(57)【要約】  被切断材（Ｃ）を垂直切断する際の切断電流、切断速度、プラズマトーチの高さ、プラズマトーチの角度、プラズマガス流量からなる複数の条件の中から選択された少なくとも一つの条件を変化させることによって、切断面（３１）の上縁（３１ａ）と下縁（３１ｂ）を溶融させて曲面状にする切断方法。切断装置（Ａ）は、プラズマトーチ（Ｂ）と、該プラズマトーチを目的の切断経路に従って移動させる移動装置（Ｄ）と、電極（１）に印加する切断電流、プラズマガス流量、プラズマトーチの移動速度、プラズマトーチの被切断材からの高さ、プラズマトーチの傾斜角度を制御する制御装置（２１）とを有し、該制御装置が、Ｒ切断する際の切断電流、切断速度、プラズマトーチの高さ、プラズマトーチの角度、プラズマガス流量からなる切断条件を記憶した記憶部と、Ｒ切断する領域を指定する入力装置（２２）と、Ｒ切断する領域を判別する判別部（２１ｄ）とを有する。
2008044756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチの電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴射して被切断材を切断するに際し切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する切断方法であって、被切断材を上縁と下縁を略直角にした垂直切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる複数の条件の中から選択された少なくとも一つの条件を変化させることによって、切断面の上縁と下縁を溶融させて曲面状にすることを特徴とする切断方法。
【請求項２】
電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴射して被切断材を切断するプラズマトーチと、前記プラズマトーチを目的の切断経路に従って移動させる移動装置と、前記プラズマトーチの電極に印可する切断電流及びプラズマガス流量及びプラズマトーチの移動速度及びプラズマトーチの被切断材からの高さ及びプラズマトーチの被切断材に対する傾斜角度を制御する制御装置とを有し、被切断材を垂直切断し、又は被切断材を垂直切断及び開先切断し、又は開先切断するプラズマ切断装置に於いて、前記制御装置が、切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる切断条件を記憶した記憶部と、切断すべき形状に於ける切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する領域を指定する入力装置と、前記入力装置によって指定された切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する領域を判別する判別部とを有することを特徴とするプラズマ切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板に代表される被切断材を切断する際に切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する切断方法と、切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する切断と、垂直に切断する切断及び開先切断と、を選択的に行えるようにしたプラズマ切断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば橋梁に代表される鉄構構造体は、鋼板を所望の形状に切断した切断材を溶接して多数の構造部材を形成し、これらの構造部材を組み立てて構成されている。従って、個々の構造部材を構成する切断材の端部は、他の切断材に溶接される溶接面と、溶接されることなく露出している露出面とに分類される。【０００３】
鉄鋼構造体を構成する構造部材の切断材は、ガス切断法或いはプラズマ切断法を採用して切断される。このとき、溶接面となる部位には切断材の厚さに応じた角度を持った開先切断が施され、露出面には切断面が鋼板の表面に対して直角になる垂直切断が施される。特に、目的の切断材が既にリブを溶接した部材に対して溶接されるものであり、且つ該リブを回避するような機能を有するものである場合、一度の切断工程（一切断線）の中で、開先切断と垂直切断とを連続して施すことがある。【０００４】
一方、鉄鋼構造体では、構造部材の大部分が大気に暴露するため、表面を塗装して錆の発生を防ぐようにしている。この場合、露出面も塗装されることとなるが、該露出面が鋼板を垂直に切断して形成されているため、露出面を構成する切断面と鋼板の表裏面との交点（縁）は略直角となり、この縁を起点として塗膜が剥離し易くなるという問題が生じることがあった。【０００５】
上記した露出面と表裏面との縁を起点とする塗膜の剥離を防止するために、該縁を露出面に沿ってサンダーや面取機による二次加工を施して鈍い角度にした後、塗装を施している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の如く、鋼板から切断した切断材の露出面に沿って上下の縁を二次加工するのでは大きな時間と労力が必要となる。特に、リブを回避するような露出面や、マンホール或いは配管用の穴等の曲線からなる露出面では、作業員が手作業でサンダーによる二次加工をせざるを得ず、工期を短縮するに際し大きな問題となっている。【０００７】
本発明の目的は、被切断材をプラズマトーチによって切断する過程で切断面の上縁と下縁を曲面状に切断するプラズマ切断方法と、被切断材に対し垂直切断、開先切断、切断面の上縁と下縁を曲面状にする切断、を選択的に施すことが可能なプラズマ切断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る切断方法は、プラズマトーチの電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴射して被切断材を切断するに際し切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する切断方法であって、被切断材を上縁と下縁を略直角にした垂直切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる複数の条件の中から選択された少なくとも一つの条件を変化させることによって、切断面の上縁と下縁を溶融させて曲面状にすることを特徴とするものである。【０００９】
また本発明に係るプラズマ切断装置は、電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴射して被切断材を切断するプラズマトーチと、前記プラズマトーチを目的の切断経路に従って移動させる移動装置と、前記プラズマトーチの電極に印可する切断電流及びプラズマガス流量及びプラズマトーチの移動速度及びプラズマトーチの被切断材からの高さ及びプラズマトーチの被切断材に対する傾斜角度を制御する制御装置とを有し、被切断材を垂直切断し、又は被切断材を垂直切断及び開先切断し、又は開先切断するプラズマ切断装置に於いて、前記制御装置が、切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる切断条件を記憶した記憶部と、切断すべき形状に於ける切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する領域を指定する入力装置と、前記入力装置によって指定された切断面の上縁と下縁を曲面状に切断する領域を判別する判別部とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るプラズマ切断方法では、被切断材を上縁と下縁を略直角にした垂直切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる複数の条件の中から選択された少なくとも一つの条件を変化させることによって、切断面の上縁と下縁を強制的に溶融させ、これにより、これら上下の縁を曲面状に切断（以下「Ｒ切断」という）することができる。【００１１】
また本発明に係るプラズマ切断装置では、予め制御装置の記憶部にＲ切断する際の切断電流及び切断速度及びプラズマトーチの高さ及びプラズマトーチの角度及びプラズマガス流量からなる切断条件を記憶させておき、入力装置によって切断すべき形状に於けるＲ切断する領域を指定することによって、判別部で入力装置によって指定されたＲ切断する領域を判別することで、被切断材に対するプラズマ切断を行っているときに、プラズマトーチがＲ切断する領域に到達したとき、該Ｒ切断に対する切断条件を読み出してＲ切断することができる。【００１２】
このため、目的の切断経路に於ける切断線上の所望の領域に、垂直切断、開先切断、Ｒ切断を選択的に組み合わせて連続的に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】切断装置の構成を説明する模式図である。
【図２】プラズマトーチの構成を説明する模式図である。
【図３】制御系のブロック図である。
【図４】被切断材を切断したときの切断面の形状を説明する図である。
【符号の説明】
【００１４】
Ａ                      切断装置
Ｂ                      プラズマトーチ
Ｃ                      被切断材
Ｄ                      移動装置
１                      電極
２                      ノズル
３                      シールドノズル
２ａ，３ａ              流路
２ｂ，３ｂ              ホース
２ｃ，３ｃ              電磁弁
２ｄ，３ｄ              流量調整器、ガス流量制御装置
４                      トーチ本体
５                      ガス供給装置
６ａ，７ａ              導電部材
６ｂ，７ｂ              キャプタイヤ
８                      電源
１１                    レール
１２                    フレーム
１３                    横行キャリッジ
１４                    走行モーター
１５                    横行モーター
１６                    上下モーター
１７                    トーチ角度軸モーター
１８                    制御盤
２１                    制御装置
２１ａ                  演算部
２１ｂ                  プログラム記憶部
２１ｃ                  一時記憶部
２１ｄ                  判別部
２１ｅ                  入出力部
２２                    入力装置
３１〜３３              切断面
３１ａ〜３３ａ          上縁
３１ｂ〜３３ｂ          下縁
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るプラズマ切断方法（以下「切断方法」という）とプラズマ切断装置（以下「切断装置」という）の好ましい実施形態について説明する。【００１６】
本発明に係る切断方法は、被切断材を切断したときの切断面の上縁と下縁をＲ状に形成した切断を実施するものである。通常、プラズマ切断では、切断面の上縁は表面に対し可及的に直角であることが求められる。これに対し本発明では切断面の上縁と下縁を積極的にＲ状にして切断するものである。そして上下の縁をＲ状に切断することによって、切断された切断材の露出面に塗装を施したとき、これらの縁を起点とする塗膜の剥離を防ぐことが可能となる。【００１７】
本発明に於いて、切断面の上下縁を曲面状に切断するとは、必ずしも熱化学的な切断のみに限定するものではなく、上下の縁に存在する母材がプラズマアークの熱によって溶融することで曲面状に形成されることも含むものである。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の切断装置の好ましい実施形態について図を用いて説明し、合わせて切断方法について説明する。図１は切断装置の構成を説明する模式図である。図２はプラズマトーチの構成を説明する模式図である。図３は制御系のブロック図である。図４は被切断材を切断したときの切断面の形状を説明する図である。【００１９】
先ず、図４により、切断装置Ａを構成するプラズマトーチＢによって被切断材Ｃを切断したときの切断面の形状について説明する。図４（ａ）は被切断材Ｃを切断して切断面３１の上縁３１ａ及び下縁３１ｂを曲面状にＲ切断したものである。各縁３１ａ、３１ｂに於ける曲面の半径は特に限定するものではなく、塗装したときに塗膜が剥離し難くなるような曲面であれば良い。このような曲面を構成する半径は最小でも２ｍｍ〜３ｍｍは必要であり、これ以上の半径を持った曲面であれば良い。【００２０】
同図（ｂ）は被切断材Ｃを通常の垂直切断した切断面３２を示しており、この切断面３２では上縁３２ａ、下縁３２ｂは夫々直角であることが要求される。【００２１】
同図（ｃ）は被切断材Ｃを所定の角度で開先切断した切断面３３を示しており、この切断面３３は被切断材Ｃの板厚に応じて設定された角度を持つ傾斜面として構成され、上縁３３ａ、下縁３３ｂは夫々設定された角度と直角との合成角度を持った鋭利なエッジであることが要求される。【００２２】
次に、図１〜図３により切断装置Ａの構成、及びプラズマトーチＢの構成について説明する。【００２３】
図２に示すように、プラズマトーチＢは、中心に電極１が配置され、この電極１の周囲にノズル２及びシールドノズル３が設けられている。前記電極１，ノズル２，シールドノズル３は夫々トーチ本体４に着脱可能に装着されている。また電極１とノズル２の間にはトーチ本体４に形成されたプラズマガスの流路２ａが開口しており、またノズル２とシールドノズル３の間にはトーチ本体４に形成されたシールドガスの流路３ａが開口している。【００２４】
尚、切断条件を変化させるために、図示されてはいないが、電極1及びノズル２は水冷されるように構成されている。【００２５】
トーチ本体４に形成されたプラズマガスの流路２ａにはホース２ｂが接続されており、このホース２ｂは電磁弁２ｃ，流量調整器２ｄに接続されている。またシールドガスの流路３ａには同様に電磁弁３ｃ，流量調整器３ｄに接続されたホース３ｂが接続されている。前記各流量調整器２ｄ，３ｄは、ボンベ５ａ或いは工場配管等及び圧力調整器５ｂによって構成されたガス供給装置５からガスの供給を受けている。【００２６】
尚、流量調整器２ｄ、３ｄは、夫々後述する制御装置２１からの信号に応じて供給すべき流量を可変するガス流量制御装置としての機能を発揮し得るように構成されている。【００２７】
電極１にはトーチ本体４に配置された導電部材６ａが接続されており、ノズル２には同様にトーチ本体４に配置された導電部材７ａが接続されている。導電部材６ａはキャプタイヤ６ｂを介して電源８に接続され、導電部材７ａはキャプタイヤ７ｂを介して切換部材９に接続され、更に、電源８に接続されている。また被切断材Ｃはキャプタイヤ１０を介して切換部材９に接続され、更に、電源８に接続されている。【００２８】
尚、電源８は後述する制御装置２１からの信号に応じて電極１に印可すべき電流値を可変し得るように構成されている。【００２９】
上記の如く構成されたプラズマトーチＢでは、ガス供給装置５を作動させて予め設定された圧力に調整されたガスを供給し、電磁弁２ｃを開放して電極１とノズル２の間にプラズマガスを供給し、所定時間のプリフローを行った後、電極１とノズル２に通電することでパイロットアークを形成する。このパイロットアークを被切断材Ｃに向けて噴射し、該アークが被切断材Ｃと接触したとき、電磁弁３ｃを開放してノズル２をシールドノズル３の間にシールドガスを供給し、同時に切換部材９を作動させて電極１と被切断材Ｃの間に通電すると共に電極１とノズル２の間の通電を停止することで、被切断材Ｃを切断するためのメインアークが形成される。【００３０】
切断装置Ａは、上記プラズマトーチＢを搭載して被切断材Ｃの領域を移動させる移動装置Ｄを有している。この移動装置Ｄは、図１に示すように、平行に敷設された一対のレール１１と、レール１１に走行可能に載置されたサドル１２ａとレール１１の敷設方向に対し直行する方向に配置されたクロスガーダー１２ｂとを有する門型のフレーム１２と、フレーム１２のクロスガーダー１２ｂに沿って横行可能に載置された横行キャリッジ１３とを有して構成されている。【００３１】
フレーム１２のサドル１２ａには該フレーム１２をレール１１に沿って走行させる走行モーター１４が設けられており、横行キャリッジ１３には該キャリッジ１３をレール１１と直行する方向に横行させる横行モーター１５が設けられている。【００３２】
また横行キャリッジ１３にはプラズマトーチＢが搭載されると共に、プラズマトーチＢを該プラズマトーチＢの軸方向に移動させて被切断材Ｃに対して離隔或いは接近させる上下モーター１６とプラズマトーチＢの傾斜角度を目的の開先角度に対応させて傾斜させるトーチ角度軸モーター１７が設けられている。【００３３】
従って、トーチ角度軸モーター１７及び上下モーター１６を駆動してプラズマトーチＢの被切断材Ｃに対する傾斜角度と高さを調整し、その後、走行モーター１４、横行モーター１５を同期して駆動制御することで、プラズマトーチＢを二次元的に移動させることが可能である。【００３４】
尚、図１に於いて、１８は後述する制御装置を組み込んだ制御盤である。またプラズマトーチＢに各ガスを供給するガス供給装置５、及び電極１と被切断材Ｃの間に通電させる電源８はフレーム１２に搭載されることなく、レール１１の近傍の所定位置に設置される。更に、本発明に於ける移動装置Ｄは必ずしも門型のフレーム１２を要件とするものではなく、被切断材Ｃから複数の部材を一筆書き状に切断し得るようにプラズマトーチＢを二次元的に移動させることが可能なものであれば良い。【００３５】
次に、本実施例に係る切断装置Ａを制御する制御装置について図３により説明する。図に於いて、２１は制御装置であり、演算部21ａと、切断のためのプログラム及び図４に示す切断面３１〜３３を切断する際の切断条件が書き込まれたプログラム記憶部２１ｂと、被切断材Ｃから切断すべき部材に対する切断開始位置と切断終了位置の情報や被切断材Ｃの板厚等の被切断材情報、更に入力装置２２から入力された切断領域に関する情報を含む情報を一時記憶する一時記憶部２１ｃと、入力装置２２から入力された切断領域に関する情報を判別して次の切断領域がＲ切断すべき領域であるか垂直切断又は開先切断すべき領域であるかを判定する判別部２１ｄと、によって構成されている。【００３６】
２２はキーボード等の入力装置であり、被切断材Ｃから切断する部材の情報や板厚を含む切断条件に影響を与える情報等の情報を入力するものである。この入力装置２２から入力された情報は入出力部２１ｅを介して伝達される。【００３７】
プログラム記憶部２１ｂに書き込まれる切断条件は、プラズマトーチＢの電極１に印可する切断電流、被切断材Ｃの板厚に対応した切断速度、プラズマトーチＢの被切断材Ｃからの高さ、プラズマトーチＢの傾斜角度、プラズマトーチＢの電極１とノズル２の間に供給されるプラズマガスの流量である。そして、前記切断条件を構成する個々のデータは、被切断材Ｃの板厚及び図４に示す切断面３１〜３３の形状毎に設定されたマトリックスに書き込まれている。【００３８】
従って、入力装置２２によって被切断材Ｃの板厚の情報、及び切断面３１〜３３の情報を入力することによって、入力された情報に対応した切断条件のデータが読み出され、このデータに基づいて流量調整器２ｄ、３ｄ、電源８、各モーター１４〜１７が独立して、或いは同期して駆動される。【００３９】
被切断材Ｃに対する切断条件としては、図４（ｂ）に示す被切断材Ｃを垂直切断する際の値が基準データとなる。また、同図（ｃ）に示す被切断材Ｃを開先切断する際の切断条件は、プラズマトーチＢの傾斜角度を指定された開先角度と、プラズマトーチＢを傾斜させることに伴うプラズマトーチＢの被切断材Ｃからの距離に対応させたプラズマトーチＢの高さと、開先角度に応じた見かけ上の板厚に対応させた切断速度と、からなる。【００４０】
上記の如き垂直切断に要求される切断条件と開先切断に要求される切断条件は、プラズマトーチＢの傾斜角度と、プラズマトーチＢの被切断材Ｃからの高さと、切断速度が異なり、他の条件、即ち、切断電流及びプラズマガス流量は同一である。【００４１】
また同図（ａ）に示す被切断材ＣにＲ切断としての切断面３１を形成する場合、上記した基準データに対し、切断電流、切断速度、プラズマトーチＢの高さ、プラズマトーチＢの角度、プラズマガス流量、の中から選択した少なくとも一つの条件を変化させている。例えば、切断電流を変化させる場合、変化後の切断電流を垂直切断時の切断電流よりも上昇させることでＲ切断を実現することが可能である。また切断速度を変化させる場合、同様に切断速度を上昇させることでＲ切断を実現することが可能である。またプラズマトーチＢの高さを変化させる場合、該高さを上昇させることでＲ切断を実現することが可能である。またプラズマトーチＢの角度を変化させる場合、該プラズマトーチＢを被切断材Ｃの表面側から裏面側にかけて製品側に入り込むように（切断面が図４（ｃ）の傾斜方向とは反対方向の傾斜となるように）傾斜させることでＲ切断を実現することが可能である。更に、プラズマガス流量を変化させる場合、該流量を増加させることでＲ切断を実現することが可能である。【００４２】
上記したようにＲ切断を実施する際には少なくとも一つの切断条件を変化させれば良いが、必ずしも一つに限定するものではなく、二つ或いは三つの切断条件を同時に変化させても良いことは当然である。例えば、切断電流を増加させると共にプラズマトーチＢの角度を変化させたり、更に、前記した二つの切断条件に加えてプラズマガス流量を増加させることによって、安定した状態で切断面３１の上縁３１ａ、下縁３１ｂを曲面状にしたＲ切断を実現することが可能となる。【００４３】
本実施例に係る切断装置Ａでは、予め入力装置２２によって被切断材Ｃから切断する目的の形状に沿ったプラズマトーチＢの経路情報、及びプラズマトーチＢの経路中に於ける垂直切断領域、開先切断領域、Ｒ切断領域の切断領域情報を入力する。入力された経路情報及び切断領域情報は制御装置２１に伝達され、一時記憶部２１ｃに一時記憶される。【００４４】
入力装置２２から切断を開始すべき旨の情報が入力されると、この情報に応じて判別部２１ｄでこれから切断すべき領域が垂直切断領域であるか開先切断領域であるかＲ切断領域であるかを判別し、判別した結果に応じた切断条件のマトリックスをプログラム記憶部２１ｂから読み出すと共に、読み出したデータに従ってプラズマ電源８、トーチ角度軸モーター１７、上下モーター１６、ガス流量制御装置２ｄ、３ｄが制御される。同時にプラズマトーチＢの経路情報に基づいて走行モーター１４、横行モーター１５の駆動が制御される。【００４５】
判別部２１ｄでは刻々と次の切断領域が垂直切断領域、開先切断領域、Ｒ切断領域の何れであるかを判別し、判別した結果に応じて、対応する切断条件のマトリックスを読み出し、読み出した切断条件に対応させてプラズマ電源８、トーチ角度軸モーター１７、上下モーター１６、ガス流量制御装置２ｄ、３ｄを制御してゆく。【００４６】
従って、一つの切断経路（切断線）に、垂直切断領域と開先切断領域、及びＲ切断領域が混在している場合でも、制御装置２１の判別部２１ｄで正確に判別することが可能であり、判別した結果に基づいて夫々の切断領域を連続的に切断しつつ要求された垂直切断、開先切断、Ｒ切断を実行することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の切断方法は、切断面の上下縁を曲面状に形成することができるため、形成された塗膜が縁を起点として剥離することがない。このため、塗装を必須とする鉄構構造体を構成する部材を切断する際に利用して有利である。【００４８】
また本発明の切断装置は、被切断材Ｃに対し垂直切断、開先切断、Ｒ切断を連続的に切断することができるため、上記した切断方法を実現するのに利用して有利である。
【図１】
2008044756.tif 000003
【図２】
2008044756.tif 000004
【図３】
2008044756.tif 000005
【図４】
2008044756.tif 000006
【国際調査報告】
2008044756.tif 000007
2008044756.tif 000008