JPS6228084A - プラズマ・ジエツト・ト−チ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａｌ　　産業上の利用分野 本発明は、エアープラズマ切断機におけるプラズマ・ジ
ェット・トーチの改良に関するものである。

（ｂｌ　　従来の技術 プラズマ・ジェット切断とは、気体が高温に加熱されて
電子とイオンに電離した状態であるプラズマを噴流とし
て被工作物に噴射して、その高温を利用して切断する加
工法である。この加工に用いるプラズマ・ジェット・ト
ーチは例えば第８図に示すような原理に基づくものであ
る。つまり同図に示すものは、トーチ内のタングステン
電極を負極としてアークを飛ばし、これを囲むように作
動ガス（アルゴン、窒素、水素等）を送り込みノズル（
２）から噴出させるもので、アークの断面を小さくし電
流密度を高めることができるから、極めて高温度（、３
３０００℃）が得られる。導電性の材料にしか適用でき
ないが、アルミニウム、ステンレス鋼などの厚板の切断
に実用されている。

ところが、従来のプラズマ切断には作動ガスとしてアル
ゴンなどを使用しなければならず、これの維持・管理に
手間がかかったり、また、ガス圧の設定や作業電流の設
定に微妙な調整をしなければならず、かなりの熟練を必
要とするものであった。

この点に鑑み、近時作動ガスとして圧縮エアーを利用し
たプラズマ切断装置が開発され、作業性の飛躍的な向上
が図れるようになった。つまり、エアープラズマ切断機
においては、厚物の切断が出来ないものの（２０龍程度
以上）一般的なエアーコンプレッサーを作動ガスの供給
源としているので、取り扱いが極めて容易となる利点が
ある。とりわけ、建築金物に利用される薄物のステンレ
ス鋼の切断には、切断幅が小さくてドロスの発生が少な
（、また、その除去も簡単である。さらには被工作物の
熱収縮が小さいので、歪がほとんど発生しないという大
きな効果がある。

また、エアープラズマ切断加工における特徴が極めて細
い切断幅で鋭利な精密切断ができ、後加工を最小限に抑
えることができるものであるという関係上、トーチのヘ
ッド部分を細くして切断箇所を目視しながら作業できる
ようにしなければならないことから、ヘッド部分、特に
ノズルの先端部分を極力細く構成していた。

さらにプラズマ切断においては、極めて高温のプラズマ
を発生するため、トーチのヘッド部分を冷却する必要が
あり、このため、ノズルに冷却水を循環させるようにし
た、いわゆる水冷方式のものや、作動ガスとしての圧縮
エアーを冷却に利用した空冷方式のものがある。

ここで、従来の空冷式エアープラズマ切断機におけるト
ーチのノズル部分を第９図（ａ）に示すと、冷却用の圧
縮エアーはノズル（２）の台座部（１１）周縁に設けた
複数の溝（６）（第９図世）〕から流出するよう構成し
、ノズル（２）の冷却を図るものである。

［Ｃ）　　発明が解決しようとする問題点しかし、エア
ープラズマ切断は上述した如く、種々の優れた利点があ
るものの、特に前述した従来例に示すようなヘッド部分
を小型にしたものは冷却効果が充分でないため、トーチ
のノズル部分の焼損が激しく、長時間連続して使用する
ことができないという欠点があった。つまり、高温度の
プラズマを噴射するときの熱及び切断時における被加工
物からの反射熱によって、ノズルの先端部分が熔融して
しまうためである。このことは、ノズルのみならず、ノ
ズルを保護するノズルキャップにまで及ぶことがあった
。

ノズルのプラズマ噴出口は焼損するにつれて孔が拡がり
、しかもほとんどが偏心した方向に拡がってしまう結果
、プラズマも適切な位置に噴出せず、精確な切断を行な
うことができなかった。

従って、これらの焼損を回避するために水冷方式を取り
入れると、構造が複雑化すると共にノズルのヘッド部分
が大型化するのは否めなかった。

また、空冷式のものであってもエアーの流量を多くする
ため、いきおいノズルのヘッド部分が大型化し、視認性
が極めて悪く切断の精確さに欠け、しかも作業能率の低
下を招くものであった。

（ｄ）　　問題を解決するための手段 そこで本発明者は鋭意研究の結果、作動ガスとして用い
る圧縮エアーをより効率よくノズル冷却に利用する点に
着目し、従来からのエアー流路を改良すると共に、エア
ー圧を高くし、かつ、ノズルの先端部分をさらに０．５
　ｍｍ〜３１１程度長くすることにより長時間連続使用
を可能とし、かつ、ヘッド部分を小型化したプラズマ・
ジェット・トーチの開発をするに至った。

つまり、本発明に係るプラズマ・ジェット・トーチは、
ノズルを保護及び支持するノズルキャップの先端開口部
内面と該ノズル台座部上面部との間に該ノズルキャップ
先端開口部中心に向かって放射状に開口する複数の孔を
冷却用のエアー流路としたものである。そして、ノズル
のプラズマ噴出孔の長さが従来では２ｍｍ程度であった
ものをさらに０　、５　ｍｍ〜３ｍｍ程度長くして焼損
の防止を図ったものである。

（ｅｌ　　作用 この結果、圧縮エアーがノズル本体に沿って流出する従
来のものと異なり、より高圧としたエアーをノズル本体
の周面に向かって直接噴射されることとなった。

尚、本明細書中でいうトーチヘッドアッセンブリとは、
電極棒を装填する部分であって、プラズマ切断機本体か
らの電源に接続され、かつ、圧縮エアーの配管を設けた
ものをいう。また、この部分の形状は直立型或いは先端
部分を曲げたいわゆるＬ字型のものなどでもよい。そし
て、この部分は通常カバーを被せ、手動用のスイッチを
設けたハンドル部分として用いるが、勿論自動機として
用いるものでもよい。

（ｆ）　　実施例 ここで本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係るプラズマ・ジェット・トーチ（１
）の分解斜視図である。

これは、ノズルキャップ（３）、ノズル（２）、絶縁体
（７）、電極棒（５）及びトーチへッドアッセンプ１月
４）より成るものであって、電極棒（５）はトーチヘッ
ドアッセンブリ（４）に挿入され、プラズマ切断機本体
（図示せず）の負極に接続される。本実施例では、圧縮
エアー用のパイプ（８）を電極棒（５）への導線として
兼ねるように構成しているが、本発明はこれに限定する
ものではなく、夫々別体とするようにしてもよい。この
場合でも冷却効果のある圧縮エアーに直接触れる箇所に
電極棒（５）をセットする方が望ましい。次に電極棒（
５）とノズル（２）との間に絶縁体（７）を介在させて
から、ノズルキャップ（３）をトーチヘッドアッセンブ
リ（４）の外套（９）に螺着し、これらを固定する。

ここで、圧縮エアー〇流路は第２図の点線に示すように
トーチヘッドアッセンブリ（４）のパイプ（８）から、
電極棒（５）を装填した部位の周囲に設けられた複数の
エアー噴出口（１０）・・・を通って、ノズルキャップ
（３）の先端開口部内面に設けた複数の溝（６）とノズ
ル（２）の台座部（１１）上面部とで形成される複数の
孔（１２）から流出するようにしている。また、圧縮エ
アーは絶縁体（７）の周囲に設けたエアー流入口（１３
）から電極棒（５）先端のアーク発生部分に至り、この
部分でプラズマ化され、被加工物（Ｗ）の切断を行なう
。

本実施例ではノズル（２）は、第３図に示すようにプラ
ズマ噴出口（ｌ◇の長さくＬ）を従来では２ｍｍであっ
たものを、３１１にすると共に、圧縮エアーの圧力を３
．５Ｋｇ／ｃｍ２から５〜５．５　Ｋｇ／ｃｍ２に高く
することによって、冷却効果をさらに高めている。

この点について、従来特に焼損の激しい部分であるノズ
ル（２）の先端部分すなわち噴出口（ＩＩＯの長さくＬ
）を単に長くするだけでは適切なプラズマが噴射せず切
断できなかったが、エアー圧を高くすることによって解
決することができた。勿論、噴出口（１４）の長さくＬ
）を３鶴とすることは本発明を限定するものではなく、
２．５１１１〜５ｆｌ程度の長さであればよい。また、
噴出口（１４）の径は従来φ０　、８　＊＊程度であっ
たものをφ１鶴〜φ３鶴位としても良好に切断すること
が可能となった。勿論φ５　ｍｍ位の大きさまでは充分
切断できるが、φ１１鶴後の径とした方が切断面の仕上
がりが美しく好ましい。

ノズルキャップ（３）は第４図に示すように、その先端
開口部内面に放射状に複数の溝（６）が設けられている
。そしてこの部分にノズル（２）の台座部（１１）上面
部を接当させることによって、孔（１２）を形成する。

従って、ノズル（２）は台座部（１１）周縁に溝（６）
を設けた従来のものと異なり、円錐状の本体と台座部（
１１）から成るだけのものでよいので、製作が極めて簡
単となり、コストも安価である。

また、ノズルキャンプ（３）は第５図に示すようにその
内周面に溝（６）に連絡するｖＩ旋状溝（１５）を設け
れば、圧縮エアーの流れが良好となり、冷却効果をさら
に高めることができる。この他、溝（６）を内周面に直
線状に延ばした長い溝としたものでもよい。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、ノズル（２
）の台座部（１１）の上面部に溝（６）を設けたもので
ある。この場合において、これと組み合わせるノズルキ
ャップ（３）は従来と同様に溝などを設ける必要がなく
、単なる開口部を設けたものであればよい。また、前述
した実施例のようにノズルキャップ（３）に溝（６）を
設けたものと組み合わせて孔（１２）を形成するように
してもよい。要は、ノズル（２）本体に向かって圧縮エ
アーが噴出するよう複数の孔（１２）をノズル（２）を
中心として放射状に配置した構造のものであればよい。

ここで、圧縮エアーの流出状態を第７図に示すと、同図
（ａ）は従来例のものでノズルの周面に溝（６）を設け
たものであって、ノズル本体の周囲に沿ってエアーが流
出する。同図（′ｂ）は本発明の一実施例を示すもので
、ノズルキャップ（３）の先端開口部内面に溝（６）を
設けて、ノズル（２）の台座（１１）の上面部とで孔（
１２）を形成したものである。また、同図（Ｃ）は本発
明の他の実施例を示すもので、ノズル（２）の台座部（
１１）の上面部分に溝（６）を設け、これとノズルキャ
ップ（３）の先端開口部内面とで孔（１２）を形成した
ものである。このように同図（ｂ）　ｆｃｌに示すもの
は圧縮エアーがノズル（２）の本体に直接噴出する構造
のものであって、冷却効果を高めるようにしたものであ
る。

（ｇｌ　　発明の効果 以上のように本発明に係るプラズマ・ジェット・トーチ
は、冷却用の圧縮エアーがノズルの周面に向かって直接
噴射することとなって、ノズルの昇温が抑制され、長時
間に渡っての連続作業が可能となった。これに伴いノズ
ル等の消耗部品の使用サイクルが長くなり、ランニング
コストが低くなる。さらに、ノズルの焼損がほとんどな
（なった結果、ノズルの先端部分をより細くしたいわゆ
るペンシル型にすることが可能となり、切断箇所の視認
性が高くなって、より精確に切断でき、かつ、作業能率
の向上が図れることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す分解斜視図、第２図は
第１図のものを組み立てた状態を示す概略断面図、第３
図はノズルの断面図、第４図はノズルキャンプの一部を
切り欠いた斜視図、第５図はノズルキャップの他の実施
例を示す断面図、第６図は本発明の他の実施例であるノ
ズルの斜視図第７図（ａ）は従来のノズル部分を示す断
面図、同図（ｂ）　（Ｃ）は夫々本発明の一実施例を示
すノズル部分の断面図、第８図はプラズマ・ジェット加
工の原理を示す概略断面図、第９図（ａ）はプラズマ・
ジェット・トーチの従来例を示す分解斜視図、同図（ｂ
）はそれを組み立てた状態の平面図である。 １・・・プラズマ・ジェット・トーチ ２・・・ノズル ３・・・ノズルキャップ ４・・・トーチヘッドアッセンブリ ５・・・電極棒 ６・・・溝 ７・・−絶縁体 １２・・・孔

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空冷式の移行型エアープラズマ切断機において、ト
   ーチヘッドアッセンブリ、ノズル、ノズルキャップより
   成るものであって、該ノズルキャップの先端開口部内面
   と該ノズル台座部上面部との間に該ノズルキャップ先端
   開口部中心に向かって放射状に開口する複数の孔を該ト
   ーチヘッドアッセンブリから流出する圧縮エアーのうち
   の冷却用エアー流路としたことを特徴とするプラズマ・
   ジェット・トーチ ２、ノズルキャップの先端開口部内面には、複数の溝を
   設けたものである特許請求の範囲第１項記載のプラズマ
   ・ジェット・トーチ ３、ノズル台座部上面部には、複数の溝を設けたもので
   ある特許請求の範囲第１項記載のプラズマ・ジェット・
   トーチ ４、ノズルキャップ本体内周面に圧縮エアー流路として
   の螺旋状溝を設けたものである特許請求の範囲第１項、
   第２項又は第３項記載のプラズマ・ジェット・トーチ。