(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被切断材の一部を酸化及び又は溶融させると共に母材から排除して切断するに際し発生するスラグを排除するピアシング用のノズルであって、ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザー切断トーチから選択されたトーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上に穴あけ時に発生するスラグを吹き飛ばすためのガスを噴射する噴射孔を１個形成し、前記トーチに装着した火口によって前記被切断材に対する穴あけを実施する際に前記噴射孔から穴あけ部の周囲にガスを噴射して発生したスラグを排除し得るように構成したことを特徴とするピアシング用のノズル。
【請求項２】
前記軸線に一致させてガス切断火口又はプラズマ切断火口或いはレーザー切断火口の中から選択された火口を嵌合する嵌合穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載したピアシング用のノズル。
【請求項３】
前記軸線に一致させてガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザー切断トーチの中から選択されたトーチを嵌合する嵌合穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載したピアシング用のノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被切断材に穴あけする際に発生するスラグを一定の方向に排除して円滑に切断作業を開始させるためのピアシング用のノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板や非鉄系の板材等の被切断材の一部を酸化及び又は溶融させて母材から排除することで切断する熱化学切断法が広く実施されている。この熱化学切断法としては、ガス切断火口を用いて主として鋼板を切断するガス切断法、プラズマ切断火口を用いて鋼板及びステンレス鋼板を切断するプラズマ切断法、レーザー切断火口を用いて金属材料及び非金属材料を切断するレーザー切断法が実用化されている。
【０００３】
上記各切断法を採用して金属材料からなる被切断材を型切断する場合、この被切断材を穴あけ（ピアシング）し、形成された穴を始点として目的の型切断を開始するのが一般的である。
【０００４】
被切断材に対してピアシングを行うに際し、穴の成長に伴って酸化生成物や溶融母材からなるスラグが発生し、このスラグが吹き上げて被切断材の表面に付着する。そして被切断材に対する切断を開始する際に、表面に付着したスラグが母材の酸化，溶融を阻害して円滑に切断を開始することが出来ないという問題がある。
【０００５】
上記問題を解決するために、例えば穴の成長に伴って火口を移動させる方法や吹き上げたスラグを一定方向に吹き飛ばす方法等、スラグの影響を排除して切断を開始し得るようにした幾つかの提案がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記各提案はいずれも効果を発揮することが可能である。しかし、いずれの方法も一長一短があり、ガス切断法、プラズマ切断法及びレーザー切断法の全てにわたって解決し得るものではない。
【０００７】
本発明の目的は、ピアシング時に発生するスラグを処理すると共に連続的に切断を開始するための新たな提案を行うものであり、ガス切断法，プラズマ切断法及びレーザー切断法のいずれにも共通して適用し得るピアシング用のノズルを提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るピアシング用のノズルは、被切断材の一部を酸化及び又は溶融させると共に母材から排除して切断するに際し発生するスラグを排除するピアシング用のノズルであって、ガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザー切断トーチから選択されたトーチの加工中心線と一致した軸線を有し、前記軸線を中心として設定された円周上で且つ軸線を通る複数の直線上に穴あけ時に発生するスラグを吹き飛ばすためのガスを噴射する噴射孔を１個形成し、前記トーチに装着した火口によって前記被切断材に対する穴あけを実施する際に前記噴射孔から穴あけ部の周囲にガスを噴射して発生したスラグを排除し得るように構成したものである。
【０００９】
上記ピアシング用のノズル（以下、単に「ノズル」という）に於いて、軸線に一致させてガス切断火口又はプラズマ切断火口或いはレーザー切断火口の中から選択された火口（以下、単に「火口」という）を嵌合する嵌合穴、又はガス切断トーチ又はプラズマ切断トーチ或いはレーザー切断トーチの中から選択されたトーチ（以下、単に「トーチ」という）を嵌合する嵌合穴を設けることが好ましい。
【００１０】
上記ノズルでは、軸線に一致させて形成した嵌合穴に、火口又はトーチを選択的に嵌合するので、嵌合された火口又はトーチを作動させて被切断材にピアシングを実施して穴を形成し、且つピアシングに引き続いて前記穴を始点とした切断を実施することが出来る。
【００１１】
特に、軸線を通る複数の直線上に各１個の噴射孔が形成されているため、この噴射孔からガスを噴射したとき、生成されたスラグは隣接する噴射孔の間に吹き飛ばされる。このため、形成された穴の周囲にはスラグの付着しない部位が存在し、このスラグが付着することのない部位から火口を嵌合したノズルを移動させることで、ピアシングから切断に円滑に移行することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、上記ノズルの好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は火口としてのレーザー切断火口を嵌合し得るように構成した第１実施例に係るノズルの断面図、図２は図１の正面図、図３はノズルにガスを供給する供給系の構成を説明する図、図４は被切断材に形成された穴を説明する模式図、図５は第２実施例に係るノズルを説明する図である。
【００１３】
第１実施例に係るノズルＡは、中心に火口Ｂを嵌合する嵌合穴１が形成され、且つ該嵌合穴１の周囲に複数の噴射孔２を形成して構成されている。前記噴射孔２は、ノズルＡの嵌合穴１に火口Ｂを嵌合したとき、該火口Ｂの加工中心線と一致した軸線３を通る複数の直線４上に各１個形成されている。即ち、噴射孔２と軸線３を結ぶ直線の延長線上には他の噴射孔は存在しない。
【００１４】
本実施例に於いて、ノズルＡは中心に火口Ｂを嵌合し得る嵌合穴１を有する本体部材５と、本体部材５に固着され予め設定された位置にガスを噴射する複数の噴射孔２を有するノズル部材６と、を有して構成されている。
【００１５】
ノズルＡは火口Ｂを嵌合したとき、該火口Ｂと強固に一体化することが必要である。このため、本体部材５及び火口Ｂにはネジ部７ａ，７ｂが形成されており、これらのネジ部７ａ，７ｂを締結することで、ノズルＡと火口Ｂを一体化し得るように構成されている。
【００１６】
ノズルＡの本体部材５には噴射孔２から噴射するガスが供給される供給孔８が形成されており、この供給孔８は本体部材５とノズル部材６とによって形成されたリング状のグルーブ９に接続している。そしてノズル部材６の予め設定された位置に、前記グルーブ９と接続した噴射孔２が形成されている。
【００１７】
従って、供給孔８に被切断材の材質に応じて酸化性ガス或いは不活性ガス等から選択されたガスを供給することによって、供給されたガスを噴射孔２から外部に噴射することが可能である。
【００１８】
本実施例に於いて、ノズルＡの嵌合穴１に火口Ｂを嵌合したとき、該火口Ｂの外周面に沿ってリング状のスリット10が形成される。このスリット10は、被切断材の材質に応じて酸化性ガス或いは不活性ガスを噴射するためのものであり、火口Ｂとしてレーザー切断火口を用いた場合にのみ形成されるものである。このため、本体部材５にはスリット10に連通した供給孔11が形成されている。
【００１９】
そして供給孔11に選択されたガスを供給すると、このガスはスリット10から噴射し、火口Ｂから被切断材に向けて照射されるレーザー光を鞘状に包み、該レーザー光によって加熱した被切断材の燃焼を促進し、或いは生成した溶融物を被切断材から排除して切溝を形成する。従って、火口Ｂから被切断材に向けてレーザー光を照射しつつ、スリット10からガスを噴射し、この状態を維持して火口Ｂを移動させることで被切断材を切断することが可能である。
【００２０】
従って、火口Ｂとしてガス切断火口或いはプラズマ切断火口を用いた場合にはスリット10を形成する必要がなく、本体部材５に形成した嵌合穴１はこれらの切断火口の外径と等しい内径を有し、且つ本体部材５に供給孔11を形成する必要もない。
【００２１】
またレーザー切断用の火口Ｂでは、図示しない切断装置のトーチホルダーに保持されたトーチ本体Ｃ（図３参照）を有しており、火口Ｂはこのトーチ本体Ｃの先端に着脱可能に装着される。このため、火口Ｂのトーチ本体Ｃ側の端部には着脱用のネジ12が形成されている。そしてノズルＡは、トーチ本体Ｃに装着された火口Ｂに対しネジ部７ａ，７ｂの螺合によって取り付けられることで、切断装置のトーチホルダーによって保持されている。
【００２２】
尚、火口Ｂがガス切断火口或いはプラズマ切断火口である場合であっても、これらの火口がトーチ本体に着脱可能に装着されることは、レーザー切断火口の場合と同様である。
【００２３】
次に、上記の如く構成されたノズルＡによって被切断材Ｄにピアシングを実施する際の手順について図３，図４により説明する。図３に於いて、火口Ｂを嵌合したノズルＡには、ガス供給装置Ｅが接続される。ガス供給装置Ｅは、ガスボンベ21と、圧力調整装置22と、電磁弁23を有して構成されており、ノズルＡの供給孔８とホース24を介して接続されている。
【００２４】
ガスボンベ21は、被切断材Ｄの材質に応じて選択されたガスが充填されており、ピアシング時には、この選択されたガスがノズルＡに供給される。即ち、被切断材Ｄが軟鋼である場合、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス、或いは空気，窒素ガスに僅かに酸素ガスを混合させたガス等のガスが選択され、また被切断材Ｄが非鉄金属である場合、酸素ガスを代表とする酸化性ガスが選択される。
【００２５】
圧力調整装置22はノズルＡに供給するガスの圧力を調整する機能を有するものであり、電磁弁23はノズルＡに対するガスの供給及び遮断の制御を行う機能を有するものである。
【００２６】
上記の如くしてノズルＡにガス供給装置Ｅを接続し、このノズルＡを被切断材Ｄに対向させて火口Ｂを作動させると、被切断材Ｄが酸化し或いは溶融した溶融物（スラグ）が被切断材Ｄの表面に吹き上げる。このとき、ノズルＡの噴射孔２からガスを噴射すると、噴射したガスよってスラグは吹き飛ばされる。
【００２７】
図４に示すように、スラグ25は、穴26を中心として噴射孔２の反対側に吹き飛ばされ、穴26の周囲に放射状に付着する。即ち、ノズルＡに於ける噴射孔２と対応する位置にはスラグが付着することがない。従って、ノズルＡに嵌合した火口Ｂの作動状態を維持しつつ、該火口Ｂをスラグの付着していない方向（噴射孔２の方向）に移動させることで、被切断材Ｄに対する切断を円滑に開始することが可能となる。
【００２８】
本願発明者等の実験では、ピアシング時にノズルＡから被切断材Ｄに向けて噴射するガスは、連続的な噴射よりも断続させて噴射した方が有効であることが判明した。前記断続とは、時間的な断続と圧力の高低と、時間及び圧力を混合させた場合とがある。例えば、時間的に断続させる場合、0.3 秒〜１秒の範囲が好ましく、圧力を変化させる場合、１平方センチ当たり１kg〜３kgの範囲が好ましく、両者を混合させる場合、前記範囲の値を適宜選択して変動させることが好ましい。更に、ピアシングが完了し、スラグが凝固する以前に噴射するようにしても良い。
【００２９】
次に第２実施例に係るノズルＦについて図５により説明する。尚、図に於いて、前述の第１実施例と同一部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図に示すノズルＦは、トーチ本体Ｃを嵌合する嵌合穴１にトーチ本体Ｃを嵌合させたとき、軸線３がトーチ本体Ｃの加工中心となる火口Ｂの中心線と一致し得るように構成されており、該軸線３を中心とする円周上で且つ軸線３を通る直線上に１個の噴射孔２が形成されている。
【００３１】
ノズルＦの嵌合孔１にはネジ31が形成されており、トーチ本体Ｃには前記ネジ31と螺合するネジ32が形成されている。従って、トーチ本体Ｃを嵌合孔１に挿通すると共にネジ31、32を螺合することで、該トーチ本体ＣとノズルＦを一体化することが可能である。
【００３２】
上記の如く構成されたノズルＦであっても、前述のノズルＡと同様にしてスラグを吹き飛ばすことが可能であり、且つピアシング後、切断を円滑に開始することが可能である。
【００３３】
また本発明のノズルでは、図５に破線で示すように、ノズル全体をトーチ本体Ｃの内部に組み込んでも良い。このように、トーチ本体Ｃの内部にノズルを構成した場合でも、前述の各実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るピアシング用のノズルでは、軸線に一致させて火口又はトーチを選択的に嵌合する嵌合穴を形成することによって、前記火口を用いる切断法を実施する際のピアシング時に適用することが出来る。特に、ノズルには軸線を通る複数の直線毎に、１個の噴射孔を形成したので、噴射孔が対向することがない。このため、噴射孔から噴射したガスが他の噴射孔から噴射したガスと干渉することがなく、円滑にスラグを排除することが出来る。
【００３５】
そしてピアシング時に発生したスラグは穴の周囲に放射状に付着することとなり、噴射孔の形成位置には必然的にスラグの付着がない。従って、スラグが付着していない穴の端部を起点として円滑な切断を開始することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】火口としてのレーザー切断火口を嵌合し得るように構成した第１実施例に係るノズルの断面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】ノズルにガスを供給する供給系の構成を説明する図である。
【図４】被切断材に形成された穴を説明する模式図である。
【図５】第２実施例に係るノズルの構成を説明する図である
【符号の説明】
Ａ、Ｆ                ノズル
Ｂ                    火口
Ｃ                    トーチ本体
Ｄ                    被切断材
Ｅ                    ガス供給装置
１                    嵌合穴
２                    噴射孔
３                    軸線
４                    直線
５                    本体部材
６                    ノズル部材
８，11                    供給孔
９                    グルーブ
10                    スリット
21                    ガスボンベ
22                    圧力調整装置
23                    電磁弁
24                    ホース
25                    スラグ
26                    穴
【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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