(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、中心を電極の軸心と一致させた孔を有し且つ該孔を軸心に沿って離隔させて配置した複数のノズルと、前記各ノズル間に設けられた耐熱樹脂からなり各ノズル間を断熱する断熱層と、を有することを特徴とするプラズマトーチのノズル構造。
【請求項２】
前記ノズルが冷却され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のノズル構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工材に噴射するプラズマアークの絞り状態を長く拘束することで切幅を可及的に狭く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切溝を形成して行われる。
【０００３】
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。
【０００４】
目的の製品を切断した後の残材はスクラップとして処分されるが、比較的面積が大きい場合、配管用のフランジ等の小物を切断する材料として利用するのが一般である。即ち、切溝の幅が狭い程有効面積が大きくなり、応用範囲が広がることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ切断に於いて、ノズルの径が小さければ切溝の幅の絶対値を小さくすることが出来る。しかし、この場合には、大電流を流すとノズルが短時間で破壊に至り、厚板切断に適用することが出来ないという実用上の問題がある。
【０００６】
またノズルの径を大電流を流したときに必要とされる値まで大きくし且つ軸方向の長さを大きくすることによって、ノズルの径と切溝の幅の比率を小さくすることが出来る。しかし、この場合には、ノズルのスロート部分が長時間プラズマアークに曝されることとなり、ノズルからの放熱量よりもノズルに対する入熱量の方が多くなって短時間で破壊に至るという実用上の問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、可及的に切溝の幅を狭くし得るプラズマトーチのノズル構造を提供することにある。
【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、中心を電極の軸心と一致させた孔を有し且つ該孔を軸心に沿って離隔させて配置した複数のノズルと、前記各ノズル間に設けられた耐熱樹脂からなり各ノズル間を断熱する断熱層とを有して構成されるものである。
【０００９】
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。
【００１０】
そして複数のノズルの離隔距離を適宜設定することで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。特に、各ノズルを離隔させて配置することで夫々のノズルの暴露面積を大きくし、これにより放熱面積を広くすることが可能となり、ノズルの寿命を延長することが出来る。
【００１１】
上記ノズル構造に於いて、ノズルを冷却することによってプラズマアークを強く絞ることが可能となり、切溝の幅をより狭くすることが出来る。
【００１２】
【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は第１実施例に係るノズル構造の構成を模式的に説明する図である。
【００１３】
本発明に係るノズル構造は、予め設定された厚さを有する被加工材を切断するのに必要な電流を通電したときに発生するプラズマアークを通過させるのに必要なノズル径を維持して見掛け上のスロート長（ノズル部分の長さ）を長くし、これによりプラズマアークを拘束して切溝の幅（切幅）を狭くし得るようにしたものである。即ち、切幅とノズル径との比率が従来のものよりも小さい値になるようにするものである。
【００１４】
先ず、本実施例のノズル構造について図１により説明する。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。
【００１５】
電極１の軸心１ａと一致した中心を有し、且つ電極１から夫々予め設定された距離離隔した位置に孔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。各孔３ａ，４ａは各ノズル３，４の軸心と一致して形成されており、これらのノズル３，４を嵌合して一体化することで孔３ａ，４ａは同一軸心に沿って且つ予め設定された距離を保持して配置される。
【００１６】
そして一体化させた各ノズル３，４を電極１に対向させて配置すると共にプラズマトーチの台座５に装着することで、孔３ａ，４ａは中心が電極１の軸心１ａと一致し、且つ電極１からの距離が予め設定された値となる。
【００１７】
内側ノズル３及び外側ノズル４に形成された各孔３ａ，４ａの径は互いに等しくとも良く、また何れか一方の孔径が他方の孔径より大きくとも良い。何れの場合であっても、小さい方の孔径は通電する電流値に対応した値に設定されている。また各孔３ａ，４ａのスロート長は、夫々内側ノズル３，外側ノズル４が独立したノズルとして台座５に装着された場合であっても夫々所定の機能を発揮し得る値に設定されている。即ち、内側ノズル３及び外側ノズル４は、夫々独立して従来のノズルと同様に使用し得るように構成されている。
【００１８】
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、又は下限を0.2 mmとし上限を孔３ａ，４ａの大きい径の３倍の値とする範囲内で適宜設定している。
【００１９】
台座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８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。本実施例では外側ノズル４を強制冷却し得るように構成しているが、外側ノズル４と同時に内側ノズル３をも冷却し得るように構成することが好ましい。
【００２０】
また内側ノズル３と外側の４の間に断熱材９が配置されており、該断熱材によって断熱層が形成され、各ノズル３，４の間に生じる熱の伝達を防止している。前記断熱材９としては、ポリイミド，ポリエーテル・エーテルケトン等の高耐熱樹脂を選択的に用いることが可能である。
【００２１】
上記プラズマトーチのノズル構造では、図示しない被加工材と電極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、孔４ａを通過して大気に放出されるまで絞られた状態を維持する。
【００２２】
従って、プラズマアークを細く絞った状態で被加工材を溶融，燃焼させると共に溶融物，燃焼生成物を母材から排除して連続的な切溝を形成することで切断を行うことが可能である。前記の如くして形成された切溝に於ける切幅と孔３ａ，４ａの径との比率は従来のノズルを用いた場合と比較して小さくなり、相対的に切幅を狭く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、見掛け上のスロート長を長くしてプラズマアークの膨張を長区間で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を維持し、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、従来のノズルと孔径が同一である場合、被加工材を切断したときの切幅を狭くすることが出来、残材の有効利用をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施例に係るノズル構造の構成を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
１                    電極
１ａ                  軸心
２                    通路
３                    内側ノズル
３ａ，４ａ            孔
４                    外側ノズル
５                    台座
７                    キャップ
８                    冷却通路
９                    断熱材
【図１】
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