JPH06246456A - プラズマ切断方法及びプラズマ切断トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノズル部材を冷却するガスを旋回させると共に
プラズマ柱に向かって噴射することで切断面の傾斜をよ
り小さくする。 【構成】トーチ本体１に取り付けた電極４とノズル部材
７の間にガスガイド６を設けることでプラズマガスを旋
回させてノズル７ａから噴射する。ノズル部材７とキャ
ップ12との間にプラズマ柱15に向かって収斂するテーパ
状の通路13を設けると共に該通路13に整流部材14を設
け、トーチ本体１の冷却ガス用の供給路11に供給したガ
スを旋回させてプラズマ柱15に向かって噴射する。これ
により、プラズマ切断の特徴である進行方向の一方向の
切断面の傾斜角度が改善される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマ柱に向かって旋
回させたガス流を噴射させることで、切断面の品質を向
上させるようにしたプラズマ切断方法と、プラズマ切断
トーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板やステンレス鋼板等の被切断材にプ
ラズマ柱を噴射して切断するプラズマ切断では、電極と
ノズルの間に酸素ガス或いはエア等のプラズマガスを供
給し、このプラズマガスをプラズマ化してノズルから噴
出させてプラズマ柱を形成している。

【０００３】プラズマのエネルギーを集中させるため
に、ノズルから噴出させるプラズマ柱を可及的に細く絞
ることが好ましいとされている。このため、ノズルを冷
却することで該ノズルを通過するプラズマ柱をサーマル
ピンチ効果によって絞るように構成するのが一般であ
る。

【０００４】ノズルの冷却方式としては、水を流通させ
る水冷却方式、或いはノズルの外側にキャップを装着し
ノズルとキャップの間にエア等のガスを供給するガス冷
却方式がある。ガス冷却方式を採用した場合、冷却用ガ
スはノズルとキャップの間の間隙から大気中に放出され
る。特に、大気中に放出されたガスによってプラズマ柱
に影響を与えることのないように配慮されるのが一般で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、ノズルを
ガス冷却によって冷却する場合、ノズルを冷却した後の
ガスは単に大気中に放出されている。

【０００６】一方、プラズマ加工により被切断材を切断
した場合、被切断材の上面側から下面側に向かって切断
面が傾斜するという問題がある。このため、電極とノズ
ルの間に供給するプラズマガスを強制的に旋回させるこ
とで、ノズルから噴射するプラズマ柱の一方側の傾斜角
度を小さくすることにより切断面の傾斜を小さくするこ
とが行われている。

【０００７】本発明の目的は、冷却用ガスを有効に利用
して切断面の傾斜をより小さくすることが出来るプラズ
マ切断方法と、前記切断方法を実施するプラズマ切断ト
ーチを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本件発明者は、プラズマ
による加工方法を開発する途上で、従来はプラズマ柱に
対して影響を与えることのないように配慮されて大気中
に放出されていた冷却用のガスを積極的に利用すること
によって、切断面の傾斜を改善することが出来ることを
発見した。そして更に実験を重ねた結果、上記課題を解
決することを可能としたプラズマ切断方法とプラズマ切
断トーチを発明した。

【０００９】即ち、本発明に係るプラズマ切断方法は、
電極とノズル部材との間隙に供給されたプラズマガスを
旋回させると共にプラズマ化して噴射することで被切断
材を切断するプラズマ切断方法に於いて、ノズル部材に
形成されたノズルから噴出するプラズマ柱に向かってノ
ズル部材とキャップとの間隙からガスを旋回させて噴射
させることを特徴とするものである。

【００１０】また本発明に係るプラズマ切断トーチは、
電極とノズル部材との間隙に供給されたプラズマガスを
旋回させると共にプラズマ化して噴射するプラズマ切断
トーチに於いて、前記ノズル部材の外周にキャップを配
置してノズル部材とキャップとの間にノズルの中心軸に
収斂するテーパ状のガス通路を形成し、前記ガス通路に
供給されたガスを旋回させる旋回手段を設けて構成され
るものである。

【００１１】

【作用】上記プラズマ切断方法によれば切断面の傾斜を
改善することが出来る。即ち、ガスを旋回させてノズル
部材とキャップとの間隙からプラズマ柱に向かって噴射
することで、プラズマ柱を更に旋回させることが出来
る。このため、プラズマ切断の特徴である、進行方向の
一方向のみが角度が小さくなるという切断面の傾斜の方
向性の特性をより顕著に現出することが可能となり、切
断面の傾斜をより垂直に近く改善することが出来る。

【００１２】また上記プラズマ切断トーチ（以下『切断
トーチ』という）によれば、ノズル部材とキャップとの
間にノズルの中心軸に収斂するテーパ状のガス通路を形
成すると共に、該ガス通路にガスを旋回させる旋回手段
を設けたので、ガス通路に供給されたガスを旋回させつ
つノズル部材に形成したノズルから噴射するプラズマ柱
に向かって噴射することが出来る。

【００１３】

【実施例】以下、上記切断トーチの実施例について図を
用いて説明し、合わせてプラズマ切断方法について説明
する。図１は切断トーチの構成を説明する断面図、図２
は旋回手段の構成を説明する図、図３はプラズマ柱と旋
回させて噴射させたガスとの関係を説明する模式図であ
る。

【００１４】先ず切断トーチの構成について図１により
説明する。図に於いて、トーチ本体１の内部には該本体
１の内周壁１ａと所定の間隙を持って導電性を有する内
筒２が配置され、この内筒２の内部に冷却筒３が配置さ
れている。また内筒２の先端に電極４が着脱可能に装着
されており、この電極４に円筒状の絶縁体５が装着さ
れ、該絶縁体５を介してガスガイド６及びノズル部材７
が取り付けられている。ノズル部材７はトーチ本体１の
先端内面に形成されたネジ部１ｂに螺合することで、ト
ーチ本体１に着脱可能に取り付けられ、同時に電極４，
絶縁体５及びガスガイド６を夫々所定の位置に保持して
いる。

【００１５】上記構成に於いて、冷却筒３の内部は電極
４を冷却する冷却水を供給する供給路８ａとして構成さ
れ、冷却筒３と内筒２とで形成された通路は冷却水を排
出する排出路８ｂとして構成されている。従って、冷却
筒３の内部に構成された供給路８ａに冷却水を供給する
と、この冷却水は冷却筒３の先端を通って排出路８ｂに
流通し、該排出路８ｂからトーチ本体１の外部に排出さ
れる。そして冷却筒３の先端部分を流通する冷却水によ
って電極４を冷却することが可能である。

【００１６】トーチ本体１の内周面１ａと内筒２の外周
面との間隙によってプラズマガス供給路９が構成されて
いる。前記プラズマガス供給路９は、ガスガイド６を介
して電極４とノズル部材７との間に形成された室10に連
通している。ガスガイド６はプラズマガス供給路９から
供給されたプラズマガスを強制的に旋回させて室10に流
通させる機能を有するものであり、傾斜した複数のガイ
ド通路６ａが形成されている。

【００１７】従って、プラズマガス供給路９に供給され
た酸素ガス，エア，窒素ガス等のプラズマガスは、ガス
ガイド６のガイド通路６ａによって強制された旋回流と
なり室10を通過する。このため、電極４とノズル部材７
の間で放電させ、旋回させたプラズマガスを流通させる
ことで、該プラズマガスをプラズマ化してノズル部材７
に形成したノズル７ａから外部に噴射することが可能で
ある。

【００１８】トーチ本体１の壁部には１または複数の冷
却用ガスの供給路11が形成されており、またトーチ本体
１の先端であって外周壁に形成されたネジ部１ｃにキャ
ップ12が着脱可能に取り付けられている。キャップ12を
トーチ本体１に螺合したとき、該キャップ12の内周面12
ａとトーチ本体１の先端面１ｄ及びノズル部材７の外周
面７ｂの間には所定の寸法を持った間隙が形成され、こ
の間隙が冷却用ガスの通路13として構成される。

【００１９】上記通路13の末端はノズル部材７の先端面
７ｃと略同一面で大気中に開口し、冷却用ガスの噴射口
13ａを構成している。また通路13はノズル部材７の外周
面７ｂとキャップ12の内周面12ａとによって、ノズル７
ａの軸心の延長上で収斂するテーパ状に構成されてい
る。このため、噴射口13ａから大気中に噴射された冷却
用のガスはノズル７ａの延長上で該ノズル７ａから噴射
されるプラズマ柱と交叉する。

【００２０】供給路11或いは通路13の所定位置には、供
給された冷却用ガスを旋回させる旋回手段となる整流部
材14が配置されている。整流部材14は図２に示すよう
に、金属或いはセラミックスからなるリング状の部材に
上下方向に貫通して複数の孔14ａを形成して構成されて
いる。前記孔14ａは夫々予め設定された角度を持って斜
め方向に形成されている。このため、整流部材14を通過
した冷却用のガスは、孔14ａによって強制されて旋回流
となって通路13を流通し、この流通過程でノズル部材７
を冷却する。

【００２１】上記の如く構成された切断トーチＡに於い
て、図３に示すように、トーチ本体１に形成されたプラ
ズマガス供給路９にプラズマガスを供給すると、このプ
ラズマガスはガスガイド６によって旋回流となり室10に
供給される。そして電極４とノズル部材７の間で放電さ
せることでパイロットアークが形成され、このパイロッ
トアークはノズル７ａから外部に噴射され、その後、被
切断材が近傍にある場合は、該被切断材と電極４の間に
プラズマ柱15を形成し切断が可能となる。

【００２２】プラズマガスの供給と同時に供給路11に冷
却用のガスを供給すると、このガスは整流部材14によっ
て強制された旋回流となって通路13に供給され、ノズル
部材７を冷却しつつ旋回状態を保持して噴射口13ａから
プラズマ柱15に向かって噴射され、プラズマ柱15の周囲
を旋回しつつ該プラズマ柱15に沿って流下する。

【００２３】上記の如く、プラズマ柱15に向かって冷却
用のガスを旋回させて噴射することで、プラズマ切断の
特徴である進行方向の一方向の角度がより垂直に近い角
度に改善されるという特性を向上させることが可能であ
る。

【００２４】本件発明者の実験では、冷却用のガスを５
kg/cm²で30 l/min供給したとき、切断面の傾斜角度は約
３度改善された。

【００２５】尚、切断トーチＡに設けた整流部材14は、
図２に示すように、単独の部材として構成しても良く、
ノズル部材７の外周に該部材７と一体的に形成しても良
い。更に整流部材14をキャップ12の内部に該キャップ12
と一体的に形成しても良い。また本実施例では、整流部
材14に冷却用のガスを強制的に旋回させる孔14ａを形成
したが、この実施例に限定するものではなく、孔14ａの
代わりに溝を形成しても良い。また整流部材14の取付位
置は、本実施例のようにノズル部材７のガス供給側のみ
ではなく出口側であっても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマ切断方法では、ノズル部材とキャップとの間隙
に供給される冷却用のガスを旋回させると共にプラズマ
柱に向かって噴射することで、プラズマ切断特有の切断
面の傾斜を改善することが出来る。

【００２７】また本発明に係るプラズマ切断トーチで
は、ノズル部材とキャップとの間に旋回手段を配置する
ことで、供給された冷却用のガスを強制的に旋回させて
噴射す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】

【図１】切断トーチの構成を説明する断面図である。

【図２】旋回手段の構成を説明する図である。

【図３】プラズマ柱と旋回させて噴射させたガスとの関
係を説明する模式図である。

【符号の説明】

Ａ 切断トーチ １ トーチ本体 ２ 内筒 ３ 冷却筒 ４ 電極 ５ 絶縁体 ６ ガスガイド ７ ノズル部材 ７ａ ノズル ９ プラズマガス供給路 10 室 11 冷却用ガスの供給路 12 キャップ 13 通路 14 整流部材 14ａ 孔 15 プラズマ柱

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極とノズル部材との間隙に供給された
   プラズマガスを旋回させると共にプラズマ化して噴射す
   ることで被切断材を切断するプラズマ切断方法に於い
   て、ノズル部材に形成されたノズルから噴出するプラズ
   マ柱に向かってノズル部材とキャップとの間隙からガス
   を旋回させて噴射させることを特徴としたプラズマ切断
   方法。
2. 【請求項２】 電極とノズル部材との間隙に供給された
   プラズマガスを旋回させると共にプラズマ化して噴射す
   るプラズマ切断トーチに於いて、前記ノズル部材の外周
   にキャップを配置してノズル部材とキャップとの間にノ
   ズルの中心軸に収斂するテーパ状のガス通路を形成し、
   前記ガス通路に供給されたガスを旋回させる旋回手段を
   設けたことを特徴としたプラズマ切断トーチ。