JPH0584454A - 粉末材料又は気体材料を溶射するためのプラズマ溶射装置 - Google Patents

粉末材料又は気体材料を溶射するためのプラズマ溶射装置

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JPH0584454A
JPH0584454A JP4035346A JP3534692A JPH0584454A JP H0584454 A JPH0584454 A JP H0584454A JP 4035346 A JP4035346 A JP 4035346A JP 3534692 A JP3534692 A JP 3534692A JP H0584454 A JPH0584454 A JP H0584454A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 向上した効率を有し、諸部品の使用寿命が長
く、更に基板被覆の品質が改善されるプラズマ溶射装置
の提供。 【構成】 プラズマ溶射装置は、長いプラズマトーチを
作るために間接的なプラズマトロンを含んでなる。この
プラズマトロンは、少なくとも１つ、好ましくは３つの
陰極部材１を含んでなり、環状陽極部材３は、陰極部材
から離れて配置され、プラズマチャネル４は陰極部材か
ら陽極部材に伸びている。プラズマチャネルは、互いに
電気的に絶縁されている複数の環状ニュートロード部材
６〜12により範囲が限定されている。パウダーまたはガ
ス材料をプラズマトーチ内に軸方向に供給するために、
プラズマチャネルの端緒には陰極部材に近接配置されて
いる供給チューブ24が備えられている。プラズマチャネ
ルの領域33は、陰極部材に近い直径が小さい第１の領域
と、陽極部材に近い直径の大きい第２の領域を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
【０００２】
【従来の技術】例えば溶融状態の粉末材料を基板表面上
に噴射するために、間接プラズマトロン(indirect plas
matron) 、即ちノズル状の要素から放出する電気的に非
電流伝導性のプラズマトーチを用いてプラズマを発生さ
せる装置を使用するプラズマ溶射装置が当業界では公知
である。一般的にプラズマはトーチによって発生させら
れ、プラズマチャネルを通して出口ノズルに案内され
る。従って、短いプラズマトーチを有する装置と細長い
プラズマトーチを有する装置との間には大きな相違が存
在する。
【０００３】現在において工業的に使用されるプラズマ
溶射装置全ての大多数では、プラズマトーチはピン形の
陰極部材と中空の円筒形陽極部材の間の高電流アーク放
電によって発生させられる。この場合に、溶融されて軸
方向に加速されなければならない例えば金属粉末又はセ
ラミック粉末のような被覆材料が、出口ノズルの出口開
口を同時に形成する陽極部材区域の中からプラズマトー
チの中に送り込まれる。しかしそうした粉末の供給の方
法は、その粉末粒子がその粒径とプラズマトーチの中に
導入される際の速度とに応じて、プラズマトーチ内で異
なった処理を受けるが故に有利なものではない。例えば
大きな粒径の粉末粒子は、プラズマトーチを通過しても
溶融されないことがある。その結果として、その被覆材
料全てが基板表面の被覆のために完全には使用されず、
被覆された表面の品質が劣った品質となる。更には、作
動パラメータ間の複雑な関係が、プラズマ溶射プロセス
の最適化を更にずっとに複雑なものにする。プラズマト
ーチの中に被覆粉末を送り込むために必要な半径方向に
供給されるキャリヤーガスによるプラズマトーチの攪乱
が、主として非常に不利である。
【０００４】欧州特許出願第 0 249 238号は、基板表面
上に溶射されるべき材料の供給が軸方向に行われるプラ
ズマ発生システムを開示する。特に、陽極の前部に配置
されたノズルの側壁を通って半径方向にプラズマ発生装
置の中に入り込み、このノズルの中心へと延び、且つこ
のノズルの軸に一致した方向に曲げられた供給チューブ
が備えられている。しかし、プラズマトーチの中心に供
給チューブを配置することは、その供給チューブとプラ
ズマトーチとが相互に不利な形で影響し合うが故に問題
を生じさせる。これは一方では、プラズマトーチの流れ
が供給チューブの供給によって妨害されることを意味
し、他方では、プラズマトーチの中心に配置された供給
チューブが極度に高い熱負荷に曝されるということを意
味する。
【０００５】エネルギ勘定に関しては、従来技術で公知
のプラズマ溶射装置は非常に悪い効率を有する。その大
きな理由の１つは、被覆材料が陽極部材区域内のプラズ
マトーチの中に送り込まれる場合には、プラズマトーチ
がそこで自由プラズマ流に合流するそのプラズマトーチ
末端部分に存在する被覆材料を溶融させるためだけに、
そのエネルギ部分が使用されるということである。実際
には、プラズマチャネルの壁がプラズマトーチによって
加熱されるが故に、供給されるエネルギの大部分がプラ
ズマチャネル内で失われ、従ってこうしたエネルギは被
覆材料の溶融に関しては無駄になる。
【０００６】これらの事実は、細長いプラズマトーチを
有するプラズマトロンに特に当てはまる。上記のEP 0 2
49 238号によれば、そうしたプラズマトロンは、陰極か
ら陽極へと延びる細長いプラズマチャネルを有する。こ
のプラズマチャネルは、互いから電気的に絶縁された複
数の環状のニュートロードの内部によって画定される。
実際には細長いプラズマトーチは、短いプラズマトーチ
よりもより高い熱エネルギを生じさせ、その一方では、
長くて比較的狭いプラズマチャネルを通るその経路に沿
ってより一層著しい冷却を受ける。
【０００７】こうした状況下では、その結果は、自由プ
ラズマ内において即ち被覆材料が送り込まれるプラズマ
区域内において、可能な限り高いエネルギ集中を得るた
めのどんな努力も、上記の理由の故に大きな効率の改善
をもたらすことが不可能であるということである。
【０００８】しかし、プラズマ溶射装置をその特性が改
善されるように設計するために、幾つかの提案が従来技
術おいて示されてきた。特に、プラズマチャネルの陰極
側の端部に被覆材料を送り込むことがこれまでに提案さ
れている。
【０００９】ドイツ実用新案第 1,932,150号は、短いプ
ラズマトーチを伴って作動する間接プラズマトロンを備
えた、粉末材料溶射用のこの種のプラズマ溶射装置を開
示する。中空の陰極部材が、これも出口ノズルの種類の
中空形状である陽極部材と連係して働く。この陰極部材
と陽極部材は同軸に配置され、陰極部材が環状陽極部材
の内部の中へ延びている。この形態では、中空陰極部材
が、プラズマトーチがそこで発生させられる空間の中に
送り込まれる被覆材料のための供給チューブとしての役
割も同時に果たす。プラズマガスが、プラズマトーチが
そこで発生させられる空間の中へ、陰極部材と陽極部材
の間の環状間隙を通して送り込まれ、更にそこから、プ
ラズマトーチが狭められる陽極部材ノズルの中へ送り込
まれる。この設計の主たる欠点は、プラズマトーチを発
生させるために非常な高電流が使用されなければならな
いことで、従ってその装置の有効使用寿命が極めて短い
ということである。
【００１０】更に、中空陰極部材から流出する被覆材料
のプラズマトーチ発生空間内の平均滞留時間が比較的短
い。その結果として、特にプラズマトーチが最初に中空
陰極部材の縁部において発生させられるが被覆材料が送
り込まれるその軸においては発生させられない。そのた
め被覆材料粒子は、プラズマトーチがその中で発生させ
られる空間の内にその粒子が存在する間に、少量の熱エ
ネルギだけしか吸収できないということが指摘され得
る。こうした状況下では、粉末粒子が陽極ノズルを流出
する前には、その粉末粒子が完全には溶融されておらな
い。従って陽極ノズルの壁に付着できないということ
は、おそらく１つの利点だろう。しかしそうした粉末粒
子を完全に溶融し且つそれらを加速するためには、陽極
ノズルを既に離れた自由プラズマ流を介して、大部分の
エネルギが与えられなければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】粉末材料又は気体材料
を溶射するための、向上した効率を有するプラズマ溶射
装置を提供することが本発明の目的である。
【００１２】特に、損耗を受けるその装置の諸部品の使
用寿命が増大させられるように、より低電流で作動させ
られることが可能な、粉末材料又は気体材料を溶射する
ためのプラズマ溶射装置を提供することが本発明の目的
である。
【００１３】更に基板被覆の品質を改善するために、溶
射されるべき材料がより適切且つより均一に処理され
る、粉末材料又は気体材料を噴射するためのプラズマ溶
射装置を提供することが本発明の更に別の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】これらとその他の目的を
実現するために、本発明は、粉末材料又は気体材料を溶
射するためのプラズマ溶射装置を提供する。本発明の装
置は、細長いプラズマトーチを発生させるのに適合した
間接プラズマトロンと、粉末材料又は気体材料をプラズ
マトーチの中に軸方向に供給するための手段とを有す
る。このプラズマトロンは、少なくとも１つの陰極部材
と、前記陰極部材から距離をとって配置された１つの環
状陽極部材と、前記陰極部材から前記陽極部材に延びる
プラズマチャネルとを有する。このプラズマチャネル
は、前記陰極部材の近くの第１の端部及び前記陽極部材
の近くの第２の端部を有する。
【００１５】プラズマチャネルは、環状陽極部材と、互
いに電気的に絶縁された複数の環状中性極部材との各々
によって範囲を限定され画定される。
【００１６】粉末材料又は気体材料をプラズマトーチの
中に軸方向に供給するための手段は、プラズマチャネル
の第１の端部の近くに配置されている。プラズマチャネ
ルは、陰極部材の近くのプラズマトーチ区域内に位置す
る、縮小された直径を有する第１の領域と、この縮小さ
れた直径を有する第１の領域と陽極部材との間に位置す
る、拡大された直径を有する第２の領域とを有する。
【００１７】縮小直径を有する上記の第１の領域は、プ
ラズマチャネルの開始点で発生させられるプラズマを圧
縮する作用を有し、これと同時に、電流分布を狭める。
その結果として、気体フローに関しては、その気体の圧
力と温度が増大させられ、電気的パラメータに関して
は、プラズマチャネルの中心内における加熱の改善が得
られることが可能である。更に平行に流れる電流線の相
互間の引力の作用の故に、言い換えれば、前記縮小され
た直径を有する第１の領域によって開始されるプラズマ
チャネルの全延長に亙って一種のプラズマ動態ピンチ効
果(plasmadynamicpinch effect)があるが故に、前記縮
小された直径を有する第１の領域内で圧縮された電流線
は、プラズマチャネルを通る更に先の経路においても集
中した状態のままである。
【００１８】縮小された直径を有する領域を有するプラ
ズマ溶射装置に関する実際のテストは、プラズマのエネ
ルギ集中の増大とプラズマ速度の増大が、その縦軸の近
くの領域内と、溶射材料がそこでプラズマチャネル内に
送り込まれるプラズマチャネルの陰極アセンブリの近く
の区域内で観察され得ることを示している。それによっ
て、例えば粉末材料のような溶射材料を溶融し加速する
ためのプラズマトーチから溶射材料への熱伝達が、著し
く改善される。上記の縮小された直径を有する領域がな
い場合には、プラズマトーチ内に「低温中心」が認めら
れる。しかし、本発明による上記の縮小直径を有する領
域は、陽極作用を全く持たない。
【００１９】従来技術の装置の中にも、縮小された直径
を有する領域を備える装置があるかも知れない。しか
し、この領域は常にプラズマトーチ区域の下方に配置さ
せられ、自由プラズマ流に対しては影響を及ぼすがプラ
ズマトーチに対しては影響を及ぼさない。
【００２０】本発明の非常に大きな利点、即ち、陰極ア
センブリの近くのプラズマチャネルに溶射材料が送り込
まれる、細長いプラズマトーチを伴って作動するプラズ
マ溶射装置の大きな利点は、エネルギが高エネルギプラ
ズマトーチの全長に沿って溶射材料に供給され、その結
果として、溶射材料が既に溶融された状態でプラズマチ
ャネルを脱出するという点に見い出され得る。従来技術
の装置では、プラズマトーチのエネルギの一部分だけ
が、即ちプラズマトーチが自由プラズマに移行させられ
る時に結果的に生じるエネルギ部分だけが使用される。
そのプラズマトーチのエネルギの多量の残り部分は、プ
ラズマトーチから比較的狭幅のプラズマチャネルの壁へ
の熱伝達によって失われる。
【００２１】本発明は、縮小された直径を有する領域か
ら陽極に向かって拡大された又は次第に拡大する直径を
有するプラズマチャネルを提供する。そのため集中され
たプラズマトーチからの熱損失が著しく減少させられる
ことが可能であり、それに対応して装置を冷却する動力
が低減される。
【００２２】好ましい実施例では、陽極端部におけるプ
ラズマチャネルの直径は、縮小された直径を有する領域
の最も狭い部分の直径の少なくとも1.5 倍である。従っ
て、縮小された直径を有する第１の領域から陽極へと延
びるプラズマチャネルのもっと先の領域は、実質的に円
筒形の形状を有してもよい。又は更に別の実施例では、
縮小された直径を有する第１の領域から陽極へと次第に
拡大する直径を有する実質的に円錐形の形状を有しても
よい。
【００２３】陽極部材の内径はプラズマチャネルよりも
大きい直径を有することが可能であり、及び／又は陽極
部材はその出口に向かって円錐形に開口してもよい。こ
れらの個別の措置によって、又はこれらの措置の組合せ
によって、溶射材料の陽極部材における付着が防止され
ることが可能であるほか、陽極部材における熱負荷が低
減させられることも可能である。
【００２４】プラズマチャネルを形成するニュートロー
ドは、その環状絶縁ディスクの過剰な熱負荷を防止する
ために一定の量だけプラズマチャネル壁に対してオフセ
ットされた環状絶縁ディスクによって、互いから分離さ
れることが一般的である。従ってプラズマチャネル壁は
連続しておらず、ニュートロードの間の間隙によって中
断されている。その結果として、望ましくない乱流がプ
ラズマチャネル壁の区域内で生じ、特にこの乱流は、上
記の縮小された直径を有する領域が位置するプラズマチ
ャネルの陽極側の端部で生じる。従って好ましい実施例
では、陰極部材に最も近い１つの環状ニュートロード
が、縮小された直径を有する領域の中の最も狭い部分に
まで少なくとも延びる。
【００２５】溶射材料は、キャリヤガスによって供給チ
ューブを通してプラズマチャネルの中に送り込まれるこ
とが好ましい。この供給チューブの端部から、溶射材料
の個々の粒子の経路が実質的に１つの円錐の中へ延び
る。拡大された直径を有するプラズマチャネルの領域が
備えられているが故に、溶融した溶射材料粒子がプラズ
マチャネル壁上に付着可能であることを防止するよう
に、この円錐がプラズマチャネル内で完全に展開してお
り、プラズマチャネル壁に衝突することがないというこ
とが実現可能である。溶射材料粒子が上記縮小された直
径を有する領域に衝突する場合には、この位置では粒子
が未だ溶融されていないが故に重大な結果は生じないだ
ろう。
【００２６】プラズマトーチ内への粉末材料又は気体材
料の軸方向の供給のためには、プラズマチャネルに対し
て軸方向に一直線にされた、自由端部を有する中央チュ
ーブ部材が備えられ得る。好ましくはこのチューブ部材
の自由端部は、陰極に最も近い１つのニュートロードの
内部の中へ延びている。
【００２７】陰極は、互いに平行に延び且つ前記中心チ
ューブ部材の周囲に対称的に配置されるように、前記中
心チューブ部材の周囲の円周に沿って分布させられてい
る複数の棒状陰極ピンを有してもよい。一方ではその陰
極は、粉末材料又は気体材料の供給のためのチューブ部
材を同時に構成する中空陰極本体を備えることも可能で
ある。
【００２８】
【実施例】本発明の装置の好ましい実施例を、以下の添
付図面を参照して更に説明する。
【００２９】図１及び図２に示されているプラズマ溶射
装置は、互いに平行で且つ装置の中央縦軸２の回りの円
の円周上に配置されている、縦の棒状の陰極アセンブリ
１の形の３つの陰極部材を含んでなる。陰極アセンブリ
１の配置は、中央縦軸に対し対称であり、陰極アセンブ
リ１は、円の円周に沿って均等に配分されている。さら
に本装置は、陰極アセンブリ１から一定距離だけ離れて
配置されている環状陽極３と、陰極アセンブリ１の端と
陽極３との間に実質的に伸びているプラズマチャネル４
も含んでいる。プラズマチャネル４は、互いに電気的に
絶縁されている複数の実質的に環状形のニュートロード
（neutrode）６〜１２並びに環状陽極３により範囲が定
められている。
【００３０】陰極アセンブリ１は、電気的に絶縁材料か
らなる陰極支持部材１３に固定されている。陰極支持部
材１３の一端に隣接し、これに同軸配置された中空のス
リーブ様の陽極支持部材１４は、ニュートロード６〜１
２並びに陽極３を取り囲む電気的絶縁材料により作られ
ている。上述の配置は、３つの金属スリーブ１５、１６
及び１７によって共に固定されている。第１の金属スリ
ーブ１５は、陰極支持部材１３の端フランジにねじ（示
されていない）により固定されているその一方の側（図
１の左）上にフランジを有する。第１の金属スリーブ１
５の他方の端は、外部ねじ山を有し、且つ対応する内部
ねじ山を備える同軸配置された第２の金属スリーブ１６
の一方の側にねじ止めされている。第２の金属スリーブ
１６の他方の端には、その内部方向にフランジが備えら
れている。第３の金属スリーブ１７は、その一端（図１
の右）に内部ねじ山を有し、陽極支持部材１４の外面上
に備えられた外部ねじ山にねじどめされる。第３の金属
スリーブ１７の他方の端は、第２の金属スリーブ１６の
右端（図１）に備えられた上述の内フランジとかみ合う
外フランジを含んでいる。従って、第１の金属スリーブ
１５が陰極支持部材１３のフランジに固定され、且つ第
３の金属スリーブ１７が陽極支持部材１４上にねじどめ
された後、第２の金属スリーブ１６は、第１の金属スリ
ーブ１５上にねじ込みされるべき第３の金属スリーブ１
７上をスライドし得、これにより陽極支持部材１４を陰
極支持部材１３に押し付けることができる。
【００３１】さらに第３の金属スリーブ１７は、陽極３
の外部リング３４を支えているフランジ端１８を含んで
いる。これによって、プラズマチャネル４を形成する要
素は結合され、陰極アセンブリ１に最も近い複数のニュ
ートロード６〜１２内のニュートロード６は、陽極支持
部材１３に備えられた内部くぼみで支えられる。
【００３２】陰極アセンブリ１には、プラズマチャネル
４の方向のその自由端上に、特に良好な電気及び熱伝導
性、並びに高い融点［例えば、トリウムタングステン
（thoriated tungsten）など］を有する材料からなる陰
極ピン２０が備えられている。これによって陰極ピン２
０は、陰極ピン２０の軸が関連する陰極アセンブリ１の
軸に対し同軸でないように、陰極アセンブリに対して配
置されている。このオフセットは、陰極ピン２０の軸
が、陰極アセンブリ１の軸よりも装置の中央縦軸２に近
くなるようになっている。
【００３３】プラズマチャネル４に面する陰極支持部材
１３の側には、非常に高い融点を有する材料（例えば、
ガラスセラミック材料など）で作られている中央絶縁部
材２１が備えられている。絶縁部材２１は正面にアパー
チャを有し、陰極ピン２０は、これを通って陰極アセン
ブリ１に最も近く配置されている第１のニュートロード
６の内部により限定されている中空チャンバ２２内に伸
び、プラズマチャネルの端緒を形成している。絶縁部材
２１の外部ジャケット面の自由露出した部分は、ニュー
トロード６の内部により限定されるプラズマチャネル４
の壁の部分に対し一定距離をおいて半径方向に広がる。
これにより、環状チャンバ２３が形成され、プラズマチ
ャネル４の端緒で中空チャンバ２２内にプラズマガスを
供給するのに役立つ。
【００３４】基板上に溶射すべき材料（例えば、金属ま
たはセラミックパウダーなど）のプラズマトーチへの供
給ＳＭは、陰極アセンブリ１に近いプラズマチャネル４
の端でキャリヤガスＴＧの助けにより達成される。この
目的のために、装置の縦軸２に沿って伸びている供給チ
ューブ２４が備えられており、絶縁部材２１の中央に固
定されている。供給チューブ２４は、中空チャンバ２２
で終わり、この場合において陰極ピン２０は、供給チュ
ーブ２４の出口２５よりもプラズマチャネル４内にさら
に伸びる。
【００３５】プラズマガスＰＧは、陰極支持部材１３に
備えられた横チャネル２６を介して供給される。横チャ
ネル２６は、陰極支持部材１３に備えられた縦チャネル
２７内にも併合している。さらに陰極支持部材１３に
は、環状チャネル２８が備えられており、縦チャネル２
７の出口は、環状チャネル２８に併合している。縦チャ
ネル２６に入っていくプラズマガスＰＧは、縦チャネル
２７を介して環状チャネル２８に流れ、そこから環状チ
ャンバ２３に流れる。中空チャンバ２２内にプラズマガ
スＰＧの最適な層流を作成するために、絶縁部材２１に
は、環状チャンバ２３と環状チャネル２８を相互連結す
る複数のアパーチャ３０を有する環状分配ディスク２９
が備えられている。
【００３６】プラズマチャネル４を限定する要素、即ち
ニュートロード６〜１２及び陽極３は、電気的絶縁材料
（例えば、窒化ホウ素など）により作られた環状ディス
ク３１により互いに電気的に絶縁されており、シーリン
グリング３２により互いに気密に相互連結されている。
プラズマチャネル４は、陰極アセンブリ１の近くに配置
され且つプラズマチャネル４の他の領域よりも直径の小
さい領域３３を含んでいる。直径の縮小された領域３３
から出発して、プラズマチャネルは、陽極３に向かって
その直径が、その最も狭い点（即ち、領域３３の中心）
でのプラズマチャネル４の直径の少なくとも１．５倍ま
で拡大されている。図１より、この直径が増加後、プラ
ズマチャネル４は、陽極３に近いその端まで筒状であ
る。
【００３７】ニュートロード６〜１２は、銅または銅合
金から作られるのが好ましい。陽極３は、例えば銅また
は銅合金から作られている外部リング３４と、非常に高
い電気及び熱伝導性並びに非常に高い融点（例えば、ト
リウムタングステンなど）を有する材料で作られている
内部リング３５とから構成されている。
【００３８】プラズマガス流がプラズマチャネル４の端
緒領域（即ち、陰極アセンブリ１に近い領域）でプラズ
マチャネル４の壁に均等にある隙間により邪魔されるこ
とを避けるために、陰極アセンブリ１に最も近く配置さ
れているニュートロード６は、直径の小さい領域３３全
体にわたって広がっている。この結果、その陰極側の端
の領域のプラズマチャネル４の壁５２には節目がなく、
直径の小さい領域３３全体にわたって滑らかである。
【００３９】プラズマトーチの熱及び熱いプラズマガス
の熱に直接露出される部分は総て、水により冷却され
る。この目的のために、陰極支持部材１３、陰極アセン
ブリ１及び陽極支持部材１４には幾つかの水の循環チャ
ネルが備えられ、ここでは冷却水ＫＷが循環できる。特
に、陰極支持部材１３は、各々供給パイプ３９、４０及
び４１に接続されている環状循環チャネル３６、３７及
び３８を備えている。陽極支持部材１４は、陽極３の領
域に配置されている環状循環チャネル４２と、ニュート
ロード６〜１２の総てを囲むニュートロード６〜１２の
領域に配置されている環状冷却チャネル４３を含んでい
る。冷却水ＫＷは、供給パイプ３９及び４１を介して供
給される。供給パイプ３９により供給された冷却水は、
縦チャネル４４を通過し、始めは熱的に最も負荷のかか
った陽極３を取り囲む環状循環チャネル４２に向かう。
ここから冷却水は、ニュートロード６〜１２のジャケッ
ト面に沿った冷却チャンバ４３及び縦チャネル４５を介
して、環状循環チャネル３７に流れる。供給パイプ４１
により供給された冷却水は、環状循環チャネル３８に入
り、ここから各陰極アセンブリ１に付随した冷却チャン
バ４６に入る。冷却チャンバ４６は、筒状壁４７により
細分されている。陰極アセンブリから、最終的に冷却水
は環状循環チャネル３７に流れ、全冷却水が供給パイプ
４０を介して装置から出る。
【００４０】図３には、図１及び図２による装置が操作
中であるときのプラズマトーチ４８の大体の形並びにプ
ラズマガスＰＧの大体の流路及び溶射材料ＳＭの路が図
式的に示されている。プラズマチャネル４内の直径の小
さい領域３３及びその広がりの効果が図３にはっきりと
示され得る。幾つかの陰極ピン２０で始まる個々のプラ
ズマトーチブランチ４９は、元の位置の非常に近くで合
体される。この効果は、一方では陰極ピン２０が互いに
非常に近くに配置されており、他方では、直径の小さい
領域３３があり且つ陰極アセンブリ１の近くに配置され
ているという点に基づいている。これによって、プラズ
マトーチ及び流れのラインは、プラズマチャネル４に溶
射材料が供給される場所においてさえも非常に高いエネ
ルギ集中がプラズマチャネル４の中心で発生するような
度合いで狭められる。従って、従来技術の通常装置内に
存在する「冷たい」中央領域の発生が防止される。
【００４１】陽極３の方向に見られる、直径の縮小領域
３３に続くプラズマチャネル４の拡大領域では、プラズ
マトーチとプラズマチャネル４の壁５０との間の距離は
かなり大きい。その結果、壁５０はこの領域ではあまり
熱負荷に暴露されないので、冷却水により除去されねば
ならないエネルギは小さい。
【００４２】図４及び図５では、本発明の装置のより詳
細な図が示されており、これにより本装置の最も適当な
部分だけが示されている。これらの両方の実施例では、
中空陰極部材の形の一本の陰極５４だけが備えられてい
る。通常参照番号５５により示される複数のニュートロ
ード及びプラズマチャネル５７を共に限定する環状陽極
５６は、図１及び上述図に示されている対応する部材と
本質的に同一デザインである。これらの実施例に於ける
一つの違いは、プラズマチャネル５７の入口領域５８が
本装置の中央軸に対しやや傾斜していることであり、も
う一つの違いは、環状陽極リング５６が、陽極リング５
６の隣に配置されているニュートロード５９よりも内径
が大きいということである。
【００４３】図４に示されている実施例により、中空陰
極部材５４は、パウダーまたはガス状溶射材料を供給す
るための同軸チューブ６０を含んでいる。チューブ６０
の端部分６１は、中空陰極部材５４の端に対し少し引っ
込んでいる。さらに中空陰極部材５４には絶縁チューブ
６２が備えられており、その内方報端部分はチューブ６
０の端部分６１よりも長い。絶縁チューブ６２は、半径
方向に環状ディスタンス部材６３により供給チューブ６
０の位置を固定する。同様に、絶縁チューブ６２は、陰
極部材５４からチューブ６０を離し、チューブ６０を熱
から保護する。
【００４４】図５の実施例は、供給チューブ６０、絶縁
チューブ６２及びディスタンス部材６３が削除されてい
るという違いはあるが、図４の実施例と非常に酷似して
いる。この溶射材料は、中空陰極部材５４の中央アパー
チャ６７を介して直接供給される。
【００４５】デザイン及び詳細な構造に関しては、図４
及び図５の実施例は、図１の実施例と同一または酷似し
得る。
【００４６】最後に図６は、図４の実施例または図５の
実施例のどちらにも使用し得る陽極部材６４の異なる実
施例を示している。陽極部材６４は、本装置の出口に向
かって円錐形に開いている（即ち、ニュートロード側か
ら出口へ直径が徐々に増加する）内部表面６５を有する
陽極リング６６を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３つの陰極部材を有するプラズマ溶射装置の第
１の態様の縦断面図を示す。
【図２】図１の態様の線II−IIに於ける陰極部材領域の
拡大部分横断面図を示す。
【図３】図１の態様のプラズマチャネルの拡大略断面図
であり、プラズマガス及びパウダーまたはガス材料の流
れが示されている図である。
【図４】本発明の装置の第２の態様の適切な部分の略部
分断面図を示す。
【図５】本発明の装置の第３の態様の適切な部分の略部
分断面図を示す。
【図６】陽極部材の詳細な断面図を示す。
【符号の説明】
１ 陰極アセンブリ ２ 中央縦軸 ３ 陽極 ４ プラズマチャネル ６〜１２ ニュートロード １３ 陰極支持部材 １４ 陽極支持部材 １５〜１７ 金属スリーブ １８ フランジ端 ２０ 陰極ピン ２１ 中央絶縁部材 ２２ 中央チャンバ ２３ 環状チャンバ ２４ 供給チューブ ２５ 出口 ２６ 横チャネル ２７ 縦チャネル ２８ 環状チャネル ２９ 環状分配ディスク ３０ アパーチャ ３１ 環状ディスク ３２ シーリングリング ３３ 領域 ３４ 外部リング ３５ 内部リング ３６〜３８ 環状循環チャネル ３９〜４１ 供給パイプ ４２ 環状循環チャネル ４３ 環状冷却チャネル ４４，４５ 縦チャネル ４６ 冷却チャンバ ４７ 筒状壁 ４８ プラズマトーチ ４９ プラズマトーチブランチ ５０ 壁 ５４ 陰極 ５５，５９ ニュートロード ５６ 環状陽極 ５７ プラズマチャネル ５８ 入口 ６０ 同軸チューブ ６１ 端 ６２ 絶縁チューブ ６３ 環状ディスタンス部材 ６４ 陽極部材 ６５ 内面 ６６ 陽極リング

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末材料又は気体材料を溶射するための
    プラズマ溶射装置であって、細長いプラズマトーチを発
    生させるのに適合した間接プラズマトロンと、粉末材料
    又は気体材料を前記プラズマトーチの中に軸方向に供給
    するための手段とを有し、前記プラズマトロンが、少な
    くとも１つの陰極部材と、前記陰極部材から距離をとっ
    て配置された１つの環状陽極部材と、前記陰極部材から
    前記陽極部材に延びた１つのプラズマチャネルとを有
    し、前記プラズマチャネルが、前記陰極部材の近くの第
    １の端部及び、前記陽極部材の近くの第２の端部を有
    し、前記プラズマチャネルが、前記環状陽極部材及び、
    互いに電気的に絶縁された複数の環状ニュートロードの
    各々によって範囲を限定されており、更に前記粉末材料
    又は気体材料を前記プラズマトーチの中に軸方向に供給
    するための手段が、前記プラズマチャネルの第１の端部
    の近くに配置されており、前記プラズマチャネルが、前
    記陰極部材の近くの前記プラズマトーチの区域内に位置
    する、縮小された直径を有する第１の領域と、縮小され
    た直径を有する前記第１の領域と前記陽極部材との間に
    位置する、拡大された直径を有する第２の領域とを有す
    ることを特徴とするプラズマ溶射装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の領域から前記陽極部材へ延び
    る前記プラズマチャネルの前記第２の領域が、実質的に
    円筒形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載
    のプラズマ溶射装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の領域から前記陽極部材へ延び
    る前記プラズマチャネルの前記第２の領域が、前記第１
    の領域から前記陽極部材へと拡大する直径を有する実質
    的に円錐形の形状を持つことを特徴とする請求項１に記
    載のプラズマ溶射装置。
  4. 【請求項４】 前記環状陽極部材が、前記陽極部材に最
    も近い１つの前記環状ニュートロードよりもより大きな
    直径を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズ
    マ溶射装置。
  5. 【請求項５】 前記環状陽極部材が、前記陽極部材に最
    も近い１つの前記環状ニュートロードから前記陽極部材
    の自由端部へと拡大する直径を有する円錐形の内部表面
    を持つことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射
    装置。
  6. 【請求項６】 前記第２の端部における前記プラズマチ
    ャネルの直径が、縮小された直径を有する前記第１の領
    域の最も狭い部分の直径の少なくとも1.5 倍であること
    を特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
  7. 【請求項７】 前記陰極部材に最も近い１つの前記環状
    ニュートロードが、縮小された直径を有する前記第１の
    領域の最も狭い部分にまで少なくとも延びることを特徴
    とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
  8. 【請求項８】 前記プラズマトーチ内への粉末材料又は
    気体材料の軸方向への供給のための手段が、前記プラズ
    マチャネルに対して軸方向に一直線にされ且つ自由端部
    を有する中心チューブ部材を有し、前記チューブ部材の
    前記自由端部が、前記陰極部材に最も近い１つの前記ニ
    ュートロードの内部の中へ延びていることを特徴とする
    請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
  9. 【請求項９】 前記陰極部材が、前記中心チューブ部材
    の周囲の円周に沿って分布させられた複数の棒状の陰極
    ピンを有することを特徴とする請求項１又は８に記載の
    プラズマ溶射装置。
  10. 【請求項１０】 前記陰極ピンが互いに平行に延び、前
    記中心チューブ部材の周囲に対称的に配置されているこ
    とを特徴とする請求項１又は９に記載のプラズマ溶射装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記陰極部材が、粉末材料又は気体材
    料の供給のためのチューブ部材を同時に構成する中空陰
    極本体を有することを特徴とする請求項１又は８に記載
    のプラズマ溶射装置。
  12. 【請求項１２】 前記陰極部材が、粉末材料又は気体材
    料の供給のための絶縁されたチューブ部材を囲む中空陰
    極本体を有することを特徴とする請求項１又は８に記載
    のプラズマ溶射装置。
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