JP6815017B2 - プラズマ連携切断方法及びその切断装置 - Google Patents
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Description
[1]本発明は、被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、前記被切断材が非導電材と導電材とを有する材料であり、前記非導電材に前記プラズマジェットを噴射し、前記非導電材の切断しようとする部分の面上切断線に沿って前記切断線の全部又は一部分に溝若しくは孔を形成する工程、及び、前記導電材に対して前記非導電材と接触する側の反対側から前記プラズマアークを噴射する工程、によって前記導電材の切断とともに、前記プラズマアークの熱を利用して前記非導電材の切断を同時に行うことを特徴とするプラズマ連携切断方法を提供する。
[2]本発明は、被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、前記被切断材が非導電材と導電材とを有する材料であり、前記導電材にプラズマアークを噴射し、前記導電材の切断とともに、前記導電材の切断部に接する非導電材の部分を深さ方向に一部分だけ破砕又は切断を行う工程、及び、プラズマアークの噴射によって前記導電材の開口した箇所に対して、前記プラズマアークの噴射に追従するようにプラズマジェットを噴射し、前記導電材の切断部に接する非導電材の部分において未破砕又は未切断の部分を破砕又は切断する工程、によって前記被切断材を切断することを特徴とするプラズマ連携切断手法を提供する。
[3]本発明は、前記導電材の材質が金属又は金属を主成分として含む材料であり、前記非導電材がセラミック又はレンガであることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載のプラズマ連携切断方法を提供する。
[4]本発明は、被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、前記被切断材が導電材であり、前記プラズマアークの単独噴射で切断可能な切断面と同面で前記切断面の近傍に、又は前記プラズマアークの単独噴射で切断可能な切断面の切断深さ位置の近傍に、前記プラズマジェットの噴射を走行させることにより前記切断面の加熱を先行して行う工程、及び前記プラズマジェットの噴射の走行に追従するように、前記プラズマアークの噴射を前記被切断材の切断面に沿って走行させることにより前記被切断材を切断する工程、を有することを特徴とするプラズマ連携切断方法を提供する。
[5]本発明は、前記被切断材の切断を水中で行う前記[1]〜[4]のいずれかに記載のプラズマ連携切断方法を提供する。
[6]本発明は、被切断材に向けてプラズマジェットの噴射及びプラズマアークの噴射を組合わせることにより前記被切断材を切断する切断装置として、電源装置と、冷却水循環装置と、少なくとも切断時に流動させるプラズマガスの流動調整を行うことができる操作盤と、非導電性の被切断材の破砕若しくは切断を行うため、又は導電性の被接続材に溝若しくは孔の形成を行うためのプラズマジェット用トーチと、導電性の被切断材の切断を行うためのプラズマアーク用トーチと、を備えるプラズマ連携切断装置であって、前記プラズマ連携切断装置が、前記電源装置及び前記冷却水循環装置をそれぞれ一つだけ備え、前記プラズマジェット用トーチ及び前記プラズマアーク用トーチによるそれぞれの噴射が前記電源装置及び前記冷却水循環装置の切替によって行われることを特徴とするプラズマ連携切断装置を提供する。
[7]本発明は、前記プラズマジェット用トーチ及び前記プラズマアーク用トーチが、高さ、移動及び回転を制御できる駆動手段をそれぞれ独立して個別に有することを特徴とする前記[6]に記載のプラズマ連携切断装置を提供する。
[8]本発明は、前記[6]又は[7]に記載のプラズマ連携切断装置が、さらに被切断材を水中に浸漬するための水槽を備えることを特徴とするプラズマ連携切断装置を提供する。
[発明の効果]
図1は、非導電材によって表面が覆われた導電材を切断するときの本発明の切断方法を示す工程図の一例である。図1に示す切断方法は、プラズマジェット1による非導電材の切断とプラズマアーク2による導電材の溶断を、プラズマジェット及びプラズマアークの各トーチの取替えを行うことなく連続的に実施するため両トーチを連結した形で溶断、破砕によって切断を進めていくものである。ここで、プラズマジェットによる切断は、非導電材の破砕による掘削に起因している。図1には、非導電材及び導電材の例として、それぞれセラミック3及び金属4の組合せを示している。
図5は、非導電材と導電材とを有する被切断材を切断するときの本発明の別の切断方法を示す工程図である。図5は、被切断材を断面図でみたときの工程を示しており、非導電材及び導電材の例が、それぞれセラミック3及び金属4の組合せである。図5に示す切断方法の例は、プラズマジェット用トーチ6及びプラズマアーク用トーチ7を、被切断材10を挟んでそれぞれ対向するように配置し、プラズマジェット1によって非導電材であるセラミック3の表層一部を破壊し、孔又は溝23を形成した後、プラズマアーク2を導電材である金属4に噴射して切断を行う点で、前記第1の実施形態とは異なる。
図9は、プラズマアーク切断技術を用いた非導電材の切断方法を参考例として示す工程図である。本参考例は、切断用のプラズマとしてプラズマアーク単体を使用して非導電材の切断を行う方法であるが、切断性能を第2の実施形態による切断方法と対比するために実験を行った。
本発明による第2の実施形態と参考例による切断方法を、切断の機能と性能の点から対比する。参考例による切断方法は、切断用のプラズマがプラズマアーク単体であるため、第2の実施形態と比べて切断工程が簡略化でき、切断装置も簡素化できる点で有効である。しかしながら、第2の実施形態は、参考例と比べて、次の点で切断の機能と能力が優れる。
前記参考例で説明した切断方法は、非導電材が厚い場合には非導電材の確実な切断が困難になるという技術課題があるため、それを解決するための切断方法として第2の実施形態と異なる切断方法を図10を用いて説明する。図10に示す切断方法は、図6に示す方法とは異なり、導電材にプラズマアーク2を噴射し、それに追従するようにプラズマジェット1を噴射する。そのとき、プラズマジェット用トーチ6は、プラズマアーク用トーチ7と同じ方向から被切断材に向け、プラズマアーク2による切断と同じ方向に時間差を設けて追従して走行させる。それにより、プラズマアーク2の噴射だけでは切断しきれないで残存する未破砕又は未切断の非導電材部分を、追従させるプラズマジェット1により切断することができる方法である。
図11は、導電性の被切断材を切断するときにプラズマアークの切断能力を超えるような厚い導電性鋼材等の場合でも効率的な切断を行うことができる切断方法を示す図である。図11に示す切断方法は、導電材である金属4に対してプラズマジェット1の噴射を先に走行させることにより、金属4において切断しようとする部分の近傍が先行して加熱されて急激な温度上昇が局所的にみられる。次いで、プラズマアーク2をプラズマジェット1の噴射に追従して切断しようとする部分に噴射すれば、切断近傍の局所的な加熱により金属の融点までに必要となる熱負荷が軽減される等の効果により、金属4の切断を効率的、かつ、より深くまで切断することができる。切断工程において、金属4の切断近傍に対するプラズマジェット1の噴射は、例えば、図11の(a)と(b)に示す方法で行うことができる。
2・・・プラズマアーク
3・・・セラミック
4・・・金属
5,19,22,27・・・切断装置
6・・・プラズマジェット用トーチ
7・・・プラズマアーク用トーチ
8・・・駆動部材
9,12・・・駆動装置
10・・・被切断材
11,11a,11b・・・支持台
13,13a,13b・・・電源装置
14,14a,14b・・・冷却水循環装置
15,15a,15b・・・操作盤
16,16a,16b・・・エアードライヤ
17,17a,17b・・・ガス流量調整ボックス
18a,18b・・・電磁弁
20,20a,20b・・・ロボットアーム
21・・・水槽
23・・・孔又は溝
24・・・金属の溶断部分
25・・・金属の切断部分
26・・・セラミック部分の切断部分
Claims (8)
- 被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、
前記被切断材が非導電材と導電材とを有する材料であり、
前記非導電材に前記プラズマジェットを噴射し、前記非導電材の切断しようとする部分の面上切断線に沿って前記切断線の全部又は一部分に溝若しくは孔を形成する工程、及び
前記導電材に対して前記非導電材と接触する側の反対側から前記プラズマアークを噴射する工程、
によって前記導電材の切断とともに、前記プラズマアークの熱を利用して前記非導電材の切断を同時に行うことを特徴とするプラズマ連携切断方法。 - 被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、
前記被切断材が非導電材と導電材とを有する材料であり、
前記導電材に前記プラズマアークを噴射し、前記導電材の切断とともに、前記導電材の切断部に接する前記非導電材の部分を深さ方向に一部分だけ破砕又は切断を行う工程、及び
前記プラズマアークの噴射によって前記導電材の開口した箇所に対して、前記プラズマアークの噴射に追従するように前記プラズマジェットを噴射し、前記導電材の切断部に接する非導電材の部分において未破砕又は未切断の部分を破砕又は切断する工程、
によって前記被切断材を切断することを特徴とするプラズマ連携切断手法。 - 前記導電材の材質が金属又は金属を主成分として含む材料であり、前記非導電材がセラミック又はレンガであることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ連携切断方法。
- 被切断材に向けてプラズマジェット及びプラズマアークをそれぞれ噴射する工程を組み合わせることにより前記被切断材を切断する切断方法であって、
前記被切断材が導電材であり、
前記プラズマアークの単独噴射で切断可能な切断面と同面で前記切断面の近傍に、又は前記プラズマアークの単独噴射で切断可能な切断面の切断深さ位置の近傍に、前記プラズマジェットの噴射を走行させることにより前記切断面の加熱を先行して行う工程、及び
前記プラズマジェットの噴射の走行に追従するように、前記プラズマアークの噴射を前記被切断材の切断面に沿って走行させることにより前記被切断材を切断する工程、
を有することを特徴とするプラズマ連携切断方法。 - 前記被切断材の切断を水中で行う請求項1〜4のいずれかに記載のプラズマ連携切断方法。
- 被切断材に向けてプラズマジェットの噴射及びプラズマアークの噴射を組合わせることにより前記被切断材を切断する切断装置として、電源装置と、冷却水循環装置と、少なくとも切断時に流動させるプラズマガスの流動調整を行うことができる操作盤と、非導電性の被切断材の破砕若しくは切断を行うため、又は導電性の被接続材に溝若しくは孔の形成を行うためのプラズマジェット用トーチと、導電性の被切断材の切断を行うためのプラズマアーク用トーチと、を備えるプラズマ連携切断装置であって、
前記プラズマ連携切断装置は、前記電源装置及び前記冷却水循環装置をそれぞれ一つだけ備え、前記プラズマジェット用トーチ及び前記プラズマアーク用トーチによるそれぞれの噴射が前記電源装置及び前記冷却水循環装置の切替によって行われることを特徴とするプラズマ連携切断装置。 - 前記プラズマジェット用トーチ及び前記プラズマアーク用トーチは、高さ、移動及び回転を制御できる駆動手段をそれぞれ独立して個別に有することを特徴とする請求項6に記載のプラズマ連携切断装置。
- 請求項6又は7に記載のプラズマ連携切断装置は、さらに被切断材を水中に浸漬するための水槽を備えることを特徴とするプラズマ連携切断装置。
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