JP2019107666A - プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で確実にプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置を提供する。【解決手段】プラズマ切断トーチに装着され該プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置（水流装置Ａ）であって、トーチＢの本体１０に嵌装される内筒体１と、内筒体１の外周側に配置され、外周面１ａとの間に水室４を構成する外筒体２と、内筒体１と外筒体２の間に水室４と対向して配置され、内筒体１の外周面１ａとの間に流路５を形成すると共に該水室４と流路５を接続する開口６を形成する仕切部材３と、水室４に連通し、該水室４に水を供給する水供給部材が接続される接続部材８と、流路５の端部に構成され、該流路５を流通した水を筒状に流出させる流出口７と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマ切断トーチを用いて被切断材を切断する際に、該プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置に関するものである。

鋼板に代表される被切断材を水没させた状態でプラズマ切断トーチを用いて切断することが行われている（例えば特許文献１参照）。この切断法では、プラズマ切断を行う際に発生する粉塵が工場内に飛散することを防ぐことができ、作業環境を改善することができる。また、水により被切断材が冷却されるため、プラズマアークからの入熱量を低減することができる。被切断材を水没させて行うプラズマ切断法ではこのような有利な点が存在するものの、被切断材の平面寸法よりも大きい寸法を有する水槽が必要になるという設備的な課題もある。

上記した課題を解決するために、特許文献２に記載された提案がなされている。この技術は、トーチ本体の外部に隣接して水ノズルを設けることで構成されている。そして、水ノズルから水を噴射させつつプラズマ切断を行うことで、被切断材を水没させて行う切断と同様の効果を得ようとするものである。

特開２０００−２７１７４９号公報 特開２００１−０７１１４７号公報

被切断材を水没させてプラズマ切断する切断法では、前述の課題に加えて、大気中での切断と比較して切断速度が低下し、水の泡立ちにより目視によって切断状況を確認することができない、製品を水中から取り出す際の作業性が悪いという問題が生じている。更に、被切断材を水面から１００ｍｍ程度の深さに設置すると共にこの水位を保持する必要があるため、被切断材の厚さに対応させて水位を調整する必要があり、設備費が高額になるという問題もある。

特許文献２に記載された技術では、切断面に対し局所的な水の噴射となるため、大気による切断面の酸化に対する抑制が困難になるという問題がある。

本発明の目的は、簡易な構造で確実にプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置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代表的なプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置は、プラズマ切断トーチに装着され該プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置であって、プラズマ切断トーチの本体に嵌装される内筒体と、前記内筒体の外周側に配置され、該内筒体の外周面との間に水室を構成する外筒体と、前記内筒体と前記外筒体の間に前記水室と対向して配置され、前記内筒体の外周面との間に流路を形成すると共に該水室と前記流路を接続する開口を形成する仕切部材と、前記水室に連通し、該水室に水を供給する水供給部材が接続される接続部材と、前記流路の端部に構成され、該流路を流通した水をプラズマ切断トーチに沿わせて流出させる流出口と、を有するものである。

本発明に係るプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置では、内筒体と仕切部材との間に形成された流路の端部に水を筒状に流出させる流出口が構成されている。このため、内筒体をプラズマ切断トーチの本体に嵌装し、水供給部材を介して水室に水を供給すると、供給された水は仕切部材によって規定された開口から流路に流入し、流出口から筒状の水流となって流出する。従って、流出口から流出した水はプラズマ切断トーチの本体に沿った水流を形成することができる。

特に、被切断材を切断中には、プラズマ切断トーチの先端に設けた切断ノズルからはプラズマアークと該プラズマアークに沿った気流が噴出している。このため、プラズマ切断トーチの本体に沿った水流は切断ノズル方向に吸引されて、プラズマアーク及び気流の外周に沿って流下する。

従って、プラズマ切断トーチの本体に沿って形成された水流がそのまま膜状に流下し、その結果、プラズマアーク及び気流と大気との間を遮蔽することにより、被切断材の切断箇所での酸化を抑制し切断面を向上することなどを実現することができる。また、被切断材を水没させるための大きな水槽などの高額な設備を要することなく、発生した粉塵の飛散を防ぎ、切断時に発生する騒音、及び光を抑制して作業環境を改善することができ、被切断材に対する入熱量を低減することなどを実現することができる。

本実施例に係るプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置の構造を説明する図である。 プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置の要部を説明する拡大図である。 本実施例に係るプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置をプラズマ切断トーチの本体に取り付けた状態を説明する図である。

以下、本発明に係るプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置（以下「水流装置」という）について説明する。本発明に係る水流装置は、プラズマ切断トーチ（以下「トーチ」という）の本体に嵌装され、該トーチの本体に沿わせて水流を形成することで、プラズマアークに沿わせて、又はプラズマアークとプラズマアークに沿って噴出する二次気流に沿わせて（以下両者を含めて「プラズマアーク」という）に筒状に水を流すものである。

本発明に於いて「プラズマ切断トーチの本体に嵌装される内筒体」とは、必ずしも内筒体がプラズマ切断トーチの本体に対し直接嵌装されることに限定するものではなく、プラズマ切断トーチの本体の外周面に取り付けた部品を介して間接的に嵌装されることを含んでいる。例えば、トーチホルダーにプラズマ切断トーチの本体を嵌装して該プラズマ切断トーチを支持するように構成されたプラズマ切断装置の場合、このトーチホルダーに内筒体を嵌装させるように構成されていても良い。

そして、プラズマアークに沿わせて筒状の水流を形成することで、被切断材をプラズマ切断する際に発生する粉塵の飛散を防ぎ、切断時に発生する騒音と光を抑制でき、且つ被切断材を冷却して入熱量の低減をはかり、大気による切断面の酸化を抑制し切断面を向上することが可能である。

このため、水流装置には内筒体と仕切部材とによって水の流路が形成されており、該流路の端部には水を筒状に流出させる流出口が構成されている。従って、水室に供給された水は仕切部材との開口から流路を経て筒状の水流を形成することが可能である。特に、水流装置を構成する内筒体がトーチの本体に嵌装されるため、流出口がトーチの本体の外周に沿って構成されることとなり、この流出口から流出した水をトーチの本体の外周に添わせることが可能である。

流出口から流出する水は膜状であることが好ましい。このような水流をトーチの本体の外周に形成することで、該本体に対して付着した流れとすることが可能である。そして、トーチの先端に設けた切断ノズルからプラズマアークが噴射されたとき、これらの吸引作用によって引き寄せられ、該プラズマアークに添った流れを実現することが可能である。

トーチの本体に添って膜状の水流を形成するためには、流路に一様な水流を形成することが必要であり、流出口の形状や寸法は特に限定するものではない。しかし、流出口からの流出する勢いがあまり大きいと水が飛散してしまう虞があるため、流路の幅寸法をあまり大きくしたり、水量をあまり多くしたりすることは好ましくはない。

流路に於ける一様な水流を実現するためには、流路の上流に該流路の全周にわたって堰を設け、該堰を超えた水が流路を流れるようにすることが好ましい。特に、堰の上流側に、該堰の全周にわたる水の溜りとなる水室を構成しておき、この水室に溜まった水が堰を乗り越えて流路に流れるようにすることがより好ましい。

流路の幅寸法は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましく、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。更に、流路の幅寸法が１．２ｍｍの場合が最も好ましい水流を形成することが可能である。

筒状に流出した水の膜は一様な厚さであることが好ましい。即ち、流出口の幅寸法に変動があることは好ましくはない。このような流出口を構成するために、充分に高い剛性を有する内筒体と外筒体及び仕切部材を用いることが好ましい。しかし、内筒体と仕切部材とで構成される流路にスペーサを配置しても良い。このスペーサとしては複数の穴を形成したリング状のものであって良く、或いは内筒体又は仕切部材に複数のスリットを形成しても良い。

本実施例に係る水流装置Ａについて図を用いて説明する。図１、２に示す水流装置Ａは、図３に示すトーチＢの本体１０又はトーチＣの本体１１に取り付けられ、該本体１０又は本体１１に沿わせて水流を形成し得るように構成されている。各本体１０、１１の先端には夫々切断ノズル１２が取り付けられており、切断ノズル１２から図示しない被切断材に向けてプラズマアーク及び二次気流を噴射することで、該被切断材を切断することが可能である。

水流装置ＡはトーチＢの本体１０又はトーチＣの本体１１（以下代表してトーチＢの本体１０をいう）に嵌装される内筒体１と、該内筒体１の外周側に配置された外筒体２と、内筒体１と外筒体２との間に配置された仕切部材３と、を有している。

外筒体２の内周面にはリング状に形成された凹溝からなる水室４が形成されており、該水室４に仕切部材３を対向させることで、内筒体１の外周面１ａと仕切部材３とによってリング状に形成された流路５が形成されている。仕切部材３の水室４側の端部３ａは外筒体２と接触することなく、リング状の隙間からなる開口６が形成されており、該開口６を介して水室４と流路５が接続されている。また、流路５の開口６の反対側の端部（ノズルＡの下端）には、筒状の水流を形成するための流出口７が構成されている。

尚、開口６は必ずしもリング状の隙間として構成されている必要はない。例えば、仕切部材３の端部であって水室４と対向する位置に複数の穴を形成することで開口６としても良い。

内筒体１の流出口７と反対側の端部（水流装置Ａの上端）側には複数のねじ孔１ｂが形成されており、図３に示すように、ねじ孔１ｂにねじ１３を挿通して本体１０に締結することで、水流装置Ａを本体１０に取り付けるように構成されている。また、内筒体１の上端側であってねじ孔１ｂの近傍にフランジ１ｃが形成されており、該フランジ１ｃにねじ１ｄが形成されている。

外筒体２の上端側には内筒体１のフランジ１ｃに形成されたねじ１ｄに螺合するねじ２ａが形成されており、Ｏリング９を介してねじ２ａをねじ１ｄに締結することで、外筒体２は内筒体１に一体的に取り付けられている。また、外筒体２の下端部分には内周面側に突起した係止突起２ｂが形成されており、該係止突起２ｂに仕切り部材３を係止し得るように構成されている。

外筒体２の内周面側に形成されたリング状の凹溝からなる水室４は、水流装置Ａの上下方向の寸法が充分に大きく形成されている。そして、水室４の下端に接近した位置に図示しない水供給部材が接続される接続部材８が設けられている。接続部材８の構造は特に限定するものではなく、配管用のターミナルや、ワンタッチで着脱可能なコネクタなどを選択的に用いることが可能である。

上記の如く、接続部材８が水室４の下端側に設けられ、上端に開口６が構成されている。このため、水室４に供給された水の水位は下端側から上端に向けて上昇し、開口６に達したとき、該開口６を経て流路５に流入する。そして、水室４に対する時間辺りの供給水量を適宜設定することで、水面を波立たせることなく一様に上昇させることが可能である。従って、開口６から流路５の全周に対して略一定の水を流入させて流出口７から筒状の水流を流下させることが可能である。

仕切部材３は外筒体２の内周面に形成された凹溝と対向することで、この凹溝を水室４として機能させると共に、内筒体１の外周面１ａとの間に流路５を構成するものである。このため、仕切部材３は円筒状に形成されており、外周面の所定位置には外筒体２に形成された係止突起２ｂと係合する係合部３ｂが形成されている。この係合部３ｂの位置は、該係合部３ｂを外筒体２の係止突起２ｂに係合させたとき、端部３ａと水室４の上端とによって予め設定された寸法を持つ開口６が構成されるように設定されている。

尚、本実施例では、仕切部材３を上部部材３ｃと下部部材３ｄを直列につなぐことで構成しているが、この構成に限定するものではなく、１本のスリーブとして構成しても良いことは当然である。

また、本実施例では流路５の幅寸法を約１．２ｍｍに設定しており、供給する水量を毎分約８リットル〜約２０リットルの範囲に設定している。この水量の範囲では、流出口７から筒状の水膜を形成した水を流出させることが可能である。尚、供給水量は、プラズマアークの電流値に対応させて前記範囲内で変化させることが好ましい。

上記の如く構成された水流装置Ａでは、図３に示すように、内筒体１をトーチＢの本体１０に嵌装してねじ孔１ｂに螺合したねじ１３によって締結することで取り付けることが可能である。

そして、接続部材８に図示しない水供給部材から水室４に水をすると、供給された水は水室４の上端に構成された開口６から流路５に流入し、流出口７から筒状の水膜となって流出する。流出した水は本体１０の外周面に沿って流れ、該本体１０の先端に取り付けた切断ノズル１２の外周面に沿って流下する。

このため、切断ノズル１２から図示しないプラズマアークを形成すると共に、該プラズマアークに沿って二次気流を噴射したとき、切断ノズル１２の外周面に沿って流下した水はプラズマアーク、二次気流に吸引され、該二次気流に沿った流れを形成する。

従って、切断ノズル１２から被切断材に向けてプラズマアーク、二次気流を噴射すると共に二次気流に沿って水を流下させることで、切断部位には常に水が供給されることとなる。このため、切断部位に供給された水によって、粉塵の飛散を防ぎ、切断時に発生する騒音と光を抑制することが可能であり、且つ被切断材に対する入熱量を低減することが可能となる。また、大気による切断面の酸化を抑制し切断面を向上することが可能となる。

特に、被切断材を水面下１００ｍｍ程度に水没させることなく、上表面を露出させて下面を水面に接触させておくような、半水没式切断法と併用することで、前述の効果をより良く発揮することが可能である。

本実施例では、水室４に水を供給する接続部材８を外筒体２に対し、該外筒体２の軸心に向けて直交する方向に取り付けた。しかし、軸心に対し周方向に傾斜させて取り付けても良い。この場合、水室４に供給された水は該水室４の内部を旋回し、この状態で水位が上昇して開口６に到達するため、流路５に対する水の供給をより一様な状態とすることが可能である。

本発明に係る水流装置は、既存のプラズマ切断トーチに対して後付けして利用することが可能である。

Ａ 水流装置
Ｂ、Ｃ トーチ
１ 内筒体
１ａ 外周面
１ｂ ねじ孔
１ｃ フランジ
１ｄ ねじ
２ 外筒体
２ａ ねじ
２ｂ 係止突起
３ 仕切部材
３ａ 端部
３ｂ 係合部
３ｃ 上部部材
３ｄ 下部部材
４ 水室
５ 流路
６ 開口
７ 流出口
８ 接続部材
９ Ｏリング
１０、１１ 本体
１２ 切断ノズル
１３ ねじ

Claims (4)

1. プラズマ切断トーチに装着され該プラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置であって、
   プラズマ切断トーチの本体に嵌装される内筒体と、
   前記内筒体の外周側に配置され、該内筒体の外周面との間に水室を構成する外筒体と、
   前記内筒体と前記外筒体の間に前記水室と対向して配置され、前記内筒体の外周面との間に流路を形成すると共に該水室と前記流路を接続する開口を形成する仕切部材と、
   前記水室に連通し、該水室に水を供給する水供給部材が接続される接続部材と、
   前記流路の端部に構成され、該流路を流通した水をプラズマ切断トーチに沿わせて流出させる流出口と、
   を有することを特徴とするプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置。
2. 前記開口は前記水室の一方の端部側に形成され、前記接続部材は前記水室に形成された開口とは反対の端部側に配置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切断トーチに沿わせて水流を供給する装置。
3. 前記開口は、前記仕切部材に形成された複数の穴、又は前記仕切部材の一方の端部と水室との隙間によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載したプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置。
4. 前記接続部材は、前記外筒体の軸心に対し直交する方向に取り付けられて前記水室に連通し、又は前記外筒体の軸心に対し周方向に傾斜する方向に取り付けられて前記水室に連通していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載したプラズマ切断トーチに沿わせて水流を供給する装置。

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