JPS6320174A - プラズマア−ク切断装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、プラズマアークにより被加工物を切断するプ
ラズマアーク切断装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に、プラズマアーク切断作業に詔いては、被加工物
又はノズルと電極との間にアーク放電を生起させ、適宜
の作動ガスをノズルから噴射させたプラズマジェットに
より切断を行なっている。

この種の作動ガスとして空気を用いれば低摩であるが、
空気に大量に含まれる窒素により窒化層が形成される。

切断後に、この窒化層の形成された被切断物を溶接する
と、溶接時に窒化層が析出して気孔を発生させるという
不具合があった。

上記不具合を解消するために、作動ガスとして酸素を用
いて、上記窒化層の形成をな（するととも番こ切断速度
の迅速化を計っている。しかし、この場合、切断面の上
縁が丸くなるという不具合があった。

これらの不具合（こ対処するため、従来、プラズマアー
ク切断作業における作動ガスとして酸素５０〜９５％と
残部窒素の混合ガスが用いられていた。例えば、第５図
に示されるごとく、圧力容器５０．５］に収納された酸
素および窒素を夫々適宜に減圧して混合器５２に導き、
この混合器５２により酸素と窒素とを所定の比率とした
混合ガスとして使用したり、あるいは酸素と窒素とを所
定の比率とした混合ガスを単一のボンベに充填したもの
を使用していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、酸素および窒素を夫々充填したボンベあるいは
これらの混合ガスを充填したボンベを用いた場合、プラ
ズマアーク切断作業の途中で突然ボンベ内が空の状態と
なることがあるため切断作業が中断され、かつ新規ボン
ベと取替えた♂童降の切断作業を行うため、不均一な切
断部が生じ易かった。しかも、一般にボンベ内の残部は
把握し難いため、上記切断中断の状態は回避し得ながっ
た。また、ボンベ内がいつ空になるか分らないため、新
規ボンベを予備として、常時保有しておかなければなら
ず、しかも新規ボンベは高圧であるため、新規ボンベの
保有状態の確認および高圧ガスボンベの管理に留意する
必要があった。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので
、空気を圧縮するコンプレッサと、加圧下で圧縮空気か
ら窒素または酸素を選択的に吸着する吸着剤を充填した
複数個の吸着分離槽と、コンプレッサに連通する夫々の
吸着分離槽の入口側および出口側に配設されて吸着分離
槽内を順次に加圧および減圧状態に切換える操作弁機構
と、吸着剤の吸着または脱着作用で生成される富酸素ガ
スを貯えるバッファタンクと、非消耗性電極の周囲に作
動ガス用通路を供えたプラズマアーク切断用トーチと、
前記バッファタンクおよび前記トーチの作動ガス用通路
を連通ずる連通路とを設けることによる上記問題点を解
決している。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、１は空気を圧縮するコンプレッサ、２
はアキュムレータ、３Ａ　、３Ｂは切換しをされる吸着
分離槽で、この槽内には加圧下で、例えば空気中から窒
素を主として選択的に吸着する、例えばゼオライトなど
の高分子吸着剤、いわゆる窒素吸着剤が充填されている
。４Ａ　、５Ａおよび６Ａはコンプレッサ１に連通する
吸着分離槽３Ａ内を加圧および減圧状態（こ切換える電
磁弁で、この電磁弁４Ａ　、５Ａ　、６Ａを適宜に操作
して、吸着分離槽３Ａ内を加圧状態にすると、圧縮空気
中から窒素および水分の大半が吸着剤により選択的に吸
着除去されて、富酸素が生成される　また吸ｙｒｉ＜＆
に吸着分離槽３Ａ内を減圧状態にすると吸着剤から窒素
および水分が脱着され、吸着剤がほぼ初期の状態番こ再
生される。４Ｂ、５８．５８は吸着分離槽３Ｂに設けら
れた電磁弁で４Ａ〜６Ａと同等のものである。８は吸着
分離槽３により生成された富酸素ガスを貯える第１のバ
ッファタンク、７．９は第１のバッファタンク８に連結
された電磁弁、１０および１１は酸素濃度検出計および
流社計、１２は吸着分離槽３により生成された富窒素ガ
スを貯える第２のバッファタンク、１３は電磁切換弁、
１４はプラズマアーク切断用トーチである。な詔、１５
〜１７は電磁弁、１８は逆止弁、１９は吸着分離槽３よ
り生成される富窒素ガスを第２のバッファタンク１２に
送出するための送出ｆ８４４で、図示の場合、ノズルと
ディフューザとよりなるエゼクタに圧縮空気を流通させ
ている。

上記において、まず電磁弁４Ａのみを開の状態としてコ
ンプレッサ１から圧縮空気を吸着分離槽３Ａ内に流入さ
せる。これにより吸着分離槽３Ａ内が圧縮空気１こより
徐々に加圧され、例えば４〜６１＋／ｃＪの加圧状態で
弁６Ａ、７を開の状態とする。

この加圧状態では、圧縮空気から窒素および水分が選択
的に吸着剤に吸着されるため、主として酸素が濃縮され
た、いわゆる富酸素ガスが第１のバッファタンク８に送
出される。所定時間後、弁４Ａ、７を適宜番こ閉の状態
にして加圧−吸着工程を完了する。続いて吸着分離槽３
Ａを減圧して槽３Ａ内の吸着剤の再生を行う作業と相前
後して槽３Ｂにおける加圧−吸着作業を行なわせる。こ
の場合、槽３Ｂ内の加圧作業の迅速化を計るため、槽３
Ａの減圧を行なう前に弁６Ａ、６Ｂ！１１４作を行なう
。

即ち、弁４Ａ、７を閉にした後、弁（３Ａ　、　６Ｂを
開にして２つの槽３Ａ　、３Ｂ内を均圧化させる。

この後、弁６Ａを閉、弁５Ａを開にして槽３Ａ内を減圧
し、槽３Ａ内の吸着剤に吸着されたり素および水分の脱
着を行なわせて、吸着剤の再生を行なう。図示の場合、
槽３Ａの減ＩＥ時、弁］５を開にして圧縮空気を送出機
構１９に作用させて、槽３Ａ内の窒素および水分を第２
のバッファタンク１２に送出させる。

上記槽３Ａの脱着工程と前後して、槽３Ｂの加１■ミー
吸着作業を行なう。この場合弁操作は槽３Ａ１こおける
弁４Ａ、６Ａを夫々４Ｂ　、５Ｂと読み替えることによ
り実施される。

槽３Ｂの加圧−吸着作業の完了までに槽３Ａの脱着作業
が終了し、この後槽３Ａ、３Ｂの均圧作業を行なう。こ
れにより槽３Ａの１サイクルの吸着−脱着作業が完了す
る。

引続き、槽３Ａの加圧−吸着工程の実施と前後して槽３
Ｂの脱着作業を行ない、しかる後、槽３Ａ、３Ｂの均圧
作業を行なって、槽３Ｂの１サイクルの吸着−脱着作業
が完了する。

上記のとと（、槽３Ａ、３Ｂの加圧−吸着工程と脱着工
程とが順次に繰返されて、富酸素ガスおよび富窒素ガス
が生成される。

上記繰返し作業の途中において、槽３Ａに着目した弁の
開閉操作を表１に示す。

−Ｌ　　　　！□ 」５〕も一碑−弁−がβＬ、二じ一電磁−弁−が閏−な
お表１において−；弁が閉の状態、開：弁が開の状態を
示している。

プラズマアーク切断用トーチ１４の非消耗性電極１４２
の周囲に至る作動ガス用通路１４１への供給管２０ａと
、第１のバッファタンク８の取出管２０ｂと、第２のバ
ッファタンク１２の取出管２０Ｃと、電磁弁１３とで切
換連通路２１が構成されている。プラズマアーク切断時
には富酸素ガスが供給され、かつプラズマアークの発生
時および消弧時、即ち非切断時には富窒素ガスが供給さ
れるように電磁弁１３が適宜に操作される。

なお、富窒素ガスは富酸素ガスに比して大量に生成され
るが、富窒素ガスの生成量が使用量よりも多量となる場
合には、弁１７により富窒素ガスを第２のバッファタン
ク外に適宜に放出する。

上記のごとく、富酸素ガスを作動ガスとしてプラズマア
ーク切断を行なうことができるので、所望の切断を高速
にて行なうことができる。また、コンプレッサおよび吸
着分離槽などにより、富酸素ガスが順次生成されるため
、富酸素ガスの残量に全く留意する必然がな（、しかも
途中で中断することなく所望のプラズマアーク切断を行
うことができる。更に、プラズマアークの発生時および
消弧時、即ち非切断時には富窒素ガスを作動ガスとして
使用するため、非消耗性電極１４２およびノズル１４３
の焼損、消耗などの損傷を防止することができる。勿論
、プラズマアークの消弧時以降に富窒素ガスを作動ガス
用通路１４１に供給すれば、非消耗性電極およびノズル
の冷却を早期化することができる。

第２図は本発明の他の実施例を示す概略図であって、プ
ラズマアーク切断用トーチ１４に冷却ガス用通路１４４
を付設したものである。第１図に示されるものと同等の
ものには同符号を符しである。

この場合、吸着分離槽３Ａ又は３Ｂの脱着作業には、電
磁弁５Ａ又は５Ｂと１８とを開にし、送出機構１９、例
えば吸引機により富窒素ガスを第２のバッファタンク１
２に送出させる。

また、冷却ガス用通路１４４には、電磁弁２２と連通路
２３とを介して圧縮空気が流入され、適宜にトーチ１４
の各部が冷却される。

上記のごとく、プラズマ作動ガスとしての富酸素ガス生
成相にコンプレッサを用いるが、このコンプレッサ］こ
よる圧縮空気の一部をトーチ冷却用に使用することによ
り、即ち設備を共用することにより、トーチを効率よく
冷却して長時間のプラズマアーク切断作業が遂行できる
。

第３図は本発明の更に他の実施例を示す概略図であって
、吸着分離槽が３組設けてあり、かつ富窒素ガスをプラ
ズマアーク切断用トーチ１４の冷却用に使用している。

例えば、槽３Ａの加圧−吸着作業後、槽３Ａ。

３Ｂ内を均圧化して、槽３Ａを脱着させると共に槽３Ｂ
を加圧−吸着させる。この後槽３Ｂ、３Ｃ：内を均圧化
した後、槽３Ｂ→脱着、槽３Ｃ→加圧−吸着させる。こ
のように３つの槽３Ａ、３Ｂ。

３Ｃを順次に吸着−脱着させる。このように吸着分離槽
３の数を増すことにより富酸素ガスの生成周期を平滑化
して連続生成化を計ることができる。

また、富窒素ガスをプラズマアーク切断用トーチ１４の
冷却用に利用すれば、トーチ冷却用流体供給源を別途膜
けなくともよいため有利である。

第４図は本発明の他の実施例を示す概略図であって、吸
着分離槽３Ａ、３Ｂ内に充填される吸着剤が、炭素系吸
着剤などのどと（、酸素吸着剤である場合を示す。この
場合、加圧下で圧縮空気中の主として酸素が吸着剤に選
択的に吸着されるため、槽３Ａ、３Ｂの吸着工程におい
ては富窒素ガスが生成されて第２のバッファタンク１２
に貯えられる。−万、槽３Ａ、３Ｂの脱着工程時に富酸
素ガスが生成されて第１のバッファタンク８に貯えられ
る。

なお、図示のごと（、第１のバッファタンク８内の富酸
素ガスと、圧縮空気とは電磁弁１３の切換操作によりプ
ラズマアーク切断用トーチ１４の作動ガス用通路１４１
に連通される。この場合、切断時には富酸素ガスが供給
され、それ以外のときは圧縮空気が供給される。

一般に酸素は可燃性であるため、非切断時には、上記富
酸素ガスに比べてはるかに酸素濃度の低い圧縮空気を使
用すれば、非消耗性電極１４２およびノズル１４３の損
傷を低く抑えることができる。

勿論、非切断時には、富窒素ガスを作動ガス用通路に供
給すれば、富窒素ガス中の酸素濃度が極めて低いため、
プラズマアーク切断用トーチ１４の各部の損傷の防止効
果が大である。

なお、第１図乃至第３図において、非切断時には第４図
番こ示されるごとく圧縮空気を作動ガス用通路に供給す
ることができる。

また、上記に拘わらず、切断時および切断前後の所望時
に富酸素ガスのみを作動ガス用通路に供給するとともで
きる。

なお、上記吸着剤の吸着また脱着作用によって生成され
る富酸素ガス中にはＡｒ、水分および窒素などが僅かに
混在するが、このことは、プラズマアーク切断作業にお
ける作動ガスが純酸素のときには切断面、特に肩部に鋭
利性を欠くこととなっていたため、反ってプラズマアー
ク切断作業；こ好適である。

さらに、富酸素ガスの生成濃度は、同一装置において、
コンプレッサの圧縮比、吸着分離槽の加圧時間、吸着時
間および脱着時間の調整によって行なうことができる。

以上、本発明の実施例を種々示したが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、上記実施例の各部
を適宜に組合せたり、もしくは同等の部材で置換したり
することにより種々の変形を行なうことができる。

〈発明の効果〉 本発明に係るプラズマアーク切断装置は、空気を圧縮す
るコンプレッサと、加圧下でｆＥ縮生空気ら窒素または
酸素を選択的に吸着する吸着剤を充填した複数個の吸着
分離槽と、コンプレッサに連通する夫々の吸着分離槽の
入口側および出口側に配設されて吸着分離槽内をＩＥ４
次に加圧および減田状態に切換える操作弁機構と、吸着
剤の吸着または脱着作用で生成される富酸素ガスを貯え
るバッファタンクとにより、コンプレッサの稼動１こ伴
ＴＫって富酸素ガスが順次生成されて貯えられるため、
酸素ガスの残情に全く留意することなく酸素ガスを作動
ガスとして用いるプラズマアーク切断を、途中で中断す
ることなく、迅速かつ確実薔こ実施することができる。

勿論、高圧ボンベを用いないため、高圧ボンベの取扱作
条および管理は不要であり、しかも、初期設備費を必要
とするが、それ以降はコンプレッサの稼動により富酸素
ガスが得られるのでトータルコストが低くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略図、第２図乃至第
４図は、夫々本発明の他の実施例を示す概略図、第５図
は従来例を示す概略図である。 １・・・コンプレッサ　３　Ａ、３　Ｂ、３　Ｇ・・・
吸着分離槽４八〜６Ｃ・・・操作弁　７・・・電磁弁８
・・・第１のバッファタンク　１２・・・第２のバッフ
ァタンク　１４・・・プラズマアーク切断用トーチ１４
１・・・作動ガス用通路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空気を圧縮するコンプレッサと、加圧下で圧縮空気
   から窒素または酸素を選択的に吸着する吸着剤を充填し
   た複数個の吸着分離槽と、コンプレッサに連通する夫々
   の吸着分離槽の入口側および出口側に配設されて吸着分
   離槽内を順次に加圧および減圧状態に切換える操作弁機
   構と、吸着剤の吸着または脱着作用で生成される富酸素
   ガスを貯えるバッファタンクと、非消耗性電極の周囲に
   作動ガス用通路を供えたプラズマアーク切断用トーチと
   、前記バッファタンクおよび前記トーチの作動ガス用通
   路を連通する連通路とを具備してなるプラズマアーク切
   断装置。 ２、空気を圧縮するコンプレッサと、加圧下で圧縮空気
   から窒素または酸素を選択的に吸着する吸着剤を充填し
   た複数個の吸着分離槽と、コンプレッサに連通する夫々
   の吸着分離槽の入口側および出口側に配設されて吸着分
   離槽内を順次に加圧および減圧状態に切換える操作弁機
   構と、吸着剤の吸着または脱着作用で生成される富酸素
   ガスを貯えるバッファタンクと、冷却ガス用通路および
   非消耗性電極の周囲への作動ガス用通路を供えたプラズ
   マアーク切断用トーチと、前記バッファタンクおよび前
   記トーチの作動ガス用通路を連通する第１の連通路と、
   前記コンプレッサおよび前記トーチの冷却ガス用通路を
   連通する第２の連通路とを具備してなるプラズマアーク
   切断装置。 ３、空気を圧縮するコンプレッサと、加圧下で圧縮空気
   から窒素または酸素を選択的に吸着する吸着剤を充填し
   た複数個の吸着分離槽と、コンプレッサに連通する夫々
   の吸着分離槽の入口側および出口側に配設されて吸着分
   離槽内を順次に加圧および減圧状態に切換える操作弁機
   構と、吸着剤の吸着または脱着作用で生成される富酸素
   ガスを貯える第１のバッファタンクと、吸着剤の脱着ま
   たは吸着作用で生成される富窒素ガスを貯える第２のバ
   ッファタンクと、冷却ガス用通路および非消耗性電極の
   周囲への作動ガス用通路を供えたプラズマアーク切断用
   トーチと、前記第１のバッファタンクおよび前記トーチ
   の作動ガス用通路を連通する第１の連通路と、前記第２
   のバッファタンクおよび前記トーチの冷却ガス用通路を
   連通する第２の連通路とを具備してなるプラズマアーク
   切断装置。