(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象材に供給する加工作用手段を通す穴である中央孔，該中央孔の周りに分布する複数のノズル部材挿入穴、および、各ノズル部材挿入穴に挿入された各ノズル部材の外周を冷却する冷媒が通流する複数の冷媒流路、があるチップ基体；
電極配置空間，該電極配置空間に連通するノズル，該ノズルが開いた笠部および該笠部に連続する幹部があって、内部に前記電極配置空間がある、それぞれの前記幹部が各ノズル部材挿入穴に挿入され前記笠部が前記ノズル部材挿入穴の下開口を塞ぐ、前記チップ基体とは別体の、複数のノズル部材；
前記幹部の、前記笠部がある先端部とは反対側の後端部にある雄ねじ、および、前記ノズル部材挿入穴に挿通したノズル部材の前記雄ねじに螺合してノズル部材と協働してチップ基体を挟んで締め付けてノズル部材を前記チップ基体に一体に固定するナット、を含む結合手段；および
前記チップ基体に対して前記ノズル部材の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段；
を備えるインサートチップ。
【請求項２】
前記係合手段は、前記ノズル部材の前記笠部の側面を一部削除した切欠面、および、前記チップ基体の、隣り合うノズル部材挿入穴の間にあって前記切欠面が当接する係止面がある先端突起、でなる；請求項１に記載のインサートチップ。
【請求項３】
各ノズル部材には、前記切欠面とは別の、前記笠部の側面を一部切除した追加の切欠面があり；前記チップ基体には、該追加の切欠面が当接する追加の対向突起がある；請求項２に記載のインサートチップ。
【請求項４】
前記切欠面と追加の切欠面の笠部円周方向の分布は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、ノズル部材間で異なったパターンである；請求項３に記載のインサートチップ。
【請求項５】
前記冷媒流路の下端は前記笠部がチップ基体の先端平面に当接することにより閉じられ、前記チップ基体には、冷媒受穴，冷媒出穴，前記複数の冷媒流路をつなぐ冷媒還流路，前記冷媒流路の一つを前記冷媒受穴につなぐ冷媒通し穴、および、前記冷媒流路の他の一つを前記冷媒出穴につなぐ冷媒通し穴、がある；請求項１に記載のインサートチップ。
【請求項６】
請求項１に記載のインサートチップと、該インサートチップの前記中央孔にワイヤを案内するワイヤガイドと、前記インサートチップの各電極配置空間に先端部を挿入した複数の電極と、を備えるプラズマトーチ。
【請求項７】
請求項６に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源と、を備えるプラズマ溶接装置。
【請求項８】
更に、前記ワイヤと加工対象材との間に、ワイヤ側が負で加工対象材側が正の電流を流すホットワイヤ電源を備える、請求項７に記載の、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接装置。
【請求項９】
請求項６に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が正で加工対象材側が負のプラズマアーク電流を流す電源と、前記ワイヤと加工対象材との間に、ワイヤ側が正で加工対象材側が負の電流を流すＭＩＧ溶接電源を備える、プラズマＭＩＧ溶接装置。
【請求項１０】
請求項６に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源と、前記ワイヤと各電極との間に、ワイヤ側が正で電極側が負の電流を流すホットワイヤ電源を備える、プラズマワイヤ肉盛装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のインサートチップと、該インサートチップの前記中央孔に粉体を案内する粉体ガイドと、前記インサートチップの各電極配置空間に先端部を挿入した複数の電極と、を備えるプラズマ粉体肉盛トーチ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマ粉体肉盛トーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源と、前記粉体ガイドに粉体を送給する手段と、を備えるプラズマ粉体肉盛装置。
【請求項１３】
請求項１に記載のインサートチップと、該インサートチップの前記中央孔にキーホールガスを案内するガスガイドと、前記インサートチップの各電極配置空間に先端部を挿入した複数の電極と、を備えるプラズマキーホール溶接トーチ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプラズマキーホール溶接トーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源と、を備えるプラズマキーホール溶接装置。
【請求項１５】
請求項１に記載のインサートチップと、該インサートチップの前記中央孔に切断ガスを案内するガスガイドと、前記インサートチップの各電極配置空間に先端部を挿入した複数の電極と、を備えるプラズマ切断トーチ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプラズマ切断トーチと、前記複数の電極と加工対象材の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源と、を備えるプラズマ切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチのインサートチップ，該インサートチップを用いるプラズマトーチ、および、該プラズマトーチを用いるプラズマ加工装置、に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチには、溶接，肉盛り，切断などの高熱加工の種類に応じて各種形態がある。特許文献１に記載のプラズマ加工装置は、該高熱加工のプラズマエネルギを大きくして加工能率を高くするために、インサートチップの中央に溶加材（溶接ワイヤ，粉体），キーホールガス，切断ガス等の加工作用手段を通す中央孔（通し穴）を開けるとともに、該中央孔の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチで複数の電極配置空間を設けて、各電極配置空間に各ノズルを連通にして、各ノズルから噴射するプラズマアークを、中央孔から出て加工対象材に当てる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−３１２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし１個のインサートチップで２以上のプラズマアークを噴射するのでインサートチップの熱負荷が大きくなる。よってインサートチップの冷却能力の向上を図っているが、インサートチップのノズル部分が高熱により変形あるいは溶損しやすい。ノズル部分が変形あるいは溶損すると、インサートチップを交換するのでメンテナンスコストが高くつく。
【０００５】
本発明は、インサートチップのメンテナンスコストを下げること、すなわちプラズマ加工コストの上昇を抑制すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）加工対象材に供給する加工作用手段を通す穴である中央孔(5)，該中央孔(5)の周りに分布する複数のノズル部材挿入穴(18a,18b)、および、各ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿入された各ノズル部材の外周を冷却する冷媒が通流する複数の冷媒流路(1f,1g)、があるチップ基体(1)；
電極配置空間(1a,1b)，該電極配置空間(1a,1b)に連通するノズル(4a,4b)，該ノズル(4a,4b)が開いた笠部(21a,21b)および該笠部に連続する幹部(22a,22b)があって、内部に前記電極配置空間(2a,2b)がある、それぞれの前記幹部が各ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿入され前記笠部が前記ノズル部材挿入穴の下開口を塞ぐ、前記チップ基体(1)とは別体の、複数のノズル部材(20a,20b)；
前記幹部(22a,22b)の、前記笠部(21a,21b)がある先端部とは反対側の後端部にある雄ねじ(24a,24b)、および、前記ノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿通したノズル部材の前記雄ねじ(24a,24b)に螺合してノズル部材と協働してチップ基体を挟んで締め付けてノズル部材を前記チップ基体(1)に一体に固定するナット(25a,25b)、を含む結合手段(24a,25a、24b,25b)；および
前記チップ基体(1)に対して前記ノズル部材(20a,20b)の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段(26a,26b,1c)；
を備えるインサートチップ（図２）。
【０００７】
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又は相当要素の記号もしくは対応事項を、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】
【０００８】
各ノズル部材の外周を冷却する冷媒が通流する複数の冷媒流路(1f,1g)があるので、チップ基体(1)のみならず各ノズル部材(20a,20b)の冷却能力が高い。高熱によりノズル部材のノズル部分が変形又は溶損したときは、前記ナット(25a,25b)を緩めて前記雄ねじ(24a,24b)から外し、ノズル部材(20a,20b)を前記ノズル部材挿入穴(18a,18b)から引き抜き、そして新たなノズル部材をノズル部材挿入穴に雄ねじ部から挿入して該雄ねじ部にナットをねじ合わせして締め付ける。これによって傷んだノズル部材の交換ができる。チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。
【０００９】
このノズル部材の交換のとき、ノズル部材に対してナットを緩め,締め廻しするが、係合手段(26a,26b,1c)がチップ基体に対するノズル部材の回転を阻止するので、緩め,締め廻しが簡易にできノズル部材の交換作業が容易である。また、例えば図２に示すようにノズル形態が異なる複数のノズル部材を併設する場合、どのノズル部材をチップ基体のどの位置に配置するかを規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図２】本発明のインサートチップの第１実施例である、図１に示すプラズマトーチのインサートチップ、を拡大して示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はインサートチップの下端（下面）を上に見上げた底面図、（ｃ）は（ａ）上のIIｃ−IIｃ線の横断面図である。
【図３】図２に示すインサートチップの、チップ基体のみの縦断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はノズル部材の縦断面図、（ｄ）はノズル部材の底面図である。
【図４】本発明のインサートチップの第２実施例を示し、（ａ）は底面図、（ｂ）はノズル部材２０ａ，２０ｂを取り外したチップ基体の底面図である。
【図５】図４に示すノズル部材２０ａ，２０ｂの縦断面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】本発明の第２実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図７】本発明の第３実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図８】本発明の第４実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図９】本発明の第５実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図１０】本発明の第６実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【図１１】本発明の第７実施例のプラズマ加工装置のブロック図であり、プラズマトーチは縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（２）前記係合手段は、前記ノズル部材(20a,20b)の前記笠部(21a,21b)の側面を一部削除した切欠面(26a,26b)、および、前記チップ基体(1)の、隣り合うノズル部材挿入穴(18a,18b)の間にあって前記切欠面(26a,26b)が当接する係止面がある先端突起(1c)、でなる；上記（１）に記載のインサートチップ（図３，図４）。
【００１２】
（３）各ノズル部材(20a,20b)には、前記切欠面(26a,26b)とは別の、前記笠部(21a,21b)の側面を一部切除した追加の切欠面(27a,27b)があり；前記チップ基体には、該追加の切欠面(27a,27b)が当接する追加の対向突起(1m,1n)がある；上記（２）に記載のインサートチップ（図４，図５）。
【００１３】
（４）前記切欠面(26a,26b)と追加の切欠面(27a,27b)の笠部円周方向の分布は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、ノズル部材間で異なったパターンである；上記（３）に記載のインサートチップ（図４，図５）。
【００１４】
（５）前記冷媒流路(1f,1g)の下端は前記笠部がチップ基体の先端平面(1d,1e)に当接することにより閉じられ、前記チップ基体には、冷媒受穴(1h)，冷媒出穴(1i)，前記複数の冷媒流路(1f,1g)をつなぐ冷媒還流路(1j)，前記冷媒流路の一つ(1f)を前記冷媒受穴につなぐ冷媒通し穴(1k)、および、前記冷媒流路の他の一つ(1g)を前記冷媒出穴につなぐ冷媒通し穴(1l)、がある；上記（１）に記載のインサートチップ（図２）。
【００１５】
これによれば、チップ基体(1)の冷媒流路(1f,1g)において各ノズル部材(20a,20b)の幹部(22a,22b)の外周面の周りを冷媒(冷却水)が流れるので、各ノズル部材(20a,20b)の冷却能力が高い。また、チップ基体(1)において、冷媒受穴(1h)，それに冷媒流路の一つ(1f)をつなぐ冷媒通し穴(1k)，隣り合う冷媒流路をつなぐ冷媒通し穴(1j)，他の冷媒流路(1g)を冷媒出穴(1i)につなぐ冷媒通し穴(1l)を冷媒が流れるので、チップ基体(1)の冷却能力も高い。よって、溶接電力を大きくしてより高速に溶接を行うことができる。仮に高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したときは、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。
【００１６】
（６）上記（１）に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)にワイヤ(15)を案内するワイヤガイド(13,6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマトーチ（図１）。
【００１７】
（７）上記（６）に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマ溶接装置（図１）。
【００１８】
（８）更に、前記ワイヤ(15)と加工対象材(16)との間に、ワイヤ側が負で加工対象材側が正の電流を流すホットワイヤ電源(21)を備える、上記（７）に記載の、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接装置（図６）。
【００１９】
（９）上記（６）に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が正で加工対象材側が負のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記ワイヤ(15)と加工対象材(16)との間に、ワイヤ側が正で加工対象材側が負の電流を流すＭＩＧ溶接電源(22)を備える、プラズマＭＩＧ溶接装置（図７）。
【００２０】
（１０）上記（６）に記載のプラズマトーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記ワイヤ(15)と各電極(2a,2b)との間に、ワイヤ側が正で電極側が負の電流を流すホットワイヤ電源(28,29)を備える、プラズマワイヤ肉盛装置（図８）。
【００２１】
（１１）上記（１）に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)に粉体(23)を案内する粉体ガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマ粉体肉盛トーチ（図９）。
【００２２】
（１２）上記（１１）に記載のプラズマ粉体肉盛トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、前記粉体ガイド(6)に粉体を送給する手段(24,25)と、を備えるプラズマ粉体肉盛装置（図９）。
【００２３】
（１３）上記（１）に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)にキーホールガス(26)を案内するガスガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマキーホール溶接トーチ（図１０）。
【００２４】
（１４）上記（１３）に記載のプラズマキーホール溶接トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマキーホール溶接装置（図１０）。
【００２５】
（１５）上記（１）に記載のインサートチップ(1)と、該インサートチップ(1)の前記中央孔(5)に切断ガス(27)を案内するガスガイド(6)と、前記インサートチップ(1)の各電極配置空間(1a,1b)に先端部を挿入した複数の電極(2a,2b)と、を備えるプラズマ切断トーチ（図１１）。
【００２６】
（１６）上記（１５）に記載のプラズマ切断トーチと、前記複数の電極(2a,2b)と加工対象材(16)の間に、電極側が負で加工対象材側が正のプラズマアーク電流を流す電源(17,18)と、を備えるプラズマ切断装置（図１１）。
【００２７】
上記（２）〜（１６）のいずれの態様においても、上記（１）の効果、すなわち上記「発明の効果」が得られる。
【００２８】
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】
【００２９】
−第１実施例−
図１に、第１実施例であるプラズマ溶接装置を示し、図２には第１実施例のプラズマ溶接トーチであって図１に示されるプラズマトーチのインサートチップを示し、図３には該インサートチップを構成するチップ基体のみを示す。第１実施例のプラズマ溶接トーチは、プラズマ溶接を行う形態のものである。インサートチップ１は、インサートキャップ７を絶縁台９にねじ締めすることにより、絶縁台９に固定されている。シールドキャップ８は、ねじ締めにより絶縁台９に固定されている。２つ割でｘ方向に分離した第１電極台１１と第２電極台１２は、絶縁体の外ケース３０の内部にある。第１電極台１１と第２電極台１２との間の空間を、絶縁本体１４の中空円筒状のステムが通って、該ステムの先端部の、図示を省略した雄ねじが、絶縁台９の中心の、図示を省略した雌ねじ穴にねじこまれ、これにより、電極台１１，１２が縦方向に圧縮するように締め付けられて、絶縁台９，電極台１１，１２および絶縁本体１４が一体に結合している。
【００３０】
インサートチップ１の軸心に中央孔５があり、絶縁台９および絶縁本体１４の軸心には、中央孔５と同軸のガイド穴（本実施例ではワイヤガイド穴）がある。インサートチップ１の中央孔５にはワイヤガイド６が挿入されており、絶縁本体１４の軸心のガイド穴にもワイヤガイド１３が挿入されている。絶縁本体１４の頭部に挿入された溶接ワイヤ１５は、ワイヤガイド１３および６を通してインサートチップ１に送り込まれる。
【００３１】
インサートチップ１には、中央孔５の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチである１８０度で分布し中央孔５と平行に位置する２個のノズル部材２０ａ，２０ｂ（図２）があり、各ノズル部材２０ａ，２０ｂに、絶縁台９を貫通し各電極台１１，１２にねじ１０ａ，１０ｂで固定された第１電極２ａ，第２電極２ｂの先端部が挿入されて、各電極配置空間の軸心位置に、センタリングストーン３で位置決めされている（図１）。インサートチップ１の、溶接対象材１６に対向する先端面には、ノズル部材２０ａ，２０ｂのノズル４ａ，４ｂが開いている（図２）。
【００３２】
各ノズル部材２０ａ，２０ｂには、中央にノズル４ａ，４ｂが開いた笠部２１ａ，２１ｂ，該笠部に連続する幹部２２ａ，２２ｂおよび該幹部に連続する雄ねじ部２４ａ，２４ｂがあって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるＯリング２３ａ，２３ｂがあり、内部に前記ノズル４ａ，４ｂに連通する電極配置空間１ａ，１ｂがある（図２，図３）。この実施例では、図２の（ａ）に示すように、ノズル部材２０ａ，２０ｂの雄ねじ部２４ａ，２４ｂにナット２５ａ，２５ｂをねじ結合してチップ基体１に締め付けることにより、ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１に結合している。
【００３３】
チップ基体１には、各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴１８ａ，１８ｂ，各ノズル部材挿入穴に挿通した各ノズル部材の笠部が先端平面１ｄ，１ｅに当接することにより閉じられる、ノズル部材挿入穴の一部をなし幹部との間に冷媒通流空間を形成する冷媒流路１ｆ，１ｇ，冷媒受穴１ｈ，冷媒出穴１ｉ，冷媒流路１ｆ，１ｇをつなぐ冷媒還流路１ｊ，前記冷媒流路の一つ１ｆを前記冷媒受穴１ｈにつなぐ冷媒通し穴１ｋ、および、前記冷媒流路の他の一つ１ｇを前記冷媒出穴につなぐ冷媒通し穴１ｌ、がある（図２）。
【００３４】
図２の（ａ）を参照すると、ノズル部材２０ａ，２０ｂは、中央孔５の中心軸（ｚ）と直交する同一直径線（ｙ）に分布し、該中心軸から等距離にあって中心軸（ｚ）に平行に延びる。ノズル部材２０ａ，２０ｂの、電極配置空間１ａ，１ｂに連続するノズル４ａ，４ｂは、この実施例では、電極配置空間２ａ，２ｂの中心軸に対して中央孔５の中心軸（図１の溶接ワイヤ１５）に向かう方向に傾斜しており、ノズル４ａ，４ｂの中心軸は、中央孔５の中心軸上の同一点（同一ｚ位置）で交わる。これらのノズル４ａ，４ｂも、本実施例では、中央孔５の中心軸（ｚ）と直交する同一直径線（ｙ）上に分布し、該中心軸から等距離にある。
【００３５】
チップ基体１の先端の中央部には、ｙ方向に延びる先端突起１ｃがあり、この先端突起１ｃのチップ中心位置を、中央孔５がｚ方向に貫通している。先端突起１ｃの両側に、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠２１ａ，２１ｂの裏面をうける先端平面１ｄ，１ｅがある。先端平面１ｄ，１ｅは、ｘ方向でチップ基体１の外周の手前で途切れ（図２の（ｂ））、これによりチップ基体１から対向突起１ｍ，１ｎが下方に突出している（図２の（ａ））。
【００３６】
ノズル部材挿入穴１８ａに挿入されたノズル部材２０ａの笠部２１ａの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面２６ａ（図３の（ｄ））が、先端突起１ｃの右側面である係止面にぴったり係合し、また、笠部２１ａの円周面が対向突起１ｍの左側面である阻止面にぴったり係合する。これによりチップ基体１に対する先行ノズル部材２０ａの、中心軸を中心とする回転が阻止される。これらの係合は、先行ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するときのノズル部材２０ａの廻り止め、および、ノズル部材２０ａをチップ基体１から取り外すためにナット２５ａを緩め廻しするときのノズル部材２０ａの廻り止め、として機能する。これらの係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸（ｚ）に対して傾斜したノズル部材２０ａの該ノズル軸の傾斜方向をｘ方向に固定（設定）する機能もある。
【００３７】
ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａの一端を支点（中心）に回動させようとする振り力がノズル部材２０ａに作用するが、対向突起１ｍがこの回動を阻止する。このように、係合手段である切欠面２６ａ，先端突起１ｃによりノズル部材２０ａの回転を阻止し、しかも軸振れ防止手段である対向突起１ｍによってノズル部材２０ａの軸振れを防止するので、ノズル４ａから出るプラズマアークの指向方向がずれることがなくなる。
【００３８】
この実施例では、ノズル部材２０ｂは、ノズル部材２０ａと同一仕様であり、ノズル部材２０ａと同様な結合態様でチップ基体に装着されている（図２）。
【００３９】
図２の（ｃ）に示すチップ基体１の、冷媒受穴１ｈはトーチ本体の冷媒供給管（図示略）に、冷媒出穴１ｉはトーチ本体の冷媒排出管（図示略）に連通している。冷媒供給管に注入された冷却水は、電極台１１および絶縁台９の冷媒流路を通ってチップ基体１の冷媒受穴１ｈに入って穴底に至り、そこから冷媒通し穴１ｋを通って、冷媒流路１ｆに入り、冷媒還流穴１ｊを通って、冷媒流路１ｇに入り、つぎに冷媒通し穴１ｌを通って冷媒出穴１ｉに入りそしてトーチ本体の冷媒排出管（図示略）に流れ、そしてトーチ外部に流出する。
【００４０】
冷却水が、上記冷媒受け穴１ｈから冷媒出穴１ｉに至る流路ならびに該受け穴ｉｈおよび出穴１ｉを流れている間に、チップ基体１が冷却されかつ、ノズル部材２０ａ，２０ｂの幹部２２ａ，２２ｂの外周面が冷媒流路１ｆ，１ｇに流れる冷却水で効果的に冷却されるので、インサートチップの冷却能力が高い。溶接時にはノズル部材２０ａ，２０ｂが最も加熱されるが、その外周面が直接に冷却水に触れて冷却されるので、ノズル部材２０ａ，２０ｂの使用寿命が長い。
【００４１】
図１を再度参照すると、パイロットガスは、トーチ本体のパイロットガス管（図示略）および電極挿入空間（図示略）を通ってノズル部材２０ａ，２０ｂの電極配置空間１ａ，１ｂに入り、電極２ａ，２ｂの先端部でプラズマとなってノズル４ａ，４ｂを通ってトーチの先端面から噴出する。シールドガスは、トーチ本体のシールドガス管（図示略）を通って、インサートキャップ７とシールドキャップ８との間の円筒状の空間に入り、そしてトーチの先端から溶接対象材１６に向けて噴出する。
【００４２】
電極２ａ，２ｂ（電極台１１，１２）と溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源１７，１８により、電極２ａ，２ｂにアークを発生すると、プラズマアーク電流が各電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に流れる。プラズマアーク１９にワイヤ１５が送給され、ワイヤ１５に対して各電極２ａ，２ｂおよびノズル４（４ａ，４ｂ）が対称に位置するので、ワイヤ１５に対してプラズマが安定する。すなわち、電極配置空間１ａ，１ｂに挿入された各電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６との間を、各ノズル４ａ，４ｂを通って流れる各アーク電流には、それぞれが誘起する磁束Ｍａ，Ｍｂとの間に、フレミングの左手の法則で表される上向き（又は下向き：ｚ）の力が作用し、同一方向であり、しかもノズル４ａ，４ｂの、中央孔５の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチの分布により、各力が同じく中央孔５の中心軸を中心とする円周上に等角度ピッチで分布するので、磁気的にバランスがとれ、プラズマの安定性が高い。つまり、磁気吹きによるアークのふらつきを生じない。溶接対象材１６の近傍では、各アーク電流が同一方向の加算となり合成磁束Ｍｃを誘起するので、アークを絞る磁気的ピンチ力が強く、溶接対象材１６に対する熱収束効果（エネルギー密度）が高く、しかも作用位置がふらつくことが無い。尚かつ、ワイヤ１５は、プラズマアーク１９の上端部より入り、溶融プール２０に至る迄の間アークより熱を受けることになり、有効な予熱効果として働き、ワイヤの溶着効率がアップし、高速溶接や高能率溶接ができる。従来の、側方からのワイヤ送給の場合は、ワイヤはプラズマアークに対してほぼ直角に入るため、プラズマアークに入った僅かな距離で溶融プールに熔け落ちるようにしなければならず、ほとんどワイヤの予熱効果は無い。このため溶着効率は低く、溶接速度も遅い。
【００４３】
また第１実施例によれば、ワイヤ１５が中央より挿入されるため、ワイヤの挿入方向性が無く、曲線溶接でもトーチを回転させる制御が不要である。従来は、ワイヤはトーチ進行方向より挿入することから、曲線溶接時には、トーチ又はワイヤを曲線に相対して回転制御する装置が必要であった。
【００４４】
図６〜図１１に示すプラズマトーチも、上述の、図１〜図３に示した第１実施例のインサートチップを用いるものであるが、それに代替して用いることができる第２実施例のインサートチップを、図４および図５に示す。
【００４５】
図４の（ａ）は、第２実施例のインサートチップの先端を下方から見上げた底面図、図４の（ｂ）はそのチップ基体のみを下方から見上げた底面図、図５の（ａ）はノズル部材２０ａ，２０ｂの縦断面図、図５の（ｂ）はノズル部材２０ａ，２０ｂの笠部２１ａ，２１ｂを下方から見上げた底面図である。第２実施例のインサートチップでは、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠部２１ａ，２１ｂには、切欠面２６ａ，２６ｂの他に、追加の切欠面２７ａ，２７ｂ（図５の（ｂ））がある。先行ノズル部材２０ａの追加の切欠面２７ａは、ノズル部材２０ａの中心軸の位置にあってもとからある切欠面２６ａに平行な断面で笠部２１ａを左右に２分割すると、右半分の領域にある（切欠面２６ａは左半分の領域にある）。しかし、もう１つの追加の切欠面２７ｂは、左半分の領域にある。すなわち、ノズル部材２０ａの切欠面２６ａと追加の切欠面２７ａの、笠部２１ａにおける分布パターンと、ノズル部材２０ｂの切欠面２６ｂと追加の切欠面２７ｂの、笠部２１ｂにおける分布パターンとは、異なっている。例えば図５の（ｂ）において、ノズル部材２０ｂをその中心軸廻りに１８０度回転させてそのノズル４ｂをノズル部材２０ａのノズル４ａに重ねると、切欠面２６ｂは切欠面２６ａに重なるが、追加の切欠面２７ａは、追加の切欠面２７ａには重ならずｘ軸に関して追加の切欠面２７ａと対称な位置となって、追加の切欠面２７ａの円周部の下面が対向突起１ｍの角１ｍｐに当たるので、ノズル部材２０ｂをノズル部材２０ａを装着する位置には装着できず、装着位置エラーが防止される。
【００４６】
図４の（ｂ）を参照すると、対向突起１ｍの左端面には、笠部２１ａの追加の切欠面２７ａに当接する角１ｍｐと円周部を受け入れる弧状面１ｍａがある、変形コの字型の彫込みがあり、また、対向突起１ｎの左端面には、笠部２１ｂの追加の切欠面２７ｂに当接する角１ｎｐと円周部を受け入れる弧状面１ｎａがある、変形コの字型の彫込みがある。これらの彫込みが、ノズル部材２０ａをノズル部材２０ｂの取り付け予定位置に誤装着するのを防止し、ノズル部材２０ｂをノズル部材２０ａの取り付け予定位置に誤装着するのを防止する。更に、ノズル部材２０ａ，２０ｂの軸ずれ，軸ぶれを防止するために、中央突起１ｃの右端面と左端面に、笠部２１ａ，２１ｂの切欠面２６ａ，２６ｂに当接する平面部および円周部を受け入れる弧状面がある、略コの字型の彫込み１ｃａ，１ｃｂがある。
【００４７】
ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ａ，２５ｂでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａ，２６ｂの一端を支点（中心）に回動させようとする振り力がノズル部材２０ａ，２０ｂに作用するが、追加の切欠面２７ａ，２７ｂの回動を、対向突起１ｍ，１ｎの角１ｍｐ，１ｎｐが阻止する。すなわち、ノズル部材２０ａ，２０ｂの軸振れを防止する。第２実施例のインサートチップのその他の構造および機能は、第１実施例のものと同様であり、第２実施例のインサートチップも、図１および図６〜図１１に示すプラズマトーチに、第１実施例のインサートチップと置き替えて装備することができる。
【００４８】
−第２実施例−
図６に、第２実施例のプラズマ加工装置である、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接装置を示す。図６上のプラズマトーチは、第１実施例（図１）のものと同様な構造の、ホットワイヤ形態のプラズマ溶接トーチであり、インサートチップ１は、図２，図３に示す第１実施例のものと同一構成である。本実施例では図６に示すように、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源１７，１８を備える。この点は第１実施例（図１）と同様であるが、更には、ワイヤ１５と溶接対象材１６との間に、ワイヤ側が負で溶接対象材側が正の電流を流すホットワイヤ電源２１を備える。ホットワイヤ電源２１からの電流は、トーチ内ガイド１３を通り、ガイド１３先端部近傍よりワイヤに通電し、絶縁ガイド６内ではワイヤをジュール熱で加熱し、プラズマ１９で、電極２ａ，２ｂよりのプラズマアークと合流し、溶接対象材１６に流入する。このとき、ホットワイヤ電流のジュール熱がプラズマ領域内で最大になる（集中する）ので、溶接入熱量が多く、高溶着量，高能率溶接となり、高速溶接が可能である。しかも、ホットワイヤ電流と電極２ａ，２ｂよりのプラズマアーク電流とは対称および同軸であることから、磁気的バランスがとれ、磁気吹きによるアークのふらつきが発生しない。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００４９】
−第３実施例−
図７に、第３実施例のプラズマ加工装置である、プラズマＭＩＧ溶接装置を示す。プラズマトーチは、第１実施例のものと同様な構造のプラズマＭＩＧ溶接トーチであり、インサートチップ１も、図２，図３に示す第１実施例のものと同一構成である。本実施例では図７に示すように、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、第１実施例の場合とは逆に、電極側が正で溶接対象材側が負のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源１７，１８を備える。更には、ワイヤ１５と溶接対象材１６との間に、ワイヤ側が正で溶接対象材側が負の溶接電流を流すＭＩＧ溶接電源（定電圧溶接電源）２２を備える。シールドガスは、Ａｒ又はＡｒ＋ＣＯ２又はＣＯ２又はＡｒ＋Ｈ２である。このプラズマＭＩＧ溶接装置は、ＭＩＧの特徴である高能率，深溶込みの特性を持ち尚かつ、スパッタ無し溶接が可能である。さらにＡｒ雰囲気で溶接が可能で、溶接金属中の酸化物の生成も極めて少なく、高重量高張力材に適する。また、アルミ溶接でのスタート部の溶着不良防止又は溶着不良の修復が可能である。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００５０】
−第４実施例−
図８に、第４実施例のプラズマ加工装置である、プラズマワイヤ肉盛装置を示す。プラズマトーチは、第１実施例のものと同様な構造のプラズマワイヤ肉盛りトーチであり、インサートチップ１も、図２，図３に示す第１実施例のものと同一構成である。本実施例では図８に示すように、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流すプラズマ電源１７，１８と、ワイヤ１５と各電極２ａ，２ｂとの間に、ワイヤ側が正で電極側が負の電流を流すホットワイヤ電源２８，２９を備える。ワイヤ１５はホットワイヤ電源２８，２９からの電流のジュール熱で加熱されるが、溶接対象材１６にはワイヤ電流が流れないので、溶接対象材１６が溶ける量が少なく、低希釈の肉盛溶接ができる。溶接対象材１６に垂直にワイヤ１５が送り込まれるので、オシレート運動しながらの肉盛溶接でも方向性なく肉盛量が安定する。また、垂直面あるいは傾斜面に対する肉盛溶接も可能である。太径ワイヤを用いる高溶着を安定した肉盛量で行うこともできる。ホットワイヤ電流は、電極２ａ，２ｂよりノズル４ａ，４ｂを通り、ワイヤ１５に流入するので、プラズマ電流と同様、トーチ軸心に対して対称となり、磁気的にバランスすることから、アークのふらつきや磁気吹き現象が発生しない安定した肉盛り溶接ができる。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００５１】
−第５実施例−
図９に、第５実施例のプラズマ加工装置である、プラズマ粉体肉盛装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えて粉体ガイド６を装備したプラズマ粉体肉盛トーチである。その他の構造は、第１実施例のものと同様であり、インサートチップ１も、図２，図３に示す第１実施例のものと同様な構成である。粉体ガイド６には、粉体送給機２５が、粉体槽２４にある粉体を定速度で送り込む。プラズマ電源１７，１８が、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。溶接対象材に対して粉体流を垂直に送給するので、側方からプラズマアークに粉体を送給する従来例よりも、粉体の歩留まりがよく、粉体がノズルに付着しにくく、また、トーチ内の粉体通路を太くでき、直線であることから、送給性の悪い切裁粉を使用することも出来る。溶接対象材１６の真上で対称なプラズマアークが合流し衝突し合う為、溶接対象材１６への下向きプラズマ流が弱くなるので、低希釈の粉体肉盛が可能である。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００５２】
−第６実施例−
図１０に、第６実施例のプラズマ加工装置である、プラズマキーホール溶接装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えてキーホールガスガイド６を装備したプラズマキーホール溶接トーチである。その他の構造は、第１実施例のものと同様であり、インサートチップ１も、図２，図３に示す第１実施例のものと同様な構成である。第１実施例の場合と同様に、プラズマ電源１７，１８が、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。キーホールガスは、Ａｒ又はＨｅ又はＡｒ＋Ｈ２又はＡｒ＋Ｏ２又はＡｒ＋Ｈｅである。キーホールガスガイド６により、キーホール用小径高速ガス流を噴射することにより、厚板のキーホール溶接や低入熱深溶込み溶接をすることができる。キーホール用ガスは、電極２ａ，２ｂを通るパイロットガス（プラズマガス）とは別ルートの為、電極を酸化消耗させることがないので、キーホール用ガスに酸化性ガスを用いることができる。又、キーホール用ガス噴射孔は、プラズマ電流の大小に関係なく小径にできることから、キーホール穴も小さくでき、厚板溶接ができる。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【００５３】
−第７実施例−
図１１に、第７実施例のプラズマ加工装置であるプラズマ切断装置を示す。プラズマトーチは、ワイヤガイドに代えて切断ガスガイド６を装備したプラズマ切断トーチである。その他の構造は、第１実施例のものと同様であり、インサートチップ１も、図２，図３に示す第１実施例のものと同様な構成である。第１実施例の場合と同様に、プラズマ電源１７，１８が、電極２ａ，２ｂと溶接対象材１６の間に、電極側が負で溶接対象材側が正のプラズマアーク電流を流す。切断ガスは、Ａｒ又はＯ２又はＮ２又はＡｒ＋Ｈ２である。切断ガスガイド６により、切断小径高速ガス流を噴射することにより、細幅切断をすることができる。電極２ａ，２ｂをタングステン電極とすれば、高価なハフニュウム電極を用いずとも、Ｏ２を切断ガスとする強力なプラズマ切断をすることができる。その他の機能および作用効果は、第１実施例と同様である。
【符号の説明】
【００５４】
１：インサートチップ
１ａ，１ｂ：電極配置空間
１ｃ：中央突起
１ｄ，１ｅ：先端平面
１ｍ，１ｎ：対向突起
１ｍｐ，１ｎｐ：角
１ｍａ，１ｎａ：弧状面
１ｃａ，１ｃｂ：彫込み
２（２ａ，２ｂ）：電極
２ａ：第１電極
２ｂ：第２電極
３：センタリングストーン
４（４ａ，４ｂ）：ノズル
５：中央孔
６：ガイド
７：インサートキャップ
８：シールドキャップ
９：絶縁台
１０（１０ａ，１０ｂ）：電極固定ねじ
１１：第１電極台
１２：第２電極台
１３：ガイド
１４：絶縁本体
１５：ワイヤ
１６：溶接対象材
１７，１８：電源
１９：プラズマ
２０：プール
２１：ホットワイヤ電源
２２：ＭＩＧ溶接電源
２４：粉体槽
２５：粉体送給機
２６：キーホールガス
２７：切断ガス
２８，２９：ホットワイヤ電源
３０：外ケース
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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