JPH08112674A

JPH08112674A - 非導電体の切断方法

Info

Publication number: JPH08112674A
Application number: JP24592194A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Sekizawa; 紀之堰澤; Yoshitaka Aragaki; 淑隆新垣; Toshiya Shintani; 俊哉新谷; Masahiko Hasegawa; 雅彦長谷川; Toshio Yoshimitsu; 利男吉光
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】移行式のプラズマアークを用いた場合におい
ても、非導電体の被切断材をピアススタートして切断す
ることができ、あらゆる形状の被切断材を、また中空の
被切断材を容易に切断することができ、また被切断材が
厚い場合でも安定したプラズマアークを維持することが
できるようにする。【構成】プラズマアークを用いて非導電体の被切断材
を切断する非導電体の切断方法において、プラズマトー
チ１，１ａと被切断材８との間に加熱により溶融する他
の部材を介在させて行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンクリートや岩石
等、非導電体をプラズマアークを用いて切断する非導電
体の切断方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマアークを用いて被切断材を切断
するプラズマ切断機には、プラズマアークの陽極点をプ
ラズマトーチの先端に位置するノズル上に形成し、プラ
ズマトーチの奥部に位置する陰極とこのノズル間で発生
するプラズマアークをジェット噴流として被切断材に噴
射して切断を行なうようにした非移行式のものと、プラ
ズマアークの陽極点を被切断材側に形成して、この被切
断材との間にプラズマアークを形成して被切断材を切断
するようにした移行式のものとがある。

【０００３】上記両方式のプラズマ切断機において、切
断性能を比較した場合に、移行式の方が非移行式よりも
優れているとされている。これは、非移行式プラズマを
用いた場合、発生する高温のジェット噴流の長さが短
く、また被切断材への入熱が小さいことによるもので、
その結果、切断速度が小さく、また被切断材の厚さが大
である場合は下側まで高温ガスが届かないため切断が不
完全になってしまうという問題が発生する。

【０００４】以上のことから、切断機として用いる場合
移行式のものが有利であり、非導電体を切断する手段と
しても従来からこの移行式のプラズマアークを用いる方
法として、例えば、特開昭５７−３２８７３号公報（第
１従来例）、特開昭５０−６７２５４号公報（第２従来
例）、特公昭４７−３０５０２号公報（第３従来例）に
示されたものが知られている。

【０００５】上記各従来例のものにあっては、プラズマ
アークの陽極となる電極部材を被切断材の下側に配置し
て、この両者間で発生するプラズマアークにて被切断材
を切断するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術にあっ
ては、プラズマトーチと陽極部材との間に非導電体が介
在しているため、この両者間でのアーク生成が、被切断
材の形状によっては必ずしも容易ではなかった。

【０００７】すなわち、被切断材をこれの端面から切断
する場合には、まず陽極部材とプラズマトーチ内の陰極
との間でアークを形成してから切断を開始すればよい
が、被切断材の中央部から切断を開始する場合には、被
切断材が放電経路上にあって、アークの形成を妨げるた
め、いわゆるピアススタートをすることはできなかっ
た。

【０００８】このため、ピアススタートする場合には、
あらかじめ被切断材に機械加工等にて穴を明けておく
か、あるいは、最初は非移行式のプラズマアークを形成
して非移行式のまま穴明け加工（ピアッシング）を行な
い、しかる後にその穴を通じて陰極と陽極の間にアーク
を形成するという手順が必要になる。

【０００９】機械加工を切断開始ごとに行なうことは、
プラズマ加工の利便性を著しく損なうものである。また
非移行式プラズマによる穴明け加工は、非移行式が本質
的に加工能力に劣ることを考慮すると効率的とはいえな
い。また被切断材が厚い場合には、加工そのものが不可
能となることがある。

【００１０】さらに上記従来の技術では、円筒状の被切
断材を外側から切断するような場合、被切断材の円筒の
内側に電極等の装置を設置することは困難であり、この
ような場合移行式のプラズマ切断機で切断することはで
きない。

【００１１】また被切断材の厚さが大きい場合には、必
然的に両極間の距離が大きくなってしまうので、安定し
たプラズマアークの維持が困難になる。さらに、陽極に
おける発熱は、陽極を加熱するだけであって、切断作用
には寄与しない。これは、一般的な移行式プラズマでは
陽極の発熱が被切断材への入熱となり、切断能力を上げ
ていることと比較すると非効率的である。

【００１２】なお、移行式プラズマを利用した第４の従
来例として、特開昭４４−１３８１６号公報や特開平２
−１５８８１号公報に示されるように、被切断材に溶融
池を作り、この溶融池を介して陽極間にアークを形成す
るようにしたものも知られているが、この方法では、溶
融池ができなければ陽極を溶融部に浸すことができない
ので、最初から移行式でプラズマ切断を行なうことがで
きない。そして特にこの方法では切断した部分から溶融
物が流下してしまうので、切断加工において溶融池自体
を継続して作ることが困難であり、切断加工用としては
不適当である。

【００１３】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、移行式のプラズマアークを用いた場合でも、非導
電体の切断をピアススタートにより切断することがで
き、しかも被切断材が厚い場合でもアークの維持を容易
に行なうことができ、さらに移行式あるいは非移行式の
いずれの場合でも被切断材上に配置した部材の発熱を被
切断材に伝えることができてエネルギ効率を高めること
ができるようにした非導電体の切断方法を提供すること
を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る非導電体の切断方法は、プラズマトー
チ１，１ａと被切断材８との間に加熱により溶融する他
の部材を介在させる。

【００１５】そして上記プラズマトーチ１，１ａと被切
断材８の間に介在させる他の部材を被切断材８に沿わ
せ、さらに、プラズマトーチとして、移行式のプラズマ
トーチを用い、プラズマトーチ１と被切断材８との間に
介在させる他の導電部材をプラズマ電源７に接続する。

【００１６】

【作用】プラズマジェット１０にてプラズマトーチ
１，１ａと被切断材８の間に介在した導電体が溶融さ
れ、ついでこれを貫通したプラズマジェットにて局部的
に加熱溶融されて被切断材８に穴１１及び溝が加工され
る。このとき、移行式のプラズマアークの場合には、導
電体をプラズマ電源７に接続してプラズマトーチ１と導
電体との間で移行式のプラズマアークを形成する。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図中、１は移行式のプラズマ切断機のプラズマトー
チであり、２はこれの陰極、３はこの陰極２を囲繞して
陰極２の周囲にプラズマガス通路４を構成するプラズマ
ノズル、５はこのプラズマノズル３を囲繞して、このノ
ズル３の周囲にシールドガス通路６を構成するシールド
キャップである。

【００１８】そして上記陰極２にはプラズマ電源７の
（−）側が接続されており、またプラズマガス通路４に
はプラズマガス供給源（図示せず）に、またシールドガ
ス通路６にはシールドガス供給源（図示せず）にそれぞ
れ接続してある。

【００１９】８は非導電体の被切断材である。この被切
断材としては、コンクリート、岩石、石材、ガラス、合
成樹脂、セラミックス、アスファルト、木材、紙、布等
がある。そしてこの被切断材８の上面に導電体である金
属板９を載置し、この金属板９に上記プラズマ電源７の
（＋）側を接続する。この金属板９の材料としては、
鉄、鋼、銅、アルミニウム、黄銅などが用いられる。な
お、金属板とプラズマトーチの電極の極性は反対にし
て、プラズマトーチの電極を陽極とし、金属板を陰極と
してもよい。

【００２０】上記構成を用いて被切断材８を切断する作
用を説明する。陰極２と金属板９の双方に通電すること
により、プラズマトーチ１の陰極２から金属板９にわた
っ移行式のプラズマアークが形成され、これがプラズマ
ガスと共にプラズマジェット１０となって金属板９へ向
けて噴出される。

【００２１】しかして、上記プラズマジェット１０によ
り金属板９は溶融され、上記プラズマジェット１０は、
そのまま金属板９の下側に位置する被切断材８にぶつか
り、これを局部的に加熱溶融してピアッシングが行なわ
れて穴１１ができる。このとき、プラズマジェット１０
と共に金属板９が溶けて生じる高温の溶融金属が被切断
材８側に高速で吹きつけられて上記ピアッシング作用が
助長される。

【００２２】上記ピアッシング作用にて被切断材８に穴
１１があいた状態で、金属板９と一体状に被切断材８
を、あるいはプラズマトーチ１を切断方向に移動するこ
とにより、上記ピアッシング作用と同じ作用により被切
断材８が溝状に溶融して削られて行き、所定形状に切断
される。

【００２３】上記実施例は、切断工程に先行してピアッ
シング加工を行なったが、これは被切断材８の端面から
直接切断工程に入ってもよい。

【００２４】また上記実施例において、プラズマガスに
はＯ₂、Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ₂、空気、及びこれらの
混合物が用いられる。またシールドガスにはＯ₂、
Ｎ₂、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ₂、空気、及びこれらの混合物が
用いられるが、これは必ずしも用いなくてよい。この場
合、シールドキャップはなくてもよい。

【００２５】プラズマガス、またはシールドガスに
Ｏ₂、Ａｉｒなど酸化性のガスを用い、かつ金属板９に
鉄、鋼等の酸化する材料を用いることにより、この金属
板９からの溶融金属は被切断材８側へ吹きつけられたと
きに、これが酸化して酸化熱を発生して被切断材８側へ
噴出するプラズマジェット１０の高温化を助長する。

【００２６】また上記溶融金属は細かい金属粒子となっ
て被切断材８に衝突して、これにより被切断材８が研磨
され、溶けた被切断材８の溶けくずが排除される。ま
た、溶融金属が被切断材の切断面を覆うので、粉塵の発
生を抑えることができる。

【００２７】上記金属板９の板厚は、厚すぎると、これ
の切断のためにエネルギが費やされて被切断材の切断能
力が劣化し、また薄すぎると、金属板が溶けてなくなっ
てしまうのでアークが維持できなくなる。このように金
属板は、被切断材８の厚さに対応して適度な板厚のもの
を用いる。

【００２８】また上記金属板９は被切断材８に密着させ
ることが望ましい。これは両者間に隙間があると、ここ
から高温のガス（プラズマジェット）が横方向に逃げて
しまい切断性能が低下するためである。これを防ぐた
め、金属板と被切断材の間にシール材を介在させてもよ
い。

【００２９】上記切断作用のときに、プラズマジェット
１０は金属板９にあいた溝を通って被切断材８に吹きつ
けられるが、このときのプラズマジェット１０は上記金
属板９の溝により絞られてより切断エネルギが集中され
て大きくなる。なお上記金属板９は特に図１の実施例に
示したものに限定されるものではなく、導電体で、かつ
加熱により溶融する部材であればよい。

【００３０】図２から図６は本発明の他の実施例を示す
もので、被切断材８と金属板９との間に、酸化により発
熱する被酸化剤１２（あるいは及び被切断材の研磨を促
進する部材）を介在させ（図２）てもよく、また間に被
酸化剤１２（あるいは及び被切断材の研磨を促進する部
材）をサインドイッチ状にはさみ込んだ２枚以上の金属
板を配置（図３）してもよい。

【００３１】また図４，図５に示すように金属板の代り
に金属棒１３やワイヤ１４を用いてもよい。

【００３２】図６は中空円筒部材１５を切断する場合を
示すもので、中空円筒部材１５の外周側に金属製のリン
グ１６を嵌合して、これの外側よりプラズマ１にてプラ
ズマアーク切断を行なう。

【００３３】上記実施例では被切断材８とプラズマアー
ク１の間に配置した金属板９を陽極として用いた移行式
のプラズマ切断機を用いた例を示したが、図７に示すよ
うにプラズマトーチ１ａの陰極２とプラズマノズル３を
プラズマ電源７に接続し、陰極２とプラズマノズル３間
でプラズマアークを生成させ、これをプラズマガスと共
にプラズマジェット１０として溶融体９ａに噴出させる
ようにした非移行式のものを用いてもよい。この溶融体
９ａは移行式の場合の金属板に相当するものであるが、
非移行式の切断では、これに電流を流す必要がないの
で、金属である必要はなく、加熱により溶融する材質で
あればよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、移行式のプラズマアー
クを用いた場合においても、非導電体の被切断材をピア
ススタートして切断することができ、あらゆる形状の被
切断材を、また中空の被切断材を容易に切断することが
できる。また被切断材が厚い場合でも安定したプラズマ
アークを維持することができる。また移行式、あるいは
非移行式のいずれのプラズマアークを用いた場合でも、
被切断材上に配置した他の部材の溶融熱を被切断材側へ
の入熱として利用できてエネルギ効率が高められ、切断
能力を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切断方法の一実施例を示す説明図であ
る。

【図２】本発明方法の他の実施例での被切断材を示す説
明図である。

【図３】本発明方法の他の実施例での被切断材を示す説
明図である。

【図４】陽極に金属棒を用いた実施例を示す説明図であ
る。

【図５】陽極にワイヤを用いた実施例を示す説明図であ
る。

【図６】中空円筒部材を切断する場合を示す斜視図であ
る。

【図７】非移行式のプラズマアークを用いた実施例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１，１ａ…プラズマトーチ２…陰極、３…プラズマノズル４…プラズマガス通路５…シールドキャップ６…シールドガス通路７…プラズマ電源８…被切断材９…金属板１０…プラズマジェット１１…穴１２…被酸化剤１３…金属棒１４…ワイヤ１５…中空円筒部材１６…リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川雅彦神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内 (72)発明者吉光利男神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製作所研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマアークを用いて非導電体の被切
断材を切断する非導電体の切断方法において、プラズマ
トーチ１，１ａと被切断材８との間に加熱により溶融す
る他の部材を介在させたことを特徴とする非導電体の切
断方法
【請求項２】プラズマトーチ１，１ａと被切断材８の
間に介在させる他の部材を被切断材８に沿わせたことを
特徴とする請求項１記載の非導電体の切断方法
【請求項３】移行式のプラズマトーチを用い、プラズ
マトーチ１と被切断材８との間に介在させる他の導電部
材をプラズマ電源７に接続したことを特徴とする請求項
１記載の非導電体の切断方法。