JPH08294777A - プラズマトーチの安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トーチ本体からキャップを離脱させたとき電極
とノズルの間の放電を防止する安全装置であって、プラ
ズマトーチ及び装置のコストを大きく上昇させることな
く高い信頼性を維持する。 【構成】電極２の周囲に且つ対向して配置されたノズル
３とノズル３を覆うようにトーチ本体１に装着されたキ
ャップ５を有し、ノズル３とキャップ５の間にガスを供
給する供給通路８を形成したトーチ本体１にキャップ５
を装着したとき該キャップ５によって被蓋される位置に
供給通路８と連通し且つ十分に大きい断面積を有する開
口12を形成し、供給通路８にガスを供給するガス供給ラ
イン９にオリフィス16を配置すると共にオリフィス16の
下流側に圧力センサー17を配置し、圧力センサー17によ
ってライン９に於けるオリフィス16よりも下流側の圧力
が予め設定された値よりも降下したことを検出したとき
電源制御装置18を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマアークの周囲
に二次ガスを流す構造を持ったプラズマトーチの安全装
置に関し、特に、二次ガスの供給中にトーチ本体からキ
ャップが離脱したとき、二次ガスの供給系の圧力降下を
検出して電源を遮断するように構成したプラズマトーチ
の安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板やステンレス鋼板を加工する際に処
理速度の向上をはかるためにプラズマトーチを用いるこ
とが多くなっている。特に、比較的厚い被切断材を切断
する場合、トーチ内部でパイロットアークを形成し、次
いで電極と被切断材との間にメインアークを形成して切
断を行なう移行式プラズマトーチが利用されるのが一般
である。

【０００３】プラズマトーチは、トーチ本体に着脱可能
に装着された電極と、電極に対し絶縁状態で該電極の周
囲に配置されてトーチ本体に着脱可能に装着された導電
性のノズルと、ノズルを覆うようにして配置されてトー
チ本体に着脱可能に装着された絶縁性のキャップを有し
て構成され、電極とノズルの間で放電させることで、パ
イロットアークを形成している。被切断材が鋼板やステ
ンレス鋼板である場合、電極とノズルの間にはプラズマ
ガスとして酸素ガス或いはエアが供給され、ノズルとキ
ャップの間には母材の燃焼を促進して切断面の改善をは
かるために酸素ガス或いはエアが二次ガスとして供給さ
れる。

【０００４】一方、プラズマトーチに於ける電極及びノ
ズルは消耗品であり、一定時間使用されたとき、或いは
電極，ノズルが一定の消耗量に達したとき新しいものと
交換される。これらの交換作業はオペレーターがトーチ
本体からキャップ，ノズル，電極の順に取り外して行な
われるため、該作業は電源を遮断した後実施される。然
し、他のオペレーターが誤ってプラズマスタートスイッ
チを投入する虞を回避することは出来ない。このため、
プラズマトーチでは、キャップをトーチ本体から離脱さ
せたとき、プラズマスタートスイッチを遮断すると共に
再投入不能にする安全装置が設けられている。

【０００５】上記安全装置としては、例えば図３に示す
ように、トーチ本体51に固定接点52ａと移動接点50ｂか
らなるスイッチ52を設け、キャップ53のトーチ本体51に
対する着脱に伴って移動接点52ｂを固定接点52ａに離接
させ、両接点52ａ，52ｂが開放しているとき、電源を遮
断すると共に遮断状態を維持し得るように構成したもの
がある。

【０００６】また図４に示すように、トーチ本体51にキ
ャップ53の着脱を監視するためのガスを流通させる通路
54を形成すると共にトーチ本体51のキャップ53によって
被蓋し得る位置に通路54と連通する孔55を形成し、且つ
通路54にガスを供給する系56に圧力センサー57を配置
し、キャップ53のトーチ本体51からの離脱に伴って孔55
からガスが一気に大気に放出される際の圧力降下を検出
して電源を遮断すると共に遮断状態を維持し得るように
構成したものがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記各安全装置では、
トーチ本体からキャップを離脱させたとき、電源を遮断
すると共に該遮断状態を維持することが出来、プラズマ
トーチの保守作業を実施する際の安全性を確保すること
が出来る。然し、両者共に全く問題がないわけではな
く、図３に示す安全装置では、キャップの着脱に伴って
移動する接点を有するために故障が発生する虞があり、
安全装置の作動に対する信頼性が低くなるという問題が
ある。

【０００８】また図４に示す安全装置では、トーチ本体
にキャップの着脱を監視するためのガスを流通させる通
路を独立させて形成する必要があり、トーチ本体の直径
を大きくしたり、独立したガスの供給系が必要となり、
プラズマトーチ及び装置のコストが上昇する虞があると
いう問題がある。

【０００９】本発明の目的は、高い信頼性を維持し、且
つプラズマトーチ及び装置のコストを大きく上昇させる
ことのないプラズマトーチの安全装置を提供することに
ある。

【００１０】

【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の安全装置は、電極の周
囲に配置された導電性のノズルと、前記ノズルを覆うよ
うにトーチ本体に装着された絶縁性のキャップと、トー
チ本体に形成され前記ノズルとキャップの間にガスを供
給する供給通路とを有するプラズマトーチの安全装置で
あって、トーチ本体にキャップを装着したとき該キャッ
プによって被蓋される位置に前記ガスの供給通路と連通
し且つ十分に大きい断面積を有する開口を形成し、且つ
トーチ本体に形成された供給通路にガスを供給する系に
オリフィスを配置すると共に該オリフィスの下流側に圧
力センサーを配置し、前記圧力センサーによって前記系
の圧力が予め設定された値よりも降下したことを検出し
たとき電源を遮断するように構成したものである。

【００１１】

【作用】上記プラズマトーチの安全装置では、トーチ本
体のキャップを装着したとき該キャップによって被蓋さ
れる位置に開口を形成し、この開口をノズルとキャップ
の間に二次ガスを供給するためにトーチ本体に形成され
た供給通路と連通させ、更に、供給通路に二次ガスを供
給する系にオリフィスを配置すると共に該オリフィスの
下流側に圧力センサーを配置したので、トーチ本体から
キャップを離脱させると、二次ガスが開口から大気中に
放出される。二次ガスの供給系にはオリフィスが配置さ
れるため、二次ガスの大気への放出に伴ってオリフィス
の下流側は大幅に圧力が降下し、この圧力降下が圧力セ
ンサーによって検出される。従って、圧力センサーが予
め設定された圧力以下の圧力を検出したとき、この信号
によって電源を遮断すると共に遮断状態を維持すること
が出来る。特に、プラズマ電源にはガスの供給状態を監
視する圧力センサーが設けられているため、キャップの
状態を監視する圧力センサーをガスの供給を監視する圧
力センサーと共用することが可能である。

【００１２】

【実施例】以下、上記プラズマトーチの安全装置の実施
例について図を用いて説明する。図１は第１実施例に係
るプラズマトーチの安全装置の構成を模式的示す図、図
２は第２実施例に係るプラズマトーチの安全装置の構成
を模式的に示す図である。

【００１３】先ず、図１により第１実施例に係るプラズ
マトーチの安全装置の構成について説明する。図に模式
的に示すプラズマトーチＡは、トーチ本体１の中心に電
極２が配置され、トーチ本体１に着脱可能に装着されて
いる。電極２の周囲及び前面を囲んで導電性のノズル３
が配置され、トーチ本体１に着脱可能に装着されてい
る。電極２とノズル３は電気的に絶縁され、且つ両者の
間にはプラズマガスを流通させる通路４が構成されてい
る。そしてパイロットアークを形成する際には、通路４
に予め所定流量のプラズマガスが供給され、電極２とノ
ズル３の間で放電される。

【００１４】ノズル３を覆うように絶縁性のキャップ５
が配置され、トーチ本体１に着脱可能に装着されてい
る。ノズル３とキャップ５の間には二次ガスを流通させ
る通路６が形成され、この通路６はトーチ本体１とノズ
ル３の間に形成された供給路７を介してトーチ本体１に
形成された供給通路８と連通している。この供給通路８
は通路４と孔４ａを介して接続されている。前記孔４ａ
の総断面積は、供給路７の総断面積よりも十分に大きい
値を有している。

【００１５】従って、トーチ本体１に接続されたホース
や管からなるガス供給ライン９から供給通路８にガスを
供給すると、供給されたガスの多くが電極２とノズル３
の間に形成された通路４に流通してプラズマガス流10を
形成し、同時に一部のガスが供給通路８，供給路７を介
して通路６に流通して二次ガス流11を形成する。

【００１６】トーチ本体１にキャップ５を装着したとき
該キャップ５によって被蓋される位置、即ち、トーチ本
体１の端部近傍に、トーチ本体１に形成された供給通路
８と連通する開口12が形成されている。この開口12はト
ーチ本体１とノズル３の間に形成された二次ガスの供給
路７の総断面積よりも十分に大きい断面積を有し、且つ
キャップ５をトーチ本体１から離脱させたとき、供給通
路８を大気に開放し得る位置に形成されている。

【００１７】またキャップ５の内周面であって該キャッ
プ５をトーチ本体１に装着したとき開口12と対向する位
置には、供給通路８に供給されたガスが開口12から漏洩
すること防止するＯリング13が設けられている。

【００１８】従って、キャップ５をトーチ本体１に装着
して供給通路８にガスを供給した場合、このガスは開口
12から大気に放出されることなく、通路４，６に流通し
てプラズマガス流10，二次ガス流11を形成する。この状
態でキャップ５をトーチ本体１から離脱させると、供給
されたガスは開口12から大気に放出される。

【００１９】ガス供給ライン９は、ガスの圧力を調整す
る圧力調整器及び電源制御装置18からの信号に応じてガ
ス供給ライン９を開閉する電磁弁からなるガス調整装置
14を介して酸素ボンベ或いは液体酸素タンク及び気化器
等のガス供給源15と接続されており、ガス調整装置14の
調整によってプラズマトーチＡに予め設定された流量の
プラズマガス及び二次ガスを供給し得るように構成され
ている。

【００２０】ガス供給ライン９のガス調整装置14の下流
側にはオリフィス16が配置され、該オリフィス16の更に
下流側に圧力センサー17が配置されている。オリフィス
16は、該オリフィス16よりも下流側でガスが大量に放出
されたとき、上流側から供給されるガスの流量を絞って
下流側の圧力を大きく降下させる機能を有している。ま
た圧力センサー17はガス供給ライン９に於けるオリフィ
ス16よりも下流側の圧力を検出し、検出した圧力が予め
設定された値以下になったとき信号を発生し、この信号
を電源制御装置18に伝達して該装置18を遮断し得るよう
に構成されている。

【００２１】上記の如く構成されたプラズマトーチＡの
安全装置では、予め圧力センサー17の設定圧力をトーチ
本体１に装着させたキャップ５を離脱させてガス供給ラ
イン９から供給されたガスを開口12から大気に放出した
ときのオリフィス16の下流側の圧力よりも僅かに高い値
に設定しておき、トーチ本体１にキャップ５を装着して
電源制御装置18を投入すると、該装置18に設定されたシ
ーケンスに従ってガス供給ライン９にガスが供給され
る。このガスはトーチ本体１に形成された供給通路８を
通って通路４，供給路７から通路６に流通する（プリフ
ロー）。

【００２２】通路４，６にガスを流通させた後、電極２
とノズル３の間で放電してパイロットアークが形成さ
れ、通路４を流通したガスがプラズマガス流10としてノ
ズル３から噴射され、通路６を流通したガスが二次ガス
流11としてノズル３とキャップ５の間から噴射される。
この状態で図示しない被切断材と電極との間で放電させ
てメインアークを形成し、プラズマトーチＡを所望の方
向に移動させることで、被切断材を切断することが可能
である。

【００２３】電極２或いはノズル３が消耗して交換する
場合、電源制御装置18を遮断してガス供給ライン９に対
するガスの供給を停止し、トーチ本体１からキャップ
５，ノズル３，電極２を順に離脱させる。キャップ５の
離脱によって供給通路８は開口12を介して大気に開放す
る。

【００２４】従って、上記状態で誤って電源制御装置18
が投入された場合、該装置18の投入に伴ってガス調整装
置14を構成する電磁弁が開放してガス供給ライン９，ト
ーチ本体１に形成された供給通路８にガスを供給する。
供給通路８に供給されたガスは開口12から大気に放出さ
れるため、予め設定された圧力でガスを供給しているに
も関わらず、ガス供給ライン９のオリフィス16よりも下
流側の圧力は低い値に維持される。

【００２５】ガス供給ライン９に於けるオリフィス16の
下流側の圧力は、圧力センサー17によって検出される。
この場合、圧力センサー17から電源制御装置18に対し、
オリフィス16よりも下流側の圧力が設定圧力以下である
旨の信号が伝達され、該装置18を遮断する。同時にガス
調整装置14の電磁弁が閉鎖し、ガス供給ライン９に対す
るガスの供給が停止する。

【００２６】次に、図２により第２実施例に係るプラズ
マトーチの安全装置の構成について説明する。尚、図に
於いて前述の第１実施例と同一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。

【００２７】本実施例のプラズマトーチＢは、電極２と
ノズル３の間に流通してプラズマガス流10を形成する一
次ガスの供給系と、ノズル３とキャップ５の間に流通し
て二次ガス流11を形成する二次ガスの供給系を異なる系
として構成したものであり、基本的な構造は前述したプ
ラズマトーチＡを同一である。

【００２８】即ち、トーチ本体１に形成された供給通路
８は、ノズル３とトーチ本体１の間に形成された供給路
７を介してノズル３とキャップ５の間の通路６に連通す
ると共に、ガス供給ライン９と接続されている。またト
ーチ本体１には供給通路８とは異なる位置にプラズマガ
スを供給する流路19が形成され、電極２とノズル３の間
に形成された通路４に連通すると共に、プラズマガス供
給ライン20と接続されている。このプラズマガス供給ラ
イン20はガス調整装置14を介してガス供給源15と接続さ
れている。従って、プラズマトーチＢは、プラズマガス
と二次ガスが独立した供給系として構成されている。

【００２９】上記の如く構成されたプラズマトーチＢの
安全装置であっても、キャップ５をトーチ本体１から離
脱させた状態で電源制御装置18が投入された場合、ガス
供給ライン９及びプラズマガス供給ライン20からトーチ
本体１に夫々ガスが供給される。然し、ガス供給ライン
９から供給通路８に供給されたガスが大気に放出される
ため、前述の実施例と同様にガス供給ライン９に於ける
オリフィス16よりも下流側の圧力を圧力センサー17によ
って検出して信号を発生し、この信号を電源制御装置18
に伝達して該装置18を遮断すると共に各ライン９，20の
ガス調整装置14の作動を停止させてガスの供給を停止す
ることが可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチの安全装置では、ノズルとキャップの間
にガスを供給するためにトーチ本体に形成された供給通
路をキャップをトーチ本体から離脱させたときに大気に
開放するように構成すると共に、前記供給通路のガスを
供給する系にオリフィスを配置し且つ該オリフィスより
も下流側に圧力センサーを配置したので、キャップをト
ーチ本体から離脱させた状態でガスを供給した場合、オ
リフィスの下流側の圧力が大きく上昇することがない。
このため、オリフィスの下流側の圧力を検出し、検出し
た圧力が予め設定された値以下である場合に電源を遮断
することで、電極とノズルの間で放電することがない。
このため、電極やノズルを交換する際の作業の安全性を
向上させることが出来る。

【００３１】またキャップのトーチ本体に対する着脱状
態を検知するに際し、ノズルとキャップの間にガスを供
給する目的で形成されている供給通路を共用することに
よって、トーチ本体の太さを大きくする必要がなく、従
来から用いられているプラズマトーチをトーチ本体に供
給通路と連通する開口を形成することで適用することが
出来る。このため、コストを大幅に上昇させることがな
い。

【００３２】またキャップのトーチ本体に対する着脱状
態を検知するに際し、機械的な接点を必要としない。こ
のため、故障が発生する虞がなく信頼性を向上させるこ
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】第１実施例に係るプラズマトーチの安全装置の
構成を模式的示す図である。

【図２】第２実施例に係るプラズマトーチの安全装置の
構成を模式的に示す図である。

【図３】従来のプラズマトーチの安全装置の例を示す図
である。

【図４】従来のプラズマトーチの安全装置の他の例を示
す図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ プラズマトーチ １ トーチ本体 ２ 電極 ３ ノズル ４，６ 通路 ５ キャップ ７ 供給路 ８ 供給通路 ９ ガス供給ライン 10 プラズマガス流 11 二次ガス流 12 開口 14 ガス調整装置 15 ガス供給源 16 オリフィス 17 圧力センサー 18 電源制御装置 19 流路 20 プラズマガス供給ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極の周囲に配置された導電性のノズル
   と、前記ノズルを覆うようにトーチ本体に装着された絶
   縁性のキャップと、トーチ本体に形成され前記ノズルと
   キャップの間にガスを供給する供給通路とを有するプラ
   ズマトーチの安全装置であって、トーチ本体にキャップ
   を装着したとき該キャップによって被蓋される位置に前
   記ガスの供給通路と連通し且つ十分に大きい断面積を有
   する開口を形成し、且つトーチ本体に形成された供給通
   路にガスを供給する系にオリフィスを配置すると共に該
   オリフィスの下流側に圧力センサーを配置し、前記圧力
   センサーによって前記系の圧力が予め設定された値より
   も降下したことを検出したとき電源を遮断するように構
   成したことを特徴とするプラズマトーチの安全装置。