JP3426247B2 - プラズマ発生器用の電極と、電極を有する発生器と、溶融金属の凝固処理をするための方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、移動可能なタイプと移動不可能なタイプの
両方のプラズマアーク発生器に関し、特に、閉成された
経路を循環するプラズマアークを発生する種類のプラズ
マ装置に関する。本発明は、さらに、以下に述べるよう
な種類のプラズマ発生器に使用するための電極に関す
る。

プラズマアーク発生器は、多くの技術的処理において
沢山の対象物を熱処理するために使用される。それは例
えば、金属学的処理におけるいわゆるプラズマ再溶解、
プラズマ鋳造、プラズマクリーニングなどである。その
１つの態様によれば、本発明は、循環するプラズマアー
クによって、モールド内で溶融金属を冷却し結晶化する
ために加熱する処理に関し、その目的は、ブローホール
や気孔の形成、偏析、収縮キャビティの形成、インゴッ
トを横断した化学成分や結晶構造の不均一さ等のよう
な、典型的な鋳造欠陥を除去することである。

発明の背景 プラズマアークトーチを有するプラズマ発生器は当業
者に知られていて、種々の金属学的応用のためのそれら
の構成とそれらの利用は、一般的に沢山の技術論文やハ
ンドブックに見られる。例えば、オハイオ州メタルパー
クの金属ハンドブック第９版、第15巻の「プラズマ溶融
と鋳造」の章、および、1985年のヴィ・デンボフスキー
（V.Dembovsky）によるエルセヴィール（Elsevier）314
頁〜315頁の論文「プラズマ金属学、その原理」であ
る。

プラズマ発生器は、基本的には２つのグループに分け
られる：それらは、陽極と陰極の両方が移動不可能なア
ークを有するプラズマ発生器、すなわち移動不可能なプ
ラズマアーク発生器として知られた装置の部品として形
成されているもの；および対向電極が電気的に導電性の
基板であるのに対し一方のみの電極を有するものであっ
て移動可能なアークを有するプラズマ発生器、すなわち
移動可能なプラズマアーク発生器である。

英国特許（GB）第1268843号は、水冷された陰極と、
供給装置に接続されていて一方が点火用で他方が通常の
操作用の２つの環状の陽極とを有する移動不可能なプラ
ズマアーク発生器を示している。陰極の先端は、アルゴ
ン、ヘリュームまたは窒素のような不活性ガスの注入に
よって保護されている。

米国特許（US−Ａ）第４、958、057号は、連続鋳造工
程における金属を加熱するのに使用する典型的な移動可
能なプラズマアーク発生器を示している。これは、保護
用不活性ガス注入のための内側チャンネルを有した水冷
式配置の円筒状の陰極保持部材、点火陽極および環状の
形状の陽極を有している。電気放電は、陰極と、陽極と
して設定された処理されるべき基板との間で行われる。

適切に機能させるために、保護ガスの注入または水冷
が必要であることは、通例の移動不可能および移動可能
なタイプの両方のプラズマ発生器の本質的に内在する欠
点である。ガス冷却が使用されると、プラズマ供給ノズ
ルを有するいわゆるプラズマトーチが使用される。加圧
不活性ガスのトーチへの注入は、プラズマ供給ノズルか
ら高速で噴出する細長いプラズマジェットの形成と協同
し、鋳造金属の凝固処理の場合において凝固しかけてい
る金属の表面に、冷却中に大きなキャビティを形成する
ことになる局部的な圧力を及ぼす原因となる。

冷却水が存在すると、いかなる漏水もそれが加熱した
溶融金属に達すると爆発を起こすので危険である。

プラズマアークが処理された基板に関し、対応する形
状の電極に沿って開成されたすなわち真っ直ぐな、また
は、閉成された循環式に制御可能に移動されるプラズマ
発生器もまた知られている。アークのそのような移動
は、過熱を回避し、基板のより一定した処理を提供し、
および電極の腐食を減少して、装置の寿命間隔を延ば
す。このように、米国特許第５、132、511号は、軸的に
互いに離間しアークを回転するための電磁気的コイルを
有した２つの同軸的管状の電極を有する移動不可能なプ
ラズマトーチを開示している。このコイルは、２つの電
極の間に設けられ封止された円筒状のチャンバーに設け
られている。

米国特許第５、393、954号は、２つの同軸の管状の電
極を有し、その少なくとも１つが電気的制御手段を持っ
た磁場によって取り囲まれ、プラズマアーク脚部が制御
された状態で設けられている移動不可能なプラズマトー
チを記載している。プラズマ発生ガスが、上記電極を分
離するチャンバーに注入された場合、アークが点火され
る。

プラズマ発生器のアークは、ローレンツ力（Lorenz
force）として知られているポンダーモチィブ力（ponde
rmotive force）の作用によって移動されることが知ら
れている。ローレンツ力は、電荷が磁場に移動し、磁場
の磁気誘導と、電荷と、その速度とに比例し、また磁気
誘導と移動電荷の速度との間のベクトルの角度に依存す
る場合に上昇する。ローレンツ力は、磁場のアーク（強
力な電気放電である）と、電極を通って流れる電流によ
って発生器に生成される磁場との間の相互作用の結果プ
ラズマ発生器に生成されることが知られている。電極が
いわゆる２レール式（two−rail）構造を形成している
場合、ローレンツ力は加速され電気的アークを移動す
る。

ここでプラズマ発生器の電極に関して使用される用語
「２レール式構造」は、互いに離間し、それぞれが電気
的供給装置の１つの極に接続された２つの平行な電気導
電性対象物（いわゆるレール）として理解すべきであ
る。電気的アークが電極間で開始された場合、それは供
給装置により電気接触片の位置から離れてレールに沿っ
て移動する。

従来技術によれば、アーク放電が、２つの平行な電極
の間の空間内のポンダーモティブ力によって加速される
プラズマアーク発生器の用法は、時として、電磁気的レ
ール加速装置すなわちレール幾何学を持ったプラズマ加
速装置に関する。

それによって、ローレンツ力が加速し２レール式構造
を持ったプラズマアーク発生器のプラズマアークを移動
する現象は、電磁気的加速の原理として知られている。
プラズマ加速器または磁気的ハイドロダイナミック発生
器に関して記載されている文献として、例えば、アレク
サンドロフ（Alexandrov）他の1983年のシャルコフ（Ch
arkov）第192頁から194頁「インパルスプラズマ加速装
置」、および、ジェー・コンパン（J.Kompan）とイー・
シェルビーニン（E.Sherbinin）の1989年のマシーノス
トローニー（Mchinostroenie）第191頁から192頁「エレ
クトロスラグ溶接および溶解」がある。ローレンツ力の
特別の応用は、リンゼー・ディー・トーンヒル（Lindse
y D.Tornhill）他の1993年６月、第21巻第３号プラズ
マ科学学会第289頁から290頁「レール銃のプラズマアー
マチュア用計測法」に記載されている。

磁気的レール加速装置を持った移動不可能なプラズマ
アーク発生器の例は、ソ連特許（SU）第890576号に記載
されている。この発生器において、電極は、２つの同軸
の楕円形のチューブの形状で、電極間の空間は誘電材料
を保持している。各チューブの壁は、一方のチューブの
スロットが他方のチューブのスロットが設けられていな
い壁の部分に面するように、軸線的にスロットが設けら
れている。各スロットに隣接して、１つの電気的接触片
があって、それによって２レール式構造が形成される。
プラズマアークの連続した循環のために、スロットを横
切りやすくなければならず、そのために各スロットの幅
はアークの厚さよりも小さくなければならない。しかし
ながら、スロットのいずれかを横切る場合、アークは、
丁度隣接する電気的接触片のゾーンに到達し、従って、
スロットの近傍を移動するアークの速度は減少され、放
電はときどき中断され、これは明らかに欠点と言える。

ソ連特許（SU）第847533号は、電気的に導電性の基板
を処理するための移動可能なプラズマアーク発生器を示
している。これは、発生器の一部を構成する主電極を有
していて、電気的に導電性の基板が対向電極としてセッ
トされている。主電極は、部分的に重なり合った端部
が、その間にギャップを形成するように互いに関連して
直角に設けられた一巻きのスパイラル状に巻かれた中空
の長い本体部のような形状である。スパイラル本体部の
一方の端部のリム（rim）は、基板に近接して（近接リ
ム）設けられていて、上記ギャップの近傍に設けた接続
手段によって電気的供給源の極に接続されている。電極
のスパイラル形状は、次の方程式による： Ｙ＝Ｋ（Ｘ）^3/2 ここで、Ｙはスパイラルのピッチ、Ｋは比例定数そし
て、Ｘは接続手段とスパイラルの端部との間のスパイラ
ルの円周に沿った直線距離である。この方程式に従え
ば、スパイラル電極に沿ったアークの加速が間違いなく
確実になる。

しかしながら、上記関係の条件に合った形状の電極を
使用することは、多くの欠点を構成する： （ａ）プラズマアーク発生器用の電極を作るために便利
に使用される炭素またはタングステンあるいはいくつか
の他の材料からスパイラル電極を製造することは、困難
でありまた高価である； （ｂ）Ｘの関数としてのＹの指数的増加により、プラズ
マ電流は変動し、それゆえ、事実上、ソ連特許（SU）第
847533号によるプラズマアーク発生器は、補助的手段無
しに、スパイラルの直径を6cmよりも大きくないように
するだけで確実に操作しやすくなり、比較的大きい直径
はプラズマアークの中断を生ずる。そのような中断を先
取りするために、プラズマアークの放電は、高電圧発振
器手段によって各サイクルで再点火されなければならな
い； （ｃ）プラズマは電極リムに近接したスパイラルに沿っ
て不均一に加速されるので、電極は、不均一な方法で加
熱され、効率的な水温と圧力制御ができる適切な装置に
よって、効果的で信頼性のある冷却システムが必要にな
る。これらは全てプラズマ発生器を高価なものとし、漏
水による危険のために、冷却水の使用は好ましくないと
いうことにより応用を不可能にする。

発明の目的 本発明の１つの目的は、プラズマアーク発生器用の、
簡単で安価であり連続的な循環を生ずるのに適してい
て、水冷または保護ガスの注入が不要であって、少なく
とも約50kWの出力がかなりの時間の間作用する電極を提
供することである。

本発明の他の目的は、新規な電極を有するプラズマ発
生器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、モールド内の溶融金属の
凝固の熱処理用に特に好適な種類の移動可能なアークタ
イプのプラズマ発生器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、循環プラズマアークを持
ったモールド内の溶融金属の凝固の熱処理用に改良され
た方法を提供することである。

発明の一般的説明 以下の記述および請求項において、用語「長手方向
の」および「長手方向に」は、２つの端部リムを持った
管状の本体部を有するプラズマアーク発生電極との関係
で使用され、一方のリムから他方のリムにつないでいる
管状の本体部に沿った経路または方向を記述するためで
ある；および、用語「横方向の」および「横方向に」
は、長手方向の線を中断する方向を示す。

ある態様によると、本発明は、対向電極と関連するプ
ラズマアーク発生電極であって、閉成された経路に沿っ
て第１の方向へ移動可能なプラズマアーク放電を発生す
ることが可能な２レール式構造を有していて、プラズマ
アーク発生電極は、直流電源供給装置に接続するための
電気的接続手段を有していて、第１のリム領域の一部分
を形成する第１のリムと第２のリム領域の一部分を形成
し電気的アーク放電に役立つ作業用の第２のリムとから
成る本質的に管状の本体部を有し、電極において： （ｉ）前記電気的接続手段は、少なくとも１つの接続部
サイトを電極に有していて； （ii）前記管状の本体部は、少なくとも１つの長手方向
に延在したギャップを有していて、このギャップは、第
１のリム領域のギャップ範囲と、主ギャップ範囲と、第
２のリム領域のギャップ範囲とを有していて、これらの
各ギャップは、第１と第２のリムを各有する第１の壁セ
クターと第２の壁セクターとの間を横方向に分割してい
て、前記第１の壁セクターがギャップと関連した前記接
続部サイトを保持していて； （iii）第２の壁セクターの第２のリムは、プラズマア
ークの転送ゾーンを有していて、前記接続部サイトを保
持している第１の壁セクターの第２のリムは、プラズマ
アークの受領ゾーンを有していて、このプラズマアーク
転送ゾーンと受領ゾーンとは、前記長手方向に延在した
ギャップの第２のリム領域のギャップ範囲の境界によっ
て分けられて前記ギャップ範囲の２つの側部を形成して
いて； （iv）前記ギャップと関連した接続部サイトは、第２の
リムへの接続部サイトの投影が前記プラズマアークの受
領ゾーンから前記第１の方向と反対の第２の方向へ横方
向に移動されているように配置されていて、 操作において、前記プラズマアーク発生電極と対向電
極との間に形成されたプラズマアークを前記第２のリム
領域に沿ってまた前記各第２のリム領域のギャップ範囲
を横切って前記第１の方向の閉成された経路に連続的に
移動するために、ローレンツ力が前記２レール式構造に
発生する。

本発明によるプラズマ発生器電極の実質的に管状の本
体部は、円筒状、多面的、星形形状の多面体の外径、ま
たは類似のものである。

本発明の１つの実施例によれば、管状の本体部は、単
一のギャップを有していて、２つの壁セクター（secto
r）は、ギャップの一方の側部から他方の側部へ延在す
ることによって単一の本体部に同化している。このよう
にして、この実施例によれば、電極は唯一のスロットを
有する管状の本体部を備えている。

本発明の他の実施例によれば、管状の本体部は複数の
ギャップと複数の壁セクターとを有していて、各壁セク
ターが２つのギャップの間に延在している。

発生器の電極の第２のリム領域と接触するプラズマア
ークの部分は、「脚部」として当該分野で参照される。
本発明のプラズマアーク発生電極の操作において、プラ
ズマアークの脚部は、第２のリム領域に沿って閉成され
た経路に移動する。

本発明による好ましい実施例のプラズマアーク発生電
極によれば、各第２のリム領域のギャップ範囲は、実際
のプラズマアークカラム（column）の最も小さい直径よ
りも実質的に広くないように寸法が定められていて；第
２のリム領域へのギャップに関連した接続部サイト（si
te）の投影と、電気的アークの受領ゾーンとの間の距離
は、実質的に実際のプラズマアークカラムの脚部の最大
の直径よりも小さくはない。

アークカラムの直径とアーク脚部の直径とは、経験的
に測定され得る明白に決定可能な値であることが分か
る。最小と最大のアークカラム直径の値は、さらに、当
業者に知られた方程式の助けによって最大と最小のアー
ク電流の値から計算される。たとえば、大気圧でのガス
雰囲気において、また、アーク電流が約300Aにおいて、
固体電極のアークカラムの直径は約5cmに達し、アーク
脚部の直径は通常３から5mmの範囲である。

上述の装置の意味は、装置内で開始された可能な限り
狭いアークカラムが、ギャップを横切ることが可能でな
ければならず、最大の幅のアークが、第２のリム領域の
ギャップ範囲を横切っていても接続部サイトの下方にあ
るゾーンと重なり合ってはいけないが、しかしむしろ、
上述した方法で接続部サイトから横方向に移動される電
気的アークの受領ゾーンを通って移動し、それによって
電気的アークの連続した移動が達成されるということで
ある。

好ましくは、接続部サイトは、第１のリム領域に近接
して設けられている。

もし必要であれば、電極の第２のリム領域は、電気的
放電用の表面が増加し、また、管状の本体部の軸線に対
する直角からそれていて、それによってアークの方向の
制御が可能なように傾斜していてもよい。

本発明のプラズマアーク発生電極の一実施例によれ
ば、前記少なくとも１つの長手方向に延在したギャップ
の主範囲は、第２のリムへのギャップに関連した接続部
サイトの投影が電気的アーク転送ゾーンを保持する壁セ
クターに位置するように形成されている。

本発明の一実施例によれば、前記実質的に管状の本体
部のセクターは、第２のリムへの各ギャップに関連して
いる接続部サイトからの投影が閉成された経路から離れ
て、前記閉成された経路の中かまたは外側に位置するよ
うに構成されている。

もし必要であれば、本発明によるプラズマアーク発生
電極の壁セクターは、少なくとも各ギャップの第２のリ
ム領域のギャップ範囲が、プラズマアークの転送ゾーン
と受領ゾーンとを構成する隣接した壁セクター部分の間
の重なり合いによって形成されるように構成されてもよ
い。そのような構成において、電極の断面積領域は、周
囲が第１のリムの接続部サイトによって規定される円筒
状の管状の本体部を越えて増加される。たとえば、電極
の管状の本体部は、星形状の多面体形を有していて、そ
れらの端部近傍と部分的に重なり合った複数のモジュー
ル本体部セグメントで構成されてもよい。

出力の際は、本発明によるたとえば炭素または強固な
金属のプラズマ発生器電極は、水冷を必要としないで、
最大50kWまでのプラズマアーク放電の発生が可能とな
る。しかしながら、7cmを越えない横断寸法の本発明の
電極のために、中断操作が必要である。

本発明の第２の態様によれば、詳述したような電極を
有するプラズマアーク発生装置が設けられている。この
プラズマアーク発生装置は、移動不可能と移動可能な両
方である。本発明による移動不可能なプラズマアーク発
生装置は、建設産業用の未加工の材料、ウエィスト（wa
ste）または、その他の誘電体材料のような非導電性の
基板のプラズマ処理用に使用される。

１つの実施例によれば、本発明は、対向電極としての
電気的に導電性の基板を持ったプラズマアーク発生電極
を有したプラズマアーク発生装置を備えている。プラズ
マアーク発生電極と対向電極とは一体に形成されてい
て、閉成された経路に沿って第１の方向へ移動可能なプ
ラズマアーク放電を発生することが可能な２レール式構
造を有していて、プラズマアーク発生電極は、直流電源
供給装置に接続するための電気的接続手段を有してい
て、第１のリム領域の一部分を形成する第１のリムと第
２のリム領域の一部分を形成し電気的アーク放電に役立
つ作業用の第２のリムとから成る本質的に管状の本体部
を有し、電極において： （ｉ）前記電気的接続手段は、少なくとも１つの接続部
サイトを電極に有していて； （ii）前記管状の本体部は、少なくとも１つの長手方向
に延在したギャップを有していて、このギャップは、第
１のリム領域のギャップ範囲と、主ギャップ範囲と、第
２のリム領域のギャップ範囲とを有していて、これらの
各ギャップは、第１と第２のリムを各有する第１の壁セ
クターと第２の壁セクターとの間を横方向に分割してい
て、前記第１の壁セクターがギャップと関連した前記接
続部サイトを保持していて； （iii）第２の壁セクターの第２のリムは、プラズマア
ークの転送ゾーンを有していて、前記接続部サイトを保
持している第１の壁セクターの第２のリムは、プラズマ
アークの受領ゾーンを有していて、このプラズマアーク
転送ゾーンと受領ゾーンとは、前記長手方向に延在した
ギャップの第２のリム領域のギャップ範囲の境界によっ
て分けられて前記ギャップ範囲の２つの側部を形成して
いて； （iv）前記ギャップと関連した接続部サイトは、第２の
リムへの接続部サイトの投影が前記プラズマアークの受
領ゾーンから前記第１の方向と反対の第２の方向へ横方
向に移動されているように配置されていて、 操作において、前記プラズマアーク発生電極と対向電
極との間に形成されたプラズマアークを前記第２のリム
領域に沿ってまた前記各第２のリム領域のギャップ範囲
を横切って前記第１の方向の閉成された経路に連続的に
移動するために、ローレンツ力が前記２レール式構造に
発生する。

以下の記述において、本発明におけるプラズマアーク
発生装置の一部を形成するプラズマアーク発生電極は、
時として「主電極」として参照する。

本発明による移動可能なプラズマアーク発生装置の一
実施例は、主電極を取り巻いていてそれとの間に環状の
チャンバーを形成するようにそれから離間した円筒状の
ハウジングを有している。もし必要であれば、蓋部が、
電極の第１のリムに近接した端部からハウジングを封止
するために設けられても良い。さらに、もし必要であれ
ば、プラズマアーク放電を点火するための点火装置が、
第１のリムに近接してハウジングと主電極との間の環状
の空間内に設けられても良く、点火に際し主アークを開
始する補助的アークが発生されても良い。

典型的には、点火手段は、その内部に同軸的に互いに
離間して第２の管状の電極を保持した第１のステム状の
電極を有していて、この第１と第２の電極は、直流電源
装置の２つの極に接続可能であって、第３のロッド状の
電極が実質的に第２の管状の電極とその端部部分と直角
になるように設けられていて、この第３の電極は、電気
的に高電圧発振器に接続可能である。好ましくは、上述
のチューブの端部部分は、ステム形状と管状の電極との
間で高発振電圧が第３のロッド形状の電極を介して適用
される領域において、狭いギャップを規定するように内
部突出部と共に形成されている。

ある特定の構成において、点火装置は、ハウジングの
蓋部に取着されていて、主電極の第２のリムの領域に軸
線的に延在している。

本発明による移動可能なプラズマアーク発生装置の好
ましい実施例によれば、主電極の軸的離間用の手段が設
けられていて、それによって基板からの第２のリムの距
離が調整され、操作の際最適化される。

本発明の移動可能なプラズマアーク発生装置の代表的
な応用は、点火手段のような適切なモールド内での凝固
中の溶融金属の熱処理である。

従って、本発明のさらに他の態様によれば、モールド
内の溶融金属を凝固させる熱処理方法であって、対向電
極として設けられた電気的に導電性の基板と協同するた
めの主電極を有する搬送可能なプラズマアーク発生装置
を備え、前記電気的に導電性の基板と関連する主電極
が、閉成された経路に沿って第１の方向へ移動可能なプ
ラズマアーク放電を発生することが可能な２レール式構
造を有していて、電極は、直流電源供給装置に接続する
ための電気的接続手段を有していて、第１のリム領域の
一部分を形成する第１のリムと第２のリム領域の一部分
を形成し電気的アーク放電に役立つ作業用の第２のリム
とから成る本質的に管状の本体部を有し、電極におい
て： （ｉ）前記電気的接続手段は、少なくとも１つの接続部
サイトを電極に有していて； （ii）前記管状の本体部は、少なくとも１つの長手方向
に延在したギャップを有していて、このギャップは、第
１のリム領域のギャップ範囲と、主ギャップ範囲と、第
２のリム領域のギャップ範囲とを有していて、これらの
各ギャップは、第１と第２のリムを各有する第１の壁セ
クターと第２の壁セクターとの間を横方向に分割してい
て、前記第１の壁セクターがギャップと関連した前記接
続部サイトを保持していて； （iii）第２の壁セクターの第２のリムは、プラズマア
ークの転送ゾーンを有していて、前記接続部サイトを保
持している第１の壁セクターの第２のリムは、プラズマ
アークの受領ゾーンを有していて、このプラズマアーク
転送ゾーンと受領ゾーンとは、前記長手方向に延在した
ギャップの第２のリム領域のギャップ範囲の境界によっ
て分けられて前記ギャップ範囲の２つの側部を形成して
いて； （iv）前記ギャップと関連した接続部サイトは、第２の
リムへの接続部サイトの投影が前記プラズマアークの受
領ゾーンから前記第１の方向と反対の第２の方向へ横方
向に移動されているように配置されていて、 前記第２のリムが、適切に選択された距離離れて溶融
金属の表面に近接するように前記プラズマ発生器を取り
付け、前記主電極を電源供給装置の一方の極に、溶融金
属を他方の極に接続し、電気的アークを発生させ、操作
において、前記主電極と対向電極との間に形成されたプ
ラズマアークを、前記第２のリム領域に沿ってまた記第
２のリム領域ギャップ範囲を横切って前記第１の方向の
閉成された経路に連続的に移動するために、ローレンツ
力が前記主電極と前記対向電極とを有する２レール式構
造に発生され； 溶融金属が凝固するまで処理を継続する。

本発明によるプラズマアークの熱処理によって溶融金
属の冷却と凝固管理の制御は、凝固した金属の品質を改
良する。本発明によれば、そのような改良は、新規なプ
ラズマ発生器内で発生されたローレンツ力の作用によ
り、閉成された経路に沿ったプラズマアークの移動によ
ることが見出された。本発明によれば、そのような処理
により、従来の鋳造におけるブローホールや気孔の形
成、偏析、収縮キャビティおよびインゴットを横断した
化学成分や結晶構造の不均一性の形成が回避されること
もまた見出された。本発明によれば、無駄になる金属の
量が減少することもまた見出された。さらにまた、本発
明による熱処理によって、ローレンツ力の生成のための
電磁場の結果、凝固した金属の結晶構造は改良されるこ
とも見出された。

図面の簡単な説明 理解を良くするために、本発明の幾つかの特定の実施例
を、添付した図面を参照して例示したものによって説明
する： 図１は、本発明によるプラズマアーク発生電極の一実
施例の概略的三次元図； 図2Aは、本発明の電極の他の実施例の、対向電極を概
略的に示した側面図； 図2Bは、図2Aに示された実施例の平面図； 図３は、本発明によるプラズマアーク発生電極と対向
電極とを示すさらに他の実施例の概略的三次元図； 図４は、本発明によるプラズマアーク発生電極のさら
に他の実施例の概略的三次元図； 図５は、本発明による移動不可能なプラズマアーク発
生装置の一実施例の概略的三次元図； 図６は、本発明による移動可能なプラズマアーク発生
装置の一実施例の概略的三次元図； 図7Aは、本発明による移動可能なプラズマアーク発生
装置の他の実施例の概略的三次元図； 図7Bは、図7Aの実施例の底面図； 図８は、本発明によるプラズマアーク発生装置の点火
手段の拡大断面図； 図９は、本発明によるプラズマアーク発生装置の手段
によってモールド内の溶融金属の冷却と凝固の制御用の
設備設定の一般的な図；そして 図10は、本発明による循環プラズマアークによる場合
とよらない場合における処理での凝固したインゴットを
示す図。

特定の実施例の説明 図１は、本発明のプラズマアーク発生電極を示してい
る。図示したように、電極２は、長手方向の軸線と、第
１のリム３と、電気的アーク放電部として役立つ作業用
の第２のリム４とを有し、装置において発生されたロー
レンツ力の結果電気的アークの移動用の操作時に閉成通
路を規定する２レール式構造を構成する管状の円筒状の
本体部とを備えている。円筒状の電極本体部の側壁５
は、一般に軸線方向に延在し、第１のリム領域のギャッ
プ範囲７、主ギャップ範囲８および第２のリム領域のギ
ャップ範囲９とを有する１つの貫通したギャップ６によ
ってスライスされる。図示したように、主ギャップ範囲
８は、その間に鈍角を形成する２つの部分を有してい
る。ギャップ６は、側壁５を２つのセクターすなわち第
１の壁セクターと第２の壁セクター10と11とに分割す
る。電極２は、第１のリム３に、直流電源（図示せず）
の極に接続するために役立つ接続部13に適合されたギャ
ップに関連した接続部サイト12を有している。接続部サ
イトは、第１のリムに設けられている必要がなく、管状
の本体部のどのレベルにでも、しかし、好ましくは、プ
ラズマアークと基板の蒸気に影響されないように作業用
の第２のリム４から適切な距離で設け得ることが分か
る。図１の点線の矢印14は、操作においてローレンツ力
の結果発生された電気的アークの移動の方向、いわゆる
第１の方向を示している。上述したように、この移動の
ために、第２のリム４を持った電極２は必要な２レール
式構造の１つの要素であり、対向電極15は他の要素を構
成する。

第２のリム領域のギャップ範囲９は、電気的アークの
転送ゾーン16と電気的アークの受領ゾーン17との間を分
割する。受領ゾーン17は、接続部サイト12と同じ壁セク
ター11にある。

この実施例において、図に示したように、ギャップ６
は、電極２の第２のリム４への接続部サイト12の投影19
が電気的アークの転送ゾーン16に近接して設けられてい
て、アーク受領ゾーン17から先に述べた第１の方向と反
対側の方向（いわゆる第２の方向）へ距離Ｌ移動されて
いるように形成されている。この距離は、本質的に発生
されたプラズマアークのカラムの脚部の最大の直径より
も小さくはない。

アークが電極２と対向電極15との間で開始されると、
２つの電極を橋絡する電流導電性プラズマを形成する。
２つの電極が２レール式構造を構成するので、電流は、
アークの電流とその磁場と相互作用をして、アークカラ
ムを第２のリム４に沿って接続部サイト12の投影19から
離れた方向、すなわち、破線の矢印で示された方向へ駆
動するローレンツ力の発生をする磁場を生成する。

本発明によれば、プラズマアークの移動が中断されな
いのは、第２のリム領域のギャップ範囲９の各交差にお
いて、プラズマアークの脚部が、接続部サイト12の電気
的影響の領域の下流（矢印14の方向へのアークの移動に
関連して）、すなわち、投影19の下流であるということ
によって達成される。

図2Aと2Bとは、本発明による電極の他の実施例を示し
ていて、電極の壁セクター21を形成し複数の傾斜したギ
ャップ22によって離隔された複数のセグメントで構成さ
れた矩形で管状の本体部20を有する。セグメントすなわ
ちセクター21の上端部は、電極20の第１のリム24を形成
していて、また、その下端部は、電極20の第２のリム27
を形成していて、このようにして、セクター21は、第１
のリムと第２のリムとを有している。各電極セクター21
は、横方向に突出した接続部23に適合し、その第１のリ
ムに近接したセクター21の上部内部部分に設けられた電
気的接続部サイトを有している。全接続部23は、電流搬
送バス26を介して直流電源（図示せず）の極に電気的に
接続可能な共通電流搬送板25によって内部接続されてい
る。本質的に、関連するギャップ22に関係したギャップ
に関連する各接続部23の位置と、第２のリム領域のギャ
ップ範囲の２つの側部の電気的アークの転送ゾーンおよ
び受領ゾーンとは、第２のリムへの各接続部サイトの投
影の位置と同様、全て図１の配置と同様であるが、しか
し、セクターとギャップの形状と数は異なる。特定の電
極本体部のセクター21と関連した各接続部23の投影は、
電極20の第２のリム27を保持する面に対し、そのプラズ
マアークの転送ゾーンに近接した隣接する電極セグメン
トに下りていることがわかる。図2Aと2Bとにおいて、電
極20の第２のリム27の下方に位置した対向電極28が概略
的に示されている。対向電極は、直流電源（図示せず）
の対向する極に結合するための端子29が設けられてい
る。電気的アーク放電が、電極20と28との間で開始され
ると、ローレンツ力が発生され、それによって、プラズ
マアークが、中断されずに管状の本体部の作業用の第２
のリム27に沿って図2Bの点線で示した方向（第１の方
向）に移動される。

図３は、本発明のさらに他の実施例の電極30を示して
いて、これは星形状の形状を有していて、軸線方向に延
在したギャップ32によって離隔された複数の壁セクター
31を形成する複数のフラスト三角形（frusto−triangul
ar）部材から組み立てられた本質的に管状の本体部を有
している。軸線方向において、電極30の管状の本体部
は、（上方の）第１のリム33と、（下方の）作業用の第
２のリム34との間で延びている。フラスト三角形壁のセ
クター31はプラズマアークの受領ゾーンと電気的接続部
37とを保持する第１の壁部分35と、プラズマアークの転
送ゾーンを保持する第２の壁部分36とを各有している。
関連するギャップ32に近接したセクター31の第１の壁部
分35の端部38はここで基端部として参照し、隣接したセ
クター31の第２の壁部分36の対向する端部39は、先端部
39として参照する。全電極セクター31の電気的接続部手
段すなわち接続部37は、直流電源（図示せず）の１つの
極に接続するためのバス41が設けられた共通の電流搬送
板40に接続されている。電極30の下方に、概略的に示さ
れ、直流電源（図示せず）の反対の極に接続するための
端子43を持った対向電極42が示されている。

電極セクター31は、第２のリム34への接続部37の投影
が破線矢印によって示された上記第１の方向へのアーク
移動の閉鎖経路の周辺内に位置するような方法で設けら
れていることがわかる。さらに、セクター31の各第１の
壁部分35は、上記ギャップ32の形成と共に隣接する電極
セクター31の第２の壁部分36と部分的に重なり合う。こ
のように、関連する接続部37を持った各基端部38は、上
記第１の方向と反対の第２の方向に距離Ｌだけ隣接する
先端部39から離される。この特定の実施例において、こ
のクリアランスは、また、電気的アーク受領ゾーンと、
第２のリム34への電気的接続部37のサイトからの投影と
の間の距離である（規定したように、アーク転送ゾーン
とアーク受領ゾーンは、第２のリム34の領域でギャップ
32の各側部を形成する）。この配置において、各電気的
アークの転送ゾーン（図示しない）は、接続部37のサイ
トから下流の位置で移動アークカラムを第２のリム領域
のギャップ範囲を横切って隣接するアークの受領ゾーン
に伝達し、点線の矢印の上記第１の方向へのアークの連
続的な運動を確実にする。

図４は、本発明の電極のさらに他の実施例の概略を示
している。図３の実施例と同様、ギャップは、それらの
第１のリム領域のギャップ範囲と、主ギャップ範囲と、
第２のリム領域のギャップ範囲とが整列するように軸を
成していて、また、電極44の作業用の第２のリム46を保
持する平面Ｐへの接続手段すなわち接続部45の投影は、
その平面Ｐのプラズマアークの運動の閉成された経路47
を離す。しかしながら、図４の実施例から明らかなの
は、接続部45の投影は、経路47の周囲の外側に下りてい
て、壁セクター48は、ギャップ49の近傍では互いに重な
り合わない。図３におけるのと同様に、第２のリム46を
保持している平面Ｐへの接続部45の各投影は、関連する
プラズマアークの転送ゾーンから、プラズマアークの運
動とは反対の方向へ距離Ｌだけ移動されていて、操作
中、閉成された経路に沿ったプラズマアークの連続した
運動が結果として生ずる。

図１から４に示された全ての電極の実施例は、プラズ
マ発生器の連続した回るプラズマアーク放電を提供する
ために設計されている。上述のように、第２のリム領域
のギャップ範囲の幅は、好ましくは、電極に開始される
ように設計された一番狭いアークカラム直径より大きく
てはいけないし、距離Ｌは、好ましくは、電極に発生し
たアークの最大幅の脚部より小さくてはいけない。電極
の創作された構造は、プラズマアーク放電を安定させ、
少なくとも最大出力が50kWになるようにするために水冷
と保護ガスの注入をしないで、それを比較的大きな電極
として使用することを可能にする。

図５と６とは、概略的にそして例示のみによって、各
移動不可能なタイプと移動可能なタイプの本発明による
プラズマ発生装置を示している。

最初に図５を参照すると、軸線的に断面をとったプラ
ズマ発生装置50の１つの実施例が示されていて、これ
は、傾斜して貫通しているギャップ52を有する本発明に
よる管状の主電極51を備えていて、また、電気的接続手
段すなわち接続部53が設けられている。主電極51は、蓋
部55を有する導電性円筒状のハウジング54によって取り
囲まれている。蓋部55はなくても良い。主電極51とハウ
ジング54とは、ハウジング54が装置の反対の電極として
役立つことがそれ自身から理解できるように、高電流直
流電源56の２つの対向する極に接続されている。装置50
は、また、補助的アーク放電を開始するための点火手段
57を有している。点火手段は、それ自身から理解できる
ように、高電圧発振器59から付勢される点火電極58を有
していて、ハウジングの内壁に設けられ主電極51に近接
して位置した突起部60は、補助アーク61の発生を促進す
るために役立つ。補助アークの垂直の移動は、同様にロ
ーレンツ力により生じ、それは、この特定のケースにお
いて、主電極51とハウジング54とを有する電流搬送レー
ル状構造の存在によって現れる。主アーク放電62は、主
電極51の下方のリム領域と対向電極43との間で達成さ
れ、管状の電極51の下方の第２のリム63の周りで循環し
始め、このようにして基板64（例えばコンクリートスラ
ブ）の熱処理が与えられる。

図６は、本発明の移動可能なプラズマアーク発生器装
置70の概略的断面図を示す。装置の管状の主電極71は、
上述の構造を有していて、直流電源72の正極に接続され
ていて、反対の負極は、反対の電極として処理されまた
役立つための電気的に導電性の基板73に接続されてい
る。電源72の負極は、また、主電極を同心的に取り巻く
円筒状のハウジング74に接続されている。ハウジング74
の内壁の下方の部分は、高温抵抗体で電気的に絶縁性の
層で覆われていて、例えば、適切な塗料（図示せず）で
塗装されている。点火電極75は、主電極とハウジングと
の間に形成された環状の空間に設けられている。点火電
極75が高電圧発振器76によって付勢された場合、補助的
アーク77が主電極と点火電極との間に発生し、それはつ
いで主電極71の下方の第２のリム78の下側へ移動され
る。下方の第２のリム78は、図示したように、主アーク
放電79の所望の形状と方向を有するように傾斜してい
る。下方の第２のリム78とハウジング74の塗装された壁
部は、アーク79を下方の第２のリム78から、ハウジング
74にではなく基板73の表面に拡げることとなる。

図7Aと7Bとは、本発明のさらに他の移動可能なプラズ
マ発生装置80の概略的断面図と底面図とをそれぞれ示
す。装置は、カバー83によって上方から封止された円筒
状のハウジング82内に設けられた管状の主電極81を有す
る。カバーはなくとも良い。発生器は、主電極と対向電
極および装置の点火手段85を付勢するために使用される
高電流源と高電圧発振器（図示しない）を有する直流電
源装置84に接続されている。主電極81の長手方向の軸線
は、処理される対象物例えば、対向電極86にセットされ
た金属片の表面に対して垂直である。主電極81を収容し
ているハウジング82は、プラズマアーク放電用の作業空
間を与えるために、金属片の表面から距離Ｗ離れて取り
付けられる。本発明による主電極81は、炭素または電気
的に導電性で耐腐食性耐熱性の材料で形成される。点火
手段85は、カバー83から突出し、主電極81とハウジング
82との間に形成された環状の空間に設置されている。電
気的に導電性の接続部93は、カバー83に接離可能に設け
られていて、その一端部は電源供給装置84に、その他端
部は主電極81に、それらに電力を供給するように電気的
に接続されている。

図7Aに示されたギャップ88は、円筒状の管状の主電極
81の（頂部の）第１のリム89から、下方の（底部の）作
業用の第２リム90へ向かって下方へ延びていて、第１の
リム領域のギャップ範囲91と主ギャップ範囲および第２
のリム領域のギャップ範囲92とを有している。図7Aに
は、さらに、ギャップ88が２つの部分から形成されてい
ることが示されていて、垂直の部分は電極81の円筒状の
壁の要素（generatrix）に平行で、傾斜している部分は
垂直の部分と鈍角をなしている。ギャップ88のこの構成
によって、第１と第２のリム領域のギャップ範囲91と92
とは整列されていず、図7Bに示したように、角度を有し
て離隔されている。電極81は、絶縁スリーブによって蓋
部83に設けられ、電極の第１のリム89においてその位置
が第１のリム領域のギャップ範囲91に近接した１つの電
気的接続部93に適合した１つの電極セクターを有してい
る。第２のリム90への接続部93の投影は、第２のリム領
域のギャップ範囲92と第２のリム90への第１のリム領域
のギャップ範囲91の投影との間に設けられていて、それ
は範囲92から、円形の点線94で示したようにプラズマア
ークの移動方向とは反対の方向へ距離Ｌ離れている。

図８は、本発明によるプラズマアーク発生器装置の点
火手段の一実施例を示していて、それは例えば図7Aの符
号85で示したものである。点火手段85は、主電極81とハ
ウジング82の側壁との間に突出するように、図7Aと7Bの
装置のカバー83に接離可能に適合している。しかしなが
ら、点火手段の他の配置も計画することができる。図８
に示された実施例において、点火手段85は第１、第２お
よび第３の電極95、96および97から成っていて、それら
は、電源装置84に電気的に接続されていて、高圧絶縁キ
ャップ98に取着されている。電極95は、延在したステム
の形状に形成されていて、部分的に同軸的に第２の管状
の電極96内に、環状の空間99を形成するように離間した
関係で収容されている。第３の電極は、管状の電極96の
上端部の近傍に設けられ内端部が電極95に近接した水平
状のロッドの形状に形成されている。本質的に電極95と
96とに直角な電極97は、高電圧発振器（図示せず）に電
気的に接続されている。

高発振電圧が適用されている領域において電極95と96
との間に狭いギャップを規定するように、チューブ96の
上部領域が内部突出部100と共に形成されているほうが
有利である。

好ましくは、点火手段85は、作業空間に存在する熱い
極めて腐食性の雰囲気によって極端に影響されることが
ないように機能的方法で、作業空間Ｗから離れて設けら
れている。実際上、点火手段は迅速で便利な保守と交換
が可能なように、モジュールで形成されていることが推
薦される。

図7A、7Bおよび８に示されたプラズマアーク発生器装
置は、次のような方法で効果を発揮する。電源が、オン
に切り換えられ、ほぼ170Vの作業電圧が、点火手段85の
電極95と96との間の環状の空間99と同様、同時に、主電
極81と金属の表面86との間、主電極81とハウジング82と
の間の作業空間に適用される。その後、電極97と突出部
100との間に電気的放電を、また、突出部100と電極95と
の間の放電を発生するのに十分な発振高電圧を供給する
ために、高電圧発振器がオンに切り換えられる。このア
ーク放電は、同軸的に設けられた電極95と96との間のギ
ャップ内の補助的プラズマアークの形成によって引き継
がれる。プラズマアークは、円筒状のハウジング82と主
電極81との各平行な表面の間に設けられたレール加速に
よって主電極81の側壁に沿って下方へ移動され、主電極
81の第２のリム90に向かって約40m/秒の速度で押圧され
る。点火段階のために必要な全体の時間は、0.002秒を
越えない。点火放電によって発生された補助的プラズマ
アークが第２のリム90に到達した後、それは、主電極の
第２のリム90と処理されるべき金属の表面86との間の主
プラズマアーク放電101をもたらし、主プラズマアーク
は、作業空間Ｗ内で回転する。

図９は、本発明のプラズマ発生器が、インゴットモー
ルドで溶解された溶融金属の熱処理のためにどのように
して使用することができるかということを概略的に示し
ている。

図９の装置は、湯口121を有する底鋳込み配置のイン
ゴットモールド120を有していている。溶融金属122は、
取鍋（図示せず）から湯口装置の漏斗124に注入され、
その底部を通ってインゴットモールド120に入り、セン
サ125によって制御された高さまで充填される。モール
ド120の上部に隣接して、プラズマアーク発生器装置126
が設けられていて、これは、レール129に設けられた車
輪135を有するキャリッジ128に保持された本発明による
主電極127を有していて、モールド120と整列していない
休止位置と、モールドと整列している操作位置との間を
反転可能にシフトできる。装置126を昇降可能にする手
段（図示せず）がさらに設けられている。プラズマアー
ク発生器装置126は、主供給電源130、高電圧発振器131
および装置126のシフトを作業位置へ、また作業位置か
ら、作業サイクルの間の機能と同様に制御する制御パネ
ル132を有している。そのために、制御パネル132が適切
な電気的制御手段（図示せず）とともに設けられてい
て、これにより、手動モードまたは予めプログラムされ
たスケジュールに従って操作が可能となる。

適切な電気ケーブルを持ったバス133が、プラズマ発
生器126、接続部134を介した溶融金属、機構135および
センサ125と共に、供給電源130、131の間に制御パネル
を介した電気的伝達のために設けられている。

実際上は、プラズマ発生器126は、インゴットモール
ド120上で作業位置にもたらされ、溶融金属は、センサ1
25によって制御された適切なレベルの高さまでモールド
に注入される。このレベルは、モールドの溶融金属122
の表面と主電極127の第２（底部）のリムとの間の作業
空間Ｗの幅を規定する。幅Ｗは、もし操作電圧が60〜80
Vの範囲内であれば、通常８から10mmの間の範囲に維持
される。操作電圧が80Vより高くなると幅は増加し、例
えば170Vではそれは25mmである。作業空間の幅が調整さ
れた後、供給電源130と高電圧発振器がオンに切り換え
られ、それによって、補助的アーク放電が開始され、主
プラズマアーク放電が点火され金属表面の熱処理が開始
されるまで維持される。高電圧発振器は、通常、特定の
応用に要求された、電源に対応する電気的電流の流れに
よって示される主アーク放電の達成までオンに維持され
る。例えば、電圧170Vにおいて、主アーク放電は、300A
の電流を確立でき、50kWの電力を供給する。主電極127
の高さは、20kgの質量を有するインゴット用として、ほ
ぼ40〜60mmである。

主アーク放電の持続期間すなわち、熱処理のために必
要な時間は、適切なタイマー装置（図示せず）によって
制御される。実際上は、タイマー装置は、モールド内の
インゴットの溶融期間中、適切に連続的にまたは周期的
に供給電源を作動しなければならない。

熱処理が完了した後、プラズマアーク発生装置は、オ
フに切り換えられ、作業位置外にシフトされ、冷却され
たインゴットは、さらに冷却するためにモールドから解
放される。

本発明によって達成される主アーク放電の安定した循
環のために、作業空間の幅を変えるけれども、必要な熱
処理を達成することが可能であることに注目しなければ
ならない。このように、もし必要なら、プラズマ発生器
は、ハウジング126内で主電極127を垂直に往復し、それ
によって作業空間Ｗ（図7A）の幅を調節するための手段
（図示せず）と共に設けることができる。そのような垂
直のシフトは、モールド内の溶融金属のレベルを監視し
ながら、センサ125によって連続的に制御され、金属の
収縮に従って電極127の下降を確実にし、それによっ
て、インゴットの欠陥を減少に導く処理は改良され、無
駄な金属は減少する。

本発明による熱処理の結果は、図10に示されている。
これは、アルミニューム合金A332.0の２つのインゴット
（ａ）と（ｂ）との写真を示していて、本発明による循
環プラズマアークによる溶融処理を施していないもの
（ａ）と、施したもの（ｂ）である。インゴットの質量
は7.2kgである。一般的なインゴット（ａ）は、その上
方部分にブローホールを有していて、それ故、使用者に
よってインゴットのかなりの層が切り捨てられなければ
ならない。それに較べて、冷却中本発明によるプラズマ
アーク処理を50秒間施されたインゴット（ｂ）は、滑ら
かな上面を有していて、それが要求された正確な寸法を
有しているので、さらに付加的な処理は不要である。

フロントページの続き (72)発明者 ローゼン、ラン イスラエル国、69698 テル―アビブ、 アノーター・ストリート 30／４ (56)参考文献 特開 平１−274399（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−171599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−65107（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−114524（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−3052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−34402（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−40056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−13600（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−311540（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−110410（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−8401（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭45−37410（ＪＰ，Ｂ１) 英国特許出願公開1219658（ＧＢ，Ａ) 米国特許5376768（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 27/02 H05H 1/34 C22B 9/20

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向電極（15、28、42、54、73、86、12
   2）と関連するプラズマアーク発生電極（２、20、30、4
   4）であって、閉成された経路に沿って第１の方向（1
   4）へ移動可能なプラズマアーク放電を発生することが
   可能な２レール式構造を有していて、プラズマアーク発
   生電極は、直流電源供給装置（56、72、84）に接続する
   ための電気的接続手段（13、23、37、45、53、93）を有
   していて、第１のリム領域の一部分を形成する第１のリ
   ム（３、24、33、89）と第２のリム領域の一部分を形成
   し電気的アーク放電に役立つ作業用の第２のリム（４、
   27、34、46、63、78、90）とから成る本質的に管状の本
   体部を有し、プラズマアーク発生電極において： （ｉ）前記電気的接続手段は、少なくとも１つの接続部
   サイト（12）をプラズマアーク発生電極に有していて； （ii）前記管状の本体部は、少なくとも１つの長手方向
   に延在したギャップ（６、22、32、49、52、88）を有し
   ていて、このギャップは、第１のリム領域のギャップ範
   囲（７、91）と、主ギャップ範囲（８）と、第２のリム
   領域のギャップ範囲（９、92）とを有していて、これら
   の各ギャップは、第１と第２のリムを各有する第１の壁
   セクターと第２の壁セクター（10と11;21と21;31と31;4
   8と48）との間を横方向に分割していて、前記第１の壁
   セクター（11、21、31、48）がギャップと関連した前記
   接続部サイト（12）を保持していて； （iii）第２の壁セクターの第２のリムは、プラズマア
   ークの転送ゾーン（16、36）を有していて、前記接続部
   サイトを保持している第１の壁セクターの第２のリム
   は、プラズマアークの受領ゾーン（17、35）を有してい
   て、このプラズマアーク転送ゾーンと受領ゾーンとは、
   前記長手方向に延在したギャップの第２のリム領域のギ
   ャップ範囲の境界によって分けられて前記ギャップ範囲
   の２つの側部を形成していて； （iv）前記ギャップと関連した接続部サイトは、第２の
   リムへの接続部サイトの投影が前記プラズマアークの受
   領ゾーンから前記第１の方向と反対の第２の方向へ横方
   向に移動されているように配置されていて、 操作において、前記プラズマアーク発生電極と対向電極
   との間に形成されたプラズマアークを前記第２のリム領
   域に沿って、また前記各第２のリム領域のギャップ範囲
   を横切って前記第１の方向の閉成された経路に連続的に
   移動するために、ローレンツ力が前記２レール式構造に
   発生するようにしたことを特徴とするプラズマアーク発
   生電極。
2. 【請求項２】各第２のリム領域のギャップ範囲（９、9
   2）は、実際のプラズマアークカラムの最小の直径より
   も実質的に広くないように寸法が定められていて；第２
   のリムへのギャップと関連した接続部サイトの前記投影
   と電気的アーク受領ゾーンとの間の距離（Ｌ）は、実際
   のプラズマアークカラムの脚部の最大の直径よりも実質
   的に小さくないことを特徴とする請求項１記載のプラズ
   マアーク発生電極。
3. 【請求項３】プラズマアーク電極（２、51、71、81）の
   前記管状の本体部は、単一のギャップ（６、52、88）を
   有していて、それにより、前記第１の壁セクターと前記
   第２の壁セクターとは、ギャップの一方の側部から他方
   の側部へ延在して前記管状の本体部を形成していること
   を特徴とする請求項１または２記載のプラズマアーク発
   生電極。
4. 【請求項４】前記管状の本体部は、複数のギャップ（2
   2、32、49）と複数の壁セクター（21、31、48）とを有
   していて、各壁セクターが２つのギャップの間に延在し
   ていることを特徴とする請求項１または２記載のプラズ
   マアーク発生電極。
5. 【請求項５】前記少なくとも１つの長手方向に延在した
   ギャップ（６、22、52、88）と、前記第１と第２のリム
   領域のギャップ範囲（７と９、91と92）とは、整列され
   ていないことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１
   項記載のプラズマアーク発生電極。
6. 【請求項６】前記主ギャップ範囲（８、52、88）は、互
   いに鈍角をなす２つの部分を有することを特徴とする請
   求項５記載のプラズマアーク発生電極。
7. 【請求項７】少なくとも１つの長手方向に延在した前記
   ギャッブ（22）は、傾斜していることを特徴とする請求
   項５記載のプラズマアーク発生電極。
8. 【請求項８】ギャップと関連した各接続部サイトは、第
   １のリム（３、24、33、89）領域かまたはその近傍に設
   けられていることを特徴とする請求項１ないし７いずれ
   か１項記載のプラズマアーク発生電極。
9. 【請求項９】前記第２のリム（４、27、34、46、63、7
   8、90）領域は、傾斜していることを特徴とする請求項
   １ないし８いずれか１項記載のプラズマアーク発生電
   極。
10. 【請求項１０】前記少なくとも１つの長手方向に延在し
    たギャップ（６、22、52、88）の主範囲は、第２のリム
    へのギャップと関連した接続部サイトの投影が電気的ア
    ーク転送ゾーン（16、87）を保持する壁セクターに位置
    するように形成されていることを特徴とする請求項１な
    いし９いずれか１項記載のプラズマアーク発生電極。
11. 【請求項１１】前記実質的に管状の本体部のセクター
    （31、48）は、第２のリムへのギャップと関連した各接
    続部サイトの投影が閉成された経路から離れて位置する
    ように構成されていることを特徴とする請求項１ないし
    10いずれか１項記載のプラズマアーク発生電極。
12. 【請求項１２】前記実質的に管状の本体部のセクター
    （31）は、第２のリムへのギャップと関連した各接続部
    サイトの投影が閉成された経路の周囲内に位置するよう
    に構成されていることを特徴とする請求項11記載のプラ
    ズマアーク発生電極。
13. 【請求項１３】前記実質的に管状の本体部のセクター
    （48）は、第２のリムへのギャップと関連した各接続部
    サイトの投影が閉成された経路の周囲外に位置するよう
    に構成されていることを特徴とする請求項11記載のプラ
    ズマアーク発生電極。
14. 【請求項１４】プラズマアーク発生電極の壁セクター
    （31）は、各ギャップの少なくとも第２のリム領域の範
    囲が、前記プラズマアーク転送ゾーン（36）と受領ゾー
    ン（35）とを有する隣接した壁セクター部分間の重ね合
    わせによって形成されるように構成されていることを特
    徴とする請求項１、４および８ないし13いずれか１項記
    載のプラズマアーク発生電極。
15. 【請求項１５】前記管状の本体部（30）は、星形状の多
    面体形状を有していて、それぞれが壁セクターを構成し
    ギャップの近傍で部分的に重なり合ったフラスコ三角形
    部材（31）の複数のモジュールで構成されていることを
    特徴とする請求項１、４および８ないし13いずれか１項
    記載のプラズマアーク発生電極。
16. 【請求項１６】請求項１ないし15いずれか１項記載のプ
    ラズマアーク発生電極（50、70、80、126）を有するこ
    とを特徴とするプラズマアーク発生装置。
17. 【請求項１７】移動可能なプラズマアーク発生装置（7
    0、80、126）であって、前記プラズマアーク発生電極
    （71、81、127）が、対向電極として設けられ前記プラ
    ズマアーク発生電極と一体になって２レール式構造を形
    成する電気的に導電性の基板（73、86、122）と協同可
    能であることを特徴とする請求項16記載のプラズマアー
    ク発生装置。
18. 【請求項１８】前記プラズマアーク発生電極を取り巻い
    ていてそれと共に環状のチャンバーを形成するようにそ
    れらから離間した円筒状のハウジング（74、82）を有す
    ることを特徴とする請求項17記載のプラズマアーク発生
    装置。
19. 【請求項１９】電極の第１のリムに近接した端部からハ
    ウジングを封止する蓋部（83）を有することを特徴とす
    る請求項18記載のプラズマアーク発生装置。
20. 【請求項２０】前記電極とハウジングとの間の環状の空
    間内に設けられた点火手段（75、85）を有することを特
    徴とする請求項18または19記載のプラズマアーク発生装
    置。
21. 【請求項２１】前記点火手段（75、85）は、前記第１の
    リムに近接して設けられていることを特徴とする請求項
    20記載のプラズマアーク発生装置。
22. 【請求項２２】プラズマアーク発生電極の軸線方向への
    移動のための手段（132）を有することを特徴とする請
    求項16ないし21いずれか１項記載のプラズマアーク発生
    装置。
23. 【請求項２３】モールド内の溶融金属を凝固させる熱処
    理方法であって、対向電極として設けられた電気的に導
    電性の基板（73、86、122）と協同するための主電極
    （２、20、30、44、71、81、127）を有する搬送可能な
    プラズマアーク発生装置（70、80、126）を備え、前記
    電気的に導電性の基板と関連する主電極が、閉成された
    経路に沿って第１の方向（14）へ移動可能なプラズマア
    ーク放電を発生することが可能な２レール式構造を有し
    ていて、主電極は、直流電源供給装置（56、72、84、13
    0）に接続するための電気的接続手段（13、23、37、4
    5、93）を有していて、第１のリム領域の一部分を形成
    する第１のリム（３、24、33、89）と第２のリム領域の
    一部分を形成し電気的アーク放電に役立つ作業用の第２
    のリム（４、27、34、46、78、90）とから成る本質的に
    管状の本体部を有し、主電極において： （ｉ）前記電気的接続手段は、少なくとも１つの接続部
    サイト（12）を主電極に有していて； （ii）前記管状の本体部は、少なくとも１つの長手方向
    に延在したギャップ（６、22、32、49、88）を有してい
    て、このギャップは、第１のリム領域のギャップ範囲
    （７、91）と、主ギャップ範囲（８）と、第２のリム領
    域のギャップ範囲（９、92）とを有していて、これらの
    各ギャップは、第１と第２のリムを各有する第１の壁セ
    クターと第２の壁セクター（10と11;21と21;31と31;48
    と48）との間を横方向に分割していて、前記第１の壁セ
    クター（11、21、31、48）がギャップと関連した前記接
    続部サイト（12）を保持していて； （iii）第２の壁セクターの第２のリムは、プラズマア
    ークの転送ゾーン（16、36）を有していて、前記接続部
    サイトを保持している第１の壁セクターの第２のリム
    は、プラズマアークの受領ゾーン（17、35）を有してい
    て、このプラズマアーク転送ゾーンと受領ゾーンとは、
    前記長手方向に延在したギャップの第２のリム領域のギ
    ャップ範囲の境界によって分けられて前記ギャップ範囲
    の２つの側部を形成していて； （iv）前記ギャップと関連した接続部サイトは、第２の
    リムへの接続部サイトの投影が前記プラズマアークの受
    領ゾーンから前記第１の方向と反対の第２の方向へ横方
    向に移動されているように配置されていて、 前記第２のリムが適切に選択された距離離れて溶融金属
    （122）の表面に近接するように前記プラズマ発生器を
    取り付け、前記主電極を電源供給装置（130）の一方の
    極に、溶融金属を他方の極に接続して電気的アークを発
    生させ、操作において、前記主電極と対向電極との間に
    形成されたプラズマアークを、前記第２のリム領域に沿
    って、また記第２のリム領域ギャップ範囲を横切って前
    記第１の方向の閉成された経路に連続的に移動するため
    に、ローレンツ力が前記主電極と前記対向電極とを有す
    る２レール式構造に発生され； 溶融金属が凝固するまで処理を継続するようにしたこと
    を特徴とする熱処理方法。
24. 【請求項２４】前記第２のリムとモールド内の金属（12
    2）の表面との間の一定の距離を維持するために前記プ
    ラズマアーク発生電極（127）を下げることを特徴とす
    る請求項23記載の方法。