JP2010137266A - インサートチップおよびプラズマトーチ - Google Patents

Abstract

【課題】 インサートチップの製造工程を簡易にし、安価に製造。
【解決手段】 上端に、上向きに開いたリング状の冷却媒体通流空間ｗ３，ｗ７および該空間の中心を上向きに貫通するパイプ１４ｐがあり、下端に該パイプと同心のノズル１５があって、該ノズルから前記パイプの上端に及ぶ電極挿通穴１４Ｃｈがあり、該電極挿通穴を間に置いて対向する１対の、下端が有底かつ上端が前記冷却媒体通流空間に開いた冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬがある、チップ基体１４ｂ；および、該１対の冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬの各中心軸があるｙｚ平面（図３紙面）と平行であって、上端が前記空間ｗ３，ｗ７に突出し、下端は前記通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬの穴底から冷却媒体通流用の空間ｗ５Ｒ，ｗ５Ｌを置いた位置にあって、それぞれが前記通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬを前記平面で２分割する１対の仕切板３１，３２；を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラズマトーチに関し、特に、トーチ先端のインサートチップに関する。

特開昭５５− ２４７３７号公報 特開昭５７−１５２３８０号公報。

筒状のチップ台に棒状のタングステン電極を通しチップ台の下端にインサートチップを装着したプラズマトーチは、チップ台の、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たプラズマをインサートチップのノズル（噴気口）から噴射するとともに、チップ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インサートチップの外側面に沿って、前方（加工対象材）に噴射する。プラズマアークをインサートチップのノズルで冷却狭搾するため、チップ台の内部の流路に冷却水を供給してチップ台およびインサートチップを冷却する。

開先の奥深くにプラズマトーチのインサートチップを挿入するプラズマアーク溶接や、狭開先のプラズマアーク溶接では、外形が楔形又は扁平のインサートチップが用いられる。特許文献１に記載のインサートチップは、タングステン電極を通す縦穴の両側に給排水穴を開けて一方を入水穴、他方を排水穴とし、チップ下端に両穴を通流とする横穴を開けたものである。特許文献２に記載のインサートチップは、タングステン電極を通す縦穴の両側のそれぞれに入水穴，排水穴を１対として各対の冷却水穴を開け、チップ下端で対を成す入水穴，排水穴をつなぐ横穴を開けたものである。

インサートチップは、銅ブロックに切削および穴開けを施したものであり、横穴は銅ブロックの表面から裏面に貫通する穴を開け、余分な穴部分は栓材を挿入しロー付けして閉じる。すなわち、穴開け，栓材挿入およびロー付けが必要であり、その分コスト高である。インサートチップは消耗品であるので、極力安く製造することが望まれる。

本発明は、インサートチップの製造工程を簡易にし、もって安価に製造することを目的とする。

（１）上端に、上向きに開いたリング状の冷却媒体通流空間(w3,w7)および該空間の中心を上向きに貫通するパイプ(14p)があり、下端に該パイプと同心のノズル(15)があって、該ノズルから前記パイプの上端に及ぶ電極挿通穴(14Ch)があり、該電極挿通穴を間に置いて対向する１対の、下端が有底かつ上端が前記冷却媒体通流空間に開いた冷却媒体通流穴(14hR,14hL)がある、チップ基体(14b)；および、
該１対の冷却媒体通流穴(14hR,14hL)の各中心軸があるｙｚ平面(図３紙面)と平行であって、上端が前記冷却媒体通流空間(w3,w7)に突出し、下端は各冷却媒体通流穴(14hR,14hL)の穴底から冷却媒体通流用の空間(w5R,w5L)を置いた位置にあって、それぞれが各冷却媒体通流穴(14hR,14hL)を前記平面で２分割する１対の仕切板(31,32)；
を備えるインサートチップ(14)。

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。

横穴開け，栓材挿入およびロー付けが不要であり、代わりに、仕切板(31,32)を冷却媒体通流穴(14hR,14hL)に圧入すればよいので、製造工程が簡易になり、低コストで製造できる。

（２）前記チップ基体(14b)は、前記ｙｚ平面（図３の（ｂ））と直交するｘｚ平面（図３の（ｄ））では、前記ノズル(15)がある下端に下がるにつれて横幅(x)が狭くなる楔形である；上記（１）に記載のインサートチップ(14)。

（３）前記楔形の面より、絶縁体(33fR,33fL,33rR,33rL)の球面が突出した；上記（２）に記載のインサートチップ(14)。

（４）各冷却媒体通流穴(14hR,14hL)は、前記電極挿通穴(14Ch)に平行であり；前記チップ基体(14b)は、前記ｙｚ平面（図３の（ｂ））では、上下端部間である中央部は横幅(x)が一定の方形であって、下端部が、前記ノズル(15)がある下端に下がるにつれて横幅(x)が狭くなる台形である；上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のインサートチップ(14)。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のインサートチップ(14)；を備え、該インサートチップの前記パイプ(14p)を支持し該インサートチップに冷却媒体を給排するチップ台(6,12)には、前記冷却媒体通流空間(w3,w7)に進入し該空間の底面に当接する下端面に、前記仕切板(31,32)の上端を受け入れるスリット(6sR,6sL,12sR,12sL)がある；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ｘｚ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、チップ台内筒５およびチップ台スリーブ６が挿入されている。チップ台スリーブ６の下端内部にはチップ台ブロック１２があり、このチップ台ブロック１２にインサートチップ１４が装着されている。チップ台スリーブ６には連結筒７が固着されており、連結筒７に、その雄ねじを受け入れた雌ねじ付きのシールドキャップ８が螺合しており、シールドキャップ８をねじ込み方向に廻すことによって、シールドキャップ８の端面が基体１の端面に締め付けられている。

チップ台内筒５の内部には電極ホルダ９があり、その内部に導電チャック１０がある。導電チャック１０をタングステン電極１１が貫通している。導電チャック１０の割り溝が切り込まれた先端がタングステン電極１１の中心に向かう方向に圧搾されてタングステン電極１１を挟持している。これにより、タングステン電極１１が、導電チャック１０および締付けチャックを介して電極ホルダ９に固定されている。タングステン電極１１はセンタリングストーン１３を貫通して、インサートチップ１４のノズル１５に対向している。

陰極台２には電極ホルダ９および導電チャック１０が挿入されており、タングステン電極１１は、導電チャック１０，トーチキャップ１６及び陰極台２を介して、パイロット電源２１およびメイン電源２２に電気的に接続される。

基体１のアームにあるプラズマガス管１７から、電極ホルダ９の内空間にプラズマガスが供給され、センタリングストーン１３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１５から噴出する。基体１のアームにあるシールドガス管１８から、チップ台スリーブ６と基体１の間に送給されたシールドガスは、連結筒７の通気孔を通って、シールドキャップ８の内空間に至り、キャップ８からトーチ前方に噴出する。

導電性の給水管である陽極パイプ１９は、基体１のアームを通して陽極台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に入り、そしてチップ台スリーブ６とチップ台内筒５との間の給水路ｗ１を通り、チップ台ブロック１２の給水路ｗ２（図４）を通ってインサートチップ１４に至る。インサートチップ１４の内部を上から下に、そして後述の仕切板３１，３２（図２，図３）の下端直下を通って下から上に流れた冷却水は、チップ台ブロック１２の排水路ｗ８（図４）を通り、チップ台スリーブ６とチップ台内筒５との間の排水路ｗ９を通り、導電性の排水管である陰極パイプ２０に出る。陰極パイプ２０は、基体１のアームを通して陰極台２に繋がっている。すなわち電気的に接続されている。

チップ台内筒５の、半径方向ｘに突出し軸方向ｚに延びる突条（図示せず）によって筒状空間が縦割りに半円筒状空間に２区分されており、一方の半円筒状空間が給水路ｗ１、他方の半円筒状空間が排水路ｗ９である。

インサートチップ１４の、図１に示すｘｚ断面の形状は、ノズル１５がある下端に下がるにつれて横幅が狭くなる楔形である。インサートチップ１４の楔形をなす斜面には、セラミックボール３３ｆＬ，３３ｒＬが埋め込まれ、球面の一部が斜面から突出し、インサートチップ１４が溶接材２３，２４の開先の斜面に直接に接触するのを妨げる。

図２に、図１に示すプラズマトーチの、ｙｚ断面すなわち図１紙面に垂直な断面を示す。このｙｚ断面では、インサートチップ１４は、上下端部間である中央部は横幅が一定の方形であって、下端部が、ノズル１５がある下端に下がるにつれて横幅が狭くなる台形である。インサートチップ１４の中心には、タングステン電極１１が通る電極挿通穴１４Ｃｈがあり、その両側に、冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬがあり、各穴１４ｈＲ，１４ｈＬに、仕切板３１，３２がある。各仕切板３１，３２は、各穴１４ｈＲ，１４ｈＬを、電極挿通穴１４Ｃｈの中心軸があるｙｚ面で２分割するが、各穴１４ｈＲ，１４ｈＬの底面までには達せず、各仕切板３１，３２の下端の下方に、２分割された空間を連通とする冷却水通流路ｗ５Ｒ，ｗ５Ｌを残している。

図３に、インサートチップ１４を拡大して示す。（ａ）はチップ１４の上端面を示す平面図、（ｂ）はｙｚ縦断面図、（ｃ）は下端面を示す底面図、および、（ｄ）はｘｚ縦断面図である。インサートチップ１４のチップ基体１４ｂの上端には、上向きに開いたリング状の冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）および該空間の中心を上向きに貫通するパイプ１４ｐがあり、下端には、該パイプ１４ｐと同心のノズル１５があって、該ノズル１５からパイプ１４ｐの上端に及ぶ電極挿通穴１４Ｃｈがあり、該電極挿通穴１４Ｃｈを間に置いて対向する１対の、下端が有底かつ上端が冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）に開いた冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬがある。

冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬのそれぞれには、これらの穴の直径と同一あるいは微少量大きい仕切板３１，３２が圧入されており、それぞれが各穴１４ｈＲ，１４ｈＬを直径位置で２空間ｗ４Ｒとｗ６Ｒ，ｗ４Ｌとｗ６Ｌに分割している。しかし仕切板３１，３２の下端は、冷却媒体通流穴１４ｈＲ，１４ｈＬの下底よりも上方にあり、仕切板３１，３２の下端と該下底との間が、分割した空間ｗ４Ｒとｗ６Ｒ，ｗ４Ｌとｗ６Ｌの間の冷却水の通流空間ｗ５Ｒ，ｗ５Ｌとなっている。仕切板３１，３２の上端は、チップ基体１４ｂの上端の、上向きに開いたリング状の冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）に突出し、これらとパイプ１４ｐとが、チップ基体１４ｂの冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）の下底部を、大略で、チップ基体１４ｂの直径位置で入水空間ｗ３と出水空間ｗ７に２区分している。

チップ基体１４ｂの楔形の２斜面のそれぞれに各１対のセラミックボール３３ｆＲ，３３ｆＬと３３ｒＲ，３３ｒＬが圧入され、球面の一部が斜面から突出している。

図４に、図１および図２に示すチップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２を拡大して示す。図４の（ａ）および（ｃ）は、チップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２の、図２と同様なｙｚ断面を示し、（ｂ）および（ｄ）は、チップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２の下端面を示し、（ｅ）は、チップ台ブロック１２の、図１と同様なｘｚ断面を示す。チップ台スリーブ６およびその下端内部に位置するチップ台ブロック１２のリング状の下端面は、チップ基体１４ｂの上端の冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）の下底である基体平面に当接するが、該リング状の下端面には、仕切板３１，３２の上端を受け入れるスリット６ｓｒ，６ｓＬ（チップ台スリーブ６），１２ｓＲ，１２ｓＬ（チップ台ブロック１２）がある。これらのスリット６ｓｒ，６ｓＬと１２ｓＲ，１２ｓＬに仕切板３１，３２の上端部を受け入れて、チップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２をインサートチップ１４の上端の冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）に圧入することにより、該冷却媒体通流空間（ｗ３，ｗ７）が、入水空間ｗ３と出水空間ｗ７に２分割される。

チップ台ブロック１２には、給水路ｗ１を入水空間ｗ３に連通とする入水路ｗ２（図４の（ｅ））と、排水路ｗ９に排水空間ｗ７を連通とする排水路ｗ８がある。

入水路ｗ１に入った冷却水は、入水路ｗ１−入水路ｗ２−入水空間ｗ３−分割空間ｗ４Ｒ，ｗ４Ｌ−通流空間ｗ５Ｒ，ｗ５Ｌ−分割空間ｗ６Ｒ，ｗ６Ｌ−出水空間ｗ７−排水路ｗ８−排水路ｗ９、のルートを流れて、ｗ３−ｗ４Ｒ，ｗ４Ｌ−ｗ５Ｒ，ｗ５Ｌ−ｗ６Ｒ，ｗ６Ｌ−ｗ７と流れている間に、チップ基体１４ｂの熱を吸収する。すなわちチップ基体１４ｂを冷却する。

なお、チップ基体１４ｂおよび仕切板３１，３２共に銅材で作られているが、仕切板３１，３２は他の金属や、セラミックなどの耐熱材とすることも出来る。

図２に、本発明の２実施例のインサートチップの拡大断面を示す。第２実施例では、インサートチップ１４のチップ基体１４ｂのノズル部に、口金１４ｃをねじ込んだものである。チップ基体１４ｂの先端部の損耗が少ないときに口金１４ｃを取り替えることにより、チップ基体１４ｂの寿命を長くすることができる。口金１４ｃは、チップ基体１４ｂよりもきわめて低コストで製造できるので、溶接コストがさらに低減する。

本発明の１実施例のｘｚ縦断面図である。 図１に示すプラズマトーチのｙｚ断面図、すなわち図１に示すプラズマトーチの中心軸がある、紙面と垂直な面の断面図である。 図１および図２に示すインサートチップ１４を拡大して示す図面であり、（ａ）はチップ１４の上端面を示す平面図、（ｂ）はｙｚ縦断面図、（ｃ）は下端面を示す底面図、および、（ｄ）はｘｚ縦断面図である。 図１および図２に示すチップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２を拡大して示す図面であり、（ａ）および（ｃ）は、チップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２の、図２と同様なｙｚ断面を示し、（ｂ）および（ｄ）は、チップ台スリーブ６およびチップ台ブロック１２の下端面を示し、（ｅ）は、チップ台ブロック１２の、図１と同様なｘｚ断面を示す。 本発明の第２実施例のインサートチップの拡大断面図である。

符号の説明

１：基体
２：陰極台
３：絶縁ブッシュ
４：陽極台
５：チップ台内筒
６：チップ台スリーブ
７：連結筒
８：シールドキャップ
９：電極ホルダ
１０：導電チャック
１１：タングステン電極
１２：チップ台ブロック
１３：センタリングストーン
１４：インサートチップ
１４ｂ：チップ基体
１５：ノズル
１６：トーチキャップ
１７：プラズマガス管
１８：シールドガス管
１９：陽極パイプ（給水管）
２０：陰極パイプ（排水管）
２１：パイロット電源
２２：メイン電源
２３，２４：溶接材
ｗ１〜ｗ３，ｗ４Ｒ，ｗ４Ｌ：給水路
ｗ６Ｒ，ｗ６Ｌ，ｗ７〜ｗ９：排水路
３１，３２：仕切板
３３ｆＲ，ｆＬ，ｒＲ，ｒＬ：セラミックボール

Claims (5)

1. 上端に、上向きに開いたリング状の冷却媒体通流空間および該空間の中心を上向きに貫通するパイプがあり、下端に該パイプと同心のノズルがあって、該ノズルから前記パイプの上端に及ぶ電極挿通穴があり、該電極挿通穴を間に置いて対向する１対の、下端が有底かつ上端が前記冷却媒体通流空間に開いた冷却媒体通流穴がある、チップ基体；および、
   該１対の冷却媒体通流穴の各中心軸があるｙｚ平面と平行であって、上端が前記冷却媒体通流空間に突出し、下端は各冷却媒体通流穴の穴底から冷却媒体通流用の空間を置いた位置にあって、それぞれが各冷却媒体通流穴を前記平面で２分割する１対の仕切板；
   を備えるインサートチップ。
2. 前記チップ基体は、前記ｙｚ平面と直交するｘｚ平面では、前記ノズルがある下端に下がるにつれて横幅が狭くなる楔形である；請求項１に記載のインサートチップ。
3. 前記楔形の面より、絶縁体の球面が突出した；請求項２に記載のインサートチップ。
4. 各冷却媒体通流穴は、前記電極挿通穴に平行であり；前記チップ基体は、前記ｙｚ平面では、上下端部間である中央部は横幅が一定の方形であって、下端部が、前記ノズルがある下端に下がるにつれて横幅が狭くなる台形である；請求項１乃至３のいずれか１つに記載のインサートチップ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載のインサートチップ；を備え、該インサートチップの前記パイプを支持し該インサートチップに冷却媒体を給排するチップ台には、前記冷却媒体通流空間に進入し該空間の底面に当接する下端面に、前記仕切板の上端を受け入れるスリットがある；プラズマトーチ。

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