JPH0751864A - プラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】先端にプラズマアークを噴射するノズルを形成
したノズル部材に於けるノズルと対応する部分を効率良
く冷却する。 【構成】ノズル部材２のノズル２ａの形成位置に対応す
るノズル部２ｅに冷却キャップ22を配置する。ヘッドＡ
に独立した通路13を形成し、該通路13を流通した冷却流
体を冷却キャップ22に形成した孔22ｂからノズル部２ｅ
に向けて噴射して冷却する。ヘッドＡの分配部材10にノ
ズル部２ｅを冷却する冷却流体を供給するニップル９を
設けると共にトーチ本体Ｂの分配部材35にニップル９を
嵌合する孔34を設けて導管41と接続する。各流体をヘッ
ドＡに設けたニップル６〜９及びトーチ本体Ｂに設けた
孔31〜34との嵌合によって分離するため、トーチ本体Ｂ
の太さを大きくする必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル部材に形成され
たノズル部をガス又は水によって選択的に冷却し得るよ
うに構成したプラズマトーチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ加工は電極とノズル部材或いは
電極と被加工材の間で形成したプラズマアークをノズル
から被加工材に向けて噴射し、このプラズマアークの熱
によって被加工材を溶融させて切断或いは溶接を行うも
のである。プラズマアークの温度は約 30000度にも達す
るため、電極及びノズル部材は高温に曝されることとな
る。

【０００３】またプラズマ加工では可及的に細く絞った
プラズマアークを形成することによって効率の高い加工
を行うことが出来る。このため、プラズマアークを噴射
するノズル部を冷却して高いサーマルピンチ効果を発揮
させることが好ましい。

【０００４】このため、電極及びノズル部材を如何にし
て冷却するかが問題となっている。一般には、電極のプ
ラズマアークを形成する面と反対側の面を外部から供給
された冷却水によって冷却し、更に、この冷却水をノズ
ル部材の外周面に流通させて電極及びノズル部材を冷却
し得るように構成されている。

【０００５】一方、プラズマガスとして酸化性のガスを
使用するプラズマトーチでは、電極が酸化して消耗する
という問題がある。このため、電極の消耗に応じて該電
極を交換することが必要となり加工の中断が生じる。本
件出願人は電極を設けたヘッドをトーチ本体に着脱可能
に構成することで、電極の交換に要する時間を短縮し得
るプラズマトーチを開発して既に特許出願している（特
公平３-27309号）。このプラズマトーチはヘッド及びト
ーチ本体の端部にテーパ状のシート部を設けてプラズマ
ガス及び冷却水のシールを行うように構成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然し、従来のプラズマ
トーチは一般にトーチ全体を冷却水によって冷却するよ
うに構成しており、一部には冷却水又はプラズマガスの
一部を分岐させてノズル部を冷却し得るように構成した
ものもあるが、ノズル部のみを独立して供給された冷却
流体によって冷却するという思想はなく、冷却効率が低
いという問題がある。

【０００７】またノズル部材に形成されたノズルと対応
する部分に単独で冷却流体を供給する場合、従来のプラ
ズマトーチに於けるプラズマガスの供給導管，冷却水の
供給導管及び排出導管に加えてノズル部材の先端部分に
供給する冷却流体の導管を設けることが必要となる。こ
のため、上記発明に係るプラズマトーチを応用した場
合、シート部に形成する溝の数を増加させることが必要
となり、ヘッド及びトーチ本体の太さを大きくしなけれ
ばならないという問題が生じる。

【０００８】本発明の目的は、ヘッドをトーチ本体に対
し着脱し得るという優位性を保持してノズル部材に形成
されたノズル部を単独で冷却し得るように構成したプラ
ズマトーチを提供することにある。

【０００９】

【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、電極及び先端にプラ
ズマアークを噴射するノズルを形成したノズル部材を有
するヘッドとトーチ本体とを着脱可能に構成したプラズ
マトーチに於いて、前記ヘッドに、電極の周囲にプラズ
マガスを供給するガス供給路と、電極及びノズル部材の
胴体部分を冷却する冷却水通路と、ノズル部材に形成さ
れたノズルに対応する部分を冷却する冷却流体の通路と
を設け、且つヘッドのトーチ本体と結合する側の端部に
ガス供給路と導通したガス供給ニップルと、冷却水通路
と導通し冷却水を供給する冷却水供給ニップル及び冷却
水を排出する冷却水排出ニップルと、冷却流体の通路と
導通した冷却流体ニップルとを夫々設けると共に、トー
チ本体に前記各ニップルと対向して該ニップルを嵌入さ
せる嵌入孔を設け、且つ前記各嵌入孔に夫々ガス供給導
管，冷却水供給導管，冷却水排出導管，冷却流体供給導
管を接続して構成したものである。

【００１０】

【作用】上記プラズマトーチによれば、ヘッドに設けた
個々のニップルをトーチ本体に設けた対応する嵌入孔に
嵌入することで、ヘッドに設けたプラズマガス及び冷却
水の通路とトーチ本体に設けたプラズマガス及び冷却水
の導管を夫々接続してヘッドを着脱することが出来る。

【００１１】またノズル部材に形成されたノズルに対応
する部分を冷却する冷却流体の通路を他の通路と独立し
て設けたので、該通路と連通するニップルに冷却ガス或
いは冷却水を供給することで、ノズルと対応する部分を
独立して冷却することが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、上記プラズマトーチの一実施例につい
て図を用いて説明する。図１はトーチ本体に於ける導管
の配置を説明する図、図２はヘッドを装着したプラズマ
トーチの断面図であり図１のII−II断面図、図３はヘッ
ドを装着したプラズマトーチの断面図であり図１の III
−III 断面図である。

【００１３】図に於いて、プラズマトーチは、電極１及
び先端にプラズマアークを噴射するノズル２ａを形成し
たノズル部材２を有するヘッドＡと、ヘッドＡを装着す
るトーチ本体Ｂとからなり、トーチ本体Ｂの先端に形成
したネジ部３にヘッドＡを嵌合したナット４を螺合させ
ることで、ヘッドＡをトーチ本体Ｂに着脱し得るように
構成されている。

【００１４】ヘッドＡの軸心と一致して電極１が配置さ
れ、この電極１と対向してノズル部材２が配置されてい
る。電極１とノズル部材２は互いに絶縁状態を保持して
おり、両者の間に形成されたガス室５にプラズマガスを
供給してノズル２ａから噴射しつつ、電極１とノズル部
材２の間に電圧を印加してパイロットアークを形成し、
更に、該アークをノズル２ａから被加工材に向けて噴射
すると共に被加工材と電極１との間に通電させることで
メインアークを形成することが可能である。

【００１５】ヘッドＡのトーチ本体Ｂ側の端部には、軸
心と一致して設けたニップル６、及び円周上に配置した
３つのニップル７〜９をロー付等によって固着した分配
部材10が配置されている。

【００１６】上記ニップル６は冷却水を供給する冷却水
供給ニップルとしての機能を有し、ニップル７は冷却水
を排出する冷却水排出ニップルとしての機能を有し、ニ
ップル８はプラズマガスを供給するガス供給ニップルと
しての機能を有し、更に、ニップル９は冷却流体を供給
する冷却流体ニップルとしての機能を有するものであ
る。

【００１７】上記分配部材10には、ニップル６と連通し
た冷却水通路となる通路11ａ，ニップル７と連通した冷
却水排出路となる通路11ｂ，ニップル８と連通したガス
供給路となる通路12，ニップル９と連通した冷却流体の
通路となる通路13が夫々形成されている。

【００１８】分配部材10は絶縁性を有するリング状の部
材（リング部材）14に嵌合され、両者は図示しないボル
トによって締結されている。また分配部材10にはヘッド
Ａの軸心と一致して配置された導電性を有し且つ先端に
電極１を装着するスリーブ状の保持台15が取り付けられ
ており、この保持台15の内部に一方の端部が分配部材10
に固着され且つ通路11ａと連通したパイプ16が配置され
ている。

【００１９】電極１はプラズマアークを発生する基点と
なるものであり、酸化性ガスを用いてプラズマアークを
形成する場合、中心にハフニウム等の電極材１ａを嵌合
して構成されている。この電極１はカップ状に形成さ
れ、口に相当する部分にネジ部が設けられている。そし
て前記ネジ部を介して保持台15に着脱することが可能で
ある。従って、保持台15の先端に電極１を装着したと
き、保持台15，パイプ16，電極１によって形成された通
路はニップル６と連通する。

【００２０】リング部材14には分配部材10に形成した通
路11ａ，11ｂ，13と夫々連通する通路11ａ，11ｂ，13が
形成されている。またリング部材14の端面には内部に絶
縁性を有するスリーブ18を配置したリング状の導電部材
17が当接しており、両者は図示しないボルトによって締
結されている。

【００２１】導電部材17の外周には２つのネジ17ａ，17
ｂが形成され、また所定位置にリング部材14に形成され
た通路11ａ，11ｂ，13と連通した通路11ａ，11ｂ，13が
形成されている。

【００２２】導電部材17の内周面と電極１の外周面との
間には予め設定された間隙が形成されており、この間隙
にセンタリングストーン19が配置され、且つセンタリン
グストーン19と導電部材17の間にノズル部材２の端部が
嵌装されている。従って、分配部材10，保持台15及び電
極１の外周面とスリーブ18及びノズル部材２の内周面と
によってニップル８とガス室５を連通する通路12が構成
されている。

【００２３】ノズル部材２には２つの段部２ｂ，２ｃが
形成されており、一方の段部２ｂを境界として胴体部２
ｄと先端に形成されたノズル２ａと対応するノズル部２
ｅとに分割されている。そしてノズル部２ｅをノズルキ
ャップ20に形成した孔に嵌合して該孔と段部２ｂを係合
させ、更にノズルキャップ20を導電部材17に形成したネ
ジ17ａに螺合することで、ノズル部材２を導電部材17に
固定すると共に、導電部材17，ノズル部材２の胴体部２
ｄ，ノズルキャップ20とによって通路11ａ，11ｂと連通
した冷却室21が形成されている。

【００２４】ノズル部材２のノズル部２ｅには段部22ａ
を形成した冷却キャップ22が嵌装されており、この冷却
キャップ22はキャップ23によってノズル部材２の段部２
ｃと当接して固定されている。即ち、キャップ23に形成
された孔に冷却キャップ22を嵌合して該孔の周囲を段部
22ａと係合させ、更に、キャップ23を導電部材17のネジ
17ｂに螺合することで、冷却キャップ22をノズル部２ｅ
の周囲に配置して固定している。

【００２５】上記の如く、ノズル部材２のノズル部２ｅ
に冷却キャップ22を配置することで、導電部材17の一
部，ノズルキャップ20，キャップ23によって導電部材17
に形成された通路13と導通した通路13が形成されてい
る。

【００２６】冷却キャップ22にはノズル部材２のノズル
部２ｅに向けて形成された複数の通孔22ｂが形成されて
おり、該キャップ22の内周面とノズル部２ｅの外周面と
によってノズル冷却室24が形成されている。

【００２７】ノズル部２ｅを効率良く冷却するために
は、冷却流体をノズル部２ｅの全周から供給して通孔22
ａからノズル部ｅに噴射することが好ましい。この場
合、ノズル冷却室24に供給された冷却流体を排出する通
路を形成することが必要となる。このため、本実施例で
は冷却キャップ22の先端であってノズル部材２に形成さ
れたノズル２ａと対向する位置に二次ノズル22ｃを形成
し、ノズル冷却室24に供給された冷却流体を二次ノズル
22ｃから排出し得るように構成している。

【００２８】上記の如く構成されたヘッドＡは、導電部
材17に形成されたフランジ17ｃにナット４のフランジ４
ａが係合しており、ナット４をトーチ本体Ｂのネジ部３
に螺合させることで装着し得るように構成されている。

【００２９】トーチ本体Ｂの先端側には、ヘッドＡに設
けた各ニップル６〜９と対向する位置にこれ等のニップ
ル６〜９を嵌入する嵌入孔31〜34を形成した分配部材35
が配置されている。この分配部材35は導電性を有する材
料によって構成され、トーチ本体Ｂを構成する筒体36に
絶縁部材37を介して固着されている。

【００３０】ニップル６を嵌入する嵌入孔31には冷却水
を供給する導管38がロー付等によって固着され、ニップ
ル７を嵌入する嵌入孔32には冷却水を排出する導管39が
固着され、ニップル８を嵌入する嵌入孔33にはプラズマ
ガスを供給する導管40が固着され、更に、ニップル９を
嵌入する嵌入孔34には冷却流体を供給する導管41が固着
されている。

【００３１】トーチ本体Ｂの先端には導電性を有する通
電部材42が配置されて筒体36に固定されている。この通
電部材42の先端部分にナット４を螺合するネジ３が形成
されている。通電部材42には図示しない電源と接続され
たケーブル43が接続され、両者はネジ44によって結合さ
れている。

【００３２】上記の如く構成されたプラズマトーチで
は、ヘッドＡを嵌合したナット４をトーチ本体Ｂのネジ
部３に螺合させることで該本体Ｂに装着し、或いはナッ
ト４を緩めることでトーチ本体Ｂに装着されたヘッドＡ
を取り外すことが可能である。

【００３３】またヘッドＡをトーチ本体Ｂに装着して各
導管38〜41に夫々図示しないホースを接続することで、
夫々の通路11ａ〜13に所定の流体を供給してプラズマト
ーチを作動させることが可能である。

【００３４】即ち、導管38に供給された冷却水は通路11
ａを通って電極１の裏面を冷却し、その後、リング部材
14，導電部材17を通って冷却室21に到達してノズル部材
２の胴体２ｄを冷却し、更に、前記各部材14，17に形成
された通路11ｂを通ってニップル７，導管39を介して外
部に排出される。

【００３５】また導管40に供給されたプラズマガスは、
ニップル８から通路12を通ってセンタリングストーン19
に至り、該ストーン19を経てガス室５に供給される。そ
して電極１とノズル部材２或いは被加工材との通電状態
に応じてガスの状態で或いはプラズマ化されてノズル２
ａから外部に噴射される。

【００３６】また導管41に供給された空気又は他の冷却
ガス或いは水は通路13を通ってノズルキャップ22に至
り、該キャップ22に形成された通孔22ｂからノズル部材
３のノズル部２ｅに向けて噴射され、該ノズル部２ｅを
効率良く冷却し、その後、二次ノズル22ｃから外部に噴
射される。

【００３７】上記の如く、ノズル部材２に形成されたノ
ズル２ａは、ノズル部２ｅが独立して供給されるガス或
いは水等の冷却流体によって冷却される。このため、冷
却流体は常に新たに供給された温度の低いものとなり、
ノズル部２ｅを効率良く冷却することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
プラズマトーチでは、プラズマアークを噴射するノズル
部を、電極を冷却する冷却水とは独立して供給される冷
却流体によって冷却することが出来る。このため、ノズ
ル部を温度の低い冷却流体によって効率良く冷却するこ
とが可能となり、サーマルピンチ効果を発揮させてプラ
ズマアークをより細く絞ることが出来る。従って、エネ
ルギ効率の高いプラズマアークを得ることが出来る。

【００３９】またヘッドにニップルを設けると共にトー
チ本体に孔を設け、両者を嵌合させることで流体の分離
をはかったので、トーチ本体の太さを大きくすることな
く各流体のシールを行うことが出来る等の特徴を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】トーチ本体に於ける導管の配置を説明する図で
ある。

【図２】ヘッドを装着したプラズマトーチの断面図であ
り図１のII−II断面図である。

【図３】ヘッドを装着したプラズマトーチの断面図であ
り図１の III−III 断面図である。

【符号の説明】

Ａ ヘッド Ｂ
トーチ本体 １ 電極 ２
ノズル部材 ２ａ ノズル ２ｄ
胴体 ２ｅ ノズル部 ３
ネジ部 ４ ナット ５
ガス室 ６〜９ ニップル 10，35
分配部材 11ａ〜13 通路 14
リング部材 15 保持台 16
パイプ 17 導電部材 18
スリーブ 19 センタリングストーン 20
ノズルキャップ 21 冷却室 22
冷却キャップ 22ｂ 通孔 22ｃ
二次ノズル 23 キャップ 24
ノズル冷却室 31〜34 孔 36
筒体 37 絶縁部材 38〜41
導管 42 通電部材 43
ケーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極及び先端にプラズマアークを噴射す
   るノズルを形成したノズル部材を有するヘッドとトーチ
   本体とを着脱可能に構成したプラズマトーチに於いて、
   前記ヘッドに、電極の周囲にプラズマガスを供給するガ
   ス供給路と、電極及びノズル部材の胴体部分を冷却する
   冷却水通路と、ノズル部材に形成されたノズルに対応す
   る部分を冷却する冷却流体の通路とを設け、且つヘッド
   のトーチ本体と結合する側の端部にガス供給路と導通し
   たガス供給ニップルと、冷却水通路と導通し冷却水を供
   給する冷却水供給ニップル及び冷却水を排出する冷却水
   排出ニップルと、冷却流体の通路と導通した冷却流体ニ
   ップルとを夫々設けると共に、トーチ本体に前記各ニッ
   プルと対向して該ニップルを嵌入させる嵌入孔を設け、
   且つ前記各嵌入孔に夫々ガス供給導管，冷却水供給導
   管，冷却水排出導管，冷却流体供給導管を接続したこと
   を特徴としたプラズマトーチ。
2. 【請求項２】 前記冷却流体供給導管に冷却用ガス又は
   冷却水の供給装置を選択的に接続してノズル部材に形成
   されたノズル部をガス又は水によって冷却し得るように
   構成したことを特徴とした請求項１記載のプラズマトー
   チ。