JP3144182B2 - プラズマ溶射装置 - Google Patents

プラズマ溶射装置

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JP3144182B2 JP28154593A JP28154593A JP3144182B2 JP 3144182 B2 JP3144182 B2 JP 3144182B2 JP 28154593 A JP28154593 A JP 28154593A JP 28154593 A JP28154593 A JP 28154593A JP 3144182 B2 JP3144182 B2 JP 3144182B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固体素地表面に溶融
した粉末を噴射させ皮膜を形成させる装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマ溶射装置は、粉末状のセラミッ
クス、または金属、プラスチックなどの溶射材料をプラ
ズマで加熱、溶融させて液状微粒子とし、この液状微粒
子をプラズマジェットで固体素地材の表面に高速で衝突
させ(溶射させ)、固体素地に皮膜を形成させるための
ものである。固体素地を被覆することによって耐環性や
耐摩耗性、電気的絶縁性などを向上させる。
【0003】図6は従来のプラズマ溶射装置の構成を示
す系統図である。プラズマトーチ1によって、液状微粒
子の混入するプラズマジェット4を成膜させたい固体素
地2の表面に向けて射出させる。プラズマチート1の陽
極端子20Aおよび陰極端子22Aには配線13を介し
てパルス電源18が接続されている。また、ガス吹付部
15が、ガスボンベ9から配管12Aを介してプラズマ
トーチ1に設けられたガス吹付口15Aに配管接続され
ている。さらに、粉末投入部14が、原料粉末5を収納
した粉末容器7から配管12Bを介してプラズマトーチ
1に設けられた粉末投入口14Aに配管接続されてい
る。また、配管12Bにはガスボンベ8が配管接続され
ている。
【0004】図7は、図6のプラズマトーチ1の内部構
成を示す断面図である。プラズマトーチ1には陰極端子
22Aを備えた陰電極22が軸中心に設けられている。
陰電極22の外周に絶縁体21を介して陽電極20が配
されている。陽電極20は陽電極20Aを備えるととも
に、ノズル部24を形成している。前述のように、プラ
ズマトーチ1にはガス吹付口15Aが設けられてあり、
作動ガス10が陰電極22の先端部22Bに吹き付けら
れる。また、プラズマトーチ1には粉末投入口14Aが
設けられてあり、原料粉末5がプラズマジェット4中に
投入される。
【0005】図7において、陽電極20と陰電極22と
の間に電圧を印加して、陰電極22の先端部22Bにプ
ラズマアークを発生させる。このプラズマアークに作動
ガス10、例えばアルゴンガスを吹き付け、矢印25方
向にプラズマジェット4を射出させる。そのとき、プラ
ズマジェット4中には原料粉末5が投入され、原料粉末
5はプラズマ熱によって溶融し液体微粒子になる。プラ
ズマジェット4は液体微粒子とともにノズル部24から
外部に射出される。
【0006】図6に戻り、パルス電源18は電極間を絶
縁破壊させるとともに、電極間に大電流を流し高温のプ
ラズマを発生させる。ガスボンベ9には、作動ガス10
が充填されている。また、ガスボンベ8にはキャリアガ
ス6、例えばアルゴンガスが充填されている。キャリア
ガス6は、その風圧で原料粉末5を粉末投入口14Aへ
送り、プラズマジェット4中に投入させるためのもので
ある。
【0007】図6において、プラズマトーチ1にギャッ
プ長Gを介して固体素地2が対向して配されている。プ
ラズマジェット4はギャップ長Gを進むとともに半径方
向にも広がりを見せ、固体素地2の表面に直径Dの範囲
の円形溶射皮膜17を形成を形成する。原料粉末5とし
て、例えば、溶融温度が2300°Kのアルミナ粉末を
用いた場合、数万°Kのプラズマジェット4を発生さ
せ、アルミナ粉末を固体素地2に溶射させる。
【0008】また、図6の装置は、電流源としてパルス
電源18が用いられるとともに、ギャップ長Gは数cm
程度になっている。従来の異なる装置例として、電流源
を直流電源とし、ギャップ長Gを10cm程度にしてい
るものがある。しかし、ギャップ長Gをあまり大きくす
ると、数μm厚さの薄い溶射皮膜17を均一に成膜する
ことができず、場所によって不均一になる。溶射皮膜1
7の中央部分が数百μmと、かなり厚く盛り上がる。ギ
ャップ長Gを数cm以下に縮めておけば、薄い溶射皮膜
17が均一に形成される。ギャップ長Gを小さくする
と、プラズマジェット4の熱で固体素地2自体が損傷を
受ける可能性がある。そこで、電流源をパルス電源18
とし、極く短い間だけプラズマジェット4を射出するこ
とによって固体素地2自体の温度上昇を抑える方法が同
一出願人によって既に特許出願されている。パルス電源
18を用いたプラズマ溶射によって、厚さが均一で、か
つ薄い(数μm厚さ)溶射皮膜17が、形成されるとと
もに、固体素地2との密着性が直流電源によるものより
はるかに優れた溶射皮膜17が得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、溶射皮膜の複合層化作業が煩雑
であるという問題があった。すなわち、異なる原料粉末
を溶射することによって溶射皮膜を複数層形成したい場
合、従来は、粉末投入部における配管12B内を清掃す
るとともに、粉末容器内の原料粉末を異なるものに交換
する作業が必要であった。そのために、複数層の層数が
多いほど多大な手間を必要とし、プラズマ溶射のための
準備時間も多大であった。
【0010】この発明の目的は、溶射皮膜の複合層化作
業を容易にすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、プラズマを発生させる電極対
と、この電極対に接続される電源と、プラズマに作動ガ
スを吹き付けプラズマジェットを形成させるガス吹付部
と、プラズマジェットに原料粉末を投入する粉末投入部
と、プラズマ熱によって溶融した原料粉末をプラズマジ
ェットとともに射出させるノズル部とにより構成された
プラズマ溶射装置において、前記電源としてパルス電圧
を出力するパルス電源が用いられるとともに、前記粉末
投入部が複数設けられたものがよい。
【0012】また、かかる構成において、複数の粉末投
入部がそれぞれ互いに異なる原料粉末をプラズマジェッ
トに投入可能であるものがよい。また、かかる構成にお
いて、複数の電源が設けられ、この電源のそれぞれと電
極対との接続を切り換えることのできる切換器が備えら
れたものがよい。
【0013】
【作用】この発明の構成によれば、粉末投入部が複数設
けられた。それぞれの粉末投入部から異なる粉末原料を
順次ノズル部内のプラズマジェットに投入することによ
り、溶射皮膜を複合層化する場合でも粉末原料の交換が
不用になり溶射作業が容易になる。また、それぞれの粉
末投入部から同一の粉末原料を同時にノズル部内のプラ
ズマジェットに投入することにより、溶射皮膜の厚さを
容易に制御することもできる。また、それぞれの粉末投
入部から異なる原料粉末を同時にノズル部内のプラズマ
ジェットに投入することにより、異種材料が混合した溶
射皮膜を形成することもできる。
【0014】また、かかる構成において、複数の電源が
設けられ、この電源のそれぞれと電極対との接続を切換
えることのできる切換器が備えられた。これにより、各
粉末投入部から投入される原料粉末を溶融させるための
注入エネルギーを切換器の操作だけによって制御するこ
とができる。そのために、電源の結線換えや調整作業が
不用になり、溶射作業が容易になる。
【0015】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図1はこの発明の実施例にかかるプラズマ溶射装置
の構成を示す系統図である。もう一つの粉末投入部14
0が原料粉末50を収納した粉末容器70から配管12
0Bを介し、プラズマトーチ100に設けられた粉末投
入口140Aに配管接続されている。また、配管120
Bには、ガスボンベ80が配管接続されている。
【0016】図2は、図1のプラズマトーチ100の内
部構成を示す断面図である。プラズマトーチ100にも
う一つの粉末投入口140Aが設けられてあり、原料粉
末50がプラズマジェット4中に投入される。図1、図
2のその他は、従来の装置である図6、図7の構成と同
じである。同じ部分には同一参照符号を用いることによ
り詳細な説明は省略する。図1において、粉末容器7と
70とにはそれぞれ互いに異なる原料粉末5と50とを
収納しておけば、例えば、溶射皮膜170を複合層化し
たい場合にその溶射作業を非常に容易に、かつ短時間で
実施することができる。すなわち、まず、粉末投入部1
4を動作させて原料粉末5をプラズマジェット4中に投
入し溶射皮膜170の第一層目を形成する。次に、粉末
投入部14の動作を停止させた後、粉末投入部140を
動作させ、原料粉末50をプラズマジェット4中に投入
する。これによって、溶射皮膜170は2層重ねられた
皮膜に形成される。その後、粉末投入部14と140と
を繰り返し動作させることによって、幾層にも重ねられ
た溶射皮膜170を形成することもできる。
【0017】図3は、この発明の異なる実施例にかかる
プラズマ溶射装置の構成を示す系統図である。粉末投入
部14と140とが共通の粉末投入口14Cを備え、開
閉弁16を介してプラズマトーチ101に配管接続され
ている。図4は、図3のプラズマトーチ101の内部構
成を示す断面図である。プラズマトーチ101が2股に
分かれた粉末投入口14Cを備えている。
【0018】図3、図4のその他はそれぞれ、図1、図
2の構成と同じである。原料粉末5と50のいずれが送
られて来ても、それをプラズマジェット4中に投入する
ことができ、溶射皮膜170を容易に複合層化すること
ができる。図1または図3の構成は粉末投入部がいずれ
も2つの場合であるが、3個以上、一般には収納された
原料粉末が異なる複数の粉末投入部を設けることによっ
て、3層以上、複数層の溶射皮膜を容易に形成すること
ができる。また、複数の粉末投入部の原料粉末を同種の
ものにすることによって、原料粉末のプラズマジェット
内への投入量を調整することができ、溶射皮膜の成膜厚
を容易に制御することができる。
【0019】また、図1または図3の構成において、粉
末投入部14、140を同時に動作させることによっ
て、原料粉末5と50とが任意の割合で混合した溶射皮
膜170を形成することもできる。図5は、この発明の
さらに異なる実施例にかかるプラズマ溶射装置の構成を
示す系統図である。もう一つのパルス電源180が設け
られ、切換器19を介してプラズマトーチ100に接続
されている。その他は、図1の構成と同じである。
【0020】図5において、切換器19は動作している
側の粉末投入部14、140に合わせてパルス電源1
8,180を切り換えることができる。これによって、
原料粉末5、50の溶融温度が例え異なっていても、容
易に溶射作業ができる。原料粉末5、50の溶融温度
は、一般にはまちまちであり、例えば、酸化ニッケルの
場合は1,998℃、酸化ジルコニウムの場合は2,7
00℃である。これらを用いて複合層化された溶射皮膜
170を形成したいとき、それぞれのパルス電源18、
180からそれに見合ったエネルギー注入ができるよう
にしておけば、溶射作業が非常に容易になる。とくに、
1台のパルス電源によってその出力エネルギーを変えよ
うとすると、充電電圧や出力電流、パルス幅などを変え
るために、その内部回路の変更が必要となり多大の手間
と時間が要求される。
【0021】なお、図5におけるパルス電源18、18
0は、図3の装置に設けてもよく、上述と同じ効果が得
られる。また、前述したように、3個以上、複数の粉末
投入部が備えられている場合、それぞれの粉末投入部に
対応させて複数のパルス電源を設けてもよい。
【0022】
【発明の効果】この発明は前述のように、粉末投入部が
複数設けられたことによって、溶射皮膜の複合層化作業
が非常に容易になり、かつ、その作業時間も大幅に短縮
される。また、この発明の装置によれば、溶射皮膜の厚
さ制御も容易にできるし、異種材料が混合した溶射皮膜
も容易に形成可能である。
【0023】さらにまた、切換器によって切換接続可能
な複数の電源を設けたことにより、電源の結線換えや調
整作業が不用になり溶射作業がさらに容易になり、その
作業時間もさらに短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例にかかるプラズマ溶射装置の
構成を示す系統図
【図2】図1のプラズマトーチの内部構成を示す断面図
【図3】この発明の異なる実施例にかかるプラズマ溶射
装置の構成を示す系統図
【図4】図3のプラズマトーチの内部構成を示す断面図
【図5】この発明のさらに異なる実施例にかかるプラズ
マ溶射装置の構成を示す系統図
【図6】従来のプラズマ溶射装置の構成を示す系統図
【図7】図6のプラズマトーチの内部構成を示す断面図
【符号の説明】
100,101:プラズマトーチ、2:固体素地、4:
プラズマジェット、5,50:原料粉末、6:キャリア
ガス、7,70:粉末容器、8,80,9:ガスボン
ベ、10:作動ガス、12A,12B,120B:配
管、13:配線、14,140:粉末投入部、14A,
140A,14C:粉末投入口、15:ガス吹付部、1
5:ガス吹付口、16:開閉弁、170:溶射皮膜、1
8,180:パルス電源、19:切換器、20:陽電
極、20A:陽極端子、21:絶縁体、22:陰電極、
22A:陰極端子、22B:先端部、24:射出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/42 H05H 1/44 C23C 4/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマを発生させる電極対と、この電極
    対に接続される電源と、プラズマに作動ガスを吹き付け
    プラズマジェットを形成させるガス吹付部と、プラズマ
    ジェットに原料粉末を投入する粉末投入部と、プラズマ
    熱によって溶融した原料粉末をプラズマジェットととも
    に射出させるノズル部とにより構成されたプラズマ溶射
    装置において、前記電源としてパルス電圧を出力するパ
    ルス電源が用いられるとともに、前記粉末投入部が複数
    設けられたことを特徴とするプラズマ溶射装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のプラズマ溶射装置におい
    て、複数の粉末投入部がそれぞれ互いに異なる原料粉末
    をプラズマジェットに投入可能であることを特徴とする
    プラズマ溶射装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載のプラズマ溶射装
    置において、複数の電源が設けられ、この電源のそれぞ
    れと電極対との接続を切り換えることのできる切換器が
    備えられたことを特徴とするプラズマ溶射装置。
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