(57)【要約】  【課題】迅速な修復作業を容易にするべく作業現場への搬送が可能で、かつ、精度の高い溶射の適用が可能な、携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置を提供する。  【解決手段】ハウジング内に配置される陽極、陰極及びアークガス・エミッタと、粉末供給システムと、冷却システムと、装置に連結される動力源を含んでなる携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。粉末供給システム、冷却システム及び動力源は、可搬式プラットフォーム上に着脱可能に実装される。マイクロプラズマ溶射装置は、迅速な修復作業を容易にするために、作業現場へ搬送することができる。【選択図】図１
2006131998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロプラズマスプレー・ガンのハウジング内に配置される、陽極、陰極及びアークガス・エミッタと、
ハウジングに連結される粉末供給システムと、
ハウジングに連結される冷却システムと、
装置に連結される動力源、
を含んでなり、粉末供給システムと、冷却システムと動力源は、可搬式プラットフォーム上に着脱可能に実装されることを特徴とする、携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２】
前記陽極が、焼結タングステン材料を含んでなることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項３】
前記陰極が絶縁スリーブと同心円状に配置され、その絶縁スリーブは前記陰極をそこから延在させて、かつ、複数のねじ山と絶縁キャップによって前記ハウジングに密閉的に係合されることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項４】
前記陰極が、末端部を備える先端部を有するボディを含んでなることを特徴とする、請求項３記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項５】
前記先端部が、おおよそ８度から３０度の角度で形成される、実質的に平坦な上方面を含んでなることを特徴とする、請求項４記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項６】
前記先端部の末端部が、約０．００８インチから０．０３０インチの高さを有することを特徴とする、請求項４記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項７】
前記先端部の末端部が、前記電極の径の寸法のおおよそ１０％から２０％の高さを有することを特徴とする、請求項４記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項８】
前記陽極が、導電性材料を含んでなることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項９】
前記導電性材料が、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される酸化物と混合されたタングステンを含んでなることを特徴とする、請求項８記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１０】
前記アークガス・エミッタが、前記陽極と前記陰極によって発生した電気アーク中に、不活性なアークガスを供給することを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１１】
前記電気アークに前記不活性なアークガスを通過させることによって発生するプラズマ流をさらに含むことを特徴とする、請求項１０記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１２】
前記不活性なアークガスが、単一のガス源又は二種混合ガス源であることを特徴とする、請求項１０記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１３】
前記単一のガス源がアルゴンであることを特徴とする、請求項１２記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１４】
前記二種混合ガス源が、アルゴンと水素の混合物を含むことを特徴とする、請求項１２記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１５】
前記粉末供給システムが、前記陽極中に形成されたアパーチャを通って延在する粉末材料インジェクタのノズルへのコンジットを介して前記ハウジングに連結された粉末ホッパーを含むことを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１６】
前記粉末ホッパーが、ある量の粉末材料を保持し、かつ、前記粉末材料インジェクタのノズルを介して、前記陽極と前記陰極によって発生した電気アークに不活性なアークガスを通過させることによって生じたプラズマ流中にその粉末材料を供給することを特徴とする、請求項１５記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１７】
前記粉末ホッパーが、１分当たりおおよそ１から３０ｇの粉末材料を前記粉末材料インジェクタのノズルに供給することを特徴とする、請求項１５記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１８】
前記コンジットが、使用者が適用を実施するのに十分な距離移動するのを可能にするのに十分な長さを有することを特徴とする、請求項１５記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項１９】
前記冷却システムが、インレット通路を通って前記ハウジングの陽極保持器内へ入り、かつアウトレット通路を通って出る、前記ハウジングに連結された冷却流体コンジットを含むことを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２０】
前記冷却流体コンジットが、１分当たりおおよそ０．１から１ガロンの流速で冷却流体を供給することを特徴とする、請求項１９記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２１】
前記冷却流体コンジットが、粉末材料の流れを遮断することなく、使用者が適用を実施するのに十分な距離移動するのを可能にするのに十分な長さを有することを特徴とする、請求項１９記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２２】
前記動力源が、約０．５ｋＷから約４ｋＷの電力出力を発生することを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２３】
前記動力源が充電可能であることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２４】
前記動力源が、粉末材料の流れを遮断することなく、使用者が適用を実施するのに十分な距離移動するのを可能にするのに十分な長さを有するコンジットによって前記マイクロプラズマスプレー・ガンに連結されることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２５】
前記可搬式プラットフォームが輸送手段であることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２６】
第２のコンジットによって前記ハウジングに連結される圧縮キャリアガス源をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２７】
前記第２のコンジットが、使用者が適用を実施するのに十分な距離移動するのを可能にするのに十分な長さを有することを特徴とする、請求項２６記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２８】
前記ハウジングが、その上に配置されるノズル・シュラウドを有する前方壁と、そのノズル・シュラウドのアパーチャ内に同心円状に配置されるノズル・インサートと、そのノズル・シュラウドの絶縁体上に配置されるシールドガス・キャップを含んでなることを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項２９】
真空装置と、ある量の過剰な粉末材料とマイクロプラズマ・スプレーを保持するための収集領域を含んでなる、高性能微粒子エアフィルタを有する携帯型フィルタシステムをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【請求項３０】
ハウジング内に配置される陽極、陰極及びアークガス・エミッタと、
ハウジングに連結される粉末供給システムと、
ハウジングに連結される冷却システムと、
装置に連結され、約０．５ｋＷから約４ｋＷの電力出力を発生可能な動力源と、
高性能微粒子エアフィルタを含むフィルタシステム、
を含んでなり、粉末供給システムと、冷却システムと、動力源と、フィルタシステムが可搬式プラットフォーム上に実装されることを特徴とする、可搬式プラットフォームに実装される携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互関連出願について
本発明は、ザジョースキ等の、発明の名称が「ガスタービン・エンジンの圧縮機ブレード部分をマイクロプラズマ溶射するための方法及び装置」である、２００４年１０月２９日付けで出願された米国特許出願第１０／９７６，６５１号、発明の名称が「ガスタービン・エンジンのタービン・ベーン部分をマイクロプラズマ溶射するための方法及び装置」である、２００４年１０月２９日付けで出願された米国特許出願１０／９７６，５６０号、発明の名称が「断熱被膜を修復するための方法及び装置」である、２００４年１０月２９日付けで出願された米国特許出願第１０／９７６，９６９号、並びに、発明の名称が「マイクロプラズマ溶射を用いたワークピースを修復するための方法」である、２００５年７月２６日付けで出願された米国出願（現地代理人整理番号第０５−１９８）に開示の発明と部分的に関連する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概して、携帯型の、手持ち式マイクロプラズマ溶射装置に関し、より詳細には、マイクロプラズマ溶射分野において使用するための、携帯型の、手持ち式マイクロプラズマ溶射装置に関する。
【０００３】
一般に、従来技術におけるプラズマ溶射方法並びに装置は、制御された環境下で使用されるものである。これら制御された環境には、通常、施設内のブース、部屋、あるいはその他封じ込め領域が包含される。少なくとも運転中に発生する騒音レベルのため、従来のプラズマ溶射装置を採用する際には、そのような封じ込めが必要とされる。現在の米国政府の基準では、運転設備が８５デシベル以上の騒音レベルを発生する場合に、作業者は聴覚防護具の使用を要求される。従来のプラズマ溶射装置は、おおよそ１２０デシベル以上の騒音レベルで作動する。従来のプラズマ溶射装置は又、プラズマ・スプレー自体の大きさと幅に起因して、プラズマ溶射の適用が不正確である。プラズマ溶射の適用が不正確であることから、環境問題及び安全問題の発生を防ぐために、ある種の作業封じ込め容器内でプラズマ溶射装置を使用したり、運転したりしなくてはならない。
【０００４】
従って、米国の基準に準拠しかつ許容可能な溶射品質を提供する一方で、作業現場での溶射被膜修復を可能にする、搬送可能な、あるいは事実上携帯型プラズマ溶射装置が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、携帯型手持ち式マイクロプラズマ溶射装置は、概して、マイクロプラズマスプレー・ガンのハウジング内に配置される陽極、陰極及びアークガス・エミッタと、ハウジングに連結される粉末供給装置と、ハウジングに連結される冷却装置と、装置に連結される動力源を含んでなり、粉末供給装置、冷却装置及び動力源が可搬式プラットフォーム上に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。
【０００６】
本発明の１つ以上の実施態様の詳細を、図面並びに詳細な説明とともに以下で説明する。本発明のその他の特徴、目的及び利点は、詳細な説明及び図面並びに特許請求の範囲の記載から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
異なる図面における同様の符号並びに名称は、同様の構成要素を示す。
【０００８】
ここに開示する携帯型の、手持ち式のマイクロプラズマ溶射装置は、多くの用途のための様々なワークピースにマイクロプラズマ溶射を適用するのに使用することができる。ここで開示する携帯型マイクロプラズマ溶射装置は、幅約３フィート（約０．９１４４ｍ）、長さ約５フィート（約１．５２４ｍ）、重さ約１５０ポンド（約６８．０４ｋｇ）の寸法を有する。対照的に、従来のプラズマ溶射装置は、定置設備内のブースや同様の封入容器内に取り付けられる。そのため、携帯型マイクロプラズマ溶射装置は、その寸法並びに規模によって、操作者、技術者あるいは他の者が、一方の可搬式プラットフォームから他の可搬式プラットフォームへと、着脱可能、即ち、取り付け及び／取り外し可能に装置を実装することができる。
【０００９】
ここで開示するマイクロプラズマ溶射装置は、迅速な修復作業を促進するために、乗り物などの可搬式プラットフォームに実装されて現場へと搬送することができるものである。例えば、技師は、自動車、トラック、又は動力付きカートを採用するか、又は、航空機、ヘリコプターなどの空輸手段に搭載して携帯型マイクロプラズマ溶射装置を輸送することができ、そのような乗り物の全てが、ここで開示のマイクロプラズマ溶射装置の輸送を可能にする、可搬式プラットフォームである。マイクロプラズマ溶射装置は、動力源を有するため、技師は、現場で装置を作動させてすぐに使用することができる。装置には、技師がマイクロプラズマスプレー・ガンを手に持って、一定距離歩いたり、登ったりすることを可能にするのに十分な長さを有するコンジット、即ちホースを装備してもよい。
【００１０】
例えば、航空機業界において、ガスタービン・エンジンはゆくゆくは摩耗し、部品やシュラウドのセラミックや金属被膜も結局は腐食する。本開示のマイクロプラズマ溶射装置を装備した技師は、そのような摩耗したタービン・エンジン部品を、航空機の翼に実装したままや、滑走路や又は格納庫に置いたまま修復することができる。ある種のガスタービン・エンジンは、技師がタービン・エンジン内へ歩いたり、這ったりして入ることができるように、人を収容するのに十分大きい。技師は、次いで、摩耗し、腐食した部品、シュラウドなどに、航空機の係留具からエンジンを取り外すための余計な時間や労働力をかけることなく、マイクロプラズマ溶射を適用することができる。さらには、業務用のガスタービンなどのその他のタービン用途も又、作業現場で修復することができる。そのような産業用ガスタービンは、発電所のポンプシステムに共通して使用されている。マイクロプラズマ溶射装置は、発電所内の作業現場か、あるいは発電所設備を含む離れた箇所へ搬送することができる。
【００１１】
図１と図２を参照すると、概ね点線で囲まれたマイクロプラズマ溶射装置１０が図示されている。概して、マイクロプラズマ溶射装置は、アークガス・エミッタ１４と陽極１６と陰極２８を包含するハウジング１３を有するマイクロプラズマ・ガン１２を備える。電気アーク２０は、陽極１６と陰極２８の間に発生する。プラズマ流２１は、ある量のアークガスが、アーク２０を介してアークガス・エミッタ１４から噴射されるときに形成される。粉末材料インジェクタ２２は、ワークピース２４まで粉末材料を運ぶプラズマ流中にある量の粉末材料を分配する。電源は、マイクロプラズマ溶射装置１０の意図する用途を実施するのに必要な電力範囲内で装置を作動させ得る。好ましくは、電源は、約０．５ｋＷから約４ｋＷの比較的低い電力範囲で作動させる。電源は、前述の電力範囲を供給し得る電源であればいずれの電源からなるものであってもよく、様々な寸法の電力の差し込み口とかみ合うラインコードを備えるものである。過剰なマイクロプラズマ・スプレー及び／又は粉末材料を収集するためのフィルタ装置１９が、装置１０内に包含されてもよい。フィルタ装置１９は、概して、例えば、過剰な粉末が収集される袋や容器などの収集領域に取り付けられ、空気から過剰な粉末を除去することが可能な手持ち式真空装置を有する、高性能微粒子エアフィルタを含んでなる。フィルタ装置１９は、装置１０と共に可搬式プラットフォームに実装されるのが好ましい。
【００１２】
図２を参照すると、マイクロプラズマ・ガン１２のハウジングは、グリップ部４７、前方壁４８、第１の側壁４９、最上壁５１、後壁（図示せず）、及び第２の側壁（図示せず）かなるものであってよい。ハウジングは、第１の半分の壁部１３ａと第２の半分の壁部１３ｂを含むものであってよく、各半分の壁部１３ａ，１３ｂは、それらに限定されるものではないが、ハウジング内に一体的に形成されるスナップ、連結部、押し込みプランジャとアパーチャ、クリップ、留め金、それらの組合せなどの相補的オス／メス固定機構を備える。マイクロプラズマ・ガン１２の前方壁４８に配置されるノズル・シュラウド４６は、ノズル・インサート５０と中央アパーチャ５２を包含することができる。ノズル・インサート５０は、ノズル・シュラウド４６の端部に、ねじ止めで取り付けることができる。シールドガス・キャップ５４を、ノズル・シュラウド４６に隣接して配置することができる。絶縁体５６が、シールドガス・キャップ５４とノズル・シュラウド４６の間に配置されることにより、シールドガス・キャップ５４をノズル・シュラウド４６から電気的に絶縁する。シールドガス・キャップ５４は、絶縁体５６の上からノズル・シュラウド４６上に押しつけて適合させることができる。シールドガス・キャップ５４中に形成された中央アパーチャ６０により、アークガスが電気アーク中を高速で通過することが可能となる。シールドガス・キャップ５４は、シールドガスを流通させてアークガスを雰囲気から遮断するための複数の貫通孔５８を備える。シールドガスの流速は、意図する用途により、１分当たり約２〜４リットルであってよい。マイクロプラズマ流２１の細い溶射パターンは又、ノズル開口径によって制御できる。
【００１３】
図２と図３を参照すると、陰極保持器２６は、絶縁スリーブ１８内に同心円状に配置され、内側でねじ結合する接合部（図示せず）で固定される陰極２８を備える。陰極保持器２６は、保持器の挿入と取り出しのための絶縁キャップ２７と、マイクロプラズマ・ガン１２内で絶縁スリーブ１８と陰極２８をねじで係合するための複数のねじ山３０を備える。絶縁キャップ２７と絶縁スリーブ１８は、フェノール系材料、セラミック材料、ポリエーテルエーテルケトン材料、それらの組合せなどの、非導電性の絶縁材料からなることが好ましい。係合の際、陰極２８は、ノズル・シュラウド４６の中央アパーチャ５２を通って延在する。絶縁スリーブ１８は又、マイクロプラズマ・ガン１２との間の境界面に生じる漏れ路を密封するために、Ｏリングシール３２を備えることができる。図３を詳細に参照すると、陰極２８は、末端部を有する先端部を有するボディからなるものであってよい。先端部は、おおよそ８度から３０度、好ましくはおおよそ８度から２０度、さらに好ましくはおおよそ８度から１０度の角度で形成された実質的に平坦な上方面を含む。先端部の末端部の高さは、約０．００８インチ〜０．０３０インチ（約０．０００２０３２ｍ〜０．０００７６２ｍ）、好ましくは、約０．００８インチ〜０．０２０インチ（約０．０００２０３２ｍ〜０．０００５０８ｍ）、より好ましくは、約０．００８インチ〜０．０１０インチ（約０．０００２０３２ｍ〜０．０００２５４ｍ）であるか、あるいは、代替として、陰極２８の径の寸法のおおよそ１０％〜２０％である高さを有する。
【００１４】
図２を再び参照すると、陽極１６は、マイクロプラズマ・ガン１２の陽極の予定される運転温度より高い融点を有する金属又は合金からなる。好ましくは、陽極１６は、市販の純粋な焼結タングステンか、それらに限定されるものではないが、酸化トリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム（ジルコニア）などの耐熱性を呈する酸化物と混合された焼結タングステンを含んでなり、好ましくは、２％の酸化トリウムと混合された焼結タングステンからなる。これらのタングステン並びに酸化物との混合物は、マイクロプラズマスプレー・ガン装置におけるそれらの性能を増強し、かつ安定化させるために、極低温処理を施してもよい。従来の陽極は、通常、銅−タングステン合金から形成されるため、マイクロプラズマ溶射装置１０でおおよそ１０分から２０分という非常に限定された耐用寿命を有するものである。銅及びその他の類似金属は、陽極の作動温度よりも低い融点を有する。そのため、これら金属の場合、陽極の上端部が溶融して空洞化したり腐食したりする現象を引き起こす可能性がある。高品質の被膜を形成するためには、陽極の端部を比較的尖鋭（シャープ）な状態に維持しなくてはならない。これを達成するべく、より堅牢な陽極を製造するための、工業製品として純粋な焼結タングステン材料が開発された。焼結タングステン材料から作製された陽極を用いた試験の結果は、耐腐食性において、従来の陽極を超える改善を示している。工業製品として純粋なタングステンを陽極１６に使用することにより、陽極１６の耐用寿命は、おおよそ１０時間から２０時間使用可能なほど改善された。
【００１５】
電気アーク２０は、マイクロプラズマ・ガン１２の陽極１６と陰極２８の間で発生させることができる。アークガスは、単一のガス、又は、混合ガスを含むアークガス源から発生するものであってよく、例えば二種混合ガス（ｄｕｐｌｅｘ  ｇａｓ）が、混合装置を介して相互に連結される複数のガス源から発生し、マイクロプラズマ溶射装置１０に供給されるものであってよい。アークガス源１５は、装置１０の使用者が、歩行したり登ったり、上昇したり下降したりできるよう、たるませるのに十分な長さを有するコンジットを介してマクロプラズマ・ガン１２に連結され、マイクロプラズマ・ガン１２へのアークガスの流れを遮断することなく、意図する用途を実施するのに十分な距離だけ離間している。単一のガスからなるアークガス源１５を使用する場合、より低い費用とより少ない材料並びに部品のため、二種ガス混合物や複数のガス源と混合装置を利用する場合よりも、はるかに有利である。しかしながら、単一のアークガス源に包含される予混合された二種ガス混合物も又、効率的かつ経済的に使用することができる。アークガスは、それらに限定されるものではないが、いずれの不活性ガスを含むものであってよく、好ましくは、アルゴンからなり、代表的な二種ガス混合物は、アルゴンと水素からなり、好ましくは約９８％のアルゴンガスと約２％の水素ガスからなるものである。
【００１６】
アークガスは、陽極１６と陰極２８の間に生成した電気ガス中に通される。実際には、アークガスは、電気アークの発生前に放出され得ることは当業者には認識されるであろう。一般に、マイクロプラズマ溶射装置１０内へのアークガスの流速は、１分当たり約０．５〜３リットルであってよい。電気アークは、アークガスをイオン化して、マイクロプラズマガス流２１を生じさせる。イオン化プロセスによりアークガスから電子が取り除かれ、それにより、ガスは一時的に不安定になる。アークガスは、再び安定化する際に、おおよそ２０，０００°Ｆ〜３０，０００°Ｆ（約１１，３６６．５Ｋ〜１６，９２２Ｋ）に昇温する。プラズマ流は、電気アーク通過後、急速に冷却する。
【００１７】
粉末材料インジェクタ２２は、ある量の粉末材料３４をプラズマガス流２１中に噴射する。粉末材料３４はプラズマガス流内で加熱されて流動化され、ワークピース上に堆積される。そして、そこで冷却して再固化してマイクロプラズマ溶射被膜を形成する。粉末材料インジェクタ２２は、粉末ホッパー３６を備える。粉末ホッパー３６は、粉末材料インジェクタ２２によってマイクロプラズマガス流２１中に噴射される前の粉末材料を保持する。ホッパー３６は、マイクロプラズマ・ガン１２に設けられたコネクタ３８によって、ガン１２に取り付けられ得る。粉末材料３４は、吐出シュート４０を通って運ばれ、かつ、吐出シュート４０内に設けられた弁４２で制御される。粉末材料３４は、重力供給方式か、あるいは加圧供給方式（図示せず）のいずれかによって、マイクロプラズマガス流２１中に噴射することができる。代替において、粉末は、粉末供給ホースを介して、標準的な粉末供給器（図示せず）からプラズマガス流２１中に噴射することも可能である。マイクロプラズマスプレー・ガンは、ワークピースの垂直軸に対しておおよそ正の角４５°から負の角４５°の間の角度で配向させることができる一方で、重力供給方式で適切なコーティング材を供給する。加圧供給方式の場合、マイクロプラズマ・ガン１２の角度及び／又は配向に制限はない。
【００１８】
重力供給方式、加圧供給方式、あるいは標準的な粉末供給器のいずれを採用しても、コネクタ３８又は粉末供給ホース（図示せず）は、装置１０の使用者が意図する用途を実施するのに十分な距離を歩行するか登ることが可能なように、十分たるませることのできる長さを有することが好ましい。作業者が携帯型装置と電力供給ホースと一緒に移動する際、粉末ホッパー３６よりも低い地点まで下降するか、又は粉末ホッパー３６よりも高い地点まで上昇するという事実を、当業者であれば理解するであろう。本発明において使用を検討される加圧供給装置は、粉末材料に、粉末ホッパー３６の上方あるいは下方に配置された粉末供給ホースを均一に通過させる電力容量を有し、かつ、制限のない角度及び／又は配向において、マイクロプラズマ・ガン１２が粉末材料３４を均一に送出するのを可能にするのが好ましい。
【００１９】
遮断制御弁４２は、プラズマガス流２１への粉末材料３４の供給速度を制御する。粉末材料３４は、約１〜３０ｇ／分でワークピースへ移動する。マイクロプラズマ・ガン１２は、通常、約１．５〜８インチ（約０．０３８１〜０．２０３２ｍ）の距離からワークピースにマイクロプラズマ溶射を適用するが、この距離は被覆用途要求に依存して変化する。例えば、粉末材料３４は、通常プラズマ溶射可能な、金属、セラミック、カーバイド、サーメット、プラスチック又はその他の非金属コーティング材のいずれかを含んでなるものであってよい。例として、粉末材料は、セラミック材料、例えば、それらに限定されるものではないが、酸化イットリウム、安定化ジルコニア、酸化アルミニウムなどを包含するセラミック酸化物などと組み合わせた、それらに限定されるものではないが、銅合金、アルミニウム合金、例えばニッケル−アルミニウム合金（９５％−５％）などのニッケル合金を包含するものであってよい。
【００２０】
マイクロプラズマスプレー・ガン１２と、マイクロプラズマ溶射装置１０は、従来のプラズマ溶射装置と比べて、比較的低い騒音レベルを発生する。例えば、従来のプラズマ溶射装置は、周辺機器とプラズマ溶射装置自体を考慮した際、約１２０デシベルの騒音レベルを発生する。本発明においては、マイクロプラズマ溶射装置１０は、運転中、約４０デシベル〜７０デシベルの騒音レベルを生じるものである。より詳細には、マイクロプラズマ溶射装置１０は、単独では約４０デシベル〜５５デシベルの騒音レベルを発生し、周辺機器を含む場合には、その騒音レベルは約５５デシベル〜７０デシベルまでの範囲に上昇する。いずれの場合においても、本発明のマイクロプラズマ溶射装置１０は、今日知られている従来のプラズマ溶射装置と比べてはるかに低い騒音レベルしか発生しないものである。さらには、現在の米国政府の基準では、環境騒音が８５デシベルに達した場合、聴覚保護（対策）が要求される。そのため、マイクロプラズマ溶射装置１０は、政府が規定する安全プロトコルの要件を満たしている。
【００２１】
マイクロプラズマ溶射ガン１２を冷却するのに、水やその他の冷却流体を用いることができる。冷却流体は、冷却流体ホース６２を介してマイクロプラズマ・ガン１２へ送られる。冷却流体は、マイクロプラズマ・ガン１２内の内部通路（図示せず）を通って横断し、インレット通路６４内を通って、陽極保持器６６内へと流れ、アウトレット通路６８を通って戻る。冷却流体により、マイクロプラズマ・ガン１２の作動中に、陽極１６の温度が低下する。冷却流体の流速は、１分当たりおおよそ０．１〜１ガロン（約０．０００３７８５ｍ3／分〜０．００３７８５ｍ3／分）であってよい。電力、アークガス、並びにチルドガスをマイクロプラズマ溶射ガン１２に供給するために、第２のコンジット７０が、マイクロプラズマ溶射ガン１２に連結される。第２のコンジットは、装置１０の使用者が意図する用途を実施するのに十分な距離を、マイクロプラズマ・ガン１２を持って歩行するか登ることが可能なように、十分たるませることのできる長さを有することが好ましい。
【００２２】
図４を参照すると、マイクロプラズマ溶射装置１０の動作を概して説明するブロック図が示されている。まず、ブロック８０において、ノズル・インサート５０からアークガスが放出される。プラズマスプレー・ガン１２の陽極１６と陰極２８の間に電位が発生し、次いで、ブロック８２で説明するようにアークガスを介して方向付けられる。アークガスは、電位によってプラズマ流２１を生じるよう誘導される。ブロック８４において、プラズマ流２１中に粉末材料３４が噴射される。ブロック８６では、粉末材料３４がワークピースに適用された際に展性を有するよう、プラズマ流により粉末材料３４が「流動化」状態まで加熱される。「流動化」状態とは、粉末材料が、例えば溶融液滴など、基体の表面に衝突すると凝固する溶融状態と、基体表面に衝突すると溶融する固体粒子状態が混在する状態を意味する。ブロック８８では、粉末材料３４が、マスキングされていないワークピースに適用される。粉末材料３４は次いで冷却されて、ワークピース上に硬質の被膜として固化する。概して、マイクロプラズマ溶射被膜の厚さは、ＯＥＭ部品の被覆や修復目的の被膜を適用するといった所望する用途に依存する。
【００２３】
図５を参照すると、本発明のマイクロプラズマ溶射装置を用いて、ワークピースが粉末材料３４で溶射され得る。プラズマガス流２１は、被覆されるワークピースに向かって方向付けられる。マイクロプラズマ・ガン１２は、約０．５ｋＷ〜約４ｋＷという比較的低い電力範囲で作動可能である。マイクロプラズマ溶射ガン１２とマイクロプラズマ溶射装置１０の低電力出力によって、従来のプラズマ溶射法に比べて、ワークピース内への熱流が著しく低減される。ワークピースの寸法に依存するが、マイクロプラズマ溶射工程によって到達する最大表面温度は、おおよそ２００°Ｆ（約３６６．４８３Ｋ）である。そのため、本発明のマイクロプラズマ溶射装置１０は、高温勾配に起因する局部的な応力が生じることなく、ワークピースの薄肉領域にマイクロプラズマ溶射被膜を適用することが可能である。
【００２４】
マイクロプラズマ溶射装置１０の低い電力出力、並びにマイクロプラズマ・ガン１２の狭い（細い）アパーチャにより、マイクロプラズマ・ガン１２は、従来のプラズマ溶射法及び装置の約１／１０〜１／２０、好ましくは約１／１５の寸法で、ワークピースの限定領域内に粉末被覆材料を適用することができる。マイクロプラズマ溶射装置１０のマイクロプラズマ流の寸法並びに口径により、手持ち式の装置の場合でさえも、正確な表面被覆が可能となる。例えば、マイクロプラズマ溶射装置１０によって生じたマイクロプラズマ流は、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの幅を有する。マイクロプラズマ溶射装置のマイクロプラズマ溶射流の寸法により、プラズマ流は、ワークピース上に細長いストライプ、又は隔離された領域として適用され、それにより、被覆を必要としない領域をマスキングしたり覆ったりする必要性が実質的に排除される。
【００２５】
本発明の１つ以上の実施態様を説明してきたが、それにも関わらず、本発明の要旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更をなし得ることは理解されるであろう。従って、その他の実施態様は、特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の代表的なマイクロプラズマ溶射装置を示す図である。
【図２】図１のマイクロプラズマ溶射装置の分解組立透視図である。
【図３】図２のマイクロプラズマ溶射装置内の電極を拡大して示す図である。
【図４】本発明に従って、ワークピースに対してマイクロプラズマ溶射被膜を適用する工程を説明するフローチャートである。
【図５】組み立てられた図１のマイクロプラズマ溶射装置の運転中の透視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０…マイクロプラズマ溶射装置
１２…マイクロプラズマ溶射ガン
１４…アークガス・エミッタ
１６…陽極
２８…陰極
２１…プラズマガス流
２２…粉末材料インジェクタ
２４…ワークピース
【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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【外国語明細書】
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