(57)【要約】      （修正有）【課題】切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長く、小型軽量化が図れるプラズマトーチを提供する。【解決手段】トーチ本体１４の軸芯部に設けられ先端にテーパ部が形成された電極１５と、トーチ本体に取付けられたプラズマノズル１６と、プラズマノズルを取囲みトーチ本体に取付けられるカップ１８と、内周部が電極のテーパ部の上部と電気的に接触し、外周部がプラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リング２０と、プラズマノズルの内面に取付けられて可動リングを押し上げるばね２１とを備え、電極と可動リングとプラズマノズルとトーチ本体とで密封された空間２２が形成され、アーク起動に際してプラズマガスがこの空間に供給されると可動リングが電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して、可動リングの内周面が電極のテーパ部と非接触となってパイロットアークを発生させるプラズマトーチ。【選択図】図１
2005288446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチ本体と、
前記トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、
前記トーチ本体に取付けられて前記電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、
前記プラズマノズルを取囲み前記トーチ本体に取付けられるカップとを備えたプラズマトーチにおいて、
前記電極の先端にテーパ部が形成され、
内径が前記電極のテーパ部の上部と同じであって内周部が前記電極のテーパ部の上部と電気的に接触し外周部が前記プラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、
前記プラズマノズルの内面に取付けられて前記可動リングを押し上げるばねとを備え、
前記電極と前記可動リングと前記プラズマノズルと前記トーチ本体とで密封された空間が形成され、
アーク起動に際してプラズマガスが前記空間に供給されると前記可動リングに下方向の力が働いて前記可動リングが前記電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して前記可動リングの内周面が前記電極のテーパ部と非接触となって前記パイロットアークを発生させることを特徴とするプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ切断を行うための改良されたプラズマトーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ切断は、まず、電極とプラズマノズルとの間でパイロットアークを発生させる。そして、このアークをプラズマガスの圧力によってプラズマノズルから噴出させ、電極と被加工物との間で主プラズマアークを発生させる。この主プラズマアークをプラズマノズルで絞り、プラズマガスで冷却することによって、集中性の良い高温プラズマ流を発生させることができる。これを溶断熱源として被加工物を溶融し、その溶融物をプラズマガスで排除することによって切断するものである。
【０００３】
図５は、一般的なプラズマ切断装置の構成を示す図である。同図において、プラズマ切断用電源装置１は、商用電源を入力として、例えばインバータ制御回路によって出力が定電流制御されて、プラズマ切断トーチ２及び被加工物３へ電力が供給される。コンプレッサ４から噴出されたエア又は酸素のプラズマガスは、プラズマ切断用電源装置１内に設けられた電磁弁（図示を省略）を通過してプラズマ切断トーチ２に噴出される。
【０００４】
以下、動作を説明する。
作業者が起動スイッチ５を押すと、プラズマ切断用電源装置１から予め設定された電力がプラズマ切断トーチ２及び被加工物３へ供給され、コンプレッサ４からプラズマ切断トーチ２へプラズマガスが噴出される。そして、プラズマ切断トーチ２内に設けられた（図５で後述する）電極とプラズマノズルとの間でパイロットアークが発生する。このパイロットアークをプラズマガスの圧力によってプラズマノズルから噴出させ、電極と被加工物３との間で主プラズマアークを発生させて、被加工物３の切断が行われる。
【０００５】
図６及び図７は、高周波高電圧を印加させずに、パイロットアークを発生させる従来技術のプラズマ切断トーチの断面図であって、図６は、プラズマガスが供給される前の状態を示し、図７は、プラズマガスが供給されているときの状態を示す。
図６において、トーチ本体６の軸芯部に電極７が設けられ、この電極７は、ばね８によって下方向に加圧されている。プラズマノズル９は筒状で導電性があり、プラズマ噴出孔９ａが先端部に形成されている。筒状の絶縁部材１０がトーチ本体６に取付けられ、電極７とプラズマノズル９との間以外の個所でパイロットアークが発生することを防いでいる。電極７とプラズマノズル９と絶縁部材１０とで密封された空間１１が形成されている。
【０００６】
アーク起動に際して、図７に示すように、この空間１１に図５で示したコンプレッサ４からプラズマガス１２が供給されると、電極７は、絶縁部材１０に沿って軸芯上方向に摺動する。そして、電極７とプラズマノズル９との間が非接触となり、パイロットアークを発生させる。
絶縁性及び耐熱性を有するカップ１３が、プラズマノズル９を取囲みトーチ本体６に取付けられている。プラズマガス１２がカップ１３のプラズマ噴出孔１３ａから噴出することによって、カップ１３が冷却される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
以下、動作を説明する。
図６に示すように、電極７はばね力でプラズマノズル９に押し付けられて接触した状態で、作業者が図３で示した起動スイッチ５を押すと、プラズマ切断用電源装置１から電極７とプラズマノズル９及び被加工物３との間に電力が供給される。
【０００８】
そして、図７に示すように、電極７とプラズマノズル９と絶縁部材１０とで密封された空間１１に、コンプレッサ４からプラズマガス１２が供給されると、電極７に上方向の力が働いて、電極７がプラズマノズル９から離れて上方向に移動して、電極７がプラズマノズル９と非接触となってパイロットアークを発生させる。そして、プラズマガス１２の圧力によってプラズマ噴出孔９ａから噴出されて、電極７と被加工物３との間で主プラズマアークを発生させ、プラズマ切断が行われる。また、プラズマガス１２によって電極７、プラズマノズル９及びカップ１３等が冷却されている。
【特許文献１】特許第２５６８１２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図６及び図７で示した従来技術のプラズマ切断トーチでは、パイロットアークを発生させるために、電極７を軸芯方向に移動させている。このために、電極７の軸芯が僅かに変動し、電極７及びプラズマノズル９のそれぞれの軸芯を同軸に保つことが困難である。従って、主プラズマアークに移行したときに、プラズマアークが軸芯方向に発生しないため、切断性能が悪くなるという不具合があった。
また、電極７及びプラズマノズル９のそれぞれの軸芯が同軸でないために、電極７又は、プラズマ噴出孔９ａが偏摩耗し、これらの寿命が短くなるという不具合があった。
【００１０】
本発明は、切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長く、小型軽量化が図れるプラズマトーチを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、第１の発明は、
トーチ本体と、
前記トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、
前記トーチ本体に取付けられて前記電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、
前記プラズマノズルを取囲み前記トーチ本体に取付けられるカップとを備えたプラズマトーチにおいて、
前記電極の先端にテーパ部が形成され、
内径が前記電極のテーパ部の上部と同じであって内周部が前記電極のテーパ部の上部と電気的に接触し外周部が前記プラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、
前記プラズマノズルの内面に取付けられて前記可動リングを押し上げるばねとを備え、
前記電極と前記可動リングと前記プラズマノズルと前記トーチ本体とで密封された空間が形成され、
アーク起動に際してプラズマガスが前記空間に供給されると前記可動リングに下方向の力が働いて前記可動リングが前記電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して前記可動リングの内周面が前記電極のテーパ部と非接触となって前記パイロットアークを発生させることを特徴とするプラズマトーチある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラズマトーチは、トーチ本体と、トーチ本体の軸芯部に設けられて被加工物との間で主プラズマアークを発生させる電極と、トーチ本体に取付けられて電極との間でパイロットアークを発生させるプラズマノズルと、プラズマノズルを取囲みトーチ本体に取付けられるカップとを備え、電極の先端にテーパ部が形成され、内径が電極のテーパ部の上部と同じであって、内周部が電極のテーパ部の上部と電気的に接触し、外周部がプラズマノズルと電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する可動リングと、プラズマノズルの内面に取付けられて可動リングを押し上げるばねとを備え、電極と可動リングとプラズマノズルとトーチ本体とで密封された空間が形成され、アーク起動に際して、プラズマガスがこの空間に供給されると可動リングに下方向の力が働いて、可動リングが電極のテーパ部の上部から離れて下方向に移動して、可動リングの内周面が電極のテーパ部と非接触となってパイロットアークを発生させる。
【００１３】
この結果、電極及びプラズマノズルが固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、切断性能が安定し、電極及びプラズマノズルの寿命が長くなる。また、従来技術のプラズマ切断トーチと比べて、電極を摺動させる機構の代わりに、可動リングを摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明のプラズマ切断トーチの断面図であって、図１は、プラズマガスが供給される前の状態を示し、図２は、プラズマガスが供給されているときの状態を示す。
図１において、トーチ本体１４の軸芯部に電極１５（通常、銅電極の先端にハフニウムが埋め込まれている）が取付けられ、この電極１５の先端にテーパ部１５ａが形成されている。この電極１５と被加工物３との間で主プラズマアークを発生させる。プラズマノズル１６はトーチ本体１４に取付けられて筒状で導電性があり、電極１５と同軸であり、電極１５との間でパイロットアークを発生させる。また、プラズマ噴出孔１６ａが先端部に形成されている。筒状の絶縁部材１７がトーチ本体１４に取付けられ、電極１５と後述する可動リングとの間以外の個所で、パイロットアークが発生することを防いでいる。絶縁性及び耐熱性を有するカップ１８が、プラズマノズル１６を取囲みトーチ本体１４に取付けられている。
【００１５】
導電性を有する可動リング２０は、内径が電極のテーパ部の上部１５ｂと同じである。また、ばね２１がプラズマノズル１６の内面に取付けられて、可動リング２０を押し上げている。この可動リング２０は、内周部が、電極のテーパ部の上部１５ｂと電気的に接触し、外周部がプラズマノズル１６と電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する。電極のテーパ部の上部１５ｂに、段部を設けているが、これは、可動リング２０が容易に引っ掛かって止まるために設けているので、設けなくてもよい。電極１５と可動リング２０とプラズマノズル１６とトーチ本体１４とで密封された空間２２が形成されている。
【００１６】
アーク起動に際して、図２に示すように、コンプレッサ４からプラズマガス２３（通常、エア又は酸素）がこの空間２２に供給されると、可動リング２０が下方向に摺動して、可動リング２０と電極１５との間でパイロットアークを発生させる。
【００１７】
以下、動作を説明する。
図１において、可動リング２０がばね力で電極１５に押し付けられて接触した状態で、作業者が起動スイッチ５を押すと、プラズマ切断用電源装置１から電極１５とプラズマノズル１６及び被加工物３との間に電力が供給される。
【００１８】
そして、図２に示すように、電極１５と可動リング２０とプラズマノズル１６とトーチ本体１４とで密封された空間２２に、コンプレッサ４からプラズマガス２３が供給されると、可動リング２０に下方向の力が働いて、可動リング２０が電極のテーパ部の上部１５ｂから離れて下方向に移動して、可動リング２０の内周面が電極のテーパ部１５ａと非接触となって、パイロットアークを発生させる。そして、このパイロットアークがプラズマガス２３の圧力によってプラズマ噴出孔１６ａから噴出されて、電極１５と被加工物３との間で主プラズマアークを発生させ、切断が行われる。また、プラズマガス２３によって電極１５、プラズマノズル１６及びカップ１８等が冷却されている。
【００１９】
この結果、本発明のプラズマ切断トーチは、電極１５及びプラズマノズル１６が固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、切断性能が安定し、電極１５及びプラズマノズル１６の寿命が長くなる。
また、従来技術のプラズマ切断トーチと比べて、電極１５を摺動させる機構の代わりに、可動リング２０を摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
【００２０】
［実施の形態２］
本発明のプラズマトーチをプラズマ切断トーチについて上述したが、本発明は、プラズマ溶接トーチにも適用できる。プラズマ溶接トーチがプラズマ切断トーチと異なる機能は、溶融池を空気から遮蔽するために、カップからシールドガスを噴出する機能である。
【００２１】
図３及び図４は、本発明のプラズマ溶接トーチの断面図であって、図３は、プラズマガス及びシールドガスが供給される前の状態を示し、図４は、プラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示す。
図３において、トーチ本体３２の軸芯部に電極２４（通常、タングステンで形成されている）が設けられ、この電極２４は導電性を有する電極支持部材２５によってトーチ本体３２に取付けられている。この電極支持部材２５の先端にテーパ部２５ａが形成されている。プラズマノズル２６は筒状で導電性があり、プラズマ噴出孔２６ａが先端部に形成されていて、トーチ本体３２に取付けられている。絶縁部材２７がトーチ本体３２に取付けられていて、電極支持部材２５と後述する可動リング２０との間以外の箇所でパイロットアークが点弧することを防いでいる。
絶縁性及び耐熱性を有するカップ２８は、プラズマノズル２６を取囲み、トーチ本体３２に取付けられていて、図４に示すように、シールドガス２９（通常、アルゴン）が噴出される。
【００２２】
導電性を有する可動リング２０は、内径が電極支持部材のテーパ部の上部２５ｂと同じである。また、ばね２１がプラズマノズル２６の内面に取付けられて、可動リング２０を押し上げている。この可動リング２０は、内周部が、電極支持部材のテーパ部の上部２５ｂと電気的に接触し、外周部がプラズマノズル２６と電気的に接触しながら軸芯方向に摺動する。電極支持部材のテーパ部の上部２５ｂに、段部を設けているが、これは、可動リング２０が容易に引っ掛かって止まるために設けているので、設けなくてもよい。電極支持部材２５と可動リング２０とプラズマノズル２６とトーチ本体３２とで密封された空間３０が形成されている。
【００２３】
アーク起動に際して、図４に示すように、コンプレッサ４からプラズマガス３１（通常、アルゴン）がこの空間３０に供給されると、可動リング２０が下方向に摺動して、可動リング２０と電極支持部材２５との間でパイロットアークを発生させる。
【００２４】
以下、動作を説明する。
図３に示すように、可動リング２０がばね力で電極支持部材２５に押し付けられて接触した状態で、作業者が起動スイッチを押すと、プラズマ溶接用電源装置から電極２４とプラズマノズル２６及び被溶接物との間に電力が供給される。
【００２５】
そして、図４に示すように、電極支持部材２５と可動リング２０とプラズマノズル２６とトーチ本体３２とで密封された空間３０に、コンプレッサからプラズマガス３１が供給されると、可動リング２０に下方向の力が働いて、可動リング２０が電極支持部材のテーパ部の上部２５ｂから離れて下方向に移動して、可動リング２０の内周面が電極支持部材のテーパ部２５ａと非接触となってパイロットアークを発生させる。そして、このパイロットアークがプラズマガス３１の圧力によってプラズマ噴出孔２６ａから噴出されて、電極２４と被溶接物との間で主プラズマアークを発生させ、溶接が行われる。また、カップ２８から噴出されるシールドガス２９によって溶融池を空気から遮蔽している。
【００２６】
この結果、本発明のプラズマ溶接トーチは、電極２４及びプラズマノズル２６が固定されているために、これらの軸芯が同軸であるので、主プラズマアークがこれらの軸芯と同軸に発生する。従って、溶接性能が安定し、電極２４及びプラズマノズル２６の寿命が長くなる。
また、電極２４を摺動させる機構の代わりに、可動リング２０を摺動させる機構を設けるだけでよいので、小型軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。
【図２】本発明のプラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。
【図３】本発明のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ溶接トーチの断面図である。
【図４】本発明のプラズマガス及びシールドガスが供給されているときの状態を示すプラズマ溶接トーチの断面図である。
【図５】一般的なプラズマ切断装置の構成を示す図である。
【図６】従来技術のプラズマガスが供給される前の状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。
【図７】従来技術のプラズマガスが供給されているときの状態を示すプラズマ切断トーチの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１            プラズマ切断用電源装置
２            プラズマ切断トーチ
３            被加工物
４            コンプレッサ
５            起動スイッチ
６            トーチ本体
７            電極
８            ばね
９            プラズマノズル
９ａ            プラズマ噴出孔
１０            絶縁部材
１１            空間
１２            プラズマガス
１３            カップ
１３ａ            プラズマ噴出孔
１４            トーチ本体
１５            電極
１５ａ            電極のテーパ部
１５ｂ            電極のテーパ部の上部
１６            プラズマノズル
１６ａ            プラズマ噴出孔
１７            絶縁部材
１８            カップ
２０            可動リング
２１            ばね
２２            空間
２３            プラズマガス
２３            プラズマガス
２４            電極
２５            電極支持部材
２５ａ            電極支持部材のテーパ部
２５ｂ            電極支持部材のテーパ部の上部
２６            プラズマノズル
２６ａ            プラズマ噴出孔
２７            絶縁部材
２８            カップ
２９            シールドガス
３０            空間
３１            プラズマガス
３２            トーチ本体
【図１】
2005288446.tif 000003
【図２】
2005288446.tif 000004
【図３】
2005288446.tif 000005
【図４】
2005288446.tif 000006
【図５】
2005288446.tif 000007
【図６】
2005288446.tif 000008
【図７】
2005288446.tif 000009