JP2007188811A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル部材の先端冷却能力を高くする。そのためのノズル部材の位置合せ調整は無用にする。
【解決手段】傘の中心にノズル１６を、柄にはノズル１６に連続し電極１１およびプラズマガスを通す穴を、傘の内側と柄の外周面との間にはリング状の冷却水通流溝２２を、それぞれ形成した傘形のノズル部材７と、ノズル部材７の傘の縁に結合する先端を有する外筒５１、および、外面が外筒５１の内面に部分的に接する楕円形又は略楕円形であって、外筒５１の内空間に冷却水供給路２１と冷却水排出路２３を区画し、中心には電極およびプラズマガスを通す穴を、先端部には該穴に連続しノズル部材７の柄を受け入れる柄通し穴を持ち、該穴と外筒５１との間の厚肉部５６の先端５６ｔが薄肉部５７の先端５７ｔよりも、ノズル部材７の冷却水通流溝２２側に突出した内筒を有するノズル台５とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明はプラズマトーチに関し、特にトーチ内部の冷却構造に関する。

実開昭５５−２８０３２号公報 筒状のノズル台に棒状のタングステン電極を通しノズル台の下端にノズル部材を装着したプラズマトーチは、ノズル台の、タングステン電極が通った空間に供給されるプラズマガスをタングステン電極の先端に発生するアークで電離しプラズマをノズル部材のノズル（噴気口）から噴射するとともに、ノズル台の外周面とシールドキャップの間の空間に供給されるシールドガスをノズル部材の外側面に沿って、前方（加工対象材）に噴射する。プラズマトーチの中心にあるタングステン棒が高温になるため、ノズル台の内部の流路に冷却水を供給してノズル台およびノズル部材を冷却する。ノズル部材の冷却能力を高くするために特許文献１に記載のプラズマ溶接トーチは、ノズル部材の冷却水流路にそれを左右に２分割する仕切り壁を設けて、冷却水をノズル部材の先端で折り返す構造を採用している。

ノズル部材は、その上端部の雌ねじ穴にノズル台の下端の雄ねじを受け入れて周方向に回すことにより、ノズル台に固着される。すなわちねじ結合である。ところがノズル台にはタングステン電極と平行に延びる給水流路と排水流路があるので、ノズル部材の仕切り壁で区切られた分割空間のそれぞれが給水流路と排水流路に整合するように、ノズル台に対してノズル部材のねじ回し方向の位置合わせをする必要がある。その結果、ねじ締めが適正なねじ回し角度では分割空間が給水，排水流路に対して周方向にずれるとか、分割空間が給水，排水流路に対して正しく整合するねじ回し角度では、ねじ締めが緩い、等の問題を生じ易い。また、使用経過に伴なって、このような問題を生ずるようになりやすい。すなわち、ノズル台に対するノズル部材の、適正なねじ締めと適正な位置合わせの両立が難しい。

本発明は、ノズル部材の先端冷却能力を高くすることを第１の目的とし、そのためのノズル部材の上述の位置合わせを無用にすることを第２の目的とする。

（１）ノズル台(5)の先端にノズル部材(7)を装着しノズル部材を冷却媒体を通して冷却するプラズマトーチにおいて：
前記ノズル部材(7)は、傘の中心にノズル(16)を、柄には該ノズルに連続し電極(11)およびプラズマガスを通す穴を、傘の内側と柄の外周面との間にはリング状の冷却媒体通流溝(22)を、それぞれ形成した傘形であって、
前記ノズル台(5)は、該ノズル部材(7)の傘の縁に結合する先端を有する外筒(51)、ならびに、外面が該外筒(51)の内面に部分的に接する楕円形又は略楕円形であって、該外筒の内空間に冷却媒体供給路(21)と冷却媒体排出路(23)を区画し、中心には電極(11)およびプラズマガスを通す穴を、先端部には該穴に連続し前記ノズル部材(7)の柄を受け入れる柄通し穴(58)を持ち、該柄通し穴と前記外筒(51)との間の厚肉部(56)の先端(56t)が薄肉部(57)の先端(57t)よりも、前記ノズル部材(7)の前記冷却媒体通流溝(22)側に突出した内筒(54)、を有する、ことを特徴とするプラズマトーチ。

なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当要素の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

これによれば、内筒(54)の厚肉部(56)の先端(56t)が、薄肉部(57)の先端(57t)よりも、冷却媒体通流溝(22)側に突出しているので、冷却媒体供給路(21)からノズル部材(7)の冷却媒体通流溝(22)に進入した冷却媒体は、厚肉部の先端(56t)を越えるために、冷却媒体通流溝(22)底に向かう方向に進み、ノズル部材７の先端の熱を奪う。厚肉部の先端(56t)が、薄肉部の先端(57t)よりもトーチ先端方向に突出して冷却媒体流をノズル部材の冷却媒体通流溝(22)の底に向かわせるので、ノズル部材先端の冷却効果が高い。

ノズル部材(7)の冷却媒体通流溝(22)には仕切り壁がなく、ノズル台(5)において内筒(54)の厚肉部(56)の先端(56t)が仕切り壁の機能を持つので、ノズル台(5)に対するノズル部材(7)の、軸中心の周方向の位置合わせ（位置決め）は不要であり、トーチの組み立て（ノズル台に対するノズル部材の装着）が容易である。

（２）トーチ基体(1)に装着された陰極台(2)；
該陰極台(2)とは絶縁ブッシュ(3)で絶縁して前記トーチ基体(1)に装着され、内部にノズル台収容空間とそれに連続するリング状の冷却媒体供給溝(41)および冷却媒体排出溝(42)がある陽極台(4)；
ノズル部材(7)の傘の縁に結合する先端を有する外筒(51)、ならびに、外面が該外筒(51)の内面に部分的に接する楕円形又は略楕円形であって、該外筒の内空間に冷却媒体供給路(21)と冷却媒体排出路(23)を区画し、中心には電極(11)およびプラズマガスを通す穴を、先端部には該穴に連続しノズル部材(7)の柄を受け入れる柄通し穴(58)を持ち、該柄通し穴と前記外筒(51)との間の厚肉部(56)の先端(56t)が薄肉部(57)の先端(57t)よりも、前記ノズル部材(7)の前記冷却媒体通流溝(22)側に突出した内筒(54)、を有し、前記外筒(51)には、前記冷却媒体供給路(21)および冷却媒体排出路(23)をそれぞれ、前記陽極台(4)の冷却媒体供給溝(41)および冷却媒体排出溝(42)につなぐ冷却媒体供給口(20)および冷却媒体排出口(24)がある、後端部が前記陽極台(4)のノズル台収容空間に挿入された、ノズル台(5)；
前記陰極台(2)およびノズル台(5)を貫通し、該陰極台(2)に後端側が固定された電極(11)；および、
傘の中心にノズル(16)を、柄には該ノズルに連続し前記電極(11)の先端部およびプラズマガスを通す穴を、傘の内側と柄の外周面との間にはリング状の冷却媒体通流溝(22)を、それぞれ形成した傘形であって、前記ノズル台(5)の先端に装着されたノズル部材(7)；
を備えるプラズマトーチ。

（３）前記陰極台(2)の中心の空間に導電チャック(10)が挿入され、前記陰極台(2)にねじ結合した締め付けチャック(12)のねじ締め付けにより、前記導電チャック(10)が前記陰極台(2)および電極(11)に圧着した；上記（２）に記載のプラズマトーチ。

（４）前記ノズル台(5)には、電極(11)およびプラズマガスを通す穴と前記柄通し穴(58)との間にそれらに連続するストーン受け穴(59)があり、そこに、電極(11)が貫通する中心穴とプラズマガス通し溝または穴を持つセンタリングストーン(15)が挿入された；上記（２）又は（３）に記載のプラズマトーチ。

（５）更に、前記ノズル台(5)の先端側が貫通するノズル台キャップ(6)があって、該ノズル台キャップ(6)はその後端部で陽極台(4)にねじ結合(61)してノズル台(5)を陽極台(4)に固定する；上記（２）乃至（４）のいずれか１つに記載のプラズマトーチ。

（６）更に、前記ノズル部材(7)の傘に係合しかつ前記ノズル台キャップ(6)の先端部にねじ結合してねじ締めによりノズル部材(7)の傘をノズル台(5)の先端に圧接固定するノズルキャップ(8)，前記ノズル部材(7)の柄の外面と前記ノズル台(5)の柄通し穴(58)の内面の間をシールするＯリング、および、前記ノズル部材(7)の傘と前記ノズル台(5)の先端との間をシールするＯリングがある；上記（５）に記載のプラズマトーチ。

（７）前記ノズル台キャップ(6)の中程は、前記ノズルキャップ(8)の外側にシールドガス通流空間を確保するために大径であり、該ノズル台キャップ(6)には、前記陽極台(4)に送給されるシールドガスを該シールドガス通流空間に導く貫通穴(18)があり、前記ノズル台キャップ(6)の大径部にねじ結合したシールドキャップ(9)が、前記シールドガス通流空間を区画する；上記（６）に記載のプラズマトーチ。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に本発明の１実施例の縦断面を示す。プラズマトーチ基体１の円筒状内空間には、陰極台２，絶縁ブッシュ３および陽極台４が挿入され、これらが基体１に一体に固着されている。陽極台４の内部には、ノズル台５が挿入され、陽極台４にノズル台キャップ６の雄ねじ６１をねじ込むことによって、ノズル台５が陽極台４に固定されている。ノズル台５の下端（先端）にはノズル部材７が装着され、ノズル台キャップ６の雄ねじ６３を受け入れた雌ねじ付きの袋ナット状のノズルキャップ８によって、ノズル台キャップ６に固定されている。ノズル台キャップ６の大径雄ねじ６２には、雌ねじ付きの袋ナット状のシールドキャップ９がねじ結合しており、シールドキャップ９をねじ込み方向に廻すことによって、シールドキャップ９の端面が基体１の端面に締め付けられている。

陰極台２には導電チャック１０が挿入されており、このチャック１０を、タングステン電極１１が貫通している。陰極台２の雄ねじを受け入れる雌ねじ穴を持つ締付けチャック１２を、ねじ締め付け方向に廻すことにより、導電チャック１０が圧搾されて陰極台２およびタングステン電極１１に圧接する。これにより、タングステン電極１１が陰極台２に固定され、しかも電気的にも接続している。

基体１のアーム１３にあるプラズマガス管１４から、絶縁ブッシュ３と陽極台４の間の空間を通って、ノズル台５の中心穴空間にプラズマガスが供給され（２点鎖線矢印）、センタリングストーン１５の通流孔を通ってノズル部材７の中心穴空間に至り、タングステン電極１１の先端のアークで電離されてプラズマとなって、ノズル１６から噴出する。

アーム１３にあるシールドガス管１７から、陽極台４のリング状の溝空間に送給されたシールドガスは、更に、ノズル台キャップ６の通気孔１８を通って、シールドキャップ９の内空間に至り、キャップ９からトーチ前方に噴出する（点線矢印）。

導電性の給水管である陽極パイプ１９はアーム１３を通して陽極台４に繋がっており、すなわち電気的に接続されており、陽極パイプ１９に供給される冷却水（実線矢印）は、陽極台４のリング状の給水溝４１を通り、更にノズル台５の給水口２０を通って、ノズル台５の給水路２１を通ってノズル部材７のリング状の通水空間２２に入る。そして通水空間２２を周方向に流れてノズル台５の排水路２３に至り、排水路２３を通り、そしてノズル台５の排水口２４からでて陽極台４の排水溝４２に入り、排水溝４２から絶縁体の中継管２５に入って、それを通って更に絶縁体の中継管２６，２７を通って陰極台２に入り、そして陰極台２から導電性の排水管である陰極パイプ２８に出る。陰極パイプ２８はアーム１３を通して陰極台２に繋がっている。すなわち電気的に接続されている。

ノズル台５を図２および図３に示す。ノズル台５は、大略で、大径薄肉の外筒５１に、周方向で偏肉厚の内筒５４を圧入して一体化したものである。図２の（ａ）は図２の（ｂ）のＡ−Ａ線横断面、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＢ−Ｂ線縦断面、図２の（ｃ）は、ノズル台５の先端部（ノズル部材７装着側の端部）を示す外観斜視図、図２の（ｄ）は、ノズル台５の後端部（陽極台４装着側の端部）を示す外観斜視図、図３は、図２の（ｃ）の拡大図、である。

内筒５４には、図２の（ａ）に示すように、中心部に、タングステン電極１１およびプラズマガスを通す筒状空間があり、該筒状空間に、センタリングストーン１５（図１）を受け入れる空間５９が連続し、そしてノズル部材７（図１）を受け入れる空間５８が連続している。また内筒５４は、図２の（ａ）に示すように、１直径方向が、外筒５１に圧接する厚肉であり、該直径方向と直交する直径方向が薄肉であって、薄肉部分の外表面は外筒５１の内壁面（内周面）から離れている。すなわち、外筒５１内に、内筒５４によって、相対向する１対の空間、つまり給水路２１および排水路２３、が区画（区分）されている。内筒５４の厚肉部分５６の先端５６ｔは、図２の（ｂ），（ｃ）および図３に示すように、外筒５１の先端（ノズル台５の先端）５ｔと、長さ方向（軸の延びる方向）の位置は同一であるが、内筒５４の薄肉部分５７の先端５７ｔは、図２の（ｂ）および図１に示すように、外筒５１の先端５ｔよりも内側であり、厚肉部分５６の先端５６ｔと段差（５ｔ／５７ｔ）がある。外筒５１には、陽極台４の給水溝４１および排水溝４２にそれぞれ整合する給水口２０および排水口２４がある。内筒５４は、その１対の薄肉部５７がそれぞれ外筒５１の給水口２０および排水口２４に対向するように外筒５１に圧入され、外筒５１の後端が内筒５４の後端のフランジ５５に圧接してから、外筒５１の後端がフランジ５５に溶接されている。

フランジ５５にはリング溝があり、そこに入れられたОリング（図１）が、陽極台４に密着して、ノズル台５の後端部と陽極台４との間を気密シールしている。すなわち冷却水の漏れを防止する。外筒５１にも、気密シール用のフランジ５２，５３があり、フランジ５２，５３間にリング溝があり、そこに入れられたОリング（図１）が、陽極台４に密着して、ノズル台５の中程と陽極台４との間を気密シールしている。すなわち冷却水の漏れを防止する。これら１対の気密シール構造によって、陽極台４の給水溝４１および排水溝４２から、すなわち陽極台４の内部から、トーチ基体１の内部のプラズマガス流路（２点鎖線矢印）およびシールドガス流路（点線矢印）への水漏れが防止される。

図２の（ｅ）には、ノズル台キャップ６の外観を示す。ノズル台キャップ６には、後端部に、陽極台４の雌ねじ穴にねじ込まれる中径の雄ねじ６１が、中程に、シールドキャップ９の雌ねじが結合する大径の雄ねじ６２が、また、先端部に、ノズルキャップ８の雌ねじが結合する小径の雄ねじ６３がある。雄ねじ６１の中径部から、雄ねじ６３の小径部にわたって、軸が延びる方向に貫通する複数の通気孔１８がある。ノズル台キャップ６の内部の筒状空間にノズル台５を通して、ノズル台５を、トーチ基体１内の陽極台４に圧入して、ノズル台キャップ６の雄ねじ６１を陽極台４の雌ねじ穴にねじ込むことにより、図１に示すように、陽極台４にノズル台５およびノズル台キャップ６を一体に固着することができる。

ノズル部材７は、大略で、下心棒なしかつ上心棒付きの廻しコマ形，きのこ形，雨傘形，もしくはパラソル形ともいえる傘形であり、中心にタングステン電極１１およびプラズマガスを通す空間と、それに連続するノズル１６がある。傘形の柄と傘の間の空間が、該柄を周回する円錐リング状の通水空間２２である。該傘の端縁には外フランジがあり、該外フランジに、ノズルキャップ８の先端の内フランジが係合する。ノズルキャップ８は雌ねじ穴が開いた袋ナットであり、該雌ねじ穴の底部が内フランジとなっている。ノズル部材７の柄の端部分にＯリングおよびセンタリングストーン１５を装着し傘の縁部にＯリングを挿入してから、ノズルキャップ８の雌ねじ穴にノズル部材７を先端部から通して、ノズル部材７の外フランジをノズルキャップ８の内フランジに係合させて、ノズル部材７の雌ねじ穴にノズル台キャップ６の雄ねじ６３を受け入れて、ノズル台キャップ６にノズルキャップ８をねじ締め結合することにより、図１に示すように、ノズル台５に対して、センタリングストーン１５，ノズル部材７およびノズルキャップ８を一体に固着することができる。この一体固着により、これらの部材の全てが、ノズル台キャップ６に一体固着になる。

図４に、上述のように一体化したノズル部材７およびノズル台５を、簡略化して示す。センタリングストーン１５の図示は省略した。陽極パイプ１９から陽極台４の給水溝４１に入った冷却水は、ノズル台５の給水口２０から給水路２１に入って、ノズル部材７のリング状の通水空間２２に入って、通水空間２２内を略半周を廻って排水路２３に入る。このとき、内筒５４の厚肉部５６の先端５６ｔが、薄肉部５７の先端５７ｔよりも、通水空間２２に向かう方向に突出しているので、給水路２１からノズル部材７のリング状の通水空間２２に進入した冷却水は、厚肉部５６の先端５６ｔを越えるために、通水空間２２すなわちリング状の溝の底に向かう方向、つまりノズル部材７の先端に向かう方向に進み、通水空間２２（リング状の溝）の底（溝底）に当たり、ノズル部材７の先端の熱を奪う。すなわちノズル部材７の先端を冷却する。厚肉部５６の先端５６ｔが、薄肉部５７の先端５７ｔよりもトーチ先端方向に突出して冷却水流をノズル部材７の通水空間であるリング状の溝２２の底に向かわせるので、ノズル部材先端の冷却効果が高い。

ノズル部材７の通水空間２２はリング状の溝であって、ノズル部材７には仕切り壁がなく、ノズル台５において内筒５４の厚肉部５６の先端５６ｔが仕切り壁の機能を持つので、ノズル台５に対するノズル部材７の、軸中心の周方向の位置合わせ（位置決め）は不要であり、トーチの組み立て（ノズル台５に対するノズル部材７の装着）が容易である。

本発明の１実施例の縦断面図である。 （ａ）は図１に示すノズル台５のＡ−Ａ線横断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線縦断面図、（ｃ）は先端部を見た斜視図、（ｄ）は後端部を見た斜視図である。（ｅ）は、図１に示すノズル台キャップ６の斜視図である。 図２の（ｃ）の拡大図である。 図１示すセンタリングストーン１５は省略して、ノズル部材７およびノズル台５を簡略化して示す断面図であり、（ａ）はＡ−Ａ線横断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線縦断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線横断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ線縦断面図、（ｅ）はＥ−Ｅ線横断面図である。

符号の説明

１：基体 ２：陰極台
３：絶縁ブッシュ ４：陽極台
４１：給水溝 ４２：排水溝
５：ノズル台 ５ｔ：先端
５１：外筒 ５２，５３：フランジ
５４：内筒 ５５：フランジ
５６：厚肉部 ５６ｔ：先端
５７：薄肉部 ５７ｔ：先端
５８：ノズル部材受け入れ空間
５９：ストーン受け入れ空間
６：ノズル台キャップ ６１〜６３：雄ねじ
７：ノズル部材 ８：ノズルキャップ
９：シールドキャップ １０：導電チャック
１１：タングステン電極
１２：締付けチャック １３：アーム
１４：プラズマガス管 １５：センタリングストーン
１６：ノズル １７：シールドガス管
１８：通気孔 １９：陽極パイプ
２０：給水口 ２１：給水路
２２：通水空間 ２３：排水路
２４：排水口 ２５，２６，２７：中継管
２８：陰極パイプ

Claims (7)

1. ノズル台の先端にノズル部材を装着しノズル部材を冷却媒体を通して冷却するプラズマトーチにおいて：
   前記ノズル部材は、傘の中心にノズルを、柄には該ノズルに連続し電極およびプラズマガスを通す穴を、傘の内側と柄の外周面との間にはリング状の冷却媒体通流溝を、それぞれ形成した傘形であって、
   前記ノズル台は、該ノズル部材の傘の縁に結合する先端を有する外筒、ならびに、外面が該外筒の内面に部分的に接する楕円形又は略楕円形であって、該外筒の内空間に冷却媒体供給路と冷却媒体排出路を区画し、中心には電極およびプラズマガスを通す穴を、先端部には該穴に連続し前記ノズル部材の柄を受け入れる柄通し穴を持ち、該柄通し穴と前記外筒との間の厚肉部の先端が薄肉部の先端よりも、前記ノズル部材の前記冷却媒体通流溝側に突出した内筒、を有する、ことを特徴とするプラズマトーチ。
2. トーチ基体に装着された陰極台；
   該陰極台とは絶縁ブッシュで絶縁して前記トーチ基体に装着され、内部にノズル台収容空間とそれに連続するリング状の冷却媒体供給溝および冷却媒体排出溝がある陽極台；
   ノズル部材の傘の縁に結合する先端を有する外筒、ならびに、外面が該外筒の内面に部分的に接する楕円形又は略楕円形であって、該外筒の内空間に冷却媒体供給路と冷却媒体排出路を区画し、中心には電極およびプラズマガスを通す穴を、先端部には該穴に連続しノズル部材の柄を受け入れる柄通し穴を持ち、該柄通し穴と前記外筒との間の厚肉部の先端が薄肉部の先端よりも、前記ノズル部材の前記冷却媒体通流溝側に突出した内筒、を有し、前記外筒には、前記冷却媒体供給路および冷却媒体排出路をそれぞれ、前記陽極台の冷却媒体供給溝および冷却媒体排出溝につなぐ冷却媒体供給口および冷却媒体排出口がある、後端部が前記陽極台のノズル台収容空間に挿入された、ノズル台；
   前記陰極台およびノズル台を貫通し、該陰極台に後端側が固定された電極；および、
   傘の中心にノズルを、柄には該ノズルに連続し前記電極の先端部およびプラズマガスを通す穴を、傘の内側と柄の外周面との間にはリング状の冷却媒体通流溝を、それぞれ形成した傘形であって、前記ノズル台の先端に装着されたノズル部材；
   を備えるプラズマトーチ。
3. 前記陰極台の中心の空間に導電チャックが挿入され、前記陰極台にねじ結合した締め付けチャックのねじ締め付けにより、前記導電チャックが前記陰極台および電極に圧着した；請求項２に記載のプラズマトーチ。
4. 前記ノズル台には、電極およびプラズマガスを通す穴と前記柄通し穴との間にそれらに連続するストーン受け穴があり、そこに、電極が貫通する中心穴とプラズマガス通し溝または穴を持つセンタリングストーンが挿入された；請求項２又は３に記載のプラズマトーチ。
5. 更に、前記ノズル台の先端側が貫通するノズル台キャップがあって、該ノズル台キャップはその後端部で陽極台にねじ結合してノズル台を陽極台に固定する；請求項２乃至４のいずれか１つに記載のプラズマトーチ。
6. 更に、前記ノズル部材の傘に係合しかつ前記ノズル台キャップの先端部にねじ結合してねじ締めによりノズル部材の傘をノズル台の先端に圧接固定するノズルキャップ，前記ノズル部材の柄の外面と前記ノズル台の柄通し穴の内面の間をシールするＯリング、および、前記ノズル部材の傘と前記ノズル台の先端との間をシールするＯリングがある；請求項５に記載のプラズマトーチ。
7. 前記ノズル台キャップの中程は、前記ノズルキャップの外側にシールドガス通流空間を確保するために大径であり、該ノズル台キャップには、前記陽極台に送給されるシールドガスを該シールドガス通流空間に導く貫通穴があり、前記ノズル台キャップの大径部にねじ結合したシールドキャップが、前記シールドガス通流空間を区画する；請求項６に記載のプラズマトーチ。
   

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