JPH1058148A - Plasma torch for cutting - Google Patents
Plasma torch for cuttingInfo
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- JPH1058148A JPH1058148A JP9120828A JP12082897A JPH1058148A JP H1058148 A JPH1058148 A JP H1058148A JP 9120828 A JP9120828 A JP 9120828A JP 12082897 A JP12082897 A JP 12082897A JP H1058148 A JPH1058148 A JP H1058148A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２次ガスにて被切断材の切断面の傾斜を垂直
方向に変化することができると共に、この２次ガスが、
円周方向に均一化されて噴出されて、プラズマアークの
旋回流を乱すことなく合流でき、また、トーチの全周に
わたって旋回強度成分のバラツキを少なくできて、高品
質の切断面の傾斜の改善をすることができるようにす
る。
【構成】 プラズマアークの旋回流の外周に２次ガスを
噴出させるようにした切断用プラズマトーチにおいて、
上記２次ガスを上記プラズマアークの旋回流と同一方向
に旋回させる旋回手段と、この旋回手段の下流側に設け
た環状のガス通路手段を有している構成にした。
(57) [Summary] [Purpose] The inclination of the cut surface of the material to be cut can be changed in the vertical direction by a secondary gas, and the secondary gas is
The jet is uniformly jetted in the circumferential direction and can be joined without disturbing the swirling flow of the plasma arc.Also, the variation of the swirling intensity component over the entire circumference of the torch can be reduced, improving the inclination of the high quality cut surface. To be able to [Structure] In a cutting plasma torch in which a secondary gas is ejected to the outer periphery of a swirling flow of a plasma arc,
A swirl means for swirling the secondary gas in the same direction as the swirling flow of the plasma arc, and an annular gas passage means provided downstream of the swirl means are provided.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ切断機に用い
られる切断用プラズマトーチに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutting plasma torch used in a plasma cutting machine.
【０００２】[0002]
・第１の従来技術（水冷トーチ） プラズマ切断機に用いられるトーチで電極とノズルが冷
却水により冷却されるものは、トーチ本体に電極が取り
つけられ、それに絶縁体及び電極の軸の周囲に旋回させ
て作動ガスを噴出させるためのガス噴出口を介して、ノ
ズルが取り付けられ、そのノズルのノズルオリフィスを
含む先端部を除く他の部分を被覆し、ノズルをトーチ本
体に固定するノズルキャップがトーチ本体に螺着され
る。そして電極を冷却した冷却水は、トーチ本体内部に
形成された冷却水通路を通り、トーチ本体とノズルとノ
ズルキャップにより成形される空間の経由して、ノズル
を冷却し、再びトーチ本体に形成された冷却水通路に戻
る構成となっている。-First prior art (water-cooled torch) In a torch used in a plasma cutting machine, in which the electrode and nozzle are cooled by cooling water, the electrode is attached to the torch main body, and it is turned around the insulator and the axis of the electrode. A nozzle cap is attached via a gas ejection port for ejecting the working gas to cover the other parts of the nozzle except the tip including the nozzle orifice, and a nozzle cap for fixing the nozzle to the torch body is provided. Screwed to the body. The cooling water that has cooled the electrode passes through a cooling water passage formed inside the torch body, passes through a space formed by the torch body, the nozzle, and the nozzle cap, cools the nozzle, and is formed again in the torch body. It returns to the cooling water passage.
【０００３】・第２の従来技術（空冷ノズルにおけるノ
ズル保護キャップ） プラズマトーチにおいてノズル先端が露出していると、
切断開始時に厚板のピアッシング（穴開け切断）を行う
とノズルに吹き上がった溶融金属（ドロス）がノズルに
付着しノズルを溶損したり、あるいは、ノズルと被切断
材が接触するとダブルアークと呼ばれる不正放電が起こ
りノズルを損傷することがある。そのため空冷ノズルに
於いて、ノズル先端部を保護するためにノズルとは電気
的に絶縁された金属製のノズル保護キャップを取り付け
るとともに、ノズルを冷却するガスをそのままノズルと
ノズル保護キャップの間に流すことで、吹き上がってく
る溶融金属を吹き飛ばし、ノズルを保護する方法が米国
特許第４８６１９６２号（ハイパー １９８９年８月２
９日出願）に開示されている。Second prior art (nozzle protection cap for air-cooled nozzle) If the tip of the nozzle is exposed in the plasma torch,
When piercing (drilling and cutting) a thick plate at the start of cutting, molten metal (dross) blown to the nozzle adheres to the nozzle and melts the nozzle, or when the nozzle comes into contact with the material to be cut, it is called a double arc. Irregular discharge may occur and damage the nozzle. Therefore, in the air-cooled nozzle, a metal nozzle protection cap that is electrically insulated from the nozzle is attached to protect the tip of the nozzle, and the gas for cooling the nozzle is passed directly between the nozzle and the nozzle protection cap. Thus, a method of blowing the molten metal that blows up and protecting the nozzle is disclosed in US Pat. No. 4,861,962 (Hyper August 2, 1989).
9 filing).
【０００４】・第３の従来技術（溶接トーチにおけるノ
ズル保護キャップ） 上記第２の従来技術と同様に、ノズルの周囲に、ノズル
とは電気的に絶縁された金属製のノズル保護キャップを
取り付け、ノズルとノズル保護キャップの間に２次ガス
を流す構成となっているプラズマ溶接トーチが特公昭５
３−１１９７５３号公報（日立精工 昭和５２年３月３
０日出願）に開示されている。Third prior art (nozzle protection cap in welding torch) As in the above second prior art, a metal nozzle protection cap electrically insulated from the nozzle is attached around the nozzle, The plasma welding torch, which is configured to flow the secondary gas between the nozzle and the nozzle protection cap,
No. 3-119753 (Hitachi Seiko March 3, 1977)
0 filing).
【０００５】・第４の従来技術（旋回気流効果による切
断面の傾斜） プラズマ切断では一般的に切断溝（カーフ）の表側が広
く、裏側が狭くなっている。そのため切断面は垂直とな
らず傾いている。しかし一方で、アークの安定化のため
に、電極の軸の周囲に作動ガスを旋回させて噴出する構
成のプラズマトーチに於いては、その切断面が左右対象
とはならず、非対象となることが知られている。このこ
とを利用すると、表カーフ幅が広く、裏カーフ幅が狭く
なっている状況に於いても、作動ガスの旋回によって、
片側の切断面だけであれば、垂直な切断を行うことがで
きることが溶接技術１９８８年６月号に開示されてい
る。Fourth prior art (inclination of cut surface due to swirling airflow effect) In plasma cutting, the cut groove (kerf) is generally wide on the front side and narrow on the back side. Therefore, the cut surface is not vertical but inclined. However, on the other hand, in a plasma torch in which the working gas is swirled around the axis of the electrode to stabilize the arc, the cut surface is not symmetric and not asymmetric. It is known. By utilizing this, even in the situation where the front kerf width is wide and the back kerf width is narrow, by turning the working gas,
It is disclosed in the welding technology June 1988 that vertical cutting can be performed with only one cut surface.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記各従来技術にあっ
ては、（１）ノズルの保護と、（２）２次ガスによるプ
ラズマアークの緊縮、（３）ノズル保護キャップの温度
上昇、（４）旋回気流効果の調整、（５）冷却水面路の
電気腐食の点について以下のような問題があった。In each of the above prior arts, (1) protection of the nozzle, (2) contraction of the plasma arc by the secondary gas, (3) temperature rise of the nozzle protection cap, (4) ) Adjustment of the swirling airflow effect and (5) the following problems are encountered in terms of electrical corrosion of the cooling water surface.
【０００７】（１）ノズルの保護 プラズマ切断に於いては、切断開始時に厚板のピアッシ
ング（穴開け切断）を行うとノズルに吹き上がった溶融
金属がノズルに付着しノズルを溶損したり、あるいは、
ノズルと被切断材が接触するとダブルアークと呼ばれる
不正放電が起こりノズルを損傷することがある。従っ
て、第１の従来技術にあるようにノズルが露出している
プラズマトーチでは厚板のピアッシングを行う際には、
メインアークが移行する最高の高さでピアッシングを行
い、ピアッシング時の溶融金属（ドロス）の吹き上がり
を避けて、穴が貫通した後、トーチを切断に適した高さ
まで下げて切断を開始するという方法が採用されてい
る。しかし、この方法によると切断開始時のトーチの高
さ制御が複雑となることは避けられず、また、切断中あ
るいは終了時に、被切断材が熱変形や支持の状態によっ
ては、跳ね上がってくることがあり、それを避けるのは
困難で、ノズルと被切断材が接触することでダブルアー
クが発生し、ノズルを損傷する危険性を回避することは
できない。このようなことを考慮して、第２の従来技術
にあるように空冷されたノズルを有するトーチに於いて
は、上記のピアッシング時のノズルへのドロスの付着や
被切断材との電気的な接触を防止するための、ノズル保
護キャップの機構が開示されている。しかしながら、第
２の従来技術では、空冷ノズル方式のプラズマトーチに
対して適用されており、第２の従来技術にあるようなノ
ズルを水冷するプラズマトーチにはトーチ先端部の形状
が異なるため適用できない。また、ノズルを空冷してい
る冷却ガスを利用する機構となっているため、多量の冷
却ガスを流す必要があり、これを確保するためにノズル
保護キャップにはトーチ軸上プラズマアークを通す開口
部以外にこの複数の開口部が設けられている。このた
め、被切断材の表面には多量の冷却ガスが噴出するた
め、プラズマアークへの擾乱が増加し切断に悪影響がで
る問題があった。また、第３の従来技術では、水冷のノ
ズルに対して保護キャップが適応されているが、その機
能は、被切断材とノズルの接触を防止する機能は有する
ものの、２次ガスで溶接部を大気から遮断するためのも
ので、ノズル保護キャップの開口部が広く開いているた
め、切断の場合のビアッシング時のドロスの吹き上がり
からノズルを守る機能は有していない。(1) Protection of Nozzle In plasma cutting, if piercing (piercing and cutting) of a thick plate at the start of cutting, molten metal blown up to the nozzle adheres to the nozzle and damages the nozzle, or ,
When the nozzle comes into contact with the material to be cut, an incorrect discharge called a double arc occurs, which may damage the nozzle. Therefore, in a plasma torch having an exposed nozzle as in the first related art, when performing piercing of a thick plate,
Piercing is performed at the highest height where the main arc moves, avoiding the blow-up of molten metal (dross) during piercing, after the hole has penetrated, lowering the torch to a height suitable for cutting and starting cutting The method has been adopted. However, according to this method, it is inevitable that the height control of the torch at the start of cutting becomes complicated, and the material to be cut may jump during the cutting or at the end depending on the state of thermal deformation or support. However, it is difficult to avoid this, and it is not possible to avoid the risk of damaging the nozzle due to the occurrence of a double arc due to the contact between the nozzle and the workpiece. In view of the above, in the torch having an air-cooled nozzle as in the second related art, the dross adheres to the nozzle at the time of the piercing described above and the electric contact with the material to be cut is made. A mechanism of a nozzle protection cap to prevent contact is disclosed. However, the second prior art is applied to an air-cooled nozzle type plasma torch, and cannot be applied to a plasma torch in which the nozzle is water-cooled as in the second prior art because the shape of the tip of the torch is different. . In addition, a mechanism that uses a cooling gas that cools the nozzle air is required, so a large amount of cooling gas must be flowed. To ensure this, the nozzle protection cap has an opening through which the plasma arc on the torch axis passes. Besides, a plurality of openings are provided. For this reason, since a large amount of cooling gas is ejected to the surface of the material to be cut, there is a problem that disturbance to the plasma arc increases and cutting is adversely affected. Further, in the third prior art, a protective cap is applied to a water-cooled nozzle. The function is to prevent the material to be cut from coming into contact with the nozzle. This is for shielding from the atmosphere, and since the opening of the nozzle protection cap is wide open, it does not have a function of protecting the nozzle from the dross blow-up at the time of beer cutting in cutting.
【０００８】（２）２次ガスによるプラズマアークの緊
縮 プラズマ切断では、アークをノズルにより細く絞り込む
ことで、高温高速のアークプラズマを得ている。小さい
ノズル径を有するノズルに、より多くの電流を流すこと
ができれば、狭い切断溝幅で高速で切断できる。しか
し、電流を増大していくと、電流がノズルオリフィスを
通過せずノズルの金属部を流れるダブルアークと呼ばれ
る現象が起こり、切断能力が低下するだけではなくノズ
ルを損傷してしまう。第１の従来技術では、アークを細
く絞り込むために、電極の周囲に作動ガスを強く旋回さ
せて噴出させるとともに、ノズルを水冷することでダブ
ルアークが起こりにくくしている。しかし、ノズルを噴
出したプラズマアークは、ノズルによる拘束が解除され
膨脹するので、切断溝幅が広がってしまう問題が残って
いる。第２の従来技術では、ノズルが水冷されていない
ためノズルの冷却が不十分でダブルアークが起こり易
く、電流を大幅に増大することが困難である。また、ノ
ズル保護キャップによりプラズマアークを包囲するよう
に供給される２次ガスを使って、ノズルから噴出したア
ークを更に絞り込むことができるが、この第２の従来技
術では、プラズマガスを包囲する様に２次ガスを流すた
めの中央の開口部以外に、ノズル冷却のためにガス流量
を増やすための開口部が設けられており、アークを包囲
する２次ガスだけを独立して制御することができず、そ
のためにプラズマアークを更に絞り込むのに十分な２次
ガスの流速あるいは圧力を得ることが困難である。(2) Restriction of Plasma Arc by Secondary Gas In plasma cutting, a high-temperature and high-speed arc plasma is obtained by narrowing the arc finely with a nozzle. If more current can be passed through a nozzle having a small nozzle diameter, cutting can be performed at a high speed with a narrow cutting groove width. However, when the current is increased, a phenomenon called a double arc in which the current does not pass through the nozzle orifice and flows through the metal portion of the nozzle occurs, and not only the cutting ability is reduced but also the nozzle is damaged. In the first prior art, in order to narrow the arc narrowly, the working gas is strongly swirled around the electrode and ejected, and the nozzle is water-cooled to prevent a double arc from occurring. However, the plasma arc ejected from the nozzle is released from the restraint by the nozzle and expands, so that the problem that the width of the cut groove is widened remains. In the second prior art, since the nozzle is not water-cooled, the nozzle is not sufficiently cooled, so that a double arc easily occurs, and it is difficult to greatly increase the current. Further, the arc ejected from the nozzle can be further narrowed by using a secondary gas supplied so as to surround the plasma arc by the nozzle protection cap. However, in the second conventional technique, the plasma gas is surrounded. In addition to the central opening for flowing the secondary gas, an opening for increasing the gas flow rate for cooling the nozzle is provided, so that only the secondary gas surrounding the arc can be controlled independently. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient flow rate or pressure of the secondary gas to further narrow the plasma arc.
【０００９】（３）ノズル保護キャップの温度上昇 第２の従来技術あるいは第３の従来技術にあるノズル保
護キャップは、２次ガスによる空冷しか行われないた
め、プラズマアークあるいは切断面からの輻射により温
度が上がってしまう。そのため、ノズルや電極などの消
耗部品の交換の際には、アーク停止後しばらく２次ガス
を流して冷却するか、あるいは、手袋をはめて交換する
かしなければならず、交換時の作業性が悪かった。(3) Temperature rise of the nozzle protection cap The nozzle protection cap according to the second prior art or the third prior art only performs air cooling with a secondary gas, and therefore is exposed to a plasma arc or radiation from a cut surface. The temperature rises. For this reason, when replacing consumable parts such as nozzles and electrodes, it is necessary to cool the system by supplying secondary gas for a while after the arc stops, or to wear gloves for replacement. Was bad.
【００１０】（４）旋回気流効果の調整 第４の従来技術に示したように、旋回気流効果によって
切断面が傾斜することを利用して、片側の切断面につい
て垂直な切断面を得ることが可能である。しかし、被切
断材の板厚や切断速度に合わせて、接断面の傾斜の程度
を調整しようとすると、旋回気流の強度つまり作動ガス
流量の増減が必要となる。しかし、作動ガス流量はアー
クを安定に保持するための最適値があり、作動ガス流量
を増減するとアークが不安定となってしまい、切断面の
傾斜の程度を調整することは困難である。(4) Adjustment of swirling airflow effect As shown in the fourth prior art, it is possible to obtain a cut surface perpendicular to one cut surface by utilizing the fact that the cut surface is inclined by the swirl airflow effect. It is possible. However, in order to adjust the degree of inclination of the contact section in accordance with the thickness of the workpiece and the cutting speed, it is necessary to increase or decrease the strength of the swirling airflow, that is, the flow rate of the working gas. However, the working gas flow rate has an optimal value for maintaining the arc stably. If the working gas flow rate is increased or decreased, the arc becomes unstable, and it is difficult to adjust the degree of inclination of the cut surface.
【００１１】（５）冷却水通路の電気腐食 第１の従来技術で示したように、電極とノズルが水冷さ
れるプラズマトーチでは電極及びノズルは、トーチ本体
のそれぞれ絶縁された金属部に当接され固定されるとと
もに、それぞれの金属部には、直流電源から電力が供給
されている。そして、冷却水は電極とノズルを冷却する
ように、電極側金属部とノズル側金属部を連結する冷却
水通路が設けられている。プラズマアークが発生してい
る時には、電極側金属部とノズル側金属部との間には電
位差が発生している。この時それぞれの金属部は電気的
に絶縁された状態でトーチ本体が構成されているが、そ
れぞれの金属部が冷却水通路で連結されており、そこに
冷却水が流れているため、冷却水を介して微弱な電流が
流れる。この電流は微弱なのでアークの発生には何等支
障は起きないが、この電流によって、トーチ本体の金属
部が徐々に電気化学的な作用によって腐食が進行し、ト
ーチが、いずれは使用不能に陥る問題を、電極及びノズ
ルが水冷されるトーチでは抱えている。(5) Electrocorrosion of cooling water passage As described in the first prior art, in a plasma torch in which an electrode and a nozzle are water-cooled, the electrode and the nozzle abut against insulated metal parts of the torch body. The power is supplied from a DC power supply to each metal part. Further, a cooling water passage connecting the electrode side metal part and the nozzle side metal part is provided so that the cooling water cools the electrode and the nozzle. When a plasma arc is generated, a potential difference is generated between the metal part on the electrode side and the metal part on the nozzle side. At this time, the torch body is configured with the respective metal parts electrically insulated.However, since the respective metal parts are connected by the cooling water passage and the cooling water flows there, the cooling water is A weak current flows through the. This current is so weak that it does not hinder the generation of the arc, but this current causes the metal part of the torch body to gradually corrode due to electrochemical action, eventually rendering the torch unusable eventually. In the torch where the electrode and the nozzle are water-cooled.
【００１２】本発明は上記従来の技術の各問題点のう
ち、旋回気流効果の調整に対する問題点を解決しようと
するもので、２次ガスにて被切断材の切断面を傾斜垂直
方向に変化することができると共に、この２次ガスが、
円周方向に均一化されて噴出されて、プラズマアークの
旋回流に、これの旋回流を乱すことなく合流でき、ま
た、トーチの全周にわたって旋回強度成分のバラツキを
少なくできて、高品質の切断面の傾斜の改善をすること
ができ、さらに、この２次ガスの旋回手段を２次ガス通
路内に偏心することなく設けることができるようにした
切断用プラズマトーチを提供することを目的とするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at solving the problem of adjusting the swirling airflow effect among the problems of the above-mentioned prior art, and changes the cut surface of the material to be cut in the inclined vertical direction with the secondary gas. And this secondary gas is
It is jetted uniformly in the circumferential direction and can be joined to the swirling flow of the plasma arc without disturbing the swirling flow, and the variation of the swirling intensity component can be reduced over the entire circumference of the torch, resulting in high quality. An object of the present invention is to provide a plasma torch for cutting which can improve the inclination of a cutting surface and can provide the secondary gas swirling means without eccentricity in a secondary gas passage. Is what you do.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る切断用プラズマトーチは、プラズマア
ークの旋回流の外周に２次ガスを噴出させるようにした
切断用プラズマトーチにおいて、上記２次ガスを上記プ
ラズマアークの旋回流と同一方向に旋回させる旋回手段
と、この旋回手段の下流側に設けた環状のガス通路手段
を有した構成となっている。In order to achieve the above object, a cutting plasma torch according to the present invention is directed to a cutting plasma torch in which a secondary gas is jetted to the outer periphery of a swirling flow of a plasma arc. A swirl means for swirling the secondary gas in the same direction as the swirling flow of the plasma arc, and an annular gas passage means provided downstream of the swirl means are provided.
【００１４】また、上記切断用プラズマトーチにおい
て、旋回手段を、２次ガス通路内に環状に設けた段部に
配置した構成となっている。Further, in the cutting plasma torch, the swirling means is arranged on a step provided in a ring shape in the secondary gas passage.
【００１５】[0015]
【作 用】プラズマガスと共にノズルより噴出したプ
ラズマアークはプラズマトーチの先端より噴出される。
このとき、プラズマアークの外周から２次ガスが噴出さ
れるが、このときの２次ガスは旋回手段にて整流され
る。プラズマガスはプラズマガス流入路にて旋回流が与
えられ、また２次ガスも旋回機構にて上記プラズマガス
と同一方向の旋回流が与えられることで、プラズマガス
をさらに旋回することできる。このため、２次ガスの旋
回強度の調整によってプラズマアークの旋回強度を変え
て切断面の傾斜の程度を調節することが可能となる。ま
た、上記２次ガスは、旋回機構を出てから２次ガスの噴
出口端に至る間の空間内においてその旋回流が均一化さ
れる。また上記旋回機構は２次ガス通路内の段部に調心
された状態で配置される。[Operation] The plasma arc ejected from the nozzle together with the plasma gas is ejected from the tip of the plasma torch.
At this time, secondary gas is ejected from the outer periphery of the plasma arc, and the secondary gas at this time is rectified by the turning means. The plasma gas is provided with a swirling flow in the plasma gas inflow path, and the secondary gas is also provided with a swirling flow in the same direction as the plasma gas by the swirling mechanism, so that the plasma gas can be further swirled. For this reason, it becomes possible to change the turning intensity of the plasma arc by adjusting the turning intensity of the secondary gas to adjust the degree of inclination of the cut surface. Further, the swirling flow of the secondary gas is made uniform in the space from the exit of the swirling mechanism to the end of the outlet of the secondary gas. The turning mechanism is arranged in a state where the turning mechanism is centered on a step in the secondary gas passage.
【００１６】[0016]
【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は電極、２はこの電極１の先端に対向する位
置にノズル保持部材３にて保持されて設けられたノズ
ル、４は上記ノズル１の下端部分を除き、その他の部分
を被覆するノズルキャップ、５はこのノズルキャップ４
の外側を被覆するノズル保護キャップである。そして上
記電極１の周囲には、この周囲からノズル２に連通する
プラズマガス通路６が設けてあり、またノズル２とノズ
ルキャップ４との間には冷却水通路７が設けてあり、さ
らに、ノズルキャップ４とノズル保護キャップ５との間
にはノズル２の先端側に開放された２次ガス通路８が設
けられている。上記ノズル保護キャップ５はノズルキャ
ップ４に対して電気的に絶縁された状態となっており、
またノズル２はノズルキャップ４の先端部でも支持され
ている。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, reference numeral 1 denotes an electrode, 2 denotes a nozzle provided at a position facing the tip of the electrode 1 and held by a nozzle holding member 3, and 4 denotes a nozzle which covers other portions except the lower end of the nozzle 1. Cap 5 is this nozzle cap 4
Is a nozzle protection cap that covers the outside of the nozzle. Around the electrode 1, a plasma gas passage 6 communicating from the periphery to the nozzle 2 is provided, and a cooling water passage 7 is provided between the nozzle 2 and the nozzle cap 4; A secondary gas passage 8 is provided between the cap 4 and the nozzle protection cap 5 and is open to the tip of the nozzle 2. The nozzle protection cap 5 is in a state of being electrically insulated from the nozzle cap 4,
The nozzle 2 is also supported at the tip of the nozzle cap 4.
【００１７】上記電極１の内側には冷却水室９が設けて
あり、この冷却水室９は上記冷却水通路７に連通されて
いる。そしてこれらの一方の冷却水室９に冷却水流入路
１０が接続してあり、他方の冷却水通路７に冷却水流出
路１０ａが接続してある。一方上記プラズマガス通路６
にはプラズマガス流入路１１が、また２次ガス通路８に
は２次ガス流入路１２がそれぞれ接続してある。１３は
上記各部材を支持するトーチ本体で、これは電極１及び
ノズル２に対して絶縁されている。そして上記ノズル保
護キャップ５はこのトーチ本体１３に螺着されている。A cooling water chamber 9 is provided inside the electrode 1, and the cooling water chamber 9 communicates with the cooling water passage 7. A cooling water inflow passage 10 is connected to one of the cooling water chambers 9, and a cooling water outflow passage 10 a is connected to the other cooling water passage 7. On the other hand, the plasma gas passage 6
Is connected to a plasma gas inflow path 11, and the secondary gas passage 8 is connected to a secondary gas inflow path 12. Reference numeral 13 denotes a torch main body that supports the above members, and is insulated from the electrode 1 and the nozzle 2. The nozzle protection cap 5 is screwed to the torch body 13.
【００１８】ノズルキャップ４とノズル保護キャップ５
との間に構成される２次ガス通路８はテーパ環状に形成
されているが、この２次ガス通路８内に絶縁材料にて構
成され、かつスペーサをかねるインシュレータ１４が、
ノズルキャップ４及びノズル保護キャップ５のそれぞれ
の壁面に対して気密状にして介装してある。そしてこの
インシュレータ１４にはこれの上流側と下流側とを連通
する整流路となる小孔１５が円周方向に複数個開口して
ある。この整流通路となる小孔１５は図２（ａ）に示す
小孔１５に替えて図２（ｂ）に示すように、内面（ある
いは外面）に溝１５ａにしてもよい。また本発明の実施
例では、図２（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、上
記整流通路となる小孔１５及び溝１５ａは軸心に対して
うず巻き状に設けてある。なお図２（ａ），（ｂ）に示
したインシュレータ１４は２次ガス通路８のテーパ環状
の形状にあわせてテーパ状に形成されているが、このよ
うに形状にかぎるものではなく、図２の（ｃ），
（ｄ），（ｅ）に示すように断面矩形状にして、整流さ
れた２次ガスは軸心方向に流れるようにしてもよい。Nozzle cap 4 and nozzle protection cap 5
Is formed in a tapered ring shape, and an insulator 14 made of an insulating material and serving as a spacer is provided in the secondary gas passage 8.
The nozzle cap 4 and the nozzle protection cap 5 are airtightly interposed on the respective wall surfaces. The insulator 14 is provided with a plurality of small holes 15 in the circumferential direction that serve as rectification paths communicating the upstream side and the downstream side. As shown in FIG. 2B, the small hole 15 serving as the flow regulating passage may be a groove 15a on the inner surface (or the outer surface) as shown in FIG. 2B instead of the small hole 15 shown in FIG. In the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 2 (c), (d) and (e), the small holes 15 and the grooves 15a serving as the rectifying passages are provided in a spiral shape around the axis. The insulator 14 shown in FIGS. 2A and 2B is formed in a tapered shape in accordance with the tapered annular shape of the secondary gas passage 8, but is not limited to such a shape. (C),
As shown in (d) and (e), the rectified secondary gas may be formed in a rectangular cross section to flow in the axial direction.
【００１９】上記インシュレータ１４は２次ガス通路８
の途中、すなわち、２次ガスの噴出口端より空間を有し
た位置に配置して設けられていて、このインシュレータ
１４の下流側に、このインシュレータ１４から２次ガス
通路８の２次ガスの噴出口端にわたって環状のガス通路
部が構成されており、インシュレータ１４から流出した
２次ガスの旋回流成分がこの環状のガス通路部にて旋回
方向に均一にされるようになっている。The insulator 14 is connected to the secondary gas passage 8.
In the middle, that is, at a position having a space from the end of the secondary gas outlet, and downstream of the insulator 14, the secondary gas is injected from the insulator 14 into the secondary gas passage 8. An annular gas passage is formed over the outlet end, and the swirling flow component of the secondary gas flowing out of the insulator 14 is made uniform in the swirling direction in the annular gas passage.
【００２０】上記ノズル２のオリフィス１６の径φ1 と
ノズル保護キャップ５の開口径φ2との比（φ2 ／
φ1 ）は１．０〜５．０が適当であり、また好ましくは
２．０〜４．０である。ここでφ2 ／φ1 ＜１．０の場
合にはノズル保護キャップ５の先端がプラズマアークの
熱で変形して損傷してしまい、その上、２次ガスの流れ
を乱してしまう。またφ2 ／φ＞５．０の場合には、ド
ロスの吹き返りがノズル２及びノズル２の下端面とノズ
ル保護キャップ５の間のギャップ１７に付着してダブル
アークが発生してしまう。また上記ギャップ１７のギャ
ップ寸法ｈは０．５〜１．５ｍｍが適当である。ここで
ｈ＜０．５ｍｍとした場合、２次ガスの噴出する流速が
速くなりすぎてアークを乱してしまう。上記インシュレ
ータ１４はふっ素系等の合成樹脂あるいはセラミックに
て構成する。The ratio of the diameter φ 1 of the orifice 16 of the nozzle 2 to the opening diameter φ 2 of the nozzle protection cap 5 (φ 2 /
φ 1 ) is suitably from 1.0 to 5.0, and preferably from 2.0 to 4.0. Here, if φ 2 / φ 1 <1.0, the tip of the nozzle protection cap 5 is deformed and damaged by the heat of the plasma arc, and further, the flow of the secondary gas is disturbed. If φ 2 /φ>5.0, the backflow of dross adheres to the nozzle 2 and the gap 17 between the lower end surface of the nozzle 2 and the nozzle protection cap 5, and a double arc is generated. The gap dimension h of the gap 17 is suitably 0.5 to 1.5 mm. Here, if h <0.5 mm, the flow velocity of the secondary gas ejected becomes too high, and the arc is disturbed. The insulator 14 is made of a synthetic resin such as a fluorine-based resin or ceramic.
【００２１】上記構成において、電極１からのプラズマ
アークは、この電極１の周囲に設けられたプラズマガス
通路６に供給されたプラズマガスと共にノズル２及びノ
ズル保護キャップ５の開口部を通って噴出される。この
とき、ノズル２は冷却水通路７を通る冷却水にて冷却さ
れる。また２次ガスは２次ガス通路８を通ってギャップ
１７より上記プラズマの周囲を囲繞するようにして噴出
されるが、このときの２次ガスはインシュレータ１４を
通る間に整流される。すなわち、環状の２次ガス通路８
を通ってきた２次ガスはインシュレータ１４の小孔１５
あるいは溝１５ａにて構成される整流通路を通る間に整
流される。In the above configuration, the plasma arc from the electrode 1 is ejected through the opening of the nozzle 2 and the nozzle protection cap 5 together with the plasma gas supplied to the plasma gas passage 6 provided around the electrode 1. You. At this time, the nozzle 2 is cooled by the cooling water passing through the cooling water passage 7. Further, the secondary gas is ejected from the gap 17 through the secondary gas passage 8 so as to surround the periphery of the plasma. At this time, the secondary gas is rectified while passing through the insulator 14. That is, the annular secondary gas passage 8
The secondary gas that has passed through is a small hole 15 of the insulator 14.
Alternatively, it is rectified while passing through the rectifying passage formed by the groove 15a.
【００２２】またこのとき、ノズル２の下端面とノズル
保護キャップ５の間のギャップ１７のギャップ寸法ｈを
最適値とすることにより、プラズマアークを包囲するよ
うに噴出される２次ガスを十分な流量を十分速い流速で
供給される。またノズル保護キャップ５の開口径φ2 を
最適にとることにより、ピアッシング時のドロスの吹き
上がりからノズル２が保護される。At this time, by setting the gap dimension h of the gap 17 between the lower end surface of the nozzle 2 and the nozzle protection cap 5 to an optimum value, the secondary gas ejected so as to surround the plasma arc can be sufficiently supplied. The flow rate is supplied at a sufficiently high flow rate. Moreover by taking the opening diameter phi 2 of the nozzle protection cap 5 to the optimum, the nozzle 2 is protected from racing dross during piercing.
【００２３】図３はインシュレータの変形例を示すもの
で、インシュレータ１４ａは断面形状を矩形にした部材
にて環状に構成されており、このインシュレータ１４ａ
はノズルキャップ４ａとノズル保護キャップ５ａのそれ
ぞれ対向部に形成した段部に嵌合して取付けられてい
る。そしてこのインシュレータ１４ａの外周側に整流通
路１８が設けられている。FIG. 3 shows a modification of the insulator. The insulator 14a is formed in a ring shape by a member having a rectangular cross section.
Are fitted and attached to step portions formed at the opposed portions of the nozzle cap 4a and the nozzle protection cap 5a, respectively. A rectifying passage 18 is provided on the outer peripheral side of the insulator 14a.
【００２４】この構成によれば、ノズルキャップ４ａと
ノズル保護キャップ５ａとはインシュレータ１４ａにて
調心され、両部材の位置決めが容易に行なわれる。According to this configuration, the nozzle cap 4a and the nozzle protection cap 5a are aligned by the insulator 14a, and the positioning of both members is easily performed.
【００２５】図４はノズル保護キャップを先端側と基端
側とを別部材にした例を示す。すなわち、ノズル保護キ
ャップ５ｂはノズル本体１３に螺着される基端部１９
と、ノズル２側の先端部２０とが別部材になっている。
そしてこの先端部２０側に上記インシュレータ１４ａが
設けられている。上記基端部１９と先端部２０との結合
は、先端部２０側にフランジ部２０ａを設け、このフラ
ンジ部２０ａに基端部１９の先端側を嵌合固着するか、
あるいはこのフランジ部２０ａにおいて両者を螺合固着
してもよい。FIG. 4 shows an example in which the nozzle protection cap has separate members for the distal end and the proximal end. That is, the nozzle protection cap 5b is screwed to the nozzle body 13 at the base end 19.
And the tip portion 20 on the nozzle 2 side are separate members.
The insulator 14a is provided on the tip portion 20 side. The proximal end 19 and the distal end 20 can be connected by providing a flange 20a on the distal end 20 and fitting and fixing the distal end of the proximal end 19 to the flange 20a.
Alternatively, both may be screwed and fixed at the flange portion 20a.
【００２６】プラズマトーチの使用に際してノズル保護
キャップ５ｂの先端側が破損するが、この実施例によれ
ば、先端部２０だけを交換でき、ノズル保護キャップ全
体を交換するものに対して経済的である。またノズル保
護キャップ５ｂを基端部１９と先端部２０とを分割した
ので、それぞれの材質を異ならせることができ、先端部
２０は熱伝導のよい材質で構成することで、高温の溶融
金属が付着したとしても、この溶融金属が短時間で冷却
されて剥離しやすくなる。一方基端部１９は機械的強度
に優れた材質で構成することで、トーチが被切断材と接
触してもこれが変形しないようになる。When the plasma torch is used, the tip of the nozzle protection cap 5b is damaged. However, according to this embodiment, only the tip 20 can be replaced, and it is economical to replace the entire nozzle protection cap. Further, since the nozzle protection cap 5b is divided into the base end portion 19 and the front end portion 20, the respective materials can be made different. The front end portion 20 is made of a material having good heat conductivity, so that a high-temperature molten metal can be formed. Even if it adheres, the molten metal is cooled in a short time, and is easily peeled. On the other hand, when the base end portion 19 is made of a material having excellent mechanical strength, even when the torch comes into contact with the material to be cut, it does not deform.
【００２７】また図５はノズル保護キャップを冷却でき
るようにした実施例を示す。すなわち、ノズル保護キャ
ップ５ｃの基端部１９ａの内側に環状の冷却水室２１を
設け、この冷却水室２１に電極１の内側に設けられた電
極１側の冷却水室９に通路２２にて連通してある。この
構成によりノズル保護キャップ５ｃの基端部は冷却水室
２１内の冷却水により冷却されこの部分の昇温が抑制さ
れる。FIG. 5 shows an embodiment in which the nozzle protection cap can be cooled. That is, an annular cooling water chamber 21 is provided inside the base end 19a of the nozzle protection cap 5c, and the cooling water chamber 21 is provided inside the electrode 1 in the cooling water chamber 9 on the electrode 1 side through the passage 22. They are communicating. With this configuration, the base end of the nozzle protection cap 5c is cooled by the cooling water in the cooling water chamber 21 and the temperature rise in this portion is suppressed.
【００２８】図６は上記ノズル保護キャップを冷却する
ための構成の他例を示すもので、ノズル保護キャップ５
ｄの冷却水室２１ａを上下方向に幅の広い環状に構成し
てその容積を大きくすることにより、この部分の冷却能
力が多くなっている。そしてこの冷却水室２１ａには電
極１側の冷却水室９に連通する流入側の通路２２のほか
に、ノズル２のまわりに設けた冷却水通路７に連通する
出口側の通路２３が連通している。FIG. 6 shows another example of a structure for cooling the nozzle protection cap.
The cooling capacity of this portion is increased by configuring the cooling water chamber 21a of d in an annular shape having a large width in the vertical direction and increasing the volume thereof. In addition to the inflow side passage 22 communicating with the cooling water chamber 9 on the electrode 1 side, an outlet side passage 23 communicating with the cooling water passage 7 provided around the nozzle 2 communicates with the cooling water chamber 21a. ing.
【００２９】また図７にて示したインシュレータ１４ａ
において、これに設けた整流通路１８をトーチの中心に
対してうず巻き状にすることにより、ノズル保護キャッ
プのギャップから噴出する２次ガス流を強制された旋回
流にすることができる。さらに電極１の周囲に設けられ
たプラズマガス通路６にプラズマガスを流入するための
複数本のプラズマガス流入路６ａを図８に示すようにト
ーチの軸心に対して傾斜させて、プラズマガス通路６に
流入するプラズマガスに旋回流を与えるようにする。ま
たこのとき、ノズル２のオリフィス長Ｌはオリフィス径
φ1 に対してＬ／φ1 ≦２の関係にする。この構成にお
いて、２次ガスの旋回方向とプラズマガスの旋回方向と
が同一になるようにする。The insulator 14a shown in FIG.
In this case, by forming the rectifying passage 18 provided in this to be spirally wound around the center of the torch, the secondary gas flow ejected from the gap of the nozzle protection cap can be made into a forced swirling flow. Further, a plurality of plasma gas inflow paths 6a for flowing plasma gas into the plasma gas path 6 provided around the electrode 1 are inclined with respect to the axis of the torch as shown in FIG. A swirling flow is applied to the plasma gas flowing into the nozzle 6. At this time, the orifice length L of the nozzle 2 is set to have a relationship of L / φ 1 ≦ 2 with respect to the orifice diameter φ 1 . In this configuration, the turning direction of the secondary gas and the turning direction of the plasma gas are set to be the same.
【００３０】発明が解消しようとする課題の欄の項目
（４）で述べたように、作動ガス流量の調節により切断
面の傾斜の程度を調節しようとすると、作動ガス流量が
最適範囲から外れてアークが不安定となる問題がある
が、本実施例では２次ガスをプラズマアークと同一方向
に旋回させることにより、２次ガスの旋回強度の調節に
よってプラズマアークの旋回強度を可変して切断面の傾
斜の程度を調節することが可能となる。そして図７で示
す構成によるプラズマトーチにて被切断材２４を切断し
たときに、２次ガスの旋回流の上流側の切断壁２４ａが
垂直になり、他方の切断壁２４ｂが開先状に傾斜されて
切断される。このように、例えば、２次ガスが上からみ
て右方向に旋回している場合、右側の切断壁２４ａが垂
直状になる。また、このとき、上記２次ガスは、インシ
ュレータ１４ａを出てから２次ガスの噴出口端に至る間
の空間である環状のガス通路部内においてその旋回流成
分が均一化される。また上記インシュレータ１４ａは２
次ガス通路内の段部に調心された状態で配置される。As described in the item (4) in the column of the problem to be solved by the invention, when the degree of inclination of the cut surface is adjusted by adjusting the flow rate of the working gas, the flow rate of the working gas is out of the optimum range. Although there is a problem that the arc becomes unstable, in the present embodiment, the secondary gas is swirled in the same direction as the plasma arc, so that the swirl intensity of the plasma arc is varied by adjusting the swirl intensity of the secondary gas and the cut surface is changed. Can be adjusted. When the workpiece 24 is cut by the plasma torch shown in FIG. 7, the cutting wall 24a on the upstream side of the swirling flow of the secondary gas becomes vertical, and the other cutting wall 24b is inclined like a groove. Being cut off. Thus, for example, when the secondary gas is turning rightward when viewed from above, the right cut wall 24a becomes vertical. Also, at this time, the swirling flow component of the secondary gas is made uniform in the annular gas passage portion which is a space from the insulator 14a to the outlet end of the secondary gas. The insulator 14a is 2
It is arranged in a state of being centered on a step in the next gas passage.
【００３１】さらに上記各実施例において、冷却水によ
る電気化学的な腐食を低減するためには、冷却水を介し
て流れる電流を減少してやらねばらないが、そのために
は、冷却水に接するトーチ本体の金属部分の面積を狭く
してやる必要がある。このことから図１に示すように、
電極１側の冷却水室９とノズル２側の冷却水通路１０と
を連通する流入路２５に電気絶縁材料にて構成したチュ
ーブ２６を嵌合する。Further, in each of the above embodiments, in order to reduce the electrochemical corrosion caused by the cooling water, the current flowing through the cooling water must be reduced. It is necessary to reduce the area of the metal part. From this, as shown in FIG.
A tube 26 made of an electrically insulating material is fitted into an inflow passage 25 that connects the cooling water chamber 9 on the electrode 1 side and the cooling water passage 10 on the nozzle 2 side.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、プラズマアークの旋回
流の外周に２次ガスを噴出させるようにした切断用プラ
ズマトーチにおいて、上記２次ガスを上記プラズマアー
クの旋回流と同一方向に旋回させる旋回手段と、この旋
回手段の下流側に設けた環状のガス通路手段を有した構
成となっていることにより、被切断材の切断面の傾斜を
垂直方向に変化することができ、また２次ガスの旋回強
度を変えて切断面の傾斜の程度が調節できる。そして２
次ガスを旋回するための旋回手段を通って旋回されて噴
出される２次ガスは、環状のガス通路手段にて円周方向
に均一化されて２次ガスの噴出口端より噴出され、安定
した状態でプラズマ柱の周囲を旋回して、これの旋回流
を乱すことなくこれに合流し、また、トーチの全周にわ
たって旋回強度成分のバラツキを少なくすることができ
る。これにより、被切断材とトーチがどのような位置関
係にあっても切断方向によるバラツキを低減でき、どの
ような方向で加工を行っても高品質の切断面の傾斜の改
善をすることができる。また、２次ガスが流通するガス
通路に接する部材に対し、旋回流速度が高まった状態で
２次ガスが通過することにより、これらの部材に対する
冷却効果を向上することができる。According to the present invention, in the cutting plasma torch in which the secondary gas is ejected to the outer periphery of the swirling flow of the plasma arc, the secondary gas is swirled in the same direction as the swirling flow of the plasma arc. With the configuration including the swirling means for making the cut and the annular gas passage means provided downstream of the swirling means, the inclination of the cut surface of the material to be cut can be changed in the vertical direction. The degree of inclination of the cut surface can be adjusted by changing the swirl strength of the next gas. And 2
The secondary gas swirled and ejected through the swirling means for swirling the secondary gas is made uniform in the circumferential direction by the annular gas passage means, ejected from the secondary gas ejection end and stabilized. In this state, the swirling flow is swirled around the plasma column, merges with the swirling flow without disturbing the swirling flow, and the variation of the swirling intensity component can be reduced over the entire circumference of the torch. This makes it possible to reduce variations in the cutting direction regardless of the positional relationship between the material to be cut and the torch, and to improve the inclination of a high-quality cut surface in any direction. . In addition, since the secondary gas passes through the members in contact with the gas passage through which the secondary gas flows in a state where the swirling flow velocity is increased, the cooling effect on these members can be improved.
【００３３】さらに、上記２次ガスを旋回するための旋
回手段を、２次ガス通路内に設けた段部に配置したこと
により、この２次ガス旋回を整流するための旋回手段を
２次ガス通路内に偏心することなく設けることができ
る。Further, since the swirling means for swirling the secondary gas is disposed on a step provided in the secondary gas passage, the swirling means for rectifying the swirling of the secondary gas is used as the secondary gas. It can be provided without eccentricity in the passage.
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）はイ
ンシュレータのそれぞれ異なる実施例を示す説明図であ
る。FIGS. 2 (a), (b), (c), (d) and (e) are explanatory views showing different embodiments of an insulator.
【図３】本発明の別の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図４】本発明の別の実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図５】本発明の別の実施例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の別の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の別の実施例を示すと共に、作用を示す
断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention and showing an operation.
【図８】プラズマガス流入路の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a plasma gas inflow path.
１…電極 ２…ノズル ３…ノズル保持部材 ４…ノズルキャップ ５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…ノズル保護キャップ ６…プラズマガス通路 ７…冷却水通路 ８…２次ガス通路 ９，２１…冷却水室 １０…冷却水流入路 １０ａ…冷却水流出路 １１…プラズマガス流入路 １２…２次ガス流入路 １３…トーチ本体 １４，１４ａ…インシュレータ １５…小孔 １５ａ…溝 １６…オリフィス １７…ギャップ １８…整流通路 １９，１９ａ…基端部 ２０…先端部 ２０ａ…フランジ部 ２２，２３…通路 ２４…被切断材 ２５…流入路 ２６…チューブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode 2 ... Nozzle 3 ... Nozzle holding member 4 ... Nozzle cap 5, 5a, 5b, 5c, 5d ... Nozzle protection cap 6 ... Plasma gas passage 7 ... Cooling water passage 8 ... Secondary gas passage 9, 21 ... Cooling water Chamber 10 Cooling water inflow passage 10a Cooling water outflow passage 11 Plasma gas inflow passage 12 Secondary gas inflow passage 13 Torch body 14, 14a Insulator 15 Small hole 15a Groove 16 Orifice 17 Gap 18 Rectification Passages 19, 19a Base end 20 Top end 20a Flange 22, 23 Passage 24 Material to be cut 25 Inflow passage 26 Tube
Claims (2)
スを噴出させるようにした切断用プラズマトーチにおい
て、上記２次ガスを上記プラズマアークの旋回流と同一
方向に旋回させる旋回手段と、この旋回手段の下流側に
設けた環状のガス通路手段を有していることを特徴とす
る切断用プラズマトーチ。1. A cutting torch in which a secondary gas is ejected to the outer periphery of a swirling flow of a plasma arc, a swirling means for swirling the secondary gas in the same direction as the swirling flow of the plasma arc, A cutting plasma torch having an annular gas passage means provided downstream of a turning means.
けた段部に配置したことを特徴とする請求項１記載の切
断用プラズマトーチ。2. The cutting plasma torch according to claim 1, wherein the swirling means is arranged in a step provided annularly in the secondary gas passage.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011513072A (en) * | 2008-03-12 | 2011-04-28 | ハイパーサーム インコーポレイテッド | Apparatus and method for liquid cooling shielding for improved drilling performance |
| US8389887B2 (en) | 2008-03-12 | 2013-03-05 | Hypertherm, Inc. | Apparatus and method for a liquid cooled shield for improved piercing performance |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP9120828A patent/JP2997224B2/en not_active Expired - Lifetime
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