JP2917435B2 - プラズマアーク加工用電極およびその製造方法 - Google Patents

プラズマアーク加工用電極およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、被加工物を溶接あるいは切断するためのプ
ラズマアーク加工トーチに使用される電極およびその製
造方法に関する。
〈従来の技術〉 一般に、プラズマアーク加工トーチは第4図に示され
るものであつて、1は流体により冷却されるプラズマ電
極で、この電極1は、銅又は銅合金よりなる中空状の電
極基材2と、この電極基材2の先端凹部に装着されたハ
フニウムやジルコニウム等の高融点の挿入体3とにより
構成されている。4は電極1を支持する導電材料よりな
る電極支持部材、5は電極支持部材4の外部に設けられ
た絶縁スリーブ、6は絶縁スリーブ5の外部に設けられ
た導電材料からなるチップ支持部材で、上記4乃至6に
よりトーチボディ7が構成されている。8はチップ支持
部材6の先端に支持された中空のチップで、先端中央部
にプラズマ流噴出孔801が穿設されている。9は絶縁カ
ップ、10は冷却水の案内管で、供給ホース11より流入さ
れた冷却水は電極1を直接冷却した後、矢印の通路を経
て排水ホース12よりトーチの外部に流出される。
上記トーチにおいて、電極1と被加工物との間に電力
を供給すると共に、空気、酸素、窒素等の適宜のプラズ
マアーク形成用流体Gをチップ8のプラズマ噴出孔801
より噴射させてプラズマジェットを発生させ、このプラ
ズマジェットにより被加工物の加工を行つている。
〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、この種のプラズマアーク加工トーチにおい
て、電極1は冷却されているにも拘わらず、加工時には
高温となるため、電極基材2の先端凹部にハフニウム又
はジルコニウムの挿入体3を装着した電極1でも使用寿
命が短いという欠点があつた。
一方、ジルコニウムの挿入体3を溶融塩化亜鉛中に浸
漬して挿入体3に亜鉛メッキを施し、次いで溶融銀中に
浸漬して挿入体3に銀メッキを施し、この亜鉛メッキと
銀メッキとを施した挿入体3を電極基材2の先端凹部に
銀によりロー接することが提言されている。この場合、
亜鉛メッキの表面には酸化被膜が形成され、この酸化被
覆により亜鉛から銀への熱伝導が悪いため、挿入体3の
熱が電極基材2に迅速に伝達されず、結果として電極1
の使用寿命が思つた程も改善されていないという欠点が
あつた。更に、ジルコニウムの挿入体3を溶融塩化亜鉛
中に浸漬して挿入体3に施した亜鉛メッキは、ジルコニ
ウムから剥れ易いため、メッキされた挿入体3を電極基
材2の先端凹部内への銀ロー付作業が完了するまでの間
に、挿入体3のメッキ部に外力が作用したときにメッキ
が剥れてしまうという欠点があつた。更にまた、加工中
に挿入体3が高温となるため、挿入体3を電極基材2の
先端凹部に取付けている銀ロー部が溶融して、挿入体3
が電極基材3から離脱するという欠点もあつた。
そこで、本発明の目的は、使用寿命の改善されたプラ
ズマアーク加工用電極およびその製造方法を提供するこ
とにある。
〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の構成は、流体によ
り冷却される銅又は銅合金よりなる電極基材の先端凹部
に高融点の挿入体を装着してなるプラズマアーク加工用
電極およびその製造方法において、ニッケルの電気メッ
キと貴金属のメッキとが順次に施された前記挿入体と、
前記メッキされた挿入体が遊入される直径に形成された
前記先端凹部と、前記電極基材の端部外周から中心方向
への押圧により前記先端凹部内に圧着された前記挿入体
とを具備し、かつ機械、加工により前記電極基材の先端
部と前記挿入体とが面一に形成されたことを特徴とす
る。
〈作用〉 ニッケルの電気メッキが挿入体に施されるため、ニッ
ケルメッキとハフニウム又はジルコニウム等の高融点の
挿入体との密着性が良好となり、挿入体に対するニッケ
ルメッキおよび貴金属メッキの剥離現象が激減する。ま
た、ニッケルメッキは酸化物を実質的に生成しないた
め、加工中に挿入体に発生する熱は、ニッケルメッキ→
貴金属メッキ→電極基材へと迅速に伝達されて、電極基
材の冷却流体により順次に取出されるので、電極が所定
の状態以上に過熱されることがない。このため電極寿命
が従来に比して長くなる。さらに、ニッケルメッキと挿
入体との密着性が良いため、電極基材の端部外周を中心
方向に押圧して、電極基材の先端凹部に挿入体を圧着し
ても、メッキが挿入体から剥離することなく使用するこ
とができる。また、挿入体が電極基材の先端凹部に圧着
されているため、電極が加熱されても圧着時の拘束力に
より挿入体が保持され、挿入体が離脱する虞れがない。
〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図(A)乃至第1図(F)および第2図(A)乃
至第2図(D)において、3は所定の寸法に形成された
高融点の挿入体で、例えばこの挿入体3は、直径が1〜
3mm、長さが3〜5mmの円柱状に形成されている。まず、
電解脱脂およびフッ化水素酸浸漬などの前処理により、
挿入体3の表面の脱脂と酸化被膜の除去とを行なう。こ
の後電気メッキにより、第1図(B)に示されるごと
く、挿入体3の表面にニッケルメッキ41を施す。例え
ば、ウッドストライク浴を用いて挿入体3にニッケルの
電気メッキを施す。この場合、ウッドストライクニッケ
ルメッキの電流密度を1〜10A・dm-2、好ましくは2〜4
A・dm-2、電気メッキ時間を10〜15分とすることによ
り、ウッドストライクニッケルメッキ41の適正厚さ0.1
〜20μmが得られた。この後、第1図(C)に示される
ごとく、挿入体3の表面に適宜に銀メッキ42を施す。こ
のようにしてニッケルの電気メッキ41と銀メッキ42とを
順次に施した挿入体3の直径をdとした場合、銅又は銅
合金よりなる電極基材2に穿設する先端凹部201の直径
はd+Δdと僅かに大きく形成されていて、この先端凹
部201に挿入体3を遊入する。この後、第1図(E)及
び第2図(A)に示されるごとく、圧着具51乃至54によ
り電極基材2の端部外周を中心方向に圧着する。ところ
で、圧着時に挿入体3の端面を越えて電極基材2が電極
1の先端部に突出する。この突出部202が形成されたま
まの電極1をプラズマアーク加工に使用した場合、電極
面におけるアーク発生点が、上記突出部202上をはいま
わるため、反つて電極寿命が短くなる。このため、第1
図(F)に示されるごとく、圧着後に次工程として上記
突出部202をバイト切削あるいはグラインダー加工など
の機械加工により削除して、電極基材2の先端部と挿入
体3とが面一となるように形成される。
このように、電極基材2の先端部と挿入体3とが面一
に形成されているため、電極面におけるアーク発生点は
挿入体3上となり、所望の状態でプラズマ加工が行なわ
れる。
上記により製作された電極においては、ニッケルの電
気メッキが挿入体3に施されるため、ニッケルメッキ41
とハフニウムよりなる高融点の挿入体3との密着性が良
好となり、メッキを施した挿入体3を電極基材2の先端
凹部201内に圧着する工程を行なうまでの間に、挿入体
3のメッキ部に不慮の外力が作用しても、メッキが剥れ
てしまうという事態は殆ど生起することはなく、かつニ
ッケルメッキ41と挿入体3との密着性が良好なため、電
極基材2の端部外周を中心方向に押圧しても、メッキが
挿入体3から剥離することがなく、従つて電極基材2の
先端凹部201に挿入体3を確実に圧着することができ
る。即ちプラズマ電極1を容易にかつ確実に製作するこ
とができる。さらに、プラズマ電極1の使用に際して、
挿入体3が電極基材2の先端凹部201に圧着されている
ため、電極1が加熱されても圧着時の拘束力により挿入
体3が保持され、挿入体3が離脱することはなく、ま
た、ニッケルメッキ41は酸化物を実質的に生成しないた
め、プラズマ加工中に挿入体3に発生する熱は、ニッケ
ルメッキ41→銀メッキ42→電極基材2へと迅速に伝達さ
れて、電極基材2を冷却する冷却流体により順次に電極
1外へと取出されるので、電極1が所定の状態以上に過
熱されることがない。従つて電極寿命が従来に比して長
くなる。
第3図は、電極寿命を示す図であつて、挿入体として
ハフニウムを用いた従来の電極(イ)の場合を点線で示
し、また亜鉛メッキおよび銀メッキを順次に施した挿入
体を電極基材に銀ロー付した従来の電極(ロ)の場合を
一点鎖線で示し、本発明に係る電極の場合を実線で示し
ている。第3図から理解できるように、本発明に係る電
極は、改善された従来の電極(ロ)の使用限界、即ち電
極寿命に比べて3割以上も長くなつた。
〈第3図におけるプラズマ切断条件〉 切断速度:40cm/min 切断長さ:30cm/回 電流:120A 被切断材:SS41,板厚16mm 1回当りの切断時間:45秒 第2図(A)乃至第2図(D)は、夫々電極基材2の
端部外周を中心方向に圧着する場合に使用される圧着具
51乃至54の変形例を示す図であつて、第2図(B)乃至
第2図(D)に示されるごとく、圧着後に電極1の外面
に平行な圧着面を形成していれば、この平行な圧着面を
電極着脱用の工具係上面として利用することができるた
め、圧着後の工具係止面加工工程を省くことができ、安
価に電極1を製作することができる。また、挿入体3は
ジルコニウムとすることができる。
上記において、挿入体3に施すニッケルの電気メッキ
としては、ウッドストライク浴が最適である。これにも
拘らず、メッキ速度や挿入体に対するニッケルメッキの
密着性の点などの或る程度の条件低下を許容するものと
すれば、スルファミン酸浴やワット浴などの適宜の電気
メッキとすることもできる。
さらにまた、ニッケルの電気メッキを施した挿入体3
に銀メッキを施せば、熱伝導および価格などの点で最良
であるが、金、白金あるいはロジウムなどのいわゆる貴
金属のメッキとすることができる。
〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明に係るプラズマ
アーク加工用電極においては、ニッケルの電気メッキが
挿入体に施されるため、ニッケルメッキと高融点の挿入
体との密着性が良好となり、メッキを施した挿入体を電
極基材の先端凹部に圧着するまで、および圧着時に、メ
ッキが挿入体から剥離することがなく、従つて電極を容
易に、かつ確実に製作することができる。さらに、挿入
体が電極基材の先端凹部に圧着されているため、プラズ
マ加工中に電極が加熱されても圧着時の拘束力により挿
入体が保持され、挿入体が離脱することはなく、また、
ニッケルメッキは酸化物を実質的に生成しないため、プ
ラズマ加工中に挿入体に発生する熱は、ニッケルメッキ
→銀メッキ→電極基材へと迅速に伝達されて、電極基材
を冷却する冷却流体により順次に電極外へと取出される
ので、電極が所定の状態以上に過熱されることがない。
従つて電極寿命が従来に比して長くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)乃至第1図(F)は、本発明のプラズマア
ーク加工用電極の製造状態を説明するための縦断面図、
第2図(A)乃至第2図(D)は第1図(E)の側面図
に相当し、夫々異なる実施例を示す図、第3図は電極寿
命を示す図であつて、実線は本発明の場合を、点線およ
び一点鎖線は夫々従来の場合を示す図、第4図は一般的
なプラズマアーク加工トーチの要部断面図である。 1……電極、2……電極基材、3……挿入体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−307667(JP,A) 特開 昭62−270294(JP,A) 特開 昭63−264897(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 10/00 - 35/02 H05H 1/34

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流体により冷却される銅又は銅合金よりな
    る電極基材の先端凹部に高融点の挿入体を装着してなる
    プラズマアーク加工用電極において、 ニッケルの電気メッキと貴金属のメッキとが順次に施さ
    れた前記挿入体と、前記メッキされた挿入体が遊入され
    る直径に形成された前記先端凹部と、前記電極基材の端
    部外周から中心方向への押圧により前記先端凹部内に圧
    着された前記挿入体とを具備し、かつ機械加工により前
    記電極基材の先端部と前記挿入体とが面一に形成されて
    なるプラズマアーク加工用電極。
  2. 【請求項2】流体により冷却される銅又は銅合金よりな
    る電極基材の先端凹部に高融点の挿入体を装着してなる
    プラズマアーク加工用電極において、前記挿入体にニッ
    ケルの電気メッキと貴金属のメッキとを順次施し、前記
    先端凹部の直径を、前記メッキされた挿入体の直径より
    も僅かに大きく形成し、前記先端凹部に前記挿入体を遊
    入し、前記電極基材の端部外周を中心方向に圧着し、か
    つ前記電極基材の先端部と前記挿入体とが面一となるよ
    う機械加工してなるプラズマアーク加工用電極の製造方
    法。
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