JPH0570772U - プラズマアークガウジング用トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高能率なガウジング作業を行なうことがで
きるプラズマア−クガウジング用ト−チを提供するこ
と。 【構成】 プラズマア−クガウジング用ト−チにおい
て、チップに穿設されたプラズマ噴出孔の先端にプラズ
マ噴出孔と同軸の有底状の開口部を配設し、チップの各
部の寸法を ・プラズマ噴出孔：直径ｄmm ・有底状の開口部：直径Ｄmm 奥行Ｅmm としたとき、チップを２．２mm≦ｄ≦４．４mmおよび４
０度≦α≦１００度（ただし、チップ開き角度αは噴出
孔および開口部の夫々の端縁を通る直線のなす角度。α
＝２tan ^-1｛（Ｄ−ｄ）／２Ｅ｝）を満足する値に形成
したことを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プラズマア−クガウジング用ト−チの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、プラズマア−クガウジング用ト−チＴ´は図１１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、このプラズマ電極１は銅また は銅合金より成る電極基材２と、この電極基材２の先端凹部に装着されたタング ステンやハフニウム等の高融点金属の挿入体３とにより構成されている。４´は ト−チＴ´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が噴出 するプラズマ噴出孔４０１が穿設されている。５は絶縁カップである。 上記ト−チＴ´において、電極１とチップ４´との間にプラズマア−クを発生 させ、加工時に適宜の作動ガスをプラズマ噴出孔４０１から噴出させてプラズマ ア−ク６を発生させ、ト−チＴ´を被加工物Ｗに対して３０度乃至４０度傾斜さ せて矢印で示す方向にト−チＴ´を移動させつつ、プラズマア−ク６により被加 工物Ｗの表面部のガウジング作業を行っている。 上記チップ４´は、プラズマア−クガウジングに一般的に用いられている標準 チップ（以降、ノ−マルタイプのチップと呼ぶ）であり、チップ４´の先端面４ ０２に直交するプラズマ噴出孔４０１が直接開口するように形成されている。 また、図１２はダイバ−ゼントタイプと呼ばれているチップ４´を設けた、他 の従来例を示すものであって、プラズマ噴出孔４０１の先端にチップの先端面４ ０２に向かうに従って径が大きくなるラッパ状の開口部４０３が、プラズマ噴出 孔４０１と同軸に形成されている。 なお、プラズマア−クガウジング作業においては、図３に示すようなガウジン グ溝がほぼ左右均一で溝底部で十分なア−ルがとれた形状を良質な溝形状とし、 上記以外の、例えば図４に示すようなガウジング溝の形状を不良な溝形状として 取扱っている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

図５は、ノ−マルタイプのチップ４´を備えたト−チを用いてプラズマア−ク ガウジング作業を行なう場合に、チップ４´の噴出孔４０１の直径ｄとガウジン グ溝の断面積Ｓとの関係を下記のガウジング条件で調べたものである。 ガウジング電流：１２０Ａ ガウジング速度：５０cm/min プラズマガス：プリミックガス［Ａｒ（７０％）＋Ｈ2 （３０％）］ プラズマガスの設定圧力：４Kg/cm2 ト−チ角度：３０度 被加工物：ＳＳ４１材１９mmt ……（１） ノ−マルタイプのものでは、プラズマア−クの拘束が強過ぎるため、図５に示 すように、上記の良質なガウジング溝の形状となるのは、実用的なガウジング速 度、例えば５０cm/minにおいて、プラズマ噴出孔４０１の直径ｄが５mm位以上と 比較的大きい場合に限られる。ところで、通常プラズマ噴出孔４０１の単位面積 あたりの作動ガスの流量はプラズマ噴出孔４０１の寸法に拘わらずほぼ一定とし ているため、ガス流量は噴出孔４０１の断面積に比例することとなる。このため 、プラズマ噴出孔４０１が比較的大きいチップでガウジング作業を実施すると必 然的にガスの消費量が多くなる。しかも、良質なガウジング加工におけるガウジ ング能力、即ちガウジング溝の断面積は、図５に示されるごとく、小さい値であ った。すなわち、ガウジング作業の能率が悪いという欠点があった。 また、ダイバ−ゼントタイプのものでは、図６の点線で示されるように良質な 溝形状を得られるプラズマ噴出孔４０１の直径の範囲は幾分拡大されるが、ガウ ジング能力（＝ガウジング溝の断面積）はノ−マルタイプものより低下していた 。なお、図６のダイバ−ゼントタイプにおける噴出孔４０１の直径ｄとガウジン グ溝の断面積Ｓとの関係は、ラッパ状の開口部４０３の開き角度を４０度とし、 ガウジング条件は条件（１）と同じ条件で調べたものである。 そこで、本考案の目的は、高能率なガウジング作業を可能にするプラズマア− クガウジング用ト−チを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案の構成は、加工用の電極とプラズマ噴出孔の 穿設されたチップとの間にパイロットア−クを発生させ、加工時に作動ガスを介 して前記プラズマ噴出孔からプラズマア−クを噴出させるプラズマア−クガウジ ング用ト−チにおいて、前記プラズマ噴出孔の先端に該プラズマ噴出孔と同軸の 有底状の開口部を配設し、前記チップの各部を ・プラズマ噴出孔：直径ｄmm ・有底状の開口部：直径Ｄmm 奥行Ｅmm としたとき、前記チップを２．２mm≦ｄ≦４．４mmおよび４０度≦α≦１００度 （ただし、チップ開き角度αは前記噴出孔および前記開口部の夫々の端縁を通る 直線のなす角度。α＝２tan ^-1｛（Ｄ−ｄ）／２Ｅ｝）を満足する値に形成した ことを特徴とする。

【０００５】

【実施例】

以下、本考案を図示の実施例により詳細に説明する。 図１および図２において、１はプラズマ電極でこのプラズマ電極１は、銅また は銅合金より成る電極基材２と、この電極基材２の先端凹部に装着されたタング ステンやハフニウム等の高融点金属の挿入体３とにより構成されている。４はト −チＴの先端に支持された中空のチップで、中央部にプラズマ流が噴出するプラ ズマ噴出孔４０１が穿設されている。４０４はプラズマ噴出孔４０１の先端にプ ラズマ噴出孔４０１と同軸に配設された有底状の開口部である。

【０００６】 図２において、プラズマ噴出孔４０１の直径をｄ，開口部４０４の直径をＤ， 奥行をＥとし、プラズマ噴出孔４０１の端縁をイ，ロ、開口部４０４の端縁をハ ，ニとしたとき、直線イハと直線ロニとのなす角度をαとする。（以後αをチッ プ開き角度と称する。）チップ開き角度αはチップ４の各部の寸法により下記の 式で表わされる。 α＝２tan ^-1｛（Ｄ−ｄ）／２Ｅ｝ ……（２）

【０００７】 図６の実線は、本考案に係るト−チにおいて使用するチップ４を、開口部４０ ４の直径Ｄ＝８mm，奥行Ｅ＝５mmとし、噴出孔４０１の直径ｄを変化させたとき の噴出孔４０１の直径ｄとガウジング溝の断面積Ｓとの関係を、前記図５に示さ れるノ−マルタイプのチップを用いたガウジング作業の場合と同じ条件（１）で 調べたものである。図６の実線より、本考案に係るト−チによれば、噴出孔４０ １の直径ｄが２．２mm以上５mm以下の範囲において、良質なガウジング溝が得ら れることがわかる。 図６において、本考案に係るト−チとダイバ−ゼントタイプのチップを使用し たト−チとを比較すると、チップ４の噴出孔４０１の直径ｄが４．４mm以下では ガウジング溝の断面積Ｓに比較的大きい差異が生じ、噴出孔４０１の直径ｄが小 さくなるほどこの差異は大きくなる。 上記のごとく、噴出孔４０１の直径ｄが４．４mmが臨界点となるが、この状態 を更に詳述する。 図７は、チップ４の噴出孔４０１の直径ｄが４．４mmの場合、ガウジング速度 Ｖとガウジング溝の断面積Ｓとの関係を本考案に係るト−チ（実線）とダイバ− ゼントタイプのチップを使用したト−チ（点線）とについて調べたものである。 なお、図７におけるガウジング作業の条件は、ガウジング速度を除いて条件（１ ）と同じである。 図７において、例えばガウジング溝の断面積Ｓが８mm² のガウジング溝を得る ためには、ガウジング速度Ｖはダイバ−ゼントタイプのものでは５０cm/minであ るが、本考案に係るト−チによれば７５cm/minの速度でガウジング作業が可能で ある。即ち、同じ断面積のガウジング溝を得るためには本考案に係るト−チでは 、ダイバ−ゼントタイプのものを使用する場合の約１．５倍の速度でガウジング 加工することができる。 この場合、Ｄ＝８，ｄ＝４．４，Ｅ＝５を上記式（２）に代入すると、α＝２ tan ^-1０．３６となる。即ち、チップ開き角度αは４０度である。なお、式（２ ）においてｄが４．４mmより小さくなるに従ってαが大となる。例えば、ｄ＝２ ．２mmのときα＝６０度である。また、チップ４の噴出孔４０１の直径ｄが４． ４mm未満のときも本考案に係るト−チによれば、ダイバ−ゼントタイプものより 高速でガウジング作業を行なえる。 以上により、図６に示されるごとく、チップ４の噴出孔４０１の直径ｄが４． ４mmよりも小さくなるにつれて、本考案に係るト−チとダイバ−ゼントタイプの ものとでは、ガウジング溝の断面積Ｓの差が徐々に大きくなる。即ち、本考案に 係るト−チはダイバ−ゼントタイプのものよりガウジング能力が大きく、噴出孔 ４０１の直径ｄが小さくなるほどガウジング溝の断面積Ｓの差が大きくなる。ま た、図７に示されるごとく、同一のガウジング溝の断面積Ｓを得るためには、本 考案に係るト−チではダイバ−ゼントタイプのものより速い速度でガウジング作 業が可能である。さらに、本考案に係るト−チでは、ダイバ−ゼントタイプのも のでは良好な加工の行なえなかった小径の噴出孔４０１のものまで、即ち噴出孔 ４０１の直径ｄが２．２mmまでを採用することができる。このように、噴出孔４ ０１の直径ｄが比較的小径であってもガウジング能力が大きい、良質なガウジン グ溝が得られるので、プラズマガスの消費量の少ない高能率なガウジング作業が 可能である。

【０００８】 図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、ガウジング溝の加工方向に沿った断面図である 。図８（ａ）は、良質なガウジング溝が得られるときのガウジング溝の加工状況 を示す図であり、ト−チの移動方向、即ち、Ｘ1 方向の被加工物Ｗの表面付近が ガウジング溝底部より先に溶融して、いわゆるノントンネル形のガウジング溝を 形成している。図８（ｂ）および図８（ｃ）は、不良なガウジング溝となる場合 のガウジング溝の加工状況を示す図である。図８（ｃ）はガウジング溝底部が被 加工物Ｗの表面付近より先行して溶融するいわゆるトンネル形のガウジング溝で あり、図８（ｂ）はガウジング溝底部にほぼ垂直な溶融壁を形成するセミトンネ ル形と呼ばれるガウジング溝であり、セミトンネル形のガウジング溝はノントン ネル形からトンネル形に移行するときに現われる。上記のセミトンネル形やトン ネル形のガウジング溝が形成されると、ガウジング溝が左右不均一で溝底部に十 分なア−ルが形成されない不良なガウジング溝となるだけでなく、プラズマア− クによって溶融した金属がプラズマト−チ方向に吹上がり、ト−チ各部、特にチ ップ４´や絶縁カップ５が損傷したり、ガウジング作業者自身にふりかかったり するため、作業性が悪くなる。 図６の実験において、本考案に係るト−チでは、噴出孔４０１の直径ｄが２． ２mm以上５mm以下の範囲においてノントンネル形のガウジング溝であり、噴出孔 ４０１の直径ｄが２mmでセミトンネル形となり、さらに２mm未満でトンネル形の ガウジング溝となった。 即ち、本考案に係るト−チでは、噴出孔４０１の直径ｄが２．２mm≦ｄ≦４． ４mmのとき、ダイバ−ゼントタイプのものよりもガウジング能力が大であって高 能率の加工ができる。

【０００９】 図９の実線は、本考案に係るト−チにおいて、チップ４の噴出孔４０１の直径 ｄ＝３mm，開口部４０４の奥行Ｅ＝５mmとし、開口部４０４の直径Ｄを変化させ たときの開口部４０４の直径Ｄとガウジング溝の断面積Ｓとの関係を前記ガウジ ング条件（１）と同じ条件で調べたものである。また、図９の点線は、ダイバ− ゼントタイプのものについて同様の実験をした結果である。図９の点線に示され るごとく、ダイバ−ゼントタイプのものでは狭い範囲でしか良質なガウジング溝 が得られない。しかし、図９の実線に示されるごとく、本考案に係るト−チによ ればチップ４の開口部４０４の直径Ｄが６．５mm以上１５mm以下、即ちチップ開 き角度αが３９度以上１００度以下の範囲において、図８（ａ）に示されるよう なノントンネル形のガウジング溝となり、良質なガウジング溝が得られる。勿論 、前記の図６で説明したのと同様に、本考案に係るト−チによれば、ダイバ−ゼ ントタイプのものより大きい速度、能力でガウジング作業を行なうことができる 。即ち、高能率な加工が可能である。

【００１０】 図１０の実線は、本考案に係るト−チにおいて、チップ４の噴出孔４０１の直 径ｄ＝３mm，開口部４０４の直径Ｄ＝８mmとし、開口部４０４の奥行Ｅを変化さ せたときの開口部４０４の奥行Ｅとガウジング溝の断面積Ｓとの関係を前記ガウ ジング条件（イ）と同じ条件で調べたものである。また、図１０の点線は、ダイ バ−ゼントタイプのものについて同様の実験をした結果である。ただし、タイバ −ゼントタイプのものにおいて、ラッパ状の開口部４０３の奥行、即ちチップの 先端面４０２から噴出孔４０１までの長さをＥとしている。図１０の点線に示さ れるごとく、ダイバ−ゼントタイプのものでは狭い範囲でしか良質なガウジング 溝が得られない。しかし、図１０の実線に示されるごとく、本考案に係るト−チ によれば、チップ４の開口部４０４の奥行Ｅが２mm以上７mm以下、即ちチップ開 き角度αが３９度以上１０３度以下の範囲において、図８（ａ）に示されるよう なノントンネル形のガウジング溝となり、良質なガウジング溝が得られる。勿論 、本考案に係るト−チによれば、ダイバ−ゼントタイプのものより大きい速度， 能力でガウジング作業を行なうことができるのは前記と同様である。

【００１１】 以上のように、噴出孔４０１の直径ｄが２．２mm≦ｄ≦４．４mmおよびチップ 開き角度αが４０度≦α≦１００度を満足するチップを備えたプラズマア−クガ ウジング用ト−チによれば、高能率なガウジング作業を行なうことができる。

【００１２】

【考案の効果】

チップ４の噴出孔４０１の直径ｄが４．４mmよりも小さくなるにつれて、本考 案に係るト−チとダイバ−ゼントタイプのものとではガウジング溝の断面積Ｓの 差が徐々に大きくなる。即ち、本考案に係るト−チはダイバ−ゼントタイプのも のよりガウジング能力が大きく、噴出孔４０１の直径ｄが小さくなるほどガウジ ング能力の差が大きくなる。また、同一のガウジング溝の断面積Ｓを得るために は、本考案に係るト−チではダイバ−ゼントタイプのものより速い速度でガウジ ング作業が可能である。さらに、本考案に係るト−チでは、ダイバ−ゼントタイ プのものでは良好な加工の行なえなかったチップ４の噴出孔４０１の直径ｄが２ ．２mmまでを採用することができ、ガウジング能力が大きく、プラズマガスの消 費量の少ない高能率なガウジング作業が可能である。 以上の説明で明らかなように、本考案に係るプラズマア−クガウジング用ト− チによれば、ガウジング能力が大であって高能率なガウジング作業を行なうこと ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の要部を示す一部断面図

【図２】図１に示されるト−チの先端部の拡大断面図

【図３】良質なガウジング溝を示す断面図

【図４】不良なガウジング溝を示す断面図

【図５】従来のノ−マルタイプのチップを用いるプラズ
マア−クガウジング用ト−チにおいて使用するチップの
噴出孔の直径ｄとガウジング溝の断面積Ｓとの関係を示
す図

【図６】従来のダイバ−ゼントタイプのチップを用いる
プラズマア−クガウジング用ト−チおよび本考案に係る
ト−チにおいて夫々使用するチップの噴出孔の直径ｄと
ガウジング溝の断面積Ｓとの関係を示す図

【図７】従来のダイバ−ゼントタイプのチップを用いる
プラズマア−クガウジング用ト−チおよび本考案に係る
ト−チにおいて夫々使用するチップのガウジング速度Ｖ
とガウジング溝の断面積Ｓとの関係を示す図

【図８】ガウジング溝の加工方向に沿った加工状況説明
図

【図９】従来のダイバ−ゼントタイプのチップを用いる
プラズマア−クガウジング用ト−チおよび本考案に係る
ト−チにおいて夫々使用するチップの開口部の直径Ｄと
ガウジング溝の断面積Ｓとの関係を示す図

【図１０】従来のダイバ−ゼントタイプのチップを用い
るプラズマア−クガウジング用ト−チおよび本考案に係
るト−チにおいて夫々使用するチップの開口部の奥行Ｅ
とガウジング溝の断面積Ｓとの関係を示す図

【図１１】従来例の要部を示す一部断面図

【図１２】他の従来例の要部を示す一部断面図

【符号の説明】

１ プラズマ電極 ４ チップ ４０１ プラズマ噴出孔 ４０４ 有底状の開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 宮内 正直 大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会 社ダイヘン内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工用の電極とプラズマ噴出孔の穿設さ
   れたチップとの間にパイロットア−クを発生させ、加工
   時に作動ガスを介して前記プラズマ噴出孔からプラズマ
   ア−クを噴出させるプラズマア−クガウジング用ト−チ
   において、前記プラズマ噴出孔の先端に該プラズマ噴出
   孔と同軸の有底状の開口部を配設し、 前記チップの各部を ・プラズマ噴出孔：直径ｄmm ・有底状の開口部：直径Ｄmm 奥行Ｅmm としたとき、前記チップを２．２mm≦ｄ≦４．４mmおよ
   び４０度≦α≦１００度（ただし、チップ開き角度αは
   前記噴出孔および前記開口部の夫々の端縁を通る直線の
   なす角度。α＝２tan ^-1｛（Ｄ−ｄ）／２Ｅ｝）を満足
   する値に形成したことを特徴とするプラズマア−クガウ
   ジング用ト−チ。