(57)【要約】【課題】本発明は、アークプラズマに働くローレンツ力に円筒電極の径方向内向きの力成分を包含させて、出射されるアークプラズマを中心電極の軸周りに収斂させることにより、高密度プラズマをより効率的に溶射面に向けて出射できる溶射用同軸ガンを提供することを目的とする。【解決手段】本発明による溶射用同軸ガンは、長手棒状の中心電極（１１）と、前記中心電極（１１）と同軸状に設けられた円筒電極（１２）とを備え、前記両電極（１１，１２）間でアークプラズマ（４）を発生させ、前記アークプラズマ（４）を介して前記両電極（１１，１２）間に通流する電流によって形成される磁界を利用することにより、前記両電極（１１，１２）の出射端（１１Ｂ，１２Ｂ）から前記アークプラズマ（４）を出射する溶射用同軸ガンにおいて、前記中心電極（１１）の出射端（１１Ｂ）を前記円筒電極（１２）の出射端（１２Ｂ）より長手方向内側にした構成である。【選択図】　　　　図１
2004079350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手棒状の中心電極（１１）と、
前記中心電極（１１）と同軸状に設けられた円筒電極（１２）と
を備え、前記両電極（１１，１２）間でアークプラズマ（４）を発生させ、前記アークプラズマ（４）を介して前記両電極（１１，１２）間に通流する電流によって形成される磁界を利用することにより、前記両電極（１１，１２）の出射端（１１Ｂ，１２Ｂ）から前記アークプラズマ（４）を出射する溶射用同軸ガンにおいて、前記中心電極（１１）の出射端（１１Ｂ）を前記円筒電極（１２）の出射端（１２Ｂ）より長手方向内側にしたことを特徴とする溶射用同軸ガン。
【請求項２】
前記中心電極（１１）及び前記円筒電極（１２）を前記出射端（１１Ｂ，１２Ｂ）とは反対側の端部（Ａ）で短絡する金属導体（３）をさらに備え、前記両電極（１１，１２）間に電圧を印加して前記金属導体（３）を電離させることにより前記アークプラズマ（４）を発生させることを特徴とする請求項１記載の溶射用同軸ガン。
【請求項３】
同軸状に配設された長手棒状の中心電極（１１）と円筒電極（１２）との間でアークプラズマ（４）を発生させ、出射端（１１Ｂ，１２Ｂ）から前記アークプラズマ（４）を出射する溶射用同軸ガンにおいて、前記出射端（１１Ｂ，１２Ｂ）で前記円筒電極（１２）の径方向内向きのローレンツ力を前記アークプラズマ（４）に作用させることを特徴とする溶射用同軸ガン。
【請求項４】
前記径方向内向きのローレンツ力は、前記中心電極（１１）の出射端（１１Ｂ）を前記円筒電極（１２）の出射端（１２Ｂ）よりも径方向内側にしたことによって生じることを特徴とする請求項３記載の溶射用同軸ガン。
【請求項５】
前記中心電極（１１）は、前記円筒電極（１２）の端部から前記円筒電極（１２）の内径の１／４〜１／１の距離だけ後退していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の溶射用同軸ガン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶射用同軸ガンに関し、特に、高密度なアークプラズマを出射できるようにするための技術的思想に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の溶射用同軸ガンを概略的に示す構成図である。
図３において、符号１で示されるものは長手棒状の中心電極、２は前記中心電極と同軸状に設けられた円筒電極、３は中心電極１と円筒電極２とを溶射用同軸ガンの一端である基底部Ａ側で短絡する金属箔もしくは金属細線からなる金属導体、４は中心電極１及び円筒電極２の間で発生され、後述するローレンツ力により出射端１Ｂ、２Ｂ側から出射されるアークプラズマ、５で示す矢印は前記アークプラズマ４中を流れるアーク電流の方向、６は中心電極１からアークプラズマ４中をアーク電流５として通流して円筒電極２へと流れる電流によって形成される磁界、７は前記磁界６によりアーク電流５に作用するローレンツ力、８は前記出射端１Ｂ、２Ｂから出射されたアークプラズマ、９はアークプラズマ８によって溶射される溶射面、１０は電源１０Ａ及びスイッチ１０Ｂで構成される電源系である。
なお、出射端１Ｂ、２Ｂとは、中心電極１及び円筒電極２におけるアークプラズマ出射側の端部をいう。
【０００３】
次に従来の溶射用同軸ガンの動作について説明する。
電源系１０のスイッチ１０Ｂを閉成して電源１０Ａから中心電極１と円筒電極２の間に電圧を印加すると、溶射用同軸ガンの基底部Ａ側で両電極１、２間を短絡する金属導体３が溶融・蒸発して電離され、アークプラズマ４が生成される。アークプラズマ４中に流れる電流５と磁界６とによって形成されるローレンツ力７により、アークプラズマ４中の帯電粒子は中心電極１及び円筒電極２の軸方向に沿って加速され、溶射用同軸ガンの出射端１Ｂ、２Ｂから外部に出射されて溶射面９を溶射する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、従来の溶射用同軸ガンでは中心電極１と円筒電極２の長さが同一であり、かつ、それぞれの端面が同一面内にあるため、アークプラズマ４が出射端１Ｂ、２Ｂから溶射面９に向かって出射されるときに、アークプラズマ４中を流れる電流５ａは、中心電極１の端部１Ａから放物線を描くような軌跡をたどって円筒電極２の端部に向かって流れる。
【０００５】
このため、磁力線の方向及び電流の流れる方向の双方に対して直角な方向に働くローレンツ力７ａは、アークプラズマ８を出射端Ｂから放射状に外側へ押し広げるように作用し、溶射面９に到達するプラズマ密度を低下させると共に、溶射面９方向に出射／拡散されるプラズマ中の帯電粒子の拡散速度を低下させていた。
【０００６】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、特に、アークプラズマ中を流れる電流に働くローレンツ力に円筒電極の径方向内向きの力成分を包含させて、出射されるアークプラズマを中心電極の軸周りに収斂させることにより、高密度プラズマをより効率的に溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶射用同軸ガンは、長手棒状の中心電極と、前記中心電極と同軸状に設けられた円筒電極とを備え、前記両電極間でアークプラズマを発生させ、前記アークプラズマを介して前記両電極間に通流する電流によって形成される磁界を利用することにより、前記両電極の出射端から前記アークプラズマを出射する溶射用同軸ガンにおいて、前記中心電極の出射端を前記円筒電極の出射端より長手方向内側にした構成である。
【０００８】
また、前記中心電極及び前記円筒電極を前記出射端とは反対側の端部で短絡する金属導体をさらに備え、前記両電極間に電圧を印加して前記金属導体を電離させることにより前記アークプラズマを発生させる構成である。
【０００９】
また、本発明の溶射用同軸ガンは、同軸状に配設された長手棒状の中心電極と円筒電極との間でアークプラズマを発生させ、出射端から前記アークプラズマを出射する溶射用同軸ガンにおいて、前記出射端で前記円筒電極の径方向内向きのローレンツ力を前記アークプラズマに作用させる構成である。
【００１０】
また、前記径方向内向きのローレンツ力は、前記中心電極の出射端を前記円筒電極の出射端よりも径方向内側にしたことによって生じる構成である。
【００１１】
さらに、前記中心電極は、前記円筒電極の端部から前記円筒電極の内径の１／４〜１／１の距離だけ後退している構成である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による溶射用同軸ガンの好適な実施の形態について詳細に説明する。
なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の溶射用同軸ガンは、円筒電極１２よりも軸方向長さの短い中心電極１１を備える。この中心電極１１は、基底部Ａ側においては円筒電極２の端部と揃えられているため、中心側出射端１１Ｂ側においては出射端１２Ｂよりも内側に後退している。
その他の構成は従来の溶射用同軸ガンと同一である。
【００１４】
図２は、円筒電極２の内径Ｄで規格化した中心電極１１の外側出射端１２Ｂからの出射端１１Ｂの後退距離（Ｚ／Ｄ）に対するイオン電流特性を示す特性図である。この特性におけるイオン電流の値は、出射端１２Ｂから円筒電極の長手軸方向に距離Ｄ（＝内径Ｄと同一距離）だけ離して配置したプローブで測定した最大電流値である。
【００１５】
図２の特性において、出射端１１Ｂを出射端１２ＢからＤ／４〜Ｄだけ後退させた場合にプラズマ密度が高くなっている。ここで、プラズマのイオン電流が多いことはプラズマ密度が高いことを意味する。従って、中心電極１１の出射端１１Ｂを後退させることにより、アークプラズマ４に作用するローレンツ力に円筒電極１２の径方向内側を向く力成分が生じ、前記径方向内側方向にアークプラズマ４が収斂されたことによるものと判断される。
【００１６】
すなわち、アークプラズマ４が出射端１１Ｂ及び出射端１２Ｂから出射されるときに円筒電極１２の径方向内側向き成分のローレンツ力を発生させてアークプラズマ４を径方向内側方向に収斂させることにより、高密度プラズマを溶射面９に向けて出射することができる。
【００１７】
中心電極１１及び円筒電極１２間で加速されたアークプラズマ４が円筒電極１２より短い中心電極１１の出射端１１Ｂに到達すると、中心電極１１側ではアークプラズマ４の電流流出位置が停止するが、円筒電極１２側の電流流入位置はさらに出射端１２Ｂに向けて移動を続ける。このため、電流路は出射端１１Ｂから円筒電極１２の内面に向けてラッパ状に開いた形状になり、電流路に直角な方向に発生するローレンツ力は前記ラッパ形状の内側を向く。これによって出射端１１Ｂ及び出射端１２Ｂから出射されるプラズマに円筒電極１２の径方向内側向き成分のローレンツ力を作用させることができ、ひいては円筒電極１２の長手方向軸方向の速度成分をより多くしたアークプラズマ４を溶射面９に向けて出射することができる。
【００１８】
以上のように、本発明によれば溶射用同軸ガンで発生させるアークプラズマ４が出射されるときのアーク電流に働くローレンツ力に円筒電極１２の径方向内側向きの成分を含ませることができるので、安価に構成できる溶射用同軸ガンで溶射面９に高密度のアークプラズマを溶射することができる。
【００１９】
なお、以上の説明では、中心電極１１及び円筒電極１２の間を短絡する金属導体を電離させてアークプラズマを発生させる溶射用同軸ガンについて説明したが、プラズマを発生させる手段はこのような手段に限らず、非特許文献１記載のように両電極１１、１２間でガス放電させることによりプラズマを発生させるものであっても良い。このような場合でも、中心電極１１の出射端１１Ｂを円筒電極１２の出射端１２Ｂよりも径方向内側に後退させることにより、プラズマを長手軸周囲に収斂させることができ、高密度プラズマを出射できる溶射用同軸ガンを提供することができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アークプラズマを径方向内側方向に収斂させて、高密度なプラズマを溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、両電極間で金属導体を電離させることにより、高密度なプラズマを溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、アークプラズマに径方向内向きのローレンツ力を作用させることにより、高密度なプラズマを溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、アークプラズマに作用するローレンツ力に径方向内向きの力成分を確実に包含させることができ、これにより、高密度なプラズマを溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することができる。
請求項５記載の発明によれば、中心電極の出射端と円筒電極の出射端との位置を最適化することにより、より高密度なプラズマを溶射面に向けて出射することのできる溶射用同軸ガンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶射用同軸ガンを概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の溶射用同軸ガンにおける中心電極の位置に対するプラズマイオン電流の最大値を示す図である。
【図３】従来の溶射用同軸ガンを概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
３　金属導体
４　アークプラズマ
９　溶射面
１１　中心電極
１２　円筒電極
１１Ｂ、１２Ｂ　出射端
【図１】
2004079350.tif 000003
【図２】
2004079350.tif 000004
【図３】
2004079350.tif 000005