部を透視した側面図である。 荷台の内部を透視した車両の平面図である。 収納室の内部を上下方向中央位置で透視した車両の平面図である。 本実施の形態の溶射装置を一部側断面した説明図である。 ノズルの内部構造を示す断面図である。 チャンバの側断面図である。 チャンバの平面断面図である。 チャンバの縦断面図である。 チャンバの一部と渦水流発生器の分解縦断面図である。 渦水流発生器の分解縦断面図である。 渦水流発生器の一部の分解斜視図である。 図６を一部拡大した渦水流を説明するための図である。 アーク放電及び水プラズマの発生状態の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態に係る各構成は、以下に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。また、以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。

図１は、実施の形態に係る溶射装置搭載車両の荷台の内部を透視した側面図である。なお、特許請求の範囲及び本明細書において、特に明示しない限り、「左」、「右」、「前」、「後」は、車体に対する向きであり、各図において矢印で示した方向を基準として用いる。但し、以下の実施の形態での各構成の向きは、一例にすぎず、任意の向きに変更することができる。

図１に示すように、溶射装置搭載車両（以下、「車両」と称する）１０はトラックを基本構造としており、車両前方にキャビン１１が設けられ、キャビン１１の後方に前後方向に延在する荷台１２が設けられている。キャビン１１の下部には前輪１４及び後輪１５を駆動するためのエンジン１３が設置されている。荷台１２には、前後方向に３つの区画が形成され、前方から後方に向かって順に、発電エリア１２Ａと、装置収納エリア１２Ｂと、溶射エリア（溶射領域）１２Ｃとを備えている。

続いて、発電エリア１２Ａの各構成について説明する。図２は、荷台の内部を透視した車両の平面図である。図２に示すように、車両１０は、発電エリア１２Ａにおいて、左右に並んで配置された直流発電機１７及び交流発電機１８を備えている。発電エリア１２Ａでは、直流発電機１７及び交流発電機１８の前後及び左右方向が周壁２０によって囲われている。また、発電エリア１２Ａでは、周壁２０の上方には頂壁２１（図１参照）が設けられ、頂壁２１と周壁２０とによって発電エリア１２Ａを閉塞した空間を形成する。左右両側の周壁２０は、ウィングボディとして開閉され、発電エリア１２Ａ内を外部に開放し、各発電機１７、１８を外部に露出可能となっている。交流発電機１８は、図１に示すエンジン１３とは別のエンジンを搭載し、このエンジンの出力を利用して交流電力を発電するものである。

図１に戻り、直流発電機１７は、エンジン１３の出力を利用して発電するものである。具体的には、エンジン１３の駆動によってプロペラシャフト２２が回転され、この回転がギヤボックス２３を介して直流発電機１７の入力軸を回転させて直流電力が発電される。このように、交流及び直流電力を発電可能とすることで、電源設備のない保管場所においても、後述する水プラズマ発生装置等の各機器を作動させることができる。

次いで、装置収納エリア１２Ｂの各構成について説明する。図１及び図２に示すように、車両１０は、装置収納エリア１２Ｂにおいて、閉塞した空間となる収納室２５を備えている。また、車両１０は、収納室２５内に配置された水プラズマ発生装置（プラズマ発生装置）２７を更に備えている。水プラズマ発生装置２７は、直流発電機１７（図４では不図示）から直流電力が供給されて直流アークを発生（アーク放電）させる。この直流アークの発生によって、水プラズマ発生装置２７内に供給された水が解離、電離されて高エネルギーとなる水プラズマのジェット気流が噴射される。水プラズマ発生装置２７の詳細な構成は後述する。

水プラズマ発生装置２７から噴射される水プラズマのジェット気流には、後述するように供給装置を介して溶射材が投入される。水プラズマのジェット気流は、極めて高温で超高速な流体となり、この流体内に投入された溶射材は、瞬時に分解されてプラズマ化してからガスになる。

図３は、収納室の内部を上下方向中央位置で透視した車両の平面図である。図１〜図３に示すように、収納室２５内の前方寄りの位置には、供給ポンプ３１（図３では不図示）と真空ポンプ３２（図２では不図示）とが上下に並設されている。上段の供給ポンプ３１は、水プラズマ発生装置２７に冷却水及びプラズマ用水を供給するものであり、プラズマ用水は、更に高圧ポンプ３３（図３では不図示）によって高圧水として圧送される。真空ポンプ３２は、水プラズマ発生装置２７から冷却水及びプラズマ用水を排出するために吸引する。真空ポンプ３２では水と空気とが混合された状態で吸引するため、混合された水と空気とが気液分離器３５（図２では不図示）に送出されて分離される。各ポンプ３１〜３３及び気液分離器３５は、交流発電機１８から供給された交流電力によって駆動する。

各ポンプ３１〜３３と水プラズマ発生装置２７とを接続する配管（不図示）の経路においては、サージタンク３７（図３では不図示）が設けられている。かかるサージタンク３７を介して各ポンプ３１〜３３による水圧の変化（脈動）が抑制され、安定した水圧によって水プラズマ発生装置２７への冷却水及びプラズマ用水の供給及び排出が行えるようになる。

水プラズマ発生装置２７の冷却水及びプラズマ用水は、図１及び図３に示す水槽４０に貯留され、各ポンプ３１〜３３によって循環されて利用される。なお、冷却水及びプラズマ用水は、水プラズマ発生装置２７に供給する際の水圧が異なるだけで同じ水が利用される。真空ポンプ３２で吸引し気液分離器３５によって分離された水（冷却水及びプラズマ用水）は水槽４０内に流れ込む。水槽４０は、収納室２５の床部分を二重床構造とし、かかる二重床によって形成される空間内に設置される。水槽４０は、前後に２列、左右に４列の合計８体設けられ、図３の矢印で示すように、各水槽４０によって蛇行して水が流れる。それぞれの水槽４０がパイプ等で接続される。そして、全ての水槽４０を流れた水は、荷台１２の下方であって後輪１５の前方に配置されたラジエータ４１を介してタンク４２内に流れ込む。かかる水の流れにおいて、水プラズマ発生装置２７で加熱された水が冷却され、供給ポンプ３１を介して再度水プラズマ発生装置２７に供給される。

なお、水プラズマ発生装置２７は、図１に示すように、水槽４０の上方に設置されているので、水プラズマ発生装置２７から発せられる音が水槽４０内の水によって減衰するよう防音効果が得られる。また、水槽４０の上方にて、水プラズマ発生装置２７は、進退機構４４を介して前後方向に移動可能に支持されている。進退機構４４は、水プラズマ発生装置２７を前後に移動できる構成であれば、種々の構成を採用でき、例えば、水槽４０上の床面に前後に延びるレール４４ａを設置し、このレール４４ａに沿って移動するスライダ４４ｂを設けた構成としてもよい。この場合、スライダ４４ｂをレール４４ａの延出方向における所定位置で移動規制するストッパ（不図示）が設けられる。進退機構４４によって、図１のように水プラズマ発生装置２７の後端側が収納室２５からはみ出る位置と、水プラズマ発生装置２７の全体が収納室２５内に収まる位置との間で移動可能となる。

収納室２５の後側には、水プラズマ発生装置２７の後部が通過可能な開口２５ａが形成され、この開口２５ａには開閉体２５ｂが設けられている。開閉体２５ｂとしては、シャッター等が例示でき、閉じたときに収納室２５を閉塞した状態に保つ一方、開いたときに開口２５ａを通じて作業者が、収納室２５内と収納室２５後方の溶射エリア１２Ｃにおける荷台１２上のスペースとで出入り可能となっている。また、溶射を行わない場合は閉塞した収納室２５内で水プラズマ発生装置２７を保管でき、溶射を行う場合には開閉体２５ｂによって開口２５ａを開放して水プラズマ発生装置２７によって溶射エリア１２Ｃで溶射を行えるようになる。なお、開閉体２５ｂは、シャッター以外の扉等としてもよい。

溶射エリア１２Ｃは、荷台１２上にて車両後方、左右両側の側方及び上方が車両１０の外部に解放した空間となっている。溶射エリア１２Ｃにおいては、溶射材の供給装置５０、溶射対象となる基材Ｂに前処理を施す前処理装置５８、基材Ｂを支持する支持部５９が設けられているが、これらについては後述する。

溶射エリア１２Ｃにおいて、荷台１２の左右両側には側あおり板５６がそれぞれ設けられる。側あおり板５６は、荷台１２の左右両端側にヒンジ連結され、図１及び図２に示す水平位置と起立位置（不図示）との間で回転可能となっている。水平位置とした側あおり板５６は、荷台１２と同一面上に位置するようになり、溶射エリア１２Ｃにおいて荷台１２と共に床面として溶射のための作業スペースを形成する。各側あおり板５６の前端部には、はしご部５７の後端部が連結されている。はしご部５７の前端部は接地可能となっており、作業者がはしご部５７を介して荷台１２と地面との間を容易に昇降できるようになる。はしご部５７と側あおり板５６とはヒンジ連結され、車両１０の走行時等で側あおり板５６を起立位置としたときに、起立する側あおり板５６の内面に沿ってはしご部５７が回転配置される。

ここで、図４に示すように、上述した水プラズマ発生装置２７、供給装置５０、前処理装置５８、支持部５９を含んで溶射材を基材に吹き付ける溶射装置６０が構成される。以下、本実施の形態の溶射装置６０の各構成について説明する。図４は、本実施の形態の溶射装置を一部側断面した説明図である。

水プラズマ発生装置２７は、進退機構４４及びスタンド７０を介して所定の高さ位置に支持されている。水プラズマ発生装置２７は、前後に延びる陰極７１と、陰極７１の後端側が挿入されるチャンバ７２と、チャンバ７２の斜め下後方に設けられる鉄製円板状の陽極７３と、陽極７３を支持する陽極支持部７５とを備えて構成されている。

陰極７１は、炭素からなる丸棒によって形成され、送りねじ軸機構７６を介して前後方向に変位してチャンバ７２への挿入量を調整可能となっている。チャンバ７２は、陽極支持部７５の上方に支持板７８を介して支持されている。陽極支持部７５の前端には、前後に延びる延長筒体７９が連結され、延長筒体７９の後端にはモータ８０が設けられている。モータ８０の駆動力は、延長筒体７９及び陽極支持部７５を通じて陽極７３に伝達され、陽極７３が回転可能に設けられている。

チャンバ７２には、供給ポンプ３１を介して冷却水が供給され、また、高圧ポンプ３３を介してプラズマ用水が供給される。プラズマ用水の一部は、チャンバ７２の後端側から水プラズマとして噴射される。チャンバ７２に供給された冷却水と、噴射されなかったプラズマ用水とは、真空ポンプ３２を介して吸引される。陽極支持部７５においても、陽極７３の内部を流す冷却水が供給ポンプ３１を介して供給され、陽極７３にて吸熱を行った冷却水が真空ポンプ３２を介して吸引される。

水プラズマ発生装置２７は、チャンバ７２の後端側から水プラズマのジェット気流Ｊを後方に向かって噴射する。そして、荷台１２上においては、プラズマ発生装置２７のプラズマ発生側つまり後側に、後述のように溶射が行われる溶射エリア１２Ｃが形成される。また、水プラズマ発生装置２７は、首振り機構等の不図示の駆動機構を介し、水プラズマのジェット気流Ｊを噴射する方向や位置を上下及び左右方向に駆動可能に設けられている。

供給装置５０は、水プラズマ発生装置２７の後方に隣接する位置に配置されたじょうご型のホッパー１０６を備えている。ホッパー１０６は、水プラズマ発生装置２７と共に上下及び左右方向に駆動するように水プラズマ発生装置２７に不図示の支持構造を介して支持又は接続されている。ホッパー１０６は、下方に向かうに従って縮径する円錐型となる溶射材の収容部１０８と、収容部１０８の下端から下方に延びるノズル１１０とを備えている。収容部１０８には、粉状又は液状の溶射材が上方から投入され、かかる投入は、溶射前の作業者による手作業や、配管による送出等によって実施される。

ノズル１１０の先端は、水プラズマ発生装置２７から噴射される水プラズマのジェット気流Ｊの内部に配置されることが好ましく、後述する噴射口１４５の開口を中心軸線位置Ｃ１（図１２参照）に沿って延出した空間に配置されることがより好ましい。

続いて、ノズル１１０の内部構造について図５を参照して説明する。図５は、供給装置のノズルの内部構造を示す断面図である。図５に示すように、ノズル１１０は、三重管構造となる冷却構造１２０を備えており、内側から外側に向かって順に第１通路１２１、第２通路１２２及び第３通路１２３を形成している。ノズル１１０の基端部（図５中上端）は収容部１０８に接続され、収容部１０８は第１通路１２１に連通している。従って、第１通路１２１は、収容部１０８に収容される溶射材Ｍが通過されてノズル１１０の先端から溶射材Ｍを投入可能となる。

第２通路１２２及び第３通路１２３は、ノズル１１０の先端側で相互に連通して冷却水が流れる単一の空間となり、この空間には冷却水用の供給路１２５と排出路１２６とが連通している。ノズル１１０の基端側において、供給路１２５は第２通路１２２に連通し、排出路１２６は第３通路１２３に連通している。具体的には、ノズル１１０では、図示しないポンプを介して供給路１２５から冷却水が供給され、第２通路１２２内に導入される。そして、第２通路１２２内で冷却水がノズル１１０の基端側から先端側に向かって通過してから、当該先端で折り返されるように流れて第３通路１２３内に導入される。第３通路１２３では冷却水がノズル１１０の先端側から基端側に向かって通過して排出路１２６より排出される。このような冷却水の流れによって、水プラズマによって発生した熱が吸収され、ノズル１１０の長さ方向全体に亘って冷却作用が得られる。

図２に戻り、前処理装置５８は、溶射エリア１２Ｃの右半部に設置され、荷台１２上で水プラズマ発生装置２７と前後に対向しない位置に設置されている。前処理装置５８の具体的な構成の説明は省略するが、基材Ｂに対する溶射材Ｍの密着性を高めるためにブラスト処理を行い、基材Ｂの溶射面Ｂａを粗面化する公知の構成が採用される。前処理装置５８の前処理は、基材Ｂの材質、硬さ、溶射材、溶射材による皮膜の厚さ等に応じ、溶射面Ｂａにて適切な表面粗さが得られるブラスト条件を選定してから実施される。ここで、溶射材Ｍとしては、金属、セラミックス、プラスチック、サーメットやそれらの複合材料等を例示することができる。また、基材Ｂとしては、金属、セラミックス、プラスチック、木等を例示することができる。

支持部５９は、左右方向に延在しており、前処理装置５８から水プラズマ発生装置２７の後側に亘って設けられている。具体的には、右側が前処理装置５８を通過している一方、左側が水プラズマ発生装置２７の後方に配置されて水プラズマ発生装置２７と前後に対向するよう荷台１２上に設けられている。支持部５９は、前処理装置５８で前処理が完了した基材Ｂを水プラズマ発生装置２７によって溶射できるように所定の高さ位置に支持する。また、支持部５９の上面には、ローラ５９ａ等を有する送り機構５９ｂ（図４参照）が設けられ、送り機構５９ｂは、前処理装置５８から水プラズマ発生装置２７の後方まで基材Ｂを搬送するために用いられる。送り機構５９ｂでは、ローラ５９ａを回転駆動して基材Ｂを左方向に移送する他、ローラ５９ａを従動回転可能として当該ローラ５９ａ上の基材Ｂの移動を案内するようにしてもよい。このような構成では、支持部５９を介して前処理から水プラズマ発生装置２７による溶射を一連の工程で簡単且つ短時間で行うことができる。

支持部５９の内部には、冷却用の水が通過する配管やラジエータ等を含む冷却手段５９ｃが設けられている。冷却手段５９ｃには、水槽４０に流れ込む水が分岐して流れ込み、冷却手段５９ｃで吸熱を行った水がラジエータ４１やタンク４２等に流れるよう排出される。従って、基材Ｂが溶射によって加熱されても、その熱がローラ５９ａ等を介して冷却手段５９ｃに伝わり、冷却用の水で吸熱して基材Ｂを冷却することができる。

次いで、チャンバ７２の内部構造について図６ないし図８を参照して説明する。図６は、チャンバの側断面図、図７は、チャンバの平面断面図、図８は、チャンバの縦断面図である。

図６及び図７に示すように、水プラズマ発生装置２７を構成するチャンバ７２は、前後方向に延びる円筒内周面を形成するチャンバ本体１４０と、チャンバ本体１４０の後方には装着された後壁部１４１とを備え、それらの内側に水プラズマを発生させるための内部空間１４２を形成している。後壁部１４１には内部空間１４２に連通する開口が形成され、この開口を後方から塞ぐように噴射口形成板１４４が取り付けられている。噴射口形成板１４４には水プラズマを噴射する噴射口１４５が形成されている。

チャンバ本体１４０の内部には、後方寄りの位置に周方向に延びるリブ１４０ａが形成され、このリブ１４０ａより後側にプラズマ用水供給路１４７が形成されている。また、後壁部１４１には、その開口内に流れ込むプラズマ用水を排出するプラズマ用水排出路１４８が形成されている。プラズマ用水供給路１４７には、高圧ポンプ３３から高圧なプラズマ用水が供給され、プラズマ用水排出路１４８からは真空ポンプ３２の負圧によってプラズマ用水が吸引される。

チャンバ本体１４０のリブ１４０ａより前側には冷却水供給路１５０及び冷却水排出路１５１（図７では不図示）が形成されている。冷却水供給路１５０には、供給ポンプ３１から冷却水が供給され、冷却水排出路１５１からは真空ポンプ３２の負圧によって冷却水が吸引される。プラズマ用水供給路１４７、冷却水供給路１５０及び冷却水排出路１５１は、円筒内周面となる丸穴状に形成されている。

図８に示すように、プラズマ用水供給路１４７は、縦断面視で円形となる内部空間１４２の下部で連通して左右方向に延出している。具体的には、内部空間１４２の下部接線方向にプラズマ用水供給路１４７が延在し、より具体的には、プラズマ用水供給路１４７の下端が内部空間１４２の下端から延びる接線上に位置している。これにより、プラズマ用水供給路１４７から流れ込むプラズマ用水が内部空間１４２の周方向に沿って滑らかに流れる。

なお、プラズマ用水供給路１４７の内径ｄ１は、内部空間１４２を形成するチャンバ本体１４０の内周面と後述する筒状部１６２との間の幅ｈ１と同一又は概略同一に設定されている。冷却水供給路１５０を縦断面視した形状は、プラズマ用水供給路１４７と同じとなり、プラズマ用水と同様に冷却水も内部空間１４２に流れ込ませることができる。また、冷却水排出路１５１は、縦断面視で内部空間１４２の上部に連通して左右方向に延出している。

水プラズマ発生装置２７は、チャンバ７２内に収容される概略筒状の渦水流発生器１６０を備えている。渦水流発生器１６０は、内部空間１４２と中心軸線位置Ｃ１が一致するように配置されている。なお、この中心軸線位置Ｃ１は、後述する噴射口１４５の中心軸線位置Ｃ１（図１２参照）と一致する。従って、縦断面視で内部空間１４２は、その内周面と渦水流発生器１６０の外周面との間で円状の空間を形成し、上述のように内部空間１４２に流れ込んだプラズマ用水は、円状の空間を旋回するように流れる。

図９は、チャンバの一部と渦水流発生器の分解縦断面図である。図９に示すように、渦水流発生器１６０は、円筒状をなす筒状部１６２と、筒状部１６２の内周から突出するように形成された第１中間仕切部１６３及び第２中間仕切部１６４と、筒状部１６２の一端側（前端側）に形成される前側仕切部（一端側仕切部）１６５と、筒状部１６２の他端側（後端側）に形成される後側仕切部（他端側仕切部）１６６とを備えた形状に形成されている。第１中間仕切部１６３は第２中間仕切部１６４より前方に配置されている。前側仕切部１６５は、前方の陰極７１（図６参照）に対向して配置される。渦水流発生器１６０の後端部は、後壁部１４１の開口に嵌め込まれる。

図１０は、渦水流発生器の分解縦断面図である。図１０に示すように、筒状部１６２は、軸方向（前後方向）に複数に分割可能な構造となっており、噴射口１４５側（後側）に位置する後端部１７０と、後端部１７０と反対側（前側）に位置する前端部１７１と、それらの間に位置する第１中間部１７３、第２中間部１７４、３体の水流形成リング１７６及び６体のスペーサリング１７７とによって形成される。３体の水流形成リング１７６の前後両側にスペーサリング１７７がそれぞれ設けられ、スペーサリング１７７の内周が前方又は後方に突出して水流形成リング１７６の内周に嵌り込む。第１中間部１７３及び第２中間部１７４は、スペーサリング１７７を介在させた状態で前後両側から水流形成リング１７６によって挟まれるように配置される。そして、前後に３体並ぶ水流形成リング１７６のうち、最後の水流形成リング１７６の後方にスペーサリング１７７を介在させて後端部１７０が設けられ、最前の水流形成リング１７６の前方にスペーサリング１７７を介在させて前端部１７１が設けられている。

図１１は、渦水流発生器の一部の分解斜視図である。図１０及び図１１に示すように、後端部１７０は、後側仕切部１６６の外周にフランジ状に連なって形成され、前端部１７１は、前側仕切部１６５の外周にフランジ状に連なって形成されている。従って、後端部１７０と後側仕切部１６６とによって一部品となるヘッド部１６０Ａが形成され、前端部１７１と前側仕切部１６５とによって一部品となるエンド部１６０Ｂが形成される。また、第１中間部１７３は、第１中間仕切部１６３の外側にフランジ状に連なって形成され、第２中間部１７４は、第２中間仕切部１６４の外側にフランジ状に連なって形成される。従って、第１中間部１７３と第１中間仕切部１６３とによって一部品となる穴有り円板部１６０Ｃが形成され、第２中間部１７４と第２中間仕切部１６４とによって一部品となる穴有り円板部１６０Ｄが形成される。

各仕切部１６３〜１６６は、筒状部１６２の中心軸線位置Ｃ１を含むように円形の開口部１６３ａ〜１６６ａを備えている。本実施の形態では、開口部１６３ａ〜１６６ａの中心位置は、中心軸線位置Ｃ１に一致している。各開口部１６３ａ〜１６６ａの開口形状は、異なる大きさに形成されている。具体的には、前側仕切部１６５の開口部１６５ａの開口径Ｄ１が最も大きく、第１中間仕切部１６３の開口部１６３ａの開口径Ｄ２が最も小さく形成されている。また、第２中間仕切部１６４の開口部１６４ａの開口径Ｄ３、後側仕切部１６６の開口部１６６ａの開口径Ｄ４とすると、Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２となる大小関係となっている。これにより、第１中間仕切部１６３の開口部１６３ａから後方に向かう（陰極７１（図６参照）から離れる）に従って開口径（開口形状）が大きくなり、錘状となる空間が形成される。

各仕切部１６３〜１６６の前面は、各開口部１６３ａ〜１６６ａの中心位置に近付くに従って後方に向かう（陰極７１（図６参照）から離れる）テーパ面１６３ｂ〜１６６ｂによって形成されている。第１中間仕切部１６３、第２中間仕切部１６４、後側仕切部１６６のテーパ面１６３ｂ、１６４ｂ、１６６ｂは、椀状面に沿って凹むように湾曲している。具体的には、テーパ面１６３ｂ、１６４ｂ、１６６ｂの断面視で、開口部１６３ａ、１６４ａ、１６６ａの近傍領域が中心軸線位置Ｃ１に直交する面上に位置し、かかる領域から外側に行くほど傾斜が急になる湾曲面となっている。各仕切部１６３〜１６６の後面は、中心軸線位置Ｃ１に直交する面上に位置するように形成される。

第１中間仕切部１６３、第２中間仕切部１６４、後側仕切部１６６では、開口部１６３ａ、１６４ａ、１６６ａとテーパ面１６３ｂ、１６４ｂ、１６６ｂとの間に円弧状の面取り部１６３ｃ、１６４ｃ、１６６ｃが形成されている。面取り部１６３ｃ、１６４ｃ、１６６ｃの曲率は、テーパ面１６３ｂ、１６４ｂ、１６６ｂの曲率より大きく設定されている。

ここで、図８及び図１０に示すように、３体の水流形成リング１７６それぞれには、複数の通路１８０が形成されている。本実施の形態では、１体の水流形成リング１７６に３つの通路１８０が形成され、図８では、２つの通路１８０が不図示となっている。このように通路１８０が形成されることで、中心軸線位置Ｃ１の延出方向では、水流形成リング１７６が配置される３箇所位置で通路１８０が３つずつ形成され、当該３つの通路１８０の前後方向での位置が同じとなる。また、通路１８０は、前後に隣り合う仕切部１６３〜１６６の間それぞれに、３つずつ形成されることとなる。各通路１８０は、円筒内周面となる丸穴状に形成されている。

図８に示すように、通路１８０は、水流形成リング１７６の周方向に等角度毎（本実施の形態では１２０°毎）に形成されている。各通路１８０は、水流形成リング１７６の内外で連通するように貫通しており、厚さ方向に対して傾斜する方向に延出している。具体的には、各通路１８０は、連通位置における水流形成リング１７６の内周接線方向に延在し、より具体的には、水流形成リング１７６の内周接線位置に通路１８０の内周面が線状に重なるように形成されている。従って、通路１８０の最も内側の端縁と水流形成リング１７６の内周との間で隆起した部分がないように形成される。また、通路１８０の外部から内部にプラズマ用水が流れる方向と、水流形成リング１７６の外部でプラズマ用水が旋回して流れる方向とでなす角度θは鋭角となっている。

上記のように通路１８０を形成したので、筒状部１６２の外部でチャンバ本体１４０の内周面に沿って流れるプラズマ用水は、通路１８０を通過して筒状部１６２の内部に流れ込む。そして、プラズマ用水が筒状部１６２の内周面に沿って滑らかに流れるようになり、縦断面視で中心軸線位置Ｃ１に空洞を形成するように円状に旋回する渦水流が形成される。

水プラズマ発生装置２７は、チャンバ７２内において、渦水流発生器１６０の前方に更に種々の構成を備えている。以下、かかる構成について、後方の構成から前方に向かって順に説明する。

図６に示すように、チャンバ本体１４０のリブ１４０ａ前面には、円筒状のストッパ２０１が接触して設けられている。ストッパ２０１の開口部には、渦水流発生器１６０における前側仕切部１６５及び前端部１７１が嵌り込み、渦水流発生器１６０が前方に移動しないように位置決めしている。

ストッパ２０１の前面には、段付き円筒状のケース２０２が接触して設けられ、このケース２０２の前面には、円筒状の水流形成筒体２０３が嵌め込まれて設けられている。図７にも示すように、水流形成筒体２０３は、上述した通路１８０と同様の形状をなす複数の通路２０３ａが形成されている。これら通路２０３ａによって冷却水供給路１５０から内部空間１４２に供給される冷却水が水流形成筒体２０３内に流れ込み、陰極７１と接触して冷却する。冷却を行った冷却水は冷却水排出路１５１（図７では不図示）から排出される。

なお、冷却水供給路１５０から供給される冷却水は、ストッパ２０１等を通じて後方の渦水流発生器１６０に流れ込み、プラズマ用水としても利用される。また、プラズマ用水がストッパ２０１等を通じて陰極７１を冷却することを妨げるものでない。要するに、プラズマ用水及び冷却水は、供給位置及び供給圧力の違いによって主として利用される用途を意味するものであり、それぞれ互いの用途を兼ね備えて利用される。

水流形成筒体２０３の左側にはセンサ用穴２０３ｂが形成され、このセンサ用穴２０３ｂに対向する位置にはセンサ２０４（図６では不図示）が設けられている。センサ２０４は、チャンバ本体１４０に形成されたセンサ取付孔１４０ｂ（図６では不図示）内に装着されている。センサ２０４は、センサ用穴２０３ｂを通じて当該センサ用穴２０３ｂの前後位置での陰極７１の有無を検出する。センサ２０４によって陰極７１がないことを検出すると、その検出データが制御手段（不図示）に出力されて送りねじ軸機構７６（図４参照）を駆動し、陰極７１を所定量後退させる。これにより、陰極７１の後端位置をセンサ用穴２０３ｂから後方への所定範囲内に維持することができる。

水流形成筒体２０３の前方には、内部に段差が形成された段付き円筒状のケース２０６が設けられている。ケース２０６の後端部は、水流形成筒体２０３の前端側に嵌め込まれている。ケース２０６の内部には、陰極７１に接触して保持する接触体２０７が設けられている。接触体２０７は、図示省略したが周方向所定角度毎に分割して形成され、その内径寸法が可変となっている。また、接触体２０７の外周にはリング状の弾性体２０８が設けられ、この弾性体２０８の弾性力によって接触体２０７を介して陰極７１を締め付けて陰極７１と接触体２０７との接触状態が保たれる。

接触体２０７の前端面には、リング状のシール保持体２０９が接触しており、シール保持体２０９の内部にはシール２１０が設けられている。シール２１０は、陰極７１との間での液密性を維持し、冷却水がシール２１０より前方に漏出することが規制される。

シール保持体２０９の前端面には、リング状のコネクタ２１１が接触しており、コネクタ２１１には、アダプタ等（不図示）を介して配線２１３が接続されている。配線２１３には、配電盤等を介して直流発電機１７（図２参照）からの直流電力が供給される。コネクタ２１１、シール保持体２０９及び接触体２０７は導電体によって構成され、これらを通じて陰極７１と配線２１３との電気的な導通が行われる。これにより、陰極７１にアーク放電を発生させるための直流電力が供給される。

コネクタ２１１の前端面には、リング状のスペーサ２１４が接触しており、スペーサ２１４の前端面には、陰極７１が貫通される止めねじ２１５が接触している。チャンバ本体１４０の前方における内周面には、止めねじ２１５にねじ結合可能な雌ねじ（不図示）が形成され、止めねじ２１５をねじ込んで後方移動させることで、上述した渦水流発生器１６０前方の各構成における前後方向の位置決めが行われる。

なお、チャンバ７２内において、符号２２１〜２２５を付した構成は、Ｏリング等からなるシール部材であり、それらの接触面での液密性を維持するものである。

次に、渦水流発生器１６０における渦水流について説明する。図８に示すように、プラズマ用水供給路１４７から高圧となるプラズマ用水を供給すると、内部空間１４２を形成するチャンバ本体１４０の内周面と渦水流発生器１６０の外周面との間で筒状に形成される空間で旋回するようにプラズマ用水が流れる。この旋回するプラズマ用水の流れによって、プラズマ用水が通路１８０を通過して筒状部１６２の内部に流れ込む。このとき、通路１８０の内周面が水流形成リング１７６の内周接線位置に線状に重なるので、プラズマ用水が筒状部１６２の内周面に沿って滑らかに流れるようになる。

図１２は、図６を一部拡大した渦水流を説明するための図である。図１２に示すように、通路１８０から筒状部１６２の内側に流れ込んだプラズマ用水は、前後方向で隣り合う仕切部１６３〜１６５の間で旋回するように流れる。ここで、旋回して流れるプラズマ用水は、後壁部１４１に形成されたプラズマ用水排出路１４８から吸引される。このため、プラズマ用水は、開口部１６３ａ、１６４ａ、１６６ａを通じて後方に流れ、後側仕切部１６６の後端と噴射口形成板１４４との間の隙間を通過してプラズマ用水排出路１４８から排出される。このとき、中心軸線位置Ｃ１に空洞Ｈを形成するように旋回する渦水流Ｗが形成される。ここで、図９及び図１１に示すように、開口部１６３ａ、１６４ａ、１６６ａの開口径Ｄ２〜Ｄ４がＤ４＞Ｄ３＞Ｄ２となる大小関係となるときに、最も安定して渦水流Ｗの空洞Ｈが形成することができる。また、テーパ面１６３ｂ、１６４ｂ、１６６ｂが椀状面に沿って凹むように湾曲したり、円弧状の面取り部１６３ｃ、１６４ｃ、１６６ｃを形成したりしたので、渦水流Ｗの形成を阻害するような乱流が発生し難くなって空洞Ｈの安定形成に寄与することができる。なお、プラズマ用水は、旋回する流れによって渦水流発生器１６０やチャンバ本体１４０を冷却する効果も奏する。

空洞Ｈを備えた渦水流Ｗが形成された状態で、図１３に示すように、陽極７３及び陰極７１に直流電力が供給されると、それらの間にアーク放電ＡＲが発生される。このとき、渦水流Ｗの空洞Ｈを通過するようにアーク放電ＡＲが発生される。このアーク放電ＡＲの発生によって、渦水流Ｗを形成するプラズマ用水が解離、電離されて高エネルギーとなる水プラズマのジェット気流Ｊが噴射口１４５から噴射される。

次いで、基材Ｂに対する溶射方法について図４を参照して説明する。溶射の前の準備として、溶射エリア１２Ｃにおける水プラズマ発生装置２７の後方に前処理装置５８で前処理された基材Ｂを配置する。基材Ｂは、支持部５９を介して前処理装置５８から水プラズマ発生装置２７の後方に移動され、水プラズマのジェット気流Ｊの噴射位置に応じた所定高さで支持される。

溶射においては、水プラズマ発生装置２７の噴射口１４５（図１２参照）から後方に向かって極めて高温で超高速な流体となるジェット気流Ｊを噴射する。そのジェット気流Ｊの中に供給装置５０のノズル１１０を通じて溶射材Ｍを投入し、溶射材Ｍを加熱、加速することで溶融またはそれに近い状態にして基材Ｂに吹き付ける。この吹き付けによって、基材Ｂの溶射面Ｂａに対し、溶射材Ｍが凝固し密着することで溶射皮膜が形成される。

溶射中の供給装置５０のノズル１１０、特にその先端は水プラズマのジェット気流Ｊ中に位置するために多大なエネルギーを受けて加熱されるが、図５を用いて上述した冷却構造１２０によって加熱による損傷を抑制することができる。

上記実施の形態によれば、水プラズマ発生装置２７から後方に向かって水プラズマを噴射し、車両１０の荷台１２上の後方領域となる溶射エリア１２Ｃで溶射することができる。これにより、前方に向かってプラズマを発生する場合に比べ、キャビン１１を保護する装置をなくして荷台１２上の構造の簡略化、軽量化を図ることができる。また、溶射が行われる溶射エリア１２Ｃは、後方、左右両側方、上方が開放しているので、溶射対象となる基材Ｂの大型化、長尺化に対応できるスペースを容易に確保することができる。例えば、図２に示すように、基材Ｂが荷台１２の左右幅より大きい長尺物であっても、その端部が荷台１２からはみ出た状態として溶射を行うことができ、溶射対象を拡大することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、水プラズマ発生装置２７にてプラズマを噴射して発生される向きは、上記のように後方に限定されるものでなく、後方から左右の側方の範囲における何れかの方向に変更してもよい。これによっても、キャビン１１を保護する構造をなくすことができ、且つ、溶射領域となる基材Ｂの配置スペースを荷台１２の後方や左右の側方等に拡大して該配置スペースが狭くなる制約を緩和することができる。

また、上記実施の形態では、プラズマ発生装置として水プラズマ発生装置２７を用いた場合を説明したが、これに限られるものでない。例えば、電極の間に不活性ガスを流して放電することで電離して高温、高速のプラズマを発生するガスプラズマ発生装置や、その他のプラズマ発生装置を用いてもよい。

また、溶射において、荷台１２を含む車両１０の外部に溶射対象となる基材Ｂをセットし、水プラズマ発生装置２７から発生するプラズマによって溶射材Ｍを吹き付けてもよい。

また、供給装置５０のノズル１１０の向きは、上向きとして圧縮エアー等を介して溶射材Ｍを圧送、供給するようにしてもよい。更に、ノズル１１０の本数は、複数本としてもよい。

本発明は、構造の簡略化を図ることができ、基材の配置スペースの制約を少なくすることができる、という効果を得る。

１０ 車両（溶射装置搭載車両）
１２ 荷台
１２Ｃ 溶射エリア（溶射領域）
２５ 収納室
２５ａ 開口
２５ｂ 閉塞体
２７ 水プラズマ発生装置（プラズマ発生装置）
５０ 供給装置
５８ 前処理装置
５９ 支持部
６０ 溶射装置
７１ 陰極
７３ 陽極
１４５ 噴射口
ＡＲ アーク放電
Ｂ 基材
Ｊ ジェット気流
Ｍ 溶射材

Claims (5)

1. 荷台を有するトラックと、
   前記荷台上に搭載されたプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置によって発生されるプラズマに溶射材を供給する供給装置とを有する溶射装置とを備え、プラズマによって加熱した溶射材を基材に吹き付ける溶射装置搭載車両であって、
   前記荷台上であって前記プラズマ発生装置がプラズマを発生する方向に溶射が行われる溶射領域が形成され、該溶射領域に前記基材を支持する支持部を設け、
   前記プラズマ発生装置は、車両後方から側方の範囲における何れかの方向に向かってプラズマを発生することを特徴とする溶射装置搭載車両。
2. 前記プラズマ発生装置は、陰極と陽極との間で発生するアーク放電により噴射口から水プラズマを噴射する水プラズマ発生装置であることを特徴とする請求項１に記載の溶射装置搭載車両。
3. 前記溶射領域は、車両後方、側方及び上方が外部に対して開放した空間であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶射装置搭載車両。
4. 前記荷台上には、前記基材の溶射面を粗面化する前処理装置が搭載され、
   前記支持部は、前記前処理装置から前記プラズマ発生装置のプラズマ発生方向側に亘って設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の溶射装置搭載車両。
5. 前記プラズマ発生装置は、前記荷台上の収納室内に設けられ、
   前記収納室は、前記プラズマ発生装置のプラズマ発生側となる一部が通過可能な開口と、該開口を開閉する開閉体とを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の溶射装置搭載車両。

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