JP2000052043A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノズルとキャップとの間に電気的な絶縁部材を
配置したプラズマトーチに於ける絶縁部材の寿命を向上
させる。 【解決手段】電極３との間で放電してプラズマアークを
発生するノズル７と外筒13に螺合したキャップ12との間
に絶縁部材11を配置する。絶縁部材11は、大気に露出す
る部位にセラミックス部11ａを配置し、内部空間14に面
する部位に合成樹脂部11ｂを配置する。合成樹脂部11ｂ
をノズル７の先端に形成した突起部７ａに取り付けたＯ
リング15と接触するボス部11ｃとフランジ部11ｄを有し
て形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノズルとキャップを
電気的に絶縁したプラズマトーチに関し、特に、電気的
絶縁部材の寿命を向上させたプラズマトーチに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチは、内部に設けた電極と
ノズルとの間に形成された通路にガスを供給すると共に
前記電極とノズルとの間で放電させることで供給された
ガスをプラズマ化し、鋼板やアルミニウム板或いはステ
ンレス板等の被加工材に向けて噴射することで、該被加
工材を溶接或いは切断し得るように構成されている。こ
のプラズマトーチには、被加工材に対する加工を行って
いる間ノズルと電極の間の放電を維持する非移行式プラ
ズマトーチと、電極とノズルの間で放電してパイロット
アークを形成した後、電極と被加工材との間で放電させ
てプラズマアークを維持する移行式プラズマトーチが実
用化されている。特に、通電性を有する被加工材を切断
するような場合には、移行式プラズマトーチを用いるの
が一般的である。

【０００３】プラズマトーチは、移行式，非移行式に関
わらず、加工中は被加工材の表面に極めて接近させた状
態に保持されるため、加工中に被加工材の歪みが発生し
て該被加工材がキャップに接触し、或いはキャップに付
着したスパッタが成長して被加工材に接触してノズルが
被加工材と等しい電位となり、ダブルアークが発生して
プラズマトーチが損傷する虞がある。このため、ノズル
とキャップとの間に電気的絶縁性を有するセラミックス
製或いは合成樹脂製の絶縁材を配置するのが一般的であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、ノズルと
キャップの間に絶縁材を配置することで、キャップが被
加工材と接触してもノズルが該被加工材と同電位になる
ことはない。しかし、絶縁材は一部が大気に露出して配
置されるため、露出面側には高い温度が作用し、特に、
スパッタが飛散したような場合には大きい熱が作用す
る。また絶縁材の内部側（ノズルとキャップとによって
構成される内部空間側）には冷却水が供給される。従っ
て、絶縁材には急激な温度勾配が生じるという過酷な環
境で使用される。

【０００５】このため、絶縁材の材料としてセラミック
スを用いた場合には高い温度の作用やスパッタの付着に
よる熱の作用等に対し耐久性を有するものの、高い頻度
で繰り返される温度勾配による膨張の偏りによって割れ
やヒビが発生して損傷するという問題がある。また絶縁
材の材料として合成樹脂を用いた場合には温度勾配に対
しては対応性を有するものの、高い温度，熱の作用によ
り溶損するという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、ノズルとキャップの間に
高い耐久性を持った絶縁部材を配置したプラズマトーチ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るプラズマトーチは、プラズマアークを噴
射するノズルと該ノズルを保護するキャップとを有し前
記ノズルとキャップとの間に電気的絶縁部材を配置した
プラズマトーチに於いて、前記電気的絶縁部材が前記ノ
ズルとキャップとの間から大気に露出する部位をセラミ
ックスによって形成すると共にノズルとキャップとによ
って形成される内部空間に面する部位を合成樹脂によっ
て形成したものである。

【０００８】上記プラズマトーチでは、ノズルとキャッ
プの間に配置した電気的絶縁部材（以下「絶縁部材」と
いう）を、大気に露出する部位をセラミックスによって
形成し、内部空間に面する部位を合成樹脂によって形成
したので、セラミックスと合成樹脂の夫々最も好ましい
性質を利用して該絶縁部材の寿命を向上させることが出
来る。

【０００９】即ち、絶縁部材に於ける大気側に露出する
部位がセラミックスによって形成されるため、被加工材
に噴射されるプラズマアークの高い温度や輻射熱に対し
高い耐久性を発揮することが出来る。特に、被加工材の
加工部から飛散するスパッタが付着した場合であって
も、大きく溶損することがなく、損傷を受けることが少
ない。そして内部空間に面する部位が合成樹脂によって
形成されるため、両者の接続部位に於いて熱が遮断され
る。このため、セラミックスの内部に大きい温度勾配が
生じることがなく、膨張の程度が均一化されて割れやヒ
ビが発生することがなく、寿命を向上することが出来
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、上記プラズマトーチの好ま
しい実施形態について図を用いて説明する。図１はプラ
ズマトーチの構成を説明する図、図２はノズルとキャッ
プとの先端部分の構成を説明する図である。図に示すプ
ラズマトーチＡは、冷却水の供給水路や排水路、プラズ
マガスの供給路及び通電部材を備えた図示しない基台に
着脱し得るように構成されており、例えば数値制御切断
装置等の加工装置に設けたホルダーに取り付けた前記基
台に装着されて目的の加工を実施し得るように構成され
ている。

【００１１】図に於いて、プラズマトーチＡの後端側
（図に於ける右側）には電極台１が配置され、該電極台
１の中心に供給された冷却水を案内するガイドパイプ２
が取り付けられ、更にガイドパイプ２の外周に、先端側
（図に於ける左側）の端部に電極３を着脱可能に取り付
けた導電パイプ４が配置され、該導電パイプ４の後端側
の端部が電極台１に嵌合している。

【００１２】上記構成に於いて、電極３には電極台１か
ら導電パイプ４を介して通電される。またガイドパイプ
２，電極３，導電パイプ４によって電極台１の中心から
供給された冷却水が電極３を冷却した後、再度電極台１
に戻る電極用冷却水路５が形成されている。

【００１３】電極台１は外周部分が筒状に形成された絶
縁体６の嵌合溝６ａに嵌合されている。この絶縁体６の
先端側に形成された嵌合溝６ｂにノズル７に通電するノ
ズル台８が嵌合されている。従って、電極台１とノズル
台８は絶縁体６を介して互いに接続されることで電気的
に絶縁されている。また電極台１，絶縁体６，ノズル台
８を貫通して２つの冷却水通路９が形成されており、こ
のうち一方の冷却水通路９は電極用冷却水路５と接続さ
れ、他方の冷却水通路９は基台の排水路と接続されてい
る。

【００１４】ノズル７はノズル台８の先端側に嵌合され
ると共に電極３との間にセンタリングストーン10を介し
て取り付けられることで電極３との同心性を保証されて
いる。ノズル７の先端側には絶縁部材11を介してキャッ
プ12が装着され、このキャップ12を外筒13に螺合するこ
とで、ノズル７を固定することが可能である。

【００１５】上記構成に於いて、ノズル７，ノズル台
８，キャップ12，外筒13によって構成された空間は、ノ
ズル７及びキャップ12を冷却する冷却水が流通する内部
空間14として機能する。前記内部空間14は必ずしも冷却
水の流通する室としてのみ機能するものではなく、ノズ
ル台８の先端に図示しないインナーキャップを取り付け
て内部空間14を更に２つの室に分割することで、一方の
室を冷却水の流通用室として機能させ、他方の室をノズ
ル７から噴射されるプラズマアークの周囲に二次気流を
沿わせて噴射する二次気流ガス室として機能させること
が可能である。

【００１６】絶縁部材11は、図２に示すように、ノズル
７の先端部分とキャップ12との間に配置されている。絶
縁部材11は、ノズル７の先端部分に形成された円筒状の
突起部７ａに嵌合し得る孔を持った筒状に形成されてお
り、大気に露出する部位にセラミックス部11ａが配置さ
れ、内部空間14に面する部位に合成樹脂部11ｂが配置さ
れている。

【００１７】セラミックス部11ａは断面がキャップ状に
形成されており、合成樹脂部11ｂはボス部11ｃとフラン
ジ部11ｄからなるフランジ状に形成されている。特に、
合成樹脂部11ｂのボス部11ｃは、ノズル７の先端部分に
形成した突起部７ａに取り付けたＯリング15と係合し得
る長さを持って形成されており、フランジ部11ｄは外周
の一部がキャップ12に接触して内部空間14に流通する冷
却水がセラミックス部11ａに触れることのないように構
成されている。

【００１８】即ち、絶縁部材11は、合成樹脂部11ｂのボ
ス部11ｃがノズル７の突起部７ａに取り付けたＯリング
15と接触して配置されることで、セラミックス部11ａの
内径とノズル７の突起部７ａとの間に僅かな間隙を形成
することが可能となり、該セラミックス部11ａに対しノ
ズル７から伝熱することがない。このため、セラミック
ス部11ａに対する熱の作用面の面積を小さくすることが
可能であり、該セラミックス部11ａに大きな温度勾配を
生じさせることがない。また合成樹脂部11ｂは、セラミ
ックス部11ａの有する剛性と比較して充分に高い弾性を
持った例えばポリイミド等を用いて形成されている。

【００１９】絶縁部材11を構成するセラミックス部11ａ
と合成樹脂部11ｂは互いに一体的に構成することが好ま
しい。例えば、セラミックス部11ａと合成樹脂部11ｂを
接着剤によって接着して一体的に構成することが可能で
あり、また合成樹脂部11ｂをセラミックス部11ａに圧入
して一体的に構成することも可能である。

【００２０】上記の如く構成したプラズマトーチＡで
は、ノズル７を冷却するための冷却水を流通させつつ、
図示しない被加工材に向けてノズル７からプラズマアー
クを噴射して例えば切断等の加工を実施したとき、該プ
ラズマアークからの輻射熱，被加工材の加工部位からの
輻射熱は絶縁部材11のセラミックス部11ａに作用し、該
セラミックス部11ａで遮蔽される。このセラミックス部
11ａに作用する熱は大気側からのみであり、ノズル７の
突起部７ａや冷却水にふれることがない。このため、セ
ラミックス部11ａは速やかに全体が一様な温度に上昇
し、大きな温度勾配が生じることがない。また合成樹脂
部11ｂは大気側に露出する部位がなく、常に冷却水によ
って冷却されるため、全体が一様な温度となり、冷却水
のシールを安定して発揮することが可能である。

【００２１】また、例えば、キャップ12が被加工材に接
触し、或いはキャップ12に付着したスパッタが成長して
被加工材に接触したような場合、キャップ12とノズル７
との間に配置された絶縁部材11によって電気的に絶縁す
ることで、ダブルアークが発生する虞がない。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチでは、ノズルとキャップとの間に配置す
る絶縁部材を、大気に露出する部位に高い耐熱性を有す
るセラミックスを配置すると共に、内部空間に面する部
位にセラミックスよりも弾性を持った合成樹脂を配置し
たので、プラズマ加工に伴う輻射熱やスパッタをセラミ
ックスに作用させることで保護することが出来、且つセ
ラミックスの温度勾配を小さくして割れやヒビの発生を
防止することが出来る。また内部空間に面する部位に配
置した合成樹脂に高い熱が作用しないため、該合成樹脂
が溶損することがなく、安定した絶縁性と冷却水のシー
ル性を維持することが出来る。このため、絶縁部材の寿
命を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマトーチの構成を説明する図である。

【図２】ノズルとキャップとの先端部分の構成を説明す
る図である。

【符号の説明】

Ａ プラズマトーチ １ 電極台 ２ ガイドパイプ ３ 電極 ４ 導電パイプ ５ 電極用冷却水路 ６ 絶縁体 ７ ノズル ７ａ 突起部 ８ ノズル台 ９ 冷却水通路 10 センタリングストーン 11 絶縁部材 11ａ セラミックス部 11ｂ 合成樹脂部 11ｃ ボス部 11ｄ フランジ部 12 キャップ 13 外筒 14 内部空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマアークを噴射するノズルと該ノ
   ズルを保護するキャップとを有し前記ノズルとキャップ
   との間に電気的絶縁部材を配置したプラズマトーチに於
   いて、前記電気的絶縁部材が前記ノズルとキャップとの
   間から大気に露出する部位をセラミックスによって形成
   すると共にノズルとキャップとによって形成される内部
   空間に面する部位を合成樹脂によって形成したことを特
   徴とするプラズマトーチ。