(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアーク又はプラズマジェットの熱を利用して位置合わせ機構に支承された被加工物を加工する装置において、
ベース部材から垂直方向に延びる円柱状支柱と、
該筒状部材から互いに予め決めた角度でもって水平方向に延びて水平方向の旋回運動、上下運動が可能な第一、第二のアーム部材と、
該第一のアーム部材の先端部に備えられてトーチを支承するトーチホルダと、
前記第二のアーム部材の先端部に垂直下方に向けて備えられ、先端が前記トーチの先端とほぼ同一レベルにあるトーチ位置設定用治具と、
前記円柱状支柱に固定された第一の係合手段と、
前記第一のアーム部材の下側に備えられて前記第一の係合手段と係合可能な第二の係合手段と、
前記第二のアーム部材に備えられて前記第一の係合手段と係合可能な第三の係合手段と、
を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の係合手段はピンを有し、前記第二の係合手段と第三の係合手段は前記ピンの挿入される孔をそれぞれ有することを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記第二の係合手段と第三の係合手段はそれぞれピンを有し、前記第一の係合手段は前記ピンの挿入される孔を有することを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記円柱状支柱の回りを旋回できる第三のアーム部材と、
該第三のアーム部材に固定されてこの第三のアーム部材の旋回に伴って旋回可能な防護板を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項５】
プラズマアーク又はプラズマジェットの熱を利用して位置合わせ機構に支承された被加工物を加工する方法において、
トーチ位置設定用治具を予め決めた加工位置に設定する過程と、
該トーチ位置設定用治具の先端に被加工物を位置合わせする過程と、
前記トーチ位置設定用治具に対して一定角度を保持しながらプラズマトーチを一緒に水平方向に旋回させて前記トーチ位置設定用治具が位置した前記設定位置に定置する過程と、
前記プラズマトーチからプラズマアーク又はプラズマジェットを発生させて前記被加工物を加工する過程と、
からなることを特徴とするプラズマ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマの熱を利用して隣り合う比較的小さな被溶接物を順次溶接又はろう付けなどするのに適したプラズマ加工装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に金属材料からなる被加工物を高精度で接合する場合には、電子ビーム溶接機又はレーザ溶接機が用いられている。レーザ接合の場合には、電子ビーム接合とは異なり、大気中での接合が可能であり、接合点をレンズなどで拡大でき、またその拡大した接合点にレーザ光を合わせることが容易に行えるために、レーザ光を接合点に高精度で合致させることができると共に、レーザビーム径を十分に絞ることができるからである。
【０００３】
しかし、一般的にレーザ光溶接装置はコストが高く、装置が大型化せざるを得ないというのが最大の欠点である。また、レーザ光が被加工物である金属面から反射されるのを防ぐために、金属によっては金属表面に黒色塗料を塗布する作業と、最終的にそれを除去する作業とが必要な場合があることも大きな欠点であった。
【０００４】
特に義歯用単冠を配列しておき、隣接する単冠同士を接合により連結する場合には、隣接する単冠と単冠との間にレーザ光を照射することになるが、隣接する単冠と単冠との間には幾分の隙間が設けてあるので、レーザビーム径を十分に絞ると接合ができないので、それらの隙間に合わせてレーザビーム径を大きくせざるを得ないこともある。このことはレーザ光のエネルギー密度を低下させることに他ならないので、出力のパワーアップが必要となり、さらにコストの上昇と大型化を招いている。
【０００５】
また、レーザビームを用いてろう付けする場合には、熱源ビーム径が小さ過ぎるので、チタン合金のような融点の高い金属で、例えば隙間がある単冠と単冠との間をろう付けすると、ろう材が十分な状態に溶融しないのでその隙間に良好に入り込まないという問題があった。また、レーザやプラズマ以外の手段で融点の高いろう材を用いてろう付けを試みても、適度に熱エネルギーの絞られた熱源を得ることは困難であり、一方、融点の低いろう材では機械的強度が得られないため、医科又は歯科用のような機械的強度が要求される用途には使用できないなどの問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するためには、高温の熱源として知られているプラズマアーク又はプラズマジェットをを用いれば良いが、プラズマアーク又はプラズマジェットは光学的レンズで所定位置に収束させることができないので、プラズマトーチと加工箇所との位置合わせを目視により行って、プラズマアーク又はプラズマジェットを加工点に合わせて加工を行っているのが現状である。このように目視によりプラズマアーク又はプラズマジェットを加工点に位置合わせする方法では、プラズマトーチの先端部が小さいものでも数ミリの径をもつため、±0.5mm 程度の位置決め精度が限度であり、例えば±0.02mm程度の範囲内で、プラズマアーク又はプラズマジェットにより所定加工位置にマークを付したり、加工する場合には単なる目視では不可能である。
【０００７】
したがって本発明では、レーザ光のビーム径よりも大きい径をもつプラズマアーク又はプラズマジェットを被加工物の加工に適した径にプラズマトーチにより狭窄し、その狭窄されたプラズマアーク又はプラズマジェットを隣接する被加工物間に照射して加工するに当たって、加工位置にプラズマトーチを簡単に位置合わせし設定できる機構を提供することを主目的としている。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
前述のような課題を解決するため、請求項１の発明では、プラズマアーク又はプラズマジェットの熱を利用して位置合わせ機構に支承された被加工物を加工する装置において、ベース部材から垂直方向に延びる円柱状支柱と、この円柱状支柱の回りを回転でき、かつ上下動も可能な筒状部材と、その筒状部材から互いに予め決めた角度でもって水平方向に延びて該筒状部材の運動に従って旋回運動、上下運動が可能な第１、第２のアーム部材と、その第１のアーム部材の先端部に備えられてトーチを支承するトーチホルダと、前記第２のアーム部材の先端部に垂直下方に向けて備えられ、先端が前記トーチの先端とほぼ同一レベルにあるトーチ位置設定用治具と、前記円柱状支柱に固定された第１の係合部材と、前記第１のアーム部材の下側に備えられて前記第１の係合部材と係合可能な第２の係合部材と、前記第２のアーム部材の下側に備えられて前記第１の係合部材と係合可能な第３の係合部材とを備えたことを特徴とするプラズマ加工装置を提供するものである。
【０００９】
前述のような課題を解決するため、請求項２の発明では、請求項１において、前記第一の係合手段はピンを有し、前記第二の係合手段と第三の係合手段は前記ピンの挿入される孔をそれぞれ有することを特徴とするプラズマ加工装置を提供するものである。
【００１０】
前述のような課題を解決するため、請求項３の発明では、請求項１において、前記第二の係合手段と第三の係合手段はそれぞれピンを有し、前記第一の係合手段は前記ピンの挿入される孔を有することを特徴とするプラズマ加工装置を提供するものである。
【００１１】
前述のような課題を解決するため、請求項４の発明では、請求項１において、前記円柱状支柱の回りを旋回できる第三のアーム部材と、その第三のアーム部材に固定されてこの第三のアーム部材の旋回に伴って旋回可能な防護板を備えたことを特徴とするプラズマ加工装置を提供するものである。
【００１２】
前述のような課題を解決するため、請求項５の発明では、プラズマアーク又はプラズマジェットの熱を利用して位置合わせ機構に支承された被加工物を加工する方法において、トーチ位置設定用治具を予め決めた加工位置に設定する過程と、そのトーチ位置設定用治具の先端に被加工物を位置合わせする過程と、前記トーチ位置設定用治具に対して一定角度を保持しながらプラズマトーチを一緒に水平方向に旋回させて前記トーチ位置設定用治具が位置した前記設定位置に定置する過程と、前記プラズマトーチからプラズマアーク又はプラズマジェットを発生させて前記被加工物を加工する過程とからなることを特徴とするプラズマ加工方法を提供するものである。
【００１３】
【発明を実施するための形態及び実施例】
図１及び図２により本発明を実施するための形態及び実施例について説明する。図１及び図２において、このプラズマ加工装置は、主にベース部材1 、ベース部材1 上に垂直に固定された円柱状支柱2 、円柱状支柱2 の任意の位置にネジ止めされる固定部3aと固定部3aから円柱状支柱2 と平行な方向に延びるピン3bとからなる第一の係合部材3 、円柱状支柱2 の回りを回転できると共に上下動も可能な筒状部材4 、筒状部材4 に固定されそれから水平方向に延びる第一のアーム部材5 、筒状部材4 に固定されそれから水平方向に延びる第二のアーム部材6 、第一のアーム部材5 の下部に備えられ第一の係合部材3 のピン3bと係合し得る孔7aを有する第二の係合部材7 、第二のアーム部材6 の下部に備えられ第一の係合部材3 のピン3bと係合し得る孔8aを有する第二の係合部材8 を備える。
【００１４】
さらに、この装置はプラズマ加工トーチ9 の外套に固定され、第一のアーム部材5 の先端部に形成された貫通穴5aに着脱自在に取り付けられるトーチホルダ10、第二のアーム部材6 の先端部に形成された貫通穴6aに着脱自在に取り付けられる治具ホルダ11、治具ホルダ11の中心から下方に垂直に延びる先細りのトーチ位置設定用治具12、円柱状支柱2 を中心に水平方向に旋回できるよう円柱状支柱2 に取り付けられた第三のアーム部材13、アーム部材13に取り付けられた防護板14、固定具15により円柱状支柱2 の上端に一端が固定された板バネ16、板バネ16の他端側に取り付けられて押圧されるときプラズマ加工トーチ9 の操作部9aにほぼ一定の加圧力を与える加圧治具17、プラズマ加工トーチ9 に供給する電力、冷却水、プラズマガス及び保護ガスとなる不活性ガスの流量を制御及び調整する電源及び操作部18、ベース部材1 に固定されて人工骨又は義歯用金属材料のような被加工物19を支承して３次元の方位に対してその位置を調整できる位置調整機構20、及び被加工物19を接地するための接地用治具21などを備える。
【００１５】
この実施例では、筒状部材4 は円柱状支柱2 の外径よりも若干大きな内径をもっており、外力でもって円柱状支柱2 にガイドされて上方向に動かすことができ、また外力が加わっていないときには第一の係合部材3 に支承されてそれ以上降下しないようになっている。
【００１６】
したがって、手でもって第一のアーム部材5 又は第二のアーム6 を上に持ち上げることにより、筒状部材4 及び各アーム部材に固定された第一、第二の係合部材7 、8 も一緒に持ち上がり、持ち上げた状態で先ず図 1に示すように第二のアーム6 を水平方向に旋回させ、第１の係合部材3 のピン3bが第二の係合部材8 の孔8aに挿入されるようにする。ここで大切なことは、図 1及び図 2の状態でプラズマ加工トーチ9 の先端部の中心とトーチ位置設定用治具12の先細先端とは同一円上にあり、このことを満足するように第一、第二のアーム部材5 、6 が設定されている。
【００１７】
次に、位置調整機構20により被加工物19の加工点の高さ(Z方向) 、図面横方向(X方向) 、図面表裏方向(Y方向) を調整して、加工点をトーチ位置設定用治具12の先細先端に合致させる。しかる後、位置調整機構20をその状態に保持して、再び手でもって筒状部材4 及び各アーム部材に固定された第一、第二の係合部材7 、8 も一緒に持ち上げて水平方向に180 °旋回させ、第一の係合部材3 のピン3bが第一の係合部材7 の孔7aに挿入されるようにする。この状態は図 2で示される。
【００１８】
プラズマ加工トーチ9 の先端に比べて、トーチ位置設定用治具12の先細り先端は1mm ないし数mm程度下方に位置するようその長さが設定されているから、図 2の状態ではプラズマ加工トーチ9 の先端は被加工物19の加工点に接することなく若干離れている。この状態で、加圧治具17を押し下げるか、又は図示していない起動スイッチをオンさせることにより、プラズマ加工トーチ9 の操作部9aと一緒に上下動する電極棒がそのアノードチップに接触し、パイロットアークが発生する。その電極棒と被加工物との間には電圧がかかっているので、パイロットアークを引き金として、電極棒と被加工物19との間にプラズマアークが発生される。
【００１９】
このプラズマ発生方法は一般的であるので上述しないが、このようにして発生されたプラズマアーク又はプラズマジェットの熱を利用して、溶接又はろう付けのような加工が行われる。ろう付けの場合には、図示していないがろう材料からなる線材を加工点に供給する必要があるが、一般的な供給方法で良いので説明を省略する。
【００２０】
なお、通電用治具21は加工作業前に被加工物19に当接され、被加工物19をほぼ接地電位にし、通電路を確保する。また、加工作業前に第三のアーム部材13を水平方向に旋回させて保護板14を作業者とプラズマ加工トーチ9 との間に移動させる。保護板14はプラズマアーク又はプラズマジェットから作業者の目を保護するばかりでなく、電気的にも保護する役割を果たすように、色付きのプラスチック材料又は硬質性ガラス材料のような半透明の材料からなる平板状又は円弧状板が好ましい。
【００２１】
以上の実施例では、第一の係合部材3 にピン3bを備えたが、第一、第二の係合部材の孔7a、8aの位置にピンをそれぞれ設け、第一の係合部材3 のピン3bの位置に孔を設けても良い。さらにまた、アーム部材5 、6 それぞれに別体の第一、第二の係合部材を固定しなくても、アーム部材5 、6 それぞれに直接孔7a、8aを設けたり、あるいはピンを備えても良い。
【００２２】
また、以上の実施例では第一、第二のアーム部材5 、6 間の間隔をほぼ180 °にしたが、この角度は作業の邪魔にならない限り特定の角度に制限されず、90°又は120 °など任意の角度で良く、また第一、第二のアーム部材5 、6 は同一の高さにある必要はない。さらに、筒状部材4 を省略して第一、第二のアーム部材5 、6 が直接円柱状支柱2 を中心に水平方向に旋回運動、上下運動できるようにしても良い。この場合には円柱状支柱2 と第一、第二のアーム部材5 、6 との間にベアリングを介在させると便利である。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、プラズマ加工トーチ9 を容易に被加工物の加工位置に高い精度で位置合わせできるので、プラズマアーク又はジェットによる高エネルギー密度の熱源を効果的に使用でき、良好な加工ができるばかりでなく、能率及び経済性に優れ、しかも十分に満足し得る機械的強度が得られるなど実用上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を説明するための図である。
【図２】  本発明を実施の形態を説明するための図である。
【符号の説明】
1 ・・・ベース部材、                2 ・・・円柱状支柱
3 ・・・第一の係合手段、            4 ・・・筒状部材
5 ・・・第一のアーム部材、          6 ・・・第二のアーム部材、
7 ・・・第二の係合手段、            8 ・・・第三の係合手段、
9 ・・・プラズマ加工トーチ、       10 ・・・トーチホルダ
11・・・治具ホルダ、               12 ・・・トーチ位置設定用治具
13・・・第三のアーム部材、         14 ・・・防護板
18・・・電源及び操作部             19 ・・・被加工物
20・・・位置調整機構20、           21 ・・・通電用治具
【図１】
0003688134.tif 000002
【図２】
0003688134.tif 000003