JPS6245680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は筒状の内側ノズル要素と、それを取
り囲む筒状の陰極と、更にそれを取り囲む筒状の
外側のノズル要素とから成つて、陰極における環
状のアーク放出部からアークを放出させると共に
そのアークによつてプラズマ化したガスを外側ノ
ズル要素の開口部から噴出させ、それと同時に内
側ノズル要素の中空部を通して材料を上記プラズ
マ化したガス中に供給して、種々の処理を行ない
得るようにしているプラズマトーチに関するもの
である。

従来のこの種のプラズマトーチにあつては、環
状のアーク放出部から放出されるアークの交点の
位置が外側ノズル要素の開口部よりも外にある
為、前記のプラズマ化したガスを対象物に照射し
てその処理を行なおうとする場合、対象物と上記
開口部との間に大きい距離を必要としてその間で
のエネルギーロスが大きくなる欠点があつたり、
また対象物における処理領域が広幅となつてしま
つて微細な作業が困難となつたり処理能力が低下
する欠点があつた。更にまた内側ノズル要素の中
空部を通して供給した材料を上記プラズマ化した
ガスによつて活性化させることが不充分となつて
処理が不確実となる欠点もあつた。

そこで本発明は、上述の欠点を除くようにした
もので、エネルギーロスを小さく保つた状態で処
理を行なうことができ、更に微細な領域での処理
も容易に行なうことができ、更にまた上記材料を
ガス中に供給しながらの作業も確実に行ない得る
ようにしたプラズマトーチを提供しようとするも
のである。

以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。第１図において、１は内側ノズル要素で、銅
等の金属材料でもつて中空の筒状に構成されてお
りその中空部は材料の供給孔２となつている。３
は材料の送出口を示す。４は材料供給管で、供給
孔２に連通させてある。５は陰極で、中空の筒状
に構成されており、内側ノズル要素１に対し、絶
縁材料で形成された保持材６を介して内側ノズル
要素１と同軸状態となるように連結してある。こ
の陰極５は銅で形成された筒状の本体７とその本
体７先端に連結した高融点金属（例えばタングス
テン）製の環状の極部材８とから構成されてお
り、また極部材８の先端は環状のアーク放出部９
となつている。１１は外側ノズル要素で、銅等の
金属材料でもつて中空の筒状に構成されており、
陰極５に対し、絶縁材料で形成された保持材１２
を介して陰極５と同軸状態となるように連結して
ある。１３は外側ノズル要素１１の一端開口部を
構成する噴出孔で、後述のようにプラズマ化した
ガスを柱状に束ね得るよう細径の筒状に形成され
ている。１４は外側ノズル要素１１の内部に形成
された通水路で、給水管１５が連通させてあり、
図示外の冷却水供給装置から給水管１５を介して
冷却水（他の冷却用流体の場合もある）が流通さ
せられるようになつている。尚内側ノズル要素
１、陰極５（本体７及び極部材８）にも同様の通
水路を備えさせても良い。１７，１８は夫々内側
ノズル要素１と陰極５、陰極５と外側ノズル要素
１１の間に形成された環状（筒状）のガス流通路
を示し、夫々プラズマ化用ガスの供給管１９が連
通させてある。

上記構成のものにあつては、処理対象物２０に
噴出孔１３を対向させると共に、陰極５及び対象
物２０（金属等の導電材料）を夫々接続線２１，
２２でもつて図示外の電源装置の陰極及び陽極に
夫々接続し、それらの間に周知の如くプラズマ生
成用の電圧を印加する。一方図示外のプラズマ化
用ガスの供給装置から供給管１９を介してプラズ
マ化用のガス（例えばアルゴン、ヘリウム、窒素
等の不活性ガス）を流通路１７，１８に供給し、
それを噴出孔１３から噴出させる。この状態にお
いて外側ノズル要素１１と陰極５との間において
高周波放電等の周知の方法によつて点弧を行なえ
ば、陰極５における環状のアーク放出部９からア
ークが放出し、そのアークによつて上記ガスがプ
ラズマ化され、そのプラズマ化されたガスは噴出
孔１３から対象物２０に向けて噴出する。この場
合、噴出孔１３は、上記環状のアーク放出部９か
ら放出されたアークの交点P₀がその噴出孔１３の
内側に位置するように形成してあるから、上記プ
ラズマ化したガスは、細幅の柱状に束ねられた状
態で噴出孔１３から噴出する。

次に上記プラズマトーチを用いての種々の処理
を説明する。

(1) 処理対象物に対して肉盛処理を行なう場合に
は、材料供給管４から肉盛り用の粉末状の材料
（処理対象物２０と同質または異質の金属材
料）を搬送用のガスと共に供給孔２に供給す
る。するとその材料は送出口３から前記プラズ
マ化した柱状のガス中に入り、そこで溶融さ
れ、更にプラズマ化した柱状のガスと共に対象
物２０へ向けて進んでその対象物２０に第２図
に示す如く付着する。この場合上記プラズマ化
したガスは細幅の柱状である為、上記材料は完
全に溶融されて対象物２０に到達すると共に、
処理対象物２０において上記材料が肉盛りされ
た部分の幅（処理領域幅）Ｗも極めて狭幅にす
ることができる。尚このような肉盛の場合、粉
状材料の飛散を防止し、歩留向上、粉状材料の
完全溶融を図る為に、上記供給孔２、送出口３
の径を例えば1.5mm〜２mmにするとよい。

次に、溶接、溶射は上記肉盛と同様に行なわ
れるが、溶接の場合には内側ノズルへの供給材
料として処理対象物と同質の材料（金属）が、
また溶射の場合には対象物と無関係にセラミツ
ク、金属、プラスチツクなど種々のものが用い
られる。

(2) 処理対象物の切断を行なう場合には、内側ノ
ズル１の供給孔２への供給材料として酸素また
は空気を用いる。すると第３図に示される如く
前記プラズマ化したガスにより急速加熱された
対象物（例えば軟鋼）２０の表面に酸素が作用
してその部分が溶融、酸化され、その部分が吹
きとばされて切断がなされる。この場合、上記
の如く酸素が用いられている為に酸化反応が生
じ、切断スピードは極めて速くなる。また切断
面もシヤープである。更にその上、対象物２０
への窒素ガスの溶け込みがなくなつてブローオ
ールが少なくなり、切断面の品質が向上する。
尚上記切断の場合、溶融部を速やかに飛散させ
シヤープな切断面を得る為に、上記供給孔２及
び送出口３の孔径は例えば0.5mm〜１mmにする
とよい。

(3) 次に種々の被処理物の化学反応の場合（例え
ばアルミニウムを窒化する場合）には、被処理
物を供給管４を介して供給孔２から上記プラズ
マ化したガス中に供給する。この場合そのプラ
ズマ化したガスは細幅の柱状に束ねられている
為、被処理物がそのガス中を通過してガスと接
触する時間が長く、従つて被処理物の反応は完
全となる。

次に第４図は本願の異なる実施例を示すもので
ある。即ち、内側ノズル要素１ｅ及び外側ノズル
要素１１ｅの先端部には消耗時の交換が容易なよ
うにノズル部材２４，２５が着脱自在に備えられ
ている。尚２６，２７は夫々スペーサーで、テフ
ロン等の耐熱性、絶縁性にすぐれた材料で形成し
てある。２８は陰極５ｅの本体７ｅに形成された
通水路を示す。なお、機能上前図のものと同一又
は均等構成と考えられる部分には、前図と同一の
符号にアルフアベツトのｅを付して重複する説明
を省略した。

以上のようにこの発明にあつては、プラズマ化
したガスを外側ノズル要素１１の噴出孔１３から
細幅の柱状に束ねて噴出させるようにしているか
ら、対象物に対しプラズマ化したガスを照射して
対象物の処理をする場合、対象物と噴出孔１３と
の距離を小さくしてエネルギーロスを小さく保つ
た状態で処理をすることができる効果がある。

しかも上記のようにプラズマ化したガスを細幅
の柱状に束ねて噴出させるものであるから、プラ
ズマ化したガスを細幅で極めて高密度の状態で対
象物に照射できる特長がある。このことは、 (1) 処理領域幅を極めて狭く保つて処理を行ない
得るその上に、 (2) そのような狭幅の領域において高い処理能力
を発揮できる効果がある。

しかもその場合において、内側ノズル要素１の
供給孔２を介して上記プラズマ化したガス中にそ
の背部から補助材を供給しながら上記処理を行な
う場合、上記プラズマ化したガスを細幅の柱状に
している為、上記補助材を充分に活性化させるこ
とができて確実な処理を行ない得る効果もある。
更にまた上記供給孔２を介して被処理材料をプラ
ズマ化したガス中に供給しその化学反応を行なわ
せる場合も、上記細幅の柱状に束ねたガスの中に
その背部から被処理材を供給できるから、上記化
学反応の完全性を高い確率で期すことのできる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はプ
ラズマトーチの略示縦断面図、第２図は肉盛処理
の状態を示す図、第３図は切断処理の状態を示す
図、第４図は異なる実施例を示す部分図。 １……内側ノズル要素、２……供給孔、５……
陰極、１１……外側ノズル要素、１３……噴出
孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に材料流通用の供給孔を有し、しかも一
   端にはその材料の送り出し用の送出口を有する筒
   状の内側ノズル要素と、上記内側ノズル要素の周
   囲を取り囲む状態に配設されしかも一端の開口部
   に環状のアーク放出部を有する筒状の陰極と、上
   記陰極の周囲を取り囲む状態に配設されしかも一
   端の開口部を噴出孔としている外側ノズル要素と
   から成り、上記陰極と対象物との間にプラズマ生
   成用の電圧を印加して上記環状のアーク放出部か
   らアークを放出させると共に、上記陰極と両ノズ
   ル要素夫々の間にプラズマ化用のガスを供給する
   ことにより、そのガスを上記アークによつてプラ
   ズマ化し上記外側ノズル要素の噴出孔から対象物
   に向け噴出させるようにしているプラズマトーチ
   において、上記内側ノズル要素において上記送出
   口を備える一端は上記陰極におけるアーク放出部
   よりも奥部または同一位置に位置させ、一方、上
   記外側ノズル要素における噴出孔は、その噴出孔
   から噴出するプラズマ化したガスを細幅の柱状に
   束ねて噴出させ得るよう、上記アーク放出部から
   放出されるアークの交点に近接させた位置に配設
   したことを特徴とするプラズマトーチ。