JP7221204B2 - プラズマアークトーチ用のカートリッジフレーム及び消耗カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、プラズマアーク切断システムおよび方法の分野に関する。より具体的には、本発明は、プラズマアークトーチを動作させるための改良された消耗構成部品（例えば、接触要素を含む旋回リング）に関する。

プラズマアークトーチは、材料の切断およびマーキングにおいて広く使用されている。プラズマアークトーチは一般に、電極と、トーチ本体内に取り付けられた中央出口孔を有するノズルと、電気接続と、冷却用通路と、アーク制御流体（例えば、プラズマガス）用の通路とを含む。トーチはプラズマアーク、すなわち高温および高運動量のガスの細く絞められた電離ジェットを発生させる。トーチに使用されるガスは、非反応性（例えば、アルゴンまたは窒素）または反応性（例えば、酸素または空気）であり得る。動作中、最初にパイロットアークが電極（カソードの一部）とノズル（アノードの一部）との間に発生する。パイロットアークの発生は、ＤＣ電源およびトーチに結合された高周波、高電圧信号によって、または種々の始動方法のいずれかによって行うことができる。プラズマアークトーチは、取り付けおよび操作を容易にするために１つ以上の消耗構成部品（例えば、ノズル、電極、および／または旋回リング）を含むカートリッジを利用することができる。

図１および図２は、ノズル１０４と、シールド１０８と、電極１１２と、保持キャップ１１６と、旋回リング１２０と、旋回リング１２０の周りに配置された固定“クラウン”すなわち接触要素１２４とを有する従来技術のプラズマアークトーチ１００用のカートリッジを示す。この接触要素１２４は、旋回リング１２０に対して動かず、例えば旋回リング１２０に対して軸方向に固定されている。接触要素１２４は、プラズマアークトーチ１００のプランジャ１３２から電極１１２に切断電流を通す。プラズマ切断は高切断電流を必要とするため、プラズマアークトーチ１００と電極１１２との間に堅固な電気接続を維持して適切な動作を保証し、アーク放電を制限または排除しなければならない。アーク放電により、装置が損傷し、構成部品の寿命が短くなる可能性がある。

この“固定クラウン”のデザインは、（例えば、カートリッジがプラズマアークトーチ１００内に完全に締め付けられていないために）接触要素１２４がプランジャ１３２に完全に接触していないときに故障モードを有する。この故障モードでは、図２に示すように、接触要素１２４とプランジャ１３２との間に間隙２２８が生じる可能性がある。この間隙２２８は、結果的に電気接続不良を招き、性能および構成部品の不良を引き起こす可能性がある。さらに、接続不良は、カソード（例えば、プランジャ１３２）と接触要素１２４との間にアーク放電をもたらす可能性があり、これにより、１つまたは複数の消耗部品だけでなく、トーチ全体が破壊される可能性がある。必要とされるのは、カートリッジが完全にねじ込まれていないか、そうでなく、緩んでいても、この故障モードを回避して、プランジャ１３２と接触要素１２４との間の適切で完全な接触を保証する消耗カートリッジである。

本発明は、プラズマアークトーチ用の改良された消耗品（例えば、プラズマアークトーチカートリッジおよび接触要素を含む旋回リング）および関連する動作方法に関する。具体的には、図１および図２に示して上述したデザインは、上記“固定クラウン”を“浮動”接触要素に置き換えるように変更される。“浮動”接触要素は、トーチに取り付けられて動作している間、またはそのいずれかの間、トーチ内で所定距離（例えば、軸方向の長さ）を平行移動できるカートリッジ内の別個の部品である。接触要素は、旋回リングまたはカートリッジ内にスナップフィットまたは落下させることができ、接触要素が自由に摺動するのに十分な空間（または“遊び”）がある特定の領域に制限することができる。このような構成では、（トーチカソードが接触要素を軸方向前方に付勢して）カートリッジが完全にトーチにねじ込まれていなくても、トーチカソードとの適切で完全な接触を維持することができる。この構成は、トーチを保護し、適切な電気的接触がトーチ内で維持されることを確実にする。

例えば、一実施形態は、トーチに取り付けられている間に接触要素が故障領域で軸方向に移動できる“スナップフィット”のデザインを含む。したがって、旋回リングに強固に固定される代わりに、接触要素は、旋回リング内のトラックまたは一組のトラック内に位置し、（例えば、締め付けられていないねじ山のために）間隙がある場合、接触要素をトーチに向かって押すばねによって付勢される。適切に組み付けられている間、カソードは接触要素を電極に向かってわずかに前方に押すが、依然として、操縦するための間隙を維持する。切断中およびアーク点火中に圧縮される間隙およびばねは、旋回リングおよびプレナムにおけるガス力の結果である。接触要素のこの移動の自由は、カートリッジの回転および取り付けのいくつかの段階を通してカソードとの適切な嵌合を確実にする。

一態様では、本発明は、プラズマアークトーチ用の消耗カートリッジを特徴とする。消耗カートリッジは、第１端部と、第１端部とは反対側の第２端部とを有するカートリッジフレームを含む。第１および第２端部は、長手方向軸を画定する。第２端部は、複数の個別の保持機能を含む。また、消耗カートリッジは、複数の個別の保持機能によってカートリッジフレームに固定される導電性接触要素を含み、第２端部で長手方向軸に沿ってカートリッジフレーム内で所定の距離まで平行移動することができる。接触要素は、コアと、近位面と、遠位面とを有する。近位面は、プラズマアークトーチ内に取り付けられるとプラズマアークトーチのトーチプランジャに接触するように形作られている。遠位面は、プラズマアークトーチの動作中、プラズマアークトーチの電極に接触するように形作られている。

いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能のうち少なくとも１つの個別の保持機能は、プラズマアークトーチのトーチ本体に固定されたカートリッジフレーム、カートリッジまたは保持キャップの存在を検知するためのスイッチに係合するよう構成されている。いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能のうち少なくとも１つの個別の保持機能は、接触要素に接続するためのガイドトラックを含む。いくつかの実施形態では、接触要素は、複数の個別の保持機能のうち少なくとも１つの個別の保持機能に接続するための少なくとも１つのガイドチャネルを含む。いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能は、１つ以上の軸方向止め具を含む。いくつかの実施形態では、カートリッジフレームは、プラズマアークトーチの旋回リングまたは旋回機能を形成し、カートリッジフレームの第１端部は、カートリッジフレームの内面とカートリッジフレームの外面を流体的に接続する一組の通路を含む。

いくつかの実施形態では、接触要素は、カートリッジフレームに結合するためのスナップフィット機能を含む。いくつかの実施形態では、電極はカートリッジフレーム内に配置され、接触要素をプラズマアークトーチのカソードに向かって付勢するよう構成されたばねと相互作用する（例えば、そのようばねを含む）。いくつかの実施形態では、接触要素は、プラズマアークトーチに取り付けられている間、トーチプランジャと接触すると、長手方向軸に沿って摺動するよう構成されている。いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能は、接触要素に嵌合自在に係合し、カートリッジフレーム内で接触要素の平行移動経路を画定するよう形作られている。いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能および接触要素は一組の通気路を画定する。いくつかの実施形態では、平行移動経路は、接触要素とカートリッジフレームとの間に２つ以上の半径方向の境界面を有する。

いくつかの実施形態では、接触要素は、スカロップ状の縁部を含む。いくつかの実施形態では、接触要素は、コアと一体形成されたキャップ機能を含む。いくつかの実施形態では、カートリッジフレームは、熱可塑性物質で形成される。いくつかの実施形態では、カートリッジフレームは成形されている。いくつかの実施形態では、接触要素は、消耗カートリッジ内の電極から物理的に分離している。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチが動作中でないとき、接触要素は、電極と直接的な物理的接触から外される。いくつかの実施形態では、近位面と遠位面との間の厚さは、コアの周辺部における厚さの少なくとも２倍である。

別の態様では、本発明はプラズマアークトーチ用の旋回リングを特徴とする。旋回リングは、プラズマアークトーチの電極に嵌合自在に係合するよう形作られた本体を含む。本体は、第１端部と第２端部を含む。第１および第２端部は、長手方向軸を画定する。本体はまた、第２端部から長手方向軸の方向に延びる一組の突起を含む。少なくとも１つの突起は、内部ガイドトラックを含む。旋回リングはまた、一組の突起によって制限される導電性接触要素を含む。接触要素は、少なくとも１つのガイドトラックに相補的な少なくとも１つのガイドチャネルを含む。接触要素の旋回リングとの位置合わせは、少なくとも１つのガイドチャネルと少なくとも１つのガイドトラックとの相互作用によって容易になる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの突起は、プラズマアークトーチの通常の動作中に接触要素が占有できる領域を画定する。いくつかの実施形態では、第１端部は、旋回リングの内面と旋回リングの外面とを流体的に接続する一組の通路を含む。いくつかの実施形態では、接触要素は、旋回リングの本体に結合するためのスナップフィット機能を含む。いくつかの実施形態では、電極は、プラズマアークトーチのカソードに向かって接触要素を付勢するよう構成されたばねと相互作用するか、そのようなばねを含む。いくつかの実施形態では、接触要素は、プラズマアークトーチに取り付けられている間、プラズマアークトーチのプランジャと接触すると、長手方向軸に沿って摺動するよう構成されている。いくつかの実施形態では、１つ以上の突起は、約５～７ミリメートルの直線高さを有する。いくつかの実施形態では、１つ以上の突起は、約１～３ミリメートルの直線幅を有する。いくつかの実施形態では、１つ以上の突起は、約６～８ミリメートルの直線長さを有する。

いくつかの実施形態では、一組の突起は、接触要素のための平行移動経路を画定する。いくつかの実施形態では、旋回リングおよび接触要素は、一組の通気路を画定する。いくつかの実施形態では、平行移動経路は、接触要素と旋回リングとの間に２つ以上の半径方向の境界面を有する。いくつかの実施形態では、接触要素は、スカロップ状の縁部を有する。いくつかの実施形態では、接触要素は、実質的に均一な断面の厚さを有する。いくつかの実施形態では、旋回リングは、熱可塑性物質で形成される。いくつかの実施形態では、旋回リングは成形されている。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチが動作中でないとき、接触要素は、電極との直接的な物理的接触から外される。

別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチ用の旋回リングを特徴とする。旋回リングは、プラズマアークトーチの電極を少なくとも部分的に取り囲んで摺動自在に係合するよう構成された本体を含む。本体は、第１端部と、第１端部とは反対側の第２端部とを含む。第１および第２端部は長手方向軸を画定する。本体はまた、第２端部から長手方向軸の方向に延びる一組の突起を含む。突起のうち少なくとも１つは、プラズマアークトーチの旋回リングまたは保持キャップの存在を検知するためのスイッチに係合するよう構成されている。いくつかの実施形態では、一組の成形された旋回孔が旋回リングの本体内に一体形成されている。いくつかの実施形態では、旋回リングは、圧着された一体ノズルを含む。いくつかの実施形態では、旋回リングは、一組の突起内に制限された導電性接触要素を含み、一組の突起は、一組のガイドトラックを含み、接触要素は、一組のガイドトラックに相補的な一組のガイドチャネルを含む。いくつかの実施形態では、一組の突起は保持機能を含み、接触要素を制限する。

別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチ用の消耗カートリッジを特徴とする。消耗カートリッジは、カートリッジフレームと、カートリッジフレームによって制限される導電性接触要素とを含む。消耗カートリッジは、プラズマアークトーチの動作中に接触要素をプラズマアークトーチに係止するための手段をさらに含む。別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチ用の消耗カートリッジを特徴とする。消耗カートリッジは、カートリッジフレームを含む。消耗カートリッジ（例えば、フレーム）は、プラズマアークトーチの動作中、プラズマアークトーチの消耗品検知機能に係合するための手段をさらに含む。

別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチの動作方法を特徴とする。方法は、消耗カートリッジをプラズマアークトーチに取り付けることを含む。消耗カートリッジは、長手方向軸を画定する第１端部と第２端部とを有するカートリッジフレームを有する。消耗カートリッジは、カートリッジフレームによって制限される導電性接触要素を含む。方法はまた、プラズマアークトーチのトーチプランジャと接触がなされると、接触要素を第１端部に向かって長手方向軸に沿って第１の方向へ平行移動させることを含む。方法はまた、プラズマアークトーチの電極を長手方向軸に沿って第１の方向とは反対の第２の方向に平行移動させることを含む。電極は、プラズマアークトーチのプラズマ（例えば、切断またはガウジング）動作中、接触要素に接触する。プラズマアークトーチがプラズマ動作を実行していないとき、接触要素は電極から離れる。

別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチカートリッジの組み立て方法を特徴とする。方法は、プラズマアークトーチの電極に嵌合自在に係合するよう形作られた本体を有する旋回リングを提供することを含む。本体は、長手方向軸を画定する第１端部と第２端部とを含む。本体はまた、第２端部から長手方向軸の方向に沿って延びる一組の突起を含む。一組の突起は、一組のガイドトラックを含む。方法はまた、旋回リングの一組のガイドトラックに相補的な一組のガイドチャネルを有する導電性接触要素を提供することを含む。方法はまた、接触要素を旋回リングに取り付けることを含み、接触要素のガイドチャネルは、旋回リングの一組のガイドトラックに嵌合自在に係合する。接触要素が旋回リング内に取り付けられている間、ノズルが旋回リングの第１端部に取り付けられるまで、接触要素は旋回リング内で長手方向軸に沿って一定の距離を平行移動する。取り付け後、接触要素は、プラズマアークトーチカートリッジ内に確実に保持される（例えば、領域内に制限されるが、当該領域内で軸方向に自由に移動する）。いくつかの実施形態では、取り付け後、接触要素は、プラズマアークトーチカートリッジ内で長手方向軸に沿って一定距離を平行移動することができる。いくつかの実施形態では、接触要素の第２端部の方向への平行移動は、突起のうち少なくとも１つの内面に配置された少なくとも１つの保持機能によって限定される。

別の態様では、本発明は、プラズマアークトーチ用の消耗カートリッジを特徴とする。消耗カートリッジは、プラズマアークトーチの電極を少なくとも部分的に取り囲んで摺動自在に係合するよう構成された本体を含む。本体は、遠位の第１端部と、第１端部とは反対側の近位の第２端部とを含む。第１および第２端部は、長手方向軸を画定する。消耗カートリッジはまた、本体とプラズマアークトーチの安全スイッチとの間に配置されるよう構成された中間部品を含み、中間部品は、中間部品の近位端部に付けられ、中間部品の近位端部から長手方向軸の方向に延びる少なくとも１つの個別の突起を含む。少なくとも１つの個別の突起は、プラズマアークトーチの消耗品（例えば、旋回リングまたは保持キャップ）の存在を安全スイッチによって検知することでプラズマアークトーチの動作を可能にするよう構成されている。別の態様では、本発明は、プラズマアーク切断トーチの動作を可能にする方法を特徴とする。方法は、トーチカートリッジの本体に突起を設けることを含む。方法はまた、トーチカートリッジをプラズマアークトーチに取り付けることを含み、突起は、プラズマアークトーチの消耗品（例えば、旋回リングまたは保持キャップ）の存在を検知するための安全スイッチを作動させる。

いくつかの実施形態では、カートリッジは、カートリッジの旋回リング内に動的に配置される“浮動クラウン”を有するばね電極を含む。いくつかの実施形態では、動作中でないとき、浮動クラウンは、電極と直接物理的に接触しない（例えば、２つを接続するばねにのみ接触している）。いくつかの実施形態では、旋回リングおよび浮動クラウンは、相補的なトラックまたはガイドを含む。いくつかの実施形態では、浮動クラウンは、高価でかつ／または機械加工するのに困難であろう多数のタブおよびスロットの両方またはいずれかを有する非円形の形状を有する。いくつかの実施形態では、追加の一組の位置合わせ面がトーチ内の電気的接触に影響を与える（ある特定の上記実施形態では、電極、接触要素、およびプランジャがそのような面を提供したが、ここでは旋回リングもそのような面を提供する）。いくつかの実施形態では、取り付けが行われるとき、トーチプランジャと接触がなされると、クラウンは軸方向前方に平行移動し、次いで、点火するときは、電極は浮動クラウン内に平行移動で戻って点火する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の１つ以上の構成は、消耗品の位置合わせを改善することになる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の１つ以上の構成は、不完全な取り付け中でさえ、プランジャと電極との間のより確実な接触または接続を提供し、これにより、さらに迅速な消耗品の交換およびコストの削減が可能になる。

前記説明は、添付の図面と併せ読むと、以下の本発明の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

適切に取り付けられた“固定クラウン”カートリッジを有する従来技術のプラズマアークトーチの断面図である。 不適切に取り付けられた“固定クラウン”カートリッジを有する従来技術のプラズマアークトーチの断面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、中に取り付けられた“浮動クラウン”すなわち接触要素を含むカートリッジを有するプラズマアークトーチの断面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、中に取り付けられた“浮動クラウン”すなわち接触要素を有する旋回リングの断面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、旋回リングの長手方向軸周りに９０度回転させた図４Ａの旋回リングの側面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、電極と中に取り付けられた接触要素とを有するプラズマアークトーチカートリッジの側面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、図５Ａのプラズマアークトーチカートリッジの上面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、図５Ａのプラズマアークトーチカートリッジの断面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、図５Ａのプラズマアークトーチカートリッジの分解図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、図５Ａ～図５Ｄに示すプラズマアークトーチカートリッジ用の接触要素の斜視図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、スカロップ状の縁部を有するプラズマアークトーチカートリッジ用の接触要素の上面図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、プラズマアークトーチの動作方法を説明する流れ図である。 本発明の例示的な実施形態にかかる、プラズマアークトーチカートリッジの組み立て方法を説明する流れ図である。

図３は、本発明の例示的な実施形態にかかる、中に取り付けられた“浮動クラウン”すなわち導電性接触要素３０８を含むカートリッジ３０４を有するプラズマアークトーチ３００の断面図である。プラズマアークトーチ３００は、ノズル３１２と、シールド３１６と、電極３２０と、保持キャップ３２４と、旋回リング３２８とを有する。プラズマアークトーチ３００に取り付けられた接触要素３０８は、接触要素３０８をプランジャ（カソード）３３２に向かって軸方向後方に付勢するよう構成された電極３２０のばね３３２を含む。適切に組み立てられている間、カソード３３２は接触要素３０８を電極３２０に向かってわずかに前方に押すが、それでも、動作の始めの間、電極３２０と接触要素３０８との間の間隙を操縦およびアーク発生のために維持している。切断およびアーク点火、または切断もしくはアーク点火の間、この間隙とばねは、旋回リング３２８（および／またはプレナム）内のガス力の結果、完全に圧縮される。図１および図２に示す従来技術の実施形態とは対照的に、接触要素３０８のこの移動の自由により、カートリッジの回転および取り付けのいくつかの段階を通してカソード３３２との適切な嵌合が確実になる。

図４Ａは、本発明の例示的な実施形態にかかる、中に取り付けられた“浮動クラウン”すなわち導電性接触要素３０８を有する旋回リング３２８（例えば、プラズマアークトーチ用の消耗カートリッジ）の断面図であり、図４Ｂは、旋回リング３２８の長手方向軸４０４周りに９０度回転させた図４Ａの旋回リングの側面図である。旋回リング３２８は、第１端部４０８と、第１端部４０８とは反対側の第２端部４１２とを有する本体４０４（例えば、カートリッジフレーム）を有し、第１および第２端部は、長手方向軸４１６を画定する。第２端部４１２は、複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂを含む。個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂは、第２端部４１２における突出、膨張または長手方向延長部の形状をとる突起にすることができる。この実施形態では、直径方向に対向する２つの保持機能４２０Ａ、４２０Ｂがあるが、その他の実施形態では、３、４、または異なる数を含む別の数の個別の保持機能がある。

接触要素３０８は、複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂによって本体４０４に固定されている。接触要素３０８は、コア４２８と、近位面４３２と、遠位面４３６とを有する。近位面４３２は、プラズマアークトーチ内に取り付けられるとプラズマアークトーチのトーチプランジャ（例えば、図３に示して記述したカソード３３２）に接触するよう形作られている。遠位面４３６は、プラズマアークトーチの動作中、プラズマアークトーチの電極（例えば、図３に示し記述した電極３２０）に接触するよう形作られている。接触要素３０８は、電極３２０から物理的に離れていて、プラズマアークトーチ３００が動作していないとき、電極３２０との直接的な物理的接触から外される。接触要素３０８は、第２端部４１２において長手方向軸４１６に沿って本体４０４内で所定距離４２４まで平行移動することができる。接触要素３０８は、真鍮、銅、および／または別の導電材料から製造することができる。

複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂのうち少なくとも１つの個別の保持機能（または突起）は、プラズマアークトーチの動作中、プラズマアークトーチの消耗品検知機能（例えば、スイッチ３３４）に係合するための手段を含むことができる。消耗品検知機能は、図３に示すように、プラズマアークトーチのトーチ本体に固定された消耗品（例えば、保持キャップ３２４）の存在を検知するためのものであり得る。さらに、複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂのうち少なくとも１つの個別の保持機能（図示のように、各個別の保持機能）は、接触要素３０８に接続するためのガイドトラック４４０を含む。接触要素３０８は、複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂのうち少なくとも１つの個別の保持機能に接続するための少なくとも１つの相補的なガイドチャネル４４４を含む。いくつかの実施形態では、複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂは、例えば、接触要素３０８をカートリッジ内に係止するための手段として機能する１つ以上の軸方向止め具４４８Ａ、４４８Ｂ（または“リップ”機能）を含むことができる。複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂは、接触要素３０８に嵌合自在に係合して、（例えば、所定距離４２４に相当する）本体内での接触要素３０８の平行移動経路を画定するよう形作られている。平行移動経路は、接触要素３０８と本体４０４との間に２つ以上の半径方向の境界面を有する。

本体４０４は、プラズマアークトーチの旋回リングまたは旋回機能を形成することができる。本体４０４の第１端部は、本体４０４の内面４５６と本体４０４の外面４６０を流体的に接続する一組の通路（例えば、通路４５２Ａ、４５２Ｂ、４５２Ｃなど）を含む。接触要素３０８は、本体４０４に結合するためのスナップフィット機能４６４を含むことができる。接触要素３０８は、プラズマアークトーチに取り付けられている間、トーチプランジャ３３２と接触すると、長手方向軸４１６に沿って摺動するよう構成することができる。複数の個別の保持機能４２０Ａ、４２０Ｂおよび接触要素３０８は、一組の通気路４６８Ａ、４６８Ｂを画定する。いくつかの実施形態では、接触要素は、（例えば、以下図６Ａに示すように）コアと一体形成された“キャップ”機能を含む。いくつかの実施形態では、接触要素３０８は、（例えば、以下図６Ｂに示すように）スカロップ状の縁部を含む。いくつかの実施形態では、本体４０４は、熱可塑性物質で形成され、かつ成形される、または形成もしくは成形される。

図１および図２の“固定クラウン”カートリッジのデザインと比較して、図３および図４Ａ～図４Ｂに示す本発明の実施形態を試験した。試験中、各セットアップ用のカートリッジねじ山は、わずかに緩めた状態にして、おおよそ１．０２ミリメートル（０．０４０インチ）の間隙を作成した。各システムはガウジングモードで動作させたが、これは、ガス圧が低くなり、アーク放電のリスクが高くなる。図１および図２の“固定クラウン”カートリッジのデザインについては、１２件のテストケースのうち２件が失敗し、これらの２件のテストケースの１件においては、トーチが完全に焼損または破壊した。比較して、同じ試験を図３および図４Ａ～図４Ｂに示す“浮動クラウン”の実施形態で行ったとき、トーチは破損せず毎回試験に合格した。これは、図３および図４Ａ～図４Ｂの実施形態がより頑丈なトーチおよび消耗性のデザインを提供することを示している。

図５Ａ～図５Ｄは、本発明の別の例示的実施形態にかかる、中に取り付けられた接触要素５４０を有するプラズマアークトーチ用の別の消耗カートリッジ５００の様々な図を示す（図５Ａは側面図を示し、図５Ｂは上面図を示し、図５Ｃは断面図を示し、図５Ｄは分解図を示す）。この消耗カートリッジ５００の要素は、図４Ａ～図４Ｂに示し上述したそれらと実質的に同様にすることができる。消耗カートリッジ５００は、本体５２４を有する旋回リング５０８を含む。本体は、第１端部５１２と、第１端部５１２とは反対側の第２端部５１６とを含み、第１および第２端部５１２、５１６は、長手方向軸５２０を画定する。本体５２４は、プラズマアークトーチの電極５２８に嵌合自在に係合するよう形作られている。本体５２４は、第２端部５１６から長手方向軸５２０の方向に延びる一組の突起５３２Ａ、５３２Ｂを含む。少なくとも１つの突起５３２Ａ、５３２Ｂは、内部ガイドトラック５３６Ａ、５３６Ｂを含む。旋回リング５０８はまた、一組の突起５３２Ａ、５３２Ｂによって制限される導電性接触要素５４０を含む。接触要素５４０は、少なくとも１つのガイドトラック５３６Ａ、５３６Ｂに相補的な少なくとも１つのガイドチャネル５４４Ａ、５４４Ｂを含む。接触要素５４０の旋回リング５０８との位置合わせは、少なくとも１つのガイドチャネル５４４Ａ、５４４Ｂと少なくとも１つのガイドトラック５３６Ａ、５３６Ｂとの相互作用によって容易になる。

少なくとも１つの突起５３２Ａ、５３２Ｂは、プラズマアークトーチの通常の動作中に接触要素５４０が占有できる領域５４８を画定する。第１端部５１２は、旋回リング５０８の内面５５６と旋回リング５０８の外面５６０を流体的に接続する一組の通路（例えば、５５２Ａ、５５２Ｂ、５５２Ｃ、および同様の通路）を含む。接触要素５４０は、旋回リング５０８の本体に結合するためのスナップフィット機能を含むことができる（例えば、接触要素５４０は、突起内でパチンと嵌めることができ、消耗カートリッジ５００内にそれによって保持することができる）。電極５２８は、接触要素５４０をプラズマアークトーチのカソードに向かって付勢するよう構成されたばね５６４を含む。接触要素５４０は、プラズマアークトーチに取り付けられている間、プラズマアークトーチのプランジャと接触すると、長手方向軸５２０に沿って摺動するよう構成されている。一組の突起５３２Ａ、５３２Ｂは、接触要素５４０のための平行移動経路（例えば、領域５４８内で、領域５４８に制限される）を画定する。一組の突起５３２Ａ、５３２Ｂおよび接触要素５４０は一組の通気路５６８Ａ、５６８Ｂを画定する。平行移動経路は、接触要素５４０と旋回リング５０８との間に２つ以上の半径方向の境界面５７２Ａ、５７２Ｂを有する。いくつかの実施形態では、一組の突起５３２Ａ、５３２Ｂのうち１つ以上の突起は、以下の直線寸法のうち１つ以上を有することができる。すなわち、約６．３ミリメートル、または任意で約６．１～６．５ミリメートル、または任意で約５～７ミリメートルの（例えば、長手方向軸の方向における）高さ；約２．０ミリメートル、または任意で約１．８～２．２ミリメートル、または任意で約１～３ミリメートルの（例えば、消耗カートリッジの半径方向における）幅；および／または約６．９ミリメートル、または任意で約６．７～７．１ミリメートル、または任意で約６～８ミリメートルの（例えば、幅および高さの両方に直交する方向における）長さ。

図６Ａは、本発明の例示的な実施形態にかかる、図５Ａ～図５Ｄに示すプラズマアークトーチカートリッジ用の接触要素５４０の斜視図である。この接触要素５４０は導電性である。接触要素５４０は、コア６０４（例えば、中実コアまたは中空コア）とキャップ６０８とを有する。キャップ６０８は、プラズマアークトーチカートリッジの旋回リング（例えば、旋回リング５０８）と整列させるための１つ以上の位置決め面６１２Ａ、６１２Ｂと、旋回リングの相補的な突起と連動するための１つ以上のチャンネル６１６とを有する。接触要素５４０は、旋回リングの１つ以上の突起と係合したときに一組の通気路を画定するための１つ以上の別のチャンネル６２０を有する。接触要素５４０は、１つ以上のチャンネル６１６およびさらに別のチャンネル６２０のそれぞれについて、接触要素５４０の対向する端部に（例えば、接触要素５４０から１８０度離れて）同様の一組の機能を有することができる（両方とも図示せず）。図６Ｂは、いくつかの違いがある同様の接触要素６５０を示す。１つの顕著な違いは、通気路を形成するためのチャンネル６５４Ａ、６５４Ｂが、正方形のまたは角のある縁部ではなくスカロップ状の縁部を有することである。当業者であれば、他の形状および構成も可能であることは容易に理解するであろう。

図７は、本発明の例示的な実施形態にかかる、プラズマアークトーチの動作方法７００を説明する流れ図である。第１ステップ７０５において、消耗カートリッジがプラズマアークトーチに備えられ、消耗カートリッジは、長手方向軸を画定する第１端部と第２端部とを有するカートリッジフレームを有し、カートリッジフレームによって制限される導電性接触要素を含む。第２ステップ７１０において、消耗カートリッジは、プラズマアークトーチに取り付けられ、接触要素は、プラズマアークトーチのトーチプランジャと接触がなされると、第１端部に向かって長手方向軸に沿って第１の方向に平行移動する。第３ステップ７１５において、プラズマアークトーチの電極が長手方向軸に沿って第１の方向とは反対の第２の方向に平行移動し、プラズマアークトーチのプラズマ動作中、電極は接触要素に接触する。接触要素は、プラズマアークトーチがプラズマ動作を行っていないとき電極から離れる。

図８は、本発明の例示的な実施形態にかかる、プラズマアークトーチカートリッジの組み立て方法８００を説明する流れ図である。第１ステップ８０５において、プラズマアークトーチの電極に嵌合自在に係合するよう形作られた本体を有する旋回リングが提供され、本体は、長手方向軸を画定する第１端部と第２端部と、長手方向軸の方向に沿って第２端部から延びる一組の突起とを含み、一組の突起は一組のガイドトラックを含む。第２ステップ８１０において、旋回リングの一組のガイドトラックに相補的な一組のガイドチャネルを有する導電性接触要素が提供される。第３ステップ８１５において、接触要素は、旋回リングに取り付けられ、接触要素のガイドチャネルは、旋回リングの一組のガイドトラックに嵌合自在に係合する。接触要素が旋回リングに取り付けられている間、接触要素は旋回リング内で長手方向軸に沿って一定距離を平行移動し、取り付け後、接触要素はプラズマアークトーチカートリッジ内に確実に保持される。いくつかの実施形態では、取り付け後、接触要素は、プラズマアークトーチカートリッジ内で長手方向軸に沿って一定距離を平行移動することができる。いくつかの実施形態では、接触要素の第２端部の方向への平行移動は、突起のうち少なくとも１つの内面に配置された少なくとも１つの保持機能によって限定される。

本発明は、とりわけ、特定の好適な実施形態を参照して図示され記載されたが、次の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において種々の変更がなされ得ることは当業者には理解されるべきである。

Claims (18)

1. プラズマアークトーチと係合するためのカートリッジフレームであって、前記プラズマアークトーチがカートリッジ検知スイッチと、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品とを有し、
   前記カートリッジフレームは、
   前記プラズマアークトーチの電極を少なくとも部分的に取り囲んで摺動自在に前記電極に係合するよう構成された本体を備え、該本体は、長手方向軸を画定する第１端部と前記第１端部の反対側で前記プラズマアークトーチに最も近い第２端部と、前記本体の前記第２端部から前記長手方向軸の方向に延びる少なくとも１つの個別の突起とを含み、
   前記少なくとも１つの突起は、前記プラズマアークトーチの動作中に前記プラズマアークトーチの前記カートリッジ検知スイッチに機械的に係合するよう構成されていることを特徴とするカートリッジフレーム。
2. 前記カートリッジフレームの前記本体内に一体形成された一組の成形旋回孔をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
3. 圧着された一体ノズルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
4. 前記少なくとも１つの突起内に制限される導電性接触要素をさらに含み、前記少なくとも１つの突起は、接触要素上の一組のガイドチャネルに係合するよう構成された一組のガイドトラックを含み、当該一組のガイドトラックに前記一組のガイドチャネルが相補的である、ことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
5. 前記少なくとも１つの突起は、少なくとも１つの保持機能を含み、接触要素を制限することを特徴とする請求項４に記載のカートリッジフレーム。
6. 前記少なくとも１つの突起は、接触要素に接続するためのガイドトラックを含むことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
7. 前記少なくとも１つの突起は、１つ以上の軸方向止め具を含むことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
8. 前記カートリッジフレーム内に配置され、前記プラズマアークトーチのカソードに向かって接触要素を付勢するよう構成されたばねを含む電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
9. 前記少なくとも１つの突起は、接触要素に嵌合自在に係合して前記カートリッジフレーム内で前記接触要素の平行移動経路を画定するよう形作られていることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
10. 前記少なくとも１つの突起は、５～７ミリメートルの直線高さを有することを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
11. 前記少なくとも１つの突起は、１～３ミリメートルの直線幅を有することを特徴とする請求項１に記載のカートリッジフレーム。
12. プラズマアークトーチの消耗品検知機能と機械的に係合するための消耗カートリッジであって、前記プラズマアークトーチは、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品を有し、
    前記消耗カートリッジはカートリッジフレームを備え、
    前記カートリッジフレームは、前記プラズマアークトーチの動作中、前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための手段を含み、該手段は前記消耗カートリッジの長手方向軸の方向に延び、
    前記プラズマアークトーチの動作中に前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための前記手段は、１つ以上の突起を含み、
    前記１つ以上の突起は、前記消耗カートリッジ内に保持されるように構成された接触要素に接続するためのガイドトラックを含むことを特徴とする消耗カートリッジ。
13. プラズマアークトーチの消耗品検知機能と機械的に係合するための消耗カートリッジであって、前記プラズマアークトーチは、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品を有し、
    前記消耗カートリッジはカートリッジフレームを備え、
    前記カートリッジフレームは、前記プラズマアークトーチの動作中、前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための手段を含み、該手段は前記消耗カートリッジの長手方向軸の方向に延び、
    前記プラズマアークトーチの動作中に前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための前記手段は、１つ以上の突起を含み、
    前記１つ以上の突起は、軸方向止め具を含むことを特徴とする消耗カートリッジ。
14. プラズマアークトーチの消耗品検知機能と機械的に係合するための消耗カートリッジであって、前記プラズマアークトーチは、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品を有し、
    前記消耗カートリッジはカートリッジフレームを備え、
    前記カートリッジフレームは、前記プラズマアークトーチの動作中、前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための手段を含み、該手段は前記消耗カートリッジの長手方向軸の方向に延び、
    前記プラズマアークトーチの動作中に前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための前記手段は、１つ以上の突起を含み、
    前記消耗カートリッジは、前記消耗カートリッジ内に配置され、前記プラズマアークトーチのカソードに向かって接触要素を付勢するよう構成されたばねと相互に作用する電極をさらに含むことを特徴とする消耗カートリッジ。
15. プラズマアークトーチの消耗品検知機能と機械的に係合するための消耗カートリッジであって、前記プラズマアークトーチは、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品を有し、
    前記消耗カートリッジはカートリッジフレームを備え、
    前記カートリッジフレームは、前記プラズマアークトーチの動作中、前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための手段を含み、該手段は前記消耗カートリッジの長手方向軸の方向に延び、
    前記プラズマアークトーチの動作中に前記プラズマアークトーチの前記消耗品検知機能に係合するための前記手段は、１つ以上の突起を含み、
    前記１つ以上の突起は、接触要素に嵌合自在に係合して前記消耗カートリッジ内で前記接触要素の平行移動経路を画定するよう形作られていることを特徴とする消耗カートリッジ。
16. プラズマアークトーチの消耗品検知機能と機械的に係合するための消耗カートリッジであって、前記プラズマアークトーチは、動作中に前記プラズマアークトーチのフレームに設置された１つ以上の消耗品を有し、
    前記消耗カートリッジは、
    前記プラズマアークトーチの電極を少なくとも部分的に取り囲んで摺動自在に係合するよう構成され、長手方向軸を画定する遠位の第１端部と前記第１端部の反対側の近位の第２端部とを含む本体と、
    前記本体と前記プラズマアークトーチの安全スイッチとの間に配置されるよう構成された中間部品であって、前記中間部品の近位端部に付けられ、前記中間部品の前記近位端部から前記長手方向軸の方向に延びる少なくとも１つの個別の突起を含む前記中間部品と、を備え、
    前記少なくとも１つの個別の突起は、前記プラズマアークトーチの消耗品の存在を前記安全スイッチによって検知する前記プラズマアークトーチによって前記プラズマアークトーチの動作を可能にするよう構成されていることを特徴とする消耗カートリッジ。
17. 前記１つ以上の突起は、５～７ミリメートルの直線高さを有することを特徴とする請求項１６に記載の消耗カートリッジ。
18. 前記１つ以上の突起は、１～３ミリメートルの直線幅を有することを特徴とする請求項１６に記載の消耗カートリッジ。

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