(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に向って漸狭になる断面形状で且つ横方向に一定幅を有する柱状形に放電電極を形成し、
該放電電極の側面周囲をケース体で覆うとともに該放電電極先端側の開口辺縁から該放電電極の先端までをアーク放電に適した高さに保つように該放電電極に前記ケース体を配設し、
該ケース体に連結させて手で移動するための把手を設け、該放電電極にアーク放電用電源を連結させたことを特徴とするバリ処理装置。
【請求項２】
先端に向って漸狭になる断面形状で且つ横方向に一定幅を有する柱状形の先端部と、該先端部の背後縦方向の円柱形又は楕円柱形のホールド部と、該ホールド部と先端部との中間の隆起部とから成るノミ型の放電電極を形成し、
該放電電極の側面周囲をケース体で覆うとともに該放電電極先端側の開口辺縁から該放電電極の先端までをアーク放電に適した高さに保つように該放電電極に前記ケース体を配設し、
該ケース体に連結させて手で移動するための把手を設け、該放電電極にアーク放電用電源を連結させたことを特徴とするバリ処理装置。
【請求項３】
ケース体の放電電極先端側の開口辺縁にＶ字型の誘導溝を形成した請求項１又は２に記載のバリ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク放電を利用して鉄板、ステンレス板、アルミニウム板を切断する際等に発生するバリを除去並びに平滑化するのに適したバリ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼材料、ステンレス、アルミニウム板材をプレス切断等する際には、図９に示す如く、該金属板の周縁部に多数のバリが発生するが、これを処理するには、（イ）研削盤を配置したなかに被処理材を潜らせてバリを除去する自動バリ取り機で処理する方法、（ロ）ハンドグラインダーで人為的に処理する方法、（ハ）細かな砥粒をバリ部分に吹き付けて除去するバフ掛けする方法等が知られている。しかし、これら手段では、（イ）自動バリ取機ではバリ部分のみならず製品部まで傷つけてしまう恐れがあると共に被処理材は平板でなければならない等限定的であり、（ロ）グラインダーでは返しバリの問題が起ると共に作業が非効率であり、更に、（ハ）バフ掛けも製品を傷付け易い等の問題点を有していた。
【０００３】
一方プラズマ放電を利用したバリ取装置として、例えば、（ａ）特開昭５０−２８０９３号公報、（ｂ）特開平７−４０１５０号公報、（ｃ）特開平８−１３２３９２号公報等が知られている。
その概要は、（ａ）密閉された真空処理容器と、該容器を真空排気するポンプ装置と、該ポンプ装置によって排気された処理容器内に被処理線材を貫通移動させる移動装置と、該移動する線材間に放電電圧を印加する放電電源を設け、放電によるプラズマ衝撃により線材の表面のバリ、スケール取り等の処理をすることを旨とするもの、（ｂ）被加工材料の搬送装置と、該材料の小径穴をプラズマ放電加工するための搬送装置をはさんで両側に配置された電極、及び該電極間の放電点を移動させて実質的に被加工材料の小径穴の全域にて放電させるための放電点制御手段を備えてなることを旨とするもの、（ｃ）被加工基板材料に穴明けされたスルホールを加工する方法において、スルホール貫通後、該ドリル又はルーターを片方の電極とし、これらドリル又はルータ電極と被加工基板材料側の電極間に電圧を印加するとともに、気圧１０〜２×１０３Torr下で両電極間にコロナ放電を発生させることを旨とするものである。
【０００４】
そこで、上記鉄鋼材料等に対してもプラズマ放電を利用してバリを処理した場合を想定すると、上記（ａ）〜（ｃ）の方法を鉄鋼材料等にそのまま当てはめると、装置自身は固定されて被加工物が移動する形態の為、電極に近い小径穴等の一部のバリが処理されるだけであり、従って、処理すべきバリの距離が長く、且つ、形状や大きさが一定しない鉄鋼材料等の対象物に対しては、全体に渡っての均一な処理が不可能となってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者は、装置自体即ち放電電極を被処理材の周縁に沿って移動させ、バリを全体的に均一に処理しようと着目した。
ところが、▲１▼放電電極をそのまま移動させると、放電電極はバリの生じた線上を蛇行してしまいバリと電極との間隔が不安定となり、ある部位では近すぎて過剰にバリを取り、又ある部位では離れすぎて殆どバリを取ることができない等の不都合が起り、又、▲２▼電極を移動させると、移動距離に従って放電時間が長くなり、先鋭な電極を使用すると先端部が破壊され、頻繁に電極を交換しなければならないという問題を惹起することが明らかとなった。
本発明は、これらを解決することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明バリ処理装置は、先端に向って漸狭になる断面形状で且つ横方向に一定幅を有する柱状形に放電電極を形成し、該放電電極の側面周囲をケース体で覆うとともに該放電電極先端側の開口辺縁から該放電電極の先端までをアーク放電に適した高さに保つように該放電電極に前記ケース体を配設し、該ケース体に連結させて手で移動するための把手を設け、該放電電極にアーク放電用電源を連結させて構成される。
該放電電極は、先端に向って漸狭になる断面形状で且つ横方向に一定幅を有する柱状形の先端部と、縦方向に円柱形又は楕円柱形のホールド部と、中間に隆起部とを形成したノミ（鑿）型の放電電極とすることが望ましい。
【０００７】
被処理材のバリ発生箇所に対して、ケース体の該放電電極先端側の開口辺縁から該放電電極の先端までをアーク放電に適した一定高さに設定した放電電極が対峙し、電源を入力すると、放電電極からアーク放電が放たれ、その入熱によって先鋭バリ部が溶解、除去される。その際、把手を持って、ケースの底辺部を被処理材のバリの発生した周縁部に沿って移動させると、該放電電極からのアーク放電が連続してバリに向って行われ、且つ、該電極からの放電ポイントが、横方向に一定幅を有する柱状形の電極の幅内の最適ポイントが自動的に選択されるので、一定幅内で分散化し、安定な放電となる。又、バリの大きさ、形態によって、手で移動する速度及び工程を変化させられるので、状況に合わせた広い対応が可能となる。
【０００８】
該放電電極をノミ型とした場合には、ケースと中間隆起部との間に流れるガス流に圧力変化が生じて電極先端部付近に環状渦が誘起され、該環状渦によって強い遮蔽効果が生まれると共に電極の熱が吸収され、シールド効果及び冷却効果を増大させる。
【０００９】
【実施態様】
本発明装置には、アーク放電を可能とする電源１０が必要となるが、これは例えば、既設のアーク溶接に用いる電源が利用できる。
該アーク溶接に用いる電源の一例を説明すると、インバータ制御式の供給装置は、商用周波数の交流を整流器で直流に変換し、トランジスタ等のスイッチング素子を用いたインバータで高周波交流電圧に変えて変圧器に印加し、この変圧器によりバリ処理に適した電圧に降圧し、その後再度整流し、直流リアクタンスを介して平滑された直流を出力するものである。該電源は、インバータ式に限らず、サイリスタ式、可動鉄心式、スライドトランス式、トランジスタチョッパ式等が利用できる。
【００１０】
次いで、該電源１に連結配線させて、一方にバリＭに向ってアークを放電する放電電極２０と、他方に該放電を受けてこれを陰極側にアースする為の本発明被処理材料Ｋと連接する接点１１を設けて、被処理材料Ｋに対するアーク放電回路を形成する。
該電極の電極配置は、シールドガスの供給方向に対して垂直とする場合と、同一方向とする場合とがあるが、電極形状をノミ（鑿）型とした場合には、同一方向とする。
これは、シールドガス供給方向と電極の配置方向を等しくして、電極を固定しているホールド部から放電が発生している先端部までつつみこむようにシールドガスで覆い、放電部のシールド効果及び冷却効果を大きくする為である。
【００１１】
そして、該放電電極２０に対し、これを覆ってアーク放電をアルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気下で安定的に行うと共に、放電電極２０とバリＭとを一定距離に保つためのケース３０を形成する。
該放電電極２０は、図２に示す如く、ケース３０の底辺と放電電極との距離ｒ1（高さ）は、アーク放電によるバリ除去に適した距離を設定し、底辺をバリの発生した周縁に沿わせて走らせたとき、ほぼ一定の間隔を保つものとする。
この距離を一定に保つ手段として、図５，６，７に示す如く、バリの発生した被加工材に対し垂直方向となるケース底面にＶ字型の誘導溝３１を形成し、該溝３１を被加工材のエッジに軽く当てつつ移動させる手段を採ることができる。該誘導溝３１の角部にはバリとの接触を避ける意味で丸みを帯びさせるのが好ましく、但しシールド効果を失うことのない大きさとする。
このことにより、電極間距離が一定に保てると共に、トーチ角度も一定となり、品質の安定した加工処理が得られる。
尚、３２は、アルゴン、ヘリウム、窒素及びこれらのシールド用混合ガスを吹き付けるためのガスポートである。
【００１２】
又、このケース３０の形状は、電極をシールドできるものであれば良いが、後述の電極をノミ型とした場合には、電極に沿って円筒又は楕円筒形とするのが望ましい。
こうするのは、アーク放電が軸対称形を呈することを考慮し、シールド効果及び冷却効果の向上によって、電極の消耗を抑えるのみならず、被加工部の酸化を抑え、焼きや変色を防止するためである。
【００１３】
該ケース３０に対して、これを保持し、且つ、手動にて被処理材の周縁に沿って放電電極２０を移動させる為の把手４０を設ける。
該把手４０の材質はベークライト等の絶縁体が望ましいが、その形状、大きさ等は被処理材の形状、大きさ等に合わせて適宜設定する。
【００１４】
そして最も重要なことは、該放電電極２０が従来の如く、針状電極又は棒状の先を先鋭にした電極であってはならず、バリＭの発生した周縁部に対し、（ａ）直角方向断面では先端に向って漸狭となる先細体であるが、（ｂ）横方向には一定の幅を有するべく柱状形の電極とすることである。
何故なら、従来の針状電極又は棒状の先を先鋭にした電極では、図４（Ａ）に示す如く、バリＭの発生した周縁部に対し手動で電極を移動させる際に電極の先が蛇行してしまい、バリに対して安定した放電が得られないからであり、これを解消するためである。
断面が先端に向って漸狭で且つ横方向に一定幅を有する柱形状とは、断面縦翼形の形状や（図３（Ａ））、円形（図３（Ｂ））等をいい、図示しないが三角形、
菱形、楕円形等を広く含む。ここで横方向とは、バリの発生した被処理材の周縁部の伸張方向に対して、直角となる方向をいう。
【００１５】
又、該電極の形状は、図５、図６に示す如く、先端部２１の横方向を比較的短尺とし、且つ、その上をコレット２４で挟んだ円柱形又は楕円柱形のホールド部２３とし、中間部に頂点２２ｂを挟んで前傾斜面２２ａ及び後傾斜面２２ｃから成る隆起部２２を形成したノミ型電極とし、ケース３０との間に流れるガス流に圧力差を惹起させるのが望ましい。
なぜなら、先端部横方向の幅を適正にすることで、アーク放電のふらつきが抑えられ、アークが安定するからである。又、中間の隆起部２２をつくるのは、ケース３０と隆起部２２との間を流れるガス流に圧力変化を誘起して環状の渦を惹起させ、ガスのシールド効果及び、冷却効果を向上させる為である。
【００１６】
次に、本発明の作用を説明する。本発明の処理の対象となる被処理材Ｋは、鉄鋼製品、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属製品、又は導電性プラスチック等の比較的導電性の良好な素材である。
そして、アーク放電用の電源１０を準備し、これは前述の通りアーク溶接に用いる電源をそのまま兼用させることができるが、既設のものがない場合には専用の電源を用いても良い。
【００１７】
次いで、上記素材をプレス切断等でバリＭが発生した被処理材Ｋに対し、電源１の陰極側から放電電極２０に連通した極を接続し、一方、陽極側に連通した極にジャック等の接点１１を連接し、該ジャックで被処理材Ｋのバリ発生箇所に近い適当箇所を咥える。材質によっては、極性を逆にする場合もある。
【００１８】
すると、図２に示す如く、被処理材Ｋのバリ発生箇所に対して、ケース３０の一定高さｒ1に設定した放電電極２０が対峙することとなり、電源１０のスイッチをオンすると、放電電極２０からアーク放電が放たれ、そのアークは最も近距離で先鋭角を有する電導体、即ちバリの先端部へと放電される。
そして、このアーク放電によって入力された電力によって惹起される入熱は、
Ｑ＝Ｉ×Ｖ／ｖ
Ｑ：入熱
Ｉ：アーク電流
Ｖ：アーク電圧
ｖ：移動速度
で示され、この入熱によって先鋭バリ部が溶融、除去される。
【００１９】
このとき、把手４０を持って、ケース３０の底辺部を被処理材ＫのバリＭの発生した周縁部に沿って移動させる。
すると、その移動に従って該放電電極２０からのアーク放電が連続してバリＭに向って行われ、その際、放電電極２０から放電されるポイントは、バリＭの先鋭部に最も近い箇所となり、一定幅を有する放電電極２０のその幅内の最短ポイントが自動的に選択される。
【００２０】
即ち、バリの先端部は、必ずしも直線状ではなく、平面的にみるとランダムにうねっているのが現状であり、一定幅内でそれは補完され、不安定な放電とはならない。
且つ、ランダムな曲がりは、放電ポイントの分散化を促し、放電電極２０の寿命を永らえる。つまり、先鋭な放電電極のある一点から継続した放電がなされると、その先端部で破壊が起り易いが、本発明電極の形状は上述の如く一定幅を有して、放電ポイントが移動するので、一点集中による破壊の進行を回避することができる。
【００２１】
又、移動の際、ケース３０の底辺をバリ周縁に沿わせるので、放電電極２０の高さｒ1はほぼ一定に保たれ、アーク電圧は安定となる。
その際、ケース底面にＶ字型の誘導溝３１を形成し、該誘導溝３１を被加工材のエッジに軽く当てつつ移動させると、電極間距離が一定に保てると共に、トーチ角度も一定となるので、品質の安定に寄与する。
【００２２】
更に、その移動の速度は、上述の入熱式から明らかな通り、与える熱量に大きな影響を与えるので、そのバリＭの大きさ、形態によって、手で移動する速度を調整する。例えば、バリが比較的大きな場合は電流を大きくするか、或いは、ゆっくりした速度で移動させ、バリが小さなときは電流を小さくするか、或いは、速い速度にする等の調整を行い、この調整で各バリの状況に合わせた対応が可能となる。
【００２３】
このとき、ケースを円筒又は楕円筒とし、電極の形状をノミ型とすると、ケース３０と電極との間を流れるガスは、先ず、隆起部２２の前傾斜面２２ａに直接当たり、次いで、斜面を上昇して頂点２２ｂに達して圧力が最大となり、流速が速くなる。次いで、後傾斜面２２ｃに沿って降りると圧力が急激に低下して流速が遅くなり、その後先端に向かって徐々に圧力が増加する。すると、該圧力の低下した点に向かって環状の大きな渦が発生する。
発生した環状渦によって、電極先端部がシールドガスで強く遮蔽され、又、電極に生じた熱が吸収されて冷却効果を増大させる。同時に、隆起部２２の前傾斜面２２ａにガス流が直接当たるので冷却効果が大きい。
この結果、冷却効果が増大したことでアーク電流の値を大きくすることができ、電極の移動速度を大きくしても加工処理が途切れてしまうことがなく、連続処理を効率的に行うことができる。又、環状渦の存在は大気の流入を防止して酸化を抑えるので、電極の酸化消耗を抑制することができる。
【００２４】
更に、手で操作するため、被処理材の形状や大きさ等が様々であっても、どんな態様にも対応することができ、各種製作工場や、鉄工所等で発生するバリ処理問題に広く対応することができる。
【００２５】
【実施例１】
材質タングステンで、高さ４ｍｍ，厚み３ｍｍの翼形の断面で、横幅２０ｍｍの柱状形の放電電極を、０．５ｍｍの高さとし、シールドガスのガスポートを臨ませたケースで覆い、これにベークライトで形成した把手を連結させた。そして、アーク溶接用電源に１５アンペアの電流を印加した。シールドガスには、アルゴンガスを用いた。
被処理材として、厚み２．３ｍｍのＳＳ４００を選び、バリの発生した周縁部を約６００ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動させた。
その結果、安定したアーク放電が惹起され、鋭角に尖ったバリが一様に平滑面となり、即ち、バリの除去処理が全体的に均一に行われた。
【００２６】
【実施例２】
材質タングステンで、高さ８ｍｍ，横幅８ｍｍで先鋭角度が６０°を成す先端部と、直径４ｍｍで長さ２７ｍｍの円柱形としたホールド部とでノミ型放電電極を形成した。内径１０ｍｍで高さ４８ｍｍの円筒形のケースをセラミックで形成し、その底面に深さ２ｍｍのＶ字型の誘導溝を形成した。これにベークライトで形成した把手を連結させた。そして、アーク溶接用電源に４０及び５０アンペアの電流を印加した。シールドガスには、アルゴンガスを用いた。
被処理材として、厚み２．３ｍｍのＳＳ４００を選び、バリの発生した周縁部を約９０００ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動させた。
その結果、移動速度が極めて大であるのに拘わらず、安定したアーク放電が惹起され、鋭角に尖ったバリが一様に平滑面となり、バリの除去処理が全体的に均一に行われた。その写真を示すと図８の通りであった。
【００２７】
【発明の効果】
以上の構成及び作用に係わる本発明装置は、鉄鋼材料、ステンレス、アルミニウム板材等に発生する比較的長い距離で形状の一定しないバリを、全体的に、且つ、均一に処理することができると共に、作業が極めて効率的に行えるという優れた効果を奏する。更に、電極の摩滅が少ないので製品として寿命が長く、経済的である等の実利的価値をも備えた有利な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の要部を示す斜視図。
【図２】本発明装置の全体を示す正面図。
【図３】放電電極の各態様を示す斜視図。
【図４】導電電極がバリの上を移動する状態を示す模式的平面図で、（Ａ）が針状電極で移動した場合、（Ｂ）が本発明の電極で移動した場合を示す。
【図５】放電電極をノミ型とし、円筒形のケースを被せた状態の電極の一部断面正面図。
【図６】放電電極をノミ型とし、円筒形のケースを被せた状態の電極の一部断面側面図。
【図７】被加工物に誘導溝を形成したケースを当接させた状態の一部切欠断面図。
【図８】被加工物を実施例２の条件で処理した場合の断面の写真図。
【図９】被処理材にバリが発生した状態を示す斜視図。
【符号の説明】
１０    電源
１１    接点
２０  放電電極
２１  先端部
２２  隆起部
２３  ホールド部
２４  コレット
３０  ケース
３１  誘導溝
３２  ガスポート
４０  把手
【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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【図８】
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【図９】
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