JPH09192844A - プラズマ切断トーチにおける電極棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電極棒では電極部材が厚肉の電極棒本
体で取り囲まれていることから、電極部材が消耗しても
周囲の電極棒本体は溶融することなく残存する。このた
め、電極部材の消耗が進むとこの部分が孔となって徐々
に深さが深くなると共に、中央が深い半球状に消耗する
ことから、アークが乱れ母材の切断面が太くなったり汚
くなるのみならず、ダブルアークの発生やノズルチップ
の噴出口を変形させてしまう問題があった。 【解決手段】 電極部材が埋め込まれている該電極部材
の周囲の電極棒本体の外周面に、先端部分に架けて小径
の円柱状部を形成させる段差を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ切断トーチに
おける電極棒の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ切断は、切断電流とプラズマを
形成させる作動ガスによって母材の切断を行なうもの
で、作動ガスとしてはエアを用いる他、アルゴン系や窒
素系のガスが用いられる。この構造は電極棒を負極とし
て母材を正極としてこれらの間に切断電流を流すと共
に、ノズルチップから作動ガスを噴出させるようにした
ものである。

【０００３】一般的にプラズマ切断機のトーチに用いら
れる電極棒は、銅などの導電性材料で形成された電極棒
本体の先端にジルコニウム（Ｚｒ）やハフニウム（Ｈ
ｆ）などの特殊金属を電極部材として埋め込んだ構造と
している。つまり、このような特殊金属は極めて高価で
あるものの電極本来の機能として高温のプラズマ中でも
耐久性が高いという特徴を活かして、消耗を最小限に抑
え作業能率の向上を図ることを目的としていた。

【０００４】電極部材は、その周囲が電極棒本体で包み
込まれて保持された状態にあり、周囲の電極棒本体は切
断時における高温でも容易に溶融しない肉厚を有してい
た。このため、消耗は電極部材のみに進行し、ある程度
以上消耗すると母材の切断面が汚くなるなど使用不能と
なり、新しい電極棒と取り替えなければならない。電極
部材の径やその周囲の電極棒本体の肉厚などは、厚板切
断用や中・薄板切断用など切断電流によって異なり、一
般的には中・薄板切断用として電極部材が大体φ１．５
mm〜φ２．０mm、電極棒本体は大体φ４．５mm〜φ８．
０mmであり、電極部材の周囲の肉厚は１．５mm以上あっ
た。また、厚板切断用としては、電極部材が精々φ３．
０mmまでであるのに対し、電極棒本体は高温に対処させ
るために内部に水を通して冷却させる水冷構造とする必
要があり、電極棒本体の径はさらに大きくなってφ８．
０mm以上のものも存在する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電極棒の構造で
は、図５（ａ）のように電極部材１３の周囲を厚肉の電
極棒本体１２で取り囲まれていることから、電極部材１
３が消耗しても周囲の電極棒本体１２は溶融されずに残
存するため、その部分が孔となって徐々にその深さが深
くなってしまう。しかも、電極部材１２の周囲が電極棒
本体１２で取り囲まれているため、中心より周囲の温度
が低く消耗が半球状となって進行する。この結果、アー
クが乱れ図の斜線で示すようにノズルチップ１７の噴出
孔内周面が溶解して変形したり、また、ダブルアーク
（ノズルチップ１７と母材との間でもアークが発生する
こと）も発生しやすく噴出口周辺も変形してしまうな
ど、ノズルチップ１７の寿命を縮める結果となってい
た。

【０００６】電極棒が従来のように消耗してしまうと、
同図（ｂ）のように作動ガスの流れ（旋回流）も太くな
って、母材Ｗの切断幅が太くなると共に切断面が極めて
汚くなってしまう。また、ドロスの発生量が極めて多く
なり同図（ｃ）のように母材Ｗの切断部にまでドロスが
充満して、簡単に切断不能となってしまう原因となって
いた。

【０００７】電極部材は、一般的にスタートの回数が多
い程その消耗が著しく、ある一定の深さに消耗するまで
所定の切断性能を維持できるものの、それ以上消耗する
と上述したような結果となって、急激に切断性能を悪化
させる。電極部材の消耗は、切断性能だけでなくノズル
チップにも影響し、ノズルチップの噴出孔等が変形する
とこれが原因となって切断性能を劣化させてしまう。こ
のため、かなりの頻度で電極棒を取り替えなければ、製
品としての母材を無駄にしたり、ノズルチップもすぐに
損傷させることになる。従って、従来の電極棒では電極
部材の消耗に起因して、コストのみならず作業能率の低
下を招く大きな要因なっていた。

【０００８】このような欠点は、電極部材を電極棒本体
に埋め込む構造に起因するものと思われるものの、電極
部材はその周囲を露出させることなく電極棒本体で包み
込む必要があって、しかも切断時における極めて高い温
度で該電極棒本体が溶融して電極部材の周面が露出して
しまわないだけの肉厚が必要となるためである。よっ
て、電極棒が消耗した時の形状変化による切断荒さは避
けられず、頻繁に電極棒を交換するしか対処し得ないの
が現状であった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は上記諸
点に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであ
り、その特徴とするところは、母材との間に電流を流す
と共に該母材に作動ガスを噴射させることによって該母
材の切断を行なうプラズマ切断機におけるトーチに設け
られる電極棒において、導電性材料で形成された電極棒
本体の先端中央に電極部材が埋め込まれた構造のもので
あって、該電極部材の周囲を囲む部分の該電極棒本体の
外周面に、先端部分に架けて小径の円柱状部を形成させ
る段差を設けたことにある。

【００１０】さらには、母材との間に電流を流すと共に
該母材に作動ガスを噴射させることによって該母材の切
断を行なうプラズマ切断機におけるトーチの先端部に設
けられ、電極棒の先端方向に絶縁状態に保持されプラズ
マガスを噴出させるノズルチップに、電極棒の電極部材
の周囲を囲む部分の該電極棒本体の外周面に先端部分に
架けて形成された小径の円柱状部に臨ませる突条部を、
先端部内面に全周にわたって設けたことにある。

【００１１】ここで本明細書中でいう「トーチ」とは、
切断すべき母材に対して切断電流を流すと共にプラスマ
ガスを噴出させることによって、母材を切断させるもの
をいう。このトーチはプラズマ切断機本体から電流と作
動ガスの供給を受け、該トーチに設けられた電極棒によ
ってプラズマアークを発生させ、且つ作動ガスを噴出さ
せる。

【００１２】「電極棒」とは、母材との間に切断電流を
発生させるためのものであって、導電性材料で形成され
た電極棒本体の先端部に電極部材が設けられたものをい
う。この電極棒はトーチ本体に装填され、該トーチ本体
を通じてプラズマ切断機の負極に接続される。トーチ本
体の電極棒を装填する部分の構造などは、特に限定する
ものではないが、切断時に極めて高温となる電極棒を冷
却させる機能を付与したものが好ましい。

【００１３】「段差」とは、電極部材の周囲を囲む部分
の電極棒本体の外周面に設けらるものであって、該電極
棒本体の先端部部分に架けて小径の円柱状部を形成させ
るためのものをいう。つまり、電極棒本体の電極部材を
囲む部分のほぼ中央部から先端部に架けて電極棒本体の
肉厚を薄くさせるためのものである。小径の円柱状部と
しては、肉厚は０．３〜１．５mm、長さは１．０〜５．
０mmの範囲であればよく、中・薄板切断用としては肉厚
が１．０mm程度まで、長さは２．０mm程度までが好まし
い。円柱状部とは、電極棒本体の電極部材周囲の薄肉に
した部分で、形状としては円柱形状の他若干テーパーを
設けた円錐台形状のものも含むものとする。

【００１４】この部分を円柱状部としたことにより、電
極部材の消耗に付随してその周囲の電極棒本体も溶融し
て消滅し、しかも電極部材の周囲が露出することなく常
に電極部材を包み込んだ状態に保持させることが可能と
なる。円柱状部の先端からの長さは、あまり長くすると
途中部分から溶融してしまう可能性があり、逆に短すぎ
れば溶融せずに残存する可能性がある。このため、本発
明においては段差を電極部材の側方に設けることによ
り、該段差の肉厚部分で熱を吸収させその基部の薄肉部
分の溶融を防止させている。このため、段差としては、
円柱状部からほぼ直角に立ち上がるように形成してもよ
いが、この部分をテーパー状にしてなだらかに立ち上げ
ることによって、該段差部分の存在による熱がこもるの
を防止して放熱性を高めることができる。

【００１５】「ノズルチップ」とは、プラズマ切断機に
おけるトーチの先端部の電極棒の前方に絶縁状態に設け
られるものであって、プラズマガスを噴出させる噴出口
を有するものをいう。本発明においては、電極棒の先端
部分に段差を設けたことによる小径の円柱状部を形成し
ていることから、該小径の円柱状部とノズルチップの内
面とのギャップが大きくなってしまう。このため、該円
柱状部に相当するノズルチップの先端部内面に全周にわ
たって突条部を設け、該突条部を該円柱状部に臨ませる
ことにより、電極棒とノズルチップ内面との隙間をほぼ
一定にさせるのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明に係る電極棒１の実施の形
態の一例を示すもので、電極棒本体２の先端部にハフニ
ウムの電極部材３が埋め込まれ、該電極部材３の周囲を
囲む部分の電極棒本体２のほぼ中央部に、先端部に架け
て小径の円柱上部６を形成させる段差４を設けたもので
ある。電極棒本体２の断面形状は円形や６角形などの多
角形であり、基部のネジ部分はトーチ（図示せず）の装
着部に取り付ける装着部５である。そして、電極棒本体
２の中心部に設けられている空洞部９は、電極棒１を冷
却させるために圧縮エアや水を通す部分である。各部の
寸法は、電極棒本体２は約φ８mmである。また、電極部
材３は約φ１．５mm、長さが約３．０mmで、電極棒本体
２の円柱状部６の径は約φ３．０mm、先端からの長さは
約１．５mmである。従って、電極部材３は先端部から約
１．５mmの間約０．７５mmの肉厚の電極棒本体２で囲ま
れることとなる。

【００１８】本発明に係る電極棒１の使用状態を図２
（ａ）（ｂ）に示す。電極棒１の使用初期の状態では、
同図（ａ）のように電極部材３の先端中央に小さな窪み
が生じる。そして、消耗が進行しても同図（ｂ）のよう
に該電極部材３周囲の円柱状部６も溶融して消滅するた
め、電極部材３の先端部は図４のように大きな半球状と
はならず、小さな窪みを保持した状態で平らで均等に消
耗していく。従って、電極棒１の先端形状を常に初期の
状態と同じように保つことができ、電極部材３の消耗が
進んでもプラズマアークが乱れることなく安定した状態
で照射させることが可能となる。

【００１９】本発明に係る電極棒１を使用する場合に
は、先端部分が段差４を設けたことによる小径の円柱状
部６が形成されるため、ノズルチップ７内面とのギャッ
プが大きくなって、作動ガスの流れが乱れる恐れがあ
る。このため、図３に示すようにノズルチップ７の先端
部内面に突条部８を設けて、電極棒１の円柱状部６とノ
ズルチップ７内面との隙間がほぼ一定となるようにする
のが好ましい。

【００２０】このように、先端部に小径の円柱状部６を
形成させた本発明に係る電極棒１を用いることにより、
該電極棒１が消耗してもプラズマアークを常に安定して
発生させることができるため、切断電流を１００Ａ程度
まで上げることができる。このため、図４に示すように
従来困難とされていた接触切断による中厚板の母材Ｗの
切断も可能となった。しかも、接触切断が可能となった
ことによって、遮光性が高く精度の高い切断が行えるこ
とになる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明に係るプラズマ切断
トーチにおける電極棒は、電極部材の周囲を囲む該電極
棒本体の外周面に、先端部分に架けて小径の円柱状部を
形成させる段差を設けたことにより、電極部材の消耗と
共にその周囲の電極棒本体の円柱状部も同時に消耗する
ため、電極部材の先端が常に平らで且つ周囲に邪魔にな
るものが存在しない初期の状態に保つことができる。こ
のため、電極棒の消耗の進行に係わらず常に安定したプ
ラズマアークを発生させることが可能となり、作業能率
が向上すると共にコストの面でも極めて有益な効果を有
する。

【００２２】また、電極部材の周囲を囲む該電極棒本体
の外周面に、先端部分に架けて小径の円柱状部を形成さ
せる段差を設けた電極棒を使用する場合において、該小
径の円柱状部に臨ませるための突条部をノズルチップの
先端部内面に全周にわたって設けたことにより、電極棒
の円柱状部とノズルチップ内面との隙間が一定となっ
て、作動ガスの流れをスムースにさせることができ、本
発明に係る電極棒の特徴をより一層高めることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電極棒の実施の形態の一例を示す
正面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は夫々本発明に係る電極棒の使用
状態の一例を示す概略断面図である。

【図３】本発明に係るノズルチップの実施の形態の一例
を示す部分断面図である。

【図４】本発明に係るノズルチップの使用状態の一例を
示す部分断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は夫々従来の電極棒の使用状態の
一例を示す概略断面図、（ｃ）は母材の切断状態の一例
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 電極棒 ２ 電極棒本体 ３ 電極部材 ４ 段差 ５ 装着部 ６ 円柱状部 ７ ノズルチップ ８ 突条部 ９ 空洞部 Ｗ 母材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材との間に電流を流すと共に該母材に
   作動ガスを噴射させることによって該母材の切断を行な
   うプラズマ切断機におけるトーチに設けられる電極棒に
   おいて、導電性材料で形成された電極棒本体の先端中央
   に電極部材が埋め込まれた構造のものであって、該電極
   部材の周囲を囲む部分の該電極棒本体の外周面に、先端
   部分に架けて小径の円柱状部を形成させる段差を設けた
   ことを特徴とするプラズマ切断トーチにおける電極棒。
2. 【請求項２】 電極棒本体の小径の円柱状部の肉厚は
   ０．３〜１．５mmの範囲で、長さは１．０〜５．０mmの
   範囲である請求項１記載のプラズマ切断トーチにおける
   電極棒。
3. 【請求項３】 母材との間に電流を流すと共に該母材に
   作動ガスを噴射させることによって該母材の切断を行な
   うプラズマ切断機におけるトーチの先端部に設けられ、
   電極棒の先端方向に絶縁状態に保持されプラズマガスを
   噴出させるものであって、請求項１の電極棒に設けられ
   た小径の円柱状部に臨ませる突条部を、先端部内面に全
   周にわたって設けたことを特徴とするプラズマ切断トー
   チにおけるノズルチップ。