JP2001502110A - プラズマアークトーチ、並びに接触始動システムを用いた方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマアークトーチを接触始動する新規な方法及び構造が開示される。ノズルや渦巻きリング等の並進移動可能な導電性の構成部品を、柔軟なばね要素によって電極に押しつけて接触させる。電極／構成部品界面に先ず電流を流すことによってパイロットアークを形成する。その後、電極と構成部品との間に形成されたプラズマ室内の気体圧力によって構成部品が並進移動し、柔軟な要素を圧縮しパイロットアークを始動する。ばね要素は独立した要素であっても良いし、ノズル、渦巻きリング又は保持キャップに一体的に保持されても良い。一体的保持によって、トーチの消耗部品と共にばね要素を除去・交換することが促進される。

Description

【発明の詳細な説明】 プラズマアークトーチ、並びに接触始動システムを用いた方法 技術分野 本発明は、プラズマアークトーチ及びその操作方法に関し、より詳しくは、プ ラズマアークトーチ、並びに電極及び、弾性的に偏倚力が加えられた並進移動可 能ノズル又は渦巻きリングを利用した接触始動システムを用いた方法に関する。 従来技術 プラズマアークトーチは金属材料を切断するのに広く用いられている。一般に プラズマアークトーチはトーチ体、トーチ体内に取り付けられた電極、中央に出 口オリフィスを備えたノズル、電気的接続部、冷却流体及びアーク制御流体用通 路、流体流パターンを制御ずる渦巻きリング、及び電源を備える。トーチは、プ ラズマガスを高温・高運動量で圧縮したイオン化ジェットであるプラズマアーク を発生させる。トーチには、非反応性（例えばアルゴン又は窒素）又は反応性（ 例えば酸素又は空気）の気体が用いられる。 操作にあっては、まずパイロットアークを電極（陰極）とノズル（陽極）との 間に発生させる。パイロットアークはノズル出口オリフィスを通過する気体をイ オン化する。イオン化気体によって電極と加工物との間の電気抵抗が低減される と、アークはノズルから加工物へと移動する。トーチはこの移転プラズマアーク 方式（加工物の切断を目的とした、電極から加工物へのイオン化気体の導電流に より特徴付けられる）によって操作される。 一般に、パイロットプラズマアークを発生させる方法は二つある。第一に、Ｄ Ｃ電源及びトーチに連結した高周波数・高電圧（ＨＦＨＶ）シグナルを用いる方 法が挙げられる。ＨＦＨＶシグナルは通常、電源に連動した発振器によって発生 される。ＨＦＨＶシグナルは、電極とノズルとの間を流れるプラズマガス中にお けるスパーク放電を誘導し、この放電が電流の経路となる。パイロットアークは 、電極とノズルとの間に、それら二者間に電圧を存在させることにより形成され る。 パイロットプラズマを発生させる他の方法は、接触始動として知られている。 高周波装置を必要とせず、従って経費がかからず又電磁障害を生じないという点 において、接触始動の使用は有利である。接触始動の一つの形態にあっては、手 動で電極と加工物とを電気的に接続する。電流が電極から加工物を通過し、さら に電極を加工物から手動で後退させることによってアークが打ち出される。 プラズマアークトーチシステムについてこれまで改良が行われて来た結果、ア ークを始動するためにトーチを加工物に打ち付ける必要が無くなってきた。これ によって、トーチ部品が損傷して脆弱化することが防がれる。この様なシステム は、本発明者と同じ者に譲渡されている米国特許４，７９１，２６８(以下「特 許‘２６８」と称する)、に記載されている(参照して説明に変える)。すなわち 、特許‘２６８は、可動式電極及び固定ノズルを備えたトーチにして、電極に連 結したばねによってノズルオリフィスが塞がれるように電極とノズルとが接する トーチについて記載している。トーチを始動させるには、電極、ノズル、渦巻き リングにより画定されるプラズマ室にプラズマガスを供給しつつ、電極及びノズ ルに電流を通過させる。蓄積されたプラズマ室中の気体圧力がばねの力を超えて 電極がノズルから引き離され、それら二者の間に低エネルギーパイロットアーク が生じた時に、接触始動が達成される。その後、ノズルを加工物に近接させるこ とによって、アークは加工物に移転する。この時、制御回路の電気的パラメータ ーは増大し、加工物を加工するのに十分なエネルギーが供給される。この様な設 計に基づくプラズマアークトーチシステムは、商業的にも工業的にも広く用いら れている。 プラズマアークトーチを操作する際に、電極において有意な温度上昇が起こる 。可動式電極を用いるシステムにおいては、電極と電極に隣接する構造体との間 に滑り嵌め用の隙間を確保する必要があるので、電極から隣接する構造体への受 動的伝導による冷却効果は隙間がない場合に比べて低減する。この様な隙間は、 ねじ連結又は締まり嵌めを用いた定置電極の場合に比べ、伝熱効率を低下させる 。これに対して、能動的冷却効果を賦与する配置が開発されている[例えば、本 発明者と同じ者に譲渡されている米国特許番号４，９０２，８７１（特許‘８７ １）に記載。参照して説明に代える]。すなわち特許‘８７１は、螺旋状気体流 通路を、膨らんだ肩部分に外接させた電極について記載している。低温の加速さ れた気体流に接触させる電極の表面積を増大させることによって、伝熱効果は増 大し、電 極の寿命は延びる。 公知の接触始動システムを企図したように機能させる一方で、改良のために付 加した部分についても、操作に必要な条件が同定されている。例えば、公知の接 触始動システムにおいて、電極は部分的にばねによって支持されているが、この ばねは電極とノズルとを電気的及び物理的に密着させており、プラズマ室内の圧 力がばねの押しつけ負荷を超えるまで出口オリフィスを塞いでいる。周期的な機 械的及び／又は温度的疲労によってこのばねが劣化すると、ばね率が変化し又は ばね能力が失われ、更にその結果、パイロットアークを始動するのが困難になる だけでなくトーチ始動の信頼性が失われる。従って、ばねは定期的に交換されな くてはならない。しかし、トーチ体内におけるばねの位置によっては、電極やノ ズルなどの通常の消耗品の交換にかかる以外の分解作業が必要となり、更に労力 がかかってしまう。又、通常、トーチの再組み立てが適正であるかを確認するた めの専用試験取り付け具が更に必要となる。更に、ばねは独立した構成部品であ るので、トーチの修理又は整備の際に、ばねを付け忘れたりばねが失われたりし てしまうことがある。ばねが無いまま或いはばねを間違って取り付けてトーチ体 を再組み立てすると、パイロットアーク始動に先立つトーチの始動又は付加的な 操作が困難になる。 加えて、異物が原因となって、電極と電極に近接する構造体との滑り接触部分 （ピストン／シリンダー組立品）に摩損が生じたり粘結が起こったりしやすい。 これらの表面は、エアーコンプレッサーによって供給されホースや関連のパイプ を通過する加圧気体中に良く存在する、埃、グリース、油及び他の異物質によっ て傷つけられやすい。これらの異物によってトーチを無故障で使用できる期間は 短くなり、手入れや修理のためにトーチを定期的に分解する必要が生じる。従っ て、トーチ始動の信頼性に影響が出る前に、可動式部品とそれに対応する表面を 定期的に及び容易に交換できることが望ましい。 従って、当技術における現状を改善する、プラズマアークトーチ接触始動の形 態を提供する必要がある。 発明の概要 開示されている改良された接触始動プラズマアークトーチ及びそれを用いる方 法は、金属加工物の切断及びマーキング、並びにプラズマ溶射等（但し、これら に限定されない）の、工業的及び商業的用途に広く用いられている。装置は、電 極が内部の定置に取り付けられたトーチ体を有する。並進移動可能なノズルは電 極と同軸上に取り付けられ、二者間にプラズマ室が形成される。ノズルは、ばね 要素によって弾性的に電極に押しつけられ接触している。ノズルを捉えて位置付 けするために、保持キャップがトーチ体に取り付けられている。一つの態様にあ っては、ばね要素は独立した構成部品であり、ノズルの挿入後且つ保持キャップ の取り付け前に、トーチに組み込む。他の態様にあっては、ばね要素はノズルに 取り付けられ、一体的に組み立てられる。すなわち、一つの組立品として、ユー ザーには分解できないものにする。更に他の態様にあっては、ばね要素を保持キ ャップに取り付け、一体的組立品とする。更なる態様にあっては、電極及びノズ ルの両方が、並進移動可能な分節からなる渦巻きリングと共に定置して取り付け られる。渦巻きリングの導電部分はばね要素によって電極に押し付けられ接触し ている。このばね要素は、独立した構成部品であっても良いし、ノズル、保持キ ャップ又は渦巻きリングのいずれかと一体的組立品を形成しても良い。ばね要素 は、例えば波形ばね座金、指形ばね座金、湾曲ばね座金、螺旋圧縮ばね、フラッ トワイヤー圧縮ばね又はスロット付き円錐盤などの様々な形状をとっても良いが 、これらに限定されるものではない。 本発明の方法によると、並進移動可能な構成部品は、組み立てられた状態では 、ばね要素によって定置電極に押し付けられ接触している。電極及び構成部品を 通過する電流を与えた後、ばね要素の押しつける力を超えるのに十分な流速及び 圧力を有する気体をプラズマ室に提供する。その結果、構成部品を電極から並進 的に遠ざけると、パイロットアーク状態が形成される。次いで、所望によって加 工物の加工処理を引き続き行う従来法によって、アークを金属加工物へ移転させ ることができる。 本発明による構造及び方法を用いることによって、幾つかの有利な点が実現さ れる。例えば、切断及びマーキングに本発明を適用する場合、より信頼性のある プラズマトーチ接触始動が提供される。従来法に用いられる可動式電極及び定置 ノズルは、プランジャー及び電気的に絶縁したプランジャー収容部等の、可動部 及びそれに対応する表面を更に備える。これらの部品は工場でプラズマトーチ内 に恒久的に配置され、トーチの耐用期間（通常数年）内に、整備されることを企 図していない。これらの部品は、急速な極温サイクル及び機械的衝撃の繰り返し といった、厳しい操作条件下に置かれる。加えて多くの場合、トーチ動作流体は 圧縮した空気であり、その品質は乏しい。エアーコンプレッサー又は圧縮空気送 り出しラインからの油性噴霧、凝縮水分、埃及びくず、並びに切断により生じた 金属煙霧や、消耗品であるトーチ部品を交換する際につく操作者の手の油分など 、これら全ては、トーチ内に恒久的に配置されたベアリングの滑らかな表面を汚 染する元となる。時間が経つに連れて、パイロットアークの接触始動を確実にす るのに必要な部品の自由な動きに、これらの異物が影響を与えるようになる。部 品が粘結した結果、部品の動きは遅くなり、やがて停止してしまい、更にはトー チが始動しなくなる。操作条件におけるこれらの制御不能な変化によって、多く のトーチが早くから機能しなくなる。これらの機能損失の原因は、直接には、相 対的に可動する部品表面の質の低下にある。本発明の一つの重要な利点は、トー チの消耗部品として定期的に交換できる、可動部品とそれに対応する表面を使用 することにある。このようにして、トーチ接触始動システムの致命的な部品を定 期的に交換し、高レベルのトーチ性能を保つことができる。 本発明は更に、加熱された電極からの熱伝導を向上させ、電極をより効果的に 冷却する。可動式電極を有する従来の接触始動システムにあっては、電極がそれ に対応する部品に対して自由に動かなければならないので、電極と近接する構造 体との間に隙間が必要である。この必要性によって、電極から近接する構造体へ の受動的伝熱の量が制限されている。本発明によると、プラズマトーチの部品の うち最も高い熱ストレスを受ける電極は、効果的なヒートシンクとして作用する 隣接構造体にしっかりと固定されている。直接接触しているので、境界面の熱抵 抗が削減され、電極の伝導冷却効果が向上する。その結果、電極はよりよく冷却 され、同様の操作条件下にある従来の電極に比べ、耐用期間が長くなる。 図の簡単な説明 好ましく且つ例証的な態様によれば、本発明は更なる利点と共に、付属の図を 参照にして詳述される。 図１Ａは、本発明の第一の態様による、電源を切った状態にあるプラズマアー クトーテの作動端の、一部を切り取った概略断面図である。 図１Ｂは、本発明の第一の態様による、パイロットアークモードにある、図１ Ａに図示されたプラズマアークトーチの作動端の概略断面図である。 図２Ａは、本発明の第一の態様による、一体的にばね要素を備えたノズルの概 略側面図である。 図２Ｂは、本発明のこの態様による、予荷重組み立て状態にある、図１Ａに図 示されたノズルの概略側面図である。 図２Ｃは、本発明のこの態様による、加圧組み立て状態にある、図１Ｂに図示 されたノズルの概略側面図である。 図３Ａは、本発明の他の態様による、一体的にばね要素を備え部分的に組み立 てられたノズルの概略側面図である。 図３Ｂは、本発明のこの態様による、図３Ａに図示されたノズルの、組み立て 完了後の概略側面図である。 図４Ａは、本発明の更に他の態様による、電源を切った状態にあるプラズマア ークトーチの作動端の、一部を切り取った概略断面図である。 図４Ｂは、本発明のこの態様による、パイロットアークモードにある、図４Ａ に図示されたプラズマアークトーチの作動端の、一部を切り取った概略断面図で ある。 図４Ｃは、本発明のこの態様による、プラズマアークトーチに組み込む前の、 図４Ａに図示された保持キャップの概略断面図である。 図５Ａ〜５Ｆは、本発明の様々な態様による、６つの例証的なばね要素の概略 上面及び概略側面図である。 図６Ａは、本発明の更に他の態様による、電源を切った状態にあるプラズマア ークトーチの作動端の、一部を切り取った概略断面図である。 図６Ｂは、本発明のこの態様による、パイロットアークモードにある、図６Ａ に図示されたプラズマアークトーチの作動端の概略断面図である。 図７は、本発明の更に他の態様による、一体的にばね要素を備えたノズルの概 略側面図である。 図８Ａは、本発明の更に他の態様による、電源を切った状態にあるプラズマア ークトーチの作動端の概略断面図である。 図８Ｂは、本発明の更に他の態様による、パイロットアークモードにある、図 ８Ａに図示されたプラズマアークトーチの作動端の概略断面図である。 図９Ａは、本発明の更に他の態様による、電源を切った状態にあるプラズマア ークトーチの作動端の、一部を切り取った概略断面図である。 図９Ｂは、本発明のこの態様による、パイロットアークモードにある、図９Ａ に図示されたプラズマアークトーチの作動端の概略断面図である。 発明の詳細な説明 図１Ａは、本発明の第一の態様による、電源を切った状態にある二重流プラズ マアークトーチ１０の作動端の、一部を切り取った概略断面図である。ここで言 う「電源を切った状態」とは、プラズマ室を加圧する前の、トーチ構成部品の配 置のことを意味する。この配置は、電源の入っていない、組み立てられた状熊に おいて一貫している。トーチ１０は円筒体１６並びに、円筒体１６及びトーチ１ ０を貫通する縦軸１４に中心が沿うように定置された電極１２を備える。特に指 定しない場合には、トーチ１０の各構成部品は、縦軸対称であり、トーチ１０の 縦軸１４上に沿って並んで組み立てられているものとする。電極１２は電気的に トーチ体１６から独立している。トーチ体１６は手動で加工物に向けられる場合 は握りとして、コンピューター制御によって切断又はマークするシステムにおい て全自動で用いる場合には取り付け構造として機能する。 軸１４と実質的に同軸上にあり、電極１２に隣接するように配置されたノズル １８は、所与の範囲内で軸１４に沿った並進移動が可能である。ノズル１８は、 ３つの構成部品（円筒状中空部材２０、ばね要素２６、及び保持カラー２８）か らなる一体組立品として製造される。円筒状中空部材２０の一端は開いていて電 極１２を受容し、もう一端は閉じていて、トーチ操作の間に高エネルギープラズ マを放電するための中心オリフィス２２を備えている。ノズル部材２０の外部に は、中心から四方に広がりばね要素２６に対する反作用面を形成するフランジ２ ４が備わっている。図５Ａ〜５Ｆについて後に詳述するように、ノズル部材２０ を電極１２と直接接触させる望ましい偏倚力を得るために、様々な形状のばねを 用いることができる。最後に、ノズル１８は外側に広がるフランジ３０を備える 保持カラー２８を含有する。カラー２８は、例えばトーチ１０内においてノズル 部材２０の並進移動を制限する；ノズル１８の一体的組立品の一部として、フラ ンジ３０によってばね要素２６を捉える、等の機能を有する。カラー２８は、直 径締まり嵌め又は機械的ねじ嵌め、熱ブレージング等の他の従来法によって部材 ２０の外部に取り付けることができる。 ノズル１８は、保持キャップ３２によってトーチ１０内に固定される。キャッ プ３２をねじ嵌めや他の従来接続法によってトーチ体１６に取り付けることによ って、消耗品交換のためにトーチ１０を分解できるようにすることもできる。キ ャップ３２は、中空の切頭円錐外板３４及びその内部に軸が揃うように配置され た予荷重リング３６を備えている。環状予荷重リング３６はノズル１８に外接し ；ばね要素２６に隣接して、組み立てた状態において追加のばね要素圧縮又は予 荷重を提供する、縦方向に配置された内部段３８を備える。 ノズル１８内部の形状は、電極１２に近接するように配置したとき、中心から 四方に広がる隙間ができ、その２者間がプラズマ室となるような寸法である。プ ラズマ室４０と流体連結している、制御された加圧気体の供給源（図示せず）か らは、加工物加工に用いる高エネルギープラズマに変換される必須気体が提供さ れる。室４０内の加圧気体は更にばね要素２６の押しつけ効果に対して反作用し 、パイロットアーク始動の間に電極１２に対してノズル１８を並進させるのに用 いられる(図１Ｂ参照)。 トーチ１０を始動するために、低レベルの電流を、電極１２及び隣接するノズ ル１８（図１Ａ参照）に連続的に供給する。次に、ばね要素２６の偏倚力を超え るのに十分な流量及び圧力を有する気体をプラズマ室４０に供給する。その結果 、電極１２とノズル１８とが離れてパイロットアーク状態になる。この二重流ト ーチ１０において、外板３４内部とノズル部材２０の近接する外表面との間、さ らに予荷重リング３６との間に位置する環４１にも気体が供給される。図１Ｂに 示すように、ノズル１８は下方向に移動しており、電極１２について軸方向及び 放射方向に隙間が形成される。ノズル１８の並進移動は、ノズルカラーフランジ ３０と予荷重リング３６上の第二の縦段４２との接触によって制限されている。 パ イロットアークモード及び移転アークモードの両方において、ノズル１８はトー チ１０の操作継続時間の間、後退したままになっている。トーチ１０の停止に際 しては、プラズマ室４０及び環４１への気体流が停止される。室４０の圧力が低 下するにつれて、ばね要素の力が支配的になり、ノズル１８は上方に並進移動し 、電極１２に接触する。 パイロットアークの始動を確実にするためには、ばね要素２６が導電性・非酸 化性であり、ノズル並進移動の間にノズルフランジ２４及び予荷重リング３６と 密着することが望ましい。滑り摩擦を増やす性質のある漂遊放電によって起こる 、フランジ２４の滑り面と予荷重リング３６との間のミクロアーク形成を、ばね 要素２６に抵抗の少ない電気経路を提供することによって、実質的に排除するこ とができる。 図２Ａ〜２Ｃはそれぞれ異なる３状態にあるノズル１８（トーチ１０に挿入す る前の一体組立品としての状態；トーチ１０に挿入後、且つプラズマ室４０の加 圧前の予荷重状態；並びにトーチ１０に挿入後、次いでプラズマ室４０を加圧し た状態）を示している。まず図２Ａを参照する。一体組立品の製造初期にあたっ て、ばね要素２６を多少圧縮して、ばね要素両端が部材フランジ２４及びカラー フランジ３０に正しく収まるのを確実にするのが望ましい。これによりばね要素 ２６はフランジ２４、３０の両方によって軸に沿った状態で固定される。ここで 図示するばね要素２６は概略的なものであり、一個の押しつけ要素であっても良 いし、複数個の類似又は非類似の要素を積み重ねたものであっても良い。一旦ト ーチ１０内に設置されると、ばね要素２６は段３８及び予荷重リング３６によっ て更に圧縮される(図２Ｂ)。段３８の相対的寸法を代えることによって、プラズ マ室４０内でノズル１８が電極１２から離れるのに必要な、予荷重の大きさ及び それに付随する圧力の大きさを変えることができる。カラーフランジ３０と予荷 重リング３６との間にある、縦方向の隙間が、ノズル１８の並進移動を制限する ことに注目されたい。この隙間は、プラズマ室４０の加圧に際する電極１２とノ ズル１８とのギャップを決定する。隙間の寸法は、安定したパイロットアークが 形成されるように電極１２とノズル１８との間に十分なギャップを提供するほど 大きなものでなければならないが、同時に隙間の寸法は、電極１２とノズル１８ との間のギャップが大きくなり過ぎて電源からのオープン回路電圧がパイロット アークを保持するのに不適当になるほど大きなものであってはならない。ノズル 移動の一般的な範囲は、トーチのアンペア数によって異なるが、約０．０１０イ ンチ（０．２５４ｍｍ）〜約０．１００インチ（２．５４ｍｍ）である。例えば 、２０アンペアトーチにおいでは、名目上のノズル移動は約０．０１５インチ（ ０．３８１ｍｍ）であり、１００アンペアトーチにおいては、名目上のノズル移 動は約０．０６５インチ（１．６５１ｍｍ）である。高電流のトーチにおいては 、名目上のノズル移動は通常更に大きい。最後に、図２Ｃはノズル１８が最も移 動してカラーフランジ３０が予荷重リング３６に接触しているトーチ操作間の、 ノズル１８及びリング３６の相対的位置関係を示している。 例えば、ばね率４８ポンド／インチ（８．５７ｋｇ／ｃｍ）および力を加えな い時の全長０．１８０インチ（４．５７ｍｍ）のばね要素２６については、組み 立て体トーチ１０における予荷重の長さは０．１３０インチ（３．３０ｍｍ）で あり、約２．４ポンド（１．０９ｋｇ）の予荷重力に相当する。約０．０１５イ ンチ（０．３８１ｍｍ）のノズル移動については、ノズルが最も移動した場合の ばね要素２６の長さは約０．１１５インチ（２．９２ｍｍ）であり、約３．１２ ポンド（１．４２ｋｇ）のばね力に相当する。直径約０．４４０インチ(１．１ ２ｃｍ)、横断面積約０．１５２平方インチ（０．９８ｃｍ²）のノズルでは、プ ラズマ室４０の加圧を約４０ｐｓｉｇ（２．８１ｋｇ／ｃｍ²ゲージ）で行った 場合、空気力は約６．０８ポンド（２．７６ｋｇ）であり、ばね力３．１２ポン ド（１．４２ｋｇ）を超えるのに必要な力のほぼ２倍の大きさである。従って、 ノズル１８は接触始動の間に確実に並進移動し、トーチ操作の間に最も遠くへ移 動した位置に保持される。 ノズル１８を部材２０及びばね要素２６との一体組立品にすることによって、 ノズル１８を交換する際にはいつでも、ばね要素２６を交換することができる。 従って、始動システムの信頼性はばね要素２６の熱劣化及び機械的劣化によって 損なわれることはなく、又、ばね要素２６を付け忘れてトーチ１０を組み立てて しまうことが回避される。 一体的組み立てノズル１８の一部としてばね要素２６を保持する他の方法を以 下に述べる。例えば、対抗するフランジ２４と３０との間にばね要素２６を軸方 向に固定する代わりに、ばね要素２６の一つの末端を図３Ａ〜３Ｂに示すように 取り付けることができる。まず図３Ａを参照する。ノズル１１８の外部は、ばね 要素１２６に対する保持面及び反作用面の両方を形成する、中心から四方に広が るフランジ１２４を備える。組み立てに先だって、フランジ１２４は、外周に沿 って連続的であるか又は不連続だが隣接した一連のタブを形成する、縦方向に伸 びるリップ４４を備える。図３Ｂに示すようにリップ４４をばね要素１２６の近 接部分の回りに塑造的に変形することによって、ばね要素１２６が軸方向に保持 される。トーチ１０内に組み込まれた時のノズル１１８の並進移動は、ノズル段 ４６又は他の類似の一体的に形成された特徴によって制限される。ノズル１８の 移動について上記したように、プラズマ室加圧に際して段４６は予荷重リング３ ６に同様に接触する。 本発明の他の態様にあっては、ばね要素をノズルではなく保持キャップ又は予 荷重リングの構成部分として結合することによって、望ましい機能が達成される (図４Ａ〜４Ｃ)。まず図４Ａを参照する。本発明のこの態様による、組み立て状 態又は電源を切った状態にある、二重流プラズマアークトーチ１１０の作動端が 示されている。トーチ１１０は電極１１２及びノズル２１８と中心が合うように 配置されている。ノズル２１８は一体的構造体であってもよく、ばね要素２２６ に対する反作用面として、中心から四方に広がるフランジ２２４を備えても良い 。 ノズル２１８は、保持キャップ１３２によってトーチ１１０内に固定される。 キャップ１３２は中空の切頭円錐外板１３４を備え、その内部に軸が揃うように 予荷重リング１３６を備えている。予荷重リング１３６は、ばね要素２２６を受 容する寸法及び形状をした環溝４８をその内部に沿って有している。ばね要素２ ２６が柔軟であるので、予荷重リング１３６を一体的構造体として製造してから 、ばね要素２２６を溝４８に挿入することができる。溝４８からばね要素２２６ を直接引き出すことが無くなるので、ばね要素２２６は予荷重リング１３６内に 保持され、従ってここに開示する一体的組立品とみなすことができる。 トーチ１１０を組み立てるには、まずノズル２１８を電極１１２を覆うように 配置し、そして一体的ばね要素２２６を備えた予荷重リング１３６を配置する。 次に外板１３４をトーチ体１１６に付ける。組み立てた状態にあっては、ノズル フランジ２２４に対するばね要素２２６の反作用によって偏倚力が加えられ、ノ ズル２１８は電極１１２と接触する。 ノズル２１８は、プラズマ室１４０が加圧下にあると縦方向に電極１１２から 遠ざかる。この距離はノズル段１４６と予荷重リング１４２との隙間によって制 限されている。ここでも、この組立品の隙間は、信頼おける始動を確実にし且つ パイロットアークの保持を確実にする、所与のものである。図４Ｂは加圧された パイロットアーク状態にある、もっとも遠くに移動したノズル２１８の相対的位 置を示す。図４Ａと比較して、ばね要素２２６が圧縮され、ノズル２１８と電極 １１２との間に縦方向に隙間ができ、ノズル段１４２と予荷重リング段１４２が 接触していることに注目されたい。 図４Ｃは、トーチ１１０に組み込む前の、図４Ａに図示された保持キャップ１ ３２の概略断面図である。この図では、例証を明瞭にするために、電極１１２及 びノズル２１８を図示していない。保持キャップ１３２は一体的構造体として又 は一体的ばね要素２２６との組立品として製造しても良い。あるいは、キャップ １３２は外板１３４及び対応する予荷重リング１３６として製造しても良い。ト ーチ１１０が適当に機能するのに他に望ましい特徴、例えば環１４１に流れを供 給する気体回路などを、容易に組み込むこともできる。個別の構成部品複数個を 用いてキャップ１３２を形成することによって、電極１１２、ノズル２１８及び 予荷重リング１３６の整合した組、並びに異なる電力レベル及び異なる用途に用 いることが可能な共通の外板１３４の使用が容易になる。 ばね要素をノズル組立品又はキャップ（又は予荷重リング）の一体的部分とし て組み込むかどうかは、構成部品の使用寿命によって左右される。ばね要素は劣 化する前に交換するのが望ましく、したがって同じ位の又は短い使用寿命を有す る構成部品に組み込むのが有利である。 上で簡単に述べたように、様々な形状のばねを用いてばね要素の望ましい押し つけ機能を達成することができる。ばね要素の望ましい特徴の一つとして、プラ ズマアークトーチ１０の作用端において遭遇する高い周囲温度に対する耐性を備 えているということが挙げられる。他に好ましい特徴としては、熱及び／又は機 械的周期の関数として使用寿命が予測できることが挙げられる。従って、ばね要 素の材質及び形状は、一体的ノズル又は保持キャップの使用寿命に適したプラズ マ室気体圧に対して、確実かつ繰り返し可能な偏倚力を提供するものが有利に選 択される。 図５Ａ〜５Ｆは、上記した機能を達成するために用いることのできる、ばねの 形態の幾つかの態様が示されている。これらの態様は本質的には例証をするため のものであって、出所、材料又は形態のいずれをも制限するものではない。 図５Ａは、限られた直径高を有する小さなたわみによってスラスト荷重を加え るために従来用いられている波形ばね座金２６ａとして参照される、弾力性部材 の概略平面図及び側面図を示す。座金２６ａは概略的には円形であるが、表面は 縦軸方向に緩やかに波打っている。高炭素鋼又はステンレススチール製の座金２ ６ａはＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｐｒｉｎｇ、Ｉｎｃ．(Ｍａｕｍｅｅ、ＯＨ４ ３５３７)から入手可能である。 図５Ｂは、過剰な縦方向の隙間を埋め、回転装置の震動を減らすために従来用 いられる、指形ばね座金２６ｂとして参照される、弾性部材の概略平面図及び側 面図を示す。座金２６ｂは軸方向に変形した外部指を備えた、不連続の円周を持 つ。高炭素鋼製の座金２６ｂはＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｐｒｉｎｇ、Ｉｎｃ． から入手可能である。 図５Ｃは、低レベルのスラスト荷重を発揮することによって過剰な縦方向の隙 間を埋めるために従来用いられる、湾曲ばね座金２６ｃとして参照される、弾性 部材の概略平面図及び側面図を示す。座金２６ｃは円形であるが、軸方向に弓な りになる又は湾曲している。高炭素鋼製又はステンレススチール製の座金２６ｃ はＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｐｒｉｎｇ、Ｉｎｃ．から入手可能である。 図５Ｄは、様々なうねりを有する、フラットワイヤー圧縮ばね２６ｄとして参 照される、弾性部材の概略平面図及び側面図を示す。ばね２６ｄは円形であり、 一連に波打つ平らなばね表面は、一周して頂点それぞれにおいて他の頂点と接触 する。この特殊な態様の場合、ばねの両端は平らであり、この様な形状で高炭素 鋼製又はステンレススチール製のものはＳｍａｌｌｅｙ Ｓｔｅｅｌ Ｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｗｈｅｅｌｉｎｇ、ＩＬ６００９０から入手可能である。 図５Ｅは、一般的な螺旋圧縮ばね２６ｅの概略平面図及び側面図を示す。側面 図は圧力を加えない状態及び圧縮した状態を示す。ばね２６ｅの両端は水平で、 丸まっており、このようなものはＡｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｐｒｉｎｇ、Ｉｎｃ ．から入手可能である。音楽用のものは約２５０°Ｆ（１２１℃）までの周囲温 度に用いることができ、ステンレススチール製のものは約５００°Ｆ（２６０℃ ）までの周囲温度に用いることができる。 図５Ｆは、内部に配置された円筒状部材を外接孔に押しつけるため、又は部材 を軸上に保持するために従来用いられるスロット付き円錐盤又はＲＩＮＧＳＰＡ ＮＮ（商標）Ｓｔａｒ Ｄｉｓｃ２６ｆとして参照される、弾力性部材の概略平 面図及び側面図を示す。盤２６ｆは円形であり、内部及び外部に交互する放射状 スロット並びに、ばね要素として望ましい偏倚力を提供する、軸方向について薄 い円錐形状を有する。硬度は、盤の厚み及びスロットの長さの関数として表わさ れる。硬化ばね鉄鋼製の盤２６ｆはＰｏｗｅｒｈｏｌｄ、Ｉｎｃ．(Ｍｉｄｄｌ ｅ ｆｉｅｌｄ、ＣＴ０６４５５)から入手可能である。 ばね要素２６はノズル１８又は保持キャップ３２と一体であり、他の消耗部品 と交換可能であるのが望ましいが、必ずしもそうでなくともかまわない。例えば 、図６Ａは、本発明の更なる態様による、電源の入っていない空冷プラズマアー クトーチ２１０の作用端の一部を切り取った断面図である。トーチ２１０は、中 心に配置された電極２１２に接触するようにばね要素３２６（ここでは螺旋圧縮 ばねとして図示）によって偏倚力のかかったノズル２１８を備えている。ノズル ２１８は一体的構造体であり、ばね要素３２６に反作用する縦段２４６をフラン ジ３２４上に備えている。ばね要素３２６は又、保持キャップ２３２の段１３８ に対しても反作用する。ノズル２１８は更にキャップ段２３８と円周に並んだ、 中心から四方に広がるフランジ５０を備えている。この２者間の縦方向の隙間は 、プラズマ室２４０が十分に加圧された時のノズル２１８の移動を制限する。ト ーチ２１０の組み立てにおいては、ノズル２１８が、取り付けられた電極２１２ を覆うように配置され、ばね要素３２６が挿入され、保持キャップ２３２が、ね じ嵌め又は他の手段によってトーチ体２１６に取り付けられる。力の加えられて いないばね要素３２６の長さ、キャップ段１３８及びノズル段２４６の組み立て 位 置は、組み立て時に望ましいばね要素予荷重が達成されるように予め決定される 。その後、トーチ２１０には更に、ノズル２１８の回りに空気流を通す目的でガ スシールド５２が設置される。 トーチ２１０は、保持キャップ２３２とノズルフランジ３２４との間に放射状 に配置される絶縁体を５４更に備えても良い。絶縁体５４は保持キャップ２３２ に放射状締めり嵌め、接着剤又は他の方法によって固定されても良く、又、温度 上昇に対して膨張したり目に見える変形をしたりすることのない、寸法的に安定 した材料でできていなければならない。材料の例としては、ＶＥＳＰＥＬ（商標 ）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ＆ＣＯ.、Ｗｉｌｍｉｎｇ ｔｏｎ、ＤＥ１９８９８）が挙げられる。フランジ３２４と保持キャップ２３２ との間に絶縁体５４を設けることによって、ノズル２１８が並進移動する間に起 こるスライド面に沿ったミクロアーク形成及びそれに関連した障害を防ぐことが できる。さもなくば、ノズル２１８は粘結してしまう。パイロットアーク始動の 間に、確実にばね要素３２６に電流を通過させるためには、上記したような、平 らで丸まった末端を有する螺旋金属圧縮ばねを用いる。ばねはステンレススチー ルなどの非酸化性材料でできていなければならず、ノズル移動の間にノズル２１ ８と保持キャップ２３２との間の初期電流を維持するのに必要なものでなければ ならない。というのは図６Ｂに示すように、ノズルが最も遠くに移動した際、ノ ズル段２４６が保持キャップ２３８と接触するからである。パイロットアークの 状態で、プラズマ室２４０が加圧され、ノズル２１８が最も移動しているトーチ の形状を、図６Ｂに示す。 螺旋圧縮ばね２６ｅをばね要素として用いる場合には、図７のノズル３１８に 示すように、ばね２６ｅとノズル円筒状部材１２０とを実質的に一体の組立品に することができる。部材１２０の名目上の直径はノズルフランジ４２４に近似す るほどに大きくしてあり、ばね２６ｅは部材１２０と接触して放射状締めり嵌め をしている。部材２１０の残り部分はばね２６ｅの名目上の穴よりも小さな名目 上の直径を有している。従って、ばね２６ｅが一旦部材１２０上に取り付けられ ると、ばね２６ｅは確実に固定され、取り付け間違いや取り残しが起こることが 無く、さらに、ノズル３１８の交換時に交換することができる。 図８Ａは、本発明の更なる態様による、電源を切った状態にあるプラズマアー クトーチ３１０を示す。トーチ３１０は、中心から四方に膨らませた肩部分を機 械加工した螺旋状気体流通路５６（特許‘８７１に記載）を有する、中心に配置 された電極３１２を備える。電極３１２はトーチ３１０に固定して取り付けられ ている。このトーチは並進移動可能ノズル４１８を含む。ノズル４１８は一体的 構造体であっても良いし、ばね要素４２６（ここでは横断面図において「Ｚ」と して概略的に表わす）に対する反作用面として作用する、中心から四方に広がる フランジ５２４を備えていても良い。 ばね要素４２６は又、保持キャップ３３２の段３３８に対しても反作用する。 ノズル４１８は更にキャップ段３３８と円周に並んだ、中心から四方に広がる拡 張段３４６を備えている。この２者間の縦方向の隙間は、プラズマ室３４０が十 分に加圧された時のノズル４１８の移動を制限する。トーチ３１０の組み立てに おいては、ノズル４１８が、取り付けられた螺旋状溝を有する電極３１２及び渦 巻きリング５８を覆うように配置され、ばね要素４２６が挿入され、保持キャッ プ３３２が、ねじ嵌めによってトーチ体３１６に取り付けられる。力の加えられ ていないばね要素４２６の長さ、キャップ段３３８及びノズルフランジ５２４の 組み立て位置は、組み立て時に望ましいばね要素予荷重が達成されるように予め 決定される。その後、トーチ３１０には更に、ノズル４１８の回りに空気流を通 す目的でガスシールド１５２が設置される。ばね要素４２６は、上記したように 独立した部品であっても良いし、フランジ５２４においてノズル４１８に、ある いは段３３８に隣接する保持キャップ３３２に、用いるばねの種類に応じた上記 したあらゆる方法によって取り付けられていても良い。 図８Ｂは、パイロットアーク状態にあるトーチ３１０を示す。プラズマ室３４ ０を加圧すると、ばね要素４２６を圧縮してノズル４１８が電極３１２から縦方 向に遠ざかる。プラズマガス加圧及び体積流量は十分高く、螺旋状通路５６を通 過した後オリフィス１２２及び後部脱気孔６０を通じて周囲にガス抜きする間に 、ばね要素４２６を圧縮する。電極３１２上での望ましい圧力降下を達成する螺 旋状通路の設計に関して、より詳しくは特許‘８７１を参照する。通路５６は電 極の冷却を向上し；並びにプラズマ室３４０の加圧及びノズル４１８の並進移動 を 促進する背圧を発生させる。最も移動した状態では、ノズル段３４６は保持キャ ップ段３３８に接触する。 図９Ａは、本発明の他の態様による、電源を切った状態にあるプラズマアーク トーチの作動端の、一部を切り取った概略断面図である。電極４１２及びノズル ５１８はトーチ４１０内に固定して取り付けられ、２者間には渦巻きリング１５ ８が配置され、気体流を望ましい流量で望ましい方向からプラズマ室４４０内に 通過させる。渦巻きリング１５８は３つの構成部品（後部リング６２、中央リン グ６４及び前部リング６６）からなる。後部リング６２及び前部リング６６は電 気絶縁性材料から製造されるのに対して、中央リング６４は銅などの導電材料か ら製造される。ばね要素５２６は、中心から外側に広がるノズルフランジ６２４ 及び渦巻き中央リングフランジ１３０に対して反作用する。保持キャップ４３２ は組み立て時にばね要素５２６を予荷重し、中央リング６４の後部対面段４３８ と電極４１２の前部対面段４４６とを確実に密着させる。パイロットアークを始 動するためには、電流を電極４１２、中央リング６４、ばね要素５２６及びノズ ル５１８に通過させる。プラズマ室４４０が加圧されると、中央リング６４はノ ズル５１８の方向へ並進移動し、ばね要素５２６を圧縮し、パイロットアークを 段４３８、４４６の接触領域近辺に移転させる。最も遠くに移動した状態（図９ Ｂ）にあっては、中央リング６４の脚部６８はノズル５１８の段２４２と接触し 、電気的接続が形成される。パイロットアークは中央リング６４からノズル５１ ８に移転し、その後は従来法によって加工物に移転される。プラズマガスの圧力 及び体積流量を制御することによって、中央リング６４を素早く並進移動させて 、パイロットアーク形成の前に中央リング６４をノズル５１８に接触させること ができる。例えば、空気力が約１５ポンド（６．８３５ｋｇ）又は６６．８９ニ ュートンで、渦巻きリングの質量が約０．０１０ｋｇであるとすると、（ベアリ ング表面の摩擦を無視した）渦巻きリング６４の加速度は、約２１，９５０ｆｔ ／秒２（６６９０ｍ／秒²）である。移動距離の合計を約０．０２０インチ（０ ．５０８ｍｍ）とすると、移動時間は約３．９×１０^-4秒である。パイロットア ークはプラズマガスと同じ速度で縦方向に移動する。従って、約０．０３８平方 インチ（２．４３×１０^-5ｍ²）の横断面積を有する環状プラズマ室４４０を通 過する、０．５ｆｔ³／分（２．３６×１０^-4ｍ³／秒）のプラズマガス体積流量 の場合、気体及びプラズマアークの速度は約３１．８ｆｔ／秒（９．７ｍ／秒） となる。渦巻きリング６４が３．９×１０^-4秒移動する間に、アークが中心渦巻 きリングを移動する距離は、約０．１４９インチ（３．８ｍｍ）である。金属製 の中心渦巻きリング６４が縦方向に少なくとも０．１４９インチ（３．８ｍｍ） である限り、パイロットアークが渦巻きリング６４の末端に達する前に中心渦巻 きリング６４はノズル５１８に到達する。 上記したように、ばね要素５２６は独立した部品であっても良い。しかし、中 央リング６４又はノズル５１８は容易にばね要素と共に一体的構成部品として改 変することができる。例えば、フランジ６２４に近接するノズル５１８の外径を 拡張して、ばね要素５２６と直径締めり嵌めを形成させることができる。同様に 、フランジ１３０に近接する渦巻きリングの直径を増大させることもできる。或 いは、ばね要素５２６を、内部に溝を付けたり直径を減らしたりして改変した保 持キャップ４３２、あるいは他の保持手段によって、保持することができる。 並進移動可能な渦巻きリング１５８と定置ノズル５１８を組み合わせて用いる ことによって、幾つかの有利な点が達成される。第一に、粉体塗装など、高温で 使用されるノズル５１８について、水冷が可能である。更に、トーチ４１０はガ スシールド２５２を備えているが、シールド２５２が無くても加工物の一端又は 他の隙間の少ない部位にトーチ４１０を届かせて操作することができる。並進移 動する構成部品は保持キャップ４３２内に位置しているので、滑り面を汚染し、 接触始動システムの動きを拘束する可能性のある埃、くず、切りくずから保護す ることができる。 本発明の実施例及び好ましい態様と見なされるものを述べてきたが、ここにあ る教示から当業者が本発明の他の改変を作成できることは明らかである。例えば 、図６Ａ〜６Ｂ中のコイルばね要素３２６は、近接する段１３８と放射状の締ま り嵌めを形成することによって、保持キャップ２３２の一部として確実に保持す ることができる。更に、ここに開示した並進可能で押しつけられたノズル又は渦 巻きばねの形状は、特許‘２６８に開示する並進可能電極の特性と組み合わせて 用いることができる。ここで開示した個々の部品を製造する特定の方法及びそれ ら を相互に結合する特定の方法は、例証のためのものであって本発明を制限するも のではない。従って、本発明の範囲に入るそのような方法を改変したもの全ては 付属の請求項によって保護される。よって、特許によって保護されるものは以下 の請求項によって定義され区別される発明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．トーチ体； 縦方向の軸を有し、該トーチ体に取り付けられた陰極の電極； 縦方向の軸を有し並進移動可能な陽極の構成部品であって、該軸は該電極の軸 と実質的に同軸上にある構成部品；及び 該トーチ内に配置され、該電極と接触する方向に該構成部品に柔軟な偏倚力を 加えるように該構成部品に反作用するばね要素にして、該構成部品に一体的に組 み込まれているばね要素 を包含する、プラズマアークトーチ。 ２．該構成部品が渦巻きリングであることを特徴とする、請求項１に記載のプラ ズマアークトーチ。 ３．該トーチ体内に配置され、該電極との間に隙間があるノズルにして、該ばね 要素が更に反作用するノズルを更に含有する、請求項２に記載のプラズマアーク トーチ。 ４．該渦巻きリングが少なくとも２個の積み重なった環状部材を包含し、そのう ち少なくとも１個が導電性であることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ アークトーチ。 ５．該構成部品がノズルであることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマア ークトーチ。 ６．縦方向の軸を有し、該ノズルを受容する形状をした内部表面を有する中空部 分を画定する保持キャップであって、該ばね要素が該保持キャップと該ノズルと の間に配置されることを特徴とする保持キャップ を更に包含する、請求項５に記載のプラズマアークトーチ。 ７．該ばね要素が該保持キャップに一体的に組み込まれていることを特徴とする 、請求項６に記載のプラズマアークトーチ。 ８．該ばね要素が、波形ばね座金、指形ばね座金、湾曲ばね座金、螺旋圧縮ばね 、フラットワイヤー圧縮ばね及びスロット付き円錐盤からなる群より選ばれるこ とを特徴とする、請求項１に記載のプラズマアークトーチ。 ９．縦方向の軸を有し且つ少なくとも一点で電極に接触する形状をした内部表面 を有する、導電性素材製の第一の環状部材であって、中心から四方に広がるフラ ンジを外部表面に更に備える第一の部材 を包含する、プラズマアークトーチ用渦巻きリング。 １０．縦方向の軸を有し該第一の部材と同軸上にある、電気絶縁性素材製の第二 の環状部材であって、該第一の部材と積み重なる形状を有し、トーチに組み込ま れた際に該第一の部材が最も遠くまで移動した場合を除いて、該第一の部材と近 接するノズルとの間の電気的接触を阻害する第二の部材 を更に包含する、請求項９に記載の渦巻きリング。 １１．該外部表面に沿って配置され、第二の末端が隣接する構造体に配置された ときにフランジに反作用する第一の末端を有する、ばね要素 を更に包含する、請求項９に記載の渦巻きリング。 １２．縦方向の軸を有し該第一の部材と同軸上にある、電気絶縁性素材製の第三 の環状部材であって、該第一の部材と積み重なる形状を有し、トーチに組み込ま れた際に該少なくとも一点を除いて、該第一の部材と近接する電極との間の電気 的接触を阻害する第二の部材 を更に包含する、請求項９に記載の渦巻きリング。 １３．トーチ体； 縦方向の軸を有し、該トーチ体に取り付けられた電極； 縦方向の軸を有し並進移動可能なノズルであって、該軸は該電極の軸と実質的 に同軸上にあるノズル；及び 該トーチ内に配置され、該電極と接触する方向に該ノズルに柔軟な偏倚力を加 えるように該ノズルに反作用するばね要素にして、該ノズルに一体的に組み込ま れているばね要素 を包含する、プラズマアークトーチ。 １４．縦方向の軸を有し、該ノズルを受容する形状をした内部表面を有する中空 部分を画定する保持キャップであって、該ばね要素が該保持キャップと該ノズル との間に配置されることを特徴とする保持キャップ を更に包含する、請求項１３に記載のプラズマアークトーチ。 １５．該ばね要素が該保持キャップに一体的に組み込まれていることを特徴とす る、請求項１４に記載のプラズマアークトーチ。 １６．トーチ体； 縦方向の軸を有し、該トーチ体に取り付けられた電極； 縦方向の軸を有し並進移動可能な渦巻きリングであって、該軸は該電極の軸と 実質的に同軸上にある渦巻きリング； 該トーチ内に配置され、該電極と接触する方向に該渦巻きリングに柔軟な偏倚 力を加えるように該渦巻きリングに反作用するばね要素；及び 該トーチ内に配置され、該電極との間に隙間があるノズルにして、該ばね要素 が更に反作用するノズル を包含する、プラズマアークトーチ。 １７．該渦巻きリングが少なくとも２個の積み重なった環状部材を包含し、その うち少なくとも１個が導電性であることを特徴とする、請求項１６に記載のプラ ズマアークトーチ。 １８．縦方向の軸を有し、該ノズルを受容する形状をした内部表面を有する中空 部分を画定する保持キャップ を更に包含する、請求項１６に記載のプラズマアークトーチ。 １９．並進移動可能な構成部品がばね要素によって電極に押しつけられ、それら の間にプラズマ室が形成されるプラズマアークトーチを提供し； 該電極及び該構成部品に電流を通し；及び その後該偏倚力を超える流量及び圧力を有する気体を該プラズマ室に提供する ことによって、該電極に対して該構成部品が並進移動し、それらの間にパイロッ トアークを形成する（ここで該ばね要素は該構成部品に一体的に組み込まれてい ることを特徴とする） 段階を包含する、プラズマアークトーチの接触始動方法。 ２０．該構成部品が渦巻きリングであることを特徴とする、請求項１９に記載の 方法。 ２１．該パイロットアーク状態が該渦巻きリングから該ノズルに移転するように 、該トーチが、該渦巻きリングの並進移動の末端に配置されるノズルを更に包含 す ることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。 ２２．該構成部品がノズルであることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。 ２３．該電極が冷却通路を備え、該プラズマ室中の該気体も該電極を冷却するこ とを特徴とする、請求項１９に記載の方法。 ２４．並進移動可能なノズルがばね要素によって電極に押しつけられ、それらの 間にプラズマ室が形成されるプラズマアークトーチを提供し； 該電極及び該ノズルに電流を通し；及び その後該偏倚力を超える流量及び圧力を有する気体を該プラズマ室に提供する ことによって、該電極に対して該ノズルが並進移動し、それらの間にパイロット アークを形成する（ここで該ばね要素は該ノズルに一体的に組み込まれているこ とを特徴とする） 段階を包含する、プラズマアークトーチの接触始動方法。 ２５．並進移動可能な渦巻ぎリングがばね要素によって電極に押しつけられ、そ れらの間にプラズマ室が形成されるプラズマアークトーチを提供し； 該電極及び該渦巻きリングに電流を通し；及び その後該偏倚力を超える流量及び圧力を有する気体を該プラズマ室に提供する ことによって、該電極に対して該渦巻きリングが並進移動し、それらの間にパイ ロットアークを形成する（ここで該パイロットアーク状態が該渦巻きリングから 該ノズルに移転するように、該トーチが、該渦巻きリングの並進移動の末端に配 置されるノズルを更に包含することを特徴とする） 段階を包含する、プラズマアークトーチの接触始動方法。