JPH08124697A - プラズマトーチ - Google Patents
プラズマトーチInfo
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- JPH08124697A JPH08124697A JP6279718A JP27971894A JPH08124697A JP H08124697 A JPH08124697 A JP H08124697A JP 6279718 A JP6279718 A JP 6279718A JP 27971894 A JP27971894 A JP 27971894A JP H08124697 A JPH08124697 A JP H08124697A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、金属プロセスにおける精錬，溶
解，加熱，照射，表面改質等に利用され、電極の損耗を
抑制する非移行型のプラズマトーチを提供する。 【構成】 冷却流体の通路５をその内部に有する管状電
極１，２内にプラズマ作動ガスを管状電極と同心状に旋
回流として供給する構造を有し、その電極内面でアーク
を発生させるプラズマトーチにおいて、下流側の管状電
極１の電極表面が十分冷却された管状部分の下流側の開
放外方端部に軸方向に段差１２を設け、アークの根１０
がその段差部分に着弧するように、プラズマガス旋回流
発生装置と電源装置を調和させる装置を備えたプラズマ
トーチである。 【効果】 アーク根を駆動させるための磁気コイルや、
ガス導入機構のトーチ等を設置する必要がなく、装置が
簡略になり、コスト低減が可能になる。
解，加熱，照射，表面改質等に利用され、電極の損耗を
抑制する非移行型のプラズマトーチを提供する。 【構成】 冷却流体の通路５をその内部に有する管状電
極１，２内にプラズマ作動ガスを管状電極と同心状に旋
回流として供給する構造を有し、その電極内面でアーク
を発生させるプラズマトーチにおいて、下流側の管状電
極１の電極表面が十分冷却された管状部分の下流側の開
放外方端部に軸方向に段差１２を設け、アークの根１０
がその段差部分に着弧するように、プラズマガス旋回流
発生装置と電源装置を調和させる装置を備えたプラズマ
トーチである。 【効果】 アーク根を駆動させるための磁気コイルや、
ガス導入機構のトーチ等を設置する必要がなく、装置が
簡略になり、コスト低減が可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属プロセスにおける
精錬，溶解，加熱，照射，表面改質，あるいは廃棄物等
の処理に利用される非移行型プラズマトーチに関する。
精錬，溶解，加熱，照射，表面改質，あるいは廃棄物等
の処理に利用される非移行型プラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマトーチの具体例は多く存在して
いる。一般には同軸上の２個の管状電極が、それを取り
まく支持体の中に配置されている。またプラズマトーチ
は、この２個の電極間にプラズマ作動用のガスを導入す
る手段を含み、電気アークを発生させる。
いる。一般には同軸上の２個の管状電極が、それを取り
まく支持体の中に配置されている。またプラズマトーチ
は、この２個の電極間にプラズマ作動用のガスを導入す
る手段を含み、電気アークを発生させる。
【０００３】なおプラズマの流れ方向に関して、上流側
の電極を一般に後部電極，また下流側を前部電極と呼ん
でいる（以下、下流側の管状電極を前部電極と称す
る）。電極の支持体には、電極を冷却する手段も設けら
れ、円筒状の隔壁によって区切られた２つの同心の環状
空間に冷却用流体を導入し電極の冷却を行っている。
の電極を一般に後部電極，また下流側を前部電極と呼ん
でいる（以下、下流側の管状電極を前部電極と称す
る）。電極の支持体には、電極を冷却する手段も設けら
れ、円筒状の隔壁によって区切られた２つの同心の環状
空間に冷却用流体を導入し電極の冷却を行っている。
【０００４】さらに電極の早期損耗を避けるために、管
状電極の内面のアークの根（以下、アーク根と称する）
を移動させる手段が設けられている。一般的にその方法
は、電極支持体を取りまく少なくとも１個の電磁コイル
によって発生する磁界によって、電磁気的にアーク根を
移動させる方法と、プラズマ作動ガス流を制御すること
によってアーク根を移動させる方法がある。
状電極の内面のアークの根（以下、アーク根と称する）
を移動させる手段が設けられている。一般的にその方法
は、電極支持体を取りまく少なくとも１個の電磁コイル
によって発生する磁界によって、電磁気的にアーク根を
移動させる方法と、プラズマ作動ガス流を制御すること
によってアーク根を移動させる方法がある。
【０００５】例えば特開昭６３−２５２３９８号公報に
示されているように、後部電極の外側に配置された電磁
コイルによる磁界およびプラズマ作動ガス量を制御する
ことによって、電極内面上のアーク根を長手方向に１Ｈ
ｚ周期で往復させている。この方法では、アーク根が電
極内面上を移動するので、電極の損耗は電極の放射方向
に生じることになる。
示されているように、後部電極の外側に配置された電磁
コイルによる磁界およびプラズマ作動ガス量を制御する
ことによって、電極内面上のアーク根を長手方向に１Ｈ
ｚ周期で往復させている。この方法では、アーク根が電
極内面上を移動するので、電極の損耗は電極の放射方向
に生じることになる。
【０００６】上記の方法よりさらに電極の寿命を伸ばす
方法として、特公平５−３３５２０号公報に示されるよ
うに、前部電極の開孔の断面が外方に向いた放射方向の
肩を形成するように、前部電極の開孔が断面が外方に向
いた放射方向の肩を形成するようカップ状になされた外
方端部を有し、プラズマガス流発生装置と電源装置を調
和させる装置によって、アーク根を前記前部電極の放射
方向の肩に着弧することにより、前記前部電極の材料の
損耗が前部電極を放射方向に生じるのではなくて軸方向
移行経路に沿って生じるようにして、前方電極の急速な
損耗すなわち短寿命を解決したプラズマトーチを提供し
ている。
方法として、特公平５−３３５２０号公報に示されるよ
うに、前部電極の開孔の断面が外方に向いた放射方向の
肩を形成するように、前部電極の開孔が断面が外方に向
いた放射方向の肩を形成するようカップ状になされた外
方端部を有し、プラズマガス流発生装置と電源装置を調
和させる装置によって、アーク根を前記前部電極の放射
方向の肩に着弧することにより、前記前部電極の材料の
損耗が前部電極を放射方向に生じるのではなくて軸方向
移行経路に沿って生じるようにして、前方電極の急速な
損耗すなわち短寿命を解決したプラズマトーチを提供し
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術に
は、次のような問題点を有する。
は、次のような問題点を有する。
【０００８】(1) ガス流量を調節してアーク根を移動
させる方法は、トーチによって供給される出力の安定化
に不利な影響を与える上に、後部電極の閉端部にガス導
入の為の機構を備えるなど、トーチの構造，制御機構，
さらには制御が複雑となる。
させる方法は、トーチによって供給される出力の安定化
に不利な影響を与える上に、後部電極の閉端部にガス導
入の為の機構を備えるなど、トーチの構造，制御機構，
さらには制御が複雑となる。
【０００９】(2) 磁気コイルの電流を調整し、アーク
根を移動させる方法は、磁気コイルをトーチに設置する
必要があるため、トーチの構造が複雑になる。
根を移動させる方法は、磁気コイルをトーチに設置する
必要があるため、トーチの構造が複雑になる。
【００１０】(3) 特公平５−３３５２０号公報に示さ
れるような、前記前部電極の外方端部分にアーク根を積
極的に着弧させる方法では、アーク発生時に生じる高速
ガス気流（プラズマ気流）によってアーク根が前記前部
電極の最外方端部の冷却の施されてない部分等に着弧
し、そのために起こる局所的な溶損により電極の短寿命
化を招く。
れるような、前記前部電極の外方端部分にアーク根を積
極的に着弧させる方法では、アーク発生時に生じる高速
ガス気流（プラズマ気流）によってアーク根が前記前部
電極の最外方端部の冷却の施されてない部分等に着弧
し、そのために起こる局所的な溶損により電極の短寿命
化を招く。
【００１１】また前記前部電極の管状部と、該管状部の
内径の１．５〜４倍の内径を持つアーク根を着弧させる
カップ状の外方端部の境界部分に起こるプラズマガス流
の乱れ、あるいは前記のアーク発生時に生じた電極の局
所溶損より電極形状が変化することによって起こるプラ
ズマガス流の乱れにより、トーチによって供給される出
力の安定化に不利な影響を与える。
内径の１．５〜４倍の内径を持つアーク根を着弧させる
カップ状の外方端部の境界部分に起こるプラズマガス流
の乱れ、あるいは前記のアーク発生時に生じた電極の局
所溶損より電極形状が変化することによって起こるプラ
ズマガス流の乱れにより、トーチによって供給される出
力の安定化に不利な影響を与える。
【００１２】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、電極の短寿命化の防止のた
めに、短寿命化の要因である電極の損耗を抑制する目的
でアーク根の移動を行うための複雑な構造のプラズマト
ーチ、あるいは制御機構を用いないことである。またト
ーチによって供給される出力の安定化に不利な影響を与
えないプラズマトーチを提供することである。
されたもので、その目的は、電極の短寿命化の防止のた
めに、短寿命化の要因である電極の損耗を抑制する目的
でアーク根の移動を行うための複雑な構造のプラズマト
ーチ、あるいは制御機構を用いないことである。またト
ーチによって供給される出力の安定化に不利な影響を与
えないプラズマトーチを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の技術的手段は、次の通りである。
明の技術的手段は、次の通りである。
【００１４】冷却流体の通路をその内部に有する同軸上
の管状電極を２個あるいはプラズマの流れ方向に関して
下流側の管状電極（前部電極）を１個持ち、該管状電極
内にプラズマ作動ガスを管状電極と同心状に旋回流とし
て供給する構造を有し、直流電源を含む電源装置にて、
その電極内面でアークを発生させるプラズマトーチにお
いて、前記前部電極の電極表面が十分冷却された管状部
分の下流側の開放外方端部に軸方向に段差（エッジ）を
設け、前記のアークがその段差部分に着弧するように前
記プラズマガス旋回流発生装置と電源装置を調和させる
装置を備え、このようにして、前記段差部分にアーク根
を積極的に着弧させるようにしたことを特徴とするプラ
ズマトーチである。
の管状電極を２個あるいはプラズマの流れ方向に関して
下流側の管状電極（前部電極）を１個持ち、該管状電極
内にプラズマ作動ガスを管状電極と同心状に旋回流とし
て供給する構造を有し、直流電源を含む電源装置にて、
その電極内面でアークを発生させるプラズマトーチにお
いて、前記前部電極の電極表面が十分冷却された管状部
分の下流側の開放外方端部に軸方向に段差（エッジ）を
設け、前記のアークがその段差部分に着弧するように前
記プラズマガス旋回流発生装置と電源装置を調和させる
装置を備え、このようにして、前記段差部分にアーク根
を積極的に着弧させるようにしたことを特徴とするプラ
ズマトーチである。
【００１５】また上記プラズマトーチにおいて、前部電
極の管状部分の下流側の開放外方端部に軸方向にある段
差（エッジ）の厚みが、該前部電極の管状部分の直径の
１／４未満であることを特徴とするプラズマトーチであ
る。
極の管状部分の下流側の開放外方端部に軸方向にある段
差（エッジ）の厚みが、該前部電極の管状部分の直径の
１／４未満であることを特徴とするプラズマトーチであ
る。
【００１６】
【作用】本発明は、アーク根が電極のエッジ部に着弧し
やすい性質、およびアークの挙動がプラズマガス流に大
きく依存する性質を利用し、段差（エッジ）部を電極材
料の冷却が十分施されていて、かつプラズマガス流の乱
れの少ない管状電極の内面に設けることにより、プラズ
マトーチの電極の溶損を抑制し、かつトーチによって供
給される出力の不安定化を抑えるものである。
やすい性質、およびアークの挙動がプラズマガス流に大
きく依存する性質を利用し、段差（エッジ）部を電極材
料の冷却が十分施されていて、かつプラズマガス流の乱
れの少ない管状電極の内面に設けることにより、プラズ
マトーチの電極の溶損を抑制し、かつトーチによって供
給される出力の不安定化を抑えるものである。
【００１７】
【実施例】以下本発明の実施例を、図面により詳細に説
明する。
明する。
【００１８】図１に示すようにプラズマトーチは、同軸
上の２個の円筒型の前部電極１および後部電極２，プラ
ズマ作動ガスを供給する通路３およびガス供給口４、さ
らには電極内部に冷却用流体の循環通路５が設けてあ
る。
上の２個の円筒型の前部電極１および後部電極２，プラ
ズマ作動ガスを供給する通路３およびガス供給口４、さ
らには電極内部に冷却用流体の循環通路５が設けてあ
る。
【００１９】本発明の手段の項に記したエッジにアーク
根を着弧させ、ガス供給口よりプラズマガスの旋回流に
よってアーク根をエッジ上に周方向に駆動させること
で、電極にアーク根固定による熱負荷を軽減させること
ができ、さらに該エッジ部分は前部電極の冷却用流体の
循環通路に近接しており、該エッジ部に集中されるアー
クからの熱を除去できる。
根を着弧させ、ガス供給口よりプラズマガスの旋回流に
よってアーク根をエッジ上に周方向に駆動させること
で、電極にアーク根固定による熱負荷を軽減させること
ができ、さらに該エッジ部分は前部電極の冷却用流体の
循環通路に近接しており、該エッジ部に集中されるアー
クからの熱を除去できる。
【００２０】従って電極の損耗を十分抑えることができ
る。またプラズマガスの旋回流の乱れが少ない前部電極
の管状部にて、アーク根を旋回させることによりトーチ
による出力の不安定化を抑えることができる。
る。またプラズマガスの旋回流の乱れが少ない前部電極
の管状部にて、アーク根を旋回させることによりトーチ
による出力の不安定化を抑えることができる。
【００２１】図１に示すように、前部電極１の最外端部
にカップ形状部分６を設け、カップ状部分の肩部分７に
アーク根を着弧させるよう、プラズマガス流および電源
装置を調整し、アークの発生状況および挙動，電極の損
耗状況を測定した。
にカップ形状部分６を設け、カップ状部分の肩部分７に
アーク根を着弧させるよう、プラズマガス流および電源
装置を調整し、アークの発生状況および挙動，電極の損
耗状況を測定した。
【００２２】本実施例では、前部電極１の管状部の内径
Ｄ1 を２５ｍｍ，カップ状部分６の内径Ｄ2 を４０ｍｍ
とし、アーク電流５００Ａ，アーク電圧約３００Ｖのア
ークを発生させた。その結果、着火時に発生するプラズ
マ気流によってアーク根が前部電極の先端に着弧し、瞬
間的に局所溶損が起こった。
Ｄ1 を２５ｍｍ，カップ状部分６の内径Ｄ2 を４０ｍｍ
とし、アーク電流５００Ａ，アーク電圧約３００Ｖのア
ークを発生させた。その結果、着火時に発生するプラズ
マ気流によってアーク根が前部電極の先端に着弧し、瞬
間的に局所溶損が起こった。
【００２３】またプラズマガス流の乱れに起因してアー
クの挙動が不安定となり、アーク根の着弧，旋回が不安
定となり、外端部のエッジ８部や前部電極１のカップ状
部分の最外端部９に着弧してアーク電圧が±５０Ｖ以上
の変動を起こし、瞬間的には１００Ｖ以上の変動を起こ
し、アークが消弧する場合もあった。
クの挙動が不安定となり、アーク根の着弧，旋回が不安
定となり、外端部のエッジ８部や前部電極１のカップ状
部分の最外端部９に着弧してアーク電圧が±５０Ｖ以上
の変動を起こし、瞬間的には１００Ｖ以上の変動を起こ
し、アークが消弧する場合もあった。
【００２４】前部電極１の局所溶損の影響で以後アーク
が着火しにくくなり、また着火しても局所溶損部分にア
ーク根が着弧しやすくなり、着弧点に熱負荷が集中して
さらに溶損が進む結果となった。
が着火しにくくなり、また着火しても局所溶損部分にア
ーク根が着弧しやすくなり、着弧点に熱負荷が集中して
さらに溶損が進む結果となった。
【００２５】次に前部電極１の管状部に段差をつけるた
めに、図２に示すように管状部の内径Ｄ3 を２７ｍｍと
し、段差（エッジ）１２の厚みｄが１ｍｍある前部電極
として、上記と同条件でアークを発生させ同様な測定を
行った。その結果、アーク根が段差（エッジ）１２に着
弧するため前部電極の先端にアーク根が着弧することが
なく、電極の局所的な溶損は起こらなかった。
めに、図２に示すように管状部の内径Ｄ3 を２７ｍｍと
し、段差（エッジ）１２の厚みｄが１ｍｍある前部電極
として、上記と同条件でアークを発生させ同様な測定を
行った。その結果、アーク根が段差（エッジ）１２に着
弧するため前部電極の先端にアーク根が着弧することが
なく、電極の局所的な溶損は起こらなかった。
【００２６】またアーク根が乱れの少ないプラズマガス
の旋回流の存在する段差（エッジ）１２部に着弧するこ
とによって、安定したアーク挙動（アーク根がエッジ部
で旋回）が得られ、アーク電圧の変動も±５Ｖ程度であ
った。また、８時間運転後に前部電極を切断しその損耗
状況を確認したところ、段差（エッジ）部が丸みを帯び
た程度でほとんど損耗はなかった。
の旋回流の存在する段差（エッジ）１２部に着弧するこ
とによって、安定したアーク挙動（アーク根がエッジ部
で旋回）が得られ、アーク電圧の変動も±５Ｖ程度であ
った。また、８時間運転後に前部電極を切断しその損耗
状況を確認したところ、段差（エッジ）部が丸みを帯び
た程度でほとんど損耗はなかった。
【００２７】さらに大きなアーク電流１５００Ａにて運
転したところ、アークの安定性には変化なく、電極の損
耗も電極の寿命の判断となる冷却流体通路のある前部電
極１の管状部分の放射方向（図３の矢印Ａ方向）でな
く、前部電極の管状部分の軸方向（図３の矢印Ｂ方向）
に数ｍｍ程度であった。
転したところ、アークの安定性には変化なく、電極の損
耗も電極の寿命の判断となる冷却流体通路のある前部電
極１の管状部分の放射方向（図３の矢印Ａ方向）でな
く、前部電極の管状部分の軸方向（図３の矢印Ｂ方向）
に数ｍｍ程度であった。
【００２８】すなわち図３に示すように、最初の段差
（エッジ）部１２が溶損しても段差（エッジ）部１２ａ
は常に存在するため、アークがエッジ部に着弧しやすい
性質により、アーク根は常に段差（エッジ）部に着弧す
るためにアークは安定し、また電極の溶損１３は、前部
電極の軸方向（図３の矢印Ｂ方向）のみとなり、冷却流
体の漏れにつながる前部電極１の管状部の放射方向（図
３の矢印Ａ方向）の損耗は抑制される。
（エッジ）部１２が溶損しても段差（エッジ）部１２ａ
は常に存在するため、アークがエッジ部に着弧しやすい
性質により、アーク根は常に段差（エッジ）部に着弧す
るためにアークは安定し、また電極の溶損１３は、前部
電極の軸方向（図３の矢印Ｂ方向）のみとなり、冷却流
体の漏れにつながる前部電極１の管状部の放射方向（図
３の矢印Ａ方向）の損耗は抑制される。
【００２９】なお、本発明は前記実施例にのみ限定され
るものでなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更
を加え得ることは勿論である。
るものでなく、本発明の要旨を逸脱しない限り種々変更
を加え得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明のプラズマト
ーチによれば、 (1) 前部電極の管状部分の下流側の開放外方端部に軸
方向に段差（エッジ）を設け、アーク根をその段差部分
で積極的に着弧させるようにし、アーク根をトーチ長手
方向に駆動させるために、従来の方法を用いる際に必要
な磁気コイルあるいはガス導入の機構などトーチに設置
する必要がなく、装置が簡略になり、従ってコスト低減
も可能となる。
ーチによれば、 (1) 前部電極の管状部分の下流側の開放外方端部に軸
方向に段差（エッジ）を設け、アーク根をその段差部分
で積極的に着弧させるようにし、アーク根をトーチ長手
方向に駆動させるために、従来の方法を用いる際に必要
な磁気コイルあるいはガス導入の機構などトーチに設置
する必要がなく、装置が簡略になり、従ってコスト低減
も可能となる。
【００３１】(2) さらにアーク根を、アークの挙動に
大きな影響を与えるプラズマガスの旋回流の安定してい
る前部電極の管状部分に着弧させることで、アーク根の
着弧の乱れによる電極の局所溶損を抑制でき、アーク根
がエッジ部分に着弧しやすい性質によって電極の溶損が
前部電極の管状部分の放射方向でなく、前部電極の管状
部分の軸方向となることによって電極の長寿命化をもた
らし、部品の供給に係るコストを減少することができ
る。
大きな影響を与えるプラズマガスの旋回流の安定してい
る前部電極の管状部分に着弧させることで、アーク根の
着弧の乱れによる電極の局所溶損を抑制でき、アーク根
がエッジ部分に着弧しやすい性質によって電極の溶損が
前部電極の管状部分の放射方向でなく、前部電極の管状
部分の軸方向となることによって電極の長寿命化をもた
らし、部品の供給に係るコストを減少することができ
る。
【図１】前部電極外端部にカップ形状を持つ従来のプラ
ズマトーチの縦断面図である。
ズマトーチの縦断面図である。
【図２】前部電極管状部に段差を持つ本発明例のプラズ
マトーチの縦断面図である。
マトーチの縦断面図である。
【図３】図２のプラズマトーチ前部電極の段差部分の詳
細縦断面図である。
細縦断面図である。
１ 下流側の管状電極（前部電極） ２ 後部電極 ３ プラズマ作動ガス流路 ４ ガス供給口 ５ 冷却用流体循環通路 ６ カップ状部分 ７ カップ状部分の肩部分 ８ 外端部エッジ ９ カップ状部分の最外端部 １０ アーク根 １１ アーク １２，１２ａ 段差（エッジ） １３ 溶損部分
Claims (2)
- 【請求項１】 冷却流体の通路をその内部に有する同軸
上の管状電極を２個あるいはプラズマの流れ方向に関し
て下流側の管状電極を１個持ち、該管状電極内にプラズ
マ作動ガスを管状電極と同心状に旋回流として供給する
構造を有し、直流電源を含む電源装置にて、その電極内
面でアークを発生させるプラズマトーチにおいて、前記
下流側の管状電極の電極表面が十分冷却された管状部分
の下流側の開放外方端部に軸方向に段差を設け、前記ア
ークの根がその段差部分に着弧するように前記プラズマ
ガス旋回流発生装置と電源装置を調和させる装置を備え
たプラズマトーチ。 - 【請求項２】 下流側の管状電極の管状部分の下流側の
開放外方端部に軸方向にある段差の厚みが、該下流側の
管状電極の管状部分の直径の１／４未満である請求項１
記載のプラズマトーチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279718A JPH08124697A (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | プラズマトーチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279718A JPH08124697A (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | プラズマトーチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08124697A true JPH08124697A (ja) | 1996-05-17 |
Family
ID=17614918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6279718A Withdrawn JPH08124697A (ja) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | プラズマトーチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08124697A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19847774A1 (de) * | 1998-10-16 | 2000-05-04 | Peter Foernsel | Verfahren zur Plasmabehandlung von stab- oder fadenförmigem Material |
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| JP2002299099A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Yamada Kinzoku Boshoku Kk | プラズマアークの発生装置及び発生方法 |
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- 1994-10-20 JP JP6279718A patent/JPH08124697A/ja not_active Withdrawn
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