JP3007895B2 - 単一陰極プラズマ銃及びそれに用いる陽極アタッチメント - Google Patents
単一陰極プラズマ銃及びそれに用いる陽極アタッチメントInfo
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- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
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- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
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- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ銃に関し、
より詳細には、銃内部に導入された粉末がプラズマ流に
連行され、銃から隔てて設置されたワークピース上に噴
射されてこれを被覆するプラズマ銃に関する。
より詳細には、銃内部に導入された粉末がプラズマ流に
連行され、銃から隔てて設置されたワークピース上に噴
射されてこれを被覆するプラズマ銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から周知のプラズマ銃においては、
銃内部に導入された金属粉末または他の適当な粉末が、
プラズマ銃の生成するプラズマ流に連行され、プラズマ
銃から隔てて設置されたワークピースを被覆する。プラ
ズマ流は、プラズマ銃の陰極及びその周囲に設けられた
陽極との間の領域にプラズマガスを供給して生成され
る。ここで、陰極と陽極との間には直流電源が設けられ
ている。一般的には、別の搬送ガスにより粉末粒子の流
れがプラズマ流に向けられる。別の直流電源をプラズマ
銃とワークピースとの間に接続することにより、転換ア
ークを生成してもよい。
銃内部に導入された金属粉末または他の適当な粉末が、
プラズマ銃の生成するプラズマ流に連行され、プラズマ
銃から隔てて設置されたワークピースを被覆する。プラ
ズマ流は、プラズマ銃の陰極及びその周囲に設けられた
陽極との間の領域にプラズマガスを供給して生成され
る。ここで、陰極と陽極との間には直流電源が設けられ
ている。一般的には、別の搬送ガスにより粉末粒子の流
れがプラズマ流に向けられる。別の直流電源をプラズマ
銃とワークピースとの間に接続することにより、転換ア
ークを生成してもよい。
【０００３】上記のタイプのプラズマ銃の一例が、本願
と同一譲受人に譲渡された米国特許第４，３２８，２５
７号（発明者：Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他、１９８２年
５月４日発行）に開示されている。このタイプのプラズ
マ銃は、周辺気圧が大気圧以上の環境及び周辺気圧が大
気圧以下である環境を含む異なる気圧環境において使用
が可能である。Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他の特許では、
プラズマ銃を収納するチャンバに真空ポンプが接続さ
れ、チャンバ内は極めて低圧とされる。上記特許には、
さらに、プラズマ銃とワークピースとの間に接続された
転換アーク電源の極性は必要に応じて切り替えが可能で
あり、逆向きの転換アークを供給できることが記載され
ている。
と同一譲受人に譲渡された米国特許第４，３２８，２５
７号（発明者：Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他、１９８２年
５月４日発行）に開示されている。このタイプのプラズ
マ銃は、周辺気圧が大気圧以上の環境及び周辺気圧が大
気圧以下である環境を含む異なる気圧環境において使用
が可能である。Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他の特許では、
プラズマ銃を収納するチャンバに真空ポンプが接続さ
れ、チャンバ内は極めて低圧とされる。上記特許には、
さらに、プラズマ銃とワークピースとの間に接続された
転換アーク電源の極性は必要に応じて切り替えが可能で
あり、逆向きの転換アークを供給できることが記載され
ている。
【０００４】上記Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他の特許に開
示されるタイプのプラズマシステムでは、ワークピース
のコーティング材料は、粉末状でプラズマ銃に供給され
る。プラズマ銃の噴出口上流に設けられた粉末供給管
が、この粉末をプラズマ銃内部に形成されるプラズマ流
に導入する。粉末はこのプラズマ流に連行されるが、そ
の粒子はプラズマ流による搬送中に溶解する。これがワ
ークピース上に噴射されてワークピースを被覆する。通
常、粒子の流れがプラズマ流に対して直角に入るよう
に、粉末供給管はプラズマ銃の中心軸に対して９０゜傾
けられている。
示されるタイプのプラズマシステムでは、ワークピース
のコーティング材料は、粉末状でプラズマ銃に供給され
る。プラズマ銃の噴出口上流に設けられた粉末供給管
が、この粉末をプラズマ銃内部に形成されるプラズマ流
に導入する。粉末はこのプラズマ流に連行されるが、そ
の粒子はプラズマ流による搬送中に溶解する。これがワ
ークピース上に噴射されてワークピースを被覆する。通
常、粒子の流れがプラズマ流に対して直角に入るよう
に、粉末供給管はプラズマ銃の中心軸に対して９０゜傾
けられている。
【０００５】図１は先行技術のプラズマ装置１０の概略
図である。この装置１０では、プラズマ銃１４内部で生
成されたプラズマ流１２中へ投入される粉末は、プラズ
マ流１２によってワークピース１６へ運ばれる。プラズ
マ銃１４内部でプラズマ流１２中へ投入された粉末は気
化し、ワークピース１６の表面をその粉末材料でコーテ
ィングする。ワークピース１６は図１の例では基板１８
を含む。
図である。この装置１０では、プラズマ銃１４内部で生
成されたプラズマ流１２中へ投入される粉末は、プラズ
マ流１２によってワークピース１６へ運ばれる。プラズ
マ銃１４内部でプラズマ流１２中へ投入された粉末は気
化し、ワークピース１６の表面をその粉末材料でコーテ
ィングする。ワークピース１６は図１の例では基板１８
を含む。
【０００６】プラズマ銃１４は陽極２２に囲まれた陰極
２０を含む。直流プラズマ電源２４の正の端子は陽極２
２に接続され、負の端子は陰極２０に結合される。従来
のプラズマ銃１４は、供給される不活性ガスをイオン化
してプラズマ流１２を形成する。図１の例では、プラズ
マ銃１４と基板１８との間にアーク転送電源２６が結合
される。このアーク転送電源２６は直流電源を備え、負
端子２８はプラズマ銃１４の陽極２２に、正端子３０は
基板１８に接続される。
２０を含む。直流プラズマ電源２４の正の端子は陽極２
２に接続され、負の端子は陰極２０に結合される。従来
のプラズマ銃１４は、供給される不活性ガスをイオン化
してプラズマ流１２を形成する。図１の例では、プラズ
マ銃１４と基板１８との間にアーク転送電源２６が結合
される。このアーク転送電源２６は直流電源を備え、負
端子２８はプラズマ銃１４の陽極２２に、正端子３０は
基板１８に接続される。
【０００７】図１に示す先行技術の例では、基板１８に
噴霧する粉末は、陽極２２の側部からプラズマ銃１４内
のアークチャンバ３４のちょうど下流まで延びる中空の
粉末供給管３２によって銃内部へと導入される。粉末供
給管３２はプラズマ銃１４の中心軸、およびプラズマ銃
１４下端にあってプラズマ流１２がそこを通ってプラズ
マ銃１４から噴射する内蔵噴出バレル３６に対してほぼ
直角に位置決めされている。粉末供給管３２からプラズ
マ銃１４中へ供給される粉末は、プラズマ流１２が噴出
バレル３６を通ってプラズマ銃１４から出るまでにプラ
ズマ流１２中へ連行される。粉末はプラズマ流１２によ
って基板１８へと運ばれる間に気化し、基板１８上に塗
布される。
噴霧する粉末は、陽極２２の側部からプラズマ銃１４内
のアークチャンバ３４のちょうど下流まで延びる中空の
粉末供給管３２によって銃内部へと導入される。粉末供
給管３２はプラズマ銃１４の中心軸、およびプラズマ銃
１４下端にあってプラズマ流１２がそこを通ってプラズ
マ銃１４から噴射する内蔵噴出バレル３６に対してほぼ
直角に位置決めされている。粉末供給管３２からプラズ
マ銃１４中へ供給される粉末は、プラズマ流１２が噴出
バレル３６を通ってプラズマ銃１４から出るまでにプラ
ズマ流１２中へ連行される。粉末はプラズマ流１２によ
って基板１８へと運ばれる間に気化し、基板１８上に塗
布される。
【０００８】上記タイプのプラズマシステムは、多くの
応用に対して好適に実施可能である上に、比較的高密度
で均等な粉末材料によるワークピースの被覆を提供でき
ることが認められている。例えば、このようなシステム
の一般的な応用として、飛行機のエンジン部品のリハー
ビシュ中の硬金属コーティングがあげられる。ところ
が、上記以外の構成を用いて粉末をプラズマ流に導入す
ることにより、ワークピースの濃密で均一なコーティン
グをさらに改良できることが認められた。例えば、プラ
ズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って延びる粉末供給路
から軸に沿って粉末をプラズマ流に供給した場合、噴出
バレルの中心軸に対して実質的角度、例えば９０゜で粉
末を供給する上記構成に比べ、より改良されたワークピ
ースのコーティングが可能であることが判明した。しか
しながら、このような軸方向の粉末供給を行うために
は、別の内部銃構造を用いる必要がある。
応用に対して好適に実施可能である上に、比較的高密度
で均等な粉末材料によるワークピースの被覆を提供でき
ることが認められている。例えば、このようなシステム
の一般的な応用として、飛行機のエンジン部品のリハー
ビシュ中の硬金属コーティングがあげられる。ところ
が、上記以外の構成を用いて粉末をプラズマ流に導入す
ることにより、ワークピースの濃密で均一なコーティン
グをさらに改良できることが認められた。例えば、プラ
ズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って延びる粉末供給路
から軸に沿って粉末をプラズマ流に供給した場合、噴出
バレルの中心軸に対して実質的角度、例えば９０゜で粉
末を供給する上記構成に比べ、より改良されたワークピ
ースのコーティングが可能であることが判明した。しか
しながら、このような軸方向の粉末供給を行うために
は、別の内部銃構造を用いる必要がある。
【０００９】軸方向の粉末供給を実現するための１アプ
ローチとして、プラズマ銃の中心軸周囲に複数の陰極を
対称的に設け、この複数陰極構成の中心に取り付けた粉
末供給管により、銃の中心軸に沿って粉末を供給する方
法がある。かかるプラズマシステムの一例が、本願と同
一譲受人に譲渡された米国特許第５，２９８，８３５号
（発明者：Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他、１９９４年３月
２９日発行）に開示されている。Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅ
ｒ他の’８３５特許に開示されるタイプのプラズマシス
テムは、高密度で均一の改良されたワークピースのコー
ティングを実現できるが、そのためには多数の陰極を必
要とする、より複雑な銃構成が要求される。
ローチとして、プラズマ銃の中心軸周囲に複数の陰極を
対称的に設け、この複数陰極構成の中心に取り付けた粉
末供給管により、銃の中心軸に沿って粉末を供給する方
法がある。かかるプラズマシステムの一例が、本願と同
一譲受人に譲渡された米国特許第５，２９８，８３５号
（発明者：Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅｒ他、１９９４年３月
２９日発行）に開示されている。Ｍｕｅｈｌｂｅｒｇｅ
ｒ他の’８３５特許に開示されるタイプのプラズマシス
テムは、高密度で均一の改良されたワークピースのコー
ティングを実現できるが、そのためには多数の陰極を必
要とする、より複雑な銃構成が要求される。
【００１０】このように、プラズマ銃技術の発展におけ
る目下の目標は、軸方向の粉末供給が可能な単一陰極銃
の実現である。これに関し、単一陰極の先端部からは粉
末を導入できないことがわかった。また、陰極先端内の
中央開口から粉末を導入する試みも不成功であった。陰
極先端が高温のために、粉末の金属と陰極先端とが合金
化されたり、あるいは電子アークの形成が妨げられる傾
向がある。このような条件は、さらに粉末送り開口のつ
まりの原因にもなる。したがって、単一陰極のアプロー
チを用いるのであれば、別の構成に依存しなければなら
ない。
る目下の目標は、軸方向の粉末供給が可能な単一陰極銃
の実現である。これに関し、単一陰極の先端部からは粉
末を導入できないことがわかった。また、陰極先端内の
中央開口から粉末を導入する試みも不成功であった。陰
極先端が高温のために、粉末の金属と陰極先端とが合金
化されたり、あるいは電子アークの形成が妨げられる傾
向がある。このような条件は、さらに粉末送り開口のつ
まりの原因にもなる。したがって、単一陰極のアプロー
チを用いるのであれば、別の構成に依存しなければなら
ない。
【００１１】このようなアプローチの一つが米国特許第
５，４２０，３９１号（発明者：Ｄｅｌｃｅａ、１９９
５年５月３０日発行）に開示されている。Ｄｅｌｃｅａ
特許には、単一陰極プラズマ銃が開示されており、単一
陰極の先端部に形成されたアークチャンバの下流側に設
けられたスプリッタによって、噴射材料の軸方向導入が
可能になる。スプリッタは、中心コアの外周面に形成さ
れる複数のパスにプラズマ流を分割する。中心コアは噴
射材料を供給するための管を内部に含み、分割されたプ
ラズマ流が再結合する地点において噴射材料は軸方向に
供給される。Ｄｅｌｃｅａ特許は、軸方向の粉末供給が
可能な単一プラズマ銃を供給するものであるが、このよ
うな構成には下記の問題が伴う。特に、プラズマ銃がタ
ングステンなどの耐久性材料でできていても、スプリッ
タの内部及びこれに隣接する部分は焼けたり、あるいは
簡単に損傷を受けたりする傾向がある。これは、主とし
て、粉末の軸方向供給を実現するためにアークチャンバ
のすぐ下流において非常に高温のプラズマ流を偏向させ
ることに起因する。
５，４２０，３９１号（発明者：Ｄｅｌｃｅａ、１９９
５年５月３０日発行）に開示されている。Ｄｅｌｃｅａ
特許には、単一陰極プラズマ銃が開示されており、単一
陰極の先端部に形成されたアークチャンバの下流側に設
けられたスプリッタによって、噴射材料の軸方向導入が
可能になる。スプリッタは、中心コアの外周面に形成さ
れる複数のパスにプラズマ流を分割する。中心コアは噴
射材料を供給するための管を内部に含み、分割されたプ
ラズマ流が再結合する地点において噴射材料は軸方向に
供給される。Ｄｅｌｃｅａ特許は、軸方向の粉末供給が
可能な単一プラズマ銃を供給するものであるが、このよ
うな構成には下記の問題が伴う。特に、プラズマ銃がタ
ングステンなどの耐久性材料でできていても、スプリッ
タの内部及びこれに隣接する部分は焼けたり、あるいは
簡単に損傷を受けたりする傾向がある。これは、主とし
て、粉末の軸方向供給を実現するためにアークチャンバ
のすぐ下流において非常に高温のプラズマ流を偏向させ
ることに起因する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】したがって、ワークピ
ース上に形成される粉末材料のコーティングの密度及び
均一性などを含む特性を最適化する方法で粉末を導入で
きる単一陰極プラズマ銃を供給することが望ましい。同
時に、軸方向粉末供給装置の周囲にプラズマ流を分割し
て流れを偏向させるためのスプリッタ構造が必要な場合
には、プラズマ銃の内部部品の燃焼またはその他の損傷
が起こる恐れがあったが、本発明はこのような問題を最
小化または回避すべく構成しなければならない。
ース上に形成される粉末材料のコーティングの密度及び
均一性などを含む特性を最適化する方法で粉末を導入で
きる単一陰極プラズマ銃を供給することが望ましい。同
時に、軸方向粉末供給装置の周囲にプラズマ流を分割し
て流れを偏向させるためのスプリッタ構造が必要な場合
には、プラズマ銃の内部部品の燃焼またはその他の損傷
が起こる恐れがあったが、本発明はこのような問題を最
小化または回避すべく構成しなければならない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマ銃
は、単一陰極構成において粉末材料をプラズマ流に導入
することにより、ワークピース上に形成される粉末材料
のコーティングの質を大きく改良する。上記効果は、本
発明による単一陰極環境において以下のように達成され
る。すなわち、粉末は、プラズマ流に合流してこれに連
行された後プラズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って流
れるよう導入される。単一陰極は、その中心軸が、９０
゜未満で通常は実質的に９０゜より小さい鋭角で噴出バ
レルの中心軸と交差するように傾けられている。噴出バ
レルの中心軸に対する陰極の中心軸の角度は、通常、４
５゜または１０゜である。その中心軸が、噴出バレルの
中心軸に一致するかあるいはこれに対して最大４５゜ま
で傾斜している粉末供給路を通って、粉末が供給され
る。粉末供給路を噴出バレルの中心軸に対して前記範囲
の角度だけ傾かせる場合、それが何度であっても粉末供
給路は単一陰極と逆側に傾けられる。したがって、粉末
供給路の中心軸と単一陰極の中心軸との間に形成される
角度は、常に、陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸との
間の鋭角と同じかそれ以上である。
は、単一陰極構成において粉末材料をプラズマ流に導入
することにより、ワークピース上に形成される粉末材料
のコーティングの質を大きく改良する。上記効果は、本
発明による単一陰極環境において以下のように達成され
る。すなわち、粉末は、プラズマ流に合流してこれに連
行された後プラズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って流
れるよう導入される。単一陰極は、その中心軸が、９０
゜未満で通常は実質的に９０゜より小さい鋭角で噴出バ
レルの中心軸と交差するように傾けられている。噴出バ
レルの中心軸に対する陰極の中心軸の角度は、通常、４
５゜または１０゜である。その中心軸が、噴出バレルの
中心軸に一致するかあるいはこれに対して最大４５゜ま
で傾斜している粉末供給路を通って、粉末が供給され
る。粉末供給路を噴出バレルの中心軸に対して前記範囲
の角度だけ傾かせる場合、それが何度であっても粉末供
給路は単一陰極と逆側に傾けられる。したがって、粉末
供給路の中心軸と単一陰極の中心軸との間に形成される
角度は、常に、陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸との
間の鋭角と同じかそれ以上である。
【００１４】噴出バレルの中心軸に対して比較的小さい
鋭角で単一陰極から供給されたプラズマ流に、噴出バレ
ルの中心軸に沿ってあるいはこれに対して比較的小さい
角度で供給された粉末が合流し、粉末流は噴出バレルの
中心軸に沿って集中する。こうして、粉末はプラズマ流
のより高温の中央部に集中し、この結果ワークピース上
に形成される粉末材料のコーティングの質が向上する。
さらに、噴出バレルの上流において合流するプラズマ流
と粉末流は、その合流時にある程度互いを偏向させる傾
向があることが認められている。このような認識を利用
し、本発明では、単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心
軸とによって形成される鋭角を、粉末供給路と噴出バレ
ルとによって形成される角度に関して変化させる。こう
して、プラズマ流と粉末流が合流時に互いを偏向させて
合成流を形成する方法が最適化される。ある応用では、
粉末流がプラズマ流を分割する力よりも、プラズマ流が
粉末流を分割する力の方が大きい。このため、噴出バレ
ルの中心軸に対する粉末供給路の角度を、単一陰極の中
心軸と噴出バレルの中心軸とで形成される角度より大き
く選択してもよい。一方、別の応用では、プラズマ流の
方が粉末流よりも分割される傾向があり、これに応じた
角度の選択が要求される。適当な調節により、粉末はプ
ラズマ流に合流後、噴出バレルの中心軸に沿って流れる
ようになる。
鋭角で単一陰極から供給されたプラズマ流に、噴出バレ
ルの中心軸に沿ってあるいはこれに対して比較的小さい
角度で供給された粉末が合流し、粉末流は噴出バレルの
中心軸に沿って集中する。こうして、粉末はプラズマ流
のより高温の中央部に集中し、この結果ワークピース上
に形成される粉末材料のコーティングの質が向上する。
さらに、噴出バレルの上流において合流するプラズマ流
と粉末流は、その合流時にある程度互いを偏向させる傾
向があることが認められている。このような認識を利用
し、本発明では、単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心
軸とによって形成される鋭角を、粉末供給路と噴出バレ
ルとによって形成される角度に関して変化させる。こう
して、プラズマ流と粉末流が合流時に互いを偏向させて
合成流を形成する方法が最適化される。ある応用では、
粉末流がプラズマ流を分割する力よりも、プラズマ流が
粉末流を分割する力の方が大きい。このため、噴出バレ
ルの中心軸に対する粉末供給路の角度を、単一陰極の中
心軸と噴出バレルの中心軸とで形成される角度より大き
く選択してもよい。一方、別の応用では、プラズマ流の
方が粉末流よりも分割される傾向があり、これに応じた
角度の選択が要求される。適当な調節により、粉末はプ
ラズマ流に合流後、噴出バレルの中心軸に沿って流れる
ようになる。
【００１５】本発明のプラズマ銃の一実施形態において
は、アークチャンバは単一陰極の先端部において、陰極
の中心軸に沿って延び、ベンドを超え、その後広がった
噴出バレルの入口端に到達する通路を形成する。単一陰
極の中心軸は、ベンドにおいて、噴出バレルの中心軸と
の間に約４５゜の鋭角を形成する。同時に、噴出バレル
の中心軸に沿って延びる粉末供給路により、実質的にベ
ンドにおいて前記通路に入るように粉末が供給される。
は、アークチャンバは単一陰極の先端部において、陰極
の中心軸に沿って延び、ベンドを超え、その後広がった
噴出バレルの入口端に到達する通路を形成する。単一陰
極の中心軸は、ベンドにおいて、噴出バレルの中心軸と
の間に約４５゜の鋭角を形成する。同時に、噴出バレル
の中心軸に沿って延びる粉末供給路により、実質的にベ
ンドにおいて前記通路に入るように粉末が供給される。
【００１６】本発明のプラズマ銃の別の実施形態におい
ては、単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸は、やは
り噴出バレルの入口端付近の位置で交差し、２つの軸の
間の角度は約１０゜である。同時に、噴出バレルのベン
ド付近の位置及びその入口端において、粉末がアークチ
ャンバの下流に注入されるように、噴出バレルの中心軸
に沿って延びる粉末供給路が粉末を搬送する。
ては、単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸は、やは
り噴出バレルの入口端付近の位置で交差し、２つの軸の
間の角度は約１０゜である。同時に、噴出バレルのベン
ド付近の位置及びその入口端において、粉末がアークチ
ャンバの下流に注入されるように、噴出バレルの中心軸
に沿って延びる粉末供給路が粉末を搬送する。
【００１７】本発明の特徴によれば、銃を大幅に修正し
たり銃の電源を変えたりせずに、既存（従来）のプラズ
マ銃を改良して本発明の効果を取り込むことができる。
陰極の下流部分を、アークチャンバ下方の下流通路に設
けた適当なベンド、及びこのベンドと一体形成されるよ
うな適当な角度を有する粉末供給部を有する部品に交換
することにより、現在のプラズマ銃に、噴出バレルの中
心軸に沿って粉末を供給する本発明の特徴を簡単に取り
込むことができる。
たり銃の電源を変えたりせずに、既存（従来）のプラズ
マ銃を改良して本発明の効果を取り込むことができる。
陰極の下流部分を、アークチャンバ下方の下流通路に設
けた適当なベンド、及びこのベンドと一体形成されるよ
うな適当な角度を有する粉末供給部を有する部品に交換
することにより、現在のプラズマ銃に、噴出バレルの中
心軸に沿って粉末を供給する本発明の特徴を簡単に取り
込むことができる。
【００１８】本発明の更なる特徴によれば、単一陰極を
軸方向に調節し、帯電したプラズマ領域を粉末導入位置
まで移動させることができる。これにより、粉末は帯電
した高温のプラズマ領域に導入され、より急速に溶解し
て蒸発する。この結果、ワークピース上の粉末コーティ
ングが改良される。軸方向の調節は、スペーサリングを
用いて、所与の構造を有する銃により大きい陰極を取り
付けたり、あるいは陰極用の電動化された軸方向移動機
構を設けることによって実現できる。
軸方向に調節し、帯電したプラズマ領域を粉末導入位置
まで移動させることができる。これにより、粉末は帯電
した高温のプラズマ領域に導入され、より急速に溶解し
て蒸発する。この結果、ワークピース上の粉末コーティ
ングが改良される。軸方向の調節は、スペーサリングを
用いて、所与の構造を有する銃により大きい陰極を取り
付けたり、あるいは陰極用の電動化された軸方向移動機
構を設けることによって実現できる。
【００１９】本発明のプラズマ銃のさらに別の実施形態
においては、アークチャンバは、単一陰極の先端部にお
いて、陰極の中心軸に沿って延び、噴出バレルの入口端
に到達する前にベンドを通過する通路を形成する。単一
陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸との間の角度は、ベ
ンドにおいて約４５゜の鋭角である。噴出バレルの中心
軸内またはその位置において、粉末インジェクタによっ
て粉末が供給される。粉末インジェクタは、ベンド領域
内の前記通路の壁から噴出バレルの中心軸に沿って延び
ている。粉末インジェクタは、高温の応用の場合には水
冷却してもよい。また、所望の場合には、噴出バレルの
中心軸に対して角度付けしてもよい。この実施形態で
は、粉末を側壁からではなくプラズマ流の中心位置にお
いて供給できるという効果を有する。粉末インジェクタ
が噴出バレルの中心軸に沿って延びていれば、プラズマ
流が粉末流を偏向させたり、あるいは粉末流がプラズマ
流を偏向させたりする傾向は見られず、粉末は噴出バレ
ルの中心軸に沿ってプラズマ銃から噴射される。
においては、アークチャンバは、単一陰極の先端部にお
いて、陰極の中心軸に沿って延び、噴出バレルの入口端
に到達する前にベンドを通過する通路を形成する。単一
陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸との間の角度は、ベ
ンドにおいて約４５゜の鋭角である。噴出バレルの中心
軸内またはその位置において、粉末インジェクタによっ
て粉末が供給される。粉末インジェクタは、ベンド領域
内の前記通路の壁から噴出バレルの中心軸に沿って延び
ている。粉末インジェクタは、高温の応用の場合には水
冷却してもよい。また、所望の場合には、噴出バレルの
中心軸に対して角度付けしてもよい。この実施形態で
は、粉末を側壁からではなくプラズマ流の中心位置にお
いて供給できるという効果を有する。粉末インジェクタ
が噴出バレルの中心軸に沿って延びていれば、プラズマ
流が粉末流を偏向させたり、あるいは粉末流がプラズマ
流を偏向させたりする傾向は見られず、粉末は噴出バレ
ルの中心軸に沿ってプラズマ銃から噴射される。
【００２０】
【発明の実施の形態】先に述べたように、図１に示すよ
うなタイプの先行技術の配列では、基板１８上に形成さ
れる塗布層は、希望する密度、均一性などの特性を満た
していない場合がある。この原因の１つは、粉末がプラ
ズマ銃１４内部でプラズマ流１２中へ導入される方法に
ある。本発明では、プラズマ銃１４の中心軸およびその
噴出バレル３６にほぼ直角に粉末を導入すると、大半の
場合、粉末の少なくとも一部が噴出バレル３６の中心軸
に沿って流れない結果になることを認識した。基板１８
上の粉末塗布層が最適な密度と均一性を持つようになる
のは、粉末の大部分または全量が噴出バレル３６の中心
軸沿いに流れる場合だけである。こうなる理由の少なく
とも１つは、噴出バレルを流れるプラズマ流の温度がバ
レルの外側部分よりも中心軸付近ではるかに高いことで
ある。プラズマ流の中心部の温度が高いために、粉末粒
子が余計に加熱され、ワークピースをより濃密により均
一にコーティングできるのである。
うなタイプの先行技術の配列では、基板１８上に形成さ
れる塗布層は、希望する密度、均一性などの特性を満た
していない場合がある。この原因の１つは、粉末がプラ
ズマ銃１４内部でプラズマ流１２中へ導入される方法に
ある。本発明では、プラズマ銃１４の中心軸およびその
噴出バレル３６にほぼ直角に粉末を導入すると、大半の
場合、粉末の少なくとも一部が噴出バレル３６の中心軸
に沿って流れない結果になることを認識した。基板１８
上の粉末塗布層が最適な密度と均一性を持つようになる
のは、粉末の大部分または全量が噴出バレル３６の中心
軸沿いに流れる場合だけである。こうなる理由の少なく
とも１つは、噴出バレルを流れるプラズマ流の温度がバ
レルの外側部分よりも中心軸付近ではるかに高いことで
ある。プラズマ流の中心部の温度が高いために、粉末粒
子が余計に加熱され、ワークピースをより濃密により均
一にコーティングできるのである。
【００２１】基板１８上の粉末塗布層の密度や均一性そ
の他の品質を向上させるには、プラズマ銃１４内部で粉
末を軸方向に注入することが公知である。粉末を軸方向
に注入するには、上述したように複数の陰極が軸方向の
粉末運搬装置を取り囲む構成の多陰極銃を用いればよ
い。このほか、先にＤｅｌｓｅａ特許のところで説明し
たようなスプリッタを用いれば、単一陰極銃でも軸方向
に粉末を運ぶことができる。だがこのＤｅｌｓｅａ特許
に記載されている配列では、陰極は１つしか必要としな
いかわりに、スプリッタ内部またはスプリッタに隣接す
る部品が燃えてしまったり、またはタングステン等の耐
熱性材料からスプリッタを形成したとしても損傷を受け
やすいという欠点がある。
の他の品質を向上させるには、プラズマ銃１４内部で粉
末を軸方向に注入することが公知である。粉末を軸方向
に注入するには、上述したように複数の陰極が軸方向の
粉末運搬装置を取り囲む構成の多陰極銃を用いればよ
い。このほか、先にＤｅｌｓｅａ特許のところで説明し
たようなスプリッタを用いれば、単一陰極銃でも軸方向
に粉末を運ぶことができる。だがこのＤｅｌｓｅａ特許
に記載されている配列では、陰極は１つしか必要としな
いかわりに、スプリッタ内部またはスプリッタに隣接す
る部品が燃えてしまったり、またはタングステン等の耐
熱性材料からスプリッタを形成したとしても損傷を受け
やすいという欠点がある。
【００２２】本発明は、塗布層を改良するためには、粉
末を噴出バレルの中心軸に沿ってプラズマ銃から排出す
る必要性を認識した。これを達成するには、プラズマ銃
の単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸とのなす角度
が、実質的に０゜より大きく９０゜未満の鋭角となるよ
うにプラズマ銃を配置する。この角度は好ましくはやや
小さめの４５゜か、または４５゜よりかなり小さい角度
である。同時に、粉末の供給は、噴出バレルの中心軸と
一致する軸か、または単一陰極の中心軸と反対側に噴出
バレルの中心軸と最大４５゜まで角度をつけた軸のいず
れかに沿って行われる。粉末の供給角度は、単一陰極と
噴出バレルとの中心軸間の角度に関連して選択すること
ができる。これにより所望のパターンで粉末を噴出バレ
ルに通すことができる。
末を噴出バレルの中心軸に沿ってプラズマ銃から排出す
る必要性を認識した。これを達成するには、プラズマ銃
の単一陰極の中心軸と噴出バレルの中心軸とのなす角度
が、実質的に０゜より大きく９０゜未満の鋭角となるよ
うにプラズマ銃を配置する。この角度は好ましくはやや
小さめの４５゜か、または４５゜よりかなり小さい角度
である。同時に、粉末の供給は、噴出バレルの中心軸と
一致する軸か、または単一陰極の中心軸と反対側に噴出
バレルの中心軸と最大４５゜まで角度をつけた軸のいず
れかに沿って行われる。粉末の供給角度は、単一陰極と
噴出バレルとの中心軸間の角度に関連して選択すること
ができる。これにより所望のパターンで粉末を噴出バレ
ルに通すことができる。
【００２３】図２は本発明に従う１つの配列であるプラ
ズマ銃４０を示す。この配列では、単一陰極４４の中心
軸４２は噴出バレル４８の中心軸４６と約４５゜の鋭角
をなす。同時に粉末供給管５０の中心軸５２は噴出バレ
ル４８の中心軸４６とほぼ一致している。
ズマ銃４０を示す。この配列では、単一陰極４４の中心
軸４２は噴出バレル４８の中心軸４６と約４５゜の鋭角
をなす。同時に粉末供給管５０の中心軸５２は噴出バレ
ル４８の中心軸４６とほぼ一致している。
【００２４】図２のプラズマ銃４０では、単一陰極４４
は陽極５４に囲まれている。単一陰極４４はアークチャ
ンバ５８内部に配置された陰極先端部５６で終端する。
アークチャンバ５８には、図２には示さないが装置上流
に位置する従来のアークガス源からプラズマ形成用アー
クガスが導入される。アークチャンバ５８は単一陰極４
４の中心軸４２に沿って延びる通路６０（プラズマアー
ク通路）へと延びて、この通路６０のベンド６２で終了
する。通路６０のプラズマ銃主要部、すなわち陰極４４
及び陽極５４側の端部は、図に示されるように当該主要
部側から噴出バレル４８側に向けて先細に形成されアー
クチャンバ５８の一部を構成する。ベンド６２では、通
路６０は噴出バレル４８の中心軸４６に対して約４５゜
の鋭角をなす。ベンド６２は噴出バレル４８の入口端６
４に隣接する位置にある。通路６０は図に示されるよう
に基本的に一様な太さの管状の空洞であり、特にその噴
出バレル４８側における開口は噴出バレル４８の入口に
一致する。噴出バレル４８はその入口端６４からプラズ
マ銃４０外部の出口端６６へ向かって広がる。
は陽極５４に囲まれている。単一陰極４４はアークチャ
ンバ５８内部に配置された陰極先端部５６で終端する。
アークチャンバ５８には、図２には示さないが装置上流
に位置する従来のアークガス源からプラズマ形成用アー
クガスが導入される。アークチャンバ５８は単一陰極４
４の中心軸４２に沿って延びる通路６０（プラズマアー
ク通路）へと延びて、この通路６０のベンド６２で終了
する。通路６０のプラズマ銃主要部、すなわち陰極４４
及び陽極５４側の端部は、図に示されるように当該主要
部側から噴出バレル４８側に向けて先細に形成されアー
クチャンバ５８の一部を構成する。ベンド６２では、通
路６０は噴出バレル４８の中心軸４６に対して約４５゜
の鋭角をなす。ベンド６２は噴出バレル４８の入口端６
４に隣接する位置にある。通路６０は図に示されるよう
に基本的に一様な太さの管状の空洞であり、特にその噴
出バレル４８側における開口は噴出バレル４８の入口に
一致する。噴出バレル４８はその入口端６４からプラズ
マ銃４０外部の出口端６６へ向かって広がる。
【００２５】粉末供給管５０は、通路６０のベンド６２
および噴出バレル４８の入口端６４に隣接する内端６８
で終端する。粉末供給管５０によって内端６８で導入さ
れた粉末は、通路６０に沿って流れるプラズマ流中へ連
行される。導入された粉末の大部分またはすべては、噴
出バレル４８の中心軸４６に沿って流れてプラズマ銃４
０から噴射される。粉末を噴出バレル４８の中心軸４６
沿いにプラズマ銃４０から出るように導入することによ
り、ワークピース上の粉末塗布層の密度や均一性などの
品質が、一定のプラズマ銃パワーレベルについて大幅に
改良される。
および噴出バレル４８の入口端６４に隣接する内端６８
で終端する。粉末供給管５０によって内端６８で導入さ
れた粉末は、通路６０に沿って流れるプラズマ流中へ連
行される。導入された粉末の大部分またはすべては、噴
出バレル４８の中心軸４６に沿って流れてプラズマ銃４
０から噴射される。粉末を噴出バレル４８の中心軸４６
沿いにプラズマ銃４０から出るように導入することによ
り、ワークピース上の粉末塗布層の密度や均一性などの
品質が、一定のプラズマ銃パワーレベルについて大幅に
改良される。
【００２６】図２に垂直に引いた点線６９の左側のプラ
ズマ銃４０の部分は、陽極アタッチメント７０を含む。
陽極アタッチメント７０は、点線６９の右側に位置して
陽極５４と単一陰極４４とを含む銃アセンブリ主部分７
１から取り外し可能である。陽極アタッチメント７０は
銃アセンブリ主部分７１にボルト７３で取付けるもの
で、アークチャンバ５８、通路６０、および噴出バレル
４８を形成する陽極下流部を含む。また、陽極アタッチ
メント７０は粉末供給管５０、およびプラズマ銃４０の
水冷装置の一部も含む。銃アセンブリ主部分７１は任意
の先行技術のプラズマ銃に用いられるような標準的な構
成である。従って、かかる先行技術のプラズマ銃の陽極
アタッチメントをはずして、図２の陽極アタッチメント
７０等のアタッチメントと交換するだけで、先行技術の
プラズマ銃を簡単に本発明のプラズマ銃の構成に変更で
きる。必要な操作は、既存の陽極アタッチメントをはず
して、新しい陽極アタッチメントを銃アセンブリ主部分
７１の必要な封止部の定位置にボルトで取付けるだけで
ある。このように改装すると、電源やその他のサポート
システムは同じものを使用しながら、プラズマ銃の効力
を増強し、より効果的に噴霧できるようになる。
ズマ銃４０の部分は、陽極アタッチメント７０を含む。
陽極アタッチメント７０は、点線６９の右側に位置して
陽極５４と単一陰極４４とを含む銃アセンブリ主部分７
１から取り外し可能である。陽極アタッチメント７０は
銃アセンブリ主部分７１にボルト７３で取付けるもの
で、アークチャンバ５８、通路６０、および噴出バレル
４８を形成する陽極下流部を含む。また、陽極アタッチ
メント７０は粉末供給管５０、およびプラズマ銃４０の
水冷装置の一部も含む。銃アセンブリ主部分７１は任意
の先行技術のプラズマ銃に用いられるような標準的な構
成である。従って、かかる先行技術のプラズマ銃の陽極
アタッチメントをはずして、図２の陽極アタッチメント
７０等のアタッチメントと交換するだけで、先行技術の
プラズマ銃を簡単に本発明のプラズマ銃の構成に変更で
きる。必要な操作は、既存の陽極アタッチメントをはず
して、新しい陽極アタッチメントを銃アセンブリ主部分
７１の必要な封止部の定位置にボルトで取付けるだけで
ある。このように改装すると、電源やその他のサポート
システムは同じものを使用しながら、プラズマ銃の効力
を増強し、より効果的に噴霧できるようになる。
【００２７】図３は本発明に従うプラズマ銃の第二の実
施形態を示す。図２のプラズマ銃４０はその単一陰極４
４の中心軸４２と噴出バレル４８の中心軸４６とのなす
角度が約４５゜の鋭角となるように配置されているのに
対し、図３のプラズマ銃７２では単一陰極７４の中心軸
７６が噴出バレル８０の中心軸７８と交差してできる角
度が約１０゜になるように単一陰極７４が位置決めされ
ている。また、図２の実施形態と同じく、粉末供給管８
２はその中心軸８４が噴出バレル８０の中心軸７８とほ
ぼ一致するように位置決めされている。
施形態を示す。図２のプラズマ銃４０はその単一陰極４
４の中心軸４２と噴出バレル４８の中心軸４６とのなす
角度が約４５゜の鋭角となるように配置されているのに
対し、図３のプラズマ銃７２では単一陰極７４の中心軸
７６が噴出バレル８０の中心軸７８と交差してできる角
度が約１０゜になるように単一陰極７４が位置決めされ
ている。また、図２の実施形態と同じく、粉末供給管８
２はその中心軸８４が噴出バレル８０の中心軸７８とほ
ぼ一致するように位置決めされている。
【００２８】図３のプラズマ銃７２では、単一陰極７４
はアークチャンバ８８に隣接して配置された先端部８６
を有する。アークチャンバ８８は先端部８６から下流の
通路９０へと延びる。通路９０は単一陰極７４の中心軸
７６に沿って、ほぼ噴出バレル８０の入口端９２まで延
びる。ここで通路９０は１０゜曲がって噴出バレル８０
の入口端９２と結合する。粉末供給管８２は、通路９０
内で、かつ噴出バレル８０の入口端９２のやや上流に位
置する内端９４で終端する。
はアークチャンバ８８に隣接して配置された先端部８６
を有する。アークチャンバ８８は先端部８６から下流の
通路９０へと延びる。通路９０は単一陰極７４の中心軸
７６に沿って、ほぼ噴出バレル８０の入口端９２まで延
びる。ここで通路９０は１０゜曲がって噴出バレル８０
の入口端９２と結合する。粉末供給管８２は、通路９０
内で、かつ噴出バレル８０の入口端９２のやや上流に位
置する内端９４で終端する。
【００２９】図３のプラズマ銃７２の単一陰極７４は、
単一陰極をとりまく陽極と組み合わせて、プラズマガス
の導入により直流プラズマ電源を用いてアークチャンバ
８８内部にプラズマ流を発生させるものである。発生し
たプラズマ流は通路９０を通って噴出バレル８０へと流
れる。同時に、粉末供給管８２へ投入された粉末は、粉
末ガス流によって内端９４へ運ばれ、そこで粉末は通路
９０内のプラズマ流中へ連行される。この混入粉末は噴
出バレル８０の中心軸７８に沿って流れ、噴出バレル８
０を通過してプラズマ銃７２から噴射される。図３のプ
ラズマ銃７２内で粉末流が噴出バレル８０の中心軸７８
沿いに流れることによって、ワークピース上へのコーテ
ィングはやはり大幅に改良される。
単一陰極をとりまく陽極と組み合わせて、プラズマガス
の導入により直流プラズマ電源を用いてアークチャンバ
８８内部にプラズマ流を発生させるものである。発生し
たプラズマ流は通路９０を通って噴出バレル８０へと流
れる。同時に、粉末供給管８２へ投入された粉末は、粉
末ガス流によって内端９４へ運ばれ、そこで粉末は通路
９０内のプラズマ流中へ連行される。この混入粉末は噴
出バレル８０の中心軸７８に沿って流れ、噴出バレル８
０を通過してプラズマ銃７２から噴射される。図３のプ
ラズマ銃７２内で粉末流が噴出バレル８０の中心軸７８
沿いに流れることによって、ワークピース上へのコーテ
ィングはやはり大幅に改良される。
【００３０】図２のプラズマ銃４０の場合と同様、図３
のプラズマ銃７２の構成は先行技術の既存のプラズマ銃
の構成から実現することができる。これには、図３のよ
うに粉末供給管８２を通って軸方向に粉末が流れ、かつ
噴出バレル８０の中心軸７８から１０゜角度をつけてプ
ラズマ流が運ばれるような陽極アタッチメントと既存の
陽極アタッチメントとを交換すればよい。
のプラズマ銃７２の構成は先行技術の既存のプラズマ銃
の構成から実現することができる。これには、図３のよ
うに粉末供給管８２を通って軸方向に粉末が流れ、かつ
噴出バレル８０の中心軸７８から１０゜角度をつけてプ
ラズマ流が運ばれるような陽極アタッチメントと既存の
陽極アタッチメントとを交換すればよい。
【００３１】図４は、ワークピースの粉末またはその他
の粒子材料による噴霧塗布層を改良するために、プラズ
マ銃の複数の構成要素の角度を変化させる様子を図式的
に示したものである。本発明では、粉末は好ましくはプ
ラズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って流れるようにプ
ラズマ銃中に導入される。図４には噴出バレルの軸１０
０を示す。プラズマ銃の単一陰極の中心軸１０２は噴出
バレルの中心軸１００と交差してその間に鋭角Ａを形成
する。角度Ａは実質的に０ ゜より大きく、好ましくは
最低５゜で、同時に９０゜未満である。好ましくは、角
度Ａは実質的に９０゜未満で、図２のプラズマ銃４０の
角度４５゜または図３のプラズマ銃７２の角度１０゜で
ある。単一陰極は噴出バレルの中心軸１００との間に、
粉末を（噴出バレルの中心軸１００に沿って）軸方向
に、または中心軸１００からやや小さな角度をつけて導
入するのに十分な角度Ａをなす。従って角度Ａは最低５
゜でなければならない。角度Ａが９０゜または９０゜近
くである場合はやや状況はきびしくなる。なぜなら、そ
のような角度で導入されるプラズマ流は、プラズマ流お
よび粉末流を合流点で大幅に歪めてしまい、粉末流が中
心軸１００に沿って流れてプラズマ銃の噴出バレルから
でることを困難にするためである。
の粒子材料による噴霧塗布層を改良するために、プラズ
マ銃の複数の構成要素の角度を変化させる様子を図式的
に示したものである。本発明では、粉末は好ましくはプ
ラズマ銃の噴出バレルの中心軸に沿って流れるようにプ
ラズマ銃中に導入される。図４には噴出バレルの軸１０
０を示す。プラズマ銃の単一陰極の中心軸１０２は噴出
バレルの中心軸１００と交差してその間に鋭角Ａを形成
する。角度Ａは実質的に０ ゜より大きく、好ましくは
最低５゜で、同時に９０゜未満である。好ましくは、角
度Ａは実質的に９０゜未満で、図２のプラズマ銃４０の
角度４５゜または図３のプラズマ銃７２の角度１０゜で
ある。単一陰極は噴出バレルの中心軸１００との間に、
粉末を（噴出バレルの中心軸１００に沿って）軸方向
に、または中心軸１００からやや小さな角度をつけて導
入するのに十分な角度Ａをなす。従って角度Ａは最低５
゜でなければならない。角度Ａが９０゜または９０゜近
くである場合はやや状況はきびしくなる。なぜなら、そ
のような角度で導入されるプラズマ流は、プラズマ流お
よび粉末流を合流点で大幅に歪めてしまい、粉末流が中
心軸１００に沿って流れてプラズマ銃の噴出バレルから
でることを困難にするためである。
【００３２】図４では、粉末の供給は噴出バレルの中心
軸１００と角度Ｂをなす軸１０４に沿って行われる。角
度Ｂは０゜であってもよく、その場合は軸１０４は図２
および図３の例と同様、噴出バレルの中心軸１００とほ
ぼ一致する。しかし角度Ｂは４５゜でもよい。粉末供給
管の中心軸１０４は単一陰極の中心軸１０４との間に角
度Ｃを形成する。粉末供給軸１０４は噴出バレルの中心
軸１００に対して陰極の中心軸１０２と反対側に角度を
なすため、角度Ｃは、常に少なくとも角度Ａの大きさは
有する。図２および図３の例では、角度Ｂが０゜である
ため、角度Ｃは角度Ａと等しい。角度Ｂが０゜より大き
い場合は、角度Ｃは角度Ａより大きくなる。
軸１００と角度Ｂをなす軸１０４に沿って行われる。角
度Ｂは０゜であってもよく、その場合は軸１０４は図２
および図３の例と同様、噴出バレルの中心軸１００とほ
ぼ一致する。しかし角度Ｂは４５゜でもよい。粉末供給
管の中心軸１０４は単一陰極の中心軸１０４との間に角
度Ｃを形成する。粉末供給軸１０４は噴出バレルの中心
軸１００に対して陰極の中心軸１０２と反対側に角度を
なすため、角度Ｃは、常に少なくとも角度Ａの大きさは
有する。図２および図３の例では、角度Ｂが０゜である
ため、角度Ｃは角度Ａと等しい。角度Ｂが０゜より大き
い場合は、角度Ｃは角度Ａより大きくなる。
【００３３】本発明では、粉末が噴出バレルの中心軸１
００に沿って流れるように角度ＡおよびＢを相対的に選
択することにより、ワークピースの粉末塗布層の特性を
最適化する。噴出バレルに対する粉末注入点の相対的位
置などのプラズマ銃の内部特性を考慮し、ある角度Ａで
プラズマ流と注入粉末流とが互いに歪めあう傾向がある
とすると、角度Ｂは粉末噴霧状態を最適化するように選
択できる。反対に、もしプラズマ銃構成によって粉末供
給角度Ｂがすでに決まっている場合は、それに合わせて
角度Ａを選択して粉末噴霧状態を最適化することができ
る。
００に沿って流れるように角度ＡおよびＢを相対的に選
択することにより、ワークピースの粉末塗布層の特性を
最適化する。噴出バレルに対する粉末注入点の相対的位
置などのプラズマ銃の内部特性を考慮し、ある角度Ａで
プラズマ流と注入粉末流とが互いに歪めあう傾向がある
とすると、角度Ｂは粉末噴霧状態を最適化するように選
択できる。反対に、もしプラズマ銃構成によって粉末供
給角度Ｂがすでに決まっている場合は、それに合わせて
角度Ａを選択して粉末噴霧状態を最適化することができ
る。
【００３４】図５は、互いに角度をつけて導入されたプ
ラズマ流と粉末流とが合流して、粉末流をプラズマ流中
へ連行する様子を示す。図５の例では、プラズマ流は単
一陰極の中心軸１０２に沿って流れ、粉末流は粉末供給
管の中心軸によって決定される中心軸１０４に沿って流
れるようになっている。図５ではプラズマ流と粉末流と
はどちらも矢印で示すように左から右へ流れる。軸１０
２と軸１０４とは１０６地点で交差し、ここで２つの流
れが合流して粉末流がプラズマ流中へ連行される。合流
したプラズマおよび粉末流は図５の１０６地点より右に
示す。多くの場合、プラズマ流は粉末流よりもエネルギ
が大きいので、２つが合流する際にはプラズマ流の方が
歪み率が小さい。図５の例では、プラズマ流は粉末流よ
りも方向変換が少ない。こうして組み合わされた流れは
中心軸１００に沿って流れる。しかし、合流の際にプラ
ズマ流の方が粉末流より歪みの大きな場合もある。その
場合は、プラズマ流および粉末流の導入角度を変えるこ
とによって、合流後の流れが中心軸１００に沿うように
する。
ラズマ流と粉末流とが合流して、粉末流をプラズマ流中
へ連行する様子を示す。図５の例では、プラズマ流は単
一陰極の中心軸１０２に沿って流れ、粉末流は粉末供給
管の中心軸によって決定される中心軸１０４に沿って流
れるようになっている。図５ではプラズマ流と粉末流と
はどちらも矢印で示すように左から右へ流れる。軸１０
２と軸１０４とは１０６地点で交差し、ここで２つの流
れが合流して粉末流がプラズマ流中へ連行される。合流
したプラズマおよび粉末流は図５の１０６地点より右に
示す。多くの場合、プラズマ流は粉末流よりもエネルギ
が大きいので、２つが合流する際にはプラズマ流の方が
歪み率が小さい。図５の例では、プラズマ流は粉末流よ
りも方向変換が少ない。こうして組み合わされた流れは
中心軸１００に沿って流れる。しかし、合流の際にプラ
ズマ流の方が粉末流より歪みの大きな場合もある。その
場合は、プラズマ流および粉末流の導入角度を変えるこ
とによって、合流後の流れが中心軸１００に沿うように
する。
【００３５】中心軸１００が噴出バレルの中心軸となる
ようにプラズマ銃を構成することにより、粉末流からの
粉末の大部分またはすべてが噴出バレルの中心軸を通っ
てプラズマ銃から噴射される。本発明に従うこの構成に
より、プラズマ流中で粉末が気化して塗布層を形成しワ
ークピースに塗布される際の特性をやはり最適化できる
ことがわかっている。
ようにプラズマ銃を構成することにより、粉末流からの
粉末の大部分またはすべてが噴出バレルの中心軸を通っ
てプラズマ銃から噴射される。本発明に従うこの構成に
より、プラズマ流中で粉末が気化して塗布層を形成しワ
ークピースに塗布される際の特性をやはり最適化できる
ことがわかっている。
【００３６】本発明に従うプラズマ銃は、粉末の大半ま
たはすべてが噴出バレルの中心軸に沿ってプラズマ銃か
ら噴射される構成をしている。これは、噴出バレルの中
心軸沿いに流れる粉末はワークピース上でより密度が高
くより均一な塗布層を形成するという観測に基づいてい
る。このようになる理由の少なくとも１つは、粉末流が
その中へ混入されるプラズマ流は噴出バレルに隣接する
外側領域よりも（噴出バレルの中心軸に沿った）中心部
の方がかなり高温になる傾向があるためである。粉末を
噴出バレルの中心軸沿いに流れるように集中させること
により、高い温度によって粉末をより迅速により完全に
溶かしてワークピースに運び、塗布することができる。
これに対して、噴出バレル壁に隣接するプラズマ流の温
度の低い領域によって運ばれる粉末は、加熱が不十分で
ワークピースに塗布層を形成せずにそれてしまうことが
多い。
たはすべてが噴出バレルの中心軸に沿ってプラズマ銃か
ら噴射される構成をしている。これは、噴出バレルの中
心軸沿いに流れる粉末はワークピース上でより密度が高
くより均一な塗布層を形成するという観測に基づいてい
る。このようになる理由の少なくとも１つは、粉末流が
その中へ混入されるプラズマ流は噴出バレルに隣接する
外側領域よりも（噴出バレルの中心軸に沿った）中心部
の方がかなり高温になる傾向があるためである。粉末を
噴出バレルの中心軸沿いに流れるように集中させること
により、高い温度によって粉末をより迅速により完全に
溶かしてワークピースに運び、塗布することができる。
これに対して、噴出バレル壁に隣接するプラズマ流の温
度の低い領域によって運ばれる粉末は、加熱が不十分で
ワークピースに塗布層を形成せずにそれてしまうことが
多い。
【００３７】本発明では、粉末供給路の端の粉末導入点
で粉末をよりうまくより効果的に加熱するために、単一
陰極を軸方向に調整可能である。こうすれば、粉末の大
半が噴出バレルの中心軸沿いの理想的な流れに沿ってい
ない場合でも、ワークピース上の塗布層の品質を向上で
きる。さらに、プラズマ銃のエネルギをうまく利用して
粉末粒子を迅速に加熱・融解すれば、より少ない電力で
質の高い塗布層をワークピース上に形成することが可能
となる。本発明によるこの特徴は、図６（Ａ）および
（Ｂ）に示す。
で粉末をよりうまくより効果的に加熱するために、単一
陰極を軸方向に調整可能である。こうすれば、粉末の大
半が噴出バレルの中心軸沿いの理想的な流れに沿ってい
ない場合でも、ワークピース上の塗布層の品質を向上で
きる。さらに、プラズマ銃のエネルギをうまく利用して
粉末粒子を迅速に加熱・融解すれば、より少ない電力で
質の高い塗布層をワークピース上に形成することが可能
となる。本発明によるこの特徴は、図６（Ａ）および
（Ｂ）に示す。
【００３８】図６（Ａ）は単一の軸方向に調整可能な単
一陰極８２が陽極８４に取り囲まれているプラズマ銃８
０の部分断面図である。陽極８４は単一陰極８２の先端
部８８の領域にアークチャンバ８６を形成する。アーク
チャンバ８６は下流へ向かう通路９０へ延びる。通路９
０は図に示されるように基本的に一様な太さの管状の空
洞である。通路９０はベンド９２で約４５゜曲がって噴
出バレル９４へと広がっていく。なお、通路９０の噴出
バレル９４側における開口は噴出バレル９４の入口に一
致している。粉末供給路９６はベンド９２の領域中の内
端９８で終端する。粉末供給路９６の中心軸は噴出バレ
ル９４の中心軸とほぼ一致し、図２の配列のプラズマ銃
と同様、粉末を軸方向に運ぶ。図６（Ａ）の例のプラズ
マ銃８０の配列は、陽極８４内に単一陰極８２を位置決
めするという点でも図２の配列と同じである。
一陰極８２が陽極８４に取り囲まれているプラズマ銃８
０の部分断面図である。陽極８４は単一陰極８２の先端
部８８の領域にアークチャンバ８６を形成する。アーク
チャンバ８６は下流へ向かう通路９０へ延びる。通路９
０は図に示されるように基本的に一様な太さの管状の空
洞である。通路９０はベンド９２で約４５゜曲がって噴
出バレル９４へと広がっていく。なお、通路９０の噴出
バレル９４側における開口は噴出バレル９４の入口に一
致している。粉末供給路９６はベンド９２の領域中の内
端９８で終端する。粉末供給路９６の中心軸は噴出バレ
ル９４の中心軸とほぼ一致し、図２の配列のプラズマ銃
と同様、粉末を軸方向に運ぶ。図６（Ａ）の例のプラズ
マ銃８０の配列は、陽極８４内に単一陰極８２を位置決
めするという点でも図２の配列と同じである。
【００３９】プラズマ電源を単一陰極８２と陽極８４と
の間に接続した状態で、プラズマガスが単一陰極８２と
陽極８４の壁との間を流れると、プラズマアーク１００
が発生する。プラズマアーク１００は、陰極先端部８８
の先端の点からなる陰極アークアッタチメント１０２か
ら発せられ、陽極８４の壁の点である陽極アタッチメン
ト１０４に当たって終了する。プラズマガスはアークチ
ャンバ８６を通過する間に陽極８４の壁に接して回転運
動を行うが、一方プラズマアーク１００は陽極８４の壁
の小さな陽極アタッチメント１０４へと延びる傾向にあ
る。この結果、陽極アタッチメント１０４は非常に高温
になり、適切な予防策が講じられなければ燃えてしま
う。
の間に接続した状態で、プラズマガスが単一陰極８２と
陽極８４の壁との間を流れると、プラズマアーク１００
が発生する。プラズマアーク１００は、陰極先端部８８
の先端の点からなる陰極アークアッタチメント１０２か
ら発せられ、陽極８４の壁の点である陽極アタッチメン
ト１０４に当たって終了する。プラズマガスはアークチ
ャンバ８６を通過する間に陽極８４の壁に接して回転運
動を行うが、一方プラズマアーク１００は陽極８４の壁
の小さな陽極アタッチメント１０４へと延びる傾向にあ
る。この結果、陽極アタッチメント１０４は非常に高温
になり、適切な予防策が講じられなければ燃えてしま
う。
【００４０】プラズマアーク１００が発生する領域に
は、帯電したプラズマが存在することが特徴である。帯
電プラズマ１０６内では、イオンは陰極８２へ流れ、電
子は陽極８４へ流れるため、帯電プラズマ１０６は非常
に高温になる。帯電プラズマ１０６がアークチャンバ８
６から通路９０へ流れてベンド９２に近づくと、中性プ
ラズマ１０８となる。この中性プラズマ１０８の特徴は
電気的に中性なことであり、プラズマ電源によって与え
られる電位差が満たされて、わずかでも残っているイオ
ンおよび電子は流れ続ける。この結果、中性プラズマ１
０８は帯電プラズマ１０６よりかなり温度が低くなる。
図６（Ａ）の例では、プラズマ流は粉末供給路９６の内
端９８に到達するまでに中性プラズマ状態になるため、
粉末は温度の低い中性プラズマ１０８中へ導入される。
しかしこの場合でも、プラズマ銃８０が粉末を噴出バレ
ル９４の中心軸に沿って流れさせるような構成である限
りは、粉末は中性プズマ１０８によってワークピース上
に高品質の塗布層を形成するように適切に加熱される。
は、帯電したプラズマが存在することが特徴である。帯
電プラズマ１０６内では、イオンは陰極８２へ流れ、電
子は陽極８４へ流れるため、帯電プラズマ１０６は非常
に高温になる。帯電プラズマ１０６がアークチャンバ８
６から通路９０へ流れてベンド９２に近づくと、中性プ
ラズマ１０８となる。この中性プラズマ１０８の特徴は
電気的に中性なことであり、プラズマ電源によって与え
られる電位差が満たされて、わずかでも残っているイオ
ンおよび電子は流れ続ける。この結果、中性プラズマ１
０８は帯電プラズマ１０６よりかなり温度が低くなる。
図６（Ａ）の例では、プラズマ流は粉末供給路９６の内
端９８に到達するまでに中性プラズマ状態になるため、
粉末は温度の低い中性プラズマ１０８中へ導入される。
しかしこの場合でも、プラズマ銃８０が粉末を噴出バレ
ル９４の中心軸に沿って流れさせるような構成である限
りは、粉末は中性プズマ１０８によってワークピース上
に高品質の塗布層を形成するように適切に加熱される。
【００４１】本発明では、単一陰極８２は図６（Ａ）の
矢印１１０で示すように、軸方向に調整できる。図６
（Ｂ）は図６（Ａ）と同じくプラズマ銃８０の部分断面
図であるが、ただし図６（Ｂ）の例では単一陰極８２は
アークチャンバ８６中へ通路９０およびベンド９２に向
かって軸方向に移動している。このように単一陰極８２
を軸方向に調整または位置決めしなおすには、いくつか
の方法がある。１つの方法では、図６（Ａ）の配列の単
一陰極８２を単純にもっと長い陰極と交換する。他の方
法では、スペーサリングを用いて図６（Ａ）の単一陰極
を図６（Ｂ）に示す位置まで移動させる。さらに他の方
法では、単一陰極８２をモータを備えた駆動装置に結合
し、陰極８２の軸方向の位置を粉末噴霧状態が最適化さ
れるまで調節する。
矢印１１０で示すように、軸方向に調整できる。図６
（Ｂ）は図６（Ａ）と同じくプラズマ銃８０の部分断面
図であるが、ただし図６（Ｂ）の例では単一陰極８２は
アークチャンバ８６中へ通路９０およびベンド９２に向
かって軸方向に移動している。このように単一陰極８２
を軸方向に調整または位置決めしなおすには、いくつか
の方法がある。１つの方法では、図６（Ａ）の配列の単
一陰極８２を単純にもっと長い陰極と交換する。他の方
法では、スペーサリングを用いて図６（Ａ）の単一陰極
を図６（Ｂ）に示す位置まで移動させる。さらに他の方
法では、単一陰極８２をモータを備えた駆動装置に結合
し、陰極８２の軸方向の位置を粉末噴霧状態が最適化さ
れるまで調節する。
【００４２】いずれにせよ図６（Ｂ）の例は、単一陰極
８２が図６（Ａ）の陰極位置よりアークチャンバ８６中
へかなり前進している状態を示す。単一陰極８２が図６
（Ｂ）のような位置にあると、新たなアーク１１２が形
成される。新アーク１１２は陰極先端部８８上の陰極ア
ークアタッチメント１０２から、通路９０のベンド９２
を越えて噴出バレル９４の入口端１１６に隣接する新し
い陽極アタッチメント１１４まで延びる。このためアー
クチャンバが延びて、ほとんど噴出バレル９４の入口端
１１６まで延びる新たな帯電プラズマ領域１１８が形成
される。この結果、噴出バレル９４の入口端１１６から
新たな中性プラズマ領域１２０が始まり、噴出バレル９
４からプラズマ銃８０と離れたワークピースへと続く。
８２が図６（Ａ）の陰極位置よりアークチャンバ８６中
へかなり前進している状態を示す。単一陰極８２が図６
（Ｂ）のような位置にあると、新たなアーク１１２が形
成される。新アーク１１２は陰極先端部８８上の陰極ア
ークアタッチメント１０２から、通路９０のベンド９２
を越えて噴出バレル９４の入口端１１６に隣接する新し
い陽極アタッチメント１１４まで延びる。このためアー
クチャンバが延びて、ほとんど噴出バレル９４の入口端
１１６まで延びる新たな帯電プラズマ領域１１８が形成
される。この結果、噴出バレル９４の入口端１１６から
新たな中性プラズマ領域１２０が始まり、噴出バレル９
４からプラズマ銃８０と離れたワークピースへと続く。
【００４３】帯電プラズマ１１８は粉末供給路９６の内
端９８のずっと先まで延びるため、図６（Ｂ）の例では
粉末は帯電プラズマ１１８中へ導入される。図６（Ａ）
の例のように粉末を中性プラズマ１０８の中へ導入する
場合と比べて、図６（Ｂ）の例の帯電プラズマ領域１１
８は、粉末がプラズマ流中に混入される時に迅速かつ完
全な粉末の溶融にはるかに有効である。粉末がこのよう
に迅速に溶かされた状態だと、中性プラズマ領域１２０
は粉末を溶融状態に維持してワークピース上に高品質の
塗布層が形成するのに十分な温度である。これは噴出バ
レル９４の中心軸沿いに粉末の大半またはすべてが通ら
ないプラズマ銃構成の場合にも当てはまる。
端９８のずっと先まで延びるため、図６（Ｂ）の例では
粉末は帯電プラズマ１１８中へ導入される。図６（Ａ）
の例のように粉末を中性プラズマ１０８の中へ導入する
場合と比べて、図６（Ｂ）の例の帯電プラズマ領域１１
８は、粉末がプラズマ流中に混入される時に迅速かつ完
全な粉末の溶融にはるかに有効である。粉末がこのよう
に迅速に溶かされた状態だと、中性プラズマ領域１２０
は粉末を溶融状態に維持してワークピース上に高品質の
塗布層が形成するのに十分な温度である。これは噴出バ
レル９４の中心軸沿いに粉末の大半またはすべてが通ら
ないプラズマ銃構成の場合にも当てはまる。
【００４４】図６（Ｂ）の例によって得られる他の利点
は、より小さな電源を用いて良好な特性を有するワーク
ピース塗布層を生成できる場合が多いことである。プラ
ズマを噴霧するのは、主として粉末粒子をプラズマ流に
導入後、粉末が融解する温度にできるだけ迅速に加熱す
るためである。その後、粉末粒子はワークピースへ運ば
れて塗布層を形成するまで、プラズマ流のエネルギによ
って溶融状態に維持される。これは粉末を帯電プラズマ
に導入することによって、そうでない場合に必要なエネ
ルギより少ないエネルギで行うことができる。この結
果、ほとんどの場合において、良好な特性を有するワー
クピース塗布層が得られると同時に、この方法を用いな
い場合より小さな電源の使用が可能となる。
は、より小さな電源を用いて良好な特性を有するワーク
ピース塗布層を生成できる場合が多いことである。プラ
ズマを噴霧するのは、主として粉末粒子をプラズマ流に
導入後、粉末が融解する温度にできるだけ迅速に加熱す
るためである。その後、粉末粒子はワークピースへ運ば
れて塗布層を形成するまで、プラズマ流のエネルギによ
って溶融状態に維持される。これは粉末を帯電プラズマ
に導入することによって、そうでない場合に必要なエネ
ルギより少ないエネルギで行うことができる。この結
果、ほとんどの場合において、良好な特性を有するワー
クピース塗布層が得られると同時に、この方法を用いな
い場合より小さな電源の使用が可能となる。
【００４５】図７は本発明の第三の実施形態であるプラ
ズマ銃１３０を示す。図７のプラズマ銃１３０の単一陰
極１３２は陽極１３４に囲まれている。単一陰極１３２
はアークチャンバ１３８内に配置された陰極先端部１３
６で終端する。アークチャンバ１３８は単一陰極１３２
の中心軸に沿ってベンド１４２まで延びる通路１４０へ
つながる。通路１４０はベンド１４２で噴出バレル１４
４の中心軸との間に約４５゜の鋭角をなす。噴出バレル
１４４は、図２、図３、ならびに図６（Ａ）および
（Ｂ）に示す噴出バレルとは異なり、概円筒形状をして
いる。陰極先端部１３６は、図６（Ａ）の例と同様に陽
極１３４の壁に設けられた陽極アタッチメント１４８ま
で延びるアーク１４６を生成するように、アークチャン
バ１３８および通路１４０と相対的に位置決めされる。
ズマ銃１３０を示す。図７のプラズマ銃１３０の単一陰
極１３２は陽極１３４に囲まれている。単一陰極１３２
はアークチャンバ１３８内に配置された陰極先端部１３
６で終端する。アークチャンバ１３８は単一陰極１３２
の中心軸に沿ってベンド１４２まで延びる通路１４０へ
つながる。通路１４０はベンド１４２で噴出バレル１４
４の中心軸との間に約４５゜の鋭角をなす。噴出バレル
１４４は、図２、図３、ならびに図６（Ａ）および
（Ｂ）に示す噴出バレルとは異なり、概円筒形状をして
いる。陰極先端部１３６は、図６（Ａ）の例と同様に陽
極１３４の壁に設けられた陽極アタッチメント１４８ま
で延びるアーク１４６を生成するように、アークチャン
バ１３８および通路１４０と相対的に位置決めされる。
【００４６】図７の実施形態では、粉末は噴出バレル１
４４の中心軸に一致する軸に沿って運ばれる。図７のプ
ラズマ銃１３０はこの点で図２および図６（Ａ）のプラ
ズマ銃と類似している。ただし、粉末導入点はベンド１
４２より先で、実際には噴出バレル１４４内である。こ
れには中央粉末運搬路１５２を内部に有する中空の管で
ある粉末インジェクタ１５０が用いられる。この粉末イ
ンジェクタ１５０はプラズマ銃１３０内部の非常に高温
な領域に設置されるため、耐高温特性を有する必要があ
る。ただしいくぶん温度の低い適用の場合は、タングス
テン等の耐温特性材料から形成すればよい。だが、粉末
インジェクタ１５０を水冷した方が最良の結果が得られ
ることが多い。図８に水冷式粉末インジェクタ１５０の
一例の断面図を示す。
４４の中心軸に一致する軸に沿って運ばれる。図７のプ
ラズマ銃１３０はこの点で図２および図６（Ａ）のプラ
ズマ銃と類似している。ただし、粉末導入点はベンド１
４２より先で、実際には噴出バレル１４４内である。こ
れには中央粉末運搬路１５２を内部に有する中空の管で
ある粉末インジェクタ１５０が用いられる。この粉末イ
ンジェクタ１５０はプラズマ銃１３０内部の非常に高温
な領域に設置されるため、耐高温特性を有する必要があ
る。ただしいくぶん温度の低い適用の場合は、タングス
テン等の耐温特性材料から形成すればよい。だが、粉末
インジェクタ１５０を水冷した方が最良の結果が得られ
ることが多い。図８に水冷式粉末インジェクタ１５０の
一例の断面図を示す。
【００４７】粉末インジェクタ１５０は図８のように概
円筒形状をしており、内部には中央粉末運搬路１５２を
有する。中央粉末運搬路１５２の外側には内路１５４と
外路１５６とが設けられる。これら内路および外路１５
４、１５６は概円筒形状で、同心配列され、粉末インジ
ェクタ１５０の先端部に隣接した領域で接続路１５８に
よって結合される。内路１５４は従来の設計の冷却水ま
たはその他の冷却用流体源（図示せず）に接続される。
冷却水は内路１５４を通って粉末インジェクタ１５０の
先端部領域まで流れ、それから接続路１５８を通って外
路１５６へと流れる。その後、冷却水は外路１５６を通
って水源に戻される。内路および外路１５４、１５６中
に冷却水またはその他の冷却用流体が流れることで、粉
末インジェクタ１５０はプラズマ銃１３０内部の非常に
高い温度に耐えることが可能になる。
円筒形状をしており、内部には中央粉末運搬路１５２を
有する。中央粉末運搬路１５２の外側には内路１５４と
外路１５６とが設けられる。これら内路および外路１５
４、１５６は概円筒形状で、同心配列され、粉末インジ
ェクタ１５０の先端部に隣接した領域で接続路１５８に
よって結合される。内路１５４は従来の設計の冷却水ま
たはその他の冷却用流体源（図示せず）に接続される。
冷却水は内路１５４を通って粉末インジェクタ１５０の
先端部領域まで流れ、それから接続路１５８を通って外
路１５６へと流れる。その後、冷却水は外路１５６を通
って水源に戻される。内路および外路１５４、１５６中
に冷却水またはその他の冷却用流体が流れることで、粉
末インジェクタ１５０はプラズマ銃１３０内部の非常に
高い温度に耐えることが可能になる。
【００４８】粉末インジェクタ１５０を噴出バレル１４
４の入口端より外側に噴出バレルの中心軸に沿って設置
することにより、粉末をプラズマ流の中心に、かつ何も
しなくても噴出バレル１４４の中心軸沿いに流れ続ける
ような方向に導入できる。これまでの例では通路の壁に
向かって粉末を導入していたために、通過するプラズマ
流によって粉末流が歪むことがあったが、図７の実施形
態では粉末をプラズマ流内部にプラズマ流と同方向に導
入することが可能である。このように粉末を噴出バレル
１４４の中心軸に沿って導入することにより、プラズマ
流による粉末流の歪み、または粉末流によるプラズマ流
の歪みがほぼ完全に発生しなくなり、粉末はプラズマ流
とともに噴出バレル１４４の中心軸に沿って流れる。
４の入口端より外側に噴出バレルの中心軸に沿って設置
することにより、粉末をプラズマ流の中心に、かつ何も
しなくても噴出バレル１４４の中心軸沿いに流れ続ける
ような方向に導入できる。これまでの例では通路の壁に
向かって粉末を導入していたために、通過するプラズマ
流によって粉末流が歪むことがあったが、図７の実施形
態では粉末をプラズマ流内部にプラズマ流と同方向に導
入することが可能である。このように粉末を噴出バレル
１４４の中心軸に沿って導入することにより、プラズマ
流による粉末流の歪み、または粉末流によるプラズマ流
の歪みがほぼ完全に発生しなくなり、粉末はプラズマ流
とともに噴出バレル１４４の中心軸に沿って流れる。
【００４９】図７のプラズマ銃１３０では粉末インジェ
クタ１５０は噴出バレル１４４の中心軸に沿って延びて
いるため、粉末流は通過するプラズマ流と同方向に導入
されるが、粉末インジェクタを噴出バレルの中心軸と角
度をつけて配置するほうが望ましい場合もある。通常は
粉末を軸方向に注入することが望ましいが、場合に応じ
てプラズマ流をわずかに曲げたい時などは粉末インジェ
クタをいくぶん角度をつけて配置することもできる。
クタ１５０は噴出バレル１４４の中心軸に沿って延びて
いるため、粉末流は通過するプラズマ流と同方向に導入
されるが、粉末インジェクタを噴出バレルの中心軸と角
度をつけて配置するほうが望ましい場合もある。通常は
粉末を軸方向に注入することが望ましいが、場合に応じ
てプラズマ流をわずかに曲げたい時などは粉末インジェ
クタをいくぶん角度をつけて配置することもできる。
【００５０】
【発明の効果】本発明に従えば、プラズマ銃の単一陰極
の中心軸および粉末供給路の中心軸と噴出バレルの中心
軸との間の角度を互いに調節して、注入される粉末が噴
出バレルの中心軸に沿って方向変換できるようにするこ
とによって、ワークピースへの粉末材料塗布を改善でき
る。また、粉末インジェクタを用いる場合は、その内路
および外路中に冷却流体を流すことにより、プラズマ銃
内部の非常に高い温度に耐えることが可能になる。
の中心軸および粉末供給路の中心軸と噴出バレルの中心
軸との間の角度を互いに調節して、注入される粉末が噴
出バレルの中心軸に沿って方向変換できるようにするこ
とによって、ワークピースへの粉末材料塗布を改善でき
る。また、粉末インジェクタを用いる場合は、その内路
および外路中に冷却流体を流すことにより、プラズマ銃
内部の非常に高い温度に耐えることが可能になる。
【００５１】以上、本発明のさまざまな実施形態および
その変形例を説明してきたが、本発明はこれらに限定さ
れるものではなく、前掲の特許請求の範囲で規定する範
囲内のあらゆる方法および変更を含むものとする。
その変形例を説明してきたが、本発明はこれらに限定さ
れるものではなく、前掲の特許請求の範囲で規定する範
囲内のあらゆる方法および変更を含むものとする。
【図１】 粉末がプラズマ流中へほぼ直角に注入される
先行技術のプラズマ装置を簡単に示す概略図である。
先行技術のプラズマ装置を簡単に示す概略図である。
【図２】 本発明に従うプラズマ銃の第一の実施形態の
部分断面図である。
部分断面図である。
【図３】 本発明に従うプラズマ銃の第二の実施形態の
部分断面図である。
部分断面図である。
【図４】 本発明に従い単一陰極と粉末供給路と噴出バ
レルとの各中心軸間の角度を選択可能なことを示す概略
図である。
レルとの各中心軸間の角度を選択可能なことを示す概略
図である。
【図５】 本発明に従いプラズマ銃内部でプラズマ流が
粉末流と合流する様子を示す図である。
粉末流と合流する様子を示す図である。
【図６】 単一陰極の軸方向の調整を利用して粉末投入
点において異なるプラズマ領域を形成し、これにより粉
末の供給と塗装状態を最適化する様子を示すプラズマ銃
の断面図である。
点において異なるプラズマ領域を形成し、これにより粉
末の供給と塗装状態を最適化する様子を示すプラズマ銃
の断面図である。
【図７】 本発明に従うプラズマ銃の第三の実施形態の
部分断面図である。
部分断面図である。
【図８】 図７の実施形態で使用する水冷式プラズマイ
ンジェクタの断面図である。
ンジェクタの断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 4/12
Claims (20)
- 【請求項１】 注入された粉末を噴出バレルのほぼ中心
軸に沿って噴射する単一陰極プラズマ銃であって、 その正の向きが前記粉末の噴射の向き側を向いた中心軸
であるバレル中心軸を有する噴出バレルと、 空洞形状の陽極と、 前記陽極の空洞内に収納、配置された単一陰極と、 前記陽極の空洞と前記噴出バレルとを連通するプラズマ
アーク通路と、 前記プラズマアーク通路に合流し実質的に前記バレル中
心軸上で終端し、噴出バレルへ前記粉末を供給する粉末
供給路と、 を有し、 前記単一陰極の中心軸である陰極中心軸は、前記プラズ
マアーク通路を通過するように配置され、前記噴出バレ
ルの内部又は前記プラズマアーク通路の前記噴出バレル
側の端部において前記バレル中心軸と交差し、当該陰極
中心軸の正の向きは前記単一陰極から前記噴出バレル側
への向きに定められ、当該陰極中心軸の正の向きと前記
バレル中心軸の正の向きとが挟む第１角度は０°より大
きく９０°未満であり、 前記粉末供給路の中心軸である供給路中心軸は、前記陰
極中心軸と交差し、当該供給路中心軸の正の向きは前記
粉末の供給向きに定められ、当該供給路中心軸の正の向
きと前記陰極中心軸の正の向きとが挟む第２角度は前記
第１角度以上であって前記粉末の流れが実質的に前記バ
レル中心軸に沿って導入され、 当該プラズマ銃は、前記粉末供給路から前記プラズマア
ーク通路内への前記粉末の吐出位置より下流におけるプ
ラズマ流路の断面積が前記吐出位置における前記プラズ
マ流路の断面積を実質的に下回らない形状であり、かつ
前記単一陰極からの帯電したプラズマが少なくとも前記
粉末供給路の延長線上まで延びるように動作されること
を特徴とする単一陰極プラズマ銃。 - 【請求項２】 請求項１に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、前記第１角度は５゜から９０゜未満の範囲内に
あり、前記供給路中心軸の正の向きと前記バレル中心軸
の正の向きとが挟む角度は０゜から４５゜の範囲内であ
ることを特徴とする単一陰極プラズマ銃。 - 【請求項３】 請求項１に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、 前記単一陰極はプラズマアーク通路内に当該プラズマア
ーク通路の軸に沿って配置され、当該プラズマ銃は前記
粉末供給路の延長線を超えて延びる帯電したプラズマを
生成するように動作されること、を特徴とする単一陰極
プラズマ銃。 - 【請求項４】 請求項１に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、前記粉末供給路は、前記バレル中心軸まで噴出
バレル内に延びていることを特徴とする単一陰極プラズ
マ銃。 - 【請求項５】 注入された粉末を噴出バレルのほぼ中心
軸に沿って噴射する単一陰極プラズマ銃であって、 中心軸を有する噴出バレルと、 空洞形状の陽極と、 前記陽極の空洞内に収納、配置され、その中心軸が０゜
より大きい鋭角で噴出バレルの中心軸と交差する単一陰
極と、 粉末流を前記噴出バレルの中心軸に沿って導入するよう
に噴出バレルの中心軸に一致する中心軸を有する粉末供
給路と、 を含み、当該プラズマ銃は、前記単一陰極からの帯電し
たプラズマが少なくとも前記粉末供給路の延長線上まで
延びるように動作されることを特徴とする単一陰極プラ
ズマ銃。 - 【請求項６】 請求項５に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、前記鋭角は４５゜であることを特徴とする単一
陰極プラズマ銃。 - 【請求項７】 請求項５に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、前記鋭角は１０゜であることを特徴とする単一
陰極プラズマ銃。 - 【請求項８】 注入された粉末を噴出バレルのほぼ中心
軸に沿って噴射する単一陰極プラズマ銃であって、 その正の向きを前記粉末の噴射の向き側に定められた中
心軸であるバレル中心軸を有する噴出バレルと、 空洞形状の陽極と、 前記陽極の空洞内に収納、配置され、中心軸を有する単
一陰極と、 前記単一陰極の中心軸である陰極中心軸に沿って前記単
一陰極からベンドまで延び、さらにこのベンドから噴出
バレルの中心軸であるバレル中心軸に沿ってこの噴出バ
レル内まで延びるプラズマアーク通路と、 粉末流を前記噴出バレルの中心軸に沿って導入するよう
に、前記バレル中心軸と一致する中心軸を有し、チャン
バ内の前記ベンド部分に前記粉末流を導入する粉末供給
路と、 を有し、 前記単一陰極の中心軸である陰極中心軸は、前記ベンド
において前記バレル中心軸と交差し、当該陰極中心軸の
正の向きは前記単一陰極から前記ベンドへの向きに定め
られ、当該陰極中心軸の正の向きと前記バレル中心軸の
正の向きとが挟む角度は０゜より大きい鋭角であり、 当該プラズマ銃は、前記ベンド部分より下流におけるプ
ラズマ流路の断面積が前記ベンド部分における前記プラ
ズマ流路の断面積を実質的に下回らない形状であり、か
つ前記単一陰極からの帯電したプラズマが少なくとも前
記粉末供給路の延長線上まで延びるように動作されるこ
とを特徴とする単一陰極プラズマ銃。 - 【請求項９】 請求項８に記載の単一陰極プラズマ銃に
おいて、前記噴出バレルはその入口から出口にかけて広
がり、前記ベンドは前記プラズマアーク通路の中央より
前記噴出バレル側に設けられることを特徴とする単一陰
極プラズマ銃。 - 【請求項１０】 単一陰極と、その周囲に設けられた陽
極とを有する既存のプラズマ銃を改装し、噴出バレルの
中心軸にほぼ沿って粉末を供給するための陽極アタッチ
メントであって、 その正の向きが前記粉末の噴射の向き側を向いた中心軸
であるバレル中心軸を有する噴出バレルと、 プラズマ銃の前記単一陰極の中心軸である陰極中心軸に
沿って延び、前記単一陰極が配される陽極内空洞と前記
噴出バレルとを連通するプラズマアーク通路と、 前記プラズマアーク通路内部へ延び、粉末流を前記噴出
バレルの中心軸に沿って導入する粉末供給路と、 を含み陽極に取り付けられる構造体であり、 前記プラズマアーク通路の中心軸に一致する前記陰極中
心軸は、当該プラズマアーク通路と前記噴出バレルとの
結合部分又は当該プラズマアーク通路の前記噴出バレル
側の端部において、前記バレル中心軸と交差し、当該陰
極中心軸の正の向きは前記単一陰極から前記噴出バレル
側への向きに定められ、当該陰極中心軸の正の向きと前
記バレル中心軸の正の向きとが挟む第１角度は０゜より
大きく９０゜未満であり、 前記粉末供給路の中心軸である供給路中心軸は、前記陰
極中心軸と交差し、当該供給路中心軸の正の向きは前記
粉末の供給向きに定められ、当該供給路中心軸の正の向
きと前記陰極中心軸の正の向きとが挟む第２角度は前記
第１角度以上であり、 前記粉末供給路から前記プラズマアーク通路内への前記
粉末の吐出位置より下流におけるプラズマ流路の断面積
が前記吐出位置における前記プラズマ流路の断面積を実
質的に下回らない形状であり、かつ前記単一陰極からの
帯電したプラズマが少なくとも前記粉末供給路の延長線
上まで延びるように前記プラズマ銃を機能させることを
特徴とする陽極アタッチメント。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の陽極アタッチメン
トにおいて、前記構造体と既存のプラズマ銃とはネジ止
めにより接合され、前記構造体と前記既存のプラズマ銃
との接合側の前記プラズマアーク通路の端部は、前記噴
出バレル側に向けて先細に形成され前記既存のプラズマ
銃の単一陰極の先端部を収容するアークチャンバ形成部
を有することを特徴とする陽極アタッチメント。 - 【請求項１２】 請求項１０に記載の陽極アタッチメン
トにおいて、前記第１角度は５゜から９０゜未満の範囲
内にあり、前記供給路中心軸の正の向きと前記バレル中
心軸の正の向きとが挟む角度は０゜から４５゜の範囲内
にあることを特徴とする陽極アタッチメント。 - 【請求項１３】 粉末導入点において帯電したプラズマ
を生成するプラズマ銃であって、 陽極と、 中心軸を有した陰極であって、当該中心軸に沿ってベン
ドまで延びるプラズマアーク通路内に設けられる一つの
陰極と、 前記プラズマアーク通路内部であって前記ベンド部分に
位置する前記粉末導入点にて終端し、粉末流を前記噴出
バレルの中心軸に沿って導入する粉末供給路と、 を含み、 前記プラズマアーク通路は、前記ベンドにて０゜より大
きく９０゜未満の鋭角だけ屈曲し、その一つの開口が前
記噴出バレルの入口開口に合致、接続され、噴出バレル
を介して当該プラズマ銃の外に通じ、 前記陰極は、前記粉末導入点を超え前記ベンドまで延び
る帯電プラズマを生成するように、前記プラズマアーク
通路内に配置され、 当該プラズマ銃は、前記粉末導入点より下流におけるプ
ラズマ流路の断面積が前記粉末導入点における前記プラ
ズマ流路の断面積を実質的に下回らない形状であること
を特徴とするプラズマ銃。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載のプラズマ銃におい
て、前記陰極は、陰極から見て前記ベンドより遠い前記
プラズマアーク通路の壁上の陽極アタッチメントの位置
まで延びるプラズマアークを発生することを特徴とする
プラズマ銃。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載のプラズマ銃におい
て、前記陰極は前記プラズマアーク通路に沿ってその軸
方向に位置を調節可能で、所望の温度の帯電プラズマ部
分への粉末供給路からの粉末供給を最適化することを特
徴とするプラズマ銃。 - 【請求項１６】 請求項１３に記載のプラズマ銃におい
て、前記プラズマアーク通路は前記ベンドにおいて４５
゜屈曲し、前記噴出バレルは中心軸を有し、前記粉末供
給路は、噴出バレルの中心軸に一致する中心軸を有する
ことを特徴とするプラズマ銃。 - 【請求項１７】 注入された粉末を噴出バレルの中心軸
上の位置で噴出バレルに導入し、その中心軸にほぼ沿っ
て噴出バレルから噴射する単一陰極プラズマ銃であっ
て、 その正の向きが前記粉末の噴射の向き側を向いた中心軸
であるバレル中心軸を有する噴出バレルと、 陽極と、 前記陽極内部に取り付けられた単一陰極であって、その
中心軸である陰極中心軸は当該単一陰極が配置される前
記陽極内部の空洞から延びる前記プラズマアーク通路内
を通過するように配置され、当該陰極中心軸の正の向き
は前記単一陰極から前記噴出バレル側への向きに定めら
れ、当該陰極中心軸と前記バレル中心軸とが互いの正の
向きが挟む第１角度が０゜より大きく９０゜未満である
ように交差する単一陰極と、 前記プラズマアーク通路の壁から前記プラズマアーク通
路内を通過し、前記噴出バレル内のその中心軸まで延び
る粉末インジェクタと、 を含む単一陰極プラズマ銃。 - 【請求項１８】 請求項１７に記載の単一陰極プラズマ
銃において、前記粉末インジェクタは、前記噴出バレル
の中心軸に一致する中心軸を有することを特徴とする単
一陰極プラズマ銃。 - 【請求項１９】 請求項１７に記載の単一陰極プラズマ
銃において、前記粉末インジェクタは、中央粉末供給路
と、この中央粉末供給路と粉末インジェクタの外表面と
の間に形成された少なくとも一つの冷却流体路とを有す
る細長い部材を含むことを特徴とする単一陰極プラズマ
銃。 - 【請求項２０】 請求項１９に記載の単一陰極プラズマ
銃において、前記少なくとも一つの前記冷却流体路は、
前記粉末インジェクタの外先端近くにおいて接続流路に
より結合された一組の同心上に形成された円筒流路を含
むことを特徴とする単一陰極プラズマ銃。
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