JPS61259778A - 複ト−チ型プラズマ溶射方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、気体中をながれる大電流いわゆるアークや
それによって発生する高温度のプラズマによって、金属
やセラミック等の物質を溶融して処理対象物に吹き付け
、その表面に強固な被膜を形成するための、いわゆるプ
ラズマ溶射の技術の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

第１６図に示したのは、既に広く行われているいわゆる
プラズマ溶射装置の、主要な部分を図示したものである
。すなわち陰極１はその先端が陽極ノズルのノズル管路
２５の入口付近に来るように、絶縁物１２によって同心
に保持されており、その上流に６壬、プラズマガス送入
ロアよりプラズマガス８が送入される。

電源３の負側は、導線５によって陰極１に接続されてお
り、電源３の正側は導線６によって、起動用電源４を通
して陽極ノズル２に接続されている。なお、１３は冷却
システムであって、通常陽極ノズル２の内部は、図に示
してないが二重構造になっており、その内部を配管１４
及び１５を介して軟化した冷却水等により常に冷却する
ようになっている。今、陽極ノズル２に矢印８．９で示
されたプラズマガス、通常はアルゴン等の不活性ガスを
流しながら、電源３により、陰極と陽極の間に直流電圧
を印加しつつ、起動用高周波電源４によって、高周波電
圧を印荷すると、陰極１の先端から、陽極ノズル２のノ
ズル管路２５の内面１０Ｓに向かってアークが発生する
。このような短いアークは、陽極ノズル２のノズル管路
２５の内壁、ノズル管壁２６を損傷させやすいので、ア
ーク１１がなるべく長い距離にわたって、ノズル管路２
５内に形成され、陰極ノズル１の先端より遠い陽極点１
０を形成するように、大量０ブラーＫｑｌｆＺ８が流さ
れる・こ０ように　　　　！□して形成されたアーク１
１によって陽極ノズル２のノズル管路２５内を流れるプ
ラズマガスは、　　　１強く加熱されて高温度になり、
いわゆるプラズマ炎１６状態になって、陽極ノズルの先
端から噴出するが、この時、材料送入管１７によって溶
射用材料１日を送入すると、これらは矢印１９に示した
如く、陽極ノズル２より噴出する　　　　、′高温度の
プラズマ炎１６に混入して、瞬間的に　　　　′□熔融
した材料２０となって処理対象物、即ち母材２２に吹き
付けられ、その表面に被膜２１を形成する。なお、溶射
用材料１８は、材料送入管１７で示した如く、陽極ノズ
ル２の出口の直後に供給される場合もあるが、矢印２３
に示した如く、陽極ノズル２の出口直前に設置されるこ
ともある。いずれにしても、従来使用されているこの種
のプラズマ溶射装置においては、陽極ノズル２の中に長
いアーク１１を形成させ、陽極ノズル２の内壁２６の侵
食を防止し、陽極ノズル２のノズル管壁２６をプラズマ
ガス８．９によって冷却するために、極めて多量のガス
が使用され、陽極ノズル２の先端におけるプラズマ炎１
６の噴出速度は、通常、マツハ０．５から３の範囲とい
う極めて高速の状態に保たれ、このために在来の溶射装
置においては、陽極ノズル２の先端付近から、１１０ホ
ンないし１２０ホン程度の著しく強烈な騒音が発生し、
そのためにプラズマ溶射装置は通常、隔°離された防音
室の中でのみ運転が可能であり、これを操作する操作員
も騒音防護装置を着用しなければ、これの運転操作にあ
たることができないという大きな欠点を有している。

更に、通常、陽極ノズル２の先端から噴出されるプラズ
マガスは多量の紫外線を含む強烈な光輝炎であるので、
これを直視することは不可能であり、これの操作員は、
紫外線防護用の眼鏡を着用することを余儀なくされる。

又、在来の溶射装置に使用されるプラズマガスは、通常
アルゴン、ヘリウム、水素等の高価な不活性ガスが使用
される。これは、プラズマガスとして空気や酸素等活性
度の強いガスを使用すると、ノズル管壁２６が急速に酸
化されて消耗し、長期の連続運転が不可能になるからで
ある。これらの不活性ガスは高価であり、しかもノズル
内で高速を発生させるために多量に消費されるので、極
めて高い運転費がかかるという大きな欠点もある。又、
在来のプラズマ溶射装置においては、その先端から噴出
されるプラズマ炎１６が、その著しい高速のために、極
めて強力な乱流状態となっており、このために矢印２７
に示した如く、噴出口付近の大気を多量に巻き込み、プ
ラズマガスの温度は急速に低下する。従って適正な条件
で溶射をするためには、陽極ノズル２の先端と母材２２
との距離は、極めて正確に推持することを要求され、こ
れがずれると適正な被膜２１を構成することが極めて困
難になり、従って、被膜の品質管理には極めて厳格な運
転条件の管理が要求され、品質管理が容易でない。又、
以上に詳細に述べたような事情によって、従来のプラズ
マ溶射装置においては極めて多量の高速ガスが母材２２
に向かって強烈に吹き付けられるので、母材２２は強度
の高いものに限定され、かつ微細な加工には適しない、
又、従来のプラズマ溶射装置においては、プラズマガス
８として、アルゴンやヘリウム等の不活性ガスを使用し
、プラズマガスの価格が高価になるという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明が解決しようとする問題点は、従来のプラズマ
溶射装置の広い普及を妨げている強烈な音と、紫外線を
含み、直視不可能な強力な光の発生を防止し、運転によ
って消費される高価なガスの量を節減し、かつ空気等の
安価なガスを使っても運転ができ、又、別の見地から、
空気や酸素等の強力な反応性のガスを使用しても運転が
可能であり、装置と母、材との距離等の運転条件の管理
がゆるやかですみ、部品の消耗が少なくてすみ、長期間
　　　　　゛の連続運転が可能であり、比較的強度の弱
い母材の加工もでき、かつ微細な加工に適した　　　　
　：新規なプラズマ溶射装置を提供することを目的とす
るものである。

ｃ問題点を解決するための手段〕　　　　　　　　　　
１この発明の要点は、プラズマを発生させる　　　　　
；ためのアークを、二つのアークトーチを用いて作り、
これによってアークの始点と終点を確実に固定し、アー
クの陰極始点だけでなく、　　　　□不°活性ガスによ
って、アークの陽極終点をなす電極の消耗を確実に防止
する手段を設け、これによってプラズマガスが著しく少
なくても運転可能としたことであり、これが発明の第一
の大きな特徴である。二つ目の大きな特徴は、これによ
って通常は発生したプラズマを層流状態とし、プラズマ
のエンタルピーを大巾に向上させ、これによって騒音の
発生をおさえると同時に、母材の直前でプラズマ分離手
段を用いて、層流プラズマにおいて加熱され、液滴とな
って被処理物、即ち母材に向かって進行する皮膜材料を
含むプラズマ炎から、プラズマを分離してプラズマによ
る母材の傷損をおさえると共に、極めて高い温度に加熱
されて溶融した被膜材料を、極めて短い飛行距離の後に
、直ちに母材の表面に吹き付けて゛、比較的遅い速度で
も、性能の良い被膜を形成することができることである
。又、アークの終点を、アークの始点となるプラズマト
ーチとは別のプラズマトーチとして位置を固定し、その
終点を不活性ガスによって確実に保護することによって
、プラズマガスとして酸素や空気等の強烈な反応性をも
つガスをも容易に長時間にわたって使用することが可能
となり、これによって酸化物セラミックスやフェライト
等の酸化物の場合でも、極めてすぐれた物性をもつ被膜
を溶射によってつくることができる。また酸化物系の材
料の溶射にあたっては、プラズマガスの大部分は空気で
すむことになるので、運転コストの大巾な節減が可能と
なった。

〔作用〕

本発明によるプラズマ溶射においては、プラズマを発生
させるためのアークの始点と終点が不活性ガスにより確
実に保護され、かつ必要に応じて冷却され、かつ、起動
時にアークを順次転移させて、アークの始点を形成する
トーチの外にアークを一旦引き出し、それをアークの終
点を形成するためのトーチの内部に終端させるので、長
いアークを容易に作ることができる。更に、アークの終
点すなわち陽極点は保護用の不活性ガスによって保護さ
れるので、プラズマを発生させるためのガスの流量を、
アークの長さや電流値とほぼ独立に選定することができ
るので、プラズマガス量設定の範囲が著しく広くなる。

従ってプラズマ炎が層流をなす状態で長期間連続に、か
つ確実に運転することができるようになった。これによ
って、溶射に伴って発生する騒音を７０〜８０ホン程度
の低い値に保つことが容易になった。本発明によるプラ
ズマ溶射では１　　　　　アーク電流の値はプラズマガ
スの流量が少ないにもかかわらず、かなり大きな値で運
転することができ、かつ、アークが長いので、アークの
始点と終点の間の電位差、すなわち、アーク電圧を大き
くとることができ、結局、アーク電流と電圧の積によっ
てきまるところのアークによって有効に消費される電力
が大きくなり、その結果発生するプラズマの温度とエン
タルピーが著しく大きくなる。このために、溶射用材料
の溶融が極めて確実に実現される。更に、本発明による
溶射に゛おいて、主として適用される層流プラズマ炎は
、飛行中に周囲のガスを巻き込んで温度が低下すること
が極めて少なく、溶融して液滴となった溶射用材料はこ
の層流炎に乗ってまっすぐに溶射対象に向かって進行す
るので、飛行につれて温度の低下することが少ない。そ
して、溶射対象物の直前でプラズマのみが分離され、　
　　　□゛以以後力て短い飛行時間の後で、温度が下が
らないうちに溶射対象物に衝突する・したが　　　　１
７って飛行速度が従来の溶射に比べて数分の−：：・１
゜ の低速であるにもかかわらず、極めて強固な高性能な被
膜を得ることができる。また、在来の溶射においては溶
射用材料の送入点は必ずアークより下流のプラズマ炎中
であったのに対して、本発明による溶射においては、溶
射用材料はアークの終点より上流のアーク中ｃｉ、、。

よお、。よアう８、アやえヶゆ。ア　　　□１−りに送
入できるので、溶射用材料の溶融にアークの電力が直接
寄与し、この点からも溶射用材料の溶融を極めて高効率
で実施す−ることができる。更に、本発明による溶射に
おいては、溶射に使用されるプラズマ炎が層流炎であっ
て、その広がりが少なく、かつプラズマ炎の飛行速度が
低いので、溶射対象物に大きな力を及ぼすことが少なく
、強度の小さい溶射対象物にも容易に溶射を適用するこ
とができ、かつプラズマ溶射によって微細な加工をも実
施することができる。

本発明による溶射においては、使用されるトーチの溶射
はアークの始点と終点が不活性ガス、もしくは冷却によ
って確実に保護され、かつアークの始点と終点とは別の
部位からプラズマガスが分割して送入されるようになっ
ているので、プラズマガスとして、酸素や空気等の著し
く活性度の高いガスを使用できることが、その大きな特
徴であり、これは在来の溶射では実現できなかったこと
である。これによってプラズマ炎の物性を任意に選定す
ることができ、在来は高度な物性をもつ溶射被膜を得る
ことが不可能であったフェライト、アルミナ、チタニア
等の材料をも溶射して、独自の高度な物性をもつ被膜を
得ることが可能となる。又、被膜の材料に特別の性能を
要求されない場合でも、例えば、酸化物セラミックス等
の場合には、通常の空気をプラズマガスの大部分として
利用することができるようになったので、これは高価な
不活性ガスの使用量をへらし、運転費の低減に大いに寄
与することができる。

本発明によるプラズマ溶射においては、トーチから溶射
対象物に向かって飛行するプラズマ炎の周囲には、必要
に応じて外套が設けられ、これによって、プラズマ炎か
ら発生する紫外線を含む強烈な光輝炎を遮断することが
でき、更に、プラズマ炎の側対による熱損失をこれによ
って防止することができるので、プラズマ炎及び溶射用
材料の温度低下が防止され、温度低下が、溶射対象物の
直前になって、プラズマが分離されるまでは、確実に防
止することができ、これも高性能の被膜を得ることに極
めて大きな寄与をすることとなる。

本発明によるプラズマ溶射においては、溶射用材料がア
ークに直接送入され、プラズマ炎のエンタルピーと温度
が著しく高いことにより、溶射用材料の溶融は極めて短
時間で行われ、かつ、その後の飛行もプラズマが層流炎
をなしているので、溶射対象物に向かって直線的に飛行
し、プラズマ分離を実施する点は、トーチの出口から２
６．５〜３０ｃｍ程度までの距離の任意の点に設定する
ことができ、これは溶射対象物の形状及び要求される塗
膜の性能に応じて選定することができ、これによって溶
射適用の範囲を著しくひろくとることができるようにな
る。又、フレーム外套と連結室及びその中に必要に応じ
て適切な成分のガスを送入することによい。プラズマ炎
のガス成分の管理が極めて確実に行われることができる
ようになり、金属などのように酸化等による溶射材料の
変質を極端にきらう材料の場合にも、被膜の品質管理を
確実に実施できるようになる。又、プラズマ分離手段と
して排気を適用する場合には、これにより、プラズマ形
成によって生成した有害ガス、例えば、プラズマガスと
して、空気や窒素を利用した場合に、発生しやすいＮｏ
、及び溶射対象物に、付着しなかった溶射用材料等の大
部分を、確実に回収することができるので、これは強烈
な音響及び紫外線を含む強烈な側対の発生防止と共に、
溶射作業環境の改善に著しく貢献することができ、溶射
を通常の工作機械と同等に生産工程に特別な付加装置な
しに導入できることとなる。

゛〔実施例〕 第１図は、本発明によるプラズマ溶射装置　　　　　１
の実施状況を示す第一の例である。図において、主陰極
３１はその先端が主陰極を囲み、かつ放出口を有する主
外套３２と、絶縁物５８によって同心に保持されており
、主外套３２に設けられた主ガス送入口３３より、矢印
３４で示した如く主プラズマが送入される。主電源３５
の負端子は主陰極３１に接続されており、主電源３５の
正端子は主外套３２にスイッチ手段３６を介して接続さ
れており、これら′が全体として、主トーチを構成して
いる。次に、主トーチの中心軸すなわち、主陰極３１の
中心軸と交叉するように配置された副陰極３７があり、
この副陰極３７を囲んで、かつ先端に放出口を有する副
筒−外套３８が、副陰極３７と同心に設けられており、
この副外套３８には、矢印４０で示される副ガス送入口
３９が設けられている。副電源４１は、その負端子がス
イッチ手段４２を介して、副筒−外套３８に接続されて
おり、副電源４１の正端子は副陰極３７と主電源３５の
正端子の両方に接続されている。

第２図において矢印３４に示されるプラズマガスとして
アルゴン等の不活性ガスを流し、スイッチ手段３６を閉
じて、主電源３５の電圧を主陰極３１と主外套３２との
間に印加し、図には示してないところの起動用電源によ
って主トーチを起動すると、主陰極３１の先端から上第
−外套の放出口に向かって起動アーク４３が形成され、
これによって主プラズマガスが加熱され、プラズマ４６
となって主外套の先端よりトーチ２９の外部に向かって
放出される。次にスイッチ手段４２を閉じて、副電源４
１の電圧を副陰極３７と副外套３８との間に印加し、か
つ、矢印４０に示される副プラズマガスとして、アルゴ
ン等の不活性気体を送入すると、副トーチ起動アーク４
４が発生し、副外套の先端の放出口よりプラズマが噴出
される。このようにして主トーチと副トーチの先端から
噴出されるプラズマ４６は、主トーチ２９の中心軸と副
トーチ３０の中心軸が交叉するように設けられているの
で、その先端で交叉し、プラズマ４６は導電性であるの
で、この状態において主陰極３１の先端から副陰極３７
の先端に至るプラズマ４６による導電路が形成される。

この状態が完成した後でスイッチ手段３６及び４２を切
ると、主電源３５の電圧が主陰極３１の先端と副陰極３
７の先端に印加されるで、これによって主陰極は３１の
先端から副陰極３７の先端に向かう定常ヘアピンアーク
４５が形成される。この場合、主トーチ２９の構造と供
給される主プラズマガス及び副トーチ３０の構造と副ト
ーチ３０に供給される副ガスの量とを適当に選定すると
、第２図に示された如く、主トーチ２９とほぼ同軸をな
すプラズマ炎５４を発生させることができる。このよう
にして発生させた定常ヘアピンアーク４５は、その始点
と終点とがそれぞれ主陰極３１の先端と副陰極３７の先
端に確実に固定され、かつ、それらの先端は不活性ガス
で保護されているので、第１図に示した在来型プラズマ
溶射装置の如く、アークの終点となる陽極ノズル２の内
面を冷却子るために、大量のガスを流す必要がなくなり
、主トーチ２９に流す上第−プラズマガスの量を、極め
て広い範囲にわたって小流量ら大流量の任意の量に設定
することが可能となる。

なお、以上の説明では、主外套３２及び副外套３８の内
面は、通常何れも二重構造となっており、その内部を水
等の循環によって冷却されているが、これは省略し図示
してない。なお、以下の説明においては、各該当の冷却
システムは何れもこれを省略する。

第１図に示した二つのトーチにより、それぞれその先端
を不活性ガスで保護した電極の間において、始点と終点
が固定されたアークを発生し、これによりプラズマガス
を加熱して、プラズマを発生させることにより、主トー
チ２９のプラズマガスの流量は極めて広い範囲にわたっ
て任意の量に設定することができ、かつ、エレクトロン
の流れに注目した場合、終点をなす副トーチ３０のプラ
ズマガスは非常に少ない量ですむので、この方式によっ
て発生するプラズマ炎５４はその流速を極めて広い範囲
にわたって自由に設定することができる。

又、定常運転状態においては、それぞれのトーチの起動
アーク４３及び４４は存在しないので、　　　　′各外
套の先端の放出口の内部が損耗することも少なく、極め
て長時間の連続な安定運−転が可能となる。特に、本発
明においては、基本的な構成を第１図に示したような方
式によって、プラズマガスの流量の少ない範囲において
形成されるプラズマ炎が、層流をなすような状態を溶射
に適用しようとするのが、その重要な構成要件の一つで
あって、第３図に示したのは、第１２図に示した在来方
式のプラズマ溶射のためのプラズマ炎の形状と、本発明
による主トーチ２９及び副トーチ３０によって発生され
るプラズマ炎５４の形状の著しい差異を図によって示し
たものである。即ち第３図において１６は在来形の溶射
用プラズマトーチの陽極ノズル２によって発生する乱流
プラズマ炎の代表的な例であって、このプラズマ炎１６
は、著しい乱流をなしているので、プラズマトーチを出
ると同時に大量の同伴気体を吸入し、かつ急速に広がり
、短い距離において急速に温度が低下して、通常１００
ｆｉ程度のプラズマ炎を形成した後に消失するのに対し
、第２図に基本的構成を示した本発明による溶射用主ト
ーチ２９、副トーチ３０においては、発生するプラズマ
炎５４は基本的には層流をなし、トーチを噴出後もプラ
ズマ炎に同伴空気を巻き込むことはほとんどないので、
第３図に示した如くプラズマ炎５４の長さは長大となり
、かつ、プラズマ炎の広がりが極めて少ないのがその大
きな特徴である。在来方式のプラズマトーチから発生す
るプラズマ炎１６は、１１０〜１２０ホン程度の強烈な
騒音を発生するのに対し本発明による層流プラズマ炎５
４は、７０〜８０ホン程度の低い騒音しか発生しないと
いう大きな特徴を有してしいる。第３図において、在来
方式の溶射用プラズマトーチの陽極ノズル２においては
、約６０ＫＨの電力が送入され、それに対して毎分６０
＆の不活性ガスが消費されるが、これに対して、本発明
による第１図の方式の二個のプラズマトーチ２９．３０
によって発生するプラズマ炎５４の場合は、トーチに入
される電力が１５に−であるのに対して、消費されるガ
スは約毎分４．５！であり、これらのことから明らかな
ように、本方式によって発生するプラズマ４６は高温で
極めて高いエンタルピーを有するので、このプラズマ炎
４６に送入された溶射用材料は急速に高温度に加熱され
、かつ、同伴気体を巻き込まないので、飛行中における
プラズマ炎及び溶射用材料の温度低下が著しく少ないと
いうのが大きな特徴である。しかしながら、プラズマの
噴出速度はトーチ２９の先端において最も高速であり、
飛行距離が増すにつれて低下し、同伴して飛行する溶射
用材料も飛行速度が低下するので、いたずらに長距離の
飛行の後に母材に吹き付けるのは良好な被膜を形成させ
るために得策ではない。この矛盾を解決するための手段
が本発明の重要な構成要素をなすプラズマ分離手段であ
って、この発明は第２図に示した如く、二個のトーチを
用いて安定かつ低速のプラズマを発生させ、これを溶射
用材料の溶融に利用するという第一の構成要件と共に、
第二の構成要件として、この放置すれば長大になる層流
プラズマ炎を任意の点でプラズマのみを分離し、その直
後に溶融した液滴状被膜材料のみを母材に吹き付けると
いう手段を導入することによって本発明の主要な部分が
完成されたのである。

第１図において材料送入管４７よりプラズマ炎５４に向
かって送入された被膜材料４８は、高温で著しく高いエ
ンタルピーを持つ強力な層流プラズマ４６によって直ち
に高温に加熱されて溶融し、溶融被膜材料４９に示した
如くプラズマ炎５４に同伴されながら、あまり広がらな
いで母材５６に向かって進行する。この溶融被膜材料４
９を含むプラズマ炎５４は、母材５６の直前に設けられ
たプラズマ分離手段２日によって、プラズマのみが分離
され、その直後に溶融した被膜材料４９は母材に衝突し
、強固な被膜５５を形成する。プラズマ分離手段２８は
種々の方法が可能であるが最も簡単な方法はプラズマ分
離給気口５０であって、ここから矢印５１に示された如
くプラズマ炎５４に交叉して欠削５１に示した如く気体
を送入する。この気体の量を適切に選定することによっ
て、溶融した被膜材料４９の液滴を含むプラズマ炎５４
の中から比重の小さいプラズマのみが分離され、しかも
溶融状態にある比重の大きい被膜材料４９はほとんど冷
却されずに、その直後に母材５６に衝突して、被膜５５
を形成するということを見出して、この発明を完成する
に至ったものである。他にプラズマを分離する手段とし
ては、母材５６の直前でプラズマ分離排気口５２によっ
て、矢印５３に示した如く排気を行うことによってプラ
ズマを分離し、母材５６の損傷を防ぐことも可能であり
、又、給気と排気を併用することによってプラズマの分
離を行うことも可能である。本発明によれば、高エンタ
ルピーをもち、かつ低騒音の層流プラズマにより、被膜
材料を充分に溶融させるので、在来の乱流プラズマによ
る溶射の如く、マツハ０［５〜２或いは３という超高速
の吹き付は速度を利用する必要がなく、在来のプラズマ
溶射と同程度あるいはそれ以上の被膜の接着強度、ない
しは被膜自体の強度を達成することが容易である。又、
本発明によれば、層流プラズマの内部における温度分布
は比較的均一性が良く、あまり大きく広がらないので、
溶融粒子の飛跡によって晒される温度が著しく異なるこ
とがなく、極めて均一性の高い被膜を形成することがで
きる。更に、本発明による層流プラズマ炎は、通常はあ
まり大きく広がることがないので、第１図に示した如く
、耐火物等によってフレーム外套５７を設け、飛行する
プラズマ炎５４を包み込むことによって、プラズマから
失われる熱を少なくし、かつプラズマ炎４６から発生す
る強い紫外線を含む強烈な光を遮断して作業環境の著し
い改善を実現することが可能となった。

第２図において７９は主トーチ２９、副トーチ３０゜お
よびフレーム外套５７を連結して、外気の進入を防止す
るための連結室であって、運転条件によっては矢印８０
に示した如く、この連結室へ必要な気体を送入すること
もある。

第１６図に示した在来の溶射装置においては、定常運転
におけるアークの終点、すなわち陽極点１０は溶射用材
料送入管１７、あるいは２３の必ず上流に位置するよう
になっている。これは陽極点１０が溶射用材料送入管１
７あるいは別の材料送入管位置２３の下流に来ると、材
料送入管１７の開口部が傷損されるので、これを防ぐた
めにこのような構成がとらえている。しかし、本発明に
よる溶射装置においては、第１図に示した如く被膜材料
４８の材料送入管４７は、主トーチ２９から一旦外部に
引き出されて、しかる後、副トーチ２８に終端する定常
ヘアピンアーク４５の先端よりは上流の点に位置してい
る。これが本発明による溶射装置の著しく大きな特徴の
一つをなすものであって、層流プラズマが前述の如く高
い温度とエンタルピーをもち、そのために被膜材料４８
の溶融が在来型の溶射装置に比べて、より完全に行われ
るだけでなく、被膜材料４８がヘアピンアーク４５自体
にかなりの部分が送入され、これによってアーク自体の
電圧降下が上昇し、そのため、装置全体として使われる
有効電力の比率が材料の送入によって、その分だけ向上
するという点が本装置の大きな特徴である。プラズマ４
６の温度とエンタルピーが高いことと、この特徴との両
方が、本装置による溶射プロセスにおいて、被膜材料の
溶融が完全になり、比較的低い速度で被膜材料４８が母
材５６に衝突するにもかかわらず、在来型の溶射装置に
比較して、同等あるいはそれ以上の被膜性能を得ること
が容易であるのは、この理由に基くものである。

以上に詳細に説明した第１図における本発明の実施例は
、二個のプラズマトーチを用い、その各々のプラズマト
ーチの陰極の先端は、不活性ガスにより保護されており
、この二個のプラズマトーチの間に発生する定常へアピ
ンアーク４５によって生成されるプラズマ炎５４を用い
て被膜材料４８を溶融し、これを母一体５６　　　　　
　□；の直前でプラズマだけを分離して溶融した被膜材
料４９を母材５６に吹き付けるという最も基本的な構成
より成り立つ実施例である。

第４図に示したのは、本発明の基本的構成要件の第三番
目であるところの、酸素や空気のような極めて反応性に
冨む気体を用いて、プラズマ溶射を実施する本発明によ
る実施例の基本的構成要件を示したものである。第４図
において主陰極３１は、絶縁物５８によってこの主陰極
３工を囲み、かつ放出口を有する外套３２と主外套ガス
送入口３３、主外套３２を囲み狭窄口を有する主第二外
套６２が、絶縁物６０を介して外套３２と同心をなすよ
うに構成されており、この主外套３２と主第二外套６２
の間の空間に、主第二ガス送入口６３を通して、主トー
チ２９の主第二ガス６４が送入されるようになっている
。次に副陰極３７はこの副陰極を囲み、かつ放出口を有
する副筒−外套３８が、副陰極３７と同心をなすように
絶縁物５９によって取り付けられており、更に副ガス４
０が副ガス送入口３９から送入されるようになっている
。

又、副筒二外套６７は絶縁物６１によって副外套３８と
同心をなすように取り付けられており、副筒二ガス６９
が副筒二ガス送入口６８を通って送入される。主電源３
５はその負端子が主陰極３１に接続されており、正端子
にはそれぞれスイッチ手段３６．６５を介して、主外套
３２及び主第二外套６２に接続されており、これらが全
体として主トーチ２９を構成している。副電源４１はそ
の正端子が主電源３５の正端子及び副トーチ３０の副外
套３８に接続されており、副電源４１の負端子はスイッ
チ手段４２を介して副陰極３７に接続され、これらが全
体として副トーチ３０を形成している。

第４図に示した本発明の実施例における各トーチの起動
は次に示すような順序で行われる。

すなわち、スイッチ３６を閉じて主電源３５により、陰
極３１と主外套３２の放出口の間に起動アーク４３をま
ず形成させ、これによって主プラズマガス３４が加熱さ
れて、主第−外套３２の先端から導電性のプラズマが主
第二外套６２の狭窄口を通って、主トーチから放出され
る。この時、スイッチ手段６５を閉じ次いでスイッチ手
段３６を開くと、既に形成されているプラズマを介して
起動アーク４３が消去されると同時に陰極３１の先端か
ら放出されるアークは、主第二外套起動アーク６６を形
成し、これによって、主プラズマガス３４と主トーチ第
二ガス６４が加熱されて、プラズマ炎５４が主トーチ２
９の外部に放出される。次にスイッチ手段４２を閉じて
、副電源４１によって副外套３８と副陰極３７との間に
起動アーク４４を形成させると、プラズマガス４０がこ
のアークによって加熱され、副外套３８の放出口よりの
導電性プラズマが形成され、これは更に副筒二外套６７
の先端の狭窄口を通って導電性プラズマが幅トーチ３０
の、□４１１ ゛　　　　外部に放出される。これらのプロセスが終了
すると、主トーチ２９と副トーチ３０とは・、その中心
軸が交叉するように設置されているので、それぞれから
放出される導電性のプラズマが導電路を形成し、この段
階において、スイッチ６５及びスイッチ４２を開くと、
主電源３５によって主陰極３１の先端から副外套３８の
狭窄口外面に向かって定常ヘアピンアーク４５が形成さ
れ、この時主トーチに送入されるガスの量と、副トーチ
に送入されるガスの量を夫々調整することによって、第
４図にしめされた如く、主トーチ２９の中心軸とほぼ同
心をなすプラズマ炎５４が形成される。この場合、主プ
ラズマガス３４、副ガス４０、副筒二ガス６９としては
、アルゴンなどの不活性ガスが使用されるが、これに対
して主第二ガス６４は空気や酸素等の反応性に富むガス
を使用しても、このガスが通る主第二外套６２先端の狭
窄口は内部から水冷されているので、酸化等の反応を起
こすことがなく、従、てこのように構成された零発　　
　　　１１明の方法においては主第二ガス６４の量を他
の　　　　　；°”保護用のガスに対して多くすること
によって、プラズマガスの主成分を活性度の高いガスに
しても、長期間の連続的な定常運転可能−となる。この
場合、副トーチ３０の陰極３７の先端は定常運転におい
ては通常のトーチでは水冷することは不可能であるが、
このように構成すれば、通常の定常運転においては、電
子が流入するのは副外套３日の先端であり、ここは内部
から冷却されており、かつ副筒二ガス６９と不活性ガス
によって保護されているので、第１図に示した本発明に
よる方法に比較して、副トーチ３０の先端の消耗もほと
んど無く、極めて長時間にわたって安定な運転を維持す
ることが可能となる。これが第４図による本発明による
実施例の大きな特徴である。第４図に示した本発明によ
る実施例の要点は、活性ガスがプラズマガスの主成分を
占めるような条件で連続安定運転ができ、かつ、おもに
その条件のもとにおいて、層流プラズマを発生できると
いうことに要約することができる。

これによって第１図の実施例において示した層流プラズ
マの種々のメリットを生かして溶射装置を構成できると
いう点に関しては、第４図の実施例は第１図の実施例と
同一である。ただし、第４図の実施例においては、フレ
ーム外套５７が多孔質材料又は、多孔部材で少なくとも
その一部が構成されており、それを更にフレーム外套外
皮７０がこれを覆っており、その空間に矢印７１に示し
た如くフレーム外套をパージガスが送入され、これが矢
印７２に示した如くフレーム外套を通して、プラズマ炎
５４の空間に送入され、フレーム外套５７の冷却と内部
のガス成分の調整を行うことができる実施例を示したも
のである。プラズマ分離の手段に関しては、第４図は第
１図と同一であるので、これの説明は省略する。

第６図に示したのは、本発明を実施する場合に特に大容
量が要求される場合、およびプラズマガス中の活性ガス
の比率を高くしたい場合に好適な実施例を示したもので
ある。第５図において、主トーチ２９の主第二外套６２
を囲み、かつ先端に狭窄口を有する第３外套７５が、絶
縁物６１によって第二外套６２と同心に設置されており
、これの内部に主第三ガス７４を送入するための、主第
三ガス送入ロア３が設けられている。主電源３５はその
負端子が主陰極３１に連結されており、その正端子はそ
れぞれスイッチ手段３６．６５．８６を介して主外套３
２、主第二外套６２、主第三外套７５に接続されて、主
トーチ２９を形成している。副トーチ３０は副筒二外套
６７を包囲して、その先端に狭窄口を有する副第３外套
７８が、絶縁物６１によって副筒二外套と同心をなすよ
うに設置されておりこれの内部に副筒三ガス７７を送入
するための副筒三ガス送入ロアロが設けられている。副
電源４１は、図に示した如く、その負端子が副陰極３７
に接続されており、その正端子はスイッチ手段４２を介
して主電源３５の正端子に接続され、又、副外套３８も
主電源３５の正端子に接続され、これらが全体として副
トーチ３０を構成している。主トーチ２９と副トーチ３
０とはその軸心が交叉するように配置されている。

第６図に示したシステムの起動にあたっては、主トーチ
２９のスイッチ手段３６．６５を順次閉、開しスイッチ
手段８６のみを閉の状態とし更に副トーチ３０のスイッ
チ手段４２を閉じて、主トーチ２９と副トーチ３０の先
端より導電性プラズマが放出され、これが、交叉して両
トーチの陰極の間にプラズマによる導電路が構成された
後に、スイッチ手段８６と４２を開いて、定常ヘアピン
アーク４５を作り、プラズマ４６を発生させる。これに
よって第１図及び第４図と同様に第６図に示した本発明
による溶射が行われる。このシステムにおいて、矢印３
４、矢印４０、矢印６９によって示されるそれぞれの送
入ガスは通常アルゴン等の不活性ガスが使用され、これ
によって電極及び外套の保護が達成されるが、主トーチ
２９の矢印６４．７４および副トーチ３０の矢印７７に
よって示されるプラズマガスは、空気や酸素等の反応性
に冨む活性ガスを用いることができる。これによって、
　　　　゛装置で使われるプラズマガス全体における活
性ガスの比率を高くすることができ、こ−れによってフ
ェライト、アルミナ、チタニア等、還元性雰囲気を極端
にきらい、酸化性雰囲気において独特の高性能を発揮さ
せることができる物質被膜を容易に形成することができ
、これは、この発明の大きな特徴である。又、主トーチ
２９において、送入されるプラズマガスが３４．６４．
７４の三つの通路に分けて送入することができるため、
大量のガスを送入しても、発生するプラズマが層流プラ
ズマとなる範囲が広くなり、装置を大容量で運転する場
合、極めて好適となる。一般に気体が管路の中を流れる
場合、これが層流を形成するにはレイノルズ数が小さい
ことが必要となり、従ってガス流が少ない範囲で運転し
なければならないというのが、層流プラズマを溶射装置
に用いる場合の不利な条件となりがちであるが、この発
明では、第６図の方式によって、プラズマガス３４．６
４．７４を三つの通路に分けて順次過大してやることに
よって、渦の発生をおさえ、層流で運転できるガス量の
範囲を著しく広げることができ、他方、この方式によっ
て発生するプラズマのエンタルピーが前述の如く著しく
高いことと相俟って在来のプラズマ溶射に劣らない溶射
用材料を処理して大容量のプラズマ溶射装置を構成する
ことができるのである。第６図に示したプラズマ溶射装
置は、長期連続運転において極めて安定な運転を実施す
る目的に対しても好適な装置を提供することができる。

この場合には起動時に主トーチ２９のプラズマガス３４
と６４は、アルゴン等の不活性ガスを使用し、７４には
使用目的に応じて適当な任意のガスを選定して起動を行
い、定常運転に入った後に矢印３４に示したガスを極め
て微量にするか、あ”るいは停止せしめた状態で運転す
る。このようにすると、主陰極３１と主外套３２との間
の空間に存在するガスは、この状態にした後の短時間運
転後に、その中に含まれる酸素や水等の電極を消耗させ
る成分が消費され尽くすので、それ　　　　１以後は電
極３１の先端の消耗が事実上はとんどなくなり、主陰極
３１と主外套３２との間のプラズマの熱平衡により、主
陰極３１の先端から発生するプラズマは、トーチ２９の
外部に対しては常に冷却されている主外套３２の先端の
形状のみに依存して、その特性がきまることになるので
、実質上、主陰極３１の先端の消耗が少ないことと相俟
って、主トーチ２９の長期的な安定性が更に著しく向上
し、これは又主トーチ２９の全体としての起動特性をも
安定させることになる。これは、ロボット等によって運
転される、著しく長期間にわたって、保守点、検なしで
運転されるプラズマトーチとしては、著しいメリットを
もたらすことになる。このような主陰極３１と主外套３
２との間に送入されるプラズマガスを、起動後は著しく
微量にしぼるか、あるいは全く送らないで運転する方式
は、副トーチ３０の方にも適用することができるのは勿
論であって、このようにすることによって副トーチ３０
の起動特性の安定性を著しく向上させることができる。

ただし、これらの場合には、運転条件によっては、主ト
ーチ２９の場合、又は副トーチ３０の場合、何れの場合
においてもこの目的に設けられた専用の外套及びこれへ
ガスを送入するための手段が必要になり、装置は若干大
型化し、構造は複雑になるが、極めて高度な自動化を要
求されるような場合には、起動特性の安定、及び長　　
　　８期運転における安定性の向上は、これらの問題点
よりもこれによって得られるメリットの方がはるかに大
きい。

第６図に示したシステムにおいて、プラズマ分離手段２
８、フレーム外套５７、フレーム外套外皮７０、連結室
７９等の機能に関しては第２図及び第４図の説明と同様
であるので、これは省略する。

第８図は、第１図、第４図、第６図に示した本発明によ
るプラズマ溶射装置において、母材５６に接近して設置
されるプラズマ分離手段の詳細を示したものである。プ
ラズマ分離手段２８においては、プラズマ分離用吸気−
５１は、　　　　゛第１図、第４図、第６図に示した如
く必ずしもプラズマ炎５４の中心軸に向かって直角に吹
き込むだけでなく、プラズマ炎５４の進行方向に関して
、角度を持たせて吹き込んだ方が有効なこともあり、こ
れはプラズマ炎５４の大きさ、ガス量等によって決定さ
れる。又、第８図に示した如く、プラズマ分離用吸気を
、母材５６に接近して設けられたプラズマ分離給気環状
室８１に一旦吹き込み、これからプラズマ炎５４と接線
方向の成分を有する給気口８２を通じて、プラズマ炎４
６の外周の部分に、特にプラズマ分離作用が有効に作用
するように、プラズマ分離用給気を吹−き込むと有効な
場合があり、これは特にプラズマ炎外周部の溶融温度の
低い溶射用材料液滴や、未溶融の溶射用材料をプラズマ
とともに分離するのに好適である。この場合、プラズマ
分離用吸気口８２の下流に、プラズマ分離排気管状室８
３を設け、スリットを通してこの管状室によって矢印５
３に示した如く、排気を行うことによって、未溶融の溶
射用材料や、空気や窒素等をプラズマガスに使用した場
合に発生する窒素酸化物を系外に排出することなく運転
することができ、これはこの発明の極めて重要な特徴で
ある。又、本発明においては、プラズマ分離手段の直後
に、極めて短い飛行距離ののちに、溶射用材料が母材５
６に衝突して、強固な被膜５５を構成するので、フレー
ム外套５７及び連結室７９のシール作用によってプラズ
マ炎４６への不純ガスの混入の影響を確実に防止するこ
とができるのが、この発明による方法の特徴であり、更
に層流炎であるがために、フレーム外套も比較的細かく
することができるので、運転操作上も極めて有利なので
あるが、それでもなお、溶射装置の先端と母材との間に
おいての空気等の混入によって起こる酸化を更に確実に
防止するためには、母材５６に近接して保護ガス環状室
８５を設け、ここから矢゛印８４によって示される不活
性ガスを送入し゛て、母材に向かって飛行する溶融した
溶射材料に空気等が接触して酸化等の望ましくない反応
を起こしたりすることを防止することができる。

第１０図及び第１１図に示したプラズマ溶射装置は、−
個の主トーチ２９に対して、二個の副トーチ３０−１．
３０−２が併設されている例を示している。これは使用
に際して、主トーチ２９と副トーチ３０−１との間で定
常ヘアピンアーク４５−１を又主トーチ２９と副トーチ
３０−２との間で他の定常ヘアピンアーク４５−２を発
生する。

又、この装置には複数の材料送入管４７−１．４７−２
が設けられていて、ここから夫々被膜材料４Ｂ−１，４
Ｂ−２を送入するものである。

従って、この場合はフレーム外套５７内のプラズマ炎５
４の断面形状は第１４図に示す如く略正四角形になり、
第１図のように一個の副トーチ３０と一個の材料吹き込
み管４７とを互いに対向した場合におけるプラズマ炎５
４の断面形状が、第１３図に示す如く偏平である場合と
比較して、プラズマ炎としてのまとまりがよく、母材５
６に対する溶射作業、特に微細な加工がし易くなる。

このことは、副トーチ３０と、吹込管４７の数を更に増
加することによって、例えばその数を第１２図の如く３
個づつにすることによって、一層向上できる。この際の
プラズマ炎５４の断面形状は第１５図に示す如く略正六
角形を形成する。

この発明は、第１図、第４図、第６図、第８図の実施例
だけに限定されるものではなく、この抛明の技術思想に
基づく多くの実施が可能である。主トーチ２９に関して
は、この発明の技術思想に基づいて、第１図、第４図、
第６図に示した基本的な形態を、第１図、第４図、第６
図に示したそれぞれの副トーチ３０の実施例と組み合わ
せて、この発明を構成することができ、その場合には、
起動に使用されるスイッチの構成を起動アークを順次外
側の外套に移動させてゆくこの発明の技術思想に基づい
て、それぞれに必要な変更を加え−ればよい。プラズマ
分離手段に関しては給気口のみでプラズマの分離が可能
な場合もあり、そのプラズマ分離のための給気の方向も
本発明の技術思想に基づいて適当にこれを定めることが
できる。又、プラズマ分離手段として、排気システムの
みを用いることもでき、又、プラズマ分離手段として吸
気と排気を併用することもでき、これらの何れを選択す
るかはその使用目的やプラズマ炎の大きさ、ガス量等に
応じて適宜、定めればよい。フレーム外套５７及び連結
室は装置が小型の場合などには必ずしも使用しなくても
よい場合もあるが、大型の装置においては通常はこれを
使用することによってプラズマ炎から発生する紫外線を
含む強烈な光を遮蔽することができると同時に、プラズ
マ炎の温度低下を一層有効に防ぐこともできる。又、主
トーチ２９と副トーチ３０の相対位置に関しては、実施
例においては何れも直角にその軸心が交叉する場合につ
いて説明したが、実施例はこれに限定される必要はなく
、使用目的に応じてその軸心の交叉角、及び相対距離等
をプラズマが安定に形成される範囲において任意に選定
すくことができ、又、これらの調節装置によって主トー
チ２９と副トーチ３０を接続することもできる。フレー
ム外套５７は通常その外側に断熱層、ないしは冷却装置
を用いた方がよい場合が多いが、これは図には示してい
ない。本発明による装置は、主としてプラズマが層流を
形成する範囲において、運転される場合に、低騒音、高
強度、低運転費等のすぐれた特徴を発揮するが、運転条
件を変えることによって高速プラズマを発生させること
も容易であり、多孔質被膜を高速度で形成させたいよう
な場合には、層流領域又は乱流領域で運転することも可
能である。

〔発明の効果〕

この発明の第一の効果は、作業環境の改善である。在来
の溶射装置では１１０〜１２０ホン程度の騒音を発生し
ていたのに対し、この装置では通常７０〜８０ホン程度
しか騒音を発生しない。又、在来の溶射装置では、強烈
な紫外線を含む強烈な光輝炎を発生していたが、本発明
による装置では、光輝炎が外部に出てこないので、はと
んどの場合、保護眼鏡を着用せずに操作することが可能
となった。更にプラズマ分離手段として、プラズマ分離
排気口を使用する場合には、プラズマ溶射によって発生
したがガスや未溶融の被膜用材料を装置の出口で直接回
収してしまうので、排気や未溶融骨の飛散による周囲環
境の汚染がなく、極めて良好な環境で溶射を実施するこ
とができるようになり、通常の工作機械と同程度の周囲
環境においてプラズマ溶射を実施することができるよう
になった。従って、従来のプラズマ溶射装置では、装置
を防音隔離室の中に設置し、防音手段及び遮光眼鏡を装
備した操作員にしか運転ができず、通常の生産ラインに
溶射装置を用いることは不可能であったが、この発明に
よって通常の生産ラインにおいて特別な隔離室等の設備
を必要としないで、　　　　。

溶射を通常の加工機として設置できる。　　　　　　　
）この発明によるプラズマ溶射方法、及び装置 １によって得られるプラズマ溶射被膜は、在　　　　１
来”のプラズマ溶射装置によって得られる被膜に比較し
て、強度において、同等ないしは１．５　　　　　ｒ。

１・″・。

倍程度の強度が得られ、この点でも著しい改　　　　；
゛。

善がなされた。

本発明によるプラズマ溶射装置においては、酸素や空気
等の著しく活性に富むガスを、プラズマガスとして用い
ることができるようになったので、フェライトや酸化物
系セラ゛ミック等の如く、不活性ガスを用いては、高性
能　　　　；ｌの被膜を得ることができなかった材料の
溶射が可能となり、又、在来の溶射装置で溶射ができる
装置に関しては、プラズマガスとして、酸化物系の溶射
に関しては、大部分空気を用いて溶射することができる
ので、高価な不活性ガスの所要量が著しく小量ですみ、
そ°の運転費を著しく節減することができる。又−１電
極の保護ガスとして使用されるアルゴン等の不活性ガス
に関しても、特に高純度のものを用いる必要はなく、こ
の点でも運転費の節減効果は著しい。

本発明による溶射方法及び装置においては、母材に吹き
付けるプラズマガスの速度が著しく遅く、更に、母材に
直接衝突するのはプラズマガスの極く一部、及び溶融し
た液滴だけであるので、母材に強力な力が加わることが
なく、強度的に弱い母材にも溶射を適用することができ
、更にプラズマフレームをしぼることが可能であるので
、プラズマ溶射によって微細な加工を実施することがで
きる。本発明によるプラズマ溶射装置においては、直接
アークが終端される部品が、保護ガスによって確実に保
護水冷されるので装置の消耗が少なく、長期間の連続運
転が容易であり、又、装置の起動特性も長期間にわたっ
て安定で起動停止確実かつ容易に実施することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図の
ｎ−ｎ線部の断面図、第３図は本発明のプラズマ炎の形
状と長さの、従来例のそれに対する比較を示す図表、第
４図は本発明の他の実施例の縦断面図、第５図は第４図
のＶ−Ｖ線部の断面図、第６図は本発明の更に他の実施
例の縦断面図、第７図は第６図の■−■線部の断面図、
第８図は本発明の一部分に於ける他の実施例を示す縦断
面図、第９図は第８図のＩＸ−ＩＸ線部の断面図、第１
０図は本発明の他の部分における他の実施例を示す縦断
面図、第１１図は第１０図のＸＩ　−ＸＩ線部の断面図
、第１２図は更に他の実施例の第１１図に担当する部分
の断面図、第１３図は第１図のＸｍ−ｘｍ線部の拡大断
面図、第１４図は第１０図のＸＩＶ−ＸＩＶ線部の拡大
断面図、第１５図は第１２図に示した実施例における第
１４図に相当する部分の拡大断面図、第１６図は従来例
の縦断面図である。 １　□　陰極 ２　□　陽極ノズル ３　□　電源 ７　□　プラズマガス送入口 ８．９　　□　プラズマガス １０、　ＩＯＳ□　陽極点 １１　　□　アーク １６　　□　プラズマ炎 １７　　□　材料送入管 １８、１９□　溶射用材料 ２０　　□　溶融材料 ２１　　□　被膜 ２２　　□　母材 ２３　−　別の材料送入管位置 ２５　　□　ノズル管路 ２６　　□　ノズル管壁 ２７　　□　同伴気体 ２８　　□　プラズマ分離手段 ２９　□　主トーチ ３０　　□　副トーチ ３１　　□　主陰極 ３２　　□　主外套 ３３　　□　主プラズマガス送入口 ３４　　□　主プラズマガス ３５　　□　主電源 ３６　　□　スイッチ ３７　　□　副陰極　　　・ ３８　　□　副外套 ３９　　□　副ガス送入口 ４０　　□　副ガス ４１　　□　副電源 ４２　　□　スイッチ ４３　　□　主起動アーク ４４　　□　副起動アーク ４５　　□　定常ヘアピンアーク ４６　−　プ）ズマ ４７　　□　材料送入管 ４８　　□　被膜材料 ４９　　□　溶融被膜材料 ５０　　□　プラズマ分離給気口　　　　　　　　　　
　　　　ｉ５１−−　プラズマ分離給気 ５２　　□　プラズマ分離排気口 ５３　　□　プラズマ分離排気 ５４　　□　プラズマ炎 ５５　　□　被膜 ５６　　□　母材 ５７　　□　フレーム外套 ５８　　□　主陰極絶縁体 ５９　　□　副陰極絶縁体 ６０　　□　絶縁体 ６１　　□　絶縁体 ６２　　□　主第２外套 ６３　　□　主第２ガス送入口 ６４　　□　主第２ガス ６５　　□　スイッチ ６６　　□　主第２外套起動アーク ６７　　□　副第２外套 ６８　　□　第２ガス送入口 ６９　　□　副第２ガス ７０　　□　フレーム外套外皮 ７１　　□　フレーム外套パージガス ７２　　□　矢印 ７３　　□　主第３ガス送入ロ ア４　　□　主第３ガス ７５　　□　主第３外套 ７６　　□　副第３ガス送入ロ ア７　　□　副第３ガス ７８　　□　副第３外套 ７９　　□　連結室 ８０　　□　連結室ガス ８１　　□　プラズマ分離給気環状室 ８２　　□　給気口 ８３　　□　プラズマ分離排気環状室 ８４　　□　保護ガス ８５　　□　保護ガス環状室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、不活性ガスにより副陰極を保護されている副トーチ
   を併設せる主トーチにより層流プラズマを発生させ、該
   主プラズマトーチの出口付近におけるプラズマ炎に、溶
   射材料を送入し、該プラズマ炎を処理対象物に吹付け、
   処理対象物の直前で該プラズマ炎からプラズマを分離し
   、その際残された溶射材料を処理対象物に付着させるこ
   とを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射方法。 ２、溶射材料を送入される主プラズマトーチの出口付近
   におけるプラズマ炎が、該主プラズマトーチの陰極から
   発生するアークと共存する部分であることを特徴とする
   複合トーチ型プラズマ溶射方法。 ３、主陰極、主外套と主プラズマガス送入口と負端子を
   主陰極に正端子をスイッチ手段を介して主外套に接続し
   た主電源とより成る主トーチと、副陰極、副外套、副プ
   ラズマガス送入口と、負端子をスイッチ手段を介して副
   外套に接続され、更にその正端子を副陰極及び主電源の
   正端子に夫々接続した副電源よりなる副トーチと、正ト
   ーチと副トーチとをその中心軸が交叉する様に配置し、
   主トーチにより形成されるプラズマ炎に主トーチ出口付
   近で溶射用材料を送入する材料送入手段と、プラズマ炎
   の下流で処理対象物の前に設けられたプラズマ分離手段
   より成ることを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射装
   置。 ４、主陰極、主外套、主プラズマガス送入口と、負端子
   を主陰極に正端子をスイッチ手段を介して主外套に接続
   した主電源とより成る主トーチと副陰極、副外套、副プ
   ラズマガス送入口、副第二外套、副第二ガス送入口と、
   負端子をスイッチ手段を介して副陰極に接続し、正端子
   を副外套と主電源の正端子に接続した副電源より成る副
   トーチと、正トーチと副トーチの中心軸を交叉して配置
   し、主トーチにより形成されるプラズマ炎に主トーチ出
   口付近で溶射用材料を送入する材料送入手段と、プラズ
   マ炎の下流で処理対象の前に設けられたプラズマ分離手
   段より成ることを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射
   装置。 ５、主陰極、主外套、主プラズマガス送入口、主第２外
   套、主第２プラズマガス送入口、負端子を主陰極に、正
   端子を夫々スイッチ手段を介して主外套及び主第２外套
   に接続してなる主トーチと、副陰極、副外套、副プラズ
   マガス送入口、副第２外套、副第２ガス送入口と、負端
   子をスイッチ手段を介して副陰極に接続し、正端子を副
   外套と主電源の正端子に接続した副電源より成る副トー
   チと、正トーチと副トーチの中心軸を交叉して配置し、
   主トーチにより形成されるプラズマ炎に主トーチ出口付
   近で溶射用材料を送入する材料送入手段と、プラズマ炎
   の下流で処理対象物の前に設けられたプラズマ分離手段
   よりなることを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射装
   置。 ６、主陰極、主外套、主ガス送入口、主第２外套、主第
   ２ガス送入口、主第３外套、主第３ガス送入口、負端子
   を主陰極に、正端子を夫々スイッチ手段を介して主外套
   、主第２外套及び主第３外套に接続してなる主トーチと
   、副陰極、副外套、副プラズマガス送入口、副第２外套
   、副第２ガス送入口と、負端子をスイッチ手段を介して
   副陰極に接続し、正端子を副外套と主電源の正端子に接
   続した副電源より成る副トーチと正トーチと副トーチの
   中心軸を交叉して配置し、主トーチにより形成されるプ
   ラズマ炎に主トーチ出口付近で溶射用材料を送入する材
   料送入手段と、プラズマ炎の下流で処理対象物の前に設
   けられたプラズマ分離手段よりなることを特徴とする複
   合トーチ型プラズマ溶射装置。 ７、主陰極、この主陰極をかこみかつ放出口を有する主
   外套、主ガス送入口、主外套をかこみ狭窄口を有する第
   ２外套、第２ガス送入口、負端子を主陰極に、正端子を
   夫々スイッチ手段を介して主外套及び主第２外套に接続
   してなる主トーチと、副陰極、この副陰極をかこみかつ
   放出口を有する副外套、副ガス送入口、副外套をかこみ
   狭窄口を有する副第２外套、副第２ガス送入口、副第２
   外套をかこみ狭窄口を有する副第３外套、副第３ガス送
   入口、負端子を副陰極に、正端子を副外套に、その何れ
   か一方にはスイッチ手段を介して接続した副電源とより
   成る副トーチと、前記主電源の正端子を副外套に接続し
   、正トーチと副トーチの中心軸を交叉して配置し、主ト
   ーチにより形成されるプラズマ炎に主トーチ出口付近で
   溶射用材料を送入する材料送入手段と、プラズマ炎の下
   流で処理対象物の前に設けられたプラズマ分離手段より
   なることを特徴とする複合トーチ型プラズマ溶射装置。 ８、主陰極、この主陰極をかこみかつ放出口を有する主
   外套、主ガス送入口、主外套をかこみ狭窄口を有する主
   第２外套、第２ガス送入口、主第２外套をかこみ狭窄口
   を有する主第３外套、第３ガス送入口、負端子を主陰極
   に、正端子を夫々スイッチ手段を介して、主外套、主第
   ２外套、主第３外套に接続して成る主トーチと、副陰極
   この副陰極をかこみかつ放出口を有する副外套、副ガス
   送入口、副外套をかこみ狭窄口を有する副第２外套、副
   第２ガス送入口、副第２外套をかこみ狭窄口を有する副
   第３外套、副第３ガス送入口、負端子を副陰極に、正端
   子を副外套にその何れか一方にはスイッチ手段を介して
   接続した副電源とより成る副トーチと、前記主電源の正
   端子を副外套に接続し、正トーチと副トーチの中心軸を
   交叉して配置し、主トーチにより形成されるプラズマ炎
   に主トーチ出口付近で溶射用材料を送入する材料送入手
   段と、プラズマ炎の下流で処理対象物の前に設けられた
   プラズマ分離手段よりなることを特徴とする複合トーチ
   型プラズマ溶射装置。 ９、プラズマ分離手段がプラズマ分離給気口であること
   を特徴とする特許請求の範囲２〜７項の何れか一項に記
   載の複合トーチ型プラズマ溶射装置。 １０、プラズマ分離手段がプラズマ分離排気口であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲２〜７項の何れか一項に
   記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置。 １１、プラズマ分離手段がプラズマ分離給気口とプラズ
   マ分離排気口とを併用して成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第２〜７項の何れか一項に記載の複合トーチ型
   プラズマ溶射装置。 １２、主トーチ出口とプラズマ分離手段との間に、プラ
   ズマ炎を囲むフレーム外套を設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２〜７項の何れか一項に記載の複合トー
   チ型プラズマ溶射装置。 １３、フレーム外套がこれを通して気体を供給するため
   、少なくとも一部は多孔質又は有孔部材よりなっている
   ことを特徴とする特許請求の範囲１１項記載の複合トー
   チ型プラズマ溶射装置。 １４、プラズマ炎外套の内面が耐火材より成ることを特
   徴とする特許請求の範囲１１又は１２項記載の複合トー
   チ型プラズマ溶射装置。 １５、プラズマ分離手段の下流にガスを供給する手段を
   有することを特徴とする特許請求の範囲２〜１１項の何
   れか一項に記載の複合トーチ型プラズマ溶射装置。 １６、副トーチが複数個互いに対向していることを特徴
   とする特許請求の範囲２〜７項の何れか一項に記載の複
   合トーチ型プラズマ溶射装置。