(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアークを通過させるプラズマトーチのノズル構造であって、中心に孔を形成した複数のノズルを有し、前記各ノズルの孔を電極の軸心と一致させると共に軸心に沿って離隔させて配置し、更に、前記各ノズルを軸心に沿って相対的に移動可能に構成したことを特徴とするプラズマトーチのノズル構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切断電流を変更した場合にノズル間の間隔を変化させることで切断品質に影響を与えることなく１種類のノズルで切断することが出来るプラズマトーチのノズル構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ切断は、切断すべき被加工材（母材）に向けてプラズマアークを噴射し、該プラズマアークの熱によって母材を燃焼及び、又は溶融させ、同時にプラズマアークの噴射エネルギーによって燃焼生成物，溶融物を母材から排除することで行われる。ノズル孔から被加工材に向けて噴射したプラズマアークは、ノズル孔から大気に噴射されると同時に自由膨張して径が増大する。このため、被加工材には切断した製品の形状に沿って必然的にプラズマアークの径に応じた幅を持った切溝が形成される。
【０００３】
被加工材を切断する電流は板厚に応じて変化させており、電流の増加に伴ってノズルも孔径の大きいものを用いている。即ち、切断板厚の変化に応じてプラズマトーチに径の異なるノズルを装着するのが一般である。しかし、切断厚さが頻繁に変化するような場合には、プラズマトーチに孔径の大きいノズルを装着したままで切断板厚の変更及び電流の変化に対応することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のプラズマ切断に於いて、被加工材の板厚の変化に対応させてノズルを交換する場合、形成された切溝の幅を狭くして切断品質を向上させることが出来る。しかし、頻繁に切断板厚が変化するような場合には、ノズルを交換する作業が煩雑となって作業性を損なう虞があるという問題が生じる。
【０００５】
また孔径の大きいノズルを装着したままで板厚の変化に対応する場合、ノズルを交換する作業はないものの、切断品質が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、ノズルの相対的な位置を調整することで、可及的に切溝の幅を狭くして切断品質を向上させ且つノズルの交換作業を省略することが出来るプラズマトーチのノズル構造を提供することにある。
【０００７】
【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プラズマトーチのノズル構造は、プラズマアークを通過させるプラズマトーチのノズル構造であって、中心に孔を形成した複数のノズルを有し、前記各ノズルの孔を電極の軸心と一致させると共に軸心に沿って離隔させて配置し、更に、前記各ノズルを軸心に沿って相対的に移動可能に構成されるものである。
【０００８】
上記ノズル構造では、中心が電極の軸心と一致した孔を有する複数のノズルが該軸心に沿って離隔して配置されるため、これらのノズルによってプラズマアークを拘束することが可能となり、軸心に沿った見掛け上のノズルの軸方向の長さ（以下「スロート長」という）を長くすることが出来る。特に、各ノズルの孔のスロートをプラズマアークによって破壊される虞のない長さとすることで、ノズルの孔径に対し充分に長いスロートを形成して切溝の幅を相対的に狭くすることが出来る。
【０００９】
そして各ノズルを電極の軸心に沿って相対的に移動させることで、各ノズルの孔の距離に応じて見掛け上のスロート長を変化させてプラズマアークを拘束し得る長さを適宜設定することが可能となり、切溝の幅とノズルの孔径との比率を小さくして相対的に切溝の幅を狭くすることが出来る。従って、被加工材の板厚が変化しても、ノズルを交換することなく、既に装着されているノズルの調整を行うことで対応することが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、上記プラズマトーチのノズル構造の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明に係るノズル構造の構成を模式的に説明する図、図２はノズルを電極の軸心に沿って移動させたときのプラズマアークの膨張を説明する図である。
【００１１】
本発明に係るノズル構造は、所定の径を持った孔を形成した複数のノズルを前記孔の中心を電極の軸心に一致させて配置すると共に、軸心に沿って移動可能に構成し、切断すべき被加工材の板厚に応じて変化する電流値に対応させて孔の離隔距離を調整することで見掛け上のスロート長を調整し、これにより、被加工材に形成される切溝の幅を可及的に狭くし得るように構成したものである。
【００１２】
図に於いて、プラズマトーチの中心に電極１が配置されており、この電極１の周囲にプラズマガスが流通する通路２が形成されている。電極１に対向して該電極１の軸心１ａと一致した中心を有する孔３ａを有する内側ノズル３と、孔４ａを有する外側ノズル４が配置されている。
【００１３】
電極１は、軸心１ａをプラズマトーチの軸心と一致させてトーチ本体５に着脱可能に装着されている。各ノズル３，４も同様に孔３ａ，４ａの中心を電極１の軸心１ａと一致させてトーチ本体５に着脱可能に装着されている。
【００１４】
各ノズル３，４は夫々電極１の軸心１ａに沿って移動し得るように構成されている。即ち、内側ノズル３の外周面にはネジ部３ｂが形成されており、外側ノズル４の内周面には前記ノズル３ｂと螺合するネジ部４ｂ及びトーチ本体５の外周に形成されたネジ部５ａと螺合するネジ部４ｃが形成されている。
【００１５】
従って、内側ノズル３と外側ノズル４を相対的に回転させることで孔３ａと孔４ａを互いに離隔或いは接近させて所望の間隔に設定することが可能であり、且つ外側ノズル４をトーチ本体５に対して回転させることで孔３ａ，４ａを電極１に離隔或いは接近させることが可能である。
【００１６】
内側ノズル３に形成された孔３ａの径ｄは、電極１に最も大きい電流（例えば250 Ａ）を通電する際に用いるノズルの孔径（例えば    mm）と等しい値を持って形成されている。また外側ノズル４に形成された孔４ａの径Ｄは、図２（ｂ）に示すように、各ノズル３，４の孔３ａ，４ａを最も接近させたときの距離Ｌｂとプラズマアークの径方向の広がり率α及び孔３ａの径ｄとの関係を考慮して設定されている。
【００１７】
内側ノズル３及び外側ノズル４に形成された孔３ａ，４ａの離隔距離Ｌ（Ｌａ〜Ｌｂ）の範囲は特に限定するものではない。しかし、孔３ａ，４ａの離隔距離Ｌは電極１と被加工材との距離に関連するため、前記距離Ｌが大きくなるとプラズマアークを形成する電圧を高く保持する必要が生じる。従って、孔３ａ，４ａの離隔距離Ｌは自ずと限界が生じる。本実施例では、孔３ａ，４ａの離隔距離Ｌを0.2 mm〜10mmの範囲内で適宜設定している。
【００１８】
内側ノズル３，外側ノズル４に形成された孔３ａ，４ａの間に存在する離隔距離Ｌによって各ノズル３，４の間には空隙部６が形成される。この空隙部６は閉鎖空間として構成され、外部から空気或いは他の流体が流入することはない。従って、前記空隙部６は空気層からなる断熱層としての機能を有している。
【００１９】
トーチ本体５に装着された外側ノズル４の外周部位にキャップ７が取り付けられている。このキャップ７と外側ノズル４の間には冷却通路８が形成され、該通路に冷却水を流通させることで外側ノズル４を冷却している。
【００２０】
上記プラズマトーチのノズル構造では、図２に示すように被加工材と電極１の間に形成されるプラズマアークは軸心１ａに沿って噴射し、内側ノズル３の孔３ａ及び外側ノズル４の孔４ａを順に通過する。即ち、見掛け上ノズルのスロート長は孔３ａの入口から孔４ａの出口までとなる。このため、プラズマアークは、噴射過程で各孔３ａ，４ａによって膨張が拘束される。
【００２１】
従って、同図（ａ）に示すように、被加工材９が薄板である場合には、内側ノズル３の孔３ａと外側ノズル４の孔４ａの離隔距離Ｌａを大きくとることによって見掛け上のスロート長を大きくし、且つ通電する電流値を小さくして、プラズマアークの膨張を拘束してを細く絞った状態で被加工材９を切断することが可能であり、切断品質を高い状態に保持することが可能である。
【００２２】
また同図（ｂ）に示すように、被加工材９が厚板である場合には、孔３ａ，４ａの離隔距離Ｌｂを小さくとることによって孔４ａのプラズマアークに対する影響を排除し、或いは見掛け上のスロート長を小さくし、且つ通電する電流値を大きくしてプラズマアークを実質的に孔３ａから噴射するようにし、これにより、被加工材９を高い品質を保持して切断することが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係るプラズマトーチのノズル構造では、複数のノズルに形成された孔の間隔を被加工材の板厚に応じて調整することで、見掛け上のスロート長を調整し、これにより、スロート部に於けるプラズマアークの膨張を拘束することが出来る。このため、被加工材に到達したプラズマアークは細く絞られた状態となり、形成された切溝の幅を小さくすることが出来る。
【００２４】
従って、被加工材の板厚が変化してもノズルを交換することなく、スロート長の調整と通電する電流値の変更によって対応することが出来る。このため、切断すべき被加工材の板厚が頻繁に変化するような場合であっても、一種類のノズルによって対応することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノズル構造の構成を模式的に説明する図である。
【図２】ノズルを電極の軸心に沿って移動させたときのプラズマアークの膨張を説明する図である。
【符号の説明】
１              電極
１ａ            軸心
２              通路
３              内側ノズル
３ａ，４ａ      孔
３ｂ，４ｂ      ネジ部
４              外側ノズル
５              台座
６              空隙部
７              キャップ
８              冷却通路
９              被加工材
【図１】
0003749316.tif 000002
【図２】
0003749316.tif 000003