JPH0829417B2

JPH0829417B2 - 滑動ガス弁連動装置付きプラズマア−クト−チ

Info

Publication number: JPH0829417B2
Application number: JP62056959A
Authority: JP
Inventors: ブルース・オー・ハッチ; リチャード・エイ・スポールディング
Original assignee: Thermal Dynamics Corp
Current assignee: Victor Equipment Co
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: EP0246725A3; JPS62275580A; US4691094A; EP0246725A2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は必要な部品が所定位置に無いときはプラズマ
アーク切断システムの作動を阻止するための連動装置
（interlock device）に関する。これは特に、必要な部
品が欠損しているときはトーチを通るガスその他の作業
流体の流れを中断する滑動ガス弁付きのプラズマアーク
トーチに関する。このガス流の中断は流れスイッチによ
り感知できてトーチへの電力が遮断される。

プラズマアークトーチは切断、溶接、及びスプレー接
着等の用途に広く利用されている。これらのトーチは工
作片に向けてイオン化されたガス粒子からなるプラズマ
を指向することにより作動する。

本発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,324,971
号；第4,170,727号及び；第3,813,510号に示されるよう
な代表的なプラズマアークトーチの動作においては、イ
オン化されるガスは負に荷電された電極の前方のトーチ
前方端に供給される。このトーチチップはトーチの前方
端の電極の端に隣接されており、これには電極及びトー
チ間にスパークを飛ばせることによりガスを加熱しこれ
をイオン化せしめるに十分に高い電圧がかけられてい
る。

この電極とトーチチップとの間にはバイロットDC電圧
があって、バイロットアーク又は非遷移性アーク（non
−transferred arc）として知られるアークを維持す
る。この間隙のイオン化されたガスは炎となって現わ
れ、操作者から見えるチップの外まで延びる。トーチヘ
ッド又は前方端が工作片に接近されると、工作片電流路
のインピーダンスがトーチチップ電流路のインピーダン
スより低いので電極から工作片までアークが飛ぶ。

ガス又は作業流体は流体源からコンジットを通して圧
力下にトーチへ供給される。しばしば、トーチのいろい
ろの部分を冷却するために前記の作業流体とは別の流路
を通る第二の流れの流体が与えられる。この場合、前記
第一の流体は一次流体又は一次ガスと呼ばれ、第二のも
のは二次流体又は二次ガスと呼ばれる。

電極とチップは非常に高温の環境で動作するので、そ
れらは消耗され、時折交換されなければならない。従っ
て、トーチはこれら電極及びチップその他の部品と同様
に定期的交換ができる設計にされている。

時折、多分操作者の不注意によるが、チップ、電極そ
の他の重要なトーチ部分が交換の際にトーチから忘れら
れ、トーチが作動がされるときにないことがある。これ
は操作者に怪我を与えることがある。又トーチに損傷を
与えかねない。例えば、もしもチップが所定位置にない
と電極により発生されるアークはトーチの他の部分に当
たり損傷を与えるかも知れない。

「トーチ連動装置」と題する1983年７月20日付けの本
譲受人自信の米国特許出願第515,950号で1986年４月29
日付け現米国特許第4,585,921号は、トーチ部品が所定
位置にないときは作動連動機能を果たす電気回路装置を
開示している。もしも感知されるべき部品が所定位置に
ないと、この制御回路がトーチの作動を阻止するべく機
能することにより操作者の怪我とトーチの損傷を最小限
にする。

本出願の譲受人はまたそれぞれ「圧力感知装置付き電
極露出連動装置」及び「流れ感知装置付き電極露出連動
装置」と題する1985年11月４日付け他の二つの米国特許
出願第794,288号及び第794,389号の所有者でもある。そ
れらは必要な部品の欠如を示すのに作業流体の圧力及び
流量率の変化を利用してトーチの好ましからざる作動を
阻止する。

トーチ部品所定位置問題に対する満足な解答を得るに
は、本出願の譲受人の先行技術装置は一層複雑な構成を
必要とする。前記装置は複雑な電気回路を必要とする。
諸部品間には電流路が設定され、維持されなければなら
ない。このことにより、回路を構成するためには少なく
とも１つの余分な電線を必要とする。そのような回路は
したがって費用がかかると共に複雑さを増す。

最後に述べた二つの装置はまた流体制御回路又は圧力
制御回路ならびに制御システムをも要する。それらはし
たがってまた複雑である。

本出願の発明は、重要部品が所定位置にないときはト
ーチを通るガスその他の作業流体の流れを阻止するため
の比較的簡単な機構を与えることにより、所定位置部品
問題を解決するためのものである。これは当該部品が欠
損しているときはガスの流れを遮断する滑動ガス弁を与
えることにより行われる。

従って本発明の主要な目的は必要部品が所定位置にな
いときはプラズマアークトーチの作動を阻止するための
装置を与えることである。

もう一つの目的はそのような装置で複雑でなく、部品
数が少なく、従って先行技術装置より生産経費が低い連
動装置を与えることである。

他の目的及び利点は添付の図面及び以下の詳細な説明
及び特許請求の範囲を参照して一層明らかとなろう。

第１図は全体的に（10）と示したプラズマアークトー
チの部分的断面図である。本装置はプラスチックその他
の熱的及び電気的非伝導材料性の一般的に円筒形本体
（12）からなる。本体（12）の後方部分からは環状の把
手部分（14）が延びる。

把手部分（14）もまたプラスチックその他の熱的及び
電気的非伝導材料でよい。把手部分（14）はゴムその他
の弾性材料の一対のＯリング（18），（20）によって、
本体（12）の段付き後方部分（16）に固定される。Ｏリ
ングは後方本体部分（16）の外周縁壁（26）内に設けら
れた収納溝（22）内に収納されている。本体（12）はそ
の前方端に、外周のねじ（30）を備えた段付き前方部分
（28）を有する。この前方部分（28）内には開口（32）
か配置されており、これが内部の円筒形凹所（34）にい
たり、本体を通過し、後方部分（16）に延びる。開口
（32）上には以下に述べる目的のためのカップ（36）、
チップ（38）及び流体分配器（40）からなる閉じた組み
立て体が装架されている。

カップ（36）はその内側壁にねじ（30）と係合する内
部ねじ（42）の付いた概略カップ形状の部材である。カ
ップ（36）の内部壁（46）と前方部分（28）の外側壁
（48）とにより形成される凹所内に、ゴムその他の弾性
材料のＯリングシール（44）が填められる。

カップ（36）は内部チャンバ（50）及びその前方端の
流出口開口（52）を確定する。カップ（36）はセラミッ
クその他の熱的および電気的非伝導材料製でよい。

図に示すようにカップ（36）は、チップ（38）が保持
される開口（52）を有する概略円筒形状である。チップ
（38）はその中に内側チャンバ（54）を確定し、チップ
の最前方部分内に流出口開路又は開口（56）が含まれ、
これがチップの外部とチャンバ（54）を通じさせる。チ
ップ（38）は銅その他の熱的及び電気的導体製でよい。

第４図及び第５図を参照するとチップ（38）はその後
方端に放射状に突出するフランジ（58）を有する。フラ
ンジ（58）はさらにその周囲に沿って配置された複数の
溝状通路（60）を有する。

第１図に戻って、周縁のフランジ（58）はカップ（3
6）の底辺端壁の収納溝（62）内にはまる寸法にされて
いる。

流体分配器（40）は、一般的に円筒形構造であり、チ
ップ（38）の後方部分内の収納環状溝（66）に係合する
段付き前方部分（64）を有する。流体分配器（40）内に
は以下に述べる目的のため、一対の流体通路（68），
（70）が含まれる。この流体分配器（40）はセラミック
その他の熱的及び電気的非伝導材料で作製できる。

電極（72）は図示するように双方終端形状にしてよ
く、カップ（36）、チップ（38）、及び流体分配器（4
0）を含む前方密閉組立体により保持される。

図からわかるようにこの電極は一般的に円筒形本体部
分（74）及び一対の段付き両端（76），（78）を含む。
電極（72）はその中央軸線に関してのみならず端同士の
対称性を有する。電極（72）は銅その他の熱的及び電気
的伝導性材料で作製しうる。電極（72）の両端（76），
（78）それぞれ内には挿入体（80），（82）が収容され
る。

この電極はさらに凹所（34）内に填められる一般的に
円筒構造の弁本体（84）内に装架される。この弁本体
（84）は銅その他の電気的及び熱的伝導性材料で作製で
きる。電極（72）の本体（74）及び端（82）は、この図
に示す動作位置に置かれた弁本体（84）の、軸線方向に
付けられた段付き開口（85），（86）内に、装架され
る。弁本体（84）はまた、半径方向外側の壁（90）及び
前方向き端壁（92）を確定する円筒形の内部弁チャンバ
（87）を含む。一般的に円筒形プラグ（94）がこの弁本
体の後方を閉塞し、後方端壁（96）を確定する。

概略円筒構造の弁素子（100）がチャンバ（87）内に
滑動可能に収容されるが、これは電極（72）の端（82）
がなければ後方端壁（96）から前方端壁（92）に向けて
移動可能である。

第３図に見られるように、弁素子（100）はこれを通
る複数の周辺のスロット（102）を含む。第１図に戻る
と、正常動作時には流体源（図示してなし）から来た作
業流体は取り入れ口（104）からトーチにはいる。それ
は次いで取り入れ管（108）内の通路（106）を通って矢
印の方向に通過し、その後プラグ（94）内の中央に配置
された開口（110）を通って弁チャンバ（87）内に至
る。流体は次いで弁素子（100）内の通路（102）を通
り、弁本体（84）内の複数の通路（112）を通って流れ
る。そこからこの作業流体は開口（32）を通って流出
し、チャンバ（50）に至る。

この地点で流体のこの部分は溝（60）及び流出口（5
2）を通って流れ続けることによりチップ（38）の外表
面を冷却する。作業流体の残りの部分は電極（74）の端
（76）を冷却すべく通路（68,70）及び流体分配器（4
0）の中央中ぐり孔（71）を通るように指向される。流
体は次いで挿入体（80）及び工作片（図示して無し）間
に維持される電極アークにより励起された後、プラズマ
流体としてチップの端の開口（56）から流出する。

ここで第２図を参照すると、第１図と同様であるが、
電極として必要な部分を除去したときの図が示されてい
る。電極の代わりに、カップ（36）、チップ（38）又は
流体分配器（40）又はこれらの任意の組み合わせた部分
を除去してよい。

図に示すように流体の圧力はチャンバ（87）に入り、
前方端壁（92）に向けて前方に弁素子（100）を押圧す
ることによりこの弁素子内のスロット（102）を通る流
れを閉塞する。その結果生ずる流体の流れの遮断は取り
入れ口の上流の流れスイッチ（図示して無し）により感
知され、本ユニットが操作者により作動されないように
電源を遮断する。このようにして本トーチの作動は必要
部品が欠損しているときは阻止される。電極以外の部品
が欠けていることによってもまた本連動動作を起こす。

明らかに、カップ（36）がないときは電極はチャンバ
（87）内に蓄積されるガス圧によりトーチから押し出さ
れる。カップ（36）があるときでも、チップ（38）、流
体分配器（40）及び電極（72）は、これらの任意の部品
一個が欠損しても弁素子（100）が前方端壁（92）に対
する密閉を生ずるような大きさにされている。

例えばチップ（38）が欠損すれば流体分配器（40）は
カップ（36）の環状溝（62）に入ることが許される。チ
ップ（38）の欠損により流体分配器（40）に許されたこ
の前方運動は、電極が作動位置に有する場合に端（82）
がチャンバ（87）内に突出する距離に等しいかあるいは
それよりも大きい。流体分配器（40）が欠損しており、
他の部品が所定配置にあるときも、同様の結果が得られ
る。これらいずれの条件が生じても本連動機構が作動し
てトーチは作動不可にされる。

上記の説明は本発明の例のために過ぎず、前記特許請
求の範囲内で形状、寸法、材料その他の詳細は色々に変
更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例を示す、プラズマアー
クトーチの前方部分（トーチヘッド）の部分断面図であ
る。第２図は本発明の動作を可能にすべく電極の一構成部分
が除去された場合の同様な断面図。第３図は弁素子の上面図である。第４図は第１図のトーチチップの立断面図である。第５図は同様の左側面図である。第６図は第２図の線６−６に沿ってみた図である。 10……プラズマアークトーチ 12……円筒形本体、36……カップ 40……流体分配器、52……流出口 72……電極、87……弁チャンバ 100……弁素子、102……取り入れ口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチャード・エイ・スポールディングアメリカ合衆国ニュー・ハンプシャー州レバノン、グリーンズボロ・ロード、アール・アール・ナンバー１、ピー・オー・ボックス 299 (56)参考文献特開昭61−159284（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−191770（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4580032（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トーチハウジングと、該ハウジング内の流入及び流出口と、流体を前記流入口から前記流出口へ導く、前記ハウジン
グ内の通路手段と、前記流出口に隣接した作動位置に適合してアークを発生
させる、前記ハウジング内の電極と、前記ハウジングに着脱自在に結合されていて前記電極を
前記ハウジング内に保持する保持手段からなる閉鎖手段
と、前記ハウジング内にあり、前記保持手段が接続されてい
なくて前記ハウジングから外れているときに前記流入口
から前記流出口への流体流れを遮断するように作動する
弁装置であって、前記通路手段が内部に弁チャンバを構
成する手段を含み、また、該弁装置が弁素子を含み、該
弁素子が、いかなる弾性バイアス手段の作用なしに、し
かし、前記流入口から前記流出口へ向かう流体の作用の
みにより前記弁チャンバ内を滑動自在であり、これによ
り、前記チャンバを通る前記流入口から前記流出口への
流体の伝達を選択的に閉鎖または開放する弁装置とを備
えるプラズマアークトーチ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のトーチにおい
て、前記チャンバが概略円筒形状であり、前記弁素子も
概略円筒形状であるとともに前記チャンバ内を滑動する
のに適する大きさであるトーチ。
【請求項３】特許請求の範囲第２項記載のトーチにおい
て、前記チャンバが、概略円筒形状の側壁部分と一対の
対向端面とを有しており、該端面の１つには前記流入口
と連通する開口を構成する手段があり、前記端面の他方
には前記流出口と連通する開口を構成する手段があるト
ーチ。
【請求項４】特許請求の範囲第３項記載のトーチにおい
て、前記弁素子が、一対の両端面と、前記弁チャンバの
前記円筒状の側壁部分と滑動をするような大きさに形成
された円筒状の外側壁とを含み、該円筒状の外側壁に
は、流体を前記弁素子の一方の端部から他方の端部へと
流体を伝達する通路手段が設けられているトーチ。
【請求項５】特許請求の範囲第４項記載のトーチにおい
て、前記電極が、作動位置にあるときに、前記チャンバ
内に突出し、これにより、前記弁素子を前記チャンバの
端部壁との係合密閉状態から外れるように移動させて、
前記流入口から前記流出口への流体伝達を前記弁素子内
の前記通路手段を介して開放するトーチ。
【請求項６】特許請求の範囲第１項記載のトーチにおい
て、前記保持手段が、前記ハウジングと着脱自在に接続
可能なカップ形状の素子を含み、該カップ形状の素子が
その内部に開口を構成する手段を含むトーチ。
【請求項７】特許請求の範囲第６項記載のトーチにおい
て、前記保持手段が、さらに、その内部にプラズマ流体
放出用の開口を持つチップ素子を含むトーチ。
【請求項８】特許請求の範囲第７項記載のトーチにおい
て、前記保持装置が、さらに、流体を前記電極の周りに
導く流体分配手段を含むトーチ。
【請求項９】特許請求の範囲第４項記載のトーチにおい
て、前記通路手段が、前記外側壁の周りに周縁方向に離
隔された複数のスロットを含み、これにより、前記流入
口からの流体が、前記スロット及び前記弁チャンバの内
壁から形成される通路によって、前記流出口へ導かれる
トーチ。
【請求項１０】特許請求の範囲第７項記載のトーチにお
いて、前記カップ、チップ、流体分配手段及び電極が、
該部品のいずれかが前記トーチヘッドにおける通常の結
合位置にないときには前記弁手段が前記流出口への流体
伝達を閉鎖するような大きさに形成されているトーチ。