JP2005288446A - プラズマトーチ - Google Patents

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Abstract

【課題】切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長く、小型軽量化が図れるプラズマトーチを提供する。
【解決手段】トーチ本体14の軸芯部に設けられ先端にテーパ部が形成された電極15と、トーチ本体に取付けられたプラズマノズル16と、プラズマノズルを取囲みトーチ本体に取付けられるカップ18と、内周部が電極のテーパ部の上部と電気的に接触し、外周部がプラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リング20と、プラズマノズルの内面に取付けられて可動リングを押し上げるばね21とを備え、電極と可動リングとプラズマノズルとトーチ本体とで密封された空間22が形成され、アーク起動に際してプラズマガスがこの空間に供給されると可動リングが電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して、可動リングの内周面が電極のテーパ部と非接触となってパイロットアークを発生させるプラズマトーチ。
【選択図】図1

Description

本発明は、プラズマ切断を行うための改良されたプラズマトーチに関するものである。
プラズマ切断は、まず、電極とプラズマノズルとの間でパイロットアークを発生させる。そして、このアークをプラズマガスの圧力によってプラズマノズルから噴出させ、電極と被加工物との間で主プラズマアークを発生させる。この主プラズマアークをプラズマノズルで絞り、プラズマガスで冷却することによって、集中性の良い高温プラズマ流を発生させることができる。これを溶断熱源として被加工物を溶融し、その溶融物をプラズマガスで排除することによって切断するものである。
図5は、一般的なプラズマ切断装置の構成を示す図である。同図において、プラズマ切断用電源装置1は、商用電源を入力として、例えばインバータ制御回路によって出力が定電流制御されて、プラズマ切断トーチ2及び被加工物3へ電力が供給される。コンプレッサ4から噴出されたエア又は酸素のプラズマガスは、プラズマ切断用電源装置1内に設けられた電磁弁(図示を省略)を通過してプラズマ切断トーチ2に噴出される。
以下、動作を説明する。
作業者が起動スイッチ5を押すと、プラズマ切断用電源装置1から予め設定された電力がプラズマ切断トーチ2及び被加工物3へ供給され、コンプレッサ4からプラズマ切断トーチ2へプラズマガスが噴出される。そして、プラズマ切断トーチ2内に設けられた(図5で後述する)電極とプラズマノズルとの間でパイロットアークが発生する。このパイロットアークをプラズマガスの圧力によってプラズマノズルから噴出させ、電極と被加工物3との間で主プラズマアークを発生させて、被加工物3の切断が行われる。
図6及び図7は、高周波高電圧を印加させずに、パイロットアークを発生させる従来技術のプラズマ切断トーチの断面図であって、図6は、プラズマガスが供給される前の状態を示し、図7は、プラズマガスが供給されているときの状態を示す。
図6において、トーチ本体6の軸芯部に電極7が設けられ、この電極7は、ばね8によって下方向に加圧されている。プラズマノズル9は筒状で導電性があり、プラズマ噴出孔9aが先端部に形成されている。筒状の絶縁部材10がトーチ本体6に取付けられ、電極7とプラズマノズル9との間以外の個所でパイロットアークが発生することを防いでいる。電極7とプラズマノズル9と絶縁部材10とで密封された空間11が形成されている。
アーク起動に際して、図7に示すように、この空間11に図5で示したコンプレッサ4からプラズマガス12が供給されると、電極7は、絶縁部材10に沿って軸芯上方向に摺動する。そして、電極7とプラズマノズル9との間が非接触となり、パイロットアークを発生させる。
絶縁性及び耐熱性を有するカップ13が、プラズマノズル9を取囲みトーチ本体6に取付けられている。プラズマガス12がカップ13のプラズマ噴出孔13aから噴出することによって、カップ13が冷却される。(例えば、特許文献1参照。)。
以下、動作を説明する。
図6に示すように、電極7はばね力でプラズマノズル9に押し付けられて接触した状態で、作業者が図3で示した起動スイッチ5を押すと、プラズマ切断用電源装置1から電極7とプラズマノズル9及び被加工物3との間に電力が供給される。
そして、図7に示すように、電極7とプラズマノズル9と絶縁部材10とで密封された空間11に、コンプレッサ4からプラズマガス12が供給されると、電極7に上方向の力が働いて、電極7がプラズマノズル9から離れて上方向に移動して、電極7がプラズマノズル9と非接触となってパイロットアークを発生させる。そして、プラズマガス12の圧力によってプラズマ噴出孔9aから噴出されて、電極7と被加工物3との間で主プラズマアークを発生させ、プラズマ切断が行われる。また、プラズマガス12によって電極7、プラズマノズル9及びカップ13等が冷却されている。
特許第2568126号明細書
図6及び図7で示した従来技術のプラズマ切断トーチでは、パイロットアークを発生させるために、電極7を軸芯方向に移動させている。このために、電極7の軸芯が僅かに変動し、電極7及びプラズマノズル9のそれぞれの軸芯を同軸に保つことが困難である。従って、主プラズマアークに移行したときに、プラズマアークが軸芯方向に発生しないため、切断性能が悪くなるという不具合があった。
また、電極7及びプラズマノズル9のそれぞれの軸芯が同軸でないために、電極7又は、プラズマ噴出孔9aが偏摩耗し、これらの寿命が短くなるという不具合があった。
本発明は、切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長く、小型軽量化が図れるプラズマトーチを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、第1の発明は、
トーチ本体と、
前記トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、
前記トーチ本体に取付けられて前記電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、
前記プラズマノズルを取囲み前記トーチ本体に取付けられるカップとを備えたプラズマトーチにおいて、
前記電極の先端にテーパ部が形成され、
内径が前記電極のテーパ部の上部と同じであって内周部が前記電極のテーパ部の上部と電気的に接触し外周部が前記プラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、
前記プラズマノズルの内面に取付けられて前記可動リングを押し上げるばねとを備え、
前記電極と前記可動リングと前記プラズマノズルと前記トーチ本体とで密封された空間が形成され、
アーク起動に際してプラズマガスが前記空間に供給されると前記可動リングに下方向の力が働いて前記可動リングが前記電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して前記可動リングの内周面が前記電極のテーパ部と非接触となって前記パイロットアークを発生させることを特徴とするプラズマトーチある。
本発明のプラズマトーチは、トーチ本体と、トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、トーチ本体に取付けられて電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、プラズマノズルを取囲みトーチ本体に取付けられるカップとを備え、電極の先端にテーパ部が形成され、内径が電極のテーパ部の上部と同じであって、内周部が電極のテーパ部の上部と電気的に接触し、外周部がプラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、プラズマノズルの内面に取付けられて可動リングを押し上げるばねとを備え、電極と可動リングとプラズマノズルとトーチ本体とで密封された空間が形成され、アーク起動に際して、プラズマガスがこの空間に供給されると可動リングに下方向の力が働いて、可動リングが電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して、可動リングの内周面が電極のテーパ部と非接触となってパイロットアークを発生させる。
この結果、電極及びプラズマノズルが固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長くなる。また、従来技術のプラズマ切断トーチと比べて、電極を摺動させる機構の代わりに、可動リングを摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
[実施の形態1]
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図1及び図2は、本発明のプラズマ切断トーチの断面図であって、図1は、プラズマガスが供給される前の状態を示し、図2は、プラズマガスが供給されているときの状態を示す。
図1において、トーチ本体14の軸芯部に電極15(通常、銅電極の先端にハフニウムが埋め込まれている)が取付けられ、この電極15の先端にテーパ部15aが形成されている。この電極15と被加工物3との間で主プラズマアークを発生させる。プラズマノズル16はトーチ本体14に取付けられて筒状で導電性があり、電極15と同軸であり、電極15との間でパイロットアークを発生させる。また、プラズマ噴出孔16aが先端部に形成されている。筒状の絶縁部材17がトーチ本体14に取付けられ、電極15と後述する可動リングとの間以外の個所で、パイロットアークが発生することを防いでいる。絶縁性及び耐熱性を有するカップ18が、プラズマノズル16を取囲みトーチ本体14に取付けられている。
導電性を有する可動リング20は、内径が電極のテーパ部の上部15bと同じである。また、ばね21がプラズマノズル16の内面に取付けられて、可動リング20を押し上げている。この可動リング20は、内周部が、電極のテーパ部の上部15bと電気的に接触し、外周部がプラズマノズル16と電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する。電極のテーパ部の上部15bに、段部を設けているが、これは、可動リング20が容易に引っ掛かって止まるために設けているので、設けなくてもよい。電極15と可動リング20とプラズマノズル16とトーチ本体14とで密封された空間22が形成されている。
アーク起動に際して、図2に示すように、コンプレッサ4からプラズマガス23(通常、エア又は酸素)がこの空間22に供給されると、可動リング20が下方向に摺動して、可動リング20と電極15との間でパイロットアークを発生させる。
以下、動作を説明する。
図1において、可動リング20がばね力で電極15に押し付けられて接触した状態で、作業者が起動スイッチ5を押すと、プラズマ切断用電源装置1から電極15とプラズマノズル16及び被加工物3との間に電力が供給される。
そして、図2に示すように、電極15と可動リング20とプラズマノズル16とトーチ本体14とで密封された空間22に、コンプレッサ4からプラズマガス23が供給されると、可動リング20に下方向の力が働いて、可動リング20が電極のテーパ部の上部15bから離れて下方向に移動して、可動リング20の内周面が電極のテーパ部15aと非接触となって、パイロットアークを発生させる。そして、このパイロットアークがプラズマガス23の圧力によってプラズマ噴出孔16aから噴出されて、電極15と被加工物3との間で主プラズマアークを発生させ、切断が行われる。また、プラズマガス23によって電極15、プラズマノズル16及びカップ18等が冷却されている。
この結果、本発明のプラズマ切断トーチは、電極15及びプラズマノズル16が固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、切断性能が安定し、電極15及びプラズマノズル16の寿命が長くなる。
また、従来技術のプラズマ切断トーチと比べて、電極15を摺動させる機構の代わりに、可動リング20を摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
[実施の形態2]
本発明のプラズマトーチをプラズマ切断トーチについて上述したが、本発明は、プラズマ溶接トーチにも適用できる。プラズマ溶接トーチがプラズマ切断トーチと異なる機能は、溶融池を空気から遮蔽するために、カップからシールドガスを噴出する機能である。
図3及び図4は、本発明のプラズマ溶接トーチの断面図であって、図3は、プラズマガス及びシールドガスが供給される前の状態を示し、図4は、プラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示す。
図3において、トーチ本体32の軸芯部に電極24(通常、タングステンで形成されている)が設けられ、この電極24は導電性を有する電極支持部材25によってトーチ本体32に取付けられている。この電極支持部材25の先端にテーパ部25aが形成されている。プラズマノズル26は筒状で導電性があり、プラズマ噴出孔26aが先端部に形成されていて、トーチ本体32に取付けられている。絶縁部材27がトーチ本体32に取付けられていて、電極支持部材25と後述する可動リング20との間以外の箇所でパイロットアークが点弧することを防いでいる。
絶縁性及び耐熱性を有するカップ28は、プラズマノズル26を取囲み、トーチ本体32に取付けられていて、図4に示すように、シールドガス29(通常、アルゴン)が噴出される。
導電性を有する可動リング20は、内径が電極支持部材のテーパ部の上部25bと同じである。また、ばね21がプラズマノズル26の内面に取付けられて、可動リング20を押し上げている。この可動リング20は、内周部が、電極支持部材のテーパ部の上部25bと電気的に接触し、外周部がプラズマノズル26と電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する。電極支持部材のテーパ部の上部25bに、段部を設けているが、これは、可動リング20が容易に引っ掛かって止まるために設けているので、設けなくてもよい。電極支持部材25と可動リング20とプラズマノズル26とトーチ本体32とで密封された空間30が形成されている。
アーク起動に際して、図4に示すように、コンプレッサ4からプラズマガス31(通常、アルゴン)がこの空間30に供給されると、可動リング20が下方向に摺動して、可動リング20と電極支持部材25との間でパイロットアークを発生させる。
以下、動作を説明する。
図3に示すように、可動リング20がばね力で電極支持部材25に押し付けられて接触した状態で、作業者が起動スイッチを押すと、プラズマ溶接用電源装置から電極24とプラズマノズル26及び被溶接物との間に電力が供給される。
そして、図4に示すように、電極支持部材25と可動リング20とプラズマノズル26とトーチ本体32とで密封された空間30に、コンプレッサからプラズマガス31が供給されると、可動リング20に下方向の力が働いて、可動リング20が電極支持部材のテーパ部の上部25bから離れて下方向に移動して、可動リング20の内周面が電極支持部材のテーパ部25aと非接触となってパイロットアークを発生させる。そして、このパイロットアークがプラズマガス31の圧力によってプラズマ噴出孔26aから噴出されて、電極24と被溶接物との間で主プラズマアークを発生させ、溶接が行われる。また、カップ28から噴出されるシールドガス29によって溶融池を空気から遮蔽している。
この結果、本発明のプラズマ溶接トーチは、電極24及びプラズマノズル26が固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、溶接性能が安定し、電極24及びプラズマノズル26の寿命が長くなる。
また、電極24を摺動させる機構の代わりに、可動リング20を摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
本発明のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。 本発明のプラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。 本発明のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ溶接トーチの断面図である。 本発明のプラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示すプラズマ溶接トーチの断面図である。 一般的なプラズマ切断装置の構成を示す図である。 従来技術のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。 従来技術のプラズマガスが供給されているときの状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。
符号の説明
1 プラズマ切断用電源装置
2 プラズマ切断トーチ
3 被加工物
4 コンプレッサ
5 起動スイッチ
6 トーチ本体
7 電極
8 ばね
9 プラズマノズル
9a プラズマ噴出孔
10 絶縁部材
11 空間
12 プラズマガス
13 カップ
13a プラズマ噴出孔
14 トーチ本体
15 電極
15a 電極のテーパ部
15b 電極のテーパ部の上部
16 プラズマノズル
16a プラズマ噴出孔
17 絶縁部材
18 カップ
20 可動リング
21 ばね
22 空間
23 プラズマガス
23 プラズマガス
24 電極
25 電極支持部材
25a 電極支持部材のテーパ部
25b 電極支持部材のテーパ部の上部
26 プラズマノズル
26a プラズマ噴出孔
27 絶縁部材
28 カップ
29 シールドガス
30 空間
31 プラズマガス
32 トーチ本体

Claims (1)

  1. トーチ本体と、
    前記トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、
    前記トーチ本体に取付けられて前記電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、
    前記プラズマノズルを取囲み前記トーチ本体に取付けられるカップとを備えたプラズマトーチにおいて、
    前記電極の先端にテーパ部が形成され、
    内径が前記電極のテーパ部の上部と同じであって内周部が前記電極のテーパ部の上部と電気的に接触し外周部が前記プラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、
    前記プラズマノズルの内面に取付けられて前記可動リングを押し上げるばねとを備え、
    前記電極と前記可動リングと前記プラズマノズルと前記トーチ本体とで密封された空間が形成され、
    アーク起動に際してプラズマガスが前記空間に供給されると前記可動リングに下方向の力が働いて前記可動リングが前記電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して前記可動リングの内周面が前記電極のテーパ部と非接触となって前記パイロットアークを発生させることを特徴とするプラズマトーチ。
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