JP2000351075A - プラズマアークトーチの電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造簡単かつ低コストでしかも有効寿命が長
いプラズマアーク切断トーチの電極を得る。 【解決手段】 トーチ１０はホルダ２０と放出素子３０
を有し、ワークピースにアークを放出しうる端面を有し
て腐食性材料で形成した細長の放出素子３０は、端面か
らアークを放出して徐々に放出素子の腐食を生ずるにつ
れて軸線方向の腐食速度が限定されるようにする。放出
素子３０の端面が露出するよう放出素子３０を保持する
よう腐食性材料で形成したホルダ２０は、トーチ１０の
動作につれて放出素子の腐食速度とほぼ同一の軸線方向
の腐食速度で腐食できるようテーパ付き先端部分２４を
設ける。放出素子３０及びホルダ２０の同時腐食のた
め、放出素子だけが腐食してホルダ２０内のキャビティ
発生に起因する従来のオーバーヒートやダブルアーキン
グの問題が回避され、寿命が延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアークト
ーチ、特に、プラズマアーク切断トーチの電極に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマアーク切断トーチの電極は、電
極の先端の端縁に丸みを付けたり又は面取りをしたほぼ
円筒形のホルダと、このホルダ内に配置した放出素子と
を有する構成が一般的である。更に、ホルダ及び放出素
子は電極の先端で平坦面を形成するよう組み合わせるの
が一般的である。この構成において、ホルダは通常銅に
より形成し、ホルダの長さに沿って電極の先端まで均一
な壁厚を有する。トーチの作動中、放出素子は腐食し、
銅製のホルダの内部にキャビティを生ずる。このとき、
腐食した放出素子に起因してオーバーヒート及び／又は
ダブルアーキングが銅製ホルダの端部に生じ、電極にダ
メージを与え、電極の有効寿命を短くしてしまう。

【０００３】プラズマアーク切断トーチの電極の典型的
な動作シーケンスが第１に示すように生ずる。上述した
ように、ホルダは通常銅により形成し、先端の端縁に丸
みを付けた又は面取りした円筒形形状を有する。例え
ば、ハフニウムで形成した円筒形の放出素子をホルダの
長手方向孔内に埋設し、ホルダ及び電極が互いに同心状
となるようにする。図１の（Ａ）に示すように、放出素
子及びホルダはともに電極の先端で平坦面を形成する。
トーチに使用につれて、放出素子は腐食し、図１の
（Ｂ）に示すようにホルダ内に後退していき、ホルダ内
にキャビティを形成する。トーチの作動とともに放出素
子が腐食し続け、ホルダ内のキャビティが深くなるにつ
れ、２つの現象を生ずることがある。第１に、図１の
（Ｂ）に示すように、ダブルアーキング（二重アーク発
生）を生ずる。即ち、ポイントＸからワークピースに至
るアークが走る代わりに、ポイントＹから電極の先端を
包囲するノズルにアークが延び、次にワークピースに至
り、従って、電極及び／又はノズルにダメージを与え
る。第２に、放出素子が腐食し、ホルダ内のキャビティ
が深くなり続けると、図１の（Ｃ）に示すように後退し
た放出素子とワークピースとの間を通過するアークが電
極の先端におけるホルダを過加熱する。いずれのシナリ
オにおいても、図１の（Ｄ）に示すように、ホルダの先
端に亀裂を生じ、電極及び／又は包囲ノズルに大きなダ
メージを与えることになる。従って、ホルダ及び放出素
子よりなる電極の寿命を増大させるための変更に関する
多くの試みがなされた。

【０００４】例えば、ワーズレー氏の米国特許第３，１
９８，９３２号には、切断、溶接、及び金属の電気アー
ク炉処理のような電気アークプロセスに使用する非消耗
電極が記載されている。この’９３２特許は、ジルコニ
ウムのインサートを埋設した水冷の銅製ホルダにより構
成した電極を記載している。この’９３２特許の特許権
者は、電流が比較的大きい場合に、インサートの直径及
びホルダの直径の双方を大きくするとともに、インサー
トとホルダとの間の寸法上の相対関係を一定に維持する
ことによってインサートの有効動作寿命を増大させるこ
とができると仮定している。銅製ホルダを水冷すること
も電極の作動寿命を延ばす上での厳格な条件になってい
る。

【０００５】ジョナサン氏の米国特許第４，７６６，３
４９号には、ジルコニウム又はハフニウムの焼き入れ拡
散した被覆インサートを嵌合した水冷ホルダよりなり、
拡散領域を炭化物、窒化物、ホウ酸化物、又は珪酸化合
物により構成した電極アーク処理用の電極が記載されて
いる。拡散領域における成分は、ホルダとインサートと
の間の相互反応を抑制する溶融点が極めて高く、電極の
劣化を生ずる。しかし、水冷の銅製ホルダ内に拡散被覆
したインサートの導入するには、動作中の劣化を防止す
るためホルダ表面にニッケル、クロム又はプラチナによ
る保護仕上げを伴う必要がある。

【０００６】更に、ビクホフスキー氏の米国特許第３，
９３０，１３９号には、銅又は銅合金で形成したホルダ
と、ホルダの端面に固定した活性インサートとを有する
酸素アーク加工のための非消耗電極が記載されている。
このインサートは、インサートとホルダとの間に配置し
た金属製のスペーサ部材を介してホルダとの熱的接触及
び電気接触を接触面全体にわたり生ずるようにしてい
る。この金属製のスペーサ部材はアルミニウム又はアル
ミニウム合金にらり形成し、インサートはハフニウムに
より形成している。トーチの動作において、インサート
はやはり腐食を受ける。しかし、酸素中で動作すると
き、酸化アルミニウムが金属スペーサ部材に形成され
る。この酸化アルミニウムは溶融温度が高い成分であ
り、銅製のホルダをオーバーヒート及び酸化の双方から
保護する熱シールドとして作用する。

【０００７】このように、プラズマアークトーチのため
の電極の寿命を延ばす試みは、ワーズレー氏の’９３２
特許に記載のようにホルダ及びインサートの双方の寸法
を増大させるか、ジョナサン氏の’３４９特許に記載の
ようにインサートとホルダとの間の例えば、拡散領域の
ようなバリヤを形成するか、又はビクホフスキー氏の’
１３９特許に記載のように金属スペーサ部材を設けると
いうものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特定の寸法関
係にしてインサート及びホルダの双方の寸法を増大させ
ることは電極を大きくしてしまい、操作が面倒であり、
精密加工にとっては好ましくない。更に、インサートの
ための特別な拡散処理は均質に形成するのがが困難であ
り、電極の寿命を延ばす上でコストがかかるという欠点
がある。更に、インサートとホルダとの間にスペーサ部
材を付加することは、組立体における構成部材の点数を
増大させ、コスト増を招き、電極の組立を困難にする。

【０００９】従って、構造簡単かつ低コストでしかも有
効寿命が長いプラズマアーク切断トーチの電極に対する
要望がある。電極は放出素子を有するホルダを具え、ホ
ルダ及び放出素子の双方を適当な特性の材料により構成
するのが好ましい。更に、ホルダ内で放出素子が腐食す
る際にダブルアーキング又はオーバーヒートの問題を回
避するプラズマアーク切断トーチの電極に対する要望が
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の及び他の要望を満
たすため、本発明プラズマアーク切断トーチの電極は、
中心軸線を画定する細長の放出素子と、ほぼ円筒形の円
筒形部分及び放出素子を保持するテーパ部分とを有する
ホルダとを具える。放出素子は、アークをワークピース
に放出する端面を有し、アークを放出するため端面が露
出するようホルダに保持する。放出素子は腐食性材料に
より構成し、アークが放出されるにつれて放出素子が徐
々に腐食されるよう軸線方向の腐食速度を限定するよう
にする。ホルダも腐食性材料により形成し、放出素子の
前記腐食速度とほぼ同一の軸線方向の腐食速度を限定す
る寸法にしたホルダとを具え、トーチの動作につれて放
出素子及びホルダがほぼ同時に腐食するようにする。

【００１１】本発明の好適な実施例によれば、放出素子
を円筒形にし、放出素子の端面の周りのホルダのテーパ
付き端部部分の直径を少なくとも放出素子の直径に等し
い直径にする。ホルダのテーパ付き端部部分はほぼ円筒
形の円筒形部分から放出素子の端面に至るまで線形的に
テーパを付け、好適にはテーパの見込み角度を約２５°
〜約４０°の間の角度とする。好適な実施例において
は、テーパ付きの端部部分は少なくとも約３０°の見込
み角度で線形的にテーパを付ける。ホルダのテーパ付き
端部はほぼ円筒形の円筒形部分から放出素子の端面に至
るまで非線形的にテーパを付けることもでき、例えば、
放物線的又は断続的にテーパを付け、また薄い円筒部を
設けることもできる。放出素子の端面は、例えば、平坦
面とし、又は円錐形及び放物線形状の少なくとも一方の
形状として前記ホルダから外方に突出させることもでき
る。好適な実施例においては、ホルダを例えば銅、銅合
金、銀、又は銀合金で形成するとともに、放出素子を例
えば、ハフニウム、ハフニウム合金、ジルコニウム、又
はジルコニウム合金により形成する。

【００１２】本発明の他の発明は、プラズマアーク切断
トーチにおいて、貫通する孔を画定するノズル組立体
と、プロセスガス源と、及びノズルの孔に隣接配置した
電極とを具え、プラズマガス源により電極の周りにプラ
ズマガス流を供給し、ノズルの孔から流出させることを
特徴とする。電極は中心軸線を画定する細長の放出素子
と、ほぼ円筒形の円筒形部分及び放出素子を保持するテ
ーパ付き端部部分を有するホルダとを具える。放出素子
は、ワークピースにアークを放出する端面を有し、腐食
性材料により構成し、アークが放出されるにつれて放出
素子が徐々に腐食されるよう軸線方向の腐食速度を限定
するようにする。ホルダも腐食性材料により形成し、放
出素子の前記腐食速度とほぼ同一の軸線方向の腐食速度
を限定する寸法にしたホルダとを具え、トーチの動作に
つれて放出素子及びホルダがほぼ同時に腐食するように
する。

【００１３】本発明の他の有利な特徴はプラズマアーク
トーチを操作する方法である。第１に、孔が画定されて
いるノズル、及びこのノズルの孔に隣接配置した電極を
具えるプラズマアークトーチであって、電極は、テーパ
付きの端部を有するホルダと、ワークピースに向けてア
ークを発生するようホルダのテーパ付き端部内に配置し
た端面を有し、孔からアークを放出することができるよ
う端面を露出させた細長の放出素子とを有するものとし
て構成したプラズマアークトーチを用意する。好適に
は、ホルダ及び放出素子の各々を腐食性材料により構成
し、トーチの作動とほぼ同時に腐食するようにする。次
に、プロセスガスをノズルに導入し、電極の周りに通過
させ、孔から流出させる。次に、電流を電極に通電し、
電極がプロセスガスと協調して放出素子から発生して孔
から出射するプラズマアークを形成する。好適には、プ
ラズマアークの放出によって、ホルダ及び放出素子の双
方にほぼ等しい速度の軸線方向腐食を生ずるようにす
る。

【００１４】本発明によるプラズマアーク切断トーチの
電極の好適な実施例によれば、電極の先端で比較的薄い
ホルダ壁となるようホルダにテーパを付けた電極を提供
する。トーチの使用につれ、電極の先端のホルダの薄い
壁は放出素子から発生する隣接アークからの熱によって
蒸発し、ほぼ放出素子と同時に腐食する。ホルダ及び放
出素子がほぼ同時に腐食するため、ホルダの内部にキャ
ビティが生ずることがなく、オーバーヒート及び／又は
ダブルアーキングの問題が回避され、これにより、電極
の有効寿命が向上し、従って、プラズマアーク切断トー
チのための構成簡単かつ低コストの電極が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面につき本発明の好適な
実施の形態を説明する。しかし、本発明は異なる形態と
しても実施することができ、以下に説明する実施の形態
及び実施例に限定されるものではなく、これらの異なる
他の実施例は本明細書の記載から創出することができ、
これらも当業者であれば本発明の請求の範囲に完全に包
含されるはずである。尚以下の実施例において、同一の
素子には同一の参照符号を付して説明する。

【００１６】図１は、プラズマアーク切断トーチの代表
的な銅‐ハフニウム電極の動作及び劣化シーケンスを示
す。これに対し、図２は本発明による一つの実施の形態
としてのプラズマアーク切断トーチのテーパ付き電極１
０の動作及び劣化シーケンスを示す。この実施の形態に
おいて、電極１０は、ホルダ２０と、放出素子３０とに
より構成し、好適には電極が空冷又は本発明の請求の範
囲及び精神に一致する他の適当な方法によって冷却され
るプラズマアークトーチに使用される。場合によって
は、水冷トーチとして、放出素子３０とホルダ２０との
間に中間素子を設けることは有益なことである。例え
ば、この中間素子をセベランス Jr.氏の米国特許第５，
０２３，４２５号に記載の銀製のセパレータスリーブと
することができる。

【００１７】ホルダ２０は腐食性材料例えば、銅、銅合
金、銀、又は銀合金により形成すると好適である。ホル
ダ２０は、更に、ほぼ円筒形の円筒形部分２２と、テー
パ付き先端部分２４とを有し、これらの部分に貫通する
長手方向の円形孔２６を設ける。放出素子３０は腐食性
材料例えば、ハフニウム、ハフニウム合金、ジルコニウ
ム、ジルコニウム合金、又は当業界で既知の適当な特性
を有する他の材料により形成することができる。好適な
実施の形態において、放出素子３０を端面４０を有する
円形ロッドの形式とする。円筒形の放出素子はホルダ２
０の円形孔２６の寸法に対応し、放出素子３０及びホル
ダ２０が同心状に配置され、端面４０が電極１０の先端
で露出するようにホルダ２０の円形孔２６に圧入、ろう
付け、同時押し出し成形、又は埋設する。更に、ホルダ
２０のテーパ付き先端部分２４は電極１０の先端部にお
ける端面４０に向かってテーパを付け又は直径を減少
し、テーパ付き先端部分２４の直径が端面４０における
放出素子３０の直径にほぼ等しいか又は僅かに大きくな
るようにする。テーパ付き先端部分２４は、本発明の請
求の範囲及び精神に一致するよう線形的なテーパとする
か、又は例えば、放物関数に従って電極１０の先端に向
かって直径を減少させる。本発明の他の実施例において
は、テーパ付き先端部分２４の直径を端面４０の直径よ
り大きくする。例えば、図４の（Ｃ）に示すように、ホ
ルダ２０のテーパ付き先端部分２４は放出素子３０を包
囲する薄い円筒形部２４ｂで終端するテーパ部２４ａを
有する形状にすることができる。更に、放出素子３０の
端面４０は、平坦面にするか、又はテーパ部を越えて円
錐状、放物線状又は本発明の請求の範囲及び精神に合致
する適当な形状で露出させることもできる。

【００１８】図２に示すように、端面４０側とは反対方
向にテーパ付き先端部分２４をホルダ２０のほぼ円筒形
の円筒形部分２２の直径まで拡大させ、テーパを延長し
たの見込み角度θが約２５°〜４０°の範囲となるよう
にすると好適である。種々の要因、例えば、トーチの作
動電流、トーチの作動電圧、ワークピース材料、空気流
速、流入空気圧力、及び切断に影響する他のパラメータ
によって、特定のトーチ形状にとっての見込み角度θの
最適値が決定される。有利な実施例では、この見込み角
度θを少なくとも約３０°とする。見込み角度θを決定
する要因は、更に、露出する端面４０におけるテーパ付
き先端部分２４の直径も決定するのに関与し、見込み角
度θ、及びテーパ付き先端部分２４の直径は、ホルダ２
０及び放出素子３０がトーチの使用と同時に腐食するよ
うに決定する。図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明プラ
ズマアークトーチのテーパ付き電極の実施例を示す。

【００１９】図１に示すように、代表的な従来技術の銅
‐ハフニウム電極は、トーチの動作につれてハフニウム
製の放出素子は腐食する。理論上の説明をするつもりは
ないが、本発明の発明者はダブルアーキング（二重アー
ク発生）及び／又はオーバーヒーティング（過加熱）が
電極に深刻なダメージを与えると推測する。放出素子が
腐食し、ホルダ内にキャビティが形成されると、放出素
子からワークピースに達するアークは、放出素子を越え
て電極の先端におけるワークピースに向かって突出する
ホルダ部分を過加熱し、これにより銅製のホルダに亀裂
を生ずる。更に、放出素子が腐食してホルダ内に所定深
さのキャビティを形成すると、アークは（放出素子から
ではなく）電極の先端でホルダから出射し、また電極の
先端を包囲するノズルに飛来し、次にこのノズルからワ
ークピースに達するため、ダブルアーキング（二重アー
ク発生）となる。この結果、ノズルがダメージを受けた
り、又は電極の先端におけるホルダに亀裂を生じて電極
にダメージを与えたり、又はその双方の現象を生じたり
する。

【００２０】図２に示すように、特に、図２の（Ａ）に
示すように、電極の先端の直径が放出素子３０の端面４
０の直径にほぼ等しいテーパ付きホルダ２０では、電極
の先端における放出素子３０を包囲する壁が比較的薄い
ホルダ２０となる。トーチの使用につれて、放出素子
は、先端からアークを放出する結果として腐食する。し
かし、ホルダ２０内にはキャビティは形成されない。即
ち、これは、電極１０の先端における薄いホルダ壁が隣
接の放出素子３０から生ずるアークによる高熱によって
蒸発するためである。図２の（Ｂ）〜（Ｄ）に示すよう
に、都合よく、電極１０の先端における放出素子３０及
びホルダ２０の双方の腐食が同時に発生する。このよう
に、ホルダ２０内にはキャビティが形成されないので、
ダブルアーキング及び／又はホルダの過加熱はほとんど
排除される。

【００２１】図３は、電極の先端のほぼ全体をノズル５
０によって包囲し、ノズル内にガスを流入させ、ノズル
先端部５５の孔からガスを流出させるプラズマアークト
ーチの代表的な形態を示す。図３の（Ａ）に示す従来技
術の電極では、角をとった又は面取りした先端部分を有
する電極の面取り端縁をノズルの内面に接近させ、従っ
て、ガス流は絞られ、ノズル先端部５５における孔から
ガスが流出するとき乱流を発生する。電極を後退させる
と、電極の先端とノズルの内面との間の空隙が画定され
る。従来の電極では、放出素子がトーチの作動につれて
腐食するとともに、ホルダは元の形状からほとんど変化
しない。このように、従来技術の電極の後退することに
よってはトーチの作動につれて変化することがない。

【００２２】これに対し、本発明による特に有利な実施
例のテーパ付き電極１０は、図３の（Ｂ）に示すように
ノズル５０によって先端を包囲する。図示のように、テ
ーパ付き電極１０は、電極１０とノズル５０との間のガ
ス流を絞ることがほとんどなく、ガスはノズル先端部５
５から流出し、従って、ほとんど乱流を発生することが
ない。更に、トーチに使用につれて放出素子３０及びホ
ルダ２０は同時に腐食する。トーチの使用につれてホル
ダ２０及び放出素子３０の双方が腐食するため電極１０
の後退は時間とともに物理的に増大する。本発明の発明
者は、電極１０とノズル５０との間のガス流の絞り及び
乱流が少ないこと、並びにテーパ付き電極１０の形状が
トーチ特性を向上すると推測する。特に、本発明の発明
者はテーパ付きの電極１０の形状及びこの結果生ずるガ
ス流は、後退が進行するにつれて従来技術の電極と同様
の又はこれより若干増大した腐食速度を生ずる結果とな
るとともに、ホルダ及び放出素子のほぼ同時の腐食によ
って電極の腐食を増大させ、このことが電極の有効寿命
を増大することに寄与する。

【００２３】更に考察すると、電極の後退が腐食によっ
て進行するとき、トーチ作動中に一層長い長さのプラズ
マアークがノズル内に存在することになる。従って、ノ
ズルは長さの増大したプラズマアークによって高温にな
り、電極後退が閾値を越えるときには、電極の代わりに
ノズルが破損したり、又は電極とともにノズルもダメに
なる。実際の破損のメカニズムは、トーチシステムの設
計、空気流又は冷却流、トーチの作動電流、使用する関
連の材料、及び他のパラメータに依存する。従って、ノ
ズルのダメージを回避するよう腐食量を制限することも
考えられる。即ち、電極寿命が増大する代わりにノズル
がダメージを受けるのは好ましくないためである。更
に、電極の腐食が進行するにつれ、切断の品質の低下も
始まる。従って、テーパの見込み角度の最適範囲は特定
の電極毎に選択することができ、電極、ノズル、トー
チ、電源、及び冷却システムの設計及び構成に基づいて
変化する。

【００２４】次に、以下の実施例で示すように、このよ
うなテーパ付き電極の向上した有効寿命を、南キャロラ
イナ州フローレンスのイーエスエービー（ＥＳＡＢ）グ
ループによって製造されたモデルＰＴ‐２７のプラズマ
アーク切断トーチで行った実験に基づいて説明する。

【００２５】

【実施例】実験例１ 下記のテストパラメータを使用して電極のテーパの最適
見込み角度を形成する実験を行った。カーボンブロック
に対する動的テストを間欠的カット（３０秒カット、４
秒休止）で行った。 空気流入孔 ：７５ｐｓｉｇ 空気流速（流量） ：２４０〜２５０ＣＦＨ スタンドオフ ：３／１６インチ トーチ電流 ：８０アンペア ハフニウム放出素子直径 ：０．０６２インチ テーパ付き電極の端面直径：０．０６２インチ

【００２６】テーパの見込み角度を２５°〜４０°の間
で５°の増分毎に変化させ、電極の有効寿命に対するテ
ーパの見込み角度の効果を探究した。テーパ付き電極の
２個の個別のシーケンスでテストし、この結果を図５及
び図６にグラフ表示した。この結果は、テーパの見込み
角度を増大させると電極の腐食量及び電極の有効寿命の
双方が減少することを示している。しかし、このテスト
を行ったＰＴ‐２７型トーチの特定の電極形状に関して
は、３０°以下のテーパ見込み角度に対して電極不良を
越えるノズルの不慮の不良が観察された。従って、電極
に関しては、テーパの見込み角度を少なくとも約３０°
にすべきであると判明した。

【００２７】実験例２ ＰＴ‐２７型のトーチを使用して、先端の角に丸みを付
けた又は面取りした従来技術の銅‐ハフニウム電極、及
びテーパの見込み角度が３４．６°である本発明の一つ
の実施例によるテーパ付き銅‐ハフニウム電極の双方に
関して実験を行った。テーパ付き電極のテストパラメー
タ及び構成は下記の通りである。カーボンブロックに対
する動的テストを間欠的カット（３０秒カット、４秒休
止）で行った。 空気流入孔 ：７５ｐｓｉｇ 空気流速（流量） ：２４０〜２５０ＣＦＨ スタンドオフ ：３／１６インチ トーチ電流 ：８０アンペア ハフニウム放出素子直径 ：０．０６２インチ テーパ付き電極の端面直径：０．０６２インチ 電極のテーパ見込み角度θ：３４．６°

【００２８】上述したような同一のテストパラメータを
使用すると、先端の角を丸めた又は面取りした従来技術
の電極は４５分後に０．０３１インチの腐食を生じて４
８分の寿命を示した。しかし、本発明による好適な実施
例のテーパ付き電極では、１５０分後に０．１８６イン
チの腐食を生じて１６１分の寿命を示した。このように
２時間を越えて手動で異なる厚さの金属を切断及び切削
した後の従来技術の電極とテーパ付き電極とで、切断速
度又は切断品質に関して大きな違いは見られなかった。
従って、この実験では、テーパ付き電極は従来技術ので
とと同一の切断品質及び切断速度が得られるとともに、
少なくとも約４００％〜５００％の腐食量増大に耐え、
また電極寿命に関して少なくとも約１５０％〜２３０％
の増大を示すことが分かった。

【００２９】図７は、本発明の実施例に基づくプラズマ
アークトーチの操作方法を示す。先ず、孔を有するノズ
ル及びこのノズルの孔に隣接配置した電極であって、テ
ーパ付きの端部を有するホルダと、ワークピースに向け
てアークを発生するようホルダのテーパ付き端部内に配
置した端面を有し、孔からアークを放出することができ
るよう端面を露出させた細長の放出素子とを有するもの
として構成した電極を有するプラズマアークトーチを用
意する（ブロック１００）。好適には、ホルダ及び放出
素子の各々を腐食性材料により構成し、トーチの作動と
ほぼ同時に腐食するようにする。次に、プロセスガスを
ノズルに導入し、電極の周りに通過させ、孔から流出さ
せる（ブロック２００）。次に、電流を電極に通電し、
電極がプロセスガスと協調して放出素子から発生して孔
から出射するプラズマアークを形成する（ブロック３０
０）。好適には、プラズマアークの放出によって、ホル
ダ及び放出素子の双方にほぼ等しい速度の軸線方向腐食
を生ずるようにする。

【００３０】

【発明の効果】このように、本発明によるプラズマアー
ク切断トーチのための有利な実施例においては、電極の
先端に比較的薄いホルダ壁となるようホルダにテーパを
付けた電極とする。トーチの使用につれて、電極の先端
の薄いホルダ壁は放出素子から発生する隣接のアークか
らの熱によって蒸発し、放出素子とほぼ同時に腐食す
る。ホルダ及び放出素子はほぼ同時に腐食するため、ホ
ルダ内にはキャビティを生ずることがなく、従って、オ
ーバーヒート及び／又はダブルアーキングの問題は回避
され、従って、電極の有効寿命が増大し、従って、プラ
ズマアーク切断トーチの構造簡単かつ安価な電極を得る
ことができる。

【００３１】上述したところは、本発明の好適な実施の
形態及び実施例について説明したに過ぎず、多くの変更
例及び他の実施例も当業者であれば上述の内容から想到
することができるであろう。本明細書において、特定の
用語を使用したが、上位概念を表現する点で使用された
に過ぎず、これに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），及び（Ｄ）はそれ
ぞれ、空冷式プラズマアーク切断トーチのための従来技
術の銅‐ハフニウム電極の動作及び劣化シーケンスの各
段階を示す断面図である。

【図２】 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），及び（Ｄ）はそれ
ぞれ、本発明の実施の形態によるプラズマアーク切断ト
ーチのためのテーパ付き電極の動作及び劣化シーケンス
の各段階を示す断面図である。

【図３】 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ従来技術電極
及び本発明による一つの実施例のテーパ付き電極とのノ
ズルを通過するガス流の比較を示す縦断面図である。

【図４】 （Ａ）は本発明による実施例のテーパ付き電
極の斜視図、（Ｂ）は本発明による実施例のテーパ付き
電極の断面図、（Ｃ）は放出素子の先端を包囲する円筒
形部で終端するテーパ部を有するホルダの実施例のテー
パ付き電極の断面図である。

【図５】 （Ａ）は本発明による実施例のテーパ付き電
極の電極腐食量に対するテーパ見込み角度の効果を示す
第１試験のシーケンスを示すグラフ、（Ｂ）は本発明に
よる実施例のテーパ付き電極の有効寿命に対するテーパ
の見込み角度の効果を示す第１試験のシーケンスを示す
グラフである。

【図６】 第１試験と同一条件での本発明による実施例
のテーパ付き電極の電極腐食量に対するテーパ見込み角
度の効果を示す第２試験のシーケンスを示すグラフ、
（Ｂ）は本発明による実施例のテーパ付き電極の有効寿
命に対するテーパの見込み角度の効果を示す第２試験の
シーケンスを示すグラフである。

【図７】 本発明による実施例のプラズマアークトーチ
の動作プロセスを示すフローチャートである。

【符号の説明】

10 テーパ付き電極 20 ホルダ 22 円筒形部分 24 テーパ付き先端部分 24a テーパ部 24b 円筒形部 26 円形孔 30 放出素子 40 端面 50 ノズル 55 ノズル先端部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマアークトーチの電極において、
   中心軸線を画定しかつワークピースにアークを放出しう
   る端面を有して腐食性材料で形成した細長の放出素子で
   あって、前記端面からアークを放出して徐々に放出素子
   の腐食を生ずるにつれて軸線方向の腐食速度が限定され
   る放出素子と、前記アークを放出するため前記放出素子
   の端面が露出するよう前記放出素子を保持する端部を有
   して腐食性材料で形成したホルダであって、前記放出素
   子の前記腐食速度とほぼ同一の軸線方向の腐食速度を限
   定する寸法にしたホルダとを具え、トーチの動作につれ
   て前記放出素子及び前記ホルダがほぼ同時に腐食するよ
   うにしたことを特徴とするプラズマアークトーチの電
   極。
2. 【請求項２】 前記ホルダの端部に隣接するほぼ円筒形
   の円筒形部分を有し、更にこのホルダの端部には前記ほ
   ぼ円筒形の円筒形部から延在するテーパ部分を設け、前
   記放出素子を円筒形形状とした請求項１記載の電極。
3. 【請求項３】 前記ホルダのテーパ部分は、前記ほぼ円
   筒形の円筒形部分から前記放出素子の端面に至るまで線
   形的にテーパを付けた請求項２記載の電極。
4. 【請求項４】 前記ホルダのテーパ部分は前記ほぼ円筒
   形の円筒形部分から前記放出素子の端面に至るまで非線
   形的にテーパを付けた請求項２記載の電極。
5. 【請求項５】 前記ホルダのテーパ部分を前記ほぼ円筒
   形の円筒形部分から前記放出素子の端面に至るまで放物
   線的にテーパを付けた請求項２記載の電極。
6. 【請求項６】 前記ホルダの端部に、更に、前記放出素
   子の端面の周りに位置する薄い円筒形部と、前記ホルダ
   のほぼ円筒形の円筒形部分から前記薄い円筒形部まで延
   在するテーパ部を設けた請求項４記載の電極。
7. 【請求項７】 前記放出素子の端面を平坦面とした請求
   項１記載の電極。
8. 【請求項８】 前記放出素子の端面を円錐形及び放物線
   形状の少なくとも一方の形状として前記ホルダから外方
   に突出させた請求項１記載の電極。
9. 【請求項９】 貫通する孔を画定するノズル組立体と、
   前記ノズルの前記孔を通過するプロセスガス流を発生す
   るプロセスガス源と、及び前記ノズルの孔に隣接配置し
   た請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の電極と
   を具えたことを特徴とするプラズマアーク切断トーチ。