JP2686535B2 - トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エアープラズマ切断用トーチの改良に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来よりエアープラズマ切断用のトーチにおいて、本
体を形成するハウジングはそのほとんどがプラスチック
製のものであった。このハウジングは、電極棒を装填す
るホルダーの外周を覆うものであり、かつ、先端部外周
にはシールドカップを支持固定するためのネジ部が一体
に成型されている。シールドカップは、該電極棒の先端
部に配されるノズルチップの基部外周を覆うべく設けら
れる。

この他、例えば第７図に示すような金属製のハウジン
グ５がある。これは、先端部内周にノズルチップ７を螺
合するためのネジ部が設けられ、外周にはシールドカッ
プ８を螺合するためのネジ部が設けられている。このハ
ウジング５を使用したトーチにおいて、電極棒２を装填
するホルダー３と該ハウジング５の間にはプラスチック
製の絶縁体16が設けられている。つまり、切断作業時に
おいては、アースされているワーク10にノズルチップ７
が接触するため、ノズルチップ７から更にはノズルチッ
プ７を螺着した金属製のハウジング５自体がアースされ
ることになる。一方ホルダー３には、電極棒２にプラス
の電流を供給するため、切断機本体からプラスの電流が
流されることになる。このため、絶縁体16を設けること
によってこれらを絶縁するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のトーチにおいては、切断作業時
において様々な部分が焼損し、使用不能に陥るケースが
ある。最も焼損の烈しい部分はノズルチップであるが、
これは消耗部品として考えられており、安価で、かつ、
簡単に交換できるように考慮されている。ところが、ノ
ズルチップ以外の部分にも頻繁に焼損が生じ、高価な部
品が破損したり、或いはトーチ本体そのものが廃棄処分
せざるを得なくなる事態が生じていた。

トーチが焼損する要因は種々考えられ、その主なもの
は電極棒とこれを装填するためのホルダーとの間で発生
する放電である。放電が発生する原因は電極棒のホルダ
ーへの固定が不完全となることにある。これは例えば、
電極棒をホルダーに螺着したり或いはシールドカップで
締め付ける構造のものでは、切断作業中に電極棒自体或
いはシールドカップが緩み、ホルダーとの接触部に隙間
が生じるためである。この他、ホルダーが外部からの熱
によって高温となった場合にも、電極棒を装填する部分
が膨脹し、これらの部分に隙間が生じることによって放
電が発生することがあった。このように、電極棒の装填
部分に一旦放電が生じると、この部分が高温となるた
め、更に放電を助長させる結果となり、ハウジングが焼
損したり或いは燃えてしまうという欠点があった。

また、トーチの焼損の他の要因としては、切断作業時
におけるワークからの輻射熱がある。これを解決するた
めに、従来ではセラミックス製のシールドカップが使用
されていたが、電極棒等の熱膨脹に対応できず、破損し
てしまうといういわゆるヒートショックの問題があっ
た。この点、金属製のシールドカップを使用すれば、強
度的に優れるものの、熱伝導性が高いため、上記したよ
うにワークからの輻射熱を伝え易く、シールドカップを
固定するためのネジ部が焼損する結果となっていた。

さらに、金属製のハウジングを使用したトーチでは、
シールドカップとの螺合部分が高温となってもハウジン
グ自体が焼損することはない。しかし、これらを絶縁す
るために設けられているプラスチック製の絶縁体が焼損
することになる。この絶縁体が焼損すると、これらの間
では短絡が生じ、プラズマが発生しなくなって、事実上
トーチとして機能しなくなるという欠点があった。

［課題を解決するための手段］ そこで本発明者は上記諸点に鑑み鋭意研究の結果、本
発明に係るトーチを開発するに至った。本発明トーチは
ホルダーにセラミックス材により形成した支持部材を外
嵌せしめると共にシールドカップを該支持部材の外周に
着脱自在に取り付けるよう構成している。すなわち、こ
の支持部材を介してホルダーとシールドカップを連結せ
しめることにより、両者間の熱の伝導を阻止し、かつ、
絶縁することを目的としている。そして、その特徴とす
るところは、プラズマ切断用のトーチにおいて、電極棒
を装填支持し該電極棒に電流を流すと共に切断用のエア
ー供給孔を基部に有するホルダーと、ノズルチップの少
なくとも基部外周面を覆うべく配されるシールドカップ
との間に介在させるものであって、該ホルダーの少なく
とも該電極棒の装填部分に外装し、該シールドカップを
支持固定するための固定手段を外周部分に設けた支持部
材を、セラミックス材により形成したことにある。

尚、本明細書中でいう「ホルダー」とは、プラズマを
発生させるための電極棒を装填する部分を備えたもので
あって、該電極棒に電流を供給するためにこれ自体導電
体で形成され、底部にはエアー供給用のパイプが接続さ
れ、エアーがホルダー基部のエアー供給孔を通じて切断
用若しくは冷却用として送り出されるようにしたものを
いう。

「ノズルチップ」とは、トーチの最先端部分に位置す
るものであって、電極から発生するプラズマアークを噴
出させるための開口部を有したものをいう。このノズル
チップは電極棒と絶縁させる必要があるため、バッフル
などの絶縁体を介して組み立てられ、シールドカップで
固定される。この他、ホルダーに外嵌した支持部材に、
電極棒との間に隙間を設けて螺着して固定する構造のも
のがある。

「シールドカップ」とは、ノズルチップの基部の周囲
を覆い、スパッターの付着や輻射熱からノズルチップ等
の部材を保護するために用いられるものをいう。また、
これでノズルチップや電極棒等の部材をトーチ本体に固
定したり、ノズルチップとの間隙部分に冷却用のエアー
を噴出させる場合がある。これの材質は、得に限定しな
いが、ヒートショック等の問題を有するセラミックスよ
りも真鍮等の金属の方が好ましい。さらにアルミニュー
ムなどの金属の表面にセラミックスの被膜を形成したい
わゆるセラミックコーティング材を利用するのが耐熱性
やスパッター対策としてより好ましい。

「支持部材」とは、セラミックス材により形成したも
のであって、電極棒を装填するためのホルダーに外嵌
し、先端部外周にシールドカップを固定するための固定
手段を設けたものをいう。ここで、支持部材の長さは特
に限定するものではなく、少なくともホルダーの電極棒
を装填する部分に外嵌できる程度のものであればよい。
従って、この支持部材全体をトーチのハウジングとして
もよく、また、ハウジングの一部を構成するもの或いは
ハウジングに内蔵して使用するようにしてもよい。ま
た、この支持部材には、切断用の圧縮エアーや冷却用の
圧縮エアーの流路を設けるようにしてもよい。

「セラミックス材」とは、窒化ケイ素、炭化ケイ素或
いはジルコニア（酸化ジルコニウム）等のセラミックス
の他、胴や真鍮等の金属にセラミックスをコーティング
したものをいう。

「固定手段」とは、シールドカップを支持部材に脱着
可能に支持固定するための手段をいう。例えば、ネジ部
を形成してこれらを螺合したり、或いは一方に突起を設
け、他方に該突起の係止部を設けることによって固定す
るものである。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本発明に係るトーチ１の一実施例を示し、電
極棒２を装填するためのホルダー３にセラミックス製の
支持部材４を外嵌したものである。この支持部材４の後
端部はハウジング５に固着され、トーチ１の本体を形成
する。そして、ホルダー３に電極棒２を装填し、さらに
バッフル６、ノズルチップ７を順次電極棒２に組み込
む。最後に金属製のシールドカップ８を支持部材４のネ
ジ部９に螺合させることによってトーチ１として形成さ
れる。このように、支持部材４はホルダー３とシールド
カップ８との間に位置することとなり、これらを絶縁す
ると共に断熱を図るようにしている。ここで、シールド
カップ８は、その外周にローレットを形成することによ
り、滑り止めの他冷却用のフィンの役目をして放熱効果
を高めるようにしている。

第２図は第１図に示すものを組み立てたトーチ１であ
る。電極棒２にはホルダー３を通じてプラスの電流が供
給されている。そして、バッフル６により絶縁されたノ
ズルチップ７がアースされたワーク10に接触することに
より、ノズルチップ７自体もアースされる。この時点で
プラズマアークが発生し、このプラズマアークを圧縮エ
アーで噴出させることにより、ワーク10の切断を行な
う。また、このためにノズルチップ７に接触している金
属製のシールドカップ８もアースされることとなり、支
持部材４を設けてホルダー３とシールドカップ８を絶縁
している。

圧縮エアーは、図中矢印で示すようにホルダー３基部
から電極棒２の外周に沿って流出し、さらにバッフル６
に設けられた横孔17からノズルチップ７の内部に入り、
ノズルチップ７の噴出口から噴出する。本実施例では、
エアーで電極棒２の装填部分を冷却すると共にシールド
カップ８の先端部からも流出させてノズルチップ７の冷
却も図っている。これは、シールドカップ８の先端部内
面に複数の溝18を設けることによってノズルチップ７の
台座部との間に間隙を設け、この間隙からエアーが流出
するようにしたものである。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、ノズルチ
ップ７を支持部材４に螺着させて固定するようにしたも
のである。この場合においてもホルダー３と該ノズルチ
ップ７は、該支持部材４によって絶縁されることとな
り、両者間における短絡を防止している。

トーチ１は、支持部材４でホルダー３とシールドカッ
プ８との断熱を図ることにより、外部からの熱を内部に
伝えないようにしている。しかしながら、トーチ１の内
部においては電極棒２とこれを装填するホルダー３との
間に放電が生じることがあり、このことによってトーチ
１の内部が極めて高温となる場合がある。このため、第
４図に示すようにホルダー３の電極棒２を装填する部分
の周壁を、長手方向に複数のスリット11を設けた分割壁
12としたホルダー３を利用することにより、上述した欠
点を回避している。つまり、本実施例に示すホルダー３
を使用したトーチ１は、支持部材４をこのホルダー３に
外嵌することによって、外部からの熱が内部に伝わるの
を防止すると共に該ホルダー３で電極棒２の装填部分の
放電の発生を防止するようにしたものである。

このホルダー３は、周壁に設けたスリット11をエアー
の流路とし、電極棒２及びこれの装填部分の冷却を図る
ものである。また、装填部分を分割壁12としているた
め、個々の壁面が弾性構造となり、径のやや大きめの電
極棒２を装填することによりこれらの密着性を高め、放
電の発生を防止できる。勿論、分割壁12にＯリング等の
弾性体を嵌め込んで分割壁12に締め付け、電極棒２に密
着させるようにしてもよい。

また、第５図に示すように分割壁12を形成した装填部
分の外周に段差13を設けたホルダー３を使用するように
してもよい。この場合、段差13と対向する部分に位置す
るように、支持部材４に受座14を設ける。そして、この
段差13と受座14との間にゴム15を介在させる。このよう
に構成したトーチ１は、第６図に示すようにシールドカ
ップ８を支持部材４のネジ部９に確実に締め付けた状態
では、ゴム15が圧縮されて図中に示した矢印の如くホル
ダー３の分割壁12が内側に押圧されることとなり、電極
棒２との密着性がより高くなる。また、ゴム15を設けた
ことにより、電極棒２等の熱膨脹を吸収できるので、熱
膨脹による各部材への悪影響を防止できる利点がある。

［発明の効果］ 以上のように本発明に係るトーチは、セラミックス製
の支持部材を設けたことにより、ホルダーとシールドカ
ップを断熱し、シールドカップつまりトーチ本体外部か
らの熱が内部に伝わらない。また、逆にホルダーの電極
棒装填部分に放電が生じて高温となった場合において
も、シールドカップに熱の影響を及ぼさないこととな
る。従って、従来のようにヒートショックの問題を有す
るセラミックス製のシールドカップを使用しなくても充
分な断熱効果を奏することが可能となるため、金属製の
シールドカップの使用が可能となる。金属製のシールド
カップは、電極棒等の熱膨脹に対しても同様に追従する
ので、ノズルチップやバッフル等の部材に悪影響を及ぼ
さない。また、セラミックス製のものと比べ、スパッタ
ーの付着や切断作業時におけるワーク等との接触などに
よる強度的な問題も無くなる利点がある。

さらに、ハウジングについてもどのような材質のもの
としてもよい。例えば、金属製のハウジングの場合で
も、セラミックス製の支持体自体が絶縁体として機能す
るので、別途絶縁体を設ける必要がなくなる。また、一
般的なプラスチック製のハウジングでは、断熱性の問題
を考慮する必要がなくなるので、その厚さを薄くするこ
とが可能となるなど実用上極めて有益な効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトーチの一実施例を示す分解斜視
図、第２図は第１図に示すものを組み立てた状態を示す
縦断面図、第３図は支持部材の他の実施例を示す断面
図、第４図はホルダーの他の実施例を示す斜視図、第５
図は本発明のさらに他の実施例を示す概略断面図、第６
図は第５図のもののシールドカップを締め付けた状態を
示す概略断面図、第７図はトーチの従来例を示す概略断
面図である。 １……トーチ、２……電極棒 ３……ホルダー、４……支持部材 ５……ハウジング、６……バッフル ７……ノズルチップ、８……シールドカップ ９……ネジ部、10……ワーク 11……スリット、12……分割壁 13……段差、14……受座 15……ゴム、16……絶縁体 17……横孔、18……溝

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ切断用のトーチにおいて、電極棒
   を装填支持し該電極棒に電流を流すと共に切断用のエア
   ー供給孔を基部に有するもので該電極棒の装填部分の長
   手方向に複数のスリットを設けた分割壁で形成すると共
   に外周に段差を設けたホルダーと、ノズルチップの少な
   くとも基部外周面を覆うべく配されるシールドカップと
   の間に介在させるものであって、該ホルダーの少なくと
   も該電極棒の装填部分に外嵌し、該シールドカップを支
   持固定するための固定手段を外周部分に設け、且つ内周
   に設けた受座と該ホルダーの該段差の間に弾性体を介在
   させる支持体を、セラミックス材で形成したことを特徴
   とするトーチ。