JPH09141446A - カートリッジ式プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 消耗部品のみを交換可能とし、消耗品カート
リッジ分離時トーチ本体からの冷却水の漏れを防止し、
確実な接続を確認でき、かつ、接続部での冷却水及び作
動ガスのシール、そして電気的接続を確実に行えるとと
もに、トーチのワークへの接近性を向上する。 【解決手段】 電極４及びトーチノズル３を含む消耗品
カートリッジ２と、消耗品カートリッジへの冷却水及び
作動ガスの供給路を有すると共に、アーク噴射口に対し
てトーチ長手方向の逆の端面から消耗品カートリッジ２
を着脱可能とするトーチ本体３０とを備えている。冷却
水及び作動ガスの供給路は、アークの噴射軸に対して偏
心している。また、供給路の途中にシリンダ型バルブを
設け、このバルブによって供給路を開閉する。さらに、
消耗品カートリッジ２とトーチ本体３０との電気的な接
続部分はネジを介して接続する。本トーチ内に、消耗品
カートリッジ挿入の検出手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接又は切断に用
いられるプラズマトーチに関し、特にはプラズマトーチ
の消耗品の着脱容易なカートリッジ式プラズマトーチに
関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ溶接及びプラズマ切断は、他の
加工法（例えば、ＴＩＧ溶接やガス切断等）と比較して
非常に高いエネルギ密度を持っていて作業性に優れてい
るので、種々の分野で利用されて来た。しかし、プラズ
マ溶接やプラズマ切断に使用されている従来のプラズマ
トーチにおいては、トーチノズルや電極等の消耗品の交
換（着脱）が他の加工法と比較して非常に困難であっ
た。このため、せっかくの優れた作業性が十分に生かさ
れていなかった。

【０００３】このような問題点を改善するために、従来
から様々な提案がなされており、例えば以下のようなも
のがある。特公平０３−２７３０９号公報、実開昭６２
−９６９６７号公報及び実開昭６２−９６９６８号公報
においては、例えば図７及び図８に示すようなカセット
式プラズマトーチが記載されている。図７はそのカセッ
ト式プラズマトーチ全体の断面図、図８はそのトーチ本
体及びトーチヘッドの側面図を表しており、以下図７及
び図８に基づいて詳細に説明する。

【０００４】カセット式プラズマトーチは、トーチボデ
ィ５１とトーチヘッド５２から構成されている。トーチ
ボディ５１には、冷却水供給水路６８ａ、冷却水排出路
５４、反応ガス供給路５５及び高周波台５６を備えてい
る。また、トーチヘッド５２にはプラズマアーク噴出口
５３、トーチキャップ３４、トーチノズル３、電極４及
び水路６８等を備えている。そして、このトーチボディ
５１とトーチヘッド５２とは分離可能となっており、ト
ーチボディ５１の先端部外周に設けられたカセットネジ
６１と、トーチヘッド５２の元端部側に設けられた筒状
のカセットネジ６２とを螺合し、トーチボディ５１の先
端部にトーチヘッド５２を取り付ける。上記カセットネ
ジ６２をねじ込んだり外したりすることによって、カセ
ット式にワンタッチでトーチヘッド５２をトーチボディ
５１から着脱容易になっている。

【０００５】このとき、トーチヘッド５２の元端部（ト
ーチボディ５１に挿入する側）は円錐形状に形成される
と共に、その円錐形の外周面に複数のテーパ状シール部
５７、５８、５９を形成している。また、トーチボディ
５１の先端部（トーチヘッド５２の上記元端部と接触す
る側）はトーチヘッド５２に対応した逆円錐形状に形成
されると共に、その逆円錐形内周面にはトーチヘッド５
２に対応した逆テーパ状シール部５７ａ、５８ａ、５９
ａを形成している。さらに、上記トーチヘッド５２の元
端部のテーパ状シール部５７、５８、５９側に、あるい
は、トーチボディ５１の先端部の逆テーパ状シール面５
７ａ、５８ａ、５９ａ側にＯリング溝を形成し、Ｏリン
グ溝にＯリング６３、６４、６５を挿入する場合もあ
る。

【０００６】トーチボディ５１の先端部にトーチヘッド
５２を挿入してカセットネジ６２をねじ込むことによ
り、上記テーパ状の接合部での冷却水供給水路６８ａ、
冷却水排出路５４及び反応ガス供給路５５間の気密性が
保持できる。そして、トーチボディ５１とトーチヘッド
５２との電気的な接触も、テーパ状シール部５７、５
８、５９及び逆テーパ状シール部５７ａ、５８ａ、５９
ａのそれぞれの当たり面を介して通電可能となってい
る。

【０００７】また、特開平２−６０７２号公報には、図
９及び図１０に示されるようなカートリッジ式プラズマ
トーチが開示されている。図９及び図１０はそれぞれプ
ラズマトーチ全体の断面図及び交換可能なカートリッジ
部の断面図を表しており、以下、図９及び図１０に従っ
て従来のカートリッジ式プラズマトーチを説明する。

【０００８】カートリッジ７１は、消耗品として交換可
能になっている。絶縁体７４によって絶縁された電極７
２及びトーチノズル７３は、外部のカートリッジ取出装
置及びカートリッジ装着装置によって一括交換されるの
で、固着された状態で一体化されている。電極７２の上
部又は尾部７５には環状溝７６を有し、カートリッジ７
１が挿入されるトーチ本体側の穴７７の内側端部にはボ
ール７８及びそのボール７８の下方のロックリング７９
を有している。カートリッジ７１をトーチ本体の先端部
から穴７７に挿入すると、カートリッジ７１の環状溝７
６はボール７８に対向し、ロックリング７９は押し上げ
られ、ボール７８を環状溝７６に押し込み、カートリッ
ジ７１がトーチ本体に係止される。また、逆の操作によ
って即座に上記係止手段が解除され、容易にカートリッ
ジ７１を取り外すことができるようになっている。

【０００９】さらに、実公平５−３８６０号公報には、
図１１に示されるようなイージージョイント付トーチが
開示されている。図１１はその断面図を表しており、こ
の図に基づいて説明する。トーチ本体８１はトーチ支持
体８２に着脱可能になっており、トーチ本体８１の接続
先端部８３がトーチ支持体８２の主筒体８４の内側に挿
入されて接続される。トーチ本体８１及びトーチ支持体
８２は、それぞれ接続時に相互に連通可能なガス導入孔
８５、８６を軸心部に有し、またトーチ本体８１の冷却
水用の給水路８７、８８と排水路８９、９０とを有して
いる。トーチ本体８１及びトーチ支持体８２の上記の給
水路及び排水路は、それぞれトーチ本体８１の接続時に
相互に連通するようになっている。すなわち、トーチ支
持体８２の冷却水導入孔９３とトーチ本体８１の給水口
９１とが、そして排水孔９４とトーチ本体８１の排水口
９２とが連通するようになっている。

【００１０】また、トーチ支持体８２の冷却水導入孔９
３にはバルブ９５が設けられていて、バルブ９５は圧縮
スプリング９６の押し付け力によって冷却水導入孔９３
の開口端部に設けられた弁座９７に当接して冷却水導入
孔９３を閉じるようになっている。そして、バルブ９５
の先端には、冷却水導入孔９３が閉じられた時にその先
端部が主筒体８４の内側に突出するような弁杆９８が設
けられている。トーチ本体８１をトーチ支持体８２に接
続する時は、トーチ本体８１の接続先端部８３で突出し
た弁杆９８を押し、圧縮スプリング９６の押し付け力に
抗してバルブ９５を後退させ、冷却水導入孔９３が開け
られる。トーチ本体８１をトーチ支持体８２から分離し
た時は、圧縮スプリング９６の押し付け力によってバル
ブ９５が冷却水導入孔９３を閉じるので、トーチ本体８
１の分離時の冷却水のタレを防止できるようになってい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のプラズマトーチにはそれぞれ次のような問
題点が生じており、改善を要望されている。 1)上記従来のカセット式プラズマトーチにおいては、冷
却水供給水路６８ａ、冷却水排水路５４及び反応ガス供
給路５５がテーパ状シール部５７、５８、５９、５７
ａ、５８ａ、５９ａのＯリング６３、６４、６５によっ
てシールされている。と同時に、このテーパ状シール部
の当たり面を介して電気的に接続されている。このた
め、上記テーパ状シール部にゴミ等が混入した場合、電
気的接触不良が起こり、シール部間で放電が発生してト
ーチを焼損する可能性がある。そして、この放電等によ
って上記Ｏリングが損傷してしまい、反応ガス中に冷却
水が混入して溶接又は切断品質を劣化させることもしば
しば発生する。また、各冷却水排水路５４及び反応ガス
供給路５５を連通するための各溝６６、６６ａ、６７、
６７ａがトーチのアーク軸心に対して同心円上に積み重
なる形で設けられている。このために、トーチ全体の外
形寸法が大きくなってしまい、特にワークへの接近性が
要求されるようなワークに対しては使用できない。

【００１２】2)上記従来のカートリッジ式プラズマトー
チにおいては、カートリッジ７１を構成する電極７２、
絶縁体７４及びトーチノズル７３を、自動交換装置等に
よって一括交換可能とするために、完全に一体に構成す
る必要がある。したがって、例えばトーチノズル７３だ
けを交換したい場合でもカートリッジ７１を一式交換し
なければならず、このために非常に不経済になり易く、
ランニングコストが高くなる問題がある。

【００１３】3)上記従来のイージージョイント付トーチ
においては、トーチ本体８１とトーチ支持体８２が接続
されたときに、確実にバルブ９５が開いて冷却水が十分
に循環開始したことの確認ができない。このため、もし
バルブ９５を開閉する弁杆９８が折損したり、バルブ９
５と弁座９７の間に冷却水の不純物等が溜まったりした
場合には、冷却水が十分に流れないままトーチを使用す
ることになる。この結果、冷却不足でトーチ本体８１が
焼損してしまう可能性がある。

【００１４】本発明は、上記問題点に着目してなされた
ものであり、交換が必要な消耗部品のみを容易に交換可
能であり、消耗品カートリッジとトーチ本体を分離する
時はトーチ本体から冷却水がタレ落ちることを防止し、
接続する時は確実に接続されたことを確認でき、かつ、
接続部での冷却水及び作動ガスのシール、そして電気的
接続を確実に行え、と同時に、トーチのワークへの接近
性を向上するカートリッジ式プラズマトーチを提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明に係るカートリッジ式プラズマ
トーチは、電極４と、電極４からのプラズマアークを電
極４の周囲から流入する作動ガスと共に噴射するトーチ
ノズル３とを備えたプラズマ溶接用又はプラズマ切断用
のプラズマトーチにおいて、電極４及び／又はトーチノ
ズル３を含む消耗品カートリッジ２と、消耗品カートリ
ッジ２への冷却水及び作動ガスの供給路を有すると共
に、アーク噴射口に対してトーチ長手方向の逆の端面か
ら消耗品カートリッジ２を着脱可能とするトーチ本体３
０とを備えている。

【００１６】上記構成にしたので、トーチ本体の後端部
（アーク噴射口に対してトーチ長手方向の逆の端面）か
ら消耗品カートリッジを容易に交換可能となる。交換が
必要な部品のみを交換するときは、消耗品カートリッジ
の構成部品を最小交換単位（電極やトーチノズル等）に
簡単に分離及び組み立てができるような構造になってい
るので、必要な部品だけを交換した後にトーチ本体に挿
入することができる。よって、ランニングコストを安く
できる。また、トーチ本体の後端部から消耗品カートリ
ッジを容易に抜き差し可能とするために、消耗品カート
リッジの形状は先端側が後端側より細くなっている。こ
れにより、トーチ本体の先端部も細くできるので、ワー
クへのトーチの接近性が向上される。この結果、適用で
きるワークの範囲が広くなり、作業効率を向上できる。

【００１７】上記カートリッジ式プラズマトーチは、前
記トーチ本体３０の消耗品カートリッジ２への冷却水及
び作動ガスの供給路が、アークの噴射軸に対して偏心し
ている構成としている。

【００１８】上記構成にしたので、アーク発生させる電
極やトーチノズルの軸心に対して、この電極やトーチノ
ズルへの冷却水及び作動ガスのトーチ本体内の供給路を
偏心させて平行に形成できる。これによって、トーチ先
端部の外形幅を小さくできるので、ワークへのトーチの
接近性が向上される。この結果、適用可能なワークの範
囲が広くなる。

【００１９】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
は、電極４と、電極４からのプラズマアークを電極４の
周囲から流入する作動ガスと共に噴射するトーチノズル
３とを備えたプラズマ溶接用又はプラズマ切断用のプラ
ズマトーチにおいて、電極４及び／又はトーチノズル３
を含む消耗品カートリッジ２と、消耗品カートリッジ２
への冷却水及び作動ガスの供給路を有すると共に、消耗
品カートリッジ２を着脱可能とするトーチ本体３０と、
トーチ本体３０の上記供給路の途中に設けられると共
に、トーチ本体３０に消耗品カートリッジ２を挿入完了
したときは上記供給路を開き、またトーチ本体３０から
消耗品カートリッジ２を分離したときは上記供給路を閉
じるシリンダ型バルブとを備えた方が好ましい。

【００２０】上記構成にしたので、消耗品カートリッジ
をトーチ本体から分離したときに、シリンダ型バルブが
トーチ本体３５の冷却水及び作動ガスの供給路を閉じる
ので、冷却水がトーチ内部に漏れて付着することがなく
なり、冷却水が作動ガスに混入しなくなる。このため、
この混入が原因で発生するプラズマ溶接や切断の品質劣
化が防止できる。

【００２１】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
において、前記トーチ本体３０の前記供給路の冷却水を
開閉するシリンダ型バルブの動作方向は、冷却水の流れ
る方向と異なる構成としている。

【００２２】上記構成にしたので、バルブの動作方向は
冷却水の流れる方向と異なることにより、冷却水に混入
している不純物がシリンダロッドの冷却水溝又は冷却水
孔に付着することはあっても、バルブが閉じたときに冷
却水をシールする部分には上記不純物が付着することは
ない。したがって、シリンダロッドはバネの付勢力によ
ってバルブを完全に閉じる位置まで戻される。この結
果、確実に冷却水を停止させることができる。

【００２３】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
において、前記シリンダ型バルブは、トーチ本体３０の
前記供給路の消耗品カートリッジ２への入口及び出口を
同時に開閉する構成でもよい。

【００２４】上記構成にすると、トーチ本体の媒体の通
路の入口及び出口が同時に開閉されるので、確実に冷却
水等媒体の通路を開閉できる。

【００２５】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
において、前記消耗品カートリッジ２とトーチ本体３０
との電気的な接続部分はネジを介して接続する方が好ま
しい。

【００２６】上記構成にしたので、消耗品カートリッジ
とトーチ本体との電気的接続部分にゴミ等が侵入した場
合でも、消耗品カートリッジをトーチ本体にねじ込んで
挿入するのでゴミ等を強引に除去してネジの当たり面で
接続が保持でき、確実に接続される。

【００２７】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
は、前記消耗品カートリッジ２、トーチ本体３０、又は
前記シリンダ型バルブのシリンダロッド４１のいずれか
に、消耗品カートリッジ２がトーチ本体３０に挿入され
たことを検出する検出手段を設けた方が好ましい。

【００２８】上記構成にしたので、検出手段により消耗
品カートリッジがトーチ本体に確実に挿入されたことが
検出される。この検出信号に基づいて外部のプラズマ電
源や冷却水ポンプ等の作動を制御することにより、組み
込み不良に起因する水漏れやトーチ内放電などの不具合
を防止できる。この結果、消耗品カートリッジの交換作
業後のトーチ作動を確実にでき、耐久性を向上できる。

【００２９】また、上記カートリッジ式プラズマトーチ
は、前記検出手段の検出信号により判定し、消耗品カー
トリッジ２をトーチ本体３０から分離したときには電源
又は冷却水ポンプの少なくともいずれか一方の作動を停
止させ、消耗品カートリッジ２をトーチ本体３０に挿入
完了したときには電源及び冷却水ポンプを再起動させる
インターロック手段を設けた方が好ましい。

【００３０】上記構成にすると、消耗品カートリッジの
接続不良又は未完のとき、インターロック手段によって
電源又は冷却水ポンプを停止できる。これによって、ト
ーチ焼損及び作業者の感電事故等を防止でき、寿命や安
全性の点でも有利となる。また、消耗品カートリッジ交
換の度に、作業者がプラズマ電源をオフする操作が不要
となる。よって、消耗品交換の作業効率を向上させるこ
とが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、図１〜図４を参照しなが
ら実施例を説明する。図１及び図２は、それぞれ本発明
に係わるカートリッジ式プラズマトーチのトーチボディ
先端部の縦断面図及び正面図を表している。トーチボデ
ィ１は、トーチノズル３及び電極４等の消耗品を含む消
耗品カートリッジ２と、消耗品カートリッジ２が挿入さ
れる穴を有するトーチ本体３０とから構成されている。
また、トーチ本体３０は大きく分けて言うと、消耗品カ
ートリッジ２が挿入され、かつ、プラズマ噴射軸と同軸
の中心軸を有する穴が設けられた挿入部Ａ、及び消耗品
カートリッジ２に冷却水や作動ガスを供給するための通
路を有する供給路部Ｂからなっている。なお、トーチ本
体３０は外部との電気的絶縁性を持たせるために合成樹
脂によって構成されている。

【００３２】図３及び図４は、それぞれ消耗品カートリ
ッジ２及びトーチ本体３０の断面図である。まず、図３
に基づいて消耗品カートリッジ２を詳細に説明する。消
耗品カートリッジ２の先端部には電極４、ガイド筒５及
びトーチノズル３が設けられており、それぞれの軸心が
アーク噴射軸と一致するように同心円状に配設されてい
る。電極４は外部の図示しない電源によって加工対象ワ
ークとの間に高電圧を印加されてアークを発生させるも
のであり、電極台６と、電極台６の先端中心部にロウ付
け又は圧入等で取り付けられた電極片７とからなってい
る。そして、電極台６の外周部先端側に絶縁性を有する
材料、例えばセラミック又は樹脂等からなるガイド筒５
が挿入されていて、電極台６はガイド筒５を介してトー
チ本体３０に支持されている。

【００３３】さらに、ガイド筒５の外周部先端側には導
電性を有するトーチノズル３の後部が挿入されており、
トーチノズル３はガイド筒５によって電極４と電気的に
絶縁されている。トーチノズル３の形状は、前部が後部
より径が小さくなっており、また中央部において後部か
ら前部にかけて径が小さくなるようなテーパ３ｂを有し
ている。トーチノズル３の後端部外周には外側に向かっ
て突出した環状の鍔部３ａが設けられており、消耗品カ
ートリッジ２はトーチ本体３０に挿入されたときに、こ
の鍔部３ａの前端面がトーチ本体３０の内部の基準面に
当たって消耗品カートリッジ２の位置決めがなされる。

【００３４】電極４を支持するガイド筒５の外周部には
トーチ本体３０の内面に囲まれたプラズマガス室３８
（図１を参照９が設けてあり、プラズマガス室３８には
外部の作動ガス供給装置からトーチ本体３０内の図示し
ていない作動ガス供給路を介して作動ガスが供給され
る。この作動ガス供給路は、トーチ本体３０の供給路部
Ｂ内に設けられている。プラズマガス室３８は、ガイド
筒５の先端部にスワラ状に設けられたガスノズル１９に
よって電極片７の前端側空間に連通されている。作動ガ
スは、ガスノズル１９から電極片７の前端側空間中心に
向かって旋回しながら吹き出し、トーチノズル３の先端
部から噴射するようになっている。

【００３５】電極４の電極台６の中心部には軸心方向に
沿って電極冷却室８が設けられていて、電極冷却室８は
電極台６の外周部に装着されたシール部材（例えば、Ｏ
リングであり、以後Ｏリングと呼ぶ）１０によってシー
ルされている。また、電極冷却室８には冷却水流入管９
の前部側が挿入されている。冷却水流入管９の内部の管
路から流入する冷却水は電極冷却室８の内部を冷却し、
冷却水流入管９の外側と電極冷却室８とに囲まれた通路
を経由して、後述する冷却水排出管１７から排出される
ようになっている。

【００３６】消耗品カートリッジ２の基端側には、導電
性のカートリッジボディ１２が設けられている。カート
リッジボディ１２の前端軸心部にはネジ１８を介して電
極４が取り付けられると同時に、カートリッジボディ１
２の先端部外周には絶縁性の筒１１が挿入された状態で
接続されている。また、絶縁性の筒１１の先端部と電極
４の先端部の間に前記ガイド筒５が挿入されるようにな
っている。なお、カートリッジボディ１２と筒１１の接
続は、例えば接着剤等で接着したり、又はネジによって
取り付けられてもよい。また、図のように本実施例にお
いては、筒１１とガイド筒５の接続、及びガイド筒５と
トーチノズル３の接続はそれぞれ挿入するだけでよく、
容易に分解可能となっているが、それぞれネジ込み式に
取り付けて消耗品カートリッジ２全体が一体になるよう
に構成してもよい。

【００３７】カートリッジボディ１２の軸心部には、前
記冷却水流入管９の後部側が例えばロウ付け等により固
定され納められている。そして、カートリッジボディ１
２の後部には冷却水注入管１６及び冷却水排出管１７が
設けられている。冷却水注入管１６はトーチ本体３０側
から冷却水流入管９の内部の管路に冷却水を送り込むも
のであり、また冷却水排出管１７は電極４を冷却した後
の冷却水を冷却水流入管９の外側と電極冷却室８とに囲
まれた通路を経由してトーチ本体３０側に排出するもの
である。

【００３８】また、冷却水注入管１６の入口及び冷却水
排出管１７の出口をそれぞれ通るカートリッジボディ１
２の外周部には、環状の冷却水溝１５がそれぞれ設けら
れている。この環状の冷却水溝１５は、消耗品カートリ
ッジ２をトーチ本体３０に挿入したときに、消耗品カー
トリッジ２側の上記冷却水導入管とトーチ本体３０側の
冷却水導入管とが外周方向にずれても、問題なく冷却水
が供給されるようにするものである。さらに、冷却水溝
１５をそれぞれシールするために、カートリッジボディ
１２の外周部にＯリング溝が設けられ、ここにＯリング
１０が挿入されている。

【００３９】また、カートリッジボディ１２の外周の後
部にはカートリッジ固定用ネジ１３が設けられおり、カ
ートリッジボディ１２の後端部には取っ手１４が取着さ
れている。消耗品カートリッジ２は、トーチ本体３０に
挿入された後、取っ手１４によって手動でねじ込まれて
カートリッジ固定用ネジ１３を介してトーチ本体３０に
固定される。反対に消耗品カートリッジ２をトーチ本体
３０から外すときは、これと逆の操作を行えばよい。

【００４０】次に、トーチ本体３０側について詳細に説
明する。トーチ本体３０の挿入部Ａの先端内部には、環
状冷却室３１が設けられている。環状冷却室３１は、ト
ーチ本体３０に消耗品カートリッジ２が挿入されている
ときに、トーチノズル３の外周中央部の周囲に環状に設
けられる冷却水路である。トーチノズル３の外周中央部
の前記テーパ３ｂによって、冷却水量が多くなり冷却効
果が大きくなっている。環状冷却室３１にはトーチ本体
３０の供給路部Ｂのノズル冷却水流入路３２が接続され
ると共に、トーチ本体３０の供給路部Ｂの冷却水戻り路
３３（図２参照）が接続されている。ノズル冷却水流入
路３２は後述するシリンダ型バルブを介してカートリッ
ジボディ１２の前記冷却水排出管１７と連通するように
なっており、また冷却水戻り路３３は供給路部Ｂの排水
路４７を経由して外部の図示しない冷却水ポンプに接続
されている。なお、排水路４７はプラスチック充填層２
９の中に設けられている。

【００４１】また、トーチ本体３０の内部で、かつ、環
状冷却室３１の後方には、給電スリーブ３９が設けられ
ている。給電スリーブ３９は略筒状の形状をしており、
その前端部は内側（軸心方向）に突出した環状の鍔部３
９ａを有している。トーチ本体３０に消耗品カートリッ
ジ２が挿入されたとき、この給電スリーブ３９の鍔部３
９ａの端面に消耗品カートリッジ２のトーチノズル３の
前記鍔部３ａの端面が当たることによって、消耗品カー
トリッジ２が位置決めされるようになっている。そし
て、この給電スリーブ３９を介してトーチノズル３にパ
イロットアークのための給電がされる。

【００４２】トーチ本体３０の挿入部Ａの先端部にはシ
ールドガスキャップ３５が設けてあり、さらにシールド
ガスキャップ３５の先端外周部にトーチキャップ３４が
取り付けられる。トーチ本体３０に消耗品カートリッジ
２が挿入されているときに、トーチノズル３の先端部外
周にシールドガスキャップ３５が挿入されるようになっ
ている。また、シールドガスキャップ３５及びトーチキ
ャップ３４の軸心は、トーチノズル３の軸心と一致する
ようになっている。シールドガスキャップ３５とトーチ
キャップ３４との間にはシールドガス室３６が設けられ
ており、シールドガス室３６には供給路部Ｂ内に設けら
れた図示しないシールドガス供給路が接続されている。
また、シールドガスキャップ３５にはシールドガス室３
６と連通しているシールドガスノズル３７が設けられて
いて、シールドガスはシールドガスノズル３７から旋回
しながら吹き出す。

【００４３】また、トーチ本体３０の供給路部Ｂには、
冷却水漏れ防止用シリンダ４０が設けられている。冷却
水漏れ防止用シリンダ４０のシリンダロッド４１はバネ
４５の弾性力によってトーチ後方に常時付勢されてお
り、消耗品カートリッジ２をトーチ本体３０に挿入して
ないときは、シリンダロッド４１がトーチ後方に移動し
てシリンダロッド４１の後部のレバー４２がトーチ本体
３０の後端部から突出している。消耗品カートリッジ２
をトーチ本体３０に挿入して固定したときには、上記突
出したレバー４２が消耗品カートリッジ２の取っ手１４
の裏側（トーチ先端側）によってバネ４５の付勢力に抗
して押され、シリンダロッド４１全体がトーチ前方へ移
動するようになっている。

【００４４】シリンダロッド４１の所定位置の外周には
二つの溝４３が環状に設けられていて、二つの溝４３の
前後の外周にはそれぞれＯリング１０が挿入されてい
る。また、トーチ本体３０には、図示しない冷却水ポン
プからの冷却水を消耗品カートリッジ２の冷却水注入管
１６に送入する送入路４６、及び消耗品カートリッジ２
の冷却水排出管１７からの排水をノズル冷却水流入路３
２に送るノズル冷却水送入路４８が設けられている。そ
して、シリンダロッド４１は上記送入路４６及びノズル
冷却水送入路４８をそれぞれの軸心と略直交するように
貫通していて、シリンダロッド４１によって送入路４６
及びノズル冷却水送入路４８を開閉できるようになって
いる。すなわち、シリンダロッド４１の上記二つの溝４
３は、消耗品カートリッジ２がトーチ本体３０に完全に
固定された位置に来たときに、それぞれ送入路４６及び
ノズル冷却水送入路４８の位置と合うようになってい
る。このとき、それぞれの溝４３を介して、送入路４６
と冷却水注入管１６、及びノズル冷却水送入路４８と冷
却水排出管１７が連通するようになっている。逆に、消
耗品カートリッジ２をトーチ本体３０から外したときに
は、バネ４５の上記付勢力によってシリンダロッド４１
はトーチ後方に移動し、二つの溝４３の位置が送入路４
６及びノズル冷却水送入路４８の位置から完全に外れ、
これらの冷却水路を閉じるようになっている。

【００４５】冷却水漏れ防止用シリンダ４０のチューブ
側前端部には、消耗品カートリッジ２の挿入状態を検出
する検出手段が設けられている。本実施例では、検出手
段の一例としてマイクロスイッチ４９が配設されてい
て、マイクロスイッチ４９のレバー４９ａが冷却水漏れ
防止用シリンダ４０のチューブ前端部から内側に突出し
ている。消耗品カートリッジ２がトーチ本体３０に完全
に固定された位置に来たときに、シリンダロッド４１が
前方へ押しつけられ、シリンダロッド４１の前端部４４
によって上記レバー４９ａが押しつけられるようになっ
ている。逆に消耗品カートリッジ２が外されたときは、
シリンダロッド４１が後方へ後退し、レバー４９ａが開
放される。

【００４６】次に、以上の構成による作用を説明する。
消耗品カートリッジ２は、取っ手１４を手動で回してカ
ートリッジ固定用ネジ１３をゆるめることにより、トー
チ本体３０の挿入部Ａの後端部から抜き取られる。消耗
品カートリッジ２は電極４、トーチノズル３及びカート
リッジボディ１２等から構成されている。これらの部品
はそれぞれ単に挿入されているのみであったり、ねじ込
まれているのみなので、個々に容易に分解されて交換可
能となっている。したがって、トーチ消耗品を特別な工
具等を使用しなくとも簡単に、かつ、短時間で交換する
ことが可能となる。また、消耗して本当に交換しなけれ
ばならない部品のみ（例えば電極４のみ、またはトーチ
ノズル３のみ等）を交換することが可能となり、ランニ
ングコストの点で非常に有利になる。

【００４７】また、トーチ本体３０と消耗品カートリッ
ジ２の冷却水及び作動ガスのシール部には全てＯリング
１０を挿入しており、これによって冷却水及び作動ガス
が確実にシールされる。さらに、溶接電流のような大電
流はカートリッジ固定用ネジ１３やネジ１８で確実に接
続された電気的接続部を介して流れる。よって、万一、
この電気的接続部分にゴミ等が混入した場合でも、ネジ
の当たり面を通じて安定的に電流が流れる。上記のＯリ
ング１０は電気的接続部と異なる部分に挿入されている
ため、電気的接続部に発生する放電等によってＯリング
１０が損傷することがなくなり、確実に冷却水及び作動
ガスをシールできる。この結果、電気的接続部分で放電
が発生してトーチが焼損してしまうといった事故を未然
に防止することができる。

【００４８】また、消耗品カートリッジ２がトーチ本体
３０の挿入部Ａの後端部、すなわちアーク噴射口に対し
てトーチ長手方向の逆の端面より着脱できる。消耗品カ
ートリッジ２をスムーズに着脱できるようにするため、
消耗品カートリッジ２の形状は先端部が細く、後方側が
徐々に径が大きくなっている。そして、冷却水及び作動
ガスの供給路がアークの噴射軸に対して偏心、すなわち
トーチ本体３０の挿入部Ａの軸心（トーチノズル３の軸
心）から供給路部Ｂ側の内部の方に偏心して設けられて
いる。したがって、トーチ本体３０のアーク噴射口付近
の寸法を細くでき、また、トーチ本体３０の挿入部Ａの
外形幅Ｈを小さくできる。よって、ワークへの接近性が
向上するので、従来のプラズマトーチがワークへの接近
性において適用不可となるようなワークに対しても、本
発明のカートリッジ式プラズマトーチを適用できる。こ
の結果、トーチ交換等の時間が少なくなり、作業効率を
向上できる。

【００４９】また、消耗品カートリッジ２をトーチ本体
３０に完全に挿入し固定すると、トーチ本体３０の冷却
水注入口及び冷却水排出口に設けられた冷却水漏れ防止
用シリンダ４０のシリンダロッド４１がバネ４５の付勢
力に抗してトーチ前方に押される。そして、シリンダロ
ッド４１の外周に設けられた環状の溝４３の位置が送入
路４６及びノズル冷却水送入路４８の位置と一致する。
このとき、外部の冷却水ポンプからの冷却水が消耗品カ
ートリッジ２の電極４の内部及びトーチノズル３の外周
部等を循環可能となる。すなわち、送入路４６から溝４
３、冷却水注入管１６及び冷却水流入管９内部を介して
電極冷却室８に流入した冷却水は、冷却水流入管９外面
と電極冷却室８とに囲まれた通路を経由し、冷却水排出
管１７、溝４３、ノズル冷却水送入路４８、ノズル冷却
水流入路３２を介して環状冷却室３１に導かれる。そし
て、環状冷却室３１から冷却水戻り路３３及び排水路４
７を経由して冷却水ポンプへ戻される。これによって、
電極４及びトーチノズル３の冷却が行われる。

【００５０】そして、上記のようにシリンダロッド４１
が冷却水漏れ防止用シリンダ４０の前端部に来たとき、
マイクロスイッチ４９のレバー４９ａが押し下げられ、
マイクロスイッチ４９が作動する。これによって、マイ
クロスイッチ４９は出力接点信号の状態を変化させて出
力し、消耗品カートリッジ２がトーチ本体３０に完全に
挿入され固定されたことを外部に知らせることが可能と
なる。

【００５１】逆に、消耗品カートリッジ２をトーチ本体
３０から分離したときには、バネ４５の付勢力によって
シリンダロッド４１がトーチ本体３０の後端側に押し戻
され、環状の溝４３の位置がずれる。これによって、上
記の送入路４６及びノズル冷却水送入路４８が閉じら
れ、冷却水の循環が停止される。このとき、マイクロス
イッチ４９のレバー４９ａが戻って作動状態が解除さ
れ、マイクロスイッチ４９の出力接点信号の状態が変化
して、消耗品カートリッジ２がトーチ本体３０から分離
されたことを外部に知れせる。

【００５２】このようにして、冷却水漏れ防止用シリン
ダ４０のシリンダロッド４１の環状の溝４３がバルブと
して機能する。トーチ本体３０と消耗品カートリッジ２
の接続完了時にこのバルブが開き、分離時には閉じるの
で、冷却水のトーチ内外への流出が防止される。また、
シリンダロッド４１は冷却水の流れる方向と異なる方向
（上記の例では、略垂直方向）に動作するので、上記冷
却水溝４３に冷却水の不純物等が付着することはあって
も、冷却水をシールする部分には上記不純物が付着する
ことがない。よって、消耗品カートリッジを分離したと
きに、バネの付勢力によってシリンダロッドはバルブを
確実に閉じる位置まで戻される。このとき、溝４３及び
消耗品カートリッジ２側の冷却水溝１５の前後の外周に
あるＯリング１０によって、冷却水の漏れ防止がさらに
有効に働く。よって、冷却水が作動ガスに混入すること
がなくなり、冷却水が原因で発生する溶接又は切断品質
の劣化が防止できる。

【００５３】また、マイクロスイッチ４９の出力接点信
号を電源や冷却水ポンプ等に送信するようにすれば、電
源や冷却水ポンプは消耗品カートリッジ２がトーチ本体
３０に完全に組み込まれたことを検出できる。図示しな
いインターロック手段によって上記出力接点信号に基づ
いて消耗品カートリッジ２が完全に組み込まれたことを
確認した後に、電源や冷却水ポンプを起動させることに
より、組み込み不良に起因する水漏れやトーチ内放電な
どの不具合を防止できる。さらに、消耗品カートリッジ
２がトーチ本体３０から取り外されたことを検知して電
源や冷却水ポンプを自動で停止すれば、消耗品交換の度
にプラズマ電源や冷却水ポンプを作業者が手動で停止す
る必要がなくなる。よって、消耗品交換時の作業性を向
上させることが可能となると共に、作業者の感電事故等
も未然に防止できるので安全性も改善される。

【００５４】なお、シリンダロッド４１が冷却水の流れ
る方向と異なる方向に動作するような第２の例として、
図５に示されるようなトーチ本体３０が挙げられる。図
５は消耗品カートリッジ２を挿入している状態の断面図
を表しており、各構成で図１と同一のものは同じ符号を
付けている。図５において、シリンダロッド４１には、
消耗品カートリッジ２に冷却水を注入する冷却水注入孔
２１を、また消耗品カートリッジ２から冷却水を排水す
る冷却水排水孔２２を設けている。これらの冷却水注入
孔２１及び冷却水排水孔２２は、シリンダロッド４１の
軸心に直交している。シリンダロッド４１の後端部のレ
バー４２の外周表面には、螺旋状のガイド溝２５が設け
られている。レバー４２にはロッドキャップ２３が被さ
れていて、ロッドキャップ２３の内側にはピン２４がレ
バー４２側に突出して設けられ、そしてピン２４はレバ
ー４２のガイド溝２５に係合している。また、ロッドキ
ャップ２３はバネ４５によって常にシリンダロッド４１
に後方に付勢されていて、消耗品カートリッジ２がトー
チ本体３０に挿入されていないときは、ロッドキャップ
２３がトーチ本体３０の後端部から突出している。

【００５５】このようなシリンダロッド４１において、
消耗品カートリッジ２をトーチ本体３０に挿入時にロッ
ドキャップ２３を前方に押すと、ピン２４は螺旋上のガ
イド溝２５に沿って前方に移動する。これに伴ってシリ
ンダロッド４１は軸心を中心に回転し、冷却水注入孔２
１及び冷却水排水孔２２が回転する。図６は、図５の冷
却水注入孔２１のＡ−Ａ断面を表している。消耗品カー
トリッジ２がトーチ本体３０に完全に挿入されたとき
は、図６の（ａ）に示すように、冷却水注入孔２１の方
向が送入路４６の孔の方向と一致するようになってい
る。同様に、冷却水排水孔２２の方向はノズル冷却水送
入路４８の方向と一致する。このとき、冷却水が循環す
るようになる。逆に、消耗品カートリッジ２をトーチ本
体３０から分離すると、ロッドキャップ２３はバネ４５
の付勢力によってシリンダロッド４１の後方に戻され、
よってピン２４はガイド溝２５に沿って上記と逆方向に
移動し、シリンダロッド４１は逆回転する。この結果、
図６の（ｂ）に示すように、冷却水注入孔２１の方向が
送入路４６の孔の方向と完全にずれ、またノズル冷却水
送入路４８も同様となり、冷却水が停止する。

【００５６】このように、上記の例でもシリンダロッド
４１は冷却水の流れる方向と異なる方向に動作する。す
なわち、第２の例ではシリンダロッド４１の軸心を中心
に回転する。よって、前述同様にして、冷却水注入孔２
１及び冷却水排水孔２２以外のシリンダロッド４１の外
面４１ａとシリンダチューブ側内面との冷却水シール面
には冷却水の不純物が付着することはなくなる。この結
果、消耗品カートリッジを分離したときに、バネの付勢
力によってシリンダロッドはバルブを確実に閉じる位置
まで戻される。

【００５７】なお、本実施例では消耗品カートリッジ２
の挿入状態を検出する検出手段の例としてマイクロスイ
ッチ５１を使用しているが、これに限定されず、近接ス
イッチ等も使用可能である。また、この検出手段の配設
位置も、本実施例のような冷却水漏れ防止用シリンダ４
０のチューブ側（トーチ本体３０側）前端部に限定され
ず、チューブ側中間部等に配設してもよい。さらに、ト
ーチ本体３０以外では、シリンダロッド４１側又は消耗
品カートリッジ２側に上記検出手段を配設してもよい。

【００５８】上記実施例においては、冷却水供給路をシ
リンダ型バルブによって開閉する例を説明したが、作動
ガスの供給路についても同様のシリンダ型バルブによっ
て開閉するように構成可能である。このときも、上記と
同様の作用及び効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカートリッジ式プラズマトーチの縦断
面図である。

【図２】本発明のカートリッジ式プラズマトーチの正面
図である。

【図３】本発明の消耗品カートリッジ部の縦断面図であ
る。

【図４】本発明のトーチ本体の縦断面図である。

【図５】本発明のシリンダロッドの第２の例を使用した
カートリッジ式プラズマトーチの縦断面図である。

【図６】本発明のシリンダロッドの第２例のバルブ開閉
の作動を表す図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】従来のカセット式プラズマトーチの縦断面図で
ある。

【図８】従来のカセット式プラズマトーチの側面図であ
る。

【図９】従来のカートリッジ式プラズマトーチの縦断面
図である。

【図１０】従来のカートリッジ式プラズマトーチのカー
トリッジ部縦断面図である。

【図１１】従来のイージージョイント付トーチの縦断面
図である。

【符号の説明】

１…トーチボディ、２…消耗品カートリッジ、３…トー
チノズル（チップ）、３ａ…鍔部、４…電極、５…ガイ
ド筒、６…電極台、７…電極片、８…電極冷却室、９…
冷却水流入管、１０…Ｏリング、１１…筒、１２…カー
トリッジボディ、１３…カートリッジ固定用ネジ、１４
…取っ手、１５…冷却水溝、１６…冷却水注入管、１７
…冷却水排出管、１８…ネジ、１９…ガスノズル、２１
…冷却水注入孔、２２…冷却水排水孔、２３…ロッドキ
ャップ、２４…ピン、２５…ガイド溝、２９…プラスチ
ック充填層、３０…トーチ本体、３１…環状冷却室、３
２…ノズル冷却水流入路、３３…冷却水戻り路、３４…
トーチキャップ、３５…シールドガスキャップ、３６…
シールドガス室、３７…シールドガスノズル、３８…プ
ラズマガス室、３９…給電スリーブ、３９ａ…鍔部、４
０…冷却水漏れ防止用シリンダ、４１…シリンダロッ
ド、４２…レバー、４３…溝、４４…前端部、４５…バ
ネ、４６…送入路、４７…排水路、４８…ノズル冷却水
送入路、４９…マイクロスイッチ、４９ａ…レバー、５
１…トーチボディ、５２…トーチヘッド、５３…プラズ
マアーク噴出口、５４…冷却水排出路、５５…反応ガス
供給路、５６…高周波台、５７、５８、５９…テーパ状
シール部、５７ａ、５８ａ、５９ａ…逆テーパ状シール
部、６１、６２…カセットネジ、６３、６４、６５…Ｏ
リング、６６、６６ａ…冷却水溝、６７、６７ａ…ガス
溝、６８…水路、６８ａ…冷却水供給水路、７１…カー
トリッジ、７２…電極、７３…トーチノズル、７４…絶
縁体、７５…尾部、７６…環状溝、７７…穴、７８…ボ
ール、７９…ロックリング、８１…トーチ本体、８２…
トーチ支持体、８３…接続先端部、８４…主筒体、８
５、８６…ガス導入孔、８７、８８…給水路、８９、９
０…排水路、９１…給水口、９２…排水口、９３…冷却
水導入孔、９４…排水孔、９５…バルブ、９６…圧縮ス
プリング、９７…弁座、９８…弁杆。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極(4) と、電極(4) からのプラズマア
   ークを電極(4) の周囲から流入する作動ガスと共に噴射
   するトーチノズル(3) とを備えたプラズマ溶接用又はプ
   ラズマ切断用のプラズマトーチにおいて、 電極(4) 及び／又はトーチノズル(3) を含む消耗品カー
   トリッジ(2) と、 消耗品カートリッジ(2) への冷却水及び作動ガスの供給
   路を有すると共に、アーク噴射口に対してトーチ長手方
   向の逆の端面から消耗品カートリッジ(2) を着脱可能と
   するトーチ本体(30)とを備えたことを特徴とするカート
   リッジ式プラズマトーチ。
2. 【請求項２】 前記トーチ本体(30)の消耗品カートリッ
   ジ(2) への冷却水及び作動ガスの供給路が、アークの噴
   射軸に対して偏心し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式プラズマトーチ。
3. 【請求項３】 電極(4) と、電極(4) からのプラズマア
   ークを電極(4) の周囲から流入する作動ガスと共に噴射
   するトーチノズル(3) とを備えたプラズマ溶接用又はプ
   ラズマ切断用のプラズマトーチにおいて、 電極(4) 及び／又はトーチノズル(3) を含む消耗品カー
   トリッジ(2) と、 消耗品カートリッジ(2) への冷却水及び作動ガスの供給
   路を有すると共に、消耗品カートリッジ(2) を着脱可能
   とするトーチ本体(30)と、 トーチ本体(30)の上記供給路の途中に設けられると共
   に、トーチ本体(30)に消耗品カートリッジ(2) を挿入完
   了したときは上記供給路を開き、またトーチ本体(30)か
   ら消耗品カートリッジ(2) を分離したときは上記供給路
   を閉じるシリンダ型バルブとを備えたことを特徴とする
   カートリッジ式プラズマトーチ。
4. 【請求項４】 前記トーチ本体(30)の前記供給路の冷却
   水を開閉するシリンダ型バルブの動作方向は、冷却水の
   流れる方向と異なることを特徴とする請求項３に記載の
   カートリッジ式プラズマトーチ。
5. 【請求項５】 前記シリンダ型バルブは、トーチ本体(3
   0)の前記供給路の消耗品カートリッジ(2) への入口及び
   出口を同時に開閉することを特徴とする請求項３又は４
   に記載のカートリッジ式プラズマトーチ。
6. 【請求項６】 前記消耗品カートリッジ(2) とトーチ本
   体(30)との電気的な接続部分はネジを介して接続するこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のカ
   ートリッジ式プラズマトーチ。
7. 【請求項７】 前記消耗品カートリッジ(2) 、トーチ本
   体(30)、又は前記シリンダ型バルブのシリンダロッド(4
   1)のいずれかに、消耗品カートリッジ(2) がトーチ本体
   (30)に挿入されたことを検出する検出手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のカー
   トリッジ式プラズマトーチ。
8. 【請求項８】 前記検出手段の検出信号により判定し、
   消耗品カートリッジ(2) をトーチ本体(30)から分離した
   ときには電源又は冷却水ポンプの少なくともいずれか一
   方の作動を停止させ、消耗品カートリッジ(2) をトーチ
   本体(30)に挿入完了したときには電源及び冷却水ポンプ
   を再起動させるインターロック手段を設けたことを特徴
   とする請求項７に記載のカートリッジ式プラズマトー
   チ。