JPH07164152A - 内部気体切替手段を備えるプラズマアークトーチ - Google Patents

内部気体切替手段を備えるプラズマアークトーチ

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JPH07164152A
JPH07164152A JP6273146A JP27314694A JPH07164152A JP H07164152 A JPH07164152 A JP H07164152A JP 6273146 A JP6273146 A JP 6273146A JP 27314694 A JP27314694 A JP 27314694A JP H07164152 A JPH07164152 A JP H07164152A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 トーチの気体室への非酸化性気体或いは酸化
性気体の導入と関連する時間遅れを最小限とするプラズ
マアークトーチの開発。 【構成】 金属質電極１２、電極放電端から離間した電
導性ノズル組立体１１、電極の放電端と電導性ノズル組
立体との間に構成される気体室４１、非酸化性気体を気
体室に流す第１気体通路２６、酸化性気体を気体室に流
す第２気体通路２７、第１気体通路と関連する第１気体
室入口弁６３、第２気体通路と関連する第２気体室入口
弁６４を備える。各気体室入口弁は、気体室に近接して
位置付けられ、気体通路からの気体流れを防止する閉鎖
位置と気体流れを許容する開放位置との間で動作可能で
ある。気体室入口弁の一方は他方の閉鎖と同時に開放さ
れ、気体室へ酸化性或いは非酸化性気体のいずれかを選
択的に導入しそして気体室から存在する気体を迅速にパ
ージする。パージ空間を小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマアークトーチ
に関するものであり、特にはトーチ内部で酸化性及び非
酸化性気体を切替えるための手段を備えるプラズマアー
クトーチに関係する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマアークトーチは一般に、金属質
電極と該電極の放電端に隣り合って位置付けられるノズ
ル組立体を含んでいる。これらトーチは代表的に移行ア
ーク様式で作動し、この場合アークは電極の放電端から
ノズルを介して加工物へと伸びる。プラズマ発生の改善
のために又一層迅速でそして一層効率的な加工物の切断
を行うためにトーチ内では切断操作中酸化性気体が通常
使用される。
【０００３】電極からノズルを介しての加工物へのアー
クの着火と移行に必要とされる高い電圧の故に、幾つか
のプラズマアークトーチは電極放電端とノズル組立体と
の間にパイロットアークを創出することにより始動され
てきた。この始動段階中、トーチの気体室はしばしば酸
化条件を軽減するように非酸化性気体で吹掃される。そ
うしなければ、酸化条件により、電極の有効寿命は電極
とノズル組立体との間に印加される高い電圧により短縮
されるからである。トーチが始動した後、電極とノズル
組立体との間のアークは加工物に移行される。その後、
非酸化性気体の流れもまた減少されそして酸素のような
酸化性気体が切断品質を改善するために非酸化性気体の
流れに付加される。
【０００４】一般に、トーチ始動の上述した従来技術の
方法は、気体流れの注意深い制御と切替のタイミングを
必要とする。幾つかのトーチにおいては、特殊なトーチ
構造が必要とされる。例えば、一つの従来技術のトーチ
設計においては、最初のアーク始動中２つのノズル部材
の間に位置付けられる多数の環状気体口を通して気体は
流れる。アークが加工物へと移行した後、アーク移行後
のトーチ操作中減少されたアルゴン流れが酸化性気体と
混合されるように気体口におけるアルゴン流れの一部は
終了されそして酸化性気体の流れと置換される。この、
トーチ内でのアルゴンと酸素もしくは空気との混合物の
使用は、適正な混合とトーチ作動を維持するために２種
の異なった気体流れについて同時的なそして複雑な制御
を必要とする。追加的に、酸素や空気のような酸化性気
体と組合せてのアルゴンのような非酸化性気体の使用
は、ドロス発生量の増大を招き、これは所望されない。
【０００５】従来技術の一つのプラズマアークトーチ始
動方法が、本件出願人に係る米国特許第５，０１７，７
５２号に記載されている。図２に概略的に示すように、
上記特許の方法と装置は、酸素（Ｏ2 ）のような酸化性
気体と窒素（Ｎ2 ）のような非酸化性気体が一対の常閉
のソレノイド弁を経てトーチ本体に選択的に導入されう
るようなトーチと関与している。単一の気体供給管路が
ソレノイド弁からの酸化性或いは非酸化性気体をトーチ
の先端における気体室へと差し向ける。すなわち、始動
のために非酸化性気体Ｎ2 をトーチの気体室に導入する
ように窒素側ソレノイド弁Ｖが最初に動作せしめられ
る。その後、この窒素側ソレノイド弁が閉じられそして
酸素側ソレノイド弁Ｖが開かれ、それにより切断が開始
されるとき前者を後者で置換する。それぞれの弁はま
た、切断の終了時に、次の切断を開始するべくトーチの
順次しての始動に備えて、酸化性気体を非酸化性気体に
切替えるためにそして酸化性気体をトーチからパージす
る（すでに存在する気体を置換作用により追い出すこ
と）ために適時開閉される。
【０００６】図２に示した上記特許の従来装置及び方法
の一つの制限は、トーチからの気体Ｏ2 及びＮ2 を交換
する（或いはパージする）に際して固有である時間遅れ
である。この時間遅れは、ソレノイド弁と電極及びトー
チノズル組立体に隣り合う気体室間に延在する配管及び
通路内を占める気体の容積による。パージされるべき所
望されざる気体の全量がトーチノズルを通して追い出さ
れねばならず、これはノズルオリフィスの寸法、気体配
管、通路及び室の長さ及び容積、配管、通路及び室への
新たな気体の流量、並びにノズルオリフィスを通しての
パージされた気体の流量に依存する時間を食うプロセス
である。
【０００７】ノズルオリフィスの寸法が制限因子である
ことが多い。例えば、代表的に１５〜１００Ａで作動す
る低電流トーチにおいては、ノズルオリフィスは通常非
常に小さい。従って、小さなノズルオリフィスにより、
これら低電流トーチを通しての気体流れパターンは制限
を受けそしてパージは遅延する。その結果、一方の気体
を他方の気体でパージするのに要する時間は長くなる。
この問題は、比較的大きなノズルオリフィスを有する比
較的高電流のノズル（例えば、１００Ａを超えて、でき
れば１５０Ａ以上で動作するトーチ）においては軽減さ
れる。
【０００８】上記特許に示された装置におけるパージ操
作と関連する時間遅れの例を図４に示す。図４における
４つのグラフの各々は時間に関して同時進行的にプロッ
トされている。これらグラフは、上から下に順に、酸化
性気体及び非酸化性気体を交換するソレノイド弁におけ
る気体流れ、電源により付与されるアーク電流、トーチ
ノズルにおける気体流れ及びトーチの作動によりもたら
される切断を表している。
【０００９】図４におけるソレノイド弁における気体流
れのグラフとトーチノズルにおける気体流れのグラフと
を比較すると、時間遅れ「Ａ」は非酸化性気体と酸化性
気体とが切替えられるときに固有であることが容易にわ
かる。例えば、非酸化性気体制御ソレノイド弁Ｖが開か
れそして或る量のＮ2 が供給配管に導入されるとき、新
たに導入されたＮ2 がトーチノズルに達するには或る程
度の時間が必要とされる。同じ時間遅れ状況は、非酸化
性気体Ｎ2 の流れが停止されそして酸化性気体Ｏ2 の流
れが開始される場合、そして再度切断サイクルの終わり
においてＯ2 流れが停止されそして非酸化性気体Ｎ2 が
トーチ内に再導入される場合にも存在する。既に記載し
たように、時間遅れ「Ａ」の量はソレノイド弁Ｖからト
ーチの気体室まで延在する気体供給管路の長さに正比例
しそして更に供給管路を通しての気体流量にも関係す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】時間遅れ「Ａ」の問題
は、新たな切断の開始、即ちアーク電流の投入に先立っ
てソレノイド弁Ｖの開閉のタイミングを所定の関係に調
整することにより少なくとも部分的に解決されるかもし
れないが、そうした開閉のタイミングは幾つかの従来装
置において見出される気体導入のタイミングにおけるよ
うに注意深い調整を必要とする。精確な、前もってのタ
イミングをとる必要性はまた、トーチ装置を一層複雑な
ものとしそしてその操作を一層困難ならしめる。また、
もしトーチが所定の期間を持たない切断作業に使用され
るなら、切断用アークの終了に続く固有の時間遅れは、
酸化性気体が切断段階全体を通してトーチに供給される
べきならば克服し得ない。こうした固有の時間遅れは、
順次しての切断作業を迅速に進めることが所望される場
合には殊に問題となる。何故なら、トーチノズルから酸
化性気体を完全に追い出すに必要とされる時間遅れは順
次しての切断作業間で最小限としなければならないから
である。図４に示すように、非酸化性気体Ｎ2の切断後
の流れと関連する時間遅れ「Ａ」は、酸化性気体Ｏ2 の
流れが切断作業の終了全体を通して継続するなら存在す
る。
【００１１】本発明の課題は、パイロットアーク発生期
間中非酸化性気体の流れを供給することにより所望され
ざる酸化を最小限としそして更にトーチの気体室への非
酸化性気体或いは酸化性気体の導入と関連する時間遅れ
を最小限とするプラズマアークトーチを開発することで
ある。本発明のまた別の課題は、迅速な切断割り付けの
ために順次しての切断作業間での時間遅れを減少するこ
とのできるプラズマアークトーチを開発することであ
る。本発明のまた別の課題は、酸化性気体及び非酸化性
気体の交換及びパージングと関連する時間遅れを気体制
御弁の動作の複雑な先行してのタイミングに頼ることな
く最小限とすることができるプラズマアークトーチを開
発することである。本発明のまた別の課題は、穿孔品質
を向上することのできるプラズマアークトーチを開発す
ることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は、放電端を有
する金属質電極と、電極の放電端から離間した電導性ノ
ズル組立体と、電極の放電端と電導性ノズル組立体との
間に構成される気体室を備える型式のプラズマアークト
ーチ具体例を前提として解決される。本トーチは、非酸
化性気体を気体室に流通する第１の気体通路と酸化性気
体を気体室に流通する第２の気体通路とを含んでいる。
第１の気体室入口弁が第１の気体通路と関連しそして第
２の気体室入口弁が第２の気体通路と関連する。各気体
室入口弁は、気体室に近接して位置付けられそして関連
する気体通路からの気体流れを防止する閉鎖位置と気体
室への関連する通路からの気体流れを許容する開放位置
との間で動作可能である。気体室入口弁の一方は、気体
室へ酸化性或いは非酸化性気体のいずれかを選択的に導
入しそして気体室からすでに存在する気体を迅速にパー
ジするように他方の気体室入口弁の閉鎖と実質上同時に
開放される。一つの好ましい具体例において、第１及び
第２の気体室入口弁は逆止弁であり、これらは、常閉位
置において弁座部材に対して偏倚されるが、関連する気
体通路内の気体圧力により開放されうる封着部材を備え
ている。封着部材は、ばねにより弁座部材に偏倚されう
るボールでありうる。好ましい具体例においても、プラ
ズマアークトーチは各気体通路と関連するソレノイド弁
をも含んでいる。ソレノイド弁の各々は、気体通路内の
気体の圧力及び流量を調整するように気体室逆止弁の上
流に位置している。ソレノイド弁は好ましくは、常閉位
置、排気位置、及び気体通路内へ気体が流れることを可
能とする開放位置の間で動作可能である。パイロットア
ーク電源のような手段がまた、電極と電導性組立体との
間にアークを発生するために設けられ、他方気体室入口
弁は気体室への非酸化性気体の流れを選択的に許容す
る。主アーク電源のような手段が、ノズル組立体から加
工物までアークを移行しそして電極と加工物との間にア
ークを持続するために設けられる。アークを移行しそし
て持続するための手段は約１００Ａ未満の電流において
作動しうる。気体室に酸化性気体を選択的に導入せしめ
そして気体室から非酸化性気体を迅速にパージするため
のアークの移行と実質上並行して気体室入口弁を動作す
るためのソレノイド弁のような手段もまた設けられる。
電極と加工物との間でアークを終了するための手段並び
にアークの終了と実質上並行して気体室入口弁を動作せ
しめるためのソレノイド弁のような手段が、切断の終了
に際して気体室へ非酸化性気体が流れることを選択的に
許容しそして気体室から酸化性気体を迅速にパージする
ことを許容する。
【００１３】
【作用】非酸化性及び酸化性気体の流れは、ソレノイド
弁から気体室入口弁としての小型逆止弁によりそれぞれ
制御される。内部逆止弁は気体室及びノズル組立体に近
接して位置付けられているから、パージされねばならな
いトーチ内の帯域の容積は比較的小さい。従って、気体
室から僅かの残留する所望されざる気体のパージと関連
する時間遅れを比較的小さくすることができる。ソレノ
イド弁の開放は、第１内部逆止弁を開放せしめ、非酸化
性気体Ｎ2 が逆止弁を通して気体室に流入する。気体室
内へのＮ2 の供給が確立されると、パイロットアーク電
源が起動されて電極とノズル組立体との間にパイロット
アーク電流を設定する。その後まもなく、酸化性気体Ｏ
2 の流れがソレノイド弁を通して気体室に流れ込む。こ
れは気体室から残留する非酸化性気体Ｎ2 の迅速なパー
ジをもたらす。この時点でまた、主アーク電源が起動さ
れ、アークはノズルから上方及び下方ノズル組立体及び
のアーク絞り用穿孔を通して加工物Ｗへと移行し、切断
作業を行う。切断操作の終わりにおいて、アーク電流は
切られ、Ｏ2 流れもまた終了されそして非酸化性気体Ｎ
2 の切断後流れがソレノイド弁と内部逆止弁の協同作用
により確立される。
【００１４】
【実施例】図面、特に図１を参照すると、本発明に従っ
て作製されたプラズマアークトーチ１０が例示されてい
る。プラズマアークトーチ１０は、ノズル組立体１１及
びチューブ状電極１２を含んでいる。電極１２は好まし
くは、銅もしくは銅合金で作製されそして上方チューブ
状部材１３と下方カップ状部材即ちホルダー１４を含ん
でいる。上方チューブ状部材１３は、細長い開口チュー
ブ状構造でありそしてトーチ１０の長手軸線を定義す
る。上方チューブ状部材１３はまた、内面螺刻下方端部
分１５を含んでいる。
【００１５】下方カップ状部材即ちホルダー１４もま
た、チューブ状構造でありそして下方前端と上方後端と
を含んでいる。横断端壁１６が、ホルダー１４の前端を
閉鎖しそして電極１２の外側前面１７を形成している。
ホルダー１４の後端は外面を螺刻されそして上方チュー
ブ状部材１３の内面螺刻下方端部分１５に結合されてい
る。
【００１６】凹入部１８が、横断端壁１６の前面１７に
形成されそしてトーチ１０の長手軸線に沿って後方に凹
入している。挿入体組体２０が凹入部１８内に取付けら
れ、これは一般にトーチの長手軸線に沿って同軸的に配
置される円柱状の電子放射性挿入体２１を備えている。
電子放射性挿入体２１は、電位の印加に際して容易に電
子を放射しうるように比較的低い仕事関数を有する金属
材料から構成される。そうした材料の適当な例はハフニ
ウム、ジルコニウム、タングステン及びその合金であ
る。
【００１７】比較的非電子放射性のスリーブ２２が電子
放射性挿入体２１の周囲に同軸的に凹入部１８内に位置
付けられ、スリーブ２２は周囲壁と凹所１８の壁にロウ
接その他の金属接合技術により接合される。スリーブ２
２は、ホルダー１４の前面１７の面内に載る環状フラン
ジ２４を含んでいる。
【００１８】図１に例示した具体例において、電極１２
は、プラズマアークトーチ本体２５内に組み込まれてい
る。プラズマアークトーチ本体２５は複数の気体通路２
６及び２７を含んでいる。液体通路（図示なし）がトー
チ本体２５を通して液体供給室３０まで通じている。ト
ーチ本体２５は外側断熱ハウジング部材３１により取り
巻かれている。
【００１９】チューブ３２は、電極１２を通して水のよ
うな液体媒体を循環させるためにチューブ状電極１２の
中央穿孔３３内部に懸吊されている。チューブ３２は穿
孔３３の直径より小さな直径を有して、水がその下端か
ら逆向きに流れるように間隙３４を提供する。水は、水
源からチューブ３２を通して流れ、間隙３４を通してト
ーチ本体２５における開口３５まで逆方向に流れそして
更にドレンホース（図示なし）へと流れる。
【００２０】液体供給室３０に通じる通路は、ノズル組
立体１１に噴射水を差し向け、ここで噴射水はプラズマ
アークを取り巻くための渦巻き流に転換される。気体通
路２６及び２７は、適当な源（図示なし）から非酸化性
気体及び酸化性気体を受け取る。これら気体源は、本発
明に従えば、非酸化性気体、好ましくは窒素（Ｎ2 ）源
と酸化性気体、好ましくは酸素（Ｏ2 ）源とを含んでい
る。別様には、酸化性気体として空気が使用されうる。
好ましい具体例において、第１気体通路２６が非酸化性
気体Ｎ2 の導入のための専用とされ、他方第２気体通路
２７が酸化性気体Ｏ2 の導入のための専用とされる。
【００２１】トーチ部品間でのアーク発生によるトーチ
内での酸素着火を伴っての始動の問題を排除するように
するには、非酸化性気体の存在下でプラズマアークトー
チを始動することが有益であることが見出された。同じ
く、着火が瞬時に起こらない場合でも、非酸化性気体の
その後の流れがトーチ内での着火を消す作用をなしう
る。また、銅ノズルの侵食が大幅に軽減され、これはノ
ズルの寿命を著しく増大しそして始動及び切断品質を向
上する。同様に、電極の銅部分の酸化も大幅に低減され
る。
【００２２】通路２６及び２７を通してそれぞれ流れる
非酸化性気体及び酸化性気体は、逆止弁でありうる気体
室入口弁３６及び３７を通して流れる。その後、気体
は、任意の適当な耐熱セラミック材料製でありうる従来
型式の気体邪魔板４０を通して流れそして更に気体室４
１へと流れる。弁３６及び３７は、気体室に近接してト
ーチ内部構造に位置付けられる。気体はその後、気体室
４１からノズル組立体１１の同軸のアーク絞り用穿孔４
２及び４３を通して流れる。電極１２が、セラミック製
気体邪魔板４０をプラスチック製とされうる耐熱絶縁部
材４４と共に然るべく保持している。部材４４は、ノズ
ル組立体１１を電極１２から電気的に絶縁する。
【００２３】ノズル組立体１１は、上方ノズル部材４５
と下方ノズル部材４６とを備える。上方ノズル部材４５
と下方ノズル部材４６とは、第１アーク絞り用穿孔４２
及び第２アーク絞り用穿孔４３をそれぞれ有している。
上方及び下方ノズル部材４５及び４６は金属製となしう
るが、下方ノズル部材４６に対してはアルミナのような
セラミック材料が好ましい。下方ノズル部材４６は、上
方ノズル部材４５からプラスチック製となしうる絶縁ス
ペーサ要素４７により離間されそして更に水渦巻きリン
グ５０により離間される。上方ノズル部材４５と下方ノ
ズル部材４６との間に設けられる空間は、水室５１を形
成する。上方ノズル部材４５における穿孔４２の軸線は
トーチ電極１２の長手軸線と整合している。また、穿孔
４２は円形断面を有しそして気体室４１に隣り合って面
取りした上端を有する。好ましくは、面取り角は約４５
度である。
【００２４】下方ノズル部材４６は、前端（下方）部と
後端（上方）部とを構成する円筒状胴体部５２を備え
る。穿孔４３は、下方ノズル部材４６の胴体部５２を通
して同軸に伸延する。環状取付けフランジ５３が、下方
ノズル部材４６の後端部に位置付けられそして切頭円錐
状表面５４が第２穿孔４３と同軸であるように下方ノズ
ル部材４６の前端部の外面に形成される。環状取付けフ
ランジ５３が、カップ５６の下端における内側に伸びる
フランジ５５により下側から支持される。カップ５６は
外側ハウジング部材３１の相互連結ねじにより取り外し
自在に取付けられる。また、ガスケット５７が環状取付
けフランジ５３及びフランジ５５間に配置される。
【００２５】下方ノズル部材４６及びそのアーク絞り用
穿孔４３は、円形断面でありそして上方ノズル部材４５
のアーク絞り用穿孔４２と心合用スリーブ６０により軸
線方向に整合状態に維持されている。心合用スリーブ６
０は好ましくはプラスチック材料製である。心合用スリ
ーブ６０はその上端において唇を具備し、これは上方ノ
ズル部材に置ける環状ノッチ内に脱着自在に係入する。
心合用スリーブ６０は上方ノズル部材４５から伸延しそ
して下方ノズル部材４６に対して圧接している。水渦巻
きリング５０及び絶縁スペーサ要素４７は心合用スリー
ブ６０への下方ノズル部材４６の挿入に先立って組み込
まれる。
【００２６】水は、通路（図示なし）から液体供給室３
０を通して、スリーブ６０における開口６１を通して渦
巻きリング５０における噴射口６２へと流れる。噴射口
６２は水を水室５１に噴射する。噴射口６２は渦巻きリ
ング５０周囲に沿って切線方向に配置されて水室５１内
に渦巻き模様を形成する。水は水室５１から下方ノズル
部材４６におけるアーク絞り穿孔４３を通して流出す
る。
【００２７】通路２６及び２７を通しての非酸化性及び
酸化性気体の流れは、気体室入口弁としての小型逆止弁
３６及び３７によりそれぞれ制御される。好ましい具体
例において、逆止弁３６及び３７は好ましくはボール６
３である封着部材を含み、これらはばね６５により弁座
部材６４に圧接状態で拘束されている。ばね６５は、そ
れぞれの通路２６或いは２７を通しての気体流れを制限
するように弁座部材６４にボールを押しつけて偏倚して
いる。通路２６或いは２７の一方内の気体の圧力が所定
の限界を超えて上昇するとき、それぞれのボール６３は
関連する弁座から圧力により離され、図１に矢印により
示すように、気体が通路を通して気体室４１内へと流れ
ることを許容する。
【００２８】図３を参照すると、プラズマアークトーチ
１０が、気体源、電源及び加工物Ｗと併せて概略示され
ている。パイロットアーク電源６６がノズル組立体１１
及び電極１２に接続されている。また、主電源６７が電
極１２及び代表的には接地される金属加工物Ｗに接続さ
れる。トーチ或いは任意の別の便宜な場所に位置付けら
れるトグルスイッチの形態となしうるスイッチ手段（図
示なし）が最初のパイロットアークの発生を制御する。
【００２９】酸化性気体Ｏ2 と非酸化性気体Ｎ2 の各々
は適当な源（図示なし）から供給される。気体は、３方
ソレノイド弁７０及び７１に別々に供給される。即ち、
３方ソレノイド弁７０は、酸化性気体がその源から気体
通路２７へともしくは別様には排気口７２へと通ること
を許容するように開放されうるし、或いは弁７０はその
常閉位置に維持されうる。同じく、弁７１は、その常閉
位置に維持されうるし或いは非酸化性気体が源から通路
２６へもしくは排気口７３へと通ることを許容しうる。
【００３０】酸化性気体Ｏ2 が通路２７に導入されると
き、通路２７内の気体圧力は増大して内部逆止弁３７の
ボール６３を開放位置へと押しやる。酸化性気体は逆止
弁３７を通りそして気体室４１に達する。逆止弁３７を
通しての気体室４１への酸化性気体Ｏ2 の導入は、気体
室４１に残留している非酸化性気体或いは他の種物質を
パージする。同様に、逆止弁３６を通しての気体室４１
への非酸化性気体Ｎ2の導入は、気体室４１から残留し
ている僅かの酸化性気体Ｏ2 をパージする。内部逆止弁
３６、３７は気体室４１及びノズル組立体１１に近接し
て位置付けられているから、パージされねばならないト
ーチ内の帯域の容積は比較的小さい。従って、気体室４
１から僅かの残留する所望されざる気体のパージと関連
する時間遅れは比較的小さい。
【００３１】３方ソレノイド弁７０及び７１が、小型内
部逆止弁３６及び３７の開閉が精確に制御されうるよう
に通路２６及び２７における気体の圧力を精確に調整す
る点で２方ソレノイド弁より好ましい。
【００３２】図５は、本発明に従って作製されたプラズ
マアークトーチの操作を表す４つのグラフを示す。これ
らのグラフの各々は時間に関して同時進行的にプロット
されている。一番上のグラフは、気体切替地点即ち気体
室入口弁としての内部逆止弁３６及び３７における気体
流れを表す。２番目のグラフはアーク電流を示す。第３
番目のグラフにはノズルにおける気体流れがプロットさ
れている。最後に、第４番目のグラフには本プラズマア
ークトーチによりなされる切断状態がプロットされる。
【００３３】図５そして更に図３を参照して、ソレノイ
ド弁７１の開放は、第１内部逆止弁３６を開放せしめる
ので非酸化性気体Ｎ2 が逆止弁３６を通して流れ込む。
ほとんどすぐに、Ｎ2 は気体室４１に流入する。気体室
４１内へのＮ2 の供給が確立されると、パイロットアー
ク電源６６が起動されて電極１２とノズル組立体１１と
の間にパイロットアーク電流を設定する。
【００３４】その後まもなく、酸化性気体Ｏ2 の流れが
ソレノイド弁７０を開くことにより開始される。通路２
７において生じる圧力の増大は、第２内部逆止弁３７を
開放せしめるので、酸化性気体Ｏ2 は気体室４１に流れ
込む。ソレノイド弁７１は同時に閉められ、これはボー
ル６３が弁座要素６４に対して座着するように内部逆止
弁３６をも閉鎖せしめる。パージされるべき空間は小さ
いので、Ｏ2 の流れはほとんどすぐに気体室４１に導入
され、これは気体室４１から残留する非酸化性気体Ｎ2
の迅速なパージをもたらす。この時点でまた、主アーク
電源６７が起動されて図５に例示されるような増大した
アーク電流を設定する。アークはかくして、ノズルから
上方及び下方ノズル組立体４６及び４５のアーク絞り用
穿孔４２及び４３を通して加工物Ｗへと移行する。移行
したアークと酸化性気体Ｏ2 は電極１２からノズル組立
体１１を通して加工物Ｗへのプラズマ流れを創出する。
こうして、一旦Ｏ2 の流れが開始されそして主アーク電
流が確立されると、トーチは完全切断操作状態にある。
【００３５】アーク絞り用穿孔４２及び４３の各々は、
アークの増強化と照準化に寄与する。水は水室５１に放
出され、ここでプラズマアークを取り巻く渦巻きに変換
される。
【００３６】切断操作の終わりにおいて、電極１２、加
工物Ｗ及び主電源６７間の回路は開かれ、アーク電流を
終了せしめる。Ｏ2 流れもまた終了されそして非酸化性
気体Ｎ2 の切断後流れがソレノイド弁７０及び７１と内
部逆止弁３６および３７の協同作用により確立される。
【００３７】
【発明の効果】図４と図５を比較することにより、本発
明が従来のトーチにおいて遭遇したような著しい時間遅
れ「Ａ」を排除することが明らかである。かくして、ト
ーチは、第１の切断から次の切断へと迅速に進行するこ
とができそして各切断の初めにおいての穿孔品質を改善
することができる。
【００３８】本発明の具体例について説明したが、本発
明の精神内で多くの変更をなしうることを銘記された
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現したプラズマアークトーチの垂直
断面図である。
【図２】従来技術のプラズマアークトーチ部分断面を示
す説明図である。
【図３】本発明に従うプラズマアークトーチ部分断面を
示す説明図である。
【図４】図２に示した従来技術のプラズマアークトーチ
を使用しての気体流れ、アーク電流及び切断を表す４つ
のグラフである。
【図５】本発明のプラズマアークトーチを使用しての気
体流れ、アーク電流及び切断を表す４つのグラフであ
る。
【符号の説明】
１０ プラズマアークトーチ １１ ノズル組立体 １２ チューブ状電極 １３ 上方チューブ状部材 １４ 下方カップ状部材（ホルダー） １８ 凹入部 ２０ 挿入体組体 ２１ 電子放射性挿入体 ２２ スリーブ ２４ 環状フランジ ２５ プラズマアークトーチ本体 ２６、２７ 気体通路 ３０ 液体供給室 ３１ 外側断熱ハウジング部材 ３２ チューブ ３３ 中央穿孔 ３４ 間隙 ３５ 開口 ３６、３７ 気体室入口弁（内部逆止弁） ４０ 気体邪魔板 ４１ 気体室 ４２、４３ アーク絞り用穿孔 ４５ 上方ノズル部材 ４６ 下方ノズル部材 ５０ 水渦巻きリング ６０ 心合用スリーブ ６３ 封着部材（ボール） ６５ ばね ６４ 弁座部材 Ｗ 加工物 ６６ パイロットアーク電源 ６７ 主電源 ７０、７１ ソレノイド弁

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放電端を有する金属質電極と、該電極の
    放電端から離間した電導性ノズル組立体と、該電極の放
    電端と該電導性ノズル組立体との間に構成される気体室
    と、非酸化性気体を該気体室に流通する第１の気体通路
    と、酸化性気体を該気体室に流通する第２の気体通路
    と、該第１の気体通路と関連する第１の気体室入口弁と
    第２の気体通路と関連する第２の気体室入口弁にして、
    該気体室入口弁の各々は、該気体室に近接して位置付け
    られそして関連する気体通路からの気体流れを防止する
    閉鎖位置と気体室への関連する通路からの気体流れを許
    容する開放位置との間で動作可能である第１及び第２の
    気体室入口弁とを備え、それにより前記気体室入口弁の
    一方は他方の気体室入口弁の閉鎖と実質上同時に開放さ
    れ、以って該気体室へ酸化性或いは非酸化性気体のいず
    れかを選択的に導入しそして該気体室からすでに存在す
    る気体を迅速にパージすることを特徴とするプラズマア
    ークトーチ。
  2. 【請求項２】 第１及び第２の気体室入口弁は、常閉位
    置において弁座部材に対して偏倚されるが、関連する気
    体通路内の気体圧力により開放されうる封着部材を備え
    る逆止弁である請求項１のプラズマアークトーチ。
  3. 【請求項３】 封着部材はばねにより弁座部材に偏倚さ
    れうるボールである請求項２のプラズマアークトーチ。
  4. 【請求項４】 第１及び第２気体通路の各々と関連する
    ソレノイド弁を更に含み、ソレノイド弁の各々は、気体
    通路内の気体の圧力及び流量を調整するように第１及び
    第２気体室逆止弁の上流に位置している請求項２のプラ
    ズマアークトーチ。
  5. 【請求項５】 ソレノイド弁は、常閉位置、排気位置、
    及び気体通路内へ気体が流れることを可能とする開放位
    置の間で動作可能である請求項４のプラズマアークトー
    チ。
  6. 【請求項６】 気体室入口弁が気体室への非酸化性気体
    の流れを選択的に許容している間に電極の放電端と電導
    性ノズル組立体との間にアークを発生するための手段
    と、ノズル組立体から加工物までアークを移行しそして
    電極と加工物との間にアークを持続するための手段と、
    気体室に酸化性気体を選択的に導入せしめそして気体室
    から非酸化性気体を迅速にパージするためのアークの移
    行と実質上並行して気体室入口弁を動作するための手段
    とを備える請求項１のプラズマアークトーチ。
  7. 【請求項７】 電極と加工物との間でアークを終了する
    ための手段並びに気体室へ非酸化性気体が流れることを
    選択的に許容しそして気体室から酸化性気体を迅速にパ
    ージすることを許容するようにアークの終了と実質上並
    行して気体室入口弁を動作せしめる手段を更に含む請求
    項６のプラズマアークトーチ。
  8. 【請求項８】 アークを移行しそして持続するための手
    段が１００Ａ未満の電流で作動する請求項６のプラズマ
    アークトーチ。
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