JPH11297492A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡略な構成で電極の交換が極めて容易で、且
つ熱損失が少ないプラズマトーチを提供する。 【解決手段】 外筒１の内部に備えた内筒体５に内部接
続ブロック６を介して上方電極２３と下方電極２４が接
続され、且つ下方電極２４が外筒１に接続されて、上方
電極２３と下方電極２４との間にアーク１０を発生させ
るようにしているプラズマトーチであって、上方電極２
３の外周に永久磁石２５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマトーチに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来から知られているプラズマ
トーチの一例を示している。図４のプラズマトーチは、
外筒１の内部に、筒形を有する上方電極２（陽極）と下
方電極３（陰極）とを同軸上にしかも相互間に所要の隙
間４を隔てて配置しており、前記上方電極２は、外筒１
の上方内部に設けた内筒体５に固定した内部接続ブロッ
ク６に嵌合固定されており、且つ下方電極３は、前記上
方電極２に結合部材７を介して固定されており、該下方
電極３の下端をねじ８により前記外筒１に螺合して固定
するようになっている。前記外筒１の内部には絶縁材の
シェル９が設けてあり、電導材料で構成された外筒１と
内筒体５及び内部接続ブロック６とにより電力の供給を
行って前記上方電極２と下方電極３との間でアーク１０
を発生させるようになっている。

【０００３】上方電極２の上方端には上方のガス導入口
１１が設けられていると共に、前記隙間４には下方のガ
ス導入口１２が設けられており、前記外筒１と内筒体５
との間のガス通路１３から供給されるガス（一般的には
空気）を、前記ガス導入口１１，１２から上方電極２及
び下方電極３の内部に吹き込むようになっており、これ
により前記上方電極２と下方電極３間に形成されるアー
ク１０によって放電が行われるようになっている。

【０００４】プラズマトーチにおいては、上方電極２と
下方電極３との間に発生するアーク１０によって上方電
極２と下方電極３とが短期間の間に著しく損耗すること
が知られており、前記アーク１０が発弧する位置が特定
されていると、電極２，３の寿命は更に短縮されてしま
って短期間で交換しなければならない。即ち、電極２，
３は消耗品であり、その寿命は肉厚分が消耗した時点で
ある。

【０００５】このため、図４の装置では、アーク１０の
発弧の位置を特定させないように工夫することによっ
て、電極２，３の寿命の延長を図るようにしている。

【０００６】即ち、前記上方電極２と下方電極３の夫々
の外周に、上方電磁石１４と下方電磁石１５を設け、各
電極２，３の内部に中心軸に沿う磁場を形成させること
により、この磁場によるローレンツ力によって、アーク
１０に旋回力を与えるようにしている。この時、電極
２，３の内部にはプラズマ化した高温（１万℃前後）の
高速ガス流が形成されるために前記アーク１０は押し流
されるように形成されることになり、よってアーク１０
は電極２，３内面を舐めるように螺旋状に発弧するよう
になり、これにより電極２，３の局部的な損耗を防止す
るようにしている。

【０００７】また、上記したように図４の装置では、上
方電磁石１４と下方電磁石１５とを設けるようにしてい
るために、該上方電磁石１４と下方電磁石１５とに給電
するための給電線１６，１７を前記ガス通路１３に設け
るようにしている。上方電磁石１４と下方電磁石１５と
は電気的に直列に接続されていて、給電線１６が下方電
磁石１５に接続され、給電線１７が上方電磁石１４に接
続されている。

【０００８】また、前記上方電磁石１４と下方電磁石１
５は発熱を伴うために冷却する必要があり、このため
に、冷却水を、ガス通路１３に設けた金属パイプからな
る給電線１６から注入して下方電磁石１５へ、給電線１
８を経由して上方電磁石１４へ、そして給電線１７から
流れ出すようにしている。また電極２，３は、内筒体５
から内部接続ブロック６をとおり、電磁石１４，１５と
電極２，３の隙間２０，２１を経て流路２２へ流される
冷却水によって冷やされる。

【０００９】上記したように、図４に示したプラズマト
ーチによれば、前記上方電極２と下方電極３の夫々の外
周に設けた上方電磁石１４と下方電磁石１５とにより、
夫々の内部に形成される磁場によるローレンツ力によっ
て、アーク１０に旋回力を与え、これによってアーク１
０が電極２，３内面を舐めるように螺旋状に発弧させ、
電極２，３の局部的な損耗を防止して、電極２，３の寿
命を延長させるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図４に示した
従来のプラズマトーチは、上方電極２と下方電極３の夫
々の外周に、上方電磁石１４と下方電磁石１５とを備え
るようにしており、そのために、冷却水路を兼ねる給電
線１６，１７を上方に延設する必要があるために構造が
非常に複雑となり、電極２，３の交換のために、ねじ８
部を緩めて下方電極３を外筒１から取外しても、下方電
磁石１５と結合部材７を取外さなければ上方電極２を取
り出すことはできず、しかも下方電磁石１５には給電線
１６が接続されているために取出すことが困難である。
よって電極２，３の交換の度に面倒な分解組立作業が必
要であり、この交換に多大の時間を要してしまうという
問題を有していた。

【００１１】また、前記したように、上方電磁石１４と
下方電磁石１５及び上方電極２と下方電極３とは冷却す
る必要があるために給水管１６，１７，１８及びその連
結部、給水流路１９、隙間２０，２１及び流路２２を設
けた構成となっており、多数の水シールのためのＯリン
グが必要であり、よって水のリーク箇所が多く、万が一
水が空気中に混入すると、電極２，３が急激に痛んでし
まうという問題を有し、よって水の完全シールのための
構成が大変であるとい問題を有していた。

【００１２】更に、プラズマ噴流の特性を変えるために
電流を下げ、また空気流量を増すなどすると、アーク１
０が上方電極２の更に上方の内部接続ブロック６に飛ん
でしまうことがあり、この場合には内部接続ブロック６
は耐酸化性の材料では構成されていないために、簡単に
損耗してしまう問題がある。この問題を解決する手段と
しては、図４のように上方電極２を長くすることが考え
られるが、このようにすると、１万℃前後の温度を有し
て発生したプラズマが長い上方電極２内を流動する間に
冷却されてしまって熱損失が大きくなってしまうという
問題を生じる。

【００１３】本発明は、かかる従来の問題点を解決すべ
くなしたもので、簡略な構成で電極の交換が極めて容易
で、且つ熱損失が少なくて広範な作動条件で安定して運
転できるプラズマトーチを提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、外筒の内部に
備えた内筒体に内部接続ブロックを介して上方電極と下
方電極が接続され、且つ下方電極が前記外筒に接続され
て、上方電極と下方電極との間にアークを発生させるよ
うにしているプラズマトーチであって、前記上方電極の
外周に永久磁石を備えたことを特徴とするプラズマトー
チ、に係るものである。

【００１５】また、内部接続ブロックと、上方電極と、
下方電極と、永久磁石とをユニット化した電極ユニット
とし、該電極ユニットを外筒内部に着脱可能にしたり、
上方電極は長さと肉厚が小さい形状とし、下方電極は長
さと肉厚が大きい形状としたりしている。

【００１６】本発明では、内部接続ブロックと、上方電
極と、下方電極と、永久磁石とを保持筒によってユニッ
ト化した電極ユニットを構成し、この電極ユニットを外
筒内に着脱可能に取付けるようにしたので、上方電極及
び下方電極の交換時に、電極ユニットを外筒から容易に
引抜くことができ、よって、新しい電極を備えた電極ユ
ニットを予め用意しておけば、直ちに新しい電極ユニッ
トを外筒内に挿入して固定することにより、簡単な操作
で短時間に電極の交換を実施することができる。

【００１７】また、永久磁石を備えるようにしたことに
より、従来の上方電磁石及び下方電磁石を備えるように
した場合に比して、給電線が不要になり、更に、冷却の
ための給水管や複雑な給水流路等が不要となると共に水
シールのためのＯリングが不要となり、構成を著しく簡
略化することができる。

【００１８】更に、上方電極は長さが短く肉厚が薄くな
るように形成し、下方電極は長さが長く肉厚が厚くなる
ように形成していることにより、上方電極と下方電極の
寿命を均等化して電極全体の寿命を延長させることがで
きる。

【００１９】さらに、上方電極の外周に永久磁石を備え
ていると、永久磁石の磁力線によって、アークは上方電
極内面の特定領域に安定して発弧するようになり、よっ
てアークが上方の内部接続ブロックに発弧して内部接続
ブロックを著しく損耗させるといった問題の発生を防止
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２１】図１〜図３は本発明を実施する形態の一例
であって、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一
物を表わしており、基本的な構成は図４に示す従来のも
のと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図
１及び図３に示すごとく、上方電極２３と下方電極２４
とを備えて該上方電極２３と下方電極２４との間にアー
ク１０を発生させるようにしている前記上方電極２３の
外周に、筒形の永久磁石２５を備えている。また、図１
及び図３に示すように、前記上方電極２３は長さが短く
肉厚が薄く形成されており、また下方電極２４は長さが
長く肉厚が厚く形成されている。

【００２２】更に、図１及び図３に示すように、内部接
続ブロック６と、上方電極２３と、下方電極２４と、永
久磁石２５とを、保持筒２６によってユニット化した電
極ユニット２７を構成しており、該電極ユニット２７
は、外筒１内部の絶縁材のシェル９に下方（図１、図２
の右側）から挿入できるようになっている。保持筒２６
の外周面にはガス通路１３とガス導入口１１及びガス導
入口１２を連通するためのガス流路２８が形成されてい
る。

【００２３】電極ユニット２７は、前記シェル９内に挿
入した際に、円筒部２９及びフィンガーコンタクト３０
が内筒体５に嵌合して電気的に接続されるようになって
いる。また、電極ユニット２７の下方端（右側端）に
は、エンドキャップ３１が嵌合されるようになってお
り、該エンドキャップ３１をボルト３２にて外筒１に固
定することにより、シェル９内部に挿入された電極ユニ
ット２７を固定できるようになっている。

【００２４】以下、上記図１に示したプラズマトーチの
作用を説明する。

【００２５】外筒１に設けられた絶縁材のシェル９内
に、内部接続ブロック６と、上方電極２３と、下方電極
２４と、永久磁石２５とを保持筒２６によってユニット
化した電極ユニット２７を挿入することにより、内筒体
５と嵌合により接続し、且つ下方端をエンドキャップ３
１によって外筒１に接続固定できるようにしているの
で、前記上方電極２３及び下方電極２４の交換時には、
ボルト３２を緩めてエンドキャップ３１を外筒１から取
外して、前記電極ユニット２７をシェル９から引抜くこ
とにより、図２及び図３に示すように電極ユニット２７
を外筒１の外部に取り出すことができる。

【００２６】従って、新しい電極２３，２４を備えた電
極ユニット２７を予め用意しておけば、直ちに新しい電
極ユニット２７を外筒１内に挿入して前記エンドキャッ
プ３１を外筒１に固定することにより、簡単な操作で短
時間に電極２３，２４の交換を実施することができる。

【００２７】また、前記したように、永久磁石２５を備
えるようにしたことにより、従来の上方電磁石及び下方
電磁石を備えるようにした場合に比して、給電線が不要
になり、更に、冷却のための給水管や複雑な給水流路等
が不要となると共に水シールのためのＯリングが不要と
なり、構成を著しく簡略化することができる。

【００２８】一方、陽極である上方電極２３は耐酸化性
材料で構成すると耐久性を維持できることが知られてい
るが、陰極である下方電極２４は損耗が激しく、しかも
下方電極２４は材料を選定しても耐久性を余り高めるこ
とができないことが知られている。

【００２９】このため、図１、図３に示したように、上
方電極２３は長さが短く肉厚が薄くなるように形成して
おり、また下方電極２４は長さが長く肉厚が厚くなるよ
うに形成している。これにより、上方電極２３と下方電
極２４の寿命を均等化して電極２３，２４全体の寿命を
延長させることができる。

【００３０】更に、上記したように上方電極２３の外周
に永久磁石２５を備えていると、図１に示すような、コ
イル型電磁石（図４）では造りがたい、急峻な半径方向
成分の強い磁力線３３が容易に得られる。アーク１０は
この磁力線３３を横切って上方には飛び難く、アーク１
０は上方電極２３内面の永久磁石２５の直下に安定して
発弧するようになり、よってアーク１０が上方の内部接
続ブロック６に発弧して内部接続ブロック６を損耗させ
るといった問題の発生を防止することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、内部接続ブロックと、
上方電極と、下方電極と、永久磁石とを保持筒によって
ユニット化した電極ユニットを構成し、この電極ユニッ
トを外筒内に着脱可能に取付けるようにしたので、上方
電極及び下方電極の交換時に、電極ユニットを外筒から
容易に引抜くことができ、よって、新しい電極を備えた
電極ユニットを予め用意しておけば、直ちに新しい電極
ユニットを外筒内に挿入して固定することにより、簡単
な操作で短時間に電極の交換を実施することができる効
果を奏する。

【００３２】また、永久磁石を備えるようにしたことに
より、従来の上方電磁石及び下方電磁石を備えるように
した場合に比して、給電線が不要になり、更に、冷却の
ための給水管や複雑な給水流路等が不要となると共に水
シールのためのＯリングが不要となり、構成を著しく簡
略化することができる効果がある。

【００３３】更に、上方電極は長さが短く肉厚が薄くな
るように形成し、下方電極は長さが長く肉厚が厚くなる
ように形成していることにより、上方電極と下方電極の
寿命を均等化して電極全体の寿命を延長させることがで
きる効果がある。

【００３４】さらに、上方電極の外周に永久磁石を備え
ていると、永久磁石の磁力線によって、アークは上方電
極内面の特定位置に安定して発弧するようになり、よっ
てアークが上方の内部接続ブロックに発弧して内部接続
ブロックを著しく損耗させるといった問題の発生を防止
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側断面図で
ある。

【図２】図１の外筒から電極ユニットを引抜いた状態を
示す側断面図である。

【図３】図１の外筒から引抜いた電極ユニットの側断面
図である。

【図４】従来のプラズマトーチの一例を示す側断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 外筒 ５ 内筒体 ６ 内部接続ブロック ２３ 上方電極 ２４ 下方電極 ２５ 永久磁石 ２７ 電極ユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒の内部に備えた内筒体に内部接続ブ
   ロックを介して上方電極と下方電極が接続され、且つ下
   方電極が前記外筒に接続されて、上方電極と下方電極と
   の間にアークを発生させるようにしているプラズマトー
   チであって、前記上方電極の外周に永久磁石を備えたこ
   とを特徴とするプラズマトーチ。
2. 【請求項２】 内部接続ブロックと、上方電極と、下方
   電極と、永久磁石とをユニット化した電極ユニットと
   し、該電極ユニットを外筒内部に着脱可能にしたことを
   特徴とする請求項１記載のプラズマトーチ。
3. 【請求項３】 上方電極は長さと肉厚が小さい形状と
   し、下方電極は長さと肉厚が大きい形状としていること
   を特徴とする請求項１又は２記載のプラズマトーチ。