JP2001252770A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極とノズル部材との間で放電させてパイロッ
トアーク或いはプラズマアークを形成するプラズマトー
チに於いて、ノズル台に発生するアーキングを軽減させ
又はアーキングの発生を防止する。 【解決手段】プラズマトーチＡは、導電性を有する電極
台４に電極１を着脱可能に取り付け、この電極１に対向
して且つ電気的に絶縁して導電性を有するノズル台13の
突き当て部13ｃにノズル部材２を着脱可能に取り付け
る。ノズル台13の突き当て部13ｃとノズル部材３の端部
との間に導電部材17を配置する。電極１とノズル部材13
との間にプラズマ室14を形成し、プラズマ室14にプラズ
マガスを供給しつつ電極１とノズル部材２との間に通電
してプラズマガスをプラズマ化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極とノズル部材
との間で放電させたときに発生する損傷を軽減して寿命
を延長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】被加工材に向けてプラズマアークを噴射
して切断や溶接、或いは溶射等の加工を行うプラズマ加
工法が普及している。このようなプラズマ加工を行うた
めのプラズマトーチでは、プラズマトーチに取り付けた
電極と該電極に対向して配置したノズル部材との間に形
成したパイロットアークをプラズマトーチから被加工材
に向けて噴射し、該パイロットアークが被加工材に接触
したときに電極と被加工材との間で放電させてプラズマ
アークを形成し、このプラズマアークによって目的の加
工を行う移行式プラズマトーチと、電極とノズル部材と
の間でプラズマアークを形成してプラズマトーチから被
加工材に向けて噴射し、このプラズマアークによって目
的の加工を行う非移行式プラズマトーチとがあり、目的
の加工内容や被加工材の厚さ等の条件に応じて適宜選択
的に用いられている。

【０００３】移行式プラズマトーチに於けるパイロット
アークを形成する電極とノズル部材、或いは非移行式プ
ラズマトーチに於けるプラズマアークを形成する電極と
ノズル部材は、何れもプラズマトーチの電極台或いはノ
ズル台に対し着脱可能に装着される。

【０００４】ここで、上記プラズマトーチを代表して移
行式プラズマトーチの構成を図３により説明する。図に
於いて、電極51はプラズマトーチの本体52に設けた導電
性を有する電極台53にネジ54を螺合することで着脱可能
に取り付けられている。電極51，電極台53の外周部はプ
ラズマガスの供給路55としての機能を有している。また
電極51の外周には絶縁性を有するセンタリングストーン
56が配置されており、該センタリングストーン56の先端
にプラズマガスを流通させる孔56ａが形成されている。

【０００５】ノズル部材57は、本体52に形成した窪み59
に挿入されて端部がノズル台58に突き当てられ、且つノ
ズル部材57の外周部に取り付けた取付部材60を本体52に
螺合することで、本体52に取り付けられている。このよ
うに、ノズル部材57はセンタリングストーン56によって
電極51と絶縁した状態で取り付けられている。また電極
51の先端面とノズル部材57の内周面との間にプラズマ室
61が形成され、該プラズマ室61にセンタリングストーン
56を介してプラズマガスが供給される。

【０００６】上記の如く構成されたプラズマトーチでは
パイロットアークを形成するに際し、電極51に対する通
電は電極台52と螺合するネジ54を介して行われ、ノズル
部材57に対する通電は主としてノズル台58との突き当て
部分を介して行われる。従って、供給路55，センタリン
グストーン56の孔56ａを介してプラズマ室61にプラズマ
ガスを供給しつつ、電極51とノズル部材57との間で通電
することで、供給されたプラズマガスをプラズマ化して
パイロットアークを形成し、このパイロットアークをノ
ズル部材57から噴射して被加工材に接触させ、その後、
電極51と被加工材との間で通電すると共にノズル部材57
に対する通電を停止し、これにより、プラズマアークを
形成して被加工材に対する加工を行うことが出来る。

【０００７】上記プラズマトーチでは、電極51が消耗し
たような場合、消耗した電極51を新たな電極51に交換す
る必要が生じる。電極51の交換作業は、取付部材60の本
体52に対する螺合を解除して該取付部材60及びノズル部
材57を本体52，ノズル台58から取り外した後、電極51を
電極台52から取り外す。その後、前記作業とは反対の作
業を行って電極51の交換が終了する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く構成された
プラズマトーチでは、電極を交換する都度ノズル部材の
取り外し及び装着が行われる。このため、ノズル部材と
ノズル台との突き当て部位にゴミやスケール等の異物が
入り込むことがあり、ノズル部材とノズル台との突き当
て部に隙間が形成されることがある。この場合、ノズル
台に電圧を印加したとき、ノズル台とノズル部材との間
でスパークする。ノズル台は製造の際の加工性の面か
ら、導電性を持った快削黄銅等の材料を用いるのが一般
的であり、スパークしたときに損傷する（電蝕・アーキ
ング）という問題がある。

【０００９】本発明の目的は、ノズル台に発生するアー
キングを軽減させたプラズマトーチを提供することにあ
る。

【００１０】

【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、導電性を有する電極
台に着脱可能に取り付けられた電極と、前記電極に対向
して且つ電気的に絶縁して配置され導電性を有するノズ
ル台に着脱可能に取り付けられたノズル部材と、前記電
極とノズル部材との間に形成されたプラズマ室とを有
し、前記プラズマ室にプラズマガスを供給しつつ電極と
ノズル部材との間に通電してプラズマガスをプラズマ化
するプラズマトーチであって、前記ノズル台とノズル部
材との間に導電部材を配置したものである。

【００１１】上記プラズマトーチでは、ノズル台とノズ
ル部材との間に導電部材を配置することによって、ノズ
ル台とノズル部材との間で通電した場合、ノズル台と導
電部材との間にアーキングが発生することがなく、プラ
ズマトーチの寿命を延長することが出来る。

【００１２】導電部材としては、アーキングが発生して
も損傷する可能性の少ないい素材を用いることが好まし
い。このような素材としては、銅，銀，金，白金及びこ
れらを主成分とする合金がある。

【００１３】また導電部材としては、弾性を有すること
が好ましい。弾性を発生させるために、例えば、ノズル
台と導電部材との間にコイルバネ，板バネ，皿バネ等の
弾性部材を配置して該導電部材をノズル部材の方向に付
勢しても良く、導電性部材自体を皿バネ，皿バネ座金状
に形成しても良い。

【００１４】

【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断面図である。図２は導電
部材の形状の例を示す図である。

【００１５】図に示すプラズマトーチＡは移行式プラズ
マトーチとして構成されており、電極１とノズル部材２
の間に通電してパイロットアークを形成し、形成された
パイロットアークをノズル部材２の孔２ａ及び第２ノズ
ル部材３の孔３ａから噴射し、該パイロットアークがプ
ラズマトーチＡと対向して配置された図示しない被加工
材に接触したとき、電極１と被加工材との間に通電して
メインアークを形成し、同時に電極１とノズル部材２と
の間の通電を停止させてパイロットアークを停止させる
ことで、メインアークによって被加工材に目的の加工を
行なうように構成したものである。特に、プラズマトー
チＡでは、プラズマガスとして酸素ガスを用い、この酸
素ガスを電極１の周囲に供給してプラズマ化すること
で、被加工材を切断する切断トーチとして構成されてい
る。

【００１６】図に於いて、電極１は銅或いは銅合金によ
って形成された電極材ホルダーの略中心にハフニウム或
いはジルコニウムからなる電極材１ａを埋設して構成さ
れており、導電性を持った電極台４にネジ５を介して着
脱可能に装着されている。この電極台４は導電性を有す
る筒状の部材として形成され、プラズマトーチＡの本体
６に固着されている。また電極台４の内部には冷却水を
供給する冷却管７が設けられており、該冷却管７から供
給された冷却水は電極１の裏面１ｂと接触して該電極１
を冷却し、その後、冷却管６と電極台４の間に形成され
た通路８を通ってノズル部材２を冷却する通路８に導か
れ、その後、プラズマトーチＡの外部に排出される。

【００１７】電極１の外周には絶縁性を有するセンタリ
ングストーン９が配置され、電極台４の外周にも絶縁性
を有する絶縁材10が配置され、該絶縁材10は本体６に装
着されている。前記電極台４と絶縁材10との間にプラズ
マガスを流通させる流通路11が形成され、該流通路11を
流通したプラズマガスがセンタリングストーン９に形成
された孔９ａからプラズマ室14に供給される。

【００１８】センタリングストーン９の先端に銅或いは
銅合金によって形成されたノズル部材２が配置され、該
センタリングストーン９がノズル部材２の内部に嵌入し
て両者が当接している。またノズル部材２はカップ状の
取付部材12に嵌合しており、該取付部材12をノズル台13
の外周部に形成したネジ部13ａに螺合することで、ノズ
ル部材２をノズル台13の先端部に形成した窪み13ｂに嵌
入させて装着し得るように構成されている。また取付部
材12によるノズル部材２のノズル台13への装着に伴っ
て、ノズル部材２に当接させたセンタリングストーン９
を電極１とノズル台13の間に装着することが可能であ
る。

【００１９】そしてノズル部材２，取付部材12をノズル
台13に取り付けることで、これらの部材によって冷却水
の通路８が構成される。また電極１とノズル部材２及び
センタリングストーン９とによってプラズマ室14が構成
される。

【００２０】ノズル部材２の外周に第２ノズル部材３が
設けられており、該ノズル部材３はキャップ15によって
本体６に取り付けられている。そしてノズル部材２と第
２ノズル部材３とによって二次気流室16が形成され、該
二次気流室16に酸素ガスを含む予め設定されたガスが供
給され、プラズマアークに沿わせて第２ノズル部材３の
孔３ａから外部に向けて噴射される。

【００２１】上記の如く構成されたプラズマトーチＡに
於いて、ノズル部材２の端部２ｂとノズル台13の突き当
て部13ｃとの間に導電性を有し且つリング状に形成され
た導電部材17が着脱可能に配置されている。この導電部
材17はノズル部材２とノズル台13の突き当て部13ｃの間
に配置されてノズル台13とノズル部材２とを良好な通電
状態に保持するものであり、高い導電電性を有し且つア
ーキングが発生したときに大きな影響を受けることのな
い素材を用いている。このような素材としては銅，銀，
金，白金及びこれらの金属を主成分とする合金があり、
これらを選択的に用いて導電部材17を形成している。

【００２２】また導電部材17を全体として弾性を発揮し
得るように構成することが好ましい。このような導電部
材17としては、例えば図２（ａ）に示すように、皿バネ
或いは皿バネ座金状に形成されたものや、同図（ｂ）に
示すように、リング状の板バネ状に形成されたものがあ
る。また必ずしも導電部材17をバネ状に形成しなくとも
良く、リング状の導電部材17とノズル台13の突き当て部
13ｃに導電性を持ったバネを配置して弾性を発揮し得る
ように構成しても良い。

【００２３】導電部材17はノズル台13の突き当て部13ｃ
に対し着脱可能に構成されており、ノズル２のノズル台
13に対する着脱回数の増加に伴って、該導電部材17に変
形が生じたような場合、新たな導電部材17に交換し得る
ように構成されている。特に、導電部材17の外径をノズ
ル台13の窪み13ｂの径よりも僅かに大きい寸法とするこ
とで、打ち込み効果を発揮して導電部材17を安定した状
態でノズル台13に取り付けることが可能であり、また導
電部材17の内径をノズル台13の突き当て部13ｃの内径よ
りも小さい寸法とすることで、導電部材17のノズル台13
の突き当て部13ｃからの取り外しを容易に行なうことが
可能である。

【００２４】上記の如く構成されたプラズマトーチＡで
は、プラズマ室14に酸素ガスを供給すると共に電極１と
ノズル部材２との間で放電させることで、供給された酸
素ガスによってパイロットアークを形成することが可能
である。このとき、ノズル台13とノズル部材２とは導電
部材17を介して電気的に接続され、安定した通電状態を
維持することが可能である。

【００２５】形成されたパイロットアークは、ノズル部
材２の孔２ａ，第２ノズル部材３の孔３ａを通過して外
部に吹き出されて図示しない被加工材と接触する。この
とき、電極１と被加工材との間に電圧を印加して放電さ
せると両者の間にプラズマアークが形成され、同時に電
極１とノズル部材２との間の通電を停止させることでパ
イロットアークを停止させ、これにより、電極１と被加
工材との間に形成されたプラズマアークを維持する。

【００２６】プラズマアークの形成に伴って、二次気流
室16に酸素ガス或いは他のガスを供給して夫々第２ノズ
ル部材３の孔３ａから噴射させることで、プラズマアー
クに沿わせて二次気流を噴射することが可能である。そ
して、被加工材に向けてプラズマアーク及び二次気流を
噴射しつつ、プラズマトーチＡを予め設定された方向に
移動させると、この移動過程で、プラズマアークが被加
工材を酸化させると共に溶融させ、同時に酸化物，溶融
物を被加工材から排除して連続的な溝を形成して該被加
工材を切断することが可能である。

【００２７】特に、電極１を交換する際にノズル部材２
をノズル台13から取り外したとき、ノズル部材２と導電
部材17との間に異物が入り込んだような場合、この異物
の影響によって両者の間に僅かな間隙が形成されも導電
部材17が良好な導電性を有するため、円滑に導電してア
ーキングの発生を軽減させることが可能である。また導
電部材17として銅，銀，金，白金及びその合金を用いる
ことによって、アーキングが発生した場合であっても損
傷を最小限に押さえることが可能であり、且つアーキン
グの発生に伴って発生する損傷が成長した場合には、導
電部材17をノズル台13から取り外して新たな導電部材17
と交換することが可能であり、プラズマトーチの損傷を
防止することが可能である。

【００２８】更に、導電部材17を全体として弾性を発揮
し得るように構成した場合には、ノズル部材２と導電部
材17との間の異物に関わらず両者を圧接させて良好な導
電状態を維持することが可能であり、アーキングの発生
を防止することが可能となる。

【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、ノズルとノズル台との間に導電部
材を設けることによって、アーキングを防止し、或いは
アーキングの発生を軽減させることが出来る。このた
め、プラズマトーチのノズル台に損傷が発生することが
なく、プラズマトーチの寿命を延長することが出来る。

【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断面図であ
る。

【図２】導電部材の形状の例を示す図である。

【図３】従来のプラズマトーチ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 １ａ 電極材 １ｂ 裏面 ２ ノズル部材 ２ａ，３ａ 孔 ３ 第２ノズル部材 ４ 電極台 ５ ネジ ６ 本体 ７ 冷却管 ８ 通路 ９ センタリングストーン ９ａ 孔 10 絶縁部材 11 通路 12 取付部材 13 ノズル台 13ａ ネジ 13ｂ 窪み 13ｃ 突き当て部 14 プラズマ室 15 キャップ 16 二次気流室 17 導電部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 成司 群馬県伊勢崎市長沼町 222番地１ 株式 会社群馬コイケ内 Ｆターム(参考） 4E001 LD20 LH09 LH10 ME04 ME10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性を有する電極台に着脱可能に取り
   付けられた電極と、前記電極に対向して且つ電気的に絶
   縁して配置され導電性を有するノズル台に着脱可能に取
   り付けられたノズル部材と、前記電極とノズル部材との
   間に形成されたプラズマ室とを有し、前記プラズマ室に
   プラズマガスを供給しつつ電極とノズル部材との間に通
   電してプラズマガスをプラズマ化するプラズマトーチで
   あって、前記ノズル台とノズル部材との間に導電部材を
   配置したことを特徴とするプラズマトーチ。