JPS62149360A

JPS62149360A - プラズマ発生ガン

Info

Publication number: JPS62149360A
Application number: JP29047585A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Sudo; 須藤　克二
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1987-07-03

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】（産業上の利用分野）本発明は、プラズマ加熱装置、プラズマ切断装置、プラ
ズマ溶射袋こ、あるいはプラズマ試験袋２２茅、プラズ
マを発生させ高温・高速のプラズマフレーム、アーク等
を得るためのガンの改良に関する。

（従来の技術）一般に、プラズマによる高温・高速のプラズマフレーム
を得るためのノズルは第２図に示すような構造である。

ここでは、その−例として、プラズマ溶射装置における
プラズマ発生ガンを例に説明する。

第２図において、ｌはプラズマ発生ガンで１通常、タン
グステン製のカソード２．１個と銅製の水冷の７ノード
３．１個で構成され、さらに、それらのカソード２と、
７ノード３は、電気的絶縁物４で、絶縁されている。

タングステン製のカソード２は、直流電源１２の負極に
、７ノー１３は正極にそれぞれ接続されている。

６はガスボンベや、液化ガスタンク７（図示せず）から
供給されるプラズマガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２゜Ｈ２’Ｗ
）供給流路で、７は溶射用粉末をプラズマフレーム１１
中に供給する粉末供給ノズル、８はその粉末供給ノズル
７をプラズマ発生ガン１（７）−１３）に取り付けるた
めのホルダーである。

９ａ、９ｂは各々アノード冷却水路、カソードホルダー
冷却水路である。

ここで、従来性なわれているプラズマの発生方法を筒中
に説明する。

まず、ガスボンベ等から、例えば、Ａｒガスをプラズマ
発生ガンｌ内に導入し、カソード２と、アノード３との
間に、直流電圧を加えると、両者間に７−ク１０が飛び
、Ａｒ原子中の゛１ヒ子が飛び出すと共に非常な高熱を
発生する。すなわち、ここでＡｒガスがプラズマ状態と
なる。

この高熱による急激な体積膨張により、高い圧力が発生
し、プラズマ発生がンｌから噴出し、高速のプラズマフ
レーｔ％１１が得られる。

このプラズマフレーム１１の拡がり具合、つまりプロフ
ィールはこのアノード３の断面形状により決定づけられ
る。当然ながらプラズマフレーム１１のプロフィールは
この用途、すなわち、プラズマ加熱装置、プラズマ切断
装置等の違いにより種々変えられる。

プラズマ溶射装置として使われる場合はそのフレーム１
１の出口付近に設置される粉末供給ノズル７より、溶射
用粉末が吐出され、被溶射材表面にぶつけられ、溶射皮
膜を形成する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、１１η述のプラズマ発生ガン１は。

その７ノード３８よひ°カッー１：２の寿命が）υいこ
とが難点であった。

すなわち、カソード２はアークＩＯの高熱により表面か
ら少しずつ損耗していき、少しずつ偏丁になっていく。

また、アノード３の方は回じ〈アーク１０が同一・個所
に集中発生したりすることにより、その時受ける高熱に
より、小さな点数が発生する。

これは、すなわち、アノード３の表面付近が銅の融点を
超えた時に、小さな点数が発生するもの゛である。その
以後は、その部分にアークｌＯが集中的に発生する傾向
にあり、点数は益々進行し、いずれは穴あき→水（冷却
水）洩れ！１１故→作業中断に至るためである。そのた
め、通常、メンテナンス蒔に点数を発見すると、その７
ノード３は新品と取り苔えねばならなかった。

そのため、材料の極＜一部の損耗のために、その部品全
てを取り待えねばならない点でロスがあり、メンテナン
スコスト上の問題があった。

さらに、工業的にも、連続操業可能時間の大きな制約と
なっていたため１例えば、長時間連続操業の必要な設備
に対しては、このプラズマ技術の適用範囲を狭いものに
していた。

（問題点を解決するための手段）そこで１本発明は、アークが飛び回る範囲を広くし、寿
命を延長しようとするものである。

すなわち、本発明のプラズマ発生ガンは、内面を球状に
形成したアノード１７の中に、カソードホルダー１６に
固若し外面を球状に形成したカソード１５を配置し、カ
ソードホルダーＩＢを絶縁体を介し前記アノードに装着
してなることを特徴としている。

（作用）電気アークは、一般に角ばったような不連続部分や距離
的に近いところに多く発生する傾向にある。

そこで、アークｌＯが同一個所で集中的に発生すること
ヲ癖はス−？−）ｔ＋　　）”　７　／７’＋　Ｍｌｉ
　４　Ｍｌ　電ｅｒｒ冬ＩＬｖｔｒるように、すなわち
、カソード２とアノード３の間の距離が一定になるよう
に、カソード２．アノード３を球体１球面の組み合わせ
とし、アークＩＯの飛べる範囲を広げ、一定時間に同一
・個所にアーク！０が飛ぶ確率を下げる。ある−個所に
１回アークが発生し、次にその部分にアークが飛ぶまで
の時間をかせぎ、その部分の温度を［・分に下げようと
するものである。

また、さらに、カソード２についていえば。

アーク１０が飛ぶ許容の消よ［寸法まで、長く時間が掛
かるようにしたものである。すなわち、アーク発生可能
面植を増加することにより、トータル損耗Ｓ−も増加せ
しめ、寿命を長くするものである。

（実施例）以下、添付図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は本発明の側面断面図を示す。

１５は通常、タングステン製の球形カソードであり、銅
製のカソードホルタ−１６に接合部３１で銀ろラ付は等
により１古１着されている。

９ａは球形７ノード１７の冷路であり、９ｂは球形カソ
ード１５およびカソードホルタ−１６の冷却水路である
。また、この両者、すなわち、球形カソード＋５および
球形７ノード１７は電気的にｊ＠縁体１６により隔離さ
れている。

このプラズマ発生ガン２０の中には、プラズマガス供給
流路１９より、例えば、Ａｒガス等が供給される。

溶射装置用ガンの場合には、第１図に示すように、パウ
ダー供給口３４を有したノズル３１が取り付けられる。

このパウダー供給口３４より、溶射用の各種パウダーが
供給される。また、このノズル３１を種々の断面形状に
することにより希望のプラズマフレーム１１のプロフィ
ルは容易に得られる。

このようにして構成されたプラズマ発生ガン２０では、
カソード１５とアノード１７との関係は殆どの部分の関
係がどの部分も一定、均等であるため、アーク３２がラ
ンダムな方向に踊り、移動させることかできる。

（発明の効果）このように本発明によれば、球形のカソード１５の表面
積Ｊ〔が、均Ｔに行なわれて、また、その速度も大幅に
遅くでき、かつ内面球面状のアノード１７も点数が避け
られるため、プラズマ発生ガン２０の寿命を大幅に延長
することが１′１丁能となった。

さらに１球形であるためプラズマ発生時の高圧に対する
耐圧力が向上するため、アノード１７の銅の厚さもｔ；
（＜できることから、水冷効果も従来に比し、大きくで
き出力の向上が可能となる。また、ノズル３１の出口径
も従来より狭くできるため、プラズマフレーム１１の速
度も大きくでき、溶射装置に適用した場合には、溶射膜
品質の向と効果を得ることができる。溶射膜品質は溶融
粒子速度に大きく影響されるため速い程、ｊ模￥Ｊｔ±
向上する。

また、同一出力とした場合で、７〕−ド１７、カソード
１５の面積を考えた場合、従来のプラズマ発生ガンｌに
比し、球形であるため、水冷による抜熱面積も小さいこ
とから、プラズマ熱の損失を小さくすることもできる。

さらに、上記のように長時間連続操業が可能となったこ
とから、工業的にもその適用範囲が広くなる等本発明の
効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発ＩＩの−・実施例を示す側面断面図、およ
び第２図は従来技術の例を示す側面断面図である。 ■・・・プラズマ発生ガン、２・・・カソード、３・・
・アノード、４・・・電気的絶縁体、６・・・プラズマ
ガス供給流路、７・・・粉末供給ノズ１し、９ａ・・・
アノード冷ｊｐ水路、９ｂ・・・カソードホルダー冷却
水路、１５・・・カソード、１６・・・カソードホルタ
−１１７・・・７ノード、２０・・・プラズマ発生ガン
、３４・・・パウダー供給口特１作出願人　代理人

Claims

【特許請求の範囲】

内面を球状に形成したアノード１７の中に、カソードホ
ルダー１６に固着し外面を球状に形成したカソード１５
を配置し、カソードホルダー１６を絶縁体を介し前記ア
ノードに装着してなることを特徴とするプラズマ発生ガ
ン。