JP4346774B2 - プラズマ切断方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板等の被切断材のプラズマ切断に係り、特に、屈曲部（コーナー部）の切断を含むプラズマ切断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ切断では、図４に示すように、プラズマトーチ１と、鋼板等の被切断材２との間に供給したプラズマガス中でプラズマアーク３を生じさせ、適宜シールドガス（図示略）を供給して、被切断材２を切断するようになっている。例えば、図４中矢印Ａの方向にプラズマトーチ１を移動することで、プラズマアーク３によって被切断材２が切断され、プラズマアーク３の移動方向後ろ側に切断溝４が形成される。プラズマトーチ１は、所定の移動プログラムによって駆動する移動機構により移動されることが一般的であり、これにより、目的の切断経路に沿ってプラズマアーク３が移動されて被切断材２を切断することで、目的の製品が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示したように、プラズマアーク３は、その全体がプラズマトーチ１の同軸上に延びるのでは無く、プラズマトーチ１の移動よりも若干遅れて追従移動するようになっている。特に、プラズマトーチ１から離れた所ほどプラズマアーク３の遅れは顕著である。このため、例えば図５に示すように、屈曲部５を介して二つの直線状の切断経路（第１切断経路６ａと第２切断経路６ｂ）が連続されている切断経路でプラズマアーク３を移動させて被切断材２を切断すると、図６に示すように、屈曲部５内角側の被切断材２の下面近傍にエグレ部７が形成されてしまう場合がある。すなわち、屈曲部５の被切断材２上面側では切断経路６に沿ってエグレを生じることなく正しく切断できても（図７（ａ）参照）、被切断材２下面側ではエグレ部７が形成され、正規の寸法で切断できない事態が生じる（図７（ｂ）参照）。
【０００４】
これに鑑みて、例えば、図８に示すように、第１切断経路６ａに沿って被切断材２を切断して屈曲部５に到達したプラズマアーク３を、屈曲部５から第１切断経路６ａの延長上に切り逃げし、屈曲部５外側（内角θの外側）に設定したループ状の方向変更用切断経路８に沿った切断を行い、屈曲部５に戻したプラズマアーク３により第２切断経路６ｂに沿った切断を開始することが提案されている。方向変更用切断経路８は、第１切断経路６ａの前記屈曲部５を貫通して反対側に延びる延長上の第１変更経路８ａと、第２切断経路６ｂの前記屈曲部５を貫通して反対側に延びる延長上の第２変更経路８ｂと、前記第１、第２変更経路８ａ、８ｂ間を結ぶ第３変更経路８ｃとを備えた構成であり、第１切断経路６ａに沿って被切断材２を切断したプラズマアークは、前記屈曲部５から第１変更経路８ａに切り逃げした後、この第１変更経路８ａに対して傾斜された第３変更経路８ｃを経て第２変更経路８ｂに到達し、この第２変更経路８ｂに沿って屈曲部５に戻された後、そのまま直線的に第２切断経路６ｂを切り進む。この切断方法では、方向変更用切断経路８を経由することで、屈曲部５では直線的な切断のみが行われることになり、エグレ部を生じることなく屈曲部５を切断でき、切断によって得られる製品にエグレ部の無いコーナー部を形成することができる。しかしながら、この切断方法では、ループ状の方向変更用切断経路８に沿った切断作業に時間が掛かる上、方向変更用切断経路８の確保のために被切断材２が無駄になり、歩留まりが低下する不満があり、前記問題の根本的な解決に至らない。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、屈曲部（コーナー部）の切断品質を向上でき、しかも、切断時間の短縮、被切断材から得られる製品の歩留まりの向上を実現できるプラズマ切断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、途中に屈曲部を有する切断経路に沿って移動させたプラズマアークによって被切断材を切断するプラズマ切断におけるプラズマ切断方法において、前記屈曲部の片側の第１切断経路に沿って前記被切断材を切断する第１切断工程と、この第１切断工程の後、前記プラズマアークの移動方向を変更する切断方向変更工程と、この切断方向変更工程の後、前記第１切断経路に対して前記屈曲部を介して屈曲された第２切断経路に沿って前記被切断材を切断する第２切断工程とを備え、前記切断方向変更工程は、前記第１切断経路に沿って被切断材を切断して前記屈曲部に到達させたプラズマアークを、前記第１、第２切断経路の前記屈曲部の外側に延長した各延長線より内側であり各延長線を除く領域に設けられた切断方向変更領域の被切断材に切り込んだ後、このプラズマアークの移動方向を反転して切り込み時と一致する切断経路で屈曲部に戻すようになっており、前記第２切断工程では、前記切断方向変更工程にて一旦切断方向変更領域に切り込んでから前記屈曲部に戻されたプラズマアークによって、前記第２切断経路に沿った切断を開始することを特徴とするプラズマ切断方法を前記課題の解決手段とした。このプラズマ切断方法によれば、第１切断経路から、切断方向変更領域の切断経路への切り込みは、第１切断経路を介して第２切断経路に対向する反対側の領域への切り込みとなるので、エグレ部が形成されるとしてもその形成位置は屈曲部外角側であり、屈曲部内角側にはエグレ部は形成されない。逆に、切断方向変更領域の切断経路から第２切断経路への切り込みでも、エグレ部が形成されるとしてもその形成位置は、第２切断経路を介して第２切断経路と対向する反対側の領域であり、屈曲部外角側であるから、屈曲部内角側にはエグレ部は形成されない。このため、第１切断工程から切断方向変更工程を経て第２切断工程へ移行する過程では、エグレ部が形成される領域が屈曲部外角側の領域となり、屈曲部内角側にはエグレ部の形成を防止できる。また、第１切断経路から切断方向変更領域の切断経路への切り込み時の切断経路と、切断方向変更領域の切断経路から屈曲部を介して第２切断経路へ戻す切断経路とを、一致させることで、切断方向変更領域内の切断経路を短くすることができ、この切断経路に沿った移動時間を短縮できる。プラズマアークを発生するプラズマトーチを移動する移動プログラムも単純になり、切断方向変更領域の切断経路は簡単に設定できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明のプラズマ切断方法の実施の形態を、図１から図３を参照して説明する。図１は、鋼板等の被切断材１０上に設定された切断経路１１、すなわち、プラズマアークの移動経路（詳細には被切断材１０に対するプラズマアークの照射位置の移動経路）を示す平面図である。切断経路１１は、直線状の第１切断経路１１ａと、この第１切断経路１１ａに対して屈曲部１２を介して屈曲された直線状の第２切断経路１１ｂと、前記屈曲部１２から外側（外角側）へ延びる方向変更用切断経路１１ｃとを備えている。図１において、屈曲部１２の角度θ0（内角側の角度。第１切断経路１１ａに対する第２切断経路１１ｂの屈曲角度）は９０度になっている。また、方向変更用切断経路１１ｃは、後述する切断方向変更領域１３にて設定されるものであり、第１切断経路１１ａに沿った切断を完了して屈曲部１２から切り逃げさせたプラズマアークが移動される移動経路である。
【０００８】
このプラズマ切断方法は、移動機構により被切断材１０に沿ってプラズマトーチを移動することにより、このプラズマトーチにて発生したプラズマアーク（例えば図４参照）を切断経路１１に沿って移動して被切断材１０を目的形状に切断するものであり、第１切断経路１１ａに沿って被切断材１０を切断する第１切断工程と、この第１切断工程の完了後、プラズマアークの移動方向を変更する切断方向変更工程と、この切断方向変更工程の完了後、第２切断経路１１ｂに沿って被切断材１０を切断する第２切断工程とを備えている。なお、図１中矢印は、プラズマアークの移動方向を示す。
【０００９】
前記切断方向変更工程では、前記第１切断経路１１ａに沿って被切断材１０を切断して屈曲部１２に到達させたプラズマアークによって、方向変更用切断経路１１ｃを切り込んだ後、このプラズマアークの移動方向を反転して屈曲部１２に戻す。この切断方向変更工程の完了後、前記第２切断経路１１ｂに沿った切断、すなわち第２切断工程を開始する。前記方向変更用切断経路１１ｃは、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの前記屈曲部１２の外側に延長した各延長線１１ａ’、１１ｂ’（図１中仮想線参照）より内側であり各延長線を除く領域に設けられた切断方向変更領域１３内に設定され、図１では直線状になっている。屈曲部１２の内角（角度θ0部分。以下「内角θ0」と称することがある）と、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの各延長線間に形成される内角（角度θ1部分。以下「内角θ1」と称することがある）とは、丁度、対向角の関係となり、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの各延長線間の内角θ1は屈曲部１２の内角θ0と角度が等しく、図１では、θ0＝θ1＝９０度の関係になっている。また、図１では、方向変更用切断経路１１ｃは、丁度、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの各延長線間の内角θ1の２等分線になっており、第１切断経路１１ａに対する傾斜角度αおよび第２切断経路１１ｂに対する傾斜角度βのいずれも４５度である。
【００１０】
第１切断工程にて第１切断経路１１ａに沿って被切断材１０を切断したプラズマアークを、方向変更用切断経路１１ｃに切り込むと、第１切断経路１１ａを介して第２切断経路１１ｂに対向する側への切り込みとなり、エグレ部が形成されるとしても、その形成位置は、第１切断経路１１ａに対する方向変更用切断経路１１ｃの屈曲の内角側（図１中角度α’＝１８０°−傾斜角度α）であり、屈曲部１２の内角側にはエグレ部は形成されない。また、方向変更用切断経路１１ｃに切り込んだプラズマアークの向きを反転して屈曲部１２に戻し、第２切断工程を開始するときも、第２切断経路１１ｂを介して第１切断経路１１ａに対向する側への切り込みとなり、エグレ部が形成されるとすれば、方向変更用切断経路１１ｃに対する第２切断経路１１ｂの屈曲の内角側（図１中角度β’＝１８０°−傾斜角度β）であり、この位置は屈曲部１２の外角側であるから屈曲部１２内角側にはエグレ部は形成されない。このため、第１切断経路１１ａから方向変更用切断経路１１ｃへの切り込み、方向変更用切断経路１１ｃから第２切断経路１１ｂへの切り込みのいずれでも、屈曲部１２内角側にエグレ部を生じることは無い。
【００１１】
直線状の方向変更用切断経路１１ｃの設定位置は、切断方向変更領域１３内、すなわち、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの各延長線１１ａ’、１１ｂ’より内側であり各延長線を除く領域であれば良く、これにより、第１切断経路１１ａから方向変更用切断経路１１ｃへの切り込み、方向変更用切断経路１１ｃから第２切断経路１１ｂへの切り込みのいずれでも、エグレ部の形成位置を屈曲部１２の外角側とすることができる。これにより、第１切断工程から切断方向変更工程を経て第２切断工程へ移行しても、屈曲部１２内角側にはエグレ部は形成されないことから、屈曲部１２の切断品質を向上でき（図２参照）、屈曲部１２内角側を製品として使用する場合には、製品に目的の切断寸法が正確に得られ、製品の付加価値を高めることができる。
【００１２】
第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの延長線１１ａ’、１１ｂ’に対する方向変更用切断経路１１ｃの傾斜角度α、βは、α＝β＝４５度とすることに限定されず、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの延長線１１ａ’、１１ｂ’より内側であり各延長線を除く領域の切断方向変更領域１３の範囲であれば適宜設定できる。図３（ａ）は、内角側の角度θ2が９０度を超える屈曲部１２ａ、図３（ｂ）は内角側の角度θ3が９０度未満の屈曲部１２ｂを示すが、いずれの場合も、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの延長線１１ａ’、１１ｂ’ より内側であり各延長線を除く領域である切断方向変更領域１３ａ、１３ｂ内に方向変更用切断経路１１ｃを設定することで、屈曲部１２ａ、１２ｂの切断時のエグレ部の形成位置を屈曲部１２ａ、１２ｂの外角側にすることができ、屈曲部１２ａ、１２ｂの内角側でのエグレ部の形成を確実に防止できる。
【００１３】
したがって、このプラズマ切断方法によれば、屈曲部１２の切断にあたって、第１切断経路１１ａを切断したプラズマアークで、第１、第２切断経路１１ａ、１１ｂの各延長線１１ａ’、１１ｂ’間の切断方向変更領域１３内に設定された方向変更用切断経路１１ｃを切り込み、さらに、このプラズマアークを方向変更用切断経路１１ｃにて反転して屈曲部１２まで戻す切断方向変更工程を備えるので、屈曲部１２の内角側では、エグレ部の形成を防止でき、優れた切断品質を確実に得ることができる。また、切断方向変更工程では、屈曲部１２から方向変更用切断経路１１ｃに沿って移動したプラズマアークを、同じく方向変更用切断経路１１ｃを通って屈曲部１２に戻せば良いので、図８に示したループ状に方向変更用切断経路８に沿ってプラズマアークを移動する場合に比べて、プラズマアークを移動するためのプログラム（具体的にはプラズマトーチの移動プログラム）が簡単で済み、設定が容易である。しかも、方向変更用切断経路１１ｃはループ状の方向変更用切断経路８に比べて経路全長が短いので、切断方向の変更に掛かる時間を短縮できる上、方向変更用切断経路１１ｃはループ状の方向変更用切断経路８に比べて設定に必要な面積が少なくて済むので、方向変更用切断経路１１ｃを設定するための切断方向変更領域１３は小型で良いから、被切断材１０から得られる製品の歩留まりを向上できる。
【００１４】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されず、各種変更が可能である。第１、第２切断経路としては、直線的なものに限定されず、例えば全体が僅かに湾曲されているもの等も採用可能である。方向変更用切断経路としては、途中に湾曲部を有するもの、全体が湾曲されているもの等、各種構成が採用可能である。第１、第２切断経路の各延長線に対する方向変更用切断経路の屈曲角度は「切り込み角度（第１切断経路から方向変更用切断経路への切り込み角度、および、方向変更用切断経路から第２切断経路への切り込み角度）」が問題であり、結局、屈曲部から、この屈曲部の内角に対する対向角の関係にある切断方向変更領域内へ延びる方向変更用切断経路であれば前記「切り込み角度」が確保されており、屈曲部内角側へのエグレ部の形成を防止できる。この「切り込み角度」が確保されていれば、方向変更用切断経路としては、直線状に限定されず、曲線状であっても良い。曲線状の方向変更用切断経路としては、屈曲部との交点での接線が、切断方向変更領域内となるようにする。方向変更用切断経路の内、前記「切り込み角度」に関係する部分は屈曲部近傍のみであるから、それ以外の部分の構成は自由であり、屈曲部近傍以外の部分は、切断方向変更領域の外側へ延びる構成等、各種構成が採用可能である。例えば、方向変更用切断経路の屈曲部から離れた部分が、第１、第２のいずれかの切断経路に近付くように湾曲、屈曲されている構成も採用可能であり、この場合には、切断方向変更領域を一層小型化でき、被切断材の切断によって得られる製品の歩留まりを一層向上できる。
【００１５】
切断方向変更領域へのプラズマアークの切り込み用の方向変更用切断経路と、切断方向変更領域にて反転させて屈曲部へ戻すプラズマアークの移動用の方向変更用切断経路とは、完全同一である必要は無く、例えば、切断の切り溝の溝幅分をずらすことも可能である。但し、切断方向変更領域を極力小型化して、被切断材での製品の歩留まりを向上する点からは、例えば前記実施の形態にて例示した方向変更用切断経路１１ｃのように、切断方向変更領域への切り込みと、反転した後、屈曲部への復帰とを同一の方向変更用切断経路で行い、ずらさないことがより有利である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ切断方法によれば、前記第１切断経路に沿って被切断材を切断したプラズマアークによって、前記第１、第２切断経路の前記屈曲部の外側に延長した各延長線より内側であり各延長線を除く領域に設けられた切断方向変更領域の被切断材を切り込んだ後、移動方向を反転して屈曲部に戻したプラズマアークによって、前記第２切断経路に沿った切断を開始する切断方向変更工程を備えることから、プラズマアークの移動経路である切断経路の途中の屈曲部でも、この屈曲内角側にエグレ部を生じることなく正確に切断作業を行うことができ、切断品質を向上でき、切断寸法が高精度に得られている付加価値の高い製品を提供できる。また、方向変更用切断経路は短くて済み、しかも単純な線状であれば良いので、切断方向変更に掛かる時間を短縮でき、切断時間全体の短縮にも寄与する。さらに、この方向変更用切断経路を設定するための切断方向変更領域も小型で済むため、被切断材の切断によって得られる製品の歩留まりを向上できるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ切断方法の１実施の形態を示す図であって、内角側の角度が９０度である屈曲部を有する切断経路を示す平面図である。
【図２】 図１の切断経路でプラズマ切断された被切断材の屈曲部（コーナー部）近傍の切断状態を示す斜視図である。
【図３】 本発明のプラズマ切断方法に係る切断経路の他の例を示す平面図であって、（ａ）は屈曲部内角側の角度が９０度を超える場合、（ｂ）は屈曲部内角側の角度が９０度未満である場合を示す。
【図４】 プラズマ切断におけるプラズマアークの湾曲状態を示す正面図である。
【図５】 屈曲部を有する切断経路の一例を示す平面図である。
【図６】 図５の切断経路でプラズマ切断された被切断材の屈曲部近傍の切断状態を示す斜視図である。
【図７】 図６の切断状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は下面図である。
【図８】 ループ状の方向変更用切断経路を屈曲部近傍に備えた切断経路を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…被切断材（鋼板）、１１…切断経路、１１ａ…第１切断経路、１１ａ’…延長線、１１ｂ…第２切断経路、１１ｂ’…延長線、１１ｃ…方向変更用切断経路、１２，１２ａ，１２ｂ…屈曲部、１３，１３ａ，１３ｂ…切断方向変更領域。

Claims (1)

1. 途中に屈曲部を有する切断経路に沿って移動させたプラズマアークによって被切断材を切断するプラズマ切断におけるプラズマ切断方法において、前記屈曲部の片側の第１切断経路に沿って前記被切断材を切断する第１切断工程と、この第１切断工程の後、前記プラズマアークの移動方向を変更する切断方向変更工程と、この切断方向変更工程の後、前記第１切断経路に対して前記屈曲部を介して屈曲された第２切断経路に沿って前記被切断材を切断する第２切断工程とを備え、前記切断方向変更工程は、前記第１切断経路に沿って被切断材を切断して前記屈曲部に到達させたプラズマアークを、前記第１、第２切断経路の前記屈曲部の外側に延長した各延長線より内側であり各延長線を除く領域に設けられた切断方向変更領域の被切断材に切り込んだ後、このプラズマアークの移動方向を反転して切り込み時と一致する切断経路で屈曲部に戻すようになっており、前記第２切断工程では、前記切断方向変更工程にて一旦切断方向変更領域に切り込んでから前記屈曲部に戻されたプラズマアークによって、前記第２切断経路に沿った切断を開始することを特徴とするプラズマ切断方法。

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