JPH08319552A - プラズマトーチおよびプラズマ溶射装置 - Google Patents
プラズマトーチおよびプラズマ溶射装置Info
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- JPH08319552A JPH08319552A JP7122440A JP12244095A JPH08319552A JP H08319552 A JPH08319552 A JP H08319552A JP 7122440 A JP7122440 A JP 7122440A JP 12244095 A JP12244095 A JP 12244095A JP H08319552 A JPH08319552 A JP H08319552A
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- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 39
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- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 8
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
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- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶射材料の利用効率やエネルギー効率を向上
できるとともに、スプレーパターンの偏りが少なく、か
つ電極の寿命を増大できるプラズマトーチおよびプラズ
マ溶射装置の提供。 【構成】 この発明のプラズマトーチ１００は、リング
状の放電部を有するリング陰極２５と、該リング陰極２
５の放電部との間に放電空間４を隔てて囲繞的に配設さ
れた陽極３４と、前記放電空間４に中心軸を含む面内で
交叉する磁束を形成させるように前記放電空間４に囲ん
で連続的に設置された磁石３５、３６と、前記リング陰
極２５の中空部に前記放電空間４のほぼ中心軸に沿って
溶射材料を送り込む溶射材料供給口パイプ５を設けたこ
とを特徴とする。
できるとともに、スプレーパターンの偏りが少なく、か
つ電極の寿命を増大できるプラズマトーチおよびプラズ
マ溶射装置の提供。 【構成】 この発明のプラズマトーチ１００は、リング
状の放電部を有するリング陰極２５と、該リング陰極２
５の放電部との間に放電空間４を隔てて囲繞的に配設さ
れた陽極３４と、前記放電空間４に中心軸を含む面内で
交叉する磁束を形成させるように前記放電空間４に囲ん
で連続的に設置された磁石３５、３６と、前記リング陰
極２５の中空部に前記放電空間４のほぼ中心軸に沿って
溶射材料を送り込む溶射材料供給口パイプ５を設けたこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、部材の表面処理を行
うための溶射や部材の溶接を行うためのプラズマトーチ
およびプラズマ溶射装置に関する。
うための溶射や部材の溶接を行うためのプラズマトーチ
およびプラズマ溶射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマトーチは、図３に示す如
く、陰極１０１は棒状であり、陽極１０２は陰極１０１
を囲繞して配設されている。陰極１０１と陽極１０２と
の間に発生する放電エネルギーにより、放電空間１０３
に供給されたプラズマガスは高温、高エネルギー状態の
プラズマジェット１０４として陽極１０２の中央に設け
られた穴１０５から噴出する。
く、陰極１０１は棒状であり、陽極１０２は陰極１０１
を囲繞して配設されている。陰極１０１と陽極１０２と
の間に発生する放電エネルギーにより、放電空間１０３
に供給されたプラズマガスは高温、高エネルギー状態の
プラズマジェット１０４として陽極１０２の中央に設け
られた穴１０５から噴出する。
【０００３】プラズマジェット１０４の中心軸に向かっ
て溶射材料または溶接材料（以下、溶射材料という）を
送り込めば、溶射材料はプラズマジェット１０４に触れ
て溶融する。溶融した溶射材料は、スプレー状になって
陽極の中央穴１０５から噴出する。これにより、正面に
置いた部材の表面に付着膜を形成する溶射プラズマトー
チ、または部材接合端部を溶融しながら材料を充填する
プラズマトーチとなっている。
て溶射材料または溶接材料（以下、溶射材料という）を
送り込めば、溶射材料はプラズマジェット１０４に触れ
て溶融する。溶融した溶射材料は、スプレー状になって
陽極の中央穴１０５から噴出する。これにより、正面に
置いた部材の表面に付着膜を形成する溶射プラズマトー
チ、または部材接合端部を溶融しながら材料を充填する
プラズマトーチとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマトーチ
は、軸対称形状のプラズマジェットの横から特定方向に
のみ溶射材料を送り込んでいる。このため、つぎの欠点
があった。 イ）プラズマジェットの中心付近の最も温度が高くエネ
ルギーの大きい領域に溶射材料を直接的に供給すること
ができず、溶射材料の利用効率やエネルギー効率が悪
い。
は、軸対称形状のプラズマジェットの横から特定方向に
のみ溶射材料を送り込んでいる。このため、つぎの欠点
があった。 イ）プラズマジェットの中心付近の最も温度が高くエネ
ルギーの大きい領域に溶射材料を直接的に供給すること
ができず、溶射材料の利用効率やエネルギー効率が悪
い。
【０００５】ロ）スプレー状に噴出する溶射材料のスプ
レーパターンが特定の方向に偏ったものになる。 ハ）陰極および陽極上の放電点は時間の経過とともに位
置が固定してしまうので、その部分が集中的に消耗し電
極の寿命が短くなる。
レーパターンが特定の方向に偏ったものになる。 ハ）陰極および陽極上の放電点は時間の経過とともに位
置が固定してしまうので、その部分が集中的に消耗し電
極の寿命が短くなる。
【０００６】この発明の目的は、溶射材料の利用効率や
エネルギー効率を向上できるとともに、スプレーパター
ンの偏りが少なく、かつ電極の寿命を増大できるプラズ
マトーチおよびプラズマ溶射装置の提供にある。
エネルギー効率を向上できるとともに、スプレーパター
ンの偏りが少なく、かつ電極の寿命を増大できるプラズ
マトーチおよびプラズマ溶射装置の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のプラズマトー
チは、リング状の放電部を有するリング陰極と、該リン
グ陰極の放電部との間に環状の放電空間を隔てて囲繞的
に配設された陽極と、前記放電空間に中心軸を含む面内
で交叉する磁束を形成させるように前記放電空間に囲ん
で連続的に設置された磁石と、前記リング陰極の中空部
に前記放電空間のほぼ中心軸に沿って溶射材料を送り込
む溶射材料供給口を設けたことを特徴とする。
チは、リング状の放電部を有するリング陰極と、該リン
グ陰極の放電部との間に環状の放電空間を隔てて囲繞的
に配設された陽極と、前記放電空間に中心軸を含む面内
で交叉する磁束を形成させるように前記放電空間に囲ん
で連続的に設置された磁石と、前記リング陰極の中空部
に前記放電空間のほぼ中心軸に沿って溶射材料を送り込
む溶射材料供給口を設けたことを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載のプラズマトーチは、前記
磁石は、同極を突き合わせるように列設した一対のリン
グ磁石であることを特徴とする。請求項３に記載のプラ
ズマトーチは、前記磁石は、異極を突き合わせるように
配置した一対のリング磁石であることを特徴とする。こ
の発明のプラズマ溶射装置は、上記プラズマトーチと、
前記リング陰極と前記陽極との間に電圧を付与する電源
と、前記溶射材料供給口に溶射材料を搬送する溶射材料
搬送手段とからなる。
磁石は、同極を突き合わせるように列設した一対のリン
グ磁石であることを特徴とする。請求項３に記載のプラ
ズマトーチは、前記磁石は、異極を突き合わせるように
配置した一対のリング磁石であることを特徴とする。こ
の発明のプラズマ溶射装置は、上記プラズマトーチと、
前記リング陰極と前記陽極との間に電圧を付与する電源
と、前記溶射材料供給口に溶射材料を搬送する溶射材料
搬送手段とからなる。
【０００９】
【発明の作用・効果】このプラズマトーチまたはプラズ
マ溶射装置は、溶射材料をリング陰極の中心から環状放
電間隙の中心に供給している。このため、溶射材料の利
用効率やエネルギー効率を向上できるとともに、スプレ
ーパターンの偏りが少なく、かつ電極の寿命を増大でき
る。
マ溶射装置は、溶射材料をリング陰極の中心から環状放
電間隙の中心に供給している。このため、溶射材料の利
用効率やエネルギー効率を向上できるとともに、スプレ
ーパターンの偏りが少なく、かつ電極の寿命を増大でき
る。
【００１０】
【実施例】この発明を図に示す一実施例に基づき説明す
る。プラズマトーチ１００は、耐熱材製の円筒状ハウジ
ング１と、該ハウジング１の中心に同軸的に配設した円
柱状の陰極ブロック２と、前記ハウジング１の内周壁に
保持された円筒状の陽極ブロック３とからなる。陰極ブ
ロック２の前端部と陽極ブロック３の先端部との間には
放電空間４が形成されている。
る。プラズマトーチ１００は、耐熱材製の円筒状ハウジ
ング１と、該ハウジング１の中心に同軸的に配設した円
柱状の陰極ブロック２と、前記ハウジング１の内周壁に
保持された円筒状の陽極ブロック３とからなる。陰極ブ
ロック２の前端部と陽極ブロック３の先端部との間には
放電空間４が形成されている。
【００１１】ハウジング１は、先端（図示左端）に中央
円口１１が開けられ、後端にフランジ１２を有する外筒
１３と、該外筒１３内に差し込まれる内筒部１４および
該内筒部１４の後端に設けられた胴部１５を有する本体
１６と、該本体１６の後面に締結された接続ジョイント
板１７とからなる。本体１６の内壁には、プラズマガス
供給流路（図示せず）が形成されている。
円口１１が開けられ、後端にフランジ１２を有する外筒
１３と、該外筒１３内に差し込まれる内筒部１４および
該内筒部１４の後端に設けられた胴部１５を有する本体
１６と、該本体１６の後面に締結された接続ジョイント
板１７とからなる。本体１６の内壁には、プラズマガス
供給流路（図示せず）が形成されている。
【００１２】陰極ブロック２は、後端が前記胴部１５の
内周に保持されている円筒状の陰極ケーシング２１と、
該陰極ケーシング２１内の後部に充填された電気的イン
シュレータ２２および陰極ケーシング２１内の前部に充
填された熱的インシュレータ２３と、後部が熱的インシ
ュレータ２３に保持された円筒状陰極ホルダ２４と、該
陰極ホルダ２４の先端に固着されリング状の放電部を有
するリング陰極２５とを有する。
内周に保持されている円筒状の陰極ケーシング２１と、
該陰極ケーシング２１内の後部に充填された電気的イン
シュレータ２２および陰極ケーシング２１内の前部に充
填された熱的インシュレータ２３と、後部が熱的インシ
ュレータ２３に保持された円筒状陰極ホルダ２４と、該
陰極ホルダ２４の先端に固着されリング状の放電部を有
するリング陰極２５とを有する。
【００１３】リング陰極２５の中心には、溶射材料の供
給口パイプ５が同軸的に固定され、供給口パイプ５は陰
極ホルダ２４の軸心に配設された溶射材料導入管５１に
連結されている。溶射材料導入管５１は溶射材料搬送装
置５２に連結されている。陰極ホルダ２４の内周には、
円筒状のセパレータ２６が嵌着され、セパレータ２６の
内周と溶射材料導入管５１との隙間２７は冷却水流路２
８となっている。
給口パイプ５が同軸的に固定され、供給口パイプ５は陰
極ホルダ２４の軸心に配設された溶射材料導入管５１に
連結されている。溶射材料導入管５１は溶射材料搬送装
置５２に連結されている。陰極ホルダ２４の内周には、
円筒状のセパレータ２６が嵌着され、セパレータ２６の
内周と溶射材料導入管５１との隙間２７は冷却水流路２
８となっている。
【００１４】陽極ブロック３は、前記内筒部１４の先端
部に差し込まれて保持された円筒部３１、先端面が前記
中央円口１１に嵌め込まれた先端フランジ部３２、およ
び中間テーパー部３３からなる筒状陽極３４と、テーパ
ー部３３の外周とハウジング１の内周との間に装着され
るとともに、互いに反発するように配設されたリング磁
石３５および３６とからなる。
部に差し込まれて保持された円筒部３１、先端面が前記
中央円口１１に嵌め込まれた先端フランジ部３２、およ
び中間テーパー部３３からなる筒状陽極３４と、テーパ
ー部３３の外周とハウジング１の内周との間に装着され
るとともに、互いに反発するように配設されたリング磁
石３５および３６とからなる。
【００１５】陽極３４は、リング陰極２５との間に環状
の放電空間４を隔てて囲繞的に配設されている。円筒部
３１には、前記プラズマガス供給流路に連通したプラズ
マガス吹出口３７が設けられている。リング磁石３５お
よび３６の周囲には冷却水流路３８が形成されている。
の放電空間４を隔てて囲繞的に配設されている。円筒部
３１には、前記プラズマガス供給流路に連通したプラズ
マガス吹出口３７が設けられている。リング磁石３５お
よび３６の周囲には冷却水流路３８が形成されている。
【００１６】接続ジョイント板１７には、中心に溶射材
料供給ジョイント６１、中間にプラズマガス導入ジョイ
ント６２、６３がそれぞれ接続されている。また、接続
ジョイント板１７の中間部には、陰極ターミナルと冷却
水入口とを兼ねたジョイント６４、および陰極ターミナ
ルと冷却水出口とを兼ねたジョイント６５がそれぞれ接
続され、陰極ブロック２内に設けた冷却水流路２８に連
結している。
料供給ジョイント６１、中間にプラズマガス導入ジョイ
ント６２、６３がそれぞれ接続されている。また、接続
ジョイント板１７の中間部には、陰極ターミナルと冷却
水入口とを兼ねたジョイント６４、および陰極ターミナ
ルと冷却水出口とを兼ねたジョイント６５がそれぞれ接
続され、陰極ブロック２内に設けた冷却水流路２８に連
結している。
【００１７】さらに、接続ジョイント板１７の外周部に
は、陽極ターミナルと冷却水入口とを兼ねたジョイント
６６、陽極ターミナルと冷却水出口とを兼ねたジョイン
ト６７がそれぞれ接続され、陽極ブロック内に設けた冷
却水流路３８に接続している。
は、陽極ターミナルと冷却水入口とを兼ねたジョイント
６６、陽極ターミナルと冷却水出口とを兼ねたジョイン
ト６７がそれぞれ接続され、陽極ブロック内に設けた冷
却水流路３８に接続している。
【００１８】図２は本発明の作用、効果を説明する原理
図である。リング陰極２５と陽極３４との間には、直流
電源７より付加される電圧により放電空間４に放電が生
じている。この放電空間４に送り込まれたプラズマガス
はエネルギーを与えられ、プラズマ状態となり電極間に
電流Ｉが流れる。プラズマは発生直後はリング陰極２５
および陽極３４の表面上のエネルギー消費が最小になる
地点に柱状に形成される。
図である。リング陰極２５と陽極３４との間には、直流
電源７より付加される電圧により放電空間４に放電が生
じている。この放電空間４に送り込まれたプラズマガス
はエネルギーを与えられ、プラズマ状態となり電極間に
電流Ｉが流れる。プラズマは発生直後はリング陰極２５
および陽極３４の表面上のエネルギー消費が最小になる
地点に柱状に形成される。
【００１９】一方、放電空間４を囲繞するように配置さ
れた２つのリング磁石３５、３６の同極を突き合わせる
ように配置すると、各々のリング磁石３５、３６の磁束
は反発しあいリング陰極２５と陽極３４の中心方向に向
かう磁束Ｈが生まれる。電流Ｉと磁束Ｈとが交叉してフ
レミングの法則により電流Ｉが流れる柱状プラズマには
回転力Ｆが作用する。これにより柱状プラズマは、リン
グ陰極２５の円形端面に沿い放電点を移動し回転する。
れた２つのリング磁石３５、３６の同極を突き合わせる
ように配置すると、各々のリング磁石３５、３６の磁束
は反発しあいリング陰極２５と陽極３４の中心方向に向
かう磁束Ｈが生まれる。電流Ｉと磁束Ｈとが交叉してフ
レミングの法則により電流Ｉが流れる柱状プラズマには
回転力Ｆが作用する。これにより柱状プラズマは、リン
グ陰極２５の円形端面に沿い放電点を移動し回転する。
【００２０】回転は、放電開始から徐々に加速され数分
後には毎秒数百回転に達する。このように高速回転する
柱状プラズマは総体的にはリング陰極２５の円形端面か
ら発生する１つの大きなプラズマジェット状態を呈し、
陽極３４の中心に設けられた穴３０から噴出する。ま
た、リング陰極２５の中心に材料供給口が配置され、前
記の１つの大きなプラズマジェットの中心軸に沿って溶
射材料を供給する。
後には毎秒数百回転に達する。このように高速回転する
柱状プラズマは総体的にはリング陰極２５の円形端面か
ら発生する１つの大きなプラズマジェット状態を呈し、
陽極３４の中心に設けられた穴３０から噴出する。ま
た、リング陰極２５の中心に材料供給口が配置され、前
記の１つの大きなプラズマジェットの中心軸に沿って溶
射材料を供給する。
【００２１】この装置における溶射条件の一例を示す。 電流（Ｉ） ５００アンペア 磁界の強さ（Ｈ） １２００ガウス プラズマの回転数 ８００／分 溶射材料 アルミナ粉末 溶射材料供給量 ３０ｇ／分 溶射効率 ９０％ 電極寿命 ６００時間
【００２２】本発明によれば、プラズマはリング陰極２
５、陽極３４における放電点を固定することなく移動を
続けるので、これら電極が集中的に消耗することなく寿
命は増大する。また、プラズマの中心軸に溶射材料を送
り込むことで、プラズマの保有するエネルギーの利用効
率が向上するとともに、スプレーパターンの偏りも低減
できる。
５、陽極３４における放電点を固定することなく移動を
続けるので、これら電極が集中的に消耗することなく寿
命は増大する。また、プラズマの中心軸に溶射材料を送
り込むことで、プラズマの保有するエネルギーの利用効
率が向上するとともに、スプレーパターンの偏りも低減
できる。
【００２３】上記実施例では、リング磁石３５、３６を
同極を突き合わせるように配置し各々の磁石の磁束を反
発させているが、リング磁石３５、３６を吸引し合うよ
う異極を突き合わせる状態に配置してもよい。この場合
は、磁束の強さを弱めて、プラズマの電流が小さい場合
に、強すぎる磁束でプラズマを吹き消さることを防止す
る場合に有効である。
同極を突き合わせるように配置し各々の磁石の磁束を反
発させているが、リング磁石３５、３６を吸引し合うよ
う異極を突き合わせる状態に配置してもよい。この場合
は、磁束の強さを弱めて、プラズマの電流が小さい場合
に、強すぎる磁束でプラズマを吹き消さることを防止す
る場合に有効である。
【図１】プラズマトーチの断面図である。
【図２】プラズマトーチの作動原理図である。
【図３】従来のプラズマトーチの模式図である。
１ ハウジング ２ 陰極ブロック ３ 陽極ブロック ４ 放電空間 ５ 溶射材料の供給口パイプ ２５ リング陰極 ３４ 陽極 ５１ 溶射材料導入管
Claims (4)
- 【請求項１】 リング状の放電部を有するリング陰極
と、該リング陰極の放電部との間に放電空間を隔てて囲
繞的に配設された陽極と、前記放電空間に中心軸を含む
面内で交叉する磁束を形成させるように前記放電空間に
囲んで連続的に設置された磁石と、前記リング陰極の中
空部に前記放電空間のほぼ中心軸に沿って溶射材料を送
り込む溶射材料供給口を設けたことを特徴とするプラズ
マトーチ。 - 【請求項２】 請求項１において、前記磁石は、同極を
突き合わせるように列設した一対のリング磁石であるこ
とを特徴とするプラズマトーチ。 - 【請求項３】 請求項１において、前記磁石は、異極を
突き合わせるように配置した一対のリング磁石であるこ
とを特徴とするプラズマトーチ。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のプラズ
マトーチと、前記リング陰極と前記陽極との間に電圧を
付与する電源と、前記溶射材料供給口に溶射材料を搬送
する溶射材料搬送手段とからなるプラズマ溶射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7122440A JPH08319552A (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | プラズマトーチおよびプラズマ溶射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7122440A JPH08319552A (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | プラズマトーチおよびプラズマ溶射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08319552A true JPH08319552A (ja) | 1996-12-03 |
Family
ID=14835902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7122440A Pending JPH08319552A (ja) | 1995-05-22 | 1995-05-22 | プラズマトーチおよびプラズマ溶射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08319552A (ja) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001524743A (ja) * | 1997-11-20 | 2001-12-04 | バランコーヴァ ハナ | プラズマ処理装置 |
| JP2002299099A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Yamada Kinzoku Boshoku Kk | プラズマアークの発生装置及び発生方法 |
| KR100434116B1 (ko) * | 2001-07-04 | 2004-06-04 | 주식회사 윈텍산업 | 초강력 세라믹 자석을 이용한 공동형 플라즈마 토치장치 |
| JP2009076458A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Posco | プラズマトーチ装置及びプラズマを用いた返鉱処理方法 |
| JP2012059548A (ja) * | 2010-09-09 | 2012-03-22 | Ihi Corp | プラズマガス生成装置及びそれを用いた微粉炭燃焼試験装置 |
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