(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチ本体内に設けた芯管の先端に電極を取付け、該芯管に筒形絶縁物を介して支持筒を外嵌させ、該支持筒にチップ及びシールドカップを取付けたプラズマアーク切断トーチにおいて、前記筒形絶縁物を同芯に配置した内筒と外筒とから構成して、前記筒形絶縁物の内筒と外筒との間に形成されて上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路を形成すると共に、該長軸方向の冷却通路の中間部に前記支持筒の内側に至るガス流通孔を形成し、前記芯管内に供給されたガスを芯管の先端側に形成されたガス流通孔を介して前記筒形絶縁物の内側に導き、該ガスを前記筒形絶縁物と前記芯管との間隙を介して前記長軸方向の冷却通路に導き、前記長軸方向の冷却通路を長軸方向に向かう前記ガスを前記筒形絶縁物の内筒の先端側に形成されたガス流通孔を介してチップと電極との間のプラズマ作動ガス流通路に導き、前記ガスが、前記長軸方向の冷却通路から該長軸方向の冷却通路の中間部に形成されて前記支持筒の内側に至るガス流通孔を経て前記支持筒の内側に向かい、前記ガスを前記支持筒と前記筒形絶縁物との間隙を介してチップとシールドカップとの間に導くことを特徴とするプラズマアーク切断トーチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマアークにより金属を切断するためのプラズマアーク切断トーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プラズマアーク切断トーチは、トーチ本体内に設けた芯管の先端に電極を取付け、該芯管に筒形絶縁物を介して支持筒を外嵌させ、該支持筒にチップ及びシールドカップを取付け、芯管内に供給される空気、酸素、窒素等のガスを二手に分け、その一方のガスをチップと電極との問に流入してプラズマ作勤ガスとし、他方のガスを支持筒用の冷却ガスとして用いている。
【０００３】
従来、例えば、図５乃至図７に示されるプラズマアーク切断トーチが提言されている。
すなわち図５乃至図７において、５１はプラズマアーク切断装置に用いられるトーチ本体で、このトーチ本体５１には芯管５２が一体的に連結されている。この芯管５２には、軸芯部に貫通孔５２１が形成され、かつ先端部には雄ネジ５２２が形成されている。
５３は芯管５２に連結されたガス供給管で、このガス供給管５３の内部と貫通孔５２１とが連通されている。５４は貫通孔５２１の長軸方向の中間部に螺着された隔壁管、５５は芯管５２の先端部に螺着されたキャップ状の電極で、この電極５５は、銅又は銅合金よりなる電極基材５６と、この電極基材５６の先端凹部に装着されたハフニウムやジルコニウム等の高融点の挿入体５７とにより構成されている。
【０００４】
この電極５５が芯管５２の先端部に螺着された状態において、電極５５および芯管５２と隔壁管５４との間に第２のガス流路５９が形成され、この第２のガス流路５９とガス供給管５３の内部に連通する第１のガス流路５８とが隔壁管５４の先端部の間隙を介して連通されている。
６０は芯管５２の外部に配設された筒形絶縁物で、この絶縁物６０の外部には支持筒６１が配設されるが、この場合、支持筒６１は分割された内筒６１Ａと外筒６１Ｂとがロー付により一体に形成される。なお、この一体に形成された支持筒６１には、内筒６１Ａと外筒６１Ｂとの間に筒状空間６２が形成されている．
【０００５】
この支持筒６１には、内筒６１Ａの先端部にプラズマ噴出用孔を有するチップ６３が螺着され、かつ外筒６１Ｂの外部にはシールドカップ６４が螺着されている。
さて、芯管５２には上記第２のガス流路５９に半径方向に連通するオリフィス６５が形成されていて、このオリフィス６５相当部から上方に、絶縁物６０の内面と芯管５２の外面との環状通路６６が形成され、この環状通路６６は、絶縁物６０の中間段部の空間，ガス流通孔６７，環状通路６８およびガス流通孔６９を経て、上記支持筒６１内の筒状空間６２に連通されている。
筒状空間６２の下部には半径方向のガス流通孔７０が形成されると共に、このガス流通孔７０に対向する絶縁物６０相当部には、環状溝７１と環状溝７１を貫通するガス流通孔７２とが形成されて、電極５５とチップ６３との間のプラズマ作動ガス流通路７３に、結果として筒状空間６２が連通されている。
さらに、筒状空間６２の下端部にはガス流通孔７４が形成されて、このガス流通孔７４より流出されるガスはシールドカップ６４とチップ６３との間隙を経て外部へと流出される。
上記により、ガス供給管５３からガスが供給されると、ガスは、第１のガス流路５８→第２のガス流路５９→環状通路６６→ガス流通路６７，６８，６９→筒状空間６２へと流通される。
筒状空間６２内に流通されるガスの一部は、分岐孔７０からプラズマ作動ガス流通路７３へと流入され、残りのガスはガス流通孔７４より流出され、シールドカップ６４とチップ６３との間隙を経て外部へと流出される。
【０００６】
上記の構成において、ガス供給管５３からガスが供給されると共に、電極５５とチップ６３との間に電力を供給して、いわゆるパイロットアークを発生させ、この後、電極５５と被切断物との間に電力を供給して、電極５５と被切断物との間にメインアークを発生させて切断作業が行われる。
この場合、上記したごとく筒状空間６２内に流通されるガスの一部が、分岐孔７０からプラズマ作動ガス流通路７３へと流入され、このプラズマ作動ガス流通路７３へと流入されたガスにより拘束されたプラズマ噴流がチップ６３の貫通孔より噴出されつつ切断作業が行われる。
勿論、切断作業時には、筒状空間６２内からガス流通孔７４を経てシールドカップ６４とチップ６３との間隙を経て外部へと流出されるガスにより、各部が適宜に冷却される。
所望の切断作業が終了すると電力の供給を停止させると共に、同時にあるいはしかる後にガスの供給を停止させる。
勿論、被切断物の切断長さによって一義的には断言できないが、一般にプラズマアーク切断作業時毎に電力の供給・停止、すなわちパイロットアークおよびメインアークの発生とメインアークの消弧とを繰返している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構造のプラズマアーク切断トーチでは、支持筒６１の内部に筒状空間６２を形成するために、支持筒６１として、分割された内筒６１Ａと外筒６１Ｂとをロー付により一体に形成する必要があるため、内筒６１Ａと外筒６１Ｂとよりなる支持筒６１の製作費が割高となっていた。
【０００８】
さらに、切断トーチが新しいときには問題とはならないが、一般にプラズマアーク切断作業時には、アークの発生と消弧とが繰返されるが、このアークの発生と消弧との繰返回数が１日において極めて頻繁であるため、下記の問題が発生した。
すなわち、上記従来の構造のプラズマアーク切断トーチにより反復してプラズマアーク切断作業を行ったところ、ある程度切断作業を繰返すと、途中から所望の切断状態が得られにくくなることが判明した。
【０００９】
この状態を検証したところ、絶縁物６０に穿設された複数のガス流通孔７２相当部のうちの一部が焼損され、かつガス流通孔７２に対向する電極５５の外周部から電極５５の先端方向に向かうアーク痕が生じていた。
このように絶縁物６０に穿設された複数のガス流通孔７２相当部のうちの一部が焼損されるのは、頻繁にアークの発生と消弧とを繰返した場合に、特に、電極５５とチップ６３との間にパイロットアークを発生させるために、芯管５２と支持筒６１との間に電力を供給するが、このパイロットアーク発生時には、ガスが、筒状空間６２の下部に穿設されたガス流通孔７０から絶縁物６０のガス流通路７１，７２を経てプラズマ作動ガス流通路７３へと流通することにより、支持筒６１に穿設されたガス流通孔７０と電極５５の外周面との絶縁間隔の短縮化が図られて、ガス流通孔７０のエッジ部と電極５５の外周面との間に、所望としないパイロットアークが間欠的に発生したものと考えられる。
このように、ガス流通孔７０のエッジ部と電極５５の外周面との間にパイロットアークが発生すると、絶縁物６０のうちアークが通過するガス流通孔７２がアーク熱により焼損される。
一旦絶縁物６０のガス流通孔７２が焼損されると、以降において同じ箇所でパイロットアークが間欠的に繰返して発生するため、早期に絶縁物６０の焼損箇所を修復する必要がある。
【００１０】
ところで、この種のプラズマアーク切断トーチにおいては、電極５５、チップ６３およびシールドカップ６４はトーチ本体５１に対して着脱自在な、いわゆる交換部品であるが、その他の部品、例えば、芯管５２、絶縁物６０および支持筒６１はトーチ本体５１と一体的に、たとえば適宜の樹脂により一体的にモールド成形されているため、上記における絶縁物６０のみを新規なものと取替えることができない。
このため、上記のように絶縁物６０が焼損した場合には、プラズマアーク切断トーチ全体を新規なものと取替えなければならないため、不経済となつていた。
【００１１】
なお、プラズマ作動ガスとして空気、酸素、窒素等のガスが適宜に選択して用いられるが、入手が容易で安価なために圧縮空気がプラズマ作動ガスとして多用されている。
ところで、特定の利用者において、圧縮空気を用いたプラズマアーク切断トーチの取替周期が短いため、交換前の古いプラズマアーク切断トーチを調べてみたところ、上記と同様に、絶縁物６０に穿設された複数のガス流通孔７２相当部のうちの一部が焼損され、かつガス流通孔７２に対向する電極５５の外周部から電極５５の先端方向に向かうアーク痕が生じていた。
このため特定利用者の切断作業状況調査により、圧縮空気の使用方法に問題があることが判明した。すなわち、一般的に油分やゴミ等のいわゆるオイルミストを除去した圧縮空気を使用することが大前提とされているが、この特定利用者はオイルミストを除去していない圧縮空気を使用していたため、上記パイロツトアーク形成時に、圧縮空気のオイルミストにより支持筒６１に穿設されたガス流通孔７０と電極５５の外周面との絶縁間隔の短縮化、換言すれば短絡化が図られて、ガス流通孔７０のエッジ部と電極５５の外周面との間に、所望としないパイロットアークが間欠的に発生したと考えられる。
上記のケースは特定利用者の不注意ではあるが、この場合でもできるだけ故障を回避できるプラズマアーク切断トーチとするようにと要望されている。
【００１２】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、製作費が低廉で経済的なプラズマアーク切断トーチを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トーチ本体内に設けた芯管の先端に電極を取付け、該芯管に筒形絶縁物を介して支持筒を外嵌させ、該支持筒にチップ及びシールドカップを取付けたプラズマアーク切断トーチにおいて、前記筒形絶縁物を同芯に配置した内筒と外筒とから構成して、前記筒形絶縁物の内筒と外筒との間に形成されて上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路を形成すると共に、該長軸方向の冷却通路の中間部に前記支持筒の内側に至るガス流通孔を形成し、前記芯管内に供給されたガスを芯管の先端側に形成されたガス流通孔を介して前記筒形絶縁物の内側に導き、該ガスを前記筒形絶縁物と前記芯管との間隙を介して前記長軸方向の冷却通路に導き、前記長軸方向の冷却通路を長軸方向に向かう前記ガスを前記筒形絶縁物の内筒の先端側に形成されたガス流通孔を介してチップと電極との間のプラズマ作動ガス流通路に導き、前記ガスが、前記長軸方向の冷却通路から該長軸方向の冷却通路の中間部に形成されて前記支持筒の内側に至るガス流通孔を経て前記支持筒の内側に向かい、前記ガスを前記支持筒と前記筒形絶縁物との間隙を介してチップとシールドカップとの間に導くことを特徴とするプラズマアーク切断トーチである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。
図１乃至図４において、１はトーチ本体で、このトーチ本体１には芯管２が一体的に連結されている。この芯管２には、軸芯部に貫通孔２０１が形成され、先端部には、電極５を取り付けるためのネジ部、例えば雌ネジ２０２が形成されるとともに、芯管２の先端側には貫通孔２０１の半径方向の外部に貫通するガス流通孔４が形成されている．
３は芯管２に連結されたガス供給管で、このガス供給管３の内部と貫通孔２０１とが連通されている。５は芯管２の先端部に螺着された電極、例えば棒状の電極で、この電極５は、銅又は銅合金よりなる電極基材６と、この電極基材５の先端凹部に装着されたハフニウムやジルコニウム等の高融点の挿入体７により構成されている。
【００１５】
８は芯管２の外部に配設された筒形絶縁物で、この筒形絶縁物８は同芯に配置される内筒８Ａと外筒８Ｂから構成されている。この内筒８Ａと外筒８Ｂからなる筒形絶縁物８が芯管２の外部に配設された状態において、内筒８Ａと芯管２との間にガス流通孔４を覆う上方への間隙９が形成されている。例えば、図１および図２に示されるごとく、芯管２の上方部には内筒８Ａに遊入する断面が三角形状のフランジが形成されているため、この芯管２の断面三角形状部と内筒８Ａの内周面との間隙により、ガス流通孔４に連通する間隙９が上方へと連通している。
１０は、筒形絶縁物８の内筒８Ａと外筒８Ｂとの間に形成された、上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路で、例えば、外筒８Ｂの上半部には内筒８Ａと遊嵌し、長軸方向に延設された三ケ月状の溝１０１が円周方向に複数個形成され、この三ケ月状の長軸方向の溝１０１の下部は、内筒８Ａと外筒８Ｂとの間の環状通路１０２が連通されている。上記三ケ月状の長軸方向の溝１０１と環状通路１０２とにより、筒形絶縁物８の内外筒８Ａ，８Ｂ間の上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路１０が構成されている。
１１は、筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０の中間部に穿設された、半径方向の外部に開口するガス流通孔で、このガス流通孔１１は筒形絶縁物８の外筒８Ｂに形成されている。
【００１６】
１２は、筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０の下部に連通されて半径方向の内部に開口するガス流通孔で、このガス流通孔１２は筒形絶縁物８の内筒８Ａに形成されている。なお、図４に示されるごとく、このガス流通孔１２は内筒８Ａの円周部に螺旋状に配設されている。
１３は、芯管２に筒形絶縁物８を介して外嵌された筒状の支持筒、１４は、ガス流通孔１１を覆い、支持筒１３と筒形絶縁物８との間に形成された環状空間で、この環状空間１４に連通する長軸方向の冷却孔１５が支持筒１３の先端円周部に複数個形成されている。
１６は、支持筒１３の先端に螺着されたチップで、このチップ１６は従来と同様に軸芯部にプラズマ噴出用孔が穿設されている。１７は支持筒１３の外部に取付けられるシールドカップ、１８は電極５とチップ１６との間に形成されたプラズマ作動ガス流通路である。
なお、従来と同様に、電極５，チップ１６およびシールドカップ１６以外のトーチ各部はトーチ本体５１と一体的に、たとえば適宜の樹脂により一体的にモールド成形される。
【００１７】
上記により、ガス供給管３からガスが供給されると、ガスは、芯管２の貫通孔２０１→ガス流通孔４→筒形絶縁物８の内筒８Ａと芯管２との間隙９→筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０へと流通される。
筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０へと流通されるガスの一部は、ガス流通孔１２からプラズマ作動ガス流通路１８へと流入され、残りのガスはガス流通孔１１より支持筒１３と筒形絶縁物８との間に形成された環状空間１４に流入された後、支持筒１３の冷却孔１５から流出され、シールドカップ１７とチップ１６との間隙を経て外部へと流出される。
【００１８】
上記の構成において、ガス供給管３からガスが供給されると共に、電極５とチップ１６との間に電力を供給して、いわゆるパイロットアークを発生させ、この後、電極５と被切断物との間に電力を供給して、電極５と被切断物との間にメインアークを発生させて切断作業が行われる。
この場合、上記したごとく筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０内に流通されるガスの一部が、分岐孔１２からプラズマ作動ガス流通路１８へと流入され、このプラズマ作動ガス流通路１８へと流入されたガスにより拘束されたプラズマ噴流がチップ１６の貫通孔より噴出されつつ切断作業が行われる。
【００１９】
勿論、切断作業時には、筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０内からガス流通孔１１、環状空間１４および支持筒１３の冷却孔１５を経てガスが流出され、このようにして、シールドカップ１７とチップ１６との間隙を経て外部へと流出されるガスにより、各部が適宜に冷却される。
所望の切断作業が終了すると電力の供給を停止させると共に、同時にあるいはしかる後にガスの供給を停止させる。
【００２０】
ところで、電極５とチップ１６との間にパイロットアークを発生させるために、芯管２と支持筒１３との間に電力を供給するが、芯管２および電極５と支持筒１３とは、以下に説明するように、内筒８Ａおよび外筒８Ｂから構成される筒形絶縁物８によって確実に電気的に絶縁された状態に維持される。
すなわち、トーチ各部の配置において、ガス流通孔１１と、筒形絶縁物８の内外筒８Ａ，８Ｂ間に形成される長軸方向の冷却通路１０と、ガス流通孔１２とにより、支持筒１３と電極５とは一応空間的に連通状態に配置されている。
しかし、
▲１▼  この連通距離が電気的に十分に長い距離であること。
▲２▼  筒形絶縁物８の冷却通路１０を上方から下方に向かうガスは、ガス流通孔１１から支持筒１３と筒形絶縁物８との間に形成された環状空間１４に流入される。このように、ガス流通孔１１から支持筒１３側へのガス流が支持筒１３から電極５方向への電界を僅かであるが弱めるように作用する。
このため、芯管２および電極５と支持筒１３とは、内筒８Ａおよび外筒８Ｂから構成される筒形絶縁物８によって確実に電気的に絶縁された状態に維持され、従来のような筒形絶縁物の焼損状態が生起することはない。
【００２１】
さらに、作業者が間違ってオイルミストを混入した圧縮空気を使用したとしても、上記▲１▼に記載のごとく、支持筒１３と電極５とは電気的に十分に長い距離離間されているため、従来のような筒形絶縁物の焼損状態が生起することはない。さらにまた、切断時に高温化するチップ１６および支持筒１３を冷却するガスは、環状空間１４を経た後、冷却孔１５からトーチの外部へと流出される。
言い換えれば、冷却により高温化したガスはトーチの外部へと流出されるため、高温の支持筒１３に接することなくプラズマ作動ガス流通路１８へと流入されるガスの温度は、従来のごとく、高温の支持筒６１を冷却したガスの一部が分岐されてプラズマ作動ガス流通路７３へと流入される場合のガスの温度に比べて低温である。
ところで、プラズマ作動ガス流通路１８へと流入されたガスにより拘束されたプラズマ噴流をチップ１６の貫通孔より噴出させる場合、プラズマ作動ガスが低温である程、熱的ピンチ効果により高温のプラズマ噴流が形成される。
すなわち、上記のごとく、プラズマ作動ガス流通路１８へと流入されるガスの温度は、従来の場合に比べて低温であるため、従来の場合のプラズマ噴流よりも高温のプラズマ噴流が形成される。このため、従来の場合に比べて切断品質の高い切断作業を行うことができるプラズマアーク切断トーチを得ることができる。さらに、支持筒１３は簡単な筒状であるため加工が簡単で、製作費が低廉である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、発明に係るプラズマアーク切断トーチは、
トーチ本体内に設けた芯管の先端に電極を取付け、該芯管に筒形絶縁物を介して支持筒を外嵌させ、該支持筒にチップ及びシールドカップを取付けたプラズマアーク切断トーチにおいて、前記筒形絶縁物を同芯に配置した内筒と外筒とから構成して、該内外筒間に上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路を形成すると共に、該内外筒間の冷却通路の中間部に前記支持筒の内側に至るガス流通孔を形成し、前記芯管内に供給されたガスを芯管の先端側に形成されたガス流通孔を介して前記筒形絶縁物の内側に導き、該ガスを前記筒形絶縁物と前記芯管との間隙を介して前記筒形絶縁物の長軸方向の冷却通路に導き、前記長軸方向の冷却通路を長軸方向に向かうガスを前記筒形絶縁物の内筒の先端側に形成されたガス流通孔を介してチツプと電極との間のプラズマ作動ガス流通路に導き、前記長軸方向の冷却通路から前記ガス流通孔を経て前記支持筒の内側に向かうガスを前記支持筒と前記筒形絶縁物との間隙を介してチップとシールドカップとの間に導くため、芯管および電極と支持筒とは、内筒および外筒から構成される筒形絶縁物によって確実に電気的に絶縁された状態に維持され、従来のような筒形絶縁物の焼損状態が生起することはない。
【００２３】
さらに、作業者が間違ってオイルミストを混入した圧縮空気を使用したとしても、上記▲１▼に記載のごとく、支持筒と電極とは電気的に十分に長い距離離間されているため、従来のような筒形絶縁物の焼損状態が生起することはない。
【００２４】
さらに、プラズマ作動ガス流通路へと流入されるガスの温度は、従来の場合に比べて低温であるため、従来よりも高温のプラズマ噴流が形成され、切断品質の高い切断作業を行なえるプラズマアーク切断トーチを得ることができる。
さらに、支持筒は簡単な筒状であるため加工が簡単で、製作費が低廉である。
【００２５】
以上、要するに本発明によれば、製作費が低廉で経済的なプラズマアーク切断トーチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す縦断面正面図
【図２】図１のII−II線断面矢視図
【図３】図１のIII −III 線断面矢視図
【図４】図１のVI−VI線断面矢視図
【図５】従来例を示す一部切欠き正面図
【図６】図５のVI−VI線断面矢視図
【図７】図５のVII −VII 線断面矢視図
【符号の説明】
１    トーチ本体
２    芯管
３    ガス供給管
４    芯管２の先端側に形成されたガス流通孔
５    電極
８    内筒８Ａおよび外筒８Ｂから構成される筒形絶縁物
９    ガス流通孔４を覆う、内筒８Ａと芯管２との間に形成された間隙
１０    筒形絶縁物８の内筒８Ａと外筒８Ｂとの間に形成された、上方から下方に向かう長軸方向の冷却通路
１１    筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０の中間部に穿設された、半径方向の外部に開口するガス流通孔
１２    筒形絶縁物８の長軸方向の冷却通路１０の下部に連通されて半径方向の内部に開口するガス流通孔
１３    筒状の支持筒
１４    ガス流通孔１１を覆い、支持筒１３と筒形絶縁物８との間に形成された環状空間
１５    環状空間１４に連通する長軸方向の冷却孔１５
１６    チップ
１７    シールドカップ
１８    プラズマ作動ガス流通路
【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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【図７】
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