JPH079153A - プラズマ切断装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 プラズマ切断装置のノズルの高寿命化、切断
品質の改良。 【構成】 プラズマ切断の工程を、１．プリフロー工
程、２．電極とノズルの間にパイロットアーク生成工
程，３．電極と被切断材料との間にメインアーク生成開
始工程，４．連続して、電極と被切断材料との間にメイ
ンアークを生成し、被切断材料を切断する工程、５．電
極と被切断材料間のメインアーク生成終了工程、６．ア
フタフロー工程、の漸次工程からなり、各工程に応じプ
ラズマガスあるいはプラズマ電流値のいづれかを自動で
切り換える。また、パイロットアーク生成時には非酸化
性気体、メインアーク生成あるいはメインアーク連続に
は酸化性気体、外周切断終了点から切断終了点までの間
に酸化性気体から非酸化性気体に切り替えて消弧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ切断装置の制
御方法に係わり、特には、切断加工に用いられるプラズ
マ切断装置のノズルの高寿命化、切断品質の向上に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電極と被切断材料との間にプラズ
マアークを発生し、被切断材料を切断するプラズマ切断
装置のプラズマトーチは、プラズマアークを放出する電
極と、先端にプラズマアークの噴出口を持つノズルから
なっている。プラズマアークは電極のプラズマアーク放
出部よりノズルのプラズマアーク噴出口を通して被切断
材料に到達し、被切断材料を切断する。通常プラズマガ
スには、切断品質向上の目的から酸化性気体（主に、酸
素ガス）が用いられることが多い。しかし、切断中、電
極とノズルとの間にパイロットアークを生成する段階に
おいて、 電極のプラズマアーク放出部に熱衝撃が加わり、さ
らに酸化することによって、電極の消耗が異常に進行し
てしまい、電極の有効寿命を短くしている。 ノズルに存在するパイロットアークの足が酸化雰囲
気中でノズルにダメージを与える。 パイロットアークからメインアークへ移行する間の
過渡期に異常アーク（以降、ダブルアークという）が発
生し易く、酸化雰囲気下でノズルに大きなダメージを与
えてしまう。という問題がある。

【０００３】これらの問題点に対し、従来技術として、
プラズマアークがメインアークに移行するまで非酸化性
気体を、メインアーク移行後は酸化性気体を電極とノズ
ルとの間で発生させる方法が、特開平３−２５８４６４
号公報に開示されている。図９は、この従来例のガス流
れ（図９ａ）と、アーク電流（図９ｂ）のタイムチャー
ト図を示す。プラズマ切断のタイムチャートをプラズマ
ガスの切り替えタイミングとアーク電流の発生で分割す
ると、プラズマガスの流れは、電極とノズルの間にパイ
ロットアークを創生する段階の流れｔ１（以下、先行流
れｔ１という）と、メインアーク発生の段階の流れｔ２
（以下、メインアーク発生ｔ２という）と、および、切
断終了後（開始前）の段階の流れｔ３（以下、後行流れ
ｔ３という）に分けている。このとき、ガスは、先行流
れｔ１と後行流れｔ３の段階では非酸化気体を用い、メ
インアーク発生ｔ２の段階では酸化性気体をプラズマガ
スとして用いる。このとき、パイロットアークからメイ
ンアークへ移行すると同時に非酸化気体を停止し、酸化
性気体をプラズマガスとし、さらに、切断終了後、メイ
ンアークを停止すると同時に、プラズマガスを酸化性気
体から非酸化性気体に切り替えている。従来技術の実施
例では、非酸化気体には窒素を、酸化性気体には酸素を
用いている。さらに、従来技術では、以上のシーケンス
を用いることで、電極とノズルとの間にパイロットアー
クを生成する段階の電極の消耗とノズルへのダメージを
防止し、電極およびノズルの長寿命を実現しようとして
いる。また、メインアーク発生の段階に移行すると同時
に、プラズマガスを酸化性気体に切り替えることで切断
性能の向上をも同時に実現しようとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メイン
アーク移行と同時にプラズマガス（プラズマガスの回
路）を切り替えても、すぐには酸化性気体のみに置換す
ることはなく、切断開始後しばらくは非酸化気体と混合
するため切断性能が劣化したり、ピアッシング時に非酸
化気体をプラズマガスとして用いることから、ピアッシ
ング能力の低下を招き、被切断材料からの吹き上がりが
ノズルに付着することにより、ダブルアークを誘発し、
ノズルの寿命が低下する。また、切断終了後、電極のプ
ラズマアーク放出部の溶解物が酸化性気体雰囲気中で再
凝固すると、電極のプラズマアーク放出部に酸化物が生
成されることと、急激に冷却されることから、その部分
にひび割れが生ずる。このひび割れが熱伝導率の低下を
招き、次回の電極とノズルの間にパイロットアークを創
生する段階において、飛散してノズルの内壁に付着して
ダブルアークを誘発することによりノズルの有効寿命を
短くしてしまうという問題がある。

【０００５】本発明は上記従来の問題点に着目し、プラ
ズマ切断装置の制御方法に係わり、特には、切断加工に
用いられるプラズマ切断装置のノズルの高寿命化、切断
品質の改良に関する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のプラズマ切断装置および切断方法の第１発
明では、電極と被切断材料との間にプラズマアークを発
生し、被切断材料を切断するプラズマ切断装置におい
て、切断の工程を、プリフローの工程と、電極とノズル
の間にパイロットアークを生成する工程と、電極と被切
断材料との間にメインアークを生成開始する工程と、連
続して、電極と被切断材料との間にメインアークを生成
し、被切断材料を切断する工程と、電極と被切断材料と
の間にメインアークの生成を終了する工程と、アフター
フローの工程の漸次の工程からなり、各工程に応じて少
なくともプラズマガスあるいはプラズマ電流値のいずれ
かを自動で切り換えることを特徴とする。

【０００７】第１発明を主体とする第２の発明では、プ
リフローの工程と、電極とノズルの間にパイロットアー
クを生成する工程と、電極と被切断材料との間にメイン
アークの生成を終了する工程と、およびアフターフロー
の工程には非酸化性気体を、電極と被切断材料との間に
メインアークを生成開始する工程、および連続して、電
極と被切断材料との間にメインアークを生成し、被切断
材料を切断する工程には酸化性気体をプラズマガスとし
て用いる。

【０００８】第１発明を主体とする第３発明では、プリ
フローの工程と、電極とノズルの間にパイロットアーク
を生成する工程と、電極と被切断材料との間にメインア
ークの生成を終了する工程と、およびアフターフローの
工程には非酸化性気体を、電極と被切断材料との間にメ
インアークを生成開始する工程には切断に適切な所定の
圧力より高圧の酸化性気体を、また、連続して電極と被
切断材料との間にメインアークを生成し、被切断材料を
切断する工程には切断に適切な所定の圧力の酸化性気体
をプラズマガスとして用いる。

【０００９】第２の発明あるいは３の発明を主体とする
第４発明では、非酸化性気体として、窒素、アルゴン、
あるいは、二酸化炭素のいずれかを、酸化性気体とし
て、酸素、あるいは空気のいずれかを用いる。

【００１０】第１ないし第４のいずれかの発明を主体と
する第５発明では、プラズマ電源への電流指令値とし
て、パイロットアークを生成する工程時の電流指令値Ｉ
ｐと、メインアークを生成開始する工程時の電流指令値
Ｉｍと、電極と被切断材料との間にメインアークの生成
を終了する工程が終了し、アークが消弧するときの電流
指令値Ｉｅと、を設定し、漸次の各工程に応じた電流値
を自動で切り換えるとともに、電流指令値Ｉｐから電流
指令値Ｉｍ、および、電流指令値Ｉｍから電流指令値Ｉ
ｅへの切り換え時にそれぞれ所定の変化率で切り換え
る。

【００１１】第５発明を主体とする第６の発明では、電
極とノズルの間にパイロットアークを生成する工程に移
行すると同時に電源への電流指令値Ｉｐとし、電極と被
切断材料との間にメインアークを生成開始する工程へ移
行し、メインアーク検出信号と同時に電流指令値Ｉｍへ
切り換え、電極と被切断材料との間にメインアークの生
成を終了する工程へ移行すると同時に電流指令値をＩｅ
へ切り換え、電流指令値Ｉｐから電流指令値Ｉｍ、およ
び、電流指令値Ｉｍから電流指令値Ｉｅへの切り換え時
にそれぞれ所定の変化率で切り換える。

【００１２】第１ないし第６のいずれかの発明を主体と
する第７の発明では、プラズマトーチの外側に設けたア
シストガス噴出口より、酸化性気体を噴出させる。

【００１３】第７の発明を主体とする第８の発明では、
酸化性気体として、酸素、あるいは空気のいずれかを用
いる。

【００１４】第９の発明では、電極と被切断材料との間
にプラズマアークを発生し、被切断材料を切断するプラ
ズマ切断装置において、切断工程が、切断開始点（Ａ
ａ）からワーク品３ａの外周の切断開始点（Ｂａ）まで
には、パイロットアーク生成からメインアーク連続が行
われるとともに、パイロットアーク生成時には非酸化性
気体を、かつ、メインアーク生成あるいはメインアーク
連続には酸化性気体を用い、さらに、外周切断終了点
（Ｂｂ）から切断終了点（Ｃｂ）までの間に酸化性気体
から非酸化性気体に切り替えて消弧することを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】一般的に、プラズマガス圧力を一定にしてプラ
ズマ切断を行ったときのプラズマ電流とプラズマガス流
量の関係は図８に示すようになっている。すなわち、プ
ラズマガス圧力が一定の場合には、プラズマ電流とプラ
ズマガス流量は反比例の関係にある。したがって、上記
構成によれば、メインアーク生成開始Ｔ３の工程では、
メインアークの発生の検出信号と同時にプラズマガスの
回路を酸化性気体の回路に接続し、それと平行して、プ
ラズマ電源への電流指令値を所定の変化率で徐々にメイ
ンアーク発生時の電流指令値Ｉｍへ変化させて回路中に
残っている非酸化性気体を所定の変化率で徐々に上げて
いる間に素早く追い出している。これにより、メインア
ーク移行に対して時間遅れがほとんど無く、プラズマガ
スを酸化性気体のみに置換できる。

【００１６】また、これとは逆に、プラズマ電源起動指
令がＯＦＦになり、メインアーク生成終了の工程に移行
するとき、プラズマガスの回路に再び非酸化性気体の回
路を接続し、これと平行して、プラズマ電源への電流指
令値を所定の変化率でメインアークを消弧するときの電
流指令値Ｉｅへと変化させて回路中に残っている酸化性
気体を素早く追い出してプラズマガスを非酸化性気体の
みに置換している。このときは、電流指令値Ｉｅの低下
に伴い図８に示すように、電流に対してガス流量は反比
例の関係にあるため、さらに加速されてガスの置換が行
われる。これにより、電極のプラズマアーク放出部の溶
解物の再凝固が非酸化性気体中で行われるので、電極の
プラズマアーク放出部の酸化物の生成が防止され、ひび
割れが生じない。この結果、プラズマアーク放出部の飛
散がノズルの内壁に付着して誘発するダブルアークを防
止できる。また、これらの電流指令は、アーク点弧にと
もなう電極への熱衝撃緩和の効果とアーク消弧時、電極
が急冷されることを防止する効果も得られる。また、電
極とノズルの間にパイロットアークを発生する段階では
非酸化性気体でプラズマガス回路中を満たして電極の酸
化の防止を図っている。さらに、シーケンスと平行して
行われるアシストガスの噴出によって、被切断材料から
の吹き上がりがノズルに付着することも防止できるので
ノズルの寿命を伸ばせる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明に係わるプラズマ切断装置の
制御方法の実施例につき、図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明のプラズマ切断装置の実施例の一例で
説明のための概略図を示す。図１において、プラズマ切
断装置１は、プラズマトーチ１０と、プラズマガス供給
装置３０と、アシストガス供給装置４０と、プラズマ電
源５０と、および、制御装置６０とからなる。また、プ
ラズマトーチ１０の下方には被切断材料３が配設され、
被切断材料３は支持台５の上に置かれている。

【００１８】図２はプラズマトーチの断面図とプラズマ
電源５０等を示している。プラズマトーチ１０は、中心
部に電極１１を持ち、その電極１１の外側にはガス１２
のプラズマガス通路１３が配設され、また、プラズマガ
ス通路１３を隔てて電極１１を被覆するようにノズル１
５が配置されている。ノズル１５の外側には保護キャツ
プ１７が配設されるとともに、ノズル１５と保護キャツ
プ１７との間にアシストガス通路１９が設けられてい
る。また、電極１１の下方中心部には、ハフニウム、ジ
ルコニウム、タングステン、およびそれらの合金が埋設
され、さらに、その中心部には冷却用の穴が配設されて
いる。

【００１９】プラズマガス通路１３はプラズマガス配管
１３ａを介してプラズマガス供給装置３０に連結されて
いる。図１において、プラズマガス供給装置３０は、非
酸化性気体源３１と、酸化性気体源３２と、非酸化性気
体源３１に接続される非酸化性気体流量調整弁３３（以
下、非酸化流量調整弁３３という。）と、酸化性気体源
３２に接続される酸化性気体流量調整弁３４（以下、酸
化流量調整弁３４という。）と、一方が非酸化流量調整
弁３３と酸化流量調整弁３４とに、他方がプラズマガス
配管１３ａに接続されるプラズマガス切換弁３５とから
なる。

【００２０】アシストガス通路１９はアシストガス配管
１９ａを介してアシストガス供給装置４０に連結されて
いる。アシストガス供給装置４０は酸化性気体源４１
と、酸化性気体源４１に接続されるアシストガス流量調
整弁４２（以下、アシスト流量調整弁４２という。）
と、一方がアシスト流量調整弁４２に、他方がアシスト
ガス配管１９ａに接続されるアシストガス切換弁４３と
からなる。なお、本実施例では、酸化性気体源３２と酸
化性気体源４１とは同一の容器の気体源を用いているの
で以後は、酸化性気体源３２を用いて説明する。

【００２１】図２において、プラズマ電源５０の陰極５
１ａは電極１１に接続され、また電源５０の陽極５１ｂ
は図示しない抵抗、スイッチ５２を介してノズル１５に
接続されている。また、電源５１の陽極５１ｂはスイッ
チ５３、メインアーク電流検出器５４（以下、メイン電
流検出器５４という）を介して被切断材料３に接続され
ている。電極１１とノズル１５との間にはパイロットア
ーク電流検出器５５（以下、パイロット電流検出器５５
という）が配設されている。パイロット電流検出器５５
およびメイン電流検出器５４は後述する制御装置６０に
接続されている。電極１１と被切断材３の間に発生する
アーク放電により作られる高温のプラズマガス流７をノ
ズル１５の孔１５ａで細く絞り、被切断材料３に噴射す
ることによりおこなわれる。

【００２２】制御装置６０はコントローラ等からなり、
制御装置６０には、プラズマガス切換弁３５、アシスト
ガス切換弁４３、非酸化流量調整弁３３、酸化流量調整
弁３４、アシスト流量調整弁４２、スイッチ５２、スイ
ッチ５３、パイロット電流検出器５５、および、メイン
電流検出器５４に接続されている。また、制御装置６０
にはプラズマ電源５０への電流指令値を入力する入力装
置６１および切断形状の軌跡等の入力キー６２が付設さ
れている。 制御装置６０は、入力装置６１からのプラ
ズマ電源５０への電流指令値に従い、パイロット電流検
出器５５、および、メイン電流検出器５４、位置センサ
ーあるいは時間等の検出により、プラズマガス切換弁３
５、アシストガス切換弁４３、非酸化流量調整弁３３、
酸化流量調整弁３４、あるいはアシスト流量調整弁４
２、に指令を出力する。

【００２３】上記構成において次に作動について、図
３、及び図４のタイムチャート、あるいは、図５の切断
軌跡の一例で説明する。まず、図３で、アシストガスの
酸化性気体、プラズマガスの酸化性気体、および、プラ
ズマガスの非酸化性気体についてのガスの流れについ
て、縦軸でＯＮ（流れ）、ＯＦＦ（停止）で、ガスの流
れを横軸で、プリフローＴ１、パイロットアークＴ２、
メインアーク生成開始Ｔ３、メインアーク連続Ｔ４、メ
インアーク生成終了Ｔ５、アフターフローＴ６の段階の
各段階に分けて説明する。プリフローＴ１の段階は、パ
イロットアーク発生時の熱衝撃等を防止するために非酸
化性気体でプラズマガス回路中を満たし、かつ、プラズ
マガス流量を安定させるために設けられており、この段
階ではプラズマガスの回路１３、１３ａは制御装置６０
からの指令により、非酸化流量調整弁３３、プラズマガ
ス切換弁３５を作動させて、非酸化性気体源３１に接続
される。次に、パイロットアークＴ２へ移行する。

【００２４】パイロットアークＴ２の段階は、電極１１
とノズル１５にパイロットアークを生成する段階であ
り、プラズマ電源５０への電流指令値を入力装置６１よ
り入力した所定のパイロットアーク発生時の電流指令値
Ｉｐ（図４に示す）に自動的に切り替える。このとき、
プラズマガスの回路１３、１３ａは継続して、非酸化性
気体源３１に接続されている。

【００２５】メインアーク生成開始Ｔ３の段階は、プラ
ズマガス１２に非酸化性気体を用いて切断を行うと切断
品質が低下するのでプラズマガス回路中１３、１３ａを
酸化性気体で満たすために設けられており、この段階で
はプラズマガスの回路は制御装置６０からの指令によ
り、酸化流量調整弁３４、プラズマガス切換弁３５を作
動させて、酸化性気体源３２に接続される。これと平行
して、プラズマ電源への電流指令値を所定の変化率で徐
々にメインアーク発生時の電流指令値Ｉｍ（図４に示
す）へと変化させる。このとき、プラズマ電源５０に対
する電流指令値にスロープ（図４の（イ）に示す）を設
けることにより、プラズマガス回路中１３、１３ａに残
っている非酸化性気体をこのスロープ間で素早く追い出
し、酸化性気体で満たすことができるので良質切断への
移行がスムーズになる。一定時間（以下、アップスロー
プ時間Ｔｕという）経過後、電流指令値がＩｍに到達す
ると、メインアーク連続Ｔ４へと移行する。

【００２６】メインアーク連続Ｔ４の段階は、酸化性気
体により安定したプラズマ切断を行う。このとき、プラ
ズマガスの回路１３、１３ａは継続して、酸化性気体源
３２に接続されている。

【００２７】メインアーク生成終了Ｔ５の段階は、プラ
ズマ電源起動指令がＯＦＦになり、非酸化性気体の中で
電極のプラズマアーク放出部の溶解物の再凝固を行ない
プラズマアーク放出部の酸化物の生成を防止してひび割
れの発生を防ぐために設けられており、この段階ではプ
ラズマガスの回路１３、１３ａは制御装置６０からの指
令により、非酸化流量調整弁３３、プラズマガス切換弁
３５を作動させて、再度非酸化性気体源３１に接続され
る。これと平行して、プラズマ電源５０への電流指令値
を所定の変化率で徐々にメインアーク発生時の電流指令
値Ｉｅへと変化させる。このとき、プラズマ電源に対す
る電流指令値にスロープ（図４の（ロ）に示す）を設け
ることにより、プラズマガス回路中に残っている酸化性
気体を素早く追い出し、非酸化性気体で満たすことがで
きるので電極のプラズマアーク放出部の飛散物がノズル
内壁に付着して引き起こすダブルアークを防止できる。
一定時間（以下、ダウンスロープ時間Ｔｄという）経過
後、電流指令値がＩｅに到達すると、メイン電流生成終
了の段階が終了し、プラズマ電源が停止してアフターフ
ローＴ６の段階へと移行し、一連のシーケンスが終了す
る。

【００２８】アフターフローＴ６の段階は、プラズマガ
スの回路１３、１３ａは継続して、非酸化性気体源３１
に接続されている。また、上記のシーケンスと平行し
て、上記の各段階において、被切断材料３からの吹き上
がりがノズルに付着するのを防止するために、プラズマ
トーチの外側のアシストガス噴出口１９ａより酸化性気
体を噴出している。このアシストガスの入切は、制御装
置６０からの指令によりアシスト流量調整弁４２、アシ
ストガス切換弁４３により行われ、適宜に、適量のアシ
ストガスが供給される。また、上記では、プラズマガス
の酸化性気体、および、プラズマガスの非酸化性気体の
ガスの流れについてＯＮ（流れ）で表示したが、適宜
に、適量に設定されたガスが流量調整弁で調整されて供
給されることはいうまでもない。 なお、本実施例の酸
化性気体には、酸素、空気を、非酸化性気体には、窒
素、アルゴン、あるいは二酸化炭素を用いている。

【００２９】次に、図３および図４での電流指令値の切
り替えについて説明する。切り替えの時期（横軸）につ
いては、ガスの流れと同一とし、プリフローＴ１、パイ
ロットアークＴ２、メインアーク生成開始Ｔ３、メイン
アーク連続Ｔ４、メインアーク生成終了Ｔ５、アフター
フローＴ６の段階の各段階に分けて説明する。また、縦
軸は、図３では、電流についての流れを、ＯＮ（流
れ）、ＯＦＦ（停止）で、また、図４では、電流指令値
の大きさを示している。

【００３０】制御装置６０から図示しない起動スイッチ
を押してプラズマ電源に対して起動指令を出力すると同
時にプリフローＴ１の段階がスタートする。従って、プ
リフローＴ１の段階では、電流指令値はゼロであり、電
極１１に流れる電流もゼロである。所定時間（例えば、
パイロットアーク発生時の熱衝撃等を防止するために非
酸化性気体でプラズマガス回路中を満たし、かつ、プラ
ズマガス流量を安定させるためまでの時間）が経過の後
に、パイロットアークＴ２の段階に移行する。

【００３１】パイロットアークＴ２の段階では、スイッ
チ５２が入りパイロットアークＴ２の段階に移行すると
同時に、電流指令値はゼロからパイロットアーク発生時
の電流指令値Ｉｐへとステップ状に自動的に切り替え
る。パイロットアークが発生し、さらに、パイロットア
ークからメインアークに移行し、プラズマ電源５０から
のメインアーク移行信号がメインアーク電流検出器５４
により検出されるとメインアーク生成開始Ｔ３の段階に
移行する。

【００３２】メインアーク生成開始Ｔ３の段階では、プ
ラズマ電源５０への電流指令値を所定の変化率で徐々に
メインアーク発生時の電流指令値Ｉｍへと変化させる。
アップスロープ時間Ｔｕ経過後（あるいは、メイン電流
検出器５４からの信号により）、電流指令値がＩｍに到
達すると、メインアーク連続Ｔ４へと移行する。

【００３３】メインアーク連続Ｔ４の段階では、スイッ
チ５２が切れ、かつ、スイッチ５３が入りプラズマ電源
から所定の電流Ｉｍが出力され、プラズマ切断を行う。
被切断材料３を所定量だけ切断し、その切断が終了位置
に近接し、その位置が後述する位置センサーあるいは時
間等により検出されたら、制御装置６０からプラズマ電
源に対して０ＦＦを出力すると同時にメインアーク生成
終了Ｔ５の段階に移行する。

【００３４】メインアーク生成終了Ｔ５の段階では、プ
ラズマ電源への電流指令値を所定の変化率で徐々にメイ
ンアーク発生時の電流指令値Ｉｅへと変化させる。ダウ
ンスロープ時間Ｔｄ経過後、電流指令値がＩｅに到達す
ると、メイン電流生成終了の段階が終了し、スイッチ５
３が切れるとともに、プラズマ電源５０が停止してアフ
ターフローＴ６の段階へと移行する。

【００３５】アフターフローＴ６の段階では、電流指令
値はゼロであり、電極１１に流れる電流もゼロである。

【００３６】図５の切断軌跡の一例を示す。切断の軌跡
を被切断材料３の丸型形状のワーク品３ａを切断すると
きに、切断開始点（Ａａ）、ワーク品３ａの外周の切断
開始点（Ｂａ）および終了点（Ｂｂ）（以下、外周切断
開始点（Ｂａ）あるいは外周切断終了点（Ｂｂ）とい
う）、切断終了点（Ｃｂ）、切断開始点（Ａａ）と外周
切断開始点（Ｂａ）との間の助走区間（Ｅａ）、およ
び、外周切断終了点（Ｂｂ）と切断終了点（Ｃｂ）の間
の消弧区間（Ｆｂ）とする。切断軌跡の切断開始点（Ａ
ａ）では、少なくともプリフローＴ１、パイロットアー
クＴ２、メインアーク生成開始Ｔ３、が行われる。ま
た、外周切断開始点（Ｂａ）では、完全にメインアーク
連続Ｔ４の段階になっている。さらに、この状態は、ワ
ーク品３ａの外周の切断終了点（Ｂｂ）あるいは消弧区
間（Ｆｂ）まで継続される。消弧区間（Ｆｂ）では、メ
インアーク生成終了Ｔ５あるいはアフターフローＴ６の
段階がおこなわれる。なお、このときの、プリフローＴ
１、パイロットアークＴ２、メインアーク生成開始Ｔ
３、メインアーク連続Ｔ４、メインアーク生成終了Ｔ
５、アフターフローＴ６の段階の切り替えは、切断開始
点（Ａａ）、外周切断開始点（Ｂａ）、あるいは、外周
切断終了点（Ｂｂ）をプラズマトーチを搭載しているＸ
Ｙ軸の可動装置に装着した位置センサーにより検出する
か、あるいは、テーチィング時に切断時間を設定して時
間で把握するか、あるいは、切断軌跡をＸＹ軸の可動装
置あるいはロボット等の制御装置に記憶させるときにそ
の位置を指示するか、等により行う。

【００３７】次に、図６、および、図７を用いて、第２
実施例について説明する。なお、第１実施例と同一符号
には同一記号を付して説明は省略する。図６において、
プラズマガス通路１３はプラズマガス配管１３ａを介し
てプラズマガス供給装置７０に連結されている。プラズ
マガス供給装置７０は、非酸化性気体源３１と、高圧酸
化性気体源７２と、最適圧酸化性気体源７３と、一方が
各気体源に、他方がプラズマガス配管１３ａに接続され
るプラズマガス切換弁７５とからなる。アシストガス通
路１９はアシストガス配管１９ａ、アシストガス切換弁
４３、および、アシスト流量調整弁４２を介して最適圧
酸化性気体源７３に連結されている。

【００３８】上記構成において、次にプラズマガスの作
動について説明するが、プリフローＴ１の段階、およ
び、パイロットアークＴ２の段階は同一のため説明を省
略し、メインアーク生成開始Ｔ３の段階、および、メイ
ンアーク連続Ｔ４の段階について説明する。メインアー
ク生成開始Ｔ３の段階は、前記と同様にプラズマガス１
２に非酸化性気体を用いて切断を行うと切断品質が低下
するのでプラズマガス回路中１３、１３ａを酸化性気体
で満たすために設けられており、この段階ではプラズマ
ガスの回路は制御装置６０からの指令により、プラズマ
ガス切換弁７５を作動させて、高圧酸化性気体源７２に
接続される。この高圧酸化性気体源７２からの供給によ
り、プラズマガス回路中１３、１３ａに残っている非酸
化性気体を素早く追い出し、酸化性気体で満たすことが
できるので良質切断への移行がスムーズになる。なお、
このとき、第１実施例と同様に、プラズマ電源への電流
指令値を所定の変化率で徐々にメインアーク発生時の電
流指令値Ｉｍ（図４に示す）へと変化させても良い。所
定時間経過後、電流指令値がＩｍに到達すると、メイン
アーク連続Ｔ４へと移行する。

【００３９】メインアーク連続Ｔ４の段階は、酸化性気
体により安定したプラズマ切断を行うために、プラズマ
ガスの回路は制御装置６０からの指令により、プラズマ
ガス切換弁７５を作動させて最適圧酸化性気体源７３に
接続する。この最適圧酸化性気体源７３からの供給によ
り、プラズマノズル１５は最適圧なガスが流れ、安定し
たプラズマ切断が行われる。次のメインアーク生成終了
Ｔ５、および、アフターフローＴ６の段階は第１実施例
と同一のため説明を省略する。なお、アシストガス通路
１９は最適圧酸化性気体源７３に連結され、プリフロー
Ｔ１の段階からアシストガス切換弁４３、および、アシ
スト流量調整弁４２を介して所定の適量が流れている。

【００４０】なお、上記の第２実施例では、高圧酸化性
気体源７２および最適圧酸化性気体源７３を配設した
が、図１に示すように、電磁調圧弁８０を配設して高圧
酸化性気体と最適圧酸化性気体とを調整するようにして
も良い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマガスの回路に切り替える制御機能を設け、電極
とノズルの間にパイロットアークを発生する段階では非
酸化性気体でプラズマガス回路中を満たして電極の酸化
の防止を図り、また、メインアークの発生の段階ではプ
ラズマガスの回路を酸化性気体の回路に接続するととも
に、非酸化性気体を素早く追い出すことを行うため良好
な切断品質が得られる。また、メインアーク生成終了の
段階では、プラズマガスの回路に再び非酸化性気体の回
路を接続し、プラズマ電源への電流指令値を所定の変化
率で変化させて回路中に残っている酸化性気体を素早く
追い出してプラズマガスを非酸化性気体のみに置換して
いるので電極のプラズマアーク放出部の溶解物の再凝固
が非酸化性気体中で行われるので、電極のプラズマアー
ク放出部の酸化物の生成が防止され、ひび割れを防止で
きる。さらに、シーケンスと平行して行われるアシスト
ガスの噴出によって、被切断材料からの吹き上がりがノ
ズルに付着することも防止できるのでノズルの有効寿命
を伸ばせるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ切断装置の第１実施例の説明
のための概略図を示す。

【図２】本発明のプラズマトーチの断面図とプラズマ電
源および制御装置との接続を説明のための概略図を示
す。

【図３】本発明のプラズマ切断装置の第１実施例のガス
流れおよび電流のタイムチャート図である。

【図４】本発明のプラズマ切断装置の電流指令値のタイ
ムチャート図である。

【図５】被切断材の切断軌跡と切断するガスの種類の一
例を説明する図である。

【図６】本発明のプラズマ切断装置の第２実施例の説明
のための概略図を示す。

【図７】本発明のプラズマ切断装置の第２実施例のガス
流れおよび電流のタイムチャート図である。

【図８】プラズマガス圧力を一定にしてプラズマ切断を
行ったときのプラズマ電流とプラズマガス流量との関係
を示す図である。

【図９】従来のプラズマ切断装置のガス流れおよびアー
ク電流のタイムチャート図である。

【符号の説明】

１ プラズマ切断装置、 ３ 被切断材料、 １０
プラズマトーチ、１１ 電極、 １３ プラズマガス
通路、 １５ ノズル、１９ アシストガス通路、 ３
０、７０ プラズマガス供給装置、３１ 非酸化性気体
源、 ３２ 酸化性気体源、３３ 非酸化性気体流量調
整弁、 ３４ 酸化性気体流量調整弁、３５、７５ プ
ラズマガス切換弁、 ４０ アシストガス供給装置、４
２ アシストガス流量調整弁、 ５０ プラズマ電源、
５４ パイロットアーク電流検出器、 ５５ メインア
ーク電流検出器、６０ 制御装置、 ７２ 高圧酸化性
気体源、 ７３ 最適圧酸化性気体源、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 秀往 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 (72)発明者 長谷川 雅彦 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極と被切断材料との間にプラズマアー
   クを発生し、被切断材料を切断するプラズマ切断装置に
   おいて、切断の工程を プリフローの工程と、 電極とノズルの間にパイロットアークを生成する工
   程と、 電極と被切断材料との間にメインアークを生成開始
   する工程と、 連続して、電極と被切断材料との間にメインアーク
   を生成し、被切断材料を切断する工程と、 電極と被切断材料との間にメインアークの生成を終
   了する工程と、 アフターフローの工程と、 の漸次の工程からなり、各工程に応じて少なくともプラ
   ズマガスあるいはプラズマ電流値のいずれかを自動で切
   り換えることを特徴とするプラズマ切断装置の制御方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプラズマ切断装置の制御
   方法において、プリフローの工程と、電極とノズルの間
   にパイロットアークを生成する工程と、電極と被切断材
   料との間にメインアークの生成を終了する工程と、およ
   びアフターフローの工程には非酸化性気体を、電極と被
   切断材料との間にメインアークを生成開始する工程、お
   よび連続して、電極と被切断材料との間にメインアーク
   を生成し、被切断材料を切断する工程には酸化性気体を
   プラズマガスとして用いることを特徴とするプラズマ切
   断装置の制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプラズマ切断装置の制御
   方法において、プリフローの工程と、電極とノズルの間
   にパイロットアークを生成する工程と、電極と被切断材
   料との間にメインアークの生成を終了する工程と、およ
   びアフターフローの工程には非酸化性気体を、電極と被
   切断材料との間にメインアークを生成開始する工程には
   切断に適切な所定の圧力より高圧の酸化性気体を、ま
   た、連続して電極と被切断材料との間にメインアークを
   生成し、被切断材料を切断する工程には切断に適切な所
   定の圧力の酸化性気体をプラズマガスとして用いること
   を特徴とするプラズマ切断装置の制御方法。
4. 【請求項４】 請求項２あるいは３記載のプラズマ切断
   装置の制御方法において、非酸化性気体として、窒素、
   アルゴン、あるいは、二酸化炭素のいずれかを、酸化性
   気体として、酸素、あるいは空気のいずれかを用いるプ
   ラズマ切断装置の制御方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のプ
   ラズマ切断装置の制御方法において、プラズマ電源への
   電流指令値として、 パイロットアークを生成する工程時の電流指令値Ｉ
   ｐと、 メインアークを生成開始する工程時の電流指令値Ｉ
   ｍと、 電極と被切断材料との間にメインアークの生成を終
   了する工程が終了し、アークが消弧するときの電流指令
   値Ｉｅと、を設定し、漸次の各工程に応じた電流値を自
   動で切り換えるとともに、電流指令値Ｉｐから電流指令
   値Ｉｍ、および、電流指令値Ｉｍから電流指令値Ｉｅへ
   の切り換え時にそれぞれ所定の変化率で切り換えるプラ
   ズマ切断装置の制御方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のプラズマ切断装置の制御
   方法において、電極とノズルの間にパイロットアークを
   生成する工程に移行すると同時に電源への電流指令値Ｉ
   ｐとし、電極と被切断材料との間にメインアークを生成
   開始する工程へ移行し、メインアーク検出信号と同時に
   電流指令値Ｉｍへ切り換え、電極と被切断材料との間に
   メインアークの生成を終了する工程へ移行すると同時に
   電流指令値をＩｅへ切り換え、電流指令値Ｉｐから電流
   指令値Ｉｍ、および、電流指令値Ｉｍから電流指令値Ｉ
   ｅへの切り換え時にそれぞれ所定の変化率で切り換える
   プラズマ切断装置の制御方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載のプ
   ラズマ切断装置の制御方法において、プラズマトーチの
   外側に設けたアシストガス噴出口より、酸化性気体を噴
   出させるプラズマ切断装置の制御方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載のプラズマ切断装置の制御
   方法において、酸化性気体として、酸素、あるいは空気
   のいずれかを用いるプラズマ切断装置の制御方法。
9. 【請求項９】 電極と被切断材料との間にプラズマアー
   クを発生し、被切断材料を切断するプラズマ切断装置に
   おいて、切断工程が、切断開始点（Ａａ）からワーク品
   ３ａの外周の切断開始点（Ｂａ）までには、パイロット
   アーク生成からメインアーク連続が行われるとともに、
   パイロットアーク生成時には非酸化性気体を、かつ、メ
   インアーク生成あるいはメインアーク連続には酸化性気
   体を用い、さらに、外周切断終了点（Ｂｂ）から切断終
   了点（Ｃｂ）までの間に酸化性気体から非酸化性気体に
   切り替えて消弧することを特徴とするプラズマ切断装置
   の制御方法。