JP3066993B2 - プラズマア−ク装置およびパイロットア−ク発生方法 - Google Patents

プラズマア−ク装置およびパイロットア−ク発生方法

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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,陰極棒とこれを2重に
取り囲む2つのノズルとを有するプラズマア−クト−チ
を備えたプラズマア−ク装置,およびそのプラズマア−
クト−チにパイロットア−クを発生させる方法に関す
る。
【従来の技術】プラズマア−クの熱を利用して被加工物
を溶接,或いは切断などを行うプラズマア−ク装置は,
種々の分野で用いられており,プラズマア−クト−チの
構造も用途に合わせて種々のものがある。それらの構造
の内,陰極棒の損耗が小さくその寿命を大幅に長くする
ものとして,使用時に陰極棒の近傍を無気流状態にする
2重構造のト−チがある。従来の2重構造のト−チを有
するプラズマア−ク装置について図3および図4により
説明すると,プラズマト−チ1はその中心に位置する陰
極棒2,その周囲の第1のガス通路3,この第1のガス
通路3を介して陰極棒2を囲む第1のノズル4,その外
側に形成された第2のガス通路5,第2のガス通路5を
介して第1のノズル4を囲む第2のノズル6,陰極棒2
を把持するコレット7,陰極棒2を冷却するための冷却
リンク8,冷却リンク8とコレット7を通して陰極棒2
に電気的に結合される環状のカソ−ド電極9,第1のノ
ズル4に電気的,機械的に結合されるカソ−ドスリ−ブ
10,第2のノズル6に電気的,機械的に結合されるプ
ラズマスリ−ブ11,これらカソ−ド電極9,カソ−ド
スリ−ブ10,プラズマスリ−ブ11の間を電気絶縁す
る環状の電気絶縁体12A,12Bなどを備える。ま
た,13はプラズマト−チ1の発生するプラズマア−ク
により加工される被加工物,14はアルゴンのような不
活性ガスを供給し得るガス供給源,15はガス供給源1
4からプラズマト−チ1の第1のガス通路3に至る第1
のガス供給路G1に設けられた電磁弁のようなセンタガ
ス調整弁,16はガス供給源14からプラズマト−チ1
の第2のガス通路5に至る第2のガス供給路G2に設け
られた電磁弁のようなプラズマガス調整弁,17は陰極
棒2と被加工物13間にプラズマア−ク発生用の電力を
供給する主電源,18はカソ−ド電極9に負の端子が接
続され,パイロットア−クを発生するための起動用電
源,19は一端がプラズマスリ−ブ11に接続されて起
動用電源18の直流電圧に高周波交流電圧を重畳する高
周波発生器,および20は接点a,bを有する切換えス
イッチである。なお,プラズマト−チ1における21は
シ−ルドガスを流すためのシ−ルドキャップである。次
にこの装置の動作説明を行う。先ず,センタガス調整弁
15とプラズマガス調整弁16とを開き,プラズマト−
チ1の第1のガス通路3にセンタガスを3〜5リットル
/分,第2のガス通路5にプラズマガスを0.5〜1リ
ットル/分程度流すと共に,切換えスイッチ20を接点
a側に接続し,起動用電源18と高周波発生器19とを
動作させる。カソ−ド電極9とカソ−ドスリ−ブ10間
は電気絶縁体12Aで電気絶縁されているので,それら
の合成電圧は陰極棒2と第1のノズル4間に印加され,
これにより電界集中の起こり易い陰極棒2の先端と第1
のノズル4の先端部との間にア−クが発生する。しかる
後切換えスイッチ20を接点b側に切り換えると,第2
のノズル6は電気絶縁体12Bにより第1のノズル4か
ら電気絶縁されており,陰極棒2からも電気絶縁されて
いるので,起動用電源18の電圧が陰極棒2と第2のノ
ズル6との間に印加され,したがって陰極棒2と第1の
ノズル4との間のア−クは陰極棒2と第2のノズル6と
の間に移りパイロットア−クを生ずる。しかる後,主電
源17を動作させることにより,プラズマト−チ1と被
加工物13間にメインア−クが形成される。
【発明が解決しようとする課題】しかし,上記従来例に
おいては,一旦,陰極棒2と第1のノズル4との間にア
−クを形成した後,陰極棒2と第2のノズル6との間に
ア−クを移してパイロットア−クを形成していたので,
その操作が複雑で,かつ起動時間もかかるという問題点
があった。また,ソ−ド電極9,カソ−ドスリ−ブ1
0,プラズマスリ−ブ11の間を電気絶縁する環状の電
気絶縁体12A,12Bを備える構造であったので,ト
−チの構造が複雑になるきらいがあった。したがって,
本発明はこのような問題点を解決し,起動操作が簡単で
その時間も短縮できるプラズマア−ク装置を提供するこ
とを課題とする。
【課題を解決するための手段】本発明は,陰極棒と,こ
の陰極棒との間に第1のガス通路が形成されるようその
陰極棒の外側に配置される第1のノズルと,その第1の
ノズルとの間に第2のガス通路が形成されるようその第
1のノズルの外側に配置される第2のノズルとからなる
プラズマア−クト−チと,加工用ズラズマア−クを発生
させるための主直流電源と,前記第1のガス通路に不活
性ガスを供給するための第1のガス供給路と,前記第2
のガス通路に不活性ガスを供給するための第2のガス供
給路とを備えたプラズマア−ク装置において,前記第2
のノズルを正とすると共に前記陰極棒を負とする直流電
圧を与えるパイロットア−クのための起動用電源と高周
波発生器とを直列接続して前記陰極棒と前記第2のノズ
ルとの間に接続することにより,前記陰極棒と前記第2
のノズルとの間に直接パイロットア−クを発生させるプ
ラズマア−ク装置である。また,さらに第3のガス供給
路を前記第2のガス供給路と並列に設け,パイロットア
−ク発生時には前記第3のガス供給路を開いて不活性ガ
スを加工時より前記第2のガス通路に多く流すという要
件を備えたプラズマア−ク装置およびその発生方法であ
る。また,パイロットア−ク発生時には第1のガス通路
に比べて不活性ガスを前記第2のガス通路に同等以上に
流した状態で陰極棒と第2のノズルとの間に直接パイロ
ットア−クを発生させるパイロットア−ク発生方法であ
る。
【実施例】次に図1および図2により本発明にかかるプ
ラズマア−ク装置およびパイロットア−ク発生方法の実
施例について説明を行う。図1および図2において,図
3および図4と同じ記号で示される部材については相当
する部材を示すものとし,16Aはガス供給源14から
第2のガス通路5に至る第2のガス供給路G2の途中に
設けられた従来と同じプラズマガス調整弁であり,16
Bはプラズマガス調整弁16Aと並列に配置された第3
のガス供給路G3に設けられたプラズマガス調整弁であ
る。また,本発明では従来必要とされた切換えスイッチ
は不要であり,直列接続された起動用電源18と高周波
発生器19は,陰極棒2に従来と同様電気的に結合され
たカソ−ド電極9と第2のノズル6に電気的に結合され
るプラズマスリ−ブ11とに直接接続されており,これ
らカソ−ド電極9とプラズマスリ−ブ11間は単一の電
気絶縁体12で電気絶縁される。この電気絶縁体12は
第1のスリ−ブ4に適合する内壁形状を有し,第1のス
リ−ブ4を表面に露出させずに一定の位置を保持させ
る。そして第1のノズル4は,電気絶縁体12により電
位的には浮いた状態に保持され,したがって,第1のノ
ズル4は必ずしも金属材料で構成される必要はなく,セ
ラミックのような電気絶縁材料から構成されても良い。
次に動作説明を行う。先ず,センタガス調整弁15,プ
ラズマガス調整弁16Aと16Bとを開き,プラズマト
−チ1の第1のガス通路3にセンタガスを従来の3〜5
リットル/分よりも少ない0.5〜2.0リットル/分
程度流すと共に,第2のガス通路5にプラズマガスを従
来の0.5〜1.0リットル/分程度よりも多い3.0
〜5.0リットル/分供給する。この第2のガス通路5
に供給されるガス量は従来と違って,第1のガス通路3
に供給されるセンタガスの流量よりも多い。この状態で
直列接続された起動用電源18と高周波発生器19を動
作させると,第2のガス通路5のプラズマガス流量が多
いのでそのガス量の多い雰囲気ではア−クが発生し易く
なっており,したがって,陰極棒2と第2のノズル6と
の間にパイロットア−クが形成されるものと考えられ
る。次に,センタガス調整弁15とプラズマガス調整弁
16Bの双方を閉じてこれら弁の存在するガス供給路か
らの不活性ガスの供給を停止する。これにより,不活性
ガスはプラズマガス調整弁16Aだけを通して0.5〜
1.0リットル/分程度第2のガス通路5に流れ,第1
のガス通路3は無気流状態に保持される。しかる後,主
電源17を動作させることにより,プラズマト−チ1と
被加工物13間にメインア−クが形成され,所望の加工
を開始することが可能になる。なお,前記実施例におい
て,それぞれのガスの流量は臨界値を示すものではな
く,相対的な値の一例を示している。
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば,次の
ような効果を奏する。 (1)パイロットア−クの発生時,切り換え動作を行う
ことなくパイロットア−クを形成できるので,そのシ−
ケンスが簡単で起動時間を短縮できる。 (2)パイロトア−ク発生時における直流電流(例えば
5〜10A)を切り換えるスイッチが不要になり,コス
トの低減ばかりでなく,切り換え時の火花発生要素を削
除でき,装置の信頼性の向上に役立つ。 (3)ト−チの本体部分を従来の5分割から3分割にす
ることができたので,ト−チ構造が簡単になり,製作し
易くコスト低減に役立つ。 (4)3分割構造としたことでト−チ表面において,カ
ソ−ド電極とプラズマスリ−ブとの間の沿面距離(電気
絶縁体表面の幅)を十分確保でき,汚れなどによる絶縁
不良が起こり難い。 (5)ト−チケ−ブルの本数が少なくなり,製作し易く
なると共に,取扱い易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例を説明するためのプラズマト
−チを示す図である。
【図3】従来例を説明するための図である。
【図4】従来例を説明するためのプラズマト−チを示す
図である。
【符号の説明】
1・・・・プラズマト−チ 2・・・・陰極棒 3・・・・第1のガス通路 4・・・・第1のノズル 5・・・・第2のガス通路 6・・・・第2のノズル 7・・・・コレット 8・・・・冷却リンク 9・・・・カソ−ド電極 10・・・・カソ−ドスリ−ブ 11・・・・プラズマスリ−ブ 12・・・・電気絶縁体 13・・・・被加工物 14・・・・ガス供給源 15・・・・センタガス調整弁 16・・・・プラズマガス調整弁 17・・・・プラズマア−ク発生用の主電源 18・・・・パイロットア−ク発生用の起動用電源 19・・・・高周波発生器

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極棒と,該陰極棒との間に第1のガス
    通路が形成されるようその陰極棒の外側に配置される第
    1のノズルと,該第1のノズルとの間に第2のガス通路
    が形成されるようその第1のノズルの外側に配置される
    第2のノズルとからなるプラズマア−クト−チと,加工
    用ズラズマア−クを発生させるための主直流電源と,前
    記第1のガス通路に不活性ガスを供給するための第1の
    ガス供給路と,前記第2のガス通路に不活性ガスを供給
    するための第2のガス供給路とを備えたプラズマア−ク
    装置において,前記第2のノズルを正とすると共に前記
    陰極棒を負とする直流電圧を発生するパイロットア−ク
    用直流電源と高周波交流発生電源とを直列接続して前記
    陰極棒と前記第2のノズルとの間に接続することによ
    り,前記陰極棒と前記第2のノズルとの間に直接パイロ
    ットア−クを発生させることを特徴とするプラズマア−
    ク装置。
  2. 【請求項2】 陰極棒と,該陰極棒との間に第1のガス
    通路が形成されるようそうその陰極棒の外側に配置され
    る第1のノズルと,該第1のノズルとの間に第2のガス
    通路が形成されるようその第1のノズルの外側に配置さ
    れる第2のノズルとからなるプラズマア−クト−チと,
    加工用ズラズマア−クを発生させるための主直流電源
    と,前記第1のガス通路に不活性ガスを供給するための
    第1のガス供給路と,前記第2のガス通路に不活性ガス
    を供給するための第2のガス供給路とを備えたプラズマ
    ア−ク装置において,第3のガス供給路を前記第2のガ
    ス供給路と並列に設け,パイロットア−ク発生時には前
    記第3のガス供給路を開いて不活性ガスを前記第2のガ
    ス通路に多く流し,また前記第2のノズルを正とすると
    共に前記陰極棒を負とする直流電圧を発生するパイロッ
    トア−ク用直流電源と高周波交流発生電源とを直列接続
    して前記陰極棒と前記第2のノズルとの間に接続するこ
    とにより,前記陰極棒と前記第2のノズルとの間に直接
    パイロットア−クを発生させることを特徴とするプラズ
    マア−ク装置。
  3. 【請求項3】 陰極棒と,該陰極棒との間に第1のガス
    通路が形成されるようその陰極棒の外側に配置される第
    1のノズルと,該第1のノズルとの間に第2のガス通路
    が形成されるようその第1のノズルの外側に配置される
    第2のノズルとからなるプラズマア−クト−チと,加工
    用ズラズマア−クを発生させるための主直流電源と,前
    記第1のガス通路に不活性ガスを供給するための第1の
    ガス供給路と,前記第2のガス通路に不活性ガスを供給
    するための第2のガス供給路とを備えたプラズマア−ク
    装置において,前記プラズマア−クト−チの前記陰極棒
    に電気的に結合されるカソ−ド電極と前記第2のノズル
    に電気的に結合されるプラズマスリ−ブとの間を電気絶
    縁する単一の電気絶縁体を備え、該電気絶縁体は前記第
    1のノズルを露出させないように覆い、かつ電位的に浮
    いた状態に保持することを特徴とするプラズマア−ク装
    置。
  4. 【請求項4】 負の直流電圧が印加される陰極棒と,該
    陰極棒との間に第1のガス通路が形成されるようその陰
    極棒の外側に配置される第1のノズルと,該第1のノズ
    ルとの間に第2のガス通路が形成されるようその第1の
    ノズルの外側に配置される第2のノズルとを備えたプラ
    ズマア−クト−チにおいて,前記第1のガス通路に比べ
    て前記第2のガス通路に不活性ガスを多く流した状態
    で,前記陰極棒と前記第2のノズルとの間に,その第2
    のノズルを正とすると共に前記陰極棒を負とする直流電
    圧に高周波電圧を重畳してなる電圧を印加することによ
    り,前記陰極棒と前記第2のノズルとの間に直接パイロ
    ットア−クを発生させることを特徴とするプラズマア−
    クト−チのパイロットア−ク発生方法。
  5. 【請求項5】 負の直流電圧が印加される陰極棒と,該
    陰極棒との間に第1のガス通路が形成されるようその陰
    極棒の外側に配置される第1のノズルと,該第1のノズ
    ルとの間に第2のガス通路が形成されるようその第1の
    ノズルの外側に配置される第2のノズルとを備えたプラ
    ズマア−クト−チにおいて,加工時に比べて不活性ガス
    を前記第2のガス通路に多く流した状態で,前記陰極棒
    と第2のノズルとの間に,その第2のノズルを正とする
    と共に前記陰極棒を負とする直流電圧に高周波電圧を重
    畳してなる電圧を印加することにより,前記陰極棒と前
    記第2のノズルとの間に直接パイロットア−クを発生さ
    せることを特徴とするプラズマア−クト−チのパイロッ
    トア−ク発生方法。
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