JPS6391160A - プラズマ溶射銃 - Google Patents

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〕 本発明はプラズマ溶射に用いられるプラズマ溶射銃に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、各種部拐の表面に耐食性、耐摩耗性、耐熱性など
を付与するために金属材料、酸化物、炭化物などをプラ
ズマ溶０１′！ｊることによって被膜を形成される方法
が採用されている。

そしてこのプラズマ溶射法に用いられるプラズマ溶射銃
は、プラズマ空間を介して棒状の陰極とその外周に環状
の陽極を配設し、前記陰極周辺部にΔｒ　、　Ｉ−１ｅ
等の作動ガスを噴出する作動ガス噴出孔を段（」るとと
もに、プラズマ溶射銃の内部或いは外部に前記プラズマ
空間で発生するプラズマジエッ１〜中に溶射材を供給す
る溶ｒＪＪ祠供給孔を設け、溶射材を搬送ガスを用いて
ブラズ７ジェッ１〜中に供給し溶融粒子化して部材など
の表面に放射させるものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが従来のプラズマ溶銅銃においては、プラズマジ
ェット中に溶射材を供給する溶射材供給孔がプラズマジ
ェット流に対しＣはぼ直角方向に、しかもプラズマジェ
ット流の外側に配設されている。従ってプラズマジェッ
ト流に向けて供給される溶射材の一部がプラズマジェッ
ト流内に十分流れ込まずに未溶融のまま飛散ＩＪること
かあり、溶射効率および作業環境が悪く、Ｊ、た未溶融
の溶射材の粒子と溶融した溶射材の粒子が混在して部材
の素地に放射されることと仕り、形成された被膜には気
孔が存在しあるいは粒子間の結合力が弱く、強度的にも
問題があった。更にプラズマジェット流の湿度は場所に
よって著しい差異があり加熱溶融された溶射材粒子の温
度が均一でないため形成される被膜が均質でないという
問題点もあった。

本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもの
で、気孔が少なく溶射材粒子間の結合力が強い均質の耐
久性に優れた被膜を形成することができるとともに溶射
効率の優れたプラズマ溶射銃を捉供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

ト記［１的を達成するため、本発明であるプラズマ溶用
銃は、プラズマ空間を介して陽極と陰極とを配設し、該
陰極周辺部に作動ガス噴出孔を設番）るととｂに前記プ
ラズマ空間で発生するプラズマジェット中に溶射材を供
給する溶射材供給孔を設け、前記溶射材を溶融粒子化し
て放射さけるＩラズマ溶射銃において、前記溶射材供給
孔をｒｊＡ４４１内に螺旋状に形成するとと・ｂに前記
作動ガス１１０出孔がプラズマジェットの中心軸に対し
てねじれ、かつプラズマジェットの噴射方向に向って収
東Ｊる傾斜を有することを特徴とり−る。

〔作　用〕

本発明の構成に基づいて作用を説明すれば、作動ガス噴
出孔の傾斜によりプラズマ空間で発生するプラズマジェ
ット流は渦状となって放射し、かつ溶射材は陰極内から
、すイ「わらプラズマジェット流の中心部から供給され
、しかも溶射材供給孔が螺旋状に形成されているために
溶１ｌ）ｌＩＪ自体−ｂ渦状に噴射される。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する１゜ 第１図は本発明の一実施例を示すものであり、陰極本体
１ａ、Ｉｃとその基部１ｂとから成る棒状の陰極１の外
周にプラズマ空間２を介して陰極１と同心である環状の
陽極３が配設され、前記プラズマ空間２の先端方向には
プラズマジェットを噴出させる通路４が形成されている
。

そして、前記陰極１内の中心には長手方向へと延びる螺
旋状の溶射材供給孔５が前記プラズマ空間２に開口して
形成されており、特に本実施例では陰極１内の中心に貫
通孔６を穿設するとともに該貫通孔６内にドリル刃状の
棒部材７を嵌挿し、前記貫通孔６の内周面と棒部材７の
螺旋状の溝とににって螺旋状の溶射材供給孔５が形成さ
れているが、これに限らず他の構成であってもよい。溶
射材は前記溶射材供給孔５の後端入口５ａから不活性ガ
スなどの搬送ガスとと・しに圧送されプラズマ空間２内
に放射され、この際溶射材供給孔５は螺旋状に形成され
ているため溶射材は搬送ガスとともに渦状に噴射される
。

また、陰極周辺部８には１ラズマ空間２に不活性ガスな
どの作動ガスを噴出するためのｆｉ！ＩＩガス噴出孔９
が形成され、該作動ガス噴出孔９はホルダ１０に形成さ
れ、図示しない供給源からｆｌＩＩＦｌｌＩガスを送給
するガス供給路１１に連結されている。

そして、この作動ガス噴出孔９は第１図及び第２図に示
す如くプラズマジ■ツｌ−の中心軸Δに対してねじれ、
かつプラズマジ■ツ１−の噴Ｄｌ　ＺＪ向に向って収束
する傾斜を有している。従って作動ガスがこの作動ガス
噴出孔９から噴出する際は渦状に噴出し、そのためプラ
ズマジェットは渦状に放射されることとなる。

尚、１２はボルダ１０および１３内に形成された冷却水
路であり、１４は冷却水の供水路、１５はｔｅｌ水路で
ある。

このＪ：うに構成されたプラズマ溶射銃１６を用いてプ
ラズマ溶射を行なうには、まず冷却水を前記供水路１４
から冷却水路１２に流してプラズマ溶射銃１６を冷却し
、同時にガス供給路１１から作動ガスを供給し作動ガス
噴出孔９からプラズマ空間２へと噴出させる。尚、作動
ガスは本実施例においではＡｒとＨｅなど電位傾度の異
なるガスから成る混合ガスを用いる。

ついで、直流電源（図示せず）から陰極１に負陽極３に
正の電圧を加えるとともに高周波？ｔ？源（図示せず）
により陰極１と陽極３との間に火花放電を発生させる。

すると陰極１おにび陽極３間にプラズマアークが発生し
、プラズマ空間２内に高温高圧のプラズマガスが充満し
て通路４からプラズマジェットとなって噴出する。この
Ｒ１本発明において前記作動ガス噴出孔９はプラズマジ
ェットの中心軸Ａに対して傾斜を有しているため、作動
ガスが渦状に噴出しプラズマジ■ツｌ−ＧＪ渦状に放射
される。尚、陰極本体１Ｃは、ジル−１ニア等の耐熱性
のセラミック等であり、陰極本体１ａに装着され、高温
にさらされた陰極本体１ａにより、溶銅粉末材がプラズ
マジェットに放射される前に付着するのを防止する。

さらに、ホッパ（図示せず）に収容している溶！）１０
を溶射材供給孔５の後端人口５ａから搬送ガスとともに
圧送すると、溶射材は溶射材供給孔５の先端５ｂからプ
ラズマ空間２で発生するプラズマジェットの中心部へと
供給され、十分に屏渇。

加速されて溶融粒子化し部材の表面１７に放射されて被
膜１８を形成する。この時、本発明において溶射材供給
孔５は陰極１内に螺旋状に形成されているため、溶射材
はプラズマジェットの中心部へと供給されるとともに溶
射材自体渦状に放射されることとなる。

従って、本実施例によれば溶射材はプラズマジＴツ１−
流の最も高温部である中心部でほぼ均一に十分加熱され
て溶融し、また中心部に渦状に放射されるため直進性が
良く、外部へ飛散する粒子が少なく、従って溶射効率に
優れるとともにその流速を速めることもでき、史に作業
環境もＱ好である。一方、プラズマジェットも渦状に放
射され、溶射材をその中心部に包み込む状態となるため
、溶射材の大気との接触が比較的少なく酸化被膜形成を
防止し、溶射材粒子間の結合力および素地どの結合力を
強め耐久性に優れた被膜１８を形成することができ、ま
た、渦状のプラズマジェットにより加速され溶射材自体
もぎりもみ状態で部材表面１７に衝突するので溶ｇ）１
月粒子があだか−ｂねじ込まれるようにくい込み、粒子
間の結合、素地どの結合が強固となり、この点からも耐
久ｆ１に優れた被膜１８が形成される。

本実施例において、作動ガスとして電位傾度の異なる複
数種の不活性ガスから成る混合ガスを用いたが、これは
例えば電位傾ｍの低い、すなわらアークが飛び易いＡｒ
ガスと、電位傾度の高い、４なわＩ５アークが飛び罷い
Ｈｅガスとが層状となり、Ａｒガスの部分でアークが集
中発生してもＨｅガスに押されて回転し、プラズマの部
分発生を防」Ｉ−シ、プラズマを円環状にする優れた効
果があるからである。

尚、本実施例の如きプラズマ溶射銃１６に、プラズマジ
ェット流に対して直角方向の溶射材供給孔（図示せず）
を併設すれば、例えばセラミックス粉末と金属粉末など
異種の溶射材を混合して溶用さＵることも可能である。

第３図は本発明の他の実施例を示すものである。

この実施例は前記第１図に示す実施例とほぼ同様の構成
を示１ノ、陰極１内の中心に貫通孔６を穿設するととも
該貫通孔６内にドリル刃状の棒部材１９を嵌挿し、前記
貫通孔６の内周面と棒部材１９の螺旋状の溝とにＪζっ
て螺旋状の溶射材供給孔５が形成されているが、本実施
例においては第４図に示す如く棒部材１９の軸心に先端
が閉塞された通孔２０が穿設されるとともに、棒部材１
９の溝に前記通孔２０と溶射材供給孔５とを連通り゛る
小孔２１が形成されている。また、陰極１の後端方向に
は第３図に示すように溶射材供給孔５ど陰極１の外周面
とを連通ずる切欠部２２が形成されるとともに、溶射材
２３を収容したホッパ２／ｌが配設されている。そして
前記棒部材１９は後端をロータリージョイン］・２５に
にり回動自在に保持され、モータ２６．棒部材１９に固
着されたプーリー２７、前記モータ２６に固着されたプ
ーリー２８、両プーリー２７．２８に巻装されたベル１
−２＝　　１２　− ９により回転される。

上記実施例において、ロータリージヨイント２５の後端
入口２５ａから棒部材１９に穿設された通孔２０内へ搬
送ガスを圧入するとともにモータ２６の駆動により棒部
材１９を回転させると、ホッパ２４に収容されている溶
射材２３が切欠部２２から螺旋状の溶射材供給孔５内へ
と供給され、同時に前記搬送ガスが小孔２１から溶射材
供給孔５内へと噴出し、溶射材２３は溶射材供給孔５の
先端からプラズマ空間内２へ渦状に放射される。

尚、前記ホッパ２４の空部にはガス圧を加えておくこと
にＪ：り溶射材２３の溶射材供給孔５内への供給が容易
となる。

この実施例によれば、前記棒部材１９の回転数を変化さ
せることににす、容易に溶射材の噴射量を調整すること
が可能となる。

第５図は本発明の更に伯の実施例を示すものであり、全
体の構成は第１図に示した実施例どｔよぼ同様であるが
、プラズマ溶射銃１６の先端に、プラズマジェットが噴
出する通路４に連通する通路３０を中央に形成したホル
ダ３１がイζ１段され、該ホルダ３１にはガス供給孔３
２及び前記通路３０を囲む環状のガス流路３３が形成さ
れるととｂに、前記ガス流路３３に連通しガスをプラズ
マジェットの周囲に噴射する複数の小孔３４が通路３０
の周囲に環状に配設されている。

本実施例によれば、プラズマ溶射する際に、ガス供給孔
３２からガス流路３３にガスを供給するとこのガスが小
孔３４からプラズマジェット流を囲むように円環状に高
速で噴射する。従って、プラズマ溶射ツＩ・流を外気か
ら遮断するため溶射中の酸化を防ぎ酸化膜の発生を防止
することができ、Ｊ：た溶射材の飛散をも防止でき、更
に噴射された円環状のガスの内側がガスの流れによっで
ある程度減圧された状態となり、あたかも減圧溶射の如
き状態でプラズマ溶射を行なうことができ、酒肴効率の
向−りを図ることができる。更にまた噴射された円環状
のガスが部材表面１７に当たって部材表面１７の被膜１
８を冷却する作用も有するとと−ｂに部材表面１７に付
着した未溶融の溶射材を吹ぎ飛ばづ効果もある。

尚、本実施例の小孔３４から噴射されるガスは、噴射材
の種類に応じて選択し、例えば酸化防止のためにはＡｒ
、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスを用い、また高温による溶
射材の変化を防止するため、例えばＭＯＳが〃に還元さ
れるのを防ぐために番よｏ２ガス等を用いる。

第６図は本発明の更にまた他の実施例を示すものであり
、この実施例は全体の構成は前述の第５図に示した実施
例とほぼ同様であるが、本実施例におけるホルダ３５は
前述のホルダ３１ど冑なり回動自在に付設されており、
プーリー３６．ベルト３７を介してモータ３８の駆動に
より同転する。

従って本実施例においては、ホルダ３５の回転により、
該ホルダ３５に形成された小孔３４がら噴射するガスが
円環状であるどともに渦状とな−）でプラズマ溶射ッ１
へ流を囲むこととなり、ぞのため前述の第５図に示した
実施例の諸効果を更に向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は溶射供給孔が陰極内に螺旋状に形成されるとと
；ｂに作動ガス噴出孔がプラズマジェットの中心軸に対
してプラズマ溶射ッｌ−を渦状に放射させる傾斜を有す
る構成であるため、溶射材はプラズマジェット流の中心
部に渦状に放射され、溶射材はほぼ均一に十分加熱され
て溶融し気孔の少ない均質の耐久性に優れた被膜を形成
するとともに、直進性が良く外部へ飛散する粒子が少な
いため、コストが嵩むこと無く溶射効率に優れ、作業環
境も真好なプラズマ溶射銃となった。また溶射材の流速
を速めることも可能である。更にプラズマジェットが渦
状に放射され、溶射材をその中心部に包み込む状態とな
るため、溶射材粒子の外部への飛散を少なくできるのみ
ならず、溶射材の大気との接触を比較的少なくして酸化
被成形成を防止し、溶射材粒子間の結合力および素地と
の結合力を強め耐久性に優れた被膜を形成することがで
き、また、渦状のプラズマジェットにより加速され溶射
材自体もきりもみ状ｆｇで部材表面に衝突するので溶射
材粒子があたかもねじ込まれるにうにくい込み、粒子間
の結合、素地との結合が強固となり、この点からも耐久
性に優れた被膜が形成される等多くの効果を有する一ｂ
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示１−ｔ３ので
、第１図は縦断面図、第２図は第１図の１−■断面図で
あり、第３図及び第４図は本発明の他の実施例を示すも
ので第３図は縦断面図、第４図は要部を示す説明図であ
り、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の更に伯の実施
例を示？ｌ縦断面図である。 １・・・陰極　　２・・・プラズマ空間　　３・・・陽
極５・・・溶射材供給孔　　９・・・作動ガス噴出孔Ａ
・・・中心軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマ空間を介して陽極と陰極とを配設し、該陰
   極周辺部に作動ガス噴出孔を設けるとともに前記プラズ
   マ空間で発生するプラズマジェット中に溶射材を供給す
   る溶射材供給孔を設け、前記溶射材を溶融粒子化して放
   射させるプラズマ溶射銃において、前記溶射材供給孔を
   陰極内に螺旋状に形成するとともに、前記作動ガス噴出
   孔がプラズマジェットの中心軸に対してねじれかつプラ
   ズマジェットの噴射方向に向って収束する傾斜を有する
   ことを特徴とするプラズマ溶射銃。