JP3131001B2 - 粉末材料又は気体材料を溶射するためのプラズマ溶射装置 - Google Patents
粉末材料又は気体材料を溶射するためのプラズマ溶射装置Info
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Description
を発生させるための間接プラズマトロン(indirect plas
matron) と、粉末材料又は気体材料をプラズマトーチの
中に軸方向に供給するための手段とを有する、粉末材料
又は気体材料を溶射するためのプラズマ溶射装置に係わ
る。そうしたプラズマトロンは、1つの陰極アセンブリ
と、前記陰極アセンブリから距離をとって配置された1
つの環状陽極部材と、前記陰極アセンブリから前記陽極
部材へと延びる1つのプラズマチャネルとを有する。
材と、互いに電気的に絶縁された複数の環状ニュートロ
ードとによって、範囲を限定されている。
に噴射するために、間接プラズマトロン、即ち、ノズル
状の要素から放出する電気的に非電流伝導性のプラズマ
トーチを用いてプラズマを発生させる装置を使用するプ
ラズマ溶射装置が当業界では公知である。一般的にプラ
ズマはトーチによって発生させられ、プラズマチャネル
を通して出口ノズルに案内される。従って、短いプラズ
マトーチを有する装置と細長いプラズマトーチを有する
装置との間には大きな相違が存在する。
溶射装置全ての大多数では、プラズマトーチはピン形の
陰極部材と中空の円筒形陽極部材の間の高電流アーク放
電によって発生させられる。この場合に、溶融されて軸
方向に加速されなければならない例えば金属粉末又はセ
ラミック粉末のような被覆材料が、出口ノズルの出口開
口を同時に形成する陽極部材区域の中からプラズマトー
チの中に送り込まれる。しかしそうした粉末の送給方法
は、その粉末粒子がその粒径とプラズマトーチの中に導
入される際の速度とに応じて、プラズマトーチ内で異な
った処理を受けるが故に有利なものではない。例えば大
きな粒径の粉末粒子はプラズマトーチを通過しても溶融
されないことがある。その結果として、その被覆材料全
てが基板表面の被覆のために完全には使用されず、被覆
された表面の品質が劣った品質となる。更には、作動パ
ラメータ間の複雑な関係が、プラズマ溶射プロセスの最
適化を更にずっと複雑なものにする。プラズマトーチの
中に被覆粉末を送り込むために必要な半径方向に供給さ
れるキャリヤーガスによるプラズマトーチの攪乱が、主
として非常に不利である。
上に溶射されるべき材料の供給が軸方向に行われるプラ
ズマ発生システムを開示する。特に、陽極の前部に配置
されたノズルの側壁を通って半径方向にプラズマ発生装
置の中に入り込み、このノズルの中心へと延び、且つこ
のノズルの軸に一致した方向に曲げられた供給チューブ
が備えられている。しかし、プラズマトーチの中心に供
給チューブを配置することは、その供給チューブとプラ
ズマトーチとが相互に不利な形で影響し合うが故に問題
を生じさせる。これは一方では、プラズマトーチの流れ
が供給チューブの供給によって妨害されることを意味
し、他方では、プラズマトーチの中心に配置された供給
チューブが極度に高い熱負荷に曝されるということを意
味する。
のプラズマ溶射装置は非常に悪い効率を有する。その大
きな理由の1つは、被覆材料が陽極部材区域内のプラズ
マトーチの中に送り込まれる場合には、プラズマトーチ
がそこで自由プラズマ流に合流するそのプラズマトーチ
末端部分に存在する被覆材料を溶融させるためだけに、
そのエネルギの一部分が使用されるということである。
実際には、プラズマチャネルの壁がプラズマトーチによ
って加熱されるが故に、供給されるエネルギの大部分が
プラズマチャネル内で失われ、従ってこうしたエネルギ
は被覆材料の溶融に関しては無駄になる。
有するプラズマトロンに特に当てはまる。上記のEP 0 2
49 238号によれば、そうしたプラズマトロンは、陰極か
ら陽極へと延びる細長いプラズマチャネルを有する。こ
のプラズマチャネルは、互いから電気的に絶縁された複
数の環状のニュートロードの内部によって画定される。
実際には細長いプラズマトーチは、短いプラズマトーチ
よりもより高い熱エネルギを生じさせ、その一方では、
長くて比較的狭いプラズマチャネルを通るその経路に沿
ってより一層著しい冷却を受ける。
ラズマ内において即ち被覆材料が送り込まれるプラズマ
区域内において、可能な限り高いエネルギ集中を得るた
めのどんな努力も、上記の理由の故に大きな効率の改善
をもたらすことが不可能であるということである。
善されるように設計するために、幾つかの提案が従来技
術おいて示されてきた。特に、プラズマチャネルの陰極
側の端部に被覆材料を送り込むことが、これまでに提案
されている。
ラズマトーチを伴って作動する間接プラズマトロンを備
えた、粉末材料溶射用のこの種のプラズマ溶射装置を開
示する。中空の陰極部材が、これも出口ノズルの種類の
中空形状である陽極部材と連係して働く。この陰極部材
及び陽極部材は同軸に配置され、陰極部材が環状陽極部
材の内部の中へ延びる。この形態では、中空陰極部材
が、プラズマトーチがそこで発生させられる空間の中に
送り込まれる被覆材料のための供給チューブとしての役
割も同時に果たす。プラズマガスが、プラズマトーチが
そこで発生させられる空間の中へ、陰極部材と陽極部材
の間の環状間隙を通して送り込まれ、更にそこから、プ
ラズマトーチが狭められる陽極部材ノズルの中へ送り込
まれる。この設計の主たる欠点は、プラズマトーチを発
生させるために非常な高電流が使用されなければならな
いことで、従ってその装置の有効使用寿命が極めて短い
ということである。
のプラズマトーチ発生空間内の平均滞留時間が比較的短
い。その結果として、特にプラズマトーチが最初に中空
陰極部材の縁部において発生させられるが被覆材料が送
り込まれるその軸においては発生させられない。そのた
め被覆材料粒子は、プラズマトーチがその中で発生させ
られる空間の内にその粒子が存在する間に、少量の熱エ
ネルギだけしか吸収できないということが指摘され得
る。こうした状況下では、粉末粒子が陽極ノズルを流出
する前には、その粉末粒子が完全には溶融されておらな
い。従って、陽極ノズルの壁に付着できないということ
は、おそらく1つの利点だろう。しかしそうした粉末粒
子を完全に溶融し且つそれらを加速するためには、陽極
ノズルを既に離れた自由プラズマ流を介して、大部分の
エネルギが与えられなければならない。
ラズマトロン内で中空の陰極部材を使用することは、特
にそのプラズマトロンが高電流で作動させられる場合
に、著しい技術的困難さを生じさせる。その理由は、プ
ラズマトーチが一般的に陰極の局所的に限定された箇所
で発生させられ、その結果として、その関連した陰極部
分が過剰な熱負荷を被り、陰極が非常に迅速に損耗する
ということである。この作用を軽減させるためにプラズ
マトーチの発生箇所を電磁的に回転させること、又は陰
極の損耗を補償するために上記EP 0 249 238号に開示さ
れているように陰極を機械的に調節することが可能であ
る。しかしこうした方法は両方とも非常に複雑であり、
組立て上の労力と費用の増大を要する。
を溶射するための、向上した効率を有するプラズマ溶射
装置を提供することが、本発明の目的である。
置の諸部品の使用寿命が増大させられるように、より低
電流で作動させられることが可能な、粉末材料又は気体
材料を溶射するためのプラズマ溶射装置を提供すること
である。
品質を改善するために、溶射されるべき材料がより適切
且つ均一に処理される、粉末材料又は気体材料を溶射す
るためのプラズマ溶射装置を提供することである。
実現するために、本発明は、粉末材料又は気体材料を溶
射するためのプラズマ溶射装置を提供する。本発明の装
置は、細長いプラズマトーチを発生させるための間接プ
ラズマトロンと、粉末材料又は気体材料をプラズマトー
チの中に軸方向に送給するための手段とを有する。
ブリと、前記陰極アセンブリから離隔してに配置された
1つの環状陽極部材と、前記陰極アセンブリから前記陽
極部材へと延びる1つのプラズマチャネルとを有し、そ
れによって、前記プラズマチャネルが、前記環状陽極部
材と、互いに電気的に絶縁された複数の環状ニュートロ
ードとによって範囲を限定されている。
の近くのプラズマトーチ区域内に位置する、縮小された
直径を有する領域を有し、それによってプラズマチャネ
ル入口ノズルを形成する。陰極アセンブリは、プラズマ
チャネル入口ノズルに対して固定した位置に配置された
中央絶縁部材を有し、更に、この絶縁部材内に埋め込ま
れた複数の陰極要素を有する。これらの陰極要素は、そ
の装置の中心軸の周囲の円周に沿って規則正しく分散配
置され、且つその中心軸に平行に延びる。
延びて前記プラズマチャネル入口ノズルの中に延びる1
つの陰極ピンを有する。この陰極ピンは、プラズマトー
チがその上で発生させられる活性端部を有し、粉末材料
又は気体材料をプラズマトーチの中に軸方向に送給する
ための手段が、粉末又は気体の溶射材料をプラズマチャ
ネル入口ノズルの中に送り込むための供給チューブを有
し、それによって、この供給チューブがその装置の中心
軸と同軸に配置され、中央絶縁部材内に固定されてい
る。
チを伴って作動する間接プラズマトロン内の陰極アセン
ブリは、プラズマチャネル入口ノズルによって形成され
る前記縮小直径を有する領域と連係して、プラズマチャ
ネル入口ノズル区域内における非常に高いエネルギ集中
を可能にする。その装置の縦方向の中心軸に配置された
中心供給チューブを通してキャリヤガスによって送り込
まれた溶射材料は、陰極アセンブリの近くの位置に既に
あるプラズマトーチの最高温のコアを貫通する。従って
例えば粉末粒子のような溶射材料が、効率良く溶融され
加速される。キャリヤガスの流速を変化させることによ
って、その粉末粒子の初期速度と、従って技術的に重要
であるプラズマトーチ内の粒子の平均滞留時間が、簡単
な仕方で調節されることが可能である。その結果とし
て、本発明によるプラズマ溶射装置の作動パラメータが
最適に調節され得る。
絶縁し且つ供給チューブから電気絶縁するために働くば
かりでなく、プラズマガスがそれを通って層流の形でプ
ラズマチャネル内に入り込む環状チャネルを、プラズマ
チャネル入口ノズルと共に形成する。更には陰極部材が
効率良く冷却されるように、プラズマガスが、前記絶縁
部材から外に延びる陰極部材の延長部分に沿って流れる
ことも重要である。これは陰極部材の使用寿命を増大さ
せるのを助ける。
ズマトーチの非常に近くに配置され、その結果として非
常に高い熱負荷を受ける。従って中央絶縁部材は、高い
溶融温度を持つ材料、例えばセラミック材料又は窒化ホ
ウ素で作られている。
れらの陰極要素の各々が、1つの水冷された陰極軸部材
及びこの陰極軸部材の端部部分に固定された1つの陰極
ピンを含むことが好ましい。この陰極ピンは高い溶融温
度を持つ材料で作られていることが可能である。特に、
陰極軸部材が銅で作られ、陰極ピンがトリウムタングス
テンで作られることが可能である。
チブランチが陰極ピンの可能な限り近くで分岐すること
を確実なものとするためには、陰極ピンが互いに可能な
限り近い位置することが望ましい。従って、陰極ピンの
縦軸が陰極軸の縦軸よりもその装置の中心軸に近いよう
に、各々の陰極ピンがその関連した陰極軸に対して偏心
して固定されている。
央絶縁部材の外側表面とプラズマチャネル入口ノズル
が、プラズマガスをプラズマチャネル入口ノズルの中へ
送り込む働きをする環状チャネルを画定するように、中
央絶縁部材のジャケット表面がプラズマチャネル入口ノ
ズルの壁の一部分に対して半径方向に対面する関係に配
置される。
めに、プラズマチャネル入口ノズルの中へ流れ込むプラ
ズマガスの層流の改善を可能にするための複数のノズル
手段を有するプラズマガス分配手段が備えられている。
第1の実施例では、このプラズマガス分配手段は、中央
絶縁部材上に装着された1つの環状分配ディスクを有
し、該ディスクは、中央絶縁部材のジャケット表面と前
記プラズマチャネル入口ノズル壁の一部分との間の環状
チャネルを通してプラズマガスを通過させるための複数
の連続アパーチャを備える。
手段は、中央絶縁部材の前部に装着された1つの環状分
配ディスクを有する。このガス分配ディスクは、被覆材
料の供給のための供給チューブから半径方向にプラズマ
チャネル入口ノズルの壁まで延び、且つプラズマチャネ
ル入口ノズルの中へプラズマガスを通過させるための複
数の連続アパーチャを備える。これらのアパーチャは、
その装置の中心縦軸と同軸の円周に沿って規則正しく分
散配置されるている。
持つ材料、例えばセラミック材料又は窒化ホウ素で作ら
れることが好ましい。
が、中央絶縁部材と陰極アセンブリに最も近い位置にあ
る第1のニュートロードの壁との間の環状チャンバ内に
挿入されたガス分配スリーブを有する。このガス分配ス
リーブは、プラズマガスを通過させるための複数の連続
縦溝をその外側表面上に有する。これらの縦溝は螺旋形
の形状を有する。
付図面を参照して更に説明する。
装置は、互いに平行で且つ装置の中央縦軸2の回りの円
の円周上に配置されている、縦の棒状の陰極アセンブリ
形の3つの陰極部材を含んでなる。陰極アセンブリ1の
配置は、中央縦軸に対し対称であり、陰極アセンブリ1
は、円の円周に沿って均等に配分されている。さらに本
装置は、陰極アセンブリ1から一定距離だけ離れて配置
されている環状陽極3と、陰極アセンブリ1の端と陽極
3との間に実質的に伸びているプラズマチャネル4も含
んでいる。プラズマチャネル4は、互いに電気的に絶縁
されている複数の実質的に環状形のニュートロード(ne
utrode)6〜12並びに環状陽極3により範囲が定めら
れている。
らなる陰極支持部材13に固定されている第1の部分5
1と第2の部分52とを含む、例えば銅からなる棒状の
陰極部材を含んでなる。陰極支持部材13の一端に隣接
し、これに同軸配置された中空のスリーブ様の陽極支持
部材14は、ニュートロード6〜12並びに陽極3を取
り囲む電気的に絶縁材料により作られている。上述の配
置は、3つの金属スリーブ15、16及び17によって
共に固定されている。第1の金属スリーブ15は、陰極
支持部材13の端フランジにねじ(示されていない)に
より固定されているその一方の側(図1の左)上にフラ
ンジを有する。第1の金属スリーブ15の他方の端は、
外部ねじ山を有し、且つ対応する内部ねじ山を備える同
軸配置された第2の金属スリーブ16の一方の側にねじ
止めされている。第2の金属スリーブ16の他方の端に
は、その内部方向にフランジが備えられている。第3の
金属スリーブ17は、その一端(図1の右)に内部ねじ
山を有し、陽極支持部材14の外面上に備えられた外部
ねじ山にねじどめされる。第3の金属スリーブ17の他
方の端は、第2の金属スリーブ16の右端(図1)に備
えられた上述の内フランジとかみ合う外フランジを含ん
でいる。従って、第1の金属スリーブ15が陰極支持部
材13のフランジに固定され、且つ第3の金属スリーブ
17が陽極支持部材14上にねじどめされた後、第2の
金属スリーブ16は、第1の金属スリーブ15上にねじ
込みされるべき第3の金属スリーブ17上をスライドし
得、これにより陽極支持部材14を陰極支持部材13に
押し付けることができる。
の外部リング34に支えられているフランジ端18を含
んでなる。これによって、プラズマチャネル4を形成す
る要素は結合され、陰極アセンブリ1に最も近い複数の
ニュートロード6〜12内のニュートロード6は、陽極
支持部材13に備えられた内部くぼみで支えられる。
4の方向のその自由端上に、特に良好な電気及び熱伝導
性、並びに高い融点[例えば、トリウムタングステン
(thoriated tungsten)など]を有する材料からなる陰
極ピン20が備えられている。これによって、陰極ピン
20は、陰極ピン20の軸が関連する陰極アセンブリ1
の軸に対し同軸でないように、陰極アセンブリに対して
配置されている。このオフセットは、陰極ピン20の軸
が、陰極アセンブリ1の軸よりも装置の中央縦軸2に近
くなるようになっている。
13の側には、非常に高い融点を有する材料(例えば、
ガラスセラミック材料または窒化ホウ素など)で作られ
ている中央絶縁部材21が備えられており、絶縁部材は
第1のニュートロード6に対し固定されている。絶縁部
材21は正面にアパーチャを有し、陰極ピン20は、こ
れを通って陰極アセンブリ1に最も近く配置されている
第1のニュートロード6の内部により限定されている中
空ノズルチャンバ22内に伸び、プラズマチャネルの端
緒を形成している。絶縁部材21の外部ジャケット面の
自由露出した部分は、ニュートロード6の内部により限
定されるプラズマチャネル4の壁の部分に対し一定距離
をおいて半径方向に広がる。これにより、環状チャンバ
23が形成され、プラズマチャネル4の端緒で中空チャ
ンバ22内にプラズマガスを供給するのに役立つ。
たはセラミックパウダーなど)のプラズマトーチへの供
給SMは、陰極アセンブリ1に近いプラズマチャネル4
の端でキャリヤガスTGの助けにより達成される。この
目的のために、装置の縦軸2に沿って伸びている供給チ
ューブ24が備えられており、絶縁部材21の中央に固
定されている。供給チューブ24は、中空チャンバ22
で終わり、この場合において陰極ピン20は、供給チュ
ーブ24の出口25よりもプラズマチャネル4内にさら
に伸びる。
備えられた横チャネル26を介して供給される。横チャ
ネル26は、陰極支持部材13に備えられた縦チャネル
27内にも併合している。さらに陰極支持部材13に
は、環状チャネル28が備えられており、縦チャネル2
7の出口は、環状チャネル28に併合している。縦チャ
ネル26に入っていくプラズマガスPGは、縦チャネル
27を介して環状チャネル28に流れ、そこから環状チ
ャンバ23に流れる。中空チャンバ22内にプラズマガ
スPGの最適な層流を作成するために、絶縁部材21に
は、環状チャンバ23と環状チャネル28を相互連結す
る複数のアパーチャ30を有する環状分配ディスク29
が備えられている。
ニュートロード6〜12及び陽極3は、電気的絶縁材料
(例えば、窒化ホウ素など)により作られた環状ディス
ク31により互いに電気的に絶縁されており、シーリン
グリング32により互いに気密に相互連結されている。
プラズマチャネル4は、陰極アセンブリ1の近くに配置
され且つプラズマチャネル4の他の領域よりも半径の小
さい領域33を含んでいる。直径の縮小された領域33
から出発して、プラズマチャネルは、陽極3に向かって
その直径が、その最も狭い点(即ち、領域33の中心)
でのプラズマチャネル4の直径の少なくとも1.5倍ま
で拡大されている。図1より、この直径が増加後、プラ
ズマチャネル4は、陽極3に近いその端まで筒状であ
る。
金から作られるのが好ましい。陽極3は、例えば銅また
は銅合金から作られている外部リング34と、非常に高
い電気及び熱伝導性並びに非常に高い融点(例えば、ト
リウムタングステンなど)を有する材料で作られている
内部リング35とから構成されている。
緒領域(即ち、陰極アセンブリ1に近い領域)でプラズ
マチャネル4の壁に均等にある隙間により邪魔されるこ
とを避けるために、陰極アセンブリ1に最も近く配置さ
れているニュートロード6は、直径の小さい領域33全
体にわたって広がっている。この結果、その陰極側の端
の領域のプラズマチャネル4の壁52には節目がなく、
直径の小さい領域33全体にわたって滑らかである。
の熱に直接露出される部分は総て、水により冷却され
る。この目的のために、陰極支持部材13、陰極部分5
2及び陽極支持部材14には幾つかの水の循環チャネル
が備えられ、ここでは冷却水KWが循環できる。特に、
陰極支持部材13は、各々供給パイプ39、40及び4
1に接続されている環状循環チャネル36、37及び3
8を備えている。陽極支持部材14は、陽極3の領域に
配置されている環状循環チャネル42と、ニュートロー
ド6〜12の総てを囲むニュートロード6〜12の領域
に配置されている環状冷却チャネル43を含んでいる。
冷却水KWは、供給パイプ39及び41を介して供給さ
れる。供給パイプ39により供給された冷却水は、縦チ
ャネル44を通過し、始めは熱的に最も負荷のかかった
陽極3を取り囲む環状循環チャネル42に向かう。ここ
から冷却水は、ニュートロード6〜12のジャケット面
に沿った冷却チャンバ43及び縦チャネル45を介し
て、環状循環チャネル37に流れる。供給パイプ41に
より供給された冷却水は、環状循環チャネル38に入
り、ここから各陰極部分52に付随した冷却チャンバ4
6に入る。冷却チャンバ46は、筒状壁47により細分
されている。陰極アセンブリから、最終的に冷却水は環
状循環チャネル37に流れ、全冷却水が供給パイプ40
を介して装置から出る。
中であるときのプラズマトーチ48の大体の形並びにプ
ラズマガスPGの大体の流路及び溶射材料SMの路が図
式的に示されている。プラズマチャネル4内の直径の小
さい領域33及びその広がりの効果が図3にはっきりと
示され得る。幾つかの陰極ピン20で始まる個々のプラ
ズマトーチブランチ49は、元の位置の非常に近くで合
体される。この効果は、一方では陰極ピン20が互いに
非常に近くに配置されており、他方では、直径の小さい
領域33があり且つ陰極アセンブリ1の近くに配置され
ているという点に基づいている。これによって、プラズ
マトーチ及び流れのラインは、プラズマチャネル4に溶
射材料が供給される場所においてさえも非常に高いエネ
ルギ集中がプラズマチャネル4の中心で発生するような
度合いで狭められる。従って、従来技術の通常装置内に
存在する「冷たい」中央領域の発生が防止される。
に続くプラズマチャネル4の拡大領域では、プラズマト
ーチとプラズマチャネル4の壁50との間の距離は、か
なり大きい。その結果、壁50はこの領域ではあまり熱
負荷に暴露されないので、冷却水により除去されねばな
らないエネルギは小さい。
態様が示されている。これらの図面では、陰極アセンブ
リ領域における適当な部分のみが、部分断面図で示され
ている。以後説明される違いの他には、本装置の設計及
び構造は、図1〜図3を参照として記載されたものと同
一である。さらに対応する部分には同一参照番号を使用
する。
態様との間の違いは、図1に示されているガス分配リン
グ29がガス分配ディスク53に替わっていることであ
る。ガス分配ディスク53は、中央絶縁部材54の正面
に配置され、被覆材料を供給するための中央チューブ2
4から第1のニュートロード6により構成された入口ノ
ズルの壁55まで半径方向に広がる。このガス分配ディ
スク53には、環状チャネル57から第1のニュートロ
ード6の内部により限定された中空ノズルチャンバ22
までプラズマが通過できるように、円の円周に沿って配
置されている複数の連続孔56が備えられている。図5
から図式的に見られ得るように、孔56は、接線方向に
傾斜しており、その結果プラズマガスは、中央縦軸2の
回りを旋回して中央ノズルチャンバ22へ流れる。図1
のガス分配リング29に関しても同一方法を取ることが
できると考えられる。
4の正面は、多くの扇形のへこみを備えているので、こ
れらの領域では、絶縁部材54のこれらの部分59によ
り範囲が限定され、ガス分配ディスク(図5に点線で示
されている)の隣接正面に支えられている扇形の中空チ
ャンバ58が形成される。これを介して陰極ピン20が
伸びるガス分配ディスク53内のアパーチャ60は、陰
極ピン20の外径よりも幾らか半径が大きい。これによ
り、アパーチャ60と陰極ピンの表面との間に環状の隙
間が形成される。扇形のチャンバ58が設備されている
ことにより、プラズマガスの一部はこの隙間を通って環
状チャンバ57からすぐに陰極ピン20に沿って中空ノ
ズルチャンバ22に流れる。ガスの流れは、図4に矢印
61により示されている。
態様を示しており、これにより図6は、図4に示されて
いる図と対応し、図7は、図5に示されている図と対応
し、図8は、図6及び図7の態様で使用されたガス誘導
スリーブの側面を示している。図4及び図5の部分及び
要素と対応する図6〜図8の部分及び要素は、同一参照
番号を有する。
の第2の態様並びに図6〜図8の第3の態様との間の違
いは、図1に示されているガス分配リング29及び図4
に示されているガス分配ディスク53が各々、銅で作ら
れたガス分配スリーブ70で置き換わっているというこ
とである。このガス分配スリーブ70は、中央絶縁部材
71と陽極アセンブリに最も近く配置されている第1の
ニュートロード72との間の環状室に配置されている。
ガス分配スリーブ70には、プラズマガスを通過させる
その外面に長い縦方向の溝73が備えられている。図8
からはっきりと見られるように、縦溝73は螺旋状であ
り、その結果、環状チャネル57から矢印74の方向に
縦溝73に流れるプラズマガスは、ガス分配スリーブ7
0を旋回状態で出ていく。この旋回流れをプラズマトー
チが作られる地点まで保持するために、ガス分配スリー
ブ70は、直径の小さい領域に近い(即ち、ニュートロ
ード72の壁75に近い)領域に届くように縦方向に伸
びている。
形の中空チャンバ76が絶縁要素71に備えられてお
り、同様にここからプラズマガスの一部が陰極ピン20
に沿って中空ノズルチャンバ22に流れ、陰極ピン20
を冷却する。プラズマガスは、関連する縦の隙間77を
介してこれらの扇形の中空チャンバ76に入る。縦の隙
間77は、絶縁部材71に備えられた半径方向に伸びる
入口チャネル78を介して環状チャネル57に接続され
ている。ガス流路は、矢印79により示されている。
1の態様の縦断面図を示す。
拡大部分横断面図を示す。
図であり、プラズマガス及びパウダーまたはガス材料の
流れが示されている図である。
部分の部分断面図を示す。
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
部分の部分断面図を示す。
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
ブの側面図を示す。
Claims (20)
- 【請求項1】 粉末材料又は気体材料を溶射するための
プラズマ溶射装置であって、細長いプラズマトーチを発
生させるのに適合した間接プラズマトロンと、粉末材料
又は気体材料をプラズマトーチの中に軸方向に供給する
ための手段とを有し、前記プラズマトロンが、1つの陰
極アセンブリと、前記陰極アセンブリから距離をとって
配置された1つの環状陽極部材と、前記陰極アセンブリ
から前記陽極部材に延びる1つのプラズマチャネルとを
有し、前記プラズマチャネルが、前記環状陽極部材と、
互いに電気的に絶縁された複数の環状ニュートロードと
によって範囲を限定されており、前記プラズマチャネル
が、前記陰極アセンブリの近くの前記プラズマトーチ区
域内に位置する、縮小された直径を有する領域を有し、
且つそれによってプラズマチャネル入口ノズルを形成し
ており、更に前記陰極アセンブリが、前記プラズマチャ
ネル入口ノズルに対して固定した位置に配置された中央
絶縁部材を有し、且つ前記中央絶縁部材内に埋め込まれ
た複数の陰極要素をも有し、前記陰極要素が、前記装置
の中心軸の周囲の円周に沿って均一に分散配置され、且
つ前記装置の中心軸に対して平行に延びており、前記陰
極要素の各々が、前記絶縁部材から外に延びて前記プラ
ズマチャネル入口ノズルの中に延びる1つの陰極ピンを
有し、前記陰極ピンが、プラズマトーチがその上で発生
させられる活性端部を有し、このようにして前記粉末材
料又は気体材料を前記プラズマトーチの中に軸方向に供
給するための手段が、粉末又は気体の溶射材料を前記プ
ラズマチャネル入口ノズルの中に送給するための供給チ
ューブを有し、前記供給チューブが前記装置の中心軸と
同軸に配置され、且つ前記中央絶縁部材内に固定されて
いることを特徴とするプラズマ溶射装置。 - 【請求項2】 前記陰極要素の前記陰極ピンが、前記プ
ラズマチャネル入口ノズルの中に粉末材料又は気体材料
を供給するための前記供給チューブのプラズマチャネル
側の端部よりも更に遠くまで延びていることを特徴とす
る請求項1に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項3】 前記中央絶縁部材が、高い溶融温度を持
つ材料で作られていることを特徴とする請求項1に記載
のプラズマ溶射装置。 - 【請求項4】 前記中央絶縁部材が、セラミック材料又
は窒化ホウ素で作られていることを特徴とする請求項3
に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項5】 前記陰極アセンブリから前記陽極部材へ
流れるプラズマガスの通過を可能にするために、前記中
央絶縁部材が、前記陰極ピンを取り囲んで且つ前記陰極
ピンよりもより大きな直径を有する複数のアパーチャを
有することを特徴とする請求項1に記載のプラズマ溶射
装置。 - 【請求項6】 前記陰極要素の各々が、1つの水冷され
た陰極軸部材と、前記陰極軸部材の端部部分に固定され
た1つの陰極ピンとを含み、前記陰極ピンが高い溶融温
度を持つ材料で作られていることを特徴とする請求項1
に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項7】 前記陰極軸部材が銅で作られ、前記陰極
ピンがトリウムタングステンで作られていることを特徴
とする請求項6に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項8】 前記陰極ピンの縦軸が前記陰極軸の縦軸
よりも前記装置の中心軸により近いように、前記陰極ピ
ンの各々がその関連した陰極軸に対して偏心して固定さ
れていることを特徴とする請求項6に記載のプラズマ溶
射装置。 - 【請求項9】 前記中央絶縁部材の外側表面及び前記プ
ラズマチャネル入口ノズルの内壁が、プラズマガスを前
記プラズマチャネル入口ノズルの中へ送り込む働きをす
る環状チャネルを画定するように、前記中央絶縁部材の
ジャケット表面が、前記プラズマチャネル入口ノズルの
壁の一部分に対して半径方向に向き合う関係に位置され
ていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ溶射
装置。 - 【請求項10】 前記プラズマチャネル入口ノズルの中
へ流れ込むプラズマガスの層流の改善を実現するための
複数のノズル手段を有するプラズマガス分配手段が備え
られていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ
溶射装置。 - 【請求項11】 前記プラズマガス分配手段が前記中央
絶縁部材上に装着された1つの環状分配ディスクを有
し、該ディスクが、前記中央絶縁部材の前記ジャケット
表面と前記プラズマチャネル入口ノズル壁の前記一部分
との間の前記環状チャネルを通してプラズマガスを通過
させるための複数の連続アパーチャを備えていることを
特徴とする請求項1、9、10のいずれか一項に記載のプ
ラズマ溶射装置。 - 【請求項12】 前記プラズマガス分配手段が、前記中
央絶縁部材の前部に装着された1つの環状分配ディスク
を有し、前記ガス分配ディスクが、被覆材料の供給のた
めの前記供給チューブから前記プラズマチャネル入口ノ
ズル壁まで半径方向に延び、且つ前記プラズマチャネル
入口ノズルの中へプラズマガスを通過させるための複数
の連続アパーチャを備え、前記アパーチャが、前記装置
の中心縦軸と同軸の円周に沿って均一に分散配置されて
いることを特徴とする請求項1、9、10のいずれか一項
に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項13】 前記環状分配ディスクが高い溶融温度
を持つ材料で作られていることを特徴とする請求項12に
記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項14】 前記環状分配ディスクがセラミック材
料又は窒化ホウ素で作られていることを特徴とする請求
項12に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項15】 前記プラズマチャネル入口ノズルの中
へプラズマガスを通過させるための前記連続アパーチャ
の中心軸が、前記装置の中心軸に対して対称である仮想
螺旋線に関して接線方向に延びていることを特徴とする
請求項12に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項16】 前記中央絶縁部材上に装着された前記
環状分配ディスクが更に、前記陰極ピンがそのアパーチ
ャを通って延び且つ前記陰極ピンよりもより大きい直径
を有する複数のアパーチャを有することを特徴とする請
求項11に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項17】 前記プラズマガス分配手段が、前記中
央絶縁部材と前記陰極アセンブリに最も近い位置にある
第1のニュートロードの壁との間の環状チャンバ内に挿
入されたガス分配スリーブを有し、前記ガス分配スリー
ブが、プラズマガスを通過させるための連続縦方向溝を
その外側表面上に有することを特徴とする請求項1、
9、10のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項18】 前記縦方向溝が螺旋形の形状を有する
ことを特徴とする請求項17に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項19】 前記ガス分配スリーブが、前記陰極ア
センブリの最も近くに位置する第1のニュートロードの
壁の近くに延びていることを特徴とする請求項17又は18
に記載のプラズマ溶射装置。 - 【請求項20】 前記プラズマチャネルの横断面が、前
記プラズマチャネル入口ノズルの後方において前記陽極
部材に向かって連続的に拡大することを特徴とする請求
項1に記載のプラズマ溶射装置。
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