JP2005329434A - プラズマトーチ用の電極 - Google Patents

Abstract

【課題】電極のトーチ本体に対する着脱を特殊な工具を用いることなく容易に行う。
【解決手段】電極Ａは、プラズマトーチＢのトーチ本体１１に設けた電極受け台１２に、電極Ａを差し込んだときに接触摩擦を作用させて装着保持され、外周に電極受け台１２から引き抜く際に接触摩擦にまさる引抜力を付与する引抜部３を設ける。引抜部３が電極Ａの外周側面に設けた溝又は突起或いはローレット面である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマトーチの電極受け台に差し込まれて適度な摩擦力の作用によって装着され、且つノズルを取り外したとき、先端部分が露出した状態で電極受け台に対する装着状態を維持し得るように構成された電極に関し、前記電極の電極受け台からの取り外しを容易に行えるようにしたものである。

被加工材に向けてプラズマアークを噴射して該被加工材に対する切断、溶接或いは溶射等の加工を行うプラズマ加工法が普及している。プラズマ加工法を実施する際に用いるプラズマトーチは、トーチ本体に設けた導電性を有する電極台に対して着脱可能に構成された導電性を有する電極と、電極を囲んで且つ該電極に絶縁された状態で配置されトーチ本体に対して着脱可能に構成された導電性を有するノズルと、ノズルを囲んで配置されトーチ本体に対して着脱可能に構成され絶縁性を有するカバーと、を有して構成されるのが一般的である。

プラズマアークは、目的の加工（例えば溶接，切断等の加工）に対して最適なガスを電極とノズルの間に形成された空間に供給しつつ、電極とノズルの間で、或いは電極と被加工材との間で放電させることで、供給されたガスをプラズマ化し、形成されたプラズマアークをノズルを通して被加工材に向けて噴射して目的の加工を行うものである。

プラズマトーチに於ける電極及びノズルは、稼働している間、高温のプラズマアークに曝されるため経時的に消耗し、これらの消耗に伴って加工の品質が低下する。このため、消耗の進行に応じて電極及びノズルを交換することが必要となり、作業の煩雑化を招いている。特に、電極及びノズル共に放電電極としての機能を有するため、トーチ本体に対し通電性を損なうことがないように確実に接続されることが必要となり、電極及びノズルの交換作業のより煩雑化を招いている。

このため、電極及びトーチ本体に設けた電極台にネジを形成しておき、電極の着脱をネジを介して行うように構成されるのが一般的である（例えば特許文献１参照）。このプラズマトーチでは、電極を電極台に締結することによって両者のネジ面が互いに接触し、この接触面を介して通電される。電極を電極台に締結する際に、両者の間に良好な通電性を保持するためには適度な締結を実現することが必要なため、ボックスレンチを利用して電極を締結している。

ノズルやカバーもネジを利用してトーチ本体に取り付けられる。これらは外径が大きいため、作業員が手で把持して回転させることで簡単に締結することが可能である。即ち、トーチ本体に対して電極，ノズル，カバーの着脱を行う場合、ノズル，カバーは手で回転させることが可能であるが、電極はボックスレンチを利用することとなる。

特開２００２−２３９７３６号公報

特許文献１に記載されたプラズマトーチでは、トーチ本体に設けた電極台に対する電極の着脱を行う際に、ボックスレンチを用いることが必要となり、且つ加工を中断して電極，ノズルを交換する際には、プラズマトーチが被加工材に接近した状態を保持していることから、プラズマトーチの先端側からボックスレンチを差し込む作業が必要となり、煩雑で且つ作業性が悪いという問題がある。

本発明の目的は、電極のトーチ本体に対する着脱を容易に行うことが出来るプラズマトーチ用の電極を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るプラズマトーチ用の電極は、プラズマトーチの本体に設けた電極受け台に対して抜き差し可能に構成され電極受け台に差し込んだとき該電極受け台との間に作用する接触摩擦によって装着保持される電極であって、外周に電極受け台から引き抜く際に前記接触摩擦にまさる引抜力を付与する引抜力付与部を設けたものである。

上記プラズマトーチ用の電極に於いて、引抜力付与部が外周側面に設けた溝又は突起或いはローレット面であることが好ましい。

上記電極では、プラズマトーチの本体に設けた電極受け台に対して抜き差しすることで着脱し得るように構成されており、差し込んだときに電極受け台との間に作用する接触摩擦によって装着保持される。このため、電極の外周に引抜力付与部を設け、該引抜力付与部に接触摩擦にまさる引抜力を作用させることで、特殊な工具を用いることなく簡単に引き抜くことが出来る。

特に、引抜力付与部を溝や突起とした場合には、作業員が指で挟んで引っ張ることで簡単に引き抜くことが出来る。また引抜力付与部をローレット面とした場合には、作業員が手袋をしたまま引抜力付与部を把持して引っ張ることで簡単に引き抜くことが出来る。

以下、本発明に係るプラズマトーチ用の電極の最良の形態について説明する。本発明に係るプラズマトーチ用の電極（以下、単に「電極」という）は、プラズマトーチのトーチ本体に設けた電極受け台に差し込まれたときに該電極受け台との間に作用する接触摩擦によって装着保持されている。そして、電極を囲むようにしてトーチ本体に装着されたノズルやカバーを取り外したとき、電極はトーチ本体に対する装着状態を保持して電極受け台から先端部分が突出し得るように構成されている。

トーチ本体に設けた電極受け台から先端部分が突出した電極の突出部分には、溝や突起或いはローレット面等の引抜力付与部が形成されており、該引抜力付与部を把持して引き抜くことで容易に電極を電極受け台から離脱させることが可能なように構成されている。（以下、引抜力付与部を「引抜部」という）

電極を電極受け台に差し込んだとき、電極と電極受け台との間に作用する接触摩擦を発生させる機構や部材については特に限定するものではなく、電極と電極受け台との間に於ける通電性を確保して充分な接触摩擦を発生させることが可能で、且つ電極が差し込み状態を保持し得る構造であれば良い。

このような構造としては、例えば導電性とバネ性を持った通電部材を予め電極の外周面或いは電極受け台の内周面に装着しておき、電極を電極受け台に差し込んだとき、通電部材によって電極と電極受け台との間に接触摩擦を発生させ、この接触摩擦によって電極を保持し得るようにしたものがある。また電極の外周面或いは電極受け台の内周面に嵌め合いを多少きつめにしたＯリングを装着すると共に電極の端面と電極受け台の端面とを接触し得るように構成しておき、電極を差し込んで端面を電極受け台の端面に当接させたとき、Ｏリングによって電極と電極受け台との間に接触摩擦が発生し得るようにしたものであっても良い。

本発明に於いて、電極受け台に装着されている電極を取り外す場合、作業員が指で電極を挟んで作業を行うことを想定している。このため、電極の台周面に設けた引抜部は指が簡単に引っかかるような形状か、或いは指との間に充分な摩擦を発生させることが可能な形状であることが好ましい。そしてこのような形状として、爪を引っ掛けるような溝或いは突起、指との間で充分な摩擦を発生させるローレット面であることが好ましい。

以下、本発明に係る電極の好ましい実施例について図を用いて説明する。図１は本実施例に係る電極の構成を説明する図である。図２はプラズマトーチの組立状態の構成を説明する図である。図３はプラズマトーチのトーチ本体に設けた電極受け台に装着した電極が保持された状態を説明する図である。

図１に示す電極Ａは、導電性を有する金属材料（例えば銅或いは銅合金）からなり、予め設定された長さを持った本体１を有しており、該本体１の先端面１ａの中心にハフニウム等の金属からなる電極材２が埋設されている。本体１の内部側には電極材２を冷却する冷却水が流通する室１ｂが形成されている。

本体１の外周であって後端側（先端面１ａとは反対側）には後述する通電部材と接触して通電される通電面１ｃが形成されている。また通電面１ｃから先端面１ａ側に連続してＯリング溝１ｄが形成されており、該Ｏリング溝１ｄにＯリング４（図２，図３参照）を装着して電極受け台に装着することで、冷却水のシールを行うように構成されている。

Ｏリング溝１ｄの更に先端面１ａ側に通電面１ｃの径よりも大きい径を持った胴部１ｅが形成され、該胴部１ｅに引抜部３が形成されている。本実施例に於ける引抜部３は、作業員の指或いは爪を引っ掛けることが容易な溝によって構成されている。引抜部３を構成する溝は、胴部１ｅの全周にわたって形成されており、作業員が何れの方向から引っ掛けようとしても、容易に且つ安定して作業を行うことが可能である。

引抜部３を構成する溝の深さや幅寸法は特に限定するものではなく、手袋をした作業員が作業しても、確実に指を引っ掛けることが可能な寸法であれば良い。

また引抜部３は、上記の如き胴部１ｅの外周面に全周にわたって設けたリング状の溝のみに限定するものではなく、胴部１ｅの外周面に電極Ａの長手方向に沿って複数条の突起を設けても良い。また突起は必ずしも電極Ａの長手方向に限定するものではなく、電極Ａの外周面に全周にわたってリング状に設けたものであっても良い。この場合、突起が、電極Ａの外周に沿って供給されるプラズマガスの流通に支障を来すことのないよう、胴部１ｅの外径は通電面１ｃの外径と略等しいか、或いは僅かに大きいことが好ましい。

また引抜部３としてローレット面であって良い。この場合、電極Ａの胴部１ｅの外周面をローレット面とすることが可能であり、該外周面に大きな凹凸が形成されることがない。ローレット面の形状としては特に限定するものではなく、筋目が充分に深く、手袋をした指でも充分な摩擦が作用し得るものであれば良い。

次に、図２によりプラズマトーチＢの構成について簡単に説明する。図に示すプラズマトーチＢは例えば鋼板等の被切断材を切断するためのものであり、プラズマアークの周囲に添わせて酸素ガスや窒素ガス或いは空気等の二次気流を噴射して安定したプラズマアークを形成すると共に切断面の品質を向上させるようにしたものである。しかし、図に示すプラズマトーチＢは、本発明に係る電極Ａを取り付けることが可能なプラズマトーチの例であって、この構成にのみ限定するものではないことは当然である。

図に於いて、トーチ本体１１に設けた導電性を有する電極受け台１２の内周面には、導電性とバネ性を有する通電部材１３が配置されている。この通電部材１３は帯板状に形成されると共に帯の幅方向の中央部位に所定の間隔を持ってルーバー状の突起が形成されており、該ルーバー状の突起の変形によってバネ性を発揮し得るように構成されている。そして帯板状の部材を電極受け台１２の内周に於ける円周長と対応させた長さに切断して収容することで、電極受け台１２に密着しルーバー状の突起が内側に突出する。

従って、Ｏリング溝１ｄにＯリング４を装着した電極Ａを把持して、通電面１ｃを電極受け台１２に差し込むことで、該通電面１ｃが通電部材１３と接触してルーバー状の突起を変形させ、これにより、電極Ａと電極受け台１２との間に接触摩擦を生じさせて保持すると共に電極受け台１２と電極Ａとの通電を確保し、且つ電極受け台１２の内周面と冷却配管１４との間に形成された通路を流通する冷却水の漏洩を防止することが可能となる。

電極受け台１２の内部には冷却配管１４が配置されており、該冷却配管１４の内部から供給された冷却水が電極Ａに埋設された電極材２の裏面側を冷却し、その後、冷却配管１４と電極受け台１２との間に形成された通路を通って排出され、更に、ノズル組立体Ｃを冷却した後、プラズマトーチＢの外部に排出される。

電極Ａの外周には絶縁性を有し且つトーチ本体１１に着脱可能に構成されたセンタリングストーン１５が配置されており、該センタリングストーン１５と接触してノズル組立体Ｃが配置されている。

ノズル組立体Ｃは、センタリングストーン１５の外周に配置される第１ノズル部材１６と、第１ノズル部材１６の外周に配置される第２ノズル部材１７とによって構成されており、これらのノズル部材１６，１７の間に冷却水通路１８が形成されている。またノズル組立体Ｃはトーチ本体１１の先端部分に形成されたネジ１１ａに螺合することで、着脱し得るように構成されている。

ノズル組立体Ｃの外周には、キャップ１９と、第３ノズル部材２０とによって構成されたカバー２１が配置されている。このカバー２１はトーチ本体１１の所定位置に形成されたネジ１１ｂに螺合することで着脱し得るように構成されており、トーチ本体１１に装着したとき、ノズル組立体Ｃとの間に二次気流通路２２が形成される。

上記の如く構成されたプラズマトーチＢでは、電極Ａを電極受け台１２に装着したとき、該電極Ａの先端側はトーチ本体１１及び電極受け台１２の先端から充分な長さ（少なくとも電極Ａの外周面に形成した引抜部３が露出する長さだけは）突出する。また電極Ａの先端面１ａとノズル組立体Ｃを構成する第１ノズル部材１６との間にプラズマ室２３が形成される。

従って、プラズマ室２３に酸素ガスを供給すると共に電極Ａと第１ノズル部材１６との間で放電させてパイロットアークを形成し、このパイロットアークをノズル組立体Ｃ及びカバー２１の穴から外部に噴出させ、噴出したパイロットアークがプラズマトーチＢと対向して配置されている被切断材に接触したとき、電極Ａと被切断材との間で放電させることで、プラズマアークを形成して被切断材の母材を溶融させると同時に排除することが可能である。

そして二次気流通路２２に酸素ガス、或いは他のガスを供給してカバー２１の穴からプラズマアークに添わせて噴射し、この状態を維持してプラズマトーチＢを所望の方向に移動させることで、移動方向に対応した形状を切断することが可能である。

電極Ａを交換する場合、プラズマトーチＢからカバー２１とノズル組立体Ｃを取り外す、これらの取外しは、カバー２１，ノズル組立体Ｃを夫々回転させることで行う。即ち、トーチ本体１１からカバー２１とノズル組立体Ｃを取り外したとき、図２に示すように、電極Ａの先端部分が電極受け台１２及びトーチ本体１１から突出し、電極Ａの外周面に形成された引抜部３が露出した状態で、通電部材１３の作用によって落下することなく保持されている。

従って、作業員が指で電極Ａに形成されている引抜部３を把持して長手方向に引き抜くことで、電極Ａを電極受け台１２（通電部材１３）から離脱させることが可能である。特に、引抜部３が突起であっても、ローレット面であっても全く同様に極めて簡単に引き抜くことが可能である。

上記の如く構成された電極Ａでは、プラズマトーチＢの電極受け台１２に装着する際の作業や離脱させる際の作業が、単に指が把持して電極Ａの長手方向に押し込み，引き抜くという単純となる。このため、プラズマ切断トーチやプラズマ溶接トーチ等の電極の交換を行わざるを得ないようなトーチに適用して有利である。

本実施例に係る電極の構成を説明する図である。 プラズマトーチの組立状態の構成を説明する図である。 プラズマトーチのトーチ本体に設けた電極受け台に装着した電極が保持された状態を説明する図である。

符号の説明

Ａ 電極
Ｂ プラズマトーチ
Ｃ ノズル組立体
１ 本体
１ａ 先端面
１ｂ 室
１ｃ 通電面
１ｄ Ｏリング溝
１ｅ 胴部
２ 電極材
３ 引抜部
４ Ｏリング
１１ トーチ本体
１１ａ，１１ｂ ネジ
１２ 電極受け台
１３ 通電部材
１４ 冷却配管
１５ センタリングストーン
１６ 第１ノズル部材
１７ 第２ノズル部材
１８ 冷却水通路
１９ キャップ
２０ 第３ノズル部材
２１ カバー
２２ 二次気流通路
２３ プラズマ室

Claims (2)

1. プラズマトーチの本体に設けた電極受け台に対して抜き差し可能に構成され電極受け台に差し込んだとき該電極受け台との間に作用する接触摩擦によって装着保持される電極であって、外周に電極受け台から引き抜く際に前記接触摩擦にまさる引抜力を付与する引抜力付与部を設けたことを特徴とするプラズマトーチ用の電極。
2. 前記引抜力付与部が外周側面に設けた溝又は突起或いはローレット面であることを特徴とする請求項１に記載したプラズマトーチ用の電極。
   

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