JPH01265500A

JPH01265500A - インダクションプラズマ装置

Info

Publication number: JPH01265500A
Application number: JP63095214A
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: JPH0658839B2

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゛
効率よく加熱し溶解して噴射でき、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３重構造
のトーチに水冷誘導コイル４を設けたものとなっている
。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ｔ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ｌ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て閉しられ、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［１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２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。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ｌを冷却するために供給され、外側管１の外径が
約２０ｍｍのもので外側ガスを毎分１０〜１５見流す。

この外側ガスは外側管ｌ内に接線方向に導入されるから
、螺旋状に回転しながら流出する。小間隙６は１■程度
てあり、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文流すのが普通で
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てあり、キャリアガス
導入管３の先端内径は１．５〜２ｍｍて、毎分０．５〜
１．５２を流す。

キャリアガスな流さない状態でプラズマを点火すると、
プラズマは内部か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を流してその流量を徐々に
増していぐと、毎分的０．５　ｕ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がおいていることか肉眼で確認でき
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か効率よく導入され、高温のト
ンネルを通る間に完全な原子化と励起発光か起こる。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。

〈発明か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
の材料を供給し、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、溶射材料か前述
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、溶射材料か効率良く加熱されるようにプ
ラズマ内の高温部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ョンプラ
ズマ装置において、前記誘導コイルとトーチとの少なく
とも一方を軸線の方向に移動させて双方の相対的位置関
係を変更てきるようにしたことを特徴とするものである
。

〈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、次にキャリアガスな流してプラズ
マ中心に比較的低温の前記穴を形成した後に、トーチに
対して誘導コイルをキャリアガス流出方向前方へ相対変
位させると、前記穴はそのキャリアガス流出方向前方部
分か消滅し、手前部分で少し残存した状態となる。つま
り、比較的低温の貫通穴として存在していた部分か四所
に変化し、プラズマは中心部が高温となり、その高温度
部を通るようにキャリアガスが供給されている状態であ
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
マの中心の高温部を通り、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。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である。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、トーチ２０に対して誘導コイル２４か軸
線方向に移動調節できるようになっている点が主として
異なる点である。その移動調節はコイル支持体とトーチ
支持体とを別に形成してねじで移動させるようにしであ
る０図における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。

各部の寸法構成な■単位で例示すると、外側管２１の内
径か２４、環状の小間隙２６が０．５、キャリアガス導
入管２３の内径か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の先端間軸方向寸法すが５、外側管２１の全長Ｃが
１０６、誘導コイル２４（巻数３）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の先端まての距ｉｃｅが１
５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５１　／ｗｉｎ
、中間ガス（アルゴン）を３１　／ｍｉｎ＜らい供給し
ながら、誘導コイル２４にはｌｋｗ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。点火後、電源
部のマツチジ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１５〜２０文／ｗｉｎ、中間ガスを５文
／ｓｉｎ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３ｋｗ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１〜３１　
／ｗｉｎまて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を軸線の
方向に沿って外側管２１の先端側へ、第１図（ａ）に元
の位置の反対側を仮想線で示すように、約１０ｍｍ移動
させると、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、第１図（ｅ
）でプラズマ３０ａはキャリアガスによってできた穴３
１ａがプラズマ３０ａの全長を貫いていた状態であった
のに対し、誘導コイル２４を移動させた後の第１図（ｆ
）では、プラズマ３０ｂは前記穴の大部分が塞がり、キ
ャリアガスの入口側に穴の一部３１ｂが残った状態とな
る。従ってキャリアガスの通る径路は穴の塞った分だけ
より高温の加熱領域が拡がったことになる。このように
キャリアガスがプラズマの中心部を確実に通る状態では
；トーチ内のガス流速分布の一定した安定な状態が確保
されているのであるから、この状態で加熱領域が拡がっ
たことはその分キャリアガスによって供給される溶射材
料粉の加熱効率か上昇する。同図において、矢印３２は
外側ガス、矢印３３は中間ガス、矢印３４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、キャリアガスを介し
て溶射材料、例えは、ニッケルクロム、ジルコニア、ア
ルミナ等を粉末の状態て毎分数グラム供給すると、溶射
材料が溶融状態となって噴射され、外側管２１の先端か
ら３０〜５０ｍｍの位置に置いた鉄板に溶射材料による
皮膜の形成されることが確認された。

また、別の実験によれば、前記実施例の穴を消滅させた
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
ないで一定時間溶射した場合に、中心部て厚く周辺部て
薄くなった凸形の被膜か形成されるのに対して、誘導コ
イル２４を前方へ移動させない、点火の時のままの位置
で、低温の穴のあるプラズマを使用して同じ素材表面に
同様に溶射した場合に、中心部で薄く周辺部かわずかに
盛上った凹形の被膜か形成されることが認められた。こ
れは、低温の穴かあるプラズマを使用した場合は供給す
る溶射材料の大部分か中心部に集中しているにもかかわ
らず被膜が薄くなるのは中心部でかなりの分量が溶融状
態に至らず、従って粉末のまま飛散していることを示す
ものであり、低温の穴かないプラズマを使用した場合は
供給する溶射材料の殆どが効率よく加熱されてより多く
か溶融状態となって素材表面に付着したことを示すもの
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、従来中心部を低温の穴か貫通したプ
ラズマであった点を、その貫通した穴の先端側の大部分
を塞いだプラズマを中心部にキャリアガスを流した状態
て得ることかできるから、そのキャリアガスを介して溶
射材料を供給するときは溶射材料を効率よく加熱てきる
効果が得られる。従って、インダクションプラズマ装置
を使用した。効率のよい溶射装置の製作が可能となる。

【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
−Ｂ断面図、（ｃ）は　（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）
は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は誘導コイル移動前の
プラズマの状態を示す縦断側面図、（ｆ）は誘導コイル
移動後のプラズマの状態を示す縦断側面図、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−ＡＩｔＩＴ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。菖］謹ｆａ）第１図ｍ　　　　　　　　　　　　　（ｅ）

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
とトーチとの少なくとも一方を軸線の方向に移動させて
双方の相対的位置関係を変更できるようにしたことを特
徴とするインダクションプラズマ装置。