JPH0622719B2 - 複ト−チ型プラズマ溶射方法及びその装置 - Google Patents

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、その上流には、プラズマガス送入口７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25内に形成され、陰極ノズル１の先端より遠
い陽極点10を形成するように、大量のプラズマガス８が
流される。このようにして形成されたアーク11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、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18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、瞬間的に溶融
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16の噴出速度は、通
常、マッハ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、極めて正確に維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。

〔問題点を解決するための手段〕

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損傷をおさえると共
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
ラミックスやフエ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、以後極めて短い飛行
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。したがって飛行速度が従来の溶射に比べて数分の
一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に直接送
入若しくはプラズマ炎を発生中のアークに送入できるの
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、プラズマ炎の副射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.
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_ｘ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副射の発生防止と共に、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
を有する副第一外套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、副第一外套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の先端から主第一外套の放
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41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44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37
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の内面を冷却するために、大
量のガスを流す必要がなくなり、主トーチ29に流す主第
一プラズマガスの量を、極めて広い範囲にわたって小流
量ら大容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
に示した従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10
0mm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54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60KW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15KW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49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28
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に交叉して矢印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、マッハ0.5〜２或いは３という超高速の吹
き付け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17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
口部が損傷されるので、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46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ヘア
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
富む気体を用いて、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31を
囲み、かつ放出口を有する外套32と主外套ガス送入口3
3、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第一外套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40が副ガス送入口39から送入されるよう
になっている。

又、副第二外套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、副第二ガス69が副第二
ガス送入口68を通って送入される。主電源35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、主第一外套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29
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、これは更に副第二外套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、副第二ガス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、従ってこのように構成された本発明の方法にお
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38の先端であり、ここは
内部から冷却されており、かつ副第二ガス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動ができ、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、主第三ガス送入口
73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32、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は副第二外套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によって副第二外套と同
心をなすように設置されており、これの内部に副第三ガ
ス77を送入するための副第三ガス送入口76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30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34、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
等の反応性に富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、64、74を三つ
の通路に分けて順次送入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
以後は電極31の先端の消耗が事実上ほとんどなくなり、
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32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46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83を設け、スリットを通してこの管状室によ
って矢印53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56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、一個の
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48−１、48−２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54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54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56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、この発明の技術思想に
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、ほとんどの場
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、排気や未溶融分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、通常の工作機械の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、及び装置によって得
られるプラズマ溶射被膜は、在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
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。また、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
II−II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VII−VII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10
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XIII−XIII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 10,10S……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……プラズマ 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 51……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ガス送入口 74……主第３ガス 75……主第３外套 76……副第３ガス送入口 77……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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光吉 裕介 東京都江戸川区本一色町365―824 (72)発明者 松野 晋 東京都練馬区中村３−26―15 (72)発明者 斎藤 弘 千葉県船橋市八木が谷１−16―２ (72)発明者 鬼頭 昌之 東京都東久留米市新川町１−４―11

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】不活性ガスにより副陰極を保護されている
   副トーチの中心軸と交叉する中心軸を備えた主トーチに
   より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トーチ型
   プラズマ溶射方法。
2. 【請求項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
   徴とする特許請求の範囲１に記載の複トーチ型プラズマ
   溶射方法。
3. 【請求項３】主陰極と、該主陰極を囲む主外套と、該主
   外套に設けた主プラズマガス送入口と、負端子を該主陰
   極に正端子をスイッチ手段介して前記主外套に接続した
   主電源と、より成る主トーチと； 副陰極と、該副陰極を囲む副外套と、該副外套に設けた
   副プラズマガス送入口と、負端子をスイッチ手段を介し
   て前記副外套に接続され、更にその正端子を前記副陰極
   及び主電源の正端子に夫々接続した副電源と、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
   マ分離手段と； より成ることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
4. 【請求項４】主陰極と、該主陰極を囲む主外套と、該主
   外套に設けた主プラズマガス送入口と、負端子を該主陰
   極に正端子をスイッチ手段を介して前記主外套に接続し
   た主電源と、より成る主トーチと； 副陰極と、該副陰極を囲む副外套と、該副外套に設けた
   副プラズマガス送入口と、該副外套を囲む副第二外套
   と、該副第二外套に設けた副第二ガス送入口と、負端子
   をスイッチ手段を介して前記副陰極に接続し、正端子を
   前記副外套と主電源の正端子に接続した副電源と、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
   分離手段と； より成ることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
5. 【請求項５】主陰極と、該主陰極を囲む主外套と、該主
   外套に設けた主プラズマガス送入口と、該主外套を囲む
   主第２外套と、該第２外套に設けた主第２プラズマガス
   送入口と、負端子を該主陰極に、正端子を夫々スイッチ
   手段を介して前記主外套及び前記第２外套に接続してな
   る主トーチと； 副陰極と、該副陰極を囲む副外套と、該副外套に設けた
   副プラズマガス送入口と、該副外套を囲む副第２外套
   と、該副第２外套に設けた副第２ガス送入口と、負端子
   をスイッチ手段を介して前記副陰極に接続し、正端子を
   前記副外套と主電源の正端子に接続した副電源と、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
   マ分離手段と； よりなることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
6. 【請求項６】主陰極と、該主陰極を囲む主外套と、該主
   外套に設けた主ガス送入口と、前記主外套を囲む主第２
   外套と、該主第２外套に設けた主第２ガス送入口と、主
   第２外套を囲む主第３外套と、該主第３外套に設けた主
   第３ガス送入口と、負端子を主陰極に、正端子を夫々ス
   イッチ手段を介して前記主外套、前記第２外套及び前記
   主第３外套に接続した主電源と、よりなる主トーチと； 副陰極と、該副陰極を囲む副外套と、該副外套に設けた
   副プラズマガス送入口と、該副外套を囲む副第２外套
   と、該副第２外套に設けた副第２ガス送入口と、負端子
   をスイッチ手段を介して前記副陰極に接続し、正端子を
   前記副外套と前記主電源の正端子に接続した副電源と、
   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
   マ分離手段と； よりなることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
7. 【請求項７】主陰極と、この主陰極を囲みかつ放出口を
   有する主外套と、該主外套に設けた主ガス送入口と、該
   主外套を囲み狭窄口を有する第２外套と、該第２外套に
   設けた第２ガス送入口と、負端子を該主陰極に、正端子
   を夫々スイッチ手段を介して該主外套及び該主第２外套
   に接続した主電源と、からなる主トーチと； 副陰極と、この副陰極を囲み、かつ、放出口を有する副
   外套と、該副トーチに設けた副ガス送入口と、該副外套
   を囲み狭窄口を有する副第２外套と、該副第２外套に設
   けた副第２ガス送入口と、該副第２外套を囲み狭窄口を
   有する副第３外套と、該副第３外套に設けた該副第３ガ
   ス送入口と、負端子を前記副陰極に、正端子を前記副外
   套に、その何れか一方に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該副外套に接続し、前記主トーチ
   と前記副トーチの中心軸を交叉して配置し、該主トーチ
   により形成されるプラズマ炎に主トーチ出口付近に溶射
   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
   マ分離手段と； よりなることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
8. 【請求項８】主陰極と、この主陰極を囲み、かつ、放出
   口を有する主外套と、該主外套に設けた主ガス送入口
   と、主外套を囲み狭窄口を有する主第２外套と、該主第
   ２外套に設けた第２ガス送入口と、主第２外套を囲み狭
   窄口を有する主第３外套と、該主第３外套に設けた第３
   ガス送入口と、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
   続した主電源と、から成る主トーチと； 副陰極と、この副陰極を囲みかつ放出口を有する副外套
   と、該副外套に設けた副ガス送入口と、副外套を囲み狭
   窄口を有する副第２外套と、該副第２外套に設けた副第
   ２ガス送入口、副第２外套を囲み狭窄口を有する副第３
   外套と、該副第３外套に設けた副第３ガス送入口と、負
   端子を副陰極に、正端子を副外套にその何れか一方にス
   イッチ手段を介して接続した副電源と、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
   マ分離手段と； よりなることを特徴とする複トーチ型プラズマ溶射装
   置。
9. 【請求項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３〜８項の何れ
   か一項に記載の副トーチ型プラズマ溶射装置。
10. 【請求項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３〜８項の何
    れか一項に記載の複トーチ型プラズマ溶射装置。
11. 【請求項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３〜８項の何れか一項に記載の複ト
    ーチ型プラズマ溶射装置。
12. 【請求項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３〜８項の何れか一項に記載の複
    トーチ型プラズマ溶射装置。
13. 【請求項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１２項記載
    の複トーチ型プラズマ溶射装置。
14. 【請求項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１２項又は１３項記載
    の複トーチ型プラズマ溶射装置。
15. 【請求項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３〜１
    ４項の何れか一項に記載の複トーチ型プラズマ溶射装
    置。
16. 【請求項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３〜１５項の何れか一
    項に記載の複トーチ型プラズマ溶射装置。