JPH0785992A - 多電極プラズマジェットトーチ - Google Patents
多電極プラズマジェットトーチInfo
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- JPH0785992A JPH0785992A JP5230347A JP23034793A JPH0785992A JP H0785992 A JPH0785992 A JP H0785992A JP 5230347 A JP5230347 A JP 5230347A JP 23034793 A JP23034793 A JP 23034793A JP H0785992 A JPH0785992 A JP H0785992A
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Abstract
することが出来て、高い電源電圧が使用可能で高出力が
得られ、構造も簡単なプラズマジェットトーチを提供す
る 【構成】 トーチの軸心に配置された陰極,該陰極の先
端に陰極を包囲するように配置された第1陽極,該第1
陽極の前に配置された第2陽極,及び該第2陽極の前に
配置された少なくとも1つの第3陽極を備え、第1陽極
には狭い開口が形成され、第2陽極には、第1陽極の開
口より広い開口が形成され、第3陽極には、第2陽極の
開口以上の大きさの開口が形成され、陰極と第1陽極,
陰極と第2陽極,陰極と第3陽極間に、それぞれ直流電
源が接続される。
Description
チに関し、特に高出力および高アーク放電電圧の実現に
関する。
に示す構造になっている。即ち、陰極1,陽極3,絶縁
体33,及び陰極台34を備え、電源18により陰極台
34を通して陰極1と陽極3の間に電圧を加えてアーク
を発生させ、また陰極1周囲からプラズマガスGを供給
して陽極3よりプラズマジェット32を噴出させ、この
プラズマジェット32を用いて切断,溶接,溶射などを
行う。
耐熱性導電体が用いられる。陽極3及び陰極1は、各々
内部が空洞に形成され、これらの内部に冷却水を導入し
て、水冷が実施される。しかしこのような構造であって
も、陰極1および陽極3には顕著な消耗が生じる。特
に、陽極はアーク電流の流れる方向に応じて加熱が大き
くなり、しかも高速プラズマ流が通るので消耗が大き
い。
ては、例えば図4に示すガストンネルプラズマトーチ
や、図5に示すプラズマジェットトーチ(特開平1−1
48472号公報)がある。
1,陽極3,電源18等の部分は、図3と同様の構成で
あり、プラズマジェット32を発生する。そして、図4
のガストンネルプラズマトーチにおいては、このプラズ
マジェット32に沿って渦流発生ノズル37とガスダイ
バーノズル6を設けてある。ノズル37には、図示しな
いが内面に沿うガス流を生じるように、孔が複数箇所に
あけられており、作動ガスGが供給されると、プラズマ
ジェット32を中心にして高速に回転する渦流が生じ
る。また、ノズル3とガスダイバーノズル6の間には、
電源24により電圧を加えるので、これらのノズルの間
に放電電流が流れ、この放電による電力供給と高速渦流
によるサーマルピンチ効果により、プラズマジェット3
2は大出力、高密度となる。図5に示すプラズマジェッ
トトーチでは、第1陽極3の前に第2陽極6を置き、陰
極1と第2陽極6の間に電圧を加えアークを発生させ
る。この第1陽極3は、陰極1より発生したアークをよ
り絞り込むように、小さな開口を持つ。これに対して高
速プラズマジェットが強く接触しないように、第2陽極
6は第1陽極3より大きな開口を持つ。このため、アー
クの放電長が長くなり大出力,高密度のプラズマジェッ
トが得られ、第2陽極6の消耗が小さくなる。
化が困難であり、図4のガストンネルプラズマトーチで
は、高出力化が可能であるが、高速渦流を発生させるの
で機構が複雑であり、渦流を発生させガストンネル状態
を作るために、多量の作動ガスGが必要であり、ランニ
ングコストが大である。図5のプラズマジェットトーチ
では、図4のガストンネルプラズマトーチよりは、容易
に高電圧のプラズマジェットが得られるが、より一層の
高電圧を得るためには、陰極1と第2陽極6の距離を今
以上大きくし、プラズマジェットの長さを長くしなけれ
ばならない。しかしながら、陰極1と第2陽極6の距離
を大きくした場合、アークの着火が非常に困難になる。
ジェットに十分な時間接触して溶解するように、プラズ
マジェットの長さが長い方が好ましいが、図4のガスト
ンネルプラズマトーチではプラズマジェット長がそれほ
ど長く出来ないばかりか、渦流のため溶射粉末の飛散も
多く歩留まりが悪い。また図5のプラズマジェットトー
チでも、十分な長さのプラズマジェット長は得られな
い。
善し、低電流においてもプラズマジェット長を大にする
ことが出来て、高い電源電圧が使用可能で高出力が得ら
れ、構造も簡単なプラズマジェットトーチを提供するこ
とを課題とする。
に、本発明のプラズマジェットトーチは、トーチの軸心
に配置された陰極(1),該陰極の先端に陰極を包囲す
るように配置された第1陽極(3),該第1陽極の前に
配置された第2陽極(6),及び該第2陽極の前に配置
された少なくとも1つの第3陽極(20)を備え、前記
第1陽極には狭い開口が形成され、前記第2陽極には、
前記第1陽極の開口より広い開口が形成され、前記第3
陽極には、前記第2陽極の開口以上の大きさの開口が形
成され、前記陰極と第1陽極との間,陰極と第2陽極の
間,及び陰極と第3陽極の間に、それぞれ第1直流電源
(18),第2直流電源(24),及び第3直流電源
(26)が接続され、更に、前記陰極と各陽極を冷却す
る手段(2,2a,2b)、陰極と第1陽極との間へプ
ラズマガスを供給する手段(25)、および各陽極の間
から加熱ガスを供給する手段を備える。
実施例中の対応する要素の符号を参考までに示したもの
であるが、本発明の各構成要素は実施例中の具体的な要
素のみに限定されるものではない。
(1)と各陽極(3,6,20)の間に電圧を加え、ガ
ス供給管(25)よりプラズマガスを供給すると、陰極
(1)の部材(1a)と第1陽極(3)との間にアーク
が発生し、この空間に供給されるガス流を電離してプラ
ズマジェットが発生する。このプラズマジェットは、第
1陽極(3)で絞られ、第2陽極(6)を通ると、陰極
(1)と第2陽極(6)の間でアーク放電が発生し、プ
ラズマジェットが第3陽極(20)を通ると、陰極
(1)と第3陽極(20)間でアーク放電が発生し高
温、高速となって外部へ噴出される。
ェット長を大にすることができ、高い電源電圧が使用可
能で、高出力が得られる。
した以下の実施例の説明より明らかになろう。
トトーチの構成を図2に示し、その一部分を図1に示
す。図1及び図2を参照して説明する。1は陰極であ
り、実際にアークが発生する部分1aと、その支持部分
1bからなる。アーク発生部材1aは、タングステンま
たはその合金などの耐熱金属で作られ、支持部材1bは
銅などの良電導性材で作られている。支持部材1bは筒
状をなし、内部にパイプ2が挿入されており、これはパ
イプ2を通して外部より給水されて冷却水をアーク発生
部材1aの背面へ吐出し、該部材1aを冷却する。冷却
の水は、パイプ2と支持部材1bの間の空間,トーチ内
部,第1陽極台4,第1陽極3,水路カラー5との空間
を通り、パイプ2より外部へ排出される。
陽極3,第2陽極6,及び第3陽極20が配置されてい
る。第1陽極3は、陰極1から発生したアークをよく絞
り込むように小さな開口3aを備える。これに対して第
2陽極6は、高速プラズマジェットが強く接触しないよ
うに、第1陽極3よりは大きな開口6aを有し、かつこ
の開口6aは、先端へ行く程広がるようにテーパーがつ
いている。第3陽極20は、第2陽極よりも大きいか又
は同じ大きさの開口20aを備えている。また、各陽極
3,6及び20も水冷されるように、裏面は冷却水路の
一部分を構成している。
プ継手8,第2陽極台9,パイプ継手10,及び戻水管
11で構成されている。第1陽極3の冷却水路は、陰極
の冷却水路と一部を共用している。5は水路カラー、4
は第1陽極台であり、第1陽極3はこれらと図示の如き
空洞12を形成するが、この空洞12が第1陽極冷却水
路の一部分であり、これは図示しないがパイプ2a及び
2bと連通する。
絶縁体(センターリングストーン)、14は第1陽極3
と第2陽極6との間の絶縁体(第1絶縁カラー)であ
る。第1絶縁カラー14には、孔が開いており、この孔
を通して、サイドガスが第1陽極3,第2陽極6間へ旋
回流となって供給される。19は第2陽極6と第3陽極
20との間の絶縁体(第2絶縁カラー)である。第2絶
縁カラー19には、第1絶縁カラー14と同じように孔
が開いており、この孔を通して、サイドガスが第2陽極
6,第3陽極20間へ旋回流となって供給される。サイ
ドガスの供給路は、図1,図2の表/裏面側に配設され
るサイドガス供給管,第2陽極台9の孔(いづれも図示
しない),及び空洞15で構成される。16は第1ガス
シールドカラーである。
陰極1へ接続され、他端が第1陽極3に接続されてい
る。24は第2直流電源であり、一端が陰極1に接続さ
れ、他端が第2陽極台9を通して第2陽極6へ接続され
ている。26は第3直流電源であり、一端が陰極1に接
続され、他端が第3陽極台21を通して第3陽極20へ
接続されている。図ではこの結線を省略して示している
が、実際にはパイプ29,28のように配設されたケー
ブルにより結線されている。例えば、第1陽極3への配
線は、図1,図2に示す表/裏面、前記サイドガス供給
管とは反対の側に配設され、第1陽極台4へ接続される
電気ケーブルにより結線される。
より、陰極1と第1陽極3との間の空間へ供給される。
熱用熱源又は溶射熱源として使用する場合の特性につい
て、従来例と対比して説明する。
以下の条件においてアーク電圧は300[V]であっ
た。このように本発明では低電流、高電圧が可能であ
る。また、低電流でも高出力60[KW]が得られた。
アーク電圧は40[V]であった。またこのように10
00[A]の大電流にもかかわらず、出力は40[K
W]しか得られなかった。
ットトーチでは低電流でよく、その結果、ノズルの消耗
量は約1/4となり、電源は小型化し、ケーブルは細く
なった。さらに溶射の場合、実施例ではアーク長が長
く、金属粉末を完全に溶解して溶射する事ができた。
初期プラズマジェットで100[A],プラズマガス
(アルコンガス)流量40[l/min]の条件でアー
ク電圧20[V]が得られ、重畳プラズマジェット電流
400[A],作動ガス(アルゴンガス)流量250
[l/min]の条件でアーク電圧110Vであった。
この条件で、実施例のト−チ以上の温度であるプラズマ
ジェットが得られたが、動作ガスとしてアルゴンガスを
大量に使用し、全体としては本発明に比べて約5倍のガ
ス量を使用するものであるため、装置が複雑になり、制
御も容易でなく、実用上は問題がある。
ェットトーチの場合、次の条件でアーク電圧は180
[V],出力36[KW]であった。従って実施例のプ
ラズマジェットトーチの方が、同電流でも容易に高電圧
が得られる。
する場合を示したが、更に第4陽極,第5陽極,・・・
を追加してそれらをプラズマジェットの進行方向に並べ
て配置することにより、プラズマジェット長をさらに長
くすることができる。
電流で高電圧が使用できて低い電流で高出力が得られ、
長いプラズマジェット長が得られるので、溶射などに有
効であり、構造が比較的簡単でノズル消耗量が少なく、
ガス使用量も少なくて済むのでランニングコストも低い
プラズマジェットトーチが得られる。
側面図である。
ラー 15:空洞 16:第1ガスシ
ールドカラー 17:第1電源スイッチ 18:第1直流電
源 19:第2絶縁カラー 20:第3陽極 21:第3陽極台 22:空洞 23:パィプ継手 24:第2直流電
源 25:プラズマガス供給管 26:第2直流電
源 27:第2電源スイッチ 28:入水管 29:戻水管 30:パイプ継手 31:パイプ継手 32:プラズマジ
ェット 33:絶縁体 34:陰極台 37:ノズル
Claims (1)
- 【請求項1】 トーチの軸心に配置された陰極,該陰極
の先端に陰極を包囲するように配置された第1陽極,該
第1陽極の前に配置された第2陽極,及び該第2陽極の
前に配置された少なくとも1つの第3陽極を備え、前記
第1陽極には狭い開口が形成され、前記第2陽極には、
前記第1陽極の開口より広い開口が形成され、前記第3
陽極には、前記第2陽極の開口以上の大きさの開口が形
成され、前記陰極と第1陽極との間,陰極と第2陽極の
間,及び陰極と第3陽極の間に、それぞれ第1直流電
源,第2直流電源,及び第3直流電源が接続され、更
に、前記陰極と各陽極を冷却する手段、陰極と第1陽極
との間へプラズマガスを供給する手段、および各陽極の
間から加熱ガスを供給する手段を備える、プラズマジェ
ットトーチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05230347A JP3138578B2 (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 多電極プラズマジェットトーチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0785992A true JPH0785992A (ja) | 1995-03-31 |
JP3138578B2 JP3138578B2 (ja) | 2001-02-26 |
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ID=16906432
Family Applications (1)
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JP05230347A Expired - Fee Related JP3138578B2 (ja) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | 多電極プラズマジェットトーチ |
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1993
- 1993-09-16 JP JP05230347A patent/JP3138578B2/ja not_active Expired - Fee Related
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