JP2006002242A

JP2006002242A - プラズマ溶射装置

Info

Publication number: JP2006002242A
Application number: JP2004182437A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nakamori; 正治中森; Takayuki Aisaka; 隆行相坂; Osamu Ishibashi; 修石橋; Fumito Yoshikawa; 文人吉川; Tadahiro Shimazu; 忠弘島津
Original assignee: SHIMAZU KOGYO KK; Osaka Fuji Corp
Current assignee: SHIMAZU KOGYO KK; Osaka Fuji Corp
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】プラズマジェットフレームを高出力で比較的長時間にわたって連続して発生することのできるプラズマ溶射装置を得る。
【解決手段】タングステンチップ１２を有するカソード電極１０と、該カソード電極１０の前方に配置されたノズル状の第１アノード電極２０と、カソード電極１０の近傍に不活性ガスを供給する第１供給孔３１と、第１アノード電極２０の前方に配置されたノズル部材４０と、該ノズル部材４０の前方に配置された回転式の第２アノード電極５０と、ノズル部材４０の空間部に空気、水又は水蒸気を供給する第２供給孔３２とを備えたプラズマ溶射装置。カソード電極１０と第１アノード電極２０との間に放電を発生させることでパイロットプラズマフレームを生じさせ、カソード電極１０と第２アノード電極５０との間に放電を発生させることで前記パイロットプラズマフレームが成長したプラズマジェットフレームを生じさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマ溶射装置、特に、１００ｋＷｈを超える高出力でプラズマジェットフレームを発生することのできるプラズマ溶射装置に関する。

従来、プラズマ溶射のための装置が種々提供されており、通常は、タングステン電極（カソード電極）とノズル状のアノード電極との間に放電を発生させることでプラズマフレームを生じさせるようにしていた。電極の周囲には窒素ガス又はアルゴンガスを供給し、タングステン電極の消耗を防止している。しかし、この種のプラズマ溶射装置では発生するプラズマフレームの出力が４５ｋＷｈ程度であり、必ずしも満足できる出力ではなかった。

そこで、特許文献１に記載されているように、炭素棒電極（カソード電極）と回転金属円板（アノード電極）との間に放電を発生させ、かつ、この電極近傍に水を供給することでプラズマフレームを発生させる水プラズマ溶射装置が提案されている。

この水プラズマ溶射装置によると、確かにプラズマフレームを高出力で発生させることが可能である。しかしながら、カソード電極である炭素棒電極の消耗が激しく、連続しては２時間強程度しか稼働できないという問題点を有している。
特開２００２−４７５５１号公報

そこで、本発明の目的は、プラズマジェットフレームを高出力で比較的長時間にわたって連続して発生することのできるプラズマ溶射装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、電極間にプラズマフレームを発生させ、該プラズマフレームに供給された溶射材を被処理物上に溶射するプラズマ溶射装置において、カソード電極と、該カソード電極の前方に配置されたノズル状の第１アノード電極と、前記カソード電極の近傍に不活性ガスを供給する第１供給手段と、前記第１アノード電極の前方に配置されたノズル部材と、該ノズル部材の前方に配置された第２アノード電極と、前記ノズル部材の空間部に空気、水又は水蒸気を供給する第２供給手段と、を備え、前記カソード電極と第１アノード電極との間に放電を発生させることでパイロットプラズマフレームを生じさせ、前記カソード電極と第２アノード電極との間に放電を発生させることで前記パイロットプラズマフレームが成長したプラズマジェットフレームを生じさせることを特徴とする。

本発明に係るプラズマ溶射装置によれば、まず、カソード電極と第１アノード電極との間に放電を発生させることでパイロットプラズマフレームが生じ、さらに、カソード電極と第２アノード電極との間に放電を発生させると共に、空気、水又は水蒸気を供給することで前記パイロットプラズマフレームがプラズマジェットフレームに成長して生じる。このように生じたプラズマジェットフレームは１００ｋＷｈを超える高出力（数百ｋＷｈ程度）を有する。しかも、カソード電極に従来の水プラズマ溶射装置の如く炭素棒を使用していないため、長時間にわたる連続稼働が可能である。

なお、パイロットプラズマフレームとプラズマジェットフレームとは本装置の稼働時において明瞭に区別されるものではない。

本発明に係るプラズマ溶射装置において、電極部材やノズル部材は、耐溶融性、高導電性、高熱伝導性を有することが好ましく、最も適切な材料は銅である。従って、カソード電極は、銅からなり、先端にタングステンチップが設けられ、かつ、水冷手段を備えていることが好ましい。また、第１アノード電極は、銅からなり、かつ、水冷手段を備えていることが好ましい。さらに、ノズル部材は、銅からなり、水冷手段を備えていることが好ましい。

さらに、第２アノード電極は、消耗を極力防止するため、ニッケル又は鋼からなり、所定の速度で回転可能で、かつ、水冷手段を備えていることが好ましい。

以下、本発明に係るプラズマ溶射装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施例であるプラズマ溶射装置１は、カソード電極１０と、該カソード電極１０の前方に配置されたノズル状の第１アノード電極２０と、カソード電極１０の近傍に不活性ガス（窒素ガス又はアルゴンガス）を供給する第１供給孔３１と、第１アノード電極２０の前方に配置されたノズル部材４０と、該ノズル部材４０の前方に配置された第２アノード電極５０と、ノズル部材４０の空間部４１の入口部分に空気、水又は水蒸気を供給する第２供給孔３２と、を備えている。

カソード電極１０は、その本体部分１１が銅からなり、本体部分１１の先端にタングステンチップ１２が設けられ、かつ、図示しない水冷手段を備えている。また、第１アノード電極２０は銅からなり、図示しない水冷手段を備えている。

ノズル部材４０は、銅からなり、図示しない水冷手段を備えている。また、第２アノード電極５０は、ニッケル又は鋼からなる中空の円板体５１からなり、支軸５２を支点として所定の速度で回転可能とされている。さらに、この第２アノード電極５０は図示しない水冷手段を備えている。

なお、前記各種の水冷手段は図示しないが、この種のプラズマ溶射装置において、従来から使用されている種々の水冷手段を用いることができる。

前記各種部材は本体フレーム２によって一体的に保持されている。また、前記第２アノード電極５０の前方にはセラミックスパウダーを供給するノズル６０が設置されている。

前記カソード電極１０には電源装置６５の一方の極が接続され、前記第１アノード電極２０及び第２アノード電極５０には電源装置６５の他方の極がスイッチ６６を介して接続されている。

以上の構成からなるプラズマ溶射装置１においては、出力開始時に、スイッチ６６を第１アノード電極２０に接続した状態で、カソード電極１０と第１アノード電極２０との間に放電を発生させることで第１アノード電極２０の空間部にパイロットプラズマフレームを生じさせる。第１供給孔３１からはタングステンチップ１２の周囲に窒素ガス又はアルゴンガスが供給され、タングステンチップ１２の消耗を防止する。

前記パイロットプラズマフレームが生じると同時に、前記スイッチ６６は第２アノード電極５０側に切り換えられ、カソード電極１０と回転状態にある第２アノード電極５０との間に放電を発生させることで前記パイロットプラズマフレームが成長したプラズマジェットフレームが生じる。このとき、第２供給孔３２からはノズル部材４０の空間部４１の入口部分に空気、水又は水蒸気が供給される。

プラズマジェットフレームはノズル部材４０の空間部４１で発生し、該ノズル部材４０から前方に高温状態で高速で噴射される。なお、実際上、プラズマジェットフレームと前記パイロットプラズマフレームとを明瞭に区別することは困難である。このプラズマジェットフレームにノズル６０からセラミックスパウダーを供給することで、該セラミックスパウダーの溶融物が図示しない被処理物の表面に膜状に付着することになる。

前記プラズマ溶射装置１において、プラズマジェットフレームは１００ｋＷｈを超える高出力で噴射される。本発明者らの実験によると、第２供給孔３２から空気を供給した場合の出力は約１３０ｋＷｈ、水を供給した場合の出力は約１５５ｋＷｈ、水蒸気を供給した場合の出力は約１７５ｋＷｈであった。

また、カソード電極１０には前記特許文献１に示した従来の水プラズマ溶射装置の如く炭素棒を使用しておらず、タングステンチップ１２を不活性ガスで保護しているため、約１００時間の連続稼働が可能であった。

（他の実施例）
なお、本発明に係るプラズマ溶射装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、電極部材やノズル部材の構成、形状の細部は任意であり、冷却手段の構成も任意である。また、電極部材やノズル部材の材質は、耐溶融性、高導電性、高熱伝導性を考慮して決定され、銅製が好ましいが、必ずしも銅製に限定するものではない。

本発明の一実施例であるプラズマ溶射装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１…プラズマ溶射装置
１０…カソード電極
１２…タングステンチップ
２０…第１アノード電極
３１…第１供給孔
３２…第２供給孔
４０…ノズル部材
５０…第２アノード電極
６０…溶射材供給ノズル
６５…電源装置

Claims

電極間にプラズマフレームを発生させ、該プラズマフレームに供給された溶射材を被処理物上に溶射するプラズマ溶射装置において、
カソード電極と、
前記カソード電極の前方に配置されたノズル状の第１アノード電極と、
前記カソード電極の近傍に不活性ガスを供給する第１供給手段と、
前記第１アノード電極の前方に配置されたノズル部材と、
前記ノズル部材の前方に配置された第２アノード電極と、
前記ノズル部材の空間部に空気、水又は水蒸気を供給する第２供給手段と、を備え、
前記カソード電極と第１アノード電極との間に放電を発生させることでパイロットプラズマフレームを生じさせ、
前記カソード電極と第２アノード電極との間に放電を発生させることで前記パイロットプラズマフレームが成長したプラズマジェットフレームを生じさせること、
を特徴とするプラズマ溶射装置。
前記第１供給手段からは窒素ガス又はアルゴンガスが供給され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。
前記カソード電極は、銅からなり、先端にタングステンチップが設けられ、かつ、水冷手段を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ溶射装置。
前記第１アノード電極は、銅からなり、かつ、水冷手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のプラズマ溶射装置。
前記ノズル部材は、銅からなり、水冷手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のプラズマ溶射装置。
前記第２アノード電極は、ニッケル又は鋼からなり、所定の速度で回転可能で、かつ、水冷手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載のプラズマ溶射装置。