JPH09308970A - プラズマアークトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プラズマガス流の大きさの絞り込み、電力消
費を効率的にする。 【解決手段】二次ガスノズル４０のノズル口４１に致る
内面を、一次ガスノズル３０側からノズル口４１側に絞
り込まれた傾斜面とするとともに、この傾斜面を二次ガ
スノズル４０のノズル口４１との間に位置する部分に、
このノズル口４１の直径より小さな径の曲面を形成し
た、略中心に位置することになる陰極２０と、この陰極
の外周に一次ガス通路１１を形成して陰極２０の先端部
を覆う一次ガスノズル３０と、その外側に配置されて二
次ガス通路１２を形成する二次ガスノズル４０とを備え
て、この二次ガスノズル４０のノズル口４１の近傍に供
給される溶射用金属線材８０と陰極２０との間に生じる
アークにより、一次ガスをプラズマ化して、溶射用金属
線材８０を溶滴８１とするとともに、この溶滴８１を二
次ガスによって被処理物２１０上に噴射させるようにし
た、プラズマアークトーチ１００。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアークト
ーチに関し、特に溶射材料である金属線を連続的に供給
しながら、この金属線をアークによって溶融させて、プ
ラズマ噴射によって被溶射物上に金属線溶射物による被
膜を形成するようにしたプラズマアークトーチに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、タンクの内側や、化学材料槽等
の内面に対しては、その構成材料とは別の材質の被膜を
形成して、この被膜によってタンクや槽の保護を行うこ
とがなされている。この被膜の形成の仕方としては種々
なものがあるが、最も耐久性に優れていることを採用の
主な理由として、金属やセラミックスからなる被膜を被
処理物上に形成することが行われており、この内の代表
的方法がプラズマアーク溶射である。

【０００３】このプラズマアーク溶射を行うための従来
の方法としては、例えば特開昭６３−２７７７４７号公
報にて提案されている「プラズマ溶射法」がある。この
従来のプラズマアーク溶射法は、上記公報の特許請求の
範囲の記載からすると、「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において、このプラズ
マ溶射法は前記プラズマトーチ本体のノズル出口を越え
て伸びるアーク柱をガイドするためにアーク柱を高速の
環状のガス膜によって取囲み、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ガス膜を貫通しないように
し、この高速環状ガス膜がこのガス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」ものであり、内部の陰極電極と陽極ワイヤと
の間に形成すべき本来のアークの他の、トーチ本体外側
と陽極ワイヤとの間の破壊アークの発生を防止すること
ができるものである。

【０００４】この種のプラズマアーク溶射を行うための
プラズマアークトーチ２００は、図６に示すような基本
的構成を有しているものである。すなわち、この種のプ
ラズマアークトーチ２００は、直流電源９１に接続され
る陰極９２を絶縁基体９３の略中心に位置させるととも
に、この絶縁基体９３の先端側にガスノズル９４を一体
化したものであり、陰極９２の先端部周囲に一次ガスを
供給するために当該プラズマアークトーチ２００に一次
ガス通路９５を形成したものである。そして、ガスノズ
ル９４の先端近傍外側に、直流電源９１の陽極側に接続
される溶射用金属線材８０を、図６に示した金属線供給
ロール８２等によって連続的に供給できるようにして、
上記の陰極９２と溶射用金属線材８０の先端との間にア
ークを生じさせ、このアークによって、一次ガス通路９
５から供給されてきた窒素ガスやアルゴンガス等の不活
性ガスである一次ガスをノズル口９４ａから出たときに
プラズマ化するようにしたものである。この場合、圧縮
ガス、窒素、炭酸ガス等の二次ガスを、一次ガス通路９
５の周囲に形成した二次ガス通路９６から供給するよう
にして、ノズル口９４ａから噴射されてアークによりプ
ラズマ化した一次ガスの周囲をこの二次ガスによって包
み込むようにしているのである。

【０００５】このようなプラズマアークトーチ２００に
よれば、ガスノズル９４のノズル口９４ａから噴射され
る一次ガスが高速で高温のプラズマガスとなって溶射用
金属線材８０の先端に吹き付けられることになるから、
溶射用金属線材８０は溶かされて細かな溶滴８１とな
り、この溶滴８１が当該プラズマアークトーチ２００の
前方に配置してある被処理物２１０の表面に付着して、
溶射用金属線材８０を形成している材料からなる溶射被
膜２２０が形成されるのである。この場合に、二次ガス
はその噴射力によって溶滴８１をさらに細かなものとす
るとともに、各溶滴８１に十分な速度を与えて、これに
よる溶射被膜２２０の表面を均質化するのである。

【０００６】以上のようにして、プラズマガス流によっ
て溶射用金属線材８０を溶融しながら溶滴８１とするた
めには、溶射用金属線材８０の先端が常にプラズマガス
流の内部に位置しているようにしなければならず、ガス
ノズル９４のノズル口９４ａから噴射されることになる
プラズマガス流も常に安定した大きさ（太さ）や温度を
有していなければならない。そうでないと、例えば連続
的に送り出されてくる溶射用金属線材８０の先端に、溶
融されずに溶滴８１とならない部分が「ヒゲ」状に残
り、溶射材料である溶射用金属線材８０の効率的な使用
ができなくなってくる。また、溶射用金属線材８０の先
端を内部に含ませるために、プラズマガス流の大きさを
大きくすることは、それだけ大きな電力を必要となるだ
けでなく、プラズマガス流の周囲を包み込むための二次
ガスも相当大量かつ無駄に使用しなければならなくな
り、効率の悪いものとなってしまうのである。

【０００７】そして、前述した特開昭６３−２７７７４
７号公報の発明が問題としているように、ガスノズル９
４と溶射用金属線材８０との間にアークが発生すれば、
このアークによってガスノズル９４の表面に損傷が生ず
ることになるから、このガスノズル９４側に対するアー
クは絶対に避けなければならない。

【０００８】換言すれば、この種のプラズマアークトー
チ２００においては、次の諸点を解決することが重要で
ある。 溶射用金属線材８０を溶滴８１とするためのプラズマ
ガス流をできるだけ細くして、電力の損失を極力少なく
すること。 細くなったプラズマガス流内に対しても、溶射用金属
線材８０の先端を確実に収納できるようにして、溶射用
金属線材８０の溶滴８１化を確実にして溶射材料を効率
良く使用できるようにすること。 ガスノズル９４の外側にこれを損傷させるアークが生
じないようにすること。

【０００９】そこで、本発明者は、以上の〜を解決
するにはどうしたらよいかについて種々検討を重ねてき
た結果、プラズマガス流の「揺らぎ」がないようにすれ
ば上記が解決でき、また、ロール等に巻かれている溶
射用金属線材８０が有している「ゆがみあるいは癖」を
解消しながら溶射用金属線材８０の供給を行うようにす
ることが上記を解決することができ、結果的にをも
解決することができることに想い致り、本発明を完成し
たのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の経緯
に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題
は、この種のプラズマアークトーチによる溶射をより一
層効率良く行うことができるようにすることである。

【００１１】すなわち、まず、請求項１に係る発明の目
的とするところは、プラズマガス流を包み込むことにな
る二次ガスの出口を工夫することにより、プラズマガス
流の大きさの絞り込みを行うことができて、電力消費に
無駄のない効率的なプラズマアークトーチ１００を簡単
な構成によって提供することにある。

【００１２】また、請求項２に係る発明の目的とすると
ころは、溶射材料である溶射用金属線材８０の供給を、
この溶射用金属線材８０が本来的に有しているゆがみや
癖を取り除いてから行うようにして、溶射用金属線材８
０の先端がプラズマガス流の中心に常に位置するように
することができて、溶射用金属線材８０の確実な溶滴８
１化を行うことができ、かつこの溶射用金属線材８０の
先端と陰極との間にのみアークが生ずるようにすること
ができて、２重のアークの発生を防止することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、まず請求項１に係る発明の採った手段は、以下に
述べる実施形態中において使用する符号を付して説明す
ると、「略中心に位置することになる陰極２０と、この
陰極２０の外周に一次ガス通路１１を形成して陰極２０
の先端部を覆う一次ガスノズル３０と、この一次ガスノ
ズル３０の外側に配置されて二次ガス通路１２を形成す
る二次ガスノズル４０とを備えて、この二次ガスノズル
４０のノズル口４１の近傍に供給される溶射用金属線材
８０と陰極２０との間に生じるアークにより、一次ガス
をプラズマ化して溶射用金属線材８０を溶滴８１とする
とともに、この溶滴８１を二次ガスによって被処理物２
１０上に噴射させるようにしたプラズマアークトーチ１
００において、二次ガスノズル４０のノズル口４１に致
る内面を、一次ガスノズル３０側からノズル口４１側に
絞り込まれた傾斜面４２とするとともに、この傾斜面４
２を二次ガスノズル４０のノズル口４１との間に位置す
る部分に、このノズル口４１の直径より小さな径の曲面
４３を形成したことを特徴とするプラズマアークトーチ
１００」である。

【００１４】すなわち、この請求項１に係るプラズマア
ークトーチ１００では、図３に概略的に示したように、
プラズマガス流を包み込むことになる二次ガスの出口を
工夫することにより、プラズマガス流の大きさの絞り込
みを行うことができて、電力消費に無駄のない効率的な
ものにしたものであり、これにより、一次ガス流と二次
ガス流とは次の関係になるものである。

【００１５】まず、一次ガスノズル３０の噴射口３１か
らは一次ガスが噴射されるのであるが、この一次ガスは
噴射口３１から出た直後より周囲の気体を巻き込みなが
ら前方へ噴射するから、その径が太くなり勝ちである。
また、陰極２０と、二次ガスノズル４０またはそのノズ
ル口４１内に突出している溶射用金属線材８０の先端と
の間にアークが生じているのであるから、このアークに
によって、噴射口３１から噴出する一次ガスはプラズマ
化され、溶射用金属線材８０を溶融して溶滴８１とする
高温・高速のものとなっている。

【００１６】プラズマ化された一次ガスによって形成さ
れた溶滴８１は、そのままでは溶射被膜２２０を均質で
滑らかな表面を有するものとすることができる程度には
細粒化されておらず、また被処理物２１０上に付着させ
得る程の速度も有していないから、図６に示したプラズ
マアークトーチ２００でもそうであったように、当該プ
ラズマアークトーチ１００においても、一次ガスノズル
３０の外側に二次ガスノズル４０を配置することによ
り、そのノズル口４１からの二次ガスによって溶滴８１
に加速度を与えるようにしてある。この二次ガスは、一
次ガスよりも高速かつ高圧で噴射されるものであるた
め、そのままだとノズル口４１を出た途端、圧力の低い
外周に分散しようとする。ところが、本発明に係るプラ
ズマアークトーチ１００では、前述したように、その二
次ガスノズル４０のノズル口４１内に傾斜面４２と曲面
４３とが形成してあるので、次のように一次ガスの拡散
を阻止して、そのゆらぎを防止するのである。

【００１７】つまり、当該プラズマアークトーチ１００
の二次ガス通路１２を介して供給されてきた二次ガス
は、二次ガスノズル４０のノズル口４１側に形成してあ
る傾斜面４２と、この二次ガスノズル４０内に収納され
ている一次ガスノズル３０の外周とによって形成される
通路によって、その径が小さくなるような絞り込みがま
ずなされる。そして、この絞り込まれた二次ガスが二次
ガスノズル４０内の曲面４３に致ると、これに近接して
いる部分の二次ガスよりも、ノズル口４１の中心側に近
い二次ガスの流速が加速されるのであるが、これは二次
ガスが粘性抵抗を有する流体であるからである。特に、
二次ガスノズル４０内において、傾斜面４２が終わった
ところに曲面４３が存在しているから、プラズマ化され
た一次ガスを包み込んだ二次ガスには、二次ガスノズル
４０による抵抗が非常に小さくなって、二次ガスの加速
を十分に行うのである。

【００１８】従って、この請求項１に係るプラズマアー
クトーチ１００によれば、プラズマ化された一次ガスの
噴射を細くすることができるため、ゆらぎの少ないもの
とすることができるのであり、溶射用金属線材８０の先
端に対する吹き付けを確実に行うことができるのであ
る。また、このように、細いプラズマ化された一次ガス
を作ることができて、しかもその一次ガスの高速化を達
成することができるのであるから、ガスノズル９４を太
くしなければならない従来のプラズマアークトーチ２０
０に比較すれば、その電力消費が少なく、しかも溶射用
金属線材８０の溶融を確実に行えるのであるから、この
溶射用金属線材８０を無駄なく消費できるのであり、結
果的に非常に効率の良いプラズマアークトーチ１００と
なっているのである。

【００１９】一方、上記課題を解決するために、請求項
２に係る発明の採った手段は、同様に、「略中心に位置
することになる陰極２０と、この陰極２０の外周に一次
ガス通路１１を形成して陰極２０の先端部を覆う一次ガ
スノズル３０と、この一次ガスノズル３０の外側に配置
されて二次ガス通路１２を形成する二次ガスノズル４０
とを備えて、この二次ガスノズル４０のノズル口４１の
近傍に供給される溶射用金属線材８０と陰極２０との間
に生じるアークにより、一次ガスをプラズマ化して溶射
用金属線材８０を溶滴８１とするとともに、この溶滴８
１を二次ガスによって被処理物２１０上に噴射させるよ
うにしたプラズマアークトーチ１００において、このプ
ラズマアークトーチ１００に一体化した支持板５０に、
溶射用金属線材８０を挟み込んでその一次曲がりを矯正
する矯正案内部材５１と、この矯正案内部材５１からの
溶射用金属線材８０を案内しながらこれにその弾性限界
を越えた二次曲げを行う二次曲げ案内部材５１とを設
け、かつ、二次ガスノズル４０を陽極側とするととも
に、この二次ガスノズル４０内に二次曲げ案内部材５２
側からノズル口４１に致る案内通路４４を形成し、この
案内通路４４内に溶射用金属線材８０を挿通することに
より、この溶射用金属線材８０を陰極２０に対向する陽
極としながら、その先端部をノズル口４１内に突出させ
るようにしたことを特徴とするプラズマアークトーチ１
００」である。

【００２０】すなわち、この請求項２に係るプラズマア
ークトーチ１００は、その効率化を図るために、被処理
物２１０上の溶射被膜２２０となるべき溶射用金属線材
８０の送りを、そのロール等への巻回によって有してい
る一次曲がりを矯正するとともに、二次ガスノズル４０
側への供給に際して常に安定した状態とするための二次
曲げをしながら行うようにしたものである。そのため
に、このプラズマアークトーチ１００では、トーチ本体
１０の外側に支持板５０を形成しておいて、この支持板
５０に、一次曲がりを矯正するための矯正案内部材５１
と、二次曲げを行う二次曲げ案内部材５２とを設けると
ともに、二次ガスノズル４０側にそのノズル口４１へ溶
射用金属線材８０の先端を送り込むための案内通路４４
を設けたものなのである。

【００２１】これらの矯正案内部材５１、二次曲げ案内
部材５２及び案内通路４４を有することによって、当該
プラズマアークトーチ１００では次のような溶射用金属
線材８０の案内が行われるのである。まず、このプラズ
マアークトーチ１００に供給される溶射用金属線材８０
は、その供給を連続的に行えるようにするために非常に
長尺なものとしてあるため、前述したように、ロール等
に巻かれていて、そのために「くせ」つまり一次曲がり
を有しているものである。このため、もし、図６に示し
た従来のプラズマアークトーチ２００のように、一対の
金属線供給ロール８２によって溶射用金属線材８０をノ
ズル口９４ａ側に送りだそうとしても、その先端は上記
の一次曲がりによってノズル口９４ａの直近に送られる
ことは希である。この点、本発明においては、その矯正
案内部材５１によって一旦一次曲がりをとるようにして
いるのである。

【００２２】矯正案内部材５１としては種々な態様のも
のが考えられるが、溶射用金属線材８０を挟持する（図
１に示したようなもの）にせよ、長い直線状の通路内を
通す（図４に示したようなもの）にせよ、要するにその
各案内面が一定の位置を維持して、一次曲がりの矯正が
行えるのであればどのようなものであってもよい。その
意味では、図６に示した従来のプラズマアークトーチ２
００における金属線供給ロール８２も、当該プラズマア
ークトーチ１００の矯正案内部材５１に該当することに
なる。

【００２３】このような矯正案内部材５１で一次曲がり
を矯正した溶射用金属線材８０については、今度は二次
ガスノズル４０側への案内を行うに際して、ある程度の
弾力性を有したものとしておく必要がある。何故なら、
溶射用金属線材８０の先端近傍が、常にプラズマアーク
トーチ１００側のどこか（本発明では後述する案内通路
４４内）に弾発的に当接するようにすることにより、順
次連続的に送り込まれてくる溶射用金属線材８０の先端
は安定的に同一位置に位置することになるからである。
そのために、本発明のプラズマアークトーチ１００にお
いては、支持板５０の矯正案内部材５１より後流側に位
置する部分に二次曲げ案内部材５２が設けてあるのであ
る。

【００２４】この二次曲げ案内部材５２は、要するに、
溶射用金属線材８０の弾性限界を越えて溶射用金属線材
８０の二次曲げを行うものであるが、その必要とされる
曲げ量、曲げ方向が種々異なることがあるため、これに
適応することができる対応のものとして実施すればよい
ものである。例えば、図１に示したプラズマアークトー
チ１００では、陰極２０の軸方向と平行に配置した一対
の二次曲げ案内部材５２を採用しているものであり、こ
れら各二次曲げ案内部材５２間の寸法を変更することに
よっても、曲げ量等が調整できるようにしてあるもので
ある。図４に示したプラズマアークトーチ１００では、
溶射用金属線材８０の両側に合計５個の二次曲げ案内部
材５２を曲線状でかつ千鳥状に設けたものであり、これ
らの二次曲げ案内部材５２間を溶射用金属線材８０が通
過することにより、所定の二次曲げが付与されるもので
ある。

【００２５】以上のようにして、一次曲がりが矯正され
て二次曲げが付与された溶射用金属線材８０は、その先
端が二次ガスノズル４０のノズル口４１内、つまりプラ
ズマ化された一次ガス内に常に位置するようにしなけれ
ばならない。その案内を行うのが二次ガスノズル４０内
に形成した案内通路４４なのであるが、実施形態の案内
通路４４では、二次曲げを付与した溶射用金属線材８０
の弾性を有効に利用するために、二次ガスノズル４０の
ノズル口４１の中心に向かう直線状のものとしてある。
つまり、この案内通路４４が直線状のものであることに
よって、この中に挿通される溶射用金属線材８０の先端
が直線状となってノズル口４１内い入るだけでなく、二
次曲げされている溶射用金属線材８０が一次ガスの案内
通路４４内に挿通されれば、そのどこかが案内通路４４
の内面に常に接触していることになり、二次ガスノズル
４０を陽極側としたときに当接溶射用金属線材８０も安
定した陽極とすることができるのである。

【００２６】従って、この請求項２に係るプラズマアー
クトーチ１００は、溶射被膜２２０となるべき溶射用金
属線材８０の先端を、二次ガスノズル４０側のノズル口
４１の中心に常に位置させることができるのであり、プ
ラズマ化された一次ガスの略中心に安定的に位置させる
ことができるのである。換言すれば、溶射用金属線材８
０の溶融は常に安定的になされてその全てが溶滴８１と
なるのであり、従来「ヒゲ」として残していたような無
駄はなくなるのである。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、上記のように構成した各発
明を、図面に示した実施の形態であるプラズマアークト
ーチ１００について説明するが、図１は、請求項１及び
請求項２に係る発明を含むプラズマアークトーチ１００
の模式図であり、図４は、プラズマアークトーチ１００
の詳細断面図である。以下では、これらの模式図及び詳
細断面図を混在させながら説明していくが、この実施形
態のプラズマアークトーチ１００は、請求項１及び請求
項２の両発明を内含するものである。

【００２８】まず、このプラズマアークトーチ１００
は、図１に概略的に示したように、その略中心に配置さ
れることになる陰極２０と、この陰極２０の先端を包み
込んで噴射口３１を有した一次ガスノズル３０と、この
一次ガスノズル３０の外側に配置される二次ガスノズル
４０とを有していて、これらは種々な絶縁体を介してト
ーチ本体１０に対して一体化したものである。また、こ
の一次ガスノズル３０の噴射口３１に対しては、当該プ
ラズマアークトーチ１００内に形成されて外部から一次
ガスが供給されてくる一次ガス通路１１が連通してお
り、二次ガスノズル４０のノズル口４１に対しては二次
ガスが供給されてくる二次ガス通路１２が連通してい
て、これらの噴射口３１及びノズル口４１はその軸心が
一致するものとしてある。勿論、このプラズマアークト
ーチ１００は、アークを生じさせて溶射用金属線材８０
を溶融するものであるから、アークを発生させるための
電力は直流電源６０から供給されるものであり、この直
流電源６０の陰極側には陰極２０が電気的に接続してあ
る。また、この直流電源６０の陽極側は、溶射被膜２２
０の材料となる溶射用金属線材８０に直接接続されるこ
ともあるが、図１に示した例では、二次ガスノズル４０
側に接続しておいて、この二次ガスノズル４０内を通る
溶射用金属線材８０に対して間接的に接続するようにし
ている。

【００２９】また、このプラズマアークトーチ１００に
対しては、図１及び図２に示したように、支持板５０が
一体的に設けてあり、この支持板５０の一方の面におい
て、溶射被膜２２０となるべき溶射用金属線材８０の一
次曲がりの矯正と二次曲げの付与とを行うようにしてい
る。そのために、この支持板５０には、矯正案内部材５
１と二次曲げ案内部材５２とが設けてあるのである。

【００３０】さらに、このプラズマアークトーチ１００
においては、溶射用金属線材８０を二次ガスノズル４０
側のノズル口４１に向けて連続的に送り込むようにした
ものであるが、その場合に、溶射用金属線材８０の先端
部を二次ガスノズル４０に形成した案内通路４４を通し
て行うようにしたものであり、これにより、溶射用金属
線材８０の先端部が常に二次ガスノズル４０のノズル口
４１の中心に向かうようにしたものである。

【００３１】二次ガス支持板５０陰極２０の各部材につ
いて、一次ガスや二次ガスの流れや溶射用金属線材８０
の溶融等と併せてさらに詳細な説明をすると、次の通り
である。トーチ本体１０は、その内部に一次ガス通路１
１や二次ガス通路１２を構成しながら、陰極２０を絶縁
状態で支持するものであり、図１に示した一体物として
形成されることもあるが、図４及び図５に示したよう
に、各部材を組み合わせて形成することもある。特に、
陰極２０については、これにアークが飛ぶものであるか
ら耐久性に優れたものである必要があり、図５に示した
ように、硬質の導電性材料によってブロック化してお
き、このブロック化した陰極２０に二次ガス通路１２を
構成するための導電性パイプ材を接触させるようにする
とよい。

【００３２】勿論，一次ガス通路１１に対しては、外部
の供給装置によって、窒素ガスやアルゴンガス等の不活
性ガスを一次ガスとして供給するようにされているもの
であり、二次ガス通路１２に対しては、圧縮空気、窒素
ガス、炭酸ガス等の二次ガスを供給するようにされてい
るものである。換言すれば、当該プラズマアークトーチ
１００に対しては、一次ガス及び二次ガスの２本のガス
管が接続されていることになるのであり、外部の直流電
源６０に対してもコードによって接続されるものであっ
て、図１または図４に示したプラズマアークトーチ１０
０の全体は、ロボットのアームまたは人の手に支持され
るものである。

【００３３】さて、一次ガス通路１１を通して陰極２０
の先端側に供給されてきた一次ガスは、陰極２０の前方
にある一次ガスノズル３０の噴射口３１から噴射するこ
とになるものであるが、この噴射口３１の前方には陽極
となっている溶射用金属線材８０の先端が位置している
から、この溶射用金属線材８０の先端と陰極２０との間
でアークが発生する。このアークは、一次ガス中を走る
ことになるから、この一次ガスを高温のプラズマ化する
ことになり、プラズマ化された一次ガスは、溶射用金属
線材８０を溶滴８１とするために、溶射用金属線材８０
の先端に噴射させるのである。

【００３４】一方、この一次ガスノズル３０の噴射口３
１は、その外側に配置してある二次ガスノズル４０によ
って包み込んだ状態にしてあるから、一次ガスからなる
プラズマガス流の外側は、二次ガス通路１２を介して供
給されてくる二次ガスによって包み込まれることにな
る。この二次ガスは、二次ガスノズル４０の内側に形成
してある傾斜面４２によってノズル口４１の中心に向け
て絞り込まれているとともに、ノズル口４１の近傍に位
置する曲面４３によって乱流を生ずることなく流れるこ
とになるから、その供給圧力が一次ガス側よりも大きい
こともあって、一次ガスからなるプラズマガス流よりも
高速化されている。従って、この二次ガスによって包み
込まれているプラズマガス流は、一次ガスノズル３０の
噴射口３１から出たときの細いままの状態で溶射用金属
線材８０の先端側に吹き付けられることになり、しかも
このプラズマガス流には乱れが生じるないのであるか
ら、溶射用金属線材８０に対する吹き付けは、一定の状
態で安定的になされることになる。

【００３５】従って、二次ガスノズル４０のノズル口４
１内に供給されてくる溶射用金属線材８０の先端は、安
定したプラズマガス流によって確実に溶融して溶滴８１
となるものであり、この溶滴８１は二次ガスノズル４０
のノズル口４１内を流れる二次ガスによって細粒化され
かつ高速化されるのである。

【００３６】溶射用金属線材８０は、その先端部がプラ
ズマガス流により溶滴８１となって無くなるから、順次
連続的に送り込まれなければならない。図１に示したプ
ラズマアークトーチ１００では、各矯正案内部材５１を
所謂ピンチローラとするとともに、図２に示したよう
に、この矯正案内部材５１を、支持板５０の反対側に配
置した駆動モーター５３によって駆動される駆動ローラ
ともしてあって、この矯正案内部材５１によって、溶射
用金属線材８０の一次曲がりの矯正と連続的給送とを行
うようにしている。図４のプラズマアークトーチ１００
では、溶射用金属線材８０の供給は図示しない供給装置
によって行うようにしているものである。

【００３７】このように給送されてくる溶射用金属線材
８０の先端は、これを内方に位置する陰極２０との間に
アークを生じさせなければならないものであるから、陽
極とならなければならない。そのために、本発明では、
二次ガスノズル４０そのものを陽極側とするとともに、
この二次ガスノズル４０内に溶射用金属線材８０が接触
しながら通る案内通路４４を形成してあるのである。図
１に示した案内通路４４は、溶射用金属線材８０の直径
と略同じ内径を有するものであり、この案内通路４４内
を通る溶射用金属線材８０は、その案内通路４４内のい
ずれかの部分で二次ガスノズル４０と電気的に接触する
ことになるものである。

【００３８】図４及び図５に示したプラズマアークトー
チ１００では、案内通路４４を形成した二次ガスノズル
４０をトーチ本体１０の先端内部に包み込むように収納
するとともに、他の部分とこの二次ガスノズル４０との
電気的絶縁を図っているものである。このようにしたの
は、溶射用金属線材８０の先端が二次ガスノズル４０を
離れてからできるだけ短い寸法で中に入ることが、電気
抵抗損失を抑えることに役立っているからである。

【００３９】つまり、案内通路４４内に挿通されている
溶射用金属線材８０に二次ガスノズル４０側から給電さ
れて、溶射用金属線材８０の先端から陰極２０側へのア
ークを生じさせるためには、溶射用金属線材８０のノズ
ル口４１内への突出量が短ければ短い程よい。この点、
図４及び図５に示したプラズマアークトーチ１００で
は、二次ガスノズル４０をトーチ本体１０の先端部内に
収納されるコンパクトなものとするとともに、この二次
ガスノズル４０に形成した案内通路４４のノズル口４１
側開口位置をノズル口４１に中心に近接させてあるた
め、アークが飛ぶ溶射用金属線材８０の先端を非常に短
いものとすることができているのである。

【００４０】図１及び図４のいずれのプラズマアークト
ーチ１００においても、溶射材料である溶射用金属線材
８０が二次ガスノズル４０に形成してある案内通路４４
内を挿通されることにより、二次ガスノズル４０側から
安定的に集電することになるのであり、電力損失や発熱
による融着が生じないのである。もし、図６に示した従
来のプラズマアークトーチ２００のように、溶射用金属
線材８０の給送を外側で行うとすれば、例えば直径１．
６ミリのステンレス鋼線である溶射用金属線材８０の場
合、電気抵抗は１メートル当り０．３５オームであり、
１４０アンペアで１２０ボルトの電源を使用すると、４
９ボルトの電損を生ずることになるが、本発明のプラズ
マアークトーチ１００では、二次ガスノズル４０から溶
射用金属線材８０に直接給電されるとともに、溶射用金
属線材８０の陽極となるべき先端が二次ガスノズル４０
のノズル口４１内に直接突出することになるから、従来
のような電損は殆ど生じないのである。

【００４１】それだけでなく、本発明のプラズマアーク
トーチ１００においては、上記した例の４９ボルト分の
電損による発熱が溶射用金属線材８０側に生じないので
あるから、給送されてくる溶射用金属線材８０が二次ガ
スノズル４０等に熱融着することはなく、耐久性にも優
れたものとなっているのである。もし、溶射用金属線材
８０の給送を二次ガスノズル４０の案内通路４４によら
ないで、外側等で行ったとすると、図６に示した従来の
発明が問題としていた二重アークを生じさせてしまうの
であるが、本発明のプラズマアークトーチ１００では二
重アークは全く生じないのである。

【００４２】なお、図４に対したプラズマアークトーチ
１００の二次ガスノズル４０では、案内通路４４を複数
箇所に形成するようにしており、１つの案内通路４４が
摩擦等によって使用できなくなった場合には、二次ガス
ノズル４０をトーチ本体１０内で回転させて別の案内通
路４４を使用するようにしている。また、各案内通路４
４に対しては、図５に示したように、トーチ本体１０側
の一定箇所に入口部材７０を形成しておいて、この入口
部材７０に各案内通路４４が対向するようにしてある。
すなわち、入口部材７０は、溶射用金属線材８０を案内
通路４４内に確実に挿入できるように案内するものであ
り、この入口部材７０自体からも溶射用金属線材８０に
給電できるようにしてある。この入口部材７０は非常に
硬質で導電性のある材料によって形成したものである。

【００４３】

【発明の効果】以上、詳述した通り、まず請求項１に係
る発明においては、上記実施形態にて例示した如く、
「略中心に位置することになる陰極２０と、この陰極２
０の外周に一次ガス通路１１を形成して陰極２０の先端
部を覆う一次ガスノズル３０と、この一次ガスノズル３
０の外側に配置されて二次ガス通路１２を形成する二次
ガスノズル４０とを備えて、この二次ガスノズル４０の
ノズル口４１の近傍に供給される溶射用金属線材８０と
陰極２０との間に生じるアークにより、一次ガスをプラ
ズマ化して溶射用金属線材８０を溶滴８１とするととも
に、この溶滴８１を二次ガスによって被処理物２１０上
に噴射させるようにしたプラズマアークトーチ１００に
おいて、二次ガスノズル４０のノズル口４１に致る内面
を、一次ガスノズル３０側からノズル口４１側に絞り込
まれた傾斜面４２とするとともに、この傾斜面４２を二
次ガスノズル４０のノズル口４１との間に位置する部分
に、このノズル口４１の直径より小さな径の曲面４３を
形成したこと」にその構成上の特徴があり、これによ
り、プラズマガス流を包み込むことになる二次ガスの出
口を工夫することにより、プラズマガス流の大きさの絞
り込みを行うことができて、電力消費に無駄のない効率
的なプラズマアークトーチ１００とすることができるの
である。

【００４４】また、請求項２に係る発明においては、
「略中心に位置することになる陰極２０と、この陰極２
０の外周に一次ガス通路１１を形成して陰極２０の先端
部を覆う一次ガスノズル３０と、この一次ガスノズル３
０の外側に配置されて二次ガス通路１２を形成する二次
ガスノズル４０とを備えて、この二次ガスノズル４０の
ノズル口４１の近傍に供給される溶射用金属線材８０と
陰極２０との間に生じるアークにより、一次ガスをプラ
ズマ化して溶射用金属線材８０を溶滴８１とするととも
に、この溶滴８１を二次ガスによって被処理物２１０上
に噴射させるようにしたプラズマアークトーチ１００に
おいて、このプラズマアークトーチ１００に一体化した
支持板５０に、溶射用金属線材８０を挟み込んでその一
次曲がりを矯正する矯正案内部材５１と、この矯正案内
部材５１からの溶射用金属線材８０を案内しながらこれ
にその弾性限界を越えた二次曲げを行う二次曲げ案内部
材５１とを設け、かつ、二次ガスノズル４０を陽極側と
するとともに、この二次ガスノズル４０内に二次曲げ案
内部材５２側からノズル口４１に致る案内通路４４を形
成し、この案内通路４４内に溶射用金属線材８０を挿通
することにより、この溶射用金属線材８０を陰極２０に
対向する陽極としながら、その先端部をノズル口４１内
に突出させるようにしたこと」にその構成上の特徴があ
り、これにより、溶射材料である溶射用金属線材８０の
供給を、この溶射用金属線材８０が本来的に有している
ゆがみや癖を取り除いてから行うようにして、溶射用金
属線材８０の先端がプラズマガス流の中心に常に位置す
るようにすることができて、溶射用金属線材８０の確実
な溶滴８１化を行うことができ、かつこの溶射用金属線
材８０の先端を陰極との間にのみアークが生ずるように
することができて、２重のアークの発生を防止すること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマアークトーチを概略的に
示した断面図である。

【図２】同正面図である。

【図３】請求項２に係るプラズマアークトーチの要部拡
大断面図である。

【図４】本発明に係るプラズマアークトーチをより具体
的に示した縦断面図である。

【図５】図４の要部拡大断面図である。

【図６】従来のプラズマアークトーチを極略的に示す断
面図である。

【符号の説明】

１００ プラズマアークトーチ １０ トーチ本体 １１ 一次ガス通路 １２ 二次ガス通路 ２０ 陰極 ３０ 一次ガスノズル ３１ 噴射口 ４０ 二次ガスノズル ４１ ノズル口 ４２ 傾斜面 ４３ 曲面 ４４ 案内通路 ５０ 支持板 ５１ 矯正案内部材 ５２ 二次曲げ案内部材 ６０ 直流電源 ７０ 入口部材 ８０ 溶射用金属線材 ８１ 溶滴 ２１０ 被処理物 ２２０ 溶射被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/42 Ｈ０５Ｈ 1/42 // Ｂ２１Ｆ 1/02 Ｂ２１Ｆ 1/02 Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略中心に位置することになる陰極と、こ
   の陰極の外周に一次ガス通路を形成して前記陰極の先端
   部を覆う一次ガスノズルと、この一次ガスノズルの外側
   に配置されて二次ガス通路を形成する二次ガスノズルと
   を備えて、この二次ガスノズルのノズル口の近傍に供給
   される溶射用金属線材と前記陰極との間に生じるアーク
   により、前記一次ガスをプラズマ化して前記溶射用金属
   線材を溶滴とするとともに、この溶滴を前記二次ガスに
   よって被処理物上に噴射させるようにしたプラズマアー
   クトーチにおいて、 前記二次ガスノズルのノズル口に致る内面を、前記一次
   ガスノズル側から前記ノズル口側に絞り込まれた傾斜面
   とするとともに、この傾斜面を前記二次ガスノズルのノ
   ズル口との間に位置する部分に、このノズル口の直径よ
   り小さな径の曲面を形成したことを特徴とするプラズマ
   アークトーチ。
2. 【請求項２】 略中心に位置することになる陰極と、こ
   の陰極の外周に一次ガス通路を形成して前記陰極の先端
   部を覆う一次ガスノズルと、この一次ガスノズルの外側
   に配置されて二次ガス通路を形成する二次ガスノズルと
   を備えて、この二次ガスノズルのノズル口の近傍に供給
   される溶射用金属線材と前記陰極との間に生じるアーク
   により、前記一次ガスをプラズマ化して前記溶射用金属
   線材を溶滴とするとともに、この溶滴を前記二次ガスに
   よって被処理物上に噴射させるようにしたプラズマアー
   クトーチにおいて、 このプラズマアークトーチに一体化した支持板に、前記
   溶射用金属線材を挟み込んでその一次曲がりを矯正する
   矯正案内部材と、この矯正案内部材からの前記溶射用金
   属線材を案内しながらこれにその弾性限界を越えた二次
   曲げを行う二次曲げ案内部材とを設け、 かつ、前記二次ガスノズルを陽極側とするとともに、こ
   の二次ガスノズル内に前記二次曲げ案内部材側から前記
   ノズル口に致る案内通路を形成し、この案内通路内に前
   記溶射用金属線材を挿通することにより、この溶射用金
   属線材を前記陰極に対向する陽極としながら、その先端
   部を前記ノズル口内に突出させるようにしたことを特徴
   とするプラズマアークトーチ。