JPH01265499A

JPH01265499A - インダクションプラズマ装置

Info

Publication number: JPH01265499A
Application number: JP63095213A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yomo; 四方　邦夫; Tsutomu Shinkawa; 新川　勉; Fujiwara Emirio; エミリオ　藤原
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1988-04-18
Publication date: 1989-10-23
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPH0658838B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉誘導結合型プラズマ内でセラミックや金属等の粉末を効
率よく加熱して溶解させて噴射でき、主に溶射に使用さ
れるインダクションプラズマ装置に関する。

〈従来の技術〉従来のこの種の技術としては、株式会社学会出版センタ
ー１９８３年１０月１０日発行の書籍、日本分光学会測
定法シリーズ５の「液体試料の発光分光分析」に誘導結
合型プラズマ発光分光分析における光源部として誘導結
合型プラズマ装置が開示されている。その概略の構成は
、第２図に示すように、透明石英で形成された、外側管
１、中間管２、キャリアガス導入管３からなる三重構造
のトーチに水冷誘導コイル４を設けである。外側管１は
上端が開口し、下端が中間管２の下部外周に結合するこ
とで閉じられ、その下端部内に外側ガス供給路５が接線
方向に開口している。中間管２は上端が外側管１の上端
よりも下方に位置しその上端部外径が拡大形成されてい
て外側管１の内周面との間に環状の小間隙６を形成して
おり、下端がキャリアガス導入管３の下部外周に結合す
ることで閉じられ、その下端部内に中間ガス供給路７が
前記外側ガス供給路５と同じ周方向に沿うように接線方
向に開口している。キャリアガス導入管３・　は上端部
が小径に形成されて中間管ｚ内の上端近くに開口してお
り、下端部がキャリアガス供給路８とされている０図中
９はプラズマ炎、１０は分光器の光軸である。

このプラズマ装置は、外側ガス供給路５から外側ガスと
してアルゴン又は窒素を供給し、中間ガス供給路７から
中間ガスとしてアルゴンを供給し、キャリアガス供給路
８からキャリアガス（アルゴン）と試料霧を供給し、誘
導コイル４を作動させて使用する。外側ガスは主として
外側管１を冷却するために供給され、外側管１の外径が
約２０ｍ＋＋＋のちので外側ガスを毎分１０〜１５文流
す。この外側ガスは外側管１内に接線方向に導入される
から、ら旋状に回転しながら流出する。小間隙６は１ｍ
ｍ程度であり、これによってガスの線速度が増して冷却
効率を高くしている。中間ガスは毎分１〜２見流すのが
普通であり、プラズマをわずかに上方に浮かせるという
補助的な作用がある。キャリアガスは試料をエアロゾル
にしてプラズマに導入するためのものであり、キャリア
ガス導入管３の先端内径は１．５〜２烏膿で、毎分０．
５〜１．５１を流す。

キャリアガスを流さない状態でプラズマを点火すると、
プラズマは内部が均一で底がやや平らなフレーム状をし
ている。ここにキャリアガスな流してその流量を徐々に
増していくと、毎分的０．５文程度になったときプラズ
マの中心に輝度の低い部分が現われ、上部から見るとド
ーナツ状の穴１１がおいていることが肉眼で確認できる
。この中心の穴はキャリアガスの供給によるもので、プ
ラズマ発光分光分析においてはこの穴を利用しており、
プラズマ内に試料粒子が効率よく導入され。

高温のトンネルを通る間に完全な原子化と励起発光が起
こる。なお、プラズマに穴のない状態で試料が供給され
ると、試料はプラズマの中心に入ることができず、周辺
部の比較的低温の部分を通り、難解離性化合物を完全に
原子化発光させることは困難である。

〈発明が解決しようとする課題〉前記発光分光分析におけるプラズマ装置は、きわめて少
量の試料がプラズマの高温のトンネル内に導入されるよ
うになっているから、試料を高温に加熱して原子化発光
させる点で目的を達成している。しかし、この発明はイ
ンダクションプラズマ装置により、発光分光分析におけ
る試料よりも格段と多量のセラミックあるいは金属など
の材料を溶融状態として噴射することにより、素材表面
に被膜を形成する溶射を行うことを目的とするものであ
る。従って、従来の発光分光分析におけるプラズマ装置
な溶射に適用しようとすると、溶射材料が前述したプラ
ズマの穴を通ることになり、この穴はプラズマ炎全体か
らすれば比較的低温の部分であるから、溶射材料の加熱
効率が必ずしも良くない、また、この穴のないプラズマ
に対して溶射材料を供給すると、前述したように穴より
もさらに低温のプラズマ周辺部を通過することになり、
なおさら加熱効率は悪くなる。

この発明は、溶射材料が効率良く加熱されるようにプラ
ズマ内を通るようにしたインダクションプラズマ装置を
提供することを課題とする。

く課題を解決するための手段〉この発明の手段は、前述した従来のインダクシオンプラ
ズマ装置において、前記誘導コイルがコイルピッチを変
更できるように設けられていることを特徴とする。

前記コイルピッチの変更は、前記誘導コイルの前端と後
端とが夫々別の支持部に支持されており、少なくとも誘
導コイルの前端支持部が誘導コイルの軸線に平行な方向
に移動調節できるように設けられているのがよい。

く作　用〉従来の発光分光分析におけるプラズマ装置と略同様にし
てプラズマを点火し、次にキャリアガスを流してプラズ
マ中心に比較的低温の前記穴を形成した後に、誘導コイ
ルの後端をそのままの位置として誘導コイルの前端を前
方へ移動させることにより誘導コイルの全長を引伸ばす
形でピッチを変更すると、磁界の領域が前方に拡大する
から、この変化によってプラズマの形状が全体的に前方
へ引伸ばされた形となる。この状態は輝度の高い高温部
も前方へ伸びた状態であり、前記穴が長くなった状態で
ある。従って、この状態でキャリアガス中に粉状の溶射
材料を供給すると、溶射材料はキャリアガスと共にプラ
ズマの比較的長い穴を通り、効率よく加熱され、溶融状
態となって前方へ噴射される。

〈実施例〉この発明の１実施例の概略の構成を第１図（ａ）乃至（
ｄ）に示す０図において、２０は石英製のトーチであり
、外側管２１、中間管２２、キャリアガス導入管２３か
らなり、２４は誘導コイルである。誘導コイル２４は水
冷式であり、断面の端面の片側を図示しておる。これら
は第２図に示した従来の発光分光分析用の装置と略同じ
構成であるが、誘導コイル２４が第１図（ａ）の右側に
実線で示すようなコイルピッチの小さい状態から、同図
左側に仮想線で示すようなコイルピッチの大きい状態に
変更できるようにした点が異なっている。この変更のた
めに、誘導コイル２４をトーチ２０と同軸的に位置する
ように誘導コイル２４の前端と後端とを支持している支
持部を各別に形成して、前端支持部を誘導コイル２４の
軸線の方向に移動可能に設け、これを定位置で回転する
ようにした雄ねじに螺合させて、その雄ねじを回転操作
することにより前端支持部を進退移動させるようにしで
ある。この前端支持部を前方へ移動させると誘導コイル
は引伸ばされて仮想線で示すようになる。この実施例で
は約１０ｍｍ移動する０図中、２５は外側ガス供給路、
２６は環状の小間隙、２７は中間ガス供給路、２８はキ
ャリアガス供給路である。

各部の寸法構成を１履単位で例示すると、外側管２１の
内径が２４、環状小間隙２６が０．５、キャリアガス導
入管２３の内径が２、外側管２１と中間管２２の軸方内
光端間寸法ａが３０、中間管２２とキャリアガス導入管
２３の先端間寸法すが５、外側管２１の全長Ｃが１０６
、誘導コイル２４（巻数４）の内径が３２、同コイルの
軸方向長さｄが２０、プラズマ点火時の誘導コイル２４
の先端から外側管２１の先端までの距離ｅが１５である
。

このインダクションプラズマ装置は次のようにして使用
する。外側ガス（アルゴン又は窒素）を５Ｑ／ｗｉｎ、
中間ガス（アルゴン）を３ｆＬ／ｓｉｎくらい供給しな
がら、誘導コイル２４には１に一程度の電力を供給し、
テスラーコイルの放電を使うか接地したカーボン棒を使
って従来と同様にプラズマを点火する０点火後、電源部
のマツチング操作によりプラズマの安定状態を維持しな
がら、外側ガス及び中間ガスの供給量を徐々に増大させ
、外側ガスを１５〜２０ＪＬ　／　ｓｉｎ　、中間ガス
を５１／ｗｉｎ程度とすると共に誘導コイル２４へ供給
する高周波電力を３Ｋｊｌ程度に徐々に上げる。

次に、キャリアガスの供給を少量から始めて１〜３文・
／ｗｉｎまで上げてプラズマに前記穴を形成する。この
間もプラズマの安定のためにマツチング操作を行う。

そして、マツチング操作と共に誘導コイル２４の先端支
持部を前方へ約１０＋＊ｍ移動させて、第１図（ａ）に
仮想線で示すように、ピッチか大きくなるように引伸ば
す。これによってプラズマは第１図（ｅ）に示す状態か
ら第１図（ｆ）に示す状態に変化する。すなわち、プラ
ズマ全体の長さか２０〜３０ｍｍ長くなり、輝度の高い
高温部も１０〜１５ｍｍ長くなり、その比較的低温のト
ンネル状の穴も長くなる。同図中、３０ａ、３０ｂはプ
ラズマ、３１ａ、３１ｂはプラズマの輝度の高い部分、
３２ａ、３２ｂは穴てあり、矢印３３は外側ガス、矢印
３４は中間ガス、矢印３５はキャリアガスの夫々の移動
方向を示す。

実験によれば、このプラズマ中に、キャリアガスな介し
て溶射材料、例えば、二・νケルクロム、ジルコニア、
アルミナ等を粉末の状態で毎分数グラム供給すると、溶
射材料か溶融状態となって噴射され、外側管２１の先端
から３０〜５０ｍｍの位置に置いた鋼板に溶射材料によ
る皮膜の形成されることか確認された。

また、別の実験によれば、前記実施例の誘導コイルを前
方へ伸ばした時の低温の穴の長いプラズマを使用して平
坦な素材表面に対して位置を変えないて一定時間溶射し
た場合に、中心部で厚く周辺部で薄くなった凸形の被膜
が形成されるのに対して、誘導コイル２４を前方へ伸ば
さない、点火時のままの位置で、低温の穴のあるプラズ
マを使用して同し素材表面に同様に溶射した場合に、中
心部て薄く周辺部でわずかに盛上った凹形の被膜が形成
されることが認められた。これはプラズマの穴の長い場
合と短い場合とでは、穴の長いプラズマを用いた方が、
溶射材料のプラズマ中を通過する時間が長くなるために
効率よく加熱されてより多くの粒子か溶融状態となり、
穴の短いプラズマを用いた方が、溶射材料のプラズマ中
を通過する時間か短くなるために溶融状態に至らない粒
子が相当量存在し、従って粉末のまま飛散していること
を示すものである。

なお、前述した実験はトーチ２０を図示のように下向き
に使用したが、必ずしもこの方向に限る必要はない。

〈発明の効果〉この発明によれば、中心部にキャリアガスな流して比較
的低温の穴のあるプラズマを、従来よりも長く変形させ
ることができるから、キャリアガスな介して溶射材料を
供給するときは溶射材料を効率よく加熱できる効果が得
られる。従ってインダクションプラズマ装置を使用して
、効率のよい溶射装置の製作か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例を示しくａ）はそのトーチ
及び誘導コイルの概略縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ
−Ｂｌ！！ｒ面図、（Ｃ）は　（ａ）のｃ−ｃＰ７ｒ面
図、（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）はコイルピ
ッチの小さいときのプラズマの状態を示す概略縦断側面
図、（ｆ）はコイルピッチを引伸ばしたときのプラズマ
の状態を示す概略縦断側面図、第２図は従来のインダク
ションプラズマ装置の１例を示しくａ）はそのトーチ及
び誘導コイルの概略縦断側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ［ｉ面図である。２０・・・・トーチ、２１・・・・外側管、２２・・・
・中間管、′２３・・・・キャリアガス導入管、２４・
・・・誘導コイル、２５・・・・外側ガス供給路、２６
・・・・環状小間隙、２７・・・・・・中間ガス供給路
、２８・・・・キャリアガス供給路。特許出願人　　株式会社　三社電機製作所代　　理　　
人　　　清　　水　　　哲　　　ばか２名葛１ｍ（ａ）粥１図（ｅ）（ｆ）第２図（ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端から外側ガスを接線方向に導入され他端の開
口から放出する外側管、その外側管内に同軸的に設けら
れ一端から中間ガスを外側管と同じ接線方向に導入され
他端の開口から放出する中間管、及びその中間管内に同
軸的に設けられ一端から供給されるキャリアガスを他端
の開口から放出するキャリアガス導入管からなる三重構
造のトーチと、そのトーチの開口側外周に設けられた誘
導コイルと、その誘導コイルの高周波電源部とからなる
インダクションプラズマ装置において、前記誘導コイル
がコイルピッチを変更できるように設けられていること
を特徴とするインダクションプラズマ装置。
（２）請求項（１）に記載のインダクションプラズマ装
置において、前記誘導コイルの前端と後端とが夫々別の
支持部に支持されており、少なくとも誘導コイルの前端
支持部が誘導コイルの軸線に平行な方面に移動調節でき
るように設けられていることを特徴とするインダクショ
ンプラズマ装置。