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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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(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。
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。
【０００２】前記プラズマチャネルは、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。
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。
【０００３】
【従来の技術】例えば溶融状態の粉末材料を基板表面上
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。
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。
【０００４】現在において工業的に使用されるプラズマ
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。
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。
【０００５】欧州特許出願第 0 249 238号は、基板表面
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。
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。
【０００６】エネルギ勘定に関しては、従来技術で公知
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。
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。
【０００７】これらの事実は、細長いプラズマトーチを
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。
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。
【０００８】こうした状況下では、その結果は、自由プ
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。
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。
【０００９】しかし、プラズマ溶射装置をその特性が改
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。
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。
【００１０】ドイツ実用新案第 1,932,150号は、短いプ
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。
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。
【００１１】更に、中空陰極部材から流出する被覆材料
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。
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。
【００１２】しかし、細長いプラズマトーチを有するプ
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。
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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】粉末材料又は気体材料
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。
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。
【００１４】特に本発明の目的は、損耗を受けるその装
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。
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。
【００１５】更に本発明の更に別の目的は、基板被覆の
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。
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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】これらとその他の目的を
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。
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。
【００１７】このプラズマトロンは、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。
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。
【００１８】このプラズマチャネルは、陰極アセンブリ
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。
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。
【００１９】各々の陰極要素は、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。
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。
【００２０】本発明による装置の、細長いプラズマトー
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。
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。
【００２１】中央絶縁部材は、陰極部材を互いから電気
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。
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。
【００２２】好ましい実施例では、中央絶縁部材がプラ
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。
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。
【００２３】陰極要素も高い熱負荷を受けるが故に、こ
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。
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。
【００２４】陰極ピンユニットから生じるプラズマトー
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。
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。
【００２５】プラズマガスの層流を確保するために、中
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。
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。
【００２６】プラズマガスの層流特性を更に改善するた
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。
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。
【００２７】第２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。
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。
【００２８】この環状分配ディスクは、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
れることが好ましい。
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。
【００２９】第３の実施例では、プラズマガス分配手段
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。
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。
【００３０】
【実施例】本発明の装置の好ましい実施例を、以下の添
付図面を参照して更に説明する。
付図面を参照して更に説明する。
【００３１】図１及び図２に示されているプラズマ溶射
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。
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。
【００３２】陰極アセンブリ１は、電気的に絶縁材料か
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。
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。
【００３３】さらに第３の金属スリーブ１７は、陽極３
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。
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。
【００３４】陰極アセンブリ１には、プラズマチャネル
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。
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。
【００３５】プラズマチャネル４に面する陰極支持部材
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。
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。
【００３６】基板上に溶射すべき材料（例えば、金属ま
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。
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。
【００３７】プラズマガスＰＧは、陰極支持部材１３に
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。
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。
【００３８】プラズマチャネル４を限定する要素、即ち
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。
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。
【００３９】ニュートロード６〜１２は、銅または銅合
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。
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。
【００４０】プラズマガス流がプラズマチャネル４の端
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。
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。
【００４１】プラズマトーチの熱及び熱いプラズマガス
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。
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。
【００４２】図３には、図１及び図２による装置が操作
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。
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。
【００４３】陽極３の方向に見られる、直径の縮小領域
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。
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。
【００４４】図４及び図５では、本発明の装置の第２の
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。
【００４５】図１の第１の態様と図４及び図５の第２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。
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。
【００４６】ガス分配ディスク５３に面する絶縁部材５
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。
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。
【００４７】図６〜図８では、本発明の装置のさらなる
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。
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。
【００４８】図１の第１の態様と、一方の図４及び図５
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。
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。
【００４９】この態様の陰極軸部分５２の正面では、扇
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。
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。
【図１】３つの陰極部材を有するプラズマ溶射装置の第
１の態様の縦断面図を示す。
１の態様の縦断面図を示す。
【図２】図１の態様の線II−IIに於ける陰極部材領域の
拡大部分横断面図を示す。
拡大部分横断面図を示す。
【図３】図１の態様のプラズマチャネルの拡大概略断面
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。
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。
【図４】本発明の装置の第２の態様の陰極領域の適切な
部分の部分断面図を示す。
部分の部分断面図を示す。
【図５】図４の方向Ｘに於ける第２の態様のプラズマチ
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
【図６】本発明の装置の第３の態様の陰極領域の適切な
部分の部分断面図を示す。
部分の部分断面図を示す。
【図７】図６の方向Ｘに於ける第３の態様のプラズマチ
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
ャネルの正面域の概略部分図を示す。
【図８】図６及び図７の態様で使用するガス誘導スリー
ブの側面図を示す。
ブの側面図を示す。
１ 陰極アセンブリ ２ 中央縦軸 ３ 陽極 ４ プラズマチャネル ６〜１２ ニュートロード １３ 陰極支持部材 １４ 陽極支持部材 １５〜１７ 金属スリーブ １８ フランジ端 ２０ 陰極ピン ２１ 中央絶縁部材 ２２ 中空ノズル ２３ 環状チャンバ ２４ 供給チューブ ２５ 出口 ２６ 横チャネル ２７ 縦チャネル ２８ 環状チャネル ２９ 環状分配リング ３０ アパーチャ ３１ 環状ディスク ３２ シーリングリング ３３ 領域 ３４ 外部リング ３５ 内部リング ３６〜３８ 環状循環チャネル ３９〜４１ 供給パイプ ４２ 環状循環チャネル ４３ 環状冷却チャネル ４４，４５ 縦チャネル ４６ 冷却チャンバ ４７ 筒状壁 ４８ プラズマトーチ ４９ プラズマトーチブランチ ５２ 陰極部分 ５３ ガス分配ディスク ５４，７１ 中央絶縁部材 ５５ 壁 ５６ 孔 ５７ 環状チャンバ ５８，７６ 中空チャンバ ６０ アパーチャ ６１，７４，７９ 矢印 ６２ 絶縁チューブ ６３ 環状ディスタンス部材 ６４ 陽極部材 ６５ 内面 ６６ 陽極リング ７０ ガス分配スリーブ ７２ ニュートロード ７３ 溝 ７７ 隙間 ７８ 入口チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−116799（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40300（ＪＰ，Ａ) 特公 昭37−11415（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭43−2977（ＪＰ，Ｙ１) 米国特許3360988（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B05B 7/06 - 7/22 C23C 4/12 - 4/16 H05H 1/26 - 1/44
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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4105407A DE4105407A1 (de) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | Plasmaspritzgeraet zum verspruehen von festem, pulverfoermigem oder gasfoermigem material |
| DE4105407.5 | 1991-02-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0584455A JPH0584455A (ja) | 1993-04-06 |
| JP3131001B2 true JP3131001B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=6425559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04035347A Expired - Lifetime JP3131001B2 (ja) | 1991-02-21 | 1992-02-21 | 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 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5332885A (ja) |
| EP (1) | EP0500492B1 (ja) |
| JP (1) | JP3131001B2 (ja) |
| AT (1) | ATE136190T1 (ja) |
| CA (1) | CA2061181C (ja) |
| DE (2) | DE4105407A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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