(57)【要約】【課題】エアプラズマガウジング用ノズルの長寿命化、及び高品質なガウジング施行。【解決手段】本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、ノズルの開口部の先端側の外周に絶縁部を有し、絶縁部に倣い形状を持つように構成する。これにより、母材と接触の恐れがある面のノズル導電部の外周に高伝熱性の耐熱性樹脂からなる絶縁部を設け、ガウジング作業時に母材とノズルとの意図しない電気的接触を避ける構造とすることにより、ガウジングノズルの損傷を低減できる。またさらに、絶縁部に傾斜をつけた倣い部を設けることで、母材の面に倣い可能で、作業者によるガウジング品質のばらつきを低減できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアークを発生させて母材の加工を行うためのエアプラズマガウジング用ノズルであって、
トーチ本体部に着脱可能に電気的接続される導電部から成り、
前記導電部と母材とを電気的に絶縁するように、少なくとも前記導電部の開口部の先端側を絶縁する絶縁部を外周に備え、
前記導電部に対して前記絶縁部は一体成形され、前記絶縁部は高熱伝導性の耐熱性樹脂から成前記絶縁部は、ノズル軸との角度αが３０°以上４５°以下で、母材の表面に倣い可能な傾斜部を有し、厚みは、２ｍｍ以上であるエアプラズマガウジング用ノズル。
【請求項２】
前記導電部と前記絶縁部との相対位置ずれを防止するように、
軸方向のずれを防止する凹部と、
前記凹部の底面に、軸まわりの回転を防止する一つ以上の放射状に配置される溝部と、を備える請求項１記載のエアプラズマガウジング用ノズル。
【請求項３】
前記導電部は、前記母材に向けて作動用の圧縮ガスが通過するオリフィス部を有し、前記オリフィス部は前記導電部の開口部に対し、外径が小さく、前記開口部から着脱を行う請求項１記載のエアプラズマガウジング用ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周部に絶縁部を備えたエアプラズマガウジング用のノズル、及び前記ノズルを備えたプラズマ切断トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まずプラズマアーク切断装置の構成を説明する。
プラズマ切断では電極をマイナス極性にして、ノズルをプラス極性にし、
電極とノズル間にパイロットアークを発生させ、その後、本アークを発生させる。
【０００３】
これをプラズマ切断トーチに供給してプラズマアークとなるガスである作動ガスがノズル内を流れる際の冷却効果とノズル先端の噴き出し穴で機械的に絞って、高温のプラズマアークにし、加工物を溶融および吹き飛ばして切断するものである。
【０００４】
従来から、プラズマ切断トーチと切断用電源を備えたプラズマアーク切断装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、従来のプラズマアーク切断装置の概略構成を示す図である。
図５において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ２は、切断用電源４の内部あるいは切断用電源４の外部に設置されるレギュレータ３に接続される。レギュレータ３において作動ガスの二次圧力を一定値に調整した後、作動ガスは、レギュレータ３から切断用電源４の内部に導かれる。
レギュレータ３は、切断用電源４の内部に設けられたプラズマアークの始動と停止をオンオフするガスバルブ（図示せず）に接続され、作動ガスは、切断用電源４の内部を流れる。
【０００６】
このガスバルブは、作動ガスをトーチ本体１の先端部に送る冷却ケーブル８に接続されている。また、切断用電源４には、母材５に接続される接地ケーブル６が接続されている。
さらに、切断用電源４には、アークスタートを良好にするための高周波をトーチ本体１の図示しない電極へパイロットアークを印可させるためのパイロットケーブル９と、トーチスイッチケーブル１０が接続されている。
【０００７】
一方、プラズマ切断トーチ７は、電纜を内蔵して切断用電源４から導き出されたパイロットケーブル９とトーチスイッチケーブル１０が接続されるとともに、冷却ケーブル８が接続されている。そして、冷却ケーブル８内より作動ガスをトーチ本体１に供給している。
【０００８】
以上のように、プラズマアーク切断装置１１が構成されている。
アークスタート時は、切断用電源４の内部に設けられた高周波発生装置（図示せず）より、高周波をパイロットケーブル９に導き、図２に示すトーチ本体１に設けられたエアプラズマガウジング用ノズルとしてのノズル１７と電極１６との間で高周波を発生させ絶縁破壊させた後、パイロットアークを飛ばし、母材５からの電流を感知して本アークに移行し、母材を溶融、及び吹き飛ばし、切断を行う。
【０００９】
エアプラズマガウジングでは、切断用ノズルとは異なりノズル先端部においてアークの拘束性を弱め、入熱幅を広くする、エアプラズマガウジング用のノズル１７を用い、切断とは異なり溶接ビードや母材表面を溶融して溝掘り、または不良部分や第１層等の溶接部の裏面をハツリ取るガウジングの動作を行うものである。従来のエアプラズマガウジング用のノズルでは、母材５とノズル１７が接触、もしくは異常接近すると、母材５とノズル１７が同電位となり、アークの拘束性が弱いのと相まって、ノズル１７を介して母材５に意図しない電流が流れやすかった。
【００１０】
また、切断用ノズルについて、さらに特許文献２や、特許文献３が開示されているが、絶縁部であるゴム系の接着剤の耐熱性が不十分、もしくは窒化ケイ素セラミクスの製造コストが高いなど実用性に乏しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平３−１１４６７７号公報
【特許文献２】特開昭５８−３５０５９号公報
【特許文献３】特開平９−１９２８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の構成では、アークが安定し難く、高品質なガウジングの結果を得ることは難しく、またノズルの消耗度合いが大きかった。これにより、アーク安定のためには、母材とノズルは空間的な距離を保持して電気的に絶縁する必要があり、作業者によってガウジングの品質がばらつき、更に作業者負担が大きいという課題があった。
【００１３】
本発明は、エアプラズマガウジング用ノズルの消耗を抑制して損傷を防ぎ、長時間の連続使用を可能とするとともに、作業者負担を軽減するとともに、作業者に依存しない高品質なガウジングを可能とする実用的なエアプラズマガウジング用ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題解決するために、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、
プラズマアークを発生させて母材の加工を行うためのエアプラズマガウジング用ノズルであって、トーチ本体部に着脱可能に電気的接続される導電部から成り、前記導電部と母材とを電気的に絶縁するように、少なくとも前記導電部の開口部の先端側を絶縁する絶縁部を外周に備え、
前記導電部に対して前記絶縁部は一体成形され、前記絶縁部は高熱伝導性の耐熱性樹脂から成り、前記絶縁部は、ノズル軸との角度αが３０°以上４５°以下で、母材の表面に倣い可能な傾斜部を有し、厚みは、２ｍｍ以上であるものである。
【００１５】
また、上記に加えて、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、前記導電部と前記絶縁部との相対位置ずれを防止するように、軸方向のずれを防止する凹部と、前記凹部の底面に、軸まわりの回転を防止する一つ以上の放射状に配置される溝部と、を備えるものである。
【００１６】
また、上記に加えて、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、前記導電部は、前記母材に向けて作動用の圧縮ガスが通過するオリフィス部を有し、前記オリフィス部は前記導電部の開口部に対し、外径が小さく、前記開口部から着脱を行うものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明ではエアプラズマガウジング用ノズルの外周に高熱伝導性の耐熱性樹脂からなる絶縁部を設けることで、ノズルの損傷を防ぎ、長時間の連続使用を可能とするとともに、絶縁部に母材の表面に倣い可能な傾斜部を設けることで作業者負担を軽減するとともに、作業者に依存しない高品質なガウジングを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの要部を示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるエアプラズマガウジング用ノズルの詳細図
【図３】本発明の実施の形態２におけるエアプラズマガウジング用ノズルの詳細図
【図４】（Ａ）本発明の実施の形態２におけるエアプラズマガウジング用ノズルの開口部側から見たオリフィスの平面図、（Ｂ）本発明の実施の形態２におけるエアプラズマガウジング用ノズルのオリフィスの正面図
【図５】従来のプラズマ切断装置の概略構成を示す図
【図６】従来のプラズマ切断トーチの要部を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１、図２を用いて説明する。
図１にプラズマ切断トーチの要部を示す。内側金具１２と外側金具１３とは、絶縁筒１４を間に介し、電気的に短絡しないよう同軸状に組み合わされている。
内側金具１２、外側金具１３、および絶縁筒１４は、外周部をカバーするモールド絶縁体１５で覆い、トーチ本体１を形成している。電極１６、エアプラズマガウジング用のノズルであるノズル１７は、内側金具１２、および外側金具１３に対して、それぞれ、ねじ込み式にて組み合わされ、電極１６、とノズル１７は、互いに離間して配置される。
【００２０】
またシールドカップ２５は、外側金具１３に対して、開口部側よりネジ込式に取付けられる。
図２にエアプラズマガウジング用のノズル１７のノズル詳細部を示す。エアプラズマガウジングは、エアプラズマガウジング用のノズル１７を用い、プラズマアークの拘束性を弱め、入熱幅を広くして異なり溶接ビードや母材表面を溶融して溝掘り、または不良部分や第１層等の溶接部の裏面をハツリ取る動作を行うものである。
【００２１】
絶縁部としてのノズル絶縁部１９は、ノズル導電部１８の先端側に対して嵌め込み式、もしくは熱硬化性樹脂、及び熱伝導性樹脂などの耐熱性の樹脂によるインサート成形での一体成型により、ノズル導電部１８の先端側の外周部に取付けられる。
【００２２】
具体的には、ノズル絶縁部１９は、ノズル１７のノズル軸方向に対し、軸方向にずれるのを防止するためのノズル凹部２３と、ノズル凹部２３の底面にノズル軸まわりの回転を防止する一つ以上の溝部であるＶ形状の溝、もしくは、Ｒ／Ｕ形状の溝等の抜け防止構造２４とを有する、ノズル導電部１８の外周部に、ノズル軸方向の移動、及び、ノズル軸まわりの回転を制限されるように装着される。なお抜け防止構造２４は、ローレット処理にて形成しても良い。
【００２３】
また、ノズル絶縁部１９に高熱伝導性の耐熱性樹脂を用いることで、高温の母材と接触した際のノズル自体の大幅な変形を防ぎ、機械的強度を確保することができ、かつ安価に制作することが可能となる。
樹脂に熱伝導性フィラーを添加した高熱伝導性の耐熱樹脂とすることで、ノズル絶縁部１９の相対的な耐熱温度を向上させている。ノズル導電部１８の外周部の表面温度は１３０℃程度に上昇するため、耐熱性樹脂としては、熱硬化性樹脂や耐熱温度が１５０℃以上の熱可塑性樹脂のスーパエンジニアリングプラスチックを用いる。熱硬化性樹脂ではガラス繊維充填のフェノール樹脂やＰＤＡＰ（ジアリルフタレート）等の耐熱温度が２７０℃ものや、熱可塑性樹脂では、ＰＩ(ポリイミド)等の耐熱温度が３００℃以上の耐熱温度が高い樹脂を用いることが好ましい。
【００２４】
またノズル絶縁部１９は、厚みｔ＝２ｍｍ以上とし、トーチ本体軸、またはノズル軸に対して角度α＝３０°以上４５°以下となるようなノズル傾斜部２６を有する。
【００２５】
これにより、ノズル軸方向の移動、及び、ノズル軸まわりの回転を制限されたノズル絶縁部１９に、母材の表面に倣うための傾斜部を設けることで、作業者のガウジング作業を安定させ、作業者に依存していたガウジング結果を均一にすることができる。
【００２６】
なお、ノズル軸に対して、角度α＝３０°未満の場合は、溶接部の裏面をハツリ取るガウジングの角度が浅くなりガウジング作業が安定し難く、また、角度α＝４５°を越える場合は、ガウジングの角度が深くなりガウジング作業において、ガウジング動作により溶融して削り取られたワークの削りカスが作業者自身に跳ね返り恐れがある。また、ノズル絶縁部１９の厚みがｔ＝２ｍｍ未満となると絶縁耐圧及び機械的強度低くなり、ノズル絶縁部１９の厚みｔ＝２ｍｍ以上が好ましい。
【００２７】
以上のような本発明の実施の形態１によれば、ノズル絶縁部１９によりノズル１７と母材５との意図しない電気的接触が防止され、ノズル１７の外周部と母材５との間の絶縁が確保できるため、アーク不安定による施工不良、及びノズル１７への損傷が低減される。また、ノズル傾斜部２６の倣い構造により、作業者に依存しないガウジング作業により良好なガウジング結果を容易に得ることができる。
【００２８】
（実施の形態２）
次に実施の形態２を、図３、図４を用いて説明する。
図３は、エアプラズマガウジング用ノズルであるノズル１７の詳細図を示し、
図４は、ノズル１７に設けられるオリフィス部の詳細図を示す。図４（Ａ）は、エアプラズマガウジング用ノズルの開口部２２側から見たオリフィス部２０の平面図、図４（Ｂ）は、エアプラズマガウジング用ノズルのオリフィス部２０の正面図である。
【００２９】
実施の形態１と異なる点は、ノズル１７において、プラズマアークとなる作動ガスが通過し、アークによる消耗が激しいオリフィス部２０を交換可能にした独立構造としたものである。オリフィス部２０はねじ込み式により、ノズル１７のノズル導電部１８に装着される。オリフィス部２０は、ノズル１７の先端の開口部２２側からノズル導電部１８に取り付けるための、狭い溝からなるすり割り部２１を有し、オリフィス部２０は、ノズル１７のノズル導電部１８の開口部２２より外径が小さく構成され、外周にはネジが形成されている。
【００３０】
これにより、ノズル１７の先端側である開口部２２側よりマイナスドライバー等を用いてオリフィス部２０をノズル導電部１８の内部に対してダイレクトに着脱可能に取付けることが出来る。
【００３１】
以上のような実施の形態２によれば、消耗の激しいオリフィス部を独立することで、交換の際にシールドカップ等の部品を外すことなくダイレクトに交換することが可能である。
【００３２】
なお前述したとおり、アークスタート時にはノズル１７のノズル導電部１８と電極１６との間にパイロット電流を流してパイロットアークを発生させ、母材５との絶縁破壊を行う必要があるが、本実施例のプラズマガウジングノズルでは、ノズル１７の内部の導電性がノズル導電部１８により確保されているため、パイロット電流を流すことができ、従来同様の良好なアークスタート性を確保することができる。
【００３３】
以上のように、本発明のエアプラズマガウジング用ノズルは、ノズルの開口部の先端側の外周に絶縁部を有し、絶縁部に倣い形状を持つように構成する。これにより、母材と接触の恐れがある面のノズル導電部の外周に高伝熱性の耐熱性樹脂からなる絶縁部を設け、ガウジング作業時に母材とノズルとの意図しない電気的接触を避ける構造とすることにより、ガウジングノズルの損傷を低減できる。またさらに、絶縁部に傾斜をつけた倣い部を設けることで、母材の面に倣い可能で、作業者によるガウジング品質のばらつきを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のプラズマガウジング用ノズルは、長寿命化、高品質なガウジング結果を得ることができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１  トーチ本体
２  コンプレッサ
３  レギュレータ
４  切断用電源
５  母材
６  接地ケーブル
７  プラズマ切断トーチ
８  冷却ケーブル
９  パイロットケーブル
１０  トーチスイッチケーブル
１１  プラズマアーク切断装置
１２  内側金具
１３  外側金具
１４  絶縁筒
１５  モールド絶縁体
１６  電極
１７  ノズル
１８  ノズル導電部
１９  ノズル絶縁部
２０  オリフィス部
２１  すり割り部
２２  開口部
２３  ノズル凹部
２４  抜け防止構造
２５  シールドカップ
２６  ノズル傾斜部
【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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