JP6899517B2 - Nozzle for air plasma gouging - Google Patents
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Description
本発明は、外周部に絶縁部を備えたエアプラズマガウジング用のノズル、及び前記ノズルを備えたプラズマ切断トーチに関するものである。 The present invention relates to a nozzle for air plasma gouging having an insulating portion on the outer peripheral portion, and a plasma cutting torch provided with the nozzle.
まずプラズマアーク切断装置の構成を説明する。
プラズマ切断では電極をマイナス極性にして、ノズルをプラス極性にし、
電極とノズル間にパイロットアークを発生させ、その後、本アークを発生させる。
First, the configuration of the plasma arc cutting device will be described.
In plasma cutting, the electrodes are made negative and the nozzles are made positive.
A pilot arc is generated between the electrode and the nozzle, and then this arc is generated.
これをプラズマ切断トーチに供給してプラズマアークとなるガスである作動ガスがノズル内を流れる際の冷却効果とノズル先端の噴き出し穴で機械的に絞って、高温のプラズマアークにし、加工物を溶融および吹き飛ばして切断するものである。 This is supplied to the plasma cutting torch and mechanically squeezed by the cooling effect when the working gas, which is the gas that becomes the plasma arc, flows through the nozzle and the ejection hole at the tip of the nozzle to make a high temperature plasma arc, and the work piece is melted. And it is blown off and cut.
従来から、プラズマ切断トーチと切断用電源を備えたプラズマアーク切断装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a plasma arc cutting device including a plasma cutting torch and a power supply for cutting has been known (see, for example, Patent Document 1).
図5は、従来のプラズマアーク切断装置の概略構成を示す図である。
図5において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ2は、切断用電源4の内部あるいは切断用電源4の外部に設置されるレギュレータ3に接続される。レギュレータ3において作動ガスの二次圧力を一定値に調整した後、作動ガスは、レギュレータ3から切断用電源4の内部に導かれる。
レギュレータ3は、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をオンオフするガスバルブ(図示せず)に接続され、作動ガスは、切断用電源4の内部を流れる。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma arc cutting device.
In FIG. 5, the
The
このガスバルブは、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に接続されている。また、切断用電源4には、母材5に接続される接地ケーブル6が接続されている。
さらに、切断用電源4には、アークスタートを良好にするための高周波をトーチ本体1の図示しない電極へパイロットアークを印可させるためのパイロットケーブル9と、トーチスイッチケーブル10が接続されている。
This gas valve is connected to a cooling cable 8 that sends working gas to the tip of the
Further, the disconnecting power supply 4 is connected to a pilot cable 9 for applying a pilot arc to an electrode (not shown) of the
一方、プラズマ切断トーチ7は、電纜を内蔵して切断用電源4から導き出されたパイロットケーブル9とトーチスイッチケーブル10が接続されるとともに、冷却ケーブル8が接続されている。そして、冷却ケーブル8内より作動ガスをトーチ本体1に供給している。
On the other hand, in the plasma cutting torch 7, a pilot cable 9 and a torch switch cable 10 which have a built-in electric wire and are derived from the cutting power supply 4 are connected, and a cooling cable 8 is also connected. Then, the working gas is supplied to the torch
以上のように、プラズマアーク切断装置11が構成されている。
アークスタート時は、切断用電源4の内部に設けられた高周波発生装置(図示せず)より、高周波をパイロットケーブル9に導き、図2に示すトーチ本体1に設けられたエアプラズマガウジング用ノズルとしてのノズル17と電極16との間で高周波を発生させ絶縁破壊させた後、パイロットアークを飛ばし、母材5からの電流を感知して本アークに移行し、母材を溶融、及び吹き飛ばし、切断を行う。
As described above, the plasma arc cutting device 11 is configured.
At the time of arc start, a high frequency is guided to the pilot cable 9 from a high frequency generator (not shown) provided inside the cutting power supply 4, and used as an air plasma gouging nozzle provided in the
エアプラズマガウジングでは、切断用ノズルとは異なりノズル先端部においてアークの拘束性を弱め、入熱幅を広くする、エアプラズマガウジング用のノズル17を用い、切断とは異なり溶接ビードや母材表面を溶融して溝掘り、または不良部分や第1層等の溶接部の裏面をハツリ取るガウジングの動作を行うものである。従来のエアプラズマガウジング用のノズルでは、母材5とノズル17が接触、もしくは異常接近すると、母材5とノズル17が同電位となり、アークの拘束性が弱いのと相まって、ノズル17を介して母材5に意図しない電流が流れやすかった。
In air plasma gouging, unlike the cutting nozzle, the
また、切断用ノズルについて、さらに特許文献2や、特許文献3が開示されているが、絶縁部であるゴム系の接着剤の耐熱性が不十分、もしくは窒化ケイ素セラミクスの製造コストが高いなど実用性に乏しかった。
Further,
しかしながら、従来の構成では、アークが安定し難く、高品質なガウジングの結果を得ることは難しく、またノズルの消耗度合いが大きかった。これにより、アーク安定のためには、母材とノズルは空間的な距離を保持して電気的に絶縁する必要があり、作業者によってガウジングの品質がばらつき、更に作業者負担が大きいという課題があった。 However, in the conventional configuration, the arc is difficult to stabilize, it is difficult to obtain a high-quality gouging result, and the nozzle wear degree is large. As a result, in order to stabilize the arc, it is necessary to maintain a spatial distance between the base metal and the nozzle to electrically insulate them, and the quality of gouging varies depending on the operator, and the burden on the operator is heavy. there were.
本発明は、エアプラズマガウジング用ノズルの消耗を抑制して損傷を防ぎ、長時間の連続使用を可能とするとともに、作業者負担を軽減するとともに、作業者に依存しない高品質なガウジングを可能とする実用的なエアプラズマガウジング用ノズルを提供することを目的とする。 The present invention suppresses wear of the air plasma gouging nozzle to prevent damage, enables continuous use for a long period of time, reduces the burden on the operator, and enables high-quality gouging that does not depend on the operator. It is an object of the present invention to provide a practical nozzle for air plasma gouging.
上記の課題解決するために、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、
プラズマアークを発生させて母材の加工を行うためのエアプラズマガウジング用ノズルであって、トーチ本体部に着脱可能に電気的接続される導電部から成り、前記導電部と母材とを電気的に絶縁するように、少なくとも前記導電部の開口部の先端側を絶縁する絶縁部を外周に備え、
前記導電部に対して前記絶縁部は一体成形され、前記絶縁部は高熱伝導性の耐熱性樹脂から成り、前記絶縁部は、ノズル軸との角度αが30°以上45°以下で、母材の表面に倣い可能な傾斜部を有し、厚みは、2mm以上であるものである。
In order to solve the above problems, the nozzle for air plasma gouging of the present invention is used.
It is an air plasma gouging nozzle for generating a plasma arc to process the base material, and consists of a conductive part that is detachably and electrically connected to the torch body, and the conductive part and the base material are electrically connected. An insulating portion that insulates at least the tip end side of the opening of the conductive portion is provided on the outer periphery so as to insulate the conductive portion.
The insulating portion is integrally molded with the conductive portion, the insulating portion is made of a heat-resistant resin having high thermal conductivity, and the insulating portion has a base material having an angle α with the nozzle shaft of 30 ° or more and 45 ° or less. It has an inclined portion that can imitate the surface of the above, and has a thickness of 2 mm or more.
また、上記に加えて、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、前記導電部と前記絶縁部との相対位置ずれを防止するように、軸方向のずれを防止する凹部と、前記凹部の底面に、軸まわりの回転を防止する一つ以上の放射状に配置される溝部と、を備えるものである。 Further, in addition to the above, the air plasma gouging nozzle of the present invention has a recess for preventing axial displacement and a recess on the bottom surface of the recess so as to prevent a relative positional deviation between the conductive portion and the insulating portion. It is provided with one or more radially arranged grooves that prevent rotation around the axis.
また、上記に加えて、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、前記導電部は、前記母材に向けて作動用の圧縮ガスが通過するオリフィス部を有し、前記オリフィス部は前記導電部の開口部に対し、外径が小さく、前記開口部から着脱を行うものである。 Further, in addition to the above, in the air plasma gouging nozzle of the present invention, the conductive portion has an orifice portion through which a compressed gas for operation passes toward the base material, and the orifice portion is of the conductive portion. The outer diameter is smaller than that of the opening, and it is attached and detached from the opening.
本発明ではエアプラズマガウジング用ノズルの外周に高熱伝導性の耐熱性樹脂からなる絶縁部を設けることで、ノズルの損傷を防ぎ、長時間の連続使用を可能とするとともに、絶縁部に母材の表面に倣い可能な傾斜部を設けることで作業者負担を軽減するとともに、作業者に依存しない高品質なガウジングを可能とする。 In the present invention, by providing an insulating portion made of a heat-resistant resin having high thermal conductivity on the outer periphery of the nozzle for air plasma gouging, damage to the nozzle is prevented, continuous use for a long time is possible, and the insulating portion is made of a base material. By providing an inclined portion that can imitate the surface, the burden on the operator is reduced, and high-quality gouging that does not depend on the operator is possible.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1について、図1、図2を用いて説明する。
図1にプラズマ切断トーチの要部を示す。内側金具12と外側金具13とは、絶縁筒14を間に介し、電気的に短絡しないよう同軸状に組み合わされている。
内側金具12、外側金具13、および絶縁筒14は、外周部をカバーするモールド絶縁体15で覆い、トーチ本体1を形成している。電極16、エアプラズマガウジング用のノズルであるノズル17は、内側金具12、および外側金具13に対して、それぞれ、ねじ込み式にて組み合わされ、電極16、とノズル17は、互いに離間して配置される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows the main part of the plasma cutting torch. The inner metal fitting 12 and the
The inner metal fitting 12, the outer metal fitting 13, and the insulating
またシールドカップ25は、外側金具13に対して、開口部側よりネジ込式に取付けられる。
図2にエアプラズマガウジング用のノズル17のノズル詳細部を示す。エアプラズマガウジングは、エアプラズマガウジング用のノズル17を用い、プラズマアークの拘束性を弱め、入熱幅を広くして異なり溶接ビードや母材表面を溶融して溝掘り、または不良部分や第1層等の溶接部の裏面をハツリ取る動作を行うものである。
Further, the
FIG. 2 shows a nozzle detail portion of the
絶縁部としてのノズル絶縁部19は、ノズル導電部18の先端側に対して嵌め込み式、もしくは熱硬化性樹脂、及び熱伝導性樹脂などの耐熱性の樹脂によるインサート成形での一体成型により、ノズル導電部18の先端側の外周部に取付けられる。
The
具体的には、ノズル絶縁部19は、ノズル17のノズル軸方向に対し、軸方向にずれるのを防止するためのノズル凹部23と、ノズル凹部23の底面にノズル軸まわりの回転を防止する一つ以上の溝部であるV形状の溝、もしくは、R/U形状の溝等の抜け防止構造24とを有する、ノズル導電部18の外周部に、ノズル軸方向の移動、及び、ノズル軸まわりの回転を制限されるように装着される。なお抜け防止構造24は、ローレット処理にて形成しても良い。
Specifically, the
また、ノズル絶縁部19に高熱伝導性の耐熱性樹脂を用いることで、高温の母材と接触した際のノズル自体の大幅な変形を防ぎ、機械的強度を確保することができ、かつ安価に制作することが可能となる。
樹脂に熱伝導性フィラーを添加した高熱伝導性の耐熱樹脂とすることで、ノズル絶縁部19の相対的な耐熱温度を向上させている。ノズル導電部18の外周部の表面温度は130℃程度に上昇するため、耐熱性樹脂としては、熱硬化性樹脂や耐熱温度が150℃以上の熱可塑性樹脂のスーパエンジニアリングプラスチックを用いる。熱硬化性樹脂ではガラス繊維充填のフェノール樹脂やPDAP(ジアリルフタレート)等の耐熱温度が270℃ものや、熱可塑性樹脂では、PI(ポリイミド)等の耐熱温度が300℃以上の耐熱温度が高い樹脂を用いることが好ましい。
Further, by using a heat-resistant resin having high thermal conductivity for the
The relative heat-resistant temperature of the
またノズル絶縁部19は、厚みt=2mm以上とし、トーチ本体軸、またはノズル軸に対して角度α=30°以上45°以下となるようなノズル傾斜部26を有する。
Further, the
これにより、ノズル軸方向の移動、及び、ノズル軸まわりの回転を制限されたノズル絶縁部19に、母材の表面に倣うための傾斜部を設けることで、作業者のガウジング作業を安定させ、作業者に依存していたガウジング結果を均一にすることができる。
As a result, the
なお、ノズル軸に対して、角度α=30°未満の場合は、溶接部の裏面をハツリ取るガウジングの角度が浅くなりガウジング作業が安定し難く、また、角度α=45°を越える場合は、ガウジングの角度が深くなりガウジング作業において、ガウジング動作により溶融して削り取られたワークの削りカスが作業者自身に跳ね返り恐れがある。また、ノズル絶縁部19の厚みがt=2mm未満となると絶縁耐圧及び機械的強度低くなり、ノズル絶縁部19の厚みt=2mm以上が好ましい。
If the angle α = 30 ° with respect to the nozzle axis, the gouging angle for chipping the back surface of the welded portion becomes shallow and the gouging work is difficult to stabilize, and if the angle exceeds α = 45 °, it is difficult to stabilize. The angle of gouging becomes deeper, and in the gouging work, the shavings of the work melted and scraped by the gouging operation may bounce off to the operator himself. Further, when the thickness of the
以上のような本発明の実施の形態1によれば、ノズル絶縁部19によりノズル17と母材5との意図しない電気的接触が防止され、ノズル17の外周部と母材5との間の絶縁が確保できるため、アーク不安定による施工不良、及びノズル17への損傷が低減される。また、ノズル傾斜部26の倣い構造により、作業者に依存しないガウジング作業により良好なガウジング結果を容易に得ることができる。
According to the first embodiment of the present invention as described above, the
(実施の形態2)
次に実施の形態2を、図3、図4を用いて説明する。
図3は、エアプラズマガウジング用ノズルであるノズル17の詳細図を示し、
図4は、ノズル17に設けられるオリフィス部の詳細図を示す。図4(A)は、エアプラズマガウジング用ノズルの開口部22側から見たオリフィス部20の平面図、図4(B)は、エアプラズマガウジング用ノズルのオリフィス部20の正面図である。
(Embodiment 2)
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
FIG. 3 shows a detailed view of the
FIG. 4 shows a detailed view of the orifice portion provided on the
実施の形態1と異なる点は、ノズル17において、プラズマアークとなる作動ガスが通過し、アークによる消耗が激しいオリフィス部20を交換可能にした独立構造としたものである。オリフィス部20はねじ込み式により、ノズル17のノズル導電部18に装着される。オリフィス部20は、ノズル17の先端の開口部22側からノズル導電部18に取り付けるための、狭い溝からなるすり割り部21を有し、オリフィス部20は、ノズル17のノズル導電部18の開口部22より外径が小さく構成され、外周にはネジが形成されている。
The difference from the first embodiment is that the
これにより、ノズル17の先端側である開口部22側よりマイナスドライバー等を用いてオリフィス部20をノズル導電部18の内部に対してダイレクトに着脱可能に取付けることが出来る。
As a result, the
以上のような実施の形態2によれば、消耗の激しいオリフィス部を独立することで、交換の際にシールドカップ等の部品を外すことなくダイレクトに交換することが可能である。 According to the second embodiment as described above, it is possible to directly replace the orifice portion, which is heavily consumed, without removing the parts such as the shield cup at the time of replacement.
なお前述したとおり、アークスタート時にはノズル17のノズル導電部18と電極16との間にパイロット電流を流してパイロットアークを発生させ、母材5との絶縁破壊を行う必要があるが、本実施例のプラズマガウジングノズルでは、ノズル17の内部の導電性がノズル導電部18により確保されているため、パイロット電流を流すことができ、従来同様の良好なアークスタート性を確保することができる。
As described above, at the time of arc start, it is necessary to pass a pilot current between the nozzle
以上のように、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、ノズルの開口部の先端側の外周に絶縁部を有し、絶縁部に倣い形状を持つように構成する。これにより、母材と接触の恐れがある面のノズル導電部の外周に高伝熱性の耐熱性樹脂からなる絶縁部を設け、ガウジング作業時に母材とノズルとの意図しない電気的接触を避ける構造とすることにより、ガウジングノズルの損傷を低減できる。またさらに、絶縁部に傾斜をつけた倣い部を設けることで、母材の面に倣い可能で、作業者によるガウジング品質のばらつきを低減できる。 As described above, the nozzle for air plasma gouging of the present invention has an insulating portion on the outer periphery of the tip end side of the nozzle opening, and is configured to have a shape following the insulating portion. As a result, an insulating part made of highly heat-conducting heat-resistant resin is provided on the outer periphery of the nozzle conductive part on the surface where there is a risk of contact with the base material, and a structure that avoids unintended electrical contact between the base material and the nozzle during gouging work. By doing so, damage to the gouging nozzle can be reduced. Furthermore, by providing a copying portion with an inclination in the insulating portion, it is possible to copy the surface of the base material, and it is possible to reduce variations in gouging quality depending on the operator.
本発明のプラズマガウジング用ノズルは、長寿命化、高品質なガウジング結果を得ることができ、産業上有用である。 The nozzle for plasma gouging of the present invention has a long life and can obtain high quality gouging results, and is industrially useful.
1 トーチ本体
2 コンプレッサ
3 レギュレータ
4 切断用電源
5 母材
6 接地ケーブル
7 プラズマ切断トーチ
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 プラズマアーク切断装置
12 内側金具
13 外側金具
14 絶縁筒
15 モールド絶縁体
16 電極
17 ノズル
18 ノズル導電部
19 ノズル絶縁部
20 オリフィス部
21 すり割り部
22 開口部
23 ノズル凹部
24 抜け防止構造
25 シールドカップ
26 ノズル傾斜部
1
Claims (3)
トーチ本体部と、
前記トーチ本体部に着脱可能に電気的接続される導電部と、
前記導電部と前記母材とを電気的に絶縁するように、少なくとも前記導電部の開口部の先端側を絶縁する絶縁部を外周に備え、
前記絶縁部は、前記導電部に一体成形され、熱伝導性の耐熱性樹脂であり、母材の表面に接触させて倣わせるための倣い構造となる傾斜部を有し、
前記傾斜部は、前記トーチ本体部の中心軸(ノズル軸)との角度αが30°以上45°以下である、エアプラズマガウジング用ノズル。 An air plasma gouging nozzle for processing the base material by generating a plasma arc and making the tip of the base material imitate the surface of the base material.
The torch body and
A conductive part that is detachably and electrically connected to the torch body,
An insulating portion that insulates at least the tip end side of the opening of the conductive portion is provided on the outer periphery so as to electrically insulate the conductive portion and the base material.
The insulating portion is integrally molded with the conductive portion, is a heat-resistant resin having thermal conductivity, and has an inclined portion having a copying structure for contacting and copying the surface of the base material.
The inclined portion is an air plasma gouging nozzle having an angle α of 30 ° or more and 45 ° or less with the central axis (nozzle axis) of the torch main body portion.
軸方向のずれを防止する凹部と、
前記凹部の底面に、軸まわりの回転を防止する一つ以上の放射状に配置される溝部と、を備える請求項1記載のエアプラズマガウジング用ノズル。 To prevent the relative positional deviation between the conductive portion and the insulating portion,
A recess to prevent axial displacement and
The air plasma gouging nozzle according to claim 1, further comprising one or more radially arranged grooves on the bottom surface of the recess to prevent rotation around an axis.
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