JP2904459B2 - プラズマト−チ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の切断，溶削，溶
接，加熱等の加工を行なうためのプラズマア−クト−チ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプラズマト−チの１つが特開平
２−２０６６７号公報に提示されている。この種のプラ
ズマト−チでは、タングステン電極棒台で吊下げ支持し
たタングステン電極棒の先端と該先端近傍に位置するノ
ズルチップの間の空間を通りノズルチップのノズルに流
れる作動ガスが、タングステン電極棒先端とノズルチッ
プ又は加工対象材との間のア−クで高温プラズマとな
り、ノズルチップのノズルより噴出し加工対象材に当
る。ノズルチップ内，外はしたがって高温になるので、
ト−チ、特にその先端部、を冷却する必要があり、ト−
チ先端部には冷却水流路が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】プラズマト−チ先端部
は、タングステン電極棒を中心に作動ガス流路および冷
却水流路があるので径が太い。すなわちプラズマ噴射ノ
ズル径に対してト−チ先端部の径がきわめて大きい。そ
の結果、加工対象材の加工、特に局所的な加工におい
て、所要位置にプラズマが正確に指向しているか否かの
監視が難かしいという問題がある。特に狭い空間にト−
チを差し込むような加工作業になる場合にこの確認が難
かしいとか、ト−チの差し込みができないで加工そのも
のが出来ないなどの問題が大きい。

【０００４】本発明は、所要位置にプラズマが正確に指
向しているか否かの監視を容易にすることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマト−チ
は、絶縁外筒(1)； 該絶縁外筒(1)に挿入された絶縁リング(2)； 絶縁外筒(1)に挿入され絶縁リング(2)の上方に位置する
タングステン電極棒台(3)； 絶縁外筒(1)に挿入され絶縁リング(2)の下方に位置する
ノズル台受け(4)； 中心部の空間と外壁との間に冷却水流路(55)を、外周面
に耐熱絶縁層(54)を有し、上端がノズル台受け(4)に入
る、外直径Ｄが、3.0Ｗ≦Ｄ≦6.0Ｗ なるノズル台(5)； ノズル台(5)に挿入された、外直径Ｗなるタングステン
電極棒(6)； ノズル台(5)の内部にあってタングステン電極棒(6)を支
持する位置決め部材(7)； ノズル台(5)の下端に結合した、中心部にプラズマノズ
ル(8n)を有するノズルチップ(8)；および、略リング状
であってその中心をノズル台(5)が貫通して 0.15Ｌo≦
Ｌn≦0.75Ｌo なる長さＬnに渡って突出する、ノズル台
(5)をノズル台受け(4)に固定するためのねじ部材(9)；
を備える、全長がＬoの、プラズマト−チ。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に
付したものである。

【０００６】

【作用】ノズル台(5)の上端をノズル台受け(4)に挿入
し、かつ耐熱絶縁層(54)を被覆した外直径Ｄが 3.0Ｗ≦
Ｄ≦6.0Ｗ なる筒状部を、略リング状のねじ部材(9)の
外に 0.15Ｌo≦Ｌn≦0.75Ｌo なる長さＬnに渡って突出
させているので、該筒状部の先端のノズルチップ(8)は
ト−チ本体(１〜4,9)から遠く、それらの間にあるノズ
ル台(5)の径がト−チ本体(１〜4,9)より細いので、所要
位置にプラズマが正確に指向しているか否かの監視が容
易になるのに加えて、狭い空間にもノズル台(5)を挿入
して奥の箇所のプラズマ加工を行ない得る。

【０００７】ノズル台(5)がト−チ本体(１〜4,9)より長
く突出しているので、ノズル台(5)の外周面が周りの物
体に接触し易くしかも熱を受け易く、特に狭い空間にノ
ズル台(5)を挿入して奥の箇所のプラズマ加工をしてい
るときにはノズル台(5)の外周面が周りの物体に接触す
る可能性が高くしかも受熱が大きいが、ノズル台(5)
が、外周面に耐熱絶縁層(54)を有ししかも中心部の空間
と外壁との間に冷却水流路(55)を有するので、ノズル台
(5)が周りの物体に接触してそれに通電してしまうと
か、過熱するとかの問題が回避され、ノズル台(5)を 3.
0Ｗ≦Ｄ≦6.0Ｗ と細径に構成しうる。次に、耐熱絶縁
層(54)を施した筒状部の外直径Ｄ、および、該筒状部
の、ねじ部材(9)からの突出長Ｌnを説明する。

【０００８】タングステン電極棒(6)の外直径Ｗは一般
的に、1.6mm，2.4mm，3.2mm，4.0mm又は4.8mm である
が、耐熱絶縁層(54)を施した筒状部の外直径Ｄは、Ｗ＋
作動ガス通路（絶縁距離）×２＋冷却水流路構造(内壁
面から外壁面までの距離)×２＋耐熱絶縁層(54)の厚み
×２、となる。作動ガス通路（絶縁距離）すなわち電極
棒(6)の外表面からそれに対向する内筒(53)の内壁面ま
での距離は 2.5mmが必要である。冷却水流路構造(内壁
面から外壁面までの距離)すなわち内筒(53)の内壁面か
ら外筒(51)の外周面までの距離は 3.5mmが必要である。
また、耐熱絶縁層(54)の厚みは 0.5mmが必要である。そ
の結果、Ｄ≧Ｗ＋13 mm が必要であり、Ｗ＝3.2mm では
Ｄ≧16.2mmすなわちＤ≧(16.2/3.2)Ｗ≒5.1Ｗ、Ｗ＝4.0
mm ではＤ≧17.2mmすなわちＤ≧(17.2/4.0)Ｗ＝4.3Ｗ、
Ｗ＝4.8mm ではＤ≧17.8mmすなわちＤ≧(17.8/4.8)Ｗ≒
3.7Ｗ、となる。3.0Ｗ未満には製作不可能である。した
がってＤ≧3.0Ｗでなければならない。

【０００９】一方、Ｗ＝4.0mm又は4.8mmを使用する300
Ａ迄の大電流ア−クプラズマの場合、耐熱絶縁層(54)を
施した筒状部の外直径Ｄが24mmを越えると、該筒状部で
プラズマ加工箇所が見にくくなり、Ｗ＝4.0mmの場合、
Ｄ≦(24/4.0)Ｗ＝6.0Ｗでなければならない。また、Ｗ
＝3.2mmを使用する150Ａ迄の中電流の場合には大電流の
場合よりもノズルを加工対象材に近づけなければなら
ず、プラズマ加工箇所をのぞきみるためには筒状部の外
直径は20mm程度が限界であり、Ｗ＝3.2mmの場合、Ｄ≦
(20/3.2)Ｗ≒6.3Ｗでなければならない。したがって、
プラズマ加工箇所の確認を容易にするため本発明ではＤ
≦6.0Ｗとする。

【００１０】これにより、前記筒状部によるプラズマ加
工箇所の見にくさは改善するが、プラズマ加工箇所はト
−チ本体(１〜4,9／特に先端のねじ部材9)によっても見
えにくくなる。ト−チ長さＬoはタングステン電極棒(6)
の長さによって決まり、タングステン電極棒(6)の長さ
は通常150mmでこの場合ト−チ長さＬoは約160mmとな
る。ト−チ本体(１〜4,9／特に先端のねじ部材9)から
の、耐熱絶縁層(54)を施した筒状部の突出し長さＬnが2
0mm以上なければ、ト−チ本体によってプラズマ加工箇
所が見にくくなる。したがって耐熱絶縁層(54)を施した
筒状部の突出長Ｌnは、Ｌn≧(20/160)Ｌo＝0.125Ｌoと
する。タングステン電極棒(6)のチャック(固定)および
給電，電極収納空間への作動ガスの供給、ならびにト−
チ台(4)への冷却水の供給のため、ト−チ本体(１〜4,9)
には最低40mmの長さが必要である。したがって突出長Ｌ
nは、Ｌn≦〔(160−40）/160〕Ｌo＝0.75Ｌoとする。こ
れにより、ト−チ本体(１〜4,9)によるプラズマ加工箇
所の見にくさが改善する。

【００１１】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。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の一実施例の外観を示し、図２
および図３に、図１に示すプラズマト−チの、図１紙面
に平行な面で破断した拡大縦断面を示す。なお、図２お
よび図３それぞれのＡ−Ａ線を重ね合せることにより、
ト−チ全体の拡大縦断面が現われる。ト−チ本体の絶縁
外筒１はその上端に、中心方向に突出する内フランジ
（有孔底）を有する。絶縁外筒１にはその下開口から、
電極台３，パッキング２０Ａ，絶縁リング２，パッキン
グ２０Ｂおよびノズル台受け４がこの順に挿入され、雌
ねじを有する袋ナット１７を絶縁外筒１の雄ねじにねじ
合せして締め込むことにより、ノズル台受け４が絶縁外
筒１の内部に押され、これにより、電極台３，パッキン
グ２０Ａ，絶縁リング２，パッキング２０Ｂおよびノズ
ル台受け４が、絶縁外筒１と一体となっている。

【００１３】ノズル台５は、内筒５３に外筒５１を溶接
しそれらの上端にフランジ５２を溶接し、そして外周面
にセラミックの溶射によって耐熱絶縁層５４を形成した
ものである。内筒５３内にはタングステン電極棒６を位
置決めするセンタリングスト−ン７および該スト−ン７
の位置決め用の絶縁体パイプ５６が収納され、内筒５３
と外筒５１の間の空間５５は冷却水流路である。内筒５
３の下端には雌ねじが切られておりこの雌ねじに、雄ね
じを有するノズルチップ８がねじ込まれている。ノズル
チップ８の中心位置にはプラズマ噴射ノズル８ｎが開け
られている。

【００１４】図２において、ノズル台５は、雄ねじを有
する金属筒９２およびそれを固着した断熱カラ−９１で
なる止めねじ９の中心開口を貫通して下方に延びてい
る。金属筒９２をノズル台受け４の下開口内壁面の雌ね
じにねじ結合して締め込むことにより、金属筒９２の上
端面が、ノズル台５のフランジ５２の板面に当ってフラ
ンジ５２つまりはノズル台５を上に押し、フランジ５２
の上端面がノズル台受け４の上底面に当る。このように
して、止めねじ９により、ノズル台５がノズル台受け４
に一体になっている。

【００１５】電極台３にはチャック１０が挿入され、こ
のチャック１０およびセンタリングスト−ン７にタング
ステン電極棒６が通され、ト−チキャップ１１の締め込
みによりチャック１０が下方に押されて電極台３のテ−
パにより半径方向の圧縮力を受けてチャック１０の下端
のスリットが狭まり、これによりチャック１０の下端が
タングステン電極棒６を締め付けている。ト−チキャッ
プ１１は、タングステン電極棒６およびチャック１０を
受け入れる中心穴および雄ねじを有する金属スリ−ブ１
１１を絶縁体キャップ１１２に挿入して両者の接触面を
接着剤で接合し、かつ両者間にピン１１３を打込んだも
のであり、金属スリ−ブ１１１の雄ねじを電極台３の雌
ねじ穴にねじ込むことによってチャック１０を下方に押
している。

【００１６】電極台３には排水路が開けられその開口に
金属筒１２が溶接されている。この排水路に連続する排
水路がパッキング２０Ａ，絶縁リング２，パッキング２
０Ｂおよびノズル台受け４に開けられている。ノズル台
受け４には給水路も形成されておりその入口に金属筒１
４が溶接されている。ノズル台５の上端のフランジ５２
には排水流路と給水流路があり、前者がノズル台受け４
の排水路に連続し後者がノズル台受け４の給水路に連続
している。ノズル台５の、内筒５３と外筒５１の間の空
間５５は仕切板で左右２室に区切られており、仕切板の
下端には該２室を結ぶ穴が開けられている。これらの２
室の内の左室（給水室）はフランジ５２の給水流路に、
右室（排水室）はフランジ５２の排水流路に連通してい
る。金属筒１４に接続された給水管１５からの冷却水
は、金属筒１４，ノズル台受け４の給水路，フランジ５
２の給水流路を通ってノズル台５の内筒５３と外筒５１
の間の空間５５の左室に入り、そして空間５５をまず下
方に移動し下端で仕切板の穴を通って右室に抜け、そし
て上昇してフランジ５２の排水流路を通って、ノズル台
受け４の排水路，絶縁リング２，電極台３および金属管
１２を通って排水管１３に出る。

【００１７】絶縁リング２には、その中心の、タングス
テン電極棒６を通す穴に連なる開口が側面に開けられて
おりその開口に金属筒が圧入されこの金属筒にガスパイ
プ１６が接続されている。このガスパイプ１６に供給さ
れる作動ガスは、絶縁リング２の中心のタングステン電
極棒６を通す穴を通ってノズル台５の内筒５３を通って
ノズルチップ８のノズル８ｎから噴出する。

【００１８】金属筒１２に接続された可撓性がある給水
管１３の内部をタングステン電極棒６への給電用の電力
線が通っており、その先端が金属筒１２に接続されてい
る。したがってこの電力線（図示せず）は、金属筒１
２，電極台３およびチャック１０を介してタングステン
電極棒６に接続されていることになる。金属筒１４には
図示しない高周波高圧線が接続されている。この高周波
高圧線は、金属筒１４，ノズル台受け４およびノズル台
５を介してノズルチップ８に接続されていることにな
る。

【００１９】絶縁外筒１の外周面をＵ字形の保護外筒１
８が覆っており、外筒１および１８にボルト受け用のね
じ穴１９が開けられている。この穴１９にねじ込まれる
ボルトにより、ト−チ握柄（図示せず）の先端のコの字
形頭部に、図１に示すプラズマト−チが装着される。ボ
ルトを緩めることにより、ト−チ握柄の中心線Ａｃ−Ａ
ｃに対するト−チ中心線Ｔｃ−Ｔｃの交角（図１，２で
は直角）を調整しうる。 図示しないア−ク電源装置の
＋極を加工対象材に接続し、−極を金属筒１２に接続
し、ガスパイプ１６に作動ガスを供給し、金属筒１４に
高周波高圧を印加するとタングステン電極棒６とノズル
チップ８の間に高周波電圧による放電が発生し、パイロ
ットア−クが着火する。このパイロットア−クにより加
工対象材（図示せず）とタングステン電極棒６の下端の
間にア−ク放電が発生し、作動ガスがプラズマとなって
加工対象材に向かう。このプラズマにより、切断，ガウ
ジング，溶接，加熱等の加工を行なう。

【００２０】絶縁外筒１の上端から止めねじ９の下端面
までがいわゆるト−チ本体部であり太径であるが、ノズ
ル台５の、耐熱絶縁層５４を施した筒状部の3/4以上
が、止めねじ９より下方に突出しており、ト−チ握柄の
中心線Ａｃ−Ａｃから止めねじ９下端面までの太径部
（本体部）の長さと同程度もしくはそれ以上、耐熱絶縁
層５４を施した筒状部すなわち細径部が、止めねじ９よ
り下方に突出している。したがって、作業者の目（又は
監視用ＩＴＶのレンズ）とノズル８ｎの前方の加工位置
との間の視野がト−チで遮られる確率が低く、加工対象
材の加工、特に局所的な加工において、所要位置にプラ
ズマが正確に指向しているか否かの監視が容易である。
特に、狭い空間にト−チを差し込むような加工作業にな
る場合に、狭い空間内で所要位置にプラズマが正確に指
向しているか否かの監視が容易であり、加えて、狭い空
間にノズル台５を差し込んで奥の所要箇所の加工を行な
い得るという利点がある。

【００２１】ノズル台５が長く露出することにより、そ
の外周面が周りの物体に接触し易くしかも熱を受け易
く、特に狭い空間にノズル台５を挿入して奥の箇所のプ
ラズマ加工をしているときにはノズル台５の外周面が周
りの物体に接触する可能性が高くしかも受熱が大きい
が、ノズル台５の外周面の耐熱絶縁層５４がノズル外筒
５１への熱輻射を遮断し、しかも内筒５３と外筒５１間
の冷却媒体によりそれらが冷却されるので、ノズル台５
が周りの物体に接触してそれに通電してしまうとか、ノ
ズル台５が過熱又は破損するとかの問題が回避され、ノ
ズル台５を細径に構成しうる。

【００２２】なお、上述の実施例では、タングズテン電
極棒６は、外直径Ｗ＝4.0mm、長さ150mmのものであり、
ト−チの全長Ｌo＝160mmである。ノズル台５の、耐熱絶
縁層５４を施した筒状部の外直径ＤはＤ＝4.5Ｗ、突出
長ＬnはＬn＝0.3Ｌoである。

【００２３】ノズル台５の、耐熱絶縁層５４を施した筒
状部の3/4以上を止めねじ９より下方に突出させている
が、開けた広い空間にある板状の加工対象材の表面疵の
ガウジングでは、耐熱絶縁層５４を施した筒状部の、止
めねじ９下端よりの突出長が、止めねじ９下端とフラン
ジ５２との距離と略同程度であれば、すなわち該筒状部
の長さの略半分以上を止めねじ９より突出させておけ
ば、所要位置にプラズマが正確に指向しているか否かの
監視が容易である。この場合、ト−チ握柄の中心線Ａｃ
−Ａｃから止めねじ９下端面までの太径部（本体部）の
長さの約同じ長さ程度、耐熱絶縁層５４を施した筒状部
すなわち細径部が、止めねじ９より下方に突出している
ことになる。すなわち、表面疵のガウジングでは、耐熱
絶縁層５４を施した筒状部の、止めねじ９より下方への
突出長は、ト−チ握柄の中心線Ａｃ−Ａｃから止めねじ
９下端面までの太径部の長さの１／３以上であればよ
い。

【００２４】

【発明の効果】加工対象材の加工、特に局所的な加工に
おいて、所要位置にプラズマが正確に指向しているか否
かの監視が容易になり、また、狭い空間の奥の加工が容
易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の外観を示す側面図であ
る。

【図２】 図１に示すプラズマト−チの一部を、その中
心軸を含む図１の紙面に平行な面で破断して示す拡大縦
断面図である。

【図３】 図１に示すプラズマト−チの他の部分を、そ
の中心軸を含む図１の紙面に平行な面で破断して示す拡
大縦断面図であり、図２のＡ−Ａ線と図３のＡ−Ａ線と
を重ね合せることにより、図１に示すプラズマト−チの
全体の拡大縦断面が現われる。

【符号の説明】

１：絶縁外筒 ２：絶縁リング ３：タングステン電極棒台
４：ノズル台受け ５：ノズル台 ５１：外筒 ５２：フランジ ５３：内筒 ５４：耐熱絶縁層 ５５：空間 ５６：絶縁体パイプ ６：タングステン
電極棒 ７：センタリングスト−ン ８：ノズルチップ ８ｎ：ノズル ９：止めねじ ９１：断熱カラ− ９２：金属筒 １０：チャック １１：ト−チキャ
ップ １１１：金属スリ−ブ １１２：絶縁体キ
ャップ １１３：ピン １２：金属筒 １３：給水パイプ １４：金属筒 １５：排水パイプ １６：ガスパイプ １７：袋ナット １８：保護外筒 １９：ボルト穴 ２０Ａ，Ｂ：パッ
キング

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−254371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−138559（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−60783（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−70772（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−93665（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 10/00 504 B23K 10/00 501

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁外筒； 該絶縁外筒に挿入された絶縁リング； 絶縁外筒に挿入され絶縁リングの上方に位置するタング
   ステン電極棒台； 絶縁外筒に挿入され絶縁リングの下方に位置するノズル
   台受け； 中心部の空間と外壁との間に冷却水流路を、外周面に耐
   熱絶縁層を有し、上端がノズル台受けに入る、外直径Ｄ
   が、3.0Ｗ≦Ｄ≦6.0Ｗ なるノズル台； ノズル台に挿入された、外直径Ｗなるタングステン電極
   棒； ノズル台の内部にあってタングステン電極棒を支持する
   位置決め部材； ノズル台の下端に結合した、中心部にプラズマノズルを
   有するノズルチップ； および、 略リング状であってその中心をノズル台が貫通して 0.1
   5Ｌo≦Ｌn≦0.75Ｌoなる長さＬnに渡って突出する、ノ
   ズル台をノズル台受けに固定するためのねじ部材；を備
   える、全長がＬoの、プラズマト−チ。