JPS59141371A - 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 - Google Patents
陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法Info
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- JPS59141371A JPS59141371A JP1404083A JP1404083A JPS59141371A JP S59141371 A JPS59141371 A JP S59141371A JP 1404083 A JP1404083 A JP 1404083A JP 1404083 A JP1404083 A JP 1404083A JP S59141371 A JPS59141371 A JP S59141371A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
- B23K9/067—Starting the arc
- B23K9/0672—Starting the arc without direct contact between electrodes
- B23K9/0673—Ionisation of the arc gap by means of a tension with a step front (pulses or high frequency tensions)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
タート法に閤し、詳しくは陰′ｌｔＬ棒の外周に配置し
た陰極外査を仮想陰極とするプラズマトーチのスタート
法に関するものである。
た陰極外査を仮想陰極とするプラズマトーチのスタート
法に関するものである。
プラズマトーチによる工業材料の加工は、加工材への熱
影響が少いことも主要な特長となっている。この特長は
、小電流で集中度の高いマイクロプラズマトーチで最も
発揮される。例えば、直径がｏ．ｉ〜θ．、２簡という
ノズルで１０００ Ａ ／輔２〜３汐Ｏ Ａ ／ ｍｍ
２という高い電流密度のプラズマアーク（移行型作業
）を発生すると、金属箔からｌＯ咽程度の鉄板まで良質
な切断加工が可能となる。
影響が少いことも主要な特長となっている。この特長は
、小電流で集中度の高いマイクロプラズマトーチで最も
発揮される。例えば、直径がｏ．ｉ〜θ．、２簡という
ノズルで１０００ Ａ ／輔２〜３汐Ｏ Ａ ／ ｍｍ
２という高い電流密度のプラズマアーク（移行型作業
）を発生すると、金属箔からｌＯ咽程度の鉄板まで良質
な切断加工が可能となる。
又、プラズマジェット（非移行型作業）では、熱衝撃に
弱いセラミック、ガラス或いは燃焼し易い衣料、木材、
デラスチツク等の加工も可能になる。
弱いセラミック、ガラス或いは燃焼し易い衣料、木材、
デラスチツク等の加工も可能になる。
狭搾ノズルと陰極棒から成る通常のマイクロプラズマト
ーチの動作特性は、陰極棒の形状や狭搾ノズルと陰極棒
の相対的位置によって影響をうけ、殊に狭搾ノズルの直
径が小さくなるほど敏感にその影響をうける。更に重要
な問題は、使用時間が経つにつれて陰ｗＬ棒が消耗、変
形することであって、そのため陰極棒の寿命が７〜１時
間と短いことである。
ーチの動作特性は、陰極棒の形状や狭搾ノズルと陰極棒
の相対的位置によって影響をうけ、殊に狭搾ノズルの直
径が小さくなるほど敏感にその影響をうける。更に重要
な問題は、使用時間が経つにつれて陰ｗＬ棒が消耗、変
形することであって、そのため陰極棒の寿命が７〜１時
間と短いことである。
本発明者は先に、このような陰極棒に起因する動作特性
の不安定性を除去する方法を開発した（特許第Ａｔ、３
，３／／号）、その方法は陰極棒の外周に陰極外套を設
け、この陰極外套を仮想陰極としてアークを発生させて
トーチを操作することである。しかし、ノズルの直径が
θ、／〜０．２咽程度に小さいプラズマ外套内に陰極外
套を設けると、そのようなマイクロプラズマトーチはス
タートすることが不可能となる。
の不安定性を除去する方法を開発した（特許第Ａｔ、３
，３／／号）、その方法は陰極棒の外周に陰極外套を設
け、この陰極外套を仮想陰極としてアークを発生させて
トーチを操作することである。しかし、ノズルの直径が
θ、／〜０．２咽程度に小さいプラズマ外套内に陰極外
套を設けると、そのようなマイクロプラズマトーチはス
タートすることが不可能となる。
第７図は、陰極外套を有するプラズマトーチの断面図と
電気回路図である。
電気回路図である。
プラズマトーチは、陰極（奉１と電気的に絶縁され且つ
その外周に＠／の環状通路２を形成し先端に第１のノズ
ル３を有する陰極外套４、及び陰極外套４と電気的に絶
縁され１つその外周に第λの環状通路５を形成し先端に
第コのノズル６を有するプラズマ外套７から成り、第１
の環状通路２にスタート気流８を、第２の環状通路５に
プラズマ気流９をそれぞれ供給管１０．１１から流すよ
うに構成されている。電源１２の負端子ｉｌ′ｉ陰極棒
１（Ｃ接続され、電源１２の正端子はスイッチ１３を経
て陰極外套４及びスイッチ１４を経てプラズマ／ＪＬ
ｉ ７ ｔＦｌそれぞれ接続されている。
その外周に＠／の環状通路２を形成し先端に第１のノズ
ル３を有する陰極外套４、及び陰極外套４と電気的に絶
縁され１つその外周に第λの環状通路５を形成し先端に
第コのノズル６を有するプラズマ外套７から成り、第１
の環状通路２にスタート気流８を、第２の環状通路５に
プラズマ気流９をそれぞれ供給管１０．１１から流すよ
うに構成されている。電源１２の負端子ｉｌ′ｉ陰極棒
１（Ｃ接続され、電源１２の正端子はスイッチ１３を経
て陰極外套４及びスイッチ１４を経てプラズマ／ＪＬ
ｉ ７ ｔＦｌそれぞれ接続されている。
なお、図示してい々いが陰極外套４とプラズマ外套７（
は水冷されている。
は水冷されている。
このように構成されたプラズマトーチは、次のようにし
て操作される。
て操作される。
（１）スタート気流８を流し、スイッチ１３を閉じ′７
Ｉ７源１２を動作させる。
Ｉ７源１２を動作させる。
（２） 雷、源１２に内蔵した高周波発振器により、
陰極棒１と陰極外套４間にアーク１５を発生させる。
陰極棒１と陰極外套４間にアーク１５を発生させる。
（３） スイッチ１４を閉じ、スイッチ１３を開くと
アーク１５は陰極棒１とプラズマ外套７間に移行しアー
ク１６となる。
アーク１５は陰極棒１とプラズマ外套７間に移行しアー
ク１６となる。
（４）プラズマ気流９を流すと同時に若しくはその後で
スタート気流８を停止する。
スタート気流８を停止する。
この動作状態では陰極外套内、すなわち第１の環状通路
２には気流は流れてい々い。無気流中のアークはアーク
入力と陰極外套内壁の冷却とが平衡する。したがって、
トーチから放出されるエネルギーは第１のノズル３の下
端とプラズマ外套７間のアーク柱の入力に依存する。し
かも、プラズマ気流の通路は冷却された陰極外弁外壁と
プラズマ外套内壁とで形成されているので、消耗したり
、変形したりすることはない。このようにして陰極外套
４は消耗や変形のない仮想陰極を形成するのである。
２には気流は流れてい々い。無気流中のアークはアーク
入力と陰極外套内壁の冷却とが平衡する。したがって、
トーチから放出されるエネルギーは第１のノズル３の下
端とプラズマ外套７間のアーク柱の入力に依存する。し
かも、プラズマ気流の通路は冷却された陰極外弁外壁と
プラズマ外套内壁とで形成されているので、消耗したり
、変形したりすることはない。このようにして陰極外套
４は消耗や変形のない仮想陰極を形成するのである。
ところで、上述のスタート操作において、第コのノズル
６の直径を次第に小さくしていくと、アーク１６の発生
が困難となりスタート操作が殆んど不可能となる。
６の直径を次第に小さくしていくと、アーク１６の発生
が困難となりスタート操作が殆んど不可能となる。
スタート気流量ｌとトーチ内圧力（第１と第スの環状通
路２，５の圧力）Ｐは、第ユのノズルの断面隋をＳとす
ると、 ｌ伏ＳＸＰ ２ で表わされ、スタート気流ｉｆ ｌを一定にすると、ト
ーチ内圧力ＰＦｉ第氾のノズルの断面積Ｓに反比例する
。第１のノズル３からスタート気流８によって放出され
るプラズマ流はトーチ内圧力Ｐに比例して減衰し、第コ
のノズル６に達する。従って坑／のノズル３と第ユのノ
ズル６との間のプラズマ流による導電性はトーチ内圧力
が高い程低下する。このため、一定の断面積以下ではア
ーク１５が移行してアーク１６となることができず結局
トーチのスタートが殆んど不可能となる。通常、第スの
ノズル６の直径が０−２ ｔｍｎ以下（この値は参考値
であって、ノズル長及び第１と第２のノズル間の距離に
よって変化する）になると、第コのアーク１６は発生し
なくなり、スター） ４０作は不可能となる。
路２，５の圧力）Ｐは、第ユのノズルの断面隋をＳとす
ると、 ｌ伏ＳＸＰ ２ で表わされ、スタート気流ｉｆ ｌを一定にすると、ト
ーチ内圧力ＰＦｉ第氾のノズルの断面積Ｓに反比例する
。第１のノズル３からスタート気流８によって放出され
るプラズマ流はトーチ内圧力Ｐに比例して減衰し、第コ
のノズル６に達する。従って坑／のノズル３と第ユのノ
ズル６との間のプラズマ流による導電性はトーチ内圧力
が高い程低下する。このため、一定の断面積以下ではア
ーク１５が移行してアーク１６となることができず結局
トーチのスタートが殆んど不可能となる。通常、第スの
ノズル６の直径が０−２ ｔｍｎ以下（この値は参考値
であって、ノズル長及び第１と第２のノズル間の距離に
よって変化する）になると、第コのアーク１６は発生し
なくなり、スター） ４０作は不可能となる。
このように、陰極外套を有するプラズマトーチは、従来
のトーチに比較して多くの利点をもつにもか＼わらず、
プラズマ外套７めノズル６の直径を小倉〈シたマイクロ
プラズマトーチの場合にＣよ、スタート偵作が著しく困
祁或い（ｒｆ不可詣になるという問題があった。
のトーチに比較して多くの利点をもつにもか＼わらず、
プラズマ外套７めノズル６の直径を小倉〈シたマイクロ
プラズマトーチの場合にＣよ、スタート偵作が著しく困
祁或い（ｒｆ不可詣になるという問題があった。
本発明ｉｔ上記に鑑みてなされたもので、陰極外套を有
するプラズマトーチのスタート操作を確実容易にする方
法を提伊：することを目的とする。
するプラズマトーチのスタート操作を確実容易にする方
法を提伊：することを目的とする。
この目的は本発明に従ってトーチ内のアークの移行前に
、−艮スタート気流の供給を止め、第２のノズルからの
気流の排出がはマなくなってからＪゴびスタート気流を
流すことによって達成される。
、−艮スタート気流の供給を止め、第２のノズルからの
気流の排出がはマなくなってからＪゴびスタート気流を
流すことによって達成される。
以下、第１図を用いて本発明のスタート操作法詳しく説
明する。
明する。
本発明によるスタート操作は次のようにして行われる。
（１）スタート気流８を流し、スイッチ１３を閉じ電源
１２を動作させ、電源１２に内蔵した高周波発振器によ
り、陰極棒１と陰鞭外套４間にアーク１５を発生させる
（バルブ２０開、バルブ１８閉）。
１２を動作させ、電源１２に内蔵した高周波発振器によ
り、陰極棒１と陰鞭外套４間にアーク１５を発生させる
（バルブ２０開、バルブ１８閉）。
（２） バルブ２０を閉じスタート気流８の供給を一
旦止める。
旦止める。
（３） このスタート気流の供給の停止の前又は後に
、スイッチ１４を閉じ陰極棒１とプラズマ外套７間に電
圧を印加する。
、スイッチ１４を閉じ陰極棒１とプラズマ外套７間に電
圧を印加する。
（４）第一のノズル６からの気流の排出がはソなくなっ
てから（つまり、第１と第一の環状通路２，５内に残存
するスタート気流がはソなくなってから）、バルブ２０
を開いて再びスタート気流８を流し、つづいてスイッチ
１３を開くと、陰ｗＬ棒１とプラズマ外套７間のアーク
１６に移行する。
てから（つまり、第１と第一の環状通路２，５内に残存
するスタート気流がはソなくなってから）、バルブ２０
を開いて再びスタート気流８を流し、つづいてスイッチ
１３を開くと、陰ｗＬ棒１とプラズマ外套７間のアーク
１６に移行する。
このようにしてプラズマトーチをスタートさせ、そ！１
からバルブ１８を開き、プラズマ気流、９を流すと同時
に若しくはその後でスタート気流８を停止させ、第一の
ノズルからプラズマジェット２４を加工片２３に放出し
て作業する。
からバルブ１８を開き、プラズマ気流、９を流すと同時
に若しくはその後でスタート気流８を停止させ、第一の
ノズルからプラズマジェット２４を加工片２３に放出し
て作業する。
本発明では、アーク１５を発生させたま＼の状態で一旦
スタート気流の供給を停止し、第１と第一の環状通路２
，５内の残存気流が第一のノズル６から排出されてなく
なってから、つまりトーチ内圧力が低下してから再びス
タート気流を流すので、陰極棒とプラズマ外套間のアー
ク１６の発生が容嶋となる。
スタート気流の供給を停止し、第１と第一の環状通路２
，５内の残存気流が第一のノズル６から排出されてなく
なってから、つまりトーチ内圧力が低下してから再びス
タート気流を流すので、陰極棒とプラズマ外套間のアー
ク１６の発生が容嶋となる。
非移行Ｑす作業について説明したが、加工片２３と電源
１２の正端子をスイッチ２２を介して接続しておき、こ
のスイッチ２２を閉じ、スイッチ１４を開けばデラズマ
ア−りが陰極工の先端と加工片２３との間に確立されて
移行型作業を実施できる。
１２の正端子をスイッチ２２を介して接続しておき、こ
のスイッチ２２を閉じ、スイッチ１４を開けばデラズマ
ア−りが陰極工の先端と加工片２３との間に確立されて
移行型作業を実施できる。
第Ω図は特に移行型作業に適した電気回路の一例であっ
て、補助電源２１を設け、アーク１６を・ぞゴロ４ツト
アークとして常時発生させておき、いつでも容易に移行
型作業を実施できるようにしたものである。すなわち、
作業中スイッチ１４全投入したオ＼にしておけば補助電
源２１によりアーク１６は・母イロットアークとして常
に存在している。このためスイッチ２２を投入すればい
っでもノヤイロットアーク１６により加工片２３へ移行
するプラズマアーク２５をつくって移行型作業をするこ
とができる。作業を中断したければスイッチ２２を開く
とプラズマアーク２５は消失し、・セイロットアーク１
６のみと外り移行型作業の再開に備える。
て、補助電源２１を設け、アーク１６を・ぞゴロ４ツト
アークとして常時発生させておき、いつでも容易に移行
型作業を実施できるようにしたものである。すなわち、
作業中スイッチ１４全投入したオ＼にしておけば補助電
源２１によりアーク１６は・母イロットアークとして常
に存在している。このためスイッチ２２を投入すればい
っでもノヤイロットアーク１６により加工片２３へ移行
するプラズマアーク２５をつくって移行型作業をするこ
とができる。作業を中断したければスイッチ２２を開く
とプラズマアーク２５は消失し、・セイロットアーク１
６のみと外り移行型作業の再開に備える。
なお、加工片２３への配線を点線１９で示すようにプラ
ズマ外套７に接続することにより、非移行型作業におい
ても同様に補助電源２１によるｉ＋イロットアーク１６
として、容易に作業を実施することができる。
ズマ外套７に接続することにより、非移行型作業におい
ても同様に補助電源２１によるｉ＋イロットアーク１６
として、容易に作業を実施することができる。
補助電源を使用するこの方法は、補助電源２１の電流で
１は第１のアーク１５が発生しない比較的太い陰極棒を
使用できる利点もある。
１は第１のアーク１５が発生しない比較的太い陰極棒を
使用できる利点もある。
本発明は前述したように、プラズマ外套のノズルの直径
を小さくするマイクロプラズマトーチに特にその効果を
発揮するが、次のような場合にも利点が得られる。
を小さくするマイクロプラズマトーチに特にその効果を
発揮するが、次のような場合にも利点が得られる。
陰極棒の乍位、変形、消耗等によって、スタート気流を
流した陰極外套内のアークによる気体加熱効率が低下し
たとき、プラズマ外套のノズル６の直径が比較的大きい
ときでもスタート操作に失敗する。このような場合にも
本発明は有効確実にスタート操作を行なわぜることかで
きるので、長時間の使用によって陰極棒が消耗、変形１
−でも［穿極林の手入れは不要であるという利点が得ら
れる。
流した陰極外套内のアークによる気体加熱効率が低下し
たとき、プラズマ外套のノズル６の直径が比較的大きい
ときでもスタート操作に失敗する。このような場合にも
本発明は有効確実にスタート操作を行なわぜることかで
きるので、長時間の使用によって陰極棒が消耗、変形１
−でも［穿極林の手入れは不要であるという利点が得ら
れる。
第７図は陰極外套を有するプラズマト−チのスタート法
を説、明するためのトーチの断面図と電気回路図である
。 筑コ図は第１図の変形態様を示す一例でちる。 図中の符号： １・・・・・・・・・陰極棒、 ２・・・・・・・・・
第１の環状通路、３・・・・・・・・・第１のノズル、
４・・・・・・・・・陰極外套、５・・・・・・・・
・第λの環状通路、 ６・・・・・・・・・館ρのノズ
ル、 ７・・・・・・・・・プラズマ外套、８・・・・
・・・・・スタート気流、 ９・・・・・・・・プラズ
マ気流。 特許出願人： 理化学研究所
を説、明するためのトーチの断面図と電気回路図である
。 筑コ図は第１図の変形態様を示す一例でちる。 図中の符号： １・・・・・・・・・陰極棒、 ２・・・・・・・・・
第１の環状通路、３・・・・・・・・・第１のノズル、
４・・・・・・・・・陰極外套、５・・・・・・・・
・第λの環状通路、 ６・・・・・・・・・館ρのノズ
ル、 ７・・・・・・・・・プラズマ外套、８・・・・
・・・・・スタート気流、 ９・・・・・・・・プラズ
マ気流。 特許出願人： 理化学研究所
Claims (1)
- 陰極棒、この陰極棒を包囲しその外周に第１の環状通路
を形成し先端に第１のノズルを有する陰極外套、及びこ
の陰極外套を包囲しその外周に鴻λの環状通路を形成し
先端に第２のノズルを有するプラズマ外套を備えたプラ
ズマトーチのスタート法において、前記第１の環状通路
にスタート気流を流して前記の陰極棒と前記の陰極外套
間にアークを発生させてから前記のスタート気流の供給
を止め、前記第ユのノズルからの気流の排出がはｙなく
なってから前記のスタート気流を再び流して、前記の陰
極棒とプラズマ外套間にアークを発生淑せることを特徴
とするプラズマトーチのスタート法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1404083A JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1404083A JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59141371A true JPS59141371A (ja) | 1984-08-14 |
| JPS641234B2 JPS641234B2 (ja) | 1989-01-10 |
Family
ID=11849999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1404083A Granted JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59141371A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5166494A (en) * | 1990-04-24 | 1992-11-24 | Hypertherm, Inc. | Process and apparatus for reducing electrode wear in a plasma arc torch |
| US5396043A (en) * | 1988-06-07 | 1995-03-07 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc cutting process and apparatus using an oxygen-rich gas shield |
| US6677551B2 (en) | 1998-10-23 | 2004-01-13 | Innerlogic, Inc. | Process for operating a plasma arc torch |
| US9949356B2 (en) | 2012-07-11 | 2018-04-17 | Lincoln Global, Inc. | Electrode for a plasma arc cutting torch |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02272214A (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼装置 |
-
1983
- 1983-01-31 JP JP1404083A patent/JPS59141371A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5396043A (en) * | 1988-06-07 | 1995-03-07 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc cutting process and apparatus using an oxygen-rich gas shield |
| US5166494A (en) * | 1990-04-24 | 1992-11-24 | Hypertherm, Inc. | Process and apparatus for reducing electrode wear in a plasma arc torch |
| US6677551B2 (en) | 1998-10-23 | 2004-01-13 | Innerlogic, Inc. | Process for operating a plasma arc torch |
| US9949356B2 (en) | 2012-07-11 | 2018-04-17 | Lincoln Global, Inc. | Electrode for a plasma arc cutting torch |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS641234B2 (ja) | 1989-01-10 |
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