JPH0782918B2 - インダクションプラズマトーチ - Google Patents

インダクションプラズマトーチ

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JPH0782918B2
JPH0782918B2 JP3323751A JP32375191A JPH0782918B2 JP H0782918 B2 JPH0782918 B2 JP H0782918B2 JP 3323751 A JP3323751 A JP 3323751A JP 32375191 A JP32375191 A JP 32375191A JP H0782918 B2 JPH0782918 B2 JP H0782918B2
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JP
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pipe
cooling
tube
plasma torch
outer tube
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JP3323751A
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邦夫 四方
信幸 山地
順 岡田
藤原 エミリオ
裕康 村田
秀久 橘
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、誘導結合型プラズマ
内でセラミックスや金属等の粉体を効率よく加熱し、溶
解して噴射でき、主として溶射に使用されるインダクシ
ョンプラズマトーチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、インダクションプラズマトーチと
しては、透明石英で形成された外側管、中間管、キャリ
アガス導入管からなる三重構造のトーチに水冷誘導コイ
ルを設けたものが多く用いられている。本来、インダク
ションプラズマトーチを用いて被溶射物上に満足できる
溶融皮膜を形成させるためには、プラズマ炎を完全に左
右にバランスよく発生させて、供給される粉体を完全溶
融させることが必要であり、このためにはトーチの構成
において前記各管が完全に同心円状に形成されているこ
とが必要である。
【0003】しかしながら、石英製の外側管、中間管、
キャリアガス導入管の各管を用いて完全に同心円状のト
ーチを構成することは非常に難しいとされている。
【0004】本発明者らはこのような状況に鑑みて、さ
きに窒化ほう素の焼結体を素材として用いた完全に同心
円状のインダクションプラズマトーチを提案した。即
ち、窒化ほう素焼結体よりなり、内部に多段の同心円状
挿着孔を形成した円筒状支持体に、窒化ほう素焼結体製
のキャリアガス導入管、中間管および外側管を順次嵌合
螺着させるとともに、前記支持体内の中間管と外側管の
先端に該管に対して接線方向にガスを導入するガス供給
管を嵌合螺着した構造のインダクションプラズマトーチ
である。
【0005】このトーチの構成を図2の縦断面図で説明
すると、図において1は窒化ほう素焼結体を加工して得
た円筒形状の支持体である。この支持体1の内部には1
a〜1eの多段の挿着孔が支持体1を旋盤等にて孔加
工、ネジ切りを繰返すことにより同心円状に設けられて
おり、これらの挿着孔にキャリアガス導入管4、中間管
3、外側管2が嵌合螺着により固定されている。
【0006】この円筒状支持体1に対する挿着孔の形成
は、まず、キャリアガス導入管4を貫通挿着するための
挿着孔1aを支持体1に貫通形成し、次に中間管3の挿
着孔1bを支持体1のほぼ中間の位置に挿着孔1aと同
心円状に形成し、その後外側管2の挿着孔1cを形成す
る。次いで中間管3支持用挿着孔1bの上方に中間管3
の内径と同じか又は若干小径の挿着孔1dを、また外側
管2支持用挿着孔1cの上方に外側管2の内径と同じか
又は若干小径の挿着孔1eを形成する。
【0007】このようにして内部に同心円状の1a〜1
eを形成した窒化ほう素焼結体製の円筒状支持体1に、
同じく窒化ほう素焼結体を用いて夫々円筒形状に作った
外側管2、中間管3、キャリアガス導入管4およびプラ
ズマガス供給管5、シースガス供給管6を取り付けるに
は、まず挿着孔1aに下方からキャリアガス導入管4を
貫通させ、ネジ9で螺着固定する。その後同様にして挿
着孔1bに中間管3を、挿着孔1cに外側管2を順次螺
着し、次いでプラズマガス供給管5、シースガス導入管
6を夫々挿着孔1d、1eに接線方向に設けたネジ部1
f、1gに挿着し螺着する。なお、外側管2の内周面と
中間管3の外周面との間は供給するガスの速度を増して
冷却効率を高めるため約1mmの小間隙となっている。
【0008】このようにして窒化ほう素焼結体を用いて
同心円状に構成したインダクションプラズマトーチを用
い、プラズマガス供給管5からキャリアガス導入管4と
中間管3との間にアルゴンガスなどのプラズマガスを5
リッター/分で供給し、シースガス供給路6から中間管
3と外側管2との間にアルゴンガスなどのシースガスを
20リッター/分で供給し、キャリアガス導入管4から
キャリアガスとともに粒径5〜100μmの粉体を1g
/分供給する状態で誘導コイル11に5KW、13.5
6MHzの高周波を印加すると、左右によくバランスの
とれた正常なプラズマ炎12が発生して粉体が溶融さ
れ、被溶射物10上に皮膜が形成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに窒化ほう素焼結体を素材として用いて完全に同心円
状構造に製造したインダクションプラズマトーチによっ
て溶融粉体の溶射を行なったとしても、誘導コイル11
の下端から外側管2の下端までの距離L3 があまり短い
と、粉体のプラズマ炎による溶融、溶射時にプラズマト
ーチ外部からの低温空気による冷却凝固や酸化反応が生
じ、被溶射物10に対する溶射不良を生ずるおそれがあ
る。
【0010】また、外側管2の外周に設けた誘導コイル
11の下端から被溶射物10までの距離L1 が短かい場
合、プラズマ炎による粉体の溶融が充分に行なわれない
ために溶射不良が生ずる。例えば、粉体としてアルミナ
を用いて上記の条件で溶射した場合にはγ−アルミナの
灰色を呈し、周囲が黒色の縞模様の皮膜しか得られなか
った。
【0011】このような溶射不良を防止する対策とし
て、外側管を長くする(即ち、誘導コイル11の下端か
ら外側管2の下端までの距離L3 を長くする)ことも考
えられるが、外側管2があまり長いと、トーチの下端で
はシースガスとプラズマガスとが混在してしまってシー
スガスによる外側管の冷却が十分に行なわれず、外側管
が過熱されて好ましくない。特にL3 の距離が20mm以
上になると、外側管の過熱が甚だしくなり、このため外
側管外部の酸素と外側管の材質である窒化ほう素とが結
合して昇華をはじめ、その結果外側管の外壁から崩れだ
して、遂には外側管に穴があいてしまうという問題を引
き起こす。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は上記したイン
ダクションプラズマトーチにおける種々の問題点を解消
すべく検討の結果、外側管を外壁面から冷却ガスによっ
て冷却するための冷却管を外側管の周囲に設けて四層構
造のプラズマトーチとするならば、外側管をたとえ長く
しても外側管の過熱を防止して常に正常な溶射が可能と
なることを見出し、この発明に至ったものである。
【0013】即ち、この発明は窒化ほう素焼結体よりな
り、内部に多段の同心円状挿着孔を形成した円筒状支持
体に、窒化ほう素焼結体製のキャリアガス導入管、中間
管、外側管および冷却管を順次嵌合螺着させるととも
に、前記支持体内の中間管、外側管および冷却管の先端
に該管に対して接線方向にガスを導入するガス供給管を
嵌合螺着させた四層構造であって、外側管および冷却管
の下端の位置が冷却管の外周に設けた誘導コイルの下端
から20mm以上離れているインダクションプラズマトー
チを提供するものである。
【0014】
【作用】この発明は、外側管の周囲に冷却管を配設して
キャリアガス導入管、中間管、外側管および冷却管の四
層構造のプラズマトーチとしたことによって、溶射時に
外側管をその外壁面から冷却ガスの供給によって十分に
冷却することができ、これによって外側管を長くとった
場合、即ち、誘導コイル下端から外側管および冷却管の
下端までの距離L3 を20mm以上とした場合でも溶射不
良の事態を招くことなく正常なプラズマ溶射を行なうこ
とができる。
【0015】
【実施例】以下、この発明をその一実施例を示す図1に
より詳細に説明する。なお、図1において図2と同一の
符号を付した部位は図2を参照して従来の技術の項で説
明したと同じ作用であるのでそれらの説明は省略する。
【0016】図1において、13は外側管2の周囲に設
けた冷却管である。この冷却管13は窒化ほう素焼結体
を用いて作った円筒形状で外側管2とほぼ同長のもので
あり、その先端外周に小さなピッチのネジが切られてお
り、支持体1の最外側の位置に挿着孔1aと同心円状に
形成した挿着孔1jの先端に切られた小さいピッチのネ
ジ14とによって挿着孔1jに螺着固定されている。
【0017】15は冷却管13と外側管2の間に外側管
2を冷却するために供給される冷却ガスの供給管であっ
て、この供給管15は冷却管13支持用挿着孔1jの上
方に冷却管13の内径と同じか又は若干小径にて形成さ
れた挿着孔1kにその接線方向に螺着されている。1m
は、この螺着のために挿着孔1kに切られている小さい
ピッチのネジである。
【0018】なお、上記した挿着孔1jおよび1kを支
持体内に形成するには、挿着孔1jは外側管2挿着用の
挿着孔1cの形成についで行えばよく、挿着孔1kの形
成は挿着孔1eの形成後に行えばよい。
【0019】かくして得られたこの発明のインダクショ
ンプラズマトーチは、冷却管13、外側管2、中間管3
およびキャリアガス導入管4の各管を窒化ほう素焼結体
より製造し、これらを窒化ほう素焼結体よりなる円筒状
支持体1の内部に形成した各挿着孔に同心円状に設け、
かつ外側管および冷却管を十分長くしたことによって、
プラズマガス供給管5からキャリアガス導入管4と中間
管3との間にアルゴンガスなどのプラズマガスを5リッ
ター/分で供給し、シースガス供給管6から中間管3と
外側管2との間にアルゴンガスなどのシースガスを20
リッター/分で、また冷却ガス供給管15から冷却管1
3にアルゴンガスなどの冷却ガスを20リッター/分で
夫々供給し、キャリアガス導入管4からキャリアガスと
ともに例えば粒径5〜50μmのアルミナ粉体を1g/
分供給するようしにして誘導コイルに5KW、13.5
6MHzの高周波を印加すると、左右によくバランスの
とれた正常なプラズマ炎12が発生してアルミナ粉体が
完全に溶融され、被溶射物10上に均一で熱導電性、絶
縁性にすぐれ、耐電圧の高い皮膜を形成することができ
た。
【0020】上記において、外側管2および冷却管13
を誘導コイル11の下端からそれらの下端までの距離L
3 が30mmとなる長さとし、誘導コイル11の下端から
被溶射物10までの距離L1 を75mmとした場合には被
溶射物上に均一な白色のアルミナ皮膜が形成され、また
1 を55mmとした場合においては灰色ではあるが縞模
様のないアルミナ皮膜が形成された。
【0021】この発明では上記のように誘導コイルの下
端から外側管下端までの距離L3 を20mm以上(好まし
くは20〜40mm)と長くしてシースガスとプラズマガ
スが混在する領域が生じても、外側管はその外壁面から
冷却ガスによって十分冷却されるため、過大に熱せられ
るという心配はない。このため外側管を構成する窒化ほ
う素が外部の酸素と結合して昇華したりして外側管が損
傷するようなおそれは全くない。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のインダ
クションプラズマトーチは、全ての部材に窒化ほう素焼
結体を用いて同心円状に嵌合螺着により構成され、かつ
外側管の周囲に冷却管を配設して四層構造としたので、
使用時に左右にバランスのとれたプラズマ炎の発生を可
能とするとともに冷却管の配設により、外側管を長くし
て効率のよい粉体の溶融、溶射を行なうことができる。
【0023】また、全ての部材を窒化ほう素焼結体の切
削加工によって得ることができるので、同一寸法の部材
を容易にかつ多量に生産できること、さらに各部材は円
筒状支持体内に形成した各挿着孔に同心円状に嵌合螺着
するので精度よく設計、製造することができるという多
大の効果を有するのである。なお、このインダクション
プラズマトーチに外部から力が加わり、冷却管、外側管
などが破損しても、それぞれネジが切られているので交
換も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のインダクションプラズマトーチの縦
断面図である。
【図2】従来のインダクションプラズマトーチの縦断面
図である。
【符号の説明】
1 円筒状支持体 1a 挿着孔 1b 挿着孔 1c 挿着孔 1j 挿着孔 2 外側管 3 中間管 4 キャリアガス導入管 9 ネジ 11 誘導コイル 12 プラズマ炎 13 冷却管 14 ネジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エミリオ 藤原 大阪府大阪市東淀川区淡路2丁目14番3号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 村田 裕康 大阪府大阪市東淀川区淡路2丁目14番3号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 橘 秀久 大阪府大阪市東淀川区淡路2丁目14番3号 株式会社三社電機製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−137999(JP,A) 特開 平5−74591(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ほう素焼結体よりなり、内部に多段
    の同心円状挿着孔を形成した円筒状支持体に、窒化ほう
    素焼結体製のキャリアガス導入管、中間管、外側管およ
    び冷却管を順次嵌合螺着させるとともに、前記支持体内
    の中間管、外側管および冷却管の先端に該管に対して接
    線方向にガスを導入するガス供給管を嵌合螺着したこと
    を特徴とする四層構造のインダクションプラズマトー
    チ。
  2. 【請求項2】 外側管および冷却管の下端の位置が冷却
    管の外周に設けた誘導コイルの下端から20mm以上離れ
    ていることを特徴とする請求項1記載の四層構造のイン
    ダクションプラズマトーチ。
JP3323751A 1991-11-11 1991-11-11 インダクションプラズマトーチ Expired - Lifetime JPH0782918B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3323751A JPH0782918B2 (ja) 1991-11-11 1991-11-11 インダクションプラズマトーチ

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JP3323751A JPH0782918B2 (ja) 1991-11-11 1991-11-11 インダクションプラズマトーチ

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JPH05135896A JPH05135896A (ja) 1993-06-01
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6207923B1 (en) 1998-11-05 2001-03-27 Hypertherm, Inc. Plasma arc torch tip providing a substantially columnar shield flow
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