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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023073561
(43)【公開日】2023-05-26
(54)【発明の名称】アキシャルフィード式プラズマ溶射装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/34 20060101AFI20230519BHJP
C23C 4/134 20160101ALI20230519BHJP
【ＦＩ】
H05H1/34
C23C4/134
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021186096
(22)【出願日】2021-11-16
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-10-19
(71)【出願人】
【識別番号】521501163
【氏名又は名称】豊田 建蔵
(74)【代理人】
【識別番号】100185476
【弁理士】
【氏名又は名称】宮下 桂輔
(72)【発明者】
【氏名】豊田 建蔵
【テーマコード（参考）】
2G084
4K031
【Ｆターム（参考）】
2G084AA06
2G084BB01
2G084BB11
2G084CC02
2G084CC23
2G084CC34
2G084DD01
2G084DD17
2G084FF02
2G084GG02
2G084GG07
2G084GG14
2G084GG18
2G084GG26
2G084GG29
2G084GG30
4K031DA04
4K031EA06
4K031EA09
(57)【要約】
【課題】
付着効率を向上させるとともに、トーチ内の旋回流の乱れを抑制・強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることを可能とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
トーチ１０の内周面から前記トーチ１０の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ２を設け、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点を同一軸線上に設ける。
【選択図】 図２
付着効率を向上させるとともに、トーチ内の旋回流の乱れを抑制・強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることを可能とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
トーチ１０の内周面から前記トーチ１０の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ２を設け、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点を同一軸線上に設ける。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部にプラズマ噴出口（７）を有する略無底円錐状前方部とプラズマガス供給口（８）を有しプラズマ室（９）を形成する円筒状後方部から構成される陽極ノズル（３）と陰極電極（４）を備えるトーチ（１０）と、プラズマガス供給手段と、被膜形成材料供給手段を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置であって、
前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面から前記トーチ（１０）の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ（２）と、
前記複数のブリッジ（２）の先端部の間に設けられた被膜形成材料ノズル（１）と、
前記被膜形成材料ノズル（１）の先端部に設けられた被膜形成材料噴出口（６）と、
前記陽極ノズル（３）の周壁を貫通し、少なくとも一つの前記ブリッジ（２）内と前記被膜形成材料ノズル（１）内を経由して、前記被膜形成材料噴出口（６）まで連通する被膜形成材料通路（５）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が同一軸線（Ａ）上に設けられていることを特徴とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面から前記トーチ（１０）の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ（２）と、
前記複数のブリッジ（２）の先端部の間に設けられた被膜形成材料ノズル（１）と、
前記被膜形成材料ノズル（１）の先端部に設けられた被膜形成材料噴出口（６）と、
前記陽極ノズル（３）の周壁を貫通し、少なくとも一つの前記ブリッジ（２）内と前記被膜形成材料ノズル（１）内を経由して、前記被膜形成材料噴出口（６）まで連通する被膜形成材料通路（５）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が同一軸線（Ａ）上に設けられていることを特徴とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項2】
前記ブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項3】
前記複数のブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して、全て同じ角度で傾斜して設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項4】
前記複数のブリッジ（２）が、前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項5】
前記複数のブリッジ（２）が、全て同じ形状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項6】
前記円筒状後方部の後部が第二陽極ノズル（３’）を形成し、
前記第二陽極ノズル（３’）が前記プラズマ室（９）を第一プラズマ室（９’）及び第二プラズマ室（９’’）に区画し、
前記第一プラズマ室（９’）及び前記第二プラズマ室（９’’）は、それぞれ絶縁体（１２’及び１２’’）で包囲されたプラズマガス供給口（８’及び８’’）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の前方に、サブトーチ陽極電極（１５）、サブトーチ陰極ノズル（１６）及びサブトーチプラズマガス供給口（１７）を備える少なくとも１つのサブトーチ（１８）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
前記第二陽極ノズル（３’）が前記プラズマ室（９）を第一プラズマ室（９’）及び第二プラズマ室（９’’）に区画し、
前記第一プラズマ室（９’）及び前記第二プラズマ室（９’’）は、それぞれ絶縁体（１２’及び１２’’）で包囲されたプラズマガス供給口（８’及び８’’）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の前方に、サブトーチ陽極電極（１５）、サブトーチ陰極ノズル（１６）及びサブトーチプラズマガス供給口（１７）を備える少なくとも１つのサブトーチ（１８）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基材の表面に耐食性、耐摩耗性、耐熱性等を付与するための被膜を形成するためにプラズマ溶射を行う際に利用されるプラズマ溶射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、プラズマ溶射は、概略、次のように行われている。
すなわち、直流電源装置によって陽極及び陰極の間にアーク放電を発生させ、アーク放電によりプラズマ作動ガスがプラズマアークとして噴出し、噴出したプラズマアークに被膜形成材料を供給し、供給した被膜形成材料がプラズマアークによって加速及び加熱されて溶射粒子となり、これを基材表面に付着させて被膜を形成する。
すなわち、直流電源装置によって陽極及び陰極の間にアーク放電を発生させ、アーク放電によりプラズマ作動ガスがプラズマアークとして噴出し、噴出したプラズマアークに被膜形成材料を供給し、供給した被膜形成材料がプラズマアークによって加速及び加熱されて溶射粒子となり、これを基材表面に付着させて被膜を形成する。
【0003】
特許文献１は、アーク放電により陽極ノズル孔から噴射されるプラズマジェットの流れに上記陽極ノズル孔上流または下流に設けられた粉末供給ポートから溶射材料の粉末粒子を供給して溶射を行うプラズマ溶射トーチにおいて、上記粉末供給ポートを軸方向に進退およびプラズマジェットの流れに対して略直角方向に移動可能に設けたことを特徴とするプラズマ溶射トーチを開示している。
【0004】
特許文献１は、被膜形成材料をプラズマアークの流れに対して略直角方向に供給するものである（特許文献１の図１）が、このように被膜形成材料をプラズマアークの流れに対して略直角方向に供給すると、被膜形成材料がプラズマアークの中心に到達する前にプラズマアークによって弾き飛ばされ、又はプラズマアークを突き抜けてしまい、被膜形成材料の基材表面への付着効率が低下して歩留まりが悪いという問題があった。
【0005】
このような問題に対しては、例えば、図１に示すように、トーチ内に直角に曲げた材料ノズルを挿入して被膜形成材料をプラズマアークの進行方向と同方向に供給することで付着効率の低下を防止しようとする方法を採用し得る。
しかしながら、当該方法を用いた場合、非対称な形状の材料ノズルをトーチ内に設けるため、トーチ内のプラズマ旋回流を乱す要因となり、その結果、プラズマアークが不安定になり、またプラズマ噴出方向と材料噴出方向がずれるといった弊害が生じてしまうおそれがある。
しかしながら、当該方法を用いた場合、非対称な形状の材料ノズルをトーチ内に設けるため、トーチ内のプラズマ旋回流を乱す要因となり、その結果、プラズマアークが不安定になり、またプラズマ噴出方向と材料噴出方向がずれるといった弊害が生じてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１０―１５２７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上述した問題に鑑み、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させるとともに、トーチ内の旋回流の乱れを抑制して、むしろ当該旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることを可能とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第１の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、先端部にプラズマ噴出口（７）を有する略無底円錐状前方部とプラズマガス供給口（８）を有しプラズマ室（９）を形成する円筒状後方部から構成される陽極ノズル（３）と陰極電極（４）を備えるトーチ（１０）と、プラズマガス供給手段と、被膜形成材料供給手段を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置であって、前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面から前記トーチ（１０）の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ（２）と、前記複数のブリッジ（２）の先端部の間に設けられた被膜形成材料ノズル（１）と、前記被膜形成材料ノズル（１）の先端部に設けられた被膜形成材料噴出口（６）と、前記陽極ノズル（３）の周壁を貫通し、少なくとも一つの前記ブリッジ（２）内と前記被膜形成材料ノズル（１）内を経由して、前記被膜形成材料噴出口（６）まで連通する被膜形成材料通路（５）を備え、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が同一軸線（Ａ）上に設けられていることを特徴とする。
【0009】
本発明の第２の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、前記ブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して傾斜して設けられていることを特徴とする。
【0010】
本発明の第３の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、前記複数のブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して、全て同じ角度で傾斜して設けられていることを特徴とする。
【0011】
本発明の第４の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、前記複数のブリッジ（２）が、前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面に等間隔に設けられていることを特徴とする。
【0012】
本発明の第５の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、前記複数のブリッジ（２）が、全て同じ形状に設けられていることを特徴とする。
【0013】
本発明の第６の態様のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、前記円筒状後方部の後部が第二陽極ノズル（３’）を形成し、前記第二陽極ノズル（３’）が前記プラズマ室（９）を第一プラズマ室（９’）及び第二プラズマ室（９’’）に区画し、前記第一プラズマ室（９’）及び前記第二プラズマ室（９’’）は、それぞれ絶縁体（１２’及び１２’’）で包囲されたプラズマガス供給口（８’及び８’’）を備え、前記プラズマ噴出口（７）の前方に、サブトーチ陽極電極（１５）、サブトーチ陰極ノズル（１６）及びサブトーチプラズマガス供給口（１７）を備える少なくとも１つのサブトーチ（１８）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明の第１の態様によれば、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができる。また、陽極ノズルの略無底円錐状前方部の後部の内周面からトーチの中央方向に向かって複数のブリッジを設けたことから、例えば、図１に示す直角に曲げた材料ノズルの場合、材料ノズルの直角に曲げた部分にプラズマアークに晒されて、該部分が溶損してしまうおそれがあるが、これを防止することが可能となる。また、当該ブリッジを設けたことから、トーチ内のプラズマ旋回流が乱れたり、その結果、プラズマアークが不安定になり、またプラズマ噴出方向と材料噴出方向がずれるといった弊害を防止することができる。
【0015】
本発明の第２の態様によれば、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができる。また、ブリッジが、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点が設けられる同一軸線に対して傾斜して設けられていることから、トーチ内のプラズマ旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
【0016】
本発明の第３の態様によれば、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができる。また、ブリッジが、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点が設けられる同一軸線に対して、全て同じ角度で傾斜して設けられていることから、トーチ内のプラズマ旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となる。
【0017】
本発明の第４の態様によれば、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができる。また、ブリッジが、陽極ノズルの略無底円錐状前方部の後部の内周面に等間隔に設けられていることから、トーチ内のプラズマ旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となる。
【0018】
本発明の第５の態様によれば、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができる。また、ブリッジが、全て同じ形状に設けられていることから、トーチ内のプラズマ旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となる。
【0019】
本発明の第６の態様によれば、メイントーチに加え、サブトーチを加えた構成においても、プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点を同一軸線上に設けたことから、プラズマアークの噴出方向と同じ方向に被膜形成材料を供給することが可能となり、その結果、被膜形成材料の基材表面への付着効率を向上させることができるとともに、トーチ内のプラズマ旋回流を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】従来技術のトーチの断面図を含むプラズマ溶射装置を示す概略図である。
【図2】本発明の第一の実施形態のトーチの断面図を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置の一例を示す概略図である。
【図3】本発明の第二の実施形態のトーチの断面図を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置の一例を示す概略図である。
【図4】本発明の第三の実施形態のトーチの断面図を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置の一例を示す概略図である。
【図5】本発明の被膜形成材料ノズル及びブリッジの一例を示す斜視図である。
【図6】本発明の被膜形成材料ノズル及びブリッジの一例を示す平面図である。
【図7】本発明の被膜形成材料ノズル及びブリッジの一例を示す左側面図である。
【図8】本発明の被膜形成材料ノズル及びブリッジの一例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【0022】
本発明の第一の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、図２に示すように、トーチ１０と直流電源装置１１が電気的に接続され、図示しないプラズマガス供給手段と被膜形成材料供給手段を備えている。
【0023】
トーチ１０は、略無底円錐状の前方部と円筒状の後方部から構成される陽極ノズル３と、陰極電極４と、陽極ノズル３と陰極電極４の間に設けられた絶縁体１２から構成される。
【0024】
トーチ１０の略無底円錐状前方部は、その先端部にプラズマ噴出口７を備える。トーチ１０の円筒状後方部は、プラズマガス供給口８を備え、プラズマ室９を形成する。プラズマガス供給口８は、絶縁体１２に包囲され、プラズマガス供給手段と連通しており、プラズマガス供給手段から供給されるプラズマガスをプラズマ室９に供給する。
【0025】
略無底円錐状前方部の後部の内周面からトーチ１０の中央方向に向かって複数のブリッジ２が設けられている。図２乃至８では、便宜的にブリッジ２が２つの場合を示しているが、ブリッジ２の数は２つに限定される訳ではなく、３つ以上設けることができる。
ブリッジ２は、耐熱性を有する熱伝導率の高い素材で製造され、例えば、純銅で製造されたものが望ましい。
ブリッジ２を設けることで、例えば、図１に示す直角に曲げた材料ノズルのような不均一で非対称的な形状の場合のようにトーチ内のプラズマ旋回流１４が乱れてしまうこと及び、その結果、プラズマアークが不安定になり、またプラズマ噴出方向と材料噴出方向がずれるといった弊害を防止することができる。
ブリッジ２は、耐熱性を有する熱伝導率の高い素材で製造され、例えば、純銅で製造されたものが望ましい。
ブリッジ２を設けることで、例えば、図１に示す直角に曲げた材料ノズルのような不均一で非対称的な形状の場合のようにトーチ内のプラズマ旋回流１４が乱れてしまうこと及び、その結果、プラズマアークが不安定になり、またプラズマ噴出方向と材料噴出方向がずれるといった弊害を防止することができる。
【0026】
ブリッジ２のトーチ中央方向先端部の間には、被膜形成材料ノズル１が設けられている。被膜形成材料ノズル１の先端部には、被膜形成材料噴出口６が設けられている。
【0027】
ブリッジ２が設けられている部位の陽極ノズル３の略無底円錐状前方部の周壁を貫通し、少なくとも一つのブリッジ２内と被膜形成材料ノズル１内を経由して、被膜形成材料噴出口６まで連通する被膜形成材料通路５が設けられている。被膜形成材料通路５は、被膜形成材料供給手段と連通しており、被膜形成材料供給手段から供給される被膜形成材料をブリッジ２内及び被膜形成材料ノズル１内に供給する。該供給された被膜形成材料は、被膜形成材料噴出口６から噴出される。
【0028】
本発明の第一の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置では、図２に示すように、被膜形成材料通路５は、１つのブリッジ２内を経由するように設けられている。
図３は、本発明の第二の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を示すものであるが、これには、被膜形成材料通路５は、２つのブリッジ２内を経由するように設けられている。このように、被膜形成材料通路５は、２つのブリッジ２内を経由するように設けた場合には、それぞれの被膜形成材料通路５から、別の種類の被膜形成材料を供給することが可能となる。
このように、被膜形成材料通路５は、複数設けられるブリッジ２のうちの少なくとも一つのブリッジ２内に設けられ、全てのブリッジ２内に設けることも可能である。
図３は、本発明の第二の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を示すものであるが、これには、被膜形成材料通路５は、２つのブリッジ２内を経由するように設けられている。このように、被膜形成材料通路５は、２つのブリッジ２内を経由するように設けた場合には、それぞれの被膜形成材料通路５から、別の種類の被膜形成材料を供給することが可能となる。
このように、被膜形成材料通路５は、複数設けられるブリッジ２のうちの少なくとも一つのブリッジ２内に設けられ、全てのブリッジ２内に設けることも可能である。
【0029】
ブリッジ２が設けられている部位の陽極ノズル３の略無底円錐状前方部の周壁を貫通し、ブリッジ２内に連通する冷却水通路１３を設けることができる。
【0030】
プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点は、同一軸線Ａ上に設けられている。これにより、プラズマアークの噴出方向（進行方向）と同じ方向に被膜形成材料を噴出させることが可能となっている。
【0031】
ブリッジ２は、好ましくは、図５乃至８に示すように、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が設けられる同一軸線Ａに対して傾斜して設けられている。このようにブリッジ２を傾斜して、ブリッジ２に旋回角を持たせることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させ、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
当該ブリッジ２の傾斜角度θは、１０～３０度とすることが望ましく、１５～２５度とすることがより望ましい。このような角度にブリッジ２を傾斜させることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となるとともに、プラズマアークが曲がり切れずにブリッジ２が損傷してしまうのを防止することが可能となる。
ブリッジ２は、図２乃至８では直線的に示しているが、扇風機羽根やプロペラ羽根のように曲線的になだらかにねじれている、一般的な軸流送風機等に用いられる軸流翼の形状に設けることができ、また、そのような形状とすることが望ましい。また、複数のブリッジ２は、全て同じ形状に設けることが望ましい。
当該ブリッジ２の傾斜角度θは、１０～３０度とすることが望ましく、１５～２５度とすることがより望ましい。このような角度にブリッジ２を傾斜させることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となるとともに、プラズマアークが曲がり切れずにブリッジ２が損傷してしまうのを防止することが可能となる。
ブリッジ２は、図２乃至８では直線的に示しているが、扇風機羽根やプロペラ羽根のように曲線的になだらかにねじれている、一般的な軸流送風機等に用いられる軸流翼の形状に設けることができ、また、そのような形状とすることが望ましい。また、複数のブリッジ２は、全て同じ形状に設けることが望ましい。
【0032】
ブリッジ２は、好ましくは、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が設けられる同一軸線Ａに対して、全て同じ角度で傾斜して設けられている。このようにブリッジ２を傾斜して設けることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
ブリッジ２を全て同じ角度で傾斜させる場合も、その角度θを１０～３０度とすることが望ましく、１５～２５度とすることがより望ましい。このような角度にブリッジ２を傾斜させることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となる。
ブリッジ２を全て同じ角度で傾斜させる場合も、その角度θを１０～３０度とすることが望ましく、１５～２５度とすることがより望ましい。このような角度にブリッジ２を傾斜させることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることがより有効に可能となる。
【0033】
ブリッジ２は、好ましくは、陽極ノズル３の略無底円錐状前方部の後部の内周面に等間隔に設けられている。このように複数のブリッジ２を等間隔に設けることで、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
【0034】
ブリッジ２は、全て同じ形状で、全て同じ角度傾斜させ、及び全て等間隔に設けることが望ましい。これにより、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
【0035】
以上の構成を採用することにより、本発明のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、直流電源装置１１によって、陽極ノズル３と陰極電極４の間にアーク放電を発生させ、該アーク放電により、プラズマガスが高温高速のプラズマアークとなりプラズマ噴出口７から噴出される。
一方、被膜形成材料通路５を経由して供給された被膜形成材料は、被膜形成材料噴出口６から噴出される。噴出した被膜形成材料は、プラズマアークによって加熱及び加速されて溶射粒子となり、基材表面に付着して被膜を形成する。
ここで、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が同一軸線Ａ上に設けられていることから、被膜形成材料噴出口６から噴出された被膜形成材料は、プラズマアークの噴出方向及び進行方向と同じ方向に噴出されるため、被膜形成材料がプラズマアークに弾き飛ばされたり、プラズマアークを突き抜けてしまうことなく、基材表面に付着させることができるため、付着効率を向上させることができる。
しかも、ブリッジ２を設けるとともに、好ましくは、ブリッジ２をプラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が設けられる同一軸線Ａに対して傾斜させ、より好ましくは、全てのブリッジ２を同じ角度に傾斜させ、及び／又はブリッジ２を等間隔に配置し、及び／又は全てのブリッジ２を同じ形状に設けたことから、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
一方、被膜形成材料通路５を経由して供給された被膜形成材料は、被膜形成材料噴出口６から噴出される。噴出した被膜形成材料は、プラズマアークによって加熱及び加速されて溶射粒子となり、基材表面に付着して被膜を形成する。
ここで、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が同一軸線Ａ上に設けられていることから、被膜形成材料噴出口６から噴出された被膜形成材料は、プラズマアークの噴出方向及び進行方向と同じ方向に噴出されるため、被膜形成材料がプラズマアークに弾き飛ばされたり、プラズマアークを突き抜けてしまうことなく、基材表面に付着させることができるため、付着効率を向上させることができる。
しかも、ブリッジ２を設けるとともに、好ましくは、ブリッジ２をプラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が設けられる同一軸線Ａに対して傾斜させ、より好ましくは、全てのブリッジ２を同じ角度に傾斜させ、及び／又はブリッジ２を等間隔に配置し、及び／又は全てのブリッジ２を同じ形状に設けたことから、トーチ１０内のプラズマ旋回流１４を強化してプラズマアークを安定させることで、プラズマ出力アップ及び時間当たりの被膜形成量の増加、並びにプラズマ噴出速度を上げることで被膜密度及び被膜密着力を向上させることが可能となる。
【0036】
図４は、本発明の第三の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置を示している。本発明の第三の実施形態のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置は、概略説明すると、トーチ（メイントーチ）１０と、少なくとも１つのサブトーチ１８を含むものである。図４では１つの好適例として、サブトーチ１８を２つ設ける場合を図示しているが、サブトーチ１８を３つ以上設けることも可能である。
【0037】
図４に示すように、トーチ（メイントーチ）１０は、図１に示す第一の実施形態のトーチ１０と近似しているが、筒状後方部の構成が異なっている。
具体的には、円筒状後方部の後部が第二陽極ノズル３’を形成し、第二陽極ノズル３’がプラズマ室９を２つのプラズマ室、すなわち第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’に区画している。そして、第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’は、それぞれ絶縁体１２’及び１２’’で包囲されたプラズマガス供給口８’及び８’’を備え、プラズマガス供給口８’及び８’’は、プラズマガス供給手段から供給されたプラズマガスを、それぞれ第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’に供給する。
具体的には、円筒状後方部の後部が第二陽極ノズル３’を形成し、第二陽極ノズル３’がプラズマ室９を２つのプラズマ室、すなわち第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’に区画している。そして、第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’は、それぞれ絶縁体１２’及び１２’’で包囲されたプラズマガス供給口８’及び８’’を備え、プラズマガス供給口８’及び８’’は、プラズマガス供給手段から供給されたプラズマガスを、それぞれ第一プラズマ室９’及び第二プラズマ室９’’に供給する。
【0038】
２つのサブトーチ１８は、プラズマ噴出口７の前方であって、プラズマ噴出口７の中心点と被膜形成材料噴出口６の中心点が設けられる同一軸線Ａに対して垂直方向に、具体的には、サブトーチ１８から噴出されるプラズマアークの進行方向が同一軸線Ａに対して垂直となるように、且つ２つのサブトーチは対向するように設けられ、メイントーチ１０と直流電源装置１１と電気的に接続している。
【0039】
２つのサブトーチ１８同士は、同じ構成である。
具体的には、サブトーチ１８は、それぞれサブトーチ陽極電極１５、サブトーチ陰極ノズル１６及びサブトーチプラズマガス供給口１７を備えている。サブトーチプラズマガス供給口１７は、絶縁体に包囲され、図示しないプラズマガス供給手段に連通しており、プラズマガス供給手段から供給されたプラズマガスをサブトーチ１８内に供給する。サブトーチ陰極ノズル１６の先端部には、サブトーチプラズマ噴出口が設けられており、サブトーチプラズマ噴出口から、サブトーチで発生させたプラズマアークを噴出する。
具体的には、サブトーチ１８は、それぞれサブトーチ陽極電極１５、サブトーチ陰極ノズル１６及びサブトーチプラズマガス供給口１７を備えている。サブトーチプラズマガス供給口１７は、絶縁体に包囲され、図示しないプラズマガス供給手段に連通しており、プラズマガス供給手段から供給されたプラズマガスをサブトーチ１８内に供給する。サブトーチ陰極ノズル１６の先端部には、サブトーチプラズマ噴出口が設けられており、サブトーチプラズマ噴出口から、サブトーチで発生させたプラズマアークを噴出する。
【0040】
本発明の第一及び第二の実施形態に係るアキシャルフィード式プラズマ溶射装置において説明したと同様にしてトーチ（メイントーチ）１０から被膜形成材料を含んだプラズマアークが噴出され、第三の実施形態では、メイントーチから噴出された被膜形成材料を含んだプラズマアークに対して、２つのサブトーチ１８から噴出されたプラズマアークが垂直方向から合流するように構成されている。
【符号の説明】
【0041】
１ 被膜形成材料ノズル
２ ブリッジ
３ 陽極ノズル
４ 陰極電極
５ 被膜形成材料通路
６ 被膜形成材料噴出口
７ プラズマ噴出口
８ プラズマガス供給口
９ プラズマ室
１０ トーチ
１１ 直流電源装置
１２ 絶縁体
１３ 冷却水通路
１４ 旋回流
１５ 陽極電極
１６ 陰極ノズル
１７ サブトーチプラズマガス供給口
１８ サブトーチ
Ａ プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点が設けられる同一軸線
θ 傾斜角度
２ ブリッジ
３ 陽極ノズル
４ 陰極電極
５ 被膜形成材料通路
６ 被膜形成材料噴出口
７ プラズマ噴出口
８ プラズマガス供給口
９ プラズマ室
１０ トーチ
１１ 直流電源装置
１２ 絶縁体
１３ 冷却水通路
１４ 旋回流
１５ 陽極電極
１６ 陰極ノズル
１７ サブトーチプラズマガス供給口
１８ サブトーチ
Ａ プラズマ噴出口の中心点と被膜形成材料噴出口の中心点が設けられる同一軸線
θ 傾斜角度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【手続補正書】
【提出日】2022-09-07
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部にプラズマ噴出口（７）を有する略無底円錐状前方部とプラズマガス供給口（８）を有しプラズマ室（９）を形成する円筒状後方部から構成される陽極ノズル（３）と陰極電極（４）を備えるトーチ（１０）と、プラズマガス供給手段と、被膜形成材料供給手段を含むアキシャルフィード式プラズマ溶射装置であって、
前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面から前記トーチ（１０）の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ（２）と、
前記複数のブリッジ（２）の先端部の間に設けられた被膜形成材料ノズル（１）と、
前記被膜形成材料ノズル（１）の先端部に設けられた被膜形成材料噴出口（６）と、
前記陽極ノズル（３）の周壁を貫通し、少なくとも一つの前記ブリッジ（２）内と前記被膜形成材料ノズル（１）内を経由して、前記被膜形成材料噴出口（６）まで連通する被膜形成材料通路（５）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が同一軸線（Ａ）上に設けられ、
前記ブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して傾斜して設けられていることを特徴とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面から前記トーチ（１０）の中央方向に向かって設けられた複数のブリッジ（２）と、
前記複数のブリッジ（２）の先端部の間に設けられた被膜形成材料ノズル（１）と、
前記被膜形成材料ノズル（１）の先端部に設けられた被膜形成材料噴出口（６）と、
前記陽極ノズル（３）の周壁を貫通し、少なくとも一つの前記ブリッジ（２）内と前記被膜形成材料ノズル（１）内を経由して、前記被膜形成材料噴出口（６）まで連通する被膜形成材料通路（５）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が同一軸線（Ａ）上に設けられ、
前記ブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して傾斜して設けられていることを特徴とするアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項2】
前記複数のブリッジ（２）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して、全て同じ角度で傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項3】
前記複数のブリッジ（２）が、前記陽極ノズル（３）の前記略無底円錐状前方部の後部の内周面に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項4】
前記複数のブリッジ（２）が、全て同じ形状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
【請求項5】
前記円筒状後方部の後部が第二陽極ノズル（３’）を形成し、
前記第二陽極ノズル（３’）が前記プラズマ室（９）を第一プラズマ室（９’）及び第二プラズマ室（９’’）に区画し、
前記第一プラズマ室（９’）及び前記第二プラズマ室（９’’）は、それぞれ絶縁体（１２’及び１２’’）で包囲されたプラズマガス供給口（８’及び８’’）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の前方に、サブトーチ陽極電極（１５）、サブトーチ陰極ノズル（１６）及びサブトーチプラズマガス供給口（１７）を備える少なくとも１つのサブトーチ（１８）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。
前記第二陽極ノズル（３’）が前記プラズマ室（９）を第一プラズマ室（９’）及び第二プラズマ室（９’’）に区画し、
前記第一プラズマ室（９’）及び前記第二プラズマ室（９’’）は、それぞれ絶縁体（１２’及び１２’’）で包囲されたプラズマガス供給口（８’及び８’’）を備え、
前記プラズマ噴出口（７）の前方に、サブトーチ陽極電極（１５）、サブトーチ陰極ノズル（１６）及びサブトーチプラズマガス供給口（１７）を備える少なくとも１つのサブトーチ（１８）が、前記プラズマ噴出口（７）の中心点と前記被膜形成材料噴出口（６）の中心点が設けられる同一軸線（Ａ）に対して垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアキシャルフィード式プラズマ溶射装置。