JPH09285868A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２系統以上のガスを供給してプラズマジェッ
トを噴出して切断を行うプラズマトーチに於いてはノズ
ル及びキャップは複数の部材にて構成され、層状に嵌合
させてガスの経路を形成している。従って、電極を交換
する際には多数の部材を着脱しなければならず、作業が
煩雑で手間がかかっていた。 【解決手段】 本発明に係るプラズマトーチは、複数の
キャップ部材を間隙を有して重ねて構成したキャップを
有するプラズマトーチであって、前記複数のキャップ部
材のうち少なくとも一対を互いに固着させて一体に構成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトーチ先端からプラ
ズマガスを噴出して切断を行うプラズマトーチに関する
ものであり、特に２系統以上のガスをトーチに供給して
切断を行うプラズマ切断トーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ切断装置はプラズマの高熱を利
用して切断を行うものであり、プラズマトーチにプラズ
マ化させるガス（以下プラズマガスと呼ぶ）を供給する
と共に、プラズマトーチ先端のノズル内部に取り付けら
れた電極からプラズマガスに高電圧をかけてプラズマア
ークを発生させる。プラズマアークはノズルによって絞
られて、高温高速のプラズマジェットとしてノズル先端
より噴出してワークの切断を行う。

【０００３】しかしプラズマジェットのみでは到達力が
弱く、また金属の切断に於いては酸素を供給して燃焼さ
せることにより高能率な切断が可能であることから、二
次気流をプラズマジェットの周囲に沿わせる形で噴出す
ることが多く行われている。また二次気流に酸素を使用
した場合、切断部位に於ける酸素純度を保つためにさら
に三次気流を噴出することもある。これら二次気流や三
次気流は旋回させることにより切断面に特性を持たせる
ことができるという効果も有している。

【０００４】このように噴出させるガスの系統を増加さ
せるために、トーチ内にはガスの系統と同数の経路を設
ける必要がある。したがって例えば二次気流まで使用す
るのであればキャップ及びノズルを二重構造、三次気流
まで使用するならば三重構造の構成として、その間隙を
二次または三次ガスの経路とする。また、ノズル部材は
キャップ部材に嵌合されるよう構成されており、キャッ
プ部材をトーチ本体に取り付けることによってノズル部
材をも係止しうる構造となっている。プラズマトーチの
従来例を図５に示して説明する。

【０００５】図５に示すのは従来例に係るプラズマトー
チの先端部の拡大断面図である。本従来例に係るプラズ
マトーチはトーチ50の中心に電極53が設けられており、
該電極の53の先端にセンタリングストーン54を介してノ
ズル51が嵌合され、その外周にキャップ52が嵌合されて
いる。

【０００６】ノズル51は第一ノズル部材55及び第二ノズ
ル部材56からなり、第一ノズル部材55を電極の周囲に嵌
合することによってプラズマガスの通路を形成する。さ
らに第一ノズル部材55に第二ノズル部材56嵌合した際に
は間隙を有して二次ガスの通路を形成している。

【０００７】第一ノズル部材55はこれに嵌合させた第一
キャップ部材57をトーチ50本体に取り付けることによっ
て係止され、第二ノズル部材56もこれに嵌合させた第二
キャップ部材58をトーチ50本体に取り付けることによっ
て係止されている。第一キャップ部材57と第二キャップ
部材58はそれらの間に間隙を有し、前記ノズル内に二次
ガスを供給する。このようにノズル51およびキャップ52
を多層構造とすることでプラズマガス及び二次ガスの通
路を形成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしプラズマ切断に
於いては電極の消耗が激しく、頻繁に交換する必要があ
る。その際上記の如き構成では必然的に全てのキャップ
及びノズルを取り外さなければならず、交換作業に要す
る手間がかかっていた。

【０００９】

【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は、複数のキャップ部材
を間隙を有して重ねて構成したキャップを有するプラズ
マトーチであって、前記複数のキャップ部材のうち少な
くとも一対を互いに固着させて一体に構成したことを特
徴とする。

【００１０】上記の如く多重構造のキャップを一体に構
成することにより、各ガスの通路を確保すると同時に各
キャップ同士の相対的な位置を固定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図を用いて本発明に係るプラズマ
トーチの実施例を説明する。図１に示すのはプラズマト
ーチ先端部の拡大断面図、図２に示すのはキャップの断
面図、図３に示すのは第一キャップの断面図、図４に示
すのは第二キャップの断面図である。

【００１２】トーチ１先端に於ける構成の概要として
は、トーチ１の軸心と一致する如く電極４が配置され、
該電極４の先端にはセンタリングストーン５を介してノ
ズル２が嵌合されている。そしてキャップ３がノズル２
に嵌合されると共にトーチ１に取り付けられており、該
キャップ３はトーチ１の先端を庇護すると共にノズル２
をトーチ１に係止する働きを有している。以下にそれぞ
れについて説明する。

【００１３】トーチ１の中央部に配置された電極４は電
極４はトーチ１の後方に於いて支持されており、電極４
の周囲は間隙を有してプラズマガス供給路12を形成して
いる。電極４の外周にはセラミック製の円筒部材である
センタリングストーン５が嵌合されており、電極と後述
のノズル２とを絶縁する機能を有している。

【００１４】センタリングストーン５にはトーチ１断面
の半径方向に対し所定の角度を有する複数のプラズマガ
ス通過孔５ａが設けられており、プラズマガス供給路11
から供給されるプラズマガスがこの通過孔５ａを通過す
ることにより旋回しながら後述のプラズマガス通路23に
供給される。プラズマガスが旋回することによりプラズ
マアークの発生基点が安定し、シリースアークを防ぐと
共にプラズマアークの発生を安定化させている。

【００１５】センタリングストーンの外周には、第一ノ
ズル21および第二ノズル22からなる二層構造を有するノ
ズル２が嵌合されている。各ノズル部材は略円筒形の胴
部と、トーチ先端に向かって突出する円錐状の前面とを
有する中空の部材であり、円錐の先端にプラズマジェッ
ト等を噴出させるオリフィスが形成されている。

【００１６】第一ノズル21はセンタリングストーン５の
外周且つ前方に嵌合され、第一ノズル21の円錐後面と電
極４先端部との間に間隙を有してプラズマガス通路23を
形成している。プラズマガス供給路11より供給されたプ
ラズマガスは、センタリングストーン５のプラズマガス
通過孔５ａにより旋回しながらプラズマガス通路23内に
噴出される。第一ノズル21の外周面には、段部21ｂ及び
段部21ｃが設けられている。トーチ１本体側である段部
21ｂには後述の第一キャップ31が嵌合され、トーチ１先
端側である段部21ｃには第二ノズル22が嵌合される。

【００１７】第一ノズル21の外周且つ前方に嵌合された
第二ノズル22は、第一ノズル21の円錐前面と第二ノズル
22の円錐後面との間に間隙を有して二次ガス通路24を形
成している。第二ノズル22の前面である円錐の先端には
オリフィス22ａが設けられており、該オリフィス22ａは
第一ノズル21に設けられたオリフィス21ａよりも小径に
形成されている。

【００１８】また第二ノズル22の胴部には複数の孔であ
る二次ガス通過孔22ｂが形成されている。この二次ガス
通過孔22ｂはトーチ１の断面の半径方向から所定の角度
を以て形成され、これにより二次ガス通過孔22ｂを通過
した二次ガスは旋回しつつ二次ガス通路24に供給され
る。さらに第二ノズル22の外周面には段部22ｃが形成さ
れ、後述の第二キャップ32が嵌合されて第二ノズル22を
トーチ１に係止している。

【００１９】図２、図３及び図４に詳細に示す通り、キ
ャップ３は第一キャップ31と第二キャップ32とから構成
されている。第一キャップ及び第二キャップは円筒状の
胴部31ａ、32ａと円錐台部31ｂ、32ｂによって構成さ
れ、円錐台部には前述のノズルを嵌合すべき穴であるノ
ズル嵌合部31ｃ、32ｃが形成されている。

【００２０】第一キャップ31の胴部31ａの外周面には雄
ねじ34が形成され、また第二キャップ32の胴部32ａの内
面には雌ねじ36が形成されて一体に固着することが可能
となっている。ここで第一キャップ31の雄ねじ34には外
形が六角形となる複数の平面部35が形成されており、対
向する平面部35間の距離、すなわち平径は雄ねじ34の谷
の径よりも小さく設定されている。従って第一キャップ
31を第二キャップ32の内面に螺合させた際にねじ部分に
於いて断続的に間隙が形成され、二次ガス供給パイプ12
より供給された二次ガスをさらに下流へと通過させるこ
とができる。

【００２１】これらノズル２、及びキャップ３をトーチ
１に取り付ける際には、第一キャップ31が上述の如く第
一ノズル21の段部21ｂに嵌合し、かつ第二キャップ32が
第二ノズル22の段部22ｃに嵌合してこれらをトーチ１に
係止する。

【００２２】第一キャップ31と第一ノズル21の胴部外周
面との間には冷却水通路13が形成されており、図示しな
い冷却水供給路から冷却水を供給されてノズル２を冷却
する。また第一キャップ31と第二キャップ32の円錐台部
31ｂ、32ｂの間に形成された二次ガス供給路33は、前述
の第二ノズル22の二次ガス通過孔22ｂに連続して二次ガ
スを供給する。

【００２３】本実施例に係るプラズマトーチは移行式で
あって、まず電極４に電圧をかけると同時にノズルに逆
電圧をかけることにより電極と第一ノズル21の内面との
間で放電し、プラズマガス通路23内に供給されたプラズ
マガスが電離してパイロットアークが形成される。しか
る後にワークに逆電圧をかけると共にノズルにかけられ
た逆電圧を遮断し、プラズマガスに導電させることによ
り電極とワークの間にアークを移行させ、プラズマアー
クを発生させる。

【００２４】プラズマアークは第一ノズル21の先端に設
けられたオリフィス21ａにおいて絞られると共に冷却さ
れ、より高温のプラズマジェットが生成される。また第
二ノズル22のオリフィス22ａが第一ノズル21のオリフィ
ス21ａよりも小径に形成されていることから、オリフィ
ス21ａから噴出したプラズマガスはオリフィス22ａによ
って絞られて、さらに高温且つ高速のプラズマジェット
となる。

【００２５】また二次ガス供給パイプ12から供給された
二次ガスは、第一キャップ31と第二キャップ32の間に形
成された二次ガス供給路33を介して、第一ノズル21と第
二ノズル22の間に形成された二次ガス通路24に供給さ
れ、第二オリフィス22ａから二次気流としてプラズマジ
ェットと共に噴出する。ここで第一キャップ31と第二キ
ャップ32は雄ねじ34と雌ねじ35を螺合させることにより
接合されているが、雄ねじ34に設けられた平面部35によ
って断続的に間隙が形成されるため、二次ガスを通過さ
せることができる。

【００２６】二次気流がプラズマジェットを冷却するこ
とから、プラズマジェットはサーマルピンチ効果により
更に細く絞られ、また二次気流がプラズマジェットに沿
って流れることによりエアカーテンを形成してプラズマ
ガスの純度を保つと共に到達距離を延長せしめる。ま
た、旋回を持たせることにより切断面の開先角度に特性
を持たせて切断面の品質を向上させるなどの効果を有し
ている。

【００２７】尚、キャップ部材を固着させる手段として
ネジを用いて示したが、圧入や接着、溶接、ろう付けな
どによって一体に固着することでも良い。またそれらの
場合、内側のキャップ部材の外周面に溝を切ったり、ま
た肉厚に形成したキャップ部材に通路を穿孔したりする
ことで、キャップ部材間に間隙を設けることができる。

【００２８】また、上記実施例に於いては２系統のガス
を噴出するプラズマトーチを用いて、ノズル及びキャッ
プを二重構造として説明した。しかし、３系統のガスを
噴出するプラズマトーチに本発明を適用して、三重構造
に構成されたキャップのいずれか一対ないし全てのキャ
ップ部材を一体に固着することでも良い。またキャップ
部材の間隙を冷却水の通路とし、当該トーチの先端部を
冷却するよう構成することもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るプラズマトーチは、上記の
如く構成したことにより、電極を交換する際に最外殻で
あるキャップをトーチから外すことのみによって電極を
露出させることができ、作業が簡略かつ容易となって作
業性が大幅に向上する。また、部品の散逸などのおそれ
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るプラズマトーチ先端部の
拡大断面図である。

【図２】キャップの断面図である。

【図３】第一キャップの断面図である。

【図４】第二キャップの断面図である。

【図５】従来のプラズマトーチ先端部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１…トーチ 11…プラズマガス供給路 12…二次ガス供給パイプ 13…冷却水通路 14…係止部 ２…ノズル 21…第一ノズル 22…第二ノズル ３…キャップ 31…第一キャップ 32…第二キャップ 33…二次ガス供給路 34…雄ねじ 35…平面部 36…雌ねじ ４…電極 ５…センタリングストーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のキャップ部材を間隙を有して重ね
   て構成したキャップを有するプラズマトーチであって、
   前記複数のキャップ部材のうち少なくとも一対を互いに
   固着させて一体に構成したことを特徴とするプラズマト
   ーチ。