JP5805409B2 - Electrode for plasma cutting device and plasma torch - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ切断に用いられるプラズマ切断装置用の電極及びそれを含むプラズマトーチに関する。 The present invention relates to an electrode for a plasma cutting apparatus used for plasma cutting and a plasma torch including the same.
プラズマ切断装置は、プラズマアークを噴射して金属板等のワークを熱切断する装置である。プラズマ切断装置にはプラズマトーチが設けられており、プラズマトーチは消耗部品としての電極及びノズルを有している。 The plasma cutting device is a device that thermally cuts a workpiece such as a metal plate by injecting a plasma arc. The plasma cutting device is provided with a plasma torch, and the plasma torch has electrodes and nozzles as consumable parts.
このようなプラズマ切断装置では、プラズマトーチの電極とワークとの間にプラズマアークが発生する。プラズマアークはノズルで細く絞り込まれ、これにより高温かつ高圧のプラズマジェットが生成される。そして、プラズマジェットがワークに噴射されることにより、ワークが切断される。ここで、プラズマアークは以下のような過程により生成されることが知られている。 In such a plasma cutting apparatus, a plasma arc is generated between the electrode of the plasma torch and the workpiece. The plasma arc is narrowed down by a nozzle, thereby generating a high-temperature and high-pressure plasma jet. And a workpiece | work is cut | disconnected by injecting a plasma jet to a workpiece | work. Here, it is known that the plasma arc is generated by the following process.
まず、電極とノズルとの間に、小流量のプラズマガスが供給され、プラズマガスの流れが生成される。この状態で、電極に高電圧が印加されると、電極とノズルの内面との間に絶縁破壊が発生する。そして、この絶縁破壊をトリガーにして電極とノズルとの間にパイロットアークが発生する。パイロットアークは、プラズマガスの流れに乗ってワークまで延びる。そして、プラズマガスの流量及び電流を増大させることにより、電極とワークとの間にプラズマアークが生成される。 First, a small flow rate of plasma gas is supplied between the electrode and the nozzle to generate a plasma gas flow. In this state, when a high voltage is applied to the electrode, dielectric breakdown occurs between the electrode and the inner surface of the nozzle. A pilot arc is generated between the electrode and the nozzle using this dielectric breakdown as a trigger. The pilot arc rides on the plasma gas flow and extends to the workpiece. A plasma arc is generated between the electrode and the workpiece by increasing the flow rate and current of the plasma gas.
以上のようなプラズマ切断装置において、特許文献1には、電極とノズルとの間で絶縁破壊が生じやすいように、電極の外周面にエッジ状の突出部を設けることが記載されている。 In the plasma cutting apparatus as described above, Patent Document 1 describes that an edge-shaped protrusion is provided on the outer peripheral surface of the electrode so that dielectric breakdown is likely to occur between the electrode and the nozzle.
また、特許文献2の図6及び特許文献3には、ワークに向かうプラズマガスの流れをスムーズにするために、溝が形成された電極が示されている。すなわち、特許文献2の電極では、電極の外周面に周方向に延びる凹み部が形成され、また下端部に溝が形成されている。また、特許文献3の電極では、電極外周部のテーパ部に、中央に向かう放射状の溝が形成されている。この放射状の溝によって、プラズマガスが電極の下端中央部に導かれる。 Moreover, in FIG. 6 of patent document 2 and patent document 3, in order to make the flow of the plasma gas which goes to a workpiece | work smooth, the electrode in which the groove | channel was formed is shown. That is, in the electrode of Patent Document 2, a recess extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the electrode, and a groove is formed at the lower end. Further, in the electrode of Patent Document 3, a radial groove toward the center is formed in the tapered portion of the electrode outer peripheral portion. By this radial groove, the plasma gas is guided to the center of the lower end of the electrode.
さらに、特許文献4には、電極本体及び挿入体の先端の少なくとも一方に放射状の溝を形成したプラズマトーチ用電極が示されている。 Further, Patent Document 4 discloses a plasma torch electrode in which a radial groove is formed in at least one of the electrode body and the tip of the insert.
消耗部品としての電極及びノズルについては、コスト削減のために長寿命化が要望されている。しかし、電極及びノズルを長時間使用し続けると、ノズル内面が酸化等で絶縁体化し、絶縁破壊が起こりにくくなる。すると、プラズマアークの再着火処理が繰り返し実行されて生産性が低下し、最終的には着火不能となってしまう。また、着火不良に関しては、以下のような別の問題も存在する。 With regard to electrodes and nozzles as consumable parts, there is a demand for longer life in order to reduce costs. However, if the electrode and the nozzle are used for a long time, the inner surface of the nozzle becomes an insulator due to oxidation or the like, and dielectric breakdown hardly occurs. Then, the re-ignition process of the plasma arc is repeatedly executed, the productivity is lowered, and finally the ignition is impossible. In addition, there are other problems related to poor ignition as follows.
プラズマ切断処理の初期においては、電極基体のプラズマアーク放出面に設けられるハフニウム等の電極材の一部が飛散してノズル内面に付着する。このノズル内面に付着した電極材は、絶縁破壊の起点になり得るが、異常放電や切断品質の低下の原因にもなる。 In the initial stage of the plasma cutting process, a part of the electrode material such as hafnium provided on the plasma arc emission surface of the electrode substrate is scattered and adheres to the inner surface of the nozzle. The electrode material adhering to the inner surface of the nozzle can be a starting point for dielectric breakdown, but it can also cause abnormal discharge and degradation of cutting quality.
そこで、本件発明者らは、先端に凹部を設けた電極材を用いてプラズマ切断を行うことを試みた。これは、電極材の先端に凹部を設けることによって、初期段階で飛散する電極材を少なくし、ノズル内面に電極材が付着するのを抑制するためである。ただし、この場合は、絶縁破壊が生じにくくなる場合がある。これを解消するために、特許文献1に示されるように、電極基体の外周面にエッジ部を形成し、このエッジ部とノズル内面との間で絶縁破壊が生じやすいようにすることが考えられる。 Therefore, the inventors of the present invention tried to perform plasma cutting using an electrode material having a recess at the tip. This is because by providing a recess at the tip of the electrode material, the amount of electrode material scattered at the initial stage is reduced, and the electrode material is prevented from adhering to the inner surface of the nozzle. In this case, however, dielectric breakdown may be difficult to occur. In order to solve this problem, as shown in Patent Document 1, it is conceivable to form an edge portion on the outer peripheral surface of the electrode substrate so that dielectric breakdown is likely to occur between the edge portion and the inner surface of the nozzle. .
しかし、電極基体にエッジ部を形成すると、このエッジ部とノズル内面との間で発生したプラズマアーク(パイロットアーク)が、エッジ部で形成された領域に拘束されるという問題がある。すなわち、パイロットアークが、エッジ部で形成された領域に留まってしまい、メインアークに移行しない(いわゆる「トラップ」)という問題が発生する。ノズル内面に発生したアークの跡は、アーク移行の軌跡であるので、このような現象が生じたか否かは、アーク跡を観察することによって判断することができる。従来技術では、ノズル内面に多量のアークの跡が発生している場合は、電極のエッジ部でプラズマアークが拘束されていることを示している。そして、このようなプラズマアークの拘束は、トーチ起動エラーや、不要な投入電力の増大を招く。また、プラズマアークの拘束が発生し、ノズルがダメージを受け続けると、ノズルを頻繁に交換する必要があり、ノズルの長寿命化を図ることができない。 However, when an edge portion is formed on the electrode substrate, there is a problem that a plasma arc (pilot arc) generated between the edge portion and the inner surface of the nozzle is constrained by a region formed by the edge portion. That is, a problem arises that the pilot arc stays in the region formed by the edge portion and does not shift to the main arc (so-called “trap”). Since the trace of the arc generated on the inner surface of the nozzle is a trajectory of arc transition, whether or not such a phenomenon has occurred can be determined by observing the arc trace. In the prior art, when a large amount of arc marks are generated on the inner surface of the nozzle, it indicates that the plasma arc is constrained at the edge of the electrode. Such plasma arc restraint causes a torch start error and an increase in unnecessary input power. Further, if the plasma arc is restrained and the nozzle continues to be damaged, it is necessary to replace the nozzle frequently, and the life of the nozzle cannot be extended.
本発明の課題は、電極とノズルとの間に発生したパイロットアークがスムーズにメインアークに移行できるようにして切断品質の低下を抑え、消耗品となる電極やノズルの長寿命化と生産性向上を図ることにある。 The problem of the present invention is that the pilot arc generated between the electrode and the nozzle can be smoothly transferred to the main arc to suppress the deterioration of the cutting quality, and the life and productivity of the electrode and nozzle that become consumables are increased. Is to plan.
第1発明に係るプラズマ切断装置用電極は、プラズマ切断装置に用いられる電極であって、電極基体と、電極材と、を備えている。電極基体は、先端に形成された放出面と、放出面の外周側に形成されたテーパ面と、放出面の外周縁から中央部に向かって形成された複数の溝と、を有している。複数の溝のそれぞれは放出面に対して傾斜する第1側面及び第2側面を有する。電極材は電極基体の放出面の中央部に配置されている。 An electrode for a plasma cutting device according to the first invention is an electrode used in a plasma cutting device, and includes an electrode base and an electrode material. The electrode base has a discharge surface formed at the tip, a tapered surface formed on the outer peripheral side of the discharge surface, and a plurality of grooves formed from the outer peripheral edge of the discharge surface toward the central portion. . Each of the plurality of grooves has a first side surface and a second side surface that are inclined with respect to the discharge surface. The electrode material is disposed at the center of the discharge surface of the electrode substrate.
このプラズマトーチ用電極は、先端部がノズル内部に位置するように配置される。このため、放出面の外周縁が最もノズル内面に接近することになる。そして、放出面の外周縁から中央部に向かって複数の溝が形成されており、各溝は第1側面及び第2側面を有している。このため、各側面には、放出面及びテーパ面との境界部に稜線が形成される。そして、各側面と放出面の境界部の稜線と、各側面とテーパ面の境界部の稜線と、の交点にはエッジが形成されることになる。このため、このエッジが起点となって、放出面の外周縁とノズル内面との間に絶縁破壊が生じやすくなる。また、溝は、放出面の外周縁から中央部に向かって形成されているので、絶縁破壊によって発生したプラズマアークは、溝の縁であるエッジに沿って中央部に向かって移行しやすくなる。さらに、電極基体の外周から中央部に向かってプラズマガスが供給されており、このプラズマガスは溝の側面に沿って放出面の中央部に導かれる。 The electrode for the plasma torch is arranged so that the tip portion is located inside the nozzle. For this reason, the outer peripheral edge of the discharge surface is closest to the inner surface of the nozzle. And the some groove | channel is formed toward the center part from the outer periphery of the discharge | release surface, and each groove | channel has a 1st side surface and a 2nd side surface. For this reason, a ridge line is formed on each side surface at the boundary between the discharge surface and the tapered surface. An edge is formed at the intersection of the ridgeline at the boundary between each side surface and the emission surface and the ridgeline at the boundary between each side surface and the tapered surface. For this reason, this edge is the starting point, and dielectric breakdown is likely to occur between the outer peripheral edge of the discharge surface and the inner surface of the nozzle. Further, since the groove is formed from the outer peripheral edge of the emission surface toward the central portion, the plasma arc generated by the dielectric breakdown is likely to move toward the central portion along the edge that is the edge of the groove. Further, plasma gas is supplied from the outer periphery of the electrode base toward the center, and the plasma gas is guided along the side surface of the groove to the center of the emission surface.
以上のようにして、放出面の外周縁の溝によって形成されたエッジで発生したプラズマアーク(パイロットアーク)は、溝の縁であるエッジに沿って、あるいは溝に沿って流れるプラズマガスの流れとともに、中央部に向かい、スムーズにメインアークに移行する。したがって、ノズル内面にアークの跡が付きにくく、切断品質の低下を抑えることができ、このためノズルの長寿命化を図ることができる。 As described above, the plasma arc (pilot arc) generated at the edge formed by the groove on the outer peripheral edge of the emission surface, along with the flow of the plasma gas flowing along the edge which is the edge of the groove or along the groove Towards the center, smoothly moves to the main arc. Therefore, it is difficult to leave an arc mark on the inner surface of the nozzle, and it is possible to suppress a reduction in cutting quality, and thus it is possible to extend the life of the nozzle.
第2発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第1発明の電極において、第1側面及び第2側面は、放出面を溝部に延長して得られる仮想面に対して第1傾斜角度及び第2傾斜角度を有し、第1傾斜角度は第2傾斜角度よりも大きい。 The electrode for a plasma cutting device according to a second aspect of the invention is the electrode of the first aspect, wherein the first side surface and the second side surface have a first inclination angle and a second side with respect to a virtual surface obtained by extending the emission surface to the groove. There is an inclination angle, and the first inclination angle is larger than the second inclination angle.
ここでは、第1側面は放出面を溝部に延長して得られる仮想面に対して大きい第1傾斜角度を有している。このため、第1側面と放出面の境界部は、第2側面と放出面の境界部に比較して、より急峻なエッジとなっている。このため、第1側面と放出面及びテーパ面の境界によって形成されるエッジは、絶縁破壊の起点になりやすく、より容易に絶縁破壊を起こしやすくなる。 Here, the first side surface has a large first inclination angle with respect to a virtual surface obtained by extending the discharge surface to the groove portion. For this reason, the boundary between the first side surface and the emission surface has a steeper edge than the boundary between the second side surface and the emission surface. For this reason, the edge formed by the boundary between the first side surface, the emission surface, and the tapered surface is likely to be a starting point of dielectric breakdown, and is more likely to cause dielectric breakdown.
第3発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第2発明の電極において、電極基体の周囲には、外周から放出面の中央部に向かって旋回するようにプラズマガスが供給されるものである。そして、第1側面は、放出面との境界部分に絶縁破壊の起点となるエッジを有し、第2側面は、旋回するプラズマガスに対向するように配置されている。 The electrode for a plasma cutting device according to a third aspect of the invention is the electrode of the second aspect, wherein plasma gas is supplied around the electrode base so as to swivel from the outer periphery toward the center of the emission surface. And the 1st side has an edge used as the starting point of a dielectric breakdown in the boundary part with the discharge | release surface, and the 2nd side is arrange | positioned so as to oppose the swirling plasma gas.
前述のように、第1側面の放出面及びテーパ面との境界部(稜線の交点)に形成されたエッジは絶縁破壊の起点となる。一方で、第2側面は旋回するプラズマガスに対向するように配置されている。このため、プラズマガスは、第2側面に衝突した後、第2側面に沿って放出面の中央部に導かれることになる。このため、第1側面のエッジで発生したプラズマアークは、第2側面に沿って流れるプラズマガスに沿ってスムーズに放出面の中央部に向かうことになる。 As described above, the edge formed at the boundary portion (intersection of the ridge line) between the discharge surface and the tapered surface of the first side surface is a starting point of dielectric breakdown. On the other hand, the second side surface is disposed so as to face the swirling plasma gas. For this reason, after the plasma gas collides with the second side surface, the plasma gas is guided along the second side surface to the central portion of the emission surface. For this reason, the plasma arc generated at the edge of the first side faces smoothly toward the center of the emission surface along the plasma gas flowing along the second side.
第4発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第1から第3発明のいずれかの電極において、テーパ面は、放出面から離れるほど径が大きくなるように形成されており、複数の溝のそれぞれは、放出面と直交する方向視で、2つの三角形状の面で形成されている。 The electrode for a plasma cutting device according to a fourth aspect of the present invention is the electrode according to any one of the first to third aspects, wherein the tapered surface is formed such that the diameter increases as the distance from the emission surface increases. Is formed of two triangular surfaces as viewed in a direction perpendicular to the emission surface.
先端が断面V字形状の切削工具で各溝を形成した場合、前述のように、各溝は2つの側面を有することになる。この場合、2つの側面の1辺(底辺)は共通の辺である。そして、各側面と放出面との境界には稜線(別の1辺)が形成され、また、同様に、各側面とテーパ面との境界にも稜線(さらに別の1辺)が形成される。したがって、各溝を放出面と直交する方向から見ると、すなわち底面視では、2つの側面の放出面に対する傾斜角度が90°でない場合は、各溝は、底辺を共通の辺とする2つの三角形状の面で形成されていることになる。 When each groove is formed with a cutting tool having a V-shaped tip, as described above, each groove has two side surfaces. In this case, one side (bottom side) of the two side surfaces is a common side. A ridge line (another side) is formed at the boundary between each side surface and the emission surface, and a ridge line (another side) is also formed at the boundary between each side surface and the tapered surface. . Therefore, when each groove is viewed from a direction orthogonal to the emission surface, that is, in bottom view, when the inclination angle of the two side surfaces with respect to the emission surface is not 90 °, each groove has two triangles with the base as a common side. It is formed with a shape surface.
そして、三角形の頂点、すなわち、各側面と放出面の境界に形成される稜線と、各側面とテーパ面の境界に形成される稜線との交点には、するどいエッジが形成されることになる。このため、2つの側面のうちの、放出面に対してより急な傾斜角度を有する側面によって形成される三角形の頂点が、絶縁破壊の起点となる。 Then, a smooth edge is formed at the intersection of the apex of the triangle, that is, the ridge line formed at the boundary between each side surface and the emission surface and the ridge line formed at the boundary between each side surface and the tapered surface. For this reason, the apex of the triangle formed by the side surface of the two side surfaces having a steeper inclination angle with respect to the emission surface is the starting point of dielectric breakdown.
第5発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第1から第3の発明のいずれかの電極において、テーパ面は、放出面から離れるほど径が大きくなるように形成されており、第1側面の第1傾斜角度は90°であり、複数の溝のそれぞれは、放射面と直交する方向視で、1つの三角形状の面で形成されている。 The electrode for a plasma cutting device according to a fifth aspect of the present invention is the electrode according to any one of the first to third aspects, wherein the tapered surface is formed such that the diameter increases as the distance from the emission surface increases. The first inclination angle is 90 °, and each of the plurality of grooves is formed by one triangular surface as viewed in a direction orthogonal to the radiation surface.
前記同様に、各側面と放出面及びテーパ面との境界の稜線によって2つの三角形が形成されることになる。しかし、側面の放出面に対する傾斜角度が90°の場合は、底面視では1つの直線になり、各溝は底面視で1つの三角形状の面で形成されることになる。なお、各溝は2つの側面によって形成されるので、2つの側面の放出面に対する傾斜角度がともに90°になることはない。 Similarly to the above, two triangles are formed by the ridgeline of the boundary between each side surface and the discharge surface and the tapered surface. However, when the angle of inclination of the side surface with respect to the emission surface is 90 °, one straight line is obtained in the bottom view, and each groove is formed by one triangular surface in the bottom view. In addition, since each groove | channel is formed by two side surfaces, both the inclination angles with respect to the discharge | release surface of two side surfaces do not become 90 degrees.
第6発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第1から第5発明のいずれかの電極において、電極材の先端放出面には内部に凹む凹部が形成されている。 The electrode for a plasma cutting device according to a sixth aspect of the present invention is the electrode according to any one of the first to fifth aspects, wherein the tip emission surface of the electrode material is formed with a concave portion recessed inside.
前述のように、プラズマ切断処理の初期においては、ハフニウム等の電極材の一部が飛散してノズル内面に付着し、異常放電や切断品質の低下に原因にもなる。そこで、ここでは、先端放出面に凹部を有する電極材を用いている。このため、初期段階で飛散する電極材が少なくなり、ノズル内面に電極材が付着するのを抑えることができる。 As described above, in the initial stage of the plasma cutting process, a part of the electrode material such as hafnium is scattered and adheres to the inner surface of the nozzle, which may cause abnormal discharge and deterioration of cutting quality. Therefore, here, an electrode material having a recess on the tip discharge surface is used. For this reason, the electrode material which scatters in an initial stage decreases, and it can suppress that an electrode material adheres to a nozzle inner surface.
第7発明に係るプラズマ切断装置用電極は電極基体と電極材とを備えている。電極基体は、先端に形成された放出面と複数の溝とを有している。放出面は外周縁が曲面である。複数の溝は放出面の曲面から中央部に向かって形成されている。電極材は電極基体の放出面の中央部に配置されている。 An electrode for a plasma cutting device according to a seventh aspect includes an electrode base and an electrode material. The electrode base has a discharge surface formed at the tip and a plurality of grooves. The discharge surface has a curved outer periphery. The plurality of grooves are formed from the curved surface of the discharge surface toward the central portion. The electrode material is disposed at the center of the discharge surface of the electrode substrate.
このプラズマ切断装置用電極は、先端部がノズル内部に位置するように配置される。このため、放出面の外周縁が最もノズル内面に接近することになり、放出面の外周縁とノズル内面との間に絶縁破壊が生じ、プラズマアークが発生する。 The electrode for the plasma cutting device is arranged so that the tip portion is located inside the nozzle. For this reason, the outer peripheral edge of the discharge surface is closest to the inner surface of the nozzle, and dielectric breakdown occurs between the outer peripheral edge of the discharge surface and the inner surface of the nozzle, and a plasma arc is generated.
ここで、本発明の電極では、放出面の外周縁はエッジではなく曲面であるので、エッジの場合に比較して絶縁破壊が生じにくい。一方で、外周縁には複数の溝が形成されているので、この溝の縁にはエッジが形成される。このため、溝の縁に形成されたエッジとノズル内面との間で絶縁破壊が生じやすくなる。そして、溝は、放出面の外周縁から中央部に向かって形成されているので、絶縁破壊によって放出面の外周縁に発生したプラズマアークは、溝の縁に沿って中央部に向かって移行しやすくなる。このため、プラズマアークが放出面の外周縁でトラップされにくくなる。 Here, in the electrode of the present invention, since the outer peripheral edge of the emission surface is not an edge but a curved surface, dielectric breakdown is less likely to occur than in the case of an edge. On the other hand, since a plurality of grooves are formed on the outer peripheral edge, edges are formed on the edges of the grooves. For this reason, dielectric breakdown is likely to occur between the edge formed at the edge of the groove and the inner surface of the nozzle. Since the groove is formed from the outer peripheral edge of the discharge surface toward the central portion, the plasma arc generated at the outer peripheral edge of the discharge surface due to dielectric breakdown moves toward the central portion along the edge of the groove. It becomes easy. For this reason, it becomes difficult for the plasma arc to be trapped at the outer peripheral edge of the emission surface.
以上のようにして、放出面の外周縁で発生したパイロットアークはスムーズにメインアークに移行する。したがって、ノズル内面にアークの跡が付きにくく、切断品質の低下を抑えることができ、このためノズルの長寿命化を図ることができる。 As described above, the pilot arc generated at the outer peripheral edge of the emission surface smoothly transitions to the main arc. Therefore, it is difficult to leave an arc mark on the inner surface of the nozzle, and it is possible to suppress a reduction in cutting quality, and thus it is possible to extend the life of the nozzle.
第8発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第7発明の電極において、放出面の外周縁の曲面は、半径が0.05mm以上で電極基体の直径の50%以下である。 An electrode for a plasma cutting device according to an eighth invention is the electrode of the seventh invention, wherein the curved surface of the outer peripheral edge of the emission surface has a radius of 0.05 mm or more and 50% or less of the diameter of the electrode substrate.
放出面の外周縁が半径0.05mm以上の曲面であるので、この外周縁において絶縁破壊は生じにくくなるが、アークがトラップされにくくなる。また、曲面の半径が大きすぎると、放出面の外周縁とノズル内面との間の最短ギャップの部分が一点に定まりにくい。このため、絶縁破壊する位置が特定されず、絶縁破壊が生じにくくなる。そこで、この第8発明では、曲面の半径を電極基体の直径の50%以下にしている。 Since the outer peripheral edge of the emission surface is a curved surface having a radius of 0.05 mm or more, dielectric breakdown hardly occurs at the outer peripheral edge, but the arc is not easily trapped. If the radius of the curved surface is too large, the shortest gap between the outer peripheral edge of the discharge surface and the inner surface of the nozzle is difficult to be determined at a single point. For this reason, the location where dielectric breakdown occurs is not specified, and dielectric breakdown is less likely to occur. Therefore, in the eighth invention, the radius of the curved surface is set to 50% or less of the diameter of the electrode substrate.
第9発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第8発明の電極において、複数の溝の長手方向は、放出面の中心から放射状に延びる直線に対して同じ方向に傾斜している。 An electrode for a plasma cutting device according to a ninth aspect is the electrode according to the eighth aspect, wherein the longitudinal directions of the plurality of grooves are inclined in the same direction with respect to a straight line extending radially from the center of the emission surface.
電極とノズルとの間にはプラズマガスが流されるが、一般的に、プラズマガスは電極の周囲を旋回するように流される。このため、旋回するプラズマガスの流れる方向に沿って傾斜する溝を形成することによって、プラズマアークは電極中央部に向かうとともにスムーズにワーク側に移行する。 A plasma gas flows between the electrode and the nozzle. Generally, the plasma gas flows so as to swirl around the electrode. For this reason, by forming a groove that is inclined along the direction in which the swirling plasma gas flows, the plasma arc moves toward the workpiece and smoothly moves toward the center of the electrode.
第10発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第9発明の電極において、電極基体の周囲には、外周から放出面の中央部に向かって旋回するようにプラズマガスが供給されるものである。そして、複数の溝はプラズマガスの旋回方向に沿って傾斜している。 The electrode for a plasma cutting device according to a tenth aspect of the invention is the electrode of the ninth aspect, wherein plasma gas is supplied around the electrode base so as to turn from the outer periphery toward the center of the emission surface. The plurality of grooves are inclined along the swirl direction of the plasma gas.
ここでは、第9発明と同様に、プラズマアークをスムーズにワーク側に移行させることができる。 Here, as in the ninth aspect, the plasma arc can be smoothly transferred to the workpiece side.
第11発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第7発明の電極において、電極材の先端放出面には内部に凹む凹部が形成されている。 An electrode for a plasma cutting device according to an eleventh aspect of the invention is the electrode of the seventh aspect, wherein a concave portion recessed inside is formed on the tip emission surface of the electrode material.
前述と同様に、先端放出面に凹部を有する電極材を用いているため、初期段階で飛散する電極材が少なくなり、ノズル内面に電極材が付着するのを抑えることができる。 Similarly to the above, since the electrode material having the concave portion on the tip discharge surface is used, the electrode material scattered at the initial stage is reduced, and the electrode material can be prevented from adhering to the inner surface of the nozzle.
第12発明に係るプラズマ切断装置用電極は、第1から第11発明のいずれかの電極において、電極材はハフニウムである。 An electrode for a plasma cutting device according to a twelfth aspect of the present invention is the electrode according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the electrode material is hafnium.
第13発明に係るプラズマトーチは、第1から第12発明のいずれかの電極と、筒状のノズルと、を備えている。ノズルは、内部に電極の先端部と対向する電極対向部を有し、かつ先端にオリフィスが形成されている。 A plasma torch according to a thirteenth aspect includes any one of the electrodes according to the first to twelfth aspects and a cylindrical nozzle. The nozzle has an electrode facing portion facing the tip portion of the electrode inside, and an orifice is formed at the tip.
以上のような本発明では、電極とノズルとの間にパイロットアークを安定して発生させることができる。そして、発生したパイロットアークをスムーズにメインアークに移行させることができる。このため、ノズル内面の損傷を抑えて、切断品質の低下を抑えることができ、ノズルの長寿命化を図ることができる。 In the present invention as described above, a pilot arc can be stably generated between the electrode and the nozzle. The generated pilot arc can be smoothly transferred to the main arc. For this reason, damage to the inner surface of the nozzle can be suppressed, deterioration in cutting quality can be suppressed, and the life of the nozzle can be extended.
―第1実施形態―
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るプラズマトーチ1の中心軸線(以下、単に「軸線」と呼ぶ)を含む平面での断面図である。
-First embodiment-
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view in a plane including a central axis (hereinafter simply referred to as “axis”) of the plasma torch 1 according to the first embodiment of the present invention.
[全体構成]
プラズマトーチ1は、鋼板などの金属材料を切断するためのプラズマ切断装置に備えられるものである。図示されていないが、プラズマ切断装置は、プラズマトーチ1にパイロットアークやプラズマアークを発生させ、且つ、プラズマアークを制御するためのアーク電源回路及び制御装置を備えている。また、プラズマ切断装置は、プラズマトーチ1へプラズマガス及びアシストガスを供給するガス供給システム、及び、プラズマトーチ1へ冷却液を供給する冷却システムなどの装置を備えている。
[overall structure]
The plasma torch 1 is provided in a plasma cutting device for cutting a metal material such as a steel plate. Although not shown, the plasma cutting device includes an arc power supply circuit and a control device for generating a pilot arc or a plasma arc in the plasma torch 1 and controlling the plasma arc. Further, the plasma cutting device includes devices such as a gas supply system that supplies a plasma gas and an assist gas to the plasma torch 1, and a cooling system that supplies a coolant to the plasma torch 1.
プラズマトーチ1は、トーチ本体2、電極3、第1案内部材4、第2案内部材5、ノズル6、キャップ部7などを有する。トーチ本体2、電極3、第1案内部材4、第2案内部材5、ノズル6、及びキャップ部7は、同軸に配置されている。 The plasma torch 1 includes a torch body 2, an electrode 3, a first guide member 4, a second guide member 5, a nozzle 6, a cap portion 7, and the like. The torch body 2, the electrode 3, the first guide member 4, the second guide member 5, the nozzle 6 and the cap portion 7 are arranged coaxially.
[トーチ本体]
トーチ本体2は、ベース部11、電極支持部12、ノズル支持部13、冷却パイプ14、ホルダ15、冷却液供給パイプ16、冷却液排出パイプ17などを有する。ベース部11、電極支持部12、ノズル支持部13、冷却パイプ14は同軸に配置されている。
[Torch body]
The torch body 2 includes a base part 11, an electrode support part 12, a nozzle support part 13, a cooling pipe 14, a holder 15, a cooling liquid supply pipe 16, a cooling liquid discharge pipe 17, and the like. The base part 11, the electrode support part 12, the nozzle support part 13, and the cooling pipe 14 are arrange | positioned coaxially.
ベース部11は概ね円筒状に形成されている。ベース部11の内部には空間が形成されており、この内部空間に、電極支持部12、冷却液供給パイプ16及び冷却液排出パイプ17が挿入されている。ベース部11の先端部には、ベース部11の内部空間に連通する孔11aが形成されている。 The base part 11 is formed in a substantially cylindrical shape. A space is formed inside the base portion 11, and the electrode support portion 12, the coolant supply pipe 16, and the coolant discharge pipe 17 are inserted into this internal space. A hole 11 a that communicates with the internal space of the base portion 11 is formed at the tip of the base portion 11.
電極支持部12は、概ね円筒状に形成されてベース部11の孔11aに挿入されており、先端部(図1の下方端部)に電極3を支持している。電極支持部12の外面とベース部11の内面との間には、例えばOリングなどのシール部材S1が設けられている。電極支持部12は、金属製であり、例えば銅によって形成されている。電極支持部12は、図示しない電気配線を介してアーク電源回路へ接続される。電極支持部12は軸線方向に貫通する孔12aを有している。 The electrode support part 12 is formed in a substantially cylindrical shape and is inserted into the hole 11a of the base part 11, and supports the electrode 3 at the tip part (lower end part in FIG. 1). Between the outer surface of the electrode support part 12 and the inner surface of the base part 11, for example, a seal member S1 such as an O-ring is provided. The electrode support portion 12 is made of metal, and is made of, for example, copper. The electrode support portion 12 is connected to the arc power supply circuit via an electric wiring (not shown). The electrode support portion 12 has a hole 12a penetrating in the axial direction.
ノズル支持部13は、概ね円錐状に形成されて軸線方向に貫通する孔13aを有しており、先端部にノズル6を支持している。ノズル支持部13は、ベース部11の先端部に取り付けられ、電極支持部12の先端部外周を覆っている。ノズル支持部13の内面は、電極支持部12の外面に対して間隔を空けて配置される。これにより、ノズル支持部13の内面と電極支持部12の外面との間には、プラズマガスが通るプラズマガス通路P1が形成されている。プラズマガス通路P1は、図示しないガス供給パイプを介してガス供給システムに接続されている。ノズル支持部13は、金属製であり、例えば銅によって形成されている。また、ノズル支持部13は、図示しない電気配線を介してアーク電源回路に接続される。 The nozzle support part 13 has a hole 13a that is formed in a substantially conical shape and penetrates in the axial direction, and supports the nozzle 6 at the tip part. The nozzle support portion 13 is attached to the distal end portion of the base portion 11 and covers the outer periphery of the distal end portion of the electrode support portion 12. The inner surface of the nozzle support portion 13 is disposed with a space from the outer surface of the electrode support portion 12. Thereby, a plasma gas passage P <b> 1 through which plasma gas passes is formed between the inner surface of the nozzle support portion 13 and the outer surface of the electrode support portion 12. The plasma gas passage P1 is connected to a gas supply system via a gas supply pipe (not shown). The nozzle support portion 13 is made of metal, and is formed of, for example, copper. Moreover, the nozzle support part 13 is connected to an arc power supply circuit through electric wiring (not shown).
冷却パイプ14は、冷却液供給パイプ16からの冷却液を電極3に導いて電極3を冷却するものであり、電極支持部12の孔12a内に配置されている。冷却パイプ14の基端部(図1において上方端部)はベース部11の内部空間内に配置され、先端部は電極支持部12の先端部から突出している。冷却パイプ14の外面と電極支持部12の内面との間には空間が形成されており、この空間はベース部11の内部空間と連通している。また、冷却パイプ14の外面は、電極3の内面に対して間隔を空けて配置されている。 The cooling pipe 14 guides the cooling liquid from the cooling liquid supply pipe 16 to the electrode 3 to cool the electrode 3, and is arranged in the hole 12 a of the electrode support portion 12. The base end portion (upper end portion in FIG. 1) of the cooling pipe 14 is disposed in the internal space of the base portion 11, and the distal end portion projects from the distal end portion of the electrode support portion 12. A space is formed between the outer surface of the cooling pipe 14 and the inner surface of the electrode support portion 12, and this space communicates with the internal space of the base portion 11. Further, the outer surface of the cooling pipe 14 is arranged with a space from the inner surface of the electrode 3.
ホルダ15は、概ね円筒状に形成されてベース部11の外周に嵌合されており、キャップ部7を支持している。ホルダ15の外周面には、後述するナット18の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が形成されている。 The holder 15 is formed in a substantially cylindrical shape and is fitted to the outer periphery of the base portion 11, and supports the cap portion 7. On the outer peripheral surface of the holder 15, a male screw portion that is screwed with a female screw portion of a nut 18 described later is formed.
冷却液供給パイプ16は、冷却システムからの冷却液を冷却パイプ14へ送るためのパイプであり、ベース部11の内部空間に挿入されている。この冷却液供給パイプ16の基端部は冷却システムに接続され、先端部はベース部11の内部空間内において冷却パイプ14の基端部に接続されている。 The cooling liquid supply pipe 16 is a pipe for sending the cooling liquid from the cooling system to the cooling pipe 14, and is inserted into the internal space of the base portion 11. The base end portion of the coolant supply pipe 16 is connected to the cooling system, and the tip end portion is connected to the base end portion of the cooling pipe 14 in the internal space of the base portion 11.
冷却液排出パイプ17は、冷却液をベース部11の内部空間から冷却システムへ送るためのパイプであり、ベース部11の内部空間に挿入されている。この冷却液排出パイプ17の基端部は冷却システムに接続され、先端部はベース部11の内部空間内に配置されている。 The coolant discharge pipe 17 is a pipe for sending the coolant from the internal space of the base portion 11 to the cooling system, and is inserted into the internal space of the base portion 11. The base end portion of the coolant discharge pipe 17 is connected to the cooling system, and the tip end portion is disposed in the internal space of the base portion 11.
以上のような構成により、冷却液供給パイプ16から冷却パイプ14を介して供給された冷却液は、電極3に導かれ、その後、冷却パイプ14の外面と電極3の内面との間の空間を通過し、さらに冷却パイプ14の外面と電極支持部12の内面との間の空間を通過して、ベース部11の内部空間に送られる。 With the configuration as described above, the coolant supplied from the coolant supply pipe 16 via the cooling pipe 14 is guided to the electrode 3, and thereafter, a space between the outer surface of the cooling pipe 14 and the inner surface of the electrode 3 is formed. Then, it passes through the space between the outer surface of the cooling pipe 14 and the inner surface of the electrode support portion 12 and is sent to the internal space of the base portion 11.
[電極]
電極3は、図2に拡大して示すように、概ね円筒状に形成されるとともに、外周面に径方向外方に突出するフランジ19を有し、さらに内部には空間が形成されている。内部空間は、基端側は開放され、先端側は閉塞されている。この電極3は、図1に示すように、基端部が電極支持部12の孔12aに挿入され、電極支持部12に着脱可能に取り付けられている。電極3の基端部が電極支持部12の孔12aに挿入された状態では、冷却パイプ14の先端部が電極3の内部空間内に配置されている。また、電極3と電極支持部12との間の隙間は、図示しないシール部材によって封止されている。これにより、電極支持部12の孔12aの先端側が閉塞される。さらに、電極3は、電極支持部12と接触することによって電極支持部12と電気的に接続されている。電極3の構造については、後に詳細に説明する。
[electrode]
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the electrode 3 is formed in a substantially cylindrical shape, has a flange 19 projecting radially outward on the outer peripheral surface, and further has a space formed therein. The inner space is open on the proximal end side and closed on the distal end side. As shown in FIG. 1, the base end portion of the electrode 3 is inserted into the hole 12 a of the electrode support portion 12 and is detachably attached to the electrode support portion 12. In a state where the proximal end portion of the electrode 3 is inserted into the hole 12 a of the electrode support portion 12, the distal end portion of the cooling pipe 14 is disposed in the internal space of the electrode 3. Further, the gap between the electrode 3 and the electrode support portion 12 is sealed by a seal member (not shown). Thereby, the front end side of the hole 12a of the electrode support part 12 is obstruct | occluded. Further, the electrode 3 is electrically connected to the electrode support 12 by contacting the electrode support 12. The structure of the electrode 3 will be described later in detail.
[第1案内部材]
第1案内部材4は、図2に示すように、概ね円筒状に形成され、基端側に大径部20を有し、先端側に小径部21を有している。また、第1案内部材4は絶縁性を有する材料で形成されている。第1案内部材4は、ノズル6の内部において、基端側に配置されている。第1案内部材4は軸線方向に貫通する孔4aを有し、この孔4a内に電極3が挿入されている。このように、第1案内部材4は、電極3とノズル6との間に配置されることにより、電極3とノズル6とを電気的に絶縁している。なお、第1案内部材4の内面と電極3の外面との間にはシール部材S2が設けられ、第1案内部材4の外面とノズル6の内面との間にはシール部材S3が設けられている。
[First guide member]
As shown in FIG. 2, the first guide member 4 is formed in a substantially cylindrical shape, and has a large diameter portion 20 on the proximal end side and a small diameter portion 21 on the distal end side. Moreover, the 1st guide member 4 is formed with the material which has insulation. The first guide member 4 is disposed on the proximal end side inside the nozzle 6. The first guide member 4 has a hole 4a penetrating in the axial direction, and the electrode 3 is inserted into the hole 4a. As described above, the first guide member 4 is disposed between the electrode 3 and the nozzle 6 to electrically insulate the electrode 3 and the nozzle 6 from each other. A seal member S2 is provided between the inner surface of the first guide member 4 and the outer surface of the electrode 3, and a seal member S3 is provided between the outer surface of the first guide member 4 and the inner surface of the nozzle 6. Yes.
また、第1案内部材4は、軸線方向において、電極3のフランジ部19の先端側に配置されている。第1案内部材4の基端部はフランジ部19に接触している。第1案内部材4の大径部20の外周面には、軸線方向に延びる複数の溝4bが形成されている。この複数の溝4bの先端側は、第1案内部材4とノズル6の内面との間の空間に連通し、溝4bの基端側の側部は、ノズル支持部13の内面と電極支持部12の外面との間のプラズマガス通路P1に連通している。 The first guide member 4 is disposed on the tip side of the flange portion 19 of the electrode 3 in the axial direction. The base end portion of the first guide member 4 is in contact with the flange portion 19. A plurality of grooves 4 b extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surface of the large-diameter portion 20 of the first guide member 4. The distal ends of the plurality of grooves 4b communicate with the space between the first guide member 4 and the inner surface of the nozzle 6, and the proximal side of the groove 4b is connected to the inner surface of the nozzle support portion 13 and the electrode support portion. It communicates with the plasma gas passage P1 between the 12 outer surfaces.
[第2案内部材]
第2案内部材5は、図2に示すように、軸線方向に貫通する孔5aを有する概ね環状の部材である。第2案内部材5の孔5aには、電極3及び第1案内部材4の小径部21が挿入されている。従って、第2案内部材5は、径方向において、ノズル6の内面と第1案内部材4の小径部21との間に配置されている。また、第2案内部材5は、軸線方向において、第1案内部材4の大径部20とノズル6の内面との間に配置されている。この第2案内部材5の先端側端面には、内部と外部と連通する複数の溝5bが設けられている。各溝5bは、径方向及び周方向に対して斜めに延びている。この第2案内部材5の溝5bを通過したプラズマガスは、電極3の外周を旋回するように流れる。
[Second guide member]
The 2nd guide member 5 is a substantially cyclic | annular member which has the hole 5a penetrated to an axial direction, as shown in FIG. The small diameter portion 21 of the electrode 3 and the first guide member 4 is inserted into the hole 5 a of the second guide member 5. Therefore, the second guide member 5 is disposed between the inner surface of the nozzle 6 and the small diameter portion 21 of the first guide member 4 in the radial direction. The second guide member 5 is disposed between the large diameter portion 20 of the first guide member 4 and the inner surface of the nozzle 6 in the axial direction. A plurality of grooves 5 b communicating with the inside and the outside are provided on the end surface on the front end side of the second guide member 5. Each groove 5b extends obliquely with respect to the radial direction and the circumferential direction. The plasma gas that has passed through the groove 5 b of the second guide member 5 flows so as to swirl around the outer periphery of the electrode 3.
[ノズル]
ノズル6は、銅製であり、図2に示すように、概ね円筒状に形成されている。このノズル6は、基端側から順に、内部に空間を有する筒状部6aと、筒状部6aの先端側に形成された先端部6bとを有している。
[nozzle]
The nozzle 6 is made of copper and is formed in a substantially cylindrical shape as shown in FIG. The nozzle 6 includes, in order from the base end side, a cylindrical portion 6a having a space inside, and a distal end portion 6b formed on the distal end side of the cylindrical portion 6a.
ノズル6の筒状部6aの外周面には、軸線方向に沿って所定の領域に冷却用のフィン22が設けられている。また、筒状部6aの外周面において、冷却用フィン22の基端側には、径方向に突出する突出部23が形成されている。この突出部23の上面23aとノズル支持部13の先端部との間には、図示しない電気接触子が配置されている。この電気接触子を介して、ノズル6はノズル支持部13と電気的に接続されている。 Cooling fins 22 are provided in a predetermined region along the axial direction on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 a of the nozzle 6. In addition, on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 6 a, a protruding portion 23 that protrudes in the radial direction is formed on the proximal end side of the cooling fin 22. An electric contact (not shown) is disposed between the upper surface 23 a of the protruding portion 23 and the tip end portion of the nozzle support portion 13. The nozzle 6 is electrically connected to the nozzle support portion 13 through this electric contact.
筒状部6aの内部空間には、収納部24及び電極対向部25が形成されている。収納部24には、電極3、第1案内部材4、及び第2案内部材5が収納されている。電極対向部25は電極3の先端部と対向する部分であり、第1対向面25a及び第2対向面25bを有している。第1対向面25aは、電極対向部25において基端側に形成され、軸線方向に平行な面である。また、第2対向面25bは、第1対向面25aに連続して先端側に形成されており、先端側に向かって径が小さくなるテーパ面である。電極対向部25の各対向面25a,25bと電極3の外周面との間には隙間が形成され、プラズマガスが流れる通路が形成されている。また、第2対向面25bのさらに先端側には、曲面25cが形成されている。 A storage portion 24 and an electrode facing portion 25 are formed in the internal space of the cylindrical portion 6a. The storage unit 24 stores the electrode 3, the first guide member 4, and the second guide member 5. The electrode facing portion 25 is a portion facing the tip portion of the electrode 3, and has a first facing surface 25a and a second facing surface 25b. The first facing surface 25a is a surface formed on the proximal end side in the electrode facing portion 25 and parallel to the axial direction. Moreover, the 2nd opposing surface 25b is formed in the front end side following the 1st opposing surface 25a, and is a taper surface where a diameter becomes small toward the front end side. Gaps are formed between the opposing surfaces 25a and 25b of the electrode facing portion 25 and the outer peripheral surface of the electrode 3, and a passage through which plasma gas flows is formed. Further, a curved surface 25c is formed further on the tip side of the second facing surface 25b.
先端部6bは、ほぼ円錐状に形成されており、中心部には軸線方向に貫通するオリフィス26が形成されている。このオリフィス26は、曲面25cを介して第2対向面25bに連続している。また、先端部6bの下端には、軸線方向と直交する平坦な先端面26aが形成されている。オリフィス26と先端面26aとの間(境界部)には面取り部26bが形成されている。 The tip 6b is formed in a substantially conical shape, and an orifice 26 penetrating in the axial direction is formed in the center. The orifice 26 is continuous with the second facing surface 25b through the curved surface 25c. Further, a flat front end surface 26a orthogonal to the axial direction is formed at the lower end of the front end portion 6b. A chamfered portion 26b is formed between the orifice 26 and the front end surface 26a (boundary portion).
[キャップ部]
キャップ部7は、図1に示すように、トーチ本体2の先端に取り付けられ、ノズル6を覆う部材である。キャップ部7は、アウターキャップ31と、インナーキャップ32と、シールドキャップ33とを有する。各キャップ31,32,33は、概ね円錐台状に形成され、電極3及びノズル6と同軸に配置されている。
[Cap part]
As shown in FIG. 1, the cap portion 7 is a member that is attached to the tip of the torch body 2 and covers the nozzle 6. The cap unit 7 includes an outer cap 31, an inner cap 32, and a shield cap 33. Each cap 31, 32, 33 is formed in a substantially truncated cone shape, and is arranged coaxially with the electrode 3 and the nozzle 6.
アウターキャップ31は、ナット18によってホルダ15に固定されており、トーチ本体2の先端部とノズル支持部13の外側を覆っている。また、アウターキャップ31の内面とホルダ15の外面との間にはシール部材S4が設けられている。アウターキャップ31の先端には、軸線方向に貫通する孔31aが形成されている。 The outer cap 31 is fixed to the holder 15 by a nut 18 and covers the tip portion of the torch body 2 and the outside of the nozzle support portion 13. Further, a seal member S <b> 4 is provided between the inner surface of the outer cap 31 and the outer surface of the holder 15. A hole 31 a penetrating in the axial direction is formed at the tip of the outer cap 31.
インナーキャップ32はアウターキャップ31の孔31aに挿入されている。インナーキャップ32の外面とアウターキャップ31の内面との間にはシール部材S5が設けられている。インナーキャップ32には軸線方向に貫通する孔32aが形成されており、この孔32aにはノズル6の先端部が挿入されている。そして、ノズル6の先端部がインナーキャップ32の内面によって保持されている。ノズル6の先端部の外面とインナーキャップ32の内面との間にはシール部材S6が設けられている。 The inner cap 32 is inserted into the hole 31 a of the outer cap 31. A seal member S <b> 5 is provided between the outer surface of the inner cap 32 and the inner surface of the outer cap 31. A hole 32a penetrating in the axial direction is formed in the inner cap 32, and the tip of the nozzle 6 is inserted into the hole 32a. The tip of the nozzle 6 is held by the inner surface of the inner cap 32. A seal member S <b> 6 is provided between the outer surface of the tip of the nozzle 6 and the inner surface of the inner cap 32.
アウターキャップ31及びインナーキャップ32の各内面は、ノズル支持部13及びノズル6の外面に対して間隔を空けて配置されている。これにより、ノズル6を冷却するための冷却液が通過する冷却液通路P2が構成されている。冷却液通路P2は、図示しない冷却液供給パイプ及び冷却液排出パイプを介して冷却システムに接続されている。 The inner surfaces of the outer cap 31 and the inner cap 32 are spaced from the outer surfaces of the nozzle support portion 13 and the nozzle 6. As a result, a coolant passage P2 through which coolant for cooling the nozzle 6 passes is formed. The coolant passage P2 is connected to the cooling system via a coolant supply pipe and a coolant discharge pipe (not shown).
シールドキャップ33は、アウターキャップ31の孔31aに挿入され、ノズル6の先端部を覆っている。シールドキャップ33の外面とアウターキャップ31の内面との間にはシール部材S7が設けられている。シールドキャップ33は、軸線方向に貫通し、ノズル6の孔6aと同軸に形成された孔33aを有している。また、シールドキャップ33の内面とノズル6の外面との間にはアシストガス通路P3が形成されている。アシストガス通路P3は、冷却液通路P2に対してシール部材S4によって遮断されており、アウターキャップ31の内部に形成されたアシストガス供給通路P4に連通している。アシストガス供給通路P4は、図示しないガス供給パイプを介してガス供給システムに接続されている。 The shield cap 33 is inserted into the hole 31 a of the outer cap 31 and covers the tip of the nozzle 6. A seal member S <b> 7 is provided between the outer surface of the shield cap 33 and the inner surface of the outer cap 31. The shield cap 33 has a hole 33 a penetrating in the axial direction and formed coaxially with the hole 6 a of the nozzle 6. Further, an assist gas passage P <b> 3 is formed between the inner surface of the shield cap 33 and the outer surface of the nozzle 6. The assist gas passage P3 is blocked by the seal member S4 with respect to the coolant passage P2, and communicates with the assist gas supply passage P4 formed inside the outer cap 31. The assist gas supply passage P4 is connected to a gas supply system via a gas supply pipe (not shown).
[電極の詳細構造]
電極3の詳細構造を図3に示す。また、電極3を放出面と直交する方向となる底面から見た図を図4に、さらにその外観斜視を図5に示す。電極3は、電極基体35と電極材36とを有する。電極基体35は、先端部が閉じられ基端部が開放された概ね円筒状の部材である。電極基体35は、金属製であり、例えば銅によって形成されている。電極基体35のフランジ19の一方の面は電極支持部12の先端部と接触し、他方の面は第1案内部材4と接触している。
[Detailed structure of electrode]
The detailed structure of the electrode 3 is shown in FIG. FIG. 4 shows a view of the electrode 3 viewed from the bottom surface in a direction orthogonal to the emission surface, and FIG. The electrode 3 includes an electrode base 35 and an electrode material 36. The electrode base 35 is a substantially cylindrical member having a distal end closed and a proximal end opened. The electrode base 35 is made of metal and is made of, for example, copper. One surface of the flange 19 of the electrode base 35 is in contact with the tip of the electrode support portion 12, and the other surface is in contact with the first guide member 4.
図3に示すように、電極基体35の先端部には、テーパ面38と放出面39とが形成されている。テーパ面38は、放出面39の外周側に形成され、放出面39から基端側の電極基体35の外周面に行くにしたがって径が大きくなる形状である。そして、テーパ面38と放出面39との境界部、すなわち放出面39の外周縁の稜線40は、面取り加工等が施されておらず、したがって曲面ではなくエッジとなっている。放出面39は、軸線に直交する平坦な面であり、中央部には内部に凹む凹部41が形成されている。放出面39の裏側には、基端部へ向けて突出する凸部43が形成されている。図1に示すように、冷却パイプ14の先端部は、この凸部43の外側を覆うように配置されている。 As shown in FIG. 3, a tapered surface 38 and a discharge surface 39 are formed at the tip of the electrode base 35. The tapered surface 38 is formed on the outer peripheral side of the emission surface 39 and has a shape whose diameter increases from the emission surface 39 toward the outer peripheral surface of the electrode base 35 on the proximal end side. And the boundary part of the taper surface 38 and the discharge | release surface 39, ie, the ridgeline 40 of the outer periphery of the discharge | release surface 39, is not chamfering etc., Therefore, it is not a curved surface but an edge. The discharge surface 39 is a flat surface orthogonal to the axis, and a concave portion 41 that is recessed inside is formed at the center. On the back side of the discharge surface 39, a convex portion 43 that protrudes toward the base end portion is formed. As shown in FIG. 1, the tip of the cooling pipe 14 is disposed so as to cover the outside of the convex portion 43.
図4及び図5に示すように、放出面39の外周縁には、テーパ面38から放出面39の一部にかけて、所定の長さの複数の溝46が形成されている。図6に、一部の溝46の外観を拡大して示している。また、図7に、溝46を稜線40における側面から視た図を示している。 As shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of grooves 46 having a predetermined length are formed on the outer peripheral edge of the discharge surface 39 from the tapered surface 38 to a part of the discharge surface 39. FIG. 6 shows an enlarged appearance of some of the grooves 46. FIG. 7 shows a view of the groove 46 as seen from the side surface of the ridge line 40.
複数の溝46は円周方向に等間隔で配置されている。各溝46は、先端が断面V字形状の切削工具により形成されたものであり、放出面39に対して傾斜する第1側面51及び第2側面52を有する。図7に示すように、第1側面51は放出面39を溝部に延長して得られる仮想面に対して第1傾斜角度(この例では90°)を有し、第2側面52は同様の仮想面に対して第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度(この例では30°)を有している。より詳細には、溝46が形成された部分には放出面39は存在しないが、放出面39を溝部分にまで延長した仮想面を想定した場合、第1側面51はこの仮想面との間に第1傾斜角度を有し、第2側面52は同様の仮想面との間に第1傾斜角度よりも小さい第2傾斜角度を有している。 The plurality of grooves 46 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Each groove 46 is formed by a cutting tool having a V-shaped cross section at the tip, and has a first side surface 51 and a second side surface 52 that are inclined with respect to the discharge surface 39. As shown in FIG. 7, the first side surface 51 has a first inclination angle (90 ° in this example) with respect to a virtual surface obtained by extending the discharge surface 39 to the groove portion, and the second side surface 52 has the same It has the 2nd inclination angle (30 degrees in this example) smaller than the 1st inclination angle to the virtual plane. More specifically, the discharge surface 39 does not exist in the portion where the groove 46 is formed, but when assuming a virtual surface in which the discharge surface 39 is extended to the groove portion, the first side surface 51 is between this virtual surface. The second side surface 52 has a second inclination angle smaller than the first inclination angle with the same virtual surface.
また、各側面51,52は三角形状である。より詳細には、図6に示すように、第1側面51は第1辺(底辺)51a、第2辺51b及び第3辺51cを有している。また、第2側面52は第1辺(底辺)52a、第2辺52b及び第3辺52cを有している。両側面51,52の第1辺51a,52aは、工具先端によって形成されるものであり、共通である。両側面51,52の第2辺51b,52bは、各側面51,52とテーパ面38との境界(稜線)によって形成されるものである。また、両側面51,52の第3辺51c,52cは、各側面51,52と放出面39との境界(稜線)によって形成されるものである。 Each side surface 51, 52 is triangular. More specifically, as shown in FIG. 6, the first side surface 51 has a first side (bottom side) 51a, a second side 51b, and a third side 51c. The second side surface 52 has a first side (bottom side) 52a, a second side 52b, and a third side 52c. The first sides 51a and 52a of the both side surfaces 51 and 52 are formed by the tool tip and are common. The second sides 51 b and 52 b of the side surfaces 51 and 52 are formed by boundaries (ridge lines) between the side surfaces 51 and 52 and the tapered surface 38. Further, the third sides 51 c and 52 c of the side surfaces 51 and 52 are formed by boundaries (ridge lines) between the side surfaces 51 and 52 and the emission surface 39.
以上のような溝51において、第1側面51の頂点T、すなわち、テーパ面38と放出面39との境界(稜線)40と、第1側面51の第2辺51b及び第3辺51cとの交点Tは、第2側面52の第2辺52b、第3辺52c及び稜線40の交点となる頂点に比較してより鋭いエッジとなっている。このエッジとなる交点Tが絶縁破壊の起点となる。また、第2側面52は、図4から明らかなように、旋回するプラズマガスの流れに対向するように配置されている。なお、図4における矢印は、プラズマガスの流れる方向を示している。この第2側面52によって、旋回するプラズマガスはスムーズに電極中心部に導かれることになる。 In the groove 51 as described above, the apex T of the first side surface 51, that is, the boundary (ridge line) 40 between the tapered surface 38 and the discharge surface 39, and the second side 51 b and the third side 51 c of the first side surface 51. The intersection T is a sharper edge than the vertex that is the intersection of the second side 52b, the third side 52c, and the ridge line 40 of the second side surface 52. The intersection T serving as the edge is a starting point of dielectric breakdown. Moreover, the 2nd side surface 52 is arrange | positioned so that the flow of the plasma gas to rotate may be opposed so that FIG. 4 may show. In addition, the arrow in FIG. 4 has shown the direction through which plasma gas flows. By this second side surface 52, the swirling plasma gas is smoothly guided to the center of the electrode.
以上のような電極3の溝46を放出面39と直交する底面から視た場合、第2側面52のみが観察できる。すなわち、各溝46は、底面視で1つの三角形状の面から形成されている。なお、この実施形態では第1側面51の傾斜角度は90°であるが、傾斜角度を90°より小さくした場合は、各溝46を底面から視た場合、第1側面51及び第2側面52が観察できる。したがって、この場合は、各溝46は、底面視で2つの三角形状の面から形成されていることになる。 When the groove 46 of the electrode 3 as described above is viewed from the bottom surface orthogonal to the emission surface 39, only the second side surface 52 can be observed. That is, each groove 46 is formed from one triangular surface in a bottom view. In this embodiment, the inclination angle of the first side surface 51 is 90 °. However, when the inclination angle is smaller than 90 °, the first side surface 51 and the second side surface 52 are obtained when each groove 46 is viewed from the bottom surface. Can be observed. Therefore, in this case, each groove 46 is formed from two triangular surfaces in a bottom view.
電極材36は、熱電子高放出性材料であるハフニウム(hafnium:Hf)で形成されている。電極材36は、電極基体35の凹部41に挿入され、ろう付けで固定されている。電極材36は、概ね円筒状に形成されており、先端部には、基端側へ向けて凹む凹部36aが形成されている。 The electrode material 36 is made of hafnium (Hf), which is a thermionic high emission material. The electrode material 36 is inserted into the recess 41 of the electrode base 35 and fixed by brazing. The electrode material 36 is formed in a substantially cylindrical shape, and a recessed portion 36a that is recessed toward the proximal end side is formed at the distal end portion.
[動作]
このプラズマトーチ1では、まず、電極3とノズル6との間に、小流量のプラズマガスが流され、プラズマガスの流れが生成される。すなわち、ガス供給システムから、ノズル支持部13の内面と電極支持部12の外面との間のプラズマガス通路P1にプラズマガスが供給される。プラズマガスは、プラズマガス通路P1から、第1及び第2案内部材4,5に案内されて、旋回しながら電極3の外周を流れる。この状態で、電極3に高電圧が印加されると、電極基体35の放出面39の外周縁に形成された曲面44とノズル6の内面との間に絶縁破壊が発生する。
[Operation]
In the plasma torch 1, first, a small flow rate of plasma gas is caused to flow between the electrode 3 and the nozzle 6 to generate a plasma gas flow. That is, the plasma gas is supplied from the gas supply system to the plasma gas passage P <b> 1 between the inner surface of the nozzle support portion 13 and the outer surface of the electrode support portion 12. The plasma gas is guided from the plasma gas passage P1 to the first and second guide members 4 and 5, and flows around the electrode 3 while turning. In this state, when a high voltage is applied to the electrode 3, dielectric breakdown occurs between the curved surface 44 formed on the outer peripheral edge of the discharge surface 39 of the electrode base 35 and the inner surface of the nozzle 6.
より詳細には、放出面39の外周縁に形成された複数の溝46のうちの、第1側面51の頂点Tとノズル6内面との間に絶縁破壊が生じる。そして、絶縁破壊をトリガーにして電極3とノズル6の内面との間にパイロットアークが発生する。パイロットアークは、第1側面51の第3辺51cの稜線に沿って、また溝46に形成された第2側面52によって導かれるプラズマガスの流れに沿って、電極中央部に移行し、さらにワークまで延びる。そして、プラズマガスの流量及び電流を増大させることにより、電極3とワークとの間にメインアークが生成される。 More specifically, dielectric breakdown occurs between the apex T of the first side surface 51 and the inner surface of the nozzle 6 among the plurality of grooves 46 formed on the outer peripheral edge of the discharge surface 39. A pilot arc is generated between the electrode 3 and the inner surface of the nozzle 6 using a dielectric breakdown as a trigger. The pilot arc moves to the center of the electrode along the ridgeline of the third side 51c of the first side surface 51 and along the flow of the plasma gas guided by the second side surface 52 formed in the groove 46. Extend to. And the main arc is produced | generated between the electrode 3 and a workpiece | work by increasing the flow volume and electric current of plasma gas.
なお、絶縁破壊の起点となるのは、複数の溝46のうちの一部の溝46に形成された頂点Tである。そして、絶縁破壊動作が繰り返して実施されると、起点となっていた頂点Tの摩耗が進行し、エッジが鋭角でなくなる。すると、複数の溝46のうちの別の溝の頂点Tが新しく絶縁破壊の起点となる。このようにして、長期間にわたって安定した絶縁破壊を生じさせることができる。 The starting point of dielectric breakdown is the apex T formed in a part of the plurality of grooves 46. When the dielectric breakdown operation is repeatedly performed, the wear of the apex T that has been the starting point proceeds, and the edge is not acute. Then, the apex T of another groove among the plurality of grooves 46 becomes a new dielectric breakdown starting point. In this way, stable dielectric breakdown can be generated over a long period of time.
この実施形態では、電極3の側面から流れ込む旋回するプラズマガスが稜線40を通過するとき、第2側面52の第2辺52b及び第3辺52cを通過する。このとき、プラズマガスは第2側面52に沿ってスムーズに流れ、その流れが妨げられることはない。したがってプラズマアークが乱されることもない。 In this embodiment, when the swirling plasma gas flowing from the side surface of the electrode 3 passes through the ridge line 40, it passes through the second side 52 b and the third side 52 c of the second side surface 52. At this time, the plasma gas flows smoothly along the second side surface 52, and the flow is not hindered. Therefore, the plasma arc is not disturbed.
また、絶縁破壊に寄与する第1側面51とプラズマガスの流れの整流に寄与する第2側面52により、安定した絶縁破壊と、乱れのないプラズマアークの移行が可能になる。 In addition, the first side surface 51 that contributes to dielectric breakdown and the second side surface 52 that contributes to rectification of the flow of plasma gas enable stable dielectric breakdown and transfer of a plasma arc without disturbance.
―第2実施形態―
本発明の第2実施形態を図8以降に示す。第2実施形態は、第1実施形態と電極のみが異なり、他の構成は第1実施形態の構成と同様である。したがって、以下では、電極のみについて説明する。
-Second embodiment-
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment only in the electrodes, and the other configuration is the same as the configuration of the first embodiment. Accordingly, only the electrodes will be described below.
第2実施形態の電極103は、第1実施形態と同様に、電極基体135と電極材136とを有する。これらの基本的構成は、第1実施形態と同様である。すなわち、電極基体135の先端部には、テーパ面138と放出面139とが形成されている。また、放出面139の中央部には凹部141が形成され、凹部141を含む中央側の面は、軸線に直交する平坦面142となっている。平坦面142の裏側には、基端部へ向けて突出する凸部143が形成されている
第1実施形態とは異なり、放出面139の外周縁には曲面144が形成されており、放出面139の中央部の平坦面142は、この曲面144を介してテーパ面138に連続してつながっている。曲面144は、半径(曲率半径)が0.05mm以上で、かつ電極103の直径の50%以下が好ましい。曲面144の半径が0.05mmより小さい場合は、放出面139の外周縁がエッジ状になる。そして、このエッジ部分に絶縁破壊によってプラズマアークが発生した際に、プラズマアークがエッジ部分に拘束されて放出面中央の電極材136に移行しない現象(トラップ)が生じる。逆に、曲面144の半径が大きすぎて電極103の直径の50%を越えるような場合は、ノズル6の内面との間の最短ギャップ部分が一点に定まらない。このため、絶縁破壊が生じるポイントが一定しなくなって、プラズマアークの発生が不安定になる。
The electrode 103 of the second embodiment includes an electrode base 135 and an electrode material 136, as in the first embodiment. These basic configurations are the same as those in the first embodiment. That is, a tapered surface 138 and a discharge surface 139 are formed at the tip of the electrode substrate 135. Further, a concave portion 141 is formed in the central portion of the discharge surface 139, and the central surface including the concave portion 141 is a flat surface 142 orthogonal to the axis. Unlike the first embodiment, a convex portion 143 that protrudes toward the base end portion is formed on the back side of the flat surface 142. A curved surface 144 is formed on the outer peripheral edge of the discharge surface 139. The flat surface 142 at the center of 139 is continuously connected to the tapered surface 138 through the curved surface 144. The curved surface 144 preferably has a radius (curvature radius) of 0.05 mm or more and 50% or less of the diameter of the electrode 103. When the radius of the curved surface 144 is smaller than 0.05 mm, the outer peripheral edge of the emission surface 139 has an edge shape. When a plasma arc is generated at the edge portion due to dielectric breakdown, a phenomenon (trap) occurs in which the plasma arc is restrained by the edge portion and does not move to the electrode material 136 at the center of the emission surface. On the contrary, when the radius of the curved surface 144 is too large and exceeds 50% of the diameter of the electrode 103, the shortest gap portion between the inner surface of the nozzle 6 is not fixed at one point. For this reason, the point at which dielectric breakdown occurs is not constant, and the generation of the plasma arc becomes unstable.
また、放出面139の外周縁には、テーパ面138から曲面144及び平坦面142にかけて、所定の長さの複数の溝146が形成されている。図9(a)(b)に、電極103を放出面139と直交する方向の底面から見た一部を示している。また、図10(a)(b)に、一部の溝146の外観を拡大して示している。 A plurality of grooves 146 having a predetermined length are formed on the outer peripheral edge of the discharge surface 139 from the tapered surface 138 to the curved surface 144 and the flat surface 142. 9A and 9B show a part of the electrode 103 viewed from the bottom surface in the direction orthogonal to the emission surface 139. FIG. FIGS. 10A and 10B show an enlarged appearance of some of the grooves 146.
複数の溝146は円周方向に等間隔で配置されている。各溝は、図9(a)に示すように、軸線を中心として放射状に延びる直線Nに対して角度αだけ傾斜して形成されている。角度αは、0°以上60°以下が好ましく、特に旋回するプラズマガスの流れに沿った角度であることが好ましい。なお、図9(b)は傾斜角が0°である溝146’を示している。 The plurality of grooves 146 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. As shown in FIG. 9A, each groove is formed to be inclined by an angle α with respect to a straight line N extending radially around the axis. The angle α is preferably 0 ° or more and 60 ° or less, and particularly preferably an angle along the flow of the swirling plasma gas. FIG. 9B shows a groove 146 ′ having an inclination angle of 0 °.
ここで、傾斜角(α)が60°を越えると、溝146で発生したプラズマアークが移行する際に、隣の溝に再度トラップされ易い。結果として放出面の外周縁をエッジにした従来の電極と同様に、プラズマアークが拘束され続ける。 Here, when the inclination angle (α) exceeds 60 °, when the plasma arc generated in the groove 146 moves, it is easily trapped again in the adjacent groove. As a result, the plasma arc continues to be restrained in the same manner as in the conventional electrode having the outer peripheral edge of the emission surface as an edge.
前述のように、第2案内部材5によって案内されたプラズマガスは、電極103の周囲を旋回しながらノズル6のオリフィス26から噴出されるので、溝146の傾斜は、プラズマガスの旋回する方向に沿った角度であることが最も好ましい。また、溝146の断面は、V形状、U形状、あるいは矩形のいずれでもよいが、曲面144及び平坦面142の溝の縁146a(図10参照)には、エッジが形成されているのが好ましい。すなわち、溝の縁146aは、切削工具で溝146を形成した後は、面取り加工等が施されていないのが好ましい。 As described above, the plasma gas guided by the second guide member 5 is ejected from the orifice 26 of the nozzle 6 while turning around the electrode 103, so that the inclination of the groove 146 is in the direction in which the plasma gas turns. Most preferred is an angle along. The cross section of the groove 146 may be V-shaped, U-shaped, or rectangular. However, it is preferable that an edge is formed at the groove edge 146a (see FIG. 10) of the curved surface 144 and the flat surface 142. . That is, the groove edge 146a is preferably not chamfered after the groove 146 is formed with a cutting tool.
また、溝146は曲面144から平坦面142にかけて形成されているが、図10(b)に示す曲面144における溝146の側面方向からの断面視において、溝146の左側(平坦面142側)の壁部が曲面144となす角度が鈍角になり、右側(曲面144及びテーパ面138側)の壁部が曲面144となす角度が鋭角になっている。このような溝形状では、右側のエッジ部でプラズマアークの発生を容易にし、また左側壁面はプラズマガスの流れを阻害せずより円滑にする。 Further, although the groove 146 is formed from the curved surface 144 to the flat surface 142, the left side of the groove 146 (on the flat surface 142 side) in the sectional view from the side surface direction of the groove 146 in the curved surface 144 shown in FIG. The angle formed by the wall portion with the curved surface 144 is an obtuse angle, and the angle formed by the right wall portion (the curved surface 144 and the tapered surface 138 side) with the curved surface 144 is an acute angle. In such a groove shape, generation of a plasma arc is facilitated at the right edge portion, and the left wall surface is made smoother without impeding the flow of plasma gas.
電極基体135において、ノズル6の内面と最も近接する放出面139の外周縁(曲面144)に以上のような溝146を形成することにより、各溝146の縁146aであるエッジ部分とノズル6内面との間で絶縁破壊が生じやすくなる。そして、絶縁破壊によって生じたプラズマアークは、この溝146の縁146a及びプラズマガスの流れに沿って、電極103の中央部に向かい、その時発生したプラズマはノズル内壁を伝ってワーク側に移行する。 In the electrode base 135, the groove 146 as described above is formed on the outer peripheral edge (curved surface 144) of the discharge surface 139 closest to the inner surface of the nozzle 6, whereby the edge portion that is the edge 146 a of each groove 146 and the inner surface of the nozzle 6. Dielectric breakdown is likely to occur between the two. Then, the plasma arc generated by the breakdown breaks toward the center of the electrode 103 along the edge 146a of the groove 146 and the flow of the plasma gas, and the plasma generated at this time travels along the inner wall of the nozzle to the work side.
溝146の具体的な形状として、長期間にわたって確実にプラズマアークを発生させるためには、溝幅は0.05mm以上が好ましい。また同様に、長期間にわたって確実にプラズマアークを発生させるためには、溝深さは0.05mm以上が好ましい。 As a specific shape of the groove 146, the groove width is preferably 0.05 mm or more in order to reliably generate a plasma arc over a long period of time. Similarly, in order to reliably generate a plasma arc over a long period of time, the groove depth is preferably 0.05 mm or more.
本件発明者らの実験結果によれば、溝幅や溝深さが0.05mm以上の場合1000回以上スムーズにアークが起動した。溝幅や溝深さが0.05mmに満たない溝では数100回でアーク着火不良となった。一方で、溝深さが大きすぎるとプラズマガスの流れを乱し切断品質の悪化を招く。溝深さを電極−ノズル間最短距離よりも小さくすることで流れへの影響は充分小さくなる。具体的には溝深さを0.5mm以下とすることでプラズマガスの流れは安定する。溝幅についてもガス流れへの影響は同様である。またV形状溝の場合、エッジによる電界集中を充分に発揮するためには、溝幅は溝深さに比べて小さくなければならない。つまり溝幅を0.5mm以下にすることでガス流れは安定化し絶縁破壊もスムーズになる。 According to the experiment results of the present inventors, the arc started smoothly 1000 times or more when the groove width or groove depth was 0.05 mm or more. When the groove width or depth was less than 0.05mm, arc ignition failure occurred several hundred times. On the other hand, if the groove depth is too large, the flow of plasma gas is disturbed and the cutting quality is deteriorated. By making the groove depth smaller than the shortest distance between the electrode and the nozzle, the influence on the flow is sufficiently reduced. Specifically, the plasma gas flow is stabilized by setting the groove depth to 0.5 mm or less. The effect on the gas flow is the same for the groove width. In the case of a V-shaped groove, the groove width must be smaller than the groove depth in order to sufficiently exhibit electric field concentration due to the edge. In other words, by making the groove width 0.5 mm or less, the gas flow is stabilized and the dielectric breakdown is smoothed.
以上より、具体的には、溝幅及び溝深さは、プラズマアークの発生を確実にするためには0.05mm以上が好ましく、またプラズマガスの流れの安定化のためには0.5mm以下が好ましい。各溝146は、放出面139の外周縁の曲面144から中央側に向かって形成されている必要があり、溝長さは、プラズマアークを確実に発生させるためには0.1mm以上が好ましい。また、溝146は電極材36に到達しない長さに抑えるのが好ましい。具体的には、電極103(電極基体135)の直径の50%以下が好ましい。この理由は、プラズマアークが電極材36に向かって移動するきっかけだけを溝146によって作り、その後はプラズマアークが溝146に拘束されずに放出面139を自由に移動できるようにした方が、プラズマアークはスムーズに移行するからである。また、溝146は、放出面139に必ず必要であるが、プラズマガスの流れが阻害されるのを抑えるために、テーパ面138には形成されない方がより好ましい。さらに、溝本数は少なくとも8本が必要である。 From the above, specifically, the groove width and the groove depth are preferably 0.05 mm or more for ensuring the generation of the plasma arc, and 0.5 mm or less is preferable for stabilizing the plasma gas flow. . Each groove 146 needs to be formed from the curved surface 144 of the outer peripheral edge of the emission surface 139 toward the center, and the groove length is preferably 0.1 mm or more in order to reliably generate a plasma arc. The groove 146 is preferably suppressed to a length that does not reach the electrode material 36. Specifically, 50% or less of the diameter of the electrode 103 (electrode base 135) is preferable. The reason for this is that the groove 146 only creates a trigger for the plasma arc to move toward the electrode material 36, and then the plasma arc is not restrained by the groove 146 and can move freely on the emission surface 139. This is because the arc moves smoothly. In addition, the groove 146 is indispensable for the emission surface 139, but it is more preferable that the groove 146 is not formed on the tapered surface 138 in order to prevent the flow of plasma gas from being hindered. Further, at least 8 grooves are required.
[動作]
基本的な動作は、第1実施形態と同様である。この第2実施形態では、曲面144に形成された複数の溝146の縁(エッジ部分)146aとノズル6内面との間に絶縁破壊が生じる。そして、絶縁破壊をトリガーにして電極103とノズル6の内面との間にパイロットアークが発生する。パイロットアークは、溝146の縁146a及び旋回するプラズマガスの流れに沿って、中央部に移行し、さらにワークまで延びる。そして、プラズマガスの流量及び電流を増大させることにより、電極103とワークとの間にメインアークが生成される。
[Operation]
The basic operation is the same as in the first embodiment. In the second embodiment, dielectric breakdown occurs between edges (edge portions) 146 a of the plurality of grooves 146 formed on the curved surface 144 and the inner surface of the nozzle 6. A pilot arc is generated between the electrode 103 and the inner surface of the nozzle 6 using a dielectric breakdown as a trigger. The pilot arc moves to the center along the edge 146a of the groove 146 and the flow of the swirling plasma gas, and further extends to the workpiece. A main arc is generated between the electrode 103 and the workpiece by increasing the flow rate and current of the plasma gas.
[実験例」
図11に、従来の電極によりプラズマアークを発生した場合と、本発明の第2実施形態によってプラズマアークを発生した場合のノズル内面の様子を示している。
[Experimental example]
FIG. 11 shows a state of the nozzle inner surface when a plasma arc is generated by a conventional electrode and when a plasma arc is generated by the second embodiment of the present invention.
図11において、上段の写真は電極を先端側(図1において下方側)から観察したもの、下段はノズル内面を基端側(図1において上方側)から観察したものである。また、図11(a)は、放出面の外周縁にエッジが形成された従来の電極である。なお、ここでは溝は形成されていない。同図(b)は、放出面の外周縁に曲面を形成し、さらにこの曲面を含んでテーパ面と放出面の平坦面に放射状の溝を形成した電極である。同図(c)は、放出面の外周縁に曲面を形成し、この曲面を含んでテーパ面と放出面の平坦面に、旋回ガスの流れる方向に沿って傾斜する溝を形成した電極である。 In FIG. 11, the upper photograph shows the electrode observed from the distal end side (lower side in FIG. 1), and the lower photograph shows the nozzle inner surface observed from the proximal end side (upper side in FIG. 1). FIG. 11A shows a conventional electrode in which an edge is formed on the outer peripheral edge of the emission surface. Here, no groove is formed. FIG. 5B shows an electrode in which a curved surface is formed on the outer peripheral edge of the emission surface, and radial grooves are formed on the tapered surface and the flat surface of the emission surface including the curved surface. FIG. 6C shows an electrode in which a curved surface is formed on the outer peripheral edge of the discharge surface, and a groove that includes this curved surface and is inclined along the flowing direction of the swirling gas is formed on the tapered surface and the flat surface of the discharge surface. .
また、アークスタート条件は、以下の通りである。 The arc start conditions are as follows.
ノズルのオリフィス径:1.35mm
スタート電流:25A
絶縁破壊電圧:20kVp-p, 1.5MHz
スタートガス:種類=N2(100%)、圧力=0.1Mpa、流量=15LPM
図11の実験結果から、従来の電極を用いた場合(同図(a))、放出面の外周縁であるエッジ部分に拘束されたアークの跡が見られる。一方、放出面の外周縁を曲面にし、かつ放射状の溝を形成した場合(同図(b))、アークの跡が見られるが、従来電極に比較して著しく少ない。また、放出面の外周縁を曲面にし、かつ傾斜した溝を形成した場合(同図(c))、アークの跡はほとんど見られない。
Nozzle orifice diameter: 1.35mm
Start current: 25A
Dielectric breakdown voltage: 20kVp-p, 1.5MHz
Start gas: Type = N 2 (100%), Pressure = 0.1Mpa, Flow rate = 15LPM
From the experimental results shown in FIG. 11, when the conventional electrode is used (FIG. 11A), the trace of the arc restrained at the edge portion which is the outer peripheral edge of the emission surface can be seen. On the other hand, when the outer peripheral edge of the emission surface is curved and a radial groove is formed ((b) in the same figure), traces of the arc are observed, but are significantly less than the conventional electrodes. Further, when the outer peripheral edge of the emission surface is curved and an inclined groove is formed ((c) in the figure), the trace of the arc is hardly seen.
以上から、従来の電極において形成されていた放出面外周のエッジを曲面にするとともに、この曲面から中央部にかけて溝を形成することによって、ノズル内面に形成されるアークの跡を著しく少なく、あるいはほぼ無くすことができることがわかる。ノズル内面に発生したアークの跡はアーク移行の軌跡であるので、アーク跡を観察することによってアーク移行の状況を判断することができる。ノズル内面に多量のアークの跡が発生している場合は、電極のエッジ部でプラズマアークが拘束されていることを示している。そして、このようなプラズマアークの拘束は、トーチ起動エラーや、不要な投入電力の増大を招く。また逆に、アークの跡が小さい場合は、スムーズなプラズマアークの発生と、ノズルへの入熱量が小さいことを示している。本発明の実施形態により前述のようなプラズマアークの拘束をなくし、ノズルダメージを減らして、ノズルの長寿命化を図ることができる。 From the above, by making the edge of the outer periphery of the emission surface formed in the conventional electrode a curved surface and forming a groove from this curved surface to the center part, the trace of the arc formed on the inner surface of the nozzle is remarkably reduced or almost It turns out that it can be lost. Since the trace of the arc generated on the inner surface of the nozzle is a trajectory of the arc transition, the state of the arc transition can be determined by observing the arc trace. A large amount of arc traces on the inner surface of the nozzle indicates that the plasma arc is constrained at the edge of the electrode. Such plasma arc restraint causes a torch start error and an increase in unnecessary input power. On the contrary, when the trace of the arc is small, it indicates that the generation of a smooth plasma arc and the amount of heat input to the nozzle are small. According to the embodiment of the present invention, it is possible to eliminate the restriction of the plasma arc as described above, reduce the nozzle damage, and extend the life of the nozzle.
[他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of invention.
(a)前記第2実施形態では、複数の溝のすべてを中心より放射状にでる軸線に対して同じ角度だけ傾斜させたが、溝の傾斜については前記実施形態に限定されない。例えば、傾斜角度の異なる2種類以上の溝を形成するようにしてもよい。 (a) In the second embodiment, all of the plurality of grooves are inclined by the same angle with respect to the axis extending radially from the center. However, the inclination of the grooves is not limited to the above embodiment. For example, two or more types of grooves having different inclination angles may be formed.
(b)放出面の外周縁に形成される溝の形状、寸法、個数等は、前記実施形態に限定されない。 (b) The shape, size, number, and the like of the grooves formed on the outer peripheral edge of the discharge surface are not limited to the above embodiment.
(c)電極材は、ハフニウムに限らず、パイロットアーク及びプラズマアークの高熱に耐え得る材料であればよい。ただし、酸素を含有したプラズマガスが用いられる場合には、特にハフニウム製の電極材が用いられることが好ましい。ハフニウムは、酸化物になると融点が上昇して優れた耐熱性を発揮するからである。また、ジルコニウムもハフニウムとほぼ同等な性質を有するので、ジルコニウム製の電極材が用いられてもよい。 (c) The electrode material is not limited to hafnium but may be any material that can withstand the high heat of the pilot arc and plasma arc. However, when a plasma gas containing oxygen is used, it is particularly preferable to use an electrode material made of hafnium. This is because, when hafnium becomes an oxide, its melting point rises and exhibits excellent heat resistance. Further, since zirconium has almost the same properties as hafnium, an electrode material made of zirconium may be used.
また、被切断材(ワーク)の種類によっては、N2(非酸素)ガスをプラズマガスに使用する場合があるが、この場合は、電極材としてタングステンを使用してもよい。 Further, depending on the type of workpiece (workpiece), N 2 (non-oxygen) gas may be used as the plasma gas. In this case, tungsten may be used as the electrode material.
1 プラズマトーチ
3,103 電極
6 ノズル
35,135 電極基体
36 電極材
36a 電極材凹部
38,138 テーパ面
39,139 放出面
41,141 電極基体凹部
42,142 平坦面
51,52 溝の側面
144 曲面(放出面の外周縁)
46,146,146’ 溝
146a 溝の縁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma torch 3,103 Electrode 6 Nozzle 35,135 Electrode base 36 Electrode material 36a Electrode material recessed part 38,138 Tapered surface 39,139 Ejection surface 41,141 Electrode base recessed part 42,142 Flat surface 51,52 Side surface 144 of groove | channel (Outer edge of discharge surface)
46, 146, 146 'groove 146a groove edge
Claims (7)
先端に形成された放出面と、前記放出面の外周側に形成されたテーパ面と、前記放出面の外周縁から中央部に向かって形成された複数の溝と、を有し、前記複数の溝のそれぞれは前記放出面に対して傾斜する第1側面及び第2側面を有する、電極基体と、
前記電極基体の放出面の中央部に配置された電極材と、
を備え、
前記第1側面及び第2側面は前記放出面を前記溝部に延長して得られる仮想面に対して第1傾斜角度及び第2傾斜角度を有し、前記第1傾斜角度は前記第2傾斜角度よりも大きく、前記テーパ面と前記放出面との境界である稜線と前記第1側面との交点となるエッジを有することを特徴とする
プラズマ切断装置用電極。 An electrode used in a plasma cutting device,
A discharge surface formed at a tip; a tapered surface formed on an outer peripheral side of the discharge surface; and a plurality of grooves formed from an outer peripheral edge of the discharge surface toward a central portion; Each of the grooves has a first side surface and a second side surface inclined with respect to the emission surface;
An electrode material disposed in the center of the discharge surface of the electrode substrate;
Equipped with a,
The first side surface and the second side surface have a first tilt angle and a second tilt angle with respect to a virtual surface obtained by extending the discharge surface to the groove, and the first tilt angle is the second tilt angle. An electrode for a plasma cutting device , having an edge that is larger than the ridge line that is a boundary between the tapered surface and the emission surface and an intersection of the first side surface .
前記第1側面は、前記放出面との境界部分に絶縁破壊の起点となるエッジを有し、
前記第2側面は、旋回するプラズマガスに対向するように配置されている、
請求項1に記載のプラズマ切断装置用電極。 A plasma gas is supplied around the electrode base so as to swivel from the outer periphery toward the center of the emission surface,
The first side surface has an edge serving as a starting point of dielectric breakdown at a boundary portion with the emission surface,
The second side surface is disposed so as to face the swirling plasma gas.
The electrode for a plasma cutting device according to claim 1 .
前記複数の溝のそれぞれは、前記放出面と直交する方向視で、2つの三角形状の面で形成されている、請求項1又は2に記載のプラズマ切断装置用電極。 The tapered surface is formed such that the diameter increases as the distance from the discharge surface increases.
Wherein the plurality of each of the grooves, in the direction as viewed perpendicular to the emitting surface, and is formed by two triangular faces, a plasma cutting device electrode according to claim 1 or 2.
前記第1側面の第1傾斜角度は90°であり、前記複数の溝のそれぞれは、前記放射面と直交する方向視で、1つの三角形状の面で形成されている、請求項1又は2に記載のプラズマ切断装置用電極。 The tapered surface is formed such that the diameter increases as the distance from the discharge surface increases.
The first inclination angle of the first side surface is 90 °, wherein each of the grooves, in the direction as viewed perpendicular to the emitting surface, and is formed in a triangle-shaped surface, according to claim 1 or 2 2. An electrode for a plasma cutting device according to 1.
請求項1から6のいずれかに記載の電極と、
内部に前記電極の先端部と対向する電極対向部を有し、かつ先端にオリフィスが形成された筒状のノズルと、
を備えたプラズマトーチ。
A plasma torch provided in a plasma cutting device,
An electrode according to any one of claims 1 to 6 ;
A cylindrical nozzle having an electrode facing portion facing the tip portion of the electrode inside and having an orifice formed at the tip;
Plasma torch with
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