JP2523009B2

JP2523009B2 - プラズマ切断方法及びそのプラズマ切断装置

Info

Publication number: JP2523009B2
Application number: JP1044095A
Authority: JP
Inventors: 俊哉新谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: DE69005815D1; WO1990009860A1; JPH02258176A; EP0460213A4; EP0460213B1; US5218181A; DE69005815T2; EP0460213A1; KR0137266B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、プラズマ切断方法及びそのプラズマ切断
装置に係わり、殊に被切断材に対し、ピアッシングスタ
ートを実施するに好適なプラズマ切断方法及びそのプラ
ズマ切断装置に関する。

〔従来の技術〕

一般的に、鋼板の各種形状の切断には２つの方法があ
る。一は鋼板の端部から切断を開始する方法であり、他
は鋼板面内の所望の部位から切断を開始する方法であ
る。後者では、先ず鋼板上の所定の位置に貫通孔（以下
ピアスとする）を設け、次にそこから切断を開始するこ
とになる（いわゆるピアッシングスタートであり、以下
これをピアッシングスタートとする）。このピアッシン
グスタートは、前者に対し、鋼板面内に丸、三角は勿論
のこと所望の形状で切り抜き切断を行うことができる。
そして当然にして、プラズマ切断方法もまた、その基本
は上記２つの方法に依っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

かかる切断方法において、とりわけピアッシングスタ
ートは、次に示すようにプラズマ切断装置にとり、憂慮
すべき問題を抱えている。つまり、第６図（6a）に示す
ように、被切断材30に穴311が貫通するまでの間（以下
この動作をピアッシングとする）、プラズマトーチ12に
よって溶融された被切断材は穴311の近傍に吹き上げら
れてそこに付着し、更に堆積してスラグ32となる。この
スラグ32は、同図（6b）に示すようにプラズマトーチ12
の移動に伴い、プラズマトーチ12の先端部と干渉し、こ
れを損傷させる原因となっている。更には同図（6a）の
状態において、吹き上った溶融物がプラズマトーチ12の
先端部に付着してプラズマの噴射を損ない、このため切
断品質を低下させ、かつ、プラズマトーチ12の損傷の原
因ともなっている。かかる不都合は、被切断材の板厚が
増せば増すほど溶融物も増加するため、プラズマ切断に
とって厚板の切断は一層大きな問題となっている。そこ
で、かかる問題における従来の対応方法を説明すれば、
従来は、ピアッシング時はプラズマトーチの高さを高く
してピアッシングを行い、その後プラズマトーチを所定
高さに低めて切断を行うか、又は予め高い位置から切断
を開始するかのいずれかの方法を採り、かかる不都合の
発生を避けている。しかしながら、ピアッシング精度や
切断精度の品質向上を図る際には、このような従来の方
法では問題解決の手段となりがたいという欠点があっ
た。

本発明は、上記従来の問題点に着目し、ピアッシング
スタートを良好に実施できるプラズマ切断方法を提供す
ることを目的とする。更には、かかる方法を好適に実施
できるプラズマ切断装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係わるプラズマ切
断方法は、ピアッシング動作を有するプラズマ切断方法
において、被切断材のプラズマトーチに対する面の少な
くともピアッシング部位及びその近傍に、被切断材溶融
物の付着を防止する膜を形成した後に、ピアッシング動
作を開始し、プラズマガスにより前記被切断材溶融物を
吹き飛ばすことを特徴としている。一方、本発明に係わ
るプラズマ切断装置は、プラズマ切断機のプラズマトー
チと共に移動するように被切断材溶融物の付着を防止す
る膜を形成する手段を備え、被切断材のプラズマトーチ
に対する面の所望の部位に被切断材溶融物の付着を防止
する膜を形成し、プラズマガスにより前記被切断材溶融
物を吹き飛ばすようにしたことを特徴としている。

〔作用〕

請求項１のプラズマ切断方法の作用は次に示す通りで
ある。スラグ付着防止剤なるものはもとより従来から知
られている。ところが従来、この使用は、切断作業中に
おいて、被切断材の裏面の切断端部及びその近傍等にこ
のスラグ付着防止剤を塗布することであり、その目的と
するところは、当該塗布部へのスラグ付着を防止するこ
とにより、被切断材裏面の切断品質（例えば見栄えな
ど）の向上に寄与させようとするものである（即ち、従
来は、スラグ付着防止剤の塗布をピアッシング部に適用
して目的効果を得ようとする発想は知られていない）。
これに対し、本発明に係わるプラズマ切断方法は、上記
の構成としてあるため、被切断材表面のピアッシング部
及びその近傍に予めスラグ付着防止剤を塗布することに
より、ピアッシング時、吹き上げられた溶融物がピアッ
シング部位及びその近傍に付着しにくくなる。更に被切
断材の全体表面についても、これら溶融物は、ピアスシ
ング部位からの吹き上がった後、プラズマトーチからの
プラズマガスにより遠方へ吹き飛ばされ、この間に冷却
されて他の部位へ転がり落ちてゆくようになる（即ち付
着しにくくなる）。次に、かかる請求項１のプラズマ切
断方法を好適に実施するための、請求項２のプラズマ切
断装置は、プラズマ切断機にスラグ付着防止剤塗布装置
を装着した構成である。しかも、このスラグ付着防止剤
塗布装置はプラズマ切断機のプラズマトーチと共に移動
するように装着されているため、被切断材の表面の所望
の部位にスラグ付着防止剤を塗布することができるよう
になる（勿論、被切断材のピアッシング部及び切断部位
へも塗布することができるようになる）。

要すれば、上記プラズマ切断方法によれば、第１に、被切断材に予め形成する膜には、被切断材溶
融物の付着を防止する作用がある。

第２に、プラズマガスには、被切断材に付着前の被切
断材溶融物を、遠方へ吹き飛ばす作用がある。

第３に、膜を被切断材のプラズマトーチに対する面の
少なくともピアッシング部位及びその近傍に形成した後
にピアッシング動作を開始するため、ピアスから吹き出
した被切断材溶融物が被切断材に付着することなく（即
ち、上記第１作用）、次いでピアスから吹き出したプラ
ズマガス及びピアス内に侵入しなかったアーク外周のプ
ラズマガスが前記被切断材溶融物をピアッシング部位及
びその近傍から遠方へ吹き飛ばす（即ち、上記第２作
用）という「上記第１作用と第２作用との相乗作用」を
生起する。

一方、プラズマ切断装置によれば、これは、上記プラズマ切断方法を好適に実施する装置
例である。従って上記第１作用、第２作用及び第３相乗
作用を有する。しかも、被切断材溶融物の付着を防止す
る膜を形成する手段は、プラズマ切断機のプラズマトー
チと共に移動可能である。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。請求
項１のプラズマ切断方法の実施例は、スラグ付着防止剤
として、微粒子グラファイトを溶媒トリクロルエタンと
混合したものを用いた（商品名：ユニコンレーザノンド
ロス（石原薬品（株））。以下この実施例の成績を述べ
る。先ず実施例の実施条件はプラズマトーチの作動電流
を80A、プラズマトーチの高さを8mm、プラズマガスを酸
素、かつ、被切断材を板厚が12mmである軟鋼板とし、切
断方法はピアッシングスタートにおけるピアッシングと
した。かかる実施条件において、従来のスラグ付着防止
剤を塗布しないピアッシング方法と、本発明に基づくピ
アッシング部位及びその近傍に予めスラグ付着防止剤を
塗布してピアッシングする方法とによるプラズマ切断を
各々10回行った。これらの比較結果を第１図（1a）に示
す。尚、第１図（1a）に示される比較基準は、同図（1
b）に示す通り、ピアッシング部及びその近傍のスラグ
付着最大高さである付着高さｈ［mm］と、同図（1c）に
示す通り、ピアスから連続するスラグについてのピアス
中心からその最遠端までの最遠長さｌ［mm］（以下付着
範囲とする）とした。かかる比較基準において、同図
（1a）は、これら各々10回のピアッシングの平均値を記
載した比較結果を示す図表である。この図表（同図（1
a））から分かる通り、本発明の方法の実施例によれ
ば、従来と比較して、付着高さｈは約58％に減少し、ま
た付着範囲ｌにあっては約28％にまで減少するという飛
躍的効果が認められる。他の実施例としては、上記グラ
ファイト以外のものを主成分とするスラグ付着防止剤を
用いる場合がある。この場合でも、これがスラグ付着防
止剤でさえあれば、その効果は、上記実施例同様、顕著
な効果が現れる。

かかる請求項１の実施例の効果をまとめると、従来問
題となっていたピアッシング時の溶融物の吹き上がりに
基づくピアッシング部位のスラグを大幅に少なくするこ
とができる。またこのため、次の効果を奏する。

（１）プラズマトーチの移動に伴うプラズマトーチ先端
部と、スラグとの衝突を避けることができるため、プラ
ズマトーチの損傷を大幅に少なくすることができる。

（２）プラズマガスにより溶融物を遠方へ容易に吹き飛
ばすことができる。かかる結果、プラズマトーチの損傷
を大幅に低減することができ、かつ、ピアッシングスタ
ート及び切断品質を向上させることができる。

（３）上記（１）及び（２）のため、プラズマトーチの
高さを低くして切断を開始することができるため、良好
な切断品質を保つことができる。

（４）プラズマガスにより溶融物がピアスから遠方に吹
き飛ばされるため、プラズマトーチの高さを最適に維持
できる。このため、厚板に対しても、良好なピアッシン
グスタートを実施することができる。

次に、請求項２のプラズマ切断装置の実施例を、第２
図〜第５図を参照して説明する。先ず、第５図に基づき
一般的なプラズマ切断装置についての全体概要を説明す
る。次にこれを元に、第１実施例（第２図）、第２実施
例（第３図）及び第３実施例（第４図）を説明する。

プラズマ切断機を搭載するプラズマ切断装置として
は、通常、XYテーブル及びロボット等がある。そこで以
下の第１実施例〜第３実施例は、いずれも、これら第１
実施例〜第３実施例に基づくプラズマ切断機をXYテーブ
ルに搭載したプラズマ切断装置の例である。このXYテー
ブルの概要は、第５図に示される。尚、同図（5a）は正
面図、同図（5b）は側面図（前記（5a）のＡ−Ａ視図）
である。同図（5b）において、Ｙ軸22はボールネジ24で
駆動され、レール25によりＹ方向に自在に移動できる。
プラズマトーチ12を搭載する軸11は前記Ｙ軸22上のボー
ルネジ21で駆動され、レール23によりＸ方向に自在に移
動できる構成となっている。

かかるXYテーブルにおいて、各実施例は以下の通りで
ある。

第１実施例は、第２図に示す通り、プラズマトーチ搭
載軸11にはプラズマトーチ12と、スラグ付着防止剤塗布
装置とが搭載されている。従って、スラグ付着防止剤塗
布装置はプラズマトーチ搭載軸11の移動と共に移動す
る。スラグ付着防止剤塗布装置は、詳しくは、スラグ付
着防止剤14を内蔵するタンク13と、刷毛16と、これら1
3、16の間を結びスラグ付着防止剤14を刷毛16に供給す
る管15とから構成されている。この作動を説明すれば、
先ずプラズマトーチ搭載軸11が被切断材30のピアッシン
グ位置へ移動させられる。次にタンク13から管15を経て
供給されたスラグ付着防止剤14が刷毛16に至り、プラズ
マトーチ搭載軸11を微動させることにより、スラグ付着
防止剤14をピアッシング位置及びその近傍に塗布する。
もっともかかる構成であるため、ピアッシング位置のみ
に制限されず、所望の位置にスラグ付着防止剤14を塗布
することができる（以下同様）。その後、プラズマトー
チ12をピアッシング位置に戻し、ピアッシングを行い、
引続き切断作業に移ることになる。

第２実施例は、第３図に示す通り、スラグ付着防止剤
塗布装置をスプレー式としたものである。このスラグ付
着防止剤塗布装置はスラグ付着防止剤14を内蔵するタン
ク13と、スプレー用のノズル161と、これら13、161の間
を結び、かつ、ポンプ17を途中に備えてスラグ付着防止
剤14をタンク13からノズル161へ供給する管151とから構
成されている。この作動を説明すれば、先ずノズル161
のスプレー方向が被切断材30のピアッシング位置に当た
るように、プラズマトーチ搭載軸11が移動させられる。
次にポンプ17を作動させ、スラグ付着防止剤14をタンク
13から管151を介してノズル161へ供給し、被切断材30の
ピアッシング部位及びその近傍にスプレー塗布する。そ
の後、プラズマトーチ12をピアッシング位置に戻し、ピ
アッシングを行う。そして、これに引続いて切断作業に
移ることになる。尚このとき、ノズル161は、同図に示
すように、プラズマトーチ12に対して傾けて取り付ける
ように構成すれば、プラズマトーチ12の直下及びその近
傍により誤りなくスラグ付着防止剤14を塗布することが
でき、かつ、上述のようにスラグ付着防止剤14を塗布し
た後にプラズマトーチ12をピアッシング位置に戻すとい
う工程を省略して、塗布しつつピアッシングをすること
もできるようになる。また更に、ノズル161をプラズマ
トーチ12の回りに複数個配置することにより、より広範
囲の利用に具することもできる。

以上、スラグ付着防止剤塗布装置は、第１実施例では
刷毛式であり、また第２実施例ではスプレー式であると
したが、これらに代わる他の方式としては、一般に知ら
れるローラ式やスタンプ式等であってもよい。

最後に、第３実施例は、第４図に示すように、プラズ
マトーチがピアッシング用のもの12aと、切断用のもの1
2bとを備えるプラズマトーチ搭載軸11に、上記第２実施
例で示したスプレー式のスラグ付着防止剤塗布装置を装
着した例である。この作動を説明すれば、先ずピアッシ
ング用のプラズマトーチ12aを被切断材30のピアッシン
グ位置に移動させ、スプレー式のスラグ付着防止剤塗布
装置によりスラグ付着防止剤14をスプレー塗布する。次
にピアッシング用のプラズマトーチ12aをピアッシング
位置まで移動させ、ピアッシングを行う。その後、切断
用のプラズマトーチ12bをピアッシング位置まで移動さ
せ、切断を開始する。かかる構成によれば、単に被切断
材30の上面に付着している溶融物は少なくなるばかり
か、殊に切断用のプラズマトーチ12bにあっては、これ
がピアッシングに関与していないため、ピアッシング時
の吹き上がりによる溶融物の付着を皆無とすることがで
きる。かかる結果、一層安定した切断精度を維持するこ
とができるようになる。

かかる実施例の効果を、従来のプラズマ切断機と比較
し、以下述べる。一般的にプラズマ切断機を備える加工
機械は被切断材から離れた位置から作業者により操作さ
れる。このため、もし請求項１のプラズマ切断方法を、
従来のプラズマ切断機に適用しようとすると、ピアッシ
ングの都度、事前に手作業等でそのピアッシング部位に
スラグ付着防止材を塗布する必要がある。しかしなが
ら、これでは１つの被切断材が何箇所からのピアッシン
グスタートを行う場合、作業者の負担増大となる（非生
産的である）。そこで仮に被切断材の総てをスラグ付着
防止材で覆うならば、かかる不都合も解決することがで
きよう。しかしながら、余分のスラグ付着防止材を準備
しなければならないばかりか、更に、切断後において不
要のスラグ付着防止剤を被切断材から取り除く工程が必
要となり、更に非効率となる。これに対し、上記実施例
では、次の効果を得ることができる。即ち、作業者は遠
隔操作により、所望の特定位置（ピアッシング位置やそ
の他の特定位置を指す）にスラグ付着防止剤を容易に塗
布することができるようになる。また、かかる構成であ
れば、手操作ではなく、これを利用して、自動化するこ
ともまた容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のプラズマ切断方法及び
プラズマ切断装置によれば、次の効果を奏する。

即ち第１発明によれば、次の効果を奏する。

（１）前記第１作用と第２作用との相乗作用によってピ
アッシング部位及びその近傍に付着する被切断材溶融物
が大幅に減少する。

（２）それでも付着した被切断材溶融物では、その付着
高さが低いため、トーチが製品を切り抜くためにピアッ
シング部位及びその近傍に戻ってきても、トーチ先端が
付着被切断材溶融物に衝突し難く、従ってトーチ先端を
破損させて切断品質を低下させたりすることがなく、ま
たダブルアークを生起してトーチを溶損させ切断不能に
陥るということがなくなる。従って切断品質を向上で
き、かつトーチを寿命延長できる。

（３）また付着した被切断材溶融物では、付着高さが低
くなる分、プラズマトーチ高さの変化が極めて少なくな
るため（即ち、被切断材への切断入熱に変化し難くなる
ため）、トーチ高さの自動制御を省略して簡素化でき
る。勿論、切断幅が広がったり、切断面が傾斜する等の
問題も生じない。

（４）さらに付着した被切断材溶融物では、付着面積も
少なくなる分、プラズマトーチ高さの変化域が少なくな
るため（即ち、被切断材への切断入熱に変化領域が少な
くなるため）、小形状の製品を高品質で切断し易くな
り、歩留向上に寄与できるようになる。

（５）大方の被切断材溶融物は遠方に吹き飛ばされる
が、一部はピアッシング部位の近傍に衝突し、また転が
るが、この場合、被切断材溶融物は被切断材溶融物の付
着を防止する膜に衝突し、また膜上を転がるため、被切
断材に損傷を与えることがない。即ち、表面に光沢を有
することが要請された被切断材の切断に際しては、表面
が被切断材溶融物によって傷つけられ、光沢が損なわれ
る心配がなくなる。勿論、光沢を復活させる後工程も不
要となる。

（６）予めピアッシング部位及びその近傍に被切断材溶
融物の付着を防止する膜を形成しておけば、作業者は自
ずと当該部位を丁寧に扱う等の副次効果も生ずる。

一方、第２発明によれば、次の効果を奏する。

（１）被切断材溶融物の付着を防止する膜を形成する手
段は、プラズマ切断機のプラズマトーチと共に移動可能
とされている。このため、この手段をプラズマトーチの
ピアッシング動作と同期した数値制御（NC制御）で制御
することが簡単に達成できる。

（２）勿論、第２発明は第１発明の実施装置であるか
ら、上記（１）の第１発明の効果を共有する。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・請求項１のプラズマ切断方法の実施例と従
来技術との比較効果を説明する図であって、（1a）は比
較効果を示す図表、（1b）はその比較基準であってスラ
グの付着範囲を示す図、（1c）は同じく比較基準であっ
てスラグの付着高さを示す図第２図・・・請求項２のプラズマ切断装置の第１実施例
の概要を示す構成図第３図・・・請求項２のプラズマ切断装置の第２実施例
の概要を示す構成図第４図・・・請求項２のプラズマ切断装置の第３実施例
の概要を示す構成図第５図・・・請求項２のプラズマ切断装置の実施例を搭
載したXYテーブルの構成の概要を示す図第６図・・・従来のプラズマ切断方法の課題を説明する
図あって、（6a）はピアッシングを示す図、（6b）はプ
ラズマトーチの移動を示す図ｈ……スラグ付着高さｌ……スラグ付着範囲 11……プラズマトーチ搭載軸 12……プラズマトーチ 12a……ピアッシング用プラズマトーチ 12b……切断用プラズマトーチ 13……タンク 14……スラグ付着防止剤 15、151……管 16……刷毛 161……ノズル 17……ポンプ 30……被切断材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ピアッシング動作を有するプラズマ切断方
法において、被切断材のプラズマトーチに対する面の少
なくともピアッシング部位及びその近傍に、被切断材溶
融物の付着を防止する膜を形成した後に、ピアッシング
動作を開始し、プラズマガスにより前記被切断材溶融物
を吹き飛ばすことを特徴とするプラズマ切断方法。
【請求項２】プラズマ切断機のプラズマトーチと共に移
動するように被切断材溶融物の付着を防止する膜を形成
する手段を備え、被切断材のプラズマトーチに対する面
の所望の部位に被切断材溶融物の付着を防止する膜を形
成し、プラズマガスにより前記被切断材溶融物を吹き飛
ばすようにしたことを特徴とするプラズマ切断装置。