JP2001150142A - プラズマトーチ用の電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラズマトーチの電極であって、センタリング
ストーンのコストを低減すると共に冷却水による冷却効
率を向上する。 【解決手段】電極Ａは、プラズマトーチの本体11に設け
た取付パイプ12に取り付けるための取付部１と、胴部２
を有しており、胴部２の外周所定位置にガイド部材とな
るセンタリングストーン14に嵌挿されるガイド部３を形
成すると共に該ガイド部３にプラズマガスを流通させる
複数のスリット４を形成する。ガイド部３及びスリット
４を電極Ａに形成することによってセンタリングストー
ン14の製造を簡略化することが可能となり、コストを低
減させることが出来る。電極Ａに形成したガイド部材３
に相当する容量が大きくなって熱容量が増大する。電極
Ａが保有し得る熱量が多くなり、冷却水による冷却効率
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却水による冷却
効率を向上させることが出来るプラズマトーチ用の電極
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ加工法を採用した場合、溶接や
切断或いは溶射等種々の作業を行なうことが可能であ
る。例えば、プラズマを利用して鋼板を切断する方法を
説明すると、プラズマトーチに取り付けた電極の先端面
の周囲にプラズマ化させるガスを供給すると共に該電極
とノズルとの間に通電してパイロットアークを形成して
ノズルから噴射し、このパイロットアークが鋼板と接触
したとき、電極と鋼板との間に通電してメインアークを
形成し、このメインアークによって鋼板を溶融すると共
に溶融物を母材から排除しつつプラズマトーチを移動さ
せることで、鋼板を切断している。

【０００３】ここで、電極を取り付けたプラズマトーチ
の構成について図５，図６により簡単に説明する。図に
於いて、電極51は導電性を有し且つ片持ち梁状に形成さ
れた取付パイプ52に取り付けられている。この電極51は
内部にネジを形成した取付部51ａと、外周が円筒状に形
成された胴部51ｂとからなり、該胴部51ｂに絶縁性を持
ったセンタリングストーン53が装着されている。またセ
ンタリングストーン53には導電性を持ったノズル部材54
が装着され、更に、キャップ55が装着されている。この
キャップ55はプラズマトーチの本体56に螺合されてお
り、これにより、電極51は片持ち梁状の取付パイプ52に
取り付けられているにも関わらず、本体56の軸心と略一
致して固定されている。

【０００４】センタリングストーン53は、電極51に装着
されたとき、該電極51の外周部との間にプラズマ化させ
るガスの通路を形成すると共に、電極51が本体56の軸心
からズレているような場合、キャップ55の本体56に対す
る装着に伴って該電極51を本体56の軸心に一致させる機
能と、電極51と本体56とを電気的に絶縁する機能を有す
る。このため、センタリングストーン53はセラミックス
によって構成され、且つ電極51の胴部51ｂと対向する部
位には、胴部51ｂの径よりも僅かに大きい内径を持った
嵌挿部53ａが形成されると共に該嵌挿部53ａに複数の流
通孔53ｂが形成されている。

【０００５】また電極51の表面から形成されるパイロッ
トアーク，メインアークは極めて高温であるため、電極
51は冷却されている。即ち、取付パイプ52の内部には冷
却パイプ57が配置されており、電極51を取付パイプ52に
取り付けたとき、冷却パイプ57の先端が電極51の内部に
挿入され、矢印に沿って供給された冷却水によって冷却
される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】センタリングストーン
をセラミックスによって構成する場合、複数の流通孔を
形成することが必須となり加工が複雑でコストが高いと
いう問題がある。

【０００７】また上記従来の電極では、外周にセラミッ
クス製のセンタリングストーンが嵌挿されており、該セ
ンタリングストーンにプラズマガスの流通路が形成され
ている。このセンタリングストーンは極めて熱伝導率が
低いため、電極を該センタリングストーンを介して冷却
することは期待し得ないという問題がある。このため、
電極の内部を流通する冷却水の冷却効率を如何にして向
上させるか、が問題となっている。

【０００８】本発明の目的は、センタリングストーンの
コストを低減すると共に電極の容積を大きくすることに
よって冷却水による冷却効率を向上し得るプラズマトー
チ用の電極を提供することにある。

【０００９】

【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用の電極は、ガイド部材
を介してプラズマトーチの取付部に取り付けられ先端面
から放電して該先端面の周囲に供給されたガスをプラズ
マ化させるプラズマトーチ用の電極であって、外周面の
所定部位にガイド部材に嵌挿されるガイド部を形成する
と共に該ガイド部にプラズマ化させるガスを流通させる
流通路を形成したものである。

【００１０】上記電極では、電極の外周面の所定部位に
プラズマ化させるガス（プラズマガス）を流通させる流
通路を形成したので、電極を嵌挿するガイド部材となる
センタリングストーンにプラズマガスの流通路を形成す
る必要がない。このため、センタリングストーンのコス
トを低減することが出来る。

【００１１】また電極の外周面の所定部位に流通路を形
成することによって、該電極の容積を大きくして熱容量
を増加させることが出来る。このため、電極自体が保有
し得る熱が多くなり、冷却水による冷却効率を向上する
ことが出来る。更に、前記流通路をプラズマガスが流通
する際に該プラズマガスによって電極を冷却することが
出来、電極に対する冷却効率をより向上することが出来
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、上記電極の好ましい実施形
態について図を用いて説明する。図１は第１実施例に係
る電極の構成を説明する図である。図２はプラズマトー
チの構成例を示す断面図である。図３はガイド部材と電
極の関係を説明する図である。図４は第２実施例に係る
電極の構成を説明する図である。

【００１３】図１に於いて、電極Ａは、図２に示すプラ
ズマトーチの本体11に設けた取付パイプ12に取り付ける
ための取付部１と胴部２とを有している。胴部２の外周
部位には予め設定された外径を持ったガイド部３が形成
されており、このガイド部３にプラズマガスの流通路と
なる複数のスリット４が形成されている。また電極Ａに
はハフニウム等からなる電極材５が配置されている。

【００１４】上記電極Ａに於いて、従来から製造されて
いる電極と異なる点は、ガイド部３及び該ガイド部３に
形成されたスリット４にある。即ち、電極Ａはガイド部
３，スリット４以外の構成である取付部１，胴部２，電
極材５は従来の電極と全く同一である。このため、従来
の電極に比較してスリット４を差し引いたガイド部３に
対応する分だけ容量が大きくなり、これに伴って熱容量
が大きくなる。即ち、従来の電極と比較して多くの熱を
保有し得ることとなる。

【００１５】電極Ａの内部には、該電極Ａを取付パイプ
12に取り付けたときに挿入される冷却パイプ13とによっ
て冷却水の流通路を形成する穴６が形成されており、該
穴６の出口側であって取付部１と対応する部位にはネジ
部７が形成されている。しかし、プラズマトーチの形式
によっては単に取付パイプ12に差し込むことで取り付け
ることが可能なものもあり、この場合、ネジ部７は必ず
しも必要なものではない。

【００１６】ガイド部３は電極Ａの胴部２と一体的に形
成されており、ガイド部材となるセンタリングストーン
14の内径よりも僅かに小さい外径を持って形成されてい
る。このため、電極Ａを取付パイプ12に取り付けた後、
該電極Ａにセンタリングストーン14，ノズル部材15及び
キャップ16を順に装着し、キャップ16を本体11に螺合す
ることによって、自由状態にある取付パイプ12がプラズ
マトーチの軸心17に対し傾斜しているような場合、この
傾斜を矯正して電極Ａの電極材５を軸心17に略一致させ
ることが可能である。

【００１７】ガイド部３に形成されるスリット４の数や
寸法は予め電極Ａの設計段階で設定されている。またプ
ラズマアークを形成するに際し、プラズマガスを旋回さ
せて電極Ａの先端面に供給することで、該電極Ａに於け
るプラズマアークの発生位置を可及的に軸心に一致さ
せ、或いは軸心の近傍に位置させ得ることが知られてい
る。このため、通路18を介して供給されたプラズマガス
を電極Ａとノズル部材15との間に形成されたプラズマ室
19に旋回させた状態で供給し得るように、スリット４は
所定の角度で傾斜して形成されている。

【００１８】上記の如く構成された電極Ａには、絶縁性
を有し且つ図３に示すように構成されたセンタリングス
トーン14が装着される。即ち、センタリングストーン14
は、内部に異なる径を持った２つの穴14ａ，14ｂを有し
ており、穴14ａに電極Ａのガイド部３が嵌合され、穴14
ｂに電極Ａの取付部１が嵌合される。

【００１９】このため、センタリングストーン14は従来
のセンタリングストーンと異なり、内部にプラズマガス
を流通させる流通路を形成する必要がなく、該流通路の
形成に必要な工程を省略してコストの低減をはかること
が可能である。

【００２０】次に、上記電極Ａを取り付けたプラズマト
ーチについて図２により説明する。電極Ａは本体11に片
持ち梁状に設けられ、且つ図示しない電源に接続された
取付パイプ12に螺合されることで通り付けられている。
そしてパイロットアークを形成する場合、メインアーク
を形成する場合に夫々予め設定された電流が印加され、
ノズル部材15との間で、或いは被加工材との間で放電さ
れる。

【００２１】電極Ａを取付パイプ12に取り付けたとき、
電極Ａの内部には冷却パイプ13の先端部分が挿入され、
該冷却パイプ13を介して供給された冷却水は、電極Ａに
配置された電極材５の裏面側に衝突した後、電極Ａの内
面と接触して該電極Ａを冷却する。その後、冷却水は通
路20を通りノズル部材15を冷却した後、外部に排出され
る。

【００２２】取付パイプ12に取り付けられた電極Ａにセ
ンタリングストーン14が装着されている。このとき、電
極Ａに形成されたガイド部３の外周がセンタリングスト
ーン14の穴14ａの内面と接触して案内される。前記状態
では、センタリングストーン14は単に電極Ａのガイド部
３に装着されているに過ぎず、電極Ａに対しなんの規制
も行なってはいない。

【００２３】上記センタリングストーン14にノズル部材
15が装着され、これにより、電極Ａとの間にプラズマ室
19を形成している。このノズル部材15は、センタリング
ストーン14に装着したとき一部が導電性を有する器頭21
に接触しており、パイロットアークを形成する際に通電
される。

【００２４】またノズル部材15にはキャップ16が装着さ
れ、該キャップ16を本体11に螺合することで電極Ａを軸
心17に略一致させるように規制することが可能である。
またキャップ16を本体11に螺合したとき、該キャップ16
とノズル部材15との間に二次気流室22が形成され、該二
次気流室22に供給された二次ガスをノズル部材15のノズ
ル15ａから噴射するプラズマアークの周囲にさや状に噴
射することが可能である。

【００２５】上記の如く構成されたプラズマトーチに於
いて、パイロットアーク或いはメインアークを形成する
際に電極Ａに対する冷却は次のように行なわれる。

【００２６】即ち、冷却パイプ13から流通した冷却水
は、電極Ａに配置された電極材５の裏面側に衝突した
後、該電極Ａの内面と接触しつつ流通することで熱交換
して冷却する。電極Ａは従来の電極と比較して、スリッ
ト４を差し引いたガイド部材３に対応する容量分だけ容
量が増加しており、この増加分に相当する熱容量が増加
することとなる。従って、電極Ａは前記した熱容量の増
加分に相当する分の熱を余分に蓄えることが可能とな
る。更に、また電極Ａは通電性を確保するため一般的に
銅又は銅合金によって構成されており、熱伝導率は冷却
水よりも大きい。このため、冷却水を流通させることに
よって円滑に熱交換して冷却することが可能となる。

【００２７】またパイロットアーク或いはメインアーク
を形成する際に、通路18を介して供給されたプラズマガ
スは、電極Ａのガイド部３に形成されたスリット４を通
ってプラズマ室19に流通する。この過程で、プラズマガ
スは電極Ａを構成している素材と直接接触することとな
り、ガイド部３及びスリット４を通過する際に接触する
表面積分、従来の電極に比較して熱交換面積が多くな
り、冷却効率をより向上することが可能となる。

【００２８】図４は第２実施例に係る電極Ｂの構成を説
明する図である。本実施例では、電極Ａのガイド部３に
形成されたスリット４に代えて穴８を形成している。こ
の穴８はメインアークを形成する際に必要なプラズマガ
スの量に応じて予め設定された径と数を有しており、ス
リット４と同様に所定の角度を持って傾斜している。

【００２９】上記の如く構成された電極Ｂであっても、
前述の電極Ａと同様に、センタリングストーン14のコス
トを低減させることが可能であり、且つ電極Ｂ自体の冷
却効率を向上させることが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチ用の電極では、電極の外周所定部位にガ
イド部材に嵌挿されるガイド部を形成すると共に該ガイ
ド部にプラズマガスを流通させる流通路を形成すること
によって、ガイド部材となるセンタリングストーンのコ
ストを低減することが出来る。

【００３１】また電極の外周分に形成するガイド部材に
相当する電極の容量を大きくすることが出来る。このた
め、電極の熱容量が大きくなり、該電極の保有し得る熱
を多くして冷却水による冷却効率を向上することが出来
る。更に、電極の外周に形成された流通路をプラズマガ
スが流通することで、該プラズマガスが電極の素材と直
接接触して冷却することが出来、接触面積を増加させて
冷却効率をより向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る電極の構成を説明する図であ
る。

【図２】プラズマトーチの構成例を示す断面図である。

【図３】ガイド部材と電極の関係を説明する図である。

【図４】第２実施例に係る電極の構成を説明する図であ
る。

【図５】従来の電極を取り付けたプラズマトーチの構成
を説明する図である。

【図６】従来の電極とセンタリングストーンの関係を説
明する図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ 電極 １ 取付部 ２ 胴部 ３ ガイド部 ４ スリット ５ 電極材 ６ 穴 ７ ネジ部 ８ 穴 11 本体 12 取付パイプ 13 冷却パイプ 14 センタリングストーン 14ａ，14ｂ 穴 15 ノズル部材 15ａ ノズル 16 キャップ 17 軸心 18，20 通路 19 プラズマ室 21 器頭 22 二次気流室

フロントページの続き (72)発明者 水野 成司 東京都江戸川区西小岩３−35−16 小池酸 素工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E001 LH09 ME05 ME10 NA01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド部材を介してプラズマトーチの取
   付部に取り付けられ先端面から放電して該先端面の周囲
   に供給されたガスをプラズマ化させるプラズマトーチ用
   の電極であって、外周面の所定部位にガイド部材に嵌挿
   されるガイド部を形成すると共に該ガイド部にプラズマ
   化させるガスを流通させる流通路を形成したことを特徴
   とするプラズマトーチ用の電極。