(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管材内に挿入されてその内面にプラズマ溶射による被膜を形成するためのプラズマ溶射用のトーチヘッドであって、
前記管材内に挿入されるトーチ本体と、このトーチ本体の軸心方向に軸心を一致させて当該トーチ本体内に配置され、先端に陰極を有する陰極管と、この陰極管の先端部側に配置される陽極部材と、この陽極部材に形成した吐出口に向けて開口するとともに、前記トーチ本体の外側に配置される溶射材料供給管とを備え、
前記陽極部材内に、前記陰極管の前端部が非接触状態で収納されるプラズマガス供給室と、このプラズマガス供給室と連通して、前記陰極が非接触状態で収納されることになるオリフィスと、このオリフィスに連通して、軸心が前記トーチ本体のそれと略直交するとともに、前記管材の内面に対向することになる前記吐出口を有したプラズマ発生室とを形成して、
前記陰極が挿入されたときの前記オリフィスの開口面積を、前記プラズマ発生室及び吐出口のそれの１／３〜１／１０とすることにより、前記陰極の先端からのアークが、前記陰極の軸心方向に直交する前記プラズマ発生室の軸心に対して、０度〜４０度の範囲内で発生するようにし、
これにより、前記吐出口から噴射されるプラズマガスを前記管材の内面に対して略直交するようにしたことを特徴とするトーチヘッド。
【請求項２】
前記オリフィス、この中に収納される前記陰極、及びこれを支持している前記陰極管の各軸心を、トーチ本体の中心から前記トーチ本体の大きさの５〜１５％、前記吐出口とは反対側に遠ざけたことを特徴とする請求項１に記載のトーチヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ溶射用のトーチヘッドに関し、特に、内径が非常に小さい管材内に挿入されて、この管材内面に完全な溶射による被膜を形成するためのトーチヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
管材の内面に対してプラズマ溶射による被膜を形成するトーチヘッドとしては、既に種々なるものが提案されてきており、例えば米国特許第４８７７９３７号公報には、図４にも示すような「プラズマスプレイトーチ」が提案されている。このスプレイトーチは、上記公報の要約からすると、
「（陽）電極を構成するとともに、ノズルダクトを含むスプレイノズルと、このスプレイノズルに対して電気的に絶縁されて、トーチアーム内に形成された第２の（陰）電極とを有したプラズマスプレイトーチである。トーチアームは、作動ガス及び冷却材のための流路を有するものであり、冷却材は、フローダクトの一方からノズルに向けて供給されて、冷却効果を発揮した後にフローダクトの他方に供給される。導管の口から供給される材料粉は、ノズルダクト内に供給される。作動ガスのフローダクトは、ダクトに接続されているのであるが、このダクトの通路はその少なくとも吐出口部分で第２電極内を通っている。ノズルダクトは、トーチアームもしくはその中にあるフローダクトの軸心方向に対して傾斜状に配置される。プラズマスプレイングによって管内のコーティングを行う方法において、スプレイ作業中にあっては、このトーチは管内に挿入され、この管自体が回転され移動される」ものである。
【０００３】
図４に示すような従来のトーチヘッドであると、陰極内に作動ガス（放電アークによってプラズマ化され、材料粉を溶融できる程の高温化されるもの）通路を形成しなければならないため、この陰極側を冷却するための冷却材通路（冷却水管）を当該陰極内に形成することはできない。
【０００４】
また、この図４に示した従来のトーチヘッドであると、そのノズルダクトが、フローダクトの軸心方向に対して傾斜状に配置されるものであるため、溶融した溶射材料が管材の内壁面に直交状態で衝突できない。このため、溶射材料の一部が被膜を形成しないで飛び散り、十分な被膜とするためには、相当量の材料を使用しなければならないと考えられる。
【０００５】
このため、例えば特公平３−５７８３３号公報にて「プラズマスプレーガン」が提案されている。このスプレーガンは、図５、及び上記公報の「特許請求の範囲」の記載からすると、
「パイプや被加工物のの穴に挿入しかつこれらの被加工物の内面をコーティングするための冷却された電極１０とバーナーノズル１２とを含んでなるプラズマスプレーガンであって、
（ａ）前記電極１０は、そのヘッド１５の部分が対向する側面に傾斜面１６を有する実質的に回転対称の形成とされ、
（ｂ）前記電極１０の直径が前記バーナーノズル１２の最小内径より小さく、
（ｃ）前記電極１０から離れて対面する端部上の前記ノズル１２がその最小内径より大きな内径を持った少なくとも１つの部分領域を有し、
（ｄ）粉末噴射器１３が平坦な断面を有しかつプラズマスプレーガン内に突入している
ことを特徴とする、プラズマスプレーガン」
であり、溶融した溶射材料が管材内面に略直交状態で衝突すると考えられるため、約２５ｍｍまでの微小な内径を有するチューブ及び穴の内面に高い品質のコーティングをすることができて、スプレー効率を向上させることができると考えられる。
【０００６】
しかしながら、この図５に示したスプレーガンについては、管材の軸心方向と直交する方向にプラズマ化された作動ガス及びこれに巻き込まれた溶射材料を飛ばすために、アークの大きさを小さくしなければならず、高エネルギーの溶射を行うことができないと考えられる。具体的には、上記公報の実施例中に説明されているように、従来のものでは２８〜４８ｋｗ程度のプラズマエネルギーを得られているのに、この特公平３−５７８３３号のトーチでは、４．５〜１０ｋｗまでしか得られていない。
【０００７】
プラズマエネルギーが小さいと十分な被膜が得られないが、それは次の理由による。溶射材料は気体とともにプラズマ化された作動ガス中に供給されるものであるため、この供給を行い易くするために、平均粒径が５〜４５μｍ粉体とされるものである。溶射材料が５μｍより小さい粒径を有していると、非常に高価になるだけでなく、空気中の酸素や窒素と結び付いてしまって期待する被膜ができないのであり、４５μｍより大きいと、プラズマ化された作動ガスによる溶融が十分になされないのである。以上のような粉体である溶射材料を溶融しようとする場合、アークが小さくて短いと、作動ガスのプラズマ化が十分なされなくて高温化できず、溶射材料の溶融が十分行えないのである。また、作動ガスの噴射速度も余り大きくできないから、溶射材料の運動エネルギーも小さくならざるを得ず、被膜を形成するだけの衝突エネルギーが得られないことになるのである。
【０００８】
このため、本発明者は、図６または図７に示すようなトーチヘッドを検討してみたのである。図６に示したトーチヘッドは、プラズマ発生室をトーチ本体の軸心方向と直交するものとし、このプラズマ発生室内に、陰極を同軸的に配置したものであるが、高エネルギーのプラズマを発生させることはできるものの、トーチヘッド全体の直径を５０ｍｍ前後の管材内に入れられる程度にすることが困難であった。何故なら、小型化しようとすると、陰極と陽極部材との距離を短くしなければならなくなって高電圧をかけることができないし、冷却経路も限られてきて、高エネルギーのプラズマを発生させることができないからである。
【０００９】
一方、図７に示したトーチヘッドは、陰極をトーチ本体内に同軸的に配置したものであり、陰極と陽極部材との距離を高エネルギー発生が可能な程度に長くできたものであるが、プラズマ化されたガスの経路が９０度曲がったものであるため、陽極部材の消耗の激しいものとなった。何故なら、陰極及び陽極部材間に発生するアークによってプラズマ化された高温の作動ガスが、陽極部材内に形成されている９０度曲がった経路の壁に当たり、この壁部分が加熱されて短時間内に消耗してしまうのである。
【００１０】
さらに、改良を加えるべく、発明者は図８及び図９に示すトーチヘッドを考案した。図８及び図９に示したトーチヘッドは、陽極部材内にその軸心方向に位置するプラズマガス供給室を有していて、このプラズマガス供給室内に同軸的に陰極を配置したものであり、陽極部材の側面にプラズマガス供給室の軸心と直交することになる吐出口を形成したものである。これにより、吐出口に向うアークができるものと考えられたのであるが、実際上は、当該トーチヘッドの使用初期において、図８及び図９中の符号２１で示した「乱アーク」が発生し、この乱アークによって陽極部材の消耗が早くなることが分ったのである。
【００１１】
そこで、本発明者は、この種のトーチヘッドについて、
（１）細い管材（直径が３０ｍｍ〜３００ｍｍ）内への溶射を行う
（２）溶射材料として、平均粒径が５〜４５μmの粉体を使用する
（３）プラズマエネルギーを、３０kw〜４５kw程度に高くする
（４）乱アークの発生を抑えて、陽電極（陽極）の寿命を高める
ようにするにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような経緯に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題は、細い管材内のプラズマ溶射を行うにあたって、被膜を十分なものとできて、電極の寿命を長くできるようにすることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、まず請求項１に係る発明の採った手段は、後述する実施の形態の説明中において使用する符号を付して説明すると、
「管材４０内に挿入されてその内面にプラズマ溶射による被膜３１を形成するためのプラズマ溶射用のトーチヘッド１０であって、
管材４０内に挿入されるトーチ本体１１と、このトーチ本体１１の軸心方向に軸心を一致させて当該トーチ本体１１内に配置され、先端に陰極１２を有する陰極管１２ａと、この陰極管１２ａの先端部側に配置される陽極部材１３と、この陽極部材１３に形成した吐出口１８に向けて開口するとともに、トーチ本体１１の外側に配置される溶射材料供給管１４とを備え、
陽極部材１３内に、陰極管１２ａの前端部が非接触状態で収納されるプラズマガス供給室１５と、このプラズマガス供給室１５と連通して、陰極１２が非接触状態で収納されることになるオリフィス１６と、このオリフィス１６に連通して、軸心がトーチ本体１１のそれと略直交するとともに、管材４０の内面に対向することになる吐出口１８を有したプラズマ発生室１７とを形成して、
陰極１２が挿入されたときのオリフィス１６の開口面積を、プラズマ発生室１７及び吐出口１８のそれの１／３〜１／１０とすることにより、陰極１２の先端からのアーク２０が、陰極１２の軸心方向に直交するプラズマ発生室１７の軸心に対して、０度〜４０度の範囲内で発生するようにし、
これにより、吐出口１８から噴射されるプラズマガスを管材４０の内面に対して略直交するようにしたことを特徴とするトーチヘッド１０」
である。
【００１４】
すなわち、この請求項１に係るトーチヘッド１０は、プラズマガス供給管１９を介してプラズマガス供給室１５内に供給されてきた作動ガスの流れをオリフィス１６によって一旦絞り込み、その後にこの作動ガスをプラズマ発生室１７内に急激に放出することにより、特に吐出口１８の直近において希薄化させるようにしたものである。アーク２０は、ガスの希薄な箇所に発生し易いものであるため、図１及び図２に示すように、吐出口１８の直近で発生し、図８及び図９に示したような乱アーク２１は全く発生しないのである。
【００１５】
換言すれば、プラズマ発生室１７を、陰極１２、すなわちトーチ本体１１の軸心方向に対して略直交させるとともに、このプラズマ発生室１７での作動ガスを希薄化できるようにしているため、結果的に、陰極１２の先端からのアーク２０が、陰極１２の軸心方向に直交するプラズマ発生室１７の軸心に対して、０度〜４０度の範囲内で発生することになるのである。つまり、アーク２０は、図１〜図３に示すように、陰極１２の先端から略直角に発生するのである。これにより、アーク２０は、陰極１２から最大限離れた吐出口１８の直近を中心に発生するのであり、乱アーク２１の発生が抑えられることは勿論、アーク２０の長さを長くすることができるのである。その結果、アーク２０によるプラズマエネルギーを３０ｋｗ〜４５ｋｗ程度に高くすることができて、プラズマ発生室１７の内面、すなわち陽極部材１３の消耗も抑えられるのである。
【００１６】
以上のことを、実際の溶射作業と併せて詳細に述べると、次の通りである。まず、溶射を行うにあたって、陰極１２及び陽極部材１３は、陰極管１２ａから供給されてこの中にある冷却水管１２ｂを通して外部に排出される冷却水、及び図２中に示した陽極冷却水通路１３ａを介して冷却室１３ｂに供給される冷却水によって、それぞれ冷却されている。また、窒素等の不活性作動ガス（アーク２０によってプラズマガス化されるもの）は、プラズマガス供給管１９からプラズマガス供給室１５内に供給され、オリフィス１６を通ってプラズマ発生室１７内に入り、最終的に管材４０の内壁面に向けて開口している吐出口１８から吐出されるようになっている。勿論、粉体としてある溶射材料３０は、溶射材料供給管１４を通して吐出口１８の直近に供給できるようにしてある。
【００１７】
プラズマ化されるべきガス、つまり作動ガスの流れと状態をさらに詳しく説明すると、プラズマガス供給室１５内に供給された作動ガスはオリフィス１６の存在によって濃縮された状態にあり、オリフィス１６を高速で通過している。そして、オリフィス１６を出たところであるプラズマ発生室１７は、陰極１２の軸心方向に対して９０度曲がった状態にあるため、作動ガスはここで小さな乱流を発生していて、未だ十分希薄化されていない。このプラズマ発生室１７の、言わば、内底を過ぎて吐出口１８に至るまでの間に、作動ガスは定常流となりながら希薄化されていき、この希薄化は吐出口１８の直近に位置するプラズマ発生室１７にて最大となる。何故なら、吐出口１８の外側は大気圧となっており、例えばプラズマガス供給室１５内の圧力に比較すれば、遙かに低いからである。
【００１８】
このような吐出口１８直近のプラズマ発生室１７内での作動ガスの希薄化がなされるのは、オリフィス１６を存在させたからであり、このオリフィス１６において、その開口面積を、吐出口１８のそれの１／３〜１／１０としたからである。このようにした理由は、オリフィス１６の開口面積を吐出口１８の１／３より大きくすると、吐出口１８直近での作動ガスの希薄化を効果的に行えないからであり、吐出口１８の１／１０より小さくすると、作動ガスの円滑な噴射が望めなくなるからである。
【００１９】
ここで、陰極１２と陽極部材１３との間に直流電圧が印加されると、陰極１２と陽極部材１３との間にアーク２０が発生するのであるが、このアーク２０は、陰極１２からプラズマ発生室１７の作動ガスが最も希薄化された部分、すなわち本発明のトーチヘッド１０においてはプラズマ発生室１７の吐出口１８に近い部分に向けて走ることになるのである。つまり、アーク２０は、図１〜図３に示すように、陰極１２の先端から略直角に発生するのである。
【００２０】
このアーク２０の行き着く先である陽極部材１３側においては、前述したように、陽極冷却水通路１３ａから冷却室１３ｂに入る冷却水によって外側から冷却されており、また内側であるプラズマ発生室１７についてみてみても、ここでは未だ加熱されていない作動ガスが定常的に流れているため作動ガスによる冷却が定常的になされている。勿論、アーク２０によって加熱される部分は全くなく、消耗する部分もないのである。
【００２１】
以上のように、陰極１２と、吐出口１８に近いプラズマ発生室１７の内壁、つまり陽極部材１３の吐出口１８に近い部分との間にアーク２０が発生していて、プラズマ発生室１７内を作動ガスが通過すれば、この作動ガスはアーク２０によってプラズマ化され高温のガスとなるのである。このとき、アーク２０は、陰極１２から吐出口１８の直近にまで走っているのであるから、作動ガスを十分プラズマ化し、高温のものとするのである。つまり、このトーチヘッド１０は、高エネルギーのプラズマガスを発生させているのである。
【００２２】
吐出口１８から吐出しているプラズマガスに対して、溶射材料供給管１４を通して溶射材料３０を供給してやれば、溶射材料３０はプラズマガス流に乗って管材４０の内面に向かうと同時に、高温となっているプラズマガスからエネルギーを与えられて軟化もしくは溶融する。この溶射材料３０が管材４０の内面に衝突すると、その運動エネルギーによってもさらに加熱され、当該溶射材料３０は、管材４０の内面に対して反発あるいは反射することなく十分付着し、溶射材料３０の無駄を生ずることなく被膜３１を形成することになるのである。
【００２３】
従って、この請求項１のトーチヘッド１０は、前述した項目（１）〜（４）に合わせて説明すると、
（３）アーク２０が陰極１２の先端から略直角に発生するため、このアーク２０の長さを十分長いものとすることができ、プラズマ化した作動ガスのプラズマエネルギーを、３０ｋｗ〜４５ｋｗ程度の大きなものとし得る。
【００２４】
（２）以上のような高エネルギーとすることができるのであるから、溶射材料３０として５〜４５μｍ程度の大きさの酸化物や金属酸化物を使用できることになり、厚さや機能の十分な被膜３１を形成できる。
【００２５】
（１）このため、管材４０が細いものであっても、開かれた壁に行うような十分な厚さや機能を備えた被膜３１を形成できる。
【００２６】
（４）プラズマ発生室１７を構成している陽極部材１３に、乱アーク２１や、高温プラズマの直接の当接がないから、陽極部材１３が早期に消耗することがなく、結局陽極部材１３の寿命が長いものとなり、後述する実施形態のものでは、２００時間もの寿命のものとなった。
という作用あるいは効果を生むものとなったのである。
【００２７】
上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に係るトーチヘッド１０について、
「オリフィス１６、この中に収納される陰極１２、及びこれを支持している陰極管１２ａの各軸心を、トーチ本体１１の中心からトーチ本体１１の大きさの５〜１５％、吐出口１８とは反対側に遠ざけたこと」
である。
【００２８】
すなわち、この請求項２のトーチヘッド１０は、オリフィス１６、陰極１２、及び陰極管１２ａの軸心を吐出口１８からできるだけ遠ざけるようにしたものであり、これにより、陰極１２と陽極部材１３間に発生するアーク２０の長さをより長くするようにしたものである。
【００２９】
勿論、以上の各部材の吐出口１８からの「遠ざけ」は、限られたスペースしか有していないトーチ本体１１内で行われなければならないのであるから、その具体的寸法は、トーチ本体１１の大きさ（外径）の１０〜１５％程度とならざるを得ない。つまり、上記トーチ本体１１の中心からの「遠ざけ」が、トーチ本体１１の直径の５％より小さいと、実質的な効果が得られないのであり、反対に、１５％よりも大きくすることは、限られたトーチ本体１１のスペース内では殆ど不可能であるし、細い管材４０の内面の溶射を行うことができないものとなってしまうからである。
【００３０】
従って、この請求項２のトーチヘッド１０は、上記請求項１のトーチヘッド１０と同様な機能を発揮することは当然として、アーク２０の長さをより長くすることができ、細い管材４０の内面であってもプラズマエネルギーを高めることができて、結果的に被膜３１の厚さや機能を高めることができるのである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に示した実施の形態であるトーチヘッド１０について説明するが、このトーチヘッド１０は上記各請求項の発明を実質的に含むものである。
【００３２】
図１には、管材４０内の溶射を行おうとしているトーチヘッド１０の断面図が示してあり、本実施形態のトーチヘッド１０に対しては、管材４０自体が前後進と回転を繰り返すようにセットされることになる。勿論、この図１中に示したトーチヘッド１０に対しては、冷却水や粉体となった溶射材料３０の供給、給電、及び作動ガスの供給が、図示右方からなされることは言うまでもない。
【００３３】
トーチヘッド１０は、管材４０内に挿入できる程度の直径（本実施形態では、２５〜４５ｍｍ）を有する円筒状のトーチ本体１１と、このトーチ本体１１内に吸収される陰極管１２ａ、陽極冷却水通路１３ａ、及びプラズマガス供給管１９を有しているものである。また、このトーチ本体１１の先端（図１では図示左端）には、吐出口１８を有した陽極部材１３が一体化されるのであり、この陽極部材１３の吐出口１８に向けて開口する溶射材料供給管１４がトーチ本体１１の外側に取付けてある。
【００３４】
本実施形態のトーチヘッド１０では、その陰極管１２ａの軸心は、トーチ本体１１の中心から吐出口１８とは反対側に、トーチ本体１１の直径の１０％程度引き離してあって、この陰極管１２ａ内には冷却水管１２ｂが挿入してあり、陰極管１２ａの先端には陰極１２が取付けてある。勿論、この陰極管１２ａは、図１及び図２に示したように、絶縁体１１ａを介してトーチ本体１１及び陽極部材１３に対して絶縁状態にしてある。
【００３５】
この陰極管１２ａの先端部は、陽極部材１３に形成してあるプラズマガス供給室１５内に非接触状態で収納してあり、このプラズマガス供給室１５の奥側に形成してあるオリフィス１６内には、陰極管１２ａの先端部に設けた陰極１２が非接触状態で収納してある。この陰極１２の先端は、オリフィス１６に連通するプラズマ発生室１７内に突出しており、その先端の突出位置は、プラズマ発生室１７の略中心となっている。プラズマ発生室１７の軸心は、オリフィス１６のそれに対して９０度曲げられていて、オリフィス１６から流れ込んできた作動ガスの流れ方向を９０度曲げるようにしている。そして、このプラズマ発生室１７の先端が、管材４０の内面に対向する吐出口１８となっているのである。
【００３６】
本実施形態のプラズマ発生室１７は、その直径が約６ｍｍ程度のものとしてあり、これは、陰極１２が挿入されたオリフィス１６の開口面積の約４倍である。また、このプラズマ発生室１７の曲げられた箇所以降の軸心は、トーチ本体１１の軸心方向に対して直交したものであることは前述した通りである。
【００３７】
このプラズマ発生室１７の先端にある吐出口１８に対しては、その真横方向から粉体とした溶射材料３０が溶射材料供給管１４によって供給されるものである。本実施形態のトーチヘッド１０において使用する溶射材料３０は、平均粒径が２０μｍのアルミナである。
【００３８】
また、本実施形態における陽極部材１３は、図２中の点線にて示したように、トーチ本体１１内に配置した往きの陽極冷却水通路１３ａを通して、先端に形成してある冷却室１３ｂ内に冷却水を供給し、冷却作用を発揮した後の冷却水は、冷却室１３ｂに連通している復りの陽極冷却水通路１３ａを通して外部へ排出するようにしてある。
【００３９】
以上のように構成した結果、このトーチヘッド１０では、陰極１２と陽極部材１３との間のアーク２０が、陰極１２の軸心方向に対して略直交した状態で発生するため、図１〜図３に示したように、陰極１２から吐出口１８の直近まで長く延びた状態で発生するのであり、作動ガスのプラズマ化とその高エネルギー化とが達成されることになる。このプラズマガス中に溶射材料３０を注入してやれば、プラズマガス中の熱等によって溶射材料３０が溶滴化し、管材４０の内面に比較的厚い被膜３１を効率的に形成することになるのである。
【００４０】
本実施形態のトーチヘッド１０を使用して、次の条件で溶射を行った。
溶射材料３０及びその平均粒径；アルミナ、２０μｍ
冷却水の供給量；毎分２０リットル
印加電圧と電流値；６０ボルト、７００アンペア（４２ｋｗ）
管材４０の材管及び内径；鋳鉄管で５０ｍｍ
トーチ本体１１の直径；２６〜３２ｍｍ
以上の諸元で形成された被膜３１の厚さは５００μｍ以上であり、その表面上には窒化物等の不純物は殆ど見当たらなかった。また、上記の条件で当該トーチヘッド１０を使用したとき、その耐久時間は、約２００時間であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳述した通り、本発明においては、上記実施形態で例示した如く、
「管材４０内に挿入されてその内面にプラズマ溶射による被膜３１を形成するためのプラズマ溶射用のトーチヘッド１０であって、
管材４０内に挿入されるトーチ本体１１と、このトーチ本体１１の軸心方向に軸心を一致させて当該トーチ本体１１内に配置され、先端に陰極１２を有する陰極管１２ａと、この陰極管１２ａの先端部側に配置される陽極部材１３と、この陽極部材１３に形成した吐出口１８に向けて開口するとともに、トーチ本体１１の外側に配置される溶射材料供給管１４とを備え、
陽極部材１３内に、陰極管１２ａの前端部が非接触状態で収納されるプラズマガス供給室１５と、このプラズマガス供給室１５と連通して、陰極１２が非接触状態で収納されることになるオリフィス１６と、このオリフィス１６に連通して、軸心がトーチ本体１１のそれと略直交するとともに、管材４０の内面に対向することになる吐出口１８を有したプラズマ発生室１７とを形成して、
陰極１２が挿入されたときのオリフィス１６の開口面積を、プラズマ発生室１７及び吐出口１８のそれの１／３〜１／１０とすることにより、陰極１２の先端からのアーク２０が、陰極１２の軸心方向に直交するプラズマ発生室１７の軸心に対して、０度〜４０度の範囲内で発生するようにし、
これにより、吐出口１８から噴射されるプラズマガスを管材４０の内面に対して略直交するようにしたこと」
にその構成上の特徴があり、これにより、細い管材内のプラズマ溶射を行うにあたって、被膜を十分なものとできて、電極の寿命を長くすることができるのである。
すなわち、この請求項１のトーチヘッド１０は、前述した項目（１）〜（４）に合わせて説明すると、
（３）アーク２０が陰極１２の先端から略直角に発生するため、このアーク２０の長さを十分長いものとすることができ、プラズマ化した作動ガスのプラズマエネルギーを、３０ｋｗ〜４５ｋｗ程度の大きなものとし得る
（２）以上のような高エネルギーとすることができるのであるから、溶射材料３０として５〜４５μｍ程度の大きさの酸化物や金属酸化物を使用できることになり、厚さや機能の十分な被膜３１を形成できる
（１）このため、管材４０が細いものであっても、開かれた壁に行うような十分な厚さや機能を備えた被膜３１を形成できる
（４）プラズマ発生室１７を構成している陽極部材１３に、乱アーク２１や、高温プラズマの直接の当接がないから、陽極部材１３が早期に消耗することがなく、結局陽極部材１３の寿命が長いものとなり、２００時間もの寿命のものとなった
といった作用及び効果を発揮するものである。
【００４２】
また、このトーチヘッド１０について、
「オリフィス１６、この中に収納される陰極１２、及びこれを支持している陰極管１２ａの各軸心を、トーチ本体１１の中心からトーチ本体１１の大きさの５〜１５％、吐出口１８とは反対側に遠ざけた」
ときには、上記効果の他に、アーク２０の長さをより一層長くすることができて、高エネルギーを得ることができるのであり、被膜３１の形成をより一層効果的に行うことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトーチヘッドの、溶射を行うべき管材内に挿入したときの拡大断面図である。
【図２】同トーチヘッドのさらに拡大断面図である。
【図３】図２中の１−１線に沿ってみた横断面図である。
【図４】従来の技術を示す部分断面図である。
【図５】他の従来技術を示す部分断面図である。
【図６】本発明者の試作１を示すもので、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）中の２−２線に沿ってみた横断面図である。
【図７】本発明者の試作２を示すもので、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は（ａ）中の３−３線に沿ってみた横断面図である。
【図８】本発明者の試作３を示す部分断面図である。
【図９】図８中の４−４線に沿ってみた横断面図である。
【符号の説明】
１０    トーチヘッド
１１    トーチ本体
１１ａ  絶縁体
１２    陰極
１２ａ  陰極管
１２ｂ  冷却水管
１３    陽極部材
１３ａ  陽極冷却水通路
１３ｂ  冷却室
１４    溶射材料供給室
１５    プラズマガス供給室
１６    オリフィス
１７    プラズマ発生室
１８    吐出口
１９    プラズマガス供給管
２０    アーク
３０    溶射材料
３１    被膜
４０    管材
【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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