JPH0639682B2 - プラズマ溶射法及びプラズマアークトーチ - Google Patents

プラズマ溶射法及びプラズマアークトーチ

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炎スプレーシステムに係わり、特に不適切な
材料の供給に基づいて発生する２重アークを防止するよ
うなプラズマアーク発生炎スプレーシステムに関する。
（従来の技術） 電気伝導性のワイヤーおよびロッドを噴霧するためのプ
ラズマアーク発生炎スプレーシステムの使用における処
理工程において大きな問題が存在する。電気伝導性のワ
イヤーおよびロッドをプラズマアークで噴霧するのに必
要な装置は金属のプラズマ切断において使用されるもの
と類似である。切断される金属の代わりにワイヤー、ロ
ッド、または金属ストリップが前記金属を溶融し噴霧化
するためにアーク内に供給される。更に圧縮空気の大き
な流れが溶融した粒子を噴霧化しそれらを高速に加速し
てスプレーコーティングされるべき表面に対して密着さ
せる。第１ａ図、および第１ｂ図は典型的なプラズマア
ーク炎発生スプレーシステムおよび金属材料の供給が停
止することによって起きる２重アーク動作をそれぞれ示
している。
第１ａ図において、従来のプラズマアーク炎発生スプレ
ーシステムはアーク発生トーチ１を有し、このトーチ１
は３つの主な構成要素から形成されている。電極１１が
電気絶縁片１０内に同軸に装着され、前記電気絶縁片１
０は円筒状の金属本体１２の一端に設けられており、前
記本体１２の反対側の端部は端部壁２によって閉鎖され
ており、この端部壁２にはノズル３０を形成する軸方向
開口が設けられている。前記電極１１は環状のチャンバ
ー１５内において前記ノズル流路あるいはノズル開口と
同軸に配設されている。プラズマ形成ガスがチューブ１
３および前記絶縁片１０内に形成された流路１４を介し
てチャンバー１５内に導かれ、プラズマ形成ガスはノズ
ル３０内を流れる。前記本体１２を同心に取囲んでカッ
プ形状部材２３が設けられ、このカップ形状部材２３は
それと前記円筒状本体１２間に環状のスペース３１を形
成する。前記カップ形状部材２３は端部壁２３ａによっ
て閉塞され、その反対端部２３ｂは開口している。チュ
ーブ２５を介して圧縮空気が環状スペース３１内に供給
され、この圧縮空気は前記カップ形状部材２３の開口端
から流出し、これによりプラズマアーク内に供給された
金属を噴霧化するとともに加工物すなわち基板２９の方
向にそれらの粒子を加速する。前記基板２９の表面上に
炎スプレーされるべき金属はワイヤーあるいはロッド１
８の形で示されており、前記ワイヤーまたはロッド１８
は駆動ロール１９によって発達したアーク柱１７内に供
給され、前記駆動ロール１９は矢印方向に回転してワイ
ヤー１８を右から左方向に供給する。電圧差が陽極の１
つとして作用するワイヤー１８と発電器２２のような直
流電源からの陰極電極１１間に発生し、前記発電器２２
は陰極電極１１および陽極ワイヤー１８にリード線２１
を介してそれぞれ接続されている。
この装置の操作において、アーク柱１７がノズル３０を
通してその中心に位置しており、このアーク柱１７が陽
極すなわち駆動ロール１９によって供給されるワイヤー
１８に衝突する。ガス流（特にノズル３０を通して渦流
を形成するための接線方向の渦巻き要素を十分備えてい
る）が前記アーク柱１７をノズル３０のノズル壁から十
分離れた位置に位置決めする。付加的に粒子２７を噴霧
化するとともに加速する圧縮空気は、前記環状スペース
３１から円錐流出口２４を通って環状の円錐形の高速空
気流すなわちストリーム２６として部材２３の環状開口
２３ｂから流出し溶融粒子２７を加速して加工物すなわ
ち基板２９上にコーティング２８を形成する。（発明が
解決しようとする課題） 前記ワイヤー１８の先端がノズル３０と一直線に維持さ
れる限り作業は安定して行われる。この時には合理的な
値段で高い溶融率が維持される。ワイヤー１８をノズル
３０と一直線になるように維持するためにはワイヤー１
８を高速で安定して供給しなければいけない。駆動ロー
ル１９によって概略的に図示された駆動供給システムの
故障すなわちワイヤー１８のよじれあるいはワイヤー供
給の不注意な停止が２重アーク発生現象による重大な損
害をもたらす。
第１ｂ図はワイヤー１８の供給停止による２重アーク発
生現象を図示している。駆動ロール１９によって例示さ
れる機械的な供給システムが停止すると、第１ａ図の安
定した操作においては、前記アーク柱はノズル３０を通
して維持され、前記アーク柱はワイヤー１８の引込んだ
先端に衝突するとともにそれを溶融する。前記アーク柱
は明らかにノズル３０内で右方向に曲り、開口端部２３
ｂに隣接したカップ状部材２３のノズル壁に接触する。
この現象が起こるないなや、別の低電圧の電気回路が電
源２２に対して形成される。この回路はａ点における陰
極電極１１の先端１１ａと、ｂ点における電極先端１１
ａの直ぐ近くのノズル３０における円筒状の本体の端部
壁２の先端と、前記円筒状の金属本体１２とカップ状部
材２３とｃ点における開口２３ｂに隣接するカップ状部
材２３の先端と陽極電極を形成する金属ワイヤー１８の
引込んだ先端ｄ点に形成される。この回路ａ−ｂ−ｃ−
ｄは点ａ，ｂ間および点ｃ，ｄ間に２つの低電圧のアー
クＡおよびＡ′（第１ｂ図）を形成し、電流は抵抗の低
い金属本体１２およびカップ状部材２３をそれぞれ流れ
る。点ｂおよび点ｃにおける金属はすぐに腐蝕してしま
いしばしばプラズマトーチ１の完全な破壊につながる。
本発明は係る点に鑑み、２重アーク発生を防止しうるプ
ラズマアーク炎発生スプレーシステムを提供することを
目的とする。
本発明の更に他の目的は、粉体とワイヤーがアーク内に
供給され、ワイヤーからの粒子が溶融状態で加工物すな
わち基板に衝突し、一方、粉体の形で供給された粒子は
前記基板に密着する時に加熱されて柔らかい状態となる
ようなプラズマアーク炎発生スプレーシステムを供給す
ることを目的とする。
更に本発明の他の目的は、溶融するためのアーク炎内に
供給される主金属ワイヤーとアーク内に供給されるワイ
ヤー内の基板に付着される粒子間に形成される第２のア
ークを有効に使用して前記基板に付着される溶融粒子の
噴射率を実際的に増加しうるようなプラズマアーク炎発
生スプレーシステムを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） そこで、本発明のプラズマ溶射法は、「アークを発生す
るために少なくとも１つのワイヤーあるいはロッドを陽
極電極としてプラズマトーチ本体ノズル出口から発生し
たアーク柱内に供給するためのプラズマ溶射法であっ
て、前記プラズマトーチ本体のノズルの外側に前記ノズ
ル出口を越えて伸びるアーク柱に向けて円錐減少部分を
備えたカップ状をなし、薄い壁で形成されたアーク柱ガ
イドチューブを有するものにおいて、前記チューブから
電気的に絶縁されて前記チューブの外周に配置され、内
部にガス分配通路を有し、前記チューブの外表面に向け
てガス流出口を備えた環状の外郭片より前記チューブの
外表面に沿って外側のガス流を通過せしめ、前記アーク
柱を高速の環状のガス保護膜によって取囲み、前記アー
ク柱を前記ノズルの軸の延長線から半径方向に近接した
地域内に制約して前記アーク柱が高速の環状のガス保護
膜を貫通しないようにし、この高速の環状のガス保護膜
によって区画される領域の地域から前記ワイヤーまたは
ロッドが引き下げられた時にアークを自然消滅させるよ
うにしたことを特徴とする」ものである。
又、本発明のプラズマアークトーチの一つは、「一端が
絶縁片によって閉鎖された金属の筒状トーチ本体と、前
記絶縁片内において前記筒状のトーチ本体内の軸方向に
伸び前記筒状のトーチ本体に装着された陰極電極と、前
記絶縁片の反対側に設けられ、前記筒状のトーチ本体の
ノズルを形成する軸方向の開口を含む端部壁と、プラズ
マ形成ガスをそれが前記ノズルを通過するように前記筒
状のトーチ本体の内部に導くための手段と、少なくとも
１つのワイヤーまたはロッドを支持するとともにそれを
前記ノズルの出口の下流側で前記ノズルから流出したプ
ラズマ形成ガスの流路内に移動せしめるための手段とを
備え、前記少なくとも１つのワイヤーまたはロッドは陽
極電極を形成して、発生したアークをノズルを介してこ
のノズルに近接した少なくとも１つのワイヤーまたはロ
ッドの先端に伸長せしめ、前記ノズルを介してその出口
を軸方向に越えて伸びるアーク柱を形成するためのプラ
ズマアークトーチにおいて、 このプラズマアークトーチは前記アーク柱の周りに同心
に高速環状ガス保護膜を形成するため、前記プラズマト
ーチ本体のノズルの外側に前記ノズル出口を越えて伸び
るアーク柱に向けて円錐減少部分を備えたカップ状をな
し、薄い壁で形成されたアーク柱ガイドチューブと、前
記チューブから電気的に絶縁されて前記チューブの外周
に配置され、内部にガス分配通路を有し、前記チューブ
の外表面に向けてガス流出口を備えた環状の外郭片とを
有し、 前記チューブの内表面に沿って内側のガス流を通過させ
るとともに前記外郭片より前記チューブの外表面に沿っ
て外側のガス流を通過せしめ、前記チューブの先端にお
いて前記内側と外側のガス流とを合流させることにより
前記アーク柱を取囲む高速の環状のガス保護膜によるア
ーク柱ガイドを形成し、前記アーク柱が前記ガス保護膜
を貫通することが出来ないように前記アーク柱を前記ノ
ズルの軸の延長線から半径方向に近接した地域内に封鎖
するようにし、これによって少なくとも１つのワイヤー
またはロッドが前記ガス保護膜によって区画される境界
内の前記区域から引下げられた時にアークを消滅させる
ようになっていることを特徴とする」ものであり、本発
明のプラズマアークトーチの他の一つは、「一端が絶縁
片によって閉鎖された金属の筒状トーチ本体と、前記絶
縁片内において前記筒状のトーチ本体内の軸方向に伸び
前記筒状のトーチ本体に装着された陰極電極と、前記絶
縁片の反対側に設けられ、前記筒状のトーチ本体のノズ
ルを形成する軸方向の開口を含む端部壁と、プラズマ形
成ガスをそれが前記ノズルを通過するように前記筒状の
トーチ本体の内部に導くための手段と、少なくとも１つ
のワイヤーまたはロッドを支持するとともにそれを前記
ノズルの出口の下流側で前記ノズルから流出したプラズ
マ形成ガスの流路内に移動せしめるための手段とを備
え、前記少なくとも１つのワイヤーまたはロッドは陽極
電極を形成して、発生したアークをノズルを介してこの
ノズルに近接した少なくとも１つのワイヤーまたはロッ
ドの先端に伸長せしめ、前記ノズルを介してその出口を
軸方向に越えて伸びるアーク柱を形成するためのプラズ
マアークトーチにおいて、 このプラズマアークトーチは前記アーク柱の周りに同心
に高速環状ガス保護膜を形成するため、前記プラズマト
ーチ本体のノズルの外側に前記ノズル出口を越えて伸び
るアーク柱に向けて円錐減少部分を備えたカップ状をな
し、薄い壁で形成されるとともに前記プラズマトーチ本
体から電気的に絶縁されたアーク柱ガイドチューブと、
前記チューブから電気的に絶縁されて前記チューブの外
周に配置され、内部にガス分配通路を有し、前記チュー
ブの外表面に向けてガス流出口を備えた環状の外郭片と
を有し、 善意外郭片より前記チューブの外表面に沿って高速の外
側のガス流を通過せしめることにより、前記アーク柱を
取り囲む高速の環状のガス保護膜によるアーク柱ガイド
を形成し、前記アーク柱が前記ガス保護膜を貫通するこ
とが出来ないように前記アーク柱を前記ノズルの軸の延
長線から半径方向に近接した地域内に封鎖するように
し、これによって少なくとも１つのワイヤーまたはロッ
ドが前記ガス保護膜によって区画される境界内の前記区
域から引下げられた時にアークを消滅させるようになっ
ていることを特徴とする」ものである。
（作用） 本発明では、プラズマトーチ本体のノズル出口を軸方向
に越えて伸びるアーク柱を前記ノズルの軸方向の延長線
から半径方向に近接した地域内に制約する。この制約は
前記アーク柱の周りを通過する高速の環状のガス被覆膜
を介して前記地域を取囲むことによって行ない、これに
よりアーク柱ガイドを形成するようになっている。そし
て、前記アーク柱は高速の環状のガス保護膜を貫通する
ことができず、境界が高速の環状のガス保護膜によって
区画される区域から前記ワイヤーまたはロッドを引込ん
だ時には前記アークを自動的に消滅させるようになって
いる。
すなわち、一つは、プラズマトーチ本体のノズルの外側
に前記ノズル出口を越えて伸びるアーク柱に向けて円錐
減少部分を備えたカップ状をなし、薄い壁で形成された
アーク柱ガイドチューブと、前記チューブから電気的に
絶縁されて前記チューブの外周に配置され、内部にガス
分配通路を有し、前記チューブの外表面に向けてガス流
出口を備えた環状の外郭片とを有した構造により、前記
チューブの内表面に沿って内側のガス流を通過させると
ともに前記外郭片より前記チューブの外表面に沿って外
側のガス流を通過せしめ、前記チューブの先端において
前記内側と外側のガス流とを合流させることにより前記
アーク柱を取囲む高速の環状のガス保護膜によるアーク
柱ガイドを形成し、前記アーク柱をほぼその軸方向通路
に制約することによって２重アーク現象を除去し、同時
に前記アーク柱が前記高速の環状のガス保護膜を通って
半径方向に偏ることを防止して、１つあるいはそれ以上
のワイヤーまたはロッドから供給される材料を確実にス
プレーするようになっている。
他の一つは、プラズマトーチ本体のノズルの外側に前記
ノズル出口を越えて伸びるアーク柱に向けて円錐減少部
分を備えたカップ状をなし、薄い壁で形成されるととも
に前記プラズマトーチ本体から電気的に絶縁されたアー
ク柱ガイドチューブと、前記チューブから電気的に絶縁
されて前記チューブの外周に配置され、内部にガス分配
通路を有し、前記チューブの外表面に向けてガス流出口
を備えた環状の外郭片とを有した構造により、前記外郭
片より前記チューブの外表面に沿って高速の外側のガス
流を通過せしめることにより、前記アーク柱を取り囲む
高速の環状のガス保護膜によるアーク柱ガイドを形成
し、前記アーク柱をほぼその軸方向通路に制約すること
によって２重アーク現象を除去し、同時に前記アーク柱
が前記高速の環状のガス保護膜を通って半径方向に偏る
ことを防止して、１つあるいはそれ以上のワイヤーまた
はロッドから供給される材料を確実にスプレーするよう
になっている。
前記内側および外側のガス流は異なったガスで形成され
ても良い。又、２つ、３つあるいはそれ以上のワイヤー
またはロッドが前記アーク柱をプラズマトーチのノズル
と同軸に維持し、軸方向のアーク柱を形成するように軸
方向のプラズマガス流に供給されても良い。１つあるい
はそれ以上のワイヤーが電気回路を接地させても良い。
この場合、電気回路は直流電源を有し、この直流電源は
その反対側においてプラズマトーチノズルと軸方向に一
直線に主アークを形成する。低電圧のプラズマアーク
（第２のアーク）が２つのワイヤーまたはロッドの間に
介在するようにしても良く、この２つのワイヤーまたは
ロッドはアーク発生区域内に供給され、このアーク発生
区域内において前記主アークが前記第２のアークと並列
に動作するようにしても良い。又、非導電材料が導電材
料の外郭部を有し、ワイヤーの中心部をなす非導電材料
とともにアークスプレーするようにしても良い。前記導
電材料の外郭部は中心部をなす酸化粉末の非酸化金属で
あっても良い。
前記アーク柱ガイドのガス流は純粋な酸素の流れであっ
ても良く、前記純粋な酸素はワイヤーあるいはロッドの
外郭部から生じる溶融粒子と反応して金属の酸化物を形
成する。前記アーク柱ガイドの外側のガス流を生じせし
めるための手段は前記プラズマトーチおよびノズルを形
成するプラズマトーチの金属円筒状本体から電気的に絶
縁されている。前記チューブの外側表面に沿って高速の
ガス流を生じせしめるための手段は、前記外側チューブ
を取囲むとともにそれに固定された中空の環状部材から
形成されても良い。前記環状の本体内には複数の円周方
向に間隔を配して設けられた排出ポートすなわちオリフ
ィスが前記チューブの外表面に沿って設けられている。
この手段は圧力でガスを前記環状の本体内に形成された
環状のチャンバー内に送り込み、ガスは前記オリフィス
を通って流出する。前記プラズマトーチ本体ノズルの出
口を軸方向に越えて伸びるアーク区域内に供給される１
つあるいはそれ以上のロッドに加えて、スプレーされる
べき粉末材料の１つあるいはそれ以上の流れが前記アー
ク区域内に導入されても良い。更に、ワイヤーあるいは
ロッドの形で供給される材料の代わりに、炎スプレーさ
れるべき材料が１つあるいはそれ以上の金属ストリップ
から構成されても良く、これにより前記発生したアーク
に対して比較的大きな陽極表面を提供でき、前記基板上
に付着する材料の付着率を増大することができる。
（実施例） 本発明は発生プラズマアーク炎スプレーシステムの為の
プラズマアーク発生トーチに関するものであり、このシ
ステムは、金属ワイヤー、ロッド或いは金属ストリップ
がトーチ本体に供給されなかった時に生じる２重アーク
現象を除去する。このシステムにおいては、前記金属ワ
イヤー、ロッドあるいは金属ストリップはプラズマアー
ク発生トーチの陽極として機能する。
第２図乃至第６図の実施例において、従来のトーチを示
した第１ａ、１ｂ図において図示された部分と同様の部
分は、その部分の説明において同様な符号が付されてお
り、これらの機能が同一な場合には種々の実施例の記述
を簡単にするために繰り返し述べられてはいない。係る
説明が無い場合には、従来の第１ａ、第１ｂ図に対応す
る第２図乃至第６図の構造およびその構成要素はそれら
の構造及び機能において同一である。
第２図に示した本発明の第一実施例において前記トーチ
本体は円筒金属本体１２からなり、この本体１２はその
一端が電気絶縁片１０によって閉塞され、その反対側端
部は軸方向に伸びる開口を有し、この開口はノズル３０
を形成している。前記ノズル３０の通路は陰極電極１１
と同軸に設けられ、この陰極電極１１は環状のチャンバ
ー１５内に突出してそのチャンバーを部分的に区画して
おり、前記環状チャンバー１５を通してプラズマガスが
矢印方向に通過する。
前記第１ａ図のカップ状部材２３と同様なカップ状金属
部材すなわち部品４０が円錐部分４０ａにおいて終端
し、この円錐部分４０ａの開口端部が円形開口４６を形
成し、この円形開口４６は前記円筒形の本体１２のノズ
ル３０の出口を軸方向に越えて図示されている。ある場
合において、前記開口端部はノズル３０の出口のわずか
手前に配設されても良いし、あるいはそれと面一に配設
されても良い。矢印で示すように、供給される第２ガス
（内側のガス流）が前記カップ状の金属体４０とトーチ
１′の前記金属円筒本体間に形成される端部空間４７に
流入する。更に、前記円筒状本体１２はその端部壁４８
の位置において、その外周部分を有し、この外周部分は
前記カップ状部材４０の円錐台部分４０ａに適合するよ
うに円錐台形状に傾斜している。これによって環状の円
錐減少部分４５が形成される。前記カップ状の金属部材
４０はガイドピースを形成し、このガイドピースは符号
４９によってその全体が示されたアーク柱ガイドの１つ
の要素をなす。環状のセラミック部品４１はＣ型形状の
横断面を有するとともに、ほとんど無限の電気抵抗を有
し、この部品４１が前記カップ状の部品４０の外周に取
り付けられている。そして、第２の環状の外郭片４２は
逆Ｃ型形状をなし、この外郭片４２がセラミック片４１
に固着されている。前記環状の外郭片４２が、前記セラ
ミック片４１にその対向面において密着されるととも
に、前記外郭片４２は環状のガス分配通路すなわちガス
分配室４３を形成するように寸法が定められる。一連の
周囲方向に間隔を配して設けられた穴すなわちオリフィ
ス４４が前記セラミック片４１内に形成され、前記オリ
フィス４４は前記カップ状の部材４０の円錐台部分４０
ａの外周面に沿って伸びる軸を有している。矢印によっ
て示されたように圧縮空気がポート４２ａを介して外郭
片４２内に供給され、これにより前記環状分配通路すな
わち環状分配室４３の圧力を増加させる。第３のガス
（外側のガス流）として、高速の圧縮空気が前記オリフ
ィス４４から流出して前記ガイド片４０の外周面上を流
れる。前記環状室４７から第２のガス（内側のガス流）
が前記円錐減少部分４５を通って流出しその端部に形成
された開口４６を通って外部に流出する。
第１ａ図の従来の装置と同じ様に、アーク柱が前記陰極
電極１１とワイヤー１８の先端間に形成されるとともに
第１ａ図と同じ様にしてワイヤーが供給される。この時
なんらかの原因によって駆動ロール１９のワイヤーの供
給が停止されると、前記アーク柱は前記ワイヤーが図の
矢印で示したように前記部品４０の円錐台部分外表面と
内表面に沿って流れる第２と第３のガス（内側と外側の
ガス流）の結合流からなる高速のガス膜の外側を越えて
前記ワイヤー１８の引っ込んだ端面に移動しようとす
る。
前記アークは前記結合された第２および第３のガスの流
れ（内側と外側のガス流）によって前記ガイド４０の内
面を通過しないようになっている。というよりはむし
ろ、前記アークは前記ワイヤー１８の外側でそこから離
れて流れる前記結合ガス流によって吹き飛ばされると言
える。第１ａ図の電源２２に相当する電源２２の出力が
最大電圧になった時に、前記アークは消滅する。第２図
は本発明の好ましい形態を図示したものであり、前記ガ
イド部品４０は前記金属トーチ本体１２に対して金属結
合されている。
第３図において、本発明の他の実施例において、電気的
に絶縁された環状リングすなわち環状部品５０が前記金
属トーチ本体１２とガイド部品５１間に介在され、これ
ら環状部品５０およびガイド部品５１が第２図の実施例
における前記ガイド部品４０と同様なガイド部品を形成
している。第３図の拡大時に於いて、前記環状のセラミ
ック片４１とその対応形状をなす環状の外郭片４２が互
いに結合されてチェンバー４３を形成し、前記セラミッ
ク片４１は前記ガイド５１の円筒部分の外周面に固定さ
れている。
この実施例においては、前記ガイド部品５１の円錐台部
分５１ａの内壁に沿って流れる第２ガス流の代わりに矢
印でしめすようにな圧縮空気の外膜のみが必要とされ、
前記外壁は前記ガイド部品５１の外側表面に沿って流れ
て発達するアークが、システムの陽極電極として機能す
るワイヤー、ロッドまたは金属のストリップの供給が停
止したときにガイド部品先端を通過することを防止す
る。
前記環状片４１、４２の組み合わせによって形成される
周方向に間隔を配して設けられたオリフィス４４を通し
て流出されチェンバー４３内に供給される圧縮空気の代
わりに、いくつかの他の比較的低価格のガスを使用する
ことが望ましいかもしれない。
第４図は第２図の変形実施例を示したものであり、この
実施例において２つのワイヤー１８、６０が矢印に示す
ように回転する分離して設けられた駆動供給ローラー１
９および駆動供給ローラー６１によって互いに反対側か
ら発達するアーク柱１７内に同時に供給される。前記ワ
イヤー１８は電気システムにおいて接地を維持し、一方
ワイヤー６０は第２の接地を形成するか電気回路から電
気的に絶縁されても良い。前記ワイヤー１８、６０は同
一材料で形成されても良い。この条件の下に単一のワイ
ヤー１８を使用するよりも噴霧効率が実質的に増大す
る。前記ワイヤー１８、６０は異なる材料で形成されて
も良く、例えばニッケル−アルミニウム発熱結合体を形
成するようにニッケルとアルミニウムを用いても良い。
これによって、形成された粒子２９は図示しない基板の
方向に加速される。第２図と同様なシステムにおいて、
保護ガス流は前記ガイド部品４０ａの内表面に沿って流
れる第２のガス流と前記同一部分の外表面に沿って流れ
る第３のガス流との結合された性能を有する。
第５図の実施例において、ワイヤーと粉体が加わった複
合システムのトーチ１′が示されている。第５図の実施
例において、従来の方法と同じように、前記アーク柱１
７が、図示しない陰極電極とノズル３０の軸の方向に供
給されるメタルワイヤーあるいはロッド１８の先端間
に、円筒状の金属トーチ本体１２のノズル３０を介して
形成される。前記プラズマ形成ガスは前記ノズル３０を
通って流出し、金属ワイヤーあるいはロッド１８から形
成される金属粒子１９は図示しない基板方向に加速され
て、速度を速め、前記基板はこれらの加熱され加速され
た粒子の通路内に位置している。上述のようにワイヤー
に粉体を加えた複合システムにおいて、反応材料が使用
されても良い。その代わりに、同一材料を使用してワイ
ヤー１８から形成される粒子を溶融状態で図示しない加
工物に衝突させて新しいコーティングを形成させるが、
固定チューブ７０を通して供給される他の粒子７１を単
に軟らかい状態になるまで加熱するにとどめてもよい。
すなわち、前記チューブ７０はその排出端部がワイヤー
１８の端部の上流に位置決めされ、粉状粒子７１の多く
が現実にワイヤー１８の溶融面１８ａに衝突してワイヤ
ー１８における粒子７１の材料の合金化を増大せしめ
る。
第６図は本発明の他の実施例を示すものであり、この実
施例は第３図のプラズマアーク炎発生スプレートーチ
１′に適用されうる。このトーチにおいては第２の低電
圧アークが一対のワイヤー１８、８０間に形成され、こ
のワイヤー１８、８０は主アーク柱１７内に供給され
る。この場合において、ワイヤー８０は主電極１１に対
して第２の陰極電極を形成し、前記主電極１１はトーチ
１′の円筒状の金属本体１２の下流端内に形成されるノ
ズル３０と同一直線上に位置している。係るシステムに
おいてワイヤー１８は陽極電極を形成する。しかしなが
ら、このワイヤー１８は接地されても良い。第２のアー
ク柱８１が前記ワイヤー１８、８０の対向端間に形成さ
れ、２つのアーク柱１７、８１が陽極ワイヤー１８にお
いて終端している。
第１ａ図の従来のシステムと第６図のシステムとを対比
してみると、第１ａ図のシステムは１２０Ｖの動作電圧
においてアーク電流のアンペア当り１時間につき０．２
ポンドの粉体をスプレーする。すなわち、４００アンペ
アの電流においては、１時間当り８０ポンドのスチール
をスプレーする。これに反して、第４図の実施例におけ
る第２のワイヤー６０を加えると、噴霧効率が５０％程
増加して前記第２のワイヤー６０を第１のワイヤーのそ
れに対する接地として用いることにより、またはそれを
電気回路内に維持することによって１時間当り１２０ポ
ンドのスチールが噴霧化されるようになる。第２のワイ
ヤー８０を第２の陰極電極として使用する第６図の実施
例においては、第２のアーク８１を付加するとアンペア
当り１時間につき０．１ポンドだけ噴霧化率を増大せし
める。したがって、４００アンペアの第２のアークを形
成すると全スプレー噴霧化効率は１時間当り１５０ポン
ド以上に増加する。３個あるいはそれ以上のワイヤーを
使用して他のシステム構造が可能であり、この場合にお
いては前記付加ワイヤーは電気回路内に組込まれるとと
もに多極補助電極を構成する。
ある場合において、アーク柱ガイド４９の操作に関連し
て異なったガスを用いることが望ましいかもしれない。
例えば、アルミニウム酸化物をスプレーする単純な方法
においては、複合ワイヤーを形成するためにアルミニウ
ムの薄い被覆中の中心にアルミナ粉末を含める。アーク
がアルミナを溶融させるかあるいは熱がアルミナを軟ら
かくする。外部アルミニウム保護膜が電気的に導電性を
有してアークをサポートする。前記アルミニウムが細か
い溶融スプレーとなる時には、純粋な酸素の第２の流れ
が金属スプレーのほとんどをアルミナに変化させる。
第２、４、６図のワイヤー、またはロッド１８、６０、
８０の代わりに金属ストップを用いることによりより高
い噴霧効率を得られることが発見されている。所定の速
度で金属を供給するための薄い金属ストリップが熱伝導
のための非常に大きな表面積を定める。また、アーク発
生地域１７の加熱されたガスは第４図においては２
９′、第５図においては２９″、第６図においては２９
に示すように基板上への粒子の付着率を非常に高める
ことができる。
ここにおいては、種々の実施態様が開示されているが、
これらの開示構造には種々の変形例が考えられる。
（発明の効果） 本発明は、以上のように構成したので、アークの２重発
生を確実に防止できる。又、１つあるいはそれ以上のワ
イヤーまたはロッドから供給される材料を確実にスプレ
ーすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１ａおよび第１ｂ図はプラズマアークトーチの破壊に
つながるシステム操作のある条件の下における２重サー
クの発生を示すための従来のプラズマアークスプレーの
部分概略縦断面図、第２図は本発明の好ましい実施例を
なすプラズマアーク発生トーチの縦断面図、第３図は本
発明の第２の実施例を示すプラズマアーク発生トーチの
他のプラズマアークトーチの構成の一部分を示す縦断面
図、第４図は本発明の他の実施例を示すプラズマアーク
発生トーチの一部分の縦断面図、第５図は本発明の更に
他の実施例を示すプラズマアーク発生トーチの一部分の
縦断面図、第６図は本発明の更に他の実施例を示すプラ
ズマアーク発生トーチの一部分の縦断面図である。 １′……トーチ、１０……絶縁片、１１……電極、１２
……本体、１８……ワイヤー、３０……ノズル、４０…
…カップ状金属部品、４３……分配室、６０……ワイヤ
ー、７０……固定チューブ、８０……ワイヤー。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アークを発生するために少なくとも１つの
    ワイヤーあるいはロッドを陽極電極としてプラズマトー
    チ本体ノズル出口から発生したアーク柱内に供給するた
    めのプラズマ溶射法であって、前記プラズマトーチ本体
    のノズルの外側に前記ノズル出口を越えて伸びるアーク
    柱に向けて円錐減少部分を備えたカップ状をなし、薄い
    壁で形成されたアーク柱ガイドチューブを有するものに
    おいて、前記チューブから電気的に絶縁されて前記チュ
    ーブの外周に配置され、内部にガス分配通路を有し、前
    記チューブの外表面に向けてガス流出口を備えた環状の
    外郭片より前記チューブの外表面に沿って外側のガス流
    を通過せしめ、前記アーク柱を高速の環状のガス保護膜
    によって取囲み、前記アーク柱を前記ノズルの軸の延長
    線から半径方向に近接した地域内に制約して前記アーク
    柱が高速の環状のガス保護膜を貫通しないようにし、こ
    の高速の環状のガス保護膜によって区画される領域の地
    域から前記ワイヤーまたはロッドが引き下げられた時に
    アークを自然消滅させるようにしたことを特徴とするプ
    ラズマ溶射法。
  2. 【請求項２】前記プラズマ溶射法は、前記チューブの内
    表面に沿った内側のガス流を通過せしめるとともに前記
    チューブの外表面に沿った外側のガス流を通過せしめ、
    前記チューブの先端において前記内側と外側のガス流と
    を合流させる工程を含むことを特徴とする請求項１記載
    のプラズマ溶射法。
  3. 【請求項３】前記少なくとも１つのワイヤーまたはロッ
    ドを前記プラズマトーチ本体ノズルから放射されたアー
    ク内に供給するための工程は、少なくとも２つのワイヤ
    ーまたはロッドを発達したアーク柱の区域に供給するこ
    とを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶射法。
  4. 【請求項４】電気回路が直流電源、陰極および陽極電極
    からなり、この陽極電極がプラズマトーチ本体外側に設
    けられ、前記プラズマ溶射法は前記電気回路を接地する
    ために少なくとも１つのワイヤーまたはロッドを使用す
    ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶射法。
  5. 【請求項５】前記ワイヤーまたはロッドは少なくとも２
    つのワイヤーまたはロッドからなり、前記プラズマ溶射
    法は前記２つ若しくはそれ以上のワイヤーまたはロッド
    を介して前記電気回路を接地させる工程を含むことを特
    徴とする請求項４記載のプラズマ溶射法。
  6. 【請求項６】前記プラズマ溶射法は、低電圧の第２のア
    ークをアーク発生区域内に供給される２つのワイヤーま
    たはロッドの間に第２のアークを介在せしめ、最初に主
    発生アークをセットし、次いで前記主発生アークを前記
    第２のアークと並列に発生せしめる工程を含むことを特
    徴とする請求項４記載のプラズマ溶射法。
  7. 【請求項７】アルミナに代表される非電気伝導材料をス
    プレーするために前記プラズマ溶射法は、前記非電気伝
    導材料からなる中心部と導電金属の薄い外郭部とからな
    るワイヤーを前記主アーク柱内に供給する工程を含むこ
    とを特徴とする請求項１記載のプラズマ溶射法。
  8. 【請求項８】前記チューブの内面に沿って流れる内側の
    ガス流を通過せしめる工程は、酸化金属を形成するため
    にワイヤーまたはロッドの外郭部に形成される溶融粒子
    と反応することができる純粋な酸素を流す工程を含むこ
    とを特徴とする請求項２記載のプラズマ溶射法。
  9. 【請求項９】前記アーク柱ガイドチューブはプラズマト
    ーチの本体から電気的に絶縁され、このプラズマトーチ
    内にはノズルが形成され、前記プラズマ溶射法は前記ノ
    ズルの出口から放射された前記アークの周りにそれと同
    心的に前記チューブの外表面に沿って高速のガス流を流
    す工程を含むことを特徴とする請求項１記載のプラズマ
    溶射法。
  10. 【請求項１０】噴射されるべき粉体を前記アーク柱区域
    内に噴射し、このアーク柱区域は、前記プラズマトーチ
    本体ノズルの出口を軸方向に越えるとともに、前記プラ
    ズマトーチ本体とワイヤーまたはロッド間にアークを発
    生させるように機能する少なくとも１つのワイヤーまた
    はロッドの先端に近接していることを特徴とする請求項
    １記載のプラズマ溶射法。
  11. 【請求項１１】一端が絶縁片によって閉鎖された金属の
    筒状トーチ本体と、前記絶縁片内において前記筒状のト
    ーチ本体内の軸方向に伸び前記筒状のトーチ本体に装着
    された陰極電極と、前記絶縁片の反対側に設けられ、前
    記筒状のトーチ本体のノズルを形成する軸方向の開口を
    含む端部壁と、プラズマ形成ガスをそれが前記ノズルを
    通過するように前記筒状のトーチ本体の内部に導くため
    の手段と、少なくとも１つのワイヤーまたはロッドを支
    持するとともにそれを前記ノズルの出口の下流側で前記
    ノズルから流出したプラズマ形成ガスの流路内に移動せ
    しめるための手段とを備え、前記少なくとも１つのワイ
    ヤーまたはロッドは陽極電極を形成して、発生したアー
    クをノズルを介してこのノズルに近接した少なくとも１
    つのワイヤーまたはロッドの先端に伸長せしめ、前記ノ
    ズルを介してその出口を軸方向に越えて伸びるアーク柱
    を形成するためのプラズマアークトーチにおいて、 このプラズマアークトーチは前記アーク柱の周りに同心
    に高速環状ガス保護膜を形成するため、前記プラズマト
    ーチ本体のノズルの外側に前記ノズル出口を越えて伸び
    るアーク柱に向けて円錐減少部分を備えたカップ状をな
    し、薄い壁で形成されたアーク柱ガイドチューブと、前
    記チューブから電気的に絶縁されて前記チューブの外周
    に配置され、内部にガス分配通路を有し、前記チューブ
    の外表面に向けてガス流出口を備えた環状の外郭片とを
    有し、 前記チューブの内表面に沿って内側のガス流を通過させ
    るとともに前記外郭片より前記チューブの外表面に沿っ
    て外側のガス流を通過せしめ、前記チューブの先端にお
    いて前記内側と外側のガス流とを合流させることにより
    前記アーク柱を取囲む高速の環状のガス保護膜によるア
    ーク柱ガイドを形成し、前記アーク柱が前記ガス保護膜
    を貫通することが出来ないように前記アーク柱を前記ノ
    ズルの軸の延長線から半径方向に近接した地域内に封鎖
    するようにし、これによって少なくとも１つのワイヤー
    またはロッドが前記ガス保護膜によって区画される境界
    内の前記区域から引下げられた時にアークを消滅させる
    ようになっていることを特徴とするプラズマアークトー
    チ。
  12. 【請求項１２】前記外側と内側のガス流は異なるガスか
    らなっていることを特徴とする請求項１１記載のプラズ
    マアークトーチ。
  13. 【請求項１３】一端が絶縁片によって閉鎖された金属の
    筒状トーチ本体と、前記絶縁片内において前記筒状のト
    ーチ本体内の軸方向に伸び前記筒状のトーチ本体に装着
    された陰極電極と、前記絶縁片の反対側に設けられ、前
    記筒状のトーチ本体のノズルを形成する軸方向の開口を
    含む端部壁と、プラズマ形成ガスをそれが前記ノズルを
    通過するように前記筒状のトーチ本体の内部に導くため
    の手段と、少なくとも１つのワイヤーまたはロッドを支
    持するとともにそれを前記ノズルの出口の下流側で前記
    ノズルから流出したプラズマ形成ガスの流路内に移動せ
    しめるための手段とを備え、前記少なくとも１つのワイ
    ヤーまたはロッドは陽極電極を形成して、発生したアー
    クをノズルを介してこのノズルに近接した少なくとも１
    つのワイヤーまたはロッドの先端に伸長せしめ、前記ノ
    ズルを介してその出口を軸方向に越えて伸びるアーク柱
    を形成するためのプラズマアークトーチにおいて、 このプラズマアークトーチは前記アーク柱の周りに同心
    に高速環状ガス保護膜を形成するため、前記プラズマト
    ーチ本体のノズルの外側に前記ノズル出口を越えて伸び
    るアーク柱に向けて円錐減少部分を備えたカップ状をな
    し、薄い壁で形成されるとともに前記プラズマトーチ本
    体から電気的に絶縁されたアーク柱ガイドチューブと、
    前記チューブから電気的に絶縁されて前記チューブの外
    周に配置され、内部にガス分配通路を有し、前記チュー
    ブの外表面に向けてガス流出口を備えた環状の外郭片と
    を有し、 前記外郭片より前記チューブの外表面に沿って高速の外
    側のガス流を通過せしめることにより、前記アーク柱を
    取り囲む高速の環状のガス保護膜によるアーク柱ガイド
    を形成し、前記アーク柱が前記ガス保護膜を貫通するこ
    とが出来ないように前記アーク柱を前記ノズルの軸の延
    長線から半径方向に近接した地域内に封鎖するように
    し、これによって少なくとも１つのワイヤーまたはロッ
    ドが前記ガス保護膜によって区画される境界内の前記区
    域から引下げられた時にアークを消滅させるようになっ
    ていることを特徴とするプラズマアークトーチ。
  14. 【請求項１４】前記少なくとも１つのワイヤーまたはロ
    ッドをノズル出口を軸方向に越えて伸びる前記アーク柱
    に供給するための手段は、少なくとも２つのワイヤーま
    たはロッドを前記伸ばされたアーク柱内に供給するため
    の手段を有することを特徴とする請求項１１又は１３記
    載のプラズマアークトーチ。
  15. 【請求項１５】前記ワイヤーの１つは電源および陰極電
    極間の電気回路を接地させていることを特徴とする請求
    項１４記載のプラズマアークトーチ。
  16. 【請求項１６】少なくとも２つの前記ワイヤーまたはロ
    ッドが前記電気回路を接地させていることを特徴とする
    請求項１４記載のプラズマアークトーチ。
  17. 【請求項１７】前記プラズマアークトーチは伸ばされた
    アーク区域内に供給される少なくとも２つのワイヤーま
    たはロッド間に電圧を生ぜしめる手段を有し、前記少な
    くとも２つのワイヤーまたはロッド間に形成される低電
    圧の第２のアークを形成するとともに前記主アークを前
    記第２のアークと並列に操作せしめることを特徴とする
    請求項１５記載のプラズマアークトーチ。
  18. 【請求項１８】前記少なくとも１つのワイヤーまたはロ
    ッドは導電材料の薄い外郭部と、内側に設けられた非電
    気伝導材料の中心部とからなり、これによってアルミニ
    ウムのような非電気伝導材料が噴射されることを特徴と
    する請求項１１又は１３記載のプラズマアークトーチ。
  19. 【請求項１９】前記外郭部は前記中心部に含まれた酸化
    粉末の非酸化金属であることを特徴とする請求項１８記
    載のプラズマアークトーチ。
  20. 【請求項２０】前記アーク柱ガイドチューブの内面に沿
    って流れるガス流は純粋な酸素の流れであり、この純粋
    酸素の流れは少なくとも１つのワイヤーまたはロッドの
    外郭部から生じた溶融粒子と反応して金属の酸化物を形
    成することを特徴とする請求項１１又は１３記載のプラ
    ズマアークトーチ。
  21. 【請求項２１】前記プラズマアークトーチは前記伸ばさ
    れたアーク柱内に噴射される紛状体を前記伸ばされたア
    ーク柱の区域に供給される少なくとも１つのワイヤーま
    たはロッドの端部に対して流すための手段を有すること
    を特徴とする請求項１１又は１３記載のプラズマアーク
    トーチ。
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