JP2003205370A - 電極の形成方法 - Google Patents

電極の形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマトーチにおいて放射性エレメントと
セパレータとの間およびセパレータとホルダとの間の結
合を改善できる電極の形成方法を提供する。 【解決手段】 比較的非放射性の材料から成るブランク
６１をるつぼ６０に入れて、ブランク６１を実質的に流
動可能になるように加熱する。放射性エレメント２８を
ブランク６１に接触するようにし、さらに前進させてブ
ランク６１に少なくとも部分的に入れる。その後、ブラ
ンク６１および放射性エレメント２８を冷却して組立体
８８を形成する。その際、両者６１、２８を強く結合す
る金属間化合物８９が両者間６１、２８に極短時間で形
成される。組立体８８をるつぼ６０から取り出し、円柱
形ブランク９４のキャビティ２４にプレスばめで挿入す
る。円柱形ブランク９４はホルダ１６の形状に機械加工
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアークト
ーチに関し、より詳細には、プラズマアークトーチ内に
電気アークを支持する電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマアークトーチは、通常、切断、
溶接、表面処理、溶融および焼鈍を含む金属加工に用い
られる。このようなトーチは、移行式アーク操作モード
で電極から加工物へ延びるアークを支持する電極を含
む。ガスの渦流によりアークを包囲することも通常行わ
れ、いくつかのトーチ設計では、水の渦流噴射によりガ
スおよびアークを包囲することが通常行われる。
【０００３】前述のタイプの従来のトーチで用いられる
電極は、通常、例えば銅または銅合金などの高い熱伝導
率の材料から成る細長管状部材を備えている。管状電極
の前端すなわち放電端の底部端壁内には、アークを支持
する放射性エレメントを有する。放射性エレメントは、
比較的低い加工関数(work function)を有する材料から
成り、加工関数は、当技術分野において、所要の温度で
金属表面から熱イオンを放射させ得る電子ボルト（ｅ
Ｖ）で測定された電位のステップ関数として定義されて
いる。加工関数が低いので、放射性エレメントが電子を
容易に放射できる現象が、電気電位が放射性エレメント
に加わると得られる。通常用いられる放射性材料は、ハ
フニウム、ジルコニウム、タングステンおよびこれらの
合金を含む。いくつかの電極は、比較的非放射性のセパ
レータを含み、このセパレータは、放射性エレメントの
周りに配置され、アークが放射性エレメントから銅製ホ
ルダへ移動するのを防ぐ。
【０００４】前述のタイプのトーチに生じる１つの問題
は電極の寿命が短いことであり、この問題は、トーチが
酸化ガス例えば酸素あるいは空気などで用いられる場合
に顕著となる。より詳細には、当該ガスは、放射性エレ
メントを包囲する電極を成す銅を急速に酸化させる傾向
を有し、銅が酸化すると、銅はより容易に放射する。そ
の結果、放射性エレメントを包囲する酸化された銅が、
放射性エレメントではなくアークを支持し始める点に到
達する。この現象が生じると、銅酸化物および支持銅が
溶融し、これによって、電極は早期に破壊され故障す
る。
【０００５】多数の従来の電極では当該電極を組立てる
には、金属製ホルダに放射性インサートを押し込むか、
または、放射性がより低いあるいは比較的非放射性のス
リーブすなわちセパレータに放射性インサートを押し込
み、次いで、当該セパレータを金属製ホルダに押し込
む。プレスばめ放射性エレメントとセパレータとホルダ
との間の境界面は、比較的はっきり定められており、こ
れによって、組立てられた電極の熱伝導率は悪影響を受
ける。特に、電極を通って移動する熱は、当該境界面に
出会い、当該境界面は、熱移動に対するバリヤとして機
能し、したがって電極の熱移動能力を制限する。さら
に、はっきり定められた境界面は応力集中部分として機
能し、当該応力集中部分はアークを吸引し、電極の崩壊
を加速させる。
【０００６】放射性エレメントとセパレータとホルダと
の間の境界面を「滑らかにする(smooth)」のを助けるた
めに、本発明の譲受人は、"Electrode Diffusion Bondi
ng"との名称の米国同時係属出願第０９／７７３８４７
号（以下「８４７出願」という）に記載された拡散結合
技術を開発した。８４７出願に記載の組立後加熱ステッ
プは、セパレータと金属製ホルダとの間に拡散結合を形
成する。拡散結合は、２つの材料の間の境界面を柔らか
くするかあるいは滑らかにする一方、当該２つの材料の
間の結合強度を高くする。その結果、電極の動作寿命が
長くなる。
【０００７】電極を形成する別の方法が、"Electrode I
nterface Bonding"との名称の別の米国同時係属出願第
０９／８７１０７１号（以下「０７１出願」という）に
記載されている。０７１出願において、金属間化合物
が、放射性エレメントとセパレータとの間に形成され、
これにより放射性エレメントとセパレータとの間の結合
が改善される。金属間結合は、約１時間約９２６〜９８
２℃（約１７００〜１８００#Ｆ）まで放射性エレメン
トおよびセパレータを加熱することにより形成される。
第２の製造後加熱ステップを行って、セパレータと金属
製ホルダとの間に共晶結合すなわち共晶接合を形成する
ことも可能である。
【０００８】８４７出願および０７１出願に記載の組立
後加熱ステップは、従来技術を改善しているが、さらな
る改善が望まれる。特に、電極で用いられる材料を調べ
ると、多数の電極が、ハフニウム、ジルコニウムなどを
含んで成る放射性エレメントと、銀、金、ニッケルなど
を含んで成るセパレータと、銅を含んで成る金属製ホル
ダとを用いていることが分かる。８４７出願および０７
１出願に記載の組立後加熱ステップは、放射性エレメン
トとセパレータとの間の結合および、セパレータとホル
ダとの間の結合を改善するが、これらの結合をさらに改
善するかあるいは１つの好適な代替法を提供することが
望ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極を形成
する従来の方法および最近開発された方法を改善するた
めに開発された。
【００１０】
【課題を解決するための手段】プラズマアークトーチの
寿命および性能の欠点は、溶融したあるいは実質的に流
動可能な非放射性材料に放射性エレメントを挿入し、次
いで、この半完成品を冷却して組立体を形成し、この組
立体を用いて電極を形成すると改善される。好適には、
放射性エレメントおよび非放射性材料との間には強い結
合が、比較的迅速に形成され、いくつかの場合、金属間
化合物が、放射性エレメントと非放射性材料あるいは部
材との間に形成され、当該金属間化合物は、１つの実施
形態では、放射性エレメントと金属製ホルダとの間のセ
パレータとして機能する。したがって、本発明の電極
は、従来の電極製造方法に比して、性能がより良好であ
り、より迅速に製造できる。
【００１１】特に、本発明による電極の製造方法は、比
較的非放射性の材料あるいは部材を加熱して、当該材料
が実質的に流動可能になるようにすることを含む。この
加熱ステップは、好ましくは、るつぼを用いて行われ、
この場合、非放射性材料をるつぼ内で加熱して得られる
温度は、少なくともほぼ当該材料の融点まで達する。放
射性エレメントは、溶融した非放射性材料の上方に配置
され、放射性エレメントは、落下して非放射性材料に入
り得るかあるいは前進されて非放射性材料に少なくとも
部分的に入り得る。力を用いて、放射性エレメントを前
進させて非放射性材料に入れるかまたは放射性エレメン
トを非放射性材料に挿入するのを助けることも可能であ
る。これにより得られた位置関係の状態は、次いで、所
定の時間例えば約１分にわたり保持され、組立体は冷却
される。１つの実施形態では、真空環境または減圧環境
を放射性エレメントおよび非放射性材料の周りに形成す
ることが、電極の製造の間に行われる。その結果、金属
間化合物が、放射性エレメントと非放射性材料との間に
形成され、当該金属間化合物により得られる結合は、拡
散結合あるいは干渉はまり（しまりばめ）に比してより
優れている。
【００１２】１つの実施形態では、放射性エレメントお
よび非放射性材料により形成された組立体は、次いで、
電極の従来の金属製ホルダ内に位置決めされる。この位
置決めステップは、ホルダに組立体を入れてプレスば
め、ろう付けあるいは溶接することを含む場合もある。
代替的に、組立体自身が電極の前部を形成するように行
われて、金属製ホルダを利用しないようにし得る。この
ようにして、組立体の非放射性部材の形状を形成するの
が、当該非放射性部材が電極の大部分を形成するように
行われ得る。これは好適である。何故ならば非放射性部
材は、好ましくは、金属製ホルダを形成する従来の材料
に比してより大きい熱伝導率を有する材料から形成され
る。例えば、金属製ホルダの代わりに用いる非放射性材
料は、好ましくは、銀、金、白金、ロジウム、イリジウ
ム、パラジウム、ニッケル、モネルおよびこれらの合金
から成る群から選択した材料のうちの少なくとも１つか
ら形成され、一方、金属製ホルダは、通常、銅から形成
されるからである。
【００１３】さらに別の実施形態では、金属製ホルダ
は、比較的非放射性の材料のための「るつぼ」として用
いられ、この場合、非放射性材料のブランクが金属製ホ
ルダすなわちるつぼ内で加熱されることが、当該ブラッ
クが実質的に流動可能になるまで行われる。次いで放射
性エレメントを非放射性材料に挿入するかかまたは前進
させて非放射性材料に入れることが、好ましくは、加熱
ステップの間に行われる。次いで金属製ホルダを所定の
形状に形成するのが、電極を切断操作および溶接操作で
用い得るように行われる。
【００１４】好適には、放射性エレメントと非放射性材
料との間に形成された金属間化合物の形成速度は、０７
１出願に記載されたものより速い。より詳細には、本発
明による金属間化合物形成ステップは、約１分のオーダ
で行われ、一方、０７１出願による金属間化合物形成ス
テップは、約１時間のオーダで行われる。したがって、
本発明による電極製造プロセスにより、大幅に時間を節
約できる一方、依然として、放射性エレメントと非放射
性部材との間の結合を、従来の方法に比して改善するこ
とが得られる。
【００１５】以上、本発明を一般的な用語を用いて説明
したが、必ずしも正確な尺度で描かれてはいない添付図
面を、以下参照していく。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を、以下、本発明の好まし
い実施形態を示す添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、しかしながら、多数の異なる形で実施でき、
本明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、
これらの実施形態は、本明細書の開示が完全完璧とな
り、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるために記載さ
れている。同一の参照番号は同一の要素を全図中示す。
【００１７】図１〜図３において、本発明の特徴を実施
しているプラズマアークトーチ１０が示されている。ト
ーチ１０は、ノズルアセンブリ１２および管状電極１４
を含む。電極１４は、好ましくは、銅あるいは銅合金か
ら成り、上部管状部材１５と下部カップ状部材すなわち
ホルダ１６とから成る。上部管状部材１５は、細長で開
いている管状構造を有し、トーチ１０の長手軸線に沿っ
て位置合せされている。上部管状部材１５は、雌ねじ付
下端部分１７を含む。ホルダ１６も管状構造を有し、下
部前端および上部後端を含む。横断方向端部壁１８は、
ホルダ１６の前端を閉じ、外側前面２０を形成する。ホ
ルダ１６の後端は雄ねじが形成され、上部管状部材１５
の下端部分１７に螺合されている。
【００１８】ホルダ１６の後端１９は開いていて、ホル
ダがカップ状となり、内側キャビティ２２を形成するよ
うになっている。内側キャビティ２２の表面３１が含む
円柱２３は、長手軸線に沿って延びて内側キャビティに
入っている。略円柱形キャビティ２４は、端部壁１８の
前面２０内に形成され、長手軸線に沿って後方へ延び
て、ホルダ１６の一部分に入っている。キャビティ２４
は内側面ないしは内壁２７を含む。
【００１９】１つの実施形態では、比較的非放射性の部
材すなわちセパレータ３２がキャビティ２４内に位置決
めされ、長手軸線に沿って同軸に配置されている。セパ
レータ３２の外側周辺壁３３は、キャビティ２４のほぼ
全長にわたり延びている。１つの実施形態では（図示せ
ず）、セパレータ３２の外側周辺壁３３の少なくとも一
部分は、ホルダ１６により形成されている内側キャビテ
ィ２２に晒されている。周辺壁３３は、セパレータ３２
の全長にわたりほぼ一定の外径を有するものとして示さ
れているが、その他の幾何学的形態例えば円錐台など
も、本発明の範囲に入る。セパレータ３２は、表面３７
を有する内側キャビティ３５も形成している。セパレー
タ３２の外側端面３６は、ホルダ１６の前面２０と略面
一である。
【００２０】放射性エレメントすなわちインサート２８
はセパレータ３２内に位置決めされ、長手軸線に沿って
同軸に配置されている。より詳細には、放射性エレメン
ト２８およびセパレータ３２は組立体を形成し、この場
合、放射性エレメント２８をセパレータ３２に固定する
のは、後述の独特な方法を用いて行う。金属間化合物の
形成は、セパレータを形成する非放射性材料から成る液
体浴すなわち溶融浴に放射性エレメントを挿入するかま
たは前進させて入れることにより行われ、このようにし
て形成された金属間化合物は、詳しく後述するように当
該放射性エレメントと当該非放射性材料との間に位置す
る。放射性エレメント２８の円形外側端面２９は、ホル
ダ１６の前面２０とセパレータ３２の外側端面３６とを
含む平面内に位置する。放射性エレメント２８の略円形
内側端面３０は、セパレータ３２により形成されている
キャビティ３５内に配置され、外側端面２９に対向して
位置する。内側端面３０は、しかしながら、その他の形
状例えば尖頭状、多角形あるいは球形にして、放射性エ
レメント２８をセパレータ３２に固定するのを助けるよ
うにすることも可能である。さらに、放射性エレメント
２８の直径は、セパレータ３２の端面３６の外径の約３
０〜８０パーセントであり、セパレータ３２は、外側端
面３６の個所でおよびセパレータ３２の全長に沿って少
なくとも約０．２５ミリメートル（０．０１インチ）の
半径方向厚を有する。１つの特定の例として、放射性エ
レメント２８は、通常、約２．０３ミリメートル（約
０．０８インチ）の直径と約６．３５ミリメートル（約
０．２５インチ）の長さを有し、セパレータ３２の外径
は約６．３５ミリメートル（約０．２５インチ）であ
る。
【００２１】放射性エレメント２８は、例えば約２．７
〜４．２ｅＶの範囲内などの比較的低い加工関数を有す
る金属材料から成り、これによって、電子を容易に放射
できる利点が、電気電位を放射性エレメント２８に加え
る際に得られる。このような材料の適切な例は、ハフニ
ウム、ジルコニウム、タングステンおよびこれらの混合
物である。
【００２２】セパレータ３２を成す金属材料の加工関数
は、ホルダ１６の材料の加工関数より大きいことが、Sm
ithells Metal Reference Book, 6th Ed.に記載された
値から分かる。より詳細には、好ましくは、セパレータ
３２を成す金属材料の加工関数は、少なくとも約４．３
ｅＶである。１つの好ましい実施形態では、セパレータ
３２は銀を含んで成るが、その他の材料例えば金、白
金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、モ
ネルおよびこれらの合金も用い得る。セパレータ３２に
用いる材料は、高い熱伝導率、高い抗酸化性、高い融
点、高い加工関数および低いコストを有さなければなら
ない。１つの材料におけるこれらの特性のすべてを最大
化するのは困難であるが、銀が、高い熱伝導率を有する
ので好ましい。
【００２３】例えば、本発明の１つの特定の実施形態で
は、セパレータ３２を成す銀合金材料は、銀が、銅、ア
ルミニウム、鉄、鉛、亜鉛およびこれらの合金から成る
群から選択した１つの付加的な材料約０．２５〜１０パ
ーセントと合金されたものである。当該付加的材料は、
元素あるいは酸化物であり、したがって本明細書におい
て「銅」との用語は、元素および酸化物の両方を意味
し、「アルミニウム」などとの用語も同様である。
【００２４】図１において、電極１４は、プラズマトー
チ本体３８内に取付けられ、プラズマトーチ本体３８
は、めいめいガス通路４０および液体通路４２を含む。
トーチ本体３８は、外側絶縁ハウジング部材４４により
包囲されている。管４６は、電極１４の中央孔４７内に
懸吊され、液体冷却媒体例えば水が電極１４を通過して
循環するようにする。管４６の外径は、孔４８の直径よ
り小さく、これによって空間４９が管４６と孔４８との
間に存在し、ひいては水が空間４９内を流れる現象は、
水が管４６の開放下端から排出されると生じるようにな
っている。水はソース（図示せず）から管４６を通って
流出し、内側キャビティ２２およびホルダ１６内を流
れ、空間４９を通って戻って、トーチ本体３８内の開口
５２に達し、ひいては排出ホース（図示せず）に達す
る。通路４２は噴射水をノズルアセンブリ１２内に導
き、ノズルアセンブリ１２内で噴射水は渦流となってプ
ラズマアークを包囲するが、この様子は後述する。ガス
通路４０はガスを適切なソース（図示せず）から流出さ
せ、適切な高温材料から成るガスバフル５４を通過さ
せ、入口穴５８を通過させてガスプレナムチャンバ５６
に流入させる。入口穴５８の配置は、ガスがプレナムチ
ャンバ５６に流入する際に渦流となるようになってい
る。ガスは、ノズルアセンブリ１２の同軸孔６０、６２
を通ってプレナムチャンバ５６から流出する。電極１４
はガスバフル５４を係止している。高温プラスチック絶
縁体本体５５は、ノズルアセンブリ１２を電極１４から
電気的に絶縁する。
【００２５】ノズルアセンブリ１２は、第１の孔６０を
形成する上部ノズル部材６３と、第２の孔６２を形成す
る下部ノズル部材６４とを備えている。上部ノズル部材
６３は、好ましくは、金属材料であり、下部ノズル部材
６４は、金属材料またはセラミック材料である。上部ノ
ズル部材６３の同軸孔６０は、トーチ電極１４の長手軸
線と軸線方向で位置合せされている。下部ノズル部材６
４を上部ノズル部材６３から分離することが、プラスチ
ックスペーサ要素６５および水渦流リング６６を用いて
行われている。上部ノズル部材６３と下部ノズル部材６
４との間に設けられている空間は、水チャンバ６７を形
成している。
【００２６】下部ノズル部材６４が備えている円柱形本
体部分７０は、前端部分すなわち下端部分と、後端部分
すなわち上端部分とを形成し、孔６２は本体部分７０を
通って同軸に延びている。環状取付けフランジ７１は後
端部分に位置決めされ、円錐台形(frustoconical)表面
７２は、第２の孔６２と同軸の前端部分の外面に設けら
れている。環状フランジ７１を下から支持するのが、内
方へ向いているフランジ７３を用いてカップ７４の下端
の個所で行われ、この場合、カップ７４は、相互接続ね
じにより外側ハウジング部材４４に取外し可能に取付け
られている。ガスケット７５が２つのフランジ７１、７
３との間に配置されている。
【００２７】下部ノズル部材６４内の孔６２は円柱形で
あり、孔６２を、上部ノズル部材６３内の孔６０と軸線
方向で位置合せした状態を維持するのが、任意の適切な
プラスチック材料から成るセンタリングスリーブ７８を
用いて行われている。水はスリーブ７８内の開口８５を
通って通路４２から流出し、渦流リング６６の噴射ポー
ト８７に達し、噴射ポート８７は水を噴射して水チャン
バ６７に入れる。噴射ポート８７は、渦流リング６６の
周りに接線方向に配置されて、速度の渦流成分を、水チ
ャンバ６７内の水流に付与する。水は孔６２を通って水
チャンバ６７から流出する。
【００２８】電源（図示せず）は、金属加工物と直列回
路を成すようにトーチ電極１４に接続され、金属加工物
は通常アースされている。操作中、プラズマアークが、
アークのための陰極端末として機能する電極の放射性エ
レメント２８と、電源の陽極に接続されて下部ノズル部
材６４の下方に位置する加工物との間に形成される。プ
ラズマアークを従来通りの仕方で開始することが、電極
１４とノズルアセンブリ１２との間にパイロットアーク
を一時的に形成し、次いで、当該アークを孔６０、６２
を通って加工物へ移行させることにより行われる。
【００２９】［製造方法］本発明は、前述のタイプの電
極の簡単な製造方法も提供するものである。図４〜図６
は、本発明による電極の製造方法を示す。図４の（ａ）
に示すように、比較的非放射性の材料から成るブランク
６１は、るつぼ６０あるいはこれと等価のホルダに入れ
られ、これによって、ブランク６１を加熱して、ブラン
ク６１が実質的に流動可能になるようにする。ブランク
６１は、好ましくは、１つの中実の塊としてるつぼに入
れられるが、代替的に、より小さいばらばらの小片を用
いることも可能である。別の代替法として、ブランク６
１は最初は粉末または液体の状態で、るつぼ６０に入れ
られることも可能である。
【００３０】１つの好ましい実施形態では、ブランク６
１を加熱して溶融させ、これによって、非放射性材料か
ら成る浴が得られる。図４の（ａ）〜（ｂ）において、
放射性エレメント２８をブランク６１に隣接するように
配置して、例えば放射性エレメント２８がブランク６１
に接触または接近するようにし、次いで、放射性エレメ
ント２８をブランク６１に少なくとも部分的に挿入する
かまたは、放射性エレメント２８を前進させてブランク
６１に少なくとも部分的に入れることが、ブランク６１
が溶融するかまたはほぼ流動可能になると行われる。１
つの実施形態では、放射性エレメント２８は、重力によ
り落下してブランク６１に少なくとも部分的に入るよう
になっているが、力を用いて放射性エレメント２８を前
進させてブランク６１に入れるかまたは放射性エレメン
ト２８をブランク６１に強制的に入れることも可能であ
る。１つの実施形態では、放射性エレメント２８および
ブランク６１を加熱するのが、所定の時間例えば約１分
まで、より好ましくは約１５秒行われ、これによって、
放射性エレメント２８とブランク６１との間の結合を形
成するのを助けるようにする。特に、放射性エレメント
２８を前進させてブランク６１に入れた後に行う付加的
加熱により、より高い温度が得られるか、または単によ
り長い時間ある特定の温度を維持することが得られ、こ
れによって、金属間化合物を形成できることになり、こ
の様子は後述する。加えて、減圧環境または真空環境を
形成するのが、放射性エレメント２８をブランク６１に
挿入する前でも、間でも、後でも可能である。これを行
うことにより、溶解ガスを、加熱された材料から取除く
ことができ、これによって、放射性エレメント２８とブ
ランク６１との間の結合がより強くなる。
【００３１】図４の（ｃ）において、放射性エレメント
２８およびブランク６１が、次いで、冷えるようにされ
て、組立体８８が形成され、この場合、ブランク６１が
放射性エレメント２８の周りで凝固し、強い結合がブラ
ンク６１と放射性エレメント２８との間に形成される。
放射性エレメント２８およびブランク６１が冷却され
て、組立体８８が形成されると、組立体８８はるつぼ６
０から取出されて、組立体８８をホルダ１６に挿入でき
るようになり、この様子は後述する。この実施形態で
は、ブランク６１はセパレータ３２として機能し、便宜
上以後、セパレータ３２と呼ぶものとする。放射性エレ
メント２８の小部分２８Ａがセパレータ３２から延びて
いる状態が、放射性エレメント２８をセパレータ３２に
挿入すると得られ、この場合、放射性エレメント２８を
把持または保持するのを、位置決め装置（図示せず）あ
るいはその他の工具を用いて行うのが、組立体形成プロ
セスの間に行われる。小さくて延びている部分２８Ａ
は、しかしながら、従来の技術を用いて容易に取除け
る。
【００３２】好適には、金属間化合物８９が放射性エレ
メント２８とセパレータ３２との間に形成される現象
が、前述の組立体形成プロセスの間に生じる。金属間化
合物８９は、放射性エレメント２８およびセパレータ３
２に比してユニークな特性を有する別個の材料である。
金属間化合物８９により得られる、放射性エレメント２
８とセパレータ３２との間の結合は、プレスばめあるい
は拡散結合に比して優れている。何故ならば金属間化合
物８９の厚さは、通常、約２．５４〜２５．４マイクロ
メートル（約０．０００１〜約０．００１インチ）であ
り、例えば約１０．１６マイクロメートル（約０．００
０４インチ）である。放射性エレメント２８をブランク
６１に挿入することを、ブランクが溶融されると行うこ
とにより、金属間化合物８９を形成する速度が、その他
の方法例えば前述の０７１出願に記載のものなどに比し
て大幅に速くなる。特に、金属間化合物８９を本発明に
より形成するのは、約１分以下で得られ、一方、金属間
化合物を形成するのを、０７１出願に記載のプロセスを
用いて行うと約１時間かかる。このようにして、本発明
の方法により、電極製造の速度が大幅に高まり、放射性
エレメント２８とセパレータ３２との間の結合が改善さ
れる。
【００３３】図５において、銅あるいは銅合金から成る
円柱形ブランク９４が、前面９５および、前面９５に対
向して位置する後面９６を有する形で得られる。次い
で、略円柱形孔を形成するのを、例えばドリルを用いて
前面９５内で長手軸線に沿って行い、これによって、キ
ャビティ２４が得られ、この様子は前述した。次いで、
放射性エレメント２８とセパレータ３２とから成る組立
体をキャビティ２４に挿入するのを、例えばプレスばめ
により行って、セパレータ３２の周辺壁３３がキャビテ
ィ２４の内壁２７に係合し、表面と表面との間の摩擦結
合により内壁２７に固定するようにする。組立体をキャ
ビティ２４に挿入するのは、ろう付け、溶接および等価
の従来の方法によっても可能である。例えば、組立体を
キャビティ２４に入れて溶接することは、摩擦溶接、抵
抗溶接、電磁放電溶接(electo-magnetic discharge wel
ding)あるいは爆発溶接により行い得る。
【００３４】図６の１つの実施形態では、略平面状円形
加工表面１００を有する工具９８の加工表面が、放射性
エレメント２８の端面２９とセパレータ３２の端面３６
とにめいめい接触されている。加工表面１００の外径
は、円柱形ブランク９４内のキャビティ２４の直径より
僅かに小さい。工具９８の加工表面１００がトーチ１０
の長手軸線と略同軸である状態で工具９８を保持し、こ
の状態で力を工具９８に加え、これによって、軸線方向
の圧縮力が、放射性エレメント２８およびセパレータ３
２に長手軸線に沿って加えられるようにする。例えば、
工具９８を放射性エレメント２８およびセパレータ３２
と接触するように位置決めし、次いで、工具９８を適切
な装置例えば機械のラムなどにより打撃することも可能
である。用いる特定の技術と無関係に、十分な力を加え
て、放射性エレメント２８およびセパレータ３２を半径
方向で外方へ変形し、これによって、放射性エレメント
２８がセパレータ３２によりしっかりと把持および係止
されるようにし、かつセパレータ３２がキャビティ２４
によりしっかりと把持および係止されるようにする。し
かしながら、慎重を期して、放射性エレメント２８とセ
パレータ３２との間の金属間化合物８９を破壊しないよ
うにしなければならない。
【００３５】図７〜図８は、本発明による１つの代替実
施形態を示す。図７の（ａ）において、比較的非放射性
の材料から成るブランク６１をるつぼ６０あるいは類似
の装置内で加熱して、ブランク６１がほぼ流動可能にな
るようにし、例えばブランク６１が前述のように溶融す
るようにする。放射性エレメント２８を、前述の仕方と
類似の仕方で挿入する。好適には、しかしながら、ブラ
ンク６１のサイズは大幅により大きく定められ、ブラン
ク６１の直径が、前述の銅円柱形ブランク９４の直径と
同じ大きさにする。このようにして、ブランク６１が、
図７の（ｂ）に示すように加熱され、放射性エレメント
２８が落下してまたは前進されてブランク６１に入った
後、放射性エレメント２８およびブランク６１は、前述
のように冷却されてるつぼ６０から取出されて、図８の
（ａ）に示すように組立体７６が得られる。特に、組立
体７６は前端９１および本体９３を有する。
【００３６】図８の（ｂ）において、次いで、ブランク
６１を所定の形状に形成して、非放射性ブランク６１が
電極１４の大部分を形成するようにする。実際、非放射
性ブランク６１の形状を形成する仕方は、銅円柱形ブラ
ンク９４を、前述の本発明の別の実施形態で形状を形成
する仕方と類似であり、組立体７６の前端９１および本
体９３が電極１４の下部前端を形成するようになってい
る。このようにして、銅製ホルダ１６の代わりに非放射
性ブランク６１を用いることが本質的に可能である。ブ
ランク６１を成す材料（例えば銀）のコストは、金属製
ホルダ１６に用いられる材料（例えば銅）より高い一
方、ブランク６１を形成する１つまたは複数の材料の熱
伝導率およびその他の特性により電極の性能がより良く
なって、電極製造コストを少なくとも部分的に補うもの
となる。加えて、外側周辺壁３３と、ホルダキャビティ
２４の内側面２７との間に存在する、ホルダを含む実施
形態において前述した境界面は、図７〜図８の実施形態
では取除かれており、これにより、熱が電極を通って移
動して、内側キャビティ２２内を循環する冷却水に達す
る際の熱伝達がさらに改善される。
【００３７】図９のさらに別の代替実施形態では、電極
を形成するには、まず初めに、キャビティ２４を内部に
有する金属製の円柱形ブランク９４を得、次いで、金属
製の円柱形ブランク９４自身をるつぼとして用いて、比
較的非放射性の材料から成るブランク６１を溶融させ
て、ブランク６１が、前述のようにそして図４〜図６に
示すように十分に流動可能になるようにする。より詳細
には、金属製の円柱形ブランク９４の融点は、ブランク
６１の融点より高く、これによって、十分な熱を円柱形
ブランク９４およびブランク６１に加えると、ブランク
６１が溶融するかまたは十分に流動可能になるようにな
っており、これによって、ブランク６１に隣接して位置
する放射性エレメント２８が、前述しかつ図９に破線に
より示すように、落下または前進して少なくとも部分的
にブランク６１に入るようになっている。１つの実施形
態では、当該コンポーネントを所定の時間例えば約１
分、より好ましくは約１５秒さらに加熱し続けるが、こ
のステップは必ずしも必要ではない。好適には、金属間
化合物８９を、放射性エレメント２８と、ブランク６１
を成す比較的非放射性の材料との間に形成する。加え
て、共晶合金１０２も、ブランク６１と金属製の円柱形
ブランク９４との間に形成される。いったん放射性エレ
メント２８が、ブランク６１内に適宜位置決めされる
と、放射性エレメント２８とブランク６１と円柱形ブラ
ンク９４とは冷却されて、当該コンポーネントが互いに
しっかりと結合されることになり、この場合、金属間化
合物８９が、放射性エレメント２８と、ブランク６１か
ら形成されたセパレータ３２との間に位置し、共晶合金
１０２が、セパレータ３２と円柱形ブランク９４との間
に位置する。次いで、円柱形ブランク９４の形状を形成
して、前述しかつ図９に破線により示したホルダ１６を
得る。図９の実施形態は好適である。何故ならば、別個
のるつぼを用いて、ブランク６１を成す比較的非放射性
材料を加熱して、ブランク６１が流動可能になるように
する必要がないからである。したがって、放射性エレメ
ント２８とセパレータ３２とホルダ１６との間の結合
を、非常に僅かな数のステップ好ましくはただ１つのス
テップで得られる。
【００３８】図１０の別のプロセスも、電極の強度を高
くし、したがって、電極の動作寿命を延ばす。特に、図
１０は、プレス工具９７を用いて電極の前端で行う襞付
けプロセスを示す。プレス工具９７は金属製の円柱形ブ
ランク９４の外面に当って、半径方向内方へ向かって当
該外面を押圧して、円柱形ブランク９４とセパレータ３
２と放射性エレメント２８をプレスして一緒にし、これ
により当該複数の材料がさらに互いに結合して一緒にな
る。１つの実施形態では、金属製の円柱形ブランク９４
の半径を長さｄだけ短くし、長さｄは、１つの実施形態
では約１．２７〜２．５４ミリメートル（約０．０５０
〜０．１００インチ）である。外側形状も、襞付けの間
に変化させ得、例えば円柱形ブランクを、図示のように
六角形形状に変化させ得る。襞付けプロセスを行うの
は、円柱形ブランク９４を機械加工してほぼ仕上り形状
を得てからでもよい。
【００３９】襞付けプロセスは少なくとも２つの利点を
もたらす。１つの利点は、プレス作用により放射性エレ
メント２８とセパレータ３２と金属製の円柱形ブランク
９４との間のいかなる空隙もほぼ除去されることであ
る。これは重要である。何故ならば空隙は応力集中部分
となり、応力集中部分により電極が早期に故障すること
もあるからである。襞付けを用いない（ひいては空隙を
閉じない）場合、電極の寿命は短く、例えば約０〜２０
分である。襞付けを行うと、しかしながら、電極の寿命
はより大きいオーダとなり、例えば３００〜４００分以
上となる。しかしながら、慎重を期することが、プレス
作用の間、必要である。何故ならば電極を過度に襞付け
すると、電極のコンポーネント間に形成された結合およ
び／または放射性エレメント２８とブランク６１との間
に形成された金属間化合物８９を破壊あるいは損傷する
ことがあるからである。加えて、襞付けプロセスは、セ
パレータ３２および金属製の円柱形ブランク９４を含ん
で成るものとして説明されたが、襞付けプロセスは、前
述されかつ図７〜図８に示す実施形態で行うことも可能
であり、この場合、非放射性ブランク６１を適宜サイズ
決めして、金属製の円柱形ブランク９４の代わりに用い
得るようにする。
【００４０】図３および図８の（ｂ）において、本発明
による完成された電極の横断面図が示されている。図３
に示すように、ホルダ１６の製造を完成するには、円柱
形ブランク９４の後面９６を機械加工して、内側キャビ
ティ２２を内部に有する開いたカップ状形状を成すよう
にする。好適には、内側キャビティ２２は、内側環状凹
部８２を含み、凹部８２は円柱２３を形成し、セパレー
タ３２および放射性エレメント２８の一部分を同軸に包
囲している。加えて、内側環状凹部８２は内面８３を含
む。換言すると、内側環状凹部８２を形成するのは、例
えばトレパンニング（心残し削り）あるいはその他の機
械加工を用いて行い、これによって円柱２３を形成す
る。円柱形ブランク９４の外側周辺も、所望のように形
状を形成され、この場合、ホルダ１６の後端１９の個所
に雄ねじ１０２が形成される。最後に、円柱形ブランク
９４の前面９５と、放射性エレメント２８の端面２９
と、セパレータ３２の端面３６とをめいめい機械加工し
て、前面９５と端面２９と端面３６とを互いに面一にす
る。同様のプロセスを、図８の（ｂ）に示す電極にも適
用できるが、図８の（ｂ）の実施形態では、ブランク６
１を機械加工して、内側キャビティ２２および前述の類
似のエレメントを形成するようにしている。
【００４１】図１１は、ホルダ１６の端部正面図を示
す。図から分かるように、セパレータ３２の端面３６
は、放射性エレメント２８の端面２９を、ホルダ１６の
前面２０から分離している。端面３６は環状であり、内
側１０４および外周１０６を有する。セパレータ３２
は、アークが放射性エレメントから離れて、ホルダ１６
に付着するのを防ぐように機能する。
【００４２】このようにして、本発明は、プラズマアー
クトーチで用いる電極１４と、電極の製造方法とを提供
するものであり、この場合、金属間化合物８９が、放射
性エレメント２８とセパレータ３２あるいは非放射性材
料すなわち非放射性ブランク６１との間に形成されるこ
とが、ブランクを溶融させて、放射性エレメントを溶融
ブランクに挿入することにより行われる。非放射性材料
が冷却され、放射性エレメントの周りで凝固すると、得
られた金属間化合物８９が、非放射性材料と放射性エレ
メントとの間に強い結合を形成する。好適には、本発明
の電極は、迅速かつ容易に製造できる。より詳細には、
本発明の金属間化合物８９が形成される速度は、従来の
技術に比して５０倍以上速い。このようにして、本発明
による電極の製造のコストは小さく時間は短くなる一
方、強くて寿命が長い電極が得られる。
【００４３】本発明の多数の変更およびその他の実施形
態が、前述の説明および関連図面に記載の教示の利益を
受けた当業者には思い浮かぶであろう。したがって、本
発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、変更
およびその他の実施形態は、請求の範囲に含まれるもの
とする。特定の用語を本明細書で用いたが、これらの用
語は、一般的かつ説明的な意味でのみ用いられ、限定を
目的としていない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するプラズマアークトーチの縦断
面図である。
【図２】本発明による電極の拡大斜視図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【図４】本発明による第１の電極製造方法を成すステッ
プを順に概略的に示す図であり、（ａ）および（ｂ）は
断面図、（ｃ）は側面図である。
【図５】本発明による第１の電極製造方法を成すステッ
プを概略的に示す断面図である。
【図６】本発明による第１の電極製造方法を成すステッ
プを概略的に示す断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、本発明による第２の電
極製造方法を成すステップを概略的に示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明による第２の電
極製造方法を成すステップを概略的に示す断面図であ
る。
【図９】本発明による第３の電極製造方法を概略的に示
す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による襞付け操作を示
す、電極を大幅に拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明による仕上り電極の端部の正面図であ
る。
【符号の説明】
１０ プラズマアークトーチ １４ 電極 １６ 金属製ホルダ ２４ キャビティ ２８ 放射性エレメント ６０ るつぼ ６１ 比較的非放射性の材料から成るブランク ７６、８８ 組立体 ８９ 金属間化合物 ９１ 前端 ９３ 本体 ９７ プレス工具
フロントページの続き (72)発明者 ウェイン・スタンリー・セヴァランス，ジ ュニア アメリカ合衆国サウスカロライナ州，ダー リントン，デューイット・サークル 2829 (72)発明者 ヴァレリアン・ネムチンスキー アメリカ合衆国サウスカロライナ州，フロ ーレンス，ペニンシュラ・ロード 1043 (72)発明者 グレゴリー・ウィリアム・ディール アメリカ合衆国サウスカロライナ州，フロ ーレンス，サウス・バーリントン・ドライ ヴ 383 Ｆターム(参考） 4E001 LH09 ME07 4K031 DA04 EA01 EA12

Claims (61)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プラズマトーチ内にアークを支持できる
    電極の製造方法であって、 キャビティが前端内に形成されている金属製ホルダを設
    けるステップと、 実質的に流動可能になるまで比較的非放射性の部材を加
    熱するステップと、 非放射性部材に放射性エレメントを少なくとも部分的に
    挿入し、これによって、非放射性部材と放射性エレメン
    トとを結合して一緒にし、組立体を形成するステップ
    と、 組立体を金属製ホルダに入れて位置決めするステップ
    と、を含む電極の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記放射性エレメントを前記非放射性部
    材に少なくとも部分的に挿入した後に、所定の時間にわ
    たり前記組立体を加熱することがさらに行われることを
    含んで成る、請求項１に記載の電極の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記挿入ステップの後に、組立体を冷却
    するステップがさらに行われることを含んで成る、請求
    項１に記載の電極の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記冷却ステップは、前記位置決めステ
    ップの前に行われる、請求項３に記載の電極の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記位置決めステップは、金属製ホルダ
    のキャビティに組立体を押し込むことを含む、請求項１
    に記載の電極の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記挿入ステップは、ハフニウム、ジル
    コニウム、タングステンおよびこれらの合金から成る群
    から選択した材料のうちの少なくとも１つから実質的に
    形成した放射性エレメントを挿入することを含む、請求
    項１に記載の電極の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記挿入ステップは、銀、金、白金、ロ
    ジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、モネルお
    よびこれらの合金から成る群から選択した材料のうちの
    少なくとも１つから実質的に形成した比較的非放射性の
    部材に放射性エレメントを挿入することを含む、請求項
    １に記載の電極の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記加熱ステップは、るつぼ内で非放射
    性部材を加熱して、非放射性部材が実質的に溶融するよ
    うにすることを含む、請求項１に記載の電極の製造方
    法。
  9. 【請求項９】 放射性エレメントおよび非放射性部材の
    周りに比較的低圧の環境を形成するステップをさらに含
    んで成る、請求項１に記載の電極の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記環境形成ステップは、前記挿入ス
    テップの前に行われる、請求項９に記載の電極の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記挿入ステップでは、非放射性部材
    に放射性エレメントを強制的に挿入することが、非放射
    性部材が実質的に流動可能になると行われることを含
    む、請求項１に記載の電極の製造方法。
  12. 【請求項１２】 金属製ホルダを半径方向内方へプレス
    することにより組立体および金属製ホルダに襞付けする
    ステップをさらに含んで成る、請求項１に記載の電極の
    製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記挿入ステップの後に、金属製ホル
    ダおよび組立体を所定の形状に形成するステップが行わ
    れる、請求項１に記載の電極の製造方法。
  14. 【請求項１４】 プラズマトーチ内にアークを支持でき
    る電極の製造方法であって、 金属製ホルダの前端内にキャビティが形成されている金
    属製ホルダを設けるステップと、 比較的非放射性の部材と接触するように放射性エレメン
    トを位置決めするステップと、 非放射性部材がほぼ流動可能になり、放射性エレメント
    が前進して非放射性部材に少なくとも部分的に入って組
    立体を形成するまで少なくとも非放射性部材を加熱する
    ステップと、 金属製ホルダに組立体を入れて位置決めするステップ
    と、を備えて成る電極の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記加熱ステップは、少なくとも非放
    射性部材を加熱して、放射性エレメントが、少なくとも
    部分的に重力に起因して前進して非放射性部材に入るよ
    うにすることを含む、請求項１４に記載の電極の製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 放射性エレメントが前進して非放射性
    部材に入った後に、所定の時間にわたり組立体を加熱す
    ることが行われることをさらに含んで成る、請求項１４
    に記載の電極の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記加熱ステップの後に、組立体を冷
    却するステップが行われることを含んで成る、請求項１
    ４に記載の電極の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記冷却ステップは、前記位置決めス
    テップの前に行われる、請求項１４に記載の電極の製造
    方法。
  19. 【請求項１９】 前記加熱ステップは、少なくとも非放
    射性部材を加熱して、放射性エレメントが、実質的に重
    力に起因して前進して非放射性部材に入るようにするこ
    とを含む、請求項１４に記載の電極の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記位置決めステップは、金属製ホル
    ダのキャビティに組立体を押し込むことを含む、請求項
    １４に記載の電極の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記位置決めステップは、ハフニウ
    ム、ジルコニウム、タングステンおよびこれらの合金か
    ら成る群から選択した材料のうちの少なくとも１つから
    実質的に形成した放射性エレメントを位置決めすること
    を含む、請求項１４に記載の電極の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記位置決めステップは、銀、金、白
    金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、モ
    ネルおよびこれらの合金から成る群から選択した材料の
    うちの少なくとも１つから実質的に形成した比較的非放
    射性の部材に隣接して位置するように放射性エレメント
    を位置決めすることを含む、請求項１４に記載の電極の
    製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記加熱ステップは、るつぼ内で非放
    射性部材を加熱して、非放射性部材が実質的に溶融する
    ようにすることを含む、請求項１４に記載の電極の製造
    方法。
  24. 【請求項２４】 放射性エレメントおよび非放射性部材
    の周りに比較的低圧の環境を形成するステップをさらに
    含んで成る、請求項１４に記載の電極の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記環境形成ステップは、前記挿入ス
    テップの前に行われる、請求項２４に記載の電極の製造
    方法。
  26. 【請求項２６】 前記位置決めステップでは、金属製ホ
    ルダに組立体を入れて位置決めすることが、プレスば
    め、ろう付け、溶接およびこれらに等価の方法から成る
    群から選択した１つの方法を用いて行われることを含
    む、請求項１４に記載の電極の製造方法。
  27. 【請求項２７】 前記溶接は、摩擦溶接、抵抗溶接、電
    磁放電溶接および爆発溶接から成る群から選択される、
    請求項２６に記載の電極の製造方法。
  28. 【請求項２８】 プラズマトーチ内にアークを支持でき
    る電極の製造方法であって、 比較的非放射性の部材に隣接して位置するように放射性
    エレメントを位置決めするステップと、 非放射性部材が実質的に流動可能になり、放射性エレメ
    ントが前進して非放射性部材に少なくとも部分的に入っ
    て、前端および本体を有する組立体を形成するまで少な
    くとも非放射性部材を加熱するステップと、 組立体を冷却するステップと、 非放射性部材が電極の大部分を成すように組立体の形状
    を形成するステップと、を含んで成る電極の製造方法。
  29. 【請求項２９】 前記形状形成ステップは、組立体の前
    端および本体が電極の前端を形成するように行われるこ
    とを含む、請求項２８に記載の電極の製造方法。
  30. 【請求項３０】 組立体の前端および本体は、切削操作
    の間にトーチの前端で切削ガスに晒される、請求項２８
    に記載の電極の製造方法。
  31. 【請求項３１】 プラズマトーチ内にアークを支持でき
    る電極の製造方法であって、 金属製ホルダの前端内にキャビティが形成されている金
    属製ホルダを設けるステップと、 比較的非放射性である実質的に流動可能な材料の浴を設
    けるステップと、 放射性エレメントを前進させて浴に少なくとも部分的に
    入れるステップと、 浴を冷却することが、放射性エレメントが少なくとも部
    分的に浴に入った状態で行われ、これによって、非放射
    性材料が放射性エレメントの周りで凝固して組立体を形
    成するようにするステップと、 金属製ホルダに組立体を入れて位置決めするステップ
    と、を備えて成る電極の製造方法。
  32. 【請求項３２】 所定の形状に金属製ホルダおよび組立
    体を形成するステップが、前記位置決めステップの後に
    行われることをさらに含んで成る、請求項３１に記載の
    製造方法。
  33. 【請求項３３】 前記浴冷却ステップが、浴を冷却し
    て、金属間化合物が放射性エレメントと非放射性材料と
    の間に生じるようにすることを含む、請求項３１に記載
    の電極の製造方法。
  34. 【請求項３４】 所定の時間にわたり、浴に放射性エレ
    メントを少なくとも部分的に入れた状態を維持するステ
    ップをさらに含んで成る、請求項３１に記載の電極の製
    造方法。
  35. 【請求項３５】 前記所定の時間は約１分以下である、
    請求項３４に記載の電極の製造方法。
  36. 【請求項３６】 前記位置決めステップは、金属製ホル
    ダのキャビティに組立体を押し込むことを含む、請求項
    ３１に記載の電極の製造方法。
  37. 【請求項３７】 前記前進ステップは、ハフニウム、ジ
    ルコニウム、タングステンおよびこれらの合金から成る
    群から選択した材料のうちの少なくとも１つから実質的
    に形成した放射性エレメントを前進させることを含む、
    請求項３１に記載の電極の製造方法。
  38. 【請求項３８】 前記浴を設けるステップは、銀、金、
    白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、
    モネルおよびこれらの合金から成る群から選択した材料
    のうちの少なくとも１つから実質的に形成した浴を設け
    ることを含む、請求項３１に記載の電極の製造方法。
  39. 【請求項３９】 前記浴を設けるステップは、るつぼ内
    で非放射性材料を加熱して、非放射性材料が実質的に流
    動可能になるようにすることを含む、請求項３１に記載
    の電極の製造方法。
  40. 【請求項４０】 前記前進ステップの前に、放射性エレ
    メントおよび浴の周りに比較的低圧の環境を形成するス
    テップが行われることをさらに含んで成る、請求項３１
    に記載の電極の製造方法。
  41. 【請求項４１】 プラズマトーチ内にアークを支持でき
    る電極の金属製ホルダで用いる組立体の製造方法であっ
    て、 比較的非放射性である実質的に流動可能な材料から成る
    浴を設けるステップと、 放射性エレメントを前進させて浴に少なくとも部分的に
    入れるステップと、 浴内に少なくとも部分的に放射性エレメントに入ってい
    る状態で浴を冷却し、これによって、非放射性材料が放
    射性エレメントの周りに凝固して組立体を形成するステ
    ップと、 プラズマトーチの金属製ホルダで用いるように組立体の
    形状を形成するステップと、を含んで成る電極の製造方
    法。
  42. 【請求項４２】 前記浴冷却ステップは、浴を冷却し
    て、金属間化合物が放射性エレメントと非放射性材料と
    の間に生じるようにすることを含む、請求項４１に記載
    の電極の製造方法。
  43. 【請求項４３】 前記浴冷却ステップの前に、所定の時
    間にわたり浴に放射性エレメントを少なくとも部分的に
    入れた状態を維持するステップが行われることを含んで
    成る、請求項４１に記載の電極の製造方法。
  44. 【請求項４４】 前記所定の時間は約１分以下である、
    請求項４３に記載の電極の製造方法。
  45. 【請求項４５】 前記前進ステップは、ハフニウム、ジ
    ルコニウム、タングステンおよびこれらの合金から成る
    群から選択した材料のうちの少なくとも１つから実質的
    に形成した放射性エレメントを前進させることを含む、
    請求項４１に記載の電極の製造方法。
  46. 【請求項４６】 前記浴を設けるステップは、銀、金、
    白金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、
    モネルおよびこれらの合金から成る群から選択した材料
    のうちの少なくとも１つから実質的に形成した浴を設け
    ることを含む、請求項４１に記載の電極の製造方法。
  47. 【請求項４７】 プラズマトーチ内にアークを支持でき
    る電極の製造方法であって、 金属製ホルダの前端内にキャビティが形成されている金
    属製ホルダを設けるステップと、 比較的非放射性の部材を金属製ホルダのキャビティに入
    れて位置決めするステップと、 金属製ホルダおよび非放射性部材を加熱して、非放射性
    部材が実質的に流動可能になるようにするステップと、 実質的に流動可能な非放射性部材に放射性エレメントを
    少なくとも部分的に挿入して、放射性エレメントと非放
    射性部材とを互いに結合して一緒にするようにするステ
    ップと、を含んで成る電極の製造方法。
  48. 【請求項４８】 所定の時間にわたり放射性エレメント
    と非放射性部材と金属製ホルダとを加熱することが、放
    射性エレメントを非放射性部材に少なくとも部分的に挿
    入した後に行われることがさらに含んで成る、請求項４
    ７に記載の電極の製造方法。
  49. 【請求項４９】 前記挿入ステップの後に、放射性エレ
    メントと非放射性部材と金属製ホルダとを冷却するステ
    ップが行われることをさらに含んで成る、請求項４７に
    記載の電極の製造方法。
  50. 【請求項５０】 前記冷却ステップは、放射性エレメン
    トと非放射性部材と金属製ホルダとを冷却して、金属間
    化合物が放射性エレメントと非放射性部材との間に生じ
    るようにすることを含む、請求項４９に記載の電極の製
    造方法。
  51. 【請求項５１】 前記冷却ステップは、放射性エレメン
    トと非放射性部材と金属製ホルダとを冷却して、金属間
    化合物が放射性エレメントと非放射性部材との間に生
    じ、かつ共晶合金が非放射性部材と金属製ホルダとの間
    に生じるようにすることを含む、請求項４９に記載の電
    極の製造方法。
  52. 【請求項５２】 金属製ホルダを所定の形状に形成する
    ステップをさらに含んで成る、請求項４７に記載の電極
    の製造方法。
  53. 【請求項５３】 前記形状形成ステップは、金属製ホル
    ダと放射性エレメントと非放射性部材とが電極の平面状
    前端を形成するように金属製ホルダの形状を形成する、
    請求項５２に記載の電極の製造方法。
  54. 【請求項５４】 前記形成ステップは、非放射性部材の
    一部分が後部キャビティに晒されて位置するように、後
    部にキャビティを形成して金属製ホルダの形状を形成す
    る、請求項５２に記載の電極の製造方法。
  55. 【請求項５５】 放射性エレメントと非放射性部材と金
    属製ホルダとの周りに比較的低圧の環境を形成するステ
    ップをさらに含んで成る、請求項４７に記載の電極の製
    造方法。
  56. 【請求項５６】 前記挿入ステップの前に、前記環境形
    成ステップは行われる、請求項５５に記載の電極の製造
    方法。
  57. 【請求項５７】 前記加熱ステップと前記挿入ステップ
    とはほぼ同時に行われる、請求項４７に記載の電極の製
    造方法。
  58. 【請求項５８】 前記挿入ステップでは、放射性エレメ
    ントを非放射性部材に強制的に挿入することが、非放射
    性部材が実質的に流動可能になると行われることを含
    む、請求項４７に記載の電極の製造方法。
  59. 【請求項５９】 前記挿入ステップは、実質的に重力に
    より放射性エレメントを挿入することを含む、請求項４
    ７に記載の電極の製造方法。
  60. 【請求項６０】 金属製ホルダを設けるステップが、
    銅、ニッケル、モネルおよびこれらの合金から成る群か
    ら選択した材料のうちの少なくとも１つから実質的に形
    成した金属製ホルダを設けることを含む、請求項４７に
    記載の電極の製造方法。
  61. 【請求項６１】 前記位置決めステップは、銀、金、白
    金、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、モ
    ネルおよびこれらの合金から成る群から選択した材料の
    うちの少なくとも１つから実質的に形成した比較的非放
    射性の部材を位置決めすることを含む、請求項４７に記
    載の電極の製造方法。
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