(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチに装着されプラズマアークを形成する電極と、前記電極の周囲に配置されると共にトーチに装着され先端にプラズマアーク及び該プラズマアークに沿った気流を噴射するオリフィスが形成されたノズルと、前記ノズルの周囲に配置され先端が該ノズルに嵌合して該ノズルをトーチに装着するキャップとを有するプラズマトーチに於いて、前記キャップは複数のキャップ部材からなり、該複数のキャップ部材の少なくとも一対のキャップ部材を一部で互いに固着したとき、これらのキャップ部材の間にプラズマアークに沿って噴射する気流を構成するガスをノズルのオリフィスよりも上流側に供給するガス供給路を形成するように構成したことを特徴とするプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトーチ先端からプラズマガスを噴出して切断を行うプラズマトーチに関するものであり、特に２系統以上のガスをトーチに供給して切断を行うプラズマ切断トーチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマ切断装置はプラズマの高熱を利用して切断を行うものであり、プラズマトーチにプラズマ化させるガス（以下プラズマガスと呼ぶ）を供給すると共に、プラズマトーチ先端のノズル内部に取り付けられた電極からプラズマガスに高電圧をかけてプラズマアークを発生させる。プラズマアークはノズルによって絞られて、高温高速のプラズマジェットとしてノズル先端より噴出してワークの切断を行う。
【０００３】
しかしプラズマジェットのみでは到達力が弱く、また金属の切断に於いては酸素を供給して燃焼させることにより高能率な切断が可能であることから、二次気流をプラズマジェットの周囲に沿わせる形で噴出することが多く行われている。また二次気流に酸素を使用した場合、切断部位に於ける酸素純度を保つためにさらに三次気流を噴出することもある。これら二次気流や三次気流は旋回させることにより切断面に特性を持たせることができるという効果も有している。
【０００４】
このように噴出させるガスの系統を増加させるために、トーチ内にはガスの系統と同数の経路を設ける必要がある。したがって例えば二次気流まで使用するのであればキャップ及びノズルを二重構造、三次気流まで使用するならば三重構造の構成として、その間隙を二次または三次ガスの経路とする。また、ノズル部材はキャップ部材に嵌合されるよう構成されており、キャップ部材をトーチ本体に取り付けることによってノズル部材をも係止しうる構造となっている。プラズマトーチの従来例を図５に示して説明する。
【０００５】
図５に示すのは従来例に係るプラズマトーチの先端部の拡大断面図である。本従来例に係るプラズマトーチはトーチ50の中心に電極53が設けられており、該電極の53の先端にセンタリングストーン54を介してノズル51が嵌合され、その外周にキャップ52が嵌合されている。
【０００６】
ノズル51は第一ノズル部材55及び第二ノズル部材56からなり、第一ノズル部材55を電極の周囲に嵌合することによってプラズマガスの通路を形成する。さらに第一ノズル部材55に第二ノズル部材56嵌合した際には間隙を有して二次ガスの通路を形成している。
【０００７】
第一ノズル部材55はこれに嵌合させた第一キャップ部材57をトーチ50本体に取り付けることによって係止され、第二ノズル部材56もこれに嵌合させた第二キャップ部材58をトーチ50本体に取り付けることによって係止されている。第一キャップ部材57と第二キャップ部材58はそれらの間に間隙を有し、前記ノズル内に二次ガスを供給する。このようにノズル51およびキャップ52を多層構造とすることでプラズマガス及び二次ガスの通路を形成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしプラズマ切断に於いては電極の消耗が激しく、頻繁に交換する必要がある。その際上記の如き構成では必然的に全てのキャップ及びノズルを取り外さなければならず、交換作業に要する手間がかかっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係るプラズマトーチは、トーチに装着されプラズマアークを形成する電極と、前記電極の周囲に配置されると共にトーチに装着され先端にプラズマアーク及び該プラズマアークに沿った気流を噴射するオリフィスが形成されたノズルと、前記ノズルの周囲に配置され先端が該ノズルに嵌合して該ノズルをトーチに装着するキャップとを有するプラズマトーチに於いて、前記キャップは複数のキャップ部材からなり、該複数のキャップ部材の少なくとも一対のキャップ部材を一部で互いに固着したとき、これらのキャップ部材の間にプラズマアークに沿って噴射する気流を構成するガスをノズルのオリフィスよりも上流側に供給するガス供給路を形成するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
上記の如く多重構造のキャップを一体に構成することにより、各ガスの通路を確保すると同時に各キャップ部材同士の相対的な位置を固定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図を用いて本発明に係るプラズマトーチの実施例を説明する。図１に示すのはプラズマトーチ先端部の拡大断面図、図２に示すのはキャップの断面図、図３に示すのは第一キャップ部材の断面図、図４に示すのは第二キャップ部材の断面図である。
【００１２】
トーチ１先端に於ける構成の概要としては、トーチ１の軸心と一致する如く電極４が配置され、該電極４の先端にはセンタリングストーン５を介してノズル２が嵌合されている。そしてキャップ３がノズル２に嵌合されると共にトーチ１に取り付けられており、該キャップ３はトーチ１の先端を庇護すると共にノズル２をトーチ１に係止する働きを有している。以下にそれぞれについて説明する。
【００１３】
トーチ１の中央部に配置された電極４は電極４はトーチ１の後方に於いて支持されており、電極４の周囲は間隙を有してプラズマガス供給路11を形成している。電極４の外周にはセラミック製の円筒部材であるセンタリングストーン５が嵌合されており、電極と後述のノズル２とを絶縁する機能を有している。
【００１４】
センタリングストーン５にはトーチ１断面の半径方向に対し所定の角度を有する複数のプラズマガス通過孔５ａが設けられており、プラズマガス供給路11から供給されるプラズマガスがこの通過孔５ａを通過することにより旋回しながら後述のプラズマガス通路23に供給される。プラズマガスが旋回することによりプラズマアークの発生基点が安定し、シリースアークを防ぐと共にプラズマアークの発生を安定化させている。
【００１５】
センタリングストーンの外周には、第一ノズル21および第二ノズル22からなる二層構造を有するノズル２が嵌合されている。各ノズル部材は略円筒形の胴部と、トーチ先端に向かって突出する円錐状の前面とを有する中空の部材であり、円錐の先端にプラズマジェット等を噴出させるオリフィスが形成されている。
【００１６】
第一ノズル21はセンタリングストーン５の外周且つ前方に嵌合され、第一ノズル21の円錐後面と電極４先端部との間に間隙を有してプラズマガス通路23を形成している。プラズマガス供給路11より供給されたプラズマガスは、センタリングストーン５のプラズマガス通過孔５ａにより旋回しながらプラズマガス通路23内に噴出される。第一ノズル21の外周面には、段部21ｂ及び段部21ｃが設けられている。トーチ１本体側である段部21ｂには後述の第一キャップ部材31が嵌合され、トーチ１先端側である段部21ｃには第二ノズル22が嵌合される。
【００１７】
第一ノズル21の外周且つ前方に嵌合された第二ノズル22は、第一ノズル21の円錐前面と第二ノズル22の円錐後面との間に間隙を有して二次ガス通路24を形成している。第二ノズル22の前面である円錐の先端にはオリフィス22ａが設けられており、該オリフィス22ａは第一ノズル21に設けられたオリフィス21ａよりも小径に形成されている。
【００１８】
また第二ノズル22の胴部には複数の孔である二次ガス通過孔22ｂが形成されている。この二次ガス通過孔22ｂはトーチ１の断面の半径方向から所定の角度を以て形成され、これにより二次ガス通過孔22ｂを通過した二次ガスは旋回しつつ二次ガス通路24に供給される。さらに第二ノズル22の外周面には段部22ｃが形成され、後述の第二キャップ32が嵌合されて第二ノズル22をトーチ１に係止している。
【００１９】
図２、図３及び図４に詳細に示す通り、キャップ３は第一キャップ部材31と第二キャップ部材32とから構成されている。第一キャップ部材及び第二キャップ部材は円筒状の胴部31ａ、32ａと円錐台部31ｂ、32ｂによって構成され、円錐台部には前述のノズルを嵌合すべき穴であるノズル嵌合部31ｃ、32ｃが形成されている。
【００２０】
第一キャップ部材31の胴部31ａの外周面には雄ねじ34が形成され、また第二キャップ部材32の胴部32ａの内面には雌ねじ36が形成されて一体に固着することが可能となっている。ここで第一キャップ部材31の雄ねじ34には外形が六角形となる複数の平面部35が形成されており、対向する平面部35間の距離、すなわち平径は雄ねじ34の谷の径よりも小さく設定されている。従って第一キャップ部材31を第二キャップ部材32の内面に螺合させた際にねじ部分に於いて断続的に間隙が形成され、二次ガス供給パイプ12より供給された二次ガスをさらに下流へと通過させることができる。
【００２１】
これらノズル２、及びキャップ３をトーチ１に取り付ける際には、第一キャップ部材31が上述の如く第一ノズル21の段部21ｂに嵌合し、かつ第二キャップ部材32が第二ノズル22の段部22ｃに嵌合してこれらをトーチ１に係止する。
【００２２】
第一キャップ部材31と第一ノズル21の胴部外周面との間には冷却水通路13が形成されており、図示しない冷却水供給路から冷却水を供給されてノズル２を冷却する。また第一キャップ部材31と第二キャップ部材32の円錐台部31ｂ、32ｂの間に形成された二次ガス供給路33は、前述の第二ノズル22の二次ガス通過孔22ｂに連続して二次ガスを供給する。
【００２３】
本実施例に係るプラズマトーチは移行式であって、まず電極４に電圧をかけると同時にノズルに逆電圧をかけることにより電極と第一ノズル21の内面との間で放電し、プラズマガス通路23内に供給されたプラズマガスが電離してパイロットアークが形成される。しかる後にワークに逆電圧をかけると共にノズルにかけられた逆電圧を遮断し、プラズマガスに導電させることにより電極とワークの間にアークを移行させ、プラズマアークを発生させる。
【００２４】
プラズマアークは第一ノズル21の先端に設けられたオリフィス21ａにおいて絞られると共に冷却され、より高温のプラズマジェットが生成される。また第二ノズル22のオリフィス22ａが第一ノズル21のオリフィス21ａよりも小径に形成されていることから、オリフィス21ａから噴出したプラズマガスはオリフィス22ａによって絞られて、さらに高温且つ高速のプラズマジェットとなる。
【００２５】
また二次ガス供給パイプ12から供給された二次ガスは、第一キャップ部材31と第二キャップ部材32の間に形成された二次ガス供給路33を介して、第一ノズル21と第二ノズル22の間に形成された二次ガス通路24に供給され、第二オリフィス22ａから二次気流としてプラズマジェットと共に噴出する。ここで第一キャップ部材31と第二キャップ部材32は雄ねじ34と雌ねじ35を螺合させることにより接合されているが、雄ねじ34に設けられた平面部35によって断続的に間隙が形成されるため、二次ガスを通過させることができる。
【００２６】
二次気流がプラズマジェットを冷却することから、プラズマジェットはサーマルピンチ効果により更に細く絞られ、また二次気流がプラズマジェットに沿って流れることによりエアカーテンを形成してプラズマガスの純度を保つと共に到達距離を延長せしめる。また、旋回を持たせることにより切断面の開先角度に特性を持たせて切断面の品質を向上させるなどの効果を有している。
【００２７】
尚、キャップ部材を固着させる手段としてネジを用いて示したが、圧入や接着、溶接、ろう付けなどによって一体に固着することでも良い。またそれらの場合、内側のキャップ部材の外周面に溝を切ったり、また肉厚に形成したキャップ部材に通路を穿孔したりすることで、キャップ部材間に間隙を設けることができる。
【００２８】
また、上記実施例に於いては２系統のガスを噴出するプラズマトーチを用いて、ノズル及びキャップを二重構造として説明した。しかし、３系統のガスを噴出するプラズマトーチに本発明を適用して、三重構造に構成されたキャップのいずれか一対ないし全てのキャップ部材を一体に固着することでも良い。またキャップ部材の間隙を冷却水の通路とし、当該トーチの先端部を冷却するよう構成することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマトーチは、上記の如く構成したことにより、電極を交換する際に最外殻であるキャップをトーチから外すことのみによって電極を露出させることができ、作業が簡略かつ容易となって作業性が大幅に向上する。また、部品の散逸などのおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るプラズマトーチ先端部の拡大断面図である。
【図２】  キャップの断面図である。
【図３】  第一キャップ部材の断面図である。
【図４】  第二キャップ部材の断面図である。
【図５】  従来のプラズマトーチ先端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…トーチ
11…プラズマガス供給路
12…二次ガス供給パイプ
13…冷却水通路
14…係止部
２…ノズル
21…第一ノズル
22…第二ノズル
３…キャップ
31…第一キャップ部材
32…第二キャップ部材
33…二次ガス供給路
34…雄ねじ
35…平面部
36…雌ねじ
４…電極
５…センタリングストーン
【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】
0003808540.tif 000006