(57)【要約】【課題】  効率的に薄い及び厚い板材料の両方を切断できるプラズマトーチを提供する。【解決手段】  プラズマ切断トーチ１００用の電極システムは、第１切断配列に設定されると共に薄い加工物を切断するのに適応した第１電極ホルダ１５０を備えている。この第１電極ホルダは、内部に電子放射インサート要素２３０を受け入れたホルダ要素２００を備えた第１電極アセンブリ１９０を受けるべく構成されている。第２電極ホルダ１５０ａは、第２切断配列に設定されると共に厚い加工物を切断するのに適応している。この第２電極ホルダは、プラズマ切断トーチに対して第１電極ホルダと交換可能である。第２電極ホルダは、更に、ペンシル要素５１０を含む第２電極アセンブリ５００を受けるべく構成されている。それにより交換可能な第１及び第２電極ホルダは、単一のプラズマ切断トーチが薄い加工物及び厚い加工物の両方を切断することを可能にする。関連の電極システム及び電極装置にも提供されている。【選択図】  図１
2006341314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ切断トーチ用の電極システムであって、
第１切断配列において前記プラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第１電極ホルダを備えており、該第１電極ホルダは、更に、前記プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応すべく、内部に電子放射インサート要素を受け入れたホルダ要素を含む第１電極アセンブリを受けるように構成されており、
第２切断配列において前記プラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第２電極ホルダを備えており、該第２電極ホルダは、前記プラズマ切断トーチに対して前記第１電極ホルダと交換可能であり、前記第２電極ホルダは、更に、前記プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように、ペンシル要素を含む第２電極アセンブリを受けるべく構成されており、それにより交換可能な前記第１及び第２電極ホルダは、単一のプラズマ切断トーチが薄い加工物及び厚い加工物の両方を切断するのに適応するように構成されている、電極システム。
【請求項２】
前記第１電極アセンブリは、前記電子放射インサート要素を前記ホルダ要素から離すように構成されたセパレータ要素を更に備えている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項３】
前記ホルダ要素は銅から構成されており、前記電子放射インサート要素はハフニウムから構成されている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項４】
前記セパレータ要素は銀から構成されている、請求項２に記載の電極システム。
【請求項５】
前記ホルダ要素は、前記第１電極ホルダにねじ式に係合するように構成されている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項６】
前記ペンシル要素は、トリウム入りタングステン、セリウム入りタングステン及びランタン入りタングステンからなるグループから選択した材料から構成されている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項７】
前記第２電極アセンブリは、更に、前記ペンシル要素及び前記第２電極ホルダの間に配置されて前記ペンシル要素を前記第２電極ホルダに固定するように構成されたコレットアセンブリを備えており、該コレットアセンブリは、両端に第１及び第２端部を有すると共に軸方向の孔を画成するコレットを含んでおり、該コレットは、更に、前記第１端部から延在する管状部分と、複数の延長要素を画定すると共に前記管状部分から前記第２端部へ軸方向に延在する隣接の連続スプリット部分とを含んでおり、該コレットは、前記ペンシル要素が前記第２端部を通り抜けて前記延長要素により囲まれるべく、前記孔を通る前記ペンシル要素を受けるように構成されている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項８】
前記コレットアセンブリは、更に、孔を画成すると共に、前記ペンシル要素が前記孔を貫いて延在するように前記第２端部と前記連続スプリット部分の前記延長要素とを越えて延在すべく構成されたコレット本体を備えており、前記コレット本体及び前記連続スプリット部分は補完的な形にされたテーパ表面を有していて、前記コレット本体及び前記連続スプリット部分の軸方向係合により前記延長要素を前記ペンシル要素に向かい半径方向の内側に偏倚させ、前記ペンシル要素を前記コレットアセンブリに対して軸方向に固定するようになっている、請求項７に記載の電極システム。
【請求項９】
前記第２電極ホルダは、前記コレットを受けると共に前記第２電極ホルダに対する前記コレットの軸方向移動を制限するように構成されており、前記コレット本体は前記第２電極ホルダにねじ式に係合するように構成されていて、前記コレットをその中に固定すると共に前記延長要素を前記ペンシル要素に作用させて前記ペンシル要素を固定するようになっている、請求項８に記載の電極ホルダ。
【請求項１０】
前記第１及び第２電極ホルダは、前記プラズマ切断トーチのトーチヘッド部内に交換可能に配置されるように構成されており、前記プラズマ切断トーチは、更に、前記第１電極ホルダ用の第１ガスと前記第２電極ホルダ用の第２ガスとを前記トーチヘッド部に選択的に供給し得るように構成されていて、前記プラズマ切断トーチにより受けられた前記第１及び第２電極ホルダの対応する一方と相互作用するガス供給源を備えている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項１１】
前記第１ガスは空気，酸素、窒素及びそれらの混合物からなるグループから選択されている、請求項１０に記載の電極システム。
【請求項１２】
前記第２ガスは水素，アルゴン及びそれらの混合物からなるグループから選択されている、請求項１０に記載の電極システム。
【請求項１３】
前記プラズマ切断トーチは、更に、該プラズマ切断トーチにより受けられた前記第１及び第２電極ホルダの対応する一方のため、前記第１電極アセンブリへの第１電流レベルと前記第２電極アセンブリへの第２電力レベルとを選択的に供給できるように構成された電流源を備えている、請求項１に記載の電極システム。
【請求項１４】
前記第１電流レベルは約４００アンペアに達するものである、請求項１３に記載の電極システム。
【請求項１５】
前記第２電流レベルは約６００アンペアに達するものである、請求項１３に記載の電極システム。
【請求項１６】
プラズマ切断トーチ用の電極システムであって、該プラズマ切断トーチは、第１切断配列においてその中に受け入れられる第１電極ホルダを有しており、該第１電極ホルダは、前記プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応すべく、内部に電子放射インサート要素を受け入れたホルダ要素を含む第１電極アセンブリを受けるように構成されており、
前記第１電極ホルダと交換可能に、第２切断配列において前記プラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第２電極ホルダを備えており、該第２電極ホルダは、更に、ペンシル要素を含む第２電極アセンブリを受けるべく構成されており、それにより前記第２電極ホルダ及び前記第２電極アセンブリは、前記プラズマ切断トーチにおいて前記第１電極ホルダ及び前記第１電極アセンブリと交換されたときに、前記プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように構成されている、電極システム。
【請求項１７】
前記ペンシル要素は、トリウム入りタングステン、セリウム入りタングステン及びランタン入りタングステンからなるグループから選択した材料から構成されている、請求項１６に記載の電極システム。
【請求項１８】
前記第２電極アセンブリは、更に、前記ペンシル要素及び前記第２電極ホルダの間に配置されて前記ペンシル要素を前記第２電極ホルダに固定するように構成されたコレットアセンブリを備えており、該コレットアセンブリは、両端に第１及び第２端部を有すると共に軸方向の孔を画成するコレットを含んでおり、該コレットは、更に、前記第１端部から延在する管状部分と、複数の延長要素を画定すると共に前記管状部分から前記第２端部へ軸方向に延在する隣接の連続スプリット部分とを含んでおり、該コレットは、前記ペンシル要素が前記第２端部を通り抜けて前記延長要素により囲まれるべく、前記孔を通る前記ペンシル要素を受けるように構成されている、請求項１６に記載の電極システム。
【請求項１９】
前記コレットアセンブリは、更に、孔を画成すると共に、前記ペンシル要素が前記孔を貫いて延在するように前記第２端部と前記連続スプリット部分の前記延長要素とを越えて延在すべく構成されたコレット本体を備えており、前記コレット本体及び前記連続スプリット部分は補完的な形にされたテーパ表面を有していて、前記コレット本体及び前記連続スプリット部分の軸方向係合により前記延長要素を前記ペンシル要素に向かい半径方向の内側に偏倚させ、前記ペンシル要素を前記コレットアセンブリに対して軸方向に固定するようになっている、請求項１８に記載の電極システム。
【請求項２０】
前記第２電極ホルダは、前記コレットを受けると共に前記第２電極ホルダに対する前記コレットの軸方向移動を制限するように構成されており、前記コレット本体は前記第２電極ホルダにねじ式に係合するように構成されていて、前記コレットをその中に固定すると共に前記延長要素を前記ペンシル要素に作用させて前記ペンシル要素を固定するようになっている、請求項１９に記載の電極ホルダ。
【請求項２１】
プラズマ切断トーチのための電極装置であって、前記プラズマ切断トーチは、第１切断配列において第１電極ホルダを収容するように構成されており、前記第１電極ホルダは、前記プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応するように、電子放射インサート要素を内部に受け入れたホルダ要素を有する第１電極アセンブリを備えており、
前記第１電極ホルダと交換可能に、第２切断配列において前記プラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第２電極ホルダを備えており、該第２電極ホルダは、更に、前記プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように、前記プラズマ切断トーチにおいて前記第１電極ホルダと交換されたときに、ペンシル要素を有する第２電極アセンブリを受けるべく構成されている、電極装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマトーチに関し、特に、同プラズマトーチが薄い加工物及び厚い加工物の双方を効果的に切断できるように、互換性のある電極システムを有するプラズマトーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマアークトーチは、切断、溶接、表面処理、溶融及び焼鈍しを含み、金属の加工のため普通に使用されている。かかるトーチは、電気アークを持続させる電極を含んでおり、該電気アークはこの電極から加工物に延在している。プラズマガスは、加工物に衝突するよう方向付けられているのが典型的であって、該ガスが渦流式に電気アークを取り囲んでいる。トーチの中には、第２のガス即ちシールドガス又は水の渦流ジェットを使用して、加工作業を制御するために電気アーク及びプラズマガスのジェットを取り囲むものである。既存のプラズマアークトーチの特徴の一つは、比較的に薄い加工物を切断するのに用いられるトーチ（単数又は複数）の構造と、比較的に厚い加工物を切断するのに用いられるトーチ（単数又は複数）の構造との間に共通性が少し有るか無いかということである。従って、薄い加工物及び厚い加工物の両方を切断することを望むユーザーは、２つの異なるトーチアセンブリ一式をしばしば購入しなければならない。更に、両方の形式のトーチを製造しようとするプラズマアークトーチ製造者は、異なる構成要素を２セット製造し在庫として保持しておかねばならず、従って、両方の形式のトーチが必要とされる場合には、製造作業のコストがらみの複雑性が増すことになる。トーチが薄い加工物及び厚い加工物の両方を切断することができれば、厚い加工物を切断するためのかかるトーチの作業条件は、例えば、効率の点から見て望ましくないかも知れない。例えば、イーエスエイビー・グループ・インコーポレイテッドにより製造されたPT−15型トーチは、薄板及び厚板材料の両方を切断できるトーチの一例である。しかしながら、例えば７.５ｃｍ(６ｉｎ）ほどの厚さの板を切断するには、１０００アンペアの電流レベル、４００ｓｃｆｈのガス流量、及び２５０ボルトに至る電圧で作動するようなトーチが必要である。従って、このような作動パラメータは、厚板の切断作業を比較的にコスト集約型の仕事にしている。
【０００３】
代表的なプラズマアークトーチにおいて、プラズマガスとシールドガス又は水とは、プラズマガスノズルと、同心円状に又は直列に同軸配置されたシールドガス又は水の噴射ノズルとを有するノズルアセンブリにより方向付けられている。このノズルアセンブリは、導電性であると共に、トーチを起動するため電極と該ノズルアセンブリとの間に電位差を確保し得るように電極から絶縁されている。トーチを起動するため、電位源の一方の側、特に陰極側は電極に接続され、他方の側、特に陽極側はスイッチ及びレジスタを介してノズルアセンブリに接続されている。また、陽極側は、加工物と平行にも接続されており、その場合、両者の間にはレジスタが介在していない。高電圧及び高周波が電極及びノズルアセンブリの両端間に加えられて、電気アークをプラズマガスノズル放出口近くでそれらの間のギャップ両端に生じさせている。パイロットアーク又は起動アークと通常言われているこのアークは、高周波かつ高電圧であるが、トーチの損傷を回避するために比較的に低電流である。プラズマガスは、プラズマガスノズルを通って流れ、アークが加工物に付くまで、パイロットアークをノズル放出口から吹き出している。その後、電位源をノズルアセンブリに接続するスイッチが開かれ、トーチは加工物に対して加工作業を行なう移行式アークモードになる。トーチに供給される電力は、移行式アークモードにおいて増大され、パイロットアークよりも高電流の切断アークを生成することになる。
【０００４】
プラズマアークトーチの中には、電子放射インサート型電極を使用して該電極から加工物へのアークを生成するものがある。一部のかかる電極は、例えば、銅製ホルダを含んでおり、該銅製ホルダはその中に保持された銀製セパレータを有している。当該銀製セパレータ内には、ハフニウム製電子放射要素もしくはインサートが保持されている。銅製ホルダは、電極ホルダの雌ねじ部と噛み合う雄ねじ部を使用して、トーチ中に保持されるのが典型的である。電子放射インサート型要素を使用するかかるトーチは、例えば、厚さ約３６.８ｍｍ（１.５ｉｎ）に達するカーボンスチール板のような比較的に薄い材料を切断するのに有効であることが一般に知られている。ある場合、例えば、薄い金属加工物を切断するときには、ハフニウム製電子放射要素を用いるトーチは、かかる構造が例えば約４００アンペアの最大電流に制限されることになるので、通常適当ではない。しかし、ホルダ中でハフニウム製インサートの代わりにタングステン製インサートを使用するトーチは、厚い材料を切断するのに使用可能であるが、タングステン製インサート電極を使用するかかるトーチ構造は、厚さ７５．２ｍｍ（６ｉｎ）の材料を切断するために約１０００アンペアの最小電流を一般的に必要とする。このような高電流レベルで作動するかかるトーチを構成することは、例えば、安全、作動効率及び建造コストに関する望ましくない種々の問題を生じることになる。
【０００５】
タングステン製のペンシル型電極を用いるトーチのような他のプラズマアークトーチは、厚い材料を切断するのに有用であることが一般に知られている。かかるタングステン製のペンシル型電極は、例えば、中実のペンシル形状に形成されたトリウム入りタングステンから形成されており、これが特定の電極ホルダ配列をもつトーチ内に保持されている。しかしながら、タングステン製のペンシル型電極は、電子放射インサート型電極で一般的に使用されている（プラズマガスとしての）空気又は酸素と共に使用することはできない。代わりに、かかるタングステン製のペンシル型電極は、薄い板材料を切断するために約６００アンペアに達する電流で水素３５％及びアルゴン６５％の混合物と共に、或いは薄い板材料を切断するために約１５０アンペア未満の電流で窒素と共に使用することが可能である。しかし、窒素並びに水素３５％及びアルゴン６５％の混合物は、一般的に、約３６.８ｍｍ（１.５ｉｎ）〜４９.１ｍｍ（２ｉｎ）未満の厚さの鋼を切断するには好ましいガスではない。
【０００６】
手短に言えば、既存のプラズマアークトーチは、例えば、比較的に薄い加工物を切断するのに使用されるトーチ（単数又は複数）の構造と比較的に薄い加工物を切断するのに使用されるトーチ（単数又は複数）の構造との間の有効な共通性に欠けるというような幾つかの欠点をもちやすい。従って、効率的な方法で薄い板材料及び厚い板材料の両方を切断できるプラズマトーチの必要性が存在している。
【発明の開示】
【０００７】
上述した必要性及びその他の必要性は、一実施形態ではプラズマ切断トーチ用の電極システムを提供する本発明により満たされている。かかる電極システムは、第１切断配列においてプラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第１電極ホルダを備えている。該第１電極ホルダは、更に、プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応するように、内部に電子放射インサート要素を受け入れたホルダ要素を備える第１電極アセンブリを受けるべく構成されている。第２電極ホルダは、第２切断配列においてプラズマ切断トーチにより受けられるように構成されている。この第２電極ホルダは、プラズマ切断トーチに対して第１電極ホルダと交換可能である。第２電極ホルダは、更に、プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように、ペンシル要素を備える第２電極アセンブリを受けるべく構成されている。そのため、交換可能な第１及び第２電極ホルダは、単一のプラズマ切断トーチが薄い加工物及び厚い加工物の両方を切断するのに適応するように構成されている。
【０００８】
本発明のもう１つの形態は、プラズマ切断トーチ用の電極システムであり、該電極システムにおいて、プラズマ切断トーチは、第１切断配列においてその中に受け入れられる第１電極ホルダを有している。この第１電極ホルダは、プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応するように、内部に受け入れられた電子放射インサート要素を有するホルダ要素を備える第１電極アセンブリを受けるべく構成されている。かかる電極システムは、第１電極ホルダと交換可能に、第２切断配列においてプラズマ切断トーチにより受けるべく構成された第２電極ホルダを備えており、その場合、該第２電極ホルダは、更に、ペンシル要素を備える第２電極アセンブリを受けるべく構成されている。そのため、第２電極ホルダ及び第２電極アセンブリは、プラズマ切断トーチにおいて第１電極ホルダ及び第１電極アセンブリと交換されたときに、プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように構成されている。
【０００９】
本発明の更に別の形態は、プラズマ切断トーチのための電極装置であり、この電極装置において、プラズマ切断トーチは、第１切断配列において第１電極ホルダを収容するように構成されている。この第１電極ホルダは、プラズマ切断トーチが薄い加工物を切断するのに適応するように、電子放射インサート要素を内部に受け入れたホルダ要素を有する第１電極アセンブリを備えている。かかる電極装置は、第１電極ホルダと交換可能に、第２切断配列においてプラズマ切断トーチにより受けられるように構成された第２電極ホルダを備えている。この第２電極ホルダは、更に、プラズマ切断トーチが厚い加工物を切断するのに適応するように、プラズマ切断トーチにおいて第１電極ホルダと交換されたときに、ペンシル要素を有する第２電極アセンブリを受けるべく構成されている。
【００１０】
従って、本発明の諸実施形態は、これから更に詳しく説明するように、格別な利点をもたらすものである。
【００１１】
一般的な用語で本発明を説明してきたが、次に、必ずしも一律の縮尺で描かれていない添付図面を参照して本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、添付図面を参照して以下で更に十分に説明されるが、同添付図面には、本発明の全てではなく一部の実施形態が示されている。実際に、本発明は、多くの異なる形態で実施可能であり、本明細書に記載した実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示内容が関連法律要件を満たすように提供されている。全体を通じて同様の数字は同様の部材について言及している。
【００１３】
図１は、電子放射インサート型電極を使用する、本発明によるプラズマトーチの一実施形態を例示しており、該プラズマトーチは総括的に符号１００で表わされている。ここに開示した形式のプラズマトーチは、当業者に自明であろうから、かかるトーチの広範な説明は不要である。しかしながら、かかるトーチの例は、例えば、米国特許第６,３４６,６８５号及び第６,２１５,０９０号の各明細書に見ることができる。
【００１４】
図１に示したプラズマトーチ１００は、該トーチ１００のヘッド部に受け入れられるよう構成された第１電極ホルダ１５０を備えている。この第１電極ホルダ１５０は、ほぼ管状であると共に、軸方向の両端にある端部１６０，１７０を備えている。管状の第１電極ホルダ１５０は、液体又はガスのような冷却剤を基端部１６０から先端部１７０に向けて貫流させ、電極ホルダ１５０内に受け入れられた電極冷却管１８０に流入させるように構成されている。場合によっては、冷却管１８０は、例えば、接着剤で又は銀ロウ付けにより、第１電極ホルダ１５０内に恒久的に取付けられていてもよい。第１電極アセンブリ１９０は、同様にほぼ管状であると共に、両端に端部２１０，２２０を有する延長ホルダ要素２００を備えており、該ホルダ要素２００は電極冷却管１８０を越えて延在するように構成されているので、基端部２１０は、例えばねじ結合により、第１電極ホルダ１５０の先端部１７０に係合するようになっている。ホルダ要素２００の先端部２２０は、電子放射インサート要素２３０を受け入れるため、軸方向に心出しされた凹部を画成するように構成されており、この場合、電子放射インサート要素２３０は、例えばハフニウムから形成されていてもよい。場合によっては、電子放射インサート要素２３０は、セパレータ要素２４０によりホルダ要素２００から隔てられているのが有利であり、その場合、ホルダ要素２００は例えば銅から形成され、一方セパレータ要素２４０は例えば銀から形成されている。
【００１５】
このような電子放射インサート型電極では、トーチ１００は、例えば空気、酸素、窒素又はそれらの混合物であるプラズマガスと一緒に、例えば最大で４００アンペアにまで達する電流レベルを使用している。この点について、例えばセラミック又はプラスチックから構成される管状のガス旋回バッフル２５０は、第１電極ホルダ１５０／第１電極アセンブリ１９０の間の境界あたりでそれらを囲んで延びるように構成されていると共に、第１電極アセンブリ１９０を周るプラズマガスの旋回を容易にするために同バッフルの周囲を取り巻いて複数の接線方向に延びる旋回穴（図示せず）を画成している。トーチ１００は、更に、ガス旋回バッフル２５０に係合していると共に、ホルダ要素２００／セパレータ要素２４０／電子放射インサート要素２３０から構成される第１電極アセンブリ１９０を越えて延びるように構成されたノズル３００を提供している。ガス旋回バッフル２５０に係合したこのノズル３００は、旋回穴を介してその中にプラズマガスを受け入れて、該プラズマガスを第１電極アセンブリ１９０の周りにかつノズル３００の先端３１０に向けて導くように構成されており、その場合、プラズマガスはノズル出口オリフィス３２０から加工物上にノズル３００を出るようになっている。また、トーチ１００は、プラズマガスのジェットの周りにシールド流体を向けるためにノズル３００を越えて延在するシールドノズル４００も備えていてもよい。図１において示したような構造は、第１切断配列にある第１電極ホルダ１５０／第１電極アセンブリ１９０を備えていると共に、比較的に薄い加工物を切断するのに通常適している。
【００１６】
本発明の有利な形態によると、図１に示したプラズマアークトーチ１００は、また、比較的に厚い加工物を切断すべく容易に構成することも可能である。具体的には、図２に示すように、トーチ１００は、そこから第１電極ホルダ１５０及び第１電極アセンブリ１９０を取除くように容易に分解することが可能である。即ち、ノズル３００及びシールドノズル４００がトーチ１００から取除かれると、ホルダ要素２００は、第１電極ホルダ１５０がトーチ１００から取り除かれる前に、第１電極ホルダ１５０の先端部１７０から回して外すか又は解放することが可能である。代案においては、第１電極ホルダ１５０及び第１電極アセンブリ１９０は、単一組立体としてトーチ１００から取外すことが可能となっている。図３及び図４に示すように、電子放射インサート型電極アセンブリ１９０及び第１電極ホルダ１５０は、ペンシル型の第２電極アセンブリ５００及び適当な第２電極ホルダ１５０ａと交換することが可能となっている。例えば、ペンシル型の第２電極アセンブリ５００を受け入るように構成された第２電極ホルダ１５０ａは、通常、第１電極ホルダ１５０に見られるような電極冷却管１８０を必要としない。従って、第２電極アセンブリ５００／第２電極ホルダ１５０ａを含むトーチ１００は、第２切断装置を表わしており、それによりトーチ１００は比較的に厚い材料を切断するのに適応している。
【００１７】
ペンシル型の第２電極アセンブリ５００は、ペンシル又はロッド状の形に形成された電極要素５１０を実装しており、この場合、該電極要素５１０は、例えば、タングステン、或いはより具体的には、トリウム入りタングステン、セリウム入りタングステン又はランタン入りタングステンから構成されていてもよい。しかしながら、タングステン製電極要素５１０は、プラズマガスに対して空気又は酸素と一緒に通常使用することはできないが（電子放射要素型電極と一緒に使用されるのが一般的である）、代わりに、例えば、約３５％の水素及び約６５％のアルゴンの混合物のようなアルゴン及び水素から構成される、プラズマガスと共に使用されなければならない。ペンシル型のタングステン製電極要素５１０は、最大で約６００アンペアほどの電流レベルを用いて厚い板材料を切断できることが分かっていた。従って、電子放射インサート型の第１電極アセンブリ１９０／第１電極ホルダ１５０とペンシル型の第２電極アセンブリ５００／第２電極ホルダ１５０ａとの間の交換を行なう際、トーチ１００は、プラズマガス源及び電流レベルの両方がトーチ１００に挿入されつつある電極アセンブリ／電極ホルダと対応して適切に調節されるようにも構成されていなければならない。プラズマガス及び／又は電流レベルの選択は、オペレータにより手動で行なってもよく、或いは場合によっては、トーチ１００は、その中に取付けられた電極ホルダの構造及び／又は電極の形式を自動的に検知し、プラズマガス及び／又は電流レベルを適当に調節するように構成されていてもよい。
【００１８】
図５に示すように、ペンシル型の第２電極アセンブリ５００は、電極要素５１０を受けると共に、それを第２電極ホルダ１５０ａ中に固定するためのコレットアセンブリ６００を備えている。このコレットアセンブリ６００は、両端に端部６２０，６３０を有すると共に、軸方向に延在する孔を画成するコレット６１０（図６に斜視で示されている）を例えば備えている。より具体的には、このコレット６１０は、基端部６２０を囲む管状部分と、該基端部６２０から先端部６３０へ軸方向に延びる複数の延長要素６２５を規定する隣接の連続スプリット部分とを備えている。コレット６１０は、電極要素５１０が先端部６３０を貫いて延在していると共に、延長要素６２５により囲まれるように、上述した軸方向に延在する孔内にロッド状の電極要素５１０を受け入れるように構成されている。孔を画成するコレット本体６４０は、延長要素６２５がコレット本体６４０内に受け入れられると共に、電極要素５１０がコレット本体６４０により画成された孔を貫いて延びるように、コレット６１０の先端部６３０を越えて延在すべく構成されている。
【００１９】
その結果、電極要素５１０、コレット６１０及びコレット本体６４０を備えたペンシル型の第２電極アセンブリ５００は、トーチ１００が再組み立て可能となるように、第２電極ホルダ１５０ａに係合されるべく構成されている。より具体的には、コレット６１０の基端部６２０は、（第１電極ホルダ１５０に係合する電子放射インサート型の第１電極アセンブリ１９０のホルダ要素２００と同じ方法で）コレット本体６４０が第２電極ホルダ１５０ａにねじ式に係合できるように、第２電極ホルダ１５０ａ内に挿入されるべく構成されている。場合によっては、第２電極ホルダ１５０ａは、コレット６１０が第２電極ホルダ１５０ａ内へのその軸方向挿入の程度を制限されるように構成されていてもよい。コレット６１０の先端部６３０における延長要素６２５とコレット本体６４０とは、補完的な形状にされたテーパ表面６２５ａ，６４０ａを更に画成している。このような状況であるから、コレット本体６４０が第２電極ホルダ１５０ａとねじ式に係合するとき、第２電極ホルダ１５０ａにねじ式に係合しつつあるコレット本体６４０の軸方向移動は、第２電極ホルダ１５０ａによりもたらされるコレット６１０の制限された軸方向移動と組み合わさって、補完的な形状にされたテーパ表面６２５ａ，６４０ａの相互作用によりコレット６１０の先端部６３０における延長要素６２５を電極要素５１０に向かい半径方向の内側に偏倚させている。こうして、延長要素６２５の半径方向収縮により、電極要素５１０がコレット６１０／コレット本体６４０に対して軸方向に固定されることになる。しかしながら、当業者には、第２電極アセンブリ５００／第２電極ホルダ１５０ａのかかる再組立てが第２電極ホルダ１５０ａをトーチ１００に係合させる前か後に行なってよいことが理解されるであろう。
【００２０】
また、ノズル３００はもちろんのことシールドノズル４００（これらの一方又は両方は、トーチ１００について適切な作動条件を提供するために必要に応じて、構造が電子放射インサート型の第１電極アセンブリ１９０で使用されるノズル３００／シールドノズル４００と同一であるか或いは異なっていてよい）は、トーチ１００の再組立てを完了するべく再設置することが可能である。その後、プラズマガス及び電流レベルは、トーチ１００に今しがた取付けられたペンシル型のタングステン製第２電極アセンブリ５００に対して適切に変更できることになる。
【００２１】
しかしながら、当業者は、コレット６１０／コレット本体６４０内に電極要素５１０を固定するプロセスがおそらく繰返し作業で電極要素５１０の軸方向調節も含んでいるので、ノズル出口オリフィス３２０の周りの電極要素５１０とノズル３００の先端３１０の内部との間の最適間隔が達成されることが分かるであろう。（図１に示すような）電子放射インサート型の第１電極アセンブリ１９０のホルダ要素２００／セパレータ要素２４０／電子放射インサート要素２３０と比較して、（図４に示すような）電極要素５１０がノズル出口オリフィス３２０に向かい更に延在する可能性は、ペンシル型の第２電極アセンブリ５００／第２電極ホルダ１５０ａを実装するここに記載のトーチ１００が約６００アンペアほどの比較的に低い電流レベルで厚い材料を効果的に切断することを可能にする一つのファクターとして、本発明者により確認された。
【００２２】
こうして、本発明の実施形態は、比較的に薄い材料を切断すべく対応の第１電極ホルダを備えた電子放射インサート型の第１電極アセンブリと比較的に厚い材料を切断すべく対応の第２電極ホルダを備えたペンシル型の第２電極アセンブリとを使用するように、単一のプラズマアークトーチが適切に構成されることを可能にしている。この単一トーチで薄い材料及び厚い材料の両方を切断することを可能にするのに必要な改変には、電極アセンブリ及び電極ホルダの変更が通常含まれるので、例えば、薄い材料及び厚い材料の両方を切断することを望むユーザーが２つの適切な電極ホルダをそれぞれ備えた２つの異なる電極アセンブリを有する単一のトーチアセンブリを購入することを可能にする利点が実現されることになる。更に、プラズマアークトーチの製造者が薄い材料及び厚い材料の切断トーチのために完全な２組の異なる構成要素の在庫品（電極アセンブリ及び電極ホルダを除く）を製造し保持しなければならないことがないという利点が実現される。その結果、製造作業が単純で廉価であるのはもちろんのこと、よりコスト効率の高い在庫システムが達成されることになる。加えて、ペンシル型の第２電極アセンブリの場合のように、厚い材料を切断するために低電流レベルを使用する機能は、より効率的な作業条件という望ましい結果になると共に、トーチが厚い材料を切断するのに通常必要であるよりも複雑でなく、かつ頑丈でもないシステムを使用することを可能にしている。
【００２３】
前述した記載及び関連の図面により提供された教示により恩恵を受ける本発明に関係した当業者は、本発明の種々の改変及びその他の実施形態に想到するであろう。従って、言うまでもなく、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、その他の改変及び実施形態も添付した特許請求の範囲内に包含されることが企図されている。本明細書において特定の用語が用いられているが、これらの用語は、一般的かつ説明的な意味のみで使用されており、限定のために用いられているのではない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電子放射インサート型の第１電極アセンブリを実装する本発明の一実施形態によるプラズマアークトーチのヘッド部を示す概略的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に基づいて、図１に示したトーチヘッド部から組立体として取出される電子放射インサート型の第１電極アセンブリ、関連ノズル及び第１電極ホルダを示す概略的断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って、図１に示したトーチヘッド部において、図２に示すように電子放射インサート型の第１電極アセンブリ、関連ノズル及び第１電極ホルダから構成されるアセンブリと交換できる、ペンシル型の第２電極アセンブリ、関連ノズル及び第２電極ホルダをアセンブリとして示す概略的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に基づく、図３に示したペンシル型の第２電極アセンブリ、関連ノズル及び第２電極ホルダを分解して示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に基づく、図４に示したペンシル型の第２電極アセンブリを更に分解して示す正面図である。
【図６】本発明の一実施形態に基づく、図５におけるコレットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００    プラズマトーチ（プラズマ切断トーチ）
１５０    第１電極ホルダ
１５０ａ  第２電極ホルダ
１９０    第１電極アセンブリ
２００    ホルダ要素
２３０    電子放射インサート要素
２４０    セパレータ要素
５００    第２電極アセンブリ
５１０    電極要素（ペンシル要素）
６００    コレットアセンブリ
６１０    コレット
６２０    コレットの第１端部
６２５    延長要素
６２５ａ  テーパ表面
６３０    コレットの第２端部
６４０    コレット本体
６４０ａ  テーパ表面
【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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【外国語明細書】
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