JPH08294779A - プラズマトーチのノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノズルをキャップによって覆うことで加工に伴
って発生するスパッタがノズルに溶着することを防止す
る。スパッタがキャップに損傷を与えたとき最小単位の
部品を交換することでコストを低減させる。 【構成】電極３と被加工材の間で放電して形成したプラ
ズマアークをノズル７に形成したオリフィス７ａから噴
射して加工する際に、ノズル７に形成されたオリフィス
７ａと対向して該オリフィス７ａよりも僅かに大きい穴
８ａが形成され且つノズル７の先端筒上部７ｂ及びテー
パー部７ｅに密着して配置されるカバー部材８をキャッ
プ体１２により着脱自在にカセットＡに固着する。カバ
ー部材８の少なくともノズルとの接触面又はノズル７の
カバー部材８との接触面にセラミックと４フッ化エチレ
ン樹脂を重ねてコーティングした絶縁処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャップによってノズ
ルを覆うことで該ノズルにスパッタが付着することを防
止し、且つキャップにスパッタが付着したとき最少単位
の部品、カバー部材を交換し得るように構成したプラズ
マトーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被加工材を切断或いは溶接するプラズマ
トーチでは、電極にマイナス電位を付与すると共にノズ
ルにプラス電位を付与して両者の間で放電させることで
パイロットアークを形成してノズルのオリフィスから外
部に噴射し、その後、被加工材にプラス電位を付与して
電極との間で放電させることで加工に寄与するプラズマ
アークを形成している。

【０００３】一般的なプラズマトーチ、例えば図３のプ
ラズマトーチ先端部分に示した如く、電極に対向してプ
ラズマアークを通過させるオリフィスを形成したノズル
が配置されており、該ノズルをキャップによってトーチ
本体に取り付けると共にトーチ本体とキャップとで構成
される空間に冷却水を流通させるように構成されてい
る。このようなプラズマトーチでは、ノズルの先端は被
加工材に対向して配置され且つ外部に露出している。

【０００４】最近のプラズマトーチ、特に被加工材を切
断するためのプラズマトーチにあっては、プラズマアー
クの周囲に二次ガス流を形成し得るように構成したもの
が主流である。このプラズマトーチは、電極に対向して
プラズマアークを通過させる第１のオリフィスを形成し
た第１のノズルと、該第１のノズルの外側にプラズマア
ークと二次ガスを通過させる第２のオリフィスを形成し
た第２のノズルを備えて構成されている。

【０００５】上記の如きプラズマトーチ、例えば、特注
平２−５０４６０３号公報に開示された技術では、ノズ
ルオリフィスを有するノズルと出口オリフィスを有する
シールドを備え、前記シールドは被加工材に対向して露
出した状態で配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラズマトーチ
を用いて被加工材に対し溶接或いは切断等の加工を実施
した場合、加工に伴って溶融した金属や酸化生成物から
なるスパッタが発生して飛散する。ノズルは導電性を有
する金属によって形成されるため、飛散したスパッタの
一部がノズルの露出部分に溶着して損傷を与える。また
加工時間の増加に伴ってノズルに溶着するスパッタが増
加した場合、溶着したスパッタが被加工材と接触してノ
ズルが被加工材と同電位となってダブルアークが発生
し、ノズルが急激に溶損して加工が中断することがあ
る。このため、ノズルの露出部分を清掃したり或いはノ
ズルを定期的に交換しなければならないという問題があ
る。

【０００７】上記特表平２−５０４６０３号公報に開示
された技術では、ノズルとシールドを電気的に絶縁する
ことによってダブルアークを防止し得るように構成して
いるが、この技術であってもシールドに対するスパッタ
の溶着或いは付着を防止することは出来ず、加工時間の
増加に伴ってシールドを交換することが必要となる。

【０００８】ノズルは、オリフィスの寸法や形成位置及
び外径寸法等が高い精度を持って加工されることが要求
される。このため、必然的に高価になり、交換頻度が多
いと加工コストが上昇するという問題が生じる。

【０００９】本発明の目的は、ノズルをキャップによっ
て覆うことで加工に伴って発生するスパッタがノズルに
溶着することを防止すると共に、スパッタがキャップに
損傷を与えたとき最少単位の部品カバー部材を交換する
ことでコストを低減させることが出来るプラズマトーチ
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るプラズマトーチは、電極と被加工材の間
で放電して形成したプラズマアークをノズルに形成した
オリフィスから被加工材に向けて噴射して加工するプラ
ズマトーチに於いて、ノズルに形成されたオリフィスと
対向して該オリフィスよりも僅かに大きい穴が形成され
且つノズルの先端部にカバー部材を設定してトーチ本体
に固着されるキャップを設けたものである。

【００１１】上記プラズマトーチに於いて、キャップが
金属材料を用いて形成され前記ノズルに対応して設定さ
れるカバー部材と、前記カバー部材を着脱可能に取り付
けるキャップ本体とによって構成することが好ましい。

【００１２】カバー部材をノズルの電位から絶線するこ
とが好ましく、この為カバー部材自体をセラミック材で
形成するか、又は金属材料で形成されたカバー部材は少
なくともノズルとの接触面又はノズルのカバー部村との
接触面に絶縁処理を施す。前記絶縁処理はセラミックと
４フッ化エチレン樹脂を重ねてコーティングしたもので
あることが望ましい。

【００１３】

【作用】上記プラズマトーチでは、ノズルに形成された
オリフィスに対向して設定した該オリフィスよりも僅か
に大きい穴を形成したカバー部材を用い、該カバー部材
をノズルの先端部に密着させ、該密着せしめたカバー部
材をキャップ体によりトーチ本体に固着したので、キャ
ップによってノズルの略全体を覆うことが出来る。この
ため、加工に伴って発生したスパッタがノズルに溶着す
る虞がなく、ノズルに損傷を与えることがない。

【００１４】また加工部位から飛散したスパッタは大気
によって急速に冷却されるため、遠距離に飛散したスパ
ッタが比較的溶融温度の低い金属に付着しても、該金属
を溶解させることなく、単に付着するのに止まる。この
ようなスパッタは清掃することによって容易に付着部分
から剥離し、付着した金属部分を損傷することがない。

【００１５】従って、金属材料を用いて形成され前記ノ
ズルに対応して設定されるカバー部材と、該カバー部材
を着脱可能に取り付けるキャップ体とによってキャップ
を構成することで、スパッタによる被損傷部位をカバー
部材に止めることが可能である。そしてカバー部材の損
傷が成長したとき、該カバー部材のみを交換すること
で、損傷に伴う交換部品を最少単位とすることが出来
る。このため、交換部品のコストを含む加工に要するコ
ストを可及的に低減することが出来る。

【００１６】またカバー部材をセラミック形成するか又
はノズルとの接触面又は全面に絶縁処理を施すと共に、
例えばキャップ本体とトーチ本体との間に絶縁スリーブ
を介在させることで、或いはキャップ体のカバー部材と
の接触面にも絶縁処理を施すことでカバー部材とノズル
を電気的に絶縁することが出来る。このため、カバー部
材が直接或いは間接的に被加工材と接触しても、ノズル
が被加工材と同電位になることがなく、ダブルアークの
発生を防止することが出来る。

【００１７】また上記絶縁処理をセラミックと４フッ化
エチレン樹脂とを重ねた複合コーティングとすることに
よって、コーティング層の表面を平滑にすることが出
来、カバー部材とノズルを良好な状態で密着させること
が出来る。また絶縁処理面にスパッタが付着した場合で
あっても、スパッタによる熱衝撃を緩和してセラミック
層が剥離することがない。

【００１８】以下、上記プラズマトーチの実施例につい
て図により説明する。図１は本発明のプラズマトーチの
先端部分の構成を説明する図である。図２はノズルとカ
バー部材の構成を説明する断面図である。図３一般的な
プラズマトーチの先端部分の構成を説明する図である。

【００１９】本発明に係るプラズマトーチは、ノズルを
キャップによって覆うことでノズルに対するスパッタの
密着を防止すると共に、スパッタによる被損傷部位を限
定して最小単位の部品を交換し得るように構成すること
で加工コストを可及的に低減させるように構成したもの
である。

【００２０】プラズマトーチの先端部の具体的な構成に
ついて説明する。図１に於いて、取付パイプ１は図示し
ない電極台、分配部材を経て電源の陰極と接続されて
る。

【００２１】導電性を有する取付パイプ１の内部に配置
された冷却パイプ２が固着されてる。そして取付パイプ
１の先端に電極３を取り付けたとき、該パイプ１の内部
に冷却水の通路４が形成される。

【００２２】取付パイプ１の外周と所定距離離隔して絶
縁性を有する絶縁パイプ５が配置されている。この絶縁
パイプ５は一端が図示されてない電極台と水路部材とに
よって構成されたリング状の溝に嵌合し、他端が器頭６
の内周に形成された段部６ａと係合することでカセット
Ａに一体的に取り付けられている。また絶縁パイプ５と
取付パイプ１との間に形成された空間はプラズマガス通
路１３としての機能を有する。

【００２３】器頭６は、ノズル７及びキャップＢを取り
付けると共にこれ等の部材をトーチ本体に取り付ける機
能を有するものである。

【００２４】カセットＡを構成する取付パイプ１の先端
にはネジ１ａが形成されている。ネジ１ａには中心に電
極３ａを埋設した電極３が着脱可能に装着されている。

【００２５】ノズル７の内側は全体がロート状に形成さ
れており、プラズマアーク及びプラズマガス気流を通過
させるオリフィス７ａを形成し、外周面には胴部７ｂ、
シール部７ｃ、筒状部７ｄ、テーパ部７ｅが形成されて
いる。シール部７ｃにはＯリング溝９が形成されてお
り、また筒状部７ｄの基部にノズル段部１０が形成され
ている。胴部７ｂは器頭６に形成された嵌合孔６ｂに嵌
合される。この為、胴部７ｂと嵌合部６ｂは所定の嵌め
合い公差を持って形成されている。

【００２６】またノズル７の筒状部７ｄにはノズルオリ
フィス７ａよりもわずか大きい開口８ａを持ち、かつノ
ズル７の電位から絶縁されたカバー部材８がノズル７の
筒状部７ｄに嵌合される。

【００２７】図２の（ａ）はノズル７の先端筒状部７ｄ
にＯリング溝をかいしてノズル７の電位から絶縁された
カバー部材８が嵌合されたものである。

【００２８】図２の（ｂ）はノズル７の先端筒状部７ｄ
に螺子を切り、ノズル電位から絶縁されたカバー部材８
が螺子により螺合密着したものである。

【００２９】図２の（ｃ）はノズル７の筒状部７ｄ、テ
ーパ部７ｅがノズル電位から絶縁されたカバー部材８の
内径及びテーパー部の嵌め合い公差により嵌合密着した
ものである。

【００３０】図２の（ｄ）はノズル７の先端筒状部７
ｄ、及びノズル段部１０に於いて、ノズル電位から絶縁
されたカバー部材８の内部加工が接着公差内で加工接着
したものである。

【００３１】上記の如く構成されたノズル７は、図１に
於いて、取付パイプ１に取り付けた電極３に絶縁性を有
するセンタリングストーン１１を配置し、該センタリン
グストーン１１をノズル７の内部に挿通した状態でカバ
ー部材８及びキャップ体１２によってカセットＡに装着
される。

【００３２】センタリングストーン１１は、電極３とノ
ズル７の間に介在して両者を電気的に絶縁すると共に、
プラズマガス通路１３を流通したプラズマガスを旋回さ
せて電極３の周囲に供給する機能を有する。

【００３３】キャップ体１２は導電性を有する必要はな
い。然し、キャップ体１２には、プラズマ加工に伴う輻
射熱が作用して温度が上昇し、且つ内周面であってカセ
ットＡ側の端部には器頭６に形成されたネジ６ｃと螺合
するネジ１２ａを形成するため、金属材を用いて形成さ
れている。

【００３４】キャップ体１２は全体がロート状に形成さ
れており、先端側にはカバー部材８を嵌合する孔１２ｂ
が形成され、且つ該孔１２ｂの周囲にフランジ状の係止
部１２ｃが形成されている。

【００３５】カバー部材８は全体がテーパを持って形成
され、外周面にはキャップ体１２の孔１２ｂと嵌合する
胴部８ｂ，胴部８ｂから先端側に連続したテーパ部８
ｃ，胴部８ｂのテーパ部８ｃの反対側に形成されたフラ
ンジ部８ｄが形成されている。またテーパ部８ｃの先端
面には、ノズル７のオリフィス７ａよりも僅かに大きい
寸法を持った穴８ａが形成されている。更に、胴部８ｂ
にはＯリング溝８ｅが形成されている。

【００３６】上記胴部８ｂの外径はキャップ体１２の該
孔１２ｂよりわずか小さい寸法を有している。またフラ
ンジ部８ｄは胴部８ｂ側の端面がキャップ体１２に形成
された係止部１２ｃと係合し、キャップ体１２はねじ１
２ａにより器頭６のネジ部６ｃと螺合する。

【００３７】上記キャップ体１２にて、カバー部材８を
カセットＡに螺合したとき、ノズル７と密着しているカ
バー部材８によりノズル７に押圧力を作用させる機能を
有する。

【００３８】カバー部材８をキャップ体１２の孔１２ｂ
に嵌合すると係止部１２ｃがカバー部材８のフランジ部
８ｄと係合する。またキャップ体１２にカバー部材８を
嵌合したキャップＢにノズル７を嵌合すると、カバー部
材８のフランジ部８ｄが外側ノズル筒状部７ｄ及びテー
パー部７ｅと当接する。従って、キャップＢをカセット
Ａに螺合することによって、ノズル７をカセットＡに装
着すると共に該ノズル７の略全面を覆うことが可能であ
る。

【００３９】上記の如く構成されたプラズマトーチで
は、カセットＡを構成する取付パイプ１に電極３を固着
し、該電極３にセンタリングストーン１１を嵌装してノ
ズル７を器頭６の嵌合孔６ｂに取り付けたとき、取付パ
イプ１がプラズマトーチの軸心からブレているような場
合であっても、ノズル７を構成する外周面胴部７ｂが器
頭６の嵌合孔６ｂに嵌装されるのに従って、センタリン
グストーン１１が電極３と接触して取付パイプ１のブレ
を矯正し、この矯正に従って電極３とノズル７に形成さ
れたオリフィス７ａの同軸性を保証することが可能であ
る。

【００４０】そしてキャップ体１２を器頭６に形成した
ネジ６ｃに螺合することで、これ等の部材によってノズ
ル７をカセットＡに取り付けると共に冷却水の通路４ａ
を構成し、且つキャップＢによってノズル７の略全面を
覆うことが可能である。

【００４１】上記プラズマトーチでは、キャップＢを構
成するカバー部材８がノズル７の先端部と略等しいか或
いは僅かに大きい寸法を持って形成され、且つキャップ
体１２に対し着脱可能に構成されている。このため、加
工中に飛散したスパッタは主としてカバー部材８に溶着
し、キャップ体１２まで飛散したスパッタは大気によっ
て冷却された状態となる。

【００４２】従って、スパッタによる損傷をカバー部材
８に止めることが可能となる。そして現在ノズル７に装
着されているカバー部材８が損傷した場合には、キャッ
プ体１２をカセットＡから取り外し、損傷したカバー部
材８を新たなカバー部材８と交換することが可能であ
る。即ち、プラズマトーチがスパッタにより損傷を受け
たとき、カバー部材８を最小単位部品として交換するこ
とが可能となる。

【００４３】本実施例では、少なくともキャップＢを構
成するカバー部材８のノズル７に対する接触面又はノズ
ルのカバー部材８に対する接触面にセラミック層と４フ
ッ化エチレン樹脂層からなる絶縁処理を施すと共に、図
１に示すように、キャップ体１２と器頭６との間に絶縁
スリーブ１４を介在させることで、或いはカバー部材８
のノズル７に対する接触面及びキャップ体１２に対する
接触面にセラミック層と４フッ化エチレン樹脂層からな
る絶縁処理を施すことで、キャップＢをノズル７から電
気的に絶縁している。

【００４４】上記の如き方法を選択的に採用してキャッ
プＢとノズル７を電気的に絶縁することによって、カバ
ー部材８が被加工材と直接或いは間接的に接触しても、
ノズル７が被加工材と同電位となることがなく、従っ
て、ダブルアークの発生を防止することが可能である。

【００４５】特に、キャップＢをカセットＡに螺合して
カバー部材８をノズル７に圧接させる場合、両者の接触
面を平滑に且つ全面にわたって接触させることが好まし
い。即ち、カバー部材８とノズル７とが均等に接触しな
い場合には面圧の差が生じて何れかの部材に歪みが発生
し、加工性能を維持し得ない恐れがある。

【００４６】然し、セラミック層と４フツ化エチレン樹
脂層からなるコーティング層では、溶射によってセラミ
ック層の表面に凹凸が形成されても、この凹凸を４フッ
化エチレン樹脂層によって埋めて平滑な表面とすること
が可能である。このため、カバー部材８のノズル７に対
する接触面にセラミック層と４フッ化エチレン樹脂層か
らなるコーティング層を形成することによって均等に接
触させることが可能となる。

【００４７】上記の如く、少なくともカバー部材８のノ
ズル７との接触面又はノズル７のカバー部材８との接触
面にセラミック層と４フッ化エチレン樹脂層からなる絶
縁性を有するコーティング層を形成すると共にキャップ
体１２と器頭６との間に絶縁スリーブ１４を介在させる
ことによって、或いはカバー部材８とノズル７との接触
面及びキャップ体１２との接触面に前記コーティング層
を形成することによって、カバー部材８をノズル７から
絶縁しカバー部材８が直接或いは間接的に被加工材と接
触した場合であってもダブルアークの発生を防止するこ
とが可能となる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチでは、キャップによってノズルを覆うこ
とで、加工中に発生したスパッタのノズルに対する溶着
を防止することが出来る。このため、スパッタによって
ノズルが損傷を受けることがなく、ノズルの交換頻度を
低減することが出来る。

【００４９】またカバー部材がノズルと着脱可能に装着
するような組合せをすることによりキャップ体をネジに
より取り外すことで、スパッタによる被損傷部位をカバ
ー部材に止め、該カバー部材が損傷したときに交換する
ことで、交換部品を最小単位にすることが出来る。この
ため、交換部品のコストを低減させて加工コストを可及
的に低減させることが出来る。

【００５０】またキャップを構成するカバー部材をノズ
ルから電気的に絶縁することによって、カバー部材が直
接或いは間接的に被加工材と接触してもノズルが被加工
材と同電位となることがない。このため、ダブルアーク
の発生を防止することが出来る等の特徴を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマトーチの先端部分の構成を説
明する図である。

【図２】ノズルとカバー部材の構成を説明する断面図で
ある。（ａ）、（ｂ）はカバー部材をノズルに密着形成
する実施例の説明図である。（ｃ）、（ｄ）はカバー部
材をノズルに嵌合接着形成する実施例の説明図である。

【図３】一般的なプラズマトーチの先端部分の構成を説
明する図である。キャップの構成を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ カセット Ｂ キャップ １ 取付パイプ ２ 冷却パイプ ３ 電極 ４ 冷却水の通
路 ５ 絶縁パイプ ６ 器頭 ７ ノズル ８ カバー部材 ９ Ｏリング溝 １０ ノズル段
部 １１ センタリングストーン １２ キャップ
体 １３ プラズマガス通路 １４ 絶縁スリ
ーブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極と被加工材の間で放電して形成した
   プラズマアークを、オリフィスから被加工材に向けて噴
   射して加工するプラズマトーチのノズル先端に、ノズル
   電位から絶縁されたカバー部材を配置したノズルに於い
   て、カバー部材をＯ−リングを介しノズルに着脱可能に
   配置したことを特徴としたプラズマトーチのノズル。
2. 【請求項２】 電極と被加工材の間で放電して形成した
   プラズマアークを、オリフィスから被加工材に向けて噴
   射して加工するプラズマトーチのノズル先端に、ノズル
   電位から絶縁されたカバー部材を配置したノズルに於い
   て、カバー部材を螺合によりノズルに着脱可能に配置し
   たことを特徴としたプラズマトーチのノズル。
3. 【請求項３】 電極と被加工材の間で放電して形成した
   プラズマアークを、オリフィスから被加工材に向けて噴
   射して加工するプラズマトーチのノズル先端に、ノズル
   電位から絶縁されたカバー部材を配置したノズルに於い
   て、カバー部材を嵌合によりノズルに固着配置したこと
   を特徴としたプラズマトーチのノズル。
4. 【請求項４】 電極と被加工材の間で放電して形成した
   プラズマアークを、オリフィスから被加工材に向けて噴
   射して加工するプラズマトーチのノズル先端に、ノズル
   電位から絶縁されたカバー部材を配置したノズルに於い
   て、カバー部材を接着によりノズルに固着配置したこと
   を特徴としたプラズマトーチのノズル。
5. 【請求項５】 前記ノズル電位から絶縁されたカバー部
   材が金属材料で形成され少なくともノズルの接触面又は
   ノズルのカバー部材との接触面にセラミックとフッ化エ
   チレン樹脂をコーティングしたものであることを特徴と
   した請求項１、２、３及び４記載のプラズマトーチのノ
   ズル。
6. 【請求項６】 電極と被加工材の間で放電して形成した
   プラズマアークを、オリフィスから被加工材に向けて噴
   射して加工するプラズマトーチのノズル先端に、セラミ
   ックで形成されたカバー部材を配置したノズルに於い
   て、カバー部材をロー付けによりノズルに固着配置した
   ことを特徴としたプラズマトーチのノズル。