JP2868935B2 - 移行式ア−ク加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非磁性体金属を移行式
ア−クト−チを用いてプラズマア−クで切断，溶接ある
いは加熱する移行式ア−ク加工装置に関し、特に、プラ
ズマア−クの狭窄に関する。

【０００２】

【従来技術】プラズマア−クト−チを用いて金属を切
断，溶接あるいは加熱する場合、精密加工が必要なとき
プラズマア−クを細く絞る必要がある。ト−チノズルの
口径を絞ることによりある程度これが達成されるが、ア
−クエネルギ−を低くしないでノズルの口径を絞ると、
ノズル内に不正放電(ツリ-ズア-ク等)を生ずるなどによ
り、ト−チが破損するので、ノズル口径の小径化にはお
のずから限度がある。そこで従来は、ト−チの外部に電
気コイル又はマグネットを配設して、これらによりア−
ク電極から加工対象材に向かう方向の磁界つまりア−ク
電極を中心としそれと平行な円筒状磁束を生ずる磁界を
発生して、ア−クを狭窄することが提案されている（例
えば特開昭61-149264号公報,特開昭61-149265号公報,特
開昭62-259678号公報,特開昭63-112071号公報,特開昭64
-11074号公報等)。また、ト−チ内にア−ク電極を周回
する電気コイル又はマグネットを配設して同様な効果を
得ようとすることも提案されるている(例えば特開昭63-
5882号公報,特開平1-306076号公報等)。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ト−チ内に電
気コイル又はマグネットを配設する提案では、従来のア
−クト−チではそれらの配設空間が極く狭く限られるの
で、磁界強度が高い大型のものは配設しえず、ア−ク電
流に及ぼず磁界が弱く、十分にア−クを狭窄することが
できない。ト−チ外に電気コイル又はマグネットを配設
する提案では、それらを大径高容量のものとすることが
できるが、ア−ク電極とト−チ側周壁との距離が大きい
ので電気コイル等の内径が大きくなり、また加工対象対
にあまり近づけて電気コイル等を配設しえないので、ト
−チ先端周りでの磁束の拡散が大きくア−ク位置におけ
る磁束密度は低くやはり十分にア−クを狭窄することが
できない。上記従来例のいずれでも、電気コイルを大幅
に大きくして磁界強度を極力高くすることによりア−ク
狭窄機能がかなり向上するかも知れないが、ア−クト−
チが大型化してその加工操作性が低下する。

【０００４】本発明は、ア−ク狭窄機能を高めることを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の移行式ア−ク加
工装置は、磁性体の上部電極台(6)および上部電極台(6)
からア−ク電極(8)に沿ってその下端近くまで延びる電
磁極台(7)を有する移行式ア−クト−チ(6〜18)；ト−チ
(6〜18)の外部にあって磁束を発生する電気コイル(3
0)；および、電気コイル(30)に対して、電気コイル(30)
から上部電極台(6)までならびに電気コイル(30)からア
−ク電極(8)の下端が対向する非磁性体の加工対象材(1)
の直下までの、低磁気抵抗の磁路を与える磁性体部材(3
1,4,5,32)；を備える。なお、カッコ内の記号は、図面
に示し後述する実施例の対応要素を示す。

【０００６】

【作用】磁性体部材(31,4,5,32)が、電気コイル(30)か
ら上部電極台(6)までならびに電気コイル(30)からア−
ク電極(8)の下端が対向する非磁性体の加工対象材(1)の
直下までの、低磁気抵抗の磁路を与えるので、電気コイ
ル(30)が発生する磁界の一極(例えばＮ)が上部電極台
(6)に、他極(Ｓ)が加工対象材(1)の直下に有効に作用す
る。すなわち、磁性体部材(31,4,5,32)により、ト−チ
外部の電気コイル(30)が発生する磁界が、ア−クト−チ
(6〜18)の上部電極台(6)と加工対象材(1)の直下の磁性
体部材(32)の間に加わる。ア−クト−チ(6〜18)には、
上部電極台(6)からア−ク電極(8)に沿ってその下端近く
まで延びる電磁極台(7)があるので、上部電極台(6)の磁
界の極性(Ｎ)が電磁極台(7)の下端すなわちア−ク電極
(8)の下端近傍に現われ、結局、電気コイル(30)が発生
する磁界の一極(Ｎ)がア−ク電極(8)の下端近傍に、他
極(Ｓ)が加工対象材(1)の直下(32)に現われ、電気コイ
ル(30)が発生する磁界が、ア−ク電極(8)の下端近傍か
ら加工対象材(1)を介してその直下(32)の間、つまりア
−クおよび加工対象材(1)を含む短距離空間に集中す
る。このように短距離空間に磁界が集中するので、電気
コイル(30)により磁界作用効率が高い。すなわちア−ク
狭窄機能が高い。電気コイル(30)がア−クト−チ(6〜1
8)の外部にあるので、それを高磁界発生能力がある比較
的に大型のものにすることが容易であり、磁界発生源そ
のものの発生磁界強度を高く設定しうる。

【０００７】本発明の好ましい実施例では、磁性体部材
(31,4,5,32)は、電気コイル(30)が巻回されア−ク電極
(8)が延びる方向に延びる磁性体第１コア(31)，ア−ク
電極(8)および第１コア(31)に直交する方向に延び、第
１コア(31)で支持された磁性体第２コア(4),上部電極台
(6)に一端が結合され他端が第２コア(4)の延びる方向に
移動自在に第２コア(4)に係合した磁性体第３コア(5)、
および、第1コア(31)の下端に結合されア-ク電極(8)直
下で第2コア(4)と平行に延びる磁性体第4コア(32)を含
む。この実施例によれば、電気コイル(30),第1コア(3
1),第2コア(4)および第4コア(32)を静置したまま、ア−
クト−チ(6〜18)を、そのア-ク電極(8)が第4コア(32)に
常時対向した状態で、第２コア(4)が延びる方向に、す
なわち非磁性体の加工対象材(1)の延びる方向に、移動
させることができる。すなわち第2コア(4)にト−チ(6〜
18)を倣わせる、倣い移動加工が実現し、ア−クト−チ
(6〜18)の加工操作性が高い。

【０００８】本発明の好ましい実施例は更に、第２コア
(4)に固着され第２コア(4)と平行な磁性体ガイドレ−ル
(20)、および、第３コア(5)に支持されガイドレ−ル(2
0)に当接しガイドレ−ル(20)を表裏から挟む相対向する
磁性体倣いロ−ラ(19)、を有する。これによれば、第2
コア(4)に対するト−チ(6〜18)の倣い移動が円滑かつ容
易であり、しかも、第2コア(4)と第3コア(5)の間に、ガ
イドレ-ル(20)と倣いロ-ラ(19)の機械的結合による磁路
が形成されるので電気コイル(30)と上部電極台(6)間の
磁気抵抗が更に低い。これらにより、ア−ク狭窄機能が
高く、しかもア−クト−チ(6〜18)の加工操作性が高
い。

【０００９】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１０】

【実施例】図１〜図３に、本発明の好ましい１つの実施
例を示す。図１は主にア−クト−チの内部構造（図３の
Ｉ−Ｉ線拡大断面）を詳細に示し、図２は主にア−クト
−チの上面（図１，図３の平面）を示し、図３は実施例
全体の外観（図１，２の右側面）を示す。

【００１１】まず図１を参照する。ア−クト−チ本体
（６〜１８）の基部に、磁束通路用および通電用の上部
電極台６（クロ−ムメッキを施した純鉄）がある。磁束
通路用の、大略円筒状の電磁極台７（クロ−ムメッキを
施した純鉄）の上端が電極台６に支持されている。電極
台６の内部にチャック１６（燐青銅）が挿入されてお
り、このチャック１６および電磁極台７を、ア−ク電極
８（トリュウム入りタングステン棒／マイナス電極）が
貫通している。

【００１２】チャック１６の下端部には半径方向に切ら
れた複数個のスリットがあり、これらのスリットの存在
によりチャック１６の下端部は半径方向に膨出又は縮退
しうる。チャック１６の下端面はテ−パになっておりそ
れが電磁極台７の内部のテ−パ面に当接する。チャック
１６の上端面はト−チキャップ１６（内部が黄銅、外部
露出部がベ−クライト）で押さえられている。ト−チキ
ャップ１７は電極台６のねじ穴にねじ込まれており、こ
のねじ込みによりチャック１６が押し下げられてその先
端が電磁極台７の内部のテ−パ面に強く当りこれにより
チャック１６の下部が半径方向に縮退しようとしてア−
ク電極８に圧接している。これによりア−ク電極８がチ
ャック１６に保持されている。

【００１３】電磁極台７の外側には水路筒１３（デルリ
ン／絶縁体）がありその上端部が電極台６に押込まれて
いる。水路筒１３の外側にノズル台１４（非磁性ステン
レス）があり、電極台６の下部の絶縁介挿筒に圧入され
ている。水路筒１３およびノズル台１４の下端面にはノ
ズル９（銅）の上端面が当接している。ノズル９はノズ
ル台１４にねじ結合したノズルキャップ１０（黄銅）で
ノズル台１４に結合されている。ノズル９にはセンタリ
ングスト−ン１２（セラミック）が挿入されており、セ
ンタリングスト−ン１２の中心穴を電磁極台７の下端が
貫通している。電極台６,絶縁介挿筒及びシ-ルド台座
(非磁性ステンレス)が一体でモ-ルドされており、シ-ル
ド台座にはシ−ルド台１５（黄銅）がねじ込まれてお
り、このシ−ルド台１５がノズル台１４を支持してい
る。シ−ルド台１５の外側面の雄ねじにシ−ルドキャッ
プ１１（非磁性ステンレス）がねじ結合している。上部
電極台６およびその下方の絶縁介挿筒及びシ−ルド台座
の外側周面はモ−ルド樹脂２で被覆され、モ−ルド樹脂
２に取手３（ベ−クライト）が一体に固着されている。
ア−ク電極８には、チャック１６および電極台６を介し
てパイロット電源およびメイン電源のマイナス極が接続
される。ノズル９には、ノズル台１４およびシ−ルド台
座を介してパイロット電源のプラス極が接続される。非
磁性体の溶接対象材１は、メイン電源のプラス極に接続
される。チャック１６と電磁極台７の間には、パイロッ
トガスが供給され、このガスが電磁極台７の下部のガス
通路を経て、またセンタリングスト−ン１２のガス通路
を経て、ノズル９の内空間に至り、ノズル９の中心穴か
ら溶接対象材１に向かって噴出する。シ−ルドガスは、
シ−ルド台座の内部に供給され、シ−ルド台１５のガス
通路を経てシ−ルドキャップ１１の内空間に至り、キャ
ップ１１とノズル９の間のリング状の空間を経て溶接対
象材１に向かって噴出する。パイロット電源により電極
８とノズル９の間にパイロットア−クを励起すると、メ
イン電源による、電極８−溶接対象材１間のメインア−
クが発生し、プラズマア−ク２１が電極８の先端から溶
接対象材１に向かう。

【００１４】一辺を半円形にした釣鐘形平板状であっ
て、半円形の中心部に丸穴を開けた形状に珪素鋼板を積
層し一体化した第３コア５が、上部電極台６に固着され
ている。すなわち、第３コア５の釣鐘形平板状部は絶縁
樹脂５ａで被覆され、絶縁樹脂５ａを被覆した穴を上部
電極台６が貫通し、電極台６の上端外側周面に切られた
雄ねじにねじ結合した締付けリング１８（ベ−クライ
ト）が絶縁樹脂５ａを締め付け、これにより、第３コア
５が上部電極台６に固着されている。

【００１５】珪素鋼板を積層し一体化した第２コア４は
大略直方体であり、その一端の下面にはＬ形の第１コア
の１つ３１の長辺の上端面が、他端の下面には同じくＬ
形の第１コアのもう１つ３１ａの長辺の上端面が、接合
している。該一端と他端の間の下面には、断面がＬ形の
ガイドレ−ル２０（鉄）が接合されている。第１コア３
１の長辺には電気コイル３０が、第１コア３１ａの長辺
には電気コイル３０ａが、装着されている。電気コイル
３０，３０ａに通電があると、この実施例では第１コア
３１，３１ａの上端をＮ極とし他端をＳ極とする磁界を
発生する。Ｌ形の第１コア３１，３１ａの短辺の先端
（垂直端面）には第４コア３２の各端部が固着されてい
る。

【００１６】非磁性体の加工対象材１が載せられる台座
（鉄製）５０には、第２コア４と平行な、断面が逆凸形
の溝が切られており、その中央の幅狭の深い溝に第４コ
ア４２が挿入され、その上に当金（銅製）５１が挿入さ
れている。当金５１の表面の、電極８に対向する位置に
は、プラズマを逃がすための溝があり第２コア４と平行
に延びている。その両側に冷却水流路５２，５３があ
り、第２コア４と平行に延びている。

【００１７】第２コア４の横断面は凹状であり、凹溝が
長手方向に延びている。この凹溝に、第３コア５の、樹
脂被覆５ａが無い方形状端部の先端が進入している。第
３コア５の、樹脂被覆５ａが無い方形状端部には、２個
のガイドロ−ラ１９（鉄製ベアリング）が装着されてお
り、それらの回転軸棒（ねじ付き）も鉄製である。それ
らの回転軸棒には、鉄板製のア−ムを介して同様なガイ
ドロ−ラ１９が装着されており、それらの回転軸棒（ね
じ付き）も鉄製である。１対のガイドロ−ラ１９がガイ
ドレ−ル２０を挟んで相対向し、これにより第３コア５
（つまりはア−クト−チ６〜１８）が第２コア４の延び
る方向に、第２コア４に対して倣い移動し得て、倣い移
動の間、第２コア４と第３コア５の間のギャップが実質
上一定に維持される。

【００１８】図１および図３に示すように、台座５０に
非磁性体の溶接対象材１を載置し、電気コイル３０，３
０ａに通電することにより、第１コア３１，３１ａの上
端−第２コア４−第３コア５−ア−クト−チの上部電極
６−電磁極台７−第４コア３２−第１コア３１，３１ａ
の下端、とル−プをなして溶接対象材１および当金５１
を貫通する磁束が流れる。なお、第２コア４と第３コア
５の間では、第２コア４からエアギャップを通して直接
に第３コアに磁束が流れると共に、第２コア４−ガイド
レ−ル２０−倣いロ−ラ１９−第３コア４のル−プで磁
束が流れる。つまりガイドレ−ル２０と倣いロ−ラ１９
は、第３コア５を第２コア４に対して磁気抵抗を実質上
一定にして第２コア４の長手方向に倣い移動させる機能
に加えて、第２コア４−第３コア５間の磁気抵抗を小さ
くする機能も有する。

【００１９】ト−チがプラズマア−ク２１を発生する
と、電極８の下端部では、ア−ク２１を包囲する円筒状
の磁束分布を生ずる。この円筒状磁束によりア−ク２１
が狭窄される。上述の磁束ル−プにより、電気コイル３
０，３０ａが発生する磁界が、電磁極台７の下端と第４
コア３２の間の空間すなわちア−ク通流空間、に集中す
るので、該空間の磁界強度が高く、つまり磁束密度が高
いので、ア−ク２１を包囲する円筒状の磁束密度が高
く、ア−ク狭窄効率が高い。溶接線（直線）に沿って予
め第２コア４を配設しておくことにより、ア−ク２１を
発生させてト−チを第２コア４に沿って、図２に矢印Ａ
で示す方向に移動させると、直線倣い溶接が実現する。
ト−チは第２コア４，ガイレ−ル２０，ロ−ラ１９等に
より、溶接対象材１から所定距離に吊り支持され、第１
コア３１，３１ａ，電気コイル３０，３０ａ，第２コア
４および第４コア３２が固定で、ト−チのみを第２コア
４に沿って移動させればよく、しかもト−チは従来のプ
ラズマト−チと比較して格別に大型化しないので、ト−
チの操作性が高い。

【００２０】溶接対象材１に対するト−チの高さの変動
を小さくして高さ維持をより安定なものとするときに
は、ト−チ支持補助具（図１，図３に２点鎖線で示す）
を用いる。この補助具は、ト−チのシ−ルドキャップ１
１が貫通しうる穴を有するト−チ支持リング４０（ベ−
クライト），リング４０に固着された脚棒４１および脚
棒４１に固着された球コロ４２で構成されており、ト−
チ支持リング４０の丸穴にシ−ルドキャップ１１を通し
て球コロ４２を溶接対象材１に載せることにより、ト−
チは、第３コア５を介して第２コア４で吊り支持される
のに加えて、ト−チ支持リング４０および脚棒４１を介
して球コロ４２等によって下支え支持され、溶接対象材
１とト−チ間距離を一定に維持する安定性が高い。した
がって位置決めの安定性を高く確保しようとする場合、
特に第２コア４が長い場合には、この補助具を用いるの
が良い。

【００２１】なお、第１コア３１および又は第２コア４
に別途固定具を付加してもよい。第２コア４が長い場合
に第１コア３１と電気コイル３０の組合せを１組とし
て、第２コア４の他端を非磁性体で支えるようにしても
よいし、第２コア４が長くしかもその長手方向各位置で
のア−ク狭窄用の磁界の変動は小さくしたいときには、
第１コア３１と電気コイル３０の組合せを３組以上の多
数組として第２コア４に沿って配設する。また、ト−チ
固定で加工対象材が移動しながらの加工においては、第
１，第２，第３，第４コアは分離する必要がなく、磁路
構造は簡単になる。ト−チの移動距離が短い場合には、
第２，第３磁路を可撓性のある磁性体（例えばアモルフ
ァスシ−ト薄板を多層化したもの）で一体にして、ト−
チの移動機能をもたせてもよい。

【００２２】

【発明の効果】電気コイル(30)が発生する磁界が、ア−
ク電極(8)の下端近傍と加工対象材(1)直下の間、つまり
ア−クを含む短距離空間に集中するので、電気コイル(3
0)により磁界作用効率が高い。すなわちア−ク狭窄機能
が高い。電気コイル(30)がア−クト−チ(6〜18)の外部
にあるので、それを高磁界発生能力がある比較的に大型
のものにすることが容易であり、磁界発生源そのものの
発生磁界強度を高く設定しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の一実施例の、主にア−クト−チの
構成を詳細に示す拡大断面図であり、図３のＩ−Ｉ線拡
大断面を示す。

【図２】 図１に示すア−クト−チの平面図である。

【図３】 前記実施例の全体構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１：溶接対象材（加工対象材） ２：モ−ルド樹脂
３：取手 ４：第２コア ５：第３コア
６：上部電極台 ７：電磁極台 ８：ア−ク電極
９：ノズル １０：ノズルキャップ １１：シ−ルドキャッ
プ １２：センタリングスト−ン １３：水路筒
１４：ノズル台 １５：シ−ルド台 １６：チャック １７：ト−チキャップ １８：締付けリング
１９：倣いロ−ラ ２０：ガイドレ−ル ２１：プラズマア−ク ３０，３０ａ：電気コイル ３１，３１ａ：第１コ
ア ３２：第４コア ４０：ト−チ支持リング ４１：脚棒
４２：球コロ ５０：台座 ５１：当金 ５２，５３：冷却水流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/08 B23K 10/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体の上部電極台、および、該上部電極
   台からア−ク電極に沿ってその下端近くまで延びる電磁
   極台を有する移行式ア−クト−チ；該ト−チの外部にあ
   って磁束を発生する電気コイル；および、 該電気コイルに対して、電気コイルから前記上部電極台
   までならびに電気コイルからア−ク電極の下端が対向す
   る非磁性体の加工対象材の直下までの、低磁気抵抗の磁
   路を与える磁性体部材；を備える移行式ア−ク加工装
   置。
2. 【請求項２】磁性体部材は、前記電気コイルが巻回され
   ア−ク電極が延びる方向に延びる磁性体第１コア，ア−
   ク電極および該第１コアに直交する方向に延び、第１コ
   アで支持された磁性体第２コア，前記上部電極台に一端
   が結合され他端が第２コアの延びる方向に移動自在に第
   ２コアに係合した磁性体第３コア、および、第１コアの
   下端に結合されア−ク電極直下で第２コアと平行に延び
   る磁性体第４コアを含む、請求項１記載の移行式ア−ク
   加工装置。
3. 【請求項３】磁性体部材は更に、第２コアに固着され第
   ２コアと平行な磁性体ガイドレ−ル、および、第３コア
   に支持され該ガイドレ−ルに当接しガイドレ−ルを表裏
   から挟む相対向する磁性体倣いロ−ラ、を含む請求項２
   記載の移行式ア−ク加工装置。
4. 【請求項４】更に、ア−ク電極と第４コアとの間の非磁
   性体の加工対象材を支える、第２コアと平行に延びる支
   持部材、および、該支持部材で支持された非磁性体の加
   工対象材と第４コアとの間に位置する高熱伝導性の裏当
   部材、を備える、請求項１，２又は３記載の移行式ア−
   ク加工装置。