KR20230036043A - 플라즈마 용사 장치 - Google Patents

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KR20230036043A
KR20230036043A KR1020220106610A KR20220106610A KR20230036043A KR 20230036043 A KR20230036043 A KR 20230036043A KR 1020220106610 A KR1020220106610 A KR 1020220106610A KR 20220106610 A KR20220106610 A KR 20220106610A KR 20230036043 A KR20230036043 A KR 20230036043A
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electrode
circumferential surface
plasma spraying
inner circumferential
blowing
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KR1020220106610A
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유즈루 사카이
다츠오 니시타
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 분말이 노즐에 부착되는 것을 억제하여, 생산성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 플라즈마 용사 장치는, 가스 및 분말을 유통 가능한 직선형상으로 연장되는 통로를 갖는 노즐 본체와, 노즐 본체의 선단에 착탈 가능하게 마련되며, 통로에 연통하며 가스 및 분말을 분출 가능한 분출구를 가지며, 노즐 본체의 중심축과 공유하는 축을 갖는 제 1 전극을 구비한다. 또한, 플라즈마 용사 장치는 제 1 전극의 외측에 마련되며, 노즐 본체의 중심축과 공유하는 축을 갖는 제 2 전극을 구비한다. 이 플라즈마 용사 장치는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 가스의 플라즈마를 생성하고, 분출구로부터 분사된 분말을 플라즈마에 의해 용융시키고, 용융된 분말을 기재에 불어넣는 것에 의해 용사막을 형성한다. 또한, 분출구의 내경은 통로의 내경보다 크다.

Description

플라즈마 용사 장치{PLASMA SPRAYING DEVICE}
본 개시는 플라즈마 용사 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 고속의 가스 및 분말을 노즐의 분출구로부터 분출하면서, 상기 분출한 분말을 플라즈마의 열에 의해 용융하고, 용융한 분말의 피막을 기재의 표면에 형성하는 플라즈마 용사 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제 2018-78054 호 공보
본 개시는 분말이 노즐에 부착되는 것을 억제하여, 생산성을 높일 수 있는 기술을 제공한다.
본 개시되는 일 태양에 의하면, 플라즈마 용사 장치에 있어서, 통형상의 노즐 본체와, 상기 노즐 본체의 선단에 착탈 가능하게 마련되며, 상기 노즐 본체의 중심축과 공통되는 축을 갖는 통형상의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극의 외측에 마련되며, 상기 노즐 본체의 중심축과 공통되는 축을 갖는 제 2 전극을 구비하고, 상기 노즐 본체 및 상기 제 1 전극은 가스 및 분말을 유통 가능한 연속하는 통로를 가지며, 상기 제 1 전극은 상기 통로에 연통하며 상기 가스 및 상기 분말을 분출 가능한 분출구를 가지며, 상기 분출구의 내경이 상기 통로의 내경보다 크고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에서 상기 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 분출구로부터 분사된 상기 분말을 상기 플라즈마에 의해 용융시키도록 구성되는, 플라즈마 용사 장치가 제공된다.
일 태양에 의하면, 분말이 노즐에 부착되는 것을 억제하여, 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 전극 구조를 확대하여 도시하는 측면 단면도이다.
도 3은 도 1의 노즐 주변을 도시하는 설명도이다.
도 4는 플라즈마 용사의 평가 실험을 실행했을 때의 노즐을 예시하는 설명도이다.
도 5는 플라즈마 용사의 평가 실험에 있어서의 피더 압력의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)는 제 1 변형예에 따른 분출용 통체의 종단면도이며, (b)는 제 2 변형예에 따른 분출용 통체의 종단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1은 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(1)의 전체 구성예를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 용사 장치(1)는, 용사 재료의 분말(이하, "용사용 분말(R1)"이라 함)을, 플라즈마에 의해 용융하면서 기재(W)의 표면을 향하여 분출되며, 기재(W)의 표면에 용사막(F1)을 형성하는 장치이다.
플라즈마 용사 장치(1)는 용사용 분말(R1)을 분출하는 분출부(10)와, 분출부(10)에 가스를 공급하는 가스 공급부(40)와, 분출부(10)를 냉각하는 냉각부(60)와, 각 구성의 동작을 제어하는 제어부(70)를 포함한다.
분출부(10)는 원통형상의 노즐(11)과, 용사용 분말(R1)을 노즐(11) 내에 공급하는 피더(20)를 구비한다. 또한, 분출부(10)의 선단측은 플라즈마 용사 장치(1)의 하우징부(30) 내에 설치되어 있다.
분출부(10)가 분출하는 용사용 분말(R1)의 입경은, 예를 들면 1㎛ 내지 10㎛이다. 용사용 분말(R1)로서는, 예를 들면 구리(Cu), 리튬(Li), 철(Fe), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 금속의 미분말을 들 수 있다. 또한, 용사용 분말(R1)은 폴리에스테르 등의 수지의 미분말이어도 좋다. 또한, 용사용 분말(R1)은 산화 알루미늄, 산화이트륨, 불화이트륨, 산화지르코늄, 물라이트(Al6O13Si2), 스피넬(MgAl2O4) 등의 세라믹 또는 이들 세라믹의 복합 재료의 미분말이어도 좋다.
노즐(11)은 직선형상으로 연장되는 노즐 본체(12)와, 노즐 본체(12)의 선단에 설치되는 분출용 통체(15)를 갖는다. 분출용 통체(15)의 축방향을 따른 길이는 노즐 본체(12)의 축방향을 따른 길이보다 짧다. 노즐(11)은 노즐 본체(12)와 분출용 통체(15)를 별도의 부재로 하는 것에 의해, 장치의 메인터넌스 등에 있어서 분출용 통체(15)만을 교환 가능하게 하고 있다.
노즐(11)은 용사용 분말이 유통하는 통로(11a)를 내측에 구비한다. 통로(11a)는 노즐(11)의 축방향과 직교하는 단면에서 보아 정원형상(正圓形狀)으로 형성되며, 노즐 본체(12)의 기단으로부터 분출용 통체(15)의 선단까지 연장되어 있다. 즉, 노즐 본체(12)는 통로(11a)를 구성하는 본체 구멍부(12a)를 축심에 갖는 한편, 분출용 통체(15)는 통로(11a)를 구성하는 분출용 구멍부(15a)를 축심에 갖는다.
노즐 본체(12)는 도전성 또는 비도전성을 갖는 금속 재료에 의해 원통형상으로 형성되어 있다. 노즐 본체(12)는 중심축을 따라서 본체 구멍부(12a)를 갖는다. 본체 구멍부(12a)는 노즐 본체(12)의 축방향을 따라서 일정한 내경(직경)으로 직선형상으로 연장되어 있다. 노즐 본체(12)의 선단(분출용 통체(15)측의 단부)에는, 본체 구멍부(12a)에 연통하는 동시에, 분출용 구멍부(15a)에 연통 가능한 접속 연통구(12b)가 형성되어 있다.
분출용 통체(15)는 도전성을 갖는 금속 재료에 의해 형성되며, 노즐 본체(12)보다 약간 가는 원통형상을 나타내고 있다. 분출용 구멍부(15a)는 이 분출용 통체(15)의 축심을 직선형상으로 관통하고 있다. 이 때문에, 분출용 통체(15)는 선단에 있어서 분출용 구멍부(15a)에 연통하는 분출구(15b)와, 기단에 있어서 분출용 구멍부(15a)에 연통하는 기단 개구(15c)(도 2 참조)를 갖는다. 또한, 분출용 통체(15)는, 기단측의 외주면에 플랜지(16)를 구비한다. 플랜지(16)는 하우징부(30) 내에 마련된 내측 볼록부(31)에 대해 이탈 가능하게 결합한다.
하우징부(30)는 비도전성의 수지 재료에 의해 형성되어 있다. 하우징부(30)는, 노즐 본체(12)의 중심축과 분출용 통체(15)의 중심축이 서로 공통되는 축을 갖도록, 분출용 통체(15)를 고정한다. 하우징부(30)에 노즐(11)이 고정되는 것에 의해, 통로(11a)의 축은, 플라즈마 용사 장치(1)의 연직방향(상하방향)을 따라서 직선형상으로 연장된 상태로 되어 있다. 또한, 분출용 통체(15)의 고정은 플랜지(16)와 내측 볼록부(31)의 결합으로 한정되지 않으며, 적절한 결합 수단(나사결합, 용착, 접착 등)에 의해, 하우징부(30) 또는 노즐 본체(12)에 고정하면 좋다.
하우징부(30)는, 노즐(11)의 고정 상태에서, 노즐 본체(12)의 축방향 중간 위치에서 선단측까지의 외주면에 밀착되어 있으며, 또한 분출용 통체(15)의 기단측의 외주면에 밀착되어 있다. 하우징부(30)는, 분출용 통체(15)의 선단측(하단측) 주변에, 플라즈마 제트(P)를 생성하기 위한 생성 공간(30a)을 갖는다. 또한, 하우징부(30)의 상면으로부터는, 노즐 본체(12)의 기단측(상단측)이 돌출되어 있다.
피더(20)는 노즐(11)(노즐 본체(12))의 기단에 접속되며, 노즐(11)에 용사용 분말(R1)을 공급한다. 피더(20)는 용사용 분말(R1)을 수용하는 용기(21)와, 용기(21)에 마련된 액추에이터(22)를 포함한다. 용기(21)는 예를 들면, 볼형상(bowl shape)으로 형성되며, 액추에이터(22)로부터 회전방향의 진동이 가해지는 것에 의해, 용기(21)로부터 통로(11a)에 용사용 분말(R1)을 투입한다. 액추에이터(22)는 모터, 및 상기 모터의 회전 구동을 전달하는 전달 기구 등이 적용된다(모두 도시하지 않음).
플라즈마 용사 장치(1)의 가스 공급부(40)는, 제 1 가스로서 플라즈마 생성 가스를 노즐(11)에 공급한다. 플라즈마 생성 가스는 플라즈마를 생성하기 위한 가스로서, 노즐(11)의 통로(11a)에 있어서 용사용 분말(R1)을 운반하는 캐리어 가스로서도 기능한다. 플라즈마 생성 가스로서는, 예를 들면, 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스, 헬륨(He) 가스나 이들 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이하에서는, 플라즈마 생성 가스로서 Ar 가스를 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
가스 공급부(40)는 Ar 가스(플라즈마 생성 가스)를 공급하기 위한 공급 배관(41)을 갖는다. 또한, 가스 공급부(40)는, 공급 배관(41)의 가스의 유통방향 상류에서 하류를 향하여 순서대로, 가스 공급원(42), 밸브(43) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(44)를 구비한다. 가스 공급부(40)는 밸브(43)의 개방에 근거하여 가스 공급원(42)으로부터 Ar 가스를 공급하는 동시에, 매스 플로우 컨트롤러(44)에 의해 유량 제어하는 것에 의해, 소정의 유량의 Ar 가스를 노즐(11)의 통로(11a)에 공급한다.
또한, 가스 공급부(40)는 하우징부(30)의 생성 공간(30a)에, 제 2 가스로서 선회류용의 가스인 Ar 가스를 공급한다. 가스 공급부(40)는 공급 배관(41)으로부터 분기되는 분기 배관(45)을 갖는 동시에, 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(46)를 분기 배관(45)에 구비한다. 즉, 가스 공급부(40)는 밸브(43)의 개방에 근거하여 가스 공급원(42)으로부터 Ar 가스를 공급했을 때에, 매스 플로우 컨트롤러(46)에 의해 유량 제어하는 것에 의해, 소정 유량의 Ar 가스를 분기 배관(45)에 유통시킨다.
분기 배관(45)은 하우징부(30) 내에 마련된 가스 유로(32)에 접속되어 있다. 가스 유로(32)는 하우징부(30)의 상부로부터 하부를 향하여 종방향으로 연장되며, 도중 위치에서 횡방향으로 굽혀지는 것에 의해, 생성 공간(30a)에 연통하고 있다. 가스 공급부(40)에 의해 공급된 Ar 가스는, 횡방향으로부터 생성 공간(30a)에 유출되는 것에 의해, 생성 공간(30a) 내에서 분출용 통체(15)의 주위에 선회류를 형성한다.
또한, 도 1에서는, 생성 공간(30a)에 횡방향으로부터 도입되는 Ar 가스의 공급 유로를 1개만 도시하고 있지만, 하우징부(30)에는, 가스 유로(32)에 연통하는 통로가 생성 공간(30a)의 둘레방향을 따라서 복수 마련되어도 좋다.
플라즈마 용사 장치(1)는 하우징부(30)의 외부에 직류 전원(51)을 가지며, 하우징부(30)에 설치한 캐소드 전극(52)(제 1 전극) 및 애노드 전극(53)(제 2 전극)에 직류 전력을 공급하는 것에 의해, 생성 공간(30a) 내에 플라즈마를 생성한다. 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(1)는, 이 캐소드 전극(52)으로서 금속에 의해 형성되어 있는 노즐(11)(분출용 통체(15))을 적용하고 있다. 또한, 하우징부(30)는 애노드 전극(53)으로서 기능하는 금속 블록(35)을 생성 공간(30a)의 내주면에 갖는다.
구체적으로는, 하우징부(30)는 생성 공간(30a)의 내주면을 구성하는 부위로서, 오목부(33)와 장출부(34)를 갖는다. 오목부(33)에는, 상기한 가스 유로(32)의 개구가 마련되어 있다.
장출부(34)는 금속 블록(35)에 의해 형성되며, 오목부(33)보다 직경방향 내측으로 돌출되어 있다. 금속 블록(35)은 도전성을 갖는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 금속 블록(35)은 링형상으로 형성되며, 그 외주측이 하우징부(30)에 접합되어 있다. 금속 블록(35)에 의해 둘러싸인 부분은, 생성된 플라즈마 제트(P)가 통과하는 제트용 통로(35a)로 되어 있다. 제 2 전극인 금속 블록(35)(제트용 통로(35a))의 중심축은 노즐 본체(12)(노즐(11))의 중심축과 공통되는 축을 갖고 있다. 또한, 금속 블록(35)은, 단면에서 보아, 외주측이 개방된 오목형상으로 형성되어, 물 등의 냉매를 오목 공간(35b)에 유통시키는 것이 가능하다.
이상의 구성을 갖는 플라즈마 용사 장치(1)는, 직류 전원(51)으로부터 노즐(11)(캐소드 전극(52))과 금속 블록(35)(애노드 전극(53))에 직류 전력을 공급한다. 이에 의해, 캐소드 전극(52)과 애노드 전극(53)의 사이에 방전이 생겨 Ar 가스의 전리를 촉진하여, 생성 공간(30a)에 플라즈마를 생성할 수 있다.
냉각부(60)는 칠러 유닛(61)과, 칠러 유닛(61)으로부터 냉매를 유출시키는 냉매 유출관(62)과, 칠러 유닛(61)에 냉매를 복귀시키는 냉매 유입관(63)을 포함한다. 또한, 냉각부(60)는 냉매 유출관(62)에 밸브(64) 및 플로우 미터(FM)(65)를 구비하는 동시에, 냉매 유입관(63)에 밸브(66)를 구비한다.
냉매 유출관(62) 및 냉매 유입관(63)은 하우징부(30) 내에 형성된 냉매 유로(67)에 접속되어 있다. 냉매 유로(67)는 노즐 본체(12)의 외측을 주회하는 노즐 냉각 공간(67a)과, 금속 블록(35)의 오목 공간(35b)에 연통하고 있다. 칠러 유닛(61)으로부터 냉매 유출관(62)에 공급된 냉매는 하우징부(30)의 냉매 유로(67)에 유입되고, 하우징부(30) 내에서의 노즐 냉각 공간(67a) 및 오목 공간(35b)을 통과하고, 냉매 유입관(63)에 유출되는 것에 의해, 칠러 유닛(61)으로 복귀한다. 이에 의해, 냉각부(60)는 플라즈마의 생성시에, 하우징부(30)의 온도를 조정하는 것이 가능해진다.
또한, 플라즈마 용사 장치(1)는 생성 공간(30a)에 자장을 발생시키는 자장 발생부(도시하지 않음)를 구비하여도 좋다. 자장 발생부는 예를 들면, 링형상의 영구 자석 또는 전자석을, 금속 블록(35)과 동일한 높이 위치에 배치하여 구성할 수 있다.
플라즈마 용사 장치(1)의 제어부(70)는 하나 이상의 프로세서, 메모리, 입 출력 인터페이스 및 전자 회로를 갖는 제어용 컴퓨터이다. 하나 이상의 프로세서는 CPU, ASIC, FPGA, 복수의 디스크리트 반도체로 이루어지는 회로 등 중 하나 또는 복수를 조합한 것이다. 메모리는 휘발성 메모리, 불휘발성 메모리(컴퓨터 기억 매체, 플렉시블 디스크, 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 광학 자기 디스크, 메모리 카드 등의 기억 매체)를 포함하며, 불휘발성 메모리에 프로그램을 기억하고 있다.
제어부(70)는 메모리의 프로그램을 프로세서가 실행 처리하는 것에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)의 각 구성을 제어하여 플라즈마 용사를 실행하고, 하우징부(30)로부터 이격된 위치에서 제트용 통로(35a)에 대향 배치된 기재(W)의 표면에 용사막(F1)을 형성한다. 또한, 플라즈마 용사 장치(1)는 기재(W)를 이동시키면서 용사를 실행하여도 좋으며, 노즐(11)을 이동시키면서 용사를 실행하여도 좋다. 기재(W)를 이동시키면서 용사를 실행하는 경우는, 예를 들면, 기재(W)가 탑재된 스테이지(도시하지 않음)를 수평방향으로 이동시키면서 용사를 실행한다. 노즐(11)을 이동시키면서 용사를 실행하는 경우는, 예를 들면, 수평방향으로 이동 가능한 아암에 하우징부(30)를 고정하고, 아암에 의해 하우징부(30)를 수평방향으로 이동시키면서 용사를 실행한다.
그리고, 본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(1)는, 캐소드 전극(52)인 노즐(11)(분출용 통체(15))과, 애노드 전극(53)인 금속 블록(35)으로 이루어지는 전극 구조(80)에 있어서, 플라즈마 용사시에, 용융된 용사용 분말(R1)의 분출용 통체(15)의 내벽으로의 부착을 억제 가능하게 하고 있다. 이하, 이 전극 구조(80)의 구성에 대해 설명해 나간다.
도 2는 도 1의 전극 구조(80)를 확대하여 도시하는 측면 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 전극 구조(80)의 한쪽인 분출용 통체(15)는 하우징부(30) 내에 축방향 기단측이 끼워지는 한편, 축방향 중간으로부터 선단이 생성 공간(30a)에 노출된 상태로 되어 있다.
분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)(전체 길이)의 치수는, 예를 들면 7㎜ 내지 15㎜의 범위로 설정되면 좋으며, 본 실시형태에서는 10㎜로 하고 있다. 또한, 분출용 통체(15)에 있어서 생성 공간(30a)에 노출되어 있는 부분(하우징부(30)의 단부면으로부터 분출용 통체(15)의 선단까지의 영역)의 축방향 길이는, 예를 들면 분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)에 대해 1/2 내지 4/5의 비율로 설정되면 좋다.
분출용 통체(15)의 외주면(17)은 기단에 있어서 상기한 플랜지(16)를 갖는다. 또한, 외주면(17)은 플랜지(16)보다 선단측(하부측)에서 플랜지(16)보다 소경의 외경(직경)을 갖는 몸통부 외주면(171)과, 몸통부 외주면(171)의 선단에 이어지며 선단방향을 향하며 외경이 점감하는 선단 외주면(172)을 포함한다.
몸통부 외주면(171)은 분출용 통체(15)의 축방향을 따라서 일정한 외경으로(단면에서 보아 축방향과 평행 또한 직선형상으로) 연장되어 있다. 몸통부 외주면(171)의 외경의 치수는 분출용 통체(15)의 크기에도 의하지만, 예를 들면, 4㎜ 내지 8㎜의 범위로 설정되면 좋으며, 본 실시형태에서는 6㎜로 하고 있다.
이 몸통부 외주면(171)은 분출용 통체(15)의 외주면(17)의 대부분을 구성하고 있다. 몸통부 외주면(171)의 축방향 길이는, 예를 들면, 분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)에 대해 2/3 내지 9/10의 비율로 설정되면 좋다.
선단 외주면(172)은 선단방향을 향하여 소경이 되는 테이퍼형상을 나타내고 있는 것에 의해, 분출용 통체(15)의 선단을 선단이 가는 형상으로 하고 있다. 이 선단 외주면(172)에 의해, 분출용 통체(15)의 선단의 외경은 몸통부 외주면(171)의 외경보다 작아진다. 예를 들면, 분출용 통체(15)의 선단의 외경은 몸통부 외주면(171)의 외경에 대해 1/2 내지 5/6의 비율로 설정되면 좋다. 분출용 통체(15)의 선단의 외경의 치수로서는, 3㎜ 내지 5㎜의 범위이면 좋으며, 본 실시형태에서는 4㎜로 하고 있다.
또한, 선단 외주면(172)의 형상(치수를 포함함)은, 생성 공간(30a)에 형성되는 Ar 가스의 선회류의 원활한 흐름과, 플라즈마 방전의 안정성에 근거하여, 적절히 설계되면 좋다. 외주면(17)은 테이퍼형상의 선단 외주면(172)을 구비하지 않아도 좋으며, 예를 들면, 분출용 통체(15)의 선단과의 사이에 둥근 코너를 갖는 구성이어도 좋다.
한편, 분출용 통체(15)의 기단 개구(15c)의 구경(내경φia)은 노즐 본체(12)의 접속 연통구(12b)의 구경(본체 구멍부(12a)의 내경)과 동일하게 설정되어 있다. 분출용 통체(15)는, 이 기단 개구(15c)와 접속 연통구(12b)가 일치하도록, 하우징부(30)에 장착된다.
분출용 통체(15)는 분출용 구멍부(15a)를 구성하는 내주면(18)을 내측에 갖는다. 내주면(18)은 기단 개구(15c)로부터 선단방향을 향하여 내경이 점감하는 기단 내주면(181)과, 기단 내주면(181)에 이어지며 축방향으로 일정한 내경을 갖는 몸통부 내주면(182)(제 1 내주면)과, 몸통부 내주면(182)에 이어지며 선단방향을 향하여 내경이 증가(점증)하는 선단 내주면(183)(제 2 내주면)을 포함한다. 즉, 노즐(11) 내에 마련되는 통로(11a)는 상기 통로(11a)를 구성하는 내주면이 연직방향을 따라서 확경되거나 또는 축경되는 구성이어도 좋다. 이 경우에서도, 통로(11a)는 축심이 직선형상으로 연장되어 있게 된다.
기단 내주면(181)은 기단에 있어서 기단 개구(15c)를 형성하고 있다. 기단 내주면(181)은, 선단방향을 향하여 소경이 되는 테이퍼형상을 나타내고 있는 것에 의해, 분출용 구멍부(15a)를 서서히 가늘게 하고 있다. 기단 내주면(181)의 축방향 길이는 플랜지(16)의 축방향 길이(두께)보다 길다.
몸통부 내주면(182)은 기단 내주면(181)의 선단에 이어지는 기단을 가지며, 이 기단으로부터 축방향을 따라서 일정한 내경(φib)(직경)으로 연장되어 있다. 이 몸통부 내주면(182)의 내경(φib)은 노즐 본체(12)의 본체 구멍부(12a)의 내경(=기단 개구(15c)의 내경(φia))보다 작다. 이 몸통부 내주면(182)의 내경(φib)은 직선형상으로 연장되는 통로(11a)에 있어서 최소 직경의 부위를 형성하고 있다. 즉, 분출용 통체(15)는, 기단 내주면(181) 및 몸통부 내주면(182)에 의해, 용사용 분말(R1) 및 Ar 가스의 유속을 빠르게 할 수 있다. 예를 들면, 몸통부 내주면(182)의 내경(φib)은 본체 구멍부(12a)의 내경의 2/3 내지 9/10의 비율로 설정되면 좋다. 몸통부 내주면(182)의 내경(φib)의 치수로서는, 예를 들면, 2㎜ 내지 4㎜의 범위이어도 좋으며, 본 실시형태에서는 3㎜로 하고 있다.
몸통부 내주면(182)의 축방향 길이는 기단 내주면(181)의 축방향 길이나 선단 내주면(183)의 축방향 길이보다 길다. 몸통부 내주면(182)의 축방향 길이는, 예를 들면, 분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)에 대해 1/2 내지 4/5의 비율로 설정되면 좋다. 몸통부 내주면(182)의 기단의 축방향 위치와, 몸통부 외주면(171)의 기단(플랜지(16)와의 경계)의 축방향 위치는 일치하고 있지 않아도 좋으며, 일치하고 있어도 좋다.
선단 내주면(183)은 몸통부 내주면(182)의 선단(분출구(15b)측의 단부)에 이어지는 기단을 가지며, 이 기단으로부터 선단방향을 향하여 대경이 되는 테이퍼형상을 나타내고 있는 것에 의해, 분출용 구멍부(15a)를 넓히고 있다. 그리고, 선단 내주면(183)은 분출용 통체(15)의 최선단의 가장자리(緣)에 의해 분출구(15b)를 형성하고 있다(이하, 분출구(15b)를 형성하고 있는 가장자리를 분출구 형성 가장자리(183f)라 함). 즉, 노즐(11)은 분출용 통체(15)의 최선단에 분출구(15b)를 가지며, 통로(11a)(본체 구멍부(12a), 분출용 구멍부(15a))가 이 분출구(15b)에 연통하고 있다.
분출구 형성 가장자리(183f)(분출구(15b))의 내경(φic)은 통로(11a)의 일부를 구성하고 있는 몸통부 내주면(182)의 내경(φib)보다 크다. 따라서, 분출구(15b)의 안쪽측 또한 근방의 몸통부 내주면(182)에 대해, 노즐(11)의 분출구(15b)가 확대되어 있다. 이에 의해 분출구 형성 가장자리(183f) 부근의 두께가 얇아진다. 예를 들면, 분출구(15b)의 내경(ic)은 내경(φib)에 대해 1.1배 내지 1.5배로 설정되면 좋다. 또한, 분출구(15b)의 내경(φic)은 노즐 본체(12)의 본체 구멍부(12a)의 내경(φia) 이상으로 설정된다. 분출구(15b)의 내경(φic)의 치수로서는, 예를 들면, 2.2㎜ 내지 5㎜의 범위이여도 좋으며, 본 실시형태에서는 3.6㎜로 하고 있다. 상기한 바와 같이, 분출용 통체(15)의 선단의 외경이 4㎜이기 때문에, 분출용 통체(15)의 선단은 0.2㎜ 폭의 링형상의 단부면을 가지게 된다.
선단 내주면(183)의 축방향 길이는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)에 대해 1/10 내지 1/2의 비율로 설정된다. 즉, 선단 내주면(183)의 기단 위치는, 분출용 통체(15)의 축방향 중간 위치로부터 선단까지의 범위로 하는 것에 의해, 선단 내주면(183)을 너무 길게 하는 것에 의한, Ar 가스의 흐름의 변화를 억제할 수 있다. 또한, 선단 내주면(183)의 기단 위치는, 분출구(15b)로부터 분출용 통체(15)의 축방향 길이(L)의 1/10 이상 이격되는 것에 의해, 분출용 통체(15)의 선단측 육부(肉部)(19a)가 박육(薄肉)이 되는 범위를 확보할 수 있다. 또한, 선단 내주면(183)의 기단의 축방향 위치와, 선단 외주면(172)의 기단의 축방향 위치는 일치하고 있지 않아도 좋으며, 일치하고 있어도 좋다.
몸통부 내주면(182)의 연장방향에 대한 선단 내주면(183)의 경사각(θ)(테이퍼각)은, 선단 내주면(183)의 축방향 길이나 분출구(15b)의 내경(φic)에도 의하지만, 예를 들면, 1° 내지 45°의 범위로 설정된다.
분출용 통체(15)의 선단은, 내경(φib)보다 큰 내경(φic)의 분출구(15b)를 갖는 것에 의해, 분출용 구멍부(15a)를 직경방향 외측으로 넓혀, 선단 내주면(183)으로의 용사용 분말(R1)의 부착을 억제한다. 또한, 큰 내경(φic)의 분출구(15b)에 의해, 선단 외주면(172)과 선단 내주면(183) 사이에 있어서의 분출용 통체(15)의 선단측 육부(19a)의 두께가, 몸통부 외주면(171)과 몸통부 내주면(182) 사이에 있어서의 몸통부측 두께(19b)의 두께에 대해 대폭 얇아진다. 이 때문에, 분출용 통체(15)의 선단은 플라즈마의 열에 의해 온도가 상승하기 쉬워진다.
또한, 전극 구조(80)의 한쪽인 금속 블록(35)은, 직경방향 외측의 외주부가 하우징부(30)에 고정되는 것에 의해, 상기한 바와 같이, 제트용 통로(35a)를 생성 공간(30a)에 배치하고 있다. 금속 블록(35)의 제트용 통로(35a)를 구성하는 통로 내주면(36)의 기단측은 선단방향(플라즈마 제트(P)의 분출방향)을 따라서 감소(점감)하는 테이퍼면(361)으로 형성되어 있다. 또한, 테이퍼면(361)의 기단은 둥근 코너(362)로 형성되며, 금속 블록(35)의 기단부면(37)에 이어지고 있다.
전극 구조(80)는 분출용 통체(15)와, 금속 블록(35)을 서로 근접 배치하고 있는 것에 의해, 그 사이의 간극(80a)에 방전을 일으키게 한다. 구체적으로는, 분출용 통체(15)의 선단(분출구(15b))은, 금속 블록(35)의 기단부면(37)보다 선단에 위치하고 있는 것에 의해, 금속 블록(35)의 내측의 제트용 통로(35a)에 인입되어 있다. 환언하면, 전극 구조(80)의 축방향을 따른 단면에서 보아, 캐소드 전극(52)의 분출구(15b)와 애노드 전극(53)은 서로 오버랩되어 있다(서로 중첩되어 있음). 특히, 본 실시형태에 따른 분출용 통체(15)는, 선단 외주면(172) 및 선단 내주면(183)의 전체가 금속 블록(35)의 기단부면(37)보다 선단에 위치하고 있다. 이에 의해, 분출용 통체(15)의 선단과 금속 블록(35)의 기단 사이의 방전에 의해 Ar 가스의 플라즈마를 일으키게 할 수 있다. 또한, 전극 구조(80)는, 금속 블록(35)의 기단부면(37)보다 기단측에, 분출용 통체(15)의 선단을 배치하여도 좋다(애노드 전극(53)에 대해 캐소드 전극(52)을 오버랩시키지 않는 구조여도 좋음).
분출용 통체(15)와 금속 블록(35)의 간극(80a)은 전극 구조(80)에 있어서 플라즈마를 발생시키는 공간이 된다. 간극(80a)의 간격(D)(선단 외주면(172)과 통로 내주면(36) 사이의 최소 거리)은, 전극 구조(80)의 형상에도 의하지만, 예를 들면, 1.0㎜ 내지 3.0㎜의 범위로 설정되면 좋으며, 본 실시형태에서는, 1.02㎜로 하고 있다. 간격(D)이 1.0㎜ 미만이면, 금속 블록(35)이 절삭되는 등 하여 플라즈마가 안정되지 않는 경우가 있으며, 또한 간격(D)이 3.0㎜를 초과하면, 플라즈마의 방전 위치가 불안정하게 되는 경우가 있다.
본 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치(1)는 기본적으로는 이상과 같이 구성되며, 이하 그 작용 효과에 대해 설명한다.
도 3은 노즐(11)의 주변을 도시하는 설명도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 용사 장치(1)는 제어부(70)의 제어하에, 노즐(11) 내의 통로(11a)에 대해, 피더(20)에 의해 용사용 분말(R1)을 공급하면서, 가스 공급부(40)에 의해 Ar 가스(플라즈마 생성 가스)를 공급한다. 또한, 플라즈마 용사 장치(1)는, 가스 공급부(40)로부터 가스 유로(32)를 거쳐서 생성 공간(30a)에 Ar 가스를 유출시키는 것에 의해, Ar 가스의 선회류를 생성 공간(30a)에 형성한다.
또한, 플라즈마 용사 장치(1)의 제어부(70)는, 직류 전원(51)으로부터 분출용 통체(15)(캐소드 전극(52)) 및 금속 블록(35)(애노드 전극(53))에 직류 전력을 인가한다. 그 결과, 분출용 통체(15)와 금속 블록(35) 사이의 간극(80a)에, 플라즈마가 생성된다. 이 때, Ar 가스의 선회류가 흐르는 것에 의해, 생성된 플라즈마를 기재(W)를 향하여 수직방향으로 분사시킬 수 있다. 제어부(70)는 냉각부(60)에 의해 하우징부(30)의 냉매 유로(67)에 냉매를 공급한다. 이에 의해, 플라즈마 용사에 의해 승온한 노즐 본체(12) 및 금속 블록(35)이 냉각된다. 그 한편, 분출용 통체(15)는, 냉매 유로(67)로부터 이격된 위치에 있기 때문에, 높은 온도 상태가 유지된다.
노즐(11)의 통로(11a) 내에 있어서, 용사용 분말(R1)은 Ar 가스의 이동에 의해 운반되며, 노즐 본체(12), 분출용 통체(15)의 순서대로 직선형상으로 유통해간다. 분출용 통체(15)의 몸통부 내주면(182)에서는, 분출용 구멍부(15a)가 좁게 되어 있는 것에 의해, 용사용 분말(R1) 및 Ar 가스의 유속이 빨라진다. 이에 대해, 분출용 통체(15)의 선단 내주면(183)에서는, 분출용 구멍부(15a)가 분출구(15b)를 향하여 넓게 되어 있다. 이 테이퍼형상의 선단 내주면(183)은, 용사용 분말(R1)이 체류하는 장소(예를 들면, 코너부)를 없애고, 분출용 통체(15)로부터 용사용 분말(R1)을 안정적으로 분출시킬 수 있다.
따라서, 분출용 통체(15)는, 선단 내주면(183)에 대한 용사용 분말(R1)의 부착을 억제하여, 용사용 분말(R1)을 원활히 분출할 수 있다. 만일 용사용 분말(R1)이 분출구 형성 가장자리(183f)에 부착되었다고 하여도, 분출구(15b)의 내경을 넓힌 분출구 형성 가장자리(183f)는 분출용 구멍부(15a)의 폐색을 회피할 수 있다.
또한, 분출용 통체(15)의 선단측 육부(19a)는, 선단 외주면(172) 및 선단 내주면(183)에 의해 박육으로 되어 있는 것에 의해, 플라즈마에 의해 용이하게 승온하며, 예를 들면, 3000℃ 정도의 고온이 된다. 이에 의해, 용사용 분말(R1)이 분출용 통체(15)의 선단에 더욱 부착되기 어려워진다. 특히, 선단 내주면(183)에 의해 분출용 구멍부(15a)의 선단측이 넓어져 있는 것에 의해, 통로(11a)측의 Ar 가스의 유속이 저하하여, 플라즈마가 분출용 구멍부(15a)에 인입되기 쉬워진다. 이 때문에, 분출용 통체(15)의 선단측 육부(19a)의 온도가 한층 용이하게 상승하여, 용사용 분말(R1)의 용융이 촉진되는 효과를 얻을 수 있다.
분출용 통체(15)를 유통한 용사용 분말(R1)은 분출구(15b)로부터 계속 분출되며, 플라즈마의 열에 의해 용융된다. 이에 의해, 용사용 분말(R1)은, 플라즈마 제트(P)로서 금속 블록(35)의 제트용 통로(35a)를 통과하고, 제트용 통로(35a)의 선단으로부터 기재(W)의 표면을 향하여 분출되는 것에 의해, 기재(W)의 표면에 용사막(F1)을 형성한다. 플라즈마 제트(P)에는, 용사용 분말(R1)의 부착에 따른 덩어리가 존재하지 않기 때문에, 플라즈마 용사 장치(1)는 용사막(F1)을 정밀도 양호하게 형성할 수 있다.
도 4는 플라즈마 용사의 평가 실험을 실행했을 때의 노즐을 예시하는 설명도이며, (a)는 본 실시형태에 따른 분출용 통체(15)를 적용한 경우, (b)는 참고예에 따른 분출용 통체(90)를 적용한 경우를 도시한다. 또한, 참고예에 따른 분출용 통체(90)는 (b)에 도시하는 바와 같이, 분출용 통체(15)의 플랜지(16) 및 외주면(17)과 동일한 플랜지(91) 및 외주면(92)을 갖는다. 따라서, 분출용 통체(90)와 금속 블록(35)의 간극(80a)의 간격(D)은 동일하다.
그 한편, 분출용 구멍 부분(90a)을 형성하고 있는 분출용 통체(90)의 내주면(93)은 분출용 통체(15)의 기단 내주면(181), 몸통부 내주면(182)과 동일한 직경의 기단 내주면(931), 몸통부 내주면(932)을 갖지만, 몸통부 내주면(932)이 분출구(90b)까지 연장되어 있다. 환언하면, 분출용 통체(90)는 분출구(90b)의 내경이 몸통부 내주면(932)으로부터 그대로 일정하게 되어 있다. 따라서, 분출용 통체(90)의 선단측 육부(94a)는 분출용 통체(15)의 선단측 육부(19a)에 비해 두껍게 형성되어 있다.
평가 실험에서는, 분출용 통체(15) 및 분출용 통체(90)의 각각에 대해, 동일한 평가기를 이용하는 동시에, 동일한 프로세스 조건으로 플라즈마 용사를 실행하고 있다. 프로세스 조건에서는, 플라즈마 용사 장치(1)를 수용한 처리 용기 내의 압력을 20[㎪]으로 하고, 직류 전원(51)이 공급하는 전류를 400[A]로 하고, 가스 공급부(40)에 의한 Ar 가스의 유량을 8/18[sLm]로 하고 있다. 또한, 평가 실험으로 사용하는 용사용 분말(R1)은, 불화이트륨(YF3)과 산화 이트륨(Y2O3)의 혼합분을 적용하여, 용사용 분말(R1)의 목표 공급량을 0.3[g/min]으로 설정하고 있다. 평가 실험에 있어서의 플라즈마 용사의 실시 기간은 60분이다.
도 4의 (b)에 도시하는 참고예에 따른 분출용 통체(90)는, 플라즈마 용사 후에, 분출용 통체(90)의 중량이 0.0318g 증가되어 있었다. 즉, 분출용 통체(90)에 대해 용사용 분말(R1)이 부착되어 있다고 말할 수 있다.
이에 대해, 도 4의 (a)에 도시하는 본 실시형태에 따른 분출용 통체(15)는, 플라즈마 용사 후에, 분출용 통체(15)의 중량이 0.0054g 감소되어 있었다. 즉, 분출용 통체(15)에 용사용 분말(R1)이 대부분 부착되어 있지 않다고 말할 수 있다. 분출용 통체(15)에 생긴 중량의 감소는 플라즈마에 의한 분출용 통체(15)의 절삭이라 추정된다. 또한, 분출용 통체(15)를 적용한 경우와 분출용 통체(90)를 적용한 경우에서, 플라즈마 용사의 성막 레이트 및 공급 레이트에 대해서는, 대략 동일한 결과였다. 따라서, 본 실시형태에 따른 분출용 통체(15)에서도, 참고예에 따른 분출용 통체(90)와 동일한 속도로 성막을 실시할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 플라즈마 용사의 평가 실험에 있어서의 피더 압력의 추이를 나타내는 그래프이며, 횡축은 시간, 종축은 피더 압력이다. 피더 압력은 노즐(11)의 통로(11a)로부터 피더(20)에 걸리는 압력(음압)이다. 또한, 도 5의 그래프에 있어서의 시점(ta)은 피더(20)에 용사용 분말(R1)을 보급한 타이밍으로 되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 참고예에 따른 분출용 통체(90)의 피더 압력(도 5의 이점쇄선 참조)은, 플라즈마 용사의 개시부터 20분이 경과한 때부터 피더 압력이 상승하고 있다. 즉, 분출용 통체(90)의 분출용 구멍 부분(90a)의 폐색이 생겼다. 또한, 분출용 통체(90)의 피더 압력은, 특히, 30분 경과 이후에 계속 상승하고 있어, 분출용 구멍 부분(90a)의 폐색이 진행되고 있는 것을 알 수 있다.
이에 대해, 본 실시형태에 따른 분출용 통체(15)의 피더 압력(도 5의 실선 참조)은, 시간 경과하여도 대부분 상승하는 일이 없다. 따라서, 플라즈마 용사를 계속하여도, 분출용 통체(15)의 분출용 구멍부(15a)에 폐색이 생기지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 플라즈마 용사 장치(1)의 노즐(11)(분출용 통체(15))은 여러 가지의 변형예를 취할 수 있다. 이하, 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하여, 분출용 통체(15)의 변형예에 대해 설명한다.
도 6의 (a)에 도시하는 제 1 변형예에 따른 분출용 통체(15A)의 내주면(18A)은 몸통부 내주면(182)에 대해 선단 내주면(183A)이 직경방향 외측으로 넓게 되어 있지만, 이 선단 내주면(183A)은 일정한 내경(φic)으로 분출구(15b)까지 연장된(비테이퍼) 형상으로 되어 있다. 즉, 선단 내주면(183A)은 단차 단부면(184)을 거쳐서 몸통부 내주면(182)에 이어지고 있다. 이와 같은 선단 내주면(183A)을 갖는 구성이어도, 분출용 통체(15A)는, 분출용 구멍부(15a)의 선단의 내경(φic)을 넓혀, 선단측 육부(19a)를 박육으로 하는 것이 가능해진다. 따라서, 분출용 통체(15A)는, 상기의 분출용 통체(15)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 6의 (b)에 도시하는 제 2 변형예에 따른 분출용 통체(15B)의 내주면(18B)은 축방향을 따른 단면에서 보아, 직경방향 외측으로 원호형상으로 넓어지는 형상의 선단 내주면(183B)을 갖는다. 이와 같은 선단 내주면(183B)을 갖는 구성이어도, 분출용 통체(15B)는 선단측 육부(19a)를 박육으로 하여, 상기의 분출용 통체(15)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이상의 실시형태에서 설명한 본 개시의 기술적 사상 및 효과에 대해 이하에 기재한다.
본 개시의 일 태양은 플라즈마 용사 장치(1)에 있어서, 통형상의 노즐 본체(12)와, 노즐 본체(12)의 선단에 착탈 가능하게 마련되며, 노즐 본체(12)의 중심축과 공통되는 축을 갖는 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))과, 제 1 전극의 외측에 마련되며, 노즐 본체(12)의 중심축과 공통되는 축을 갖는 제 2 전극(금속 블록(35))을 구비하고, 노즐 본체(12) 및 제 1 전극은 가스 및 분말을 유통 가능한 연속하는 통로(11a)를 가지며, 제 1 전극은 통로(11a)에 연통하며 가스 및 분말을 분출 가능한 분출구(15b)를 가지며, 분출구(15b)의 내경(φic)이 통로(11a)의 내경(φib)보다 크고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 가스의 플라즈마를 생성하며, 분출구(15b)로부터 분사된 분말을 플라즈마에 의해 용융시키도록 구성된다.
상기에 의하면, 플라즈마 용사 장치(1)는, 분출구(15b)의 내경(φic)이 통로(11a)의 내경(φib)보다 큰 것에 의해, 선단 내주면(183)에 대해 용사용 분말(R1)이 저류되기 어려워져, 분출구(15b)로부터 용사용 분말(R1)을 안정적으로 분출할 수 있다. 특히, 분출구(15b)의 내경(φic)이 큰 것에 의해, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))의 선단이 박육으로 되어 승온하기 쉬워지기 때문에, 용사용 분말(R1)의 부착을 한층 억제할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 용사 장치(1)는, 제 1 전극의 메인터넌스나 교환의 기회를 저감하는 것이 가능해져, 결과적으로 생산성을 높일 수 있다.
또한, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))은 상기 제 1 전극의 축방향과 평행하게 연장되는 제 1 내주면(몸통부 내주면(182))과, 제 1 내주면의 분출구(15b)측의 단부로부터 분출구(15b)를 향하여 내경이 직경방향 외측으로 증가하는 제 2 내주면(선단 내주면(183))을 갖는다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는, 용사용 분말(R1) 및 가스에 난류가 생기는 것을 억제하면서, 선단 내주면(183)에 대한 용사용 분말(R1)의 부착을 억제할 수 있다.
또한, 제 2 내주면(선단 내주면(183))은, 제 1 내주면(몸통부 내주면(182))의 분출구(15b)측의 단부로부터 분출구(15b)를 향하여 내경이 직경방향 외측으로 점증하는 테이퍼형상을 갖는다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는, 용사용 분말(R1)을 한층 원활하게 분사할 수 있다.
또한, 제 1 내주면(몸통부 내주면(182))에 대한 제 2 내주면(선단 내주면(183))의 경사각(θ)은 1° 내지 45°의 범위로 설정된다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는 선단 내주면(183)의 형성 범위를 충분히 확보하고, 플라즈마에 의해 제 1 전극(노즐(11))의 선단을 안정적으로 승온시킬 수 있다.
또한, 제 2 내주면(선단 내주면(183))의 축방향 길이는, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))의 축방향 길이의 1/2 이하이다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는, 분출용 통체(15)에 대한 용사용 분말(R1)의 부착을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 제 1 내주면(몸통부 내주면(182))에 의해 형성되는 통로(11a)의 내경(φib)은 노즐 본체(12)의 통로(11a)를 구성하는 내주면의 내경(φia)보다 작다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는 제 1 내주면에서 용사용 분말(R1) 및 가스의 유속을 증가시킬 수 있다.
또한, 분출구(15b)의 내경(φic)은 제 1 내주면(몸통부 내주면(182))에 의해 형성되는 통로(11a)의 내경(φib)에 대해 1.1배 내지 2배의 범위로 설정되어 있다. 이에 의해, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))의 분출구(15b)가 충분히 넓어져, 플라즈마 용사에 의해 용융된 용사용 분말(R1)이 분출구(15b)를 폐색하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))은 캐소드 전극(52)이며, 제 2 전극(금속 블록(35))은 애노드 전극(53)이다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 제 1 전극(분출용 통체(15, 15A, 15B))은 분출구(15b)를 향하여 외경이 직경방향 내측으로 감소하는 외주면(선단 외주면(172))을 갖는다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는 제 1 전극의 선단을 한층 박육으로 하는 것이 가능해져, 승온을 촉진할 수 있다.
또한, 외주면(선단 외주면(172))은 분출구(15b)를 향하여 외경이 직경방향 내측으로 점감하는 테이퍼형상을 갖는다. 이에 의해, 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 생긴 플라즈마가 제 1 전극의 분출구(15b)측으로 순조롭게 이동할 수 있다.
또한, 제 2 전극(금속 블록(35))은 분출구(15b)로부터 분출된 분말이 통과하는 공간(제트용 통로(35a))을 가지며, 제 1 전극(노즐(11))의 분출구(15b)와 제 2 전극은 서로 오버랩되어 있다. 이에 의해, 플라즈마 용사 장치(1)는, 제 1 전극과 제 2 전극을 한층 가깝게 할 수 있어서, 플라즈마의 발생 위치를 적절히 컨트롤하는 것이 가능해진다.
금회 개시된 실시형태에 따른 플라즈마 용사 장치는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다. 실시형태는, 첨부의 청구범위 및 그 주지를 일탈하는 일이 없이, 여러가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있을 수 있으며, 또한 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
1: 플라즈마 용사 장치 11: 노즐
11a: 통로 12: 노즐 본체
15, 15A, 15B: 분출용 통체 15b: 분출구
172: 선단 외주면 182: 몸통부 내주면
183, 183A, 183B: 선단 내주면 19a: 선단측 육부
35: 금속 블록 35a: 제트용 통로
52: 캐소드 전극 53: 애노드 전극
80: 전극 구조 R1: 용사용 분말

Claims (11)

  1. 플라즈마 용사 장치에 있어서,
    통형상의 노즐 본체와,
    상기 노즐 본체의 선단에 착탈 가능하게 마련되며, 상기 노즐 본체의 중심축과 공통되는 축을 갖는 통형상의 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극의 외측에 마련되며, 상기 노즐 본체의 중심축과 공통되는 축을 갖는 제 2 전극을 구비하고,
    상기 노즐 본체 및 상기 제 1 전극은 가스 및 분말을 유통 가능한 연속하는 통로를 가지며, 상기 제 1 전극은 상기 통로에 연통하며 상기 가스 및 상기 분말을 분출 가능한 분출구를 가지며,
    상기 분출구의 내경이 상기 통로의 내경보다 크고,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에서 상기 가스의 플라즈마를 생성하고, 상기 분출구로부터 분사된 상기 분말을 상기 플라즈마에 의해 용융시키도록 구성되는
    플라즈마 용사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 축방향과 평행하게 연장되는 제 1 내주면과, 상기 제 1 내주면의 상기 분출구측의 단부로부터 상기 분출구를 향하여 내경이 직경방향 외측으로 증가하는 제 2 내주면을 갖는
    플라즈마 용사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 내주면은 상기 제 1 내주면의 상기 분출구측의 단부로부터 상기 분출구를 향하여 내경이 직경방향 외측으로 점증되는 테이퍼형상을 갖는
    플라즈마 용사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 내주면의 연장방향에 대한 상기 제 2 내주면의 경사각은 1° 내지 45°의 범위로 설정되는
    플라즈마 용사 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 내주면의 축방향 길이는 상기 제 1 전극의 축방향 길이의 1/2 이하인
    플라즈마 용사 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 내주면에 의해 형성되는 상기 통로의 내경은 상기 노즐 본체의 상기 통로를 구성하는 내주면의 내경보다 작은
    플라즈마 용사 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분출구의 내경은 상기 제 1 내주면에 의해 형성되는 상기 통로의 내경에 대해 1.1배 내지 2배의 범위로 설정되어 있는
    플라즈마 용사 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 캐소드 전극이며,
    상기 제 2 전극은 애노드 전극인
    플라즈마 용사 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 분출구를 향하여 외경이 직경방향 내측으로 감소하는 외주면을 갖는
    플라즈마 용사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 외주면은 상기 분출구를 향하여 외경이 직경방향 내측으로 점감하는 테이퍼형상을 갖는
    플라즈마 용사 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상기 분출구로부터 분출된 상기 분말이 통과하는 공간을 가지며,
    상기 제 1 전극의 상기 분출구와 상기 제 2 전극은 서로 오버랩되어 있는
    플라즈마 용사 장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018078054A (ja) 2016-11-10 2018-05-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ溶射装置及び溶射制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116815105A (zh) * 2023-03-29 2023-09-29 承德石油高等专科学校 一种防堵塞的等离子喷涂喷枪
CN116815105B (zh) * 2023-03-29 2024-04-30 承德石油高等专科学校 一种防堵塞的等离子喷涂喷枪

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