JP2013128943A

JP2013128943A - プラズマトーチ

Info

Publication number: JP2013128943A
Application number: JP2011278763A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakamaki; 健次坂巻; Takachika Sasakura; 隆親笹倉
Original assignee: AKAHOSHI KOGYO KK; AKAHOSHI Manufacturing
Current assignee: AKAHOSHI KOGYO KK; AKAHOSHI Manufacturing
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】ノズル先端の冷却に加えてシールドガスノズルの周面と先端部分にも水路を設けて冷却し、ノズルとシールドガスノズル先端部分の冷却効果を高め、作業効率を向上させるプラズマトーチを提供する。
【解決手段】中心に電極３を配置し、前記電極３外周にプラズマガス流路ＰＧを形成し、先端よりプラズマガスを噴出する、プラズマトーチ本体１に固定されたノズル２と、前記プラズマトーチ本体１の外周に嵌着した絶縁体５、６と、前記絶縁体５、６の外周に固定した耐熱性を有するシールドガスノズル４からなり、前記ノズル２内及びシールドガスノズル４内に水路Ｗを設けたプラズマトーチ。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接またはアーク切断等に用いる電流容量大なるプラズマトーチに関し、特にトーチ先端の冷却効果を高めたプラズマトーチに関するものである。

プラズマトーチは、下端にノズルチップを装着したノズルの内部に棒状のタングステン電極を通し、このノズル内に供給されるプラズマガスを電極の先端に発生するアークで電離してプラズマを発生させ、このプラズマアークをノズルチップから噴射する。さらにノズルとシールドガスノズルの空間に供給されるシールドガスをノズルチップの外側面に沿って、加工物に対して噴射するものである。
この作業時に発生する高熱からノズルチップ等を保護するために、例えば特許文献１に示した発明のように、ノズルの内部の流路に冷却水を供給してノズルおよびノズルチップを冷却していた。

特開平１０−１８０４４８号公報

前記特許文献１に提案された発明は、外側のキャップの内側に冷却水の通路を設けて、これに冷却水を供給することにより外側のキャップを冷却するよう構成したことを主な特徴とする溶断用のプラズマトーチである。

キャップ冷却路（４７）は、ソケット（１１）内部にトーチ本体（１）内の全ての部材を固定するときに、アウターキャップ（３２）の内面がソケット（１１）外周の溝（１１ｃ）の外周面を閉鎖することで形成されている。

前記構成のプラズマトーチにおける冷却水の流れを簡単に説明すると、ノズル冷却路（４４）を通過してノズル（２）を冷却した冷却水は、ノズル排出路（４５）によりトーチ本体側に戻されるが、ここで第二連通路（４６）によりキャップ冷却路（４７）に送出される。

そしてキャップ冷却路（４７）を通過することによりアウターキャップ（３２）を冷却し、しかる後に水路部材（１３）に設けられた第三連通路（４８）を介して排出路（４９）に導かれ、トーチ本体側に排出されるのである。

前記特許文献１記載のプラズマトーチのキャップ冷却路（４７）は、アウターキャップ（３２）の内面と、ソケット（１１）外周の溝（１１ｃ）によって囲まれた空間であり、上方と下方をＯリングで封止した細い帯状の流路である。
そのため、キャップ冷却路（４７）を通過する冷却水は外側のキャップのソケット側しか冷却することができず、先端部分を冷却することはできなかったので、溶接の輻射熱によってノズル先端部やキャップ先端部分が加熱して損傷するという問題点があった。

本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、ノズルの冷却に加えてシールドガスノズルの先端部分にも水路を設けて冷却し、ノズルとシールドガスノズル先端部分の冷却効果を高め過熱による損傷を防止してプラズマトーチの耐久性を高めると共に、溶接あるいは溶断作業の効率を高めるプラズマトーチを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、中心に電極を配置し、前記電極外周にプラズマガス流路を形成し、先端よりプラズマガスを噴出する、プラズマトーチ本体に嵌着されたノズルと、前記プラズマトーチ本体の外周に固定した絶縁体と、前記絶縁体の外周に固定した耐熱性を有するシールドガスノズルからなり、前記ノズル内及びシールドガスノズル内に水路を設け、前記水路内に冷却水を循環させることで、前記ノズル及びシールドガスノズルの先端部を冷却することを特徴とするプラズマトーチである。

請求項２記載の発明は、前記シールドガスノズルを外缶体と内缶体で構成し、前記両缶体の間に冷却水の給水路、環状水路及び排水路を形成したプラズマトーチである。

請求項３記載の発明は、前記外缶体を内缶体に固着して取り付けたプラズマトーチである。

請求項４記載の発明は、前記外缶体を内缶体に着脱自在に取り付けたプラズマトーチである。

請求項５記載の発明は、ノズルの先端部に突出部を構成し、前記突出部の側面に溶接進行方向と平行な径より寸法小となる対向する１対の面を構成し、前記突出部をシールドガスノズル先端のシールドガス吹き出し口より所定長さ突き出したプラズマトーチである。

請求項１記載のプラズマトーチによれば、ノズルと共にシールドガスノズルの内部に水路を設け冷却水を循環させることにより、ノズルの冷却だけでなく、シールドガスノズルの先端部を冷却することができるため、高温のプラズマ熱及び溶融金属の輻射熱からトーチを保護して、トーチを長期にわたって安全に使用することができる。

請求項２記載のプラズマトーチによれば、前記シールドガスノズルを外缶体と内缶体で構成し、前記両缶体の当接部に、冷却水の給水路、排水路及び環状水路を形成したため、シールドガスノズルの製作が容易となりトーチの製造コストが低くなる等の効果を奏する。

請求項３記載のプラズマトーチによれば、前記外缶体と内缶体の上端及び下端の当接部をロウ付け等の手段で固着したため、Ｏリング等の水封材を必要とせず水路を完全に作ることができる。

請求項４記載のプラズマトーチによれば、前記外缶体を内缶体に螺着等の手段により着脱自在に取り付けたため、外缶体を取り外して清掃することにより、冷却水による汚染から水路内部を守り、常にプラズマトーチを最良のコンデションで使用できる。

請求項５記載のプラズマトーチによれば、ノズルの先端部に突出部を構成し、前記突出部の側面に溶接進行方向と平行な径より寸法小となる対向する１対の面を構成し、前記突出部をシールドガスノズル先端のシールドガス吹き出し口より所定長さ突き出したため、厚い材料の溶接に際し開先部を作成する際に、開先部を狭く作成することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１のプラズマトーチ先端の断面図本発明の実施形態２のプラズマトーチ先端の断面図本発明の実施形態３のプラズマトーチ先端の断面図本発明の実施形態２の使用状態の側面模式図本発明の実施形態２の使用状態の平面模式図

本発明のプラズマトーチは、本体の先端にノズル及びシールドガスノズルを装着し、このノズル及びシールドガスノズルの内部に冷却水の水路を構成したものである。本発明のプラズマトーチは、アーク溶接またはアーク切断等に用いることができるが、特に溶接用として効果がある。以下実施形態により詳細に説明する。

本発明の実施形態１のプラズマトーチを図１に示す。
本実施形態は、プラズマトーチ本体１の先端にノズル２を固定し、このノズル２の内部中心に電極３を取り付ける。これにより電極３の外周にプラズマガス流路ＰＧが形成され、ノズル２先端の噴出口２１よりプラズマアークが噴出するのである。

前記プラズマトーチ本体１の基部（図１上方）外周に、電気絶縁材料からなる筒状の上部絶縁体５をＯリングで嵌着し、この上部絶縁体５と一定の間隔Ｄを有して下部絶縁体６をＯリングで嵌着する。

前記上部絶縁体５及び下部絶縁体６の外周に、金属材料からなる耐熱性を有するシールドガスノズル４をＯリングを介して固着する。

前記シールドガスノズル４は、内缶体４１と外缶体４２によって構成されており、内缶体４１は前記上部絶縁体５及び下部絶縁体６とＯリングを介して固着されている。
そして、前記外缶体４２の上部と内缶体４１の上部当接部４１ａはロウ付けによって固着し、外缶体４２の下端と内缶体４１の下部当接部４２ａはロウ付けによって固着してある。
これにより前記ノズル２外周とシールドガスノズル４の間にシールドガス流路ＳＧが形成される。

前記下部当接部４２ａの端部４２ｂは、シールドガスノズル４の表面に形成されており、シールドガス流路ＳＧ内のノズル２と対向する内缶体４１の表面には形成されていない。
そのため、仮に前記下部当接部４２ａの端部４２ｂから冷却水が漏れ出た場合でも、ノズル２との間でスパークが生じて内缶体４１が破損されるおそれはない。さらに、この構成では製作しやすいという長所もある。

また、前記実施形態の他例として、下部当接部４２ａの端部４２ｂをシールドガス流路ＳＧ側に形成した場合、その端部４２ｂを完全に密閉し、熱膨張などによって水漏れのおそれがないようにした場合には、前記実施形態と同様の効果が生じる。

前記シールドガスノズル４の外缶体４２と内缶体４１の間に冷却用の給水路Ｗ１、環状水路Ｗ２、排水路Ｗ３を形成する。
前記給水路Ｗ１は、シールドガスノズル４の周面に等間隔に複数本構成され、その先端はノズル２の先端近傍に到り環状水路Ｗ２に連結している。

前記環状水路Ｗ２は、シールドガスノズル４の先端部分の外缶体４２と内缶体４１の下部当接部４２ａに沿って環状に構成されている。

前記排水路Ｗ３は、水路Ｗ１の間に等間隔に複数本設けてあり、環状水路Ｗ２と連結している。

このように、本実施形態ではシールドガスノズル４の各水路Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を外缶体４２と内缶体４１の間に構成し、冷却水の接触面を全て金属の耐熱材料で覆うように構成したため高熱による水路の破損がなく、水漏れがおこるおそれもない。

また、前記ノズル２内にも冷却用の給水路Ｗ４、環状水路Ｗ５、排水路Ｗ６を形成し、前記各水路Ｗ１〜Ｗ６内に冷却水を循環させることで、ノズル２及びシールドガスノズル４の先端部を冷却するのである。

上記のように構成した本実施形態の作用を説明する。
溶接作業に際し、電極３先端より放電し、ノズル２先端の噴出口２１よりプラズマアークを噴出させると、ノズル２の周囲及びシールドガスノズル４の先端部分が高温となる。
この高温による機器の損傷を防ぐために、前記各水路Ｗ１〜Ｗ６に冷却水を送って強制的に冷却するのである。

この冷却水の流れを説明すると、まずプラズマトーチ本体１の基部内部に形成した給水路１ａから冷却水をシールドガスノズル４の給水路Ｗ１に給水する。
給水路Ｗ１に給水された冷却水は、シールドガスノズル４の先端部に向かい環状水路Ｗ２に入る。
そして環状水路Ｗ２を通ってシールドガスノズル４の先端部を冷却して、排水路Ｗ３から前記基部側へと循環していく。
このように各水路Ｗ１〜Ｗ３によれば、シールドガスノズル４の先端部を冷却でき、同時にノズル２の先端部を効率よく冷却できる。

その後、冷却水はプラズマトーチ本体１の内部に形成した連通路１ｂからノズル２の周面内部に形成した給水路Ｗ４に送られる。

給水路Ｗ４に給水された冷却水は、ノズル２の先端部に進み環状水路Ｗ５に入り、環状水路Ｗ５を通りノズル２の先端部を冷却して、排水路Ｗ６へと循環していく。
その後、プラズマトーチ本体１の内部に形成した排水路１ｃから外部へ排出される。

上述のように構成され作用する本実施形態によれば、次の効果を有する。
給水路Ｗ１、環状水路Ｗ２、排水路Ｗ３が、耐熱性の材料からなるシールドガスノズル４の内部に設けられているため、シールドガスノズル４を確実に冷却することができると共に、過熱による消耗を防ぐことができ長き使用に耐えるのである。
また、冷却水の接触面を全て耐熱部分で構成しているから、プラズマトーチ内の熱及びアーク熱によって、あるいは溶接時に発生するスパッターの付着や接触等が起こっても、給水路Ｗ１、環状水路Ｗ２、排水路Ｗ３に損傷を与えず、冷却水の水漏れが起こるおそれがない。

ノズル２がプラズマアークの輻射熱を受けても過熱して溶損するおそれがなく、ノズル２の寿命を延長させることができる。

また、前記シールドガスノズル４の外缶体４２を内缶体４１に取り付ける際には固着に限定されず、螺着等の手段により着脱自在に取り付けることもできる。

本発明の実施形態２のプラズマトーチを図２に示す。
本実施形態では、ノズル２の先端部に円筒形状の突出部２ａを構成し、この突出部２ａをシールドガスノズル４先端のシールドガス吹き出し口４９より所定長さ突き出すと共に、この突出部２ａの側面に溶接進行方向と平行な径より寸法小となる対向する１対の面２ｂを形成したものである。他の構成は前記実施形態１と同様のため、説明を省略する。

図４、図５に示すように、溶接対象物９０が厚手の材料の場合には、溶接面９１に沿って溝状に開先部９２を構成する。この場合、本実施形態のプラズマトーチによれば、ノズル２の先端部が、突出部２ａによって細くなっているため、開先部９２の幅を狭く構成することができ、より溶接面９１に接近させやすいため、正確、迅速な溶接が能率よく行える。

本発明の実施形態３のプラズマトーチを図３に示す。
本実施形態は、ノズル２の先端部を先細りのテーパ形状とし、シールドガスノズル４先端のシールドガス吹き出し口４９より所定長さ突き出して突出部２ｃを構成すると共に、この突出部２ｃの側面に、溶接進行方向と平行な径より寸法小となる対向する１対の面２ｄを形成したものである。他の構成は前記実施形態１と同様のため、説明を省略する。
このプラズマトーチによれば、突出部２ｃが前記実施形態２の突出部２ａと同様の作用をするので、正確、迅速な溶接作業が能率よく行えるのである。

１プラズマトーチ本体
２ノズル
２ａ突出部
２ｃ突出部
３電極
４シールドガスノズル
５上部絶縁体
６下部絶縁体
４９シールドガス吹き出し口
ＰＧプラズマガス流路
ＳＧシールドガス流路
Ｗ１給水路
Ｗ２環状水路
Ｗ３排水路

Claims

中心に電極を配置し、前記電極外周にプラズマガス流路を形成し、先端よりプラズマガスを噴出する、プラズマトーチ本体に嵌着されたノズルと、
前記プラズマトーチ本体の外周に固定した絶縁体と、
前記絶縁体の外周に固定した耐熱性を有するシールドガスノズルからなり、
前記ノズル内及びシールドガスノズル内に水路を設け、
前記水路内に冷却水を循環させることで、前記ノズル及びシールドガスノズルの先端部を冷却することを特徴とするプラズマトーチ。
前記シールドガスノズルを外缶体と内缶体で構成し、前記両缶体の間に冷却水の給水路、環状水路及び排水路を形成したことを特徴とする請求項１記載のプラズマトーチ。
前記外缶体を内缶体に固着して取り付けたことを特徴とする請求項２記載のプラズマトーチ。
前記外缶体を内缶体に着脱自在に取り付けたことを特徴とする請求項２記載のプラズマトーチ。
ノズルの先端部に突出部を構成し、前記突出部の側面に溶接進行方向と平行な径より寸法小となる対向する１対の面を構成し、前記突出部をシールドガスノズル先端のシールドガス吹き出し口より所定長さ突き出したことを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載のプラズマトーチ。