JP3230900B2 - プラズマトーチ - Google Patents

プラズマトーチ

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JP3230900B2 JP14669493A JP14669493A JP3230900B2 JP 3230900 B2 JP3230900 B2 JP 3230900B2 JP 14669493 A JP14669493 A JP 14669493A JP 14669493 A JP14669493 A JP 14669493A JP 3230900 B2 JP3230900 B2 JP 3230900B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特定の通路に於ける圧
力変化を検出して被加工材からの高さを検出し得るよう
に構成したプラズマトーチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラズマトーチで発生させたプラズマア
ークを鋼板やステンレス鋼板等の被加工材に向けて噴射
することで、被加工材を切断或いは溶接するプラズマ加
工方法が広く採用されている。この加工方法では、加工
部位の品質(例えば、切断面の粗度,ビードの形状等)
を予め設定された範囲に保持するためには、プラズマト
ーチの被加工材の表面からの高さを一定に維持した状態
で加工することが必要である。
【0003】このため、プラズマトーチの被加工材から
の高さを保持することを目的として種々の高さ検出方法
が提案されている。この高さ検出方法としては、例え
ば、プラズマアークを形成したときの極間電圧を測定す
る方法、或いはプラズマトーチの周囲にセンサーを設
け、該センサーによって被加工材の表面までの距離を検
出する方法等がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記極間電圧を測定し
てプラズマトーチの高さを検出する方法では、プラズマ
アークを形成していない状態では極間電圧を測定するこ
とが出来ず、従って、プラズマトーチの高さを検出する
ことが出来ないという問題がある。またプラズマトーチ
の周囲にセンサーを設ける方法では、プラズマトーチの
中心から離隔した位置で距離を検出するため、正確なプ
ラズマトーチの高さを検出することが出来ないという問
題がある。
【0005】本発明の目的は、プラズマトーチの配置位
置に於ける被加工材からの高さを検出することを可能と
したプラズマトーチを提供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る代表的なプラズマトーチは、電極の周囲
にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマア
ークを噴射して被加工材を加工するプラズマトーチに於
いて、プラズマアークを噴射するノズルの周囲にプラズ
マトーチの被加工材からの高さを検出するためのガスを
噴射する二次ノズルを形成し、前記ノズルと導通するプ
ラズマガスの供給路に該供給路の圧力を検出して信号を
発生する圧力検出部材を配置して構成されるものであ
る。
【0007】
【作用】上記プラズマトーチによれば、プラズマアーク
の形成の有無に関わらず、プラズマトーチの被加工材か
らの高さ(以下、『プラズマトーチの高さ』という)を
検出することが出来る。
【0008】即ち、二次ノズルからプラズマトーチの高
さを検出するためのガスを噴射すると、噴射したガス気
流の影響によってノズルの内部圧力が変化する。二次ノ
ズルから噴射するガスの供給圧力を一定とした場合、プ
ラズマトーチを被加工材に接近させるとノズルの内部圧
力が上昇し、プラズマトーチを被加工材から離隔させる
とノズルの内部圧力は下降する。
【0009】従って、ノズルと導通するプラズマガスの
供給路に圧力検出部材を配置することで、供給路の圧力
に応じた信号を発生することが出来る。このため、予め
プラズマトーチの高さに対応するノズルの内部圧力を測
定しておくことで、圧力検出部材から発生した信号によ
ってプラズマトーチの高さを検出することが出来る。
【0010】またノズルにプラズマガスが一定の圧力で
供給されている場合、二次ノズルからガスを噴射する
と、噴射したガス気流の影響によってノズルの内部圧力
が変化する。この変化は下限は略プラズマガスの供給圧
力によって規制され、上限は二次ノズルに供給されるガ
スの圧力によって規制される。
【0011】即ち、プラズマトーチを被加工材に接近さ
せるとノズルの内部圧力はプラズマガスの供給圧力より
も上昇するが、プラズマトーチを離隔させるとノズルの
内部圧力は略プラズマガスの供給圧力と等しい値で安定
する。従って、供給路の内部圧力を圧力検出部材によっ
て検出して信号を発生することで、この信号に応じたプ
ラズマトーチの高さを検出することが出来る。
【0012】
【実施例】以下、上記プラズマトーチの実施例について
図を用いて説明する。図1は第1実施例に係るプラズマ
トーチの模式断面図、図2はプラズマガスを供給してい
ない場合のプラズマトーチの高さに対応したプラズマガ
スの供給路の圧力を示す図、図3はプラズマガスを供給
している場合のプラズマトーチの高さに対応したプラズ
マガスの供給路の圧力を示す図である。
【0013】図に於いて、プラズマトーチAを構成する
トーチ本体1の内部には絶縁体2を介して導電性を有す
る筒体3が設けられ、この筒体3の先端に電極4が着脱
可能に装着されている。またトーチ本体1にはプラズマ
ガスの供給路5及びプラズマトーチAの高さを検出する
ためのガスを流通させる流通路6が夫々形成されてい
る。前記供給路5はトーチ本体1の先端近傍で内部に向
けて開口し、電極4の周囲にプラズマガスを供給し得る
ように構成されている。また流通路6はトーチ本体1の
先端に開口している。
【0014】トーチ本体1の先端にはノズル部材7及び
キャップ8が夫々着脱可能に装着されている。そして前
記ノズル部材7によってトーチ本体1の先端に電極4を
中心とし且つ供給路5と接続された室9が形成され、ま
たノズル部材7とキャップ8の間に流通路6と接続され
たガスの流通路10が形成されている。
【0015】ノズル部材7の先端面7aの中心には、プ
ラズマガス及びプラズマアークを被加工材に向けて噴射
するノズル11が形成されている。またトーチ本体1に形
成したプラズマガスの供給路5は図示しない圧力調整機
構を有するプラズマガスの供給源と接続されている。プ
ラズマガスの供給経路12には該供給経路の圧力を検出し
て検出値に応じた信号を発生する圧力検出部材となる圧
力センサー13が配置されている。
【0016】上記プラズマガスの種類は特に限定するも
のではなく、切断,溶接等の加工内容及び鋼板,ステン
レス鋼板,非鉄金属等の被加工材の種類等の加工条件に
応じて適宜設定される。例えば、鋼板を切断するような
場合にはプラズマガスとして酸素ガス,エア等のガスを
用い、鋼板を溶接するような場合には窒素ガス,アルゴ
ンガス等のガスを用いることが多い。
【0017】キャップ8の先端面8aの中心にはプラズ
マトーチAの高さを検出するためのガスを噴射する二次
ノズル14が形成されている。またトーチ本体1に形成し
たガスの流通路6は圧力調整装置15を介して図示しない
供給源と接続されている。
【0018】上記プラズマトーチAの高さを検出するた
めのガスの種類は特に限定するものではない。然し、こ
のガスは二次ノズル14から噴射した後大気中に拡散する
ため、安価なものであることが好ましい。本実施例では
供給源をエアコンプレッサーとし、該コンプレッサーで
得た圧縮エアを圧力調整装置15によって一定の圧力に調
整して供給している。
【0019】上記の如く構成したプラズマトーチAに於
いて、二次ノズル14から一定圧に調整された圧縮エアを
被加工材16に向けて噴射すると、プラズマガスの供給の
有無に関わらず噴射された圧縮エア気流によって室9内
の圧力が影響を受ける。即ち、圧縮エアによる吸引効果
によって室9内の圧力が低下し、或いは圧縮エアの乱れ
によって室9内の圧力が上昇する。
【0020】室9内の圧力が低下するか上昇するかは、
プラズマトーチAと被加工材16との距離に応じて決定さ
れる。例えば、図2に示すように、ノズル11からプラズ
マガスを供給しない状態でプラズマトーチAと被加工材
16を接近させた場合、室9内の圧力は圧縮エアの供給圧
と略等しい値まで上昇する。この状態からプラズマトー
チAの高さを大きくすると、高さの増加に伴って室9内
の圧力は低下する。そしてプラズマトーチAの高さが充
分に高くなると大気圧以下の値で安定する。
【0021】また図3に示すように、ノズル11からプラ
ズマガスを供給して二次ノズル14から圧縮エアを噴射さ
せた場合、プラズマトーチAと被加工材16を接近させる
と、室9内の圧力は圧縮エアの供給圧と略等しい値まで
上昇し、この状態からプラズマトーチAの高さを大きく
すると、高さの増加に伴って室9内の圧力は低下して略
プラズマガスの供給圧と等しい値で安定する。
【0022】上記の如き室9内の圧力変化はプラズマガ
スの供給経路12に配置した圧力センサー13によって検出
され、該センサー13からは検出した圧力の値に対応した
信号が発生する。従って、予め図2,図3に示すプラズ
マトーチAの高さに対応した圧力を圧力センサー13によ
って測定しておき、所定の加工装置にプラズマトーチA
を装着して二次ノズル14から圧縮エアを噴射したとき、
供給経路12に配置した圧力センサー13から発生した信号
によってプラズマトーチAの高さを検出することが可能
である。
【0023】図4は第2実施例に係るプラズマトーチの
模式断面図である。尚、図に於いて前述の第1実施例と
同一の部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号
を付して説明を省略する。
【0024】図に於いて、プラズマトーチBを構成する
トーチ本体1の先端であってノズル部材7とキャップ8
の間には中間キャップ18がトーチ本体1に対し着脱可能
に装着されている。そしてノズル部材7と中間キャップ
18の間に通路19が形成され、且つ中間キャップ18とキャ
ップ8の間にプラズマトーチBの高さを検出するための
ガス(圧縮エア)を流通させる流通路10が形成されてい
る。
【0025】中間キャップ18の先端面18aの中心には二
次ノズル14から噴射された圧縮エア気流による影響を検
出する検出孔20が形成されている。またトーチ本体1に
はプラズマガスを供給する供給路5,圧縮エアを流通さ
せる流通路6の他に通路19と接続された通路21が形成さ
れている。そして前記通路21中に圧力センサー13が配置
されている。
【0026】上記の如く構成したプラズマトーチBで
は、二次ノズル14から一定圧に調整された圧縮エアを被
加工材に向けて噴射すると、噴射された圧縮エア気流に
よって通路19内の圧力が影響を受ける。即ち、圧縮エア
による吸引効果によって通路19内の圧力が低下し、或い
は圧縮エアの乱れによって通路19内の圧力が上昇する。
通路19内の圧力は、ノズル11からのプラズマアークの噴
射の有無に関わらず、プラズマトーチBと被加工材との
距離に応じて図2に示すように変化する。
【0027】従って、予め図2に示すプラズマトーチB
の高さに対応した圧力を圧力センサー13によって測定し
ておき、所定の加工装置にプラズマトーチBを装着して
二次ノズル14から圧縮エアを噴射したとき、圧力センサ
ー13から発生した信号によってプラズマトーチBの高さ
を検出することが可能である。
【0028】上記プラズマトーチA,Bをトーチ上下機
構を有する切断装置或いは溶接装置等のプラズマ加工装
置に適用した場合、プラズマトーチA,Bが作動中であ
るか否かに関わらず、該トーチA,Bの高さを正確に制
御することが可能となる。
【0029】即ち、予め図2,図3に示すプラズマトー
チA,Bの高さに応じた圧力を測定して制御部に記憶さ
せると共にプラズマトーチA,Bの維持すべき高さを設
定して制御部に記憶させ、二次ノズル14から圧縮エアを
噴射してプラズマガスの供給路12の圧力、或いは通路21
の圧力を圧力センサー13によって検出し、この検出値を
記憶した設定値と比較して両者に変化が生じたとき、検
出値が設定値と一致するようにトーチ上下機構を駆動す
ることで、加工位置に於けるプラズマトーチA,Bの高
さを制御することが可能となる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチでは、二次ノズルからプラズマトーチの
高さを検出するためのガスを噴射し、このガス気流によ
って影響されるプラズマガスの供給経路,通路の圧力を
検出することで、プラズマトーチの高さを検出すること
が出来る。
【0031】このため、加工位置に於けるプラズマトー
チの高さを検出することが可能となり、圧力検出部材か
ら発生する信号をプラズマトーチの初期高さの設定や作
動中のプラズマトーチの高さを制御するための制御情報
とすることが出来る等の特徴を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例に係るプラズマトーチの模式断面図
である。
【図2】プラズマガスを供給していない場合のプラズマ
トーチの高さに対応したプラズマガスの供給路の圧力を
示す図である。
【図3】プラズマガスを供給している場合のプラズマト
ーチの高さに対応したプラズマガスの供給路の圧力を示
す図である。
【図4】第2実施例に係るプラズマトーチの模式断面図
である。
【符号の説明】
A,B プラズマトーチ 1 トーチ本体 4 電極 5 供給路 6 流通路 7 ノズル部材 8 キャップ 9 室 10 流通路 11 ノズル 12 供給経路 13 圧力センサー 14 二次ノズル 15 圧力調整装置 18 中間キャップ 19,21 通路 20 検出孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−68469(JP,A) 特開 平6−23556(JP,A) 特開 平3−110072(JP,A) 特開 昭62−107870(JP,A) 特開 昭53−63649(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 10/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極の周囲にプラズマガスを供給すると
    共にノズルからプラズマアークを噴射して被加工材を加
    工するプラズマトーチに於いて、プラズマアークを噴射
    するノズルの周囲にプラズマトーチの被加工材からの高
    さを検出するためのガスを噴射する二次ノズルを形成
    し、前記ノズルと導通するプラズマガスの供給路に該供
    給路の圧力を検出して信号を発生する圧力検出部材を配
    置したことを特徴としたプラズマトーチ。
  2. 【請求項2】 電極の周囲にプラズマガスを供給すると
    共にノズルからプラズマアークを噴射して被加工材を加
    工するプラズマトーチに於いて、プラズマアークを噴射
    するノズルとプラズマトーチの被加工材からの高さを検
    出するためのガスを噴射する二次ノズルとの間に前記二
    次ノズルから噴射されたガス気流によって内部圧力が影
    響を受ける通路を形成し、前記通路に該通路の圧力を検
    出して信号を発生する圧力検出部材を配置したことを特
    徴としたプラズマトーチ。
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