(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極基材（２）の先端に設けた凹部内に高融点の挿入体（３）を装着してなるプラズマ電極（１）と、前記プラズマ電極をガス流路を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ（８）とを備え、前記チップはプラズマ流噴出孔（８０１）を有する先端部（８Ｃ）と該先端部に向かう先細の第１の凸部（８Ｂ）とを有して該第１の凸部の内側に逆円錐面状のガス流縮流部（８０２）が形成されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記チップ（８）のプラズマ流噴出孔（８０１）とガス流縮流部（８０２）との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部（８０３）が設けられ、
前記プラズマアーク助走部（８０３）の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部（８０３）の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔（８０１）の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  が０．２以上２．５以下に設定されているプラズマアーク切断用トーチ。
【請求項２】
前記チップ（８）の第１の凸部（８Ｂ）付近を同心的に取り囲む第２の凸部（９Ｂ）を先端側に有する中空のカップ（９）と、前記カップの第２の凸部（９Ｂ）を同心的に取り囲むテーパ部（１５Ｂ）を先端側に有するシールドカップ（１５）とが更に設けられ、
前記カップ（９）の第２の凸部（９Ｂ）の外面は逆円錐面状に形成されていて該第２の凸部（９Ｂ）とシールドカップ（１５）のテーパ部（１５Ｂ）との間にシールドガス流路（ｓ３  ）が形成され、該シールドガス流路の先端にプラズマ流噴出孔（８０１）を同心的に取り囲むシールドガス噴出口（ｓａ  ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【請求項３】
前記シールドカップ（１５）はそのテーパ部が前記カップ（９）の第２の凸部（９Ｂ）の外周に当接するように形成され、
前記カップ（９）の第２の凸部（９Ｂ）の外周には該第２の凸部の円錐面の母線方向に沿って伸びる複数の溝（９０１）が放射状に設けられて、該複数の溝により前記シールドガス流路（ｓ３  ）が形成され、
前記シールドカップ（１５）は、そのテーパ部（１５Ｂ）のテーパ角γがカップ（９）の第２の凸部（９Ｂ）の外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【請求項４】
前記請求項１に記載のプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給するとともに、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【請求項５】
請求項２または３のいずれかに記載のプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給し、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給するとともに、前記シールドガス流路に酸素をシールドガス流体として供給し、該シールドガス流体の流量を１０リットル／分〜６０リットル／分の範囲に設定してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマアークにより被加工物を切断加工するために用いるプラズマアーク切断用トーチ及び該トーチを用いて行うプラズマアーク切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にプラズマアーク切断用トーチは図１４に示す構造を有する。図１４において１は流体により冷却されるプラズマ電極で、この電極１は、中空円筒状に形成された電極基材２と、この電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けられた凹部内に装着された挿入体３とにより構成されている。電極基材２は、銅または銅合金により形成され、挿入体３はハフニウムやジルコニウム等の高融点材料により形成されている。
【０００３】
４はトーチの中心部に配置された導電材料よりなる管状の電極支持部材で、電極１はこの電極支持部材４の先端部に支持されている。５は電極支持部材４を外側から覆うように設けられた絶縁スリーブ、６は絶縁スリーブ５を外側から同心的に囲むように設けられた導電材料からなるチップ支持部材で、電極支持部材４、絶縁スリーブ５及びチップ支持部材６によりトーチボディ７が構成されている。絶縁スリーブ５とチップ支持部材６との間には環状のガス導入通路ｇ１  が形成され、該ガス導入通路ｇ１  は図示しないガス供給源に接続されている。
【０００４】
８はチップ支持部材６の先端に支持された中空のチップで、このチップは、プラズマ電極１を同心的に取り囲む円筒部８Ａと、該円筒部の先端側に向かう先細の第１の凸部８Ｂと、該第１の凸部８Ｂの先端側に形成された同じく先細の先端部８Ｃとからなっている。図示の例では、第１の凸部８Ｂ及び先端部８Ｃが共に逆円錐状に形成され、チップ８と電極１との間にはガス導入通路ｇ１  に連通する環状のガス流路ｇ２  が形成されている。チップ８の先端部８Ｃの軸心部には、軸線方向に沿って均一な内径を有するプラズマ流噴出孔８０１が穿設され、第１の凸部８Ｂの内側には、先端部がプラズマ流噴出孔８０１の後端部に連続する逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【０００５】
９はチップ支持部材６の先端に取り付けられたカップで、このカップ９は、トーチボディ７の先端部とチップ８の円筒部８Ａとを同心的に取り囲む円筒部９Ａと、チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の（図示の例では逆円錐状の）第２の凸部９Ｂと、第２の凸部９Ｂの先端側に形成された端部壁９Ｃとからなり、チップ８とカップ９との間に環状の冷却水還流通路ｗ４  が形成されている。カップの端部壁９Ｃの中央部にはテーパ孔が穿設され、チップの先端部８Ｃは、カップの端部壁９Ｃのテーパ孔に嵌合されてその一部が外部に導出されている。
【０００６】
トーチボディ７の軸心部（電極支持部材４の内部）には電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔４ａが設けられていて、該孔４ａ内を通して電極基材２の内側に冷却水案内管１０が挿入され、この案内管１０の内側及び外側にそれぞれ冷却水通路ｗ１  及びｗ２  が形成されている。冷却水通路ｗ２  はチップ支持部材６内に設けられた冷却水案内通路ｗ３  を通してチップ８とカップ９との間に形成された冷却水還流通路ｗ４  に連通させられ、冷却水還流通路ｗ４  は、チップ支持部材６内に設けられた冷却水排出通路ｗ５  に連通させられている。
【０００７】
１１はトーチの冷却水供給口（図示せず。）に接続された冷却水供給ホース、１２はトーチの冷却水排出口に接続された冷却水排出ホースで、冷却水供給ホース１１を通して供給される冷却水は、図示の矢印Ａ１  のように冷却水案内管１０内の冷却水通路ｗ１  に流入した後、該案内管の下端から冷却水通路ｗ２  に流入し、プラズマ電極１を冷却した後、矢印Ａ２  のように冷却水案内通路ｗ３  に流入する。冷却水案内通路ｗ３  に流入した冷却水は、冷却水還流通路ｗ４  に流入してチップ８を冷却した後冷却水排出通路ｗ５  に流入し、更に矢印Ａ３  のように冷却水排出ホース１２に流入して、該ホース１２から外部に排出される。
【０００８】
上記のプラズマアーク切断用トーチを用いて被加工物を切断する際には、プラズマ電極１と被加工物との間に電力を供給するとともに、空気、酸素等のプラズマアーク形成用流体（ガス）Ｇをトーチボディ７内のガス導入通路ｇ１  を通してチップ８と電極１との間のガス流路ｇ２  に供給する。そして、ガス流路ｇ２  に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇをガス流縮流部８０２により絞りながらプラズマ流噴出孔８０１に流入させてプラズマ電極１の挿入体３より発生したプラズマアークをプラズマ流噴出孔８０１から噴射させることによりプラズマジェットを発生させ、このプラズマジェットにより被加工物の切断を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のプラズマアーク切断用トーチを用いて、ベベル角（切断面の傾斜角）が小さい、高品質の切断面を得るためには、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１の径を小さくして、プラズマ流噴出孔８０１でのプラズマアークの電流密度を高め、プラズマアークを細く絞ることが有効である。しかしながら、プラズマアーク形成用流体として空気や酸素を用いた場合、プラズマ切断に用いる、いわゆる切断電流値を大きくしてプラズマアークの電流密度を高くしようとすると、ガス流縮流部８０２の先端部とプラズマ流噴出孔８０１の後端部の一部とが短時間で破壊し、図１５に示すように、プラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との境界部付近に焼損部８１が形成される。このような焼損部８１が形成されると、該焼損部８１でプラズマアークが乱されるため、切断面のベベル角が大きくなるのを避けられない。
【００１０】
プラズマアーク切断により被加工物の切断加工を行う場合、ベベル角が３度以下の高品質の切断面を得ることが望まれており、被加工物の肉厚が薄い場合には比較的小さな切断電流値でも高品質の切断面が得られている。しかし、被加工物の肉厚が厚い場合には切断電流値を大きくすることが必要になり、被加工物の肉厚の増大に応じて切断電流値を大きくする必要があるが、従来のプラズマアーク切断用トーチでは、例えば切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定すると、短時間で上記焼損部８１が形成されるため、高品質の切断面を得ることは困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができるプラズマアーク切断方法及び該切断方法を実施するために用いるプラズマアーク切断用トーチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるプラズマアーク切断用トーチは、電極基材２の先端に設けた凹部内に高融点の挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、プラズマ電極１をガス流路を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８とを備えたもので、チップ８は、プラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該先端部に向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有し、該第１の凸部の内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【００１３】
なお本明細書において、各部の「先端部」は、プラズマジェットが噴出するトーチの先端側に位置する端部をいうものとする。
【００１４】
また本明細書において「円錐状」あるいは「円錐面」等という場合の「円錐」は、必ずしも底面から頂点までを含む円錐全体の形状を意味するものではなく、円錐の一部をなすテーパがついた形状を表現するための言葉としても用いるものとする。従って、円錐の頭部を切断したいわゆる「截頭円錐状」の形状をいう場合にも単に「円錐状」というものとする。
【００１５】
更に「逆円錐状」または「逆円錐面」という場合の「逆円錐」とは、トーチの先端側に向って径が次第に小さくなっていく向きの円錐（頂点がトーチの先端側を向いた円錐）を意味するものとする。
【００１６】
本発明においては、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間にガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３を設ける。プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定する。またプラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定する。
【００１７】
上記プラズマアーク助走部８０３は、単一の逆円錐面からなっていてもよく、円錐角が異なる複数の逆円錐面からなっていてもよい。複数の逆円錐面によりプラズマアーク助走部を形成する場合、該複数の逆円錐面は、プラズマ流噴出孔に近いものほどその円錐角が小さくなるように設ける。
【００１８】
本発明においてはまた、上記チップ８の第１の凸部８Ｂ付近を同心的に取り囲む第２の凸部９Ｂを先端側に有する中空のカップ９と、カップ９の第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂを先端側に有するシールドカップ１５とを更に設けて、カップ９の第２の凸部９Ｂの外面を逆円錐面状に形成し、該カップ９の第２の凸部９Ｂとシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３  を形成して、該シールドガス流路の先端にプラズマ流噴出孔の軸線を同心的に取り囲むシールドガス噴出口ｓａ  を形成するようにしてもよい。
【００１９】
上記のようにカップ９及びシールドカップ１５を設ける場合、シールドカップはそのテーパ部１５Ｂがカップの第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成するのが好ましい。この場合、カップの第２の凸部９Ｂの円錐面の母線方向に沿って伸びる複数の溝９０１を放射状に設けて、該複数の溝によりシールドガス流路ｓ３  を形成する。またシールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角（円錐角）γがカップ９の第２の凸部の外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成する。
【００２０】
本発明のプラズマアーク切断方法においては、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成し、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定した前述のプラズマアーク切断用トーチを用い、該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給するとともに、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給してプラズマアーク切断を行う。
【００２１】
本発明のプラズマアーク切断方法においてはまた、チップの第１の凸部付近を同心的に取り囲む第２の凸部を有する中空のカップと、該カップの第２の凸部を同心的に取り囲むテーパ部を先端に有するシールドカップとを更に設けたプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給し、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給するとともに、シールドガス流出通路に酸素をシールドガス流体として供給し、該シールドガス流体の流量を１０リットル／分〜６０リットル／分の範囲に設定してプラズマアーク切断を行う。
【００２２】
【作用】
上記のように、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成すると、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体は、先ず軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部により半径方向に拘束されつつ軸線方向に流れる過程で大きく絞られた後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部により無理なく絞られつつ加速されて、プラズマ流噴出孔から細く絞られた高速のガス流となって流出する。
【００２３】
また従来のトーチでは、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定すると、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合、プラズマ流噴出孔とガス流縮流部との境界部付近が短時間で焼損するという問題があったが、上記のようにプラズマアーク助走部を設けて、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定すると、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定しても、長時間に亘って焼損部を生じないことが実験により確認された。
【００２４】
従って本発明のプラズマアーク切断用トーチによると、プラズマアーク形成用流体を細く絞って高速で軸線方向に流出させることができることと、最大切断電流値を従来よりも高く設定できることとが相俟って、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させることができ、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【００２５】
【実施例】
図１及び図２は、本発明の実施例を示したもので、図１は同実施例のトーチの要部を示す縦断面図、図２は図１のトーチの先端部付近の拡大縦断面図である。
本実施例のプラズマアーク切断用トーチの基本的な構造は図１４及び図１５に示した従来のものと同様であり、図１及び図２において図１４及び図１５に示したトーチの各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付してある。
【００２６】
図１及び図２において、１は中空円筒状に形成された銅または銅合金製の電極基材２と、ハフニウムやジルコニウム等の高融点材料により形成された挿入体３とからなるプラズマ電極で、挿入体３は、電極基材２の先端部を閉じる端部壁に設けられた凹部内に装着されている。プラズマ電極１は、トーチの中心部に配置された導電材料からなる管状の電極支持部材４の先端にネジ結合されて支持されている。また電極支持部材４を外側から覆うように絶縁スリーブ５が設けられ、該絶縁スリーブ５を外側から同心的に囲むように導電材料からなる管状のチップ支持部材６が設けられている。電極支持部材４、絶縁スリーブ５及びチップ支持部材６によりトーチボディ７が構成され、絶縁スリーブ５とチップ支持部材６との間には、図示しないガス供給源に接続される環状のガス導入通路ｇ１  が形成されている。
【００２７】
チップ支持部材６の先端には中空のチップ８がネジ結合により取り付けられている。このチップ８は、プラズマ電極１を同心的に取り囲む円筒部８Ａと、該円筒部の先端側に形成された先細の第１の凸部８Ｂと、該第１の凸部８Ｂの先端側に形成された先端部８Ｃとからなっている。図示の例では、第１の凸部８Ｂ及び先端部８Ｃが共に逆円錐状に形成され、チップ８と電極１との間にはガス流路ｇ１  に連通する環状のガス流路ｇ２  が形成されている。チップ８の先端部８Ｃの軸心部には、軸線方向に沿って均一な内径ｄを有するプラズマ流噴出孔８０１が穿設され、第１の凸部８Ｂの内側には、プラズマ流噴出孔８０１との間に間隔を隔てた状態で、プラズマ流噴出孔８０１側に向って次第に径が小さくなる逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されている。
【００２８】
本発明においては、プラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部８０２の円錐角αよりも小さい円錐角θ（図２参照）を有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が形成され、図示しないガス供給源からガス導入通路ｇ１  を経てガス流路ｇ２  に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇがガス流縮流部８０２を経た後プラズマアーク助走部８０３を経てプラズマ流噴出孔８０１に流入するようになってる。ここで、図２に示すように、プラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法をＬ１  とし、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法をＬ２  とする。
【００２９】
チップ支持部材６の先端にはカップ９が取り付けられている。カップ９は、トーチボディ７の先端部とチップ８の円筒部８Ａとを同心的に取り囲む円筒部９Ａと、チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の（図示の例では逆円錐状の）第２の凸９Ｂと、第２の凸９Ｂの先端側に形成された端部壁９Ｃとからなっている。カップの端部壁９Ｃの中央部にはチップの先端部８Ｃを嵌合させるテーパ孔が穿設され、該テーパ孔を通してチップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されている。カップ９とチップ８との間に冷却水還流通路ｗ４  が形成されている。
【００３０】
電極支持部材４の内部には電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔４ａが設けられていて、該孔内を通して電極基材２の内側に冷却水案内管１０が挿入され、案内管１０の内側及び外側にそれぞれ冷却水通路ｗ１  及びｗ２  が形成されている。冷却水通路ｗ２  はチップ支持部材６内に設けられた冷却水案内通路ｗ３  を通してチップ８とカップ９との間に形成された冷却水還流通路ｗ４  に連通させられ、冷却水還流通路ｗ４  は、チップ支持部材６内に設けられた冷却水排出通路ｗ５  を通して排水ホース１２に連通させられている。
【００３１】
図示してないが、トーチには冷却水供給ホース１１が接続された冷却水供給口と、冷却水排出ホース１２が接続された冷却水排出口とが設けられ、冷却水供給ホース１１→冷却水案内管１０内の冷却水通路ｗ１  →案内管１０の外側の冷却水通路ｗ２  →冷却水案内通路ｗ３  →冷却水還流通路ｗ４  →冷却水排出通路ｗ５  →冷却水排出ホース１２の経路で冷却水が流通してプラズマ電極１とチップ８とが冷却される。
【００３２】
本実施例のトーチの構造は、チップ８のガス流縮流部８０２とプラズマ流噴出孔８０１との間にガス流縮流部よりも円錐角が小さいプラズマアーク助走部８０３を形成した点を除き、図１４に示した従来のトーチの構造と同様である。
【００３３】
本発明者は、本発明に係わるトーチのプラズマアーク助走部の円錐角とその軸線方向寸法とが切断面のベヘル角に与える影響を求めるために種々の実験を行なった。その結果、上記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定し、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定することにより、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができることが明らかになった。
【００３４】
上記のトーチを用いて被加工物の切断を行う場合には、プラズマ電極１と被加工物との間に電力を供給するとともに、空気、酸素等のプラズマアーク形成用流体Ｇをトーチボディ７内のガス導入通路ｇ１  を通してチップ８と電極１との間のガス流路ｇ２  に供給する。そして、ガス流路ｇ２  に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇをガス流縮流部８０２及びプラズマアーク助走部８０３により絞りながら加速してプラズマ流噴出孔８０１に流入させ、プラズマ電極１の挿入体３より発生したプラズマアークをプラズマ流噴出孔８０１から噴射させることによりプラズマジェットを発生させて被加工物の切断を行う。
【００３５】
本実施例のように、チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３を形成すると、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体Ｇは、先ずトーチの軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部８０２により拘束されつつ軸線方向に流れる過程で半径方向に大きく絞られた後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部８０３により無理なく絞られつつ加速されて、プラズマ流噴出孔８０１から細く絞られて軸線方向に流れる高速のガス流となって流出する。
【００３６】
そして、本発明においては、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定することにより、最大切断電流値を１２０［Ａ］以上に設定して長時間に亘って使用することができるため、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させて、ベベル角が３度以下の高品質の切断面を得ることができる。
【００３７】
図６は、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θ［度］と、各円錐角θに対して許容し得る最大切断電流値［Ａ］の実測値との関係を示した線図である。この実験例では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００度（一定）とし、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  とを等しくして、Ｌ２  ／Ｌ１  ＝１（一定）とした。またプラズマアーク形成用流体として空気を用いた。この例では、θ＝０°の場合及びθ＝１００°の場合が、プラズマアーク助走部８０３を設けない場合（従来例と同一のもの）を示している。
【００３８】
図６に示されたように、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを０から増大させていくと、許容最大切断電流値は上昇していき、θ＝６０度付近でピークに達する。円錐角θを６０度よりも更に増大させると許容最大切断電流値は次第に減少していく。図６の例では、θ＝０°及びθ＝１００°の場合（プラズマアーク助走部８０３が設けられていない場合）の許容最大切断電流値が１０５［Ａ］であり、θ＝２０°及びθ＝８５°の場合の許容最大切断電流値が１２０［Ａ］であった。従って、この実験から、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを、２０°≦θ≦８５°の範囲に設定することにより、許容最大切断電流値を１２０Ａ以上とすることができ、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを同範囲に設定することにより、従来のトーチ（θ＝０°の場合）に比べて許容最大切断電流値を最低でも１４％高くし得ることが明らかになった。
【００３９】
特に、プラズマアーク助走部の円錐角θを、４０°≦θ≦７０°の範囲に設定すると、許容最大電流値を１５０Ａ以上とすることができ、許容最大切断電流値を従来の約４３％以上高くすることができる。
【００４０】
図７は、プラズマアーク形成用流体として空気を用い、切断電流値を１２０［Ａ］として、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θと、被加工物の切断面のベベル角との関係を実測した結果を示したもので、同図から、θ＝２０°の場合及びθ＝８５°の場合に、ベベル角がほぼ３°となり、プラズマアーク助走部の円錐角θを、２０°≦θ≦８５°の範囲に設定することにより、切断面のベベル角が３°以下になることが分かる。また円錐角θを、４０°≦θ≦７０°の範囲に設定すると、切断面のベベル角がほぼ２°以下になることが分かる。
【００４１】
図８は、プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  と切断面のベベル角との関係を実測した結果を示したもので、この例では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００°（一定）とし、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを５０°（一定）とした。図８から、Ｌ２  ／Ｌ１  ＝０．２の場合及びＬ２  ／Ｌ１  ＝２．５の場合に切断面のベベル角がほぼ３°となり、Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２≦Ｌ２  ／Ｌ１  ≦２．５の範囲に設定することにより、ベベル角が３°以下の高品質の切断面を得ることができることが分かる。特にＬ２  ／Ｌ１  を、０．５≦Ｌ２  ／Ｌ１  ≦２．０の範囲に設定すると切断面のベベル角がほぼ２°以下のきわめて高品質の切断面を得ることができる。
【００４２】
上記の実験の結果をまとめて示すと下記の表１の通りであり、同表の切断結果の「良」は切断面のベベル角のばらつきの範囲が３°以下であったことを意味し、「優良」は「良」の場合よりも更にベベル角のばらつきの範囲が小さいことを意味する。また「最良」は、ベベル角のばらつきの範囲が２°以下のきわめて高品質の切断面が得られたことを意味する。
【００４３】
【表１】
0003558700.tif 000002
図１及び図２に示した例では、プラズマアーク助走部８０３を単一の逆円錐面により形成したが、互い円錐角が異なっていて、プラズマ流噴出孔８０１に近いものほど円錐角が小さくなるように形成された複数の逆円錐面によりプラズマアーク助走部を構成するようにしてもよい。例えば、図３に示すように、ガス流縮流部８０２の先端に後端部が連続する逆円錐面８０３ａと、逆円錐面８０３ａの先端に後端部が連続し先端がプラズマ流噴出孔８０１に連続した逆円錐面８０３ｂとによりプラズマアーク助走部８０３を構成するようにしてもよい。この場合、ガス流縮流部８０２の円錐角αと逆円錐面８０３ａの円錐角θ１  と逆円錐面８０３ｂの円錐角θ２  との間に、α＞θ１  ＞θ２  の関係が成立するようにし、かつθ１  及びθ２  の双方を２０°ないし８５°の範囲に設定する。
【００４４】
このように、プラズマアーク助走部を、プラズマ流噴出孔側に向うにしたがって円錐角が順次小さくなっていくように配列された複数の逆円錐面により形成すると、プラズマアーク助走部に流入したガスが段階的に絞られつつ加速されるため、ガス流縮流部からプラズマアーク助走部を経てプラズマ流噴出孔に至るガス流路でのガスの流れを円滑にして、その高速化を図ることができる。従って、プラズマ流噴出孔８０１から噴出するプラズマジェットは、細く絞られて軸線方向への噴出力が強いきわめて強力なものとなり、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【００４５】
なお本発明において、プラズマアーク助走部においては、該助走部の途中でガスを半径方向の内側に指向させるような部分を設けないことが必要であり、プラズマアーク助走部を複数の逆円錐面により構成する場合には、該助走部の下流側に位置する逆円錐面の円錐角を上流側に位置する逆円錐面の円錐角よりも大きくしないようにすることが必須の要件である。例えば、図４に示したように、プラズマアーク助走部８０３の下流側に、上流側の逆円錐面８０３ａの円錐角θ１  よりも大きい円錐角θ２  ´を有する逆円錐面８０３ｂ´を設けることは避ける必要がある。即ち、図４に示したように、プラズマアーク助走部を構成すると、逆円錐面８０３ｂ´により径方向の内側にガスが指向され、これにより軸線方向に流れているガス流と交差する方向のガス流が生じるため、ガス流が乱されてプラズマアークの拘束力が低下する。従って、細く絞られたプラズマジェットを得ることができなくなり、好結果は得られない。
【００４６】
また図５に示したように、プラズマアーク助走部８０３の下流側に径方向の内側に湾曲した湾曲部８０３ｃを形成した場合にも、同様にこの湾曲部により径方向の内側に向うガス流が生じさせられるため、ガス流が乱されて好結果が得られなくなる。
【００４７】
上記の実施例では、プラズマアーク形成用流体Ｇとして空気または酸素を用いたが、空気または酸素を用いる場合がトーチの使用条件としては最も過酷であり、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合に最もトーチが損傷し易い状態になる。従って、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いた場合にトーチが損傷することがなければ、他の流体、例えば不活性ガスをプラズマアーク形成用流体として用いた場合には何等問題が生じない。従って本発明は、プラズマアーク形成用流体として空気または酸素を用いる場合に何等限定されない。
【００４８】
図９は本発明の他の実施例を示したもので、この実施例では、チップ支持部材６を同心的に取り囲むように外管１３が取り付けられ、電極支持部材４、絶縁スリーブ５、チップ支持部材６及び外管１３によりトーチボディ７が構成されている。外管１３とチップ支持部材６との間には環状のシールドガス流路ｓ１  が形成され、該シールドガス流路ｓ１  はガスボンベやポンプなどからなる図示しないシールドガス供給手段に接続されている。
【００４９】
トーチボディ６の外管１３の先端には、トーチボディ７の先端部とカップ９の円筒部９Ａとを同心的に取り囲む円筒部１５Ａと、カップ９の第２の凸部を同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとからなるシールドカップ１５が取り付けられている。シールドカップの円筒部１５Ａとトーチボディ７の先端部及びカップの円筒部９Ａとの間には、前記シールドガス流路ｓ１  に連通するシールドガス流路ｓ２  が形成され、シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとカップの第２の凸部９Ｂとの間にはシールドガス流路ｓ２  に連通するシールドガス流路ｓ３  が形成されている。シールドカップのテーパ部１５Ｂは、その先端部がカップ９の端部壁９Ｃよりも手前の位置で終端するように設けられており、テーパ部１５Ｂの先端部の内周とカップの第２の凸部９Ｂの外周との間に、プラズマ流噴出孔ｓａ  の中心軸線を同心的に取り囲むシールドガス噴出口ｓａ  が形成されている。シールドガス噴出口ｓａ  はプラズマ流噴出孔８０１と同心的に配置され、シールドガス流路ｓ１  ，ｓ２  ，ｓ３  を通して供給されるシールドガスがシールドガス噴出口ｓａ  から、プラズマジェットに向かって噴出するようになっている。
【００５０】
シールドカップの取り付け方は任意であるが、図示の例では、トーチボディ７の外管１３の先端部外周にネジ１３ａが設けられ、このネジ１３ａにシールドカップ１５の円筒部１５Ａの内周に設けられたネジ１５Ａ１が螺合されてシールドカップ１５がトーチボディ７に取り付けられている。その他の点は、図１に示したトーチと同様であり、チップ８のプラズマアーク助走部８０３は、ガス流縮流部８０２の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する単一の逆円錐面からなっている。
【００５１】
図９に示したトーチを用いて切断加工を行う場合には、プラズマ電極１と図示しない被加工物との間に電力を供給し、ガス導入通路ｇ１  を通してガス流路ｇ２  にプラズマアーク形成用流体Ｇを供給するとともに、シールドガス流路ｓ１  及びｓ２  にシールドガスＳを供給する。これによりプラズマ流噴出孔８０１からプラズマジェットを発生させ、シールドガス噴出口ｓａ  からシールドガスを噴出させて被加工物を切断する。
【００５２】
図１０は、図９に示したトーチを用いて被加工物を切断する場合に、シールドガスの流量を変化させて切断面のベベル角を測定する実験を行った結果を示したものである。この実験では、ガス流縮流部８０２の円錐角αを１００°、プラズマアーク助走部８０３の円錐角θを５０°とし、シールドガスＳとして酸素を用いた。また切断電流値を１２０［Ａ］とし、プラズマアーク形成用流体Ｇとして、空気を用いた場合と窒素を用いた場合とについて実験を行った。図１０において、実線の曲線はプラズマアーク形成用流体として空気を用いた場合を示し、破線の曲線はプラズマアーク形成用流体として窒素を用いた場合を示している。
【００５３】
図１０から、シールドガス流量を１０リットル／分ないし６０リットル／分の範囲に設定すると、シールドガスを流さない場合に比べて切断面のベベル角を０．５°以上小さくすることができ、切断面の品質の改善効果が高いことが明らかになった。
【００５４】
図９に示したトーチにおいて、シールドカップ１５を取り付ける際に、図１１に示すようにシールドカップ１５の中心軸線がカップ９の中心軸線（トーチの中心軸線）に対して傾くと、シールドガス流路ｓ２  及びｓ３  の断面積が不均一になり、シールドガス噴出口ｓａ  の開口面積が不均一になる上に、シールドガス噴出口ｓａ  が傾くため、シールドガス噴出口ｓａ  から噴出するシールドガスの流れが片寄り、シールド効果が減少する。
【００５５】
またシールドカップ１５の中心軸線とカップ９の中心軸線とが一致するように取り付けられた場合でも、カップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角とシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂのテーパ角には加工精度のばらつきがあるため、シールドガス流路ｓ３  の断面積がばらつき、その結果シールドガス噴出口ｓａ  から噴出するシールドガスの流速にばらつきが生じるおそれがある。
【００５６】
図１２及び図１３は、これらの問題を解決した実施例を示したもので、図１２はその要部の構造を示し、図１３は同実施例で用いるカップを示している。この実施例では、図１３に示したようにカップ９の第２の凸部９Ｂの外周に、該第２の凸部の外側の円錐面の母線方向に沿って放射状に伸びる複数の溝９０１が設けられている。シールドカップ１５はそのテーパ部１５Ｂがカップ９の第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成され、カップ９の第２の凸部の外面の溝９０１によりシールドガス流路ｓ３  が形成されている。またシールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されている。
【００５７】
図１２に示したように構成すると、チップ８の先端部８Ｃの外周を基準としてトーチボディ７と同軸的に取り付けられたカップ９の第２の凸部９Ｂの外周にシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂが当接して位置決めされるため、常にシールドカップ１５の中心軸線をチップ８及びカップ９の中心軸線に一致させることができ、シールドガス噴出口ｓａ  をプラズマ流噴出孔８０１に対して同心的に配置することができる。したがって、シールドガスの流れが片寄って、シールド効果が減少するのを防ぐことができる。
【００５８】
また図１２に示した実施例のように、シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部９Ｂの外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成すると、シールドガス噴出口ｓａ  の近傍でカップ９とシールドカップ１５とが当接して、シールドガスを所望の状態で噴出させることができる。
【００５９】
上記の実施例では、チップ８の第１の凸部８Ｂを逆円錐状に形成してその内周面及び外周面が共に逆円錐面状を呈するようにしたが、チップの第１の凸部８Ｂは、該チップの先端に向かって先細の形状を呈していてその少なくとも内周面が逆円錐面状に形成されていればよく、その外周面は必ずしも逆円錐面状に形成されていなくてもよい。例えば、チップの第１の凸部８Ｂの外周面を、先端に向かって段階的に外径が小さくなっていく形状（階段状の形状）としてもよい。
【００６０】
また上記の実施例では、カップ９の第２の凸部９Ｂを逆円錐状として、その内周面及び外周面が共に逆円錐面状を呈するようにしたが、カップの第２の凸部９Ｂの内周面は必ずしも逆円錐面とする必要はなく、先端に向かって段階的に内径が小さくなる形状（階段状の形状）としてもよい。
【００６１】
以上本発明の好ましい実施例を説明したが、本明細書に開示した発明の主な態様を挙げると下記の通りである。
【００６２】
（１）  中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２  を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８とを備え、前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  が０．２以上２．５以下に設定されているプラズマアーク切断用トーチ。
【００６３】
（２）  中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２  を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８と、前記チップ８を同心的に取り囲むように形成されたカップ９とを備え、
前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップ８の円筒部８Ａを同心的に取囲む円筒部９Ａと前記チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取囲む第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて該端部壁に設けられた孔を通して前記チップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記カップ９の円筒部９Ａを同心的に取囲む円筒部１５Ａとカップの第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられて該シールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとカップの第２の凸部９Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３  が形成されて該シールドガス流路の先端にプラズマ流噴出孔の中心軸線を同心的に取り囲む環状のシールドガス噴出口ｓａ  が形成され、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  が０．２以上２．５以下に設定されていることを特徴とするプラズマアーク切断用トーチ。
【００６４】
（３）  中空管状の電極基材２の先端を閉鎖する端部壁に設けた凹部内に高融点材料からなる挿入体３を装着してなるプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２  を介して同心的に取り囲むように形成された中空のチップ８と、前記チップ８を同心的に取り囲むように形成されたカップ９とを備え、
前記チップはプラズマ電極を同心的に取囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部８Ａと先端部８Ｃとの間にあって先端部８Ｃに向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部８Ｂの内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップ８の円筒部８Ａを同心的に取囲む円筒部９Ａと前記チップ８の第１の凸部８Ｂを同心的に取囲む第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて該端部壁に設けられた孔を通して前記チップの先端部８Ｃの一部が外部に導出されているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外面は逆円錐面状に形成されていて該カップ９の円筒部９Ａを同心的に取囲む円筒部１５Ａと前記カップの第２の凸部９Ｂの外周に当接して該カップの第２の凸部９Ｂを同心的に取り囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられ、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  が０．２以上２．５以下に設定され、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周には該第２の凸部の円錐面の母線方向に沿って伸びる複数の溝９０１が放射状に設けられて、該複数の溝によりシールドガス流路ｓ３  が形成され、
前記シールドカップ１５はそのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部の外面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されていることを特徴とするプラズマアーク切断用トーチ。
【００６５】
（４）  トーチボディ７と、中空管状の電極基材２と該電極基材の先端部を閉鎖する端部壁に設けられた凹部内に装着された高融点の挿入体３とからなっていて前記トーチボディの中心部に支持されたプラズマ電極１と、前記プラズマ電極を環状のガス流路ｇ２  を介して同心的に取り囲むように形成されて前記トーチボディ７に支持されたチップ８と、前記チップを冷却水還流通路ｗ４  を介して同心的に取り囲むように形成されて前記トーチボディ７に支持されたカップ９とを備え、
前記チップ８は、前記プラズマ電極１を取り囲む円筒部８Ａとプラズマ流噴出孔８０１を有する先端部８Ｃと該円筒部と先端部との間にあって先端部に向かう先細の第１の凸部８Ｂとを有して該第１の凸部の内側に逆円錐面状のガス流縮流部８０２が形成され、
前記カップ９は前記チップの円筒部８Ａを同心的に取り囲む円筒部９Ａと前記チップの第１の凸部８Ｂを同心的に取り囲む先細の第２の凸部９Ｂと該第２の凸部９Ｂの先端を閉鎖する端部壁９Ｃとを有していて、該カップの端部壁に設けられた孔を通して前記チップ８の先端部８Ｃの一部が外部に導出され、
前記トーチボディ７は、前記プラズマ電極１の電極基材２内に連通する冷却水流通用の孔１０ａと、該冷却水流通用の孔内の冷却水を前記冷却水還流通路ｗ４  に案内するための冷却水案内通路ｗ３  と、冷却水還流通路内を還流した冷却水を外部に排出するための冷却水排出通路ｗ５  と、前記環状のガス流路ｇ２  にプラズマアーク形成用流体を導入するガス導入通路ｇ１  とを内部に有しているプラズマアーク切断用トーチにおいて、
前記チップ８のプラズマ流噴出孔８０１とガス流縮流部８０２との間に、ガス流縮流部の円錐角αよりも小さい円錐角θを有する逆円錐面状のプラズマアーク助走部８０３が設けられ、
前記プラズマアーク助走部８０３の円錐角θは２０度以上８５度以下に設定され、
前記プラズマアーク助走部８０３の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔８０１の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  が０．２以上２．５以下に設定されているプラズマアーク切断用トーチ。
【００６６】
（５）  前記カップの第２の凸部の外面は逆円錐状に形成されていて、該カップ９の円筒部を取り囲む円筒部１５Ａとカップ９の第２の凸部９Ｂを同心的に取囲むテーパ部１５Ｂとを有するシールドカップ１５が更に設けられ、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂとシールドカップ１５のテーパ部１５Ｂとの間にシールドガス流路ｓ３  が形成されて該シールドガス流路の先端にシールドガス噴出口ｓａ  が形成されていることを特徴とする上記４項に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【００６７】
（６）  前記シールドカップ１５はそのテーパ部が前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周に当接するように形成され、
前記カップ９の第２の凸部９Ｂの外周には該第２の凸部の円錐面の母線方向に沿って放射状に伸びる複数の溝９０１が設けられて、該複数の溝により前記シールドガス流路ｓ３  が形成され、
前記シールドカップ１５は、そのテーパ部１５Ｂのテーパ角γがカップ９の第２の凸部２Ｂの円錐面の円錐角βと同一かまたは該テーパ角γが円錐角βよりも若干大きくなるように形成されていることを特徴とする上記５項に記載のプラズマアーク切断用トーチ。
【００６８】
（７）  上記１項または４項に記載のプラズマアーク切断用トーチを用い、該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給するとともに、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【００６９】
（８）  上記２項、３項、５項または６項に記載のプラズマアーク切断用トーチを用いて該トーチのプラズマ電極と被加工物との間に電力を供給し、該トーチ内のガス流路に空気または酸素をプラズマアーク形成用流体として供給するとともに、前記シールドガス流路に酸素をシールドガス流体として供給し、該シールドガス流体の流量を１０リットル／分〜６０リットル／分の範囲に設定してプラズマアーク切断を行うことを特徴とするプラズマアーク切断方法。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、チップのプラズマ流噴出孔とガス流縮流部との間に、該ガス流縮流部よりも円錐角が小さい逆円錐面状のプラズマアーク助走部を形成して、チップの内側に流入したプラズマアーク形成用流体を、軸線方向に対する半径の減少率が大きいガス流縮流部により径方向に拘束して絞った後、軸線方向に対する半径の減少率が小さいプラズマアーク助走部により加速するようにしたので、細く絞られた高速のガス流をプラズマ流噴出孔から流出させることができる。
【００７１】
また本発明によれば、プラズマアーク助走部を設けて、該プラズマアーク助走部の円錐角θを２０度以上８５度以下に設定するとともに、プラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を０．２以上２．５以下に設定したことにより、最大切断電流値を従来よりも大きく設定できるようになった。
【００７２】
従って本発明によれば、プラズマアーク形成用流体を細く絞って高速で流出させることができることと、最大切断電流値を従来よりも高く設定できることとが相俟って、従来よりも電流密度が高い、細く絞られたプラズマアークを発生させることができ、ベベル角が小さい高品質の切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１の実施例の要部を更に拡大して示した縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示した拡大断面図である。
【図４】本発明で採用できないプラズマアーク助走部の形状を示した拡大断面図である。
【図５】本発明で採用できないプラズマアーク助走部の他の形状を示した拡大断面図である。
【図６】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の円錐角を変化させた場合の許容最大切断電流値を測定した結果を示した線図である。
【図７】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の円錐角を変化させた場合の切断面のベベル角の変化を測定した結果を示した線図である。
【図８】本発明に係わるトーチにおいてプラズマアーク助走部の軸線方向寸法Ｌ２  とプラズマ流噴出孔の軸線方向寸法Ｌ１  との比Ｌ２  ／Ｌ１  を変えた場合の切断面のベベル角の変化を示した線図である。
【図９】本発明の更に他の実施例の要部の構造を示す縦断面図である。
【図１０】図９の実施例のトーチにおいてシールドガス流量を変化させた場合の切断面のベベル角の変化を測定した結果を示した線図である。
【図１１】図９の実施例のトーチにおいてシールドカップが傾いて取り付けられた状態を示した縦断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例の要部を示した縦断面図である。
【図１３】図１２の実施例で用いるカップを示した斜視図である。
【図１４】従来のトーチの要部を示した縦断面図である。
【図１５】図１４の要部を更に拡大して示した拡大断面図である。
【符号の説明】
１  プラズマ電極
２  電極基材
３  挿入体
４  電極支持部材
５  絶縁スリーブ
６  チップ支持部材
７  トーチボディ
８  チップ
８Ａ  円筒部
８Ｂ  第１の凸部
８Ｃ  先端部
８０１  プラズマ流噴出孔
８０２  ガス流縮流部
８０３  プラズマアーク助走部
９  カップ
９Ａ  円筒部
９Ｂ  第２の凸部
９Ｃ  先端部
１５  シールドカップ
１５Ａ  円筒部
１５Ｂ  テーパ部
ｇ１    ガス導入通路
ｇ２    ガス流路
ｓ１  〜ｓ３    シールドガス流路
ｗ１  ，ｗ２    冷却水通路
ｗ３    冷却水案内通路
ｗ４    冷却水還流通路
ｗ５    冷却水排出通路
Ｇ  プラズマアーク形成用流体
Ｓ  シールドガス
Ｗ  冷却水
【図１】
0003558700.tif 000003
【図２】
0003558700.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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