KR20190111110A - 플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 선회 링 및 콘택 요소 - Google Patents

플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 선회 링 및 콘택 요소 Download PDF

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Abstract

플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지는 제1 단부 및 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부를 가지는 카트리지 프레임을 포함하며, 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정하며, 제2 단부는 복수의 별개의 리테이닝 피처들을 포함한다. 소모성 카트리지는 복수의 별개의 리테이닝 피처들에 의해 카트리지 프레임에 고정되고 그리고 카트리지 프레임 내에서 제2 단부의 길이 방향 축을 따라 미리 정해진 거리까지 병진운동가능한 전기 전도성 콘택 요소를 포함하며, 콘택 요소는 코어, 근위 표면, 및 원위 표면을 갖는다. 근위 표면은 플라즈마 아크 토치 내로의 설치시에 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저에 접촉하도록 성형되며, 그리고 원위 표면은 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 플라즈마 아크 토치의 전극에 접촉하도록 성형된다.

Description

플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 선회 링 및 콘택 요소
[0001] 본 출원은, 2017년 2월 9일자로 출원되었고 그리고 발명의 명칭이 “Moving Crown for Cartridge”인 미국 가특허 출원 번호 제62/456,813호의 이익을 주장하며, 이는 이의 전체 내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 발명은 일반적으로, 플라즈마 아크 절단 시스템들 및 공정들의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은, 플라즈마 아크 토치를 작동시키기 위한 개선된 소모성 컴포넌트들(예컨대, 콘택 요소들을 포함하는 선회 링들)에 관한 것이다.
[0003] 플라즈마 아크 토치들은 재료의 절단 및 마킹에서 폭넓게 사용된다. 플라즈마 아크 토치는, 전극 및 토치 본체, 전기 연결부들, 냉각을 위한 통로들, 및 아크 제어 유체들(예컨대, 플라즈마 가스)을 위한 통로들 내에 장착되는 중심 출구 오리피스를 가지는 노즐을 일반적으로 포함한다. 토치는 고온 및 높은 모멘텀을 갖는 가스의 플라즈마 아크, 즉, 제한된 이온화된 제트를 발생시킨다. 토치에서 사용된 가스들은 비반응성(예컨대, 아르곤 또는 질소)이거나, 반응성(예컨대, 산소 또는 공기)일 수 있다. 작동 동안, 파일롯 아크(pilot arc)는 전극(캐소드의 부분)과 노즐(애노드의 부분) 사이에서 우선적으로 생성된다. 파일롯 아크의 생성은 고주파수, DC 전원 공급 장치에 커플링되는 고전압 신호 및 토치에 의한 또는 다양한 시작 방법들 중 임의의 방법에 의한 것일 수 있다. 플라즈마 아크 토치들은 설치 및 작동의 용이성을 위한 하나 이상의 소모성 컴포넌트들(예컨대, 노즐, 전극 및/또는 선회 링)을 포함하는 카트리지들을 활용할 수 있다.
[0004] 도 1 및 도 2는 노즐(104), 차폐부(108), 전극(112), 리테이닝 캡(116), 선회 링(120), 및 고정된 “왕관부” 또는 선회 링(120)에 대해 배치되는 콘택 요소(124)를 가지는 종래 기술의 플라즈마 아크 토치(100)를 위한 카트리지를 도시한다. 이러한 콘택 요소(124)는 선회 링(120)에 대해 이동하지 않으며, 즉, 선회 링(120)에 대해 축 방향으로 고정된다. 콘택 요소(124)는 플라즈마 아크 토치(100)의 플런저(132)로부터 전극(112)으로 절단 전류를 통과시킨다. 플라즈마 절단이 높은 절단 전류를 요구하기 때문에, 견고한 전기 연결은 적합한 작동을 보장하기 위해 그리고 장비를 손상시킬 수 있고 그리고 컴포넌트 수명을 단축시킬 수 있는 아킹(arcing)을 제한하거나 제거하기 위해 플라즈마 아크 토치(100)와 전극(112) 사이에 유지되어야 한다.
[0005] 이러한 “고정식 왕관형” 설계는, (예컨대, 카트리지가 플라즈마 아크 토치(100) 내에 완전히 조여지지 않기 때문에) 콘택 요소(124)가 플런저(132)와의 완전한 콘택 상태에 있지 않을 때의 고장 모드를 갖는다. 이러한 고장 모드에서, 갭(228)은, 도 2에서 도시되는 바와 같이, 콘택 요소(124)와 플런저(132) 사이에서 생성될 수 있다. 이러한 갭(228)은 조악한 전기 연결을 초래하고, 조악한 성능 및 컴포넌트 고장을 유발시킬 수 있다. 또한, 조악한 연결은 캐소드(예컨대, 플런저(132))와 콘택 요소(124) 사이의 아킹으로 이어질 수 있으며, 이 아킹은 단지 하나 이상의 소모성 컴포넌트들 대신에 전체 토치를 파괴할 수 있다. 필요한 것은, 카트리지가 완전히 나사결합되지 않거나 달리 느슨할지라도, 이러한 고장 모드를 회피하고 그리고 플런저(132)와 콘택 요소(124) 사이에서 적합하고 완전한 콘택을 보장하는 소모성 카트리지이다.
[0006] 본 발명은 플라즈마 아크 토치들을 위한 개선된 소모품들(예컨대, 플라즈마 아크 토치 카트리지들 및 콘택 요소들을 포함하는 선회 링들) 및 관련된 작동 방법들에 관한 것이다. 특별히, 도 1 및 도 2에서 도시되고 그리고 설명되는 설계는, 위의 “고정된 왕관부”가 “부유” 콘택 요소로 대체되도록 수정되며, 이 부유 콘택 요소는 토치에서의 설치 및/또는 작동 동안 토치 내에서 미리 정해진 거리(예컨대, 축방향의 길이)를 병진운동하도록 허용되는 카트리지 내에서 별도의 피스(piece)이다. 콘택 요소는 선회 링 또는 카트리지 내에서 스냅 피팅되거나 떨어질 수 있고 그리고 콘택 요소가 자유롭게 미끄러지기에 충분한 공간(또는 “유격”)이 존재하는 특정 영역에 한정될 수 있다. 이러한 구성에서, 토치 캐소드와의 적합하고 완전한 콘택은, 카트리지가 토치 상에 완전히 나사결합되지 않더라도(이 때, 토치 캐소드는 콘택 요소를 축방향 전방으로 편향시킴), 유지될 수 있다. 이러한 구성은 토치를 보호하고, 적합한 전기적 콘택이 토치 내에서 유지되는 것을 보장한다.
[0007] 예를 들어, 하나의 실시예는, 콘택 요소가 토치에서의 설치 동안 결함이 있는 영역에서 축 방향으로 이동하는 것을 허용하는 “스냅 피트(snap fit)” 설계를 포함한다. 따라서, 선회 링에 강성으로 고정되는 것 대신에, 콘택 요소는 선회 링 내에 트랙 또는 하나의 세트의 트랙들 내에 위치되고, 갭이 존재한다면 (예컨대, 조여지지 않은 나사 때문에), 콘택 요소를 토치를 향해 미는 스프링에 의해 편향된다. 적합한 조립 동안, 캐소드는 콘택 요소를 약간 전방으로 전극을 향해 밀 것이지만, 여전히 파일로팅하기(piloting) 위한 갭을 유지할 것이다. 절단 및 아크 점화 동안 압축되어 있는 스프링 및 갭은 선회 링 및 플레넘에서 가스 힘의 결과이다. 콘택 요소의 이동의 이러한 자유는, 카트리지 회전 및 설치의 수개의 단계들을 통해 캐소드와의 적합한 정합을 보장한다.
[0008] 일 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지를 특징으로 한다. 소모성 카트리지는 제1 단부 및 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부를 가지는 카트리지 프레임을 포함한다. 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정한다. 제2 단부는 복수의 별개의 리테이닝 피처들을 포함한다. 소모성 카트리지는 또한, 복수의 별개의 리테이닝 피처들에 의해 카트리지 프레임에 고정되고 그리고 카트리지 프레임 내에서 제2 단부의 길이 방향 축을 따라 미리 정해진 거리까지 병진운동가능한 전기 전도성 콘택 요소를 포함한다. 콘택 요소는 코어, 근위 표면, 및 원위 표면을 갖는다. 근위 표면은 플라즈마 아크 토치 내로의 설치시에 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저에 접촉하도록 성형된다. 원위 표면은 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 플라즈마 아크 토치의 전극에 접촉하도록 성형된다.
[0009] 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처는 플라즈마 아크 토치의 토치 본체에 고정되는 카트리지 프레임, 카트리지 또는 리테이닝 캡의 존재를 감지하기 위한 스위치에 맞물리도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처는 콘택 요소와 인터페이싱하기(interfacing) 위한 안내 트랙(guide track)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처와 인터페이싱하기 위한 적어도 하나의 안내 채널을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들은 하나 이상의 축방향 정지부들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 카트리지 프레임은 플라즈마 아크 토치의 선회 링 또는 선회 피처를 형성하며, 카트리지 프레임의 제1 단부는, 카트리지 프레임의 내부 표면과 카트리지 프레임의 외부 표면을 유체식으로 연결시키는 하나의 세트의 통로들을 포함한다.
[0010] 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 카트리지 프레임에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처(snap fit feature)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전극은 카트리지 프레임 내에 배치되며, 이 전극은 콘택 요소를 플라즈마 아크 토치의 캐소드를 향해 편향시키도록 구성되는 스프링과 상호작용한다(예컨대, 포함함). 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 토치 플런저와 접촉할 때 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 길이 방향 축을 따라 미끄러지도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들은 콘택 요소에 정합되게 맞물리도록 그리고 콘택 요소의 병진운동 경로를 카트리지 프레임 내에 규정하도록 성형된다. 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들 및 콘택 요소는 하나의 세트의 통기 통로들(vent passages)을 규정한다. 일부 실시예들에서, 병진운동 경로는 콘택 요소와 카트리지 프레임 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들(interface surfaces)을 갖는다.
[0011] 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 스캘럽형 에지들(scalloped edges)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 코어와 일체로 형성되는 캡 피처를 포함한다. 일부 실시예들에서, 카트리지 프레임은 열가소성 플라스틱으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 카트리지 프레임은 몰딩된다(molded). 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 소모성 카트리지 내에서 전극으로부터 물리적으로 분리된다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는, 플라즈마 아크 토치가 작동 상태가 아닐 때, 전극과의 직접적인 물리적 콘택으로부터 제거된다. 일부 실시예들에서, 근위 표면과 원위 표면 사이의 두께는 코어의 주변부의 두께의 적어도 2배이다.
[0012] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링을 특징으로 한다. 선회 링은 플라즈마 아크 토치의 전극에 정합되게 맞물리도록 성형되는 본체를 포함한다. 본체는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정한다. 본체는 또한, 길이 방향 축의 방향으로 제2 단부로부터 연장하는 하나의 세트의 돌기들을 포함한다. 적어도 하나의 돌기는 내부 안내 트랙을 포함한다. 선회 링은 또한, 세트의 돌기들에 의해 한정되는 전기 전도성 콘택 요소를 포함한다. 콘택 요소는 적어도 하나의 안내 트랙에 대해 상보적인 적어도 하나의 안내 채널을 포함한다. 선회 링과의 콘택 요소의 정렬은 적어도 하나의 안내 트랙과의 적어도 하나의 안내 채널의 상호작용에 의해 용이하게 된다.
[0013] 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 돌기는, 콘택 요소가 플라즈마 아크 토치의 정상 작동 동안 점유할 수 있는 영역을 규정한다. 일부 실시예들에서, 제1 단부는, 선회 링의 내부 표면과 선회 링의 외부 표면을 유체식으로 연결시키는 하나의 세트의 통로들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 선회 링의 본체에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처(snap fit feature)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 전극은, 콘택 요소를 플라즈마 아크 토치의 캐소드를 향해 편향시키도록 구성되는 스프링과 상호작용하거나 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 플라즈마 아크 토치의 플런저와 접촉할 때 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 길이 방향 축을 따라 미끄러지도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 돌기들은 대략 5 내지 7밀리미터의 선형 높이를 갖는다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 돌기들은 대략 1 내지 3밀리미터의 선형 폭을 갖는다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 돌기들은 대략 6 내지 8밀리미터의 선형 길이를 갖는다.
[0014] 일부 실시예들에서, 세트의 돌기들은 콘택 요소를 위한 병진운동 경로를 규정한다. 일부 실시예들에서, 선회 링 및 콘택 요소는 하나의 세트의 통기 통로들을 규정한다. 일부 실시예들에서, 병진운동 경로는 콘택 요소와 선회 링 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 스캘럽형 에지들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 실질적으로 균일한 횡단면 두께를 갖는다. 일부 실시예들에서, 선회 링은 열가소성 플라스틱으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 선회 링은 몰딩된다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는, 플라즈마 아크 토치가 작동 상태가 아닐 때, 전극와의 직접적인 물리적 콘택으로부터 제거된다.
[0015] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링을 특징으로 한다. 선회 링은 플라즈마 아크 토치의 전극을 적어도 부분적으로 둘러싸고 그리고 이 전극에 정합되게 맞물리도록 구성되는 본체를 포함한다. 본체는 제1 단부 및 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부를 포함한다. 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정한다. 본체는 또한, 길이 방향 축의 방향으로 제2 단부로부터 연장하는 하나의 세트의 돌기들을 포함한다. 돌기들 중 적어도 하나는 플라즈마 아크 토치의 선회 링 또는 리테이닝 캡의 존재를 감지하기 위한 스위치에 맞물리도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 하나의 세트의 몰딩된 선회 홀들은 선회 링의 본체 내에 일체로 형성된다. 일부 실시예들에서, 선회 링은 압착된(crimped on) 통합형 노즐을 포함한다. 일부 실시예들에서, 선회 링은, 세트의 돌기들 내에 한정된 전기 전도성 콘택 요소를 포함하며, 여기서 세트의 돌기들은 하나의 세트의 안내 트랙들을 포함하며, 그리고 콘택 요소는 세트의 안내 트랙들에 대해 상보적인 하나의 세트의 안내 채널들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 세트의 돌기들은 콘택 요소를 한정하기 위해 리테이닝 피처를 포함한다.
[0016] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지를 특징으로 한다. 소모성 카트리지는 카트리지 프레임 및 카트리지 프레임에 의해 한정된 전기 전도성 콘택 요소를 포함한다. 소모성 카트리지는 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 콘택 요소를 플라즈마 아크 토치 내로 잠금하기 위한 수단을 더 포함한다. 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지를 특징으로 한다. 소모성 카트리지는 카트리지 프레임을 포함한다. 소모성 카트리지(예컨대, 프레임)는 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 플라즈마 아크 토치의 소모성 감지 피처에 맞물리기 위한 수단을 더 포함한다.
[0017] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치의 작동 방법을 특징으로 한다. 본 방법은 소모성 카트리지를 플라즈마 아크 토치에 설치하는 단계를 포함한다. 소모성 카트리지는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 카트리지 프레임을 갖는다. 소모성 카트리지는 카트리지 프레임에 의해 한정된 전기 전도성 콘택 요소를 포함한다. 본 방법은 또한, 일단 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저와 콘택이 이루어진다면, 콘택 요소를 길이 방향 축을 따라 제1 단부를 향해 제1 방향으로 병진운동시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 플라즈마 아크 토치의 전극을 길이 방향 축을 따라 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 병진운동시키는 단계를 포함한다. 전극은 플라즈마 아크 토치의 플라즈마(예컨대, 절단 또는 가우징(gouging)) 작동 동안 콘택 요소에 접촉한다. 콘택 요소는, 플라즈마 아크 토치가 플라즈마 작동을 수행하고 있지 않을 때 전극으로부터 분리된다.
[0018] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법을 특징으로 한다. 본 방법은, 플라즈마 아크 토치의 전극에 정합되게 맞물리도록 성형되는 본체를 가지는 선회 링을 제공하는 단계를 포함한다. 본체는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 포함한다. 본체는 또한, 길이 방향 축의 방향을 따라 제2 단부로부터 연장하는 하나의 세트의 돌기들을 포함한다. 세트의 돌기들은 하나의 세트의 안내 트랙들을 포함한다. 본 방법은 또한, 선회 링의 세트의 안내 트랙들에 대해 상보적인 하나의 세트의 안내 채널들을 가지는 전기 전도성 콘택 요소를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 콘택 요소를 선회 링에 설치하는 단계를 포함하며, 콘택 요소의 안내 채널들은 선회 링의 세트의 안내 트랙들에 정합되게 맞물린다. 선회 링 내로의 콘택 요소의 설치 동안, 노즐이 선회 링의 제1 단부에 부착될 때까지, 콘택 요소는 고정된 거리를 길이 방향 축을 따라 선회 링 내에서 병진운동한다. 설치 후에, 콘택 요소는 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에 고정되게 유지된다(예컨대, 영역 내에 한정되지만, 영역 내에서 축방향으로 자유롭게 이동함). 일부 실시예들에서, 설치 후에, 콘택 요소는 고정된 거리를 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에서 길이 방향 축을 따라 병진운동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 단부의 방향으로의 콘택 요소의 병진운동은 돌기들 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 배치되는 적어도 하나의 리테이닝 피처에 의해 제한된다.
[0019] 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지를 특징으로 한다. 소모성 카트리지는 플라즈마 아크 토치의 전극을 적어도 부분적으로 둘러싸고 그리고 이 전극에 정합되게 맞물리도록 구성되는 본체를 포함한다. 본체는 원위의 제1 단부 및 제1 단부의 반대편에 있는 근위의 제2 단부를 포함한다. 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정한다. 소모성 카트리지는 또한, 플라즈마 아크 토치의 본체와 안전 스위치 사이에 포지셔닝되도록 구성되는 중간 컴포넌트를 포함하며, 중간 컴포넌트는 중간 컴포넌트의 근위 단부에 부착되는 적어도 하나의 별개의 돌기를 포함하며, 별개의 돌기는 근위 단부로부터 중간 컴포넌트로 길이 방향 축의 방향으로 연장한다. 적어도 하나의 별개의 돌기는 안전 스위치에 의해 플라즈마 아크 토치의 소모품(예컨대, 선회 링 또는 리테이닝 캡)의 존재를 감지함으로써 플라즈마 아크 토치의 작동을 가능하게 하도록 구성된다. 다른 양태에서, 본 발명은 플라즈마 아크 절단 토치의 작동을 가능하게 하는 방법을 특징으로 한다. 본 방법은, 돌기를 토치 카트리지의 본체 상에 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한, 토치 카트리지를 플라즈마 아크 토치에 설치하는 단계를 포함하며, 돌기는 플라즈마 아크 토치의 소모품(예컨대, 선회 링 또는 리테이닝 캡)의 존재를 감지하기 위한 안전 스위치를 활성화시킨다.
[0020] 일부 실시예들에서, 카트리지는 카트리지의 선회 링 내에 동적으로 위치되는 “부유 왕관부”를 가지는 스프링 전극을 포함한다. 일부 실시예들에서, 작동 상태가 아닐 때, 부유 왕관부는 전극과의 직접적인 물리적 콘택 상태가 아니다(예컨대, 상기 2개를 연결하는 스프링에만 단지 접촉함). 일부 실시예들에서, 선회 링 및 부유 왕관부는 상보적인 트랙들 또는 안내부들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 부유 왕관부는, 비쌀 수 있고 그리고/또는 기계가공하기에 어려울 것인 다수의 탭들 및/또는 슬롯들을 갖는 비원형 형상을 갖는다. 일부 실시예에서, 부가의 세트의 정렬 표면들은 토치 내에서 전기적인 콘택들에 영향을 준다(특정 이전의 실시예에서, 전극, 콘택 요소, 및 플런저는 이러한 표면들 제공하였던, 반면 여기서 선회 링은 또한 이러한 표면들을 제공함). 일부 실시예들에서, 설치가 발생하는 경우, 일단 토치 플런저와 콘택이 이루어진다면, 왕관부는 축방향 전방으로 병진운동하며, 그리고 그 후, 점화할(firing) 때, 전극은 점화하기 위해 부유 왕관부로 뒤로 병진운동한다. 일부 실시예들에서, 본원에 설명되는 하나 이상의 구성들은 개선된 소모성 정렬체를 초래한다. 일부 실시예들에서, 본원에 설명되는 하나 이상의 구성들은, 심지어 불완전한 설치 동안, 플런저와 전극 사이에 보다 신뢰가능한 콘택 또는 연결을 제공하며, 이는 보다 빠른 소모성 변경들 및 비용에서의 감소를 가능하게 한다.
[0021] 이전의 논의는, 첨부 도면들과 연계하여 취해질 때 본 발명의 하기의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
[0022] 도 1은 적합하게 설치된 “고정식 왕관형” 카트리지를 갖는 종래 기술의 플라즈마 아크 토치의 단면도이다.
[0023] 도 2는 부적합하게 설치된 “고정식 왕관형” 카트리지를 갖는 종래 기술의 플라즈마 아크 토치의 단면도이다.
[0024] 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치 안에 설치되는 “부유식 왕관부” 또는 콘택 요소를 포함하는 카트리지를 갖는 플라즈마 아크 토치의 단면도이다.
[0025] 도 4a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 선회 링 안에 설치되는 “부유식 왕관부” 또는 콘택 요소를 가지는 선회 링의 단면도이다.
[0026] 도 4b는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 선회 링의 길이 방향 축을 중심으로 90도만큼 회전된 도 4a의 선회 링의 측면도이다.
[0027] 도 5a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치 카트리지 안에 설치되는 전극 및 콘택 요소를 가지는 플라즈마 아크 토치 카트리지의 측면도이다.
[0028] 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 5a의 플라즈마 아크 토치 카트리지의 평면도이다.
[0029] 도 5c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 5a의 플라즈마 아크 토치 카트리지의 단면도이다.
[0030] 도 5d는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 5a의 플라즈마 아크 토치 카트리지의 분해도이다.
[0031] 도 6a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 5a 내지 도 5d에서 도시되는 플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 콘택 요소의 사시도이다.
[0032] 도 6b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 스캘럽형(scalloped) 에지들을 가지는 플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 콘택 요소의 평면도이다.
[0033] 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치의 작동 방법을 예시하는 흐름 선도이다.
[0034] 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법을 예시하는 흐름 선도이다.
[0035] 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치(300) 안에 설치되는 “부유식 왕관부” 또는 전기 전도성 콘택 요소(308)를 포함하는 카트리지(304)를 갖는 플라즈마 아크 토치(300)의 단면도이다. 플라즈마 아크 토치(300)는 노즐(312), 차폐부(316), 전극(320), 리테이닝 캡(retaining cap)(324), 및 선회 링(328)을 갖는다. 플라즈마 아크 토치(300)에 설치된 콘택 요소(308)는, 콘택 요소(308)를 플런저(캐소드)(332)를 향해 축방향 후방으로 편향시키도록 구성되는 전극(320)의 스프링(332)을 포함한다. 적합한 조립 동안, 캐소드(332)는 콘택 요소(308)를 약간 전방으로 전극(320)을 향해 밀 것이지만, 여전히 작동의 시작 동안 파일로팅(piloting) 및 아크 생성을 위해 전극(320)과 콘택 요소(308) 사이에 갭을 유지할 것이다. 절단 및/또는 아크 점화(arc ignition) 동안, 이러한 갭 및 스프링은 선회 링(328) (및/또는 플레넘) 내에 가스 힘들의 결과로서 완전히 압축될 것이다. 도 1 및 도 2에서 도시되는 종래 기술의 실시예와는 대조적으로, 콘택 요소(308)의 이동의 이러한 자유는 카트리지 회전 및 설치의 수개의 단계들을 통해 캐소드(332)와의 적합한 정합을 보장한다.
[0036] 도 4a는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 선회 링 내에 설치되는 “부유 왕관부” 또는 전기 전도성 콘택 요소(308)를 가지는 선회 링(328)(예컨대, 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지)의 단면도이며, 그리고 도 4b는 선회 링(328)의 길이 방향 축(404)을 중심으로 90도만큼 회전된 도 4a의 선회 링의 측면도이다. 선회 링(328)은 제1 단부(408) 및 제1 단부(408)의 반대편에 있는 제2 단부(412)를 가지는 본체(404)(예컨대, 카트리지 프레임)를 가지며, 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축(416)을 규정한다. 제2 단부(412)는 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)을 포함한다. 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)은 제2 단부(412)에서 돌출부들, 팽창부들 또는 길이 방향 연장부들의 형상을 취하는 돌기들일 수 있다. 이러한 실시예에서, 정반대편에 있는 2개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)이 존재하지만, 다른 실시예들에서, 3개, 4개, 또는 상이한 갯수를 포함하는 다른 갯수의 별개의 리테이닝 피처들이 존재한다.
[0037] 콘택 요소(308)는 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)에 의해 본체(404)에 고정된다. 콘택 요소(308)는 코어(428), 근위 표면(432), 및 원위 표면(436)을 갖는다. 근위 표면(432)은 플라즈마 아크 토치 내로의 설치시에 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저(예컨대, 도 3에서 도시되고 그리고 설명되는 캐소드(332))에 접촉하도록 성형된다. 원위 표면(436)은 플라즈마 아크 토치의 작동시에 플라즈마 아크 토치의 전극(예컨대, 도 3에서 도시되고 그리고 설명되는 전극(320))에 접촉하도록 성형된다. 콘택 요소(308)는 전극(320)으로부터 물리적으로 분리되고, 플라즈마 아크 토치(300)가 작동 상태가 아닐 때, 전극(320)과 직접적 물리적인 콘택으로부터 제거된다. 콘택 요소(308)는 제2 단부(412)에서 미리 정해진 거리(424)까지 본체(404) 내에서 길이 방향 축(416)을 따라 병진운동가능하다. 콘택 요소(308)는 황동, 구리, 및/또는 다른 전도성 재료로부터 제조될 수 있다.
[0038] 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처(또는 돌기)는 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 플라즈마 아크 토치의 소모성 감지 피처(예컨대, 스위치(334))에 맞물리기 위한 수단을 포함할 수 있다. 소모성 감지 피처는, 도 3에서 도시되는 바와 같이, 플라즈마 아크 토치의 토치 본체에 고정되는 소모품(예컨대, 리테이닝 캡(324)의 존재를 감지하기 위한 것일 수 있다. 또한, 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처(도시되는 바와 같이, 각각의 개별의 리테이닝 피처)는 콘택 요소(308)와 인터페이싱하기 위한 안내 트랙(440)을 포함한다. 콘택 요소(308)는 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)에서 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처와 인터페이싱하기 위한 적어도 하나의 상보적 안내 채널(444)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)은, 예컨대, 콘택 요소(308)를 카트리지 내로 잠금하기 위한 수단으로서의 역할을 하는 하나 이상의 축방향 정지부들(448A, 448B)(또는 “립” 피처들)을 포함할 수 있다. 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B)은 콘택 요소(308)에 정합되게 맞물리도록 그리고 본체 내에서 콘택 요소(308)의 (예컨대, 미리 정해진 거리(424)에 대응하는) 병진운동 경로를 규정하도록 성형된다. 병진운동 경로는, 콘택 요소(308)와 본체(404) 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들을 갖는다.
[0039] 본체(404)는 플라즈마 아크 토치의 선회 링 또는 선회 피처를 형성할 수 있다. 본체(404)의 제1 단부는, 본체(404)의 내부 표면(456)과 본체(404)의 외부 표면(460)을 유체식으로 연결하는 하나의 세트의 통로들(예컨대, 통로들(452A, 452B, 452C) 등)을 포함한다. 콘택 요소(308)는 본체(404)에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처(snap fit feature)(464)를 포함할 수 있다. 콘택 요소(308)는 토치 플런저(332)와 접촉할 때 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 길이 방향 축(416)을 따라 미끄러지도록 구성될 수 있다. 복수의 별개의 리테이닝 피처들(420A, 420B) 및 콘택 요소(308)는 하나의 세트의 통기 통로들(468A, 468B)을 규정한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소는 (예컨대, 도 6a에서 아래에 도시되는 바와 같이) 코어와 일체로 형성되는 “캡” 피처를 포함한다. 일부 실시예들에서, 콘택 요소(308)는 (예컨대, 도 6b에서 아래에서 도시되는 바와 같이) 스캘럽형 에지들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 본체(404)는 열가소성 플라스틱으로 형성되고 그리고/또는 몰딩된다.
[0040] 도 3 그리고 도 4a 및 도 4b에서 도시되는 본 발명의 실시예는 도 1 및 도 2의 “고정식 왕관형” 카트리지 설계와 비교하여 검사되었다. 검사 동안, 각각의 셋업을 위한 카트리지 나사는 거의 0.040인치의 갭을 생성하도록 약간 조여지지 않은 상태로 남겨졌다. 각각의 시스템은 가우징(gouging) 모드로 동작되었으며, 이는 보다 낮은 가스 압력 및 아킹(arcing)의 보다 높은 위험을 제공한다. 도 1 및 도 2의 “고정식 왕관형” 카트리지 설계를 위해, 12번 중 2번의 검사 경우들은 실패했고, 그리고 2개의 검사 경우들 중 하나에서, 토치는 완전히 연소되고 파괴되었다. 비교에 의해, 동일한 검사들은 도 3 및 도 4a 및 도 4b에서 도시되는 “부유 왕관형” 실시예로 동작되었을 때, 토치는 손상 없이 항상 검사를 통과했으며, 이는 도 3 그리고 도 4a 및 도 4b의 실시예가 더 견고한 토치 및 소모성 설계를 제공하는 것을 나타낸다.
[0041] 도 5a 내지 도 5d는, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치에 설치되는 콘택 요소(540)를 가지는 플라즈마 아크 토치를 위한 다른 소모성 카트리지(500)의 다양한 도면들을 도시한다(도 5a는 측면도를 도시하며; 도 5b는 평면도를 도시하며; 도 5c는 단면도를 도시하며; 도 5d는 분해도를 도시함). 이러한 소모성 카트리지(500)의 요소들은 도 4a 및 도 4b에서 도시되고 전술된 것들과 실질적으로 유사할 수 있다. 소모성 카트리지(500)는 본체(524)를 가지는 선회 링(508)을 포함한다. 본체는 제1 단부(512) 및 제1 단부(512)의 반대편에 있는 제2 단부(516)를 포함하며, 제1 및 제2 단부들(512, 516)은 길이 방향 축(520)을 규정한다. 본체(524)는 플라즈마 아크 토치의 전극(528)에 정합되게 맞물리도록 성형된다. 본체(524)는 길이 방향 축(520)의 방향으로 제2 단부(516)로부터 연장하는 하나의 세트의 돌기들(532A, 532B)을 포함한다. 적어도 하나의 돌기(532A, 532B)는 내부 안내 트랙(536A, 536B)을 포함한다. 선회 링(508)은 또한, 돌기들(532A, 532B)의 세트에 의해 한정되는 전기 전도성 콘택 요소(540)를 포함한다. 콘택 요소(540)는 적어도 하나의 안내 트랙(536A, 536B)에 대해 상보적인 적어도 하나의 안내 채널(544A, 544B)을 포함한다. 선회 링(508)과의 콘택 요소(540)의 정렬은 적어도 하나의 안내 트랙(536A, 536B)과의 적어도 하나의 안내 채널(544A, 544B)의 상호작용에 의해 용이하게 된다.
[0042] 적어도 하나의 돌기(532A, 532B)는, 콘택 요소(540)가 플라즈마 아크 토치의 정상 작동 동안 점유할 수 있는 영역(548)을 규정한다. 제1 단부(512)는, 선회 링(508)의 내부 표면(556)과 선회 링(508)의 외부 표면(560)을 유체적으로 연결하는 하나의 세트의 통로들(예컨대, 552A, 552B, 552C, 및 유사한 통로들)을 포함한다. 콘택 요소(540)는, 선회 링(508)의 본체에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처를 포함할 수 있다(예컨대, 이 콘택 요소는 돌기들 내에 스냅결합할 수 있고, 스냅 피트 피처에 의해 소모성 카트리지(500) 내에 리테이닝될 수 있음). 전극(528)은, 콘택 요소(540)를 플라즈마 아크 토치의 캐소드를 향해 편향시키도록 구성되는 스프링(564)을 포함한다. 콘택 요소(540)는 플라즈마 아크 토치의 플런저와 접촉할 때 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 길이 방향 축(520)을 따라 미끄러지도록 구성된다. 돌기들(532A, 532B)의 세트는 콘택 요소(540)를 위한 병진운동 경로를 (예컨대, 영역(548) 내에 그리고 영역(548)에 한정됨) 규정한다. 돌기들(532A, 532B)의 세트 및 콘택 요소(540)는 하나의 세트의 통기 통로들(568A, 568B)을 규정한다. 병진운동 경로는, 콘택 요소(540)와 선회 링(508) 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들(572A, 572B)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 돌기들(532A, 532B)의 세트에서의 하나 이상의 돌기들은 다음과 같은 선형 치수들 중 하나 이상, 예컨대, 대략 6.3밀리미터, 또는 선택적으로 대략 6.1 내지 6.5밀리미터, 또는 선택적으로 대략 5 내지 7밀리미터의 (예컨대, 길이 방향 축의 방향으로의) 높이; 대략 2.0밀리미터, 또는 선택적으로 대략 1.8 내지 2.2밀리미터, 또는 선택적으로 대략 1 내지 3밀리미터 (예컨대, 소모성 카트리지의 반경 방향으로의) 폭; 및/또는 대략 6.9밀리미터, 또는 선택적으로 대략 6.7 내지 7.1밀리미터, 또는 선택적으로 대략 6 내지 8밀리미터의 (예컨대, 폭 및 높이 둘 모두에 대해 수직인 방향으로의) 길이를 가질 수 있다.
[0043] 도 6a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 도 5a 내지 도 5d에서 도시되는 플라즈마 아크 토치 카트리지를 위한 콘택 요소(540)의 사시도이다. 이러한 콘택 요소(540)는 전기 전도성이 있다. 콘택 요소(540)는 코어(604)(예컨대, 중실형 코어 또는 중공형 코어) 및 캡(608)을 갖는다. 캡(608)은, 플라즈마 아크 토치 카트리지의 선회 링(예컨대, 선회 링(508)과 정렬하기 위한 하나 이상의 위치 표면들(612A, 612B) 및 선회 링의 상보적 돌기들과의 인터록킹하기 위한 하나 이상의 채널들(616)을 포함한다. 콘택 요소(540)는, 선회 링의 하나 이상의 돌기들과 맞물렸을 때 하나의 세트의 통기 통로들을 규정하기 위한 하나 이상의 추가의 채널들(620)을 갖는다. 콘택 요소(540)는 하나 이상의 채널들(616) 및 추가의 채널(620) (둘 모두는 미도시됨) 각각을 위한 콘택 요소(540)의 (예컨대, 180도만큼 반대에 있는) 대향 단부 상에 유사한 하나의 세트의 피처들을 가질 수 있다. 도 6b는 일부 차이들을 갖는 유사한 콘택 요소(650)를 도시한다. 하나의 명백한 차이는, 통기 통로들을 형성하기 위한 채널들(654A, 654B)이, 정사각형 또는 각진 에지들보다 오히려, 스캘럽형 에지들을 갖는다는 점이다. 당업자는, 다른 형상들 및 구성들이 또한 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
[0044] 도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치의 작동 방법(700)을 예시하는 흐름 선도이다. 제1 단계(705)에서, 소모성 카트리지는 플라즈마 아크 토치를 위해 제공되며, 소모성 카트리지는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 카트리지 프레임을 가지며, 소모성 카트리지는 카트리지 프레임에 의해 한정되는 전기 전도성 콘택 요소를 포함한다. 제2 단계(710)에서, 소모성 카트리지는 플라즈마 아크 토치에 설치되며, 일단 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저와 콘택이 이루어진다면, 콘택 요소는 길이 방향 축을 따라 제1 단부를 향해 제1 방향으로 병진운동된다. 제3 단계(715)에서, 플라즈마 아크 토치의 전극은 길이 방향 축을 따라 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 병진운동되며, 전극은 플라즈마 아크 토치의 절단 작동 동안 콘택 요소에 접촉한다. 콘택 요소는, 플라즈마 아크 토치가 절단 작동을 수행하고 있지 않을 때 전극으로부터 분리된다.
[0045] 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법(800)을 예시하는 흐름 선도이다. 제1 단계(805)에서, 플라즈마 아크 토치의 전극에 정합되게 맞물리도록 성형되는 본체를 가지는 선회 링이 제공되며, 이 본체는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 그리고 하나의 세트의 돌기들은 제2 단부로부터 길이 방향 축의 방향을 따라 연장하며, 세트의 돌기들은 하나의 세트의 안내 트랙들을 포함한다. 제2 단계(810)에서, 선회 링의 세트의 안내 트랙들에 대해 상보적인 하나의 세트의 안내 채널들을 가지는 전기 전도성 콘택 요소가 제공된다. 제3 단계(815)에서, 콘택 요소는 선회 링에 설치되며, 콘택 요소의 안내 채널들은 선회 링의 세트의 안내 트랙들에 정합되게 맞물린다. 선회 링 내로의 콘택 요소의 설치 동안, 콘택 요소는 고정된 거리를 길이 방향 축을 따라 선회 링 내에서 병진운동하며, 그리고 여기서 설치 후에, 콘택 요소는 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에 고정되게 유지된다. 일부 실시예들에서, 설치 후에, 콘택 요소는 고정된 거리를 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에서 길이 방향 축을 따라 병진운동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 단부의 방향으로의 콘택 요소의 병진운동은 돌기들 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 배치되는 적어도 하나의 리테이닝 피처에 의해 제한된다.
[0046] 본 발명이 특히 특정 바람직한 실시예들을 참조하여 도시되고 설명되었지만, 형태 및 상세의 다양한 변형예들이 하기의 청구항들에 의해 규정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명에서 만들어질 수 있음이 당업자들에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (38)

  1. 플라즈마 아크 토치(plasma arc torch)를 위한 소모성 카트리지(consumable cartridge)로서,
    상기 소모성 카트리지는,
    제1 단부 및 상기 제1 단부의 반대편에 있는 제2 단부를 가지는 카트리지 프레임(cartridge frame) ─ 상기 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정하며(define), 상기 제2 단부는 복수의 별개의 리테이닝 피처들(retaining features)을 포함함 ─; 및
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들에 의해 상기 카트리지 프레임에 고정되고 그리고 상기 카트리지 프레임 내에서 상기 제2 단부의 길이 방향 축을 따라 미리 정해진 거리까지 병진운동가능한 전기 전도성 콘택 요소(electrically conductive contact element)를 포함하며, 상기 콘택 요소는 코어(core), 근위 표면(proximal surface), 및 원위 표면(distal surface)을 가지고,
    상기 근위 표면은 상기 플라즈마 아크 토치 내로의 설치시에 상기 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저에 접촉하도록 성형되며, 그리고 상기 원위 표면은 상기 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 상기 플라즈마 아크 토치의 전극에 접촉하도록 성형되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처는, 상기 플라즈마 아크 토치의 토치 본체에 고정되는 카트리지 프레임 또는 카트리지의 존재를 감지하기 위한 스위치에 맞물리도록 구성되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처는, 상기 콘택 요소와 인터페이싱하기(interfacing) 위한 안내 트랙(guide track)을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들에서의 상기 적어도 하나의 별개의 리테이닝 피처와 인터페이싱하기 위한 적어도 하나의 안내 채널을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들은 하나 이상의 축방향 정지부들을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지 프레임은 상기 플라즈마 아크 토치의 선회 링 또는 선회 피처를 형성하며, 상기 카트리지 프레임의 제1 단부는, 상기 카트리지 프레임의 내부 표면과 상기 카트리지 프레임의 외부 표면을 유체식으로 연결시키는 하나의 세트의 통로들을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 카트리지 프레임에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처(snap fit feature)를 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지 프레임 내에 배치되는 전극을 더 포함하며, 상기 전극은, 상기 콘택 요소를 상기 플라즈마 아크 토치의 캐소드를 향해 편향시키도록 구성되는 스프링과 상호작용하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 토치 플런저와 접촉할 때 상기 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 상기 길이 방향 축을 따라 미끄러지도록 구성되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들은 상기 콘택 요소에 정합되게(matingly) 맞물리도록 그리고 상기 콘택 요소의 병진운동 경로를 상기 카트리지 프레임 내에 규정하도록 성형되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 별개의 리테이닝 피처들 및 상기 콘택 요소는 하나의 세트의 통기 통로들(vent passages)을 규정하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 병진운동 경로는 상기 콘택 요소와 상기 카트리지 프레임 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들(interface surfaces)을 가지는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 스캘럽형 에지들(scalloped edges)을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 코어와 일체로 형성되는 캡 피처(cap feature)를 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지 프레임은 열가소성 플라스틱으로 형성되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 카트리지 프레임은 몰딩되는(molded),
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 소모성 카트리지 내에서 전극으로부터 물리적으로 분리되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는, 상기 플라즈마 아크 토치가 작동 상태가 아닐 때, 상기 전극과의 직접적인 물리적 콘택으로부터 제거되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 근위 표면과 상기 원위 표면 사이의 두께는 상기 코어의 주변부의 두께의 적어도 2배인,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  20. 플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링으로서,
    상기 선회 링은,
    상기 플라즈마 아크 토치의 전극에 정합되게 맞물리도록 성형되는 본체 ─ 상기 본체는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 제1 및 제2 단부들은 길이 방향 축을 규정하고, 그리고 적어도 하나의 돌기는 상기 길이 방향 축의 방향으로 상기 제2 단부로부터 연장하며, 상기 적어도 하나의 돌기는 내부 안내 트랙을 포함함 ─; 및
    상기 적어도 하나의 돌기에 의해 한정된(confined) 전기 전도성 콘택 요소를 포함하며, 상기 콘택 요소는 상기 적어도 하나의 안내 트랙에 상보적인 적어도 하나의 안내 채널을 포함하고,
    상기 선회 링과의 상기 콘택 요소의 정렬은 상기 적어도 하나의 안내 트랙과의 적어도 하나의 안내 채널의 상호작용에 의해 용이하게 되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌기는, 상기 콘택 요소가 상기 플라즈마 아크 토치의 정상 작동 동안 점유할 수 있는 영역을 규정하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 단부는, 상기 선회 링의 내부 표면과 상기 선회 링의 외부 표면을 유체식으로 연결시키는 하나의 세트의 통로들을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  23. 제20 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 상기 선회 링의 본체에 커플링하기 위한 스냅 피트 피처를 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  24. 제20 항에 있어서,
    상기 전극은, 상기 콘택 요소를 상기 플라즈마 아크 토치의 캐소드를 향해 편향시키도록 구성되는 스프링과 상호작용하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  25. 제20 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는, 상기 플라즈마 아크 토치의 플런저와 접촉할 때 상기 플라즈마 아크 토치에서의 설치 동안 상기 길이 방향 축을 따라 미끄러지도록 구성되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  26. 제20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 돌기는 상기 콘택 요소를 위한 병진운동 경로를 규정하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  27. 제20 항에 있어서,
    상기 선회 링 및 상기 콘택 요소는 하나의 세트의 통기 통로들을 규정하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 병진운동 경로는, 상기 콘택 요소와 상기 선회 링 사이에 2개 이상의 반경 방향 인터페이스 표면들을 가지는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  29. 제20 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 스캘럽형 에지들을 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  30. 제20 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는 실질적으로 균일한 횡단면 두께를 가지는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  31. 제20 항에 있어서,
    상기 선회 링은 열가소성 플라스틱으로 형성되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  32. 제20 항에 있어서,
    상기 선회 링은 몰딩되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  33. 제20 항에 있어서,
    상기 콘택 요소는, 상기 플라즈마 아크 토치가 작동 상태가 아닐 때, 상기 전극와의 직접적인 물리적 콘택으로부터 제거되는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 선회 링.
  34. 플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지로서,
    상기 소모성 카트리지는 카트리지 프레임 및 상기 카트리지 프레임에 의해 한정된 전기 전도성 콘택 요소를 포함하며,
    상기 소모성 카트리지는, 상기 플라즈마 아크 토치의 작동 동안 상기 콘택 요소를 상기 플라즈마 아크 토치 내로 잠금하기 위한 수단을 더 포함하는,
    플라즈마 아크 토치를 위한 소모성 카트리지.
  35. 플라즈마 아크 토치의 작동 방법으로서,
    상기 방법은,
    상기 플라즈마 아크 토치에 소모성 카트리지를 설치하는 단계 ─ 상기 소모성 카트리지는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 카트리지 프레임을 가지며, 상기 소모성 카트리지는 상기 카트리지 프레임에 의해 한정되는 전기 전도성 콘택 요소를 포함함 ─ ;
    일단 상기 플라즈마 아크 토치의 토치 플런저와 콘택이 이루어진다면, 상기 콘택 요소를 상기 길이 방향 축을 따라 상기 제1 단부를 향해 제1 방향으로 병진운동시키는 단계;
    상기 플라즈마 아크 토치의 전극을 상기 길이 방향 축을 따라 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 병진운동시키는 단계를 포함하며, 상기 전극은 상기 플라즈마 아크 토치의 플라즈마 작동 동안 상기 콘택 요소에 접촉하며;
    상기 콘택 요소는, 상기 플라즈마 아크 토치가 상기 플라즈마 작동을 수행하고 있지 않을 때 상기 전극으로부터 분리되는,
    플라즈마 아크 토치의 작동 방법.
  36. 플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    플라즈마 아크 토치의 전극에 정합되게 맞물리도록 성형되는 본체를 가지는 선회 링을 제공하는 단계 ─ 상기 본체는 길이 방향 축을 규정하는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 그리고 하나의 세트의 돌기들은 상기 제2 단부로부터 상기 길이 방향 축의 방향을 따라 연장하고, 상기 세트의 돌기들은 하나의 세트의 안내 트랙들을 포함함 ─;
    상기 선회 링의 상기 세트의 안내 트랙들에 대해 상보적인 하나의 세트의 안내 채널들을 가지는 전기 전도성 콘택 요소를 제공하는 단계; 및
    상기 콘택 요소를 상기 선회 링에 설치하는 단계를 포함하며, 상기 콘택 요소의 상기 안내 채널들은 상기 선회 링의 상기 세트의 안내 트랙들에 정합되게 맞물리고;
    상기 선회 링 내로의 상기 콘택 요소의 설치 동안, 상기 노즐이 상기 선회 링의 제1 단부에 부착될 때까지, 상기 콘택 요소는 고정된 거리를 상기 길이 방향 축을 따라 상기 선회 링 내에서 병진운동하며, 그리고 설치 후에, 상기 콘택 요소는 상기 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에 고정되게 유지되는,
    플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법.
  37. 제36 항에 있어서,
    설치 후에, 상기 콘택 요소는 고정된 거리를 상기 플라즈마 아크 토치 카트리지 내에서 길이 방향 축을 따라 병진운동할 수 있는,
    플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법.
  38. 제36 항에 있어서,
    상기 제2 단부의 방향으로의 상기 콘택 요소의 병진운동은 상기 돌기들 중 적어도 하나의 내부 표면 상에 배치되는 적어도 하나의 리테이닝 피처에 의해 제한되는,
    플라즈마 아크 토치 카트리지를 조립하는 방법.
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