JPH069750Y2 - プラズマアーク切断装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、プラズマアークによつて被加工物を切断する
装置の改良に関し、特に圧縮空気を吸着分離法によつて
富酸素ガスと窒素ガスとに分離して得られた富酸素ガス
を切断用の作動ガスとして用いる方式のプラズマアーク
切断装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、プラズマアーク切断においては、被加工物と電
極との間にアーク放電を発生させ、この放電柱を包囲す
るように作動ガスを電極と同心状に設けられたノズルか
ら噴出させてプラズマジエツトを生成して被加工物を溶
融、切断している。

このプラズマアーク切断に使用する作動ガスとしては、
空気を用いると安価であるが、空気中に８０％程度も含
まれる窒素によつて切断面に窒化層が形成される。この
窒化層は切断部を組合せて溶接するときに気孔を発生さ
せ、溶接品質を悪化させる原因となるものである。

このような不具合を解消するために、作動ガスとして純
酸素を用いる方法や、酸素５０〜９５％と残部窒素のい
わゆる富酸素ガスを用いる方法が提案されている。この
うち純酸素を用いる方法は、切断面の肩が丸くなるとい
う欠点があるために、後者の富酸素ガスを用いる方法が
多用される傾向にある。この富酸素ガスを得る方法とし
ては、酸素ボンベおよび窒素ボンベを用意して、これら
をそれぞれ減圧して混合した後に使用する方法もある
が、簡便に富酸素ガスを得る方法として、ゼオライトの
ような加圧下において空気中から窒素を選択的に吸着し
て酸素成分の豊富なガスを透過する吸着剤を用いる吸着
分離法を用いる装置が提案されている（例えば、特願昭
６１−１６６３８７号）。この種の装置の例を第２図に
示す。

第２図において、１は空気を圧縮するコンプレツサ、２
はアキユムレータ、３Ａ，３Ｂは吸着分離槽で、この槽
内には加圧下で、例えば空気中から窒素を主として選択
的に吸着する、例えばゼオライトなどの高分子吸着剤、
いわゆる窒素吸着剤が充填されている。４Ａ，５Ａおよ
び６Ａは吸着分離槽３Ａ内を加圧および減圧状態に切換
える電磁弁で、この電磁弁４Ａ，５Ａ，６Ａを順次切換
えて、吸着分離槽３Ａ内を圧縮空気によつて加圧状態に
すると、圧縮空気中から窒素および水分の大半が吸着剤
により選択的に吸着除去されて、富酸素ガスが生成され
る。また吸着後に吸着分離槽３Ａ内を減圧状態にすると
吸着剤から窒素および水分が放出され、吸着剤がほぼ初
期の状態に再生される。４Ｂ，５Ｂ，６Ｂは吸着分離槽
３Ｂに設けられた電磁弁で先の電磁弁４Ａ〜６Ａと同等
のものである。８は吸着分離槽３により生成された富酸
素ガスを貯える第１のバツフアタンク、７，９は第１の
バツフアタンク８に連結された電磁弁、１０および１１
は酸素濃度検出計および流量計、１２は吸着分離槽３に
より生成された富窒素ガスを貯える第２のバツフアタン
ク、１３は電磁切換弁、１４はプラズマアーク切断用ト
ーチである。なお、１５，１６は電磁弁、１７は逆止
弁、１８は吸着分離槽３より生成される富窒素ガスを第
２のバツフアタンク１２に送出するための送出機構で、
図示の場合、吸引ポンプを使用している。

上記において、まず電磁弁４Ａのみを開の状態としてコ
ンプレツサ１から圧縮空気を吸着分離槽３Ａ内に流入さ
せる。これにより吸着分離槽３Ａ内が圧縮空気により徐
々に加圧され、例えば４〜６Kg／cm²の加圧状態で弁６
Ａ，７を開の状態とする。この加圧状態では、圧縮空気
から窒素および水分が選択的に吸着剤に吸着されるた
め、主として酸素が濃縮された、いわゆる富酸素ガスが
第１のバツフアタンク８に送出される。使定時間後、弁
４Ａ，７を閉の状態にして加圧−吸着工程を完了する。
続いて吸着分離槽３Ａを減圧して槽３Ａ内の吸着剤の再
生を行う作業と相前後して槽３Ｂにおける加圧−吸着作
業を行なわせる。この場合、槽３Ｂ内の加圧作業を迅速
にするために、槽３Ａの減圧を行なう前に弁６Ａ，６Ｂ
の操作を行なう。

即ち、弁４Ａ，７を閉にした後、弁６Ａ，６Ｂを開にし
て２つの槽３Ａ，３Ｂ内を均圧化させる。

この後、弁６Ａを閉、弁５Ａを開にして槽３Ａ内を減圧
し、槽３Ａ内の吸着剤に吸着された窒素および水分の放
出を行なわせて、吸着剤の再生を行なう。図示の場合、
槽３Ａの減圧時、吸引ポンプ１８を駆動して槽３Ａ内を
減圧するとともに吸着剤から放出された窒素および水分
を第２のバツフアタンク１２に圧送する。

上記槽３Ａの放出工程と前後して、槽３Ｂの加工−吸着
工程を行なう。この場合弁操作は槽３Ａにおける上記動
作の弁４Ａ，６Ａを夫々４Ｂ，６Ｂと読み替えることに
より実施される。

槽３Ｂの加圧−吸着工程の完了までに槽３Ａの放出工程
が終了し、この後槽３Ａ，３Ｂの均圧作業を行なう。こ
れにより槽３Ａの１サイクルの吸着−放出工程が完了す
る。

引続き、槽３Ａの加圧−吸着工程の実施と前後して槽３
Ｂの放出工程を行ない、しかる後、槽３Ａ，３Ｂの均圧
作業を行なつて、槽３Ｂの１サイクルの吸着−放出工程
が完了する。

上記のごとく、槽３Ａ，３Ｂの加圧−吸着工程と放出工
程とが順次に繰返されて、富酸素ガスおよび富窒素ガス
が生成される。

プラズマアーク切断用トーチ１４の非消耗性電極１４２
の周囲に至る作動ガス用通路１４１への供給管２０ａ
と、第１のバツフアタンク８の取出管２０ｂと、第２の
バツフアタンク１２の取出管２０ｃと、電極弁１３とで
切換連通路２１が構成されている。プラズマアーク切断
時には富酸素ガスが供給され、また非切断時には富窒素
ガスが供給されるように電極弁１３が操作される。

なお、富窒素ガスは富酸素ガスに比して大量に生成され
るが、富窒素ガスの生成量が使用量よりも多量となる場
合には、弁１６により富窒素ガスを第２のバツフアタン
ク外に放出する。

なお図においては、吸着分離槽を２系統設けてこれを交
互に作動させるようにしたが、使用する酸素量が少ない
ときには１系統でもよい。また吸着分離槽を減圧すると
きに得られる窒素ガスは不要であれば空中に放出する。
この場合、当然バツフアタンク１２、電磁弁１５，１６
は不要であり、また電磁弁１３は切換弁ではなく富酸素
ガスのみを導通・遮断する２方口電磁弁（開閉弁）でよ
いことになる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記のように、吸着分離装置を用いて富酸素ガスを得る
方式の装置は、作動ガスの残量について留意する必要が
なく、また高圧ボンベの取り替えが不要となるので作業
の中断が発生しないなどの利点を有するものであるが、
つぎのような欠点を有する。

即ち、上記従来装置においては、第３図に示すようにプ
ラズマアーク発生用の電源装置と吸着分離式富酸素ガス
発生装置とはそれぞれ別個に製作し、それぞれをホース
やケーブルによつて接続していた。第３図は、この様子
を示す外観図であり、図中１０１は商用交流電源を入力
としてプラズマアーク切断に適した直流電力に変換する
電源装置、１０２はプラズマ作動用の富酸素ガスを生成
する吸着分離式富酸素ガス発生装置であり、１０３は切
断トーチ、１０８は被加工物、１０９は圧縮空気供給用
のエヤコンプレツサである。この富酸素ガス発生装置１
０２と切断トーチ１０３とは電源装置１０１を中継して
ホース１０４にて接続されている。また電源装置１０１
と富酸素ガス発生装置１０２との間は、作業開始、停止
各指令信号や酸素濃度検出信号などの電気信号を伝達す
るための制御ケーブル１０５も設けられている。これら
のホースやケーブル類は、通常数メートルないし１０数
メートル程度の長さが限度であり、それ以上長いものを
用いると、圧力低下や流量減少あるいは信号の減衰や雑
音の混入等が生じて実用上種々の問題が発生する。この
ために、切断作業が広い範囲に及ぶときには、切断用電
源１０１および富酸素ガス発生装置１０２をともに移動
させなければならず、その度にホースやケーブルの接続
をやり直す必要があり、極めて作業性が悪かつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、富酸素ガスを使用するプラズマアーク切断装
置において、切断用電源と吸着分離式富酸素ガス発生装
置とを共通の枠体に収納して単一の装置によつて切断作
業を可能としたものである。

〔実施例〕

第１図は、本考案の実施例を示す内部構造を略記した外
観図であり、同図において１０１は切断用電源装置、１
０２は吸着分離式の富酸素ガス発生装置であり第２図に
示した装置と同様に吸着分離槽、開閉弁機構、バツフア
タンクから構成されている。これら電源装置１０１と富
酸素ガス発生装置１０２とは共通の枠体１１０に搭載さ
れており、枠体１１０はまたカバー１１１にて覆われて
いる。枠体１１０とカバー１１１には切断用トーチ１０
３および被加工物１０５とを接続するためのケーブル類
１０６，１０７を接続するための接栓と切断用電力源お
よび制御用電源を受けるための交流電源入力端子を有す
る。またカバー１１１の前面には切断電流調整器、計器
類、表示灯等が取付けられている。また内蔵された富酸
素ガス発生装置１０２にはガス源として圧縮空気を供給
することが必要であるので後部には圧縮空気受入口が設
けられており、この圧縮空気受入口には工場のエヤライ
ンまたは別置されたエヤコンプレツサ１０９から所定量
の圧縮空気が供給される。

なおこの圧縮空気を供給するためのエヤコンプレツサ
は、小形のものを枠体１１０に他の機器と共に搭載して
もよい。この場合、エヤコンプレツサーの運転は、交流
電源の投入時に一旦起動し、これによつて得られる富酸
素ガスがバツフアタンク内に所定圧力となつたときに停
止するようにし、後は切断作業に連動して運転するよう
にその制御回路を構成すれば、連続運転のものにくらべ
て小容量のものを用いることができる。また、分離され
た窒素ガスは、第２図と同様に別にタンクに蓄えるよう
にして、プラズマアークのスタート前や切断終了直後に
作動ガスに代えて切断トーチ部に供給するようにすれば
廃棄される窒素ガスを有効に利用して切断トーチの電極
の酸化が防止できて電極の寿命を延長することができ
る。

〔考案の効果〕

本考案は、上記の通りであるので、プラズマアーク切断
に必要な電源と作動ガスが１体の装置となり、移動や設
置に極めて便利となり、しかも本考案のようにすること
によつて、空気中から連続して無制限に富酸素ガスが得
られて作動ガスの保管、管理や補充のために作業を一旦
停止する必要がないなどの吸着分離式富酸素ガス発生装
置の利点を最大限に引き出すことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例を示す図、第２図はプラズマ
アーク切断装置に用いる吸着分離式富酸素ガス発生装置
の詳細を説明するための図、第３図は従来の装置の例を
示す外観図である。 １…エヤコンプレツサ、３Ａ，３Ｂ…吸着分離槽、４
Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ，７，９，１３，１
５…電磁弁、８…第１のバツフアタンク、１２…第２の
バツフアタンク、１４，１０３…切断用トーチ、１４２
…電極、１４３…ノズル、１０４…被加工物、１０１…
電源装置、１０２…富酸素ガス発生装置、１０９…エヤ
コンプレツサー、１１０…枠体、１１１…カバー、

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】富酸素ガスを使用するプラズマアーク切断
   装置において、加圧下で圧縮空気から窒素または酸素を
   選択的に吸着する吸着剤を充填した吸着分離槽と前記吸
   着分離槽の入口側および出口側に設けられて前記吸着槽
   内に圧縮空気を導入し富酸素ガスを導出しまたは吸着ガ
   スを排出するための開閉機構と前記吸着分離槽によつて
   生成される富酸素ガスを蓄えるためのバツフアタンクと
   からなる富酸素ガス発生装置を切断用電力を供給するた
   めの電源装置と共通の枠体に収納したプラズマアーク切
   断装置。
2. 【請求項２】前記圧縮空気を供給するためのエヤコンプ
   レツサを前記富酸素ガス発生装置および前記電源装置と
   共通の枠体に収納した請求項１に記載のプラズマアーク
   切断装置。