JPWO2015122165A1 - シールドカップおよび切断トーチ - Google Patents

Abstract

本発明は、チップと作業者の指との短絡を避けて安全性を維持したまま、切断中のプラズマアークの視認性を向上したシールドカップおよび切断トーチを提供する。本発明のシールドカップ（７）は、切断用トーチの本体部（４）の先端に着脱可能であり、先端に第１の開口（７１）が、側面に第２の開口（７２）が設けられる構成とした。また、本発明のシールドカップ（７）は、切断トーチの本体部（４）の先端に設けられたチップ（６）の側方を囲むように、かつ、チップ（６）の先端がシールドカップ（７）の第１の開口（７１）から切断トーチの先端の方向に突出するように、切断トーチの本体部（４）の先端に取り付けることができる構成とした。

Description

本開示は、金属などの切断に用いられるプラズマ切断トーチおよびプラズマ切断トーチに取り付けられるシールドカップに関し、特に、シールドカップの形状に関する。

特許文献１に記載された、従来の、プラズマ切断トーチを用いたプラズマ切断について、図４を用いて説明する。図４は、従来のプラズマ切断トーチの先端部における断面図である。

図４に示すように、従来のプラズマ切断トーチ１００は、本体金具１０１と、電極１０２と、チップ１０３と、オリフィス１０４と、ノズル１０５と、作動ガス導入管１０６と、ねじ金具１０７と、絶縁材１０８を有する。電極１０２は、電極１０２のつば部１０９と本体金具１０１の先端のねじ１１０とによって、本体金具１０１に固定されている。また、電極１０２は、上方に開放された内凹部１１１と、先端の陰極材１１２と、つば部１０９に形成された溝１１３とを有する。作動ガス導入管１０６は、先端部である電極内作動ガス導入管１１４に孔１１５を有する。電極内作動ガス導入管１１４と電極１０２との間には環状経路１１６が設けられている。チップ１０３およびノズル１０５は、ねじ金具１０７に固定されている。

従来のプラズマ切断トーチ１００は、電極１０２とチップ１０３との間にパイロットアークを発生させ、その後、電極１０２と母材（図示せず）との間に本アークであるプラズマアークを発生させる。また、作動ガス導入管１０６から導入され、孔１１５と環状経路１１６と本体金具１０１の開口とオリフィス１０４の開口とを経由した作動ガスが、電極１０２とチップ１０３との間の空間に流れ、チップ１０３の先端開口部から噴出される。さらに、作動ガス導入管１０６から導入され、孔１１５と環状経路１１６と本体金具１０１の開口とオリフィス１０４の開口とねじ金具１０７の開口とを経由した作動ガスは、チップ１０３とノズル１０５との間の空間に流れ、ノズル１０５の先端開口部から噴出される。このようにプラズマ切断トーチ１００内を流れて噴出される作動ガスによって、電極１０２やチップ１０３が冷却されるとともに、プラズマアークの緊縮が行われる。

そして、従来のプラズマ切断トーチ１００では、チップ１０３の先端と母材とを５ｍｍ離して母材を切断する。

特開平３−１１４６７７号公報

従来のプラズマ切断トーチ１００は、電圧が印加されたチップ１０３が作業者や周辺のものと接触することを避けるために、絶縁性のノズル１０５を有している。しかし、チップ１０３と作業者の指との短絡を避けるために、チップ１０３はノズル１０５からわずかにしか突出していない。これにより、作業者は、母材の切断中にチップ１０３の先端やプラズマアークの状態を確認しにくく、作業性が低下していた。

本開示は、チップと作業者の指との短絡を避けて安全性を維持したまま、切断中のプラズマアークの視認性を向上したシールドカップ（本開示の従来技術の「ノズル１０５」に相当する）および切断トーチを提供する。

上記課題を解決するために、本開示のシールドカップは、切断用トーチの本体部の先端に着脱可能であり、先端に第１の開口が、側面に第２の開口が設けられている。また、シールドカップは、切断トーチの本体部の先端に設けられたチップの側方を囲むように、かつ、チップの先端がシールドカップの第１の開口から切断トーチの先端の方向に突出するように、切断トーチの本体部の先端に取り付けることができる。

また、本開示の切断トーチは、本体部と、電極と、チップと、シールドカップとを有する。電極は、本体部の先端の中央に取り付けられている。チップは、本体部の先端に、電極の側方を囲むように取り付けられている。シールドカップは、本体部の先端に、チップの側方を囲むように取り付けられている。シールドカップは、本体部の先端に着脱可能である。シールドカップの先端には第１の開口が、シールドカップの側面には第２の開口が設けられている。チップの先端は、シールドカップの第１の開口から本体部の先端の方向に突出している。

本開示のシールドカップおよび切断トーチによれば、チップと作業者の指との短絡を避けて安全性を維持したまま、切断中のプラズマアークの視認性を向上できる。

図１は、実施の形態におけるプラズマ切断トーチの概略構成を示す図である。 図２は、実施の形態におけるシールドカップを示す図である。 図３は、実施の形態の変形例におけるシールドカップを示す図である。 図４は、従来のプラズマ切断トーチの先端部における断面図である。

（実施の形態）
図１および図２を用いて、本実施の形態のプラズマ切断トーチとシールドカップについて説明する。図１は、本実施の形態におけるプラズマ切断トーチ１の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態におけるシールドカップ７を示す図である。

図１に示すように、プラズマ切断トーチ１（切断トーチ）は、主要部２とカバー部３とからなる本体部４と、電極５と、電極５を覆うチップ６と、チップ６の外側に位置するシールドカップ７とを有する。電極５は、プラズマ切断トーチ１の本体部４（特に、主要部２）の先端の中央に取り付けられている。チップ６は、電極５とは物理的にも電気的にも分離されて、電極５の側方を囲むように、プラズマ切断トーチ１の本体部４（特に、主要部２）の先端に取り付けられている。電極５とチップ６は導電体でできており、それぞれには主要部２を経由して電圧を印加することができる。シールドカップ７は、チップ６とは物理的に分離されて、チップ６の側方を囲むように、プラズマ切断トーチ１の本体部４（特に、カバー部３）の先端に取り付けられている。シールドカップ７は絶縁体でできており、プラズマ切断トーチ１に対して着脱可能である。シールドカップ７により、チップ６が作業者の指と接触することが防止される。

また、プラズマ切断トーチ１の主要部２は、内部にガスが流れるガス流路が設けられており、図１の矢印に示すようにガスが流れる。図１に示すように、主要部２のガス流路を流れたガスは、作動ガス１１と、シールドガス１２に分かれてプラズマ切断トーチ１から母材２０に向かって噴出される。

作動ガス１１は、電極５とチップ６との間を経由して、チップ６の先端にある開口から噴出される。作動ガス１１は、チップ６の先端の開口から渦を巻きながら噴出され、これによって電極５と母材２０との間に発生するプラズマアークを機械的に絞り、高温のプラズマアークとして母材２０に誘導する。また、作動ガス１１は、プラズマアークによって溶融された母材２０の溶融物を吹き飛ばす効果も有する。

シールドガス１２は、チップ６とシールドカップ７との間を経由して、シールドカップ７の先端の開口（第１の開口）から噴出される。シールドガス１２は、プラズマアークの直進性の補助およびチップ６の冷却という効果を有する。

次に、プラズマ切断トーチ１を用いた母材２０の切断方法について説明する。まず、作動ガス１１、シールドガス１２を噴出させながら、電極５とチップ６とに電圧を印加し（電極５とチップ６との間に電位差を発生させ）、電極５とチップ６との間にパイロットアークを発生させる。パイロットアークが発生したら、さらに母材２０に電圧を印加する（電極５と母材２０との間に電位差を発生させる）とともに、チップ６に印加していた電圧を停止する。これにより、パイロットアークは、電極５と母材２０との間に形成されるプラズマアーク（本アーク）へと移行する。このプラズマアークと前述の作動ガス１１とによって、母材の溶融および吹き飛ばしを行い、母材２０を切断する。

次に、図１および図２を用いて、本実施の形態のシールドカップ７について具体的に説明する。図１および２に示すように、シールドカップ７は、先端の開口７１と側面の開口７２とを有し、後端がプラズマ切断トーチ１のカバー部３と接続される。開口７１は、シールドガス１２が噴出するため、および、チップ６が母材２０側に突出するために、シールドカップ７の先端に設けられた孔である。開口７２は、開口７１とつながった切り欠き状であり、シールドカップ７の後端（プラズマ切断トーチ１の上方）に向かって延びている。言い換えると、開口７２は、シールドカップ７の先端において開放された凹形状である。

図１を用いて、開口７２についてさらに具体的に説明する。開口７２は、ＪＩＳ規格Ｃ０９２０（ＩＥＣ６０５２９）で規定されたテストフィンガー３０がチップ６に接触しない大きさに形成されており、すなわち、作業者の指がチップに触れることがなく、安全性が確保されている。特に、実際の非接触プラズマ切断と同じ状態である、チップ６の先端と母材２０とを約５ｍｍ離した状態でもテストフィンガー３０がチップ６と接触しないことが望ましい。プラズマ切断そして、開口７２は、従来、母材２０の切断中に作業者からは見えなかったチップ６の先端が、開口７２を通して見ることができるように形成されている。特に、プラズマ切断トーチ１を水平に配置した母材に対して垂直に保持した場合に、作業者から俯角４５度においてもチップ６の先端が見えるように、開口７２が形成されていることが望ましい。すなわち、チップ６の先端部から開口７２の上端部に向かう直線と、プラズマ切断トーチ１の軸の上向き方向の直線とのなす角度が４５度以下であることが好ましい。これにより、作業者はチップ６の先端から母材に向かって噴出されているプラズマアークの状態を直接確認でき、加工品質（切断面の状態）を向上させることができる。

（実施の形態の変形例）
次に、図３を用いて、本実施の形態の変形例について、説明する。図３は、本変形例におけるシールドカップ７３を示す図である。図２と同様の構成については同じ符号を用い、説明を省略する。

図３に示すように、本変形例のシールドカップ７３は、シールドカップ７３の側面に開口７４（第２の開口）を有する。開口７４は、開口７１と分離された窓状の開口であり、シールドカップ７３の先端の外周が完全につながっている。これにより、より強度が高いため、開口７４の幅や長さが高い自由度で設定でき、より作業者が確認しやすくなる。また、開口７４が独立しているため、作業者の指がさらに入りにくく、作業者がチップ６に触れてしまう危険をさらに低減できる。

以上のように、本開示のシールドカップ７，７３およびこれを用いたプラズマ切断トーチ１によれば、チップと作業者の指との短絡を避けて安全性を確保したまま、切断中のプラズマアークの視認性を向上できる。

本開示のシールドカップおよびプラズマ切断トーチは、作業者の安全性が確保されたまま、切断中のプラズマアークの視認性を向上でき、産業上有用である。

１ プラズマ切断トーチ
２ 主要部
３ カバー部
４ 本体部
５ 電極
６ チップ
７ シールドカップ
１１ 作動ガス
１２ シールドガス
２０ 母材
３０ テストフィンガー
７１，７２，７４ 開口
７３ シールドカップ

Claims (8)

1. 切断トーチの本体部の先端に着脱可能であり、先端に第１の開口が、側面に第２の開口が設けられたシールドカップであって、
   前記切断トーチの前記本体部の前記先端に設けられたチップの側方を囲むように、かつ、前記チップの先端が前記シールドカップの前記第１の開口から前記切断トーチの先端の方向に突出するように、前記切断トーチの前記本体部の前記先端に取り付けることができるシールドカップ。
2. 前記第２の開口は、前記第１の開口とつながった切欠き状である請求項１に記載のシールドカップ。
3. 前記第２の開口は、前記第１の開口とは分離された窓状である請求項１に記載のシールドカップ。
4. 前記チップの前記先端から前記第２の開口の上端部に向かう直線と、前記切断トーチの軸の上向き方向の直線とのなす角度は４５度以下である請求項１〜３のいずれかに記載のシールドカップ。
5. 本体部と、
   前記本体部の前記先端の中央に取り付けられた電極と、
   前記本体部の前記先端に、前記電極の側方を囲むように取り付けられたチップと、
   前記本体部の前記先端に、前記チップの側方を囲むように取り付けられたシールドカップと、を備え、
   前記シールドカップは、前記本体部の前記先端に着脱可能であり、
   前記シールドカップの先端に第１の開口が、前記シールドカップの側面に第２の開口が設けられ、
   前記チップの先端は、前記シールドカップの前記第１の開口から前記本体部の先端の方向に突出している切断トーチ。
6. 前記第２の開口は、前記第１の開口とつながった切欠き状である請求項５に記載の切断トーチ。
7. 前記第２の開口は、前記第１の開口とは分離された窓状である請求項５に記載の切断トーチ。
8. 前記チップの前記先端から前記第２の開口の上端部に向かう直線と、前記切断トーチの軸の上向き方向の直線とのなす角度は４５度以下である請求項５〜７のいずれかに記載の切断トーチ。

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