JP3392999B2

JP3392999B2 - プラズマ加工装置

Info

Publication number: JP3392999B2
Application number: JP00105896A
Authority: JP
Inventors: 野忠星; 野優中
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 1996-01-08
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2016-01-08
Also published as: JPH09192842A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマト−チを用い
る加工装置に関し、特に、プラズマト−チの電極先端部
あるいはノズルに付着する汚物の除去に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属板の切断あるいは溶接に用い
られるプラズマト−チは、電極にタングステン棒を使用
している(図10の(a))。このようなプラズマトーチは、
アーク時間に比例して電極先端にカサ状に酸化物が発生
し、電極先端が変形する。さらに、ノズルの穴孔内側に
は、タングステン電極からの蒸発金属が付着し蓄積する
(図10の(b))。これによりある時間経過すると電極棒と
ノズル間距離が短くなりシリーズアークが発生し、溶接
不良及び欠陥が発生する(図10の(c))。すなわち、電極
に通電する電流の大きさによっては、１〜３時間毎に電
極を交換あるいは先端の研磨とノズルの掃除を行う必要
があり、生産効率が低下するとともに人手も必要とな
る。

【０００３】この問題を解決する為に、特願昭６２−３
０３００１号（特開平１−１４３７７６号）において
は、電極先端に良導電性かつ熱良伝導性の材料（例えば
銅）の電極カラーを装着し、電極棒の先端の温度を下げ
ている。これにより、電極先端に付着するカサ状の酸化
物の発生、成長を遅らせ、シリーズアークの発生を遅ら
せることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特願昭６２−
３０３００１号（特開平１−１４３７７６号）に開示さ
れている方法においては、電極（例えばタングスラン
棒）の外周全域に材料（例えば銅)を密着製造すること
が難かしく、製造での歩留まりが悪い。従って、電極の
価格が高くなる。さらに、電極の先端部で外巻きした電
極カラーからアークが発生することがあり、電極カラー
に銅を用いた場合においては、銅が溶損し、溶損による
銅の蒸発金属がシリーズアークの発生原因となる場合が
あった。

【０００５】本発明は、電極あるいはノズルのクリーニ
ングを自動で機械的に行うことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ加工装
置は、放電電極，該方電電極の先端に対向するガス噴射
口を有し放電電極の先端部を包囲するノズル部材、およ
び、放電電極とノズル部材の一方を他方に対して接離駆
動する機構、を含むプラズマト−チ；および、パイロッ
トガスの供給は継続して放電電極のメインア−クを休止
した直後に前記接離駆動機構を用いて、放電電極を接駆
動し次いで離駆動する接離制御手段；を備える。

【０００７】これによれば、メインア−ク休止時に、放
電電極とノズル部材の一方を他方に対して接離駆動さ
れ、接方向の移動時に放電電極がノズルの穴孔縁に当
り、これにより、放電電極の先端部およびノズルの穴孔
縁にたまった汚物（酸化物，蒸発金属等）がはがれ、パ
イロットガスと共にノズルから出る。すなわち自動的か
つ機械的に汚物が除去される。溶接／停止を繰返すと
き、停止のときにこの接離駆動により汚物除去が自動的
に行なわれるので、時系列での溶接作業効率が高くな
り、クリ−ニング労力が大幅に軽減する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の第１態様(図1)は、放電
電極(1)，該放電電極の先端に対向するガス噴射口(2g)
を有し放電電極(1)の先端部を包囲するノズル部材(2,
3)，該ノズル部材(2,3)を支持する第１支持部材(Ua)，
放電電極(1)を支持する電極台(8)，該電極台(8)を、放
電電極(1)の先端がガス噴射口(2g)に近付く突き出し方
向およびガス噴射口から離れる退避方向に摺動可能に支
持し、電極台(8)との間に、電極台(8)を退避方向に押す
水圧を与える冷却水通流空間(PS)を有する第２支持部材
(Ub)，電極台(8)を突出し方向に駆動するばね手段(S
1)，前記ガス噴射口(2g)に気体を供給するための流路(2
2)ならびに前記冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流する
ための給水路(20a)および排水路(20r)を有し、第１支持
部材(Ua)および第２支持部材(Ub)を支持する基体(B)、
を備えるプラズマト−チ；および、放電電極にメインア
−クが発生する間は第２支持部材(Ub)の冷却水通流空間
(PS)に冷却水を供給し、パイロットガスの供給は継続し
てメインア−クを休止した直後には、第２支持部材(Ub)
への冷却水の送り込みを所定時間中断してから再開する
接離制御手段(S1A/S1B)；を備える。なお、理解を容易
にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例
の対応要素又は対応事項に付した記号を、参考までに付
記した。

【０００９】これによれば、第２支持部材(Ub)が、放電
電極(1)を支持する電極台(8)を、放電電極(1)の先端が
ガス噴射口(2g)に近付く突き出し方向およびその逆の退
避方向に摺動可能に支持し、ばね手段(S1)が、電極台
(8)を突出し方向に駆動するので、これにより放電電極
(1)の先端がガス噴射口(2g)に当る。この状態でノズル
部材(2,3)と放電電極(1)の間にパイロックア−クを発生
するための電圧を印加すると、両者間にパイロットア−
ク電流が流れる。

【００１０】第２支持部材(Ub)が、電極台(8)を退避方
向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を有し、基体
(B)が、冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流するための
給水路(20a)および排水路(20r)を有するので、これらの
水路(20a,20r)を通して接離制御手段(S1A/S1B)が、冷却
水通流空間(PS)に冷却水を通流すると、冷却水通流空間
(PS)の水圧が電極台(8)を退避方向に押す。この水圧を
ばね手段(S1)の駆動力より高く設定することにより、ば
ね手段(S1)の力に抗して電極台(8)が退避方向に移動す
る。このときノズル部材(2,3)と放電電極(1)の間に接触
開放ア−クが発生し、それがパイロックア−ク（ある程
度の空隙を飛ぶア−ク）に移行又は発展する。すなわち
パイロットア−クが自動的に発生する。

【００１１】プラズマト−チにおいて公知の、切断又は
溶接のためのメインア−クの生成を経て、所要の切断作
業又は溶接作業を行なった後に、メインアークのみを消
滅させ、そして接離制御手段(S1A/S1B)が、冷却水の供
給を停止すると、冷却水通流空間(PS)の水圧が低下し
て、ばね手段(S1)の力で電極台(8)が突き出し方向に駆
動されて、放電電極(1)の先端がガス噴射口(2g)に当た
り、放電電極(1)の先端に付着したカサ状の酸化物およ
びガス噴射口(2g)に付着し蓄積したタングステン電極か
らの蒸発金属が掻き落とされる。さらに所定時間後に接
離制御手段(S1A)が、再度水通流空間(PS)に冷却水を通
流すると、ばね手段(S1)の力に抗して電極台(8)が退避
方向に移動する。このときノズルから出るパイロットガ
ス流が、掻き落とされた付着物をガス噴射口(2g)より外
部に掃き出す。

【００１２】このように、ア−ク発生のための電極台
(8)の退避方向への駆動が冷却水の水圧によって実現
し、切断又は溶接作業中は、ばね手段(S1)の力に抗して
電極台(8)を退避位置に留めるに必要な圧力(維持圧)以
上の冷却水圧を維持すればよい。所要の冷却が実現する
流量が確保されかつ機構上許される範囲内であれば、冷
却水圧は該維持圧以上であればいくら高くてもよく、プ
ラズマト−チのガス噴射口の口径，プラズマガス圧およ
び流量に何らの制約を与えない。また、通常使用してい
る冷却水及び水圧をそのまま使用出来るので特別な付加
装置を必要としなくて済む。したがってプラズマト−チ
の汎用性が高い。

【００１３】また、溶接の終了ごとに(メインアークの
停止ごとに)放電電極(1)およびガス噴射口(2g)の付着物
が自動的に清掃されるので、付着物の成長が鈍い。つま
り、付着物の成長に伴うシリーズアークの発生により使
用不能となるまでの放電電極(1)の寿命が長くなり、交
換あるいは人手による清掃の回数が減少する。すなわ
ち、作業効率および生産効率が上昇するとともに、放電
電極(1)の耐久性が向上するので生産コストが低減され
る。パイロットアークのみが継続された状態で、放電電
極(1)の先端をガス噴射口(2g)に当てることにより、凸
状に付着した酸化物が、前記両者の間に、はさまれた状
態で接触され、両者が離れる時に特に付着物よりアーク
電流が発生することになり、放電電極(1)およびガス噴
射口(2g)の付着物がパイロットアークの熱エネルギーに
より効率的に除去される。

【００１４】本発明の第２実施態様(図9)は、放電電極
(1)，該放電電極を支持する電極台(8)，放電電極(1)の
先端に対向するガス噴射口(2g)を有し放電電極(1)の先
端部を包囲するノズル部材(2,3)，該ノズル部材(2,3)
を、ガス噴射口(2g)が放電電極(1)から離れる突き出し
方向およびガス噴射口から離れる退避方向に摺動可能に
支持し、ノズル部材(2,3)との間に、ノズル部材(2,3)を
突き出し方向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を
有する第１支持部材(Ua)，ノズル部材(2,3)を退避方向
に駆動するばね手段(S1)、および、ガス噴射口(2g)に気
体を供給するための流路(22)ならびに冷却水通流空間(P
S)に冷却水を通流するための給水路(20f)および排水路
(20a)を有し、第１支持部材(Ua)および電極台(8)を支持
する基体(B)、を備えるプラズマト−チ；および、放電
電極(1)にメインア−クが発生する間は第１支持部材(U
a)の冷却水通流空間(PS)に冷却水を供給し、パイロット
ガスの供給は継続してメインア−クを休止した直後に
は、第１支持部材(Ua)への冷却水の送り込みを所定時間
中断してから再開する接離制御手段(S1A/S1B)；を備え
る。

【００１５】これによれば、第１支持部材(Ua)が、ノズ
ル部材(2,3)を、そのガス噴射口(2g)が放電電極(1)から
離れる突き出し方向およびその逆の退避方向に摺動可能
に支持し、ばね手段(S1)が、ノズル部材(2,3)を退避方
向に駆動するので、これによりガス噴射口(2g)が放電電
極(1)の先端に当る。この状態でノズル部材(2,3)と放電
電極(1)の間にパイロックア−クを発生するための電圧
を印加すると、両者間にア−ク(接触開放ア−ク）を生
ずる。

【００１６】第１支持部材(Ua)が、ノズル部材(2,3)を
突き出し方向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を
有し、基体(B)が、冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流
するための給水路(20f)および排水路(20a)を有するの
で、接離制御手段(S1A/S1B)がこれらの水路(20f,20a)を
通して冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流すると、冷却
水通流空間(PS)の水圧がノズル部材(2,3)を突き出し方
向に押す。この水圧をばね手段(S1)の駆動力より高く設
定することにより、ばね手段(S1)の力に抗してノズル部
材(2,3)が突き出し方向に移動する。このときノズル部
材(2,3)と放電電極(1)の間に接触開放ア−クが発生して
いると、それがパイロックア−ク（ある程度の空隙を飛
ぶア−ク）に移行又は発展する。すなわちパイロットア
−クが自動的に発生する。

【００１７】プラズマト−チにおいて公知の、切断又は
溶接のためのメインア−クの生成を経て、所要の切断作
業又は溶接作業を行なった後に、メインアークのみを消
滅させ、そして接離制御手段(S1A/S1B)が冷却水の供給
を停止すると、冷却水通流空間(PS)の水圧が低下して、
ばね手段(S1)の力でノズル部材(2,3)が退避方向に駆動
されて、ガス噴射口(2g)が放電電極(1)の先端に当た
り、放電電極(1)の先端に付着したカサ状の酸化物およ
びガス噴射口(2g)に付着し蓄積したタングステン電極か
らの蒸発金属が掻き落とされる。さらに所定時間後に制
御手段(S1B)が、再度水通流空間(PS)に冷却水を通流す
ると、ばね手段(S1)の力に抗してノズル部材(2,3)が突
き出し方向に移動する。これにより、掻き落とされた付
着物がガス噴射口(2g)より外部に掃き出される。

【００１８】このようにア−ク発生のためのノズル部材
(2,3)の突き出し方向への駆動が冷却水の水圧によって
実現し、切断又は溶接作業中は、ばね手段(S1)の力に抗
してノズル部材(2,3)を突き出し位置に留めるに必要な
圧力(維持圧)以上の冷却水圧を維持すればよい。所要の
冷却が実現する流量が確保されかつ機構上許される範囲
内であれば、冷却水圧は該維持圧以上であればいくら高
くてもよく、プラズマト−チのガス噴射口の口径，プラ
ズマガス圧および流量に何らの制約を与えない。また、
通常使用している冷却水及び水圧をそのまま使用出来る
ので特別な付加装置を必要としなくて済む。したがって
プラズマト−チの汎用性が高い。

【００１９】また、溶接の終了ごとに(メインアークの
停止ごとに)放電電極(1)およびガス噴射口(2g)の付着物
が自動的に清掃されるので、付着物の成長が鈍い。つま
り、付着物の成長に伴うシリーズアークの発生により使
用不能となるまでの放電電極(1)の寿命が長くなり、交
換あるいは人手による清掃の回数が減少する。すなわ
ち、作業効率および生産効率が上昇するとともに、放電
電極(1)の耐久性が向上するので生産コストが低減され
る。パイロットアークのみが継続された状態で、ガス噴
射口(2g)を放電電極(1)の先端に当てることにより、放
電電極(1)およびガス噴射口(2g)の付着物がパイロット
電流の熱エネルギーにより効率的に除去される。

【００２０】本発明の好ましい実施例（図2,3,7)では、
接離制御手段(S1A/S1B)は、ノズル部材(2,3)と放電電極
(1)間の接離駆動に同期してパイロットア−ク電流を増
加する電流制御手段(Ru,RuC1,T2,T3)；および、該接離
駆動に同期してガス噴射口(2g)に供給するパイロットガ
スの流量を増加する流体制御手段(SP2,T2,T3)；を備え
る。これによれば、ノズル部材(2,3)と放電電極(1)の表
面に堆積している付着物がパイロットア−ク電流の増加
により溶融して接離駆動により容易に分離して、強いパ
イロットガス流により吹き飛ばされてガス噴射口(2g)か
ら吐きだされる。すなわちノズル部材(2,3)と放電電極
(1)の表面に堆積している付着物の除去効果が高い。

【００２１】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。

【００２２】

【実施例】

−第１実施例− 図１に、本発明の一実施例のプラズマト−チを示す。タ
ングステン棒（溶接電極）１の一端は円錐形に突出して
おり、これを先端と称し、もう一端を尾端と称する。タ
ングステン棒１の先端の周囲には、その先端を囲むよう
に中空の略円錐形である金属製のチップ（ノズル部材）
２がある。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には、タングステ
ン棒１の先端と対向する尾端面より、トーチ外部に対面
する先端面に通じる小径の円形開口があり、これがノズ
ル２ｇである。チップ２は、中空の略円筒形であるノズ
ル台３の先端部に固着されている。

【００２３】ノズル台３の内部には、その周壁に沿って
形成される円筒形の水路がある。そして、チップ２を固
着した先端部の内周面には、リング状のセンタリングス
トーン４が固着されている。センタリングストーン４に
は、ノズル２ｇに対向する先端面からその裏側の尾端面
に通じる通気孔が開けられている。タングステン棒１
は、このセンタリングスト−ン４の中心を垂直に、しか
もその中心軸に沿う方向に移動可能に貫通している。す
なわちタングステン棒１は、その中心軸がチップ２およ
びノズル台３の中心軸と実質上常に一致するようセンタ
リングスト−ン４に支持されている。なお、図１に２点
鎖線Ｐ１Ａ’で示すタングステン棒１の位置を「突き出
し位置」と称し、図１に１点鎖線Ｐ２Ａ’で示すタング
ステン棒１の位置を「退避位置」と称する。

【００２４】ノズル台３は、大略で中空筒状の第１支持
部材Ｕａの中心位置に固着されている。第１支持部材Ｕ
ａの先端には、シ−ルドガス噴出口を有すねじリング５
の小径の雄ねじがねじ込まれており、ねじリング５の大
径の雄ねじにシ−ルドキャップ６がねじ結合している。

【００２５】第１支持部材Ｕａは、中空の略円筒状の部
材の外周面にアームを装着した形である基体Ｂに支持さ
れている。基体Ｂのシ−ルドガス流路２１に送り込まれ
るシ−ルドガスは、第１支持部材Ｕａのリング状の空間
に入り、ねじリング５のシ−ルドガス噴出口を通ってシ
−ルドキャップ６に出て、シ−ルドキャップ６の先端開
口からチップ２の外空間に出る。

【００２６】基体Ｂの円柱形内空間において、第１支持
部材Ｕａの尾端（右端）は、リング状の絶縁スペ−サ７
に受けられており、絶縁スペ−サ７の尾端は、略円筒形
の第２支持部材Ｕｂに受けられている。第２支持部材Ｕ
ｂには、タングステン棒１の中心軸に沿う方向（突き出
し／退避方向）に移動可能に電極台８が挿入されてい
る。電極台８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。電極台８の尾端部にはカバーＣが装着され
ている。カバ−Ｃの内部には案内リング１０があり、電
極台８の尾端部がこの案内リング１０内に進入してネジ
結合している。カバーＣの案内リング１０を電極台８に
対してねじ込む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−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。
カバ−Ｃにはキャップ１２が結合している。電極台８が
第２支持部材Ｕｂの内空間を突き出しあるいは退避方向
に移動すると、それに伴いタングステン棒１およびカバ
ーＣが一体で同様に移動する。

【００２７】第２支持部材Ｕｂの尾端部の雄ねじにリン
グ状の座金１３がねじ結合され、この座金１３が圧縮コ
イルスプリングＳ１の尾端を受けている。スプリングＳ
１の先端は電極台８に当り、電極台８を左方向（突き出
し方向）に押し、これにより使用待期の状態において
は、タングステン棒１の先端の一部がノズル２ｇ内に入
ってチップ２に当っている（図１に２点鎖線Ｐ１Ａ’で
示す）。

【００２８】第１支持部材Ｕａの内部には、基体Ｂの往
水路２０ｆの、部材Ｕａに対向する開口の位置に、リン
グ状の給水溝があり、この給水溝と往水路２０ｆの開口
とを連通とする横穴が第１支持部材Ｕａに開けられてお
り、この横穴が基体Ｂの往水路２０ｆの開口と整合して
いる。またノズル台３には、その内部の円筒状の冷却水
通流空間を該横穴と連通する横穴があり、これにより往
水路２０ｆに供給された冷却水はノズル台３内部の冷却
水通流空間に至る。該冷却水通流空間は、尾端部で第１
支持部材Ｕａの内部のリング状の排水溝に連通してお
り、ノズル台３内部の冷却水通流空間に入った冷却水
は、該排水溝を通って基体Ｂの絶縁水路２０ａに出る。

【００２９】絶縁水路２０ａの冷却水は第２支持部材Ｕ
ｂの内部の冷却水通流空間ＰＳに入る。この冷却水通流
空間ＰＳを電極台８の先端側細径部が貫通しており、電
極台８の中央部の太径部（ランド）の左向き端面（段差
面）に、空間ＰＳ内の圧力（水圧）が加わる。

【００３０】第２支持部材Ｕｂの内部には、冷却水通流
空間ＰＳと連なる、電極台８の中央部の太径部を中心軸
に沿う方向に移動自在に案内する太径の空間があり、こ
の空間の左端部（２０ｒｉ）に、基体Ｂの復水路２０ｒ
の開口があり、第２支持部材Ｕｂの横穴２０ｒｉが、該
太径の空間と復水路２０ｒの開口とを連通としている。
図１に示すように、スプリングＳ１が電極台８を介して
タングステン棒１を突き出してチップ２に当てていると
きには、電極台８の中央部の太径部の左端が横穴２０ｒ
ｉまで進み、横穴２０ｒｉの実効通流面積（空間ＰＳと
復水路２０ｒの通流開口面積）は僅少である。

【００３１】第１支持部材Ｕａと第２支持部材Ｕｂの間
には、絶縁スペ−サ７により空間が形成されそこに、基
体Ｂのプラズマガス流路２２を通してプラズマガスが供
給される。該空間に入ったプラズマガスは、ノズル台３
の内部の中心にあってタングステン棒１が通る空間を通
って、またセンタリングスト−ン４の通気孔を通って、
更にノズル２ｇを通って、チップ２の外部に出る。

【００３２】なお、タングステン棒１は、チャック９／
電極台８／第２支持部材Ｕｂ／電極給電リ−ド（図示せ
ず）の経路で図示しない電源回路に接続され、チップ２
は、ノズル台３／第１支持部材Ｕａ／ノズル給電リ−ド
（図示せず）の経路で図示しない電源回路に接続され
る。

【００３３】ト−チにプラズマガス，シ−ルドガス，冷
却水ならびに動作電圧のいずれも加わっていないときに
は、図１の２点鎖線Ｐ１Ａに示すように、電極台８がス
プリングＳ１で突き出し方向（左方）に押され、タング
ステン棒１の先端がチップ２に当っている（図１の２点
鎖線Ｐ１Ａ’）。なお、タングステン棒１のチップ２に
対する長さ設定は、水圧をかけた状態で（作業状態）カ
バーＣを右回しでチャック９を電極台８に対して締め付
けることで、タングステン棒１をチャックし固定設定す
る。図１には、電極台８の中央位置の太径部の左段差面
が第２支持部材Ｕｂの段差面に当っている状態（電極台
８が、突き出しリミット位置にある状態）を２点鎖線で
示すが、その状態よりも電極台８に対するタングステン
棒１の突き出し長を長くすると（作業設定位置）、タン
グステン棒１の先端がチップ２に当って電極台８は図１
に示す位置Ｐ１Ａよりもやや右側に位置することにな
り、チップ２に対するタングステン棒１の接触圧は高く
確実に接触する（スプリングＳ１の反発力がそのまま加
わる）。

【００３４】シ−ルドガスは溶接等の作業中（メインア
−クによるワ−クの加工中）に必要なものであり、メイ
ンア−ク起動に応答して供給が開始され、メインアーク
が停止したときに供給が停止される。シ−ルドガスの供
給タイミングに関しての説明は省略して、図１に示すト
−チの動作を説明する。

【００３５】まずプラズマガス流路２２へのプラズマガ
スの供給を開始すると、タングステン棒１周りの残留空
気を押しつつそこにプラズマガスが入って行く。同時
に、電極台８／ノズル台３間に、パイロットア−ク起動
電圧を印加し、往水路２０ｆへの冷却水の供給を開始す
ると、チップ２／タングステン棒１の間に短絡電流を生
じると共に、冷却水通流空間ＰＳの冷却水圧が設定値に
達したところで電極台８が右方（退避方向）に移動し、
図１に示すように、タングステン棒１がチップ２から離
れ、このように離れる間に、チップ２／タングステン棒
１間の接触火花が、空隙を絶縁破壊しながらア−クを生
じ、プラズマ放電（パイロットア−ク）となる。すなわ
ちパイロットア−クが起動する。一方、電極台８が右移
動することにより、横穴２０ｒｉの実効通流面積（空間
ＰＳと復水路２０ｒの通流開口面積）が広がり、大量の
冷却水が往水路２０ｆ／ノズル台３／絶縁水路２０ａ／
冷却水通流空間ＰＳ／復水路２０ｒに流れる。これによ
り電極台８がＰＡ１の停止位置から動き始める時の初期
加速力を得ることができる。電極台８が右移動するにつ
れ冷却水通流空間ＰＳの圧力はやや低下するが、スプリ
ングＳ１の押し力より大きいので、電極台８は、その右
方リミット位置（１点鎖線Ｐ２Ａの位置）に留まる。パ
イロットアークの発生後、パイロット起動電圧を印加し
たまま電極台８／ワークＷ間に，メインアーク起動電圧
を印加すると、パイロットアークが維持された状態でタ
ングステン棒１／ワークＷ間にメインアークが起動す
る。メインア−クが起動すると、金属材の溶接，切断な
どの加工を行なう。この種の加工をメインア−クを間断
して繰返し行なうことが多い。例えば、１つの材料の加
工を終了するとメインア−クを止めて材料を未加工のも
のに代えて、またメインア−クを起動してこれを加工す
る。あるいは一つの材料でも、ある箇所の加工を終了す
るとアインア−クを止めて、材料又はプラズマト−チを
次の箇所に移して、またメインア−クを起動して新たな
箇所を加工する。このような繰返しが多く、時間軸に沿
って（時系列で）見ると、イメンア−クの起動／停止が
繰り返えされる。

【００３６】ところで、プラズマア−クが発生すると、
プラズマア−クが継続している間、タングステン棒１の
先端およびノズル２ｇ開口付近のチップ２の内面には、
図１０の（ｂ）および（ｃ）に示すような付着物が堆積
してゆく。この実施例では、メインアークを停止したと
きに、該付着物の除去（クリーニング）が行なわれる。
すなわち、メインアークが停止したとき、パイロットア
ークは維持する。この状態を図５の（ａ）に示す。さら
に、第１の設定時間（ｔ１）の経過後、プラズマト−チ
への冷却水の供給を停止するとともに、パイロットア−
ク電流を増加し、プラズマガスを増量する。すると、ス
プリングＳ１の反発力に抗して電極台８を右方リミット
位置（１点鎖線Ｐ２Ａの位置）に留めていた冷却水通流
空間ＰＳの圧力が低下するので、スプリングＳ１の反発
力により電極台８が突き出し方向（左方）に押されて２
点鎖線Ｐ１Ａの位置に戻され、タングステン棒１の先端
部がノズル２ｇ内に挿入される形でチップ２の内面に突
き当たる（図１の２点鎖線Ｐ１Ａ’）。また、増加され
たパイロット電流により、タングステン棒１の先端部お
よびノズル２ｇの開口付近に堆積していた付着物を通し
て高電流が流れるため、付着物を溶融あるいは軟化させ
る。このように、堆積していた付着物は、タングステン
棒１の先端部がノズル２ｇ内に突き当てられる衝撃ある
いは、融解もしくは軟化した後、増量されたプラズマガ
スの風圧により吹き飛ばされて、タングステン棒１およ
びノズル２ｇより剥がされる。この状態を図５の（ｂ）
に示す。

【００３７】第２の設定時間（ｔ２）の経過後、再びプ
ラズマト−チへの冷却水の供給を開始すると、電極台８
の右方向への移動に伴いタングステン棒１が右方リミッ
ト位置（１点鎖線Ｐ２Ａ’の位置）に退避する。する
と、タングステン棒１およびノズル２ｇより引き剥がさ
れた付着物が、増量されたプラズマガスの風圧でノズル
２ｇより外部に噴出する。この状態を図５の（ｃ）に示
す。パイロットア−ク電流およびプラズマガス（パイロ
ットガス）の流量は、第３の設定時間（ｔ３）の経過後
に元の値に戻され、次のメインアーク起動に備える。

【００３８】図２に、図１に示すプラズマト−チを駆動
する駆動系統を示すとともに、図３に各駆動系統を制御
するシーケンス回路Ｓ１Ａを示す。また、図４には、該
シ−ケンス回路によって現われるプラズマト−チの動作
タイミングを示す。以上の図に従い、図１に示すプラズ
マト−チを用いる溶接およびクリーニングを説明する
（シールドガス回路は省略）。

【００３９】図２を参照すると、ポンプＰＭはその電源
接点が閉となると、水タンク３０より冷却水を汲み上げ
て、もし水電磁弁ＷＶが開であればプラズマト−チのノ
ズル台３及びタングステン台８近傍の水路に冷却水を循
環させる。水電磁弁ＷＶは、通電されると開（水路を開
放）となり、通電を遮断されると閉（水路を遮断）とな
る。ポンプＰＭの電源接点が閉の状態で水電磁弁ＷＶが
閉（水路を遮断）していると、ポンプＰＭより汲み上げ
られた冷却水はリリーフバルブ５０を介して再び水タン
ク３０に戻される。すなわち冷却水はプラズマト−チに
供給されない。また、ソレノイドＳＰ１のオンによりプ
ラズマガス流路２２に通じるバルブＶ１が開となり、プ
ラズマガスがタングステン棒１先端に送り込まれる。ソ
レノイドＳＰ２は、バルブＶ１と並列に接続されたバル
ブＶ２を開閉し、ソレノイドＳＰ１がオンの状態でさら
にソレノイドＳＰ２をオンとすることで、バルブＶ１に
加えてバルブＶ２が開となり、プラズマガス流路２２に
送り込むプラズマガスの流量が増加される。電極台８は
主電源９０及びパイロット電源８０の負極に接続され
る。パイロット電源８０の正極は負荷抵抗を介してチッ
プ２に接続される。該負荷抵抗には電流増加用の常開接
点ＲｕC1が接続されており、パイロットアーク発生後に
スイッチＲｕC1を閉とすることで負荷抵抗値が減少し、
チップ２に流れる電流が増加する。また、主電源９０の
正極は接点ＲｍC1を介してワーク（加工対象物）Ｗに接
続される。

【００４０】図２及び図３を参照すると、図３に示され
る接点Ｒ１C1およびＲ１C2はリレーコイルＲ１の常開接
点である。加えて、接点Ｔ１ａはタイマＴ１の常開であ
るタイマ接点，Ｔ１ｂはタイマＴ１の常閉であるタイマ
接点であり、接点Ｔ２ａ，Ｔ２ｂはタイマＴ２の常開で
あるタイマ接点であるとともに、接点Ｔ３ａはタイマＴ
３の常閉であるタイマ接点である。さらに、図２に示さ
れる接点ＲｐC1は図３に示すリレーコイルＲｐの常開接
点である。また、図２に示される接点ＲｕC1は図３に示
すリレーコイルＲｕの常開接点である。なお、図２に示
される接点ＲｍC1および図３に示される接点ＲｍC2は、
図３に示されるリレーコイルＲｍの常開接点であり、図
３に示される接点ＲｍC3はリレーコイルＲｍの常閉接点
である。図３に示すパイロットアークのスタートスイッ
チＳＷＰを押すと、リレーコイルＲｐがオン状態となる
ので接点ＲｐC1が閉となり、電極台８／チップ２間にタ
ングステン棒１を介してパイロット電流ＲＩが流れる。
ここで、スイッチＳＷＰは、押すごとに閉と開が切り換
わるスイッチであり、１度目の押しで閉となると次の押
しにより開に切り換えられるまで閉状態を維持する。さ
らに、ソレノイドＳＰ１のオンにより、プラズマガス流
路２２に通じるバルブＶ１が開となり、プラズマガス
（本実施例においてはアルゴンＡｒを使用している。）
がプラズマガス流路２２を通じてタングステン棒１先端
に送り込まれる。加えて、ポンプＰＭの電源接点が閉と
なるとともに、水電磁弁ＷＶが通電されて開となる。ポ
ンプＰＭは水タンク３０より冷却水を汲み上げて水電磁
弁ＷＶを介してプラズマト−チのノズル台３及び電極台
８近傍の水路に冷却水を循環させる。

【００４１】電極台８近傍の水路に冷却水が満たされる
と、その水圧により前述のように電極台８及びそれに固
着されたタングステン棒１が退避位置（図１の１点鎖線
Ｐ２Ａ’に示す位置）に押され、パイロット電流が流れ
た状態でチップ２よりタングステン棒１の先端が離れる
とパイロットアークがタングステン棒１／チップ２間に
起動する。

【００４２】パイロットアークが起動すると、プラズマ
ト−チはパイロットアークを維持したままでメインアー
クのスタート指示を待つ待機状態となる。待機状態にお
いて、メインアークのスタートスイッチＳＷＭがオンに
なると、リレーコイルＲｍがオンとなり、接点ＲｍC1お
よび接点ＲｍC2が閉となり、接点ＲｍC3が開となる。接
点ＲｍC1の閉により、電極台８を介してタングステン棒
１／ワークＷ間にメイン電圧が印加され、メインアーク
がタングステン棒１／ワークＷ間に起動する。スイッチ
ＳＷＭは、ここでは押されている間のみオン（閉）状態
を維持し、押しがなくなるとオフ（開）となる。

【００４３】一方、スイッチＳＷＭがオン（閉）になる
と、接点ＲｍC2の閉により常閉のタイマ接点Ｔ３ａを介
してリレーコイルＲ１がオンとなる。リレーコイルＲ１
のオンにより、その接点Ｒ１C1およびＲ１C2が閉とな
る。接点Ｒ１C1は、リレーコイルＲ１の自己保持接点で
ありストップスイッチＳＷＭの押しがなくなり、メイン
アークが停止したあとも、接点Ｒ１C1を介してリレーコ
イルＲ１の通電は継続される。ところで、接点Ｒ１C2も
リレーコイルＲ１のオンに伴い閉となるが、メインアー
クの起動中はリレーコイルＲｍのオンにより接点ＲｍC3
が開状態となっているので、タイマＴ１は通電されな
い。すなわち、後述するクリーニングは行われず、回路
はクリーニングの待機状態にあり、メインアークの停止
を待つ。

【００４４】さて、ここでスイッチＳＷＭの押しが無く
なってオフ（開）になりリレーコイルＲｍがオフとなる
と、接点ＲｍC1が開となりメインアークが停止する。こ
の時、パイロットアークはスイッチＳＷＰが開とされな
い限り、継続されている。さらに接点ＲｍC2も開となる
が、自己保持接点Ｒ１C1を介してリレーコイルＲ１のオ
ン状態は継続され、接点Ｒ１C1およびＲ１C2は閉状態を
維持する。リレーコイルＲｍのオフにより常閉接点Ｒｍ
C3が閉となり、閉状態の常開接点Ｒ１C2を介してタイマ
Ｔ１が通電され、計時を開始する。

【００４５】タイマＴ１は計時（ｔ１）を終了すると
（すなわちｔ１が経過すると）、その接点Ｔ１ａを閉と
し、接点Ｔ１ｂを開とする。接点Ｔ１ｂの開により、水
電磁弁ＷＶが閉となる。すなわち、ポンプＰＭが水タン
ク３０より汲み上げた冷却水は、プラズマト−チのノズ
ル台３及び電極台８近傍の水路に供給されることなく、
リリーフバルブ５０を介して水タンク３０に戻される。
すると、電極台８がスプリングＳ１の反発力により、図
１に２点鎖線Ｐ１Ａで示す位置まで突き出され、タング
ステン棒１の先端はノズル２ｇ内に侵入する形でチップ
２に突き当てられ、図１に２点鎖線Ｐ１Ａ’で示す突き
出し位置になる。

【００４６】一方、接点Ｔ１ａの閉により、タイマＴ
２，ソレノイドＳＰ２，リレーコイルＲｕがオンとな
る。リレーコイルＲｕのオンにより、スイッチＲｕC1が
閉となり負荷抵抗がバイパスされ、パイロット電源８０
／ノズル２間の抵抗値が低下して電流が増加する。さら
に、ソレノイドＳＰ２がオンとなり、プラズマガス流路
２２と並列に接続されたプラズマガス流路のバルブＶ２
が開になって、プラズマガス流路２２に送り込むプラズ
マガスの流量が増加する。すなわちチップ２には増加さ
れたパイロットア−ク電流が、ノズル２ｇをタングステ
ン棒１の先端に塞がれた状態で通電され、また、その内
空間には増量されたプラズマガスが吹き付けられる。タ
ングステン棒１の先端およびチップ２のノズル２ｇ付近
の内側面に堆積していた付着物（汚物）は、パイロット
ア−ク電流の増加，タングステン棒１の先端が突き当て
られることによる衝撃、および、吹き付けられたプラズ
マガスの風圧により、溶融又は軟化し、掻き落されある
いは引き剥がされ、ト−チより吐き出される。そして、
接点Ｔ１ａの閉によりタイマＴ２は計時を開始する。

【００４７】タイマＴ２は、計時（ｔ２）を終了すると
その接点Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを閉とする。接点Ｔ２ｂの閉に
より、再び水電磁弁ＷＶが開となり、ポンプＰＭが水タ
ンク３０より汲み上げた冷却水が、プラズマト−チのノ
ズル台３及び電極台８近傍の水路に供給され、スプリン
グＳ１が加える反発力に抗して電極台８を図１に１点鎖
線Ｐ２Ａで示す位置まで退避させる。これに伴いタング
ステン棒１の先端が、図１に１点鎖線Ｐ２Ａ’で示す位
置まで退避する。このときにもチップ２とタングステン
棒１の間のパイロットアークと増量されたプラズマガス
流により、付着物が遊離してノズル２ｇより外部に吹き
飛ばされる。また、接点Ｔ２ａの閉によりタイマＴ３が
計時を開始する。

【００４８】タイマＴ３は、計時（ｔ３）を終了すると
その常閉接点Ｔ３ａを開とする。それにより接点Ｒ１C1
の自己保持が解除される。すなわち、プラズマト−チに
クリーニングを行わせていた接点とリレーおよびタイマ
が元の状態に戻り、プラズマガスおよびパイロット電流
の値が元の値に戻る。このように、本実施例のプラズマ
ト−チは、メインアークの停止ごとに１回だけ上述のタ
ングステン棒１及びノズル２ｇのクリーニングを行う。

【００４９】ところで、タイマＴ３のオンによりクリー
ニングが終了する前に再びスイッチＳＷＭが押されると
（メインアークの起動が指示されると）、リレーコイル
Ｒｍのオンに伴い常閉接点ＲｍC3が開となり、タイマＴ
１の通電が遮断されるのでクリーニングは中断する。す
なわち、メインアークの起動中はクリーニングは行われ
ない。これは、溶接中にプラズマガスの流量あるいはプ
ラズマ電流を変化させることにより、溶接ビードが不均
一となるのを防止するためである。

【００５０】図６に、本実施例のプラズマト−チを用い
て溶接を繰り返し行った結果を実線で示し、従来のプラ
ズマト−チを用いた場合と比較した結果を点線で示す。
図６のグラフにおいて、ＴＬはタングステン棒１先端の
円錐部分の軸方向長さを示し、Ｔｗはタングステン棒１
の中心軸より付着物によるカサの外周までの最大半径を
示し、Ｎｗは付着物を含めた実際のノズル２ｇの直径で
ある。以下に、実施条件を示す。

【００５１】〈共通条件〉タングステン棒１：２％トリューム入りタングステン棒 φ３．２ノズル径：φ２．４メイン電流：１２０Ａパイロットガス流量：０．３リットル／ｍｉｎＡｒガス（純度９９．９９％）シールドガス流量：７リットル／ｍｉｎＡｒ＋７％Ｈ₂ 溶接アーク時間：２５秒アーク休止時間：１２秒〈本実施例のプラズマト−チ条件〉接触クリーニング：毎回クリーニング時間：ｔ２＝２秒ｔ３＝２秒クリーニングガス流量：５リットル／ｍｉｎＡｒガス（純度９９．９９％）パイロット増電流：１５Ａ図６に示すように、本実験において従来のプラズマト−
チはプラズマアーク溶接を延べ約３．０時間程行うとタ
ングステン棒１とチップ２との間に連続シリーズアーク
が発生し、溶接が不可能となる。しかし、本実施例のプ
ラズマト−チを用いれば、同条件でシリーズアークが発
生するまでの延べのアーク時間が７時間程度と長くなっ
た。すなわち、プラズマト−チの清掃およびタングステ
ン棒の交換の回数が約半分に減少した。

【００５２】−第１実施例の変形例− 図７に、第１実施例の変形例の各駆動系統を制御するシ
ーケンス回路を示す。本変形例は、前述の第１実施例に
対し、シーケンス回路が異るのみで他の機構は同一であ
る。第１実施例と大きく異る点は、第１実施例が、メイ
ンアークの終了ごとに１回のクリーニング（１回の接離
駆動）を行うのに対し、本変形例においては、メインア
ークの終了ごとに２回のクリーニング（２回の接離駆
動）を行うところにある。

【００５３】図７を参照すると、このシ−ケンス回路
は、第１実施例のシ−ケンス回路（図３）に、リレーコ
イルＲ２，Ｒ３およびタイマＴ４を加えたものである。
接点Ｒ２C1はリレーコイルＲ２の常開接点であり、接点
Ｒ３C1および接点Ｒ３C2はリレーコイルＲ３の常閉接点
である。また、接点Ｔ４ａ，Ｔ４ｃはタイマＴ４の常開
接点であり、接点Ｔ４ｂはタイマＴ４の常閉接点であ
る。なお、図３において用いていたタイマＴ１，Ｔ３に
新たに加えられたタイマ接点があり、接点Ｔ１ｃはタイ
マＴ１の常開接点であり、接点Ｔ３ｂ，Ｔ３ｃはタイマ
Ｔ３の常開接点である。

【００５４】図７のシ−ケンス回路の、パイロットアー
クを起動する回路および第１回目クリーニング開始の待
機状態を維持する回路は、第１実施例のもの（図３）と
同じであり、その動作は第１回目（初回）のクリーニン
グを終了するまでは同一であるので、ここでの詳細説明
は省略し、簡単に述べると、パイロットアークのスター
トスイッチＳＷＰによりパイロットアークが起動される
と、プラズマト−チはパイロットアークを維持したまま
でメインアークのスタート指示を待機する状態となる。
ここで、メインアークのスタートスイッチＳＷＭがオン
になると、リレーコイルＲｍがオンとなり、接点ＲｍC1
および接点ＲｍC2が閉となり、常閉接点ＲｍC3が開とな
る。接点ＲｍC1の閉により、メインアークがタングステ
ン棒１／ワークＷ間に起動する。スイッチＳＷＭは、こ
こでは第１実施例と同様に押されている間のみオン
（閉）状態を維持し、押しがなくなるとオフ（開）とな
る。

【００５５】一方、接点ＲｍC2の閉によりリレーコイル
Ｒ１がオンとなり、自己保持接点Ｒ１C1が閉となる。接
点Ｒ１C2もリレーコイルＲ１のオンに伴い閉となるが、
メインアークの起動中はリレーコイルＲｍのオンに伴い
接点ＲｍC3が開状態となっているので、タイマＴ１は通
電されない。すなわち、後述するクリーニングは行われ
ず、クリーニングの待機状態にあり、メインアークの停
止を待つ。ここまでの動作は第１実施例と同様である。

【００５６】さて、ここでスイッチＳＷＭの押しが無く
なりリレーコイルＲｍがオフとなると接点ＲｍC1が開と
なり、メインアークが停止する。さらに、リレーコイル
Ｒｍのオフにより接点ＲｍC3が閉となり、閉状態の接点
Ｒ１C2を介してタイマＴ１が通電され、計時を開始す
る。この時、接点ＲｍC2も開となるが、自己保持接点Ｒ
１C1を介してリレーコイルＲ１のオン状態は継続され
る。また、パイロットアークは継続されている。

【００５７】タイマＴ１は計時（ｔ１）を終了すると、
その接点Ｔ１ａ，Ｔ１ｃを閉とし、接点Ｔ１ｂを開とす
る。タイマ接点Ｔ１ｂの開により、水電磁弁ＷＶが閉と
なり、プラズマト−チへの冷却水の供給は停止する。こ
れにより電極台８がスプリングＳ１の反発力により突き
出され、タングステン棒１の先端はノズル２ｇ内に侵入
する形でチップ２に突き当てられる。

【００５８】一方、タイマ接点Ｔ１ａの閉により、タイ
マＴ２，ソレノイドＳＰ２，リレーコイルＲｕがオンと
なる。すると、スイッチＲｕC1が閉となりパイロット電
流が増加するとともに、プラズマガス流路２２と並列に
接続されたプラズマガス流路のバルブＶ２が開となり、
プラズマガス流路２２に送り込まれるプラズマガスの流
量が増加する。チップ２には増加されたパイロットア−
ク電流が、ノズル２ｇをタングステン棒１の先端に塞が
れた状態で通電され、その内空間には増量されたプラズ
マガスが吹き付けられる。タングステン棒１の先端の突
き当てによる衝撃あるいは噴き付けられたプラズマガス
の風圧によりタングステン棒１の先端およびチップ２の
ノズル２ｇ付近の内側面に堆積していた付着物は、掻き
落されあるいは引き剥がされる。タイマＴ２は計時を開
始する。

【００５９】タイマＴ２は、計時（ｔ２）を終了すると
その接点Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを閉とする。すると、タイマ接
点Ｔ２ｂの閉により再び水電磁弁ＷＶが開かれ、冷却水
が、溶接トーチのノズル台３及び電極台８近傍の水路に
供給され、電極台８が図１に１点鎖線Ｐ２Ａで示す位置
まで退避する。これに伴いタングステン棒１の先端が、
図１に１点鎖線Ｐ２Ａ’で示す位置まで退避する。この
時、チップ２とタングステン棒１の先端部よりパイロッ
トアークが発生する。このパイロットアークにより、掻
き落されあるいは引き剥がされた付着物および、取り除
ききれなかった残留物はさらに溶融される。そして、開
放されたノズル２ｇより外部に吹き飛ばされる。また、
接点Ｔ２ａの閉により閉状態にあるタイマ接点Ｔ１ｃを
介してタイマＴ３が計時を開始する。

【００６０】タイマＴ３は、計時（ｔ３）を終了すると
その接点Ｔ３ａを開とし、接点Ｔ３ｂ，Ｔ３ｃを閉とす
る。接点Ｔ３ｂの閉により常閉のタイマ接点Ｔ４ｂおよ
び常閉の接点Ｒ３C1を介してタイマＴ４およびリレーコ
イルＲ２が通電される。タイマＴ４は計時を開始し、そ
の通電はリレーコイルＲ２の自己保持接点Ｒ２C1の閉に
より継続される。また、接点Ｔ３ｃが閉となるが、タイ
マＴ４が計時を終了しておらず、その接点Ｔ４ｃが開で
あるのでリレーコイルＲ３は通電されない。

【００６１】一方では、接点Ｔ３ａの開により接点Ｒ１
C1の自己保持が解除され、接点Ｒ１C1，Ｒ１C2が開とな
る。接点Ｒ１C2の開に伴いタイマＴ１への通電が遮断さ
れ、接点Ｔ１ａおよびＴ１ｃが開に戻り、接点Ｔ１ｂが
閉に戻る。タイマ接点Ｔ１ａの開によりタイマＴ２，リ
レーコイルＳＰ２，Ｒｕへの通電が遮断される。すなわ
ち、プラズマガスおよびパイロットア−ク電流が元の値
に戻る（以上が第１回のクリ−ニング動作）。

【００６２】タイマＴ２への通電が遮断されるのに伴い
接点Ｔ２ａ，Ｔ２ｂが開に戻る。接点Ｔ２ｂが開となる
が、すでに接点Ｔ１ｂが閉に戻っており、水電磁弁ＷＶ
への通電は維持されているので、タングステン棒１は図
１に２点鎖線Ｐ２Ａ’に示す退避位置を維持している。
また、タイマ接点Ｔ１ｃの開によりタイマＴ３の通電が
遮断され、その接点Ｔ３ａが閉に戻り、その接点Ｔ３
ｂ，Ｔ３ｃが開に戻る。ここで、接点Ｔ３ｂが開となっ
ても、タイマＴ４およびリレーコイルＲ２への通電は、
自己保持接点Ｒ２C1の閉により維持されている。つま
り、第１回のクリーニング動作の終了によりタイマＴ３
の通電が遮断された後も、タイマＴ４はその計時時間ｔ
Ｌが終了するまで計時を続行することができる。

【００６３】プラズマト−チは、第２回目のクリーニン
グの待機状態にある。これは、第１回のクリーニングの
前の待機状態と同様である。ところでこの時、パイロッ
トアークはチップ２とタングステン棒１先端との間に維
持されており、このパイロットアークを維持したまま、
タイマＴ４の計時時間ｔＬの計時終了と同時に、プラズ
マト−チは２回目のクリーニング動作を開始する。

【００６４】すなわち、タイマＴ４がタイムオ−バする
と（設定時間ｔＬが経過すると）、接点Ｔ４ａ，Ｔ４ｃ
を閉とし、接点Ｔ４ｂを開とする。接点Ｔ４ａの閉によ
り、閉状態にあるＲ３C2を介してタイマＴ１が再度通電
される。これが第２回目のクリーニングの開始点であ
る。以後は、２度目にタイマＴ３が通電されるまで、プ
ラズマト−チは前述の第１回のクリーニングと同じ動作
タイミングで同様に動作する。２度目にタイマＴ３が通
電されると、第１回と同様に常閉であるタイマ接点Ｔ３
ａが開となり、常開であるタイマ接点Ｔ３ｂ，Ｔ３ｃが
閉となる。

【００６５】ここで、第２回のクリーニング動作におい
ては前述のようにタイマＴ１の通電は接点Ｔ４ａと接点
Ｒ３C2により維持されている。接点Ｒ１C2はすでに開状
態にあり、そのリレーコイルＲ１の通電を遮断する接点
Ｔ３ａの開は、第２回のクリーニング動作には無関係で
ある。タイマＴ１への通電を遮断して第２回目のクリー
ニングを完全に終了させ、溶接待機の状態に戻るために
は、接点Ｔ４ａあるいは接点Ｒ３C2のどちらかを開にす
る必要がある。これは、２度目のタイマＴ３の通電に伴
い接点Ｔ３ｃが閉となることにより実現される。すなわ
ち、すでに閉状態にある接点Ｔ４ｃを介してリレーコイ
ルＲ３が通電され、その接点Ｒ３C1およびＲ３C2を開と
する。これにより、リレーコイルＲ２およびその自己保
持接点Ｒ２C1によるタイマＴ４の通電の自己保持は解除
されてタイマＴ４への通電が遮断される。なお、タイマ
Ｔ３への通電に同期して接点Ｔ３ｂが閉となるが、接点
Ｔ４ｂが閉に戻るのは自己保持接点Ｒ２C1の開によりタ
イマＴ４への通電が遮断された後であり、この時点にお
いてはまだ開状態にあるので、タイマＴ４への通電は完
全に遮断される。

【００６６】また、リレーコイルＲ３の通電が遮断され
るのに伴う接点Ｒ３C2の開によりタイマＴ１への通電も
遮断される。すなわち、各リレーコイルとその接点およ
びタイマが全て第１回のクリーニング動作を開始する前
の状態に戻る。すなわち、タングステン棒１は退避位置
にあり、プラズマガスおよびパイロット電流が所定の状
態に戻る。このように、プラズマト−チは、メインアー
クの停止ごとに２回のクリーニング動作を行う。以上に
述べた動作タイミングを図８に示す。

【００６７】ところで、タイマＴ３のオンによりクリー
ニングが終了する前に再びスイッチＳＷＭが押されると
（メインアークの起動が指示されると）、リレーコイル
Ｒｍのオンに伴い常閉接点ＲｍC3が開となり、タイマＴ
１の通電が遮断されるのでクリーニングは中断する。す
なわち、メインアークの起動中はクリーニングは行われ
ない。これは、溶接中にプラズマガスの流量あるいはプ
ラズマ電流を変化させることにより、溶接ビードが不均
一となるのを防止するためである。

【００６８】以上に説明した変形例では、メインア−ク
が停止したときに、２回連続してクリ−ニング動作が行
なわれるので、汚物除去の信頼性が高い。

【００６９】−第２実施例− 図９に第２実施例のプラズマト−チを示す。この実施例
では、ノズル台３が第１支持部材Ｕａに、タングステン
棒１の長手方向（中心軸に沿う方向）に移動自在に支持
されており、ねじリング５で支えられた圧縮コイルスプ
リングＳ１が、ノズル台３を右方（退避方向）に押して
いる。電極台８にはチャック９が挿入され、このチャッ
ク９をタングステン棒１が貫通している。電極台８に、
電極カバ−Ｃに固着された案内リング１０がねじ結合し
ており、電極カバ−Ｃをねじ締め方向に廻わすことによ
り案内リング１０が電極台８に対してチャック９を押し
込み、これによりチャック９の、スリットにより周方向
４分割された後端部がタングステン棒１の軸心方向に加
圧され、これによりタングステン棒１が電極台８に固着
されている。このようにチャック９を締め付けた状態で
は、電極台８が基体Ｂに固定されているので、タングス
テン棒１は固定である。

【００７０】第１支持部材Ｕａの内部には、基体Ｂの往
水路２０ｆの、部材Ｕａに対向する開口の位置に、リン
グ状の給水溝ＰＳがあり、この給水溝ＰＳと往水路２０
ｆの開口とを連通とする横穴が第１支持部材Ｕａに開け
られており、この横穴が基体Ｂの往水路２０ｆの開口と
整合している。またノズル台３の円筒状の冷却水通流空
間は給水溝に連通し、これにより往水路２０ｆに供給さ
れた冷却水は給水溝ＰＳを通ってノズル台３内部の冷却
水通流空間に至る。該冷却水通流空間は、後端部で、第
１支持部材Ｕａの内部のリング状の排水溝に連通してお
り、ノズル台３内部の冷却水通流空間に入った冷却水
は、該排水溝に入る。この排水溝に絶縁水路２０ａの入
口が対向する位置に該排水路に連通する横穴２０ａｉが
あるが、図９に２点鎖線で示すようにノズル台３がスプ
リングＳ１の力で右方リミット位置（退避位置）に押さ
れているときには、ノズル台３の後端がこの横穴２０ａ
ｉと排水溝との間を実質上遮断している。給水溝ＰＳの
水圧が上昇すると、これがスプリングＳ１の反発力に抗
して、図９に示すように１点鎖線Ｐ２Ｂで示す位置まで
ノズル台３を左方（突き出し方向）に押し出し、ノズル
台３が横穴２０ａｉと排水溝の間から左方に退避するの
で、冷却水は絶縁水路２０ａに出て電極台８の冷却水流
路に入り、そして電極台８から復水路２０ｒに出る。

【００７１】第１支持部材Ｕａと電極台８の間には、絶
縁スペ−サ７により空間が形成され、そこに、基体Ｂの
プラズマガス流路２２を通してプラズマガスが供給され
る。該空間に入ったプラズマガスは、ノズル台３の内部
の中心にあってタングステン棒１が通る空間を通って、
またセンタリングスト−ン４の通気孔を通って、更にノ
ズル２ｇを通って、チップ２の外部に出る。

【００７２】なお、タングステン棒１は、チャック９／
電極台８／電極給電リ−ド（図示せず）の経路で図示し
ない電源回路に接続され、チップ２は、ノズル台３／第
１支持部材Ｕａ／ノズル給電リ−ド（図示せず）の経路
で図示しない電源回路に接続される。

【００７３】ト−チにプラズマガス，シ−ルドガス，冷
却水ならびに動作電圧のいずれも加わっていないときに
は、図９に２点鎖線で示すように、ノズル台３がスプリ
ングＳ１で退避方向（右方）に押され、タングステン棒
１の先端がチップ２に当っている。なお、タングステン
棒１のチップ２に対する長さ設定は、水圧をかけた状態
（作業状態）で、電極カバ−Ｃの、電極台８に対するね
じ締めを緩めて電極台８に対するタングステン棒１の突
き出し長を図示しないタングステン棒長さ設定治具をノ
ズル２ｇより押入し、タングステン棒１の先端を当てた
状態でチャック９を締め直しする突き出し長調整によ
り、任意に調整，設定することができる。図９は、ノズ
ル台３の位置が突き出し位置にある状態を示し、さらに
２点鎖線でノズル台３の後端面が支持部材Ｕａの排水溝
の壁面に当っている状態（ノズル台３が退避リミット位
置にある状態）を示すが、その状態よりも電極台８に対
するタングステン棒１の突き出し長を長くすると（作業
状態）、タングステン棒１の先端がチップ２に当ってチ
ップ２は図９に２点鎖線で示す位置Ｐ１Ｂよりもやや左
側に位置することになり、チップ２に対するタングステ
ン棒１の接触圧は高い（スプリングＳ１の反発力がその
まま加わる）。

【００７４】シ−ルドガスは溶接の作業中（メインア−
クによるワ−クの加工中）に必要なものであり、メイン
ア−ク起動に同期して開始してもよいので、シ−ルドガ
スの供給タイミングに関しての説明は省略して、図９に
示すト−チの動作を説明する。

【００７５】まずプラズマガス流路２２へのプラズマガ
スの供給を開始すると、タングステン棒１周りの残留空
気を押しつつそこにプラズマガスが入って行く。このと
き、タングステン棒１がチップ２のノズル２ｇを塞いで
いる。

【００７６】次に、電極台８／ノズル台３間に、パイロ
ットア−ク起動電圧を印加し、往水路２０ｆへの冷却水
の供給を開始すると、チップ２／タングステン棒１の間
に短絡電流を生じると共に、給水溝ＰＳの冷却水圧が設
定値に達したところでノズル台３が左方（突き出し方
向）に移動し、図９に１点鎖線Ｐ２Ｂで示すように、タ
ングステン棒１がチップ２から離れ、このように離れる
間に、チップ２／タングステン棒１間の接触火花が、空
隙を絶縁破壊しながらア−クを生じ、プラズマ放電（パ
イロットア−ク）となる。すなわちパイロットア−クが
起動する。一方、ノズル台３が左移動することにより、
横穴２０ａｉの実効通流面積（ノズル台３の排水溝と横
穴２０ａｉとの間の通流開口面積）が広がり、大量の冷
却水が往水路２０ｆ／ノズル台３／絶縁水路２０ａ／電
極台８／復水路２０ｒに流れる。これによりノズル台３
がＰＡ１の停止位置から動き始める時の、初期加速力を
得ることができる。ノズル台３が左移動するにつれ、給
水溝ＰＳの圧力はやや低下するが、スプリングＳ１の押
し力より大きいので、ノズル台３は、その左方位置（図
９）に留まる。

【００７７】図９に示す第２実施例のプラズマト−チ
も、図２に示す駆動系統と同様な構成（ただしト−チは
第２実施例のもの）の駆動系統に組込んで、図３に示す
シ−ケンス回路で制御して、図４に示すような動作タイ
ミングを実現することができる。さらに、図７に示すシ
ーケンス回路で制御して、第１実施例の変形例と同じ動
作タイミングを実現することもできる。いずれにして
も、第１実施例と異るのはプラズマト−チの構造であ
り、第１実施例のプラズマト−チが、チップ２が固定
で、タングステン棒１が突き出しあるいは退避動作をす
るのに対し、第２実施例のプラズマト−チは、タングス
テン棒１が固定で、チップ２が突き出しあるいは退避動
作をするという点である。

【００７８】上述の第１および第２の実施例によれば、
溶接の終了ごとに(メインアークの停止ごとに)タングス
テン棒１およびノズル２ｇの付着物が自動的に清掃され
るので、付着物の成長が鈍い。つまり、付着物の成長に
伴うシリーズアークの発生により使用不能となるまでの
タングステン棒１の寿命が長くなり、交換あるいは人手
による清掃の回数が減少する。すなわち、作業効率およ
び生産効率が上昇するとともに、タングステン棒１の耐
久性が向上するので生産コストが低減される。パイロッ
トアークのみが継続された状態で、タングステン棒１の
先端をノズル２ｇに当てることにより、タングステン棒
１およびノズル２ｇの付着物がパイロット電流の熱エネ
ルギーにより効率的に除去される。

【００７９】さらに、チップ２とタングステン棒１間の
パイロットア−ク電流を所定時間増加し、ノズル２ｇに
供給するプラズマガスの流量を所定時間増加する。この
時、メインアークの停止に伴いチップ２とタングステン
棒１は接触し、その表面に堆積している付着物は衝撃に
より引き剥がされている。引き剥がされた付着物は、電
流により溶融され、さらに増加した気体の風圧により吹
き飛ばされる。これにより、チップ２とタングステン棒
１の表面に堆積している付着物が、より効率的に取り除
かれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のプラズマト−チの、溶
接に使用中の状態を示す縦断面図である。

【図２】図１に示すプラズマト−チを駆動する駆動系
統を示すブロック図である。

【図３】図２に示す各駆動系統を制御するシーケンス
回路を示す電気回路図である。

【図４】図３に示すシ−ケンス回路によって現われる
プラズマト−チの動作タイミングを示すタイムチャ−ト
である。

【図５】（ａ）は、クリーニング動作待機中のチップ
２の縦断面図であり、（ｂ）は、クリーニング動作中に
タングステン棒１が突き出し位置にある時のチップ２の
縦断面図であり、（ｃ）は、クリーニング動作中にタン
グステン棒１が退避位置にある時のチップ２の縦断面図
である。

【図６】従来例（点線）と第１実施例（実線）のタン
グステン棒１およびノズル２ｇの付着物の成長の度合
を、延べアーク時間(溶接時間)対応で示したグラフであ
る。

【図７】図３に示すシーケンス回路の変形例を示す電
気回路図である。

【図８】図７に示すシ−ケンス回路によって現われる
プラズマト−チの動作タイミングを示すタイムチャ−ト
である。

【図９】第２実施例のプラズマト−チの、溶接に使用
中の状態を示す縦断面図である。

【図１０】（ａ）は、従来のプラズマトーチにおい
て、溶接初期の状態を示すチップ２の縦断面図であり、
（ｂ）は、従来のプラズマトーチにおいて、連続で溶接
を行っている状態を示すチップ２の縦断面図であり、
（ｃ）は、従来のプラズマトーチにおいて、付着物によ
りシリーズアークが発生した状態を示すチップ２の縦断
面図である。

【符号の説明】

１：タングステン棒２：チップ２ｇ：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：シールドキャップ７：絶縁スペーサ８：電極台９：チャック１０：案内リング１２：キャップ２０ｆ：往水路２０ｒ：復水路２１：シールドガス流路２２：プラズマガス
流路８０：パイロット電源９０：主電源 SP1,SP2：ソレノイドＰＭ：ポンプＳ１，Ｓ２：スプリングＳ１Ａ，Ｓ１Ｂ：シ
ーケンス回路Ｕａ，Ｕｂ：支持部材Ｖ１，Ｖ２：バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 10/00 - 10/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電電極，該放電電極の先端に対向するガ
ス噴射口を有し放電電極の先端部を包囲するノズル部
材、および、放電電極とノズル部材の一方を他方に対し
て接離駆動する機構、を含むプラズマト−チ；および、パイロットガスの供給は継続して放電電極のメインア−
クを休止した直後に前記接離駆動機構を用いて、放電電
極を接駆動し次いで離駆動する接離制御手段；を備える
プラズマ加工装置。
【請求項２】放電電極，該放電電極の先端に対向するガ
ス噴射口を有し放電電極の先端部を包囲するノズル部
材，該ノズル部材を支持する第１支持部材，放電電極を
支持する電極台，該電極台を、放電電極の先端がガス噴
射口に近付く突き出し方向およびガス噴射口から離れる
退避方向に摺動可能に支持し、電極台との間に、電極台
を退避方向に押す水圧を与える冷却水通流空間を有する
第２支持部材，電極台を突出し方向に駆動するばね手
段、および、ガス噴射口に気体を供給するための流路な
らびに冷却水通流空間に冷却水を通流するための給水路
および排水路を有し第１支持部材および第２支持部材を
支持する基体、を備えるプラズマト−チ；および、放電電極にメインア−クが発生する間は第２支持部材の
冷却水通流空間に冷却水を供給し、パイロットガスの供
給は継続してメインア−クを休止した直後には、第２支
持部材への冷却水の送り込みを所定時間中断してから再
開する接離制御手段；を備えるプラズマ加工装置。
【請求項３】電極台は、突き出し方向の移動で排水路
と冷却水通流空間の間の通流面積を絞り、退避方向の移
動で広げる、請求項２記載のプラズマ加工装置。
【請求項４】放電電極，該放電電極を支持する電極台，
放電電極の先端に対向するガス噴射口を有し放電電極の
先端部を包囲するノズル部材，該ノズル部材を、ガス噴
射口が放電電極から離れる突き出し方向およびガス噴射
口から離れる退避方向に摺動可能に支持し、ノズル部材
との間に、ノズル部材を突き出し方向に押す水圧を与え
る冷却水通流空間を有する第１支持部材，ノズル部材を
退避方向に駆動するばね手段、および、ガス噴射口に気
体を供給するための流路ならびに前記冷却水通流空間に
冷却水を通流するための給水路および排水路を有し第１
支持部材および電極台を支持する基体、を備えるプラズ
マト−チ；および、放電電極にメインア−クが発生する間は第１支持部材の
冷却水通流空間に冷却水を供給し、パイロットガスの供
給は継続してメインア−クを休止した直後には、第１支
持部材への冷却水の送り込みを所定時間中断してから再
開する接離制御手段；を備えるプラズマ加工装置。
【請求項５】ノズル部材は、退避方向の移動で排水路
と冷却水通流空間の間の通流面積を絞り、突き出し方向
の移動で広げる、請求項４記載のプラズマ加工装置。
【請求項６】接離制御手段は、接離駆動に同期して、ガ
ス噴射口に供給するパイロットガス流量および放電電極
／ノズル部材間のパイロット電流値の少くとも一方を増
量する、請求項１，請求項２，請求項３，請求項４又は
請求項５記載のプラズマ加工装置。