JPH0741931A

JPH0741931A - プラズマ溶射装置

Info

Publication number: JPH0741931A
Application number: JP5185829A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miyamoto; 昌広宮本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1995-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】陽電極がプラズマ溶射によって損傷を受けない
ようにする。【構成】ノズル部２４の内壁面に耐アーク性材料よりな
る導電性のスリーブ３０が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体素地表面によ溶
融した粉末を噴射させ皮膜を形成させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ溶射装置は、粉末状のセラミッ
クス、または金属、プラスチックなどの溶射材料をプラ
ズマで加熱、溶融させて液状微粒子とし、この液状微粒
子をプラズマジェットで固体素地材の表面に高速で衝突
させ（溶射させ）、固体素地に皮膜を形成させるための
ものである。固体材料を被覆することによって耐環性や
耐摩耗性、電気的絶縁性などを向上させる。

【０００３】図３は従来のプラズマ溶射装置の構成を示
す系統図である。プラズマトーチ１によって、液状微粒
子の混入するプラズマジェット４を成膜させたい固体素
地２の表面に向けて射出させる。プラズマトーチ１の陽
極端子２０Ａおよび陰極端子２２Ａには配線１３Ａ、１
３Ｂを介して電源１８が電気的に接続されている。電源
１８は直流電源１８Ａと高周波電源１８Ｂよりなる。ま
た、ガス吹付け部１５が、ガスボンベ９から配管１２Ａ
を介してプラズマトーチ１のガス供給口１５Ａに配管接
続されている。さらに、粉末投入部１４が、原料粉末５
を収納した粉末容器７から配管１２Ｂを介してプラズマ
トーチ１の粉末供給口１４Ａに配管接続されている。ま
た、配管１２Ｂにはガスボンベ８が配管接続されてい
る。図４は図３のプラズマトーチ１の構成を示す断面
図である。プラズマトーチ１は陰極端子２２Ａを備えた
陰電極２２を軸中心に備えている。陰電極２２の外周に
絶縁体２１を介して陽電極２０が配されている。陽電極
２０は陽極端子２０Ａを備えるとともに、ノズル部２４
を形成している。前述のように、プラズマトーチ１には
ガス供給口１５Ａが設けられてあり、作動ガス１０が陰
電極２２の先端部２２Ｂに吹き付けられる。また、プラ
ズマトーチ１には粉末供給口１４Ａが設けられてあり、
原料粉末５がプラズマジェット４に投入される。

【０００４】図４において、陽電極２０と陰電極２２の
間に電圧を印加して、陰電極２２の先端部２２Ｂにプラ
ズマアークを発生させる。このプラズマアークに作動ガ
ス１０、例えばアルゴンガスを吹き付け、矢印２５方向
にプラズマジェット４を射出させる。そのとき、プラズ
マジェット４中には原料粉末５が投入され、原料粉末５
はプラズマ熱によって溶融し液体微粒子になる。プラズ
マジェット４は液体微粒子とともにノズル部２４から外
部に射出される。

【０００５】図３に戻り、高周波電源１８Ｂは直流電源
１８Ａからの直流電流をプラズマトーチ１の電極間に流
すためのアークトリガ用のものである。高周波電源１８
Ｂによって、高電圧を電極間に重畳させ一旦電極間を絶
縁破壊させる。電極間が絶縁破壊すれば導電性になるの
で直流電源１８Ａの電圧が低くても数十ボルト、数千ア
ンペアの大電流が電極間に流れ、高温のプラズマが発生
する。ガスボンベ９には、作動ガス１０が充填されてい
る。また、ガスボンベ８にはキャリアガス６、例えばア
ルゴンガスが充填されている。キャリアガス６は、その
風圧で原料粉末５を粉末供給口１４Ａへ送り、プラズマ
ジェット４中に投入させるためのものである。

【０００６】図３において、プラズマトーチ１にギャッ
プ長Ｇを介して固体素地２が対向して配されている。プ
ラズマジェット４はギャップ長Ｇを進むとともに半径方
向にも広がりを見せ、固体素地２の表面に直径Ｄの範囲
の円形皮膜１７を形成する。原料粉末５として溶融温度
が２３００°ＫのアルミナAl₂Ｏ₃粉末を用いた場合、
数千アンペアの直流電流によって数万°Ｋプラズマジェ
ット４を発生させ、アルミナ粉末を溶射させる。例え
ば、ギャツプ長Ｇを１０cmとしておけば、固体素地２の
表面に直径Ｄ１０cm位の円形のセラミック皮膜１７を形
成することができる。この皮膜１７を形成した後に、エ
ッジング加工によって皮膜１７の周囲形状を希望の形に
仕上げる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の装置は、陽電極がプラズマジェットの熱
によって損傷されるという問題があった。陽電極は、通
電と陰電極を囲む容器とを兼ねているので、導電性およ
び加工性の両者から一般に銅Ｃ_Uが用いられている。し
かし銅は融点が１３５８°Ｋと低いので、数万度のプラ
ズマジェットが吹き付けられる度に陽電極のノズル部内
壁面がその熱によって損傷を受けていた。何回もプラズ
マ溶射が行われると、ノズル部が変形し陽電極全体を交
換する必要が生じていた。陽電極全体を融点の高い耐ア
ーク性の材料で形成することも考えられるが、この材料
が高価である上に必ずしも加工性がよいとは限らず実用
的ではなかった。

【０００８】この発明の目的は、陽電極がプラズマ溶射
によって損傷を受けないようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によれば、プラズマを発生させるための
電極対と、この電極対に並列接続される電源と、プラズ
マに作動ガスを吹き付けプラズマジェットを形成させる
ガス吹付け部と、プラズマジェットに原料粉末を投入す
る粉末投入部と、プラズマ熱によって溶融した原料粉末
をプラズマジェットとともに射出させるノズル部とによ
り構成されたものにおいて、ノズル部の内壁面に耐アー
ク性材料よりなる被いが、設けられたことを特徴とする
ものとし、かかる構成において被いがノズル部と着脱可
能であるものとする。また、上記構成において被いが導
電性を備えたスリーブよりなり、ノズル部に嵌合されて
なるものとする、又は、被いが絶縁性のスリーブと、こ
のスリーブのプラズマ点弧側の端部に設けられた導電性
のリングとによりなり、ノズル部に嵌合されてなるもの
とする。

【００１０】

【作用】ノズル部の内壁面に耐アーク性材料よりなる被
いを設けることより、プラズマジェットが通過しても耐
アーク性材料が保護するので陽電極は全く損傷を受けな
い。耐アーク性材料はノズル部だけに限られるので、材
料価格や加工性の問題も解消される。

【００１１】かかる構成において、被いをノズル部に着
脱可能にしたことにより、被いがプラズマジェットの熱
によって例え損傷を受けても、被いを新しいものと交換
すればよいので、ノズル部の射出穴を常に一定の形状に
保つこときができる。また、被いを導電性のスリーブよ
り形成し、ノズル部に嵌合させたことにより、ノズル部
の内壁面を耐アーク性材料で被うことができる。

【００１２】さらに、被いを絶縁性のスリーブと、プラ
ズマ点孤側の導電性のリングとにより構成し、ノズル部
に嵌合させたことにより、導電性のリングが陽電極側と
なってプラズマを形成させる。一方、絶縁性のスリーブ
を設けたことにより、被いの値段を安価することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例にかかるプラズマ溶射装置の構
成を示す要部断面図である。耐アーク性材料よりなる導
電性のスリーブ３０がプラズマトーチ１のノズル部２４
に嵌合され、ボルト３２を介して着脱可能に陽電極２０
に取り付けられている。粉末供給口１４Ａは、スリーブ
３０にも明けられている。その他は、図４の従来の構成
と同じである。同じ部分には同一参照符号を用いること
により詳細な説明は省略する。

【００１４】図１において、スリーブ３０がノズル部２
４の被い役目をする。すなわち、陽電極２０と陰電極２
２との間で最初に発生するプラズマアーク３１の陽電極
２０側の足はスリーブ３０の左側内面上にあり、その後
に形成される。プラズマジェット４に対してもスリーブ
３０によってノズル２４が保護されている。スリーブ３
０を形成する導電性の耐アーク性材料としては、例え
ば、タングステンＷ（融点３６６０°Ｋ）、タンタルＴ
ａ（融点３２５０°Ｋ）、炭化チタンTiＣ（３４００〜
３５００°Ｋ）などがあり、銅よりはるかに高い融点を
有している。そのために、プラズマジェット４がスリー
ブ３０に触れても、ほとんど損傷が生じない。例え、多
数回の溶射によってスリーブ３０が損傷を受けたとして
も、スリーブ３０を新しいものと交換すれば、常にノズ
ル部２４の射出穴を一定の形に保つことができる。これ
によって、固体素地に形成させる皮膜の品質を常時最良
の状態に管理することができる。

【００１５】図２は、この発明の異なる実施例にかかる
プラズマ溶射装置の構成を示す要部断面図である。絶縁
性のスリーブ３３の左端部に導電性のリング３５が接合
されている。この絶縁のスリーブ３３と導電性のリング
３５とは取付け金具３４に接合され、ボルト３２を介し
て陽電極２０に固定されている。その他は図１の構成と
同じである。

【００１６】図２において、絶縁性のスリーブ３３と導
電性のリング３５は、いずれも耐アーク性の材料よりな
り、ノズル部２４の被いの役目をする。すなわち、最初
に発生するプラズマアーク３１の陽電極２０側の足は、
導電性のリング３４上にあり、その後に形成されるプラ
ズマジェット４に対しては絶縁性のスリーブ３３がノズ
ル部２４を保護している。絶縁性のスリーブ３３の材料
としては、例えば、アルミナAl₂Ｏ₃（融点２３００°
Ｋ）、ジルコニアZrＯ₂（融点２９５０°Ｋ）などがあ
り、銅よりはるかに高い融点を有している。なお、取付
け金具３４は、プラズマジェット４に直接触れないので
耐アーク性材料でなくてもよい。絶縁性のスリーブ３３
の材料は、図１における導電性の耐アーク性スリーブ材
料より一般に価格が一桁以上安価である。そのために、
図２は、ノズル部２４の被いとして非常にコストの低減
された構成である。

【００１７】

【発明の効果】ノズル部の内壁面の耐アーク性材料より
なる被いを、例えばスリーブ状に設けたことにより、陽
電極の損傷を受けることが全くなくなり、プラズマ溶射
の設備費が大幅に低減された。かかる構成において、被
いをノズル部に着脱可能にしたことにより、ノズル部の
射出穴を常に一定に保つことができ、固体素地に形成さ
せる皮膜の品質を常時最良の状態に管理することができ
る。

【００１８】かかる構成において、被いの一部を絶縁性
のスリーブにしたことにより、被いの価格が安価になり
プラズマ溶射の設備費がさらに低減された。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかるプラズマ溶射装置の
構成を示す要部断面図

【図２】この発明の異なる実施例にかかるプラズマ溶射
装置の構成を示す要部断面図

【図３】従来のプラズマ溶射装置の構成を示す系統図

【図４】図３のプラズマトーチの構成を示す断面図

【符号の説明】

１：プラズマトーチ、４：プラズマジェット、２０：陽
電極、２２：陰電極、２４：ノズル部、１４：粉末供給
口、３２：ボルト、３１：プラズマアーク、３０：導電
性のスリーブ、３３：絶縁性のスリーブ、３４：取付け
金具、３５：導電性のリング、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを発生させるための電極対と、こ
の電極対に並列接続される電源と、プラズマに作動ガス
を吹き付けプラズマジェットを形成させるガス吹付け部
と、プラズマジェットに原料粉末を投入する粉末投入部
と、プラズマ熱によって溶融した原料粉末をプラズマジ
ェットとともに射出させるノズル部とにより構成された
ものにおいて、ノズル部の内壁面に耐アーク性材料より
なる被いが、設けられたことを特徴とするプラズマ溶射
装置。
【請求項２】請求項１記載のものにおいて、被いがノズ
ル部と着脱可能であることを特徴とするプラズマ溶射装
置。
【請求項３】請求項１又は２記載のものにおいて、被い
が導電性を備えたスリーブよりなり、ノズル部に嵌合さ
れてなることを特徴とするプラズマ溶射装置。
【請求項４】請求項１又は２記載のものにおいて、被い
が絶縁性のスリーブと、このスリーブのプラズマ点弧側
の端部に設けられた導電性のリングとによりなり、ノズ
ル部に嵌合されてなることを特徴とするプラズマ溶射装
置。