JP2010005637A - プラズマ切断トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】被切断材をプラズマ切断する過程で、切断面と表面との縁を直角又は曲面状に切断する。
【解決手段】電極２と該電極２と同軸に設けたノズル部材５との間に供給したプラズマガスをプラズマ化してノズル部材５から噴射して被切断材を切断するプラズマ切断トーチＡであって、ノズル部材５の外側であってノズル部材５と同軸に配置された第２ノズル部材６と、ノズル部材５と第２ノズル部材６の間に形成された二次気流ガス通路１１に供給する二次気流ガスを旋回させる第１旋回孔２０と、第１旋回孔２０と接続された第１二次気流ガス供給路１２と、二次気流ガスを第１旋回孔２０の旋回方向とは反対方向に旋回させる第２旋回孔２１と、第２旋回孔２１と接続された第２二次気流ガス供給路１３と、第１二次気流ガス供給路１２又は第２二次気流ガス供給路１３に対し二次気流ガスを供給する二次気流ガス供給部材１５とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼板に代表される被切断材を切断する際に、表面に対し略垂直で上縁が略直角な切断面と、上縁が略曲面状な切断面と、を選択的に行えるようにしたプラズマ切断トーチに関するものである。

例えば橋梁に代表される鉄鋼構造体は、鋼板を所望の形状に切断した切断材を溶接して多数の構造部材を形成し、これらの構造部材を組み立てて構成されている。従って、個々の構造部材を構成する切断材の端部には、他の部材に対し溶接される溶接面と、大気に露出している露出面とが存在する。鉄鋼構造体を構成する構造部材の切断材は、ガス切断法或いはプラズマ切断法を採用して切断されるのが一般的であり、切断面が鋼板の表面に対して略直角になる垂直切断が施される。

一方、鉄鋼構造体では、構造部材の大部分が大気に暴露するため、表面を塗装して錆の発生を防ぐようにしている。この場合、被切断材を切断することで形成された露出面も塗装されることとなるが、該露出面を構成する切断面と鋼板の表面との交点（縁）は略直角となり、この縁を起点として塗膜が剥離し易くなるという問題が生じることがあった。

上記した露出面と表裏面との縁を起点とする塗膜の剥離を防止するために、該縁をサンダーや面取機による二次加工を施して略曲面状或いは鈍い角度にした後、塗装を施している。このように、鋼板から切断した切断材の露出面に沿って縁を二次加工するのでは大きな時間と労力が必要となる。

このため、本件出願人は、被切断材を切断する際に、縁を曲面状に切断し得るようにしたプラズマ切断方法とプラズマ切断装置を開発して特許出願している（特許文献１参照）。この技術では、作業員の手を煩わすことなく、合理的な切断を行うことができる。

ＷＯ２００８／０４４７５６

特許文献１に記載された発明であっても完全なものではなく、未だ解決すべき課題が存在する。即ち、切断に際し、開先切断と上下の縁を曲線状に切断する切断とを選択的に行うことから、制御が複雑になるという課題を有する。

本発明の目的は、被切断材を切断する過程で、切断面と表面との縁を直角又は曲面状に切断することができるプラズマ切断トーチ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切断トーチは、電極と該電極と同軸に設けたノズル部材との間に供給したプラズマガスをプラズマ化してノズル部材から噴射して被切断材を切断するプラズマ切断トーチであって、ノズル部材の外側であってノズル部材と同軸に配置された第２のノズル部材と、前記ノズル部材と第２のノズル部材の間に形成された通路に供給する二次気流ガスを旋回させる第１の旋回孔と、前記第１の旋回孔と接続された第１の二次気流ガス供給路と、前記ノズル部材と第２のノズル部材の間に形成された通路に供給する二次気流ガスを前記第１の旋回孔の旋回方向とは反対方向に旋回させる第２の旋回孔と、前記第２の旋回孔と接続された第２の二次気流ガス供給路と、前記第１の二次気流ガス供給路又は第２の二次気流ガス供給路に対し二次気流ガスを供給する二次気流ガス供給部材とを有して構成されるものである。

本発明に係るプラズマ切断トーチでは、二次気流ガスの旋回方向を変更することができる。このため、切断の進行方向と二次気流ガスの旋回方向を適宜組み合わせることで、被切断材の表面と切断面との交点（縁）を略直角に又は略曲線状に切断することができる。

プラズマ切断では、二次気流ガスの旋回は切断面の表面に対する垂直度と密接な関係を有する。例えば、切断の進行方向下流側に向かって右側が製品である場合、二次気流ガスを右旋回させることで、切断面が表面に対し略垂直で且つ表面と切断面との縁が略直角な切断を行うことができる。このとき、進行方向下流側に向かって左側は、切断面が表面に対し傾斜し且つ表面と切断面との縁が曲面状になる。

従って、被切断材に対して切断する際に、二次気流ガスの旋回方向を選択することによって、表面と切断面との縁が略直角な切断面と、表面と切断面との縁が曲面状の切断面と、を選択的に形成することができる。特に、切断の進行過程で二次気流ガスの旋回方向を変更することによって、縁が略直角な切断面と、縁が曲面状の切断面とを形成することができる。

以下、本発明に係るプラズマ切断トーチの実施の形態について図を用いて説明する。図１はプラズマ切断トーチの構成を説明する断面図である。図２は図１のプラズマ切断トーチを同図の右方向から見た図である。図３は図２のIII−III線に沿って図１を断面した図である。図４は図２のIV−IV線に沿った断面図である。図５はプラズマ切断トーチに二次気流ガスを供給する供給系を説明する図である。

図１〜図５に於いて、プラズマ切断トーチＡは、トーチ本体１の軸１ａ上に電極２が配置されており、電極台３の筒部材３ａに嵌合してプラズマ切断トーチＡに装着され、且つ筒部材３ａから抜き出されることでプラズマ切断トーチＡから離脱し得るように構成されている。電極２及び筒部材３ａは夫々導電性材料によって形成されており、互いに接触して電極台３に接続され、該電極台３を介して図示しない電源装置に接続されている。

電極台３の筒部材３ａの外周部に絶縁性を持った筒部材３ｂが配置されており、この筒部材３ｂに筒状に形成された絶縁性を持ったセンタリングストーン４が嵌挿され、更にセンタリングストーン４の外周にカップ状に形成された導電性を持ったノズル部材５が配置され、後述する分配部材２３に嵌合されている。またノズル部材５の外周部位に絶縁性を持ったキャップとなる第２ノズル部材６が配置され、この第２ノズル部材６をトーチ本体１に締結することによって、電極２、センタリングストーン４、ノズル部材５が電極台３に装着されている。

特に、ノズル部材５と電極２とは両者の間に筒部材３ｂ、センタリングストーン４が介在することから絶縁されており、ノズル部材５は分配部材２３、供給部材２２を介して図示しない電源装置と接続されている。

上記の如くして、電極２、センタリングストーン４、ノズル部材５が第２ノズル部材６によって電極台３に装着されたとき、電極２とセンタリングストーン４、ノズル部材５とによってプラズマ室１０が形成され、ノズル部材５と第２ノズル部材６との間に二次気流ガス通路１１が形成される。

プラズマ室１０にはセンタリングストーン４を介してプラズマガス供給路７が接続されており、該プラズマガス供給路７に図示しないプラズマガス供給装置からプラズマガスを供給し得るように構成されている。またセンタリングストーン４には旋回孔４ａが形成されており、プラズマ室１０に供給されるプラズマガスを該旋回孔４ａの旋回方向に旋回させることが可能である。

センタリングストーン４に形成された旋回孔４ａの旋回方向は限定するものではなく、プラズマガスを時計方向に旋回させ、又は反時計方向に旋回させるように構成されたものが提供されている。従って、プラズマ切断トーチＡによる切断方向と、製品の方向に対応させて適宜選択して装着することが可能である。

二次気流ガス通路１１には旋回方向が反対方向に形成された第１の旋回孔となる第１旋回孔２０、及び第２の旋回孔となる第２旋回孔２１が開口しており、これらの第１旋回孔２０又は第２旋回孔２１から二次気流ガスが供給されることで、二次気流ガスの旋回方向を選択し得るように構成されている。

第１旋回孔２０、第２旋回孔２１は、電極台３の前端側に配置された筒状の供給部材２２に形成されており、供給部材２２は該供給部材２２の内側に配置された分配部材２３に嵌合して設けられている。

即ち、分配部材２３の外周には３個のＯリング溝２３ａが形成されており、これらのＯリング溝２３ａの間に２個のガス分配用の溝２３ｂ、２３ｃが形成されている。前記溝２３ｂには供給部材２２、分配部材２３を貫通して形成された第１二次気流ガス供給路１２が接続されており、また溝２３ｃには供給部材２２、分配部材２３を貫通して形成された第２二次気流ガス供給路１３が接続されている。

供給部材２２の分配部材２３に形成された溝２３ｂ、２３ｃと対応する位置には、外周側から内周側に貫通し且つ所定の旋回方向を持った第１旋回孔２０と第２旋回孔２１が形成されている。従って、分配部材２３の各Ｏリング溝２３ａにＯリング２５を装着することによって、溝２３ｂと供給部材２２の第１旋回孔２０、溝２３ｃと第２旋回孔２１が互いに独立して接続することになる。

供給部材２２に形成された第１旋回孔２０の旋回方向は特に限定するものではなく、時計方向或いは反時計方向に旋回していれば良い。しかし、第２旋回孔２１の旋回方向は、前記第１旋回孔２０の旋回方向とは反対方向であることが必要である。即ち、第１旋回孔２０の旋回方向が時計方向である場合、第２旋回孔２１の旋回方向は反時計方向に限定される。従って、第１旋回孔２０の旋回方向が反時計方向である場合、第２旋回孔２１の旋回方向は時計方向となる。

第１旋回孔２０、第２旋回孔２１を構成する孔の数や径は特に限定するものではなく、プラズマ切断トーチＡの仕様に対応させて適宜設定することが好ましい。この場合、第１旋回孔２０の孔の数及び径と、第２旋回孔２１の孔の数及び径とは等しいことが好ましい。

第１二次気流ガス供給路１２は配管１２ａを介して図５に示すように二次気流ガス供給部材１５に接続され、第２二次気流ガス供給路１３も同様に配管１３ａを介して二次気流ガス供給部材１５に接続されている。二次気流ガス供給部材１５は、プラズマ切断トーチＡに形成された第１二次気流供給路１２、第２二次気流ガス供給路１３に対し選択的に二次気流ガスを供給する機能を有するものであり、この機能を発揮し得る構成であれば具体的な構成、或いは構造を限定するものではない。

本実施例では、二次気流ガス供給部材１５として、個々の配管１２ａ、１３ａに取り付けた電磁開閉弁、或いは配管１２ａ、１３ａに接続した切換弁等を用いて構成している。従って、電磁開閉弁を選択的に開閉するように制御し、或いは切換弁を切り換えて制御することによって、供給経路を何れか一方に設定することが可能である。

二次気流ガス供給部材１５には二次気流ガス供給装置１６が接続されている。この二次気流ガス供給装置１６は、二次気流ガスとしての酸素ガス或いは他のガスを二次気流ガス供給部材１５に供給し得るものであれば良く、工場内配管やボンベ等によって構成されている。

上記の如く構成されたプラズマ切断トーチＡでは、二次気流ガス供給部材１５を操作することによって、第１二次気流ガス供給路１２又は第２二次気流ガス供給路１３に二次気流ガスを供給することが可能である。即ち、第１二次気流ガス供給路１２、第２二次気流ガス供給路１３を選択して二次気流ガスを供給することが可能であり、これらの供給路１２、１３を選択することによって二次気流ガス通路１１に供給する二次気流ガスの旋回方向を選択することが可能である。

このため、プラズマ切断トーチＡによる切断が進行しているとき、製品に対して噴射する二次気流ガスの旋回方向を選択することが可能となり、被切断材の表面と切断面との交点である縁を略直角に切断するか、曲面状に切断するかを選択することが可能となる。

次に、上記の如く構成されたプラズマ切断トーチＡによって図示しない被切断材に対し、縁を略直角に切断する場合と、縁を略曲面状に切断する場合についての手順を説明する。このプラズマ切断トーチＡでは、第１旋回孔２０の旋回方向が時計方向、第２旋回孔２１の旋回方向が反時計方向とし、且つプラズマアークの旋回方向は時計方向とし、切断方向下流側に向かって右側が製品であるものとする。

先ず、製品の縁を略直角に切断する場合について説明する。この場合、二次気流ガスの旋回方向は時計方向となる。従って、二次気流ガス供給部材１５では、二次気流ガスの供給系を配管１２ａとして選択し、二次気流ガス通路１１に対し時計方向に旋回した二次気流ガスを供給する。

プラズマ切断トーチＡを図示しない走行台車に搭載して被切断材の表面に対し垂直に配置する。プラズマ室１０にプラズマガスを供給する。このとき、供給されたプラズマガスはセンタリングストーン４によって時計方向に旋回している。また、第１二次気流ガス供給路１２に二次気流ガスを供給し、この二次気流ガスを時計方向に旋回させながら二次気流ガス通路１１に供給する。

電極２とノズル部材５の間で放電させて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て噴射する。ノズル部材５から噴射されたパイロットアークが被切断材に到達した後、電極２とノズル部材５との間の放電を遮断すると共に電極２と被切断材との間で放電させてメインアークを形成する。このとき噴射されたメインアークに沿って時計方向に旋回する二次気流ガスが噴射する。

ノズル部材５から噴射されたメインアーク、第２ノズル部材６から噴射された二次気流ガスによって被切断材を切断しつつ、プラズマ切断トーチＡを予め設定された予定切断線に沿って走行させることで、被切断材を所望の形状に切断する。このとき、切断方向の下流側に向かって右側の切断面は、該切断面と表面との縁が略直角に形成される。

次に、製品の縁を略曲面状に切断する場合について説明する。この場合、二次気流ガスの旋回方向は反時計方向となる。従って、二次気流ガス供給部材１５では、二次気流ガスの供給系を配管１３ａとして選択し、二次気流通路１１に対し反時計方向に旋回した二次気流ガスを供給する。

プラズマ室１０にセンタリングストーン４によって時計方向に旋回しているプラズマガスを供給する。また第２二次気流ガス供給路１３に二次気流ガスを供給し、該二次気流ガスを反時計方向に旋回させながら二次気流ガス通路１１に供給する。

電極２とノズル部材５の間で放電させて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て噴射し、ノズル部材５から噴射されたパイロットアークが被切断材に到達した後、電極２とノズル部材５との間の放電を遮断すると共に電極２と被切断材との間で放電させてメインアークを形成する。このとき噴射されたメインアークに沿って反時計方向に旋回する二次気流ガスが噴射する。

ノズル部材５から噴射されたメインアーク、第２ノズル部材６から噴射され反時計方向に旋回する二次気流ガスによって被切断材を切断しつつ、プラズマ切断トーチＡを予め設定された予定切断線に沿って走行させることで、被切断材を所望の形状に切断する。このとき、切断方向の下流側に向かって右側の切断面は、該切断面と表面との縁が略曲面状に形成される。

更に、予め設定された切断線に、縁を直角に切断すべき部分と、縁を曲面状に切断すべき部分とが混在しているような場合について説明する。縁を直角に切断すべき部分では、前述したように二次気流ガス供給部材１５を操作して二次気流ガスを第１二次気流ガス供給路１２に供給し、時計方向に旋回させた二次気流ガスをメインアークに沿って噴射して切断する。これにより、切断面は表面に対し略垂直となり、且つ縁が略直角となる。また縁を曲面状に切断すべき部分では、二次気流ガスを第２二次気流ガス供給路１３に供給し、反時計方向に旋回させた二次気流ガスをメインアークも沿って噴射して切断する。これにより、切断面の縁は略曲面状となる。

従って、予め設定された単一の切断線であっても、縁を直角に切断すべき部分と、縁を曲面状に切断すべき部分と、を夫々に対応させて切断することが可能である。

尚、被切断材の表面と切断面との縁を略直角に切断し、或いは略曲面状に切断する際に、前述したように二次気流ガスの旋回方向を時計方向又は反時計方向に選択するのに加えてメインアークの旋回方向も選択することが好ましい。

即ち、前述の実施例に於いて、切断の進行方向下流側に向けて右側に縁が略直角な切断を行いたいとき、旋回方向が時計方向に設定されているセンタリングストーンを選択して装着すると共に二次気流ガスを時計方向に旋回させることで、より品質の向上した切断を実現することが可能である。また縁が略曲面状の切断を行いたいとき、旋回方向が反時計方向に設定されているセンタリングストーンを選択して装着すると共に二次気流ガスを反時計方向に旋回させることで、曲面状の縁を持った切断面を実現することが可能である。

本発明のプラズマ切断トーチを用いて被切断材の表面と切断面との縁を略曲面状に切断する場合、プラズマ切断トーチを被切断材の表面に対し垂直に配置したとき、縁は略曲面状に形成されるものの、切断面は切溝が上表面側が広く下表面側が狭くなるように傾斜する。このため、縁が略曲面状で且つ表面に対し略垂直な切断面を形成する場合には、プラズマ切断トーチを前記した傾斜を相殺し得るような角度に傾斜させておくことが必要である。

本発明のプラズマ切断トーチでは、橋梁等に於ける構造部材であって大気に暴露される露出面を切断する際に利用して有利である。

プラズマ切断トーチの構成を説明する断面図である。 図１のプラズマ切断トーチを同図の右方向から見た図である。 図２のIII−III線に沿って図１を断面した図である。 図２のIV−IV線に沿って図１を断面した図である。 プラズマ切断トーチに二次気流ガスを供給する供給系を説明する図である。

符号の説明

Ａ プラズマ切断トーチ
１ トーチ本体
１ａ 軸
２ 電極
３ 電極台
３ａ、３ｂ 筒部材
４ センタリングストーン
４ａ 旋回孔
５ ノズル部材
６ 第２ノズル部材
７ プラズマガス供給路
１０ プラズマ室
１１ 二次気流ガス通路
１２ 第１二次気流ガス供給路
１２ａ 配管
１３ 第２二次気流ガス供給路
１３ａ 配管
１５ 二次気流ガス供給部材
１６ 二次気流ガス供給装置
２０ 第１旋回孔
２１ 第２旋回孔
２２ 供給部材
２３ 分配部材
２３ａ Ｏリング溝
２３ｂ、２３ｃ 溝
２５ Ｏリング

Claims (1)

1. 電極と該電極と同軸に設けたノズル部材との間に供給したプラズマガスをプラズマ化してノズル部材から噴射して被切断材を切断するプラズマ切断トーチであって、ノズル部材の外側であってノズル部材と同軸に配置された第２のノズル部材と、前記ノズル部材と第２のノズル部材の間に形成された通路に供給する二次気流ガスを旋回させる第１の旋回孔と、前記第１の旋回孔と接続された第１の二次気流ガス供給路と、前記ノズル部材と第２のノズル部材の間に形成された通路に供給する二次気流ガスを前記第１の旋回孔の旋回方向とは反対方向に旋回させる第２の旋回孔と、前記第２の旋回孔と接続された第２の二次気流ガス供給路と、前記第１の二次気流ガス供給路又は第２の二次気流ガス供給路に対し二次気流ガスを供給する二次気流ガス供給部材と、を有することを特徴とするプラズマ切断トーチ。

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