JP3138515B2 - プラズマトーチによる加工品の表面処理装置 - Google Patents

プラズマトーチによる加工品の表面処理装置

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JP3138515B2 JP03305724A JP30572491A JP3138515B2 JP 3138515 B2 JP3138515 B2 JP 3138515B2 JP 03305724 A JP03305724 A JP 03305724A JP 30572491 A JP30572491 A JP 30572491A JP 3138515 B2 JP3138515 B2 JP 3138515B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマトーチによる
加工品の表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような処理は、不活性操作ガス雰囲
気中で実施され、処理されるべき加工品は、実質的に感
熱性材料である。従来技術による本発明の装置は、プラ
ズマガン部材と処理されるべき加工品を受け取るための
装置とを有するワークステーションを含んでなる。気密
容器は、前記ワークステーションを包囲して備えられて
いる。さらに、処理されるべき加工品の表面を冷却する
ための冷却装置も具備されている。冷却装置は、処理さ
れるべき加工品の表面に対して向けられた流体冷却媒体
を包含する。
【０００３】加工品の表面、例えば、プラスチック材料
のように感熱性材料からなる加工品の表面でさえも、プ
ラズマトーチにより処理され得る。この処理は、加工品
の表面にコーティングを付与したり、またはこのような
コーティングを調整することを含み得る。しかしなが
ら、処理されたばかりであり、それによってプラズマト
ーチにより加熱された加工品の表面部分が、プラズマト
ーチによる処理後に、迅速に（例えば、加工品の表面に
向けられた冷却ガス流によって）冷却されることが重要
なのである。このように、加工品の表面温度を安全限界
内に保持することが可能であり、加工品の材料の構造は
変化せず且つ加工品は破壊されない。
【０００４】米国特許第４，６７５，２０５号は、その
中心軸に対し対称な加工品の処理に好適な方法及び装置
について開示している。この装置は、処理されるべき加
工品の表面に対して向けられたプラズマ流を生み出す可
動性のプラズマガンを備えている。プラズマガンにより
ちようど処理された加工品の表面を冷却するために、加
工品の表面に対して向けられた冷却媒体流を生み出す冷
却部材が備えられている。この冷却部材は、冷却媒体流
の加工品の表面上の操作領域が、加工品の表面上のプラ
ズマトーチの操作領域を迅速に追随するように、プラズ
マガンと冷却部材との動作が整合されることによって、
十分に可動性であるように据え付けられている。
【０００５】冷却部材の可動領域と同様にプラズマガン
の可動領域は、プラズマガン及び冷却部材へ導く接続パ
イプとケーブルにより、予め決定した範囲に実際に各々
制限されるので、処理されるべき加工品は、プラズマガ
ンと冷却部材の可動路が各々、加工品の回転軸を含む平
面のみを走査する間中は回転される。
【０００６】従来技術のこの装置では、その飽和温度に
近い温度を有する冷却液体が提供される。例えば、ヘリ
ウム、窒素またはアルゴンなどの液化ガスが、冷却液体
として使用されるのが好ましい。
【０００７】米国特許第４，６７５，２０５号の開示に
よる装置では、液化ガスの温度が非常に低くても且つ加
工品の比較的小さな表面積しか冷却されなくても、処理
されるべき加工品を効果的に冷却するためには、かなり
の出力の冷却媒体が必要とされるやり方が示された。そ
れに関して可動式冷却部材は、液化ガス用の出口ノズル
をたった１本しか備えていない。このデザインの欠点
は、高価な冷却媒体を非常に多く消費してしまうこと
と、冷却部材の可動部の制御（即ち、プラズマガンの通
路を常に追随する制御）用の構成上の寸法が非常に過重
な要求をするということである。かくして、このような
装置の操作コスト及びこの種の冷却装置の製造コスト
は、非常に高くなってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の一つ
は、従来技術の上述した欠点を回避するプラズマトーチ
による加工品の表面処理装置を提供することである。
【０００９】本発明のもう一つの目的は、デザインがず
っと簡単で且つ移動される必要のないプラズマトーチに
よって処理されるべき加工品用の冷却部材を備える、プ
ラズマトーチによる加工品の表面処理装置を提供するこ
とである。
【００１０】本発明のさらにもう一つの目的は、新しい
冷却媒体を連続供給する必要が無く且つ運転が非常に廉
価なプラズマトーチによって処理されるべき加工品用の
冷却部材を備える、プラズマトーチによる加工品の表面
処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のこれら及び他の
目的を達成するために、本発明は、処理が不活性操作ガ
ス雰囲気中で実施され、処理されるべき加工品が実質的
に感熱性材料である、プラズマトーチによる加工品の表
面処理装置を提供する。
【００１２】本発明の装置は、プラズマガンとこれによ
って処理されるベき加工品を受け取るための装置とを有
するワークステーションを含んでなり、気密容器は、前
記ワークステーションを包囲して備えられている。さら
に本装置は、処理されるべき加工品の表面を冷却するた
めの固定の冷却部材を備えており、前記冷却部材は、処
理されるべき加工品の表面に対して向けられた流体の冷
却媒体を包含し、前記流体冷却媒体は、前記容器に含ま
れる前記不活性操作ガス雰囲気の一部である。冷却部材
はさらに、容器の内部に固定された冷却媒体出口部材
と、その中で不活性操作ガスの一部が循環する密閉すな
わち閉鎖あるいは閉じた冷却媒体循環回路とを備える。
冷却媒体回路は流入側では容器の出口部材に接続され、
出口側では冷却媒体の出口部材に接続されている。
【００１３】閉じた冷却媒体循環回路は、高価な冷却媒
体が連続して失われずに、循環して再利用し得るという
長所を有する。さらに、プラズマガンによる処理にかけ
られた加工品の表面を効果的に冷却するためには、冷却
媒体の消費を増大させることなく、冷却ガスの出力を増
加させることによってより高温が相殺され得るため、従
来技術の様な極低温のガスまたは液化冷却媒体がなくて
も冷却操作が可能である。
【００１４】冷却ガスの出力が高いと、容器内に配置さ
れた冷却部材を、従来技術に対しより簡単に、特に固定
するように設計し得る。このようにその操作領域、即ち
冷却媒体が冷却部材から流出する領域を、冷却部材を動
かす必要なく、プラズマガンの全操作領域を包含するよ
うに冷却部材を設計し得る。このような冷却部材は冷却
媒体用の複数の出力ノズルを備え、容器内に固定され得
る。従って、冷却部材の可動部を動かし且つ制御する総
ての部材が不必要となる。
【００１５】容器内部には不活性ガス雰囲気を保持する
のに役立つ操作ガス用の第２の密閉すなわち閉鎖循環回
路が備えられており、前記第２の閉鎖循環回路は冷却媒
体用の循環回路に結合されている。操作ガス用の第２の
閉鎖循環回路と冷却媒体用の循環回路が前記回路内で循
環する気体の媒体を精製するための装置を包含する場
合、内部のガス雰囲気は連続して更新される。
【００１６】例えば、漏れによる損失を補償するため
に、操作ガス用の第２の閉鎖循環回路と冷却媒体用の循
環回路とは、操作ガスの媒体源に永続的または断続的に
接続されている。
【００１７】双方の循環回路は、冷却媒体回路内の出力
が操作ガス回路内よりも高いということにより本質的に
異なる。必要な出力を得るために、少なくとも冷却媒体
用の循環回路は循環ポンプを備える。さらに冷却媒体用
循環回路は、流体冷却媒体の温度を所望の値に下げるた
めの熱交換装置を備えると都合がよい。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明の装置の一態様が、装置の図
式が示されている付記図面を参照して説明される。
【００１９】図中に示される本装置の主要部分は、気密
容器１である。容器１の内部には、不活性ガス雰囲気が
作り出され、少なくとも１回の操作サイクルの期間、即
ちその内部で加工品がプラズマトーチにより処理される
べき時間だけ保持される。しかしながら、加工品の処理
の種類に依存して、反応性ガスを不活性ガスまたは不活
性ガス混合物に混合することも可能である。
【００２０】回転可能なソケット２が、容器１の内部に
備えられている。駆動モータ３も容器１の内部に備えら
れ、ソケット２に操作できるように結合されており、所
望の回転速度でソケットを回転させるように適合されて
いる。処理されるべき加工品４は、ここには示されてい
ないが、当業界では公知の固定装置によってソケット２
に固定されている。
【００２１】本態様に於いて、加工品４は、加工品４、
ソケット２及びモータ３に共通の軸５の回りにモータ３
によって回転される、その垂直な縦の中心軸に対して対
称である。
【００２２】加工品４のジャケット表面６は、プラズマ
トーチにより処理されるべきであると仮定する。この目
的のために、そのプラズマ流が加工品４のジャケット表
面６に対して向けられたプラズマガン部材７が備えられ
ている。プラズマガン部材７は、半径方向並びに軸方向
に於いて、回転軸５に関して可動性である。このように
プラズマガン部材７は、加工品４のジャケット表面６か
ら一定の距離で、加工品４のジャケット表面のラインの
形に対応する通路に沿って配置され得る。この目的のた
めに、プラズマガン部材７は、固定ソケット１０に固定
された駆動ユニット９に操作できるように接続されてい
るレバーアセンブリ８の自由端上に据え付けられてい
る。このようなロボット様のデザインは、好適な制御装
置（ここには示されていない）によって制御され、且つ
当業界で公知であるため、このデザインをさらに説明す
る必要はない。
【００２３】加工品４の中心軸５に対してプラズマガン
部材７の反対側には、容器１に対して固着されている冷
却部材11が備えられている。冷却部材11は、以後詳細が
記載されるように、冷却ガスと共に操作される。冷却部
材11は、一つ一つが上下に当距離に配備されている冷却
媒体出口部材としての複数の冷却ノズル12を備える。こ
れによって、加工品４の全体の高さにわたって軸５の方
向に伸長する冷却ガス流が作り出される。このように、
冷却部材11は、プラズマガン部材７により処理されるべ
き加工品４の面積全体を含む操作領域を有する。
【００２４】本実施例の、本発明の装置の操作に必要な
不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム若しく
は同様のガス、若しくはこれらと同様のガスとの混合
物、またはこれらと他のガスとの混合物）は、２つの目
的にかなう。第１に、ガス及びガス混合物は各々、気密
容器１の内部に所定のガス雰囲気環境を作り出し且つ保
持するために、容器１に充填される操作ガスとなること
である。第２に、プラスマガン部材７によって処理され
るべき加工品４用のガス冷却媒体としても役立つことで
ある。
【００２５】操作ガス及び冷却ガスの両方は、両方の循
環回路が共通の排出管１３により各々結合されている循
環回路内で各々循環する。言い換えれば、ガス及びガス
混合物は各々、容器１から排出管１３を通って流出し、
次いでフィルタ１４へと導かれ、そこでガス及びガス混
合物は各々精製される。
【００２６】第１の循環回路では、精製されたガス及び
ガス混合物の一部、即ち、冷却ガス及びガス混合物の一
部は、その温度が下げられる熱交換器１６へと導管１５
を通って供給される。冷却されたガス及びガス混合物は
各々、ポンプ１７を経てから容器１内に合体する導管１
８を通って冷却部材１１に供給される。所望されるだけ
冷却部材１１に供給される冷却ガスの量を計るために、
ポンプは制御回路（ここには、示されていない）に接続
されていることが理解されよう。
【００２７】第２の循環回路では、精製されたガス及び
ガス混合物のもう一部は各々、導管１９を通ってコレク
ションチャンバ２０に供給され、そこから第２のフィル
タ２１を通って、次いでさらに導管２２を通って容器１
に供給される。
【００２８】装置を充填するために必要な、または損失
を補償するために必要な、ガス及びガス混合物は各々、
矢印Ｐによって記号化されている源（ここには、示され
ていない）から取り出され、ポンプ２３を介してコレク
ションチャンバ２０に供給される。
【００２９】容器１の内部へのガス流と、容器１の外部
へのガス流とを制御するために、バルブ２４が導管１８
に備えられ、バルブ２５が導管２２に備えられ、且つバ
ルブ２６が導管１３に備えられている。さらに、導管２
２及び１８に各々供給される、ガス及びガス混合物の量
を各々制御するために、バルブ２７及び２８がコレクシ
ョンチャンバに接続されている。
【００３０】実際には、装置はさらに、完成した加工品
４が容器外へ取り出される前に、容器１内に含まれるガ
ス及びガス混合物を各々吸い込んだりまたは収集する装
置と、操作が中断する間に、これによって空の容器１が
精製した空気で清浄化される装置とを備える。これらの
装置は総て当業界で公知であり、本発明にとって重要で
はないので、これらの装置は総ては図面に示されていな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様を示す配置図である。
【符号の説明】
１ 容器 ２ 回転可能なソケット ３ 駆動モータ ４ 加工品 ５ 回転軸 ６ ジャケット表面 ７ プラズマガン部材 ８ レバーアセンブリ ９ 駆動ユニット １０ 固定ソケット １１ 冷却部材 １２ 冷却ノズル １３ 排出導管 １４ フィルタ １５，１８，１９，２２ 導管 １６ 熱交換器 １７，２３ ポンプ ２０ コレクションチャンバ ２１ 第２のフィルタ ２４，２５，２６，２７，２８ バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 7/00 - 7/18 B23K 10/00 C23C 14/34 H05H 1/26

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不活性の操作ガス雰囲気中で処理され、
    処理されるべき加工品は実質的に感熱性材料である、プ
    ラズマトーチによる加工品の表面処理装置であって、前
    記装置は、 プラズマガン装置と処理されるべき加工品を受け取るた
    めの装置とを有するワークステーションと、 前記ワークステーションを包囲する気密容器と、 処理されるべき前記加工品の表面に対して向けられる流
    体冷却媒体を包含する、処理されるべき加工品の表面を
    冷却する冷却装置とを備えており、 前記流体冷却媒体は前記容器に含まれる前記不活性の操
    作ガス雰囲気の一部であり、前記冷却装置は前記容器内
    部に固定された冷却媒体出口部材も備えており、さらに
    前記不活性の操作ガス雰囲気の一部が循環する閉じた冷
    却媒体循環回路が備えられ、冷却媒体回路が流入側では
    前記容器の出口部材へと、出口側では前記冷却媒体出口
    部材へと接続されていることを特徴とする該装置。
  2. 【請求項２】 前記容器内部に不活性ガス雰囲気を保持
    するのに役立つ操作ガス用の第２の閉鎖循環回路が備え
    られており、前記第２の閉鎖循環回路が冷却媒体用の前
    記循環回路に結合されていることを特徴とする請求項１
    に記載の装置。
  3. 【請求項３】 操作ガス用の前記第２の閉鎖循環回路と
    冷却媒体用の前記循環回路とが、前記回路内を循環する
    ガス媒体を精製するための装置を包含することを特徴と
    する請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 操作ガス用の前記第２の閉鎖循環回路と
    冷却媒体用の前記循環回路とが、操作ガス媒体源に永続
    的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の
    装置。
  5. 【請求項５】 操作ガス用の前記第２の閉鎖循環回路と
    冷却媒体用の前記循環回路とが、操作ガス媒体源に断続
    的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の
    装置。
  6. 【請求項６】 冷却媒体用の前記循環回路が、循環ポン
    プを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 冷却媒体用の前記循環回路が、流体冷却
    媒体の温度を下げるための熱交換器を備えていることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記冷却流を作り出している前記冷却媒
    体出口部材が、処理されるべき加工品の全寸法を包含す
    る操作領域を有することを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
JP03305724A 1990-09-07 1991-09-06 プラズマトーチによる加工品の表面処理装置 Expired - Lifetime JP3138515B2 (ja)

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DE4028482 1990-09-07
DE4028482.4 1990-09-07

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EP (1) EP0474604B1 (ja)
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