JP2003019565A - 放出要素にコーティングする方法及び電極を形成する方法 - Google Patents
放出要素にコーティングする方法及び電極を形成する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極が長寿命を有するように、放出要素にし
っかりと接合されると共に、電極の隣接要素に接合する
ための十分な表面を提供するコーティングを放出要素の
周りに形成する。 【解決手段】 プラズマアークトーチ１０のための電極
１４は、前端にキャビティ２４を画成した金属ホルダ１
６を備え、このキャビティ内に放出要素２８及びセパレ
ータ３２のアセンブリが配置され、放出要素はその外表
面上に相対的に非放出の材料３４を有しており、これ
は、放出要素が反応性になるような高温度まで放出要素
を加熱すると共に、放出要素に相対的に非放出の材料を
噴射することにより付着し、コーティングされた放出要
素はセパレータ中に配置され、そのアセンブリが加熱さ
れて相対的に非放出の材料がセパレータとの間に強固な
接合部を形成し、放出要素及びセパレータ間の優れた接
合部は電極の寿命を延ばす。
っかりと接合されると共に、電極の隣接要素に接合する
ための十分な表面を提供するコーティングを放出要素の
周りに形成する。 【解決手段】 プラズマアークトーチ１０のための電極
１４は、前端にキャビティ２４を画成した金属ホルダ１
６を備え、このキャビティ内に放出要素２８及びセパレ
ータ３２のアセンブリが配置され、放出要素はその外表
面上に相対的に非放出の材料３４を有しており、これ
は、放出要素が反応性になるような高温度まで放出要素
を加熱すると共に、放出要素に相対的に非放出の材料を
噴射することにより付着し、コーティングされた放出要
素はセパレータ中に配置され、そのアセンブリが加熱さ
れて相対的に非放出の材料がセパレータとの間に強固な
接合部を形成し、放出要素及びセパレータ間の優れた接
合部は電極の寿命を延ばす。
Description
【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、プラズマアークトーチにおいて電気
アークを持続させるための電極に関するものである。
ーチに関し、特に、プラズマアークトーチにおいて電気
アークを持続させるための電極に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマアークトーチは、切断，溶接，
表面処理，溶融及び焼鈍しを含む金属の諸加工のために
普通に使用されている。このようなトーチは、電気アー
クを持続させる電極を含んでおり、該電気アークは、移
行式アーク動作モードで電極から母材に広がる。この電
気アークをガスの渦流で囲むことも通常のことであり、
また、あるトーチ構造においては、上述のガス及び電気
アークを渦巻き状の水ジェットで囲むことも通例となっ
ている。
表面処理，溶融及び焼鈍しを含む金属の諸加工のために
普通に使用されている。このようなトーチは、電気アー
クを持続させる電極を含んでおり、該電気アークは、移
行式アーク動作モードで電極から母材に広がる。この電
気アークをガスの渦流で囲むことも通常のことであり、
また、あるトーチ構造においては、上述のガス及び電気
アークを渦巻き状の水ジェットで囲むことも通例となっ
ている。
【０００３】上述した形式の従来のトーチで使用される
電極は、銅又は銅合金のような高熱伝導率の材料から構
成される金属製の細長い管状部材を含むのが一般的であ
る。この管状部材の前端もしくは放電端は、電気アーク
を持続させる電子放出（ｅｍｉｓｓｉｖｅ）インサート
が埋め込まれた底端壁部を含んでいる。この放出インサ
ートは、当該技術において電位ステップ（ｐｏｔｅｎｔ
ｉａｌ ｓｔｅｐ）と定義される電子ボルト（ｅｖ）で
測定される比較的に低い仕事関数を有する材料で構成さ
れており、この電位ステップが所定温度で金属の表面か
らの熱電子放出を可能にしている。したがって、放出イ
ンサートは、その低い仕事関数のために、電位が印加さ
れるときに容易に電子を放出することができる。通常使
用される電子放出材料には、ハフニウム，ジルコニウ
ム，タングステン及びそれらの合金が含まれる。
電極は、銅又は銅合金のような高熱伝導率の材料から構
成される金属製の細長い管状部材を含むのが一般的であ
る。この管状部材の前端もしくは放電端は、電気アーク
を持続させる電子放出（ｅｍｉｓｓｉｖｅ）インサート
が埋め込まれた底端壁部を含んでいる。この放出インサ
ートは、当該技術において電位ステップ（ｐｏｔｅｎｔ
ｉａｌ ｓｔｅｐ）と定義される電子ボルト（ｅｖ）で
測定される比較的に低い仕事関数を有する材料で構成さ
れており、この電位ステップが所定温度で金属の表面か
らの熱電子放出を可能にしている。したがって、放出イ
ンサートは、その低い仕事関数のために、電位が印加さ
れるときに容易に電子を放出することができる。通常使
用される電子放出材料には、ハフニウム，ジルコニウ
ム，タングステン及びそれらの合金が含まれる。
【０００４】上述した形式のプラズマアークトーチに関
連した問題は、特に当該トーチが酸素又は空気のような
酸化ガスと共に使用されるときに、電極の使用寿命が短
いことである。具体的には、放出インサートはトーチの
使用中に腐蝕するので、放出インサートと金属ホルダと
の間にキャビティもしくは穴が形成される。このキャビ
ティが十分に大きくなると、アークは、放出インサート
からホルダへ「ジャンプし」或いは伝達され、典型的に
は電極を破壊してしまう。アークが金属製のホルダへジ
ャンプするのを防止するか、或いは少なくとも邪魔する
ために、ある電極は放出インサートと金属製のホルダと
の間に配置された比較的に非電子放出性のセパレータを
含んでいる。セパレータは、本発明の譲受人に譲渡さ
れ、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第
５,０９７,１１１号明細書に開示されている。
連した問題は、特に当該トーチが酸素又は空気のような
酸化ガスと共に使用されるときに、電極の使用寿命が短
いことである。具体的には、放出インサートはトーチの
使用中に腐蝕するので、放出インサートと金属ホルダと
の間にキャビティもしくは穴が形成される。このキャビ
ティが十分に大きくなると、アークは、放出インサート
からホルダへ「ジャンプし」或いは伝達され、典型的に
は電極を破壊してしまう。アークが金属製のホルダへジ
ャンプするのを防止するか、或いは少なくとも邪魔する
ために、ある電極は放出インサートと金属製のホルダと
の間に配置された比較的に非電子放出性のセパレータを
含んでいる。セパレータは、本発明の譲受人に譲渡さ
れ、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第
５,０９７,１１１号明細書に開示されている。
【０００５】放出インサートをセパレータに固定するた
めの幾つかの方法が開発されてきた。この米国特許第
５,０９７,１１１号明細書に開示された方法の１つでは
放出インサートをセパレータ中に圧入もしくは圧力嵌め
している。また、米国特許第５，０９７，１１１号明細
書に開示された別の方法は、ろう付け材料によりセパレ
ータ及び金属ホルダを冶金的に結合している。一例にお
いては、ろう付け材料はディスクの形態であり、これが
セパレータ及び金属ホルダ間で溶融されることになる。
めの幾つかの方法が開発されてきた。この米国特許第
５,０９７,１１１号明細書に開示された方法の１つでは
放出インサートをセパレータ中に圧入もしくは圧力嵌め
している。また、米国特許第５，０９７，１１１号明細
書に開示された別の方法は、ろう付け材料によりセパレ
ータ及び金属ホルダを冶金的に結合している。一例にお
いては、ろう付け材料はディスクの形態であり、これが
セパレータ及び金属ホルダ間で溶融されることになる。
【０００６】また、米国特許第３,１９８,９３２号明細
書は、ジルコニウムインサートを銀製ホルダ内にろう付
けするろう付け方法を開示している。特に、この米国特
許第３,１９８,９３２号明細書が開示する方法による
と、インサートを溶融銀中に最初に浸漬して、該インサ
ートに銀のコーティングを付けている。銀は、銀製ホル
ダにより画成されたキャビティもしくは凹所の中でも溶
融されており、コーティングされたインサートが該凹所
に挿入されるので、溶融銀はインサートの周りに流れ
る。しかし、この米国特許に記載されたろう付け技術
は、コーティング及び／又はホルダを製造するために相
当な量の銀を必要とするので、電極のコストがかなり上
昇する。従って、電極製造のコストを全体的に更に改善
する必要性がある。
書は、ジルコニウムインサートを銀製ホルダ内にろう付
けするろう付け方法を開示している。特に、この米国特
許第３,１９８,９３２号明細書が開示する方法による
と、インサートを溶融銀中に最初に浸漬して、該インサ
ートに銀のコーティングを付けている。銀は、銀製ホル
ダにより画成されたキャビティもしくは凹所の中でも溶
融されており、コーティングされたインサートが該凹所
に挿入されるので、溶融銀はインサートの周りに流れ
る。しかし、この米国特許に記載されたろう付け技術
は、コーティング及び／又はホルダを製造するために相
当な量の銀を必要とするので、電極のコストがかなり上
昇する。従って、電極製造のコストを全体的に更に改善
する必要性がある。
【０００７】米国特許第５,８５７,８８８号明細書で
は、物理蒸着法により金属を付着させて放出インサート
上にコーティングを形成すると共に、このコーティング
されたインサートをホルダにより画成された凹所中に固
定することを含む電極の製造方法を提供しており、これ
により、米国特許第３,１９８,９３２号及び第５,０９
７,１１１号に対する改善が試みられている。コーティ
ングは１〜１０μｍの厚みを有しており、閉環境内に気
相粒子を発生させ該粒子が放出インサートの表面に向か
って移動することにより形成される。次いで、コーティ
ングされた放出インサートは、セパレータなしにホルダ
に嵌め込まれるので、電極の製造コストは、上述の米国
特許第３,１９８,９３２号及び第５,０９７,１１１号に
関連した電極の製造コストよりも相対的に安価である。
は、物理蒸着法により金属を付着させて放出インサート
上にコーティングを形成すると共に、このコーティング
されたインサートをホルダにより画成された凹所中に固
定することを含む電極の製造方法を提供しており、これ
により、米国特許第３,１９８,９３２号及び第５,０９
７,１１１号に対する改善が試みられている。コーティ
ングは１〜１０μｍの厚みを有しており、閉環境内に気
相粒子を発生させ該粒子が放出インサートの表面に向か
って移動することにより形成される。次いで、コーティ
ングされた放出インサートは、セパレータなしにホルダ
に嵌め込まれるので、電極の製造コストは、上述の米国
特許第３,１９８,９３２号及び第５,０９７,１１１号に
関連した電極の製造コストよりも相対的に安価である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、米国特許第
５,８５７,８８８号により提言された蒸着法は、放出イ
ンサートもしくは要素から金属ホルダへのアークの「ジ
ャンプ」或いは伝達の問題を適切に取り扱っていない。
特に、極端に薄い蒸着コーティングでは、アークが金属
ホルダにジャンプし典型的には電極を破壊してしまうこ
とを適切に防止するバリヤーとはならない。
５,８５７,８８８号により提言された蒸着法は、放出イ
ンサートもしくは要素から金属ホルダへのアークの「ジ
ャンプ」或いは伝達の問題を適切に取り扱っていない。
特に、極端に薄い蒸着コーティングでは、アークが金属
ホルダにジャンプし典型的には電極を破壊してしまうこ
とを適切に防止するバリヤーとはならない。
【０００９】蒸着法による別の問題は、放出インサート
及び蒸着コーティング間の結合が特に強くはないという
ことである。例えば、放出インサートを形成するのに使
用されたハフニウムのようなある種の材料は、他の材料
と容易に結合しない。そのため、放出インサートとセパ
レータ又は金属ホルダとの間に弱い接合部をもつ電極は
寿命が短いので、プラズマアークトーチの総合的な作動
コストが上昇することになる。したがって、電極が長寿
命を有するように、放出インサートにしっかりと接合さ
れると共に、電極の隣接する諸要素に接合するための十
分な表面を提供するコーティングを放出インサートの周
りに形成する必要性がある。
及び蒸着コーティング間の結合が特に強くはないという
ことである。例えば、放出インサートを形成するのに使
用されたハフニウムのようなある種の材料は、他の材料
と容易に結合しない。そのため、放出インサートとセパ
レータ又は金属ホルダとの間に弱い接合部をもつ電極は
寿命が短いので、プラズマアークトーチの総合的な作動
コストが上昇することになる。したがって、電極が長寿
命を有するように、放出インサートにしっかりと接合さ
れると共に、電極の隣接する諸要素に接合するための十
分な表面を提供するコーティングを放出インサートの周
りに形成する必要性がある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の電極及
び電極製造方法、特に、米国特許第５,８５７,８８８号
及び第３,１９８,９３２号明細書に開示された電極及び
電極製造方法を改良するために開発されたものである。
上述した電極についての課題、即ち、電極の隣接構成要
素にもっとしっかりと接合される放出要素を提供すると
いう課題は、放出要素の外表面が反応性になるような高
温度まで放出要素を加熱し、その後、放出要素の外表面
に相対的に非放出の材料を付加することにより、打ち勝
てることが分かった。例えば、放出要素にハフニウムを
使用する場合、この放出要素は、約２２０４℃（４００
０°Ｆ)まで加熱することができ、銀のような相対的に
非放出の材料は、非常に強固にそこに接合されることに
なる。
び電極製造方法、特に、米国特許第５,８５７,８８８号
及び第３,１９８,９３２号明細書に開示された電極及び
電極製造方法を改良するために開発されたものである。
上述した電極についての課題、即ち、電極の隣接構成要
素にもっとしっかりと接合される放出要素を提供すると
いう課題は、放出要素の外表面が反応性になるような高
温度まで放出要素を加熱し、その後、放出要素の外表面
に相対的に非放出の材料を付加することにより、打ち勝
てることが分かった。例えば、放出要素にハフニウムを
使用する場合、この放出要素は、約２２０４℃（４００
０°Ｆ)まで加熱することができ、銀のような相対的に
非放出の材料は、非常に強固にそこに接合されることに
なる。
【００１１】一実施例において、相対的に非放出の材料
は、放出要素の外表面上に噴射される。そして、放出要
素は比較的に高温であるから、この相対的に非放出の材
料は、放出要素の外表面に実質的に接触すると同時に溶
融される。このようにして相対的に非放出の材料は、通
常の方法と比較して、放出要素の外表面との強固な接合
部を好適に形成することになる。
は、放出要素の外表面上に噴射される。そして、放出要
素は比較的に高温であるから、この相対的に非放出の材
料は、放出要素の外表面に実質的に接触すると同時に溶
融される。このようにして相対的に非放出の材料は、通
常の方法と比較して、放出要素の外表面との強固な接合
部を好適に形成することになる。
【００１２】一実施例において、相対的に非放出の材料
が付加された放出要素は、相対的に非放出のセパレータ
により画成されたキャビティ内に位置決めされる。好適
な実施例において、相対的に非放出の材料はセパレータ
を形成する材料と実質的に同様であるから、放出要素及
びセパレータを相対的に非放出の材料の融点まで加熱す
るようなことで、放出要素上への相対的に非放出の材料
のコーティングとセパレータとを容易に互いに接合する
ことができる。
が付加された放出要素は、相対的に非放出のセパレータ
により画成されたキャビティ内に位置決めされる。好適
な実施例において、相対的に非放出の材料はセパレータ
を形成する材料と実質的に同様であるから、放出要素及
びセパレータを相対的に非放出の材料の融点まで加熱す
るようなことで、放出要素上への相対的に非放出の材料
のコーティングとセパレータとを容易に互いに接合する
ことができる。
【００１３】したがって、本発明の方法は、放出要素と
セパレータとの間の接合部を強化することにより、従来
の技術に対する重要な改善をもたらす。蒸着を使用して
放出要素をコーティングする先行技術の方法は、放出要
素とセパレータとの間に薄い金属のコーティングを用い
ようとしている。しかし、この蒸着法は、複雑であり、
不経済であり、大量生産には不向きである。ところが、
本発明は、放出要素が高温でありかつ同放出要素の表面
が反応性である間に、相対的に非放出の材料を付加する
ことによって、放出要素と相対的に非放出の材料との間
に強固な接合をもたらす。この状態において、放出要素
及び相対的に非放出の材料は両者間に強固な接合部を形
成することのなる。加えて、コーティングされた放出要
素は、通常の方法と比較して、電極のセパレータと強固
な接合部を形成することができる。この点に関し、本発
明の方法は、通常の製造設備及び技術を用いながら本発
明の電極に対して強度及び寿命を与える接合部をもたら
している。
セパレータとの間の接合部を強化することにより、従来
の技術に対する重要な改善をもたらす。蒸着を使用して
放出要素をコーティングする先行技術の方法は、放出要
素とセパレータとの間に薄い金属のコーティングを用い
ようとしている。しかし、この蒸着法は、複雑であり、
不経済であり、大量生産には不向きである。ところが、
本発明は、放出要素が高温でありかつ同放出要素の表面
が反応性である間に、相対的に非放出の材料を付加する
ことによって、放出要素と相対的に非放出の材料との間
に強固な接合をもたらす。この状態において、放出要素
及び相対的に非放出の材料は両者間に強固な接合部を形
成することのなる。加えて、コーティングされた放出要
素は、通常の方法と比較して、電極のセパレータと強固
な接合部を形成することができる。この点に関し、本発
明の方法は、通常の製造設備及び技術を用いながら本発
明の電極に対して強度及び寿命を与える接合部をもたら
している。
【００１４】
【発明の実施の形態】一般的な用語で本発明を説明して
きたが、次に、必ずしも一律の縮尺で描かれていない添
付図面を参照して本発明を説明する。
きたが、次に、必ずしも一律の縮尺で描かれていない添
付図面を参照して本発明を説明する。
【００１５】本発明の好適な実施例が示されている添付
図面を参照して、本発明を以下に更に十分に説明する。
しかし、本発明は、もっと別の形態で実施可能であり、
ここに記載された実施例に限定されるものと解釈すべき
ではなく、むしろ、これらの実施例は、この開示を徹底
し且つ完全にするように提案されていて、本発明の範囲
を当業者に十分に知らせるものである。同様の数字は全
体を通して同一要素を示している。
図面を参照して、本発明を以下に更に十分に説明する。
しかし、本発明は、もっと別の形態で実施可能であり、
ここに記載された実施例に限定されるものと解釈すべき
ではなく、むしろ、これらの実施例は、この開示を徹底
し且つ完全にするように提案されていて、本発明の範囲
を当業者に十分に知らせるものである。同様の数字は全
体を通して同一要素を示している。
【００１６】図１〜図３を参照すると、本発明の特徴を
実現するプラズマアークトーチ１０が記載されている。
このプラズマアークトーチ１０は、ノズルアセンブリ
（ノズル組立体）１２と管状電極１４とを含んでいる。
電極１４は、銅か銅合金から製作するのが好ましく、上
側の管状部材１５と下側のコップ状部材即ちホルダ１６
とから構成されている。上側の管状部材１５は、細長い
開放した管状構造のものであり、プラズマアークトーチ
１０の長手方向軸線を画成している。上側の管状部材１
５は、内部にねじが切られた下端部分１７を含んでい
る。また、ホルダ１６も管状構造のものであって、下側
の前端と上側の後端とを含んでいる。横方向の端壁１８
がホルダ１６の前端を閉じており、この横方向の端壁１
８により外側前面２０が画成されている。ホルダ１６の
後端は、外部にねじが切られており、上側の管状部材１
５の下端部分１７に螺合されている。
実現するプラズマアークトーチ１０が記載されている。
このプラズマアークトーチ１０は、ノズルアセンブリ
（ノズル組立体）１２と管状電極１４とを含んでいる。
電極１４は、銅か銅合金から製作するのが好ましく、上
側の管状部材１５と下側のコップ状部材即ちホルダ１６
とから構成されている。上側の管状部材１５は、細長い
開放した管状構造のものであり、プラズマアークトーチ
１０の長手方向軸線を画成している。上側の管状部材１
５は、内部にねじが切られた下端部分１７を含んでい
る。また、ホルダ１６も管状構造のものであって、下側
の前端と上側の後端とを含んでいる。横方向の端壁１８
がホルダ１６の前端を閉じており、この横方向の端壁１
８により外側前面２０が画成されている。ホルダ１６の
後端は、外部にねじが切られており、上側の管状部材１
５の下端部分１７に螺合されている。
【００１７】ホルダ１６は、その後端１９が開放されて
いるので、コップ形状の構造となっており、その内部に
キャビティ２２を画成している。内部のキャビティ２２
は、長手方向軸線に沿って延びて同キャビティ内に入る
円筒形柱状部２３を含む表面３１を有している。端壁１
８の前面２０にはほぼ円筒形のキャビティ２４が形成さ
れており、該キャビティ２４は、長手方向軸線に沿って
後方に延び、ホルダ１６の部分に入っている。このキャ
ビティ２４は内側側面２７を有している。
いるので、コップ形状の構造となっており、その内部に
キャビティ２２を画成している。内部のキャビティ２２
は、長手方向軸線に沿って延びて同キャビティ内に入る
円筒形柱状部２３を含む表面３１を有している。端壁１
８の前面２０にはほぼ円筒形のキャビティ２４が形成さ
れており、該キャビティ２４は、長手方向軸線に沿って
後方に延び、ホルダ１６の部分に入っている。このキャ
ビティ２４は内側側面２７を有している。
【００１８】相対的に非電子放出性のセパレータ３２
は、キャビティ２４内に位置決めされると共に、長手方
向軸線に沿って同軸状に配置されている。このセパレー
タ３２は、キャビティ２４の実質的に全長にわたり延び
る外周壁３３を有している。外周壁３３は、セパレータ
の全長にわたり実質的に一定の外径を有するように図示
されているが、切頭円錐形のようなその他の外形構造も
本発明の範囲に矛盾しないことが分かる。また、セパレ
ータ３２は、表面３７を有する内部キャビティ３５も画
成している。しかも、このセパレータ３２は、ホルダ１
６の前面２０とほぼ面一の外端面３６を含んでいる。
は、キャビティ２４内に位置決めされると共に、長手方
向軸線に沿って同軸状に配置されている。このセパレー
タ３２は、キャビティ２４の実質的に全長にわたり延び
る外周壁３３を有している。外周壁３３は、セパレータ
の全長にわたり実質的に一定の外径を有するように図示
されているが、切頭円錐形のようなその他の外形構造も
本発明の範囲に矛盾しないことが分かる。また、セパレ
ータ３２は、表面３７を有する内部キャビティ３５も画
成している。しかも、このセパレータ３２は、ホルダ１
６の前面２０とほぼ面一の外端面３６を含んでいる。
【００１９】電子放出要素、即ちインサート２８は、セ
パレータ３２内に位置付けられており、長手方向軸線に
沿って同軸状に配置されている。具体的には、放出要素
２８及びセパレータ３２は、後から十分に説明するよう
に、放出要素が、セパレータ及び放出要素の加熱により
行われる有利な形態の接合と組み合わされて、締り嵌め
或いは圧力嵌めによりセパレータに固定されたアセンブ
リを形成している。放出要素２８は、電位が印加された
ときに容易に電子を放出することができる金属材料から
構成されている。かかる材料の適当な例は、ハフニウ
ム，ジルコニウム，タングステン及びそれらの混合物で
ある。
パレータ３２内に位置付けられており、長手方向軸線に
沿って同軸状に配置されている。具体的には、放出要素
２８及びセパレータ３２は、後から十分に説明するよう
に、放出要素が、セパレータ及び放出要素の加熱により
行われる有利な形態の接合と組み合わされて、締り嵌め
或いは圧力嵌めによりセパレータに固定されたアセンブ
リを形成している。放出要素２８は、電位が印加された
ときに容易に電子を放出することができる金属材料から
構成されている。かかる材料の適当な例は、ハフニウ
ム，ジルコニウム，タングステン及びそれらの混合物で
ある。
【００２０】この放出要素２８は、ホルダ１６の前面２
０及びセパレータ３２の外端面３６により規定された平
面にある円形の外端面２９を有している。また、放出要
素２８は、セパレータ３２により画成されたキャビティ
３５内に配置されると共に、外端面２９の反対側にある
ほぼ円形の内端面３０も含んでいる。しかし、この内端
面３０は、セパレータ３２への放出要素の固定を支援す
るために、尖頭形，多角形，又は球形のようなその他の
形状を有することができる。また、放出要素２８の直径
は、セパレータ３２の外端面３６の外径の約３０〜８０
％であり、このセパレータ３２は、外端面３６のところ
で、かつその全長に沿って、少なくとも約０．２５ｍｍ
(０.０１ｉｎ）の半径方向厚さを有している。特別な例
としては、放出要素２８が約２.０３ｍｍ（０.０８ｉ
ｎ）の直径及び約６.３５ｍｍ（０.２５ｉｎ）の長さを
有し、セパレータ３２が約６.３５ｍｍ（０.２５ｉｎ）
の外径を有するのが典型的である。
０及びセパレータ３２の外端面３６により規定された平
面にある円形の外端面２９を有している。また、放出要
素２８は、セパレータ３２により画成されたキャビティ
３５内に配置されると共に、外端面２９の反対側にある
ほぼ円形の内端面３０も含んでいる。しかし、この内端
面３０は、セパレータ３２への放出要素の固定を支援す
るために、尖頭形，多角形，又は球形のようなその他の
形状を有することができる。また、放出要素２８の直径
は、セパレータ３２の外端面３６の外径の約３０〜８０
％であり、このセパレータ３２は、外端面３６のところ
で、かつその全長に沿って、少なくとも約０．２５ｍｍ
(０.０１ｉｎ）の半径方向厚さを有している。特別な例
としては、放出要素２８が約２.０３ｍｍ（０.０８ｉ
ｎ）の直径及び約６.３５ｍｍ（０.２５ｉｎ）の長さを
有し、セパレータ３２が約６.３５ｍｍ（０.２５ｉｎ）
の外径を有するのが典型的である。
【００２１】放出要素２８は、放出要素とセパレータ３
２により画成されたキャビティもしくは凹所３５との間
に介在するように、相対的に非放出の材料３４の層もし
くはコーティングを有することが好ましい。一実施例に
おいて、この材料３４は、少なくとも約０.０４９ｍｍ
(０.００２ｉｎ)の厚みを有し、好ましくは約０.０４９
〜０.２４５ｍｍ(０.００２〜０.０１０ｉｎ)の厚みを
有している。この材料３４は、電位が印加されたときに
電子を容易に放出しない材料から選択されている。かか
る材料の例としては、銀，金，プラチナ，ロジウム，イ
リジウム，パラジウム，ニッケル，アルミニウム及びそ
れらの合金である。好適な実施例において、この材料３
４はスターリング銀から形成されている。後から詳細に
説明するように、材料３４は、セパレータ３２に加えて
放出要素２８にしっかりと接合される。材料３４は、圧
力嵌め及びろう付けのような従来の方法と比較して、放
出要素２８及びセパレータ３２間により強い接合部をも
たらすことが好ましい。
２により画成されたキャビティもしくは凹所３５との間
に介在するように、相対的に非放出の材料３４の層もし
くはコーティングを有することが好ましい。一実施例に
おいて、この材料３４は、少なくとも約０.０４９ｍｍ
(０.００２ｉｎ)の厚みを有し、好ましくは約０.０４９
〜０.２４５ｍｍ(０.００２〜０.０１０ｉｎ)の厚みを
有している。この材料３４は、電位が印加されたときに
電子を容易に放出しない材料から選択されている。かか
る材料の例としては、銀，金，プラチナ，ロジウム，イ
リジウム，パラジウム，ニッケル，アルミニウム及びそ
れらの合金である。好適な実施例において、この材料３
４はスターリング銀から形成されている。後から詳細に
説明するように、材料３４は、セパレータ３２に加えて
放出要素２８にしっかりと接合される。材料３４は、圧
力嵌め及びろう付けのような従来の方法と比較して、放
出要素２８及びセパレータ３２間により強い接合部をも
たらすことが好ましい。
【００２２】セパレータ３２は、ホルダ１６及び放出要
素２８と比較して、アークを持続させることがそれほど
容易ではない金属材料から構成されている。一実施例に
おいて、セパレータ３２は銀から構成されているが、
金，プラチナ，ロジウム，イリジウム，パラジウム，ニ
ッケル，アルミニウム及びそれらの合金のようなその他
の金属材料を使用してもよい。セパレータ３２として選
択した材料は、高熱伝導率，高耐酸化性，高溶融点，高
仕事関数及び低コストでなければならない。一材料でこ
れらの特性の全てを最大化することは困難であるが、銀
がその高熱伝導率のため好ましい。セパレータ３２を形
成する材料及び相対的に非放出の材料３４は実質的に同
様である。
素２８と比較して、アークを持続させることがそれほど
容易ではない金属材料から構成されている。一実施例に
おいて、セパレータ３２は銀から構成されているが、
金，プラチナ，ロジウム，イリジウム，パラジウム，ニ
ッケル，アルミニウム及びそれらの合金のようなその他
の金属材料を使用してもよい。セパレータ３２として選
択した材料は、高熱伝導率，高耐酸化性，高溶融点，高
仕事関数及び低コストでなければならない。一材料でこ
れらの特性の全てを最大化することは困難であるが、銀
がその高熱伝導率のため好ましい。セパレータ３２を形
成する材料及び相対的に非放出の材料３４は実質的に同
様である。
【００２３】例えば、本発明の特定の一実施例におい
て、材料３４及びセパレータ３２は、銅，アルミニウ
ム，鉄，鉛，亜鉛，及び例えばスターリング銀のような
それらの合金からなるグループから選択された約０.２
５〜１０％の付加材料を銀に混合して合金とした銀合金
材料から構成されている。付加材料は、元素形態又は酸
化物形態でよく、従って、この明細書において使用され
ている用語「銅」は、元素形態はもちろんのこと酸化物
形態についても言及するものであり、用語「アルミニウ
ム」等も同様である。再び図１を参照すると、電極１４
は、ガス通路４０及び液体通路４２を含むプラズマトー
チ本体３８内にそれぞれ設けられている。このプラズマ
トーチ本体３８は外側にある絶縁ハウジング部材４４に
より囲まれている。水のような液冷却媒体を電極１４に
通し循環させるため、電極１４の中央孔部４８内に管４
６が懸架されている。この管４６は孔部４８の直径より
も小さな外径を有しているので、管４６と孔部４８との
間にはスペース４９が存在しており、水は、管４６の開
放した下端から排出される際にそのスペース内を流れる
ことが可能である。水源（図示せず）からの水は、管４
６を通り、内部キャビティ２２及びホルダ１６の内側を
流れ、スペース４９を通って戻り、トーチ本体３８にあ
る開口５２に行き、排水ホース（図示せず）に向かって
流れる。液体通路４２は、噴射水をノズルアセンブリ１
２内に案内し、そこで噴射水は以下に更に説明するよう
にプラズマアークを囲むための渦流に変わる。ガス通路
４０は、適当なガス源（図示せず）からのガスを案内
し、適当な耐高温材料のガスバッフル５４を経て、複数
の入口穴５８からガスプレナム室５６に入れている。複
数の入口穴５８は、ガスを渦巻き状にプレナム室５６に
流入させるように配列されている。流入したガスは、ノ
ズルアセンブリ１２の同軸状孔部６０及び６２を介して
プレナム室５６から流出される。この電極１４がガスバ
ッフル５４を保持している。耐高温プラスチック絶縁本
体部５５は、ノズルアセンブリ１２を電極１４から電気
的に絶縁するものである。
て、材料３４及びセパレータ３２は、銅，アルミニウ
ム，鉄，鉛，亜鉛，及び例えばスターリング銀のような
それらの合金からなるグループから選択された約０.２
５〜１０％の付加材料を銀に混合して合金とした銀合金
材料から構成されている。付加材料は、元素形態又は酸
化物形態でよく、従って、この明細書において使用され
ている用語「銅」は、元素形態はもちろんのこと酸化物
形態についても言及するものであり、用語「アルミニウ
ム」等も同様である。再び図１を参照すると、電極１４
は、ガス通路４０及び液体通路４２を含むプラズマトー
チ本体３８内にそれぞれ設けられている。このプラズマ
トーチ本体３８は外側にある絶縁ハウジング部材４４に
より囲まれている。水のような液冷却媒体を電極１４に
通し循環させるため、電極１４の中央孔部４８内に管４
６が懸架されている。この管４６は孔部４８の直径より
も小さな外径を有しているので、管４６と孔部４８との
間にはスペース４９が存在しており、水は、管４６の開
放した下端から排出される際にそのスペース内を流れる
ことが可能である。水源（図示せず）からの水は、管４
６を通り、内部キャビティ２２及びホルダ１６の内側を
流れ、スペース４９を通って戻り、トーチ本体３８にあ
る開口５２に行き、排水ホース（図示せず）に向かって
流れる。液体通路４２は、噴射水をノズルアセンブリ１
２内に案内し、そこで噴射水は以下に更に説明するよう
にプラズマアークを囲むための渦流に変わる。ガス通路
４０は、適当なガス源（図示せず）からのガスを案内
し、適当な耐高温材料のガスバッフル５４を経て、複数
の入口穴５８からガスプレナム室５６に入れている。複
数の入口穴５８は、ガスを渦巻き状にプレナム室５６に
流入させるように配列されている。流入したガスは、ノ
ズルアセンブリ１２の同軸状孔部６０及び６２を介して
プレナム室５６から流出される。この電極１４がガスバ
ッフル５４を保持している。耐高温プラスチック絶縁本
体部５５は、ノズルアセンブリ１２を電極１４から電気
的に絶縁するものである。
【００２４】ノズルアセンブリ１２は、第１の孔部６０
を画成する上側ノズル部材６３と、第２の孔部６２を画
成する下側ノズル部材６４とを備えている。上側ノズル
部材６３は金属材料であることが好ましく、下側ノズル
部材６４は金属又はセラミック材料であることが好まし
い。上側ノズル部材６３の孔部６０は、トーチの電極１
４の長手方向軸線と軸方向に整列されている。下側ノズ
ル部材６４は、プラスチック製のスペーサ要素６５と水
旋回リング６６とにより上側ノズル部材６３から隔てら
れている。上側ノズル部材６３及び下側ノズル部材６４
の間に設けられるスペースは、水室６７を形成してい
る。
を画成する上側ノズル部材６３と、第２の孔部６２を画
成する下側ノズル部材６４とを備えている。上側ノズル
部材６３は金属材料であることが好ましく、下側ノズル
部材６４は金属又はセラミック材料であることが好まし
い。上側ノズル部材６３の孔部６０は、トーチの電極１
４の長手方向軸線と軸方向に整列されている。下側ノズ
ル部材６４は、プラスチック製のスペーサ要素６５と水
旋回リング６６とにより上側ノズル部材６３から隔てら
れている。上側ノズル部材６３及び下側ノズル部材６４
の間に設けられるスペースは、水室６７を形成してい
る。
【００２５】下側ノズル部材６４は円筒形の本体部７０
を備えており、該本体部７０は、ここを同軸状に通って
延びる孔部６２を有し、前端部もしくは下端部と後端部
もしくは上端部とを規定している。後端部上には環状の
装着フランジ７１が配置されており、第２の孔部６２と
同軸である前端部の外面上には切頭円錐面７２が形成さ
れている。環状の装着フランジ７１は、コップ状部材７
４の下端にある内向きフランジ７３により下方から支持
されている。コップ状部材７４はねじ部を外側のハウジ
ング部材４４に螺着することによって着脱自在に装着さ
れている。２つのフランジ７１及び７３の間にはガスケ
ット７５が配置されている。
を備えており、該本体部７０は、ここを同軸状に通って
延びる孔部６２を有し、前端部もしくは下端部と後端部
もしくは上端部とを規定している。後端部上には環状の
装着フランジ７１が配置されており、第２の孔部６２と
同軸である前端部の外面上には切頭円錐面７２が形成さ
れている。環状の装着フランジ７１は、コップ状部材７
４の下端にある内向きフランジ７３により下方から支持
されている。コップ状部材７４はねじ部を外側のハウジ
ング部材４４に螺着することによって着脱自在に装着さ
れている。２つのフランジ７１及び７３の間にはガスケ
ット７５が配置されている。
【００２６】下側ノズル部材６４にある孔部６２は円筒
形であり、任意の適当なプラスチック材料製の心出しス
リーブ７８によって上側ノズル部材６３にある孔部６０
と軸方向に整列した状態に保持されている。水は、液体
通路４２から、スリーブ７８にある開口８５を通って水
旋回リング６６の複数の噴射ポート８７へと流れ、該噴
射ポートが水を水室６７内に噴射している。これら噴射
ポート８７は、水旋回リング６６の回りに接線方向に配
置されており、旋回成分の速度を水室６７中の水流に与
えている。水は、孔部６２を経由して水室６７から出る
ようになっている。
形であり、任意の適当なプラスチック材料製の心出しス
リーブ７８によって上側ノズル部材６３にある孔部６０
と軸方向に整列した状態に保持されている。水は、液体
通路４２から、スリーブ７８にある開口８５を通って水
旋回リング６６の複数の噴射ポート８７へと流れ、該噴
射ポートが水を水室６７内に噴射している。これら噴射
ポート８７は、水旋回リング６６の回りに接線方向に配
置されており、旋回成分の速度を水室６７中の水流に与
えている。水は、孔部６２を経由して水室６７から出る
ようになっている。
【００２７】電源（図示せず）は、通常接地される金属
母材に対して直列回路関係にあるトーチの電極１４に接
続されている。動作中、アークに対して陰極端子として
作用する電極の放出要素２８と、上述した電源の陽極に
接続され、かつ下側ノズル部材６４の下方に位置決めさ
れる母材との間にプラズマアークが生成される。プラズ
マアークは、電極１４とノズルアセンブリ１２との間に
パイロットアークを瞬間的に生成することによって通常
の方法で開始され、次いで、このプラズマアークは孔部
６０及び６２を経て母材に移動されることになる。
母材に対して直列回路関係にあるトーチの電極１４に接
続されている。動作中、アークに対して陰極端子として
作用する電極の放出要素２８と、上述した電源の陽極に
接続され、かつ下側ノズル部材６４の下方に位置決めさ
れる母材との間にプラズマアークが生成される。プラズ
マアークは、電極１４とノズルアセンブリ１２との間に
パイロットアークを瞬間的に生成することによって通常
の方法で開始され、次いで、このプラズマアークは孔部
６０及び６２を経て母材に移動されることになる。
【００２８】製造方法
本発明は、上述した形式の電極を製造するための簡単な
方法も提供している。図４〜図８は、本発明に従って電
極を製造する好適な方法を例示している。図４に示すよ
うに、相対的に非放出の材料３４は、プラズマアークス
プレートーチ３９又は粉末金属スプレートーチのような
その均等物を使用することにより、放出要素２８に付着
される。特に、スプレートーチ３９は、放出要素を少な
くとも約７６０℃（１４００°Ｆ）、好ましくは約２２
０４℃（４０００°Ｆ)の高温度もしくは昇温度まで加
熱する。また、スプレートーチ３９は、放出要素２８に
向かって材料３４を分配指向させることができる。放出
要素２８が十分に加熱されると、この放出要素を形成す
る材料が反応性になるので、材料３４が放出要素に付加
されたときに、材料は放出要素との即時接合部を形成す
る。
方法も提供している。図４〜図８は、本発明に従って電
極を製造する好適な方法を例示している。図４に示すよ
うに、相対的に非放出の材料３４は、プラズマアークス
プレートーチ３９又は粉末金属スプレートーチのような
その均等物を使用することにより、放出要素２８に付着
される。特に、スプレートーチ３９は、放出要素を少な
くとも約７６０℃（１４００°Ｆ）、好ましくは約２２
０４℃（４０００°Ｆ)の高温度もしくは昇温度まで加
熱する。また、スプレートーチ３９は、放出要素２８に
向かって材料３４を分配指向させることができる。放出
要素２８が十分に加熱されると、この放出要素を形成す
る材料が反応性になるので、材料３４が放出要素に付加
されたときに、材料は放出要素との即時接合部を形成す
る。
【００２９】この材料３４は、放出要素２８と比較して
相対的に非電子放出性である粉末金属から形成されるの
が好ましい。材料３４がスプレートーチ３９から噴射さ
れて放出要素２８に接触するときに、材料３４は、溶融
して放出要素の外表面上に層もしくはコーティングを形
成する。上述のように、材料３４は、少なくとも約０.
０４９ｍｍ(０.００２ｉｎ)の厚みを有し、好ましくは
約０.０４９〜０.２４５ｍｍ(０.００２〜０.０１０ｉ
ｎ)の厚みを有しており、これは蒸着により形成される
層よりも実質的に厚い。その上、材料３４が放出要素２
８に付着されるときに当該放出要素は高温度であるか
ら、結果的に得られる材料の層は、従来の方法と比較し
てもっとしっかりと放出要素に接合される。スプレート
ーチ３９は放出要素を実質的に同時に加熱し材料３４を
そこに付着させるものとして説明してきたが、先ず放出
要素２８を所望温度まで加熱し、その後、別の工程又は
ステップとして材料を放出要素に付着させることも可能
である。更に、材料３４は放出要素２８に接触するとき
に溶融するものとして説明してきたが、言うまでもな
く、溶融工程は付着工程と実質的に同時に行ってよい
し、或いは溶融工程は付着工程とは別工程としてもよ
い。
相対的に非電子放出性である粉末金属から形成されるの
が好ましい。材料３４がスプレートーチ３９から噴射さ
れて放出要素２８に接触するときに、材料３４は、溶融
して放出要素の外表面上に層もしくはコーティングを形
成する。上述のように、材料３４は、少なくとも約０.
０４９ｍｍ(０.００２ｉｎ)の厚みを有し、好ましくは
約０.０４９〜０.２４５ｍｍ(０.００２〜０.０１０ｉ
ｎ)の厚みを有しており、これは蒸着により形成される
層よりも実質的に厚い。その上、材料３４が放出要素２
８に付着されるときに当該放出要素は高温度であるか
ら、結果的に得られる材料の層は、従来の方法と比較し
てもっとしっかりと放出要素に接合される。スプレート
ーチ３９は放出要素を実質的に同時に加熱し材料３４を
そこに付着させるものとして説明してきたが、先ず放出
要素２８を所望温度まで加熱し、その後、別の工程又は
ステップとして材料を放出要素に付着させることも可能
である。更に、材料３４は放出要素２８に接触するとき
に溶融するものとして説明してきたが、言うまでもな
く、溶融工程は付着工程と実質的に同時に行ってよい
し、或いは溶融工程は付着工程とは別工程としてもよ
い。
【００３０】放出要素２８に材料３４の層を噴射もしく
は被覆させた後、放出要素は、セパレータ３２により画
成されたキャビティ３５内に配置される。図５に示した
一実施例によると、放出要素２８は、ほぼ平坦な円形の
作業面８１を有する工具８０を用いて、セパレータ３２
のキャビティ３５内に配置される。この工具８０は、そ
の作業面８１をキャビティ３５内の放出要素２８と接触
させて配置される。作業面８１の外径は、セパレータ３
２により画成されたキャビティ３５の直径よりも若干小
さい。工具８０は、作業面８１をトーチ１０の長手方向
軸線とほぼ同軸にして保持され、力は、軸方向の圧縮力
を長手方向軸線に沿って放出要素２８及びセパレータ３
２に伝えるように工具に加えられる。例えば、工具８０
は、放出要素２８及びセパレータ３２と接触して位置決
めされ、その後、機械のラムのような適当な装置で叩か
れる。使われる特定の技術とは関係なく、放出要素２８
をセパレータ３２のキャビティ３５中に位置決めするよ
うに十分な力を加えて、放出要素の内端面３０を材料３
４の分だけセパレータから分離させなければならない。
一実施例において、放出要素２８の圧縮作用によっても
放出要素及びセパレータ３２が半径方向外方に若干変形
するので、放出要素２８はセパレータにより面対面の関
係でしっかりと把持される。
は被覆させた後、放出要素は、セパレータ３２により画
成されたキャビティ３５内に配置される。図５に示した
一実施例によると、放出要素２８は、ほぼ平坦な円形の
作業面８１を有する工具８０を用いて、セパレータ３２
のキャビティ３５内に配置される。この工具８０は、そ
の作業面８１をキャビティ３５内の放出要素２８と接触
させて配置される。作業面８１の外径は、セパレータ３
２により画成されたキャビティ３５の直径よりも若干小
さい。工具８０は、作業面８１をトーチ１０の長手方向
軸線とほぼ同軸にして保持され、力は、軸方向の圧縮力
を長手方向軸線に沿って放出要素２８及びセパレータ３
２に伝えるように工具に加えられる。例えば、工具８０
は、放出要素２８及びセパレータ３２と接触して位置決
めされ、その後、機械のラムのような適当な装置で叩か
れる。使われる特定の技術とは関係なく、放出要素２８
をセパレータ３２のキャビティ３５中に位置決めするよ
うに十分な力を加えて、放出要素の内端面３０を材料３
４の分だけセパレータから分離させなければならない。
一実施例において、放出要素２８の圧縮作用によっても
放出要素及びセパレータ３２が半径方向外方に若干変形
するので、放出要素２８はセパレータにより面対面の関
係でしっかりと把持される。
【００３１】また、このプロセス中に、放出要素２８及
びセパレータ３２のアセンブリに対して熱も加えられ
る。特に、加熱工程では、材料３４及びセパレータが互
いにしっかりと結合されるように、放出要素２８及びセ
パレータ３２を加熱することを含んでいる。この加熱
は、放出要素２８及びセパレータ３２のアセンブリを材
料３４のほぼ溶融温度まで加熱することで行うのが好ま
しく、一実施例によると、これはセパレータを形成する
材料と実質的に同様である。この加熱工程中に材料３４
及びセパレータ３２は「溶融して」もしくは溶けて合わ
さるので、２つの構成要素が互いにしっかりと接合され
る。有利なのは、材料３４及びセパレータ３２間に形成
された接合部が、材料３４及び放出要素２８間に形成さ
れた強い接合部により更に強化されることである。放出
要素２８及び材料３４間、並びに材料３４及びセパレー
タ３２間に形成された強い接合部のため、電極１４は、
圧力嵌め技術もしくはろう付け技術を用いて形成された
電極と比較して、より長い寿命、高い熱伝導率及び高い
導電率を有している。勿論、本発明の材料３４及びセパ
レータ３２でコーティングされた放出要素２８と共にろ
う付け材料を使用することも可能であるが、これは必要
ではない。
びセパレータ３２のアセンブリに対して熱も加えられ
る。特に、加熱工程では、材料３４及びセパレータが互
いにしっかりと結合されるように、放出要素２８及びセ
パレータ３２を加熱することを含んでいる。この加熱
は、放出要素２８及びセパレータ３２のアセンブリを材
料３４のほぼ溶融温度まで加熱することで行うのが好ま
しく、一実施例によると、これはセパレータを形成する
材料と実質的に同様である。この加熱工程中に材料３４
及びセパレータ３２は「溶融して」もしくは溶けて合わ
さるので、２つの構成要素が互いにしっかりと接合され
る。有利なのは、材料３４及びセパレータ３２間に形成
された接合部が、材料３４及び放出要素２８間に形成さ
れた強い接合部により更に強化されることである。放出
要素２８及び材料３４間、並びに材料３４及びセパレー
タ３２間に形成された強い接合部のため、電極１４は、
圧力嵌め技術もしくはろう付け技術を用いて形成された
電極と比較して、より長い寿命、高い熱伝導率及び高い
導電率を有している。勿論、本発明の材料３４及びセパ
レータ３２でコーティングされた放出要素２８と共にろ
う付け材料を使用することも可能であるが、これは必要
ではない。
【００３２】図６を見ると、銅又は銅合金製の円筒形素
材９４が前面９５とその反対側の後面９６を有して提供
されている。その後、前述したキャビティ２４を形成す
るように、前面９５に長手方向軸線に沿って例えば穿孔
によりほぼ円筒形の孔部を形成する。その後、放出要素
２８及びセパレータ３２のアセンブリは、セパレータの
周壁３３がキャビティの内壁２７に滑動可能に係合しそ
こに面対面の摩擦関係で固定されるように、例えば圧力
嵌めによりキャビティ２４内に挿入される。図示しない
が、放出要素２８及びセパレータ３２のアセンブリをキ
ャビティ２４内に位置決めするときに、キャビティ２４
内にろう付け材料を使用することも可能である。
材９４が前面９５とその反対側の後面９６を有して提供
されている。その後、前述したキャビティ２４を形成す
るように、前面９５に長手方向軸線に沿って例えば穿孔
によりほぼ円筒形の孔部を形成する。その後、放出要素
２８及びセパレータ３２のアセンブリは、セパレータの
周壁３３がキャビティの内壁２７に滑動可能に係合しそ
こに面対面の摩擦関係で固定されるように、例えば圧力
嵌めによりキャビティ２４内に挿入される。図示しない
が、放出要素２８及びセパレータ３２のアセンブリをキ
ャビティ２４内に位置決めするときに、キャビティ２４
内にろう付け材料を使用することも可能である。
【００３３】図７に示した一実施例によると、ほぼ平坦
な円形の作業面１００を有する工具９８が、その作業面
１００を放出要素２８及びセパレータ３２の各端面２
９，３６とそれぞれ接触させて配置されている。作業面
１００の外径は、円筒形素材９４にあるキャビティ２４
の直径よりも僅かに小さい。工具９８は作業面１００を
トーチ１０の長手方向軸線とほぼ同軸にして保持され、
力は、軸方向の圧縮力を長手方向軸線に沿って放出要素
２８及びセパレータ３２に伝えるように工具に加えられ
る。例えば、工具９８は、放出要素２８及びセパレータ
３２と接触して位置決めされ、その後、機械のラムのよ
うな適当な装置で工具９８を叩く。使われる特定の技術
とは関係なく、十分な力が加えられて放出要素２８及び
セパレータ３２が半径方向外方に変形されるようになる
ので、放出要素２８はセパレータ３２によりしっかりと
把持され、セパレータ３２は、図８に示すように、キャ
ビティ２４によりしっかりと掴まれて保持される。
な円形の作業面１００を有する工具９８が、その作業面
１００を放出要素２８及びセパレータ３２の各端面２
９，３６とそれぞれ接触させて配置されている。作業面
１００の外径は、円筒形素材９４にあるキャビティ２４
の直径よりも僅かに小さい。工具９８は作業面１００を
トーチ１０の長手方向軸線とほぼ同軸にして保持され、
力は、軸方向の圧縮力を長手方向軸線に沿って放出要素
２８及びセパレータ３２に伝えるように工具に加えられ
る。例えば、工具９８は、放出要素２８及びセパレータ
３２と接触して位置決めされ、その後、機械のラムのよ
うな適当な装置で工具９８を叩く。使われる特定の技術
とは関係なく、十分な力が加えられて放出要素２８及び
セパレータ３２が半径方向外方に変形されるようになる
ので、放出要素２８はセパレータ３２によりしっかりと
把持され、セパレータ３２は、図８に示すように、キャ
ビティ２４によりしっかりと掴まれて保持される。
【００３４】また、図８は電極の特性及び寿命を向上さ
せることになる円筒形素材９４への熱の付加を説明して
いる。加熱プロセスは、放出要素２８及びセパレータ３
２のアセンブリを金属ホルダ、即ち円筒形素材９４内に
位置決めした後に行うことができる。加熱工程は、後述
するように、更なる機械加工ステップを円筒形素材につ
いて行った後に、行うこともできる。厳正な加熱プロセ
スは、放出要素２８，セパレータ３２，放出要素に付着
した材料３４に使用される材料や、任意のろう付け材料
に左右される。
せることになる円筒形素材９４への熱の付加を説明して
いる。加熱プロセスは、放出要素２８及びセパレータ３
２のアセンブリを金属ホルダ、即ち円筒形素材９４内に
位置決めした後に行うことができる。加熱工程は、後述
するように、更なる機械加工ステップを円筒形素材につ
いて行った後に、行うこともできる。厳正な加熱プロセ
スは、放出要素２８，セパレータ３２，放出要素に付着
した材料３４に使用される材料や、任意のろう付け材料
に左右される。
【００３５】図９及び図１０は、加圧及び加熱ステップ
前後の放出要素２８、そこに付着させた材料３４及びセ
パレータ３２を図８の９−９線に沿った詳細断面図で示
している。特に、図９は互いに隣接する３つの材料を示
しており、この図で破線は、前述した材料３４及び放出
要素２８間の予め形成された接合部を表わしている。図
１０は図９と同じであるが、加圧及び加熱ステップ後の
図である。図から分かるように、材料３４及びセパレー
タ３２は両者間に強い接合部を形成しており、この強い
接合部は、材料３４及びセパレータ３２が「溶融」もし
くは溶け合わさるか、或いは両者間に拡散接合部を形成
して、２つの構成要素がしっかりと接合して会わされる
ように、材料３４をほぼその溶融温度まで加熱すること
によって形成されるのが好ましい。セパレータ３２及び
材料３４間の接合は、破線で表わされている。また、セ
パレータ３２及び材料３４を実質的に同様の材料から形
成したときに、最も容易に接合が起こるが、これは必要
ではない。
前後の放出要素２８、そこに付着させた材料３４及びセ
パレータ３２を図８の９−９線に沿った詳細断面図で示
している。特に、図９は互いに隣接する３つの材料を示
しており、この図で破線は、前述した材料３４及び放出
要素２８間の予め形成された接合部を表わしている。図
１０は図９と同じであるが、加圧及び加熱ステップ後の
図である。図から分かるように、材料３４及びセパレー
タ３２は両者間に強い接合部を形成しており、この強い
接合部は、材料３４及びセパレータ３２が「溶融」もし
くは溶け合わさるか、或いは両者間に拡散接合部を形成
して、２つの構成要素がしっかりと接合して会わされる
ように、材料３４をほぼその溶融温度まで加熱すること
によって形成されるのが好ましい。セパレータ３２及び
材料３４間の接合は、破線で表わされている。また、セ
パレータ３２及び材料３４を実質的に同様の材料から形
成したときに、最も容易に接合が起こるが、これは必要
ではない。
【００３６】図３に戻り参照すると、本発明による完成
電極の断面が示されている。ホルダ１６の製造を完了す
るために、円筒形素材９４の後面９６を機械加工して、
内部にキャビティ２２を画成する開放コップ形状の構造
を形成する。このキャビティ２２は、円筒形の柱状部２
３を画成すると共にセパレータ３２及び放出要素２８の
諸部分を同軸的に囲む内側環状凹部８２を含むのが有利
である。また、この内側環状凹部８２は内側面８３を有
している。換言すれば、内側環状凹部８２は、円筒形の
柱状部２３を画成するように、例えば、トレパニング又
はその他の加工作業により形成されている。
電極の断面が示されている。ホルダ１６の製造を完了す
るために、円筒形素材９４の後面９６を機械加工して、
内部にキャビティ２２を画成する開放コップ形状の構造
を形成する。このキャビティ２２は、円筒形の柱状部２
３を画成すると共にセパレータ３２及び放出要素２８の
諸部分を同軸的に囲む内側環状凹部８２を含むのが有利
である。また、この内側環状凹部８２は内側面８３を有
している。換言すれば、内側環状凹部８２は、円筒形の
柱状部２３を画成するように、例えば、トレパニング又
はその他の加工作業により形成されている。
【００３７】また、円筒形素材９４の外周壁は、ホルダ
１６の後端１９における雄ねじ部１０２の形成を含め、
所望の形状にすることができる。最後に、円筒形素材９
４の前面９５並びに放出要素２８及びセパレータ３２の
端面２９，３６は、それぞれ実質的に平らで互いに面一
になるように機械加工される。
１６の後端１９における雄ねじ部１０２の形成を含め、
所望の形状にすることができる。最後に、円筒形素材９
４の前面９５並びに放出要素２８及びセパレータ３２の
端面２９，３６は、それぞれ実質的に平らで互いに面一
になるように機械加工される。
【００３８】図１１は、ホルダ１６の端面図を示してい
る。セパレータ３２の端面３６が放出要素２８の端面２
９をホルダ１６の前面２０から分離させていることが分
かる。この端面３６は、環状であって内周１０４と外周
１０６とを有している。セパレータ３２は、アークが放
出要素から離れてホルダ１６につくようになるのを妨げ
る働きをする。
る。セパレータ３２の端面３６が放出要素２８の端面２
９をホルダ１６の前面２０から分離させていることが分
かる。この端面３６は、環状であって内周１０４と外周
１０６とを有している。セパレータ３２は、アークが放
出要素から離れてホルダ１６につくようになるのを妨げ
る働きをする。
【００３９】したがって、本発明は、プラズマアークト
ーチにおいて使用するための電極１４を提供すると共
に、電極を製造するための方法を提供しており、この電
極において、放出要素２８はセパレータ３２のキャビテ
ィ３５内に位置決めされる前に、それぞれ相対的に非放
出の材料３４の付加が受け取られる。この材料３４及び
放出要素２８は両者間に強い接合部を形成する。そし
て、コーティングされた放出要素２８がセパレータ３２
内に位置決めされて加熱され、材料３４及びセパレータ
が溶融し或いは接合して合わされるときに、結果的に生
ずる放出要素２８及び材料３４間、並びに材料３４及び
セパレータ３２間の接合部が、通常の方法で形成された
電極と比較して、電極に対し優れた強度と長い寿命を提
供することになる。
ーチにおいて使用するための電極１４を提供すると共
に、電極を製造するための方法を提供しており、この電
極において、放出要素２８はセパレータ３２のキャビテ
ィ３５内に位置決めされる前に、それぞれ相対的に非放
出の材料３４の付加が受け取られる。この材料３４及び
放出要素２８は両者間に強い接合部を形成する。そし
て、コーティングされた放出要素２８がセパレータ３２
内に位置決めされて加熱され、材料３４及びセパレータ
が溶融し或いは接合して合わされるときに、結果的に生
ずる放出要素２８及び材料３４間、並びに材料３４及び
セパレータ３２間の接合部が、通常の方法で形成された
電極と比較して、電極に対し優れた強度と長い寿命を提
供することになる。
【００４０】好適な実施例に関して本発明を説明してき
たが、また、これらの実施例について相当に詳しく記載
したが、本発明は、これらの実施例に限定されるもので
はない。特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱
することなく、種々の改変を行ったり、均等物と置換し
たりすることができる。
たが、また、これらの実施例について相当に詳しく記載
したが、本発明は、これらの実施例に限定されるもので
はない。特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱
することなく、種々の改変を行ったり、均等物と置換し
たりすることができる。
【図１】本発明の特徴を実現するプラズマアークトーチ
の側断面図である。
の側断面図である。
【図２】本発明に従った電極の拡大斜視図である。
【図３】本発明に従った電極の拡大断面図である。
【図４】本発明に従って電極を製造する好適な方法の一
工程を図解する概要図である。
工程を図解する概要図である。
【図５】本発明に従って電極を製造する好適な方法の一
工程を図解する概要図である。
工程を図解する概要図である。
【図６】本発明に従って電極を製造する好適な方法の一
工程を図解する概要図である。
工程を図解する概要図である。
【図７】本発明に従って電極を製造する好適な方法の一
工程を図解する概要図である。
工程を図解する概要図である。
【図８】本発明に従って電極を製造する好適な方法の一
工程を図解する概要図である。
工程を図解する概要図である。
【図９】圧縮及び加熱作業直前の、図８の９−９線に沿
って見た本発明による電極の拡大断面図である。
って見た本発明による電極の拡大断面図である。
【図１０】圧縮及び加熱作業直後の、図８の９−９線に
沿って見た本発明による電極の拡大断面図である。
沿って見た本発明による電極の拡大断面図である。
【図１１】本発明による完成電極の断面図である。
１０ プラズマアークトーチ
１４ 電極
１６ ホルダ
２４ キャビティ
２８ 電子放出要素
３２ セパレータ
３４ 相対的に非放出の材料
３５ キャビティ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マイケル・シー・マクベネット
アメリカ合衆国サウスカロライナ州29069,
レイマー，ウェスト・セヴン・パインズ・
ストリート 740
Ｆターム(参考） 4E001 LD14 LE03 LE14 LH09 ME04
Claims (10)
- 【請求項１】 プラズマアークトーチに使用するための
放出要素にコーティングする方法であって、 外表面を有する前記放出要素の該外表面の少なくとも一
部が反応性になるように前記放出要素を加熱する加熱ス
テップと、 加熱され反応性となった前記放出要素の前記外表面に相
対的に非放出の材料を付加する付加ステップと、 前記相対的に非放出の材料を前記放出要素の前記外表面
に接して溶融させておく溶融ステップと、 前記相対的に非放出の材料及び前記放出要素の前記外表
面が互いにしっかりと接合するように、前記放出要素及
び該放出要素にコーティングされた前記相対的に非放出
の材料を冷却させるステップと、 を含む放出要素にコーティングする方法。 - 【請求項２】 前記加熱ステップは、前記放出要素を少
なくとも７６０℃（１４００°Ｆ）まで加熱することを
含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記加熱ステップは、前記放出要素の外
表面の実質的に全てが反応性となるように、前記放出要
素を加熱することを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記付加ステップは、前記放出要素の実
質的に全ての外表面上に、銀，金，プラチナ，ロジウ
ム，イリジウム，パラジウム，ニッケル，アルミニウム
及びそれらの合金からなるグループから選択した材料を
噴射することを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記付加ステップは、前記材料を粉末形
態で噴射することを含む請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記付加ステップは、前記放出要素の外
表面に約０.０４９〜０.２４５ｍｍ(０.００２〜０.０
１０ｉｎ)の厚みを有する前記相対的に非放出の材料を
付加することを含む請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記溶融ステップは、前記付加ステップ
と実質的に同時に起こる請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 プラズマアークトーチに使用するための
電極を形成する方法であって、 外表面を有する放出要素を、該放出要素の外表面の少な
くとも一部が反応性になるように、加熱する加熱ステッ
プと、 加熱され反応性となった前記放出要素の外表面に相対的
に非放出の材料を付加する付加ステップと、 前記相対的に非放出の材料を前記放出要素の外表面に接
して溶融させると共に、前記外表面にしっかりと接合さ
せておくステップと、 相対的に非放出のセパレータにより画成されたキャビテ
ィが前記放出要素により実質的に塞がれるように、前記
キャビティ中に前記放出要素を位置決めするステップ
と、 前記放出要素を前記相対的に非放出のセパレータに接合
するステップと、 を含む電極を形成する方法。 - 【請求項９】 前記加熱ステップは、前記放出要素を少
なくとも７６０℃（１４００°Ｆ）まで加熱することを
含む請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記付加ステップは、前記放出要素の
実質的に全ての外表面上に、銀，金，プラチナ，ロジウ
ム，イリジウム，パラジウム，ニッケル，アルミニウム
及びそれらの合金からなるグループから選択した材料を
噴射することを含む請求項８に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/870950 | 2001-05-31 | ||
| US09/870,950 US6528753B2 (en) | 2001-05-31 | 2001-05-31 | Method of coating an emissive element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003019565A true JP2003019565A (ja) | 2003-01-21 |
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Family
ID=25356394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002144335A Expired - Fee Related JP3582651B2 (ja) | 2001-05-31 | 2002-05-20 | 放出要素にコーティングする方法及び電極を形成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6528753B2 (ja) |
| EP (1) | EP1262273A3 (ja) |
| JP (1) | JP3582651B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20100276397A1 (en) * | 2009-05-01 | 2010-11-04 | Baker Hughes Incorporated | Electrically isolated gas cups for plasma transfer arc welding torches, and related methods |
| TW201231201A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-01 | Wen-Yi Fang | Electrode head of the plasma cutting machine |
| GB201106314D0 (en) * | 2011-04-14 | 2011-06-01 | Edwards Ltd | Plasma torch |
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| US20150196977A1 (en) | 2014-01-13 | 2015-07-16 | Camarc Llc | Electrode and method changing an electrode to a welding torch |
| US20160107260A1 (en) * | 2014-01-13 | 2016-04-21 | Camarc Llc | Welding nozzle of a welding torch |
| US9730307B2 (en) * | 2014-08-21 | 2017-08-08 | Lincoln Global, Inc. | Multi-component electrode for a plasma cutting torch and torch including the same |
| WO2017116962A1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-07-06 | Camarc Llc | Electrode of a welding torch |
| US10639748B2 (en) * | 2017-02-24 | 2020-05-05 | Lincoln Global, Inc. | Brazed electrode for plasma cutting torch |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL290760A (ja) | 1962-03-30 | |||
| US3546422A (en) * | 1968-02-15 | 1970-12-08 | David Grigorievich Bykhovsky | Device for plasma arc treatment of materials |
| US3930139A (en) | 1974-05-28 | 1975-12-30 | David Grigorievich Bykhovsky | Nonconsumable electrode for oxygen arc working |
| US4056644A (en) | 1975-10-09 | 1977-11-01 | Howard Alfred S | Method of coating annular surfaces |
| SE426215B (sv) | 1978-05-11 | 1982-12-20 | Vni Pk I Tech Inst Elektrosvar | Icke-smeltande elektrod for plasmabagsvetsning och forfarande for framstellning derav |
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- 2001-05-31 US US09/870,950 patent/US6528753B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
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- 2002-05-20 JP JP2002144335A patent/JP3582651B2/ja not_active Expired - Fee Related
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