(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ粉体肉盛溶接のトーチヘッド先端に装着される装着面と、
被加工物と対面する先端面と、を有し、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるアーク通過孔であって、プラズマアークを発生させる電極棒が挿入され、前記プラズマアークが通過するアーク通過孔と、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるパウダーガス流路であって、前記アーク通過孔の外周に複数設けられ、パウダーガスが通過するパウダーガス流路と、
前記装着面に形成された冷却水入口と冷却水出口に連通し、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する冷却水流路と、
を具えるトーチノズルであって、
前記冷却水流路は、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する迂回路と、前記パウダーガス流路間で前記アーク通過孔に接近する蛇行接近路を有する、
トーチノズル。
【請求項２】
前記冷却水入口及び前記冷却水出口は、前記アーク通過孔の同心円上に隣接して配置され、
前記冷却水流路は、前記冷却水入口に連通する入口側屈曲路と、前記冷却水出口に連通する出口側屈曲路を有し、前記入口側屈曲路と前記出口側屈曲路は、互いに接近する方向に屈曲している、
請求項１に記載のトーチノズル。
【請求項３】
プラズマ粉体肉盛溶接のトーチヘッド先端に装着される装着面と、
被加工物と対面する先端面と、を有し、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるアーク通過孔であって、プラズマアークを発生させる電極棒が挿入され、前記プラズマアークが通過するアーク通過孔と、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるパウダーガス流路であって、前記アーク通過孔の外周に複数設けられ、パウダーガスが通過するパウダーガス流路と、
前記装着面に形成された冷却水入口と冷却水出口に連通し、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する冷却水流路と、
を具えるトーチノズルであって、
前記冷却水入口及び前記冷却水出口は、前記アーク通過孔の同心円上に隣接して配置され、
前記冷却水流路は、前記冷却水入口に連通する入口側屈曲路と、前記冷却水出口に連通する出口側屈曲路を有し、前記入口側屈曲路と前記出口側屈曲路は、互いに接近する方向に屈曲している、
トーチノズル。
【請求項４】
前記冷却水流路は、前記アーク通過孔の外周に円環状に延びる、
請求項３に記載のトーチノズル。
【請求項５】
前記冷却水入口と前記冷却水出口は、隣り合う一対のパウダーガス流路間で開口している、
請求項１乃至請求項４の何れかに記載のトーチノズル。
【請求項６】
前記冷却水流路の内面には、流通する冷却水の流れを撹拌する撹拌部材が形成される、
請求項１乃至請求項５の何れかに記載のトーチノズル。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れかに記載のトーチノズルを先端に装着してなるトーチヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ粉体溶接に用いられるトーチノズルに関するものであり、より具体的には、小型化を図りつつ、水冷効果を高めることのできるプラズマ粉体溶接トーチノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ粉体溶接は、肉盛材となる粉体を送給してプラズマアーク中で溶融させ、被加工材に肉盛溶接を行なう技術である。プラズマアークは、トーチヘッドの先端に取り付けられたトーチノズルの中央のアーク通過孔から被加工材に向けて放電される。また、粉体は、アルゴンガス等の不活性ガスと共に、アーク通過孔の外周に設けられたパウダーガス流路を通って放出される。トーチノズルの外周にはアルゴンガス等の不活性ガスからなるシールドガスが供給される。
【０００３】
トーチノズルは、発生するプラズマアークにより非常に高温になるため、トーチノズル自体を冷却するために内部に冷却水路を設け、冷却水を供給している（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１６２５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配管の内面での溶接などに用いられるトーチヘッドやトーチノズルは、たとえば内径８０ｍｍ以下の径小な配管で使用される場合、小型化が求められる。しかしながら、トーチノズルの小型化は、熱負荷の増大を招き、スパッタの増大、付着したスパッタの除去作業増、トーチノズルの短寿命化に繋がる。従って、トーチノズルの冷却能力の向上を図る必要がある。
【０００６】
本発明は、冷却能を高めることのできるトーチノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るトーチノズルは、
プラズマ粉体肉盛溶接のトーチヘッド先端に装着される装着面と、
被加工物と対面する先端面と、を有し、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるアーク通過孔であって、プラズマアークを発生させる電極棒が挿入され、前記プラズマアークが通過するアーク通過孔と、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるパウダーガス流路であって、前記アーク通過孔の外周に複数設けられ、パウダーガスが通過するパウダーガス流路と、
前記装着面に形成された冷却水入口と冷却水出口に連通し、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する冷却水流路と、
を具えるトーチノズルであって、
前記冷却水流路は、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する迂回路と、前記パウダーガス流路間で前記アーク通過孔に接近する蛇行接近路を有する。
【０００８】
前記冷却水入口及び前記冷却水出口は、前記アーク通過孔の同心円上に隣接して配置され、
前記冷却水流路は、前記冷却水入口に連通する入口側屈曲路と、前記冷却水出口に連通する出口側屈曲路を有し、前記入口側屈曲路と前記出口側屈曲路は、互いに接近する方向に屈曲している構成とすることができる。
【０００９】
また、本発明に係るトーチノズルは、
プラズマ粉体肉盛溶接のトーチヘッド先端に装着される装着面と、
被加工物と対面する先端面と、を有し、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるアーク通過孔であって、プラズマアークを発生させる電極棒が挿入され、前記プラズマアークが通過するアーク通過孔と、
前記装着面から前記先端面に向けて貫通形成されるパウダーガス流路であって、前記アーク通過孔の外周に複数設けられ、パウダーガスが通過するパウダーガス流路と、
前記装着面に形成された冷却水入口と冷却水出口に連通し、前記複数のパウダーガス流路の外周側を周回する冷却水流路と、
を具えるトーチノズルであって、
前記冷却水入口及び前記冷却水出口は、前記アーク通過孔の同心円上に隣接して配置され、
前記冷却水流路は、前記冷却水入口に連通する入口側屈曲路と、前記冷却水出口に連通する出口側屈曲路を有し、前記入口側屈曲路と前記出口側屈曲路は、互いに接近する方向に屈曲している。
【００１０】
前記冷却水流路は、前記アーク通過孔の外周に円環状に延びる構成とすることができる。
【００１１】
前記冷却水入口と前記冷却水出口は、隣り合う一対のパウダーガス流路間で開口している構成とすることができる。
【００１２】
前記冷却水流路の内面には、流通する冷却水の流れを撹拌する撹拌部材を形成することができる。
【００１３】
本発明のトーチヘッドは、上記記載のトーチノズルを先端に装着してなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のトーチノズルによれば、冷却水流路がアーク通過孔に接近する蛇行接近路を有することで、高温に加熱されるアーク通過孔の周縁を効果的に冷却できる。
【００１５】
また、本発明のトーチノズルによれば、冷却水流路は、冷却水入口と冷却水出口に互いに接近する方向に屈曲した入口側屈曲路と出口側屈曲路を設けたことで、冷却水入口と冷却水出口間も効果的に冷却できる。
【００１６】
本発明のトーチノズルによれば、上記冷却水流路の形状にしたことで、トーチノズルを小型化した場合であっても、十分な冷却能を具備できる。これにより、トーチノズルの熱負荷増大を阻止でき、スパッタの低減、付着したスパッタの除去作業減、トーチノズルの長寿命化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるトーチノズルを装着面側から見た斜視図である。
【図２】図２は、トーチノズルの平面図である。
【図３】図３は、トーチノズルの正面図である。
【図４】図４は、トーチノズルの底面図である。
【図５】図５は、図２の（ａ）線Ａ−Ａ、（ｂ）線Ｂ−Ｂ、（ｃ）線Ｃ−Ｃに沿う矢視断面図である。
【図６】図６は、図３の（ｄ）線Ｄ−Ｄ、（ｅ）線Ｅ−Ｅに沿う矢視断面図である。
【図７】図７は、図２の（ｆ）線Ｆ−Ｆ、（ｇ）線Ｇ−Ｇに沿う矢視断面図である。
【図８】図８は、冷却水流路中に撹拌部材を４つ設けたトーチノズルの断面図であって、（ｃ）図２の線Ｃ−Ｃ、（ｄ）図３の線Ｄ−Ｄ、（ｅ）図３の線Ｅ−Ｅの矢視断面に相当する断面図である。
【図９】図９は、冷却水流路中に撹拌部材を２つ設けたトーチノズルの断面図であって、（ｃ）図２の線Ｃ−Ｃ、（ｄ）図３の線Ｄ−Ｄ、（ｅ）図３の線Ｅ−Ｅの矢視断面に相当する断面図である。
【図１０】図１０は、比較のために作製した円環状に冷却水流路を形成したトーチノズルの断面図であって、（ｃ）図２の線Ｃ−Ｃ、（ｄ）図３の線Ｄ−Ｄ、（ｅ）図３の線Ｅ−Ｅ、（ｆ）図２の線Ｆ−Ｆの矢視断面に相当する断面図である。
【図１１】図１１は、第１実施例における発明例３と参考例の温度分布図であって、（α）は図２の線Ａ−Ａに沿う断面の温度分布、（β）は先端面全体の温度分布、（γ）は先端面中央の評価面の温度分布を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のトーチノズル１０の一実施形態について、図面を参照しながら説明を行なう。
【００１９】
トーチノズル１０は、プラズマ粉体溶接に用いられるトーチヘッド（図示せず）に装着されるチップである。トーチヘッドは、一般的にタングステンからなる電極棒が突出して配備されている。また、トーチヘッドには、複数のパウダーガス送給口と、冷却水を供給及び回収する冷却水供給口と冷却水回収口、シールドガスを送給する環状のシールドガス送給筒を有する。トーチヘッドは、次に説明するトーチノズル１０の装着面１１を参照してわかる通り、電極棒を中心とし、その外周に７５°から１０５°の間隔で４つのパウダー送給口が配置され、隣り合うパウダー送給口間に冷却水供給口と冷却水回収口が配置された構成である。もちろん、トーチヘッドの構成や送給口等の配置、数はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１は、トーチノズル１０を、トーチヘッドへの装着面１１側から見た斜視図、図２は、装着面１１を上面とする平面図である。また、図３は正面図、図４は、被加工物と対面する先端面１２側の底面図、また、図５乃至図７は夫々図２、図３に示す線Ａ−Ａ〜線Ｇ−Ｇに沿う矢視断面図である。
【００２１】
トーチノズル１０は、たとえばクロム銅から作製することができ、３Ｄプリンターを用いて下記の形状に形成することができる。もちろん、トーチノズル１０の材料、製法はこれらに限定されない。
【００２２】
トーチノズル１０は、図１等に示すように、先端がやや縮径した円柱状形状とすることができる。トーチヘッドへの装着面１１となる上面には、中央に電極棒が侵入し、プラズマアークが通過するアーク通過孔２０が形成されている。アーク通過孔２０は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように先端面１２側で縮径した形状であり、図４に示すように、トーチノズル１０を貫通して先端面１２で開口している。
【００２３】
装着面１１の周面は外周に向けて鍔状に突出しており、シールドガスが通過するシールドガス通過路３０が複数形成されている。図示の実施形態では、シールドガス通過路３０は装着面１１の外縁に凹設された凹みであり、トーチノズル１０をトーチヘッドに装着した状態でシールドガス供給筒と連通し、シールドガスを供給する。なお、シールドガス通過路３０は、貫通孔形状であってもよい。
【００２４】
アーク通過孔２０の周囲には、図１、図２、図５（ｃ）に示すように、パウダーガス流路４０（図示では個々のパウダーガス流路を符号４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄで示している。）が７５°から１０５°の間隔で形成されている。パウダーガス流路４０ａと４０ｂ、４０ｃと４０ｄは夫々装着面１１に凹設された円弧状の凹み４１，４１の底面で開口している。当該凹み４１はトーチヘッドのパウダーガス供給口と接続される。パウダーガス流路４０は、装着面１１から先端面１２に向けて、図５（ｃ）に示すように中央側に傾斜して形成されており、図４に示すように先端面１２側ではアーク通過孔２０の近傍で開口している。
【００２５】
また、トーチノズル１０の装着面１１は、冷却水流路５０と連通した冷却水入口５１と冷却水出口５２が開設されている。図示の実施形態では、図１、図２に示すように、冷却水入口５１と冷却水出口５２は、夫々装着面１１に凹設されたパッキン取付凹み５１ａ，５２ａの底面に開設されており、パッキン取付凹み５１ａ，５２ａにパッキンを装着し、トーチヘッドの冷却水供給口と冷却水回収口に接続することができる。
【００２６】
冷却水流路５０は、トーチノズル１０の内部に形成され、アーク通過孔２０及びパウダーガス流路４０の外周側を周回するよう略円弧状に形成される。冷却水流路５０には、トーチヘッドの冷却水供給口から冷却水入口５１を経て冷却水が供給され、トーチノズル１０を冷却して冷却水出口５２から冷却水供給口に排出される。
【００２７】
冷却水入口５１と冷却水出口５２は、隣り合う一対のパウダーガス流路４０ａ，４０ｄ間に設けることが好適であり、パウダーガス流路４０ａ，４０ｄと同心円上に隣接して配置されることが望ましい。冷却水入口５１と冷却水出口５２をパウダーガス流路４０ａ，４０ｄ間に開設したことで、冷却水入口５１と冷却水出口５２をアーク通過孔２０に接近させることができ、トーチノズル１０の冷却能を高めることができる。
【００２８】
冷却水入口５１と冷却水出口５２の内部は、図６（ｄ）と（ｅ）、より詳細には図７（ｆ）と（ｇ）に示すように、冷却水流路５０どうしが互いに接近する方向に屈曲した入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を有する形状とすることが望ましい。入口側屈曲路５３は、冷却水入口５１から先端面１２に向けて延びる流路であって、出口側屈曲路５４に向けて図示では略くの字状に屈曲している。また、出口側屈曲路５４は、冷却水出口５２から先端面１２に向けて延びる流路であって、入口側屈曲路５３に向けて図示では略くの字状に屈曲している。冷却水入口５１と冷却水出口５２は、トーチヘッドの冷却水供給口と冷却水回収口に接続するために、所定の間隔を存して設ける必要がある。その結果、冷却水入口５１と冷却水出口５２が離間してしまうから、冷却水入口５１と冷却水出口５２との間の冷却能が低下する。そこで、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設けることで、離間した冷却水入口５１と冷却水出口５２間に冷却水の流路を形成し、冷却能の向上を図ることができる。
【００２９】
冷却水流路５０は、冷却水入口５１と冷却水出口５２の間は、上記の通り、アーク通過孔２０及びパウダーガス流路４０の外周を周回する。トーチノズル１０中、加熱を受け易い領域は、アークの発熱を受けるアーク通過孔２０の周囲である。従って、アーク通過孔２０により近い位置に冷却水流路５０を設けることで、トーチノズル１０の冷却能を高めることができる。そこで、本発明では、冷却水流路５０を円環状に形成するのではなく、断面図６（ｄ）及び（ｅ）に示すように、冷却水流路５０を蛇行させ、アーク通過孔２０のより近い位置を通過させるようにしている。具体的には、冷却水流路５０は、パウダーガス流路４０の外周側を周回する迂回路５５と、パウダーガス流路４０間でアーク通過孔２０に接近する蛇行接近路５６を接続した構成とすることができる。トーチノズル１０の縦断面図を参照すると、図５（ｃ）に示すように、パウダーガス流路４０の外周側では冷却水流路５０は、トーチノズル１０の周面近傍を通過する迂回路５５であり、パウダーガス流路４０間では、図５（ａ）と（ｂ）に示すように、アーク通過孔２０の近傍、すなわち、内周側に近い位置を通過する蛇行接近路５６であることがわかる。
【００３０】
上記のように冷却水流路５０を蛇行させることで、高温になるアーク通過孔２０の近傍を直接冷却することができ、トーチノズル１０の冷却能を高めることができる。
【００３１】
より望ましくは、冷却水流路５０は、トーチノズル１０に要求される強度を具備した上で、流路ができるだけアーク通過孔２０に接近し、また、アーク通過孔２０側の流路壁の面積が大きくなるように形成する。図示の実施形態では、冷却水流路５０の迂回路５５は、図５（ｃ）に示すように内周側はパウダーガス流路４０の傾斜に合わせた傾斜面を有し、外周側はトーチノズル１０の周面形状に倣って先端面１２側が一部凹んだ形状としており、蛇行接近路５６は図５（ｂ）に示すようにアーク通過孔２０の形状に合わせた傾斜面を有する形状としている。これにより、冷却水流路５０の流路断面を大きくして、冷却水の流路抵抗を小さくしつつ、できるだけ多くの冷却水を流通させて冷却能を高めることができる。このような冷却水流路５０を有するトーチノズル１０は、３Ｄプリンターにより好適に作製することができる。
【００３２】
図１乃至図７の実施形態では、冷却水流路５０は、入口側屈曲路５３、出口側屈曲路５４を冷却水入口５１と冷却水出口５２に連通して形成し、さらに、冷却水流路５０は迂回路５５と蛇行接近路５６を有する構成としている。これは最も望ましい実施形態である。冷却能はやや落ちるが、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設けてこれらの間は円環状の流路で接続する構成、或いは、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設けず、迂回路５５と蛇行接近路５６を具備した構成としても構わない。
【００３３】
本発明のトーチノズル１０によれば、トーチノズル１０内に形成される冷却水流路５０の形状を上記の通りとすることで、冷却水との熱交換を好適に行なうことができ、トーチノズル１０の冷却能を高めることができる。従って、小型化の要請のあるトーチノズル１０であっても、すぐれた冷却能を具備でき、トーチノズル１０やこれが装着されたトーチヘッドの熱負荷増大を阻止し、スパッタの低減、付着したスパッタの除去作業減、トーチノズル１０やトーチヘッドの長寿命化を達成できる。
【００３４】
＜変形例＞
冷却水流路５０内を流通する冷却水の流れを撹拌し、冷却水が冷却水流路５０の内面に衝突する流れを形成することで、冷却能をさらに高めることができる。このような流れを実現するために、図８、図９に示すように、冷却水流路５０内に１又は複数の撹拌部材６０を突設することができる。撹拌部材６０は、フィン状の形態、じゃま板状の形態、或いは、突起状の形態とすることができる。
【００３５】
図８は、撹拌部材６０を４つ形成した実施形態、図９は撹拌部材６０を２つ形成した実施形態である。撹拌部材６０を複数形成することで、冷却水流路５０内で冷却水を万遍なく撹拌させることでき、冷却能を高めることができる。
【００３６】
また、撹拌部材６０を１つだけ形成する場合には、後記する実施例の通り、撹拌部材６０の形成位置は、冷却水入口５１に近い位置とすることが好適である。撹拌部材６０を上流側に設けることで、撹拌部材６０を中流、下流側に設ける場合に比べて、冷却水流路５０の中流、下流側まで撹拌効果を長い経路中で維持できることによる。
【００３７】
冷却水流路５０は、パウダーガス流路４０の外周側を周回する迂回路５５に加え、パウダーガス流路４０の内周側を通る冷却水流路を設けることで冷却能を高めてもよい。また、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設けてこれらの間は円環状の冷却水流路５０で接続する構成の場合、当該冷却水流路５０は、パウダーガス流路４０の内周側を通る流路のみとしても構わない。
【００３８】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するように解すべきものではない。又、本発明の各部構成は上記一実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
【００３９】
たとえば、トーチノズル１０の外観形状やアーク通過孔２０の形状、パウダーガス流路４０の形状や数は上記実施形態に限定されないことはもちろんである。また、冷却水流路５０の断面形状、蛇行形状等も上記実施形態に限定されるものではない。冷却水流路５０は、装着面１１と平行な面内での蛇行だけでなく、装着面１１に対して垂直な上下方向に蛇行する形態であってもよい。
【実施例】
【００４０】
以下トーチノズルを夫々作製し、冷却能を比較した。トーチノズルはクロム銅（定圧比熱３８５Ｊ／ｋｇ・Ｋ、熱伝導率３２４Ｗ／ｍ・Ｋ）粉末を用い、３Ｄプリンターで作製した。
【００４１】
＜第１実施例＞
発明例１は、冷却水入口５１と冷却水出口５２に入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設けた実施例であり、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４間はパウダーガス流路４０の外周を通る円環状の冷却水流路５０とした実施例（屈曲路のみ）である。
【００４２】
発明例２は、冷却水入口５１と冷却水出口５２間に、パウダーガス流路４０の外周側を周回する迂回路５５と、パウダーガス流路４０間でアーク通過孔２０に接近する蛇行接近路５６を接続した冷却水流路５０を設けた構成であって、入口側屈曲路と出口側屈曲路のない実施例（蛇行のみ）である。
【００４３】
発明例３は、図１乃至図７に示す、冷却水入口５１と冷却水出口５２に入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４を設け、さらに、入口側屈曲路５３と出口側屈曲路５４間は、冷却水流路５０にパウダーガス流路４０の外周側を周回する迂回路５５と、パウダーガス流路４０間でアーク通過孔２０に接近する蛇行接近路５６を設けた実施例（屈曲路及び蛇行あり）である。冷却水流路５０の断面形状は図５乃至図７に示す通りである。
【００４４】
参考例は、図１０に示すように、入口側屈曲路、出口側屈曲路がなく、冷却水入口７２と冷却水出口７３を円環状の冷却水流路７１に直接接続した比較のために作製したトーチノズル７０である（屈曲路及び蛇行なし）。冷却水流路７１の断面は図１０に示すように略三角形形状である。
【００４５】
上記発明例１乃至３、比較例のトーチノズルのアーク通過孔を夫々１０００℃に加熱し、１５℃の冷却水を５００リットル／ｈで冷却水入口から供給し、先端面のうち、パウダーガス流路４０を囲む円領域を評価面１３（図１１参照）とし、評価面の平均温度と、冷却水出口から排出される冷却水の温度を測定した。評価面平均温度が低いほど高い冷却能を有することを意味し、排出冷却水温度が高い程、トーチノズルと冷却水との熱交換が好適に行なわれて冷却能が高いことを意味する。結果を表１に示す。また、発明例３と参考例の温度分布図を図１１に示す。図１１（α）は図２の線Ａ−Ａに沿う断面の温度分布、（β）は先端面１２の全体の温度分布、（γ）は先端面１２の中央の評価面１３の温度分布を拡大した図である。
【００４６】
【表１】
0006853409.tif 000002
【００４７】
表１を参照し、参考例と発明例１を比較すると、冷却水流路に入口側屈曲路と出口側屈曲路を設けることで評価面平均温度は２３℃低下させることでき、排出冷却水温度を０．２℃高めることができた。これは、入口側屈曲路と出口側屈曲路を設けたことで、離間せざるを得ない冷却水入口と冷却水出口と間に冷却水の流路を形成できたことで、冷却を受けない領域が発生することを抑制できたことによる。
【００４８】
また、参考例と発明例２を比較すると、冷却水流路を迂回路と蛇行接近路により蛇行形成したことで、発明例２は、評価面平均温度を９１℃低下させることができ、排出冷却水温度を１．１℃高めることができた。これは、アーク通過孔に接近するよう冷却水流路を蛇行させたことで、アーク通過孔の近傍が好適に冷却できたことによる。また、発明例１と発明例２を比較すると、発明例２の方が高い冷却能を有していることがわかる。この結果から、冷却水流路を蛇行させる方が冷却効果を高められることがわかる。
【００４９】
発明例３は、図１１を参照して参考例との比較を行なう。図１１はグレースケールであるため色の濃淡が判別し難いが、アーク通過孔２０に近い濃色部分が約７５０℃〜１０００℃、パウダーガス流路４０が形成されている近傍の淡色部分が約４００℃〜７５０℃、評価面１３の外周側が約１５０℃〜４００℃である。図１１（α）を参照すると、発明例３は蛇行接近路５６を形成したため、アーク通過孔２０近傍の温度が低下していることがわかる。また、発明例３は、入口側屈曲路と出口側屈曲路（何れも図示なし）を設けたことで、アーク通過孔２０を挟んで蛇行接近路５６と対向する領域の温度も低下できたことがわかる。また、図１１（β）、（γ）を参照すると、先端面１２、評価面１３の何れも温度低下を達成できていることがわかる。
【００５０】
さらに、発明例３は、表１を参照してわかる通り、比較例はもちろん、発明例１、２よりもすぐれた冷却能を発揮している。これは、入口側屈曲路と出口側屈曲路を設けた効果と、蛇行させた効果の両方を具備したことによる相乗効果である。従って、発明例３の形態が最も望ましい実施形態と言える。
【００５１】
＜第２実施例＞
上記した発明例３のトーチノズルについて、冷却水流路５０中に４つの撹拌部材６０（発明例４：図８）、２つの撹拌部材６０（発明例５：図９）を形成し、撹拌部材のない発明例３との冷却能の違いを評価面平均温度と排出冷却水温度で比較した。トーチノズルの加熱温度、供給される冷却水の温度は第１実施例と同じである。撹拌部材６０は、図８、図９に示すように、夫々迂回路５５に形成した。結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
表２を参照すると、冷却水流路中に撹拌部材を設けることで、冷却能を高められることがわかる。また、撹拌部材が多いほど、好適に冷却水が撹拌されて、冷却水が冷却水流路と衝突する結果、冷却能が高められることがわかる。
【００５４】
＜第３実施例＞
上記した発明例３のトーチノズルについて、冷却水流路中の異なる位置に撹拌部材を１つ形成し、冷却能の違いを評価面平均温度で比較した。トーチノズルの加熱温度、供給される冷却水の温度は第１実施例と同じである。撹拌部材は、入口側屈曲路５３内、上流側：入口側屈曲路５３の直下の迂回路（図８の符号５５ａ）、中流側：図８の迂回路５５ａの直下の迂回路５５ｂ、下流側：出口側屈曲路５４の直上の迂回路（符号５５ｄ）、出口側屈曲路５４内に形成した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
表３を参照すると、何れも発明例３（撹拌部材なし）よりも冷却能を高められたことがわかる。撹拌部材を設けた発明例どうしで比較すると、発明例８で示すように、撹拌部材は冷却水流路の中流側に設けることで最も冷却能を高められることがわかる。撹拌部材を入口側屈曲路内や上流側に設けた発明例６、発明例７が中流側の発明例８よりも冷却能で劣るのは、トーチヘッドから流入した冷却水が、入口側屈曲路で流れ方向を変えて侵入することで、撹拌が十分に行なわれており、撹拌部材による撹拌効果が薄いためと考えられる。一方で、発明例８に示すように冷却水流路の中流に撹拌部材を設けることで、蛇行した冷却水路を通過する内に、整流された冷却水が中流側の撹拌部材によって再撹拌され、冷却水流路全体に亘って冷却能向上効果を維持できたと考えられる。一方、下流側（発明例９）や出口側屈曲路内（発明例１０）でも撹拌部材による冷却効果はあるが、再撹拌しても中流側（発明例８）よりも高い冷却効果は発揮できない。故に、撹拌部材を冷却水流路中に設ける場合、中流側、具体的には冷却水流路の上流側から見て１／４〜３／４の位置、より好適には１／３〜２／３の位置とすることが望ましい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  トーチノズル
１１  装着面
１２  先端面
２０  アーク通過孔
４０  パウダーガス流路
５０  冷却水流路
５１  冷却水入口
５２  冷却水出口
５３  入口側屈曲路
５４  出口側屈曲路
５５  迂回路
５６  蛇行接近路
６０  撹拌部材
【要約】
【課題】本発明は、冷却能を高めることのできるトーチノズルを提供する。
【解決手段】本発明のトーチノズル１０は、プラズマ粉体肉盛溶接のトーチヘッド先端に装着される装着面１１と、被加工物と対面する先端面１２と、を有し、装着面から先端面に向けて貫通形成されるアーク通過孔であって、プラズマアークを発生させる電極棒が挿入され、プラズマアークが通過するアーク通過孔２０と、装着面から先端面に向けて貫通形成されるパウダーガス流路であって、アーク通過孔の外周に複数設けられ、パウダーガスが通過するパウダーガス流路４０と、装着面に形成された冷却水入口５１と冷却水出口５２に連通し、複数のパウダーガス流路の外周側を周回する冷却水流路５０と、を具えるトーチノズルであって、冷却水流路は、複数のパウダーガス流路の外周側を周回する迂回路５５と、パウダーガス流路間でアーク通過孔に接近する蛇行接近路５６を有する。
【選択図】図６【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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