JPH0770357B2 - プラズマト−チ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主に、金属の溶接、切断、溶解、溶射、表面
加工等に使用されるトランスファタイプのプラズマジェ
ット発生用のプラズマトーチに関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種のプラズマトーチは第５図のノズル部の冷
却手段及び封止手段を省略した要部断面図に示す如く構
成されていた。

図において、プラズマトーチ１は、公知の把持部或いは
取付手段等によって装置全体を保持すると共に、その中
心部で電極棒３を支持する本体部２と、内部に公知の冷
却手段（図では省略している）を内蔵し、電極棒３との
間の放電を行うと共に、噴出するシールドガスを案内す
るノズル部４と、前記電極棒３をプラズマトーチ１の中
心に配置させると共に、それを固定する電極ホルダー部
５から構成されている。

前記本体部２は絶縁物で形成され、中心部に挿通された
電極ホルダー部５を構成するホルダー基体51を挿着した
本体基体21からなる。

前記電極棒３はJIS規格化された商品で、公知のもので
ある。

前記ノズル部４は、中央部先端のプラズマ噴射口45、及
びアルゴンガス等の不活性ガスからなるプラズマガスを
供給するプラズマガス供給口42を備えているノズル基体
41を有しており、更に、前記ノズル基体41の内部にはセ
ラミックス等で形成された電極棒３の芯出しと、プラズ
マ噴射口45側の熱の逆流を防止する遮熱リング43を有し
ている。前記遮熱リング43には、プラズマガスを流すべ
く複数の小穴46が穿設されている。なお、前記電極ホル
ダー部５のホルダー基体51の端部から遮熱リング43間に
おけるノズル部４の中央部に位置する電極棒３には、絶
縁スリーブ44が挿着されており、ノズル基体41の内壁と
電極棒３との間に電気放電が発生するのを防止してい
る。

電極ホルダー部５は前記本体２に挿着したホルダー基体
51とそのホルダー基体51の中心部に挿入し、ホルダー基
体51の絞径部54にそのテーパ部を当接させたコレットチ
ャック52は、他端はコレット押圧螺子53に嵌合してい
る。前記コレット押圧螺子53はホルダー基体51に螺合し
ていて、ホルダー基体51内に螺入することにより、コレ
ットチャック52は電極棒３を挾持し、電極棒３とホルダ
ー基体51の間の電気的・機械的接続を行う。

前記の如く構成されたプラズマトーチ１は、電極棒３と
電気的・機械的に接続された電極ホルダー部５のホルダ
ー基体51と、ノズル部４を構成するノズル基体41との間
に高周波を印加することによって、アルゴンガス等のプ
ラズマガスをイオン化してプラズマ状態とすると共に、
電極棒３とノズル基体41との間に電圧を印加して、パイ
ロットアークを発生させ、前記パイロットアークが噴流
するアルゴンガス等をイオン化によってプラズマ状態と
し、それが被溶接材料等の間に移行すると、電極棒３と
被溶接材料等の間が略導通状態となる。この状態になっ
たとき、電極棒３と被溶接材料等の間に高電圧を印加
し、大電流を通電すると、高温のプラズマメインアーク
を発生し、その高温のプラズマメインアークによって溶
接、または、使途によっては切断、溶接、溶解、表面加
工、高温加工等に用いることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ この種のプラズマトーチは、上記の様に金属の溶接、切
断等の比較的短時間のサイクルで使用されることを前提
とした用途に用いられ、電極寿命よりもメンテナンス性
を重視した構造となっている。即ち、電極を直接水冷す
る方式のプラズマトーチに比較して、シンプルでメンテ
ナンス性が良好であるという特長を有している。

そこで、前記電極寿命が短い点についてみてみると、従
来のプラズマトーチは、プラズマガス供給口42から供給
されたアルゴンガス等の不活性のプラズマガスが、電極
棒３に嵌着された絶縁スリーブ44とノズル基体41の内壁
との間の空洞部分を通路としており、絶縁スリーブ44の
外側にプラズマガスを流すため、電極棒３が直接冷却さ
れず電極温度が上昇する要因になっている。そして、電
極棒３の温度が上昇すると、熱電子が飛び出し得る範囲
が広くなり、シリーズアークやサイドアークなどが発生
しやすくなる。

したがって、電極棒の温度上昇は、単に化学的に電極寿
命を短くするのみならず、電気的にも電極寿命を短くす
る要因が生ずる。

また、不活性のプラズマガスの通路は、ノズル部４のプ
ラズマガス供給口42からプラズマ噴射口45に至るまでの
範囲であり、その間は絶縁スリーブ44と電極棒３とが密
接していれば、電極棒３が不活性ガスの雰囲気中に置か
れることになる。しかし、電極棒３を挿着するとき、電
極ホルダー部５を構成するホルダー基体51とコレットチ
ャック52及びコレット押圧螺子53で形成される空間に、
大気が入った状態でコレット押圧螺子53がホルダー基体
51に螺着され密封されると、前記空間中に大気が残留し
たままとなる。したがって、残留大気はプラズマガスの
流路とは隔離された状態にあり、プラズマトーチ１の使
用状態においてもなお残留大気は電極ホルダー部５内に
留まることになる。そして、電極棒３の温度が上昇する
と、前記残留大気により、電極棒３の表面が酸化するこ
とになる。

また、コレット押圧螺子53がホルダー基体51に封止され
ていない状態で使用すると、ノズル部４を流れるプラズ
マガス流が、ベルヌーイの定理によりホルダー基体51内
の圧力を低下させるから、大気がホルダー基体51とコレ
ット押圧螺子53との間から侵入し、前者と同様、電極棒
３の表面を酸化させることになる。電極棒３がコレット
チャック52で挾持されている箇所にあっても、電極棒３
の温度の変化により収縮、膨脹を繰り返し、電極棒３の
表面の酸化が進行する。そして、電極棒３の表面の酸化
は通電部の接触不良となり、プラズマトーチとしての使
用ができなくなる。

一方、実開昭57-116382号公報では、プラズマガスが電
極棒の一端側から導入され電極棒の周囲を流れて他端に
至る技術が開示されている。しかし、具体的なプラズマ
ガスの流れが開示されていない。

そこで、本発明は、シンプルでメンテナンス性が良好で
ある特徴を維持すると共に、冷却効率を良くし、空冷式
プラズマトーチの電極寿命を長寿とすることを課題とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明にかかるプラズマトーチは、プラズマトーチ本体
の中心部に電極棒を配設してなるトランスファタイプの
プラズマトーチにおいて、前記電極棒と接する内径側に
電極の長手方向にプラズマガス通路となる切欠溝を設け
た遮熱リングと、前記プラズマガス通路となる切欠溝に
繋がるプラズマガス通路となる切欠溝を設けたコレット
チャックとを具備し、前記電極棒の全長にわたって前記
電極棒の沿面を流れるプラズマガス通路を形成したもの
である。

［作用］ 本発明によれば、遮熱リングの電極棒と接する内径側に
電極の長手方向に切欠溝を設け、また、コレットチャッ
クにも前記プラズマガス通路となる切欠溝に繋がるプラ
ズマガス通路となる切欠溝を設け、それらの切欠溝をプ
ラズマガス通路として不活性のプラズマガスを流し、プ
ラズマトーチの使用時には常に電極棒に沿って流れるプ
ラズマガス流で電極棒を冷却し、電極棒の温度上昇を抑
えるものである。したがって、従来のプラズマトーチの
基本的な構造を変更することなく、電極棒の温度上昇を
押え、連続使用が可能となる。

［実施例］ 次に本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例のプラズマトーチの一例を示す
要部断面図であり、ノズル部の冷却手段及びＯリング等
の封止手段を省略しているが、言うまでもなくそれらは
公知の手段が使用できる。そして、第２図は第１図のＡ
−Ａ切断線による断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ切断
線による断面図、第４図は第１図のＣ−Ｃ切断線による
断面図である。なお、図において、第５図と同一符号及
び同一記号は従来の装置の同一構成部分または相当する
構成部分を示すものである。

特に、従来のプラズマトーチとの違いについて説明する
と、ノズル部４のノズル基体41の内壁と電極棒３との間
に挿着された電極棒３の芯出し兼用の遮熱リング43a
は、切断線Ａ−Ａによる断面図が示すように、電極棒３
と接する内径側に切欠溝46aが刻設されている。前記切
欠溝46aはプラズマガス通路を形成し、プラズマアーク
を点弧維持するに十分な流路とすべく断面の面積を有す
るものである。また、絶縁スリーブ44aはノズル基体41
の内壁に接して挿着され、電極棒３との間にプラズマガ
ス通路を形成している。これら前記遮熱リング43aの機
能及び絶縁スリーブ44aの機能は従来の装置と異なるこ
とがなく、遮熱リング43aは熱の逆流と電極棒３の芯出
し用であり、絶縁スリーブ44aは電極棒３とノズル基体4
1との放電を防止するものである。

本体部２は切断線Ｂ−Ｂによる断面図が示すように、挿
着されたホルダー基体51aに電極棒３を挾持したコレッ
トチャック52aが挿入されており、コレットチャック52a
にはコレットチャックとして電極棒３を挾持する機能す
る切欠溝を刻設し、その切欠溝をプラズマガス通路52d
としている。前記ガス通路52dはプラズマアークを点弧
するに十分な流路となるべく断面の面積を有するもので
ある。

そして、電極棒３が慣通するホルダー基体51aは電極棒
３の外径が挿通し、しかも、プラズマガス流が流れるの
に十分な径の穴51cが穿設されている。ホルダー基体51a
には、前記コレットチャック52aを挿入する嵌合穴に連
通するプラズマガス供給口51bが配設されている。

コレットチャック52aはコレット押圧螺子53に当接して
いるから、プラズマガスがその供給口51bから供給され
コレットチャック52で遮断されるのを防止するため、コ
レットチャック52のコレット押圧螺子53側に、第４図の
第１図の切断線Ｃ−Ｃによる切断面が示すように切欠溝
52bが刻設されている。

上記の如く構成されている本実施例のプラズマトーチ
は、プラズマガス供給口51bからアルゴンガス等の不活
性のプラズマガスが供給されると、前記プラズマガス
は、コレットチャック52aとコレット押圧螺子53との間
を通り、コレットチャックに刻設された切欠溝52bを通
り、コレットチャック52aの中空部分52cに導かれる。コ
レットチャック52aの中空部分52cは挾持する金属棒３が
存在するから、プラズマガス流は金属棒３の沿面を流
れ、挾持しているコレットチャックとして使用するため
の切欠溝を兼ねるプラズマガス通路52d、及びホルダー
基体51aの電極棒３の慣通穴51cを通り、更に、絶縁スリ
ーブ44aの内側と電極棒３の表面との間及び遮熱リング4
3aの切欠溝46aを介してノズル基体41のプラズマ噴射口4
5に至る。

したがって、プラズマガスの使用状態にあるとき、電極
棒３は全長にわたってプラズマガスに冷却されることに
なる。そして、プラズマトーチ１内に形成される空洞部
分には不活性ガスであるプラズマガスの流路となり、金
属棒３の挿着時にコレット押圧螺子53を取り外しても、
内部に残留する大気がプラズマガスによって流出され
る。ゆえに、電極棒３の周囲が常に不活性ガスであるプ
ラズマガスの雰囲気中に置かれることになり、電極棒３
の酸化を防止することができる。

上記のように、本実施例においては、電極棒の全長にわ
たって、その沿面をプラズマガス流路としたものであ
り、しかも、プラズマトーチ内に大気が残留する空間部
分を有しないから、電極棒をプラズマガスで冷却すると
共に、常に電極棒を不活性ガスであるプラズマガスの雰
囲気中におくことができるから、電極棒の温度上昇を抑
えることができ、プラズマトーチを連続使用できる。ま
た、電極棒が酸化しないから、電極寿命を長寿とするこ
とができる。

なお、上記実施例では、ホルダー基部のプラズマガス供
給口からプラズマガスを供給し、コレットチャックの端
部からノズル部の噴射口に向けて流出しているが、コレ
ットチャックの途中の電極棒の略端部附近に穴を穿設し
て、そこをプラズマガス流路とすることができる。

しかし、本発明を実施する場合には、プラズマガス流路
以外にガスが滞る空洞部分をなくすことにより、より効
果的なプラズマトーチが得られる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のプラズマトーチは、遮熱リング
の電極棒と接する内径側に電極の長手方向に切欠溝を設
け、また、コレットチャックに対しても前記プラズマガ
ス通路となる切欠溝に繋がるプラズマガス通路となる切
欠溝を設けることにより、トランスファタイプのプラズ
マトーチ本体の中心部に配設した電極棒の全長にわたっ
てプラズマガス通路を形成したものであるから、電極棒
の全長にわたって、その沿面を不活性のプラスマガス流
路としたものであり、電極棒をプラズマガスで冷却する
と共に、常に電極棒を不活性ガスであるプラズマガスの
雰囲気中におくことができるから、電極棒の温度上昇を
抑えることができプラズマトーチを連続使用できる。ま
た、電極棒が酸化しないから電極寿命を長寿とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例のノズル部の冷却手段及び封止
手段を省略したプラズマトーチの要部断面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ切断線による断面図、第３図は第１図の
Ｂ−Ｂ切断線による断面図、第４図は第１図のＣ−Ｃ切
断線による断面図、第５図はノズル部の冷却手段及び封
止手段を省略した従来のプラズマトーチの要部断面図で
ある。 図において、 １……プラズマトーチ、２……本体 ３……電極棒、４……ノズル部 ５……電極ホルダー部 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマトーチ本体の中心部に電極棒を配
   設してなるトランスファタイプのプラズマトーチにおい
   て、 前記電極棒と接する内径側に電極の長手方向にプラズマ
   ガス通路となる切欠溝を設けた遮熱リングと、前記遮熱
   リングのプラズマガス通路に繋がるプラズマガス通路と
   なる切欠溝を設けたコレットチャックとを具備し、前記
   電極棒の全長にわたって前記電極棒の沿面を流れるプラ
   ズマガス通路を形成したことを特徴とするプラズマトー
   チ。