JP2011014459A - 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５から水路金具６への伝熱は効果的に行い、しかも水路金具の使用寿命は長くする。
【解決手段】 先端の中心にプラズマを噴出するノズル５１を持ち、水路金具６の雌ねじ穴６８にねじ込まれる後端筒部に雄ねじ５３を持ち、該雄ねじ５３が、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山でなる、インサートチップ、および、該インサートチップを備えるプラズマトーチ。プラズマトーチは、水路金具６にインサートチップを着脱するときのねじ廻しによる水路金具６の空転を阻止する拘止手段１１，１２を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プラズマトーチのインサートチップおよび該インサートチップを用いるプラズマトーチに関する。

プラズマトーチの、プラズマを噴出するノズルがあるインサートチップは、プラズマの高熱によって消耗しまた、加工材の溶融金属の飛沫（スパッタ）によって傷損するので、取替えが必要である。すなわち、インサートチップは消耗品である。

特許文献１には、インサートチップの寿命を長くするために、インサートチップに先端径が小さいテーパ雄ねじを切って、ノズル台である水路金具の先端の、先端径が大きいテーパ雌ねじにねじ込んで両者間を圧着させることにより熱伝導を向上して、水路金具によるインサートチップの冷却性能を高くしたプラズマトーチを提示した。

特開２００８−２１２９６９号公報。

しかし、消耗したインサートチップを取り替えるチップ交換を繰り返すうちに、水路金具の先端の、先端径が大きいテーパ雌ねじが消耗して熱伝導が悪くなり、水路金具の先端の消耗が早く水路金具の交換が必要になる。また、水路金具とトーチ本体が一体式の場合は、トーチ本体全体を取り替えなければならなくなり、消耗品コストは相当高価途成る。

本発明は、インサートチップから水路金具への伝熱は効果的におこない、しかも水路金具の使用寿命は長くすることを目的とする。

（１）先端の中心にプラズマを噴出するノズル(51)を持ち、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)にねじ込まれる後端筒部に雄ねじ(53)を持ち、該雄ねじ(53)が、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山でなる、インサートチップ(5)。

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、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)が螺合する、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)のねじ山は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したものとなる。これにより、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)のねじ山の山頂部は、図３に示すとおり、インサートチップ(5)の雄ねじ山(53)の山頂部よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ(5)の着脱による損耗が小さく、水路金具(6)が長寿命になる。その分、水路金具(6)に対するインサートチップ(5)の着脱によりインサートチップ(5)の雄ねじ山(53)が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ(5)の雄ねじ山(53)を水路金具(6)の雌ねじ穴(68)に密着させる利点がある。インサートチップ(5)は消耗品であるので、水路金具(6)から取り外すときのねじ山の変形や損耗は問題にならない。

本発明の第１実施例のプラズマトーチの、一部を破断して示す正面図である。 （ａ）は図１に示す水路金具６の、拡大平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は図１の（ａ）の２ｃ−２ｃ線断面図である。 （ａ）は、図１に示す水路金具６の雌ねじ６８とインサートチップ５の雄ねじ５３との螺合部の拡大縦断面図を示し、（ｂ）はインサートチップ５の雄ねじ５３の下限角度を、（ｃ）は上限角度を示す。 本発明の第２実施例のプラズマトーチの、一部を破断して示す正面図である。 （ａ）は図４に示す水路金具６の、拡大平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ａ）の２ｃ−２ｃ線断面図である。

（２）さらに、前記水路金具(6)の雌ねじ穴(68)の先端開口の内テーパ面(67)に当接する外テーパ面(67)を有する；上記（１）に記載のインサートチップ(5)。テーパ面の当接は密着性が高くしかも当接面積が大きくなるので、インサートチップの冷却効果が高い。

（３）上記（１）記載のインサートチップ(5)と、中心に内穴(61)があってその外側に冷却水通流路があり該内穴(61)の先端部に前記インサートチップ(5)の前記雄ねじ(53)が螺合する雌ねじ穴(68)がある前記水路金具(6)と、前記内穴(61)に進入し先端が前記ノズル(51)に対向する電極棒(8)と、前記インサートチップ(5)の内にあって前記電極棒(8)を前記ノズル(51)の中心軸位置に支持するセンタリングストーン(9)と、前記水路金具(6)をその後端側から受け入れる収納空間を持つトーチ本体(1)と、を備えるプラズマトーチ。

（４）前記水路金具(6)はその雌ねじ穴(68)の先端開口に内テーパ面(67)を持ち、前記インサートチップ(5)は前記内テーパ面(67)に当接する外テーパ面(52)を持つ、上記（３）に記載のプラズマトーチ。

（５）さらに、前記トーチ本体(1)内での前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止手段(65,11/66,12)を備える上記（３）又は（４）に記載のプラズマトーチ。トーチ本体(1)を握って、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)を水路金具(6)の雌ねじ穴(68)にあててインサートチップ(5)をねじ込んで強く廻しても、水路金具(6)が空転しないので、インサートチップ(5)の、比較的に強い力での廻し駆動による着脱が容易である。

（６）前記水路金具(6)の冷却水通流路は、該水路金具(6)の後端部から先端部に冷却水を送る給水路(63)および先端部から後端部に戻す排水路(64)を含み、前記拘止手段が前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止状態で、前記給水路(63)は給水管(14a)に、前記排水路(64)は排水管に、それぞれつながる、上記（５）に記載のプラズマトーチ。この、水路金具(6)の給水路を給水管に、排水路を排水管に位置合わせする特定の角度に、水路金具(6)の姿勢を設定しなければならない冷却水路設定の場合、拘止手段が前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止状態を、水路金具(6)の回転角度を該特定の角度としておくことにより、拘止手段によって自動的に冷却水路設定を実現することができる。

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。

−第１実施例−
図１に、第１実施例のプラズマトーチを示す。第１実施例のプラズマトーチは、先端部材でありノズル部材であるインサートチップ５を、ノズル台である水路金具６に対して着脱できるものである。また、水路金具６はトーチ本体１から取り外すことができる。

インサートチップ５の内にはセンタリングストーン９があり、センタリングストーン９を貫通した電極棒８の先端が、インサートチップ５の内部に進入しノズル５１に対向している。パイロットガスは、図示を省略した供給管からトーチ本体１および水路金具６の内穴６１のパイロットガス経路１０をとおって、センタリングストーン９の通気穴を通してインサートチップ５の内部に入り、電極棒８の先端に発生するアークによって電離されてプラズマガスとなって、ノズル５１から噴出する。

インサートチップ５の後端部の雄ねじ５３が、水路金具６の雌ねじ穴６８にねじ込まれ、これにより、インサートチップ５の外テーパ５２が水路金具６の先端の内テーパ６７に圧接している。シールドガスパイプ１５から水路金具６の外周面に吹き込まれたシールドガスは、袋ナット７の先端部の通孔を通して、シールドキャップ２の内空間に出て、インサートチップ５の外周面に沿ってトーチ外部に流出する。

図２に、水路金具６を拡大して示す。水路金具６は大略で二重筒であり、内筒６２と外筒との間に水路４があり、内筒６２により水路４が、ｘ方向を上下方向と表現すると、上下に２区分されている（図２の（ｃ））。上側は給水空間６３であり、冷却水給水パイプ１４ａに連通している。下側は排水空間６４であり、排水パイプ１４ｂに連通している。水路金具６の後端面（図２の（ａ）上で右端面）には、図１に示す係止ピン１１，１２を受け入れる係合溝６５，６６があり、ピン１１，１２はトーチ本体１の内空間にあって水路金具受け台１６に固定されている。本実施例では、拘止手段を係止ピン１１，１２および係合溝６５，６６で構成している。

トーチ本体１に一体に固定された水路金具受け台１６の、水路金具６の後端面が対向する端面には、ピン１１および１２を受け入れる、水路金具６の係合溝６５，６６と同様な溝１６２，１６４が刻まれておりピン１１および１２を圧入することで突起１６１，１６３が形成される。これらの溝と穴１６２，１６４によっても、係止ピン１１，１２が固定支持されており、係止ピン１１，１２の、水路金具６の回転を阻止する強度が高い。

図１に示すように、係合溝６５，６６に係止ピン１１，１２が嵌まり込んだ状態で、上述の、給水空間６３に給水パイプ１４ａが連通し排水空間６４に排水パイプ１４ｂが連通する冷却水通流路が形成されている。

拘止状態すなわち図１に示すように係合溝６５，６６に係止ピン１１，１２が嵌まり込んだ状態で、インサートチップ５を反時計回りに強く廻すことにより、水路金具６からインサートチップ５を取り外すことができる。また、新品のインサートチップを水路金具６に強くねじ込むことができる。これらの場合、水路金具６の回転がピン１１，１２で阻止されるので、水路金具６は空転することはなく、強力なねじ廻しによるインサートチップ５の着，脱が容易である。

図３の（ａ）に、図１に示す水路金具６の雌ねじ６８に対するインサートチップ５の雄ねじ５３の螺合部分を、拡大して示す。この実施例では、インサートチップ５の着脱に対して水路金具６の雌ねじ６８の耐久性を高くし、水路金具６の寿命を長くするために、水路金具６の雌ねじ穴６８のねじ山は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１５度、かつ、裏側で３３度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して３２度傾斜したものである。これにより、非消耗品である水路金具６の雌ねじ穴６８のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）に示すとおり、山が厚く丸みがある強固なものとなっている。雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が１５度と小さくしているので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なくなり、雌ねじ６８の変形，消耗が少なくなる。なお、図３上のｚ矢印の、矢印方向が、雌ねじ穴６８に対する雄ねじ５３のねじ込み方向である。

これにより、雌ねじ穴６８に螺合するインサートチップ５の雄ねじ５３のねじ山は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１５度、かつ、裏側で３３度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して３２度傾斜したものである。これにより、インサートチップ５の雄ねじ５３のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）に示すとおり、山が薄く尖って変形しやすいものとなっている。

水路金具６の雌ねじ６８のねじ山は、インサートチップ５の雄ねじ５３よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ５の着脱時の、ねじ込み，緩めによる変形，損耗が小さく、水路金具６が長寿命になる。その分、水路金具６に対するインサートチップ５の着脱によりインサートチップ５の雄ねじ５３が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８に密着させる利点がある。インサートチップ５は消耗品であるので、水路金具６から取り外したときのねじ山の変形や損耗は問題にならない。

図３の（ｂ）に示すように、雌ねじ６８を、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度、かつ、裏側で２０度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度とするものとすると、雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が１０度ときわめて小さくなるので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なく、雌ねじ６８の変形，消耗が少ない。しかし、これに螺合する雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度、かつ、裏側で２０度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度となって、きわめて薄くて破損しやすく、実用上の限界（下限）である。

図３の（ｃ）に示すように、雌ねじ６８を、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で３０度、かつ、裏側で３５度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して４５度とするものとすると、従来のものよりも、雌ねじ６８の耐久性が高くなる効果が得られるようになる。雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が３０度とやや小さいので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なく、雌ねじ６８の変形，消耗が少ない。雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で３０度、かつ、裏側で３５度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して４５度となって、かなりの厚みがあり、破損しにくい。実用上の効果が得られる限界（上限）である。

そこで、インサートチップ５の雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山とし、水路金具６の雌ねじ６８は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山とするのが実用上好ましい。こうすると、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、インサートチップ５の雄ねじ５３の山頂部よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ５の着脱による変形，損耗が小さく、水路金具６が長寿命になる。その分、水路金具６に対するインサートチップ５の着脱によりインサートチップ５の雄ねじ５３が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８に密着させ、発熱側である雄ねじ側より吸熱側である雌ねじへの伝熱効率をアップさせる利点がある。インサートチップ５は消耗品であるので、水路金具６から取り外すときのねじ山の変形や損耗は問題にはならない。

−第２実施例−
図４に、第２実施例のプラズマトーチを示す。第２実施例のプラズマトーチも、先端部材でありノズル部材であるインサートチップ５を、ノズル台である水路金具６に対して着脱できるものである。第２実施例の水路金具６は、図５の（ａ）にも示すように、トーチ本体１から取り外すことができる。第２実施例で用いた水路金具６は、給水空間６３に連通する給水口１３ａと排水空間６４に連通する排水口１３ｂが、上下方向ｚ（水路金具６の軸方向）でずれた位置にあり、トーチ本体１内部の、これらの位置に対応する位置に、給水口１３ａが開くリング状の給水通路と、排水口１３ｂが開くリング状の排水通路があって、該給水通路には給水管１４ａが連通し、排水通路には排水管１４ｂが連通している。給水通路と排水通路がそれぞれリング状であるので、水路金具６をどのような回転角度にしても、水路金具６の給水空間６３は給水パイプ１４ａに、排水空間６４は排水パイプ１４ｂに連通する。すなわち、冷却水流路を形成するためには、トーチ本体１に対して水路金具６を特定の回転角度に設定する必要はない。

しかし、水路金具６に対してインサートチップ５を着脱するときのインサートチップ５のねじ込み、ねじ緩めにおいて、トーチ本体１に対する水路金具６の空転を防ぐために、第１実施例と同様に、水路金具６の後端面（図５の（ａ）上で右端面）には、図１に示す係止ピン１１，１２を受け入れる係合溝６５，６６があり、ピン１１，１２はトーチ本体１の内空間にあってトーチ本体１に固定されている。本実施例でも、拘止手段を係止ピン１１，１２および係合溝６５，６６で構成している。これにより、トーチ本体１を握って、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８にあててインサートチップ５をねじ込んで強く廻しても、水路金具６が空転しないので、インサートチップ５の、比較的に強い力での廻し駆動による着脱が容易である。第２実施例のその他の構成は、上述の第１実施例と同様である。

１：トーチ本体
２：シールドキャップ
３：シールドパッキン
４：水路
５：インサートチップ
５１：ノズル
５２：外テーパ部
５３：雄ねじ
６：水路金具
６１：内穴
６２：内筒
６３：給水空間
６４：排水空間
６５，６６：係止溝
６７：チップ受け端
６８：雌ねじ
７：シールドガス噴出部
８：電極棒
９：センタリングストーン
１０：パイロットガス経路
１１，１２：位置決めピン
１３：冷却水路系
１４ａ，１４ｂ：冷却水パイプ
１５：シールドガスパイプ
１６：水路金具受け台
１６１，１６３：突起
１６２，１６４：溝
１７：絶縁ブッシュ

Claims (6)

1. 先端の中心にプラズマを噴出するノズルを持ち、水路金具の雌ねじ穴にねじ込まれる後端筒部に雄ねじを持ち、該雄ねじが、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山でなる、インサートチップ。
2. さらに、前記水路金具の雌ねじ穴の先端開口の内テーパ面に当接する外テーパ面を有する；請求項１に記載のインサートチップ。
3. 請求項１記載のインサートチップと、中心に内穴があってその外側に冷却水通流路があり該内穴の先端部に前記インサートチップの前記雄ねじが螺合する雌ねじ穴がある前記水路金具と、前記内穴に進入し先端が前記ノズルに対向する電極棒と、前記インサートチップの内にあって前記電極棒を前記ノズルの中心軸位置に支持するセンタリングストーンと、前記水路金具をその後端側から受け入れる収納空間を持つトーチ本体と、を備えるプラズマトーチ。
4. 前記水路金具はその雌ねじ穴の先端開口に内テーパ面を持ち、前記インサートチップは前記水路金具に当接する外テーパ面を持つ、請求項３に記載のプラズマトーチ。
5. さらに、前記トーチ本体内での前記水路金具の回転を阻止する拘止手段を備える請求項上記３又は４に記載のプラズマトーチ。
6. 前記水路金具の冷却水通流路は、該水路金具の後端部から先端部に冷却水を送る給水路および先端部から後端部に戻す排水路を含み、前記拘止手段が前記水路金具の回転を阻止する拘止状態で、前記給水路は給水管に前記排水路は排水管につながる、請求項５に記載のプラズマトーチ。

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