JP3793680B2 - 電極背面冷却のプラズマトーチ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接,切断,加熱等の加工を行うプラズマトーチに関し、特に、高パワーアークでの使用に耐える電極背面冷却のプラズマトーチに関する。
【0002】
【従来の技術】
プラズマトーチには、比較的に細径の長いタングステン電極棒を用いるもの(例えば特開平9−192842号公報)と、比較的に太径の短いタングステン電極棒を用いる電極背面冷却のものがある(例えば特開平11−111492号公報)。前者では、電極支持筒内チャック筒に電極棒を通して、チャック筒のスリット状の切込があるテーパ付きの先端を半径方向に締め付けることによって、電極棒をチャック筒に固定する。電極棒の先端が消耗すると、チャックを緩めて電極棒を取り外して先端を研磨して先端形状を整えて再びチャックに固定する。このように電極棒を再利用できるので、またこれを意図して電極棒が長く作られているので、電極棒の経済性が高い。しかしながら、電極支持筒の中心軸部を長い電極棒が貫通し、チャックを外すと軸方向にスライドするので、電極棒の直接的な冷却が難しく、電極支持筒の外側面を水冷する冷却構造が用いられている。電極棒は電極支持筒およびチャックを介して間接的に冷却されるので、電極棒に蓄熱してしまい、高電流領域での使用では、電極棒先端の温度が高温になり過ぎ、電極棒の消耗が早くなる。
【0003】
後者の、電極背面冷却のプラズマトーチでは、太径の短いタングステン電極棒の後端が銅製の冷却スリーブにロー付けで一体にされ、該スリーブ内に冷却水が送給されるので、電極棒の冷却効果が高く、電極も太いので、電極の消耗速度が遅く、高電流領域でも長時間使用できる。しかしながら、電極棒と冷却スリーブが一体の電極体が電極支持台に固定であるので、いったん電極棒が消耗すると、電極棒を研削してもノズルとの距離が長くなってしまうため、再使用ができず、電極体の経済性が低い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極背面冷却のプラズマトーチの電極体の経済性を高くすること、具体的には、電極の研削再使用を可能にすること、を第1の目的とし、電極の研削再使用をしてもノズルと電極先端との距離を所定値に維持することを第2の目的とし、電極の研削再使用をしても冷却能力は一定に維持することを第3の目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(1)先端にノズル(3)を有するノズル部材(2)、および、水冷用スリーブ(6)と先端が前記ノズル部材(2)の内部にあってノズル(3)に対向し後端が前記水冷用スリーブ(6)に一体の短い電極棒(5)とを含む電極体(4)、を備える電極背面冷却のプラズマトーチ(1)において、
前記電極体(4)を前記ノズル(3)に対して接近する方向に移動可に案内する支持台(7);
前記電極体(4)を前記支持台(7)に固定するためのチャック(8,9);および、
前記水冷用スリーブ(6)内に冷却水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管体であって、先端部に、該管体の側壁を貫通する冷却水通流口 (11) を有し、前記ノズル (3) に対して接近する方向に移動可である管体(10);および、
該管体 (10) に、その先端が前記水冷用スリーブ (6) の内壁面に当たるように力を加えるばね部材 (12) ;
を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラズマトーチ。
【0006】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【0007】
これによれば、電極棒(5)が消耗すると、チャック(8,9)を外して電極棒(5)を研削し、そして電極体(4)を、その電極棒(5)の先端がノズル(3)と所定距離になるように、支持台(7)に対して移動させて位置を調整し、そしてチャック(8,9)で電極体(4)を固定することにより、ノズル(3)と電極棒(5)の先端との距離を所定値に維持して電極体(4)を再使用することが出来る。これにより、電極体(4)の経済性が高くなる。
【0008】
電極棒(5)の研削再使用によっても電極棒(5)の先端とノズル(3)との距離を所定値に一定にするために電極体(4)が全体としてノズル(3)に近づく方向に位置決めするとき、ばね部材(12)の力により管体(10)が電極体(4)の移動に伴って自動的に同じように移動し、管体(10)の先端が常に水冷用スリーブ(6)の内壁面に当たるので、電極棒(5)の冷却能力が一定に維持される。
【0009】
【発明の実施の形態】
(2)前記支持台 (7) の下端部には、雄ねじと、該雄ねじの中心にあって、前記水冷用スリーブ (6) を前記ノズル (3) に対して接近する方向にスライドするように案内する通し穴があり;前記チャック (8,9) は、上端面が前記支持台 (7) の前記通し穴が開いた下端面に当接し、筒状であって下端部に半径方向に拡大/縮退可能にするためのスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒 (8) と、前記支持台 (7) の下端部の前記雄ねじにねじ結合してねじ締め付けにより前記チャック筒 (8) のテーパ面を強く圧して前記チャック筒 (8) を前記水冷用スリーブ (6) に圧接するナット (9) を含む;上記(1)に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【0010】
(3)更に、前記ナット (9) と前記ノズル部材 (2) との間にあって、前記電極体 (4) の電 極棒 (5) の中心軸が前記ノズル部材 (2) のノズル (3) の中心となるように該電極棒 (5) を位置決めするセンタリングストーン (17) ;を備える、上記(2)に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【0011】
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。
【0012】
【実施例】
図1に本発明の一実施例の主要部の縦断面を示す。大要で凸型円柱状又は円筒状の絶縁スペーサ13の中心には、通し穴があいており、該穴に凸型円柱状又は円筒状の銅製電極支持台7が挿入されている。この電極支持台7の中心にも通し穴が開いており、そこに電極体4の銅製水冷用スリーブ6が挿入され、また、水冷用のスライド管体10が挿入されている。
【0013】
水冷用スリーブ6の一端(先端)には太くて短いタングステン電極棒5の後端が挿入されロー付けにより固着されている。電極棒5の先端は、その中心に電気アークが集中するように円錐状である。理想状態では、電極棒5の中心軸が図に示すプラズマトーチの中心軸(トーチ中心軸)と合致する。水冷用スリーブ6に装着されたOリングが、電極支持台7と水冷用スリーブ6との間を気密にシールしているが、水冷用スリーブ6は、電極支持台7に対して、トーチ中心軸が伸びる方向にスライドし得る。
【0014】
電極支持台7の下端面には、短い筒状であって、下端部に半径方向に拡大/縮退可能にするための複数個のスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒8の上端面が当接し、電極支持台7の下端部には雄ねじがあり、この雄ねじにねじ結合したチャック締め袋ナット9が、雄ねじへのねじ締め付けにより、チャック筒8のテーパ面をトーチ軸に沿って電極支持台7の下端部に向けて強圧することにより、袋ナット9,チャック筒8および電極支持台7が一体に結合し、しかも、チャック筒8のスリット切り下端部がトーチ軸心に向かう半径方向に強圧されて水冷用スリーブ6の外周面に圧接し、チャック筒8が水冷用スリーブ6を強圧保持する。これにより、袋ナット9およびチャック筒8を介して、水冷用スリーブ6(電極体4)が電極支持台7に一体に結合し固定されている。袋ナット9の下端面には、2個のピン受け穴14が袋ナット9の中心軸に関して対称な位置にあり、図示しない分解/組立工具の対のピンをピン受け穴14に挿入して該工具をトーチ中心軸を中心に廻すことにより、袋ナット9を電極支持台7の雄ねじにねじ締め(チャック筒8によって水冷用スリーブ6を強圧保持)することが出来、また、ねじ緩めにより該強圧保持を解除できる。
【0015】
絶縁スペーサ13の中央にあって下方に突出する小径の筒部分はノズル台15を貫通し、絶縁スペーサ13およびノズル台15共に中継リング16に圧入されて、三者が一体に結合している。三者間はOリングで気密にシールされている。中心にノズル3が開いたノズル部材2には、センタリングストーン17が挿入されており、電極棒5は、このセンタリングストーン17を貫通して、トーチ中心軸上にあるノズル3に対向する。ノズル部材2は、袋ナット18を貫通ししかも該ナット18に係合している。袋ナット18の雌ねじ穴にノズル台15の雄ねじを受け入れるように袋ナット18をノズル台15にねじ結合してねじ締めつけすることにより、ノズル部材2の上向き小径筒部が絶縁スペーサ13の内部に侵入し、ノズル2の太径の上端が、ノズル台15の下端面に当たる。ノズル部材2と絶縁スペーサ13の小径筒との間、ならびに、袋ナット17とノズル部材2およびノズル台15との間は、それぞれOリングで気密にシールされている。
【0016】
入水管19の一端が固着された継手20が、電極支持台7に圧入され固定されている。継手20と電極支持台7との間は、Oリングで気密にシールされている。継手20にはスライド管体10の上端部がトーチ中心軸の延びる方向にスライド可能に挿入されている。スライド管体10の長手方向略中央部には、三角形板状のフランジ21があり、このフランジ21が、電極支持台7の中心穴の壁面で、スライド管体10をトーチ中心軸上に置くように案内されている。フランジ21が三角形板状であるので、電極支持台7の中心穴内の、フランジ21で区分される上,下の空間は通じており、下空間から上空間に冷却水が流れることが出来る。
【0017】
スライド管体10は、圧縮コイルスプリング12を貫通しており、このスプリング12のばね力で下向きに押されている。これによりスライド管体10の下端が、水冷用スリーブ6の内部に進入してその穴底に当たっている。スライド管体10の下端は開いておりしかも側壁に、下端にまで達する4つの開口11があり、これにより4脚が形成されてこれらの脚端が、水冷用スリーブ6の穴底に当たっている。
【0018】
入水管19に供給される冷却水は、継手20に挿入したスライド管体10に入り、スライド管体10を通って水冷用スリーブ6の内部の穴底に当たり、冷却スリーブ10の穴底の高熱量を吸収する。これが電極体4の水冷冷却である。
【0019】
そして該冷却水は、スライド管体10の下端の側壁開口11を通って、水冷用スリーブ6の内部に出て、そこから電極支持台7の中心の通し穴に出て、フランジ21の隙間を通ってスプリング12がある空間に入り、そして、電極支持台7の、半径方向に延びる横穴22、ならびに電極支持台7,絶縁スペーサ13およびノズル台15を軸方向に貫通するチップ給水路23を通ってノズル部材2の冷却水注入空間24に入る。空間24を通ってノズル部材2を冷却した冷却水は、ノズル台15,絶縁スペーサ13および電極支持台7を軸方向に貫通するチップ排水路25を通って配水管26に出る。
【0020】
なお、プラズマ用のパイロットガスは、絶縁スペーサ13の下方に突出する小径筒内の、センタリングストーン17の外側の空間に供給されてセンタリングストーン17の側壁開口からその内部に入って、電極棒5の外側面に沿って下方に流れてノズル部材2の内部に出て、そしてノズル3から、トーチ外部に噴出する。電極棒5からアークが発生しているときには、それによって電離してプラズマとなって噴出する。シールドキャップ27の内空間にはシールドガスが供給され、それがノズル部材2の該表面を包むように流出してノズル3から噴射するプラズマを包み、ノズル部材2およびプラズマ加工対象材の酸化を防ぐ。
【0021】
電極棒5の先端が消耗すると、袋ナット28のねじ締めを緩める方向に廻して、シールドキャップ27を取り外し、袋ナット18をノズル台15から外してセンタリングストーン17とノズル部材2を取り外す。トーチ1の、センタリングストーン17があった位置に、先端に一対のピンが立った図示しない分解/組立工具を挿入し、ピンを袋ナット9の下端面にあるピン穴に挿入して、袋ナット9のねじ締めを緩める方向に、分解/組立工具を廻して袋ナット9を緩める。これによりチャック筒8のスリーブ強圧がなくなり、電極体4をトーチ下端から引き出すことができる。
【0022】
そして、電極体4を再使用するために、引き出した電極体4の電極棒5の先端を研削して整った円錐形状とする。そして電極体4を、上述の分解工程の逆順で電極支持台7に固定する。この固定の直前に、電極棒5の先端が所定位置になるように、電極体4のトーチ中心軸方向の位置を調整する。そしてセンタリングストーン17とノズル部材2を装着する。
【0023】
電極棒5が研削によって短くなった分、電極体4が電極支持台7より下方に下がった位置となるが、スライド管体10が、圧縮コイルスプリング12で押されてその下端が水冷用スリーブ6の、電極棒5の上端面に対向する底壁面に当たり、電極体4の水冷用スリーブ6とスライド管体10の下端部との相対位置関係は、電極棒5の研削前と違いはなく、電極棒5の冷却能力に変化はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の主要部の縦断面図である。
【符号の説明】
1:プラズマトーチ 2:ノズル部材
3:ノズル 4:電極体
5:電極棒 6:水冷用スリーブ
7:電極支持台 8:チャック筒
9:袋ナット 10:スライド管体
11:開口 12:スプリング
13:絶縁スペーサ 14:ピン穴
15:ノズル台 16:中継リング
17:センタリングストーン
18:袋ナット 19:入水管
20:継手 21:フランジ
22:横穴 23:チップ給水路
24:冷却水注入空間 25:チップ排水路
26:配水管 27:シールドキャップ
28:袋ナット
Claims (3)
- 先端にノズルを有するノズル部材、および、水冷用スリーブと先端が前記ノズル部材の内部にあってノズルに対向し後端が前記水冷用スリーブに一体の短い電極棒とを含む電極体、を備える電極背面冷却のプラズマトーチにおいて、
前記電極体を前記ノズルに対して接近する方向に移動可に案内する支持台;
前記電極体を前記支持台に固定するためのチャック;
前記水冷用スリーブ内に冷却水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管体であって、先端部に、該管体の側壁を貫通する冷却水通流口を有し、前記ノズルに対して接近する方向に移動可である管体;および、
該管体に、その先端が前記水冷用スリーブの内壁面に当たるように力を加えるばね部材;
を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラズマトーチ。 - 前記支持台の下端部には、雄ねじと、該雄ねじの中心にあって、前記水冷用スリーブを前記ノズルに対して接近する方向にスライドするように案内する通し穴があり;前記チャックは、上端面が前記支持台の前記通し穴が開いた下端面に当接し、筒状であって下端部に半径方向に拡大/縮退可能にするためのスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒と、前記支持台の下端部の前記雄ねじにねじ結合してねじ締め付けにより前記チャック筒のテーパ面を強く圧して前記チャック筒を前記水冷用スリーブに圧接するナットを含む;請求項1に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
- 更に、前記ナットと前記ノズル部材との間にあって、前記電極体の電極棒の中心軸が前記ノズル部材のノズルの中心となるように該電極棒を位置決めするセンタリングストーン;を備える、請求項2に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
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