JPH0455063A - プラズマアーク加工用電極 - Google Patents

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、被加工物を溶接あるいは切断するためのプラ
ズマアーク加工トーチに使用される電極に関する。

〈従来の技術〉 一般に、プラズマアーク加工トーチは第５図に示される
ものであって、１は流体により冷却されるプラズマ電極
で、この電極１は、銅又は銅合金よりなる中空状の電極
基材２と、この電極基材２の先端凹部に装着されたハフ
ニウムやジルコニウム等の高融点の挿入体３とにより構
成されている。

４は電極１を支持する導電材料よりなる電極支持部材、
５は電極支持部材４の外部に設けられた絶縁スリーブ、
６は絶縁スリーブ５の外部に設けられた導電材料からな
るチップ支持部材で、上記４乃至６によりトーチボディ
７が構成されている。

８はチップ支持部材６の先端に支持された中空のチップ
で、先端中央部にプラズマ流噴出孔８０１が穿設されて
いる。９は絶縁カップ、１０は冷却水の案内管で、供給
ホース１１より流入された冷却水は電極１を直接冷却し
た後、矢印の通路を経て排水ホース１２よりトーチの外
部に流出される。

上記トーチにおいて、電極１と被加工物との間に電力を
供給すると共に、空気、酸素、窒素等の適宜のプラズマ
アーク形成用流体Ｇをチップ８のプラズマ噴出孔８０１
より噴射させてプラズマジェットを発生させ、このプラ
ズマジェットにより被加工物の加工を行っている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、最近ユーザーより、電極寿命にバラツキがあ
り、作業管理上問題があるために、できるだけ均一な寿
命の電極が嘱望されている。

そこで、電極について調査したところ、一般に電極１は
、電極基材２の先端部に挿入体３の外径よりも僅かに小
径の凹部を穿設し、この先端凹部内に円柱状の挿入体３
を打込んで嵌着させていた。

この場合、先端凹部内の空気が、あたかも挿入体３を蓋
として密閉され、挿入体３が先端凹部内に嵌入されるに
つれて真空状態となり、挿入体３を先端凹部内に打込ん
で嵌着させた電極１では、先端凹部の底面と挿入体３の
挿入端面とに間隙のあるものが大部分であることが分っ
た。しかし、先端四部および挿入体３の加工精度の関係
上、先端凹部の底面と挿入体３の挿入端面とが当接して
いるものも幾つかあり、この電極を使用した場合に比べ
て、先端凹部の底面と挿入体３の挿入端面とに間隙のあ
る電極、即ち大部分の電極を使用する場合の方が電極寿
命が短かかった。

そこで、本発明の目的は、使用寿命の均一なプラズマア
ーク加工用電極を提供することにある。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の構成は、流体により
冷却される銅又は銅合金よりなる電極基材の先端凹部に
高融点の挿入体を装着してなるプラズマアーク加工用電
極において、前記電極基材と前記挿入体とにより内部空
間を区画し、該内部空間に前記電極基材よりも低融点の
物質を充填したことを特徴とする。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１の実施例は、本発明の請求項１に対応し、′１ｓ１
図において、２は流体により冷却される銅又は銅合金よ
りなる電極基材、３はハフニウムやジルコニウム等の高
融点の挿入体で、例えば円柱状に形成されている。２１
は電極基材２よりも低融点の物質で、例えば錫、鉛、ま
たは錫と鉛の合金等の、いわゆる低融点合金である。こ
の低融点の物質２１と挿入体３は、挿入体が先端凹部の
解放側となるよう装着、例えば嵌着される。すなわち、
換言すれば低融点の物質２１は電極基材２と挿入体３と
により区画される空間内に充填されている。

上記電極基材２、低融点の物質２１および挿入体３によ
り電極１が構成されている。

上記構成の電極１において、低融点の物質２１は一般に
柔軟性を有するが、電極基材２の先端凹部２０１に低融
点の物質２１を介して挿入体３を打込んで嵌着させる場
合、先端凹部２０１に相当する密閉された空気が真空状
態で存在するため、挿入体３の挿入端面と低融点の物質
２１と先端凹部２０１の底面とが完全に当接していない
状態が多々ある。しかし、上記電極１を用いてプラズマ
加工を行なうと、挿入体３の先端部が約１０００℃とな
り、挿入体３の挿入端面側が約６００℃となるため、低
融点の物質２１が溶融し、この溶融した低融点の物質２
１により挿入体３の挿入端面と先端凹部２０１の底面と
が熱的に短絡される。ところで、一般に冷却用流体によ
り電極基材２の先端凹部２０１の底面部が最も効率よく
冷却されているため、この底面部に、溶融した低融点の
物質２１を介して熱的に短絡された挿入体３は有効に冷
却される。このため、プラズマ加工中において゛電極１
が熱的に安定して電極寿命が一定となる。

つぎに、第２の実施例は、本発明の請求項２に対応し、
第２図（Ａ）乃至第２図（Ｆ）および第３図（Ａ）乃至
第３図（Ｄ）において、３は所定の寸法に形成された高
融点の挿入体で、例えばこの挿入体３は、直径が１〜３
１１ｍ、長さが３〜５ｍｌの円柱状に形成されている。

まず、電解脱胞およびフッ化水素酸浸漬などの前処理に
より、挿入体３の表面の脱脂と酸化被膜の除去とを行な
う。この後電気メッキにより、第２図（Ｂ）に示される
ごとく、挿入体３の表面にニッケルメッキ４１を施す。

例えば、ウッドストライク浴を用いて挿入体３にニッケ
ルの電気メッキを施す。この場合、ウッドストライクニ
ッケルメッキの電流密度を１〜１０Ａ−ｄｍ−２、好ま
しくは２〜４Ａ−ｄｍ−２電気メッキ時間を１０〜１５
分とすることにより、ウッドストライクニッケルメッキ
４１の適正厚さ０．１〜２０μｍが得られた。この後、
第２図（Ｃ）に示されるごとく、挿入体３の表面に適宜
に銀メッキ４２を施す。このようにしてニッケルの電気
メッキ４１と銀メッキ４２とを順次に施した挿入体３の
直径をｄとした場合、銅又は銅合金よりなる電極基材２
に穿設する先端四部２０１の直径はｄ＋Δｄと僅かに大
きく形成されていて、この先端凹部２０１に低融点の物
質２１および挿入体３を遊入する。この後、第２図（Ｅ
）及び第３図（Ａ）に示されるごとく、圧着具５１乃至
５４により電極基材２の端部外周を中心方向に圧看する
。ところで、圧着時に挿入体３の端面を越えて電極基材
２が電極１の先端部に突出する。この突出部２０２が形
成されたままの電極１をプラズマアーク加工に使用した
場合、電極面におけるアーク発生点が、上記突出部２０
２上をはいまわるため、反って電極寿命が短くなる。こ
のため、第２図（Ｆ）に示されるごとく、圧着後に次工
程として上記突出部２０２をバイト切削あるいはグライ
ンダー加工などの機械加工により削除して、電極基材２
の先端部と挿入体３とが面一となるように形成される。

このように、電極基材２の先端部と挿入体３とが面一に
形成されているため、電極面におけるアーク発生点は挿
入体３上となり、所望の状態でプラズマ加工が行なわれ
る。

上記により製作された電極においては、ニッケルの電気
メッキが挿入体３に施されるため、ニッケルメッキ４１
とハフニウムよりなる高融点の挿入体３との密着性が良
好となり、メッキを施した挿入体３を電極基材２の先端
凹部２０１内に圧看する工程を行なうまでの間に、挿入
体３のメッキ部に不慮の外力が作用しても、メッキが剥
れてしまうという事態は殆ど生起することはな（、かつ
ニッケルメッキ４１と挿入体３との密着性が良好なため
、電極基材２の端部外周を中心方向に押圧しても、メッ
キが挿入体３から剥離することがなく、従って電極基材
２の先端凹部２０１に挿入体３を確実に圧着することが
できる。即ちプラズマ電極１を８昌にかつ確実に製作す
ることができる。

さらに、プラズマ電極１の使用に際して、挿入体３が電
極基材２の先端凹部２０１に圧着されているため、電極
１が加熱されても圧着時の拘束力により挿入体３が保持
され、挿入体３が離脱することはなく、また、ニッケル
メッキ４１は酸化物を実質的に生成しないため、プラズ
マ加工中に挿入体３に発生する熱は、ニッケルメッキ４
１−銀メッキ４２−電極基材２へと迅速に伝達されて、
電極基材を冷却する冷却流体により順次に電極外へと取
出されることと相候って、第１の実施例で説明したよう
に、プラズマ加工時に低融点の物質２１が溶融して、先
端凹部の底面部と挿入体３とが熱的に短絡されて挿入体
３が有効に冷却されることにより、電極が熱的に安定し
て電極寿命が一定で、しかも従来に比して長くなる。

なお、従来、ジルコニウムの挿入体を溶融塩化亜鉛中に
浸漬して挿入体に亜鉛メッキを施し、次いで溶融眼中に
浸漬して挿入体に銀メッキを施し、この亜鉛メッキと銀
メッキとを施した挿入体を電極基材の先端凹部に銀によ
りロー接することが提言されているが、この場合、亜鉛
メッキの表面には酸化被膜が形成され、この酸化被覆に
より亜鉛から銀への熱伝導が悪いため、挿入体の熱が電
極基材に迅速に伝達されず、結果として電極の使用寿命
が思った程も改善されていない。

第４図は、電極寿命を示す図であって、挿入体としてハ
フニウムを用いた従来の電極の場合を点線で示し、また
本発明の第２の実施例に相当する電極の場合を実線で示
している。第４図から理解できるように、本節２の実施
例に相当する電極は、従来の電極の使用限界、即ち電極
寿命に比べて３倍上も長くなった。

く第４図におけるプラズマ切断条件〉 ０切断速度：　４０　ｅｌｌ／　５ｉｎＯ切断長さ：３
０ｃｍ／回 ０電流：１２ＯＡ Ｏ被切断材：５Ｓ４１．板厚１６龍 ０１回当りの切断時間：４５秒 第３図（Ａ）乃至第３図（Ｄ）は、夫々電極基材２の端
部外周を中心方向に圧着する場合に使用される圧着具５
１乃至５４の変形例を示す図であって、第３図（Ｂ）乃
至第３図（Ｄ）に示されるごとく、圧着後に電極１の外
面に平行な圧着面を形成していれば、この平行な圧着面
を電極着脱用の工具係止面として利用することができる
ため、圧着後の工具係止面加工工程を省くことができ、
安価に電極１を製作することができる。また、挿入体３
はジルコニウムとすることができる。

上記において、挿入体３に施すニッケルの電気メッキと
しては、ウッドストライク浴が最適である。これにも拘
らず、メッキ速度や挿入体に対するニッケルメッキの密
着性の点などの成る程度の条件低下を許容するものとす
れば、スルファミン酸浴やワット浴などの適宜の電気メ
ッキとすることもできる。

さらにまた、ニッケルの電気メッキを施した挿入体３に
銀メッキを施せば、熱伝導および価格などの点で最良で
あるが、金、白金あるいはロジウムなどのいわゆる貴金
属のメッキとすることができる。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の請求項１および
２の効果は、挿入体の挿入端面と、低融点の物質と、電
極基材の先端凹部の底面とが完全に当接していない場合
でも、プラズマ加工時には、溶融した低融点の物質によ
り、挿入体の挿入端面と先端凹部の底面とが熱的に短絡
されて電極が熱的に安定するため、電極寿命が一定とな
ることである。

請求項２の効果は、上記効果に加えて、酸化物を実質的
に生成しないニッケルの電気メッキおよび銀メッキが順
次に挿入体に施されるため、挿入体に発生する熱はメッ
キ部を介して電極基材に迅速に伝達されて挿入体が有効
に冷却されることにより、電極が所定の状態以上に過熱
されることがなく、電極寿命が長（なることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の請求項１に対応する第１の実施例を示
す縦断面、第２図（Ａ）乃至第２図（Ｆ）は本発明の請
求項２に対応する１２の実施例を示す縦断面、第３図（
Ａ）乃至第３図（Ｄ）は第２図（Ｅ）の側面図に相当し
、夫々異なる変形例を示す図、第４図は電極寿命を示す
図であって、実線は本発明の第２の実施例の場合を、点
線は従来の場合を示す図、第５図は一般的なプラズマア
ーク加工トーチの要部断面図である。 １・・・電極、２・・・電極基材、３・・・挿入体、２
１・・・低融点の物質

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体により冷却される銅又は銅合金よりなる電極基
   材の先端凹部に高融点の挿入体を装着してなるプラズマ
   アーク加工用電極において、前記電極基材と前記挿入体
   とにより内部空間を区画し、該内部空間に前記電極基材
   よりも低融点の物質を充填してなるプラズマアーク加工
   用電極。 ２、流体により冷却される銅又は銅合金よりなる電極基
   材の先端凹部に高融点の挿入体を装着してなるプラズマ
   アーク加工用電極において、前記挿入体にニッケルの電
   気メッキと貴金属のメッキとを順次施し、前記先端凹部
   の直径を、前記メッキされた挿入体の直径よりも僅かに
   大きく形成し、前記先端凹部に、前記電極基材よりも低
   融点の物質と前記挿入体とを挿入体が先端凹部の解放側
   となるよう遊入し、前記電極基材の端部外周を中心方向
   に圧着し、かつ前記電極基材の先端部と前記挿入体とが
   面一となるよう機械加工してなるプラズマアーク加工用
   電極。