JPS61195787A - プラズマ溶接および切断トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内部がプラズマ発生ガス源に接続されたトー
チ本体と、トーチ本体内に設けられて電流供給導体に電
気的に接続された電極と、プラズマ出口オリフィスを有
し前記電極に対して対向離間して設けられたプラズマ出
口ノズルとを含むプラズマ溶接または切断トーチに関す
る。

米国特許第３，２４２．２０５号によって公知のプラズ
マトーチは、電極およびノズルが水のような液体流によ
って冷却される。このトーチにおいて、電極はノズルに
対して移動可能でありトーチが停止しているときノズル
と電気的に接触する。

トーチが電流を供給されるとき、冷却液体は液圧機構を
介して圧力を加えられ、ばねを圧縮し、電極とノズルと
を隔離して電弧を発生し、プラズマ発生ガス中に電弧を
確立する。液圧回路を存するこのような方式は製造がと
くに困難でしたがって高価である。

フランス特許第２，３８５，４８３号においては電極と
ノズルを短絡することによってこれら二つの要素の間に
電弧を確立するため、電極はねし込んでノズルに接触さ
れついでねし戻され、電極とノズルの間隙が所望値に調
節される。このようなねじ込みねし戻し方式は使用上と
くに実際的でなく、それが始動する度にトーチのジェッ
ト調節が必要となる。

最近、提案されたジエラール　マーインク（Ｇｅ−ｒａ
ｒｄ　ＭＡＲＨＩＣ）の米国特許第４，５６７，３４６
号は、電極とノズルを短絡することによりプラズマトー
チを始動する方法を開示している。この方法においては
、ノズルはトーチ本体内に自由に摺動可能に取り付けら
れ、トーチが溶接または切断される被加工物に押付けら
れるとき電極と接触せしめられる。トーチを引込めるこ
とにより、電弧が電極とノズルの間に点火され、プラズ
マ発生ガスを処理して切断すべき被加工物に転移される
電弧を維持するようになっている。

マーイック他の米国特許出願連続番号７１６，１９１号
１願昭６０−７０１３６号）「プラズマ溶接および切断
トーチ」には、本出願人名義の前記出願に開示された方
法を実施するのにとくに適した構造を含むプラズマ溶接
および切断トーチが開示されている。このトーチは主と
して内部がプラズマ発生ガス源に接続されたトーチ本体
と、このトーチ本体内に設けられ電流供給導線に電気的
に接続された電極と、プラズマ出口用オリフィスを具え
前記電極に対して対向離間して設けられたプラズマ出口
ノズルとを含んでいる。そのトーチはさらにトーチ本体
に着脱可能に接続された環状スカートを具え、このスカ
ートが少なくとも一つのノズル用座を存し、前記ノズル
は前記スカート内に自由に摺動可能に取り付けられ、弾
性力の作用のみによってその座に押し付けられる。実施
例において、ノズルをその座に押付ける弾性力はプラズ
マ発生ガスの圧力である。

前記二つの特許出願に開示されたプラズマ溶接または切
断トーチは完全に満足すべきものである。

しかしながら、上記特許出願におけるトーチが成る点に
おいて一層改良することができることが知られていた。

分解可能なその電極、トーチおよびスカート構造を具え
たこのトーチは、しばしば組立ての誤りを生ずる。しか
して、スカートおよび電極を取り付けるが同時にノズル
を取り付けることを忘れることが気付かれていた。

さらに、ノズルはその外径がトーチ本体の内径に対応す
るスカートの内側オリフィスを通して挿入されなければ
ならない。このことは、電極がノズルの内部に部分的に
進入しなければならないため、ノズルを小型にししたが
って電極の直径を小さくした。これらの状態の下で、成
る応用例においては、小さい寸法を有する電極およびノ
ズルのような部品の有効な冷却を達成することは困難で
あることが知られていた。

本発明によるトーチはこの問題を解決するものである０
本発明の目的は分解することができずまた少なくともス
カートおよびノズルから構成されトーチ本体に適用可能
なカートリッジを提供することである。

本発明によるトーチは、トーチ本体に接続された環状ス
カートを含み、また、一方では少なくとも一つの座を、
他方ではノズル用の後方衝突部を含み、前記ノズルがス
カートに自由に摺動可能に取付けられて座と後方衝突部
の間で移動し、弾性力の作用のみによりその座に対して
押付けられる。

好ましくは、電気絶縁材料製のスカートが、トーチ本体
に隣接した部分において、トーチ本体の導電要素にねじ
込まれ、ノズルの後方衝突部を構成するノズルに隣接し
た下方部分を有する第１の導電スリーブに連結される。

好ましい実施例によれば、トーチは第１の導電スリーブ
がその内側に電極を位置決めする座を構成する肩部を有
するように配置される。

別の実施例によれは、スカートはノズルに隣接した部分
において第２の金属スリーブに連結され、その金属スリ
ーブはスカートの内側に設けられまたその中にノズルが
摺動可能に取り付けられ、第２のスリーブの上方部分は
ノズル用の座を構成する。

第１の変型において、電極は分解可能である。

このことは電極の摩耗の進行を管理すること、電極およ
びノズルを含むカートＩＪ・７ジを別々に交換すること
を許す。

第２の変型において、電極はスカートに連結され、集合
体はスカート、ノズルおよび電極を含み分解できないカ
ートリフジを構成する。

両方の場合において、本発明によるカートリッジは組み
立ての誤りを回避しくもはや、スカートに取り付けられ
たノズルを忘れることは不可能である。）、その上、ト
ーチ本体のねじの一定の直径に対して、電極およびノズ
ルは電極およびノズルは、電極およびノズルが分解でき
ない仏国特許出＠８４−０５２８６号に開示された場合
におけるよりも実質的に大きい寸法をもつ。

本発明の一層良い理解は、添付図面を参照した単なる非
限定的例示に過ぎない実施例についての下記の記載から
得られるであろう。

第１図は本発明によるトーチの軸線方向の断面図である
。トーチは主としてトーチ本体１およびカートリッジ６
０を含む。トーチ本体１はベル形状の中心部分５および
コネクタ７に終わる管状側方延長部分６を存し、中心部
分５および管状側方延長部分６は電気絶縁材料で作られ
ている。コネクタ７は外側歯を有し、このコネクタにプ
ラズマ発生ガス供給用電気絶縁性可撓管またはホース８
が押込嵌合により取付けられ、この管８は外側同軸スリ
ーブ９によってコネクタ７上に保持されている。トーチ
本体１の管状側方延長部分６は貫通孔を有し、この貫通
孔内に導電材料製の管１１が取付られている。その外端
で、管１１は絶縁管８と連通し、耳部１２を構成するそ
の周辺の一部により管８内に縦方向に延長し、耳部１２
は横方向に折り重ねられて管８内に位置する電流供給導
線１３の端部を包囲することにより保持している。

トーチ本体ｌのベル形状中心部分５は中心孔１４を有し
、この中心孔の上端は閉止され、下端は開放されている
。この中心孔１４内に金属キャップ１５が固定されてお
り、金属キャンプの円筒形側壁１５ａに開口が設けられ
、この開口に導電管１１の内端が接続されている。導電
管１１は側方延長部分６を通って延長している。この導
電管１１は金属キャップに溶接により固着するのが良い
。さらに、金属キャンプ１５の円筒形側壁１５ａは、導
電管１１の端部が取付けられる開口下方に延在するその
下端部に、内側ねし１５ｂを具えている。この内側ねじ
１５ｂを具えた側壁１５ａはベル形状部分５の下端５ａ
から所定距離上方に離して位置している。

着脱可能なカートリッジ６０は主として三つの要素、す
なわち、電極２、ノズル３およびスカート４を含んでい
る。スカート４は絶縁材料製の環状ケース１６、たとえ
ば下方にテーバのついた円錐台形のケースを有する。ケ
ース１６は下方の金属製ノズル支持スリーブ１８上にま
た上方の電極支持金属製スリーブ１７上にモールドされ
、金属製スリーブ１７は電極２と単一片を形成している
。

この円筒形スリーブ１８はノズル３を１８ｂで支持する
座の機能を奏する。このため、スリーブｊ８の内径に等
しい外径を有する実質的に円筒形のノズルは、間隙は別
として、その上部に座１８に支承する環状フランジ５１
を有する。ノズル３は実質的６ご球形のドーム３１に終
りその周辺部分二こおけるよりもその中心部分において
厚くなっている。ノズル３は、ドーム３１の実質的に球
状の内面に連結された円筒形内側面３３によって限定さ
れている。ドーム３１はプラズマ発生ガスの通ｊ５のた
めの貫通する軸線方向オリフィス３４を具えている。

上方スリーブ１７上に取付けられた電極２は、その上端
にトーチ本体１のキャップ１５のねし孔＋５ｂに螺着さ
れるのに適したねじ２Ｊを有する直径ｅの上方スリーブ
１７は電極本体６１によって延長され、その本体６１は
実質的に円筒形であるがその直径は直径ｅより明らかに
小さい。金属電極２は、上方に開いたすなわちトーチ本
体１の内部に向かって開いた軸線方向の盲孔２２を有す
る。その高さの実質的に中間部分には、電極内部から盲
孔２２を通ってノズル３に達するプラズマ発生ガスの通
過を許す少なくとも一つの開口２６が設けられている。

好ましくは、開口（単数または複数）２６は、電極２に
対しては接線方向に配置され、下方オリフィス３４まで
の間隙１９内にプラズマ発生ガスの渦流を生ずる。電極
２の下方の比較的厚い前方壁２７の中心部分には、アー
クの発生を容易にする、たとえばジルコニウムの、イン
サート２８が軸線方向に設置されている。電極２はまた
円筒形インサート６４を含み、円筒形インサート６４は
盲孔２２に軸線方向に取付けられ、プラズマ発生ガスの
循環のためその下端と盲孔２２底部との間に、またその
外壁６５と盲孔２２の壁の間に通路を限定する。

スリーブ１７のそして、スリーブ１７の区域におけるケ
ース１６の内孔の直径は、間隙は別として、ノズル３の
環状フランジ５１の外径Ｃより大きいか又はそれに等し
い。

カートリッジ６０を取付けるとき、スリーブ１８がまず
ケース１６に挿入される。ついで電極２がケース１６の
上部にｔｉ２の上方スリーブ１７を取付けることにより
ケース１６に挿入される。

プラズマトーチが組立てられるとき、上方スリーブ１７
および着脱可能なスカート４がそのねじ２１をトーチ本
体１のキャップ１５のねじ孔１５ｂに螺着される。二つ
の座１１８ｂと１８ｂの距離は、少なくとも下方スリー
ブ１８のノズル３を摺動させて電極２と接触させ、電極
２とノズル３の間にアークをとばすのに必要な距離に等
しい。絶縁管８を通って供給されるプラズマ発生ガスは
トーチ内部に侵入し、トーチ本体１の側方延長部６を通
って延長する管１１内を流れる。ついでキャンプ１５の
内部を移動し、その後インサート６４の電極２の孔２２
内を縦方向に流れる。通過の際、ガスは電極２の下方前
壁２７を冷却する。ついでガスはインサート６４の外壁
と電８ｉｉ２の孔２２の内壁の間を上昇し、電極３から
開口２６を通って接線方向に流出し、ついで一方では電
極２の端部とノズル３によって限定された間隙にそして
、軸方向オリフィス３を通って流れ、他方では下方スリ
ーブ１８とスカート４のケース１６の間の側方通路５２
および５３（第２図）を通って流れる。

このように発生した二つのガス流は実質的にａｔが異な
る。電極とノズルの間の第１の流れは、このノズルに供
給されノズルからオリフィス３４を軸線方向に通って排
出し、プラズマを形成する流量の１０ないし２０％を占
める。第２の流れは残りのガス（供給流量の８０ないし
９０％）に対応し、５２および５３のような種々の通路
を通って流れ、プラズマを形成する中心ジェットを包囲
する多数のジェットの型式でトーチから排出する。

いくつかの応用例において、第１および第２の流れの相
対的割合は実質的に異なる。これらの割合は１対１から
１対１０まで変化するのが好ましい。

電極２への供給電流は、上方導電スリーブ１７と管１１
が溶接された金属キャップ１５の間ｒこ設けられた電気
的接続を経て供給される。

作動に当り、高圧ガスを本発明によるトーチに供給する
際、ノズル３はその座１８ｂにガス圧の作用のみにより
押付けられる。

第２図は第１図の実施例の好ましい実施例（変型）を示
し、第１図と同し要素は同じ参照符号を付しである。第
２図において、電極２は着脱可能であり：ノズル３、ス
カート４のケース１６およびスリーブ１８は相互に連結
されている。このカートリッジの分解を防止しノズル３
の紛失を避けるため、ケース１６の内孔は直径ｅより大
きくノズル３の直径Ｃより大きいかこれに等しい。

ノズル３を挿入した後、ケース１６内に、その直径すが
直径Ｃより小さい内孔２４を有する上方スリーブ１７が
取付けられる。このようにして、そして電極２のない場
合、ノズル３の変位はスリーブ１７の下方部分に設けら
れた肩部１】８ｂによって制限される。下方スリーブ１
８と上方スリーブ１７の距離は、カートリッジがひっく
り返されるとき、肩部５１が肩部１１８ｂに衝突するよ
うなものである。このことはノズル３がその摺動および
案内スリーブ１日から完全に外れることを阻止するもの
である。

上方スリーブ１７は、その上方部分に、電極２の円筒形
肩部２３に対する衝突部として作用する円筒形支持面１
７ｃを限定下る孔を有する。電極２が所定位置にあると
き、その下方部分は第１図に示すカートリッツの電極に
対応する部分と同し位置にある。

この第２の実施例において、電極は、電極の状態を検査
し、場合により、ノズルを交換することなしに電極を交
換すること等が可能である。

側方通路５２．５３は異なった形状、配置のものとする
ことができることが分かるであろうつとくに、それらは
半径方向に配置することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本体及びカートリ、ジが分解された本発明によ
るトーチの種々の構成要素の軸方向断面図。 第２図は第１図に示すカートリッジの変形の図１　トー
チ本体、２−電極、３−ノズル、４−スカート、１３・
電流供給導体、１５−金属キャソプ、　　Ｉ　Ｌ−円筒
形スリーブ、１８ｂ　−座。 ３４−軸線方向オリフィス、６０　カートリッジ、１１
８ｂ−衝突部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部がプラズマ発生ガス源に接続されたトーチ本体
   と、トーチ本体内に設けられて電流供給導線に電気的に
   接続された電極と、プラズマ出口オリフィスを有し前記
   電極に対して対向離間して設けられたプラズマ出口ノズ
   ルとを含むプラズマ溶接および切断トーチであって、前
   記トーチがさらにトーチ本体に連結された環状スカート
   を含み、また、一方では、少なくとも一つの座を他方で
   は、ノズル用後方衝突部を含み、前記ノズルがスカート
   に自由に摺動可能に取付られて座と後方衝突部との間を
   移動し弾性力の作用のみにより座に押付けられるプラズ
   マ溶接および切断トーチ。 ２、スカートがプラスチック材料から作られそのトーチ
   本体に隣接する部分において、トーチ本体の導電要素に
   ねじ込まれた第１の導電スリーブに接続され、ノズルに
   隣接した第１スリーブの下端がノズル用後方衝突部を構
   成する、特許請求の範囲第１項に記載のトーチ。 ３、スカートが、そのノズルに隣接した部分において、
   スカート内部に設置された第２の金属スリーブに連結さ
   れまたノズルが摺動可能に装架され、第２スリーブの上
   部がノズル用前記座を構成する、特許請求範囲第１項ま
   たは第２項に記載のトーチ。 ４、第１の導電スリーブがその内面に電極の座を構成す
   る肩部を有する、特許請求の範囲第２項または第３項に
   記載のトーチ。 ５、スカートおよびノズルが分離することのできないカ
   ートリッジの型式で組立てられている、特許請求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれか１項に記載のトーチ。 ６、スカート、ノズルおよび電極が分離することのでき
   ないカートリッジの型式で組立てられている、特許請求
   の範囲第５項に記載のトーチ。 ７、実質的に添付図面の第１図または第２図を参照して
   記載されかつそれらの図面に図示されたプラズマ溶接お
   よび切断トーチ。