JPH0388300A - プラズマトーチ - Google Patents
プラズマトーチInfo
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- JPH0388300A JPH0388300A JP1222988A JP22298889A JPH0388300A JP H0388300 A JPH0388300 A JP H0388300A JP 1222988 A JP1222988 A JP 1222988A JP 22298889 A JP22298889 A JP 22298889A JP H0388300 A JPH0388300 A JP H0388300A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、切断、溶融、溶射等の各種プラズマ加工ある
いは気相反応に用いるプラズマトーチに関する。
いは気相反応に用いるプラズマトーチに関する。
［従来の技術］
従来、切断、溶融、溶射等の各種プラズマ加工に用いる
プラズマトーチとして種々のものが開発されており、そ
のうち、電極の長寿命化あるいは電極冷却の効率化等の
観点から、有ｍ＃ＩＪプラズマトーチ（特開昭５６−１
４７４００号、同５９−８９８００号。
プラズマトーチとして種々のものが開発されており、そ
のうち、電極の長寿命化あるいは電極冷却の効率化等の
観点から、有ｍ＃ＩＪプラズマトーチ（特開昭５６−１
４７４００号、同５９−８９８００号。
同６ｌ−９９３ｆｆＯ号、同 ６２−１９２２７０号、
同 ６２−１９２２７１号等）あるいは、潜熱冷却法を
採用したプラズマトーチ（特開昭６１−１８７９５９号
等〉が提案されている。
同 ６２−１９２２７１号等）あるいは、潜熱冷却法を
採用したプラズマトーチ（特開昭６１−１８７９５９号
等〉が提案されている。
そして、これら＊磁場プラズマトーチまたは潜熱冷却法
を利用したプラズマトーチは、それぞれ単独に用いられ
ていた。これは、従来のプラズマトーチにおいては、通
常、アルゴンガス等の放電しやすいガスが用いられてお
り、有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷却法を採用した
プラズマトーチな単独で用いるたけでも電極寿命、電極
冷却の点で特別な問題を生じないからであった。
を利用したプラズマトーチは、それぞれ単独に用いられ
ていた。これは、従来のプラズマトーチにおいては、通
常、アルゴンガス等の放電しやすいガスが用いられてお
り、有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷却法を採用した
プラズマトーチな単独で用いるたけでも電極寿命、電極
冷却の点で特別な問題を生じないからであった。
［発明が解決しようとする課１ｌｌｌ］上述のように、
従来のプラズマトーチは、放電しやすいアルゴンガス等
を用いているので、有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷
却法を採用したプラズマトーチ単独であってもそれ程問
題はなかった。
従来のプラズマトーチは、放電しやすいアルゴンガス等
を用いているので、有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷
却法を採用したプラズマトーチ単独であってもそれ程問
題はなかった。
しかし、近年、プラズマトーチの利用範囲か拡大し、ア
ルゴンガス以外のガスを利用することが技術的、経済的
に好ましい場合が出現してきた。
ルゴンガス以外のガスを利用することが技術的、経済的
に好ましい場合が出現してきた。
例えば、アーク放電をＣＶＤ技術に利用する場合、プラ
ズマガスとして高濃度水素ガスを用いる必要かあるが、
水素ガスは放電電圧が高いため。
ズマガスとして高濃度水素ガスを用いる必要かあるが、
水素ガスは放電電圧が高いため。
電極間に高電圧を印加してプラズマを発生させなければ
ならない。
ならない。
このため、電極表面は高温になりやすく、極端な場合に
は、局所的に電極の溶融が起きてしまうことがある。し
たがって、従来の有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷却
法を採用したプラズマトーチ単独では、電極の短命化を
もたらすとともに、冷却効果も十分ではなかった。
は、局所的に電極の溶融が起きてしまうことがある。し
たがって、従来の有磁場プラズマトーチまたは潜熱冷却
法を採用したプラズマトーチ単独では、電極の短命化を
もたらすとともに、冷却効果も十分ではなかった。
本発明は、上記問題点にかんがみてなされたもので、有
磁場プラズマトーチと潜熱冷却手段を有するプラズマト
ーチを有効に複合させたプラズマトーチの提供を目的と
する。
磁場プラズマトーチと潜熱冷却手段を有するプラズマト
ーチを有効に複合させたプラズマトーチの提供を目的と
する。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明のプラズマトーチは、
中空状の電極及び、この電極の内部中心にアーク放電可
能な間隙をもって設けられた電極とからなるアーク発生
手段と、このアーク発生手段の近傍に配置され、プラズ
マに一定方向の電磁力を作用させる磁界形成手段と、上
記電極の少なくとも一方を、冷媒の蒸発潜熱を利用して
冷却する潜熱冷却手段とを具備した構成としである。
中空状の電極及び、この電極の内部中心にアーク放電可
能な間隙をもって設けられた電極とからなるアーク発生
手段と、このアーク発生手段の近傍に配置され、プラズ
マに一定方向の電磁力を作用させる磁界形成手段と、上
記電極の少なくとも一方を、冷媒の蒸発潜熱を利用して
冷却する潜熱冷却手段とを具備した構成としである。
［作用］
上記構成からなるプラズマトーチによれば、電極間のア
ーク放電が、間隙に沿って回転しながら行なわれ、電極
間の一部のみで行なわれることがない、また、冷媒（水
〉の蒸発潜熱を利用して、少なくとも一方の電極から熱
を奪うことによって効率的な冷却を行なう。
ーク放電が、間隙に沿って回転しながら行なわれ、電極
間の一部のみで行なわれることがない、また、冷媒（水
〉の蒸発潜熱を利用して、少なくとも一方の電極から熱
を奪うことによって効率的な冷却を行なう。
［実施例］
以下、本発明プラズマトーチの実施例について第１図を
参照しつつ説明する。
参照しつつ説明する。
第１図は実施例プラズマトーチの縦断面図である。同図
において、ｌは銅等からなる陽極であり、先端をノズル
状とした中空体に形成しである。２はタングステン等か
らなる陰極であり、陽極ｌの中心に、陽極ｌとの間に適
宜の間隙を有する状態で配置されている。この陰極２は
、中空状の陰極ホルダ３の先端に取付けられており、陰
極ホルダ３と陽極１は絶縁体からなるスペーサ４を介し
て固定されている。
において、ｌは銅等からなる陽極であり、先端をノズル
状とした中空体に形成しである。２はタングステン等か
らなる陰極であり、陽極ｌの中心に、陽極ｌとの間に適
宜の間隙を有する状態で配置されている。この陰極２は
、中空状の陰極ホルダ３の先端に取付けられており、陰
極ホルダ３と陽極１は絶縁体からなるスペーサ４を介し
て固定されている。
これら陽極ｌと陰極２によって、リンク状の間隙を有す
るアーク放電電極を構成している。上記電極における陽
極ｌと陰極２（以下、電極１．２と称すこともある。〉
の間隙は０．５〜２０１−とすればよく、アーク発生の
確実性を向上させるには２〜１Ｏ−１とすることが好ま
しい。
るアーク放電電極を構成している。上記電極における陽
極ｌと陰極２（以下、電極１．２と称すこともある。〉
の間隙は０．５〜２０１−とすればよく、アーク発生の
確実性を向上させるには２〜１Ｏ−１とすることが好ま
しい。
また、電極の材料としては、導電性を有し、ある程度の
耐熱性を具備するものであれば特に制限されず、銅、タ
ングステン以外にも例えば、カーボン、白金、タングス
テン−希土類合金（Ｗ−Ｔｈ等）、タンタル、チタン、
ステンレス鋼などを用いることができる。なお、電極１
．２は、どちらを陽極、陰極としてもよいが１通常は、
中空体の電極を陽極ｌとし、中空部中心に位置する電極
を陰極２とする。
耐熱性を具備するものであれば特に制限されず、銅、タ
ングステン以外にも例えば、カーボン、白金、タングス
テン−希土類合金（Ｗ−Ｔｈ等）、タンタル、チタン、
ステンレス鋼などを用いることができる。なお、電極１
．２は、どちらを陽極、陰極としてもよいが１通常は、
中空体の電極を陽極ｌとし、中空部中心に位置する電極
を陰極２とする。
また、電極１．２の構成するリング状の間隙は真円状の
ものに限られず、環状に連続していればよく、大きさや
形状に制限はない、したがって、例えば楕円形リング状
、ひようたん形リング状、ベルト状等とすることもでき
る。
ものに限られず、環状に連続していればよく、大きさや
形状に制限はない、したがって、例えば楕円形リング状
、ひようたん形リング状、ベルト状等とすることもでき
る。
５及び６は永久磁石であって、磁石５は陽極ｌの先端ノ
ズル部付近の外周に取付けてあり、磁石６は陰極２の内
部に埋設しである。これらの永久磁石５．６によって磁
界形成手段を構成している。なお、磁界形成手段として
は、永久磁石の代りにコイルを電極１．２の先端ノズル
部付近に配置し、このコイルに電流を流すことによって
磁界を形成するようにしたものであってもよい。
ズル部付近の外周に取付けてあり、磁石６は陰極２の内
部に埋設しである。これらの永久磁石５．６によって磁
界形成手段を構成している。なお、磁界形成手段として
は、永久磁石の代りにコイルを電極１．２の先端ノズル
部付近に配置し、このコイルに電流を流すことによって
磁界を形成するようにしたものであってもよい。
７はプラズマガスの供給管であり、陽極ｌと陰極２の間
にプラズマガスを供給する。電極１．２間にプラズマガ
スを供給しつつ、電極１．２間にアークを放電すると、
上記ガスは超高温のために急激に膨張してプラズマジェ
ットとなって電極１．２の間隙より外部に向かって噴き
出す。
にプラズマガスを供給する。電極１．２間にプラズマガ
スを供給しつつ、電極１．２間にアークを放電すると、
上記ガスは超高温のために急激に膨張してプラズマジェ
ットとなって電極１．２の間隙より外部に向かって噴き
出す。
また磁界形成手段によって磁界を形成すると、フレミン
グの左手の法則にもとづき電極１．２の間隙の放電アー
クに電磁力か作用し、プラズマジェットはリング状の間
隙に沿って移動し回転する。
グの左手の法則にもとづき電極１．２の間隙の放電アー
クに電磁力か作用し、プラズマジェットはリング状の間
隙に沿って移動し回転する。
８は陽極ｌの外周に形威した冷却空間であり、加圧給水
部９より多数の小孔ｌＯを介して冷却水が放水される。
部９より多数の小孔ｌＯを介して冷却水が放水される。
放水された冷却水は、高温状態にある陽極ｌの外周に衝
突して蒸発する。このとき、陽極ｌより熱を奪い潜熱冷
却を行なう、１１は蒸発した水蒸気の排出部である。
突して蒸発する。このとき、陽極ｌより熱を奪い潜熱冷
却を行なう、１１は蒸発した水蒸気の排出部である。
１２は陰極ホルダの内部に形威された冷却空間である。
この冷却室ｒＩ！Ｉ１２には加圧給水管１３が貫入して
あり、多数の小孔１４より陰極２及び陰極ホルダ３の内
周面に冷却水が放水される。この場合も、冷却水は高温
状態にある陰極２等に衝突して蒸発し、陰極２等より熱
を奪う、１５は水蒸気の排出部である。
あり、多数の小孔１４より陰極２及び陰極ホルダ３の内
周面に冷却水が放水される。この場合も、冷却水は高温
状態にある陰極２等に衝突して蒸発し、陰極２等より熱
を奪う、１５は水蒸気の排出部である。
陽極を冷却するための冷却空間８．加圧給水部９、小孔
１０．排出部１１及び、陰極２（陰極ホルダ３）を冷却
するための冷却空間１２．加圧給水管１３．小孔１４．
排出部１５によって潜熱冷却手段を構成している。なお
１本実施例では、ＷＩ熱冷却手段を、Ｉｌ極ｌ及び陰極
２の双方を冷却する構成としであるが、このうち何れか
一方のみを冷却するようにした構成であってもよい。
１０．排出部１１及び、陰極２（陰極ホルダ３）を冷却
するための冷却空間１２．加圧給水管１３．小孔１４．
排出部１５によって潜熱冷却手段を構成している。なお
１本実施例では、ＷＩ熱冷却手段を、Ｉｌ極ｌ及び陰極
２の双方を冷却する構成としであるが、このうち何れか
一方のみを冷却するようにした構成であってもよい。
このような構成からなるプラズマトーチにあっては、プ
ラズマガスな電極１．２の間隙に供給しつつ、電極１．
２間に電圧を印加し、アークを放電させる。これにより
、上記ガスは急激に膨張して電極１．２の間隙よりプラ
ズマジェットとなって噴き出す。
ラズマガスな電極１．２の間隙に供給しつつ、電極１．
２間に電圧を印加し、アークを放電させる。これにより
、上記ガスは急激に膨張して電極１．２の間隙よりプラ
ズマジェットとなって噴き出す。
また、プラズマジェットの先端ノズル部付近に磁界を形
威しであるので、アーク部分に電磁力が作用し、アーク
すなわちプラズマジェットが電極１．２のリング状の間
隙に沿って高速回転する。
威しであるので、アーク部分に電磁力が作用し、アーク
すなわちプラズマジェットが電極１．２のリング状の間
隙に沿って高速回転する。
一方、陽極ｌ及び陰極２へは、加圧給水部９及び加圧給
水管１３のそれぞれの小孔１０．１４から冷却水が放水
される。陽極ｌ及び陰極２は高温になっているので、衝
突した冷却水は蒸発する。
水管１３のそれぞれの小孔１０．１４から冷却水が放水
される。陽極ｌ及び陰極２は高温になっているので、衝
突した冷却水は蒸発する。
この際に陽極ｌと陰極２等は熱を奪われ、これにより陽
極ｌと陰極２等は冷却される。
極ｌと陰極２等は冷却される。
［実験例と比較例］
Ｘ豊１
上述したプラズマトーチ［陽極：タングステン、陰極：
銅、電極間の間隙： ３１−］を用い、次の条件で実験
及び比較を行なった。
銅、電極間の間隙： ３１−］を用い、次の条件で実験
及び比較を行なった。
〈条件〉
コイルを用いて ５００ガウスの磁界を形威し、Ｑ、Ｓ
ｌ ／ ｗｉｎの冷却水を供給して潜熱冷却を行なっ
ているプラズマトーチにアルゴンガス１１／ｓｉｎ 、
水素ガス１０１／ｓｉｎの混合ガスをプラズマガスとし
て導入した。
ｌ ／ ｗｉｎの冷却水を供給して潜熱冷却を行なっ
ているプラズマトーチにアルゴンガス１１／ｓｉｎ 、
水素ガス１０１／ｓｉｎの混合ガスをプラズマガスとし
て導入した。
く結果〉
この結果、 ｔｓｏｖ、 １００ Ａの直流アーク放
電か発生し、１時間安定して放電していることが確認さ
れた。
電か発生し、１時間安定して放電していることが確認さ
れた。
比（Ｄ４上
〈条件〉
コイルに電流を流さず磁界を形成しない以外は、実験例
と同じ放電条件で放電させた。
と同じ放電条件で放電させた。
く結果〉
この結果、 １０分後に放電が停止した。また、電極が
溶けて変形していることが確認された。
溶けて変形していることが確認された。
塩艶亘ユ
く条件〉
冷却手段に潜熱冷却手段を用いず、通常の水冷手段を用
いた以外は、実験例と同じ放電条件で放電させた。
いた以外は、実験例と同じ放電条件で放電させた。
く結果〉
この結果、 １５分後に放電が停止した。また、電極が
溶けて変形していることが確認された。
溶けて変形していることが確認された。
［発明の効果］
以上のように本発明のプラズマトーチによれば、電極間
の一部分のみにおけるアーク放電を防ぐとともに、電極
の冷却を効率的に行なうので、電極の長寿命化及び放電
しにくいガスの安定放電を可能ならしめるという効果が
ある。
の一部分のみにおけるアーク放電を防ぐとともに、電極
の冷却を効率的に行なうので、電極の長寿命化及び放電
しにくいガスの安定放電を可能ならしめるという効果が
ある。
第１図は本発明プラズマトーチの一実施例断面図である
。 ｌ：陽極 ２：陰極 ３：陰極ホルダ ５，６：永久磁石８：冷却空間
９：加圧給水部ｌＯ：小孔 １２：
冷却空間 １３：加圧給水管 １４：小孔
。 ｌ：陽極 ２：陰極 ３：陰極ホルダ ５，６：永久磁石８：冷却空間
９：加圧給水部ｌＯ：小孔 １２：
冷却空間 １３：加圧給水管 １４：小孔
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 中空状の電極及び、この電極の内部中心にアーク放電可
能な間隙をもって設けられた電極とからなるアーク発生
手段と、 このアーク発生手段の近傍に配置され、プラズマに一定
方向の電磁力を作用させる磁界形成手段と、 上記電極の少なくとも一方を、冷媒の蒸発潜熱を利用し
て冷却する潜熱冷却手段とを 具備したことを特徴とするプラズマトーチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222988A JPH0388300A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | プラズマトーチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222988A JPH0388300A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | プラズマトーチ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0388300A true JPH0388300A (ja) | 1991-04-12 |
Family
ID=16791043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1222988A Pending JPH0388300A (ja) | 1989-08-31 | 1989-08-31 | プラズマトーチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0388300A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100486939B1 (ko) * | 2002-03-26 | 2005-05-03 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 계단형 노즐 구조를 갖는 자장인가형 비이송식 플라즈마토치 |
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| CN101998750B (zh) | 2009-08-14 | 2012-09-26 | 中国科学院金属研究所 | 一种等离子体阴极与保护方法 |
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| USRE46925E1 (en) | 2001-03-09 | 2018-06-26 | Hypertherm, Inc. | Composite electrode for a plasma arc torch |
| JP2020205279A (ja) * | 2014-01-31 | 2020-12-24 | モノリス マテリアルズ インコーポレイテッド | プラズマトーチ設計 |
-
1989
- 1989-08-31 JP JP1222988A patent/JPH0388300A/ja active Pending
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