JP2007111714A - トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】ガストーチやプラズマトーチに於けるガスの供給系に電磁弁機構を構成する。
【解決手段】トーチＡは、供給されたガスを先端から被加工材に向けて噴射して目的の加工を行うトーチであって、トーチ本体１に設けられたガス接続部３と、直線状に貫通したガスの通孔１１ｂを有し一方側にガス接続部３に接続されるねじ部１１ｃを形成すると共に他方側にノズル１７を形成した基体１１と、ノズル１７側に装着され軸心１１ａと一致した軸心１２ｄに沿って貫通した流路１６を有しターミナル２２を接続するねじ部１２ｆを形成したコア１２と、流路１６に摺動可能に配置されたプランジャ１３と、プランジャ１３をノズル１７を遮蔽するように付勢するばね１４と、コア１２に嵌装されプランジャ１３をノズル１７から離隔するように駆動するコイル１５と、からなる電磁弁機構Ｂを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマトーチやガストーチ等のように、供給されたガスを先端に取り付けたノズルや火口から被加工材に向けて噴射することで目的の加工を行うトーチに関するものである。

プラズマトーチは、電極とノズルとで構成された空間にガスを供給し、電極とノズルとの間で放電させてプラズマ化させたプラズマジェットをノズルから被加工材に向けて噴射させることで、切断や溶接等の加工を行うものである。またガストーチは、先端に取り付けた火口に燃料ガスと予熱酸素を供給して燃焼させた火炎によって被加工材を加熱して溶接し、或いは被加工材の加熱部位に切断酸素を噴射して切断するものである。

上記の如きトーチは、手動操作される小型の走行台車や、自動制御される大型の走行台車に搭載されて使用される。手動操作される走行台車に搭載された場合、トーチに対するガスの供給，遮断操作も手動で行われる。また自動制御される走行台車に搭載された場合、ガスの供給，遮断はフレームに配置された電磁弁の制御によって行われる。

特に、トーチがガス切断トーチ、或いはプラズマ切断トーチであり、これらの切断トーチがレールに沿って走行するフレームを有する数値制御（ＮＣ）切断装置に搭載されたものであるような場合、切断トーチはフレームに横行可能に配置されたキャリッジに搭載されており、この切断トーチに対するガスの供給を制御する電磁弁はフレーム或いはキャリッジに固定され、切断トーチと電磁弁の間をホースで接続しているのが一般的である。

上記装置では、電磁弁の下流側にホースの内径及びトーチのガス通路の内径とこれらを加えた長さからなる空間が構成されることとなり、電磁弁を開放した後、ガスが前記空間を通ってトーチの先端に設けた火口或いはノズルに到達するまでに時間がかかる。このため、電磁弁を開閉するタイミングをホースの長さ等を考慮して設定することが行われている。

上記の如く、トーチと電磁弁との間の距離が長くなった場合、実際にトーチからガスを噴射すべき時点と電磁弁を開放すべき時点との間に時間差を設けることが必要となり、電磁弁の制御タイミングの設定が煩雑になるという問題がある。

特に、トーチがプラズマ切断トーチであるような場合、該プラズマ切断トーチに装着した電極はプラズマアークを形成する毎に消耗するが、電極に対する通電を停止してプラズマアークを消火する際に該電極の周辺に酸化性ガスの供給が継続している場合、消耗度合いが大きくなる。電磁弁から電極に至るガス通路の容積が大きいと該通路内部の圧力が大気圧まで下降するのに時間がかかり、電極の周辺にいつまでも酸化性ガスが供給された状態となってしまうという問題がある。

上記問題を解決するために、電磁弁を直接トーチに取り付けてしまうことが好ましいが、従来の電磁弁は、ガスの流通方向とガスの流通及び遮断を制御する制御機能の設置方向が直交しているため、トーチに直接取り付けることができないという問題がある。

本発明の目的は、ガスの供給系に電磁弁機構を取り付けたトーチ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トーチは、供給されたガスを先端から被加工材に向けて噴射して目的の加工を行うトーチであって、トーチ本体に設けられたガス接続部と、直線状に貫通したガスの通孔を有し該通孔の一方側に前記ガス接続部に接続される接続部を形成すると共に他方側にノズルを形成した基体と、前記基体のノズル側に装着され前記基体に設けた通孔の軸心と一致した軸心に沿って貫通したガスの流路を有し該流路のノズルとは反対側にガスを供給する供給部材を接続する接続部を形成したコアと、前記コアに形成された流路に摺動可能に配置されたプランジャと、前記プランジャを基体に形成されたノズルを遮蔽するように付勢する付勢部材と、前記コアに嵌装され前記プランジャを基体に形成されたノズルから離隔するように駆動するコイルと、からなる電磁弁機構を有して構成されたものである。

本発明に係るトーチでは、トーチ本体に設けたガス接続部に、基体を接続すると共に該基体に内部に摺動可能にプランジャを配置し外周にコイルを嵌装したコアを接続することによって、これらの基体とコアを貫通したガスの流路を構成することができる。このため、ガスの流路から直交する方向に突起した突起物をなくして電磁弁機構を設けたトーチを構成することができる。

このため、本発明のトーチでは、トーチ本体に電磁弁機構を設けたことにより、該電磁弁機構の開閉に伴うガスが火口やノズルから噴射，遮断する際の応答時間を短くすることが可能となり、被加工材に対するガスの噴射タイミングと電磁弁機構の制御タイミングとの設定が容易となる。

特に、トーチがプラズマ切断トーチであるような場合、ガスの遮断操作をした後、電極の周辺に流れる酸化性ガスの量や時間を短くすることが可能となり、電極に対する通電の停止とのタイミングの調整が容易になる。このため、電極の消耗を軽減させることができる。

更に、電磁弁機構と火口或いはノズルまでのガス通路の容積が小さくなるため、加工が終了してガスの流通を遮断したとき、大気中に無駄に排出されるガスの量を小さくすることが可能となり、コストを軽減することができる。

以下、本発明に係るトーチの最も好ましい実施形態について説明する。本発明のトーチは、トーチ本体に設けたガス接続部に、基体とコア，プランジャ，コイルからなる電磁弁機構を直接接続して構成することで、電磁弁機構の下流側に於けるガス流路の容積を小さくし、これにより、電磁弁機構の制御に対するガスの噴射及び遮断の応答時間を短縮することを可能としたものである。

本発明に於いて、トーチとしてはガスの供給を受けて目的の作業を行うようにしたものであれば良く、供給すべきガスを限定するものではない。このようなトーチとしては、例えば、トーチ本体の先端に取り付けた溶接火口に対し燃料ガスや支燃ガスを供給して火炎を形成し、この火炎によって被加工材を溶融させて溶接するガス溶接トーチや、トーチの先端に取り付けた切断火口に対し燃料ガスや支燃ガス及び切断酸素を供給し、燃料ガスと支燃ガスとを燃焼させた火炎によって被切断材を予熱し、その後、切断酸素を噴射して切断するガス切断トーチがある。またトーチ本体に装着した電極の周囲に窒素を供給し、電極とノズルとの間及びは電極と被加工材との間で通電させてプラズマアークを形成し、このプラズマアークによって被加工材を溶融させて溶接するプラズマ溶接トーチや、電極の周囲に酸素を供給し、この酸素をプラズマ化してノズルから被加工材に向けて噴射することで、被加工材を切断するプラズマ切断トーチがある。

本発明のトーチは上記何れのトーチであっても良く、対象となるガスとしては、ガス溶接トーチ，ガス切断トーチに於ける燃料ガス、支燃ガス及び切断酸素があり、これらの全ての接続部に、或いは選択された接続部に構成することが可能である。またプラズマ溶接トーチ，プラズマ切断トーチに於ける窒素や酸素或いは空気等のプラズマガスがあり、更に、プラズマアークの周囲に供給する二次気流，三次気流を構成する酸素や空気等のシールドガスがあり、これらの全ての接続部に、或いは選択された接続部に構成することが可能である。

トーチのガス接続部に接続される電磁弁機構は、基体と該基体に装着されたコアを貫通させてガスの流路を形成することで、略直線状のガス流路を構成し、この流路にノズル及び該ノズルを遮蔽，開放するプランジャを配置し、且つコアの外周にプランジャをノズルから離隔させるコイルを装着することによって、流路から交叉する方向に突起する突起物をなくしてガスの遮断及び流通を行えるように構成されている。

従って、本発明のトーチでは、あたかもガスが流通するホース或いは配管の一部が太くなった程度の形状でガスの流通及び遮断を制御することが可能となり、配管系全体の容積を大きくすることがない。このため、トーチに於けるガス供給側の寸法を大きくすることなく、簡単な構造でガス噴射の応答時間を短縮することが可能となる。

以下、本実施例に係る電磁弁機構の構成について図を用いて説明する。図１はトーチの構成を説明する図である。図２はトーチのガス接続部に接続した電磁弁機構の構成を説明する断面図である。図３は基体の構成を説明する図である。図４はコアの構成を説明する図である。

図１に示すトーチＡはプラズマ切断トーチとして構成されている。このプラズマ切断トーチには、トーチ本体１の先端にプラズマアークを噴射するノズル２が着脱可能に取り付けられており、該ノズル２の内部に図示しない電極が着脱可能に取り付けられている。またトーチ本体１の上端には、電極の周囲にプラズマガスを供給するためのガス接続部３が設けられると共に、電極及びノズル２を冷却する冷却水の供給及び排出を行うための冷却水接続部４ａ，４ｂが設けられている。更に、トーチ本体１の上端側には、電極に通電するためのケーブル（図示せず）、及びノズル２に通電するためのケーブル（図示せず）が夫々接続し得るように構成されている。

トーチＡを構成するトーチ本体１の上端部に設けたガス接続部３に電磁弁機構Ｂが構成されている。また電磁弁機構Ｂは、トーチ本体１の上端側に設けたトーチカバー５によって保護されている。更に、電磁弁機構Ｂにはホース６が接続されており、該ホース６が図示しないプラズマガスの供給源に接続されることで、トーチＡに取り付けた電極の周囲にプラズマガスを供給し得るように構成されている。

次に、電磁弁機構Ｂの構成について図２〜図４により説明する。電磁弁機構Ｂは、基体１１と、基体１１に装着されたコア１２と、コア１２の内部に配置されたプランジャ１３と、プランジャ１３を付勢する付勢部材１４と、プランジャ１３を吸引するコイル１５と、を有して構成されている。そして基体１１とコア１２を貫通して流路１６が形成されている。

基体１１の中心軸１１ａに一致して且つ該基体１１を貫通して流路１６の一部を構成する通孔１１ｂが形成されている。また基体１１の一方側の面（図に於ける上側の面）には中心軸１１ａ、通孔１１ｂと一致してノズル１７が形成されており、該ノズル１７と同一軸心上に且つノズル１７よりも高くリング状の突起１８が形成されている。この突起１８の外周面にはねじ部１８ａが形成され、且つ端面にはリング状の溝が形成され、該溝にＯリング１９が嵌装されている。

基体１１を貫通して形成された通孔１１ｂのノズル１７とは反対側の面には、トーチ本体１に設けたガス接続部３に接続される接続部となるねじ部１１ｃが形成されている。このねじ部１１ｃには袋ナット２０ａを有する継手２０が接続されており、この継手２０の袋ナット２０ａを前記ガス接続部３に締結することで、基体１１をトーチ本体１のガス接続部３に接続している。

コア１２は、内部にプランジャ１３を配置してナット部材２１によって基体１１に形成された突起１８に固定され、該突起１８の内部空間と共に流路１６の一部を構成するものである。また外周にはコイル１５が嵌装されており、該コイル１５に通電することで、内部に配置したプランジャ１３を吸着して摺動させ、これにより、プラズマ１３をノズル１７から離隔させるように構成されている。

このため、コア１２は、コア本体１２ａと、該コア本体１２ａに一体的に取り付けられ端部にフランジ１２ｃが形成されたスリーブ１２ｂとからなり、コア１２の中心軸１２ｄに一致して且つコア本体１２ａを貫通して通孔１２ｅが形成されている。従って、コア１２には中心軸１２ｄと一致して、スリーブ１２ｂの内部空間と、コア本体１２ａの通孔１２ｅが連続して形成されることとなり、これらの空間が流路１６の一部を構成している。

またスリーブ１２ｂの端部に設けたフランジ１２ｃは、基体１１に形成された突起１８の端面に取り付けたＯリング１９の径よりも大きく且つ突起１８の外径よりも小さい外径寸法を有している。

コア本体１２ａに形成された通孔１２ｅのスリーブ１２ｂとは反対側の面には、プラズマガスの供給源に接続されたホース６を接続する接続部となるねじ部１２ｆが形成されている。このねじ部１２ｆにはターミナル２２が接続されており、該ターミナル２２にホース６を締結することで、図示しないプラズマガスの供給源とトーチＡが接続されている。

ナット部材２１はコア１２を基体１１に固定する機能を有するものである。このため、ナット部材２１の中心にはコア１２を嵌合するための穴２１ａが形成されており、内周面には基体１１に形成された突起１８のねじ１８ａと螺合するねじ２１ｂが形成されている。

プランジャ１３はコア１２のスリーブ１２ｂの内部に中心軸１２ｄに沿って摺動可能に配置され、付勢部材となるばね１４に付勢されてノズル１７を遮蔽し、コイル１５に対する通電に伴ってノズル１７から離隔して基体１１を貫通して形成された通孔１１ｂとスリーブ１２ｂの内部に形成された空間及びコア本体１２ａに形成された通孔１２ｅを連通させて流路１６を構成するものである。

このため、プランジャ１３は、コア１２を構成するコア本体１２ａのスリーブ１２ｂ側の端面とノズル１７との間の距離よりも僅かに短い長さを有し、且つスリーブ１２ｂの内径と略等しい外径を有している。またプランジャ１３のノズル１７と当接する部位にはシート２３が設けられており、シート２３が設けられた側の端部にばね１４と係合するフランジ１３ａ形成され、外周には長手方向の全長にわたって流路１６の一部を構成するスリット１３ｂが形成されている。

コイル１５には中心にコア１２を嵌合する穴が形成されており、該コア１２を嵌合した状態でカバー２４を装着し、更に、スナップリング２５を利用してコア１２に固定されている。そして図示しない制御部から通電されたとき、プランジャ１３を吸着し得るように構成されている。

本実施例に於いて、基体１１、カバー２４の外径は約２０ｍｍに設定されている。この太さはホース６の外径（約１８ｍｍ）と比較して特別に太いとはいえず、充分にトーチカバー５の内部空間に収容して保護することが可能である。

特に、流路１６が基体１１及びコア１２の長手方向を貫通して構成され、コア１２、プランジャ１３が流路１６に沿った方向に構成されるため、流路１６を基準としてみたとき、該流路１６から交叉する方向に突出する突起物が存在しない。このため、配管系の一部を僅かに太くすることによって流通するガスの遮断及び流通を制御する機能を発揮することが可能となる。

上記の如く構成された電磁弁機構Ｂでは、通常プランジャ１３はばね１４に付勢されてノズル１７に圧接して基体１１の通孔１１ｂを閉鎖している。従って、流路１６を構成する通孔１１ｂとコア１２の内部空間及び通孔１２ｅとが連通することなく遮断され、プラズマガスの流通が阻止される。そしてコイル１５に通電すると、プランジャ１３が吸引されてノズル１７から離隔し、基体１１の通孔１１ｂとコア１２の内部空間及び通孔１２ｅとが連通して貫通した流路１６が構成され、これに伴ってプラズマガスの流通が可能となる。

従って、トーチ本体１１のガス接続部３に継手２０を締結して電磁弁機構Ｂを接続したトーチＡでは、コア１２のねじ部１２ｆにターミナル２２を接続すると共に該ターミナル２２にホース６を接続し、該ホース６を介して図示しないプラズマガスの供給源と接続してプラズマガスの供給を開始すると、コイル１５に通電していない状態では、コア本体１２ｂ側から供給されたプラズマガスはコア１２の内部を通って基体１１の突起１８の内部空間まで到達するが、トーチＡに供給されることはなく遮断された状態を維持する。

そして、コイル１５に通電すると、プランジャ１３がノズル１７から離隔してコア１２から基体１１にかけて連続した流路１６が形成され、コア１２側から供給されたプラズマガスは基体１１からガス接続部３を経てトーチＡに供給される。

上記の如く構成されたトーチＡでは、配管系の一部を僅かに太くすることによって、特別な突起部分をなくしてガスの供給、遮断を制御することが可能となる。このため、配管系の容積を小さくして小型化をはかることが可能となり有利である。

特に、トーチＡがプラズマトーチである場合、プラズマガスの供給配管を本発明のように構成することによって、電磁弁機構Ｂから電極までの間のガス通路の容積を極めて小さくすることが可能となり、コイル１５に対する通電と、電極の周囲に対するプラズマガスの流れの増減のタイミングとの時間差が小さくなり、加工の制御を容易に行うことが可能となり有利である。

トーチの構成を説明する図である。 トーチのガス接続部に接続した電磁弁機構の構成を説明する断面図である。 基体の構成を説明する図である。 コアの構成を説明する図である。

符号の説明

Ａ トーチ
Ｂ 電磁弁機構
１ トーチ本体
２ ノズル
３ ガス接続部
４ａ，４ｂ 冷却水接続部
５ トーチカバー
６ ホース
１１ 基体
１１ａ 中心軸
１１ｂ 通孔
１１ｃ ねじ部
１２ コア
１２ａ コア本体
１２ｂ スリーブ
１２ｃ フランジ
１２ｄ 中心軸
１２ｅ 通孔
１２ｆ ねじ部
１３ プランジャ
１３ａ フランジ
１３ｂ スリット
１４ 付勢部材、ばね
１５ コイル
１６ 流路
１７ ノズル
１８ 突起
１８ａ ねじ部
１９ Ｏリング
２０ 継手
２０ａ 袋ナット
２１ ナット部材
２１ａ 穴
２１ｂ ねじ
２２ ターミナル
２３ シート
２４ カバー
２５ スナップリング

Claims (1)

1. 供給されたガスを先端から被加工材に向けて噴射して目的の加工を行うトーチであって、トーチ本体に設けられたガス接続部と、直線状に貫通したガスの通孔を有し該通孔の一方側に前記ガス接続部に接続される接続部を形成すると共に他方側にノズルを形成した基体と、前記基体のノズル側に装着され前記基体に設けた通孔の軸心と一致した軸心に沿って貫通したガスの流路を有し該流路のノズルとは反対側にガスを供給する供給部材を接続する接続部を形成したコアと、前記コアに形成された流路に摺動可能に配置されたプランジャと、前記プランジャを基体に形成されたノズルを遮蔽するように付勢する付勢部材と、前記コアに嵌装され前記プランジャを基体に形成されたノズルから離隔するように駆動するコイルと、からなる電磁弁機構を有することを特徴とするトーチ。
   

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