JP6010777B2

JP6010777B2 - プラズマ切断用トーチ、プラズマ切断用電源およびプラズマ切断装置

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Publication number: JP6010777B2
Application number: JP2015509903A
Authority: JP
Inventors: 昌良植田; 三徳赤石; 博之木曽; 健太玉川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: WO2014162714A1; JPWO2014162714A1; CN105142844A; CN105142844B

Description

本開示は、プラズマ切断用トーチ、プラズマ切断用電源およびプラズマ切断装置に関し、特に、プラズマ切断用トーチおよびプラズマ切断用電源の内部の配線構造に関する。

プラズマ溶接は、非消耗電極を用いたアーク溶接の一種であり、特に、プラズマとなるガス（作動ガス）の噴出によってアークを高密度化したものである。作動ガスによって高密度化されたアークをプラズマアークという。

プラズマ切断は、プラズマ切断用トーチと母材との間に発生させたプラズマアークによって、母材の切断を行う加工方法である。プラズマアークは、作動ガスの冷却効果と旋廻流とによって、プラズマ切断用トーチのチップ先端の噴き出し穴で機械的に絞られて高温化されている。プラズマ切断は、プラズマアークによる母材の溶融と、作動ガスによる溶融された母材の吹き飛ばしとにより、母材を切断する。なお、プラズマアークは、プラズマ切断トーチの内部において、電極とチップとの間にパイロットアークを発生させた後に、電極と母材との間に発生する。

従来から、プラズマ切断用トーチとプラズマ切断用電源を有するプラズマ切断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、従来のプラズマ切断装置の概略構成を示す図である。図４は、従来のプラズマ切断装置の電気回路の概略構成を示す図である。

図３において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ１０２は、レギュレータ１０３に接続される。レギュレータ１０３は、作動ガスの二次圧力を一定値に調整する。その後、作動ガスは、レギュレータ１０３から切断用電源１０４の内部に導かれる。

レギュレータ１０３は、切断用電源１０４の内部に設けられた、プラズマアークの始動と停止によってオンオフされるガスバルブ（図示せず）に接続される。作動ガスは、切断用電源１０４の内部を、ガスバルブを経由して流れる。ガスバルブは、作動ガスをトーチ先端部１０１に供給する冷却ケーブル１０８に接続されている。

さらに、切断用電源１０４には、母材１０５に接続される母材ケーブル１０６と、アークスタートを良好にするために高周波を印加するためのパイロットケーブル１０９と、トーチスイッチ１１２を有するトーチスイッチケーブル１１０とが接続されている。

一方、プラズマ切断トーチ１０７には、切断用電源１０４からのパイロットケーブル１０９とトーチスイッチケーブル１１０と冷却ケーブル１０８とが接続されている。そして、作動ガスは、冷却ケーブル１０８を経由してトーチ先端部１０１に供給される。

以上のように、従来のプラズマ切断装置１１１が構成されている。

次に、図４を用いて、従来のプラズマ切断の方法と、切断用電源１０４と母材１０５とプラズマ切断トーチ１０７との接続について説明する。

従来のプラズマ切断の方法は、プラズマ切断トーチ１０７のチップ１１４を母材１０５に接触させる接触切断と、チップ１１４を母材１０５から離す非接触切断とがある。

先ず、接触切断について説明する。プラズマ切断トーチ１０７のトーチスイッチ１１２をオンすることにより起動信号が発生する。起動信号の発生により、切断用電源１０４の制御器１１５は、リレーをオンする。なお、リレーは、コイル１１８ａと接点１１８ｂとからなり、リレーをオンすると接点１１８ｂが導通状態となる。そして、高周波発生器１１７により、冷却ケーブル１０８とパイロットケーブル１０９との間に高周波電圧を印加する。これにより、プラズマ切断トーチ１０７の先端部において、電極１１３と、チップ１１４と接触した母材１０５との間にパイロットアークを発生させる。次に、プラズマアーク電源部１１６により電極１１３と母材１０５との間に電力を供給する。これにより、パイロットアークは、電極１１３と母材１０５との間のプラズマアークに発展する。また、制御器１１５は、母材１０５に流れる電流を、母材１０５に接続された母材ケーブル１０６を介して感知し、リレーをオフする。すなわち、リレーの接点１１８ｂをオフして非導通状態とする。これにより、高周波発生器１１７による、電極１１３とチップ１１４との間での高周波電圧は印加されなくなる。

次に、非接触切断について、接触切断との差異を説明する。高周波発生器１１８によって冷却ケーブル１０８とパイロットケーブル１０９との間に高周波電圧を印加すると、プラズマ切断トーチ１０７の先端部において、電極１１３とチップ１１４との間で絶縁破壊が起きて、パイロットアークが発生する。次に、プラズマアーク電源部１１６により、電極１１３と母材１０５との間に電力を供給する。これにより、パイロットアークは、電極１１３と母材１０５との間のプラズマアークに発展する。すなわち、電極１１３とチップ１１４との間のパイロットアークが、電極１１３と母材１０５との間のプラズマアークに移行する。

次に、切断用電源１０４と母材１０５とプラズマ切断トーチ１０７との接続について説明する。先ず、プラズマ切断トーチ１０７を、冷却ケーブル１０８と、パイロットケーブル１０９と、トーチスイッチケーブル１１０との３種類のケーブルによって、切断用電源１０４に接続する。次に、母材１０５を、母材ケーブル１０６によって、切断用電源１０４に接続する。

特開平３−１１４６７７号公報

従来のプラズマ切断装置１１１では、プラズマ切断トーチ１０７を、冷却ケーブル１０８と、パイロットケーブル１０９と、トーチスイッチケーブル１１０との３種類のケーブルによって切断用電源１０４に接続しなければならず、非常に手間が掛かる。また、パイロットケーブル１０９の接続端子部１０９ａがむき出しであるため、接続作業中に、誤って電源を投入して接続端子部１０９ａに高周波電圧が掛かることのないように、十分注意しなければならない。

上記課題を解決するために、本開示のプラズマ切断用トーチは、電極と、第１のケーブルと、トーチスイッチと、第２のケーブルと、チップと、第３のケーブルとを有する。第１のケーブルは、電極と電気的に接続され、第１の端子を有する。第２のケーブルは、トーチスイッチと電気的に接続され、第２の端子および第３の端子を有する。チップは、電極とは離れており、電極を囲む。第３のケーブルは、チップと電気的に接続され、第２の端子とトーチスイッチの間の接続点において、第２のケーブルと電気的に接続されている。第２のケーブルは、トーチスイッチと接続点との間に逆流防止部と第１のフィルタ部とを有する。プラズマ切断用トーチは、第１の端子と第２の端子と第３の端子とを介してプラズマ切断用電源に接続される。

また、本開示のプラズマ切断用電源は、プラズマ切断用トーチが接続される。プラズマ切断用トーチは、第１のケーブルと、第２のケーブルと、第３のケーブルとを有する。第１のケーブルは、電極と電気的に接続され、第１の端子を有する。第２のケーブルは、トーチスイッチと電気的に接続され、第２の端子および第３の端子を有する。第３のケーブルは、電極を囲むチップと電気的に接続され、第２の端子とトーチスイッチの間の接続点において、第２のケーブルと電気的に接続されている。第２のケーブルは、トーチスイッチと接続点との間に逆流防止部と第１のフィルタ部とを有する。
プラズマ切断用電源は、プラズマアーク電源部と、高周波発生器と、制御器と、第６の配線とを有する。プラズマアーク電源部は、一端が第１の配線によって第４の端子と接続されている。高周波発生器は、一端が第２の配線によって第５の端子と接続され、他端が第３の配線によってプラズマアーク電源部に接続されている。制御器は、第４の配線によって第６の端子と接続され、第５の配線によって第７の端子と接続されている。第６の配線は、第１の配線と第５の配線とをリレー接点を介して接続する。制御器は第１の配線の電流を検知し、リレー接点を制御する。

本開示によれば、プラズマ切断用トーチは、冷却ケーブルと、トーチスイッチケーブルとの２種類のケーブルをプラズマ切断用電源に接続すればよい。これにより、本実施の形態では、２種類のケーブルを接続するだけでよく、従来に比べて省線化を実現し、ケーブルの接続作業を簡略化することができる。さらに、パイロットケーブル９の接続端子部がむき出しになることがなく、接続作業中の安全性が高くなる。

図１は、本開示の実施の形態１におけるプラズマ切断装置の概略構成を示す図である。図２は、本開示の実施の形態１におけるプラズマ切断装置の電気回路の概略構成を示す図である。図３は、従来のプラズマ切断装置の概略構成を示す図である。図４は、従来のプラズマ切断装置の電気回路の概略構成を示す図である。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるプラズマ切断装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態におけるプラズマ切断装置の電気回路の概略構成を示す図である。

図１において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ２は、プラズマ切断用電源４の外部に設置されたレギュレータ３に接続されている。レギュレータ３は、プラズマ切断用電源４の内部に設置しても構わない。レギュレータ３は、コンプレッサ２から供給される作動ガスの圧力を一定に調整する。定圧の作動ガスは、レギュレータ３からプラズマ切断用電源４の内部に導かれる。

レギュレータ３は、プラズマ切断用電源４の内部に設けられた、プラズマアークの始動と停止によってオンオフされるガスバルブ（図示せず）に接続される。レギュレータ３から供給された作動ガスは、プラズマ切断用電源４の内部を、ガスバルブを経由して流れる。ガスバルブは、作動ガスをトーチ本体１の先端部に送る冷却ケーブル８（第１のケーブル）に接続されている。冷却ケーブル８は、作動ガスを流すガスラインと、電気配線である電纜との両方を有する。

さらに、プラズマ切断用電源４は、端子２４、２５、２６、２７を有する。端子２４は、母材５に接続される母材ケーブル６と接続される。端子２５は、冷却ケーブル８の電纜が接続された端子２１と接続される。端子２６、２７は、トーチスイッチケーブル１０の端子２２、２３とそれぞれ接続されている。

プラズマ切断用トーチ７は、トーチ本体１と、冷却ケーブル８と、トーチスイッチケーブル１０とを有する。トーチ本体１は、冷却ケーブル８およびトーチスイッチケーブル１０と接続されている。作動ガスは、冷却ケーブル８のガスラインを経由してトーチ本体１の先端部に供給される。

以上のように、プラズマ切断用トーチ７およびプラズマ切断用電源４により、本実施の形態のプラズマ切断装置１１が構成されている。

次に、図２を用いて、プラズマ切断の方法と、プラズマ切断用電源４と母材５とプラズマ切断用トーチ７との接続について説明する。

まず、プラズマ切断用トーチ７の構造について説明する。

図２に示すように、プラズマ切断用トーチ７は、冷却ケーブル８（第１のケーブル）と、パイロットケーブル９（第３のケーブル）と、トーチスイッチケーブル１０（第２のケーブル）と、トーチスイッチ１２と、電極１３と、チップ１４と、高周波成分除去手段１９（第１のフィルタ）と、逆流防止手段２０とを有する。電極１３とチップ１４は、図１のトーチ本体１の先端部に設けられている。

冷却ケーブル８は、作動ガスを流すガスラインと、電気配線である電纜とを有する。冷却ケーブル８の電纜は、電極１３と端子２１とを接続し、端子２１は、プラズマ切断用電源４との接続端子である。

パイロットケーブル９は、チップ１４とトーチスイッチケーブル１０とを接続する。パイロットケーブル９はプラズマ切断用トーチ７の内部に収納されている。

トーチスイッチケーブル１０は、端子２２と端子２３とを接続し、端子２２側から順に、高周波成分除去手段１９と逆流防止手段２０とトーチスイッチ１２とを有している。逆流防止手段２０は、端子２２から端子２３への電流の流れを防止し、端子２３から端子２２への電流の流れを妨げない。また、端子２２と高周波成分除去手段１９との間において、パイロットケーブル９とトーチスイッチケーブル１０とが接続されている。端子２２、２３は、プラズマ切断用電源４との接続端子である。高周波成分除去手段１９は、例えば、ＬＣフィルタであり、逆流防止手段２０は、例えば、ダイオードである。高周波成分除去手段１９と逆流防止手段２０との接続順は反対でも構わない。

次に、プラズマ切断用電源４について説明する。図２に示すように、プラズマ切断用電源４は、制御器１５と、プラズマアーク電源部１６と、リレーコイル１８ａと、リレー接点１８ｂと、高周波発生器１７と、高周波成分除去手段３３とを有する。

プラズマアーク電源部１６は、端子２４（第４の端子）と配線２８（第１の配線）によって接続されている。高周波発生器１７は、端子２５（第５の端子）と配線２９（第２の配線）によって接続され、プラズマアーク電源部１６と配線３０（第３の配線）によって接続されている。また、配線２８と配線３０とは、コンデンサを介して接続されている。

制御器１５は、リレーコイル１８ａと接続されている。制御器１５の負極は、端子２６（第６の端子）と配線３１（第４の配線）によって接続されている。制御器１５の正極は、端子２７（第７の端子）と配線３２によって接続されている。配線３１は、経路に高周波成分除去手段３３（第２のフィルタ）を有する。配線３１は、高周波成分除去手段３３と端子２６との間において、配線２８とリレー接点１８ｂを介して接続されている。また、制御器１５は、配線２８の電流を検知し、リレー接点１８ｂのオンオフを制御する。高周波成分除去手段３３は、例えば、ＬＣフィルタである。

プラズマ切断用電源４の端子２４は、母材ケーブル６を介して母材５と接続される。プラズマ切断用電源４の端子２５、２６、２７はそれぞれ、プラズマ切断用トーチ７の端子２１、２２、２３と接続される。

次に、プラズマ切断の方法について、説明する。プラズマ切断は、接触切断および非接触切断の２種類に大きく分けられる。

先ず、接触切断について説明する。トーチスイッチ１２をオンすることにより起動信号が発生する。起動信号の発生により、プラズマ切断用電源４の制御器１５は、リレーをオンする。なお、リレーは、リレーコイル１８ａとリレー接点１８ｂとからなり、リレーをオンするとリレー接点１８ｂが導通状態となる。そして、高周波発生器１７により、冷却ケーブル８とプラズマ切断用トーチ７内でトーチスイッチケーブル１０のカソード側（制御器１５の負極側）に接続されたパイロットケーブル９との間に高周波電圧を印加する。これにより、プラズマ切断用トーチ７の先端部において、電極１３と、チップ１４と接触した母材５との間にパイロットアークを発生させる。次に、プラズマアーク電源部１６により電極１３と母材５との間に電力を供給する。これにより、パイロットアークは、電極１３と母材５との間のプラズマアークに発展する。また、制御器１５は、母材５に流れる電流を、母材５に接続された母材ケーブル６および配線２８を介して感知し、リレーをオフする。すなわち、リレーのリレー接点１８ｂをオフして非導通状態とする。これにより、高周波発生器１７による、電極１３とチップ１４との間での高周波電圧は印加されなくなる。

なお、パイロットケーブル９は、プラズマ切断用トーチ７内において、トーチスイッチケーブル１０のカソード側（制御器１５の負極側）にある接続点で、トーチスイッチケーブル１０と接続されている。また、トーチスイッチケーブル１０は、パイロットケーブル９との接続点からトーチスイッチ１２の側に向かって、高周波成分除去手段１９と逆流防止手段２０をこの順に設けている。従って、電極１３とチップ１４と接触した母材５との間で高周波電圧を発生させる際、トーチスイッチケーブル１０のアノード側（制御器１５の正極側）へ高周波成分が流れることを防止できる。

また、プラズマ切断用電源４の内部において、プラズマ切断用トーチ７に接続される配線３１（制御器１５の負極側）に、高周波成分除去手段３３を設けている。従って、電極１３とチップ１４と接触した母材５との間で高周波電圧を発生させる際、高周波成分が除去され、トーチスイッチ１２による信号のみが制御器１５に入力される。

次に、非接触切断について、接触切断との差異を説明する。高周波発生器１７によって冷却ケーブル８とパイロットケーブル９との間に高周波電圧を印加すると、プラズマ切断用トーチ７の先端部において、電極１３とチップ１４との間で絶縁破壊が起きて、パイロットアークが発生する。次に、プラズマアーク電源部１６により、電極１３と母材５との間に電力を供給する。これにより、パイロットアークは、電極１３と母材５との間のプラズマアークに発展する。すなわち、電極１３とチップ１４との間のパイロットアークが、電極１３と母材５との間のプラズマアークに移行する。リレーのオンオフなどについては、接触切断と同様である。

なお、パイロットケーブル９は、プラズマ切断用トーチ７内において、トーチスイッチケーブル１０のカソード側（制御器１５の負極側）にある接続点で、トーチスイッチケーブル１０と接続されている。また、トーチスイッチケーブル１０は、パイロットケーブル９との接続点からトーチスイッチ１２の側に向かって、高周波成分除去手段１９と逆流防止手段２０をこの順に設けている。従って、電極１３とチップ１４との間で高周波電圧を発生させる際、トーチスイッチケーブル１０のアノード側（制御器１５の正極側）へ高周波成分が流れることを防止できる。

また、プラズマ切断用電源４の内部において、プラズマ切断用トーチ７に接続される配線３１（制御器１５の負極側）に、高周波成分除去手段３３を設けている。従って、電極１３とチップ１４との間で高周波電圧を発生させる際、高周波成分が除去され、トーチスイッチ１２による信号のみが制御器１５に入力される。

次に、プラズマ切断用電源４と母材５とプラズマ切断用トーチ７との接続について説明する。プラズマ切断用トーチ７は、冷却ケーブル８と、パイロットケーブル９の機能を備えたトーチスイッチケーブル１０との２種類のケーブルを、プラズマ切断用電源４に接続すればよい。すなわち、パイロットケーブル９をプラズマ切断用電源４に接続する必要がない。これにより、本実施の形態では、２種類のケーブルを接続するだけでよく、従来に比べて省線化を実現し、ケーブルの接続作業を簡略化することができる。さらに、パイロットケーブル９の接続端子部がむき出しになることがなく、接続作業中の安全性が高くなる。

なお、プラズマ切断用電源４と母材５とを母材ケーブル６で接続する点は、従来と同様である。

本開示によれば、プラズマ切断装置におけるケーブルの省線化により、作業効率と安全性が向上し、産業上有用である。

１トーチ本体
２コンプレッサ
３レギュレータ
４プラズマ切断用電源
５母材
６母材ケーブル
７プラズマ切断用トーチ
８冷却ケーブル
９パイロットケーブル
１０トーチスイッチケーブル
１１プラズマ切断装置
１２トーチスイッチ
１３電極
１４チップ
１５制御器
１６プラズマアーク電源部
１７高周波発生器
１８ａリレーコイル
１８ｂリレー接点
１９高周波成分除去手段
２０逆流防止手段
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７端子
２８，２９，３０，３１，３２配線
３３高周波成分除去手段
１０１トーチ先端部
１０２コンプレッサ
１０３レギュレータ
１０４切断用電源
１０５母材
１０６母材ケーブル
１０７プラズマ切断トーチ
１０８冷却ケーブル
１０９パイロットケーブル
１０９ａ接続端子部
１１０トーチスイッチケーブル
１１１プラズマ切断装置
１１２トーチスイッチ
１１３電極
１１４チップ
１１５制御器
１１６プラズマアーク電源部
１１７高周波発生器
１１８高周波発生器
１１８ａコイル
１１８ｂ接点

Claims

電極と、
前記電極と電気的に接続され、第１の端子を有する第１のケーブルと、
トーチスイッチと、
前記トーチスイッチと電気的に接続され、第２の端子および第３の端子を有する第２のケーブルと、
前記電極とは離れており、前記電極を囲むチップと、
前記チップと電気的に接続された第３のケーブルと、を備え、
前記第３のケーブルは、前記第２の端子と前記トーチスイッチの間の接続点において、前記第２のケーブルと電気的に接続され、
前記第２のケーブルは、前記トーチスイッチと前記接続点との間に逆流防止部と第１のフィルタ部とを有し、
前記第１の端子と前記第２の端子と前記第３の端子とを介してプラズマ切断用電源に接続されるプラズマ切断用トーチ。
電極と電気的に接続され、第１の端子を有する第１のケーブルと、トーチスイッチと電気的に接続され、第２の端子および第３の端子を有する第２のケーブルと、前記電極を囲むチップと電気的に接続された第３のケーブルと、を有し、前記第３のケーブルは、前記第２の端子と前記トーチスイッチの間の接続点において、前記第２のケーブルと電気的に接続され、前記第２のケーブルは、前記トーチスイッチと前記接続点との間に逆流防止部と第１のフィルタ部とを有するプラズマ切断用トーチが接続されるプラズマ切断用電源であって、
一端が第１の配線によって第４の端子と接続されたプラズマアーク電源部と、
一端が第２の配線によって第５の端子と接続され、他端が第３の配線によって前記プラズマアーク電源部に接続された高周波発生器と、
第４の配線によって第６の端子と接続され、第５の配線によって第７の端子と接続された制御器と、
前記第１の配線と前記第５の配線とをリレー接点を介して接続する第６の配線と、を備え、
前記制御器は前記第１の配線の電流を検知し、前記リレー接点を制御するプラズマ切断用電源。
前記第４の配線は、第２のフィルタ部を有する請求項２に記載のプラズマ切断用電源。
前記制御器と接続されたリレーコイルをさらに備えた請求項２または３に記載のプラズマ切断用電源。
前記第１の配線と前記第３の配線とは、コンデンサを介して接続されている請求項２〜４のいずれかに記載のプラズマ切断用電源。
電極と、
前記電極と電気的に接続され、第１の端子を有する第１のケーブルと、
トーチスイッチと、
前記トーチスイッチと電気的に接続され、第２の端子および第３の端子を有する第２のケーブルと、
前記電極とは離れており、前記電極を囲むチップと、
前記チップと電気的に接続された第３のケーブルと、を有するプラズマ切断用トーチと、
一端が第１の配線によって第４の端子と接続されたプラズマアーク電源部と、
一端が第２の配線によって第５の端子と接続され、他端が第３の配線によって前記プラズマアーク電源部に接続された高周波発生器と、
第４の配線によって第６の端子と接続され、第５の配線によって第７の端子と接続された制御器と、
前記第１の配線と前記第５の配線とをリレー接点を介して接続する第６の配線と、を有するプラズマ切断用電源とを備え、
前記第３のケーブルは、前記第２の端子と前記トーチスイッチの間の接続点において、前記第２のケーブルと電気的に接続され、
前記第２のケーブルは、前記トーチスイッチと前記接続点との間に逆流防止部と第１のフィルタ部とを有し、
前記制御器は前記第１の配線の電流を検知し、前記リレー接点を制御し、
前記第１の端子と前記第２の端子と前記第３の端子とがそれぞれ、前記第５の端子と前記第６の端子と前記第７の端子と接続されているプラズマ切断装置。