JP2000334570A - プラズマトーチ及びそのノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールドキャップを十分に冷却する機能を備
えたプラズマトーチを提供する。 【解決手段】 プラズマガス通路を隔てて電極を被覆す
るように配置されたノズル１７をトーチ本体１の先端部
に備え、ノズル１７のオリフィス１８を通じて電極本体
１３と被切断材７１間でプラズマアーク８１を発生させ
て、被切断材７１を切断するプラズマトーチである。ノ
ズル１７の外周に絶縁体１９を介してシールドキャップ
２１を設けた場合、このシールドキャップ２１とノズル
１７とが臨む空間６３に冷却水を導入可能に構成したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルの先端に設
けたシールドキャップの冷却性能を格段に向上させたプ
ラズマトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プラズマガス通路を隔てて電極
を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端
部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切
断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチが
知られている。この種のものでは、被切断材の切断品質
を向上させるために、ノズルのオリフィスを細く長く形
成して、このオリフィスによりプラズマアークを強く絞
り込んで、より高温で指向性の高い高温高速のプラズマ
ジェットを形成する技術が提案されている（特表平６−
５０８７９３号公報）。この場合には、オリフィスを細
く長く形成する分だけ、ノズルの熱負荷が増大するの
で、ノズルを冷却水に接触させて直接水冷している。一
方、ノズルの外周に絶縁体を介してシールドキャップを
設けたものが提案されている。この場合には、前述した
ような直接水冷によるノズルの冷却だけではなく、シー
ルドキャップの冷却が必要になる。従来、プラズマアー
クの周囲に二次ガスを供給し、この二次ガスによって当
該シールドキャップを冷却したり、或いは、間接水冷に
よりシールドキャップを冷却したりしている。

【０００３】この二次ガスは種々に作用し、例えば、こ
の二次ガスに旋回流を与え、被切断材の切断面の傾斜を
調整するものも提案されている（特許第６８９３１０
号）。この場合、二次ガスの流れには精度の高い均一性
が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術のように、二次ガスでの冷却、或いは間接水冷によ
る冷却では、シールドキャップを十分に冷却することが
できないという問題がある。この冷却が不十分な場合に
は、ピアッシング時にドロスが吹きあがったとき、高温
の溶融金属がシールドキャップに容易に付着して、この
シールドキャップの劣化が促進されるという問題があ
る。このシールドキャップに形成された二次ガスの出口
の開口部が劣化すると、二次ガスのガス流の均一性に悪
影響して、被切断材の切断品質の劣化を引き起こすとい
う問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、シールドキャッ
プを十分に冷却する機能を備えたプラズマトーチを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に従
うプラズマトーチは、プラズマガス通路を隔てて電極を
被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部
に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断
材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにお
いて、ノズルの外周に絶縁体を介して取りつけられたシ
ールドキャップと、このシールドキャップの少なくとも
一部とノズルの外周面の少なくとも一部とが臨む空間と
を備え、この空間に冷却水が導入され、それにより、そ
の空間がノズルとシールドキャップの双方を同時に冷却
するための冷却水通路として機能するようになってい
る。

【０００７】このプラズマトーチでは、シールドキャッ
プの少なくとも一部とノズルの外周面の少なくとも一部
とが冷却水通路に臨んでいるため、ノズルだけでなくシ
ールドキャップも、冷却水により直接かつ強力に冷却さ
れる。よって、ピアッシング時に溶融金属が吹き上がり
シールドキャップに付着することがあっても、シールド
キャップが強力に水冷されているので、シールドキャッ
プが溶損したり、溶融金属が溶着したりすることがな
い。こうして、シールドキャップがが良好に保護され、
シールドキャップの劣化が防止される。

【０００８】好適な実施形態では、シールドキャップは
ノズルの先端部の外周に絶縁体を介して取りつけられ、
基端部にフランジを有し、このフランジが冷却水通路に
臨んでいる。これにより、シールドキャップはフランジ
がもつある程度広い表面積をもって冷却水に接するの
で、効果的に冷却される。

【０００９】更に、好適な実施形態では、シールドキャ
ップとノズルを保持するためのリテーナキャップが、ノ
ズルとシールドキャップの外周を囲むように設けられ
る。そして、リテーナキャップの内周面の少なくとも一
部もまた、上記冷却水通路に臨んでいる。そのため、リ
テーナキャップも直接水冷により効果的に冷却される。

【００１０】本発明の第２の観点に従うプラズマトーチ
は、プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配
置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズ
ルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマア
ークを発生させるプラズマトーチにおいて、ノズルの外
周を包囲するように設けられる、ノズルを保持するリテ
ーナキャップと、ノズルの外周面の少なくとも一部とリ
テーナキャップの内周面の少なくとも一部とが臨む空間
であって、冷却水が導入される冷却水通路とを備える。

【００１１】このプラズマトーチでは、ノズルの外周面
の少なくとも一部とリテーナキャップの内周面の少なく
とも一部とが冷却水通路に臨んでいるため、ノズルだけ
でなくリテーナキャップも、冷却水により直接かつ強力
に冷却される。よって、ピアッシング時の吹き上がり溶
融金属などからリテーナーキャップを保護できるととも
に、ノズルや電極などの交換の際、リテーナーキャップ
が冷えるまで長い間待つことなく、速やかにリテーナー
キャップを取り外して交換作業に入ることが出来る。

【００１２】好適な実施形態では、プラズマアークの周
囲にアシストガス（例えば、二次ガス又は三次ガスな
し）を導くためのアシストガス通路が、リテーナキャッ
プの内部を貫通して、或いはリテーナキャップの外側を
回って設けられている。これにより、リテーナキャップ
の内側の空間にアシストガス通路を設ける必要がないの
で、リテーナキャップの内側の空間を冷却水通路として
存分に利用でき、よって、リテーナキャップとノズルと
シールドキャップとのそれぞれ広い面積で接する冷却水
通路を形成することができ、冷却効率が向上する。

【００１３】好適な実施形態では、上述したアシストガ
ス通路は、リテーナキャップの内部を貫通して、或いは
リテーナキャップの外側を回って、シールドキャップの
外側にアシストガスを導く第１のアシストガス通路と、
シールドキャップの内側の空間であって、ノズルから噴
出するプラズマアークの周囲にアシストガスを導くため
の第２のアシストガス通路と、この第１と第２のアシス
トガス通路を繋ぐようにシールドキャップを外側から内
側へ斜めに貫く複数の貫通孔からなるアシストガススワ
ラとを有する。

【００１４】好適な実施形態では、トーチ本体に、ノズ
ルの基端部と電気的に接続してノズルにパイロットアー
ク電流を供給する電流経路が更に設けられる。そのた
め、従来のように、ノズルの先端部に、電流経路を形成
するためのリテーナキャップとの当接面を設ける必要が
ない。つまり、リテーナキャップは、ノズルから電気的
に絶縁することができる。故に、リテーナキャップを、
ノズル先端部に取りつけたシールドキャップ（これは、
ノズル保護の役目上、ノズルから電気的に絶縁されてい
なければならない）に当接させて、リテーナキャップで
シールドキャップを保持する構造を採用すつことが可能
になる。この構造の下で、リテーナキャップとノズルと
シールドキャップとで囲まれた空間を、冷却水通路とし
て利用する。その結果、リテーナキャップとノズルとシ
ールドキャップが、一つの冷却水通路によって同時に強
力に水冷されるという利点が得られる。

【００１５】本発明の第３の観点に従うプラズマトーチ
用のノズルは、先端部に設けられたプラズマアークを噴
出するためのオリフィスと、ノズルの外周に環状の絶縁
体を介して固定的に取り付けられて、ノズルと単一部品
を構成している、ノズルの先端部を保護するためのシー
ルドキャップとを備える。そして、プラズマトーチに組
み込まれたとき、ノズルの外周面の少なくとも一部とシ
ールドキャップの少なくとも一部とが、ノズルの外周に
形成される冷却水通路に臨むようになっている。

【００１６】このノズルによれば、ノズルとシールドキ
ャップが冷却水により同時に直接かつ強力に冷却され
る。また、ノズルとシールドキャップとが一体的な単一
部品として構成されているため、ノズルとシールドキャ
ップが別部品である場合に比較して、ノズルとシールド
キャップ間の境界の水シールが確実である。更に、ノズ
ルとシールドキャップとが一体的な単一部品であるた
め、ノズルとシールドキャップとが高精度に位置整合さ
れて組み合わされており、それにより、ノズルとシール
ドキャップ間の空間から噴出する二次ガス旋回流を用い
て切断面の傾斜角を調整する特許第６８９３１０号の技
術を用いるとき、傾斜角を精度良く調整することが可能
になる。

【００１７】好適な実施形態では、シールドキャップは
その基端部にフランジを有し、このフランジが冷却水通
路に臨んでいる。ある程度広い表面積をもつフランジで
冷却水に接するので、シールドキャップの冷却効率が良
い。

【００１８】好適な実施形態では、絶縁体が、絶縁体と
ノズルの境界及び絶縁体とシールドキャップとの境界を
冷却水が漏れないよう封止する。

【００１９】本発明の第４の観点に従うプラズマトーチ
用ノズルは、先端部に設けられたプラズマアークを噴出
するためのオリフィスと、ノズルの先端部の外周に環状
の絶縁体を介して固定的に取り付けられて、ノズルと単
一部品を構成している、ノズルの先端部を保護するため
のシールドキャップと、シールドキャップの内側の空間
であって、アシストガスを前記オリフィスから噴出する
プラズマアークの周囲に導くためのアシストガス通路
と、シールドキャップの外側に供給されるアシストガス
をシールドキャップの内側のアシストガス通路に導くた
めに、シールドキャップを外側から内側へ貫く複数の貫
通孔とを備える。

【００２０】このノズルによれば、ノズルの先端部に取
り付けられたシールドキャップの外側にアシストガスが
供給され、そして、そのアシストガスが、シールドキャ
ップの貫通孔を通じて、シールドキャップの内側のガス
通路に導かれるようになっている。このノズルが組み込
まれるトーチでは、アシストガスをシールドキャップの
外側に供給すればよいため、そのためのアシストガス供
給路を、ノズル外周に設けられるノズル冷却用冷却水通
路の外側に配置することができる。その結果、ノズル冷
却用冷却水通路をノズルの先端部まで延長させて、その
先端部にあるシールドキャップの基端部がその冷却水通
路に臨むように設計することができる。その結果、ノズ
ルだけでなく、シールドキャップも直接水冷により強力
に冷却することができる。

【００２１】好適な実施形態では、シールドキャップの
貫通孔が、そこ通過するアシストガスを旋回流にして前
記アシストガス通路に導く、つまりアシストガススワラ
として機能する。

【００２２】本発明の第５の観点に従うプラズマトーチ
用のノズルは、先端部にプラズマアークを噴出するため
のオリフィスを有し、外周面には環状の絶縁体を外嵌す
るための部分を有し、プラズマトーチに組み込まれたと
きには、上記環状の絶縁体が外嵌され、この絶縁体を介
して、ノズル先端部を保護するためのシールドキャップ
が装着され、そして、ノズル外周面の少なくとも一部と
シールドキャップの少なくとも一部とが、このノズルの
外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている。

【００２３】このノズルは、その外周に環状絶縁体を介
してシールドキャップを装着した上でトーチに組み込ま
れるが、トーチに組み込むと、その外周面が冷却水通路
に臨み、同時にシールドキャップも冷却水通路に臨むの
で、ノズルとシールドキャップとが同時に強力に水冷さ
れる。環状絶縁体やシールドキャップは、ノズルとは別
の部品として提供されてよく、その場合、ノズル交換時
に消耗度の少ない環状絶縁体やシールドキャップを一緒
に交換する必要がないので、ランニングコストが安くな
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にか
かるプラズマトーチの断面構造を示す。図２は、このプ
ラズマトーチに組み込まれるノズル及びそのノズル保護
のためのシールドキャップを一体化した部品の断面構造
を示す。

【００２５】図１において、符号１はトーチ本体を示
す。このトーチ本体１は、中心部材を構成するインナー
スリーブ３と、このインナースリーブ３の外周に嵌合さ
れるアウタースリーブ５と、このアウタースリーブ５の
外周に嵌合されるホルダー７と、インナースリーブ３の
先端にマグネットリング８を挟んで嵌合されるノズル台
座９とを備えて構成されている。インナースリーブ３の
先端には袋形状の電極本体１３が着脱自在な状態で嵌合
され、この電極本体１３のプラズマアーク発生点となる
先端には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料
からなる（例えば、酸素プラズマ切断の場合、ハフニウ
ム、ジルコニウム或いはそれらの合金製等の）耐熱イン
サート１４が設けられている。この電極の消耗は、この
耐熱インサート１４の部分で発生する。

【００２６】この電極本体１３の外周には絶縁材製の筒
状のガイド１５が嵌合され、このガイド１５の外周には
先端へ向かってテーパした筒状のノズル１７が嵌合され
ている。このノズル１７の基端部１７ａはノズル台座９
に着脱自在な状態で圧接されている。トーチ本体１のノ
ズル台座９には、図示されていないパイロットアーク電
流配線が接続されている（この配線は、トーチ本体内部
に設けられ、図示されていないプラズマアーク電源と接
続されている）。ノズル１７の基端部がノズル台座９に
圧接されることによって、両者の圧接面が通電面とな
り、ノズル１７がノズル台座９に電気的に接続される。
このようにして、パイロットアーク点火時にノズル１７
へ電流を供給するパイロットアーク電流経路が構成され
ている（因みに、従来は、トーチ本体の外殻を構成する
部材、例えばノズルを保持するためリテーニングキャッ
プがパイロットアーク電流経路として用いられ、リーテ
ーニングキャップにノズルが当接することによって、ノ
ズルへのパイロットアーク電流経路が形成されてい
た。）。さらに、ノズル台座９の先端面には、弾性のあ
る電気接触端子６５が幾つか設けられており、ノズル１
７をノズル台座９に取りつけた時、その電気接触端子６
５が撓んで、強い弾性力をもって、ノズル１７の基端部
外面に接触するようになっている。この電気接触端子６
５により、ノズル１７とノズル台座９との電気接続はよ
り確実に確保される。ノズル１７の先端には、プラズマ
アークを十分に絞ってジェット流にして前方へ噴出する
ための、十分に細い口径を備えたオリフィス１８が形成
されている。

【００２７】ノズル１７の先端部１７ｂの外周には、図
２に分り易く示すように、合成樹脂製の環状絶縁体１９
が嵌合され、この絶縁体１９の外周には、例えば、ピア
ッシング時のスパッタや被切断材（ワーク）７１の跳ね
上がりによるノズル１７の損傷を防止するための、フラ
ンジ付きのシールドキャップ２１が嵌合されている。ノ
ズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１は、一体
的につまり互いに固定的に結合されて、通常の取り扱い
では分離されることのない、図２に示す単一部品として
構成されている。よって、ノズル１７の交換の際には、
ノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１が一緒
に交換される。

【００２８】これらの構造の外側に、ノズル１７やガイ
ド１５や電極本体１３などのトーチ本体１から着脱自在
な部品をトーチ本体１から外れないよう保持するための
リテーナキャップ本体２３が被せられる。リテーナキャ
ップ本体２３の先端に形成されたフック２３ａによっ
て、シールドキャップ２１の外周が保持される。すなわ
ち、このフック２３ａの基側の段部２３ｂはシールドキ
ャップ２１のフランジ２１ａにＯリングを挟んで引っか
けられ、フック２３ａの先端側の段部２３ｃはシールド
キャップ２１の段部２１ｂに引っかけられる。そして、
このリテーナキャップ本体２３の後端は上述した各部材
を覆ってトーチ本体１のホルダー７側に延び、固定リン
グ２５を介してホルダー７に連結される。

【００２９】アウタースリーブ５には、図１に示すよう
に、その内部を貫通するプラズマガス通路３１が形成さ
れている。このプラズマガス通路３１には、（例えば酸
素プラズマ切断の場合には酸素８０モル％と窒素２０モ
ル％の混合気体からなるような）プラズマガスが導かれ
る。このプラズマガスは、アウタースリーブ５のプラズ
マガス通路３１を経た後、ノズル台座９の内部で略くの
字状に曲がるプラズマガス通路３３に入り、ガイド１５
に形成されたスワラ（半径方向に対し周方向へ若干傾い
てガイド１５に穿たれた複数の貫通孔）３５を経て旋回
流を与えられ、ノズル・電極間通路３７に流出し、耐熱
インサート１４から出るアークのエネルギーでプラズマ
化され、旋回するプラズマアークとなってノズル１７の
オリフィス１８を経て外部に噴出する。

【００３０】また、アウタースリーブ５には、その内部
を貫通する二次ガス通路４１が形成されている。この二
次ガス通路４１はアウタースリーブ５の内部で略直角に
曲がり、アウタースリーブ５とリテーナキャップ本体２
３間に形成された環状の空間４３に連通する。二次ガス
通路４１を経た二次ガス（例えば、酸素プラズマ切断の
場合にプラズマプラズマガスより低い酸素濃度をもつ混
合ガスや空気）は、この環状の空間４３に入り、ここか
らリテーナキャップ本体２３と二次ガス通路カバー２４
とで囲まれた多数本の二次ガス通路４５に流入する。こ
の二次ガス通路４５は、例えば、リテーナキャップ本体
２３の外周にその基端部から先端部にかけてその軸方向
に沿って延びる凹溝２３ｂを形成し、この凹溝２３ｂに
二次ガス通路カバー２４を被せて構成される。この二次
ガス通路４５を経た二次ガスは、シールドキャップ２１
とリテーナキャップ本体２３間に形成された環状の空間
４７に流出し、シールドキャップ２１に形成された二次
ガススワラ（二次ガスをプラズマガスと同方向へ旋回さ
せるように、半径方向に対し周方向へ若干傾いてシール
ドキャップ２１に穿たれた複数の貫通孔）２１ｃを通じ
て、旋回流となってノズル１７とシールドキャップ２１
間の環状空間４９に入り、シールドキャップ２１の開口
２１ｄから外部に噴出する。これによって、旋回するプ
ラズマアーク８１の周囲には同方向へ旋回する二次ガス
カーテン８２が形成される。

【００３１】トーチ本体１のホルダー７には、その内部
を貫通する三次ガス通路５１が形成されている。この三
次ガス通路５１は、ホルダー７とリテーナキャップ本体
２３と固定リング２５との間に形成された環状の空間５
３に連通する。三次ガス通路５１を経た三次ガス（例え
ば、酸素プラズマ切断の場合、二次ガスより高い酸素濃
度をもつ混合ガスや純酸素ガスなど）はこの環状の空間
５３に入り、ここからリテーナキャップ本体２３と三次
ガス通路カバー５４とで囲まれた複数の三次ガス通路５
５を通じて流れる。この三次ガス通路５５は、例えば、
リテーナキャップ本体２３の外周にその基端部から先端
部にかけてその軸方向に沿って延びる凹溝２３ｄを形成
し、この凹溝２３ｄに三次ガス通路カバー５４を被せて
構成される。

【００３２】そして、この三次ガス通路５５を経た三次
ガスは、リテーナキャップ本体２３の先端部に形成され
た三次ガススワラ（三次ガスをプラズマガスや二次ガス
と同方向へ旋回させるように、半径方向に対し周方向へ
若干傾いてリテーナキャップ本体２３の先端部を貫通す
る複数の貫通孔）５６を通じて旋回流を付与されて、シ
ールドキャップ２１の外周に衝突するように噴出し、こ
れにより二次ガス８２の周囲に三次ガスカーテン８３が
形成される。

【００３３】リテーナキャップ本体２３に形成される二
次ガス通路４５及び三次ガス通路５５は、それぞれ周方
向に交互に略等間隔に形成される。

【００３４】これら二次ガス通路４５或いは三次ガス通
路５５は、リテーナキャップ本体２３の内部を貫通して
形成されるものに限定されず、リテーナキャップ本体２
３の外側に外部通路を回し、この外部通路を通じて、二
次ガス或いは三次ガスをプラズマアークの周囲に導く構
成としてもよい。また、二次ガス及び三次ガスを本実施
形態では旋回流としたが、旋回流のメリットを若干犠牲
にして、ガス通路製作の容易な径方向気流（旋回流では
ない）としてもよい。

【００３５】インナースリーブ３の内部に、そこを貫通
する冷却水通路６１が形成されている。この冷却水通路
６１にはトーチ本体１の外部から冷却水が導かれる。こ
の冷却水は袋形状の電極本体１３に入り、この電極本体
１３の先端部を冷却した後、図２に示すように、冷却水
通路６１を構成するパイプ６１ａと電極本体１３の内周
との間の環状空間を逆流し、その先から、図示を省略し
たアウタースリーブ５内の中継流路を通じて、ノズル１
７の外側に形成された冷却水通路６３に流出する。

【００３６】この冷却水通路６３には、ノズル１７の外
周面が臨む他に、シールドキャップ２１のフランジ２１
ａと、リテーナキャップ本体２３の内周面とが同時に臨
んでおり、これらの各部材１７，２１，２３は、この冷
却水通路６３を循環する冷却水によって直接的、かつ強
制的に冷却される。なお、最も高温になる部分はノズル
１７の先端近傍であるため、この先端近傍にまで冷却水
を導入できるように、絶縁体１９及びシールドキャップ
２１は、設計上で可能な限り、ノズル１７の最も先端部
１７ｂに取りつけることが望ましい。

【００３７】冷却水通路６３を出た冷却水は、図示を省
略したアウタースリーブ５内の冷却水排出通路を通じ
て、トーチ本体外部に排出される。

【００３８】冷却水通路６３を循環する冷却水は、この
冷却水通路６３を囲む諸部品間の境界では、それらの境
界に挿入されたＯリングによって封水されている。ただ
し、一体的な単一部品として構成されたノズル１７と絶
縁体１９とシールドキャップ２１の間の境界では、樹脂
製の絶縁体１９が次のようにして封水するようになって
いる。すなわち、図２に示すように、シールドキャップ
２１の内周には、絶縁体１９を保持するための環状の段
部２１ｅがあり、この段部２１ｅの表面上に環条状の突
起２１fが形成されている。この突起２１ｆが、絶縁体
１９の下面に食い込んで、シールドキャップ２１と絶縁
体１９との境界を封水する。また、絶縁体１９の内周に
存在する環状の段部１９ａに対して、ノズル１７の外周
に形成された環状の段部１７ｃが嵌り合う。ノズル１７
の段部１７ｃの外角部１７ｄの断面は若干鋭角になった
楔形をしており、この角部１７ｄが絶縁体１９の段部１
９ａに内角部に食い込んで、絶縁体１９とノズル１７と
の境界を封水する。

【００３９】以上のプラズマトーチにおいて、被切断材
７１の切断が開始される場合、まず、所定流量及び所定
圧力のプラズマガスがプラズマガス通路３１に流される
と共に、電極本体１３とノズル１７及び被切断材７１と
の間に高電圧が印加される。このときのノズル１７への
通電経路は、前述したように、図示しないプラズマ電源
から図示しない配線を通りノズル台座９を経てノズル１
７へ至る経路である。

【００４０】電極本体１３とノズル１７間に印可された
高電圧により、電極本体１３とノズル１７間でパイロッ
トアークが形成され、パイロットアークのエネルギーで
プラズマガスがプラズマ化され、ノズル１７のオリフィ
ス１８を通じて噴出される。これと同時に、パイロット
アークがプラズマガスの流れに押し流されて、オリフィ
ス１８を通り抜け、被切断材７１につながる。このと
き、ノズル１７への通電がターンオフされ、電極本体１
３と被切断材７１との間にメインのプラズマアーク８１
が確立し、このメインのプラズマアーク８１によって、
被切断材７１の切断が実行される。

【００４１】この被切断材７１の切断実行中には、電極
本体１３、ノズル１７、シールドキャップ２１、並びに
リテーナキャップ本体２３が常時高温にさらされる。

【００４２】この実施形態では、電極本体１３が直接水
冷で強力に冷却されることは勿論であるが、それに加
え、冷却水通路６３にノズル１７の外周面の大部分が臨
むだけでなく、シールドキャップ２１のフランジ２１ａ
が冷却水通路６３に臨み、更にリテーナキャップ本体２
３の内周面の大部分も冷却水通路６３に臨んでいるの
で、これらの各部材１７，２１，２３も直接水冷によっ
て直接かつ強力に冷却される。従って、ノズル１７、シ
ールドキャップ２１、及びリテーナキャップ本体２３を
十分に冷却することができる。

【００４３】シールドキャップ２１が直接水冷により低
温に維持されるため、ピアッシング時にドロスが吹きあ
がって、高温の溶融金属がシールドキャップ２１に付着
しても、このシールドキャップ２１が溶損することがな
く、その耐久性が向上する。しかも、シールドキャップ
２１の開口２１ｄが溶損しないので、二次ガスのガス流
の均一性が確保され、被切断材７１の切断品質を向上さ
せることができ、より板厚の厚い被切断材７１のピアッ
シングが可能になる。また、１つの冷却水通路６３でノ
ズル１７、シールドキャップ２１及びリテーナキャップ
本体２３の３部品を同時に冷却するので、従来のように
シールドキャップ２１やリテーナキャップ本体２３を水
冷するためにそれぞれに専用の冷却水通路を設ける必要
が無く、よって、同じ定格電流であっても従来よりトー
チのサイズを小さく設計できる。

【００４４】上記構成では、ノズル１７の外側に冷却水
通路６３が形成され、ノズル１７の先端にはノズル１７
から電気絶縁されたシールドキャップ２１が固定されて
いるため、ノズル１７へのパイロットアークの電流経路
を、従来のようにノズル１７の先端に設けることが困難
になる。そこで、この実施形態では、ノズル台座９を経
る電流経路を形成し、ノズル１７の基端部１７ａをノズ
ル台座９に押し付け接触させることにより、この電流経
路にノズル１７を電気的に接続している。更に、ノズル
１７に強い弾性力で接触する電気接続端子６５をノズル
台座９に設けることにより、簡単かつ確実に、ノズル１
７を電流経路に接続することができる。

【００４５】この実施形態では、電極本体１３、ガイド
１５、ノズル１７、絶縁体１９、シールドキャップ２
１、並びにリテーナキャップ本体２３が固定リング２５
を介してトーチ本体１の先端部に部品着脱交換可能に連
結されている。

【００４６】上記構成のように、プラズマガス及び二次
ガスに旋回流を付与するダブルスワラ方式を採った場
合、シールドキャップ２１の位置決め精度及びその開口
２１ｄの健全性が、通常構成のシールドキャップ以上に
要求されるが、この実施形態では、シールドキャップ２
１の冷却が十分に行われること、及びノズル１７とシー
ルドキャップ２１が一体部品として構成されるため、部
品交換時に再組み付けしても高い組み付け精度を維持で
きること等のため、シールドキャップ２１の位置決め精
度及びその開口２１ｄの健全性を十分に確保することが
できる。

【００４７】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。

【００４８】

【発明の効果】本発明では、シールドキャップとノズル
の外周とが臨む空間に冷却水が導入されるので、ノズル
の他にシールドキャップが直接かつ強制的に冷却水によ
って冷却されるので、その溶損が抑制されて耐久性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマトーチの一実施形態を示
す断面図である。

【図２】ノズルとシールドキャップの一体化した部品の
断面図である。

【符号の説明】 １ トーチ本体 ３ インナースリーブ ５ アウタースリーブ ７ ホルダー ９ ノズル台座 １３ 電極本体 １５ ガイド １７ ノズル １８ オリフィス １９ 絶縁体 ２１ シールドキャップ ２１ａ フランジ ２３ リテーナキャップ本体 ３１，３３ プラズマガス通路 ４１ 二次ガス通路 ５１ 三次ガス通路 ６３ 冷却水通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E001 AA01 BA04 DD02 DD05 DD08 DD09 EA08 LA05 LB02 LB05 LD02 LD09 LD14 LD20 LE02 LE06 LE11 LE13 LH08 ME02 ME04 ME06 ME09 ME10 ME12 NA01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマガス通路を隔てて電極を被覆す
   るように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備
   え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間
   でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにおい
   て、 前記ノズルの外周に絶縁体を介して取りつけられたシー
   ルドキャップと、 このシールドキャップの少なくとも一部と前記ノズルの
   外周面の少なくとも一部とが臨む空間とを備え、前記空
   間に冷却水が導入され、それにより、前記空間が前記ノ
   ズルと前記シールドキャップの双方を同時に冷却するた
   めの冷却水通路として機能するプラズマトーチ。
2. 【請求項２】 前記シールドキャップは前記ノズルの先
   端部の外周に絶縁体を介して取りつけられ、基端部に前
   記冷却水通路に臨んでいるフランジを有し、 更に、前記ノズルと前記シールドキャップの外周を囲む
   ように設けられる、前記シールドキャップとノズルを保
   持するリテーナキャップを更に備え、 前記リテーナキャップの内周面の少なくとも一部もまた
   前記冷却水通路に臨んでいる請求項１記載のプラズマト
   ーチ。
3. 【請求項３】 プラズマガス通路を隔てて電極を被覆す
   るように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備
   え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間
   でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにおい
   て、 前記ノズルの外周を包囲するように設けられる、前記ノ
   ズルを保持するリテーナキャップと、 前記ノズルの外周面の少なくとも一部と前記リテーナキ
   ャップの内周面の少なくとも一部とが臨む空間であっ
   て、冷却水が導入される冷却水通路とを備えたプラズマ
   トーチ。
4. 【請求項４】 前記リテーナキャップの内部を貫通し
   て、或いは前記リテーナキャップの外側を回って、前記
   プラズマアークの周囲にアシストガスを導くアシストガ
   ス通路を更に備えた請求項１〜３のいずれか１項記載の
   プラズマトーチ。
5. 【請求項５】 前記アシストガス通路が、 前記リテーナキャップの内部を貫通して、或いは前記リ
   テーナキャップの外側を回って、前記シールドキャップ
   の外側に前記アシストガスを導く第１のアシストガス通
   路と、 前記シールドキャップの内側の空間であって、前記アシ
   ストガスを前記ノズルから噴出する前記プラズマアーク
   の周囲に導くための第２のアシストガス通路と、 前記第１と第２のアシストガス通路を繋ぐように前記シ
   ールドキャップを外側から内側へ斜めに貫く複数の貫通
   孔を有し、それら貫通孔を通過するアシストガスを旋回
   流にして前記第２のアシストガス通路へ導くアシストガ
   ススワラとを有する請求項４記載のプラズマトーチ。
6. 【請求項６】 前記トーチ本体に、ノズルの基端部と電
   気的に接続して前記ノズルにパイロットアーク電流を供
   給する電流経路を更に備えた請求項１〜５のいずれか１
   項記載のプラズマトーチ。
7. 【請求項７】 プラズマトーチに組み込まれるノズルに
   おいて、 先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオ
   リフィスと、 前記ノズルの外周に環状の絶縁体を介して固定的に取り
   付けられて、前記ノズルと単一部品を構成している、前
   記ノズルの先端部を保護するためのシールドキャップ
   と、を備え、 前記プラズマトーチに組み込まれたとき、前記ノズルの
   外周面の少なくとも一部と前記シールドキャップの少な
   くとも一部とが、前記ノズルの外周に形成される冷却水
   通路に臨むようになっている、プラズマトーチのノズ
   ル。
8. 【請求項８】 前記シールドキャップはその基端部にフ
   ランジを有し、このフランジが前記冷却水通路に臨んで
   いる請求項７記載のノズル。
9. 【請求項９】 前記絶縁体が、前記絶縁体と前記ノズル
   の境界及び前記絶縁体と前記シールドキャップとの境界
   を、冷却水が漏れないよう封止する請求項７又は８項記
   載のプラズマトーチ。
10. 【請求項１０】 プラズマトーチに組み込まれるノズル
    において、 先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオ
    リフィスと、 前記ノズルの先端部の外周に環状の絶縁体を介して固定
    的に取り付けられて、前記ノズルと単一部品を構成して
    いる、前記ノズルの先端部を保護するためのシールドキ
    ャップと、 前記シールドキャップの内側の空間であって、アシスト
    ガスを前記オリフィスから噴出するプラズマアークの周
    囲に導くためのアシストガス通路と、 前記シールドキャップの外側に供給されるアシストガス
    を前記シールドキャップの内側の前記アシストガス通路
    に導くために、前記シールドキャップを外側から内側へ
    貫く複数の貫通孔とを備えたプラズマトーチのノズル。
11. 【請求項１１】 前記貫通孔が、そこ通過するアシスト
    ガスを旋回流にして前記アシストガス通路に導く請求項
    １０記載のノズル。
12. 【請求項１２】 前記プラズマトーチに組み込まれたと
    き、前記ノズルの外周面の少なくとも一部と前記シール
    ドキャップの少なくとも一部とが、前記ノズルの外周に
    形成される冷却水通路に臨むようになっている請求項１
    ０又は１１記載のノズル。
13. 【請求項１３】 プラズマトーチに組み込まれるノズル
    において、 先端部にプラズマアークを噴出するためのオリフィスを
    有し、 外周面に環状の絶縁体を外嵌するための部分を有し、 前記プラズマトーチに組み込まれたとき、前記環状の絶
    縁体が外嵌され、この絶縁体を介して、前記先端部を保
    護するためのシールドキャップが装着され、そして、前
    記外周面の少なくとも一部と前記シールドキャップの少
    なくとも一部とが、前記ノズルの外周に形成される冷却
    水通路に臨むようになっている、プラズマトーチのノズ
    ル。