JP2014140883A

JP2014140883A - トーチ、部品、ロボット、およびアーク処理システム

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Publication number: JP2014140883A
Application number: JP2013012190A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Doi; 敏光土井
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】アークスタートの成功確率をより向上させることのできるアーク処理システム用トーチを提供すること。
【解決手段】非消耗電極１２３が配置されるガス流通空間１２５ａと、ガス流通空間１２５ａに通じるガス噴出開口１２５ｂと、が形成されたノズル１２５、および、ノズル１２５に配置された電離用導電部１４、を備え、被処理部材Ｗ１と非消耗電極１２３との間に電圧が印加されたとき、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との電位差に起因する電界によって、ガス流通空間１２５ａにおけるガスＧ１を電離させ、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１にて電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、トーチ、部品、ロボット、およびアーク処理システムに関する。

従来から、アークを用いて被処理部材に処理を行う方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。同文献には、アークを用いる処理としてＴＩＧ溶接を行うためのティグ溶接トーチが開示されている。ＴＩＧ溶接トーチは電極を備えている。ＴＩＧ溶接の開始時には、電極と被処理部材との間にアークを発生させる。アークの発生は、電極と被処理部材との間に非常に大きな電圧を印加することにより行う。このようにアークを発生させることは、毎回成功するとは限らず、失敗することがある。そのため、アークの発生確率（アークスタートの成功確率）はいまだ満足のいく値には至っていない。

アーク発生用の電圧として高周波電圧を用いた場合、スタート性改善を目的にアーク発生用の高周波高電圧を高くすると、この電圧が自機や他機の制御回路に侵入し誤動作や故障といった不具合の原因になることも多い。

特開２０１２−８６２４７号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、アークスタートの成功確率をより向上させることのできるアーク処理システム用トーチを提供することをその主たる課題とする。

本発明の第１の側面によると、非消耗電極が配置されるガス流通空間と、前記ガス流通空間に通じるガス噴出開口と、が形成されたノズル、および、前記ノズルに配置された電離用導電部、を備え、被処理部材と前記非消耗電極との間に電圧が印加されたとき、前記電離用導電部と前記非消耗電極との電位差に起因する電界によって、前記ガス流通空間におけるガスを電離させる、アーク処理システム用のトーチが提供される。

好ましくは、被処理部材と前記非消耗電極との間に電圧が印加されたとき、前記電離用導電部と前記非消耗電極との電位差に起因する電界による誘電体バリア放電によって、前記ガス流通空間におけるガスを電離させる。

好ましくは、前記非消耗電極を保持する保持部を更に備え、前記保持部は、前記保持部において最も第１方向側に位置する保持部先端を含み、前記保持部先端は、前記ガス流通空間に臨んでおり、前記電離用導電部は、前記保持部先端よりも前記第１方向側に位置しており、前記第１方向は、前記ノズルの軸線に沿う方向のうち、前記ガス噴出開口が開口する方向である。

好ましくは、前記電離用導電部は全体にわたって、前記保持部先端よりも前記第１方向側に位置している。

好ましくは、前記ノズルは、前記ノズルにおいて最も前記第１方向側に位置するノズル先端を含み、前記電離用導電部は、前記ノズル先端よりも、前記第１方向とは反対の第２方向側に位置している。

好ましくは、前記ノズルは、前記電離用導電部を包囲する絶縁性の部位を有する。

好ましくは、この絶縁性の部位の誘電率は、８〜１１である。

好ましくは、前記ガス流通空間に配置された非消耗電極を更に備え、前記ノズルは、前記非消耗電極の前記第１方向側の先端と、前記電離用導電部と、の間に介在する、絶縁性の部位を有する。

好ましくは、前記ノズルの軸線に直交する仮想平面による断面において、前記ノズルは、前記軸線の周方向において前記電離用導電部に重なる第１領域と、前記周方向にて前記電離用導電部に重ならない第２領域と、を有する、アーク処理システム用のトーチが提供される。

好ましくは、前記電離用導電部の前記軸線方向における寸法は、０．２〜２．０ｍｍである。

好ましくは、前記電離用導電部は、少なくとも１つの固片部を含み、前記少なくとも１つの固片部の各々の前記周方向における寸法は、０．２〜２．０ｍｍである。

好ましくは、前記電離用導電部は、前記ノズルを挟持する一対の挟持部材を含む。

本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面によって提供されるトーチと、前記電離用導電部に導通する抵抗器と、を備え、前記抵抗器の抵抗値は、１００ＫΩ〜１ＭΩである、アーク処理システム用の部品が提供される。

本発明の第３の側面によると、本発明の第１の側面によって提供されるトーチと、前記トーチを保持するマニピュレータと、を備える、ロボットが提供される。

本発明の第４の側面によると、本発明の第３の側面によって提供されるロボットと、前記非消耗電極および前記被処理部材の間に電圧を印加する電源回路と、を備える、アーク処理システムが提供される。

本発明の第５の側面によると、アーク処理システム用のトーチを用いるアーク処理方法であって、前記トーチは、非消耗電極が配置されるガス流通空間と、前記ガス流通空間に通じるガス噴出開口と、が形成されたノズル、および、前記ノズルに配置された電離用導電部、を備え、被処理部材と前記非消耗電極との間に電圧を印加し、前記電離用導電部と前記非消耗電極との電位差に起因する電界を生じさせることによって、前記ガス流通空間におけるガスを電離させる工程を備える、アーク処理方法が提供される。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態にかかるアーク処理システムの全体構成を示す図である。図１に示したアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図２に示したトーチの正面図である。本発明の第１実施形態の第１変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図５に示したトーチの正面図である。本発明の第１実施形態の第２変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図８に示したトーチの正面図である。本発明の第１実施形態の第３変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１１に示したトーチの正面図である。本発明の第１実施形態の第４変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。図１４に示したトーチの正面図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態にかかるアーク処理システムの全体構成を示す図である。

同図に示すアーク処理システムＡ１は、被処理部材Ｗ１に対しアーク処理を行うためのものである。アーク処理システムＡ１は、たとえば、被処理部材Ｗ１に対し、溶接あるいは溶断を行う。被処理部材Ｗ１に対する溶接としては、たとえばＴＩＧ溶接あるいはプラズマ溶接が挙げられる。本実施形態においては、アーク処理システムＡ１はＴＩＧ溶接を行う。

アーク処理システムＡ１は、ロボット１と、導電線２１と、抵抗器２２と、電源３と、被処理部材接続ケーブル４１と、電極接続ケーブル４２と、ガス供給装置５と、を備える。

本実施形態のロボット１は、被処理部材Ｗ１に対してＴＩＧ溶接を自動で行うものである。本実施形態の被処理部材Ｗ１は板状である。被処理部材Ｗ１は、金属であり、このような金属としては、たとえばアルミニウムやマグネシウム合金が挙げられる。ロボット１は、マニピュレータ１１と、アーク処理システム用のトーチ１２と、電離用導電部１４と、を含む。

マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。マニピュレータ１１が駆動することにより、トーチ１２が上下前後左右に自在に移動できる。

図２は、図１に示したアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２に示したトーチの正面図である。

図２に示すように、トーチ１２は、トーチボディ１２１と、非消耗電極１２３と、ノズル１２５と、保持部１２６と、を含む。

非消耗電極１２３は棒状の導体である。本実施形態においては、非消耗電極１２３は、たとえば、タングステンからなる。非消耗電極１２３は、たとえば、直径２．４〜３．２ｍｍ程度の円柱状である。アーク処理システムＡ１を使用している際、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に、アークａ１が発生している状態となる。

トーチボディ１２１は筒状を呈する。トーチボディ１２１には、たとえば、作業者が手で握るハンドル（図示略）が取り付けられている。本実施形態においてトーチボディ１２１は導電性材料よりなる。

ノズル１２５はトーチボディ１２１に固定されている。ノズル１２５は筒状である。ノズル１２５は非消耗電極１２３を囲んでいる。ノズル１２５の軸線Ｏｘは、図２の上下方向に沿って延びている。図２の左右方向における、ノズル１２５の寸法は、たとえば、２０ｍｍ〜３０ｍｍである。ノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。ノズル１２５を構成する絶縁性の材料としては、適当な誘電率を持ったどのような材料でもよいが、たとえば、アルミナ磁器が挙げられる。本実施形態とは異なり、ノズル１２５が、導電性の部材に絶縁材料がコーティングされたものであってもよい。ノズル１２５には、ガス流通空間１２５ａとガス噴出開口１２５ｂとが形成されている。ガス流通空間１２５ａはノズル１２５の内側に形成されている。ガス流通空間１２５ａをガスＧ１が流れる。ガスＧ１は不活性ガスである。このような不活性ガスとしては、たとえばＡｒあるいはＨｅが挙げられる。ガス噴出開口１２５ｂはガス流通空間１２５ａに通じる。ガス流通空間１２５ａには非消耗電極１２３が配置されている。ガス噴出開口１２５ｂは、図２の下方に開放している。そして、ガス流通空間１２５ａ内のガスＧ１は、ガス噴出開口１２５ｂから図２の下方に噴出する。ノズル１２５の軸線Ｏｘに沿う方向のうち、ガス噴出開口１２５ｂが開放している方向を、第１方向Ｘ１とする。ガス噴出開口１２５ｂから第１方向Ｘ１側に、非消耗電極１２３の一部分が突出している。ガス噴出開口１２５ｂは、たとえば円形状である。ガス噴出開口１２５ｂの形状は円形状に限定されず、矩形等の他の形状であってもよい。

ノズル１２５はノズル先端１２５ｄを有する。ノズル先端１２５ｄはノズル１２５において最も第１方向Ｘ１側に位置している。ノズル先端１２５ｄに上述のガス噴出開口１２５ｂが形成されている。ノズル１２５はノズル内周面１２５ｆを有する。ノズル内周面１２５ｆは、ノズル１２５の軸線Ｏｘの位置する側（図２においてノズル１２５の内側）を向いている。ノズル内周面１２５ｆは上述のガス流通空間１２５ａを規定している。

保持部１２６は、非消耗電極１２３を保持するためのものである。保持部１２６はトーチボディ１２１に固定されている。よって、保持部１２６はノズル１２５に対しても相対的に固定されている。保持部１２６には挿通孔１２６ｂが形成されている。挿通孔１２６ｂには非消耗電極１２３が挿通されている。保持部１２６の外側面１２６ｃは、ガス流通空間１２５ａに臨んでいる。保持部１２６は保持部先端１２６ａを有する。保持部先端１２６ａは、保持部１２６において最も第１方向Ｘ１側に位置している。保持部先端１２６ａはガス流通空間１２５ａに臨んでいる。保持部先端１２６ａから、上述の挿通孔１２６ｂが第２方向Ｘ２に凹んでいる。本実施形態において保持部１２６は導電性の材料よりなる。

具体的には、保持部１２６は、コレット１２７およびコレットボディ１２８を有する。コレット１２７およびコレットボディ１２８は導電性の材料よりなる。コレット１２７は筒状の部材である。コレット１２７には挿通孔１２７ａが形成されている。挿通孔１２７ａには非消耗電極１２３が挿通されている。コレット１２７の先端１２７ｂ近傍はテーパ状となっている。コレット１２７には、先端１２７ｂから挿通孔１２７ａに沿って延びる複数（たとえば２本や４本）の縦すり割りが形成されている（図示略）。コレットボディ１２８は筒状の部材である。コレットボディ１２８には、挿通孔１２８ａが形成されている。挿通孔１２８ａには非消耗電極１２３が挿通されている。本実施形態では、コレットボディ１２８とコレット１２７との間は、ガスＧ１の流路となっている。コレットボディ１２８には少なくとも１つのガス噴出孔１２８ｄが形成されている。本実施形態においては、ガス噴出孔１２８ｄは、コレットボディ１２８のボディ先端１２８ｂの近傍に形成されている。ガス噴出孔１２８ｄからは、コレットボディ１２８とコレット１２７との間のガスＧ１の流路内のガスＧ１が噴出する。ガス噴出孔１２８ｄから噴出したガスＧ１は、ガス流通空間１２５ａに流れる。

コレットボディ１２８はトーチボディ１２１に直接接している。コレット１２７は押さえつけ部材（図示略、図２における上方に配置されている）によって第１方向Ｘ１に押さえつけられる。これにより、コレット１２７の先端１２７ｂ近傍のテーパ状の部分が、コレットボディ１２８の内面に接触して、コレット１２７における上述の縦すり割りが締め付けられる。これにより、非消耗電極１２３が所望の位置に固定される。

本実施形態においては、コレットボディ１２８が、上述の保持部先端１２６ａと外側面１２６ｃとを構成している。また、挿通孔１２７ａおよび挿通孔１２８ａが、上述の挿通孔１２６ｂを構成している。

図２〜図４に示すように、電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４はノズル１２５の外側に配置されている。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

本実施形態においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。すなわち、図２においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも下側に位置している。本実施形態においては更に、電離用導電部１４は全体にわたって、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。また、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１（図４参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。上述のようにノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。そのため、図２に示すように、電離用導電部１４と、非消耗電極１２３の第１方向Ｘ１側の先端１２３ａとの間に介在する絶縁性の部位１２５ｍを、ノズル１２５が有している。

本実施形態とは異なり、電離用導電部１４は保持部先端１２６ａよりも第２方向Ｘ２側に位置していてもよい。

本実施形態においては、図３に示すように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１（図２参照）による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。すなわち、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状ではない。本実施形態では、電離用導電部１４がリング状ではないが、本実施形態とは異なり、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状であってもよい。

本実施形態では、電離用導電部１４は、少なくとも１つの部分１４１を有する。本実施形態においては、電離用導電部１４の個数は４つである。複数の部分１４１の各々の軸線Ｏｘの周方向Ｔ１における寸法Ｌ２（図４参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。本実施形態においては、複数の部分１４１は、周方向Ｔ１に沿って互いに異なる位置に配置されている。

本実施形態とは異なり、部分１４１の個数は４つには限定されず、２つや３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

図１に示す電源３は、電源回路３１およびガス流量制御回路３３を含む。

電源回路３１は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に、電力を供給するためのものである。具体的には、電源回路３１は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に電圧を印加し、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に電流を流す。電源回路３１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行う。

ガス流量制御回路３３は、ガスＧ１の流量を制御するためのものである。ガス流量制御回路３３は、ガスＧ１の流量を指示するためのガス流量制御信号Ｓｇを送る。

ガス供給装置５は、ガスＧ１をノズル１２５の内部に供給するためのものである。ガス供給装置５は、ガス流量制御回路３３から受けたガス流量制御信号Ｓｇに基づき、ガスＧ１を供給する。

被処理部材接続ケーブル４１は、電源回路３１と被処理部材Ｗ１とを電気的に接続している。アーク処理システムＡ１が使用される際、被処理部材接続ケーブル４１は接地され、電位が０Ｖに維持される。電極接続ケーブル４２は、電源回路３１と非消耗電極１２３とを電気的に接続している。電源回路３１からの電力は、電極接続ケーブル４２、トーチボディ１２１、コレットボディ１２８、コレット１２７を、電極接続ケーブル４２からこの順番に経由して、非消耗電極１２３に供給される。

導電線２１は、電離用導電部１４に電気的に接続している。本実施形態においては、導電線２１は、複数の部分１４１の各々に接続している。本実施形態においては、導電線２１には、抵抗器２２が介在している。抵抗器２２は、電離用導電部１４に電気的に接続している。アーク処理システムＡ１が使用される際、導電線２１の一端は接地される。よって、アーク処理システムＡ１が使用される際、電離用導電部１４は抵抗器２２を介して接地される。アーク処理システムＡ１が使用される際、被処理部材接続ケーブル４１および被処理部材Ｗ１は接地される。そのため、導電線２１を接地するには、たとえば、導電線２１を被処理部材接続ケーブル４１や被処理部材Ｗ１に接続するとよい。トーチ１２および抵抗器２２は、アーク処理システム用の部品を構成している。

次に、アーク処理システムＡ１を用いたアークａ１の発生方法について説明する。

まず、電源３にアーク処理スタート信号（図示略）が送られた後、ガス流量制御回路３３がガスＧ１の噴出を開始するためのガス流量制御信号Ｓｇをガス供給装置５に送る。これにより、ノズル１２５へのガスＧ１の供給が開始する。

次に、電源回路３１は、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に電圧を印加する。このとき非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に印加する電圧（以下この電圧を開始電圧と呼ぶ）の電圧値は、非常に大きく、たとえば１０〜２０ｋＶである。なお、電圧値とは、電圧の絶対値の時間平均値のことを意味する。そして、上記開始電圧は、高周波であってもよいし、高周波でなくてもよい。開始電圧が高周波である場合の周波数は、たとえば、１〜２ＭＨｚである。また、開始電圧は、交流であってもよく、あるいは、直流であってもよい。

電源回路３１によって非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に電圧が印加されると、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との間にも電位差が生じる。そして、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との間の領域に、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との電位差に起因する電界が生じる。そのため、ガス流通空間１２５ａ内には、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との電位差に起因する電界が大きくなる領域が生じる。この大きい電界によって、ガス流通空間１２５ａにおけるガスＧ１（の一部）が電離する。ガス流通空間１２５ａにてガスＧ１が電離することによって、イオンが発生する。なお、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間には、絶縁性の部位１２５ｍが介在している。絶縁性の部位１２５ｍは誘電体であるから、ガス流通空間１２５ａにおけるガスＧ１が電離すると、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との間にて、放電（誘電体バリア放電）が生じる。なお、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間には、絶縁性の部位１２５ｍ（誘電体）が介在しているため、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間にて火花放電は生じない。

そして、ガス流通空間１２５ａにて発生したイオンは、ガスＧ１によって、被処理部材Ｗ１に位置する側（第１方向Ｘ１側）に流される。これにより、非消耗電極１２３の先端１２３ａ近傍が、放電の発生しやすい状態となる。その結果、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間におけるアークａ１の発生が促進され、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間にアークａ１が発生する。

非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間にアークａ１が発生した後は、アーク処理システムＡ１によって所望のアーク処理（本実施形態においては溶接）を行う。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態においては、トーチ１２は、ノズル１２５に配置された電離用導電部１４を備える。被処理部材Ｗ１と非消耗電極１２３との間に電圧が印加されたとき、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との電位差に起因する電界によって、ガス流通空間１２５ａにおけるガスＧ１を電離させる。このような構成によると、上述したように非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間におけるアークａ１の発生が促進される。これにより、より確実に、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間にアークａ１を発生させることができる。したがって、アークスタートの成功確率を向上させることができる。

本実施形態においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。このような構成は、非消耗電極１２３の先端１２３ａにより近い位置において、ガスＧ１の電離を生じさせるのに適する。非消耗電極１２３の先端１２３ａにより近い位置において、ガスＧ１の電離が生じると、非消耗電極１２３の先端１２３ａに、より多くのイオンを至らせることができる。そうすると、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に、より確実に、アークａ１を発生させることができる。これにより、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本実施形態においては、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。このような構成は、ガス流通空間１２５ａ内にてガスＧ１の電離を生じさせるのに適する。ガス流通空間１２５ａ内にてガスＧ１が電離することにより発生したイオンは、非消耗電極１２３の先端１２３ａに流れていく。よって、本実施形態によると、非消耗電極１２３の先端１２３ａまで、イオンをより確実に至らせることができる。そうすると、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に、より確実に、アークａ１を発生させることができる。これにより、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本実施形態においては、電離用導電部１４には抵抗器２２が導通している。抵抗器２２の抵抗値は、１００ＫΩ〜１ＭΩである。このような構成によると、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間に大きな電流が流れることを防止できる。そのため、アークスタート時に、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間に火花放電が生じることを防止できる。

本実施形態においては、図３に示したように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１にて電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。このような構成によると、ガス流通空間１２５ａ内にて、電界が大きい領域を形成するのに適する（すなわち電界集中を起こすのに適する）。そのため、ガス流通空間１２５ａ内のガスＧ１の電離を生じさせやすい。よって、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に、より確実に、アークａ１を発生させることができる。これにより、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本実施形態においては、電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１は、０．２〜２．０ｍｍである。このような構成によると、寸法Ｌ１は比較的小さいため、ガス流通空間１２５ａ内にて、電界が大きい領域を形成するのに適する（すなわち電界集中を起こすのに適する）。そのため、ガス流通空間１２５ａ内のガスＧ１の電離を生じさせやすい。よって、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に、より確実に、アークａ１を発生させることができる。これにより、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本実施形態においては、電離用導電部１４は、少なくとも１つの部分１４１を含む。各部分１４１の各々の周方向Ｔ１における寸法Ｌ２は、０．２〜２．０ｍｍである。このような構成によると、寸法Ｌ２は比較的小さいため、ガス流通空間１２５ａ内にて、電界が大きい領域を形成するのに適する（すなわち電界集中を起こすのに適する）。そのため、ガス流通空間１２５ａ内のガスＧ１の電離を生じさせやすい。よって、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に、より確実に、アークａ１を発生させることができる。これにより、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

＜第１実施形態の第１変形例＞
図５〜図７を用いて、本発明の第１実施形態の第１変形例について説明する。

図５は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図５に示したトーチの正面図である。

本変形例は、電離用導電部１４が、複数の部分１４１を含むのではなく、一対の挟持部材１４３，１４４を含む点において、図２〜図４を参照して説明した実施形態と異なる。一対の挟持部材１４３，１４４は、把持部１４７，１４８と弾性部材１４９とともに、いわゆるクリップを構成している。以下、具体的に説明する。

本変形例にかかるアーク処理システムは、ロボット１と、導電線２１と、抵抗器２２と、電源３と、被処理部材接続ケーブル４１と、電極接続ケーブル４２と、ガス供給装置５と、を備える（本変形例では図示略、図１参照）。ロボット１における電離用導電部１４を除き、本変形例にかかるアーク処理システムにおける各構成は、アーク処理システムＡ１における各構成とそれぞれ同様であるから説明を省略する。

本変形例では、電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４はノズル１２５の外側に配置されている。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。すなわち、図５においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも下側に位置している。本変形例においては更に、電離用導電部１４は全体にわたって、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。また、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１（図７参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。上述のようにノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。そのため、電離用導電部１４と、非消耗電極１２３の第１方向Ｘ１側の先端１２３ａとの間に介在する絶縁性の部位１２５ｍを、ノズル１２５が有している。

本変形例とは異なり、電離用導電部１４は保持部先端１２６ａよりも第２方向Ｘ２側に位置していてもよい。

本変形例においては、図６に示すように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１（図５参照）による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。すなわち、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状ではない。

本変形例では、電離用導電部１４は、一対の挟持部材１４３，１４４を含む挟持部材１４３は把持部１４７につながっており、挟持部材１４４は把持部１４８につながっている。一対の挟持部材１４３，１４４は、たとえばバネ等の弾性部材１４９の弾性によって、ノズル１２５を挟持している。

本変形例においても、電離用導電部１４には、導電線２１が電気的に接続している。

本変形例のアークａ１を発生させる方法は、アーク処理システムＡ１に関して上述したのと同様であるから、説明を省略する。

次に、本変形例の作用効果について説明する。

本変形例においては、トーチ１２は、ノズル１２５に配置された電離用導電部１４を備える。被処理部材Ｗ１と非消耗電極１２３との間に電圧が印加されたとき、電離用導電部１４と非消耗電極１２３との電位差に起因する電界によって、ガス流通空間１２５ａにおけるガスＧ１を電離させる。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を向上させることができる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本変形例においては、電離用導電部１４には抵抗器２２が導通している。抵抗器２２の抵抗値は、１００ＫΩ〜１ＭΩである。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタート時に、非消耗電極１２３と電離用導電部１４との間に火花放電が生じることを防止できる。

本変形例においては、図６に示したように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１にて電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本変形例においては、電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１は、０．２〜２．０ｍｍである。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

＜第１実施形態の第２変形例＞
図８〜図１０を用いて、本発明の第１実施形態の第２変形例について説明する。

図８は、本発明の第１実施形態の第２変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。図１０は、図８に示したトーチの正面図である。

本変形例は、電離用導電部１４が、複数の部分１４１を含むのではなく、リング状である点において、図２〜図４を参照して説明した実施形態と異なる。以下、具体的に説明する。

電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４はノズル１２５の外側に配置されている。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。すなわち、図８においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも下側に位置している。本変形例においては更に、電離用導電部１４は全体にわたって、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。また、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。上述のようにノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。そのため、電離用導電部１４と、非消耗電極１２３の第１方向Ｘ１側の先端１２３ａとの間に介在する絶縁性の部位１２５ｍを、ノズル１２５が有している。

本変形例においては、図９に示すように、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状である。

次に、本変形例の作用効果について説明する。

＜第１実施形態の第３変形例＞
図１１〜図１３を用いて、本発明の第１実施形態の第３変形例について説明する。

図１１は、本発明の第１実施形態の第３変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。図１３は、図１１に示したトーチの正面図である。

本変形例は、電離用導電部１４がノズル１２５の外側に配置されているのではなく、ノズル１２５の内部に配置されている点において、図２〜図４を参照して説明した実施形態と異なる。以下、具体的に説明する。

電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４は、ノズル１２５の内部に配置されている。更に具体的には、電離用導電部１４は、ノズル１２５を構成する部材に包囲されている。すなわち、電離用導電部１４を包囲する絶縁性の部位１２５ｎを、ノズル１２５が有している。また、電離用導電部１４は、ノズル１２５におけるノズル内周面１２５ｆよりも軸線Ｏｘの径方向の外側に位置している。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。すなわち、図１１においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも下側に位置している。本変形例においては更に、電離用導電部１４は全体にわたって、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。また、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１（図１３参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。上述のようにノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。そのため、電離用導電部１４と、非消耗電極１２３の第１方向Ｘ１側の先端１２３ａとの間に介在する絶縁性の部位１２５ｎを、ノズル１２５が有している。

本変形例においては、図１２に示すように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１（図１１参照）による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。すなわち、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状ではない。本変形例では、電離用導電部１４がリング状ではないが、本変形例とは異なり、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状であってもよい。

本変形例では、電離用導電部１４は、少なくとも１つの部分１４１を有する。本変形例においては、電離用導電部１４の個数は４つである。複数の部分１４１の各々の軸線Ｏｘの周方向Ｔ１における寸法Ｌ２（図１３参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。本変形例においては、複数の部分１４１は、周方向Ｔ１に沿って互いに異なる位置に配置されている。

本変形例とは異なり、部分１４１の個数は４つには限定されず、２つや３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

次に、本変形例の作用効果について説明する。

本変形例においては、図１２に示したように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１にて電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、少なくとも１つの部分１４１を含む。各部分１４１の各々の周方向Ｔ１における寸法Ｌ２は、０．２〜２．０ｍｍである。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

＜第１実施形態の第４変形例＞
図１４〜図１６を用いて、本発明の第１実施形態の第４変形例について説明する。

図１４は、本発明の第１実施形態の第４変形例にかかるアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。図１６は、図１４に示したトーチの正面図である。

電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４はノズル１２５の内部に配置されている。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

電離用導電部１４はノズル１２５に配置されている。具体的には、電離用導電部１４は、ノズル１２５の内部に配置されている。更に具体的には、電離用導電部１４は、ノズル１２５を構成する部材に包囲されている。すなわち、電離用導電部１４を包囲する絶縁性の部位１２５ｐを、ノズル１２５が有している。部位１２５ｐは、ノズル１２５における筒状の部分を構成する材料と同一材料よりなっていてもよいし、異なる材料よりなっていてもよい。電離用導電部１４は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間におけるアークａ１の発生を促進させるために、設けられている。電離用導電部１４は導電材料よりなる。

本変形例においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。すなわち、図１４においては、電離用導電部１４は、保持部先端１２６ａよりも下側に位置している。本変形例においては更に、電離用導電部１４は全体にわたって、保持部先端１２６ａよりも第１方向Ｘ１側に位置している。また、電離用導電部１４は、ノズル先端１２５ｄよりも、第１方向Ｘ１とは反対の第２方向Ｘ２側に位置している。電離用導電部１４の軸線Ｏｘ方向における寸法Ｌ１（図１６参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。上述のようにノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。そのため、電離用導電部１４と、非消耗電極１２３の第１方向Ｘ１側の先端１２３ａとの間に介在する絶縁性の部位１２５ｐを、ノズル１２５が有している。

本変形例においては、図１５に示すように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１（図１４参照）による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。すなわち、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状ではない。本変形例では、電離用導電部１４がリング状ではないが、本変形例とは異なり、電離用導電部１４がノズル１２５を囲むリング状であってもよい。

本変形例では、電離用導電部１４は、少なくとも１つの部分１４１を有する。本変形例においては、電離用導電部１４の個数は４つである。複数の部分１４１の各々の軸線Ｏｘの周方向Ｔ１における寸法Ｌ２（図１６参照）は、たとえば、０．２〜２．０ｍｍであり、より好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。本変形例においては、複数の部分１４１は、周方向Ｔ１に沿って互いに異なる位置に配置されている。

次に、本変形例の作用効果について説明する。

本変形例においては、図１５に示したように、ノズル１２５の軸線Ｏｘに直交する仮想平面Ｐ１による断面において、ノズル１２５は、軸線Ｏｘの周方向Ｔ１において電離用導電部１４に重なる第１領域Ｒ１と、周方向Ｔ１にて電離用導電部１４に重ならない第２領域Ｒ２と、を有する。このような構成によると、第１実施形態にかかるアーク処理システムＡ１に関して述べたのと同様の理由により、アークスタートの成功確率を更に向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。なお、上述の絶縁性の部位１２５ｍ、１２５ｎおよび１２５ｐの誘電率は、それぞれ、８〜１１であることが好ましい。

１ロボット
１１マニピュレータ
１２トーチ
１２１トーチボディ
１２３非消耗電極
１２３ａ先端
１２５ノズル
１２５ａガス流通空間
１２５ｂガス噴出開口
１２５ｄノズル先端
１２５ｆノズル内周面
１２５ｍ部位
１２５ｎ部位
１２５ｐ部位
１２６保持部
１２６ａ保持部先端
１２６ｂ挿通孔
１２６ｃ外側面
１２７コレット
１２７ａ挿通孔
１２７ｂ先端
１２８コレットボディ
１２８ａ挿通孔
１２８ｂボディ先端
１２８ｄガス噴出孔
１４電離用導電部
１４１部分
１４３挟持部材
１４４挟持部材
１４７把持部
１４８把持部
１４９弾性部材
２１導電線
２２抵抗器
３電源
３１電源回路
３３ガス流量制御回路
４１被処理部材接続ケーブル
４２電極接続ケーブル
５ガス供給装置
ａ１アーク
Ａ１アーク処理システム
Ｇ１ガス
Ｌ１寸法
Ｌ２寸法
Ｏｘ軸線
Ｐ１仮想平面
Ｒ１第１領域
Ｒ２第２領域
Ｓｇガス流量制御信号
Ｔ１周方向
Ｗ１被処理部材
Ｘ１第１方向
Ｘ２第２方向

Claims

非消耗電極が配置されるガス流通空間と、前記ガス流通空間に通じるガス噴出開口と、が形成されたノズル、および、
前記ノズルに配置された電離用導電部、を備え、
被処理部材と前記非消耗電極との間に電圧が印加されたとき、前記電離用導電部と前記非消耗電極との電位差に起因する電界によって、前記ガス流通空間におけるガスを電離させ、
前記ノズルの軸線に直交する仮想平面による断面において、前記ノズルは、前記軸線の周方向において前記電離用導電部に重なる第１領域と、前記周方向にて前記電離用導電部に重ならない第２領域と、を有する、アーク処理システム用のトーチ。
前記電離用導電部の前記軸線方向における寸法は、０．２〜２．０ｍｍである、請求項１に記載のトーチ。
前記電離用導電部は、少なくとも１つの固片部を含み、
前記少なくとも１つの固片部の各々の前記周方向における寸法は、０．２〜２．０ｍｍである、請求項１または請求項２に記載のトーチ。
前記電離用導電部は、前記ノズルを挟持する一対の挟持部材を含む、請求項１または請求項２に記載のトーチ。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のトーチと、
前記電離用導電部に導通する抵抗器と、を備え、
前記抵抗器の抵抗値は、１００ＫΩ〜１ＭΩである、アーク処理システム用の部品。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のトーチと、
前記トーチを保持するマニピュレータと、を備える、ロボット。
請求項６に記載のロボットと、
前記非消耗電極および前記被処理部材の間に電圧を印加する電源回路と、を備える、アーク処理システム。