(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマト−チにおいて、
前記ノズルの外周に絶縁体を介して取付けられたシールドキャップと、
このシールドキャップの少なくとも一部と前記ノズルの外周面の少なくとも一部とが臨む空間と、
を備え、
前記空間に冷却水が導入され、それにより、前記空間が前記ノズルと前記シールドキャップとの双方を同時に冷却するための冷却水通路として機能するプラズマトーチ。
【請求項２】
前記シールドキャップは前記ノズルの先端部の外周に絶縁体を介して取付けられ、基端部に前記冷却水通路に臨んでいるフランジを有し、
更に、前記ノズルと前記シールドキャップの外周を囲むように設けられる、前記シールドキャップとノズルを保持するリテーナキャップとを更に備え、
前記リテーナキャップの内周面の少なくとも一部もまた前記冷却水通路に臨んでいる請求項１記載のプラスマトーチ。
【請求項３】
プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにおいて、
前記ノズルの外周を包囲するように設けられる、前記ノズルを保持するリテーナキャップと、
前記ノズルの外周面の少なくとも一部と前記リテーナキャップの内周面の少なくとも一部とが臨む空間であって、冷却水が導入される冷却水通路と、
前記リテーナキャップの内部を貫通して、前記プラズマアークの周囲にアシストガスを導くアシストガス通路と、
を備えたプラズマトーチ。
【請求項４】
前記アシストガス通路が、
前記リテーナキャップの内部を貫通して、前記ノズルの外周に絶縁体を介して取付けられたシールドキャップの外側に前記アシストガスを導く第１のアシストガス通路と、
前記シールドキャップの内側の空間であって、前記アシストガスを前記ノズルから噴出する前記プラズマアークの周囲に導くための第２のアシストガス通路と、
前記第１と第２のアシストガス通路を繋ぐように前記シールドキャップを外側から内側へ半径方向に対して周方向へ若干傾いて貫く複数の貫通孔を有し、それら貫通孔を通過するアシストガスを旋回流にして前記第２のアシストガス通路へ導くアシストガススワラと、
を有する請求項３記載のプラズマトーチ。
【請求項５】
前記トーチ本体に、ノズルの基端部と電気的に接続して前記ノズルにパイロットアーク電流を供給する電流経路を更に備えた請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のプラズマトーチ。
【請求項６】
プラズマトーチに組み込まれるノズルにおいて、
先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオリフィスと、
前記ノズルの外周に環状の絶縁体を介して固定的に取付けられて、前記ノズルと単一部品を構成している、前記ノズルの先端部を保護するためのシールドキャップと、
を備え、
前記プラズマトーチに組み込まれたとき、前記ノズルの外周面の少なくとも一部と前記シールドキャップの少なくとも一部とが、前記ノズルの外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている、
プラズマトーチのノズル。
【請求項７】
前記シールドキャップはその基端部にフランジを有し、このフランジが前記冷却水通路に臨んでいる請求項６記載のノズル。
【請求項８】
前記絶縁体が、前記絶縁体と前記ノズルの境界及び前記絶縁体と前記シールドキャップとの境界を、冷却水が漏れないよう封止する請求項６又は請求項７記載のプラズマトーチ。
【請求項９】
プラズマトーチに組み込まれるノズルにおいて、
先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオリフィスと、
前記ノズルの先端部の外周に環状の絶縁体を介して固定的に取付けられて、前記ノズルと単一部品を構成している、前記ノズルの先端部を保護するためのシールドキャップと、
前記シールドキャップの内側の空間であって、アシストガスを前記オリフィスから噴出するプラズマアークの周囲に導くためのアシストガス通路と、
前記シールドキャップの外側に供給されるアシストガスを前記シールドキャップの内側の前記アシストガス通路に導くために、前記シールドキャップを外側から内側へ貫く複数の貫通孔と、
を備えたプラズマトーチのノズル。
【請求項１０】
前記貫通孔が、そこを通過するアシストガスを旋回流にして前記アシストガス通路に導く請求項９記載のノズル。
【請求項１１】
前記プラズマトーチに組み込まれたとき、前記ノズルの外周面の少なくとも一部と前記シールドキャップの少なくとも一部とが、前記ノズルの外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている請求項９又は請求項１０記載のノズル。
【請求項１２】
プラズマトーチに組み込まれるノズルにおいて、
先端部にプラズマアークを噴出するためのオリフィスを有し、
外周面に環状の絶縁体を外嵌するための部分を有し、
前記プラズマトーチに組み込まれたとき、前記環状の絶縁体が外嵌され、この絶縁体を介して、前記先端部を保護するためのシールドキャップが装着され、そして、前記外周面の少なくとも一部と前記シールドキャップの少なくとも一部とが、前記ノズルの外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている、
プラズマトーチのノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルの先端に設けたシールドキャップの冷却性能を格段に向上させたプラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチが知られている。この種のものでは、被切断材の切断品質を向上させるために、ノズルのオリフィスを細く長く形成して、このオリフィスによりプラズマアークを強く絞り込んで、より高温で指向性の高い高温高速のプラズマジェットを形成する技術が提案されている（特表平６−５０８７９３号公報）。この場合には、オリフィスを細く長く形成する分だけ、ノズルの熱負荷が増大するので、ノズルを冷却水に接触させて直接水冷している。一方、ノズルの外周に絶縁体を介してシールドキャップを設けたものが提案されている。この場合には、前述したような直接水冷によるノズルの冷却だけではなく、シールドキャップの冷却が必要になる。従来、プラズマアークの周囲に二次ガスを供給し、この二次ガスによって当該シールドキャップを冷却したり、或いは、間接水冷によりシールドキャップを冷却したりしている。
【０００３】
この二次ガスは種々に作用し、例えば、この二次ガスに旋回流を与え、被切断材の切断面の傾斜を調整するものも提案されている（特許第６８９３１０号）。この場合、二次ガスの流れには精度の高い均一性が要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術のように、二次ガスでの冷却、或いは間接水冷による冷却では、シールドキャップを十分に冷却することができないという問題がある。この冷却が不十分な場合には、ピアッシング時にドロスが吹きあがったとき、高温の溶融金属がシールドキャップに容易に付着して、このシールドキャップの劣化が促進されるという問題がある。このシールドキャップに形成された二次ガスの出口の開口部が劣化すると、二次ガスのガス流の均一性に悪影響して、被切断材の切断品質の劣化を引き起こすという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、シールドキャップを十分に冷却する機能を備えたプラズマトーチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に従うプラズマトーチは、プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにおいて、ノズルの外周に絶縁体を介して取りつけられたシールドキャップと、このシールドキャップの少なくとも一部とノズルの外周面の少なくとも一部とが臨む空間とを備え、この空間に冷却水が導入され、それにより、その空間がノズルとシールドキャップの双方を同時に冷却するための冷却水通路として機能するようになっている。
【０００７】
このプラズマトーチでは、シールドキャップの少なくとも一部とノズルの外周面の少なくとも一部とが冷却水通路に臨んでいるため、ノズルだけでなくシールドキャップも、冷却水により直接かつ強力に冷却される。よって、ピアッシング時に溶融金属が吹き上がりシールドキャップに付着することがあっても、シールドキャップが強力に水冷されているので、シールドキャップが溶損したり、溶融金属が溶着したりすることがない。こうして、シールドキャップがが良好に保護され、シールドキャップの劣化が防止される。
【０００８】
好適な実施形態では、シールドキャップはノズルの先端部の外周に絶縁体を介して取りつけられ、基端部にフランジを有し、このフランジが冷却水通路に臨んでいる。これにより、シールドキャップはフランジがもつある程度広い表面積をもって冷却水に接するので、効果的に冷却される。
【０００９】
更に、好適な実施形態では、シールドキャップとノズルを保持するためのリテーナキャップが、ノズルとシールドキャップの外周を囲むように設けられる。そして、リテーナキャップの内周面の少なくとも一部もまた、上記冷却水通路に臨んでいる。そのため、リテーナキャップも直接水冷により効果的に冷却される。
【００１０】
本発明の第２の観点に従うプラズマトーチは、プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、そのノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるもので、上記ノズルの外周を包囲するように設けられる、上記ノズルを保持するリテーナキャップと、上記ノズルの外周面の少なくとも一部と上記リテーナキャップの内周面の少なくとも一部とが臨む空間であって、冷却水が導入される冷却水通路と、上記リテーナキャップの内部を貫通して、上記プラズマアークの周囲にアシストガスを導くアシストガス通路と、を備える。
【００１１】
このプラズマトーチでは、ノズルの外周面の少なくとも一部とリテーナキャップの内周面の少なくとも一部とが冷却水通路に臨んでいるため、ノズルだけでなくリテーナキャップも、冷却水により直接かつ強力に冷却される。よって、ピアッシング時の吹き上がり溶融金属などからリテーナーキャップを保護できるとともに、ノズルや電極などの交換の際、リテーナーキャップが冷えるまで長い間待つことなく、速やかにリテーナーキャップを取り外して交換作業に入ることが出来る。
【００１２】
また、上記プラズマトーチでは、プラズマアークの周囲にアシストガス（例えば、二次ガス又は三次ガスなし）を導くためのアシストガス通路が、リテーナキャップの内側を貫通して設けられている。これにより、リテーナキャップの内側の空間にアシストガス通路を設ける必要がないので、リテーナキャップの内側の空間を冷却水通路として存分に利用でき、よって、リテーナキャップとノズルとシールドキャップとのそれぞれ広い面積で接する冷却水通路を形成することができ、冷却効率が向上する。
【００１３】
好適な実施形態では、上述したアシストガス通路は、上記リテーナキャップの内部を貫通して、或いは上記リテーナキャップの外側を回って、上記ノズルの外周に絶縁体を介して取付けられたシールドキャップの外側に上記アシストガスを導く第１のアシストガス通路と、上記シールドキャップの内側の空間であって、上記アシストガスを上記ノズルから噴出する上記プラズマアークの周囲に導くための第２のアシストガス通路と、上記第１と第２のアシストガス通路を繋ぐように上記シールドキャップを外側から内側へ半径方向に対して周方向へ若干傾いて貫く複数の貫通孔を有し、それら貫通孔を通過するアシストガスを旋回流にして上記第２のアシストガス通路へ導くアシストガススワラと、を有する。
【００１４】
好適な実施形態では、トーチ本体に、ノズルの基端部と電気的に接続してノズルにパイロットアーク電流を供給する電流経路が更に設けられる。そのため、従来のように、ノズルの先端部に、電流経路を形成するためのリテーナキャップとの当接面を設ける必要がない。つまり、リテーナキャップは、ノズルから電気的に絶縁することができる。故に、リテーナキャップを、ノズル先端部に取りつけたシールドキャップ（これは、ノズル保護の役目上、ノズルから電気的に絶縁されていなければならない）に当接させて、リテーナキャップでシールドキャップを保持する構造を採用すつことが可能になる。この構造の下で、リテーナキャップとノズルとシールドキャップとで囲まれた空間を、冷却水通路として利用する。その結果、リテーナキャップとノズルとシールドキャップが、一つの冷却水通路によって同時に強力に水冷されるという利点が得られる。
【００１５】
本発明の第３の観点に従うプラズマトーチ用のノズルは、先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオリフィスと、ノズルの外周に環状の絶縁体を介して固定的に取り付けられて、ノズルと単一部品を構成している、ノズルの先端部を保護するためのシールドキャップとを備える。そして、プラズマトーチに組み込まれたとき、ノズルの外周面の少なくとも一部とシールドキャップの少なくとも一部とが、ノズルの外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている。
【００１６】
このノズルによれば、ノズルとシールドキャップが冷却水により同時に直接かつ強力に冷却される。また、ノズルとシールドキャップとが一体的な単一部品として構成されているため、ノズルとシールドキャップが別部品である場合に比較して、ノズルとシールドキャップ間の境界の水シールが確実である。更に、ノズルとシールドキャップとが一体的な単一部品であるため、ノズルとシールドキャップとが高精度に位置整合されて組み合わされており、それにより、ノズルとシールドキャップ間の空間から噴出する二次ガス旋回流を用いて切断面の傾斜角を調整する特許第６８９３１０号の技術を用いるとき、傾斜角を精度良く調整することが可能になる。
【００１７】
好適な実施形態では、シールドキャップはその基端部にフランジを有し、このフランジが冷却水通路に臨んでいる。ある程度広い表面積をもつフランジで冷却水に接するので、シールドキャップの冷却効率が良い。
【００１８】
好適な実施形態では、絶縁体が、絶縁体とノズルの境界及び絶縁体とシールドキャップとの境界を冷却水が漏れないよう封止する。
【００１９】
本発明の第４の観点に従うプラズマトーチ用ノズルは、先端部に設けられたプラズマアークを噴出するためのオリフィスと、ノズルの先端部の外周に環状の絶縁体を介して固定的に取り付けられて、ノズルと単一部品を構成している、ノズルの先端部を保護するためのシールドキャップと、シールドキャップの内側の空間であって、アシストガスを前記オリフィスから噴出するプラズマアークの周囲に導くためのアシストガス通路と、シールドキャップの外側に供給されるアシストガスをシールドキャップの内側のアシストガス通路に導くために、シールドキャップを外側から内側へ貫く複数の貫通孔とを備える。
【００２０】
このノズルによれば、ノズルの先端部に取り付けられたシールドキャップの外側にアシストガスが供給され、そして、そのアシストガスが、シールドキャップの貫通孔を通じて、シールドキャップの内側のガス通路に導かれるようになっている。このノズルが組み込まれるトーチでは、アシストガスをシールドキャップの外側に供給すればよいため、そのためのアシストガス供給路を、ノズル外周に設けられるノズル冷却用冷却水通路の外側に配置することができる。その結果、ノズル冷却用冷却水通路をノズルの先端部まで延長させて、その先端部にあるシールドキャップの基端部がその冷却水通路に臨むように設計することができる。その結果、ノズルだけでなく、シールドキャップも直接水冷により強力に冷却することができる。
【００２１】
好適な実施形態では、シールドキャップの貫通孔が、そこ通過するアシストガスを旋回流にして前記アシストガス通路に導く、つまりアシストガススワラとして機能する。
【００２２】
本発明の第５の観点に従うプラズマトーチ用のノズルは、先端部にプラズマアークを噴出するためのオリフィスを有し、外周面には環状の絶縁体を外嵌するための部分を有し、プラズマトーチに組み込まれたときには、上記環状の絶縁体が外嵌され、この絶縁体を介して、ノズル先端部を保護するためのシールドキャップが装着され、そして、ノズル外周面の少なくとも一部とシールドキャップの少なくとも一部とが、このノズルの外周に形成される冷却水通路に臨むようになっている。
【００２３】
このノズルは、その外周に環状絶縁体を介してシールドキャップを装着した上でトーチに組み込まれるが、トーチに組み込むと、その外周面が冷却水通路に臨み、同時にシールドキャップも冷却水通路に臨むので、ノズルとシールドキャップとが同時に強力に水冷される。環状絶縁体やシールドキャップは、ノズルとは別の部品として提供されてよく、その場合、ノズル交換時に消耗度の少ない環状絶縁体やシールドキャップを一緒に交換する必要がないので、ランニングコストが安くなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態にかかるプラズマトーチの断面構造を示す。図２は、このプラズマトーチに組み込まれるノズル及びそのノズル保護のためのシールドキャップを一体化した部品の断面構造を示す。
【００２５】
図１において、符号１はトーチ本体を示す。このトーチ本体１は、中心部材を構成するインナースリーブ３と、このインナースリーブ３の外周に嵌合されるアウタースリーブ５と、このアウタースリーブ５の外周に嵌合されるホルダー７と、インナースリーブ３の先端にマグネットリング８を挟んで嵌合されるノズル台座９とを備えて構成されている。インナースリーブ３の先端には袋形状の電極本体１３が着脱自在な状態で嵌合され、この電極本体１３のプラズマアーク発生点となる先端には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料からなる（例えば、酸素プラズマ切断の場合、ハフニウム、ジルコニウム或いはそれらの合金製等の）耐熱インサート１４が設けられている。この電極の消耗は、この耐熱インサート１４の部分で発生する。
【００２６】
この電極本体１３の外周には絶縁材製の筒状のガイド１５が嵌合され、このガイド１５の外周には先端へ向かってテーパした筒状のノズル１７が嵌合されている。このノズル１７の基端部１７ａはノズル台座９に着脱自在な状態で圧接されている。トーチ本体１のノズル台座９には、図示されていないパイロットアーク電流配線が接続されている（この配線は、トーチ本体内部に設けられ、図示されていないプラズマアーク電源と接続されている）。ノズル１７の基端部がノズル台座９に圧接されることによって、両者の圧接面が通電面となり、ノズル１７がノズル台座９に電気的に接続される。このようにして、パイロットアーク点火時にノズル１７へ電流を供給するパイロットアーク電流経路が構成されている（因みに、従来は、トーチ本体の外殻を構成する部材、例えばノズルを保持するためリテーニングキャップがパイロットアーク電流経路として用いられ、リーテーニングキャップにノズルが当接することによって、ノズルへのパイロットアーク電流経路が形成されていた。）。さらに、ノズル台座９の先端面には、弾性のある電気接触端子６５が幾つか設けられており、ノズル１７をノズル台座９に取りつけた時、その電気接触端子６５が撓んで、強い弾性力をもって、ノズル１７の基端部外面に接触するようになっている。この電気接触端子６５により、ノズル１７とノズル台座９との電気接続はより確実に確保される。ノズル１７の先端には、プラズマアークを十分に絞ってジェット流にして前方へ噴出するための、十分に細い口径を備えたオリフィス１８が形成されている。
【００２７】
ノズル１７の先端部１７ｂの外周には、図２に分り易く示すように、合成樹脂製の環状絶縁体１９が嵌合され、この絶縁体１９の外周には、例えば、ピアッシング時のスパッタや被切断材（ワーク）７１の跳ね上がりによるノズル１７の損傷を防止するための、フランジ付きのシールドキャップ２１が嵌合されている。ノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１は、一体的につまり互いに固定的に結合されて、通常の取り扱いでは分離されることのない、図２に示す単一部品として構成されている。よって、ノズル１７の交換の際には、ノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１が一緒に交換される。
【００２８】
これらの構造の外側に、ノズル１７やガイド１５や電極本体１３などのトーチ本体１から着脱自在な部品をトーチ本体１から外れないよう保持するためのリテーナキャップ本体２３が被せられる。リテーナキャップ本体２３の先端に形成されたフック２３ａによって、シールドキャップ２１の外周が保持される。すなわち、このフック２３ａの基側の段部２３ｂはシールドキャップ２１のフランジ２１ａにＯリングを挟んで引っかけられ、フック２３ａの先端側の段部２３ｃはシールドキャップ２１の段部２１ｂに引っかけられる。そして、このリテーナキャップ本体２３の後端は上述した各部材を覆ってトーチ本体１のホルダー７側に延び、固定リング２５を介してホルダー７に連結される。
【００２９】
アウタースリーブ５には、図１に示すように、その内部を貫通するプラズマガス通路３１が形成されている。このプラズマガス通路３１には、（例えば酸素プラズマ切断の場合には酸素８０モル％と窒素２０モル％の混合気体からなるような）プラズマガスが導かれる。このプラズマガスは、アウタースリーブ５のプラズマガス通路３１を経た後、ノズル台座９の内部で略くの字状に曲がるプラズマガス通路３３に入り、ガイド１５に形成されたスワラ（半径方向に対し周方向へ若干傾いてガイド１５に穿たれた複数の貫通孔）３５を経て旋回流を与えられ、ノズル・電極間通路３７に流出し、耐熱インサート１４から出るアークのエネルギーでプラズマ化され、旋回するプラズマアークとなってノズル１７のオリフィス１８を経て外部に噴出する。
【００３０】
また、アウタースリーブ５には、その内部を貫通する第１のアシストガス通路、即ち、二次ガス通路４１が形成されている。この二次ガス通路４１はアウタースリーブ５の内部で略直角に曲がり、アウタースリーブ５とリテーナキャップ本体２３間に形成された環状の空間４３に連通する。二次ガス通路４１を経た二次ガス（例えば、酸素プラズマ切断の場合にプラズマガスより低い酸素濃度をもつ混合ガスや空気）は、この環状の空間４３に入り、ここからリテーナキャップ本体２３と二次ガス通路カバー２４とで囲まれた多数本の二次ガス通路４５に流入する。この二次ガス通路４５は、例えば、リテーナキャップ本体２３の外周にその基端部から先端部にかけてその軸方向に沿って延びる凹溝２３ｂを形成し、この凹溝２３ｂに二次ガス通路カバー２４を被せて構成される。この二次ガス通路４５を経た二次ガスは、シールドキャップ２１とリテーナキャップ本体２３間に形成された環状の空間４７に流出し、シールドキャップ２１に形成された二次ガススワラ（二次ガスをプラズマガスと同方向へ旋回させるように、半径方向に対し周方向へ若干傾いてシールドキャップ２１に穿たれた複数の貫通孔）２１ｃを通じて、旋回流となってノズル１７とシールドキャップ２１間の環状空間４９に入り、シールドキャップ２１の開口２１ｄから外部に噴出する。これによって、旋回するプラズマアーク８１の周囲には同方向へ旋回する二次ガスカーテン８２が形成される。
【００３１】
トーチ本体１のホルダー７には、その内部を貫通する第２のアシストガス通路、即ち、三次ガス通路５１が形成されている。この三次ガス通路５１は、ホルダー７とリテーナキャップ本体２３と固定リング２５との間に形成された環状の空間５３に連通する。三次ガス通路５１を経た三次ガス（例えば、酸素プラズマ切断の場合、二次ガスより高い酸素濃度をもつ混合ガスや純酸素ガスなど）はこの環状の空間５３に入り、ここからリテーナキャップ本体２３と三次ガス通路カバー５４とで囲まれた複数の三次ガス通路５５を通じて流れる。この三次ガス通路５５は、例えば、リテーナキャップ本体２３の外周にその基端部から先端部にかけてその軸方向に沿って延びる凹溝２３ｄを形成し、この凹溝２３ｄに三次ガス通路カバー５４を被せて構成される。
【００３２】
そして、この三次ガス通路５５を経た三次ガスは、リテーナキャップ本体２３の先端部に形成された三次ガススワラ（三次ガスをプラズマガスや二次ガスと同方向へ旋回させるように、半径方向に対し周方向へ若干傾いてリテーナキャップ本体２３の先端部を貫通する複数の貫通孔）５６を通じて旋回流を付与されて、シールドキャップ２１の外周に衝突するように噴出し、これにより二次ガス８２の周囲に三次ガスカーテン８３が形成される。
【００３３】
リテーナキャップ本体２３に形成される二次ガス通路４５及び三次ガス通路５５は、それぞれ周方向に交互に略等間隔に形成される。
【００３４】
これら二次ガス通路４５或いは三次ガス通路５５は、リテーナキャップ本体２３の内部を貫通して形成されるものに限定されず、リテーナキャップ本体２３の外側に外部通路を回し、この外部通路を通じて、二次ガス或いは三次ガスをプラズマアークの周囲に導く構成としてもよい。また、二次ガス及び三次ガスを本実施形態では旋回流としたが、旋回流のメリットを若干犠牲にして、ガス通路製作の容易な径方向気流（旋回流ではない）としてもよい。
【００３５】
インナースリーブ３の内部に、そこを貫通する冷却水通路６１が形成されている。この冷却水通路６１にはトーチ本体１の外部から冷却水が導かれる。この冷却水は袋形状の電極本体１３に入り、この電極本体１３の先端部を冷却した後、図２に示すように、冷却水通路６１を構成するパイプ６１ａと電極本体１３の内周との間の環状空間を逆流し、その先から、図示を省略したアウタースリーブ５内の中継流路を通じて、ノズル１７の外側に形成された冷却水通路６３に流出する。
【００３６】
この冷却水通路６３には、ノズル１７の外周面が臨む他に、シールドキャップ２１のフランジ２１ａと、リテーナキャップ本体２３の内周面とが同時に臨んでおり、これらの各部材１７，２１，２３は、この冷却水通路６３を循環する冷却水によって直接的、かつ強制的に冷却される。なお、最も高温になる部分はノズル１７の先端近傍であるため、この先端近傍にまで冷却水を導入できるように、絶縁体１９及びシールドキャップ２１は、設計上で可能な限り、ノズル１７の最も先端部１７ｂに取りつけることが望ましい。
【００３７】
冷却水通路６３を出た冷却水は、図示を省略したアウタースリーブ５内の冷却水排出通路を通じて、トーチ本体外部に排出される。
【００３８】
冷却水通路６３を循環する冷却水は、この冷却水通路６３を囲む諸部品間の境界では、それらの境界に挿入されたＯリングによって封水されている。ただし、一体的な単一部品として構成されたノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１の間の境界では、樹脂製の絶縁体１９が次のようにして封水するようになっている。すなわち、図２に示すように、シールドキャップ２１の内周には、絶縁体１９を保持するための環状の段部２１ｅがあり、この段部２１ｅの表面上に環条状の突起２１fが形成されている。この突起２１ｆが、絶縁体１９の下面に食い込んで、シールドキャップ２１と絶縁体１９との境界を封水する。また、絶縁体１９の内周に存在する環状の段部１９ａに対して、ノズル１７の外周に形成された環状の段部１７ｃが嵌り合う。ノズル１７の段部１７ｃの外角部１７ｄの断面は若干鋭角になった楔形をしており、この角部１７ｄが絶縁体１９の段部１９ａに内角部に食い込んで、絶縁体１９とノズル１７との境界を封水する。
【００３９】
以上のプラズマトーチにおいて、被切断材７１の切断が開始される場合、まず、所定流量及び所定圧力のプラズマガスがプラズマガス通路３１に流されると共に、電極本体１３とノズル１７及び被切断材７１との間に高電圧が印加される。このときのノズル１７への通電経路は、前述したように、図示しないプラズマ電源から図示しない配線を通りノズル台座９を経てノズル１７へ至る経路である。
【００４０】
電極本体１３とノズル１７間に印可された高電圧により、電極本体１３とノズル１７間でパイロットアークが形成され、パイロットアークのエネルギーでプラズマガスがプラズマ化され、ノズル１７のオリフィス１８を通じて噴出される。これと同時に、パイロットアークがプラズマガスの流れに押し流されて、オリフィス１８を通り抜け、被切断材７１につながる。このとき、ノズル１７への通電がターンオフされ、電極本体１３と被切断材７１との間にメインのプラズマアーク８１が確立し、このメインのプラズマアーク８１によって、被切断材７１の切断が実行される。
【００４１】
この被切断材７１の切断実行中には、電極本体１３、ノズル１７、シールドキャップ２１、並びにリテーナキャップ本体２３が常時高温にさらされる。
【００４２】
この実施形態では、電極本体１３が直接水冷で強力に冷却されることは勿論であるが、それに加え、冷却水通路６３にノズル１７の外周面の大部分が臨むだけでなく、シールドキャップ２１のフランジ２１ａが冷却水通路６３に臨み、更にリテーナキャップ本体２３の内周面の大部分も冷却水通路６３に臨んでいるので、これらの各部材１７，２１，２３も直接水冷によって直接かつ強力に冷却される。従って、ノズル１７、シールドキャップ２１、及びリテーナキャップ本体２３を十分に冷却することができる。
【００４３】
シールドキャップ２１が直接水冷により低温に維持されるため、ピアッシング時にドロスが吹きあがって、高温の溶融金属がシールドキャップ２１に付着しても、このシールドキャップ２１が溶損することがなく、その耐久性が向上する。しかも、シールドキャップ２１の開口２１ｄが溶損しないので、二次ガスのガス流の均一性が確保され、被切断材７１の切断品質を向上させることができ、より板厚の厚い被切断材７１のピアッシングが可能になる。また、１つの冷却水通路６３でノズル１７、シールドキャップ２１及びリテーナキャップ本体２３の３部品を同時に冷却するので、従来のようにシールドキャップ２１やリテーナキャップ本体２３を水冷するためにそれぞれに専用の冷却水通路を設ける必要が無く、よって、同じ定格電流であっても従来よりトーチのサイズを小さく設計できる。
【００４４】
上記構成では、ノズル１７の外側に冷却水通路６３が形成され、ノズル１７の先端にはノズル１７から電気絶縁されたシールドキャップ２１が固定されているため、ノズル１７へのパイロットアークの電流経路を、従来のようにノズル１７の先端に設けることが困難になる。そこで、この実施形態では、ノズル台座９を経る電流経路を形成し、ノズル１７の基端部１７ａをノズル台座９に押し付け接触させることにより、この電流経路にノズル１７を電気的に接続している。更に、ノズル１７に強い弾性力で接触する電気接続端子６５をノズル台座９に設けることにより、簡単かつ確実に、ノズル１７を電流経路に接続することができる。
【００４５】
この実施形態では、電極本体１３、ガイド１５、ノズル１７、絶縁体１９、シールドキャップ２１、並びにリテーナキャップ本体２３が固定リング２５を介してトーチ本体１の先端部に部品着脱交換可能に連結されている。
【００４６】
上記構成のように、プラズマガス及び二次ガスに旋回流を付与するダブルスワラ方式を採った場合、シールドキャップ２１の位置決め精度及びその開口２１ｄの健全性が、通常構成のシールドキャップ以上に要求されるが、この実施形態では、シールドキャップ２１の冷却が十分に行われること、及びノズル１７とシールドキャップ２１が一体部品として構成されるため、部品交換時に再組み付けしても高い組み付け精度を維持できること等のため、シールドキャップ２１の位置決め精度及びその開口２１ｄの健全性を十分に確保することができる。
【００４７】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明では、シールドキャップとノズルの外周とが臨む空間に冷却水が導入されるので、ノズルの他にシールドキャップが直接かつ強制的に冷却水によって冷却されるので、その溶損が抑制されて耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマトーチの一実施形態を示す断面図である。
【図２】ノズルとシールドキャップの一体化した部品の断面図である。
【符号の説明】
１  トーチ本体
３  インナースリーブ
５  アウタースリーブ
７  ホルダー
９  ノズル台座
１３  電極本体
１５  ガイド
１７  ノズル
１８  オリフィス
１９  絶縁体
２１  シールドキャップ
２１ａ  フランジ
２３  リテーナキャップ本体
３１，３３  プラズマガス通路
４１  二次ガス通路
５１  三次ガス通路
６３  冷却水通路
【図１】
0003635986.tif 000002
【図２】
0003635986.tif 000003