JP2563832B2 - プラズマトーチに於ける電極破壊検知方法及び装置並びにプラズマトーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は溶接又は切断に用いられるプラズマトーチに
於ける電極破壊検知方法及び装置並びにプラズマトーチ
に関するものである。

＜従来の技術＞ 今日、鉄鋼或いはステンレス鋼等の被加工材をプラズ
マアークによって溶接或いは切断することが行われてい
る。

プラズマアークを発生するためのプラズマトーチに於
ける電極は、永久的に使用し得るものでは無く、使用時
間に応じて消耗するものである。前記電極が消耗した場
合、該電極と被加工材との間で発生するメインアークの
外に、電極からチップを介してアークが発生する所謂ダ
ブルアーク或いはシリースアークと呼ばれる現象が発生
する。

前記ダブルアークの状態が継続すると、電極及びチッ
プが非常に高温となり、これ等が溶損し且つ場合によっ
てはトーチそのものが溶損して破壊することがある。

このため電極の消耗を事前に検知して交換することが
望ましく、一般には経験的に電極の使用時間を定め、こ
の使用時間を管理することで電極の交換を行っている。

また電極の破壊を自動的に検知するための技術が提案
されている（特開昭61−269975号、同62−267087号）。
これ等の技術は、プラズマアーク電圧或いはプラズマア
ーク電流等を常時検出し、この検出値が基準値よりも変
動が大きくなったときに、電極が破壊したことを検知す
るものである。

＜発明が解決しようとする課題＞ 然し、上記各技術にあっては、電極破壊を検知するた
めの制御回路が複雑であり、且つ高価なものとなってい
る。

本発明の目的は、プラズマトーチに於ける電極破壊を
容易に検知することが出来る検知方法と、安価な検知装
置を提供することにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決するために本発明のプラズマトーチに
於ける電極破壊検知方法は、電極を内部から冷却するた
めの冷却流体の戻り圧力を検出し、該戻り圧力が基準圧
力よりも低下したときに、前記電極が破壊したことを認
識することを特徴としたものである。

また検知装置は、電極内部及びトーチ内部を冷却する
ための冷却流体通路を形成したプラズマトーチと、前記
冷却流体の戻り圧力を検出するための検出手段と、前記
戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号を発生す
る信号発生手段とを有して構成されるものである。

更に、プラズマトーチは、電極内部を冷却するための
冷却流体通路を有するプラズマトーチに於いて、前記電
極よりも下流側の冷却流体通路に該通路を流通する冷却
流体の圧力を検出するための圧力検出孔を設けて構成さ
れるものである。

＜作用＞ 上記検知方法に於いて、電極を冷却するために該電極
内部を流通する冷却流体の戻り圧力、即ち前記電極より
も下流側に於ける冷却流体の圧力を検出すると、電極が
破壊されていない場合には、戻り圧力は冷却流体の供給
圧力を一定とすれば常に一定値となる。そして電極が消
耗しダブルアークが発生して、電極が溶損破壊した場合
には、この溶損部から冷却流体が流出し、戻り圧力が低
下する。

従って、プラズマトーチに破壊されていない電極を取
り付け、このときの冷却流体の戻り圧力を基準圧力とし
て設定し、作業中に於ける戻り圧力を検出して、この検
出圧力が基準圧力よりも低下したときに電極破壊として
認識することが出来る。

また上記検知装置を、電極内部及びトーチ内部を冷却
するための冷却流体通路を形成したプラズマトーチと、
前記冷却流体の戻り圧力を検出するための検出手段と、
前記戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号を発
生する信号発生手段とにより構成したので、電極及びト
ーチ内部を冷却するための冷却流体の戻り圧力を検出
し、この戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに信号
を発生し、該信号によって電極が破壊したことを検知す
ることが出来る。

従って、例えば前記信号によりプラズマ発生装置の電
源を制御すれば、電極が破壊したときにプラズマアーク
を停止させることが出来る。

更に、プラズマトーチは、冷却流体によって冷却され
る電極よりも下流側の冷却流体通路に、該通路を流通す
る冷却流体の圧力を検出するための圧力検出孔を設けた
ので、前記圧力検出孔と戻り圧力の検知手段とを接続す
ることで、冷却流体の戻り圧力を検知することが出来
る。

＜実施例＞ 以下上記手段を適用したプラズマ発生装置の一実施例
について図を用いて説明する。

第１図はプラズマトーチの断面説明図、第２図は電極
破壊検知の説明図、第３図はプラズマ発生装置のブロッ
ク図である。

先ず第１図によりプラズマトーチＡの構成を説明する
と、このプラズマトーチＡの軸心上の所定位置には、電
極１が電極台２に着脱可能に取り付けられている。前記
電極１の内部には冷却流体を流通させて該電極１を冷却
するための孔1aが穿設されている。

前記電極台２の端部には導管2aが設けられており、プ
ラズマトーチＡの外部に設けた冷却流体供給部９から冷
却流体が供給されている。また電極台２の内部には、先
端が前記電極１に穿設した孔1aの深さと略等しい突出部
を有する内部管2bが設けられている。この電極台２の外
周所定位置には、二つのグループ2c,2dが形成されてい
る。前記グルーブ2cはスリット2eによって電極１の外周
面と後述するチップ５の内周面とで形成するプラズマガ
スの噴出孔７と連結されており、またグルーブ2dは通孔
2fによって電極台２の内部と連結されている。

前記電極台２の外周には絶縁カラー３が嵌着されてい
る。この絶縁カラー３の前記電極台２に形成した二つの
グルーブ2c,2dと対向した位置には、通孔3a,3bが穿設さ
れている。

前記絶縁カラー３の外周にはチップ台４が嵌着されて
いる。このチップ台４の先端には、ノズル5aを有するチ
ップ５が着脱可能に取り付けられている。またチップ台
４にはキャップ６が着脱可能に取り付けられている。

前記チップ台４には、プラズマガスの通孔4aと冷却流
体の通孔4bが夫々穿設されている。前記通孔4aは導管4c
を介してプラズマガス供給部15と連結されている。また
前記通孔4bは、一端がチップ５とキャップ６とによって
構成された冷却流体の噴出孔８と連結し、他端は導管4d
を介して戻り圧力検知部10と連結している。

前記チップ台４の内周面には、前記電極台２に形成し
た二つのグルーブ2c,2dと対向して二つのグルーブ4e,4f
が穿設されている。

尚、本実施例に於いて、冷却流体としては加圧エアを
用いている。またプラズマガスとしては、被加工材の種
類或いは作業内容によって、酸素ガス，窒素ガス或いは
エア等を選択的に用いている。

上記の如く構成したプラズマトーチＡに於いて、所定
圧力に調整された冷却エアは、導管2aを介して電極台２
に供給される。そして内部管2bを通って電極１に供給さ
れ、該電極１を冷却する。その後内部管2bの外周に沿っ
て電極台２の内部を通り、通孔2fからグルーブ2d、4fを
通過して通孔4bに至る。更に、チップ５とキャップ６と
で構成する噴出孔８を通って、チップ５とキャップ６を
冷却してプラズマトーチＡの外部に噴出する。このと
き、前記通孔4bに於ける冷却エアの圧力は、圧力検出孔
となる導管4dを介して戻り圧力検知部10に導かれて検出
される。

前述の如く、導管4dを介して検出される戻り圧力は、
導管2aから電極台2,電極1,絶縁カラー３に於ける冷却エ
アの降下圧力を検出するものである。従って、この戻り
圧力は、個々のプラズマトーチＡによる個性はあるもの
の、冷却エアの供給圧力が一定であれば、該供給圧力に
応じた一定の圧力が検出される。

次に、上記の如く構成したプラズマトーチＡの電極１
の破壊検知方法と装置について説明する。

プラズマトーチＡに於いて、電極１と被加工材との間
にプラズマアークを発生すると、作業時間（アークタイ
ム）に応じて電極１が消耗することが良く知られてい
る。そして消耗した電極１を使用していると、該電極１
と被加工材との間で発生するメインアークの外に、チッ
プ５を介して電極１と被加工材との間にアークが発生す
る所謂ダブルアーク現象となることも良く知られてい
る。

前記ダブルアーク現象が発生すると、電極１及びチッ
プ５の温度が急激に上昇して溶損に至り、最悪の場合に
は電極台２やチップ台４が溶損し、プラズマトーチＡが
使用に耐えなくなる。

本発明の電極破壊検知方法は、電極１が溶損して破壊
した場合、この電極１には溶損部に於いて内部の孔1aに
達する貫通孔が形成されていることに着目している。

即ち、電極１が溶損すると、該溶損により電極１には
内部に形成した孔1aとの間に貫通孔が形成され、この貫
通孔を通して冷却エアが流出することで、導管2aから電
極台2,電極1,絶縁カラー３に形成された冷却エア通路に
於ける流量が変化し、このため導管4dを介して検出され
る戻り圧力が急激に、且つ大幅に低下する。

従って、この戻り圧力を検出することにより、電極１
の破壊を検知することが可能となる。

第２図はプラズマトーチＡを用い、上記方法によって
電極破壊を検知するための模式説明図である。

図に於いて、プラズマトーチＡに供給される冷却エア
の供給圧力P₁は、冷却エア供給部９に於いて所定圧力に
調整されて供給される。また戻り圧力P₂は、戻り圧力検
出手段及び信号発生手段となる戻り圧力検知部10に供給
されている。前記戻り圧力検知部10は、後述する基準圧
力に設定された公知の圧力スイッチによって構成されて
いる。従って、この圧力スイッチ10には常に戻り圧力P₂
が作用しており、該戻り圧力P₂が基準圧力以下になると
電気信号を発生するように構成されている。

ここで前記プラズマトーチＡに新品の電極と、軽度に
破壊された電極と、重度に破壊された電極とを取り付け
たときの供給圧力P₁に応じた戻り圧力P₂の測定結果を表
１に示す。

上記表１に明らかなように、冷却エアの供給圧力P₁を
一定とした場合、破壊されていない電極と破壊された電
極とでは、検出された戻り圧力P₂に0.7kg/cm²以上の圧
力降下が発生している。

このためプラズマトーチＡに新品の電極を取り付け、
このときの戻り圧力P₂を検出して該検出圧力、或いは安
全値を見越した前記検出圧力よりも若干低い圧力を基準
圧力として設定し、プラズマトーチＡによる作業中に継
続して冷却エアの戻り圧力を検出して該圧力が基準圧力
よりも降下したときに、電極が破壊したとして認識する
ことが可能である。

即ち、前述したように、戻り圧力P₂を戻り圧力検知手
段となる圧力スイッチ10に導入すると共に該圧力スイッ
チ10の設定圧力を前記基準圧力に設定することによっ
て、プラズマトーチＡからの戻り圧力P₂を常に検出する
ことが可能であり、且つ戻り圧力P₂が基準圧力よりも低
下したときに電気信号を発生することが可能となる。

このため、プラズマ発生装置を前記電気信号の発生に
応じて電源を停止し得るように構成すれば、電極破壊を
検知すると同時にプラズマ発生装置を停止することが可
能となり、これによりプラズマトーチの破壊の進行が停
止される。

このように本発明にあっては、冷却流体の戻り圧力P₂
を検出して、該検出圧力を基準圧力と比較することで電
極の破壊を検知することが出来、また戻り圧力P₂の検出
及び基準圧力との比較を行うためには、公知の圧力スイ
ッチを用いることが出来るため、従来のアーク電圧又は
アーク電流を測定して電極破壊を検知する方法と比較し
て安価な装置によって容易に電極の破壊を検知すること
が可能である。

次に、上記の如く構成した電極破壊検知装置を適用し
たプラズマ発生装置について第３図により説明する。

図に於いて、ドライバ回路11によって駆動される直流
電源部12と電極１、及びチップ5,被加工材Ｂとの間が夫
々電気的に接続されている。前記ドライバ回路11は制御
部13によって制御されている。そしてスイッチ14の操作
によって操作開始信号が発生し、この信号によって、ド
ライバ回路11,プラズマガス供給部15及び冷却流体供給
部９が夫々制御部13によって制御され、所定の動作を実
施し得るように構成されている。

即ち、操作開始信号によって、冷却流体供給部９を構
成する電磁弁が開放されて冷却流体がプラズマトーチＡ
に供給され、またプラズマガス供給部15を構成する電磁
弁が開放されて酸素ガス，窒素ガス，エア等のプラズマ
ガスがトーチＡに供給される。また、圧力検知手段10を
構成する圧力スイッチに操作電源が供給されプラズマト
ーチＡからの冷却流体の戻り圧力P₂の検出を開始する。
更に、ドライバ回路11を介して直流電源部12が駆動され
電極1,チップ5,被加工材Ｂに所定の電圧が印加されてプ
ラズマアークが発生する。そしてプラズマトーチＡを被
加工材Ｂ上に走査させることで、所定の作業を実施する
ことが出来る。

プラズマトーチＡにより被加工材Ｂに対し所定作業実
施中に、電極１が消耗し該電極１が溶損すると、戻り圧
力P₂が急激に低下する。この低下した戻り圧力P₂が圧力
スイッチ10により検出され、該圧力が予め設定された基
準圧力以下になると、圧力スイッチ10に於いて電気信号
が発生する。

前述した如く、前記電気信号は電極１が破壊されたこ
とを検知したものである。この電気信号を制御部13に伝
達し、該制御部13によって、冷却流体供給部9,プラズマ
ガス供給部15,ドライバ回路11を制御して、冷却流体及
びプラズマガスの供給を停止すると共に、プラズマアー
クを停止させる。

このように、電極１を冷却するための冷却流体の戻り
圧力を検出し、検出圧力を基準圧力と比較して該検出圧
力が基準圧力よりも低下した場合に発生する信号によっ
てプラズマアークを制御するように構成すれば、電極１
の破壊が検知された時点でプラズマアークを停止させる
ことが可能となり、従って電極１の破壊を進行させるこ
とがない。

尚、前述の実施例に於いて、冷却流体として加圧エア
を用いた場合について説明したが、この冷却流体として
は前記エアに限定されるものではなく、加圧水等の冷却
液体を用いることも可能である。加圧水を用いる場合に
は、チップ５とキャップ６とで形成される噴出孔８を閉
鎖して該加圧水がプラズマトーチ内を循環し得るように
構成することが必要である。

＜発明の効果＞ 以上詳細に説明したように、本発明の電極破壊検知方
法によれば、電極を冷却するための冷却流体の戻り圧力
を検出することで、容易に該電極の破壊を検知すること
が出来る。

また本発明の電極破壊検知装置は、戻り圧力を検出す
る検出手段と、戻り圧力が基準圧力よりも低下したとき
に信号を発生する信号発生手段とにより構成したので、
冷却流体の戻り圧力を検出しつつ基準圧力と比較し、該
戻り圧力が基準圧力よりも低下したときに電気信号を発
生することが出来る。従って、前記電気信号をプラズマ
発生装置の制御部に接続した場合には、該電気信号の発
生に応じてプラズマ発生装置を停止することが可能とな
り、このためプラズマトーチの破壊を進行させることが
ない。

また本発明のプラズマトーチによれば、電極を冷却す
るための冷却流体の戻り圧力を、該圧力の検出手段に導
くことが出来る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマトーチの断面説明図、第２図は電極破
壊検知の説明図、第３図はプラズマ発生装置のブロック
図である。 Ａはプラズマトーチ、Ｂは被加工材、１は電極、２は電
極台、2aは導管、３は絶縁カラー、４はチップ台、５は
チップ、６はキャップ、９は冷却流体供給部、10は圧力
スイッチ、11はドライバ回路、12は直流電源部、13は制
御部、14はスイッチ、15はプラズマガス供給部である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極を内部から冷却するための冷却流体の
   戻り圧力を検出し、該戻り圧力が基準圧力よりも低下し
   たときに、前記電極が破壊したことを認識することを特
   徴としたプラズマトーチに於ける電極破壊検知方法。
2. 【請求項２】電極内部及びトーチ内部を冷却するための
   冷却流体通路を形成したプラズマトーチと、前記冷却流
   体の戻り圧力を検出するための検出手段と、前記戻り圧
   力が基準圧力よりも低下したときに信号を発生する信号
   発生手段とを有することを特徴としたプラズマトーチに
   於ける電極破壊検知装置。
3. 【請求項３】電極内部を冷却するための冷却流体通路を
   有するプラズマトーチに於いて、前記電極よりも下流側
   の冷却流体通路に該通路を流通する冷却流体の圧力を検
   出するための圧力検出孔を設けたことを特徴としたプラ
   ズマトーチ。