(57)【要約】  プラズマトーチで、確実にノズルへのパイロットアーク用通電経路を形成し、ノズルの取り外しを容易にし、ノズルの中心軸位置決めの支障を無くす。ノズル（１６）が、外フランジ（６２）を有し、外フランジ（６２）の上面が、ノズル台座（３０）に対向するよう向けられた通電面（６４）を提供する。ノズル台座（３０）が弾性的な電気接触子（５４ａ），（５４ｂ）を有する。電気接触子（５４ａ），（５４ｂ）が、ノズルの外フランジ（６２）（通電面６４）に当接してパイロットアーク用の通電経路を形成する。ノズル（１６）がノズル台座（３０）に取り付けられた時、電気接触子（５４ａ），（５４ｂ）が、ノズルの外フランジ（６２）（通電面６４）に当接してパイロットアーク用の通電経路を形成し、ノズルの外フランジ６２（通電面６４）を、ノズルの中心軸（１６A）とほぼ平行に、ノズル台座（３０）から押し出す方向へ押圧する。
2009008271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル台座（３０）を有するトーチ本体（１２）と、前記ノズル台座（３０）に装着されるノズル（１６）とを備え、前記ノズル（１６）が前記ノズルの中心軸（１６A）とほぼ平行に前記ノズル台座（３０）へ向かう又は前記ノズル台座（３０）から遠ざかる方向へ移動することで、前記ノズル（１６）が前記ノズル台座（３０）に取り付けられ又は取り外されるようになったプラズマトーチ（１０）において、
前記ノズル（１６）が、前記ノズル（１６）の表面上に、前記ノズル台座（３０）に対向するよう向けられた通電面（６４）を有し、
前記トーチ本体（１２）が、前記ノズルの前記通電面（６４）に当接することで前記ノズル（１６）へのパイロットアーク用の通電経路を形成する弾性的な電気接触子（５４ａ，５４ｂ）を有し、
前記ノズル（１６）を前記ノズル台座（３０）に取り付けるために前記ノズル（１６）が前記中心軸（１６A）とほぼ平行に前記ノズル台座（３０）に向かう方向へ移動する時、前記ノズルの前記通電面（６４）が前記電気接触子（５４ａ，５４ｂ）を、前記ノズルの中心軸（１６A）とほぼ平行に前記ノズル台座（３０）へ向かう方向へ押圧するようになっている、
プラズマトーチ。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマトーチにおいて、
冷却液が流れる冷却液通路（５２）をさらに備え、
前記ノズルの前記通電面（６４）と、前記電気接触子（５４ａ，５４ｂ）の前記通電面（６４）と当接する部分とが、前記冷却液通路（５２）中に配置されている、
プラズマトーチ。
【請求項３】
請求項１記載のプラズマトーチにおいて、
前記電気接触子（５４ａ，５４ｂ）が、前記トーチ本体（１２）から取り外し可能であるプラズマトーチ。
【請求項４】
請求項１記載のプラズマトーチにおいて、
前記ノズル（１６）が、前記ノズル（１６）の外側面上に前記中心軸（１６A）回りの実質全周にわたり設けられた外フランジ（６２）を有し、前記外フランジ（６２）が前記通電面（６４）を提供するプラズマトーチ。
【請求項５】
請求項１記載のプラズマトーチにおいて、
前記電気接触子（５４ａ，５４ｂ）と前記ノズルの通電面（６４）との接触のみが、前記通電経路と前記ノズル（１６）との間の電気的接続を提供するプラズマトーチ。
【請求項６】
プラズマトーチ（１０）に組み込まれるノズル（１６）であって、前記プラズマトーチ（１０）はトーチ本体（１２）を備え、前記トーチ本体（１２）は、前記ノズル（１６）が装着されるノズル台座（３０）と、前記ノズル（１６）に当接することで前記ノズル（１６）へのパイロットアーク用の通電経路を形成する弾性的な電気接触子（５４ａ，５４ｂ）とを有し、前記ノズル（１６）が前記ノズルの中心軸（１６A）とほぼ平行に前記ノズル台座（３０）に向かう又は前記ノズル台座（３０）から遠ざかる方向へ移動することで、前記ノズル（１６）が前記ノズル台座（３０）に取り付けられ又は取り外されるようになった、前記ノズル（１６）において、
前記ノズル（１６）の表面上に、前記ノズル台座（３０）に対向するよう向けられた通電面（６４）を有し、
前記ノズル（１６）を前記ノズル台座（３０）に取り付けるために前記ノズルが前記中心軸とほぼ平行に前記ノズル台座（３０）に向かう方向へ移動する時、前記ノズルの前記通電面（６４）が前記電気接触子（５４ａ，５４ｂ）を、前記ノズルの中心軸（１６A）とほぼ平行な前記ノズル台座（３０）へ向かう方向へ押圧するようになっている、
ノズル。
【請求項７】
プラズマトーチ（１０）に組み込まれるノズル（１６）であって、
第１円筒部（６３）と、
前記第１円筒部（６３の）外周面から径方向に突出する通電面（６４）を有し、前記第１円筒部（６３）と軸方向に隣接して配置され、前記第１円筒部（６３）よりも大径の外フランジ（６２）と、
前記外フランジ（６２）と軸方向に隣接して配置され、外周面にローレットが形成されており、前記外フランジ（６２）より小径の第２円筒部（６５）と、
を備えるノズル。
【請求項８】
請求項１記載のプラズマトーチ（１０）と、
ワークピース（３）が載置されるテーブル（２）と、
前記テーブル（２）上の前記ワークピースに対して前記プラズマトーチ（１０）を移動させるトーチ移動装置（４，６，８）と
を備えたプラズマ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、プラズマ切断機のようなプラズマ加工機に関し、特に、そのプラズマトーチ及びそのノズルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチは、切断などの加工の開始時に、パイロットアークと呼ばれるトーチ内でのノズルと電極間の放電を発生させ、そして、そのパイロットアークを移行させて、ワークピースを切断するための電極とワークピース間の放電であるプラズマアークを確立する。トーチ内には、パイロットアークの生成用に、トーチ本体からノズルに至る通電経路が存在する。【０００３】
通電経路の従来の構造の一つの典型例は、特開平１１−２２１６７５号公報に開示されているように、ノズルをトーチ本体に装着するためのキャップ（同公報ではインナーキャップと呼ばれる）を用いたものである。インナーキャップは、その先端部にてノズルを保持し、その基端部にてトーチ本体に螺合される。インナーキャップは、ノズルと直接接触する金属面をその先端部に持つ。このようなインナーキャップとトーチ本体のねじとが、トーチ本体からノズルに至る通電経路を形成する。【０００４】
上記とは別の構造の通電経路を採用したプラズマトーチが特開２０００−３３４５７０号公報に開示されている。このトーチでは、ノズルをトーチ本体に装着するためのキャップ（同公報ではリテイニングキャップと呼ばれる）は、ノズルから電気的に絶縁され、通電経路を形成しない。代わりに、通電経路は、トーチ本体内の金属製のノズル台座により形成される。リテイニングキャップによりノズルがトーチ本体に装着されるとき、ノズルの基端面がノズル台座の先端面に押し付けられ接触してノズルとノズル台座とが電気的に接続する。更に、ノズル台座の前端部に設けられた複数の弾性的な電気接続端子が、ノズルの基端部の外側面に、ノズルの中心へ向かう強い弾性力で接触して、ノズルを外側から挟み込み、ノズルとノズル台座との間の電気接続を形成する。
【特許文献１】特開平１１−２２１６７５号公報
【特許文献２】特開２０００−３３４５７０号公報
【発明の開示】
【０００５】
特開２０００−３３４５７０号公報の開示によれば、ノズルへの通電経路は次の２種類の接触により形成される。第1は、リテイニングキャップがノズルをノズル台座へ押し付けることによる、ノズルの基端面とノズル台座の先端面との接触である。第2は、複数の電気接続端子の強い弾性力による、電気接続端子とノズルの外側面との接触である。
【０００６】
しかしながら、上記の第1の接触に関しては、次のような問題がある。ノズルの基端面とノズル台座の先端面との間には、ノズル外側の冷却水通路とノズル内側のプラズマガス通路とを隔離する水−ガスシールのためのOリングが挟まれている。このOリングの圧縮されるときの反力が、ノズルをノズル台座へ押し付ける力を減少させ、確実な通電経路の形成を邪魔する。それにより、ノズルとノズル台座間の接触抵抗が大きくなったり、接触不良によるスパーク発生により両者の接触面が溶損するという虞がある。電気絶縁破壊は水中よりも気中で起き易いので、冷却水通路側よりガス通路側で、ノズルとノズル台座との間のスパークが起き易い。このようなスパークが生じると、本来は消耗品ではないトーチ本体がダメージを受けてしまう。
【０００７】
上記の第2の接触、つまり、弾性的な電気接触子のノズルの外側面への接触については次のような問題がある。この第2の接触の役目は、上述した第1の接触がもつ上記の問題を補償することである。弾性的な電気接触子とノズル側面との間に確実に通電経路を形成するために、つまり、十分な接触面圧を確保するために、電気接触子の弾性力は十分に強く、ノズルを外側から強い力で挟みこむ。この強い挟み力のために、ノズルを交換する際、ユーザがノズルの取り外しを単に手で行うことが容易でない。また、ノズルの外側面に加わる各電気接触子からの押圧力の方向は、ノズルの中心軸へ向かう方向であるから、複数の電気接触子の弾性力のアンバランスによってノズルの中心軸が正しい位置（典型的にはトーチの中心軸）からずれる虞がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ノズルへのパイロットアーク用の通電経路を、より確実に形成することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、ノズルの交換時におけるノズルの取り外しをより容易にすることにある。
【００１０】
本発明のまた別の目的は、もし、通電経路とノズルとの間の接触不良により部品の溶損が発生したとしても、そのダメージからの復旧を、より容易にすることにある。
【００１１】
本発明のさらにまた別の目的は、通電経路が、ノズルの中心軸の位置合わせに障らないようにすることにある。
【００１２】
本発明に従って提供されるプラズマトーチは、ノズル台座を有するトーチ本体と、ノズル台座に装着されるノズルとを備え、ノズルがノズルの中心軸とほぼ平行にノズル台座へ向かう又はノズル台座から遠ざかる方向へ移動することで、ノズルがノズル台座に取り付けられ又は取り外されるようになったプラズマトーチである。ノズルは、その表面上に、ノズル台座に対向するよう向けられた通電面を有する。トーチ本体は、ノズルの通電面に当接することでノズルへのパイロットアーク用の通電経路を形成する弾性的な電気接触子を有する。そして、ノズルをノズル台座に取り付けるためにノズルがその中心軸とほぼ平行にノズル台座に向かう方向へ移動する時、ノズルの通電面が電気接触子を、ノズルの中心軸とほぼ平行なノズル台座へ向かう方向へ押圧するようになっている。
【００１３】
本発明のプラズマトーチによれば、ノズルがトーチ本体のノズル台座に装着された状態において、トーチ本体の電気接触子は、ノズルの通電面に当接し、その弾性力でノズルの通電面を押圧する。ノズルの通電面はノズル台座に対向しており、電気接触子は、その通電面を、ノズルの中心軸とほぼ平行に、ノズルをノズル台座から押し出す方向へ押圧する。従って、ノズルがトーチ本体に装着された状態では、電気接触子とノズルとの間の接触力は十分に大きく、電気接触子とノズル間に良好な電気接触が確保され、ノズルへのパイロットアーク用の通電経路が確実に形成される。また、ユーザがノズルをノズル台座から取り外そうとする時、電気接触子がノズルをノズル台座から押し出そうとするので、ノズルの取り外しが容易である。
【００１４】
本発明の一局面に係るプラズマトーチは、冷却液が流れる冷却液通路をさらに備え、ノズルの通電面と、電気接触子の通電面と当接する部分とが、冷却液通路中に配置されている。そのため、万が一、電気接触子とノズルの通電面との接触個所に接触不良が発生したとしても、その接触個所は冷却液中に入っているので、電気絶縁破壊によるスパークが生じにくく、スパークによるダメージが抑制される。
【００１５】
本発明の一局面に係るプラズマトーチでは、電気接触子がトーチ本体から取り外し可能である。万が一、電気接触子がスパークによるダメージを受けたとしても、電気接触子だけを交換できるので、ダメージからの復旧が容易である。
【００１６】
本発明の一局面に係るプラズマトーチでは、ノズルが、その外側面上にその中心軸回りの実質全周にわたり設けられた外フランジを有し、その外フランジが、電気接触子と接触するための上記通電面を提供する。ノズルをトーチ本体に装着するためにノズルがノズル台座に押し込まれる時、ノズルの中心軸回りの回転位置がノズル台座に対してどのような位置になっていても、ノズルの外フランジのどこかの個所がトーチ本体の電気接触子と接触して確実に通電経路を形成する。従って、ユーザは、ノズルをトーチ本体に装着するとき、ノズルとノズル台座と電気接触子との間の回転方向での位置合わせを行う必要がない。また、フランジは、ノズルの外表面積を増やし、ノズルの冷却効果を向上させる。
【００１７】
本発明の一局面に係るプラズマトーチでは、ノズルの通電面と電気接触子間の接触のみが、パイロットアーク用の通電経路とノズル間の電気的接続を提供する。ノズルの通電面と電気接触子との接触個所以外には、パイロットアーク用の通電経路とノズル間の電気的接続が存在しないので、万が一、接触不良によるスパークが発生したとしても、他の個所、特にトーチ本体の電気接触子以外の個所（交換が容易ではない個所）が、スパークによるダメージを受けることがない。また、通電経路がノズルに加える力は、電気接触子からの押圧力だけであり、その方向はノズルの中心軸とほぼ平行であるから、ノズルの中心軸を横にずらす要因にはならない。
【００１８】
本発明は、また、上述したプラズマトーチに組み込まれるノズルも提供する。本発明はさらに、上述したプラズマトーチを有するプラズマ加工機も提供する。
【００１９】
本発明によれば、パイロットアーク用の通電経路が確実に形成される。また、本発明によれば、電気接触子がノズルをトーチ本体から外へ押し返す力を発生するので、ノズル交換時のノズル取り外しが容易である。
【００２０】
本発明の一局面のように、電気接触子がトーチ本体から取り外し可能である場合、万が一接触不良が発生しても、ダメージを受ける部品はノズルと電気接触子であっていずれも交換可能であるから、復旧が容易である。また、本発明の一実施形態のように、電気接触子とノズルとの接触のみが、パイロットアーク用通電経路とノズルとの電気的接続を提供している場合、通電経路がノズルに加える力は、電気接触子からの押圧力だけであり、それはノズルの中心軸とほぼ平行であるから、ノズルの中心軸の位置合わせの支障にならない。
【００２１】
本発明の一局面に係るノズルは、プラズマトーチに組み込まれるノズルであって、第１円筒部と、外フランジと、第２円筒部とを備える。外フランジは、第１円筒部の外周面から径方向に突出する通電面を有し、第１円筒部と軸方向に隣接して配置され、第１円筒部よりも大径である。第２円筒部は、外フランジと軸方向に隣接して配置され、外周面にローレットが形成されており、外フランジより小径である。このノズルがプラズマトーチに組み込まれると、トーチ本体側に設けられる電気接触子が、ノズルの通電面に当接し、その弾性力でノズルの通電面を押圧する。ここで、通電面は第１円筒部の外周面から径方向に突出しているため、通電面には、ノズルの中心軸とほぼ平行な方向に電気接触子からの押圧力が作用する。このため、電気接触子の弾性力が不均一であっても、ノズルの中心軸が正しい位置からずれる虞が少ない。これにより、ノズルへのパイロットアーク用の通電経路を、より確実に形成することができる。また、このノズルでは、大径のフランジが設けられることによって、ノズルの表面積が増大する。さらに、第２円筒部の外周面にローレットが形成されることによっても、ノズルの表面積が増大する。これにより、ノズルの冷却効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従うプラズマ加工機の一実施形態の全体構成を簡単に示す斜視図。
【図２】本発明に従うプラズマトーチの一実施形態の中心軸に沿った断面図。
【図３】プラズマトーチの中心軸に沿った別の角度での断面図。
【図４】プラズマトーチのノズル台座近傍の構造を示す分解斜視図。
【図５】ノズル台座近傍の拡大断面図。
【図６】ノズル台座近傍の構造を軸方向から見た図。
【図７】本発明に従うノズルの一実施形態の側面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  プラズマ加工機
２  テーブル
３  ワークピース
４  移動台車
６  アーム
８  キャリッジ
１０  プラズマトーチ
１２  トーチ本体
１４  電極
１４A  電極の中心軸
１６  ノズル
１６A  ノズルの中心軸
１８  シールドキャップ
２４  リテーナキャップ
２８  電極台座
３０  ノズル台座
３１  Oリング
５２  冷却液通路
５４ａ，５４ｂ  電気接触子
５６  ボルト
６２  外フランジ
６４  通電面
６６  凹凸部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。【００２５】
図１は、本発明に従うプラズマ加工機の一実施形態の全体構成を簡単に示す。【００２６】
図１に示すように、プラズマ加工機（例えばプラズマ切断機）１は、ワークピース（典型的には鋼板）３がその上に置かれるテーブル２、プラズマアークを噴出してワークピース３を加工（例えば切断）するプラズマトーチ１０、プラズマトーチ１０をワークピース３に対してX（縦）,Y（横）及びZ（高さ）方向に移動させるためのトーチ移動装置４，６，８などを備える。トーチ移動装置４，６，８は、例えば、テーブル２の隣でX方向に往復移動することができる移動台車４、移動台車４からY方向にテーブル２の上方へ延び出たアーム６、及び、プラズマトーチ１０をZ方向へ往復移動可能支持し、アーム６上をY方向に往復移動することができるキャリッジ８などから構成される。移動台車４及び（又は）テーブル２内には、プラズマトーチ１０でパイロットアークやプラズマアークを発生させ且つそれらのアークを制御するためのアーク電源回路及び制御装置が組み込まれる。図示してないが、プラズマトーチ１０へプラズマガスやアシストガスなどのガスを供給するガスシステム、及び、プラズマトーチ１０へ冷却液（典型的には冷却水）を供給する冷却システムなども設けられる。【００２７】
図２と図３は、それぞれ、図１に示されたプラズマ加工機で使用される本発明に従うプラズマトーチの一実施形態の中心軸に沿った断面図を示す。図２と図３では、中心軸回りの切断面の角度が異なる。  図２と図３に示されるように、プラズマトーチ１０は、トーチ本体１２と、トーチ本体１２に着脱可能に取りつけられる複数の部品、例えば、電極１４、絶縁スワラ１５、ノズル１６、シールドキャップ１８（２０，２２）及びリテーナキャップ２４などを有する。トーチ本体１２は、ベース部２６、電極台座２８、ノズル台座３０、絶縁スリーブ３２、電極冷却パイプ３４、ホルダ３６及び固定リング３８、電極冷却液供給パイプ４０、電極冷却液排出パイプ４２、ノズル冷却液供給パイプ４８及びノズル冷却液排出パイプ５０などを有する。【００２８】
トーチ本体１２において、ベース部２６は概略円柱状であり、その先端部に、概略円筒状の電極台座２８が取り付けられる。ベース部２６の先端部の電極台座２８の外側に、概略円錐筒状のノズル台座３０が取り付けられる。電極台座２８とノズル台座３０の間に両者間を電気的に絶縁するための絶縁スリーブ３２が挟み込まれる。電極台座２８の内側に、電極冷却パイプ３４が固定される。ベース部２６、電極台座２８、ノズル台座３０、絶縁スリーブ３２、電極冷却パイプ３４は同軸に配置される。【００２９】
ベース部２６の外周に、概略円筒状のホルダ３６が嵌合され、ホルダ３６はその外側面上にネジ山を有する。ホルダ３６の外周に、リテーナキャップ２４をトーチ本体１２に固定するための固定リング３８が装着される。固定リング３８は、その内側面にネジ山を有し、そのネジ山でホルダ３６の外側面のネジ山と螺合し、ホルダ３６に対して回転可能である。【００３０】
電極台座２８は金属製であり、ベース部２６内の電気配線（図示省略）を介して、上述したアーク電源回路の電極通電用の端子へ接続される。電極台座２８の先端部内に、電極１４の基端部が、着脱自在に挿入される。電極１４は金属製であり、先端の閉じた概略円筒形状を有する。電極台座２８と電極１４とは密に接触し、その接触面を通じて両者が電気的に接続される。電極１４が電極台座２８に装着されると、電極冷却パイプ３４が、電極１４の内側空間（電極１４を冷却するための冷却水路）の最奥位置（電極１４の先端部のすぐ背後の位置）まで入り込む。【００３１】
ノズル台座３０は金属製であり、ベース部２６内の電気配線（図示省略）を介して、上述したアーク電源回路のノズル通電用の端子へ接続される。ノズル台座３０の先端部に、ノズル１６の基端部が、着脱自在に挿入される。具体的には、図４および図５に示すように、ノズル台座３０には、ノズル１６の基端部が挿入される孔１７が設けられている。なお、図４は、ノズル台座３０近傍の構造を示す分解斜視図である。図５は、ノズル台座３０近傍の構造を示す拡大断面図である。孔１７は、ノズル台座３０を軸方向に貫通しており、第１孔部１７ａと第２孔部１７ｂとを有する。第１孔部１７ａは、ノズル台座３０の先端部に設けられており、後述するノズル１６の外フランジ６２の外径よりも大きな内径を有する。第２孔部１７ｂは、ノズル台座３０の軸方向基端側において第１孔部１７ａに連続しており、第１孔部１７ａと同軸に配置されている。第２孔部１７ｂは、第１孔部１７ａより小さく且つ後述するノズル１６の第１円筒部６３の外径より大きな内径を有する。また、図４〜図６に示すように、ノズル台座３０の先端部には、軸方向から見て、径方向に延びる一対の溝部３３ａ，３３ｂが設けられている。一対の溝部３３ａ，３３ｂは、第１孔部１７ａを間に挟んで互いに対向して配置されており、第１孔部１７ａに連通している。なお、図６は、ノズル１６が取り付けられた状態におけるノズル台座３０を軸方向先端側から見た図である。【００３２】
ノズル１６がノズル台座３０に装着された時、ノズル１６の中心軸１６Aと電極１４の中心軸１４Aとが位置的に一致するようになっている。ノズル１６は金属製で、その先端部に、プラズマアークを噴出するためのオリフィス６０を有する。ノズル台座３０の先端部の内側面と、その内側に挿入されたノズル１６の基端部の外側面との間には、Oリング３１が挟み込まれている。Oリング３１は、ノズル台座３０の先端部の内側空間（プラズマガス通路）６８とノズル１６の外側空間（ノズル１６を冷却するための冷却液通路）５２との間のガス−液シールを確保する。さらに、Oリング３１により、ノズル台座３０の先端部の内側面と、その内側に挿入されたノズル１６の基端部の外側面との間に、僅かな隙間を確保し、それにより、ノズル台座３０とノズル１６とを直接接触させない。このようにノズル台座３０とノズル１６とは直接は接触しないが、その代り、後述するように、ノズル台座３０に取り付けられた複数個（１個でもよい）の電気接触子５４ａ，５４ｂがノズル１６と接触して、それにより、ノズル１６に対するパイロットアーク用の通電経路を形成する。【００３３】
電極１４とノズル１６との間に、概略円筒状の絶縁スワラ１５が挿入される。絶縁スワラ１５は、電極１４とノズル１６との間の電気的絶縁を確保する。また、絶縁スワラ１５は、その側壁を斜めに貫通する複数のガス穴を有し、ノズル台座３０の先端部のプラズマガス通路６８からそれらガス穴を通じてノズル１６内側のプラズマガス通路７０に流入するプラズマガス流に、ベベル角制御のための旋回運動を与える。【００３４】
ノズル１６の先端部の外方（下方）に、ノズル１６を保護するためのシールドキャップ１８が、ノズル１６の先端部を覆うようにして設けられる。シールドキャップ１８は、ノズル１６を保持し且つ保護する役目をもつ。シールドキャップ１８は、外側シールドキャップ２０と内側シールドキャップ２２とを有する。外側シールドキャップ２０と内側シールドキャップ２２の間に、アシストガス流をノズル１６のオリフィス６０の出口の周囲へ導くとともにそのアシストガス流にベベル角制御用の旋回を与えるためのアシストガス通路が形成される。内側シールドキャップ２２はその内側面にて、ノズル１６の外側面とともに、ノズル１６を冷却するための冷却液通路５２を画成する。内側シールドキャップ２２は、熱伝導性の良い材料で作られ、外側シールドキャップ２０からの熱を冷却液通路５２へ放出して、外側シールドキャップ２０を冷却する役目ももつ。【００３５】
リテーナキャップ２４は、プラズマトーチ１０の先端部分の外殻の主要部を構成し、その先端部にて、シールドキャップ１８を保持し、かつ、その基端部にて、固定リング３８と係合する。固定リング３８を締めることで、リテーナキャップ２４はホルダ３６（トーチ本体１２）に固定される。リテーナキャップ２４の壁厚内には、アシストガス流をシールドキャップ１８内の上述したアシストガス通路へ導くためのアシストガス通路が存在する。リテーナキャップ２４は、その内側面で、ノズル台座３０の外側面とともに、ノズル１６を冷却するための冷却液通路５２を画成する。【００３６】
トーチ本体１２のベース部２６の基端面から、ベース部２６の内部へ、電極冷却液供給パイプ４０、電極冷却液排出パイプ４２、ノズル冷却液供給パイプ４８及びノズル冷却液排出パイプ５０が挿入される。図２に示されるように、電極冷却液供給パイプ４０は電極冷却パイプ３４に接続され、電極冷却液排出パイプ４２は電極台座２８と接続される。また、図３に示されるように、ノズル冷却液供給パイプ４８とノズル冷却液排出パイプ５０は、それぞれ、ノズル１６を冷却するための冷却液通路５２の一端と他端に接続される。【００３７】
上述した冷却システムから、電極１４の冷却に適した第1の流量で冷却液が電極冷却液供給パイプ４０に供給され、ノズル１６の冷却に適した第2の流量で冷却液がノズル冷却液供給パイプ４８に供給される。電極１４を冷却するための冷却液は、電極冷却液供給パイプ４０から電極冷却パイプ３４を通って電極１４の先端部の直ぐ背後に供給されて電極１４を冷却し、そこから電極１４の内側面に沿って流れて電極１４をさらに冷却し、そして、電極冷却液排出パイプ４２を通って上述した冷却システムへ戻る。ノズル１６を冷却するための冷却液は、ノズル冷却液供給パイプ４８から冷却液通路５２に入り、そこでノズル１６の外側面やシールドキャップ１８の内側面に沿って流れてノズル１６やシールドキャップ１８を冷却し、そして、ノズル冷却液排出パイプ５０を通って上述した冷却システムへ戻る。【００３８】
図５及び図７に示されるように、ノズル１６は、第１円筒部６３と、外フランジ６２と、第２円筒部６５と、先端部６７とを有する。第１円筒部６３は、ノズル１６において最も基端側に位置している。第１円筒部６３は、円筒形状を有し、上述したノズル台座３０の第２孔部１７ｂの内径よりも小さな外径を有する。なお、第１円筒部６３の基端部には面取りが施されている。外フランジ６２は、冷却液通路５２に面した外側面上の基端部寄りの位置に設けられている。外フランジ６２は、第１円筒部６３の軸方向先端側に隣接して配置されており、第１円筒部６３に繋がっている。外フランジ６２は、第１円筒部６３の外径よりも大きな外径を有する。第２円筒部６５は、外フランジ６２の軸方向先端側に隣接して配置されており、外フランジ６２に繋がっている。第２円筒部６５は、外フランジ６２の外径よりも小さな外径を有する。なお、外フランジ６２と第２円筒部６５との連結部分６９は、先細りのテーパ形状となっている。また、第２円筒部６５の外周面のうち基端側の部分には、ローレットが形成されており、多数の細かい突起からなる凹凸部６６となっている。先端部６７は第２円筒部６５の軸方向先端側に隣接して配置されており、第２円筒部６５に繋がっている。先端部６７は、先端側が縮径した先細り形状を有する。外フランジ６２も凹凸部６６も、（必ずしもそうでなければならないわけではないが）好ましくは、ノズル１６の中心軸１６A回りに実質全周（３６０度）の角度範囲にわたって設けられている。外フランジ６２と凹凸部６６の役割の一つは、冷却液と接触して熱交換するノズル１６の表面積を大きくして、ノズル１６の冷却効果を向上させることである。【００３９】
さらに、ノズル１６の外フランジ６２は、ノズル１６へのパイロットアーク用の通電経路を形成する役目も果たす。以下、このパイロットアーク用通電経路の形成に関して、より詳細に説明する。【００４０】
図５と図７に示されるように、ノズル１６の外フランジ６２は、ノズル１６の外側面上で外方へ出っ張って、ノズル台座３０に対向するように向けられた通電面６４を提供する。通電面６４は、第１円筒部６３の外周面から径方向外側に突出している。通電面６４は、ノズル１６の外周を全周にわたって包囲する円環状の平坦面であり、ノズル１６の中心軸１６Aに垂直である。【００４１】
また、ノズル台座３０の外側面上には、複数個の金属製の弾性的な電気接触子５４ａ，５４ｂが、中心軸１６A回りの一定角度間隔の離散的な位置に取り付けられている。具体的には、電気接触子５４ａ，５４ｂは、上述した一対の溝部３３ａ，３３ｂにそれぞれ取り付けられており、１８０度間隔で配置されている。電気接触子５４ａ，５４ｂは、例えば金属ボルト５６により、ノズル台座３０に固定され且つ電気的に接続されている。電気接触子５４ａ，５４ｂは、ノズル台座３０への取り付け位置からノズル１６の方へ向かって延び出ている。すなわち、電気接触子５４ａ，５４ｂは、溝部３３ａ，３３ｂから第１孔部１７ａへ突出している。電気接触子５４ａは、複数箇所で屈曲された形状を有しており、図７に示すように、基端部７１と中間部７２と先端部７３とを有する。基端部７１は、ノズル台座３０の軸方向に沿って延びている。電気接触子５４ａは、基端部７１においてノズル台座３０に固定されており、片持ち状態となっている。中間部７２は、基端部７１に繋がっており、ノズル台座３０の軸方向に対して傾斜して配置されている。先端部７３は、中間部７２に繋がっており、ノズル台座３０の軸方向に垂直に配置されている。電気接触子５４ｂも電気接触子５４ａと同様の形状である。また、電気接触子５４ａ，５４ｂの先端の間の距離は、ノズル１６の第１円筒部６３の外径より大きく、且つ、外フランジの外径より小さい。このため、電気接触子５４ａ，５４ｂの先端部７３はノズル１６の外フランジ６２の通電面６４に当接している。電気接触子５４ａ，５４ｂは、ノズル１６の通電面６４から、中心軸１６Aとほぼ平行にノズル台座３０へ向かう方向へ押されて圧縮され、その圧縮で生じた弾性力でもって、ノズル１６の通電面６４に確実に当接、そして、ノズル１６をノズル台座３０のから遠ざかる方向（ノズル台座３０の先端外へ押し出す方向）へ押している。従って、電気接触子５４ａ，５４ｂの弾性係数が格別に高くなくても、ノズル１６と電気接触子５４ａ，５４ｂとの間に、確実な電気的接続が確保される。このようにして、ノズル台座３０と電気接触子５４ａ，５４ｂとが、ノズル１６へのパイロットアーク用の通電経路を形成する。【００４２】
前述したように、ノズル台座３０とノズル１６との間には僅かな隙間が確保され、両者３０，１６は直接的には接触していない。従って、ノズル１６へのパイロットアーク用の通電経路は、電気接触子５４ａ，５４ｂとノズル１６の通電面６４との接触のみにより確保される。図２に示されるように、電気接触子５４ａ，５４ｂとノズル１６の通電面６４は共に、冷却液水路５２内に入っている。電気接触子５４ａ，５４ｂは、金属ボルト５６を緩めることで、ノズル台座３０から取り外すことができる。もし、万が一、電気接触子５４ａ，５４ｂと通電面６４との接触個所で接触不良が生じたとしても、ノズル台座３０とノズル１６とは直接接触していないので、ノズル台座３０とノズル１６との間で絶縁破壊が生じることは殆どない。電気接触子５４ａ，５４ｂと通電面６４との接触個所は冷却液中に浸かっているので、この接触個所で接触不良が生じても、電気絶縁破壊によるスパークは生じにくい。万が一、電気接触子５４ａ，５４ｂと通電面６４との接触個所でスパークが生じたとしても、冷却液中であるからガス中よりダメージは小さく、また、ダメージを受けるのはノズル１６と電気接触子５４ａ，５４ｂだけである。ノズル１６は、遅かれ早かれ交換される消耗品である。まだ交換時期が遠いノズル１６がダメージを受けたならば、そのノズル１６を中心軸１６A回りに若干角度だけ回転させられることで、通電面６４のダメージの無い個所を、電気接触子５４ａ，５４ｂと接触個所として新たに使うことができる。電気接触子５４ａ，５４ｂは、安価な金属板にすぎず、それのみをノズル台座３０から取り外して交換することができる。従って、接触不良によるスパークが発生したとしても、トーチ本体１２は格別大きいダメージを受けることがなく、容易かつ安価に復旧できる。【００４３】
ノズル１６と電極１４間に挟まれた絶縁スワラ１５、絶縁スワラ１５と電極１４間に挟まれたOリング、及び絶縁スワラ１５とノズル１６間に挟まれたOリングの作用により、ノズル１６の中心軸１６Aの位置と電極１４の中心軸１４Aの位置とが一致するように自動的に位置整合が行われる。電気接触子５４ａ，５４ｂによる通電経路を形成は、このノズル１６と電極１４との中心軸位置整合に対して格別の支障にならない。すなわち、電気接触子５４ａ，５４ｂがノズル１６に加える押圧力の方向は、ノズル１６の中心軸１６Aとほぼ平行である。電気接触子５４ａ，５４ｂがノズル１６に加える押圧力の、中心軸１６Aに垂直な方向成分は殆どゼロに近い。従って、電気接触子５４ａ，５４ｂからの押圧力が、ノズル１６の中心軸１６Aを横にずらす要因にはならない。【００４４】
電極１４及びノズル１６などの消耗品を交換する時には、まず、リテーナキャップ２４がトーチ本体１２から取り外され、その後、ノズル１６がその中心軸１６Aとほぼ平行にノズル台座３０から遠ざかる方向へ引かれることで、ノズル１６がノズル台座３０から取り外される。このとき、電気接触子５４ａ，５４ｂがノズル１６をノズル台座３０から押し出そうとするので、この押圧作用がノズル１６の取り外しを助ける。場合によっては、ユーザがノズル１６を引っ張らなくても、ユーザがリテーナキャップ２４を取り外した時に、（プラズマトーチ１０の先端は通常下方を向いているので）重力と電気接触子５４ａ，５４ｂの押圧作用により、ノズル１６が、リテーナキャップ２４内に（シールドキャップ１８と共に）保持された状態で、自然にノズル台座３０から抜け出てくる。このように、電気接触子５４ａ，５４ｂのノズル台座３０からの取り外しは容易である。【００４５】
改めてノズル１６がノズル台座３０に取り付けられる時には、ノズル１６が、その中心軸１６Aとほぼ平行にノズル台座３０の円端部内へ押し込まれ、その後、リテーナキャップ２４がトーチ本体１２に取り付けられてシールドキャップ１８とノズル１６を固定する。或いは、ノズル１６が、リテーナキャップ２４内に（シールドキャップ１８と共に）保持された状態で、その中心軸１６Aとほぼ平行にノズル台座３０の先端部内へ押し込まれて、リテーナキャップ２４と一緒にトーチ本体１２に取り付けられる。いずれにしても、ノズル１６がノズル台座３０に押し込まれるとき、電気接触子５４ａ，５４ｂとノズル１６とが当接し、両者５４と６４が、ノズル１６の中心軸１６Aとほぼ平行に逆方向へ押し合う。これにより、電気接触子５４ａ，５４ｂとノズル１６との電気接続が確実に形成される。しかし、電気接触子５４ａ，５４ｂは、ノズル１６の中心軸１６Aに垂直な方向へはノズル１６を押さない。従って、電気接触子５４ａ，５４ｂは、ノズル１６の中心軸１６Aの位置を電極１４の中心軸１４Aの位置から横へずらせる原因にはならない。【００４６】
また、ノズル１６がノズル台座３０に押し込まれるとき、ノズル１６の中心軸１６A回りの回転方向におけるノズル１６の位置がどのようであっても、ノズル１６と電気接触子５４ａ，５４ｂとの電気的接触は必ず確保される。電気接触子５４ａ，５４ｂとの接触するための通電面６４が、ノズル１６の全周に設けられているからである。【００４７】
ところで、図示の実施形態では、ノズル１６の通電面６４は、ノズル１６の中心軸１６Aに垂直な平坦面であるが、これは一つの例示にすぎず、必ずしもそうである必要はない。上述したような電気接触子５４ａ，５４ｂと通電面６４との電気接触が確保できる限り、通電面６４は、中心軸１６Aに垂直な方向から若干角度傾いていてもよいし、あるいは、湾曲した面であってもよい。また、本実施形態では、通電面６４は（外フランジ６２により提供されるので）ノズル１６の外周面上に実質全周にわたり存在するが、これも一つの例示にすぎず、必ずしもそうである必要はない。上述したような電気接触子５４ａ，５４ｂと通電面６４との電気接触が確保できる限り、複数個の通電面６４が、ノズル１６の外側面上の中心軸１６A回りの所定角度間隔の位置に離散的に存在していてもよい。【００４８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を本実施形態に限定する趣旨ではない。本発明は、その範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で実施することができる。【００４９】
例えば、例えば、上述した実施形態では、ノズル１６の通電面６４が、ノズル１６の外周を全周に渡って包囲する一つの円環上の平面であって、ノズルの中心軸１６Aに垂直であるが、これは一つの例示にすぎず、必ずしもそうである必要はない。変形例として、例えば、複数の通電面が、ノズル１６の表面上の中心軸１６A回りの所定角度間隔の離散的な位置にそれぞれ設けられていてもよい。また、通電面が、ノズルの外側面以外の表面（例えば、内側面又は基端面など）に設けられていてもよい。また、通電面と電気接触子との接触が確保される限り、通電面が、湾曲した面であってもよいし、通電面がノズルの中心軸１６Aに垂直な方向から若干傾いていてもよい。【００５０】
また、上述の実施形態では、複数個の電気接触子５４ａ，５４ｂが、ノズル台座３０の外側面上の中心軸１６A回りの所定角度間隔の離散的な位置にそれぞれ取り付けられているが、これは一つの例示にすぎず、必ずしもそうである必要はない。変形例として、例えば、１個の円環状の電気接触子がノズル台座３０上に、ノズル１６の中心軸１６A回りの全周の角度範囲にわたって設けられ、その円環状の電気接触子がノズル１６の通電面６４に当接していてもよい。別の変形例として、トーチ本体１２内のノズル台座３０以外の部品に１個又は複数個の電気接触子が取り付けられていて、その部品と電気接触子とがパイロットアーク用の通電経路を提供してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ノズルへのパイロットアーク用の通電経路を、より確実に形成することができる効果を有し、プラズマトーチ、ノズル、プラズマ加工機として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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