JPH0526554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属粉末、セラミツク粉末あるいはこ
れらの混合粉末の溶射用プラズマトーチや化学反
応プラズマトーチに適用せんとするものである。

〔従来の技術〕

従来の溶射用ノントランスフア型プラズマトー
チの構成は第１図に示す如く、０１はノズル、０
２はノズル０１と水密構造に連結された水冷外
筒、０３はノズル冷却水供給パイプ、０４はノズ
ル冷却水排出パイプ、０５は作動ガスチヤンバ、
０６は作動ガス噴出口、０７は作動ガス供給パイ
プ、０８は電極支持筒、０９は銅。タングステ
ン、ハフニウム、ジルコニウムなどからなる電
極、０１０は電極冷却水導管、０１１は電極冷却
水供給パイプ、０１２は電極冷却水排出パイプ、
０１３はノズル０１と電極支持筒０８を連結する
電気絶縁体で作られた連結環、０１４はプラズマ
電源、０１５ａ，０１５ｂはプラズマ電源０１４
とノズル０１または電極支持筒０８を結ぶ電力線
である。

また０１６ａ，０１６ｂはノズル冷却水の流路
を０１７ａ，０１７ｂは作動ガスの流路、０１８
ａ，０１８ｂ，０１８ｃは電極冷却水の流路であ
る。

更に０１９ａ，０１９ｂはアーク、０２０はプ
ラズマ炎、０２１は粉末などの送給管、０２２は
粉末などの送給流路である。

プラズマ電源０１４からの電圧は電力線０１５
ａ，０１５ｂを通じて電極０９とノズル０１との
間に印加されるためこの間にアーク０１９ａが発
生するがこの時同時に作動ガス供給パイプ０７か
ら作動ガスチヤンバ０５、作動ガス噴出口０６を
通じて矢印０１７ａ，０１７ｂに示すようにアル
ゴン、水素、窒素、酸素、空気などの作動ガスが
ノズル０１の内に供給されるためこれらのガスは
アーク１９ａにより加熱されプラズマ炎０２０を
発生させる。

更に粉末供給管０２１から金属粉末、セラミツ
ク粉末などがプラズマ炎０２０中に送給されると
これらの粉末は加熱されると同時に加速され対象
物に衝突して溶射層を形成する。

この場合ノズル０１及び電極０９はアーク０１
９ａにより加熱されるのでノズル冷却水供給パイ
プ０３からノズル冷却水排出パイプ０４に至る矢
印０１６ａ，０１６ｂに示されるノズル冷却水
と、電極冷却水供給パイプ０１１、電極冷却水導
管０１０、電極支持筒０８、電極冷却水排出パイ
プ０１２に至る矢印０１８ａ，０１８ｂ，０１８
ｃに示す電極冷却水により冷却される。

このように従来のプラズマトーチは電極０９と
ノズル０１との間にアーク０１９ａが発生するが
定常状態では作動ガス０１７ｂに吹かれてアーク
は０１９ｂに示す如く電極０９の先端とノズル０
１の出口端との間に発生する確率が高い。

このためアーク発生点が限定されるのでノズル
冷却水０１６ａまたは電極冷却水０１８ａによつ
て夫々冷却されるにもかかわらず電極０９及びノ
ズル０１の寿命は著しく短いのが現状である。

そのため従来のプラズマトーチを使う作業にお
いては、度々作業を中断して電極やノズルを交換
する必要があり、極めて能率が悪いものであつ
た。又粉末はプラズマ炎０２０の外側から送給さ
れるためかなりの比率の粉末はプラズマ炎０２０
の高温部に入りきらず即ち加熱されずに対象物に
衝突するためその付着力は弱く脱落するか、また
は溶射層中に巻きこまれるかしていた。このため
高価な粉末が有効に使用されないばかりか溶射層
自体も性質が劣るものであつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はノントランスフア型プラズマトーチの
電極及びノズルの寿命を延し作業性を向上せしめ
ると共に送給される粉末を効率よくプラズマ炎に
送り込む手段を附与することにより溶着効率の向
上と溶射膜の性能向上を図らんとするものであ
る。

〔発明が解決するための手段〕

アーク放電をさせる内側電極と外側電極の２つ
の円筒状の電極と、外側電極の外側に配置されか
つ上記内側電極及び外側電極の軸方向に平行な磁
力線を発生せしめるアーク回転用駆動コイルと、
該駆動コイルの両側に上記円筒状の電極の円周方
向に沿つて磁力線を発生せしめるアーク制御コイ
ルとからなり、上記内側電極の内側に粉末をキヤ
リヤガスによつて供給するための内孔を設けたこ
とを特徴とするものである。

この本願発明では、 外筒及び内筒の二重の円筒体の何れにも水冷管
を設け外筒の内表面と内筒の外表面を電極として
両者の間にアークを発生せしめ、電極の近傍に設
けた駆動コイルにより円筒電極の軸方向に平行な
磁力線を発生せしめる。このときフレミングの左
手の法則によりアークは円周方向の力をうけ円筒
電極上を旋回する。

又円筒電極の両端近傍に設けた位置制御コイル
により円周方向に平行な磁力線を発生させればや
はりフレミングの左手の法則によりアークは円筒
電極の軸方向の力をうける。

よつて外筒電極から円筒電極に電流が流れると
仮定した場合プラズマトーチを作動ガスの上流側
から見て時計廻り方向の磁力線を発生させればア
ークは作動ガスの上流方向に移動し反時計廻りの
磁力線を発生させれば下流方向に移動する。

円筒電極の両端近傍に設けられた二つの位置制
御コイルのうち下流側で時計廻りの磁力線、上流
側で反時間廻りの磁力線を発生させればアークは
電極からはずれることなく旋回する。

又上流側、下流側の位置制御コイルによる磁力
線強度をそれぞれ位相を180゜ずらして増減させれ
ばアークは上流方向、下流方向に移動しながら旋
回する。

このためアークは円筒電極の広範囲に亘り均一
に移動するため電極消耗が分散されプラズマトー
チ電極の長寿命化が達成される。

又内側円筒の中心線に沿つて設けられた粉末送
給孔から粉末を送給すればプラズマ炎の中心に直
接粉末を送給できるので粉末を効率よく加熱、加
速することができ、開口部近傍の粉末汚染による
異常消耗を防ぐことができる。

〔作用〕

第２図に示す如くプラズマ電源１６からの電圧
は、電力線１７ａ，１７ｂ及びノズル１、電極支
持筒８を通じて外側電極１３ａ（ノズル１の内面
に形成された電極）と内側電極１３ｂ（電極支持
筒８の外表面に形成された電極）との間に印加さ
れるので両電極１３ａ，１３ｂ間にアーク２５が
発生する。プラズマ電源１６は交流電源でも直流
電源でもよいが、直流電源で外側電極１３ａがプ
ラス、内側電極１３ｂがマイナスに結線されてい
るとし説明する。

即ちアーク２５ａには外側電極１３ａから内側
電極１３ｂに向つて電流が流れる。この場合アー
ク回転駆動コイル１４によつてアーク２５ａを紙
面の右から左へ貫く磁力線を発生させる。故にア
ーク２５ａはフレミングの左手の法則に従つて紙
面の上方に向う力をうけることにより結果として
円筒状の外側電極１３ａ及び内側電極１３ｂに沿
つて回転する。

また上流側アーク制御コイル１５ａはアーク２
５ａに対し紙面を貫いて下方向の磁力線を発生さ
せることが可能であるためアーク２５ａはフレミ
ングの左手の法則に従い左方向の力をうける。

このように上流側アーク制御コイル１５ａと下
流側アーク制御コイル１５ｂはアーク２５ａに対
し夫々反対方向の力を与ることができるので、制
御器２０によつて上流側及び下流側制御コイル１
５ａ，１５ｂを流れる電流を位相180゜ずらして増
減すればアーク２５ａは右方向、左方向の力を交
互に受けることになる。

故にアーク回転駆動コイル１４、上流側アーク
制御コイル１５ａ、下流側アーク制御コイル１５
ｂ及び制御器２０によつてアーク２５ａは円筒状
の電極１３ａ，１３ｂを回転しながらしかも左右
に移動することになる。

また同時に作動ガス２３ａが送給され、ノズル
１、電極支持筒８は冷却水２２ａ，２４ａにより
冷却されるが、この作用は第１図と同様である。

以上直流プラズマ電源を用いて外側電極１３ａ
をプラスにしてプラズマ炎２６をうる場合を説明
したが、内側電極１３ｂをプラスにした場合には
アーク２５ａの動きが逆になるので全てのコイル
の流れる電流の向きを逆にすることで対処でき
る。

交流プラズマ電源を用いる場合には、電流切換
制御器２１によつてプラズマ電流の方向に応じて
コイルを流れる電流の方向を逆転すれば直流電源
の場合と同様の効果がえられる。

このようにして形成されたプラズマ炎２６に対
し粉末送給管２７を通じ金属、セラミツクなどの
粉末を送給すれば粉末は加熱されると同時に加速
され対象物に衝突して溶射膜を形成する。

〔実施例〕 第２図に示す如く、１はノズル、２はノズル１
と水密構造で連結された水冷外筒、３はノズル冷
却水供給パイプ、４はノズル冷却水排出パイプ、
５は作動ガスチヤンバ、６は作動ガス噴出口、７
は作動ガス供給パイプ、８は電極支持筒で粉末供
給管２７と一体化されている。９は電極冷却水導
管、１０は電極冷却水供給パイプ、１１は電極冷
却水排出パイプ、１２はノズル１と電極支持筒８
を連結する電気絶縁体で作られた連結環、１３ａ
は外側電極で、銅、タングステン、ハフニウム、
ジルコニウム或は導電性セラミツクスなどからな
つている。１３ｂは内側電極で外側電極１３ａと
同様の材質にて構成され、外側電極１３ａと内側
電極１３ｂとは同心円上に配置されている。

１４は両電極１３ａ，１３ｂ間に、その軸と平
行な磁力線を発生するアーク回転駆動コイル、１
５ａはアーク回転駆動コイル１４に隣接して作動
ガスの上流側に設けられ両電極１３ａ，１３ｂ間
に、その円周に平行な磁力線を発生する上流側ア
ーク制御コイル、１５ｂは同じく下流側アーク制
御コイル、１６はプラズマ電源、１７ａ，１７ｂ
はプラズマ電源１６とノズル１または電極支持筒
８を結ぶ電力線、１８はアーク回転駆動コイル１
４の電源、１９ａ，１９ｂとは夫々上流側、下流
側アーク制御コイル１５ａ，１５ｂの電源、２０
は上流側、下流側アーク制御コイル電源、１９
ａ，１９ｂは制御する制御器、２１は電流切換制
御器である。

又２２ａ，２２ｂはノズル冷却水の流路、２３
ａ，２３ｂは作動ガスの流路、２４ａ，２４ｂ，
２４ｃは電極支持筒冷却水の流路、２５ａ，２５
ｂはアーク流路、２６はプラズマ炎、２７は粉末
供給管、２８は粉末の送給流路である。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明によればアークは円筒
状電極に沿つて回転ししかも軸方向に沿つて往復
するので電極が局部的に加熱されることがないた
めその寿命を飛躍的に延ばすことが出来、取替え
のための作動中断回数が少い。また粉末をプラズ
マ炎の中心部に送り込めるため全ての粉末を効率
よく加熱加速することができる。従つて粉末ロス
が極めて少く溶射膜の性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶射用プラズマトーチの断面
図、第２図は本発明溶射用プラズマトーチの１例
を示す断面図である。 ０１，１…ノズル、０８，８…電極支持筒、０
９…電極、１３ａ…外側電極、１３ｂ…内側電
極、１４…アーク回転駆動コイル、１５ａ…上流
側アーク制御コイル、１５ｂ…下流側アーク制御
コイル、２７…粉末供給孔、２８…粉末送給流
管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アーク放電をさせる内側電極と外側電極の２
   つの円筒状の電極と、外側電極の外側に配置され
   かつ上記内側電極及び外側電極の軸方向に平行な
   磁力線を発生せしめるアーク回転用駆動コイル
   と、該駆動コイルの両側に上記円筒状の電極の円
   周方向に沿つて磁力線を発生せしめるアーク制御
   コイルとからなり、上記内側電極の内側に粉末を
   キヤリヤガスによつて供給するための内孔を設け
   たことを特徴とする溶射用プラズマトーチ。