1. 第1実施形態
1.1 プラズマトーチの構成
以下、図面を参照して実施形態に係るプラズマトーチについて説明する。図1は、第1実施形態に係るプラズマトーチ1aの中心軸線に沿った断面図である。図2は、プラズマトーチ1aの分解図である。
図2に示すように、プラズマトーチ1aは、交換部品ユニット2aと、トーチ本体3と、第1リテーナキャップ4と、第2リテーナキャップ5とを有する。交換部品ユニット2aと、第1リテーナキャップ4と、第2リテーナキャップ5とは、トーチ本体3の中心軸線と同心に配置される。
図1に示すように、交換部品ユニット2aは、トーチ本体3に取り付けられる。交換部品ユニット2aは、電極6と、絶縁ガイド7と、ノズル8と、絶縁リング9と、シールドキャップ10とを有する。交換部品ユニット2aについては後に詳細に説明する。
トーチ本体3は、接続管32に取り付けられている。トーチ本体3は、ベース部33と、電極台座34と、センタパイプ20と、ノズル台座36と、絶縁スリーブ37と、ホルダ38とを有する。ベース部33と、電極台座34と、センタパイプ20と、ノズル台座36と、絶縁スリーブ37と、ホルダ38とは、トーチ本体3の中心軸線と同心に配置される。
ベース部33は、円筒状の形状を有する。ベース部33は、導電体で形成されている。センタパイプ20と電極台座34と絶縁スリーブ37とは、ベース部33の孔に挿入されている。電極台座34は、円管状の形状を有する。電極台座34は、導電体で形成されている。ベース部33は、図示しない電源からのケーブルと電気的に接続されている。
センタパイプ20は、電極台座34の孔に挿入されている。センタパイプ20は、管状の形状を有する。センタパイプ20は、導電体で形成されている。センタパイプ20の先端は、ノズル台座36の先端から突出している。センタパイプ20については後に詳細に説明する。
絶縁スリーブ37は、円管状の形状を有する。絶縁スリーブ37は、絶縁体で形成されている。絶縁スリーブ37の一部は、ベース部33の孔内に配置されている。絶縁スリーブ37は、電極台座34とノズル台座36との間に位置している。
ノズル台座36は、円管状の形状を有する。ノズル台座36の先端部は、先細り形状を有する。ノズル台座36は、絶縁体で形成されている。ノズル台座36には、ノズルに電気的に接触する接触子(図示せず)が取り付けられている。接触子は、電源からのケーブルと電気的に接続されている。ベース部33は、ノズル台座36の孔に挿入されている。絶縁スリーブ37は、ノズル台座36の孔に挿入されている。絶縁スリーブ37の先端部は、ベース部33から突出しており、ノズル台座36の孔内に配置されている。
ホルダ38は、円管状の形状を有する。ホルダ38は、接着等の手段により接続管32に取り付けられている。ノズル台座36は、ホルダ38の孔に挿入されている。ノズル台座36の先端部は、ホルダ38から突出している。
第1リテーナキャップ4は、先端部が先細りした円筒状の形状を有する。第1リテーナキャップ4は、ノズル台座36を覆うように、トーチ本体3に取り付けられる。第1リテーナキャップ4の先端部は、シールドキャップ10が挿入される開口41を有する。ホルダ38とノズル台座36とは、第1リテーナキャップ4内に配置される。ホルダ38の外周面には、雄ネジ部311が設けられている。第1リテーナキャップ4の基端部の内周面には、雌ネジ部42が設けられている。ホルダ38の雄ネジ部311が第1リテーナキャップ4の雌ネジ部42に螺合することで、第1リテーナキャップ4がトーチ本体3に取り付けられる。
第2リテーナキャップ5は、先端部が先細りした円筒状の形状を有する。第2リテーナキャップ5の先端部は、シールドキャップ10が挿入される開口51を有する。第2リテーナキャップ5は、第1リテーナキャップ4を覆うように、第1リテーナキャップ4に取り付けられる。第1リテーナキャップ4は、第2リテーナキャップ5内に配置される。第1リテーナキャップ4と第2リテーナキャップ5とは、交換部品ユニット2aを保持すると共に挟み込む。第1リテーナキャップ4の外周面にはOリングR1が配置されている。第1リテーナキャップ4の外周面には雄ネジ401が設けられており、第2リテーナキャップ5の内周面には、雌ネジ501が設けられている。第1リテーナキャップ4の雄ネジ401と第2リテーナキャップ5の雌ネジ501とが螺合することで、第2リテーナキャップ5が第1リテーナキャップ4に取り付けられる。
1.2 交換部品ユニットの構成
次に交換部品ユニット2aについて説明する。図3は、交換部品ユニット2aの側面図である。図4は、交換部品ユニット2aの中心軸線に沿った断面図である。
図3及び図4に示すように、交換部品ユニット2aは、電極6と絶縁ガイド7とノズル8と絶縁リング9とシールドキャップ10とが圧入により一体化されたものである。電極6と絶縁ガイド7とノズル8と絶縁リング9とシールドキャップ10とは、互いに同心に配置される。なお、交換部品ユニット2aはトーチ本体3の中心軸線と同心に配置されるため、電極6と絶縁ガイド7とノズル8と絶縁リング9とシールドキャップ10とのそれぞれの軸線とは、トーチ本体3の中心軸線と一致する。
図5及び図6は、電極6の斜視図である。図7は電極6の断面図である。図5から図6に示すように、電極6は円筒状の形状を有している。電極6は、導電体で形成されている。電極6は、電極本体部61と、接合部62と、フランジ部63とを有している。
電極本体部61は、電極6の先端を含む。電極6の先端面602の中央には、耐熱インサート64が埋め込まれている。耐熱インサート64は、例えばハフニウム製である。ただし、ハフニウム以外の材料が耐熱インサート64として用いられてもよい。図4に示すように、電極本体部61の一部は、絶縁ガイド7の孔内に配置されている。電極本体部61の先端部は、絶縁ガイド7から突出している。電極本体部61の先端部は先細りの形状を有する。
接合部62は、電極本体部61の基端側に位置している。接合部62は、電極6の軸線方向において電極本体部61とフランジ部63との間に位置する。接合部62は、圧入によって絶縁ガイド7と接合される。従って、接合部62は、Oリング無しで流体をシールするように絶縁ガイド7と接合される。
接合部62の外周面は、絶縁ガイド7の内周面に係止する凹凸形状を有している。詳細には、接合部62は、凸部621を有する。凸部621は、接合部62の外周面から突出している。凸部621は、接合部62の周方向に延びている。
フランジ部63は、接合部62の基端側に位置している。フランジ部63は、電極6の基端を含む。フランジ部63は、接合部62よりも大きな外径を有する。フランジ部63は、電極6の軸線方向において、接合部62よりも長い。フランジ部63の外周面は、電極6の軸線方向に延びている。フランジ部63の外周面は、断面視において凹凸の無い平坦な形状を有する。フランジ部63の外周面の基端部には面取りが施されている。フランジ部63と接合部62との間には、段部66が設けられている。段部66は、電極6の軸線方向に垂直な面である。
電極6は、内部通路65を有する。内部通路65には、図1に示すセンタパイプ20が挿入される。電極6の基端面601には、内部通路65の入口が設けられている。内部通路65は、電極6の基端面601から先端へ向かって電極6の軸線方向に沿って延びている。電極6の先端の内部通路65側には、凸部67が設けられている。上述した耐熱インサート64は、凸部67内に配置される。交換部品ユニット2aがトーチ本体3に取り付けられた状態で、凸部67の一部は、センタパイプ20の冷却水路内に配置される。
内部通路65の内周面は、直線部651とテーパ部652とを有する。直線部651は、電極6の軸線方向に平行に延びている。テーパ部652は、内部通路65の入口に向かって径方向に拡大している。
次に絶縁ガイド7について説明する。図8及び図9は、絶縁ガイド7の斜視図である。図10は、絶縁ガイド7の断面図である。絶縁ガイド7は、電極6とノズル8とを電気的に絶縁すると共に、電極6とノズル8とを連結する。絶縁ガイド7は、電極6とノズル8とを、軸線方向及び径方向に、互いに位置決めする。
絶縁ガイド7は、管状の形状を有する。絶縁ガイド7は、絶縁体で形成されている。絶縁ガイド7は、電極6が挿入される孔706を有する。絶縁ガイド7の孔706は、絶縁ガイド7の軸線方向に絶縁ガイド7を貫通している。
絶縁ガイド7は、セラミックの弾性率よりも小さな弾性率を有する材料で形成される。本実施形態において、絶縁ガイド7は、エンジニアプラスティック等の樹脂製である。詳細には、絶縁ガイド7は、連続使用温度が100℃以上の樹脂製である。さらに連続使用温度が300℃以下が好ましい。
樹脂ガイド7は、10%以上の光の反射率を有する樹脂で形成されている。樹脂ガイド7は、明度4以上の色を有する樹脂で形成されている。樹脂ガイド7は、白、ベージュ、或いは灰色など、反射率が30%以上の色を有することが好ましい。例えば、絶縁ガイドは、非着色のポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)で形成されている。或いは、絶縁ガイドは、上記のような色に着色されたPPS樹脂で形成されてもよい。或いは、樹脂ガイド7は、PPS樹脂以外の樹脂で形成されてもよい。
樹脂ガイド7は、射出成形によって形成される。その場合、樹脂ガイド7を製造する工程は、上述した樹脂を溶融する工程と、溶融した樹脂を金型に射出する工程と、金型内で樹脂を固化させて上述した樹脂ガイド7を得る工程とを有する。なお、樹脂ガイド7を金型から取り外した後に、機械加工により樹脂ガイド7の形状の一部が形成されてもよい。
図10に示すように、絶縁ガイド7の内周面は、第1内周面71と内側段部72と第2内周面73とを有する。第1内周面71は、絶縁ガイド7の軸線方向に延びており、絶縁ガイド7の先端面701に到達している。第1内周面71は、第2内周面73よりも大きな内径を有する。第1内周面71は、電極本体部61の外周面に対して隙間を隔てて対向する。後述するように、第1内周面71は、電極本体部61の外周面との間にガス通路を構成する。第1内周面71の内径は、ノズル8の内径と略同じである。従って、第1内周面71と電極6との間のガス通路の内径は、ノズル8の内径と略同じである。
内側段部72は、第1内周面71の基端側に位置する。内側段部72は、絶縁ガイド7の軸線方向において第1内周面71と第2内周面73との間に位置する。内側段部72は、先端側へ向かって径方向に拡大するように、絶縁ガイド7の軸線方向に対して傾斜している。
第1内周面71と内側段部72とには、耐熱被膜707が形成されている。耐熱被膜707は、セラミック系材料で形成されている。耐熱被膜707は、例えば、窒化ホウ素で形成される。ただし、耐熱被膜707は、窒化ホウ素以外のセラミック系材料で形成されてもよい。或いは、耐熱被膜707は、セラミック系材料以外の耐熱性材料で形成されてもよい。或いは、耐熱被膜707は省略されてもよい。
第2内周面73は、内側段部72の基端側に位置する。第2内周面73は、絶縁ガイド7の軸線方向に延びており、絶縁ガイド7の基端面702に到達している。第2内周面73は、第1接合部74を有する。第1接合部74は、電極6の接合部62に圧入により接合される。従って、絶縁ガイド7の第1接合部74は、Oリング無しで流体をシールするように電極6と接合される。
図4に示すように、絶縁ガイド7の第1接合部74が電極6の接合部62に接合されることにより、電極6と絶縁ガイド7とが径方向に互いに位置決めされる。また、絶縁ガイド7の基端面702が、電極6のフランジ部63の段部66に接触することで、電極6と絶縁ガイド7とが軸線方向に互いに位置決めされる。
第1接合部74は、電極6の外周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第1接合部74は、凸部741を有する。凸部741は、第2内周面73から突出している。凸部741は、第2内周面73の周方向に延びている。絶縁ガイド7の第1接合部74の凸部741は、電極6の接合部62の凸部621に係止する。これにより、絶縁ガイド7が電極6に対して強固に抜け止めされる。
絶縁ガイド7の外周面は、第1外周面75と、第2外周面76と、第3外周面77とを有する。第1外周面75は、絶縁ガイド7の軸線方向に延びており、絶縁ガイド7の先端面701に到達している。第1外周面75は、ノズル8の第1孔811内に配置される。第1外周面75は、第2接合部78を有する。第2接合部78は、ノズル8の内周面に圧入により接合される。従って、絶縁ガイド7の第2接合部78は、Oリング無しで流体をシールするようにノズル8と接合される。
絶縁ガイド7の第2接合部78は、ノズル8の内周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、絶縁ガイド7の第2接合部78は、凸部781を有する。凸部781は、第1外周面75から突出している。凸部781は、第1外周面75の周方向に延びている。
第2外周面76は、第1外周面75の基端側に位置する。第2外周面76は、絶縁ガイド7の軸線方向に延びている。第2外周面76は、断面視において、凹凸の無い平坦な形状を有する。第2外周面76は、絶縁ガイド7の軸線方向において第1外周面75と第3外周面77との間に配置される。第2外周面76は、ノズル8の外部に配置される。第2外周面76は、第1外周面75よりも小さな外径を有する。言い換えれば、第1外周面75の外径は、第2外周面76の外径よりも大きい。絶縁ガイド7の軸線方向において、第1外周面75は、第2外周面76よりも短い。
第3外周面77は、第2外周面76の基端側に位置する。第3外周面77は、第2外周面76よりも小さな外径を有する。第3外周面77は、絶縁ガイド7の軸線方向に延びており、絶縁ガイド7の基端面702に到達している。絶縁ガイド7の軸線方向において、第2外周面76は、第3外周面77より長い。言い換えれば、絶縁ガイド7の軸線方向において、第3外周面77は、第2外周面76より短い。絶縁ガイド7の軸線方向において、第3外周面77は、第1外周面75より短い。
絶縁ガイド7の外周面は、外側段部79を有する。外側段部79は、第2外周面76と第3外周面77との間に配置される。外側段部79は、絶縁ガイド7の軸線方向に垂直な面である。
図11は、絶縁ガイド7を基端側から見た図である。図9及び図11に示すように、絶縁ガイド7は、複数の連通路703を有する。本実施形態では、絶縁ガイド7は6つの連通路703を有する。ただし、連通路703の数は、6つに限らず、6つより少ない、或いは6つより多くてもよい。
図12は、1つの連通路703の軸線を含む絶縁ガイド7の断面を示している。図12に示すように、連通路703は、絶縁ガイド7の外部と絶縁ガイド7の孔706内とを連通している。言い換えると、連通路703は、絶縁ガイド7の外部と絶縁ガイド7内のガス通路とを連通している。絶縁ガイド7は、絶縁ガイド7の第1内周面71と電極6の外周面との間の空間と、絶縁ガイド7の外部の空間とを連結している。連通路703は、軸線方向に対して傾斜した方向に延びている。連通路703は、絶縁ガイド7の先端へ向かって絶縁ガイド7の軸線に近づくように傾斜している。絶縁ガイド7の軸線方向に対する連通路703の傾斜角度は、30度以上、60度以下であることが好ましい。例えば、絶縁ガイド7の軸線方向に対する連通路703の傾斜角度は45度である。
連通路703の一端は、内側段部72に接続される。連通路703の他端は、外側段部79に接続される。連通路703は、絶縁ガイド7の軸線方向における中心よりも基端側の位置において絶縁ガイド7の外周面に接続される、連通路703は、第1連通路704と第2連通路705とを有する。
第1連通路704は、第2連通路705よりも大きな流路断面を有する。第1連通路704は、外側段部79に接続される。第1連通路704は、絶縁ガイド7の外部に連通する。第2連通路705は、内側段部72に接続される。第2連通路705は、絶縁ガイド7内のガス通路に連通する。なお、図12では1つの連通路703のみが図示されているが、他の連通路703も図12の連通路703と同様の構造である。
図11に示すように、複数の連通路703は、周方向及び径方向に対して傾斜している。全ての連通路703は、周方向に対して同方向に傾斜している。全ての連通路703は、径方向に対して同方向に傾斜している。これにより、連通路703から吹き出されたガスは旋回流となる。複数の連通路703は、絶縁ガイド7の周方向において等間隔に配置される。絶縁ガイド7の軸線方向から見て、連通路703の軸線は、連通路703の軸線と平行であり且つ絶縁ガイド7の中心を通る直線から所定距離、離れている。
なお、絶縁ガイド7において、少なくとも第1内周面71が、10%以上の光の反射率を有していればよい。より好ましくは、第1内周面と内側段部72とが、10%以上の光の反射率を有していればよい。或いは、樹脂ガイド7において、少なくとも第1内周面71が、明度4以上の色を有していればよい。従って、樹脂ガイド7の第1内周面71以外の部分が、第1内周面71と異なる色であってもよい。より好ましくは、第1内周面と内側段部72とが、明度4以上の色を有していればよい。従って、樹脂ガイド7の第1内周面71及び内側段部72以外の部分が、第1内周面71と異なる色であってもよい。例えば、樹脂ガイド7の外周面が、第1内周面71と異なる色であってもよい。或いは、樹脂ガイドの第2内周面73が第1内周面71と異なる色であってもよい。
次にノズル8について説明する。図13及び図14は、ノズル8の斜視図である。図15は、ノズル8の断面図である。ノズル8は、先端部が先細り形状を有する円筒状の形状を有する。ノズル8は、絶縁ガイド7が挿入される孔811を有し、絶縁ガイド7と圧入により接合される。詳細には、ノズル8は、第1ノズル部81と第2ノズル部82と第3ノズル部83とを有する。
第1ノズル部81は、ノズル8の基端を含む。第1ノズル部81は、第1孔811を有する。第1孔811は、ノズル8の基端面802につながっている。第2ノズル部82は、第1ノズル部81の先端側に位置する。第2ノズル部82は、ノズル8の軸線方向において第1ノズル部81と第3ノズル部83との間に位置する。ノズル8の軸線方向において、第2ノズル部82は、第1ノズル部81よりも長い。
第2ノズル部82は、第1孔811に連通する第2孔821を有する。第2孔821は、第1孔811よりも小さな内径を有する。従って、第1ノズル部81の内周面812と第2ノズル部82の内周面822との間には内側段部84が設けられている。内側段部84は、ノズル8の軸線方向に垂直な面である。
第2ノズル部82の外径は、第1ノズル部81の外径と同じである。従って、第2ノズル部82の外周面823は、第1ノズル部81の外周面813と面一である。第1ノズル部81の外周面813の基端には面取りが施されている。第2ノズル部82は、第1ノズル部81よりも大きな径方向の厚さを有している。
第3ノズル部83は、第2ノズル部82の先端側に位置する。第3ノズル部83は、ノズル8の先端を含む。第3ノズル部83は、第2ノズル部82の先端側に位置する。第3ノズル部83は、噴射孔831を有する。噴射孔831は、第2孔821に連通している。噴射孔831は、第2孔821よりも小さな内径を有する。噴射孔831は、ノズル8の軸線方向に延びており、ノズル8の先端面801に到達している。ノズル8の軸線方向において、上述した第1孔811は、噴射孔831よりも短い。
ノズル8の外周面は、第1外周面85と第2外周面86と第3外周面87とを有する。第1外周面85は、ノズル8の基端面802に達している。第1外周面85は、第1ノズル部81の外周面813と第2ノズル部82の外周面823とによって構成される。第1外周面85は、断面視において、ノズル8の軸線方向に延びる直線状の形状を有する。言い換えれば、第1外周面85は、断面視において、凹凸の無い平坦な形状を有する。
第2外周面86は、第1外周面85の先端側に位置する。第2外周面86は、ノズル8の軸線方向において、第1外周面85と第3外周面87との間に位置する。第2外周面86は、第1外周面85よりも小さな外径を有する。従って、第1外周面85と第2外周面86との間には外側段部88が設けられている。外側段部88は、ノズル8の軸線方向に垂直な面である。
第3外周面87は、第2外周面86の先端側に位置する。第3外周面87は、ノズル8の先端面801に到達している。第3外周面87は、先端に向かって径方向に小さくなるように傾斜している。
第1ノズル部81の第1孔811には、絶縁ガイド7が挿入される。第2ノズル部82の第2孔821には、電極6が挿入される。図4に示すように、第2ノズル部82の内周面822は、隙間を隔てて電極本体部61と対向する。第2ノズル部82の内周面822は、直線部824を有している。直線部824は、基端側から先端側へ向かって直線状に延びている。第3ノズル部83の内周面は、テーパ部825を有している。テーパ部825は、直線部824の先端側に位置しており、基端側から先端側へ向かって縮径している。テーパ部825は、直線部824と噴射孔831との間に位置する。電極6の先端は、テーパ部825と対向している。
第1ノズル部81は、絶縁ガイド7と接合される。詳細には、第1孔811に絶縁ガイド7の第2接合部78が挿入され、第1ノズル部81は、絶縁ガイド7の第2接合部78と圧入により接合される。これにより、第1ノズル部81の内周面812は、Oリング無しで流体をシールするように絶縁ガイド7と接合される。
第1ノズル部81の内周面812が絶縁ガイド7の第2接合部78と接合することにより、ノズル8と絶縁ガイド7とが径方向に互いに位置決めされる。また、絶縁ガイド7の先端面701がノズル8の内側段部84に接触することにより、ノズル8と絶縁ガイド7とが軸線方向に互いに位置決めされる。
第1ノズル部81の内周面812は、絶縁ガイド7の外周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第1ノズル部81の内周面812は、凸部814を有する。第1ノズル部81の凸部814は、絶縁ガイド7の第2接合部78の凸部781に係止する。これにより、ノズル8が絶縁ガイド7に対して抜け止めされる。
第2外周面86は、絶縁リング9の内周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第2外周面86は、凸部861を有する。
第2ノズル部82の内周面822には、凹溝89が設けられている。凹溝89は、径方向外方に凹んだ形状を有する。凹溝89は、周方向に延びており、環状の形状を有する。凹溝89は、直線部824に設けられている。凹溝89は、ノズル8の軸線方向において電極6の先端部と絶縁ガイド7の先端部との間に位置する。凹溝89は、第2ノズル部82の外周面823の径方向内方に位置する。
第2ノズル部82の直線部824は、凹溝89の先端側に位置する第1内周面826と、凹溝89の基端側に位置する第2内周面827とを有している。第1内周面826と第2内周面827とは軸線方向に沿って延びている。第1内周面826の内径は、第2内周面827の内径と同じである。凹溝89は、段部891と傾斜面892とを有する。
段部891は、第2内周面827から径方向外方に延びている。段部891は、ノズル8の軸線方向に垂直な面である。傾斜面892は、第1内周面826と段部891とを接続する。傾斜面892は、傾斜面892の内径が先端側から基端側へ向かってが拡大するように、ノズル8の軸線方向に対して傾斜している。
図16及び図17は、絶縁リング9の斜視図である。図18は、絶縁リング9の断面図である。図16から図18に示すように、絶縁リング9は、ノズル8が挿入される孔903を有する。絶縁リング9の内周面91は凸部911を有する。絶縁リング9の外周面92は凸部921を有する。
絶縁リング9は、フランジ部93を有する。フランジ部93は、絶縁リング9の外周面92から突出している。従って、絶縁リング9の外周面92とフランジ部93との間には段部94が設けられている。段部94は、絶縁リング9の軸線方向に垂直な面である。
図4に示すように、絶縁リング9は、ノズル8と圧入により接合される。詳細には、絶縁リング9の内周面91は、ノズル8の第2外周面86と圧入により接合される。絶縁リング9の内周面91がノズル8の第2外周面86と接合されることにより、絶縁リング9とノズル8とが径方向に互いに位置決めされる。
また、絶縁リング9の基端面901がノズル8の外側端部88に接触することにより、絶縁リング9とノズル8とが軸線方向に互いに位置決めされる。絶縁リング9の内周面91の凸部911は、ノズル8の第2外周面86の凸部861に係止する。これにより、絶縁リング9がノズル8に対して強固に抜け止めされる。
図19及び図20は、シールドキャップ10の斜視図である。図21は、シールドキャップ10の断面図である。図19から図21に示すように、シールドキャップ10は孔103を有する。シールドキャップ10の孔103には、ノズル8が挿入される。シールドキャップ10は噴射孔104を有する。噴射孔104は、孔103と連通しており、シールドキャップ10の先端面101を軸線方向に貫通している。
シールドキャップ10は、第1内周面11と第2内周面12とを有する。第1内周面11は、シールドキャップ10の軸線方向に延びており、シールドキャップ10の基端面102に到達している。第1内周面11は凸部111を有する。第2内周面12は、第1内周面11の先端側に位置する。第2内周面12は、先端に向かって径方向に小さくなるように傾斜している。
シールドキャップ10は、第1外周面13と、フランジ部14と、第2外周面15と、第3外周面16とを有する。第1外周面13は、シールドキャップ10の軸線方向に延びており、シールドキャップ10の基端面102に到達している。フランジ部14は、第1外周面13の先端側に位置する。フランジ部14は、シールドキャップ10の軸線方向において、第1外周面13と第2外周面15との間に位置する。フランジ部14は、第1外周面13から突出している。フランジ部14は、第2外周面15から突出している。フランジ部14と第2外周面15との間には、外側段部17が設けられている。外側段部17は、シールドキャップ10の軸線方向に垂直な面である。フランジ部14の外径は、第1リテーナキャップ4の開口41の直径よりも大きい。フランジ部14の外径は、第2リテーナキャップ5の開口51の直径よりも大きい。
第2外周面15は、フランジ部14の先端側に位置する。第2外周面15は、第1外周面13よりも小さな外径を有する。第2外周面15は、シールドキャップ10の軸線方向に延びている。第3外周面16は、第2外周面15の先端側に位置する。第3外周面16は、シールドキャップ10の先端面101に到達している。第3外周面16は、先端に向かって径方向に小さくなるように、シールドキャップ10の軸線方向に対して傾斜している。
図22は、図21のA-A断面図である。図21及び図22に示すように、シールドキャップ10は、複数の連通路105を有する。連通路105は、シールドキャップ10の外部とシールドキャップ10の孔103内とを連通している。連通路105の一端は第1外周面13に到達している。連通路105の他端は、第1内周面11に到達している。
連通路105は、シールドキャップ10の周方向に等間隔に配置されている。シールドキャップ10の軸線方向から見て、連通路105の軸線は、連通路105の軸線と平行であり且つ絶縁ガイド7の中心を通る直線から所定距離、離れている。全ての連通路105は、周方向に対して同方向に傾斜している。全ての連通路105は、径方向に対して同方向に傾斜している。これにより、連通路105から吹き出されたガスは旋回流となる。
図4に示すように、シールドキャップ10は、絶縁リング9と圧入により接合される。詳細には、シールドキャップ10の第1内周面11が、絶縁リング9の外周面92と圧入により接合される。シールドキャップ10の第1内周面11の凸部111は、絶縁リング9の外周面92の凸部921と係合する。これにより、シールドキャップ10が絶縁リング9に対して強固に抜け止めされる。
シールドキャップ10の第1内周面11が絶縁リング9の外周面92と接合されることにより、シールドキャップ10と絶縁リング9とが、径方向に互いに位置決めされる。これにより、シールドキャップ10の噴射孔104とノズル8の噴射孔831とが同心に配置される。
シールドキャップ10の基端面102が絶縁リング9の段部94に接触することにより、シールドキャップ10と絶縁リング9とが、軸線方向に互いに位置決めされる。これにより、シールドキャップ10がノズル8に対して隙間を隔てて配置される。詳細には、シールドキャップ10の第2内周面12が、ノズル8の第3外周面87に対して隙間を隔てて配置される。これにより、シールドキャップ10とノズル8との間には後述するガス通路が構成される。シールドキャップ10の連通路105は、絶縁リング9の先端よりも先端側に位置している。シールドキャップ10の連通路105は、シールドキャップ10とノズル8との間のガス通路に連通している。
次にセンタパイプ20について説明する。図23及び図24は、センタパイプ20の斜視図である。図25は、センタパイプ20の断面図である。センタパイプ20は、電極6の内部通路65に挿入され、電極6内に冷却水を供給する。センタパイプ20は、導電体で形成されている。センタパイプ20は、パイプ本体21と接触子22とを有する。図26は、パイプ本体21の斜視図である。図27は、接触子22の斜視図である。
パイプ本体21は、管状の形状を有する。パイプ本体21は、導電体で形成される。詳細には、パイプ本体21の外周面は、フランジ部23と、第1外周面24と、第2外周面25と、第3外周面26とを有する。フランジ部23は、パイプ本体21の基端を含む。フランジ部23は、第1外周面24から突出している。従って、フランジ部23と第1外周面24との間には段部27が設けられている。段部27は、パイプ本体21の軸線方向に垂直な面である。
第1外周面24は、フランジ部23の先端側に位置する。第1外周面24は、パイプ本体21の軸線方向においてフランジ部23と第2外周面25との間に位置する。第1外周面24は、パイプ本体21の軸線方向に延びている。
第2外周面25は、第1外周面24の先端側に位置する。第2外周面25は、パイプ本体21の軸線方向において第1外周面24と第3外周面26との間に位置する。第2外周面25は、パイプ本体21の軸線方向に延びている。パイプ本体21の軸線方向において、第2外周面25は、第1外周面24よりも短い。第2外周面25は、第1外周面24よりも小さな外径を有する。
第3外周面26は、第2外周面25の先端側に位置する。第3外周面26は、パイプ本体21の先端を含む。第3外周面26は、パイプ本体21の軸線方向に延びている。パイプ本体21の軸線方向において第3外周面26は、第1外周面24よりも長い。第3外周面26は、第2外周面25よりも小さな外径を有する。第3外周面26の軸線方向における中間部には、凹部261が設けられている。凹部261には、接触子22が取り付けられる。
パイプ本体21は、冷却水通路を内部に有する。冷却水通路は、パイプ本体21を軸線方向に貫通している。冷却水通路は、第1通路211と第2通路212と第3通路231とを有する。第1通路211は、パイプ本体21の基端面201に到達している。第1通路211は、先端に向かって径方向に小さくなるように、パイプ本体21の軸線方向に対して傾斜している。
第2通路212は、第1通路211の先端側に位置する。第2通路212は、パイプ本体21の軸線方向において、第1通路211と第3通路231との間に位置する。パイプ本体21の軸線方向において、第2通路212は、第3通路231よりも長い。第2通路212は、パイプ本体21の軸線方向に延びている。
第3通路231は、第2通路212の先端側に位置する。第3通路231は、パイプ本体21の先端面202に到達している。第3通路231は、第2通路212よりも大きな内径を有する。第3通路231内には、上述した電極6の凸部67が配置される。
接触子22は、パイプ本体21と別体である。接触子22は導電体で形成される。接触子22は、パイプ本体21に対して着脱可能に取り付けられる。接触子22は、パイプ本体21の外周面に取り付けられる。詳細には、接触子22は、パイプ本体21の第3外周面26の凹部261に嵌め込まれることで、パイプ本体21に取り付けられる。
接触子22は、取付部28と接触部29とを有する。取付部28は、パイプ本体21の外周面に取り付けられる。取付部28は、第1環部281と第2環部282とを有する。第2環部282は、接触子22の軸線方向に第1環部281から離れて配置される。第1環部281と第2環部282とは、それぞれパイプ本体21の凹部261に嵌め込まれる。
接触部29は、電極6の内周面に接触する。接触部29は、接触子22の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有する。具体的には、接触部29は、複数の湾曲部291を有する。湾曲部291は、第1環部281と第2環部282とを連結している。湾曲部291は、接触子22の径方向外方に向かって膨出した板状の形状を有する。接触部29は、複数のスリット292を有する。スリット292は、複数の湾曲部291の間に設けられ、接触子22の軸線方向に延びている。なお、図面においてはスリット292の一部のみに符号292を付して他のスリット292の符号を省略している。
図28は、接触子22を軸線方向から見た図である。図28に示すように、複数の湾曲部291は、接触子22の周方向に等間隔に配置されている。複数のスリット292も同様に、接触子22の周方向に等間隔に配置されている。本実施形態では、接触子22は、8つの湾曲部291と8つのスリット292とを有している。しかし、接触子22の数は、8つに限らず、8つより少ない、或いは8つより多くてもよい。同様に、スリット292の数は、8つに限らず、8つより少ない、或いは8つより多くてもよい。
図1に示すように、センタパイプ20のフランジ部23は、電極台座34の基端面341と、ベース部33の孔の底面331との間に配置される。フランジ部23は、電極台座34の基端面341に接触している。これにより、センタパイプ20と電極台座34とが電気的に接続されている。また、センタパイプ20が径方向及び軸線方向に位置決めされる。
図29は、図1における交換部品ユニット2a及びその周囲の構成の拡大図である。図29に示すように、センタパイプ20の接触子22は、電極6の内周面に接触している。接触子22は、電極6の内部通路65に挿入されることで、径方向内方へ向かって弾性変形している。接触子22は、弾性変形の反力によって電極6の内周面に押し付けられている。センタパイプ20は、電極台座34と電気的に接続されている。従って、接触子22は、電極6の内周面に接触することで電極6に通電する。
電極6は、第1通電面603と第2通電面601とを有する。第1通電面603は、内部通路65の内周面において接触子22と接触している部分である。電極6は、センタパイプ20と第1通電面603とを介して電極台座34と電気的に接続される。第1通電面603は、テーパ部652の先端側においてテーパ部652に隣接して配置される。第1通電面603は、後述する冷却水通路内に位置している。
第2通電面601は、電極6の基端面601である。第2通電面601は、電極台座34の先端面342に接触している。電極6は、第2通電面601を介して電極台座34と電気的に接続される。第2通電面601は、後述する冷却水通路に隣接している。
1.3 冷却水通路
次に、プラズマトーチ1aの冷却水通路について説明する。図1において、実線の矢印は、冷却水の流れを示している。図1に示すように、ベース部33には、冷却水供給管45が接続されている。冷却水供給管45は、ベース部33内の第1冷却水通路W1を介して、ノズル台座36内の第2冷却水通路W2に接続されている。第1冷却水通路W1は、ベース部33の基端面からベース部33の外周面に向かって延びている。第2冷却水通路W2は、ノズル台座36の内周面からノズル台座36の先端部へ向かって延びている。第2冷却水通路W2は、第3冷却水通路W3に接続されている。第3冷却水通路W3は、ノズル台座36と第1リテーナキャップ4と交換部品ユニット2aとに囲まれた環状の通路である。
図29に示すように、絶縁スリーブ37の先端面371とノズル8の基端面802との間には隙間が設けられており、この隙間は、第3冷却水通路W3の一部を構成している。従って、ノズル8の基端面802は、第3冷却水通路W3内に配置される。また、絶縁スリーブ37の先端面371とノズル8の基端面802との隙間は、絶縁ガイド7の第2外周面76まで到達している。従って、絶縁ガイド7の第2外周面76の一部は、第3冷却水通路W3内に配置されている。
図1に示すように、第3冷却水通路W3は、ノズル台座36内の第4冷却水通路W4、ノズル台座36と絶縁スリーブ37との間の第5冷却水通路W5、絶縁スリーブ37内の第6冷却水通路W6、及び電極台座34内の第7冷却水通路W7を介して、第8冷却水通路W8に接続されている。
第4冷却水通路W4は、ノズル台座36の先端からノズル台座36の内周面に向かって延びている。第5冷却水通路W5は、ノズル台座36と絶縁スリーブ37との間に設けられた環状の通路である。第6冷却水通路W6は、絶縁スリーブ37の外周面から絶縁スリーブ37の内周面に向かって径方向に延びる複数の通路である。第7冷却水通路W7は、電極台座34の外周面から電極台座34の内周面に向かって径方向に延びる複数の通路である。第8冷却水通路W8は、電極台座34とセンタパイプ20との間の通路である。
第8冷却水通路W8は、電極6とセンタパイプ20との間の第9冷却水通路W9に接続されている。第9冷却水通路W9は、センタパイプ20の先端部において、センタパイプ20内の第10冷却水通路W10に連通している。第10冷却水通路W10は、ベース部33内の第11冷却水通路W11を介して、冷却水排出管46に接続されている。
冷却水は、冷却水の供給源から、冷却水供給管45、ベース部33内の第1冷却水通路W1、ノズル台座36内の第2冷却水通路W2を通って、第3冷却水通路W3に供給される。冷却水は、第3冷却水通路W3からノズル台座36内の第4冷却水通路W4、ノズル台座36と絶縁スリーブ37との間の第5冷却水通路W5、絶縁スリーブ37内の第6冷却水通路W6、及び電極台座34内の第7冷却水通路W7を通って、電極台座34とセンタパイプ20との間の第8冷却水通路W8に供給される。冷却水は、第8冷却水通路W8から、電極6とセンタパイプ20との間の第9冷却水通路W9、センタパイプ20内の第10冷却水通路W10、ベース部33内の第11冷却水通路W11、冷却水排出管46を通って、プラズマトーチ1aの外部に排出される。
1.4 ガス通路
次に、プラズマトーチ1aのプラズマガス通路について説明する。本実施形態においてプラズマガスは、酸素ガスである。すなわち、本実施形態においてプラズマトーチ1aは、酸素プラズマ切断用のプラズマトーチである。ただし、酸素ガス以外のプラズマガスが用いられてもよい。図30は、プラズマトーチ1aの中心軸線に沿った図1と異なる断面図である。図1及び図30において、破線の矢印は、プラズマガスの流れを示している。詳細には、図30において破線の矢印は、メインガスの流れを示している。図1において破線の矢印は、アシストガスの流れを示している。
図30に示すように、ベース部33にはメインガス供給管47が接続されている。メインガス供給管47は、ベース部33内の第1メインガス通路MG1を介して、ベース部33と絶縁スリーブ37との間の第2メインガス通路MG2に接続されている。第1メインガス通路MG1は、ベース部33の基端面からベース部33の内周面の段部332に向かって、軸線方向に延びている。第2メインガス通路MG2は、ベース部33の内周面の段部332と絶縁スリーブ37の外周面の段部372との間に形成された環状の通路である。
第2メインガス通路MG2は、絶縁スリーブ37内の第3メインガス通路MG3を介して第4メインガス通路MG4に接続されている。第3メインガス通路MG3は、絶縁スリーブ37の外周面の段部372から軸線方向に延びている。第4メインガス通路MG4は、絶縁スリーブ37と、交換部品ユニット2aとの間の環状の通路である。
図31は、図30における交換部品ユニット2aとその周囲の構成の拡大図である。図31に示すように、第4メインガス通路MG4は、絶縁スリーブ37の内周面と絶縁ガイド7の外周面と電極6の外周面とによって構成される。
詳細には、絶縁スリーブ37の内周面には、段部373が設けられている。段部373は、絶縁スリーブ37の軸線方向に垂直な面である。交換部品ユニット2aがトーチ本体3に取り付けられた状態で、絶縁ガイド7の外側段部79は、絶縁スリーブ37の内周面の段部373に対して隙間を隔てて配置される。第4メインガス通路MG4は、この絶縁ガイド7の外側段部79と、絶縁スリーブ37の内周面の段部373との間の隙間を通っている。
第4メインガス通路MG4は、上述した第3冷却水通路W3に対してOリングR2によってシールされている。OリングR2は、絶縁スリーブ37の内周面に設けられた凹部374に嵌め込まれている。OリングR2は、絶縁ガイド7の第2外周面76の一部と接触している。すなわち、絶縁ガイド7の第2外周面76は、Oリングと接触するシール面761を有している。第2外周面76においてシール面761よりも先端側の部分は、第3冷却水通路W3内に配置されている。第2外周面76においてシール面761よりも基端側の部分は、第4メインガス通路MG4内に配置されている。第3外周面77も、第2外周面76と同様に、第4メインガス通路MG4内に配置される。
図29に示すように、第4メインガス通路MG4は、上述した第6冷却水通路W6及び第7冷却水通路W7に対してOリングR3によってシールされている。OリングR3は、絶縁スリーブ37の内周面に設けられた凹部375に嵌め込まれている。OリングR3は、電極6のフランジ部63の外周面の一部と接触している。すなわち、フランジ部63の外周面は、OリングR3と接触するシール面631を有する。フランジ部63の外周面においてシール面631よりも先端側の部分は、第4メインガス通路MG4内に配置されている。
図31に示すように、第4メインガス通路MG4は、絶縁ガイド7の複数の連通路703を介して、絶縁ガイド7と電極6との間の第5メインガス通路MG5に接続されている。第5メインガス通路MG5は、絶縁ガイド7の内周面と電極6の外周面との間の環状の通路である。第5メインガス通路MG5は、ノズル8と電極6との間の第6メインガス通路MG6に接続されている。第5メインガス通路MG5の内径は、第6メインガス通路MG6の内径と同じである。第6メインガス通路MG6は、ノズル8の噴射孔831に連通している。
メインガスは、メインガスの供給源から、ベース部33内の第1メインガス通路MG1、ベース部33と絶縁スリーブ37との間の第2メインガス通路MG2、絶縁スリーブ37内の第3メインガス通路MG3を通って、絶縁スリーブ37と交換部品ユニット2aとの間の第4メインガス通路MG4に流れる。メインガスは、第4メインガス通路MG4から連通路703を通ることで旋回流となって、第5メインガス通路MG5に噴出される。旋回流となったメインガスは、第6メインガス通路MG6を通って、ノズル8の噴射孔831から噴出される。
図1に示すように、ベース部33にはアシストガス供給管48が接続されている。アシストガス供給管48は、ベース部33内の第1アシストガス通路AG1を介して、ノズル台座36内の第2アシストガス通路AG2に接続されている。第1アシストガス通路AG1は、ベース部33の基端面からベース部33の外周面に向かって延びている。第2アシストガス通路AG2は、ノズル台座36の内周面からノズル台座36の外周面に向かって延びている。
第2アシストガス通路AG2は、ホルダ38内の第3アシストガス通路AG3を介して、ホルダ38と第2リテーナキャップ5との間の第4アシストガス通路AG4に接続されている。第3アシストガス通路AG3は、ホルダ38の内周面から外周面に向かって延びている。第4アシストガス通路AG4は、ホルダ38の外周面と第2リテーナキャップ5の内周面との間の環状の通路である。
第4アシストガス通路AG4は、第2リテーナキャップ5内の第5アシストガス通路AG5を介して、第1リテーナキャップ4と第2リテーナキャップ5との間の第6アシストガス通路AG6に接続される。第5アシストガス通路AG5は、第2リテーナキャップ5の内周面から外周面に向かって延びる複数の通路である。第6アシストガス通路AG6は、第1リテーナキャップ4の内周面と第2リテーナキャップ5の外周面との間の環状の通路である。
図29に示すように、第6アシストガス通路AG6は、シールドキャップ10の複数の連通路105を介して、ノズル8とシールドキャップ10との間の第7アシストガス通路AG7に接続されている。第7アシストガス通路AG7は、ノズル8の噴射孔831及びシールドキャップ10の噴射孔104と連通している。
第6アシストガス通路AG6は、上述した第3冷却水通路W3に対して、OリングR4によってシールされている。OリングR4は、第1リテーナキャップ4の内周面の先端部に設けられた凹部44に嵌め込まれている。OリングR4は、シールドキャップ10の第1外周面13に接触している。すなわち、シールドキャップ10の第1外周面13は、OリングR4と接触するシール面131を有している。
上述したように絶縁リング9は、圧入によってノズル8に接合されている。また、絶縁リング9は、圧入によってシールドキャップ10に接合されている。このため、第7アシストガス通路AG7は、上述した第3冷却水通路W3に対して、絶縁リング9によってシールされている。
アシストガスは、アシストガスの供給源から、ベース部33内の第1アシストガス通路AG1、ノズル台座36内の第2アシストガス通路AG2、ホルダ38内の第3アシストガス通路AG3、ホルダ38と第2リテーナキャップ5との間の第4アシストガス通路AG4、第2リテーナキャップ5内の第5アシストガス通路AG5を通って、第1リテーナキャップ4と第2リテーナキャップ5との間の第6アシストガス通路AG6に流れる。アシストガスは、第6アシストガス通路AG6から連通路105を通ることで旋回流となって、第7アシストガス通路AG7に噴出される。旋回流となったアシストガスは、第7アシストガス通路AG7を通って、メインガスと共に、シールドキャップ10の噴射孔104から噴出される。
1.5 交換部品ユニットの交換方法
次に、交換部品ユニット2aの交換方法について説明する。交換部品ユニット2aは消耗品である。そのため、交換部品ユニット2aは着脱可能にトーチ本体3に取り付けられており、交換が必要な程度に消耗が進むと、新しいものに交換される。図29に示すように、プラズマトーチ1aでは、第2リテーナキャップ5の開口51の縁部によってシールドキャップ10の段部17が軸線方向に押圧されている。また、シールドキャップ10のフランジ部14が、第1リテーナキャップ4の開口41の縁部と第2リテーナキャップ5の開口51の縁部とによって挟み込まれている。これにより、交換部品ユニット2aが固定されている。このため、交換部品ユニット2aの交換時には、まず、第2リテーナキャップ5が取り外される。
第2リテーナキャップ5が取り外された状態では、交換部品ユニット2aは、OリングR2,R3,R4の弾性力によって保持される。従って、交換部品ユニット2aを第1リテーナキャップ4の開口41から先端側へ引き出すことによって、交換部品ユニット2aの絶縁ガイド7と電極6とが、絶縁スリーブ37から引き出される。その際、センタパイプ20の接触子22は、電極6の内周面に沿って摺動し、電極6がセンタパイプ20から抜き出される。
なお、交換部品ユニット2aを第1リテーナキャップ4の開口41から先端側へ引き出す前に、第1リテーナキャップ4を緩めるとよい。これにより、シールドキャップ10のフランジ部14が第1リテーナキャップ4の開口41の縁部に引っ掛かって押し出される。これにより、交換部品ユニット2aを容易に取り外すことができる。
以上のようにして、交換部品ユニット2aをトーチ本体3から一体的に容易に取り外すことができる。
新たな交換部品ユニット2aを取り付ける際には、交換部品ユニット2aを第1リテーナキャップ4の開口41から基端側へ向けて挿入する。これにより、交換部品ユニット2aの電極6と絶縁ガイド7とが、絶縁スリーブ37内に挿入される。その際、センタパイプ20が電極6内に挿入され、センタパイプ20の接触子22は、電極6の内周面に沿って摺動する。
そして、第2リテーナキャップ5が第1リテーナキャップ4に取り付けられると、第2リテーナキャップ5の開口51の縁部が、シールドキャップ10の段部17を基端側へ向けて押圧する。これにより、電極6の基端面601が電極台座34の先端面342に接触するまで、交換部品ユニット2aが基端側へ向けて押し込まれる。そして、第1リテーナキャップ4の開口41の縁部と、第2リテーナキャップ5の開口51の縁部とによってシールドキャップ10のフランジ部14が挟み込まれて保持されることにより、交換部品ユニット2aが、固定される。
以上説明した本実施形態に係るノズル8では、第2ノズル部82の内周面822に、凹溝からなる凹溝89が設けられている。ここで、プラズマアーク発生中の電極の耐熱インサート64は、高温状態となる。そのため、プラズマアークの点火中、切断中、或いは消火の際に、電極から高温の液体となった耐熱インサート64の一部が飛散する現象が起きることがある。この飛散した耐熱インサート64の一部は高温であるため、プラズマガス流に乗って流れて絶縁ガイド7に到達すると、絶縁ガイド7が発火し損傷してしまうと考えられる。
本実施形態に係るノズル8では、耐熱インサート64の一部が電極から飛散しても、絶縁ガイド7に到達することが、凹溝89によって抑えられる。これにより、絶縁ガイド7の突発的な焼損を抑えることができる。
凹溝89は、段部891と傾斜部892とを有している。プラズマガス流にのってノズル8の内周面上を転がるは、傾斜部892によって凹溝89の凹溝内に誘導され、段部891によって捕集される。これにより、耐熱インサート64の一部が絶縁ガイド7に到達することを効率よく抑えることができる。
絶縁ガイド7では、少なくとも第1内周面71及び内側段部72が10%以上の光の反射率を有している。プラズマトーチ1a内では、プラズマアークから強烈な光が照射される。プラズマアークからの輻射は、ノズル及び電極によって反射されながら、徐々に吸収されるが、その一部は、ノズル8及び電極6の間を反射しながら、絶縁ガイド7に到達する。もし、絶縁ガイド7の第1内周面71が、例えば黒色のように反射率が低い色であった場合には、輻射による入熱が大きくなる。そのため、絶縁ガイド7が突発的に焼損する虞がある。
しかし、本実施形態に係る絶縁ガイド7では、第1内周面71及び内側段部72は、黒色よりも高い反射率を有している。そのため、輻射による絶縁ガイド7への入熱が低く抑えられることで、絶縁ガイド7の突発的な焼損を抑えることができる。
2. 第2実施形態
次に、第2実施形態に係るプラズマトーチ1bについて説明する。図32は、第2実施形態に係るプラズマトーチ1bの中心軸線に沿った断面図である。図33は、第2実施形態に係る交換部品ユニット2bの断面図である。図34及び図35は、交換部品ユニット2bの斜視図である。図36及び図37は、第2実施形態に係るノズル8の斜視図である。
図33に示すように、ノズル8の第1外周面85は凹部851を有する。凹部851は、第2ノズル部82に設けられている。凹部851は、ノズル8の径方向内方に向かって凹んでおり、ノズル8の周方向に延びている。ノズル8の軸線方向において、凹部851は、電極6の先端と略同じ位置に配置される。凹部851の底部の外径は、ノズル8の内周面812の内径よりも小さい。
凹部851は、基端側の第1壁面852と、先端側の第2壁面853とを有する。第1壁面852は、ノズル8の径方向に対して傾斜している。第2壁面853は、ノズル8の径方向に延びている。図32に示すように、第1壁面852は、第1リテーナキャップ4の傾斜した内周面と平行に延びている。凹部851は、第3冷却水通路W3内に配置されている。図33に示すように、凹溝89は、第1壁面852の径方向内方に位置している。
本実施形態では、第1リテーナキャップ4には、第3冷却水通路W3に連通する複数の孔43が設けられている。第1リテーナキャップ4の孔43は、第1リテーナキャップ4と第2リテーナキャップ5との間の環状の冷却水通路W12に連通している。ノズル8の軸線方向において、凹部851は、第1リテーナキャップ4の孔43と略同じ位置に配置される。
交換部品ユニット2b及びプラズマトーチ1bの他の構成については第1実施形態の交換部品ユニット2a及びプラズマトーチ1aと同様である。
以上説明した第2実施形態では、ノズル8に凹部851が設けられているので、ノズル8において冷却水と接触する表面積を拡大することができる。そのため、ノズル8の冷却性を向上させることができる。また、凹部851が第1リテーナキャップ4の孔43と略同じ位置に配置されるので、ノズル8の冷却性をさらに向上させることができる。また、冷却水通路W12は第2リテーナキャップ5も水冷できる。このため、本実施形態に係る交換部品ユニット2bは、大電流を用いるプラズマ切断に好適である。
3. 他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
交換部品ユニット2a,2bの構造が変更されてもよい。トーチ本体3、第1リテーナキャップ4、及び第2リテーナキャップ5の構造が変更されてもよい。電極6と絶縁ガイド7とノズル8との構造が変更されてもよい。
電極6と絶縁ガイド7とノズル8とは互いに着脱可能に接合されてもよい。電極6と絶縁ガイド7とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。絶縁ガイド7とノズル8とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。ノズル8と絶縁リング9とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。絶縁リング9とシールドキャップ10とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。
電極6と絶縁ガイド7とはノズル8に取り付けられていなくてもよい。電極6は、絶縁ガイド7に取り付けられていなくてもよい。例えば、電極6とノズル8とがトーチ本体に取り付けられ、絶縁ガイド7が、軸線方向において電極6とノズル8との間に挟持されてもよい。絶縁ガイド7の反射率は、10%より小さくてもよい。
絶縁リング9とシールドキャップ10とは、交換部品ユニット2a,2bに含まれなくてもよい。すなわち、電極6と絶縁ガイド7とノズル8とによって交換部品ユニットが構成されてもよい。また、絶縁リング9とシールドキャップ10とは、この交換部品ユニットに対して着脱容易に取り付けられてもよい。
絶縁ガイド7内のガス通路の内径は、ノズル8の内径よりも大きくてもよい。すなわち、図38に示すように、絶縁ガイド7内の第5メインガス通路MG5の内径は、ノズル8内の第6メインガス通路MG6の内径よりも大きくてもよい。
凹溝89の形状及び位置は変更されてもよい。例えば、図39は、第1変形例に係るノズル8の断面図である。図39に示すように、第1変形例では、凹溝89は、上記の実施形態の傾斜面892に代えて第2段部893を有する。第2段部893は、段部891の先端側に位置している。第2段部893は、ノズル8の軸線方向に垂直な面であり、段部891と平行に径方向外方へ延びている。
或いは、凹溝89に代えて、図40に示すような凸部が設けられてもよい。図40は、第2変形例に係るノズル8の断面図である。第2変形例に係るノズル8では、径方向内方に突出しており周方向に延びている環状の凸部89が設けられている。凸部89は、第1内周面826から径方向内方に延びる第1段部894を有する。また、凸部89は、第2段部895を有している。第2段部895は、段部894の基端側に位置しており、第2内周面827から径方向内方に突出している。この場合、凸部89の第1段部894において耐熱インサート64の一部を捕集することができる。それにより、樹脂製の絶縁ガイド7の突発的な焼損を抑えることができる。なお、第2段部896は、内側段部84と面一に設けられてもよい。