JPH04147772A

JPH04147772A - アーク加工用非消耗電極

Info

Publication number: JPH04147772A
Application number: JP2268340A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Koike; 康雄小池; Etsuo Nakano; 中野　悦男; Hitoshi Ueno; 等上野; Keisuke Nakagawa; 圭介中川
Original assignee: Koike Sanso Kogyo Co Ltd; Koike Sanso Kogyo KK
Current assignee: Koike Sanso Kogyo Co Ltd; Koike Sanso Kogyo KK
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JP2631574B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は酸素プラズマ或いは空気プラズマ等のプラズマ
アーク加工に用いられる非消耗電極に関するものである
。

〈従来の技術〉今日、鋼板、ステンレス鋼板等の被加工材に対し切断、
溶接等の加工を施す際に、酸素ガス、空気を含む酸素ガ
スを５％以上含有したガス（以下ｒ酸化系ガス１という
）を用いたプラズマアーク加工法を利用することが行わ
れている。

酸化系ガスを用いたプラズマアーク加工法は、トーチの
電極部に於いて発生した超高温のプラズマを酸化系ガス
と共にノズルから超高速で被加工材に向けて噴射するこ
とで、被加工材を溶融、酸化させると共に溶融物及び酸
化生成物を排除して切断するものである。この加工法は
鉄系金属に適用した場合に、切断面の高品質化、加工の
高速化等をはかることが出来るため有利である。

またプラズマアーク加工法にはアークの発生方式に応じ
て移行式、及び非移行式と呼ばれる方式がある。移行式
と呼ばれる方式は、直流電源の陰極側と接続されたトー
チの電極と、直流電源の陽極側と接続された被加工材と
の間でプラズマアークを発生させるものであり、また非
移行式と呼ばれる方式は、直流電源の陽極側と接続され
たトーチのノズル部と電極との間でプラズマアークを発
生させるものである。

プラズマアークを発生させるためのトーチは、該トーチ
の中心軸上に配設された銅又は銅合金からなるホルダー
に作用インサートを嵌合させて構成した電極と、電極の
前面であってトーチの中心軸上に配設されたノズルを有
し且つ電極と電気的に絶縁されたノズルキャップと、電
極とノズルキャップとで構成される空間に酸化系ガスを
供給する通路を有して構成されており、前記電極及びノ
ズルキャップは夫々強制冷却されているのが一般である
。

プラズマアーク加工法は種々の利点を有する。

然し、作用インサート及びホルダーが熱電子の放出に伴
う温度上昇により溶融、蒸発して消耗するという問題が
ある。

ここで電極の消耗プロセスについて説明すると、プラズ
マアークの発生により作用インサートの先端から熱電子
が放出され高温状態となる。また動作ガスとして酸化系
ガスを用いることにより作用インサートは酸化し、熱電
子の放出と酸化反応の相乗効果により作用インサートの
先端はより高温状態となり溶融、蒸発することで消耗す
る０作用インサートの先端の消耗に伴ってプラズマアー
クは電極の表面から内部に入り込み、ホルダーを加熱す
る。ホルダーに対する冷却と入熱とのバランスがくずれ
、入熱量が臨界状態を越えるとホルダーが一気に溶融し
、これにより電極が消耗する。

そして従来より上記問題を解決するために多くの提案が
なされている。例えば、特許第８７７８０４号（特公昭
５２−６９３２号）に開示される技術は、銅又は銅合金
によって製作されたホルダーにハフニウム又はハフニウ
ム合金によって製作された作用インサートを嵌合すると
共に、前記ホルダーと作用インサートとの全接触面にア
ルミニウム又はアルミニウム合金によって製作された金
属スペーサを配置した電極に関するものである。

前記技術によれば、酸化系ガス雰囲気中でプラズマアー
クを発生させた場合、金属スペーサの材料であるアルミ
ニウムが酸化し、このアルミニウム酸化物の融点が高い
ことからホルダーを加熱と酸化から保護する遮蔽材とし
て作用するため、電極の寿命を延長させることが出来る
。

〈発明が解決しようとした課題〉プラズマ加工用のトーチに於ける電極の寿命は長いこと
が好ましいが、一方では電極の消耗時間が安定したもの
であることが要求されている。即ち、同一仕様の電極に
於ける消耗時間がバラツキの無いものであることが要求
されている。

これは従来、例えば数値制御式加工装置、或いは倣い加
工装置等の如き自動加工装置にプラズマ加工用のトーチ
を搭載して被加工材に対し所定の加工を施す場合、予め
電極の消耗時間を明確に判断することが出来ず、電極が
消耗したことを検出してから交換作業を実施するため、
加工途中で電極を交換することがあり、オペレーターが
加工装置から完全に手を離すことが出来ない、従って、
電極の消耗時間が安定したものであれば、被加工材に対
する加工を実施する際に予め電極の交換時点を設定して
おくことが可能となり、加工装置の効率を向上させるこ
とが出来るという理由に基づくものである。

電極の消耗時間を延長させ且つ安定させるためには、作
用インサートとホルダーとの熱伝達効率を向上させると
共に作用インサートの先端で発生する熱を効率良く除去
することが必要である。

作用インサートとホルダーとの熱伝達効率を向上させる
ための対策として、作用インサートとホルダーとの嵌合
精度を向上させる方法がある。然し、ホルダーに作用イ
ンサートの嵌合孔を機械加工によって形成する場合、加
工精度の確保が困難であり、且つ加工コストが上昇する
という問題がある。

また上記特許第８７７８０４号に係る電極では、金属ス
ペーサとしてのアルミニウムの酸化状態が使用する酸化
系ガスの酸素濃度、酸化系ガスの流量等の条件によって
左右されて安定性が無く、従って、消耗時間のバラツキ
が生ずるという問題がある。

本発明の目的は、消耗時間が長く且つ安定したプラズマ
アーク加工用非消耗電極を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉上記課題を解決するために本件発明者は種々の実験を行
った結果、以下の点が判明した。

■金属スペーサを有しない通常の酸化系ガス用電極を用
い、冷却流体によってホルダーを強制冷却した場合、第
６図に示すように、電極の消耗時間は冷却流体の温度が
低い程延長される。このことは、電極、即ち作用インサ
ートを冷却することで電極の消耗時間を延長させること
が可能であることを示している。

従って、作用インサートとホルダーとの熱伝達効率を向
上させることで、電極の消耗時間を向上させることが出
来る。

■作用インサートとホルダーとの間に金属スペーサを介
在させた電極は、消耗時間を延長させることが出来る。

■ホルダーと作用インサートとの間に介在させる金属ス
ペーサの材料は、良好な熱伝導性と良好な導電性を有す
ることが必要である。

■ホルダーと金属スペーサ及び作用インサートと金属ス
ペーサとの接触面に空隙が形成された場合、この空隙の
大きさに応じて熱伝導性、導電性が阻害され電極の消耗
時間を安定させることが出来ない、また熱伝導性、導電
性は接触面の表面状態によっても影響される。

■金属スペーサの材料としてアルミニウム又はアルミニ
ウム合金を使用した場合、酸化アルミニウムの融点が高
くホルダーに対する熱遮蔽材としての機能を有する。然
し、前記酸化物の融点がホルダーの融点よりも高いため
に、金属スペーサが蒸発等により消耗したとき、ホルダ
ーが直接プラズマアークにさらされて溶融することがあ
る。

■金属スペーサの材料としてアルミニウム又はアルミニ
ウム合金を使用した場合、該金属の酸化挙動が使用する
酸化系ガスの酸素濃度、流量等の条件に影響されて不安
定となり、電極の消耗時間を安定させることが困難であ
る。

■電極の消耗時間を延長させ且つ安定させるためには、
ホルダーをプラズマアークから遮蔽された状態に舞持す
ることが必要である。

上記■〜■から、消耗時間を向上させると共に安定させ
るためには、ホルダーと作用インサートとの間に、自体
の導電性及び熱伝導性が良く、作用インサートとホルダ
ーに対する熱伝達性が良く、溶融物或いは酸化物が熱伝
導性及び熱伝達性を阻害することが無く、蒸発潜熱が高
く、母材の融点或いは酸化物の融点が作用インサート及
びホルダーの融点よりも低い材料からなる金属スペーサ
或いは金属層を介在させることで、作用インサートに対
する冷却効率を向上させると共にホルダーをプラズマア
ークから遮蔽することが出来る。との結論を得た。

従って、本発明に係るプラズマ加工用非消耗電極は、酸
化系ガスを使用するアーク加工用非消耗電極であって、
銅又は銅合金からなるホルダーと、前記ホルダーの端面
に固定されるハフニウム、ハフニウム合金、ジルコニウ
ム、ジルコニウム合金のグループから選択された金属か
らなる作用インサートと、銀合金又は金合金からなる金
属スペーサとを有し、前記ホルダーと前記作用インサー
トとの接触部に於ける８０％以上の接触面に前記金属ス
ペーサを配置して構成されるものである。

また他のアーク加工用非消耗電極は、酸化系ガスを使用
するアーク加工用非消耗電極であって、銅又は銅合金か
らなるホルダーと、前記ホルダーの端面に固定されるハ
フニウム、ハフニウム合金ジルコニウム、ジルコニウム
合金のグループから選択された金属からなる作用インサ
ートとを有し、前記ホルダーと前記作用インサートとの
接触部に於ける８０％以上の接触面に銀合金又は金合金
からなる金属層を介在させたことを特徴としたものであ
る。

また他のアーク加工用非消耗電極は、前記電極に於いて
、ホルダーと作用インサートとの接触部に介在させた金
属層がホルダー及び作用インサートと拡散結合したもの
であることを特徴としたものである。

また前記各アーク加工用非消耗電極に於ける金属スペー
サ又は金属層に用いられる銀合金としては、主成分とし
て銀２４％乃至９５％、銅５％乃至７６％を含むもの、
又は主成分として銀５０％乃至８１％。

銅１５％乃至４６％、パラジウム４％乃至３５％を含む
ものであることが好ましい。また金合金としては、主成
分として金３０％乃至９５％、＠５％乃至７０％を含む
もの、又は主成分きして金８０％乃至９８％、ニッケル
２％乃至２０％を含むものであることが好ましい。

く作用〉上記手段によれば、酸化系ガスを使用するアーク加工用
非消耗電極（以下単にｒｔ電極という）の消耗時間を延
長させることが出来、且つ消耗時間を安定させることが
出来る。

即ち、上記電極に於いて、ホルダーを構成する銅の融点
は１０８３°Ｃであり、作用インサートを構成するハフ
ニウムの融点は２２３０°Ｃ，ジルコニウムの融点は１
８５２℃である。これに対し銀合金の融点は９６８°Ｃ
１金合金の融点は１０６３°Ｃである。また熱伝導性、
ｌ電性は銀、銅、金の順序で夫々良導体であることが知
られており、これ等の値はアルミニウムよりも夫々優れ
たものであることも知られている。このため、熱伝達効
率を向上させることが出来、従って、電極の消耗時間を
延長させることが出来る。

またプラズマアークの発生により作用インサートの先端
から熱電子が放射されると、該先端部分が局部的に高温
となる。この熱は作用インサートから金属スペーサ又は
金属層を構成する銀合金又は金合金を介してホルダー全
体に良好に伝達される。このため、ホルダー全体が一様
に昇温し該ホルダーの局部的な溶融を防止することが出
来る。

また熱伝達効率の向上によって、作用インサートの過度
の昇温を防止し、これにより、作用インサートの消耗を
低減することが出来る。

また熱電子の放射に伴い、作用インサートの先端が溶融
、蒸発して消耗することで、プラズマアークの発生点が
徐々に電極内部に侵入し、作用インサートとホルダーと
の間に段差が生ずる。このとき、銀合金又は金合金も溶
融して作用インサートとホルダーとの間に生じた段差部
に於けるホルダーの表面に沿って流動し、該表面に前記
溶融金属による層を形成する。そして前記層によってホ
ルダーをプラズマアークから遮蔽することで、ホルダー
の局部的な溶融を防止することが出来る。

このように、作用インサート先端からの熱電子の放出に
伴い、銀合金又は金合金が溶融、流動してホルダーの表
面に熔融層を形成することから、金属スペーサ又は金属
層とホルダーとの接触面に空隙が形成されている場合で
あっても、この空隙を埋めることが出来る。従って、作
用インサートとホルダーとの熱伝達効率をこれ等の表面
状態に影響されることなく安定させることが出来る。ま
た金属スペーサ又は金属層を作用インサートとホルダー
との接触部に於ける全接触面に配置することは必ずしも
必要では無く、これ等の接触部に於ける８０％以上の接
触面に配置されていれば目的を達成することが出来る。

また銀合金又は金合金が蒸発する際の蒸発潜熱によって
、作用インサート先端に於ける局部的な熱を吸収するこ
とが出来る。

従って、熱電子の放出に伴う作用インサート全体の熱を
金属スペーサ又は金属層を介してホルダーに伝達すると
共に、作用インサート先端の局部的な熱を金属スペーサ
又は金属層を構成する銀合金又は金合金の蒸発潜熱によ
って吸収することで、電極の消耗時間を延長させると共
に安定させることが出来る。

またホルダーと作用インサートとの接触部に銀合金又は
金合金からなる金属層をホルダー及び作用インサートと
拡散結合させて介在させることによって、ホルダーと金
属層及び作用インサートと金属層の夫々の接触面に空隙
が形成される戊が無い、このため、電極に於ける熱伝達
性、導電性を向上させることが出来る。

金属スペーサ又は金属層を銀合金又は金合金によって構
成することで、酸化系ガス雰囲気中でも溶融、流動、蒸
発等の物理的な挙動を安定して発揮させることが出来る
。

即ち、銀は通常の酸化系ガス雰囲気では酸化されず、オ
ゾンによって酸化される。従って、プラズマアークを発
生することによって酸化銀が生成することがある。然し
、高温域に於ける酸化銀は銀と酸素とに分解されるため
、熔融、流動等の挙動は安定したものとなる。また金も
通常の酸化系ガス雰囲気では酸化しないため、溶融、流
動等の挙動は安定したものとなる。

また銀合金又は金合金の主成分を銀又は金及び銅とした
ことによって、ホルダー及び作用インサートとの拡散結
合性を向上させると共に熱伝達率を向上させることが出
来る。

また銀合金にパラジウムを４％以上含有させることによ
って、溶融温度を上昇させると共に含有率に応じて溶融
温度を制御することが出来る。

また金合金にニッケルを２％以上含有させることによっ
て、溶融温度を上昇させると共に含有率に応じて溶融温
度を制御することが出来る。

〈実施例〉以下上記手段を通用した電極の実施例について図を用い
て説明する。

第１図（ａ）は電極の断面説明図、第１図ら）は電極の
正面説明図、第２図は切断加工を施す際の模式説明図、
第３図（ａＬ　（ｂＪは電極が消耗する過程を示す説明
図である。

第１図に示す電極Ａは、銅又は銅合金からなるホルダー
１と、このホルダー１の中心軸上であって前端面１ａ側
から嵌挿されたハフニウム、ハフニウム合金、ジルコニ
ウム、ジルコニウム合金の中から選択された金属によっ
て構成された作用インサート２と、ホルダー１と作用イ
ンサート２との接触部に配置された銀合金又は金合金か
らなる金属層３とによって構成されている。

ホルダーｌの前端側（図に於ける下側）に前端面１ａが
形成されており、後端側（図に於ける上側）から比較的
大きな径を有する孔１ｂが形成されている。この孔１ｂ
は冷却流体の道路となるものであり、後述するように電
極Ａをトーチ５に取り付けたとき、該トーチ５に設けら
れた導管７が嵌挿されて冷却流体を流通させるように構
成している。

ホルダー１の中心軸上であって前端面１ａ側に作用イン
サート２．金属層３を形成するための孔Ｉｃが形成され
ている。この孔１ｃの寸法は厳密に管理されることが必
要である。

ホルダー１の中心軸上であって孔１ｂの前端面１ａと対
向する位置に突起部１ｄが形成されている。この突起部
１ｄは冷却流体と接触するホルダー１の表面積を大きく
することで、ホルダー１に対する冷却効率を向上させる
機能を有する。

作用インサート２は電極Ａの加工能力に応した寸法を有
する円筒状に形成されている。この作用インサート２は
電極Ａによりプラズマアークを発生させる際の発生点と
なるものである。

金属層３は、作用インサート２とホルダー１を電気的及
び熱的に結合する機能を有しており、作用インサート２
と図示しない直流電源とをトーチ５を介して接続すると
共に、作用インサート２で発生した熱をホルダー１に伝
達することで作用インサート２を冷却するためのもので
ある。

また金属層３は作用インサート２がらの熱電子の放出に
よる昇温によって溶融してホルダー１と作用インサート
２との間に流動し、ホルダー１をプラズマアーク１１か
ら遮蔽すると共に、蒸発する際の潜熱によって作用イン
サート２の先端がら局部的に熱を吸収する機能を有する
ものでもある。

金属層３としては、作用インサート２の外径に応じた内
径を有し、且つ所定の厚さを有する筒状に形成した所謂
金属スペーサを用いることが可能である。この場合、金
属スペーサに作用インサート２を嵌合し、更にホルダー
１の孔１ｃに圧入されることで、作用インサート２とホ
ルダー１の接触部に配置される。

また金属層３として、ホルダー１に形成した孔１ｃと作
用インサート２との間に溶融した銀合金又は金合金を注
入して形成しても良い、この場合、金属層３とホルダー
１及び金属層３と作用インサート２を夫々拡散結合させ
ることが可能であり、これらの接触面に空隙が形成され
る式が無い、従つて、熱伝導性、導電性を向上させると
共に安定させることが可能である。

以下、本実施例では作用インサート２とホルダー１の間
に金属層３として、筒状の金属スペーサを介在させた場
合について説明する。

実験の結果、前記金属スペーサ３の厚さとしては、０．
０１■〜０．８−の範囲で設定することが好ましい、こ
れ以下の厚さであると、ホルダー１とプラズマアーク１
１との遮蔽及び蒸発潜熱による熱の吸収機能を有効に発
揮することが出来ず、またこれ以上の厚さであると、金
属スペーサ３全体が溶融してホルダーｌから作用インサ
ート２が脱落する虚がある。

金属スペーサ３の材料として銀合金又は金合金を用いて
いる。

即ち、前述した実験結果から、作用インサート２及び金
属スペーサ３が消耗し、ホルダー１が露出する虞のある
とき、溶融した金属スペーサ３の金属がホルダー１の表
面に沿って流動して該表面に溶融金属層を形成すること
が可能であれば、ホルダー１の局部的な溶融を防止する
ことが可能となり、且つホルダー１と金属スペーサ３と
の接触面に空隙が形成されている場合であっても、この
空隙に溶融金属が流れ込んで熱伝導性を向上させること
が可能となり、従って、電極Ａの消耗時間を延長させる
と共に安定させることが可能であるとの結論に基づいて
、酸化系ガス雰囲気中及び高温雰囲気中での安定性、材
料の入手の容易さ、加工の容易さ等を検討して選定した
ものである。

銀合金、金合金の溶融温度はホルダーｌを構成する銅又
は銅合金及び作用インサート２を構成するハフニウム、
ハフニウム合金、ジルコニウムジルコニウム合金の溶融
温度よりも低く、また銀。

金は酸化系ガス雰囲気中で酸化することが無く、更に、
プラズマアークの発生によって酸化銀が生成したとして
も、この酸化銀は高温雰囲気中で銀と酸素に分解され、
また酸化金が生成したとしても、この酸化金は高温雰囲
気中では金と酸素に分解される。従って、前記銀合金、
金合金は酸化系ガス雰囲気及び高温雰囲気に於ける挙動
が安定したものである。

銀合金、金合金としては銅系の合金が好ましい。

これは合金中に含有される銅がホルダー１を構成する銅
又は銅合金及び作用インサート２を構成するハフニウム
、ハフニウム合金、ジルコニウム。

ジルコニウム合金との拡散結合性が良好であるためであ
る。

実験の結果、銀合金としては主成分として、銀５０％〜
９５％、銅５％以上含有したものであれば目的を達成す
ることが可能であった。また銀の含有率が５０％以下で
ある場合には銅の含有率を増大させることが必要であっ
た０例えば、銀の含有率が２４％である場合には銅の含
有率を３５％以上にする必要があり、また銀の含有率が
４０％である場合には銅の含有率を１０％に設定するこ
とで目的を達成することが出来た。従って、銀合金とし
ては主成分として銀２４％〜９５％、銅５％〜７６％を
含むものであれば目的を達成することが可能である。

また銀合金として、銀−銅系合金にパラジウムを４％〜
３５％含有させることで、該合金の溶融温度を上昇させ
ることが可能であり、且つこの含有率を適宜設定するこ
とで、銀合金の溶融温度を適宜設定することが可能であ
る。

また金合金としては、主成分として金８０％乃至９０％
、銅５％を含むものであれば目的を達成することが可能
であった。また金の含有率を３０％とした場合には銅の
含有率を２０％以上に設定することが必要であった。従
って、金合金としては主成分として金３０％〜９５％、
銅５％〜７０％を含むものであれば目的を達成すること
が可能である。

また金合金として、金−銅系合金にニッケルを２％乃至
２０％含有させることで、該合金の溶融温度を上昇させ
ることが可能であり、且つこの含有率を適宜設定するこ
とで、金合金の溶融温度を適宜設定することが可能であ
る。

金属スペーサ３を構成する銀合金、金合金は、夫々上記
の如き成分と含有率を持って構成される。

然し、亜鉛、カドミウム、錫、リチウム、鉛等が含有さ
れても性能上はとんど影響の無いことを確認している。

上記の如く構成した電極Ａを用いて綱板４に対する切断
加工を施す場合について第２図を用いて説明する。

電極Ａはトーチ５の電極台６にネジ等の手段によって着
脱可能に装着される。このとき、電極Ａに形成した孔１
ｂに冷却流体を流通させるための導管７が嵌合し、該導
管７に冷却水を流通させることで、電極Ａを構成するホ
ルダー１を直接冷却し得るように構成している。トーチ
５の先端にはノズルキャップ８が着脱可能に装着されて
おり、このノズルキャップ８の内側にノズル９が配置さ
れている。このノズルキャップ８及びノズル９は電極Ａ
を冷却した冷却水によって冷却されている。

また電極Ａとノズル９とで形成される空間に酸化系ガス
を供給するための通孔１０が設けられている。

上記構成に於いて、図示しない直流電源の陰極側を作用
インサート２と接続すると共に陽極側を綱板４と接続し
て直流電圧を印加し、且つ通孔１０を介して酸化系ガス
を供給すると、ノズル９によって高電流密度に絞られた
プラズマアーク１１と酸化系ガスが鋼板４に向かって噴
射され、鋼板４の表面を溶融すると共に酸化させ、溶融
金属及び酸化溶融物を鋼板４から除去することで、該鋼
板４を切断することが可能となる。

次に、電極Ａに於ける消耗プロセスについて第３図（→
、（ハ）を用いて説明する。

記述したように、酸化系ガス雰囲気中で作用インサート
２の先端から熱電子が放出されると、この先端部分は局
部的に超高温（６０００°Ｃ〜７０００°Ｃ）となる。

尚、作用インサート２に於ける熱電子の放出部分は、作
用インサート２の表面であって且つ中心部分であると考
えられている。

前記熱により作用インサート２を構成する金属は溶融し
且つ１発する。このとき、作用インサート２の先端で発
生する熱は作用インサート２全体に伝達され、更に金属
スペーサ３を介してホルダー１に伝達される。そしてホ
ルダー１を強制冷却することによって、該ホルダー１を
介して作用インサート２を冷却することが可能となる。

同図（ａ）に示すように、作用インサート２の先端に於
ける金属の蒸発により、該先端部分にクレータ−１ｅが
発生する。クレータ−１ｅに対応する位置にある金属ス
ペーサ３は、作用インサート２から発生する熱により溶
融及び蒸発する。然し、金属スペーサ３を構成する材料
として銀合金、金合金の何れを用いた場合であっても、
これ等の融点がホルダー１を構成する銅又は銅合金の融
点よりも低いため、ホルダー１は溶融しない、また金属
スペーサ３が蒸発する際の蒸発潜熱により、作用インサ
ート２の先端部分に於ける熱を吸収することが可能であ
り、従って、クレータ−１ｅに対応する部分のホルダー
１の昇温を抑制することが可能となる。

電極Ａの稼働時間が増加すると、同図（ｂ）に示すよう
にクレータ−１ｅが成長して熱電子の放出点が電極Ａの
内部に侵入する。このようなりレータ−Ｉｅの成長過程
に於いて、作用インサート２は定常的に溶融し且つ薫発
し、金属スペーサ３も溶融し且つ蒸発する。このとき、
金属スペーサ３の溶融金属はホルダー１に形成した孔１
ｃの表面に沿って流動し、これにより、ホルダー１のプ
ラズマアーク１１と対応する面、即ち孔１ｃの表面に溶
融金属層１２が形成される。そして前記溶融金属層Ｉ２
によって、ホルダー１をプラズマアーク１１に直接さら
すこと無く遮蔽することが可能である。

前記溶融金属層１２は、クレータ−１ｅの成長に伴って
金属スペーサ３が連続的に溶融することから、溶融金属
が定常的に供給され、常に略一定の厚さに維持される。

そして溶融金属Ｎ１２とホルダー１との接触面を介して
熱がホルダー１に伝達されると共に、溶融金属層１２の
プラズマアーク１１と対向する面からは連続的に溶融し
た金属の蒸発が行われて熱を吸収することが可能となる
。このため、プラズマアークの発生時に於ける電極の温
度分布を定常状態としたことが可能である。

上記の如く、クレータ−１ｅの成長に伴って熱電子の放
出点が電極Ａの内部に侵入したとき、ホルダー１のプラ
ズマアーク１１と対向する面に金属スペーサ３の溶融金
属層が形成されることで、ホルダー１が直接プラズマア
ーク１１にさらされることを防止すると共に温度分布を
定常状態としたことが可能であり、これにより、電極Ａ
の消耗時間を延長させると共に安定させることが可能と
なる。

第４図はカップ状に形成された金属スペーサ１３を用い
て構成した電極Ｂの説明図である。

図に於いて、作用インサート２はカップ状の金属スペー
サ１３に嵌挿されており、この金属スペーサ１３がホル
ダー１に形成した孔ＩＣに嵌挿されている。従って、金
属スペーサ１３は、作用インサート２とホルダー１との
接触部に於ける全接触面にわたって配置されている。

電極Ｂを上記の如く構成しても、前述した電極Ａと同様
に消耗時間を延長させると共に安定させることが可能で
ある。

第５図（ａ）、　（ｂ）は作用インサート２がホルダー
ｌの中心軸に対して偏心して構成された電極Ｃの説明図
である。

作用インサート２とホルダー１との間に溶融した銀合金
又は金合金を注入して電極を構成する場合に、上記の如
き電極Ｃが構成されることがある。

図に示す電極Ｃは、ホルダー１の孔１ｃと作用インサー
ト２の表面が直接接触している。このような電極Ｃにあ
っては、作用インサート２の先端から熱電子を放射した
場合に、ホルダー１が直接プラズマアーク１１にさらさ
れて溶融する虞がある。

然し、実験の結果、作用インサート２とホルダー１との
接触部に於ける接触面積の８０％以上に金属層３を介在
させることによって、電極Ｃの消耗時間を延長させると
共に安定させることが可能であった。

即ち、金属層３を構成する材料として銀合金又は金合金
を用いた場合、作用インサート２からの熱電子の放射に
よって発熱すると、ホルダー１の溶融に先立って金属層
３を構成する銀合金、金合金が溶融し、作用インサート
２とホルダー１とが直接接触している部分に流れ込むこ
とで、瞬時にホルダー１の孔ＩＣの表面に溶融金属層１
２を形成する。この熔融金属層１２は、作用インサート
２の消耗によりクレータ−１ｅが成長しても、金属層３
の定常的な溶融により溶融金属が連続して供給されるこ
とで、途切れること無く定常的に形成される。このため
、電極Ｃの消耗時間を延長させると共に安定させること
が可能である。

上記の如く、金属スペーサ３又は金属層３は必ずしも、
作用インサート２とホルダー１の接触部に於ける全接触
面に介在させることは必要では無く、８０％以上の接触
面に介在させることで目的を達成し得ることが確認され
た。これは、銀合金。

金合金に於ける溶融温度は銀、金の含有率に応じた一定
温度となり、従って、金属スペーサ３又は金属層３の体
積を一定としたことで、銀合金、金合金の溶融、流動の
挙動を略一定の状態で行わせることが可能であるためと
考えられる。

尚、前述した電極Ａと従来のアルミニウムの金属スペー
サを有する電極との消耗時間を比較したところ、電極の
仕様によっても異なるが、電極Ａは平均して５０％消耗
時間を延長させることが出来た。

また消耗時間の安定性について、多数の電極Ａと多数従
来の電極とを用いて比較したところ、安定精度を８０％
向上させることが出来た。

〈発明の効果〉以上詳細に説明したように、本発明に係る電極によれば
、作用インサートとホルダーとの間に銀合金又は金合金
からなる金属スペーサ又は金属層を介在させることで、
熱伝達効率を向上させることが出来る。また作用インサ
ートが消耗した場合にホルダーのプラズマアークと対向
する面に銀合金又は金合金の溶融金属層が形成されるこ
とで、ホルダーがプラズマアークに直接さらされること
を防止することが出来る。このため、動作ガスとして酸
化系ガスを用いた場合であっても、電極の消耗時間を延
長させると共に安定させることが出来る等の特徴を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａＪは電極の断面説明図、第１ｒｇＪ（ｂ）は
電極の正面説明図、第２図は切断加工を施す際の模式説
明図、第３図（ａ）、　（ｂ）は電極が消耗する過程を
示す説明図、第４図はカップ状の金属スペーサを用いた
電極の説明図、第５図（ａ）、　（ｂ）は作用インサー
トとホルダーが直接接触した電極の説明図、第６図は従
来の電極に於ける冷却流体と消耗時間との関係説明図で
ある。Ａ、Ｂ、Ｃは電極、１はホルダー、１ｃは孔、２は作用
インサート、３は金属スペーサ又は金属層、４は鋼板、
５はトーチ、６は電極台、７は導管、８はノズルキャン
プ、９はノズル、１０は動作ガス通孔、１１はプラズマ
アーク、１２は熔融金属層、１３は金属スペーサである
。特許出願人　　小池酸素工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗電極で
あって、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記ホルダ
ーの端面に固定されるハフニウム、ハフニウム合金、ジ
ルコニウム、ジルコニウム合金のグループから選択され
た金属からなる作用インサートと、銀合金又は金合金か
らなる金属スペーサとを有し、前記ホルダーと前記作用
インサートとの接触部に於ける８０％以上の接触面に前
記金属スペーサを配置したことを特徴としたアーク加工
用非消耗電極。
（２）酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗電極で
あって、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記ホルダ
ーの端面に固定されるハフニウム、ハフニウム合金、ジ
ルコニウム、ジルコニウム合金のグループから選択され
た金属からなる作用インサートとを有し、前記ホルダー
と前記作用インサートとの接触部に於ける８０％以上の
接触面に銀合金又は金合金からなる金属層を介在させた
ことを特徴としたアーク加工用非消耗電極。
（３）請求項（２）記載のアーク加工用非消耗電極に於
いて、ホルダーと作用インサートとの接触部に介在させ
た金属層がホルダー及び作用インサートと拡散結合した
ものであることを特徴としたアーク加工用非消耗電極。
（４）銀合金が主成分として銀２４％乃至９５％、銅５
％乃至７６％を含むものであることを特徴とした請求項
（１）乃至（３）何れかに記載のアーク加工用非消耗電
極。
（５）銀合金が主成分として銀５０％乃至８１％、銅１
５％乃至４６％、パラジウム４％乃至３５％を含むもの
であることを特徴とした請求項（１）乃至（３）何れか
に記載のアーク加工用非消耗電極。
（６）金合金が主成分として金３０％乃至９５％、銅５
％乃至７０％を含むものであることを特徴とした請求項
（１）乃至（３）何れかに記載のアーク加工用非消耗電
極。
（７）金合金が主成分として金８０％乃至９８％、ニッ
ケル２％乃至２０％を含むものであることを特徴とした
請求項（１）乃至（３）何れかに記載のアーク加工用非
消耗電極。