JP4648568B2 - プラズマトーチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断面の品質を向上させ、或いは寿命を向上させることが出来るプラズマトーチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から移行式プラズマトーチを利用して通電性を有する被切断材を切断する場合、プラズマトーチに取り付けた電極の先端面の周囲にプラズマ化させるガスを供給すると共に該電極とノズルとの間に通電してパイロットアークを形成してノズルから吹き出し、吹き出したパイロットアークが被切断材と接触した時、電極との間に通電してメインアークを形成すると同時に電極とノズルとの間の通電を停止してパイロットアークを停止させ、その後、メインアークによって被切断材を溶融すると共に溶融物を母材から排除しつつプラズマトーチを移動させることで切断している。
【０００３】
特に、被切断材が鋼板である場合、プラズマ化させるガスとして酸素ガスを用いるのが一般的である。ここで、プラズマガスとして酸素ガスを用いるプラズマトーチの構成について図５，図６により簡単に説明する。
【０００４】
図５に示すように、電極51は、内部にネジを形成した取付部51ａと、外周が円筒状に形成された胴部51ｂと、先端面51ｃとからなり、胴部51ｂの先端側と先端面51ｃとの間にテーパ部51ｄが形成されている。電極51の中心にはハフニウムやタングステン等からなる電極材51ｅが埋設されており、該電極材51ｅを起点としてパイロットアーク，メインアークが形成される。
【０００５】
電極51は、図６に示すように、導電性を有し且つ片持ち梁状に形成された電極台52に取り付けられ、胴部51ｂに絶縁性を持ったセンタリングストーン53が装着されている。またセンタリングストーン53には導電性を持ったノズル部材54が装着され、更に、キャップ55が装着されている。このキャップ55はプラズマトーチの本体56に螺合されており、これにより、電極51は片持ち梁状の電極台52に取り付けられているにも関わらず、本体56の軸心と略一致して固定されている。
【０００６】
センタリングストーン53はセラミックスによって形成されており、電極51に装着されたとき、該電極51の外周部との間にプラズマ化させるガスの供給路57を形成すると共に、電極51が本体56の軸心からズレているような場合、キャップ55の本体56に対する装着に伴って該電極51を本体56の軸心に一致させる機能と、電極51と本体56とを電気的に絶縁する機能を有する。
【０００７】
ノズル部材54の内部であって、該ノズル部材54の内周面と電極51の先端面51ｃとによってガス室58が形成されている。即ち、センタリングストーン53に連続して電極51の胴部51ｂ，テーパ部51ｄに沿ったガスの供給路が形成され、該供給路を経て供給されたガスがガス室58に到達し得るように構成されている。
【０００８】
また、電極台52の内部には冷却パイプ59が配置されており、電極51を電極台52に取り付けた時、冷却パイプ59の先端が電極51の内部に挿入され、矢印に沿って供給された冷却水によって電極51は裏面側から強制的に冷却される。
【０００９】
上記構成において、センタリングストーン53の内側に供給されたガスは、電極51の胴部51ｂ，テーパ部51ｄからなる外周面に沿って流れてガス室58に供給される。ガスの供給と同時に行なわれる先端面51ｃとノズル部材54または被切断材との間の通電に伴ってプラズマ化し、ノズル部材54に形成されたノズル54ａから外部に噴射される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、酸素ガスを用いて鋼板を切断するプラズマトーチでは、電極51は高酸化性雰囲気の中で且つ超高温下という過酷な条件の基に使用されるため、極めて寿命が短いという問題がある。プラズマトーチの電極51にとって寿命を如何にして延長するかは絶えることのない課題である。
【００１１】
本発明者等は、電極51の寿命を延長させるために種々の実験を試みているが、その中で、電極材51ｅの太さを太くするということがある。この場合、太い電極材51ｅを埋設することによって寿命が延長された。しかし、電極材51ｅを太くした結果、切断性能が劣化してしまうという問題が生じた。また、切断性能を向上させる目的でガス室58に供給するガスの旋回を強くしたところ、電極材51ｅの溶損が増加して結果的に寿命が短くなってしまうという問題が生じた。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、切断性能の劣化を招くことなく、電極の寿命を延長させることが出来るプラズマトーチを提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために各種の実験を考察を重ねたところ、以下の結論を得た。
【００１４】
即ち、電極に太い電極材を埋設するのに伴って電極の先端面の外径が増加し、ノズル部材に形成されているノズルの径が同一であるにも関わらず、電極先端径が太くなることによって切断性能が劣化する。
【００１５】
しかし、電極における先端面の外径の値の如何に関わらず、ガスを電極の先端面における中心部位に可及的に接近させて供給することで見掛け上の電極先端径を細くすることによって切断性能の劣化を防止することが出来る。
【００１６】
また、旋回を強くした場合、電極の先端面の中心はガスの旋回によって圧力が低下し、電極の蒸発が促進されることによって寿命が短くなる。このことは先端面の中心の近傍にガスを供給して圧力の低下を防止することで防ぐことが出来る。
【００１７】
従って、前記目的を達成するための本発明に係るプラズマトーチは、先端面側に供給されたガスをプラズマ化してノズルから噴射させ且つ裏面側に供給された冷却水によって冷却され、一端が先端面に配置され他端が胴部の外周部に形成した溝のガイド部側に形成した面の所定位置に配置されたガス流通路を内部に設けた電極を装備したプラズマトーチであって、前記ガス流通路を通らずに前記電極の前記ガイド部よりも先端側に設けられた段部に向けて前記電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記ガス流通路を通って該電極の先端面側に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記プラズマトーチ用の電極（以下、単に「電極」という）では、一端が先端面に配置されたガス流通路を設けたので、電極の先端面の径の大きさに関わらずガス流通路の電極中心からの距離を設定することが出来、見掛け上の電極先端径を細くすることが出来る。このため、電極材を太くして寿命の延長をはかった場合であっも、切断性能を劣化させることがない。
【００１９】
即ち、上記電極では、電極の先端面に充分な量のガスを供給することが可能であり、且つ電極の中心に向けて集中させて供給することが出来る。このため、プラズマアークを安定した状態で発生させると共に先端面の中心部分に圧力の低い部位を発生させることがない。
【００２０】
また、電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記電極に設けられたガス流通路に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【００２１】
即ち、第１、第２のガス供給路に供給するガスが同じものであっても、夫々の供給圧を変化させることで、供給するガスの流量を変化させることが出来る。
【００２２】
また、前記第１のガス供給路と、前記第２のガス供給路とに、互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するガスの種類を変えることが出来る。
【００２３】
例えば、電極材としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００２４】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路に空気を供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【００２５】
また、例えば、電極材としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで、電極先端の雰囲気が不活性ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００２６】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【００２７】
尚、プラズマ切断において、２５０Ａの電流を印加して形成したプラズマアークによって被切断材を切断する時の電極の寿命は、ハフニウム電極を用いて酸素ガスをプラズマガスとして被切断材を切断した時、約３時間程度であり、プラズマガスを空気に切り換えることにより２倍〜３倍、タングステン電極を用いれば、１０倍程度にまで電極の寿命が延び、低コスト化を図ることが出来る。
【００２８】
また、軟鋼切断と、ステンレス鋼切断等の異なる材質の被切断材を連続して切断する時は、被切断材の材質に合わせた電極に交換する必要がなく、プラズマガスの選択を切り換えることにより異なる材質の被切断材の連続的な切断が可能となり、作業時間の短縮化と作業の簡易化を図ることが出来る。
【００２９】
また、切断状態から切断停止に至る過程でプラズマアークを止める際にプラズマガスが濃度の高い酸素を使用している場合には高温度で溶融している電極材が酸化されて消耗が早くなるため、窒素ガスを供給して電極材の周囲を不活性雰囲気にして電極の消耗を抑制することが行なわれる。
【００３０】
従って、例えば、切断状態から切断停止に至る過程で、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを供給することで、電極の消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【００３１】
また、前記電極の先端面側に供給される前記第１、第２のガスの流れを、電極の軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極の寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３２】
例えば、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３３】
また、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを電極の軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るプラズマトーチの一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図、図３はプラズマトーチに供給されるガス経路を示すブロック図、図４は本発明に係るプラズマトーチに装備される電極の構成例を説明する図である。
【００３５】
図１及び図２において、本発明に係るプラズマトーチＢは、図４に示すような電極Ａを装備している。電極Ａは先端面４側に供給されたガスをプラズマ化してプラズマトーチＢのノズル11ａから噴射させ且つ裏面側の穴７に供給された冷却水によって冷却され、一端が先端面４に配置され他端が外周面の所定位置に配置されたガス流通路６が設けられている。
【００３６】
電極ＡはプラズマトーチＢの本体に設けた導電性の電極台座９に連結された導電性の電極台12に取り付けるための取付部１と、胴部２とを有している。取付部１の内部には電極台12のネジ部に螺合するネジ部１ａが形成されており、外周部位は六角材を切削してスパナを掛ける直線部１ｂと切削による曲面部１ｃとが形成されている。
【００３７】
胴部２には全周にわたってリング状の溝３が形成され、該溝３と連続して予め設定された値の外径を持ったガイド部２ａが形成されている。また、ガイド部２ａよりも先端側には段部２ｂ及びテーパ部２ｃが形成されている。そしてテーパ部２ｃの先端側に先端面４が形成され、該先端面４の中心にハフニウムやタングステン等からなる電極材５が埋設されている。
【００３８】
先端面４には、一端が該先端面４に配置され且つ他端が胴部２の外周面の所定位置（本実施形態では、胴部２の外周に形成された溝３におけるガイド部２ａ側の面）に配置されたガス流通路６が形成されている。
【００３９】
また、電極Ａの内部には冷却水を流通させる穴７が形成されており、該穴７の底面である先端面４の裏面には表面積を増加させて熱の交換効率を向上させるための突起８が形成されている。
【００４０】
上記の如く構成された本実施形態に係る電極Ａの従来の電極と異なる点は、従来の電極が胴部にガスを流通させる手段を持たなかったのに対し、本実施形態では、一端が先端面４に配置されると共に他端が胴部２の外周所定位置に配置されたガス流通路６を有する点にある。
【００４１】
本実施形態では、このようなガス流通路６を設けることによって、ガスを電極Ａの先端面４の外周部以外の位置から、即ち、先端面４の外径の値に関わらず、電極材５の近傍に設けた位置から供給して見掛け上の電極先端径を細くすることが可能となる。
【００４２】
このため、先端面４の外径を大きくすることによる寿命の向上を維持しつつ、切断性能を現状に維持し、或いは切断性能の向上を図り、且つ小径のノズル11ａに適用することが可能となる。
【００４３】
ガス流通路６の数は特に限定するものではないが、電極Ａに対する均一なガスの供給を保証するためには、複数であることが好ましく、複数のガス流通路６は略等間隔で配置されることが好ましい。
【００４４】
このため、本実施形態では、電極Ａには３個のガス流通路６が形成されると共に互いに１２０度の角度間隔を保持している。ガス流通路６をこのように形成することによって、電極Ａにおける電極材５の周囲には略均一のガスを供給することが可能である。
【００４５】
また、ガス流通路６は、電極Ａの胴部２に形成した溝３から先端面４にかけて該電極Ａの中心に向けて傾斜して形成されている。このように、ガス流通路６を傾斜させることで、電極Ａにおける電極材５から大きく離隔することのない部位にガス流通路６から供給されたガスを収斂させることが可能であり、見掛け上のプラズマアークの径を細くすることが可能である。
【００４６】
特に、電極Ａの胴部２における外周部に溝３を形成し、この溝３のガイド部２ａ側に斜面を形成してガス流通路６の他端を開口させることで、ガス流通路６の電極Ａの中心方向への傾斜角度を所望の値に設定することが可能となる。
【００４７】
ガス流通路６は本実施形態に示すように穴によって形成することが可能であり、また、スリットによって形成することも可能である。ガス流通路６を穴によって形成する場合、穴の直径であるピッチ円径φｄ（図４（ａ）参照）は、６mm〜先端面４の外径までの範囲に設定することが好ましい。
【００４８】
このように、ガス流通路６の先端面４における開口位置を設定することによって、該ガス流通路６から供給されたガスを電極Ａを構成する電極材５の近傍に供給することが可能となり、プラズマアークを形成する際に、電極材５の近傍の圧力が低下してハフニウムやタングステン等の蒸発が促進されるようなことがない。
【００４９】
上記ガス流通路６のピッチ円径φｄを６mmとした場合、先端面４の外径の値に関わらず、プラズマアークの太さを６mmに対応した太さとすることが可能であり、細いプラズマアークを実現することが可能である。また、ピッチ円径φｄを６mm以上に設定した場合であっても、プラズマアークの太さを先端面４の外径よりも細くすることが可能である。
【００５０】
ガス流通路６は電極Ａの中心軸に対し平行であるか、或いは軸心に沿った方向に傾斜させることが好ましい。ガス流通路６が電極Ａの中心軸に対し平行である場合、該ガス流通路６から先端面４の前面に供給されたガスは、電極Ａの軸心と平行な所謂、軸流となり、切断面の改善に寄与することが可能である。
【００５１】
また、ガス流通路６を電極Ａの軸心に沿った方向に傾斜させた場合、ガス流通路６から電極Ａの先端面４に供給されたガスは電極Ａの軸心を中心とする旋回流となり、安定したプラズマアークを形成することが可能となる。
【００５２】
電極Ａは、取付部１のネジ部１ａをプラズマトーチＢの本体に設けた電極台座９に挿入嵌合して連結された電極台12のネジ部12ａに締結して取り付けられている。電極台座９及び電極台12の内部には冷却水を供給する冷却パイプ13が設けられている。
【００５３】
そして、電極Ａを電極台12に取り付けた時、該冷却パイプ13が電極Ａの内部に形成された穴７に挿通されて該冷却パイプ13の内外に冷却水の流通路14を形成する。しかし、プラズマトーチＢの形式によっては、電極Ａを単に電極台12に差し込むことで取り付けることが可能なものもある。
【００５４】
電極Ａの胴部２に形成されたガイド部２ａは、センタリングストーン15の内径よりも僅かに小さい外径を持って形成されている。このため、電極Ａを電極台12に取り付けた後、該電極Ａにセンタリングストーン15、インナーノズル部材16及びインナーキャップ17を順に装着し、該インナーキャップ17を本体に取り付けられた導電性のノズル台24のネジ部24ａに螺合することによって、自由状態にある電極台12がプラズマトーチＢの軸心18に対して傾斜しているような場合、この傾斜を矯正して電極Ａの電極材５を軸心18に略一致させることが可能である。
【００５５】
プラズマガスは、図１に示す第１のガス供給路となる通路23を介して電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスが供給され、第２のガス供給路となる通路19を介して電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスが供給される。
【００５６】
即ち、本実施形態では第１のプラズマガスが供給される第１のガス供給路となる通路23と、第２のプラズマガスが供給される第２のガス供給路となる通路19とを夫々独立して設けたものである。
【００５７】
図１に示すように、第１のガス供給路となる通路23は、電極台座９、図示しない水路を形成する樹脂製の絶縁ブロック25及びノズル台24の各内部に形成された通路を通ってセンタリングストーン15の外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成される通路26に連通し、センタリングストーン15に設けられた穴15ａから電極Ａの外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成されたプラズマ室20に連通し、更にノズル11ａに連通している。
【００５８】
センタリングストーン15の先端側の所定部位には複数の穴15ａが形成されており、該穴15ａを通して通路26から電極Ａの胴部２の段部２ｂ側に第１のプラズマガスを供給することが可能である。
【００５９】
本実施形態では、センタリングストーン15に形成された穴15ａは、その軸方向が軸心18と交差しない所定の角度で傾斜して形成されており、第１のガス供給路となる通路23を介して供給された第１のプラズマガスを電極Ａの外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成されたプラズマ室20に旋回させた状態で供給し得るようになっている。
【００６０】
また、第２のガス供給路となる通路19は、電極台座９の他の部位に形成された通路を通って電極台12の外周面とセラミック等により作られた絶縁性の防炎パイプ27の内周面との間に形成される通路28に連通し、更に電極Ａの取付部１の外周面とセンタリングストーン15の内周面との間に形成された通路29に連通し、更に該電極Ａの内部に形成されたガス流通路６に連通してプラズマ室20、更にはノズル11ａに連通している。
【００６１】
上記の如く、電極Ａは本体に片持ち梁状に設けられ、且つ図示しない電源に接続された導電性の電極台座９に嵌合して取り付けられた導電性の電極台12に螺合されることで取り付けられている。
【００６２】
また、プラズマ室20は、電極Ａの先端面４とインナーノズル部材16の内周面とによって形成されており、導電性のインナーノズル部材16は、絶縁性のセンタリングストーン15に装着した時、一部が導電性のノズル台24に接触し、該ノズル台24に図示しない通電回路を介して本体から通電されることで電極Ａとの間でパイロットアークを形成することが出来るようになっている。
【００６３】
そして、パイロットアークを形成する場合には電極Ａとインナーノズル部材16との間に、また、メインアークを形成する場合には電極Ａと図示しない被切断材との間に、夫々予め設定された電圧が印加され、インナーノズル部材16との間で、或いは被加工材との間で放電される。
【００６４】
電極Ａを電極台12に取り付けた時、電極Ａに形成した穴７の内部には冷却パイプ13の先端部分が挿入され、該冷却パイプ13を介して供給された冷却水は流通路14を通り、電極Ａに配置された電極材５の裏面側に形成した突起８に衝突した後、電極Ａの内面と接触して該電極Ａを冷却する。その後、冷却水は通路21を通りインナーノズル部材16を冷却して外部に排出される。
【００６５】
電極台12に取り付けられた電極Ａにセンタリングストーン15が装着されている。この時、電極Ａに形成されたガイド部２ａの外周がセンタリングストーン15の内面と接触して案内される。
【００６６】
この状態では、センタリングストーン15は単に電極Ａのガイド部２ａに接触されているに過ぎず、電極Ａに対して何ら規制も行なってはいない。そして、インナーノズル部材16にインナーキャップ17を装着し、該インナーキャップ17を本体に固定されたノズル台24のネジ部24ａに螺合することで電極Ａを軸心18に略一致させるように規制することが可能である。
【００６７】
また、アウターノズル部材30にアウターキャップ31を装着し、該アウターキャップ31を本体に取り付けられたトーチガード32に固定されたアウター連結キャップ33のネジ部33ａに螺合した時、該アウターノズル部材30とインナーノズル部材16との間に二次気流室22が形成され、該二次気流室22に供給された二次ガスをインナーノズル部材16のノズル11ａから噴射するプラズマアークの周囲にさや状に噴射することが可能である。
【００６８】
二次気流室22に供給される二次ガスは、図２に示すように、通路34から電極台座９、絶縁ブロック25の各内部に形成された通路を経てアウターノズル部材30に装着された仕切部材35の内周面とインナーキャップ17の外周面との間に形成された通路36に連通し、アウターノズル部材30に形成された穴30ａを経て二次気流室22に連通し、更にアウターノズル部材30のノズル11ｂに連通している。
【００６９】
また、図２に示すように、通路37から電極台座９、絶縁ブロック25の各内部に形成された通路を経て仕切部材35の外周面とアウターキャップ31の内周面との間に形成された通路38に連通し、アウターノズル部材30に形成された穴30ｂを経て三次ガスを二次ガスの周囲にさや状に噴射することが可能である。
【００７０】
電極Ａと被切断材との間に通電してプラズマアークを形成する場合、図１に示す第１のガス供給路となる通路23から供給された第１のプラズマガスは、通路26からセンタリングストーン15に形成された穴15ａを通って電極Ａの胴部２における段部２ｂに向けて噴射され、更に、電極Ａのテーパ部２ｃとインナーノズル部材16のテーパ状の内面とによって形成された通路を経て、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４との間に形成されたプラズマ室20を通って電極Ａの先端面４側に供給される。
【００７１】
また、第２のガス供給路となる通路19から供給された第２のプラズマガスは、通路28，29を通って電極Ａの胴部２に形成された溝３に至り、該溝３に隣接したガイド部２ａの斜面に開口したガス流通路６を経て電極Ａの先端面４からプラズマ室20に供給される。
【００７２】
上記の如く、電極Ａの先端面４には、該先端面４の外径部位から及び先端面４の内部（先端面４の外径部位よりも中心側）から第１、第２のプラズマガスが夫々独立して供給される。
【００７３】
このため、電極Ａの先端面４における電極材５のより近傍に第２のプラズマガスが供給されることとなり、先端面４の外径部位から旋回させた第１のプラズマガスを供給することに伴う電極材５の周囲の圧力低下を阻止することが可能となる。
【００７４】
従って、プラズマアークを形成する際に溶融した電極材５が圧力の低下に伴って蒸発が促進されることによる寿命の低下を防止することが可能である。
【００７５】
例えば、電極Ａのガス流通路６から先端面４を経て電極材５の近傍におけるプラズマ室20に供給された第２のプラズマガスが酸素ガスの場合はプラズマ化し、切断に寄与するプラズマアークとして機能する。
【００７６】
また、電極Ａの先端面４の外径部位からプラズマ室20に供給された第１のプラズマガスが酸素ガスの場合はプラズマ化し、同様にプラズマアークとしての機能を発揮するものの一部はプラズマアークを鞘状に包み込むガス気流として機能する。
【００７７】
このため、プラズマアークの太さは電極Ａの先端面４の外径の値に関わらず、ガス流通路６のピッチ円径によって規定されて細い状態を維持する。従って、切断性能を劣化させることなく、良好な状態に維持することが可能である。
【００７８】
特に、電極Ａにおける電極材５の太さを太くすることによって電極Ａの寿命を延長することが可能である。この場合、電極材５を太くするのに伴って先端面４の外径を大きくすることが必要となり、更に、外径を大きくするのに伴ってプラズマ室20の容積が大きくなる。
【００７９】
このため、電極材５からプラズマ室20に対する酸素ガスの供給部位までの距離が大きくなってプラズマアークを充分に細く絞れず、切断性能が劣化するという問題が生じていたが、この問題を解決して良好な切断性能を維持して電極Ａの寿命の延長を図ることが可能となる。
【００８０】
電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスを供給する通路23等からなる第１のガス供給路と、電極Ａに設けられたガス流通路６に供給される第２のプラズマガスを供給する通路19等の第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【００８１】
図３は第１のプラズマガスを供給する通路23、第２のプラズマガスを供給する通路19、二次気流ガスを供給する通路34、三次気流ガスを供給する通路37の夫々のガス供給源の一例を説明する図である。
【００８２】
本実施形態では、第１のガス供給路となる第１のプラズマガスを供給する通路23と、第２のガス供給路となる第２のプラズマガスを供給する通路19とに、互いに異なるガスの供給源が接続されている。
【００８３】
即ち、工場配管やガスボンベ等からなる酸素ガス供給装置41ａ、コンプレッサー等からなる空気供給装置41ｂから供給される酸素ガス及び空気は、一定圧力がかかると検知して電気信号を発生する圧力スイッチ42ａ，42ｂにより検知されると共に、酸素ガスと空気毎に各通路19，23，34，37に対応して設けられた電磁弁43ａ〜43ｇにより開閉される。
【００８４】
更に各電磁弁43ａ〜43ｇの下流側には、変動する入力側の圧力をダイヤフラム等を有するアキュムレータやヘッドタンク等により出力側の圧力を安定化させる圧力安定器44ａ〜44ｇが接続されている。
【００８５】
通路19，23に夫々対応する酸素ガス用の圧力安定器44ａと、空気用の圧力安定器44ｂとの下流側、及び酸素ガス用の圧力安定器44ｃと、空気用の圧力安定器44ｄとの下流側で夫々合流し、出力側の流量を検知して電気信号を発生し、その電気信号によって圧力を調整することで流量を安定化させる流量調整器となる電空レギュレータ45ａ，45ｂを介して通路19，23に夫々接続されている。
【００８６】
また、通路34に対応する酸素ガス用の圧力安定器44ｅと、空気用の圧力安定器44ｆとの下流側には夫々電空レギュレータ45ｃ，45ｄが接続されており、各電空レギュレータ45ｃ，45ｄの下流側には夫々逆止弁46ａ，46ｂが接続されており、各逆止弁46ａ，46ｂの下流側で合流して通路34に接続されている。
【００８７】
また、通路37に対応する空気用の圧力安定器44ｇの下流側には電空レギュレータ45ｅを介して通路37に接続されている。
【００８８】
上記構成により、第１、第２のガス供給路に供給する第１、第２のプラズマガスが同じものであっても、圧力安定器44ａ〜44ｄや電空レギュレータ45ａ，45ｂを用いて夫々の供給圧を変化させることで、供給するプラズマガスの夫々の流量を変化させることが出来る。
【００８９】
また、電磁弁43ａ〜43ｄを適宜切り換えて、通路23等からなる第１のガス供給路と、通路19等からなる第２のガス供給路とに互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するプラズマガスの種類を変えることが出来る。
【００９０】
従って、例えば、電極材５としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極Ａ先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極Ａの消耗を抑制して該電極Ａの寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００９１】
また、例えば、電極材５としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路に図示しない窒素ガス供給装置から窒素ガスを供給することで、電極Ａ先端の雰囲気が窒素ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極Ａの消耗を抑制して該電極Ａの寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００９２】
更に、例えば、切断状態から切断停止に至る過程でプラズマアークを止める際にプラズマガスが濃度の高い酸素を使用している場合には高温度で溶融している電極材５が酸化されて消耗が早くなるため、窒素ガスを供給して電極材５の周囲を不活性雰囲気にして電極材５の消耗を抑制することが行なわれる。
【００９３】
従って、切断状態から切断停止に至る過程で、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極Ａに設けられたガス流通路６にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを流すことで、電極Ａの消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【００９４】
また、電極Ａの先端面４側に供給される第１、第２のプラズマガスの流れを、電極Ａの軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極Ａの寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９５】
本実施形態では、センタリングストーン15に形成した穴15ａの軸方向をプラズマトーチＢの軸心18から斜めにずれた位置（交差しない位置）に設定して第１のプラズマガスの流れを旋回流とし、電極Ａに形成したガス流通路６の軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差する位置に設定して第２のプラズマガスの流れを軸流とした一例である。
【００９６】
尚、第２のプラズマガスの流れを軸流とする場合には、電極Ａに形成したガス流通路６の軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差しない位置（斜めにずれた位置）に設定すれば良く、第１のプラズマガスの流れを軸流とする場合には、センタリングストーン15に形成した穴15ａの軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差する位置に設定すれば良い。
【００９７】
例えば、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第２のプラズマガスの流れを該電極Ａの軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスの流れを該電極Ａの軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極Ａの寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９８】
また、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第２のプラズマガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスの流れを電極Ａの軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極Ａの寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、切断性能の劣化を招くことなく、電極の寿命を延長させることが出来るプラズマトーチを提供することが出来る。
【０１００】
即ち、電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記電極に設けられたガス流通路に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【０１０１】
また、第１のガス供給路と、第２のガス供給路とに、互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するガスの種類を変えることが出来る。
【０１０２】
例えば、電極材としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【０１０３】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路に空気を供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【０１０４】
また、例えば、電極材としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで、電極先端の雰囲気が不活性ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【０１０５】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【０１０６】
尚、プラズマ切断において、２５０Ａの電流を印加して形成したプラズマアークによって被切断材を切断する時の電極の寿命は、ハフニウム電極を用いて酸素ガスをプラズマガスとして被切断材を切断した時、約３時間程度であり、プラズマガスを空気に切り換えることにより２倍〜３倍、タングステン電極を用いれば、１０倍程度にまで電極の寿命が延び、低コスト化を図ることが出来る。
【０１０７】
また、軟鋼切断と、ステンレス鋼切断等の異なる材質の被切断材を連続して切断する時は、被切断材の材質に合わせた電極に交換する必要がなく、プラズマガスの選択を切り換えることにより異なる材質の被切断材の連続的な切断が可能となり、作業時間の短縮化と作業の簡易化を図ることが出来る。
【０１０８】
また、例えば、切断状態から切断停止に至る過程で、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを流すことで、電極の消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【０１０９】
また、電極の先端面側に供給される第１、第２のガスの流れを、電極の軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極の寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【０１１０】
例えば、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【０１１１】
また、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを電極の軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【図２】 本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【図３】 プラズマトーチに供給されるガス経路を示すブロック図である。
【図４】 本発明に係るプラズマトーチに装備される電極の構成例を説明する図である。
【図５】 従来例の電極を説明する図である。
【図６】 従来例のプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ…電極、Ｂ…プラズマトーチ、１…取付部、１ａ…ネジ部、１ｂ…直線部、１ｃ…曲面部、２…胴部、２ａ…ガイド部、２ｂ…段部、２ｃ…テーパ部、３…溝、４…先端面、５…電極材、６…ガス流通路、７…穴、８…突起、９…電極台座、11ａ，11ｂ…ノズル、12…電極台、12ａ…ネジ部、13…冷却パイプ、14…流通路、15…センタリングストーン、15ａ…穴、16…インナーノズル部材、17…インナーキャップ、18…軸心、19…通路、20…プラズマ室、21…通路、22…二次気流室、23…通路、24…ノズル台、24ａ…ネジ部、25…絶縁ブロック、26…通路、27…防炎パイプ、28，29…通路、30…アウターノズル部材、30ａ，30ｂ…穴、31…アウターキャップ、32…トーチガード、33…アウター連結キャップ、33ａ…ネジ部、34…通路、35…仕切部材、36〜38…通路、41ａ…酸素ガス供給装置、41ｂ…空気供給装置、42ａ，42ｂ…圧力スイッチ、43ａ〜43ｇ…電磁弁、44ａ〜44ｇ…圧力安定器、45ａ〜45ｅ…電空レギュレータ、46ａ，46ｂ…逆止弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断面の品質を向上させ、或いは寿命を向上させることが出来るプラズマトーチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から移行式プラズマトーチを利用して通電性を有する被切断材を切断する場合、プラズマトーチに取り付けた電極の先端面の周囲にプラズマ化させるガスを供給すると共に該電極とノズルとの間に通電してパイロットアークを形成してノズルから吹き出し、吹き出したパイロットアークが被切断材と接触した時、電極との間に通電してメインアークを形成すると同時に電極とノズルとの間の通電を停止してパイロットアークを停止させ、その後、メインアークによって被切断材を溶融すると共に溶融物を母材から排除しつつプラズマトーチを移動させることで切断している。
【０００３】
特に、被切断材が鋼板である場合、プラズマ化させるガスとして酸素ガスを用いるのが一般的である。ここで、プラズマガスとして酸素ガスを用いるプラズマトーチの構成について図５，図６により簡単に説明する。
【０００４】
図５に示すように、電極51は、内部にネジを形成した取付部51ａと、外周が円筒状に形成された胴部51ｂと、先端面51ｃとからなり、胴部51ｂの先端側と先端面51ｃとの間にテーパ部51ｄが形成されている。電極51の中心にはハフニウムやタングステン等からなる電極材51ｅが埋設されており、該電極材51ｅを起点としてパイロットアーク，メインアークが形成される。
【０００５】
電極51は、図６に示すように、導電性を有し且つ片持ち梁状に形成された電極台52に取り付けられ、胴部51ｂに絶縁性を持ったセンタリングストーン53が装着されている。またセンタリングストーン53には導電性を持ったノズル部材54が装着され、更に、キャップ55が装着されている。このキャップ55はプラズマトーチの本体56に螺合されており、これにより、電極51は片持ち梁状の電極台52に取り付けられているにも関わらず、本体56の軸心と略一致して固定されている。
【０００６】
センタリングストーン53はセラミックスによって形成されており、電極51に装着されたとき、該電極51の外周部との間にプラズマ化させるガスの供給路57を形成すると共に、電極51が本体56の軸心からズレているような場合、キャップ55の本体56に対する装着に伴って該電極51を本体56の軸心に一致させる機能と、電極51と本体56とを電気的に絶縁する機能を有する。
【０００７】
ノズル部材54の内部であって、該ノズル部材54の内周面と電極51の先端面51ｃとによってガス室58が形成されている。即ち、センタリングストーン53に連続して電極51の胴部51ｂ，テーパ部51ｄに沿ったガスの供給路が形成され、該供給路を経て供給されたガスがガス室58に到達し得るように構成されている。
【０００８】
また、電極台52の内部には冷却パイプ59が配置されており、電極51を電極台52に取り付けた時、冷却パイプ59の先端が電極51の内部に挿入され、矢印に沿って供給された冷却水によって電極51は裏面側から強制的に冷却される。
【０００９】
上記構成において、センタリングストーン53の内側に供給されたガスは、電極51の胴部51ｂ，テーパ部51ｄからなる外周面に沿って流れてガス室58に供給される。ガスの供給と同時に行なわれる先端面51ｃとノズル部材54または被切断材との間の通電に伴ってプラズマ化し、ノズル部材54に形成されたノズル54ａから外部に噴射される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、酸素ガスを用いて鋼板を切断するプラズマトーチでは、電極51は高酸化性雰囲気の中で且つ超高温下という過酷な条件の基に使用されるため、極めて寿命が短いという問題がある。プラズマトーチの電極51にとって寿命を如何にして延長するかは絶えることのない課題である。
【００１１】
本発明者等は、電極51の寿命を延長させるために種々の実験を試みているが、その中で、電極材51ｅの太さを太くするということがある。この場合、太い電極材51ｅを埋設することによって寿命が延長された。しかし、電極材51ｅを太くした結果、切断性能が劣化してしまうという問題が生じた。また、切断性能を向上させる目的でガス室58に供給するガスの旋回を強くしたところ、電極材51ｅの溶損が増加して結果的に寿命が短くなってしまうという問題が生じた。
【００１２】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、切断性能の劣化を招くことなく、電極の寿命を延長させることが出来るプラズマトーチを提供せんとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために各種の実験を考察を重ねたところ、以下の結論を得た。
【００１４】
即ち、電極に太い電極材を埋設するのに伴って電極の先端面の外径が増加し、ノズル部材に形成されているノズルの径が同一であるにも関わらず、電極先端径が太くなることによって切断性能が劣化する。
【００１５】
しかし、電極における先端面の外径の値の如何に関わらず、ガスを電極の先端面における中心部位に可及的に接近させて供給することで見掛け上の電極先端径を細くすることによって切断性能の劣化を防止することが出来る。
【００１６】
また、旋回を強くした場合、電極の先端面の中心はガスの旋回によって圧力が低下し、電極の蒸発が促進されることによって寿命が短くなる。このことは先端面の中心の近傍にガスを供給して圧力の低下を防止することで防ぐことが出来る。
【００１７】
従って、前記目的を達成するための本発明に係るプラズマトーチは、先端面側に供給されたガスをプラズマ化してノズルから噴射させ且つ裏面側に供給された冷却水によって冷却され、一端が先端面に配置され他端が胴部の外周部に形成した溝のガイド部側に形成した面の所定位置に配置されたガス流通路を内部に設けた電極を装備したプラズマトーチであって、前記ガス流通路を通らずに前記電極の前記ガイド部よりも先端側に設けられた段部に向けて前記電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記ガス流通路を通って該電極の先端面側に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記プラズマトーチ用の電極（以下、単に「電極」という）では、一端が先端面に配置されたガス流通路を設けたので、電極の先端面の径の大きさに関わらずガス流通路の電極中心からの距離を設定することが出来、見掛け上の電極先端径を細くすることが出来る。このため、電極材を太くして寿命の延長をはかった場合であっも、切断性能を劣化させることがない。
【００１９】
即ち、上記電極では、電極の先端面に充分な量のガスを供給することが可能であり、且つ電極の中心に向けて集中させて供給することが出来る。このため、プラズマアークを安定した状態で発生させると共に先端面の中心部分に圧力の低い部位を発生させることがない。
【００２０】
また、電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記電極に設けられたガス流通路に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【００２１】
即ち、第１、第２のガス供給路に供給するガスが同じものであっても、夫々の供給圧を変化させることで、供給するガスの流量を変化させることが出来る。
【００２２】
また、前記第１のガス供給路と、前記第２のガス供給路とに、互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するガスの種類を変えることが出来る。
【００２３】
例えば、電極材としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００２４】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路に空気を供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【００２５】
また、例えば、電極材としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで、電極先端の雰囲気が不活性ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００２６】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【００２７】
尚、プラズマ切断において、２５０Ａの電流を印加して形成したプラズマアークによって被切断材を切断する時の電極の寿命は、ハフニウム電極を用いて酸素ガスをプラズマガスとして被切断材を切断した時、約３時間程度であり、プラズマガスを空気に切り換えることにより２倍〜３倍、タングステン電極を用いれば、１０倍程度にまで電極の寿命が延び、低コスト化を図ることが出来る。
【００２８】
また、軟鋼切断と、ステンレス鋼切断等の異なる材質の被切断材を連続して切断する時は、被切断材の材質に合わせた電極に交換する必要がなく、プラズマガスの選択を切り換えることにより異なる材質の被切断材の連続的な切断が可能となり、作業時間の短縮化と作業の簡易化を図ることが出来る。
【００２９】
また、切断状態から切断停止に至る過程でプラズマアークを止める際にプラズマガスが濃度の高い酸素を使用している場合には高温度で溶融している電極材が酸化されて消耗が早くなるため、窒素ガスを供給して電極材の周囲を不活性雰囲気にして電極の消耗を抑制することが行なわれる。
【００３０】
従って、例えば、切断状態から切断停止に至る過程で、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを供給することで、電極の消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【００３１】
また、前記電極の先端面側に供給される前記第１、第２のガスの流れを、電極の軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極の寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３２】
例えば、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３３】
また、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを電極の軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係るプラズマトーチの一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図、図３はプラズマトーチに供給されるガス経路を示すブロック図、図４は本発明に係るプラズマトーチに装備される電極の構成例を説明する図である。
【００３５】
図１及び図２において、本発明に係るプラズマトーチＢは、図４に示すような電極Ａを装備している。電極Ａは先端面４側に供給されたガスをプラズマ化してプラズマトーチＢのノズル11ａから噴射させ且つ裏面側の穴７に供給された冷却水によって冷却され、一端が先端面４に配置され他端が外周面の所定位置に配置されたガス流通路６が設けられている。
【００３６】
電極ＡはプラズマトーチＢの本体に設けた導電性の電極台座９に連結された導電性の電極台12に取り付けるための取付部１と、胴部２とを有している。取付部１の内部には電極台12のネジ部に螺合するネジ部１ａが形成されており、外周部位は六角材を切削してスパナを掛ける直線部１ｂと切削による曲面部１ｃとが形成されている。
【００３７】
胴部２には全周にわたってリング状の溝３が形成され、該溝３と連続して予め設定された値の外径を持ったガイド部２ａが形成されている。また、ガイド部２ａよりも先端側には段部２ｂ及びテーパ部２ｃが形成されている。そしてテーパ部２ｃの先端側に先端面４が形成され、該先端面４の中心にハフニウムやタングステン等からなる電極材５が埋設されている。
【００３８】
先端面４には、一端が該先端面４に配置され且つ他端が胴部２の外周面の所定位置（本実施形態では、胴部２の外周に形成された溝３におけるガイド部２ａ側の面）に配置されたガス流通路６が形成されている。
【００３９】
また、電極Ａの内部には冷却水を流通させる穴７が形成されており、該穴７の底面である先端面４の裏面には表面積を増加させて熱の交換効率を向上させるための突起８が形成されている。
【００４０】
上記の如く構成された本実施形態に係る電極Ａの従来の電極と異なる点は、従来の電極が胴部にガスを流通させる手段を持たなかったのに対し、本実施形態では、一端が先端面４に配置されると共に他端が胴部２の外周所定位置に配置されたガス流通路６を有する点にある。
【００４１】
本実施形態では、このようなガス流通路６を設けることによって、ガスを電極Ａの先端面４の外周部以外の位置から、即ち、先端面４の外径の値に関わらず、電極材５の近傍に設けた位置から供給して見掛け上の電極先端径を細くすることが可能となる。
【００４２】
このため、先端面４の外径を大きくすることによる寿命の向上を維持しつつ、切断性能を現状に維持し、或いは切断性能の向上を図り、且つ小径のノズル11ａに適用することが可能となる。
【００４３】
ガス流通路６の数は特に限定するものではないが、電極Ａに対する均一なガスの供給を保証するためには、複数であることが好ましく、複数のガス流通路６は略等間隔で配置されることが好ましい。
【００４４】
このため、本実施形態では、電極Ａには３個のガス流通路６が形成されると共に互いに１２０度の角度間隔を保持している。ガス流通路６をこのように形成することによって、電極Ａにおける電極材５の周囲には略均一のガスを供給することが可能である。
【００４５】
また、ガス流通路６は、電極Ａの胴部２に形成した溝３から先端面４にかけて該電極Ａの中心に向けて傾斜して形成されている。このように、ガス流通路６を傾斜させることで、電極Ａにおける電極材５から大きく離隔することのない部位にガス流通路６から供給されたガスを収斂させることが可能であり、見掛け上のプラズマアークの径を細くすることが可能である。
【００４６】
特に、電極Ａの胴部２における外周部に溝３を形成し、この溝３のガイド部２ａ側に斜面を形成してガス流通路６の他端を開口させることで、ガス流通路６の電極Ａの中心方向への傾斜角度を所望の値に設定することが可能となる。
【００４７】
ガス流通路６は本実施形態に示すように穴によって形成することが可能であり、また、スリットによって形成することも可能である。ガス流通路６を穴によって形成する場合、穴の直径であるピッチ円径φｄ（図４（ａ）参照）は、６mm〜先端面４の外径までの範囲に設定することが好ましい。
【００４８】
このように、ガス流通路６の先端面４における開口位置を設定することによって、該ガス流通路６から供給されたガスを電極Ａを構成する電極材５の近傍に供給することが可能となり、プラズマアークを形成する際に、電極材５の近傍の圧力が低下してハフニウムやタングステン等の蒸発が促進されるようなことがない。
【００４９】
上記ガス流通路６のピッチ円径φｄを６mmとした場合、先端面４の外径の値に関わらず、プラズマアークの太さを６mmに対応した太さとすることが可能であり、細いプラズマアークを実現することが可能である。また、ピッチ円径φｄを６mm以上に設定した場合であっても、プラズマアークの太さを先端面４の外径よりも細くすることが可能である。
【００５０】
ガス流通路６は電極Ａの中心軸に対し平行であるか、或いは軸心に沿った方向に傾斜させることが好ましい。ガス流通路６が電極Ａの中心軸に対し平行である場合、該ガス流通路６から先端面４の前面に供給されたガスは、電極Ａの軸心と平行な所謂、軸流となり、切断面の改善に寄与することが可能である。
【００５１】
また、ガス流通路６を電極Ａの軸心に沿った方向に傾斜させた場合、ガス流通路６から電極Ａの先端面４に供給されたガスは電極Ａの軸心を中心とする旋回流となり、安定したプラズマアークを形成することが可能となる。
【００５２】
電極Ａは、取付部１のネジ部１ａをプラズマトーチＢの本体に設けた電極台座９に挿入嵌合して連結された電極台12のネジ部12ａに締結して取り付けられている。電極台座９及び電極台12の内部には冷却水を供給する冷却パイプ13が設けられている。
【００５３】
そして、電極Ａを電極台12に取り付けた時、該冷却パイプ13が電極Ａの内部に形成された穴７に挿通されて該冷却パイプ13の内外に冷却水の流通路14を形成する。しかし、プラズマトーチＢの形式によっては、電極Ａを単に電極台12に差し込むことで取り付けることが可能なものもある。
【００５４】
電極Ａの胴部２に形成されたガイド部２ａは、センタリングストーン15の内径よりも僅かに小さい外径を持って形成されている。このため、電極Ａを電極台12に取り付けた後、該電極Ａにセンタリングストーン15、インナーノズル部材16及びインナーキャップ17を順に装着し、該インナーキャップ17を本体に取り付けられた導電性のノズル台24のネジ部24ａに螺合することによって、自由状態にある電極台12がプラズマトーチＢの軸心18に対して傾斜しているような場合、この傾斜を矯正して電極Ａの電極材５を軸心18に略一致させることが可能である。
【００５５】
プラズマガスは、図１に示す第１のガス供給路となる通路23を介して電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスが供給され、第２のガス供給路となる通路19を介して電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスが供給される。
【００５６】
即ち、本実施形態では第１のプラズマガスが供給される第１のガス供給路となる通路23と、第２のプラズマガスが供給される第２のガス供給路となる通路19とを夫々独立して設けたものである。
【００５７】
図１に示すように、第１のガス供給路となる通路23は、電極台座９、図示しない水路を形成する樹脂製の絶縁ブロック25及びノズル台24の各内部に形成された通路を通ってセンタリングストーン15の外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成される通路26に連通し、センタリングストーン15に設けられた穴15ａから電極Ａの外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成されたプラズマ室20に連通し、更にノズル11ａに連通している。
【００５８】
センタリングストーン15の先端側の所定部位には複数の穴15ａが形成されており、該穴15ａを通して通路26から電極Ａの胴部２の段部２ｂ側に第１のプラズマガスを供給することが可能である。
【００５９】
本実施形態では、センタリングストーン15に形成された穴15ａは、その軸方向が軸心18と交差しない所定の角度で傾斜して形成されており、第１のガス供給路となる通路23を介して供給された第１のプラズマガスを電極Ａの外周面とインナーノズル部材16の内周面との間に形成されたプラズマ室20に旋回させた状態で供給し得るようになっている。
【００６０】
また、第２のガス供給路となる通路19は、電極台座９の他の部位に形成された通路を通って電極台12の外周面とセラミック等により作られた絶縁性の防炎パイプ27の内周面との間に形成される通路28に連通し、更に電極Ａの取付部１の外周面とセンタリングストーン15の内周面との間に形成された通路29に連通し、更に該電極Ａの内部に形成されたガス流通路６に連通してプラズマ室20、更にはノズル11ａに連通している。
【００６１】
上記の如く、電極Ａは本体に片持ち梁状に設けられ、且つ図示しない電源に接続された導電性の電極台座９に嵌合して取り付けられた導電性の電極台12に螺合されることで取り付けられている。
【００６２】
また、プラズマ室20は、電極Ａの先端面４とインナーノズル部材16の内周面とによって形成されており、導電性のインナーノズル部材16は、絶縁性のセンタリングストーン15に装着した時、一部が導電性のノズル台24に接触し、該ノズル台24に図示しない通電回路を介して本体から通電されることで電極Ａとの間でパイロットアークを形成することが出来るようになっている。
【００６３】
そして、パイロットアークを形成する場合には電極Ａとインナーノズル部材16との間に、また、メインアークを形成する場合には電極Ａと図示しない被切断材との間に、夫々予め設定された電圧が印加され、インナーノズル部材16との間で、或いは被加工材との間で放電される。
【００６４】
電極Ａを電極台12に取り付けた時、電極Ａに形成した穴７の内部には冷却パイプ13の先端部分が挿入され、該冷却パイプ13を介して供給された冷却水は流通路14を通り、電極Ａに配置された電極材５の裏面側に形成した突起８に衝突した後、電極Ａの内面と接触して該電極Ａを冷却する。その後、冷却水は通路21を通りインナーノズル部材16を冷却して外部に排出される。
【００６５】
電極台12に取り付けられた電極Ａにセンタリングストーン15が装着されている。この時、電極Ａに形成されたガイド部２ａの外周がセンタリングストーン15の内面と接触して案内される。
【００６６】
この状態では、センタリングストーン15は単に電極Ａのガイド部２ａに接触されているに過ぎず、電極Ａに対して何ら規制も行なってはいない。そして、インナーノズル部材16にインナーキャップ17を装着し、該インナーキャップ17を本体に固定されたノズル台24のネジ部24ａに螺合することで電極Ａを軸心18に略一致させるように規制することが可能である。
【００６７】
また、アウターノズル部材30にアウターキャップ31を装着し、該アウターキャップ31を本体に取り付けられたトーチガード32に固定されたアウター連結キャップ33のネジ部33ａに螺合した時、該アウターノズル部材30とインナーノズル部材16との間に二次気流室22が形成され、該二次気流室22に供給された二次ガスをインナーノズル部材16のノズル11ａから噴射するプラズマアークの周囲にさや状に噴射することが可能である。
【００６８】
二次気流室22に供給される二次ガスは、図２に示すように、通路34から電極台座９、絶縁ブロック25の各内部に形成された通路を経てアウターノズル部材30に装着された仕切部材35の内周面とインナーキャップ17の外周面との間に形成された通路36に連通し、アウターノズル部材30に形成された穴30ａを経て二次気流室22に連通し、更にアウターノズル部材30のノズル11ｂに連通している。
【００６９】
また、図２に示すように、通路37から電極台座９、絶縁ブロック25の各内部に形成された通路を経て仕切部材35の外周面とアウターキャップ31の内周面との間に形成された通路38に連通し、アウターノズル部材30に形成された穴30ｂを経て三次ガスを二次ガスの周囲にさや状に噴射することが可能である。
【００７０】
電極Ａと被切断材との間に通電してプラズマアークを形成する場合、図１に示す第１のガス供給路となる通路23から供給された第１のプラズマガスは、通路26からセンタリングストーン15に形成された穴15ａを通って電極Ａの胴部２における段部２ｂに向けて噴射され、更に、電極Ａのテーパ部２ｃとインナーノズル部材16のテーパ状の内面とによって形成された通路を経て、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４との間に形成されたプラズマ室20を通って電極Ａの先端面４側に供給される。
【００７１】
また、第２のガス供給路となる通路19から供給された第２のプラズマガスは、通路28，29を通って電極Ａの胴部２に形成された溝３に至り、該溝３に隣接したガイド部２ａの斜面に開口したガス流通路６を経て電極Ａの先端面４からプラズマ室20に供給される。
【００７２】
上記の如く、電極Ａの先端面４には、該先端面４の外径部位から及び先端面４の内部（先端面４の外径部位よりも中心側）から第１、第２のプラズマガスが夫々独立して供給される。
【００７３】
このため、電極Ａの先端面４における電極材５のより近傍に第２のプラズマガスが供給されることとなり、先端面４の外径部位から旋回させた第１のプラズマガスを供給することに伴う電極材５の周囲の圧力低下を阻止することが可能となる。
【００７４】
従って、プラズマアークを形成する際に溶融した電極材５が圧力の低下に伴って蒸発が促進されることによる寿命の低下を防止することが可能である。
【００７５】
例えば、電極Ａのガス流通路６から先端面４を経て電極材５の近傍におけるプラズマ室20に供給された第２のプラズマガスが酸素ガスの場合はプラズマ化し、切断に寄与するプラズマアークとして機能する。
【００７６】
また、電極Ａの先端面４の外径部位からプラズマ室20に供給された第１のプラズマガスが酸素ガスの場合はプラズマ化し、同様にプラズマアークとしての機能を発揮するものの一部はプラズマアークを鞘状に包み込むガス気流として機能する。
【００７７】
このため、プラズマアークの太さは電極Ａの先端面４の外径の値に関わらず、ガス流通路６のピッチ円径によって規定されて細い状態を維持する。従って、切断性能を劣化させることなく、良好な状態に維持することが可能である。
【００７８】
特に、電極Ａにおける電極材５の太さを太くすることによって電極Ａの寿命を延長することが可能である。この場合、電極材５を太くするのに伴って先端面４の外径を大きくすることが必要となり、更に、外径を大きくするのに伴ってプラズマ室20の容積が大きくなる。
【００７９】
このため、電極材５からプラズマ室20に対する酸素ガスの供給部位までの距離が大きくなってプラズマアークを充分に細く絞れず、切断性能が劣化するという問題が生じていたが、この問題を解決して良好な切断性能を維持して電極Ａの寿命の延長を図ることが可能となる。
【００８０】
電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスを供給する通路23等からなる第１のガス供給路と、電極Ａに設けられたガス流通路６に供給される第２のプラズマガスを供給する通路19等の第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【００８１】
図３は第１のプラズマガスを供給する通路23、第２のプラズマガスを供給する通路19、二次気流ガスを供給する通路34、三次気流ガスを供給する通路37の夫々のガス供給源の一例を説明する図である。
【００８２】
本実施形態では、第１のガス供給路となる第１のプラズマガスを供給する通路23と、第２のガス供給路となる第２のプラズマガスを供給する通路19とに、互いに異なるガスの供給源が接続されている。
【００８３】
即ち、工場配管やガスボンベ等からなる酸素ガス供給装置41ａ、コンプレッサー等からなる空気供給装置41ｂから供給される酸素ガス及び空気は、一定圧力がかかると検知して電気信号を発生する圧力スイッチ42ａ，42ｂにより検知されると共に、酸素ガスと空気毎に各通路19，23，34，37に対応して設けられた電磁弁43ａ〜43ｇにより開閉される。
【００８４】
更に各電磁弁43ａ〜43ｇの下流側には、変動する入力側の圧力をダイヤフラム等を有するアキュムレータやヘッドタンク等により出力側の圧力を安定化させる圧力安定器44ａ〜44ｇが接続されている。
【００８５】
通路19，23に夫々対応する酸素ガス用の圧力安定器44ａと、空気用の圧力安定器44ｂとの下流側、及び酸素ガス用の圧力安定器44ｃと、空気用の圧力安定器44ｄとの下流側で夫々合流し、出力側の流量を検知して電気信号を発生し、その電気信号によって圧力を調整することで流量を安定化させる流量調整器となる電空レギュレータ45ａ，45ｂを介して通路19，23に夫々接続されている。
【００８６】
また、通路34に対応する酸素ガス用の圧力安定器44ｅと、空気用の圧力安定器44ｆとの下流側には夫々電空レギュレータ45ｃ，45ｄが接続されており、各電空レギュレータ45ｃ，45ｄの下流側には夫々逆止弁46ａ，46ｂが接続されており、各逆止弁46ａ，46ｂの下流側で合流して通路34に接続されている。
【００８７】
また、通路37に対応する空気用の圧力安定器44ｇの下流側には電空レギュレータ45ｅを介して通路37に接続されている。
【００８８】
上記構成により、第１、第２のガス供給路に供給する第１、第２のプラズマガスが同じものであっても、圧力安定器44ａ〜44ｄや電空レギュレータ45ａ，45ｂを用いて夫々の供給圧を変化させることで、供給するプラズマガスの夫々の流量を変化させることが出来る。
【００８９】
また、電磁弁43ａ〜43ｄを適宜切り換えて、通路23等からなる第１のガス供給路と、通路19等からなる第２のガス供給路とに互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するプラズマガスの種類を変えることが出来る。
【００９０】
従って、例えば、電極材５としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極Ａ先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極Ａの消耗を抑制して該電極Ａの寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００９１】
また、例えば、電極材５としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路に図示しない窒素ガス供給装置から窒素ガスを供給することで、電極Ａ先端の雰囲気が窒素ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極Ａの消耗を抑制して該電極Ａの寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【００９２】
更に、例えば、切断状態から切断停止に至る過程でプラズマアークを止める際にプラズマガスが濃度の高い酸素を使用している場合には高温度で溶融している電極材５が酸化されて消耗が早くなるため、窒素ガスを供給して電極材５の周囲を不活性雰囲気にして電極材５の消耗を抑制することが行なわれる。
【００９３】
従って、切断状態から切断停止に至る過程で、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極Ａに設けられたガス流通路６にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを流すことで、電極Ａの消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【００９４】
また、電極Ａの先端面４側に供給される第１、第２のプラズマガスの流れを、電極Ａの軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極Ａの寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９５】
本実施形態では、センタリングストーン15に形成した穴15ａの軸方向をプラズマトーチＢの軸心18から斜めにずれた位置（交差しない位置）に設定して第１のプラズマガスの流れを旋回流とし、電極Ａに形成したガス流通路６の軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差する位置に設定して第２のプラズマガスの流れを軸流とした一例である。
【００９６】
尚、第２のプラズマガスの流れを軸流とする場合には、電極Ａに形成したガス流通路６の軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差しない位置（斜めにずれた位置）に設定すれば良く、第１のプラズマガスの流れを軸流とする場合には、センタリングストーン15に形成した穴15ａの軸方向をプラズマトーチＢの軸心18に交差する位置に設定すれば良い。
【００９７】
例えば、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第２のプラズマガスの流れを該電極Ａの軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスの流れを該電極Ａの軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極Ａの寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９８】
また、電極Ａに設けられたガス流通路６に第２のプラズマガスを供給する第２のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第２のプラズマガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極Ａの周囲から該電極Ａの先端面４側に第１のプラズマガスを供給する第１のガス供給路から電極Ａの先端面４側に供給される第１のプラズマガスの流れを電極Ａの軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極Ａの寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【００９９】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、切断性能の劣化を招くことなく、電極の寿命を延長させることが出来るプラズマトーチを提供することが出来る。
【０１００】
即ち、電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、前記電極に設けられたガス流通路に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことで、第１、第２のガス供給路に供給するガス流量を夫々独立して調整することが出来る。
【０１０１】
また、第１のガス供給路と、第２のガス供給路とに、互いに異なるガスの供給源を接続することで、第１、第２のガス供給路に供給するガスの種類を変えることが出来る。
【０１０２】
例えば、電極材としてハフニウム電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に空気を供給することで、電極先端の雰囲気が空気となるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【０１０３】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路に空気を供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【０１０４】
また、例えば、電極材としてタングステン電極を用いた軟鋼切断時において、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給し、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで、電極先端の雰囲気が不活性ガスとなるため従来の酸素プラズマに比べて電極の消耗を抑制して電極の寿命を飛躍的に延ばすことが出来、プラズマガスの外周部が酸素ガスであるため酸素プラズマ程度の切断品質が確保出来る。
【０１０５】
また、同一電極を用いたステンレス鋼切断時において、第１のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給し、第２のガス供給路にアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスを供給することで切断が可能となり、各第１、第２ガス供給路へのプラズマガスの選択による簡易な作業により異なる材質の被切断材を連続して切断することが出来る。
【０１０６】
尚、プラズマ切断において、２５０Ａの電流を印加して形成したプラズマアークによって被切断材を切断する時の電極の寿命は、ハフニウム電極を用いて酸素ガスをプラズマガスとして被切断材を切断した時、約３時間程度であり、プラズマガスを空気に切り換えることにより２倍〜３倍、タングステン電極を用いれば、１０倍程度にまで電極の寿命が延び、低コスト化を図ることが出来る。
【０１０７】
また、軟鋼切断と、ステンレス鋼切断等の異なる材質の被切断材を連続して切断する時は、被切断材の材質に合わせた電極に交換する必要がなく、プラズマガスの選択を切り換えることにより異なる材質の被切断材の連続的な切断が可能となり、作業時間の短縮化と作業の簡易化を図ることが出来る。
【０１０８】
また、例えば、切断状態から切断停止に至る過程で、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路に酸素ガスを供給した状態で、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路に窒素ガスを流すことで、電極の消耗を抑制しつつスムーズな切断停止動作が出来る。
【０１０９】
また、電極の先端面側に供給される第１、第２のガスの流れを、電極の軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成した場合には、電極の寿命を延長すると共に、被切断材の切断面の品質を向上することが出来る。
【０１１０】
例えば、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として右旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを該電極の軸心を中心として左旋回させた旋回流とすることで、右旋回させた旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において左旋回させた旋回流が右旋回させた旋回流を相殺して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【０１１１】
また、電極に設けられたガス流通路にガスを供給する第２のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを左右何れかの方向に旋回させた旋回流とし、電極の周囲から該電極の先端面側にガスを供給する第１のガス供給路から電極の先端面側に供給されるガスの流れを電極の軸方向に平行な軸流（旋回流でない）とすることで、旋回流によりプラズマアークの起点を安定化させて電極の寿命を延長することが出来、被切断材の切断面において軸流が旋回流を緩和して切断された両側が製品になる場合の切断面の品質を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【図２】 本発明に係るプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【図３】 プラズマトーチに供給されるガス経路を示すブロック図である。
【図４】 本発明に係るプラズマトーチに装備される電極の構成例を説明する図である。
【図５】 従来例の電極を説明する図である。
【図６】 従来例のプラズマトーチの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ…電極、Ｂ…プラズマトーチ、１…取付部、１ａ…ネジ部、１ｂ…直線部、１ｃ…曲面部、２…胴部、２ａ…ガイド部、２ｂ…段部、２ｃ…テーパ部、３…溝、４…先端面、５…電極材、６…ガス流通路、７…穴、８…突起、９…電極台座、11ａ，11ｂ…ノズル、12…電極台、12ａ…ネジ部、13…冷却パイプ、14…流通路、15…センタリングストーン、15ａ…穴、16…インナーノズル部材、17…インナーキャップ、18…軸心、19…通路、20…プラズマ室、21…通路、22…二次気流室、23…通路、24…ノズル台、24ａ…ネジ部、25…絶縁ブロック、26…通路、27…防炎パイプ、28，29…通路、30…アウターノズル部材、30ａ，30ｂ…穴、31…アウターキャップ、32…トーチガード、33…アウター連結キャップ、33ａ…ネジ部、34…通路、35…仕切部材、36〜38…通路、41ａ…酸素ガス供給装置、41ｂ…空気供給装置、42ａ，42ｂ…圧力スイッチ、43ａ〜43ｇ…電磁弁、44ａ〜44ｇ…圧力安定器、45ａ〜45ｅ…電空レギュレータ、46ａ，46ｂ…逆止弁
Claims (3)
- 先端面側に供給されたガスをプラズマ化してノズルから噴射させ且つ裏面側に供給された冷却水によって冷却され、一端が先端面に配置され他端が胴部の外周部に形成した溝のガイド部側に形成した面の所定位置に配置されたガス流通路を内部に設けた電極を装備したプラズマトーチであって、
前記ガス流通路を通らずに前記電極の前記ガイド部よりも先端側に設けられた段部に向けて前記電極の周囲から該電極の先端面側に供給される第１のガスを供給する第１のガス供給路と、
前記ガス流通路を通って該電極の先端面側に供給される第２のガスを供給する第２のガス供給路とを夫々独立して設けたことを特徴とするプラズマトーチ。 - 前記第１のガス供給路と、前記第２のガス供給路とに、互いに異なるガスの供給源が接続されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマトーチ。
- 前記電極の先端面側に供給される前記第１、第２のガスの流れを、電極の軸心を中心として右旋回または左旋回させた旋回流、或いは軸流に選択的に設定して異なる方向の流れにより構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマトーチ。
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