JPS641234B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS641234B2 JPS641234B2 JP1404083A JP1404083A JPS641234B2 JP S641234 B2 JPS641234 B2 JP S641234B2 JP 1404083 A JP1404083 A JP 1404083A JP 1404083 A JP1404083 A JP 1404083A JP S641234 B2 JPS641234 B2 JP S641234B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- plasma
- nozzle
- arc
- airflow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
- B23K9/067—Starting the arc
- B23K9/0672—Starting the arc without direct contact between electrodes
- B23K9/0673—Ionisation of the arc gap by means of pulsed or high-frequency voltages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は陰極外套を有するプラズマトーチのス
タート法に関し、詳しくは陰極棒の外周に配置し
た陰極外套を仮想陰極とするプラズマトーチのス
タート法に関するものである。
タート法に関し、詳しくは陰極棒の外周に配置し
た陰極外套を仮想陰極とするプラズマトーチのス
タート法に関するものである。
プラズマトーチによる工業材料の加工は、加工
材への熱影響が少いことも主要な特長となつてい
る。この特長は、小電流で集中度の高いマイクロ
プラズマトーチで最も発揮される。例えば、直径
が0.1〜0.2mmというノズルで1000A／mm2〜350A／
mm2という高い電流密度のプラズマアーク（移行型
作業）を発生すると、金属箔から10mm程度の鉄板
まで良質な切断加工が可能となる。又、プラズマ
シエツト（非移行型作業）では、熱衝撃に弱いセ
ラミツク、ガラス或いは燃焼し易い衣料、木材、
プラスチツク等の加工も可能になる。
材への熱影響が少いことも主要な特長となつてい
る。この特長は、小電流で集中度の高いマイクロ
プラズマトーチで最も発揮される。例えば、直径
が0.1〜0.2mmというノズルで1000A／mm2〜350A／
mm2という高い電流密度のプラズマアーク（移行型
作業）を発生すると、金属箔から10mm程度の鉄板
まで良質な切断加工が可能となる。又、プラズマ
シエツト（非移行型作業）では、熱衝撃に弱いセ
ラミツク、ガラス或いは燃焼し易い衣料、木材、
プラスチツク等の加工も可能になる。
狭搾ノズルと陰極棒から成る通常のマイクロプ
ラズマトーチの動作特性は、陰極棒の形状や狭搾
ノズルと陰極棒の相対位置によつて影響をうけ、
殊に狭搾ノズルの直径が小さくなるほど敏感にそ
の影響をうける。更に重要な問題は、使用時間が
経つにつれて陰極棒が消耗、変形することであつ
て、そのため陰極棒の寿命が１〜２時間と短いこ
とである。
ラズマトーチの動作特性は、陰極棒の形状や狭搾
ノズルと陰極棒の相対位置によつて影響をうけ、
殊に狭搾ノズルの直径が小さくなるほど敏感にそ
の影響をうける。更に重要な問題は、使用時間が
経つにつれて陰極棒が消耗、変形することであつ
て、そのため陰極棒の寿命が１〜２時間と短いこ
とである。
本発明者は先に、このような陰極棒に起因する
動作特性の不安定性を除去する方法を開発した
（特許第663311号）、その方法は陰極棒の外周に陰
極外套を設け、この陰極外套を仮想陰極としてア
ークを発生させてトーチを操作することである。
しかし、ノズルの直径が0.1〜0.2mm程度に小さい
プラズマ外套内に陰極外套を設けると、そのよう
なマイクロプラズマトーチはスタートすることが
不可能となる。
動作特性の不安定性を除去する方法を開発した
（特許第663311号）、その方法は陰極棒の外周に陰
極外套を設け、この陰極外套を仮想陰極としてア
ークを発生させてトーチを操作することである。
しかし、ノズルの直径が0.1〜0.2mm程度に小さい
プラズマ外套内に陰極外套を設けると、そのよう
なマイクロプラズマトーチはスタートすることが
不可能となる。
第１図は、陰極外套を有するプラズマトーチの
断面図と電気回路図である。
断面図と電気回路図である。
プラズマトーチは、陰極棒１と電気的に絶縁さ
れ且つその外周に第１の環状通路２を形成し先端
に第１のノズル３を有する陰極外套４、及び陰極
外套４と電気的に絶縁され且つその外周に第２の
環状通路５を形成し先端に第２のノズル６を有す
るプラズマ外套７から成り、第１の環状通路２に
スタート気流８を、第２の環状通路５にプラズマ
気流９をそれぞれ供給管１０，１１から流すよう
に構成されている。電源１２の負端子は陰極棒１
に接続され、電源１２の正端子はスイツチ１３を
経て陰極外套４及びスイツチ１４を経てプラズマ
外套７にそれぞれ接続されている。
れ且つその外周に第１の環状通路２を形成し先端
に第１のノズル３を有する陰極外套４、及び陰極
外套４と電気的に絶縁され且つその外周に第２の
環状通路５を形成し先端に第２のノズル６を有す
るプラズマ外套７から成り、第１の環状通路２に
スタート気流８を、第２の環状通路５にプラズマ
気流９をそれぞれ供給管１０，１１から流すよう
に構成されている。電源１２の負端子は陰極棒１
に接続され、電源１２の正端子はスイツチ１３を
経て陰極外套４及びスイツチ１４を経てプラズマ
外套７にそれぞれ接続されている。
なお、図示していないが陰極外套４とプラズマ
外套７は水冷されている。
外套７は水冷されている。
このように構成されたプラズマトーチは、次の
ようにして操作される。
ようにして操作される。
(1) スタート気流８を流し、スイツチ１３を閉じ
電源１２を動作させる。
電源１２を動作させる。
(2) 電源１２に内蔵した高周波発振器により、陰
極棒１と陰極外套４間にアーク１５を発生させ
る。
極棒１と陰極外套４間にアーク１５を発生させ
る。
(3) スイツチ１４を閉じ、スイツチ１３を開くと
アーク１５は陰極棒１とプラズマ外套７間に移
行しアーク１６となる。
アーク１５は陰極棒１とプラズマ外套７間に移
行しアーク１６となる。
(4) プラズマ気流９を流すと同時に若しくはその
後でスタート気流８を停止する。
後でスタート気流８を停止する。
この動作状態では陰極外套内、すなわち第１の
環状通路２には気流は流れていない。無気流中の
アークはアーク入力と陰極外套内壁の冷却とが平
衡する。したがつて、トーチから放出されるエネ
ルギーは第１のノズル３の下端とプラズマ外套７
間のアーク柱の入力に依存する。しかも、プラズ
マ気流の通路は冷却された陰極外套外壁とプラズ
マ外套内壁とで形成されているので、消耗した
り、変形したりすることはない。このようにして
陰極外套４は消耗や変形のない仮想陰極を形成す
るのである。
環状通路２には気流は流れていない。無気流中の
アークはアーク入力と陰極外套内壁の冷却とが平
衡する。したがつて、トーチから放出されるエネ
ルギーは第１のノズル３の下端とプラズマ外套７
間のアーク柱の入力に依存する。しかも、プラズ
マ気流の通路は冷却された陰極外套外壁とプラズ
マ外套内壁とで形成されているので、消耗した
り、変形したりすることはない。このようにして
陰極外套４は消耗や変形のない仮想陰極を形成す
るのである。
ところで、上述のスタート操作において、第２
のノズル６の直径を次第に小さくしていくと、ア
ーク１６の発生が因難となりスタート操作が殆ん
ど不可能となる。
のノズル６の直径を次第に小さくしていくと、ア
ーク１６の発生が因難となりスタート操作が殆ん
ど不可能となる。
スタート気流量ｌとトーチ内圧力（第１と第２
の環状通路２，５の圧力）Ｐは、第２のノズルの
断面積をＳとすると、 ｌ∝Ｓ×Ｐ1/2 で表わされ、スタート気流量ｌを一定にすると、
トーチ内圧力Ｐは第２のノズルの断面積Ｓに反比
例する。第１のノズル３からスタート気流８によ
つて放出されるプラズマ流はトーチ内圧力Ｐに比
例して減衰し、第２のノズル６に達する。従つて
第１のノズル３と第２のノズル６との間のプラズ
マ流による導電性はトーチ内圧力が高い程低下す
る。このため、一定の断面積以下ではアーク１５
が移行してアーク１６となることができず結局ト
ーチのスタートが殆んど不可能となる。通常、第
２のノズル６の直径が0.2mm以下（この値は参考
値であつて、ノズル長及び第１と第２のノズル間
の距離によつて変化する）になると、第２のアー
ク１６は発生しなくなり、スタート操作は不可能
となる。
の環状通路２，５の圧力）Ｐは、第２のノズルの
断面積をＳとすると、 ｌ∝Ｓ×Ｐ1/2 で表わされ、スタート気流量ｌを一定にすると、
トーチ内圧力Ｐは第２のノズルの断面積Ｓに反比
例する。第１のノズル３からスタート気流８によ
つて放出されるプラズマ流はトーチ内圧力Ｐに比
例して減衰し、第２のノズル６に達する。従つて
第１のノズル３と第２のノズル６との間のプラズ
マ流による導電性はトーチ内圧力が高い程低下す
る。このため、一定の断面積以下ではアーク１５
が移行してアーク１６となることができず結局ト
ーチのスタートが殆んど不可能となる。通常、第
２のノズル６の直径が0.2mm以下（この値は参考
値であつて、ノズル長及び第１と第２のノズル間
の距離によつて変化する）になると、第２のアー
ク１６は発生しなくなり、スタート操作は不可能
となる。
このように、陰極外套を有するプラズマトーチ
は、従来のトーチに比較して多くの利点をもつに
もかゝわらず、プラズマ外套７のノズル６の直径
を小さくしたマイクロプラズマトーチの場合に
は、スタート操作が著しく困難或いは不可能にな
るという問題があつた。
は、従来のトーチに比較して多くの利点をもつに
もかゝわらず、プラズマ外套７のノズル６の直径
を小さくしたマイクロプラズマトーチの場合に
は、スタート操作が著しく困難或いは不可能にな
るという問題があつた。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、陰極外
套を有するプラズマトーチのスタート操作を確
実・容易にする方法を提供することを目的とす
る。
套を有するプラズマトーチのスタート操作を確
実・容易にする方法を提供することを目的とす
る。
この目的は本発明に従つてトーチ内のアークの
移行前に、一旦スタート気流の供給を止め、第２
のノズルからの気流の排出がほゞなくなつてから
再びスタート気流を流すことによつて達成され
る。
移行前に、一旦スタート気流の供給を止め、第２
のノズルからの気流の排出がほゞなくなつてから
再びスタート気流を流すことによつて達成され
る。
以下、第１図に用いて本発明のスタート操作法
詳しく説明する。
詳しく説明する。
本発明によるスタート操作は次のようにして行
われる。
われる。
(1) スタート気流８を流し、スイツチ１３を閉じ
電源１２を動作させ、電源１２に内蔵した高周
波発振器により、陰極棒１と陰極外套４間にア
ーク１５を発生させる（バルブ２０開、バルブ
１８閉）。
電源１２を動作させ、電源１２に内蔵した高周
波発振器により、陰極棒１と陰極外套４間にア
ーク１５を発生させる（バルブ２０開、バルブ
１８閉）。
(2) バルブ２０を閉じスタート気流８の供給を一
旦止める。
旦止める。
(3) このスタート気流の供給の停止の前又は後
に、スイツチ１４を閉じ陰極棒１とプラズマ外
套７間に電圧を印加する。
に、スイツチ１４を閉じ陰極棒１とプラズマ外
套７間に電圧を印加する。
(4) 第２のノズル６からの気流の排出がほゞなく
なつてから（つまり、第１と第２の環状通路
２，５内に残存するスタート気流がほゞなくな
つてから）、バルブ２０を開いて再びスタート
気流８を流し、つづいてスイツチ１３を開く
と、陰極棒１とプラズマ外套７間のアーク１６
に移行する。
なつてから（つまり、第１と第２の環状通路
２，５内に残存するスタート気流がほゞなくな
つてから）、バルブ２０を開いて再びスタート
気流８を流し、つづいてスイツチ１３を開く
と、陰極棒１とプラズマ外套７間のアーク１６
に移行する。
このようにしてプラズマトーチをスタートさ
せ、それからバルブ１８を開き、プラズマ気流９
を流すと同時に若しくはその後でスタート気流８
を停止させ、第２のノズルからプラズマジエツト
２４を加工片２３に放出して作業する。
せ、それからバルブ１８を開き、プラズマ気流９
を流すと同時に若しくはその後でスタート気流８
を停止させ、第２のノズルからプラズマジエツト
２４を加工片２３に放出して作業する。
本発明では、アーク１５を発生させたまゝの状
態で一旦スタート気流の供給を停止し、第１と第
２の環状通路２，５内の残存気流が第２のノズル
６から排出されてなくなつてから、つまりトーチ
内圧力が低下してから再びスタート気流を流すの
で、陰極棒とプラズマ外套間のアーク１６の発生
が容易となる。
態で一旦スタート気流の供給を停止し、第１と第
２の環状通路２，５内の残存気流が第２のノズル
６から排出されてなくなつてから、つまりトーチ
内圧力が低下してから再びスタート気流を流すの
で、陰極棒とプラズマ外套間のアーク１６の発生
が容易となる。
非移行型作業について説明したが、加工片２３
と電源１２の正端子をスイツチ２２を介して接続
しておき、このスイツチ２２を閉じ、スイツチ１
４を開けばプラズマアークが陰極１の先端と加工
片２３との間に確立されて移行型作業を実施でき
る。
と電源１２の正端子をスイツチ２２を介して接続
しておき、このスイツチ２２を閉じ、スイツチ１
４を開けばプラズマアークが陰極１の先端と加工
片２３との間に確立されて移行型作業を実施でき
る。
第２図は特に移行型作業に適した電気回路の一
例であつて、補助電源２１を設け、アーク１６を
パイロツトアークとして常時発生させておき、い
つでも容易に移行型作業を実施できるようにした
ものである。すなわち、作業中スイツチ１４を投
入したまゝにしておけば補助電源２１によりアー
ク１６はパイロツトアークとして常に存在してい
る。このためスイツチ２２を投入すればいつでも
パイロツトアーク１６により加工片２３へ移行す
るプラズマアーク２５をつくつて移行型作業をす
ることができる。作業を中断したければスイツチ
２２を開くとプラズマアーク２５は消失し、パイ
ロツトアーク１６のみとなり移行型作業の再開に
備える。
例であつて、補助電源２１を設け、アーク１６を
パイロツトアークとして常時発生させておき、い
つでも容易に移行型作業を実施できるようにした
ものである。すなわち、作業中スイツチ１４を投
入したまゝにしておけば補助電源２１によりアー
ク１６はパイロツトアークとして常に存在してい
る。このためスイツチ２２を投入すればいつでも
パイロツトアーク１６により加工片２３へ移行す
るプラズマアーク２５をつくつて移行型作業をす
ることができる。作業を中断したければスイツチ
２２を開くとプラズマアーク２５は消失し、パイ
ロツトアーク１６のみとなり移行型作業の再開に
備える。
なお、加工片２３への配線を点線１９で示すよ
うにプラズマ外套７に接続することにより、非移
行型作業においても同様に補助電源２１によるパ
イロツトアーク１６として、容易に作業を実施す
ることができる。
うにプラズマ外套７に接続することにより、非移
行型作業においても同様に補助電源２１によるパ
イロツトアーク１６として、容易に作業を実施す
ることができる。
補助電源を使用するこの方法は、補助電源２１
の電流では第１のアーク１５が発生しない比較的
太い陰極棒を使用できる利点もある。
の電流では第１のアーク１５が発生しない比較的
太い陰極棒を使用できる利点もある。
本発明は前述したように、プラズマ外套のノズ
ルの直径を小さくするマイクロプラズマトーチに
特にその効果を発揮するが、次のような場合にも
利点が得られる。
ルの直径を小さくするマイクロプラズマトーチに
特にその効果を発揮するが、次のような場合にも
利点が得られる。
陰極棒の偏位、変形、消耗等によつて、スター
ト気流を流した陰極外套内のアークによる気体加
熱効率が低下したとき、プラズマ外套のノズル６
の直径が比較的大きいときでもスタート操作に失
敗する。このような場合にも本発明は有効確実に
スタート操作を行なわせることができるので、長
時間の使用によつて陰極棒が消耗、変形しても陰
極棒の手入れは不要であるという利点が得られ
る。
ト気流を流した陰極外套内のアークによる気体加
熱効率が低下したとき、プラズマ外套のノズル６
の直径が比較的大きいときでもスタート操作に失
敗する。このような場合にも本発明は有効確実に
スタート操作を行なわせることができるので、長
時間の使用によつて陰極棒が消耗、変形しても陰
極棒の手入れは不要であるという利点が得られ
る。
第１図は陰極外套を有するプラズマトーチのス
タート法を説明するためのトーチの断面図と電気
回路図である。第２図は第１図の変形態様を示す
一例である。 図中の符号：１……陰極棒、２……第１の環状
通路、３……第１のノズル、４……陰極外套、５
……第２の環状通路、６……第２のノズル、７…
…プラズマ外套、８……スタート気流、９……プ
ラズマ気流。
タート法を説明するためのトーチの断面図と電気
回路図である。第２図は第１図の変形態様を示す
一例である。 図中の符号：１……陰極棒、２……第１の環状
通路、３……第１のノズル、４……陰極外套、５
……第２の環状通路、６……第２のノズル、７…
…プラズマ外套、８……スタート気流、９……プ
ラズマ気流。
Claims (1)
- １ 陰極棒、この陰極棒を包囲しその外周に第１
の環状通路を形成し先端に第１のノズルを有する
陰極外套、及びこの陰極外套を包囲しその外周に
第２の環状通路を形成し先端に第２のノズルを有
するプラズマ外套を備えたプラズマトーチのスタ
ート法において、前記第１の環状通路にスタート
気流を流して前記の陰極棒と前記の陰極外套間に
アークを発生させてから前記のスタート気流の供
給を止め、前記第２のノズルからの気流の排出が
ほゞなくなつてから前記のスタート気流を再び流
して、前記の陰極棒とプラズマ外套間にアークを
発生させることを特徴とするプラズマトーチのス
タート法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1404083A JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1404083A JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59141371A JPS59141371A (ja) | 1984-08-14 |
| JPS641234B2 true JPS641234B2 (ja) | 1989-01-10 |
Family
ID=11849999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1404083A Granted JPS59141371A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 陰極外套を有するプラズマト−チのスタ−ト法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59141371A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02272214A (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5396043A (en) * | 1988-06-07 | 1995-03-07 | Hypertherm, Inc. | Plasma arc cutting process and apparatus using an oxygen-rich gas shield |
| US5166494A (en) * | 1990-04-24 | 1992-11-24 | Hypertherm, Inc. | Process and apparatus for reducing electrode wear in a plasma arc torch |
| US6677551B2 (en) | 1998-10-23 | 2004-01-13 | Innerlogic, Inc. | Process for operating a plasma arc torch |
| US9949356B2 (en) | 2012-07-11 | 2018-04-17 | Lincoln Global, Inc. | Electrode for a plasma arc cutting torch |
-
1983
- 1983-01-31 JP JP1404083A patent/JPS59141371A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02272214A (ja) * | 1989-04-11 | 1990-11-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59141371A (ja) | 1984-08-14 |
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