JPH038872B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本発明は、エアープラズマ切断機におけるプラ
ズマ・ジエツト・トーチの改良に関するものであ
る。

(b) 従来の技術 プラズマ・ジエツト切断とは、気体が高温に加
熱されて電子とイオンに電離した状態であるプラ
ズマを噴流として被工作物に噴射して、その高温
を利用して切断する加工法である。この加工に用
いるプラズマ・ジエツト・トーチは例えば第８図
に示すような原理に基づくものである。つまり同
図に示すものは、トーチ内のタングステン電極を
負極としてアークを飛ばし、これを囲むように作
動ガス（アルゴン、窒素、水素等）を送り込みノ
ズル２から噴出させるもので、アークの断面を小
さくし電流密度を高めることができるから、極め
て高温度（33000℃）が得られる。導電性の材料
にしか適用できないが、アルミニウム、ステンレ
ス鋼などの厚板の切断に実用されている。

ところが、従来のプラズマ切断には作動ガスと
してアルゴンなどを使用しなければならず、これ
の維持・管理に手間がかかつたり、また、ガス圧
の設定や作業電流の設定に微妙な調整をしなけれ
ばならず、かなりの熟練を必要とするものであつ
た。

この点に鑑み、近時作動ガスとして圧縮エアー
を利用したプラズマ切断装置が開発され、作業性
の飛躍的な向上が図れるようになつた。つまり、
エアープラズマ切断機においては、厚物の切断が
出来ないものの（20mm程度以上）一般的なエアー
コンプレツサーを作動ガスの供給源としているの
で、取り扱いが極めて容易となる利点がある。と
りわけ、建築金物に利用される薄物のステンレス
鋼の切断には、切断幅が小さくてドロスの発生が
少なく、また、その除去も簡単である。さらには
被工作物の熱収縮が小さいので、歪がほとんど発
生しないという大きな効果がある。

また、エアープラズマ切断加工における特徴が
極めて細い切断幅で鋭利な精密切断ができ、後加
工を最小限に抑えることができるものであるとい
う関係上、トーチのヘツド部分を細くして切断箇
所を目視しながら作業できるようにしなければな
らいことから、ヘツド部分、特にノズルの先端部
分を極力細く構成していた。

さらにプラズマ切断においては、極めて高温の
プラズマを発生するため、トーチのヘツド部分を
冷却する必要があり、このため、ノズルに冷却水
を循環させるようにした、いわゆる水冷方式のも
のや、作動ガスとしての圧縮エアーを冷却に利用
した空冷方式のものがある。

ここで、従来の空冷式エアープラズマ切断機に
おけるトーチのノズル部分を第９図ａに示すと、
冷却用の圧縮エアーはノズル２の台座部１１周縁
に設けた複数の溝６〔第９図ｂ〕から流出するよ
う構成し、ノズル２の冷却を図るものである。

(c) 発明が解決しようとする問題点 しかし、エアープラズマ切断は上述した如く、
種々の優れた利点があるものの、特に前述した従
来例に示すようなヘツド部分を小型にしたものは
冷却効果が充分でないため、トーチのノズル部分
の焼損が激しく、長時間連続して使用することが
できないという欠点があつた。つまり、高温度の
プラズマを噴射するときの熱及び切断時における
被加工物からの反射熱によつて、ノズルの先端部
分が溶融してしまうためである。このことは、ノ
ズルのみならず、ノズルを保護するノズルキヤツ
プにまで及ぶことがあつた。

ノズルのプラズマ噴出口は焼損するにつれて孔
が拡がり、しかもほとんどが偏心した方向に拡が
つてしまう結果、プラズマも適切な位置に噴出せ
ず、精確な切断を行なうことができなかつた。

従つて、これらの焼損を回避するために水冷方
式を取り入れると、構造が複雑化すると共にノズ
ルのヘツド部分が大型化するのは否めなかつた。
また、空冷式のものであつてもエアーの流量を多
くするため、いきおいノズルのヘツド部分が大型
化し、視認性が極めて悪く切断の精確さに欠け、
しかも作業能率の低下を招くものであつた。

(d) 問題を解決するための手段 そこで本発明者は鋭意研究の結果、作動ガスと
して用いる圧縮エアーをより効率よくノズル冷却
に利用する点に着目し、従来からのエアー流路を
改良すると共に、エアー圧を高くし、かつ、ノズ
ルの先端部分をさらに0.5mm〜３mm程度長くする
ことにより長時間連続使用を可能とし、かつ、ヘ
ツド部分を小型化したプラズマ・ジエツト・トー
チの開発をするに至つた。

つまり、本発明に係るプラズマ・ジエツト・ト
ーチは、ノズルを保護及び支持するノズルキヤツ
プの先端開口部内面と該ノズル台座部上面部との
間に該ノズルキヤツプ先端開口部中心に向かつて
放射状に開口する複数の孔を冷却用のエアー流路
としたものである。そして、ノズルのプラズマ噴
出孔の長さが従来では２mm程度であつたものをさ
らに0.5mm〜３mm程度長くして焼損の防止を図つ
たものである。

(e) 作用 この結果、圧縮エアーがノズル本体に沿つて流
出する従来のものと異なり、より高圧としたエア
ーをノズル本体の周面に向かつて直接噴射される
こととなつた。

尚、本明細書中でいうトーチヘツドアツセンブ
リとは、電極棒を装填する部分であつて、プラズ
マ切断機本体からの電源に接続され、かつ、圧縮
エアーの配管を設けたものをいう。また、この部
分の形状は直立型或いは先端部分を曲げたいわゆ
るＬ字型のものなどでもよい。そして、この部分
は通常カバーを被せ、手動用のスイツチを設けた
ハンドル部分として用いるが、勿論自動機として
用いるものでもよい。

(f) 実施例 ここで本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係るプラズマ・ジエツト・ト
ーチ１の分解斜視図である。

これは、ノズルキヤツプ３、ノズル２、絶縁体
７、電極棒５及びトーチヘツドアツセンブリ４よ
り成るものであつて、電極棒５はトーチヘツドア
ツセンブリ４に挿入され、プラズマ切断機本体
（図示せず）の負極に接続される。本実施例では、
圧縮エアー用のパイプ８を電極棒５への導線とし
て兼ねるように構成しているが、本発明はこれに
限定するものではなく、夫々別体するようにして
もよい。この場合でも冷却効果のある圧縮エアー
に直接触れる箇所に電極棒５をセツトする方が望
ましい。次に電極棒５とノズル２との間に絶縁体
７を介在させてから、ノズルキヤツプ３をトーチ
ヘツドアツセンブリ４の外套９に螺着し、これら
を固定する。

ここで、圧縮エアーの流路は第２図の点線に示
すようにトーチヘツドアツセンブリ４のパイプ８
から、電極棒５を装填した部位の周囲に設けられ
た複数のエアー噴出口１０…を通つて、ノズルキ
ヤツプ３の先端開口部内面に設けた複数の溝６と
ノズル２の台座部１１上面部とで形成される複数
の孔１２から流出するようにしている。また、圧
縮エアーは絶縁体７の周囲に設けたエアー流入口
１３から電極棒５先端のアーク発生部分に至り、
この部分でプラズマ化され、被加工物ｗの切断を
行なう。

本実施例ではノズル２は、第３図に示すように
プラズマ噴出口１４の長さＬを従来では２mmであ
つたものを、３mmにすると共に、圧縮エアーの圧
力を3.5Kg／cm²から５〜5.5Kg／cm²に高くすること
によつて、冷却効果をさらに高めている。

この点について、従来特に焼損の激しい部分で
あるノズル２の先端部分すなわち噴出口１４の長
さＬを単に長くするだけでは適切なプラズマが噴
射せず切断できなかつたが、エアー圧を高くする
ことによつて解決することができた。勿論、噴出
口１４の長さＬを３mmとすることは本発明を限定
するものではなく、2.5mm〜５mm程度の長さであ
ればよい。また、噴出口１４の径は従来φ0.8mm程
度であつたものをφ1mm〜φ3mm位としても良好に
切断することが可能となつた。勿論φ5mm位の大
きさまでは充分切断できるが、φ1mm前後の径と
した方が切断面の仕上がりが美しく好ましい。

ノズルキヤツプ３は第４図に示すように、その
先端開口部内面に放射状に複数の溝６が設けられ
ている。そしてこの部分にノズル２の台座部１１
上面部を接当させることによつて、孔１２を形成
する。

従つて、ノズル２は台座部１１周縁に溝６を設
けた従来のものと異なり、円錐状の本体と台座部
１１から成るだけのものでよいので、製作が極め
て簡単となり、コストも安価である。

また、ノズルキヤツプ３は第５図に示すように
その内周面に溝６に連結する螺旋状溝１５を設け
れば、圧縮エアーの流れが良好となり、冷却効果
をさらに高めることができる。この他、溝６を内
周面に直線状に延ばした長い溝としたものでもよ
い。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、ノ
ズル２の台座部１１の上面部に溝６を設けたもの
である。この場合において、これと組み合わせる
ノズルキヤツプ３は従来と同様に溝などを設ける
必要がなく、単なる開口部を設けたものであれば
よい。また、前述した実施例のようにノズルキヤ
ツプ３に溝６を設けたものと組み合わせて孔１２
を形成するようにしてもよい。要は、ノズル２本
体に向かつて圧縮エアーが噴出するよう複数の孔
１２をノズル２を中心として放射状に配置した構
造のものであればよい。

ここで、圧縮エアーの流出状態を第７図に示す
と、同図ａは従来例のものでノズルの周面に溝６
を設けたものであつて、ノズル本体の周囲に沿つ
てエアーが流出する。同図ｂは本発明の一実施例
を示すもので、ノズルキヤツプ３の先端開口部内
面に溝６を設けて、ノズル２の台座１１の上面部
とで孔１２を形成したものである。また、同図ｃ
は本発明の他の実施例を示すもので、ノズル２の
台座部１１の上面部分に溝６を設け、これとノズ
ルキヤツプ３の先端開口部内面とで孔１２を形成
したものである。このように同図ｂ，ｃに示すも
のは圧縮エアーがノズル２の本体に直接噴出する
構造のものであつて、冷却効果を高めるようにし
たものである。

(g) 発明の効果 以上のように本発明に係るプラズマ・ジエツ
ト・トーチは、冷却用の圧縮エアーがノズルの周
面に向かつて直接噴射することとなつて、ノズル
の昇温が抑制され、長時間に渡つての連続作業が
可能となつた。これに伴いノズル等の消耗部品の
使用サイクルが長くなり、ランニングコストが低
くなる。さらに、ノズルの焼損がほとんどなくな
つた結果、ノズルの先端部分をより細くしたいわ
ゆるペンシル型にすることが可能となり、切断箇
所の視認性が高くなつて、より精確に切断でき、
かつ、作業能率の向上が図れることとなつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、
第２図は第１図のものを組み立てた状態を示す概
略断面図、第３図はノズルの断面図、第４図はノ
ズルキヤツプの一部を切り欠いた斜視図、第５図
はノズルキヤツプの他の実施例を示す断面図、第
６図は本発明の他の実施例であるノズルの斜視図
第７図ａは従来のノズル部分を示す断面図、同図
ｂ，ｃは夫々本発明の一実施例を示すノズル部分
の断面図、第８図はプラズマ・ジエツト加工の原
理を示す概略断面図、第９図ａはプラズマ・ジエ
ツト・トーチの従来例を示す分解斜視図、同図ｂ
はそれを組み立てた状態の平面図である。 １……プラズマ・ジエツト・トーチ、２……ノ
ズル、３……ノズルキヤツプ、４……トーチヘツ
ドアツセンブリ、５……電極棒、６……溝、７…
…絶縁体、１２……孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トーチヘツドアツセンブリの外套にノズルキ
   ヤツプを取り付けることにより、該ノズルキヤツ
   プの内方に位置し、それぞれ別体である、ノズ
   ル、絶縁体及び電極棒を固定する形式の空冷式移
   行型エアープラズマトーチにおいて、該ノズルの
   先端部分は該ノズルキヤツプ先端の開口から一部
   突出しており、又、該ノズルの突出部分は該ノズ
   ルキヤツプの開口部内周面との間に空隙を有して
   おり、且つ該ノズルの台座部上面が該ノズルキヤ
   ツプの開口部内面に接することによつて係止され
   るものであつて、該ノズルキヤツプの開口部内面
   と該ノズルの台座部上面の少なくとも一方の面
   に、該開口部の中心に放射状に向かう複数の溝を
   設け、該溝によつて形成される、ノズル部分の長
   手方向に対してほぼ直交しノズルに向かう孔を、
   該トーチヘツドアツセンブリから流出する圧縮エ
   アーのうちの冷却用エアー流路としたものである
   ことを特徴とするプラズマ・ジエツト・トーチ。