JP3472625B2 - プラズマトーチの保護装置 - Google Patents

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ーチの保護装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、鋼板やステンレス板等の被加工材
に対して切断，溶接等の加工を効率良く行うプラズマ加
工装置が広く普及している。このプラズマ加工装置では
プラズマトーチの先端部に取り付けた電極から被加工材
に向けてアークを形成すると共にアークの周囲にプラズ
マガスを供給することで被加工材に対してプラズマアー
クを噴射して被加工材を溶融させると共に溶融物を排除
して加工を行うものである。

【０００３】プラズマトーチの構成としては、電極の外
周に銅材料等をロート状に成形したノズル部材を該電極
に対して電気的絶縁（以下単に『絶縁』という。）を保
持して設けたものが一般である。また前記ノズル部材の
外周に同じく銅材料等をロート状に成形したノズル保護
カバーを設けたものもある。

【０００４】ノズル保護カバーはノズル部材が被加工材
に衝突した際の衝撃等によるノズル部材の破損防止や被
加工材に対する絶縁保持等の作用を有するものである。

【０００５】ここで電極からノズル部材に一旦パイロッ
トアークを形成し、そのアークを移行して電極−被加工
材間にプラズマアークを形成する移行式プラズマ装置で
はノズル部材を導電性を有する材料で構成することが不
可欠であり、更に成形加工の容易さや安価さからノズル
部材およびノズル保護カバーは銅材料で構成されるのが
一般である。

【０００６】しかし、電極の外周にノズル部材のみを設
けた場合や、電極の外周にノズル部材とノズル保護カバ
ーとを直接接触させて通電状態にして設けた場合には、
加工中にノズル部材またはノズル保護カバーが被加工材
と直接接触したり、或いはノズル部材またはノズル保護
カバーに付着したスパッタが成長して間接的に被加工材
と接触したような場合、被加工材とノズル部材またはノ
ズル保護カバーを介したノズル部材とが同電位になり、
電極とノズル部材との間にもアークが形成される所謂ダ
ブルアークが発生する。このようなダブルアークが発生
すると、電極やノズル部材或いはノズル保護カバーが短
時間で溶損して破壊し、加工が中断するという問題があ
る。

【０００７】上記問題を回避するためにノズル部材の外
側にノズル保護カバーを設け、且つノズル部材とノズル
保護カバーとの間に絶縁部材を介して構成したり、ノズ
ル保護カバーやノズル部材の表面に絶縁処理を施す等し
て絶縁層を介して構成し、ノズル保護カバーをノズル部
材に対して絶縁を保持して構成した技術が開発されてい
る。

【０００８】例えば本出願人が特許出願中である特願平
6-73306号に開示した技術では異なる電位を有する部品
の接触面に絶縁処理を施した技術やカバー部材の少なく
とも外側ノズル部材との接触面または外側ノズル部材の
カバー部材との接触面に絶縁処理を施してノズル部材と
ノズル保護カバーとの絶縁を保持するように構成してい
る。

【０００９】このような構成によればノズル保護カバー
が直接或いは間接的に被加工材と接触した場合であって
も、ノズル保護カバーとノズル部材とが絶縁されている
ため、ノズル部材が被加工材と同電位となることはな
く、従って、ダブルアークの発生を防止して電極，ノズ
ル部材，ノズル保護カバー等の溶損を防止することが出
来るものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術を用いても全く問題が無いわけではなく、例えばト
ーチの先端が被加工材に衝突する等して、ノズル部材と
ノズル保護カバーとの間に設けた上記絶縁部材や絶縁層
が破損したり、電極の消耗やプラズマガスの流量不足，
アーク電流の設定ミス等の何らかの原因でノズル部材，
ノズル保護カバーが溶損或いは焼損して絶縁が破壊する
虞がある。

【００１１】そしてノズル部材とノズル保護カバーとの
間の絶縁が破壊された後に、ノズル保護カバーが直接或
いは間接的に被加工材と接触した場合、上述したように
電極とノズル部材，ノズル保護カバーとの間にダブルア
ークが発生する虞があり、ノズル部材，ノズル保護カバ
ーおよび電極の保全が維持できないといった問題があ
る。また前記絶縁が破壊したかどうかの判断は専ら目視
にたよるしかなく絶縁破壊が生じたかどうかを判断する
ことが困難であるといった問題がある。

【００１２】本発明に係るプラズマトーチの保護装置
は、ノズル部材とノズル保護カバーとの間の絶縁が破壊
されたこと，ノズル保護カバーまたはノズル部材と被加
工材とが接触したことを夫々検出することによってプラ
ズマトーチの保護を可能にすることを目的とするもので
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマト
ーチの保護装置は、電極の外側に導電性を有するノズル
部材を前記電極に対して電気的絶縁を保持して設け、且
つ前記ノズル部材の外側に導電性を有するノズル保護カ
バーを前記ノズル部材に対して電気的絶縁を保持して設
けたプラズマトーチであって、前記ノズル部材とノズル
保護カバーとの間にノズル部材とノズル保護カバーとの
電気的導通を検出する第１の検出手段を設け、前記第１
の検出手段が出力する第１の検出信号によってノズル部
材とノズル保護カバーとの間で絶縁破壊が生じたことを
認識する第１の認識手段を有することを特徴としたプラ
ズマトーチの保護装置である。

【００１４】また前記第１の検出手段をノズル部材とノ
ズル保護カバーとの間に電源と第１のリレーの駆動部を
直列に接続して構成し、ノズル部材とノズル保護カバー
との間で通電した場合に前記第１のリレーが作動して第
１の検出信号を発生し、前記第１の検出信号を前記第１
の認識手段によってノズル部材とノズル保護カバー間の
絶縁破壊を認識するように構成したことを特徴としたプ
ラズマトーチの保護装置である。

【００１５】また、本発明に係るプラズマトーチの保護
装置は、電極の外側に導電性を有するノズル部材を前記
電極に対して電気的絶縁を保持して設け、且つ前記ノズ
ル部材の外側に導電性を有するノズル保護カバーを前記
ノズル部材に対して電気的絶縁を保持して設けたプラズ
マトーチであって、前記ノズル保護カバーと導電性を有
する被加工材との間にノズル保護カバーと被加工材との
電気的導通を検出する第２の検出手段を設け、前記第２
の検出手段が出力する第２の検出信号によってノズル保
護カバーが被加工材に接触したことを認識する第２の認
識手段を有することを特徴としたプラズマトーチの保護
装置である。

【００１６】また前記第２の検出手段をノズル保護カバ
ーと被加工材との間に電源と第２のリレーの駆動部を直
列に接続して構成し、ノズル保護カバーと被加工材との
間で通電した場合に前記第２のリレーが作動して第２の
検出信号を発生し、前記第２の検出信号を前記第２の認
識手段によってノズル保護カバーと被加工材との接触を
認識するように構成したことを特徴としたプラズマトー
チの保護装置である。

【００１７】

【作用】本発明に係るプラズマトーチの保護装置は、上
述の如く構成したので、ノズル部材とノズル保護カバー
との間の絶縁が破壊して通電した場合には第１の検出手
段が第１の検出信号を発生し、該第１の検出信号を受け
た第１の認識手段によってノズル部材とノズル保護カバ
ーとの間の絶縁が破壊したことを認識することができ
る。

【００１８】また第１の検出手段をリレーによって構成
した場合、ノズル部材とノズル保護カバーとの絶縁が破
壊されて通電状態になった時、リレーの駆動回路が閉じ
て通電し、リレーを動作させることが出来る。そしてリ
レーの接点をオンまたはオフさせることで第１の認識手
段に第１の検出信号を伝達することが出来る。従ってノ
ズル部材とノズル保護カバーとの絶縁破壊を通電によっ
て検知出来るので絶縁破壊の発生部位に関わらず全域に
亘って検知することが出来る。

【００１９】またノズル保護カバーが被加工材に接触し
た場合には第２の検出手段が第２の検出信号を発生し、
該第２の検出信号を受けた第２の認識手段によってノズ
ル保護カバーが被加工材に接触したことを認識すること
ができる。

【００２０】また第２の検出手段をリレーによって構成
した場合、ノズル保護カバーと被加工材とが接触して通
電状態になった時、リレーの駆動回路が閉じて通電し、
リレーを動作させることが出来る。そしてリレーの接点
をオンまたはオフさせることで第２の認識手段に第２の
検出信号を伝達することが出来る。従ってノズル保護カ
バーと被加工材との接触を通電によって検知出来るので
どの部位が接触しても全域に亘って検知することが出来
る。

【００２１】また前記第１，第２の認識手段にサイレン
やパトランプ等の警告手段を接続したり、加工装置の制
御盤に接続して加工を停止させるように構成しておくこ
とによってノズル部材とノズル保護カバー間の絶縁破壊
やノズル保護カバーが被加工材に接触したことを警告し
たり、必要に応じて加工装置を停止させることでプラズ
マトーチの保護が出来る。

【００２２】

【実施例】図により本発明に係るプラズマトーチの保護
装置の一実施例を具体的に説明する。図１はノズル部材
の外側にノズル保護カバーを備えたプラズマトーチに本
発明の保護装置を取り付けた際の構成を示す模式図であ
る。

【００２３】図１において、トーチ本体１の先端には該
本体１の中心部に電極２が設けてあり、該電極２の外周
には銅等をロート状に成形した導電性を有するノズル部
材３が電極２に対して電気的絶縁を保持して設けてあ
る。またノズル部材３の外周には該ノズル部材３の外径
に対応させて銅等をロート状に成形した導電性を有する
ノズル保護カバー４がノズル部材３に対して電気的絶縁
を保持して設けてある。

【００２４】前記ノズル部材３とノズル保護カバー４と
の間の絶縁は両者の間に図示しない絶縁部材を設けた
り、ノズル保護カバー４および／またはノズル部材３の
表面に絶縁被膜をコーティングする等して絶縁層を介し
て構成することでノズル部材３とノズル保護カバー４と
の絶縁を保持することが可能である。

【００２５】前記電極２と鋼板，ステンレス板等の導電
性を有する被加工材Ｗとの間にはスイッチ６を介してプ
ラズマ電源５が接続してあり、該プラズマ電源５の負極
側には電極２が接続され、プラズマ電源５の正極側には
被加工材Ｗが接続されている。またノズル部材３にはス
イッチ６を介してプラズマ電源５の正極が接続されてい
る。

【００２６】次に保護装置の構成を説明すると、ノズル
部材３とノズル保護カバー４との間には第１の検出手段
となるリレー７の駆動側端子と該リレー７を駆動するた
めの電源８とが直列に接続されている。また前記リレー
７の接点側の端子には第１の認識手段９が接続されてい
る。

【００２７】またノズル保護カバー４と被加工材Ｗとの
間には第２の検出手段となるリレー10の駆動側端子と該
リレー10を駆動するための前記電源８とが直列に接続さ
れている。また前記リレー10の接点側の端子には第２の
認識手段11が接続されている。

【００２８】ここでプラズマトーチが正常な時には上述
したようにノズル部材３とノズル保護カバー４とは絶縁
されているために電源８，ノズル保護カバー４，ノズル
部材３およびリレー７で構成された電気回路Ａは開放し
た状態であるが、ノズル部材３とノズル保護カバー４と
の間の絶縁が破壊されると、前記回路Ａが閉じて電源８
によってリレー７が作動し接点７ａを導通させ第１の認
識手段９に対して第１の検出信号を伝達することが出来
る。

【００２９】第１の認識手段９には図示しないサイレン
やパトランプ等の警報手段が設けてあり、ノズル部材３
とノズル保護カバー４との間の絶縁が破壊されたことを
作業者に知らせることが出来る。また前記認識手段９に
は図示しない加工装置の制御盤が接続されており、第１
の検出信号によって自動的に加工を停止させることが出
来るようになっている。

【００３０】従って、ノズル部材３，ノズル保護カバー
４が溶損，焼損等によって破壊され両者間の絶縁が破壊
された場合やノズル部材３，ノズル保護カバー４が被加
工材Ｗに衝突等して破壊され両者間の絶縁が破壊された
場合にプラズマトーチの破壊を認識して加工を停止させ
プラズマトーチを保護することが出来る。従って電極
２，ノズル部材３，ノズル保護カバー４等の寿命を延長
することが出来る。

【００３１】またプラズマトーチが被加工材Ｗに対して
離隔されている場合にはノズル保護カバー４と被加工材
Ｗとは大気によって絶縁されているために電源８，ノズ
ル保護カバー４，被加工材Ｗおよびリレー10で構成され
た電気回路Ｂは開放した状態であるが、ノズル保護カバ
ー４が被加工材Ｗに接触すると、前記回路Ｂが閉じて電
源８によってリレー10が作動し接点10ａを導通させ第２
の認識手段11に対して第２の検出信号を伝達する。

【００３２】第２の認識手段11にも図示しないサイレン
やパトランプ等の警報手段が設けてあり、ノズル保護カ
バー４が被加工材Ｗに接触したことを作業者に知らせる
ことが出来る。また前記認識手段11には図示しない加工
装置の制御盤が接続されており、加工を自動的に停止さ
せることが出来るようになっている。

【００３３】従って、ノズル部材３とノズル保護カバー
４との間の絶縁が破壊された状態であってもノズル保護
カバー４が被加工材Ｗに接触したことを認識して加工を
停止させダブルアークの発生を未然に防止することが出
来、電極２，ノズル部材３，ノズル保護カバー４等の寿
命を延長することが出来る。

【００３４】上記プラズマトーチの保護装置はプラズマ
トーチが停止状態であっても電源８によって駆動電圧を
印加することでノズル部材３とノズル保護カバー４との
間の絶縁破壊を検出することが出来るものであり、使用
前にプラズマトーチを点検することが出来る。また同様
にノズル保護カバー４が被加工材Ｗに接触した状態であ
るかどうかを目視によらずとも検出することが出来る。

【００３５】またスイッチ６を操作して電極２とノズル
部材３との間にパイロットアークを形成している最中で
あっても前記回路Ａ，Ｂは夫々独立して作動することが
可能であるため、アーク移行時であってもリレー７，10
によってノズル部材３とノズル保護カバー４との間の絶
縁破壊とノズル保護カバー４が被加工材Ｗに接触したこ
とを夫々検出することが出来る。

【００３６】またスイッチ６を操作して電極２と被加工
材Ｗとの間にプラズマアークを形成して被加工材Ｗを加
工している最中であっても前述と同様に回路Ａ，Ｂは夫
々独立して作動することが可能であり、加工実施中でも
ノズル部材３とノズル保護カバー４との間の絶縁破壊と
ノズル保護カバー４が被加工材Ｗに接触したことを夫々
検出することが出来る。

【００３７】この時、例えばアーク電流の設定ミス，プ
ラズマガスの流量不足，電極の消耗等の原因によって電
極２とノズル部材３との間にダブルアークが発生したよ
うな場合にはノズル部材３が溶損してノズル部材３とノ
ズル保護カバー４との間の絶縁が破壊されリレー７が作
動し、異常を検知することが出来る。

【００３８】本実施例の電源８，リレー７，10は直流系
で動作するように構成しても良いし交流系で動作するよ
うに構成しても良い。またリレー７，10は動作時に接点
がオンになるように構成しても良いし動作時に接点がオ
フになるように構成しても良い。また前記実施例では電
気回路Ａ，Ｂで電源８を共通に構成し、電源の個数を削
減して経済的であるが、回路Ａ，Ｂに夫々独自の電源を
設けて構成することも出来る。

【００３９】｛他の実施例｝また図１でノズル部材３と
ノズル保護カバー４とが絶縁部材や絶縁層等を介すこと
なく直接接触し、電気的に通電状態に構成されたプラズ
マトーチの場合には図１に示す電気回路Ｂのみを構成す
ることで、前述の実施例と同様にノズル保護カバー４と
被加工材Ｗとが接触したことをリレー10によって検出す
ることが出来る。そして第２の認識手段11によってサイ
レンやパトランプ等の警報手段を作動させたり加工装置
の制御盤を操作して加工を停止させ、プラズマトーチを
保護することが出来る。

【００４０】また図２に示したようにノズル部材３を有
し、且つ図１に示したようなノズル保護カバー４を有さ
ないで構成したプラズマトーチ12の場合には図２に示す
電源８，ノズル部材３，被加工材Ｗおよびリレー10によ
って電気回路Ｃを構成することで前述の実施例と同様に
ノズル部材３と被加工材Ｗとが接触したことをリレー10
によって検出することが出来る。そして第２の認識手段
11によってサイレンやパトランプ等の警報手段を作動さ
せたり加工装置の制御盤を操作して加工を停止させ、プ
ラズマトーチを保護することが出来る。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係るプラズマトーチ保護装置
は、上述の如き構成と作用とを有するので、ノズル部材
とノズル保護カバーとの間に設けた絶縁部材や絶縁層が
衝撃や溶損等によって破壊したり、ノズル部材，ノズル
保護カバー自体が溶損や衝撃等によって破壊してノズル
部材とノズル保護カバーとが通電状態になった時、第１
の検出手段によって検知することが出来る。

【００４２】そして第１の認識手段によって警報を発生
したり、制御盤を操作して加工を停止させることで、ダ
ブルアークの発生を未然に防止することが出来、プラズ
マトーチを構成する電極，ノズル部材，ノズル保護カバ
ー等の破壊を防止してこれ等の寿命を延長することが出
来、経済的である。

【００４３】また第２の検出手段によってノズル保護カ
バーが被加工材に接触したことを検知して第２の認識手
段に伝達することでトーチが被加工材に接触したことを
認識することが出来る。

【００４４】そして第２の認識手段によって警報を発生
したり、制御盤を操作して加工を停止させ、ダブルアー
クの発生を未然に防止することでプラズマトーチを構成
する電極，ノズル部材，ノズル保護カバー等の破壊が防
止でき、これ等の寿命を延長することが出来、経済的で
ある。

【００４５】第１の検出手段をリレーで構成した場合に
はノズル部材とノズル保護カバーとの間の絶縁破壊部位
が通電することによってリレーが作動するので、絶縁破
壊部位がどこであっても検出することが出来、絶縁破壊
の発生部位によらず全域に亘って検出することが出来、
検知率が向上する。

【００４６】第２の検出手段をリレーで構成した場合に
はノズル保護カバーのどの部位が被加工材に接触しても
リレーが作動するので、接触部位によらず全域に亘って
検出することが出来、検知率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズル部材の外側にノズル保護カバーを備えた
プラズマトーチに本発明の保護装置を取り付けた際の構
成を示す模式図である。

【図２】他の実施例を説明する図である。

【符号の説明】

１…トーチ本体、２…電極、３…ノズル部材、４…ノズ
ル保護カバー、５…プラズマ電源、６…スイッチ、７…
リレー、８…電源、９…第１の認識手段、10…リレー、
11…第２の認識手段、12…トーチ本体、Ａ，Ｂ，Ｃ…電
気回路、Ｗ…被加工材

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極の外側に導電性を有するノズル部材
   を前記電極に対して電気的絶縁を保持して設け、且つ前
   記ノズル部材の外側に導電性を有するノズル保護カバー
   を前記ノズル部材に対して電気的絶縁を保持して設けた
   プラズマトーチであって、前記ノズル部材とノズル保護
   カバーとの間にノズル部材とノズル保護カバーとの電気
   的導通を検出する第１の検出手段を設け、前記第１の検
   出手段が出力する第１の検出信号によってノズル部材と
   ノズル保護カバーとの間で絶縁破壊が生じたことを認識
   する第１の認識手段を有することを特徴としたプラズマ
   トーチの保護装置。
2. 【請求項２】 前記第１の検出手段をノズル部材とノズ
   ル保護カバーとの間に電源と第１のリレーの駆動部を直
   列に接続して構成し、ノズル部材とノズル保護カバーと
   の間で通電した場合に前記第１のリレーが作動して第１
   の検出信号を発生し、前記第１の検出信号を前記第１の
   認識手段によってノズル部材とノズル保護カバー間の絶
   縁破壊を認識するように構成したことを特徴とした請求
   項１記載のプラズマトーチの保護装置。
3. 【請求項３】 電極の外側に導電性を有するノズル部材
   を前記電極に対して電気的絶縁を保持して設け、且つ前
   記ノズル部材の外側に導電性を有するノズル保護カバー
   を前記ノズル部材に対して電気的絶縁を保持して設けた
   プラズマトーチであって、前記ノズル保護カバーと導電
   性を有する被加工材との間にノズル保護カバーと被加工
   材との電気的導通を検出する第２の検出手段を設け、前
   記第２の検出手段が出力する第２の検出信号によってノ
   ズル保護カバーが被加工材に接触したことを認識する第
   ２の認識手段を有することを特徴としたプラズマトーチ
   の保護装置。
4. 【請求項４】 前記第２の検出手段をノズル保護カバー
   と被加工材との間に電源と第２のリレーの駆動部を直列
   に接続して構成し、ノズル保護カバーと被加工材との間
   で通電した場合に前記第２のリレーが作動して第２の検
   出信号を発生し、前記第２の検出信号を前記第２の認識
   手段によってノズル保護カバーと被加工材との接触を認
   識するように構成したことを特徴とした請求項３記載の
   プラズマトーチの保護装置。