JPH0740056A - プラズマトーチ - Google Patents

プラズマトーチ

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JPH0740056A
JPH0740056A JP5205821A JP20582193A JPH0740056A JP H0740056 A JPH0740056 A JP H0740056A JP 5205821 A JP5205821 A JP 5205821A JP 20582193 A JP20582193 A JP 20582193A JP H0740056 A JPH0740056 A JP H0740056A
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swirler
swirler chamber
injection port
plasma torch
inner diameter
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Naoya Tsurumaki
直哉 鶴巻
Shunichi Sakuragi
俊一 桜木
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 プラズマジェット出力を増大するに好適な旋
回気流の噴射口の位置を規定したプラズマトーチを提供
する。 【構成】 プラズマトーチは、電極１の先端部外周域に
形成されてなるスワラ室２の内壁２ａに設けた複数個の
噴射口３から作動ガスＧを噴射させ、スワラ室２内で作
動ガスＧのスワールＳを発生させるプラズマトーチにお
いて、各噴射口３の位置を、該各噴射口３を含んでなる
各スワラ室横断面２Ａの夫々において、スワラ室内径Ｄ
と、噴射孔の軸線の投影線に平行なる前記スワラ室内径
Ｄの接線から該噴射口３の前記スワラ室内径接線側端ま
での最短距離をｄとすれば、０＜ｄ／Ｄ≦０．０３の関
係が成立つ構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ加工機械に用
いるプラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマトーチのプラズマジェット出力
を増大させるには、冷却効果を高めて放電電流を増大さ
せるのが最も手っ取り早い。またプラズマトーチ内の電
極とノズル間のギャップを長くするのもよい。但し後者
では、電極とノズルとの間のアーク柱も長くなってしま
うため、ノズル側での着弧位置が不規則に変動し易くな
り、このため、出力が不安定になってしまう欠点があ
る。この欠点を解消する技術として、作動ガスのスワー
ル技術がある。このスワールを形成すると、その中心領
域はその周辺領域よりも低圧となることから、上記長い
アーク柱でも、これが該低圧領域内に閉じ込められてし
まうため、ノズル側での着弧位置の変動が阻止され、こ
の結果、安定した出力を得ることができるようになる。
【０００３】上記スワールの形成には、古くは、電極外
周に設けたスワラ内に電極軸線に沿って複数本の螺旋孔
を設けてその噴射口からノズル内壁方向へ作動ガスを噴
射させる構成が知られる。ところが、かかる構成は、旋
回方向の成分の外、電極軸線方向の成分も強く現れるた
め、強いスワール、即ち、旋回成分が主のスワールを得
難い欠点がある。このため近時、図５及び図６に示すよ
うに、作動ガスを外側から内側へ噴射させる構成、即
ち、ノズル５上部内周に設けたスワラ４内にスワラ室２
の内径接線方向に沿って複数個の噴射孔３ａを設け、そ
の噴射口３から作動ガスＧを噴射させてスワールＳを形
成させる構成が主流となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、スワ
ールはプラズマジェットの出力を増大させるに好適な一
手段である。にも係わらず、上記主流構成の各種プラズ
マトーチであってさえも、十分な出力と安定性が得られ
ず、切断時にドロスの付着が多く見られた。
【０００５】図７を参照して説明すれば、本出願人の調
査範囲内では、上記主流構成の各種プラズマトーチの各
噴射口３の位置関係（ｄ／Ｄ）が０．０６よりも小さな
値のプラズマトーチは見当たらなかった。ここでＤは、
各噴射口３を含んでなる各スワラ室横断面２Ａの夫々に
おけるスワラ室の内径を表す。他方ｄは、同上各スワラ
室横断面２Ａの夫々において、噴射孔３ａの軸線３ｂの
投影線３ｃに平行なる前記スワラ室内径Ｄの接線２ｂか
ら該噴射口３の前記スワラ室内径接線側端２ｃまでの最
短距離ｄを表す。
【０００６】本発明は、上記実情に鑑み、プラズマジェ
ット出力を増大させるに好適な噴射口の位置関係（ｄ／
Ｄ）を規定してなるプラズマトーチを提供することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め。本発明に係わるプラズマトーチは、図１、図５及び
図７を参照して説明すれば、電極１の先端部外周域に形
成されてなるスワラ室２の内壁２ａに設けてなる複数個
の噴射口３から作動ガスＧを噴射させ、前記スワラ室２
内で前記作動ガスＧのスワールＳを発生させるプラズマ
トーチにおいて、各噴射口３の位置は、該各噴射口３を
含んでなる各スワラ室横断面２Ａの夫々において、スワ
ラ室内径Ｄと、噴射孔３ａの軸線３ｂの投影線３ｃに平
行なる前記スワラ室内径Ｄの接線２ｂから該噴射口３の
前記スワラ室内径接線側端２ｃまでの最短距離ｄとが０
＜ｄ／Ｄ≦０．０３の関係で設けられてなる構成とし
た。
【０００８】
【作用】上記構成によれば、図１に示すように、噴射口
３をスワラ室内壁２ａに近づけるに従って（即ち、ｄ／
Ｄを小さくするに従って）、作動ガスＧはスワラ室内壁
２ａに沿って旋回するようになり、気流の衝突が起こり
難くなり、この結果、気流の持つ運動エネルギーの損失
が低減され、均一かつ強力なスワールＳを形成するよう
になる。
【０００９】因みに、図６に示す従来構成によれば、作
動ガスＧは噴出してスワラ室内壁２ａや既に発生してい
るスワールＳに衝突してしまい、上記本発明の構成のよ
うに、均一、かつ、強力なスワールＳを得難くなる。
【００１０】本案と従来技術とにかかる作用差が生ずる
のは、これらの構成差、即ち、従来構成が只単に加工の
し易さだけに依ったものであるためである。別言すれ
ば、従来構成において、各噴射口３の位置は余り重要視
されておらず、微細位置については全く考慮されていな
かったと思わざるを得ない。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を、図１、図２、図５及び図
７を参照し、以下説明する。実施例は図２に示す水冷式
プラズマトーチである。先ずトーチの本体構成を符号で
概説する。同図において、４１はアシストガスＡＧの通
路、４２は作動ガスＧの通路、４３は冷却水Ｗの入口通
路、４４は冷却水Ｗの出口通路、４５は上部絶縁体、４
６は電極支持体、４７はノズルホルダ、４８はノズル支
持体、４９はノズルキャップ、５０はスワラ、３は作動
ガス噴射口、１は電極、２はスワラ室、５１はノズル、
５２はプラズマ噴射口、５３はノズル保護キャップ、５
４は環状絶縁体なるインシュレータである。作動ガスＧ
は通路４２を経て噴射口３からスワラ室へ噴射され、こ
こでスワールＳを発生し、プラズマ噴射口からプラズマ
となって外部のワークへ噴射されて該ワークを加工す
る。
【００１２】上記水冷式プラズマトーチは、図１及び図
５に示す通り、電極１の先端部外周域にはスワラ室２が
形成されており、その内壁２ａには４個の噴射口３が設
けられている。そしてこれら噴射口３から作動ガスＧが
噴射され、前記スワラ室２内でスワールＳを形成する。
【００１３】ここで本実施例の全噴射口３及びその噴射
孔３ａの位置は、図１及び図７に示すように、一つの同
一スワラ室横断面２Ａに含まれており、これらはスワラ
室内径Ｄと、噴射孔３ａの軸線３ｂに平行なる前記スワ
ラ室内径Ｄの接線２ｂから該噴射口３の前記スワラ室内
径接線側端２ｃまでの最短距離ｄとにおいて、ｄ／Ｄ≒
０．０２の関係となっている。
【００１４】ここで上記噴射口３の位置関係（ｄ／Ｄ）
の範囲を、図３及び図４を参照し、規定する。尚、同図
は実施例の効果を示す図でもある。
【００１５】図３は、各種位置関係（ｄ／Ｄ）を備えた
各種実施例の試験成績グラフである。横軸は噴射口３の
位置関係（ｄ／Ｄ）、縦軸は通常の作動条件下で測定し
た電極１の中心直下における静圧（Ｐｅ（単位：ｋｇｆ
／ｃｍ2 ))である。従来技術の欄での説明を補足すれ
ば、スワールＳの旋回速度が強いほど（流速の旋回成分
が大きいほど）、流体粒子は遠心力により外側へ押しや
られ、この結果、外側では高く、中心部では低いという
静圧分布が生ずる。従って上記静圧Ｐｅが小さければ小
さいほど、スワール強度が強くなる。
【００１６】かかる観点によれば、同図の従来技術（ｄ
／Ｄ≧０．０６）はＰｅ≧０．９ｋｇｆ／ｃｍ2 であ
り、かつ、この付近での変化も激しい。これに対し、ｄ
／Ｄが０〜０．０３の本発明に係わる範囲では約Ｐｅ＝
０．７８〜０．７９ｋｇｆ／ｃｍ2 と小さく、かつ、こ
の範囲での変化も殆どない。即ち、各噴射口３の位置関
係（ｄ／Ｄ）が０＜ｄ／Ｄ≦０．０３であれば、従来技
術と比較して極めて安定したスワール（即ち、極めて安
定した高出力）を得ることができるようになることは明
らかである。
【００１７】尚、図４は、切断材ＳＰＣ１．６ｔ、電流
２７Ａ、ノズル口径０．６ｍｍ、作動ガス圧４．０ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 、切断速度１．５ｍ／ｍｉｎの切断条件にお
ける５０回切断毎の切断面下端部でのプラズマトーチへ
のドロス付着率を示した試験成績グラフであるが、同図
より、実施例（ロ）は、従来技術（イ）と比較し、ドロ
ス付着も少ないことが分かる。即ち実施例によれば、プ
ラズマトーチの寿命延長にも寄与することができる。
【００１８】以下他の実施例を項目列挙する。 （１）本発明に係わるプラズマトーチの本体構成は水冷
式に限る必要はない。例えば、上述図３及び図４は、図
示しないが、電極１が上部に環状永久磁石内に嵌装され
たプラズマトーチに本発明の構成を適用した実施例の試
験成績グラフである。
【００１９】（２）請求項記載の「各噴射口３の位置
は、該各噴射口３を含んでなる各スワラ室横断面２Ａの
夫々において、」の「各」、「該」、「各」及び「夫
々」で示されるように、本発明に係わるプラズマトーチ
は、各噴射口３が同一のスワラ室横断面２Ａに存在する
ものに限る必要はなく、各噴射口３の全部又は一部が電
極１の軸線方向に夫々相違した位置に設けられたもので
あってもよい。
【００２０】（３）請求項記載の「投影線３ｃ」で示さ
れるように、本発明に係わるプラズマトーチは、各噴射
孔３ａが各噴射口３を含むスワラ室横断面２Ａと同一の
面内にある必要はなく、電極１の軸線方向に多少傾斜し
た構成のものであってもよい。
【００２１】（４）噴射口３の位置関係（ｄ／Ｄ）の下
限は０＜ｄ／Ｄであり、上限はｄ／Ｄ≦０．０３である
が、実物が実測上、例え本範囲外であっても、明らかな
製作上のドリル誤差によるものであるならば、該範囲外
もまた本発明の範囲内と解釈するのは当然である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるプ
ラズマトーチによれば、噴射口の位置を規定したため、
プラズマジェットの出力をより安定的に増大でき、さら
に寿命延長にも寄与できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例なるプラズマトーチのスワラ室横断面図
である。
【図２】具体的実施例を説明するためのプラズマトーチ
本体の断面図である。
【図３】噴射口の各種位置関係における静圧を表す試験
成績グラフである。
【図４】実施例と従来例における切断回数とドロス付着
率との関係を表す試験成績グラフである。
【図５】模式的プラズマトーチの縦断面図である。
【図６】従来技術なるプラズマトーチのスワラ室横断面
図である。
【図７】本発明に係わる噴射口の位置関係を説明するた
めのスワラ室横断面図である。
【符号の説明】
１ 電極 ２ スワラ室 ２ａ スワラ室内壁 ２Ａ スワラ室横断面 ２ｂ スワラ室内径接線 ２ｃ 噴射口スワラ室内径接線側端 ３ 噴射口 ３ａ 噴射孔 ３ｂ 噴射孔軸線 ３ｃ 噴射孔軸線投影線 Ｄ スワラ室内径 ｄ 最短距離 Ｇ 作動ガス Ｓ スワール

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極１の先端部外周域に形成されてなる
    スワラ室２の内壁２ａに設けてなる複数個の噴射口３か
    ら作動ガスＧを噴射させ、前記スワラ室２内で前記作動
    ガスＧのスワールＳを発生させるプラズマトーチにおい
    て、各噴射口３の位置は、該各噴射口３を含んでなる各
    スワラ室横断面２Ａの夫々において、スワラ室内径Ｄ
    と、噴射孔３ａの軸線３ｂの投影線３ｃに平行なる前記
    スワラ室内径Ｄの接線２ｂから該噴射口３の前記スワラ
    室内径接線側端２ｃまでの最短距離ｄとが０＜ｄ／Ｄ≦
    ０．０３の関係で設けられてなる構成を特徴とするプラ
    ズマトーチ。
JP5205821A 1993-07-28 1993-07-28 プラズマトーチ Pending JPH0740056A (ja)

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KR1019960700286A KR100262551B1 (ko) 1993-07-28 1994-07-25 플라스마토오치
PCT/JP1994/001218 WO1995003910A1 (en) 1993-07-28 1994-07-25 Plasma torch
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