JPH10180448A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は、電極の内部及びノズルの外周に通路
を設け、これらに冷却水を供給させることにより冷却を
行っていた。しかしプラズマトーチは、切断性能の向上
の要請から二次気流、三次気流を噴出する構成となり、
複数のノズル及びキャップを有することとなってきた。
これにしたがって前記冷却水によっては外側のキャップ
を冷却することは困難となり、切断の輻射熱によって加
熱してしまうという問題がある。 【解決手段】 上記課題を解決するために本発明に係る
プラズマトーチは、外側のキャップの内側に冷却水の通
路を設けて前記冷却水の通路と連結し、これに冷却水を
供給することにより外側のキャップを冷却するよう構成
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマトーチの
冷却に関するものであり、特にトーチ先端のキャップを
冷却する手段を設けたプラズマトーチに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】被加工材を切断あるいは溶接するプラズ
マトーチでは、プラズマガスを供給しつつ、電極にマイ
ナス電位を付与すると共にノズルにプラス電位を付与し
て両者の間で放電させる。これによりパイロットアーク
を形成すると共に供給したプラズマガスをプラズマ化し
てノズルのオリフィスから外部に噴射し、その後、被加
工材にプラス電位を付与して電極との間で放電させるこ
とで加工に寄与するプラズマアークを形成している。

【０００３】上記プラズマアークは非常に高温となるた
め、電極やノズル等が溶解しないように、従来から冷却
水を供給して冷却を行っている。また従来のプラズマト
ーチはプラズマガスの純度を保ち、また到達距離を延長
させると共にノズルを冷却すること等を目的として、プ
ラズマガスとは別に二次気流または更に三次気流などを
プラズマガスに付加して噴出している。図４に従来のプ
ラズマトーチの例を示す。

【０００４】図４に示すプラズマトーチ50においてはト
ーチ50中央に電極51を配置し、その先端側にノズル52を
配置している。ノズル52は内側からインナーノズル52
ａ、センターノズル52ｂ、アウターノズル52ｃの三層の
ノズル部材から構成され、プラズマガスを噴射すると共
に二次ガス、三次ガスを供給する通路が形成される。該
ノズル52は二層のキャップ部材、及びその外側に配置さ
れるカバー部材からなるキャップ53にてトーチ50に取り
付けられている。

【０００５】またトーチ50中央の電極51の内部に所定の
間隔を有して冷却パイプ54が挿入されており、該冷却パ
イプ54の内部を冷却水の供給路55、冷却パイプの外周面
と電極の内周面の隙間に電極冷却路56を形成している。
この供給路55に送出された冷却水は電極51先端の内側に
おいて反転し、電極冷却路56を通過しつつ電極51を冷却
する。

【０００６】更に冷却水は電極冷却路56のトーチ本体側
に於いて連通路57を介してノズル供給路58に送出され、
インナーノズル52ａの周囲に形成されたノズル冷却路59
を通過してインナーノズル52ａを冷却した後に、ノズル
排出路60から排出される。これにより、最も高熱となる
電極51及びインナーノズル52ａを冷却することができ、
プラズマアークによる切断を実施することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した如くプラズマ
アークによる切断においては、プラズマアークの輻射熱
が外側のキャップに与える熱量も大きい。しかし二次気
流、三次気流を噴射するためにノズル及びキャップが多
層構造となっていることから、ノズル冷却路から外側の
キャップまでの距離が遠くなっており、ノズル冷却路59
による冷却ではキャップ外側のカバーを冷却することが
困難となる。

【０００８】キャップ53の温度が上昇すると酸化するな
どして部材の消耗が早くなるという問題がある。またキ
ャップ53は電極51の交換のためにしばしば回転させて取
り外す必要があるが、キャップ53が高温に加熱されてい
ると冷却されるのを待たなければならず、作業性が低下
する虞があった。

【０００９】また上記した如く、輻射熱の影響を直接受
けるアウターノズル52ｃはノズル冷却路から遠くなって
おり、噴射されるガスによってのみ冷却されている。し
たがって冷却不足により加熱して溶損を起こし、寿命が
短いという問題がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るプラズマトーチは、トーチ本体の略中央
に配置され内部に空間を有する電極と、該電極の内部に
間隙を有して挿入され冷却水を供給する冷却パイプと、
前記電極の内周面と前記冷却パイプの外周面とにより形
成された電極冷却路と、前記トーチの先端に配置され複
数のノズル部材からなるノズルと、前記ノズルを前記ト
ーチ本体に固定する複数のキャップ部材及びその外側に
配置されるカバー部材からなるキャップと、前記ノズル
の外周面と前記キャップ部材との間に形成されたノズル
冷却路とを有し、前記電極冷却路と前記ノズル冷却路と
を連結させたプラズマトーチであって、前記カバー部材
の内側に冷却水の通路を設け、前記電極冷却路または前
記ノズル冷却路と連結したことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマトーチの実
施例を図を参照して説明する。本実施例に係るプラズマ
トーチは外側のキャップ部材の内側に新たに冷却水を循
環させる通路を設けて従来の冷却水の経路と連結するこ
とにより、電極及びノズルに加えてキャップをも冷却す
るよう構成したものである。図１は本発明に係るプラズ
マトーチの側面断面図であって図３に示すＡ−Ａ断面
図、図２は他の角度におけるプラズマトーチの側面断面
図であって図３におけるＢ−Ｂ断面図、図３はプラズマ
トーチの横断面図であって図１または図２におけるＣ−
Ｃ断面図である。

【００１２】本実施例に係るプラズマトーチのトーチ本
体は、先端に着脱可能に装着されるノズル２と、トーチ
本体１にノズル２を固定するキャップ３とを有してい
る。ノズル２は三つのノズル部材からなり、トーチ本体
側よりインナーノズル21、センターノズル22、アウター
ノズル23が配置されて一体に構成されている。キャップ
３はキャップ部材であるインナーキャップ31、及びカバ
ー部材であるアウターキャップ32から構成されている。

【００１３】トーチ本体１はソケット11によってトーチ
本体に接続され、プラズマガス、二次ガス、冷却水及び
電力が供給される。ソケット11はトーチ本体側に該トー
チ本体に固定するためのネジ穴11ａを有し、先端側にア
ウターキャップ32を取り付けるための雄ネジ11ｂを形成
している。また、ソケット11外周面のトーチ先端側に溝
11ｃが形成されており、この溝11ｃの外周面をアウター
キャップ32によって閉鎖することによりキャップ冷却路
47が形成される。

【００１４】トーチ本体１のトーチ本体側には電極台12
が配置されている。この電極台12のトーチ本体側には冷
却水を供給するための冷却水分配突起12ａが設けられる
と共に、プラズマガス、二次ガス等を供給するための図
示しない分配突起が設けられている。電極台12のトーチ
先端側中央には取付パイプ15が取り付けられ、またトー
チ先端側外周には水路部材13が取り付けられる。

【００１５】取付パイプ15は電極台12の軸心と一致して
取り付けられ、この取付パイプ15の更に内側に所定の間
隔を有して冷却パイプ17が固着されている。この冷却パ
イプ17はトーチ後方より冷却水を供給する供給路40を構
成している。冷却パイプ17は取付パイプ15よりも先端側
まで延長されている。

【００１６】取付パイプ15の先端には、先端に電極材16
ａを有して閉鎖された円筒状の電極16が取り付けられ
る。電極16の内径は冷却パイプ17の外径よりも大きい径
に形成され、電極16を取付パイプ15に取り付けた際には
冷却パイプ17の先端にかぶせる状態となり、冷却パイプ
17の外周面と電極16及び取付パイプ15の内周面との間に
間隔が形成されて電極冷却路41が構成される。ここで冷
却パイプ17の長さは電極16の先端部内側に到達しない長
さとなっており、冷却パイプ17の内部と電極冷却路41と
は連通している。

【００１７】電極16の外周にはセラミック等の絶縁材に
より形成されたセンタリングストーン19が嵌着されてお
り、電極と外周の部材とを絶縁すると共にプラズマガス
の通路を形成している。

【００１８】電極台12のトーチ先端側に取り付けられる
水路部材13は絶縁材にて形成され、冷却水の通路の一部
を形成すると共に、トーチ先端側に器頭14を固着してい
る。器頭14は、ノズル２及びキャップ３のインナーキャ
ップ31を取り付ける機能を有するものである。このた
め、器頭14の外周面の所定位置にはネジ14ｂが形成さ
れ、また先端の内周にはセンターノズル22と嵌合する嵌
合孔14ｃが形成されている。

【００１９】また電極台12、水路部材13及び器頭14の内
側には絶縁パイプ18が取り付けられている。この絶縁パ
イプ18は一端を電極台12と水路部材13とによって構成さ
れたリング状の溝12ｂに嵌合し、他端が器頭14の内周に
形成された段部14ａに係合することでトーチ本体１に一
体的に取り付けられている。絶縁パイプ18は取付パイプ
15との間に所定の間隔を有しており、プラズマガスを流
通させる通路としての機能を有している。

【００２０】センターノズル22は器頭14の嵌合穴14ｃに
嵌合されると共にセンタリングストーン19に当接して取
り付けられている。ノズル２の各ノズル部材21、22、23
はトーチ先端側に向かって突出する漏斗状に形成され、
センターノズル22の内側にインナーノズル21を嵌合する
と共に、センターノズル22の外側に絶縁材24を介してア
ウターノズル23を嵌着させている。

【００２１】インナーノズル21の先端中央にはプラズマ
アーク及びプラズマガスを通過させるインナーオリフィ
ス21ａが形成され、また同様にセンターノズル22には二
次気流とプラズマアークとを通過させるセンターオリフ
ィス22ａが、アウターノズル23には三次気流とプラズマ
アークとを通過させるアウターオリフィス23ａが形成さ
れている。またセンターノズル22の外周面にはトーチ先
端側が径の小さくなる段部22ｂが形成されており、イン
ナーキャップ31を嵌合しうるよう構成されている。また
アウターノズル23の外周面にも同様に段部23ｂが形成さ
れており、アウターキャップ32を嵌合しうるよう構成さ
れている。

【００２２】このインナーノズル21と電極16との間にプ
ラズマガスを供給すると共に高電圧をかけて放電するこ
とにより、プラズマガスが電離してプラズマ化し、また
これを導電してパイロットアークが形成される。また同
時にインナーノズル21とセンターノズル22との間に二次
ガスが供給され、センターノズル22とアウターノズル23
との間に三次ガスが供給される。

【００２３】ノズル２にかぶせる如くして、キャップ３
がトーチ本体１に取り付けられる。キャップ３のインナ
ーキャップ31及びアウターキャップ32は、各々トーチ先
端側に向かって突出する漏斗状に形成されている。

【００２４】インナーキャップ31はトーチ本体側の内面
に器頭14外周の雄ネジ14ｂに螺合しうる雌ネジ31ａが形
成されており、先端にセンターノズル22の段部22ｂに嵌
合しうる孔31ｂが設けられている。またアウターキャッ
プ32はトーチ本体側の内面にソケット11外周のネジ11ｂ
に螺合し得るネジ32ａが形成され、先端にアウターノズ
ル23の段部23ｂに嵌合しうる孔32ｂが設けられている。

【００２５】まずインナーノズル31を電極16にかぶせる
如く取り付ける際には、インナーノズル21を電極16の先
端に嵌合されたセンタリングストーン19に当接させると
共に、センターノズル22を器頭14の前方に設けられた嵌
合孔14ｃに嵌入する。そして段部22ｂとインナーキャッ
プ31の孔31ｂを嵌合させつつ、雌ネジ31ａと器頭14の雄
ネジ14ｂとを螺合させることによりインナーノズル21及
びセンターノズル22がトーチ本体１に固定される。この
とき器頭14、センターノズル22、インナーキャップ31に
囲まれた間隙が形成され、ノズル冷却路44が構成され
る。

【００２６】さらにアウターノズル23の段部23ｂにアウ
ターキャップの孔32ｂを嵌合させつつ雌ネジ32ａとソケ
ット11先端側外周の雄ねじ11ｂとを螺合させると、上記
説明したトーチ本体１内の全ての部材が、ソケット11内
部に固定される。このときアウターキャップ32の内面が
ソケット11外周の溝11ｃの外周面を閉鎖し、キャップ冷
却路47を形成する。

【００２７】次に、冷却水の通路を順を追って説明す
る。冷却水分配突起12ａから冷却パイプ17内部の供給路
40に供給された冷却水は、電極16先端部内側にて折り返
し、上述の電極冷却路41を通過しつつ電極16を冷却す
る。

【００２８】電極冷却路41は電極台12の内部に於いて、
第一連通路42によりノズル供給路43に連結されている。
ノズル供給路43は電極台12、水路部材13、器頭14を貫通
する如く設けられており、上述のノズル冷却路44に連結
している。

【００２９】ノズル冷却路44を通過してノズル２を冷却
した冷却水は、器頭14及び水路部材13に貫通して設けら
れたノズル排出路45によりトーチ本体側に戻されるが、
ここで第二連通路46によりキャップ冷却路47に送出され
る。

【００３０】そしてキャップ冷却路47を通過することに
よりアウターキャップ32を冷却し、しかる後に水路部材
13に設けられた第三連通路48を介して排出路49に導か
れ、トーチ本体側に排出される。

【００３１】このようにアウターキャップ32の内側に冷
却水の通路であるキャップ冷却路47を設けてアウターキ
ャップ32を冷却するように構成したことにより、プラズ
マアークの輻射熱により加熱されたアウターキャップ32
を冷却することができる。実験においては冷却を行わな
い場合のアウターキャップ32の温度は70℃程度であった
が、冷却を行った場合には30℃程度まで温度を下げるこ
とができた。

【００３２】またアウターキャップ32が冷却されること
により、これに連接するアウターノズル23の熱を放熱さ
せることができる。したがってアウターノズル23がプラ
ズマアークの輻射熱の影響を直接受けても加熱して溶損
する虞がなく、アウターノズル23の寿命を延長させるこ
とができる。

【００３３】なお、上記実施例においては供給路40から
ノズル冷却路44、キャップ冷却路47の順番で冷却水を通
過させるよう構成して示したが、本発明はこれに限定す
るものではなく、供給路40の次にキャップ冷却路47を冷
却するなどの構成としても良い。

【００３４】

【発明の効果】上記説明した如く、本発明に係るプラズ
マトーチは、外側のキャップの内周面に沿って新たに冷
却水の通路を設け、これにトーチ先端に供給される冷却
水の通路を連結するよう構成した。これにより外側のキ
ャップを確実に冷却することができ、多次気流を使用す
るプラズマトーチにおいて従来の冷却水の通路と外側の
キャップとの距離が離れても、加熱する虞がない。した
がってキャップの加熱による消耗を防ぐことができ、ま
た電極の交換の最に放熱されるのを待つ必要がないため
生産性が向上する。

【００３５】また外側のキャップが冷却されることによ
り、該キャップに連接するトーチ先端のアウターノズル
の熱を放熱させることができる。したがってアウターノ
ズルがプラズマアークの輻射熱の影響を直接受けても加
熱して溶損する虞がなく、ノズルの寿命を延長させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマトーチの側面断面図であ
って、図３に示すＡ−Ａ断面図である。

【図２】他の角度におけるプラズマトーチの側面断面図
であって、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図３】プラズマトーチの横断面図であって、図１また
は図２におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図４】従来のプラズマトーチを示す側面断面図であ
る。

【符号の説明】

１ …トーチ本体 ２ …ノズル ３ …キャップ 11 …ソケット 11ａ …ネジ穴 11ｂ …ネジ 11ｃ …溝 12 …電極台 12ａ …冷却水分配突起 12ｂ …溝 13 …水路部材 14 …器頭 14ａ …段部 14ｂ …ネジ 14ｃ …嵌合孔 15 …取付パイプ 16 …電極 16ａ …電極材 17 …冷却パイプ 18 …絶縁パイプ 19 …センタリングストーン 21 …インナーノズル 21ａ …インナーオリフィス 22 …センターノズル 22ａ …センターオリフィス 23 …アウターノズル 23ａ …アウターオリフィス 24 …絶縁材 31 …インナーキャップ 31ａ …ネジ 31ｂ …孔 32 …アウターキャップ 32ａ …ネジ 32ｂ …孔 40 …供給路 41 …電極冷却路 42 …第一連通路 43 …ノズル供給路 44 …ノズル冷却路 45 …ノズル排出路 46 …第二連通路 47 …キャップ冷却路 48 …第三連通路 49 …排出路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーチ本体の略中央に配置され内部に空
   間を有する電極と、該電極の内部に間隙を有して挿入さ
   れ冷却水を供給する冷却パイプと、前記電極の内周面と
   前記冷却パイプの外周面とにより形成された電極冷却路
   と、前記トーチの先端に配置され複数のノズル部材から
   なるノズルと、前記ノズルを前記トーチ本体に固定する
   複数のキャップ部材及びその外側に配置されるカバー部
   材からなるキャップと、前記ノズルの外周面と前記キャ
   ップ部材との間に形成されたノズル冷却路とを有し、前
   記電極冷却路と前記ノズル冷却路とを連結させたプラズ
   マトーチであって、 前記カバー部材の内側に冷却水の通路を設け、前記電極
   冷却路または前記ノズル冷却路と連結したことを特徴と
   するプラズマトーチ。