(57)【要約】高放射率材料のノズル上の堆積を最小にし、電極の摩滅を減少させ、切断品質を改善するプラズマアーク切断トーチのための電極。電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係の第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する。本体は第２端に配置された端面を有する。電極は、また、本体の第１開口部から端面の第２開口部へ延びる少なくとも一つの流路を含む。コントローラは、プラズマアークトーチパラメータの関数として流路を通る電極ガスフローを制御し得る。電極を有するプラズマ切断トーチを動作するための方法は開示される。
2008521170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項２９】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端および該第１端に対して間隔のある関係の第２端を有する本体であって、該本体は該本体のあたりに第１ガスフローを与えるように構成され、該本体は該第２端に配置された端面を有し、該端面はエッジを規定する、本体と、
該本体の該２端に配置された放射面を有するインサートであって、該インサートは周辺を規定する、インサートと、
該本体を通って延びる少なくとも一つの流路であって、該少なくとも一つの流路は、該本体の該第２端に隣接した第１開口部に入り、該本体の該第２端の該端面にある第２開口部を出るように第２ガスフローを向けるように寸法を決められ、構成され、該第２開口部は該周辺と該エッジとの間に位置する、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【請求項３２】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、および該第１端から該第２端へ延びる外側面を有する本体であって、該本体は該第２端に配置された端面を有し、該本体のあたりに旋回する第１ガスフローを与えるように構成される、本体と、
該本体に形成された軸方向および放射状に向けられた少なくとも一つ流路であって、該少なくとも一つの流路は、該本体の該外側面にある第１開口部から該本体の該第２端の該端面にある第２開口部へ延び、該少なくとも一つの流路は、第２ガスフローが該第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成される、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【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、
第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、および該第１端から該第２端へ延びる外側面を有する本体であって、該本体の該第２端に配置された孔を規定する、本体と、
該孔に配置された放射面を有するインサートと、
少なくとも一つの流路であって、該流路は、該本体の第１開口部から該本体の該第２端にある該孔に隣接した第２開口部に延び、該第２開口部は、該インサートの該放射面に実質的に共平面である、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【請求項４４】
半製品をマーキングまたは切断するためのプラズマアークトーチであって、該プラズマアークトーチは、
プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを含むトーチ本体と、
該トーチ本体に取り付けられた電極であって、該電極は、電極本体であって、第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、該第１端から該第２端へ延びる外側面、および少なくとも一つの流路を有し、該電極本体の該第２端に配置された端面を有し、該本体のあたりに旋回するプラズマガスフローを与えるように構成される電極本体と、該本体の該第２端に配置された放射面を有するインサートと、該電極本体の第１開口部から該電極本体の第２端の該端面にある第２開口部に延びる該少なくとも一つの流路と、を備え、該少なくとも一つの流路は、ガスフローに対して該第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成される、電極と
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項４５】
前記プラズマチャンバを規定するために前記トーチ本体にある前記電極に対して取り付けられたノズルを備える、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項４６】
前記少なくとも一つの流路は、前記電極本体の縦軸に対して鋭角に位置する、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項４７】
前記少なくとも一つの流路は、前記第２ガスフローを前記第１開口部から前記第２開口部へ向ける、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項４９】
前記電極本体の前記第２端に位置するキャップを備え、前記少なくとも一つの流路は、該キャップおよび該電極本体によって規定される、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５０】
前記電極本体は、少なくとも二つのコンポーネントがアセンブリされるとき、前記少なくとも一つの流路を形成する該少なくとも二つのコンポーネントを備える、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５１】
前記少なくとも一つの流路は、複数の流路である、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５２】
前記複数の流路は、前記電極本体の直径の回りに互いに等しい角度で間隔のある、請求項５１に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５３】
前記複数の流路の各々は、前記電極本体のそれぞれの第１開口部から該電極本体の前記第２端にあるそれぞれの第２開口部へ延びる、請求項５１に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５４】
前記第２ガスソースを前記少なくとも一つの流路に供給するためのガスソースを備える、請求項４４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５５】
前記ガスフローは、酸素、空気、水素、窒素、アルゴン、メタンおよび二酸化炭素から成るグループから選択された少なくとも一つのガスのフローを供給する、請求項５４に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項５９】
半製品をマーキングまたは切断するためにプラズマアークトーチにおいて使用されるためのコンポーネントであって、該コンポーネントは、
少なくとも一つの流路を規定する本体であって、該少なくとも一つの流路は、第１および第２開口部を有し、該少なくとも一つの流路は、ガスのフローが電極にあるインサートに隣接した該第２開口部から出るように向け、該第２開口部は、該インサートの放射面と実質的に共平面である、本体と
を備える、コンポーネント。
【請求項６０】
前記少なくとも一つの流路は、先細の孔である、請求項５９に記載のコンポーネント。
【請求項６１】
前記本体およびトーチ本体にある前記電極に対して取り付けられたノズルを備える、請求項５９に記載のコンポーネント。
【請求項６２】
プラズマアークトーチのためのトーチチップであって、該プラズマアークトーチは、プラズマアークが形成されるプラズマチャンバを含む空洞なトーチ本体を有し、該トーチチップは、
電極であって、該電極は、第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、該第１端から該第２端へ延びる外側面、および少なくとも一つの流路を有する電極本体であって、該電極本体の該第２端にある端面を有する、電極本体と、該電極本体の該第２端に配置された放射面を有するインサートと、該電極本体の第１開口部から該電極本体の第２端の該端面にある第２開口部に延びる少なくとも一つの流路とを備え、該第２開口部は、該インサートの放射面と実質的に共平面である、電極と、
前記プラズマチャンバを規定するために該トーチ本体における該電極に対して取り付けられたノズルと
を備える、トーチチップ。
【請求項６３】
シールドを備える、請求項６２に記載のトーチチップ。
【請求項６４】
プラズマアークトーチシステムであって、
電源と、
該電源に接続されたトーチ本体と、
互いに間隔の空けられた関係で取り付けられ、該トーチ本体の第１端にプラズマチャンバを形成するノズルおよび電極であって、プラズマガスが、該プラズマチャンバを通って流れ、該電極は、第１端から第２端に延びる本体を有しており、端面が、該２端に配置されており、該本体は、該本体のあたりに旋回するプラズマガスフローを与えるように構成されており、該少なくとも一つの流路は、該本体の第１開口部から該端面の第２開口部に延びており、該少なくとも一つの流路を流れる電極ガスを有しており、該少なくとも一つの流路は、該電極ガスフローが該第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成されるノズルおよび電極と、
プラズマアークトーチパラメータの関数として、少なくとも一つの流路を通る該電極ガスフローを制御するためのコントローラと
を備える、プラズマアークトーチシステム。
【請求項６５】
前記プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアーク電流、電圧、圧力、フロー、タイムシーケンス、または、これらの任意の組み合わせを備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項６６】
前記コントローラは、前記電極ガスフローを、
（ａ）前記プラズマアークの開始前、
（ｂ）該プラズマアークの開始時、
（ｃ）該プラズマアークの放出時、
（ｄ）該プラズマアークの消滅前、または
（ｅ）該プラズマアークの消滅時
に供給する、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項６７】
前記プラズマアークトーチパラメータは、所定の、
（ａ）電流、
（ｂ）電圧、
（ｃ）圧力、または
（ｄ）流量
を備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項６８】
前記システムは、前記トーチ本体に取り付けられ、前記ノズルの外側面を実質的に囲む保持キャップをさらに備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項６９】
前記システムは、前記ノズルに整列された中央円形開口部を有するシールドをさらに備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７０】
前記電極ガスは、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはそれらの任意の混合ガスから選択された非酸化ガスを備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７１】
前記電極本体の前記第２端に配置された孔と、
該孔内に位置するインサートと
をさらに備える、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７２】
前記コントローラは、前記インサートのあたりに前記電極ガスを供給する、請求項７１に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７３】
前記電極ガスは、前記インサートの少なくとも一部を囲む、請求項７１に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７４】
前記コントローラは、前記電源に配置される、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７５】
電極ガスバルブシステムをさらに備え、前記コントローラは、前記電極ガスが前記流路の少なくとも一つを通って流れるようにするために電極ガスバルブシステムを制御する、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７６】
プラズマガスバルブシステムをさらに備え、前記コントローラは、プラズマガスが前記プラズマチャンバを通って流れるようにするためにプラズマガスバルブシステムを制御する、請求項６４に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項７７】
プラズマアークトーチであって、
電源に接続されたトーチ本体であって、該トーチ本体は、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを含む、トーチ本体と、
該トーチ本体に取り付けられた電極であって、該電極は、電極本体を備え、該電極本体は、第１端、該第１端に対して間隔を空けられた関係の第２端を有しており、該電極本体のあたりに該プラズマガスフローを与えるように構成され、該電極本体は、該電極本体の該第２端に配置された端面を有しており、該端面は、エッジを規定しており、インサートは、該本体の該第２端に配置された放射面を有しており、該インサートは、周辺を規定しており、該少なくともひとつの流路は、該電極本体の第１開口部から該電極本体の第２端の該端面にある第２開口部に延びており、該第２開口部は、該周辺と該エッジとの間に位置し、該流路の少なくとも一つは、電極ガスを流路を通って流すためである、電極と、
該トーチ本体内に配置されたコントロ−ラであって、プラズマアークトーチパラメータの関数として該流路の少なくとも一つを通る電極ガスフローを制御するためのコントローラと
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項７８】
前記プラズマチャンバを規定するために、前記トーチ本体に前記電極に対して取り付けられたノズルをさらに備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項７９】
前記電極ガスは、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはそれらの任意の混合ガスから選択された非酸化ガスを備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８０】
前記電極本体の前記第２端に配置された孔と、
該孔内に位置するインサートと
をさらに備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８１】
前記インサートは、高熱イオン放射率材料から形成される、請求項８０に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８２】
前記高熱イオン放射率材料は、タングステンを備える、請求項８１に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８３】
前記コントローラは、前記インサートのあたりに前記電極ガスを供給する、請求項８０に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８４】
前記電極ガスは、前記インサートの少なくとも一部を囲む、請求項８０に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８５】
前記プラズマガスは、酸素を備え、前記電極ガスは窒素を備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８６】
前記コントローラは、前記電源に配置される、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８７】
電極ガスバルブシステムをさらに備え、
前記コントローラは、電極ガスが前記流路の少なくとも一つを通って流れるようにするために電極ガスバルブシステムを制御する、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８８】
プラズマガスバルブシステムをさらに備え、
前記コントローラは、プラズマガスが前記プラズマチャンバを通って流れるようにするためにプラズマガスバルブシステムを制御する、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項８９】
前記プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアーク電流、電圧、圧力、フロー、タイムシーケンス、または、これらの任意の組み合わせを備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項９０】
前記コントローラは、前記電極ガスフローを、
（ａ）前記プラズマアークの開始前、
（ｂ）該プラズマアークの開始時、
（ｃ）該プラズマアークの放出時、
（ｄ）該プラズマアークの消滅前、または
（ｅ）該プラズマアークの消滅時
に供給する、請求項７７に記載のプラズマアークトーチ。
【請求項９１】
前記プラズマアークトーチパラメータは、所定の、
（ａ）電流、
（ｂ）電圧、
（ｃ）圧力、または
（ｄ）流量
を備える、請求項７７に記載のプラズマアークトーチシステム。
【請求項９２】
プラズマアークトーチシステムを動作する方法であって、
電極およびノズルによって規定されるプラズマチャンバを有するプラズマアークトーチを提供することであって、該電極が、第１端から第２端に延びる本体を有しており、端面は、該第２端に配置されており、該本体は、該本体のあたりに旋回するプラズマガスフローを与えるように構成されており、該少なくとも一つの流路は、該本体の第１開口部から該端面の第２開口部に延びており、該少なくとも一つの流路は、電極ガスフローが該第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成され、該電極は、該ノズルに対して互いに間隔の空けられた関係で取り付けられる、ことと、
プラズマアークが形成される該プラズマチャンバを介してプラズマガスを向けることと、
該流路の少なくとも一つを通るように該電極ガスを向けることと、
プラズマアークトーチパラメータの関数として該流路の少なくとも一つを通る電極ガスフローを制御することと
を包含する、方法。
【請求項９３】
前記電極ガスは、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはそれらの任意の混合ガスから選択された非酸化ガスを備える、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記電極ガスは、前記電極の前記第２端に配置された孔内に位置するインサートのあたりを流れる、請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
前記電極ガスフローは、前記電極の前記第２端に配置された孔内に位置するインサートの少なくとも一部を囲む、請求項９２に記載の方法。
【請求項９６】
前記電極ガスが前記少なくとも一つの流路を通って流れるようにするために電極ガスバルブシステムを制御することをさらに包含する、請求項９２に記載の方法。
【請求項９７】
前記プラズマガスが前記プラズマチャンバを通って流れるようにするためにプラズマガスバルブシステムを制御することをさらに包含する、請求項９２に記載の方法。
【請求項９８】
前記プラズマガスは酸素を備え、前記電極ガスは窒素を備える、請求項９２に記載の方法。
【請求項９９】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、および該第１端から該第２端へ延びる外側面を有する本体であって、該本体は、該本体のあたりに旋回するガスフローを与えるように構成され、該本体は該第２端に配置された端面を有し、該端面はエッジを規定する、本体と、
該本体の該第２端に配置された放射面を有するインサートであって、該インサートは周辺を規定する、インサートと、
少なくとも一つの流路であって、該流路は、該本体を通って該本体の第１開口部から該端面の第２開口部に延び、該第２開口部は該周辺と該エッジとの間に位置する、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【請求項１００】
前記少なくとも一つの流路は、第２ガスフローが前記第１開口部に入り、前記第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、請求項９９に記載の電極。
【請求項１０１】
前記少なくとも一つの流路は、軸流速度コンポーネントを備える第２ガスフローが、前記第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、請求項９９に記載の電極。
【請求項１０２】
前記第１ガスは、旋回力を備え、前記本体のあたりを流れるように構成される、請求項１０１に記載の電極。
【請求項１０３】
前記少なくとも一つの流路は、軸流、放射、および接線方向の速度コンポーネントうちの少なくとも一つを備える第２ガスフローが、前記第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、請求項９９に記載の電極。
【請求項１０４】
前記第１ガスは、旋回力を備え、前記本体のあたりを流れるように構成される、請求項１０３に記載の電極。
【請求項１０５】
前記第１ガスおよび前記第２ガスは、同じガスソースから供給される、請求項１０４に記載の電極。
【請求項１０６】
前記第１ガスは旋回力を備え、前記少なくとも一つの流路は、前記第２ガスフローが、該第１ガスの該旋回力に影響を及ぼす軸流速度コンポーネントを有する前記第２開口部を出るように向けられように寸法を決められ、構成される、請求項９９に記載の電極。
【請求項１０７】
前記第２ガスは、非酸化ガスを備える、請求項９９に記載の電極。
【請求項１０８】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、および該第１端から該第２端へ延びる外側面を有する本体であって、該本体は、該第２端に配置された端面を有し、該本体のあたりに、旋回する第１ガスフローを与えるように構成される、本体と、
少なくとも一つの流路であって、該流路は、該本体を通って該本体の第１開口部から該端面の第２開口部に延び、該少なくとも一つの流路は、第２ガスフローが、該第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【請求項１０９】
前記少なくとも一つの流路は、第２ガスフローが、軸流、放射、および接線方向の速度コンポーネントうちの少なくとも一つを有する前記第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１０】
前記第１ガスおよび前記第２ガスは、同じガスソースから供給される、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１１】
前記第２ガスフローは、軸流速度コンポーネントを備える、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１２】
前記少なくとも一つの流路は、前記第２ガスフローが、前記第１ガスの前記旋回に影響を及ぼす軸流速度コンポーネントを有する前記第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成される、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１３】
前記少なくとも一つの流路は、前記第２ガスフローに対して、前記第１ガスの前記旋回力に影響を及ぼす軸流速度コンポーネントを有する前記第２開口部を出るように向けられるように寸法が決められ、構成される、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１４】
前記第２ガスは、非酸化ガスを備える、請求項１０７に記載の電極。
【請求項１１５】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端、該第１端に対して間隔のある関係の第２端、および該第１端から該第２端へ延びる外側面を有する本体であって、該本体は、該第２端に配置された端面を有し、該本体のあたりに、旋回する第１ガスフローを与えるように構成される、本体と、
少なくとも一つの流路手段であって、該手段は、該本体を通って延び、第２ガスフローが、少なくとも一つの流路手段の第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、少なくとも一つの流路手段と
を備える、電極。
【請求項１１６】
プラズマアークトーチシステムであって、
電源と、
該電源に接続されたトーチ本体と、
互いに間隔の空けられた関係で取り付けられ、該トーチ本体の第１端にプラズマチャンバを形成するノズルおよび電極であって、プラズマガスが、該プラズマチャンバを通って流れ、該電極は、第１端から第２端に延びる本体を有しており、外側面は、該第１端と該第２端との間に延びており、端面が、該第２端に配置されており、インサートは、該本体の該第２端に配置された放射面を有しており、少なくとも一つの流路は、該本体の第１開口部から該端面の第２開口部へ延びており、該第２開口部は、該インサートの該放射面と実質的に共平面であり、流路を通って流れる電極ガスを有する、ノズルおよび電極と、
プラズマアークトーチパラメータの関数として、少なくとも一つの流路を通る該電極ガスフローを制御するためのコントローラと
を備える、プラズマアークトーチシステム。
【請求項１１７】
プラズマアークトーチであって、該プラズマアークトーチは、
電源に接続されたトーチ本体であって、該トーチ本体は、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを含む、トーチ本体と、
該トーチ本体に取り付けられた電極であって、該電極は、第１端、該第１端に対して間隔を空けられた関係の第２端を備え、該電極本体は、該電極本体の該第２端に配置された端面を有しており、外側面は、該第１端と該第２端との間に延びており、該電極本体は、該本体のあたりに、旋回するプラズマガスを与えるように構成されており、少なくとも一つの流路は、該電極本体の第１開口部から該電極本体の第２端の該端面にある第２開口部に延びており、該少なくとも一つの流路は、該流路を通って流れる電極ガスを、該第２開口部を出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、電極と、
該トーチ本体内に配置されたコントロ−ラであって、プラズマアークトーチパラメータの関数として該流路の少なくとも一つを通る電極ガスフローを制御するためのコントローラと
を備える、プラズマアークトーチ。
【請求項１１８】
プラズマトーチのプラズマガスフローおよび電極ガスフローを制御するためのコントローラであって、該プラズマガスフローは、電極の外側面のあたりに流れるように構成され、該電極ガスフローは、一般に、該電極の端面にある放射インサートを囲むように構成され、該コントロ−ラは、
プラズマアーク電流を制御するための第１手段と、
該プラズマガスフローを制御するための第２手段であって、該コントローラは、該プラズマフローのパラメータを設定し、該パラメータは、圧力、フロー、およびシーケンスのグループから選択される、第２手段と、
該プラズマガスフローを制御するための第３手段であって、該コントローラは、該電極ガスフローのパラメータを設定し、該パラメータは、圧力、フロー、およびシーケンスのグループから選択される、第３手段と
を備える、コントローラ。
【請求項１１９】
前記第３手段は、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはそれらの任意の混合ガスのグループから選択された非酸化ガスを備える、請求項１１８に記載のコントローラ。
【請求項１２０】
前記第２手段は、酸化ガスを備える前記プラズマガスフローを制御する、請求項１１８に記載のコントローラ。
【請求項１２１】
シーケンスの前記パラメータは、前記プラズマガスフローおよび前記電極ガスフローの一つ以上を、
（ａ）前記プラズマアークの開始前、
（ｂ）該プラズマアークの開始時、
（ｃ）該プラズマアークの放出時、
（ｄ）該プラズマアークの消滅前、または
（ｅ）該プラズマアークの消滅時
に選択時に制御することによって決定される、請求項１１８に記載のコントローラ。
【請求項１２２】
プラズマトーチの複数のガスフローを制御するためのシステムであって、該システムは、
プラズマガスフローのパラメータおよび電極ガスフローのパラメータを制御するコントローラであって、該パラメータは、圧力、フローおよびシーケンスのグループから選択される、コントローラと、
該電極の外部面のあたりにプラズマフローを供給するように該コントローラを電極に接続する第１手段と、
該電極ガスフローが、該電極の端面にある放射インサートに実質的に隣接した位置で該電極から出るように、該電極を通る該電極ガスフローを供給するように、該コントローラを該電極に接続するための第２手段と
を備える、システム。
【請求項１２３】
プラズマアーク電流を制御するための電源をさらに備える、請求項１２２に記載のシステム。
【請求項１２４】
バルブシステムは、
（ａ）プラズマアークの開始と、
（ｂ）プラズマアークの放出と、
（ｃ）該プラズマアークの消滅と
を制御するように構成される、請求項１２２に記載のシステム。
【請求項１２５】
プラズマアークトーチのための電極であって、該電極は、
第１端および該第１端に対して間隔のある関係の第２端を有する本体であって、該本体は、第１ガスソ−スからの酸化プラズマガスフローを該本体のあたりに与えるように構成される、本体と、
該第２端に配置される放射面を有するインサートと、
該本体を通って、該本体の第１開口部から該端面の第２開口部へ延びる少なくとも一つの流路であって、該少なくとも一つの流路は、該２ガスソースが非酸化ガスガスフローを該第２開口部から出るように向けられるように寸法を決められ、構成される、少なくとも一つの流路と
を備える、電極。
【請求項１２６】
プラズマ切断システムであって、該プラズマ切断システムは、
酸化ガスを有する第１ガスソースと、
該第１ガスソースに接続された電極であって、第１端および間隔のある関係の第２端と、該第１端と該酸化ガスを該外側面のあたりに流すことを可能にする該第２端との間に延びる外側面と、該第２端に配置された端面と、および該第２端面に配置されたインサートとを有する該電極と、
該電極の第１開口部から該端面にある第２開口部に延びる該少なくとも一つの流路であって、該流路は、非酸化ガスを有する第２ガスソースに接続され、非酸化ガスが、該少なくとも一つの流路を通ることを可能にするように構成される少なくとも一つの流路と
を備える、プラズマ切断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プラズマアークトーチシステムおよび処理の分野に関する。特に、本発明は、プラズマアークトーチにおいて使用される改良された電極およびそのような電極の製造の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマアークトーチおよびレーザなどの材料処理装置は、金属材料の切断に広く使用される。プラズマアークトーチは、一般に、トーチ本体、本体内に取り付けられた電極、中央流出孔を有するノズル、電気的接続、冷却流体およびアーク制御流体のための流路、流体フローパターンを制御するための旋回リング(ｓｗｉｒｌ  ｒｉｎｇ)、および電源を含む。トーチに使用されるガスは、無反応性（例えば、アルゴンまたは窒素）、または反応性（酸素または空気）であり得る。トーチは、高温で、高モーメンタムのプラズマガスの圧縮イオン化ジェットであるプラズマアークを生成する。
【０００３】
プラズマアーク切断トーチは、典型的には２０，０００〜４０，０００アンペア／平方インチの範囲にある電流密度を有するトランスファプラズマアークを生成する。高分解能トーチは、より高い電流密度、典型的には約６０，０００アンペア／平方インチを有するより狭いジェットによって特徴づけられる。高分解能トーチは、狭い切り口および四角の切り角を生成する。そのようなトーチは、より細い熱影響されたゾーンを有し、かすのない切り口の生成および溶融金属を吹き飛ばすのにより有効である。
【０００４】
金属半製品（ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）のプラズマアーク切断の処理において、パイロットアークは、電極（陰極）およびノズル（陽極）間にまず生成される。パイロットアークは、ノズル流出孔を通過するガスをイオン化する。イオン化されたガスが、電極と半製品間の電気的抵抗を減少させた後、アークは、次に、ノズルから半製品に移行する。トーチは、トランスファプラズマアークモードにおいて動作し、このモードは、半製品の切断のために、電極から半製品へのイオン化したガスの伝導性フローによって特徴づけられる。
【０００５】
反応性プラズマガスを使用するプラズマアークトーチにおいて、高熱イオン放射率材料のインサートを有する銅電極を使用することが普通である。インサートは、放射面を規定するインサートの端面が露出されるように、電極の下部端の中にぴったりに押し込まれる。インサートの露出面は、電極の端面と共平面である。電極の端面は、典型的には、平面であるが、いくつかの場合において、例えば、楕円形、放物形、球形、または直円錐形を有し得る。インサートは、典型的には、ハフニウムまたはジルコニウムで作られ、円筒形である。放射面は、典型的には、平面である。
【０００６】
すべてのプラズマアークトーチ、特に、反応性プラズマガスを使用するプラズマアークトーチにおいて、電極は、インサートの露出した放射面における一般的にへこんだくぼみ（ｐｉｔ）の形での時間経過による摩滅を示す。くぼみは、インサートからの溶融放射率材料の噴出により形成される。放射面は、まずアークが生成されるときに溶け、アークが定常状態の間、電子は高放射率の溶融プールから放射される。しかしながら、溶融材料は、３段階のトーチ動作、即ち、（１）アークの開始、（２）アークの定常な状態、（３）アークの停止、の間に放射面から噴出される。相当な量の材料は、ノズル孔と共にノズルの内側面に堆積される。
【０００７】
プラズマアーク開始および停止段階時にノズルの内側面での高放射率材料の堆積は、Ｈａｎｏｖｅｒ，ＮＨのＨｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．に共に譲渡された特許文献１および特許文献２によって提示される。アークの定常状態時の高放射率材料の堆積のこれまで未解決の問題は、電極寿命を減少させるだけでなく、ノズル摩滅の原因となることが判明している。
【０００８】
プラズマアークトーチのノズルは、典型的には、良好な電気および熱伝導性のために銅から作られる。ノズルは、短期間の、低電流パイロットアークを伝導するように設計される。従って、ノズル摩滅の通常の原因は、ノズルへの不要なアーク付着であり、それが、通常ノズル孔において銅を溶かす。
【０００９】
ダブルアーク、即ち、電極からノズルに、次にノズルから半製品にジャンプするアークは、望まないアーク付着をもたらす。ダブルアークは、ノズル摩滅および／またはノズル損傷の増加の多くの知られた原因であり、ノズル摩滅および／またはノズル損傷の増加をもたらす。ノズル上の高放射率インサート材料の堆積もまた、ダブルアークの原因であり、ノズル寿命を短くする。
【特許文献１】米国特許第５，０７０，２２７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１６６，４９４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（概要）
従って、本発明の主な目的は、切断処理時にノズル上に高放射率材料の堆積を最小にすることによって、ノズル摩滅を減少させることである。
【００１１】
本発明の別の目的は、電極インサートからの溶融放射率材料の噴出を最小にすることによって電極摩滅を減少させることである。
【００１２】
本発明の別の主な目的は、プラズマアークコラムの軸モーメンタムを増加させ、より速いより良い切断性能を促進させるプラズマアークトーチのための電極を提供することである。
【００１３】
本発明の別の主な目的は、切断品質の向上をもたらすプラズマアークトーチのための電極を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の主な目的は、ノズル摩滅を減少させながら、電極寿命を維持することである。
【００１５】
本発明は、一局面において、ノズル上の高放射率材料の堆積を最小にするプラズマアーク切断トーチのための改良された電極を特徴としている。別の局面において、本発明は、電極インサートからの溶融放射率材料の噴出を最小にすることによって電極摩滅を減少させる。別の局面において、電極は、プラズマアークコラムの軸モーメンタムを増加させ、より速いより良い切断性能を促進させることである。
【００１６】
本発明は、一実施形態において、プラズマアークト−チのための電極を特徴としている。電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係の第２端、および第１端から第２端に延びる外側面を有する本体を含む。本体は、本体の第２端に配置される端面を有する。電極は、また、本体の第１開口部から端面の第２開口部に延びる少なくとも一つの流路を含む。
【００１７】
第２の開口部は、電極の本体の孔（ｂｏｒｅ）に近接し得る。本体の第２端の端面は、本体の縦軸を横切り得る。電極の本体の第２端は、楕円形、放物形、球形、または直円錐形を含み得る。電極の本体は、細長い本体であり得る。電極の本体は、銅などの高伝導率材料であり得る。
【００１８】
電極の少なくとも一つの流路は、本体の縦軸に対して、ある角度（斜角または鋭角）に位置し得る。電極の少なくとも一つの流路は、電極の本体の縦軸に並行であり得る。本体の第１開口部は本体の外側面、または本体の第１端の端面にあり得る。少なくとも一つの流路は、ガスフローを第１開口部から第２端の第２開口部に向け得る。少なくとも一つの流路は、ガスフローを第１開口部から放射状および軸方向に第２開口部に向け得る。少なくとも一つの流路は、ガスフローを第１開口部から本体の縦軸に向かって放射状に、また第２開口部に向かって軸方向に向け得る。一実施形態において、少なくとも一つの流路は、接線方向速度コンポーネントを流路からのガスフローに与える。別の実施形態において、少なくとも一つの流路は、ガスフローを第１開口部から放射状、軸方向、および／または接線方向に、第２開口部に向け得る。第２開口部から出るガスフローは、旋回する（ｓｗｉｒｌ）フローであり得る。
【００１９】
電極は、本体の第２端に配置された孔内に位置する高熱イオン放射率材料（例えば、ハフニウム）から形成されるインサートを含み得、ここで、インサートの端面は、第２開口部に隣接して位置する。本体の第２端は、アウターエッジ、およびアウターエッジとインサートの端面との間に位置する陥凹領域を含み得る。第２開口部は、陥凹領域に位置され得る。
【００２０】
電極は、本体の第２端に位置するキャップを含み得、この場合、少なくとも一つの流路は、キャップおよび本体によって規定される。電極の本体は、本体の第２端に位置するフランジを含み得る。第１および第２開口部は、フランジ内にあり得る。少なくとも二つのコンポーネントがアセンブリされるとき、電極の本体は、少なくとも一つの流路を形成する少なくとも二つのコンポーネントを含み得る。少なくとも二つのコンポーネントは、ブレージング、はんだ、溶接、または接着によるなどのアセンブリ方法によってアセンブリされ得る。少なくとも二つのコンポーネントは合わせスレッドを含み得る。
【００２１】
電極は、複数の流路を含み得る。複数の流路は、各々、電極の本体におけるそれぞれの第１開口部から電極の本体の第２端におけるそれぞれの第２開口部へ延び得る。複数の流路は、電極の本体の直径の回りに互いに等しい角度で間隔をとり得る。本体の第２端の端面は、陥凹を含み得る。第２開口部は、陥凹に位置し得る。
【００２２】
本発明の別の実施形態において、電極は、第一端、および第１端に対して間隔のある関係にある第２端を有する本体を特徴としている。本体は、本体の第２端に配置された端面を有する。電極は、また、本体を通って延びる少なくとも一つの流路を含む。少なくとも一つの流路は、本体の第２端に隣接した第１開口部に入り、本体の第２端の端面における第２開口部から出るガスフローを向けるように、寸法が決められ、構成される。
【００２３】
本発明の別の実施形態において、電極は、本体の第一端から本体の第２端へ延びる縦軸を規定する本体を含み、本体は、第２端に配置された端面を有する。電極は、また、本体の第１開口部から本体の第２開口部に延びる本体において形成される少なくとも一つの流路を含む。第２開口部は、少なくとも軸流速度コンポーネントを少なくとも一つの流路からのガスフローに与える。電極は、また、本体の第２端に配置された孔内に位置する高熱イオン放射率材料から形成されるインサートを含み得る。インサートの端面は、第２開口部に隣接して位置し得る。
【００２４】
本発明の別の実施形態において、電極は、第１端を有する本体、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を含む。本体は、第２端に配置された端面を有する。電極は、また、本体の外側面における第１開口部から本体の第２端の端面における第２開口部に延びる本体において形成される少なくとも一つの軸方向および放射状に導かれた流路を含む。第２開口部は、電極の本体の第２端における孔に隣接し得る。
【００２５】
本発明の別の実施形態において、電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を含む。本体は、本体の第２端面に配置された孔を規定する。電極は、また、本体の第１開口部から本体の第２端における孔に隣接した第２開口部に延びる少なくとも一つの流路を含む。
【００２６】
一般に、別の実施形態において、本発明は、本発明の一つの局面に従って、プラズマアークトーチのための電極を組み立てるための方法に関する。方法は、第１端、第１端に対して間隔のある関係の第２端、および第１端から第２端に延びる外側面を有する本体を形成することを含む。本体は、本体の第２端に配置される端面を有する。本体は、第２端に配置された端面を有する。方法は、また、本体の第１開口部から端面の第２開口部へ延びる少なくとも一つ流路を形成することを含む。第２開口部は、電極の本体の第２端における孔に隣接し得る。
【００２７】
電極の第２端は、本体の第２端の端面に位置し得る。電極の本体は、銅などの高熱伝導率材料であり得る。少なくとも一つの流路は、本体の縦軸に対して、ある角度（斜角または鋭角）に位置し得る。第１開口部は、本体の外側面に位置し得る。少なくとも一つの流路は、少なくとも二つのコンポーネントを、ブレージング、はんだ、溶接、または接着することによって形成され得る。少なくとも一つの流路は、少なくとも二つのコンポーネントを接合することによって形成され得、この場合、二つのコンポーネントは合わせスレッドを有する。少なくとも一つの流路は、キャップおよび電極の本体をアセンブリすることによって形成され得る。
【００２８】
電極を組み立てる方法は、高熱イオン放射率材料（例えば、ハフニウム）のインサートを形成し、インサートを本体の第２端に配置された孔に挿入することを含み得る。
【００２９】
本発明の別の実施形態において、電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する本体を含む。本体は、第２端に配置された端面を有する。電極は、また、本体の第２端の端面における開口部からのガスフローを向けるための手段を含む。
【００３０】
別の局面において、本発明は、半製品をマーキングし、切断するためのプラズマアークトーチを特徴としている。トーチは、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに導くためのプラズマフローパスを有するトーチ本体を含む。トーチは、また、トーチ本体に取り付けられた電極を含む。電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する電極本体を含む。電極の電極本体は、電極本体の第２端に配置された端面を有する。電極は、また、電極本体の第１開口部から電極本体の第２端の端面における第２開口部へ延びる少なくとも一つの流路を含む。第２開口部は、電極の本体における孔に隣接し得る。
【００３１】
トーチは、プラズマチャンバを規定するトーチ本体における電極に対して取り付けられたノズルを含む。少なくとも一つの流路は、電極の本体の縦軸に対して、ある角度（斜めまたは鋭角）に位置し得る。少なくとも一つの流路は、ガスフローを第１開口部から第２開口部に導き得る。トーチは、電極本体の第２端に配置された孔内に位置する高熱イオン放射率材料（例えば、ハフニウム）から形成されるインサートを含み得、ここで、インサートの端面は、第２開口部に隣接して位置する。
【００３２】
トーチは、電極の電極本体の第２端に位置するキャップを含み得、この場合、少なくとも一つの流路は、キャップおよび電極本体によって規定される。電極の本体は、少なくとも二つのコンポーネントがアセンブリされるとき、少なくとも一つの流路を形成する少なくとも二つのコンポーネントを含み得る。
【００３３】
トーチの電極は、複数の流路を含み得る。複数の流路は、電極の本体の直径の回りに互いに等しい角度で間隔をとり得る。複数の流路は、各々、電極の本体におけるそれぞれの第１開口部から電極の本体の第２端におけるそれぞれの第２開口部へ延び得る。トーチは、ガス（例えば、酸素、空気、水素、アルゴン、メタン、二酸化炭素または窒素のうちの少なくとも一つ）のフローを複数の流路へ供給するためのガスソースを含み得る。
【００３４】
別の局面において、本発明は、半製品をマーキングし、切断するためのプラズマアークトーチを特徴としている。トーチは、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを有するトーチ本体を含む。トーチは、また、トーチ本体に取り付けられた電極を含む。電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する電極本体を含む。電極本体は、電極本体の第２端に配置された端面を有する。トーチは、また、少なくとも一つの流路を規定するトーチ本体に取り付けられたコンポーネントを含む。流路は、第１開口部と第２開口部を有する。第２開口部は、軸流速度コンポーネントを少なくとも一つの流路の第２開口部からのガスフローに与える。電極は、また、電極本体の第２端に配置された孔内に位置する高熱イオン放射率材料から形成されるインサートを含み得る。インサートの端面は、少なくとも一つの流路の第２開口部に隣接して位置し得る。
【００３５】
別の局面において、本発明は、半製品をマーキングし、切断するためのプラズマアークトーチを特徴としている。トーチは、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを有するトーチ本体を含む。トーチは、また、トーチ本体に取り付けられた電極を含む。電極は、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する電極本体を含む。電極本体は、電極本体の第２端に配置された端面を有する。トーチは、また、少なくとも一つの流路を規定するトーチ本体に取り付けられたコンポーネントを含む。流路は、第１開口部および第２開口部を有する。流路は、電極本体の第２端に隣接した第２開口部を出るガスのフローを向ける。
【００３６】
別の局面において、本発明は、半製品をマーキングし、切断するためのプラズマアークトーチにおいて使用するためのアセンブリを特徴としている。アセンブリは、トーチ本体における電極に対して取り付けられたノズルを含む。アセンブリは、また、ノズルに対して取り付けられ少なくとも一つの流路を規定するコンポーネント、および、第１開口部および第２開口部を有し電極のインサートに隣接した第２開口部から出るガスのフローを方向づける少なくとも一つの流路を含む。少なくとも一つの流路は、先細の孔であり得る。
【００３７】
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トーチチップを特徴としている。プラズマアークトーチは、プラズマアークが形成されるプラズマチャンバを含む
空洞のトーチ本体を有する。トーチチップは、第１端、第１端に対して間隔のある関係にある第２端、第１端から第２端へ延びる外側面を有する電極本体を有する電極を含む。電極本体は、電極本体の第２端に配置された端面を有する。電極は、また、電極本体の第１開口部から電極本体の第２端の端面における第２開口部へ延びる少なくとも一つの流路を含む。第２開口部は、電極の本体における孔に隣接し得る。トーチチップは、また、プラズマチャンバを規定するトーチ本体における電極に対して取り付けられたノズルを含む。トーチチップは、シールドを含み得る。
【００３８】
別の局面において、本発明は、電源に接続されたトーチ本体および少なくとも一つの流路を有する電極本体を有する電極を含むプラズマアークトーチを特徴とする。流路の少なくとも一つの第２端は、電極本体の第２端に配置される。電極およびノズルは、トーチ本体の第１端にプラズマチャンバを形成するために互いに間隔のある関係において取り付けられる。プラズマガスは、プラズマチャンバを通して流れる。コントローラは、プラズマアークトーチパラメータの関数として少なくとも一つの流路を通して流れる電極ガスを制御する。
【００３９】
本発明は、また、電源に接続されたトーチ本体を含むプラズマアークトーチを特徴とする。トーチ本体は、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバに向けるためのプラズマフローパスを含む。少なくとも一つの流路を有する電極本体付きの電極は、トーチ本体に取り付けられる。コントローラは、トーチ本体内に配置される。コントローラは、プラズマアークトーチパラメータの関数として少なくとも一つの流路を通る電極ガスフローを制御する。あるいは、コントローラを接続するためのコネクタは、トーチ本体内に配置される。コントローラは、コントローラがプラズマアークトーチから離れて、または代わりに、プラズマアークトーチ上に配置されるように、プラズマアークトーチに接続され得る。
【００４０】
一実施形態において、コントローラは、電極ガスが少なくとも一つの流路を通して流れるようにするために電極ガスバルブシステムを制御する。代わりにまたは追加的に、コントローラは、プラズマガスがプラズマチャンバを通して流れるようにするプラズマガスバルブシステムを制御する。電極ガスは、例えば、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはそれらの任意の混合ガスなど非酸化ガスであり得る。一実施形態において、プラズマガスは、酸素を含み、電極ガスは窒素を含む。一実施形態において、プラズマガスおよび電極ガスは、プラズマチャンバ内で互いに接触する。プラズマガスおよび電極ガスは、それらがプラズマチャンバ内で互いに接触するときより前に、別々のストリームであり得る。一実施形態において、プラズマガスおよび電極ガスは、プラズマチャンバの混合アップストリームである。
【００４１】
プラズマアークトーチパラメータは、例えば、プラズマアーク電流、電圧、圧力、フロー、時間系列、またはこれらの組み合わせを含む。一実施形態において、プラズマアークトーチパラメータは、所定の電流、所定の電圧、所定の圧力、所定の流量、またはこれらの組み合わせである。
【００４２】
コントローラは、電極ガスフローをプラズマアークサイクルの任意の時点においても供給し得る。例えば、コントローラは、電極ガスフローを、プラズマアーク開始前、プラズマアーク開始時、プラズマアーク放出時、プラズマアーク消滅前、またはプラズマアーク消滅時に、供給し得る。コントローラは、例えば、電源外に、または電源内に位置し得る。
【００４３】
一実施形態において、プラズマアークトーチシステムは、トーチ本体に取り付けられ、ノズルの外面を実質的に囲む保持キャップを含む。別の実施形態において、中央円形開口部を有するシールドは、ノズルに整列される。別の実施形態において、孔は、電極本体の第２端に配置され、インサートは、孔内に位置する。インサートの端面は、少なくとも一つの流路の第２開口部に隣接して位置し得る。コントローラは、インサートの回りに電極ガスを供給し得る。オプションで、電極ガスは、インサートの少なくとも一部を囲む。インサートは、例えば、タングステンまたはハフニウムなどの高熱イオン放射率材料から形成され得る。
【００４４】
別の実施形態において、本発明は、プラズマアークトーチを動作するための方法を特徴とする。方法は、電極およびノズルによって規定されるプラズマチャンバを提供することを含む。電極は、ノズルと互いに間隔のある関係で取り付けられる。電極本体は、少なくとも一つの流路を有する。方法は、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバを通して向けることを含む。方法は、また、電極ガスを少なくとも一つの流路を通して向け、プラズマアークトーチパラメータの関数として少なくとも一つの流路を通して電極ガスフローを制御する。一実施形態において、制御された電極ガスフローは、電極の第２端に配置された孔内に位置するインサートの回りを流れる。電極ガスフローは、例えば、インサートの少なくとも一部を囲む。
【００４５】
別の実施形態において、方法は、電極ガスが少なくとも一つの流路を通して流れるようにする電極ガスバルブシステムを制御することを含む。代わりに、または追加的に、方法は、プラズマガスがプラズマチャンバを通してプラズマガスが流れるようにするプラズマガスバルブシステムを制御することを含む。
【００４６】
本発明の前述およびその他の物、局面、特徴、および利点は、以下の記述および特許請求の範囲から、より明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（例示的実施形態の詳細な説明）
図１は、Ｈａｎｏｖｅｒ，Ｎ．Ｈ．にオフィスを有するＨｙｐｅｒｔｈｅｒｍ，Ｉｎｃ．によって販売されるトーチの任意の種々のトーチのモデルを代表する典型的なプラズマアーク切断トーチ１０の簡略化した概略形態を例示する。トーチ１０は、下端１６に流出孔１４を有する典型的には円筒形である本体１２を有する。プラズマアーク１８、即ちイオン化ガスジェットは流出孔１４を通して通過し、切断される半製品１９に付着する。トーチ１０は、トランスファアークモードにおいて、金属特に軟鋼、またはその他の材料を突き通し、切断するように設計される。軟鋼を切断するときに、トーチ１０は、トランスファプラズマアーク１８を形成するために、プラズマガス２８として酸素または空気などの反応ガスで動作する。
【００４８】
トーチ本体１２は、一般に円筒形本体２１を有する銅電極２０を支持する。ハフニウムインサート２２は、平らな放射面２２ａが露出するように、電極２０の下端２１ａの中にぴったりと押し込まれる。トーチ本体１２は、また、電極２０から間隔をとるノズル２４を支持する。ノズル２４は、流出孔１４を規定する中央孔を有する。トーチ本体１２に取り付けられた旋回リング２６は、接線速度コンポーネントをプラズマガスフローに与え、プラズマガスフローを旋回させる放射状の斜めの（即ち傾いた）ガス散布穴２６ａのセットを有する。この旋回は、アーク１８を圧縮し、インサート２２上のアーク１８の位置を安定させる渦を生成する。トーチは、また、シールド６０を有する。シールド６０は、上部側壁６０ａにおいて絶縁リング６４に結合（例えば、ねじ込み）される。絶縁リング６４は、その上部側壁６４ａにおいて、トーチ本体１２にねじ込まれるキャップ７６に結合（または、ねじ込み）される。シールド６０は、ガスフロー流路６８を規定するためにノズル２４から間隔をとるように構成される。シールド６０の前面６０ｂは、ノズル流出孔１４に整列された流出孔７２を有する。
【００４９】
動作時、プラズマガス２８は、ガスインレットチューブ２９および旋回リング２６におけるガス散布穴２６ａを通って流れる。そこから、プラズマガス２８は、プラズマチャンバ３０の中に流れ、流出孔１４を通ってトーチ１０から流れ、流出孔７２から流出する。パイロットアークは、電極２０とノズル２４との間でまず生成される。パイロットアークは、ノズル流出孔１４およびシールド流出孔７２を通して通過するガスをイオン化する。アークは、次に、ノズル２４から半製品１９に、半製品１９を切断するために移行する。コンポーネントの配置、ガスおよび冷却流体フローの方向づけ、および電気的接続の提供を含むトーチ１０の特定の構造の詳細は、種々の形態を取り得ることに留意されたい。
【００５０】
図２Ａを参照すると、例えば、図１のトーチ１０のような従来のプラズマアークトーチの動作時、プラズマチャンバ３０におけるプラズマアーク１８および旋回するガスフロー３１は、定常状態においてハフニウムインサート２２の放射面２２ａの形状を一般に凹形に実際にさせることが発見された。放射面２２ａは、従来のトーチにおいて、一般に平らな初期形状を有するので、放射面２２ａが一般に凹形を有するまで、トーチの動作時、溶融ハフニウムは、インサート２２から噴出される。従って、インサート２２の放射面２２ａの形状は、定常状態において強制的な凹形に到達するまで、急速に変化する。その結果、くぼみ３４がインサート２２に形成される。
【００５１】
凹形表面３２の曲率は、トーチ１０のプラズマチャンバ３０における、トーチの電流レベル、インサート２２の直径（Ａ）および旋回するガスフロー３１のパターンの関数である。従って、定挿入直径のための電流レベルを増加させることは、放射面２２ａがより深い凹形くぼみを有するという結果となる。同様に、定電流レベルを維持しながら、ハフニウムインサート２２の直径またはガスフロー３１の旋回力を増加させることは、より深い凹形をもたらす。
【００５２】
ハフニウムインサート２２の放射面２２ａに対する旋回するガスフロー３１は、一般に、溶融ハフニウムがインサート２２から噴出されるという結果となる。インサート２２において作成される対応するピットは、切断品質の劣化および結局は消耗品のサービス寿命の終了という結果となり得る。ハフニウムインサートの消費（即ち、溶融ハフニウムの噴出）を減らすことは、消耗品の寿命を伸ばすために一般に望ましい。
【００５３】
図２Ｂを参照すると、トーチ１０の動作時に、インサート２２から噴出した溶融ハフニウム３６は、ノズル２４上に堆積され、それがダブルアーク３８の原因となり、それが、ノズル孔１４のエッジを損傷し、ノズル摩滅およびハフニウムインサート２２の放射面のくぼみ形成を増加させる。パイロットアークのトランスファ後、ノズル２４は、通常、冷たいガスの層によってプラズマアークから絶縁される。しかしながら、この絶縁は、ガス層の中に噴出した融解ハフニウムによって破られ、このことが、ノズル２４をトランスファプラズマアークのためのより容易なパスとなるようにする。結果は、示されるように、ダブルアーク３８である。
【００５４】
本発明に従って、プラズマアーク切断トーチのための改良された電極１００は、電極摩滅を減少させ、電極インサート材料（例えば、ハフニウム）のノズル上の堆積を最小限にする。図３Ａおよび３Ｂは、本発明の原理を具体化する電極１００の一つの実施形態を例示する。電極１００は、銅などの高熱伝導率材料から形成される、一般に円筒形で長く伸びた本体１０４を有する。電極本体１０４は、電極１００の縦軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ）１０６に沿って伸び、このことは、電極１００がトーチに取り付けられたとき、トーチ(図示されていない)にとって普通である。電極１００は、電極１００の縦軸１０６に沿って延びる空洞の内部１１８を有する。電極本体１０４は、第１端１０８および第２端１１２および第１端１０８と第２端１１２との間にある外側面１１６を有する。第１端１０８は、電極１００の縦軸１０６を横切る平面１１０を規定する端面１２０を有する。第２端１１２は、電極１００の縦軸１０６を横切る平面を規定する端面１２４を有する。本実施形態において、端面１２４は、一般に、直円錐形を有する。代わりに、第２端１１２および／または端面１２４は、異なる形状、例えば、楕円形、放物形、または球形を有し得る。
【００５５】
孔１２８は、電極１００の縦軸１０６に沿った電極本体１０４の第２端１１２において形成される。高熱イオン放射率材料（例えば、ハフニウム）で形成される一般に円筒形のインサート１３２は、孔１２８の中にぴったりと押し込まれる。インサート１３２の放射面１３６は、放射面１３６によって規定される端面は、一般に、電極本体１０４の第２端１１２の端面１２４の平面１１０と共平面になるように、孔１２８内に位置する。端面１２４は、エッジ１２６を有する。エッジ１２６は、例えば、半径または鋭いエッジを有し得る。本実施形態において、電極本体１０４は、また、電極１００の本体１０４の第２端１１２の外側直径回りに延びるグルーブ１３４（例えば、環状陥凹）を有する。
【００５６】
示されるように、電極１００は、グルーブ１３４に位置する複数（例えば、８）の流路１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｅ、１４０ｆ、１４０ｇ、１４０ｈ（総称的に１４０）を有する。各流路１４０は、グルーブ１３４に位置するそれぞれの第１開口部（総称的に１４４）を有する。各流路１４０は、また、それぞれの第２開口部（総称的に１４８）を有する。例えば、流路１４０ａは、本体１０４の第２端１１２のグルーブ１３４に位置する第１開口部１４４ａおよび本体１１２の第２端１１２の端面１２４に位置する第２開口部１４８ａを有する。第２開口部１４８ａは、インサート１３２の放射面１３６に隣接して位置する。流路１４０は、電極ガスフローを各々の第１開口部１４４から第２開口部１４８に向けることが可能である。各流路１４０を通って流れるガスは、電極ガスという。第２開口部１４８は、少なくとも軸流速度コンポーネントを流路１４０から流出する電極ガスフローに与える。いくつかの実施形態において、流路１４０の第１開口部１４４は、部分的にグルーブ１３４内に位置する。いくつかの実施形態において、第１開口部１４４は、グルーブ１３４に位置しない。いくつかの実施形態において、電極１００はグルーブ１３４を欠いている。
【００５７】
一般に、流路１４０を通るガスフローは、電極ガスといい、プラズマアークを形成するガスはプラズマガスという。流路１４０を通って向けられる電極ガスフローは、例えば、酸素または空気などのプラズマアークを生成するためのガスであり得る。代わりに、電極ガスフローは、一つ以上のガス（例えば、酸素、空気、水素および窒素、アルゴン、メタンおよび二酸化炭素）のフローであり得る。電極ガスは、動作中のトランスファプラズマアークを生成するためのプラズマガスを供給するために使用されるガスの同じソースによって供給され得る。いくつかの実施形態において、ガスの代替ソースは、例えば、一つ以上のホースもしくは導管、またはトーチにある第１開口部１４４への流路を介して、電極ガスフローを流路１４０に供給する。
【００５８】
電極（例えば、インサート１３２の放射面１３６）の近くの酸化ガス（例えば、空気または酸素）は、特にトーチの開始時に電極１００の短命の一因となることが判定されている。従って、いくつかの実施形態において、代わりの無反応のガス（例えば、窒素）または酸化および非酸化ガスの組み合わせを含むガスが、例えば、インサート１３２の領域において酸化ガス（例えば、プラズマガス）の割合を減少させることによって電極１００の寿命を改善するために、流路１４０を通って電極ガスとして代わりに向けられる。一実施形態において、バルブ（図示されていない）は、流路１４０を通って非酸化電極ガス（例えば、窒素）のフローを制御する。一実施形態において、電極ガスは、プラズマアークを開始および／または消すことと同時に、流路を通って向けられる。流路１４０の第２開口部１４８は、実質的に軸流方向の（即ち、縦軸１０６に沿う）速度コンポーネントを第２開口部１４８を出る電極ガスに与える。いくつかの実施形態において、電極ガスのフローの制御は、例えば、トーチに放出される電流、プラズマガス圧力の増加または減少、プラズマアークを開始すること、およびプラズマアークを消すことの一つ以上のことと同時となるように時間が決められる。コントローラ（図示されていない）は、電極１００における一つ以上の流路１４０を通る電極ガスフローを制御するために採用され得る。例えば、一つ以上の流路１４０を有する電極１００を採用するプラズマアークトーチまたはプラズマアークトーチシステムは、電極ガスフローを制御するためのコントローラを含み得る。一実施形態においてコントローラは、プラズマトーチパラメータの関数としての少なくとも一つの流路１４０を通る電極ガスフローを制御するためのものである。プラズマアークトーチパラメータは、例えば、電流、電圧、フロー、所定のタイムシーケンス、またはこれらのパラメータの任意の組み合わせを含む。
【００５９】
流路１４０は、電極１００の縦軸１０６に対して角度１５２（例えば、鋭角または斜角）で位置する。角度１５２、流路１４０の数、および流路１４０の直径は、例えば、インサート１３２の放射面１３６から放射されるアークの領域におけるプラズマガスの旋回力を減少させるために選択され得る。旋回力を減少させることは、例えば、インサート１３２からの溶融放射率材料の噴出を減少させる。理由は、流路１４０からのガスフローの軸流速度コンポーネントがインサート１３２において働く空気力を減少させるからである。例として、角度１５２、流路１４０の数、および流路１４０の直径は、トーチの動作電流レベル、インサート１３２の直径およびトーチにおけるプラズマガスフローパターンおよび／またはプラズマガスフロー力の関数として選択され得る。いくつかの実施形態において、流路１４０は、電極１００の縦軸１０６に平行に位置する。
【００６０】
例示の目的で、電極のインサートの放射面における摩滅の減少を明示するために、実験が行われた。８つの流路１４０は、電極、例えば、図３Ａおよび３Ｂの電極１００の本体に形成された。各流路は、電極１００の縦軸１０６に対して約２２度の角度１５２で位置する約１．０４ｍｍの直径を有する。トーチの動作において、同等の動作条件に対して、流路を採用した電極は、流路のない電極よりも放射面における摩滅が少ないことを示した。
【００６１】
流路１４０の代替の数および形状は、本発明の範囲内である。例として、流路１４０ａが、例えば、図３Ｂの端面方向から見たとき、流路は、円形、長円面、そうでなければ曲面、または直線断面の形状を有し得る。しかしながら、いくつかの実施形態において、流路１４０は、また、接線速度コンポーネントを旋回フローの原因となる流路１４０からのガスフローに対して与えるように向けられる。このようにして、流路１４０は、軸流、放射、および接線速度コンポーネントを有する第２開口部１４８からの電極ガスのフローを向けることが可能である。流路１４０は、接線方向の速度コンポーネントを電極ガスフローに与えるために、例えば、旋回リング（例えば、放射状オフセットまたは傾いた）における流路と同様に、向けられる。
【００６２】
図４に例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、複数の流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。電極１００の本体１０４は、本体１０４の第２端１１２の端面１２４において環状の陥凹領域１８０を有する。各流路１４０は、本体１０４の外側面１１６におけるそれぞれの第１開口部１４４から本体１０４の第２端１１２の端面１２４の陥凹１８０におけるそれぞれの第２開口部１４８に延びる。
【００６３】
図５に例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、複数の流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。各流路１４０は、電極１００の本体１０４の第１端１０８の端面１２０におけるそれぞれの第１開口部１４４から本体１０４の第２端１１２の端面１２４におけるそれぞれの第２開口部１４８に延びる。第２開口部１４８は、インサート１３２の放射面１３６に隣接して位置する。この実施形態において、流路１４０は、一般に、電極１００の縦軸１０６に平行である。代わりに、流路１４０は、電極１００の縦軸１０６に対してある角度に向けられ得る。
【００６４】
図６に例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、複数の流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。この実施形態において、各流路１４０は、電極１００の本体１０４の第２端１１２におけるそれぞれの第１開口部１４４および本体１０４の第２端１１２におけるそれぞれの第２開口部１４８を有する。流路１４０は、第１開口部１４４に入る電極ガスフローを放射状に電極１００の縦軸１０６に向け、次に軸方向に第２開口部１４８に向ける。
【００６５】
図７に例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、電極１００の本体１０４の第２端１１２に位置するフランジ１８４を有する。本体は、複数の流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。流路１４０の各々は、それぞれの第１開口部１４４およびこれもフランジ１８４に位置するそれぞれの第２開口部１４８を有する。
【００６６】
図８に例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、複数の流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。電極１００は、電極１００の本体１０４の第２端１１２の内部面１４６に隣接した空洞の内部１１８を有する。各流路１４０は、本体１０４の第２端１１２の内面１４６におけるそれぞれの第１開口部１４４から本体１０４の第２端１１２の端面１２４におけるそれぞれの第２開口部１４８に延びる。
【００６７】
図９に例示される別の実施形態において、電極１００は、一般に、高熱伝導率材料から形成される円筒形で長く伸びた本体１０４を有する。電極本体１０４は、電極１００の縦軸１０６に沿って伸びる。電極１００の本体１０４の第２端１１２は、本体１０４の第１端１０８の外側面１１６に対して減少した直径の場所１６８（例えば、ショルダ）を有する。電極１００は、また、二つの流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅ）を有するコンポーネント１６０を有する。流路１４０の代替の数および形状は、本発明の範囲内である。コンポーネント１６０は、一般に、電極１００の縦軸１０６に沿って延びる円筒形の本体１６４を有する。コンポーネント１６０は、また、共通の縦軸１０６に沿って延びる中央穴１７２を有する。流路１４０ａおよび１４４ｅの各々は、コンポーネント１６０の本体１６４を介して第１開口部１４４（それぞれ１４４ａおよび１４４ｅ）から第２開口部１４８（それぞれ１４８ａおよび１４８ｅ）に延びる。本明細書における前述の同様な方法で、電極ガスフローは、流路１４０を介して、電極１００の孔１２８に位置するインサート１３２に隣接した場所に向けられる。
【００６８】
この実施形態において、コンポーネント１６０は、コンポーネント１６０の穴１７２内の内面１７６に位置する環状のグルーブ１７０を有する。Ｏリング１８６は、部分的にグルーブ１７２に位置する。アセンブリされるとき、Ｏリング１８６は、電極１００の本体１０４の場所１６８に部分的に接触している。このようにして、コンポーネント１６０は、Ｏリング１８６を介して、電極１００の本体１０４の場所１６８に連結される。
【００６９】
例として、コンポーネント１６０は、高熱伝導率材料（例えば、銅）から形成され得る。いくつかの実施形態において、コンポーネント１６０は、セラミック、コンポジット、プラスチック、または金属の材料で形成され得る。いくつかの実施形態において、コンポーネント１６０は、一つ以上の要素から形成され得る。いくつかの実施形態において、コンポーネント１６０は、電極１００の本体１４０にぴったりと押されまたは接着され得る。いくつかの実施形態において、コンポーネント１６０は、電極１００に接触していないで、その代わりに、例えば、電極１００の第２端１１２に隣接した位置においてトーチのノズル（図示されていない）に連結される。このようにして、コンポーネント１６０は、なおも、電極ガスのフローを電極１００のインサート１３２に隣接した場所に向け得る。いくつかの実施形態において、コンポーネント１６０は、トーチのトーチ本体（図示されていない）に連結される。コンポーネント１６０において形成される流路１４０は、電極ガスのフローを電極１００のインサート１３２に隣接した場所に向ける。第２開口部１４８は、少なくとも一つの軸流速度コンポーネントを流路１４０からの電極ガスフローに与える。
【００７０】
いくつかの実施形態において、流路１４０は、トーチのノズル（図示されていない）において形成され、第２開口部１４８は、電極の第２端１１２に隣接して位置する。このようにして、流路１４０は、電極ガスのフローを電極１００のインサート１３２に隣接した場所に向ける。他の実施形態において、流路１４０は、トーチ本体に形成され、電極ガスのフローを電極１００のインサート１３２に隣接した場所に向ける。
【００７１】
図１０は、本発明の原理を採用したプラズマアークトーチにおいて使用するアセンブリ２００の例示である。アセンブリ２００は、トーチ（図示されていない）のトーチ本体に取り付けられたノズル２６０を含む。ノズル２６０は、流出孔２８０を有する。アセンブリ２００は、また、トーチ本体に取り付けられた電極１００を含む。電極１００は、電極１００の孔にぴったりと押し込まれているインサート１３２を含む。アセンブリ２００は、また、ノズル２６０に対してトーチ本体に取り付けられたコンポーネント１６０を含む。コンポーネント１６０は、少なくとも一つの流路２７２を規定する。流路２７２は、第１開口部２６４および第２開口部２６８を有する。この実施形態において、流路２７２は、先細の孔で、第１開口部２６４から第２開口部２６８へ先細になっている。流路２７２は、電極ガスのフローを第１開口部２６４から第２開口部２６８へ向かい、電極１００のインサート１３２に隣接した場所に向ける。この実施形態において、ノズル２６０、コンポーネント１６０および電極１００は、ノズル流出孔２８０、流路２７２および電極のインサート１３２が互いに同心になるように、縦軸１０６に対して共線的に配置される。
【００７２】
図１１Ａおよび１１Ｂに例示される本発明の別の実施形態において、電極１００は、キャップ１９０を本体１０４に取り付けることによって形成される。キャップ１９０は、一般に、円筒形本体１９５を有する。本体１９４は、第１開口部（図示されていない）を規定する第１端１９８および第２開口部２０６を規定する第２端２０２を有する。本体１９４は、第１開口部（図示されていない）を規定する第１端１９８および第２開口部２０６を規定する第２端を有する。本体１９４は、第１開口部（図示されていない）から第２開口部２０６に延びる流路２１０を有する空洞の本体である。例として、キャップ１９０は、高温材料（例えば、グラファイト）または高熱伝導率材料（例えば、銅）から形成され得る。この実施形態において、キャップ１９０は、また、キャップ１９０の流路２１０の壁の部分に位置する一連のスレッド（図示されていない）を有する。
【００７３】
図１１Ａを参照すると、電極１００の本体１０４は、電極１００の本体１０４の第２端１１２の外側面２１８上に４チャネル、即ち２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄ（総称的に２１４）を有する。この実施形態において、チャネル２１４は、本体１０４の第２端１１２の端面１２４から見たとき、円の部分の形状を有する。チャネル２１４は、本体１０４の第２端１１２の端面１２４から見たとき、代わりに、異なる形状を有し得る。例えば、チャネル２１４は、端面１２４から見たとき、三角形、正方形の部分、または長円の部分の形状を有し得る。チャネル２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄの各々は、第１開口部２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃおよび２２２ｄ（総称的に２２２）をそれぞれ有する。例示を明快にするため、開口部２２２ｂ、２２２ｃおよび２２２ｄは図示されていない。第１開口部２２２は、本体の第２端１１２に位置する。チャネル２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃおよび２１４ｄの各々は、また、第２開口部２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃおよび２２６ｄ（総称的に２２６）をそれぞれ有する。第２開口部２２６は、電極１００の本体１０４の第２端１１２の端面１２４に位置する。本体１０４は、本体１０４の外側面１１６上の一連のスレッドを有する。スレッド２３０は、本体１０４の第２端１１２に隣接して位置する。スレッド２３０は、キャップ１９０の流路２１０の壁に位置するスレッドと一致することが可能である。
【００７４】
図１１Ｂを参照すると、キャップ１９０の流路２１０の壁上の合わせスレッドと本体１０４のスレッド２３０を結合することによってキャップ１９０を本体１０４に固定するようにして、キャップ１９０は、本体１０４の第２端１１２にねじ込みされる。本体１０４の端面１２４によって規定された平面が一般にキャップ１９０の開口部２０６によって規定される平面と共平面となるように、キャップ１９０および本体１０４は、寸法を合わせ作られる。キャップ１９０を本体１０４に結合することによって、流路は、電極１００において作られる。流路は、例えば、図３Ａおよび図３Ｂの流路１４０と実質的に同様なものである。
【００７５】
図１２は、プラズマアークトーチのトランスファアークモードでの本発明の原理を採用したプラズマアークトーチチップ３００の例示である。このモードは、図３Ａおよび図３Ｂの電極１００などの電極のインサート１３２の放射面１３６から半製品３２０へのトランスファプラズマアーク３２４の放射によって特徴づけられる。プラズマアーク３２４は、半製品３２０と電気的に接触するために、ノズル３０４の流出孔３１２およびシールド３０８のシールド孔３１６を通って通過する。ノズル流出孔３１２、シールド孔３１６、および電極１００に位置するインサート１３２の放射面１３６が互いに同心円となるように、ノズル３０４、シールド３０８および電極１００は、縦軸１０６に対して共線的に配置される。
【００７６】
図１２に関して、電極１００は、電極１００の本体１０４に、８つの流路１４０（１４０ａおよび１４０ｅは図示され、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、１４０ｆ、１４０ｇ、および１４０ｈは図示されていない）を有する。各流路１４０は、本体１０４においてそれぞれの第１開口部１４４および電極１００の本体１０４の第２端１１２においてそれぞれの第２開口部１４８を有する。流路１４０は、電極１００の本体１０４を通る、インサート１３２の放射面１３６に隣接した場所への電極ガスのフローを容易にする。この実施形態において、電極ガスフローは、ノズル３０４の内部壁３２８に向かうよりはむしろプラズマアーク３２４に実質的に向けられる。電極ガスフローは、ノズル３０４における開口部３３６の中に入り、またノズル流出孔３１２から出るように向けられる。
【００７７】
流路１４０から流出する電極ガスは、プラズマアーク３２４の軸モーメンタムを増加させることが判定されている。プラズマアーク３２４の軸モーメンタムを増加させることは、より速い切断とより良い切断品質を促進するために示される。従って、いくつかの実施形態において、本発明に関連した種々のパラメータ（例えば、流路形状および数、およびガス流量）は、流路１４０から流出する電極ガスの軸モーメンタムを増加させるために選択される。例えば、いくつかの実施形態において、流路１４０の数および第２開口部１４８の場所は、プラズマアーク３２４の軸モーメンタムを増加させるために選択される。このようにして、オペレータは、例えば、切断品質を維持および／または改善しながら、プラズマアークが金属片を切断するために使用される速度を増加させる。
【００７８】
電極１００の端面１２４とノズル孔３４０の入口との間のノズル−電極ギャップ３３２は、例えば、電極寿命を伸ばし、切断品質を向上させ、および／または、ノズルの孔の摩滅を減らすために、選択され得る。例示の目的で、ノズル−電極ギャップ３３２の長さを変化させることの影響を明示するために、実験が行われた。８つの流路１４０は、電極、例えば、図３Ａおよび図３Ｂの電極１００、の本体に形成された。各流路１４０は、電極１００の縦軸１０６に対して約２２度の角度で位置する約１．０４ｍｍの直径を有する。トーチにおける動作において、同等の動作条件に対して、約３．０ｍｍのノズル−電極ギャップ３３２は、約３．８ｍｍのノズル−電極ギャップに対して改善された切断品質を明示した。別の実験において、同等の動作条件に対して、約３．０ｍｍおよび約３．８ｍｍのノズル−電極ギャップは、約２．３ｍｍのノズル−電極ギャップ３３２に対してより少ないノズル孔摩滅およびより長い電極寿命を明示した。
【００７９】
図１３Ａは、本発明を実施するために利用され得る高分解能プラズマアークトーチ４００の部分を示す。トーチ４００は、電気的接続、流体を冷却するための流路およびアーク制御流体を含む、一般的に円筒形の本体４０４を有する。アノードブロック４０８は、本体４０４に固定される。ノズル４１２は、アノードブロック４０８に固定され、中央流路４１６およびアークがその中を通って半製品（図示されていない）に移行する流出路４２０を有する。図３Ａおよび３Ｂの電極１００などの電極は、プラズマチャンバ４２８を規定するために、ノズル４１２に対して間隔のある関係でカソードブロック４２４に固定される。旋回リング４３２から供給されるプラズマガス４２２は、アークを形成するためにプラズマチャンバ４２８においてイオン化される。水冷キャップ４３６は、アノードブロック４０８の下端にねじ込みされ、２次キャップ４４０は、トーチ本体４０４にねじ込みされる。２次キャップ４４０は、穴あけまたは切断動作時に、飛び散った金属に対する機械式シールドとして働く。２次ガス４４２は、シールドガスともいい、２次キャップ４４０に近接して流れる。
【００８０】
冷却チューブ４４４は、電極１００の空洞の内部４４８に配置される。チューブ４４４は、電極１００の中央線または縦軸１０６に沿って延び、電極１００がトーチ４００に取り付けられたときトーチ４００の中央線または縦軸に沿って延びる。チューブ４４４が、一般に、トーチ４００の縦軸１０６の方向に沿って自由に動くように、チューブ４４４は、カソードブロック４２４内に位置する。チューブ４４４の上端４５２は、冷却液サプライ（図示されていない）と流体伝導する。冷却液のフローは、流路１４１を通って移動し、チューブ４４４の第２端４５６に位置する開口部を出る。冷却液は、電極１００の第２端１１２の内部面４６０に当たり、電極本体１０４の内部面に沿って循環する。
【００８１】
動作時、電極ガス１４２のフローは、流路１４０に沿って電極１００の本体１０４に位置する第１開口部１４４の中に向けられ、電極１００の本体１０４の第２端１１２に位置する第２開口部１４８から出るように向けられる。電極ガス１４２は、放射インサート１３２の放射面１３６に隣接した第２開口部１４８から流出する。電極ガス１４２のフローは、プラズマアーク（図示されていない）に向けられ、中央流路４１６およびノズル４１２の流出路４２０を通って、またシールドの流出孔を通って、半製品（図示されていない）に向けられる。図１３Ａに示されるように、流路１４０を通って流れる電極ガス１４２およびプラズマガス４２２は、同じソースから来る単一のガスである。別の実施形態において、電極ガスおよびプラズマガスの各々は、別個のソースを有し、オプションで異なるガスまたは異なるガス濃度を有する。
【００８２】
電極１００の近く、例えば、インサート１３２の放射面１３６の近くの酸化ガス（例えば、空気または酸素）は、電極の短命の一因となる。電極１００の寿命を改善するために、代わりの、無反応ガス、酸化および非酸化ガスの組み合わせ、または酸化および非酸化ガスの混合ガスは、電極ガス１４２として流路１４０を通って向けられる。酸化および非酸化ガスの組み合わせが電極ガス１４２として向けられる実施形態において、たとえば、非酸化ガスが流路１４０ａを通って流れ、酸化ガスは、流路１４０ｅを通って流れる。適切な無反応ガスは、例えば、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料、またはこれらの任意の混合ガスなどを含む。炭化水素燃料は、例えば、メタンおよびプロパンを含む。
【００８３】
図１３Ｂは、図５および８の電極１００などの電極が、プラズマチャンバ４２８を規定するためにノズル４１２に対して間隔のある関係でカソードブロック４２４に固定される高分解能プラズマアークトーチ４００の部分を示す。冷却液チューブ４４４は、電極１００の空洞の内部４４８に配置される。チューブ４４４は、電極１００の中央線または縦軸１０６に沿って延び、電極１００がトーチ４００に取り付けられたときトーチ４００の中央線または縦軸に沿って延びる。チューブ４４４が一般に、トーチ４００の縦軸１０６の方向に沿って自由に動くように、チューブ４４４は、カソードブロック４２４内に位置する。チューブ４４４の上端４５２は、冷却液サプライ（図示されていない）と流体伝導する。冷却液のフローは、流路１４１を通って移動し、チューブ４４４の第２端４５６に位置する開口部を出る。冷却液は、流路１４０（例えば、１４０ａおよび１４０ｅ）の壁１４３に当たり、チューブ４４４の壁と流路１４０の壁１４３との間を循環する。
【００８４】
動作時、電極ガス１４２のフローは、流路１４０に沿って電極１００の本体１０４に位置する第１開口部１４４の中に向けられ、また、電極１００の本体１０４の第２端１１２に位置する第２開口部１４８から出る。電極ガス１４２は、放射インサート１３２の放射面１３６に隣接した第２開口部１４８から流出する。電極ガス１４２のフローは、プラズマアーク（図示されていない）に向けられ、中央流路４１６およびノズル４１２の流出路４２０を通って、またシールドの流出孔を通って、半製品（図示されていない）に向けられる。電極ガス１４２およびプラズマガス４２２は、同一のガスであり得るかまたは互いに異なり得る。電極ガス１４２およびプラズマガス４２２は、同じソース（例えば、管または線）（図示されていない）から流れ得る。一実施形態において、流路１４０を通って流れる電極ガス１４２は、一つのソースを有し、プラズマガス４２２は、別のソース（図示されていない）を有する。電極ガス１４２は、流路１４０を通って流れ、一方プラズマガス４２２は、流路１４０を通って流れない。
【００８５】
流路１４０は、プリナムガス４２６を通気するために採用され得る。流路１４０は、プリナムガス４２６を通気し、通気されたプリナムガスは、第２開口部１４８から第１開口部１４４へ流れる。通路１４０は、プリナムガス４２６をガスのソース（図示されていない）においてまたはその近くで、通気し得る。代わりに、通路１４０は、プリナムガスをガスソースとプラズマチャンバ４２８（図示されていない）との間の一つ以上の場所において通気し得る。一実施形態において、電極１００は、複数の流路１４０を特徴として、流路１４０のいくつかは、電極ガス１４２を、第１開口部１４４から第２開口部１４８に流し、一方、同時に、その他の通路は、プラズマアークトーチ（例えば、プラズマチャンバ４２８）においてプリナムガス４２６を通気する。
【００８６】
別の実施形態において、流路１４０うちの一つ以上は、電極１４２を第１開口部１４４から第２開口部１４８へ流す。プラズマアークを消し次第、一つ以上の流路１４０は、プリナムガス４２６を通気し、プリナムガス４２６は、第２開口部１４８から第１開口部１４４の方向に流れる。
【００８７】
流路１４０を通気可能にするために、一つ以上の通気バルブおよび／または通気プラグは、流路１４０を、例えば、プリナムガス４２６の圧力より低い圧力を有する空気に触れさせる。適切なより低い圧力は、例えば、気圧または真空圧を含み得る。
【００８８】
プリナムガスバルブシステムは、プリナムガス４２６が通気することを妨げ、プリナムガス４２６が流路１４０を通って通気することを可能にする機械式バルブであり得る。代わりに、プリナムガスバルブシステムは、所望の通気量が達成され得るようにプリナムガス４２６を計る定比弁（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｖａｌｖｅ）であり得る。コントローラは、一つ以上の流路１４０を介するプラズマアークトーチからのプリナムガスの通気を制御し得る。例えば、コントローラは、通気バルブが開く時期、通気バルブの開く量、および／または流路１４０を通る通気されたプリナムガスのフローを制御する。コントローラは、プリナムガス４２６が流路１４０を介してプラズマアークトーチから通気される速度を制御し得る。
【００８９】
プラズマアークトーチを比較的に高い圧力に触れさせることは、電極およびノズル寿命に悪影響を及ぼし得る。プリナムガス４２６を電極から流路１４０を介して、より低い気圧系（例えば、大気圧）に通気することは、電極およびノズル寿命を向上し得る。
【００９０】
プラズマアークシステムは金属材料の切断に広く使用され、金属の半製品を自動的に切断するように自動化され得る。一実施形態において、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、および１４Ｂを参照すると、プラズマアークトーチシステムは、以下のものを含む。コンピュータ化数字コントローラ（ＣＮＣ）５５２、ディスプレイ画面５５３、電源５１０、自動処理コントローラ５３６、トーチハイトコントローラ５３８、ドライブシステム５４０、切断テーブル５４２、ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）５２６、ガスサプライ（図示されていない）、コントローラ５００、位置決め装置（図示されていない）、およびプラズマアークトーチ４００。プラズマアークトーチシステムは、オプションでバルブコンソ−ル５２０を含む。プラズマアークトーチ４００のトーチ本体４０４は、ノズル４１０および一つ以上の流路１４０を有する電極１００を含む。動作時、プラズマアークトーチ４００の先端は、位置決め装置によって、半製品５３０の近くに位置する。
【００９１】
コントローラ５００は、電極１００にある一つ以上の流路１４０を通る電極ガスのフローを制御する。コントローラは、電源５１０上に配置され得る。例えば、コントローラは電源５１０内に収納され得る。図１４Ｂを参照されたい。代わりに、コントローラ５００は、電源５１０ハウジングの外部、例えば、電源ハウジングの外部に配置され得る。一実施形態において、コントローラ５００は、コンポーネント、例えば、電源５１０に接続される。図１４Ａを参照されたい。同様に、バルブコンソ−ル５２０は、電源５１０上に配置され得る。例えば、バルブコンソール５２０は、電源５１０内に収納され得る。図１４Ｂを参照されたい。バルブコンソール５２０は、また、電源５１０ハウジングの外部、例えば、電源ハウジングの外部上に配置され得る。一実施形態において、バルブコンソ−ル５２０は、コンポーネント、例えば、電源５１０に接続される。図１４Ａを参照されたい。バルブコンソール５２０は、例えば、プラズマガス、電極ガス、シールドガス、およびその他のガスを流入させ、および／または通気排出させるためのバルブを含み得る。
【００９２】
動作時、ユーザーは、プラズマアークを処理経路に沿って向け、プラズマアークトーチ４００と半製品５３０との間の相対運動を提供するために、半製品５３０を切断テーブル５４２上に置き、プラズマアークトーチ４００を位置決め装置に取り付ける。トーチハイトコントロール５３８は、半製品５３０に対するトーチ４００の高さを設定する。ユーザーは、切断処理を開始するために、開始コマンドをＣＮＣ５５２に提供する。駆動システム５４０は、プラズマアークトーチ４００を切断テーブル上にわたり、ｘまたはｙ方向に動かすためにコマンド信号をＣＮＣ５５２から受信する。切断テーブル５４２は、半製品５３０を支持する。プラズマアークトーチ４００は、ガントリ５２６に取り付けられたトーチハイトコントローラ５３８に取り付けられる。駆動システム５４０は、テーブル５４２に対してガントリ５２６を動かし、プラズマアークトーチ４００をガントリ５２６に沿って動かす。
【００９３】
ＣＮＣ５５２は、半製品５３０が所望のパターンに合わせて切断され得るようにするために、プラズマアークトーチ４００および／または切断テーブル５４２の動きを指図する。ＣＮＣ５５２は、位置決め装置と交信する。位置決め装置は、トーチ４００が所望の切断パスに沿うようにトーチ４００を向けるために、ＣＮＣ５５２からの信号を使用する。位置決め情報は、正確な切断パスを得るためにＣＮＣ５５２が位置決め装置と相互に作用して動作することを可能にするために、位置決め装置からＣＮＣ５５２に戻される。
【００９４】
電源５１０は、プラズマアークを生成するために必要な電流を供給する。電源５１０の主オンオフスイッチは、ＣＮＣ５５２によって特定的または遠隔で制御され得る。オプションで、電源５１０は、また、トーチ４００を冷却するための冷却システムを収納する。
【００９５】
コントローラ５００は、プラズマアークトーチ４００のパラメータの関数として電極ガスフローを制御する。プラズマアークトーチパラメータは、以下のものを含み得る。プラズマアーク電流、電圧、プラズマガス圧力、シールドガス圧力、電極ガス圧力、プリナムガス圧力、プラズマガスフロー、シールドガスフロー、電極ガスフロー、プリナムガスフロー、タイムシーケンス、またはこれらの任意の組み合わせ。プラズマアークトーチパラメータは、立上り閾、立下り閾、または定常状態閾であり得る。
【００９６】
コントローラは、ハンドトーチ、機械式トーチ、またはその他の適切なプラズマアークトーチと接続して使用され得る。一実施形態において、プラズマアークトーチシステムは、例えば、電源のハウジング内、または、例えば、リード線によってハンドトーチに接続された電源のハウジングの外部にあるハンドトーチ電源上に配置されたコントローラを含む。別の実施形態において、プラズマアークトーチシステムは、電源とハンドトーチとの間の、例えば、一つ以上のリード線によってハンドトーチに接続されたコントローラ５００を含む。
【００９７】
プラズマアークトーチパラメータは、所定の電流および／またはプラズマアークサイクルの任意の時点における電流であり得る。例えば、プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアークを開始する前の電流、プラズマアークの開始時の電流、プラズマアークの放出時（例えば、定常状態）の電流、プラズマアークの消滅前の電流、プラズマアークの消滅時の電流、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。
【００９８】
プラズマアークトーチパラメータは、所定の電圧および／またはプラズマアークサイクルの任意の時点における電圧であり得る。例えば、プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアークを開始する前の電圧、プラズマアークの開始時の電圧、プラズマアークの放出時の電圧、プラズマアークの消滅前の電圧、プラズマアークの消滅時の電圧、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。
【００９９】
プラズマアークトーチパラメータは、所定の圧力および／またはプラズマアークサイクルの任意の時点における圧力であり得る。圧力は、プラズマガスの圧力、シールドガスの圧力、電極ガスの圧力、プリナムガスの圧力、または、一つ以上のこれらの組み合わせの圧力であり得る。例えば、プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアークを開始する前の圧力、プラズマアークの開始時の圧力、プラズマアークの放出時の圧力、プラズマアークの消滅前の圧力、プラズマアークの消滅時の圧力、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。
【０１００】
プラズマアークトーチパラメータは、所定の流量および／またはプラズマアークサイクルの任意の時点における流量であり得る。流量は、プラズマガス流量、シールドガス流量、電極ガス流量、プリナムガスがプラズマアークトーチから通気するときのプリナムガスの流量を含むプリナムガス流量、または一つ以上のこれらの組み合わせの流量であり得る。例えば、プラズマアークトーチパラメータは、プラズマアークを開始する前の流量、プラズマアークの開始時の流量、プラズマアークの放出時の流量、プラズマアークの消滅前の流量、プラズマアークの消滅時の流量、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。
【０１０１】
プラズマアークトーチパラメータは、例えば、コントローラにプログラムされた時間の間隔などの所定のタイプシーケンスであり得る。代わりに、タイムシーケンスは、ルックアップテーブルまたはタイムシーケンスを指示する他の基準によって決定され得る。タイムシーケンスは、例えば、プラズマアークを開始する前、プラズマアークの開始時、プラズマアークの放出時、プラズマアークの消滅前、プラズマアークの消滅時、またはこれらの任意の組み合わせなどのプラズマアークサイクルの任意の時点の前または後の秒数であり得る。一実施形態において、タイムシーケンスのタイミングは、例えば、開始信号で開始される所定のタイムシーケンスに依存する。プラズマアークトーチパラメータは、特定のトーチ、電源、半製品、半製品設計、半製品材料特性（例えば、厚さ）、切断速度、および／またはガスの種類（例えば、プラズマガス、電極ガス、シールドガス、または一つ以上のガスの組み合わせ）に従って、ユーザーによって規定され、コントローラにプログラムされるシーケンスであり得る。適切なプラズマアークトーチパラメータは、例えば、選択されたトーチ、切断アプリケーション、および／または電源によって決定される。
【０１０２】
コントローラ５００は、プラズマアークサイクルの任意の時点における一つ以上の流路１４０を通る電極ガスフローを供給し得る。例えば、コントローラ５００は、プラズマアークの開始前、プラズマアークの開始時、プラズマアークの放出時、プラズマアークの消滅前、プラズマアークの消滅時、またはこれらの任意の組み合わせ時に、電極ガスフローを供給する。一実施形態において、コントローラ５００は、電極ガスフローを妨げ、一つ以上の流路１４０を通る電極ガスフローを可能にする電極ガスバルブシステム（図示されていない）を制御する。電極ガスバルブシステムは、電極ガスフローを妨げ、流路１４０を通る電極ガスフローを可能にする機械式バルブであり得る。代わりに、電極バルブシステムは、所望の流量が達成され得るようにフローを計る定比弁であり得る。
【０１０３】
コントローラ５００は、電極１００の端１１２のあたりに、電極ガスのフローを可能にし、および／または制御する。例えば、コントローラ５００は、インサート１３２のあたりに、電極ガスのフローを可能にし、および／または制御する。オプションで、電極ガスは、インサート１３２の少なくとも一部を囲む。いくつかの実施形態において、電極ガスは、電極の端１１２のあたり、例えば、インサート１３２のあたりに、電極ガスエンベロープを形成する。
【０１０４】
ここで図１２および図１３Ａを参照すると、電極１００は、トーチ本体４０４の端においてプラズマチャンバ４２８を形成するために互いに間隔のある関係で取り付けられ得る。別の実施形態において、例えば、水冷キャップ４３６などの保持キャップは、トーチ本体４０４に取り付けられる。保持キャップは、ノズル４１２の外側面の少なくとも一部を囲む。例えば、保持キャップは、ノズル４１２の外側面を実質的に囲む。別の実施形態において、２次キャップ４４０は、シールドとして働き、ノズル４１２に整列された中央円形開口部を有する。一実施形態において、孔１２８は、電極本体１００の第２端１１２に配置され、インサート１３２は、孔１２８内に位置され、インサート１３２の端面１２４は、流路１４０の少なくとも一つの第２開口部１４８に隣接して位置する。
【０１０５】
一実施形態において、ここで図１３Ａおよび１４Ｂを参照すると、コントローラ５００は、プラズマガスフローを妨げ、プラズマチャンバ４２８を通ってプラズマガスフローを可能にするプラズマガスバルブシステム（図示されていない）を制御する。プラズマガスバルブシステムは、プラズマガスフローを妨げ、プラズマチャンバ４２８へのプラズマガスフローを可能にする機械式バルブであり得る。代わりに、プラズマガスバルブシステムは、所望の流量が達成され得るようにフローを計る定比弁であり得る。プラズマガスは、反応ガス、例えば酸化ガスであり得、電極ガスは、無反応ガス、例えば非酸化ガスであり得る。一実施形態において、プラズマガスは、酸素であり、電極ガスは窒素である。一実施形態において、プラズマガスおよび電極ガスは、プラズマチャンバ４２８において互いに接触する。プラズマガスおよび電極ガスは、それらがプラズマチャンバ４２８において互いに接触する前は、別々のストリームである。一実施形態において、プラズマガスおよび電極ガスは、プラズマチャンバ４２８に入る前に、互いに接触する。
【０１０６】
一実施形態において、プラズマアークトーチは、電源５１０に接続されたトーチ本体４０４を含む。トーチ本体４０４は、プラズマガスをプラズマアークが形成されるプラズマチャンバ４２８に向けるためのプラズマフローパスを含む。トーチ本体に取り付けされた電極１００は、電極１００本体１０４に位置する第１開口部１４４から電極１００の第２端１１２に位置する第２開口部１４８に延びる少なくとも一つの流路１４０を含む。コントローラ５００は、プラズマアークトーチパラメータの関数として少なくとも一つの流路１４０を通る電極ガスフローを制御する。電極ガスフローは、第１開口部１４４から第２開口部１４８へ流れる。ノズル４１６は、プラズマチャンバ４２８を規定するためにトーチ本体４０４において電極１００に対して取り付けされ得る。一実施形態において、孔１２８は、電極本体１００の第２端１１２に配置され、インサート１３２は、孔１２８内に位置する。インサート１３２の端面１２４は、第２開口部１４８に隣接して位置する。
【０１０７】
一実施形態において、インサート１３２は、高熱イオン放射率材料、例えば、タングステンまたはハフニウムから形成される。コントローラ５００は、インサート１３２のあたりの電極ガスのフローを可能にし、および／または制御する。オプションで、電極ガスは、インサート１３２の少なくとも一部を囲み、いつかの実施形態において、インサート１３２のあたりに電極ガスエンベロープを形成する。コントローラ５００は、電極ガスが流路の少なくとも一つを通って流れ得るようにするために電極ガスバルブシステムを制御し得る。代わりに、または、さらに、コントローラ５００は、プラズマガスがプラズマチャンバ４２８を通って流れ得るようにするためにプラズマガスバルブシステムを制御し得る。
【０１０８】
プラズマアークトーチシステムを動作するための方法は、電極１００およびノズル４１２がプラズマチャンバ４２８を規定するように、ノズル４１２に対して互いに間隔のある関係において取り付けられた電極１００を提供することを含む。電極１００は、本体１０４の第１開口部１４４から電極の端面における第２開口部１４８へ延びる少なくとも一つの流路１４０を有する。方法は、また、プラズマアークが形成されるプラズマチャンバ４２８を通るプラズマガスを向け、流路１４０の少なくとも一つ通る電極ガスを向け、プラズマアークトーチパラメータの関数として少なくとも一つの流路１４０を通る電極ガスフローを制御する。
【０１０９】
一実施形態において、電極ガスは、電極１００の第２端１１２に配置される孔１２８内に位置するインサート１３２のあたりに流れる。オプションで電極ガスフローは、電極の第２端１１２の少なくとも一部を囲む。例えば、電極ガスフローは、インサート１３２の少なくとも一部を囲む。
【０１１０】
別の実施形態において、方法は、電極ガスが少なくとも一つの流路１４０を通って流れ得るようにするために電極ガスバルブシステム（図示されていない）を制御することを含む。代わりに、または、さらに、方法は、プラズマガスがプラズマチャンバを通って流れ得るようにするためにプラズマガスバルブシステムを制御することを含む。プラズマガスは、反応ガス、例えば、酸素または空気などの酸化ガスを含む。電極ガスは、無反応ガス、例えば、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム、炭化水素の燃料などの非酸化ガス、またはそれらの任意の混合ガスを含み得る。電極ガスは、また、無反応ガスおよび反応ガスの混合ガスを含む。いくつかの実施形態において、非酸化ガスは一つの流路１４０ａを通って流れ、酸化ガスまたは酸化ガスと非酸化ガスとの混合ガスは、電極１００の別の流路１４０ｅを通って流れる。
【０１１１】
電極ガスは、例えば、ガスイオン化エネルギによって選択され得る。一実施形態において、電極ガスイオン化エネルギは、プラズマアークトーチのサイクルによって変動される。例えば、比較的低いイオン化エネルギを有する電極ガスが選択され、トーチ起動時に一つ以上の流路１４０を通って流される。オプションで、比較的に高いイオン化エネルギ電極ガスが選択され、プラズマアークトーチがプラズマアークを放出するとき一つの流路１４０を通って流される。流路１４０を通って流される各電極ガスのイオン化エネルギは、プラズマアークエネルギ要求に影響を与え得る。例えば、必要エネルギを減少させることは、トーチノズル、シールド、旋回リング、およびその他の消耗トーチ部品の寿命を伸ばし得る。複数の電極ガスは、流路１４０に入る前に、混合され得る。代わりに、またはさらに、一つのイオン化エネルギレベルガスは、一つの流路（例えば、１４０ａ）を通って流れ、別のイオン化エネルギレベルガスは、別の流路（例えば、１４０ｅ）通って流れる。選択されたイオン化エネルギレベルガスが流路１４０を通った後、それらのガスを結合することによって、所望のイオン化レベルが半製品において達成され得る。適切なイオン化レベルを有するガスは、例えば、酸素、空気、および、例えば、ヘリウム、ネオン、またはアルゴンなどの不活性ガスを含む。
【０１１２】
プラズマアークトーチ、流路１４０を有する電極１００、コントローラ、および本明細書に記述されたことのその他の局面は、切断システム、溶接システム、スプレーコーティングシステム、および当業者に公知のその他の適切なシステムにおいてインプリメントされ得る。変種、改変、および本明細書に記述されたことのその他のインプリメンテーションは、本発明の精神と範囲から逸脱しないで、当業者が思いつく。従って、本発明は、前述の例示的記述のみによって、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
本発明の前述のことおよびその他の物、特徴、および利点、ならびに本発明自体は、必ずしも一定の縮尺ではない添付図面と共に読まれるとき、以下の例示的記述から、より十分に理解される。
【図１】図１は、従来のプラズマアーク切断トーチの実例の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、トーチの動作時に作られる電極インサートの放射面の凹形を例示する図１のトーチの部分断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、トーチの動作時にノズル上の電極インサート材料の堆積に起因するダブルアークおよびノズル摩滅を例示する図１のトーチの部分断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの電極の端面図である。
【図４】図４は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図５】図５は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図６】図６は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図７】図７は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図８】図８は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図９】図９は、本発明の例示的実施形態に従った、電極の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の原理を具体化したプラズマアークトーチにおいて使用されるアセンブリの部分断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明に従った、電極の実施形態の分解組立透視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明に従った、電極の実施形態の組立図である。
【図１２】図１２は、本発明の例示的実施形態に従った、トーチチップに取り付けられた電極およびノズルの簡略化断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の電極を具体化したプラズマアークトーチの部分断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の電極を具体化したプラズマアークトーチの部分断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、自動化プラズマアークトーチの概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、自動化プラズマアークトーチの概略図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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