JPH10507307A - プラズマトーチの電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電極構造は、ガス通路の一端の近くにカソードチップで終わるカソードと、ガス通路の他端の近くにアノード電極等を有している。カソードとアノード電極との間の通路に、制限部材が配置され、通路の断面積を制限してカソードからアノードに向かってガス流れを加速し、これによってアークの長さを増大して、電極構造に入力された所定電力に対し、電流対電圧比（Ａ／Ｖ）を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 プラズマトーチの電極構造 発明分野 本発明は、プラズマトーチの電極構造に関するものである。特に本発明は、電 極に印加された電力に必要な電流対電圧比が減少するように作られたプラズマト ーチの電極構造である。 発明の背景 プラズマトーチの構成には様々な異なった電極構造が使用されている。そして プラズマガスは、カソードの周りを通過し、次でアークと一緒になってアノード へ流れる。殆どの場合プラズマガスは、スパイラル状の通路を通り、アノードへ 進む。１９６９年３月１９日ショウメーカ氏に出された米国特許第３５７８９４ ３号、１９７３年１１月６日タテノ氏に出された第３７７０９３５号、１９８７ 年６月２日イトウ氏らに出された第４６７０２９０号、１９８９年８月８日ベル スネフ氏らに出された第４８５５５６３号に幾つかの望ましい構造が記載されて いる。 タテノ特許は、複数アークシステムを開示しており、ガス流の通路にスロット ル孔を設け、当時の一般的なプラズマジェット発生器のアーク電圧を２倍に増す ものであった。イトウ特許は、主トーチと副トーチを組み合わ せた特殊な構造であって、ヘアピンアークを形成するものである。ヘアピンアー クが形成されると、それは主トーチのカソードから副トーチのカソードへのびて 、アーク長さを延長するものである。少なくとも一方の、アークの長さを完成す るために、アーク移動システムが使われる。 １９６４年７月７日ジェンセン氏に出された米国特許第３１４０３８０号及び マランツ氏らに出された１９９１年１月１日の米国特許第４９８２０６７号及び １９９２年９月１日の第５１４４１１０号は、共通のプラズマ流を発生させるた めに同芯トーチを使用するものが開示されている。 望ましいトーチ構造が、１９９１年４月１６日ロス氏に出された米国特許第５ ００８５１１号に記載されている。このトーチは、プラズマに使用される、粉末 その他の材料が加えられる、軸方向通路の周囲に、複数の独立したトーチを配置 し、この構成によって各トーチから出されるプラズマジェットの影響を、粉末そ の他の材料が受けるようにしたものである。このシステムにおいては、カソード はチャンバー内にあり、カソードチップはアノードに向けられている。プラズマ ガスが投入され、カソード周囲を通過し、アノードとカソードとの間のアークに よって熱せられ、そして通路を通過して粉末材料などと接触するものである。 トーチは、電圧を可能な限り高め、印加された電力に対して、必要な電流を最 小にして操作することが有利であることが知られている。即ち電流(Ａ)対電圧( Ｖ)の比率(Ａ／Ｖ)が最小であると、作業が継続する。(「新しいプラズマスプレ ー装置」パスケンコ、サーコフ共著、第７回全国熱スプレー会議１９９４年６月 ２０〜２４日マサチューセッツ州ボストンの前刷参考)。 トーチに対しＡ／Ｖ比に影響する主な要因として、次の幾つかが知られている 。 ａ カソードからアノードへ向かってトーチ中を流れるガス流即ちガス流速が高 いほどＡ／Ｖ比は小さい。 ｂ ガス成分 ｃ アーク直径：アーク直径が小さいほどＡ／Ｖ比は低い。 ｄ アーク長さ：アークが長い程Ａ／Ｖ比は低い。 大部分のトーチにおいては、カソードチップからアノードに延びる通路は、ア ノードの位置で最小直径となる様にテーパーになっている。即ちカソードとアノ ード間の重要な区間では、通常殆ど同一直径であって、そして通常はアノードを 貫通し、ガス出口に向かって、テーパーになっている。従ってアノード出口を先 頭にする通路を通過するガスは、通路の形状（断面積）によっては加速されない で、(ガス温度の上昇による速度変化の場合を除く)、アノード出口に向かって通 路がテーパーになって加 速されるまでは、流速は殆ど一定のまま維持される。このように、アークが通過 する通路の長さの殆どにわたって、アノードに対しアークを生じ、放電するまで は、アークを閉じこめてアーク長さをのばすための制御はされない。 発明の要旨 本発明の主たる目的は、ガスとアークの流通路中に、ある構成を設けて、ガス の流速とアークの直径を変化させ、所定の電力印加に対して、電流対電圧比(Ａ ／Ｖ比)を著しく減少する新しいトーチ構造を提供するものである。 概略的には、本発明は電極構造に関するものであって、カソードと、該カソー ドから離れた方の一端にアノード電極を有する円形アノード構造と、ガス通路と を備えており、該ガス通路は前記カソード周囲から延び、アノード構造を通って 該カソードから離れた通路の下流端にて、アノード電極へと延びている。前記カ ソードは、前記通路と同芯のカソードチップと、ガスを前記通路へ導入して、ガ スを前記カソードの周囲に流し、カソードチップを経て前記アノード構造を通り 、前記アノード電極へ流す手段と、前記アノード構造を通る通路部分の断面寸法 を決める制限手段を備えている。前記制限手段は、前記カソードチップに近接し た上流部と、前記カソードチップから離れた下流部と、その間のノド部を有して い る。上流部はガス流れの下流方向に向かってカソードから所定度離れ、通路の第 １部分を形成している。前記制限手段の下流部は、前記アノード電極の位置で止 まり、制限手段の上流部は、通路の断面積がスロート部に向かって徐々に狭まり 通路の断面積を最小にする形状であって、通路を流れるガス流の速度を加速する 。該ガス流は加熱され、前記通路中で膨張することによっても加速され、前記制 限手段を通過するガス流の速度は、前記制限手段を通ってカソードチップとの間 にアークを運び、アークをノド部を通る通路に閉じこめ、アノード電極に放電さ せるのに十分な速度である。該部分では、アークはカソードとアノードの間で延 ばされ、通路の壁から離れて、制限手段を通過している。 望ましくは前記制限手段は導電性であって、前記導電性制限手段をアノード構 造へ電気的に接続する手段である。その距離はトーチ立ち上がり時にカソードチ ップと前記制限手段の上流部との間で初期アークを形成するのに十分な距離であ る。前記制限手段は、制限手段を通過するガス速度が、初期アークを制限手段を 通して運び、且つ該アークが前記制限手段に短絡することを防ぎ、カソードチッ プとアノード電極との間に確実に形成できる様な速度に決められる。 絶縁スリーブは前記カソードチップを囲み、カソードチップと制限手段との間 の通路の第１部分の内表面を形 成することが望ましい。 該第１部分は通路の長手方向に延び、少なくともカソードチップと制限手段と の間の間隔に等しいアノードとカソードとの間に、最小長さのアーク形成を確実 にする。 前記第１部分の断面積と前記通路の最小断面積との比は、２ないし７対１の範 囲であることが望ましい。 前記カソードと前記絶縁スリーブとの間に、カソードを取り囲んで案内手段を 設け、前記カソードを絶縁スリーブ中にて中心に保つ様にすることが望ましい。 そして望ましくは、該案内手段はフィン構造の形状であって、ガス流をカソード チップの周りでスパイラルパターンを描いて制限手段に向かって流れるようにす る。 望ましくは、前記アノードに電気的に接続された導電性スリーブは、前記絶縁 スリーブを取り囲み、前記アノードを延ばして、カソードチップとアノードとの 間にアークの全長が形成される様にし、前記他端から離れた側のカソードチップ の側面に、単一の電気接続部を設けることが望ましい。 上記電極構造は更に、前記アノードを包囲する冷却手段を設けて通路を冷却す ることが望ましい。 図面の簡単な説明 更なる目的と利点は、添付する図面から理解される本発明の望ましい実施例の 以下の記載によって明らかであろう。 図１は、本発明プラズマトーチ電極の概略断面図である。 図２は、カソードとアノードとの間の典型的なアークパターンと、粉末などの 流入口を示す、図１と同様な断面図である。 望ましい実施例の説明 図１及び図２に示す如く、符号(10)で示す本発明の電極構造には、電極(14)（ カソード１４）の一端に近接してカソードホルダー(12)を接続し、その他端には カソードチップ(16)を形成している。適当な案内要素(18)がカソード(14)（チッ プ(16)に近接して）包囲して配置されており、カソード(14)をガス通路(24)の中 心に位置させる。案内要素(18)はフィン(20)が傾いて形成され、その間へ通路(2 2)を形成し、カソードチップ(16)の上流にあるガス流入パイプ(26)から導入され たガスは、カソード(14)を取り囲む通路(24)に沿って軸方向に流れる。（即ちカ ソード(14)とセラミック絶縁スリーブ(28)の内径との間）を流れるガスを方向付 け、カソードチップ(16)の周りの螺旋状通路を取って流れる。 上記した通り、カソード(14)を取り囲む通路(24)の部分は、外表面が絶縁円筒 スリーブ(28)の、好ましくはセラミックチューブの内径によって決まり、該スリ ーブ(28)はカソード(14)の周囲を伸びて、カソードチップ(16)から制限部形成ス リーブ(30)まで伸びた通路(24)の第一 部分(24A)の輪郭形状を構成する。チューブ(28)は、通路(24)の上流から伸びる 、即ち流入管(26)がプラズマガスを導入する位置から、スリーブ(30)までであっ て、制限部形成スリーブ(30)と突き合わせ関係に繋がっている。通路(24)の第一 部分(24A)は、直径Ｄ１で示す断面積を有する。 制限部形成スリーブ(30)は、徐々にテーパーする通路を形成するように作られ ており、該通路は第一部分(24A)（直径Ｄ１）の断面積から、ノド部、即ち直径 Ｄ２で表す通路(24)の最小断面積の部分(24B)に向かって断面積を滑らかに縮小 し、次に通路(24)の断面積を直径Ｄ３で表す断面積まで拡大する。該直径Ｄ３は 、望ましくは第一部分(24A)とほぼ同一、即ち望ましくは直径Ｄ３は直径Ｄ１に 等しくする。制限スリーブ(30)は上記した通り、通路(24)の断面積を、ノド部(3 4)の最小面積まで徐々に縮小する、テーパーのある上流部(32)を有し、ノド部(3 4)は最小部、即ち通路(24)の最小断面積（直径Ｄ２）の部分(24B)（ノド部(34) ）を形成している。スリーブ(30)には下流部(33)を形成しており、これは上記し た通り通路(24)の断面積を部分(24B)（ノド部(34)）の最小直径Ｄ２によって決 まる面積から、通路(24)の断面積を拡大し、通路(24)の下流拡大部(24C)まで拡 大したものである。下流拡大部(24C)は、アノード電極(36)を通って形成される ことが望ましい。望ましくはスリーブ(30)は、カソード (14)から離れた端部、即ちアノード電極(36)と突き合わせ関係にある拡大した下 流部(33)の端部で終わる。 通路(24)の断面積の変化は、上記形状に形成され、通路(24)を通るガス流の速 度を徐々に滑らかに変化させる。即ち、渦の形成を最小にする。その様にしない と通路(24)を通るガス流れが乱れる。通路(24)に沿う流れが乱れる原因となる、 小半径の曲がりを無くしたことが主な理由となって、これは達成された。スリー ブ(30)は導電性材料で形成することが望ましく、後述する通りアノード電極(36) を含むアノードと突き合わせ接触状態となる。 スリーブ(30)の上流部(32)によって形成される通路(24)の断面積は、通路(24) を通じてガス流れ中に渦の発生を最小にする様に、滑らかに縮小することが望ま しい。そしていづれにせよ、前記通路を通るガス流れの流速は、加速される様に し（流れを熱することによって、通路中で膨張させて加速することもある）、通 路(24)中のガス速度、特に制限スリーブ(30)では、カソードチップ(16)との間で 、制限スリーブ(30)を通ってアークを運び、ガス中に閉じこめるのに十分な速度 とし、それによって、アークは制限スリーブ(30)を通って、カソード(14)から離 れた通路(24)の端部近傍のアノード電極(36)に達する様にする。これは後述する 通り、アークがカソードチップ(16)とアノード電極(36)との間に伸び、通路(24) の壁か ら離れて制限スリーブ(30)を通過する。そしてスリーブ(30)が導電材料から形成 され、アノードと電気的に接続された望ましい場合には、制限スリーブ(30)にア ークが短絡することを防ぐ、従ってアークはスリーブ(30)ノド部(34)を通過し、 アノード電極(36)に達する。 上記した通り、スリーブ(30)を導電性材料によって形成し、スリーブ(30)をア ノード構造へ電気的に接触させて、スタート時にはカソードチップ(16)とスリー ブ(30)の上流部(32)との間に短絡アークを形成することが望ましい。スリーブ(30 )はスリーブを通過するガス速度が(ガス速度はスリーブを通る通路(24)の断面積 によって決まる)、アークを閉じこめ、スリーブ(30)を通って運び、カソードチ ップ(16)とアノード電極(36)との間に長いアークを形成するのに十分な速度にす る。 制限スリーブ(30)とアノード電極(36)は、アノード構造(35)の構成部分であっ て、これはまた、円形のアノードホルダー(42)を含み、これら要素を望ましくは 摩擦嵌めで保持し、容易に交換できるようにし、望ましくは(スリーブ(30)とア ノード電極(36)を)導電性材料によって形成したときは、スリーブ(44)を電気的 に接触させる。ホルダー(42)には冷却用フィン(43)を設けて、後述する通り冷却 用流体への熱伝達が起こり易くする。 スリーブ(44)は、鋳銅によって形成することが望ましく、絶縁スリーブ(28)の 外側へ緊密に接触して、スリー ブ(28)と(44)との間で熱伝達を行わせ、スリーブ(28)の冷却が行われるようにす る。 制限スリーブ(30)とアノード電極(36)は、おのおの、止まり嵌めの嵌め合い形 式が望ましく、アノードホルダー(42)へ丁度はまり、ホルダー(42)とスリーブ(3 0)との間及びホルダー(42)とアノード電極(36)との間のそれぞれの摩擦によって 、所定位置に収まることが望ましい。 スリーブ(30)は絶縁チューブ、即ちスリーブ(28)の端部へ押しつけられ、スリ ーブ(28)と突き合わせ関係で位置決めされる。電極(36)は管(28)から離れた側の 制限スリーブ(30)の端部に押しつけられ、該スリーブの端部と突き合わせ関係で 保持される。 図１及び図２に示したアノード電極(36)は、部分(24C)より遙かに小なる断面 積の出口(38)を有している。図１及び図２に示した出口(38)もまた、通路(24)の 長手軸方向に一致する長手軸を有している。有望があれば、遷移部(39)を急にし 、出口(38)の軸を軸(40)に対し鋭角にしてもよい。 通路(24)の長手方向の中心線、即ち軸(40)は真直線であり、カソード(12)は断 面が真直円筒形であって、部分(32)，(33)，ノド部(34)を含む制限スリーブ(30) とアノード電極(36)との場合と同じく、通路(24)の軸(40)を同芯にする。 上記したとおり、通路(24)の直径が直径Ｄ１からＤ２ へのテーパ率又は変化率すなわち上流部分(32)の形状は、アーク(58)がカソード チップ(16)とアノード(36)との間に延び、通路(24)の壁から離れて、長いアーク の形成（第２図参照）を確実にし、スリーブ(30)が導電性であってアノードに接 触しているとき、スリーブ(30)への短絡を防止するために必要なガス速度に基づ いて決められる。この形状はガス導入管(26)からシステムへ供給されるガスの量 と速度及びアーク(58)からガスへ伝達された熱によって決まる。熱はガスを膨張 させるから、ガス速度を増加せしめる。ガス速度はアークを通路(24)中に拘束し 、アークがアノード電極(36)に到達するまで短絡せしめないための主たるファク ターである。通路(24)の寸法と形状は、トーチの現場での使用法すなわちガス流 入速度、トーチ温度などによって変化する。 図２の図面に於いて、出口(38)から噴出するプラズマジェットの影響を受ける 粉末及び／又は他の材料は、チューブ(55)を経てジェット流へ導かれる。本発明 に関係する多くの別構造のトーチが必要に応じて組み合わされ、その出口が単一 プラズマジェットの形成にまとめられることは明らかであろう。 カソード特にカソードチップ(16)は、装置に対して固定することが望ましいが 、必要に応じて通路(24)に沿う軸方向の動きを調節可能とすることができる。 直径Ｄ１とＤ３はほぼ同一であるが、通路(24)の第１ 部分(24A)の直径Ｄ１によって表される断面積が、制限部分(24B)の直径Ｄ２によ って表されるノド部(34)の断面積に対する比率は少なくとも２対１であり、望ま しくは少なくとも５対１であり、制限部材(30)を通る流れがアークを閉じこめる 様にすることが望ましい。最大比率はガス速度と出力によって決まり、あまりに 大きくしたり、トーチを過熱させることはできない。そのような過熱を生じさせ ないで、断面積をいかに小さくするかについても明らかに限界がある。Ｄ４で示 すカソードチップの直径は、直径(D1)に関連しており、カソードチップ(16)の周 りにガス流れのための適当な通路断面積を形成する。すなわちカソードチップ(1 6)とセラミックチューブ(28)の内表面との間に、適当な通路断面積を形成する。 図面に示す実施例では、符号(52)で概略的に示した冷却室が、アノード構造(3 5)を包囲し、アノード電極(36)の近傍から、アノードから離れたカソードチップ (16)の側面まで延びている。室(52)は冷却液の流入口(54)と流出口(56)を備え、 冷却液は室(52)を循環している。 図２に示す如くアーク(58)はカソードチップ(16)とアノード(36)との間に形成 され、比較的狭い幅で非常に長い。この比較的長く、断面積の小さなアーク(58) を形成することによって、所定電力の消費で小さな電流対電圧比(Ａ／Ｖ比)でト ーチを働かせることができる。この比率は、もし制限スリーブ(30)が設けられず 、ガス速度が アークを取り囲み、スリーブ(30)を通ってアノード電極(36)へ運ぶように制御さ れなかった場合の比率と比べて、著しく減少する。スリーブ(36)が導電性材料に よって形成され、アノード電極(36)に対し電気的に接続する望ましい実施例にお いては、アークの立ち上がりの際、絶縁スリーブ(28)は、初期段階では形成され たアークを制限スリーブ(30)へ導き、アークはカソードチップ(16)と制限スリー ブ(30)の上流部(32)との間に形成される。 初期段階のアークは熱を発生し、通路(24)を流れるガス速度を増加させて、ア ークを制限スリーブ(30)を通って運ぶ速度にまで高める。すなわちアークが制限 スリーブ(30)と短絡することを防止して、制限スリーブ(30)を通り、アノード電 極(36)へ運ぶ。 セラミックスリーブ(28)とアノード構造(35)に加えられた冷却、特に制限スリ ーブ(30)に対して例えば室(52)から加えられた冷却は、制限スリーブ(30)を通過 してアーク(58)を運ぶガスの有効性に影響を与える。通路(24)の表面近傍のガス が低温であればあるほど、ガスのイオン化を変えて、一旦アークがカソードチッ プ(16)とアノード電極(36)との間に形成されると、制限スリーブ(30)との間にア ークが短絡することを防ぐ。従ってトーチが適切な冷却があるように設計されて いることは大切である。 アノード構造(35)のために、電気接続部(60)が保持ス リーブ(44)に対して接続され、これはアノード電極(36)から離れた側のカソード チップ(16)の側方に位置しており、電流がシステムを通って流れる様に構成して いる。すなわちカソード(14)からアノード(36)へ、そしてアノード構造(35)を経 てコンタクト(60)へ続けており、アーク(58)を完全に包囲し、外部の磁力に対し アーク(28)を孤立させ、複数のトーチが接近して横並びに配置されている場合、 隣のトーチから生じる力を遮断し、これによってトーチの操作性を改良する。 実施例 発明の具体的な実施例において、Ｄ１とＤ３はそれぞれ、０.３７５インチで あり、Ｄ２は０.２２インチであり、軸４０に沿って、直径の変化が０.２８イン チの長さで起こっている。上流部(32)のテーパー部分は、ほぼ円錐形であるが、 ノド部(34)と通路(24)の部分(24A)との接触点まで徐々にカーブし、ガス流れ中 に渦の発生をできる限り防止している。通路(24)に沿って、短い曲率半径の部分 は形成しない。 ノド(34)の長さは、軸(40)に沿って測られ、これは重要な点ではない。具体的 な実施例では、約０.１０インチであるが、その他適当な長さとすることができ る。最小直径Ｄ２から最終の直径Ｄ３までの変化は、直径Ｄ１からＤ２へ縮小し た場合程には重要ではない。具体的なトーチでは、ノド部(34)からアノード電極 (36)までの下流 部分は、軸(40)に沿って測った長さは０.６５インチである。 本発明を開示したので、当業者であれば、添付の請求の範囲に記載する発明の 範囲内で、実施変更をなし得ることは明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 バーゲス，アラン カナダ国 ブイ７エル ２ゼット１ ブリ ティッシュ コロンビア，ノース バンク ーバー，ナインティーンス ストリート イースト 243

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プラズマトーチの操作電力の電流対電圧比を低下させる電極構造であって、 カソードと、該カソードから離れた側の下流端にアノード電極を有する中空円形 のアノード構造と、ガス通路とを備えており、前記中空アノード構造の内側は、 前記通路の輪郭壁を構成し、前記ガス通路は、前記電極構造の長手軸に対し、対 照的であって、カソード部分の周囲から伸び、カソードから中空アノード構造を 通って、アノード電極へ伸び、前記カソードは、前記通路と同軸のカソードチッ プと、前記カソード部分の周囲と前記カソードチップを通り、前記中空アノード 構造を通過する通路へ、ガスを導入する手段を備えており、前記中空アノード構 造はさらに、前記カソードと前記アノード電極との間の、アノード構造を通る通 路の断面寸法を決める制限手段を備えており、該制限手段は、カソードチップ近 傍の上流部と、該カソードチップから離れた下流部と、それらの間のノド部を備 え、該ノド部は最小断面積の通路部分を形成し、前記上流部は、前記カソードか らガス流れの下流方向に、前記カソードと前記製品手段の間の通路の第一部分を 形成する距離だけ、カソードから離れており、該通路の第一部分は、第一断面積 を有し、該第一断面積が、前記最小断面積に対する比率を、少なくとも２対１で あって、制限部材の該下流 部は、前記アノード電極の位置で止まり、制限部材の前記上流部は、前記第一断 面積からノド部の前記最小面積まで、徐々にかつスムースに縮小する形状であっ て、通路を通るガス流れの速度を加速し、該ガス流れは加熱と、通路中での膨張 によっても加速され、制限手段を通るガス流れ速度は、前記カソードチップと前 記制限手段との間のアークを運び、ノド部を通る通路に、アークを閉じこめる速 さであり、前記下流部は、通路の断面積をのど部の下流端から、アノード電極へ 徐々に拡大する形状であって、アークは前記アノード電極に放電し、これによっ てアークは、カソードとアノード電極との間に伸びて、前記制限手段を通り、前 記ガス流れによって、通路の壁から離れて閉じこめられ、制限手段を有しない同 様な電極構造と比べて、前記比率を低下させたプラズマトーチ電極。 ２．前記制限手段は導電性であって、前記電極構造は更に、導電性制限手段を前 記アノード構造へ電気的に接続する手段を有しており、前記距離は、トーチの起 動時に前記カソードチップと、前記制限手段の上流部との間に、初期電極を形成 するのに、十分な距離であって、前記制限手段は、該制限手段を通るガス速度が 、初期形成したアークを制限手段を通って運び、前記制限手段に対しアークの短 絡を防止する為に十分とする請求項１に記載の電極構造。 ３．絶縁スリーブは、カソードチップを取り囲み、カソードチップと制限手段と の間の通路の第一部分の内側輪郭を形成しており、該弟一部分は、通路の長手方 向に伸びて、アノードとカソードとの間の最小アーク長さ、これは少カソードチ ップと制限手段との間の間隔に少なくとも等しいアークを生じさせる請求項１又 は２の、いずれかに記載の電極構造。 ４．第一断面積が、前記最小断面積に対する比は、少なくとも５対１である請求 項１，２，３又は４のいずれかに規定する電極構造。 ５．前記カソードと前記絶縁スリーブとの間に、前記カソードを取り囲んで案内 手段が形成され、カソードを前記絶縁スリーブ中の中央に位置決めし、前記案内 手段は、前記ガス通路中に配置され、フィン構造を有して、ガスの流れ方向を、 カソードチップの周りにおいて、前記制限手段に向かって、スパイラルパターン を描く様にする請求項３又は４に規定する電極構造。 ６．前記アノードは、絶縁スリーブを取り囲んで、前記カソードチップと前記ア ノード電極との間に形成される前記アークの全長に伸び、アノード電極から離れ た側のカソードチップの側面に、単一の電気接続部を設けている請求項３，４， ５のいずれかに規定する電極構造。