JPS6281274A - 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・ジエツＩ−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１１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（４）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（
３３０００°Ｃ）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、ステンレス鋼などあらゆる
金属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く２０鶴程度
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
ス鋼や自動車用の鉄板などの切断には、切断幅が小さく
てドロスの発生が少なく、また、被加工物の熱収縮が小
さく歪がほとんど発生しないので好適である。

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１２図ｆａ）に示すと、冷却用の
圧縮エアーはノズル（４）の台座部（１８）周縁に設け
た複数の切欠（１９）　（第１２図（ｂ）〕から流出す
るよう構成し、ノズル（４）の冷却を図っていた。

（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。

（ｄｌ　　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
る圧縮エアーを利用してノズルキャップを強制冷却する
ことにより、長時間連続使用可能とし、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にカバー部材
を外嵌し、このカバー部材とノズルキャップの間に設け
た空隙にエアーを流入させることにより冷却するように
したものである。

尚、本明細書中でいうトーチへソドアソセンブリとは、
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。

また、ノズルキャップとは、トーチ先端部分に位置する
ノズルをの周囲を覆うものであって、トーチ先端部分を
カバーするものをいう。さらに、ノズルとノズルキャッ
プは一般的には別体としているが、勿論、これらを一体
としたものでもプラズマを噴出するノズルを覆う部分も
当然にノズルキャップの概念に含むものとする。

この他、空隙とはノズルキャップとカバー部材のいずれ
か一方或いは両方に凹部を設けたことによって形成され
るものをいうが、両者の間に他の物を介在させて隙間を
生じるようにしたものも含む。また、凹部とは凸部以外
の全ての部分をいうものとする。

（ｅｌ　　作用 この結果、ノズルキャップの冷却のみならず、ノズル自
体の冷却効果も高まることとなった。

（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（２）、カバー部材（３）、ノ
ズル（４）、絶縁体（５）、電極棒（６）及びトーチヘ
ッドアッセンブリ（７）より成るものであって、電極棒
（６）はトーチへ７ドアソセンプ１月７）に挿入され、
プラズマ切断機本体く図示せず）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（
６）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。しかし、冷却効果のある圧縮エアーに直
接触れる箇所に電極棒（６）をセットする方が望ましい
。次に電極棒（６）とノズル（４）との間に絶縁体（５
）を介在させてから、ノズルキャップ（２）をトーチへ
ソドアッセンブ１月７）の外套（９）に螺着し、これら
を固定する。

ノズルキャンプ（２）の外周面には、円周方向に周溝（
１０）・・・を設け、長手方向には多数の溝（１１）を
設は多段構造としている。そして、トーチへラドアノセ
ンブリ（７）の外套（９）の外周面に設けた縦溝（１２
）・・・とノズルキャップ（２）の小孔（１３）・・・
と夫々対応するようにしている。また、カバー部材（３
）は−側を円錐状に絞った筒状のもので、小孔（１３）
・・・からの圧縮エアーの放散を防ぐと同時にノズルキ
ャップ（２）の先端部分の周面に沿ってエアーを流出さ
せるためのものである。

ここで、圧縮エアーは第２図の点線に示すようにトーチ
ヘッドアッセンブリ（７）のパイプ（８）から、電極棒
（６）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（１４）・・・を通り、トーチへソドアッセンブ
１月７）の縦溝（１２）によって、ノズルキャップ（２
）の小孔（１３）へと導かれる。そして、このエアーは
周溝（１０）から溝（１１）・・・へと導かれノズルキ
ャップ（２）の外周面に沿って流出するようにしている
。

すなわち、エアー噴出口（１４）・・・からのエアーの
一部が縦！（１２）を通って上昇し、ノズルキャップ（
２）の小孔（１３）から噴出させると共にカバー部材（
３）を外嵌したことによって生じる空隙をエアー流路と
することによりノズルキャップ（２）を冷却するよう構
成したものである。そして、カバー部材（３）の端部を
絞ることによって、ノズルキャップ（２）の先端部分の
円面に沿ってエアーが流出するようにしたものである。

また、ノズル（４）周面へのエアーはノズル（４）の台
座部（１８）上面とノズルキャップ（２）の先端開口部
内面との接当面から僅かに流出するエアーだけで充分で
ある。勿論、この部分への流量を多くするためには、第
３図に示すようにノズルキャップ（２）の先端開口部内
面に切欠（１９）を設け、これをエアー流路としてもよ
い。この他、第４図に示すように台座部（１３）に小突
起（２０）を設け、これによって生しる隙間からエアー
を流出させるようにしてもよい。この場合、小突起（２
０）はノズルキャップ（２）の先端開口部内面に設けて
もよく或いは両者に設けてもよい。従って、ノズル（４
）部分にエアーを供給する意味においては、第１２図に
示した従来例のようなものでもよい。ただ、エアーを直
接ノズル（４）に噴射し、冷却効果を高めるためには切
欠（１９）を設けたものの方が好ましい。一方、プラズ
マ化される圧縮エアーは、絶縁体（５）の周囲に設けた
エアー流入口（１５）から電極棒（６）先端のアーク発
生部分に導びかれる。そして、この部分でプラズマ化さ
れ、ノズル（４）から噴射することにより被加工物（１
ｖ）を切断する。ここでアーク発生部分へのエアー〇流
路は第５図（ａ）に示すように絶縁体（５）とノズル（
４）とのｔＲＨ部にも設けるようにしてもよい。これは
絶縁体（５）のノズル（４）との接当部に前述した小突
起（２０）を設けたことによって隙間を生じさせたもの
である〔第５図（ｂ）〕。勿論、この地溝を設けたり或
いは材質をセラミック等とした場合には粒度を荒くする
などしてエアーが流入できるようにすればよく、また、
これらをノズル（４）の接当部に設けるようにしてもよ
い。

ノズルキャップ（２）に設けられた３つの周溝（１０）
を夫々溝（１１）によって区切った多段構造としている
のは、小孔（１３）から噴出する圧縮エアーをノズルキ
ャンプ（２）の外周に充分廻り込ませると共にエアーが
一時に流出しないようにするためである。

周溝（１０）及び溝（］ｌ）の数や形状は、本実施例に
限定するものではなく、要はノズルキャップ（２）とカ
バー部材（３）との間に空隙が生じるようにしたもので
あればよい。しかし、エアーを一時に放出してしまう単
なる空隙だけでは冷却効果が少なく、しかもプラズマ化
させる部分に充分にエアーを供給できなくなるので、本
実施例のようにノズルキャップ（２）の周囲にエアーを
充分行き渡らせてから徐々に流出させた方が好ましい。

また、溝（Ｉ　１）を構成する突起はフィンの役目をし
放熱効果があるので、できるだけ細かく設ける方が好ま
しい。

ノズル（４）は第６図（ａ）に示すようにプラズマ噴出
口（１６）の区さくＬ）が従来では２１であったものを
３　ＩＩｍにすると共に、圧縮エアーの圧力を３．５Ｋ
ｇ／ｃｍ２から５〜５．５　Ｋｇ／　ｃｍ　２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（４）の先端部分すなわち噴出口（１６）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（１６）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、
２．５ｍｍ〜５鶴程度の長さであればよい。また、噴出
口（１６）の径は従来φ０．８１程度であったものをφ
１龍〜φ３１位としても良好に切断することが可能とな
った。勿論φ５５鶴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。さらに、噴出口（１Ｇ）の裏面部分は図示のよ
うに円弧状にした方がアークの噴出がスムーズとなって
好ましいが、第６図（ｂｌに示すような円錐状のものと
してもよい。

カバー部材（３）は、エアーの放散を防ぐカバーとして
の役目を有するだけでもよいが、ノズルキャップ（２）
外周面に設けた周溝（１０）、溝（１１＞をこの内周面
に設けるようにしてもよい。この場合、ジュラコンやそ
の他の耐熱性プラスチック等の材料で射出成形すれば、
極めて簡単で、かつ、安価に製作することができる。ま
た、第７図に示すように外周には長手方向に突条体を設
けて放熱効果を高めると共に強度を大きくするようにし
てもよい。

さらに、このカバー部材（３）はトーチヘッドアッセン
ブリ（７）と一体若しくはこれに取り付けてノズルキャ
ップ（２）をカバー部材（３）と外套（９）との間に差
し込むようにしてもよい。この場合、ノズルキャップ（
２）に設けた小孔（１３）は設けなくても、ノズルキャ
ンプ（２）の円筒部の端部からエアーを流入させるよう
にしてもよい。

尚、トーチへソドアノセンブｉ月７）等の形状は本実施
例に限定するものではなく、第８図に示すように電極棒
（６）を短くし、その底部にエアー流路を設けて、この
部分を強制的に冷却するようにしたものでもよい。

ｌ・−チヘソドアッセンブリ（７）に設けた縦溝（１２
）は、本実施例に限定するものではなく、周面に２本か
若しくはそれ以上設けるようにしてもよい。

もっとも、第９図に示すように縦溝（Ｊ２）を設けずに
、ノズルキャップ（２）の外套（９）との螺着部以外の
箇所に小孔（Ｉ３）を設けるようにしてもよい。この場
合、エアーを噴出する小孔（１３）がノズルキャップ（
２）の先端部りに位置することになるので、エアーをノ
ズルキャンプ（２）全体に行き渡らせるよう円筒部付近
での循環を良くするために空隙を大きくしたり或いは上
端部からエアーを抜くようにしてもよい。しかしエアー
をノズルキャップ（２）の内面及び外面を通過させる点
やトーチへソドアッセンブ１月７）の外套（９）周面に
エアーを通過させる点においては、これらを冷却する効
果が大きい縦溝（１２）を設ける方が好ましいことはい
うまでもない。

第１０図は従来のトーチにカバー部材（３）を取り付け
てトーチ先端部分の冷却を図ったものである。

この場合には、ノズルキャンプ（２）に小孔（１３）、
周溝（ｌＯ〉・・・、溝（１１）を設ける加工を施して
カバー部材（３）を外嵌しているが、周溝（ｌＯ）・・
・、溝（１１）を設けたカバー部材（３）を取り付けて
もよい。従って、ノズルキャンプ（２）には小孔（１３
）を設けるだけでよいので、加工が簡単となり、容易に
改造することができる。

（ｇ）　　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・１〜−
チは、圧縮エアーでノズルキャップを冷却したことによ
り、ノズルキャップのみならずノズルの昇温をも抑制す
ることとなり、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った。さらに、ノズ
ルの焼損がほとんどなくなった結果、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。また、例え
ばパイプ（８）にバルブを取り付けてエアーの流量を調
節できるようにしておけば、種々の大きさの機種にこの
トーチを取り付けて使用することもできるという極めて
有益な効果を有するものである。

【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
図はノズルキャップの一部を切り欠いた斜視図、第４図
はノズルの他の実施例を示す斜視図、第５図Ｔａ）はノ
ズル部分の他の実施例を示す断面図、同図（′ｂ）は絶
縁体の他の実施例を示す斜視図、第６図（ａ）はノズル
の断面図、同図山）はノズルの他の実施例を示す断面図
、第７図はカバー部材の他の実施例を示す斜視図、第８
図は電極棒の取り付は部分の他の実施例を示すトーチの
断面図、第９図は本発明の他の実施例を示す断面図、第
１０図は従来のトーチにカバー部材を取り付けた状態を
示す断面図、第１１図はプラズマ・ジェット加工の原理
を示す概略断面図、第１２図（ａｌはノズル部分の従来
例を示す分解斜視図、同図ｆｂ）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・・・ノズルキャップ ３・・・カバー部材 ４・・・ノズル ５・・・絶縁体 ６・・・電極棒 ７・・・トーチへソドアノセンブリ １０・・周溝 １１・・・溝 １６・・・プラズマ噴出口

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、該ノズルキャップと該ノズルキャッ
   プに外嵌したカバー部材との間に設けた空隙を該トーチ
   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、空隙は、ノズルキャップの外周面に設けた凹部によ
   って構成される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、空隙は、カバー部材の内周面に設けた凹部によって
   構成される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、凹部は、外周面及び／又は内周面に少なくとも１以
   上の周溝を設け、かつ、長手方向に複数の溝を設けたも
   のである特許請求の範囲第２項又は第３項記載のプラズ
   マ・ジェット・トーチ。