JP3883005B2

JP3883005B2 - スチームプラズマトーチ

Info

Publication number: JP3883005B2
Application number: JP2003061867A
Authority: JP
Inventors: 太磨喜伊佐; 修一権田; 幸三郎品田
Original assignee: Raytech Corp
Current assignee: Raytech Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004268089A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマトーチ、特に、携帯可能なスチームプラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許出願公開０６４０４２６Ａ１号に、従来のスチームプラズマトーチの一例が示されている。プラズマトーチは、例えば、鉄、アルミ、ステンレスなどの金属の溶接、切断、銀ロウ付け等を行うために、アークを発生させる。特に、スチームプラズマトーチは、電気アークに加えて所定の作動流体のスチームをも用いてプラズマアークを発生させるプラズマトーチである。例えば、切断には水、溶接には水とアルコールが使用される。これらの作動流体は、プラズマトーチの先端部付近にて発生される電気アークの熱を伝達する多孔質熱伝導材によってスチームに変えられる。そのスチームは、プラズマトーチの先端部付近に噴射させられ、アノードノズルからのプラズマアークを確立させる。
【０００３】
上記の従来スチームプラズマトーチでは、作動流体がトーチ自体、更に言えば、トーチの本体部に備蓄されている。作動流体を外部から取り込まずに、トーチ自体に作動流体を備蓄するようにしたことにより、このスチームプラズマトーチは携帯可能になっている。この従来のスチームプラズマトーチは、例えば、自動車整備工場、建築現場等で利用されている。
【０００４】
【特許文献１】
欧州特許出願公開０６４０４２６Ａ１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来装置では、備蓄できる作動流体量が少量であった。備蓄された液体が少量であることは、１回あたりの作業時間が非常に短くなることを意味する。この欠点は、携帯用のプラズマトーチにとっては致命的である。作動流体の補充が頻繁に必要となり、特に、緊急時には問題となっていた。
【０００６】
また、上記の従来装置は、トーチの本体部にのみ液体を備蓄するものであるため、その備蓄容量を増そうとするためどうしても本体部の直径を長さに比して大きくしているので、ノズル付近の形状がずんぐり膨らんだ形状となってしまう傾向があった。このため、アークを作業対象物の溶接位置等に的確にねらい定めることが非常に困難であり、使い勝手が悪いという欠点を有していた。その上、アークによる加熱によるノズル付近の部品の焼き付き現象を生じてしまうという問題点もあった。さらにまた、電極材の径をあまり太くできないので、電極材の交換作業を頻繁に必要としており、特に、緊急時には問題となっていた。
【０００７】
本発明の目的は、これら従来技術における問題点を解消しうるようなスチームプラズマトーチを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、スチームによってプラズマアークを発生させる型のスチームプラズマトーチにおいて、先端部にプラズマアークを吹出し形成するノズルを有した本体部と、該本体部に連接した把持部とを備えており、スチームを与える液体を供給するための内蔵タンクが、前記本体部および前記把持部の双方の内部に亘って設けられており、前記本体部の内部には、前記ノズルの背後に対向するようにして電極材を保持した電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持された前記電極材と前記ノズルの背後との間の空間を取り囲む誘導管と、該誘導管の背後にあって前記電極ホルダーを取り囲む蒸発管とが設けられており、前記蒸発管は、前記ノズルと前記電極材との間に発生されるアークによる熱を前記内蔵タンク内の液体へと伝えてスチームを発生するように作用し、前記誘導管は、前記内蔵タンクと前記空間とを連通し前記発生されたスチームを前記空間内へと噴射させるように作用し、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管との間には、加熱による焼き付きを防止するための焼き付き防止手段が施されていることを特徴とするスチームプラズマトーチが提供される。
【０００９】
本発明の一つの実施の形態によれば、前記本体部の外部には、スチームを与える液体を供給するための予備タンクを、前記内蔵タンクと連通しうるようにして、着脱自在に取り付けることができる。
【００１０】
本発明の別の実施の形態によれば、前記把持部の外部には、スチームを与える液体を供給するための予備タンクを、前記内蔵タンクと連通しうるようにして、着脱自在に取り付けることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記内蔵及び予備タンク内には、前記液体を吸収するための液体吸収材が充填されている。
【００１３】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記焼き付き防止手段は、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管との間の近接面に施された薄膜によって与えられる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記焼き付き防止手段は、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管とを材質の異なる材料にて形成することにより与えられる。
【００１５】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記焼き付き防止手段は、前記誘導管と前記蒸発管とを一体的に形成することによて与えられる。
【００１６】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、前記液体吸収材は、少なくとも前記蒸発管に近接する部分が耐熱性のものとされている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態および実施例について、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施例によるスチームプラズマトーチの断面図、図２に、先端付近の一部部分拡大図をそれぞれ示す。スチームプラズマトーチ１の本体は、本体部２と、この本体部２から略垂直に延びる把持部３から構成される。プラズマアークの発生に必要とされる主な部品は、本体部２にある。例えば、ユーザは一方の手で把持部３を持ち、他方の手で本体部２を支える等して作業を行うことができる。尚、図面簡略のため、これらの図に電源は特に示していない。しかし、この実施例のスチームプラズマトーチは、従来のこの種のトーチと同様に、外部電源に接続して、後述するようなノズルアノード１１とカソード電極材１３との間に高電圧および電流を加えることができる構造とされている。また、図１に示された予備タンク４３、４５は後述するように任意に設けられるものであって、必ずしも必要なものではない。
【００２１】
このプラズマトーチ１は、先端５付近にノズル（ノズルアノード）として設けられたアノード１１と、電極ホルダー１５に固定して設けられたカソード電極材１３との間に高電圧をかけることによって電気アークを発生することができる。この電気アークの発生は、例えば、後述するような調整ネジ２１の後面をスプリング２７の偏移力に抗して押し込むことにより、電極ホルダー１５の先端に保持されたカソード電極材１３がノズルアノード１１に接触させるようにしてから、調整ネジ２１への押し込み力を解放し、カソード電極材１３がノズルアノード１１から後退して離れるようにする操作によって行われうる。ノズルアノード１１とカソード電極材１３との間に高電圧が印加された状態で、カソード電極材１３をノズルアノード１１から離すとき、カソード電極材１３とノズルアノード１１との間に電気アークが発生させられるのである。電気の漏洩を防ぐ等のため、電極ホルダー１５は絶縁管１７によって覆われており、また、先端５付近はキャップ１２によって保護されている。発生された電気アークの熱が後述するような蒸発管３１を伝達して、後述するような内蔵タンク３３内の液体が加熱され、スチームとなって後述するような誘導管２９を通してノズルアノード１１とカソード電極材１３との間の空間へと噴射させられ、これにより、電気アークがアノード１１の開口１９から外部に吹出されて、プラズマアークが確立され、このプラズマアークが切断や溶接等に利用されることになる。図２によく示されるように、誘導管２９は、ノズルアノード１１の後端と蒸発管３１の前端との間に配置され、それらの間にスチームを噴射するための隙間を作り出すようなものとされている。これらの隙間は、内臓タンク３３内に連通するような構造とされている。
【００２２】
発生されるアークの大きさはアノード１１とカソード電極材１３の間の距離によって調整することができる。これらアノード１１とカソード電極材１３の距離は、例えば、トーチ本体の後部に配した調整ネジ２１のねじ込みの程度を変えること等によって調整され得る。調整ネジ２１は、トーチ本体に固定された絶縁ネジ２３にネジ留めされている。明らかなように、調整ネジ２１のねじ込み程度を変えると、調整ネジ２１と接触している電極ホルダー１５の後部保持部材２５を介して、電極ホルダー１５がトーチの前方若しくは後方へ移動し、これに伴って、カソード電極材１３も前方若しくは後方へと移動することになる。この結果、アノード１１とカソード電極材１３間の距離が調整され、アークの大きさも調整される。尚、電極ホルダー１５の後部保持部材２５はスプリング２７の働きにより、常時、調整ネジ２１の側へ押し付けられている。
【００２３】
トーチの使用に伴って、プラズマトーチ１の本体内の部品は徐々に消耗していく。先端５付近は特に高温にさらされるため、付近に存在する部品、例えば、アノード１１、カソード電極材１３等の消耗は特に大きい。消耗品の交換を可能にするため、このトーチは分解可能とされている。しかしながら、特に高温にさらされる先端付近の部品は、いわゆる焼き付きの影響により、通常の人の手では取り外せない状態になってしまうことも多い。従来は、この問題を解決するために、ノズルアノード１１の内側にカーボンをすり込む等の工夫がなされていたが、十分な効果を得ることはできなかった。この焼き付きの問題は、アノード１１や誘導管２９、蒸発管３１が、すべて同じ材料、（一般には銅）で作られていることも要因になっていると考えられることから、例えば、相隣り合うアノード１１と誘導管２９、あるいは、誘導管２９と蒸発管３１のそれぞれの間に、それらを仕切る材料をそれぞれ付与するか、又は、アノード１１の材質と誘導管２９の材質、あるいは、誘導管２９の材質と蒸発管３１の材質をそれぞれ、異ならしめるとよい。尚、これら仕切りに使用する材料、或いは、誘導管等を作るために用いる材質としては、導電性、熱伝導性のある材料が好ましい。このような材料として、例えば、クローム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、又はこれらの化合物を挙げることができる。また、仕切る材質を付与する方法として、蒸着、メッキ、薄膜処理を挙げることができる。図２は、特に、薄膜３２を施した状態を示している。さらにまた、このような焼き付きによる問題点を解消するには、誘導管および蒸発管を初めから一体的なものとして形成しておくことも考えられる。この場合には、蒸発管３１と誘導管２９といった二部品を設けることが不要となるから、製造コストも削減され、また、部品交換時の手間も交換コストも削減されることになる。
【００２４】
蒸発管３１の働きを有効なものとするためには、蒸発管３１に常時一定の作動液体、例えば、水を接触させておく必要がある。この目的のため、従来の蒸発管３１は、例えば、作動液体を吸収し保持しうる液体吸収材のような多孔質材料で包まれていることが多かった。しかしながら、従来、この液体吸収材が、アーク発生時の熱によって蒸発管３１に貼り付き焼き付けられてしまうといった問題が起きていた。このような焼き付きは、蒸発管３１の性能を低下させ、スチームの安定供給、或いは、安定したアークの生成を困難なものにする。本実施形態では、この問題を解決するために、蒸発管３１の材料として、耐熱性を有する（従って、焼き付きを生じさせない）とともに、作動液体である水を均一に通し且つ蒸気を可能な限り一定の速度で作るといった特徴を有した工業材料を選定、使用している。このような材料としては、耐熱性と保水性とを兼ね備えたものとして、例えば、セラミック繊維、微小孔セラミックス、多孔質セラミック、ガラス繊維を挙げることができる。
【００２５】
蒸発管３１に接触させる作動液体は、使用時に逐次に外部から取り込まれてもよいが、それでは携帯に適さない。携帯に適したものとするために、本発明のプラズマトーチ１は、トーチ本体の内部に内蔵タンク３３を備える。より多くの作動液体を備蓄するため、内蔵タンク３３は、トーチカバー３５の内側の略全体にわたって設けられている。更に言えば、プラズマトーチ１の本体部２のみならず、把持部３の内部にも亘っているタンク部分３３ａが設けられている。このため、本発明のプラズマトーチ１では、内蔵タンク３３の形状が、カバー３５内側の形状に相応する形状とされている。この内蔵タンク３３への液体の供給は、内蔵タンク３３の上下にそれぞれ設けられた上部給水口３７と下部給水口３９から行うことができる。尚、この実施例では、タンク内における液体の揺れ防止等のため、内蔵タンク３３の内部に液体吸収材４１が充填されている。また、特に、高温となる部分、例えば、蒸発管３１に緊切する部分には、耐熱性の液体吸収材４２を使用するのが好ましい。
【００２６】
作動液体である水の備蓄量を更に増やすため、予備タンクを設けてもよい。図示の実施形態では、上部予備タンク４３と下部予備タンク４５といった２種類の予備タンクを接続できるようにしている。勿論、一方のみを設けてもよいし、更に他の予備タンクを追加してもよい。各予備タンクは、それぞれ、上部容器４７とこれを貫通させるようにして設けられた上部固定ネジ４９、或いは、下部容器５１とこれを貫通させるようにして設けられた下部固定ネジ５３から成る。これらの上部予備タンク４３と下部予備タンク４５は、各固定ネジ４９、５３の先端を、本体タンク３３の上部給水口３７や下部給水口３９の内縁３７ａ、３９ａにネジ込む等することによって、本体タンク３３（トーチ本体）に自由に着脱できる。尚、予備タンク４３、４５を外したときは、図３のａ）、ｂ）の一部部分拡大図にそれぞれ示すように、図１に示す上部固定ネジ４９や下部固定ネジ５３に代えて、上下給水口３７、３９に上部ネジ蓋５５や下部ネジ蓋５７をねじ込んでやればよい。特に、図３のｂ）に示す下部給水口３９では、下部ネジ蓋５７をねじ込んだ後も把持部３におけるトーチカバー３５の端部５９が開いた状態となっているため、下部ネジ蓋５７をねじ込んだ後に下部閉じ蓋６１を装着させるとよい。
【００２７】
再び図１に戻って、図１から明らかなように、各固定ネジ４９、５３の内部は井戸状とされており、それらの固定ネジ４９、５３が、丁度、容器４７、５１の内部を貫通する付近に、それら容器中の作動液体を取り込むための孔４９ａ、５３ａが設けられている。固定ネジ４９、５３が接続されているとき、各容器４７、５１の作動液体は、これらの孔４９ａ、５３ａを通じて、内蔵タンク３３へ移される。予備タンク４３、４５を使用することにより、このスチームプラズマトーチ１における作動液体の備蓄量は飛躍的に増える。尚、この実施例では、各予備タンク４３、４５には、本体タンク３３と同様に、液体吸収材４１を充填するようにしている。
【００２８】
このように、本発明によれば、内蔵タンク３３における液体備蓄量を増やすことができ、更に、予備タンク４３、４５を設けたときには、その量をさらに飛躍的に増やすことができる。この結果、１回あたりの作業時間を大幅に延長することができる。この効果は、特に携帯用のプラズマトーチにとっては非常に重要な意味を持つ。尚、作業時間の延長にともなって、当然に、カソード電極材１３の消耗も大きくなるが、これは、カソード電極材１３の太さを従来のものより太くすることによって対応することができる。例えば、従来のカソード電極材の太さは約１ｍｍ程度であるが、本発明では太くしたものを用いている。この点より詳述すると、本発明による内蔵タンクは、本体部の内部だけでなく把持部の内部を利用するものであるので、カソードホルダー１５の径を太くすることにより、本体部内部においてタンクとして利用できる体積が減少したとしても、把持部を大きくしてその内部のタンクとして利用できる体積を増すことにより、同容量の内蔵タンクを与えることができる。したがって、このようにカソードホルダーの径を太くできれば、それに応じてそこに保持されるカソード電極材の径も太くすることが可能となるのである。
【００２９】
また、本発明では、本体部２に加えて把持部３にも本体タンク３３を設けること等によって作動液体の備蓄量を増やしていることから、本体部にのみ内蔵タンクを設けた従来のプラズマトーチのように、本体部２をずんぐりと膨らませる必要はなく、むしろ細長い形状とすることができる。また、これに関連して、アークを取出すノズルアノード１１の先端の傾斜角６５（図２参照）をより小さく（とがったものに）することもできる。この結果、アークを溶接等する位置に的確且つ容易に狙い定めることができることになる。この点より詳述すると、前述したように、本発明による内蔵タンクは、本体部の内部だけでなく把持部の内部を利用するものであるので、本体部の径を小さくして細長いものとするすることにより、本体部内部においてタンクとして利用できる体積が減少したとしても、把持部を大きくしてその内部のタンクとして利用できる体積を増すことにより、同容量の内蔵タンクを与えることができる。したがって、本体部を従来のものよりも細長くして、作業性の良いものとすることが可能となるのである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、スチームプラズマトーチに備蓄できる作動液体量を増やすことができ、作動液体の補充をせずに一回で可能な作業時間を長くすることができる。また、トーチの操作性の向上を図ることができ、更に、部品間の焼き付きの問題も解消することができる。
また、本発明によれば、スチームプラズマトーチの本体部に連接して上部予備タンクを、また、把持部に連接して下部予備タンクを、それぞれ、着脱自在に付加して、作動液体の備蓄量を増加させ、長時間作業し得る可搬性、簡易型、万能型、狭墜場所向きのプラズマトーチを提供することができ、この結果、本発明のプラズマトーチは、例えば、高所や狭いところでの作業、自動車整備工場、建築現場、解体現場、大学等の実験室、消防署、レスキュー用、小さな工場、防災用、趣味等、非常に広い分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による、上下予備タンクを装着時のスチームプラズマトーチの断面図である。
【図２】先端付近の一部部分拡大図である。
【図３】予備タンクを外した状態を示す一部部分拡大図である。
【符号の説明】
１スチームプラズマトーチ
２本体部
３把持部
１１ノズルアノード
１３カソード電極材
３３内蔵タンク
４３上部予備タンク
４５下部予備タンク

Claims

スチームによってプラズマアークを発生させる型のスチームプラズマトーチにおいて、先端部にプラズマアークを吹出し形成するノズルを有した本体部と、該本体部に連接した把持部とを備えており、スチームを与える液体を供給するための内蔵タンクが、前記本体部および前記把持部の双方の内部に亘って設けられており、前記本体部の内部には、前記ノズルの背後に対向するようにして電極材を保持した電極ホルダーと、該電極ホルダーに保持された前記電極材と前記ノズルの背後との間の空間を取り囲む誘導管と、該誘導管の背後にあって前記電極ホルダーを取り囲む蒸発管とが設けられており、前記蒸発管は、前記ノズルと前記電極材との間に発生されるアークによる熱を前記内蔵タンク内の液体へと伝えてスチームを発生するように作用し、前記誘導管は、前記内蔵タンクと前記空間とを連通し前記発生されたスチームを前記空間内へと噴射させるように作用し、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管との間には、加熱による焼き付きを防止するための焼き付き防止手段が施されていることを特徴とするスチームプラズマトーチ。
前記本体部の外部には、スチームを与える液体を供給するための予備タンクを、前記内蔵タンクと連通しうるようにして、着脱自在に取り付けることができる請求項１に記載のスチームプラズマトーチ。
前記把持部の外部には、スチームを与える液体を供給するための予備タンクを、前記内蔵タンクと連通しうるようにして、着脱自在に取り付けることができる請求項１または２に記載のスチームプラズマトーチ。
前記タンク内には、前記液体を吸収するための液体吸収材が充填されている請求項１または２または３に記載のスチームプラズマトーチ。
前記焼き付き防止手段は、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管との間の近接面に施された薄膜によって与えられる請求項１乃至４のいずれかに記載のスチームプラズマトーチ。
前記焼き付き防止手段は、前記ノズルと前記誘導管と前記蒸発管とを材質の異なる材料にて形成することにより与えられる請求項１乃至４のいずれかに記載のスチームプラズマトーチ。
前記焼き付き防止手段は、前記誘導管と前記蒸発管とを一体的に形成することにより与えられる請求項１乃至４のいずれかに記載のスチームプラズマトーチ。
前記液体吸収材は、少なくとも前記蒸発管に近接する部分が耐熱性のものとされている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のスチームプラズマトーチ。