JPH03174979A - プラズマ切断機用のノズルチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はプラズマ切断機におけるノズルチップの改良に
関するものである。

（従来の技術） プラズマ切断機は、例えば特開昭６２−２１２０６０号
公報にて提案されているように、作動ガスをアークによ
ってプラズマガスとし、このプラズマガスを被切断材に
向けて噴射することによりその切断を行うものであり、
第１図に示すように、電極（ｌｌ）に対向した状態でノ
ズル孔（２ｌ）を有するノズルチップ（２０）を配設し
て、全体を被膜（２２）によって覆蓋したものである。

そして、このプラズマ切断機（１０）は、電極（１１）
とノズルチップ（２０）間にプラズマ発生室を構威し、
この発生室内にてアークを飛ばしながら作動ガスを流入
させることにより、プラズマ化したガスをノズルチップ
（２０）のノズル孔（２１）から噴射するようにしたも
のである。

このように、プラズマ切断機（１０）を構成しているノ
ズルチップ（２０）においては、これに通電してアーク
を発生させるようにすることができること、すなわち導
電性を有していることが必要である。

また、プラズマ切断機（１０）の先端部に水等を併結し
てその冷却を常時行ってはいるものの、プラズマ化した
ガスが高温のものであるため、特にノズルチップ（２０
）としては耐熱性を有する材料によって形成する必要が
あるものである。

この種のノズルチップ（２０）としては、一般に銅等の
金属によって形成したものが多い。金属によってノズル
チップ（２０）を構成すれば、必要な導電性が得られる
だけでなく、金属は熱伝導が良好なものであるため水等
の冷却による加熱防止ができる。つまり、ある程度の耐
熱性を有したものとすることができるからである。しか
しながら、このノズルチップ（２０）のノズル孔（２１
）の近傍においては、プラズマが噴出するため非常に加
熱された状態にあり、しかもプラズマガスを被切断材に
向けて噴射する必要上空気に晒されるものであり、特に
噴射するプラズマガスによって周囲の酸素がこのノズル
チップ（２０）のノズル孔（２１）表面に巻き込まれた
り、切断時のドロス（溶融鉄）が付着したりすることが
多い。

従って、金属からなる従来のノズルチ・ノブ（２０）に
おいては、そのノズル孔（２１）近傍において高温とな
りかつ酸素に晒されることになるから、その酸化を避け
ることができないものであって、これによってノズル孔
（２１）の目詰りを生じて使用できなくなり、一般には
この種ノズルチップ（２０）は数時間〜数日使用すれば
交換を余儀なくされるものである。また、ノズルチップ
（２０）の内部においても、外部の空気か人って酸化膜
を形成することがあり、次のアーク発生時にこの酸化膜
が破られてノズル孔（２１）の目詰りを生じるだけでな
く、切断時のドロスの付着によってノズル孔（２１）を
破損させる原因となる所謂ダブルアークを発生する現象
もあるから、結局この種のノズルチップ（２０）の寿命
は非常に短いものとなっているのである。

ノズルチップ（２０）の寿命を長くするために、例えば
ダブルアークの発生を抑えるようにした従来技術として
、特開平１−９９７８３号公報に示されたような「プラ
ズマアークトーチ」がある。このアークトーチは、」二
足公報の特許請求の範囲の記載からすると、 「加工用の電極とプラズマ用のオリフィス部との間にパ
イロットアークを発生させ、加工時に該電極と被加工物
との間にプラズマアークを発生させるプラズマアークト
ーチにおいて、前記オリフィス部材は機械的炭素材によ
り形成されてなる」ものであるが、これによれば前述の
ダブルアークの問題は解決される。しかしながら、この
アークトーチのオリフィス部材を形成している「機械的
炭素材」の酸化については未だ改善されていないのであ
る。

そこで、本発明者は、この種のノズルチップ（２０）を
寿命を更に伸ばすにはどうしたらよいかについて種々検
討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、以上の実情に鑑みてなされたもので、その解
決しようとする課題は、ノズルチップ（２ｏ）の寿命の
延長である。

そして、まず第一請求項に係る発明の目的とするところ
は、所定の導電性、耐熱性を確保しながら酸化物による
ノズル孔（２１）の目詰りを生じさせないようにするこ
とによって耐久性を向上させたノズルチップ（２０）を
提供することにある。また、第二請求項に係る発明の目
的とするところは、上記第一請求項に係る発明と同様な
効果を有したものとすることは勿論のこと、繰り返し使
用しても黒鉛が破損しないようにするとともに、形成し
た熱分解炭素被膜の剥離を確実に防止し得て、更に耐久
性を向上させたノズルチップ（２０）を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段及びその作用）以上の課題
を解決するために、第一請求項の発明の採った手段は、 「電極（１１）に対向してプラズマ発生室を構威し、こ
のプラズマ発生室にて生じたプラズマガスを噴射するノ
ズル孔（２１）を有したプラズマ切断機（１０）用のノ
ズルチップ（２０）であって、 このノズルチップ（２０）の全体を、黒鉛によって構成
するとともに、ノズルチップ（２０）の少なくとも外気
に触れる部分に熱分解炭素からなる被膜（２２）を形成
したことを特徴とするノズルチップ（２０）Ｊ である。

すなわち、この発明に係るノズルチップ（２０）はその
基体を黒鉛によって形成し、その少なくとも外気に触れ
る部分に熱分解炭素からなる被膜（２２）を形成したも
のであるが、この黒鉛としては、等方性を有して高密度
かつ高純度のものを採用することが好ましい。その理由
は、このノズルチップ（２０）は先端にて被切断材に当
接することがあり得るものであり、その場合に破損しな
いように所定の硬度を有していた方が好ましいからであ
る。

従って、この黒鉛からなるノズルチップ（２０）は、黒
鉛自体の有する優れた導電性及び耐熱性を有しているも
のであり、しかも仮りにノズル孔（２１）の近傍におい
て黒鉛が酸化したとしても、これは炭酸ガス等に変化し
て外部へ飛んでいってしまうからノズル孔（２１）の目
詰りは全く発生しないのである。この場合の黒鉛の酸化
は極く微量であるため、ノズルチップ（２０）全体を短
期間内に消失させてしまうような事もないのである。

このノズルチップ（２０）の表面に所定の箇所に熱分解
炭素からなる被膜（２２）を形成する方法とじては、例
えば通常用いられる各種化学蒸着法（ＣＶＤ）により行
うことができ、黒鉛上を８００〜２６００　’Ｃに加熱
しておき、炭化水素あるいはハロゲン化炭化水素を水素
ガス共存下で黒鉛と接触させ、多数の気孔を有する黒鉛
上に熱分解炭素の緻密な層を形成させる。これらの反応
は常圧もしく減圧下で行われるが、熱分解炭素被膜（２
２）の均一性、平滑性を考えると、減圧下、特に３００
　Ｔｏｒｒ以下で行うことが望ましい。また、熱分解炭
素からなる被膜（２２）の厚みは、１０μｍ〜５００μ
ｍが望ましい。その理由は、１０μｍ以下では十分な耐
消耗性が得られないからであり、５００μｍ以上では黒
鉛との熱膨張差により被膜（２２）にクラックを生じる
可能性が大きいからである。中でも、この被膜（２２）
の厚さとしては、５０μｍ程度のものであることが、形
成も容易で、必要な耐消托ヤ［が得られることから有利
である。

以−Ｌのような被膜（２２）を有するノズルチップ（２
０）は、優れた導電性及び耐熱性を有していることは勿
論、酸素に触れ易い部分を酸化しにくい被膜（２２）に
よって覆っであるから、その酸化が極力しにくくなって
いるのである。従って、このノズルチップ（２０）のノ
ズル孔（２１）が目詰りするような酸化物は、全く生じ
ないのである。

一方、第二請求項に係る発明の採った手段は、上述した
第一請求項の発明における黒鉛を、その平均熱膨張係数
が、１．３〜７．０ＸｌＯ−’／℃で、異方比が１２５
　以下のものとしたものである。

ここで、平均熱膨張係数（２０℃〜４００℃の温度雰囲
気中における熱膨張係数の平均値）が１３〜７　、ＯＸ
　１０−’／℃である黒鉛を採用したのは、この黒鉛を
基材とするノズルチップ（２０）が、室温から、プラズ
マアーク熱により局部的に加熱された屈度までの間のヒ
ートサイクル中に置かれたとしても、熱膨張によって大
きく変化しないようにするためである。これにより、黒
鉛の少なくとも空気に触れる部分に形成した熱分解炭素
からなる被膜（２２）が、黒鉛からなる基材から剥離す
るのが防止されるのである。

また、異方比が１２５　以下の黒鉛は、前述したヒート
サイクルが繰り返された場合に、その中に生しる熱応力
を非常に小さくするものであり、これにより黒鉛自体の
破損が防止されているのである。

（実施例） 次に、各発明について、図面に示した実施例に従って詳
細に説明する。この場合、第二請求項に係るノズルチッ
プ（２０）は、第一請求項に係るノズルチップ（２０）
を実質的に含むものであるから、以下の実施例は第二請
求項のノズルチップ（２０）を中心に説明する。

第２図には、本発明に係るノズルチップ（２０）の断面
が示してあり、このノズルチップ（２０）の主体は、コ
ークスあるいはカーボンの微粉をタールピッチなどのバ
インダー取分とともに混練して高密度のものとして形成
し、これを常法によって焼成することにより黒鉛材とし
、この黒鉛材を所定形状に切削することにより形成した
ものである。第２図に示したノズルチップ（２０）の具
体的大きさは、直径か約１５ｍｍ、内径が１２ｍｍ。

長さが１５ｍｍ程度で、ツバを有する取付部を形成した
ものであり、底部の厚さは約３ｍｍのものとした。また
、これを構成する黒鉛の熱膨張係数は３　、ＯＸ　１０
−’１０Ｃで異方比が１．２０であって、この底部の中
央には、直径が１．３ｍｍのノズル孔（２１）を設けで
ある。

また、第２図に示すような形状のものを黒鉛によって形
成した後、底部の外面などのノズル孔（２１）の近傍に
、熱分解炭素によって厚さ５０μｍ程度の被膜（２２）
を形成したのである。

そして、比較するものとして、第２図に示したのと同じ
形状の銅製のノズルチップを形成し、これと本発明のノ
ズルチップ（２０）との使用実験をしてみた。この場合
、プラズマ切断機（１０）として酸素プラズマのものを
採用し、８０アンペアの電流で幅２００　ｍｍ、厚さ８
ｍ＋ｎ、長さ２０００　ｍｍのステンレス板に対して、
切断速度６００〜１０００ｍｍ／分のスピードで間欠的
に手動操作にて連続作業で１時間ずつ切断してみた。切
断後の各ノズルチップのノズル孔（２１）の径を各１時
間の作業終了後毎に測定してみた結果、第３図に示した
ようになり、銅によって形成したノズルチップ（２０）
は、８０アンペア容量のプラズマ切断機では使用できな
い孔径に進達した。

第３図より、本発明に係るノズルチップ（２０）は、銅
によって形成したノズルチップ（２０）と比較した場合
、その寿命は約２倍以上となり、非常に優れたものとな
っていることが理解できる。

（発明の効果） 以上、説明した通り、第一請求項に係るノズルチップ（
２０）は、その基体を黒鉛によって形成するとともに、
その少なくとも外気に触れる部分に熱分解炭素からなる
被膜を形成したので、プラズマ用のノズルとしての十分
な導電性、耐熱性を有し、しかも酸化したとしてもノズ
ル孔（２１）の目詰りの原因となるような異物を生じる
ことがなく、切断時のドロス（溶融鉄）が付着すること
もなく、極めて耐久性に優れたノズルチップ（２０）を
提供することができる。しかも、この黒鉛からなるノズ
ルチップ（２０）は、通常の黒鉛加工によって形成でき
るため、極めて容易に製造することもできるものである
ことは勿論のこと、ノズル孔（２１）の近傍を中心にし
て黒鉛を酸化しにくくする熱分解炭素からなる被膜（２
２）を形成したので、これにより黒鉛の酸化を極力防止
することができて、耐久性に優れたものとすることがで
きるのである。

また、第二請求項に係るノズルチップ（２０）は前述し
た第一請求項に係るノズルチップ（２０）と同様な効果
を有している他に、黒鉛をその平均熱膨張係数が１．３
〜７　、ＯＸ　１０−’／’Ｃで異方比が１２５　以下
であるものとしたから、黒鉛自体のヒートサイクル中で
の破損を防止することができしかも黒鉛から熱分解炭素
からなる被膜（２２）を防止することができて、その耐
久性をより一層向上させることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るノズルチップが適用されるプラズ
マ切断機のトーチ部分を拡大して示した部分断面図、第
２図はノズルチップの拡大断面図、第３図は本発明に係
るノズルチップと銅製のノズルチップとの比較試験を行
った結果を示すグラフである。 符　　号　　の　　説　　明 １０・・・プラズマ切断機、１１・・・電極、２０・・
・ノズルチップ、２１・・・ノズル孔、２２・・・被膜
。 以　　上 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、電極に対向してプラズマ発生室を構成し、このプ
   ラズマ発生室にて生じたプラズマガスを噴射するノズル
   孔を有したプラズマ切断機用のノズルチップであって、 このノズルチップの全体を、黒鉛によって構成するとと
   もに、 このノズルチップの少なくとも外気に触れる部分に熱分
   解炭素からなる被膜を形成したことを特徴とするノズル
   チップ。 ２）、前記黒鉛は、その平均膨張係数が１．３〜７．０
   ×１０＾−＾６／℃で異方比が１．２５以下であること
   を特徴とする第一請求項に記載のノズルチップ。