(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力が並列接続された複数の電源（２３４）を備えた、プラズマ溶射システム（２００）用の電力送給ユニット（２３０）であって、前記各電源（２３４）が、前記電力送給ユニット（２３０）に接続されたプラズマ溶射ガン（２１０）にＤＣ電力を出力するように構成され、前記各電源（２３４）は、定電流モードで動作するように構成されているとともに、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が第１のアーク長であるときには第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が前記第１のアーク長と異なる第２の長さであるときに第２のＤＣ電圧を自動的に出力するように構成されており、前記第１及び第２のＤＣ電圧がそれぞれ前記第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である、電力送給ユニット（２３０）。
【請求項２】
前記複数の電源（２３４）が、外部制御ユニット（２５０）から第１及び第２の制御信号を受け取るようにそれぞれ構成された少なくとも第１及び第２の電源（２３４）を含み、前記第１及び第２の電源（２３４）が協働して、前記外部制御ユニット（２５０）からの前記第１及び第２の制御信号に基づいたある量の直流電流を前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給するように構成される、請求項１記載の電力送給ユニット（２３０）。
【請求項３】
前記複数の電源（２３４）が、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長に基づき所定の最小ＤＣ電圧と最大ＤＣ電圧の間の連続範囲のＤＣ電圧を出力するように構成され、前記出力ＤＣ電圧が前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長を持続させるのに十分である、請求項１記載の電力送給ユニット（２３０）。
【請求項４】
前記複数の電源（２３４）が、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長に基づき所定の最小ＤＣ電圧と最大ＤＣ電圧の間の範囲内のＤＣ電圧を出力するように構成され、前記出力ＤＣ電圧が前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長を持続させるのに十分であり、前記出力ＤＣ電圧が前記範囲内の複数の離散的電圧レベルのうちの１つである、請求項１記載の電力送給ユニット（２３０）。
【請求項５】
コーティング材料を標的表面にスプレーするように構成されたプラズマ溶射ガン（２１０）と、
前記コーティング材料を前記プラズマ溶射ガン（２１０）に供給するように構成された粉体供給ユニット（２２０）と、
プロセスガスを前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給するように構成されたプロセスガスユニット（２４０）と、
前記プラズマ溶射ガン（２１０）に接続されてＤＣ電力を該プラズマ溶射ガン（２１０）に提供するように構成された電力送給ユニット（２３０）と、
前記電力送給ユニット（２３０）により前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給される電流量を制御するように構成された制御ユニット（２５０）と
を備えるプラズマ溶射システム（２００）であって、前記電力送給ユニット（２３０）は、出力が並列接続された複数の電源（２３４）を備え、前記各電源（２３４）が、前記プラズマ溶射ガン（２１０）にＤＣ電力を出力するように構成され、前記各電源（２３４）は、定電流モードで動作するように構成されているとともに、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が第１のアーク長であるときには第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が前記第１のアーク長と異なる第２の長さであるときに第２のＤＣ電圧を自動的に出力するように構成されており、前記第１及び第２のＤＣ電圧がそれぞれ前記第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である、プラズマ溶射システム（２００）。
【請求項６】
前記複数の電源（２３４）が、外部制御ユニット（２５０）から第１及び第２の制御信号を受け取るようにそれぞれ構成された少なくとも第１及び第２の電源（２３４）を含み、前記第１及び第２の電源（２３４）が協働して、前記外部制御ユニット（２５０）からの前記第１及び第２の制御信号に基づいたある量の直流電流を前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給するように構成される、請求項５記載のプラズマ溶射システム（２００）。
【請求項７】
前記複数の電源（２３４）が、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長に基づき所定の最小ＤＣ電圧と最大ＤＣ電圧の間の連続範囲のＤＣ電圧を出力するように構成され、前記出力ＤＣ電圧が前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長を持続させるのに十分である、請求項５記載のプラズマ溶射システム（２００）。
【請求項８】
前記複数の電源（２３４）が、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長に基づき所定の最小ＤＣ電圧と最大ＤＣ電圧の間の範囲内のＤＣ電圧を出力するように構成され、前記出力ＤＣ電圧が前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長を持続させるのに十分であり、前記出力ＤＣ電圧が前記範囲内の複数の離散的電圧レベルのうちの１つである、請求項５記載のプラズマ溶射システム（２００）。
【請求項９】
プラズマ溶射システム（２００）を用いて標的表面をコーティングする方法（５００）であって、当該方法が、
粉体供給ユニット（２２０）を用いてコーティング材料をプラズマ溶射ガン（２１０）に供給するステップ（５１０）と、
プロセスガスユニット（２４０）を用いてプロセスガスを前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給するステップ（５２０）と、
定電流モードで動作し且つ出力が並列接続された複数の電源（２３４）を用いて、プラズマ溶射ガン（２１０）にＤＣ電力を提供するステップ（５３０）と
を含んでおり、前記プラズマ溶射ガン（２１０）にＤＣ電力を提供するステップ（５３０）は、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が第１のアーク長であるときには、前記複数の電源（２３４）を用いて第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、前記プラズマ溶射ガン（２１０）のアーク長が前記第１のアーク長と異なる第２の長さであるときには、前記第１のＤＣ電圧とは異なる第２のＤＣ電圧を自動的に出力し、前記第１及び第２のＤＣ電圧がそれぞれ前記第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である、方法（５００）。
【請求項１０】
前記プラズマ溶射ガン（２１０）にＤＣ電力を提供するステップ（５３０）は、制御ユニットを用いて、前記複数の電源（２３４）が協働して指定量の直流電流を前記プラズマ溶射ガン（２１０）に送給するように前記複数の電源（２３４）を制御することを含む、請求項９記載の方法（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、高電圧低電流タイプから低電圧高電流タイプにわたってプラズマ溶射ガンを作動させることができる１つ又はそれ以上のプラズマ溶射システムに関する。別の態様は、このようなプラズマ溶射システムにおける１つ又はそれ以上の電力送給ユニットに関する。更に別の態様は、プラズマ溶射システムを用いる１つ又はそれ以上の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ溶射は、標的表面をコーティング材料で被覆するコーティングプロセス用の溶射の形態である。通常は粉体形態で提供される様々なコーティング材料を用いて、所望の表面特性を提供する。発電及び航空機用途のガスタービンに対するセラミックコーティングなど、高温からの保護を提供する材料を選択することができる。蒸気タービンにおいて、機械的摩耗に対して保護する金属材料を選ぶことができる。場合によっては、標的部品と同じ又は同様の材料を標的部品の表面に被覆することができ、該被覆部品は、補修のため再度機械加工することができる。他の場合において、用途によっては、部品の電気的特性、例えば、導電性又は絶縁性特性に合わせて材料を選択することができる。
【０００３】
様々なプラズマ溶射ガンは、異なる電源要件があるが、一般に２つのタイプ、すなわち、低電圧高電流（ＬＶＨＣ）と高電圧低電流（ＨＶＬＣ）とに分類することができる。ＬＶＨＣガンは通常、カソードとアノードとの間に小さな物理的離隔距離を有する。カソードとアノードとの間に電気アークを形成するのに必要な電圧は、カソードとアノードとの間の物理的離隔距離に正比例する。従って、ＬＶＨＣガンにおいて電気アークを形成するためには、比較的低電圧（約１００ＶＤＣ）で十分である。しかしながら、プラズマの熱エネルギーは電力に依存するので、十分なエネルギーを提供するには比較的大きな電流（１０００Ａより多くの）が必要とされる。従って、ＬＶＨＣガンに給電する電源は、ＬＶＨＣモード、すなわち≦１０００Ａ及び≦１００ＶＤＣで動作する。ＬＶＨＣ溶射ガンの実施例は、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ（登録商標）（スイス国Ｚuｒｃｈｅｒｓｔｒａｓｓｅ  １２  Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒ  ＣＨ８４００所在のＳｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ＡＧの登録商標）７ＭＢ／９ＭＢ及びＯ３Ｃガン、並びに、Ｐｒａｘａｉｒ（登録商標）（コネチカット州０６８１５、Ｄａｎｂｕｒｙ、５５  Ｏｌｄ  Ｒｉｄｇｅｂｕｒｙ  ＲｏａｄのＰｒａｘａｉｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．，の登録商標）ＳＡＧ−１００ガンが挙げられる。
【０００４】
逆に、ＨＶＬＣガンは、カソードとアノードとの間により大きな離隔距離を有して作動する。その結果、電気アークを形成するためには比較的高い電圧（≦４００ＶＤＣ）が必要とされる。しかしながら、電力は電圧と電流の積であるので、必要な熱エネルギーを生成するのに必要な電流は小さい（最大６００Ａ）。ＨＶＬＣガンは、ＨＶＬＣモード、すなわち〜６００Ａ及び≦４００ＶＤＣで作動するような電源を必要とする。Ｐｒａｘａｉｒ（登録商標）  ＰｌａｚｊｅｔガンなどのＨＶＬＣガンは２００ｋＷレンジで作動し、Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ（登録商標）  １００ＨＥ（登録商標）（ミシガン州４９５１２、Ｋｅｎｔｗｏｏｄ、４６９５  Ｄａｎｖｅｒｓ  Ｄｒｉｖｅ  ＳＥ所在のＰｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．の登録サービスマーク及び商標）ガンは１００ｋＷレンジで作動する。
【０００５】
残念なことに、従来のＨＶＬＣ及びＬＶＨＣシステムは、一般には互いに互換性がない。ＬＶＨＣプラズマ溶射ガンは、ＨＶＬＣガン用に設計されたＨＶＬＣ電源を用いて作動することはできない。逆に、ＨＶＬＣガンは、ＬＶＨＣ用に設計されたＬＶＨＣ電源を用いて作動することはできない。その結果、両タイプのガンを有する作業所では、異なるプラズマ溶射ガンのタイプを作動させるために２つのタイプのプラズマ溶射システムを購入し維持しなければならない。これは、高い設備コストにつながり、作業所標準化の欠如にもつながる。世界中で稼働している作業所ではこれは特に問題がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の非限定的な態様は、プラズマ溶射システム用の電力送給ユニットに関する。電力送給ユニットは、出力が並列接続された複数の電源を含むことができる。各電源は、電力送給ユニットに接続されたプラズマ溶射ガンにＤＣ電力を出力し、定電流モードで動作するよう配置することができる。各電源は、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長であるときには第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長と異なる第２の長さであるときに第２のＤＣ電圧を自動的に出力するよう配置することができる。第１及び第２のＤＣ電圧は、それぞれ第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である。
【０００７】
本発明の非限定的な別の態様は、プラズマ溶射システムに関し、該プラズマ溶射システムは、プラズマ溶射ガンと、粉体供給ユニットと、プロセスガスユニットと、電力送給ユニットと、制御ユニットと、を備えることができる。プラズマ溶射ガンは、コーティング材料を標的表面にスプレーするよう配置することができ、粉体供給ユニットは、コーティング材料をプラズマ溶射ガンに供給するよう配置することができ、プロセスガスユニットは、プロセスガスをプラズマ溶射ガンに送給するよう配置することができ、電力送給ユニットは、ＤＣ電力をプラズマ溶射ガンに提供するよう配置することができ、制御ユニットは、電力送給ユニットによりプラズマ溶射ガンに送給される電流量を制御するよう配置することができる。電力送給ユニットは、出力が並列接続された複数の電源を含むことができる。各電源は、電力送給ユニットに接続されたプラズマ溶射ガンにＤＣ電力を出力し、定電流モードで動作するよう配置することができる。各電源は、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長であるときには第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長と異なる第２の長さであるときに第２のＤＣ電圧を自動的に出力するよう配置することができる。第１及び第２のＤＣ電圧は、それぞれ第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である。
【０００８】
本発明の更に別の態様は、プラズマ溶射システムを用いて標的表面をコーティングする方法に関する。本方法では、粉体供給ユニットを用いてコーティング材料をプラズマ溶射ガンに供給することができ、プロセスガスユニットを用いてプロセスガスをプラズマ溶射ガンに送給することができる。更に本方法では、定電流モードで動作し且つ出力が並列接続された複数の電源を用いて、プラズマ溶射ガンにＤＣ電力を提供することができる。ＤＣ電力を提供するときには、複数の電源は、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長であるときには、複数の電源を用いて第１のＤＣ電圧を自動的に出力し、プラズマ溶射ガンのアーク長が第１のアーク長と異なる第２の長さであるときには、第１のＤＣ電圧とは異なる第２のＤＣ電圧を自動的に出力する。第１及び第２のＤＣ電圧はそれぞれ第１及び第２のアーク長を持続させるのに十分である。
【０００９】
次に、以下に示す図面に関して本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】プラズマ溶射システムの典型的な構成要素を示す図。
【図２】本発明によるプラズマ溶射システムの非限定的な実施形態の構成要素を示す図。
【図３】並列接続された２つの電源を有する例直な電力送給ユニットの作動範囲を示す図。
【図４】並列接続された３つの電源を有する例直な電力送給ユニットの作動範囲を示す図。
【図５】標的表面をコーティングするプラズマ溶射システムを用いる非限定的な例示的方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、プラズマ溶射システムを構成する典型的な構成要素を示している。図示のように、プラズマ溶射システム１００は、プラズマ溶射ガン１１０、粉体供給ユニット１２０、電源１３０、プロセスガスユニット１４０、及び制御ユニット１５０を含む。また、作動時に溶射ガン１１０を冷却する熱交換器及び水冷器などの他の構成要素もあるが、明確にするために省略されている。溶射ガン１１０のカソード電極及びアノード電極は、電源１３０に電気的に接続され、電源１３０が供給する電力量は、制御ユニット１５０を通じて制御可能である。
【００１２】
作動時には、プロセスガスユニット１４０を通じて供給される１又は複数のプロセスガス（例えば、窒素、アルゴン、水素、及びヘリウム）は、溶射ガン１１０のカソード電極
とアノード電極との間に送られ、ここで電気アークが形成される。プロセスガスがプラズマ溶射ガン１１０の電極を通過すると、アークは、プロセスガス分子から電子を奪い、極めて不安定なプラズマを形成する。プラズマイオンが再結合して安定ガスに戻るときに、大量の熱エネルギーが放出される。熱エネルギーの放出は極めて大きいので、温度が１０，０００Ｋを上回る温度に達することができる。粉体供給ユニット１２０は、粉体コーティング材料をプラズマ内に供給し、該プラズマは、多大な熱によりコーティング材料を溶融させる。次に、溶融コーティング材料は、標的表面上にスプレーされ、コーティングを形成する。電源１３０により電気アークが維持され、すなわちアーク長が持続される。通常、溶射ガン１１０のカソード及びアノードには直流（ＤＣ）電力が供給される。
【００１３】
上記において、商用ＬＶＨＣ及びＨＶＬＣプラズマ溶射システムが一般に互いに互換性がないことを述べた。これは、主として、異なる溶射ガンタイプの広範囲の電圧要件及び電流要件に起因する。確かに、一般的にはＬＶＨＣガンは、ＨＶＬＣガンよりも低い電圧を必要とする（例えば、１００ＶＤＣと３００ＶＤＣ）と同時に、遙かに大きな電流量を必要とする（例えば、１０００Ａと６００Ａ）。
【００１４】
従来、商用プラズマ溶射システムの電源は、溶射ガンのタイプに合わせて特異的に適合されている。例えば、１００ＶＤＣで１００Ａ電流を供給可能な１００キロワット（ｋＷ）ＬＶＨＣ電源は、典型的なＬＶＨＣガン（例えば、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ（登録商標）  ７ＭＢ／９ＭＢ及びＯ３Ｃガン）を作動させるのに十分である。しかしながら、このＬＶＨＣ電源は、ＨＶＬＣガンにおいて通常必要となる長さのアーク長を持続するために必要な高電圧能力が単に不足しているので、ＨＶＬＣガン（Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ（登録商標）  １００ＨＥ（登録商標）ガンなど）への給電に用いることができない。
【００１５】
他方、３００ＶＤＣで６００Ａ電流を供給可能な１８０ｋＷ電源は、Ｐｒａｘａｉｒ（登録商標）  Ｐｌａｚｊｅｔガンなどの典型的なＨＶＬＣガンの作動を可能にする。ＨＶＬＣ電源は、典型的なＬＶＨＣガンの総電力要件に適合することができるが、該電源は、必要な電流能力が不足していることに起因して、依然としてＬＶＨＣガンに給電するのに用いることができない。
【００１６】
直接的な解決策は、十分な電圧能力と十分な電流能力を備えた電源を提示することであるように思われる。これは理論上直接的であるが、実際には困難な課題である。市場で一般的に利用可能なプラズマ溶射ガンにおいて、全体の電力要件は極めて大きく（すなわち、５０ｋＷと２００ｋＷの間）且つかなり大きな範囲である。このような広範囲の電力送給能力を有する電源の生成は簡単ではない。発明者らの知る限り、このような電源は商業用途及び販売用として未だ構築されていない。
【００１７】
問題を複雑にしているのは、ガンの電圧及び電流要件の違いである。上述のように、ＬＶＨＣガンは、高電圧を必要としないが、大きな電流量を必要とする。逆に、ＨＶＬＣガンは、大きな電流量を必要としないが、高電圧を必要とする。その結果、電源は、両タイプのガンを扱うために高電圧及び大電流を供給可能にするよう大型にしなければならない。技術上の問題に加えて、この提案は極めて高価である。電源が特定のタイプの溶射ガンに合うサイズにされた従来のプラズマ溶射システムでも、５０万ドル又はそれ以上のコストがかかる可能性がある。
【００１８】
これら及び他の障害が、多くの異なるプラズマ溶射ガンと共に用いることができる電力送給システムの開発を妨げている可能性がある。本発明の主題の発明者らは、上述の課題を克服し、市場で入手可能なプラズマ溶射ガンのタイプの全てではないがほとんどに普遍的に適用可能と思われるプラズマ溶射システムを開発した。
【００１９】
図２は、プラズマ溶射システムの非限定的な実施形態を示す。理解されるように、プラズマ溶射システム２００は、プラズマ溶射ガン２１０、粉体供給ユニット２２０、プロセスガスユニット２４０、電力送給ユニット２３０、及び制御ユニット２５０を含むことができる。プラズマ溶射ガン２１０は、コーティング材料を標的表面にスプレーするよう配置することができる。ガン２１０は、大気圧下で作動する空気プラズマ溶射ガンとすることができ、或いは、低圧環境で作動するガンとすることができる。すなわち、システム２００は、空気プラズマ溶射システム又は低圧プラズマ溶射システムとすることができる。
【００２０】
粉体供給ユニット２２０は、コーティング材料をプラズマ溶射ガン２１０に供給するよう配置することができ、プロセスガスユニット２４０は、プロセスガスをプラズマ溶射ガン２１０に送給するよう配置することができる。プロセスガスは、窒素、アルゴン、水素、及びヘリウム、或いはこれらの何れかの組み合わせを含むことができる。一般に、不活性ガスを混合気と共に用いることができる。電力送給ユニット２３０は、プラズマ溶射ガン２１０に電気的に接続され、ＤＣ電力をガン２１０に提供することができ、電力送給ユニット２３０は、該電力送給ユニット２３０によりプラズマ溶射ガン２１０に送給される電流量を制御するよう配置することができる。
【００２１】
図２に示すように、本発明の電力送給ユニット２３０の１つの実施例は、複数の電源２３４を含むことができる。好ましくは、各電源２３４は、広範囲のＤＣ電圧を出力可能なＨＶＬＣ電源とすることができる。更に好ましくは、各電源２３４は、定電流モードで作動することができる。図では、２つの電源２３４（第１及び第２）だけが図示されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、すなわち、２つよりも多いＨＶＬＣ定電流電源２３４が企図される。
【００２２】
電源２３４のＶＤＣ出力範囲に関して、最大出力電圧能力は、変圧器及び整流器などの電源の構成要素に依存する点を理解されたい。最大電圧出力はまた、入力ＡＣ電圧に依存することができる。従って、非限定的な実施形態において、電力送給ユニット２３０の少なくとも１つの電源２３４は、入力ＡＣ電圧の所定倍の最大ＶＤＣを出力することができる。入力ＡＣ電圧は、二乗平均値又はピー値として表すことができる。
【００２３】
１つの実施において、出力電圧範囲（入力ＡＣ成分と電源成分の組み合わせ）は、６００ＶＤＣ又はそれ以上とすることができる。別の実施では、典型的な利用可能入力ＡＣ電圧を用いると、各電源２３４の出力範囲は約４５０ＶＤＣとすることができる。これらの電圧範囲は単に実施例に過ぎない点を理解されたい。電源の実際の最大出力ＶＤＣ能力は、どのような特定の数値にも限定されない。
【００２４】
図２を再度参照すると、電源２３４の出力は、並列（図示せず）に接続され、各電源２３４は、ＤＣ電力を接続プラズマ溶射ガン２１０に出力する。複数のＨＶＬＣ電源が並列に接続されると、電源２３４と合わせて、ＬＶＨＣ溶射ガンを作動させるのに十分な電流量を出力する能力を有することができる。信頼性及び安全性のために、各電源２３４は、３相入力ＡＣ電力を変換してＤＣ電力を出力することができる。しかしながら、単相ＡＣ電力のような他の入力を受け取る電源２３４もまた企図される。
【００２５】
電源２３４は、少なくとも第１及び第２のＤＣ電圧を含む、所定の最小値及び最大値の間の複数のＤＣ電圧でＤＣ電力を出力するよう配置することができる。例えば、第１のＤＣ電圧は、ＬＶＨＣガンの電圧要件（例えば、約１００ＶＤＣ）に相当することができ、第２のＤＣ電圧は、ＨＶＬＣガンの電圧要件（例えば、約３５０〜４５０ＶＤＣ）に相当することができ、第１及び第２のＤＣ電圧は、ＬＶＨＣガン及びＨＶＬＣガンそれぞれのアーク長を持続するのに必要な電圧である。
【００２６】
電源２３４は、適切なＤＣ電圧でＤＣ電力を自動的に出力することができ、適切な電力は、プラズマ溶射ガン２１０のカソードとアノードとの間に電気アークを形成して維持するのに十分な電圧である。好ましくは、電源２３４は、定電流モードで作動することができる。このモードでは、特定の設定電流において、及び負荷（例えば、カソードとアノードとの間のアーク長）に応じて、電源２３４は、ガンのアーク長を持続するよう適切な電圧を自動的に供給する。ＬＶＨＣガンの場合、電源２３４は、第１のＤＣ電圧を自動的に供給することができる。ＨＶＬＣガンの場合、電源２３４は、第２のＤＣ電圧を自動的に供給することができる。
【００２７】
更に好ましくは、電源２３４は、上述のようにプラズマ溶射ガン２１０のアーク長にほぼ対応する負荷に基づいて、第１及び第２のＤＣ電圧を含む、所定の最小及び最大ＤＣ電圧間の複数の離散的ＤＣ電圧レベルのＤＣ電圧を自動的に出力するよう配置することができる。より好ましくは、電源２３４は、電力送給ユニット２３０に接続されたプラズマ溶射ガン２１０のアーク長に応じて、所定の最小及び最大電圧間の連続した範囲でＤＣ電圧を自動的に出力するよう配置することができる。上述のように、所定の最小値は０ＶＤＣとすることができ、所定の最大値は６００ＶＤＣ又はそれ以上とすることができる。ほとんど又は全ての商業的に入手可能なプラズマ溶射ガンでは、４５０ＶＤＣの最大出力で十分である場合が多い。
【００２８】
出力電圧が離散的であるか、又は連続しているかどうかに関わらず、電源２３４により自動的に出力されるＤＣ電圧は、アーク長を持続するのに十分である。すなわち、各電源２３４は、様々なアーク長を持続するのに適切な電圧を自動的に出力するよう配置することができる。
【００２９】
上述のように、複数の電源２３４は、１つ又はそれ以上の態様においてプラズマ溶射ガン２１０のアーク長に基づき適切なＤＣ電圧を自動的に出力する。しかしながら、複数の電源２３４が出力する電流量は、電力送給ユニット２３０に外付けすることができる制御ユニット２５０を通じて制御することができる。
【００３０】
１つの態様において、電源２３４は、制御ユニット２５０から受け取った制御信号で指定されている特定の電流量を送給する電流源として機能することができる。すなわち、制御信号は、複数の電源２３４により出力されるＤＣ電圧と独立して送給されることになる直流電流量を指定する。例えば、電流３００Ａが出力されることになると制御信号が示している場合、電源２３４により自動的に出力される電圧が第１のＤＣ電圧か又は第２のＤＣ電圧であるかに関係なく、電源２３４が共に３００Ａを出力する。勿論、総出力は、電源２３４の最大出力限度を超えるべきではない。
【００３１】
電源２３４は全て、制御ユニット２５０からの共通制御信号を受け取ることができ、各電源２３４は、個別の制御信号を受け取ることができ、或いは、電源２３４をグループ化し、各グループがそのグループに対する共通の制御信号を受け取ることができる。電源２３４に制御信号が提供される方式は、電源２３４が必要な電流量を送給するよう制御できる限りは限定されない。
【００３２】
並列に接続できる電源２３４の数は特に限定されないが、実際には２つ又は３つの電源の組み合わせが最も可能性が高い。プラズマ溶射で使用する電源２３４は、物理的に大きく、製作するのが高価である。例えば、２つの電源、すなわち第１及び第２の電源２３４が接続されると、複合電力送給ユニット２３０は依然として、３フィートｘ３フィートｘ８フィート（多段構成）ほどの大きさとすることができ、実質的に４５０ＶＤＣの最大出力能力を有する電源で４０００ポンドほどの重量とすることができる。６００ＶＤＣ又はそれ以上を出力可能な電源では、複合ユニットのサイズは、更に大きくなる可能性が高い。
【００３３】
図３は、並列に接続された２つのＨＶＬＣ電源２３４を備えた電力送給ユニット２３０の動作範囲を示し、ここで各電源は、１２５ｋＷの最小出力能力、４５０ＶＤＣの最大電圧出力、及び６００Ａの最大電流能力を有する。従って、電力送給ユニット２３０は、対応する最大能力２５０ｋＷ、４５０ＶＤＣ、及び１２００Ａを有する。理解されるように、最大電流１２００Ａでは、出力電圧は、２１０ＶＤＣの高さに到達できる。出力電圧が２１０ＶＤＣを上回ると、最大出力限界に起因する出力電流の対応する低下がある。４５０ＶＤＣの最大出力電圧では、出力可能な最大電流は５５５Ａである。
【００３４】
図３では、２つの矩形部も描かれている。１００ＶＤＣ及び１０００Ａ（−４５度の網掛けで描かれている）の大きさを有する第１の矩形部は、７ＭＢ／９ＭＢ及びＯ３Ｃガンのような、市販されている典型的なＬＶＨＣ溶射ガンの出力、電圧、及び電流要件を表す。４００ＶＤＣ及び６００Ａ（＋４５度の網掛けで描かれている）の大きさを有する第２の矩形部は、Ｐｌａｚｊｅｔ及び１００ＨＥ（登録商標）ガンのような、市販されている典型的なＨＶＬＣガンの要件を表す。両方のタイプのプラズマ溶射ガンを作動させるために、単に２つのＨＶＬＣ電源２３４だけを備えた電力送給ユニット２３０で十分であることが分かる。従って、少なくとも１つの態様において、例示的な電力送給ユニット２３０は、プラズマ溶射ガンに対する普遍的電力送給ユニットとみなすことができ、プラズマ溶射システム２００は、普遍的なプラズマ溶射システムとみなすことができる。
【００３５】
図４は、並列に接続された３つの同じ電源２３４を備えた電力送給ユニット２３０の動作範囲を示す。動作範囲は、より多くの電源２３４が付加されるほど、より増大する出力電流（及び電力）能力に向かって右側に拡張される点に留意されたい。この場合も同様に、動作範囲は、全てのタイプの市販の典型的なプラズマ溶射ガンを普遍的に作動させるのに十分である。
【００３６】
図３及び４は、本発明の有意な利点又は複数の利点の１つを例示している。従来、出力ＶＤＣ及び電流両方を増大させるために、単一電源の能力全体を向上させる必要があり、上記で検討したようにこれは極めて困難な問題である。通常、出力限度に起因して、他方を犠牲にして一方が増大される。しかしながら、本発明により、所要ＶＤＣ及び電流能力を備えた必要な数の電源を並列に接続することによって両方を増大させる比較的直接的な手法が可能になる。
【００３７】
図５は、標的表面をコーティングするシステム２００のようなプラズマ溶射システムを用いる非限定的な方法５００のフローチャートを示す。ステップ５１０では、粉体供給ユニット２２０を用いて、粉体コーティング材料を空気プラズマ溶射ガン２１０に供給する。ステップ５２０では、プロセスガスユニット２４０を用いて、プロセスガスを溶射ガン２１０に送給する。ステップ５３０では、定電流モードで作動する複数の電源２３４から構成された電力送給ユニット２３０を用いて、溶射ガン２１０のアーク長に基づき適切なＤＣ電圧を出力する。
【００３８】
ステップ５３０の非限定的な実施において、複数の電源２３４を用いて、プラズマ溶射ガン２１０のアーク長が第１のアーク長であるときに第１のＤＣ電圧を自動的に出力する。同様に、電源２３４を用いて、プラズマ溶射ガン２１０のアーク長が第２のアーク長であるときに第２のＤＣ電圧を自動的に出力する。上述のように、第１及び第２のＤＣ電圧は、第１及び第２のアーク長をそれぞれ持続するのに十分である。また、ステップ５３０では、制御ユニット２５０を用いて、複数の電源２３４を制御することができ、これらが協働して指定量の直流電流をプラズマ溶射ガン２１０に送給する。好ましくは、第１及び第２のＤＣ電圧は、複数の電源２３４により出力可能なＤＣ電圧の範囲内にあり、該範囲は、所定の最小及び最大ＤＣ電圧の間にある。例えば、図３に示す動作範囲を有する第１及び第２の電源２３４を備えた電力送給ユニット２３０を用いることができる。
【００３９】
電力送給ユニット２３０は、２つのＤＣ電圧よりも多く出力することができる点に留意されたい。好ましくは、電力送給ユニット２３０は、アーク長に基づいた予め定めた最小電圧及び最大電圧の間の範囲のＤＣ電圧を連続して又は離散的に出力する。
【００４０】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００：プラズマ溶射システム
１１０、２１０：プラズマ溶射ガン
１２０、２２０：粉体供給ユニット
１３０、２３０：電源
１４０、２４０：プロセスガスユニット
１５０、２５０：制御ユニット
２３０：電力送給ユニット
【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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