JP2003112262A - 間隔保持部材および電極ホルダ並びにそれらを用いるプラズマトーチ - Google Patents

間隔保持部材および電極ホルダ並びにそれらを用いるプラズマトーチ

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JP2003112262A
JP2003112262A JP2001307097A JP2001307097A JP2003112262A JP 2003112262 A JP2003112262 A JP 2003112262A JP 2001307097 A JP2001307097 A JP 2001307097A JP 2001307097 A JP2001307097 A JP 2001307097A JP 2003112262 A JP2003112262 A JP 2003112262A
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electrode holder
ceramics
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JP2001307097A
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Tatsuo Kato
龍夫 加藤
Toshiro Tagami
敏郎 田上
Shinichiro Yagi
紳一郎 八木
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマトーチ1内の間隔保持部材2は、過
熱と冷却の影響を同時に受けるため、部材内に大きな熱
勾配を生じて破損することがある。また、インサートチ
ップ3のノズルよりプラズマが正常に噴射する通常使用
時においても間隔保持部材2は過熱と冷却の影響を同時
に受けるため、長期間の使用により破損することがあ
る。 【解決手段】 プラズマトーチ1内の電極間を電気的に
絶縁しながら電極間の距離を一定に保つ間隔保持部材2
であり、電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デ
ルタT℃以上のセラミックスで形成する間隔保持部材
2。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ切断、プラ
ズマ溶接、プラズマ溶射、プラズマ加熱等において用い
るプラズマトーチに関し、特にプラズマトーチ内の電極
間を電気的に絶縁しながら電極間の距離を一定に保つ間
隔保持部材および前記機能に加え電極を保持する機能を
有する電極ホルダに関する。
【0002】
【従来の技術】図1にプラズマトーチ1の外観とその先
端部の縦断面を示す。インサートチップ3には、絶縁耐
火物製の間隔保持部材2が装入されており、間隔保持部
材2の中心軸部の穴をタングステン電極棒4が貫通して
いる。この間隔保持部材2により、タングステン電極棒
4は、インサートチップ3の中心軸位置に位置決めされ
ている。
【0003】パイロットアークの着火手順を述べると、
先ず、タングステン電極棒4とインサートチップ3との
間にAr等の作動ガスを流す。次に高周波発生器によ
り、タングステン電極棒4とインサートチップ3との間
に高周波電圧(3000〜4000V、1〜2MHz)
を印加する。この印加と同時にパイロットアーク電源よ
り、タングステン電極棒4とインサートチップ3との間
にパイロット電流(DC10〜20A)を印加する。タ
ングステン電極棒4の先端部より、高圧高周波による放
電(絶縁破壊)が発生し作動ガス(Ar)がイオン化
し、パイロット電流によるパイロットアークが発生し、
作動ガスのモーメンタム(運動エネルギ)によって、イ
ンサートチップ3のノズルよりアークが放出される。プ
ラズマアーク電源よりタングステン電極棒4と被加工材
5との間にプラズマアーク電流を流すことにより、タン
グステン電極棒4と被加工材5との間にアークが生じ、
被加工材5に向けてインサートチップ3のノズルよりプ
ラズマが噴射する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】パイロットアークの着
火のために、上述のようにタングステン電極棒4とイン
サートチップ3との間に作動ガスを流し、タングステン
電極棒4とインサートチップ3との間に高周波電圧を印
加しこれと同時に、タングステン電極棒4とインサート
チップ3との間にパイロット電流を流すための電圧を印
加しても、アークがインサートチップ3の内部の間隔保
持部材2の下端面近傍の空間に発生したままインサート
チップ3のノズルからアークが出ないこと(ミス着火)
がある。この状態が継続するとインサートチップ3、間
隔保持部材2およびタングステン電極棒4がトーチ内部
で過熱し、間隔保持部材2が溶損し場合によってはイン
サートチップ3まで溶損することがある。一方で、間隔
保持部材2はインサートチップ3と接触しているため、
インサートチップ3を冷却する冷却水により間接的に冷
却される。このように間隔保持部材2は過熱と冷却の影
響を同時に受けるため、部材内に大きな熱勾配を生じて
破損することがある。ミス着火時ほどではないものの、
インサートチップ3のノズルよりプラズマが正常に噴射
する通常使用時においても間隔保持部材2は過熱と冷却
の影響を同時に受けるため、長期間の使用により破損す
ることがある。
【0005】本発明の目的は、ミス着火時または通常使
用時においても溶損および破損しにくく使用寿命の長い
間隔保持部材および電極ホルダもしくはそれを用いるプ
ラズマトーチを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意検討したところ、本願発明者は電気的絶縁性を有
し且つ耐熱衝撃性の優れたセラミックスで前記間隔保持
部材または電極ホルダを形成すると過熱と冷却の影響を
同時に受けても破損しにくいことを見出した。ここで耐
熱衝撃性は400デルタT℃以上であることが好まし
い。
【0007】したがって本願第1の発明の間隔保持部材
は、プラズマトーチ内の電極間を電気的に絶縁しながら
電極間の距離を一定に保つ間隔保持部材であり、電気的
絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デルタT℃以上の
セラミックスで形成することを特徴とする。
【0008】本願第2の発明の電極ホルダは、プラズマ
トーチ内の電極間を電気的に絶縁しながら電極間の距離
を一定に保ち且つ電極を保持する電極ホルダであり、電
気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デルタT℃以
上のセラミックスで形成することを特徴とする。
【0009】本願第3の発明のプラズマトーチは、プラ
ス電極とマイナス電極との間に電極間を電気的に絶縁し
ながら電極間の距離を一定に保つ間隔保持部材を有する
プラズマトーチであり、間隔保持部材を電気的絶縁性を
有し且つ耐熱衝撃性が400デルタT℃以上のセラミッ
クスで形成することを特徴とする。
【0010】本願第4の発明のプラズマトーチは、プラ
ス電極とマイナス電極との間を電気的に絶縁しながら電
極間の距離を一定に保ち且つ電極を保持する電極ホルダ
を有するプラズマトーチであり、電極ホルダを電気的絶
縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デルタT℃以上のセ
ラミックスで形成することを特徴とする。
【0011】上記の特性を満たすセラミックスとしては
窒化ケイ素系セラミックスが好適であり、具体的には窒
化ケイ素やサイアロンを使用することができる。また、
一部のジルコニアも使用することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図1はプラズマトーチ1の外観とその先
端部の縦断面を示す。各部の機能および動作については
既に説明したので、ここでは説明を省略する。間隔保持
部材2は、タングステン電極棒4とインサートチップ3
とを電気的に絶縁しながら電極間の距離を一定に保つ間
隔保持部材であり、電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性
が400デルタT℃以上のセラミックス、例えば日立金
属社製サイアロンHCN−10で形成する。このサイア
ロンは電気抵抗率1011Ω・cm以上、耐熱衝撃性7
10デルタT℃の特性を有する。この間隔保持部材2を
装入した図1のプラズマトーチ1を用いてプラズマの噴
射実験を行ったところ、本発明の間隔保持部材は、従来
の絶縁耐火物製の間隔保持部材よりミス着火時および通
常使用時においても溶損および破損しにくく、使用寿命
は20倍以上に延びた。他に日立金属社製ジルコニアH
CZ−40で形成しても同様の効果を得ることができ
る。本材料は電気抵抗率1010Ω・cm以上、耐熱衝
撃性430デルタT℃の特性を有する。
【0013】上記サイアロンに代えてアルミナ(耐熱衝
撃性210デルタT℃)で作製した間隔保持部材を装入
した図1のプラズマトーチ1を用いてプラズマの噴射実
験を行ったところ、溶損および破損しやすく使用寿命は
従来の絶縁耐火物製の間隔保持部材と同等であった。
【0014】このプラズマの噴射実験で本発明の間隔保
持部材は摩耗が少ないことも明らかになった。作動ガス
は高速度で間隔保持部材2の孔を通過するが、その際に
作動ガスの中に微量でも塵埃が含まれていると間隔保持
部材2を摩耗させることがある。作動ガスはパイロット
アークのミス着火を防ぐために、間隔保持部材2に設け
た孔により旋回流となってタングステン電極棒4とイン
サートチップ3との間に供給されることがある。作動ガ
ス中の塵埃で間隔保持部材2が摩耗して、この孔の形状
が変化すると旋回流に乱れが生じる。磨耗を防ぐには間
隔保持部材2をスラリー摩耗による耐磨耗性が摩耗体積
5mm以下のセラミックスで形成することが好まし
い。この摩耗体積の定義は400♯ダイヤ研削した15
mm×15mm×5tの試験片を15mm×15mmの
面を周方向に向けて、Al粉末(60mesh)中、
周速7m/sで1h回転させた時の体積の減少量であ
る。サイアロンHCN−10の摩耗体積は1.4m
、ジルコニアHCZ−40の摩耗体積は0.8mm
である。
【0015】図2は別のプラズマトーチ10の縦断面の
模式図を示す。図2では図1のプラズマトーチ1の部位
に相当する部位には同じ符号を付し、シールドガスと冷
却水を流すための構成は図示を省略した。プラズマトー
チ10は、タングステン電極棒4とインサートチップ3
とを電気的に絶縁しながら電極間の距離を一定に保ち且
つ電極(タングステン電極棒4とインサートチップ3)
を保持する電極ホルダ6を有するプラズマトーチであ
り、電極ホルダ6を電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性
が400デルタT℃以上のセラミックスで形成する。こ
のようなセラミックスとして前記の間隔保持部材を形成
するセラミックスと同様のものを採用することができ
る。
【0016】本発明の間隔保持部材や電極ホルダの作製
方法について説明する。間隔保持部材や電極ホルダの外
周面や内周面の寸法は、ある程度の加工精度を必要とす
る。先ず、原料となる粉末をラバープレスで成形してグ
リーンと呼ばれる成形体を得る。次いでグリーンを加工
してできるだけ仕上げ寸法に近い焼結体が得られるよう
な寸法にする。これを焼結し焼結体の必要箇所を加工し
て仕上げ寸法とする。このようにして難加工性材料であ
るセラミックスの加工代を少なくすることができる。
【0017】本発明を移行型プラズマトーチの例を用い
て説明したが、本発明は非移行型プラズマトーチにも適
用できる。
【0018】
【発明の効果】本発明は上記した構成としたから、ミス
着火時または通常使用時においても溶損および破損しに
くく使用寿命の長い間隔保持部材、電極ホルダ及びそれ
を用いるプラズマトーチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるプラズマトーチの要部を示した
縦断面図である。
【図2】本発明に係わる別のプラズマトーチの要部を示
した縦断面図である。
【符号の説明】
1,10 プラズマトーチ 3 インサートチップ 2 間隔保持部材 4 電極棒 5 被加工材 6 電極ホルダ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマトーチ内の電極間を電気的に絶
    縁しながら電極間の距離を一定に保つ間隔保持部材であ
    り、電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デルタ
    T℃以上のセラミックスで形成することを特徴とする間
    隔保持部材。
  2. 【請求項2】 上記セラミックスは窒化ケイ素系セラミ
    ックスである請求項1に記載の間隔保持部材。
  3. 【請求項3】 プラズマトーチ内の電極間を電気的に絶
    縁しながら電極間の距離を一定に保ち且つ電極を保持す
    る電極ホルダであり、電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃
    性が400デルタT℃以上のセラミックスで形成するこ
    とを特徴とする電極ホルダ。
  4. 【請求項4】 上記セラミックスは窒化ケイ素系セラミ
    ックスである請求項3に記載の電極ホルダ。
  5. 【請求項5】 プラス電極とマイナス電極との間に電極
    間を電気的に絶縁しながら電極間の距離を一定に保つ間
    隔保持部材を有するプラズマトーチであり、間隔保持部
    材を電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400デルタ
    T℃以上のセラミックスで形成することを特徴とするプ
    ラズマトーチ。
  6. 【請求項6】 プラス電極とマイナス電極との間を電気
    的に絶縁しながら電極間の距離を一定に保ち且つ電極を
    保持する電極ホルダを有するプラズマトーチであり、電
    極ホルダを電気的絶縁性を有し且つ耐熱衝撃性が400
    デルタT℃以上のセラミックスで形成することを特徴と
    するプラズマトーチ。
  7. 【請求項7】 上記セラミックスは窒化ケイ素系セラミ
    ックスである請求項5又は6に記載のプラズマトーチ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140018250A (ko) * 2011-02-25 2014-02-12 히다치 겡키 가부시키 가이샤 건설 기계
JP2016107307A (ja) * 2014-12-08 2016-06-20 大陽日酸株式会社 溶接装置及びプラズマ溶接方法
US10131013B2 (en) 2014-03-19 2018-11-20 Taiyo Nippon Sanso Corporation Non-transferred plasma arc system, conversion adapter kit, and non-transferred plasma arc torch

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