(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチと、
前記プラズマトーチのプラズマ出力側において、前記プラズマトーチから離隔して配置され、被溶融材料が供給される外部電極とを、備えており、
前記プラズマトーチは、
円筒形の第一の電極と、
前記第一の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、円筒形の第二の電極と、
前記第一の電極の電極内部に配置される、リング状の磁石と、を備えており、
前記第二の電極は、
前記第一の電極との関係で形成される非移行型プラズマの陽極として機能し、
前記外部電極との関係で形成される移行型プラズマの陽極としても機能し、
前記被溶融材料は、
前記第一の電極の筒内部を介して、前記外部電極へ供給される、
ことを特徴とするプラズマ溶融装置。
【請求項２】
プラズマトーチと、
前記プラズマトーチのプラズマ出力側において、前記プラズマトーチから離隔して配置され、被溶融材料が供給される外部電極とを、備えており、
前記プラズマトーチは、
円筒形の第一の電極と、
前記第一の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、円筒形の第二の電極と、
前記第一の電極の電極内部に配置される、リング状の磁石と、を備えており、
前記第二の電極は、
前記第一の電極との関係で形成される非移行型プラズマの陰極として機能し、
前記外部電極との関係で形成される移行型プラズマの陰極としても機能し、
前記被溶融材料は、
前記第一の電極の筒内部を介して、前記外部電極へ供給される、
ことを特徴とするプラズマ溶融装置。
【請求項３】
前記磁石は、
前記第一の電極の形状である前記円筒形の中心軸方向に、磁化している、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項４】
前記磁石は、
前記第一の電極内において前記外部電極配置側に、配置されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項５】
前記プラズマトーチは、
前記第一の電極において、前記第一の電極の前記円筒形の径方向における前記磁石の磁力が、前記中心軸方向における前記磁石の磁力より大きい領域を覆う、第一の絶縁物を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項６】
前記プラズマトーチは、
前記第一の電極の前記外部電極と対面する部分を覆う、第二の絶縁物を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項７】
前記プラズマトーチは、
前記第二の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、第三の絶縁物を、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか１の請求項に記載のプラズマ溶融装置。
【請求項８】
前記第二の電極と前記第三の絶縁物との間において、不活性ガスが流される、
ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被溶融材料を溶融させることができるプラズマトーチを備えるプラズマ溶融装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所定の材料を溶融させるものとして、プラズマトーチが既に存在する。当該プラズマトーチから被溶融材料に向けて、プラズマが噴出される。当該プラズマアークの輻射熱により、被溶融材料は溶融する。
【０００３】
また、プラズマトーチは、一般的に、移行型プラズマトーチと非移行型プラズマトーチとに大別される。
【０００４】
移行型プラズマトーチでは、プラズマトーチ内部の内部電極と、プラズマトーチ外部に存し、被溶融材料が供給される外部電極との間に、電圧を印加する。当該電圧印加により、内部電極と外部電極との間において、プラズマが発生する。
【０００５】
他方、非移行型プラズマトーチでは、プラズマトーチ内の２つの内部電極間に電圧を印加する。当該電圧印加により、内部電極間においてプラズマが発生する。そして、ガスを媒体として、当該発生したプラズマを被溶融材料に照射させる。
【０００６】
プラズマトーチに関する技術を開示している先行文献として、たとえば特許文献１が存在する。
【０００７】
当該特許文献１に係るプラズマトーチでは、リング陰極と、該リング陰極との間に放電空間を隔てて囲続的に配設された陽極と、を備えている。さらに、当該プラズマトーチは、放電空間に中心軸を含む面内で交叉する磁束を形成させる、複数の磁石も備えている。なお、リング陰極の中空部において放電空間のほぼ中心軸に沿って、被溶融材料が送り込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３１９５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に係るプラズマトーチは、非移行型プラズマトーチであるので、導電材料を溶融するのには効率が悪い。また、プラズマを回転させるために、複数の磁石が配置されているので、プラズマトーチ全体の大きさが拡大するという問題もある。
【００１０】
一方、所定の材料を溶融にあたり、プラズマを利用した溶融効率の向上、プラズマアークによる電極の消耗抑制、およびプラズマの広範囲照射は、重要な事項である。
【００１１】
そこで、本発明は、溶融効率の向上、電極の消耗抑制およびプラズマアークの広範囲照射を満たしつつ、如何なる材料であっても効率良く溶融でき、全体の小型化が可能なプラズマ溶融装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のプラズマ溶融装置は、プラズマトーチと、前記プラズマトーチのプラズマ出力側において、前記プラズマトーチから離隔して配置され、被溶融材料が供給される外部電極とを、備えており、前記プラズマトーチは、円筒形の第一の電極と、前記第一の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、円筒形の第二の電極と、前記第一の電極の電極内部に配置される、リング状の磁石と、を備えており、前記第二の電極は、前記第一の電極との関係で形成される非移行型プラズマの陽極として機能し、前記外部電極との関係で形成される移行型プラズマの陽極としても機能する。そして、前記被溶融材料は、前記第一の電極の筒内部を介して、前記外部電極へ供給される。
【００１３】
また、本発明に係る請求項２に記載のプラズム溶融装置は、プラズマトーチと、前記プラズマトーチのプラズマ出力側において、前記プラズマトーチから離隔して配置され、被溶融材料が供給される外部電極とを、備えており、前記プラズマトーチは、円筒形の第一の電極と、前記第一の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する、円筒形の第二の電極と、前記第一の電極の電極内部に配置される、リング状の磁石と、を備えており、前記第二の電極は、前記第一の電極との関係で形成される非移行型プラズマの陰極として機能し、前記外部電極との関係で形成される移行型プラズマの陰極としても機能する。そして、前記被溶融材料は、前記第一の電極の筒内部を介して、前記外部電極へ供給される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１，２に記載のプラズマ溶融装置は、プラズマトーチと、プラズマトーチのプラズマ出力側において、プラズマトーチから離隔して配置され、被溶融材料が供給される外部電極とを、備えている。プラズマトーチは、円筒形の第一の電極と、第一の電極を所定の距離だけ離れて囲繞する円筒形の第二の電極と、第一の電極の電極内部に配置されるリング状の磁石と、を備えている。第二の電極は、第一の電極との関係で形成される非移行型プラズマの陽極または陰極として機能し、外部電極との関係で形成される移行型プラズマの陽極または陰極としても機能する。
【００１５】
したがって、プラズマトーチは、移行型プラズマトーチとしても非移行型プラズマトーチとしても機能するので、絶縁体・導体・半導体などの如何なる材料であっても効率良く溶融できる。
【００１６】
また、磁石の存在により、移行型プラズマも非移行型プラズマも回転する。したがって、当該回転状態で、被溶融材料に移行型プラズマおよび非移行型プラズマが照射され、結果としてプラズマが被溶融材料の広範囲で照射される。
【００１７】
また、当該供給途中において、被溶融材料の周囲には、移行型プラズマおよび非移行型プラズマが回転している。したがって、第一の電極の筒内部を介して外部電極に被溶融材料が供給されることにより、溶融効率の向上を図ることができる。
【００１８】
また、上記のように、移行型プラズマおよび非移行型プラズマは、常に移動（回転）し続けるので、プラズマアークが各電極において一点集中的に照射されることは無い。つまり、本発明では、各プラズマアークは、各電極において満遍なく照射される。したがって、本願発明では、プラズマアークが各電極において一点集中的に照射される場合において起こる電極の消耗（劣化）を抑制できる。つまり、電極の長寿命化が可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の構成では、移行型プラズマおよび非移行型プラズマの回転のために、上記リング状の磁石が一つ第一の電極の電極内部に配置されているだけで十分である。したがって、移行型プラズマおよび非移行型プラズマの回転を可能とするプラズマトーチ全体の小型化を図ることもできる。
【００２０】
また、本発明の請求項２に記載のプラズマ溶融装置は、第二の電極は陰極として機能する。
【００２１】
したがって、被溶融材料におけるヒュームの発生を抑制できる。さらに、当該被溶融材料の溶融効率を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１に係るプラズマ溶融装置の構成を示す断面図である。
【図２】磁石３の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１における、磁石３により発生する磁界および移行型・非移行型プラズマの回転の様子を示す図である。
【図４】実施の形態１における、非移行形プラズマの回転を説明するための図である。
【図５】実施の形態１における、移行型プラズマの回転を説明するための図である。
【図６】実施の形態２に係るプラズマ溶融装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態２における、磁石３により発生する磁界および移行型・非移行型プラズマの回転の様子を示す図である。
【図８】実施の形態２における、非移行形プラズマの回転を説明するための図である。
【図９】実施の形態２における、移行型プラズマの回転を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００２４】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置の要部構成を示す断面図である。
【００２５】
プラズマ溶融装置は、プラズマトーチと外部電極２００とを備えている。図１では、プラズマトーチ先端部１００と外部電極２００とが、拡大して図示されている。
【００２６】
＜プラズマ溶融装置の構造＞
図１に示すように、外部電極２００は、プラズマトーチ先端部１００のプラズマ出力側において、プラズマトーチから離隔して配置されている。外部電極２００には、プラズマトーチ先端部１００から、被溶融材料７が供給される。そして、被溶融材料７は、外部電極２００において溜まる。なお、被溶融材料７が絶縁体でない場合には、当該溜まった被溶融材料７自体も外部電極２００とともに、電極として機能する。
【００２７】
プラズマトーチは、第一の電極１、第二の電極２、磁石３および複数の絶縁物４，５，６を、備えている。なお、図１に示すように、これらの部材１〜６は全て、プラズマトーチ先端部１００に配設されている。
【００２８】
第一の電極１および第二の電極２共に、円筒形の電極構造を有している。第二の電極２は、第一の電極１を所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、第二の電極２の円筒形の径は、第一の電極１の円筒形の径よりも大きい。また、第一の電極の円筒形の中心軸と、第二の電極の円筒形の中心軸とは、一致している。当該中心軸を図１において中心軸ＡＸとして図示している。
【００２９】
なお、以下の説明において、電極１，２の円筒形の中心軸ＡＸの方向を、「軸方向」と称する。また、電極１，２の円筒形の径の方向を、「径方向」と称する。
【００３０】
第一の電極１の円筒形の開口部１ａからは、顆粒状の被溶融材料７が外部電極２００に向けて供給される。つまり、被溶融材料７は、第一の電極１の筒内部を介して、外部電極２００へ供給される。
【００３１】
また、第一の電極１の電極内部には、リング状の磁石３が配設されている。図２に示すように、磁石３のリング中心は、中心軸ＡＸと一致しており、軸方向に磁化している。つまり、図１に示すように、リング状の磁石３の被溶融材料投入側が「Ｎ極」であり、リング状の磁石３の外部電極２００の配置側が「Ｓ極」である。また、図１に示すように、磁石３は、第一の電極１内部において外部電極２００配置側（第一の電極１の底部付近）に、配置されている。つまり、外部電極２００により近い位置に、磁石３は配設されている。
【００３２】
さて、第一の電極１と第二の電極２とは、放電空間Ｌ１を隔てて対面している。プラズマ溶融装置は、非移行型プラズマ電源３００を備えており、当該非移行型プラズマ電源３００のマイナス端子が第一の電極１に接続され、非移行型プラズマ電源３００のプラス端子が第二の電極２に接続される。そして、当該非移行型プラズマ電源３００により、第一の電極１および第二の電極２間に、所定の電圧を印加する。すると、放電空間Ｌ１において、非移行型プラズマＰ１が発生する。
【００３３】
また、第二の電極２の端部（底部）と外部電極２００とは、放電空間Ｌ２を隔てて対面している。プラズマ溶融装置は、移行型プラズマ電源４００を備えており、当該移行型プラズマ電源４００のマイナス端子が外部電極２００に接続され、移行型プラズマ電源４００のプラス端子が第二の電極２に接続される。そして、当該移行型プラズマ電源４００により、第二の電極２および外部電極２００間に、所定の電圧を印加する。すると、放電空間Ｌ２において、移行型プラズマＰ２が発生する。
【００３４】
上記から分かるように、プラズマトーチは、非移行型プラズマトーチであると共に、移行型プラズマトーチでもある。また、移行型プラズマトーチは、逆極性である。さらに、第二の電極２は、第一の電極１との関係で形成される非移行型プラズマＰ１の陽極として機能し、かつ、外部電極２００との関係で形成される移行型プラズマＰ２の陽極としても機能する。
【００３５】
なお、移行型プラズマＰ２は、プラズマトーチのプラズマ出力部から、外部電極２００に供給された被溶融材料７へ向けて、直接的に照射される。一方、非移行型プラズマＰ１は、放電空間Ｌ１に導入された不活性ガスＧを媒体として、外部電極２００に供給された被溶融材料７へ向けて照射される。ここで、図１の上部から下部に向けて流れる当該不活性ガスＧは、冷却材としても機能している。
【００３６】
さて、第一の電極１は、第一の絶縁物４と第二の絶縁物５とにより、部分的に被覆されている。
【００３７】
図１に示すように、第一の絶縁物４は、第二の電極２と対面する第一の電極１の側面部の一部を被覆するように形成されている。より具体的に、当該第一の絶縁物４は、第一の電極１の前記側面部において、径方向における磁石３の磁場が、軸方向における磁石３の磁場より大きい領域を覆っている。換言すれば、第二の電極２と対面する第一の電極１の側面部において、軸方向における磁石３の磁場が、径方向における磁石３の磁場より大きい領域は、露出されている。
【００３８】
このように、第一の電極１の側面部の一部が第一の絶縁物４により覆われているので、非移行型プラズマアークは、第一の電極１の露出側面部と第二の電極２との間で発生する。つまり、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きい領域の放電空間Ｌ１において、非移行型プラズマアークが発生し、非移行型プラズマＰ１が生成される。
【００３９】
また、図１に示すように、第二の絶縁物５は、第一の電極１の底面側端部を被覆するように形成されている。より具体的に、第二の絶縁物５は、第一の電極１の外部電極２００と対面する部分を覆っている。
【００４０】
さらに、プラズマトーチは、第二の電極２を所定の距離だけ離れて囲繞する、第三の絶縁物６を、備えている。
【００４１】
具体的に、第三の絶縁物６は、第二の電極２の径よりも大きな径を有する円筒形の形状を有しており、当該円筒形の中心軸は、中心軸ＡＸと一致している。第三の絶縁物６は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。なお、第三の絶縁物６は、第二の電極２の全側面と対面するように配設される必要は無い。当該第三の絶縁物６は、少なくとも外部電極２００に近い側の第二の電極２の側面部分（第二の電極２の底面付近の側面部領域のみ）を、径方向の外側から対面してれば良い。
【００４２】
このように、第二の絶縁物５および第三の絶縁物６の存在により、移行型プラズマアークは、外部電極２００と、当該外部電極２００と対面する第二の電極２の端部（底部）との間で発生する。つまり、径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域の放電空間Ｌ２において、移行型プラズマアークが発生し、移行型プラズマＰ２が生成される。
【００４３】
ここで、各絶縁体４，５，６として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【００４４】
なお、第一の電極１の端部（底部）、第二の電極２の端部（底部）および第三の絶縁物６の端部（底部）と、外部電極２００との間の距離の関係は、次の通りである。第三の絶縁物６の底部と外部電極２００との間の距離が最も近く、第二の電極２の底部と外部電極２００との間の距離が２番目に近い。そして、第一の電極１の底部と外部電極２００との間の距離が最も遠い。
【００４５】
＜プラズマの回転動作＞
移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、磁石３により生成される磁界により、中心軸ＡＸを中心として回転する。具体的には、下記の通りである。
【００４６】
図２で示したように、軸方向に磁化しているリング状の磁石３により、プラズマトーチ先端部１００では、図３に示す磁界ＭＦが形成される。
【００４７】
第一の電極１と第二の電極２との間に所定の電圧を印加すると、非移行型プラズマＰ１が発生し、第二の電極２から第一の電極１に向かって、非移行型プラズマアークＩ１が流れる。ここで、第二の電極２に対面する第一の電極１の側面部は、部分的に第一の絶縁物４により覆われている。したがって、第二の電極２に対面する第一の電極１の露出している側面部において、非移行型プラズマアークＩ１が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの軸方向の磁場が、当該磁界ＭＦの径方向の磁場より大きい領域において、非移行型プラズマアークＩ１が流れる。
【００４８】
したがって、図４に示すように、フレミングの左手の法則により、非移行型プラズマＰ１は、当該軸方向の磁場Ｂ１の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ１が働く。よって、非移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸの回りにおいて時計回りに回転する。なお、力Ｆ１の大きさは、軸方向磁場Ｂ１×非移行型プラズマアークＩ１、である。
【００４９】
これに対して、第二の電極２と外部電極２００との間に所定の電圧を印加すると、移行型プラズマＰ２が発生し、第二の電極２から外部電極２００に向かって、移行型プラズマアークＩ２が流れる。ここで、外部電極２００に対面する第一の電極１の端部（底部）には、第二の絶縁物５が形成されている。さらに、第二の電極２を径方向の外側から囲繞するように、第三の絶縁物６が形成されている。したがって、外部電極２００と当該外部電極２００に対面する第二の電極２の端部（底部）との間においてのみ、移行型プラズマアークＩ２が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの径方向の磁場が当該磁界ＭＦの軸方向の磁場より大きい領域においてのみ、移行型プラズマアークＩ２が流れる。なお、絶縁物４，５，６により、移行型プラズマアークが、第一の電極１の底部・外側側面や第二の電極２の外側側面に移行することを防止できる。
【００５０】
したがって、図５に示すように、フレミングの左手の法則により、移行型プラズマＰ２は、当該径方向の磁場Ｂ２の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ２が働く。よって、移行型プラズマＰ２は、中心軸ＡＸの回りにおいて反時計回りに回転する。なお、力Ｆ２の大きさは、軸方向磁場Ｂ２×非移行型プラズマアークＩ２、である。
【００５１】
このように、非移行型プラズマＰ１および移行型プラズマＰ２は、常に回転し、当該回転状態で外部電極２００に供給された被溶融材料７に照射される。
【００５２】
以上のように、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置では、プラズマトーチは、移行型プラズマトーチとしても非移行型プラズマトーチとしても機能する。したがって、絶縁体・導体・半導体などの如何なる被溶融材料７であっても効率良く溶融できる。
【００５３】
たとえば、被溶融材料７が絶縁体である場合には、非移行型プラズマＰ１により効率良く溶融できる。また、被溶融材料７が導体である場合には、移行型プラズマＰ２により効率良く溶融できる。また、被溶融材料７が半導体である場合には、半導体は非移行型プラズマＰ１により高温状態となり導電状態となる。その後、移行型プラズマＰ２により、当該導電状態となった半導体は、効率良く溶融される。したがって、被溶融材料７が半導体であるときには、最初は非移行型プラズマＰ１のみを発生させ、被溶融材料７がある程度高温状態となった段階で、移行型プラズマＰ２の発生に切り替えても良い。
【００５４】
また、磁石３の存在により、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸ廻りを回転する。したがって、当該回転状態で、被溶融材料７に移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１が照射され、結果としてプラズマＰ１，Ｐ２が被溶融材料７において、均一かつ広範囲で照射される。
【００５５】
また、第一の電極１の筒内部を介して外部電極２００に被溶融材料７が供給され、当該供給途中において、被溶融材料７の周囲には、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１が回転している。したがって、被溶融材料７の溶融効率の向上を更に図ることができる。
【００５６】
ところで、プラズマアークの方向と磁石３の磁場の方向とが一致する領域では、プラズマＰ１，Ｐ２は、当該磁場により力を受けず、その場で静止する。このようにプラズマが停止した場合には、電極の一定の場所でプラズマアークが固定的に流れる。したがって、当該プラズマアークが固定的に同じ場所に流れると、当該場所において温度上昇が進み、当該場所における電極の消耗（劣化）が進む。
【００５７】
本実施の形態では、上記のように、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、常に移動（回転）し続けるので、プラズマアークが各電極１，２，２００において一点集中的に照射されることは無い。つまり、本発明では、各プラズマアークは、各電極１，２，２００において満遍なく照射される。したがって、本願発明では、プラズマアークが各電極１，２，２００において一点集中的に照射される場合において起こる電極の消耗（劣化）を抑制できる。つまり、電極の長寿命化が可能となる。
【００５８】
なお、第一の絶縁物４が形成されていない場合には、第一の電極１と第二の電極２との間の全放電空間Ｌ１において、径方向に非移行型プラズマアークが流れる。つまり、当該電極１，２間において、軸方向の磁場の強さよりも径方向の磁場の強さの方が大きい領域においても、非移行型プラズマアークが流れる。このような領域で当該非移行型プラズマアークが流れると、上記の通り、当該領域において非移行型プラズマＰ１は回転せず、静止状態となる。
【００５９】
しかしながら、本実施の形態では、軸方向の磁場の強さよりも径方向の磁場の強さの方が大きい領域における第一の電極１の側面部は、第一の絶縁物４で覆われている。したがって、第一の電極１，２間において、軸方向の磁場の強さが径方向の磁場の強さよりも大きい領域においてのみ、非移行型プラズマアークが流れる。よって、上記のような非移行プラズマＰ１の静止状態が発生することを防止できる。
【００６０】
なお、軸方向に磁化している磁石３を採用する場合には、当該磁石３と対向する電極１，２間において、軸方向の磁場の強さが径方向の磁場の強さより大きくなる。したがって、当該磁石３と対向する部分のみ第一の電極１が露出するように、当該第一の電極１の側面部に第一の絶縁物４は形成される。
【００６１】
また、第二の絶縁物５が形成されていない場合には、外部電極２００と第一の電極１の端部との間においても、移行型プラズマアークが移行することもあり得る。第一の電極１の底部に配設される図２で示した磁石３では、当該電極２００，１間においては、軸方向の磁場の強さの方が径方向の磁場の強さよりも大きい。したがって、第一の電極１において移行型プラズマアークが移行すると、第一の電極１の端部（底部）付近において、移行型プラズマＰ２は上記のような静止状態となる。
【００６２】
しかしながら、本実施の形態では、第一の電極１の端部（底部）は、第二の絶縁物５で覆われている。したがって、第一の電極１の当該底部において、移行型プラズマアークが移行することを防止できる。よって、当該第一の電極１の底部付近における上記のような移行プラズマＰ２の静止状態が、発生することを防止できる。
【００６３】
また、第三の絶縁物６が形成されていない場合には、外部電極２００と第二の電極２の側面部（より具体的には、より外部電極２００に近い、第二の電極２の端部（底部）と隣接する、第二の電極２の外側側面部）との間においても、移行型プラズマアークが移行することもあり得る。図２に示す磁石３を第一の電極１内部に配設した場合には、当該第二の電極２の径方向の外側において、軸方向の磁場の強さの方が径方向の磁場の強さよりも大きくなる。したがって、移行型プラズマアークが当該第二の電極２の側面部に移行するまでの途中において、移行型プラズマＰ２は上記のような静止状態となり得る。
【００６４】
しかしながら、本実施の形態では、第二の電極２の側面部から径方向外側に所定の距離だけ隔てた位置に、第三の絶縁物６が形成されている。したがって、第二の電極２の側面部において、移行型プラズマアークが移行することを防止できる。よって、上記のような移行プラズマＰ２の静止状態が発生することを防止できる。
【００６５】
なお、図１に示した第三の絶縁物６の固定的な固体構成の代わりに、第二の電極２の径方向外側に不活性ガスを流す、流動的な第三の絶縁物６の構成を採用しても良い。しかしながら、当該流動的な第三の絶縁物６の構成用よりも、固体としての第三の絶縁物６の構成を採用した方が、第二の電極２の側面部への上記移行型プラズマアークの移行をより確実に防止できる。
【００６６】
また、本実施の形態では、磁石３は、第一の電極１の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）付近に配置されている。したがって、移行型プラズマＰ２が生成される領域（放電空間Ｌ２）と、磁石３との距離が近くなる。よって、移行型プラズマＰ２が生成される領域において、当該磁石３の磁界ＭＦがより強くさせることができる。これにより、移行型プラズマＰ２の回転力を、より強く作用させることができる。
【００６７】
また、磁石３は、第一の電極１の電極内部に内蔵されている。つまり、本発明の構成では、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１の回転のために、上記リング状の磁石３が一つ第一の電極１の電極内部に配置されているだけで十分である。したがって、磁石３のために余分なスペースをプラズマトーチ内に設ける必要が無くなり、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１の回転を可能とするプラズマトーチ全体の小型化を図ることもできる。
【００６８】
なお、上記の通り、放電空間Ｌ２における磁場を強くするため、磁石３は、第一の電極１の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）に配設することが望ましい。しかしながら、当該位置に磁石３を配設し、第二の電極２の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）が第一の電極１の底部よりも外部電極２００から離れているとする。つまり、第一の電極１の底部から外部電極２００までの距離＜第二の電極２の底部から外部電極２００までの距離、であるとする。当該関係の構成の場合には、第二の電極２の底部付近では、磁石３により形成される磁界は、径方向の磁場よりも軸方向の磁場の方が大きくなる。
【００６９】
そこで、図１で示すように、第一の電極１の上記底部よりも、第二の電極２の底部の方が、より外部電極２００側に位置するように構成する。つまり、本実施の形態では、第一の電極１の底部から外部電極２００までの距離＞第二の電極２の底部から外部電極２００までの距離、の構成を採用する。
【００７０】
これにより、第一の電極１の底部付近に設けられた磁石３により形成される磁界は、第二の電極２の底部付近において、軸方向の磁場に比べて径方向の磁場をより大きくさせることができる。
【００７１】
ところで、陽極である第二の電極２と陰極となる外部電極２００との間において（逆極性のプラズマトーチ構成において）、移行型プラズマＰ２の電子・イオン分布は、外部電極２００に近い側および中間地点でほぼ同数となり、第二の電極２のごく近傍においては電子のみの状態となる。
【００７２】
図１の構成を採用したときには、電子が多く生成される領域である第二の電極２の底部付近においてのみ、上記の通り径方向の磁場が軸方向の磁場よりも強ければ、配設される磁石３が唯一つであったとしても、移行型プラズマＰ２の回転を効率良く実現できる。また、移行型プラズマＰ２の回転のために、陽極である第二の電極２と陰極となる外部電極２００との間すべてに軸方向の磁場に比べて径方向の磁場をより大きくさせるための複数の磁石を設ける必要もなくなる。
【００７３】
つまり、図１に示すような、各電極１，２の形状および各１，２，２００の配置関係を採用する。これにより、図２に示すリング状であり軸方向に磁化した磁石３を第一の電極１内部に一つのみ配置するだけで、放電空間Ｌ１において非移行型プラズマＰ１を回転させる磁場および放電空間Ｌ２に移行型プラズマＰ２を回転させる磁場の両方を、効果的にかつより強く発生させることができる。
【００７４】
また、上記の通り、本実施の形態では、逆極性の移行型プラズマトーチの構成を採用している。つまり、移行型プラズマトーチを形成する第二の電極２および外部電極２００において、第二の電極２が陽極として機能し、外部電極２００が陰極として機能する。ところで、移行型プラズマＰ２では、陰極側において、電子より質量の大きいイオンが衝突する。
【００７５】
したがって、イオンが衝突する陰極側では、イオン衝突による電極の消耗を考量することが重要である。上記のように、第二の電極２は陽極なので、イオン衝突による電極消耗は発生しない。なお、外部電極２００ではイオンが衝突するが、当該外部電極２００には被溶融材料７が供給されている。したがって、外部電極２００のイオン衝突による電極消耗は抑制される。
【００７６】
また、中心軸ＡＸにおいて、開口部１ａから外部電極２００に向かって、被溶融材料７が供給されている。そして、図３に示すように、中心軸ＡＸの廻りに各プラズマＰ１，Ｐ２が回転している。したがって、当該プラズマＰ１，Ｐ２の回転が障壁となり、被溶融材料７は、常に、中心軸ＡＸ近傍の外部電極２００に供給される。このように、被溶融材料７は中心軸ＡＸ近傍の外部電極２００に供給され、当該被溶融材料７は中心軸ＡＸの廻りで回転する各プラズマＰ１，Ｐ２の照射なされる。よって、被溶融材料７は、外部電極７において均一に溶融される。
【００７７】
なお、各プラズマアークによる電極１，２の温度上昇を抑制するために、当該電極１，２に内部に冷却材が流れる通路を形成し、当該通路を介して冷却材を循環させても良い。また、第三の絶縁物６のみの構成の代わりに、強度強化のために、ステンレスと当該ステンレス全体を被覆する絶縁膜の構成を採用しても良い。当該ステンレスと絶縁膜とによる構成の場合には、ステンレス内部に、上記のような冷却材が循環する通路を形成することもできる。
【００７８】
また、上記では、第一の電極１と第二の電極２との間の放電空間Ｌ１に不活性ガスＧを流す構成について説明した。変形例として、第二の電極２と第三の絶縁物６との間に形成される空間にも不活性ガスを流す構成を採用しても良い。
【００７９】
当該不活性ガスをさらに導入する構成を採用することにより、第三の絶縁物６と対面する第二の電極２側面への移行型プラズマアークの移行をより確実に防止できる。さらに、不活性ガスを流すことにより、第三の絶縁物６および第二の電極２の冷却作用も奏することが可能となる。
【００８０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、逆極性の移行型プラズマトーチ（つまり、第二の電極２が陽極である場合）について説明した。実施の形態１の場合には、被溶融材料７の加熱はイオンを媒体して実現される。
【００８１】
本実施の形態では、正極性の移行型プラズマトーチ（つまり、第二の電極２が陰極である場合）について説明する。したがって、本実施の形態では、被溶融材料７の加熱は電子を媒体して実現される。当該プラズマトーチの極性が異なる以外の構成は、実施の形態１と実施の形態２とで同じである。以下、詳しく本実施の形態に係るプラズマ溶融装置の構成・動作について説明する。
【００８２】
図６は、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置の要部構成を示す断面図である。
【００８３】
当該プラズマ溶融装置においても、プラズマトーチと外部電極２００とを備えている。図６においても、プラズマトーチ先端部１００と外部電極２００とが、拡大して図示されている。
【００８４】
＜プラズマ溶融装置の構造＞
図６に示すように、外部電極２００は、プラズマトーチ先端部１００のプラズマ出力側において、プラズマトーチから離隔して配置されている。外部電極２００には、プラズマトーチ先端部１００から、被溶融材料７が供給される。そして、被溶融材料７は、外部電極２００において溜まる。なお、被溶融材料７が絶縁体でない場合には、当該溜まった被溶融材料７自体も外部電極２００とともに、電極として機能する。
【００８５】
プラズマトーチは、第一の電極１、第二の電極２、磁石３および複数の絶縁物４，５，６を、備えている。なお、図６に示すように、これらの部材１〜６は全て、プラズマトーチ先端部１００に配設されている。
【００８６】
第一の電極１および第二の電極２共に、円筒形の電極構造を有している。第二の電極２は、第一の電極１を所定の距離だけ離れて囲繞している。つまり、第二の電極２の円筒形の径は、第一の電極１の円筒形の径よりも大きい。また、第一の電極の円筒形の中心軸と、第二の電極の円筒形の中心軸とは、一致している。当該中心軸を図６において中心軸ＡＸとして図示している。
【００８７】
なお、以下の説明においても（実施の形態１と同様）、電極１，２の円筒形の中心軸ＡＸの方向を、「軸方向」と称する。また、電極１，２の円筒形の径の方向を、「径方向」と称する。
【００８８】
第一の電極１の円筒形の開口部１ａからは、顆粒状の被溶融材料７が外部電極２００に向けて供給される。つまり、被溶融材料７は、第一の電極１の筒内部を介して、外部電極２００へ供給される。
【００８９】
また、第一の電極１の電極内部には、リング状の磁石３が配設されている。図２に示したように、磁石３のリング中心は、中心軸ＡＸと一致しており、軸方向に磁化している。つまり、図６に示すように、リング状の磁石３の被溶融材料投入側が「Ｎ極」であり、リング状の磁石３の外部電極２００の配置側が「Ｓ極」である。また、図６に示すように、磁石３は、第一の電極１内部において外部電極２００配置側（第一の電極１の底部付近）に、配置されている。つまり、外部電極２００により近い位置に、磁石３は配設されている。
【００９０】
さて、第一の電極１と第二の電極２とは、放電空間Ｌ１を隔てて対面している。プラズマ溶融装置は、非移行型プラズマ電源３００を備えている。本実施の形態においては、当該非移行型プラズマ電源３００のマイナス端子が第二の電極２に接続され、非移行型プラズマ電源３００のプラス端子が第一の電極１に接続される。そして、当該非移行型プラズマ電源３００により、第一の電極１および第二の電極２間に、所定の電圧を印加する。すると、放電空間Ｌ１において、非移行型プラズマＰ１が発生する。
【００９１】
また、第二の電極２の端部（底部）と外部電極２００とは、放電空間Ｌ２を隔てて対面している。プラズマ溶融装置は、移行型プラズマ電源４００を備えている。本実施の形態では、当該移行型プラズマ電源４００のプラス端子が外部電極２００に接続され、移行型プラズマ電源４００のマイナス端子が第二の電極２に接続される。そして、当該移行型プラズマ電源４００により、第二の電極２および外部電極２００間に、所定の電圧を印加する。すると、放電空間Ｌ２において、移行型プラズマＰ２が発生する。
【００９２】
上記から分かるように、プラズマトーチは、非移行型プラズマトーチであると共に、移行型プラズマトーチでもある。また、本実施の形態では、移行型プラズマトーチは、正極性である。さらに、第二の電極２は、第一の電極１との関係で形成される非移行型プラズマＰ１の陰極として機能し、かつ、外部電極２００との関係で形成される移行型プラズマＰ２の陰極としても機能する。
【００９３】
なお、移行型プラズマＰ２は、プラズマトーチのプラズマ出力部から、外部電極２００に供給された被溶融材料７へ向けて、直接的に照射される。ここで、上述したように、被溶融材料７の加熱媒体は、本実施の形態では、イオンで無く電子である。一方、非移行型プラズマＰ１は、放電空間Ｌ１に導入された不活性ガスＧを媒体として、外部電極２００に供給された被溶融材料７へ向けて照射される。ここで、図６の上部から下部に向けて流れる当該不活性ガスＧは、冷却材としても機能している。
【００９４】
さて、第一の電極１は、第一の絶縁物４と第二の絶縁物５とにより、部分的に被覆されている。
【００９５】
図６に示すように、第一の絶縁物４は、第二の電極２と対面する第一の電極１の側面部の一部を被覆するように形成されている。より具体的に、当該第一の絶縁物４は、第一の電極１の前記側面部において、径方向における磁石３の磁場が、軸方向における磁石３の磁場より大きい領域を覆っている。換言すれば、第二の電極２と対面する第一の電極１の側面部において、軸方向における磁石３の磁場が、径方向における磁石３の磁場より大きい領域は、露出されている。
【００９６】
このように、第一の電極１の側面部の一部が第一の絶縁物４により覆われているので、非移行型プラズマアークは、第一の電極１の露出側面部と第二の電極２との間で発生する。つまり、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きい領域の放電空間Ｌ１において、非移行型プラズマアークが発生し、非移行型プラズマＰ１が生成される。
【００９７】
また、図６に示すように、第二の絶縁物５は、第一の電極１の底面側端部を被覆するように形成されている。より具体的に、第二の絶縁物５は、第一の電極１の外部電極２００と対面する部分を覆っている。
【００９８】
さらに、プラズマトーチは、第二の電極２を所定の距離だけ離れて囲繞する、第三の絶縁物６を、備えている。
【００９９】
具体的に、第三の絶縁物６は、第二の電極２の径よりも大きな径を有する円筒形の形状を有しており、当該円筒形の中心軸は、中心軸ＡＸと一致している。第三の絶縁物６は、軸方向における磁石３の磁場が径方向における磁石３の磁場より大きくなる領域において、配設されている。なお、第三の絶縁物６は、第二の電極２の全側面と対面するように配設される必要は無い。当該第三の絶縁物６は、少なくとも外部電極２００に近い側の第二の電極２の側面部分（第二の電極２の底面付近の側面部領域のみ）を、径方向の外側から対面してれば良い。
【０１００】
このように、第二の絶縁物５および第三の絶縁物６の存在により、移行型プラズマアークは、外部電極２００と、当該外部電極２００と対面する第二の電極２の端部（底部）との間で発生する。つまり、径方向における磁石３の磁場が軸方向における磁石３の磁場より大きい領域の放電空間Ｌ２において、移行型プラズマアークが発生し、移行型プラズマＰ２が生成される。
【０１０１】
ここで、実施の形態１でも説明したように、各絶縁体４，５，６として、たとえば高温耐久性を有する窒化ボロン、または安価なアルミナなどを採用することができる。
【０１０２】
なお、第一の電極１の端部（底部）、第二の電極２の端部（底部）および第三の絶縁物６の端部（底部）と、外部電極２００との間の距離の関係は、次の通りである。第三の絶縁物６の底部と外部電極２００との間の距離が最も近く、第二の電極２の底部と外部電極２００との間の距離が２番目に近い。そして、第一の電極１の底部と外部電極２００との間の距離が最も遠い。
【０１０３】
＜プラズマの回転動作＞
移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、磁石３により生成される磁界により、中心軸ＡＸを中心として回転する。具体的には、下記の通りである。
【０１０４】
図２で示したように、軸方向に磁化しているリング状の磁石３により、プラズマトーチ先端部１００では、図７に示す磁界ＭＦが形成される。
【０１０５】
第一の電極１と第二の電極２との間に所定の電圧（図６の符号３００参照）を印加すると、非移行型プラズマＰ１が発生し、第一の電極１から第二の電極２に向かって、非移行型プラズマアークＩ１１が流れる。ここで、第二の電極２に対面する第一の電極１の側面部は、部分的に第一の絶縁物４により覆われている。したがって、第二の電極２に対面する第一の電極１の露出している側面部において、非移行型プラズマアークＩ１１が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの軸方向の磁場が、当該磁界ＭＦの径方向の磁場より大きい領域において、非移行型プラズマアークＩ１１が流れる。
【０１０６】
したがって、図８に示すように、フレミングの左手の法則により、非移行型プラズマＰ１は、当該軸方向の磁場Ｂ１の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ１１が働く。よって、本実施の形態では、非移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸの回りにおいて反時計回りに回転する。なお、力Ｆ１１の大きさは、軸方向磁場Ｂ１×非移行型プラズマアークＩ１１、である。
【０１０７】
これに対して、第二の電極２と外部電極２００との間に所定の電圧（図６の符号４００参照）を印加すると、移行型プラズマＰ２が発生し、外部電極２００から第二の電極２に向かって、移行型プラズマアークＩ１２が流れる。ここで、外部電極２００に対面する第一の電極１の端部（底部）には、第二の絶縁物５が形成されている。さらに、第二の電極２を径方向の外側から囲繞するように、第三の絶縁物６が形成されている。したがって、外部電極２００と当該外部電極２００に対面する第二の電極２の端部（底部）との間においてのみ、移行型プラズマアークＩ１２が流れる。換言すれば、磁界ＭＦの径方向の磁場が当該磁界ＭＦの軸方向の磁場より大きい領域においてのみ、移行型プラズマアークＩ１２が流れる。なお、絶縁物４，５，６により、移行型プラズマアークが、第一の電極１の底部・外側側面や第二の電極２の外側側面に移行することを防止できる。
【０１０８】
したがって、図９に示すように、フレミングの左手の法則により、移行型プラズマＰ２は、当該径方向の磁場Ｂ２の影響により中心軸ＡＸ廻りの力Ｆ１２が働く。よって、本実施の形態では、移行型プラズマＰ２は、中心軸ＡＸの回りにおいて時計回りに回転する。なお、力Ｆ１２の大きさは、軸方向磁場Ｂ２×非移行型プラズマアークＩ１２、である。
【０１０９】
このように、非移行型プラズマＰ１および移行型プラズマＰ２は、常に回転し、当該回転状態で外部電極２００に供給された被溶融材料７に照射される。上記から分かるように、実施の形態１と実施の形態２とでは、電極の極性が反転している。したがって、非移行型プラズマＰ１および移行型プラズマＰ２の回転方向は、実施の形態１と実施の形態２とで反転している。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置においても、プラズマトーチは、移行型プラズマトーチとしても非移行型プラズマトーチとしても機能する。したがって、絶縁体・導体・半導体などの如何なる被溶融材料７であっても効率良く溶融できる。
【０１１１】
たとえば、被溶融材料７が絶縁体である場合には、非移行型プラズマＰ１により効率良く溶融できる。また、被溶融材料７が導体である場合には、移行型プラズマＰ２により効率良く溶融できる。また、被溶融材料７が半導体である場合には、半導体は非移行型プラズマＰ１により高温状態となり導電状態となる。その後、移行型プラズマＰ２により、当該導電状態となった半導体は、効率良く溶融される。したがって、被溶融材料７が半導体であるときには、最初は非移行型プラズマＰ１のみを発生させ、被溶融材料７がある程度高温状態となった段階で、移行型プラズマＰ２の発生に切り替えても良い。
【０１１２】
また、磁石３の存在により、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、中心軸ＡＸ廻りを回転する。したがって、当該回転状態で、被溶融材料７に移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１が照射され、結果としてプラズマＰ１，Ｐ２が被溶融材料７において、均一かつ広範囲で照射される。
【０１１３】
また、第一の電極１の筒内部を介して外部電極２００に被溶融材料７が供給され、当該供給途中において、被溶融材料７の周囲には、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１が回転している。したがって、被溶融材料７の溶融効率の向上を更に図ることができる。
【０１１４】
実施の形態１でも説明したように、プラズマアークの方向と磁石３の磁場の方向とが一致する領域では、プラズマＰ１，Ｐ２は、当該磁場により力を受けず、その場で静止する。このようにプラズマが停止した場合には、電極の一定の場所でプラズマアークが固定的に流れる。したがって、当該プラズマアークが固定的に同じ場所に流れると、当該場所において温度上昇が進み、当該場所における電極の消耗（劣化）が進む。
【０１１５】
本実施の形態においても、上記のように、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１は、常に移動（回転）し続けるので、プラズマアークが各電極１，２，２００において一点集中的に照射されることは無い。つまり、本発明では、各プラズマアークは、各電極１，２，２００において満遍なく照射される。したがって、本願発明では、プラズマアークが各電極１，２，２００において一点集中的に照射される場合において起こる電極の消耗（劣化）を抑制できる。つまり、電極の長寿命化が可能となる。
【０１１６】
また、実施の形態１で説明したように、第一の絶縁物４が形成されていない場合には、第一の電極１と第二の電極２との間の全放電空間Ｌ１において、径方向に非移行型プラズマアークが流れる。つまり、当該電極１，２間において、軸方向の磁場の強さよりも径方向の磁場の強さの方が大きい領域においても、非移行型プラズマアークが流れる。このような領域で当該非移行型プラズマアークが流れると、上記の通り、当該領域において非移行型プラズマＰ１は回転せず、静止状態となる。
【０１１７】
しかしながら、本実施の形態においても、軸方向の磁場の強さよりも径方向の磁場の強さの方が大きい領域における第一の電極１の側面部は、第一の絶縁物４で覆われている。したがって、第一の電極１，２間において、軸方向の磁場の強さが径方向の磁場の強さよりも大きい領域においてのみ、非移行型プラズマアークが流れる。よって、上記のような非移行プラズマＰ１の静止状態が発生することを防止できる。
【０１１８】
なお、軸方向に磁化している磁石３を採用する場合には、当該磁石３と対向する電極１，２間において、軸方向の磁場の強さが径方向の磁場の強さより大きくなる。したがって、当該磁石３と対向する部分のみ第一の電極１が露出するように、当該第一の電極１の側面部に第一の絶縁物４は形成される。
【０１１９】
また、実施の形態１で説明したように、第二の絶縁物５が形成されていない場合には、外部電極２００と第一の電極１の端部との間においても、移行型プラズマアークが移行することもあり得る。第一の電極１の底部に配設される図２で示した磁石３では、当該電極２００，１間においては、軸方向の磁場の強さの方が径方向の磁場の強さよりも大きい。したがって、第一の電極１において移行型プラズマアークが移行すると、第一の電極１の端部（底部）付近において、移行型プラズマＰ２は上記のような静止状態となる。
【０１２０】
しかしながら、本実施の形態においても、第一の電極１の端部（底部）は、第二の絶縁物５で覆われている。したがって、第一の電極１の当該底部において、移行型プラズマアークが移行することを防止できる。よって、当該第一の電極１の底部付近における上記のような移行プラズマＰ２の静止状態が、発生することを防止できる。
【０１２１】
また、実施の形態１でも説明したように、第三の絶縁物６が形成されていない場合には、外部電極２００と第二の電極２の側面部（より具体的には、より外部電極２００に近い、第二の電極２の端部（底部）と隣接する、第二の電極２の外側側面部）との間においても、移行型プラズマアークが移行することもあり得る。図２に示す磁石３を第一の電極１内部に配設した場合には、当該第二の電極２の径方向の外側において、軸方向の磁場の強さの方が径方向の磁場の強さよりも大きくなる。したがって、移行型プラズマアークが当該第二の電極２の側面部に移行するまでの途中において、移行型プラズマＰ２は上記のような静止状態となり得る。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態においても、第二の電極２の側面部から径方向外側に所定の距離だけ隔てた位置に、第三の絶縁物６が形成されている。したがって、第二の電極２の側面部において、移行型プラズマアークが移行することを防止できる。よって、上記のような移行プラズマＰ２の静止状態が発生することを防止できる。
【０１２３】
なお、本実施の形態においても、図６に示した第三の絶縁物６の固定的な固体構成の代わりに、第二の電極２の径方向外側に不活性ガスを流す、流動的な第三の絶縁物６の構成を採用しても良い。しかしながら、当該流動的な第三の絶縁物６の構成用よりも、固体としての第三の絶縁物６の構成を採用した方が、第二の電極２の側面部への上記移行型プラズマアークの移行をより確実に防止できる。
【０１２４】
また、本実施の形態においても、磁石３は、第一の電極１の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）付近に配置されている。したがって、移行型プラズマＰ２が生成される領域（放電空間Ｌ２）と、磁石３との距離が近くなる。よって、移行型プラズマＰ２が生成される領域において、当該磁石３の磁界ＭＦがより強くさせることができる。これにより、移行型プラズマＰ２の回転力を、より強く作用させることができる。
【０１２５】
また、磁石３は、第一の電極１の電極内部に内蔵されている。つまり、本発明の構成では、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１の回転のために、上記リング状の磁石３が一つ第一の電極１の電極内部に配置されているだけで十分である。したがって、磁石３のために余分なスペースをプラズマトーチ内に設ける必要が無くなり、移行型プラズマＰ２および非移行型プラズマＰ１の回転を可能とするプラズマトーチ全体の小型化を図ることもできる。
【０１２６】
なお、上記の通り、放電空間Ｌ２における磁場を強くするため、磁石３は、第一の電極１の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）に配設することが望ましい。しかしながら、当該位置に磁石３を配設し、第二の電極２の底部（つまり、外部電極２００に近い側の端部）が第一の電極１の底部よりも外部電極２００から離れているとする。つまり、第一の電極１の底部から外部電極２００までの距離＜第二の電極２の底部から外部電極２００までの距離、であるとする。当該関係の構成の場合には、第二の電極２の底部付近では、磁石３により形成される磁界は、径方向の磁場よりも軸方向の磁場の方が大きくなる。
【０１２７】
そこで、図６で示すように、第一の電極１の上記底部よりも、第二の電極２の底部の方が、より外部電極２００側に位置するように構成する。つまり、本実施の形態では、第一の電極１の底部から外部電極２００までの距離＞第二の電極２の底部から外部電極２００までの距離、の構成を採用する。
【０１２８】
これにより、第一の電極１の底部付近に設けられた磁石３により形成される磁界は、第二の電極２の底部付近において、軸方向の磁場に比べて径方向の磁場をより大きくさせることができる。
【０１２９】
ところで、本実施の形態では、陰極である第二の電極２と陽極となる外部電極２００との間において（正極性のプラズマトーチ構成において）、移行型プラズマＰ２の電子は第二の電極２で発生する。そして、電子・イオン分布は、第二の電極２に近い側および中間地点でほぼ同数となり、外部電極２００のごく近傍においては電子のみの状態となる。
【０１３０】
図６の構成を採用したときには、電子が発生する領域である第二の電極２の底部付近においてのみ、上記の通り径方向の磁場が軸方向の磁場よりも強ければ、配設される磁石３が唯一つであったとしても、移行型プラズマＰ２の回転を効率良く実現できる。また、移行型プラズマＰ２の回転のために、陰極である第二の電極２と陽極となる外部電極２００との間すべてに軸方向の磁場に比べて径方向の磁場をより大きくさせるための複数の磁石を設ける必要もなくなる。
【０１３１】
つまり、図６に示すような、各電極１，２の形状および各１，２，２００の配置関係を採用する。これにより、図２に示すリング状であり軸方向に磁化した磁石３を第一の電極１内部に一つのみ配置するだけで、放電空間Ｌ１において非移行型プラズマＰ１を回転させる磁場および放電空間Ｌ２に移行型プラズマＰ２を回転させる磁場の両方を、効果的にかつより強く発生させることができる。
【０１３２】
また、上記の通り、本実施の形態では、正極性の移行型プラズマトーチの構成を採用している。つまり、移行型プラズマトーチを形成する第二の電極２および外部電極２００において、第二の電極２が陰極として機能し、外部電極２００が陽極として機能する。ところで、移行型プラズマＰ２では、陰極側において、電子より質量の大きいイオンが衝突する。
【０１３３】
したがって、イオンが衝突する陰極側では、イオン衝突による電極の消耗を考量することが重要である。上記のように、第二の電極２は陰極なので、イオン衝突による電極消耗は発生する。しかしながら、上記の通り移行型プラズマＰ２は回転しているので、陰極である第二の電極２の電極消耗を抑制でき、結果として当該第二の電極２の電極寿命を長くすることができる。
【０１３４】
これに対して、被溶融材料７が供給されている陽極である外部電極２００では、電子の衝突のみ発生する。電子の質量はイオンの質量より遥かに小さい。このため、当該外部電極２００および当該外部電極２００に供給された被溶融材料７は、電子衝突による極小のダメージを受ける程度で済む。
【０１３５】
たとえば、実施の形態１に係るプラズマ溶融装置の場合（逆極性の場合）には、被溶融材料７は、イオンにより加熱される。この場合には、イオンの質量が大きいので、ヒュームが発生する可能性が高くなる。これに対して、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置の場合（正極性の場合）には、被溶融材料７は、電子により加熱される。電子の質量は、一般的にイオンの質量より小さい。したがって、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置を採用することにより、ヒュームの発生を抑制することができる。
【０１３６】
また、実施の形態１に係るプラズマ溶融装置の場合（逆極性の場合）よりも、本実施の形態に係るプラズマ溶融装置の場合（正極性の場合）の方が、被溶融材料７の溶融効率を向上させることができる。
【０１３７】
また、本実施の形態においても、中心軸ＡＸにおいて、開口部１ａから外部電極２００に向かって、被溶融材料７が供給されている。そして、図７に示すように、中心軸ＡＸの廻りに各プラズマＰ１，Ｐ２が回転している。したがって、当該プラズマＰ１，Ｐ２の回転が障壁となり、被溶融材料７は、常に、中心軸ＡＸ近傍の外部電極２００に供給される。このように、被溶融材料７は中心軸ＡＸ近傍の外部電極２００に供給され、当該被溶融材料７は中心軸ＡＸの廻りで回転する各プラズマＰ１，Ｐ２の照射なされる。よって、本実施の形態においても、被溶融材料７は、外部電極７において均一に溶融される。
【０１３８】
なお、本実施の形態においても、各プラズマアークによる電極１，２の温度上昇を抑制するために、当該電極１，２に内部に冷却材が流れる通路を形成し、当該通路を介して冷却材を循環させても良い。また、第三の絶縁物６のみの構成の代わりに、強度強化のために、ステンレスと当該ステンレス全体を被覆する絶縁膜の構成を採用しても良い。当該ステンレスと絶縁膜とによる構成の場合には、ステンレス内部に、上記のような冷却材が循環する通路を形成することもできる。
【０１３９】
また、上記では、第一の電極１と第二の電極２との間の放電空間Ｌ１に不活性ガスＧを流す構成について説明した。変形例として、本実施の形態においても、第二の電極２と第三の絶縁物６との間に形成される空間にも不活性ガスを流す構成を採用しても良い。
【０１４０】
当該不活性ガスをさらに導入する構成を採用することにより、第三の絶縁物６と対面する第二の電極２側面への移行型プラズマアークの移行をより確実に防止できる。さらに、不活性ガスを流すことにより、第三の絶縁物６および第二の電極２の冷却作用も奏することが可能となる。
【符号の説明】
【０１４１】
１  第一の電極
１ａ  開口部
２  第二の電極
３  磁石
４  第一の絶縁物
５  第二の絶縁物
６  第三の絶縁物
７  被溶融材料
１００  プラズアマトーチ先端部
２００  外部電極
３００  非移行型プラズマ電源
４００  移行型プラズマ電源
Ｇ  不活性ガス
Ｌ１，Ｌ２  放電空間
Ｐ１  非移行型プラズマ
Ｐ２  移行型プラズマ
ＡＸ  中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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