JPH03505848A - プラズマビーム手段により高軟化点または高融点材料、特に石英、ガラスまたは金属の材料よりなる加工部材を加工する装置 - Google Patents

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】 プラズマビーム手段により高軟化点または高融点材料、特に石英、ガラスまたは 金属の材料よりなる加工部材を加工する装置発明の背景 本発明はプラズマビームの手段により高軟化点または高融点材料、特に石英、ガ ラスまたは金属より製作された加工部材を加工する装置に関する。当該技術によ れば、提案の装置は、少くとも３相の電流供給源に接続された少くとも３個の電 極と、プラズマビームを生成するためのガスをノズル出口により、電極の決定す るフィールド内に輸送するノズルとを具備するものであり、こ＼においてノズル は、プラズマビームを発生するための共軸装置内の電極を受入れる。

本発明の提案する装置は、石英とガラス型式の材料の軟化を必要とする実験室と 工場において、および更に特定の熱処理等、例えば金属の場合において表面処理 が必要である技術的プロセスにおいて、都合よく適用可能である。

背景技術の課題 石英またはガラスより製作された加工部材を加工する実施において、工具は酸素 を基とする焔により軟化を受ける。機械加工の高温の結果として、火焔を発生す る燃焼プロセスのば、石英のＯＨ（水酸化物）含有量が増加する。このことは極 めて都合の悪いことで、特に純度に関し高度の要求される技術的プロセスが要求 される場合には然りである。低汚染レベルを保証するために、例えば、希ガスや 窒素よりなる保護雰囲気中にプラズマ・バーナーが配置される技術が知られてい る。この従来技術の解決法の極めて重要な特徴は、プラズマビームの高安定性を 保証しプラズマビー１、の動作媒体が加工温度において加工されるべき材料と反 応し得る条件を除外するという要求である。上記の要求は非常に精巧な構成を適 用することにより、多くの段階において従来技術のプロセスと装置に適用し得る ものである。

ドイツ特許０Ｅ−Ａｌ−３１３６７９９号の明細書は３相交流電源から電流を供 給する装置を開示している。この装置の電極は、保護ガスを供給するそれぞれの ノズルにおいて同心的に配置されている。３個のノズルと電極とはシリンダまた は炎心のマントル上にある出口を用いて配置される。この装置は加工されるべき 金属製加工部材を用いてのみ加工し得るもので、安定なプラズマやビームを発生 させる要求は電極間空間の最大可能長となる。この意味は、公知の装置は加工部 材の過度焼なまし、または非伝導材料、即ち、非金属加工部材の加工が不可能で あるという意味である。

発明の要約 本発明は、プラズマビームの手段により、高軟化点または高融点の材料、特に石 英、ガラスまたは金属より成る加工部材を加工するだめの装置を創作することを 意図するものであり、それにより背景技術の解決法の特徴とする不都合を避ける こと、即ち焼なまし、表面または容積的熱処理を保証する簡単は手段により、金 属または非金属製加工部材のいずれかを加工することが可能となるものである。

本発明に係る装置は、適切な加工媒体および／または電流源を選択することによ ってのみ種々の技術的プロセスにおいて適用可能であり、また低い電力の需要を 保証する小さな寸法を用いて実現可能であるべきものである。

本発明は、少くとも３相の電流源に接続された電極を具備し、動作媒体として保 護ガスまたは希ガスを適用するプラズマバーナーにより加工部材が加熱されるな らば、種々の金属および非金属材料よりなる加工部材が高い再生産性と低電力の 需要で簡単な方法で加工され得るという認識に基づくものであり、こ＼において 電極はまた加工されるべき加工部材のしたがって本発明は、プラズマビームの手 段により、高軟化点または高融点の材料、特に石英、グラス或は金属からなる加 工部材を加工するための装置に関する。該本発明の装置は、少くとも３相の電流 源に接続された少くとも３個の電極と、ノズルの出目（排気口）により、プラズ マビームを生成するガスを電極の決定するフィールドに送出するノズルとを具備 するものであり、該ノズルは電極を共軸装置内に含むものである。該装置の改良 点は電極を含むノズルを対称軸のまわりの回転対称の装置に適用することにあり 、こ＼においてノズルの出口は回転対称の対称軸から等距離に配置され−Ｃおり 、該対称軸は加工されるべき加工部材内に１線を形成し、ノズルの長手軸は、垂 直に横たわる面から対称軸まで最大±１５′の傾斜角により対称軸に関し決定さ れる角度範囲内に配列されている。本発明により要望される如き電極とノズルの 配置は、プラズマビームが、加工中に時間と空間において円形対称と高安定度を 示すことを保証するもので、上記特徴は加工部材の形状と材料とに独立して保証 され得るものであり即ち、円柱形対称の非金属要素も布加工可能である加工され るべき加工部材が小さな点状部材であれば、ノズルの長手方向の軸が対称軸上に ある共通点において相互に交差するようにノズルを配置することが都合よいこと になる。

より大きな寸法をもつ加］一部材を加工するためには、ノズルの長手方向軸が対 称軸上にある中心点のまわりに引かれた円の線の正接（ｔａｎｇｅｎｔ）を形成 するようにノズルを配置することが都合よいことである。このようにしで、プラ ズマビームのイオン化されたガスは加工されるべき加工部材を取り囲み、それに よって加工プロセスの高度の均一性と制御可能性とを保証する。

本発明に係る装置の基本的、かつ一般に適用可能な実施例は、３相電流源の夫々 の相に接続された３個の電極を具備し、即ち、各相は個別の電極に結合されてい る。しかしながら大きな寸法の加工部材を加工するためには３以上、即ら３の０ 倍（在にｎは整数である）、例えばそれぞれの電極に接続された６相を適用する ことが都合がよい。この場合多相電流源のそれぞれの相は個別の電極と結合され る。しかしながら、それぞれの電極は１相から供給される。

加工部材の均一な加熱と加工とは、また３の１倍（ｎは整数である）の電極を給 電する３相電流源によって得られ、こ＼において、同相はｎ個の電極への供給を 保証する、即ち、６電極システムの場合において、各相は２個の電極と結合して いる。このような種類の配置において、プラズマ放電プロセスの安定度は、電極 数に等しい数の位相を適用する時よりほんの少し低く、回路配置は一層簡単にな る。１相から供給される多電極の都合のよい配置において、電極は種々の方法で 該相に接続され得る。６電極配置において同じ相に接続された電極を、対称軸を 交差する長手方向の軸に対し、相互に対向して配置することは都合のよいことで ある。

提案された装置が、対称軸に沿って決定された平面に配置された電極の多くの組 を含むならば、長い加工部材、特にワイヤの過度焼なましおよび熱処理は簡単に 実施され得る。このようにして、該装置の出力は、個別電極の熱負荷を増加させ ることなしに改良され得る。また加工部材がより多くの段階において加熱可能で あり、それによってもし必要ならば、加工部材表面の望ましくない予備加熱をさ けることができるのが好ましい。

多くの技術的なプロセスにおいて、加工部材を外部雰囲気から保護することが必 要とされる。本発明は電極と加工部材を周囲雰囲気から分離した空間において配 置する可能性を与えるものである。

本発明に従って実現された装置は加工部材の汚染をひきおこすことのないプラズ マビームを発生することにより、例えば石英又はガラスから作られた金属および 非金属の加工部材を加工することが可能である。

図面の簡単な説明 本発明により提案された装置の限定されない実例を示す添付図面を参照して、こ の発明を更に詳細に説明することにする。図において、 図１は、本発明により提起された装置の３相、３電極の実施例の概略図である。

図２は、相異なる平面に配置された３の倍数の電極を具備する、本発明により提 起された装置の概略図である図３は本発明により提起された装置の、６相、６電 極の実施例の概略図である。

図４は本発明により提起された装置の、３相、６電極の実施例の概略図である。

好適な実施例の詳細な説明 ３電極の実施例の例に関し示されるように、本発明により提示される装置（図１ ）は、回転対称の配置における３個のノズル１，２．３を具備する。ノズル１， ２．３は角度距離１２０°をもって等距離に配置され、ノズルは長手方向軸１３ ゜１４．１５を有する電極７，８．９を備えている。回転対称の配置は長手方向 軸１３．１４．１５の共通交差点を含む対称軸１９により決定される。対称軸１ ９は図１上の円線により表示された、例えば、石英よりなる加工部材２０内にあ る。対称軸１９は一点により表示される。電極７，８．９はトリウムを含むタン グステン合金より構成され、電極の直径は１鵬で、電極の先端は円錐を形成する 。電極はチョークコイル２１．２２．２３により電流源として適用される３相回 路網の各相Ｒ，Ｓ、Ｔに接続される。ノズル１，２．３は管の形式に製作され、 この管は冷却方式を装備した石英、セラミックスまたは高融点金属より構成され ている。ノズル１．２．３の内径は４市であり、ノズルの内部空間は調整弁２８ ．２９．３０の手段により図面内に示されていない気体源に接続されている。こ の気体源は例えばアルゴンを含んでいる。電流源７，８．９の間に発生されるプ ラズマビームの形状と電力密度とは気体の容積束を変化することにより調整され 得る。極限の場合においてプラズマビームは小さな表面積上の同心的加熱用また は加工部材の大きな表面を加熱するために印加され得る。印加電源電圧は３Ｘ　 ３８０Ｖ　、　５０ヘルツ、相電流は８〜ＩＯＡである。プラズマビームは電流 源に接続された高周波点火手段により始動可能である。

本発明の提起した装置は対称軸１９に沿って相異なる場所に配置された多数の電 極を具備し得る。加工されるべき加工部材２０即ちタングステン線は、対称軸１ ９の線において送られ、それぞれの電極７，８．９を含む３個のノズル１．２． ３よりなる３個のシステムを通過する。加工部材２０は、ノズル１゜２．３によ り決定される空間において約２・１０−２ｍ／ｓの速度を以って実現された部材 の並進運動中に対称軸１９に沿って過度焼なましを受ける。該装置はハウジング ３４内に設置され、このハウジング３４は１人口平面において加工部材２０を受 は入れ、かつ出口平面においてそれを送り出すように配置され、この入口および 出口各平面は対称軸１９と交差している。ノズル１，２．３はアルゴンガスを、 周囲雰囲気から分離されているハウジング３４の内部動作空間に導入する。

６個の電極をもつ本発明に係る装置の実施例は、６相装置から給電される場合は 図３に、３相装置から給電される場合は図４に図示されている。

図３において、可能な６個のノズル装置が図示されており、こ＼においてノズル １，２，３，４．５．６は回転された位置の電極７．８．９．１０．ＩＩ、１２ と一緒に配置され、ノズル１．２．３，４，５．６は加工部材２０を囲む円の正 接を形成する長手方向軸（縦軸）　１３．１４．１５．１６．１７．１８を有し 、該円の中心点は対称軸１９上にある。この解決策は、加工部材２０が大きな寸 法を有する場合に特に都合のよくなるもので、その理由は調整弁２８．２９．３ ０．３１．３２．３３の出口から電極７゜８　、９　、１０．１．１．１２の間 の空間に入るイオン化ガスが、対称軸１９と交差する長手方向軸１３．１４．、 １５．１６．１７．１８に対しノズル１，２，３，４．５．６を配置する場合よ りも一層精密な方式で加工されるべき加工部材２０を包囲するからである。

図３に示された装置において、６相電源は変圧器３５，３６゜３７を分離する手 段により保証され、こ−において電極７，８゜９　、１０．１１．１２はチョー クコイル２１．２２．２３．２４．２５．２６を介して各相Ｒ，Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ 、Ｚに接続されている。分離用変圧器３５．３６．３７は３相電源回路網の各相 Ｒ，Ｓ、Ｔに接続されている。

図４に示された装置において、電極７．８．９．１０．１１゜１２はチョークコ イル２１．２２．２３．２４．２５．２６の手段により電源回路網の３個の相Ｒ ，Ｓ、　Ｔに接続されている。この装置において、７と１０の記号をつけ、反対 方向に、即ち電極７゜８．９．１０，１１．１２の配置を決定する同じ直径に沿 って配列された２個の電極を、例えばＲの符号をつけた同じ相と接続することは 特に有用である。

本発明に係る装置は公知のプラズマ装置の方式で動作する、即ち電極は加工部材 ２０を加工するためのプラズマビームを発生し、こ＼においてプラズマビームは 加工部材の材料に関係なく実現されるものである。

Ｆｉｇ、　１ 国際調査報告 Ｆｏｒｔｓｅｔｚｕｎｇ　５ｅ１ｔｅ　２ＰＣＴ／ＨＵ　８９１０００４０ Ｆａｔｍｏｒｅｄｅｔａｉｌｓａｂｚ＋ｔｉｎａｗｘ＋５ｅｅ０４イ＋＝＋ａｌ Ｊｏｕｒｎｓｌｏ（ｔｈｅＥｕｒｏｐｅａｎＦａ＋＋＋ｎ１nｆｆｉｃｅ、に、 １２７Ｅ２゜

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマビームの手段により、高軟化点または高融点材料、特に石英、ガラ スまたは金属よりなる加工部材を加工する装置であって、該装置は少くとも３相 （Ｒ，Ｓ，Ｔ）の電流源に接続された少くとも３個の電極（７，８，９）と、該 電極によりプラズマビームを生成するガスを該電極（７，８，９）のフィールド に輸送するノズル（１，２，３）であって、該ノズルは共軸配置において電極（ ７，８，９）を受け入れるようになっているもの、とを具備し、電極（７，８， ９，１０，１１，１２）を対称軸（１９）のまわりに回転対称の配置にて含むノ ズル（１，２，３，４，５，６）を適用するものであり、こゝにおいてノズル（ １，２，３，４，５，６）の出口は回転対称の対称軸（１９）から等距離に設置 され、該対称軸（１９）は加工されるべき加工部材（２０）内に１線を構成し、 かつノズル（１，２，３，４，５，６）の長手方向軸（１３，１４，１５，１６ ，１７，１８）は対称軸（１９）に関し、該対称軸（１９）に垂直な平面からの 最大傾斜度±１５°によって決定される角度範囲において配置されることを特徴 とする加工部材を加工する装置。
2. ２．回転対称に配置された装置は、該対称軸（１９）上にある共通点において相 互に交差するノズル（１，２，３，４，５，６）の長手方向軸（１３，１４，１ ５，１６，１７，１８）を具備することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. ３．回転対称に配置された装置は、対称軸（１９）上の中央点を有する円の正接 を形成するノズル（１，２，３，４，５，６）の長手方向軸（１３，１４，１５ ，１６，１７，１８）を具備することを特徴とする請求項１記載の装置。
4. ４．該装置はｎを整数としてｎの３倍の電極（７，８，９，１０，１１，１２） を具備し、多層電流源の各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ，ＵＶ，Ｚ）を個別の電極（７，８， ９，１０，１１，１２）に接続することを特徴とする請求項１から３までのいず れかに記載の装置。
5. ５．３相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）電流源とｎの３倍の電極（７，８，９，１０，１１，１ ２）とを具備し、こゝにおいてｎは整数で、各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）はｎ個の電極（ ７，８，９，１０，１１，１２）に接続されていることを特徴とする、請求項１ から３までのいずれかに記載の装置。
6. ６．電流源の個別相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）にそれぞれ接続された３個の群に分割された ６個の電極（７，８，９，１０，１１，１２）を具備し、２個の電極より構成さ れる該群（７，８，９，１０，１１，１２）は対称軸（１９）に関し相互に距て られた反対方向に配置されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. ７．少くとも２組（ｓｅｔ）のノズル（１，２，３，４，５，６）と電極（７， ８，９，１０，１１，１２）とを具備し、各組は対称軸（１９）に沿って配置さ れていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれかに記載の装置。
8. ８．該電極（７，８，９，１０，１１，１２）と工作部材（２０）とを、周囲雰 囲気から分離した空間内に配置することを特徴とする請求項１から７までのいず れかに記載の装置。