(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
筐体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアークトーチ制御ユニットは該筐体の中に配置され該トーチに接続され、該制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、該プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを備える、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、該バッテリは、該筐体の中または該筺体上に配置され、トーチ電極に十分な電圧を提供して、トーチ操作を可能にする、バッテリと、
該プラズマアークトーチにガスを提供する携帯可能ガス源であって、該ガス源は、該筺体の中または該筺体上に配置されている、携帯可能ガス源と
を備え、
該筺体と、該プラズマアークトーチアセンブリと、該バッテリと、該携帯可能ガス源とを含む該自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、１ポンドあたり少なくとも８０ワットの電力対重量比を有する、システム。
【請求項２】
前記携帯可能ガス源は、高圧ガス容器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記バッテリによって前記プラズマアークトーチアセンブリに供給される電圧は、少なくとも４５ボルトのＤＣ電力である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記バッテリは、電圧漸増回路または高周波スイッチングを含む電力調節回路を必要とせずに、トーチ電極に十分な電圧を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、十分に携帯可能であり、前記プラズマアークトーチの操作中にユーザによって完全に担持または装着される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記バッテリおよびガス源は、取付モジュールの一部であって、該取付モジュールは、前記システムから分離可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記取付モジュールは、前記バッテリ用の電力接続または前記ガス源用のガス接続により、前記プラズマアークトーチアセンブリに接続される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記取付モジュールは、前記バッテリで電力を移動する電気接続またはガスを移動するホース接続のうちの少なくとも１つにより、前記プラズマアークトーチアセンブリに接続される、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
携帯可能プラズマアークトーチシステム用の充電／充填可能な電力およびガスユニットであって、
携帯可能筐体と、
該携帯可能筐体の中または該携帯可能筐体上に配置される切断ガス源と、
トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供するバッテリであって、該バッテリは該携帯可能筐体の中または該携帯可能筺体上に配置される、バッテリと、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアークトーチ制御ユニットは、該携帯可能筐体の中に配置され該トーチに接続され、該プラズマアークトーチ制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、該プラズマアークトーチに切断ガスを提供するガス制御機器とを含む、プラズマアークトーチアセンブリと、
該携帯可能筐体に対して配置される第１のコネクタアセンブリであって、該第１のコネクタアセンブリは、該切断ガス源を充填するためにガスを受容する入力を備える、第１のコネクタアセンブリと、
該携帯可能筐体に対して配置される第２のコネクタアセンブリであって、該第２のコネクタアセンブリは、該バッテリを充電するために充電を受容する入力を備える、第２のコネクタアセンブリと
を備え、
該携帯可能筺体と、該切断ガス源と、該バッテリと、該プラズマアークトーチアセンブリとを含む該携帯可能プラズマアークトーチシステムは、電力対重量比が１ポンドあたり８０ワットよりも大きいように、重量を有し、かつ電力を有するプラズマアークを生成する、充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１０】
前記バッテリは、電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供する、請求項９に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１１】
前記第１のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上のガス接続と嵌合するように適合される出力をさらに備える、請求項９に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１２】
前記第１のコネクタアセンブリは、前記充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するためにホースをさらに備える、請求項９に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１３】
前記第２のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上の電力接続と嵌合するように適合される出力をさらに備える、請求項９に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１４】
前記第２のコネクタアセンブリは、前記充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するためにワイヤをさらに備える、請求項９に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
【請求項１５】
材料を加工する軽量の携帯可能プラズマアークトーチ装置であって、
筺体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットと、プラズマトーチを含むプラズマ送達デバイスとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアーク制御ユニットは該筐体の中に配置され該トーチに接続され、該制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、該プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを備える、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマ送達デバイスに対して該筺体の中または該筺体上に配置される、交換可能または再充電可能バッテリであって、該バッテリは、該プラズマ送達デバイスに少なくとも８０ボルトを提供する、バッテリと、
該プラズマ送達デバイスに対して該筺体の中または該筺体上に配置され、プラズマアークの生成のために該プラズマ送達デバイスにガスを提供する、交換可能または再充填可能ガス源と
を備え、
該筺体と、該プラズマアークトーチアセンブリと、該交換可能または再充電可能バッテリと、該交換可能または再充填可能ガス源とを含む該プラズマアークトーチ装置は、１ポンドあたり少なくとも８０ワットの電力対重量比を有する、装置。
【請求項１６】
自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
筐体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアークトーチ制御ユニットは該筐体の中に配置され該トーチに接続され、該プラズマアークトーチ制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、該プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを備える、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源と、
該バッテリの電力レベル、該ガス源に残存するガス、または該システムに残存する切断能力の量のうちの少なくとも１つを表す、インジケータと
を備え、
該筺体と、該プラズマアークトーチアセンブリと、該バッテリと、該ガス源とを含む該携帯可能プラズマアークトーチシステムは、重量を有し、かつ電力を生成し、該携帯可能プラズマアークトーチシステムの電力対重量比は、１ポンドあたり少なくとも８０ワットである、システム。
【請求項１７】
ガス源のガスレベルが閾値レベルに到達したとき、または前記バッテリ源のエネルギーレベルが閾値レベルに到達したときに、指標を表示するインジケータをさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
材料の高温熱加工用のプラズマアークを生成する携帯可能プラズマアークトーチ装置であって、
筺体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットと、プラズマトーチを含むプラズマ送達デバイスとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該トーチは電極とノズルとを有し、その間でプラズマチャンバを画定し、該制御ユニットは該筐体の中に配置され該トーチに接続され、該制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、該プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを備える、プラズマアークトーチアセンブリと、
該筺体の中に配置され、かつ該プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充電可能バッテリであって、該バッテリは、該プラズマ送達デバイスに切断電力を提供する、バッテリと、
該ガスの有限供給を有し、該プラズマ送達デバイスに該ガスを提供するために該プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充填可能ガス源と
を備え、該ガス源の放出中に、実質的に全ての該ガスは該プラズマチャンバを通して放出され、
該筺体と、該プラズマアークトーチアセンブリと、該交換可能または再充電可能バッテリと、該交換可能または再充填可能ガス源とを含む該携帯可能プラズマアークトーチ装置は、１ポンドあたり少なくとも８０ワットの電力対重量比を有する、装置。
【請求項１９】
ガス流は、前記プラズマアークが始動されるのと実質的に同時に始動される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ガス流は、前記プラズマアークの始動前１０秒以内の時間に始動される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
ガス流は、前記プラズマアークが終了されるのと実質的に同時に、実質的に低減または終了される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記ガス流は、前記プラズマアークの終了後１０秒以内の時間に、実質的に低減または終了される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記バッテリ、前記制御ユニットのいずれも、電力調節回路を含まない、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、概して、材料を加工する携帯可能工具に関する。より具体的には、本発明は、手持ち式または装着型であるもの等の、材料を加工する携帯可能プラズマアークトーチシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
プラズマアークトーチシステムは、暖房、換気、および空気調節システムに使用される金属の薄板、または厚板の切断等の、多種多様な材料加工用途に適用することができる。従来、プラズマアーク切断システムは、大きくて扱いにくいガス源（または連続的な固定ガス源）、およびコード取付を介して電力網から引き出される大量の電力を必要とするため、携帯可能ではない。
【０００３】
プラズマアークトーチは、概して、トーチ本体と、本体内に載置される電極と、中央出口を伴うノズルと、電気接続と、冷却液およびアーク制御液用の通路と、流体流動パターンを制御する旋回リングと、電力供給部とを含む。トーチは、高温および高運動量のプラズマガスの圧縮イオン化噴流である、プラズマアークを産生する。トーチで使用されるガスは、非反応性または反応性となり得る（例えば、アルゴン、窒素、酸素、または空気）。
【０００４】
操作中、電極（陰極）とノズル（陽極）との間で、パイロットアークが最初に生成される。パイロットアークは、ノズル出口を通過するガスをイオン化する。イオン化ガスが電極と工作物との間の電気抵抗を十分に低減した後、アークはノズルから工作物へと移行する。トーチは、工作物を切断するための、電極から工作物へのイオン化ガスの導電性流れによって特徴付けられる、この移行プラズマアークモードで操作されてもよい。
【０００５】
コードレス電動工具が商業市場で普及しているにもかかわらず、プラズマアークトーチシステムは、まだ容易な携帯可能な使用（例えば、手持ち式、手動、または接触起動システム）に対して効率的に適合していない。１つの設計上の難点は、プラズマアークトーチの比較的大量のガス消費によって引き起こされる。別の設計の難点は、プラズマアークトーチシステムの高所要電力によって引き起こされ、例えば、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．（Ｈａｎｏｖｅｒ，ＮＨ）製のＰｏｗｅｒｍａｘ（登録商標）１９０Ｃ等の低電力システムに対しては１．３２ｋＷ出力、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ製のＰｏｗｅｒｍａｘ  １０００等の中電力トーチシステムに対しては８．４ｋＷ出力、およびＨｙｐｅｒｔｈｅｒｍ製のＰｏｗｅｒｍａｘ  １６５０等の高電力トーチシステムに対しては最高１６ｋＷ出力である。いくつかのトーチシステムは、さらに大きな電力のために７６０Ａ出力を得るように働かせることができる、４００Ａシステムに対して、最高約８０ｋＷを有することができる。プラズマアークトーチシステムの高所要電力は、ＡＣ電力の連続供給を利用して、壁のコンセントにプラグを差し込むことによってプラズマアークトーチシステムが使用されるという、設計をもたらしている。トーチの性能と、ガスおよび電源の寿命と、プラズマアークトーチシステムの実際の物理的サイズとの間に、困難な平衡が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上記で説明される用途のための携帯性および性能を提供しながら、より低いガス消費およびより低い電力レベルで効率的にトーチを操作する電力を考慮した、携帯可能プラズマアーク切断システムを提供することが望ましい。加えて、プラズマアークトーチシステムのガスおよび電源が、反復可能な使用のために、再充電／再充填または交換が容易で、商業的に実用的な持続時間にわたって動作することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（本発明の概要）
本発明の実施形態が、大きくて扱いにくいガス源（または連続的な固定ガス源）を必要とせずに、かつ電力網に継続的に接続されることなく、材料を加工することができる携帯可能システムであるという点で、本発明の局面は、プラズマ加工業界の進展を表す。そのようなものとして、本発明の実施形態は、建設現場で、農業地域で、緊急安全人員（例えば、消防士、警察等）によって、電力網への接続性が可能ではない遠隔場所における労働者によって、または独自の専門分野の消費者によって、使用され得る。
【０００８】
一局面では、本発明は、材料を加工するプラズマアークトーチ装置を特色とする。プラズマアークトーチ装置は、交換可能または再充電可能電源、あるいは交換可能または再充填可能ガス源のうちの少なくとも１つを含む、装着型携帯可能アセンブリを含む。装置はまた、プラズマアークを生成するために、電源からの電流およびガス源からのガスを受容するプラズマ送達デバイスも含む。いくつかの実施形態では、装着型携帯可能アセンブリはバックパックである。いくつかの実施形態では、携帯可能アセンブリは、耐熱性、非導電性、および／または耐衝撃性である、層を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチ装置は、電源またはガス源のうちの少なくとも１つと連通するように適合される、遠隔制御デバイスを含む。装置は、電源またはガス源のうちの少なくとも１つと連通するように適合される、プラズマ送達デバイス上の制御デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチ装置は、電源に残存する電力のインジケータまたはガス源の残存ガスのインジケータのうちの少なくとも１つを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ガス源は、プラズマ送達デバイスに送達されるガスを圧縮する圧縮器を含む。電源は、圧縮器に電力供給してガス源を再充填することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ送達デバイスは、装着型携帯可能アセンブリに取付可能である。携帯可能アセンブリは、電源またはガス源のうちの少なくとも１つを充電／充填するように構成される、充電／充填デバイスに取付可能となり得る。いくつかの実施形態では、携帯可能アセンブリは、フィラメント巻装複合タンクを含む。プラズマアークトーチアセンブリは、電源からプラズマ送達デバイスによって受容される電流を調節する電流調節器を含むことができる。いくつかの実施形態では、電源は、ポリマーリチウムイオンバッテリである。
【００１１】
別の局面では、本発明は、装着型携帯可能アセンブリを含むシステムを特色とする。いくつかの実施形態では、装着型携帯可能アセンブリは、バックパックである。装着型携帯可能アセンブリは、交換可能または再充電可能電源、あるいは交換可能または再充填可能ガス源のうちの少なくとも１つを有するプラズマアークトーチシステムを含む。システムは、アセンブリに取付可能なドッキングステーションを含む。ドッキングステーションは、電源を再充電する電力供給部またはガス源を再充填するガス供給部のうちの少なくとも１つを含む。
【００１２】
別の局面では、本発明は、材料を加工する方法を特色とする。方法は、装着型携帯可能アセンブリと連通しているプラズマ送達デバイスを提供することを含む。アセンブリは、交換可能または再充電可能電源、あるいは交換可能または再充填可能ガス源のうちの少なくとも１つを有する。方法は、電源からの電流およびガス源からのガスをそれに提供することによって、アセンブリがユーザによって装着されている間にプラズマ送達デバイスから発するプラズマアークを生成することを含む。
【００１３】
さらに別の局面では、本発明は、携帯可能プラズマアークトーチ装置を充電／充填するデバイスを特色とする。デバイスは、携帯可能プラズマアークトーチ装置を受容するように構成されるドッキングポートを含み、携帯可能プラズマアークトーチ装置は、再充電可能電源と、最充填可能ガス源とを含む。デバイスは、装置がドッキングポートにドッキングされると電源に電気的に連結されるように構成される、第１のコネクタであって、電源を再充電するように電力を提供する、第１のコネクタを含む。デバイスはまた、装置がドッキングポートにドッキングされるとガス源に流体的に連結するように構成される、第２のコネクタであって、ガス源を再充填するようにガスを提供する、第２のコネクタも含む。いくつかの実施形態では、携帯可能プラズマアークトーチ装置は、装着型である。いくつかの実施形態では、電源およびガス源のうちの少なくとも１つは、取外し可能である。
【００１４】
別の局面では、本発明は、携帯可能溶接装置を充電／充填するデバイスを特色とする。デバイスは、携帯可能溶接装置を受容するように構成されるドッキングポートを含み、携帯可能溶接装置は、再充電可能電源と、再充填可能電ガス源とを含む。デバイスは、装置がドッキングポートにドッキングされると電源に電気的に連結するように構成される、第１のコネクタであって、電源を再充電するように電力を提供する、第１のコネクタを含む。デバイスはまた、装置がドッキングポートにドッキングされるとガス源に流体的に連結するように構成される、第２のコネクタであって、ガス源を再充填するようにガスを提供する、第２のコネクタも含む。
【００１５】
別の局面では、本発明は、溶接装置を特色とする。装置は、例えば、交換可能または再充電可能電源、あるいは交換可能または再充填可能ガス源のうちの少なくとも１つを含む、装着型または携行型携帯可能アセンブリを含む。装置はまた、溶接アークを生成するために電源からの電流およびガス源からのガスを受容する、溶接送達デバイスも含む。
【００１６】
別の局面では、本発明は、材料の加工（例えば、金属工作物の切断、穿孔、マーキング、線引き）ために使用することができる、携帯可能プラズマアークトーチシステムを特色とする。いくつかの実施形態では、システムは、１つ以上のバッテリ等の交換可能または再充電可能電源を含む。システムはまた、電源に対して配置される、交換可能または再充填可能ガス源も含む。ガス源は、使い捨てまたは詰め替え可能となり得る（例えば、１つ以上のガス容器）。いくつかの実施形態では、ガス源は、連続ガス源となり得る（例えば、圧縮器）。いくつかの実施形態では、電源およびガス源は、携帯可能エンクロージャに貯蔵される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、コントローラが、電源またはガス源のうちの少なくとも１つと連通する。コントローラは、電気制御機器と、流体制御機器とを含むことができる。プラズマ送達デバイス（例えば、プラズマアークトーチ）は、プラズマ送達デバイスの出力においてプラズマアークを生成するために、電源からの電流および電圧、ならびにガス源からのガスを使用する。プラズマアークは、金属工作物等の材料を加工するために使用され得る。
【００１８】
コントローラは、連通経路（例えば、バス、無線接続等）によって、電源、ガス源、およびプラズマ送達デバイスに電気的に接続される。いくつかの実施形態では、伝送媒体が、それぞれ、電源およびプラズマ送達デバイスと、ガス源およびプラズマ送達デバイスとに、電気および流体連通経路を提供する。電源は、電気連通経路（例えば、導線セット、無線接続等）を介して、プラズマ送達デバイスと電気連通している。ガス源は、流体導管を介して、プラズマ送達デバイスと流体連通している。いくつかの実施形態では、導線セット、流体導管、およびプラズマ送達デバイスは、携帯可能エンクロージャに格納可能となり得る。加えて、エンクロージャは、可搬型であり、手持ち式筐体および／またはブリーフケースサイズの筐体となり得る。
【００１９】
別の局面では、本発明はまた、工作物を切断するために使用することができる携帯可能プラズマアークトーチシステムも特色とする。システムは、エンクロージャ内に配置される、交換可能または再充電可能電力手段および交換可能または再充填可能ガス手段とともに、携帯可能エンクロージャを含むことができる。制御手段および伝送手段が、電力手段およびガス手段と連通している。プラズマ送達手段は、工作物を切断するために使用することができるプラズマアークを生成するために、電力手段からの電流および電圧、ならびにガス手段からのガスを受容する。
【００２０】
制御手段は、電力手段、ガス手段、およびプラズマ送達手段と電気連通することができる。伝送手段は、電力手段およびガス手段からプラズマ送達手段への電気および流体連通経路を提供する。電力手段は、電気連通経路（例えば、導線セット、無線接続等）を介して、プラズマ送達デバイスと電気連通している。ガス手段は、流体導管を介して、プラズマ送達デバイスと流体連通している。いくつかの実施形態では、導線セット、流体導管、およびプラズマ送達手段は、携帯可能エンクロージャに格納可能となり得る。エンクロージャは、可搬型であり、手持ち式筐体および／またはブリーフケースサイズの筐体となり得る。
【００２１】
接触起動は、プラズマトーチにおいてパイロットアークを生成する１つの既知の技法である。接触起動は、高周波機器を必要とせず、通常は電磁妨害を生成しないため、有利である。通常の接触起動システムは、パイロットアークモードから移行アークモードへと電流を移行させるために、パイロットアーク電流を供給する手段、パイロットアーク抵抗器、電流センサ、およびパイロットアークリレー、またはそれらの組み合わせを有する、パイロットアーク回路を含む。これらのパイロットアーク回路は、システムのサイズおよび生産費用を増加させる。
【００２２】
トーチのサイズおよび費用を減少させる、受動パイロットアーク回路を含む、接触起動プラズマアークトーチが提供される。プラズマアークトーチは、トーチ本体と、長手方向に配置された軸を有し、本体に載置される電極と、長手方向に配置された軸であって、電極軸と実質的に同一線上に配置されているノズル軸を有するノズルと、電極、ノズル、および工作物に連結される電力供給部であって、パイロットアークモードおよび移行アークモードでトーチを操作する電流を提供する電力供給部と、電力供給部とノズルとの間に連結されるパイロットアーク回路であって、パイロットアークモードでのトーチの操作を制御するパイロットアーク回路とを含む。電極またはノズルのいずれか一方は、平行移動可能となり得る。
【００２３】
パイロットアーク回路は、パイロットコンデンサと、パイロット抵抗器とを含むことができる。パイロットコンデンサおよびパイロット抵抗器は、直列に連結することができる。パイロットコンデンサは、１０マイクロファラッドから１００，０００マイクロファラッドに及ぶ値を有することができる（例えば、３０Ａパイロットアークに対しては、約３３３ミリ秒で１００Ｖを構築することができる）。いくつかの実施形態では、パイロット時間に一致するようにコンデンサをサイズ決定することができるため、パイロットコンデンサは、１００，０００マイクロファラッドより高くなり得る。パイロット抵抗器は、０．１オームから１００オームに及ぶ値を有することができる。いくつかの実施形態では、パイロットアーク回路は、パイロットコンデンサおよびパイロット可変抵抗器、またはパイロットコンデンサおよびインダクタを含むことができる。パイロットアーク回路はさらに、パイロットコンデンサを放電するために、パイロットコンデンサに並列に連結される放電回路を含むことができる。放電回路は、放電抵抗器と、放電リレーとを含むことができる。
【００２４】
接触起動プラズマアークトーチの操作方法は、電極と、トーチ本体の中に配置されるノズルとを有する、接触起動プラズマアークトーチを提供することと、パイロットアークモードおよび移行アークモードでの操作のためにトーチに電力を供給することと、受動パイロットアーク回路を通してトーチのパイロットアークモードへの電力を断絶することとを含む。パイロットアーク回路は、パイロットアークコンデンサが充電または実質的に充電されると、断絶する。電力は、所定の時間に断絶することができ、所定の時間は、パイロットアーク回路のＲＣ時定数によって決定することができる。パイロットアーク電流の大きさも、パイロットアーク回路のＲＣ時定数によって決定することができる。ＲＣ成分値は、固定または可変となり得る。
【００２５】
方法はさらに、トーチへの電力を取外すことと、放電回路を通してパイロットアークコンデンサを放電することとを含むことができる。放電回路は、放電抵抗器と、放電リレーとを含むことができる。
【００２６】
パイロットアークモードおよび移行アークモードでの操作のために、接触起動プラズマアークトーチに電力を供給する手段と、受動パイロットアーク回路を通してトーチのパイロットアークモードへの電力を断絶する手段とを含む、接触起動プラズマアークトーチも提供される。
【００２７】
パイロットアークモードおよび移行アークモードでの操作のために、トーチに電力を供給する電力供給部と、パイロットアークモードへの電力を断絶する受動パイロットアーク回路とを含む、接触起動プラズマアークシステム用の電源も提供される。
【００２８】
接触起動プラズマアークトーチの利点は、受動パイロットアーク起動回路、所定の時間にパイロットアーク回路を自動的に断絶すること、パイロットアーク電流の大きさを容易に設定すること、パイロットアーク回路の電流感知および論理制御の必要性を排除すること、パイロットアーク回路から工作物へと電流を途切れなく移行させること、およびプラズマトーチの減少した生産費用をもたらす、構成要素の最小限化を含む。
【００２９】
一局面では、本発明は、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムを特色とする。携帯可能プラズマアークトーチシステムは、筐体と、プラズマアークトーチアセンブリとを含むことができる。プラズマアークトーチアセンブリは、プラズマアークトーチ制御ユニットと、プラズマアークトーチとを含むことができ、プラズマアークトーチ制御ユニットは、筐体の中に配置され、トーチに接続される。携帯可能プラズマアークトーチシステムは、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、筐体に対して配置され、電力調節回路を必要とせずに（例えば、電圧調節回路または電流調節回路を必要とせずに）トーチ操作を可能にするように、トーチ電極に十分な電圧を提供する、バッテリを含むことができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチ制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを含む。携帯可能プラズマアークトーチシステムは、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供する携帯可能ガス源であって、筐体によって支持されるガス源を含むことができる。いくつかの実施形態では、携帯可能ガス源は、高圧ガス容器である。
【００３１】
バッテリによってプラズマアークトーチアセンブリに供給される電圧は、少なくとも約４５ボルトのＤＣ電力となり得る。いくつかの実施形態では、バッテリは、電圧漸増回路または高周波スイッチングを含む電力調節回路を必要とせずに（例えば、電圧調節回路または電流調節回路を必要とせずに）、工作物に対するトーチ電極に十分な電圧を提供する。
【００３２】
いくつかの実施形態では、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは十分に携帯可能であり、プラズマアークトーチの操作中にユーザによって完全に担持または装着される。バッテリおよびガス源は、取付モジュールの一部となり得て、取付モジュールは、システムから分離可能である。いくつかの実施形態では、取付モジュールは、バッテリ用の電力接続またはガス源用のガス接続により、プラズマアークトーチアセンブリに接続される。取付モジュールは、バッテリで電力を移動する電気接続またはガスを移動するホース接続のうちの少なくとも１つにより、プラズマアークトーチアセンブリに接続することができる。
【００３３】
本発明は、別の局面では、携帯可能筐体と、携帯可能筐体に対して配置される切断ガス源と、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供するバッテリであって、携帯可能筐体に対して配置されるバッテリとを含むことができる、携帯可能プラズマアークトーチシステム用の充電／充填可能な電力およびガスユニットを特色とする。充電／充填可能な電力およびガスユニットはまた、携帯可能筐体に対して配置される第１のコネクタアセンブリであって、切断ガス源を充填するようにガスを受容する入力を備える、第１のコネクタアセンブリと、携帯可能筐体に対して配置される第２のコネクタアセンブリであって、バッテリを充電するように充電を受容する入力を備える、第２のコネクタアセンブリとを含むこともできる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、バッテリは、電力調節回路を必要とせずに（例えば、電圧調節回路または電流調節回路を必要とせずに）、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供する。第１のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上のガス接続と嵌合するように適合される出力を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１のコネクタアセンブリはさらに、充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するようにホースを含む。第２のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上の電力接続と嵌合するように適合される出力を含むことができる。いくつかの実施形態では、第２のコネクタアセンブリは、充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するようにワイヤを含む。
【００３５】
本発明は、別の局面では、携帯可能プラズマアークトーチシステムの充電／充填可能な電力およびガスユニットを補充する充電／充填ユニットを特色とする。充電／充填ユニットは、プラズマガス切断源への接続と、充電電力を提供する電源への接続とを含むことができる。充電／充填ユニットは、充電／充填可能な電力およびガスユニットのガス源にガス充填を提供する第１のコネクタアセンブリと、充電／充填可能な電力およびガスユニットのバッテリを充電するように電力を提供する第２のコネクタアセンブリとを含むことができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第２のコネクタアセンブリは、充電／充填可能な電力およびガスユニットにＤＣ電力を提供する。第１および第２のコネクタアセンブリは、充電／充填可能な電力およびガスユニットが充電／充填ユニットに載置されると、充電／充填可能な電力およびガスユニット上の対応するコネクタと嵌合することができる。
【００３７】
本発明は、別の局面では、プラズマアークトーチシステムを特色とする。プラズマアークトーチシステムは、非携帯可能電源から遠隔電力を受容する電力リード線と、非携帯可能ガス源からトーチガスを受容するガスリード線とを含むことができる。プラズマアークトーチシステムはまた、取付モジュールのプラズマガス切断源からプラズマガスを受容する第１のコネクタアセンブリと、第１のコネクタからのガスおよび第２のコネクタからの電力のみを使用して、電力リード線およびガスリード線が接続されていない時に、トーチを操作することができるように、取付モジュールのＤＣバッテリからＤＣ電力を受容する第２のコネクタアセンブリとを含むこともできる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、取付モジュールのバッテリは、電力調節回路を必要とせずに（例えば、電圧調節回路または電流調節回路を必要とせずに）、トーチ操作のために十分な電圧を提供する。電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分な電圧を提供することは、電圧を漸増することなく、または電圧の高周波スイッチングを行うことなく、電圧を提供することを含むことができる。いくつかの実施形態では、取付モジュールのバッテリは、プラズマアークトーチに少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供する。
【００３９】
本発明は、別の局面では、携帯可能プラズマアークトーチのガス消費を最小限化する方法を特色とする。方法は、ガスの携帯可能有限供給部から携帯可能プラズマアークトーチへのガス流を開始することと、プラズマアークを始動することと、プラズマアークを終了することと、プラズマアークの開始前または終了後約１０秒未満までに、流動前または流動後状態中のプラズマアークトーチの電極の周囲のガス流を排除するか、または実質的に低減することによって、ガス消費を最小限化するために電極寿命を犠牲にし、それにより、ガス消費を最小限化することとを含むことができる。
【００４０】
本発明は、一局面では、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムを特色とする。システムは、筐体と、プラズマアークトーチ制御ユニットおよびプラズマアークトーチを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、プラズマアークトーチ制御ユニットは、筐体の中に配置され、トーチに接続される、プラズマアークトーチアセンブリと、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、筐体に対して配置され、トーチ電極に少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供する、バッテリとを含むことができる。
【００４１】
本発明は、さらに別の局面では、材料を加工する携帯可能プラズマアークトーチ装置を特色とする。装置は、プラズマ送達デバイスと、プラズマ送達デバイスに対して配置される、交換可能または再充電可能バッテリであって、プラズマ送達デバイスに少なくとも約８０ボルトを提供するバッテリとを含むことができる。装置はまた、プラズマ送達デバイスに対して配置され、プラズマアークの生成のためにプラズマ送達デバイスにガスを提供する、交換可能または再充填可能ガス源も含むことができる。
【００４２】
本発明は、さらに別の局面では、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムを特色とする。システムは、筐体と、プラズマアークトーチアセンブリと、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源とを含むことができる。システムはまた、バッテリの電力レベル、バッテリに残された有効容量、ガス源に残存するガス、システムに残存する切断能力の量、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを表す、インジケータも含むことができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、システムは、ガス源のガスレベルが閾値レベルに到達した時、またはバッテリ源のエネルギーレベルが閾値レベルに到達した時に、指標を表示するインジケータを含むことができる。
【００４４】
本発明は、別の局面では、軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムを特色とする。システムは、プラズマアークトーチ制御ユニットと、プラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリを含むことができる。システムはまた、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源とを含むこともでき、軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムの電力対重量比は、１ポンドあたり少なくとも約８０ワットである。
【００４５】
本発明は、さらに別の局面では、材料の高温熱加工用のプラズマアークを生成する携帯可能プラズマアークトーチ装置を特色とする。装置は、プラズマトーチを含むプラズマ送達デバイスを含むことができ、トーチは電極およびノズルを有し、その間でプラズマチャンバを画定する。装置はまた、プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充電可能バッテリであって、プラズマ送達デバイスに切断電力を提供するバッテリも含むことができる。装置はまた、ガスの有限供給を有し、プラズマ送達デバイスにガスを提供するようにプラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充填可能ガス源も含むことができ、ガス源の放出中に、実質的に全てのガスは、プラズマチャンバを通して放出される。
【００４６】
いくつかの実施形態では、ガス流は、プラズマアークが始動されるのと実質的に同時に始動される。ガス流は、プラズマアークの始動前約１０秒以内の時間に始動される。いくつかの実施形態では、ガス流は、プラズマアークが終了されるのと実質的に同時に、実質的に低減または終了される。ガス流は、プラズマアークの終了後約１０秒以内の時間に、実質的に低減または終了される。
【００４７】
本発明は、さらに別の局面は、切断ガス源と、プラズマアークトーチと、プラズマアークトーチに電力供給し、隔離エンクロージャの中に配置される、電子的電力供給部とを含むことができる、ファンレス（例えば、受動または非換気回路）ガス冷却プラズマアークトーチシステムを特色とする。プラズマアークトーチシステムはまた、切断ガスの少なくとの一部分を、電子的電力供給部を冷却するヒートシンクに方向付ける、切断ガス源と電子的電力供給部との間に配置される導管と、切断ガスをプラズマアークトーチに方向付ける、ヒートシンクとプラズマアークトーチとの間に配置される第２の導管とを含むこともできる。
【００４８】
本発明は、一局面では、切断ガス源を提供することと、切断ガスを電子的電力供給部に方向付け、切断ガスで電子的電力供給部を冷却することと、プラズマアークを生成するために、電力電子機器からトーチに切断ガスを方向付けることとを含むことができる、プラズマアークトーチを冷却する方法を特色とする。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
筐体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアークトーチ制御ユニットは該筐体の中に配置され該トーチに接続される、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、該バッテリは、該筐体に対して配置され、トーチ電極に十分な電圧を提供して、電力調節回路を必要とせずにトーチ操作を可能にする、バッテリと
を備える、システム。
（項目２）
上記プラズマアークトーチ制御ユニットは、オン・オフ電気スイッチと、上記プラズマアークトーチにガスを提供するガス制御機器とを備える、項目１に記載のシステム。
（項目３）
上記プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供する携帯可能ガス源であって、該ガス源は上記筐体によって支持される、ガス源をさらに備える、項目１に記載のシステム。
（項目４）
上記携帯可能ガス源は、高圧ガス容器である、項目３に記載のシステム。
（項目５）
上記バッテリによって上記プラズマアークトーチアセンブリに供給される電圧は、少なくとも約４５ボルトのＤＣ電力である、項目１に記載のシステム。
（項目６）
上記バッテリは、電圧漸増回路または高周波スイッチングを含む電力調節回路を必要とせずに、トーチ電極に十分な電圧を提供する、項目１に記載のシステム。
（項目７）
上記自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、十分に携帯可能であり、上記プラズマアークトーチの操作中にユーザによって完全に担持または装着される、項目１に記載のシステム。
（項目８）
上記バッテリおよびガス源は、取付モジュールの一部であって、該取付モジュールは、上記システムから分離可能である、項目１に記載のシステム。
（項目９）
上記取付モジュールは、上記バッテリ用の電力接続または上記ガス源用のガス接続により、上記プラズマアークトーチアセンブリに接続される、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
上記取付モジュールは、上記バッテリで電力を移動する電気接続またはガスを移動するホース接続のうちの少なくとも１つにより、上記プラズマアークトーチアセンブリに接続される、項目８に記載のシステム。
（項目１１）
携帯可能プラズマアークトーチシステム用の充電／充填可能な電力およびガスユニットであって、
携帯可能筐体と、
該携帯可能筐体に対して配置される切断ガス源と、
トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供するバッテリであって、該バッテリは該携帯可能筐体に対して配置される、バッテリと、
該携帯可能筐体に対して配置される第１のコネクタアセンブリであって、該第１のコネクタアセンブリは、該切断ガス源を充填するためにガスを受容する入力を備える、第１のコネクタアセンブリと、
該携帯可能筐体に対して配置される第２のコネクタアセンブリであって、該第２のコネクタアセンブリは、該バッテリを充電するために充電を受容する入力を備える、第２のコネクタアセンブリと
を備える、充電／充填可能電力およびガスユニット。
（項目１２）
上記バッテリは、電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供する、項目１１に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
（項目１３）
上記第１のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上のガス接続と嵌合するように適合される出力をさらに備える、項目１１に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
（項目１４）
上記第１のコネクタアセンブリは、上記充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するためにホースをさらに備える、項目１１に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
（項目１５）
上記第２のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上の電力接続と嵌合するように適合される出力をさらに備える、項目１１に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
（項目１６）
上記第２のコネクタアセンブリは、上記充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するためにワイヤをさらに備える、項目１１に記載の充電／充填可能な電力およびガスユニット。
（項目１７）
携帯可能プラズマアークトーチシステムの充電／充填可能な電力およびガスユニットを補充する充電／充填ユニットであって、
プラズマガス切断源への接続と、
充電電力を提供する電源への接続と、
該充電／充填可能な電力およびガスユニットのガス源にガス充填を提供する第１のコネクタアセンブリと、
該充電／充填可能な電力およびガスユニットのバッテリを充電するために電力を提供する第２のコネクタアセンブリと
を備える、充電／充填ユニット。
（項目１８）
上記第２のコネクタアセンブリは、上記充電／充填可能な電力およびガスユニットにＤＣ電力を提供する、項目１７に記載の充電／充填ユニット。
（項目１９）
上記第１および第２のコネクタアセンブリは、上記充電／充填可能な電力およびガスユニットが上記充電／充填ユニットに載置される時に、該充電／充填可能な電力およびガスユニット上の対応するコネクタと嵌合する、項目１７に記載の充電／充填ユニット。
（項目２０）
プラズマアークトーチシステムであって、
非携帯可能電源から遠隔電力を受容する電力リード線と、非携帯可能ガス源からトーチガスを受容するガスリード線とを含む、プラズマアークトーチと、
取付モジュールのプラズマガス切断源からプラズマガスを受容する第１のコネクタアセンブリと、
該取付モジュールのＤＣバッテリからＤＣ電力を受容する第２のコネクタアセンブリと
を備え、それにより、該電力リード線および該ガスリード線が接続されていない時に、該トーチは、該第１のコネクタからのガスおよび該第２のコネクタからの電力のみを使用して操作され得る、システム。
（項目２１）
上記取付モジュールの上記バッテリは、電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分な電圧を提供する、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分な電圧を提供することは、該電圧を漸増することなく、または該電圧の高周波スイッチングを行うことなく、電圧を提供することを含む、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
上記取付モジュールの上記バッテリは、上記プラズマアークトーチに少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供する、項目２０に記載のシステム。
（項目２４）
携帯可能プラズマアークトーチのガス消費を最小限化する方法であって、
ガスの携帯可能有限供給部から該携帯可能プラズマアークトーチへのガス流を開始することと、
プラズマアークを始動することと、
該プラズマアークを終了することと、
該プラズマアークの開始前または終了後約１０秒未満までに、流動前または流動後状態中の該プラズマアークトーチの電極の周囲のガス流を排除するか、または実質的に低減することによって、ガス消費を最小限化するために電極寿命を犠牲にすることであって、それにより、ガス消費を最小限化する、ことと
を含む、方法。
（項目２５）
自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
筐体と、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリであって、該プラズマアークトーチ制御ユニットは、該筐体の中に配置され該トーチに接続される、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、該バッテリは、該筐体に対して配置され、トーチ電極に少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供する、バッテリと
を備える、システム。
（項目２６）
材料を加工する携帯可能プラズマアークトーチ装置であって、
プラズマ送達デバイスと、
該プラズマ送達デバイスに対して配置される、交換可能または再充電可能バッテリであって、該バッテリは、該プラズマ送達デバイスに少なくとも約８０ボルトを提供する、バッテリと、
該プラズマ送達デバイスに対して配置され、プラズマアークの生成のために該プラズマ送達デバイスにガスを提供する、交換可能または再充填可能ガス源と
を備える、装置。
（項目２７）
自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
筐体と、
プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源と、
該バッテリの電力レベル、該ガス源に残存するガス、または該システムに残存する切断能力の量のうちの少なくとも１つを表す、インジケータと
を備える、システム。
（項目２８）
ガス源のガスレベルが閾値レベルに到達した時、または上記バッテリ源のエネルギーレベルが閾値レベルに到達した時に、指標を表示するインジケータをさらに備える、項目２７に記載のシステム。
（項目２９）
軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムであって、
プラズマアークトーチ制御ユニットとプラズマアークトーチとを備える、プラズマアークトーチアセンブリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、
該プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源と
を備え、該軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムの電力対重量比は、１ポンドあたり少なくとも約８０ワットである、システム。
（項目３０）
材料の高温熱加工用のプラズマアークを生成する携帯可能プラズマアークトーチ装置であって、
プラズマトーチであって、トーチは電極とノズルとを有し、その間でプラズマチャンバを画定する、トーチを含む、プラズマ送達デバイスと、
該プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充電可能バッテリであって、該バッテリは、該プラズマ送達デバイスに切断電力を提供する、バッテリと、
ガスの有限供給を有し、該プラズマ送達デバイスにガスを提供するために該プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充填可能ガス源と
を備え、該ガス源の放出中に、実質的に全ての該ガスは該プラズマチャンバを通して放出される、装置。
（項目３１）
上記ガス流は、上記プラズマアークが始動されるのと実質的に同時に始動される、項目３０に記載の装置。
（項目３２）
上記ガス流は、上記プラズマアークの始動前約１０秒以内の時間に始動される、項目３１に記載の装置。
（項目３３）
上記ガス流は、上記プラズマアークが終了されるのと実質的に同時に、実質的に低減または終了される、項目３０に記載の装置。
（項目３４）
上記ガス流は、上記プラズマアークの終了後約１０秒以内の時間に、実質的に低減または終了される、項目３３に記載の装置。
（項目３５）
ファンレスガス冷却プラズマアークトーチシステムであって、
切断ガス源と、
プラズマアークトーチと、
該プラズマアークトーチに電力供給し、隔離エンクロージャの中に配置される、電子的電力供給部と、
該切断ガス源と該電子的電力供給部との間に配置され、該切断ガスの少なくとの一部分を、該電子的電力供給部を冷却するヒートシンクに方向付ける、導管と、
該ヒートシンクと該プラズマアークトーチとの間に配置され、該切断ガスを該プラズマアークトーチに方向付ける、第２の導管と
を備える、システム。
（項目３６）
プラズマアークトーチを冷却する方法であって、
切断ガス源を提供することと、
該切断ガスを電子的電力供給部に方向付け、該切断ガスで該電子的電力供給部を冷却することと、
プラズマアークを生成するために、該電力電子機器から該トーチに該切断ガスを方向付けることと
を含む、方法。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
先述の内容および本発明は、添付図と一緒に読むと、種々の実施形態の以下の説明から、さらに十分に理解されるであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、その代わり、本発明の原則を図示することが強調されている。
【図１】図１は、自律プラズマアークトーチシステムの代表的な機能構成要素を示す、ブロック図である。
【図２】図２は、単一制御手段および単一伝送媒体を使用する、自律プラズマアークトーチシステムの代表的構成要素の実装を示す、ブロック図である。
【図３】図３は、単一コントローラおよび一対の伝送媒体を使用する、図２の実装の変形例を示すブロック図である。
【図４】図４は、３つのコントローラおよび２つの伝送媒体を使用する、図２の実装の変形例を示すブロック図である。
【図５ａ】図５ａは、１つの区分におけるプラズマ送達デバイスを伴い、別の区分に収納された電力手段、コントローラ、および伝送媒体に接続される、機能的実装の物理的区分化の例である。
【図５ｂ】図５ｂは、１つの区分に収納されたプラズマ送達、コントローラ、および伝送媒体を伴い、別の区分における電力手段およびガス手段に接続される、図５ａの変形例である。
【図５ｃ】図５ｃは、単一区分に収納されたシステムの全構成要素を伴う、５ａの変形例である。
【図５ｄ】図５ｄは、１つの区分におけるプラズマ送達デバイスを伴い、第２の区分における制御機器および伝送媒体に接続され、第３の区分における電力手段およびガス手段に接続される、図５ａの変形例である。
【図６】図６は、例示的な自律プラズマアークトーチシステムの詳細ブロック図である。
【図７ａ】図７ａは、プラズマアークトーチシステムの例示的な装着型携帯可能アセンブリを着けたユーザの説明図である。
【図７ｂ】図７ｂは、プラズマアークトーチシステムの例示的な装着型携帯可能アセンブリおよびプラズマ送達デバイスを着けたユーザの代替図である。
【図８ａ】図８ａは、例示的実施形態による、装着型携帯可能アセンブリ用のドッキングステーションの構成要素のブロック図である。
【図８ｂ】図８ｂは、例示的実施形態による、携帯可能プラズマアークトーチシステム用のドッキングステーションの構成要素のブロック図である。
【図８ｃ】図８ｃは、例示的実施形態による、携帯可能溶接装置用のドッキングステーションの構成要素のブロック図である。
【図９】図９は、プラズマアークトーチシステムの例示的な装着型携帯可能アセンブリおよびプラズマ送達デバイスの構成要素のブロック図である。
【図１０】図１０は、プラズマアークトーチシステムの例示的な装着型携帯可能アセンブリおよびプラズマ送達デバイスの物理的区分の例である。
【図１１】図１１は、例示的実施形態による、接触起動プラズマアークトーチのブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１の接触起動プラズマアークトーチの詳細概略図である。
【図１３】図１３は、例示的実施形態による、プラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、例示的実施形態による、エネルギーレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、別の例示的実施形態による、エネルギーレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、さらに別の例示的実施形態による、エネルギーレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、例示的実施形態による、ガスレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、別の例示的実施形態による、ガスレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、さらに別の例示的実施形態による、ガスレベルインジケータを含むプラズマアークトーチシステムの概略図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、例示的実施形態による、取付モジュールおよびプラズマアークトーチアセンブリの概略図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、別の例示的実施形態による、取付モジュールおよびプラズマアークトーチアセンブリの概略図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、充電／充填ユニット、ならびに図１６Ａの取付モジュールおよびプラズマアークトーチアセンブリの概略図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、充電／充填ユニット、ならびに図１６Ｂの取付モジュールおよびプラズマアークトーチアセンブリの概略図である。
【図１８】図１８は、従来技術による、電力電子機器のファン冷却とともにプラズマシステムを通るガスおよび電気流を示す、概略図である。
【図１９】図１９は、本発明の例示的実施形態による、ファンレスガス冷却プラズマシステムを通るガスおよび電気流の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
（詳細な説明）
プラズマアークトーチは、金属の厚板の切断、ならびに、暖房、換気、および空気調節（ＨＶＡＣ）システムで一般的に使用される亜鉛めっき金属の比較的薄い板の切断等の、多種多様な用途を有する。プラズマアークトーチの基本構成要素は、トーチ本体と、本体内に載置される電極（陰極）と、中央出口を伴うノズル（陽極）と、イオン性ガス流を提供するガス源と、電気接続と、冷却液およびアーク制御液用の通路と、通常は、電極とノズルとの間のガス中でパイロットアークを産生し、次いで、電極から工作物へのイオン化ガスの導電性流れである、プラズマアークを産生する電源とを含む。ガスは、非酸化性、例えば、窒素、アルゴン／水素、またはアルゴン、あるいは酸化性、例えば、酸素または空気となり得る。
【００５１】
この一般的種類の種々のプラズマアークトーチは、全て本出願と同一の出願人による、米国特許第４，７９１，２６８号、第４，９０２，８７１号、第５，１７０，０３３号、第５，３１７，１２６号、および第５，９９４，６６３号で説明されている。プラズマアークトーチおよび関連製品は、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍを含む多数の製造業者によって、種々のモデルで販売されている。Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍによって販売されている、Ｐｏｗｅｒｍａｘ  １０００ブランドのトーチは、作業ガスとして空気および窒素（Ｎ２）を使用する、中電力トーチの典型であり、プレート製造およびＨＶＡＣの両方の用途に有用である。Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍによって販売されている、Ｐｏｗｅｒｍａｘ  １６５０ブランドのトーチは、作業ガスとして空気および／または窒素をしばしば使用する、高電力トーチの典型である。いくつかの実施形態では、高電力トーチは、水冷し、厚い金属板、例えば、厚さ１インチの軟鋼板を穿孔および切断するために使用することができる。
【００５２】
ここで図１を参照すると、プラズマアークトーチシステム１０の代表的な機能構成要素を示す、ブロック図が示されている。このプラズマアークトーチシステムは、大きくてかさばるガスボンベがなく（いくつかの実施形態では、連続固定ガス源がない）、かつ電源コードによる電力網への接続がない、金属材料を加工することが可能な携帯可能システムであるという点で、「自律」している。種々の実施形態では、システムは、可動型および可搬型である。いくつかの実施形態では、システムは、手で持って運ぶか、またはそうでなければ使用するために局部および遠隔場所に輸送することができる、「ブリーフケースサイズの」（および／または手持ち式）筐体の中に配置することができる。他の実施形態では、システムは、より小型であり、充電されて電源から取外され、遠隔使用のためにブリーフケースサイズの筐体の中に配置されたプラズマ送達デバイスを含んでもよい（例えば、サイズがコードレスドリルと同程度のシステム）。本発明の実施形態は、建設現場で、農業地域で、緊急安全人員（例えば、消防士、警察等）によって、電力網への接続性が可能ではないか、または望ましくない遠隔場所における労働者によって、または独自の専門分野の消費者によって、使用され得ることが、期待される。
【００５３】
１つの例示的な実施形態では、システム１０は、電源１２、ガス源１４、伝送媒体１６、コントローラ１８、およびプラズマ送達デバイス２０といった、５つの主要構成要素を含む。電源１２は、再充電可能および／または交換可能（例えば、１つ以上のバッテリ）となり得る。ガス源１４は、１つ以上の交換可能および／または再充填可能ガス容器または携帯可能圧縮器となり得る。送電能力および／または流体伝送能力を含むことができる、伝送媒体１６は、プラズマ送達デバイス２０に接続される。送電能力は、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ  Ｉｎｃ．製のもののうちのいずれか等の導線セット、バス、または無線接続を含むことができる。流体伝送能力は、流体導管を含むことができる。コントローラ１８は、電気制御機器および／または流体制御機器（例えば、トリガ、リレー、ソレノイド弁、圧力調節器等）を含むことができる。プラズマ送達デバイス１８は、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ  Ｉｎｃ．製のもの等のプラズマアークトーチを含むことができる。トーチは、デバイス１８上に配置されたトリガ（図示せず）を操作することによって起動することができる。加えて、システム１０は、電流制限スイッチ、トグルスイッチ、キーパッド、タッチパッド、ダイヤル、ノブ、またはユーザがトーチのパラメータを操作あるいは制御することを可能にする他の手段等の、種々のユーザ制御機器（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明される自律プラズマアークトーチシステム１００で使用される特徴を、携帯可能溶接装置（図示せず）に適用することができる。
【００５４】
図２は、単一伝送媒体２４および単一コントローラ２６を使用する、自律プラズマアークトーチシステム２２の代表的構成要素の１つの例示的実装を示す、ブロック図である。コントローラ２６は、共通電気接続３２（例えば、バス）を介して、電源２８およびガス源３０と連通する。加えて、コントローラは、プラズマ送達デバイス３４と連通するために別の電気接続３２ｂを使用する。電源３６は、電流を提供し、ガス源３８は、伝送媒体２４を介してプラズマ送達デバイス３４にガスを提供する。１つの実装では、伝送媒体２４は、電源３６からプラズマ送達デバイス３４に電流を提供する導線セットと、ガス源３８からプラズマ送達デバイス３４にガスを提供する流体導管とを備える。プラズマ送達デバイス３４は、プラズマアークトーチとなり得る。システム２２はまた、トーチのパラメータを制御するように、前述のようなユーザ制御機器を含むこともできる。自律プラズマアークトーチシステム２２の代表的構成要素を、携帯可能溶接装置に適用することができる。
【００５５】
図３は、携帯可能プラズマアークトーチシステム４０の別の実装を示すブロック図である。システム４０は、単一コントローラ４２および一対の伝送媒体４４、４６を使用する。コントローラ４２は、第１の電気接続４８を介して電源５０と連通し、別の電気接続５２を介してガス源５４と連通する。コントローラ４２はまた、プラズマ送達デバイス５６とも連通する。電源５０は、伝送媒体４４を介してプラズマ送達デバイス５６に電流を提供し、ガス源５４は、伝送媒体４６を介してプラズマ送達デバイス５６にガスを提供する。プラズマ送達デバイス５６は、プラズマアークトーチとなり得る。システム４０はまた、トーチのパラメータを制御するように、ユーザ制御機器（図示せず）も含むことができる。いくつかの実施形態では、実装は携帯可能溶接装置で使用される。
【００５６】
図４は、３つのコントローラ６２、６４、６６および２つの伝送媒体６８、７０を使用する、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０の実装の変形例を示すブロック図である。コントローラ６２は、電気接続７２を介して電源７４と連通し、別個の電気接続７６を介してガス源７８と連通する。コントローラ６２は、別の電気接続８２を介してプラズマ送達デバイス８０と連通する。コントローラ６４は、２つの電気接続８４、８６を介して伝送媒体６８と連通する。同様に、コントローラ６６は、２つの電気接続８８、９０を介して伝送媒体７０と連通する。電力手段７４は、伝送媒体６８を経由してプラズマ送達デバイス８０に電流を提供し、ガス源７８は、伝送媒体７０を経由してプラズマ送達デバイス８０にガスを提供する。プラズマアークトーチとなり得る、プラズマ送達デバイス８０は、切断動作のために工作物に対して位置付けられる。システム６０はまた、前述のようなユーザ制御機器も含むことができる。いくつかの実施形態では、実装は携帯可能溶接装置で使用される。
【００５７】
図５ａ、５ｂ、５ｃ、および５ｄは、自律プラズマ切断システムの種々の物理的区分化の例示的な実施形態である。いくつかの実施形態では、種々の物理的区分化構成は、携帯可能溶接装置で使用される。
【００５８】
図５ａは、エンクロージャセクション１０１およびトーチセクション１０２に区分化されたプラズマトーチシステム１００を示す。一実施形態では、２つのセクションは、単一のブリーフケース型筐体（図示せず）に格納される。筐体は、ユーザがシステム１００を遠隔場所に運ぶことを可能にするように、手持ち式となり得る。エンクロージャセクション１０１は、電源１２０と、ガス源１２４と、伝送媒体１２６と、コントローラ１２８とを含む。プラズマ送達デバイス１２２は、トーチセクション１０２に位置する。
【００５９】
図５ｂは、トーチ取付セクション２０１およびトーチセクション２０２に区分化されたプラズマトーチシステム２００を示す。一実施形態では、２つのセクションは、単一のブリーフケース型筐体に格納される。取付セクション２０１（例えば、取付モジュール、キャニスタ、または充電・充電可能／再充電・再充填可能ユニット）は、電源２１２およびガス源２１４の両方を含むことを除いて、取外し可能バッテリパックに類似するものとして考えることができる。トーチセクション２０２は、伝送媒体２１６と、コントローラ２２０と、プラズマ送達デバイス２１８とを含む。
【００６０】
図５ｃは、単一エンクロージャ３０１（または筐体）の中に主要構成要素を有する、プラズマトーチシステム３００を示す。エンクロージャセクション３０１は、電源３１２と、ガス源３１４と、伝送媒体３１６と、コントローラ３２０と、プラズマ送達デバイス３１８とを含む。
【００６１】
図５ｄは、エンクロージャ取付セクション４０１（例えば、取付モジュール、または充電・充填可能／再充電・再充填可能ユニット）、エンクロージャセクション４０２、およびトーチセクション４０３に区分化することができる、プラズマトーチシステム４００を示す。エンクロージャセクション４０２は、伝送媒体４１６と、コントローラ４１８とを含む。プラズマ送達デバイス４１８は、トーチセクション４０３に位置する。一実施形態では、３つのセクションは、ユーザによって手で持って運ばれることが可能な単一のブリーフケース型筐体に格納される。
【００６２】
図６は、工作物５０１を切断することが可能な自律プラズマアークトーチシステム５００の詳細ブロック図である。電力系統は、一対の再充電可能および／または交換可能電源５０２および５０４を含む。１つの詳細実施形態では、電源５０２は、例えば、ＩＭＣ  Ｐｏｗｅｒ製の、１２Ｖ、１．３アンペアアワー、最大放電電流１９．５アンペアの鉛酸バッテリである。１つの詳細実施形態では、電源５０２は、ポリマーリチウムイオンバッテリである。いくつかの実施形態では、トーチに印加される電圧を増加させるために、ブーストコンバータおよび／またはバックコンバータを電源５０８とともに使用することができる。実施形態はまた、電圧漸増技法、単巻変圧器、およびトーチに印加される電圧を増加させ、バッテリの電圧出力よりも大きくさせる種々の他の回路等の、他の既知の技法も使用することができる。ガス源５０６は、交換可能および／または再充填可能ガスボトルとなり得る。一実施形態では、ガス源５０６は、例えば、Ｐｕｒｅ  Ｅｎｅｒｇｙ製の、３，０００ＰＳＩ容量の炭素繊維包装ボトルである。導線セット（図示せず）は、電源５０２、５０４とトーチ５０８との間の連通経路を提供し、流体導管（図示せず）は、ガス源５０６とトーチ５０８との間の流体流路を提供する。
【００６３】
システムは、プラズマアークトーチ５０８、例えば、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．製のＰＡＣ  １０５ハンドトーチを含む。トーチ５０８は、トリガ５０９を操作することによって、オンおよびオフにすることができる。動作中、トーチ５０８は、ソリッドステートリレー５１０を介して電源５０２から電流および電圧を受容する。１つの詳細実施形態では、リレー５１０は、例えば、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ  Ｒｅｌａｙ製の、１００Ａ、２００ＶＤＣの出力のＤＣソリッドステートリレーである。トーチ５０８内でパイロットアークを生成するために、電源５０２によって電力供給されるパイロットアーク回路５１２が提供される。回路５１２は、特注設計、またはプラズマトーチ技術の分野で公知である種々のパイロットアーク回路のうちのいずれか１つとなり得る。
【００６４】
ガス源５０６は、圧力調節器５１４およびソレノイド弁５１６を介して、トーチ５０８にガスの供給を提供する。１つの詳細実施形態では、３，０００ＰＳＩの入力、２−８０ＰＳＩの出力、および最大１００ＰＳＩを有する減圧調節器（例えば、Ｐｒｅｍｉｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製）が採用され、コイル入力２４ＶＤＣ、公称動作範囲６ワット、および弁の流量係数（Ｃｖ）０．１５５の二方ソレノイド弁（例えば、ＧＥＭＳ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ製）が使用される。
【００６５】
システム５００を操作するためには、トーチ５０８に供給されるガスの圧力を（例えば、６０ｐｓｉｇに）事前設定するように、調節器５１４が調整される。トーチ５０８が工作物５０１に対して遠隔に位置し、ユーザは、リレー５１０を閉じるように、およびパイロットアーク回路５１２を稼働させるように、トリガ５０９を引く。ソレノイド弁５１６は、電源５０４によって活性化される。ガス流が確立され、パイロットアーク回路を使用して、パイロットアークが始動される。この時点で、トーチを工作物５０１に近づけることができる。
【００６６】
より具体的には、リレー５１０が閉じられると、電源５０４がパイロットアーク回路５１２に電流および電圧を供給し、トーチ５０８の中の電極とノズルとの間でパイロットアークを形成させる。弁５１６を介したガス流の始動は、電極およびノズルの分離を引き起こし、アークを始動し、プラズマを着火する。プラズマガスがトーチから出ると、トーチ５０８は、工作物５０１にごく接近して位置付けられる。パイロットアークおよびガス流は、工作物５０１と電極との間の電気経路の形成を促進する。最終的に、電極と工作物との間で第２のアークが形成する。パイロットアーク電流がゼロになり、パイロットアーク自体が消えるにつれて、第２のアークが残存するように、パイロットアーク回路５１２は、減少するパイロットアーク電流を提供するように構成することができる。一実施例では、トーチ５０８は、３０アンペアおよび１００ボルトで約３０秒間、移行アークを生成することが可能である。
【００６７】
図６で説明されるような要素は、携帯可能溶接装置を形成するために利用することもできる。溶接装置は、電源と、ガス源と、１つ以上のコントローラ（図１−６で説明されるコントーラと同様）と、伝送媒体（図１−６で説明される伝送媒体と同様）とを含むことができる。
【００６８】
図７ａは、装着型携帯可能アセンブリ６０４を着けたユーザ６０１を示す。プラズマアークトーチシステム６００は、装着型携帯可能アセンブリ６０４と、プラズマ送達デバイス（図示せず）とを含むことができる。１つ以上の再充電可能または交換可能電源６０８、および１つ以上の再充填可能または交換可能ガス源６１２を、装着型携帯可能アセンブリ６０４に含むことができる。電源６０８およびガス源６１２は、取外し可能となり得る。電源６０８およびガス源６１２は、図１−６で上記に説明されるようなものと同様となり得る。いくつかの実施形態では、プラズマユニット６１６をアセンブリ６０４に含むことができる。プラズマユニット６１６は、１つ以上のコントローラ６３４（上記の図１−６で説明されるコントーラと同様）と、１つまたは複数の伝送媒体（上記の図１−６で説明される伝送媒体と同様）とを含むことができる。電源６０８は、プラグコンセントを含むことができ、ガス源６１２は、「迅速接続」コネクタを含むことができ、ユーザ６０１がプラズマユニット６１６（Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍによって製造され、Ｈｙｐｅｒｍａｘ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって流通されている、Ｐｏｗｅｒｍａｘ  ３０（登録商標）等）をアセンブリ６０４にプラグで接続することを可能にする。
【００６９】
装着型携帯可能アセンブリ６０４は、バックパック、フロントパック、および／またはショルダーストラップ搭載パックとなり得る。いくつかの実施形態では、装着型携帯可能アセンブリ６０４は、耐熱性、非導電性、および／または耐衝撃性である、アセンブリ６０４とユーザ６０１との間の保護層を有する。アセンブリ６０４は、プラズマユニット６１６および電源６０８の自然冷却を可能にするように、通気性材料となり得る。アセンブリ６０４はまた、プラズマユニット６１６および電源６０８の両方を冷却する中央冷却チャンバ（図示せず）を含むこともできる。アセンブリ６０４は、剛体、耐火性となり得て、防弾外殻またはフレームを含むことができる。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、消耗容器を含む。
【００７０】
いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、フィラメント巻装複合タンクを含む。電源６０８、ガス源６１２、またはプラズマユニット６１６は、アセンブリ６０４の重量を低減するように、１つ以上の複合タンクによって封入することができ、携帯性を増加させる。アセンブリ６０４の携帯性を増加させるために、電源６０８において電流調節器を使用することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、電力およびガスを貯蔵する、電源６０８およびガス源６１２を含む。アセンブリは、アセンブリの携帯性を増加させるために、充電／充填機構を含まなくてもよい。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４の電源６０８およびガス源６１２は、アセンブリ６０４のプラグを壁に差し込むことによって再充電／再充填することができる。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、アセンブリ６０４がステーション上に格納されている間に電源６０８および／またはガス源６１２を再充電／再充填する、ドッキングステーション（以下の図８でさらに説明）上に配置するか、または接続することができる。いくつかの実施形態では、電源６０８およびガス源６１２は、装着型プラズマアークトーチアセンブリとともに使用することができる取付モジュール（例えば、取付セクション２０１）等の、分離可能な充電／充填可能なおよび再充電／再充填可能ユニットを形成するように、封入／結合することができる。いくつかの実施形態では、ドッキングステーション上にアセンブリ６０４を配置する代わりに、充電／充填するために、取付モジュール／ユニット（電源６０８およびガス源６１２を備える）をドッキングステーション上に配置するか、または接続することができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、ガス源６１２として使用することができる、ガス圧縮器を含む。電源６０８は、ガス圧縮器を使用してガス源６１２を再充填することができる。いくつかの実施形態では、電源６０８からの電流およびガス源６１２からのガスを温存するように、流動前および流動後ステップが排除される。流動前および流動後ステップの排除は、電力およびガスを節約するように、図１−６で説明されるような実施形態に適用することができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム６００は、アセンブリ６０４を取外さずにユーザ６０１によって見ることができる、ガス充填および電力充電インジケータを含む。インジケータは、電源６０８に残存する電力およびガス源６１２に残存するガスを明示することができる。一実施形態では、インジケータは、プラズマ送達デバイス上に位置する計測器であってもよい。別の実施形態では、インジケータは、可聴信号を発して、ユーザに低電力および／または低ガスを警告してもよい。いくつかの実施形態では、インジケータは、電源に残存する電力が最小閾値レベルに到達した時、ガス源に残存するガスが閾値レベルに到達した時にユーザに示す情報、またはシステム６００に残存する切断能力の量を含む。あるいは、装置が動作するために電力およびガスの両方を必要とする際に、プラズマアークトーチ装置にどれだけ動作時間（例えば、切断能力）が残っているかをユーザに示すために、インジケータを使用することができる。
【００７４】
図７ｂは、図７ａのユーザの代替図を示す。携帯可能プラズマアークトーチシステム６００は、装着型アセンブリ６０４に取り付けられたプラズマ送達デバイス６２０を含む。いくつかの実施形態では、プラズマ送達デバイス６２０は、装着型携帯可能アセンブリ６０４から延在するプラズマトーチを含む。ユーザ６０１は、トーチを操作しながらアセンブリ６０４を装着することができ、ユーザ６０１がプラズマシステム６００を輸送することを可能にする。アセンブリはまた、プラズマ送達デバイス６２０へのリード線６２４を含むこともできる。いくつかの実施形態では、過剰なリード線を有することなく、ユーザ６０１の腕の長さに適応するように、プラズマ送達デバイス６２０までの短縮したリード線の長さを形成することができる。
【００７５】
アセンブリ６０４は、薄型外形を有するように形成することができ、または、ユーザ６０１によって装着されるヘルメットに適応するように形成することできる。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４は、ユーザの肩より上側に延在しないか、またはヘルメットの切り欠きを含む。
【００７６】
いくつかの実施形態では、プラズマトーチシステム６００は、ユーザ６０１が、アセンブリ６０４を外さずに、電源６０８、プラズマユニット６１６、および／またはガス源６１２を調整することができるように、リモートコントローラを含む。いくつかの実施形態では、制御機器は、プラズマ送達デバイス６２０上に載置される。
【００７７】
電源６０８、ガス源６１２、コントローラ６３４、伝送媒体、アセンブリ６０４を形成するために使用される材料、ガスおよび電力インジケータ、およびアセンブリ６０４の構造設計等の、図７ａ−ｂで説明されるような装着型携帯可能アセンブリ６０４の特徴は、携帯可能溶接装置に使用することができる。
【００７８】
図８ａは、例示的実施形態による、装着型携帯可能アセンブリ６０４用のドッキングステーション６２５の構成要素のブロック図である。ドッキングステーション６２５は、アセンブリ６０４を受容するように構成されるドッキングポート６２６と、アセンブリ６０４がドッキングポート６２６にドッキングされると電源６０８に電気的に連結し、電力を提供して電源６０８を再充電する、第１のコネクタ６２７とを含む。ドッキングステーション６２５はまた、アセンブリ６０４がドッキングポート６２６にドッキングされるとガス源６１２に流体的に連結し、ガスを提供してガス源６１２を再充填する、第２のコネクタ６２８も含む。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４のガス源６１２が圧縮器を含む場合、圧縮器に電力供給してガス源６１２を再充填するために、第１のコネクタ６２７を使用することができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、装着型アセンブリ６０４は、ガス源６１２および電源６０８を含む取付モジュール（例えば、取付セクション２０１）等の、分離可能な充電／充填可能なまたは再充電／再充填可能ユニットを含む。いくつかの実施形態では、アセンブリ６０４をドッキングする代わりに、電源６０８および／またはガス源６１２を充電／充填するように、取付モジュールがドッキングステーション６２５（例えば、充電／充填ユニット）にドッキングされる。取付モジュールは、ドッキングステーション６２５に遠隔接続／取付することができ、その場合、電源６０８をワイヤでドッキングステーション６２５に接続することができ、および／またはガス源６１２をホースでドッキングステーション６２５に接続することができる。取付モジュールはまた、ドッキングステーション６２５に直接接続することもでき、その場合、電源６０８は電力接続６２７を介して接続され、ガス源６１２はガス接続６２８を介して接続される。いくつかの実施形態では、ガス源６１２および電源６０８が再充填／再充電された後に、取付モジュールは、ドッキングステーションから取外され、装着型アセンブリ６０４の操作のために装着型アセンブリ６０４に組み込まれる。
【００８０】
図８ｂは、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’（上記の図１−６で説明される例示的実施形態と同様）用のドッキングステーション６２５’の構成要素のブロック図である。ドッキングステーション６２５’は、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’を受容するように構成されるポート６２６’を含む。携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’は、図１−６で上記に説明される電源およびガス源と同様である、電源６０８’およびガス源６１２’を有する。ドッキングステーション６２５’は、システムがドッキングポート６２６’にドッキングされると電源６０８’に電気的に連結し、電力を提供して電源６０８’を再充電する、第１のコネクタ６２７’を含む。ドッキングステーション６２５’はまた、システムがドッキングポート６２６’にドッキングされるとガス源６１２’に流体的に連結し、ガスを提供してガス源６１２’を再充填する、第２のコネクタ６２８’も含む。いくつかの実施形態では、システムのガス源６１２’が圧縮器を含む場合、圧縮器に電力供給してガス源６１２’を再充填するために、第１のコネクタ６２７’を使用することができる。
【００８１】
いくつかの実施形態では、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’は、ガス源６１２’および電源６０８’を含む取付モジュール（例えば、取付セクション２０１）等の、分離可能な充電／充填可能なまたは再充電／再充填可能ユニットを含む。いくつかの実施形態では、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’をドッキングする代わりに、電源６０８’および／またはガス源６１２’を充電／充填するように、取付モジュールがドッキングステーション６２５’（例えば、充電／充填ユニット）にドッキングされる。取付モジュールは、ドッキングステーション６２５’に遠隔接続／取付することができ、その場合、電源６０８’をワイヤでドッキングステーション６２５’に接続することができ、および／またはガス源６１２’をホースでドッキングステーション６２５’に接続することができる。取付モジュールはまた、ドッキングステーション６２５’に直接接続することもでき、その場合、電源６０８’は電力接続６２７’を介して接続され、ガス源６１２’はガス接続６２８’を介して接続される。いくつかの実施形態では、ガス源６１２’および電源６０８’が再充填／再充電された後に、取付モジュールは、ドッキングステーションから取外され、携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’の操作のために携帯可能プラズマアークトーチシステム６０４’に組み込まれる。
【００８２】
図８ｃは、携帯可能溶接装置６０４”用のドッキングステーション６２５”の構成要素のブロック図である。ドッキングステーション６２５”は、溶接装置６０４”を受容するように構成されるポート６２６”を含む。溶接装置６０４”はまた、電源６０８”および／またはガス源６１２”を含むこともできる。ドッキングステーション６２５”は、システムがドッキングポート６２６”にドッキングされると電源６０８”に電気的に連結し、電力を提供して電源６０８”を再充電する、第１のコネクタ６２７”を含む。ドッキングステーション６２５”はまた、システムがドッキングポート６２６”にドッキングされるとガス源６１２”に流体的に連結し、ガスを提供してガス源６１２”を再充填する、第２のコネクタ６２８”も含む。いくつかの実施形態では、装置６０４”のガス源６１２”が圧縮器を含む場合、圧縮器に電力供給してガス源６１２”を再充填するために、第１のコネクタ６２７”を使用することができる。
【００８３】
いくつかの実施形態では、溶接装置６０４”は、ガス源６１２”および電源６０８”を含む取付モジュール（例えば、取付セクション２０１）等の、分離可能な充電／充填可能なまたは再充電／再充填可能ユニットを含む。いくつかの実施形態では、溶接装置６０４”をドッキングする代わりに、電源６０８”および／またはガス源６１２”を充電／充填するように、取付モジュールがドッキングステーション６２５”（例えば、充電／充填ユニット）にドッキングされる。取付モジュールは、ドッキングステーション６２５”に遠隔接続／取付することができ、その場合、電源６０８”をワイヤでドッキングステーション６２５”に接続することができ、および／またはガス源６１２”をホースでドッキングステーション６２５”に接続することができる。取付モジュールはまた、ドッキングステーション６２５”に直接接続することもでき、その場合、電源６０８”は電力接続６２７”を介して接続され、ガス源６１２”はガス接続６２８”を介して接続される。いくつかの実施形態では、ガス源６１２”および電源６０８”が再充填／再充電された後に、取付モジュールは、ドッキングステーションから取外され、溶接装置６０４”の操作のために溶接装置６０４”に組み込まれる。
【００８４】
図９は、装着型携帯可能アセンブリ６０４を含むプラズマアークトーチシステム６００の構成要素のブロック図である。電源６０８、ガス源６１２、およびプラズマユニット６１６に加えて、装着型アセンブリ６０４は、プラズマおよび電源６０８を冷却する冷却デバイス６３１を含むことができる。いくつかの実施形態では、冷却デバイス６３１は、冷却チャンバである。他の実施形態では、冷却デバイス６３１は、１つ以上の冷却チャネルを含む。
【００８５】
いくつかの実施形態では、プラズマユニット６１６は、１つ以上のコントローラ６３４（上記の図１−６で説明されるコントーラと同様）と、１つまたは複数の伝送媒体６３８（上記の図１−６で説明される伝送媒体と同様）とを含むことができる。いくつかの実施形態では、装着型携帯可能プラズマアークトーチシステム６００は、図６で上記に説明されるような、パイロットアーク回路５１２、ソリッドステートリレー５１０、圧力調節器５１４、および／または電流および／またはガス流を制御するソレノイド弁５１６を伴う、制御システムを含む。
【００８６】
図１０は、装着型携帯可能アセンブリ６０４の例示的な物理的区分のブロック図である。いくつかの実施形態では、装着型アセンブリ６０４は、筐体６４２に封入される。いくつかの実施形態では、筐体６４２は、可撓性材料であり、装着型アセンブリとなるように構成される。他の実施形態では、筐体６４２は、装着型アセンブリ内に配置される。
【００８７】
図１０は、筐体６４２の中の装着型アセンブリの例を示すが、アセンブリ６０４またはアセンブリの複数部分を封入するために、他の物理的区分化配設を使用することができる。いくつかの実施形態では、電源６０８、ガス源６１２、プラズマユニット６１６、またはそれらの任意の組み合わせを封入するために、１つ以上の筐体要素を使用することができる。いくつかの実施形態では、筐体は、可撓性材料であり、装着型アセンブリとなるように構成される。他の実施形態では、筐体は、装着型アセンブリ内に配置される。
【００８８】
他の実施形態では、電源６０８、ガス源６１２、およびプラズマユニット６１６は、筐体に封入されないが、装着型アセンブリ６０４を形成するように構造的に接続される。図１１は、電力およびガス源１１０１と、接触起動トーチ本体１１１０とを含む、接触起動プラズマシステム１１００のブロック図である。概して、接触起動プラズマシステム１１００は、追加回路の必要性を実質的に排除して、パイロットアークモードと移行アークモードとの間を移行する。通常の追加回路は、パイロットアーク回路の電流感知および論理制御を含むが、それに限定されない。接触起動プラズマシステム１１００は、受動パイロットアーク回路１１２４を利用することによって、この必要性を排除する。接触起動プラズマシステム１１００は、トーチ本体１１１０と、電力供給部１１２０と、ガス源１１５６とを含む。トーチ本体は、電極（陰極）１１１２と、ノズル（陽極）１１１４とを含む。電極１１１２およびノズル１１１４は、最初は互いに接触している。電力供給部１１２０は、電源１１２２と、パイロットアーク起動回路１１２４とを含む。
【００８９】
トーチ１１１０を起動するためには、電極１１１２および隣接するノズル１１１４を通して、低レベル電流が提供される。その後、高圧ガスシリンダ／源１１５６がプラズマチャンバ１１１６にガスを提供する。ガスは、電極１１１２およびノズル１１１４を分離するように十分な力を有する。電極１１１２およびノズル１１１４が分離するにつれて、パイロットアークが生成され、ガスがイオン化される。パイロットアークは、電極１１１２およびノズル１１１４を通って電源１１２４からパイロットアーク起動回路１１２４へ流れる、電流から提供される。分離距離が増加するにつれて、イオン化ガスは、電極と工作物１１５０との間の電気抵抗を低減し、電極１１１２と工作物１１５０との間の移行アーク１１５８の低抵抗電流路を生成する。移行アークは、電源１１２２から工作物１１５０へ流れる電流から提供される。この時点で、パイロットアークはもはや必要ではなくなり、パイロットアークを生成するために使用される電流を移行アーク１１５８に切り替えることができる。上述のように、従来技術のトーチは、この移行を達成するために、電流感知デバイスおよびスイッチまたは類似デバイスを使用し、それにより、全体的なシステムの費用およびサイズを増大させる。ところが、パイロットアーク起動回路１１２４は、受動ＲＣ回路の使用を通して電流の途切れのない移動を提供する。つまり、ＲＣ回路におけるコンデンサがますます充電されるにつれて、パイロット電流は、自然にゼロに向かう傾向を取り、パイロット回路は、非常に高い抵抗値またはスイッチによって開かれたかのように挙動する。システム１１００の運転停止時に、プラズマチャンバ１１１６へのガス流が終了され、ＲＣ回路が同時に消散されて、次の起動順序のために準備をする。
【００９０】
図１２は、接触起動プラズマシステム１１００の詳細概略図である。プラズマシステム１１００は、トーチ本体１１１０と、電力供給部１１２０と、ガス源１１５６とを含む。
【００９１】
トーチ本体１１１０は、電極１１１２と、ノズル１１１４と、点火回路１１４０とを含む。電極１１１２およびノズル１１１４は、最初は互いに接触している。電極１１１２およびノズル１１１４は、順方向吹出型または逆吹出型として構成することができ、電極１１１２およびノズル１１１４は、相互または当該分野で公知の任意の種類に対して移動または平行移動する。点火回路１１４０は、トリガ１１４２と、点火リレー１１４４と、電源１１４６とを含む。いくつかの実施形態では、電源１１４６は、直列に接続された一対の１２ボルトバッテリを含むことができるが、当該分野で公知の任意の種類の電源を使用することができる。
【００９２】
電力供給部１１２０は、電源１１２２と、パイロットアーク起動回路１１２４と、パイロットアーク放電回路１１３０とを含む。電源１１２２は、外部電源による操作のための調節電子機器、またはエネルギー貯蔵デバイス（例えば、バッテリ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、電源１１２２は、直列に接続された１２〜１６個の１２ボルトバッテリを含むことができるが、当該分野で公知の任意の種類の電源を使用することができる。パイロットアーク起動回路１１２４は、受動ＲＣ回路を形成するように直列に連結された、パイロットアークコンデンサ１１２６およびパイロットアーク抵抗器１１２８を含む。パイロットアークコンデンサ１１２６の値は、１０マイクロファラッドから１００，０００マイクロファラッドに及ぶことができる。パイロットアーク抵抗器１１２８の値は、０．１オームから１００オームに及ぶことができる。いくつかの実施形態では、パイロットアークコンデンサ１１２６は、１８，０００マイクロファラッドの値を有し、パイロットアーク抵抗器１１２８は、５オームの値を有する。パイロットアーク放電回路１１３０は、パイロット放電リレー１１３２と、パイロット放電抵抗器１１３４とを含む。いくつかの実施形態では、パイロット放電リレー１１３２は、通常は閉じたリレーであるが、当該分野で公知の任意の種類のリレーとなり得る。パイロット放電抵抗器１１３４の値は、０．１オームから１００オームに及ぶことができる。いくつかの実施形態では、パイロット放電抵抗器１１３４は、５オームの値を有する。
【００９３】
ガス源は、ガスソレノイド１１５２と、ガス調節器１１５４と、ガスシリンダ１１５５とを含む。ガスソレノイド１１５２は、ガスがプラズマチャンバ１１１６に流入することを可能にする。ガス調節器１１５４は、プラズマチャンバ１１１６に流入するガス圧力の量を制御する。ガスシリンダ１１５５は、使用される種類のガスを含有する。
【００９４】
トーチ１１１０を起動させるためには、トーチトリガ１１４２が閉じられ、それにより、パイロット放電リレー１１３２を開き、点火リレー１１４４を閉じる。閉止は、電源１１２２から電極１１１２を通ってノズル１１１４へと流れる電圧および電流をもたらす。さらに、結果として生じる閉止は、ガスソレノイド１１５２を活性化して、ガスがプラズマチャンバ１１１６に流入することを可能にする。プラズマチャンバ１１１６中のガス圧力が所定の値まで上昇すると、電極１１１２またはノズル１１１４のいずれか一方が移動／平行移動し始める。ガス圧力は、ガス調節器１１５４によって設定することができる。いくつかの実施形態では、ガス圧力は、６０ｐｓｉに設定される。いくつかの実施形態では、高圧空気が高圧ガスシリンダ１１５５に含有されるが、任意の種類の反応性または非反応性加圧ガスを使用することができる。いくつかの実施形態では、ガスシリンダ１１５５は、繊維巻装高圧空気シリンダとなり得る。いくつかの実施形態では、ガスシリンダ１１５５は、９２立方インチの容積で４５００ｐｓｉまで充填される。
【００９５】
パイロット／起動電流はまた、パイロットアーク抵抗器１１２８を通ってパイロットアークコンデンサ１１２６へと同時に流れる。電流を充電するパイロットアークコンデンサ１１２６は、プラズマチャンバ１１１６中のガス圧力が電極１１１２およびノズル１１１４を分離するにつれてガスをイオン化する、パイロットアークを生成する。電流を充電するパイロットアークコンデンサ１１２６の大きさ、および電流が流れる時間の長さは、パイロットアーク回路１１２４のＲＣ時定数によって決定される。パイロット／起動電流は、パイロットアークコンデンサ１１２６が充電し始める（すなわち、エネルギーを貯蔵する）ことを可能にする。いくつかの実施形態では、パイロットアークコンデンサ１１２６は、電極１１１２およびノズル１１１４の分離の前に部分的に充電され、パイロットアークが形成されるように充電し続ける。
【００９６】
電極１１１２およびノズル１１１４との間に形成されるパイロットアークは、工作物１１５０へのイオン化電気経路を生成し、工作物１１５０への主要切断電流（移行アーク）１１５８の流れをもたらす。いくつかの実施形態では、主要切断電流（移行アーク）１１５８および電圧は、数１０ミリ秒にわたってそれらの最大動作値まで上昇する。パイロット電流は、コンデンサ１１２６が本質的に完全に充電されるまで、継続的に減少する割合でパイロットアークコンデンサ１１２６を充電し続ける。コンデンサを完全に充電するために必要とされる充電時間の量は、ＲＣ時定数のみによって決定される。この時点で、パイロットアーク回路１１２４は自然に開き、パイロット電流は、パイロット回路１１２４を通って流れるのを止め、主要切断電流（移行アーク）１１５８のみが工作物１１５０へと流れる。したがって、受動パイロットアーク回路１１２４は、工作物１１５０への電流の途切れのない／自動的な／自然な移動を提供する。
【００９７】
システム１１０３をオフにするためには、トリガ１１４２が解放され、点火リレー１１４４を開き、放電回路１１３０の放電リレー１１３２を閉じる。放電リレー１１３２の閉止は、パイロットアークコンデンサ１１２６がパイロット放電抵抗器１１３４を通して放電することを可能にする。現在、プラズマシステム１１０３は再起動する準備ができている。手動トリガを介して手動で起動されるプラズマトーチ等のいくつかの実施形態では、放電リレー１１３２を「二極双投」スイッチ型トリガと交換することができ、回路は、トリガの解放時に放電される。
【００９８】
工作物１１５０への電流の流れの大きさは、電源１１２２の電流出力容量および移行プラズマアークの電気的特性によって決定される。トーチの電流出力容量を制御することに貢献する、いくつかの要因は、単独または組み合わせで、ａ）動作プラズマアーク電圧およびプラズマアークの抵抗性を決定する消耗設計、ｂ）全体的な切断回路電気抵抗、ｃ）バッテリ充電の状態、およびｄ）バッテリ開回路電圧を含む。他の要因も考慮されてもよいことが、当業者によって理解されるべきである。
【００９９】
図１３は、例示的実施形態による、プラズマアークトーチシステム２０００の概略図である。プラズマアークトーチシステム２０００は、制御ユニット２００５と、ＤＣ電力のみを使用するトーチ２０１０とを含むことができる。プラズマシステムへの入力２０１５は、ＤＣとなり得て、制御のためであろうと操作のためであろうと、システムで、またはシステムによって使用される全電気エネルギーは、ＤＣとなり得る。システム２０２０の出力もＤＣとなり得る。制御ユニット２００５は、オン・オフスイッチおよびソレノイド弁等の、基本的な電気およびガス制御機器を含むことができる。好ましくは、この実施形態での制御ユニットには、いずれの電力調節回路（例えば、ブースト回路、バック回路、電圧漸増回路、電圧調節回路、または電流調節回路）もなく、いずれのインバータまたは高周波（例えば、ＭＯＳＦＥＴまたはＦＥＴ）スイッチングも必要とされない。
【０１００】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム２０００は、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムである。自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、筐体（図示せず）と、プラズマアークトーチ制御ユニット２００５およびプラズマアークトーチ２０１０を備えるプラズマアークトーチアセンブリとを含むことができ、プラズマアークトーチ制御ユニット２００５は、筐体の中に配置され、トーチに接続される。プラズマアークトーチシステム２０００は、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力２０１５を提供するバッテリであって、筐体に対して配置され、電力調節回路を必要とせずにトーチ操作を可能にするように、工作物に対するトーチ電極に十分な電圧を提供する、バッテリを含むことができる。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム２０００はまた、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供する携帯可能ガス源（図示せず）であって、筐体（図示せず）によって支持されるガス源も含む。携帯可能ガス源は、高圧ガス容器の周囲にあり得る。いくつかの実施形態では、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは十分に携帯可能であり、プラズマアークトーチの操作中にユーザによって完全に担持または装着される。いくつかの実施形態では、バッテリおよびガス源は、取付モジュール（以下でさらに説明）の一部であって、取付モジュールは、システム２０００から分離可能である。取付モジュールは、バッテリ用の電力接続またはガス源用のガス接続により、プラズマアークトーチアセンブリに接続することができる。取付モジュールは、バッテリで電力を移動する電気接続またはガスを移動するホース接続のうちの少なくとも１つにより、プラズマアークトーチアセンブリに接続することができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、バッテリによってプラズマアークトーチアセンブリに供給される電圧は、動作電圧よりも大きい（例えば、少なくとも約４５ボルトのＤＣ電力）。バッテリは、（例えば、電圧漸増回路または高周波スイッチングを含む）電力調節回路を必要とせずに、工作物に対するトーチ電極に十分な電圧を提供することができる。
【０１０３】
ＤＣ入力電圧２０１５は、受入電力の調節の必要性を最小限化または排除するために、または、既知のブーストまたは電圧漸増技術を使用して、切断に利用可能な電圧を増加させる必要性を排除するために、最小閾値電圧を有することができる。実施形態は、ポリマーリチウムバッテリ技術を使用して、このことを達成する。プラズマアークトーチアセンブリ２０２５（例えば、制御ユニット２００５およびトーチ２０１０）は、バッテリ、または、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５が工作物を切断することを可能にするために必要とされる最小電圧閾値と同じくらいの大きさであるか、またはそれより大きい、他の手段を通して供給される、ＤＣ入力２０１５を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、８０ボルト以上でＤＣ入力２０１５に供給すると、電圧を漸増させずに、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５が入力エネルギー２０１５を使用することを可能にする。このことは、より単純で、より低重量で、より小さいプラズマアークトーチアセンブリ（例えば、制御ユニット２００５を含むことができる）をもたらす。トーチのオン・オフ制御切替、ガスソレノイド作動、または異なる電圧の使用によって利益を得る場合がある他の機能等の、他の目的で、（例えば、より小さい、またはより低容量のバッテリ（図示せず）からの）異なる電圧量を使用することができる。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチ２０２５にＤＣ電圧２０１５を提供する電源（例えば、バッテリ）は、複数の電池を含むモジュールであって、貯蔵容量を有するモジュールを含むことができる。電源は、軽量自給式携帯可能（例えば、手持ち式、携行型（例えば、ショルダーベルト）、装着型、または持ち運び型）プラズマアークトーチシステム用のガスボンベと組み合わせることができる。自給式システムは、独自の電源またはガス源、あるいは両方を有することができる。以下の表１は、例示的実施形態による、バッテリおよびガスボンベ（例えば、充電／充填可能なまたは再充電／再充填可能ユニット）の異なるエネルギー対重量構成を示す。
【０１０５】
【表１】
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モジュールは、例えば、１０個の電池を含むことができ、４２ボルトで動作することができる。いくつかの実施形態では、４つのモジュールが直列に配置され、プラズマアークトーチに１４８ボルトを提供する電源をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、個別モジュールは、約１５分の切断時間を提供することができる、８Ａｈの貯蔵容量を有する。他の実施形態では、個別モジュールは、２．１Ａｈの貯蔵容量を有し、より重量が少ないが、依然として約４分の切断時間を提供することができる。
【０１０６】
個別モジュールの貯蔵容量は、プラズマトーチ２０２５の切断時間と、軽量自給式携帯可能（例えば、手持ち式、携行型（例えば、ショルダーベルト）、装着型、または持ち運び型）プラズマアークトーチシステムで使用することができる電源およびガスボンベの重量とに関係する。自給式システムは、独自の電源またはガス源、あるいは両方を有することができる。８Ａｈのモジュールを利用する電源およびガスボンベは、約７２ｌｂｓの重さがあり、１８．７の電力対重量比をもたらすことができる。同様に、２．１Ａｈのモジュールを利用する電源およびガスボンベは、約２６ｌｂｓの重さがあり、９．８の電力対重量比をもたらすことができる。
【０１０７】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム２０００は、軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムである。システム２０００は、プラズマアークトーチ制御ユニットおよびプラズマアークトーチを備えるプラズマアークトーチアセンブリと、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源とを含むことができ、軽量携帯可能プラズマアークトーチシステムの電力対重量比は、１ポンドあたり少なくとも約８０ワットである。
【０１０８】
携帯可能な、例えば、手持ち式、携行型（例えば、ショルダーベルト）、装着型、または持ち運び型プラズマトーチシステム用のガス貯蔵容量に関して、空気貯蔵ＳＣＢＡ容器を使用することができる。そのような容器の例は、Ｌｕｘｆｅｒ  Ｇａｓ  Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ（Ｇｒａｈａｍ，ＮＣ）より入手可能なＬ１７Ｄタンク（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｕｘｆｅｒｃｙｌｉｎｄｅｒｓ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｌｉｆｅｓｕｐｐｏｒｔ／ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ／ｕｓ＿ｉｍｐｅｒｉａｌ．ｓｈｔｍｌを参照）である。４５００ｐｓｉまで充填された、そのようなタンクは、約１７標準立方フィートの空気を担持することができ、４．５７インチの外径、１１．７インチの全長、および約１１０立方インチの内部容積を有する。試験は、この空気量が少なくとも３〜４分の持続時間にわたって約３０アンペアでの切断を支援するのに十分であることを示している。
【０１０９】
ガス貯蔵容量は、いくつかの実施形態では、制限することができる。例えば、材料の高温熱加工用のプラズマアークを生成する携帯可能プラズマアークトーチ装置は、プラズマトーチを含むプラズマ送達デバイスを含むことができ、トーチは電極およびノズルを有し、その間でプラズマチャンバを画定する。装置は、プラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充電可能バッテリであって、プラズマ送達デバイスに切断電力を提供するバッテリを含むことができる。装置はまた、ガスの有限供給を有し、プラズマ送達デバイスにガスを提供するようにプラズマ送達デバイスに連結される、交換可能または再充填可能ガス源を備えることもでき、ガス源の放出中に、実質的に全てのガスは、プラズマチャンバを通して放出される。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、ガス流は、プラズマアークが始動されるのと実質的に同時に始動される。ガス流は、プラズマアークの始動前約１０秒以内の時間に始動することができる。いくつかの実施形態では、ガス流は、プラズマアークが終了されるのと実質的に同時に、実質的に低減または終了される。ガス流は、プラズマアークの終了後約１０秒以内の時間に、実質的に低減または終了することができる。
【０１１１】
携帯可能プラズマアークトーチのガス消費を最小限化する方法は、ガスの携帯可能有限供給部から携帯可能プラズマアークトーチへのガス流を開始することを含むことができる。方法はまた、プラズマアークを始動することと、プラズマアークを終了することと、プラズマアークの開始前または終了後約１０秒未満までに、流動前または流動後状態中のプラズマアークトーチの電極の周囲のガス流を排除するか、または実質的に低減することによって、ガス消費を最小限化するために電極寿命を犠牲にし、それにより、ガス消費を最小限化することとを含むこともできる。
【０１１２】
一例として、出願者らは、３０アンペアの出力とともに１００ボルトで動作し、３７ポンド以下の重さがある、完全自律（すなわち、自給式電力およびガス供給）トーチシステムを開発している。このシステムは、システム重量の１ポンドあたり８１ワットという電力対重量比を有し、電力およびガス容器の再充電／再充填が必要となる前に、１／４”軟鋼上で数分の切断動作を提供することができる。８０ポンドの重さがある別のシステムは、同様の工作物を最大２０分間切断することができる。それにもかかわらず、本明細書の技術を実証する第３のプロトタイプは、８０アンペアで同程度の電圧にて２０分間切断することができる。このシステムは、２０分の切断持続時間を別にすれば、３８０ポンドの重さがあり、システム重量の１ｌｂあたり２１ワットという電力対重量比を有する。システムは各々、システムが上記で説明されるように動作することを可能にするように、切断ガスの対応する量を含み、その切断ガスの重量および関連エンクロージャは、上記のデータに含まれる。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステムは、バッテリに残存する電力、ガス源に残存するガス、システムに残存する切断能力の量、またはそれらの任意の組み合わせのインジケータを含む。
【０１１４】
一例として、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、筐体と、プラズマアークトーチアセンブリと、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリと、プラズマアークトーチアセンブリにガスを提供するガス源と、バッテリの電力レベル、バッテリに残された有効容量、ガス源に残存するガス、またはシステムに残存する切断能力の量のうちの少なくとも１つを表す、インジケータとを含むことができる。インジケータは、ガス源のガスレベルが閾値レベルに到達した時、またはバッテリ源のエネルギーレベルが閾値レベルに到達した時に、指標を表示することができる。
【０１１５】
図１４Ａ−Ｃは、異なる例示的実施形態による、エネルギーレベルインジケータ２０３５を含むプラズマアークトーチシステム２０３０の概略図である。エネルギーレベルインジケータ２０３５は、バッテリ２０４０が工作物（例えば、金属）を切断するのに十分なエネルギー（例えば、電力または電圧）を有するかどうかをユーザに伝えることができる。インジケータ２０３５は、緑色ライト／赤色ライト配設等の作動／非作動となり得るか、または、計測器またはデジタル読取機等のエネルギー（例えば、電力または電圧）の異なるレベルを示す可変インジケータとなり得る。バッテリレベルインジケータ２０３５は、図１４Ａに示されるようにバッテリ２０４０自体の上、バッテリのケースの上、図１４Ｂに示されるようにプラズマアークトーチアセンブリ２０２５（例えば、制御ユニット）の制御盤の上、または図１４Ｃに示されるようにユーザが見るのに便利な場所に配置することができる係留読取機の上（例えば、ダイバーが、見やすくするために載置または取付または接続されるタンク中の空気量を示す計測器を見るために、遠隔計測器を使用することに似ている）等の、多数の場所に位置することができる。インジケータ２０３５’は、エネルギー源２０４０に対して配置することができ（例えば、係留読取機）、またはインジケータ２０３５”は、制御ユニット２００５に対して配置することができる（例えば、係留読取機）。エネルギーレベルインジケータ２０３５は、常に測定値を表示する、またはバッテリ２０４０の電力が閾値に到達した時に計測値を表示する、またはユーザによって促されると表示する等の、多くのモードを有することができる。エネルギーレベルインジケータ２０３５は、電力が最小閾値に到達した（例えば、システムの残存動作または切断時間に対応することができる、最小閾値近くまで電力が消費されている）時、電源２０４０が閾値まで充電された時、またはそれらの任意の組み合わせの時の指標を含むことができる。
【０１１６】
図１５Ａ−Ｃは、異なる例示的実施形態による、ガスレベルインジケータ２０４５を含むプラズマアークトーチシステム２０３０の概略図である。ガスレベルインジケータ２０４５は、ガス源２０５０が工作物（例えば、金属）を切断するのに十分なガス（例えば、圧力または流量）を有するかどうかをユーザに伝えることができる。インジケータ２０４５は、緑色ライト／赤色ライト配設等の作動／非作動となり得るか、または、計測器またはデジタル読取機等のガス（例えば、圧力または流量）の異なるレベルを示す可変インジケータとなり得る。ガスレベルインジケータ２０４５は、図１５Ａに示されるようにガス源２０５０自体の上、ガス源のケースの上、図１５Ｂに示されるようにプラズマアークトーチアセンブリ２０２５（例えば、制御ユニット）の制御盤の上、または係留読取機の上等の、多数の場所に位置することができる。インジケータ２０４５’は、ガス源２０５０に対して配置することができ（例えば、係留読取機）、またはインジケータ２０４５”は、図１５Ｃに示されるようにユーザが見るのに便利な場所に配置することができる（例えば、ダイバーが、見やすくするために載置または取付または接続されるタンク中の空気量を示す計測器を見るために、遠隔計測器を使用することに似ている）、制御ユニット２００５（例えば、係留読取機）に対して配置することができる。ガスレベルインジケータ２０４５は、常に測定値を表示する、またはガス源２０５０のガスレベルが閾値に到達した時に計測値を表示する、またはユーザによって促されると表示する等の、多くのモードを有することができる。ガスレベルインジケータ２０４５は、ガスレベルが最小閾値に到達した（例えば、システムの残存動作または切断時間に対応することができる、最小閾値近くまでガスが消費されている）時、電源２０４０が閾値まで充電された時、またはそれらの任意の組み合わせの時の指標を含むことができる。
【０１１７】
図１６Ａ−Ｂは、異なる例示的実施形態による、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５用の取付モジュール２０５５の概略図である。いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５は、プラズマアークトーチシステムのガス源２０５０および電源２０４０を収納／含有する取付モジュール２０５５（例えば、取付可能または接続可能ユニット）とともに、プラズマアークユニット（例えば、制御ユニット２００５）を含むことができる。取付モジュール２０５５（例えば、充電／充填可能な電力およびガスユニット）は、図１６Ａに示されるように、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５から遠隔にあり、ワイヤおよびホースによって接続することができる。取付モジュール２０５５は、図１６Ｂに示されるように、プラズマアークトーチアセンブリ２０２５に物理的に取り付けられ、ワイヤおよびホースで接続するか、またはガス接続および電力接続で直接接続することもできる。いくつかの実施形態では、取付モジュール２０５５は、壁にプラグを差し込むことができ、動作中にプラズマアークトーチアセンブリ２０２５を取付モジュール２０５５に接続して、取付モジュール２０５５での電源２０４０（例えば、バッテリ）の使用を回避することができる。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステム２０００は、低ガス消費のために設計される有限ガス源２０５０を伴って設計される。プラズマアークトーチアセンブリ２０２５は、アークが終了された後にガス流を最小限化して、ガス消費を最小限化するように設計することができる。いくつかの実施形態では、ガス流は、アークが終了された後の３０秒未満に停止され、および／または、ガス流は、アークが終了された後の３０秒未満に低減される。システムの切断持続時間が増加され、所与のサイズおよび重量に対してさらなる切断容量をもたらすため、ガス消費を低減することが有益となり得る。また、有限ガス供給部のサイズを縮小して、より小さくてより軽い、さらに携帯可能なプラズマアークトーチアセンブリ２０２５をもたらすことができるため、ガス消費を低減することが有益となり得る。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、取付モジュール２０５５は、携帯可能プラズマアークトーチシステム用の充電／充填可能な電力およびガスユニットである。充電／充填可能な電力およびガスユニットは、携帯可能筐体（図示せず）と、携帯可能筐体に対して配置される（例えば、筐体の中に配置されるか、または筐体に取付けられる／筐体によって支持されるかのいずれか一方）切断ガス源と、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供するバッテリであって、携帯可能筐体に対して配置される（例えば、筐体の中に配置される）バッテリとを含むことができる。充電／充填可能な電力およびガスユニットは、携帯可能筐体に対して配置される第１のコネクタアセンブリであって、切断ガス源を充填するようにガスを受容する入力を備える、第１のコネクタアセンブリ（図示せず）と、携帯可能筐体に対して配置される第２のコネクタアセンブリであって、バッテリを充電するように充電を受容する入力を備える、第２のコネクタアセンブリ（図示せず）とを含むことができる。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、取付モジュール２０５５のバッテリは、電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分なＤＣ電力を提供することができる。第１のコネクタアセンブリは、プラズマアークトーチシステム上のガス接続と嵌合するように適合される出力２０４２’を含むことができる。第１のコネクタアセンブリは、充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するように２０４２ホースを含むことができる。第２のコネクタアセンブリはまた、プラズマアークトーチシステム上の電力接続と嵌合するように適合される出力２０４１’を含むこともできる。第２のコネクタアセンブリはまた、充電／充填可能な電力およびガスユニットをプラズマアークトーチシステムと接続するようにワイヤ２０４１を含むこともできる。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、プラズマアークトーチシステムは、非携帯可能電源から遠隔電力を受容する電力リード線と、非携帯可能ガス源からトーチガスを受容するガスリード線とを含む、プラズマアークトーチを含むことができる。システムはまた、取付モジュール２０５５のプラズマガス切断源からプラズマガスを受容する第１のコネクタアセンブリ２０４２または２０４２’と、第１のコネクタ２０４２または２０４２’からのガスおよび第２のコネクタ２０４１または２０４１’からの電力のみを使用して、電力リード線およびガスリード線が接続されていない時に、トーチを操作することができるように、取付モジュール２０５５のＤＣバッテリからＤＣ電力を受容する第２のコネクタアセンブリ２０４１または２０４１’とを含むこともできる。いくつかの実施形態では、取付モジュール２０５５のバッテリは、電力調節回路（例えば、電圧調節回路または電流調節回路）を必要とせずに、トーチ操作のために十分な電圧を提供する。電力調節回路を必要とせずに、トーチ操作のために十分な電圧を提供することは、電圧を漸増することなく、または電圧の高周波スイッチングを行うことなく、電圧を提供することを含むことができる。取付モジュール２０５５のバッテリは、プラズマアークトーチに少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供することができる。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、自給式携帯可能プラズマアークトーチシステムは、筐体（図示せず）と、プラズマアークトーチ制御ユニット２００５およびプラズマアークトーチ２０１０を備えるプラズマアークトーチアセンブリであって、プラズマアークトーチ制御ユニット２００５は、筐体の中に配置され、トーチに接続される、プラズマアークトーチアセンブリと、プラズマアークトーチアセンブリにＤＣ電力を提供するバッテリであって、筐体に対して配置され、トーチ電極に少なくとも８０ボルトのＤＣ電力を提供する、バッテリとを含む。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、材料を加工する携帯可能プラズマアークトーチ装置は、プラズマ送達デバイス（例えば、プラズマアークトーチ２０１０を含むことができる）と、プラズマ送達デバイスに対して配置される、交換可能または再充電可能バッテリであって、プラズマ送達デバイスに少なくとも約８０ボルトを提供するバッテリと、プラズマ送達デバイスに対して配置され、プラズマアークの生成のためにプラズマ送達デバイスにガスを提供する、交換可能または再充填可能ガス源とを含む。
【０１２４】
図１７Ａ−Ｂは、異なる例示的実施形態による、プラズマアークトーチアセンブリ２０６５用のガス源および／または電源の充填／充電ユニット２０６０の概略図である。プラズマアークトーチシステムは、ガス源および／または電源（例えば、取付モジュール２０５５のガス源および電源）を充填／充電することができる、充填／充電ユニット２０６０を含むことができる。充填／充電ユニット２０６０は、図１７Ａに示されるように、プラズマアークトーチアセンブリ２０６５から遠隔にあり、ワイヤおよびホースによって接続することができる。充填／充電ユニット２０６０はまた、図１７Ｂに示されるように、プラズマアークトーチアセンブリ２０６５（例えば、制御ユニット２００５およびトーチ２０１０）に物理的に取り付けられ、ワイヤおよびホースで接続するか、またはガス接続および電力接続で直接接続することもできる。電源およびガス源は、別々に収納され、プラズマアークトーチアセンブリ２０６５に接続されるか、またはプラズマアークトーチアセンブリ２０６５の遠隔にあるかのいずれかであってもよい。
【０１２５】
充填／充電ユニット２０６０は、携帯可能プラズマアークトーチシステムの充電／充填可能な電力およびガスユニット（例えば、上記の取付モジュール２０５５等）を補充することができる。充電／充填可能な電力およびガスユニットは、プラズマガス切断源への接続と、充電電力を提供する電源への接続と、充電／充填可能な電力およびガスユニットのガス源にガス充填を提供する第１のコネクタアセンブリ（例えば、ワイヤ等の遠隔接続２０６７または電力接続等の直接接続２０６７’）と、充電／充填可能な電力およびガスユニットのバッテリを充電するように電力を提供する第２のコネクタアセンブリ（例えば、ホース等の遠隔接続２０６６またはガス接続等の直接接続２０６６’）とを含むことができる。第２のコネクタアセンブリ２０６６または２０６６’は、充電／充填可能な電力およびガスユニットにＤＣ電力を提供することができる。いくつかの実施形態では、第１のコネクタアセンブリ２０６７または２０６７’および第２のコネクタアセンブリ２０６６または２０６６’は、充電／充填可能な電力およびガスユニットが充電／充填ユニットに載置される時に、充電／充填可能な電力およびガスユニット上の対応するコネクタと嵌合する。
【０１２６】
図１８は、従来技術による、電力電子機器のファン冷却とともにプラズマシステム２０７０を通るガス流２０６８および電流２０６９を示す、概略図である。ガスは、ガス源２０７１から電力電子機器２０７５における流量コントローラを通って、トーチ２０８０およびアーク２０８５へと流れ、次いで、大気２０９０へと出る。冷却ガス流２０９５は、ファン２１００を通って入り、電力電子機器２０７５を冷却し、再び大気中へ出る。電流２０６９は、電源（例えば、バッテリ２１０５）へおよび電源から流れ、電力電子機器２０７５を冷却するように冷却ガス流２０９５を提供する、ファン２１００に電力供給する。図１８の設計の欠点は、電力の供給が限定されている環境（例えば、バッテリ用途）では、ファンが電力の供給から電力を引き出すことである。
【０１２７】
図１９は、本発明の例示的実施形態による、ファンレス（例えば、受動または非換気回路）ガス冷却プラズマシステム２１１６を通るガス流２１１０および電気流２１１５の概略図である。いくつかの実施形態では、プラズマシステム用の切断ガス源（例えば、ガス源２０７１）からのガスは、電力電子機器２０７５を冷却するためにも使用される。ファンレスガス冷却システムでは、ガスは、ガス源２０７１から電力電子機器２０７５へと流れ、電力電子機器２０７５を冷却する。当該分野で公知であるように、電力電子機器２０７５は、電力電子機器２０７５を冷却するように１つ以上のヒートシンクを含むことができる。いくつかの実施形態では、ガスは、ガスラインに載置される構成要素を冷却する（例えば、ヒートシンクの中央を通してガスを方向付け、電力切替デバイスを冷却する）。次いで、ガスは、トーチ２０８０から流れてプラズマアーク２０８５を生成し、次いで、大気２０９０へと出る。ファンレスガス冷却プラズマアークトーチの概念を、本明細書で説明されるようなプラズマアークトーチシステム（例えば、図１−１７Ｂで説明および／または参照されるプラズマアークトーチシステムおよび構成要素）に組み込まれ得ることが企図される。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、ファンレスガス冷却システム２１１６は、切断ガス源（例えば、ガス源２０７１）と、プラズマアークトーチ（例えば、トーチ２０８０）と、プラズマアークトーチに電力供給し、隔離エンクロージャの中に配置される電子的電力供給部（例えば、電力電子機器２０７５）とを含むことができる。システム２１１６は、切断ガスの少なくとの一部分を、電子的電力供給部を冷却するヒートシンクに方向付ける、切断ガス源と電子的電力供給部との間に配置される導管を含むことができる。システム２１１６はまた、切断ガスをプラズマアークトーチに方向付ける、ヒートシンクとプラズマアークトーチとの間に配置される第２の導管を含むこともできる。
【０１２９】
ファン（例えば、図１８のファン２１００）の使用は、電力を消費し、バッテリ駆動式システムの有効容量を減少させる。ファンレスガス冷却プラズマシステム（例えば、電力電子機器２０７５を冷却するために切断ガスまたは他のトーチガスを使用する）は、システムを冷却するために電力を必要とせず、アーク２０８５に送達されるより多くの電力（例えば、バッテリ容量）を電源２１０５に残す。例えば、電力は、電力電子機器２０７５を冷却するために電源２１０５からファンへと供給される必要はない。
【０１３０】
ファンの使用は通常、電力電子機器２０７５を外部汚染物質に暴露させる、空気経路も必要とする。ファンレスガス冷却システムは、システムを通る外部空気流を必要とせず、それがシステムをエンクロージャ（例えば、バックパック、肩に掛けるカバン等の、携帯可能エンクロージャまたは拘束エンクロージャ）内で使用するためにより都合良くする。
【０１３１】
ファンレスガス冷却システムはまた、ファンを伴うことが可能となる熱交換器内により高い（したがってより効率的な）圧力降下を組み込むことによって、熱交換器の設計上のさらなる融通性も可能にする。ガス源２０７１と電力電子機器２０７５との間でさらなる高い圧力降下が生成され、プラズマアークトーチシステムの電源２１０５によって駆動されるファン（例えば、図１８のファン２１００）と比較して、さらに優れた熱交換およびさらに優れた冷却能力をもたらすことができる。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、電力供給部の磁性構成要素を冷却するように、ファンをシステムに組み込むことができる。例えば、バッテリを使用する代わりに、ファンを駆動するためにガス流２１１０を使用することができる。ガス流２１１０は、ファンを回転させることができる羽根車を回転させるために使用され得る。バッテリからの電力は、ファンを回転させるために使用される必要がなく、十分なガス流２１１０があれば（例えば、電力供給部が熱を生じさせている期間中）ファンが常に作動するため、制御システムがファンを回転させる必要がない。
【０１３３】
プラズマアークトーチを冷却する方法は、切断ガス源を提供することと、切断ガスを電子的電力供給部に方向付け、切断ガスで電子的電力供給部を冷却することと、プラズマアークを生成するために、電力電子機器からトーチに切断ガスを方向付けることとを含むことができる。
【０１３４】
本発明は特に、具体的実施形態を参照して示され、説明されているが、上記の説明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の種々の変更がそれに行われてもよいことが、当業者によって理解されるべきである。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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