JP2001232474A - 電極背面冷却のプラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極背面冷却のプラズマトーチの電極体の研
削再使用を可能にする。ノズルと電極先端との距離を所
定値に維持。電極冷却能力は一定に維持。 【解決手段】 先端にノズル３を有するノズル部材２、
および、水冷用スリーブ６と電極棒５でなる電極体４、
を備える電極背面冷却のプラズマトーチ１において、電
極体４をノズル３に対して接近する方向に移動可に案内
する支持台７；電極体４を支持台７に固定するためのチ
ャック８，９；および、スリーブ６内に冷却水を送給す
る、先端がスリーブ内に入った管体１０；を備えること
を特徴とする。管体１０は、ノズル３に対して接近する
方向に移動可であって、スリーブ６の穴底に当たる先端
部に管体１０の側壁を貫通する通水口１１を有し、この
管体１０をばね部材１２で押す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接，切断，加熱
等の加工を行うプラズマトーチに関し、特に、高パワー
アークでの使用に耐える電極背面冷却のプラズマトーチ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマトーチには、比較的に細径の長
いタングステン電極棒を用いるもの（例えば特開平９−
１９２８４２号公報）と、比較的に太径の短いタングス
テン電極棒を用いる電極背面冷却のものがある（例えば
特開平１１−１１１４９２号公報）。前者では、電極支
持筒内チャック筒に電極棒を通して、チャック筒のスリ
ット状の切込があるテーパ付きの先端を半径方向に締め
付けることによって、電極棒をチャック筒に固定する。
電極棒の先端が消耗すると、チャックを緩めて電極棒を
取り外して先端を研磨して先端形状を整えて再びチャッ
クに固定する。このように電極棒を再利用できるので、
またこれを意図して電極棒が長く作られているので、電
極棒の経済性が高い。しかしながら、電極支持筒の中心
軸部を長い電極棒が貫通し、チャックを外すと軸方向に
スライドするので、電極棒の直接的な冷却が難しく、電
極支持筒の外側面を水冷する冷却構造が用いられてい
る。電極棒は電極支持筒およびチャックを介して間接的
に冷却されるので、電極棒に蓄熱してしまい、高電流領
域での使用では、電極棒先端の温度が高温になり過ぎ、
電極棒の消耗が早くなる。

【０００３】後者の、電極背面冷却のプラズマトーチで
は、太径の短いタングステン電極棒の後端が銅製の冷却
スリーブにロー付けで一体にされ、該スリーブ内に冷却
水が送給されるので、電極棒の冷却効果が高く、電極も
太いので、電極の消耗速度が遅く、高電流領域でも長時
間使用できる。しかしながら、電極棒と冷却スリーブが
一体の電極体が電極支持台に固定であるので、いったん
電極棒が消耗すると、電極棒を研削してもノズルとの距
離が長くなってしまうため、再使用ができず、電極体の
経済性が低い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極背面冷
却のプラズマトーチの電極体の経済性を高くすること、
具体的には、電極の研削再使用を可能にすること、を第
１の目的とし、電極の研削再使用をしてもノズルと電極
先端との距離を所定値に維持することを第２の目的と
し、電極の研削再使用をしても冷却能力は一定に維持す
ることを第３の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（１）先端にノズル(3)
を有するノズル部材(2)、および、水冷用スリーブ(6)と
先端が前記ノズル部材(２)の内部にあってノズル(3)に
対向し後端が前記水冷用スリーブ(6)に一体の短い電極
棒(5)とを含む電極体(4)、を備える電極背面冷却のプラ
ズマトーチ(1)において、前記電極体(4)を前記ノズル
(3)に対して接近する方向に移動可に案内する支持台
(7)；前記電極体(4)を前記支持台(7)に固定するための
チャック(8,9)；および、前記水冷用スリーブ(6)内に冷
却水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管
体(10)；を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラ
ズマトーチ。

【０００６】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参
考までに付記した。

【０００７】これによれば、電極棒(5)が消耗すると、
チャック(8,9)を外して電極棒(5)を研削し、そして電極
体(4)を、その電極棒(5)の先端がノズル(3)と所定距離
になるように、支持台(7)に対して移動させて位置を調
整し、そしてチャック(8,9)で電極体(4)を固定すること
により、ノズル(3)と電極棒(5)の先端との距離を所定値
に維持して電極体(4)を再使用することが出来る。これ
により、電極体（４）の経済性が高くなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（２）前記管体(10)は、前記ノズ
ル(3)に対して接近する方向に移動可である。これによ
れば、電極棒(5)の研削再使用によっても電極棒(5)の先
端とノズル(3)との距離を所定値に一定にするために電
極体(4)が全体としてノズル(3)に近づく方向に位置決め
されるが、これに合わせて、電極棒(5)の冷却能力が低
下しないように、管体(10)をノズル(3)に近づく方向に
ずらして電極棒(5)に対する管体(10)の先端の相対位置
を、研削再使用前の所定位置に位置決めできる。

【０００９】（３）前記管体(10)は、前記水冷用スリー
ブ(6)に当たる先端部に、該管体(10)の側壁を貫通する
冷却水通流口(11)を有し、この管体(10)に、その先端が
水冷用スリーブ(6)の内壁面に当たるようにばね部材(1
2)の力を加えた。これによれば、電極棒(5)の研削再使
用によっても電極棒(5)の先端とノズル(3)との距離を所
定値に一定にするために電極体(4)が全体としてノズル
(3)に近づく方向に位置決めするとき、ばね部材(12)の
力により管体(10)が電極体(4)の移動に伴って自動的に
同じように移動し、管体(10)の先端が常に水冷用スリー
ブ(6)の内壁面に当たるので、電極棒(5)の冷却能力が一
定に維持される。

【００１０】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１１】

【実施例】図１に本発明の一実施例の主要部の縦断面を
示す。大要で凸型円柱状又は円筒状の絶縁スペーサ１３
の中心には、通し穴があいており、該穴に凸型円柱状又
は円筒状の銅製電極支持台７が挿入されている。この電
極支持台７の中心にも通し穴が開いており、そこに電極
体４の銅製水冷用スリーブ６が挿入され、また、水冷用
のスライド管体１０が挿入されている。

【００１２】水冷用スリーブ６の一端（先端）には太く
て短いタングステン電極棒５の後端が挿入されロー付け
により固着されている。電極棒５の先端は、その中心に
電気アークが集中するように円錐状である。理想状態で
は、電極棒５の中心軸が図に示すプラズマトーチの中心
軸（トーチ中心軸）と合致する。水冷用スリーブ６に装
着されたＯリングが、電極支持台７と水冷用スリーブ６
との間を気密にシールしているが、水冷用スリーブ６
は、電極支持台７に対して、トーチ中心軸が伸びる方向
にスライドし得る。

【００１３】電極支持台７の下端面には、短い筒状であ
って、下端部に半径方向に拡大／縮退可能にするための
複数個のスリットを切りしかも外側面をテーパ状にした
チャック筒８の上端面が当接し、電極支持台７の下端部
には雄ねじがあり、この雄ねじにねじ結合したチャック
締め袋ナット９が、雄ねじへのねじ締め付けにより、チ
ャック筒８のテーパ面をトーチ軸に沿って電極支持台７
の下端部に向けて強圧することにより、袋ナット９，チ
ャック筒８および電極支持台７が一体に結合し、しか
も、チャック筒８のスリット切り下端部がトーチ軸心に
向かう半径方向に強圧されて水冷用スリーブ６の外周面
に圧接し、チャック筒８が水冷用スリーブ６を強圧保持
する。これにより、袋ナット９およびチャック筒８を介
して、水冷用スリーブ６（電極体４）が電極支持台７に
一体に結合し固定されている。袋ナット９の下端面に
は、２個のピン受け穴１４が袋ナット９の中心軸に関し
て対称な位置にあり、図示しない分解／組立工具の対の
ピンをピン受け穴１４に挿入して該工具をトーチ中心軸
を中心に廻すことにより、袋ナット９を電極支持台７の
雄ねじにねじ締め（チャック筒８によって水冷用スリー
ブ６を強圧保持）することが出来、また、ねじ緩めによ
り該強圧保持を解除できる。

【００１４】絶縁スペーサ１３の中央にあって下方に突
出する小径の筒部分はノズル台１５を貫通し、絶縁スペ
ーサ１３およびノズル台１５共に中継リング１６に圧入
されて、三者が一体に結合している。三者間はＯリング
で気密にシールされている。中心にノズル３が開いたノ
ズル部材２には、センタリングストーン１７が挿入され
ており、電極棒５は、このセンタリングストーン１７を
貫通して、トーチ中心軸上にあるノズル３に対向する。
ノズル部材２は、袋ナット１８を貫通ししかも該ナット
１８に係合している。袋ナット１８の雌ねじ穴にノズル
台１５の雄ねじを受け入れるように袋ナット１８をノズ
ル台１５にねじ結合してねじ締めつけすることにより、
ノズル部材２の上向き小径筒部が絶縁スペーサ１３の内
部に侵入し、ノズル２の太径の上端が、ノズル台１５の
下端面に当たる。ノズル部材２と絶縁スペーサ１３の小
径筒との間、ならびに、袋ナット１７とノズル部材２お
よびノズル台１５との間は、それぞれＯリングで気密に
シールされている。

【００１５】入水管１９の一端が固着された継手２０
が、電極支持台７に圧入され固定されている。継手２０
と電極支持台７との間は、Ｏリングで気密にシールされ
ている。継手２０にはスライド管体１０の上端部がトー
チ中心軸の延びる方向にスライド可能に挿入されてい
る。スライド管体１０の長手方向略中央部には、三角形
板状のフランジ２１があり、このフランジ２１が、電極
支持台７の中心穴の壁面で、スライド管体１０をトーチ
中心軸上に置くように案内されている。フランジ２１が
三角形板状であるので、電極支持台７の中心穴内の、フ
ランジ２１で区分される上，下の空間は通じており、下
空間から上空間に冷却水が流れることが出来る。

【００１６】スライド管体１０は、圧縮コイルスプリン
グ１２を貫通しており、このスプリング１２のばね力で
下向きに押されている。これによりスライド管体１０の
下端が、水冷用スリーブ６の内部に進入してその穴底に
当たっている。スライド管体１０の下端は開いておりし
かも側壁に、下端にまで達する４つの開口１１があり、
これにより４脚が形成されてこれらの脚端が、水冷用ス
リーブ６の穴底に当たっている。

【００１７】入水管１９に供給される冷却水は、継手２
０に挿入したスライド管体１０に入り、スライド管体１
０を通って水冷用スリーブ６の内部の穴底に当たり、冷
却スリーブ１０の穴底の高熱量を吸収する。これが電極
体４の水冷冷却である。

【００１８】そして該冷却水は、スライド管体１０の下
端の側壁開口１１を通って、水冷用スリーブ６の内部に
出て、そこから電極支持台７の中心の通し穴に出て、フ
ランジ２１の隙間を通ってスプリング１２がある空間に
入り、そして、電極支持台７の、半径方向に延びる横穴
２２、ならびに電極支持台７，絶縁スペーサ１３および
ノズル台１５を軸方向に貫通するチップ給水路２３を通
ってノズル部材２の冷却水注入空間２４に入る。空間２
４を通ってノズル部材２を冷却した冷却水は、ノズル台
１５，絶縁スペーサ１３および電極支持台７を軸方向に
貫通するチップ排水路２５を通って配水管２６に出る。

【００１９】なお、プラズマ用のパイロットガスは、絶
縁スペーサ１３の下方に突出する小径筒内の、センタリ
ングストーン１７の外側の空間に供給されてセンタリン
グストーン１７の側壁開口からその内部に入って、電極
棒５の外側面に沿って下方に流れてノズル部材２の内部
に出て、そしてノズル３から、トーチ外部に噴出する。
電極棒５からアークが発生しているときには、それによ
って電離してプラズマとなって噴出する。シールドキャ
ップ２７の内空間にはシールドガスが供給され、それが
ノズル部材２の該表面を包むように流出してノズル３か
ら噴射するプラズマを包み、ノズル部材２およびプラズ
マ加工対象材の酸化を防ぐ。

【００２０】電極棒５の先端が消耗すると、袋ナット２
８のねじ締めを緩める方向に廻して、シールドキャップ
２７を取り外し、袋ナット１８をノズル台１５から外し
てセンタリングストーン１７とノズル部材２を取り外
す。トーチ１の、センタリングストーン１７があった位
置に、先端に一対のピンが立った図示しない分解／組立
工具を挿入し、ピンを袋ナット９の下端面にあるピン穴
に挿入して、袋ナット９のねじ締めを緩める方向に、分
解／組立工具を廻して袋ナット９を緩める。これにより
チャック筒８のスリーブ強圧がなくなり、電極体４をト
ーチ下端から引き出すことができる。

【００２１】そして、電極体４を再使用するために、引
き出した電極体４の電極棒５の先端を研削して整った円
錐形状とする。そして電極体４を、上述の分解工程の逆
順で電極支持台７に固定する。この固定の直前に、電極
棒５の先端が所定位置になるように、電極体４のトーチ
中心軸方向の位置を調整する。そしてセンタリングスト
ーン１７とノズル部材２を装着する。

【００２２】電極棒５が研削によって短くなった分、電
極体４が電極支持台７より下方に下がった位置となる
が、スライド管体１０が、圧縮コイルスプリング１２で
押されてその下端が水冷用スリーブ６の、電極棒５の上
端面に対向する底壁面に当たり、電極体４の水冷用スリ
ーブ６とスライド管体１０の下端部との相対位置関係
は、電極棒５の研削前と違いはなく、電極棒５の冷却能
力に変化はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の主要部の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１：プラズマトーチ ２：ノズル部材 ３：ノズル ４：電極体 ５：電極棒 ６：水冷用スリーブ ７：電極支持台 ８：チャック筒 ９：袋ナット １０：スライド管体 １１：開口 １２：スプリング １３：絶縁スペーサ １４：ピン穴 １５：ノズル台 １６：中継リング １７：センタリングストーン １８：袋ナット １９：入水管 ２０：継手 ２１：フランジ ２２：横穴 ２３：チップ給水路 ２４：冷却水注入空間 ２５：チップ排水路 ２６：配水管 ２７：シールドキャップ ２８：袋ナット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端にノズルを有するノズル部材、およ
   び、水冷用スリーブと先端が前記ノズル部材の内部にあ
   ってノズルに対向し後端が前記水冷用スリーブに一体の
   短い電極棒とを含む電極体、を備える電極背面冷却のプ
   ラズマトーチにおいて、 前記電極体を前記ノズルに対して接近する方向に移動可
   に案内する支持台；前記電極体を前記支持台に固定する
   ためのチャック；および、前記水冷用スリーブ内に冷却
   水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管
   体；を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラズマ
   トーチ。
2. 【請求項２】前記管体は、前記ノズルに対して接近する
   方向に移動可である、請求項１記載の電極背面冷却のプ
   ラズマトーチ。
3. 【請求項３】前記管体は、先端部に、該管体の側壁を貫
   通する冷却水通流口を有し、この管体に、その先端が水
   冷用スリーブの内壁面に当たるようにばね部材の力を加
   えた、請求項２記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。