(57)【要約】【課題】プラズマトーチに於いて、周囲に特別大きな部材や装置を配置する必要がなく、且つ可及的に被切断材に対するプラズマトーチの略中心の高さを検出する。【解決手段】電極１の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズル２からプラズマアークを噴出して被加工材Ｂを加工するプラズマトーチＡに於いて、ノズル２よりも先端部位に導電性を有する導電部材３を着脱可能に配置すると共に該導電部材３をプラズマトーチＡを構成する金属部分（ノズル２、トーチ本体４）から電気的に絶縁し、導電部材３と被加工材Ｂとの間の静電容量を測定してプラズマトーチＡと被加工材Ｂとの間の距離を演算する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴出して被加工材を加工するプラズマトーチに於いて、ノズルよりも先端部位に導電性を有する導電部材を着脱可能に配置すると共に該導電部材をプラズマトーチを構成する金属部分から電気的に絶縁し、前記導電部材と被加工材との間の静電容量を測定してプラズマトーチと被加工材との間の距離を演算できるように構成したことを特徴とするプラズマトーチ。
【請求項２】
電極に電圧が印加されているとき、前記導電部材を電気的に遮断することを特徴とする請求項１に記載したプラズマトーチ。
【請求項３】
プラズマトーチのノズルよりも先端部位に配置した導電部材に於ける被加工材に対する対向部位以外の部位を電気的に接地して、前記静電容量の測定において指向性を持たせたことを特徴とする請求項１に記載したプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチと被加工材との間の静電容量を測定することにより、前記両者の間の距離を測定する機能を備えたプラズマトーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチは、トーチ本体に着脱可能に取り付けた電極と、トーチ本体に着脱可能に且つ電極に対し電気的に絶縁して取り付けたノズルと、を有して構成されており、電極の周囲にプラズマガスを供給しつつ、電極とノズルとの間で放電させてプラズマアークを形成している。そして、形成したプラズマアークを被加工材に向けて噴射することで、被加工材を溶融させると共に溶融物を母材から排除させて行う切断、被加工材を溶融させて行う溶接、被溶射材を溶融させると共に被加工材の表面に噴射することで行う溶射等に代表されるプラズマ加工を行うように構成されている。
【０００３】
プラズマトーチによる加工を行う場合、プラズマアークから被加工材に対して良好な状態で熱を伝えるために、ノズルと被加工材を略一定の距離に維持しておくことが必要である。特に、被加工材を切断するような場合では、ノズルと被加工材との距離が変動するとプラズマアークの形成が不安定となり、切断面の品質に変動が生じるという問題が生じる。
【０００４】
このため、例えば切断装置では、プラズマトーチを中心として被加工材に対する高さ検出センサーを配置し、この高さ検出センサーによって検出した信号を利用してプラズマトーチの被加工材からの距離（高さ）を略一定の範囲に維持するように制御している。高さ検出センサーとしては、レーザ光を利用したレーザセンサー、被加工材との間の静電容量を検出する静電センサー等があり、これらのセンサーを選択して用いるのが一般的である。また、切断中にはプラズマアークの電圧を測定してプラズマトーチの被加工材からの高さを制御することも行われている。
【０００５】
また特許文献１には、トーチの先端に嵌合する形状に形成された静電容量式の高さ検出器を利用してトーチの被加工材からの高さを制御し得るように構成した技術が提案されている。この技術では、プラズマトーチを固着した基板にシリンダー装置が取り付けられており、このシリンダー装置によって高さ検出器がプラズマトーチの先端に対し離隔し、或いは当接し得るように構成されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、プラズマトーチを被加工材から離隔させた状態で高さ検出器を被加工材に接近させて予め設定された高さを検出しておき、その後、高さ検出器を引き上げてプラズマトーチに当接させて両者を一体化し、被加工材を加工する際にはプラズマトーチと高さ検出器を一体的に被加工材に接近させて高さを制御することが可能である。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３０５４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プラズマトーチの被加工材からの高さを検出する場合、該プラズマトーチの中心の高さを検出することが好ましいが、プラズマトーチの中心からはプラズマアークが噴出しているため検出することは不可能である。このため、プラズマトーチを中心として周囲の高さを検出することとなる。例えば、レーザセンサーを利用する場合、該レーザセンサーをプラズマトーチを中心として複数配置することが必要となり、制御系が複雑になるという問題がある。
【０００９】
特許文献１に記載された技術では、トーチの先端を嵌合し得る形状を持った静電容量式の高さ検出器を用いるため、プラズマトーチの略中心の高さを検出することができるため有利である。しかし、全く問題がないわけでもなく、高さ検出器をプラズマトーチに対して離隔、接近させるシリンダー装置等の可動装置やスライドガイドが必要となり、プラズマトーチ周辺の配置が複雑になる虞がある。
【００１０】
本発明の目的は、周囲に特別大きな部材や装置を配置する必要がなく、且つ可及的に被切断材に対するプラズマトーチの略中心の高さを検出し得るように構成したプラズマトーチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマトーチは、電極の周囲にプラズマガスを供給すると共にノズルからプラズマアークを噴出して被加工材を加工するプラズマトーチに於いて、ノズルよりも先端部位に導電性を有する導電部材を着脱可能に配置すると共に該導電部材をプラズマトーチを構成する金属部分から電気的に絶縁し、前記導電部材と被加工材との間の静電容量を測定してプラズマトーチと被加工材との間の距離を演算できるように構成したものである。
【００１２】
上記プラズマトーチに於いて、電極に電圧が印加されているとき、前記導電部材を電気的に遮断することが好ましく、またプラズマトーチのノズルよりも先端部位に配置した導電部材に於ける被加工材に対する対向部位以外の部位を電気的に接地して、前記静電容量の測定において指向性を持たせることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
ノズルよりも先端部位に導電部材を配置してプラズマトーチを構成する金属部分から絶縁したので、該導電部材を静電容量センサーとして機能させることができる。このため、導電部材と被加工材との間の静電容量を測定してプラズマトーチと被加工材との間の距離を測定することができる。特に、導電部材をノズルの先端部位に配置することによって、略プラズマトーチの略中心の静電容量を測定することが可能となり、周囲に特別な部材を設けることなく、正確な高さを検出することができる。
【００１４】
また電極に電圧が印加されているときに導電部材を電気的に遮断することで、プラズマアークによる導電部材に対する電気的な影響を排除することができる。この場合、プラズマトーチと被加工材との間の距離の測定を別の手段、例えばプラズマアークの電圧を測定する手段、にゆだねることが必要となる。
【００１５】
また導電部材に於ける被加工材への対向部位以外の部位を電気的に接地して、前記静電容量の測定において指向性を持たせることで、正確な高さを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明に係るプラズマトーチの好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本実施例に係るプラズマトーチの構成を説明する図である。
【００１７】
図に示すプラズマトーチＡは、電極１、ノズル２、導電部材３を夫々着脱可能に取り付けたトーチ本体４と、電極１とノズル２又は被加工材Ｂとの間に選択的に電流を印加する電源装置５と、電極１とノズル２の間にプラズマガスを供給するガス供給装置６と、導電部材３と被加工材Ｂとの間の静電容量を測定してトーチ本体４の被加工材Ｂからの距離を演算する演算装置７と、を有して構成されている。
【００１８】
電極１はトーチ本体４に設けた導電性を有する電極台１０に対し着脱可能に取り付けられており、電極台１０に電極１を取り付けたとき、電極１の裏面側に図示しない冷却装置と接続された冷却通路１１が構成される。また、電極台１０は配線１０ａを介して電源装置５と接続されており、該電源装置５を制御することによって電極１に電流を印加することが可能である。
【００１９】
電極台１０を貫通して該電極台１０に取り付けた電極１の周囲に開口するプラズマガス流路１２が形成されており、該プラズマガス流路１２にホース１２ａを介してガス供給装置６が接続されている。
【００２０】
トーチ本体４に設けた電極台１０には絶縁部材１３が設けられており、該絶縁部材１３の先端側に導電性を有する取付部１４が形成されている。この取付部１４に中心に孔２ａを有するノズル２が着脱可能に取り付けられるように構成されている。そして、取付部１４にノズル２を取り付けたとき、該ノズル２と電極１とは絶縁部材１３によって電気的に絶縁されると共に両者の間にプラズマガス流路１２と連続した室１５が構成される。
【００２１】
取付部１４は配線１４ａを介して電源装置５と接続されており、該電源装置５を制御することによってノズル２に電流を印加することが可能である。また取付部１４は配線１４ｂを介してアース１６と接続されている。
【００２２】
導電部材３はトーチ本体４の先端部分に配置され、プラズマトーチＡを被加工材Ｂの表面に対向させたとき、該被加工材Ｂと最も接近した位置を占め、該導電部材３の表面と被加工材Ｂの表面との間の静電容量を測定するセンサーとしての機能を発揮するものである。
【００２３】
導電部材３は先端部分が略円錐形に形成され、該円錐部から基部側が円筒状に形成されている。そして、円筒部分がノズル２の先端部分に形成した突起部２ｂに対しリング状の絶縁部材１９を介して被せるようにして取り付けられており、該ノズル２との間にプラズマアークの周囲に供給されて二次気流を構成するガスの流路２０ａが形成されている。
【００２４】
また、導電部材３の中心にはプラズマアークと二次気流を噴射するための孔３ａが形成されており、円錐部分がキャップ１８に嵌合されて露出してセンサー面３ｂとして機能し得るように構成されている。このように、導電部材３はノズル２の先端部に装着され、キャップ１８によってトーチ本体４に着脱可能に取り付けられている。
【００２５】
キャップ１８は導電性を有する材料によって先端部分が略円錐状に形成されると共に基部が筒状に形成されている。キャップ１８の円錐状部分の中心には導電部材３の円錐部を嵌合する孔１８ａが形成されており、筒状部には絶縁性を持った材料によって形成されたリング状のねじ部材１８ｂが一体的に螺合して構成されている。
【００２６】
そして、キャップ１８を構成するねじ部材１８ｂをトーチ本体４を構成する電極台１０や絶縁部材１３を収容する外筒２１に締結することで、導電部材３、ノズル２をトーチ本体４に取り付けるように構成されている。また、外筒２１は配線１４ｂを介してアース１６と接続されている。
【００２７】
キャップ１８を介して導電部材３をトーチ本体４に取り付けたとき、該キャップ１８と導電部材３とは電気的に接触して同電位となり、且つキャップ１８と内部に対向して配置されているノズル２との間に二次気流となるガスの流路２０ｂが形成されている。また、キャップ１８には演算装置７に接続された信号線２２ａがスイッチ２２ｂを介して接続されている。即ち、導電部材３は、キャップ１８、信号線２２ａ、スイッチ２２ｂを介して演算装置７と接続されている。
【００２８】
またキャップ１８の表面にはシールド２３が設けられており、このシールド２３は配線２３ａを介してアース１６と接続されている。シールド２３は単にキャップ１８の表面にのみ設けることに限定するものではなく、導電部材３の表面３ｂを覆うように設けることも可能である。このように、キャップ１８及び導電部材３の表面を選択してシールド２３で覆うことによって指向性を発揮させることが可能である。
【００２９】
上記の如く構成されたプラズマトーチＡでは、導電部材３はノズル２との間に配置された絶縁部材１９によって電気的に絶縁されると共に、トーチ本体４に対してキャップ１８のねじ部材１８ｂを介して絶縁される。このため、導電部材３とキャップ１８とが独立した導電体となって被加工材Ｂと対向することとなる。
【００３０】
また、ノズル２は取付部１４を介してアース１６に接続され、更にトーチ本体４を構成する外筒２１及びキャップ１８の表面に設けたシールド２３が夫々アース１６に接続されることから、キャップ１８及び導電部材３がノズル２と接近して配置されているにも関わらす、プラズマトーチＡを被加工材Ｂに対向させて接近させたとき、導電部材３のセンサー面３ｂが被加工材Ｂの表面と対向して、該導電部材３と被加工材Ｂとの間の距離に応じた静電容量に対応した信号を発生することが可能である。
【００３１】
上記の如くして発生した信号は配線２２ａ、スイッチ２２ｂを介して演算装置７に伝達され、該演算装置７で演算することで、導電部材３と被加工材Ｂとの距離を測定することが可能である。そして、前記演算結果は図示しない制御部に送られ、例えば被加工材Ｂから導電部材３までの距離を適正な値に保持するようにトーチ本体４を被加工材Ｂに対して離隔又は接近させるトーチ高さ保持装置の制御信号として利用される。
【００３２】
導電部材３と被加工材Ｂとの間の距離を測定する作業は、電極１とノズル２又は電極１と被加工材Ｂとの間に電流が印加されていないときに行われる。そして、電極１とノズル２又は電極１と被加工材Ｂに電流が印加されている場合には、スイッチ２２ｂを操作して導電部材３と演算装置７との接続を遮断することで、静電容量の測定に対するプラズマアークによる悪影響を排除し得るように構成されている。
【００３３】
例えば、演算装置７による演算結果によってホース本体４の被加工材Ｂからの高さを設定し得るように構成した場合、図示しない高さ調整部材にトーチ本体４を取り付けておき、電源装置５やガス供給装置６から電流の印加やプラズマガスの供給を行うことなく、トーチ本体４を被加工材Ｂに接近させて導電部材３と被加工材Ｂとの間の静電容量を測定し、測定結果をトーチ高さ保持装置に対して伝達する。
【００３４】
トーチ高さ保持装置には予め静電容量の値と導電部材３と被加工材Ｂとの距離の関係が記憶されると共に、適正なトーチ高さに対応した静電容量の値（適正値）が記憶されており、演算装置７から伝達された演算結果と適正値とが比較され、両者が一致するようにトーチ高さ保持装置が駆動されてトーチ本体４を被加工材Ｂに対し離隔させ、或いは接近させる。そして演算結果と適正値とが一致したとき、トーチ高さ保持装置が停止し、トーチ本体４の高さを保持する。
【００３５】
上記の如くしてトーチ本体４の高さを保持した後、スイッチ２２ｂを遮断し、ガス供給装置６からプラズマガスをプラズマガス流路１２を介して室１５に供給し、更に、電源装置５から電極１とノズル２に電流を印加すると、電極１とノズル２との間で放電してパイロットアークが形成され、該パイロットアークはノズル２の孔２ａ、導電部材３の孔３ａから被加工材Ｂに向けて噴射される。
【００３６】
各孔２ａ、３ａから噴射されたパイロットアークが被加工材Ｂに到達したとき、電流は電極１と被加工材Ｂに印加されるように切り替えられ、該電極１と被加工材Ｂとの間で放電してプラズマアークが形成され、このプラズマアークによって目的の加工、例えば被加工材Ｂに対する切断が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のプラズマトーチでは、トーチ本体の先端に設けた導電部材を利用して被加工材との間の静電容量を測定することで両者の間隔を演算し得るので、トーチ本体の周囲に設けたセンサーによって高さを検出する構造と比較して正確にトーチ本体の被加工材からの距離を検出することが可能となる。このため、プラズマ加工を行う全てのプラズマトーチに利用して有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施例に係るプラズマトーチの構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ                    プラズマトーチ
Ｂ                    被加工材
１                    電極
２                    ノズル
２ａ                  孔
２ｂ                  突起部
３                    導電部材
３ａ                  孔
３ｂ                  センサー面
４                    トーチ本体
５                    電源装置
６                    ガス供給装置
７                    演算装置
１０                  電極台
１０ａ                配線
１１                  冷却通路
１２                  プラズマガス流路
１２ａ                ホース
１３                  絶縁部材
１４                  取付部
１４ａ、１４ｂ        配線
１５                  室
１６                  アース
１８                  キャップ
１８ａ                孔
１８ｂ                ねじ部材
１９                  絶縁部材
２０ａ、２０ｂ        流路
２１                  外筒
２２ａ                信号線
２２ｂ                スイッチ
２３                  シールド
２３ａ                配線
【図１】
2009066631.tif 000003