JP2017119297A - プラズマアーク用トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】インサートチップの先端部に着脱自在に取り付けられるチップの取付強度及び交換のし易さを確保しつつ、冷却性能が向上させたプラズマアーク用トーチを提供する。
【解決手段】非消耗電極２と、冷却液Ｗの循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出するインサートチップ３Ａと、非消耗電極２及びインサートチップ３Ａを互いに絶縁した状態で保持するトーチボディ４とを備えるプラズマアーク用トーチ１Ａであって、インサートチップ３Ａは、冷却液Ｗを循環させる流路７ａ，７ｂ，７ｃの少なくとも一部と接するチップボディ５と、チップボディ５の先端側に着脱自在に取り付けられるチップ６とを有し、チップ６は、チップボディ５の先端側からチップボディ５の内側に挿入された状態で、チップボディ５に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマアーク用トーチに関する。

金属や非鉄金属などを母材として用いた構造物（被溶接物）の溶接には、従来よりＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）又はプラズマアーク溶接等のＧＴＡＷ（Gas Tungsten Arc welding）と呼ばれる非消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。

ＴＩＧ溶接では、非消耗電極とトーチノズルと、トーチボディとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを使用し、非消耗電極（−）と被溶接物（＋）との間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物を溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は電極の周囲を囲むトーチノズルからシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。

これに対して、プラズマアーク溶接では、非消耗電極と、水冷のインサートチップ（拘束ノズルとも言う。）と、シールドキャップと、トーチボディとを備えるプラズマアーク用トーチを使用し、非消耗電極とインサートチップとの間で電気的にプラズマ化されたプラズマガス（作動ガスとも言う。）を流す。このとき発生するプラズマ流（プラズマジェット）をインサートチップで絞り込み、インサートチップの内壁形状によるウォール効果（プラズマ流の気流の流れを安定させる効果）や、インサートチップを冷却することで得られるサーマルピンチ効果（プラズマ流を周囲から冷却することで緊縮し高温となる効果）を利用して、エネルギー密度が高められたプラズマアークを発生させる。また、プラズマアークは、シールドキャップから放出されるシールドガスによるサーマルピンチ効果を受けて更に絞り込まれる。

プラズマアーク溶接では、このようにエネルギー密度が高く、アーク形状が円柱状に絞り込まれたプラズマアークを熱源として溶接が行われる。また、プラズマアークには、移行型と非移行型とがある。移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）と被加工物（＋）との間で電流を流す方式であり、導電性の被加工物に対してのみ適用が可能である。一方、非移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）とインサートチップ（＋）との間で電流を流す方式であり、非導電性の被加工物に対しても適用が可能である。さらに、プラズマアークは、上述した溶接の用途に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、接合、切断、溶射、溶融炉などにも利用されている。

ところで、上述したプラズマアーク用トーチでは、高温のプラズマアークによるインサートチップの溶損を防止するために、冷却液（水）の循環によりインサートチップを冷却する水冷式の冷却機構（チラー）が用いられている。

しかしながら、チラーの故障などでインサートチップが冷却されない場合には、インサートチップの損傷に留まらず、トーチボディが溶損することになる。この場合、修理などのコストが上昇することになる。

また、インサートチップの先端部は、プラズマアークによる高温に晒されるだけでなく、溶接スパッタの付着等の影響によって、消耗が激しい部分である。この場合、寿命の短いインサートチップの先端部分のみならず、チップ自体を交換する必要があるため、交換によるコストも上昇することになる。

これに対して、インサートチップの先端部（筒状軸部）にチップ（傘型部）を圧入により取り付けることが提案されている。（特許文献１を参照。）。しかしながら、このようなチップを圧入により取り付けた場合、使用中に衝撃等が加わった際にチップが脱落してしまう虞がある。また、チップを圧入する際にインサートチップの先端部が変形してしまう虞もある。したがって、チップを圧入により取り付ける方法は、取付強度や交換のし易さの点で問題がある。

また、特許文献１に記載の発明では、インサートチップの先端部（筒状軸部）がチップ（傘型部）の先端から外部に露出しているため、この部分に溶接スパッタが付着した場合、チップの交換だけでなく、インサートチップ自体を交換する必要が生じてしまう。

さらに、インサートチップの冷却は、上述したサーマルピンチ効果等を得る上で重要である。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、冷却液（水）を循環させるための流路（冷却溝）をチップを圧入した先端部分よりも基端側に設けなければならず、このチップが取り付けられた先端部分の冷却が不足してしまう可能性もある。

特開２００５−８１４０７号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、インサートチップの先端部に着脱自在に取り付けられるチップの取付強度及び交換のし易さを確保しつつ、インサートチップの冷却性能の向上を可能としたプラズマアーク用トーチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１） 非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出するインサートチップと、前記非消耗電極及び前記インサートチップを互いに絶縁した状態で保持するトーチボディとを備えるプラズマアーク用トーチであって、前記インサートチップは、前記冷却液と接するチップボディと、前記チップボディの先端側に着脱自在に取り付けられるチップとを有し、前記チップは、前記チップボディの先端側から前記チップボディの内側に挿入された状態で、前記チップボディに対して螺合により着脱自在に取り付けられていることを特徴とするプラズマアーク用トーチ。
（２） 前記チップは、前記チップボディの先端面を覆った状態で取り付けられていることを特徴とする前記（１）に記載のプラズマアーク用トーチ。
（３） 前記チップボディは、前記冷却液が流れる流路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のプラズマアーク用トーチ。
（４） 前記チップボディ及び前記チップは、前記冷却液が流れる流路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。
（５） 前記チップボディは、前記流路の少なくとも一部を構成する第１のボディ部材と、前記第１の部材が取り付けられる第２のボディ部材とに分割された構造を有することを特徴とする前記（３）又は（４）に記載のプラズマアーク用トーチ。
（６） 前記インサートチップの周囲を囲んだ状態で前記トーチボディに取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。
（７） 前記インサートチップの先端部よりも外側に前記非消耗電極が突き出した状態とすることによって、ＴＩＧ溶接用トーチに変換されることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。

以上のように、本発明によれば、インサートチップの先端部に着脱自在に取り付けられるチップの取付強度及び交換のし易さを確保しつつ、インサートチップの冷却性能の向上を可能としたプラズマアーク用トーチを提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマアーク用トーチの概略構成を示す断面図である。 図１中に示す線分Ｘ−Ｘ’によるプラズマアーク用トーチの断面図である。 （ａ）インサートチップの構成を示す断面図、（ｂ）インサートチップを２分割した状態を示す断面図である。 第１の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 第２の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 第３の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 第４の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 第５の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 （ａ）第６の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図、（ｂ）第３の変型例であるインサートチップを３分割した状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチの概略構成を示す断面図である。 第７の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。 第８の変型例であるインサートチップの構成を示す断面図である。

以下、本発明を適用したプラズマアーク用トーチについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１の実施形態）
＜プラズマアーク用トーチ＞
先ず、本発明の第１の実施形態として図１及び図２に示すプラズマアーク用トーチ１Ａについて説明する。なお、図１は、プラズマアーク用トーチ１Ａの概略構成を示す断面図である。図２は、図１中に示す線分Ｘ−Ｘ’によるプラズマアーク用トーチ１Ａの断面図である。

プラズマアーク用トーチ１Ａは、図１及び図２に示すように、非消耗電極２と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出するインサートチップ３Ａと、非消耗電極２及びインサートチップ３Ａを互いに絶縁した状態で保持するトーチボディ４とを概略備えている。

非消耗電極２は、例えばタングステンなどの融点の高い金属材料を用いて形成された長尺状の電極棒からなる。非消耗電極２の基端側は、トーチボディ４の内側に着脱自在に取り付けられている。一方、非消耗電極２の先端は、インサートチップ３Ａの先端よりも内側に引き込んだ状態となっている。また、非消耗電極２の先端は、尖形となっている。

インサートチップ３Ａは、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。インサートチップの基端側は、トーチボディ４の先端側に着脱自在に取り付けられている。

インサートチップ３Ａは、軸線方向に貫通する貫通孔３ａを有し、この貫通孔３ａの内側に非消耗電極２が配置されている。また、インサートチップ３Ａの貫通孔３ａは、トーチボディ４側から供給されたプラズマガス（パイロットガス）ＰＧが流れる流路を形成している。

トーチボディ４は、上述したインサートチップ３Ａよりも熱伝導率が低い導電性金属材料、例えば軟鋼やステンレス鋼などの鋼材又は真鍮等を用いて形成された概略円筒状の本体金具４Ａを有している。

本体金具４Ａは、非消耗電極２に電力を供給する給電部を形成している。また、本体金具４Ａの内側に形成された孔部４ａは、その中心に非消耗電極２を配置すると共に、非消耗電極２の周囲からインサートチップ３Ａの貫通孔３ａに向けてプラズマガスＰＧを供給する流路を形成している。

トーチボディ４は、冷却液（水）Ｗの循環によりインサートチップ３Ａを冷却する冷却機構（チラー）１０と接続されている。具体的に、トーチボディ４には、冷却機構１０からトーチボディ４の内部へと冷却水Ｗを供給する供給側ホース１１ａと、トーチボディ４の内部から冷却機構１０へと冷却水Ｗを排出する排出側ホース１１ｂとが接続されている。

また、図示を省略するものの、トーチボディ４には、例えば手動用トーチの場合、使用者が把持する部分であるグリップが取り付けられている。そして、このグリップの内側を通して、トーチボディ４の本体金具４Ａにパワーケーブルが接続可能となっている。パワーケーブルの内側には、外部電源からトーチボディ４の本体金具４Ａ（給電部）に電力を供給する給電ケーブルと、本体金具４Ａ（流路）にプラズマガスＰＧを導入するガスホースとが設けられている。

ところで、本実施形態のプラズマアーク用トーチ１Ａでは、図１、図２及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、インサートチップ３Ａがチップボディ５とチップ６とに２分割された構造を有している。なお、図３（ａ）は、インサートチップ３Ａの構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、インサートチップ３Ａを２分割した状態を示す断面図である。

チップボディ５は、概略円筒状に形成されて、トーチボディ４の先端側から本体金具４Ａの内側に挿入された状態で、本体金具４Ａに対して螺合により着脱自在に取り付けられている。また、インサートチップ３Ａの貫通孔３ａのうち、チップボディ５により形成された貫通孔５ａは、本体金具４Ａの孔部４ａと連続した面を形成している。

チップボディ５は、冷却水Ｗを循環させる流路の少なくとも一部を構成している。具体的に、チップボディ５とトーチボディ４との間には、冷却水Ｗが流れる第１の流路７ａが設けられている。第１の流路７ａは、本体金具４Ａの内周面を周方向に切り欠くリング状の溝部４ｂと、チップボディ５の外周面とによって構成されている。これにより、チップボディ５は、第１の流路７ａを流れる冷却水Ｗと接しながら、冷却されることになる。

チップボディ５とトーチボディ４との間は、Ｏリング８ａによって液密に封止（シール）されている。Ｏリング８ａは、第１の流路７ａを挟んだ軸線方向の両側にそれぞれ配置されている。

また、チップボディ５には、第１の流路７ａから冷却水Ｗが供給される又は第１の流路７ａへと冷却水Ｗが排出される複数の流通孔５ｂが設けられている。複数の流通孔５ｂは、第１の流路７ａと接続される位置に、それぞれ周方向に並んで設けられている。

チップ６は、概略円筒状に形成されて、チップボディ５の先端側からチップボディ５の内側に挿入された状態で、チップボディ５に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。また、インサートチップ３Ａの貫通孔３ａのうち、チップ６により形成された貫通孔６ａは、チップボディ５の貫通孔５ａよりも縮径されている。さらに、チップ６の貫通孔６ａは、非消耗電極２の先端形状（尖形）に合わせて、その先端側が絞り込まれた形状を有している。

また、チップ６の先端には、拡径方向に突出したフランジ部６ｂが設けられている。チップ６は、このフランジ部６ｂがチップボディ５の先端面を覆った状態で、チップボディ５の先端側に取り付けられている。

チップ６は、チップボディ５と共に、冷却液Ｗを循環させる流路の少なくとも一部を構成している。具体的に、チップボディ５とチップ６との間には、複数の流通孔５ｂと接続された複数の第２の流路７ｂと、これら複数の第２の流路７ｂの間を接続する第３の流路７ｃとが設けられている。

複数の第２の流路７ｂは、複数の流通孔５ｂと接続される位置に、それぞれ周方向に並んで設けられている。また、複数の第２の流路７ｂは、それぞれチップボディ５の内周面を軸線方向に切り欠く溝部５ｃと、チップ６の外周面とによって構成されている。これにより、チップボディ５及びチップ６は、複数の第２の流路７ｂを流れる冷却水Ｗと接しながら、冷却されることになる。

第３の流路７ｃは、複数の第２の流路７ｂの先端側において、チップボディ５の内周面を周方向に切り欠くリング状の溝部５ｄと、チップ６の外周面を周方向に切り欠くリング状の溝部６ｃとが互いに対向することによって構成されている。これにより、チップボディ５及びチップ６は、第３の流路７ｃを流れる冷却水Ｗと接しながら、冷却されることになる。

チップボディ５とチップ６との間は、Ｏリング８ｂによって液密に封止（シール）されている。Ｏリング８ｂは、複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを挟んだ軸線方向の両側にそれぞれ配置されている。

以上のような構成を有するプラズマアーク用トーチ１Ａでは、非消耗電極２とインサートチップ３Ａとの間で電気的にプラズマ化されたプラズマガスＧを流す。このとき発生するプラズマ流（プラズマジェット）をインサートチップ３Ａで絞り込み、インサートチップ３Ａの内壁形状によるウォール効果（プラズマ流の気流の流れを安定させる効果）や、インサートチップ３Ａを冷却することで得られるサーマルピンチ効果（プラズマ流を周囲から冷却することで緊縮し高温となる効果）を利用して、エネルギー密度が高められたプラズマアークを発生させる。

また、プラズマアーク用トーチ１Ａでは、シールドキャップ（図示せず。）をインサートチップ３Ａの周囲を囲んだ状態でトーチボディ４に取り付けることによって、プラズマアークの外側からシールドガス（アウターガス）を放出する構成としてもよい。これにより、シールドキャップから放出されるシールドガスによるサーマルピンチ効果を受けて、プラズマアークを更に絞り込むことができる。

プラズマアーク溶接では、このようにエネルギー密度が高く、アーク形状が円柱状に絞り込まれたプラズマアークを熱源として溶接が行われる。また、プラズマアークには、移行型と非移行型とがある。移行型のプラズマアークは、非消耗電極２（−）と被加工物（＋）との間で電流を流す方式であり、導電性の被加工物に対してのみ適用が可能である。一方、非移行型のプラズマアークは、非消耗電極２（−）とインサートチップ３Ａ（＋）との間で電流を流す方式であり、非導電性の被加工物に対しても適用が可能である。

さらに、プラズマアーク用トーチ１Ａは、上述した溶接の用途に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、接合、切断、溶射、溶融炉などにも利用可能である。

上述したように、本実施形態のプラズマアーク用トーチ１Ａでは、チップボディ５の先端側からチップボディ５の内側にチップ６が挿入された状態で、このチップ６がチップボディ５に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。

この場合、従来のように、チップが圧入により取り付けられる場合よりも、チップボディ５の先端側に着脱自在に取り付けられるチップ６の取付強度及び交換のし易さを確保することが可能である。

また、本実施形態のプラズマアーク用トーチ１Ａでは、フランジ部６ｂがチップボディ５の先端面を覆った状態で、チップ６がチップボディ５の先端側に取り付けられている。これにより、インサートチップ３Ａの先端部（フランジ部６ｂ）に溶接スパッタが付着した場合でも、チップボディ５を交換することなく、チップ６のみを交換すればよい。したがって、チップ６の消耗に伴うチップ６の交換によるコストを下げることが可能である。

また、本実施形態のプラズマアーク用トーチ１Ａでは、チップボディ５が第１の流路７ａの一部を構成することによって、この第１の流路７ａを流れる冷却水Ｗと接しながら、チップボディ５を効率良く冷却することが可能である。さらに、チップボディ５及びチップ６が複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを構成することによって、これら複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを流れる冷却水Ｗと接しながら、チップボディ５及びチップ６を効率良く冷却することが可能である。

特に、インサートチップ３Ａの先端部（チップ６）を冷却することは、上述したサーマルピンチ効果等を得る上で重要であるため、インサートチップ３Ａの先端部に第３の流路７ｃを設けることによって、インサートチップ３Ａの冷却性能を大幅に向上させることが可能である。

なお、本発明は、上記第１の実施形態に示すプラズマアーク用トーチ１Ａの構成に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

以下、上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第１の変型例〜第５の変型例について具体的に説明する。なお、以下の説明では、上記プラズマアーク用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

（第１の変型例）
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第１の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図４に示すようなインサートチップ３Ｂを備えた構成である。なお、図４は、インサートチップ３Ｂの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｂは、上記インサートチップ３Ａとは第３の流路７ｃの構成が異なっている。すなわち、図４に示す第３の流路７ｃは、上記チップ６の溝部６ｃをチップ６の先端側まで拡大した構成である。

この構成の場合、チップ６の先端部だけでなく、チップ６の先端側にあるＯリング８ｂを、第３の流路７ｃを流れる冷却水Ｗにより効率良く冷却することが可能である。

（第２の変型例）
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第２の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図５に示すようなインサートチップ３Ｃを備えた構成である。なお、図５は、インサートチップ３Ｃの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｃは、上記インサートチップ３Ａよりも上記チップ６の先端側の径を拡大した構成である。

この構成の場合、チップ６の先端側にあるＯリング８ｂを高温に晒されるチップ６の内周側から外周側へと遠ざけることによって、Ｏリング８の溶損を防ぐことが可能である。

（第３の変型例）
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第３の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図６に示すようなインサートチップ３Ｄを備えた構成である。なお、図６は、インサートチップ３Ｄの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｄは、上記インサートチップ３Ａよりも上記チップ６の先端側の径を拡大すると共に、上記チップ６の溝部６ｃをチップ６の先端側まで拡大した構成である。

この構成の場合、チップ６の先端側にあるＯリング８ｂを高温に晒されるチップ６の内周側から外周側へと遠ざけることによって、Ｏリング８の溶損を防ぐことが可能である。また、チップ６の先端部だけでなく、チップ６の先端側にあるＯリング８ｂを、第３の流路７ｃを流れる冷却水Ｗにより効率良く冷却することが可能である。

（第４の変型例）
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第４の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図７に示すようなインサートチップ３Ｅを備えた構成である。なお、図７は、インサートチップ３Ｅの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｅは、上記インサートチップ３Ａとは第３の流路７ｃの構成が異なっている。すなわち、図７に示す第３の流路７ｃは、上記チップ６の溝部６ｃが省略された構成であり、チップボディ５の内周面を周方向に切り欠くリング状の溝部５ｄと、チップ６の外周面とによって構成されている。

この構成の場合、チップ６に溝部６ｃを形成する必要がないため、交換部品であるチップ６の製造コストを下げることが可能である。

（第５の変型例＞
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第５の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図８に示すようなインサートチップ３Ｆを備えた構成である。なお、図８は、インサートチップ３Ｆの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｆは、図８に示すように、上記インサートチップ３Ａから複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを省略した構成を有している。

この構成の場合、チップボディ５に流通孔５ｂ及び溝部５ｃ，５ｄと、チップ６に溝部６ｃを形成する必要がないため、交換部品であるチップ６と、チップ６よりも複雑な加工が必要となるチップボディ５との製造コストを下げることが可能である。

（第６の変型例）
上記プラズマアーク用トーチ１Ａの第６の変型例は、上記インサートチップ３Ａの代わりに、例えば図９（ａ），（ｂ）に示すようなインサートチップ３Ｇを備えた構成である。なお、図９（ａ）は、インサートチップ３Ｇの構成を示す断面図である。図９（ｂ）は、インサートチップ３Ｇを３分割した状態を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｇは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、上記チップボディ５が更に、第１のボディ部材５Ａと第２のボディ部材５Ｂとに分割されることによって、上記チップ６を含めて３分割された構成を有している。

第１のボディ部材５Ａは、上記チップボディ５のうち、第３の流路７ｃを構成する部分であり、上記溝部５ｄを有している。一方、第２のボディ部材５Ｂは、上記チップボディ５のうち、トーチボディ４に取り付けられ、且つ、チップ６が取り付けられる部分であり、上記複数の流通孔５ｂ及び溝部５ｃを有している。

第１のボディ部材５Ａは、第２のボディ部材５Ｂの先端側の外周面に螺合により着脱自在に取り付けられている。また、第１のボディ部材５Ａと第２のボディ部材５Ｂとの間は、Ｏリング８ｃによって液密に封止（シール）されている。Ｏリング８ｃは、第３の流路７ｃを挟んだ軸線方向の両側にそれぞれ配置されている。

この構成の場合、チップ６よりも複雑な加工が必要となるチップボディ５を第１のボディ部材５Ａと第２のボディ部材５Ｂとに分割することで、これら第１のボディ部材５Ａと第２のボディ部材５Ｂとの加工をし易くすることができる。これにより、チップボディ５の加工コストを下げることが可能である。

（第２の実施形態）
＜ＴＩＧ溶接用トーチ＞
次に、本発明の第２の実施形態として図１０に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂについて説明する。なお、図１０は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの概略構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記プラズマアーク用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂは、図７に示すように、上記プラズマアーク用トーチ１Ａにおいて、非消耗電極２の先端がインサートチップ３Ａの先端よりも内側に引き込んだ状態から、非消耗電極２の先端がインサートチップ３Ｈの先端よりも外側に突き出した状態となっている。

これに合わせて、インサートチップ３Ｈの貫通孔３ａ（貫通孔５ａ，６ａ）の径が拡大されている。また、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、シールドガス（アウターガス）を放出するシールドキャップ（アウターノズル）９がインサートチップ（インナーノズル）３Ｈの周囲を囲んだ状態でトーチボディ４に取り付けられている。

これにより、上記プラズマアーク用トーチ１Ａを二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂに変換することが可能となっている。なお、上記プラズマアーク用トーチ１Ａを二重ノズル構造のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂとして使用する場合は、インサートチップ３ＨからプラズマガスＰＧの代わりに第１のシールドガス（インナーガス）ＳＧ_１を放出し、シールドキャップ９から第２のシールドガス（アウターガス）ＳＧ_２を放出する。

なお、プラズマガスＰＧ及びシールドガスＳＧ_１，ＳＧ_２については、特に限定されるものではなく、例えばアルゴン（Ａｒ）や、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスや、アルゴン（Ａｒ）に水素（Ｈ_２）を添加した混合ガス、アルゴン（Ａｒ）にヘリウム（Ｈｅ）を添加した混合ガス等を用いることができる。さらに、不活性ガスに窒素（Ｎ_２）を添加したものや可燃性ガスを用いることができる。また、シールドガスＳＧ_１，ＳＧ_２については、例えば炭酸ガス（ＣＯ_２）や、不活性ガスに酸素（Ｏ_２）や炭酸ガス（ＣＯ_２）等の酸化性ガスを添加したものや可燃性ガスを用いてもよい。

以上のように、本実施形態では、上記プラズマアーク用トーチ１ＡをＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂに容易に変換して使用することが可能である。また、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、上記プラズマアーク用トーチ１Ａと同様の構成を有することによって、上記プラズマアーク用トーチ１Ａと同様の効果を得ることが可能である。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、チップボディ５の先端側からチップボディ５の内側にチップ６が挿入された状態で、このチップ６がチップボディ５に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。

この場合、従来のように、チップが圧入により取り付けられる場合よりも、チップボディ５の先端側に着脱自在に取り付けられるチップ６の取付強度及び交換のし易さを確保することが可能である。

また、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、フランジ部６ｂがチップボディ５の先端面を覆った状態で、チップ６がチップボディ５の先端側に取り付けられている。これにより、インサートチップ３Ｈの先端部（フランジ部６ｂ）に溶接スパッタが付着した場合でも、チップボディ５を交換することなく、チップ６のみを交換すればよい。したがって、チップ６の消耗に伴うチップ６の交換によるコストを下げることが可能である。

また、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、チップボディ５が第１の流路７ａの一部を構成することによって、この第１の流路７ａを流れる冷却水Ｗと接しながら、チップボディ５を効率良く冷却することが可能である。さらに、チップボディ５及びチップ６が複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを構成することによって、これら複数の第２の流路７ｂ及び第３の流路７ｃを流れる冷却水Ｗと接しながら、チップボディ５及びチップ６を効率良く冷却することが可能である。

なお、本発明は、上記第２の実施形態に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの構成に必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、上記プラズマアーク用トーチ１Ａと同様に、上記インサートチップ３Ｈの代わりに、上記第１〜第６の変型例に示すインサートチップ３Ｂ〜３Ｇと同様の構成とすることが可能である。

すなわち、上記インサートチップ３Ｂ〜３Ｇを構成するチップ６の先端部よりも外側に非消耗電極２が突き出した構成とすることによって、上記プラズマアーク用トーチ１ＡをＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂに容易に変換することが可能である。

以下、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの第７の変型例〜第８の変型例について具体的に説明する。なお、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

（第７の変型例）
上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの第７の変型例は、上記インサートチップ３Ｈの代わりに、例えば図１１に示すようなインサートチップ３Ｉを備えた構成である。なお、図１１は、インサートチップ３Ｉの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｉは、上記インサートチップ３Ｈよりも上記チップ６の先端側の径を拡大すると共に、貫通孔６ａの先端側を絞り込むことなく基端側と同径とした構成である。

この構成の場合、チップ６の先端側にあるＯリング８ｂを高温に晒されるチップ６の内周側から外周側へと遠ざけることによって、Ｏリング８ｂの溶損を防ぐことが可能である。また、貫通孔６ａの先端側を絞り込むことなく、この貫通孔６ａからチップ６の先端部よりも外側に非消耗電極２を突き出した状態とすることが可能である。

（第８の変型例）
上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの第８の変型例は、上記インサートチップ３Ｈの代わりに、例えば図１２に示すようなインサートチップ３Ｊを備えた構成である。なお、図１２は、インサートチップ３Ｊの構成を示す断面図である。

具体的に、このインサートチップ３Ｊは、上記チップ６の代わりに、図１２に示すようなチップ６Ａを有している。チップ６Ａは、フランジ部６ｂが設けられたチップ６の先端から更に軸線方向に延長されたノズル部６ｄを有している。これに合わせて、ノズル部６ｄの先端よりも外側に非消耗電極２が突き出した状態となっている。

この構成の場合、例えば狭開先用のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂとして、第１のシールドガスＳＧ_１を開先の内部へと効率良く送り込むことが可能である。

１Ａ…プラズマアーク用トーチ １Ｂ…ＴＩＧ溶接用トーチ ２…非消耗電極 ３Ａ〜３Ｊ…インサートチップ ４…トーチボディ ５…チップボディ ６，６Ａ…チップ ７ａ…第１の流路 ７ｂ…第２の流路 ７ｃ…第３の流路 ８ａ，８ｂ，８ｃ…Ｏリング １０…冷却機構（チラー） ＰＧ…プラズマガス ＳＧ_１…第１のシールドガス ＳＧ_２…第２のシールドガス

Claims (7)

1. 非消耗電極と、冷却液の循環により冷却されると共に、被加工物に対してプラズマアークを放出するインサートチップと、前記非消耗電極及び前記インサートチップを互いに絶縁した状態で保持するトーチボディとを備えるプラズマアーク用トーチであって、
   前記インサートチップは、前記冷却液と接するチップボディと、前記チップボディの先端側に着脱自在に取り付けられるチップとを有し、
   前記チップは、前記チップボディの先端側から前記チップボディの内側に挿入された状態で、前記チップボディに対して螺合により着脱自在に取り付けられていることを特徴とするプラズマアーク用トーチ。
2. 前記チップは、前記チップボディの先端面を覆った状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマアーク用トーチ。
3. 前記チップボディは、前記冷却液が流れる流路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマアーク用トーチ。
4. 前記チップボディ及び前記チップは、前記冷却液が流れる流路の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。
5. 前記チップボディは、前記流路の少なくとも一部を構成する第１のボディ部材と、前記第１の部材が取り付けられる第２のボディ部材とに分割された構造を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマアーク用トーチ。
6. 前記インサートチップの周囲を囲んだ状態で前記トーチボディに取り付けられると共に、前記プラズマアークの外側からシールドガスを放出するシールドキャップを備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。
7. 前記インサートチップの先端部よりも外側に前記非消耗電極が突き出した状態とすることによって、ＴＩＧ溶接用トーチに変換されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマアーク用トーチ。

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