JP2019118956A - 鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマトーチの電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に結合されて用いられるアーク発生金属の表面積を大きく増大させて電極の寿命を延長させることができるようにすること。【解決手段】冷却水管４が結合された電極２の先端挿入部２１に挿入されて鉛材挿入部２２のブレージング鉛材３でブレージング接合される鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材において、前記アーク発生金属材１の表面に凹凸１１を形成して表面積を増大させて、前記凹凸１１はアーク発生金属材１の表面にダイヤモンド形状で形成した。【選択図】図５

Description

本発明は、鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材に関し、より詳細には鉄板切断用プラズマトーチの電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に結合されて用いられるアーク発生金属（アーク発生金属；以下、アーク発生金属材という）の表面積を大きく増大させて真空ブレージング結合時に結合力を増加させて、冷却水パイプに通る冷却水による電極の冷却効率を高め、アーク発生時アーク発生地の消耗を遅延させて、安定的に電気が流れるようにして電極の寿命を延長させられるようにした鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材に関する。

一般に鉄板切断用プラズマアークトーチは、ノズルと電極との間に陽イオンと陰イオン、電子、励起された（ｅｘｃｉｔｅｄ）中性子及び分子で構成され、高温で加熱したプラズマアークを発生させて対象物を切断する用途などに用いられる。

このように金属性材料の切断、マーキング作業などに広く用いられるプラズマアークトーチは、内部に取り付けられた電極と、トーチ本体内に取り付けられた中央放出オリフィスと、電気連結部と、冷却及びアーク制御の流体用通路と、前記電極とノズルとの間に形成されたプラズマチャンバーで流体流動パターンを制御する渦巻きリング（ｓｗｉｒｌ ｒｉｎｇ）と、動力源（ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）等で構成される。

このようなプラズマアークトーチは、高温及び高いモメンタム（ｍｏｍｅｎｔｕｍ）を有するプラズマガスの制限されたイオン化ジェット（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｅｄ ｉｏｎｉｚｅｄ ｊｅｔ）であるプラズマアークを生成して切断作業などを行う。

前記プラズマアークトーチ用電極は銅材質の電極本体に形成されたボア（ｂｏｒｅ）に締まりばめする放出インサート（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｉｎｓｅｒｔ）、すなわちアーク金属でアークを発生させるもので、電極本体にアーク金属を接合する方法で従来には電極ボアに銀鉛ブレージング（Ｂｒａｚｉｎｇ）で接合する方法を取っている。

前記の従来プラズマアークトーチの電極に関する先行技術を、参考文献により調べると下記のとおりである。

参考文献１に、電極本体の前方部で高い熱伝導度を有する金属性材料で製作されて、電極本体の後方部は良好な熱及び電気伝導度を有する第２の安価な金属性材料で製作されるプラズマアークトーチの電極が開示されていて、
参考文献２に、ＣｕまたはＣｕ合金電極ホルダーにホールを形成させた後、Ｚｒ、Ｚｒ合金、ＨｆまたはＨｆ合金からなる作用インサートを前記ホール内に位置させた後、前記電極ホルダーと作用インサートとの間にその融液が挿入されるように銀または銀系合金の挿入金属を電極ホルダーの先端部に位置させて前記挿入金属の融点より３０〜１００℃高い温度でブレージングするプラズマアークトーチの電極が開示されている。

また、参考文献３に、アークを発生させるハフニウム棒を銀チューブに挿入させて真空炉で高温の真空ブレージング方法で接合させて、前記ハフニウム棒か挿入された銀チューブを、銅材質の本体に挿入させて高温の真空炉で銀鉛リングを利用して真空ブレージング方法で接合するプラズマアークトーチの電極が開示されていて、
参考文献４に、電極本体のアークを発生させるアーク金属を挿入して電極本体とアーク金属との間に中間金属層を注入して接合する方法で構成するプラズマアークトーチの電極が開示されている。

大韓民国公開特許公報第１０−２００９−０００７８０１号、２００９.０１．２０. 大韓民国公開特許公報第１０−２００２−００３４５３７号、２００２.０５．０９. 大韓民国公開特許公報第１０−２００７−００３８８０１号、２００７．０４.１１ 日本公開特許公報平４−１６７９９６、１９９２．０６．１６． 大韓民国登録特許公報第１０−０９８０４４６号、２０１０.０９．０７.

前記で調べたように鉄板切断用に用いられるアーク発生金属、すなわちハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）を用いるプラズマ電極は、アーク発生金属が電極の銅（Ｃｕ）素材とよく接触して電気的に安定するようにし、アーク発生時に発生する熱をはやく冷却できる条件で構成するのが好ましいことがわかる。

したがって、電気的に熱的に有利な方法は同一寸法のアーク発生金属の表面積で大きくする方法である。

電気的な内容は、電気の量は断面に比例するので、同一サイズで断面積で大きくすることが有利で、アーク発生時アーク発生金属は蒸発しながら消耗されるので、蒸発を抑制させて、遅延させる方法で同一サイズのアーク発生金属で冷却効率を最大とする方法は断面積で大きくすることが有利である。

したがって、プラズマ電極で電極の寿命は、蒸発を抑制させて、電気的に安定したアークを発生させるためには、電気的に表面積で大きくするアーク発生金属で有利な利点を得ることができて電極の寿命延長が可能である。

そこで、本発明は、アーク発生金属の表面積を増大させると電極の寿命を延長させることができ、また、アーク発生時にアーク発生金属の蒸発を抑制することができ、また、アーク発生金属の冷却効率を上げることを目的とする。

すなわち、本発明は、アーク発生金属の表面に陰刻の凹凸を形成して表面積を増大させることによって前記の利点を図ってこのようなアーク発生金属の表面積増加で冷却効率と電気的安定で電極の寿命を従来方式より向上させる。

前記課題解決のための本発明は

［請求項１］ないし［請求項４］に記載された発明によると；冷却水管が結合された電極の先端挿入部に挿入されて、鉛材挿入部のブレージング鉛材でブレージング接合される鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材において、前記アーク発生金属材の表面に凹凸を形成して表面積を増大させて、前記凹凸はアーク発生金属材の表面全体に亘ってムラなく形成して、前記凹凸はアーク発生金属材の表面にダイヤモンド形状で形成する。

本発明は、鉄板切断用プラズマトーチの電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）に結合されて用いられるアーク発生金属材の表面積を大きく増大させて真空ブレージング結合時に結合力を増加させて、冷却水パイプに通る冷却水による電極の冷却効率を上げて、アーク発生時アーク発生地の消耗を遅延させて、安定的に電気が流れるようにして電極の寿命を延長させることができるなどの様々な利点と効果を期待することができる。

本発明の一実施例を示した斜視図である。 本発明の一実施例を示した正面図である。 本発明の一実施例を示した断面図である。 本発明が適用された電極の分離斜視図である。 本発明が適用された電極の結合状態を示した断面図である。

本発明は、鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材の表面に凹凸を形成して凹凸による表面積を増大させることによって真空ブレージング結合時に結合力を増加させて、冷却水パイプに通る冷却水による電極の冷却効率を上げて、アーク発生時アーク発生地の消耗を遅延させて、安定的に電気が流れるようにして電極の寿命を延長させることができる等の様々な利点が期待できるよう、鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材を構成したことに特徴がある。

本発明は、電極の挿入部に挿入されてブレージング鉛材でブレージング接合処理されるプラズマアークトーチのアーク発生金属材において、
前記アーク発生金属材の表面に凹凸を形成して凹凸による表面積を増大させるように構成する。

前記アーク発生金属材の表面に形成される凹凸は、ダイヤモンド形状等で形成してアーク発生金属材の変形を最小化しながら凹凸による表面積が最大化されるように構成する。

以下、本発明の具体的な実施内容を添付図面を参照して詳細に調べる。

図１は、本発明の一実施例を示した斜視図であり、図２は、本発明の一実施例を示した正面図であり、図３は、本発明の一実施例を示した断面図であり、図４、５は本発明が適用された電極の分離斜視図及び結合状態断面図である。

鉄板切断用プラズマトーチは、内側に冷却水管４が結合された電極２の先端に挿入部２１が形成されて、これにアーク発生金属材１が挿入されて鉛材挿入部２２にブレージング鉛材３を入れてブレージング接合して構成する。

すなわち、銅材質の電極２は、センターにアーク発生金属材１を挿入するための挿入部２１が形成されて、最上端には鉛材挿入部２２が形成されてブレージング鉛材３を挿入してブレージング接合する。

本発明は、前記電極２に挿入されてブレージング鉛材３でブレージング接合処理されるプラズマトーチ電極のアーク発生金属材１において、前記アーク発生金属材１の表面に凹凸１１を形成する。

前記凹凸１１による表面積を増大させるように構成する。

前記アーク発生金属材１の表面に形成されて表面積を増大させるための凹凸１１は、ダイヤモンド形状などの様々な形状で実施することができるもので、アーク発生金属材１の変形を最小化して凹凸１１による表面積は最大化することができるように凹凸１１の深さと形状などを多様に実施できることは当然である。

前記凹凸１１は、アーク発生金属材１の表面積増大のためのものであるため、当然アーク発生金属材１外表面全体に亘ってムラなく形成するのが好ましい。

このような本発明は、表面に凹凸１１を形成して表面積を最大化してアーク発生金属材１を構成したことに以下の特徴的作用と効果が期待できるものであり、これを具体的に調べる。

アーク発生金属材１の表面積が増加すると；
（１）ブレージング（真空）時に電極２とアーク発生金属材１との間にブレージング鉛材３が挿入されて結合する過程で結合力が増加する。

すなわち、結合力は単位面積（結合される面積）に比例するので、表面積が増大すると接合面積が増加して従来方法に比べて増大した表面積だけ結合力が増加する。

（２）アーク発生金属材１は、アーク発生時に電極２の先端で高い熱が発生するが、この時電極突出部２３と電極２との間の挿入部２１に挿入されたアーク発生金属材１は表面積が増加して［熱伝達は表面積に比例するので］冷却水管４を介して流動する冷却水との接触面積が増加することによって電極２の冷却効率が大きく増加する。

（３）アーク発生金属材１のアーク発生時に安定したアーク発生が非常に重要で、安定したアークを発生させるためには、電気的に表面積が大きいアーク発生金属材１が電気的に安定的であり、［電気の量は面積に比例する。］これと共に前記の高い冷却効率性で電気が安定的に流れることができることによって安定したアーク発生で電極の寿命延長を期待することができる。

１ アーク発生金属材
１１ 凹凸
２ 電極
２１ 挿入部
２２ 鉛材挿入部
２３ 電極突出部
３ ブレージング鉛材
４ 冷却水管

Claims (4)

1. 鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材において、
   前記アーク発生金属材１の表面積を増大させたことを特徴とする、プラズマトーチ電極のアーク発生金属材。
2. 冷却水管４が結合された電極２の先端挿入部２１に挿入されて鉛材挿入部２２のブレージング鉛材３でブレージング接合される鉄板切断用プラズマトーチ電極のアーク発生金属材において、
   前記アーク発生金属材１の表面に凹凸１１を形成して表面積を増大させたことを特徴とする、プラズマトーチ電極のアーク発生金属材。
3. 前記凹凸１１は、アーク発生金属材１の表面全体に亘ってムラなく形成したことを特徴とする、請求項２に記載のプラズマトーチ電極のアーク発生金属材。
4. 前記凹凸１１は、アーク発生金属材１の表面にダイヤモンド形状で形成したことを特徴とする、請求項２に記載のプラズマトーチ電極のアーク発生金属材。

Images