JPH091379A - アーク加工用非消耗電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、消耗時間が長く且つ安定し
たプラズマアーク加工用非消耗電極を提供することにあ
る。 【構成】 本発明に係るプラズマ加工用非消耗電極は、
酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗電極であっ
て、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記ホルダーの
端面に固定されるハフニウム，ハフニウム合金，ジルコ
ニウム，ジルコニウム合金のグループから選択された金
属からなる作用インサートと銀合金又は金合金からなる
金属スペーサとを有し、前記ホルダーと前記作用インサ
ートとの接触部に於ける８０％以上の接触面に前記金属
スペーサを配置して構成されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は酸素プラズマ或いは空気
プラスマ等のプラズマアーク加工に用いられれる非消耗
電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、鋼板，ステンレス鋼板等の被加工
材に対し切断，溶接等の加工を施す際に、酸素ガス，空
気を含む酸素ガスを５％以上含有したガス（以下『酸化
系ガス』という）を用いたプラズマアーク加工法を利用
することが行われている。

【０００３】酸化系ガスを用いたプラスマアーク加工法
は、トーチの電極部に於いて発生した超高温のプラズマ
を酸化系ガスと共にノズルから超高速で被加工材に向け
て噴射することで、被加工材を溶融，酸化させると共に
溶融物及び酸化生成物を排除して切断するものである。
この加工法は鉄系金属に適用した場合に、切断面の高品
質化，加工の高速化等をはかることが出来るため有利で
ある。

【０００４】また、プラズマアーク加工法にはアークの
発生方式に応じて移行式、及び非移行式と呼ばれる方式
がある。移行式と呼ばれる方式は、直流電源の陰極側都
接続されたトーチの電極と、直流電源の陽極側と接続さ
れた被加工材との間でプラーズマアークを発生させるも
のであり、また非移行式と呼ばれる方式は、直流電源の
陽極側と接続されたトーチのノズル部と電極との間でプ
ラズマアークを発生させるものである。

【０００５】プラズマアークを発生させるためのトーチ
は、該トーチの中心軸上に配設された銅又は銅合金から
なるホルダーに作用インサートを嵌合させて構成した電
極と、電極の前面であってトーチの中心軸上に配設され
たノズルを有し且つ電極と電気的に絶縁されたノズルキ
ャップと、電極とノズルキャップとで構成される空間に
酸化系ガスを供給する通路を有して構成されており、前
記電極及びノズルキャップは夫々強制冷却されているの
が一般である。

【０００６】プラズマアーク加工法は種々の利点を有す
る。然し、作用インサート及びホルダーが熱電子の放出
に伴う温度上昇により溶融，蒸発して消耗するという問
題がある。

【０００７】ここで電極の消耗プロセスについて説明す
ると、プラズマアークの発生により作用インサートの先
端から熱電子が放出され高温状態となる。また動作ガス
として酸化系ガスを用いることにより作用インサートは
酸化し、熱電子の放出と酸化反応の相乗効果により作用
インサートの先端はより高温状態となり溶融，蒸発する
ことで消耗する。作用インサートの先端の消耗に伴って
プラズマアークは電極の表面から内部に入り込み、ホル
ダーを加熱する。ホルダーに対する冷却と入熱とのバラ
ンスがくずれ、入熱量が臨界状態を越えるとホルダーが
一気に溶融し、これにより電極が消耗する。

【０００８】そして従来より上記問題を解決するために
多くの提案がなされている。例えば、特許第８７７８０
４号（特公昭５２ー６９３２号）に開示される技術は、
銅又は銅合金によって製作されたホルダーにハフニウム
又はハフニウム合金によって製作された作用インサート
を嵌合すると共に、前記ホルダーと作用インサートとの
全接触面にアルミニウム又はアルミニウム合金によって
製作された金属スペーサを配置した電極に関するもので
ある。

【０００９】前記技術によれば、酸化系ガス雰囲気中で
プラズマアークを発生させた場合、金属スペーサの材料
であるアルミニウムが酸化し、このアルミニウム酸化物
の融点が高いことからホルダーを加熱と酸化から保護す
る遮蔽材として作用するため、電極の寿命を延長させる
ことが出来る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】プラズマ加工用のトー
チに於ける電極の寿命は長いことが好ましいが、一方で
は電極の消耗時間が安定したものであることが要求され
ている。即ち、同一仕様の電極に於ける消耗時間がバラ
ツキの無いものであることが要求されている。

【００１１】これは従来、例えば数値制御式加工装置、
或いは倣い加工装置等の如き自動加工装置にプラズマ加
工用のトーチを搭載して被加工材に対し所定の加工を施
す場合、予め電極の消耗時間を明確に判断することが出
来ず、電極が消耗したことを検出してから交換作業を実
施するため、加工途中で電極を交換することがあり、オ
ペレーターが加工装置から完全に手を離すことが出来な
い。従って、電極の消耗時間が安定したものであれば、
被加工材に対する加工を実施する際に予め電極の交換時
点を設定しておくことが可能となり、加工装置の効率を
向上させることが出来るという理由に基づくものであ
る。

【００１２】電極の消耗時間を延長させ且つ安定させる
ためには、作用インサートとホルダーとの熱伝達効率を
向上させると共に作用インサートの先端で発生する熱を
効率良く除去することが必要である。

【００１３】作用インサートとホルダーとの熱伝達効率
を向上させるための対策として、作用インサートとホル
ダーとの嵌合精度を向上させる方法がある。然し、ホル
ダーに作用インサートの嵌合孔を機械加工によって形成
する場合、加工精度の確保が困難であり、且つ加工コス
トが上昇するという問題がある。

【００１４】また上記特許第８７７８０４号に係る電極
では、金属スペーサとしてのアルミニウムの酸化状態が
使用する酸化系ガスの酸素濃度、酸化系ガスの流量等の
条件によって左右されて安定性が無く、従って、消耗時
間のバラツキが生ずるという問題がある。

【００１５】本発明の目的は、消耗時間が長く且つ安定
したプラズマアーク加工用非消耗電極を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本件発明者は種々の実験を行った結果、以下の点が判
明した。

【００１７】金属スペーサを有しない通常の酸化系ガ
ス用電極を用い、冷却流体によってホスダーを強制冷却
した場合、第６図に示すように電極の消耗時間は冷却流
体の温度が低い程延長される。このことは、電極、即ち
作用インサートを冷却することで電極の消耗時間を延長
させることが可能であることを示している。

【００１８】従って、作用インサートとホルダーとの熱
伝達効率を向上させることで、電極の消耗時間を向上さ
せることが出来る。

【００１９】作用インサートとホルダーとの間に金属
スペーサを介在させた電極は、消耗時間を延長させるこ
とが出来る。

【００２０】ホルダーと作用インサートとの間に介在
させる金属スペーサの材料は、良好な熱伝導性と良好な
導電性を有することが必要である。

【００２１】ホルダーと金属スペーサー及び作用イン
サートと金属スペーサとの接触面に空隙が形成された場
合、この空隙の大きさに応じて熱伝導性，導電性が阻害
され電極の消耗時間を安定させることが出来ない。また
熱伝導性，導電性は接触面の表面状態によっても影響さ
れる。

【００２２】金属スペーサの材料としてアルミニウム
又はアルミニウム合金を使用した場合、酸化アルミニウ
ムの融点が高くホルダーに対する熱遮蔽材としての機能
を有する。然し、前記酸化物の融点がホルダーの融点よ
りも高いために、金属スペーサが蒸発等により消耗した
とき、ホルダーが直接プラズマアークにさらされて溶融
することがある。

【００２３】金属スペーサの材料としてアルミニウム
又はアルミニウム合金を使用した場合、該金属の酸化挙
動が使用する酸化系ガスの酸素濃度，流量等の条件に影
響されて不安定となり、電極の消耗時間を安定させるこ
とが困難である。

【００２４】電極の消耗時間を延長させ且つ安定させ
るためには、ホルダーをプラズマアークから遮蔽された
状態に維持することが必要である。

【００２５】上記〜から、消耗時間を向上させると
共に安定させるためには、ホルダーと作用インサートと
の間に、自体の導電性及び熱伝導性が良く、作用インサ
ートとホルダーに対する熱伝達性が良く、溶融物或いは
酸化物が熱伝導性及び熱伝達性を阻害することが無く、
蒸発潜熱が高く、母材の融点或いは酸化物の融点が作用
インサート及びホルダーの融点よりも低い材料からなる
金属スペーサ或いは金属層を介在させることで、作用イ
ンサートに対する冷却効率を向上させると共にホルダー
をプラズマアークから遮蔽することが出来る、との結論
を得た。

【００２６】従って、本発明に係るプラズマ加工用非消
耗電極は、酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗電
極であって、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記ホ
ルダーの端面に固定されるハフニウム，ハフニウム合
金，ジルコニウム，ジルコニウム合金のグループから選
択された金属からなる作用インサートと銀合金又は金合
金からなる金属スペーサとを有し、前記ホルダーと前記
作用インサートとの接触部に於ける８０％以上の接触面
に前記金属スペーサを配置して構成されるものである。

【００２７】また他のアーク加工用非消耗電極は、酸化
系ガスを使用するアーク加工用非消耗電極であって、銅
又は銅合金からなるホルダーと、前記ホルダーの端面に
固定されるハフニウム，ハフニウム合金，ジルコニウ
ム，ジルコニウム合金のグループから選択された金属か
らなる作用インサートとを有し、前記ホルダーと前記作
用インサートとの接触部に於ける８０％以上の接触面に
銀合金又は金合金からなる金属層を介在させたことを特
徴とするものである。

【００２８】また前記各アーク加工用非消耗電極に於け
る金属スペーサ又は金属層に用いられる銀合金として
は、主成分として銀２４％乃至９５％，銅５％乃至７６
％を含むもの、又は主成分として銀５０％乃至８１％，
銅１５％乃至４６％，パラジウム４％乃至３５％を含む
ものであることが好ましい。また金合金としては、主成
分として金３０％乃至９５％，銅５％乃至７０％を含む
もの、又は主成分として金８０％乃至９８％，ニッケル
２％乃至２０％を含むものであることが好ましい。

【００２９】

【作用】上記手段によれば、酸化系ガスを使用するアー
ク加工用非消耗電極（以下単に『電極』という）の消耗
時間を延長させることが出来、且つ消耗時間を安定させ
ることが出来る。

【００３０】即ち、上記電極に於いて、ホルダーを構成
する銅の融点は１０８３℃であり、作用インサートを構
成するハフニウムの融点２２３０℃，ジルコニウムの融
点は１８５２℃である。これに対し銀合金の融点は９６
８℃，金合金の融点は１０６３℃である。また熱伝導
性，導電性は銀，銅，金の順序で夫々良導体であること
が知られており、これ等の値はアルミニウムよりも夫々
優れたものであることも知られている。このため、熱伝
達効率を向上させることが出来、従って、電極の消耗時
間を延長させることが出来る。

【００３１】またプラズマアークの発生により作用イン
サートの先端から熱電子が放射されると、該先端部分が
局部的に高温となる。この熱は作用インサートから金属
スペーサ又は金属層を構成する銀合金又は金合金を介し
てホルダー全体に良好に伝達される。このため、ホルダ
ー全体が一様に昇温し該ホルダーの局部的な溶融を防止
することが出来る。また熱伝達効率の向上によって、作
用インサートの過度の昇温を防止し、これにより、作用
インサートの消耗を低減することが出来る。

【００３２】また熱電子の放射に伴い、作用インサート
の先端が溶融，蒸発して消耗することで、プラズマアー
クの発生点が徐々に電極内部に侵入し、作用インサート
とホルダーとの間に段差が生ずる。このとき、銀合金又
は金合金も溶融して作用インサートとホルダーとの間に
生じた段差部に於けるホルダーの表面に沿って流動し、
該表面に前記溶融金属による層を形成する。そして前記
層によってホルダーをプラズマアークから遮蔽すること
で、ホルダーの局部的な溶融を防止することが出来る。

【００３３】このように、作用インサート先端からの熱
電子の放出に伴い、銀合金又は金合金が溶融，流動して
ホルダーの表面に溶融層を形成することから、金属スペ
ーサ又は金属層とホルダーとの接触面に空隙が形成され
ている場合であっても、この空隙を埋めることが出来
る。従って、作用インサートとホルダーとの熱伝達効率
をこれ等の表面状態に影響されることなく安定させるこ
とが出来る。また金属スペーサ又は金属層を作用インサ
ートとホルダーとの接触部に於ける全接触面に配置する
ことは必ずしも必要では無く、これ等の接触部に於ける
８０％以上の接触面に配置されいれば目的を達成するこ
とが出来る。

【００３４】また銀合金又は金合金が蒸発する際の蒸発
潜熱によって、作用インサート先端に於ける局部的な熱
を吸収することが出来る。

【００３５】従って、熱電子の放出に伴う作用インサー
ト全体の熱を金属スペーサ又は金属層を介してホルダー
に伝達すると共に、作用インサート先端の局部的な熱を
金属スペーサ又は金属層を構成する銀合金又は金合金の
蒸発潜熱によって吸収することで、電極の消耗時間を延
長させると共に安定させることが出来る。

【００３６】即ち、銀は通常の酸化系ガス雰囲気では酸
化されず、オゾンによって酸化される。従って、プラズ
マアークを発生することによって酸化銀が生成すること
がある。然し、高温域に於ける酸化銀は銀と酸素とに分
解されるため、溶融，流動等の挙動は安定したものとな
る。また金も通常の酸化系ガス雰囲気では酸化しないた
め、溶融，流動等の挙動は安定したものとなる。

【００３７】また銀合金にパラジウムを４％以上含有さ
せることによって、溶融温度を上昇させると共に含有率
に応じて溶融温度を制御することが出来る。

【００３８】また金合金にニッケルを２％以上含有させ
ることによって、溶融温度を上昇させると共に含有率に
応じて溶融温度を制御することが出来る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下上記手段を適用した電極の実
施例について図を用いて説明する。第１図（ａ）は電極
の断面説明図、第１図（ｂ）は電極の正面説明図、第２
図は切断加工を施す際の模式説明図、第３図（ａ），
（ｂ）は電極が消耗する過程を示す説明図である。

【００４０】第１図に示す電極Ａは、銅又は銅合金から
なるホルダー１と、このホルダー１の中心軸上であって
前端面１ａから嵌挿されたハフニウム，ハフニウム合
金，ジルコニウム，ジルコニウム合金の中から選択され
た金属によって構成された作用インサート２と、ホルダ
ー１と作用インサート２との接触部に配置された銀合金
又は金合金からなる金属層３とによって構成されてい
る。

【００４１】ホルダー１の前端面（図に於ける下側）に
前端面１ａが形成されており、後ろ端側（図に於ける上
側）から比較的大きな径を有する孔１ｂが形成されてい
る。この孔１ｂは冷却流体の通路となるものであり、後
述するように電極Ａをトーチ５に取付けたとき、該トー
チ５に設けられた導管７が嵌挿されて冷却流体を流通さ
せるように構成している。

【００４２】ホルダー１の中心軸上であって前端面１ａ
側に作用インサート２，金属層３を形成するための孔１
ｃが形成されている。この孔１ｃの寸法は厳密に管理さ
れることが必要である。

【００４３】ホルダー１の中心軸上であって孔１ｂの前
端面１ａと対向する位置に突起部１ｄが形成されてい
る。この突起部１ｄは冷却流体と接触するホルダー１の
表面積を大きくすることで、ホルダー１に対する冷却効
率を向上させる機能を有する。

【００４４】作用インサート２は電極Ａの加工能力に応
じた寸法を有する円筒状に形成されている。この作用イ
ンサート２は電極Ａによりプラズマアークを発生させる
際の発生点となるものである。

【００４５】金属層３は、作用インサート２とホルダー
１を電気的及び熱的に結合する機能を有しており、作用
インサート２と図示しない直流電源とをトーチ５を介し
て接続すると共に、作用インサート２で発生した熱をホ
ルダー１に伝達することで作用インサート２を冷却する
ためのものである。

【００４６】また金属層３は作用インサート２からの熱
電子の放出による昇温によって溶融してホルダー１と作
用インサート２との間に流動し、ホルダー１をプラズマ
アーク１１から遮蔽すると共に、蒸発する際の潜熱によ
って作用インサート２の先端から局部的に熱を吸収する
機能を有するものでもある。

【００４７】金属層３としては、作用インサート２の外
径に応じた内径を有し、且つ所定の厚さを有する筒状に
形成した所謂金属スペーサを用いることが可能である。
この場合、金属スペーサに作用インサート２を嵌合し、
更にホルダー１の孔１ｃに圧入されることで、作用イン
サート２とホルダー１の接触部に配置される。

【００４８】また金属層３として、ホルダー１に形成し
た孔１ｃと作用インサート２との間に溶融した銀合金又
は金合金を注入して形成しても良い。この場合、金属層
３とホルダー１及び金属層３と作用インサート２を夫々
拡散結合させることが可能であり、これらの接触面に空
隙が形成される虞が無い。従って、熱伝導性，導電性を
向上させると共に安定させることが可能である。

【００４９】以下、本実施例では作用インサート２とホ
ルダー１の間に金属層３として、筒状の金属スペーサを
介在させた場合について説明する。金属スペーサ３の材
料として銀合金又は金合金を用いている。

【００５０】実験の結果、前記金属スペーサ３の厚さと
しては、０．０１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲で設定するこ
とが好ましい。これ以下の厚さであると、ホルダー１と
プラズマアーク１１との遮蔽及び蒸発潜熱による熱の吸
収機能を有効に発揮することが出来ず、またこれ以上の
厚さであると、金属スペーサ３全体が溶融してホルダー
１から作用インサート２が脱落するおそれある。

【００５１】即ち、前述した実験結果から、作用インサ
ート２及び金属スペーサ３が消耗し、ホルダー１が露出
する虞のあるとき、溶融した金属スペーサ３の金属がホ
ルダー１の表面に沿って流動して該表面に溶融金属層を
形成することが可能であれば、ホルダー１の局部的な溶
融を防止することが可能となり、且つホルダー１と金属
スペーサ３との接触面に空隙形成されている場合であっ
ても、この空隙に溶融金属が流れ込んで熱伝導性を向上
させることが可能となり、従って、電極Ａの消耗時間を
延長させると共に安定させることが可能であるとの結論
に基づいて、酸化系ガス雰囲気中及び高温雰囲気中での
安定性、材料の入手の容易さ、加工の容易さ等を検討し
て選定したものである。

【００５２】銀合金，金合金の溶融温度はホルダー１を
構成する銅又は銅合金及び作用インサート２を構成する
ハフニウム，ハフニウム合金，ジルコニウム，ジルコニ
ウム合金の溶融温度よりも低く、また銀，金は酸化系ガ
ス雰囲気中で酸化すること無く、更に、プラズマアーク
の発生によって酸化銀が生成されたとしても、この酸化
銀は高温雰囲気中で銀と酸素に分解され、また酸化金が
生成されたとしても、この酸化金は高温雰囲気中では金
と酸素に分解される。従って、前記銀合金，金合金は酸
化系ガス雰囲気及び高温雰囲気に於ける挙動が安定した
ものである。

【００５３】銀合金，金合金としては銅系の合金が好ま
しい。これは合金中に含有される銅がホルダー１を構成
する銅又は銅合金及び作用インサート２を構成するハフ
ニウム，ハフニウム合金，ジルコニウム，ジルコニウム
合金との拡散結合性が良好であるためである。

【００５４】実験の結果、銀合金としては主成分とし
て、銀５０％〜９５％，銅５％以上含有したものであれ
ば目的を達成することが可能であった。また銀の含有率
が５０％以下である場合には銅の含有率を増大させるこ
とが必要であった。例えば、銀の含有率が２４％である
場合には銅の含有率を３５％以上にする必要があり、ま
た銀の含有率が４０％である場合には銅の含有率を１０
％に設定することで目的を達成することが出来た。従っ
て、銀合金としては主成分として銀２４％〜９５％，銅
５％〜７６％を含むものであれば目的を達成することが
可能である。

【００５５】また銀合金として、銀−銅系合金にパラジ
ウムを４％〜３５％含有させることで、該合金の溶融温
度を上昇させることが可能であり、且つこの含有率を適
宜設定することで、銀合金の溶融温度を適宜設定するこ
とが可能である。

【００５６】また金合金としては、主成分として金８０
％乃至９０％，銅５％を含むものであれば目的を達成す
ることが可能であった。また金の含有率を３０％とした
場合には銅の含有率を２０％以上に設定することが必要
であった。従って、金合金としては主成分として金３０
％〜９５％，銅５％〜７０％を含むものであれば目的を
達成することが可能である。

【００５７】また金合金として、金−銅系合金にニッケ
ルを２％乃至２０％含有させることで、該合金の溶融温
度を上昇させることが可能であり、且つこの含有率を適
宜設定することで、金合金の溶融温度を適宜設定するこ
とが可能である。

【００５８】金属スペーサ３を構成する銀合金，金合金
は、夫々上記の如き成分と含有率を持って構成される。
然し、亜鉛，カドミウム，錫，リチウム，鉛等が含有さ
れても性能上ぼとんど影響の無いことを確認している。

【００５９】上記の如く構成した電極Ａを用いて鋼板４
に対する切断加工を施す場合について第２図を用いて説
明する。

【００６０】電極Ａはトーチ５の電極台６にネジ等の手
段によって着脱可能に装着される。このとき、電極Ａに
形成した孔１ｂに冷却流体を流通させるための導管７が
嵌合し、該導管７に冷却水を流通させることで、電極Ａ
を構成するホルダー１を直接冷却し得るように構成して
いる。トーチ５の先端にはノズルキャップ８が着脱可能
に装着されており、このノズルキャップ８の内側にノズ
ル９が配置されている。このノズルキャップ８及びノズ
ル９は電極Ａを冷却した冷却水によって冷却されてい
る。また電極Ａとノズル９とで形成される空間に酸化系
ガスを供給するための通孔１０が設けられている。

【００６１】上記構成に於いて、図示しない直流電源の
陰極側を作用インサート２と接続すると共に陽極側を鋼
板４と接続して直流電圧を印加し、且つ通孔１０を介し
て酸化系ガスを供給すると、ノズル９によって高電流密
度に絞られたプラズマアーク１１と酸化系ガスが鋼板４
に向かって噴射され、鋼板４の表面を溶融すると共に酸
化させ、溶融金属及び酸化溶融物を鋼板４から除去する
ことで、該鋼板４を切断することが可能となる。

【００６２】次に、電極Ａに於ける消耗プロセスについ
て第３図（ａ），（ｂ）を用いて説明する。記述したよ
うに、酸化系ガス雰囲気中で作用インサート２の先端か
ら熱電子が放出されると、この先端部分は局部的に超高
温（６０００℃〜７０００℃）となる。尚、作用インサ
ート２に於ける熱電子の放出部分は、作用インサート２
の表面であって且つ中心部分であると考えられている。

【００６３】前記熱により作用インサート２を構成する
金属は溶融し且つ蒸発する。このとき、作用インサート
２の先端で発生する熱は作用インサート２全体に伝達さ
れ、更に金属スペーサ３を介してホルダー１に伝達され
る。そしてホルダー１を強制冷却することによって、該
ホルダー１を介して作用インサート２を冷却することが
可能となる。

【００６４】同図（ａ）に示すように、作用インサート
２の先端に於ける金属の蒸発により、該先端部分にクレ
ーター１ｅが発生する。クレーター１ｅに対応する位置
にある金属スペーサ３は、作用インサート２から発生す
る熱により溶融及び蒸発する。然し、金属スペーサ３を
構成する材料として銀合金，金合金の何れを用いた場合
であっても、これ等の融点がホルダー１を構成する銅又
は銅合金の融点によっりも低いため、ホルダー１は溶融
しない。また金属スペーサ３が蒸発する際の蒸発潜熱に
より作用インサート２の先端部分に於ける熱を吸収する
ことが可能であり、従って、クレーター１ｅに対応する
部分のホルダー１の昇温を抑制することが可能となる。

【００６５】電極Ａの稼働時間が増加すると、同図
（ｂ）に示すようにクレーター１ｅが成長して熱電子の
放出点が電極Ａの内部に侵入する。このようなクレータ
ー１ｅの成長過程に於いて、作用インサート２は定常的
に溶融し且つ蒸発し、金属スペーサ３も溶融し且つ蒸発
する。このとき、金属スペーサ３の溶融金属はホルダー
１に形成した孔１ｃの表面に沿って流動し、これによ
り、ホルダー１のプラズマアーク１１と対応する面、即
ち孔１ｃの表面に溶融金属層１２が形成される。そして
前記溶融金属層１２によって、ホルダー１をプラズマア
ーク１１に直接さらすこと無く遮蔽することが可能であ
る。

【００６６】前記溶融金属層１２は、クレーター１ｅの
成長に伴って金属スペーサ３が連続的に溶融することか
ら、溶融金属が定常的に供給され、常に略一定の厚さに
維持される。そして溶融金属層１２とホルダー１との接
触面を介して熱がホルダー１に伝達されると共に、溶融
金属層１２のプラズマアーク１１と対向する面からは連
続的に溶融した金属の蒸発が行われて熱を吸収すること
が可能となる。このため、プラズマアークの発生時に於
ける電極の温度分布を定常状態とすることが可能であ
る。

【００６７】上記の如く、クレーター１ｅｎｏ成長に伴
って熱電子の放出点が電極Ａの内部に侵入したとき、ホ
ルダー１のプラズマアーク１１と対向する面に金属スペ
ーサ３の溶融金属層が形成されることで、ホルダー１が
直接プラズマアーク１１にらされることを防止すると共
に温度分布を定常状態とすることが可能であり、これに
より、電極Ａの消耗時間を延長させると共に安定させる
ことが可能となる。

【００６８】第４図はカップ状に形成された金属スペー
サ１３を用いて構成した電極Ｂの説明図である。図に於
いて、作用インサート２はカップ状の金属スペーサ１３
に嵌挿されており、この金属スペーサ１３がホルダー１
に形成した孔１ｃに嵌挿されている。従って、金属スペ
ーサ１３は、作用インサート２とホルダー１との接触部
に於ける全接触面にわたって配置されている。

【００６９】電極Ｂを上記の如く構成しても、前述した
電極Ａと同様に消耗時間を延長させると共に安定させる
ことが可能である。

【００７０】第５図（ａ），（ｂ）は作用インサート２
がホルダー１の中心軸に対して偏心して構成された電極
Ｃの説明図である。

【００７１】作用インサート２とホルダー１との間に溶
融した銀合金又は金合金を注入して電極を構成する場合
に、上記の如き電極Ｃが構成されることがある。

【００７２】図に示す電極Ｃは、ホルダー１の孔１ｃと
作用インサート２の表面が直接接触している。このよう
な電極Ｃにあっては、作用インサート２の先端から熱電
子を放射した場合に、ホルダー１が直接プラズマアーク
１１にさらされて溶融する虞がある。

【００７３】然し、実験の結果、作用インサート２とホ
ルダー１との接触部に於ける接触面積の８０％以上に金
属層３を介在させることによって、電極Ｃの消耗時間を
延長させると共に安定させることが可能であった。

【００７４】即ち、金属層３を構成する材料として銀合
金又は金合金を用いた場合、作用インサート２からの熱
電子の放射によって発熱すると、ホルダー１の溶融に先
立って金属層３を構成する銀合金，金合金が溶融し、作
用インサート２とホルダー１とが直接接触している部分
に流れ込むことで、瞬時にホルダー１の孔１ｃの表面に
溶融金属層１２を形成する。この溶融金属層１２は、作
用インサート２の消耗によりクレーター１ｅが成長して
も、金属層３の定常的な溶融により溶融金属が連続して
供給されることで、途切れること無く定常的に形成され
る。このため、電極Ｃの消耗時間を延長させると共に安
定させることが可能である。

【００７５】上記の如く、金属スペーサ３又は金属層３
は必ずしも、作用インサート２とホルダー１の接触部に
於ける全接触面に介在させることは必要では無く、８０
％以上の接触面に介在させることで目的を達成し得るこ
とが確認された。これは、銀合金，金合金に於ける溶融
温度は銀，金の含有率に応じた一定温度となり、従っ
て、金属スペーサ３又は金属層３の体積を一定とするこ
とで、銀合金，金合金の溶融，流動の挙動を略一定の状
態で行わせることが可能であるためと考えられる。

【００７６】尚、前述した電極Ａと従来のアルミニウム
の金属スペーサを有する電極との消耗時間を比較したと
ころ、電極の仕様によっても異なるが、電極Ａは平均し
て５０％消耗時間を延長させることが出来た。

【００７７】また消耗時間の安定性について、多数の電
極Ａと多数従来の電極とを用いて比較したところ、安定
精度を８０％向上させることが出来た。

【００７８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る電極によれば、作用インサートとあホルダーとの間に
銀合金又は金合金からなる金属スペーサ又は金属層を介
在させることで、熱伝達効率を向上させることが出来
る。また作用インサートが消耗した場合にホルダーのプ
ラズマアークと対向する面に銀合金又は金合金の溶融金
属層が形成されることで、ホルダーがプラズマアークに
直接さらされることを防止することが出来る。このた
め、動作ガスとして酸化系ガスを用いた場合であって
も、電極の消耗時間を延長させると共に安定させること
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】図１（ａ）は電極の断面説明図、図１（ｂ）は
電極の正面説明図である。

【図２】切断加工を施す際の模式説明図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は電極が消耗する過程を示
す説明図である。

【図４】カップ状の金属スペーサを用いた電極の説明図
である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は作用インサートとホルダ
ーが直接接触した電極の説明図である。

【図６】従来の電極に於ける冷却流体と消耗時間との関
係説明図である。

【符号の説明】

A,B,C 電極 １ ホルダー １ｃ 孔 ２ 作用インサート ３ 金属スペーサ又は金属層 ４ 鋼板 ５ トーチ ６ 電極台 ７ 導管 ８ ノズルキャップ ９ ノズル 10 動作ガス通孔 11 プラズマアーク 12 溶融金属層 13 金属スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中 川 圭 介 東京都江戸川区西小岩３ー35ー16 小池酸 素工業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗
   電極であって、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記
   ホルダーの端面に固定されるハフニウム，ハフニウム合
   金，ジルコニウム，ジルコニウム合金のグループから選
   択された金属からなる作用インサートと、銀合金又は金
   合金からなる金属スペーサとを有し、前記ホルダーと前
   記作用インサートとの接触部に於ける８０％以上の接触
   面に前記金属スペーサを配置したことを特徴としたアー
   ク加工用非消耗電極。
2. 【請求項２】酸化系ガスを使用するアーク加工用非消耗
   電極であって、銅又は銅合金からなるホルダーと、前記
   ホルダーの端面に固定されるハフニウム，ハフニウム合
   金，ジルコニウム，ジルコニウム合金のグループから選
   択された金属からなる作用インサートを有し、前記ホル
   ダーと前記作用インサートとの接触部に於ける８０％以
   上の接触面に銀合金又は金合金からなる金属層を介在さ
   せたことを特徴としたアーク加工用非消耗電極。
3. 【請求項３】銀合金が主成分として銀２４％乃至９５
   ％，銅５％乃至７６％を含むものであることを特徴とし
   た請求項１または２の何れかに記載のアーク加工用非消
   耗電極。
4. 【請求項４】銀合金が主成分として銀５０％乃至８１
   ％，銅１５％乃至４６％，パラジウム４％乃至３５％を
   含むものであることを特徴とした請求項１または２何れ
   かに記載のアーク加工用非消耗電極
5. 【請求項５】金合金が主成分として金３０％乃至９５
   ％，銅５％乃至７０％を含むものであることを特徴とし
   た請求項１または２何れかに記載のアーク加工用非消耗
   電極。
6. 【請求項６】金合金が主成分として金８０％乃至９８
   ％，ニッケル２％乃至２０％を含むものであることを特
   徴とした請求項１または２何れかに記載のアーク加工用
   非消耗電極。