JPH0751863A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】酸化性ガスを用いるプラズマ加工と非酸化性ガ
スを用いるプラズマ加工を１本のトーチで行う。 【構成】酸化性ガスを用いて主として切断を行うヘッド
Ａと非酸化性ガスを用いて主として非鉄材料の切断，溶
接を行うヘッドＢを用意し、これ等のヘッドを目的の加
工に応じて選択して本体Ｃに装着する。ヘッドＡはハフ
ニウム等の電極材３ａを有する電極３の表面に旋回部材
９によって強制的に旋回流とされたプラズマガスを供給
し得るように構成し、端部に所定の角度を持ったテーパ
状のシール面を有するシール部材４を設ける。ヘッドＢ
はタングステン等の棒状電極14の周囲に流通部材15によ
ってプラズマガスを供給し得るように構成し、端部にシ
ール部材４を設ける。ヘッドＡ，Ｂを袋ナット２により
本体Ｃの先端に設けた固定部材１に螺合することで固定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマガスとして酸
化性ガスを用いる第１のヘッドと非酸化性ガスを用いる
第２のヘッドとを用意しておき、被加工材に対する加工
内容に応じて選択したヘッドを本体に装着し得るように
構成したプラズマトーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被加工材にプラズマアークを噴射するこ
とで母材を溶融させて所望の加工を行う所謂プラズマ加
工が実施されている。例えば、溶融物を母材から排除し
た場合には被加工材を切断することとなり、また２つの
被加工材を当接させて当接部位を溶融し、溶融物を固化
させた場合には被加工材を溶接することとなる。

【０００３】プラズマ切断を実施するに際し、被加工材
の材質に応じて切断に最も適したプラズマガスが選択さ
れる。例えば、鋼材やステンレス鋼を切断する場合には
プラズマガスとして酸素ガスや空気等の酸化性ガスが選
択され、アルミニウム等の非鉄金属或いは非金属を切断
する場合、及び金属を溶接する場合にはプラズマガスと
してアルゴンガスと水素ガスの混合ガス等の非酸化性ガ
スが選択される。

【０００４】プラズマガスとして酸化性ガスを使用する
プラズマ加工では、電極が短時間で消耗するという問題
があり、この問題を解決するために電極材の中心にハフ
ニウムを埋設した電極が提供されている。またプラズマ
ガスとして非酸化性ガスを使用するプラズマ加工では、
電極の消耗は大きな問題ではなく、電極として先鋭に加
工したタングステン棒を用いている。

【０００５】一方、本件出願人はプラズマアークを噴射
するノズル，電極を備えたヘッドの端部にテーパ状シー
ル部を形成すると共に、本体に前記シール部と接触する
テーパ状シール部を形成し、これ等のヘッドと本体を着
脱可能に構成したプラズマトーチを開発している（特公
平３-27309号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマトーチ
では、酸化性ガスを用いる電極と非酸化性ガスを用いる
電極とでは形状が全く異なるため、加工内容に応じてプ
ラズマトーチ全体を交換することが必要となるという問
題がある。

【０００７】また上記発明では、ヘッドを酸化性ガスを
用いる電極を設けたものと非酸化性ガスを用いる電極を
設けたものを用意して目的の加工内容に応じて選択的に
使用するという思想はない。

【０００８】本発明の目的は、目的の加工内容に最適な
ヘッドを選択して容易に装着することが出来るプラズマ
トーチを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るプラズマトーチは、プラズマアークを噴
射するノズル及び電極を備えたヘッドとプラズマガスの
通路及び電極に通電する通電部材を備えた本体を有し、
前記ヘッドの端部にテーパ状シール部を形成すると共に
本体にヘッドのテーパ状シール部と当接するテーパ状シ
ール部を形成し、且つヘッドを本体に対し着脱可能に構
成したプラズマトーチに於いて、中心に保持台を設ける
と共に該保持台の先端に着脱可能な電極を設け且つ電極
の周囲に該電極の先端に向けて旋回させた酸化性ガスか
らなるプラズマガスを供給する旋回部材を設け更に前記
電極と保持台とで構成された空間及びプラズマガスの流
通路の周囲に冷却水を流通させる通路を形成して構成し
た第１のヘッドと、中心に棒状電極を設けると共に該棒
状電極に沿って平行に非酸化性ガスからなるプラズマガ
スを流通させる流通部材を設け且つ前記流通部材の周囲
に冷却水を流通させる通路を形成して構成した第２のヘ
ッドとを用意し、目的の加工内容に応じて前記第１のヘ
ッド又は第２のヘッドを選択して装着し得るように構成
したものである。

【００１０】

【作用】上記プラズマトーチによれば、加工内容が鋼板
に対する切断である場合には該加工に最適な酸化性ガス
を用いる第１のヘッドを選択し、また非鉄金属や非金属
に対する切断或いは鉄系金属や非鉄金属に対する溶接で
ある場合には該加工に最適な非酸化性ガスを用いる第２
のヘッドを選択して加工することが出来る。

【００１１】即ち、１本のトーチ本体に第１のヘッド或
いは第２のヘッドを選択的に装着して所望の加工を実施
することが出来る。

【００１２】

【実施例】以下上記プラズマトーチの一実施例について
図を用いて説明する。図１は酸化性ガスを用いるヘッド
を装着したプラズマトーチの断面図、図２は非酸化性ガ
スを用いるヘッドの断面図である。

【００１３】図に示すプラズマトーチは、プラズマガス
として酸化性ガスを用いるヘッドＡと、プラズマガスと
して非酸化性ガスを用いるヘッドＢと、加工内容に応じ
て選択されたヘッドＡ或いはヘッドＢを装着する本体Ｃ
とからなり、本体Ｃの先端に取り付けた固定部材１のネ
ジ部１ａにヘッドＡ或いはヘッドＢを嵌合した袋ナット
２を螺合させることで着脱し得るように構成されてい
る。

【００１４】先ず、ヘッドＡの構成について図１により
説明する。ヘッドＡは鋼材やステンレス鋼材を切断する
際に使用されるものであり、プラズマガスとして酸素ガ
ス或いは空気等の酸化性ガスを用いると共に、酸化性ガ
スによる消耗を極力低減させた電極３を設けて構成され
ている。

【００１５】ヘッドＡには、所定の角度を持ったテーパ
状のシート部４ａを有し且つ該シート部４ａに複数のＯ
リング溝４ｂを形成すると共にＯリング溝４ｂの間に分
配溝４ｃ，４ｄを形成したシール部材４が設けられてい
る。このシール部材４は後述する本体Ｃの分配部材21に
形成したシート面21ａと当接してプラズマガス，冷却
水，冷却排水を夫々所定の経路に供給するものである。

【００１６】シール部材４の中心軸と一致して冷却水の
供給路４ｅが形成されており、この供給路４ｅと接続し
て冷却水の導管５が設けられている。シール部材４の所
定位置には、分配溝４ｄと連通したプラズマガスの供給
路４ｆ及び分配溝４ｃと連通した冷却水の排出路４ｇが
形成され、夫々ヘッドＡの内部に形成した流通路７ａ，
７ｂと接続されている。

【００１７】導管５には電極３を取り付けるパイプ状の
保持台６が嵌装されている。この保持台６の一端はシー
ル部材４に着脱可能に嵌合し、他端にはネジ部６ａが形
成されている。また保持台６の胴部はシール部材４に嵌
合した端部側からネジ部６ａを形成した端部側にかけて
異なる外径を持って形成されている。

【００１８】電極３はプラズマアークを発生する基点と
なるものであり、酸化性ガスを用いてプラズマアークを
形成する場合、最近では中心にハフニウム等の電極材３
ａを嵌合して構成されるものが多い。この電極は断面が
カップ状に形成され、カップの口に対応する部分にネジ
部３ｂが形成されている。また電極３のネジ部３ｂを保
持台６のネジ部６ａに螺合したとき、導管５の自由端が
電極３の内部に入り込むように夫々の部材の寸法が設定
されている。

【００１９】上記電極３，シール部材４及び保持台６は
夫々導電性を有する材料によって構成されている。

【００２０】保持台６には、一方の端部側がシール部材
４と接続された絶縁部材７が嵌装されている。この絶縁
部材７にはシール部材４が嵌合され、該シール部材４に
形成されたプラズマガスの供給路４ｆと接続した流通路
７ａと、排水路４ｇと接続された流通路７ｂが形成され
ている。絶縁部材７の中心には保持台６の外径と対応し
た直径を有する孔が形成されており、また外周所定位置
には段部７ｃが形成されている。

【００２１】絶縁部材７には一方の端部に袋ナット２と
係合するフランジ８ａを形成し、且つ所定位置にネジ部
８ｂを形成したチップ台８が嵌装されている。チップ台
８の内部には絶縁部材７に形成した段部７ｃと係合する
段部８ｃが形成されている。従って、チップ台８にシー
ル部材３乃至絶縁体７からなる組立体を嵌合して袋ナッ
ト２を本体Ｃの固定部材１に螺合することで、これ等の
組立体を相互の位置を保持して本体Ｃに装着することが
可能である。

【００２２】電極３の外周に絶縁性を有する旋回部材９
が着脱可能に嵌装されている。この旋回部材９にはヘッ
ドＡの軸心に対し所定の旋回角度を持った複数の孔９ａ
が形成されている。従って、供給されたプラズマガスを
孔９ａを通過させることによって旋回させて電極３の表
面に流通させることが可能である。

【００２３】プラズマガスを旋回させる目的は、主とし
てプラズマアークが発生する基点を電極材３ａの中心に
保持することにあり、副次的には切断面の傾斜を改善す
ることにある。

【００２４】旋回部材９の外周であって且つチップ台８
との間に、中心にプラズマアークを噴射するノズル10ａ
を有するチップ10が嵌装されている。チップ10の先端は
テーパ状に形成されている。またチップ10，チップ台８
は夫々導電性を有する材料によって形成されている。

【００２５】旋回部材９及びチップ10はキャップ11によ
って電極３とチップ台８の間に固定される。即ち、キャ
ップ11の先端部の内周はチップ10のテーパ部と係合し得
るように形成され、且つ端部にはチップ台８に形成した
ネジ部８ｂと螺合するネジ部11ａが形成されている。従
って、シール部材４乃至チップ台８の組立体に旋回部材
９とチップ10を嵌装してキャップ11をチップ台８に螺合
することでヘッドＡを構成することが可能である。

【００２６】尚、図に於いて、12は保持台６の内部に配
置された仕切部材であり、冷却水の供給路と排出路を仕
切る機能を有するものである。

【００２７】上記の如く構成したヘッドＡでは、シール
部材３，保持台６，電極３及びチップ台８，チップ10に
よって絶縁部材７，旋回部材９によって絶縁された２つ
の通電経路を構成することが可能である。従って、チッ
プ10と電極３の間で放電させることでパイロットアーク
を形成することが可能である。

【００２８】またヘッドＡでは、電極３にハフニウムか
らなる電極材３ａを嵌合することでプラズマガスとして
酸化性ガスを供給した場合であっても電極材３ａの酸化
による消耗を軽減させることが可能となり、寿命の長い
電極３とすることが可能である。

【００２９】またヘッドＡでは、電極３の表面に旋回さ
せたプラズマガスを供給することで、プラズマアークの
発生点を電極材３ａの略中心に設定することが可能であ
り、且つ切断面の傾斜を改善することが可能である。

【００３０】次に、プラズマガスとしてアルゴンガス或
いは該ガスと水素ガスの混合ガス等の非酸化性ガスを用
いたヘッドＢの構成について図２により説明する。尚、
図に於いて前述の実施例と同一の部分及び同一の機能を
有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【００３１】シール部材４の一端は絶縁部材７に嵌合さ
れている。また絶縁部材７には冷却水の供給路７ａ，排
出路７ｂが形成されており、先端には導電性を有する接
続部材13が当接しており、該接続部材13に先端がテーパ
状に形成された筒状部材13ａが着脱可能に装着されてい
る。

【００３２】シール部材４の軸心と一致して棒状の電極
14が設けられている。電極14はタングステンやジルコニ
ウム等のプラズマ用電極として公知の材料を用いて形成
されており、機械加工によって両端が先鋭な状態に形成
されている。この電極14は図示しないボルトによってシ
ール部材４に固定されている。

【００３３】電極14には絶縁性を有し且つプラズマガス
を電極14に沿って平行に流通させる流通部材15が装着さ
れ、該部材15と接続部材13の筒状部材13ａとの間に導電
性を有し且つプラズマガスの通路と冷却水の通路を分割
するスリーブ状の分割部材16が配置されている。

【００３４】絶縁部材７と接触して配置された接続部材
13の外周には、フランジ部13ｂが形成されており該フラ
ンジ13ｂの近傍にネジ部13ｃが形成されている。そして
絶縁部材７の外周に袋ナット２に嵌合された外筒17が装
着され、外筒17のフランジ17ａが接続部材13のフランジ
部13ｂと係合し得るように構成されている。

【００３５】従って、袋ナット２を本体Ｃのネジ１に螺
合することでシール部材４，絶縁部材７，接続部材13を
本体Ｃに固定することが可能である。

【００３６】接続部材13のネジ部13ｃには先端内面が筒
状部材13ａのテーパと対応するテーパを有するキャップ
18が螺合され、該キャップ18の螺合により筒状部材13ａ
（接続部材13），分割部材16，流通部材15をシール部材
４側に付勢して固定し得るように構成されている。

【００３７】分割部材16の先端にはネジ部16ａが形成さ
れており、このネジ部16ａにプラズマアークを噴射する
ノズル19ａを形成したチップ19を螺合することで、電極
14とノズル19ａの軸心が一致し得るように構成されてい
る。

【００３８】上記の如く構成されたヘッドＢでは、シー
ル部材４，電極14及び外筒17，接続部材13，分割部材1
6，チップ19によって絶縁部材７，流通部材15によって
絶縁された２つの通電経路を構成している。従って、電
極14とチップ19との間で放電させることでプラズマアー
クを形成することが可能である。

【００３９】本体Ｃは、ヘッドＡ，Ｂのシール部材４に
形成したテーパと対応するテーパを有する分配部材21
と、分配部材21に固着された冷却水の供給管22，排水管
23，プラズマガスの供給管24と、分配部材21の外周に嵌
装された絶縁リング25と、前記各部材を内挿した筒体26
と、筒体26の先端に固着された固定部材１とによって構
成されている。

【００４０】分配部材21のシート面21ａにはシール部材
４に形成した分配溝４ｃと対向する位置に分配溝21ｂが
形成され、この分配溝21ｂと排水管23が導通している。
またシール部材４の分配溝４ｄと対向する位置に分配溝
21ｃが形成され、この分配溝21ｃとプラズマガスの供給
管24とが導通している。

【００４１】分配部材21は導電性を有する材料によって
形成されており、図示しないプラズマ電源と接続されて
ヘッドＡのシール部材４，保持台６を介して電極３と電
気的に接続され、且つヘッドＢのシール部材４を介して
電極14と電気的に接続される。

【００４２】絶縁リング25には図示しないプラズマ電源
と接続されたパイロットケーブル27が接続され、該ケー
ブル27はネジ28を介して固定部材１と接続されている。
従って、パイロットケーブル27は固定部材１，袋ナット
２からヘッドＡのチップ台８を介してチップ10と電気的
に接続され、且つヘッドＢの筒体17，接続部材13を介し
てチップ20と電気的に接続される。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチでは、鋼材，ステンレス鋼材，アルミニ
ウム等の非鉄金属，非金属等の材料に応じて、及び切
断，溶接等の加工内容に応じて酸化性ガス或いは非酸化
性ガスからなるプラズマガスを選択すると共に、選択さ
れたプラズマガスに対応した第１のヘッドＡ或いは第２
のヘッドＢを選択して本体に装着して加工することが出
来、従って、目的の加工を合理的に実施することが出来
る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化性ガスを用いるヘッドを装着したプラズマ
トーチの断面図である。

【図２】非酸化性ガスを用いるヘッドの断面図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ ヘッド Ｃ 本体 １ 固定部材 ２ 袋ナット ３，14 電極 ３ａ 電極材 ４ シール部材 ４ａ，21ａ シート部 ４ｃ，４ｄ，21ｂ，21ｃ分配溝 ５ 導管 ６ 保持台 ７ 絶縁部材 ８ チップ台 ９ 旋回部材 10，19 チップ 11，18 キャップ 13 接続部材 15 流通部材 16 分割部材 17 外筒 21 分配部材 22 冷却水の供給管 23 排水管 24 プラズマガスの供給管 25 絶縁リング 26 筒体 27 パイロットケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマアークを噴射するノズル及び電
   極を備えたヘッドとプラズマガスの通路及び電極に通電
   する通電部材を備えた本体を有し、前記ヘッドの端部に
   テーパ状シール部を形成すると共に本体にヘッドのテー
   パ状シール部と当接するテーパ状シール部を形成し、且
   つヘッドを本体に対し着脱可能に構成したプラズマトー
   チに於いて、中心に保持台を設けると共に該保持台の先
   端に着脱可能な電極を設け且つ電極の周囲に該電極の先
   端に向けて旋回させた酸化性ガスからなるプラズマガス
   を供給する旋回部材を設け更に前記電極と保持台とで構
   成された空間及びプラズマガスの流通路の周囲に冷却水
   を流通させる通路を形成して構成した第１のヘッドと、
   中心に棒状電極を設けると共に該棒状電極に沿って平行
   に非酸化性ガスからなるプラズマガスを流通させる流通
   部材を設け且つ前記流通部材の周囲に冷却水を流通させ
   る通路を形成して構成した第２のヘッドとを用意し、目
   的の加工内容に応じて前記第１のヘッド又は第２のヘッ
   ドを選択して装着し得るように構成したことを特徴とし
   たプラズマトーチ。