【手続補正書】
【提出日】平成19年3月27日(2007.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下：
第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体であって、該細長本体は、トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体；ならびに
電極と嵌合し、かつ該細長本体の長手軸方向に沿って該電極を整列するように適合された該細長本体の外側部分に位置する表面
とを備える、冷却液管。
【請求項２】
前記表面が、輪郭、段またはフランジのうち少なくとも１つ以上を備える、請求項１に記載の管。
【請求項３】
前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項２に記載の管。
【請求項４】
前記表面が、前記細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有する、請求項１に記載の管。
【請求項５】
前記直径が拡大した本体が、可変の直径を有する、請求項４に記載の管。
【請求項６】
前記表面が、前記細長本体および電極のそれぞれの長手軸を整列するように適合されている、請求項１に記載の管。
【請求項７】
前記長手軸が、実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも１つ以上である、請求項６に記載の管。
【請求項８】
前記表面が、前記第１の端部と前記第２の端部との間の領域に位置する、請求項１に記載の管。
【請求項９】
前記表面が、前記細長本体の端部に位置する、請求項１に記載の管。
【請求項１０】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；ならびに
冷却液管と嵌合し、該冷却液管の長手軸方向に沿って該冷却液管を整列するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面
を備え、
該冷却液管は、トーチ本体に強固には取り付けられない、
電極。
【請求項１１】
前記表面は、輪郭、段またはフランジのうち少なくとも１つ以上を備える、請求項１０に記載の電極。
【請求項１２】
前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項１１に記載の電極。
【請求項１３】
前記表面が、前記細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有する、請求項１０に記載の電極。
【請求項１４】
前記直径が縮小した本体が、可変の直径を有する、請求項１３に記載の電極。
【請求項１５】
前記表面が、前記細長本体および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合されている、請求項１０に記載の電極。
【請求項１６】
前記長手軸が、実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも１つ以上である、請求項１５に記載の電極。
【請求項１７】
プラズマアークトーチであって、以下：
トーチ本体；
冷却液管であって、該冷却液管は、第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体、ならびに該細長本体の外側部分に位置する表面を備え、ここで、該細長本体は該トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体；ならびに
該トーチ本体により支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに該管と嵌合し、該管を該管の長手軸方向に沿って整列するように適合された細長い電極本体の内側部分に位置する表面を備える、電極
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項１８】
前記表面のうちの少なくとも１つが、輪郭、段またはフランジのうちの少なくとも１つ以上を備える、請求項１７に記載のトーチ。
【請求項１９】
前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項１８に記載のトーチ。
【請求項２０】
前記管の表面が、該管の細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し、そして、前記電極の表面が、該電極の細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有する、請求項１７に記載のトーチ。
【請求項２１】
前記一体になった本体の少なくとも１つが、可変の直径を有する、請求項２０に記載のトーチ。
【請求項２２】
前記表面が、前記電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合される、請求項１７に記載のトーチ。
【請求項２３】
前記長手軸が、実質的に同心円状に整列されるか、半径方向に整列されるか、または円周方向に整列されるかのうちの少なくとも１つ以上である、請求項１７に記載のトーチ。
【請求項２４】
プラズマアークトーチ内の電極に関して冷却液管を配置する方法であって、該方法は、以下：
該電極および該冷却液管の嵌合する接触表面を提供する工程；ならびに
該電極および該冷却液管を接触するように偏らせる工程であって、該冷却液管の第２の端部における開口は、該電極の内側表面と接触しない、工程
を包含する、方法。
【請求項２５】
前記偏らせる工程が、冷却液の流体静力学的圧力によりもたらされる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記偏らせる工程が、ばね要素によりもたらされる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記偏らせる工程が、前記トーチ内に前記電極を通すことによってもたらされる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
プラズマアークトーチであって、以下：
トーチ本体；
該トーチ本体により支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体を備える、電極；
冷却液管であって、該管は、第１の端部、第２の端部を有する細長本体、およびそこを通って延びる冷却液通路を備え、ここで、該細長本体は、該トーチ本体に強固には取り付けられない、冷却液管；ならびに
該冷却液管および該電極の嵌合表面を、該管の長手軸方向に沿って整列するための手段
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項２９】
前記整列するための手段が、前記電極の内側表面上に嵌合表面を備える、請求項２８に記載のトーチ。
【請求項３０】
前記整列するための手段が、前記管の外側表面上に嵌合表面を備える、請求項２８に記載のトーチ。
【請求項３１】
前記整列するための手段が、前記冷却液管の内側表面上に嵌合表面を備える、請求項２８に記載のトーチ。
【請求項３２】
プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下：
第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体であって、該細長本体は、トーチ本体に強固には取り付けられない、細長本体；ならびに
（ａ）電極と嵌合し、そして、（ｂ）該電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を、該それぞれの長手軸に沿って整列するように適合された、該細長本体の外側部分に位置する表面
を備える、冷却液管。
【請求項３３】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；ならびに
（ａ）冷却液管と嵌合し、そして、（ｂ）該電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列するように適合された、該細長本体の内側部分に位置する表面
を備える、電極。
【請求項３４】
プラズマアークトーチのための冷却液管であって、該冷却液管は、以下：
第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体；ならびに
電極と嵌合するように適合された該細長本体の内側部分に位置する表面
を備える、冷却液管。
【請求項３５】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；および
該細長本体の該２つの端部の間の、該細長本体の内側部分に位置する表面であって、該表面は、（ａ）冷却液管と嵌合し、そして、（ｂ）該電極および冷却液管それぞれの長手軸を整列するように適合された、表面
を備える、電極。
【請求項３６】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；および
該本体の内側表面であって、該表面は、輪郭、段またはフランジのうちの１つ以上を備え、そして冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、該本体の長手軸に沿って実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも１つ以上であるように適合される、内側表面、
を備える、電極。
【請求項３７】
前記輪郭が、線形テーパーを含む、請求項３６に記載の電極。
【請求項３８】
前記表面は、前記本体の長手軸を、前記冷却液管の長手軸と整列させるように適合される、請求項３６に記載の電極。
【請求項３９】
前記表面は、前記本体の２つの端部の間に位置する、請求項３６に記載の電極。
【請求項４０】
前記表面は、前記冷却液管に対する前記電極の動きを制限する、請求項３６に記載の電極。
【請求項４１】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；および
該本体の内側表面上に位置する少なくとも１つの輪郭、段またはフランジであって、該輪郭、段またはフランジは、冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、そして該嵌合表面と実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも１つ以上である、少なくとも１つの輪郭、段またはフランジ
を備える、電極。
【請求項４２】
プラズマアークトーチであって、以下：
本体；
冷却液管であって、該管は、第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体、ならびに該細長本体の外側部分上に位置する表面を備える、冷却液管と；
該トーチ本体によって支持される電極であって、該電極は、開放端および閉鎖端、ならびに内側表面を有する中空の細長本体を備え、該細長本体の内側表面は、１つ以上の輪郭、段またはフランジを備え、そして該冷却液管の外側表面上の嵌合表面と接触し、該本体の長手軸に沿って実質的に同心円状に整列しているか、半径方向に整列しているか、または円周方向に整列しているかのうちの少なくとも１つ以上であるように適合される、電極、
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項４３】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；ならびに
該細長本体の２つの端部の間の該細長本体の内側部分上に位置する表面であって、該表面は、冷却液管と嵌合するため、該電極および該冷却液管のそれぞれの長手軸を整列させるため、ならびに該冷却液管に対する該電極の動きを制限するためのものである、表面、
を備える、電極。
【請求項４４】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、以下：
開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体；ならびに
該細長本体の２つの端部の間の該細長本体の内側部分上に位置する表面であって、該表面は、プラズマアークトーチにおける対応する嵌合表面と勘合するため、該電極および構成要素のそれぞれの長手軸を整列するため、ならびに該構成要素に対する該電極の動きを制限するためのものである、表面、
を備える、電極。
【請求項４５】
前記嵌合表面は、冷却液管の嵌合表面である、請求項４４に記載の電極。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】プラズマアークトーチの構成要素の整列のための方法および装置
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に、プラズマアークトーチのシステムおよびプロセスの分野に関する。特に、本発明は、プラズマアークトーチにおいて使用するための、液体冷却型電極および冷却液管に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
プラズマアークトーチおよびレーザーのような材料処理装置は、金属材料の切断に広く使用されている。プラズマアークトーチは一般に、トーチ本体、本体内に設置された電極、中央出口オリフィスを備えるノズル、電気接続、冷却およびアーク制御流体のための通路、流体流れのパターンを制御するための渦流型リング、ならびに電源を備える。トーチにおいて使用される気体は、非反応性（例えば、アルゴンまたは窒素）または反応性（例えば、酸素または空気）であり得る。トーチは、プラズマアークを生成し、このプラズマアークは、高い温度および高い運動量を有するプラズマ気体の圧縮イオン化ジェットである。
【０００３】
プラズマアーク切断トーチは、代表的に２０，０００〜４０，０００アンペア／インチ２の範囲の電流密度を有する遷移プラズマアークを生成する。高精細度トーチは、狭い切断切り口および正方形の切断アングルを生成する。このようなトーチは、熱の影響を受けるゾーンがより薄く、そして、切りくずを伴わない切断の生成および溶融金属を吹き飛ばすのにより効果的である。
【０００４】
同様に、レーザーベースの装置は一般に、気体の流れおよびレーザー光線が導入されるノズルを備える。レンズは、レーザー光線に焦点を当て、次いで、ワークピースを加熱する。光線および気体の両方が、オリフィスを通ってノズルから出て、ワークピースの標的領域に衝突する。結果として得られるワークピースの加熱は、焦点および光線のエネルギーに依存して、ワークピースの選択された領域を、レベル気体とワークピース材料との間の任意の化学反応と組合せて、加熱、液化または気化する。この作用は、オペレーターに切断させるか、または、他の方法で、ワークピースを修飾する。
【０００５】
材料処理装置の特定の構成要素は、使用から経時的に劣化する。これらの「消耗」構成要素としては、プラズマアークトーチの場合は、電極、渦流型リング、ノズルおよびシールドを備える。理想的には、これらの構成要素は、当該分野で容易に置き換え可能である。それにもかかわらず、トーチ内でのこれらの構成要素の配列は、妥当な消耗寿命、ならびに、プラズマアークの位置の精度および再現性を保証することが重要であり、これは、自動化プラズマアーク切断システムにおいて重要である。
【０００６】
いくつかのプラズマアークトーチは、液体冷却型電極を備える。１つのこのような電極は、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第５，７５６，９５９号に記載されている。この電極は、開放端および閉鎖端を備える中空の細長本体を有する。この電極は、銅から形成され、そして、高熱電子放射能（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）物質（例えば、ハフニウムまたはジルコニウム）の円筒状挿入物を備え、この挿入物は、電極の底部端のボアにプレス嵌めされる。挿入物の露出端の表面は、放射表面を規定する。しばしば、放射表面は、最初は平面である。しかし、放射表面は、最初は、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．に譲渡された米国特許第５，４６４，９６２号に記載されるように、挿入物内の凹部を規定するような形状であり得る。いずれの場合においても、挿入物は、電極の底部端のボア内を、電極の中空の内部に配置される冷却液体の循環流れへと延びる。電極は、芯残しフライス型であり得、この中で、環状の凹部が、挿入物を囲む底部端の内側部分に形成される。身体を通って延びる円筒状の通路を規定する、中空の薄い壁の円筒状本体を有する冷却液入口管は、電極本体の中空の内側表面に近接して位置付けられる。この管は、電極の内側表面を覆って冷却液の高い流速を提供するために、間隔を空けた関係で、凹部内に延びる。
【０００７】
多くのプラズマアークトーチにおいて、そして、種々の作動条件下（例えば、高アンペア数切断）で、この管は、受容可能な電極の寿命を得るために、十分な冷却を提供することによって、電極から熱を除去しなければならない。冷却液管の出口が、電極の内側表面と整列していない（長手軸方向および／または半径方向に）場合、管は、挿入物を実質的に冷却しないことが経験的に決定されている。電極と整列していない冷却液管を有するトーチの繰り返し使用は、挿入物の物質をより早く摩滅させる。所望の冷却液の流れ特性を達成するために、管は、代表的には、適切な整列を達成するために、電極に関して固定された位置で固定される。電極の摩耗は、代表的には、切断の質の低下を生じる。例えば、電極の摩耗が増加するにつれ、切り口幅の寸法が増加し得るか、または、切断角が正方形でなくなり得る。このことは、適切な切断の質を達成するために、電極の頻繁な交換を必要とする。
【０００８】
電極および冷却液管を設置する、従来の方法に関連する耐性は、冷却液管に関して電極を位置付けることにおける固有の誤差に起因する、電極の頻繁な交換を必要とすることなく、高度に均質で、精密な許容差の部品を生成するために、システムがこのようなトーチを採用することをより困難にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、電極の寿命を維持すること、および／または、誤整列の効果を最小限にすることによって、電極の摩耗を減少することを助ける、液体冷却型プラズマアークトーチに電極および冷却液管を提供することが、本発明の主な目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、１つの局面において、電極に関する冷却液管の信頼性があり、かつ再現可能な位置づけを達成する、プラズマアークトーチのための冷却液管を提供することによって、先行技術の欠点を克服する。本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列することにおける整列誤差の減少を達成する。この冷却液管は、第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路を有する、細長本体を有する。細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の外側部分に位置する表面を有する。
【００１１】
本発明のこの局面の実施形態としては、以下の特徴が挙げられ得る。管の嵌合表面は、輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒ）、線形テーパー、段（ｓｔｅｐ）またはフランジを備え得る。嵌合表面は、細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し得る。この直径が拡大した本体は、可変の直径を有し得る。管の嵌合表面は、この表面が、細長本体および電極のそれぞれの長手軸を整列するように製造され得る。管の嵌合表面は、管のそれぞれの長手軸を、実質的に同心円状に、半径方向に、および／または円周方向に、電極と整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、細長本体および電極を、細長本体の長手軸の方向に沿って整列するために適合され得る。管の嵌合表面は、第１の端部と第２の端部との間の中間領域に位置し得る。管の嵌合表面は、細長本体の端部に位置し得る。
【００１２】
別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチのための電極を備える。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、冷却液管と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を備える。
【００１３】
本発明のこの局面の実施形態は、以下の特徴を備え得る。電極の嵌合表面は、輪郭、線形テーパー、段またはフランジを備え得る。嵌合表面は、細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有し得る。この直径が縮小した本体は、可変の直径を有し得る。電極の嵌合表面は、電極のそれぞれの長手軸を、実質的に同心円状に、半径方向に、および／または円周方向に、管と整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、電極の長手軸の方向に沿って管と電極の細長本体を整列するために適合され得る。
【００１４】
一般に、別の局面において、本発明は、トーチ本体を有するプラズマアークトーチを含む。このプラズマトーチはまた、細長本体を有する冷却液管を有する。この管の細長本体は、第１の端部、第２の端部、およびそこを通って延びる冷却液通路、ならびに、細長本体の外側部分に位置する表面を有する。このトーチはまた、トーチ本体により支持される電極を有する。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、管と嵌合するように適合された細長い電極本体の内側部分に位置する表面を有する。
【００１５】
本発明のこの局面において、表面の少なくとも１つは、輪郭、線形テーパー、段またはフランジを有し得る。管の表面は、管の細長本体と一体になった、直径が拡大した本体を有し得、電極の表面は、電極の細長本体と一体になった、直径が縮小した本体を有し得る。一体型本体の少なくとも１つは、可変の直径を有し得る。嵌合表面は、管のそれぞれの長手軸と、電極とを、実質的に同心円状に、半径方向に、および／または円周方向に整列するために適合され得る。さらに、または代わりに、嵌合表面は、それぞれの長手軸の方向に沿って、管および電極を整列するために適合され得る。
【００１６】
一般に、なお別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチ内で、電極に関して冷却液管を位置決めする方法に関する。この方法は、電極および冷却液管の嵌合する接触表面を提供する工程、および、接触している電極および冷却液管を偏らせる工程を包含する。
【００１７】
電極に関して冷却液管を位置決めする方法は、冷却液の流体性力学的圧力によって管および電極を接触するように偏らせる工程を包含し得る。管および電極は、あるいは、ばね要素によって偏らせられ得る。
【００１８】
一般に、別の局面において、本発明は、トーチ本体を有するプラズマアークトーチを含む。このトーチはまた、第１の端部、第２の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する、細長本体を有する冷却液管を有する。このトーチはまた、トーチ本体により支持される電極を備える。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体を有する。このトーチはまた、冷却液管および電極表面を嵌合するための手段を備える。
【００１９】
本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する際の整列誤差の低下を達成する。この冷却液管は、第１の端部、第２の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体を有する。この細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を有する。
【００２０】
本発明は、別の局面において、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する際の整列誤差の低下を達成する。冷却液管は、第１の端部、第２の端部およびそこを通って延びる冷却液通路を有する細長本体を有する。この細長本体は、電極と嵌合するように適合された細長本体の外側部分に位置する表面を有し、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する。
【００２１】
別の局面において、本発明は、プラズマアークトーチのための電極を含む。この電極は、開放端および閉鎖端を有する中空の細長本体、ならびに、冷却液管と嵌合するように適合された細長本体の内側部分に位置する表面を備え、電極および冷却液管のそれぞれの長手軸を整列する。
【００２２】
別の実施形態において、本発明は、先行技術のトーチの消耗品（例えば、冷却液管および電極）を上回る利点を提供し、先行技術においては、嵌合表面が、消耗品の適切な整列を保証するための、主な指標である。
【００２３】
別の実施形態において、嵌合表面の１つの側面は、例えば、トーチ本体に冷却液管および／または電極を可動性に固定する場合に、冷却液管および電極を整列する能力を増大するために、スペーサーとして働く。
【００２４】
本発明の上記および他の目的、局面、特徴および利点は、以下の明細書および添付の特許請求の範囲からより明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
図１は、高解像度トーチ（例えば、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．により製造されたＨＤ−３０７０トーチ）における使用に適切な芯残しフライス型電極に配置された先行技術の冷却液管を例示する。電極１０は、円筒状の銅本体１２を有する。本体１２は、電極１０の中心線１４に沿って延び、この中心線１４は、電極が本体１２の中に設置された場合、トーチと共通である。電極は、締りばめによってトーチ（図示せず）上のカソードブロック（図示せず）に交換可能に固定され得る。あるいは、電極１０をカソードブロックに交換可能に固定するために、ねじ（図示せず）が電極１０の頂部端１６に沿って配置され得る。フランジ１８は、流体封着を提供するｏ−リング２２を受容するための、外向きに面した環状の凹部２０を有する。電極の底部端２４は、ほぼ平面状の端部表面２６に向けてテーパー状になっている。
【００２６】
孔２８は、中心線１４に沿って本体１２の底部端２４内に穿孔する。高熱電子放射能物質（例えば、ハフニウム）から形成されたほぼ円筒状の挿入物３０は、孔２８内にプレスばめされる。挿入物３０は、底部端２４を通って、電極１０の中空の内部３４まで軸方向に延びる。放射表面３２は、挿入物３０の端部表面に沿って位置し、トーチ内のプラズマガスに露出可能である。放射表面３２は、最初は平面であり得るか、または、最初は、挿入物３０内の凹部を規定するような形状であり得る。
【００２７】
冷却液管３６は、本体１２の内側表面３８に近接する中空の内部３４および底部端２４の内側表面４０に配置される。管３６は、中空であり、ほぼ円筒状であり、壁が厚く、そして、大きな直径の冷却液通路４１を規定する。冷却液管は、ねじまたは締まりばめによってトーチ（図示せず）内に交換可能に固定され得る。一例として、Ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．により販売される冷却液管は、約３〜約４ｍｍの冷却液通路直径を有し、そして、電極の端部表面２６に対向する環状の凹部４４の内側表面から約１ｍｍ未満に位置し、十分な冷却を提供する。
【００２８】
管３６は、通路４１を通して冷却液の流れ４２（例えば、水）を導入し、この流れが、底部端２４の内側表面４０を横切って、そして本体１２の内側表面３８に沿って循環する。電極は、底部端２４の内側表面４００に形成された環状の凹部４４を備えるというような、芯残しフライス型である。凹部４４は、冷却液に露出される電極本体の表面積を増加させ、本体１２の内側表面４０を横切る冷却液の流速を上げる。あるいは、電極は、環状の凹部４４を規定しないというような「エンドミル型」であり得る。流れ４２は、管３６および本体１２の内側表面３８によって規定される環状の通路４６を介して電極１０を出る。一例として、管３６が１００アンペアで切断するトーチにおいて使用される場合、冷却液の流れは、１．０ガロン／分である。
【００２９】
電極１０の耐用年数の間に、挿入物の物質は摩耗して、孔２８内に増大した深さのピットを形成する。トーチの切断品質は、代表的には、挿入物の摩耗と関連して低下する。挿入物３０が十分な深さのピットを形成した場合、ブローアウト状態が生じる。電極１０の底部端２４の内側表面４０に対する管３６の接近性に起因して、アークは、ブローアウト状態の間に、管に付着し得る。管３６は、アークにより損傷を受け、交換が必要となる。切断の質の低下および／またはブローアウトを防ぐために、操作者は代表的に、頻繁な間隔で電極を交換する。さらに、プラズマアークトーチシステムの製造業者は、一般に、ブローアウトの可能性を最小限にするために、特定の挿入物の摩耗レベルでの交換を推奨する。
【００３０】
挿入物３０の表面を横切る冷却液の流れ４２は、挿入物に関する冷却液管の配置により影響を受け、従って、電極に関する冷却液管の配置により影響を受ける。冷却液管の出口が、電極１０の内側表面４０に関して誤って（例えば、長手軸方向および／または半径方向に）配置されている場合、管３６により運ばれる冷却液４２は、挿入物３０を十分に冷却しない。電極１０に関して誤って配置された冷却液管を有するトーチの繰り返しの使用は、経験的に、挿入物をより早く摩耗させると判断されている。
【００３１】
図２Ａおよび２Ｂは、本発明の原理を組み込んだ冷却液管１３６の１つの実施形態を例示する。管１３６は、第１の端部１５４および第２の端部２５６を備える細長本体１５２を有し、中心線または長手軸１４６を規定する。冷却液通路１４１は、細長本体１５２を通って延びる。管１３６の第１の端部１５４は、通路１４１と流体連絡する第１の開口２１０を有する。第２の端部１５６は、通路１４１と流体連絡する第２の開口２０６を有する。本発明の１つの局面に従って、管１３６は、細長本体１５２の外側表面１６２に位置する、嵌合表面１６０を有する。嵌合表面１６０は、プラズマトーチの電極の対応する嵌合表面と嵌合するように設計される。
【００３２】
嵌合表面１６０は、冷却液管１３６の長手軸１４６と、図３の電極１００の長手軸１１４のような長手軸との信頼性があり、かつ再現性のある整列を可能にするように設計される。嵌合表面は、冷却液管１３６および電極のそれぞれの長手軸を整列し得、その結果、長手軸は、少なくとも実質的に同心円状に整列される。さらに、または代替的には、嵌合表面は、冷却液管１３６および電極のそれぞれの長手軸を整列し得、その結果、冷却液管１３６および電極は、少なくとも実質的に円周方向に整列され、それによって、電極に関する冷却液管１３６の優先的な整列を企図する。
【００３３】
冷却液管が、トーチ本体または電極に強固に取り付けられる必要はない。従って、冷却液管１３６がトーチ本体または電極に強固に取り付けられていない本発明の実施形態において、いくつかの最小限の受容可能な誤整列が、冷却液管１３６および電極のそれぞれの長手軸の間で生じ得る。
【００３４】
管１３６は、トーチ本体内に交換可能に位置し得る（図１１を参照のこと）。管１３６の本体１５２は、ｏ−リング１７４を受容するための外側に面した環状の凹部１７２を有するフランジ１７０を有する。ｏ−リング１７４は、トーチ本体に流体封着を提供する（図１１を参照のこと）が、一般には、管１３６の本体１５２の縦方向長さに沿って管１３６の移動を可能にする。
【００３５】
本発明のこの局面において、管１３６の嵌合表面１６０は、管１３６の細長本体１５２の外側表面１６２の周りに分布する、３つのフランジ１６６ａ、１６６ｂおよび１６６ｃ（一般に、１６６）を有する。フランジ１６６は、外側表面１６２の周りに等しく間隔を空けて配置される。他の実施形態において、フランジ１６６は、任意の数、形状であり得るか、または、表面１６０が電極の嵌合表面と嵌合することを可能にし得るような他の方法で外側の周りに間隔を空けて配置され得る。表面１６０、フランジ１６６および／またはその部分は、例えば、管１３６を機械加工または鋳造することによって、冷却液管１３５の一体になった部分として形成され得る。あるいは、表面１６０、フランジ１６６および／またはその部分は、管１３６とは別に製造されて、組み立てられるか、または、例えば、適切な接着剤もしくは機械式ファスナーによって管に取り付けられ得る。
【００３６】
図３は、本発明の原理を組み込んだ電極１１０の１つの実施形態を例示する。電極１１０は、ほぼ円筒状の細長い銅本体１１２を有する。本体１１２は一般に、電極１１０の中心線または長手軸１１４に沿って延び、この中心線または長手軸は、この電極１１０が本体１１２の中に設置された場合、トーチ（図示せず）と共通である。電極１１０の頂部端１１６に沿って配置されたねじ１７６は、トーチ（図示せず）のカソードブロック（図示せず）内に電極１１０を交換可能に固定し得る。フランジ１１８は、トーチ本体（図示せず）に流体封着を提供するｏ−リング１２２を受容するための、外側に面した環状の凹部１２０を有する。
【００３７】
穿孔穴または孔１２８は、中心線１１４に沿った電極本体１１２の底部端１２４に位置する。高熱電子放射物質（例えば、ハフニウム）から形成された、ほぼ円筒状の挿入物１３０は、孔１２８内にプレスばめされる。挿入物１３０は、電極１１０の中空の内部１３４に向かって軸方向に延びる。放射表面１３２は、内部１３０の端部面に沿って位置し、そしてトーチ内のプラズマガスに露出可能である。電極は、底部端１２４の内側表面１４０内に形成された環状の凹部１４４を備えるというような、芯残しフライス型である。凹部１４４は、冷却液に露出された電極本体の表面積を増加させ、本体１１２の内側表面１４０を横切る冷却液の流速を上げる。あるいは、電極は、環状の凹部１４４を規定しないというような、エンドミル型であり得る。
【００３８】
表面１６４は、電極本体１１２の内側表面１３８上に提供され、そして、この表面１６４は、図２Ａの冷却液管１３６の表面１６０のような、対応する表面と嵌合するように適合される。電極１１０の表面１６４は、機械加工することによってか、あるいは、適切な機械加工プロセスによって、内側表面１３８上に形成され得る。
【００３９】
図４Ａおよび４Ｂに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管１３６の表面１６０は、４つの球状要素２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃおよび２０８ｄ（一般に、２０８）を有する。４つの要素２０８は、プラズマアークトーチ電極の表面と嵌合するように適合される。あるいは、この要素の形状は、電極の対応する表面と嵌合すること、そして、電極の適切な冷却を促進することと適合可能な、任意の幾何学形状（例えば、楕円形、菱形形状、または円筒状）であり得る。
【００４０】
図５Ａおよび５Ｂに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管１３６の表面１６０は、管１３６の第２の端部１５６に位置する複数のスロット２１０を有する。スロット２３２は、冷却液を通路１４１から流れさせるように適合される。この実施形態において、管１３６の第２の端部１５６は、図３の電極１１０の内側表面２１８のような、電極壁の内側表面と接触する。スロット２３２は、電極１１０の内側表面１４０を横切る適切な冷却液の流れを可能にする。
【００４１】
図６Ａおよび６Ｂに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管１３６の表面１６０は、管１３６の本体１５２と比較して直径が拡大した本体２１２を有する。本体２１２は、管１３６の本体１５２の長さに沿って配向された４つの溝２１４を有する。直径が拡大した本体２１２は、プラズマアークトーチ電極の表面と嵌合するように適合される。
【００４２】
図７Ａおよび７Ｂに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管１３６の表面１６０は、線形テーパーを有する輪郭を有する。線形テーパーは、第１の端部１５４から第２の端部１５６に向かって直径が減少している。表面１６０の輪郭は、図１０の電極１１０の内側表面１３８の表面２１４のように、電極の内側表面と嵌合するように適合される。
【００４３】
図１０に例示されるような本発明の代替的な実施形態において、電極１１０の内側表面１３８の表面１６４は、図７Ａの冷却液管１３６のような、冷却液管の表面１６０と嵌合するように適合された、線形テーパーを有する輪郭を有する。
【００４４】
図８Ａおよび８Ｂに例示されるような本発明の代替的な実施形態において、冷却液管１３６は、２つの表面１６０ａおよび１６０ｂを有する。表面１６０ａおよび１６０ｂは、プラズマアークトーチの電極の対応する表面と嵌合するように適合される。表面１６０ａは、管１３６の本体１５２の外径の周りに等間隔に配置された４つのフランジ１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃおよび１６６ｄを有する。表面１６０ｂは、管１３６の本体１５２の外径の周りに等間隔に配置された４つのフランジ１６６ｅ、１６６ｆ、１６６ｇおよび１６６ｈ（図示せず）を有する。
【００４５】
図９Ａおよび９Ｂに例示されるような本発明の別の実施形態において、冷却液管１３６は、管１３６の本体１５２の内側表面２５０に位置する表面１６０を有する。表面１６０は、図３の電極１１０の内側表面１４０のような、内側表面と嵌合するように適合される。表面１６０は、管１３６の本体１５２の内径の周りに等間隔に配置された４つのフランジ２４０を有する。フランジ２４０は、プラズマアークトーチ内に位置する場合、電極１１０の内側表面１４０と接触する。一例として、電極１１０は、プラズマアークトーチの本体内に固定され得、その結果、電極１１０の内側表面１４０が、表面１６０および管１３６のフランジ２４０と嵌合し、それにより、管１３６および電極１１０のそれぞれの長手軸を整列し、電極１１０に関する管１３６の動きを制限する。
【００４６】
図１１は、本発明を実施するために利用され得る高解像度プラズマアークトーチ１８０の一部を示す。トーチ１８０は、電気接続部、流体冷却するための通路、およびアーク制御流体を備える、ほぼ円筒状の本体１８２を有する。アノードブロック１８４は、本体１８２内に固定される。ノズル１８６は、アノードブロック１８４内に固定され、そして、中央通路１８８および出口通路１９０を有し、ここを通って、アークがワークピース（図示せず）に移動し得る。図３の電極１１０のような電極は、ノズル１８６に関して間隔を空けた関係でカソードブロック１９２内に固定され、プラズマチャンバ１９４を規定する。渦流型リング１９６から供給されるプラズマガスは、プラズマチャンバ１９４内でイオン化されて、アークを形成する。水冷キャップ１９８は、アノードブロック１８４の下側端上でねじ切りされ、そして、二次キャップ２００が、トーチ本体１８２上でねじ切りされる。二次キャップ２００は、穿孔操作または切断操作の間に、ねばねばした物質に対して機械的な遮蔽として機能する。
【００４７】
図２Ａの冷却液管１３６のような冷却液管は、電極１１０の中空の内部１３４内に配置される。管１３６は、電極１１０がトーチ１８０内に設置される場合に、電極１１０およびトーチ１８０の中心線または長手軸２０２に沿って延びる。管１３６は、カソードブロック１９２内に位置し、その結果、管１３６は、トーチ１８０の長手軸２０２の方向に沿ってほぼ自由に移動する。管１３６の頂部端２０４は、冷却液供給源（図示せず）と流体連絡する。冷却液の流れは、通路１４１を通って流れ、管１３６の第２の端部１５６に一する開口２０６を出る。冷却液は、電極１１０の底部端１２４の内側表面１４０に衝突し、電極本体１１２の内側表面１３８に沿って循環する。冷却液の流れは、管１３６および電極の内側表面１３８により規定される環状の通路１３４を介して電極１１０を出る。
【００４８】
本発明のこの実施形態において冷却液管１３６はカソードブロック１８０に強固に固定されていないので、操作の際に、冷却液流体の流れまたは流体静力学的圧力は、管１３６を電極１１０の底部端１２４に向けて偏らせるように機能する。あるいは、ばね要素（例えば、線形ばねまたは板ばね）を使用して、管１３６を電極１１０に向けて偏らせ得る。あるいは、電極１１０は、管１３６の表面１６０および電極１１０の表面１６４が互いに嵌合し、それにより表面１６０および１６４を一緒に偏らせるまで、トーチ本体内にねじ切りされ得る。冷却液管１３６は、管本体１５２の外側表面１６２に位置する表面１６０を有する。表面１６０は、電極本体１１２の内側表面１３８に位置する表面１６４と嵌合するように適合される。管１３６の表面１６０および電極１１０の表面１６４は、互いに嵌合して、トーチの操作の間に、電極１１０に関して管１３６の位置を整列する。管１３６および電極１１０は、本発明のこの局面においては、長手軸方向、および半径方向に整列される。
【００４９】
本明細書中に記載されるもののバリエーション、改変および他の実行が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者により考えられる。従って、本発明は、上述の例示的な説明によってのみ規定されるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点、ならびに、本発明自体は、添付の図面（不必要に縮尺拡大されていない）と一緒に読めば、上記の例示的な説明からより完全に理解される。
【図１】図１は、芯残しフライス型電極内に配置された先行技術の冷却液管の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの冷却液管の端面図である。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に従う、電極の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの冷却液管の端面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの冷却液管の端面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの冷却液管の端面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの冷却液管の端面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの冷却液管の端面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の例示的な実施形態に従う、冷却液管の模式的な側面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの冷却液管の端面図である。
【図１０】図１０は、本発明の例示的な実施形態に従う、電極の模式的な側面図である。
【図１１】図１１は、本発明の冷却液管および電極を組み込んだ、プラズマアークトーチの部分断面図である。