JPH069753Y2 - プラズマトーチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はプラズマトーチに関し、特に、棒状又は針状の
ロッド電極を有するプラズマトーチに関する。

〔従来の技術〕

この種のプラズマトーチは、例えば金属部材の加熱，溶
接，切断等に用いられ、いわゆる加工ロボットのアーム
に装着されて自動加工に使用されることが多いが、アー
ク発生時間（使用時間）に応じて、トーチ先端のノズル
（インサートチップ）および電極が消耗する。これら消
耗品の交換の為に従来は、タングステンロッド電極使用
のプラズマトーチでは、トーチヘッドを部品単位で分解
しなければならず、消耗品の取り替え労力および時間が
多い。ロボット自動加工の場合にはこの取り替え時間
が、加工稼働効率を低下させてしまう。また、タングス
テンロッド電極は、電極ホルダの中心穴に通し、この中
心穴に直交するねじ穴に止めねじをねじ込んで止めねじ
の先端でタングステンロッド電極を前記中心穴の内側壁
に押し付けることにより固定しているので、細かい交換
作業を要するばかりでなく、タングステンロッド電極の
中心軸が電極ホルダの中心穴の中心軸からずれて、プラ
ズマ空間を区画するインサートチップのプラズマ噴射口
の中心に対して電極先端（ニードル尖端）が心ずれとな
り、噴射プラズマが乱れ、トーチヘッドに加工方向性を
生じる。またインサートチップに偏消耗が発生しこれが
インサートチップの寿命を縮める。

銅カップの底中央に電極材を埋設した電極水冷式のプラ
ズマトーチでは、銅カップの取り替えに手数および時間
がかかるため、プラズマトーチを、トーチヘッドとトー
チホルダ（取手）の２つにユニット化して、トーチヘッ
ドを簡易にトーチホルダに着脱しうるようにしている
（例えば実公昭60-5989号公報および特開昭61-279373号
公報）。

これによれば、例えば加工ロボットに装着されているプ
ラズマトーチの水冷電極（電気材埋設の銅カップ）の新
旧交換のときには、トーチホルダからトーチヘッドを外
して新たなトーチヘッドをトーチホルダに装着する。こ
の外しと装着は極く簡易に行ない得るので、加工ロボッ
トの休止時間が極く短かくなる。外したトーチヘッド
は、所定の保修場に運んで、その水冷電極を交換する。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、タングステンロッド電極など、ロッド電
極を用いるプラズマトーチでは、電極が長く延び、しか
もその支持をその側面で行なわなければならないので、
上述のようなトーチヘッドとトーチホルダへの２区分
（ユニット化）と両者の簡易着脱構造をそのまま採用で
きない。また、トーチヘッドにおいて電極などの交換
は、従来と同様に数点の部品を取り外して行なわなけれ
ばならず、これの作業性は改善されず、しかも、ロッド
電極の止めねじによる、ノズルに対する電極の心ずれの
問題が残る。

本考案は、タングステンロッド電極など、ロッド電極を
用いるプラズマトーチにおいて、ヘッド部分の交換を簡
易に行なうこと、ロッド電極の交換を簡易にすること、
ノズルに対するロッド電極の心ずれを改善すること、お
よび、ロッド電極保持を強固にすること、を目的とす
る。

〔課題を解決するための手段１〕 本願の第１番の考案は、中心にロッド電極(14)が貫通す
る穴を有し、先端部に該穴の軸心方向への締め移動を可
能とする割り溝(122〜125)を有し、先端面にテーパ面(1
26)を有するチャック部材(12)；チャック部材(12)が挿
通する穴を有し、先端側にロッド電極(14)が貫通する穴
およびこの穴に連続しチャック部材の前記テーパ面を受
ける錐形の内壁面を有し、後端部にはねじが切られたチ
ャック受け部材(9〜11)；チャック受け部材(9〜11)の前
記後端部のねじに螺合し、この螺合によるねじ込み方向
の移動でチャック受け部材(9〜11)をチャック部材(12)
の前記テーパ面に向けて押すねじ部材(13)；略カップ状
であってチャック受け部材(9〜11)が貫通しかつチャッ
ク受け部材(9〜11)が結合され、カップ状縁部にねじが
切られたヘッド側結合部材(5)；取手部材(15)；およ
び、取手部材(15)の先端部に固着され、ヘッド側結合部
材(5)の前記ねじに螺合するねじを有する取手側結合部
材(16)；を備える。

なお、カッコ内の記号は、図面に示し後述する実施例の
対応要素を示すものである。

〔作用１〕 チャック部材(12)の穴にロッド電極(14)を通して、チャ
ック受け部材(9〜11)に対してねじ部材(13)をねじ締め
付けすると、チャック部材(12)の先端のテーパ面(126)
がねじ部材(13)で押されてチャック受け部材(9〜11)の
錐形の内壁面に押し付けられ、これによりチャック部材
(12)の先端部には、その外周面からロッド電極通し穴に
向かう締め力が作用し、チャック部材(12)の割り溝(122
〜125)を狭めるようにチャック部材(12)の先端部が収縮
してロッド電極(14)をその軸心方向に挟圧し、ロッド電
極(14)がチャック部材(12)に固定される。このように、
ロッド電極(14)，チャック部材(12)およびチャック受け
部材(9〜11)が一体結合で、これに加えてチャック受け
部材(9〜11)に結合されたヘッド側結合部材(5)がトーチ
ヘッドの主要部を構成している。すなわちヘッドユニッ
トを構成している。

なお、チャック受け部材(9〜11)に対してねじ部材(13)
をねじ緩め回動させると、チャック部材(12)の割り溝(1
22〜125)部の復元力と、チャック受け部材(9〜11)の錐
形の内壁面に対するチャック部材(12)のテーパ面(126)
との摺接により、チャック部材(12)がチャック受け部材
(9〜11)の錐形の内壁面より離れる方向に移動し、チャ
ック部材(12)のロッド電極(14)挟圧力が下がり、ロッド
電極(14)の、その軸が延びる方向の位置調整が可能とな
り、しかも引き抜きや挿入も可能である。

チャック受け部材(9〜11)に結合されているヘッド側結
合部材(5)を、取手部材(15)に固着されている取手側結
合部材(16)にねじ締め付けすると、上述のヘッドユニッ
トが取手部材(15)に一体となる。すなわちトーチヘッド
とトーチホルダが一体となり、この一体状態で、例えば
ロッド電極(14)など、トーチヘッドの消耗部品の取り替
え又は位置調整が必要になったときには、ヘッド側結合
部材(5)を取手部材(15)からねじ緩めにより外してトー
チヘッドを外し、所要の消耗部品を所要位置に位置決め
した別のトーチヘッドをトーチホルダに装着する。

取り外したトーチヘッドの、例えばロッド電極(14)の交
換又は位置調整が必要であると、チャック受け部材(9〜
11)に対してねじ部材(13)をねじ緩め回動させてロッド
電極(14)の交換又は位置調整をし、次にチャック受け部
材(9〜11)に対してねじ部材(13)をねじ締め付けする。

以上のように、取手部材(15)に対してトーチヘッドユニ
ット〔ロッド電極(14)，チャック部材(12)，チャック受
け部材(9〜11)およびヘッド側結合部材(5)〕を簡易に脱
着しうるので、部品交換や部品位置調整のときには、ト
ーチヘッドを極く短時間で所要部品を装備したトーチヘ
ッドに交換しうる。また、ロッド電極(14)の交換あるい
は位置調整は、ねじ部材(13)の緩めおよび締め付けのみ
で行ない得るので、ロッド電極(14)の交換や位置調整も
極く簡易かつ短時間に行ない得る。

のみならず、ロッド電極(14)が、その割り溝(122〜125)
部でチャック部材(12)の電極挿通穴の軸心に向けて挟圧
されてチャック部材(12)に保持され、しかもチャック部
材(12)は、その先端のテーパ面(126)をチャック受け部
材(9〜11)の錐形の内壁面に当ててチャック受け部材(9
〜11)で支持されるので、ロッド電極(14)の心位置が常
にチャック部材(12)およびチャック受け部材(9〜11)の
中心となり、チャック受け部材(9〜11)と結合したノズ
ル部材との偏心を実質上生じない。

〔課題を解決するための手段２〕 本願の第２番の考案では、前述の第１番の考案のねじ部
材(13)は、チャック部材(12)が貫通する穴を有するもの
とする。すなわちチャック部材(12)は、ねじ部材(13)を
貫通する。しかして、本願の第２番の考案では更に、取
手(15)には、ヘッド側結合部材(5)と取手側結合部材(1
6)の螺合によるねじ込み方向の移動でチャック部材(12)
の後端部を先端に向かう方向に押す押し部材(18)を備え
る。

〔作用２〕 第２番の考案の作用は、上述の第１番の考案の作用と同
様であると共に、更に、チャック部材(12)がねじ部材(1
3)を貫通しているので、トーチヘッド〔ロッド電極(1
4)，チャック部材(12)，チャック受け部材(9〜11)およ
びヘッド側結合部材(5)〕を取手部材(15)にねじ結合す
るとき、取手部材(15)の押し部材(18)がチャック部材(1
2)を押すので、チャック部材(12)の先端のテーパ面(12
6)がチャック受け部材(9〜11)の錐形の内壁面に押し付
けられ、これによりチャック部材(12)の先端部には、そ
の外周面からロッド電極通し穴に向かう締め力が作用
し、チャック部材(12)の割り溝(122〜125)を狭めるよう
にチャック部材(12)の先端部が収縮してロッド電極(14)
をその軸心方向に挟圧し、ロッド電極(14)がチャック部
材(12)に固定される。

このように、第２番の考案では、ロッド電極(14)の固定
作用は取手部材(15)へのトッチヘッドのねじ固着によっ
ても自動的にもたらされる。したがって、ねじ部材(13)
によるロッド電極(14)の固定は、仮留め程度でもよく、
ねじ部材(13)による固定が不十分であっても、前記自動
的な固定作用により、ロッド電極(14)が十分に固定され
る。更には、この押し部材(18)をロッド電極(14)への給
電接触子として用いて、安定確実な給電を行なうことが
できる。

本願の考案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。

〔実施例〕

第２図に本考案の一実施例の外観を示し、第３図に、ト
ーチホルダよりトーチヘッドを外した外観を示し、第１
図に該実施例の主要部の拡大縦断面を示す。また、第５
図に、第１図に示すチャック１２の拡大平面図を、第６
図に拡大縦断面図を、第７図に先端面の正面図を、第８
図に後端面の背面図を示す。

まず第１図を参照してトーチヘッドの構造を説明する
と、略筒状のチップ台１に、その外周面の一部分を覆う
筒状絶縁体のキャップ台３が、ねじ２で固着されてい
る。キャップ台３の先端側にはねじ結合によりシールド
キャップ４が固着されており、キャップ台３の後端側に
は袋ねじ５が一体に固着されている。

チップ台１の先端にはインサートチップ（ノズル）６
が、それに固着されたインサートキャップ７で結合さ
れ、インサートチップ６の円筒部の後端部が後述するチ
ャック台９の先端部に圧入されている。インサートチッ
プ６の円筒部の後端部にはセンタリングストーン８が挿
入されている。電極棒（タングステン電極）１４はこの
センタリングストーン８でガイドされている。

チップ台１には、絶縁体のチャック受台９が挿入され、
チャック受台９の後端部の膨大部がチップ台１の後端開
口の大径部に圧入され、これによるチャック受台９がチ
ップ台１に支持されている。

チャック受台９は中空であり、その先端部の大径部に、
円筒状のスペーサ１０が圧入されてチャック受台９の先
端部で支持され、更に、チャックストッパ１１が圧入さ
れてスペーサ１０で支持されている。チャックストッパ
１１は、電極棒１４が挿通する穴を中心に有しこの穴に
テーパ状に連なる錐形の開口面を有するリング状の部材
と、この部材が圧入された円筒体でなる。第１図では、
このチャックストッパ１１の該錐形の開口面に、チャッ
ク１２の先端のテーパ面（１２６：第４〜７図）が当接
している。チャック１２の先端側略半分はチャック受台
９の内部に進入している。チャック受台９の後端部の大
径開口の内壁面には、雌ねじが切られており、この雌ね
じに、円筒状の締めねじ１３の先端部外周に切られた雄
ねじが螺合している。チャック１２の後端側略半分の中
程までがこの締めねじ１３を貫通し、チャック１２の後
端部は締めねじ１３より右方（後端側）に突出してい
る。

ここで第４図〜第７図を参照して、チャック１２の構造
を説明すると、チャック１２は大略で円筒状であるが、
先端部は小径でそこに４個のスリット１２２〜１２５が
切られており、先端面はテーパを有する錐面１２６とな
っている。この先端部の元部には、シール（Ｏリング）
を受けるための円形のフランジ１２１が形成されてお
り、このフランジ１２１部で、Ｏリングを介してチャッ
ク１２とチャック受台９の間が気密シールされている。
チャック１２の略中間部には、締めねじ１３の先端面に
当る大径のフランジ１２８が形成されているが、このフ
ランジ１２８およびそれより後端側の幹部は、冷却水流
路を形成するために、側面が平担に切削されている。チ
ャック１２の後端部には、取手１５側の押し台１８との
間の気密シールのためのＯリングを位置決めするフラン
ジ１２８と、押し台１８の受け穴の曲面底に当接する曲
面１２９が形成されている。

再度第１図を参照すると、チャック１２はチャック受台
９に挿入されて、チャック受台９の後端開口内壁面の雌
ねじに締めねじ１３をねじ込むことにより、大径フラン
ジ１２８が締めねじ１３の先端面で先端側に押されて、
チャック受台９に固定されている。この状態で、チャッ
ク１２の最先端の錐面１２６がチャックストッパ１１の
錐形の開口面に押し付けられて、この押し付け力の、錐
面１２６によって生じる求心分力により、チャック１２
の先端部が電極棒１４を締め付けている。

取手１５の先端にはセットキャップ１６が固着されてお
り、このセットキャップ１６の後端部にセット受台１７
の先端部が挿入されてＯリングでシールされている。セ
ット受台１７はねじ２０で取手１５に固着されている。
セット受台１７の後端部には先端側の大径穴と小径穴と
の段差があり、セット受台１７に挿入された押し台１８
の後端面が、この段差で受けられている。押し台１８に
は、ガス封止筒１９が圧入されている。

第１図に示すように、セットキャップ１６を袋ねじ５に
ねじ込んだ状態では、取手１５にねじ２０で固着された
セット受台１７で後端部が支持された押し台１８が、チ
ャック１２を先端側に向けて押し、これによっても、チ
ャック１２の先端部が電極棒１４を締め付けている。

プラズマガスは、ガス封止筒１９に供給され、その内部
を通って押し台１８の内部に至り、次にチャック１２の
穴に入ってその先端部のスリット１２２〜１２５を通っ
てチャック１２の先端から出て、次にチャックストッパ
１１の穴およびセンタリングストーン８の穴を通ってイ
ンサートチップ６の、電極棒１４先端周囲の空間に入
り、インサートチップ６の先端のノズルから噴出する
が、電極棒１４先端の放電によりプラズマとなってノズ
ルから噴出する。なお、電極棒１４には、ガス封止筒１
９，押し台１８およびチャック１２を通して放電電力が
供給される。

冷却水は、押し台１８を通してチャック１２の外側であ
って締めねじ１３の内部、に供給され、チャック受台９
の側周壁の穴を通ってチップ台１とチャック受台９の間
に至ってインサートチップ６の裏壁面に至り、次にチッ
プ台１の後端部側周面の穴を通ってセットキャップ１６
の穴に至りこの穴を通して給水部（図示せず）に戻る。

シールドガスは、セットキャップ１６の穴に供給され、
チップ台１のフランジの穴を通って、チップ台の外周面
とシールドキャップ４の内周面との間の空間を通って、
インサートチップ６の先端の外周部に出る。

第１図に示すように、取手１５にトーチヘッドを結合し
た状態の外観を第２図に示す。電極棒１４の交換又はそ
の軸方向の位置調整が必要になったとき、あるいはトー
チヘッドの他の部材（例えばインサートチップ６，シー
ルドキャップ４）の交換又は保修が必要になったときに
は、取手１５を保持してトーチヘッドの袋ねじ５を、ね
じゆるめ廻し（トーチヘッドを回転駆動）して、第３図
に示すようにトーチヘッドを取手１５から取り外す。こ
のとき、トーチヘッドにおいては、締めねじ１３が、チ
ャック受台９にねじ込まれており、チャック１２の先端
部が電極棒１４を締め付けているので、電極棒１４はト
ーチヘッドと一体である。取手１５には、新たなトーチ
ヘッドを、その袋ねじ５に取手１５のセットキャップ１
６をねじ込むように取手１５を保持してトーチヘッドを
廻すことにより、装着する。この装着のとき、押し台１
８がチャック１２を押し、押し台１８とチャック１２の
間の電源路が接となり、かつ仮に締めねじ１３によるチ
ャック１２の先端部の電極棒１４への締め付けが弱くて
も、チャック１２が電極棒１４を強く締め付け、これに
より電極棒１４の強固な固定と電源路の確実な接が実現
する。

取手１５から外したトーチヘッドは、所要の部品交換又
は調整を行なって次回の使用に備える。例えば、電極棒
１４の交換又は位置調整が必要なときには、締めねじ１
３を緩めて電極棒１４の交換又は位置調整を行ない、締
めねじ１３を締め付けて電極棒１４を固定する。

〔考案の効果１〕 以上の通り本願の第１番の考案によれば、取手部材(15)
に対してトーチヘッドユニット〔ロッド電極(14)，チャ
ック部材(12)，チャック受け部材(9〜11)およびヘッド
側結合部材(5)〕を簡易に脱着しうるので、部品交換や
部品位置調整のときには、トーチヘッドを極く短時間で
所要部品を装備したトーチヘッドに交換しうる。また、
ロッド電極(14)の交換あるいは位置調整は、ねじ部材(1
3)の緩めおよび締め付けのみで行ない得るので、ロッド
電極(14)の交換や位置調整も極く簡易かつ短時間に行な
い得る。

のみならず、ロッド電極(14)が、その割り溝(122〜125)
部でチャック部材(12)の電極挿通穴の軸心に向けて挟圧
されてチャック部材(12)に保持され、しかもチャック部
材(12)は、その先端のテーパ面(126)をチャック受け部
材(9〜11)の錐形の内壁面に当ててチャック受け部材(9
〜11)で支持されるので、ロッド電極(14)の心位置が常
にチャック部材(12)およびチャック受け部材(9〜11)の
中心となり、チャック受け部材(9〜11)と結合したノズ
ル部材との偏心を実質上生じない。

〔考案の効果２〕 第２番の考案では、上述の効果１に加えて、ロッド電極
(14)の固定作用は取手部材(15)へのトーチヘッドのねじ
固着によっても自動的にもたらされる。したがって、ね
じ部材(13)によるロッド電極(14)の固定は、仮留め程度
でもよく、ねじ部材(13)による固定が不十分であって
も、前記自動的な固定作用により、ロッド電極(14)が十
分に固定される。更には、この押し部材(18)をロッド電
極(14)への給電接触子として用いて、安定確実な給電を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願の考案の一実施例主要部の拡大縦断面図
である。 第２図は、該実施例の外観を示す側面図である。 第３図は、該実施例の、取手１５よりトーチヘッドを外
した状態の外観を示す側面図である。 第４図は、第１図に示すチャック１２の拡大側面図であ
る。 第５図は、第４図のＶ−Ｖ線断面図である。 第６図は、第４図に示すチャック１２の左端面を示す正
面図である。 第７図は、第４図に示すチャック１２の右端面を示す背
面図である。 １：チップ台、２：ねじ ３：キャップ台、４：シールドキャップ ５：袋ねじ（ヘッジ側結合部材）、６：インサートチッ
プ ７：インサートキャップ、8₁,8₂：センタリングストー
ン ９：チャック受台、10：スペーサ 11：チャックストッパ(9〜11：チャック受け部材） 12：チャック（チャック部材）、122〜125：割り溝（割
り溝） 126：錐面（テーパ面）、13：締めねじ（ねじ部材） 14：電極棒（ロッド電極）、15：取手（取手部材） 16：セットキャップ（取手側結合部材） 17：セット受台、18：押し台（押し部材） 19：ガス封止筒

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中心にロッド電極(14)が貫通する穴を有
   し、先端部に該穴の軸心方向への締め移動を可能とする
   割り溝(122〜125)を有し、先端面にテーパ面(126)を有
   するチャック部材(12)； チャック部材(12)が挿通する穴を有し、先端側にロッド
   電極(14)が貫通する穴およびこの穴に連続しチャック部
   材の前記テーパ面を受ける錐形の内壁面を有し、後端部
   にはねじが切られたチャック受け部材(9〜11)； チャック受け部材(9〜11)の前記後端部のねじに螺合
   し、この螺合によるねじ込み方向の移動でチャック受け
   部材(9〜11)をチャック部材(12)の前記テーパ面に向け
   て押すねじ部材(13)； 略カップ状であってチャック受け部材(9〜11)が貫通し
   かつチャック受け部材(9〜11)が結合され、カップ状縁
   部にねじが切られたヘッド側結合部材(5)； 取手部材(15)；および、 取手部材(15)の先端部に固着され、ヘッド側結合部材
   (5)の前記ねじに螺合するねじを有する取手側結合部材
   (16)； を備えるプラズマトーチ。
2. 【請求項２】中心にロッド電極(14)が貫通する穴を有
   し、先端部に該穴の軸心方向への締め移動を可能とする
   割り溝(122〜125)を有し、先端面にテーパ面(126)を有
   するチャック部材(12)； チャック部材(12)が挿通する穴を有し、先端側にロッド
   電極(14)が貫通する穴およびこの穴に連続しチャック部
   材の前記テーパ面を受ける錐形の内壁面を有し、後端部
   にはねじが切られたチャック受け部材(9〜11)； チャック部材(12)が貫通する穴を有し、チャック受け部
   材(9〜11)の前記後端部のねじに螺合し、この螺合によ
   るねじ込み方向の移動でチャック受け部材(9〜11)をチ
   ャック部材(12)の前記テーパ面に向けて押すねじ部材(1
   3)； 略カップ状であってチャック受け部材(9〜11)が貫通し
   かつチャック受け部材(9〜11)が結合され、カップ状縁
   部にねじが切られたヘッド側結合部材(5)； 取手部材(15)； 取手部材(15)の先端部に固着され、前記ねじ部材(13)が
   貫通する穴を有し、ヘッド側結合部材(5)の前記ねじに
   螺合するねじを有する取手側結合部材(16)；および、 取手部材(15)に結合され、ヘッド側結合部材(5)と取手
   側結合部材(16)の螺合によるねじ込み方向の移動でチャ
   ック部材(12)の後端部を先端に向かう方向に押す押し部
   材(18)； を備えるプラズマトーチ。