JP2007180028A - プラズマアークトーチ、並びにプラズマアークトーチの組立及び分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗品の交換が容易なプラズマアークトーチ、並びにプラズマアークトーチの組立及び分解方法の提供。
【解決手段】トーチの組立及び分解は、トーチ本体部アセンブリから一体として取外し可能であると共に一体として交換可能である結合ユニットとして、ノズル保持カップアセンブリ７８，８０及びノズル１２２を備え、電極へのアクセスを容易にする。次いでこのユニットは、電極の交換後、単一工程でトーチに再び設置することができる。ユニットをトーチに設置する前のユニット予組立てを容易にするため、組立て治具１４０が用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマアークトーチに関し、また、かかるトーチを組立及び分解する方法に関するものである。

プラズマアークトーチは、作動される際に、加工物につく電気アークを放射する電極を支持するトーチ本体部アセンブリと、加工物に向かいプラズマガスの流れを指向させて、該プラズマガスの流れがアークを囲むようにするノズルとを備えているのが一般的である。電極及びノズルは“消耗品”と見なされていて、これらは、トーチの作動中に劣化を受け、従って、トーチを満足に作動するための適正な状態に回復させるために、定期的に交換しなければならない。一般的に、プラズマアークトーチは、前端に多数のパーツもしくは部品を含んでおり、これらは、交換のために消耗品にアクセスもしくは接近するには取り除かれねばならない。多くの既存のプラズマアークトーチの場合、前端にある多数の部品は、一度に一個ずつ取り除かれねばならず、従って、消耗品の交換後に一度に一個ずつ再設置されなければならない。そのプロセスは、それゆえ比較的に非効率的であり、また、面倒である。

本発明は、本発明の一実施形態によると、複数の前側端部の諸部品がユニットを形成しており、これが電極へのアクセスを可能にするため単一工程でトーチから取り外し可能である、プラズマアークトーチ並びに該プラズマアークトーチを組立て及び分解する方法を提供することにより、上述した必要性に対処すると共に、その他の利点を達成している。次いでこのユニットは、電極の交換後、単一工程でトーチに再び設置することができる。

本発明の一実施形態によると、プラズマアークトーチは、実質的に円筒形のトーチ本体部と該トーチ本体部内に配置される絶縁本体部とを備えるトーチ本体部アセンブリと、該トーチ本体部アセンブリ内に設けられる電極アセンブリとを含んでおり、該電極アセンブリの電極は前記絶縁本体部の前側端部から突き出ている。ノズルは、前記トーチ本体部アセンブリに係合すると共に、該ノズルを貫いて延びる中心孔を画成していて、プラズマガスの流れを前記中心孔から該ノズルの前側端部に画成された出口オリフィスに通し、電極は、該電極の自由端のところの放射要素が出口オリフィスに隣接するように、該中心孔内に受け入れられている。前記ノズルは、雄ねじ部分と、該雄ねじ部分の後側に離れて置かれた前向き面とを備えている。

トーチは、更に、前記トーチ本体部アセンブリとの解除自在な結合を形成する後側部分と、前記ノズルの前記雄ねじ部分が通り突き出る開口を画成する前側部分とを備える中空の、実質的に円筒形のノズル保持カップアセンブリを含んでおり、該前側部分は、前記開口を囲むと共に前記ノズルの前記前向き面に対峙する後ろ向き面を更に画成している。雌ねじの切られたリテーナは、前記ノズルの前記雄ねじ部分に係合すると共に前記ノズル保持カップアセンブリの前記前側部分に係合して、前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記ノズルをユニットとして一緒に保持するように前記ノズルの前記前向き面を前記ノズル保持カップアセンブリに向かい付勢する。このユニットは、前記電極アセンブリへの接近を可能とするように前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間の前記解除自在な結合を自由にすることにより、前記トーチ本体部アセンブリから取り外し可能である。

一実施形態において、前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間の前記解除自在な結合はねじ式結合とすることができる。

前側端部の諸部品の取除き自在のユニットは、加工物に向かいプラズマガスの一次流を囲む二次ガスもしくはシールドガスの流れを指向させるための諸要素を更に含むことができる。一実施形態において、ユニットは、前記ノズルに係合すると共に前記ノズルを同心状に囲むシールドガスノズルを更に含んでいて、該シールドガスノズルの半径方向の内側表面と前記ノズルの半径方向の外側表面との間にシールドガス流路が画成されるようになっている。該ユニットは、更に、該シールドガスノズルに係合して該シールドガスノズルを前記ノズルとの係合状態に保持するシールドリテーナを含んでおり、該シールドリテーナは、前記ノズル保持カップアセンブリと解除自在な結合を形成する。解除自在な結合はねじ式結合とすることができる。

ディフューザは、前記シールドガス流路を通るシールドガスの流量を調節するために前記シールドガスノズル及び前記ノズルの間に配置されることができる。例えば、該ディフューザは、接線方向もしくは旋回方向の速度成分をもつシールドガスをシールドガス流路に通すように指向させることができる。該ディフューザは、ノズル及びシールドガスノズルを互いに電気的に絶縁する絶縁材料から形成することができる。

本発明の一実施形態において、前記ノズル保持カップアセンブリは、前記開口及び前記後ろ向き面を画成する保持カップと、該保持カップとは別個に形成されるカップホルダとを備えており、該カップホルダは、前記トーチ本体部アセンブリとの前記解除自在な結合を形成しており、前記カップホルダは、前記保持カップに取り付けられる。該カップホルダは導電性材料から構成することができる。前記保持カップは電気的に絶縁性の材料から構成することができる。

本発明の方法の形態によると、ノズル保持カップアセンブリの後側部分との解除自在な結合を形成するよう構成され且つ配列される結合部分を有する組立て治具が用意されており、該組立て治具は、ノズルの後側端部と係合するための支持表面と、該組立て治具に関して同心状に前記ノズルを位置決めするように該ノズルと係合するための心出し部分とを画成している。プラズマアークトーチを組み立てる方法は、前記ノズルの前記後側端部を前記支持表面上に有すると共に前記組立て治具の前記心出し部分を前記ノズルと係合させて前記ノズルを前記組立て治具に関し位置決めするステップと、前記ノズルの前記雄ねじ部分が前記開口を貫いて突き出ると共に、前記ノズル保持カップアセンブリの前記後ろ向き面が前記ノズルの前記前向き面と対峙するように、前記保持カップアセンブリを前記組立て治具にある前記ノズルの上に置くステップと、前記保持カップアセンブリの前記後側部分と前記組立て治具の前記結合部分との間に解除自在な結合を形成するステップとを含んでいる。次に、雌ねじの切られたリテーナをノズルの前記雄ねじ部分に係合すると共に前記ノズル保持カップアセンブリの前記前側部分に係合して、前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記ノズルをユニットとして一緒に保持し、そしてこのユニットが、前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間に解除自在な結合を形成することにより、組立て治具から取り外されると共に前記トーチ本体部アセンブリと共に組み立てられる。

本発明の別の実施形態による前記プラズマアークトーチを分解する方法は、前記ノズル保持カップアセンブリと前記トーチ本体部アセンブリとの間の解除自在な結合を自由にすること、及び前記電極アセンブリへの接近を可能とするように前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリから取り除くことを含む。その後、前記電極アセンブリを取り外し全体的に又は部分的に交換することができ、ユニットはトーチ本体部アセンブリに再び組み付けられる。

概括的な言葉で本発明について説明してきたが、次に、必ずしも縮尺通りではない添付図面について言及する。

本発明の全実施形態ではないが、その幾つかを示す添付図面を参照し、本発明について以下により詳しく説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で実施可能であり、ここに示された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、その開示内容が法的要件を満たすように提示されている。同様の数字は、終始、同様の要素を指している。

図１及び図１Ａを参照すると、本発明を適用可能である形式の既知プラズマアークトーチが総括的に数字１０で表されている。このトーチは、参照によりここに組み込まれる米国特許第６,３４６,６８５号明細書に一般的に記載されたようなシールドガストーチとすることができる。トーチ１０は、該トーチの作動の運転モード中に電気アークを取り巻くシールドガスのカーテンもしくはジェットを発生する。トーチ１０は、注封材料等から形成しうるほぼ円柱状の上側もしくは後側絶縁本体部１２と、この後側絶縁本体部１２に接続されると共に、金属のような導電材料から通常製作されるほぼ円柱状の主トーチ本体部１４と、該主トーチ本体部１４に接続される下側もしくは前側絶縁本体部１６と、主トーチ本体部１４及び前側絶縁本体部１６にある通路を通り延びると共に自由端のところに電極２０を支持する電極アセンブリ１８と、電極２０の近くで絶縁本体部１６に接続されるノズルアセンブリ２２とを含んでいる。主トーチ本体部１４及び絶縁本体部１２，１６は集合してトーチ本体部アセンブリを形成し、これに、以下に更に記載されるように、種々の前側端部の部品が解除自在に取り付けられる。

プラズマガス接続チューブ２４は、後側絶縁本体部１２を貫いて延びると共に、ねじにより、主トーチ本体部１４のプラズマガス通路２６内に接続されている。プラズマガス通路２６は、以下に更に記載されるように、酸素、空気、窒素又はアルゴンのようなプラズマガス（時には切断ガスと呼称される）を絶縁本体部１６にある対応の通路に供給するために、主トーチ本体部１４を通りその下側端面２８まで延びている。

シールドガス接続チューブ３０は、後側絶縁本体部１２を貫いて延びると共に、ねじにより、主トーチ本体部１４のシールドガス通路３２内に接続されている。シールドガス通路３２は、アルゴンのようなシールドガスを絶縁本体部１６にある対応の通路に供給するために、主トーチ本体部１４を通りその下側端面２８まで延びている。

絶縁本体部１６は、主トーチ本体部の下側端面２８に当接する上側端面３４を有している。プラズマガス通路３６は、絶縁本体部１６を介して上側端面３４から絶縁本体部１６の下側端部分にある円筒形のカウンタボア３７の中に延びている。以下に更に記載するように、カウンタボア３７は、ノズルアセンブリ２２の上側端部と一緒にプラズマガスチャンバ４０を形成し、ここからプラズマガスがトーチの主ノズルもしくはプラズマガスノズルに供給される。適当なガス源からのプラズマガスは、プラズマガス接続チューブ２４を通り、主トーチ本体部１４にあるプラズマガス通路２６を通り、この通路２６と整列した絶縁本体部１６のプラズマガス通路２６に入り、そしてチャンバ４０に流入することにより、プラズマガスチャンバ４０に入る。電気接点リングアセンブリ３８は、ノズルアセンブリ２２との電気的接続を確立するためにノズルアセンブリ２２内に配置されている。

ノズルアセンブリ２２は、上側ノズル部材４２と別個に形成された下側ノズルチップ４８とから構成される二部品アセンブリである。上側ノズル部材４２は、絶縁本体部１６のカウンタボア３７に挿入された金属インサートスリーブ４４内に滑入されるほぼ円筒形の上側部分を有している。Ｏ−リング４６は、上側ノズル部材４２と金属インサートスリーブ４４との間の滑動相互接続を封止する。下側ノズルチップ４８は、ほぼ切頭円錐形であって、上側ノズル部材４２内に捩じ込まれると共に、そのチップ端部にノズル出口オリフィス５０を含んでいる。二部品ノズルアセンブリ２２の代案として、ノズルアセンブリは、上側ノズル部材４２及び下側ノズルチップ４８が一体の単品構造として形成された一部品ノズルとして形成することができる。いずれにしても、プラズマガスチャンバ４０から上側ノズル部材４２を通り、加工物に対して加工を行うのを助成すべくプラズマガスのジェットをノズル出口オリフィス５０の外に向けるためにノズルチップ４８を通るプラズマガスの流路が存在している。

プラズマガスのジェットは、絶縁本体部１６のカウンタボア凹所５４内に部分的に置かれた中空の円筒形セラミックガスバッフル５２により既知の方法で生成される渦流成分を有している。バッフル５２の下側端部は上側ノズル部材４２の環状フランジ面に当接し、そして環状スペースがバッフル５２と上側ノズル部材４２の内側表面との間に形成されている。バッフル５２は、速度の渦流成分を有してプラズマガスをチャンバ４０から上側ノズル部材４２の中央通路内に向けて方向付けるための非半径方向の孔（図示せず）を有している。

電極アセンブリ１８は上側管状電極ホルダ５６を含んでおり、その上側端部は主トーチ本体部１４にある盲軸孔５８内にねじ山により接続されている。上側電極ホルダ５６は絶縁本体部１６を貫き形成された軸孔６０内に延びて入っており、電極ホルダ５６の下側端部は、セラミックガスバッフル５２の内径よりも若干小さな直径を有する、雌ねじの切られた拡径カップラー６２を含んでおり、該バッフルはカップラー６２の外側上にスリーブ結合されている。電極ホルダは、以下に更に記載されるように電極２０にクーラントを供給する下側チューブ６４をねじ式に受けるためにカップラー６２の上方に離間した雌ねじ部を含んでおり、該チューブは絶縁本体部１６の軸孔から外方に延びてノズルチップ４８の中央通路に入っている。電極２０は、本出願の譲受人に譲渡された、参照によりここに組み込まれる米国特許第５,０９７,１１１号明細書に記載された形式のものとすることができる。電極２０はコップ形の本体部を備えており、その開放上側端部は電極ホルダ５６の下側端部のところでねじによりカップラー６２に捩じ込まれており、また、その帽子形の下側端部は下側クーラントチューブ６４の下側端部の直ぐ近くにある。クーラント循環スペースが電極２０の内側壁とクーラントチューブ６４の外側壁との間、及びクーラントチューブ６４の外側壁と電極ホルダ５６の内側壁との間に存在している。電極ホルダ５６は、電極ホルダ内のこのスペースからのクーラントを電極ホルダと絶縁本体部１６にある軸孔６０の内側壁との間のスペース６８に供給するために、複数の孔６６を含んでいる。孔６６及びカップラー６２の間に配置されたシール６９は、スペース６８内のクーラントがシール６９を通りカップラー６２に向かい流れるのを防止するために孔６０の内側壁を封止している。電極ホルダ５６の上側表面にある隆起した環状リブもしくはせき止め部７１は、以下から明らかになる理由のため、シール６９から孔６６の他方の側に位置付けられている。クーラント供給通路７０（図２）は、以下に更に記載するように、ノズルアセンブリ２２にクーラントを供給するために、絶縁本体部１６の外側円筒形表面を経てスペース６８から絶縁本体部を通り延びている。

トーチ１０は、主トーチ本体部１４及び絶縁本体部１６の間の流体接続部の封止の改良をもたらす特徴を含むことが可能で、クーラントのような液体がこれら本体部の隣接表面を濡らしたり、ノズルを保持するカップホルダ７８のようなノズル電位にある部分への道を探し出し、それにより電極電位にある主トーチ本体部からカップホルダ７８への、トーチの起動を困難にしうる電流漏洩路を確立したりする可能性を減じるようになっている。このために、コネクタアセンブリは、主トーチ本体部１４のプラズマガス通路２６を絶縁本体部１６のプラズマガス通路３６に流体により接続すると共に、一端部が通路２６に挿入され他端部が通路３６に挿入される接続チューブ１０２を含んでいる。各端部は、接続チューブを囲む弾性的に圧縮可能のシールを含んでいる。図１に示された発明の好適な実施形態において、各シールは、接続チューブ１０２に沿って離間すると共にそこに形成された溝内に保持される１対のＯ−リング１０４を有するグランドシールから構成されている。該Ｏ−リング１０４は、接続チューブ１０２と通路２６，３６の内側表面との間で圧縮されている。接続チューブ１０２がこれら通路の各々に挿入されるときに、空気が各シールのＯ−リング１０４の間に閉じ込められ、こうして絶縁空気スペースを形成する。

通路２６及び３６の各々は、接続チューブ１０２が挿入される受け部を含んでおり、該受け部はテーパ付きの又は朝顔形に開いた入口部１０５を有するほぼ円筒形の通路から構成されている。朝顔形に開いた入口部１０５は、接続チューブ１０２及びＯ−リング１０４を通路の受け部に挿入するのを容易にする。

また、トーチは、絶縁本体部１６の外側表面と絶縁部材８４の内側表面との間で液体が混合してカップホルダ７８に接触するのを防止するために、それらの間に配置されるＯ−リング１０６を含むことができる。この封止構造は、こうして、主トーチ本体部及び絶縁本体部の当接面が該面の一方又は双方にある凹所に保持されたＯ−リングを圧縮する先行プラズマアークトーチの“端面シール(face seals)”を回避している。かかる端面シールは、特に、トーチの修理中及び保守中のように、絶縁本体部を主トーチ本体部から取り外し、その後再び組み付けるときに、液体が隣接面を濡らすのを可能にすることがある。その上、端面シールのＯ−リングは、不注意によりそれらの所望位置から簡単に移動されてしまい、従って、適切な封止を阻害する。ここに記載したようなグランドシールでは、Ｏ−リングは、それら自体の弾性により溝内の所定位置に保持されており、不注意により動かされる傾向にはない。

トーチは、主トーチ本体部１４からシールドガスを通りノズル保持カップホルダ７８に達する電位電気通路を長くするための特徴も含むことができる。このため、細長い絶縁導管１０８が絶縁本体部１６のシールドガス通路７２内に配置されていて、主トーチ本体部１４にあるシールドガス通路３２を通り接続チューブ３０の中に入っており、シールドガスはこの接続チューブ３０を経てトーチに供給される。通路３２及び７２内にある導管１０８の諸部分は、シールドガスが該通路及び導管の内壁間を通るのを防止するため、弾性圧縮シールにより封止されている。図１に例示した実施形態において、シールは、導管１０８の外側表面にある溝内に保持されると共に、該導管と該通路の内側壁との間で圧縮される複数対の離間したＯ−リング１１０から構成されている。従って、導管１０８は、主トーチ本体部１４の下側端部とカップホルダ７８との間に比較的に短い長さを越えて電気漏洩路が確立されるのを防止する。実際に、電位漏洩路は、導管１０８の上側端部のところから、通路３２及び７２を通りカップホルダ７８に達するシールドガス接続チューブ３０の間にある。この方法で漏洩路を実質的に長くすることは、結果として、漏洩路の総抵抗を実質的に増すことになり、従って、トーチの起動中にシールドガスを通り電流が漏れる可能性を低くする。

主に図２を参照して、電極２０及びノズルアセンブリ２２を冷却するためのクーラント回路について次に説明する。トーチ１０は、後側絶縁本体部１２を貫いて延びると共に主トーチ本体部１４にあるクーラント入口通路１１４内に取り付けられるクーラント入口接続チューブ１１２を含んでいる。クーラント入口通路１１４は、主トーチ本体部にある中央の軸孔５８に接続している。クーラントは、その結果軸孔５８内に供給され、次いで電極ホルダ５６を経て内側通路に入り、クーラントチューブ６４の内側通路を通り、該チューブ６４及び電極２０の間のスペースに入る。熱は、電極の下側端部（そこからアークが出る）から液体クーラントに伝達され、そして液体は、次いでクーラントチューブ６４の下側端部と電極２０との間の通路を通り、クーラントチューブ６４及び電極２０の間の環状スペースを上方に通り、しかる後クーラントチューブ６４及び電極ホルダ１８の間の環状スペースに流入する。

次に、クーラントは、孔６６から流れ出てスペース６８内に入り、そして絶縁本体部１６を経て通路７０に流入する。シール６９は、スペース６８内のクーラントがホルダ５６の下側端部のところにあるカップラー６２に向かい流れるのを防止し、そしてせき止め部７１は、クーラントがせき止め部７１を越えて他の方向に流れるのを実質的に防止するが、せき止め部７１と孔６０の内側壁との間には確実なシールがない。従って、スペース６８のクーラントは大部分が止むをえず通路７０に流入する。絶縁本体部１６は、クーラントが絶縁本体部１６及びノズル保持カップ８０の間の通路７０から上側ノズル部材４２を囲むクーラントチャンバ１１８内に流入するのを許容する溝もしくは平たん部分１１６を含んでいる。クーラントはノズル部材４２の周りを流れてノズルアセンブリを冷却する。

クーラントは、部分１１６から角度的にずれた第２の溝もしくは平たん部分１２０を介してノズルアセンブリから戻り、絶縁本体部１６にあるクーラント戻り通路１２２に入る。このクーラント戻り通路１２２は、せき止め部７１によりクーラント供給通路７０から隔てられている軸孔６０の部分に延入している。クーラントは、次いで、電極ホルダ５６と孔６０の内側壁と主トーチ本体部１４にある孔５８との間を流れて、主トーチ本体部１４に形成されたクーラント戻り通路１２８に接続された環状スペース１２６に入り、そして同クーラント戻り通路１２８中に固定されたクーラント戻り接続チューブ１３０を介してクーラント戻り通路１２８を出る。通常、戻ったクーラントは閉ループになって再循環され冷却された後にトーチに戻る。

トーチ１０の起動中、電位差が電極２０とノズルチップ４８との間に確立されるので、電気アークがそれらの間のギャップに形成されるようになる。次いでプラズマガスがノズルアセンブリ２２を通り流され、そして電気アークは、加工物に到達するまでノズルオリフィス５０から外方へ吹き出され、その時点で、アークが電極２０及び加工物間に存在するようにノズルアセンブリ２２が電源との接続を断たれる。トーチは次いで作動の運転モードになる。

実施されている作業を制御するために、シールドガスのような制御流体を使用してガスの渦流回転でアークを囲むことは知られている。このために、絶縁本体部１６は、下側端面３４から軸方向に延びて絶縁本体部に入り、ある角度で外側に折り曲げられて絶縁本体部の円筒形外側表面を貫いて延びるシールドガス通路７２を含んでいる。ノズル保持カップアセンブリ７４は絶縁本体部１６を囲んでいて、該絶縁本体部１６とノズル保持カップアセンブリ７４との間にほぼ環状のシールドガスチャンバ７６を画成している。シールドガスは、絶縁本体部１６のシールドガス通路７２を介してシールドガスチャンバ７６内に供給される。

ノズル保持カップアセンブリ７４は、ノズル保持カップホルダ７８と、スナップリング８１等によりホルダ７８内に固定されるノズル保持カップ８０とを含んでいる。ノズル保持カップホルダ７８は、好ましくは金属から形成されるほぼ円筒形のスリーブであり、これは、主トーチ本体部１４を囲むトーチ外側ハウジング８２の下側端部上に螺着される。外側ハウジング８２と主トーチ本体部１４との間には絶縁体８４が間挿されている。ノズル保持カップ８０は、プラスチックから形成されているのが好ましく、また、スナップリング８１によりカップホルダ７８内に固定されるほぼ円筒形の上側部分と、トーチの端部に向かい延びると共に内側に指向したフランジ８６を含むほぼ切頭円錐形の下側部分とを有している。フランジ８６は、上側ノズル部材４２にある外側に向けられたフランジ８８に対峙すると共に、それらの間に配置されたＯ−リング９０に接触している。従って、ノズル保持カップアセンブリ７４を外側ハウジング８２上に螺着する際に、ノズル保持カップ８０はノズルアセンブリ２２を上向きに引いて絶縁本体部１６内の金属インサートスリーブ４４に入れる。ノズルアセンブリ２２は、そのため、絶縁本体部１６のカウンタボア３７内に固定された電気接点リングと接触せしめられる。

ノズル保持カップ８０は、カップホルダ７８内に緩く嵌合すると共に、チャンバ７６からトーチの端部に向かうシールドガスの通過のためにその外側表面にある長手方向の溝９２を含んでいる。代案として或いは追加として、溝（図示せず）をカップホルダ７８の内側表面に形成してもよい。ノズル保持カップ８０及びカップホルダ７８は、一緒になってノズル保持カップアセンブリを形成する。ほぼ切頭円錐形のシールドガスノズル９４は、ノズルチップ４８を同心状に囲むと共にその外側に離れて置かれており、そしてカップホルダ７８の下側端部の上に螺着されたシールドリテーナ９６により保持されている。かくして、シールドガス流路９８が保持カップ８０にある長手方向の溝９２から、シールドリテーナ９６、保持カップ８０及び上側ノズル部材４２の間並びにシールドガスノズル９４及びプラズマガスノズルチップ４８の間を延びている。

シールドガスノズル９４は、シールドガスノズル９４及びノズルチップ４８の間の流路に流入するシールドガスに既知の方法で渦を伝えるディフューザ１００を含んでいる。従って、シールドガスの渦流カーテンが引き起こされてプラズマガスのジェットとノズル出口オリフィス５０から発するアークとを包囲する。ディフューザ１００は、ノズル及びシールドガスノズルを互いに電気的に絶縁するために絶縁材料から形成することができる。

図１及び図１Ａの既知のトーチ１０において、電極２０を交換したい場合、先ず、シールドリテーナ９６をねじってカップホルダ７８からゆるめると共に、シールドリテーナ９６、シールドガスノズル９４及びディフューザ１００を取り除く必要がある。次に、カップホルダ７８をねじってトーチ外側ハウジング８２からゆるめると共に、カップホルダ７８及び保持カップ８０を取り除く。その後、電極２０にアクセスするためにノズルアセンブリ２２を取り除く。そうすると、電極をねじって電極ホルダ５６からゆるめることができ、そして交換用電極を電極ホルダにねじ込むことができる。次に上述した分解手順を逆に行うことによりトーチが再組立てされる。この分解及び組立プロセスは、行わねばならない個々のステップが多数であるために、比較的に多大な時間を必要とすることが分かるであろう。

本発明は、この問題に取り組んでいる。図３に例示したように、トーチの組立及び分解は、トーチ本体部アセンブリから一体として取外し可能であると共に一体として交換可能である結合ユニットとしてノズル保持カップアセンブリ７８，８０及びノズル１２２を提供することにより、容易にされている。例示した実施形態において、ノズル１２２は単品構造であるが、代案として、ノズルは、該ノズルが以下に説明するようにノズル保持カップアセンブリ７８，８０へのその取付けを容易にする特徴を有する限り、概括的に前述したように二部品のノズル２２とすることができる。

この点に関し、保持カップ８０は、その前側端部で、開口１２４と、該開口１２４を囲む後側向きの表面１２６とを画成している。開口１２４及びノズル１２２は、ノズルの前側部分がこの開口を通り保持カップ８０の前側端部から突き出ることができると共に、ノズルの前向き面１２８が保持カップの後ろ向き面１２６に向かい合うように、構成されている。保持カップ８０の前側端部から突き出るノズルの前側部分は、保持カップの前側端面の近くに雄ねじ部分１３０を含んでいる。雌ねじが切られたリテーナ１３２は、リテーナが保持カップ８０の前側端面に当接し、それによりノズル前向き面１２８が保持カップの後ろ向き面１２６に押し付けられるように、ノズルの雄ねじ部分１３０の外にねじ込まれている。Ｏ−リングのような弾性的に圧縮可能の封止要素（図１Ａの要素９０を参照のこと）は、ノズル及び保持カップ間の境界面を封止するためにこれらの表面間に配置することができる。ノズルの部分１３０とのリテーナ１３２の係合は、単一ステップでトーチ本体部アセンブリ内に組み込み可能であると共に除去可能なユニット１３４を形成するように、こうしてノズルをノズル保持カップアセンブリ７８，８０に固定する。

図３は、また、ユニット１３４の組立てを容易にする組立て治具１４０の使用法を例示している。この組立て治具は、適当な支持体（例えば、作業台）に固定状態で取り付けることができるので、その使用中に移動もしくは回転することを阻止されるようになっている。図４の分離した側面図に示すように、組立て治具は、黄銅、アルミ合金、鋼等のような適当な材料の実質的に剛な本体部から構成されている。この治具はほぼ円筒形の部分１４２を有しており、その外径は、カップホルダ内に受け入れられることのできる円筒形の部分１４２でのカップホルダ７８の内径よりも若干小さい。カップホルダ７８は、トーチ外側ハウジング８２（図１Ａ参照）の雄ねじ部分との解除自在な結合を形成するための雌ねじ部分７９（図３）を含んでいる。組立て治具の円筒形の部分１４２は、カップホルダの雌ねじ部分７９との解除自在な結合を形成するように構成された雄ねじ部分１４４を含んでいる。

治具の雄ねじ部分１４４から前側に延びているのは、もっと小さな外径のほぼ円筒形の部分１４６である。該部分１４６の前側端部は、アセンブリ治具の長手方向中心軸線と同心であり且つ円筒形の部分１４２及び雌ねじ部分１４４と同心の実質的に環状の支持表面１４８を画成している。心出し部分１５０は、治具の前側端部から前方へ突き出ていると共に、ノズル１２２の中央孔に嵌入し且つ該孔の内側表面に係合してノズル１２２を治具の軸線に関して同心に位置決めするように構成されている。

図３を参照すると、ユニット１３４を組み立てるために、ノズル１２２は、該ノズルの後側端部を支持表面１４８に係合させると共に治具の心出し部分１５０をノズルの孔に挿入した状態で、治具１４０に置かれる。Ｏ−リングのような封止要素（図示しない。ただし、図１Ａの要素９０を参照のこと）をノズルの前側向きの表面１２８の上に置く。その後、ノズルの前側端部の部分が保持カップ８０の開口１２４を貫いて延びるように、ノズル保持カップアセンブリ７８，８０をノズルの上に置き、そしてカップホルダ７８を治具の雄ねじ部分１４４の上に螺着する。ノズルの雄ねじ部分１３０は保持カップの開口１２４から突き出ている。その後、ノズル及び保持カップが一緒に付勢されてＯ−リングを圧縮するように、雌ねじが切られたリテーナ１３２をノズルの雄ねじが切られた部分１３０の上に螺着する。最後に、カップホルダ７８をねじって治具からゆるめる。それによりノズル保持カップアセンブリ７８，８０、ノズル１２２及びリテーナ１３２から構成されるユニット１３４全体が治具から取り外される。

その後、ユニット１３４は他の構成要素と組み合わせることができる。例えば、ディフューザ１００はノズル１２２を囲んで配置することができ、シールドガスノズル９４及びシールドリテーナ９６は、該シールドリテーナ９６及びカップホルダ７８の間に解除自在な結合を形成することによりユニット１３４に接続することができる。この点に関し、シールドリテーナは、図１Ａに記載のように、カップホルダの雄ねじが切られた前側端部に係合するために、その後側端部に雌ねじを切ることができる。従って、トーチの前側端部部分の全ては、予め組み立てられ、次いでカップホルダ７８を回してトーチ外側ハウジング８２の上に螺着することによりトーチ本体部アセンブリに設置することができる単一ユニットを形成する。

分解は、上述した組立てステップの順序を逆にすることにより行われる。より具体的には、全ての前側端部部分から構成されるユニットは、カップホルダ７８を回してトーチ外側ハウジング８２からゆるめることにより、トーチ本体部アセンブリから取り外され、かくして電極２０に行き着ける。その後、電極を除去し交換することができ、しかる後ユニットをトーチ本体部アセンブリに組み付ける。

ノズル１２２の交換が必要である場合、ユニットは、上述したようにトーチから取り外され、そしてカップホルダ７８を回して、治具のねじが切られた部分１４４の上に螺着することにより、組立て治具１４０に固定される。シールドリテーナ９６を回してカップホルダ７８からゆるめて、シールドリテーナ９６、シールドガスノズル９４及びディフューザ１００を取り外す。次いで、リテーナ１３２をゆるめて取り外し、カップホルダ７８を回して、治具からゆるめ、保持カップ８０と一緒に取り外す。その後、ノズルを治具から取り除いて交換用ノズルを治具に設けることができる。前側端部の諸部分のユニットを、次いで再び組み立て、前述したようにトーチ本体部アセンブリに組み付ける。

ここに記載した本発明についての多くの変形例、及び、その他の実施形態は、前述の説明及び添付の図面に提示された教示内容の利点を有して、本発明が関係する技術に習熟した者に想到されるであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、上述の変形例、及び、その他の実施形態は、特許請求の範囲に含まれるべきものと考えられるべきである。この明細書では特定の用語が用いられているが、それらは、単に一般的、且つ説明的意味であり、限定のために使用されているのではない。

既知のシールドガスプラズマアークトーチの断面側面図である。 図１のトーチの下側部分を示す拡大図である。 図１に関して回転した面における、図１のトーチの断面側面図である。 本発明の一実施形態に基づいて前側端部の諸部分の予め組み立てたユニットを支持する組立て治具の断面側面図である。 組立て治具の側面図である。

Claims (19)

1. 実質的に円筒形のトーチ本体部と該トーチ本体部内に配置される絶縁本体部とを備えるトーチ本体部アセンブリと、
   該トーチ本体部アセンブリ内に設けられる電極アセンブリであって、該電極アセンブリの電極は前記絶縁本体部の前側端部から突き出ている、前記電極アセンブリと、
   前記トーチ本体部アセンブリに係合するノズルであって、該ノズルを貫いて延びる中心孔を画成していて、プラズマガスの流れを前記中心孔から該ノズルの前側端部内に画成された出口オリフィスに通しており、前記ノズルは、雄ねじ部分と、該雄ねじ部分の後側に離れて置かれた前向き面とを備えている、前記ノズルと、
   前記トーチ本体部アセンブリとの解除自在な結合を形成する後側部分と、前記ノズルの前記雄ねじ部分が通り突き出る開口を画成する前側部分とを備えており、該前側部分は前記開口を囲むと共に前記ノズルの前記前向き面に対峙する後ろ向き面を更に画成している、中空の、実質的に円筒形のノズル保持カップアセンブリと、
   前記ノズルの前記雄ねじ部分に係合すると共に前記ノズル保持カップアセンブリの前記前側部分に係合して、前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記ノズルをユニットとして一緒に保持するように前記ノズルの前記前向き面を前記ノズル保持カップアセンブリに向かい付勢する、雌ねじの切られたリテーナであって、前記ユニットは、前記電極アセンブリへの接近を可能とするように前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間の前記解除自在な結合を自由にすることにより、前記トーチ本体部アセンブリから取り外し可能である、前記リテーナと、を備えるプラズマアークトーチ。
2. 前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間の前記解除自在な結合はねじ式結合である、請求項１に記載のプラズマアークトーチ。
3. 前記ノズルに係合すると共に前記ノズルを同心状に囲むシールドガスノズルであって、該シールドガスノズルの半径方向の内側表面と前記ノズルの半径方向の外側表面との間にシールドガス流路が画成されるようになっている、前記シールドガスノズルと、
   該シールドガスノズルに係合して該シールドガスノズルを前記ノズルとの係合状態に保持するシールドリテーナであって、該シールドリテーナは、前記ノズル保持カップアセンブリと解除自在な結合を形成している、前記シールドリテーナとを更に備えており、
   前記シールドガスノズル及び前記シールドリテーナは、前記電極への接近のために前記トーチから取外し自在である前記ユニットの一部を形成している、請求項１に記載のプラズマアークトーチ。
4. 前記シールドガス流路を通るシールドガスの流量を調節するために前記シールドガスノズル及び前記ノズルの間に配置されたディフューザを更に備える、請求項３に記載のプラズマアークトーチ。
5. 前記ノズル保持カップアセンブリは雄ねじ部分を含んでおり、前記シールドリテーナは前記ノズル保持カップアセンブリの前記雄ねじ部分との前記解除自在な結合を形成する雌ねじ部分を含んでいる、請求項３に記載のプラズマアークトーチ。
6. 前記ノズル保持カップアセンブリの前記後ろ向き面と前記ノズルの前記前向き面との間に配置された封止要素を更に備える、請求項１に記載のプラズマアークトーチ。
7. 前記ノズル保持カップアセンブリは、前記開口及び前記後ろ向き面を画成する保持カップと、該保持カップとは別個に形成されるカップホルダとを備えており、該カップホルダは、前記トーチ本体部アセンブリとの前記解除自在な結合を形成しており、前記カップホルダは、前記保持カップに取り付けられている、請求項１に記載のプラズマアークトーチ。
8. 前記カップホルダは電気的に伝導性であり、前記保持カップは電気的に絶縁性である、請求項７に記載のプラズマアークトーチ。
9. 実質的に円筒形のトーチ本体部と該トーチ本体部内に配置される絶縁本体部とを備えるトーチ本体部アセンブリと、該トーチ本体部アセンブリ内に設けられる電極アセンブリとを含み、該電極アセンブリの電極は前記絶縁本体部の前側端部から突き出ている、プラズマアークトーチを組み立てるための方法であって、該方法は、
   前記トーチ本体部アセンブリに係合するノズルであって、該ノズルを貫いて延びる中心孔を画成していて、プラズマガスの流れを前記中心孔から該ノズルの前側端部内に画成された出口オリフィスに通し、前記ノズルは、雄ねじ部分と、該雄ねじ部分の後側に離れて置かれた前向き面とを備える、ように構成され且つ配列される前記ノズルを用意するステップと、
   前記トーチ本体部アセンブリとの解除自在な結合を形成するように構成され且つ配列される後側部分と、前記ノズルの前記雄ねじ部分を受ける大きさに形成された開口を画成する前側部分とを備えており、該前側部分は、前記ノズルの前記前向き面に対峙するため前記開口を囲む後ろ向き面を更に画成している、中空の、実質的に円筒形のノズル保持カップアセンブリを用意するステップと、
   前記ノズルの前記雄ねじ部分に係合するように構成され且つ配列される、雌ねじの切られたリテーナを用意するステップと、
   前記ノズルの前記雄ねじ部分が前記開口から突き出るように前記ノズル保持カップアセンブリの前記後ろ向き面を前記ノズルの前記前向き面と対峙させて位置決めするステップと、
   前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記ノズルをユニットとして一緒に保持すべく前記雌ねじの切られたリテーナを前記ノズルの前記雄ねじ部分及び前記ノズル保持カップアセンブリの前記前側部分に係合させるステップと、
   前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記トーチ本体部アセンブリの間に解除自在の結合を形成することにより前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリと組み立てるステップと、を含む方法。
10. 前記位置決めするステップは、
    前記ノズル保持カップアセンブリの前記後側部分との解除自在な結合を形成するよう構成され且つ配列される結合部分を有する組立て治具であって、該組立て治具は、前記ノズルの後側端部と係合するための支持表面と、該組立て治具に関して同心状に前記ノズルを位置決めするように該ノズルと係合するための心出し部分とを画成している、前記組立て治具を用意すること、
    前記ノズルの前記後側端部を前記支持表面に置くと共に前記組立て治具の前記心出し部分を前記ノズルと係合させて前記ノズルを前記組立て治具に関し位置決めすること、
    前記ノズルの前記雄ねじ部分が前記開口を貫いて突き出ると共に、前記ノズル保持カップアセンブリの前記後ろ向き面が前記ノズルの前記前向き面と対峙するように、前記保持カップアセンブリを前記組立て治具にある前記ノズルの上に置き、前記保持カップアセンブリの前記後側部分と前記組立て治具の前記結合部分との間に解除自在な結合を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記ユニットを形成するように前記雌ねじの切られたリテーナを前記ノズルの前記雄ねじ部分に係合させるステップは、前記ノズル及び前記ノズル保持カップアセンブリが前記組立て治具に配置されている間に行われ、また、前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリと組み立てる前に前記組立て治具から前記ユニットを取り除くステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ユニットを前記組立て治具から前記ユニットを取り除いた後且つ前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリと組み立てる前に、
    シールドガスノズルが前記ノズルを同心状に囲んで前記ノズルと係合して、シールドガス流路を前記シールドガスノズルの半径方向内側の表面と前記ノズルの半径方向外側の表面との間に画成するようにする、ステップと、
    前記シールドガスノズルを前記ノズルとの係合状態に保持するためにシールドリテーナを前記シールドガスノズルと係合させるステップと、
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記シールドリテーナを前記シールドガスノズルと係合させるステップは、前記シールドリテーナ及び前記ノズル保持カップアセンブリの間に解除自在な結合を形成することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記シールドリテーナ及び前記ノズル保持カップアセンブリの間に解除自在な結合を形成するステップは、前記シールドリテーナの雌ねじ部分を前記ノズル保持カップアセンブリの雄ねじ部分に係合させることである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記保持カップアセンブリの前記後側部分と前記組立て治具の前記結合部分との間に解除自在な結合を形成するステップは、前記保持カップアセンブリの前記後側部分にあるねじを前記組立て治具にあるねじに係合させることである、請求項１０に記載の方法。
16. 前記ノズル保持カップアセンブリの前記後ろ向き面を前記ノズルの前記前向き面と対峙させて位置決めするステップの前に、封止要素を前記ノズルの前記前向き面に配置するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
17. 前記封止要素は弾性的に圧縮可能であり、そして前記雌ねじの切られたリテーナを前記ノズルの前記雄ねじ部分及び前記ノズル保持カップアセンブリの前記前側部分に係合させるステップにより前記封止要素を前記ノズル保持カップアセンブリ及び前記ノズルの間で圧縮させる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記プラズマアークトーチを分解するステップを更に含み、該分解するステップは、
    前記ノズル保持カップアセンブリと前記トーチ本体部アセンブリとの間の解除自在な結合を自由にするステップと、
    前記電極アセンブリへの接近を可能とするように前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリから取り除くステップとを含む、請求項９に記載の方法。
19. 前記電極アセンブリを交換するステップを更に含み、該交換するステップは、
    前記ノズル保持カップアセンブリと前記トーチ本体部アセンブリとの間の解除自在な結合を自由にするステップと、
    前記電極アセンブリへの接近を可能とするように前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリから取り除くステップと、
    前記電極アセンブリを前記トーチ本体部アセンブリから取り除き交換用電極アセンブリを前記トーチ本体部アセンブリに設置するステップと、
    前記ノズル保持カップアセンブリと前記トーチ本体部アセンブリとの間に解除自在な結合を再び成立させることにより前記ユニットを前記トーチ本体部アセンブリに再び取り付けるステップとを含む、請求項９に記載の方法。

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