(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端の中心にプラズマを噴出するノズルを持ち後端筒部に雄ねじを持つインサートチップと、中心に内穴があってその外側に冷却水通流路があり該内穴の先端部に前記インサートチップの前記雄ねじが螺合する雌ねじ穴がある水路金具と、前記内穴に進入し先端が前記ノズルに対向する電極棒と、前記インサートチップの内にあって前記電極棒を前記内穴の中心軸位置に支持するセンタリングストーンと、前記水路金具をその後端側から受け入れる収納空間を持つトーチ本体と、前記トーチ本体内での前記水路金具の回転を阻止する拘止手段と、を備え、
前記水路金具の前記冷却水通流路は、該水路金具の後端部から先端部に冷却水を送る給水路および先端部から後端部に戻す排水路を含み、前記拘止手段が前記水路金具の回転を阻止する拘止状態で、前記給水路は給水管に、前記排水路は排水管に、それぞれつながる、
プラズマトーチ。
【請求項２】
前記水路金具はその雌ねじ穴の先端開口に内テーパ面を持ち、前記インサートチップは前記内テーパ面に当接する外テーパ面を持つ、請求項１に記載のプラズマトーチ。
【請求項３】
前記水路金具は、その中の給水空間に連通する給水口と排水空間に連通する排水口が、前記水路金具の軸方向でずれた位置にあり、トーチ本体内部の、これらの位置に対応する位置に、前記給水口が開くリング状の給水通路と、前記排水口が開くリング状の排水通路があって、該給水通路には給水管が連通し、該排水通路には排水管が連通したものである、請求項１又は２に記載のプラズマトーチ。
【請求項４】
前記水路金具の雌ねじは、谷底側でねじ軸に垂直な断面の前記ノズル側である表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インサートチップを着脱交換するプラズマトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチの、プラズマを噴出するノズルがあるインサートチップは、プラズマの高熱によって消耗しまた、加工材の溶融金属の飛沫（スパッタ）によって傷損するので、取替えが必要である。すなわち、インサートチップは消耗品である。
【０００３】
特許文献１には、インサートチップの寿命を長くするために、インサートチップに先端径が小さいテーパ雄ねじを切って、ノズル台である水路金具の先端の、先端径が大きいテーパ雌ねじにねじ込んで両者間を圧着させることにより熱伝導を向上して、水路金具によるインサートチップの冷却性能を高くしたプラズマトーチを提示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２１２９６９号公報。
【０００５】
プラズマトーチの、プラズマを噴出するノズルがあるインサートチップは、プラズマの高熱によって消耗しまた、加工材の溶融金属の飛沫（スパッタ）によって傷損するので、取替えが必要である。すなわち、インサートチップは消耗品である。
【０００６】
特許文献１には、インサートチップの寿命を長くするために、インサートチップに先端径が小さいテーパ雄ねじを切って、ノズル台である水路金具の先端の、先端径が大きいテーパ雌ねじにねじ込んで両者間を圧着させることにより熱伝導を向上して、水路金具によるインサートチップの冷却性能を高くしたプラズマトーチを提示した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、消耗したインサートチップを取り替えるチップ交換のとき、インサートチップのねじ締めあるいは緩めのときに、トーチ先端部で水路金具の先端を強く固定（拘束）しなければ、水路金具がインサートチップと連れ廻り（空転）するので、水路金具をその先端部で固定保持する作業が煩雑である。水路金具の固定が不十分で空転し易い場合、空転を避けるためにねじ締めを緩くすると、インサートチップから水路金具への熱伝導が悪く、インサートチップの消耗も極めて短時間となる。特に、水路金具の冷却水入り口と出口が水路金具の長手方向同一位置で、同一直径の両端にあり、トーチ本体側に給水管と排水管の管口が、水路金具の冷却水入り口と出口に対向するように、相対向した固定位置にある場合には、水路金具がトーチ本体内で回転すると、水路金具の冷却水入り口，出口がトーチ本体側の給水管，排水管の管口とは周方向にずれて、水路金具内での冷却水の水流が細り、インサートチップ冷却能力が低下してしまう。こうなると、インサートチップ寿命が短くなってしまう。
【０００８】
本発明は、水路金具に対するインサートチップの着脱作業を容易にししかもインサートチップの抜熱の信頼性と安定性を高くすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）先端の中心にプラズマを噴出するノズル(51)を持ち後端筒部に雄ねじ(53)を持つインサートチップ(5)と、中心に内穴(61)があってその外側に冷却水通流路があり該内穴(61)の先端部に前記インサートチップ(5)の前記雄ねじ(53)が螺合する雌ねじ穴(68)がある水路金具(6)と、前記内穴(61)に進入し先端が前記ノズル(51)に対向する電極棒(8)と、インサートチップ(5)の内にあって前記電極棒(8)をノズル(51)の中心軸位置に支持するセンタリングストーン(9)と、前記水路金具(6)をその後端側から受け入れる収納空間を持つトーチ本体(1)と、前記トーチ本体(1)内での前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止手段(65,11/66,12)と、を備え、
前記水路金具(6)の前記冷却水通流路は、該水路金具(6)の後端部から先端部に冷却水を送る給水路(63)および先端部から後端部に戻す排水路(64)を含み、前記拘止手段が前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止状態で、前記給水路(63)は給水管(14a)に、前記排水路(64)は排水管に、それぞれつながる、
プラズマトーチ。
【００１０】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は相当要素の記号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【００１１】
消耗したインサートチップを取り替えるチップ交換のとき、トーチ本体(1)を握って、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)を水路金具(6)の雌ねじ穴(68)にあててインサートチップ(5)をねじ込んで強く廻しても、水路金具(6)が空転しないので、インサートチップ(5)の、比較的に強い力での廻し駆動による着脱が容易である。水路金具をその先端部で固定保持する作業が不要である。また、水路金具の冷却水入り口と出口が水路金具の長手方向同一位置で、同一直径の両端にあり、トーチ本体側に給水管と排水管の管口が、水路金具の冷却水入り口と出口に対向するように、相対向した固定位置にある場合、拘束手段によって水路金具の回転が阻止されるので、水路金具の冷却水入り口，出口がトーチ本体側の給水管，排水管の管口に対して周方向にずれることは無く、インサートチップ冷却能力が低下してしまうことは無い。
【００１２】
また、水路金具(6)の給水路を給水管に、排水路を排水管に位置合わせする特定の角度に、水路金具(6)の姿勢を設定しなければならない冷却水路設定の場合、拘止手段が前記水路金具(6)の回転を阻止する拘止状態を、水路金具(6)の回転角度を該特定の角度としておくことにより、拘止手段によって自動的に冷却水路設定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例のプラズマトーチの、一部を破断して示す正面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す水路金具６の、拡大平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は図１の（ａ）の２ｃ−２ｃ線断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示す水路金具６の雌ねじ６８とインサートチップ５の雄ねじ５３との螺合部の拡大縦断面図を示し、（ｂ）はインサートチップ５の雄ねじ５３の下限角度を、（ｃ）は上限角度を示す。
【図４】本発明の第２実施例のプラズマトーチの、一部を破断して示す正面図である。
【図５】（ａ）は図４に示す水路金具６の、拡大平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ａ）の２ｃ−２ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（２）前記水路金具(6)はその雌ねじ穴(68)の先端開口に内テーパ面(67)を持ち、前記インサートチップ(5)は前記内テーパ面(67)に当接する外テーパ面(52)を持つ、上記（１）に記載のプラズマトーチ。テーパ面の当接は密着性が高くしかも当接面積が大きくなるので、インサートチップの冷却効果が高い。
【００１５】
（３）前記水路金具(6)は、その中の給水空間(63)に連通する給水口(13a)と排水空間(64)に連通する排水口(13b)が、前記水路金具(6)の軸方向でずれた位置にあり、トーチ本体(1)内部の、これらの位置に対応する位置に、前記給水口(13a)が開くリング状の給水通路と、前記排水口(13b)が開くリング状の排水通路があって、該給水通路には給水管(14a)が連通し、該排水通路には排水管(14b)が連通したものである、上記（１）又は（２）に記載のプラズマトーチ。この態様では、水路金具(6)がトーチ本体(1)内で回転しても、水路金具(6)の冷却水流路が細ることは無いので、拘止手段(65,11/66,12)の存在意義はないが、消耗したインサートチップを取り替えるチップ交換のとき、トーチ本体(1)を握って、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)を水路金具(6)の雌ねじ穴(68)にあててインサートチップ(5)をねじ込んで強く廻しても、水路金具(6)の空転を阻止するので、インサートチップ(5)の、比較的に強い力での廻し駆動による着脱が容易にする。水路金具をその先端部で固定保持する作業が不要になる。
【００１６】
（４）前記水路金具(6)の雌ねじ(68)は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の前記ノズル側である表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山である、上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のプラズマトーチ。
【００１７】
この雌ねじ(68)に適正に整合して螺合するインサートチップ(5)の雄ねじ(53)は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の前記ノズル側である表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山である。こうすると、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)の山頂部よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ(5)の着脱による損耗が小さく、水路金具(6)が長寿命になる。その分、水路金具(6)に対するインサートチップ(5)の着脱によりインサートチップ(5)の雄ねじ(53)が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ(5)の雄ねじ(53)を水路金具(6)の雌ねじ穴(68)に密着させる利点がある。インサートチップ(5)は消耗品であるので、水路金具(6)から取り外すときのねじ山の変形や損耗は問題にはならない。
【００１８】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００１９】
−第１実施例−
図１に、第１実施例のプラズマトーチを示す。第１実施例のプラズマトーチは、先端部材でありノズル部材であるインサートチップ５を、ノズル台である水路金具６に対して着脱できるものである。また、水路金具６はトーチ本体１から取り外すことができる。
【００２０】
インサートチップ５の内穴にはセンタリングストーン９があり、センタリングストーン９を貫通した電極棒８の先端が、インサートチップ５の内部に進入しノズル５１に対向している。パイロットガスは、図示を省略した供給管からトーチ本体１および水路金具６の内穴６１のパイロットガス経路１０をとおって、センタリングストーン９の通気穴を通してインサートチップ５の内部に入り、電極棒８の先端に発生するアークによって電離されてプラズマガスとなって、ノズル５１から噴出する。
【００２１】
インサートチップ５の後端部の雄ねじ５３が、水路金具６の雌ねじ穴６８にねじ込まれ、これにより、インサートチップ５の外テーパ５２が水路金具６の先端の内テーパ６７に圧接している。シールドガスパイプ１５から水路金具６の外周面に吹き込まれたシールドガスは、袋ナット７の先端部の通孔を通して、シールドキャップ２の内空間に出て、インサートチップ５の外周面に沿ってトーチ外部に流出する。
【００２２】
図２に、水路金具６を拡大して示す。水路金具６は大略で二重筒であり、内筒６２と外筒との間に水路４があり、内筒６２により水路４が、ｘ方向を上下方向と表現すると、上下に２区分されている（図２の（ｃ））。上側は給水空間６３であり、冷却水給水パイプ１４ａに連通している。下側は排水空間６４であり、排水パイプ１４ｂに連通している。水路金具６の後端面（図２の（ａ）上で右端面）には、図１に示す係止ピン１１，１２を受け入れる係合溝６５，６６があり、ピン１１，１２はトーチ本体１の内空間にあってトーチ本体１に固定されている。本実施例では、拘止手段を係止ピン１１，１２および係合溝６５，６６で構成している。
【００２３】
トーチ本体１に一体に固定された水路金具受け台１６の、水路金具６の後端面が対向する端面には、ピン１１および１２を受け入れる、水路金具６の係合溝６５，６６と同様な溝と穴１６２，１６４が刻まれておりピン１１および１２を圧入することで突起１６１，１６３が形成される。これらの溝と穴１６２，１６４によっても、係止ピン１１，１２が固定支持されており、係止ピン１１，１２の、水路金具６の回転を阻止する強度が高い。
【００２４】
図１に示すように、係合溝６５，６６に係止ピン１１，１２が嵌まり込んだ状態で、上述の、給水空間６３に給水パイプ１４ａが連通し排水空間６４に排水パイプ１４ｂが連通する冷却水通流路が形成されている。
【００２５】
拘止状態すなわち図１に示すように係合溝６５，６６に係止ピン１１，１２が嵌まり込んだ状態で、インサートチップ５を反時計回りに強く廻すことにより、水路金具６からインサートチップ５を取り外すことができる。また、新品のインサートチップを水路金具６に強くねじ込むことができる。これらの場合、水路金具６の回転がピン１１，１２で阻止されるので、水路金具６は空転することはなく、強力なねじ廻しによるインサートチップ５の着，脱が容易である。
【００２６】
図３の（ａ）に、図１に示す水路金具６の雌ねじ６８に対するインサートチップ５の雄ねじ５３の螺合部分を、拡大して示す。この実施例では、インサートチップ５の着脱に対して水路金具６の雌ねじ６８の耐久性を高くし、水路金具６の寿命を長くするために、水路金具６の雌ねじ穴６８のねじ山は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１５度、かつ、裏側で３３度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して３２度傾斜したものである。これにより、非消耗品である水路金具６の雌ねじ穴６８のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）に示すとおり、山が厚く丸みがある強固なものとなっている。雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が１５度と小さくしているので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なくなり、雌ねじ６８の変形，消耗が少なくなる。なお、図３上のｚ矢印の、矢印方向が、雌ねじ穴６８に対する雄ねじ５３のねじ込み方向である。
【００２７】
これにより、雌ねじ穴６８に螺合するインサートチップ５の雄ねじ５３のねじ山は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の前記ノズル側である表側で１５度、かつ、裏側で３３度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して３２度傾斜したものである。これにより、インサートチップ５の雄ねじ５３のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）に示すとおり、山が薄く尖って変形しやすいものとなっている。
【００２８】
水路金具６の雌ねじ６８のねじ山は、インサートチップ５の雄ねじ５３よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ５の着脱時の、ねじ込み，緩めによる変形，損耗が小さく、水路金具６が長寿命になる。その分、水路金具６に対するインサートチップ５の着脱によりインサートチップ５の雄ねじ５３が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８に密着させる利点がある。インサートチップ５は消耗品であるので、水路金具６から取り外したときのねじ山の変形や損耗は問題にならない。
【００２９】
図３の（ｂ）に示すように、雌ねじ６８を、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度、かつ、裏側で２０度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度とするものとすると、雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が１０度ときわめて小さくなるので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なく、雌ねじ６８の変形，消耗が少ない。しかし、これに螺合する雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度、かつ、裏側で２０度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度となって、きわめて薄くて破損しやすく、実用上の限界（下限）である。
【００３０】
図３の（ｃ）に示すように、雌ねじ６８を、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で３０度、かつ、裏側で３５度で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して４５度とするものとすると、従来のものよりも、雌ねじ６８の耐久性が高くなる効果が得られるようになる。雌ねじ山６８に対する雄ねじ山５３のあたり角度が３０度とやや小さいので、インサートチップ５を水路金具６に締めこむときの、雌ねじ６８の谷を広げようとする力が少なく、雌ねじ６８の変形，消耗が少ない。雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で３０度、かつ、裏側で３５度で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して４５度となって、かなりの厚みがあり、破損しにくい。実用上の効果が得られる限界（上限）である。
【００３１】
そこで、インサートチップ５の雄ねじ５３は、山頂側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、谷底側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山とし、水路金具６の雌ねじ６８は、谷底側でねじ軸に垂直な断面の表側で１０度以上３０度以下、かつ、裏側で２０度以上３５度以下で傾斜し、しかも、山頂側でねじ軸に平行な面に対して２０度以上４５度以下で傾斜したねじ山とするのが実用上好ましい。こうすると、水路金具(6)の雌ねじ穴(68)のねじ山の山頂部は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すとおり、インサートチップ５の雄ねじ５３の山頂部よりも、厚くしかも緩傾斜であるので、インサートチップ５の着脱による変形，損耗が小さく、水路金具６が長寿命になる。その分、水路金具６に対するインサートチップ５の着脱によりインサートチップ５の雄ねじ５３が変形しやすくなるが、装着するときの変形は、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８に密着させ、発熱側である雄ねじ側より、吸熱側である雌ねじへの伝熱効率をアップさせる利点がある。インサートチップ５は消耗品であるので、水路金具６から取り外すときのねじ山の変形や損耗は問題にはならない。
【００３２】
−第２実施例−
図４に、第２実施例のプラズマトーチを示す。第２実施例のプラズマトーチも、先端部材でありノズル部材であるインサートチップ５を、ノズル台である水路金具６に対して着脱できるものである。第２実施例の水路金具６は、図５の（ａ）にも示すように、トーチ本体１から取り外すことができる。第２実施例で用いた水路金具６は、給水空間６３に連通する給水口１３ａと排水空間６４に連通する排水口１３ｂが、上下方向ｚ（水路金具６の軸方向）でずれた位置にあり、トーチ本体１内部の、これらの位置に対応する位置に、給水口１３ａが開くリング状の給水通路と、排水口１３ｂが開くリング状の排水通路があって、該給水通路には給水管１４ａが連通し、排水通路には排水管１４ｂが連通している。給水通路と排水通路がそれぞれリング状であるので、水路金具６をどのような回転角度にしても、水路金具６の給水空間６３は給水パイプ１４ａに、排水空間６４は排水パイプ１４ｂに連通する。すなわち、冷却水流路を形成するためには、トーチ本体１に対して水路金具６を特定の回転角度に設定する必要はない。
【００３３】
しかし、水路金具６に対してインサートチップ５を着脱するときのインサートチップ５のねじ込み、ねじ緩めにおいて、トーチ本体１に対する水路金具６の空転を防ぐために、第１実施例と同様に、水路金具６の後端面（図５の（ａ）上で右端面）には、図１に示す係止ピン１１，１２を受け入れる係合溝６５，６６があり、ピン１１，１２はトーチ本体１の内空間にあってトーチ本体１に固定されている。本実施例でも、拘止手段を係止ピン１１，１２および係合溝６５，６６で構成している。これにより、トーチ本体１を握って、インサートチップ５の雄ねじ５３を水路金具６の雌ねじ穴６８にあててインサートチップ５をねじ込んで強く廻しても、水路金具６が空転しないので、インサートチップ５の、比較的に強い力での廻し駆動による着脱が容易である。第２実施例のその他の構成は、上述の第１実施例と同様である。
【符号の説明】
【００３４】
１：トーチ本体        
２：シールドキャップ
３：シールドパッキン
４：水路
５：インサートチップ
５１：ノズル
５２：外テーパ部
５３：雄ねじ
６：水路金具
６１：内穴
６２：内筒
６３：給水空間
６４：排水空間
６５，６６：係止溝
６７：チップ受け端
６８：雌ねじ
７：シールドガス噴出部
８：電極棒
９：センタリングストーン
１０：パイロットガス経路
１１，１２：位置決めピン
１３：冷却水路系
１４ａ，１４ｂ：冷却水パイプ
１５：シールドガスパイプ
１６：水路金具受け台
１６１，１６３：突起
１６２，１６４：溝
１７：絶縁ブッシュ
【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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