JPH1034343A - プラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供給装置及び供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで高純度の窒素ガスを大量に供給可
能なプラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供
給装置を提供する。 【解決手段】 加工時にプラズマガス及びアシストガス
として窒素ガスをプラズマトーチ４０から噴射しながら
プラズマを発生させて被切断材を切断するプラズマ加工
機において、空気中から窒素ガスを分離して蓄積する窒
素ガス分離装置２０と、窒素ガス分離装置２０の出口に
配設されたガス濃度検出手段２８と、窒素ガス分離装置
２０の出口に配設されたガス流量検出手段２９と、窒素
ガス分離装置２０の出口に配設され、窒素ガス分離装置
２０からプラズマトーチ４０への窒素ガス供給を開閉す
るガス供給ライン開閉手段２７と、ガス濃度検出手段２
８からの濃度信号、及び／又はガス流量検出手段２９か
らの流量信号に基づいて判定し、窒素ガス分離装置２０
で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になった
とき及び流量が上限設定値以下のときはガス供給ライン
開閉手段２７を開いて前記発生させた窒素ガスをプラズ
マトーチ４０に供給する制御装置１２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ加工機の
プラズマガス及びアシストガスとして純度の高い窒素ガ
スを低コストで供給する供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラズマ加工機は、ステンレスや
鋼板を高速で切断できる加工機として様々な分野で多く
使用されている。そして、鋼板を切断する場合には、切
断速度を速くするために、プラズマガスに酸素を使用す
る酸素プラズマ方式が使用されていて、このとき、通常
エアコンプレッサにより圧縮された高圧エアがアシスト
ガスとして使用されている。しかし、ステンレスを切断
する場合にこの酸素プラズマ方式を使用すると、ステン
レスの主合金成分のクロムが酸化して高粘土の酸化クロ
ムが切断面に形成されたり、ドロスが発生したりして、
切断品質を低下させている。これを解決するために、ス
テンレスを切断する場合には、プラズマガスに窒素を使
用する窒素プラズマ方式が使用されることが多い。そし
て、この窒素プラズマでは大気中の酸素を巻き込まない
ように、プラズマガスの回りにアシストガスとして大量
の窒素ガスを流すようにしている。これによって、窒素
プラズマ方式による切断は、切断面の酸化やドロスの発
生を防止できるので加工後の切断品質が非常に良くなる
と共に、表面の酸化皮膜が無いので加工後のワーク（切
断されたステンレス板）を溶接し易いという利点があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の窒素プ
ラズマ方式による切断においては、アシストガスとして
使用する窒素ガスの流量によって、プラズマ切断のベベ
ル角が影響を受けることは良く知られている。図５はプ
ラズマ切断時の被切断材４５のベベル角θを説明する図
であり、窒素ガス流量が少ない場合には、図５（１）に
示すようにベベル角θが大きくなり、また、窒素ガス流
量が多い場合には、図５（２）に示すようにベベル角θ
が小さくなる。通常、良好な切断品質を得るにはベベル
角θを小さくする必要があり、このために窒素ガスを大
量に使用し、例えばアシストガスとして６００リットル
／分以上の流量を流さなければならない。さらに、プラ
ズマガスとして使用する窒素ガスも、通常例えば１０〜
２０リットル／分以上の流量を流す必要がある。

【０００４】しかしながら、このように大量の窒素ガス
をプラズマガス及びアシストガスとして使用しているの
で、通常の窒素ガスボンベにより供給する場合には窒素
ガスボンベの費用が高くなり、加工機のランニングコス
トが非常に高くなるという問題が生じている。また、窒
素ガスの純度が上記切断品質に大きく影響しており、一
般的には窒素ガス濃度が９９．９８％以上であることが
切断品質上望ましいとされている。しかしながら、通常
のＪＩＳ規格による窒素ガスボンベのガス純度では９
９．９５％〜９９．９９％程度までの範囲でばらついて
いる。このために、窒素ガスボンベを交換すると、切断
品質が余り優れないものが出る場合がある。

【０００５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、低コストで高純度の窒素ガスを大量に供
給可能なプラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガ
ス供給装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加工時
にプラズマガス及びアシストガスとして窒素ガスをプラ
ズマトーチ４０から噴射しながらプラズマを発生させて
被切断材を切断するプラズマ加工機において、空気中か
ら窒素ガスを分離して蓄積する窒素ガス分離装置２０
と、窒素ガス分離装置２０の出口に配設されたガス濃度
検出手段２８と、窒素ガス分離装置２０の出口に配設さ
れたガス流量検出手段２９と、窒素ガス分離装置２０の
出口に配設され、窒素ガス分離装置２０からプラズマト
ーチ４０への窒素ガス供給を開閉するガス供給ライン開
閉手段２７と、ガス濃度検出手段２８からの濃度信号、
及び／又はガス流量検出手段２９からの流量信号に基づ
いて、窒素ガス分離装置２０で発生させた窒素ガスの濃
度が下限設定値以上になったか否か、及び流量が上限設
定値以下か否かを判定し、前記濃度が下限設定値以上に
なったとき及び前記流量が上限設定値以下のときは前記
ガス供給ライン開閉手段２７を開いて前記発生させた窒
素ガスをプラズマトーチ４０に供給する制御装置１２と
を備えたプラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガ
ス供給装置としている。

【０００７】また、請求項７に記載の発明は、加工時に
プラズマガス及びアシストガスとして窒素ガスをプラズ
マトーチから噴射しながらプラズマを発生させて被切断
材を切断するプラズマ加工機用プラズマガス及びアシス
トガス供給方法において、空気中から窒素ガスを分離し
て窒素ガスを発生させ、発生させた窒素ガスの濃度が下
限設定値以上になったとき及び流量が上限設定値以下の
ときに、この発生させた窒素ガスによってプラズマ加工
する供給方法としている。

【０００８】請求項１又は７に記載の発明によると、窒
素ガス分離装置によって空気から分離して発生させた窒
素ガスを、ガス供給ライン開閉手段を開いてプラズマト
ーチにプラズマガス及びアシストガスとして供給する。
この場合、ガス濃度検出手段及びガス流量検出手段によ
り検出した上記窒素ガスの濃度が所定値以上になったと
き及び流量が上限設定値以下のときに供給するようにし
ているので、所定値以上の窒素ガスが窒素ガス分離装置
から安定して供給される。これによって、ベベル角を小
さく、そして、切断面の酸化等が無く、安定的に良好な
切断品質が得られる。さらに、ランニングコストを非常
に安くできると共に、窒素ボンベの交換が不要となり作
業性が向上できる。また、ノズルの消耗や欠損によりノ
ズル孔径が大きくなったときに、流量が多くなって窒素
ガス濃度が低下するのも防止できる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、 加工時にプラ
ズマガス及びアシストガスとして窒素ガスをプラズマト
ーチ４０から噴射しながらプラズマを発生させて被切断
材を切断するプラズマ加工機において、空気中から窒素
ガスを分離して蓄積する窒素ガス分離装置２０と、窒素
ガス分離装置２０の出口に配設されたガス濃度検出手段
２８と、窒素ガス分離装置２０の出口に配設されたガス
流量検出手段２９と、窒素ガス分離装置２０の出口に配
設され、窒素ガス分離装置２０からプラズマトーチ４０
への窒素ガス供給を開閉するガス供給ライン開閉手段２
７と、前記ガス供給ライン開閉手段２７を介して窒素ガ
ス分離装置２０からの窒素ガスをプラズマトーチ４０へ
供給するガス発生装置用供給ラインと、前記ガス供給ラ
イン開閉手段２７とプラズマトーチ４０の間で合流し、
かつ、ボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を介して窒
素ガスボンベ３０からの窒素ガスをプラズマトーチ４０
へ供給するボンベ用供給ラインと、ガス濃度検出手段２
８からの濃度信号、及び／又はガス流量検出手段２９か
らの流量信号に基づいて、窒素ガス分離装置２０で発生
させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったか否
か、及び流量が上限設定値以下か否かを判定し、前記濃
度が下限設定値より小さいとき又は前記流量が上限設定
値より大きくなったときはガス供給ライン開閉手段２７
を閉じてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を開き、
前記濃度が下限設定値以上になったとき及び前記流量が
上限設定値以下のときはガス供給ライン開閉手段２７を
開いてボンベ用ガス供給ライン開閉手段３１を閉じる制
御装置１２とを備えたプラズマ加工機用プラズマガス及
びアシストガス供給装置としている。

【００１０】また、請求項８に記載の発明は、加工時に
プラズマガス及びアシストガスとして窒素ガスをプラズ
マトーチ４０から噴射しながらプラズマを発生させて被
切断材を切断するプラズマ加工機用プラズマガス及びア
シストガス供給方法において、前記窒素ガス分離装置２
０により空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生
させ、発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値よ
り小さいとき又は前記発生させた窒素ガスの流量が所定
の上限設定値より大きいときは、窒素ガスボンベ３０か
らの窒素ガスを供給し、また、前記発生させた窒素ガス
の濃度が所定の下限設定値以上になったとき及び前記流
量ガ所定の上限設定値以下のときは、窒素ガス分離装置
２０からの窒素ガスを供給し、プラズマガス及びアシス
トガスを選択的に使用してプラズマ加工する方法として
いる。

【００１１】請求項２又は８に記載の発明によると、窒
素ガス分離装置が発生させる窒素ガスの濃度が所定の下
限設定値より小さい場合又は流量が所定の上限設定値よ
り大きい場合には、ボンベ用ガス供給ライン開閉手段を
開いて窒素ボンベからの窒素ガスをプラズマガス及びア
シストガスとして供給してプラズマ切断を行なう。ま
た、前記発生させる窒素ガスの濃度が所定の下限設定値
以上に及び流量が所定の上限設定値以下になった場合
は、前記ボンベ用ガス供給ライン開閉手段を閉じると共
に、ガス供給ライン開閉手段を開き、窒素ガス分離装置
からの窒素ガスをプラズマガス及びアシストガスとして
供給してプラズマ切断を行なう。従って、安いランニン
グコストで、かつ、高純度の窒素ガスによるプラズマ切
断が可能となり、これより切断面の酸化等が無く、安定
的に良好な切断品質が得られる。さらに、窒素ガス分離
装置からの窒素ガス濃度が所定値に達するまでの間切断
開始を待つ必要がなく、稼働開始後直ちに切断開始でき
るので、作業性が向上される。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記窒素ガス分
離装置２０の空気入口側には空気圧縮手段１及び空気圧
力検出手段１１を配設し、ガス出口側には排気手段４を
配設した請求項１又は２に記載のプラズマ加工機用プラ
ズマガス及びアシストガス供給装置としている。

【００１３】また、請求項９に記載の発明は、前記窒素
ガス分離装置２０により発生させた窒素ガスの濃度が所
定の下限設定値より小さいときは、この所定下限設定値
に到達するまで窒素ガス分離装置２０からの窒素ガスを
外部に排気する請求項８記載のプラズマ加工機用プラズ
マガス及びアシストガス供給方法としている。

【００１４】請求項３又は９に記載の発明によると、空
気圧縮手段により圧縮された空気の圧力値を空気圧力検
出手段により検出し、この圧力値に基づいて、窒素ガス
分離装置が正常に窒素ガスを分離及び発生できるような
所定圧力値以上になったか否かが判断される。従って、
窒素ガス分離装置から高純度の窒素ガスを効率よく得ら
れ、よって、切断面の酸化等が無く、安定的に良好な切
断品質が得られる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記ガス濃度検
出手段２８は、窒素ガス濃度を検出する窒素ガス濃度検
出手段とすると共に、前記制御装置１２は、前記窒素ガ
ス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて窒素ガスの濃
度が所定の下限設定値以上になったか否かを判定し、下
限設定値以上になったときはガス供給ライン開閉手段２
７を開き、窒素ガス分離装置２０によって発生させた窒
素ガスによるプラズマ加工を開始する請求項１又は２記
載のプラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供
給装置としている。

【００１６】また、請求項５に記載の発明は、前記ガス
濃度検出手段２８は、酸素ガス濃度を検出する酸素ガス
濃度検出手段とすると共に、前記制御装置１２は、前記
酸素ガス濃度検出手段からの濃度信号に基づいて酸素ガ
スの濃度が所定の上限設定値以下になったか否かを判定
し、上限設定値以下になったときはガス供給ライン開閉
手段２７を開き、窒素ガス分離装置２０によって発生さ
せた窒素ガスによるプラズマ加工を開始する請求項１又
は２記載のプラズマ加工機用プラズマガス及びアシスト
ガス供給装置としている。

【００１７】請求項４及び５に記載の発明によると、窒
素ガスの濃度を直接検出したり、または酸素ガスの濃度
から窒素ガス濃度が推定される。この窒素ガス濃度が所
定の下限設定値以上になったときにプラズマガス及びア
シストガスとして供給するので、切断面の酸化等が無
く、安定的に良好な切断品質が得られる。

【００１８】請求項６に記載の発明は、前記制御装置１
２は、前記ガス流量検出手段２９からの流量信号に基づ
いて窒素ガスの流量が所定の上限設定値以下になったか
否かを判定し、上限設定値以下になったときはガス供給
ライン開閉手段２７を開き、窒素ガス分離装置２０によ
って発生させた窒素ガスによるプラズマ加工を開始する
請求項１又は２記載のプラズマ加工機用プラズマガス及
びアシストガス供給装置としている。

【００１９】請求項６に記載の発明によると、窒素ガス
分離装置から供給する窒素ガスの流量が所定の上限設定
値以下になったときにプラズマガス及びアシストガスと
して供給して切断するので、所定の濃度以上の窒素ガス
が窒素ガス分離装置から供給される。従って、切断面の
品質が向上すると共に、ベベル角が小さな切断面が得ら
れる。よって、良好な切断品質が安定的に得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わるプラズマ
加工機用プラズマガス及びアシストガス供給装置及び供
給方法の実施形態を、図１〜図４を参照して詳述する。

【００２１】図１は、本発明に係わるプラズマ加工機用
プラズマガス及びアシストガス供給装置の一例を表す回
路構成図である。加工ヘッドの先端にはプラズマトーチ
４０が配設され、プラズマトーチ４０の先端部には電極
４１とノズル４２とノズルキャップ４３とシールドキャ
ップ４４とが設けられている。電極４１とノズル４２と
の間にはプラズマトーチ４０の外部からプラズマガスが
供給され、このプラズマガスはノズル４２の先端中心に
設けられた貫通孔から被切断材４５に噴射される。そし
て、ノズル４２とノズルキャップ４３との間に冷却水
が、またノズルキャップ４３とシールドキャップ４４と
の間にアシストガスが供給されるようになっている。プ
ラズマガスはガス管４６を経由して、またアシストガス
はガス管４７を経由して、外部のプラズマガス及びアシ
ストガス供給装置から供給される。

【００２２】そして、プラズマ加工機で切断する時は、
図示していない外部のプラズマ電源により電極４１と被
切断材４５間に所定電圧を印加し、ノズル４２から噴射
される上記プラズマガス内にプラズマアークを発生さ
せ、このプラズマアークによって切断するようになって
いる。このとき、アシストガスはプラズマアークの周囲
を大気中の酸素から遮断するようになっている。

【００２３】ガス管４６及びガス管４７には、下記のよ
うにしてプラズマガス及びアシストガスが導かれる。本
実施形態では、プラズマガスとして、酸素ボンベ３２か
ら酸素ガスを、窒素ボンベ３０又は窒素ガス分離装置２
０から窒素ガスを供給可能とし、また、アシストガスと
して、エアコンプレッサ１からエアを、窒素ボンベ３０
又は窒素ガス分離装置２０から窒素ガスを供給可能とし
た例を示している。

【００２４】空気を圧縮する手段（空気圧縮手段と呼
ぶ）の一例であるエアコンプレッサ１はエアドライヤー
２を介してエアタンク３に接続されており、エアコンプ
レッサ１で圧縮された空気は、エアドライヤー２で乾燥
されてエアタンク３内に蓄積される。エアタンク３の出
力管路はエアフィルター１６ａ、１６ｂ、１６ｃを経由
し、ソレノイドバルブ２１の入力ポート及びソレノイド
バルブ８の入力ポートに並列に接続されている。ソレノ
イドバルブ２１の出力ポートは、窒素ガス分離装置２０
のガス入力側に接続されている。また、このエアフィル
ター１６ａ、１６ｂ、１６ｃの出力ラインには、圧縮空
気の圧力をモニタする圧力計１０、及び、圧力検出手段
の一例としての圧力検出器１１が接続されている。圧力
検出器１１は、検出した圧力値を圧力値データとして制
御装置１２に出力する。

【００２５】なお、この圧力検出手段は圧力検出器１１
に限定されずに、例えば、圧力値が予め設定された所定
の圧力値以上になったとき出力接点信号を例えばオンす
るような圧力スイッチであってもよい。また、図１で
は、圧力計１０は上記エアフィルター１６ａ、１６ｂ、
１６ｃの各接続点に設けられているが、これに限定され
ず、例えばエアフィルター１６ｃの出力ラインに設けて
もよい。

【００２６】ソレノイドバルブ２１及びソレノイドバル
ブ８の弁は、その操作ソレノイド部２１ｃ、８ｃにそれ
ぞれ指令信号が入力されてないときは、バネ力によって
それぞれ２１ｂ位置、８ｂ位置にあるように付勢されて
いる。また、この２１ｂ位置及び８ｂ位置には、エアコ
ンプレッサ１から窒素ガス分離装置２０へ、あるいは、
アシストガス供給ラインへ圧縮空気が出ないように、そ
れぞれ逆止弁が内蔵されている。

【００２７】窒素ガス分離装置２０は、例えば空気など
の窒素の混合ガスから窒素ガスを分離し、この窒素ガス
を蓄積して供給するものである。窒素ガス分離装置２０
の混合ガス入口の管路には、ソレノイドバルブ２１の出
力が接続されている。また、窒素ガス分離装置２０の窒
素ガス出口の管路には、ガス濃度を検出するガス濃度検
出手段２８、ガス流量を検出するガス流量検出手段２９
が接続されており、さらに、ガス供給ライン開閉手段の
一例としてのソレノイドバルブ２７、及び、排気手段の
一例としてのソレノイドバルブ４が並列に接続されてい
る。なお、窒素ガス分離装置２０は所定の圧力範囲以内
で機能するようになっているので、エアコンプレッサ１
の圧縮空気の圧力が所定値以上に大きくならないよう
に、エアコンプレッサ１はアンロードバルブ等を内蔵し
ている。

【００２８】ガス濃度検出手段２８は、窒素ガス分離装
置２０の出力ガス中の窒素ガス濃度が所定値以上になっ
たか否かを検出するものである。よって、ガス濃度検出
手段２８として、例えば窒素ガス濃度を直接検出する窒
素ガス濃度検出手段を使用したり、あるいは酸素ガス濃
度を検出する酸素ガス濃度検出手段を使用することがで
きる。プラズマ加工機のプラズマガス及びアシストガス
としては、品質上好ましい窒素ガス濃度は一般的には９
９．９８％以上の純度が必要とされているため、窒素ガ
ス濃度検出手段で窒素ガス濃度を検出する場合の下限設
定値は９９．９８％となり、酸素ガス濃度検出手段で酸
素ガス濃度を検出する場合の上限設定値は０．０２％と
なる。

【００２９】ソレノイドバルブ４の出力ポートに接続さ
れたガス管路は、減圧弁５及びサイレンサ６を介して大
気に導かれている。これは、窒素ガス分離装置２０から
出力されるガスの窒素ガス濃度及び流量が所定値に達し
ていない場合に、このガスを減圧し、かつ、防音しなが
ら大気中に排気するためである。

【００３０】また、窒素ガス分離装置２０の稼働開始当
初の純度は低いので、使用可能な所定の純度に達するま
でに時間を要する。よって、その待ち時間の間に切断作
業を実施できるように、窒素ガス分離装置２０による窒
素ガス供給ラインに並行して、窒素ボンベ３０による窒
素ガス供給ラインを設けている。すなわち、窒素ボンベ
３０が、そのガス出力部に設けられたレギュレータ３０
ａを介してソレノイドバルブ３１の入力ポートに接続さ
れている。レギュレータ３０ａは、窒素ボンベ３０から
供給される窒素ガスの圧力を所定の供給圧に調整してい
る。

【００３１】そして、上記ソレノイドバルブ２７の出力
ポートは逆止弁２７ｄを経由して、また、上記ソレノイ
ドバルブ３１の出力ポートは逆止弁３１ｄを経由して、
互いに並列に窒素ガス供給ライン４８に接続されてお
り、この窒素ガス供給ライン４８はソレノイドバルブ７
及びソレノイドバルブ３４の入力ポートにそれぞれ接続
されている。逆止弁２７ｄ、３１ｄは、各ソレノイドバ
ルブの出力ポート側から入力ポート側にガスが逆流しな
いようにしている。

【００３２】また、酸素ボンベ３２は、そのガス出力部
に設けられたレギュレータ３２ａを介してソレノイドバ
ルブ３３の入力ポートに接続されている。レギュレータ
３２ａは、上記レギュレータ３０ａと同様に、酸素ボン
ベ３２から供給される酸素ガスの圧力を所定の供給圧に
調整している。

【００３３】そして、上記ソレノイドバルブ３３の出力
ポートは逆止弁３３ｄを介して２つのレギュレータ３
５、３６の入力ポートにそれぞれ接続されると共に、こ
れと並列に、上記ソレノイドバルブ３４の出力ポートも
逆止弁３４ｄを介して上記レギュレータ３５、３６の入
力ポートにそれぞれ接続されている。なお、逆止弁３３
ｄ、３４ｄは、各ソレノイドバルブの出力ポート側から
入力ポート側にガスが逆流しないようにしている。そし
て、レギュレータ３５の出力はソレノイドバルブ３７及
び逆止弁３７ｄを介してプラズマガスのガス管４６に接
続されると共に、これと並列に、レギュレータ３６の出
力はソレノイドバルブ３８及び逆止弁３８ｄを介して上
記ガス管４６に接続されている。このガス管４６には、
プラズマトーチ４０に供給されるプラズマガスの圧力を
検出する圧力スイッチ３９及び圧力計１９が接続されて
いる。

【００３４】また、ソレノイドバルブ７の出力ポートは
逆止弁７ｄを介してレギュレータ１５の入力ポートに接
続されると共に、これと並列に、ソレノイドバルブ８の
出力ポートは逆止弁８ｄを介して上記レギュレータ１５
の入力ポートに接続されている。そして、レギュレータ
１５の出力ポートはアシストガスのガス管４７に接続さ
れている。ガス管４７には、アシストガスの圧力をモニ
タする圧力計１４、及びこの圧力値を検出する圧力スイ
ッチ１３が付設されている。

【００３５】なお、上述した各ソレノイドバルブ４、
７、２７、３１、３３、３４、３７、３８の弁は、前述
のソレノイド８、２１と同様に、各操作ソレノイド部ｃ
に指令信号が入力されてないときは、バネ力によって各
ｂ位置にあるように付勢されている。そして、このｂ位
置には、各ソレノイドバルブの入力側から出力側にガス
が流出しないように、逆止弁が内蔵されている。

【００３６】図２は、窒素ガス分離装置２０の詳細な構
成を表している。同図において、窒素ガス分離装置２０
は、活性炭槽２２と、吸着槽２３ａ、２３ｂと、製品槽
２４と、フィルタ２５ａ、２５ｂと、サイレンサー２６
とを備えている。前述の圧縮空気の入力管路は活性炭槽
２２の入力側に接続され、活性炭槽２２の出力側は第１
のフィルタ２５ａを経由したのち、それぞれバルブ５１
ａ、５１ｂを介して吸着槽２３ａ、２３ｂに接続され
る。吸着槽２３ａ、２３ｂの出力はそれぞれバルブ５２
ａ、５２ｂを経由してバルブ５３に接続され、さらに、
バルブ５３は製品槽２４の入力管に接続されている。そ
して、製品槽２４の出力管は第２のフィルタ２５ｂを介
して窒素ガス分離装置２０の出力管路に導かれている。

【００３７】吸着槽２３ａ、２３ｂの内部にはガスの吸
着剤である分子篩炭が充填されており、圧力変動吸着方
式、すなわち、この分子篩炭に前記圧縮空気を送給する
ことにより窒素ガスを分離している。吸着槽２３ａ、２
３ｂに圧縮空気を入力すると、分子篩炭によって空気中
の酸素ガス、炭酸ガス、水分等が短時間の内に吸着さ
れ、その間にほとんど吸着されない窒素ガスが吸着槽２
３ａ、２３ｂから出力される。この窒素ガスは、製品槽
２４に貯蔵される。このとき、吸着槽２３ａ、２３ｂの
稼働時間が経つと、吸着した酸素ガス、炭酸ガス、水分
等の影響で分子篩炭の吸着能力が低下する。従って、２
つの吸着槽２３ａ、２３ｂは交互に稼働され、その非稼
働中には吸着した酸素ガス、炭酸ガス、水分等はそれぞ
れバルブ５２ａ、５２ｂを通じてサイレンサ２６から大
気中に排出している。

【００３８】本発明に係わるプラズマ加工機用プラズマ
ガス及びアシストガス供給装置を制御する制御装置１２
は、例えば一般的なマイクロコンピュータを主体に構成
したコンピュータシステム等によって構成されている
が、これに限定されない。制御装置１２には、圧力検出
器１１からの圧力データ信号、圧力スイッチ１３、３９
からの圧力信号、及びガス濃度検出手段２８からのガス
濃度信号等のセンサ信号が入力されている。また、制御
装置１２は、各ソレノイドバルブ４、７、８、２１、２
７、３１、３３、３４、３７、３８の操作ソレノイド部
ｃに接続されており、切換信号をこの各操作ソレノイド
部ｃに出力して対応するソレノイドを切り換える。さら
に、制御装置１２はコンプレッサ１に起動指令を出力す
る。

【００３９】次に、以上のように構成されたプラズマガ
ス及びアシストガス供給装置の供給方法について、図３
及び図４を参照して詳細に説明する。図３及び図４は、
制御装置１２の制御フローチャート例を示している。こ
こでは、各ステップ番号をＳを付して示す。

【００４０】（Ｓ１）エアコンプレッサ１を起動させ
る。 （Ｓ２）そして、プラズマガスとして酸素ガス又は窒素
ガスが選択され、酸素ガスのときはＳ１０に進み、窒素
ガスのときはＳ３に進む。 （Ｓ３）アシストガスとしてエア（圧縮空気）又は窒素
ガスが選択され、エアのときはＳ２０に進み、窒素ガス
のときはＳ４に進む。 （Ｓ４）エアタンク３から吐出される圧縮空気の圧力が
所定の圧力値以上か否かを判定する。すなわち、圧力検
出器１１から圧縮空気の圧力値を入力し、この圧力値が
所定圧力以上か否かを判断する。所定圧力より小さいと
きはＳ３０に進み、所定圧力以上であるときはＳ５に進
む。なお、本Ｓ４での処理は、窒素ガス分離装置２０の
入力圧縮空気の圧力が所定値より小さいときは、窒素ガ
ス分離装置２０が正常に機能しないためである。例え
ば、本発明者らの使用した窒素ガス分離装置２０におい
ては、９kg/cm²以上にする必要があった。

【００４１】（Ｓ５）圧縮空気の圧力が所定値以上にな
ったので、制御装置１２は指令信号を出力してソレノイ
ドバルブ２１を２１ａ位置に切り換え、窒素発生装置２
０の稼働を開始する。 （Ｓ６）制御装置１２はガス濃度検出手段２８から窒素
ガス濃度又は酸素ガス濃度のデータを入力し、窒素ガス
分離装置２０から供給されるガスの窒素濃度が所定値以
上か否かを判定する。前述の通りガス濃度検出手段２８
として酸素濃度計を使用しているので、本フローチャー
トでは酸素濃度が０．０２％以下かどうかを判定してい
る。酸素濃度が０．０２％より大きいときはＳ３０へ進
み、０．０２％以下のときはＳ７へ進む。 （Ｓ７）制御装置１２はガス流量検出手段２９からガス
流量信号を入力し、窒素ガス分離装置２０から供給され
るガスの流量が所定値以下か否かを判定する。これは、
プラズマ切断時にノズル４２の消耗や欠損が発生し、こ
れによってノズル４２の孔径が大きくなったときにアシ
ストガス流量が増加することを検出するためである。す
なわち、窒素ガス分離装置２０の処理能力以上に流量が
増加すると、窒素ガス分離装置２０から供給されるガス
の純度が低下して行くので、これを検出するものであ
る。ガス流量が所定値より大きいときはＳ３１へ進み、
所定値以下のときはＳ４０へ進む。なお、上記流量の所
定値は、切断する板材の材質や板厚等に対応したベベル
角を満足するような流量値に設定される。

【００４２】（Ｓ１０）酸素ボンベ３２からの酸素ガス
をプラズマガスとしてソレノイドバルブ３３、３７（又
は３８）を介して供給し、圧縮空気をアシストガスとし
てソレノイドバルブ８を介して供給する。なお、ソレノ
イドバルブ３７又はソレノイドバルブ３８は、ピアッシ
ング時かプラズマ切断時かによって切り換えられる。こ
の後、切断軌跡に沿ってプラズマトーチ４０を移動さ
せ、プラズマアークにより切断が行われる。切断終了後
は、Ｓ１に戻って処理を繰り返す。 （Ｓ２０）窒素ボンベ３０からの窒素ガスをプラズマガ
スとしてソレノイドバルブ３１、３４、３７（又は３
８）を介して供給し、圧縮空気をアシストガスとしてソ
レノイドバルブ８を介して供給する。なお、ソレノイド
バルブ３７又はソレノイドバルブ３８は、ピアッシング
時かプラズマ切断時かによって切り換えられる。この
後、切断軌跡に沿ってプラズマトーチ４０を移動させ、
プラズマアークにより切断が行われる。切断終了後は、
Ｓ１に戻って処理を繰り返す。

【００４３】（Ｓ３０）ソレノイドバルブ２７を２７ｂ
位置に切り換えて窒素ガス分離装置２０のガス供給ライ
ンを閉じ、ソレノイドバルブ４を４ａ位置に切り換えて
排気ラインを開いて製品槽２４内の窒素ガスを大気中に
排気する。 （Ｓ３１）窒素ボンベ３０からの窒素ガスによってピア
ッシングを行なう。すなわち、ソレノイドバルブ３１、
３４、３７、７の各操作ソレノイド部３１ｃ、３４ｃ、
３７ｃ、７ｃにオン指令を出力し、このソレノイドバル
ブをａ位置に切り換える（オンさせる）。これにより、
窒素ボンベ３０からソレノイドバルブ３１、３４、３７
を介してプラズマガスが、また、窒素ボンベ３０からソ
レノイドバルブ３１、７を介してアシストガスがプラズ
マトーチ４０に供給される。そして、この状態でプラズ
マアークをスタートさせると共に、所定のピアッシング
軌跡に沿ってプラズマトーチ４０を移動させ、ピアッシ
ング切断が行われる。このとき、レギュレータ３５によ
り、供給ガス圧が所定のピアッシング圧力に設定され
る。 （Ｓ３２）圧力スイッチ３９、１３から圧力信号を入力
し、プラズマガス及びアシストガスがピアッシングに必
要な所定圧力値以上にて供給されているか否かを判断す
る。すなわち、プラズマガスが圧力スイッチ３９に設定
された所定圧力値以上であるときは、プラズマガスが所
定流量に達していると判断し、同様にまた、アシストガ
スが圧力スイッチ１３に設定された所定圧力値以上であ
るときは、アシストガスが所定流量に達していると判断
することができる。よって、圧力スイッチ３９、１３の
圧力信号の少なくともいずれか一方が所定圧力値より小
さいときはＳ３６に進み、両方共に所定圧力値以上のと
きはＳ３３に進む。

【００４４】（Ｓ３３）ソレノイドバルブ３７の操作ソ
レノイド部３７ｃにオフ指令を出力してソレノイドバル
ブ３７を３７ｂ位置に切り換える（オフさせる）。と同
時に、ソレノイドバルブ３８の操作ソレノイド部３８ｃ
にオン指令を出力してソレノイドバルブ３８を３８ａ位
置に切り換える（オンさせる）。これにより、窒素ボン
ベ３０からソレノイドバルブ３１、３４、３８を介して
プラズマガスが、また、窒素ボンベ３０からソレノイド
バルブ３１、７を介してアシストガスがプラズマトーチ
４０に供給される。そして、この状態でプラズマ切断が
行われ、所定の切断軌跡に沿ってプラズマトーチ４０を
移動させる。このとき、レギュレータ３６により、供給
ガス圧が所定の切断圧力に設定される。 （Ｓ３４）Ｓ３２と同様に、圧力スイッチ３９、１３か
ら圧力信号を入力し、プラズマガス及びアシストガスが
プラズマ切断に必要な所定圧力値以上にて供給されてい
るか否かを判断する。圧力スイッチ３９、１３の圧力信
号の少なくともいずれか一方が上記所定圧力値より小さ
いときはＳ３６に進み、両方共に所定圧力値以上のとき
はＳ３５に進む。 （Ｓ３５）プラズマ切断が終了したら、すなわち、切断
軌跡が終了位置まで来たら、ソレノイドバルブ３１、３
４、３８、７の各操作ソレノイド部３１ｃ、３４ｃ、３
８ｃ、７ｃにオフ指令を出力し、このソレノイドバルブ
をｂ位置に切り換える（オフさせる）。これにより、プ
ラズマガス及びアシストガスの供給が停止される。この
後、先頭のＳ１に戻って処理を繰り返す。 （Ｓ３６）プラズマ加工機を非常停止させ、プラズマガ
ス及びアシストガスの供給を停止する。

【００４５】（Ｓ４０）制御装置１２は指令信号を出力
し、窒素ガス分離装置２０からの窒素ガスによってピア
ッシングを行なう。すなわち、ソレノイドバルブ４を４
ｂ位置に切り換えて大気中への排出ラインを閉じると共
に、ソレノイドバルブ２７、３４、３７、７の各操作ソ
レノイド部２７ｃ、３４ｃ、３７ｃ、７ｃにオン指令を
出力し、このソレノイドバルブをａ位置に切り換える。
これにより、窒素ガス分離装置２０からソレノイドバル
ブ２７、３４、３７を介してプラズマガスが、また、窒
素ガス分離装置２０からソレノイドバルブ２７、７を介
してアシストガスがプラズマトーチ４０に供給される。
そして、この状態でプラズマアークをスタートさせると
共に、所定のピアッシング軌跡に沿ってプラズマトーチ
４０を移動させ、ピアッシング切断が行われる。このと
き、レギュレータ３５により、供給ガス圧が所定のピア
ッシング圧力に設定される。 （Ｓ４１）圧力スイッチ３９、１３から圧力信号を入力
し、プラズマガス及びアシストガスがピアッシングに必
要な所定圧力値以上にて供給されているか否かを判断す
る。圧力スイッチ３９、１３の圧力信号の少なくともい
ずれか一方が上記所定圧力値より小さいときはＳ３６に
進み、両方ともに所定圧力値以上のときはＳ４２に進
む。 （Ｓ４２）ソレノイドバルブ３７の操作ソレノイド部３
７ｃにオフ指令を出力してソレノイドバルブ３７を３７
ｂ位置に切り換える。と同時に、ソレノイドバルブ３８
の操作ソレノイド部３８ｃにオン指令を出力してソレノ
イドバルブ３８を３８ａ位置に切り換える。これによ
り、窒素ガス分離装置２０からソレノイドバルブ２７、
３４、３８を介してプラズマガスが、また、窒素ガス分
離装置２０からソレノイドバルブ２７、７を介してアシ
ストガスがプラズマトーチ４０に供給される。そして、
この状態でプラズマ切断が行われ、所定の切断軌跡に沿
ってプラズマトーチ４０を移動させる。このとき、レギ
ュレータ３６により、供給ガス圧が所定の切断圧力に設
定される。 （Ｓ４３）Ｓ４１と同様に、圧力スイッチ３９、１３か
ら圧力信号を入力し、プラズマガス及びアシストガスが
プラズマ切断に必要な所定圧力値以上にて供給されてい
るか否かを判断する。圧力スイッチ３９、１３の圧力信
号の少なくともいずれか一方が上記所定圧力値より小さ
いときはＳ３６に進み、両方共に所定圧力値以上のとき
はＳ４４に進む。 （Ｓ４４）プラズマ切断が終了したら、ソレノイドバル
ブ２７、３４、３８、７をｂ位置に切り換える。これに
より、プラズマガス及びアシストガスの供給が停止され
る。この後、先頭のＳ１に戻って処理を繰り返す。

【００４６】以上のようにして、コンプレッサ１から吐
出された圧縮空気圧が所定値以下のとき、または窒素ガ
ス分離装置２０から供給されるガスの窒素ガス濃度が所
定の下限設定値以上になっていないとき、またはこの窒
素ガスの流量が所定の上限設定値以下になっていないと
きは、窒素ボンベ３０による切断を行う。従って、窒素
ガス分離装置２０が所定値以上の純度の窒素ガスを供給
できるようになるまでの間でも切断が可能となると共
に、高純度な窒素ガスを十分な流量で供給することによ
り切断品質を向上させて安定させることができる。よっ
て、機械稼働率が上がり、生産性が向上する。

【００４７】そして、窒素ガス分離装置２０の窒素ガス
が所定の下限設定値以上の濃度になり、かつ、所定の上
限値以下の流量のときは、上記の窒素ボンベ３０から窒
素ガス分離装置２０に切り換えてプラズマガス及びアシ
ストガスを供給する。よって、切断に必要な窒素ガスの
大部分は窒素ガス分離装置２０から供給することができ
る。また、窒素ガス分離装置２０は空気中から窒素ガス
を分離して供給するので、非常に安いランニングコスト
で純度の高く安定した窒素ガスをプラズマガス及びアシ
ストガスとして使用できる。この結果、プラズマ加工機
による切断時の切断面の酸化や被切断材表面の酸化皮膜
が無くなり、かつ、所定のベベル角が得られ、安定した
外観品質が得られる。また、窒素ボンベを交換する頻度
が非常に少なくなる。

【００４８】窒素ガス分離装置２０の窒素ガスの純度が
所定値以上になったか否かを制御装置１２が判断し、所
定値以上になったら自動的に窒素ボンベ３０から窒素ガ
ス分離装置２０に切り換えてアシストガスを供給する。
これによって、作業時に作業者が確認作業をする必要が
なくなる。

【００４９】なお、上記実施例では、窒素ガス分離装置
２０と窒素ボンベ３０とを並列に配設しているが、窒素
ガス分離装置２０だけを使用する場合は、窒素ガス濃度
が所定値以上になるまで待ち、所定値以上になったらプ
ラズマ加工を開始してもよい。これにより、窒素ガス分
離装置２０による窒素ガスを使用してランニングコスト
が安く、切断面品質が良いプラズマ加工機を構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマガス及びアシストガス供給装
置の回路構成図の例である。

【図２】本発明の窒素ガス分離装置２０の構成図の例を
示す。

【図３】本発明のプラズマガス及びアシストガス供給装
置の制御フローチャート例の前半を示す。

【図４】本発明のプラズマガス及びアシストガス供給装
置の制御フローチャート例の後半を示す。

【図５】従来技術に係わるプラズマ切断時のベベル角の
説明図である。

【符号の説明】

１…エアコンプレッサ、２…エアドライヤー、３…エア
タンク、４，７，８，２１，２７，３１，３３，３４，
３７，３８…ソレノイドバルブ、５…減圧弁、６，２６
…サイレンサ、９，４２…ノズル、１０，１４，１９…
圧力計、１１…圧力検出器、１２…制御装置、１３，３
９…圧力スイッチ、１５，３０ａ，３５，３６…レギュ
レータ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…エアフィルター、２
０…窒素ガス分離装置、２２…活性炭槽、２３ａ，２３
ｂ…吸着槽、２４…製品槽、２５ａ…第１のフィルタ、
２５ｂ…第２のフィルタ、２８…ガス濃度検出手段、２
９…ガス流量検出手段、３０…窒素ボンベ、３２…酸素
ボンベ、４０…プラズマトーチ、４１…電極、４３…ノ
ズルキャップ、４４…シールドキャップ、４５…被切断
材、４６、４７…ガス管、４８…窒素ガス供給ライン、
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３…バルブ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工時にプラズマガス及びアシストガス
   として窒素ガスをプラズマトーチ(40)から噴射しながら
   プラズマを発生させて被切断材を切断するプラズマ加工
   機において、 空気中から窒素ガスを分離して蓄積する窒素ガス分離装
   置(20)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設されたガス濃度検出
   手段(28)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設されたガス流量検出
   手段(29)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設され、窒素ガス分離
   装置(20)からプラズマトーチ(40)への窒素ガス供給を開
   閉するガス供給ライン開閉手段(27)と、 ガス濃度検出手段(28)からの濃度信号、及び／又はガス
   流量検出手段(29)からの流量信号に基づいて、窒素ガス
   分離装置(20)で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値
   以上になったか否か、及び流量が上限設定値以下か否か
   を判定し、前記濃度が下限設定値以上になったとき及び
   前記流量が上限設定値以下のときは前記ガス供給ライン
   開閉手段(27)を開いて前記発生させた窒素ガスをプラズ
   マトーチ(40)に供給する制御装置(12)とを備えたことを
   特徴とするプラズマ加工機用プラズマガス及びアシスト
   ガス供給装置。
2. 【請求項２】 加工時にプラズマガス及びアシストガス
   として窒素ガスをプラズマトーチ(40)から噴射しながら
   プラズマを発生させて被切断材を切断するプラズマ加工
   機において、 空気中から窒素ガスを分離して蓄積する窒素ガス分離装
   置(20)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設されたガス濃度検出
   手段(28)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設されたガス流量検出
   手段(29)と、 窒素ガス分離装置(20)の出口に配設され、窒素ガス分離
   装置(20)からプラズマトーチ(40)への窒素ガス供給を開
   閉するガス供給ライン開閉手段(27)と、 前記ガス供給ライン開閉手段(27)を介して窒素ガス分離
   装置(20)からの窒素ガスをプラズマトーチ(40)へ供給す
   るガス発生装置用供給ラインと、前記ガス供給ライン開
   閉手段(27)とプラズマトーチ(40)の間で合流し、かつ、
   ボンベ用ガス供給ライン開閉手段(31)を介して窒素ガス
   ボンベ(30)からの窒素ガスをプラズマトーチ(40)へ供給
   するボンベ用供給ラインと、 ガス濃度検出手段(28)からの濃度信号、及び／又はガス
   流量検出手段(29)からの流量信号に基づいて、窒素ガス
   分離装置(20)で発生させた窒素ガスの濃度が下限設定値
   以上になったか否か、及び流量が上限設定値以下か否か
   を判定し、前記濃度が下限設定値より小さいとき又は前
   記流量が上限設定値より大きくなったときはガス供給ラ
   イン開閉手段(27)を閉じてボンベ用ガス供給ライン開閉
   手段(31)を開き、前記濃度が下限設定値以上になったと
   き及び前記流量が上限設定値以下のときはガス供給ライ
   ン開閉手段(27)を開いてボンベ用ガス供給ライン開閉手
   段(31)を閉じる制御装置(12)とを備えたことを特徴とす
   るプラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供給
   装置。
3. 【請求項３】 前記窒素ガス分離装置(20)の空気入口側
   には空気圧縮手段(1) 及び空気圧力検出手段(11)を配設
   し、ガス出口側には排気手段(4) を配設したことを特徴
   とする請求項１又は２に記載のプラズマ加工機用プラズ
   マガス及びアシストガス供給装置。
4. 【請求項４】 前記ガス濃度検出手段(28)は、窒素ガス
   濃度を検出する窒素ガス濃度検出手段とすると共に、 前記制御装置(12)は、前記窒素ガス濃度検出手段からの
   濃度信号に基づいて窒素ガスの濃度が所定の下限設定値
   以上になったか否かを判定し、下限設定値以上になった
   ときはガス供給ライン開閉手段(27)を開き、窒素ガス分
   離装置(20)によって発生させた窒素ガスによるプラズマ
   加工を開始することを特徴とする請求項１又は２記載の
   プラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供給装
   置。
5. 【請求項５】 前記ガス濃度検出手段(28)は、酸素ガス
   濃度を検出する酸素ガス濃度検出手段とすると共に、 前記制御装置(12)は、前記酸素ガス濃度検出手段からの
   濃度信号に基づいて酸素ガスの濃度が所定の上限設定値
   以下になったか否かを判定し、上限設定値以下になった
   ときはガス供給ライン開閉手段(27)を開き、窒素ガス分
   離装置(20)によって発生させた窒素ガスによるプラズマ
   加工を開始することを特徴とする請求項１又は２記載の
   プラズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供給装
   置。
6. 【請求項６】 前記制御装置(12)は、前記ガス流量検出
   手段(29)からの流量信号に基づいて窒素ガスの流量が所
   定の上限設定値以下になったか否かを判定し、上限設定
   値以下になったときはガス供給ライン開閉手段(27)を開
   き、窒素ガス分離装置(20)によって発生させた窒素ガス
   によるプラズマ加工を開始することを特徴とする請求項
   １又は２記載のプラズマ加工機用プラズマガス及びアシ
   ストガス供給装置。
7. 【請求項７】 加工時にプラズマガス及びアシストガス
   として窒素ガスをプラズマトーチ(40)から噴射しながら
   プラズマを発生させて被切断材を切断するプラズマ加工
   機用プラズマガス及びアシストガス供給方法において、 空気中から窒素ガスを分離して窒素ガスを発生させ、発
   生させた窒素ガスの濃度が下限設定値以上になったとき
   及び流量が上限設定値以下のときに、この発生させた窒
   素ガスによってプラズマ加工することを特徴とするプラ
   ズマ加工機用プラズマガス及びアシストガス供給方法。
8. 【請求項８】 加工時にプラズマガス及びアシストガス
   として窒素ガスをプラズマトーチ(40)から噴射しながら
   プラズマを発生させて被切断材を切断するプラズマ加工
   機用プラズマガス及びアシストガス供給方法において、 前記窒素ガス分離装置(20)により空気中から窒素ガスを
   分離して窒素ガスを発生させ、発生させた窒素ガスの濃
   度が所定の下限設定値より小さいとき又は前記発生させ
   た窒素ガスの流量が所定の上限設定値より大きいとき
   は、窒素ガスボンベ(30)からの窒素ガスを供給し、ま
   た、前記発生させた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値
   以上になったとき及び前記流量が所定の上限設定値以下
   のときは、窒素ガス分離装置(20)からの窒素ガスを供給
   し、プラズマガス及びアシストガスを選択的に使用して
   プラズマ加工することを特徴とするプラズマ加工機用プ
   ラズマガス及びアシストガス供給方法。
9. 【請求項９】 前記窒素ガス分離装置(20)により発生さ
   せた窒素ガスの濃度が所定の下限設定値より小さいとき
   は、この所定下限設定値に到達するまで窒素ガス分離装
   置(20)からの窒素ガスを外部に排気することを特徴とす
   る請求項８記載のプラズマ加工機用プラズマガス及びア
   シストガス供給方法。