JPH08200634A - ガス加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明に係るガス加工装置は、異なる加工条
件に対応する最適なガスの流量を予め設定し、前記ガス
の流量を設定した一定量に自動調整することにより、特
殊な技術を必要としなくても適切なガス加工をすること
が出来、かつ、ガス流量の異常変化に対応して異常を検
知して警告すると共に、ガスの流通を停止させることを
可能にすることを目的としている。 【構成】 酸素ガス通路５，可燃性ガス通路６の途中に
前記夫々のガス流量を自動制御するマスフローコントロ
ーラー７，８を備えると共に、異なる加工条件に対応し
て前記マスフローコントローラー７，８を制御するコン
トロールボックス９と、前記コントロールボックス９に
接続した警告手段29を備え、マスフローコントローラー
７，８によってガスの流量異常を検出すると、警告手段
29によって警告すると共に、前記酸素ガス通路５，可燃
性ガス通路６を遮断することが出来るガス加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス加工装置に係り、特
に種々の加工条件に対応して予め設定されたガスの流量
を自動制御すると共に、前記ガスの流量に異常な変化が
発生した場合には、異常を検知し得るガス加工装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス加工装置では、自動制御されるガス
トーチや手持ちのガストーチに対して、プロパンガス，
アセチレンガス，ブタンガス，メタンガス，プロピレン
ガス，エチレンガス等の可燃性ガスと、酸素ガス，空気
等の支燃性ガスとを、夫々のガス通路を介してトーチの
先端に装着した火口に供給し、火炎を形成するように構
成している。

【０００３】前記夫々のガス通路途中には、ガスの流量
を調整するための手動バルブ等で構成した流量調整器が
夫々取り付けてあり、前記流量調整器を熟練作業者の経
験と感とによって微調整することで火口に形成した火炎
を個々の加工条件に対応させて適正に調整している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来のガス加工装置では、例えばガス切断を行う際に、
切断する被切断材の板厚や材質、および被切断材の表面
処理等の加工条件の違いにより、火炎や切断酸素の圧力
が微妙に異なること、また、可燃性ガスと酸素ガスを混
合して使用するため、安全性の確保が必要なことから火
炎を形成するガス流量の調整は熟練の技術を必要とする
といった問題がある。

【０００５】また、従来のガス加工装置では、加工中に
火口の先端にスパッタ等が付着してガス流出径が小さく
なったり、点火ミスや失火、或いは逆火等の異常を検知
する機構を備えていないのが一般で、これ等の異常は専
ら作業者の目視判断にたよっているといった問題があ
る。

【０００６】本発明に係るガス加工装置は、異なる加工
条件に対応して最適なガスの流量を予め設定し、前記ガ
スの流量を設定した一定量に制御して火炎を自動調整す
ることにより特殊な技術を必要としなくても適切なガス
加工をすることが出来、かつ、ガス流量の異常変化に対
応して異常を検知して警告すると共にガスの流通を停止
させることを可能にするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガス加工装
置は、トーチに装着したノズルからガスを噴射して被加
工材を加工するガス加工装置において、トーチ本体に接
続してガスを流通させるガス通路を有し、前記ガス通路
の途中に該通路を流通するガスの流量を検知して該ガス
の流量を設定するマスフローコントローラーと、ガスの
流量が加工条件に対応して予め設定された流量になるよ
うに前記マスフローコントローラーを制御するコントロ
ールボックスと、を備えたことを特徴としたガス加工装
置である。

【０００８】

【作用】本発明に係るガス加工装置は、上述の如く構成
したので、異なる加工条件に対応してコントロールボッ
クスを操作し、可燃性ガスおよび支燃性ガス等のガスの
流量をマスフローコントローラーによって予め設定した
一定流量に自動制御することが出来る。また、マスフロ
ーコントローラーの比較演算部にガスの流量異常に対応
する所定の限界範囲電圧を設けることによって、ガスの
流量変化に対応する検出電圧の変動が前記限界範囲内で
生じた場合には、前記ガスの流通を保持し、前記限界範
囲を超えた場合には前記ガスの流通を停止させると共
に、警告手段によって異常を警告することが出来る。

【０００９】

【実施例】本発明に係るガス加工装置の一例として、ガ
ス切断装置の一実施例を図を用いて具体的に説明する。
図１は本発明のガス切断装置の構成を示すブロック説明
図、図２はマスフローコントローラーの構成を示すブロ
ック説明図、図３はマスフローコントローラーのブリッ
ジ回路を示す回路説明図、図４は基準電圧Ｖｓ，検出電
圧Ｖｄ，限界範囲電圧Ｖｒの関係を示す図である。説明
の順序として、先ず本発明のガス切断装置の全体構成を
説明した後、マスフローコントローラーおよびコントロ
ールボックスの構成を説明し、ガス切断装置の動作説明
を行う。

【００１０】｛ガス切断装置の全体構成｝図１におい
て、１はトーチ本体、２はトーチ本体１の先端に装着さ
れる火口、３は酸素ガスボンベ、４は可燃性ガスボン
ベ、５は酸素ガス通路、６は可燃性ガス通路、７，８は
前記酸素ガス通路５，可燃性ガス通路６の夫々に設けた
酸素ガス用および可燃性ガス用マスフローコントローラ
ー、９はマスフローコントローラー７，８を制御するコ
ントロールボックスである。

【００１１】本実施例では、支燃性ガスとして酸素ガス
を用いて説明するが、他の支燃性ガスとして空気等を用
いても良い。また、前記可燃性ガスとしては、プロパン
ガス，アセチレンガス，ブタンガス，メタンガス，プロ
ピレンガス，エチレンガス等を用いることが出来る。

【００１２】前記酸素ガスボンベ３，可燃性ガスボンベ
４からトーチ本体１までの酸素ガス通路５，可燃性ガス
通路６上においては、上流側から夫々酸素ガス流量調整
器10，可燃性ガス流量調整器11、酸素ガス圧力計12，可
燃性ガス圧力計13、酸素ガス流量計14，可燃性ガス流量
計15、酸素ガス電磁弁16，可燃性ガス電磁弁17、酸素ガ
ス用マスフローコントローラー７，可燃性ガス用マスフ
ローコントローラー８が接続されている。また、トーチ
本体１内部には酸素ガス流量調整バルブ18，可燃性ガス
流量調整バルブ19が夫々装置されている。

【００１３】従って、所定の圧力に設定した酸素ガスを
収容する酸素ガスボンベ３から酸素ガス通路５に所定流
量の酸素ガスを流通させる場合には、酸素ガス流量調整
器10，酸素ガス電磁弁16，酸素ガス流量調整バルブ18を
夫々開放して酸素ガス用マスフローコントローラー７に
よって酸素ガスの流量を制御することでトーチ本体１の
先端に設けた火口２から所定流量の酸素ガスを噴出させ
ることが出来る。

【００１４】同様に所定の圧力に設定した可燃性ガスを
収容する可燃性ガスボンベ４から可燃性ガス通路６に所
定流量の可燃性ガスを流通させる場合には、可燃性ガス
流量調整器11，可燃性ガス電磁弁17，可燃性ガス流量調
整バルブ19を夫々開放して可燃性ガス用マスフローコン
トローラー８によって可燃性ガスの流量を制御すること
で前記火口２から所定流量の可燃性ガスを噴出させるこ
とが出来る。

【００１５】ここで、上記ガス切断装置で、切断酸素ガ
スと予熱酸素ガスとの流通経路を独立して設ける場合に
は、酸素ガス通路５と同様なガス通路を更に増設して、
切断酸素ガス通路，予熱酸素ガス通路とし、夫々のマス
フローコントローラーをコントロールボックス９に接続
すれば良い。本実施例では、酸素ガス通路５，可燃性ガ
ス通路６の２通路を用いて説明する。

【００１６】｛マスフローコントローラーおよびコント
ロールボックスの構成｝次に、前記マスフローコントロ
ーラーの構成説明を行う。ここでは、可燃性ガス用マス
フローコントローラー８について説明するが、酸素ガス
用マスフローコントローラー７も同様な構成を有する。
図１に示すようにマスフローコントローラー８は、可燃
性ガス通路６の可燃性ガス電磁弁17とトーチ本体１との
間に接続されていて、その構成は、図２に示すように、
毛細管20，自己加熱型抵抗体21，22等で構成した流量検
出部やバイパス流路23，流量調整部28およびブリッジ回
路24，増幅回路25，比較演算部26等の電子回路部等を有
している。

【００１７】流量検出部はステンレス等の熱の良導体で
構成した金属製の毛細管20の外周に２本の自己加熱型抵
抗体21，22が巻かれた構造になっており、前記抵抗体2
1，22はブリッジ回路24に接続されている。またバイパ
ス流路23は複数の細管を並列に形成した層流素子等で構
成され、広範囲な測定流量範囲全域に亘ってバイパス流
路23と毛細管20のガス分流比が一定になるように構成し
てある。そして全体の流量はこの分流比によって決定さ
れる。

【００１８】ブリッジ回路24の回路構成としては、例え
ば図３に示すように、自己加熱型抵抗体21，22と、二つ
の抵抗値の等しい平衡用抵抗Ｒを直列に接続してブリッ
ジ回路を構成したものである。Ｅは直流電源、Ｈは安定
用および前記抵抗体21，22を加熱する加熱電流制御用可
変抵抗である。この回路では自己加熱型抵抗体21，22に
流れる電流が同一なので、該抵抗体21，22の抵抗−温度
特性が同じものであれば抵抗体21，22を同温度に設定で
きる。

【００１９】ここで、図２に示す毛細管20の中をガスが
流れ、同温度に熱せられた自己加熱型抵抗体21，22が対
向する部分をガスが通過すると、両者に温度差が生じる
ことで抵抗値に差が生じ、図３に示すブリッジ回路24の
バランスが崩れて端子ｔ１，ｔ２間に差電圧ΔＶが生じ
る。前記差電圧ΔＶはガスの質量流量に比例しており、
前記差電圧ΔＶを継続的に測定することによって、毛細
管20内を流れるガスの質量流量の移動量を測定すること
が出来るものである。

【００２０】ブリッジ回路24には、増幅回路25が接続さ
れていて前記ブリッジ回路24からの出力信号を所定の増
幅度で増幅する。増幅回路25からは毛細管20を通過する
ガスの流量に対応した検出電圧Ｖｄ（例えば直流０Ｖ〜
５Ｖ程度）を出力するように構成されていて、比較演算
部26に伝達される。また、前記比較演算部26にはコント
ロールボックス９が接続されていて、前記コントロール
ボックス９からは、所定の加工条件に最適なガスの流量
に対応して設定した基準電圧Ｖｓ（例えば直流０．１Ｖ
〜５Ｖ程度）が比較演算部26に伝達される。ここで前記
電圧値の設定例として、例えば前記検出電圧Ｖｄ，基準
電圧Ｖｓにおける０．１Ｖをガスの流量毎分100 リット
ルに対応させ、０．５Ｖを毎分500 リットルに対応させ
て設定することが出来る。

【００２１】前記比較演算部26は増幅回路25から出力し
た検出電圧Ｖｄとコントロールボックス９から出力した
基準電圧Ｖｓとを比較演算して流量制御部27に流量制御
情報を伝達する。そして、該流量制御部27は前記流量制
御情報を基に流量調整部28を制御してガス通路６を流通
するガスの流量を制御し、基準電圧Ｖｓに対応する流量
のガスがガス通路６を流通するようにするものである。
前記流量調整部28は電磁弁等で構成され、高速応答が可
能なようになっている。

【００２２】また、前記比較演算部26にはガスの流量異
常に対応する所定の限界範囲電圧Ｖｒを設けてあり、前
記検出電圧Ｖｄが前記限界範囲電圧Ｖｒの限界を超えた
時、比較演算部26はコントロールボックス９に異常信号
ａを伝達する。そしてコントロールボックス９は前記異
常信号ａに対応して、図１に示す酸素ガス電磁弁16，可
燃性ガス電磁弁17或いはマスフローコントローラー７，
８の流量調整部28等によってガス通路５，６を遮断する
と共に、警告手段29によって異常発生の警告（例えば、
異常発生の表示、ブザーやサイレン等の警告音）を行う
ようになっている。また、コントロールボックス９は図
示しない制御部に停止信号を伝達して必要に応じて装置
全体を停止させることが出来るようになっている。

【００２３】前記限界範囲電圧Ｖｒは、例えば、火口の
先端にスパッタ等が付着した場合にはガス流出径が小さ
くなり、ガス流量が減少するが、この減少した時の流量
に対応する検出電圧Ｖｄを、図４に示す限界範囲電圧Ｖ
r1として予め設定しておくことで、検出電圧Ｖｄが限界
範囲電圧Ｖr1の範囲を超えて、図４の限界範囲電圧Ｖr1
よりも下降した場合には、火口の先端にスパッタ等が付
着したことを異常状態として検知することが出来る。

【００２４】また、正常な火炎を形成している時には火
炎による背圧により、常時、ガス流量が所定量減少する
が、この減少した時の流量に対応する検出電圧Ｖｄを、
図４に示す限界範囲電圧Ｖr2として予め設定しておくこ
とで、点火ミスや失火した場合には、前記背圧が生じな
いことによってガス流量が増加し、検出電圧Ｖｄが限界
範囲電圧Ｖr2を超えて、図４の限界範囲電圧Ｖr2よりも
上昇した場合には、点火ミスや失火したことを異常状態
として検知することが出来る。

【００２５】また、逆火を起こした場合には、逆火火炎
による逆圧が発生し、ガス流量が減少するが、この減少
した時の流量に対応する検出電圧Ｖｄを、図４に示す限
界範囲電圧Ｖr3として予め設定しておくことで、検出電
圧Ｖｄが限界範囲電圧Ｖr3の範囲を超えて、図４の限界
範囲電圧Ｖr3よりも下降した場合には、逆火したことを
異常状態として検知することが出来る。

【００２６】そして、上記のような異常が発生した場合
には、比較演算部26からコントロールボックス９に夫々
の異常信号ａを伝達して、ガスを停止させると共に、警
告手段29によって火口の先端にスパッタ等が付着したこ
と，点火ミス，失火，逆火等の警告をすることが出来
る。

【００２７】また、前記コントロールボックス９は、例
えば切断する被切断材の板厚，材質および被切断材の表
面処理等の種々の加工条件の違いに対応して、所定の加
工条件を選択的に入力するための入力部を有していて、
例えば火炎の種類，番号等を入力することによって、個
々の加工条件に最適な酸素ガスおよび可燃性ガスの夫々
のガス流量を基準電圧Ｖｓに置き換えて比較演算部26に
出力するようになっている。

【００２８】また、前記コントロールボックス９には必
要に応じて他の複数のマスフローコントローラーを接続
して、複数のガス通路を制御することが出来る。また、
装置全体を制御する制御部に接続して所定の制御を行う
ことが出来る。特に、逆火等が発生した場合には上流の
弁を閉じて継続的逆火や二次災害を防止することが出来
る。

【００２９】従って、上述のように構成したガス切断装
置において、個々の加工条件に対応してコントロールボ
ックス９を操作し、前記マスフローコントローラー７，
８によって酸素ガスおよび可燃性ガスの流量を適度に調
整し、火口２に火炎を形成することで、所望のガス切断
を行うことが出来る。

【００３０】｛動作説明｝上述のように構成したガス切
断装置を用いてトーチ本体１に供給する酸素ガスおよび
可燃性ガスの流量を自動制御すると共に、前記夫々のガ
スの流量変化に異常が発生した場合には、異常を検出し
て警告すると共に、ガスの流通を停止させる動作の説明
を行う。

【００３１】図１で、先ず、加工条件に対応して被切断
材の板厚，材質の種類，表面処理等の加工情報をコント
ロールボックス９に入力すると、コントロールボックス
９から前記加工条件に最適な酸素ガスの流量に対応する
基準電圧Ｖso、および可燃性ガスの流量に対応する基準
電圧Ｖsfが酸素ガス用マスフローコントローラー７，可
燃性ガス用マスフローコントローラー８に夫々伝達され
る。

【００３２】そして図２に示すように、マスフローコン
トローラー７，８の夫々の比較演算部26が、前記基準電
圧Ｖso，Ｖsfに対応する所定の流量情報を夫々の流量制
御部27に伝達し、該流量制御部27が夫々の流量調整部28
を制御して、酸素ガス通路５内を流通する酸素ガスの流
量、および可燃性ガス通路６内を流通する可燃性ガスの
流量を調整する。

【００３３】そして、マスフローコントローラー７，８
の夫々の流量検出部によって現在の流量が検出され、夫
々のブリッジ回路24，増幅回路25を経て酸素ガスの流量
に対応する検出電圧Ｖdo、および可燃性ガスの流量に対
応する検出電圧Ｖdfが夫々の前記比較演算部26に伝達さ
れる。

【００３４】前記夫々の比較演算部26では、酸素ガス系
では前記基準電圧Ｖsoと検出電圧Ｖdoとを比較して基準
電圧Ｖsoに近づけるようにマスフローコントローラー７
の流量制御部27に対して流量情報を伝達し、前記流量制
御部27が流量調整部28を制御して、基準電圧Ｖsoに対応
する酸素ガスの流量を流通させる。

【００３５】同様に、可燃性ガス系では前記基準電圧Ｖ
sfと検出電圧Ｖdfとを比較して基準電圧Ｖsfに近づける
ようにマスフローコントローラー８の流量制御部27に対
して流量情報を伝達し、前記流量制御部27が流量調整部
28を制御して、基準電圧Ｖsfに対応する可燃性ガスの流
量を流通させる。

【００３６】このようにして、酸素ガスの流量および可
燃性ガスの流量を、異なる加工条件に対応する最適な流
量に自動制御することで、特殊な技術を必要としなくて
も良好な加工が出来る。

【００３７】前記マスフローコントローラー７，８の夫
々の比較演算部26には、複数の限界範囲電圧Ｖro，Ｖrf
が夫々設定してあり、検出電圧Ｖdoおよび／または検出
電圧Ｖdfが前記限界範囲電圧Ｖro，Ｖrfを超えた場合に
は夫々の比較演算部26から異常信号aoおよび／または異
常信号afをコントロールボックス９に伝達する。

【００３８】そして、前記コントロールボックス９は前
記異常信号ao，afに対応して警告手段29により所定の警
告を行うと共に、酸素ガス電磁弁16，可燃性ガス電磁弁
17，或いはマスフローコントローラー７，８の流量調整
部28を遮断して夫々のガスの流通を停止させ、必要に応
じてガス切断装置を停止させる。

【００３９】前記限界範囲電圧Ｖro，Ｖrfを上述したよ
うに、火口の先端にスパッタ等が付着した場合や点火ミ
ス，失火，逆火等の場合に対応させて、設定しておくこ
とで、警告手段29が『火口の先端にスパッタ付着』，
『点火ミス』，『失火』，『逆火』等の表示を行った
り、異なる音色の警報ブザーやサイレンを鳴らすこと
で、作業者に異常の発生とその原因を知らせることが出
来る。

【００４０】本実施例ではガス切断装置を用いて説明し
たが、切断以外のスカーフング，ガウジング，溶接，加
熱，焼き入れ、ピアシング，開先切断等のガス加工装
置、及び供給されたガスをプラズマ化して噴射するプラ
ズマ加工装置に適用することが出来るものである。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係るガス加工装置は、上述の如
き構成と作用とを有するので、種々の異なる加工条件に
対応させて支燃性ガスおよび可燃性ガスの流量を個々の
加工条件に最適な一定量に制御して自動調整することが
出来るので、特殊な技術を必要としなくてもガス加工を
適切に行うことが出来る。

【００４２】また、支燃性ガスおよび／または可燃性ガ
スの流量の異常変化に対応して異常を検知して警告する
と共に、ガスの流通を停止させることが出来るので、作
業者の目視判断にたよることなく確実に異常を検知して
異常原因を警告し、更に自動的に安全性の確保が出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス切断装置の構成を示すブロック説
明図である。

【図２】マスフローコントローラーの構成を示すブロッ
ク説明図である。

【図３】マスフローコントローラーのブリッジ回路を示
す回路説明図である。

【図４】基準電圧Ｖｓ，検出電圧Ｖｄ，限界範囲電圧Ｖ
ｒの関係を示す図である。

【符号の説明】

１…トーチ本体、２…火口、３…酸素ガスボンベ、４…
可燃性ガスボンベ、５…酸素ガス通路、６…可燃性ガス
通路、７…酸素ガス用マスフローコントローラー、８…
可燃性ガス用マスフローコントローラー、９…コントロ
ールボックス、10…酸素ガス流量調整器、11…可燃性ガ
ス流量調整器、12…酸素ガス圧力計、13…可燃性ガス圧
力計、14…酸素ガス流量計、15…可燃性ガス流量計、16
…酸素ガス電磁弁、17…可燃性ガス電磁弁、18…酸素ガ
ス流量調整バルブ、19…可燃性ガス流量調整バルブ、20
…毛細管、21，22…自己加熱型抵抗体、23…バイパス流
路、24…ブリッジ回路、25…増幅回路、26…比較演算
部、27…流量制御部、28…流量調整部、29…警告手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーチに装着したノズルからガスを噴射
   して被加工材を加工するガス加工装置において、トーチ
   本体に接続してガスを流通させるガス通路を有し、前記
   ガス通路の途中に該通路を流通するガスの流量を検知し
   て該ガスの流量を設定するマスフローコントローラー
   と、ガスの流量が加工条件に対応して予め設定された流
   量になるように前記マスフローコントローラーを制御す
   るコントロールボックスと、を備えたことを特徴とした
   ガス加工装置。