(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端にノズルを有するノズル部材、および、水冷用スリーブと先端が前記ノズル部材の内部にあってノズルに対向し後端が前記水冷用スリーブに一体の短い電極棒とを含む電極体、を備える電極背面冷却のプラズマトーチにおいて、
前記電極体を前記ノズルに対して接近する方向に移動可に案内する支持台；
前記電極体を前記支持台に固定するためのチャック；
前記水冷用スリーブ内に冷却水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管体であって、先端部に、該管体の側壁を貫通する冷却水通流口を有し、前記ノズルに対して接近する方向に移動可である管体；および、
該管体に、その先端が前記水冷用スリーブの内壁面に当たるように力を加えるばね部材； 
を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラズマトーチ。
【請求項２】
前記支持台の下端部には、雄ねじと、該雄ねじの中心にあって、前記水冷用スリーブを前記ノズルに対して接近する方向にスライドするように案内する通し穴があり；前記チャックは、上端面が前記支持台の前記通し穴が開いた下端面に当接し、筒状であって下端部に半径方向に拡大／縮退可能にするためのスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒と、前記支持台の下端部の前記雄ねじにねじ結合してねじ締め付けにより前記チャック筒のテーパ面を強く圧して前記チャック筒を前記水冷用スリーブに圧接するナットを含む；請求項１に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【請求項３】
更に、前記ナットと前記ノズル部材との間にあって、前記電極体の電極棒の中心軸が前記ノズル部材のノズルの中心となるように該電極棒を位置決めするセンタリングストーン；を備える、請求項２に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接，切断，加熱等の加工を行うプラズマトーチに関し、特に、高パワーアークでの使用に耐える電極背面冷却のプラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマトーチには、比較的に細径の長いタングステン電極棒を用いるもの（例えば特開平９−１９２８４２号公報）と、比較的に太径の短いタングステン電極棒を用いる電極背面冷却のものがある（例えば特開平１１−１１１４９２号公報）。前者では、電極支持筒内チャック筒に電極棒を通して、チャック筒のスリット状の切込があるテーパ付きの先端を半径方向に締め付けることによって、電極棒をチャック筒に固定する。電極棒の先端が消耗すると、チャックを緩めて電極棒を取り外して先端を研磨して先端形状を整えて再びチャックに固定する。このように電極棒を再利用できるので、またこれを意図して電極棒が長く作られているので、電極棒の経済性が高い。しかしながら、電極支持筒の中心軸部を長い電極棒が貫通し、チャックを外すと軸方向にスライドするので、電極棒の直接的な冷却が難しく、電極支持筒の外側面を水冷する冷却構造が用いられている。電極棒は電極支持筒およびチャックを介して間接的に冷却されるので、電極棒に蓄熱してしまい、高電流領域での使用では、電極棒先端の温度が高温になり過ぎ、電極棒の消耗が早くなる。
【０００３】
後者の、電極背面冷却のプラズマトーチでは、太径の短いタングステン電極棒の後端が銅製の冷却スリーブにロー付けで一体にされ、該スリーブ内に冷却水が送給されるので、電極棒の冷却効果が高く、電極も太いので、電極の消耗速度が遅く、高電流領域でも長時間使用できる。しかしながら、電極棒と冷却スリーブが一体の電極体が電極支持台に固定であるので、いったん電極棒が消耗すると、電極棒を研削してもノズルとの距離が長くなってしまうため、再使用ができず、電極体の経済性が低い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極背面冷却のプラズマトーチの電極体の経済性を高くすること、具体的には、電極の研削再使用を可能にすること、を第１の目的とし、電極の研削再使用をしてもノズルと電極先端との距離を所定値に維持することを第２の目的とし、電極の研削再使用をしても冷却能力は一定に維持することを第３の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）先端にノズル(3)を有するノズル部材(2)、および、水冷用スリーブ(6)と先端が前記ノズル部材(２)の内部にあってノズル(3)に対向し後端が前記水冷用スリーブ(6)に一体の短い電極棒(5)とを含む電極体(4)、を備える電極背面冷却のプラズマトーチ(1)において、
前記電極体(4)を前記ノズル(3)に対して接近する方向に移動可に案内する支持台(7)；
前記電極体(4)を前記支持台(7)に固定するためのチャック(8,9)；および、
前記水冷用スリーブ(6)内に冷却水を送給する、先端が該水冷用スリーブ内に入った管体であって、先端部に、該管体の側壁を貫通する冷却水通流口(11)を有し、前記ノズル(3)に対して接近する方向に移動可である管体(10)；および、
該管体(10)に、その先端が前記水冷用スリーブ(6)の内壁面に当たるように力を加えるばね部材(12)；
を備えることを特徴とする電極背面冷却のプラズマトーチ。
【０００６】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【０００７】
これによれば、電極棒(5)が消耗すると、チャック(8,9)を外して電極棒(5)を研削し、そして電極体(4)を、その電極棒(5)の先端がノズル(3)と所定距離になるように、支持台(7)に対して移動させて位置を調整し、そしてチャック(8,9)で電極体(4)を固定することにより、ノズル(3)と電極棒(5)の先端との距離を所定値に維持して電極体(4)を再使用することが出来る。これにより、電極体（４）の経済性が高くなる。
【０００８】
電極棒(5)の研削再使用によっても電極棒(5)の先端とノズル(3)との距離を所定値に一定にするために電極体(4)が全体としてノズル(3)に近づく方向に位置決めするとき、ばね部材(12)の力により管体(10)が電極体(4)の移動に伴って自動的に同じように移動し、管体(10)の先端が常に水冷用スリーブ(6)の内壁面に当たるので、電極棒(5)の冷却能力が一定に維持される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（２）前記支持台(7)の下端部には、雄ねじと、該雄ねじの中心にあって、前記水冷用スリーブ(6)を前記ノズル(3)に対して接近する方向にスライドするように案内する通し穴があり；前記チャック(8,9)は、上端面が前記支持台(7)の前記通し穴が開いた下端面に当接し、筒状であって下端部に半径方向に拡大／縮退可能にするためのスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒(8)と、前記支持台(7)の下端部の前記雄ねじにねじ結合してねじ締め付けにより前記チャック筒(8)のテーパ面を強く圧して前記チャック筒(8)を前記水冷用スリーブ(6)に圧接するナット(9)を含む；上記（１）に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【００１０】
（３）更に、前記ナット(9)と前記ノズル部材(2)との間にあって、前記電極体(4)の電極棒(5)の中心軸が前記ノズル部材(2)のノズル(3)の中心となるように該電極棒(5)を位置決めするセンタリングストーン(17)；を備える、上記（２）に記載の電極背面冷却のプラズマトーチ。
【００１１】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１２】
【実施例】
図１に本発明の一実施例の主要部の縦断面を示す。大要で凸型円柱状又は円筒状の絶縁スペーサ１３の中心には、通し穴があいており、該穴に凸型円柱状又は円筒状の銅製電極支持台７が挿入されている。この電極支持台７の中心にも通し穴が開いており、そこに電極体４の銅製水冷用スリーブ６が挿入され、また、水冷用のスライド管体１０が挿入されている。
【００１３】
水冷用スリーブ６の一端（先端）には太くて短いタングステン電極棒５の後端が挿入されロー付けにより固着されている。電極棒５の先端は、その中心に電気アークが集中するように円錐状である。理想状態では、電極棒５の中心軸が図に示すプラズマトーチの中心軸（トーチ中心軸）と合致する。水冷用スリーブ６に装着されたＯリングが、電極支持台７と水冷用スリーブ６との間を気密にシールしているが、水冷用スリーブ６は、電極支持台７に対して、トーチ中心軸が伸びる方向にスライドし得る。
【００１４】
電極支持台７の下端面には、短い筒状であって、下端部に半径方向に拡大／縮退可能にするための複数個のスリットを切りしかも外側面をテーパ状にしたチャック筒８の上端面が当接し、電極支持台７の下端部には雄ねじがあり、この雄ねじにねじ結合したチャック締め袋ナット９が、雄ねじへのねじ締め付けにより、チャック筒８のテーパ面をトーチ軸に沿って電極支持台７の下端部に向けて強圧することにより、袋ナット９，チャック筒８および電極支持台７が一体に結合し、しかも、チャック筒８のスリット切り下端部がトーチ軸心に向かう半径方向に強圧されて水冷用スリーブ６の外周面に圧接し、チャック筒８が水冷用スリーブ６を強圧保持する。これにより、袋ナット９およびチャック筒８を介して、水冷用スリーブ６（電極体４）が電極支持台７に一体に結合し固定されている。袋ナット９の下端面には、２個のピン受け穴１４が袋ナット９の中心軸に関して対称な位置にあり、図示しない分解／組立工具の対のピンをピン受け穴１４に挿入して該工具をトーチ中心軸を中心に廻すことにより、袋ナット９を電極支持台７の雄ねじにねじ締め（チャック筒８によって水冷用スリーブ６を強圧保持）することが出来、また、ねじ緩めにより該強圧保持を解除できる。
【００１５】
絶縁スペーサ１３の中央にあって下方に突出する小径の筒部分はノズル台１５を貫通し、絶縁スペーサ１３およびノズル台１５共に中継リング１６に圧入されて、三者が一体に結合している。三者間はＯリングで気密にシールされている。中心にノズル３が開いたノズル部材２には、センタリングストーン１７が挿入されており、電極棒５は、このセンタリングストーン１７を貫通して、トーチ中心軸上にあるノズル３に対向する。ノズル部材２は、袋ナット１８を貫通ししかも該ナット１８に係合している。袋ナット１８の雌ねじ穴にノズル台１５の雄ねじを受け入れるように袋ナット１８をノズル台１５にねじ結合してねじ締めつけすることにより、ノズル部材２の上向き小径筒部が絶縁スペーサ１３の内部に侵入し、ノズル２の太径の上端が、ノズル台１５の下端面に当たる。ノズル部材２と絶縁スペーサ１３の小径筒との間、ならびに、袋ナット１７とノズル部材２およびノズル台１５との間は、それぞれＯリングで気密にシールされている。
【００１６】
入水管１９の一端が固着された継手２０が、電極支持台７に圧入され固定されている。継手２０と電極支持台７との間は、Ｏリングで気密にシールされている。継手２０にはスライド管体１０の上端部がトーチ中心軸の延びる方向にスライド可能に挿入されている。スライド管体１０の長手方向略中央部には、三角形板状のフランジ２１があり、このフランジ２１が、電極支持台７の中心穴の壁面で、スライド管体１０をトーチ中心軸上に置くように案内されている。フランジ２１が三角形板状であるので、電極支持台７の中心穴内の、フランジ２１で区分される上，下の空間は通じており、下空間から上空間に冷却水が流れることが出来る。
【００１７】
スライド管体１０は、圧縮コイルスプリング１２を貫通しており、このスプリング１２のばね力で下向きに押されている。これによりスライド管体１０の下端が、水冷用スリーブ６の内部に進入してその穴底に当たっている。スライド管体１０の下端は開いておりしかも側壁に、下端にまで達する４つの開口１１があり、これにより４脚が形成されてこれらの脚端が、水冷用スリーブ６の穴底に当たっている。
【００１８】
入水管１９に供給される冷却水は、継手２０に挿入したスライド管体１０に入り、スライド管体１０を通って水冷用スリーブ６の内部の穴底に当たり、冷却スリーブ１０の穴底の高熱量を吸収する。これが電極体４の水冷冷却である。
【００１９】
そして該冷却水は、スライド管体１０の下端の側壁開口１１を通って、水冷用スリーブ６の内部に出て、そこから電極支持台７の中心の通し穴に出て、フランジ２１の隙間を通ってスプリング１２がある空間に入り、そして、電極支持台７の、半径方向に延びる横穴２２、ならびに電極支持台７，絶縁スペーサ１３およびノズル台１５を軸方向に貫通するチップ給水路２３を通ってノズル部材２の冷却水注入空間２４に入る。空間２４を通ってノズル部材２を冷却した冷却水は、ノズル台１５，絶縁スペーサ１３および電極支持台７を軸方向に貫通するチップ排水路２５を通って配水管２６に出る。
【００２０】
なお、プラズマ用のパイロットガスは、絶縁スペーサ１３の下方に突出する小径筒内の、センタリングストーン１７の外側の空間に供給されてセンタリングストーン１７の側壁開口からその内部に入って、電極棒５の外側面に沿って下方に流れてノズル部材２の内部に出て、そしてノズル３から、トーチ外部に噴出する。電極棒５からアークが発生しているときには、それによって電離してプラズマとなって噴出する。シールドキャップ２７の内空間にはシールドガスが供給され、それがノズル部材２の該表面を包むように流出してノズル３から噴射するプラズマを包み、ノズル部材２およびプラズマ加工対象材の酸化を防ぐ。
【００２１】
電極棒５の先端が消耗すると、袋ナット２８のねじ締めを緩める方向に廻して、シールドキャップ２７を取り外し、袋ナット１８をノズル台１５から外してセンタリングストーン１７とノズル部材２を取り外す。トーチ１の、センタリングストーン１７があった位置に、先端に一対のピンが立った図示しない分解／組立工具を挿入し、ピンを袋ナット９の下端面にあるピン穴に挿入して、袋ナット９のねじ締めを緩める方向に、分解／組立工具を廻して袋ナット９を緩める。これによりチャック筒８のスリーブ強圧がなくなり、電極体４をトーチ下端から引き出すことができる。
【００２２】
そして、電極体４を再使用するために、引き出した電極体４の電極棒５の先端を研削して整った円錐形状とする。そして電極体４を、上述の分解工程の逆順で電極支持台７に固定する。この固定の直前に、電極棒５の先端が所定位置になるように、電極体４のトーチ中心軸方向の位置を調整する。そしてセンタリングストーン１７とノズル部材２を装着する。
【００２３】
電極棒５が研削によって短くなった分、電極体４が電極支持台７より下方に下がった位置となるが、スライド管体１０が、圧縮コイルスプリング１２で押されてその下端が水冷用スリーブ６の、電極棒５の上端面に対向する底壁面に当たり、電極体４の水冷用スリーブ６とスライド管体１０の下端部との相対位置関係は、電極棒５の研削前と違いはなく、電極棒５の冷却能力に変化はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の主要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１：プラズマトーチ    ２：ノズル部材
３：ノズル            ４：電極体
５：電極棒            ６：水冷用スリーブ
７：電極支持台        ８：チャック筒
９：袋ナット          １０：スライド管体
１１：開口            １２：スプリング
１３：絶縁スペーサ    １４：ピン穴
１５：ノズル台        １６：中継リング
１７：センタリングストーン
１８：袋ナット        １９：入水管
２０：継手            ２１：フランジ
２２：横穴            ２３：チップ給水路
２４：冷却水注入空間  ２５：チップ排水路
２６：配水管          ２７：シールドキャップ
２８：袋ナット
【図１】
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