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Description
(発明の分野)
本発明は一般に、プラズマアークトーチのシステムおよびプロセスの分野に関する。特に、本発明は、プラズマアークトーチにおいて使用するための、液体冷却型電極および冷却液管に関する。
本発明は一般に、プラズマアークトーチのシステムおよびプロセスの分野に関する。特に、本発明は、プラズマアークトーチにおいて使用するための、液体冷却型電極および冷却液管に関する。
(発明の背景)
プラズマアークトーチおよびレーザーのような材料処理装置は、金属材料の切断に広く使用されている。プラズマアークトーチは一般に、トーチ本体、本体内に設置された電極、中央出口オリフィスを備えるノズル、電気接続、冷却およびアーク制御流体のための通路、流体流れのパターンを制御するための渦流型リング、ならびに電源を備える。トーチにおいて使用される気体は、非反応性(例えば、アルゴンまたは窒素)または反応性(例えば、酸素または空気)であり得る。トーチは、プラズマアークを生成し、このプラズマアークは、高い温度および高い運動量を有するプラズマ気体の圧縮イオン化ジェットである。
プラズマアークトーチおよびレーザーのような材料処理装置は、金属材料の切断に広く使用されている。プラズマアークトーチは一般に、トーチ本体、本体内に設置された電極、中央出口オリフィスを備えるノズル、電気接続、冷却およびアーク制御流体のための通路、流体流れのパターンを制御するための渦流型リング、ならびに電源を備える。トーチにおいて使用される気体は、非反応性(例えば、アルゴンまたは窒素)または反応性(例えば、酸素または空気)であり得る。トーチは、プラズマアークを生成し、このプラズマアークは、高い温度および高い運動量を有するプラズマ気体の圧縮イオン化ジェットである。
プラズマアーク切断トーチは、代表的に20,000〜40,000アンペア/インチ2の範囲の電流密度を有する遷移プラズマアークを生成する。高精細度トーチは、狭い切断切り口および正方形の切断アングルを生成する。このようなトーチは、熱の影響を受けるゾーンがより薄く、そして、切りくずを伴わない切断の生成および溶融金属を吹き飛ばすのにより効果的である。
同様に、レーザーベースの装置は一般に、気体の流れおよびレーザー光線が導入されるノズルを備える。レンズは、レーザー光線に焦点を当て、次いで、ワークピースを加熱する。光線および気体の両方が、オリフィスを通ってノズルから出て、ワークピースの標的領域に衝突する。結果として得られるワークピースの加熱は、焦点および光線のエネルギーに依存して、ワークピースの選択された領域を、レベル気体とワークピース材料との間の任意の化学反応と組合せて、加熱、液化または気化する。この作用は、オペレーターに切断させるか、または、他の方法で、ワークピースを修飾する。
材料処理装置の特定の構成要素は、使用から経時的に劣化する。これらの「消耗」構成要素としては、プラズマアークトーチの場合は、電極、渦流型リング、ノズルおよびシールドを備える。理想的には、これらの構成要素は、当該分野で容易に置き換え可能である。それにもかかわらず、トーチ内でのこれらの構成要素の配列は、妥当な消耗寿命、ならびに、プラズマアークの位置の精度および再現性を保証することが重要であり、これは、自動化プラズマアーク切断システムにおいて重要である。
いくつかのプラズマアークトーチは、液体冷却型電極を備える。1つのこのような電極は、Hypertherm,Inc.に譲渡された米国特許第5,756,959号に記載されている。この電極は、開放端および閉鎖端を備える中空の細長本体を有する。この電極は、銅から形成され、そして、高熱電子放射能(emissivity)物質(例えば、ハフニウムまたはジルコニウム)の円筒状挿入物を備え、この挿入物は、電極の底部端のボアにプレス嵌めされる。挿入物の露出端の表面は、放射表面を規定する。しばしば、放射表面は、最初は平面である。しかし、放射表面は、最初は、Hypertherm,Inc.に譲渡された米国特許第5,464,962号に記載されるように、挿入物内の凹部を規定するような形状であり得る。いずれの場合においても、挿入物は、電極の底部端のボア内を、電極の中空の内部に配置される冷却液体の循環流れへと延びる。電極は、芯残しフライス型であり得、この中で、環状の凹部が、挿入物を囲む底部端の内側部分に形成される。身体を通って延びる円筒状の通路を規定する、中空の薄い壁の円筒状本体を有する冷却液入口管は、電極本体の中空の内側表面に近接して位置付けられる。この管は、電極の内側表面を覆って冷却液の高い流速を提供するために、間隔を空けた関係で、凹部内に延びる。
多くのプラズマアークトーチにおいて、そして、種々の作動条件下(例えば、高アンペア数切断)で、この管は、受容可能な電極の寿命を得るために、十分な冷却を提供することによって、電極から熱を除去しなければならない。冷却液管の出口が、電極の内側表面と整列していない(長手軸方向および/または半径方向に)場合、管は、挿入物を実質的に冷却しないことが経験的に決定されている。電極と整列していない冷却液管を有するトーチの繰り返し使用は、挿入物の物質をより早く摩滅させる。所望の冷却液の流れ特性を達成するために、管は、代表的には、適切な整列を達成するために、電極に関して固定された位置で固定される。電極の摩耗は、代表的には、切断の質の低下を生じる。例えば、電極の摩耗が増加するにつれ、切り口幅の寸法が増加し得るか、または、切断角が正方形でなくなり得る。このことは、適切な切断の質を達成するために、電極の頻繁な交換を必要とする。
電極および冷却液管を設置する、従来の方法に関連する耐性は、冷却液管に関して電極を位置付けることにおける固有の誤差に起因する、電極の頻繁な交換を必要とすることなく、高度に均質で、精密な許容差の部品を生成するために、システムがこのようなトーチを採用することをより困難にする。
従って、電極の寿命を維持すること、および/または、誤整列の効果を最小限にすることによって、電極の摩耗を減少することを助ける、液体冷却型プラズマアークトーチに電極および冷却液管を提供することが、本発明の主な目的である。
(発明の要旨)
本発明は、1つの局面において、電極に関する冷却液管の信頼性があり、かつ再現可能な位置づけを達成する、プラズマアークトーチのための冷却液管を提供することによって、先行技術の欠点を克服する。本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列することにおける整列誤差の減少を達成する。この冷却液管は、第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する、細長本体を有する。細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の外側部分に位置する表面を有する。
本発明は、1つの局面において、電極に関する冷却液管の信頼性があり、かつ再現可能な位置づけを達成する、プラズマアークトーチのための冷却液管を提供することによって、先行技術の欠点を克服する。本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列することにおける整列誤差の減少を達成する。この冷却液管は、第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する、細長本体を有する。細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の外側部分に位置する表面を有する。
本発明のこの局面の実施形態としては、以下の特徴が挙げられ得る。管の嵌合表面は、輪郭(contour)、線形テーパー、段(step)またはフランジを備え得る。嵌合表面は、細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し得る。この直径が拡大した本体は、可変の直径を有し得る。管の嵌合表面は、この表面が、細長本体および電極のそれぞれの長手軸を整列するように製造され得る。管の嵌合表面は、管のそれぞれの長手軸を、実質的に同心円状に、半径方向に、および/または円周方向に、電極と整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、細長本体および電極を、細長本体の長手軸の方向に沿って整列するために適合され得る。管の嵌合表面は、第1の端部と第2の端部との間の中間領域に位置し得る。管の嵌合表面は、細長本体の端部に位置し得る。
別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチのための電極を備える。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、冷却液管と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を備える。
本発明のこの局面の実施形態は、以下の特徴を備え得る。電極の嵌合表面は、輪郭、線形テーパー、段またはフランジを備え得る。嵌合表面は、細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有し得る。この直径が縮小した本体は、可変の直径を有し得る。電極の嵌合表面は、電極のそれぞれの長手軸を、実質的に同心円状に、半径方向に、および/または円周方向に、管と整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、電極の長手軸の方向に沿って管と電極の細長本体を整列するために適合され得る。
一般に、別の局面において、本発明は、トーチ本体を有するプラズマアークトーチを含む。このプラズマトーチはまた、細長本体を有する冷却液管を有する。この管の細長本体は、第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路、ならびに、細長本体の外側部分に位置する表面を有する。このトーチはまた、トーチ本体により支持される電極を有する。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、管と嵌合するように適合された細長い電極本体の内側部分に位置する表面を有する。
本発明のこの局面において、表面の少なくとも1つは、輪郭、線形テーパー、段またはフランジを有し得る。管の表面は、管の細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し得、電極の表面は、電極の細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有し得る。一体型本体の少なくとも1つは、可変の直径を有し得る。嵌合表面は、管のそれぞれの長手軸と、電極とを、実質的に同心円状に、半径方向に、および/または円周方向に整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、それぞれの長手軸の方向に沿って、管および電極を整列するために適合され得る。
一般に、なお別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチ内で、電極に関して冷却液管を位置決めする方法に関する。この方法は、電極および冷却液管の嵌合する接触表面を提供する工程、および、接触している電極および冷却液管を偏らせる工程を包含する。
電極に関して冷却液管を位置決めする方法は、冷却液の流体性力学的圧力によって管および電極を接触するように偏らせる工程を包含し得る。管および電極は、あるいは、ばね要素によって偏らせられ得る。
一般に、別の局面において、本発明は、トーチ本体を有するプラズマアークトーチを含む。このトーチはまた、第1の端部、第2の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する、細長本体を有する冷却液管を有する。このトーチはまた、トーチ本体により支持される電極を備える。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体を有する。このトーチはまた、冷却液管および電極表面を嵌合するための手段を備える。
本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する際の整列誤差の低下を達成する。この冷却液管は、第1の端部、第2の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体を有する。この細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を有する。
本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する際の整列誤差の低下を達成する。冷却液管は、第1の端部、第2の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体を有する。この細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の外側部分に位置する表面を有し、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する。
別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチのための電極を含む。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、冷却液管と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を備え、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する。
別の実施形態において、本発明は、先行技術のトーチの消耗品(例えば、冷却液管および電極)を上回る利点を提供し、先行技術においては、嵌合表面が、消耗品の適切な整列を保証するための、主な指標である。
別の実施形態において、嵌合表面の1つの側面は、例えば、トーチ本体に冷却液管および/または電極を可動性に固定する場合に、冷却液管および電極を整列する能力を増大するために、スペーサーとして働く。
本発明の上記および他の目的、局面、特徴および利点は、以下の明細書および添付の特許請求の範囲からより明らかとなる。
(例示的な実施形態の詳細な説明)
図1は、高解像度トーチ(例えば、Hypertherm,Inc.により製造されたHD−3070トーチ)における使用に適切な芯残しフライス型電極に配置された先行技術の冷却液管を例示する。電極10は、円筒状の銅本体12を有する。本体12は、電極10の中心線14に沿って延び、この中心線14は、電極が本体12の中に設置された場合、トーチと共通である。電極は、締りばめによってトーチ(図示せず)上のカソードブロック(図示せず)に交換可能に固定され得る。あるいは、電極10をカソードブロックに交換可能に固定するために、ねじ(図示せず)が電極10の頂部端16に沿って配置され得る。フランジ18は、流体封着を提供するo−リング22を受容するための、外向きに面した環状の凹部20を有する。電極の底部端24は、ほぼ平面状の端部表面26に向けてテーパー状になっている。
図1は、高解像度トーチ(例えば、Hypertherm,Inc.により製造されたHD−3070トーチ)における使用に適切な芯残しフライス型電極に配置された先行技術の冷却液管を例示する。電極10は、円筒状の銅本体12を有する。本体12は、電極10の中心線14に沿って延び、この中心線14は、電極が本体12の中に設置された場合、トーチと共通である。電極は、締りばめによってトーチ(図示せず)上のカソードブロック(図示せず)に交換可能に固定され得る。あるいは、電極10をカソードブロックに交換可能に固定するために、ねじ(図示せず)が電極10の頂部端16に沿って配置され得る。フランジ18は、流体封着を提供するo−リング22を受容するための、外向きに面した環状の凹部20を有する。電極の底部端24は、ほぼ平面状の端部表面26に向けてテーパー状になっている。
孔28は、中心線14に沿って本体12の底部端24内に穿孔する。高熱電子放射能物質(例えば、ハフニウム)から形成されたほぼ円筒状の挿入物30は、孔28内にプレスばめされる。挿入物30は、底部端24を通って、電極10の中空の内部34まで軸方向に延びる。放射表面32は、挿入物30の端部表面に沿って位置し、トーチ内のプラズマガスに露出可能である。放射表面32は、最初は平面であり得るか、または、最初は、挿入物30内の凹部を規定するような形状であり得る。
冷却液管36は、本体12の内側表面38に近接する中空の内部34および底部端24の内側表面40に配置される。管36は、中空であり、ほぼ円筒状であり、壁が厚く、そして、大きな直径の冷却液通路41を規定する。冷却液管は、ねじまたは締まりばめによってトーチ(図示せず)内に交換可能に固定され得る。一例として、Hypertherm,Inc.により販売される冷却液管は、約3〜約4mmの冷却液通路直径を有し、そして、電極の端部表面26に対向する環状の凹部44の内側表面から約1mm未満に位置し、十分な冷却を提供する。
管36は、通路41を通して冷却液の流れ42(例えば、水)を導入し、この流れが、底部端24の内側表面40を横切って、そして本体12の内側表面38に沿って循環する。電極は、底部端24の内側表面400に形成された環状の凹部44を備えるというような、芯残しフライス型である。凹部44は、冷却液に露出される電極本体の表面積を増加させ、本体12の内側表面40を横切る冷却液の流速を上げる。あるいは、電極は、環状の凹部44を規定しないというような「エンドミル型」であり得る。流れ42は、管36および本体12の内側表面38によって規定される環状の通路46を介して電極10を出る。一例として、管36が100アンペアで切断するトーチにおいて使用される場合、冷却液の流れは、1.0ガロン/分である。
電極10の耐用年数の間に、挿入物の物質は摩耗して、孔28内に増大した深さのピットを形成する。トーチの切断品質は、代表的には、挿入物の摩耗と関連して低下する。挿入物30が十分な深さのピットを形成した場合、ブローアウト状態が生じる。電極10の底部端24の内側表面40に対する管36の接近性に起因して、アークは、ブローアウト状態の間に、管に付着し得る。管36は、アークにより損傷を受け、交換が必要となる。切断の質の低下および/またはブローアウトを防ぐために、操作者は代表的に、頻繁な間隔で電極を交換する。さらに、プラズマアークトーチシステムの製造業者は、一般に、ブローアウトの可能性を最小限にするために、特定の挿入物の摩耗レベルでの交換を推奨する。
挿入物30の表面を横切る冷却液の流れ42は、挿入物に関する冷却液管の配置により影響を受け、従って、電極に関する冷却液管の配置により影響を受ける。冷却液管の出口が、電極10の内側表面40に関して誤って(例えば、長手軸方向および/または半径方向に)配置されている場合、管36により運ばれる冷却液42は、挿入物30を十分に冷却しない。電極10に関して誤って配置された冷却液管を有するトーチの繰り返しの使用は、経験的に、挿入物をより早く摩耗させると判断されている。
図2Aおよび2Bは、本発明の原理を組み込んだ冷却液管136の1つの実施形態を例示する。管136は、第1の端部154および第2の端部256を備える細長本体152を有し、中心線または長手軸146を規定する。冷却液通路141は、細長本体152を通って延びる。管136の第1の端部154は、通路141と流体連絡する第1の開口210を有する。第2の端部156は、通路141と流体連絡する第2の開口206を有する。本発明の1つの局面に従って、管136は、細長本体152の外側表面162に位置する、嵌合表面160を有する。嵌合表面160は、プラズマトーチの電極の対応する嵌合表面と嵌合するように設計される。
嵌合表面160は、冷却液管136の長手軸146と、図3の電極100の長手軸114のような長手軸との信頼性があり、かつ再現性のある整列を可能にするように設計される。嵌合表面は、冷却液管136および電極のそれぞれの長手軸を整列し得、その結果、長手軸は、少なくとも実質的に同心円状に整列される。さらに、または代替的には、嵌合表面は、冷却液管136および電極のそれぞれの長手軸を整列し得、その結果、冷却液管136および電極は、少なくとも実質的に円周方向に整列され、それによって、電極に関する冷却液管136の優先的な整列を企図する。
冷却液管が、トーチ本体または電極に強固に取り付けられる必要はない。従って、冷却液管136がトーチ本体または電極に強固に取り付けられていない本発明の実施形態において、いくつかの最小限の受容可能な誤整列が、冷却液管136および電極のそれぞれの長手軸の間で生じ得る。
管136は、トーチ本体内に交換可能に位置し得る(図11を参照のこと)。管136の本体152は、o−リング174を受容するための外側に面した環状の凹部172を有するフランジ170を有する。o−リング174は、トーチ本体に流体封着を提供する(図11を参照のこと)が、一般には、管136の本体152の縦方向長さに沿って管136の移動を可能にする。
本発明のこの局面において、管136の嵌合表面160は、管136の細長本体152の外側表面162の周りに分布する、3つのフランジ166a、166bおよび166c(一般に、166)を有する。フランジ166は、外側表面162の周りに等しく間隔を空けて配置される。他の実施形態において、フランジ166は、任意の数、形状であり得るか、または、表面160が電極の嵌合表面と嵌合することを可能にし得るような他の方法で外側の周りに間隔を空けて配置され得る。表面160、フランジ166および/またはその部分は、例えば、管136を機械加工または鋳造することによって、冷却液管135の一体になった部分として形成され得る。あるいは、表面160、フランジ166および/またはその部分は、管136とは別に製造されて、組み立てられるか、または、例えば、適切な接着剤もしくは機械式ファスナーによって管に取り付けられ得る。
図3は、本発明の原理を組み込んだ電極110の1つの実施形態を例示する。電極110は、ほぼ円筒状の細長い銅本体112を有する。本体112は一般に、電極110の中心線または長手軸114に沿って延び、この中心線または長手軸は、この電極110が本体112の中に設置された場合、トーチ(図示せず)と共通である。電極110の頂部端116に沿って配置されたねじ176は、トーチ(図示せず)のカソードブロック(図示せず)内に電極110を交換可能に固定し得る。フランジ118は、トーチ本体(図示せず)に流体封着を提供するo−リング122を受容するための、外側に面した環状の凹部120を有する。
穿孔穴または孔128は、中心線114に沿った電極本体112の底部端124に位置する。高熱電子放射物質(例えば、ハフニウム)から形成された、ほぼ円筒状の挿入物130は、孔128内にプレスばめされる。挿入物130は、電極110の中空の内部134に向かって軸方向に延びる。放射表面132は、内部130の端部面に沿って位置し、そしてトーチ内のプラズマガスに露出可能である。電極は、底部端124の内側表面140内に形成された環状の凹部144を備えるというような、芯残しフライス型である。凹部144は、冷却液に露出された電極本体の表面積を増加させ、本体112の内側表面140を横切る冷却液の流速を上げる。あるいは、電極は、環状の凹部144を規定しないというような、エンドミル型であり得る。
表面164は、電極本体112の内側表面138上に提供され、そして、この表面164は、図2Aの冷却液管136の表面160のような、対応する表面と嵌合するように適合される。電極110の表面164は、機械加工することによってか、あるいは、適切な機械加工プロセスによって、内側表面138上に形成され得る。
図4Aおよび4Bに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管136の表面160は、4つの球状要素208a、208b、208cおよび208d(一般に、208)を有する。4つの要素208は、プラズマアークトーチ電極の表面と嵌合するように適合される。あるいは、この要素の形状は、電極の対応する表面と嵌合すること、そして、電極の適切な冷却を促進することと適合可能な、任意の幾何学形状(例えば、楕円形、菱形形状、または円筒状)であり得る。
図5Aおよび5Bに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管136の表面160は、管136の第2の端部156に位置する複数のスロット210を有する。スロット232は、冷却液を通路141から流れさせるように適合される。この実施形態において、管136の第2の端部156は、図3の電極110の内側表面218のような、電極壁の内側表面と接触する。スロット232は、電極110の内側表面140を横切る適切な冷却液の流れを可能にする。
図6Aおよび6Bに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管136の表面160は、管136の本体152と比較して直径が拡大した本体212を有する。本体212は、管136の本体152の長さに沿って配向された4つの溝214を有する。直径が拡大した本体212は、プラズマアークトーチ電極の表面と嵌合するように適合される。
図7Aおよび7Bに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管136の表面160は、線形テーパーを有する輪郭を有する。線形テーパーは、第1の端部154から第2の端部156に向かって直径が減少している。表面160の輪郭は、図10の電極110の内側表面138の表面214のように、電極の内側表面と嵌合するように適合される。
図10に例示されるような本発明の代替的な実施形態において、電極110の内側表面138の表面164は、図7Aの冷却液管136のような、冷却液管の表面160と嵌合するように適合された、線形テーパーを有する輪郭を有する。
図8Aおよび8Bに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管136は、2つの表面160aおよび160bを有する。表面160aおよび160bは、プラズマアークトーチの電極の対応する表面と嵌合するように適合される。表面160aは、管136の本体152の外径の周りに等間隔に配置された4つのフランジ166a、166b、166cおよび166dを有する。表面160bは、管136の本体152の外径の周りに等間隔に配置された4つのフランジ166e、166f、166gおよび166h(図示せず)を有する。
図9Aおよび9Bに例示されるような本発明の別の実施形態において、冷却液管136は、管136の本体152の内側表面250に位置する表面160を有する。表面160は、図3の電極110の内側表面140のような、内側表面と嵌合するように適合される。表面160は、管136の本体152の内径の周りに等間隔に配置された4つのフランジ240を有する。フランジ240は、プラズマアークトーチ内に位置する場合、電極110の内側表面140と接触する。一例として、電極110は、プラズマアークトーチの本体内に固定され得、その結果、電極110の内側表面140が、表面160および管136のフランジ240と嵌合し、それにより、管136および電極110のそれぞれの長手軸を整列し、電極110に関する管136の動きを制限する。
図11は、本発明を実施するために利用され得る高解像度プラズマアークトーチ180の一部を示す。トーチ180は、電気接続部、流体冷却するための通路、およびアーク制御流体を備える、ほぼ円筒状の本体182を有する。アノードブロック184は、本体182内に固定される。ノズル186は、アノードブロック184内に固定され、そして、中央通路188および出口通路190を有し、ここを通って、アークがワークピース(図示せず)に移動し得る。図3の電極110のような電極は、ノズル186に関して間隔を空けた関係でカソードブロック192内に固定され、プラズマチャンバ194を規定する。渦流型リング196から供給されるプラズマガスは、プラズマチャンバ194内でイオン化されて、アークを形成する。水冷キャップ198は、アノードブロック184の下側端上でねじ切りされ、そして、二次キャップ200が、トーチ本体182上でねじ切りされる。二次キャップ200は、穿孔操作または切断操作の間に、ねばねばした物質に対して機械的な遮蔽として機能する。
図2Aの冷却液管136のような冷却液管は、電極110の中空の内部134内に配置される。管136は、電極110がトーチ180内に設置される場合に、電極110およびトーチ180の中心線または長手軸202に沿って延びる。管136は、カソードブロック192内に位置し、その結果、管136は、トーチ180の長手軸202の方向に沿ってほぼ自由に移動する。管136の頂部端204は、冷却液供給源(図示せず)と流体連絡する。冷却液の流れは、通路141を通って流れ、管136の第2の端部156に一する開口206を出る。冷却液は、電極110の底部端124の内側表面140に衝突し、電極本体112の内側表面138に沿って循環する。冷却液の流れは、管136および電極の内側表面138により規定される環状の通路134を介して電極110を出る。
本発明のこの実施形態において冷却液管136はカソードブロック180に強固に固定されていないので、操作の際に、冷却液流体の流れまたは流体静力学的圧力は、管136を電極110の底部端124に向けて偏らせるように機能する。あるいは、ばね要素(例えば、線形ばねまたは板ばね)を使用して、管136を電極110に向けて偏らせ得る。あるいは、電極110は、管136の表面160および電極110の表面164が互いに嵌合し、それにより表面160および164を一緒に偏らせるまで、トーチ本体内にねじ切りされ得る。冷却液管136は、管本体152の外側表面162に位置する表面160を有する。表面160は、電極本体112の内側表面138に位置する表面164と嵌合するように適合される。管136の表面160および電極110の表面164は、互いに嵌合して、トーチの操作の間に、電極110に関して管136の位置を整列する。管136および電極110は、本発明のこの局面においては、長手軸方向、および半径方向に整列される。
本明細書中に記載されるもののバリエーション、改変および他の実行が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者により考えられる。従って、本発明は、上述の例示的な説明によってのみ規定されるべきでない。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点、ならびに、本発明自体は、添付の図面(不必要に縮尺拡大されていない)と一緒に読めば、上記の例示的な説明からより完全に理解される。
図1は、芯残しフライス型電極内に配置された先行技術の冷却液管の断面図である。
図2Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の断面図である。
図2Bは、図2Aの冷却液管の端面図である。
図3は、本発明の例示的な実施形態に従う、電極の断面図である。
図4Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図4Bは、図4Aの冷却液管の端面図である。
図5Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図5Bは、図5Aの冷却液管の端面図である。
図6Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図6Bは、図6Aの冷却液管の端面図である。
図7Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図7Bは、図7Aの冷却液管の端面図である。
図8Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図8Bは、図8Aの冷却液管の端面図である。
図9Aは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
図9Bは、図9Aの冷却液管の端面図である。
図10は、本発明の例示的な実施形態に従う、電極の模式的な側面図である。
図11は、本発明の冷却液管および電極を組み込んだ、プラズマアークトーチの部分断面図である。
Claims (45)
- プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下:
第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体であって、該細長本体は、トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体;ならびに
電極と嵌合し、かつ該細長本体の長手軸方向に沿って該電極を整列するように適合された該細長本体の外側部分に位置する表面
とを備える、冷却液管。 - 前記表面が、輪郭、段またはフランジのうち少なくとも1つ以上を備える、請求項1に記載の管。
- 前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項2に記載の管。
- 前記表面が、前記細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有する、請求項1に記載の管。
- 前記直径が拡大した本体が、可変の直径を有する、請求項4に記載の管。
- 前記表面が、前記細長本体および電極のそれぞれの長手軸を整列するように適合されている、請求項1に記載の管。
- 前記長手軸が、実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも1つ以上である、請求項6に記載の管。
- 前記表面が、前記第1の端部と前記第2の端部との間の領域に位置する、請求項1に記載の管。
- 前記表面が、前記細長本体の端部に位置する、請求項1に記載の管。
- プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;ならびに
冷却液管と嵌合し、該冷却液管の長手軸方向に沿って該冷却液管を整列するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面
を備え、
該冷却液管は、トーチ本体に強固には取り付けられない、
電極。 - 前記表面は、輪郭、段またはフランジのうち少なくとも1つ以上を備える、請求項10に記載の電極。
- 前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項11に記載の電極。
- 前記表面が、前記細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有する、請求項10に記載の電極。
- 前記直径が縮小した本体が、可変の直径を有する、請求項13に記載の電極。
- 前記表面が、前記細長本体および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合されている、請求項10に記載の電極。
- 前記長手軸が、実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも1つ以上である、請求項15に記載の電極。
- プラズマアークトーチであって、以下:
トーチ本体;
冷却液管であって、該冷却液管は、第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体、ならびに該細長本体の外側部分に位置する表面を備え、ここで、該細長本体は該トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体;ならびに
該トーチ本体により支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに該管と嵌合し、該管を該管の長手軸方向に沿って整列するように適合された細長い電極本体の内側部分に位置する表面を備える、電極
を備える、プラズマアークトーチ。 - 前記表面のうちの少なくとも1つが、輪郭、段またはフランジのうちの少なくとも1つ以上を備える、請求項17に記載のトーチ。
- 前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項18に記載のトーチ。
- 前記管の表面が、該管の細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し、そして、前記電極の表面が、該電極の細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有する、請求項17に記載のトーチ。
- 前記一体になった本体の少なくとも1つが、可変の直径を有する、請求項20に記載のトーチ。
- 前記表面が、前記電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合される、請求項17に記載のトーチ。
- 前記長手軸が、実質的に同心円状に整列されるか、半径方向に整列されるか、または円周方向に整列されるかのうちの少なくとも1つ以上である、請求項17に記載のトーチ。
- プラズマアークトーチ内の電極に関して冷却液管を配置する方法であって、該方法は、以下:
該電極および該冷却液管の嵌合する接触表面を提供する工程;ならびに
該電極および該冷却液管を接触するように偏らせる工程であって、該冷却液管の第2の端部における開口は、該電極の内側表面と接触しない、工程
を包含する、方法。 - 前記偏らせる工程が、冷却液の流体静力学的圧力によりもたらされる、請求項24に記載の方法。
- 前記偏らせる工程が、ばね要素によりもたらされる、請求項24に記載の方法。
- 前記偏らせる工程が、前記トーチ内に前記電極を通すことによってもたらされる、請求項26に記載の方法。
- プラズマアークトーチであって、以下:
トーチ本体;
該トーチ本体により支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体を備える、電極;
冷却液管であって、該管は、第1の端部、第2の端部を有する細長本体、およびそこを通って延びる冷却液通路を備え、ここで、該細長本体は、該トーチ本体に強固には取り付けられない、冷却液管;ならびに
該冷却液管および該電極の嵌合表面を、該管の長手軸方向に沿って整列するための手段
を備える、プラズマアークトーチ。 - 前記整列するための手段が、前記電極の内側表面上に嵌合表面を備える、請求項28に記載のトーチ。
- 前記整列するための手段が、前記管の外側表面上に嵌合表面を備える、請求項28に記載のトーチ。
- 前記整列するための手段が、前記冷却液管の内側表面上に嵌合表面を備える、請求項28に記載のトーチ。
- プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下:
第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体であって、該細長本体は、トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体;ならびに
(a)電極と嵌合し、そして、(b)該電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を、該それぞれの長手軸に沿って整列するように適合された、該細長本体の外側部分に位置する表面
を備える、冷却液管。 - プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;ならびに
(a)冷却液管と嵌合し、そして、(b)該電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合された、該細長本体の内側部分に位置する表面
を備える、電極。 - プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下:
第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体;ならびに
電極と嵌合するように適合された該細長本体の内側部分に位置する表面
を備える、冷却液管。 - プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;および
該細長本体の該2つの端部の間の、該細長本体の内側部分に位置する表面であって、該表面は、(a)冷却液管と嵌合し、そして、(b)該電極および冷却液管それぞれの長手軸を整列するように適合された、表面
を備える、電極。 - プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;および
該本体の内側表面であって、該表面は、輪郭、段またはフランジのうちの1つ以上を備え、そして冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、該本体の長手軸に沿って実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも1つ以上であるように適合される、内側表面、
を備える、電極。 - 前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項36に記載の電極。
- 前記表面は、前記本体の長手軸を、前記冷却液管の長手軸と整列させるように適合される、請求項36に記載の電極。
- 前記表面は、前記本体の2つの端部の間に位置する、請求項36に記載の電極。
- 前記表面は、前記冷却液管に対する前記電極の動きを制限する、請求項36に記載の電極。
- プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;および
該本体の内側表面上に位置する少なくとも1つの輪郭、段またはフランジであって、該輪郭、段またはフランジは、冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、そして該嵌合表面と実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも1つ以上である、少なくとも1つの輪郭、段またはフランジ
を備える、電極。 - プラズマアークトーチであって、以下:
本体;
冷却液管であって、該管は、第1の端部、第2の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体、ならびに該細長本体の外側部分上に位置する表面を備える、冷却液管と;
該トーチ本体によって支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端、ならびに内側表面を有する中空の細長本体を備え、該細長本体の内側表面は、1つ以上の輪郭、段またはフランジを備え、そして該冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、該本体の長手軸に沿って実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも1つ以上であるように適合される、電極、
を備える、プラズマアークトーチ。 - プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;ならびに
該細長本体の2つの端部の間の該細長本体の内側部分上に位置する表面であって、該表面は、冷却液管と嵌合するため、該電極および該冷却液管のそれぞれの長手軸を整列させるため、ならびに該冷却液管に対する該電極の動きを制限するためのものである、表面、
を備える、電極。 - プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下:
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体;ならびに
該細長本体の2つの端部の間の該細長本体の内側部分上に位置する表面であって、該表面は、プラズマアークトーチにおける対応する嵌合表面と勘合するため、該電極および構成要素のそれぞれの長手軸を整列するため、ならびに該構成要素に対する該電極の動きを制限するためのものである、表面、
を備える、電極。 - 前記嵌合表面は、冷却液管の嵌合表面である、請求項44に記載の電極。
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