JP2023038080A - Plasma spray apparatus - Google Patents

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Yuzuru Sakai
辰夫 西田
Tatsuo Nishida
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Abstract

To provide a technology capable of enhancing a productivity by suppressing an attachment of a powder to a nozzle.SOLUTION: A plasma spray apparatus includes a nozzle body having a passage for extending gas and a powder in a distributable linear state and a first electrode that is detachably arranged at a tip of the nozzle body, has an ejection nozzle capable of ejecting gas and the powder by communicating with the passage, and a shaft common with a center axis of the nozzle body. The plasma spray apparatus has a second electrode that is arranged outside the first electrode and an axis common with the center axis of the nozzle body. The plasma spray apparatus generates a gas plasma between the first electrode and the second electrode, makes the powder ejected from the ejection nozzle molten by a plasma, and forms a spray coating film by spraying a molten powder to a base material. The inner diameter of the ejection nozzle is larger than the inner diameter of the passage.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、プラズマ溶射装置に関する。 The present disclosure relates to plasma spray apparatus.

特許文献１には、高速のガスおよび粉末をノズルの噴出口から噴出しつつ、当該噴出した粉末をプラズマの熱により溶融して、溶融した粉末の被膜を基材の表面に形成するプラズマ溶射装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a plasma spraying apparatus that ejects high-speed gas and powder from a nozzle outlet, melts the ejected powder by plasma heat, and forms a coating of the melted powder on the surface of a substrate. is disclosed.

特開２０１８－７８０５４号公報JP 2018-78054 A

本開示は、粉末がノズルに付着することを抑制して、生産性を高めることができる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique capable of suppressing adhesion of powder to nozzles and increasing productivity.

本開示の一態様によれば、プラズマ溶射装置であって、筒状のノズル本体と、前記ノズル本体の先端に着脱可能に設けられ、前記ノズル本体の中心軸と共通する軸を有する筒状の第１電極と、前記第１電極の外側に設けられ、前記ノズル本体の中心軸と共通する軸を有する第２電極と、を備え、前記ノズル本体および前記第１電極は、ガスおよび粉末を流通可能な連続する通路を有し、前記第１電極は、前記通路に連通して前記ガスおよび前記粉末を噴出可能な噴出口を有し、前記噴出口の内径が前記通路の内径よりも大きく、前記第１電極と前記第２電極との間において前記ガスのプラズマを生成し、前記噴出口から噴射された前記粉末を前記プラズマにより溶融させるように構成される、プラズマ溶射装置が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a plasma spraying apparatus includes a cylindrical nozzle body, and a cylindrical nozzle body detachably provided at the tip of the nozzle body and having an axis common to the central axis of the nozzle body. A first electrode and a second electrode provided outside the first electrode and having an axis common to the central axis of the nozzle body, wherein the nozzle body and the first electrode pass gas and powder. the first electrode has an ejection port communicating with the passage and capable of ejecting the gas and the powder, the inner diameter of the ejection port being larger than the inner diameter of the passage; A plasma spraying apparatus is provided, which is configured to generate a plasma of the gas between the first electrode and the second electrode, and to melt the powder ejected from the ejection port by the plasma.

一態様によれば、粉末がノズルに付着することを抑制して、生産性を高めることができることができる。 According to one aspect, the powder can be suppressed from adhering to the nozzle, and productivity can be improved.

実施形態に係るプラズマ溶射装置の全体構成例を示す図である。1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a plasma spraying apparatus according to an embodiment; FIG. 図１の電極構造を拡大して示す側面断面図である。2 is a side sectional view showing an enlarged electrode structure of FIG. 1; FIG. 図１のノズル周辺を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing the vicinity of the nozzle in FIG. 1; プラズマ溶射の評価実験を行った際のノズルを例示する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a nozzle used in an evaluation experiment of plasma thermal spraying; プラズマ溶射の評価実験におけるフィーダ圧力の推移を示すグラフである。4 is a graph showing changes in feeder pressure in an evaluation experiment of plasma thermal spraying. 図６（ａ）は、第１変形例に係る噴出用筒体の縦断面図であり、図６（ｂ）は、第２変形例に係る噴出用筒体の縦断面図である。FIG. 6(a) is a longitudinal sectional view of an ejection cylinder according to a first modification, and FIG. 6(b) is a longitudinal sectional view of an ejection cylinder according to a second modification.

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

図１は、実施形態に係るプラズマ溶射装置１の全体構成例を示す図である。図１に示すように、プラズマ溶射装置１は、溶射材料の粉末（以下「溶射用粉末Ｒ１」という）を、プラズマにより溶融しながら基材Ｗの表面に向かって噴出し、基材Ｗの表面に溶射膜Ｆ１を形成する装置である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of a plasma spraying apparatus 1 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the plasma spraying apparatus 1 ejects powder of a thermal spraying material (hereinafter referred to as "thermal spraying powder R1") toward the surface of the substrate W while melting it with plasma. It is an apparatus for forming a thermal spray film F1 on the .

プラズマ溶射装置１は、溶射用粉末Ｒ１を噴出する噴出部１０と、噴出部１０にガスを供給するガス供給部４０と、噴出部１０を冷却する冷却部６０と、各構成の動作を制御する制御部７０と、を含む。 The plasma spraying apparatus 1 controls the operation of each component, including an ejection section 10 for ejecting thermal spray powder R1, a gas supply section 40 for supplying gas to the ejection section 10, and a cooling section 60 for cooling the ejection section 10. and a control unit 70 .

噴出部１０は、円筒状のノズル１１と、溶射用粉末Ｒ１をノズル１１内に供給するフィーダ２０と、を備える。また、噴出部１０の先端側は、プラズマ溶射装置１の筐体部３０内に設置されている。 The ejection part 10 includes a cylindrical nozzle 11 and a feeder 20 that supplies thermal spraying powder R1 into the nozzle 11 . Further, the tip side of the ejection part 10 is installed inside the housing part 30 of the plasma spraying apparatus 1 .

噴出部１０が噴出する溶射用粉末Ｒ１の粒径は、例えば１μｍ～１０μｍである。溶射用粉末Ｒ１としては、例えば銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属の微粉末があげられる。また、溶射用粉末Ｒ１は、ポリエステル等の樹脂の微粉末であってもよい。また、溶射用粉末Ｒ１は、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、フッ化イットリウム、酸化ジルコニウム、ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等のセラミックスまたはこれらのセラミックスの複合材料の微粉末であってもよい。 The particle size of the thermal spraying powder R1 ejected from the ejection part 10 is, for example, 1 μm to 10 μm. Examples of the thermal spray powder R1 include fine metal powders such as copper (Cu), lithium (Li), iron (Fe), aluminum (Al), nickel (Ni), and molybdenum (Mo). Further, the thermal spraying powder R1 may be a fine powder of a resin such as polyester. The thermal spraying powder R1 is fine particles of ceramics such as aluminum oxide, yttrium oxide, yttrium fluoride, zirconium oxide, mullite (Al 6 O 13 Si 2 ), spinel (MgAl 2 O 4 ) or composite materials of these ceramics. It may be powder.

ノズル１１は、直線状に延在するノズル本体１２と、ノズル本体１２の先端に設置される噴出用筒体１５と、を有する。噴出用筒体１５の軸方向に沿った長さは、ノズル本体１２の軸方向に沿った長さよりも短い。ノズル１１は、ノズル本体１２と噴出用筒体１５とを別部材とすることで、装置のメンテナンス等において噴出用筒体１５だけを交換可能としている。 The nozzle 11 has a linearly extending nozzle body 12 and an ejection cylinder 15 installed at the tip of the nozzle body 12 . The axial length of the ejection cylinder 15 is shorter than the axial length of the nozzle body 12 . In the nozzle 11, the nozzle main body 12 and the ejection cylinder 15 are separate members, so that only the ejection cylinder 15 can be replaced during maintenance of the apparatus.

ノズル１１は、溶射用粉末が流通する通路１１ａを内側に備える。通路１１ａは、ノズル１１の軸方向と直交する断面視で正円形状に形成され、ノズル本体１２の基端から噴出用筒体１５の先端まで延在している。つまり、ノズル本体１２は、通路１１ａを構成する本体孔部１２ａを軸心に有する一方で、噴出用筒体１５は、通路１１ａを構成する噴出用孔部１５ａを軸心に有する。 The nozzle 11 is provided with a passage 11a through which thermal spraying powder flows. The passage 11 a is formed in a perfect circular shape in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the nozzle 11 and extends from the base end of the nozzle main body 12 to the tip of the ejection cylinder 15 . In other words, the nozzle main body 12 has a main body hole portion 12a forming the passage 11a in the axial center, while the ejection cylinder 15 has the injection hole portion 15a forming the passage 11a in the axial center.

ノズル本体１２は、導電性または非導電性を有する金属材料により円筒状に形成されている。ノズル本体１２は、中心軸に沿って本体孔部１２ａを有する。本体孔部１２ａは、ノズル本体１２の軸方向に沿って一定の内径（直径）で直線状に延在している。ノズル本体１２の先端（噴出用筒体１５側の端部）には、本体孔部１２ａに連通するとともに、噴出用孔部１５ａに連通可能な接続連通口１２ｂが形成されている。 The nozzle body 12 is cylindrically formed from a conductive or non-conductive metal material. The nozzle body 12 has a body hole 12a along the central axis. The body hole portion 12 a extends linearly with a constant inner diameter (diameter) along the axial direction of the nozzle body 12 . The tip of the nozzle body 12 (the end on the ejection cylinder 15 side) is formed with a connection port 12b that communicates with the ejection hole 15a while communicating with the body hole 12a.

噴出用筒体１５は、導電性を有する金属材料により形成され、ノズル本体１２よりも若干細い円筒状を呈している。噴出用孔部１５ａは、この噴出用筒体１５の軸心を直線状に貫通している。このため、噴出用筒体１５は、先端において噴出用孔部１５ａに連通する噴出口１５ｂと、基端において噴出用孔部１５ａに連通する基端開口１５ｃ（図２参照）と、を有する。また、噴出用筒体１５は、基端側の外周面にフランジ１６を備える。フランジ１６は、筐体部３０内に設けられた内側凸部３１に対して離脱可能に係合する。 The ejection cylinder 15 is made of a conductive metal material and has a cylindrical shape that is slightly thinner than the nozzle body 12 . The ejection hole portion 15 a extends straight through the axial center of the ejection cylinder 15 . For this reason, the ejection cylinder 15 has an ejection port 15b communicating with the ejection hole 15a at the tip, and a base end opening 15c (see FIG. 2) communicating with the ejection hole 15a at the base. In addition, the ejection cylinder 15 has a flange 16 on the outer peripheral surface on the base end side. The flange 16 is detachably engaged with an inner convex portion 31 provided inside the housing portion 30 .

筐体部３０は、非導電性の樹脂材料により形成されている。筐体部３０は、ノズル本体１２の中心軸と噴出用筒体１５の中心軸とが互いに共通する軸を有するように、噴出用筒体１５を固定する。筐体部３０にノズル１１が固定されることで、通路１１ａの軸は、プラズマ溶射装置１の鉛直方向（上下方向）に沿って直線状に延在した状態となっている。なお、噴出用筒体１５の固定は、フランジ１６と内側凸部３１との係合に限定されず、適宜の係合手段（螺合、溶着、接着等）により、筐体部３０またはノズル本体１２に固定されればよい。 The housing part 30 is made of a non-conductive resin material. The housing part 30 fixes the ejection cylinder 15 so that the central axis of the nozzle body 12 and the central axis of the ejection cylinder 15 have a common axis. By fixing the nozzle 11 to the housing part 30 , the axis of the passage 11 a extends linearly along the vertical direction (vertical direction) of the plasma spraying apparatus 1 . The fixing of the ejection cylinder 15 is not limited to the engagement between the flange 16 and the inner convex portion 31, and the housing portion 30 or the nozzle body is fixed by appropriate engagement means (screwing, welding, adhesion, etc.). 12 should be fixed.

筐体部３０は、ノズル１１の固定状態で、ノズル本体１２の軸方向中間位置から先端側までの外周面に密着しており、また噴出用筒体１５の基端側の外周面に密着している。筐体部３０は、噴出用筒体１５の先端側（下端側）周辺に、プラズマジェットＰを生成するための生成空間３０ａを有する。さらに、筐体部３０の上面からは、ノズル本体１２の基端側（上端側）が突出している。 When the nozzle 11 is fixed, the housing part 30 is in close contact with the outer peripheral surface of the nozzle body 12 from the axial intermediate position to the distal end side, and is also in close contact with the outer peripheral surface of the ejection cylinder 15 at the base end side. ing. The housing part 30 has a generation space 30a for generating the plasma jet P around the tip side (lower end side) of the ejection cylinder 15 . Further, the base end side (upper end side) of the nozzle body 12 protrudes from the upper surface of the housing portion 30 .

フィーダ２０は、ノズル１１（ノズル本体１２）の基端に接続され、ノズル１１に溶射用粉末Ｒ１を供給する。フィーダ２０は、溶射用粉末Ｒ１を収容する容器２１と、容器２１に設けられたアクチュエータ２２と、を含む。容器２１は、例えば、ボウル形状に形成され、アクチュエータ２２から回転方向の振動が加わることで、容器２１から通路１１ａに溶射用粉末Ｒ１を投入する。アクチュエータ２２は、モータ、および当該モータの回転駆動を伝達する伝達機構等が適用される（共に不図示）。 The feeder 20 is connected to the base end of the nozzle 11 (nozzle body 12) and supplies the nozzle 11 with the thermal spraying powder R1. The feeder 20 includes a container 21 containing thermal spray powder R1 and an actuator 22 provided in the container 21 . The container 21 is formed in, for example, a bowl shape, and the thermal spraying powder R1 is introduced from the container 21 into the passage 11a by applying vibration in the rotational direction from the actuator 22 . A motor and a transmission mechanism for transmitting rotational drive of the motor are applied to the actuator 22 (both not shown).

プラズマ溶射装置１のガス供給部４０は、第１ガスとしてプラズマ生成ガスをノズル１１に供給する。プラズマ生成ガスは、プラズマを生成するためのガスであり、ノズル１１の通路１１ａにおいて溶射用粉末Ｒ１を運ぶキャリアガスとしても機能する。プラズマ生成ガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスやこれらの混合ガスを利用することができる。以下では、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを利用する場合を例にあげて説明する。 The gas supply unit 40 of the plasma spraying apparatus 1 supplies the plasma generating gas as the first gas to the nozzle 11 . The plasma-generating gas is a gas for generating plasma, and also functions as a carrier gas that carries the thermal spraying powder R1 in the passage 11a of the nozzle 11. Argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, and a mixture of these gases can be used as the plasma generating gas, for example. In the following, the case of using Ar gas as the plasma generation gas will be described as an example.

ガス供給部４０は、Ａｒガス（プラズマ生成ガス）を供給するための供給配管４１を有する。また、ガス供給部４０は、供給配管４１のガスの流通方向上流から下流に向かって順に、ガス供給源４２、バルブ４３およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４を備える。ガス供給部４０は、バルブ４３の開放に基づきガス供給源４２からＡｒガスを供給するとともに、マスフローコントローラ４４により流量制御することで、所定の流量のＡｒガスをノズル１１の通路１１ａに供給する。 The gas supply unit 40 has a supply pipe 41 for supplying Ar gas (plasma generating gas). The gas supply unit 40 also includes a gas supply source 42 , a valve 43 and a mass flow controller (MFC) 44 in this order from upstream to downstream in the gas flow direction of the supply pipe 41 . The gas supply unit 40 supplies the Ar gas from the gas supply source 42 based on the opening of the valve 43 , and controls the flow rate by the mass flow controller 44 to supply the Ar gas at a predetermined flow rate to the passage 11 a of the nozzle 11 .

さらに、ガス供給部４０は、筐体部３０の生成空間３０ａに、第２ガスとして旋回流用のガスであるＡｒガスを供給する。ガス供給部４０は、供給配管４１から分岐する分岐配管４５を有するとともに、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４６を分岐配管４５に備える。つまり、ガス供給部４０は、バルブ４３の開放に基づきガス供給源４２からＡｒガスを供給した際に、マスフローコントローラ４６により流量制御することで、所定流量のＡｒガスを分岐配管４５に流通させる。 Furthermore, the gas supply unit 40 supplies Ar gas, which is a swirl flow gas, as the second gas to the generation space 30a of the housing unit 30 . The gas supply unit 40 has a branch pipe 45 branching from the supply pipe 41 and equips the branch pipe 45 with a mass flow controller (MFC) 46 . That is, when the gas supply unit 40 supplies Ar gas from the gas supply source 42 based on the opening of the valve 43 , the flow rate is controlled by the mass flow controller 46 to allow the Ar gas to flow through the branch pipe 45 at a predetermined flow rate.

分岐配管４５は、筐体部３０内に設けられたガス流路３２に接続されている。ガス流路３２は、筐体部３０の上部から下部に向かって縦方向に延在し、途中位置で横方向に曲がることで、生成空間３０ａに連通している。ガス供給部４０により供給されたＡｒガスは、横方向から生成空間３０ａに流出することで、生成空間３０ａ内にて噴出用筒体１５の周りに旋回流を形成する。 The branch pipe 45 is connected to the gas flow path 32 provided inside the housing portion 30 . The gas flow path 32 extends vertically from the top to the bottom of the housing 30 and bends in the middle to communicate with the generation space 30a. The Ar gas supplied by the gas supply unit 40 flows laterally into the generation space 30a, thereby forming a swirl flow around the ejection cylinder 15 in the generation space 30a.

なお、図１では、生成空間３０ａに横方向から導入されるＡｒガスの供給流路を１つだけ図示しているが、筐体部３０には、ガス流路３２に連通する開口が生成空間３０ａの周方向に沿って複数設けられてもよい。 Although FIG. 1 shows only one Ar gas supply channel introduced laterally into the generation space 30a, the casing 30 has an opening communicating with the gas channel 32 in the generation space. A plurality may be provided along the circumferential direction of 30a.

プラズマ溶射装置１は、筐体部３０の外部に直流電源５１を有し、筐体部３０に設置したカソード電極５２（第１電極）およびアノード電極５３（第２電極）に直流電力を供給することで、生成空間３０ａ内にプラズマを生成する。本実施形態に係るプラズマ溶射装置１は、このカソード電極５２として、金属により形成されているノズル１１（噴出用筒体１５）を適用している。また、筐体部３０は、アノード電極５３として機能する金属ブロック３５を生成空間３０ａの内周面に有する。 The plasma spraying apparatus 1 has a DC power supply 51 outside the housing 30, and supplies DC power to a cathode electrode 52 (first electrode) and an anode electrode 53 (second electrode) installed in the housing 30. Thus, plasma is generated in the generation space 30a. The plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment employs the nozzle 11 (jet cylinder 15) made of metal as the cathode electrode 52. As shown in FIG. Further, the housing part 30 has a metal block 35 functioning as an anode electrode 53 on the inner peripheral surface of the generation space 30a.

具体的には、筐体部３０は、生成空間３０ａの内周面を構成する部位として、凹み部３３と、張出部３４とを有する。凹み部３３には、上記したガス流路３２の開口が設けられている。 Specifically, the housing part 30 has a recessed part 33 and an overhanging part 34 as parts forming the inner peripheral surface of the generation space 30a. The recessed portion 33 is provided with an opening of the gas flow path 32 described above.

張出部３４は、金属ブロック３５により形成され、凹み部３３よりも径方向内側に突出している。金属ブロック３５は、導電性を有する金属材料により形成されている。金属ブロック３５は、リング状に形成され、その外周側が筐体部３０に接合されている。金属ブロック３５により囲われた部分は、生成されたプラズマジェットＰが通過するジェット用通路３５ａとなっている。第２電極である金属ブロック３５（ジェット用通路３５ａ）の中心軸は、ノズル本体１２（ノズル１１）の中心軸と共通する軸を有している。また、金属ブロック３５は、断面視で、外周側が開放した凹状に形成され、水等の冷媒を凹空間３５ｂに流通させることが可能である。 The projecting portion 34 is formed of a metal block 35 and protrudes radially inward from the recessed portion 33 . The metal block 35 is made of a conductive metal material. The metal block 35 is formed in a ring shape, and its outer peripheral side is joined to the housing portion 30 . A portion surrounded by the metal block 35 serves as a jet passage 35a through which the generated plasma jet P passes. The central axis of the metal block 35 (jet passage 35a), which is the second electrode, has the same axis as the central axis of the nozzle body 12 (nozzle 11). Further, the metal block 35 is formed in a concave shape with an open outer peripheral side in a cross-sectional view, so that a coolant such as water can be circulated in the concave space 35b.

以上の構成を有するプラズマ溶射装置１は、直流電源５１からノズル１１（カソード電極５２）と、金属ブロック３５（アノード電極５３）とに直流電力を供給する。これにより、カソード電極５２とアノード電極５３の間に放電が生じてＡｒガスの電離を促し、生成空間３０ａにプラズマを生成することができる。 The plasma spraying apparatus 1 having the above configuration supplies DC power from the DC power supply 51 to the nozzle 11 (cathode electrode 52) and the metal block 35 (anode electrode 53). As a result, a discharge is generated between the cathode electrode 52 and the anode electrode 53 to promote ionization of the Ar gas, thereby generating plasma in the generation space 30a.

冷却部６０は、チラーユニット６１と、チラーユニット６１から冷媒を流出させる冷媒流出管６２と、チラーユニット６１に冷媒を戻す冷媒流入管６３と、含む。また、冷却部６０は、冷媒流出管６２にバルブ６４およびフローメータ（ＦＭ）６５を備えるとともに、冷媒流入管６３にバルブ６６を備える。 The cooling unit 60 includes a chiller unit 61 , a refrigerant outflow pipe 62 for flowing out refrigerant from the chiller unit 61 , and a refrigerant inflow pipe 63 for returning refrigerant to the chiller unit 61 . The cooling unit 60 also includes a valve 64 and a flow meter (FM) 65 on the refrigerant outflow pipe 62 and a valve 66 on the refrigerant inflow pipe 63 .

冷媒流出管６２および冷媒流入管６３は、筐体部３０内に形成された冷媒流路６７に接続されている。冷媒流路６７は、ノズル本体１２の外側を周回するノズル冷却空間６７ａと、金属ブロック３５の凹空間３５ｂとに連通している。チラーユニット６１から冷媒流出管６２に供給された冷媒は、筐体部３０の冷媒流路６７に流入し、筐体部３０内でのノズル冷却空間６７ａおよび凹空間３５ｂを通過して、冷媒流入管６３に流出することで、チラーユニット６１に戻る。これにより、冷却部６０は、プラズマの生成時に、筐体部３０の温度を調整することが可能となる。 The refrigerant outflow pipe 62 and the refrigerant inflow pipe 63 are connected to a refrigerant flow path 67 formed inside the housing portion 30 . The coolant flow path 67 communicates with the nozzle cooling space 67 a that surrounds the nozzle body 12 and the recessed space 35 b of the metal block 35 . The refrigerant supplied from the chiller unit 61 to the refrigerant outflow pipe 62 flows into the refrigerant flow path 67 of the housing portion 30, passes through the nozzle cooling space 67a and the recessed space 35b in the housing portion 30, and flows into the refrigerant inflow pipe. It returns to chiller unit 61 by exiting pipe 63 . This allows the cooling unit 60 to adjust the temperature of the housing unit 30 when plasma is generated.

また、プラズマ溶射装置１は、生成空間３０ａに磁場を発生させる磁場発生部（不図示）を備えてもよい。磁場発生部は、例えば、リング状の永久磁石または電磁石を、金属ブロック３５と同じ高さ位置に配置して構成することができる。 The plasma spraying apparatus 1 may also include a magnetic field generator (not shown) that generates a magnetic field in the generation space 30a. The magnetic field generator can be configured by, for example, arranging a ring-shaped permanent magnet or electromagnet at the same height position as the metal block 35 .

プラズマ溶射装置１の制御部７０は、１以上のプロセッサ、メモリ、入出力インタフェースおよび電子回路を有する制御用コンピュータである。１以上のプロセッサは、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、複数のディスクリート半導体からなる回路等のうち１つまたは複数を組み合わせたものである。メモリは、揮発性メモリ、不揮発性メモリ（コンピュータ記憶媒体、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、メモリーカード等の記憶媒体）を含み、不揮発性メモリにプログラムを記憶している。 The control unit 70 of the plasma spraying apparatus 1 is a control computer having one or more processors, memories, input/output interfaces and electronic circuits. The one or more processors are a combination of one or more of CPUs, ASICs, FPGAs, circuits composed of multiple discrete semiconductors, and the like. The memory includes volatile memory and nonvolatile memory (storage media such as computer storage media, flexible disks, compact disks, hard disks, magneto-optical disks, memory cards, etc.), and stores programs in the nonvolatile memory.

制御部７０は、メモリのプログラムをプロセッサが実行処理することで、プラズマ溶射装置１の各構成を制御してプラズマ溶射を行い、筐体部３０から離間した位置でジェット用通路３５ａに対向配置された基材Ｗの表面に溶射膜Ｆ１を形成する。なお、プラズマ溶射装置１は、基材Ｗを移動させながら溶射を行ってもよく、ノズル１１を移動させながら溶射を行ってもよい。基材Ｗを移動させながら溶射を行う場合は、例えば、基材Ｗが載置されたステージ（不図示）を水平方向に移動させながら溶射を行う。ノズル１１を移動させながら溶射を行う場合は、例えば、水平方向に移動可能なアームに筐体部３０を固定し、アームにより筐体部３０を水平方向に移動させながら溶射を行う。 The control unit 70 performs plasma spraying by controlling each component of the plasma spraying apparatus 1 by executing the program in the memory by the processor, and is arranged opposite the jet passage 35a at a position spaced apart from the housing unit 30. A thermally sprayed film F1 is formed on the surface of the base material W thus obtained. The plasma spraying apparatus 1 may perform thermal spraying while moving the substrate W, or may perform thermal spraying while moving the nozzle 11 . When thermal spraying is performed while moving the substrate W, for example, thermal spraying is performed while horizontally moving a stage (not shown) on which the substrate W is placed. When thermal spraying is performed while moving the nozzle 11, for example, the casing 30 is fixed to a horizontally movable arm, and thermal spraying is performed while the casing 30 is horizontally moved by the arm.

そして、本実施形態に係るプラズマ溶射装置１は、カソード電極５２であるノズル１１（噴出用筒体１５）と、アノード電極５３である金属ブロック３５とからなる電極構造８０において、プラズマ溶射時に、溶融した溶射用粉末Ｒ１の噴出用筒体１５の内壁への付着を抑制可能としている。以下、この電極構造８０の構成について説明していく。 In the plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment, the electrode structure 80 composed of the nozzle 11 (ejection cylinder 15) as the cathode electrode 52 and the metal block 35 as the anode electrode 53 melts during plasma spraying. Adhesion of the thermal spraying powder R1 to the inner wall of the ejection cylinder 15 can be suppressed. The configuration of this electrode structure 80 will be described below.

図２は、図１の電極構造８０を拡大して示す側面断面図である。図２に示すように、電極構造８０の一方である噴出用筒体１５は、筐体部３０内に軸方向基端側が嵌め込まれる一方で、軸方向中間から先端が生成空間３０ａに露出された状態となっている。 FIG. 2 is a side sectional view showing an enlarged view of the electrode structure 80 of FIG. As shown in FIG. 2, the ejection cylinder 15, which is one of the electrode structures 80, is fitted in the casing 30 at its base end side in the axial direction, while its tip end is exposed from the center in the axial direction to the generation space 30a. state.

噴出用筒体１５の軸方向長さＬ（全長）の寸法は、例えば、７ｍｍ～１５ｍｍの範囲に設定されるとよく、本実施形態では１０ｍｍとしている。また、噴出用筒体１５において生成空間３０ａに露出している部分（筐体部３０の端面から噴出用筒体１５の先端までの領域）の軸方向長さは、例えば、噴出用筒体１５の軸方向長さＬに対して１／２～４／５の割合に設定されるとよい。 The axial length L (total length) of the ejection cylinder 15 may be set, for example, in the range of 7 mm to 15 mm, and is 10 mm in this embodiment. In addition, the axial length of the portion of the ejection cylinder 15 exposed to the generation space 30a (the area from the end surface of the housing part 30 to the tip of the ejection cylinder 15) is, for example, the length of the ejection cylinder 15 It is preferable to set the ratio to 1/2 to 4/5 with respect to the axial length L of .

噴出用筒体１５の外周面１７は、基端において上記したフランジ１６を有する。また、外周面１７は、フランジ１６よりも先端側（下部側）でフランジ１６よりも小径の外径（直径）を有する胴部外周面１７１と、胴部外周面１７１の先端に連なり先端方向に向かって外径が漸減する先端外周面１７２と、を含む。 The outer peripheral surface 17 of the ejection cylinder 15 has the above-described flange 16 at its proximal end. In addition, the outer peripheral surface 17 includes a body portion outer peripheral surface 171 having an outer diameter (diameter) smaller than that of the flange 16 on the distal end side (lower side) of the flange 16, and a body portion outer peripheral surface 171 connected to the tip of the body portion outer peripheral surface 171 in the distal direction. and a distal outer peripheral surface 172 whose outer diameter gradually decreases.

胴部外周面１７１は、噴出用筒体１５の軸方向に沿って一定の外径で（断面視で軸方向と平行かつ直線状に）延在している。胴部外周面１７１の外径の寸法は、噴出用筒体１５の大きさにもよるが、例えば、４ｍｍ～８ｍｍの範囲に設定されるとよく、本実施形態では６ｍｍとしている。 The body outer peripheral surface 171 extends along the axial direction of the ejection cylinder 15 with a constant outer diameter (parallel to the axial direction and linearly in a cross-sectional view). The outer diameter of the body outer peripheral surface 171 depends on the size of the ejection cylinder 15, but is preferably set in the range of, for example, 4 mm to 8 mm, and is set to 6 mm in this embodiment.

この胴部外周面１７１は、噴出用筒体１５の外周面１７の大部分を構成している。胴部外周面１７１の軸方向長さは、例えば、噴出用筒体１５の軸方向長さＬに対して２／３～９／１０の割合に設定されるとよい。 The trunk outer peripheral surface 171 constitutes most of the outer peripheral surface 17 of the ejection cylinder 15 . The axial length of the barrel outer peripheral surface 171 is preferably set to a ratio of 2/3 to 9/10 of the axial length L of the ejection cylinder 15, for example.

先端外周面１７２は、先端方向に向かって小径となるテーパ形状を呈していることで、噴出用筒体１５の先端を先細り形状としている。この先端外周面１７２により、噴出用筒体１５の先端の外径は、胴部外周面１７１の外径よりも小さくなる。例えば、噴出用筒体１５の先端の外径は、胴部外周面１７１の外径に対して１／２～５／６の割合に設定されるとよい。噴出用筒体１５の先端の外径の寸法としては、３ｍｍ～５ｍｍの範囲であるとよく、本実施形態では４ｍｍとしている。 The distal end outer peripheral surface 172 has a tapered shape with a smaller diameter toward the distal end, so that the distal end of the ejection cylinder 15 is tapered. Due to this tip outer peripheral surface 172 , the outer diameter of the tip of the ejection cylinder 15 is smaller than the outer diameter of the trunk outer peripheral surface 171 . For example, the outer diameter of the tip of the ejection cylinder 15 may be set at a ratio of 1/2 to 5/6 of the outer diameter of the body outer peripheral surface 171 . The outer diameter of the tip of the ejection cylinder 15 is preferably in the range of 3 mm to 5 mm, and is 4 mm in this embodiment.

なお、先端外周面１７２の形状（寸法を含む）は、生成空間３０ａに形成されるＡｒガスの旋回流のスムーズな流れと、プラズマ放電の安定性に基づき、適切に設計されればよい。外周面１７は、テーパ形状の先端外周面１７２を備えなくてもよく、例えば、噴出用筒体１５の先端との間に丸角を有する構成でもよい。 The shape (including dimensions) of the distal end outer peripheral surface 172 may be appropriately designed based on the smooth flow of the Ar gas swirling flow formed in the generation space 30a and the stability of the plasma discharge. The outer peripheral surface 17 may not have the tapered tip outer peripheral surface 172 , and may have, for example, a configuration having a rounded angle between it and the tip of the ejection cylinder 15 .

一方、噴出用筒体１５の基端開口１５ｃの口径（内径φｉａ）は、ノズル本体１２の接続連通口１２ｂの口径（本体孔部１２ａの内径）と同一に設定されている。噴出用筒体１５は、この基端開口１５ｃと接続連通口１２ｂとが一致するように、筐体部３０に装着される。 On the other hand, the diameter (inner diameter φia) of the base end opening 15c of the ejection cylinder 15 is set to be the same as the diameter of the connection communication port 12b of the nozzle main body 12 (the inner diameter of the main body hole portion 12a). The ejection cylinder 15 is attached to the casing 30 so that the base end opening 15c and the connection communication port 12b are aligned with each other.

噴出用筒体１５は、噴出用孔部１５ａを構成する内周面１８を内側に有する。内周面１８は、基端開口１５ｃから先端方向に向かって内径が漸減する基端内周面１８１と、基端内周面１８１に連なり軸方向に一定の内径を有する胴部内周面１８２（第１の内周面）と、胴部内周面１８２に連なり先端方向に向かって内径が増加（漸増）する先端内周面１８３（第２の内周面）と、を含む。すなわち、ノズル１１内に設けられる通路１１ａは、当該通路１１ａを構成する内周面が鉛直方向に沿って拡径するまたは縮径する構成でもよい。この場合でも、通路１１ａは、軸心が直線状に延在していることになる。 The ejection cylinder 15 has an inner peripheral surface 18 forming an ejection hole 15a. The inner peripheral surface 18 includes a proximal inner peripheral surface 181 whose inner diameter gradually decreases toward the distal direction from the proximal end opening 15c, and a trunk inner peripheral surface 182 ( and a tip inner peripheral surface 183 (second inner peripheral surface) which continues from the trunk inner peripheral surface 182 and whose inner diameter increases (gradually increases) toward the tip. That is, the passage 11a provided in the nozzle 11 may have a configuration in which the inner peripheral surface forming the passage 11a expands or contracts along the vertical direction. Even in this case, the axis of the passage 11a extends linearly.

基端内周面１８１は、基端において基端開口１５ｃを形成している。基端内周面１８１は、先端方向に向かって小径となるテーパ形状を呈していることで、噴出用孔部１５ａを徐々に細くしている。基端内周面１８１の軸方向長さは、フランジ１６の軸方向長さ（厚み）よりも長い。 The proximal inner peripheral surface 181 forms a proximal opening 15c at the proximal end. The proximal inner peripheral surface 181 has a tapered shape with a smaller diameter toward the distal end, thereby gradually narrowing the ejection hole portion 15a. The axial length of the proximal inner peripheral surface 181 is longer than the axial length (thickness) of the flange 16 .

胴部内周面１８２は、基端内周面１８１の先端に連なる基端を有し、この基端から軸方向に沿って一定の内径φｉｂ（直径）で延在している。この胴部内周面１８２の内径φｉｂは、ノズル本体１２の本体孔部１２ａの内径（＝基端開口１５ｃの内径φｉａ）よりも小さい。この胴部内周面１８２の内径φｉｂは、直線状に延在する通路１１ａにおいて最小径の部位を形成している。すなわち、噴出用筒体１５は、基端内周面１８１および胴部内周面１８２により、溶射用粉末Ｒ１およびＡｒガスの流速を速くすることができる。例えば、胴部内周面１８２の内径φｉｂは、本体孔部１２ａの内径の２／３～９／１０の割合に設定されるとよい。胴部内周面１８２の内径φｉｂの寸法としては、例えば、２ｍｍ～４ｍｍの範囲であるとよく、本実施形態では３ｍｍとしている。 The trunk inner peripheral surface 182 has a proximal end connected to the tip of the proximal inner peripheral surface 181 and extends from this proximal end along the axial direction with a constant inner diameter φib (diameter). The inner diameter φib of the trunk inner peripheral surface 182 is smaller than the inner diameter of the main body hole portion 12a of the nozzle body 12 (=the inner diameter φia of the base end opening 15c). The inner diameter φib of the trunk inner peripheral surface 182 forms a portion with the smallest diameter in the linearly extending passage 11a. That is, the ejection cylinder 15 can increase the flow velocity of the thermal spraying powder R1 and the Ar gas by the base end inner peripheral surface 181 and the trunk inner peripheral surface 182 . For example, the inner diameter φib of the trunk inner peripheral surface 182 is preferably set to a ratio of 2/3 to 9/10 of the inner diameter of the main body hole portion 12a. The size of the inner diameter φib of the trunk inner peripheral surface 182 may be, for example, in the range of 2 mm to 4 mm, and is 3 mm in this embodiment.

胴部内周面１８２の軸方向長さは、基端内周面１８１の軸方向長さや先端内周面１８３の軸方向長さよりも長い。胴部内周面１８２の軸方向長さは、例えば、噴出用筒体１５の軸方向長さＬに対して１／２～４／５の割合に設定されるとよい。胴部内周面１８２の基端の軸方向位置と、胴部外周面１７１の基端（フランジ１６との境界）の軸方向位置とは、一致していなくてもよく、一致していてもよい。 The axial length of the trunk inner peripheral surface 182 is longer than the axial length of the proximal inner peripheral surface 181 and the axial length of the distal inner peripheral surface 183 . The axial length of the trunk inner peripheral surface 182 is preferably set to a ratio of 1/2 to 4/5 of the axial length L of the ejection cylinder 15, for example. The axial position of the base end of the trunk inner peripheral surface 182 and the axial position of the base end of the trunk outer peripheral surface 171 (boundary with the flange 16) may or may not match. .

先端内周面１８３は、胴部内周面１８２の先端（噴出口１５ｂ側の端）に連なる基端を有し、この基端から先端方向に向かって大径となるテーパ形状を呈していることで、噴出用孔部１５ａを広げている。そして、先端内周面１８３は、噴出用筒体１５の最先端の縁によって噴出口１５ｂを形成している（以下、噴出口１５ｂを形成している縁を噴出口形成縁１８３ｆという）。すなわち、ノズル１１は、噴出用筒体１５の最先端に噴出口１５ｂを有し、通路１１ａ（本体孔部１２ａ、噴出用孔部１５ａ）がこの噴出口１５ｂに連通している。 The distal end inner peripheral surface 183 has a proximal end connected to the distal end (the end on the ejection port 15b side) of the trunk inner peripheral surface 182, and has a tapered shape with a larger diameter in the distal direction from the proximal end. , the ejection hole 15a is widened. The distal end inner peripheral surface 183 forms the ejection port 15b by the edge of the tip end of the ejection cylinder 15 (hereinafter, the edge forming the ejection port 15b is referred to as the ejection port formation edge 183f). That is, the nozzle 11 has an ejection port 15b at the tip of the ejection cylinder 15, and the passage 11a (main body hole portion 12a, ejection hole portion 15a) communicates with the ejection port 15b.

噴出口形成縁１８３ｆ（噴出口１５ｂ）の内径φｉｃは、通路１１ａの一部を構成している胴部内周面１８２の内径φｉｂよりも大きい。したがって、噴出口１５ｂの奥側かつ近傍の胴部内周面１８２に対して、ノズル１１の噴出口１５ｂが拡大している。これにより噴出口形成縁１８３ｆ付近の肉厚が薄くなる。例えば、噴出口１５ｂの内径ｉｃは、内径φｉｂに対して１．１～１．５倍に設定されるとよい。また、噴出口１５ｂの内径φｉｃは、ノズル本体１２の本体孔部１２ａの内径φｉａ以上に設定される。噴出口１５ｂの内径φｉｃの寸法としては、例えば、２．２ｍｍ～５ｍｍの範囲であるとよく、本実施形態では３．６ｍｍとしている。上記したように、噴出用筒体１５の先端の外径が４ｍｍであるため、噴出用筒体１５の先端は、０．２ｍｍ幅のリング状の端面を有するようになる。 The inner diameter φic of the ejection port forming edge 183f (the ejection port 15b) is larger than the inner diameter φib of the trunk inner peripheral surface 182 forming part of the passage 11a. Therefore, the ejection port 15b of the nozzle 11 is enlarged with respect to the trunk inner peripheral surface 182 on the back side and in the vicinity of the ejection port 15b. As a result, the thickness of the vicinity of the ejection port forming edge 183f is reduced. For example, the inner diameter ic of the ejection port 15b is preferably set to 1.1 to 1.5 times the inner diameter φib. In addition, the inner diameter φic of the ejection port 15b is set to be equal to or larger than the inner diameter φia of the main body hole portion 12a of the nozzle body 12 . The size of the inner diameter φic of the ejection port 15b may be, for example, in the range of 2.2 mm to 5 mm, and is 3.6 mm in this embodiment. As described above, since the outer diameter of the tip of the ejection cylinder 15 is 4 mm, the tip of the ejection cylinder 15 has a ring-shaped end face with a width of 0.2 mm.

先端内周面１８３の軸方向長さは、特に限定されず、例えば、噴出用筒体１５の軸方向長さＬに対して１／１０～１／２の割合に設定される。すなわち、先端内周面１８３の基端位置は、噴出用筒体１５の軸方向中間位置から先端までの範囲とすることで、先端内周面１８３を長くしすぎることによる、Ａｒガスの流れの変化を抑制することができる。また、先端内周面１８３の基端位置は、噴出口１５ｂから噴出用筒体１５の軸方向長さＬの１／１０以上離れることで、噴出用筒体１５の先端側肉部１９ａが薄肉になる範囲を確保できる。なお、先端内周面１８３の基端の軸方向位置と、先端外周面１７２の基端の軸方向位置とは、一致していなくてもよく、一致していてもよい。 The axial length of the tip inner peripheral surface 183 is not particularly limited, and is set, for example, at a ratio of 1/10 to 1/2 of the axial length L of the ejection cylinder 15 . That is, by setting the base end position of the distal end inner peripheral surface 183 to the range from the axially intermediate position to the distal end of the ejection cylinder 15, the Ar gas flow is reduced by making the distal end inner peripheral surface 183 too long. Change can be suppressed. In addition, the base end position of the distal end inner peripheral surface 183 is separated from the ejection port 15b by 1/10 or more of the axial length L of the ejection cylinder 15, so that the tip side wall portion 19a of the ejection cylinder 15 is thin. can be secured. The axial position of the proximal end of the tip inner peripheral surface 183 and the axial position of the proximal end of the tip outer peripheral surface 172 may or may not match.

胴部内周面１８２の延在方向に対する先端内周面１８３の傾斜角θ（テーパ角）は、先端内周面１８３の軸方向長さや噴出口１５ｂの内径φｉｃにもよるが、例えば、１°～４５°の範囲に設定される。 The inclination angle θ (taper angle) of the tip inner peripheral surface 183 with respect to the extending direction of the trunk inner peripheral surface 182 is, for example, 1°, although it depends on the axial length of the tip inner peripheral surface 183 and the inner diameter φic of the ejection port 15b. It is set in the range of ~45°.

噴出用筒体１５の先端は、内径φｉｂより大きな内径φｉｃの噴出口１５ｂを有することで、噴出用孔部１５ａを径方向外側に広げ、先端内周面１８３への溶射用粉末Ｒ１の付着を抑制する。また大きな内径φｉｃの噴出口１５ｂにより、先端外周面１７２と先端内周面１８３との間における噴出用筒体１５の先端側肉部１９ａの肉厚が、胴部外周面１７１と胴部内周面１８２との間における胴部側肉厚１９ｂの肉厚に対して大幅に薄くなる。このため、噴出用筒体１５の先端は、プラズマの熱により温度が上昇し易くなる。 The tip of the ejection cylinder 15 has an ejection port 15b with an inner diameter φic larger than the inner diameter φib, thereby expanding the ejection hole 15a radially outward and preventing the thermal spraying powder R1 from adhering to the inner peripheral surface 183 of the tip. Suppress. In addition, due to the ejection port 15b having a large inner diameter φic, the thickness of the distal end side meat portion 19a of the ejection cylinder 15 between the distal end outer peripheral surface 172 and the distal end inner peripheral surface 183 is equal to that of the trunk portion outer peripheral surface 171 and the trunk portion inner peripheral surface. 182, the thickness is much thinner than the thickness of the trunk side thickness 19b. Therefore, the temperature of the tip of the ejection cylinder 15 is likely to rise due to the heat of the plasma.

また、電極構造８０の一方である金属ブロック３５は、径方向外側の外周部が筐体部３０に固定されることで、上記したように、ジェット用通路３５ａを生成空間３０ａに配置している。金属ブロック３５のジェット用通路３５ａを構成する通路内周面３６の基端側は、先端方向（プラズマジェットＰの噴出方向）に沿って減少（漸減）するテーパ面３６１に形成されている。また、テーパ面３６１の基端は、丸角３６２に形成され、金属ブロック３５の基端面３７に連なっている。 In addition, the metal block 35, which is one of the electrode structures 80, is fixed to the casing 30 at its radially outer peripheral portion, thereby arranging the jet passage 35a in the generation space 30a as described above. . The base end side of the passage inner peripheral surface 36 forming the jet passage 35a of the metal block 35 is formed into a tapered surface 361 that tapers (gradually tapers) along the tip direction (injection direction of the plasma jet P). A base end of the tapered surface 361 is formed into a rounded corner 362 and continues to the base end surface 37 of the metal block 35 .

電極構造８０は、噴出用筒体１５と、金属ブロック３５とを互いに近接配置していることで、その間の間隙８０ａに放電を生じさせる。具体的には、噴出用筒体１５の先端（噴出口１５ｂ）は、金属ブロック３５の基端面３７よりも先端に位置していることで、金属ブロック３５の内側のジェット用通路３５ａに入り込んでいる。換言すれば、電極構造８０の軸方向に沿った断面視で、カソード電極５２の噴出口１５ｂとアノード電極５３とは、相互にオーバラップしている（重なり合っている）。特に、本実施形態に係る噴出用筒体１５は、先端外周面１７２および先端内周面１８３の全体が金属ブロック３５の基端面３７よりも先端に位置している。これにより、噴出用筒体１５の先端と金属ブロック３５の基端との間の放電によりＡｒガスのプラズマを生じさせることができる。なお、電極構造８０は、金属ブロック３５の基端面３７よりも基端側に、噴出用筒体１５の先端を配置してもよい（アノード電極５３に対してカソード電極５２をオーバラップさせない構造でもよい）。 In the electrode structure 80, the ejection cylinder 15 and the metal block 35 are arranged close to each other, so that a discharge is generated in the gap 80a therebetween. Specifically, the tip of the jet cylinder 15 (jet port 15 b ) is located at the tip of the base end face 37 of the metal block 35 , so that it enters the jet passage 35 a inside the metal block 35 . there is In other words, in a cross-sectional view along the axial direction of the electrode structure 80, the ejection port 15b of the cathode electrode 52 and the anode electrode 53 overlap (overlap) each other. In particular, in the ejection cylinder 15 according to this embodiment, the entire distal end outer peripheral surface 172 and the distal end inner peripheral surface 183 are located at the distal end relative to the proximal end surface 37 of the metal block 35 . Thus, an electric discharge between the tip of the ejection cylinder 15 and the base of the metal block 35 can generate Ar gas plasma. In the electrode structure 80, the distal end of the ejection cylinder 15 may be disposed on the proximal side of the proximal end surface 37 of the metal block 35 (a structure in which the cathode electrode 52 does not overlap the anode electrode 53 may also be used). good).

噴出用筒体１５と金属ブロック３５との間隙８０ａは、電極構造８０においてプラズマを発生させる空間となる。間隙８０ａの間隔Ｄ（先端外周面１７２と通路内周面３６間の最小距離）は、電極構造８０の形状にもよるが、例えば、１．０ｍｍ～３．０ｍｍの範囲に設定されるとよく、本実施形態では、１．０２ｍｍとしている。間隔Ｄが１．０ｍｍ未満であると、金属ブロック３５が削れる等してプラズマが安定しない場合があり、また間隔Ｄが３．０ｍｍを超えると、プラズマの放電位置が不安定となる場合がある。 A gap 80 a between the ejection cylinder 15 and the metal block 35 serves as a space for generating plasma in the electrode structure 80 . The distance D of the gap 80a (minimum distance between the tip outer peripheral surface 172 and the passage inner peripheral surface 36) depends on the shape of the electrode structure 80, but is preferably set in the range of 1.0 mm to 3.0 mm, for example. , in this embodiment, is 1.02 mm. If the distance D is less than 1.0 mm, the metal block 35 may be chipped and the plasma may become unstable. If the distance D exceeds 3.0 mm, the plasma discharge position may become unstable. .

本実施形態に係るプラズマ溶射装置１は、基本的には以上のように構成され、以下その作用効果について説明する。 The plasma spraying apparatus 1 according to the present embodiment is basically configured as described above, and the effects thereof will be described below.

図３は、ノズル１１の周辺示す説明図である。図３に示すように、プラズマ溶射装置１は、制御部７０の制御下に、ノズル１１内の通路１１ａに対して、フィーダ２０により溶射用粉末Ｒ１を供給しつつ、ガス供給部４０によりＡｒガス（プラズマ生成ガス）を供給する。また、プラズマ溶射装置１は、ガス供給部４０からガス流路３２を介して生成空間３０ａにＡｒガスを流出させることで、Ａｒガスの旋回流を生成空間３０ａに形成する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the periphery of the nozzle 11. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, the plasma spraying apparatus 1 supplies thermal spraying powder R1 from the feeder 20 to the passage 11a in the nozzle 11 under the control of the control unit 70, and supplies Ar gas from the gas supply unit 40. (plasma generating gas) is supplied. Further, the plasma spraying apparatus 1 causes the Ar gas to flow out from the gas supply unit 40 to the generation space 30a through the gas flow path 32, thereby forming a swirl flow of the Ar gas in the generation space 30a.

さらに、プラズマ溶射装置１の制御部７０は、直流電源５１から噴出用筒体１５（カソード電極５２）および金属ブロック３５（アノード電極５３）に直流電力を印加する。その結果、噴出用筒体１５と金属ブロック３５の間の間隙８０ａに、プラズマが生成される。この際、Ａｒガスの旋回流が流れることで、生成されたプラズマを基材Ｗに向かって垂直方向に噴射させることができる。制御部７０は、冷却部６０により筐体部３０の冷媒流路６７に冷媒を供給する。これにより、プラズマ溶射により昇温したノズル本体１２および金属ブロック３５が冷却される。その一方で、噴出用筒体１５は、冷媒流路６７から離れた位置にあるため、高い温度状態が維持される。 Further, the control unit 70 of the plasma spraying apparatus 1 applies DC power from the DC power supply 51 to the ejection cylinder 15 (cathode electrode 52) and the metal block 35 (anode electrode 53). As a result, plasma is generated in the gap 80 a between the ejection cylinder 15 and the metal block 35 . At this time, the generated plasma can be jetted toward the base material W in the vertical direction due to the swirling flow of the Ar gas. The control unit 70 supplies the coolant to the coolant flow path 67 of the housing unit 30 by the cooling unit 60 . As a result, the nozzle body 12 and metal block 35 heated by plasma spraying are cooled. On the other hand, since the ejection cylinder 15 is located away from the coolant flow path 67, the high temperature state is maintained.

ノズル１１の通路１１ａ内において、溶射用粉末Ｒ１は、Ａｒガスの移動により運ばれて、ノズル本体１２、噴出用筒体１５の順に直線状に流通していく。噴出用筒体１５の胴部内周面１８２では、噴出用孔部１５ａが狭まっていることにより、溶射用粉末Ｒ１およびＡｒガスの流速が速くなる。これに対し、噴出用筒体１５の先端内周面１８３では、噴出用孔部１５ａが噴出口１５ｂに向かって広がっている。このテーパ形状の先端内周面１８３は、溶射用粉末Ｒ１が滞留する場所（例えば、角部）をなくして、噴出用筒体１５から溶射用粉末Ｒ１を安定的に噴出させることができる。 In the passage 11a of the nozzle 11, the thermal spraying powder R1 is carried by the movement of the Ar gas and flows linearly through the nozzle main body 12 and the ejection cylinder 15 in this order. In the inner peripheral surface 182 of the body portion of the ejection cylinder 15, the flow velocity of the thermal spraying powder R1 and the Ar gas increases because the ejection hole 15a is narrowed. On the other hand, in the tip inner peripheral surface 183 of the ejection cylinder 15, the ejection hole 15a widens toward the ejection port 15b. The tapered distal end inner peripheral surface 183 eliminates places (for example, corners) where the thermal spraying powder R1 stays, so that the thermal spraying powder R1 can be stably ejected from the ejection cylinder 15 .

したがって、噴出用筒体１５は、先端内周面１８３に対する溶射用粉末Ｒ１の付着を抑制して、溶射用粉末Ｒ１を円滑に噴出することができる。仮に溶射用粉末Ｒ１が噴出口形成縁１８３ｆに付着したとしても、噴出口１５ｂの内径を広げた噴出口形成縁１８３ｆは、噴出用孔部１５ａの閉塞を回避できる。 Therefore, the spraying cylinder 15 can suppress adhesion of the thermal spraying powder R1 to the tip inner peripheral surface 183 and smoothly spray the thermal spraying powder R1. Even if the thermal spraying powder R1 adheres to the ejection port forming edge 183f, the ejection port forming edge 183f with the enlarged inner diameter of the ejection port 15b can avoid blockage of the ejection hole portion 15a.

また、噴出用筒体１５の先端側肉部１９ａは、先端外周面１７２および先端内周面１８３により薄肉となっていることで、プラズマにより容易に昇温し、例えば３０００℃程度の高温となる。これにより、溶射用粉末Ｒ１が噴出用筒体１５の先端に一層付着し難くなる。特に、先端内周面１８３により噴出用孔部１５ａの先端側が広がっていることで、通路１１ａ側のＡｒガスの流速が低下し、プラズマが噴出用孔部１５ａに入り込み易くなる。このため、噴出用筒体１５の先端側肉部１９ａの温度が一層容易に上昇して、溶射用粉末Ｒ１の溶融が促進される効果が得られる。 In addition, since the distal end side meat portion 19a of the ejection cylinder 15 is thinned by the distal end outer peripheral surface 172 and the distal end inner peripheral surface 183, the temperature thereof is easily raised by the plasma, reaching a high temperature of about 3000° C., for example. . This makes it even more difficult for the thermal spray powder R1 to adhere to the tip of the ejection cylinder 15 . In particular, since the tip end side of the ejection hole 15a is widened by the tip inner peripheral surface 183, the flow velocity of the Ar gas on the side of the passage 11a decreases, and the plasma easily enters the ejection hole 15a. As a result, the temperature of the distal end side meat portion 19a of the ejection cylinder 15 is more easily increased, and the effect of accelerating the melting of the thermal spraying powder R1 is obtained.

噴出用筒体１５を流通した溶射用粉末Ｒ１は、噴出口１５ｂから噴出されつつ、プラズマの熱により溶融される。これにより、溶射用粉末Ｒ１は、プラズマジェットＰとして金属ブロック３５のジェット用通路３５ａを通過し、ジェット用通路３５ａの先端から基材Ｗの表面に向かって噴出されることで、基材Ｗの表面に溶射膜Ｆ１を形成する。プラズマジェットＰには、溶射用粉末Ｒ１の付着に伴う塊が存在しないため、プラズマ溶射装置１は、溶射膜Ｆ１を精度よく形成することができる。 The thermal spraying powder R1 that has flowed through the ejection cylinder 15 is melted by the heat of the plasma while being ejected from the ejection port 15b. As a result, the thermal spraying powder R1 passes through the jet passage 35a of the metal block 35 as the plasma jet P, and is ejected from the tip of the jet passage 35a toward the surface of the substrate W. A sprayed film F1 is formed on the surface. Since the plasma jet P does not contain lumps associated with the adhesion of the thermal spraying powder R1, the plasma thermal spraying apparatus 1 can accurately form the thermal sprayed film F1.

図４は、プラズマ溶射の評価実験を行った際のノズルを例示する説明図であり、（ａ）は本実施形態に係る噴出用筒体１５を適用した場合、（ｂ）は、参考例に係る噴出用筒体９０を適用した場合を示す。なお、参考例に係る噴出用筒体９０は、図４（ｂ）に示すように、噴出用筒体１５のフランジ１６および外周面１７と同じフランジ９１および外周面９２を有する。したがって、噴出用筒体９０と金属ブロック３５との間隙８０ａの間隔Ｄは同一である。 FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams illustrating nozzles used in an evaluation experiment of plasma thermal spraying. FIG. A case where such an ejection cylinder 90 is applied is shown. As shown in FIG. 4B, the ejection cylinder 90 according to the reference example has a flange 91 and an outer peripheral surface 92 that are the same as the flange 16 and the outer peripheral surface 17 of the ejection cylinder 15 . Therefore, the gap D of the gap 80a between the ejection cylinder 90 and the metal block 35 is the same.

その一方で、噴出用孔部９０ａを形成している噴出用筒体９０の内周面９３は、噴出用筒体１５の基端内周面１８１、胴部内周面１８２と同径の基端内周面９３１、胴部内周面９３２を有するが、胴部内周面９３２が噴出口９０ｂまで延在している。換言すれば、噴出用筒体９０は、噴出口９０ｂの内径が胴部内周面９３２から一定のままとなっている。したがって、噴出用筒体９０の先端側肉部９４ａは、噴出用筒体１５の先端側肉部１９ａに比べて厚肉に形成されている。 On the other hand, the inner peripheral surface 93 of the ejection cylinder 90 forming the ejection hole 90a has the same diameter as the base end inner peripheral surface 181 and the trunk inner peripheral surface 182 of the ejection cylinder 15. It has an inner peripheral surface 931 and a barrel inner peripheral surface 932, and the barrel inner peripheral surface 932 extends to the jet port 90b. In other words, the inner diameter of the ejection port 90 b of the ejection cylinder 90 remains constant from the body inner peripheral surface 932 . Therefore, the distal end-side thick portion 94 a of the ejection cylinder 90 is formed thicker than the distal end-side thick portion 19 a of the ejection cylinder 15 .

評価実験では、噴出用筒体１５および噴出用筒体９０の各々について、同じ評価機を用いると共に、同じプロセス条件でプラズマ溶射を行っている。プロセス条件では、プラズマ溶射装置１を収容した処理容器内の圧力を２０［ｋＰａ］とし、直流電源５１が供給する電流を４００［Ａ］とし、ガス供給部４０によるＡｒガスの流量を８／１８［ｓＬｍ］としている。また、評価実験で使用する溶射用粉末Ｒ１は、フッ化イットリウム（ＹＦ３）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の混合粉を適用し、溶射用粉末Ｒ１の目標供給量を０．３［ｇ／ｍｉｎ］に設定している。評価実験におけるプラズマ溶射の実施期間は、６０分である。 In the evaluation experiment, the same evaluation machine was used for each of the ejection cylinder 15 and the ejection cylinder 90, and plasma spraying was performed under the same process conditions. In the process conditions, the pressure in the processing container housing the plasma spraying apparatus 1 is 20 [kPa], the current supplied by the DC power supply 51 is 400 [A], and the flow rate of Ar gas by the gas supply unit 40 is 8/18. [sLm]. In addition, the thermal spraying powder R1 used in the evaluation experiment is a mixed powder of yttrium fluoride (YF 3 ) and yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and the target supply amount of the thermal spraying powder R1 is 0.3 [g]. /min]. The duration of plasma spraying in the evaluation experiment is 60 minutes.

図４（ｂ）に示す参考例に係る噴出用筒体９０は、プラズマ溶射後に、噴出用筒体９０の重量が０．０３１８ｇ増加していた。つまり、噴出用筒体９０に対して溶射用粉末Ｒ１が付着していると言える。 In the ejection cylinder 90 according to the reference example shown in FIG. 4(b), the weight of the ejection cylinder 90 increased by 0.0318 g after the plasma spraying. In other words, it can be said that the thermal spraying powder R1 adheres to the ejection cylinder 90 .

これに対し、図４（ａ）に示す本実施形態に係る噴出用筒体１５は、プラズマ溶射後に、噴出用筒体１５の重量が０．００５４ｇ減少していた。つまり、噴出用筒体１５に溶射用粉末Ｒ１が殆ど付着していないと言える。噴出用筒体１５に生じている重量の減少は、プラズマによる噴出用筒体１５の削れと推定される。なお、噴出用筒体１５を適用した場合と噴出用筒体９０を適用した場合とで、プラズマ溶射の成膜レートおよび供給レートについては、略同一の結果であった。したがって、本実施形態に係る噴出用筒体１５でも、参考例に係る噴出用筒体９０と同じ速度で成膜を実施できることが確認できた。 On the other hand, the weight of the ejection cylinder 15 according to the present embodiment shown in FIG. 4(a) was reduced by 0.0054 g after the plasma spraying. In other words, it can be said that almost no thermal spraying powder R1 adheres to the ejection cylinder 15 . It is presumed that the reduction in the weight of the jetting cylinder 15 is caused by the scraping of the jetting cylinder 15 by the plasma. It should be noted that the film formation rate and the supply rate of plasma spraying were substantially the same in the case of applying the ejection cylinder 15 and the case of applying the ejection cylinder 90 . Therefore, it was confirmed that the injection cylinder 15 according to the present embodiment can also form a film at the same speed as the injection cylinder 90 according to the reference example.

図５は、プラズマ溶射の評価実験におけるフィーダ圧力の推移を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸はフィーダ圧力である。フィーダ圧力は、ノズル１１の通路１１ａからフィーダ２０にかかる圧力（陰圧）である。なお、図５のグラフにおける時点ｔａは、フィーダ２０に溶射用粉末Ｒ１を補給したタイミングとなっている。 FIG. 5 is a graph showing changes in feeder pressure in an evaluation experiment of plasma thermal spraying, where the horizontal axis is time and the vertical axis is feeder pressure. The feeder pressure is pressure (negative pressure) applied to the feeder 20 from the passage 11 a of the nozzle 11 . Note that time ta in the graph of FIG. 5 is the timing when the feeder 20 is replenished with the thermal spraying powder R1.

図５に示すように、参考例に係る噴出用筒体９０のフィーダ圧力（図５の二点鎖線参照）は、プラズマ溶射の開始から２０分が経過した頃からフィーダ圧力が上昇している。すなわち、噴出用筒体９０の噴出用孔部９０ａの閉塞が生じている。また噴出用筒体９０のフィーダ圧力は、３０分経過以降に特に上昇し続けており、噴出用孔部９０ａの閉塞が進行していることが分かる。 As shown in FIG. 5, the feeder pressure of the ejection cylinder 90 according to the reference example (see the two-dot chain line in FIG. 5) increases after 20 minutes from the start of plasma spraying. That is, the ejection hole portion 90a of the ejection cylinder 90 is blocked. Moreover, the feeder pressure of the ejection cylinder 90 continues to rise particularly after 30 minutes have elapsed, indicating that the ejection hole 90a is being blocked.

これに対し、本実施形態に係る噴出用筒体１５のフィーダ圧力（図５の実線参照）は、時間経過しても殆ど上昇することがない。したがって、プラズマ溶射を継続しても、噴出用筒体１５の噴出用孔部１５ａに閉塞が生じないことが分かる。 On the other hand, the feeder pressure (see the solid line in FIG. 5) of the ejection cylinder 15 according to the present embodiment hardly increases over time. Therefore, it can be seen that even if the plasma spraying is continued, the ejection holes 15a of the ejection cylinder 15 are not clogged.

なお、本開示に係るプラズマ溶射装置１のノズル１１（噴出用筒体１５）は、種々の変形例をとり得る。以下、図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して、噴出用筒体１５の変形例について説明する。 In addition, the nozzle 11 (jet cylinder 15) of the plasma spraying apparatus 1 according to the present disclosure can take various modifications. Modifications of the ejection cylinder 15 will be described below with reference to FIGS. 6(a) and 6(b).

図６（ａ）に示す第１変形例に係る噴出用筒体１５Ａの内周面１８Ａは、胴部内周面１８２に対して先端内周面１８３Ａが径方向外側に広がっているが、この先端内周面１８３Ａは、一定の内径φｉｃで噴出口１５ｂまで延在した（非テーパ）形状となっている。つまり、先端内周面１８３Ａは、段差端面１８４を介して胴部内周面１８２に連なっている。このような先端内周面１８３Ａを有する構成でも、噴出用筒体１５Ａは、噴出用孔部１５ａの先端の内径φｉｃを広げて、先端側肉部１９ａを薄肉とすることが可能となる。よって、噴出用筒体１５Ａは、上記の噴出用筒体１５と同様の効果を得ることできる。 As for the inner peripheral surface 18A of the ejection cylinder 15A according to the first modified example shown in FIG. The inner peripheral surface 183A has a (non-tapered) shape extending to the ejection port 15b with a constant inner diameter φic. That is, the tip inner peripheral surface 183A continues to the trunk inner peripheral surface 182 via the stepped end surface 184 . Even with such a configuration having the tip inner peripheral surface 183A, the ejection cylinder 15A can widen the inner diameter φic at the tip of the ejection hole 15a and make the tip side wall portion 19a thin. Therefore, the ejection cylinder 15A can obtain the same effects as the ejection cylinder 15 described above.

図６（ｂ）に示す第２変形例に係る噴出用筒体１５Ｂの内周面１８Ｂは、軸方向に沿った断面視で、径方向外側に円弧状に広がる形状の先端内周面１８３Ｂを有する。このような先端内周面１８３Ｂを有する構成でも、噴出用筒体１５Ｂは、先端側肉部１９ａを薄肉として、上記の噴出用筒体１５と同様の効果を得ることできる。 The inner peripheral surface 18B of the ejection cylinder 15B according to the second modified example shown in FIG. have. Even with such a structure having the tip inner peripheral surface 183B, the ejection cylinder 15B can obtain the same effect as the ejection cylinder 15 by making the tip end side wall portion 19a thin.

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。 The technical ideas and effects of the present disclosure described in the above embodiments will be described below.

本開示の一態様は、プラズマ溶射装置１であって、筒状のノズル本体１２と、ノズル本体１２の先端に着脱可能に設けられ、ノズル本体１２の中心軸と共通する軸を有する第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）と、第１電極の外側に設けられ、ノズル本体１２の中心軸と共通する軸を有する第２電極（金属ブロック３５）と、を備え、ノズル本体１２および第１電極は、ガスおよび粉末を流通可能な連続する通路１１ａを有し、第１電極は、通路１１ａに連通してガスおよび粉末を噴出可能な噴出口１５ｂを有し、噴出口１５ｂの内径φｉｃが通路１１ａの内径φｉｂよりも大きく、第１電極と第２電極との間においてガスのプラズマを生成し、噴出口１５ｂから噴射された粉末をプラズマにより溶融させるように構成される。 One aspect of the present disclosure is a plasma spraying apparatus 1, which includes a cylindrical nozzle body 12, and a first electrode that is detachably provided at the tip of the nozzle body 12 and has an axis that is common to the central axis of the nozzle body 12. (ejection cylinders 15, 15A, 15B), and a second electrode (metal block 35) provided outside the first electrode and having an axis common to the central axis of the nozzle body 12, and the nozzle body 12 and the first electrode has a continuous passage 11a through which gas and powder can flow, the first electrode has an ejection port 15b that communicates with the passage 11a and can eject gas and powder, and the ejection port 15b The inner diameter φic is larger than the inner diameter φib of the passage 11a, the gas plasma is generated between the first electrode and the second electrode, and the powder ejected from the ejection port 15b is melted by the plasma.

上記によれば、プラズマ溶射装置１は、噴出口１５ｂの内径φｉｃが通路１１ａの内径φｉｂよりも大きいことで、先端内周面１８３に対して溶射用粉末Ｒ１が溜まり難くなり、噴出口１５ｂから溶射用粉末Ｒ１を安定的に噴出できる。特に、噴出口１５ｂの内径φｉｃが大きいことで、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）の先端が薄肉となって昇温し易くなるため、溶射用粉末Ｒ１の付着を一層抑制できる。その結果、プラズマ溶射装置１は、第１電極のメンテナンスや交換の機会を低減することが可能となり、結果的に生産性を高めることができる。 According to the above, in the plasma spraying apparatus 1, since the inner diameter φic of the ejection port 15b is larger than the inner diameter φib of the passage 11a, it becomes difficult for the thermal spraying powder R1 to accumulate on the tip inner peripheral surface 183, and The thermal spraying powder R1 can be stably ejected. In particular, since the inner diameter φic of the ejection port 15b is large, the tip of the first electrode (the ejection cylinders 15, 15A, and 15B) becomes thin and easily heated, so that the adhesion of the thermal spraying powder R1 is further suppressed. can. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can reduce the chances of maintenance or replacement of the first electrode, and as a result can improve productivity.

また、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）は、当該第１電極の軸方向と平行に延在する第１の内周面（胴部内周面１８２）と、第１の内周面の噴出口１５ｂ側の端から噴出口１５ｂに向かって内径が径方向外側に増加する第２の内周面（先端内周面１８３）と、を有する。これにより、プラズマ溶射装置１は、溶射用粉末Ｒ１およびガスに乱流が生じることを抑えつつ、先端内周面１８３に対する溶射用粉末Ｒ１の付着を抑制できる。 In addition, the first electrode (ejection cylinders 15, 15A, 15B) has a first inner peripheral surface (trunk inner peripheral surface 182) extending parallel to the axial direction of the first electrode, and a first inner peripheral surface (body inner peripheral surface 182). and a second inner peripheral surface (tip inner peripheral surface 183) whose inner diameter increases radially outward from the end of the peripheral surface on the ejection port 15b side toward the ejection port 15b. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can suppress adhesion of the thermal spraying powder R1 to the tip inner peripheral surface 183 while suppressing turbulence in the thermal spraying powder R1 and the gas.

また、第２の内周面（先端内周面１８３）は、第１の内周面（胴部内周面１８２）の噴出口１５ｂ側の端から噴出口１５ｂに向かって内径が径方向外側に漸増するテーパ形状を有する。これにより、プラズマ溶射装置１は、溶射用粉末Ｒ１を一層スムーズに噴射できる。 In addition, the second inner peripheral surface (tip inner peripheral surface 183) has an inner diameter that extends radially outward from the end of the first inner peripheral surface (trunk inner peripheral surface 182) on the ejection port 15b side toward the ejection port 15b. It has a gradually increasing taper. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can spray the thermal spraying powder R1 more smoothly.

また、第１の内周面（胴部内周面１８２）に対する第２の内周面（先端内周面１８３）の傾斜角θは、１°～４５°の範囲に設定される。これにより、プラズマ溶射装置１は、先端内周面１８３の形成範囲を充分に確保して、プラズマにより第１電極（ノズル１１）の先端を安定的に昇温させることができる。 The inclination angle θ of the second inner peripheral surface (tip inner peripheral surface 183) with respect to the first inner peripheral surface (trunk inner peripheral surface 182) is set in the range of 1° to 45°. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can sufficiently secure the formation range of the tip inner peripheral surface 183 and stably raise the temperature of the tip of the first electrode (nozzle 11) by plasma.

また、第２の内周面（先端内周面１８３）の軸方向長さは、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）の軸方向長さの１／２以下である。これにより、プラズマ溶射装置１は、噴出用筒体１５に対する溶射用粉末Ｒ１の付着を充分に抑制できる。 In addition, the axial length of the second inner peripheral surface (tip inner peripheral surface 183) is less than half the axial length of the first electrode (jet cylinders 15, 15A, 15B). Thereby, the plasma spraying apparatus 1 can sufficiently suppress adhesion of the thermal spraying powder R1 to the ejection cylinder 15 .

また、第１の内周面（胴部内周面１８２）により形成される通路１１ａの内径φｉｂは、ノズル本体１２の通路１１ａを構成する内周面の内径φｉａよりも小さい。これにより、プラズマ溶射装置１は、第１の内周面において溶射用粉末Ｒ１およびガスの流速を上げることができる。 Further, the inner diameter φib of the passage 11a formed by the first inner peripheral surface (body portion inner peripheral surface 182) is smaller than the inner diameter φia of the inner peripheral surface forming the passage 11a of the nozzle body 12. As shown in FIG. Thereby, the plasma spraying apparatus 1 can increase the flow velocity of the thermal spraying powder R1 and the gas on the first inner peripheral surface.

また、噴出口１５ｂの内径φｉｃは、第１の内周面（胴部内周面１８２）により形成される通路１１ａの内径φｉｂに対して１．１倍～２倍の範囲に設定されている。これにより、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）の噴出口１５ｂが充分に広がって、プラズマ溶射によって溶融した溶射用粉末Ｒ１が噴出口１５ｂを閉塞することを回避できる。 In addition, the inner diameter φic of the ejection port 15b is set within a range of 1.1 to 2 times the inner diameter φib of the passage 11a formed by the first inner peripheral surface (body inner peripheral surface 182). As a result, the ejection port 15b of the first electrode (the ejection cylinders 15, 15A, and 15B) is widened sufficiently, and the thermal spraying powder R1 melted by the plasma thermal spraying can be prevented from clogging the ejection port 15b.

また、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）は、カソード電極５２であり、第２電極（金属ブロック３５）は、アノード電極５３である。これにより、プラズマ溶射装置１は、第１電極と第２電極との間にプラズマを発生させることができる。 The first electrode (jet cylinders 15, 15A, 15B) is the cathode electrode 52, and the second electrode (metal block 35) is the anode electrode 53. As shown in FIG. Thereby, the plasma spraying apparatus 1 can generate plasma between the first electrode and the second electrode.

また、第１電極（噴出用筒体１５、１５Ａ、１５Ｂ）は、噴出口１５ｂに向かって外径が径方向内側に減少する外周面（先端外周面１７２）を有する。これにより、プラズマ溶射装置１は、第１電極の先端を一層薄肉にすることが可能となり、昇温を促進できる。 Also, the first electrode (jet cylinders 15, 15A, 15B) has an outer peripheral surface (tip outer peripheral surface 172) whose outer diameter decreases radially inward toward the ejection port 15b. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can make the tip of the first electrode thinner, and can accelerate the temperature rise.

また、外周面（先端外周面１７２）は、噴出口１５ｂに向かって外径が径方向内側に漸減するテーパ形状を有する。これにより、第１電極と第２電極の間に生じたプラズマが、第１電極の噴出口１５ｂ側にスムーズに移動できる。 In addition, the outer peripheral surface (tip outer peripheral surface 172) has a tapered shape in which the outer diameter gradually decreases radially inward toward the ejection port 15b. As a result, the plasma generated between the first electrode and the second electrode can smoothly move to the ejection port 15b side of the first electrode.

また、第２電極（金属ブロック３５）は、噴出口１５ｂから噴出した粉末が通過する空間（ジェット用通路３５ａ）を有し、第１電極（ノズル１１）の噴出口１５ｂと第２電極とは、相互にオーバラップしている。これにより、プラズマ溶射装置１は、第１電極と第２電極を一層近づけることができ、プラズマの発生位置を適切にコントロールすることが可能となる。 The second electrode (metal block 35) has a space (jet passage 35a) through which the powder ejected from the ejection port 15b passes, and the ejection port 15b of the first electrode (nozzle 11) and the second electrode , overlap each other. As a result, the plasma spraying apparatus 1 can bring the first electrode and the second electrode closer together, and can appropriately control the plasma generation position.

今回開示された実施形態に係るプラズマ溶射装置は、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。 The plasma spraying apparatus according to the embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not restrictive. Embodiments are capable of variations and modifications in various forms without departing from the scope and spirit of the appended claims. The items described in the above multiple embodiments can take other configurations within a consistent range, and can be combined within a consistent range.

１ プラズマ溶射装置
１１ ノズル
１１ａ 通路
１２ ノズル本体
１５、１５Ａ、１５Ｂ 噴出用筒体
１５ｂ 噴出口
１７２ 先端外周面
１８２ 胴部内周面
１８３、１８３Ａ、１８３Ｂ 先端内周面
１９ａ 先端側肉部
３５ 金属ブロック
３５ａ ジェット用通路
５２ カソード電極
５３ アノード電極
８０ 電極構造
Ｒ１ 溶射用粉末 1 Plasma Spray Apparatus 11 Nozzle 11a Passage 12 Nozzle Main Body 15, 15A, 15B Ejection Cylinder 15b Ejection Port 172 Tip Outer Peripheral Surface 182 Trunk Inner Peripheral Surface 183, 183A, 183B Tip Inner Peripheral Surface 19a Tip Side Thickness 35 Metal Block 35a Jet passage 52 Cathode electrode 53 Anode electrode 80 Electrode structure R1 Thermal spray powder

Claims (11)

プラズマ溶射装置であって、
筒状のノズル本体と、
前記ノズル本体の先端に着脱可能に設けられ、前記ノズル本体の中心軸と共通する軸を有する筒状の第１電極と、
前記第１電極の外側に設けられ、前記ノズル本体の中心軸と共通する軸を有する第２電極と、を備え、
前記ノズル本体および前記第１電極は、ガスおよび粉末を流通可能な連続する通路を有し、前記第１電極は、前記通路に連通して前記ガスおよび前記粉末を噴出可能な噴出口を有し、
前記噴出口の内径が前記通路の内径よりも大きく、
前記第１電極と前記第２電極との間において前記ガスのプラズマを生成し、前記噴出口から噴射された前記粉末を前記プラズマにより溶融させるように構成される、
プラズマ溶射装置。 A plasma spray device,
a cylindrical nozzle body;
a cylindrical first electrode detachably provided at the tip of the nozzle body and having an axis common to the central axis of the nozzle body;
a second electrode provided outside the first electrode and having an axis common to the central axis of the nozzle body;
The nozzle body and the first electrode have continuous passages through which gas and powder can flow, and the first electrode has an ejection port communicating with the passages and capable of ejecting the gas and the powder. ,
The inner diameter of the ejection port is larger than the inner diameter of the passage,
configured to generate a plasma of the gas between the first electrode and the second electrode, and to melt the powder ejected from the ejection port by the plasma;
Plasma spray equipment. 前記第１電極は、当該第１電極の軸方向と平行に延在する第１の内周面と、前記第１の内周面の前記噴出口側の端から前記噴出口に向かって内径が径方向外側に増加する第２の内周面と、を有する、
請求項１記載のプラズマ溶射装置。 The first electrode has a first inner peripheral surface extending parallel to the axial direction of the first electrode, and an inner diameter of the first inner peripheral surface extending from an end on the ejection port side toward the ejection port. a second inner peripheral surface that increases radially outward;
2. The plasma spray apparatus of claim 1. 前記第２の内周面は、前記第１の内周面の前記噴出口側の端から前記噴出口に向かって内径が径方向外側に漸増するテーパ形状を有する、
請求項２に記載のプラズマ溶射装置。 The second inner peripheral surface has a tapered shape in which the inner diameter gradually increases radially outward from the end of the first inner peripheral surface on the ejection port side toward the ejection port.
3. The plasma spray apparatus of claim 2. 前記第１の内周面の延在方向に対する前記第２の内周面の傾斜角は、１°～４５°の範囲に設定される、
請求項３記載のプラズマ溶射装置。 The inclination angle of the second inner peripheral surface with respect to the extending direction of the first inner peripheral surface is set in the range of 1° to 45°.
4. The plasma spray apparatus of claim 3. 前記第２の内周面の軸方向長さは、前記第１電極の軸方向長さの１／２以下である、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The axial length of the second inner peripheral surface is 1/2 or less of the axial length of the first electrode,
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 2 to 4. 前記第１の内周面により形成される前記通路の内径は、前記ノズル本体の前記通路を構成する内周面の内径よりも小さい、
請求項２乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The inner diameter of the passage formed by the first inner peripheral surface is smaller than the inner diameter of the inner peripheral surface forming the passage of the nozzle body,
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 2 to 5. 前記噴出口の内径は、前記第１の内周面により形成される前記通路の内径に対して１．１倍～２倍の範囲に設定されている、
請求項２乃至６のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The inner diameter of the ejection port is set in the range of 1.1 to 2 times the inner diameter of the passage formed by the first inner peripheral surface,
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 2 to 6. 前記第１電極は、カソード電極であり、
前記第２電極は、アノード電極である、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The first electrode is a cathode electrode,
wherein the second electrode is an anode electrode;
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 1 to 7. 前記第１電極は、前記噴出口に向かって外径が径方向内側に減少する外周面を有する、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The first electrode has an outer peripheral surface whose outer diameter decreases radially inward toward the ejection port,
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 1 to 8. 前記外周面は、前記噴出口に向かって外径が径方向内側に漸減するテーパ形状を有する、
請求項９に記載のプラズマ溶射装置。 The outer peripheral surface has a tapered shape in which the outer diameter gradually decreases radially inward toward the ejection port.
10. The plasma spray apparatus of Claim 9. 前記第２電極は、前記噴出口から噴出した前記粉末が通過する空間を有し、
前記第１電極の前記噴出口と前記第２電極とは、相互にオーバラップしている、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプラズマ溶射装置。 The second electrode has a space through which the powder ejected from the ejection port passes,
the jet of the first electrode and the second electrode overlap each other;
A plasma spraying apparatus according to any one of claims 1-10.
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