JP2005118816A - プラズマトーチ用のノズル - Google Patents
プラズマトーチ用のノズル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005118816A JP2005118816A JP2003356421A JP2003356421A JP2005118816A JP 2005118816 A JP2005118816 A JP 2005118816A JP 2003356421 A JP2003356421 A JP 2003356421A JP 2003356421 A JP2003356421 A JP 2003356421A JP 2005118816 A JP2005118816 A JP 2005118816A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- cooling water
- plasma torch
- plasma
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 72
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 33
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 17
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 16
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/28—Cooling arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3423—Connecting means, e.g. electrical connecting means or fluid connections
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3457—Nozzle protection devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
【課題】被加工材に向けてプラズマアークを噴射するノズルに対する冷却水による冷却を効果的に行うようにする
【解決手段】ノズルAは、プラズマトーチBに対し着脱可能に構成され且つ中心にプラズマアークを噴射する噴射孔1を形成し、インナーノズル2とアウターノズル3との組み合わせ体からなり、インナーノズル2とアウターノズル3との間に、環状の冷却水通路8と、該冷却水通路8と連通された少なくとも3つの独立した冷却水の水路9を形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】ノズルAは、プラズマトーチBに対し着脱可能に構成され且つ中心にプラズマアークを噴射する噴射孔1を形成し、インナーノズル2とアウターノズル3との組み合わせ体からなり、インナーノズル2とアウターノズル3との間に、環状の冷却水通路8と、該冷却水通路8と連通された少なくとも3つの独立した冷却水の水路9を形成する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、プラズマトーチ用のノズルに関し、特に被切断材に向けてプラズマアークを噴射して切断する切断用のノズルであって、切幅を狭くすると共に切断性能を向上させた所謂高品質切断を実現することが出来るノズルに関するものである。
例えば鋼板やステンレス鋼板等の被切断材を切断する場合、ガス切断法と比較して切断速度の向上をはかることが可能なプラズマ切断法を採用することが多くなっている。このプラズマ切断法は、被切断材に向けてプラズマアークを噴射し、該プラズマアークの熱によって母材を溶融させると共にプラズマアークの噴射エネルギーによって溶融物を排除して切断するものである。
代表的なプラズマ切断法を実施する例として特許文献1に記載されたプラズマトーチの構成について簡単に説明する。プラズマトーチの中心には電極が取り付けられており、該電極に対向させて、中心にプラズマアークを噴射する噴出口を設けプラズマトーチに着脱可能に構成されたノズル(チップともいう)が配置されている。このノズルはキャップをプラズマトーチに締結することで固定され、且つノズルの外周面とキャップの内周面との間に冷却水を流通させる通路が形成される。またプラズマトーチ側には電極及びノズルを冷却する冷却水の水路(供給路及び排水路)が形成されており、これらの供給路及び排水路はノズルとキャップの間に形成された前記通路に開口している。
上記構成に於いて、プラズマトーチに供給された冷却水は、電極の裏面側と接触して該電極を冷却した後、キャップとノズルとの間に形成された通路に供給され、この通路を通過する過程でノズルを冷却し、その後、プラズマトーチの外部に排水される。従って、電極及びノズルは冷却水によって冷却され、プラズマアークの熱による過度の加熱が防止される。
上記の如く構成されたプラズマトーチでは、電極と被切断材との間の通電に伴って形成されたプラズマアークは、ノズルの噴出口を通過する際に冷却されて絞られて被切断材に向けて噴射され、被切断材を溶融し且つ溶融物を排除して切断することが出来る。
プラズマ切断では切断速度が速いものの、ガス切断に比較して切幅が大きいという問題がある。このため、プラズマ切断ではプラズマアークを細く絞ることにより、切幅を狭くすることが行われる。特に、高品質の切断を実施する場合、電流密度を高くすることが必要となるが、このためにもプラズマアークを充分に絞ることが必要となる。
プラズマアークを絞るためには、ノズル、特にプラズマアークを噴射する噴射孔の周囲を効果的に冷却することが必要であるが、特許文献1に記載されているように、ノズルの外周面とキャップの内周面との間に冷却水の通路を構成した場合、この通路は噴出口の近くまで形成されるものの、プラズマトーチから供給された冷却水は本体部分の近傍(供給路から排水路への最短距離で)で循環してしまい、ノズルの先端部分(噴射孔近傍)では冷却水の流れが淀んで冷却が不充分になるという問題がある。
本発明の目的は、冷却水による冷却を効果的に行うことが出来るプラズマトーチ用のノズルを提供することにある。
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ノズルは、プラズマトーチに対し着脱可能に構成され且つ中心にプラズマアークを噴射する噴射孔を形成したプラズマトーチ用のノズルであって、第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体からなり、第1ノズル部材と第2ノズル部材との間に、環状の冷却水通路と、前記冷却水通路と連通された少なくとも3つの独立した冷却水の水路が形成されたものである。
上記プラズマトーチ用のノズルに於いて、環状の冷却水通路と連通された少なくとも3つの独立した水路が、第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体に於けるプラズマトーチの本体と対向する部位に形成されていることが好ましい。
上記プラズマトーチ用のノズルでは、ノズルを第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体とし、第1ノズル部材と第2ノズル部材との間に形成された環状の冷却水通路と連通した少なくとも3つの独立した水路の何れかに冷却水を供給したとき、この冷却水は供給された水路から環状の冷却水通路に導かれて第1,第2ノズル部材を冷却することが出来る。このため、ノズル自体を充分に冷却することが出来る。
また環状の冷却水通路と連通された独立した水路がプラズマトーチの本体と対向する部位に形成されているため、本体側から供給された冷却水は円滑に独立した水路の何れかに供給される。そして、独立した水路に供給された冷却水は、各ノズル部材の間に形成された冷却水通路に流通し、確実に噴射孔の周囲の壁を冷却することが出来、ノズルの冷却をより効果的に行うことが出来る。従って、噴射孔を通過するプラズマアークを効果的に冷却して細く絞ることが出来る。
上記の如く、プラズマアークを細く絞ることによって、切幅を狭くすることが出来、且つ電流密度を高くすることが出来る。このため、歩留りの向上をはかると共に切断速度の向上をはかることが出来る。
以下、本発明に係るプラズマトーチ用のノズルの最も好ましい形態について説明する。本発明に係るノズルは、ノズルを、第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体として構成することで、これらのノズル部材の間に冷却水を通す冷却水通路を形成し、この冷却水通路に冷却水を流通させることで、該ノズルに対する効果的な冷却を実現したものである。そして、ノズルを効果的に冷却することにより、プラズマアークを細く絞ることを実現すると共に電流密度を高くして高品質切断を実現したものである。
ノズルの内部に冷却水を流通させることによって、該ノズルの中心に設けたプラズマアークを噴射する噴射孔の周壁の背面に直接冷却水を接触させることが可能となり、ノズルに於ける最も高温に晒される部位を効果的に冷却することが可能となる。このため、噴射孔を通過するプラズマアークに対するサーマルピンチ効果を良好な状態で発揮させることが可能となり、該噴射孔の径を小さくしてもノズルがプラズマアークによって損傷を受けることがない。
ノズルの内部に冷却水を流通させるための構造としては特に限定するものではないが、例えばプラズマトーチの本体側に配置される第1ノズル部材の中心部分、或いはプラズマトーチの本体側から離隔して配置される第2ノズル部材の中心部分を所定の厚さを持った壁状に形成し、この壁部分に厚さ方向に貫通する噴射孔を形成すると共に他方のノズル部材の中心に噴射孔を形成した壁部分を嵌合させる嵌合部を設け、更に、両ノズル部材を嵌合したとき、対向する面の間に冷却水を流通させるのに充分な隙間を形成することが好ましい。
そして第1,第2ノズル部材の中心に形成した壁部分を嵌合部に嵌合した後、該嵌合部に形成された隙間を止水することで、これらのノズル部材の間に形成された隙間を漏水することのない冷却水通路として構成することが可能である。この冷却水通路は、噴射孔を形成した壁部分の周囲をめぐる環状の通路として形成され、供給された冷却水が環状の通路を通過する過程で壁部分と接触して該壁部分を冷却した後排水される。
噴射孔を形成するための壁部分の厚さや長さ等の寸法条件は特に限定するものではなく、対象となるノズルに設定された噴射孔を良好に形成し得る寸法を有することが必要である。特に、プラズマトーチが切断を目的とするものではなく、被加工材を溶融させることを目的とするような場合、溶融したスラグ等の影響でノズルに形成された噴射孔が損傷を受けることがある。この場合、噴射孔をパイプによって構成しておき、このパイプを交換し得るように構成することが好ましい。このようなノズルでは、パイプの太さを考慮して壁部分の寸法を設定することが好ましい。
冷却水の通路の断面積は特に限定するものではないが、プラズマトーチ側に形成された冷却水の供給孔の断面積と対応した断面積を有することが好ましい。このような断面積を有することによって、プラズマトーチに供給された冷却水に大きな抵抗を与えることなく流通させてノズルの冷却を効果的に行うことが可能となる。
ノズルを構成する材料として特に限定するものではないが、特に、中心にプラズマアークを噴射する噴射孔を形成したノズル部材は、高い耐熱性と高い熱伝導率を有し、且つ経済的に見合う材料を用いることが好ましい。このような材料としては銅、又は銅合金があり、これらの金属を選択的に用いることが可能である。
第1,第2ノズル部材の何れかに形成された噴射孔を有する壁部分と、他方のノズル部材に形成された嵌合部とを嵌合して止水する際の止水手段は特に限定するものではなく、第1,第2ノズル部材の間に形成された冷却水の通路に流通した冷却水が、棒状部と嵌合穴との嵌合部から漏水するのを防止し得れば良い。このような止水推断としては、ロー付け,接着,圧入等の手段があり、これらの手段を選択的に採用することが好ましい。
また第1,第2ノズル部材の間に形成された環状の冷却水通路と連通する少なくとも3つの独立した水路を形成することによって、何れかの水路に供給された冷却水は独立した水路に規制されて環状の冷却水通路に導かれる。このため、供給された冷却水は確実に噴射孔を形成した壁部分に到達してノズルの冷却をより効果的に行うことが可能となる。
独立した水路は少なくとも3つあれば良く、これ以上であれば幾つでも良い。しかし、水路の数はおのずと限界があり、該水路を形成する際の加工手段と、ノズルの寸法等の条件を考慮して適宜設定することが好ましい。
独立した水路は、何れかがプラズマトーチ側に設けた冷却水の供給路と実質的に直接連通し、他の何れかが排水路と実質的に直接連通することが必要である。このように、独立した水路をプラズマトーチ側の供給路,排水路と直接連通させるためには、水路の開放端側の面(ノズルの後端面)をプラズマトーチ側の供給路,排水路を形成した面に直接接触させることが好ましい。
特に、ノズルをプラズマトーチに取り付けたとき、何れかの水路が確実に供給路,排水路と対向して接触し得るように構成するには、供給路,排水路を単なる穴によって形成することなく、該穴の開口端部の面積を大きくすることが好ましい。このように開口端部の面積を大きくするには、例えば円弧状の溝として形成することが可能である。しかし、ノズルとプラズマトーチとの間に位置決め用の手段を構成することでも良い。
また独立した水路の開放端側の面をプラズマトーチ側の供給路,排水路を形成した面に直接接触させる場合、互いの面を必ずしもプラズマトーチの軸心に対して垂直な面として形成する必要はなく、軸心に対して交叉するテーパ状の面であっても良いことは当然である。
独立した水路は、第1,第2ノズル部材の間に形成された環状の冷却水通路に連通していれば良く、該水路の長さを限定するものではない。しかし、冷却水を確実に噴射孔を形成した壁部分に到達させるためには、環状の冷却水通路に於ける壁部分に接近した位置まで形成されていることが好ましい。このように、独立した水路を壁部分に接近し得る位置まで延長することによって、供給された冷却水の流れを規制して棒状部の冷却を効果的に行うことが可能である。
独立した水路を形成する場合の構造は特に限定するものではなく、ノズルの内部に形成された冷却水通路と連通すると共に個別に流通方向を規制し得るものであれば良い。このような独立した水路を形成するには、例えば、第1ノズル部材の外周面に少なくとも3つの突起片(分割片)を形成し、この分割片の突端部分を第2部材の内周面に接触させることで実現することが可能である。このような分割片は、第1ノズル部材を多角形の棒状の材料から切削加工によって形成し、或いは転造を含む熱間鍛造,冷間鍛造によって形成することが可能である。また第2ノズル部材の基部の内周面に切削加工,鍛造によって分割片を形成することも可能である。
更に、複数の分割片をリング状の片によって接続した分割部材を構成しておき、この分割部材を第1ノズル部材の外周に、或いは第2ノズル部材の内周に装着しても良い。このように、分割片を如何なる形状或いは構造とするかは限定するものではなく、ノズルの寸法を含む条件に応じて適宜選択することが可能である。
次に、本発明のノズルの好ましい実施例について図を用いて説明する。図1はプラズマアークに添わせて二次気流を噴射し得るようにしたノズルの構成を説明する断面図である。図2はアウターノズルの形状を説明する断面図である。図3はインナーノズルの形状を説明する断面図である。図4はプラズマトーチの構成を説明する断面図である。図5はプラズマトーチの要部を拡大した断面図である。
本実施例に係るノズルAの説明に先立って、図4,図5によりプラズマトーチBの構成を簡単に説明する。図に示すプラズマトーチBは、電極11及びノズルAに供給される冷却水の流路を中心として記載されている。
プラズマトーチBは、本体12の中心に設けた電極台13に電極11を着脱し得るように構成されており、該電極11の外周にプラズマガスを通過させる孔14aを有し且つ絶縁性を持った円筒状の絶縁体14が配置され、絶縁体14の外周に更にノズルAが配置されている。そしてノズルAに係合させたキャップ15を本体12に締結することで、ノズルAの後端面が本体12に設けた冷却水の給排水部材16に面接触し、且つノズルA及び絶縁体14が本体12に固定されている。
本実施例に於いて、給排水部材16の前面は本体12の軸心に対して直角面として形成されている。しかしテーパ面であっても良い。
本体12には中心軸と一致して冷却管17が設けられており、該冷却管17に冷却水の供給管18が接続されている。電極台13に電極11を取り付けることによって、該電極11が冷却管17の開放端側に対向して冷却管17の内周側と外周側とに連続した水路19が形成されている。この水路19は穴からなり、本体12の内部を通って給排水部材16に形成された給水路20に接続され、該給水路20からノズルAに接続される。また給排水部材16には、中心軸を基準として給水路20と対称位置に排水路21が形成されており、該排水路21に穴からなる水路22が接続され、更に水路22に図示しない排水管が接続されている。
本実施例に於いて、給水路20,排水路21は夫々水路19,22を構成する穴を基準として円弧状に形成された溝からなり、これらの溝の端部の間隔は、後述するノズルAに形成された独立した水路9の幅よりも大きい寸法に設定されている。従って、プラズマトーチBにノズルAを取り付ける際に、取付位置が如何なる状態であっても、一つの水路9に供給路20,排水路21が同時に連通することがない。
上記の如く構成されたプラズマトーチBでは、供給管18に冷却水を供給すると、供給された冷却水は、冷却管18の内部に形成された水路19を通って電極11の裏面に接触して冷却する。その後、冷却管18外周面と電極台13との間に形成された水路19を通り、給排水部材16に形成された供給路20に至り、ノズルAに供給される。ノズルAに供給された冷却水は、該ノズルAを冷却した後、給排水部材16に形成された排水路21に排水され、その後、水路22及び図示しない排水管を通ってプラズマトーチBの外部に排水される。
上記の如くしてプラズマトーチB及びノズルAを冷却した状態で、絶縁体14を介して電極11の周囲に形成されたプラズマ室23にプラズマガスを供給し、電極11とノズルAとの間で放電させ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A噴射孔から図示しない被切断材に向けて噴射し、パイロットアークが被切断材に到達した後、電極11と被切断材との間で通電してプラズマアーク(メインアーク)を形成する。このプラズマアークによって被切断材を溶融させると共に溶融物を排除することで、被切断材には、排除された母材の部分が厚さ方向に貫通した溝として形成される。
従って、電極11と被切断材との間の通電を維持した状態で、即ち、プラズマアークを形成した状態で、プラズマトーチBと被切断材を相対的に所望の方向に移動させることで、被切断材に連続した溝を形成し、これにより、被切断材を所望の形状に切断することが可能である。
次に、図1〜図3により本実施例に係るノズルAについて説明する。本実施例に係るノズルAは、プラズマアークに添えて二次気流を噴射し得るように構成されている。しかし、本発明のプラズマトーチ用のノズルは、二次気流の有無について限定するものではない。即ち、本発明のプラズマトーチ用のノズルは、ノズルの内部に冷却水の通路を形成することによってプラズマアークを噴射する噴射孔を効果的に冷却し得るように構成したものであり、噴射孔から噴射されたプラズマアークの周囲に、二次気流が存在するか否か、或いは三次気流以上の高次の気流が存在するか否かを問うものではない。
ノズルAは、中心にプラズマアークを噴射する噴射孔1を設けた壁部2aを有し第1ノズル部材となるインナーノズル2と、中心にインナーノズル2の壁部2aを嵌合する嵌合部となる嵌合穴3aを有し第2ノズル部材となるアウターノズル3と、アウターノズル3の外周側に配置され該アウターノズル3の外周面との間に二次気流通路4を形成すると共にプラズマアウター及び二次気流を噴出する噴出口5aを有する二次気流キャップ5と、アウターノズル3と二次気流キャップ5との間に配置される絶縁体6と、を有して構成されている。
尚、本実施例に於いて、噴射孔1はインナーノズル2に形成されている。しかし、噴射孔1がアウターノズル3に形成されていても良いことは当然であり、この場合、インナーノズル2に嵌合部が形成される。
インナーノズル2は、中心に噴射孔1を形成した壁部2aが形成され、該壁部2aから連続して末広がり状のテーパ部2b(テーパ面2b)が形成され、更に、テーパ部2bの最も径の大きい部分に連続して軸心に対して平行な基部2cが形成されている。壁部2aは噴射孔1に設定された長さと径を形成するのに充分な長さと太さを有しており、テーパ部2bの小径側の端部(先端)から突起状に形成されている。
テーパ部2bのテーパ角度や長さ等は特に限定するものではなく、プラズマトーチBの本体12とキャップ15の間に形成される空間の大きさに応じて設定される。
基部2cはテーパ部2bに連続し、ノズルAの軸心に対して平行に形成されている。特に、インナーノズル2は六角棒を材料として形成されており、この六角棒から切削加工によってテーパ部2b,壁部2aを形成し、基部2cに六角棒の角を残して該角を独立した水路を形成する分割片2dとして機能させ、且つ平面2eを独立した水路を構成する面として機能させている。
尚、インナーノズル2の内周側は、ノズルAをプラズマトーチBの本体12に取り付けたとき、電極11の前面との間にプラズマ室23を構成する面2fとして形成されている。また壁部2aの外周面,基部2cの外周面には夫々Oリング7を装着するための溝2gが形成されている。
アウターノズル3は、中心にインナーノズル2に形成された壁部2aを嵌合する嵌合穴3aが形成され、該嵌合穴3aに連続して末広がり状のテーパ部2b(テーパ面3b)が形成され、更にテーパ部2bの最も径の大きい部分に連続してノズルAの軸心と平行で、且つ円筒状の内面3dを持った基部3cが形成されている。
嵌合穴3aは、インナーノズル2に形成した壁部2aを嵌合して該壁部2aに設けたOリング7と接触することで止水性を発揮することが可能である。しかし、嵌合穴3aと壁部2aとを嵌合させた後、例えば接着剤を注入して、或いはロー付けすることで、より高い止水性を確保している。
アウターノズル3とインナーノズル2を嵌合したとき、テーパ面2bとテーパ面3bとの間に冷却水を流通させる環状の冷却水通路8が形成される。また基部3cの内面3dはインナーノズル2の基部2cに形成されている分割片2dと接触して該基部2cの平面2eと内面3dとによって独立した水路9を形成している。従って、水路9は、各ノズル2,3のテーパ面2b,3bとの間に形成された環状の冷却水通路8と連通し、且つ6つの独立した水路9として構成される。
アウターノズル3とインナーノズル2を一体化させて組み合わせ体としたとき、各ノズル2,3の基部2c,3cの後端側の端面10は略同一平面となる。本実施例に於いて、端面10はノズルAの軸心に対し直角面として構成されているが、この角度に限定するものではなく、テーパ状の面であっても良い。そして、ノズルAをプラズマトーチBの本体12に装着したとき、端面10が給排水部材16の前面と面接触し、該給排水部材16に形成された供給路20,排水路21と接続される。
即ち、ノズルAをプラズマトーチBの本体12に設けたノズル台13に装着することによって、該ノズルAに形成された少なくとも3つの独立した水路9の何れかが給水路20と接続され、且つ他の水路9の何れかが排水路21と接続される。従って、ノズルAに形成された環状の冷却水通路9は、何れかの水路9を介して供給路20と接続されると同時に何れかの水路9を介して排水路21と接続された冷却水の経路を構成することとなる。
尚、アウターノズル3の基部3cの外周にはOリング7を装着するための溝3eが形成されている。
上記の如く構成されたノズルAでは、インナーノズル2,アウターノズル3の基部2c,3cの間に形成された6つの水路9の何れか1つ或いは2つの水路9に冷却水を供給すると、供給された冷却水は水路9から環状の冷却水通路8に導かれ、該冷却水通路8で壁部2aと接触して冷却した後、供給された側の水路9とは反対側にある水路9から排水される。
従って、供給された冷却水は全てが確実に環状の冷却水通路8を流通することとなり、この過程で壁部2aを冷却して実質的に噴射孔1を冷却することが可能となる。このため、噴射孔1を通過するプラズマアークに対する冷却効果が増大し、該プラズマアークをより細く絞ることが可能である。
本件発明者等は特許文献1に記載された従来のプラズマトーチ及びノズルと、本発明に係るノズルとを用い、プラズマ電流値を260Aとした場合の比較実験を行った。従来のノズルは噴射孔の径を2.3mmとし、このときの電流密度は約63A/mm2である。この条件でノズルから被切断材に向けてプラズマアークを噴射したとき、プラズマトーチの本体に対して供給する冷却水の温度と排水側の温度との差は、約5℃〜6℃の範囲であった。これに対し、本発明に係るノズルでは噴射孔の径を1.9mmとし、このときの電流密度は92A/mm2まで高くすることが出来た。この条件でノズルからプラズマアークを噴射したとき、供給側と排水側に於ける冷却水の温度差は7℃〜8℃の範囲であった。
上記の如く、本発明に係るノズルでは、冷却水の温度差が大きくなり、効果的な冷却を実現し得ることが明らかである。そして、効果的な冷却を実現することによって、ノズルの噴射孔を通過するプラズマアークを細く絞ることが可能となり、この結果、プラズマアークの電流密度を上昇させて、高品質切断を実現することが出来た。
次に、インナーノズルの第2実施例について図6により説明する。尚、前述の第1実施例と同一の部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図に於いて、インナーノズル2は、テーパ部2b(テーパ面2b)から基部2cにかけて多数の分割片2dが形成されており、該インナーノズル2をアウターノズル3に嵌合することによって、これらの分割片2dの数に対応した数の独立した水路9が形成される。本実施例に係るインナーノズル2では、分割片2dがテーパ面2bまで延長して形成されるため、独立した水路9の経路が長くなり、より確実に壁部2aを冷却することが可能である。
尚、本実施例のインナーノズル2は、鍛造を含む成形法によって、或いは鍛造と切削加工の複合によって形成することが可能である。
上記の如きノズルAは、プラズマ切断に利用したときに高品質の切断加工を実現することが可能である。しかし、被加工物を溶融する加工に利用するプラズマトーチや、溶接用のプラズマトーチに応用することも可能である。
A ノズル
B プラズマトーチ
1 噴射孔
2 インナーノズル
2a 壁部
2b テーパ部,テーパ面
2c 基部
2d 分割片
2e 平面
2f 面2
2g 溝
3 アウターノズル
3a 嵌合穴
3b テーパ部,テーパ面
3c 基部
3d 内面
3e 溝
4 二次気流通路
5 二次気流キャップ
5a 二次気流噴出口
6 絶縁体
7 Oリング
8 冷却水通路
9 水路
10 端面
11 電極
12 本体
13 電極台
14 絶縁体
14a 孔
15 キャップ
16 給排水部材
17 冷却管
18 供給管
19,22 水路
20 給水路
21 排水路
23 プラズマ室
B プラズマトーチ
1 噴射孔
2 インナーノズル
2a 壁部
2b テーパ部,テーパ面
2c 基部
2d 分割片
2e 平面
2f 面2
2g 溝
3 アウターノズル
3a 嵌合穴
3b テーパ部,テーパ面
3c 基部
3d 内面
3e 溝
4 二次気流通路
5 二次気流キャップ
5a 二次気流噴出口
6 絶縁体
7 Oリング
8 冷却水通路
9 水路
10 端面
11 電極
12 本体
13 電極台
14 絶縁体
14a 孔
15 キャップ
16 給排水部材
17 冷却管
18 供給管
19,22 水路
20 給水路
21 排水路
23 プラズマ室
Claims (2)
- プラズマトーチに対し着脱可能に構成され且つ中心にプラズマアークを噴射する噴射孔を形成したプラズマトーチ用のノズルであって、第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体からなり、第1ノズル部材と第2ノズル部材との間に、環状の冷却水通路と、前記冷却水通路と連通された少なくとも3つの独立した冷却水の水路が形成されていることを特徴とするプラズマトーチ用のノズル。
- 前記環状の冷却水通路と連通された少なくとも3つの独立した水路が、第1ノズル部材と第2ノズル部材との組み合わせ体に於けるプラズマトーチの本体と対向する部位に形成されていることを特徴とする請求項1に記載したプラズマトーチ用のノズル。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003356421A JP2005118816A (ja) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | プラズマトーチ用のノズル |
CNA2004100825496A CN1608782A (zh) | 2003-10-16 | 2004-09-20 | 等离子焊炬用喷嘴 |
KR1020040076694A KR100646915B1 (ko) | 2003-10-16 | 2004-09-23 | 플라즈마 토치용 노즐 |
EP04023666A EP1524887A3 (en) | 2003-10-16 | 2004-10-05 | Nozzle for plasma torch |
US10/959,574 US20050082263A1 (en) | 2003-10-16 | 2004-10-07 | Nozzle for plasma torch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003356421A JP2005118816A (ja) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | プラズマトーチ用のノズル |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005118816A true JP2005118816A (ja) | 2005-05-12 |
Family
ID=34373595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003356421A Pending JP2005118816A (ja) | 2003-10-16 | 2003-10-16 | プラズマトーチ用のノズル |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050082263A1 (ja) |
EP (1) | EP1524887A3 (ja) |
JP (1) | JP2005118816A (ja) |
KR (1) | KR100646915B1 (ja) |
CN (1) | CN1608782A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012531697A (ja) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | シェルベリ フィンスターヴァルデ プラスマ ウント マシーネン ゲーエムベーハー | 液体にて冷却されるプラズマトーチのためのノズルおよび該ノズルを備えたプラズマトーチヘッド |
WO2015025819A1 (ja) | 2013-08-20 | 2015-02-26 | 小池酸素工業株式会社 | プラズマトーチ |
US9024228B2 (en) | 2006-10-18 | 2015-05-05 | Komatsu Ltd. | Plasma cutting device, plasma torch, and cooling device for plasma torch |
JP2021532546A (ja) * | 2018-07-27 | 2021-11-25 | シェルベリ−シュティフトゥングKjellberg−Stiftung | 熱材料加工のための加工用ヘッド、特にプラズマトーチヘッド、レーザヘッド、プラズマレーザヘッド、及び摩耗部品と摩耗部品マウントとの接続部品、並びにこれらを一体に取り付けるための方法 |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7375302B2 (en) * | 2004-11-16 | 2008-05-20 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc torch having an electrode with internal passages |
US7375303B2 (en) * | 2004-11-16 | 2008-05-20 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc torch having an electrode with internal passages |
WO2006113737A2 (en) * | 2005-04-19 | 2006-10-26 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc torch providing angular shield flow injection |
KR20080005946A (ko) | 2005-05-11 | 2008-01-15 | 하이퍼썸, 인크. | 플라즈마 아크 토치 애플리케이션에서의 개별 가스 젯의생성 |
US9492883B2 (en) | 2006-02-17 | 2016-11-15 | Hypertherm, Inc. | Electrode for a contact start plasma arc torch and contact start plasma arc torch employing such electrodes |
CA2642210A1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Hypertherm, Inc. | Electrode for a contact start plasma arc torch and contact start plasma arc torch employing such electrodes |
US8097828B2 (en) | 2006-05-11 | 2012-01-17 | Hypertherm, Inc. | Dielectric devices for a plasma arc torch |
US8829385B2 (en) | 2007-02-09 | 2014-09-09 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc torch cutting component with optimized water cooling |
US8772667B2 (en) * | 2007-02-09 | 2014-07-08 | Hypertherm, Inc. | Plasma arch torch cutting component with optimized water cooling |
KR20090108705A (ko) * | 2007-02-09 | 2009-10-16 | 하이퍼썸, 인크. | 최적화된 수냉각을 갖는 플라즈마 아크 토치 커팅 부품 |
US7935909B2 (en) * | 2007-09-04 | 2011-05-03 | Thermal Dynamics Corporation | Hybrid shield device for a plasma arc torch |
US8212173B2 (en) * | 2008-03-12 | 2012-07-03 | Hypertherm, Inc. | Liquid cooled shield for improved piercing performance |
US8389887B2 (en) * | 2008-03-12 | 2013-03-05 | Hypertherm, Inc. | Apparatus and method for a liquid cooled shield for improved piercing performance |
US8513565B2 (en) * | 2008-04-10 | 2013-08-20 | Hypertherm, Inc. | Nozzle head with increased shoulder thickness |
DE102009006132C5 (de) * | 2008-10-09 | 2015-06-03 | Kjellberg Finsterwalde Plasma Und Maschinen Gmbh | Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmabrenner, Düsenkappe für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmabrenner sowie Plasmabrennerkopf mit derselben/denselben |
CN101835337B (zh) * | 2010-05-18 | 2012-08-22 | 武汉天和技术股份有限公司 | 采用并联冷却方式的等离子体发生器 |
EP2681976B1 (en) * | 2011-02-28 | 2020-05-27 | Victor Equipment Company | Method of manufacturing a high current electrode for a plasma arc torch |
US9279722B2 (en) | 2012-04-30 | 2016-03-08 | Agilent Technologies, Inc. | Optical emission system including dichroic beam combiner |
DE102012213453A1 (de) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Brenner für das Wolfram-Inertgas-Schweißen |
CN104202899B (zh) * | 2012-08-19 | 2017-09-15 | 衢州昀睿工业设计有限公司 | 一种用于气化炉的内电弧等离子体喷枪 |
US10542614B2 (en) | 2013-07-18 | 2020-01-21 | Hypertherm, Inc. | Apparatus and method for securing a plasma torch electrode |
USD809579S1 (en) * | 2014-09-11 | 2018-02-06 | Carl Cloos Schweisstechink GmbH | Welding torch component |
DE102015101532A1 (de) * | 2015-02-03 | 2016-08-04 | Kjellberg Stiftung | Düse für Plasmalichtbogenbrenner |
USD775249S1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-12-27 | Koike Sanso Kogyo Co., Ltd. | Inner nozzle for plasma torch |
WO2016200953A1 (en) | 2015-06-08 | 2016-12-15 | Hypertherm, Inc. | Cooling plasma torch nozzles and related systems and methods |
CN105766777A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-07-20 | 柳州市文峰养殖场 | 碟式射流曝气器 |
DE202016102971U1 (de) | 2016-06-03 | 2016-06-20 | Alexander Binzel Schweisstechnik Gmbh & Co. Kg | Schweißbrennerkopf mit Kühlstromleiteinrichtung |
CN110167247B (zh) * | 2019-05-10 | 2024-08-06 | 江苏天楹环保能源成套设备有限公司 | 一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管 |
US12022600B2 (en) * | 2019-10-02 | 2024-06-25 | Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd. | Plasma torch |
WO2021142314A2 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Hypertherm, Inc. | Nozzles for liquid cooled plasma arc cutting torches with clocking-independent passages |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2828956A (en) * | 1954-10-01 | 1958-04-01 | Union Carbide Corp | Top blowing oxygen nozzle in molten metal |
US4127760A (en) * | 1975-06-09 | 1978-11-28 | Geotel, Inc. | Electrical plasma jet torch and electrode therefor |
JPS53119752A (en) * | 1977-03-30 | 1978-10-19 | Hitachi Seiko Kk | Arc torch |
JPH0658840B2 (ja) * | 1988-04-26 | 1994-08-03 | 新日本製鐵株式会社 | 移行形プラズマトーチ |
DE4022111A1 (de) * | 1990-07-11 | 1992-01-23 | Krupp Gmbh | Plasmabrenner fuer uebertragenen lichtbogen |
US5362938A (en) * | 1993-11-29 | 1994-11-08 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Plasma arc welding torch having means for "vortexing" plasma gas exiting the welding torch |
JP3307820B2 (ja) * | 1996-02-07 | 2002-07-24 | 株式会社田中製作所 | プラズマ電極の消耗検出方法 |
JP3808540B2 (ja) * | 1996-04-25 | 2006-08-16 | 小池酸素工業株式会社 | プラズマトーチ |
JP2995005B2 (ja) * | 1996-08-28 | 1999-12-27 | 核燃料サイクル開発機構 | 間接冷却方式プラズマジェットトーチ |
DE19716235C2 (de) * | 1997-04-18 | 2001-11-29 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Plasmabrenner mit einer fluidgekühlten Anode |
CH693083A5 (de) * | 1998-12-21 | 2003-02-14 | Sulzer Metco Ag | Düse sowie Düsenanordnung für einen Brennerkopf eines Plasmaspritzgeräts. |
US6320156B1 (en) * | 1999-05-10 | 2001-11-20 | Komatsu Ltd. | Plasma processing device, plasma torch and method for replacing components of same |
JP3714517B2 (ja) * | 1999-05-21 | 2005-11-09 | 株式会社小松製作所 | プラズマトーチ、プラズマトーチ用電極及びその製造方法 |
US6897402B2 (en) * | 2002-04-24 | 2005-05-24 | Thermal Spray Technologies, Inc. | Plasma-arc spray anode and gun body |
-
2003
- 2003-10-16 JP JP2003356421A patent/JP2005118816A/ja active Pending
-
2004
- 2004-09-20 CN CNA2004100825496A patent/CN1608782A/zh active Pending
- 2004-09-23 KR KR1020040076694A patent/KR100646915B1/ko active IP Right Grant
- 2004-10-05 EP EP04023666A patent/EP1524887A3/en not_active Withdrawn
- 2004-10-07 US US10/959,574 patent/US20050082263A1/en not_active Abandoned
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9024228B2 (en) | 2006-10-18 | 2015-05-05 | Komatsu Ltd. | Plasma cutting device, plasma torch, and cooling device for plasma torch |
DE102007046695B4 (de) * | 2006-10-18 | 2016-06-09 | Komatsu Ltd. | Plasmaschneidvorrichtung, Plasmabrenner und Kühlvorrichtung für Plasmabrenner |
JP2012531697A (ja) * | 2009-07-03 | 2012-12-10 | シェルベリ フィンスターヴァルデ プラスマ ウント マシーネン ゲーエムベーハー | 液体にて冷却されるプラズマトーチのためのノズルおよび該ノズルを備えたプラズマトーチヘッド |
WO2015025819A1 (ja) | 2013-08-20 | 2015-02-26 | 小池酸素工業株式会社 | プラズマトーチ |
KR20160045088A (ko) | 2013-08-20 | 2016-04-26 | 고이께 산소 고교 가부시끼가이샤 | 플라즈마 토치 |
EP3038435A4 (en) * | 2013-08-20 | 2017-06-07 | Koike Sanso Kogyo Co., Ltd. | Plasma torch |
US10595390B2 (en) | 2013-08-20 | 2020-03-17 | Koike Sanso Kogyo Co., Ltd. | Plasma torch |
JP2021532546A (ja) * | 2018-07-27 | 2021-11-25 | シェルベリ−シュティフトゥングKjellberg−Stiftung | 熱材料加工のための加工用ヘッド、特にプラズマトーチヘッド、レーザヘッド、プラズマレーザヘッド、及び摩耗部品と摩耗部品マウントとの接続部品、並びにこれらを一体に取り付けるための方法 |
JP7295218B2 (ja) | 2018-07-27 | 2023-06-20 | シェルベリ-シュティフトゥング | 熱材料加工のための加工用ヘッド、特にプラズマトーチヘッド、レーザヘッド、プラズマレーザヘッド、及び摩耗部品と摩耗部品マウントとの接続部品、並びにこれらを一体に取り付けるための方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1524887A3 (en) | 2008-03-26 |
EP1524887A2 (en) | 2005-04-20 |
KR20050036708A (ko) | 2005-04-20 |
US20050082263A1 (en) | 2005-04-21 |
KR100646915B1 (ko) | 2006-11-23 |
CN1608782A (zh) | 2005-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2005118816A (ja) | プラズマトーチ用のノズル | |
EP3443818B1 (en) | Liquid cooled nozzle for a plasma arc cutting system and related operational methods | |
US8772667B2 (en) | Plasma arch torch cutting component with optimized water cooling | |
CA2674290C (en) | Plasma arc torch cutting component with optimized water cooling | |
US4777343A (en) | Plasma arc apparatus | |
US20090026180A1 (en) | Plasma arc torch cutting component with optimized water cooling | |
US9867268B2 (en) | Cooling plasma torch nozzles and related systems and methods | |
JPS6228084A (ja) | プラズマ・ジエツト・ト−チ | |
JPH0963790A (ja) | プラズマトーチのノズル | |
JP3984584B2 (ja) | プラズマトーチ | |
JP3808540B2 (ja) | プラズマトーチ | |
JP2689310B2 (ja) | 切断用プラズマトーチ及びプラズマ切断方法 | |
EP3038435B1 (en) | Plasma torch | |
JP2997224B2 (ja) | プラズマ切断機 | |
JPH0732156A (ja) | プラズマトーチのノズル | |
JP2689310C (ja) | ||
WO1993016835A1 (en) | Plasma torch for cutting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060612 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071001 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071002 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080226 |