JP2002231498A - 複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置 - Google Patents
複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置Info
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- JP2002231498A JP2002231498A JP2001023625A JP2001023625A JP2002231498A JP 2002231498 A JP2002231498 A JP 2002231498A JP 2001023625 A JP2001023625 A JP 2001023625A JP 2001023625 A JP2001023625 A JP 2001023625A JP 2002231498 A JP2002231498 A JP 2002231498A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱プラズマの使用効率の向上させるとともに、
装置の小型化及びコストダウンを図る。 【解決手段】副トーチ２の副陰極１０の中心軸と交叉す
る中心軸Ｃを備えた主トーチ１の主陽極３によりプラズ
マ１８を発生させ、該主トーチ１の材料送入管１９から
前記プラズマ１８及びプラズマ炎２３の中心軸上に沿っ
て処理対象材料２０を放出する。
装置の小型化及びコストダウンを図る。 【解決手段】副トーチ２の副陰極１０の中心軸と交叉す
る中心軸Ｃを備えた主トーチ１の主陽極３によりプラズ
マ１８を発生させ、該主トーチ１の材料送入管１９から
前記プラズマ１８及びプラズマ炎２３の中心軸上に沿っ
て処理対象材料２０を放出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、複合トーチ型プラズ
マ発生方法及びその装置に関するものであり、特に、気
体中を流れる大電流、いわゆるアークやそれによって、
発生する１万度前後の高温度のプラズマによって、金属
やセラミックス等の物質を溶融して処理対象物に吹き付
け、その表面に強固な皮膜を形成するプラズマ溶射の技
術分野や、個体、液体、又は、気体といった処理対象物
を、その処理するための熱源としてのプラズマを利用し
てきた分野、たとえば、ゴミ焼却、気相ダイヤモンド合
成、フロンやＰＣＢ等の有害物の分解などの分野、等で
用いられる。
マ発生方法及びその装置に関するものであり、特に、気
体中を流れる大電流、いわゆるアークやそれによって、
発生する１万度前後の高温度のプラズマによって、金属
やセラミックス等の物質を溶融して処理対象物に吹き付
け、その表面に強固な皮膜を形成するプラズマ溶射の技
術分野や、個体、液体、又は、気体といった処理対象物
を、その処理するための熱源としてのプラズマを利用し
てきた分野、たとえば、ゴミ焼却、気相ダイヤモンド合
成、フロンやＰＣＢ等の有害物の分解などの分野、等で
用いられる。
【０００２】
【従来の技術】図６に示したのは、従来の汎用的な複合
トーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を図示したもの
である。図６において主陰極５７は、放出口を有する主
外套４及び主第二外套３１と、プラズマガスの旋回流形
成手段５０を有する絶縁物２７及び絶縁物２９によって
同心に保持されている。
トーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を図示したもの
である。図６において主陰極５７は、放出口を有する主
外套４及び主第二外套３１と、プラズマガスの旋回流形
成手段５０を有する絶縁物２７及び絶縁物２９によって
同心に保持されている。
【０００３】図３に示された如く、主プラズマガス送入
口５より主プラズマガス６が、先ずガス環状室５１へ送
入され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置され
た複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内
壁５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。同
様に主第二ガス３３も主第二ガス送入口３２を通って、
絶縁物２９の内壁を旋回すべく送入される。
口５より主プラズマガス６が、先ずガス環状室５１へ送
入され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置され
た複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内
壁５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。同
様に主第二ガス３３も主第二ガス送入口３２を通って、
絶縁物２９の内壁を旋回すべく送入される。
【０００４】主電源７の負端子は、主陰極５７に接続さ
れ、主電源７の正端子は、スイッチ手段８を介して主外
套４に、又、スイッチ手段３４を介して主第二外套３６
に、それぞれ接続されており、これらが全体として主ト
ーチ１を構成している。
れ、主電源７の正端子は、スイッチ手段８を介して主外
套４に、又、スイッチ手段３４を介して主第二外套３６
に、それぞれ接続されており、これらが全体として主ト
ーチ１を構成している。
【０００５】次に、主トーチ１の中心軸、すなわち、主
陰極５７の中心軸と交叉するように配置された副トーチ
起動電極（副電極）１０Ａがあり、この副トーチ起動電
極１０Ａは、先端に放出口を有する副外套１１及び副第
二外套３６と、主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズ
マガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物２８及び絶
縁物３０によって同心に保持されている。
陰極５７の中心軸と交叉するように配置された副トーチ
起動電極（副電極）１０Ａがあり、この副トーチ起動電
極１０Ａは、先端に放出口を有する副外套１１及び副第
二外套３６と、主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズ
マガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物２８及び絶
縁物３０によって同心に保持されている。
【０００６】副電源１４は、その正端子がスイッチ手段
１５を介して副外套１１と主電源７の正端子に接続され
ており、副電源１４の負端子は副トーチ起動電極１０Ａ
に接続されており、これらが全体として副トーチ２を構
成している。そして、主トーチ１と副トーチ２は、連結
管２６で固定され、各々は容易に脱着でき、絶縁性が保
たれた構造となっている。
１５を介して副外套１１と主電源７の正端子に接続され
ており、副電源１４の負端子は副トーチ起動電極１０Ａ
に接続されており、これらが全体として副トーチ２を構
成している。そして、主トーチ１と副トーチ２は、連結
管２６で固定され、各々は容易に脱着でき、絶縁性が保
たれた構造となっている。
【０００７】図６において、主プラズマガス送入口５よ
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段３４を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陰極５７と主外套４との間で印加する。そうする
と、主陰極５７の先端から主外套４の放出口に向かって
主起動アーク１６が形成され、これによって主プラズマ
ガス６が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先
端より放出される。
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段３４を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陰極５７と主外套４との間で印加する。そうする
と、主陰極５７の先端から主外套４の放出口に向かって
主起動アーク１６が形成され、これによって主プラズマ
ガス６が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先
端より放出される。
【０００８】次にスイッチ手段３４を閉じて、スイッチ
手段８を開くことによって、プラズマ１８の陽極点は主
外套４から主第二外套３１へと移行し、主第二外套３１
の先端より主トーチ１の外部に向かって放出される。
手段８を開くことによって、プラズマ１８の陽極点は主
外套４から主第二外套３１へと移行し、主第二外套３１
の先端より主トーチ１の外部に向かって放出される。
【０００９】次にスイッチ手段１５を閉じて、副電源１
４の高周波により副トーチ起動電極１０Ａと副外套１１
との間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副
ガス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。
そうすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の
先端の放出口を通って副第二外套３６の放出口よりプラ
ズマ１８が噴出される。
４の高周波により副トーチ起動電極１０Ａと副外套１１
との間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副
ガス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。
そうすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の
先端の放出口を通って副第二外套３６の放出口よりプラ
ズマ１８が噴出される。
【００１０】このようにして主トーチ１と副トーチ２の
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段１５
及びスイッチ手段３４を開くと、プラズマ１８は導電性
であるので、主陰極５７の先端から副トーチ起動電極１
０Ａの陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８による導
電路が形成される。
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段１５
及びスイッチ手段３４を開くと、プラズマ１８は導電性
であるので、主陰極５７の先端から副トーチ起動電極１
０Ａの陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８による導
電路が形成される。
【００１１】この時、連結管２６上の材料送入管１９に
より搬送された溶射材料２０は、プラズマ１８軸に交叉
する方向で高温のプラズマ１８中に送入される。この溶
射材料２０は、プラズマ熱により溶融粒子２１となっ
て、プラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらな
いで母材２５に向かって進行する。
より搬送された溶射材料２０は、プラズマ１８軸に交叉
する方向で高温のプラズマ１８中に送入される。この溶
射材料２０は、プラズマ熱により溶融粒子２１となっ
て、プラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらな
いで母材２５に向かって進行する。
【００１２】この溶融粒子２１を含むプラズマ炎２３
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
【００１３】以上の説明では、主外套４，主第二外套３
１及び副外套１０，副第二外套３６の内面は、通常何れ
も二重構造となっており、その内部を水等の循環によっ
て冷却されているが、これは省略し図示していない。な
お、以下の説明においては、各該当の冷却システムは、
何れも図示を省略する。
１及び副外套１０，副第二外套３６の内面は、通常何れ
も二重構造となっており、その内部を水等の循環によっ
て冷却されているが、これは省略し図示していない。な
お、以下の説明においては、各該当の冷却システムは、
何れも図示を省略する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする第一の課題は、従来のプラズマ発生装置のトーチ
は、主陰極の陰極点をプラズマの中心軸上に設け、副陽
極の陽極点をプラズマの中心軸外に設けて、不活性ガス
の雰囲気下で、高周波により印加し、プラズマを形成さ
せているが、陰極点から陽極点に至る１万℃前後の高温
のプラズマアークを有効に使用できないことにある。
とする第一の課題は、従来のプラズマ発生装置のトーチ
は、主陰極の陰極点をプラズマの中心軸上に設け、副陽
極の陽極点をプラズマの中心軸外に設けて、不活性ガス
の雰囲気下で、高周波により印加し、プラズマを形成さ
せているが、陰極点から陽極点に至る１万℃前後の高温
のプラズマアークを有効に使用できないことにある。
【００１５】すなわち、プラズマアークの始点となる陰
極点は必ずプラズマアーク中心軸上にあることから、熱
プラズマを最も有効に使用するには、プラズマ軸上に沿
って処理対象材料を送入することが理想的である。しか
し、主陰極は熱電子を発生させるために３０００゜〜４
０００゜Ｃの高温にしなければならないので、前述の様
に処理対象材料を送入すると、溶融した処理対象材料が
主トーチ内に付着するので、該主トーチが詰まってしま
い、運転不能となる。
極点は必ずプラズマアーク中心軸上にあることから、熱
プラズマを最も有効に使用するには、プラズマ軸上に沿
って処理対象材料を送入することが理想的である。しか
し、主陰極は熱電子を発生させるために３０００゜〜４
０００゜Ｃの高温にしなければならないので、前述の様
に処理対象材料を送入すると、溶融した処理対象材料が
主トーチ内に付着するので、該主トーチが詰まってしま
い、運転不能となる。
【００１６】そのため、処理対象材料をやむなくプラズ
マ軸と交叉する方向で送入しているが、この送入方法で
は、処理対象材料はプラズマ及びプラズマ炎と短時間し
か接触できない上、プラズマの外側に跳ね飛ばされた
り、又は、プラズマ炎を貫通したりするので、その使用
効率は、プラズマ出力の５％程度にすぎないのが実状で
ある。
マ軸と交叉する方向で送入しているが、この送入方法で
は、処理対象材料はプラズマ及びプラズマ炎と短時間し
か接触できない上、プラズマの外側に跳ね飛ばされた
り、又は、プラズマ炎を貫通したりするので、その使用
効率は、プラズマ出力の５％程度にすぎないのが実状で
ある。
【００１７】次に、従来のプラズマ発生装置は、例えば
セラミックスコーティングを中心としたプラズマ溶射装
置として用いる場合、セラミックス粉末材料を十分に溶
融し、実用的な溶射皮膜を形成するに必要なプラズマの
出力は、直流で４０ｋＷ前後である。そうしたことか
ら、必然的にプラズマ発生システムは、大型になってし
まうので、容易に車等で可搬、移動できる機器構成にで
きず、又、設備費も高価なものになってしまう。
セラミックスコーティングを中心としたプラズマ溶射装
置として用いる場合、セラミックス粉末材料を十分に溶
融し、実用的な溶射皮膜を形成するに必要なプラズマの
出力は、直流で４０ｋＷ前後である。そうしたことか
ら、必然的にプラズマ発生システムは、大型になってし
まうので、容易に車等で可搬、移動できる機器構成にで
きず、又、設備費も高価なものになってしまう。
【００１８】この発明は、上記事情に鑑み、熱プラズマ
の使用効率の向上させるとともに、装置の小型化及びコ
ストダウンを図ることである。
の使用効率の向上させるとともに、装置の小型化及びコ
ストダウンを図ることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明の要点は、プラ
ズマガス供給手段を有する主トーチと副トーチからなる
複合トーチ型プラズマ発生装置において、該主トーチ
は、陰極と陽極の配置を逆にして構成することによっ
て、プラズマアークの陽極上に個体、液体、又は、気体
の処理対象材料を任意に供給できる手段を設け、その処
理対象材料とプラズマアークの陽極点とが互いに干渉す
ることのない構造とし、プラズマ中心軸に同軸で送入で
きる。そのため、処理対象材料を熱プラズマにより処理
できる効率は、従来のプラズマ軸と交叉する方向で送入
するプラズマ発生装置に比べ著しく向上し、従来プラズ
マ出力の５％程度であったのが、本発明では２０％程度
になった。
ズマガス供給手段を有する主トーチと副トーチからなる
複合トーチ型プラズマ発生装置において、該主トーチ
は、陰極と陽極の配置を逆にして構成することによっ
て、プラズマアークの陽極上に個体、液体、又は、気体
の処理対象材料を任意に供給できる手段を設け、その処
理対象材料とプラズマアークの陽極点とが互いに干渉す
ることのない構造とし、プラズマ中心軸に同軸で送入で
きる。そのため、処理対象材料を熱プラズマにより処理
できる効率は、従来のプラズマ軸と交叉する方向で送入
するプラズマ発生装置に比べ著しく向上し、従来プラズ
マ出力の５％程度であったのが、本発明では２０％程度
になった。
【００２０】このことにより、プラズマの出力自体を大
幅に低減することができ、結果として、プラズマ発生シ
ステムとして、普通免許で運転できる４トン車に搭載が
可能となり、現場施工ができる。そして、プラズマ発生
トーチも容易に小型化することが可能で、誰でも手作業
でプラズマ溶射を容易に施工できうるものとなった。
幅に低減することができ、結果として、プラズマ発生シ
ステムとして、普通免許で運転できる４トン車に搭載が
可能となり、現場施工ができる。そして、プラズマ発生
トーチも容易に小型化することが可能で、誰でも手作業
でプラズマ溶射を容易に施工できうるものとなった。
【００２１】この発明によるプラズマ発生装置において
は、陰極及び陽極を有する主トーチと副トーチの少なく
とも２個以上のトーチで構成される複トーチ型プラズマ
の大きな特徴であるプラズマアークをトーチの外部に引
き出すことから、プラズマは、単トーチに比べ、低電流
高電圧の特性である。
は、陰極及び陽極を有する主トーチと副トーチの少なく
とも２個以上のトーチで構成される複トーチ型プラズマ
の大きな特徴であるプラズマアークをトーチの外部に引
き出すことから、プラズマは、単トーチに比べ、低電流
高電圧の特性である。
【００２２】よって、電極の損耗は、電流の増加にとも
ない著しくなるが、複トーチ型プラズマ発生装置は、例
えばプラズマ溶射装置として用いる場合、実状、電流数
百Ａ（アンペア）前後で運転されているので、単トーチ
型の６００Ａ以上の運転に比べて、電極の損耗は極めて
少ない。副電極の陽極点及び主陰極の陰極点は、負荷即
ち、電流と電圧（電力）、を受けるが、この陽極点の負
荷は陰極点の負荷の約３倍と高く、陽極は、最も損耗の
著しい部位とされている。しかし、この低電流高電圧の
特性から、陽極部は１００時間以上の寿命が確保され、
陽極と処理対象物の供給手段と併用しても連続安定運転
ができる。
ない著しくなるが、複トーチ型プラズマ発生装置は、例
えばプラズマ溶射装置として用いる場合、実状、電流数
百Ａ（アンペア）前後で運転されているので、単トーチ
型の６００Ａ以上の運転に比べて、電極の損耗は極めて
少ない。副電極の陽極点及び主陰極の陰極点は、負荷即
ち、電流と電圧（電力）、を受けるが、この陽極点の負
荷は陰極点の負荷の約３倍と高く、陽極は、最も損耗の
著しい部位とされている。しかし、この低電流高電圧の
特性から、陽極部は１００時間以上の寿命が確保され、
陽極と処理対象物の供給手段と併用しても連続安定運転
ができる。
【００２３】次に、この発明によるプラズマ発生装置に
おいては、主トーチ及び副トーチに、プラズマガスの旋
回流形成手段を設け、プラズマアーク柱周りに強い旋回
流を形成させることで、プラズマのピンチ効果（熱集中
性）を高めるとともに、トーチの冷却損失を軽減するこ
とを特徴としている。このプラズマガスの旋回流形成手
段は、更なる効果として、プラズマアークの陽極の中心
軸上から個体、液体、又は、気体の処理対象物を送入す
る際、陽極の中心軸に収束するように保護ガスとしてア
ルゴン等の不活性ガスが作用するので、トーチ内部で飛
散、付着することなく外部へと噴出させることができ
る。
おいては、主トーチ及び副トーチに、プラズマガスの旋
回流形成手段を設け、プラズマアーク柱周りに強い旋回
流を形成させることで、プラズマのピンチ効果（熱集中
性）を高めるとともに、トーチの冷却損失を軽減するこ
とを特徴としている。このプラズマガスの旋回流形成手
段は、更なる効果として、プラズマアークの陽極の中心
軸上から個体、液体、又は、気体の処理対象物を送入す
る際、陽極の中心軸に収束するように保護ガスとしてア
ルゴン等の不活性ガスが作用するので、トーチ内部で飛
散、付着することなく外部へと噴出させることができ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】本件発明者は、複合トーチ型プラ
ズマ発生装置において、主トーチの主陰極が熱電子を発
生させるために高温にする必要があるのに対し、該熱電
子を受ける副トーチの副陽極は冷却され低温に維持され
る点に注目し、プラズマ炎の中心軸上に沿って処理対象
物を供給するには、低温側の陽極側から行えばよいこと
に気がついた。そこで、従来例とは逆に、主トーチに主
陽極を設け、副トーチに副陰極を設け、副トーチの副陰
極から主トーチの主陽極に至るヘアピンアークを発生さ
せる。この状態で該両主トーチのガス送入口からプラズ
マガスを供給してプラズマを発生させた後、処理対象材
料を主トーチの材料送入手段から前記プラズマ及びプラ
ズマ炎の中心軸上に沿って放出する。そうすると、処理
対象材料は、主トーチに溶着することなくプラズマ炎の
中心軸上に沿って進行するので、熱プラズマのエネルギ
ーを充分享受することができる
ズマ発生装置において、主トーチの主陰極が熱電子を発
生させるために高温にする必要があるのに対し、該熱電
子を受ける副トーチの副陽極は冷却され低温に維持され
る点に注目し、プラズマ炎の中心軸上に沿って処理対象
物を供給するには、低温側の陽極側から行えばよいこと
に気がついた。そこで、従来例とは逆に、主トーチに主
陽極を設け、副トーチに副陰極を設け、副トーチの副陰
極から主トーチの主陽極に至るヘアピンアークを発生さ
せる。この状態で該両主トーチのガス送入口からプラズ
マガスを供給してプラズマを発生させた後、処理対象材
料を主トーチの材料送入手段から前記プラズマ及びプラ
ズマ炎の中心軸上に沿って放出する。そうすると、処理
対象材料は、主トーチに溶着することなくプラズマ炎の
中心軸上に沿って進行するので、熱プラズマのエネルギ
ーを充分享受することができる
【００２５】
【実施例】図１は、本発明による複合トーチ型プラズマ
溶射装置の実施状況を示す第一実施例である。主トーチ
一１の主陽極３は、熱伝導率の良い材料、例えば、銅に
より形成され、その先端面３ｆは、図２に示すように、
内側に突の円錐台状に形成されている。
溶射装置の実施状況を示す第一実施例である。主トーチ
一１の主陽極３は、熱伝導率の良い材料、例えば、銅に
より形成され、その先端面３ｆは、図２に示すように、
内側に突の円錐台状に形成されている。
【００２６】該主陽極３は、材料送入管１９と、その外
側に配設され、冷却水Ｗを循環させる冷却通路３Ａと、
該冷却通路３Ａの外側に位置する先端縁３ｐと、を備え
ている。該材料送入管１９は、溶射材料２０をプラズマ
１８中に供給するもので、該主陽極３の中心部を貫通し
ている。この先端縁３ｐ上には、主陽極３の陽極点が位
置するが、該先端縁３ｐは、前記材料送入管１９の先端
１９ｐより半径方向に離間し、かつ、主陽極３の中心軸
Ｃ方向に突出している。該主陽極３は、放出口４ａを有
する主外套４と、プラズマガスの旋回流形成手段５０を
有する絶縁物２７によって同心に保持されいる。
側に配設され、冷却水Ｗを循環させる冷却通路３Ａと、
該冷却通路３Ａの外側に位置する先端縁３ｐと、を備え
ている。該材料送入管１９は、溶射材料２０をプラズマ
１８中に供給するもので、該主陽極３の中心部を貫通し
ている。この先端縁３ｐ上には、主陽極３の陽極点が位
置するが、該先端縁３ｐは、前記材料送入管１９の先端
１９ｐより半径方向に離間し、かつ、主陽極３の中心軸
Ｃ方向に突出している。該主陽極３は、放出口４ａを有
する主外套４と、プラズマガスの旋回流形成手段５０を
有する絶縁物２７によって同心に保持されいる。
【００２７】図３に示された如く、主プラズマガス送入
口５より主プラズマガス６は先ずガス環状室５１へ送入
され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置された
複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内壁
５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。
口５より主プラズマガス６は先ずガス環状室５１へ送入
され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置された
複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内壁
５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。
【００２８】主電源７の正端子は主陽極３に接続されて
おり、主電源７の負端子は主外套４にスイッチ手段８を
介して接続されており、これらが全体として主トーチ１
を構成している。
おり、主電源７の負端子は主外套４にスイッチ手段８を
介して接続されており、これらが全体として主トーチ１
を構成している。
【００２９】次に、副トーチ起動電極（副電極）１０
は、主トーチ１の中心軸Ｃ、すなわち、主陽極３の中心
軸、と交叉するように配置され、先端に放出口11aを有
する副外套１１と、主トーチ１の絶縁物２７と同様のプ
ラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物２８に
よって同心に保持されている。
は、主トーチ１の中心軸Ｃ、すなわち、主陽極３の中心
軸、と交叉するように配置され、先端に放出口11aを有
する副外套１１と、主トーチ１の絶縁物２７と同様のプ
ラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物２８に
よって同心に保持されている。
【００３０】副電源１４は、その正端子が、副外套１１
に接続されており、その負端子は、スイッチ手段１５を
介して副トーチ起動電極１０に、又、スイッチ手段９を
介して主電源７の負端子にそれぞれ接続されており、こ
れらが全体として副トーチ２を構成している。そして、
主トーチ１と副トーチ２は、連結管２６で固定され、各
々は容易に脱着でき、絶縁性が保たれた構造となってい
る。
に接続されており、その負端子は、スイッチ手段１５を
介して副トーチ起動電極１０に、又、スイッチ手段９を
介して主電源７の負端子にそれぞれ接続されており、こ
れらが全体として副トーチ２を構成している。そして、
主トーチ１と副トーチ２は、連結管２６で固定され、各
々は容易に脱着でき、絶縁性が保たれた構造となってい
る。
【００３１】図１において、主プラズマガス送入口５よ
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９を開いた状態で、スイッチ手段８
を閉じて、主電源７の高周波により主陽極３と主外套４
との間で印加する。そうすると、主陽極３の先端から主
外套４の放出口4aに向かって主起動アーク１６が形成さ
れ、これによって主プラズマガス６が加熱され、プラズ
マ１８となって主外套４の放出口4aより主トーチ１の外
部に向かって放出される。
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９を開いた状態で、スイッチ手段８
を閉じて、主電源７の高周波により主陽極３と主外套４
との間で印加する。そうすると、主陽極３の先端から主
外套４の放出口4aに向かって主起動アーク１６が形成さ
れ、これによって主プラズマガス６が加熱され、プラズ
マ１８となって主外套４の放出口4aより主トーチ１の外
部に向かって放出される。
【００３２】次にスイッチ手段１５を閉じて、副電源１
４の高周波により副トーチ起動電極１０と副外套１１と
の間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副ガ
ス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。そ
うすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の先
端の放出口１１ａよりプラズマ１８が噴出される。
４の高周波により副トーチ起動電極１０と副外套１１と
の間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副ガ
ス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。そ
うすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の先
端の放出口１１ａよりプラズマ１８が噴出される。
【００３３】このようにして主トーチ１と副トーチ２の
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段８及
びスイッチ手段１５を開くと、プラズマ１８は導電性で
あるので、副トーチ起動電極１０の先端10aから主陽極
３の先端縁ｐの陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８
による導電路が形成される。
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段８及
びスイッチ手段１５を開くと、プラズマ１８は導電性で
あるので、副トーチ起動電極１０の先端10aから主陽極
３の先端縁ｐの陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８
による導電路が形成される。
【００３４】この場合、主トーチ１の構造と供給される
主プラズマガス６及び副トーチ２の構造と副トーチ２に
供給される副ガス１３の量とを適切に選定すると、図１
に示された如く、主トーチ１とほぼ同軸をなすプラズマ
炎２３が発生させることができる。
主プラズマガス６及び副トーチ２の構造と副トーチ２に
供給される副ガス１３の量とを適切に選定すると、図１
に示された如く、主トーチ１とほぼ同軸をなすプラズマ
炎２３が発生させることができる。
【００３５】このようにして発生させたプラズマ１８
は、その始点と終点とがそれぞれ副トーチ起動電極１０
先端10aの陰極点と主陽極３先端縁３ｐの陽極点に確実
に固定され、かつ、該先端10a及び先端縁３ｐは不活性
ガスで保護されているので、主トーチ１に流す主プラズ
マガス６の量を、極めて広い範囲にわたって小流量から
大流量の任意の量に設定することが可能となる。
は、その始点と終点とがそれぞれ副トーチ起動電極１０
先端10aの陰極点と主陽極３先端縁３ｐの陽極点に確実
に固定され、かつ、該先端10a及び先端縁３ｐは不活性
ガスで保護されているので、主トーチ１に流す主プラズ
マガス６の量を、極めて広い範囲にわたって小流量から
大流量の任意の量に設定することが可能となる。
【００３６】材料送入管１９より送入された溶射材料２
０は、図２に示すように、主陽極３の先端縁３ｐ上の陽
極点の位置を材料送入管１９の先端１９ｐの位置より陰
極点に近くなるように設けることにより、溶射材料２０
を供給する際には、溶射材料２０とプラズマ（プラズマ
アーク）１８の陽極点とが干渉することなく、主トーチ
１の中心軸Ｃと同一直線上にあるプラズマ１８中心軸と
同軸の方向にある高温のプラズマ柱に確実に供給され
る。
０は、図２に示すように、主陽極３の先端縁３ｐ上の陽
極点の位置を材料送入管１９の先端１９ｐの位置より陰
極点に近くなるように設けることにより、溶射材料２０
を供給する際には、溶射材料２０とプラズマ（プラズマ
アーク）１８の陽極点とが干渉することなく、主トーチ
１の中心軸Ｃと同一直線上にあるプラズマ１８中心軸と
同軸の方向にある高温のプラズマ柱に確実に供給され
る。
【００３７】この時、溶射材料２０が導電性であると、
溶射材料２０自体を介してプラズマ１８の陽極点が不安
定な状態となり得る。従って、溶射材料２０は、絶縁性
に富むセラミックス等が最適であるが、材料送入管１９
を耐熱性かつ絶縁性に富むセラミックス等の材質にする
ことにより、金属等の導電性の材料でも対応できる。こ
の材料送入管、即ち、材料送入手段により、いかなる高
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
溶射材料２０自体を介してプラズマ１８の陽極点が不安
定な状態となり得る。従って、溶射材料２０は、絶縁性
に富むセラミックス等が最適であるが、材料送入管１９
を耐熱性かつ絶縁性に富むセラミックス等の材質にする
ことにより、金属等の導電性の材料でも対応できる。こ
の材料送入管、即ち、材料送入手段により、いかなる高
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
【００３８】この溶融粒子２１を含むプラズマ炎２３
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
【００３９】溶射材料２０をプラズマ１８中心軸上に送
入することは、従来の主トーチ１が陰極点であった複合
トーチ型プラズマ溶射装置では不可能であったが、該主
トーチ１を陽極点にすることによりそれが可能となっ
た。これにより低出力でも溶射材料２０は十分に溶融
し、高品質な溶射皮膜２４が高効率で得られる。
入することは、従来の主トーチ１が陰極点であった複合
トーチ型プラズマ溶射装置では不可能であったが、該主
トーチ１を陽極点にすることによりそれが可能となっ
た。これにより低出力でも溶射材料２０は十分に溶融
し、高品質な溶射皮膜２４が高効率で得られる。
【００４０】この発明の第２実施例を図４に説明する
が、この図４は、副トーチを２個用いた汎用的な複合ト
ーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を示したものであ
る。前記第一実施例の副トーチ２からのプラズマ１８や
ヘアピン状のプラズマによる磁場の影響で、主トーチ１
のプラズマ１８及びプラズマ炎２３が経時的に曲がると
いう短所を解決する手段として、主トーチ１の中心軸を
囲むように円周方向に等間隔をおいて複数の副トーチ２
を設け、該副トーチ２の中心軸が主トーチ１の中心軸の
一点で交叉するように配設したものである。この様に構
成することにより、プラズマ１８及びプラズマ炎２３の
直進性、安定性、結果としてプラズマ出力の増加が可能
となる。
が、この図４は、副トーチを２個用いた汎用的な複合ト
ーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を示したものであ
る。前記第一実施例の副トーチ２からのプラズマ１８や
ヘアピン状のプラズマによる磁場の影響で、主トーチ１
のプラズマ１８及びプラズマ炎２３が経時的に曲がると
いう短所を解決する手段として、主トーチ１の中心軸を
囲むように円周方向に等間隔をおいて複数の副トーチ２
を設け、該副トーチ２の中心軸が主トーチ１の中心軸の
一点で交叉するように配設したものである。この様に構
成することにより、プラズマ１８及びプラズマ炎２３の
直進性、安定性、結果としてプラズマ出力の増加が可能
となる。
【００４１】主陽極３は、主外套４と、プラズマガスの
旋回流形成手段５０を有する絶縁物２７によって同心に
保持されている。この主外套４は、溶射材料２０をプラ
ズマ１８中に供給する材料送入管１９を有する主陽極３
の中心軸Ｃ上に放出口を有している。図３に示された如
く、主プラズマガス送入口５より主プラズマガス６が、
先ず、ガス環状室５１へ送入され、一個の旋回流形成孔
５２或いは等分に配置された複数個の旋回流形成孔５２
を通って、絶縁物２７の内壁５３を旋回するように矢印
５４の如く送入される。
旋回流形成手段５０を有する絶縁物２７によって同心に
保持されている。この主外套４は、溶射材料２０をプラ
ズマ１８中に供給する材料送入管１９を有する主陽極３
の中心軸Ｃ上に放出口を有している。図３に示された如
く、主プラズマガス送入口５より主プラズマガス６が、
先ず、ガス環状室５１へ送入され、一個の旋回流形成孔
５２或いは等分に配置された複数個の旋回流形成孔５２
を通って、絶縁物２７の内壁５３を旋回するように矢印
５４の如く送入される。
【００４２】主電源７の正端子は、主陽極３に接続され
ており、主電源７の負端子は主外套４にスイッチ手段８
を介して接続されており、これらが全体として主トーチ
１を構成している。
ており、主電源７の負端子は主外套４にスイッチ手段８
を介して接続されており、これらが全体として主トーチ
１を構成している。
【００４３】次に、副トーチ２の副トーチ起動電極（副
電極）１０は、主トーチ１の中心軸、すなわち、主陽極
３の中心軸Ｃ、と交叉するように配置され、先端に放出
口を有する副外套１１と、主トーチ１の絶縁物２７と同
様のプラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物
２８によって同心に保持されている。
電極）１０は、主トーチ１の中心軸、すなわち、主陽極
３の中心軸Ｃ、と交叉するように配置され、先端に放出
口を有する副外套１１と、主トーチ１の絶縁物２７と同
様のプラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶縁物
２８によって同心に保持されている。
【００４４】第二電源４２からの副トーチ２の正端子
は、スイッチ手段４５を介して、副外套１１に、又、ス
イッチ手段５５を介して主電源７の正端子に接続されて
おり、第二電源４２からの副トーチ２の負端子は、スイ
ッチ手段４６を介して副トーチ起動電極１０と、又、ス
イッチ手段９を介して主電源７の負端子にそれぞれ接続
されており、これらが全体として副トーチ２を構成して
いる。
は、スイッチ手段４５を介して、副外套１１に、又、ス
イッチ手段５５を介して主電源７の正端子に接続されて
おり、第二電源４２からの副トーチ２の負端子は、スイ
ッチ手段４６を介して副トーチ起動電極１０と、又、ス
イッチ手段９を介して主電源７の負端子にそれぞれ接続
されており、これらが全体として副トーチ２を構成して
いる。
【００４５】副トーチ２に対向する位置には、該副トー
チ２と同型の第二副トーチ３９が設けられている。 こ
の第二副トーチ３９の第二副起動電極４０は、副トーチ
２と同様に、先端に放出口を有する第二副外套４１と、
主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズマガスの旋回流
形成手段５０を有する絶縁物４７によって同心に保持さ
れている。主トーチ１、副トーチ２及び第二副トーチ３
９は、連結管２６で固定され、各々は容易に脱着でき、
絶縁性が保たれた構造となっている。
チ２と同型の第二副トーチ３９が設けられている。 こ
の第二副トーチ３９の第二副起動電極４０は、副トーチ
２と同様に、先端に放出口を有する第二副外套４１と、
主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズマガスの旋回流
形成手段５０を有する絶縁物４７によって同心に保持さ
れている。主トーチ１、副トーチ２及び第二副トーチ３
９は、連結管２６で固定され、各々は容易に脱着でき、
絶縁性が保たれた構造となっている。
【００４６】図４において、主プラズマガス送入口５よ
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段５５を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陽極３と主外套４との間で印加する。そうすると、
主陽極３の先端から主外套４の放出口に向かって主起動
アーク１６が形成され、これによって主プラズマガス６
が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先端より
主トーチ１の外部に向かって放出される。
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段５５を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陽極３と主外套４との間で印加する。そうすると、
主陽極３の先端から主外套４の放出口に向かって主起動
アーク１６が形成され、これによって主プラズマガス６
が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先端より
主トーチ１の外部に向かって放出される。
【００４７】次にスイッチ手段４３及びスイッチ手段４
４を開いた状態で、スイッチ手段４５及びスイッチ手段
４６を閉じて、第二電源４２の高周波により副トーチ起
動電極１０と副外套１１との間に印加するとともに、副
ガス送入口１２より、副ガス１３として、アルゴン等の
不活性ガスを送入する。そうすると、副起動アーク１７
が発生し、副外套１１の先端の放出口よりプラズマ１８
が噴出される。
４を開いた状態で、スイッチ手段４５及びスイッチ手段
４６を閉じて、第二電源４２の高周波により副トーチ起
動電極１０と副外套１１との間に印加するとともに、副
ガス送入口１２より、副ガス１３として、アルゴン等の
不活性ガスを送入する。そうすると、副起動アーク１７
が発生し、副外套１１の先端の放出口よりプラズマ１８
が噴出される。
【００４８】このようにして主トーチ１と副トーチ２の
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段４６を開くと同時にスイッチ手段９を
閉じ、かつ、スイッチ手段８及びスイッチ手段４５を開
くと、プラズマ１８は導電性であるので、副トーチ起動
電極１０の先端から主陽極３の陽極点に至るヘアピン状
のプラズマ１８による導電路が形成される。
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段４６を開くと同時にスイッチ手段９を
閉じ、かつ、スイッチ手段８及びスイッチ手段４５を開
くと、プラズマ１８は導電性であるので、副トーチ起動
電極１０の先端から主陽極３の陽極点に至るヘアピン状
のプラズマ１８による導電路が形成される。
【００４９】その直後、第二副トーチ３９のプラズマ１
８を印加すべく副第二ガス送入口４８より、副第二ガス
４９としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手
段４５及びスイッチ手段４６を開いた状態で、スイッチ
手段４３及びスイッチ手段４４を閉じて、第二電源４２
の高周波により第二副起動電極４０と第二副外套４１と
の間で印加する。
８を印加すべく副第二ガス送入口４８より、副第二ガス
４９としてアルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手
段４５及びスイッチ手段４６を開いた状態で、スイッチ
手段４３及びスイッチ手段４４を閉じて、第二電源４２
の高周波により第二副起動電極４０と第二副外套４１と
の間で印加する。
【００５０】そうすると、第二副起動電極４０の先端か
ら第二副外套４１の放出口に向かって第二副起動アーク
５６が形成され、これによって、副第二ガス４９が加熱
され、第二副外套４１の先端の放出口よりプラズマ１８
が噴出される。このプラズマ１８の先端は、副トーチ起
動電極１０の先端から主陽極３の陽極点に至るヘアピン
状のプラズマ１８と交叉する。
ら第二副外套４１の放出口に向かって第二副起動アーク
５６が形成され、これによって、副第二ガス４９が加熱
され、第二副外套４１の先端の放出口よりプラズマ１８
が噴出される。このプラズマ１８の先端は、副トーチ起
動電極１０の先端から主陽極３の陽極点に至るヘアピン
状のプラズマ１８と交叉する。
【００５１】この状態においてスイッチ手段４５及びス
イッチ手段５５を閉じて、スイッチ手段４４を開くと、
プラズマ１８は導電性であるので、主陽極３に至る全体
としてＴ字状のプラズマ１８が形成される。
イッチ手段５５を閉じて、スイッチ手段４４を開くと、
プラズマ１８は導電性であるので、主陽極３に至る全体
としてＴ字状のプラズマ１８が形成される。
【００５２】この時、材料送入管１９より送入された溶
射材料２０は、図２に示すように主陽極３上の陽極点の
位置を材料送入管１９の先端１９ａの位置より陰極点に
近くなるように設けることにより、溶射材料２０を供給
する際には、溶射材料２０とプラズマ１８の陽極点とが
干渉することなくプラズマ中心軸と同軸の方向に高温の
プラズマ１８柱に確実に供給される。
射材料２０は、図２に示すように主陽極３上の陽極点の
位置を材料送入管１９の先端１９ａの位置より陰極点に
近くなるように設けることにより、溶射材料２０を供給
する際には、溶射材料２０とプラズマ１８の陽極点とが
干渉することなくプラズマ中心軸と同軸の方向に高温の
プラズマ１８柱に確実に供給される。
【００５３】この溶射材料供給手段により、いかなる高
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
【００５４】この溶融粒子２１を含むプラズマ炎２３
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
【００５５】この発明の第３実施例を図５により説明す
るが、この図は、プラズマガスに不活性ガスのみならず
空気等の活性なガスを用いることができる一つの手段と
して、主トーチ１内に電極を有しないチャンバーを設け
た複合トーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を示した
ものである。
るが、この図は、プラズマガスに不活性ガスのみならず
空気等の活性なガスを用いることができる一つの手段と
して、主トーチ１内に電極を有しないチャンバーを設け
た複合トーチ型プラズマ溶射装置の主要な部分を示した
ものである。
【００５６】図５において、主陽極３は、溶射材料２０
をプラズマ１８中に供給する材料送入管１９を有する主
陽極３の軸上に放出口を有する主外套４及び主第二外套
３１と、プラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶
縁物２７及び絶縁物２９によって同心に保持されてい
る。
をプラズマ１８中に供給する材料送入管１９を有する主
陽極３の軸上に放出口を有する主外套４及び主第二外套
３１と、プラズマガスの旋回流形成手段５０を有する絶
縁物２７及び絶縁物２９によって同心に保持されてい
る。
【００５７】図３に示された如く、主プラズマガス送入
口５より主プラズマガス６が、先ずガス環状室５１へ送
入され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置され
た複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内
壁５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。同
様に主第二ガス３３も主第二ガス送入口３２を通って、
絶縁物２９の内壁を旋回すべく送入される。
口５より主プラズマガス６が、先ずガス環状室５１へ送
入され、一個の旋回流形成孔５２或いは等分に配置され
た複数個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁物２７の内
壁５３を旋回するように矢印５４の如く送入される。同
様に主第二ガス３３も主第二ガス送入口３２を通って、
絶縁物２９の内壁を旋回すべく送入される。
【００５８】主電源７の正端子は、主陽極３に接続され
ており、主電源７の負端子は、スイッチ手段８を介して
主外套４に、スイッチ３４を介して主第二外套３１にそ
れぞれ接続されており、これらが全体として主トーチ１
を構成している。
ており、主電源７の負端子は、スイッチ手段８を介して
主外套４に、スイッチ３４を介して主第二外套３１にそ
れぞれ接続されており、これらが全体として主トーチ１
を構成している。
【００５９】次に、副トーチ起動電極１０は、主トーチ
１の中心軸、すなわち、主陽極３の中心軸Ｃと交叉する
ように配置され、先端に放出口を有する副外套１１と、
主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズマガスの旋回流
形成手段５０を有する絶縁物２８によって同心に保持さ
れている。
１の中心軸、すなわち、主陽極３の中心軸Ｃと交叉する
ように配置され、先端に放出口を有する副外套１１と、
主トーチ１の絶縁物２７と同様のプラズマガスの旋回流
形成手段５０を有する絶縁物２８によって同心に保持さ
れている。
【００６０】副電源１４は、その正端子が副外套１１に
接続されており、副電源１４の負端子はスイッチ手段１
５を介して副トーチ起動電極１０に、スイッチ手段９を
介して主電源７の正端子にそれぞれ接続されており、こ
れらが全体として副トーチ２を構成している。そして、
主トーチ１と副トーチ２は、連結管２６で固定され、各
々は容易に脱着でき、絶縁性が保たれた構造となってい
る。
接続されており、副電源１４の負端子はスイッチ手段１
５を介して副トーチ起動電極１０に、スイッチ手段９を
介して主電源７の正端子にそれぞれ接続されており、こ
れらが全体として副トーチ２を構成している。そして、
主トーチ１と副トーチ２は、連結管２６で固定され、各
々は容易に脱着でき、絶縁性が保たれた構造となってい
る。
【００６１】図５において主プラズマガス送入口５よ
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段３４を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陽極３と主外套４との間で印加する。そうすると、
主陽極３の先端から主外套４の放出口に向かって主起動
アーク１６が形成され、これによって主プラズマガス６
が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先端より
放出される。
り、主プラズマガス６としてアルゴン等の不活性ガスを
流し、スイッチ手段９及びスイッチ手段３４を開いた状
態で、スイッチ手段８を閉じて、主電源７の高周波によ
り主陽極３と主外套４との間で印加する。そうすると、
主陽極３の先端から主外套４の放出口に向かって主起動
アーク１６が形成され、これによって主プラズマガス６
が加熱され、プラズマ１８となって主外套４の先端より
放出される。
【００６２】次にスイッチ手段３４を閉じて、スイッチ
手段８を開くことによって、プラズマ１８の陽極点は主
外套４から主第二外套３１へと移行し、主第二外套３１
の先端より主トーチ１の外部に向かって放出される。
手段８を開くことによって、プラズマ１８の陽極点は主
外套４から主第二外套３１へと移行し、主第二外套３１
の先端より主トーチ１の外部に向かって放出される。
【００６３】次にスイッチ手段１５を閉じて、副電源１
４の高周波により副トーチ起動電極１０と副外套１１と
の間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副ガ
ス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。そ
うすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の先
端の放出口よりプラズマ１８が噴出される。
４の高周波により副トーチ起動電極１０と副外套１１と
の間に印加するとともに、副ガス送入口１２より、副ガ
ス１３として、アルゴン等の不活性ガスを送入する。そ
うすると、副起動アーク１７が発生し、副外套１１の先
端の放出口よりプラズマ１８が噴出される。
【００６４】このようにして主トーチ１と副トーチ２の
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段３４
及びスイッチ手段１５を開くと、プラズマ１８は導電性
であるので、副トーチ起動電極１０の先端から主陽極３
の陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８による導電路
が形成される。
先端から噴出される各々のプラズマ１８は、主トーチ１
の中心軸と副トーチ２の中心軸が交叉するように設けら
れているので、その先端で交叉する。この状態におい
て、スイッチ手段９を閉じると同時にスイッチ手段３４
及びスイッチ手段１５を開くと、プラズマ１８は導電性
であるので、副トーチ起動電極１０の先端から主陽極３
の陽極点に至るヘアピン状のプラズマ１８による導電路
が形成される。
【００６５】この時、材料送入管１９より送入された溶
射材料２０は、図２に示すように、主陽極３上の陽極点
の位置を材料送入管１９の先端の位置より陰極点に近く
なるように設けることにより、溶射材料２０を供給する
際には、溶射材料２０とプラズマ１８の陽極点とが干渉
することなくプラズマ１８中心軸と同軸の方向に高温の
プラズマ柱に確実に供給される。
射材料２０は、図２に示すように、主陽極３上の陽極点
の位置を材料送入管１９の先端の位置より陰極点に近く
なるように設けることにより、溶射材料２０を供給する
際には、溶射材料２０とプラズマ１８の陽極点とが干渉
することなくプラズマ１８中心軸と同軸の方向に高温の
プラズマ柱に確実に供給される。
【００６６】この溶射材料供給手段により、いかなる高
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
融点の溶射材料２０でも１万℃前後のプラズマ１８で直
ちに高温に加熱されて溶融し、溶融粒子２１となってプ
ラズマ炎２３に同伴されながら、あまり広がらないで母
材２５に向かって進行する。
【００６７】この溶融粒子２１を含むプラズマ炎２３
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
は、母材２５に及ぼす熱負荷を軽減すべく母材２５の直
前で、連結管２６上に設けられたプラズマ分離手段２２
によって、プラズマ１８のみが分離され、その直後に溶
融粒子２１は母材２５に衝突し、溶射皮膜２４を形成す
る。
【００６８】
【発明の効果】本発明は、以上のように、主トーチの材
料送入手段から、処理対象材料をプラズマ軸上に沿って
挿入できるので、従来例に比べ熱プラズマの使用効率を
著しく向上させることができる。現状のプラズマ溶射に
おいては、一例として、耐摩耗を目的に溶射材料として
市販の酸化クロム粉末（粒度４５〜１０μ）を溶射した
場合、従来の複トーチ型プラズマ発生装置では、通常、
電流２００Ａ×電圧１７５Ｖの３５ｋＷの出力で良好な
溶射皮膜を作製しているが、この発明の主たる特徴であ
る溶射材料をプラズマ陽極点とが干渉することなくプラ
ズマの中心軸と同軸の方向にて高温のプラズマ柱に確実
に供給される手段による溶射では、同等以上の溶射皮膜
を作製するのに５０Ａ×１００Ｖの５ｋＷの低出力で溶
射できた。このことにより、電極の寿命に起因する電流
値は、５０Ａと極めて低電流であり、１０００時間以上
の連続安定運転が期待できる。
料送入手段から、処理対象材料をプラズマ軸上に沿って
挿入できるので、従来例に比べ熱プラズマの使用効率を
著しく向上させることができる。現状のプラズマ溶射に
おいては、一例として、耐摩耗を目的に溶射材料として
市販の酸化クロム粉末（粒度４５〜１０μ）を溶射した
場合、従来の複トーチ型プラズマ発生装置では、通常、
電流２００Ａ×電圧１７５Ｖの３５ｋＷの出力で良好な
溶射皮膜を作製しているが、この発明の主たる特徴であ
る溶射材料をプラズマ陽極点とが干渉することなくプラ
ズマの中心軸と同軸の方向にて高温のプラズマ柱に確実
に供給される手段による溶射では、同等以上の溶射皮膜
を作製するのに５０Ａ×１００Ｖの５ｋＷの低出力で溶
射できた。このことにより、電極の寿命に起因する電流
値は、５０Ａと極めて低電流であり、１０００時間以上
の連続安定運転が期待できる。
【００６９】更には、プラズマ出力を従来の半分以下に
しても十分ニーズに応えることができるので、プラズマ
発生システム全体としてコンパクト化、低コスト化が実
現できる。
しても十分ニーズに応えることができるので、プラズマ
発生システム全体としてコンパクト化、低コスト化が実
現できる。
【００７０】この発明は、プラズマ溶射の分野のみなら
ず、直流プラズマの利用分野、特にフロンやＰＣＢ等の
有害物の分解処理を中心とした環境分野でも利用できる
ので、その社会的意義は大きい。
ず、直流プラズマの利用分野、特にフロンやＰＣＢ等の
有害物の分解処理を中心とした環境分野でも利用できる
ので、その社会的意義は大きい。
【図１】本発明の基本的な構成を示すプラズマ中心軸上
に溶射材料供給手段を有する複トーチ型プラズマ溶射装
置の縦断面図である。
に溶射材料供給手段を有する複トーチ型プラズマ溶射装
置の縦断面図である。
【図２】図１の要部である陽極部のら拡大図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す縦断面図である。
【図６】従来例を示す縦断面図である。
１ 主トーチ ２ 副トーチ ３ 主陽極 ４ 主外套 ５ 主プラズマガス送入口 ６ 主プラズマガス ７ 主電源 １０ 副トーチ起動電極（副電極） １１ 副外套 １２ ガス送入口 １４ 副電源 １８ プラズマ ２０ 溶射材料 ２３ プラズマ炎 ５０ プラズマガスの旋回流形成手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 哲 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 河本 和昭 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 文屋 明 東京都江東区東雲２丁目13番27号 エアロ プラズマ株式会社内 (72)発明者 長友 道生 東京都江東区東雲２丁目13番27号 エアロ プラズマ株式会社内 Ｆターム(参考） 4F033 QA01 QB02X QB02Y QB03X QB04 QB12Y QB13Y QD02 QD11 QD18 QG07 QG32 QK23X 4K031 DA04 EA06
Claims (18)
- 【請求項１】プラズマガス供給手段を有する主トーチと
副トーチからなる複合トーチ型プラズマ発生装置におい
て；該主トーチは、陰極と陽極の配置を逆にして構成
し、陽極軸とプラズマ中心軸及びプラズマ炎中心軸が同
軸となって、副トーチの陰極から主トーチの陽極に至る
プラズマを形成することを特徴とする複合トーチ型プラ
ズマ発生装置。 - 【請求項２】プラズマアークの陽極上に個体、液体、又
は、気体の処理対象材料を任意に供給できる手段を設
け、前記材料とプラズマアークの陽極点とが互いに干渉
することのない構造とし、プラズマ中心軸に同軸で送入
できることを特徴とする請求項１記載の複合トーチ型プ
ラズマ発生装置。 - 【請求項３】副トーチが、主トーチ軸芯を中心として放
射線上に１個、又は、複数個等間隔に、設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の複合トーチ型プラズマ
発生装置。 - 【請求項４】主トーチ及び副トーチに、プラズマガスの
旋回流形成手段を設け、プラズマアーク柱周りに強い旋
回流を形成させることで、プラズマのピンチ効果を高め
るとともに、前記トーチの冷却損失を軽減することを特
徴とする請求項１記載の複合トーチ型プラズマ発生装
置。 - 【請求項５】主トーチ或いは副トーチに、電極をもたな
い独立したチャンバーを設けることによって、プラズマ
ガスとして、空気等の活性なガスを使用できることを特
徴とする請求項１記載の複合トーチ型プラズマ発生装
置。 - 【請求項６】副トーチの中心軸と交叉する中心軸を備え
た主トーチによりプラズマを発生させる複合トーチ型プ
ラズマ発生装置であって：主トーチが、主陽極と、該主
陽極を囲む主外套と、該主外套に設けた主プラズマガス
送入口と、正端子を該主陽極に接続し、負端子をスイッ
チ手段を介して前記主外套に接続した主電源と、を備え
ており；副トーチが、副陰極と、該副陰極を囲む副外套
と、該副外套に設けた副プラズマガス送入口と、負端子
をスイッチ手段を介して該副陰極及び主電源の負端子に
接続し、正端子を前記副外套に接続した副電源と、を備
えており；前記主トーチが、前記プラズマ炎の中心軸上
に沿って材料を供給する材料送入手段を備えていること
を特徴とする複合トーチ型プラズマ発生装置。 - 【請求項7】副トーチの中心軸と交叉する中心軸を備え
た主トーチによりプラズマを発生させる複合トーチ型プ
ラズマ発生装置であって：主トーチが、主陽極と、該主
陽極を囲む主外套と、該主外套に設けた主プラズマガス
送入口と、正端子を該主陽極に接続し、負端子をスイッ
チ手段を介して前記主外套に接続した主電源と、を備え
ており；副トーチが、該主トーチの中心線に対して軸対
称な二つの副トーチから構成されており、 一方の副トーチが、副陰極と、該副陰極を囲む副外套
と、該副外套に設けた副プラズマガス送入口と、負端子
をスイッチ手段を介して該副陰極及び主電源の負端子に
接続し、正端子を前記副外套に接続した副電源と、から
なり；他方の副トーチが、第二副陰極と、該第二副陰極
を囲む第二副外套と、該第二副外套に設けた副第二副プ
ラズマガス送入口と、負端子をスイッチ手段を介して該
第二副陰極及び主電源の負端子に接続し、正端子をスイ
ッチを介して前記第二副外套及び副外套に接続した第二
電源と、からなり；前記主トーチが、前記プラズマ炎の
中心軸上に沿って材料を供給する材料送入手段を備えて
いることを特徴とする複合トーチ型プラズマ発生装置。 - 【請求項８】主外套の先端に、第二ガス送入口を有する
主第二外套が設けられていることを特徴とする請求項
６、又は、７記載の複合トーチ型プラズマ発生装置。 - 【請求項９】主陽極が、冷却手段を備えていることを特
徴とする請求項６、又は、７記載の複合トーチ型プラズ
マ発生装置。 - 【請求項10】冷却手段が、該主陽極内に設けられた冷却
通路であることを特徴とする請求項９記載の複合トーチ
型プラズマ発生装置。 - 【請求項11】材料送入手段が、該主陽極の中心部を貫通
する材料送入管であることを特徴とする請求項６、又
は、７記載の複合トーチ型プラズマ発生装置。 - 【請求項12】主陽極が、その中心部を貫通する材料送入
管と、その外側に設けられた冷却通路と、該冷却通路の
外側に位置し、材料送入管の先端から突出する先端縁
と、を備えていることをを特徴とする請求項６、又は、
７記載の複合トーチ型プラズマ発生装置。 - 【請求項13】主陽極の先端面が、内側に突な円錐台状に
形成され、その先端縁が該主陽極の陽極点となることを
特徴とする請求項６、又は、７記載の複合トーチ型プラ
ズマ発生装置。 - 【請求項14】副トーチの副陽極の中心軸と交差する中心
軸を備えた主トーチの主陰極によりプラズマを発生させ
る複合トーチ型プラズマ発生方法において：該主トーチ
の主陰極を逆極性の主陽極にし、該副トーチの副陽極を
逆極性の副陰極にしてプラズマを発生させることを特徴
とする複合トーチ型プラズマ発生方法。 - 【請求項15】副トーチの副陰極の中心軸と交叉する中心
軸を備えた主トーチの主陽極によりプラズマを発生さ
せ、該プラズマに処理対象材料を供給する複合トーチ型
プラズマ発生方法であって：該処理対象材料が、主トー
チの材料送入手段から前記プラズマの中心軸上に沿って
放出されることを特徴とする複合トーチ型プラズマ発生
方法。 - 【請求項16】主陽極上の陽極点の位置が、材料送入管の
先端の位置より陰極点に近くなるように設けられている
ことを特徴とする請求項１５記載の複合トーチ型プラズ
マ発生方法。 - 【請求項17】主トーチに供給されたプラズマガスが、プ
ラズマガスの旋回流形成手段により、プラズマアーク柱
回りを旋回する旋回流となることを特徴とする請求項１
５記載の複合トーチ型プラズマ発生方法。 - 【請求項18】主トーチの主外套に第二外套を接続し、該
主外套からアルゴンガス等の不活性ガスを供給し、該第
二外套の第二ガス送入口から空気等の活性ガスを供給す
ることを特徴する請求項１５記載の複合トーチ型プラズ
マ発生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023625A JP3733461B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001023625A JP3733461B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002231498A true JP2002231498A (ja) | 2002-08-16 |
| JP3733461B2 JP3733461B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
ID=18888889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001023625A Expired - Lifetime JP3733461B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | 複合トーチ型プラズマ発生方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3733461B2 (ja) |
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2001
- 2001-01-31 JP JP2001023625A patent/JP3733461B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP3733461B2 (ja) | 2006-01-11 |
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