JP6807261B2

JP6807261B2 - プラズマ切断装置及びプラズマ切断方法

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Publication number: JP6807261B2
Application number: JP2017065942A
Authority: JP
Inventors: 直也青野; 佐野　義美; 義美佐野; 喜夫深田; 大輔伊原
Original assignee: Nissan Tanaka Corp
Current assignee: Nissan Tanaka Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018167290A

Description

本発明は、プラズマ切断装置及びプラズマ切断方法に関する。

従来、プラズマ切断によって鋼板などの被切断材を切断することが行われている。プラズマ切断では、プラズマトーチ内の電極と被切断材との間に直流電圧を印加し、かつ酸素ガスなどの作動ガスを流すことによりプラズマアークを発生させ、電極と被切断材とを相対的に移動させることで被切断材が切断される。

作動ガスに酸素ガスを用いる酸素プラズマ切断において、電極は、高純度酸素ガスによる酸化性雰囲気に曝されかつプラズマアークの高い温度が作用する。このような過酷な使用条件に耐えるため、従来、電極材料として、融点が高く仕事関数が小さいハフニウムが用いられている。これによって、電極の寿命を使用可能な程度まで伸ばしている。

また、電極の寿命をさらに伸ばす方法として、特許文献１には、電極と被切断材との間にプラズマアークを発生させるために供給する直流電流に、所定の周波数及び振幅を有する交流電流を重畳させることによって、直流電流のみを供給する場合よりも電極の寿命を伸ばす技術が開示されている。

特許第２８１９３９３号公報

近年、プラズマ切断で比較的板厚が大きい被切断材を切断する需要が高くなっている。被切断材は、例えば鋼板である。この需要に対応するため、電流値が２００Ａを超えるような大電流がプラズマ切断の直流電流として用いられている。このように切断時の電流値が大きい場合には、０からその電流値まで瞬時に電流を増加させること、及びその電流値から０まで瞬時に電流を減少させることは難しい。このため、通常は、一定の時間をかけて０からその電流値まで電流を増加させ、また一定の時間をかけてその電流値から０まで減少させている。

これに対して、特許文献１に記載された技術は、電極と被切断材との間に供給する供給電流の平均値が７０Ａである条件下での実験結果のみに基づいている。プラズマ切断において、７０Ａの電流は、主に薄板（板厚が６ｍｍ未満）を切断する際に用いられており、中厚板（板厚が６ｍｍ以上１６ｍｍ未満）や厚板（板厚が１６ｍｍ以上）を切断するのには用いられていない。通常、プラズマ切断において、７０Ａ程度の電流値であれば、０からこの電流値まで瞬時に電流を増加させ、またこの電流値から０まで瞬時に電流を減少させている。したがって、特許文献１では、０から切断時の電流値まで電流を増加させる期間（電流増加期間）及び切断時の電流値から０まで電流を減少させる期間（電流減少期間）について全く考慮されていないと考えられる。加えて、特許文献１には、直流電流に交流電流を重畳させると電極の寿命が短くなる場合があることも開示されている。このため、上述した電流増加期間及び電流減少期間を含むように供給される電流によって被切断材を切断する場合、具体的には板厚が大きい被切断材を高速で切断する場合に、どのように直流電流に交流電流を重畳させれば電極の寿命を伸ばせるのか不明であった。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、電流増加期間及び電流減少期間を含むように供給される電流によって被切断材を切断する場合において、電極の寿命を伸ばすことが可能なプラズマ切断装置及びプラズマ切断方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に係るプラズマ切断装置は、電極を有するプラズマトーチと、前記電極と被切断材との間にプラズマアークを発生させるために前記電極と前記被切断材との間に直流電流を供給し、前記直流電流に交流電流を重畳させることが可能な電源部と、前記電源部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記直流電流が、前記直流電流の大きさが０から切断電流値まで上昇する電流増加期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値で略一定である定常期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値から０まで下降する電流減少期間と、を有するように前記電源部を制御し、かつ、少なくとも前記定常期間及び前記電流減少期間の間、前記交流電流を前記直流電流に重畳させるように前記電源部を制御する。

上記のプラズマ切断装置において、前記制御部は、前記定常期間及び前記電流減少期間の間のみ、前記交流電流を前記直流電流に重畳させるように前記電源部を制御してもよい。

本発明の第二の態様に係るプラズマ切断方法は、プラズマトーチの電極と被切断材との間に発生するプラズマアークによって前記被切断材を切断するプラズマ切断方法であって、前記プラズマアークを発生させるために前記電極と前記被切断材との間に直流電流を、前記直流電流の大きさが０から切断電流値まで上昇する電流増加期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値で略一定である定常期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値から０まで下降する電流減少期間と、を設けるように供給し、少なくとも前記定常期間及び前記電流減少期間の間、交流電流を前記直流電流に重畳させる。

上記のプラズマ切断方法において、前記定常期間及び前記電流減少期間の間のみ、前記交流電流を前記直流電流に重畳させてもよい。

このようなプラズマ切断装置及びプラズマ切断方法によれば、少なくとも定常期間及び電流減少期間の間、交流電流を直流電流に重畳させることによって、電極の寿命を伸ばすことができる。

上記のプラズマ切断装置及びプラズマ切断方法によれば、少なくとも定常期間及び電流減少期間の間、交流電流を直流電流に重畳させることによって、電極の寿命を伸ばすことができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置の概略構成を示す図である。前記プラズマ切断装置において電極と被切断材との間に供給される直流電流の波形の一例を示す図である。前記電極と前記被切断材との間に供給される電流の波形を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ切断装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、プラズマ切断装置１は、電極１１を有するプラズマトーチ１０と、電源部２０と、電源部２０を制御する制御部３０と、を備えている。

プラズマトーチ１０は、内部に空間を有するノズル部１２を有している。ノズル部１２は、先端側が円錐状で基端側が円筒状とされた筒体からなる外径を有している。電極１１は、ノズル部１２の内部に配置されている。電極１１とノズル部１２との間には、作動ガスが流れる作動ガス流路１３が形成されている。ノズル部１２の先端には、作動ガス流路１３の先端側と連通するノズル孔１２ａが形成されている。

電極１１は、先端側に底部を有する円筒状の外形を有している。電極１１の先端には、例えばハフニウムなどで形成された電極材１４が設けられている。電極１１は、電極１１の内部空間に冷却水を循環させることで冷却することができる。電極１１は、例えば銅などの比較的高い導電率を有する金属で形成されている。

作動ガス流路１３の基端側は、ホースなどを介して作動ガス供給源１５と接続されている。作動ガス供給源１５は、例えば酸素ガスなどの作動ガスを作動ガス流路１３に供給することができる。作動ガス供給源１５から作動ガス流路１３の基端側に供給された作動ガスは、作動ガス流路１３の先端側を通ってノズル孔１２ａから噴出する。

電源部２０は、プラズマトーチ１０の電極１１と被切断材Ｗとの間にプラズマアークＰを発生させるために電極１１と被切断材Ｗとの間に直流電流を供給する。また、電源部２０は、直流電流に交流電流を重畳させることが可能に構成されている。電源部２０は、電極１１及び被切断材Ｗのそれぞれと電気的に接続されている。また、電源部２０は、プラズマトーチ１０のノズル部１２とも電気的に接続されている。電源部２０は、商用電源から供給される電力を用いて、電極１１と被切断材Ｗとの間に所定の電圧をかけることでプラズマアークＰを発生させることができる。電源部２０において直流電流の供給や交流電流の直流電流への重畳は、制御部３０からの指示に基づいて実施される。

制御部３０は、電源部２０と電気的に接続されており、電源部２０との間で信号を送受信可能に構成されている。本実施形態では、制御部３０は、直流電流が電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄを有するように電源部２０を制御する。図２に、プラズマ切断装置１において電極１１と被切断材Ｗとの間に供給される直流電流の波形の一例を示す。図２に示すように、電流増加期間Ｔｕは、直流電流の大きさが電流値０から切断時の電流値（以下、切断電流値と称する。）Ｉｃまで上昇する期間である。切断電流値Ｉｃは、例えば２００Ａ〜４００Ａ程度である。この電流増加期間Ｔｕにおいて、プラズマアークＰを発生させる。また、定常期間Ｔｃは、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃで略一定である期間である。主に定常期間Ｔｃにおいて、被切断材ＷをプラズマアークＰによって切断する。そして、電流減少期間Ｔｄは、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃから電流値０まで下降する期間である。

なお、図２に示す例では、電流増加期間Ｔｕにおいて、直流電流の大きさを０から切断電流値Ｉｃよりも小さい第一電流値Ｉｕまで瞬時（例えば、０秒）に上昇させている。第一電流値Ｉｕは、プラズマアークＰを発生させるのに十分な電流値に設定されており、例えば５０Ａ程度である。よって、電流増加期間Ｔｕでは、プラズマアークＰを発生させるため直流電流の大きさを０から第一電流値Ｉｕまで瞬時に上昇させて、その後、電極材１４を不必要に溶融させないように直流電流の大きさを第一電流値Ｉｕから切断電流値Ｉｃまで所定の期間で上昇させている。

また、図２に示す例では、電流減少期間Ｔｄにおいて、直流電流の大きさを切断電流値Ｉｃから切断電流値Ｉｃより小さい第二電流値Ｉｄまで所定の期間で下降させた後、第二電流値Ｉｄから０まで瞬時に下降させている。第二電流値Ｉｄは、プラズマ切断装置１において直流電流を瞬時に０まで下降させても不具合のない電流値に設定されており、例えば５０Ａ程度である。よって、電流減少期間Ｔｄでは、プラズマアークＰによって被切断材Ｗを不必要に溶融させないように直流電流の大きさを切断電流値Ｉｃから第二電流値Ｉｄまで所定の期間で下降させ、その後、直流電流の大きさを第二電流値Ｉｄから０まで瞬時に下降させている。なお、図２に示す例では、第一電流値Ｉｕと第二電流値Ｉｄとは同じ大きさになっているが、これに限らない。第一電流値Ｉｕと第二電流値Ｉｄとは、異なる大きさになっていてもよい。

制御部３０は、電源部２０が供給する直流電流に所定の交流電流を重畳させるように電源部２０を制御することが可能である。本実施形態では、制御部３０は、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、交流電流を直流電流に重畳させるように電源部２０を制御する。このようにすることで、後述する実施例に示すように、電極１１の寿命を伸ばすことができる。

また、制御部３０は、電源部２０が供給する直流電流の大きさ（直流電流の電流値Ｉ）、並びに直流電流に重畳させる交流電流の大きさ（交流電流の振幅Ａ）及び周波数Ｆを制御することができる。制御部３０が制御するこれらの値の範囲について特に制限はないが、例えば、制御部３０は、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃとして例えば２００Ａ〜４００Ａ程度となるように電源部２０を制御することができる。また、制御部３０は、交流電流の最大値と最小値との差が直流電流の切断電流値Ｉｃに対して０％よりも大きく４０％程度以下の大きさの交流電流を直流電流に重畳させるように電源部２０を制御することができる。さらに、制御部３０は、交流電流の周波数Ｆが５０Ｈｚ〜３００Ｈｚ程度となるように電源部２０を制御することができる。

ここで、電源部２０が供給する直流電流及び直流電流に重畳させる交流電流について、詳細に説明する。図３は、電極１１と被切断材Ｗとの間に供給される電流の波形を模式的に示す図である。図３では説明を簡略にするため、直流電流の大きさが電流値Ｉで一定の場合（例えば、定常期間Ｔｃにおいて直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃで一定の場合に相当する。）を示している。図３（ａ）は、直流電流に交流電流が重畳されていない場合の波形を示している。図３（ｂ）は、直流電流に重畳する交流電流の波形を示している。図３（ｃ）は、直流電流に交流電流が重畳されている場合の波形を示している。

図３（ａ）に示すように、直流電流は、その電流値が時間の経過に関わらず所定の電流値Ｉで略一定の電流Ｃ１である。図３（ｂ）に示すように、直流電流に重畳する交流電流は、所定の振幅Ａ及び所定の周波数Ｆを有する正弦波の電流Ｃ２である。そして、図３（ｃ）に示すように、直流電流に交流電流が重畳された電流は、電流値Ｉの直流電流に所定の振幅Ａ及び所定の周波数Ｆを有する交流電流が重畳された電流Ｃ３である。この場合、電流Ｃ３の平均電流値は、電流値Ｉとなり、電流Ｃ３の電流値は、電流値Ｉを中心に振幅Ａの範囲で時間の経過とともに変化する。なお、交流電流の最大値と最小値との差である振幅Ａは、電流Ｃ３の平均電流値、すなわち直流電流の電流値Ｉに対する比率（以下、リップル率と称する。）Ｒで表現する。リップル率Ｒは、次に示す式（１）で表現される。
Ｒ＝（Ａ／Ｉ）×１００［％］・・・（１）

直流電流に交流電流を重畳させない場合には、電源部２０は、電極１１と被切断材Ｗとの間に図３（ａ）で示される電流Ｃ１を供給する。また、直流電流に交流電流を重畳させる場合には、電源部２０は、電極１１と被切断材Ｗとの間に図３（ｃ）で示される電流Ｃ３を供給する。

次に、プラズマ切断装置１を用いたプラズマ切断方法について説明する。

まず、作動ガス供給源１５から作動ガス流路１３を介してプラズマトーチ１０の電極１１の周囲に作動ガスを供給する。同時に、電源部２０によって電極１１とノズル部１２との間に電圧をかけることにより、ノズル部１２内で電極１１からパイロットアークが発生る。引き続き作動ガスを供給することで、パイロットアークによりノズル部１２内でプラズマ化した作動ガスをノズル孔１２ａから噴射するとともに、電源部２０によって電極１１と被切断材Ｗとの間に電圧をかけプラズマアーク（メインアーク）Ｐを形成する。同時に、電極１１とノズル部１２との間に印加した電圧を停止してパイロットアークを停止する。被切断材Ｗは、プラズマアークＰの熱エネルギーによって溶融し、またプラズマアークＰの噴射エネルギーによってその溶融物が排除される。これによって、被切断材Ｗの厚さ方向に貫通した溝を形成し、プラズマ切断が実施される。

本実施形態では、上述のプラズマ切断方法において、電極１１と被切断材Ｗとの間に、電流増加期間Ｔｕと定常期間Ｔｃと電流減少期間Ｔｄとを設けるように直流電流を供給し、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、交流電流を直流電流に重畳させる。このようにすることで、交流電流を直流電流に重畳させていない場合に比べて電極１１の寿命を伸ばすことができる。

より好ましくは、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間のみ、交流電流を直流電流に重畳させるとよい。また、定常期間Ｔｃの全体及び電流減少期間Ｔｄの全体に渡って、交流電流を直流電流に重畳させるとよい。定常期間Ｔｃの間に直流電流に重畳させる交流電流の大きさ及び周波数Ｆと電流減少期間Ｔｄの間に直流電流に重畳させる交流電流の大きさ及び周波数Ｆとは、それぞれ同一であってよい。

電極１１と被切断材Ｗとの間に供給される、交流電流を重畳させる前の直流電流の大きさは、２５０Ａ以上３５０Ａ以下に設定することが好ましい。このようにすることで、６ｍｍ以上の板厚を有する被切断材Ｗを好適に切断することができる。また、直流電流に重畳させる交流電流の大きさは、交流電流の最大値と最小値との差が直流電流に対して２５％以上４０％以下となるように設定することが好ましい。直流電流に重畳させる交流電流の周波数Ｆは、５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下となるように設定することが好ましい。

被切断材Ｗを切断する速度である切断速度は、被切断材Ｗの板厚や電源部２０が供給する直流電流の大きさによって変化する。例えば、被切断材Ｗの板厚が６ｍｍであり、直流電流の大きさが２５０Ａである場合には、切断速度は４０００ｍｍ／ｍｉｎである。また、被切断材Ｗの板厚が６ｍｍであり、直流電流の大きさが５００Ａである場合には、切断速度は８０００ｍｍ／ｍｉｎである。そして、被切断材Ｗの板厚が５０ｍｍであり、直流電流の大きさが５００Ａである場合には、切断速度は８００ｍｍ／ｍｉｎである。なお、切断速度は、公知の速度制御手段によって制御することができる。

また、上述した説明において、直流電流に重畳させる交流電流の波形は正弦波であるとしたが、これに限らない。交流電流の波形は、矩形波などであってもよい。

また、直流電流に重畳させる交流電流の周波数Ｆは、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄにおいて全て同じ周波数であったが、各期間で周波数が異なっていてもよい。この場合、例えば、定常期間Ｔｃにおける交流電流の周波数Ｆよりも電流減少期間Ｔｄにおける交流電流の周波数Ｆを大きくすることで、電極１１の寿命をさらに伸ばすことができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

本実施例では、電極と被切断材との間に供給する直流電流に交流電流を重畳させる期間を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄについて変化させ、電極の寿命が伸びる効果について検討した。

〔比較例１〕
プラズマ切断装置において、作動ガスとして酸素ガスを用い、ガス流量を５０ＮＬ（ノルマルリットル）／ｍｉｎとした。電極の電極材には、ハフニウムを用いた。電極と被切断材との間に供給する直流電流の切断電流値Ｉｃを３００Ａとした。なお、直流電流には交流電流を重畳させていない。この条件において、プラズマアークを１分間発生させた後、電源部からの電流の供給を停止した。このとき、直流電流の波形は図２に示すものとし、第一電流値Ｉｕ及び第二電流値Ｉｄはともに５０Ａとした。プラズマアークを発生させた１分間のうち、最初の電流増加期間Ｔｕは１．５秒とし、次の定常期間Ｔｃは５８．３秒とし、最後の電流減少期間Ｔｄは０．２秒とした。この１分間プラズマアークを発生させる作業を繰り返して電極を消耗させ、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は１６５分であった。

〔実施例１〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３３．３％及び周波数５０Ｈｚの交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２２５分であった。

〔実施例２〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３３．３％及び周波数５０Ｈｚの交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２５１分であった。

上述した比較例１、実施例１、及び実施例２の計測結果を表１に示す。なお、表１では、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄのそれぞれにおける直流電流への交流電流の重畳の有無、切断電流値Ｉｃ、リップル率Ｒ、周波数Ｆ、電極寿命、並びに電極寿命比率を示している。ここで、電極寿命比率とは、同一の切断電流値Ｉｃにおいて交流電流を直流電流に重畳させていない場合の寿命を１００とした場合における、交流電流を直流電流に重畳させた場合の寿命を示す割合である。

表１に示すように、直流電流の切断電流値Ｉｃが３００Ａで交流電流を直流電流に重畳していない条件の比較例１に対して、リップル率Ｒが３３．３％の交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例１では、電極寿命比率が１３６となった。また、比較例１に対して、リップル率Ｒが３３．３％の交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例２では、電極寿命比率が１５２となった。これにより、実施例１及び２では、比較例１に対して電極の寿命が大幅に伸びることが確認された。また、電流増加期間Ｔｕでは直流電流に交流電流を重畳させず、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄで直流電流に交流電流を重畳させた実施例２において、最も電極の寿命が伸びることが確認された。

以上より、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、直流電流に交流電流を重畳させることで、直流電流のみを供給する場合に比べて電極の寿命が伸びることが確認された。また、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間のみ、直流電流に交流電流を重畳させることで、電極の寿命が最も伸びることが確認された。

本実施形態に係るプラズマ切断装置１は、電極１１を有するプラズマトーチ１０と、電極１１と被切断材Ｗとの間にプラズマアークＰを発生させるために電極１１と被切断材Ｗとの間に直流電流を供給し、直流電流に交流電流を重畳させることが可能な電源部２０と、電源部２０を制御する制御部３０と、を備える。制御部３０は、直流電流が、直流電流の大きさが０から切断電流値Ｉｃまで上昇する電流増加期間Ｔｕと、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃで略一定である定常期間Ｔｃと、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃから０まで下降する電流減少期間Ｔｄと、を有するように電源部２０を制御し、かつ、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、交流電流を直流電流に重畳させるように電源部２０を制御する。

また、本実施形態に係るプラズマ切断方法は、プラズマトーチ１０の電極１１と被切断材Ｗとの間に発生するプラズマアークＰによって被切断材Ｗを切断するプラズマ切断方法であって、プラズマアークＰを発生させるために電極１１と被切断材Ｗとの間に直流電流を、直流電流の大きさが０から切断電流値Ｉｃまで上昇する電流増加期間Ｔｕと、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃで略一定である定常期間Ｔｃと、直流電流の大きさが切断電流値Ｉｃから０まで下降する電流減少期間Ｔｄと、を設けるように供給し、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、交流電流を直流電流に重畳させる。

上述したプラズマ切断装置１及びプラズマ切断方法によれば、電極１１と被切断材Ｗとの間に供給する直流電流に、少なくとも定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの間、交流電流を重畳させることによって、交流電流を直流電流に重畳させていない場合に比べて電極１１の寿命を伸ばすことができる。

なお、発明者らは上述した検討に加えて、電極と被切断材との間に供給する直流電流の切断電流値Ｉｃと直流電流に重畳させる交流電流のリップル率Ｒ及び周波数Ｆとを変化させ、電極の寿命が伸びる効果についても検討した。その結果を下記に示す。

〔比較例２〕
直流電流の切断電流値Ｉｃを２５０Ａとした以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は９０分であった。

〔実施例３〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３２％及び周波数１５０Ｈｚの交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例２と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は１５０分であった。

〔実施例４〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３２％及び周波数３００Ｈｚの交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例２と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２７０分であった。

〔実施例５〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３３．３％及び周波数５０Ｈｚの交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２２５分であった。

〔実施例６〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率３３．３％及び周波数１５０Ｈｚの交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２４０分であった。

〔実施例７〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率１３．３％及び周波数３００Ｈｚの交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は１７２分であった。

〔比較例３〕
直流電流の切断電流値Ｉｃを３５０Ａとした以外は比較例１と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は１３１分であった。

〔実施例８〕
切断電流値Ｉｃに対するリップル率２８．６％及び周波数１００Ｈｚの交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた以外は比較例３と同じ条件で、電極の寿命を計測した。その結果、電極の寿命は２１２分であった。

上述した各実施例及び各比較例での計測結果を表２から表４に示す。

表２に示すように、直流電流の切断電流値Ｉｃが２５０Ａで交流電流を直流電流に重畳していない条件の比較例２に対して、切断電流値Ｉｃに対するリップル率Ｒが３２％の交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例３及び４では、電極寿命比率がそれぞれ１６７及び３００となった。これにより、実施例３及び４では、比較例２に対して電極の寿命が大幅に伸びることが確認された。

また、表３に示すように、直流電流の切断電流値Ｉｃが３００Ａで交流電流を直流電流に重畳していない条件の比較例１に対して、切断電流値Ｉｃに対するリップル率Ｒが３３．３％の交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例５及び６では、電極寿命比率がそれぞれ１３６及び１４５となった。これにより、実施例５及び６では、比較例１に対して電極の寿命が大幅に伸びることが確認された。また、切断電流値Ｉｃに対するリップル率Ｒが１３．３％の交流電流を、電流増加期間Ｔｕ、定常期間Ｔｃ、及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例７では、比較例１に対して電極寿命比率が１０４となり、実施例５及び６に比べると小さいが電極の寿命が伸びることが確認された。

また、表４に示すように、直流電流の切断電流値Ｉｃが３５０Ａで交流電流を直流電流に重畳していない条件の比較例３に対して、切断電流値Ｉｃに対するリップル率Ｒが２８．６％の交流電流を、定常期間Ｔｃ及び電流減少期間Ｔｄの全てにおいて直流電流に重畳させた実施例８では、電極寿命比率が１６２となった。これにより、実施例８では、比較例３に対して電極の寿命が大幅に伸びることが確認された。

以上より、直流電流の切断電流値Ｉｃが２５０Ａ〜３５０Ａの範囲において、切断電流値Ｉｃに対するリップル率Ｒが２５％〜４０％及び周波数Ｆが５０Ｈｚ〜３００Ｈｚの交流電流を直流電流に重畳させることで、直流電流のみを供給する場合に比べて電極の寿命が伸びることが確認された。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

１プラズマ切断装置
１０プラズマトーチ
１１電極
１２ノズル部
１２ａノズル孔
１３作動ガス流路
１４電極材
１５作動ガス供給源
２０電源部
３０制御部
Ａ振幅
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３電流
Ｆ周波数
Ｉ電流値
Ｉｃ切断電流値
Ｉｄ第二電流値
Ｉｕ第一電流値
Ｐプラズマアーク
Ｒリップル率
Ｔｃ定常期間
Ｔｄ電流減少期間
Ｔｕ電流増加期間
Ｗ被切断材

Claims

電極を有するプラズマトーチと、
前記電極と被切断材との間にプラズマアークを発生させるために前記電極と前記被切断材との間に直流電流を供給し、前記直流電流に交流電流を重畳させることが可能な電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記直流電流が、前記直流電流の大きさが０から切断電流値まで上昇する電流増加期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値で略一定である定常期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値から０まで下降する電流減少期間と、を有するように前記電源部を制御し、かつ、
前記定常期間及び前記電流減少期間の間のみ、前記交流電流を前記直流電流に重畳させるように前記電源部を制御する
プラズマ切断装置。
プラズマトーチの電極と被切断材との間に発生するプラズマアークによって前記被切断材を切断するプラズマ切断方法であって、
前記プラズマアークを発生させるために前記電極と前記被切断材との間に直流電流を、前記直流電流の大きさが０から切断電流値まで上昇する電流増加期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値で略一定である定常期間と、前記直流電流の大きさが前記切断電流値から０まで下降する電流減少期間と、を設けるように供給し、
前記定常期間及び前記電流減少期間の間のみ、交流電流を前記直流電流に重畳させる
プラズマ切断方法。