JP2012192443A - プラズマ切断装置用ノズル及びプラズマトーチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このプラズマ切断装置用ノズル6は、先端側に配置されたワークにプラズマジェットを噴出してワークを切断するためのプラズマ切断装置に用いられ、ハフニウム又はジルコニウムからなる電極3の先端部が内部に配置されるとともに電極3との間に酸素を含む作動ガスが供給されるものである。このノズル6は、筒状部6aと、先端部6bと、を備えている。筒状部6aは、内周部に形成され先端側に向かうほど径が小さくなるテーパ内面25bと、外周部に形成され冷却液によって冷却される水冷面22と、テーパ内面25bに形成されたセラミック系材料の被膜Cと、を有する。先端部6bは、筒状部6aの先端側に形成され、テーパ内面25bのさらに先端側に形成されたオリフィス26を有する。
【選択図】図3
Description
プラズマトーチ1は、鋼板などの金属材料を切断するためのプラズマ切断機に備えられるものである。図示されていないが、プラズマ切断装置は、プラズマトーチ1にパイロットアークやプラズマアークを発生させ、且つ、プラズマアークを制御するためのアーク電源回路及び制御装置を備えている。また、プラズマ切断装置は、プラズマトーチ1へ酸素を含む作動ガスとしてのプラズマガス及びアシストガスを供給するガス供給システム、及び、プラズマトーチ1へ冷却液を供給する冷却システムなどの装置を備えている。
トーチ本体2は、ベース部11、電極支持部12、ノズル支持部13、冷却パイプ14、ホルダ15、冷却液供給パイプ16、冷却液排出パイプ17などを有する。ベース部11、電極支持部12、ノズル支持部13、冷却パイプ14は同軸に配置されている。
電極3は、図1に示すように、概ね円筒状に形成されており、基端部が電極支持部12の孔12aに挿入され、電極支持部12に着脱可能に取り付けられている。電極3の基端部が電極支持部12の孔12aに挿入された状態では、冷却パイプ14の先端部が電極3の内部空間内に配置されている。また、電極3と電極支持部12との間の隙間は、図示しないシール部材によって封止されている。これにより、電極支持部12の孔12aの先端側が閉塞される。さらに、電極3は、電極支持部12と接触することによって電極支持部12と電気的に接続されている。
第1案内部材4は、図2に示すように、概ね円筒状に形成され、基端側に大径部20を有し、先端側に小径部21を有している。また、第1案内部材4は絶縁性を有する材料で形成されている。第1案内部材4は、ノズル6の内部において、基端側に配置されている。第1案内部材4は軸線方向に貫通する孔4aを有し、この孔4a内に電極3が挿入されている。このように、第1案内部材4は、電極3とノズル6との間に配置されることにより、電極3とノズル6とを電気的に絶縁している。なお、第1案内部材4の内面と電極3の外面との間にはシール部材S2が設けられ、第1案内部材4の外面とノズル6の内面との間にはシール部材S3が設けられている。
第2案内部材5は、図2に示すように、軸線方向に貫通する孔5aを有する概ね環状の部材である。第2案内部材5の孔5aには、電極3及び第1案内部材4の小径部21が挿入されている。従って、第2案内部材5は、径方向において、ノズル6の内面と第1案内部材4の小径部21との間に配置されている。また、第2案内部材5は、軸線方向において、第1案内部材4の大径部20とノズル6の内面との間に配置されている。この第2案内部材5の先端側端面には、内部と外部と連通する複数の溝5bが設けられている。各溝5bは、径方向及び周方向に対して斜めに延びている。この第2案内部材5の溝5bを通過したプラズマガスは、電極3の外周を旋回するように流れる。
ノズル6は、銅製であり、図2及び図3に示すように、概ね円筒状に形成されている。このノズル6は、基端側から順に、内部に空間を有する筒状部6aと、筒状部6aの先端側に形成された先端部6bとを有している。
キャップ部7は、図1に示すように、トーチ本体2の先端に取り付けられ、ノズル6を覆う部材である。キャップ部7は、アウターキャップ31と、インナーキャップ32と、シールドキャップ33とを有する。各キャップ31,32,33は、概ね円錐台状に形成され、電極3及びノズル6と同軸に配置されている。
このプラズマトーチ1では、まず、電極3とノズル6との間に、小流量のプラズマガスが流され、プラズマガスの流れが生成される。すなわち、ガス供給システムから、ノズル支持部13の内面と電極支持部12の外面との間のプラズマガス通路P1にプラズマガスが供給される。プラズマガスは、プラズマガス通路P1から、第1及び第2案内部材4,5に案内されて、旋回しながら電極3の外周を流れる。この状態で、電極3に高電圧が印加されると、電極基体35の放出面39の外周縁とノズル6の内面との間(最短ギャップ位置)に絶縁破壊が発生する。この絶縁破壊をトリガーにして電極3とノズル6の内面との間にパイロットアークが発生する。パイロットアークはノズル6内面の傾斜及び旋回するプラズマガスの流れに沿って中央部に移行し、さらにワークまで延びる。そして、プラズマガスの流量及び電流を増大させることにより、電極3とワークとの間にメインアークが生成される。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような種々の変更が可能である。
3 電極
6 ノズル
6a 筒状部
6b 先端部
22 冷却面
22a,22a’ 冷却用フィン
25 電極対向部
25a 第1対向面
25b 第2対向面(テーパ内面)
25c 曲面
26 オリフィス
C ボロンナイトライド被膜
Claims (9)
- 先端側に配置されたワークにプラズマジェットを噴出してワークを切断するためのプラズマ切断装置に用いられ、ハフニウム又はジルコニウムからなる電極の先端部が内部に配置されるとともに電極との間に酸素を含む作動ガスが供給されるプラズマ切断装置用ノズルであって、
内周部に形成され先端側に向かうほど径が小さくなるテーパ内面と、外周部に形成され冷却液によって冷却される冷却面と、内壁面に形成されたセラミック系材料の被膜と、を有する筒状部と、
前記筒状部の先端側に形成され、前記テーパ内面のさらに先端側に形成されたオリフィスを有する先端部と、
を備えたプラズマ切断装置用ノズル。 - 前記セラミック系材料の被膜は、前記筒状部の内壁面のうちの、前記テーパ内面を含み前記電極と対向する面に形成されている、請求項1に記載のプラズマ切断装置用ノズル。
- 前記セラミック系材料の被膜は前記先端部のオリフィスの内面に形成されている、請求項1又は2に記載のプラズマ切断装置用ノズル。
- 前記筒状部の冷却面は冷却液が直接接触するように設けられている、請求項1から3のいずれかに記載のプラズマ切断装置用ノズル。
- 前記筒状部は前記テーパ内面と前記オリフィスとをつなぐ曲面を有しており、
前記セラミック系材料の被膜は前記曲面に形成されている、請求項1から4のいずれかに記載のプラズマ切断装置用ノズル。 - 前記筒状部の冷却面には冷却用フィンが設けられている、請求項1から5のいずれかに記載のプラズマ切断装置用ノズル。
- 前記被膜はボロンナイトライドを含む材料により形成されている、請求項1から6のいずれかに記載のプラズマ切断装置用ノズル。
- プラズマ切断装置に設けられるプラズマトーチであって、
請求項1から7のいずれかに記載のノズルと、
先端外周縁部が前記ノズルのテーパ内面に対向するように配置された電極と、
を備えたプラズマトーチ。 - 前記電極は、
先端に形成され中央に凹部を有する放出面を有する電極基体と、
前記電極基体の放出面の凹部に配置された電極材と、を備え、
前記電極材の先端面には内部に凹む凹部が形成されている、
請求項8に記載のプラズマトーチ。
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2011
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