JP3365736B2 - 高熱高速気流によるガウジング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体（例えば鋼
板）の、高熱高速気流によるガウンジング（溝加工，削
り加工）に関し、特に、これに限定する意図ではない
が、プラズマト−チによるガウジングに関する。

【０００２】

【従来の技術】高熱高速気流によるガウンジングの代表
的なものに、燃焼炎を用いるガスガウジングとプラズマ
を用いるプラズマ炎ガウジングがある。いずれも、加工
対象材（ワ−ク）に対して斜めに高熱高速気流を当てて
ワ−ク表面を溶融させる。溶融金属は高熱高速気流で前
方へ押し出され、これによりワ−ク表面に溝が出来る。
１回の走査で深く溝を掘ることは、作業回数（走査回
数）を減らす上で有効である。そのためには、ト−チの
傾斜角を大きくト−チをできるだける立てる，走行速度
を遅くする，高熱高速気流のエネルギを大きくする，な
どがあるが、いずれも限度がある。例えば傾斜角がある
限界を越えると、ガウジング溝先端面（高熱高速気流が
当って溶融する面；当り面）の、傾斜（当り面の壁角
度：垂直面に対する傾斜角）が小さくなり、スラグが後
ろに戻ったり、高熱高速気流がはね返って来たりして、
溝底に高，底を生じ、滑らかなガウンジングが出来なく
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって１回の走査
による掘り量（溝深さ）には限界があり、所望の深さが
大きいと、何回もガウジングを繰返す必要がある。同一
箇所に対する作業回数（走査回数）を増やすことにより
ガウジング溝を深くすることができるが、溝が深くなる
につれて溝内溶融金属やスラグが、高熱高速気流によっ
ては溝外へ排出されにくくなり、ガウジング作業効率が
低下し、作業回数を増やすにしてもガウジングしうる溝
深さにも限度がある。

【０００４】本発明は、１回当りのガウジング作業の掘
り量（深さ）を大きくすることを第１の目的とし、ガウ
ジング作業の繰返しによって可能なガウジング溝深さを
大きくすることを第２の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）加工対象材(W)に
対して回転中心軸(Lo)を２０°以上４５°以下として高
熱高速気流（プラズマア−ク炎）を、加工対象材の表面
に対して衝突点が略楕円を描くように回転させながら吹
当てつつ、加工対象材に対して高熱高速気流源を相対的
に、加工対象材の表面に沿い高熱高速気流の前方側(y)
に移動させる、高熱高速気流によるガウジング方法。

【０００６】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面を参照して後述する実施例の対応要素又は対応
事項の記号を、参考までに付記した。

【０００７】これによれば、高熱高速気流（プラズマア
−ク炎）の全体が、円錐面を沿くように回転し、この回
転中心軸(Lo)が加工対象材(W)に対して２０°以上４５
°以下で傾斜（α）しているので、加工対象材の表面に
対する高熱高速気流の衝突点が、ガウジング進行方向
(y)が長軸となる略楕円を描き、該楕円の、長軸が交わ
る２頂点のうちの、高熱高速気流の流れ方向で上流側の
頂点が衝突点のときの高熱高速気流（図２の２点鎖線の
Ｐｆ）が加工対象材(W)となす角（β＝α＋θ）が大き
く、そこでは加工対象材(W)が深くはつられる（深部は
つり）。前記楕円の、長軸が交わる２頂点のうちの、高
熱高速気流の流れ方向で下流側の頂点が衝突点のときの
高熱高速気流（図２の実線のＰｆ）が加工対象材(W)と
なす角（γ＝α−θ）が小さく、そこでは加工対象材
(W)が浅くはつられる（表層はつり）。これらの「深部
はつり」と「表層はつり」が交互に現われる。

【０００８】「深部はつり」から「表層はつり」に移行
する期間は高熱高速気流が回転しているため、高熱高速
気流により溶融金属にはそれを上に押し上げかつ横に押
す力が加わって、溝底から表層に溶融金属が押し上げら
れて横方向に押されて溝外に排出される。「表層はつ
り」により前方が低くなっているので、「深部はつり」
のときの溝底から表層への溶融金属の移動が容易であ
り、角度（β）が大きいので、「深部はつり」は深溝を
形成する。したがって、１回のガウジングの深さが大き
く、溶融金属やスラグの溝内の滞留が少くなり、したが
って、複数回のガウジングで実現しうる溝深さも大きく
なる。

【０００９】

【発明の実施の形態】（２）高熱高速気流源は、放電電
極(1)，該放電電極のア−ク放電によるプラズマを吹出
すためのノズル(2a)を有するノズル部材(2)、および、
該ノズル部材(2)の内空間にプラズマ用ガスを供給する
ガス流路、を有するプラズマト−チ(T)であり、高熱高
速気流は該プラズマト−チが吹出すプラズマ炎である。

【００１０】（３）ノズル(2a)の中心軸は、放電電極
(1)の中心軸(Lo)に対して傾斜(θ)又は偏芯し、ノズル
部材(2)を回転駆動することにより、ノズル(2a)より吹
出るプラズマ炎全体を回転させる。

【００１１】ガスガウジングト−チあるいはプラズマト
−チ(T)を、それが吹出す燃焼炎あるいはプラズマ炎
が、加工対象材(W)に対して２０°以上４５°以下で傾
斜（α）した回転中心軸(Lo)を中心に円錐面を沿くよう
に回転駆動することもできるが、この場合には、被駆動
物が大きく高重量で、回転駆動機構が大きく高パワ−を
要し、ガウジング装置が大型化する。これにより、高速
回転がむつかしくなるとか、加工対象材(W)上のガウジ
ング対象線に対するト−チの位置決め精度が低下すると
かも考えられる。これに対し、ノズル部材(2)は小型軽
量で、ト−チ中心軸(Lo)を中心とする回転であるので、
回転駆動機構は小さく低パワ−で済み、プラズマ炎の高
速回転やト−チの位置決めが比較的に容易である。

【００１２】なお、ノズル(2a)の中心軸は、放電電極
(1)の中心軸(Lo)に対して傾斜(θ)させた場合には、前
方に行くほどプラズマ炎の旋回半径が大きくなり、表層
はつりによる溝幅が比較的に広く、溝開口幅が比較的に
広いガウジング溝が得られる。これに対して、ノズル(2
a)の中心軸を放電電極(1)の中心軸(Lo)に平行としかつ
中心軸(Lo)に対して偏芯させた場合には、前方でのプラ
ズマ炎の旋回半径の拡大量が小さく、表層はつりによる
溝幅は比較的に狭く、溝開口幅が比懐的に狭いガウンジ
ング溝が得られる。

【００１３】（４）ノズル(2a)から加工対象材(W)まで
の、プラズマ炎の流れ方向の距離が長い回転角度におい
て、プラズマ炎の流れ方向の距離が短い回転角度のとき
よりもア−ク電流を高値とする上記（２）又は（３）の
ガウジング方法。

【００１４】これによれば、「表層はつり」でア−ク電
流が高く前方のガウジング効果が高く、当り面の壁角度
が更に小さくなる。これにより深部の溶融金属を前方に
押し上げるに要する力が少くて済む。これは「深部はつ
り」において深部から表層への溶融金属の押し出しを容
易にする。したがって、１回のガウジングの深さが更に
大きく、複数回のガウジングで実現しうる溝深さも更に
大きくなる。

【００１５】（５）ノズル(2a)から加工対象材(W)まで
の、プラズマ炎の流れ方向の距離が最短となる回転位置
を基点（０°）とし、基点から４５°以上３１５°以下
の回転範囲においてア−ク電流を、３１５°を越え４５
°未満の回転範囲のときよりも高値とする、上記（４）
のガウジング方法。

【００１６】０°〜４５°および３１５°〜３６０°
（０°）の範囲、すなわち±４５°の範囲を「深部はつ
り」期間と、１３５°〜２１５°の範囲、すなわち１８
０°±４５°の範囲を「表層はつり」期間と、４５°〜
１３５°の範囲を左（又は右）遷移期間と、２１５°〜
３６０°の範囲を右（左）遷移期間と表現すると、「表
層はつり」期間ならびにその前後の遷移期間のア−ク電
流が高いので、当り面の壁角度が小さいのに加えて、ガ
ウジング溝側壁の、溝最深部に向かう傾斜が更に緩やか
になり、ガウジング溝から溝外（横方向）への溶融金属
およびスラグの流出が容易で、１回のガウジングの深さ
が更に大きく、複数回のガウジングで実現しうる溝深さ
も更に大きくなる。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】図１に、本発明を一態様で実施するプラズマ
ア−クガウジング装置の概要を示す。図１に示すプラズ
マト−チＴの構造を図２に示す。まず図２を参照する。

【００１９】ｘｙ水平面に平行な、ガウジング対象鋼板
Ｗに対して角度αの傾斜姿勢でプラズマト−チＴが対向
している。αは以下ト−チ角度と称す。プラズマト−チ
Ｔの放電電極１は、この実施例では、タングステン棒で
あり、その中心軸Ｌｏが、ト−チＴの中心軸でもある。
この中心軸Ｌｏが、ガウジング予定線（鋼板Ｗ上の、ｙ
方向に延びる線）と交叉するように、プラズマト−チＴ
がト−チ角αで、鋼板Ｗに対して位置決めされる。

【００２０】プラズマト−チＴのア−ムＡは、中空の略
円筒状の部材であり、その内部にはプラズマ用ガス（以
下プラズマガス）および冷却水の流路が形成されてい
る。冷却水は外部よりア−ムＡに送り込まれ、プラズマ
ト−チＴの内部の絶縁水路２０ａを通って再びア−ムＡ
に出て、そして外部に放出される。プラズマガスは、ア
−ムＡを通してプラズマト−チＴの内部に送り込まれ、
ノズル２ａより吹出される。

【００２１】ア−ムＡで支持された略筒状のト−チ基体
Ｂには、それより直径の小さい略円筒形の電極台８が挿
入されてト−チ基体Ｂに一体固着されている。電極台８
の先端部の周面には中心軸を同一にしたリング状の溝が
刻まれており、ト−チ基体Ｂの内周面との間に水路を形
成する。該水路は、ア−ムＡの内部の水路と連通してい
る。電極台８の、ト−チ基体Ｂより突出した円筒状の上
端部の内部には、先端部をスリットの切込みにより周方
向に４分割したチャック９が挿入され、ねじ込まれてい
る。チャック９はさらに、中心軸Ｌｏに沿って延びる先
端が円錐形に突出したタングステン棒１を挾持する。電
極台８の上端部は案内リング１０内に進入してネジ結合
しており、案内リング１０はカバーＣで被覆されてい
る。カバーＣ（案内リング１０）を電極台８に対してね
じ込み方向に廻わすことにより、チャック９の尾端部が
電極台８の尾端部の内部の円錐内壁面（テーパ面）に押
し付けられて、タングステン棒１の軸心に向かう方向に
曲がろうとしてタングステン棒１を強圧する。これによ
りタングステン棒１は電極台８に対して一体に固着され
ている。すなわち、電極台８はト−チ基体Ｂに対して一
体であるので、タングステン棒１は、ト−チ基体Ｂを支
持するア−ムＡに対して一体である。

【００２２】一方、ア−ムＡで支持された略円筒状のト
−チ基体Ｂの円柱形内空間には、絶縁スペーサ７があ
り、ト−チ基体Ｂに固着されている。ト−チ基体Ｂに挿
入された支持部材Ｕａは、ト−チ基体Ｂの中間部から下
端にかけてモールド固定されている。支持部材Ｕａにね
じリング５が固着されており、ねじリング５の先端部の
外周の雄ねじに保護キャップ６がねじ結合している。ア
−ムＡ，ト−チ基体Ｂ，支持部材Ｕａ，ねじリング５お
よびに保護キャップ６は皆一体である。

【００２３】支持部材Ｕａおよびねじリング５は、その
内空間にＯリングおよびベアリングｂ２を介して中空筒
状の回転水路金具２０ｂを、軸心すなわち中心軸Ｌｏを
中心とする回転が自在であるように支持する。金具２０
ｂは止めリングｂ３により回転自在な状態を保持しつつ
ｚ方向位置を固定されており、その下端部は保護キャッ
プ６の内空間に突出している。金具２０ｂの上端は、支
持部材Ｕａの内壁にリング状に設けられた溝に達して止
まる。支持部材Ｕａの上端から前述の溝に達する内壁
は、Ｏリングおよびベアリングｂ１を介して金具２０ｂ
よりさらに直径の小さな中空筒状のノズル台３を、金具
２０ｂと同様に中心軸Ｌｏを基準とした回転が自在であ
るように支持する。金具２０ｂの内壁とノズル台３の外
壁は、支持部材Ｕａの内壁にリング状に設けられた溝を
介して、ア−ムＡの水路に連通する水路を形成する。

【００２４】回転水路金具２０ｂの先端部には、円錐形
に突出したタングステン棒１の先端を囲むように中空の
略円錐形である金属製の先端チップ（ノズル部材）２が
装着されている。先端チップ２の、タングステン棒１の
先端の円錐形にならうように円錐形となった中央部に
は、ノズル２ａがある。ノズル２ａの、タングステン棒
１の先端と対向する内開口は先端チップ２の中心(中心
軸Lo)又は中心軸(Lo)の近傍にあるが、ノズル２ａの中
心軸は、中心軸Ｌｏに対してθの角度をなし、ノズル２
ａの、鋼板Ｗに対向する外開口は中心軸Ｌｏより偏位し
ている。

【００２５】先端チップ２は、Ｏリングを介してノズル
台３の先端に固定され、該溝の外周縁は金具２０ｂの先
端部にＯリングを介してノズル台３の先端に固定されて
いる。つまり、金具２０ｂ，ノズル台３および先端チッ
プ２は一体に固着されており、支持部材Ｕａおよびねじ
リング５を介してト−チ基体Ｂに、回動自在に支持され
ている。

【００２６】ノズル台３の尾端部には歯付プーリ３７が
固着されている。歯付プ−リ３７に結合したタイミング
ベルト３３には歯付プ−リ３２が結合している。歯付プ
−リ３２は電気モ−タＭの回転軸ｍａに固着されてい
る。したがって電気モ−タＭが回転すると、ノズル台３
が回転する。ノズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノ
ズル台３およびチップ２がそれに伴い一体で中心軸Ｌｏ
を中心に回転する。金具２０ｂの内壁とノズル台３の外
壁が形成する水路は、先端チップ２に形成された溝によ
り閉じられる。ア−ムＡの水路より流入した水（冷却
水）は該水路を通ってア−ムＡの絶縁水路２０ａを通過
し、それに連通する電極台８とト−チ基体Ｂの内周面の
壁との間に形成された水路を通ってア−ムＡの前述の水
路とは異る水路を通って外部の冷却水循環器（図示せ
ず）に放出される。

【００２７】また、ノズル台３の内壁にはリング状のセ
ンタリングストーン４が固着されている。タングステン
棒１はこのセンタリングストーン４の中心を回転自在に
貫通し、その軸心は先端チップ２およびノズル台３の中
心軸すなわち中心軸Ｌｏと実質上一致している。センタ
リングストーン４には、ノズル２ａの内開口に対向する
下端面からその裏側の上端面に通じる通気孔が開けられ
ている。ア−ムＡのプラズマガス流路に送り込まれるプ
ラズマガスは、ノズル台３の内壁とタングステン棒１の
間の空間に送り込まれ、センタリングストーン４の通気
孔を通って先端チップ２の内空間に出て、先端チップ２
のノズル２ａから外空間に放出される。なお、センタリ
ングストーン４はノズル台３に固着されているので、ノ
ズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノズル台３および
先端チップ２と同様に一体で、中心軸Ｌｏを中心として
回転する。しかし、それに対してタングステン棒１はチ
ャック９により電極台８を介してト−チ基体Ｂに対して
固定されている。すなわち回転しない。

【００２８】モ−タＭで回転駆動される歯付プ−リ３２
には、回転角基点検知用の円板ＨＤが固着されており、
その外周の一箇所に、基点検出用のスリットが開けられ
ている。このスリットを検出する透過型のフォトセンサ
ＨＳが回転機構支持台３０に固着されている。先端チッ
プ２の、ノズル２ａの外開口が鋼板Ｗに最も近い回転角
度、すなわちノズル２ａの中心軸が鋼板Ｗのｘ，ｙ平面
となす角が最高値βとなる回転角度、のときにスリット
がフォトセンサＨＳの発光素子／受光素子間光路上に位
置するように、円板ＨＤ上のスリットの周方向位置が定
められており、スリットがフォトセンサＨＳの発光素子
／受光素子間光路上に位置するとき、フォトセンサＨＳ
がスリット検知信号（高レベルＨ）を発生し、この信号
が発生したとき、先端チップ２（ノズル２ａ）の回転角
を０°（回転角計測基点）と定めている。以下において
回転角度値は、この基点決めに従った値である。

【００２９】モ−タＭにはロ−タリエンコ−ダＲＥが結
合されておりこれが、モ−タＭの回転軸の所定微小角度
の回転につき１パルスのパルス信号を発生する。ここ
で、先端チップ２の１回転の間にロ−タリエンコ−ダＲ
Ｅが３６０個のパルスを発生すると仮定すると、フォト
センサＨＳがスリットを検知してからロ−タリエンコ−
ダＲＥが発生するパルスのカウントアップを開始する
と、カウント値はノズル部材２の、１°単位の回転角を
表わす。

【００３０】再度図１を参照すると、ア−ムＡの回転水
路金具２０ｂに連通する水路にはパイロット電源４２の
正極が接続されており、電極台８に連通する水路にはパ
イロット電源４２の負極が高周波結合用のトランスを介
して接続されている。また、電極台８には主電源４３の
負極が接続されており、主電源４３の正極は鋼板Ｗに接
続されている。ト−チＴにプラズマガスが供給され、パ
イロット電源４２によりパイロット電圧が印加されてい
る状態で高周波電源４１により高周波電圧が加えられる
と、タングステン棒１と先端チップ２間にパイロットア
ークが発生する。パイロットアークの発生後、高周波電
圧の印加は停止する。さらに、パイロットアークが発生
した状態において主電源４３により主電圧を印加する
と、タングステン棒１と主電源４３の負極が接続された
鋼板Ｗとの間に主アークすなわちプラズマア−ク炎が発
生する。

【００３１】プラズマア−ク炎の発生後、作業者がモー
タＭに正転あるいは逆転の通電指令を与えると、モータ
Ｍがそれに従い、正転又は逆転する。これにより先端チ
ップ２が回転し、プラズマア−ク炎がト−チ中心軸Ｌｏ
を中心に回転する。ノズル２ａの中心軸がト−チ中心軸
Ｌｏに対して角度θをなすので、プラズマア−ク炎は大
略、頂角が２θの円錐面を描くように回転し、ト−チ角
αで、鋼板Ｗに対してト−チＴが傾斜しているので、プ
ラズマア−ク炎は鋼板Ｗの平面に対して略楕円を描くよ
うに当る。

【００３２】モ−タＭ（先端チップ２）が回転している
間、回転速度に比例する周波数の指速パルスをロ−タリ
エンコ−ダＲＥが発生し、この指速パルスの発生数を２
つのカウンタＣｏ１，Ｃｏ２がカウントする。

【００３３】先端チップ２が、プラズマア−ク炎の進行
方向で、鋼板Ｗに対するノズル２ａの距離が最短となる
回転角度すなわち角度基点で、フォトセンサＨＳが高レ
ベルＨの基点検出信号を発生する。これにより２つのプ
リセットカウンタＣｏ１，Ｃｏ２がクリア（リセット）
され、この高レベルＨが消えると（基点を過ぎると）、
カウンタＣｏ１，Ｃｏ２が、指速パルスをカウントアッ
プする。

【００３４】カウンタＣｏ１，Ｃｏ２は、プリセット値
を設定するディップスイッチを有するプリセットカウン
タであり、カウント値がプリセット値に合致すると、出
力端を低レベルＬ（機器ア−スレベル）とする。今、カ
ウンタＣｏ１に４５°相当値を、カウンタＣｏ２に３１
５°相当値を、各プリセット値（ＳＥＴ１，ＳＥＴ２）
として設定していたとすると、先端チップ２の回転角が
４５°になったときにカウンタＣｏ１の出力端がＬとな
って、リレ−Ｒ１が通電されて、「深部はつり」電流指
定用の第１可変抵抗器ＶＲＬを主電源４３から遮断して
代りに「表層はつり」電流指定用の第２可変抵抗器ＶＲ
ｈを、主電源４３に接続する。先端チップ２の回転角が
３１５°になったときにカウンタＣｏ２の出力端がＬと
なって、リレ−Ｒ２が通電されて、リレ−Ｒ１の通電を
遮断する。これにより「表層はつり」電流指定用の第２
可変抵抗器ＶＲｈを主電源４３から遮断して代りに、
「深部はつり」電流指定用の第１可変抵抗器ＶＲＬを主
電源４３に接続する。すなわち、先端チップ２の回転角
が３１５°以上４５°未満の間は、主電源４３に「深部
はつり」電流指定用の第１可変抵抗器ＶＲＬのみが接続
され、４５°以上３１５°未満の間は、主電源４３に
「表層はつり」電流指定用の第２可変抵抗器ＶＲｈのみ
が接続される。

【００３５】主電源４３は、放電電極１に、それに接続
されている第１又は第２可変抵抗器ＶＲＬ又はＶＲｈの
抵抗値に対応するレベルの主ア−ク電流を給電する。し
たがってプラズマト−チＴには、先端チップ２の回転角
が３１５°以上４５°未満の間は第１可変抵抗器ＶＲＬ
の抵抗値に対応するレベルの主ア−ク電流が、４５°以
上３１５°未満の間は第２可変抵抗器ＶＲｈの抵抗値に
対応するレベルの主ア−ク電流が、給電される。

【００３６】すでに説明したように、モ−タＭを回転駆
動しているときには、ノズル２ａから吹出すプラズマア
ーク炎は、先端チップ２の回転によりノズル２ａが描く
円錐面と同様な円錐面を描くように回転する。図４の
（ａ）に、プラズマト−チＴがプラズマア−クを鋼板Ｗ
の溶接ビ−ドＷｂに当ててそこをはつるガウジング中
の、プラズマア−クが鋼板Ｗ上に描く軌跡を、上方から
垂直（ｚ）方向に鋼板Ｗおよびト−チＴ先端を見降ろし
た形で、示す。

【００３７】先端チップ２が矢印Ａｔｒで示すように時
計方向に回転し、その回転角が０°のときにはプラズマ
ア−クはト−チ先端に最も近い領域Ａａ０に当り、この
ときプラズマア−クの中心線が、鋼板Ｗのｘ，ｙ水平面
とβ（図２）の角度をなす： β＝α＋θ α：ト−チ角 θ：中心軸Ｌｏに対するノズル中心軸の傾斜角 この角度βがト−チ角αよりも大きいので、深いはつり
が実現する。

【００３８】先端チップ２の回転角が９０°のときには
プラズマア−クは最もｘ方向左に偏移した左領域Ａａ９
０に当り、この前後で溶融金属およびスラグをガウジン
グ溝外に押し出す。

【００３９】先端チップ２の回転角が１８０°のときに
はプラズマア−クはト−チ先端から最も遠い領域Ａａ１
８０に当り、このときプラズマア−クの中心線が、鋼板
Ｗのｘ，ｙ水平面とγ（図２）の角度をなす： γ＝α−θ この角度γがト−チ角αよりも小さいので、浅いはつり
が実現する。

【００４０】先端チップ２の回転角が２７０°のときに
はプラズマア−クは最もｘ方向右に偏移した右領域Ａａ
２７０に当り、この前後で溶融金属およびスラグをガウ
ジング溝外に押し出す。

【００４１】先端チップ２の回転が連続であるので、プ
ラズマア−クが当る領域の中心は、略楕円Ａａｒを描
き、上述のプラズマア−クの作用は連続的に変化し、先
端チップ２の１回転の間の鋼板Ｗ上のア−ク作用領域の
全体の輪郭は、領域Ａａ０〜Ａａ２７０の外輪郭の包絡
線が描く略楕円となり、その長軸がガウジング進行方向
（ｙ方向）、横軸がト−チＴから見て左右方向（ｘ方
向）である。この長軸方向で鋼板Ｗに対するプラズマア
−クの進入角が、最大値βから最小値γに、またその逆
に略連続的に変わるので、ガウジング溝先端面の傾斜
（プラズマア−クが当る面の壁角度：垂直面に対する角
度）が、長軸の長さ全体に及んで小さく、その分ガウジ
ング溝内の溶融金属およびスラグの前方への押し出しが
きわめて滑らかになり、そして横軸方向のプラズマア−
クの振れにより溶融金属およびスラグの横方向（ガウジ
ング溝外）への押し出しもなめらかになる。

【００４２】ト−チ角度αは、比較的に速いガウジング
速度（鋼板Ｗに対するト−チＴのｙ方向移動速度）で、
滑らかな均一深さの溝を形成するためには約３０°とす
るのが好ましい。ガウジング速度およびア−ク電流を大
幅に変更することなく、浅い溝を形成する場合にはト−
チ角αは小さくするが、ト−チ角αは溝深さの変動が少
い２０°以上とする。深い溝を形成する場合にはト−チ
角αを大きくするが、ト−チ角αは溶融金属およびスラ
グの溝外への排出が十分な４５°以内とする。図３の
（ａ）に、図１に示すガウジング装置を用いたプラズマ
ア−クガウジングにより得られたガウジング溝の横断面
（本発明の実施例）を示し、図３の（ｂ）には、図１に
示すガウジング装置と実質上同一構成ではあるが、その
プラズマト−チＴ（図２）の先端チップ２を、ノズル中
心軸がト−チ中心軸Ｌｏと同一のノズルを有するものに
置換した、プラズマア−ク炎の回転が無い比較例ガウジ
ング装置による、ガウジング溝の横断面（比較例）を示
す。これらの図面上の寸法数値の単位はｍｍである。ガ
ウジング条件は次の通りであった。

【００４３】−本発明例（図３の（ａ））− ガウジング対象材：２５ｍｍ厚の軟鋼， 主ア−ク電流：２００Ａ。第１および第２可変抵抗器Ｖ
ＲＬ，ＶＲｈのア−ク電流指示値を共に２００Ａとして
先端チップ２の回転角にかかわらず一定とした， ガウジング速度（ト−チＴのｙ方向移動速度）：７５ｃ
ｍ／分， プラズマガス供給流量：アルゴン（Ａｒ）４５リットル
／分＋水素（Ｈ₂）１０リットル／分， ト−チ角α：３０°， ノズル径：３．２ｍｍ， 先端チップ２の回転速度：１２００ｒｐｍ ノズル傾斜角θ：４．５°， ト−チ高さ：２０ｍｍ（１回のガウジング毎に２ｍｍ下
げた）。

【００４４】−比較例（図３の（ｂ））− ガウジング対象材：２５ｍｍ厚の軟鋼， 主ア−ク電流：２００Ａ， ガウジング速度（ト−チＴのｙ方向移動速度）：１２０
ｃｍ／分， プラズマガス供給流量：アルゴン（Ａｒ）４０リットル
／分＋水素（Ｈ₂）１０リットル／分， ト−チ角α：３０°， ノズル径：３．５ｍｍ， ト−チ高さ：３０ｍｍ（１回のガウジング毎に２ｍｍ下
げた）。

【００４５】なお、比較例でガウジング速度が高いの
は、ガウジング溝内の溶融金属およびスラグを飛ばすた
めに高速が必要であるからである。低いガウジング速度
では、溝内の溶融金属およびスラグの排出が難かしくな
るので、ト−チ角αを下げる必要があり、これにより溝
深さが浅くなるので、溝を深くするのが難かしい。

【００４６】図３の（ａ）に示す本発明の実施例では、
１回のガウジングで形成される溝の深さが比較例（図３
の（ｂ））よりも格段に大きく、しかも、複数回の繰返
しにより、格段に深い溝を形成しうる。

【００４７】第１可変抵抗器ＶＲＬにより所要の溝深さ
を得るア−ク電流値（例えば２００Ａ）を指定し、第２
可変抵抗器ＶＲｈにより、それより更に高いア−ク電流
値（例えば２５０Ａ）を設定すると、カウンタＣｏ１の
プリセット値ＳＥＴ１からカウンタＣｏ２のプリセット
値ＳＥＴ２までの先端チップ２の回転角度において主ア
−ク電流値が高いもの（２５０Ａ）となり、プリセット
値ＳＥＴ２以上ＳＥＴ１未満の回転角度の間で低いもの
（２００Ａ）となる。この関係を図４の（ｂ））に示
し、このときの図１に示すガウジング装置各部の電気信
号を図５に示す。このような実施態様では、「表層はつ
り」が強く、これがガウジング溝先端面の傾斜を緩やか
にして溶融金属およびスラグの排出を容易にするので、
１回のガウジングによる溝深さが大きくなり、しかも複
数回の繰返しにより得ることができる溝深さも大きくな
り、深い溝加工が可能となる。

【００４８】上述の、本発明の実施例のプラズマガウジ
ング方法は、プラズマガスとして、酸素や窒素及びエア
−も使用できる。また、ノズル部の構造として、２重ノ
ズル方式のプラズマガウンジングにも使用できるし、ガ
ウジング対象材にア−ク電流を流さない（ガウジング対
象材を主電源４３に接続しない）、いわゆるプラズマジ
ェット方式のガウジングにも実施しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を一態様で実施するプラズマア−クガ
ウジング装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 図１に示すプラズマト−チＴの主要部の拡大
縦断面図である。

【図３】 （ａ）は、図１に示すプラズマア−クガウジ
ング装置を用いて、プラズマア−ク炎を円錐面を描くよ
うに回転させて形成したガウジング溝の横断面図であ
り、（ｂ）は、図１に示すプラズマト−チＴの先端チッ
プ２を、その軸心を貫通するノズルすなわちト−チ中心
軸Ｌｏと整合する中心軸を有するノズルを有するもに置
換して、プラズマア−ク炎をト−チ中心軸Ｌｏに沿って
一直線に吹出して形成したガウジング溝の横断面図であ
る。

【図４】 （ａ）は、図１に示すプラズマト−チＴおよ
び鋼板Ｗの、プラズマア−ク炎を円錐面を描くように回
転させてガウジングしているときの拡大平面図であり、
（ｂ）は、ト−チ中心軸Ｌｏを中心とした先端チップ２
の１回転の間の、図１に示すカウンタＣｏ１，Ｃｏ２の
プリセット値ＳＥＴ１，ＳＥＴ２と、主ア−ク電流値の
切換わりとの関係を示す平面図である。

【図５】 図４の（ｂ）に示す主ア−ク電流の高，低切
換えを行なう態様での、図１に示すプラズマア−クガウ
ジング装置の各部に発生する電気信号を示すタイムチャ
−トである。

【符号の説明】

１：タングステン棒（放電電極） ２：先端チップ（ノ
ズル部材） ２ａ：ノズル ３：ノズル台 ４：センタリングストーン ５：ねじリング ６：保護キャップ ７：絶縁スペーサ ８：電極台 ９：チャック １０：案内リング ２０ａ：絶縁水路 ２０Ｂ：回転水路金具 ３０ａ：案内溝 ３２，３７：プーリ ３３：タイミングベ
ルト Ａ：ア−ム Ｂ：ト−チ基体 Ｌｏ：ト−チ中心軸 Ｍ：モータ ｍａ：回転軸 Ｔ：プラズマトーチ
（高熱高速気流源） Ｕａ：支持部材 ４１：高周波電源 ４２：パイロット電源 ４３：主電源 Ｗ：鋼板（ガウジング対象材） Ｃｏ１，Ｃｏ２：プ
リセットカウンタ ＶＲＬ，ＶＲｈ：可変抵抗器 Ｒ１，Ｒ２：リレ−

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−81563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−90364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−39552（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−81564（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−164486（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−38581（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−70772（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭37−3261（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 10/00 B23K 7/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工対象材に対して回転中心軸を２０°以
   上４５°以下として高熱高速気流を、加工対象材の表面
   に対して衝突点が略楕円を描くように回転させながら吹
   当てつつ、加工対象材に対して高熱高速気流源を相対的
   に、加工対象材の表面に沿い高熱高速気流の前方側に移
   動させる、高熱高速気流によるガウジング方法。
2. 【請求項２】高熱高速気流源は、放電電極，該放電電極
   のア−ク放電によるプラズマを吹出すためのノズルを有
   するノズル部材、および、該ノズル部材の内空間にプラ
   ズマ用ガスを供給するガス流路、を有するプラズマト−
   チであり、高熱高速気流は該プラズマト−チが吹出すプ
   ラズマ炎である、請求項１記載のガウジング方法。
3. 【請求項３】ノズルの中心軸は、放電電極の中心軸に対
   して傾斜又は偏芯し、ノズル部材を回転駆動することに
   より、ノズルより吹出るプラズマ炎全体を回転させる、
   請求項２記載のガウジング方法。
4. 【請求項４】ノズルから加工対象材までの、プラズマ炎
   の流れ方向の距離が長い回転角度において、プラズマ炎
   の流れ方向の距離が短い回転角度のときよりもア−ク電
   流を高値とする請求項２又は請求項３記載のガウジング
   方法。
5. 【請求項５】ノズルから加工対象材までの、プラズマ炎
   の流れ方向の距離が最短となる回転位置を基点とし、基
   点から４５°以上３１５°以下の回転範囲においてア−
   ク電流を、３１５°を越え４５°未満の回転範囲のとき
   よりも高値とする、請求項４記載のガウジング方法。