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    • 专利摘要:

    公开号:WO1992015421A1
    申请号:PCT/JP1992/000239
    申请日:1992-02-28
    公开日:1992-09-17
    发明作者:Yoshihiro Yamaguchi；Hitoshi Satoh；Toshiya Shintani
    申请人:Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho；
    IPC主号:H05H1-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 切断用 ブ ラ ズ マ ト ー チ
    [0003] 発明 の 技術分野
    [0004] こ の発明 は、 プ ラ ズマ 切断機 に 用 い ら れ る 切断用 ブ ラ ズマ ト ー チ に 関す る 。
    [0005] 発明 の 背景技術
    [0006] • 第 1 の 従来技術 (水冷 ト ー チ )
    [0007] プ ラ ズ マ 切断機 に 用 い ら れ る ト ー チ で電極 と ノ ズルが 冷却水 に よ り 冷却 さ れ る も の は、 ト 一チ本体 に電極が取 り つ け ら れ、 そ れ に 絶縁体及 び電極の 軸 の 周 囲 に 旋回 さ せ て作動 ガ ス を 噴出 さ せ る た め の ガ ス 噴 出 口 を介 し て、 ノ ズ ルが取 り 付 け ら れ、 そ の ノ ズ ル の ノ ズルォ リ フ ィ ス を 含む先端部を 除 く 他の 部分 を被覆 し 、 ノ ズルを ト ー チ 本体 に 固定す る ノ ズル キ ヤ ッ プが ト ー チ本体 に螺着 さ れ る 。 そ し て電極を 冷却 し た冷却水 は、 ト ー チ本体内 部 に 形成 さ れた 冷却水通路 を通 り 、 卜 ー チ本体 と ノ ズル と ノ ズノレキ ャ ッ プ に よ り 成形 さ れ る 空間の経由 し て、 ノ ズ ル を 冷却 し 、 再 び ト ー チ本体 に形成 さ れた冷却水通路 に 戻 る 構成 と な つ て い る
    [0008] • 第 2 の 従来技術 ( 冷 ノ ズル に お け る ノ ズル保護キ ヤ ッ プ）
    [0009] プ ラ ス ' ト 一ゴ に お て ノ ズル先端が露 出 し て い る と 切断開始時 に 厚板の ピ ア ツ シ ン グ （穴開 け切断） を行 う と ノ ズ ノレ に 吹 き 上が っ た溶融金属 （ ド ロ ス が ノ ズ ル に 付着 し ノ ズルを溶損 し た り 、 あ る い は、 ノ ズル と 披切断 材が接触す る と ダ ブルア ー ク と 呼ばれ る 不正放電が起 こ り ノ ズルを損傷す る こ と があ る 。 そ の た め空冷 ノ ズルに 於い て、 ノ ズル先端部を保護す る た め に ノ ズル と は電気 的 に絶縁 さ れた金属製の ノ ズル保護キ ヤ ッ プを取 り 付け る と と も に、 ノ ズルを冷却す る ガス を そ の ま ま ノ ズル と ノ ズル保護キ ャ ッ プの 間 に流す こ と で、 吹 き 上が っ て く る 溶融金属 を吹 き 飛ば し、 ノ ズルを保護す る 方法が米国 特許第 4 8 6 1 9 6 2 号 （ハ イ パ ー 1 9 8 9 年 8 月 29 日 出願） に 開示 さ れて い る 。
    [0010] • 第 3 の 従来技術 （溶接 ト ー チ に お け る ノ ズル保護キ ヤ ッ プ）
    [0011] 上記第 2 の 従来技術 と 同様に、 ノ ズルの 周 囲 に、 ノ ズ ル と は電気的 に絶縁 さ れた金属製の ノ ズル保護キ ヤ ッ プ を取 り 付 け、 ノ ズル と ノ ズル保護キ ャ ッ プの 間 に 2 次ガ ス を流す構成 と な っ て い る プラ ズマ溶接 ト ー チ が特公昭 5 3 — 1 1 9 7 5 3 号公報 （ 日 立精ェ ' 昭和 5 2 年 3 月 3 0 日 出願） に 開示 さ れて い る 。
    [0012] • 第 4 の 従来技術 （旋回気流効果 に よ る 切断面の傾斜） プ ラ ズマ切断で は一般的 に切断溝 （カ ー フ ） の表側力《 広 く 、 裏側が狭 く な つ て い る 。 そ の た め接断面は垂直 と な ら ず傾い て い る 。
    [0013] し か し一方で、 ア ー ク の安定化の た め に、 電極の軸の 周囲に作動ガ ス を旋回 さ せて噴出す る 構成の プ ラ ズマ ト - -
    [0014] ー チ に於 い て は、 そ の切断面が左右対象 と は な ら ず、 非 対象 と な る こ と が知 ら れて い る 。 こ の こ と を利用 す る と 表 カ ー フ 幅が広 く 、 裏 カ ー フ 幅が狭 く な つ て い る 状況 に 於 い て も 、 作動 ガ ス の旋回 に よ っ て、 片側 の 接断面だ け で あ れば、 垂直 な 切断を行 う こ と がで き る こ と が溶接技 術 1 9 8 8 年 6 月 号 に 開示 さ れて い る 。
    [0015] 上記各従来技術 に あ っ て は、 （ 1 ) ノ ズ ルの保護 と 、 ( 2 ) 2 次 ガ ス に よ る プ ラ ズ マ ア ー ク の 緊縮、 （ 3 ) ノ ズル保護キ ャ ッ プ の 温度上昇、 （ 4 ) 旋回気流効果の 調 整、 （ 5 ) 冷却水面路 の電気腐食の点 に つ い て以下の よ う な 問題があ っ た。
    [0016] ( 1 ) ノ ズルの 保護
    [0017] プ ラ ズマ切断 に 於 い て は、 切断開始時 に 厚板の ピ ア ッ シ ン グ （穴開 け 切断） を行 う と ノ ズル に 吹 き 上が っ た溶 融金属が ノ ズ ル に 付着 し ノ ズ ルを溶損 し た り 、 あ る い は ノ ズル と 被切断材が接触す る と ダ ブル ア ー ク と 呼ばれ る 不正放電が起 こ り ノ ズルを損傷す る こ と が あ る 。
    [0018] 従 っ て、 第 1 の 従来技術 に あ る よ う に ノ ズ ルが露 出 し て い る プ ラ ズマ ト ー チ で は厚板の ピ ア ツ シ ン グを 行 う 際 に は、 メ ィ ン ア ー ク が移行す る 最高の 高 さ で ピ ア ツ シ ン グを行い、 ピ ア ツ シ ン グ時の 溶融金属 （ ド ロ ス） の 吹 き 上が り を避 け て、 穴が貫通 し た後、 ト ー チ を切断 に適 し た高 さ ま で下げて切断を 開始す る と い う 方法が採用 さ れ て い る。 し 力、 し 、 こ の方法に よ る と 切断開始時の ト ー チ の高 さ 制御が複雑 と な る こ と は避 け ら れず、 ま た、 切断 中あ る い は終了時 に、 被切断材が熱変形や支持の状態 に よ っ て は、 跳ね上力《 つ て く る こ と 力《あ り 、 そ れを避 け る の は困難で、 ノ ズル と 被切断材が接触す る こ と でダ ブル ア ー ク が発生 し、 ノ ズルを損傷す る 危険性を回避す る こ と はで き な い。
    [0019] こ の よ う な こ と を考慮 し て、 第 2 の 従来技術にあ る よ う に空冷 さ れた ノ ズルを有す る ト ー チ に於 い て は、 上記 の ピア ツ シ ン グ時の ノ ズ ルへの ド ロ ス の付着や被切断材 と の 電気的 な接触を 防止す る た め の、 ノ ズル保護キ ヤ ッ プの機構が開示 さ れて い る 。 し か し な が ら 、 第 2 の 従来 技術で は、 空冷 ノ ズル方式の プ ラ ズマ ト 一チ に対 し て適 用 さ れてお り 、 第 2 の 従来技術に あ る よ う な ノ ズルを水 冷す る プラ ズマ ト ー チ に は ト ー チ先端部の形状が異な る た め適用 で き な い。 ま た、 ノ ズルを空冷 し て い る 冷却ガ ス を利用す る 機構 と な っ て い る た め、 多量の冷却ガス を 流す必要があ り 、 こ れを確保す る た め に ノ ズル保護キ ヤ ッ プに は ト ー チ軸上プ ラ ズマ ア ー ク を通す開 口 部以外 に こ の複数の 開 口 部が設 け ら れて い る 。 こ の た め 、 被切断 材の表面 に は多量の冷却ガ ス が噴出す る た め、 プ ラ ズマ ア ー ク への擾乱が増加 し切断に悪影響がで る 問題があ つ ま た、 第 3 の 従来技術で は、 水冷の ノ ズル に対 し て保 護キ ャ ッ プが適応 さ れて い る が、 そ の 機能は、 被切断材 と ノ ズルの接触を 防止す る 機能 は有す る も の の 、 2 次 ガ ス で溶接部 を大気か ら 遮断す る た め の も の で、 ノ ズル保 護キ ャ ッ プの 開 口 部が広 く 開 い て い る た め、 切断の 場合 の ビア ツ シ ン グ時の ド ロ ス の 吹 き 上力《 り か ら ノ ズルを守 る 機能 は有 し て い な い。
    [0020] ( 2 ) 2 次ガ ス に よ る プ ラ ズ マ ア ー ク の 緊縮
    [0021] プ ラ ズ マ 切断で は、 ア ー ク を ノ ズル に よ り 細 く 絞 り 込 む こ と で、 高温高速 の ア ー ク プ ラ ズ マ を得て い る 。 小 さ い ノ ズル径 を有す る ノ ズル に 、 よ り 多 く の 電流を 流す こ と がで き れば、 狭 い切断溝幅で高速で切断で き る 。 し か し 、 電流を 増大 し て い く と 、 電流が ノ ズルオ リ フ ィ ス を 通過せず ノ ズルの 金属部を流れ る ダ ブル ア ー ク と 呼ばれ る 現象が起 こ り 、 切断能力 が低下す る だ け で は な く ノ ズ ルを損傷 し て し ま う 。
    [0022] 第 1 の 従来技術で は、 ア ー ク を細 く 絞 り 込む た め に、 電極の 周 囲 に作動 ガ ス を 強 く 旋回 さ せ て 噴出 さ せ る と と も に 、 ノ ズルを水冷す る こ と で ダ ブル ア 一 ク が起 こ り に く く し て い る 。 し 力、 し 、 ノ ズルを 噴 出 し た プ ラ ズマ ァ ー ク は、 ノ ズル に よ る 高速が解除 さ れ膨脹す る の で、 切断 溝幅が広が っ て し ま う 問題が残 っ て い る 。
    [0023] 第 2 の 従来技術で は、 ノ ズルが水冷 さ れて い な い た め ノ ズルの 冷却が不十分で ダ ブル ア ー ク が起 こ り 易 く 、 電 流を大幅 に 増大す る こ と が困難で あ る 。 ま た 、 ノ ズ ル保 護キ ヤ ッ プ に よ り プ ラ ズ マア ー ク を 包囲す る よ う に 供給 さ れる 2 次ガス を使 っ て、 ノ ズルか ら 噴出 し た ア ー ク を 更 に絞 り 込む こ と がで き る が、 こ の 第 2 の 従来技術で は プラ ズマ ガ ス を包囲す る 様 に 2 次ガ ス を流す た め の 中央 の 開 口 部以外に、 ノ ズル冷却の た め に ガス流量を増やす た め の 開 口部が設 け ら れてお り 、 ア ー ク を包囲す る 2 次 ガス だ け を独立 し て制御す る こ と がで き ず、 そ の た め に プラ ズマ ア ー ク を更 に絞 り 込むの に十分な 2 次ガス の流 速あ る い は圧力 を得 る こ と が困難であ る 。
    [0024] ( 3 ) ノ ズル保.護キ ャ ッ プの温度上昇
    [0025] 第 2 の 従来技術あ る い は第 3 の従来技術に あ る ノ ズル 保護キ ャ ッ プは、 2 次ガス に よ る 空冷 し か行わ れな い た め、 プラ ズマ ア ー ク あ る い は切断面か ら の輻射に よ り 温 度が上力 つ て し ま う 。 そ の た め、 ノ ズルや電極 な どの小 脳部品の交換の 際 に は、 ア ー ク 停止後 し ば ら く 2 次ガス を流 し て冷却す る か、 あ る い は、 手袋を は め て交換す る か し な ければな ら ず、 交換時の作業性が悪か っ た。
    [0026] ( 4 ) 旋回気流効果の調整
    [0027] 第 4 の従来技術 に示 し た よ う に、 旋回気流効果に よ つ て切断面が傾斜す る こ と を利用 し て、 片側の 切断面につ い て垂直な切断面を得 る こ と が可能であ る 。 し か し 、 被 切断材の板厚や切断速度 に 合わせて、 接断面の 傾斜の程 度を調整 し ょ う と す る と 、 旋回気流の 強度つ ま り 作動ガ ス流量の増減が必要 と な る 。 し か し 、 作動ガ ス流量 は ァ ー ク を安定に保持す る た め の最適値があ り 、 作動ガ ス流 量を増減す る と ア ー ク が不安定 と な つ て し ま い、 切断面 の 傾斜の 程度 を 調整す る こ と は 困難で あ る o
    [0028] ( 5 ) 冷却水通路 の 電気腐食
    [0029] 第 1 の 従来技術で示 し た よ う に、 電極 と ノ ズルが水冷 さ れ る プ ラ ズ マ ト 一チ で は電極及 び ノ ズル は、 ト ー チ本 体の そ れぞれ絶縁 さ れ た金属部 に 当接 さ れ固定 さ れ る と と も に、 そ れぞれの 金属部 に は 、 直流電源か ら 電力が供 給 さ れて い る そ し て、 冷却水 は電極 と ノ ズル を冷却す る よ う に 、 電極側金属部 と ノ ズル側金属部を連結す る 冷 却水通路が設 け ら れて い る 。
    [0030] プ ラ ズマ ア ー ク が発生 し て い る 時 に は 、 電極側金属部 と ノ ズル側金属部 と の 間 に は電位差が発生 し て い o の 時そ れぞれの 金属部 は電気的 に絶縁 さ れた状態で ト ー チ本体が構成 さ れて い る が、 そ れぞれの 金属部が冷却水 通路で連結 さ れて お り 、 そ こ に 冷却水が流れて い る た め 冷却水を介 し て微弱 な 電流が流れ O o こ の 電流 は微弱 な の で ァ ー ク の発生 に は 何等支障 は起 き な い が、 こ の電流 に よ っ て、 ト ー チ 本体の 金属部が徐 々 に電気化学的 な 作 用 に よ つ て腐食が進行 し 、 ト ー チ が、 い ずれ は使用不能 に 陥 る 問題 を 、 電極及 び ノ ズルが水冷 さ れ る ト ー チ で は 抱え てい る o
    [0031] 発明の概要
    [0032] 本発明 は上記の こ と に かんがみ な さ れた も の で、 ノ ズ ルが水冷 さ れて い る よ う な ト ー チ構造の も の に対 し て も 一 一
    [0033] 有効 に ノ ズル保護の機能を発揮す る こ と がで き 、 ノ ズル 2 の 寿命が大幅 に 改善 さ れ、 ノ ズルの交換 に伴 う 時間的 な ロ ス や ラ ンニ ン グ コ ス ト を低減で き 、 ま た 2 次ガス通 路内 に イ ン シ ユ レ 一 夕 を介装 し た こ と に よ り 、 2 次ガス 力 こ の イ ン シ ユ レ 一 タ に て整流 さ れて、 こ の 2 次ガス に よ り ノ ズル 2 よ り 噴出 し た プ ラ ズマ ア ー ク が再度絞 り 込 ま れて、 切断溝幅の細 い精密な切断を行な う こ と がで き ま た イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 , 1 4 a の 整流通路 に よ り 2 次 ガス流を プ ラ ズマ ア ー ク の旋回流 と 同一方向 に旋回 さ せ る こ と がで き る こ と に よ り 、 被切断機の切断面の 傾斜を 垂直方向 に変化す る こ と がで き 、 ま た上記 ノ ズル保護キ ャ ッ ッ プが先端部 と 基端部 と に分離で き る の で、 こ れの 先端部だ け を 消耗品 と し て交換す る こ と がで き経済的 に す る こ と がで き 、 ま た ノ ズル保護キ ャ ッ プの基端部分が 冷却水に て冷却 さ れる こ と に よ り 、 ト ー チ の保守点検時 に、 こ の部分 に 注意を は ら う こ と な く 取扱 う こ と がで き 、 さ ら に冷却水に よ る 電気化学的 な腐食を低減す る こ と 力、' で き る 切断用 プ ラ ズマ ト ー チ を提供す る こ と を 目 的 と す る も の であ る 。
    [0034] 上記 目 的を達成す る た め に、 本発明 に 係 る 切断用 ブ ラ ズマ ト ー チ は、 水冷 さ れた電極 1 を用 い、 こ の電極 1 を プラ ズマ ガス通路 6 を隔 て て被覆す る よ う に配置 さ れた ノ ズル 2 の オ リ フ ィ ス 1 6 を通 じ て プ ラ ズマ ア ー ク を電 極 1 と 被切断 2 4 間で発生 さ せ る 切断用 プ ラ ズマ ト ー チ に お い て、 ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 の外側 に、 先端側 に ノ ズル 2 の ォ フ イ ス 1 6 に対向す る 開 口 部を有 し 、 こ の 開 口 部 に連通す る 環状の 2 次ガ ス 通路 8 を ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 と の 間で構成す る ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 を上記電極 1 及 び ノ ズ ル 2 と 電気的 に 絶縁 し て固着 し 、 上記 2 次ガ ス通 路 8 内 に 、 電気絶縁材 に て環状 に構成 さ れ、 かつ 2 次ガ ス通路 8 を流れ る ガ ス 流 を整流す る 整流通路 を有す る ィ ン シ ユ レ一 夕 1 4 を介装 し た構成 と な っ て い る 。
    [0035] ま た 、 上記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 を熱伝導性の よ い 金 属材料で構成す る 。
    [0036] ま た、 上記 ィ ン シ ユ レ 一 夕 5 を矩形の 断面形状 に す る と 共 に 、 こ の イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 を ノ ズルキ ャ ッ プ 4 の 外周面 と ノ ズル保護 キ ヤ ッ プの 内周面 に そ れぞれ設 け た 段部 に 嵌着す る 。
    [0037] ま た、 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 b を、 ノ ズル先端部を保 護す る 先端部 2 0 と 、 ト ー チ本体側 に 固着す る 基端部 1 9 と に て構成 し 、 かつ こ れ ら を着脱可能 に 結合す る 。
    [0038] ま た、 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 b を構成す る 先端部 2 0 と 基端部 1 9 の そ れぞれ に互 い に 嵌合す る フ ラ ン ジ を設 け、 あ る い は そ れぞれの互 い に 結合す る 部分 に ね じ を設 け、 上記先端部 2 0 と 基端部 1 9 と を 嵌合あ る い は螺着 し て容易 に着脱で き る よ う にす る 。
    [0039] ま た、 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 b を構成す る 先端部 2 0 と 基端部 1 9 の う ち 、 先端部 2 0 を伝熱性の よ い 金属材 一 —
    [0040] 料で、 ま た基端部を機械的強度 に優れた金属材料に て構 成す る 。
    [0041] ま た、 ノ ズル 2 の先端面 と ノ ズル保護キ ャ ッ プの開 口 部内側面 と の 間の ギ ヤ ッ プ 1 7 の寸法 h が 0 . 5 〜 に 5 mmに な る よ つ に す る 。
    [0042] ま た、 ノ ズル 2 の オ リ フ ィ ス径 0 i と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 の 開 口 径 0 2 と の比 g Z ^ i を 1 . 0 〜 5 . 0 に し 7こ。
    [0043] ま た、 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 c の基端部 1 9 の 内側 に 環状の冷却水室 2 1 を設 け、 こ の冷却水室 2 1 を電極 1 内 に設け た冷却水室 9 に連通す る 。
    [0044] ま た、 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 d を袋状の 2 重構造に し、 こ れに よ る 空間を冷却水室 2 1 a と す る 。
    [0045] ま た、 電極 1 の 周囲に設け ら れた プラ ズマ ガス通路 6 に プラ ズマ ガス を流入す る た め の プ ラ ズマ ガ ス 流人路 6 a を、 プラ ズマ ガ ス に旋回流を与え る よ う に ト ー チ の軸心 に対 し て傾斜 さ せ、 ま た ィ ン シ ユ ー レ ー タ 1 4 の整流通 路を、 こ れを通 る 2 次ガス に上記プ ラ ズマ ガス の旋回方 向 と 同一方向の旋回流を与え る よ う に し た う ず巻 き 状 に し、 ま た ノ ズノレ 2 の オ リ フ ィ ス 径 と オ リ フ ィ ス長 さ L の颶係を L 0 } ≤ 2 を満足す る よ う にす る 。
    [0046] さ ら に、 電極 1 側の冷却水室 9 と ノ ズル 2 側の冷却水 通路 1 0 と を連通す る 流入路 2 5 を電気絶縁材料に て構 成 し たチ ュ ー ブ 2 6 に て構成す る 。 上記態様を有す る 本発明 の 切断用 プ ラ ズ マ ト ー チ に は 下記の作用 と 効果 と があ る 。
    [0047] プ ラ ズ マ ガ ス と 共 に ノ ズ ル よ り 噴出 し た プ ラ ズマ ァ ー ク は ノ ズル 2 及 びオ リ フ ィ ス 1 6 を通 っ て噴出 さ れ る 。 こ の と き 、 ギ ャ ッ プ 1 7 よ り 上記 プ ラ ズマ ア ー ク に 向 け て 2 次ガ ス が噴 出 さ れ る が、 こ の と き の 2 次ガ ス は イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 に よ り 整流 さ れ る 。
    [0048] ま た イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 に よ り ノ ズノレキ ャ ッ プ 4 と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 と が調心 さ れて結合 さ れ る 。
    [0049] 先端部 2 0 と 基端部 1 9 , 1 9 a と に分離 さ れた構成 の ノ ズル保護キ ャ ッ プ は先端部 だ け を 消耗品 と し て交換 さ れ る O
    [0050] ノ ズル保護キ ヤ ッ プの基端部 1 9 a に 冷却水室を設 け
    [0051] 1 & と に よ り 、 こ の ノ ズル保護キ ャ ッ プが冷却 さ れ る 。
    [0052] プ ラ ズマ ガ ス は プ ラ ズマ ガ ス流入路 6 a に て旋回流が 与え ら れ、 ま た 2 次ガ ス も イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 a に て上 記ブ ラ ズマ ガ ス と 同一方向 の旋回流が与え ら れ る 。
    [0053] 冷却水が流れ る 流路 に電気絶縁材料 に て構成 し た チ ュ ー ブ 2 6 を 嵌合す る こ と で、 冷却水室の 電気化学的 な 腐 食が防止 さ れ る o
    [0054] 本発明 に よ れば、 ノ ズル 2 が水冷 さ れて い る よ う な ト ー チ構造の も の に対 し て も 有効 にノ ズル保護の機能を発 揮す る こ と がで き て、 ノ ズル 2 の 寿命が大幅 に改善 さ れ ノ ズルの交換に 伴- う 時間的 な ロ ス や ラ ン ニ ン グ コ ス ト を 低減で き る 。 ま た 2 次ガス通路内 に イ ン シ ユ レ 一 夕 を介 装 し た こ と に よ り 、 2 次ガス 力 こ の イ ン シ ユ レ 一 夕 に て 整流 さ れて、 こ の 2 次ガス に よ り ノ ズル 2 よ り 噴出 し た プ ラ ズマ ア ー ク が再度絞 り 込ま れて、 切断溝幅の細 い精 密な切断を行な う こ と がで き る 。
    [0055] ま た、 イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 , 1 4 a の 整流通路 に よ り 2 次ガス流を プ ラ ズマ ア ー ク の旋回流 と 同一方向 に旋回 さ せ る こ と がで き る こ と に よ り 、 被切断機 2 4 の切断面 の 傾斜を垂直方向 に変化す る こ と がで き る 。
    [0056] ま た上記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プが先端部 と 基端部 と に分 離で き る の で、 こ れの先端部だ け を 消耗品 と し て交換す る こ と がで き 、 経済的であ る 。
    [0057] 前記な ら びに他の 本発明の 目 的、 態様、 そ し て利点 は 本発明の原理に 合致す る 好適な 具体例が実施例 と し て示 さ れて い る 以下の記述お よ び添附の 図面の 関連 し て説明 さ れ る こ と に よ り 、 当該技術の熟達者に て っ て明 ら か に な る であ ろ う 。
    [0058] 図面の 簡単な説明
    [0059] 図 1 は本発明 の第 1 具体例 を示す断面図、
    [0060] 図 2 の （ a ) 力、 ら （ e ) は イ ン シ ユ レ 一 夕 の そ れぞれ 異な る 具体例 を示す斜視図、 平面図及び正面図、
    [0061] 図 3 は本発明の別の具体例を示す断面図、
    [0062] 図 4 乃至図 7 は本発明の他の具体例を そ れぞれ示す断 面図、 そ し て 図' 8 は プ ラ ズマ ガ ス 流入路 の構成を示す斜視図で あ る 好 ま し い 具体例 の詳細 な 説明
    [0063] 以下、 本発明 の 幾つ かの 具体列が添付の 図面 に 関連 し て詳細 に説明 さ れ る
    [0064] 本発明 の 第 1 の 具体例 を 図 1 、 図 2 ( a ) 、 （ b ) 基づ い て説明す る o
    [0065] 図中 1 は電極 、 2 は こ の電極 1 の先端 に対向す る 位置 に ノ ズ ル保持部材 3 に て保持 さ れて設 け ら れ た ノ ズル、 4 は上記 ノ ズ ル 1 の下端部分を 除 き 、 そ の他の 部分を被 覆す る ノ ズ ル キ ャ ッ プ、 5 は こ の ノ ズルキ ャ ッ プ 4 の 外 側 を被覆す る ノ ズ ル保護キ ャ ッ プで あ る 。 そ し て上記電 極 1 の 周 囲 に は 、 の 周 囲力、 ら ノ ズ ル 2 に連通す る ブ ラ ズマ ガ ス通路 6 が設 け て あ り 、 ま た ノ ズル 2 と ノ ズ ゾレ キ ヤ ッ プ 4 と の 間 に は 冷却水通路 7 が設 け て あ り 、 さ ら に ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 と ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 と の 間 に は ノ ズ ル 2 の先端側 に 開放 さ れた 2 次ガ ス通路 8 が設 け ら れ て い る 。
    [0066] 上記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 は ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 に 対 し て電気的 に絶縁 さ れ た 状態 と な っ て お り 、 ま た ノ ズル 2 は ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 の 先端部で も 支持 さ れて い る 。
    [0067] 上記電極 1 の 内 側 に は冷却水室 9 が設 け て あ り 、 こ の 冷却水室 9 は上記冷却水通路 7 に連通 さ れて い る 。 そ し て こ れ ら の一方の 冷却水室 9 に冷却水流入路 1 0 が接続 し て あ り 、 他方の 冷却水通路 7 に 冷却水流 出路 1 0 a が 接続 し てあ る 。 一方上記プ ラ ズマ ガ ス通路 6 に は プ ラ ズ マ ガス流入路 1 1 が、 ま た 2 次ガス通路 8 に は 2 次ガス 流入路 1 2 がそ れぞれ接続 し て あ る 。
    [0068] 1 3 は上記各部材を支持す る ト ー チ本体で、 こ れは電 極 1 及びノ ズル 2 に対 し て絶縁 さ れて い る 。 そ し て上記 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 は こ の ト ー チ本体 1 3 に螺着 さ れ て い る 。
    [0069] ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 と の 間 に構 成 さ れ る 2 次ガ ス通路 8 は テ ーパ環状 に形成 さ れて い る が、 こ の 2 次ガス通路 8 内 に絶縁材料 に て構成 さ れ、 か っ スぺ ー サ を かね る ィ ン シ ュ レ ー タ 1 4 力《、 ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 及 び ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 の そ れぞれの壁面に対 し て気密状 に し て介装 し てあ る 。 そ し て こ の イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 に は こ れの上流側 と 下流側 と を連通す る 整流路 と な る 小孔 1 5 が円周方向 に複数個開 口 し てあ る 。
    [0070] な お こ の整流通路 と な る 小孔 1 5 は図 2 ( a ) に示す 小孔 1 5 に替えて図 2 ( b ) に示す よ う に、 内面 （あ る い は外面） に軸方向 に溝 1 5 a に し て も よ い。
    [0071] ま た上記整流通路 と な る 小孔 1 5 及び溝 1 5 a は軸心 に対 し て う ず巻 き 状 に設 け て も よ い。
    [0072] な お図 2 ( a ) ， ( b ) に示 し た イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 は 2 次ガス通路 8 の テ ーパ環状の形状に あ わせてテ ーバ 状に形成さ れて い る が、 こ の よ う に形状 に か ぎ る も の で は な く 、 図 2 の （ c ) , ( d ) , ( e ) に示す よ う に断 面矩形状 に し て、 整流 さ れた 2 次 ガ ス は軸心方 向 に 流れ る よ う に し て も よ い。
    [0073] 上記 ノ ズル 2 の オ リ フ ィ ス 1 6 の 径 0 i と ノ ズル保護 キ ャ ッ プ 5 の 開 口 径 0 2 と の比 （ 0 2 / φ { ) は 1 . 0 〜 5 . 0 が適当 で あ り 、 ま た好 ま し く は 2 . 0 〜 4 . 0 で あ る 。 こ こ で ø 2 ø j < 1 . 0 の 場合 に は ノ ズル保 護キ ヤ ッ プ 5 の先端が プ ラ ズマ ア ー ク の熱で変形 し て損 傷 し て し ま い 、 そ の上、 2 次 ガ ス の 流れを舌 L し て し 'ま う ま た 0 2 / 0 > 5 . 0 の場合 に は、 ド ロ ス の 吹 き 返 り が ノ ズル 2 及 び ノ ズル 2 の下端面 と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 の 間の ギ ャ ッ プ 1 7 に 付着 し て ダ ブ ル ア ー ク が発生 し て し ま う 。
    [0074] ま た上記ギ ヤ ッ プ 1 7 の ギ ヤ ッ プ寸法 h は 0 . 5 〜 1 . 5 跚が適当 で あ る 。 こ こ で h < 0 . 5 顧 と し た場合 2 次ガス の 噴 出す る 流速が速 く な り す ぎて ア ー ク を乱 し て し ま う 。
    [0075] 上記イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 はふ つ 素系等の 合成樹脂 あ る い は セ ラ ミ ッ ク に て構成す る 。
    [0076] 上記構成 に お い て、 電極 1 力、 ら の プ ラ ズ マ ア ー ク は、 こ の電極 1 の 周 囲 に設 け ら れた プ ラ ズマ ガ ス通路 6 に 供 耠 さ れた プ ラ ズ マ ガ ス と 共 に ノ ズル 2 及 び ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 の 開 口 部 を通 っ て噴出 さ れ る 。 こ の と き 、 ノ ズ ル 2 は冷却水通路 7 を通 る 冷却水 に て冷却 さ れ る 。 ま た 2 次ガ ス は 2 次ガ ス通路 8 を通 っ て ギ ャ ッ プ 1 7 よ り 上 記ブ ラ ズマ の周 囲を囲繞す る よ う に し て噴出 さ れ る が、 こ の と き の 2 次ガ ス は イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 を通 る 間 に整 流 さ 。
    [0077] すな わ ち 、 環状の 2 次ガス 通路 8 を通 っ て き た 2 次ガ ス は イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 の小孔 1 5 あ る い は溝 1 5 a に て構成さ れ る 整流通路を通 る 間 に整流 さ れ る 。
    [0078] ま た こ の と き 、 ノ ズル 2 の下端面 と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 の 間の ギ ヤ ッ プ 1 7 の ギ ヤ ッ プ寸法 h を最適値 と す る こ と に よ り 、 プ ラ ズマ ア ー ク を包囲す る よ う に 噴出 さ れ る 2 次ガ ス を十分な流量を十分速 い流速で供給 さ れ る ま た ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 の 開 口 怪 ø 9 を最適 に と る こ と に よ り 、 ピ ア ツ シ ン グ時の ド ロ ス の 吹 き 上力く り 力、 ら ノ ズル 2 が保護 さ れ る 。
    [0079] 次に本発明の 他の 具体例を図 3 以下に基づい て説明す る
    [0080] 図 3 は イ ン シ ユ レ 一 夕 の変形例 を示す も の で、 イ ン シ ュ レ ー タ 1 4 a は 断面形状を矩形 に し た部材に て環状 に 構成 さ れて お り 、 こ の イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 a は ノ ズノレキ ャ ッ プ 4 a と ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 a の そ れぞれ対向部 に形成 し た段部に 嵌合 し て取付け ら れて い る 。 そ し て こ の イ ン シ ュ レ ー 夕 1 4 a の外周側 に整流通路 1 8 が設 け ら れて い る 。
    [0081] こ の構成に よ れば、 ノ ズルキ ャ ッ プ 4 a と ノ ズル保護 キ ヤ ッ プ 5 a と は ィ ン シ ュ レ ー タ 1 4 a に て調心 さ れ、 両部材の 位置決 め が容易 に 行な わ れ る 。
    [0082] 図 4 は ノ ズル保護 キ ヤ ッ プを先端側 と 基端側 と を別部 材に し た例 を示す O
    [0083] す な わ ち 、 ノ ズ ル保護 キ ヤ ッ プ 5 b は ノ ズル本体 1 3 に 螺着 さ れ る 基端部 1 9 と 、 ノ ズル 2 側 の 先端部 2 0 と が別部材 に な っ て い る 。 そ し て こ の 先端部 2 0 側 に上記 イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 a 力《支持 さ れて い る 。
    [0084] 上記基端部 1 9 と 先端部 2 0 と の 結合 は 、 先端部. 2 0 側 に フ ラ ン ジ 部 2 0 a を設 け、 こ の フ ラ ン ジ 部 2 0 a に 基端部 1 9 の先端側 を 嵌 合固着す る か、 あ る い は こ の フ ラ ン ジ部 2 0 a に お い て両者を螺合固着 し て も よ い。
    [0085] プ ラ ズ マ ト ー チ の 使用 に 際 し て ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 b の先端側が破損す る が、 こ の具体例 に よ れば、 先端部 2 0 だ け を交換で き 、 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ全体を交換す る も の に対 し て経済的 I？ め る 。
    [0086] ま た ノ ズル保護 キ ヤ ッ プ 5 b を基端部 1 9 と 先端部 2 0 と を分割 し た の で、 そ れぞれの 材質を異な ら せ る こ と が で き 、 先端部 2 0 は熱伝導の よ い材質で構成す る こ と で 高温の溶融金属が付着 し た と し て も 、 こ の 溶融金属が短 時間で冷却 さ れ て剥離 し やす く な る 。 一方基端部 1 9 は 機械的強度 に 優 れ た材質で構成す る こ と で、 ト ー チ が被 切断材 と 接触 し て も こ れ力《変形 し な い よ う に な る 。
    [0087] ま た図 5 は ノ ズ ル保護キ ヤ ッ プを冷却で き る よ う に し た具体例 を示す。 す'な わ ち 、 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 c の基端部 1 9 a の 内側 に環状の冷却水室 2 1 を設 け、 こ の 冷却水室 2 1 に 電極 1 の 内側 に設 け ら れた電極 1 側の 冷却水室 9 に通路 2 2 に て連通 し て あ る 。
    [0088] こ の構成に よ り ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 c の基端部 は冷 却水室 2 1 内の 冷却水 に よ り 冷却 さ れ こ の部分の昇温が 抑制 さ れる 。
    [0089] 図 6 は上記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プを冷却す る た め の構成 の他例を示す も の で、 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 d の冷却水 室 2 1 a を上下方向 に幅の ¾い環状 に構成 し て そ の容積 を大 き く す る こ と に よ り 、 こ の 部分の冷却能力が多 く な つ て い る 。 そ し て こ の 冷却水室 2 1 a に は電極 1 側の冷 却水室 9 に連通す る 流入側の通路 2 2 の ほ か に、 ノ ズル 2 の ま わ り に設 け た冷却水通路 7 に連通す る 出 口側の通 路 2 3 が連通 し て い る 。
    [0090] ま た図 7 に て示 し た イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 a に おい て、 こ れに設け た整流通路 1 8 を ト ー チ の 中心 に対 し て う ず 巻 き 状にす る こ と に よ り 、 ノ ズル保護キ ャ ッ プの ギ ヤ ッ プか ら 噴出す る 2 次ガス 流を旋回流に す る こ と がで き る c さ ら に電極 1 の 周 囲 に設 け ら れた プ ラ ズマ ガス通路 6 に プラ ズマ ガス を流入す る た め の複数本の プ ラ ズマ ガス 流入路 6 a を図 8 に示す よ う に ト ー チ の軸心 に対 し て傾 斜さ せて、 プ ラ ズマ ガ ス通路 6 に流入す る プ ラ ズマ ガ ス に旋回流を与え る よ う に す る 。 ま た こ の と き ヽ ノ ズル 2 の ォ リ フ ィ ス長 L は オ リ フ ィ ス 怪 Φ ！ に 対 し て し , Φ ≤ 2 の 関係 に す る O
    [0091] こ の 成 に お い て、 2 次ガ ス の 旋回方向 と プ ラ ズマ ガ ス の 旋回方 向 と が同一に な る よ う に す る o
    [0092] こ の 具体例 の楕成 に よ る ブ ラ ズ マ ト ー チ に て図 7 に 示 す よ う 被切断材 2 4 を切断 し た と き に、 2 次ガ ス の 旋回 流の上流側 の 切断壁 2 4 a 力 垂直 に な り 、 他方の 切断壁 2 4 b が m先状 に 傾斜 さ れて切断 さ れ る 。
    [0093] こ の よ う に 、 例 え ば、 2 次ガ ス が上力、 ら み て右方向 に 旋回 し て い る 場 側 の切断壁 2 4 a 力く垂直状 に な る さ ら に 上記各具体例 に お い て、 冷却水 に よ る 電気化学 的 な 腐食 を 低減す る た め に は、 冷却水を介 し て流れ る 電 流を減少 し て や ら ね ば ら な い が、 そ の た め に は、 冷却水 に接す る ト ー チ 本体の 金属部分の面積を狭 く し てや る 必 要が あ る o
    [0094] こ の こ と カゝ ら 図 1 に示す よ う に、 電極 1 側 の冷却水室 9 と ノ ズル 2 側 の 冷却水通路 1 0 と を連通す る 流入路 2 5 に電気絶縁材料 に て構成 し た チ ユ ー ブ 2 6 を 嵌合す る 。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    1 . 水冷 さ れた電極 1 を用 い、 こ の電極 1 を プ ラ ズマ ガ ス通路 6 を隔てて被覆す る よ う に配置 さ れた ノ ズル 2 の オ リ フ ィ ス 1 6 を通 じ て プ ラ ズマ ア ー ク を電極 1 と 被切 断材 2 4 間で発生 さ せ る 切断用 プ ラ ズマ ト ー チ に お い て ノ ズルキ ャ ッ プ 4 の外側 に、 先端側 に ノ ズル 2 の オ リ フ イ ス 1 6 に対向す る 開 口 部を有 し、 こ の 開 口 部に連通す る 環状の 2 次ガス通路 8 を ノ ズルキ ヤ ッ プ 4 と の 間で構 成す る ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 ， 5 a , 5 b ， 5 c 又 は 5 d を上記電極 1 及び ノ ズル 2 と 電気的 に絶縁 し て固着 し、 上記 2 次ガ ス通路 8 内 に、 電気絶縁材に て環状 に構成 さ れ、 かつ 2 次ガス通路 8 を流れ る ガス 流を整流す る 整流 通路を有す る イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 を介装 し た こ と を特徵 と す る 切断用 プ ラ ズマ ト ー チ。
    2 . 前記 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 を熱伝導性の よ い金属材 料で構成 し た こ と を特徵 と す る 請求項 1 記載の切断用 プ ラ ズマ ト ー チ。
    3 . 前記イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 を矩形の 断面形状 にす る と 共に、 こ の イ ン シ ユ レ 一 夕 1 4 を ノ ズルキ ャ ッ プ 4 の外 周面 と ノ ズル保護キ ャ ッ プの 内周面 に そ れぞれ設 け た段 部に嵌着 し た こ と を特徵 と す る 請求項 1 記載の切断用 ブ ラ ズマ ト ー チ。
    4 . 前記 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 b を、 ノ ズル先端部を保 護す る 先端部 2 0 と 、 ト ー チ本体側 に固着す る 基端部 1 9 と に て構成 し 、 かつ こ れ ら を着脱可能 に結合 し た こ と を 特徴 と す る 請求項 1 記載の 切断用 プ ラ ズマ ト ー チ。
    . 刖記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 b を構成す る 先端部 2 0 と 基端部 1 9 の そ れぞれ に互 い に 嵌合す る フ ラ ン ジ を設 け、 あ る い は そ れぞれの互 い に結合す る 部分 に ね じ を設 け、 上記先端部 2 0 と 基端部 1 9 と を嵌合あ る い は螺着 し て容易 に 着脱で き る よ う に し た こ と を特徵 と す る 請求 項 4 記載の 切断用 プ ラ ズ マ ト ー チ。
    6 . 前記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 b を構成す る 先端部 2 0 と 基端部 1 9 の う ち 、 先端部 2 0 を伝熱性の よ い金属材 料で、 ま た基端部 1 9 を機械的強度 に優れた 金属材料 に て構成 し た こ と を 特徵 と す る 請求項 4 記載の 切断用 ブ ラ ズマ ト 一チ o
    7 . 前記 ノ ズル 2 の先端面 と ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 ， 5 a 又 は 5 b の 開 口 部内側面 と の 間の ギ ャ ッ プ 1 7 の 寸法 h が 0 . 5 〜 1 . 5 腿で あ る こ と を特徴 と す る 請求項 1 ， 4 記載の切断用 プ ラ ズマ ト ー チ。
    8 . 前記 ノ ズ ル 2 の オ リ フ ィ ス 径 0 t と ノ ズ ル保護キ ヤ ッ プ 5 ， 5 a 又 は 5 b の 開 口 径 ø 2 と の比 ø 2 / φ { を 1 . 0 〜 5 . 0 に し た こ と を特徴 と す る 請求項 1 , 4 記 載の切断用 ブ ラ ズ マ ト ー チ。
    9 . 前記 ノ ズル保護キ ヤ ッ プ 5 c の基端部の 内側 に環状 の冷却水室 2 1 を設 け 、 こ の冷却水室 2 1 を電極 1 内 に 設 け た冷却水室 9 に連通 し た こ と を特徴 と す る 請求項 1 4記載の切断用 プ ラ ズマ ト ー チ。
    1 0. 前記 ノ ズル保護キ ャ ッ プ 5 dを袋状の 2重構造に し、 こ れに よ る 空間を冷却水室 2 l a と し た こ と を特徵 と す る 請求項 9記載の切断用 ブ ラ ズマ ト ー チ。
    1 1. 前記電極 1 の周 囲 に設 け ら れた プ ラ ズマ ガス通路 6 に プ ラ ズマ ガス を流入す る た め の プラ ズマ ガス流入路 6 a を、 プラ ズマ ガス に旋回流を与え る よ う に ト ー チ の 軸心に対 し て傾斜 さ せ、 ま た イ ン シ ユ ー レ ー タ 1 4·, 1 4 a の整流通路を、 こ れを通 る 2次ガス に上記プ ラ ズ マ ガス の旋回方向 と 同一方向の旋回流を与え る よ う に し た う ず巻 き 状 に し、 ま た ノ ズル 2の オ リ フ ィ ス径 i と ォ リ フ ィ ス長 さ Lの 関係を L Z 0 { ≤ 2 を満足す る こ と を特徵 と す る 請求項 1 , 4記載の切断用 プ ラ ズマ ト ー チ《
    1 2. 前記電極 1 側の冷却水室 9 と ノ ズル 2側の 冷却水 通路 1 0 と を連通す る 流入路 2 5 を電気絶縁材料に て構 成 し たチ ュ ー ブ 2 6 に て構成 し た こ と を特徴 と す る 請求 項 1 , 4記載の切断用 プ ラ ズマ ト 一チ o
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1715491||1991-02-28||
    JP3/17154U||1991-02-28||
    JP3/33399U||1991-04-12||
    JP3339991||1991-04-12||EP19920906228| EP0573653B1|1991-02-28|1992-02-28|Plasma torch for cutting|
    US08/107,815| US5393952A|1991-02-28|1992-02-28|Plasma torch for cutting use with nozzle protection cap having annular secondary GPS passage and insulator disposed in the secondary gas passage|
    DE1992624183| DE69224183T2|1991-02-28|1992-02-28|Plasmaschneidebrenner|
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