(57)【要約】  中心軸に沿って溶射材料を含む材料供給ガスを送入する材料送入管を有する主陽極を備え、中心軸に沿って主プラズマガスを導入する主トーチと、中心軸が主陽極の中心軸と交差し、当該主陽極の中心軸を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置される副陰極を備える複数の副トーチと、を有し、主陽極と副陰極との間に形成されるプラズマアークと、主陽極の中心軸に沿うように導入される主プラズマガスと、副陰極の中心軸に沿い主陽極の中心軸に向かうように導入される副プラズマガスと、により主陽極の中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に、材料送入管から材料供給ガスが送入されて溶射材料が溶融され基材に吹き付けられて溶射材料の皮膜を形成するプラズマ溶射装置において、副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備える。
2016151826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って溶射材料を含む材料供給ガスを送入する材料送入管を有する主陽極を備え、前記中心軸に沿って主プラズマガスを導入する主トーチと、
中心軸が前記主陽極の前記中心軸と交差し、当該主陽極の前記中心軸を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置される副陰極を備える複数の副トーチと、
を有し、
前記主陽極と前記副陰極との間に形成されるプラズマアークと、
前記主陽極の前記中心軸に沿うように導入される前記主プラズマガスと、
前記副陰極の前記中心軸に沿い前記主陽極の前記中心軸に向かうように導入される前記副プラズマガスと、により前記主陽極の前記中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に、前記材料送入管から前記材料供給ガスが送入されて前記溶射材料が溶融され基材に吹き付けられて前記溶射材料の皮膜を形成するプラズマ溶射装置において、
前記副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備えることを特徴とするプラズマ溶射装置。
【請求項２】
前記供給量制御部は、形成される前記皮膜の特性を変えるべく前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３】
前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の厚みであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４】
前記皮膜の厚みを厚くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項５】
前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の硬度であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項６】
前記皮膜の前記硬度を高くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することを特徴とする請求項５に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項７】
前記皮膜の前記特性と前記副プラズマガスの供給量とを対応付けた特性データベースを生成し、
前記供給量制御部は、形成すべき前記皮膜の前記特性と前記特性データベースとに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とする請求項２〜６に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項８】
前記供給量制御部は、前記基材に吹き付けられる前記溶射材料の粒子速度と粒子温度との少なくともいずれか一方を観測し、観測結果と形成すべき前記皮膜の前記特性とに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とする請求項２〜６に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項９】
前記複数の副トーチは、前記円周方向において均等に配置されていることを特徴とする請求項１〜８に記載のプラズマ溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主陽極を備える主トーチ及び副陰極を備える複数の副トーチを有し、前記主陽極の前記中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎により溶融された溶射材料を基材に吹き付けて皮膜を形成するプラズマ溶射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主陽極を備える主トーチ及び副陰極を備える複数の副トーチを有するプラズマ溶射装置において、主トーチの主陽極の中心軸の先端中央に材料吐出孔を設け、材料吐出孔から主電極の中心軸に沿うように溶射材料を供給し、溶射材料を効率よく溶融させて基材に吹き付けて膜を形成することができるプラズマ溶射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１０６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなプラズマ溶射装置では、主トーチの電極を、陰極よりも温度が低い陽極とし、プラズマアークを維持する量の熱電子を放出する必要のある陰極を副トーチ側とすることで、軟化した主電極側への溶射材料の付着が抑えられるため、主電極に材料吐出孔を設けることが可能である。すなわち、以前は主電極への溶射材料の付着を避けるために、プラズマアークが形成される主電極の中心軸に対して傾斜する方向から溶射材料を供給していたが、主電極の中心軸に沿うように溶射材料を供給することができるようになった。これにより、溶射材料が周辺に対してより温度が高いプラズマ炎の中心に確実に供給できるようになるとともに、溶射材料の周辺への飛散を抑えることができるようになった。さらに、実験による検証の結果、発明者らは、これまでのプラズマ溶射装置に存在しなかった当該プラズマ溶射装置の副電極に沿うように導入される副プラズマガスの供給条件をパラメータとして変化させることで、皮膜の特性を制御できることが明らかとなった。
そこで本発明は、プラズマガスの供給条件を異ならせて皮膜を形成することが可能なプラズマ溶射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】
【０００５】
前記目的を達成するために本発明のプラズマ溶射装置は、中心軸に沿って溶射材料を含む材料供給ガスを送入する材料送入管を有する主陽極を備え、前記中心軸に沿って主プラズマガスを導入する主トーチと、中心軸が前記主陽極の前記中心軸と交差し、当該主陽極の前記中心軸を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置される副陰極を備える複数の副トーチと、を有し、前記主陽極と前記副陰極との間に形成されるプラズマアークと、前記主陽極の前記中心軸に沿うように導入される前記主プラズマガスと、前記副陰極の前記中心軸に沿い前記主陽極の前記中心軸に向かうように導入される前記副プラズマガスと、により前記主陽極の前記中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に、前記材料送入管から前記材料供給ガスが送入されて前記溶射材料が溶融され基材に吹き付けられて前記溶射材料の皮膜を形成するプラズマ溶射装置において、前記副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備えることを特徴とするプラズマ溶射装置である。【０００６】
このようなプラズマ溶射装置によれば、主陽極の中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に向かって導入され副陰極の中心軸に沿うように供給される副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備えているので、溶融される溶射材料を基材上に到達する際に材料供給ガスに交差する方向から作用する副プラズマガスの供給量を制御することにより副プラズマガスの供給量を異ならせて皮膜を形成することが可能である。【０００７】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記供給量制御部は、形成される前記皮膜の特性を変えるべく前記副プラズマガスの供給量を制御することが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を制御して互いに特性の異なる皮膜を形成することが可能である。【０００８】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の厚みであることが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を制御して互いに厚みが異なる皮膜を形成することが可能である。【０００９】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記皮膜の厚みを厚くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を多くすることにより、厚みが厚い皮膜を形成することが可能である。【００１０】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の硬度であることとしてもよい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を制御して互いに硬度が異なる皮膜を形成することが可能である。【００１１】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記皮膜の前記硬度が高くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を多くすることにより硬度が高い皮膜の形成することが可能であり、副プラズマガスの供給量を少なくすることにより硬度が低い皮膜を形成することが可能である。【００１２】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記皮膜の前記特性と前記副プラズマガスの供給量とを対応付けた特性データベースを生成し、前記供給量制御部は、形成すべき前記皮膜の前記特性と前記特性データベースとに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、供給量制御部は、形成すべき皮膜の特性と予め生成した特性データベースとに基づいて、副プラズマガスの供給量を制御するので、皮膜の特性の制御が容易である。【００１３】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記供給量制御部は、前記基材に吹き付けられる前記溶射材料の粒子速度と粒子温度との少なくともいずれか一方を観測し、観測結果と形成すべき前記皮膜の前記特性とに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、基材に吹き付けられる溶射材料の粒子速度と粒子温度との少なくともいずれか一方を観測した観測結果に基づいて副プラズマガスの供給量を制御するので、より正確な制御が可能であり所望の特性を備えた皮膜を形成することが可能である。【００１４】
かかるプラズマ溶射装置であって、前記複数の副トーチは、前記円周方向において均等に配置されていることが望ましい。
このようなプラズマ溶射装置によれば、複数の副トーチは、円周方向において均等に配置されているので、副プラズマガスは、主陽極の中心軸を中心とする円周上から均等に材料供給ガスに作用するので、副プラズマガスをバランス良く作用させることが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶射材料の供給条件を変更して皮膜を形成することが可能なプラズマ溶射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としてのツインカソード型プラズマ溶射装置１００の概略構成を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】２つの副トーチ２、３９から副プラズマガス１３、４９を吹き付けたときのプラズマ炎２３の状態を示す画像である。
【図４】副プラズマガス１３、４９の供給量と形成される皮膜２４の厚みとの関係を示すグラフである。
【図５】副プラズマガス１３、４９の供給量と形成される皮膜２４の硬度との関係を示すグラフである。
【図６】一体型プラズマ溶射装置１０１の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るプラズマ溶射装置の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明のプラズマ溶射装置として、主トーチと副トーチとを備える複合トーチ型プラズマ溶射装置であって、１つの主トーチと複数の副トーチとを備えたプラズマ溶射装置について説明する。なお、本実施形態の複合トーチ型プラズマ溶射装置は、たとえば、1つの主トーチと２つの副トーチを備えている。図１は、本発明の一実施形態としてのツインカソード型プラズマ溶射装置１００の概略構成を示す図である。本実施形態のツインカソード型プラズマ溶射装置(以下、プラズマ溶射装置という)１００は、主トーチ１における電極が主陽極（アノード）３であって、副トーチ２、３９における電極が副陰極（カソード）１０、４０である。
【００１９】
２つの副トーチ２、３９は、その中心軸Ｃ２が主陽極３の中心軸Ｃ１とほぼ直角に交差し、主陽極３の中心軸Ｃ１を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置されている。本実施形態のプラズマ溶射装置１００は、副トーチ２が２つなので、２つの副トーチ２、３９が互いに対向するように配置されている。
【００２０】
主トーチ１は、主陽極３と、該主陽極３を囲む主外套４と、主陽極３と主外套４とを絶縁する絶縁体２７などを備え、主外套４と、絶縁体２７によって同心に保持されている。
主陽極３は、電気伝導率に優れた材料、例えば、銅などの金属により形成されている。主陽極３は、中心軸Ｃ１上にある先端中央に溶射材料吐出孔１９ａを有する材料送入管１９を備える。
【００２１】
主外套４は、先端部の開口部（ノズル部）４ａと、該開口部４ａと絶縁体２７との間に設けられたテーパー部４ｂとを備えている。
【００２２】
絶縁体２７は、主プラズマガス６を導入する主プラズマガス導入口５と、導入した主プラズマガス６の旋回流形成部５０を有している。主プラズマガス６は、図２に示すように、ガス環状室５１へ導入され、４個の旋回流形成孔５２を通って、絶縁体２７の内壁５３（内壁５３と主陽極３との間の空間）を旋回するようにして主外套４の開口部４ａに向かって流れる。なお、上記旋回流形成孔５２は、１個配置されていても、複数個配置されていてもよく、複数個配置されている場合には、中心軸Ｃ１を中心に均等に配置されていることが好ましい。
【００２３】
２つの副トーチ２、３９は、同一の構造をなしており、副陰極（副トーチ起動電極）１０、４０と、該副陰極１０、４０を囲む副外套１１、４１と、副陰極１０、４０と副外套１１、４１とを絶縁する絶縁体２８、４７などを備え、副トーチ２、３９の中心軸Ｃ２、すなわち副陰極１０、４０の中心軸Ｃ２は、主トーチ１の中心軸Ｃ１、すなわち主陽極３の中心軸Ｃ１と、主陽極３と副陰極１０、４０との前方で交差するように配置されている。
【００２４】
副陰極１０、４０は、融点が高い材料、例えば、タングステンなどの材料により形成されている。副陰極１０、４０は、副外套１１、４１と、絶縁体２８、４７によって同心に保持されている。
【００２５】
副外套１１、４１は、先端部に孔１１ａ、４１ａを備えている。絶縁体２８、４７は、副プラズマガス１３、４９を主陽極３の中心軸Ｃ１に向かうように導入する副プラズマガス導入口１２、４８と、主トーチ１の絶縁体２７と同様の旋回流形成部５０を有している。また、副プラズマガス導入口１２、４８には、副プラズマガス１３、４９を導入する副プラズマガス自動供給装置３０が接続されており、副プラズマガス自動供給装置３０は供給量制御部としての制御装置３１により制御可能である。
【００２６】
図１に示すように、主電源７の正端子は、主陽極３とスイッチ５５を介した後に、スイッチ４５を介して副外套１１に接続され、また、副電源４２の正端子及びスイッチ４４を介して副外套４１と接続され、主電源７の負端子はスイッチ８を介して主外套４に接続される。
また、副電源４２の負端子は、スイッチ４６を介して副陰極１０、及び、スイッチ９を介して主電源７の負端子、及びに接続され、また、スイッチ９を介して主電源７の負端子、及び、スイッチ４３を介して副陰極４０に接続される。
【００２７】
次に、プラズマ溶射装置１００を用いて、溶射材料２０ａをプラズマ溶射する方法について説明する。ここで、溶射材料２０ａとは、例えば、金属等の導電性材料、セラミックス等の絶縁性材料などを示している。
アルゴン、ヘリウムなどのプラズマ化が可能な不活性ガスを主プラズマガス６として、主プラズマガス導入口５から主トーチ１内に導入し、主プラズマガス６の旋回流を形成させる。また、スイッチ９を開き、スイッチ８を閉じた状態で、主電源７により主陽極３と主外套４との間に、直流電圧に高周波高電圧を重畳した電圧を印加する。その結果、主陽極３の先端から主外套４に向かうプラズマアークが形成される。そして、高周波電圧の重畳を停止した後も、主外套４から熱電子が放出されることで、プラズマアークが維持される。このプラズマアークにより主プラズマガス６が加熱され、プラズマ炎１６となって主外套４の開口部４ａから放出される。
【００２８】
加えて、アルゴン、ヘリウムなどのプラズマ化が可能な不活性ガスを副プラズマガス１３として、制御装置３１により制御された副プラズマガス自動供給装置３０から副プラズマガス導入口１２を介して副トーチ２内に導入し、副プラズマガス１３の旋回流を形成させる。また、スイッチ４３、４４を開き、スイッチ４５、４６を閉じた状態で、副電源４２により副陰極１０と副外套１１との間に直流電圧に高周波高電圧を重畳した電圧を印加する。その結果、副陰極１０の先端１０ａから副外套１１に向かう副プラズマアークが形成される。そして、高周波高電圧の重畳を停止した後も、従来型のトーチと同様に、副陰極１０からの熱電子放出により、プラズマアークが維持される。このプラズマアークにより副プラズマガス１３が加熱され、プラズマ炎１７となって副外套１１の孔１１ａから放出される。
【００２９】
主陽極３の中心軸Ｃ１と副陰極１０の中心軸Ｃ２は、主陽極３と副陰極１０の前方において、主トーチ１及び副トーチ２の外部で交差するため、主トーチ１から放出されるプラズマ炎１６と副トーチ２から放出されるプラズマ炎１７により導電路が形成される。この状態で、スイッチ９を閉じた後に、スイッチ４５，４６を開くと、主トーチ１と副トーチ２の内部で発生していたプラズマアークが収束し、代わって副陰極１０の先端１０ａから主陽極３の陽極点に至るヘアピン状のプラズマアークが形成される。
【００３０】
その後、アルゴン、ヘリウムなどのプラズマ化が可能な不活性ガスを副プラズマガス４９として、制御装置３１により制御された副プラズマガス自動供給装置３０から副プラズマガス導入口４８を介して副トーチ３９内に導入し、副プラズマガス４９の旋回流を形成させる。また、スイッチ４３、４４を閉じた状態で、副電源４２により副陰極４０と副外套４１との間に直流電圧に、高周波高電圧を重畳した電圧を印加する。その結果、副陰極４０の先端４０ａから副外套４１に向かうプラズマアークが形成される。そして、高周波高電圧の重畳を停止した後も、従来型のトーチと同様に、副陰極４０からの熱電子放出により、プラズマアークが維持される。このプラズマアークにより副プラズマガス４９が加熱され、プラズマ炎５６となって副外套４１の孔４１ａから放出される。
【００３１】
主陽極３の中心軸と副陰極４０の中心軸は、主陽極３と副陰極４０の前方において、主トーチ１及び副トーチ３９の外部で交差するため、副外套４１の孔４１ａから放出されたプラズマ炎５６は、副陰極１０の先端１０ａから主陽極３の陽極点に至るヘアピン状のプラズマアークが主トーチ１から放出されるプラズマガスを加熱することで形成されるプラズマ炎１６と交差することで、各副陰極１０、４０と主陽極３の間に伝電路が形成される。この状態において、スイッチ５５を閉じた後に、スイッチ４４を開くと、副陰極１０、４０の先端１０ａ、４０ａから主陽極３の陽極点に至るＴ字状のプラズマアークが形成され、このプラズマアークによって各副トーチ２、３９、主トーチ１から放出される主プラズマガス６、１３、４９が加熱されることで、主トーチ１の同軸上にプラズマ炎２３が形成される。
【００３２】
材料送入管１９には、アルゴン、ヘリウムなどのプラズマ化が可能な不活性ガスに溶射材料２０ａが混合された材料供給ガス２０が送入される。材料送入管１９から溶射材料吐出孔を介して吐出された溶射材料２０ａは、主陽極３と副陰極１０により、主陽極３の中心軸上に形成されるプラズマ炎２３の軸中心に供給され、プラズマ炎２３によって溶融される。
【００３３】
プラズマ炎２３には、主トーチ１の中心軸Ｃ１、すなわち主陽極３の中心軸Ｃ１の前方で交差する副トーチ２、３９の孔１１ａ、４１ａから副プラズマガス１３、４９が、主トーチ１の中心軸Ｃ１とほぼ直交して対向する方向から導入されている。このため、プラズマ炎２３は、２方向から導入される副プラズマガス１３、４９により主陽極３の中心軸Ｃ１側に押圧されている。
【００３４】
溶射材料２０ａが溶融された溶融物２１は、プラズマ炎２３とともに基材２５に向かって進行する。このとき、基材２５の直前で、連結管２６上に設けられたプラズマトリミング部２２から、プラズマにガスを噴出することで、成膜に適した溶融物をより適切な温度の基材２５に堆積させ、高品質な皮膜２４を効率よく形成することができる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、プラズマ溶射装置１００において副トーチを２つ設けることとしているが、副トーチを３つ以上設けてもよい。副トーチを２つ以上設ける場合には、これらの副トーチは、副トーチが有する電極の中心軸が、主トーチ１の外部において、主陽極３の前方かつ中心軸の一点で交差するように、配置されていることが好ましく、その交差する点を中心とした、中心軸に垂直な円の円周上に均等に配置されていることがより好ましい。また、プラズマ溶射装置１００において副トーチを２つ以上設ける場合には、各副トーチの中心軸が上記交差する点で主トーチの中心軸に垂直に交差するように、各副トーチが配置されていることが好ましい。
【００３６】
上記実施形態にて説明したプラズマ溶射装置１００では、従来型のプラズマ溶射装置では、主電極を、プラズマアークを維持する量の熱電子を放出させる必要のある陰極としていたのに対し、主陽極３を、副陰極１０、４０に対して温度が低い陽極とすることで、供給された溶射材料が軟化した主電極に付着しまうことを防いでいる。更に、主陽極を備える主トーチ１内に導入する主プラズマガス６にて旋回流を発生させ、主トーチ１内への溶射材料２０ａの付着を抑えることにより、溶射材料吐出孔１９ａが溶射材料２０ａにより塞がれることを防止している。
【００３７】
このように主電極及び主トーチ１内への溶射材料２０ａの付着を抑えることにより、従来のプラズマ溶射装置では、主電極への溶射材料の付着を避けるために、トーチの外側で、プラズマアークが形成される主電極の中心軸に対して傾斜する方向から溶射材料を供給していたのに対し、主電極の中心軸に沿うように溶射材料を供給することが可能となった。これにより、溶射材料をプラズマ炎の中心に供給されやすくなり、プラズマ炎の高温部に溶射材料をより確実に至らせるとともに周辺への飛散を抑えることが可能となった。すなわち、溶射材料をプラズマ炎の高温部に安定して供給することが可能となり、溶射材料及びプラズマガスの供給量に応じた、安定した皮膜を形成することが可能となった。
【００３８】
本願の発明者は、これまでパラメータとして存在しなかった副プラズマガス１３、４９の供給条件をパラメータとして、形成される皮膜２４の特性の変化を試験した。すなわち、副プラズマガス１３、４９の供給量を変化させて皮膜２４を形成することを試みた。図３は、２つの副トーチ２、３９から副プラズマガス１３、４９を導入したときのプラズマ炎２３の状態を示す画像である。図４は、副プラズマガス１３、４９の供給量と形成される皮膜２４の厚みとの関係を示すグラフである。
【００３９】
図３に示すように、主トーチ１の溶射材料吐出孔１９ａから主トーチ１の中心軸Ｃ１に沿うように伸びるプラズマ炎２３を高速度カメラ等により撮影することにより、主トーチ１の中心軸Ｃ１と直交して対向する２方向から主トーチ１の中心軸Ｃ１に向かうように導入される副プラズマガス１３、４９が、中心軸Ｃ１から離れる方向に拡散する粒子の気流を押さえ込むことが確認された。
【００４０】
そして、副プラズマガス１３、４９の供給量を違えて、形成された皮膜２４の膜厚を測定した結果、図４に示すように、副プラズマガス１３、４９の供給量を増やすと形成される皮膜２４の膜厚が厚くなることが確認された。
【００４１】
これらの結果から、副プラズマガス１３、４９の供給量を制御して、形成される皮膜２４の特性として皮膜２４の厚みを変え得ることがわかる。すなわち、副プラズマガス１３、４９の供給量をより多くするほど厚みの厚い皮膜２４を形成する、または、副プラズマガス１３、４９の供給量をより少なくするほど厚みの薄い皮膜２４を形成することが可能となる。すなわち、副プラズマガス１３、４９の供給量を変えて皮膜２４を形成することにより、膜厚の異なる皮膜２４を形成することが可能となる。
【００４２】
また、発明者は、副プラズマガス１３、４９の供給量を異ならせて皮膜２４の硬度を測定した。
図５は、副プラズマガス１３、４９の供給量と形成される皮膜２４の硬度との関係を示すグラフである。図５に示すように、副プラズマガス１３、４９の供給量が多いほど、皮膜２４の硬度が高くなる。この結果から、副プラズマガス１３、４９の供給量を制御して形成される皮膜２４の特性として硬度を変え得ることができることがわかる。すなわち、副プラズマガス１３、４９の供給量をより多くして硬度が高い皮膜２４を形成する、或いは、副プラズマガス１３、４９の供給量をより少なくして硬度が低い皮膜２４を形成することが可能となる。
【００４３】
本実施形態のプラズマ溶射装置１００によれば、主陽極３の中心軸Ｃ１に沿うように送入される材料供給ガス２０に交差する方向から、副陰極１０、４０の中心軸Ｃ２に沿うように導入される副プラズマガス１３、４９の供給量を制御する制御装置３１を備えているので、溶融される溶射材料２０ａを基材２５上に到達する際に、プラズマ炎２３に交差する方向から作用する副プラズマガス１３、４９の供給量を異ならせて皮膜２４を形成することが可能である。
【００４４】
そして、制御装置３１により副プラズマガス１３、４９の供給量を制御し、副プラズマガス１３、４９の供給量をより多くして厚さの厚い皮膜２４を形成する、または、副プラズマガス１３、４９の供給量をより少なくして厚みの薄い皮膜２４を形成することが可能である。すなわち、副プラズマガス１３、４９の供給量を変えて皮膜２４を形成することにより、膜厚の異なる皮膜２４を形成することが可能である。
【００４５】
また、制御装置３１により副プラズマガス１３、４９の供給量を制御して互いに硬度が異なる皮膜２４を形成することも可能である。このため、制御装置３１により副プラズマガス１３、４９の供給量をより多くすることにより硬度が高い皮膜２４の形成することが可能であり、副プラズマガス１３、４９の供給量をより少なくすることにより硬度が低い皮膜２４を形成することが可能である。
【００４６】
また、複数の副トーチ２を、主トーチ１の主陽極３の中心軸Ｃ１を中心とする円周方向において均等に配置すると、副プラズマガス１３、４９は、主陽極３の中心軸Ｃ１を中心とする円周上から均等に材料供給ガス２０に作用するので、副プラズマガス１３、４９をバランス良く作用させることが可能である。
【００４７】
制御装置３１による副プラズマガス自動供給装置３０の制御は、例えば、図４、図５のグラフに示すようなデータに基づくデータベース、すなわち、形成される皮膜２４の厚みまたは硬度と副プラズマガス１３、４９の供給量とを対応付けた特性データベースを生成することが出来る。この特性データベースに基づいて、形成すべき皮膜２４の厚み、または硬度に対する副プラズマガス１３、４９の供給量を算出し、その条件に従ってプラズマガス１３、４９の供給量を制御することにより、容易に皮膜の厚さ、または硬度を制御することが可能である。
【００４８】
このとき、基材２５に吹き付けられる溶射材料２０ａの粒子速度と粒子温度との少なくともいずれか一方をＣＣＤカメラ、分光輝度計等により観測し、観測結果と形成すべき皮膜２４の厚み、または硬度とに基づいて制御装置３１により副プラズマガス１３、４９の供給量を制御すると、より正確な制御が可能であり所望の厚み、または硬度を備えた皮膜２４を形成することが可能である。
【００４９】
図６は、主トーチ１と副トーチ２とが一体となったプラズマ溶射装置１０１の概略構成を示す図である。
上記実施形態においては、主トーチ１と副トーチ２とが別個に分離しているプラズマ溶射装置１００について説明したが、図６に示すように、主トーチ１の外套における開口部４ａの出口側に副トーチ２、３９が絶縁体６０を介して設けられた、主トーチ１と副トーチ２、３９の一体型プラズマ溶射装置１０１であっても構わない。
【００５０】
また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１  主トーチ、２  副トーチ、３  主陽極、４  主外套、４ａ  開口部、
４ｂ  テーパー部、５  主プラズマガス導入口、６  主プラズマガス、７  主電源、
８、９  スイッチ、１０  副陰極、１０ａ  副陰極の先端、１１  副外套、１１ａ  孔、１２  副プラズマガス導入口、１３  副プラズマガス、１４  副電源、１５  スイッチ、１６  プラズマ炎、１７  プラズマ炎、１８  プラズマ、
１９  材料送入管、１９a  溶射材料吐出孔、２０  材料供給ガス、２０ａ  溶射材料、
２１  溶融物、２２  プラズマトリミング部、２３  プラズマ炎、２４  皮膜、
２５  基材、２６  連結管、２７、２８  絶縁体、３０  副プラズマガス自動供給装置、
３１  制御装置、３９  副トーチ、４０  副陰極、４０ａ  副陰極の先端、
４１  副外套、４１ａ  孔、４２  副電源、
４３、４４、４５、４６  スイッチ、４７  絶縁体、
４８  副プラズマガス導入口、４９  副プラズマガス、５０  旋回流形成部、
５１  ガス環状室、５２  旋回流形成孔、５３  内壁、５５  スイッチ、
５６  プラズマ炎、６０  絶縁体、１００  ツインカソード型プラズマ溶射装置、
１０１  一体型プラズマ溶射装置、
Ｃ１  主陽極の中心軸、Ｃ２  副陰極の中心軸、
【図１】
2016151826.tif 000003
【図２】
2016151826.tif 000004
【図４】
2016151826.tif 000005
【図５】
2016151826.tif 000006
【図６】
2016151826.tif 000007
【図３】
2016151826.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月17日(2016.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って溶射材料を含む材料供給ガスを送入する材料送入管を有する主陽極を備え、前記中心軸に沿って主プラズマガスを導入する主トーチと、
中心軸が前記主陽極の前記中心軸と交差し、当該主陽極の前記中心軸を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置される副陰極を備える複数の副トーチと、
を有し、
前記主陽極と前記副陰極との間に形成されるプラズマアークと、
前記主陽極の前記中心軸に沿うように導入される前記主プラズマガスと、
前記副陰極の前記中心軸に沿い前記主陽極の前記中心軸に向かうように導入される前記副プラズマガスと、により前記主陽極の前記中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に、前記材料送入管から前記材料供給ガスが送入されて前記溶射材料が溶融され基材に吹き付けられて前記溶射材料の皮膜を形成するプラズマ溶射装置において、
前記副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備え、
前記供給量制御部は、形成される前記皮膜の特性を変えるべく前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とするプラズマ溶射装置。
【請求項２】
前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の厚みであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項３】
前記皮膜の厚みを厚くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することを特徴とする請求項２に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項４】
前記皮膜の特性は、形成される前記皮膜の硬度であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項５】
前記皮膜の前記硬度を高くするときほど、前記供給量制御部により前記副プラズマガスの供給量が多くなるように制御することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項６】
前記皮膜の前記特性と前記副プラズマガスの供給量とを対応付けた特性データベースを生成し、
前記供給量制御部は、形成すべき前記皮膜の前記特性と前記特性データベースとに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１〜５に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項７】
前記供給量制御部は、前記基材に吹き付けられる前記溶射材料の粒子速度と粒子温度との少なくともいずれか一方を観測し、観測結果と形成すべき前記皮膜の前記特性とに基づいて前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１〜５に記載のプラズマ溶射装置。
【請求項８】
前記複数の副トーチは、前記円周方向において均等に配置されていることを特徴とする請求項１〜７に記載のプラズマ溶射装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
前記目的を達成するために本発明のプラズマ溶射装置は、中心軸に沿って溶射材料を含む材料供給ガスを送入する材料送入管を有する主陽極を備え、前記中心軸に沿って主プラズマガスを導入する主トーチと、中心軸が前記主陽極の前記中心軸と交差し、当該主陽極の前記中心軸を中心とする円周上に、当該円周方向に互いに間隔を隔てて配置される副陰極を備える複数の副トーチと、を有し、前記主陽極と前記副陰極との間に形成されるプラズマアークと、前記主陽極の前記中心軸に沿うように導入される前記主プラズマガスと、前記副陰極の前記中心軸に沿い前記主陽極の前記中心軸に向かうように導入される前記副プラズマガスと、により前記主陽極の前記中心軸に沿うように形成されるプラズマ炎に、前記材料送入管から前記材料供給ガスが送入されて前記溶射材料が溶融され基材に吹き付けられて前記溶射材料の皮膜を形成するプラズマ溶射装置において、前記副プラズマガスの供給量を制御する供給量制御部を備え、前記供給量制御部は、形成される前記皮膜の特性を変えるべく前記副プラズマガスの供給量を制御することを特徴とするプラズマ溶射装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
また、前記供給量制御部は、形成される前記皮膜の特性を変えるべく前記副プラズマガスの供給量を制御するので、供給量制御部により副プラズマガスの供給量を制御して互いに特性の異なる皮膜を形成することが可能である。
【国際調査報告】
2016151826.tif 000009
2016151826.tif 000010
2016151826.tif 000011
2016151826.tif 000012