(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸Ｘに沿って延在する陰極（２２）および陽極（２４）、ここで、該陰極および該陽極は、チャンバー（２６）の中で、電圧の影響下で、該陽極と該陰極との間で電気アークを発生しうるように配置されている、および
注入軸（Ｉｉ）に沿って注入孔（７４）を介して該チャンバー内にプラズマ形成ガスを注入するための、注入導管（７２）開口を有するデバイス（３０）、
を備えるプラズマ発生器、および
溶射されるべき物質を前記プラズマ発生器によって発生されたプラズマ流束中に注入する手段、
を備えるプラズマトーチにおいて、
該軸Ｘと前記注入孔の中心との間の最小距離として定義される前記注入孔の径方向距離（ｙｉ）と
該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の軸方向位置ｐＡＣの下流のチャンバー領域内の該陰極の最大横断寸法（ＤＣ）
の間の比Ｒ”が２．５未満であり、および
前記注入導管の該注入孔の中心を通る横断面への該注入軸（Ｉｉ）の射影は、該軸Ｘおよび前記注入孔の中心を貫通し前記横断面中に在る半径と、４５°よりも小さな角度βを成す、
ことを特徴とする、上記プラズマトーチ。
【請求項２】
前記注入導管（７２）の注入孔の中心を通る径方向面への該注入軸（Ｉｉ）の射影は、１０°を超え７０°未満の間で該軸Ｘと角度αをなす、前記請求項１に記載のプラズマトーチ。
【請求項３】
該角度αは２０°を超え６０°未満である、前記請求項２に記載のプラズマトーチ。
【請求項４】
前記角度βは５°を超え、及び／又は該角度βは３０°未満である、前記請求項１〜３のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項５】
前記注入デバイスの複数の注入孔のうち、前記注入孔は、最下流の軸方向位置（ｐｉ）をもつ１つまたは複数である、前記請求項１〜４のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項６】
前記注入孔の径方向距離（ｙｉ）は２７ｍｍ未満でありかつ６ｍｍより長い、前記請求項１〜５のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項７】
該注入デバイス（３０）は、該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の該位置ｐＡＣの上流に置かれる、前記請求項１〜６のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項８】
該陰極は、円錐台状部分（４５；８６）を備え、そして前記注入孔は、前記円錐台状部分を切断する横断面（Ｐ）内に置かれる、前記請求項１〜７のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項９】
該陰極は、円錐台状部分（４５；８６）を備え、そして該注入孔の全ては、前記円錐台状部分を切断する1以上の横断面（Ｐ）内に置かれる、前記請求項１〜８のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１０】
前記横断面または複数の横断面は、前記円錐台状部分の長さの３０％と９０％との間である前記円錐台状部分（４５；８６）の底からある距離に置かれる、前記請求項８〜９のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１１】
該陽極の最下流点の軸方向位置（ｐＡ）から該軸方向位置ｐＡＣを離している軸方向距離ｘ”は、３０ｍｍを超える、前記請求項１〜１０のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１２】
該陽極の最下流点の該軸方向位置（ｐＡ）から該軸方向位置ｐＡＣを離している軸方向距離ｘ”は、６０ｍｍ未満である、前記請求項１１に記載のプラズマトーチ。
【請求項１３】
該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の該軸方向位置ｐＡＣと前記注入孔の該軸方向位置（ｐｉ）との間の軸方向距離ｘと
該位置ｐＡＣの下流のチャンバー領域内の該陰極の最も大きな該横断寸法（ＤＣ）
との間の比Ｒは、３．２未満である、前記請求項１〜１２のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１４】
該軸方向距離ｘは、５ｍｍを超え２５ｍｍ未満である、前記請求項１３に記載のプラズマトーチ。
【請求項１５】
該陰極の下流端の軸方向位置ｐＣと前記注入孔の軸方向距離（ｐｉ）とを隔てる軸方向距離ｘ’と
該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の該位置ｐＡＣの下流のチャンバー領域内の該陰極の最大横断寸法（ＤＣ）
との比Ｒ’は、３．５未満である、前記請求項１〜１４のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１６】
該軸方向距離ｘ’は９ｍｍを超え、３０ｍｍ未満である、前記請求項１５に記載のプラズマトーチ。
【請求項１７】
該位置ｐＡＣにおける該陽極と該陰極との間の最小径方向距離ｙＡＣと、該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の該位置ｐＡＣの下流のチャンバー領域内の該陰極の最大横断寸法（ＤＣ）との間の比Ｒ’’’は、１．２５未満である、前記請求項１〜１６のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１８】
該注入デバイスは、複数の注入孔を備えており、いずれかの注入孔で、該比Ｒ、および該距離ｘに関する条件の少なくとも1つが充足される、前記請求項１３および１４のいずれか1項に、または前記請求項１３および１４のいずれか1項に従属するときの前記請求項１５〜１７のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項１９】
該注入デバイスは、複数の注入孔を備えており、いずれかの注入孔で、該比Ｒ’、該距離ｘ’に関する条件の少なくとも1つが充足される、前記請求項１５および１６のいずれか1項に、または前記請求項１５および１６のいずれか1項に従属するときの前記請求項１７に記載のプラズマトーチ。
【請求項２０】
該注入デバイスは、複数の注入孔を備えており、いずれかの注入孔で、該比Ｒ”、該距離ｙｉに関する条件の少なくとも1つが充足される、前記請求項１〜１９のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項２１】
該注入デバイスは、複数の注入孔を備えており、いずれかの注入孔で、該距離ｘ”に関する条件が充足される、前記請求項１1および１２のいずれか1項に、または前記請求項１1および１２のいずれか1項に従属するときの請求項１３〜２０のいづれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項２２】
単一の陰極、及び／又は単一の陽極を備える、前記請求項１〜２１のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【請求項２３】
軸Ｘのロッドの形状をした該陰極（２２）は、順次に、同軸的に、上流から下流の方向に、減少する直径の円錐台状部分（４５）、円形横断面の円筒状部分（４６）および丸められた頂点を有する円錐状部分（４８）を備えている、前記請求項１〜２２のいずれか1項に記載のプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生器及びそのようなプラズマ発生器を備えるプラズマトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶射は、基体上にコーティングを形成するために従来から使われている。一般的に、プラズマ溶射は、電気アークを発生すること、非常に高温高速のプラズマ流束を発生するように、この電気アークを通過してプラズマ形成ガスを吹き出すこと、そして基体上に粒子を散布するようにこの粒子をプラズマ流束中へ注入すること、に本質がある。従来、これら粒子は、プラズマ中で少なくとも部分的に溶融し、これら粒子が冷えると相互におよび基体に対してよく付着することができる。
【０００３】
したがって、この技術は、金属、セラミック、サーメット、ポリマー、有機物質または複合物（特に有機基質を含む複合物）で作られた基体の表面をコーティングするために使われうる。特に、この技術は、様々な形状、例えば平面または非対称形状、特に円筒形状または複雑な形状を有する部品をコーティングするために使われ、これらの部品は様々な大きさ（この唯一の限界は粒子流によって到達される限度である）を持ちうる。例えば、この目的は、基体に、例えば耐摩耗性のような表面機能を提供すること、または摩擦係数、熱的障壁または電気的絶縁を変えることでありうる。
【０００４】
また、この技術は、「プラズマ形成」と呼ばれる技術を使ってバルク部品を製作するのに使われる。したがって、この技術のおかげで、厚さ数ｍｍ、１０ｍｍを超える厚さでさえもコーティング可能である。
【０００５】
プラズマトーチまたはプラズマトロンは、例えば、国際公開第96/18283号明細書、米国特許第5406046号明細書、米国特許第5332885号明細書、国際公開第01/05198号明細書または国際公開第95/35647号明細書または米国特許第5420391号明細書において記載されている。
【０００６】
産業目的のためのプラズマトーチの性能パラメータは、以下のようであると云われうる。
-  高い溶射生産性、この溶射生産性は単位時間当たりに沈積せられた物質の総量として定義される;
-  高い沈積効率、沈積効率は沈積せられた物質の総量とプラズマ流束内に注入された物質との重量％での比として定義される；
-  最高コーティング品質、特に高い物質流速において、均一で再現性あるコーティングを生成する能力；
-  最小のエネルギー消費；
-  引き続く２つの保守作業の間の可能な限り長い時間間隔と共に可能な限り短い保守時間；
-  陰極材料の喪失による汚染の低減。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、少なくとも部分的にこれらの基準に適合するプラズマトーチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明は、
-  軸Ｘに沿って延在する陰極、および陽極、ここで、該陰極および該陽極は、チャンバーの中で、電圧の影響下で該陽極と該陰極との間で電気アークを発生しうるように配置されている、および
-  注入孔を介して該チャンバー内にプラズマ形成ガスを注入するための注入導管開口を有するデバイス、
を備えるプラズマ発生器を提供する。
【０００９】
第１の主要な実施態様では、
-  該陽極と該陰極との間の最小径方向距離の軸方向位置ｐＡＣと前記注入孔の軸方向位置ｐｉとの間の軸方向距離ｘ、および
-  該位置ｐＡＣの下流のチャンバー領域（「アークチャンバー」と呼ばれる）内で該陰極の最も大きな横断寸法ＤＣ、
との間の比Ｒは、３．２未満、好ましくは２．５未満、及び／又は０．５より大きい。
【００１０】
第２の主要な実施態様では、
-  前記注入孔の軸方向距離ｐｉと該陰極の下流端の軸方向位置ｐＣを隔てる軸方向距離ｘ’、および
-  アークチャンバー内の該陰極の最大横断寸法ＤＣ
との比Ｒ’は、３．５未満、好ましくは３．０未満、及び／又は１．２を超える。
【００１１】
第３の主要な実施態様では、
-  該軸Ｘと前記注入孔の中心との間の最小距離として定義される前記注入孔の径方向距離ｙｉ、および
-  該アークチャンバー内の該陰極の最大の横断寸法ＤＣ
の間の比Ｒ”は２．５未満、かつ好ましくは１，２５を超える。
【００１２】
主要な実施態様が何であれ、発明者達は、本発明に従うプラズマ発生器は、非常に高い生産性および効率で、且つ限られた量の電力消費および限定された陰極による汚染で、沈積を可能にすることを観察している。
【００１３】
特に、第３の主要な実施態様は、プラズマ形成ガスが陰極の周りを回り、渦を形成するとき、優れた性能を提供する。
【００１４】
主要な実施態様が何であれ、好ましくは、また本発明に従うプラズマ発生器は、他の主要な実施態様の特徴の１つ以上を備えうる。さらに、該プラズマ発生器は、以下の任意的な特徴の１つ以上を有しうる。
-  上記注入デバイスの複数の注入孔のうち、上記注入孔は、最下流の軸方向位置をもつ一つまたは複数である；
-  軸方向距離ｘは、好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは１８ｍｍ未満であり、及び／又は好ましくは５ｍｍを超え、約１３ｍｍの距離ｘが特によく適合する；
-  軸方向距離ｘ’は、好ましくは３０ｍｍ未満、より好ましくは２５ｍｍ未満であり、及び／又は好ましくは９ｍｍを超え、１５ｍｍさえも超え、約２０ｍｍの距離ｘ’が特によく適合する；
-  径方向距離ｙｉは、好ましくは２７ｍｍ未満、より好ましくは２０ｍｍ未満、１５ｍｍさえ下まわり、及び／又は好ましくは６ｍｍを超え、１０ｍｍさえも超え、約１２ｍｍの距離ｙｉが特によく適合する；
-  陽極の最下流点の軸方向位置ｐＡから軸方向位置ｐＡＣを隔てている軸方向距離ｘ”は、好ましくは６０ｍｍ未満、より好ましくは５０ｍｍ未満であり、及び／又は好ましくは３０ｍｍを超え、約４５ｍｍの距離ｘ”が特によく適合する；
-  位置ｐＡＣにおける陽極と陰極との間の最小径方向距離ｙＡＣと、アークチャンバー内の陰極の最大横断寸法ＤＣとの間の比Ｒ’’’は、好ましくは１．２５未満、より好ましくは０．５未満であり、および好ましくは０．１を超え、好ましくは０．２を超え、約０．３の比Ｒ’’’が特によく適合する；および
-  注入デバイスは、複数の注入孔を備え、いずれかの注入孔が、比Ｒ、Ｒ’、Ｒ”に関する、および距離ｘ、ｘ’、ｘ”およびｙｉに関する条件の少なくとも1つ、好ましくは全ての条件が充足される。
【００１５】
-  注入デバイスは、以下に記載されるように、本発明に従う注入デバイスである。
【００１６】
-  陰極は、その自由端で、好ましくは尖ったまたは丸い形状を有する円錐状部分を備えている。この円錐状部分の頂点での角度δは、好ましくは３０°を超え、より好ましくは４０°を超え、及び／又は７５°未満、好ましくは６０°未満である。円錐状部分のこの陰極の軸に沿った長さは、好ましくは３ｍｍを超え、及び／又は１５ｍｍ未満、好ましくは８ｍｍ未満である。この円錐状部分の最大径（底面での）は、好ましくは６ｍｍを超え、より好ましくは８ｍｍを超え、及び／又は１４ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満である。好ましくは、円錐状部分の自由端は丸くされており、この端の曲率半径は、好ましくは１ｍｍを超え、及び／又は４ｍｍ未満である。
【００１７】
-  陰極は、好ましくは円錐状部分の上流の直近で、円筒状部分を備えている。円筒状部分は、好ましくは５ｍｍを超え、より好ましくは８ｍｍを超え、及び／又は５０ｍｍ未満、好ましくは２５ｍｍ未満、より好ましくは２０ｍｍ未満、さらに好ましくは１５ｍｍ未満である。円筒状部分は、好ましくは円形断面を有し、その直径は４ｍｍを超え、好ましくは６ｍｍを超え、より好ましくは８ｍｍを超え、及び／又は２０ｍｍ未満、好ましくは１４ｍｍ未満、より好ましくは１０ｍｍ未満である。好ましくは、円筒状部分は、円錐状部分から連続的に延在するように円錐状部分の最大径に実質的に等しい直径を有している。
【００１８】
-  好ましくは、陰極は、好ましくは円筒状部分の上流の直近で、円錐台状部分を備えている。好ましくは、円錐台状部分は、電気アークが発生されるチャンバーの背面（図２の符号５９）にまで延在している。好ましくは、この円錐台状部分の頂点での角度γは、１０°を超え、好ましくは３０°を超え、及び／又は９０°未満、好ましくは４５°未満である。円錐台状部分の長さは、５ｍｍを超えてもよく、及び／又は１５ｍｍ未満でありうる。好ましくは、円錐台状部分の最大径は６ｍｍを超え、好ましくは１０ｍｍを超え、及び／又は３０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ未満、より好ましくは１８ｍｍ未満であり、及び／又は上記円錐台状部分の最小径は、４ｍｍを超え、好ましくは６ｍｍを超え、より好ましくは８ｍｍを超え、及び／又は２０ｍｍ未満、好ましくは１４ｍｍ未満、より好ましくは１０ｍｍ未満である。好ましくは、この最小径は、円筒状部分の径に等しく、従って円錐台状部分は円筒状部分につながることになる。
【００１９】
-  １の実施態様においては、円錐状部分の長さは円筒状部分の長さより短い。円錐状部分の長さと円筒状部分の長さとの間の比は、特に０．５より大きくてもよく、及び／又は１未満でありうる。
【００２０】
-  １の実施態様においては、円筒状部分の長さは、円錐台状部分の長さと実質的に同じである。
【００２１】
-  好ましくは、陰極は、好ましくは円形断面の、好ましくは円錐状部分によってアークチャンバー内に同軸的に引き延ばされた円筒状部分を備えている。より好ましくは、陰極は、円筒状部分によって引き延ばされた、好ましくは円形断面を有する、好ましくは円錐状部分によってアークチャンバー内に引き延ばされた円錐台状部分を同軸的に備える。
【００２２】
-  好ましくは、陰極は円錐台状部分を備え、かつ少なくとも１つの、好ましくは全ての注入孔が、上記円錐台状部分を切断する１以上の横断面内に置かれる。１の実施態様においては、全ての注入孔が、同一の横断面内に置かれる。この横断面は、例えば円錐台状部分の底面（円錐台状部分の最大径に対応する）からの距離で、円錐台状部分の長さの３０％と９０％の間、好ましくは４０％と７０％の間に入る距離に置かれうる。
【００２３】
-  陰極は、吹き出しアークプラズマ陰極であり、好ましくは、ロッド形式の熱陰極である。
【００２４】
-  １の実施態様においては、陰極は単一の部品であり、言い換えれば単一の材料から作成されている。他の実施態様においては、陰極はタングステンのロッドおよび銅部分（この中にタングステンロッドが挿入される）を備える。
【００２５】
-  チャンバーは、上流円筒状部分、及び／又は中間収束部分（下流方向へ収束している）、及び／又は下流円筒状部分を備える。中間収束部分は、特に円錐台状でよく、または複数の円錐台状部分、特に、お互いに同軸的に延びている２つの円錐台状部分（すなわちこれらの円錐台状部分の間の遷移部に段差を伴わないで）、を備えうる。好ましくは、第２の円錐台状部分の上流にある第１の円錐台状部分の頂点の角度Ψ１は、第２の円錐台状部分の頂点の角度Ψ２よりも大きい。頂点の角度Ψ１は、特に５０°と７０°との間でありうる。頂点の角度Ψ２は、特に１０°と２０°との間でありうる。
【００２６】
-  好ましくは、チャンバーは、連続して、同軸的に、上流から下流に、上流円筒状部分、中間収束部分および下流円筒状部分を備える。好ましくは、上流円筒状部分の長さは、５ｍｍを超え、及び／又は４０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ未満である。好ましくは、中間収束部分の長さは、１０ｍｍを超え、及び／又は８０ｍｍ未満、好ましくは４０ｍｍ未満であり、そして好ましくは２０ｍｍを超え、及び／又は３０ｍｍ未満である。好ましくは、下流円筒状部分の長さは、１０ｍｍを超え、及び／又は８０ｍｍ未満、好ましくは４０ｍｍ未満であり、そして好ましくは２０ｍｍを超え、及び／又は３０ｍｍ未満である。
【００２７】
-  好ましくは、上流円筒状部分の直径は、１０ｍｍを超え、好ましくは１５ｍｍを超え、及び／又は７０ｍｍ未満、好ましくは４０ｍｍ未満、より好ましくは３０ｍｍ未満である。
【００２８】
-  中間収束部分の最大径（底面）は、１５ｍｍを超え、及び／又は４０ｍｍ未満、好ましくは２５ｍｍ未満である。好ましくは、上流円筒状部分の直径は、中間収束部分の最大径より大きく、従ってこれら２つの部分の間に段差が存在することになる。
【００２９】
-  中間収束部分の最小径は、４ｍｍを超え、好ましくは５ｍｍを超え、及び／又は２０ｍｍ未満、好ましくは１２ｍｍ未満、より好ましくは９ｍｍ未満である。
【００３０】
-  下流円筒状部分の直径は、４ｍｍを超え、好ましくは５ｍｍを超え、及び／又は２０ｍｍ未満、好ましくは１２ｍｍ未満、より好ましくは９ｍｍ未満である。
【００３１】
-  より好ましくは、中間収束部分の最小径は下流円筒状部分の直径と実質的に同一であり、従って下流円筒状部分は中間収束部分に連続的に延在しうる。
【００３２】
-  上流円筒状部分の長さは、陰極の円錐台状部分の長さよりもより長い。
【００３３】
-  より好ましくは、上流円筒状部分と中間収束部分との長さの合計は、チャンバー内の陰極の長さよりも大きい。１つの実施態様においては、陰極の自由端は、チャンバーの中間収束部分に沿って実質的に半分まで延在する。特に、陰極の自由端は、中間収束部分の底から中間収束部分の長さの３０％と７０％との間、好ましくは４０％と６０％との間の区間に延在する。
【００３４】
また、本発明は、陰極の回りに、特にアークチャンバー内に延在する陰極の下流部分の回りに渦を生成するように配置されたプラズマ形成ガス注入デバイスに関連する。
【００３５】
また、本発明に従う注入デバイスは、次の任意的な特徴の１以上を備えていることができる。
-  本注入デバイスは、アークチャンバー内に延在する陰極の上流に置かれる。特に、本注入デバイスは、上記チャンバーの上流端に置かれうる。
-  本注入デバイスは、少なくとも１つの注入導管を備える。好ましくは、本注入デバイスは、少なくとも４つの注入導管、少なくとも８つの注入導管さえも備える；
-  注入導管の注入孔の直径は、好ましくは、０．５ｍｍより大きく、及び／又は５ｍｍより小さく、好ましくは、約２ｍｍである；
-  注入導管は、この注入導管の注入孔の中心を貫通する径方向面への注入軸の射影が軸Ｘに対してなす角度αが、１０°を超え、２０°を超え、７０°未満、又は６０°未満であるように、置かれる；
-  注入導管は、本注入デバイスが軸Ｘを有するプラズマ発生器に統合される組立位置で、この注入導管の注入孔の中心を貫通する横断面への注入軸の射影が、角度βをなし、該横断面内にありかつ軸Ｘおよび該注入孔の中心を貫通する半径を有し、この角度βは４５°未満、好ましくは３０°未満、及び／又は５°を超え、好ましくは１０°を超え、２０°さえ超えるように、置かれる；
-  複数の注入導管は、好ましくは全ての注入導管は、ｘ及び／又はｘ’及び／又はα及び／又はβについて夫々同じ値をもつ；
-  本注入デバイスは、リング形状を有しており、好ましくは横断面に沿って延在しており、このリングの軸は軸Ｘである；および
-  注入デバイスは、軸Ｘの周りに等角的に分布されている複数の注入孔を備えている。
【００３６】
また、本発明は、
-  本発明に従うプラズマ発生器、および
-  上記プラズマ発生器によって発生されたプラズマ流束中に、溶射されるべき物質を注入する手段、
を備えた、プラズマトーチに関する。
【００３７】
溶射されるべき物質を注入する該手段は、プラズマ発生器の内部に、特にアークチャンバー内に開いている、またはプラズマ発生器の外部に、特にアークチャンバーの口で開いている。
【００３８】
溶射されるべき物質を注入する上記手段は、（軸Ｘを通る）径方向面内に延在する軸に沿って溶射されるべき上記物質を注入するように配置されうる。そして、上記手段は軸Ｘを横断する面と角度θを形成し、該角度θの絶対値は、４０°未満、３０°未満、２０°未満であり、１５°未満の角度もよく適合する。
【００３９】
上記手段の注入導管は、プラズマ流束に対して、内側（図８に示されるように負の角度θ）に曲げられてもよく、外側（正の角度θ）に曲げられてもよく、またはプラズマ発生器の軸Ｘに垂直（図１で示されるように、θ＝０）であってもよい。
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むにつれて、および添付された図面により一層明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従う実施態様におけるプラズマトーチの縦断面図である。
【図２】図１の詳細図である。
【図３】図３ａ、図３ｂは、図１のプラズマトーチで採用されたプラズマ形成ガス注入デバイスの縦断面図および横断面図（図３ａに示される面Ａ−Ａに沿う）である。
【図４】本発明に従うプラズマトーチの変形例の縦断面図である。
【図５】本発明に従うプラズマトーチの変形例の縦断面図である。
【図６】本発明に従うプラズマトーチの変形例の縦断面図である。
【図７】図７ａは、図６に従うプラズマトーチの変形例において採用されたプラズマ形成ガス注入デバイスの縦断面図である。図７ｂおよび図７ｃは夫々、図７ａに示される面Ａ−Ａ、面Ｂ−Ｂに沿う本デバイスの横断面図である。
【図８】本発明に従うプラズマトーチの変形例の縦断面図である。
【図９】好ましい実施態様における陰極である。
【図１０】好ましい実施態様における陽極である。
【００４１】
これらの図面においては、同一または類似の要素を示すために同一の参照符号が使用される。
【００４２】
詳細な説明および図面は、これらの記載に限定はされない説明目的のために提供される。
【００４３】
（定義）
本記載において、用語「上流」「下流」とは、プラズマ形成ガス流束の流れ方向に対して使用される。
【００４４】
「横断面」とは、軸Ｘに対して垂直な面である。
【００４５】
「径方向面」とは、軸Ｘを含む面である。
【００４６】
表現「軸方向位置」とは、軸Ｘに沿う位置を意味すると理解される。言い換えれば、ある点の軸方向位置は、その点の軸Ｘ上への正規射影によって与えられる。
【００４７】
陽極と陰極との間の最小径方向距離の軸方向位置ｐＡＣとは、軸Ｘ上で、陽極と陰極との間の距離が最小である横断面の位置として定義される。この径方向の距離（すなわち、横断面内で測られた）は、「最小径方向距離」と呼ばれ、図２に示されるようにｙＡＣと表示される。もしも、陽極と陰極間の距離が、複数の横断面において最小である場合には、位置ｐＡＣは、最上流面の位置を指す。
【００４８】
「チャンバー」とは、プラズマが上記プラズマ発生器から出て行く出口の開口から該プラズマ発生器の内部へ向けて延在する空間である。このチャンバーは、上流に、プラズマ形成ガスがその中に注入される「膨張チャンバー」および電気アークがその中で発生される「アークチャンバー」で構成される。位置ｐＡＣでの横断面は、膨張チャンバーとアークチャンバーとの間の境界を画すると考えられる。
【００４９】
アークチャンバー内の陰極の最大横断寸法ＤＣは、アークチャンバー内へ延在する陰極の部分のみを考慮して計測される。本発明の好ましい実施態様として、陰極が、アークチャンバー内へ延在して、１点を形成する円錐状部分で終わる円形断面の円筒状部分を備えるとき、この横断寸法は、陰極の円筒状部分の直径に対応する。
【００５０】
表現「備える」は、これと相容れない指示がなされない限り「少なくとも一つ備える」を意味すると理解される。
【詳細な説明】
【００５１】
以下、図１を参照する。
従来、プラズマトーチ（１０）は、プラズマ発生器（２０）および該プラズマ発生器（２０）によって発生されたプラズマ流束中に、溶射されるべき物質を注入するための手段（２１）を備えている。
【００５２】
プラズマ発生器（２０）は、軸Ｘに沿って延在する陰極（２２）および電源（２８）によって発生される電圧の影響下で、チャンバー（２６）内で、電気アークＥを発生させうるように配置された陽極（２４）を備える。また、プラズマ発生器（２０）は、プラズマ形成ガスＧをチャンバー（２６）内に注入するための注入デバイス（３０）を備える。
【００５３】
また、プラズマ発生器は、注入デバイス（３０）の上流で、プラズマ形成ガスの圧力および圧力の均一性を調整するためのチャンバー（図示されない）を備えうる。最後に、プラズマ発生器（２０）は、本体（３４）を備えており、本体以外の他の要素を固定する。
【００５４】
本体（３４）は、陰極（２２）が固定されるところの陰極ホルダ（３６）、陽極（２４）が固定されるところの陽極ホルダ（３８）および電気的絶縁体（４０）を収容しており、該電気的絶縁体（４０）は、それらをお互いに電気的に絶縁するように、一方で、陰極ホルダ（３６）および陰極（２２）から成る集合体と、他方で、陽極ホルダ（３８）および陽極（２４）からなる集合体との間に置かれる。
【００５５】
一般に、本体（３４）は、図１に示されるように、陽極ホルダと陰極ホルダと注入デバイスの周りをぴったり取り巻く２つの被覆３４’、３４”から形成される。好ましくは、本体（３４）は単一の部品である。特に、１つの実施態様においては、注入デバイスおよび陽極ホルダは、図８の実施例として示されるように単一の部品である。有利的には、単一部品は、トーチの軸に対する部品の中心軸合わせを改善可能にし、さらにトーチを組立ておよび分解するのを容易にする。
【００５６】
好ましくは、電気的絶縁体（４０）は、プラズマからの放射に耐えうる材料で構成される。また、電気的絶縁のために使用される手段の特性は、局部温度に依存して選択されうる。例えば、図８に示されるように、熱抵抗の低い絶縁部品（４１）は、プラズマに直接的に晒されない領域に置かれうる。
【００５７】
陰極ホルダ（３６）および陽極ホルダ（３８）は、夫々、陰極（２２）および陽極（２４）と同じ電位である。しかし、陰極（２２）および陽極（２４）は通常、銅とタングステンで作られた消耗品であるが、一方、陰極本体（３６）および陽極本体（３８）は通常、銅合金で作られている。
【００５８】
電源（２８）の＋端子および−端子は、夫々陽極（２４）および陰極（２２）に直接的にまたは間接的に接続される。通常、電源（２８）は、陽極および陰極間に、４０Ｖを超える電圧、及び／又は１２０Ｖ未満の電圧を発生しうる。
【００５９】
図２は、軸Ｘのロッド形状をした陰極（２２）が、順次、同軸的に、上流から下流の方向へ、減少する直径の円錐台状部分（４５）、円形横断面の円筒状部分（４６）および丸められた頂点を有する円錐状部分（４８）を備えている、ことを示す。
【００６０】
１つの実施態様において、円筒状部分は、５ｍｍを超え、６ｍｍを超え、及び／又は１１ｍｍ未満、１０ｍｍ未満の直径を有し、約８ｍｍの直径がよく適合する。
【００６１】
円筒状部分（４６）の直径（ＤＣと表示される）は、「陰極の直径」と呼ばれ、好ましくは約８ｍｍである。陰極（２２）の下流端（５０）の軸方向位置は、これ以降ｐＣと云われる。
【００６２】
陰極（２２）はタングステンで、任意的にはタングステンの仕事関数と比べて陰極の金属の仕事関数を下げるドーパントでドープされたタングステンで、作られうる。特に、タングステンは、酸化トリウム、及び／又は酸化ランタン、及び／又は酸化セリウム、及び／又は酸化イットリウムでドープされうる。有利には、これは、純粋なタングステン陰極に比べて、金属の融点での電流密度を増加させること、または運用温度を摂氏で２〜３百度下げることを可能にする。
【００６３】
陰極は、単一の材質で作られてもよく、またはそうでなくともよい。例えば、図８において、陰極（２２）は、ドープされたまたはされていないタングステンで作られたロッド（２２”）、および陰極ホルダへ固定するための銅（２２’）で作られた部分、を備えている。
【００６４】
陽極（２４）は、軸Ｘの鞘の形状をとり、その内側の表面（５４）は、順次、上流から下流の方向に、円錐台状部分（５６）および円形断面をもつ円筒状部分（５８）を備える。
【００６５】
陰極と同様の仕方で、陽極は、単一の材質で作られてもよく、そうでなくともよい。プラズマ柱のアーク底部による陽極の浸食を少なくするために、陽極の内側面（５４）の少なくとも一部分は、および特にアーク初期領域（円錐台状部分（５６）に位置する）の下流は、溶解しにくい伝導性金属で、好ましくはタングステンで作られる。
【００６６】
また、陽極の円筒状部分（５８）の内側面は、図８に示されるように、例えばタングステンで作られた被覆または軸鞘（５７）によって保護されている。
【００６７】
陽極（２４）の軸方向位置は、陰極（２２）の円筒状部分（４６）の一部および円錐状部分（４８）が、円錐台状部分（５６）に向かいあうように置かれる、すなわち、円錐台状部分（５６）によって径方向に区画されるチャンバー（２６）の空間内に置かれる。
【００６８】
図１に示される実施態様においては、軸方向位置ｐＡＣは、陰極（２２）の円筒状部分（４６）と円錐状部分（４８）との間の接続部と実質的に同じ高さに置かれる。
【００６９】
チャンバー（２６）は、順次、上流から下流の方向に、チャンバー（２６）の背面（５９）から該位置ｐＡＣまで軸方向に延在する膨張チャンバー（２６’）、それから該位置ｐＡＣから陽極の下流端によって区画され且つそれを通してプラズマがプラズマ発生器から出ていくところの出口開口（６０）の位置（ｐＡ）まで軸方向に延在する、アークチャンバー（２６”）を備える。
【００７０】
好ましくは、出口開口（６０）の直径は、４ｍｍを超え、好ましくは５ｍｍを超え、及び／又は１５ｍｍ未満、好ましくは９ｍｍ未満である。
【００７１】
チャンバー（２６）は、好ましくは軸Ｘに沿って延在するノズルを介して出口開口（６０）で開きうる。そしてその直径は、例えば図４で示されたように、対象とされる横断面の位置に依存して変化しうるし、または図１で示されたように一定でありうる。
【００７２】
注入デバイス（３０）は、図３ａおよび図３ｂでより詳細に示されるように、陰極（２２）の円筒状部分（４６）の周りで、円錐状部分（４８）の周りでさえ回転するガス流束を発生するように配置されかつ位置づけられる。好ましくは、注入デバイス（３０）は、軸Ｘのリングの形状をとる。
【００７３】
このリングの側壁（７０）は、８つの実質的に直線的な注入導管（７２）によって貫かれている。各注入導管（７２）は、注入孔（７４）を介してリングの内部に向かって開いている。注入孔（７４）の中心は、この注入孔の軸方向位置ｐｉおよび径方向距離ｙｉを定義する。
【００７４】
注入導管（７２）の横断面は、実質的に円筒であり、０．５ｍｍから５ｍｍの間の直径Ｄを有している。
【００７５】
軸Ｘと任意の１つの注入孔の中心との間の径方向距離ｙｉは、一定である。好ましくは、この径方向距離ｙｉは、１０ｍｍを超え、及び／又は２０ｍｍ未満であり、約１２ｍｍがよく適合する。
【００７６】
注入孔（７４）は、同一の横断面Ｐ（断面Ａ−Ａにおける）に置かれる。それらは全て同一の直径Ｄ、同一の軸方向位置ｐ（＝ｐｉ）および同一の径方向距離ｙ（＝ｙｉ）をもつ。
【００７７】
注入導管（７２）は、リングの軸の方向に、注入軸（Ｉｉ）に沿って開いている。図３ａに示されるように、注入孔（７４）の中心を貫通する径方向面において、注入軸（Ｉｉ）の射影は、軸Ｘと４５°の角度αをなす。
【００７８】
図３ｂに示されるように、注入孔（７４）の中心を貫通する横断面において、注入軸（Ｉｉ）は、軸Ｘおよび注入孔（７４）の中心を貫通する半径と、２５°の角度βをなす。
【００７９】
注入デバイス（３０）は、膨張チャンバー（２６’）内に置かれる。
【００８０】
陰極（２２）と陽極（２４）との間の最小径方向距離の軸方向位置ｐＡＣと最下流平面Ｐ内の注入孔の位置ｐとの間の軸方向距離は、ｘで示される。ｘと陰極（２２）の円筒状部分（４６）の直径ＤＣとの比（Ｒ）は、Ｒ（Ｒ＝ｐＡＣ／ＤＣ）で示される。図１または図２の実施態様においては、ｘは約１５ｍｍであり、比Ｒは約１．８８である。
【００８１】
陰極（２２）の下流端（５０）の軸方向位置ｐＣと位置ｐとを隔てる軸方向距離は、ｘ’で示される。ｘ’と陰極（２２）の直径ＤＣとの比は、Ｒ’（Ｒ’＝ｘ’／ＤＣ）で示される。図１または図２の実施態様においては、ｘ’は約２０ｍｍであり、比Ｒ’は約２．５である。
【００８２】
最後に、軸Ｘと注入導管（７２）との間の径方向距離ｙと陰極（２２）の直径ＤＣとの間の比は、Ｒ”（Ｒ”＝ｙ／ＤＣ）で示される。図１または図２の実施態様においては、ｙは約１３ｍｍであり、比Ｒ”は約１．６３である。１つの理論に縛られることなく、本発明者は、比Ｒ、Ｒ’およびＲ”の少なくとも１つが、本発明で定義された値であると、特にプラズマ形成ガスが陰極の上流に注入されると、また特に陰極の周りを回転しうるように注入されると、プラズマトーチの性能は特に良いことを観察した。本発明に従う注入デバイスの使用は、この目的のために特に有利であることが示された。本発明に従えば、プラズマ形成ガスは、陰極の下流端の非常に近くに注入される。プラズマ形成ガスの噴流は、この短い距離にわたってはほとんど速度を遅くされないし、さらにまた、プラズマ形成ガスは、アークに到達したときは、より冷たい。したがって、それは、高速を維持し、アークを維持してその距離を長くすることを容易にし、したがって、プラズマ発生器の出力を増大することを可能にする。さらにまた、陰極の周りのガスの回転は、有利的に陰極の摩耗が限定されることを可能にする。
【００８３】
図２で、矢印Ｆでその流れが示されるプラズマ形成ガスＧは、好ましくは、アルゴン、及び／又は水素、及び／又はヘリウム、及び／又は窒素から選択されたガスである。
【００８４】
また、プラズマ発生器（２０）は、陽極（２４）、及び／又は陰極（２２）、及び／又は陰極ホルダ（３６）、及び／又は陽極ホルダ（３８）を冷却できる複数の冷却手段を備えている。特に、これらの冷却手段は、冷却剤、例えば水を、好ましくは乱流状態（この流体の乱流状態を定義するレイノルズ数は、できれば好ましくは３０００を超え、より好ましくは１００００を超える）において、循環させるための手段を備えうる。
【００８５】
特に、軸Ｘの冷却チャンバー（７６）は、冷却剤を陽極（２４）の近くで循環させ得るように、陽極ホルダ（３８）内に収容されうる。
【００８６】
また、冷却手段は、図８に示されるように、本体（３４）、陽極および陰極に共通でありうる。
【００８７】
プラズマトーチ（１０）は、示された実施態様において、プラズマ発生器（２０）に加えて、注入手段（２１）を備え、該注入手段（２１）はチャンバー（２６）の出口開口（６０）付近で溶射されるべき粒子を注入するように置かれる。アークチャンバー（２６”）の内部でまたは外部で従来から使われてきた全ての注入手段が、想定されうる。したがって、図５に示されるように、溶射されるべき粒子を注入するための手段は、必ずしもプラズマ発生器の外部にある必要はなくその内部に一体化されうる。
【００８８】
図１に示される実施態様においては、注入手段（２１）は、溶射されるべき少なくともいくらかの物質が、横断面Ｐ’に対して約０°の角度θをなす軸に沿って軸Ｘに向けて注入されるように置かれる。図８においては、角度θは約１５°である。
【００８９】
図９は、陰極（２２）の別の態様を示す。
【００９０】
陰極（２２）は、タングステンで作られたロッド（２２”）及び銅部分（２２’）（この中にタングステンで作られたロッド（２２”）が挿入される）を備えている。
【００９１】
陰極の上流部分（２２ａ）および下流部分（２２ｂ）は、夫々チャンバー（２６）の外に、およびチャンバー（２６）の内に延在する意図であると見られうる（例えば、図２を見よ）。本記載の残りにおいては、下流部分（２２ｂ）のみが記載される。下流部分（２２ｂ）の自由端は、丸みを帯びた先端を有する円錐状部分（８２）から形成される。この自由端の曲率半径は、１ｍｍを超え、４ｍｍ未満である。この円錐状部分の頂点における角度δは約４５°である。円錐状部分（８２）の陰極の軸に沿った長さＬ８２は、３ｍｍを超え、８ｍｍ未満である。この円錐状部分の最大径Ｄ８２（その底における）は、６ｍｍを超え、１０ｍｍ未満である。
【００９２】
陰極（２２）は、円錐状部分（８２）の直ぐ上流に、Ｄ８２と等しい直径を有する円形断面の円筒状部分（８４）を備える。円筒状部分（８４）は、５ｍｍを超え、１５ｍｍ未満の長さＬ８４を有する。
【００９３】
また、陰極は、円筒状部分（８４）の直ぐ上流に、円錐台状部分（８６）を備える。この円錐台状部分（８６）の頂点における角度γは、３０°を超え、４５°未満である。この円錐台状部分（８６）の長さＬ８６は、５ｍｍを超え、１５ｍｍ未満である。この円錐台状部分（８６）の最大径Ｄ８６は、６ｍｍを超え、及び／又は１８ｍｍ未満である。上記円錐台状部分（８６）の最小径は、Ｄ８２と実質的に等しく、したがって円錐台状部分（８６）は円筒状部分（８４）を引き延ばす。
【００９４】
好ましくは、陰極は、使用中に、注入孔の少なくとも１つ、好ましくは全部が、上記円錐台状部分（８６）を切る横断面Ｐｉ内に置かれるように、配置される。１つの実施態様においては、この面は、円錐台状部分（８６）の長さＬ８６の３０％と９０％との間である円錐台状部分（８６）の底面から距離「ｚ」に置かれる。
【００９５】
図１０は、陽極（２４）の１つの別の態様を示す。この陽極は、銅または銅合金で作られた第１部分（２４ａ）およびタングステンまたはタングステン合金で作られた第２部分（２４ｂ）を備えている。第２部分（２４ｂ）は、これでチャンバー（２６）の下流部分（すなわち、上流の円柱状部分（２６ａ）の下流（点線で描かれる）に延在し、かつ注入デバイス（３０）で範囲を画された部分）を規定する第１部分（２４ａ）に挿入される。
【００９６】
特に、第２部分（２４ｂ）は、アークチャンバーを規定するように意図されている。
【００９７】
チャンバー（２６）の下流部分は、順次に、上流から下流へ、中間収束部分（２６ｂ）（下流方向へ収束する）および下流円柱状部分（２６ｃ）を備えている。
【００９８】
中間収束部分（２６ｂ）は、第１円錐台状部分（２６ｂ’）および第２円錐台状部分（２６ｂ”）を備えており、これらは互いに同軸的に延在し且つ延長されている。第２円錐台状部分の上流の第１円錐台状部分（２６ｂ’）の頂点における角度Ψ１（この角度Ψ１は５０°と７０°との間である）は、上記第２円錐台状部分（２６ｂ”）の頂点における角度Ψ２（この角度Ψ２は１０°と２０°との間である）より大きい。
【００９９】
上流円柱状部分（２６ａ）の長さＬ２６ａは、５ｍｍと２０ｍｍとの間である。
【０１００】
中間収束部分（２６ｂ）の長さＬ２６ｂは、約２４ｍｍである。
【０１０１】
第１円錐台状部分（２６ｂ’）の長さＬ２６ｂ’は、２ｍｍと１０ｍｍとの間、例えば５ｍｍである。
【０１０２】
下流円柱状部分（２６ｃ）の長さＬ２６ｃは、２０ｍｍと３０ｍｍとの間である。
【０１０３】
上流円柱状部分（２６ａ）の径Ｄ２６ａは、１０ｍｍを超え、３０ｍｍ未満である。
【０１０４】
中間収束部分（２６ｂ）の最大径（底面）Ｄ２６ｂは、約１８ｍｍである。上流円柱状部分（２６ａ）の径Ｄ２６ａは、中間収束部分の最大径Ｄ２６ｂより大きく、したがってこれら２つの部分の間に段差（８０）が存在する。
【０１０５】
中間収束部分（２６ｂ）の最小径ｄ２６ｂは、４ｍｍを超え、９ｍｍ未満である。
【０１０６】
下流円柱状部分（２６ｃ）の径は、ｄ２６ｂに等しい。
【０１０７】
好ましくは、上流円柱状部分（２６ａ）の長さＬ２６ａは、陰極（２４）の円錐台状部分（８６）の長さＬ８６より長い。より好ましくは、上流円柱状部分（２６ａ）の長さと中間収束部分（２６ｂ）の長さとの合計（Ｌ２６ａ＋Ｌ２６ｂ）は、チャンバー（２６）中の陰極（２２）の長さＬ２２ｂよりも長い。陰極（２２）が、陽極（２２）によって規定されるチャンバー（２６）内のその運用位置に取り付けられると、好ましくは、陰極の自由端は、チャンバーの中間収束部分に沿って、実質的に半分まで延在する。
【０１０８】
本発明に従うプラズマトーチの操作は、従来のプラズマトーチの操作と類似している。電圧は、陰極（２２）と陽極（２４）との間で、電気アークを生成するように、電源（２８）によって発生される。そしてプラズマ形成ガスＧは、典型的には、３０ｌ／分を超え１００ｌ／分未満の流速で、０℃を超え５０℃未満の温度で、１０バール未満の絶対圧力で、陰極（２２）の下流端（５０）の上流にある注入デバイス（３０）を用いて注入される。プラズマ形成ガスＧの流束は、チャンバー（２６）内に出口開口（６０）へ進むにつれて、陰極（２２）の周りを回転する。プラズマ形成ガスＧは、電気アークＥを通過することによって、非常に高温の、典型的には８０００Ｋを超え，１００００Ｋさえを超えるプラズマに変換される。プラズマ流束は、チャンバー（２６）から実質的に軸Ｘに沿って、典型的には４００ｍ／ｓを超え８００ｍ／ｓ未満の速度で出る。
【０１０９】
同時に、溶射されるべき物質は、注入手段（２１）によって、粒子の形でプラズマ流束の中に注入される。
【０１１０】
特に、溶射されるべき物質は、鉱物、金属、及び／又はセラミック、及び／又はサーメット（陶性合金）粉末、さらには有機粉末でさえ、あるいは任意的に液体、例えば溶射されるべき物質の懸濁液または溶液でありうる。
【０１１１】
それからこの物質は、プラズマ流束によって、この束に沿って運ばれ、加熱され、さらにはプラズマの熱によって溶かされる。プラズマトーチ（１０）が、基体へ向けられると、この物質はこの基体に対して溶射される。冷却期間に、この物質は固まり、そして基体に付着する。
【０１１２】
実施例
以下の実施例は、説明目的のために提供されるのであって、本発明の範囲を限定するためではない。
【０１１３】
図８で示されたものと類似の２つのプラズマトーチ（Ｔ１、Ｔ２）は、市場で入手し得る２つのトーチ、従来からの「Ｆ４」トーチおよび最新世代３陰極トーチ、と比較された。２つの従来技術のトーチの作動条件（電気的パラメータ、プラズマ形成ガスの成分、粉末注入速度、溶射距離）は、製作者によって推薦された公称条件、またはより良いと考えられた条件に対応させた。プラズマトーチ（Ｔ１、Ｔ２）の作動条件は、可能な最高の性能を得るように選ばれた。
【０１１４】
下の表１は、試験されたプラズマトーチの技術的特徴および試験条件を順番に並べたものである。市場で入手し得る２つのプラズマトーチは、チャンバーの背面に開けられたプラズマ形成ガスを注入するための孔を有していた。したがって、本発明に従うプラズマ形成ガス用の注入デバイスを規定する寸法パラメータは、これら２つのプラズマトーチには適用しなかった。
【０１１５】
【表１】
0005597652.tif 000002
【０１１６】
明確に示したように、本発明に従うプラズマトーチは、特に高い効率および生産性を低エネルギー消費で可能にする。
【０１１７】
プラズマトーチ（Ｔ１、Ｔ２）の性能を比較すると、プラズマトーチＴ１は、沈積効率については、類似の（５２％）またはより高い（Ｔ２の沈積効率：４５％）蒸着効率を得ることが出来、角度βが零であるプラズマトーチＴ２の生産性（２０％）よりも３倍も大きい生産性（６２％より大きい）を得ることが出来ることを示す。
【０１１８】
特に、上述したような角度αおよびβを有する本発明に従う１つのプラズマトーチの電極の摩耗は、等しい電力で、従来のトーチの摩耗、特にＦ４プラズマトーチの電極の摩耗よりも低いことを、摩耗測定は示している。有利には、沈積層の銅及び／又はタングステンによる汚染は、それによって低下せられる。
【０１１９】
勿論、本発明は、記載および図示された実施態様に制限されるものではない。特に、本発明に従うプラズマトーチは、任意の公知のタイプのもの、特に「吹き出しアークプラズマ」または「熱陰極」型、特に「ロッド型熱陰極」でありうる。
【０１２０】
陽極および陰極の数及び形状は、記載および図示された実施態様に制限されるものではない。
【０１２１】
別の実施態様においては、プラズマ発生器は、複数の陽極、及び／又は複数の陰極、特に少なくとも３つの陰極を備えている。しかし、好ましくは、プラズマ発生器は、単一の陰極、及び／又は単一の陽極を備えている。
【０１２２】
有利には、このプラズマ発生器は、制御するのが容易である。
【０１２３】
また、チャンバーの形状は限定されない。
【０１２４】
また、注入デバイスは、図１に示されたものと異なりうる。
【０１２５】
例えば、この注入デバイスは、単一のリングまたは複数のリングを備える。
【０１２６】
注入導管の数は、制限されない。それらの断面は、円形である必要はなく、例えば、長円または多角形、特に長方形でありうる。
【０１２７】
また、注入導管の配置は、図１に示されたものとは異なってもよい。例えば、注入導管は、らせん状パタンに配置されてもよく、より一般的には、注入孔が同じ横断面内に全てはないように置かれてもよい。それら注入導管は、特に２つの横断面内に（図６に示されるように）、３、４又はそれ以上の横断面内に位置しうる。
【０１２８】
図６に且つ図７ａ、７ｂおよび７ｃに詳細に示された注入デバイスにおいては、２０の注入孔（７４）が、第１および第２の横断面（Ｐ１、Ｐ２）内に分布せられる。
【０１２９】
軸Ｘの周りに等角度に分布せられた８つの注入孔（７４１）が、第１の横断面（Ｐ１）に位置する。それらは全て同一の径（Ｄ１）および同一の径方向距離（ｙ１）を有する。注入孔（７４１）の注入軸（Ｉ１）の横断面に対する射影は、上記横断面内に延在し且つ軸Ｘおよび上記注入孔の中心を貫通する半径と、角度（β１）をなす。
【０１３０】
等角度に分布せられた他の１２個の注入孔（７４２）は、第１の横断面Ｐ１の下流の第２の横断面Ｐ２内に存在し、そして同一の径Ｄ２（Ｄ１よりも大きい）および同一の径方向距離ｙ２（ｙ１と等しい）を有する。横断面内の注入孔（７４２）の注入軸（Ｉ２）の射影は、上記横断面内に延在し且つ軸Ｘおよび上記注入孔の中心を貫通する半径と、角度β２をなす。角度β２は角度β１より小さい。
【０１３１】
好ましくは、注入孔（７４１）の累積断面Ｓ１と注入孔（７４２）の累積断面Ｓ２の比（＝Ｓ１／Ｓ２）は、０．２５と４．０との間に入る。表現「累積断面」は、注入孔の組の全ての断面面積の総計を意味すると理解される。
【０１３２】
別の実施態様においては、ｙ１はｙ２と異なりうる。また、所定の横断面に属する注入孔は、互いに異なる径方向距離ｙｉを有しうる。
【０１３３】
また、注入孔は、２、３またはそれ以上のグループにグループ分けされうる。したがって、１実施態様においては、注入デバイスは、４対の穴（各対は好ましくは等角度で分布される）を備えうる。
【０１３４】
注入孔が複数の横断面内に置かれるとき、第１の面の注入孔は、軸Ｘの方向に沿って配列され、または第２の面の注入孔からオフセットされ、たとえば一定の角度により角度的にオフセットされうる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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