(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は切断速度があらかじめ設定された基準速度よりも低下した場合に開始し、また切断速度が基準速度に回復した場合に終了することを特徴とするプラズマ切断方法。
【請求項２】
通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は、前記パルス制御を開始又は終了する時刻を切断速度が基準速度より低下する時刻よりもあらかじめ設定された時間早めるか又は遅めることを特徴とするプラズマ切断方法。
【請求項３】
前記アーク電流のパルス制御は、切断速度に依存してパルス波形を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ切断方法。
【請求項４】
通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は、あらかじめ設定された切断位置において開始又は終了させることを特徴とするプラズマ切断方法。
【請求項５】
前記アーク電流のパルス制御は、あらかじめ設定された切断位置に対応してパルス波形を変化させることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル先端よりプラズマアークを噴射して切断を行うプラズマ切断方法に関するものであり、入熱量を抑えることにより自己燃焼を減少させ、切断品質を向上させる切断方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在プラズマ切断では定電流制御を行うことにより、プラズマアークの電流値を一定に保ちながら切断を行っている。一方、切断装置の機械的な精度を考えると切断速度を落とした方が軌跡精度が向上するため、最近のＮＣ切断機では切断経路が屈曲している場合には減速を行うことが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のようにアーク電流が一定出力であることから、切断速度の上がらないスタート部およびエンド部、コーナー部などにおいては入熱過多に陥ってしまい、熱歪みや硬化、広範囲の組織変化を起こしやすい。また同様の理由から鋭角切断、小円切断等の微細加工を行おうと思った場合、加工部が自己燃焼してしまう為加工が困難であるという欠点を有していた。
【０００４】
また、大きな切断材から多数の小製品を切り出す場合のように切断部分が近接している場合には、先に行った切断の熱が残留し、後の切断の際において入熱過多になってしまう場合があった。
【０００５】
上述のような不都合を解決するために、微細加工部においてアーク電流を低くし、入熱量を減らす方法が考えられる。しかしこれでは被切断材の溶融に必要十分な入熱量を投与できずにスラグを大量付着させたり、切断自体ができなくなるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマ切断方法は、通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は切断速度があらかじめ設定された基準速度よりも低下した場合に開始し、また切断速度が基準速度に回復した場合に終了することを特徴とする。
【０００７】
また、通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は、前記パルス制御を開始又は終了する時刻を切断速度が基準速度より低下する時刻よりもあらかじめ設定された時間早めるか又は遅めることを特徴とする。
【０００８】
また、前記アーク電流のパルス制御は、切断速度に依存してパルス波形を変化させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明に係るプラズマ切断方法の他の構成は、通常切断におけるアーク電流の連続出力電流を上限として前記アーク電流を直接パルス制御することにより切断材への入熱量を減少させるプラズマ切断方法において、前記パルス制御は、あらかじめ設定された切断位置において開始又は終了させることを特徴とする。
【００１０】
また、前記アーク電流のパルス制御は、あらかじめ設定された切断位置に対応してパルス波形を変化させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプラズマ切断方法の一実施例を、図を用いて説明する。図１は  (a)が切断速度、(b)がアーク電流の平均電流値、(c)がアーク電流のパルス波形の例である。また図２はアーク電流のパルス波形の名称を説明する図である。
【００１２】
直線や緩やかな曲線など通常の切断を行う場合においては、切断材の材質、厚さ及びプラズマ切断機の連続出力電流が決定すれば、切断速度も決定する。ところがさらに屈曲した形状を切断する場合に、プラズマ切断装置は軌跡精度を向上させるために図１(a) に模式的に示すように切断速度Ａを低下させる場合がある。このとき通常切断を行う場合と同様に連続出力電流にて切断を行ったのでは入熱過多になってしまうために入熱量を減らす必要がある。
【００１３】
しかし、単純にアーク電流値を下げたのでは被切断材の溶融に必要十分な入熱量を投与できず、不完全な切断によりスラグを大量付着させたり、また電流値を下げすぎることにより切断自体ができなくなったりしてしまう。そこでアーク電流をパルス制御することにより、最大出力電流を維持しながら平均電流値を下げ入熱量を抑えることができる。
【００１４】
図２を用いてパルス電流の名称を説明する。図２は縦軸に切断電流値、横軸に時刻を表す図であり、通常切断における連続出力電流が最大出力電流１、またプラズマアークを維持できる最小の電流値を最低保持電流２とする。またアーク電流をパルス制御した際の最大電流値を最大パルス電流４、最小電流値を最小パルス電流５とし、一つのパルス周期６はＯＮ時間６ａとＯＦＦ時間６ｂとから構成されている。
【００１５】
最大出力電流１及び最低保持電流２は切断装置(電源）及び切断条件により決定される定数であるが、最大パルス電流４および最小パルス電流５は最大出力電流１と最低保持電流２の間に於いて任意の値に設定することが可能である。また、パルス周期６とパルス波のＯＮ時間６ａ、及びＯＦＦ時間６ｂを任意の値で変化させることが可能である。
【００１６】
図1(a)は、切断に際してコーナー部等の切断により切断速度Ａが基準速度３から低下し、再び基準速度３に回復する場合を想定している。縦軸には切断速度、横軸には時刻を表しており、切断速度Ａが基準速度３より低下しはじめる時刻を減速開始時刻Ｔ１、速度低下が終了する時刻を減速終了時刻Ｔ２、再び加速を始める時刻を増速開始時刻Ｔ３、切断速度Ａが基準速度３に回復する時刻を増速終了時刻Ｔ４とする。このような切断速度の変化に対応してアーク電流をパルス制御し、図1(b)の平均電流値Ｂに示すように平均電流値を下げることにより入熱量を減少させる。
【００１７】
図1(c)にパルス制御されたアーク電流の波形の例を示す。波形Ｃに示すのは最小パルス電流５の値を変化させる方法、波形Ｄはパルス周期６を変えずにＯＮ時間６ａとＯＦＦ時間６ｂの割合を変化させる方法、波形ＥはＯＮ時間６ａを一定にしてＯＦＦ時間６ｂを変化させる方法、波形ＦはＯＦＦ時間６ｂを一定にしてＯＮ時間６ａを変化させる方法、波形Ｇはパルス周期６を一定にして最大パルス電流４を変化させる方法である。切断材の材質、板厚、加工形状に応じてこれら波形Ｃ乃至波形Ｇを単独又は適宜重ね合わせて使用することにより、任意のパルス波形を形成することができる。
【００１８】
また切断材の熱伝導性によっては、前述のように切断速度Ａが基準速度３よりも遅くなる時刻Ｔ１にパルス制御を開始したのでは早すぎたり、また遅すぎたりする場合がある。例えば切断材の熱伝導性が高い場合には減速開始時刻Ｔ１以前の最大出力電流１の熱が減速開始時刻Ｔ１以後の切断位置にも伝導して入熱過多に陥ったり、また切断材の熱伝導性が低い場合には逆に入熱不足となってしまう虞がある。
【００１９】
そこで熱伝導性が高い切断材の場合には、切断材によってあらかじめ所定の時間を設定して、パルス制御を開始する時刻を図１(b)に示す時刻Ｔ５のように早め、破線Ｂ１に示すように入熱量の平均電流値を下げることにより、入熱過多となることを抑えることができる。また逆に切断材の熱伝導性が低い切断材の場合には、パルス制御を遅らせて時刻Ｔ６より開始することにより、平均電流値を上げることができる。
【００２０】
また切断速度が回復する場合にも同様に、熱伝導性が高い場合には時刻Ｔ８に示すようにパルス制御の減縮を遅らせて破線Ｂ４に示すように入熱量の平均電流値を下げ、熱伝導性が低い場合にはパルス制御の減縮を早めて時刻Ｔ７より開始して破線Ｂ３に示すように入熱量の平均電流値を上げることできる。
【００２１】
これらのようにパルス制御を開始又は終了させる時刻を早めたり遅くすることにより、切断材質の熱伝導性の違いによる切断性能の違いに対応する事ができる。従ってさらに切断性能を向上させ、良好な切断面を得ることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第二実施例を説明する。図３は大きな切断材から多数の小製品を切り出す場合を説明する図であり、図３(a)は切断経路の例、図３(b)はパルス波形の例を示す図である。
【００２３】
図３に示す切断経路は、一つの切断材から連続して三角形７および三角形８を切り出す場合を示している。このように先に行われる切断経路と後に行われる切断経路が近接している場合には、先の三角形７の切断における熱が残留しており、三角形８の切断位置８ｂから８ｃは既にある程度加熱された状態となっている。
【００２４】
三角形８を切断する際には、ピアシング位置８ａより最大出力電流１にて切断を開始するが、切断位置８ｂより８ｃまでの間においては図３(b)に示すように最大アーク電流をパルス制御して入熱量を落とし、先の切断における残留熱とあわせて適切な入熱量となるように調節する。このことにより、近接した切断経路を切断する場合にも入熱過多を防止し、切断面の品質を向上させることができる。
【００２５】
なお、上記実施例において最大出力電流１は切断装置(電源）及び切断条件により決定される定数であると説明したが、図４(a)に示すように板厚の異なる切断材１０、１１にまたがって切断を行うような場合には、即ち切断条件が変化して適正な連続出力電流の値が変化する。
【００２６】
従来このような場合には、切断材１０と切断材１１の境界１２より切断速度を上げることにより入熱量と切断速度の釣り合いを保っていた。しかし切断装置は慣性を有しているために急激な速度変化を行うことができず、切断面の品質を改善することは困難であった。
【００２７】
ここで切断装置に境界１２の位置をあらかじめ記憶させておき、図４(b)に示すように境界１２より最大出力電流１を下げることにより、速度を変えることなく連続して切断を行うことができる。またこれは電気的な操作であるために突然の板厚の変化にも対応させることができ、切断面の品質を向上させることができる。
【００２８】
また図５(a)に示すように接続された厚板１３と薄板１４の継ぎ目を切断する場合において、応力集中を避けて機械的強度を向上させるためにサーピン処理１６が施されている場合がある。このような場所においては、切断装置にあらかじめ境界１５およびサーピン処理の開始する位置１６ａを記憶させておき、図５(b)に示すように位置１６ａより境界１５までの間に徐々に最大アーク電流の値を減少させる。これにより、切断材の板厚が徐々に変化する場合にも適切な最大出力電流を以って且つ切断速度を変化させることなく切断を行うことができる。
【００２９】
また、図６(a)は切断材の表面に二種以上の表面塗装が施されている例を説明する図であり、エッチングプライマー１７とジンクリッチプライマー１８の二種類の塗装が施されている。ジンクリッチプライマー１８は亜鉛を含んでおり、切断材の酸化を妨げるために切断速度が上がらない。従って特にエッチングプライマー１７塗装部分はジンクリッチプライマー１８塗装部分よりも入熱量を減らして切断する必要がある。
【００３０】
そこであらかじめ切断経路上の表面塗装の境界１９を切断装置に記憶させておき、図６(b)に示すようにエッチングプライマー１７塗装部に於いては最大出力電流を下げて切断を行い、ジンクリッチプライマー１８塗装部おいては最大出力電流を増加させて入熱量を増加させる。このようにして、表面塗装の変化した場合にも一定の速度を以って安定した高品質な切断を行うことができる。
【００３１】
また、小円加工のように切断の開始から終わりまで基準速度に到達しないような切断においては、アーク電流を切断の開始から終わりまでパルス制御することにより、入熱量を抑えて良好な切断面を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係るプラズマ切断方法においては、通常切断に於いては連続出力にて効率よく切断を行い、且つ切断速度が低下した場合にはアーク電流を直接パルス制御することにより、瞬時的には被加工材の板厚方向全域に渡って燃焼、溶融若しくは蒸発が発生する温度に上昇させるのに必要な量を入熱し、次の瞬間には、入熱量を減らして被加工材を冷却させるという動作を繰り返すことになる。従ってより少ない入熱量にて切断を行うことができ、切断速度が低下した場合においても入熱過多に陥ることがない。
【００３３】
また、アーク電流のパルス制御を開始又は終了させる時刻をあらかじめ設定された時間早めるか又は遅めることにより、切断材の熱伝導率の違いに対応することができ、切断性能を向上させることができる。
【００３４】
また先の切断によりすでに加熱された部位を切断する場合においてアーク電流をパルス制御することにより、入熱過多による熱歪み、硬化、広範囲の組織変化を抑えられる。また切断速度の上がらない微細加工等においても、パルス制御により入熱過多とならないことから切断部が自己燃焼せず良好な切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a)が切断速度、(b)がアーク電流の平均電流値、(c)がアーク電流のパルス波形の例である。
【図２】アーク電流のパルス波形の名称を説明する図である。
【図３】大きな切断材から多数の小製品を切り出す場合を説明する図である。
【図４】異なる板厚の切断材を連続して切断する場合を説明する図である。
【図５】切断材の板厚が徐々に変化する場合を説明する図である。
【図６】切断材の表面に２種以上の表面塗装が施されている場合を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ    …切断速度
Ｂ    …平均電流値
Ｃ〜Ｇ…波形
Ｔ１  …減速開始時刻
Ｔ２  …減速終了時刻
Ｔ３  …増速開始時刻
Ｔ４  …増速終了時刻
１    …最大出力電流
２    …最低保持電流
３    …基準速度
４    …最大パルス電流
５    …最小パルス電流
６    …パルス周期
６ａ  …ＯＮ時間
６ｂ  …ＯＦＦ時間
７    …三角形
８    …三角形
８ａ  …ピアシング位置
８ｂ  …切断位置
８ｃ  …切断位置
１０  …切断材
１１  …切断材
１２  …境界
１３  …厚板
１４  …薄板
１５  …境界
１６  …サーピン処理
１６ａ…位置
１７  …エッチングプライマー
１８  …ジンクリッチプライマー
１９  …境界
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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