プラズマ切断トーチ
【課題】冷却性能を向上して温度上昇を抑制するプラズマ切断トーチを実現する。
【解決手段】作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、電極と同軸上で電極外周部にプラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有するオリフィスとを隣接して設け、作動ガス導入管に導入した作動ガスが電極およびトーチ本体金具の内面と作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通ってオリフィスを介してチップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであり、電極内に挿入筒を設け、挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、挿入筒の端部が電極の底部又は陰極材と接するように電極の内部に挿入筒を設ける。また、作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように作動ガス導入管をトーチ本体金具内に設ける。
【解決手段】作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、電極と同軸上で電極外周部にプラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有するオリフィスとを隣接して設け、作動ガス導入管に導入した作動ガスが電極およびトーチ本体金具の内面と作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通ってオリフィスを介してチップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであり、電極内に挿入筒を設け、挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、挿入筒の端部が電極の底部又は陰極材と接するように電極の内部に挿入筒を設ける。また、作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように作動ガス導入管をトーチ本体金具内に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガスを用いるプラズマ切断トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ切断トーチの電極を冷却するため、従来から、電極の周囲にフィン状の溝を設けて冷却するものが知られている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。しかし、電極に装着される陰極材は、フィンから離れた位置に設けられていた。そのため、陰極材に対する冷却効果は十分ではなく、長時間（例えば、１時間程度）切断作業を行うことができず、電極の寿命は短かった。
【０００３】
近年、電極の内部に作動ガスを吹き付けて冷却することで、電極の寿命を飛躍的に長くする（例えば、３〜４時間程度）ものが知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、従来のプラズマ切断トーチは、先端部（電極やチップの辺り）の冷却を重視しており、トーチ本体全体としての冷却は行われていなかった。そのため、プラズマ切断トーチの先端部とトーチ本体部への作動ガスの入り口部との温度差が生じていた。そして、この温度差により、トーチ本体部を構成する金具部と樹脂部との間に隙間が生じていた。また、セラミック部と樹脂部との熱膨張の差により、セラミック部と樹脂部との接触面に隙間を生じていた。そして、この隙間に、高周波電流が流れ易くなり、絶縁を確保することができなかった。
【０００４】
図９に、作動ガスを用いる従来のプラズマアーク切断装置の概略構成を示す。図９において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ２は、レギュレータ３に接続され、レギュレータ３により作動ガスの二次圧力を一定値に調整している。さらに、レギュレータ３は、切断用電源４の内部と接続されており、切断用電源４に設けられたプラズマアークの始動や停止の指示によりオンオフするガスバルブ（図示せず）に接続されている。このガスバルブは、作動ガスをトーチ先端部１に送る冷却ケーブル８に接続されている。また、切断用電源４には、母材５と接続するための接地ケーブル６が設けられている。さらに、切断用電源４には、アークスタートを良好にするための高周波電圧を出力するためのパイロットケーブル９と、トーチスイッチケーブル１０が設けられている。
【０００５】
一方、プラズマ切断トーチ７は、電線を内蔵した冷却ケーブル８と、パイロットケーブル９と、トーチスイッチケーブル１０により、切断用電源４に接続されている。なお、チップを母材５に接触して切断する接触切断では、パイロットケーブル９は使用しない。また、作動ガスは、冷却ケーブル８を介して、切断用電源４からプラズマ切断トーチ７のトーチ先端部１へ供給される。
【０００６】
プラズマアーク切断装置１１は、以上のように構成されている。
【０００７】
次に、従来のプラズマ切断トーチの構造について、図１０と図１１を用いて説明する。なお、図１０はプラズマ切断トーチ７の断面図である。図１１は、図１０のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【０００８】
図１０において、作動ガス５０は、図示しない冷却ケーブルが取付けられた取付ナット５１から、パイプ５２内を通り、ヘッド金具５３内の空洞５５に導かれ、作動ガス導入管１２へと送られる。作動ガス導入管１２は、銅又は銅合金からなる導入管固定金具５４により本体金具１３に固定される。作動ガス導入管１２は、本体金具１３の内部に配置される。本体金具１３の先端部には、銅もしくは銅合金からなる電極１４が螺着されている。この電極１４の内部には、複数の小孔が設けられた挿入筒１６Ａが挿入されている。
【０００９】
また、電極１４の先端には、ジルコニウムやハフニウムなどの陰極材１５を埋め込んだ電子放射面を有している。電極１４の外周部には、同軸状でかつプラズマアークを絞って母材５にプラズマ流を供給するための、銅もしくは銅合金からなるチップ１６が設けられている。さらに、このチップ１６に隣接し、かつ電極１４とチップ１６とを電気的に絶縁するオリフィス１７が設けられている。オリフィス１７には、本体金具１３に設けられた小孔１３ａと連通する小孔１７ａと、チップ１６の内面側に連通する小孔１７ｂが設けられている。また、チップ１６とオリフィス１７の外周部には、ノズル金具１８が設けられている。そして、ノズル金具１８とチップ１６とが螺着することにより、チップ１６とオリフィス１７は、本体金具１３に対して固定される。
【００１０】
また、ノズル金具１８の外周部には、導電部の外部への露出を防止するノズル１９が螺着して固定されている。ノズル１９の先端開口は、ノズル金具１８に設けられた小孔１８ａを介してオリフィス１７の小孔１７ａに連通している。従って、本体金具１３の小孔１３ａからオリフィス１７の小孔１７ａに流入した作動ガス５０は、オリフィス１７の小孔１７ｂとノズル金具１８の小孔１８ａにより、チップ１６の内面と外面に分流される。
【００１１】
また、モールド部２０は、ノズル１９に隣接してノズル金具１８を覆って設けられた絶縁材であり、トーチ本体部の形成と、トーチ本体部の導電部の外部露出を防止している。
【００１２】
次に、作動ガス５０の流れについて説明する。図１０において矢印で示すように、作動ガス５０は、電線を内蔵する冷却ケーブル（図示せず）を接続した取付ナット５１内から、パイプ５２内を通過し、ヘッド金具５３に設けられている空洞５５に流れる。そして、空洞５５から作動ガス導入管１２に流れ、さらに、電極１４と同軸に開口した挿入筒１６Ａの開口部から小孔を経て、電極１４の内面および本体金具１３の内周面と作動ガス導入管１２の外周面との間の環状経路２１を通る。さらに、本体金具１３に設けられた小孔１３ａから、オリフィス１７の小孔１７ａを通って、オリフィス１７の外周面とノズル金具１８の内周面との間の経路を通る。この経路から、オリフィス１７の小孔１７ｂを通る経路と、ノズル金具１８の小孔１８ａを通る経路とに分かれる。一方の経路として、作動ガス５０は、オリフィス１７の小孔１７ｂから電極１４の外周面とチップ１６の内周面との間の経路を通り、チップ１６の先端開口部より外部に噴出される。また、他方の経路として、作動ガス５０は、ノズル金具１８の小孔１８ａから、チップ１６の外周面とノズル１９の内周面との間の経路を通って、ノズル１９の先端開口部より外部に噴出される。
【００１３】
このようにして、作動ガス５０は、電極１４およびチップ１６の内外周面を通り、電極１４およびチップ１６を冷却すると共に、プラズマアークの緊縮を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】実開昭６２−０８２１８４号公報
【特許文献２】実開昭６３−１９６３７４号公報
【特許文献３】特開平３−１１４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来のプラズマ切断トーチ７では、図１０で示したように、作動ガス５０は、冷却ケーブル８が取付けられた取付ナット５１からパイプ５２内を通過し、ヘッド金具５３に設けられた空洞５５に導かれ、作動ガス導入管１２へと送られるようになっている。しかし、作動ガス５０が短時間で通過してしまい、本体金具１３や、ヘッド金具５３や、導入管固定金具５４といった金具部や、モールド部２０に対して、十分な冷却を行うことができない。そして、切断を繰り返すなどのヒートサイクルや、異常な作業の吹き上げを生じる切断などを行うと、金具部の温度が上昇する。この場合、モールド部２０と本体金具１３や、モールド部２０とオリフィス１７など、樹脂部と金属部、樹脂部とセラミック部の膨張係数の違いから、接合面にミクロの隙間を生じる。そして、温度上昇が高いときは、樹脂部の膨らみや溶融を派生し、絶縁性が劣化することがあった。
【００１６】
なお、本体金具１３の中央に挿入された作動ガス導入管１２のその先端に、小孔を有した銅合金の筒状の挿入筒１６Ａを圧入していた（例えば、特許文献３参照）。これにより、電極の長寿命化が図れた。しかし、これでも不十分であり、電極の寿命に問題があった。
【００１７】
これは、作動ガス５０が、作動ガス導入管１２のセンタを通過した後、環状経路２１を経てチップ１６の内外面を流れるが、作動ガス導入管１２の外周部には、図１２に示すように軸方向に平行なフィン状のスリットを設けているため、作動ガス５０は、短時間で通過してしまい、冷却効果は少なく、緊縮したプラズマアークを発生することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記電極内に銅または銅合金からなる挿入筒を設け、前記挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、前記挿入筒の端部が前記電極の底部又は前記陰極材と接するように前記電極の内部に前記挿入筒を圧入して設けたものである。
【００１９】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、挿入筒に設ける螺旋状の溝の数は、３個以上としたものである。
【００２０】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、前記作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように前記作動ガス導入管を前記トーチ本体金具内に設けたものである。
【００２１】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、作動ガス導入管に設ける螺旋状の溝の数は、２個以上としたものである。
【００２２】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記作動ガス導入管の入口部に、銅または銅合金からなる円筒状の中心部を空洞にした導入管固定金具を設け、前記導入管固定金具は、前記導入管固定金具の外周部から中心部に連通する穴を複数備え、前記導入管固定金具は外周部に凸部を備え、前記導入管固定金具は作動ガスを導くパイプと作動ガス導入管の入口部との間に設けられ、前記導入管固定金具の外側には空洞を隔てて銅または銅合金のヘッド金具を設けたものである。
【００２３】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、導入管固定金具に設けられた穴の作動ガス経路軸断面は、作動ガス導入管の作動ガス軸断面より大きいものである。
【００２４】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、導入管固定金具の外周部に設ける凸部は、フィン状あるいはドーナツ状としたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のプラズマ切断トーチでは、電極内に銅または銅合金からなる挿入筒設け、挿入筒の端部に等間隔の溝を挿入筒の円周方向に設け、挿入筒の端部が電極の底部又は陰極材と接する構成としている。これにより、電極内の挿入筒の熱容量が増え、電極および陰極材の冷却を行うことができ、電極寿命を延ばすことができる。
【００２６】
また、本発明のプラズマ切断トーチでは、作動ガス導入管の外周部に等間隔の螺旋状の溝を設けた構成としている。そして、作動ガス導入管は、作動ガス導入管の螺旋状外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように配置されている。このような構成とすることで、作動ガスの温度上昇を押さえ、冷却した作動ガスをチップまで供給する緊縮したプラズマアークを発生させるプラズマ切断トーチを実現でき、また、シリーズアークをなくしてチップの寿命を長くすることができる。
【００２７】
また、本発明のプラズマ切断トーチでは、ヘッド金具により形成された空洞から、導入管固定金具を介して作動ガス導入管に作動ガスを流して冷却効率を向上している。これにより、繰り返し切断や、異常な吹き上げを生じる切断作業を行ったとしても、モールド部や金具部の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの要部断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ切断トーチのトーチ本体部の要部断面図
【図３】本発明の本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの図１や図２におけるＡ−Ａ断面を示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるヘッド金具の一例を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１における挿入管の一例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における挿入管の一例を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１における電極の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における作動ガス導入管の一例を示す図
【図７】接触切断を行った時の従来のプラズマ切断トーチと本発明のプラズマ切断トーチとの電極の寿命比較を示す図
【図８】従来の切断トーチと本発明の切断トーチとのチップ穴径に対する限界電流を示す図
【図９】従来の一般的なプラズマアーク切断装置の斜視図
【図１０】従来のプラズマ切断トーチの断面図
【図１１】従来のプラズマ切断トーチにおける図１０のＢ−Ｂ矢視断面を示す図
【図１２】従来の作動ガス導入管の矢視図
【図１３】従来のプラズマ切断トーチのトーチ先端部の電極と挿入筒を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの要部断面図である。図２は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチのトーチ本体部の要部断面図である。図３は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの図１や図２におけるＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、本実施の形態１におけるヘッド金具の一例を示す図である。図５は、本実施の形態１における挿入管の一例と電極の一例を示す図である。図６は、本実施の形態１における作動ガス導入管の一例を示す図である。図７は、接触切断を行った時の従来のプラズマ切断トーチと本発明のプラズマ切断トーチとの電極の寿命比較を示す図である。図８は、従来の切断トーチと本発明の切断トーチとのチップ穴径に対する限界電流を示す図である。
【００３１】
なお、「背景技術」や「発明が解決しようとする課題」の項で説明した構成と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、本実施の形態１のプラズマ切断トーチは、主に３つの構成上の特徴があり、以下、順に説明する。
【００３２】
先ず、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの１つ目の構成の特徴について説明する。
【００３３】
図１は、プラズマ切断トーチの断面図である。図１において、取付ナット５１とパイプ５２を除いた部分をトーチ本体部と呼ぶことにする。図２は、トーチ本体部の断面図である。
【００３４】
図１と図２において、本実施の形態１のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管１２のガス入り口部分に、導入管固定金具５４を設けており、この導入管固定金具５４の形状が特徴の１つである。導入管固定金具５４の外観の一例を図３に示す。導入管固定金具５４は、銅または銅合金からなり、円筒状であり、中心部を空洞にしている。また、この導入管固定金具５４は、外周部から中心部に連通する穴を側壁に複数設けてあり、さらに、外周部にフィン状またはドーナツ状の凸部が設けられている。
【００３５】
なお、導入管固定金具５４は、作動ガス５０を導くパイプ５２と、作動ガス導入管１２の入口部分との間に設けられている。そして、この導入管固定金具５４の外周に空洞が出来るように、導入管固定金具５４の外側に、銅または銅合金のヘッド金具５３が設けられている。導入管固定金具５４の軸に直交する導入管固定金具５４の作動ガス経路断面は、作動ガス導入管１２のガス経路軸断面より大きくしている。
【００３６】
次に、作動ガス５０の流れについて説明する。
【００３７】
図１において、取付ナット５１には、「背景技術」の説明に用いた図９で示した冷却ケーブル８が取り付けられる。作動ガス５０は、パイプ５２を通ってヘッド金具５３の内側の空洞５５に導かれ、空洞５５から導入管固定金具５４の側壁の穴を通って導入管固定金具５４内を通過して作動ガス導入管１２に導かれる。
【００３８】
このように、作動ガス５０が、空洞５５から導入管固定金具５４を通過する際に、ヘッド金具５３の熱を奪ってヘッド金具５３を冷却する。
【００３９】
なお、導入管固定金具５４は、外周部に、フィン状またはドーナツ状の凸部を設けており、作動ガス５０との接触面積が大きくなっている。これにより、さらに放熱効果を上げており、ヘッド金具５３の温度が上がらない効果を奏する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１のプラズマ切断トーチでは、ヘッド金具５３により形成された空洞５５から、導入管固定金具５４を介して作動ガス導入管１２に作動ガス５０を流して冷却効率を向上している。これにより、繰り返し切断や、異常な吹き上げを生じる切断作業を行ったとしても、モールド部２０や金具部の温度上昇を例えば３０ｄｅｇ以下に低く抑えることができる。
【００４１】
従って、モールド部２０と本体金具１３、モールド部２０やオリフィス１７などの樹脂部と金属部、樹脂部とセラミック部、との膨張によるヒズミを少なくし、接合面のミクロの隙間発生や異常使用による樹脂の溶融、膨らみ、をなくすことができ、安全なプラズマ切断トーチを実現することができる。
【００４２】
次に、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの２つ目の構成の特徴について説明する。
【００４３】
図２において、電極１４の内部に、銅または銅合金からなる挿入筒１６Ｂを圧入して設ける構成としている。そして、挿入筒１６Ｂに等間隔の３個以上の溝を設けている。より具体的には、挿入筒１６Ｂの円周方向に螺旋状に溝を設けている。この挿入筒１６Ｂは、端部が電極１４の底部または陰極材１５と接するように電極１４内に設けられている。
【００４４】
ここで、電極１４と陰極材１５と挿入筒１６Ｂを図５に示す。図５（ｃ）は電極１４に陰極材１５が取り付けられた状態を示している。そして、図５（ｃ）の電極１４の内部に、図５（ａ）に示す挿入筒１６Ｂが設けられる。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の挿入筒１６Ｂを上下反転した状態を示す参考図である。
【００４５】
上記のように電極１４内に挿入筒１６Ｂを設けることで、電極１４内の挿入筒１６Ｂの熱伝達を容易にし、熱容量も増加し、電極１４や陰極材１５の強制冷却を行うことができる。
【００４６】
なお、作動ガス５０は、挿入筒１６Ｂのセンタを通過して陰極材１５の内側端部に放出され、電極１４よりも陰極材１５の方が高温となる。そして、プラズマアークは電極１４の中心部に集中して発生する。このため、アークが真っ直ぐになり、斜め切断の異常切断が解消される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１のプラズマ切断トーチでは、電極１４内に銅または銅合金からなる挿入筒１６Ｂ設け、挿入筒１６Ｂの端部に等間隔の３個以上の溝を挿入筒１６Ｂの円周方向に設け、挿入筒１６Ｂの端部が電極１４の底部又は陰極材１５と接するように、電極１４の内部に挿入筒１６Ｂを圧入した構成としている。従って、電極１４内の挿入筒１６Ｂの熱容量アップと、電極１４および陰極材１５の強制冷却を行う作用があり、電極寿命をさらに２割程度延ばすことができた。
【００４８】
次に、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの３つ目の構成の特徴について説明する。
【００４９】
図６に示すように、作動ガス導入管１２は、外周部に等間隔の螺旋状の溝を２個以上設けた構成としている。そして、作動ガス導入管１２は、作動ガス導入管１２の螺旋状外周部と本体金具１３の内面とが接触するように配置されている。このような構成とすることで、作動ガス５０の温度上昇を押さえ、冷却した作動ガス５０をチップ１６まで供給する緊縮したプラズマアークを発生させるプラズマ切断トーチを実現することができる。そして、シリーズアークをなくし、チップ１６の寿命も長くする効果がある。
【００５０】
以上のように、３つの構成上の特徴を有する本実施の形態１のプラズマ切断トーチによれば、トーチ本体部の先端部（電極１４やチップ１６の辺り）からケーブル類継手部である取付ナット５１までの冷却効果を高めることができ、図７に示すように電極寿命を延ばすことができる。なお、図７は、切断時間に対する電極の消耗長を示しており、下側のラインが本実施の形態１の結果である。図７より、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの方が、同じ切断時間において、従来のプラズマ切断トーチと比べて消耗長が短いことがわかる。なお、試験条件は、母材がＳＰＨｔ１２ｍｍ、母材間０ｍｍ（接触切断）、電流６０Ａ、エアー圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２、切断長２５ｃｍの切りはなし切断である。
【００５１】
また、本実施の形態１のプラズマ切断トーチによれば、切断能力を超える厚い板での吹き上げる異常な切断を行っても、急激な温度上昇もなく、モールド部２０の部分は損傷せず、絶縁が確保されていた。なお、耐圧の限界値は、１０ｋＶ／ｍｍであった。また、モールド部２０の溶融や膨らみ等の欠陥は観られなかった。
【００５２】
また、図８に、チップ１６の同じ穴径に対しての電流が多く流せることを示すシリーズアーク発生限界グラフを示す。図８の左側のラインが、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの結果を示している。図８より、本実施の形態１によれば、チップ１６の同一穴径において、従来のプラズマ切断トーチと比べて電流を多く流すことができ、能力の高いプラズマ切断トーチを実現することできる。
【００５３】
また、冷却効率を高めたことにより、高価な陰極材１５であるＨｆ（ハフニウム）を最大限利用することができ、エコであり、さらに、長期安全性を確保したプラズマ切断トーチを提供することができる効果は大きい。
【００５４】
また、手動切断や自動切断においても、切断品質の長期安定化が図れるプラズマ切断トーチを供給でき、その効果には大なるものがある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のプラズマ切断トーチは、使用時の温度上昇を抑制することができ、作動ガスを用いて加工を行うプラズマ切断トーチ等として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ トーチ先端部
２ コンプレッサ
３ レギュレータ
４ 切断用電源
５ 母材
６ 接地ケーブル
７ プラズマ切断トーチ
８ 冷却ケーブル
９ パイロットケーブル
１０ トーチスイッチケーブル
１１ プラズマアーク切断装置
１２ 作動ガス導入管
１３ 本体金具
１４ 電極
１５ 陰極材
１６ チップ
１６Ａ 挿入筒
１６Ｂ 挿入筒
１７ オリフィス
１３ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ 小孔
１８ ノズル金具
１９ ノズル
２０ モールド部
２１ 環状経路
５０ 作動ガス
５１ 取付ナット
５２ パイプ
５３ ヘッド金具
５４ 導入管固定金具
５５ 空洞
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガスを用いるプラズマ切断トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ切断トーチの電極を冷却するため、従来から、電極の周囲にフィン状の溝を設けて冷却するものが知られている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。しかし、電極に装着される陰極材は、フィンから離れた位置に設けられていた。そのため、陰極材に対する冷却効果は十分ではなく、長時間（例えば、１時間程度）切断作業を行うことができず、電極の寿命は短かった。
【０００３】
近年、電極の内部に作動ガスを吹き付けて冷却することで、電極の寿命を飛躍的に長くする（例えば、３〜４時間程度）ものが知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、従来のプラズマ切断トーチは、先端部（電極やチップの辺り）の冷却を重視しており、トーチ本体全体としての冷却は行われていなかった。そのため、プラズマ切断トーチの先端部とトーチ本体部への作動ガスの入り口部との温度差が生じていた。そして、この温度差により、トーチ本体部を構成する金具部と樹脂部との間に隙間が生じていた。また、セラミック部と樹脂部との熱膨張の差により、セラミック部と樹脂部との接触面に隙間を生じていた。そして、この隙間に、高周波電流が流れ易くなり、絶縁を確保することができなかった。
【０００４】
図９に、作動ガスを用いる従来のプラズマアーク切断装置の概略構成を示す。図９において、作動ガスを圧縮するコンプレッサ２は、レギュレータ３に接続され、レギュレータ３により作動ガスの二次圧力を一定値に調整している。さらに、レギュレータ３は、切断用電源４の内部と接続されており、切断用電源４に設けられたプラズマアークの始動や停止の指示によりオンオフするガスバルブ（図示せず）に接続されている。このガスバルブは、作動ガスをトーチ先端部１に送る冷却ケーブル８に接続されている。また、切断用電源４には、母材５と接続するための接地ケーブル６が設けられている。さらに、切断用電源４には、アークスタートを良好にするための高周波電圧を出力するためのパイロットケーブル９と、トーチスイッチケーブル１０が設けられている。
【０００５】
一方、プラズマ切断トーチ７は、電線を内蔵した冷却ケーブル８と、パイロットケーブル９と、トーチスイッチケーブル１０により、切断用電源４に接続されている。なお、チップを母材５に接触して切断する接触切断では、パイロットケーブル９は使用しない。また、作動ガスは、冷却ケーブル８を介して、切断用電源４からプラズマ切断トーチ７のトーチ先端部１へ供給される。
【０００６】
プラズマアーク切断装置１１は、以上のように構成されている。
【０００７】
次に、従来のプラズマ切断トーチの構造について、図１０と図１１を用いて説明する。なお、図１０はプラズマ切断トーチ７の断面図である。図１１は、図１０のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【０００８】
図１０において、作動ガス５０は、図示しない冷却ケーブルが取付けられた取付ナット５１から、パイプ５２内を通り、ヘッド金具５３内の空洞５５に導かれ、作動ガス導入管１２へと送られる。作動ガス導入管１２は、銅又は銅合金からなる導入管固定金具５４により本体金具１３に固定される。作動ガス導入管１２は、本体金具１３の内部に配置される。本体金具１３の先端部には、銅もしくは銅合金からなる電極１４が螺着されている。この電極１４の内部には、複数の小孔が設けられた挿入筒１６Ａが挿入されている。
【０００９】
また、電極１４の先端には、ジルコニウムやハフニウムなどの陰極材１５を埋め込んだ電子放射面を有している。電極１４の外周部には、同軸状でかつプラズマアークを絞って母材５にプラズマ流を供給するための、銅もしくは銅合金からなるチップ１６が設けられている。さらに、このチップ１６に隣接し、かつ電極１４とチップ１６とを電気的に絶縁するオリフィス１７が設けられている。オリフィス１７には、本体金具１３に設けられた小孔１３ａと連通する小孔１７ａと、チップ１６の内面側に連通する小孔１７ｂが設けられている。また、チップ１６とオリフィス１７の外周部には、ノズル金具１８が設けられている。そして、ノズル金具１８とチップ１６とが螺着することにより、チップ１６とオリフィス１７は、本体金具１３に対して固定される。
【００１０】
また、ノズル金具１８の外周部には、導電部の外部への露出を防止するノズル１９が螺着して固定されている。ノズル１９の先端開口は、ノズル金具１８に設けられた小孔１８ａを介してオリフィス１７の小孔１７ａに連通している。従って、本体金具１３の小孔１３ａからオリフィス１７の小孔１７ａに流入した作動ガス５０は、オリフィス１７の小孔１７ｂとノズル金具１８の小孔１８ａにより、チップ１６の内面と外面に分流される。
【００１１】
また、モールド部２０は、ノズル１９に隣接してノズル金具１８を覆って設けられた絶縁材であり、トーチ本体部の形成と、トーチ本体部の導電部の外部露出を防止している。
【００１２】
次に、作動ガス５０の流れについて説明する。図１０において矢印で示すように、作動ガス５０は、電線を内蔵する冷却ケーブル（図示せず）を接続した取付ナット５１内から、パイプ５２内を通過し、ヘッド金具５３に設けられている空洞５５に流れる。そして、空洞５５から作動ガス導入管１２に流れ、さらに、電極１４と同軸に開口した挿入筒１６Ａの開口部から小孔を経て、電極１４の内面および本体金具１３の内周面と作動ガス導入管１２の外周面との間の環状経路２１を通る。さらに、本体金具１３に設けられた小孔１３ａから、オリフィス１７の小孔１７ａを通って、オリフィス１７の外周面とノズル金具１８の内周面との間の経路を通る。この経路から、オリフィス１７の小孔１７ｂを通る経路と、ノズル金具１８の小孔１８ａを通る経路とに分かれる。一方の経路として、作動ガス５０は、オリフィス１７の小孔１７ｂから電極１４の外周面とチップ１６の内周面との間の経路を通り、チップ１６の先端開口部より外部に噴出される。また、他方の経路として、作動ガス５０は、ノズル金具１８の小孔１８ａから、チップ１６の外周面とノズル１９の内周面との間の経路を通って、ノズル１９の先端開口部より外部に噴出される。
【００１３】
このようにして、作動ガス５０は、電極１４およびチップ１６の内外周面を通り、電極１４およびチップ１６を冷却すると共に、プラズマアークの緊縮を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】実開昭６２−０８２１８４号公報
【特許文献２】実開昭６３−１９６３７４号公報
【特許文献３】特開平３−１１４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記従来のプラズマ切断トーチ７では、図１０で示したように、作動ガス５０は、冷却ケーブル８が取付けられた取付ナット５１からパイプ５２内を通過し、ヘッド金具５３に設けられた空洞５５に導かれ、作動ガス導入管１２へと送られるようになっている。しかし、作動ガス５０が短時間で通過してしまい、本体金具１３や、ヘッド金具５３や、導入管固定金具５４といった金具部や、モールド部２０に対して、十分な冷却を行うことができない。そして、切断を繰り返すなどのヒートサイクルや、異常な作業の吹き上げを生じる切断などを行うと、金具部の温度が上昇する。この場合、モールド部２０と本体金具１３や、モールド部２０とオリフィス１７など、樹脂部と金属部、樹脂部とセラミック部の膨張係数の違いから、接合面にミクロの隙間を生じる。そして、温度上昇が高いときは、樹脂部の膨らみや溶融を派生し、絶縁性が劣化することがあった。
【００１６】
なお、本体金具１３の中央に挿入された作動ガス導入管１２のその先端に、小孔を有した銅合金の筒状の挿入筒１６Ａを圧入していた（例えば、特許文献３参照）。これにより、電極の長寿命化が図れた。しかし、これでも不十分であり、電極の寿命に問題があった。
【００１７】
これは、作動ガス５０が、作動ガス導入管１２のセンタを通過した後、環状経路２１を経てチップ１６の内外面を流れるが、作動ガス導入管１２の外周部には、図１２に示すように軸方向に平行なフィン状のスリットを設けているため、作動ガス５０は、短時間で通過してしまい、冷却効果は少なく、緊縮したプラズマアークを発生することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記電極内に銅または銅合金からなる挿入筒を設け、前記挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、前記挿入筒の端部が前記電極の底部又は前記陰極材と接するように前記電極の内部に前記挿入筒を圧入して設けたものである。
【００１９】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、挿入筒に設ける螺旋状の溝の数は、３個以上としたものである。
【００２０】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、前記作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように前記作動ガス導入管を前記トーチ本体金具内に設けたものである。
【００２１】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、作動ガス導入管に設ける螺旋状の溝の数は、２個以上としたものである。
【００２２】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、前記作動ガス導入管の入口部に、銅または銅合金からなる円筒状の中心部を空洞にした導入管固定金具を設け、前記導入管固定金具は、前記導入管固定金具の外周部から中心部に連通する穴を複数備え、前記導入管固定金具は外周部に凸部を備え、前記導入管固定金具は作動ガスを導くパイプと作動ガス導入管の入口部との間に設けられ、前記導入管固定金具の外側には空洞を隔てて銅または銅合金のヘッド金具を設けたものである。
【００２３】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、導入管固定金具に設けられた穴の作動ガス経路軸断面は、作動ガス導入管の作動ガス軸断面より大きいものである。
【００２４】
また、本発明のプラズマ切断トーチは、上記に加えて、導入管固定金具の外周部に設ける凸部は、フィン状あるいはドーナツ状としたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のプラズマ切断トーチでは、電極内に銅または銅合金からなる挿入筒設け、挿入筒の端部に等間隔の溝を挿入筒の円周方向に設け、挿入筒の端部が電極の底部又は陰極材と接する構成としている。これにより、電極内の挿入筒の熱容量が増え、電極および陰極材の冷却を行うことができ、電極寿命を延ばすことができる。
【００２６】
また、本発明のプラズマ切断トーチでは、作動ガス導入管の外周部に等間隔の螺旋状の溝を設けた構成としている。そして、作動ガス導入管は、作動ガス導入管の螺旋状外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように配置されている。このような構成とすることで、作動ガスの温度上昇を押さえ、冷却した作動ガスをチップまで供給する緊縮したプラズマアークを発生させるプラズマ切断トーチを実現でき、また、シリーズアークをなくしてチップの寿命を長くすることができる。
【００２７】
また、本発明のプラズマ切断トーチでは、ヘッド金具により形成された空洞から、導入管固定金具を介して作動ガス導入管に作動ガスを流して冷却効率を向上している。これにより、繰り返し切断や、異常な吹き上げを生じる切断作業を行ったとしても、モールド部や金具部の温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの要部断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ切断トーチのトーチ本体部の要部断面図
【図３】本発明の本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの図１や図２におけるＡ−Ａ断面を示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるヘッド金具の一例を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１における挿入管の一例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における挿入管の一例を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１における電極の一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における作動ガス導入管の一例を示す図
【図７】接触切断を行った時の従来のプラズマ切断トーチと本発明のプラズマ切断トーチとの電極の寿命比較を示す図
【図８】従来の切断トーチと本発明の切断トーチとのチップ穴径に対する限界電流を示す図
【図９】従来の一般的なプラズマアーク切断装置の斜視図
【図１０】従来のプラズマ切断トーチの断面図
【図１１】従来のプラズマ切断トーチにおける図１０のＢ−Ｂ矢視断面を示す図
【図１２】従来の作動ガス導入管の矢視図
【図１３】従来のプラズマ切断トーチのトーチ先端部の電極と挿入筒を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの要部断面図である。図２は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチのトーチ本体部の要部断面図である。図３は、本実施の形態１におけるプラズマ切断トーチの図１や図２におけるＡ−Ａ断面を示す図である。図４は、本実施の形態１におけるヘッド金具の一例を示す図である。図５は、本実施の形態１における挿入管の一例と電極の一例を示す図である。図６は、本実施の形態１における作動ガス導入管の一例を示す図である。図７は、接触切断を行った時の従来のプラズマ切断トーチと本発明のプラズマ切断トーチとの電極の寿命比較を示す図である。図８は、従来の切断トーチと本発明の切断トーチとのチップ穴径に対する限界電流を示す図である。
【００３１】
なお、「背景技術」や「発明が解決しようとする課題」の項で説明した構成と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、本実施の形態１のプラズマ切断トーチは、主に３つの構成上の特徴があり、以下、順に説明する。
【００３２】
先ず、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの１つ目の構成の特徴について説明する。
【００３３】
図１は、プラズマ切断トーチの断面図である。図１において、取付ナット５１とパイプ５２を除いた部分をトーチ本体部と呼ぶことにする。図２は、トーチ本体部の断面図である。
【００３４】
図１と図２において、本実施の形態１のプラズマ切断トーチは、作動ガス導入管１２のガス入り口部分に、導入管固定金具５４を設けており、この導入管固定金具５４の形状が特徴の１つである。導入管固定金具５４の外観の一例を図３に示す。導入管固定金具５４は、銅または銅合金からなり、円筒状であり、中心部を空洞にしている。また、この導入管固定金具５４は、外周部から中心部に連通する穴を側壁に複数設けてあり、さらに、外周部にフィン状またはドーナツ状の凸部が設けられている。
【００３５】
なお、導入管固定金具５４は、作動ガス５０を導くパイプ５２と、作動ガス導入管１２の入口部分との間に設けられている。そして、この導入管固定金具５４の外周に空洞が出来るように、導入管固定金具５４の外側に、銅または銅合金のヘッド金具５３が設けられている。導入管固定金具５４の軸に直交する導入管固定金具５４の作動ガス経路断面は、作動ガス導入管１２のガス経路軸断面より大きくしている。
【００３６】
次に、作動ガス５０の流れについて説明する。
【００３７】
図１において、取付ナット５１には、「背景技術」の説明に用いた図９で示した冷却ケーブル８が取り付けられる。作動ガス５０は、パイプ５２を通ってヘッド金具５３の内側の空洞５５に導かれ、空洞５５から導入管固定金具５４の側壁の穴を通って導入管固定金具５４内を通過して作動ガス導入管１２に導かれる。
【００３８】
このように、作動ガス５０が、空洞５５から導入管固定金具５４を通過する際に、ヘッド金具５３の熱を奪ってヘッド金具５３を冷却する。
【００３９】
なお、導入管固定金具５４は、外周部に、フィン状またはドーナツ状の凸部を設けており、作動ガス５０との接触面積が大きくなっている。これにより、さらに放熱効果を上げており、ヘッド金具５３の温度が上がらない効果を奏する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態１のプラズマ切断トーチでは、ヘッド金具５３により形成された空洞５５から、導入管固定金具５４を介して作動ガス導入管１２に作動ガス５０を流して冷却効率を向上している。これにより、繰り返し切断や、異常な吹き上げを生じる切断作業を行ったとしても、モールド部２０や金具部の温度上昇を例えば３０ｄｅｇ以下に低く抑えることができる。
【００４１】
従って、モールド部２０と本体金具１３、モールド部２０やオリフィス１７などの樹脂部と金属部、樹脂部とセラミック部、との膨張によるヒズミを少なくし、接合面のミクロの隙間発生や異常使用による樹脂の溶融、膨らみ、をなくすことができ、安全なプラズマ切断トーチを実現することができる。
【００４２】
次に、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの２つ目の構成の特徴について説明する。
【００４３】
図２において、電極１４の内部に、銅または銅合金からなる挿入筒１６Ｂを圧入して設ける構成としている。そして、挿入筒１６Ｂに等間隔の３個以上の溝を設けている。より具体的には、挿入筒１６Ｂの円周方向に螺旋状に溝を設けている。この挿入筒１６Ｂは、端部が電極１４の底部または陰極材１５と接するように電極１４内に設けられている。
【００４４】
ここで、電極１４と陰極材１５と挿入筒１６Ｂを図５に示す。図５（ｃ）は電極１４に陰極材１５が取り付けられた状態を示している。そして、図５（ｃ）の電極１４の内部に、図５（ａ）に示す挿入筒１６Ｂが設けられる。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の挿入筒１６Ｂを上下反転した状態を示す参考図である。
【００４５】
上記のように電極１４内に挿入筒１６Ｂを設けることで、電極１４内の挿入筒１６Ｂの熱伝達を容易にし、熱容量も増加し、電極１４や陰極材１５の強制冷却を行うことができる。
【００４６】
なお、作動ガス５０は、挿入筒１６Ｂのセンタを通過して陰極材１５の内側端部に放出され、電極１４よりも陰極材１５の方が高温となる。そして、プラズマアークは電極１４の中心部に集中して発生する。このため、アークが真っ直ぐになり、斜め切断の異常切断が解消される。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１のプラズマ切断トーチでは、電極１４内に銅または銅合金からなる挿入筒１６Ｂ設け、挿入筒１６Ｂの端部に等間隔の３個以上の溝を挿入筒１６Ｂの円周方向に設け、挿入筒１６Ｂの端部が電極１４の底部又は陰極材１５と接するように、電極１４の内部に挿入筒１６Ｂを圧入した構成としている。従って、電極１４内の挿入筒１６Ｂの熱容量アップと、電極１４および陰極材１５の強制冷却を行う作用があり、電極寿命をさらに２割程度延ばすことができた。
【００４８】
次に、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの３つ目の構成の特徴について説明する。
【００４９】
図６に示すように、作動ガス導入管１２は、外周部に等間隔の螺旋状の溝を２個以上設けた構成としている。そして、作動ガス導入管１２は、作動ガス導入管１２の螺旋状外周部と本体金具１３の内面とが接触するように配置されている。このような構成とすることで、作動ガス５０の温度上昇を押さえ、冷却した作動ガス５０をチップ１６まで供給する緊縮したプラズマアークを発生させるプラズマ切断トーチを実現することができる。そして、シリーズアークをなくし、チップ１６の寿命も長くする効果がある。
【００５０】
以上のように、３つの構成上の特徴を有する本実施の形態１のプラズマ切断トーチによれば、トーチ本体部の先端部（電極１４やチップ１６の辺り）からケーブル類継手部である取付ナット５１までの冷却効果を高めることができ、図７に示すように電極寿命を延ばすことができる。なお、図７は、切断時間に対する電極の消耗長を示しており、下側のラインが本実施の形態１の結果である。図７より、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの方が、同じ切断時間において、従来のプラズマ切断トーチと比べて消耗長が短いことがわかる。なお、試験条件は、母材がＳＰＨｔ１２ｍｍ、母材間０ｍｍ（接触切断）、電流６０Ａ、エアー圧力５ｋｇｆ／ｃｍ２、切断長２５ｃｍの切りはなし切断である。
【００５１】
また、本実施の形態１のプラズマ切断トーチによれば、切断能力を超える厚い板での吹き上げる異常な切断を行っても、急激な温度上昇もなく、モールド部２０の部分は損傷せず、絶縁が確保されていた。なお、耐圧の限界値は、１０ｋＶ／ｍｍであった。また、モールド部２０の溶融や膨らみ等の欠陥は観られなかった。
【００５２】
また、図８に、チップ１６の同じ穴径に対しての電流が多く流せることを示すシリーズアーク発生限界グラフを示す。図８の左側のラインが、本実施の形態１のプラズマ切断トーチの結果を示している。図８より、本実施の形態１によれば、チップ１６の同一穴径において、従来のプラズマ切断トーチと比べて電流を多く流すことができ、能力の高いプラズマ切断トーチを実現することできる。
【００５３】
また、冷却効率を高めたことにより、高価な陰極材１５であるＨｆ（ハフニウム）を最大限利用することができ、エコであり、さらに、長期安全性を確保したプラズマ切断トーチを提供することができる効果は大きい。
【００５４】
また、手動切断や自動切断においても、切断品質の長期安定化が図れるプラズマ切断トーチを供給でき、その効果には大なるものがある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のプラズマ切断トーチは、使用時の温度上昇を抑制することができ、作動ガスを用いて加工を行うプラズマ切断トーチ等として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１ トーチ先端部
２ コンプレッサ
３ レギュレータ
４ 切断用電源
５ 母材
６ 接地ケーブル
７ プラズマ切断トーチ
８ 冷却ケーブル
９ パイロットケーブル
１０ トーチスイッチケーブル
１１ プラズマアーク切断装置
１２ 作動ガス導入管
１３ 本体金具
１４ 電極
１５ 陰極材
１６ チップ
１６Ａ 挿入筒
１６Ｂ 挿入筒
１７ オリフィス
１３ａ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ 小孔
１８ ノズル金具
１９ ノズル
２０ モールド部
２１ 環状経路
５０ 作動ガス
５１ 取付ナット
５２ パイプ
５３ ヘッド金具
５４ 導入管固定金具
５５ 空洞
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記電極内に銅または銅合金からなる挿入筒を設け、前記挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、前記挿入筒の端部が前記電極の底部又は前記陰極材と接するように前記電極の内部に前記挿入筒を圧入して設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項２】
挿入筒に設ける螺旋状の溝の数は、３個以上である請求項１記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項３】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、前記作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように前記作動ガス導入管を前記トーチ本体金具内に設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項４】
作動ガス導入管に設ける螺旋状の溝の数は、２個以上である請求項３記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項５】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記作動ガス導入管の入口部に、銅または銅合金からなる円筒状の中心部を空洞にした導入管固定金具を設け、前記導入管固定金具は、前記導入管固定金具の外周部から中心部に連通する穴を複数備え、前記導入管固定金具は外周部に凸部を備え、前記導入管固定金具は作動ガスを導くパイプと作動ガス導入管の入口部との間に設けられ、前記導入管固定金具の外側には空洞を隔てて銅または銅合金のヘッド金具を設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項６】
導入管固定金具に設けられた穴の作動ガス経路軸断面は、作動ガス導入管の作動ガス軸断面より大きい請求項５記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項７】
導入管固定金具の外周部に設ける凸部は、フィン状あるいはドーナツ状である請求項５または６記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項１】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記電極内に銅または銅合金からなる挿入筒を設け、前記挿入筒の外周部に螺旋状の溝を設け、前記挿入筒の端部が前記電極の底部又は前記陰極材と接するように前記電極の内部に前記挿入筒を圧入して設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項２】
挿入筒に設ける螺旋状の溝の数は、３個以上である請求項１記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項３】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記作動ガス導入管の外周部に螺旋状の溝を設け、前記作動ガス導入管の外周部とトーチ本体金具の内面とが接触するように前記作動ガス導入管を前記トーチ本体金具内に設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項４】
作動ガス導入管に設ける螺旋状の溝の数は、２個以上である請求項３記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項５】
作動ガス導入管が中央に挿入されたトーチ本体金具の先端部に、先端に陰極材を有する電極を取り付け、前記電極と同軸上で前記電極外周部に、プラズマ流を緊縮するチップと耐熱性を有する絶縁物からなるオリフィスとを隣接して設け、前記作動ガス導入管に導入した作動ガスが、前記電極および前記トーチ本体金具の内面と前記作動ガス導入管の外面との間の環状経路を通って前記オリフィスを介して前記チップの内外面に通るように構成されたプラズマ切断トーチであって、
前記作動ガス導入管の入口部に、銅または銅合金からなる円筒状の中心部を空洞にした導入管固定金具を設け、前記導入管固定金具は、前記導入管固定金具の外周部から中心部に連通する穴を複数備え、前記導入管固定金具は外周部に凸部を備え、前記導入管固定金具は作動ガスを導くパイプと作動ガス導入管の入口部との間に設けられ、前記導入管固定金具の外側には空洞を隔てて銅または銅合金のヘッド金具を設けたプラズマ切断トーチ。
【請求項６】
導入管固定金具に設けられた穴の作動ガス経路軸断面は、作動ガス導入管の作動ガス軸断面より大きい請求項５記載のプラズマ切断トーチ。
【請求項７】
導入管固定金具の外周部に設ける凸部は、フィン状あるいはドーナツ状である請求項５または６記載のプラズマ切断トーチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−８６１７６（Ｐ２０１３−８６１７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２４２５（Ｐ２０１１−２３２４２５）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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