JPH0839256A - プラズマ切断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １本のトーチでも切断線の両側の切断面が同
時に垂直になるよう切断する。切断作業スペースの増加
の抑止，切断作業効率の上昇および生産コストの低減。 【構成】 放電電極１，この放電電極の先端に対向する
ガス噴射口を有し放電電極の先端部を包囲するチップ
５、および、放電電極およびチップを支持し前記ガス噴
射口に至るガス流路を有するトーチ本体Ｔ１を備えるプ
ラズマト−チ；および、このプラズマト−チの放電電極
と切断対象材２の間にプラズマア−ク電圧を加える電源
回路４；を備えるプラズマ切断装置において、電源回路
４は、放電電極と切断対象材の間に加える電圧極性を交
互に反転する極性切換手段（４Ｂ，４Ｄ）を備える。更
には、交互反転周波数調整手段ｒ１，正負区間比調整手
段ｒ２，正電流値調整手段ｒ３および負電流値調整手段
ｒ４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマト−チによる
物体の切断に関し、特に、プラズマト−チの放電電極と
切断対象材の間にプラズマア−ク電圧を印加する移行型
のプラズマ切断に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流の電源を用いた移行型のプラズマ切
断において、プラズマト−チの放電電極を電源のプラズ
マア−ク電圧出力端の負極に接続した場合のプラズマア
−クを正極性のプラズマア−クといい、これに対して放
電電極を正極に接続した場合のプラズマア−クを逆極性
（又は負極性）のプラズマア−クという。この中で、一
般的に使用されているのは、正極性のプラズマアークで
あり、逆極性のプラズマアークは、放電電極が水冷式の
大きな電極を使用しなければならないことから、通常
は、使用されていない。

【０００３】しかし、従来、上記正極性又は逆極性のプ
ラズマ切断においては、その電源に直流電源を用いてい
る為に、プラズマア−クが切断対象材に当る点すなわち
陽極点または陰極点が、切断対象材の切断面の上方（切
断対象材の厚み方向で、ト−チに対向する表面側）また
は下方（裏面側）に偏る性質があり、この陽極点又は、
陰極点の発生する位置で、そこの切断溝幅が広がる傾向
がある。これにより、切断溝形状が上広がり又は下広が
りのテーパーの付いた形状となり、いづれの場合でも、
切断面が傾斜したものとなるという問題があった。

【０００４】例えば、図８の（ａ）に示すように、水平
に置いた切断対象材にプラズマト−チを垂直に対向させ
て、正極性のプラズマア−クで切断すると、切断対象材
に陽極点が、ト−チ電極（放電電極）に陰極点が形成さ
れる。切断対象材上の陽極点は、切断により生じた空間
に接する面のプラズマト−チに近い上方向に集中する性
質があり、これにより上方向の切断面は陽極点エネルギ
ーと高温の切断ガス気流のエネルギーを強く受けて切断
面が多く溶ける。一方、高温の切断ガス気流は切断面の
下方向に行くに従い、温度が失われ下狭まりのテーパー
の付いた切断溝形状となる。

【０００５】また、図８の（ｂ）に示すように、逆極性
のプラズマア−クで切断すると、切断対象材に陰極点
が、放電電極に陽極点が形成される。切断開口中に発生
する陰極点は、切断面の上方向に比べ下方向に集中する
傾向がある。これは、切断開口の下方向になるほど切断
ガス気流は空気を巻き込み酸化し易く、陰極点は酸化金
属面に発生しやすい性質があるためであり、その結果、
アーク入熱は切断面の上部よりも下部にゆくほど高くな
る。また逆極性アーク時は、切断アークが切断開口中を
通過して切断面下方部迄延び、高温の切断ガス気流のエ
ネルギーも下方部迄維持されるため切断面下部程多く溶
け、切断開口は下方に向うに従って広くなる。

【０００６】そこで特開昭60-76276号公報に開示のプラ
ズマ切断装置は、正極性のプラズマトーチを旋回機構で
支持して、切断対象材に対して角度を持たせることによ
り切断面の一方を垂直にする。また、特開昭61-269977
号公報に開示のプラズマ切断装置は、切断対象材の切断
線に沿って２本の正極性プラズマトーチを角度を持たせ
て近接に配置し、トーチの角度を調節してトーチの先端
とそれぞれ対向する切断面がほぼ垂直になるように切断
を行なう。この他の切断面を垂直にする方法として、図
９に示すように、ト−チ内で切断ガスを旋回させる方法
がある。この方法によれば、切断ガスの旋回方向に従い
切断面の片方をほぼ垂直にすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示す切
断ガスを旋回させるプラズマ切断方法及び前記特開昭60
-76276号公報に開示されたプラズマ切断方法において
は、切断面の一方はほぼ垂直に切断することが可能では
あっても、もう一方の切断面には傾斜角が大きく残り、
これを垂直にするための加工が必要である。さらに前記
特開昭60-76276公報のプラズマ切断方法は、旋回機構を
用いるのでト−チ周りの機械構造及び制御が複雑である
ために製品が必然的に高価となるのに加えて、ト−チ周
りに広い空間を要するので、用途が限定される。また、
特開昭61-269977号公報に開示のプラズマ切断方法にお
いては、２本のトーチを使用するので、曲線，折れ線形
状の切断がむつかしいばかりでなく、電源も２台必要と
なり、トーチを１本で使用する場合に比べて作業スペー
スを多く必要とする上、切断作業時において２倍の電源
電力が必要になり生産コストが高くなる。

【０００８】本発明は、１本のトーチでも両切断面が垂
直になるよう切断することを第１の目的とし、切断作業
スペースの増加の抑止，切断作業効率の上昇および生産
コストの低減を第２の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明は、放電電極
(1)，この放電電極の先端に対向するガス噴射口を有し
放電電極の先端部を包囲するチップ(5)、および、放電
電極およびチップを支持し前記ガス噴射口に至るガス流
路を有するトーチ本体(T1)を備えるプラズマト−チ；お
よび、このプラズマト−チの放電電極(1)と切断対象材
(2)の間にプラズマア−ク電圧を加える電源回路(4)；を
備えるプラズマ切断装置において、前記電源回路(4)
は、放電電極(1)と切断対象材(2)の間に加える電圧極性
を交互に反転する極性切換手段(4B,4D)を備えることを
特徴とする。なお、カッコ内には、理解を容易にするた
めに、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、
参照までに付記した。

【００１０】本発明の後述する実施例では、極性切換手
段(4B,4D)は、インバ−タ回路(4B)および該回路内の
正，負極電圧出力用のスイッチング素子(Q5,Q6/Q7,Q8)
を交互に導通付勢するインバ−タ制御器(4D)でなり、イ
ンバ−タ制御器(4D)は、交互導通付勢周期(Ta)を定める
周期調整手段(D6,r1)を含み、インバ−タ制御器(4D)
は、正，負極電圧出力用のスイッチング素子(Q5,Q6/Q7,
Q8)の、交互導通周期(Ta)における導通時間比(Tp/(Ta-T
p))を定める比率調整手段(D5,r2)を含み、電源回路(4)
は、インバ−タ制御器(4D)の交互導通付勢に同期してイ
ンバ−タ出力電流値を切換える電流制御手段(4A,4C,AD
C)を備え、電流制御手段(ADC,4A,4C)は、インバ−タ回
路(4B)に直流を与えるＡＣ／ＤＣコンバ−タ(ADC)、お
よび、インバ−タ制御器(4D)の交互導通付勢に同期して
該ＡＣ／ＤＣコンバ−タ(ADC)に与える交流電流値を切
換える交流電流制御器(4A,4C,r3,r4)を備え、交流電流
制御器(4A,4C,r3,r4)は、正電圧出力期間の電流値を定
める正電流調整手段(4A,4C,r3)および負電圧出力期間の
電流値を定める負電流調整手段(4A,4C,r4)を含む。

【００１１】

【作用】本願発明によれば、電源回路(4)の極性切換手
段(4B,4D)が、放電電極(1)と切断対象材(2)の間に加え
る電圧極性を交互に反転する。これにより、プラズマア
−クが、正極性と逆極性に交互に切換わり、図８の
（ａ）に示す態様と（ｂ）に示す態様が時系列で交互に
現われる。正極性プラズマア−クによる切断面下方の幅
狭開口を逆極性プラズマア−クが広げることになるの
で、切断面の傾斜がなくなる。

【００１２】本発明の実施例では、極性切換手段(4B,4
D)は、インバ−タ回路(4B)および該回路内の正，負極電
圧出力用のスイッチング素子(Q5,Q6/Q7,Q8)を交互に導
通付勢するインバ−タ制御器(4D)でなり、インバ−タ制
御器(4D)は、交互導通付勢周期(Ta)を定める周期調整手
段(D6,r1)を含むので、該周期調整手段(D6,r1)にて、交
互導通付勢周期(Ta)すなわち交互切換周波数(Taの逆数)
を調整しうる。切断予定線に沿うプラズマト−チの移動
速度が高い場合周波数が低いと、正極性プラズマア−ク
による切断面の上広がり傾斜（図８のａ）と逆極性プラ
ズマア−クによる下広がり傾斜（図８のｂ）の交互作用
により切断面壁上にできるドラグライン（正極，逆極切
替え時に溶けた金属流が変化したことにより発生する、
切断面上でのわずかな凸凹模様）のピッチが広くなると
ともに、また凸凹の高低差も大となり、切断面のでこぼ
こが大きくなる。プラズマト−チの移動速度に対応して
それを高く設定するときには、周期調整手段(D6,r1)に
て該周波数を高く(Taを短く)設定することにより、滑ら
かな切断面が得られる。また、周波数を高くすることで
切断面に付くドラグラインが細くなり、奇麗な切断面と
なる。

【００１３】本発明の実施例では、インバ−タ制御器(4
D)は、インバ−タ回路(4B)の正，負極電圧出力用のスイ
ッチング素子(Q5,Q6/Q7,Q8)の、交互導通周期(Ta)にお
ける導通時間比(Tp/(Ta-Tp))を定める比率調整手段(D5,
r2)を含む。切断面の傾斜は、正極性プラズマア−クに
よる切断面の上広がり傾斜と逆極性プラズマア−クとの
差し引き分となるので、比率調整手段(D5,r2)で導通時
間比(Tp/(Ta-Tp))を調整することにより、正極性，逆極
性プラズマア−クによる切断面の上広がり，下広がり傾
斜の相対寄与比を調整することにより、垂直な切断面を
得ることができる。

【００１４】本発明の実施例では、電源回路(4)は、イ
ンバ−タ制御器(4D)の交互導通付勢に同期してインバ−
タ出力電流値を切換える電流制御手段(4A,4C,ADC)を備
え、電流制御手段(ADC,4A,4C)は、インバ−タ回路(4B)
に直流を与えるＡＣ／ＤＣコンバ−タ(ADC)、および、
インバ−タ制御器(4D)の交互導通付勢に同期して該ＡＣ
／ＤＣコンバ−タ(ADC)に与える交流電流値を切換える
交流電流制御器(4A,4C,r3,r4)を備え、交流電流制御器
(4A,4C,r3,r4)は、正電圧出力期間の電流値を定める正
電流調整手段(4A,4C,r3)および負電圧出力期間の電流値
を定める負電流調整手段(4A,4C,r4)を含む。これらで切
断対象材(2)の厚みおよび切断速度に対応した電流値を
設定するが、正極性，逆極性プラズマア−クによる切断
面の上広がり，下広がり傾斜の角度は、正極性通電電流
値，逆極性通電電流値にも依存するので、正電流調整手
段(4A,4C,r3)および負電流調整手段(4A,4C,r4)で各極性
の電流値、特にそれらの比、を調整することにより、よ
り正確かつ滑らかな垂直切断面を得ることができる。

【００１５】本発明では、プラズマト−チの放電電極
(1)と切断対象材(2)の間に、交流電圧を印加し、上述の
実施例では矩形波交流電圧を印加する。溶接分野におい
ては、アルミニウムの溶接用として用いられおり、母材
表面の酸化膜を除去するのに逆極性電流を使用し、正極
性電流で加熱溶融するのに矩形波交流電圧をプラズマア
−ク溶接ト−チの電極と母材の間に印加することが知ら
れている(例えば特公平２３−３１５５３号公報，特公
平４−１３０７１号公報）。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の一実施例の全体構成を示
す。トーチＴ１は下端（先端）が円錐形の大略で円筒体
であり、アーム６によりその先端が下になるよう支持さ
れている。アーム６は図示しない支持手段により、図１
紙面に対して垂直方向（以後、前後方向ｚ−ｚと表記）
に水平移動が可能に支持されており、アーム６の移動に
伴ない、トーチＴ１はその先端を下に向けたまま前後方
向ｚ−ｚに水平に移動する。ただし、トーチＴ１はアー
ム６から取り外し可能であり、アーム６より取り外した
トーチＴ１を、作業を行なう者が直接手で支持してもよ
い。

【００１７】トーチＴ１内部の中心位置には放電電極１
があり、放電電極１の下端部（先端部）を取り囲むよう
に円錐形のチップ５がトーチＴ１の下端（先端）に装着
されている。放電電極１と円錐形のチップ５との間の空
間には、トーチＴ１の外周側面より挿入される切断ガス
供給管７により切断ガスが供給され、このガスがチップ
５の中心位置のガス噴出口より噴出する。放電電極１の
上端（基部）には電気リード３０が接続されており、こ
の電気リ−ド３０に、パイロット電源３の出力端の１つ
とメインプラズマア−ク電源である矩形波交流電源４の
出力端の１つが接続されている。パイロット電源３のも
う１つの出力端は電気リード３１により可変抵抗ＶＲを
介してチップ５に接続されている。矩形波交流電源４の
もう１つの出力端は切断対象材２に接続される。

【００１８】切断を開始するときには、電源３，４の電
源スイッチ（図示略）が投入される。これにより、電源
３および４がそれらの出力端に、それぞれメイン電源電
圧および高周波高電圧のプラズマ起動電圧を発生する。
まず、可変抵抗ＶＲを介して放電電極１とチップ５間に
プラズマ起動電圧が加わることにより、電極１／チップ
５間の絶縁が破壊されて放電電極１／チップ５間に放電
が起り、放電電極１，パイロット電源３，可変抵抗ＶＲ
及びチップ５のそれぞれが直列接続された１つの閉回路
を形成してパイロットアーク電流が流れる。すなわちパ
イロットアークが起動する。この放電電極１／チップ５
間の放電によるプラズマを介して放電電極１／切断対象
材２間の絶縁が破壊されて放電電極１／切断対象材２間
に放電が起り、放電電極１，切断対象材２及び矩形波交
流電源４のそれぞれが直列接続された１つの閉回路を形
成してメインプラズマアーク電流が流れる。すなわちメ
インプラズマアークが起動する。メインプラズマアーク
電流の通流は矩形波交流電源４内で検知され、検知信号
ｒがパイロット電源３に与えられ、パイロット電源３は
この検知信号ｒに応答してその内部の電源スイッチを開
く。

【００１９】放電電極１と切断対象材２間に矩形波交流
電源４が与えるメインプラズマアーク電流は、切断作業
を終えるために電源４内部の電源スイッチが開かれると
停止する。

【００２０】図２に、図１に示すトーチＴ１及び切断対
象材２の縦断面を示す。放電電極１は電極支持部材８お
よびセンタリングスト-ン９によりチップ５の中心に支
持されている。切断ガス供給管７は、トーチＴ１の外周
側面の水平方向（以下、左右方向ｘ−ｘ）よりトーチＴ
１内部に挿入され、切断ガスは、センタリングストーン
９の数個の小径穴を通って整流され、チップ５のガス噴
出口を通って放出される。

【００２１】トーチＴ１がｚ方向に動く時、トーチＴ１
のメインプラズマア−クが切断した切断対象材２の開口
（切断開口）２Ｓより左右方向ｘ−ｘの左方向（以下、
左方向ｘ）に位置する切断終了部分の切断対象材を左切
断部２ａ、切断開口２Ｓより左右方向ｘ−ｘの右方向
（以下、右方向ｘ）に位置する切断終了部分の切断対象
材を右切断部２ｂと表現する。切断開口２Ｓの、左切断
部２ａ側の切断面及び右切断部２ｂ側の切断面のそれぞ
れが、垂直面となす角度を、図２に示すように、ベベル
角θａ，θｂとして示し、それらの極性を図２に示すよ
うに＋，−で表わす。左切断部２ａ側の切断面及び右切
断部２ｂ側の切断面に傾斜がなく、ｘ軸に対して垂直で
ある場合（すなわち垂直切断面である場合）のベベル角
は、θａ＝０，θｂ＝０である。

【００２２】正極性切断中は、切断開口２Ｓ内に発生す
るメインプラズマア−クの陽極点は、放電電極１に近い
方向より発生しやすい性質があるため、例えば、図８の
（ａ）と同様に、メインプラズマア−クは切断開口２Ｓ
の、下方向に比べ上方向に集中して発生する。メインプ
ラズマア−クは陽極点の発生に伴い、切断開口２Ｓの下
方向に比べ上方向に集中する傾向がある（図８の(ａ)に
示す矢印： 太線矢印＞ 中線矢印 ＞ 細線矢印）だけで
なく、高温の切断ガス気流のエネルギーを下方向に比べ
強く受ける。その結果、切断面の上方の金属の溶ける率
が下方の金属の溶ける率に比べて多くなり、切断開口２
Ｓは、上方に向うに従って広くなる。逆極性切断中は、
切断開口２Ｓ内に発生するメインプラズマア−クの陰極
点は、酸化金属面に発生しやすい性質を持ち、一方、切
断面においては切断開口２Ｓの下方向になるほど切断ガ
ス気流に空気を巻き込むため酸化し易く、陰極点は上方
向より下方向に発生しやすくなる。その結果、例えば、
図８の（ｂ）と同様に、メインプラズマア−クは陰極点
の発生に伴い、上方向に比べ下方向に集中する傾向があ
る（図８の(ｂ)に示す矢印： 太線矢印 ＞ 中線矢印 ＞
細線矢印）。これによりアーク入熱は上部よりも下部
にゆくほど高くなり、上方向の切断面に比べ下方向の切
断面が多く溶けるので切断開口２Ｓは下方に向うに従っ
て広くなる。

【００２３】また、正極性切断の場合の切断開口２Ｓの
切断面の傾斜角（図８の（ａ））は、逆極性切断の場合
の切断開口２Ｓの切断面の傾斜角（図８の（ｂ））に比
べて大きい。矩形波交流電源４の、正極性および逆極性
交互通電の時間比および電流比を調整することにより、
これらの傾斜角を相殺することができる。すなわち両切
断面を共に垂直にすることができる。

【００２４】図３に、矩形波交流電源４の内部回路を示
す。矩形波交流電源４は、放電電極１と切断対象材２と
の間に矩形波交流であるメインプラズマア−ク電流を出
力するが、以後の説明において、このメインプラズマア
−ク電流の１周期をＴａとして、１周期Ｔａ中におい
て、出力レベルが基準電位（機器ア−スレベル）より高
いレベルすなわちプラスレベルの時のレベル値を正極電
流値ｉｐとし、プラスレベルである時間をＴｐとする。
また、出力レベルが基準電位より低いレベルすなわちマ
イナスレベルの時のレベル値を逆極電流値ｉｎとし、マ
イナスレベルである時間ＴｎをＴａ−Ｔｐで示す。な
お、正確には、プラス通電区間Ｔｐとマイナス通電区間
Ｔｎの間に、わずかな休止期間を置いており、細かくは
Ｔｎ＝Ｔａ−Ｔｐではないが、以下の説明では、この休
止期間を無視して、Ｔｎ＝Ｔａ−Ｔｐとして説明する。

【００２５】図３を参照すると、矩形波交流電源４は、
直流電源Ｅｖの直流出力を交流に変換するインバータ回
路４Ａ，この回路４Ａの交流出力を降圧し直流に変換す
るＡＣ／ＤＣコンバ−タＡＤＣ、および、このコンバ−
タＡＤＣの直流出力を矩形波交流に変換して放電電極１
／切断対象材２間に通電するインバ−タ４Ｂを備え、し
かも、インバ−タ４ＡのスイッチングトランジスタＱ
１，Ｑ２／Ｑ３，Ｑ４のオン／オフを制御するインバ−
タ制御器４Ｃ、ならびに、インバ−タ４Ｂのスイッチン
グトランジスタＱ５，Ｑ６／Ｑ７，Ｑ８のオン／オフを
制御するインバ−タ制御器４Ｄを備える。インバ−タ４
Ｂの出力電流は電流検出器ＳＨが検出し、出力電流レベ
ルを示す電流信号Ｉｏをインバ−タ制御器４Ｃに与え
る。

【００２６】図４に、インバータ制御器４Ｄの内部回路
を示し、図５には、インバータ制御器４Ｃの内部回路を
示し、図６に、インバ−タ制御器４Ｄ，４Ｃが発生する
電気信号の時系列の変化を示す。

【００２７】ここで、図４〜図６を参照されたい。イン
バ−タ制御器４Ｄ（図４）には可変周波数パルス発振器
Ｄ６があり、これがパルスａを発生する。このパルスａ
の周波数は可変抵抗ｒ１で定まる。すなわち、可変抵抗
ｒ１により、周波数を調整することができる。パルスａ
はモノマルチバイブレ−タＤ５に与えられ、これがパル
スａの１パルスに応答して１パルスｂを発生するが、こ
のパルスｂの時間幅（高レベルＨ区間）は可変抵抗ｒ２
で定まる。すなわち、可変抵抗ｒ２により、出力パルス
ｂの幅を調整することができる。パルスｂ（Ｓｏ）はト
ランジスタドライバＤ１およびＤ２に、トランジスタＱ
５，Ｑ６のオン／オフ指示信号として与えられ、パルス
ｂ（Ｓｏ）のＨ区間Ｔｐの間ドライバＤ１，Ｄ２がトラ
ンジスタＱ５，Ｑ６をオンとし、低レベルＬ区間（Ｔａ
−Ｔｐ）の間ドライバＤ１，Ｄ２がトランジスタＱ５，
Ｑ６をオフにする。すなわち、パルスｂのＨ区間（この
幅は可変抵抗ｒ２で調整可）でトランジスタＱ５，Ｑ６
がオン（導通）して、放電電極１／切断対象材２間に正
極性電流を通電する。トランジスタＱ５，Ｑ６がオフの
区間（Ｔａ−Ｔｐ）では、パルスｂの反転信号Ｓ１がド
ライバＤ３，Ｄ４にトランジスタＱ７，Ｑ８のオン／オ
フ指示信号として与えられ、これにより、トランジスタ
Ｑ５，Ｑ６がオフの区間（Ｔａ−Ｔｐ）でトランジスタ
Ｑ７，Ｑ８がオン（導通）して、放電電極１／切断対象
材２間に逆極性電流を通電する。

【００２８】以上により、トランジスタ（Ｑ５，Ｑ６）
と（Ｑ７，Ｑ８）が交互にオンとされて一方がオンのと
き他方はオフとされ、（Ｑ５，Ｑ６）がオンの間は、放
電電極１／切断対象材２間は正極性通電となり、（Ｑ
７，Ｑ８）がオンの間は逆極性通電となる。通電極性切
換周波数は可変抵抗ｒ１で定まり、正極性通電／逆極性
通電の時間比（Ｔｐ／（Ｔａ−Ｔｐ））は、正極性比率
（Ｔｐ／Ｔａ）と一対一の対応関係があり、これは、可
変抵抗ｒ２で定まる。したがって、可変抵抗ｒ１および
ｒ２で、通電極性切換周波数および正極性通電／逆極性
通電の時間比を調整しうる。

【００２９】モノマルチバイブレ−タＤ５の出力パルス
ｂ（Ｓｏ）は同期信号としてインバ−タ制御器４Ｃ（図
５）に与えられる。インバ−タ制御器４Ｃにおいて、パ
ルスｂ（Ｓｏ）のＨ区間（Ｔｐ）ではアナログスイッチ
Ｃ１１が可変抵抗ｒ３の設定電圧を目標電流信号ｉとし
て差動増幅器Ｃ１０の正相入力端（＋）に与え、パルス
ｂ（Ｓｏ）のＬ区間（Ｔａ−Ｔｐ）ではアナログスイッ
チＣ１１が可変抵抗ｒ４の設定電圧を目標電流信号ｉと
して差動増幅器Ｃ１０の正相入力端（＋）に与える。す
なわち、正極性通電／逆極性通電の切換えに同期して、
正極性通電区間（Ｔｐ）では目標電流信号ｉ＝可変抵抗
ｒ３の設定電圧、となり、逆極性通電区間（Ｔａ−Ｔ
ｐ）では目標電流信号ｉ＝可変抵抗ｒ４の設定電圧、と
なる。

【００３０】電流検出器ＳＨの電流信号Ｉｏは整流回路
Ｃ９で全波整流され、増幅器でレベル調整されて差動増
幅器Ｃ１０の逆相入力端（−）に与えられ、差動増幅器
Ｃ１０が、「目標電流信号ｉのレベル（正）−検出電流
値Ｉｏの絶対値（正）」を表わす電圧信号ｊを発生し、
比較器Ｃ８に与える。

【００３１】一方、高周波パルス発振器Ｃ６が、パルス
発振器Ｄ６の出力パルスａの周波数よりも格段に高い周
波数のパルスｃを発生し、これを鋸歯波発生器Ｃ７およ
びＤフリップフロップＣ５に与える。鋸歯波発生器Ｃ７
は、パルスｃが１パルス到来すると出力（鋸歯波）ｋを
基底レベルにリセットしそして出力（鋸歯波）ｋを基底
レベルから直線的に高くする。この出力（鋸歯波）ｋが
比較器Ｃ８に与えられ、比較器Ｃ８は、電圧信号ｊが鋸
歯波ｋより高い間Ｈ、電圧信号ｊが鋸歯波ｋ以下の間は
ＬのＰＷＭ信号ｍを発生して、アンドゲ−トＣ１２およ
びＣ１３に与える。ＤフリップフロップＣ５は、パルス
ｃが１パルス到来する毎にその出力信号ｄ，ｅのレベル
を反転する。信号ｅは信号ｄの反転信号である。信号ｄ
（のＨレベル）はアンドゲ−トＣ１２にゲ−トオン信号
として与えられ、信号ｅ（のＨレベル）はアンドゲ−ト
Ｃ１３にゲ−トオン信号として与えられる。これによ
り、ＰＷＭ信号ｍ（のＨレベル）は、アンドゲ−トＣ１
２とＣ１３から交互に出力され、それぞれトランジスタ
ドライバ（Ｃ１，Ｃ２）および（Ｃ３，Ｃ４）にオン指
示信号（Ｓ２，Ｓ３）として与えられる。これによりト
ランジスタ（Ｑ１，Ｑ２）および（Ｑ３，Ｑ４）は、交
互にオンして、オン区間はＰＷＭ信号ｍのＨレベル区間
である。このオン区間の長さＴｍは、正極性通電区間
（Ｔｐ）の間は可変抵抗ｒ３の電圧ｈおよび検出電流値
Ｉｏ（正極性通電電流値）で定まり、逆極性通電区間
（Ｔａ−Ｔｐ）の間は可変抵抗ｒ４の電圧ｇおよび検出
電流値Ｉｏ（逆極性通電電流値）で定まる。ＰＷＭ信号
ｍのＨレベル幅をＴｍとすれば、ＡＣ／ＤＣコンバ−タ
ＡＤＣの降圧トランスＴＲの出力交流電圧の実効値Ｖ
は、 Ｖ＝０.９Ｅｖ・ｃｏｓ〔（３６０／４Ｔｃ）・Ｔｍ〕 で表され、ＰＷＭ信号ｍのＨレベル幅Ｔｍが大きくなる
程にＡＣ／ＤＣコンバ−タＡＤＣの直流出力電流値が大
きい。したがって、可変抵抗ｒ３で、正極性通電電流値
を調整しうる。また、可変抵抗ｒ４で、逆極性通電電流
値を調整しうる。図７に、本実施例によるプラズマ切断
で現われるベベル角θａ，θｂを示す。横軸は正極性比
率（Ｔｐ／Ｔａ）×１００％であり、１００から正極性
比率を減算した値が逆極性比率〔（Ｔａ−Ｔｐ）／Ｔ
ａ〕×１００％である。縦軸はベベル角θａ（グラフ中
△印），θｂ（グラフ中 ○印）を示している。ベベル
角θａ，θｂが、＋１．５度から−１．５度の間を適正
範囲とし、これは切断対象材２の左切断部２ａまたは右
切断部２ｂの切断面の傾斜角度が製品として使用可能な
範囲内とされる許容範囲である。なお、本データは、以
下の条件により測定したものである： １．切断対象材２ ・・・ 軟 鋼 (板厚 12mm) ２．正極性電流値ｉｐ ・・・１５０ Ａ ３．逆極性電流値ｉｎ ・・・１５０ Ａ ４．交流周波数 ・・・３００ Hz(Ta=1000/300 msec) ５．切断速度 ・・・４５ cm/min ６．切断ガス（Ａｒ） ・・・２０ l/min ７．切断ガス（Ｈ₂ ） ・・・１０ l/min。

【００３２】なお、正極性電流値ｉｐは可変抵抗ｒ３
で、逆極性電流値ｉｎは可変抵抗ｒ４で、交流周波数は
可変抵抗ｒ１で、正極性比率は可変抵抗ｒ２で設定す
る。それぞれ調整自在である。本実施例においては切断
後のベベル角θａ，θｂが上述の適正範囲内の角度にな
ることを目標としており、切断速度に対応してそれが高
いと高い値に交流周波数を設定し、正極性比率（％）を
可変抵抗ｒ２で０〜１００％変えた時の各比率でのベベ
ル角θａ及びθｂを計測した。その結果、ベベル角の目
標値である±1.5°以内に入る正極性比率（％）の範囲
は、３５〜５０％の比率であった。軟鋼の板厚１２mmの
切断においては、正極性比率を、３５〜５０％の範囲に
設定することで左右両方のベベル角がほぼ垂直の切断面
を得ることができる。可変抵抗ｒ２で正極性通電幅Ｔｐ
を設定することにより、左切断部２ａのベベル角θａお
よび右切断部２ｂのベベル角θｂの双方をこの適正範囲
内の角度にすることができ、左切断部２ａおよび右切断
部２ｂの双方の切断面が同時に所要の垂直面となる。ま
た、各板厚によっても、適正な正極性比率、及び、正極
性電流ｉｐ／逆極性電流ｉｎを設定することで左右両方
のベベル角を±1.5°以内とすることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、放電電極(1)と加工対
象材(2)との間には正極性と逆極性の出力が交互に印加
され、切断開口は上方に向うに従って広くなる正極性切
断と切断開口は下方に向うに従って広くなる逆極性切断
とが交互に行なわれ、上広がり傾斜と下広がり傾斜とが
相殺し合って、切断開口の両側に同時に垂直な切断面を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の全体構成を示すブロック
図である。

【図２】 図１に示すトーチＴ１及び加工対象材２の縦
断面図である。

【図３】 図１に示す矩形波交流電源４の構成概要を示
す電気回路図である。

【図４】 図３に示すインバ−タ制御器４Ｄの構成を示
すブロック図である。

【図５】 図３に示すインバ−タ制御器４Ｃの構成を示
すブロック図である。

【図６】 図４および図５に示すインバ−タ制御器４
Ｄ，４Ｃの回路要素が発生する電気信号を示すタイムチ
ャ−トである。

【図７】 本発明の実施例においての、ベベル角θａ，
θｂの、正極性比率依存特性を表すグラフである。

【図８】 (ａ)は従来の、トーチＴ１の放電電極１と切
断対象材２間に正極性のメインプラズマア−ク電流を流
した場合のメインアークの挙動を示す断面図であり、
(ｂ)は従来の、トーチＴ１の放電電極１と切断対象材２
間に逆極性のメインプラズマア−ク電流を流した場合の
メインアークの挙動を示す断面図である。

【図９】 従来の１つのプラズマ切断装置の、ト−チ先
端部の縦断面図である。

【符号の説明】

１：放電電極 ２：切断対
象材 ２ａ：左切断部 ２ｂ：右切断
部 ２Ｓ：切断開口 ３：パイロ
ット電源 ４：矩形波交流波電源 ４Ａ，４Ｂ：インバ
ータ回路 ４Ｃ：電流制御インバータ制御器 ４Ｄ：交流発
生インバータ制御器 ５：チップ ６：アーム ７：切断ガス供給管 ８：電極支
持部材 ９：センタリングストーン ３０，３１，３２：電気リード Ｔ１：トーチ ＴＲ：降圧トランス ＶＲ，ｒ１〜
ｒ４：可変抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電電極，この放電電極の先端に対向する
   ガス噴射口を有し放電電極の先端部を包囲するチップ、
   および、放電電極およびチップを支持し前記ガス噴射口
   に至るガス流路を有するトーチ本体を備えるプラズマト
   −チ；および、このプラズマト−チの放電電極と切断対
   象材の間にプラズマア−ク電圧を加える電源回路；を備
   えるプラズマ切断装置において、 前記電源回路は、放電電極と切断対象材の間に加える電
   圧極性を交互に反転する極性切換手段を備えることを特
   徴とするプラズマ切断装置。
2. 【請求項２】極性切換手段は、インバ−タ回路および該
   回路内の正，負極電圧出力用のスイッチング素子を交互
   に導通付勢するインバ−タ制御器でなる請求項１記載の
   プラズマ切断装置。
3. 【請求項３】インバ−タ制御器は、交互導通付勢周期を
   定める周期調整手段を含む、請求項２記載のプラズマ切
   断装置。
4. 【請求項４】インバ−タ制御器は、正，負極電圧出力用
   のスイッチング素子の、交互導通周期における導通時間
   比を定める比率調整手段を含む、請求項２又は請求項３
   記載のプラズマ切断装置。
5. 【請求項５】電源回路は、インバ−タ制御器の交互導通
   付勢に同期してインバ−タ出力電流値を切換える電流制
   御手段を備える請求項２記載のプラズマ切断装置。
6. 【請求項６】電流制御手段は、インバ−タ回路に直流を
   与えるＡＣ／ＤＣコンバ−タ、および、インバ−タ制御
   器の交互導通付勢に同期して該ＡＣ／ＤＣコンバ−タに
   与える交流電流値を切換える交流電流制御器を備える請
   求項４記載のプラズマ切断装置。
7. 【請求項７】交流電流制御器は、正電圧出力期間の電流
   値を定める正電流調整手段および負電圧出力期間の電流
   値を定める負電流調整手段を含む、請求項６記載のプラ
   ズマ切断装置。