(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、前記ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチにおいて、
前記電極と前記ノズルとの間に嵌め込まれた絶縁体製の筒状のガイドと、
前記電極の外周面と前記ガイドの内周面との間に、一周にわたり連続して介在し又は周の複数箇所にて介在し、弾性伸縮によって前記電極と前記ガイドの径方向での位置整合を行う第１の弾性材と、
前記ガイドの外周面と前記ノズルの内周面との間に、一周にわたり連続して介在し又は周の複数箇所にて介在し、弾性伸縮によって前記ガイドと前記ノズルの径方向での位置整合を行う第２の弾性材とを備え、
前記第１の弾性材と前記第２の弾性材との弾性伸縮により、前記電極と前記ノズルの径方向での位置整合が行われるようになっているプラズマトーチ。
【請求項２】
前記電極と前記ノズルのいずれか一方が、前記トーチ本体に固定され、他方が径方向において、前記一方から前記ガイド並びに前記第１及び第２の弾性材を通じて加えられる力以外の外力からフリーな状態になっている請求項１記載のプラズマトーチ。
【請求項３】
前記ノズルがその内側に、前記ガイドの一端と当接して前記ガイドと前記ノズルとの軸方向の位置関係を決定する第１の段部を有し、
前記電極がその外側に、前記ガイドの他端と当接して前記ガイドと前記電極との軸方向の位置関係を決定する第２の段部を有した、
請求項１又は２記載のプラズマトーチ。
【請求項４】
前記ノズルを保持し前記トーチ本体に固定するためのリテーナキャップを更に備え、
前記リテーナキャップは、前記ノズルの中心軸に平行な方向の前記トーチ本体へ向かった力であって、径方向及び回転方向の力を実質的に含まない押しつけ力によって、前記ノズルを前記トーチ本体に固定する請求項１〜３のいずれか一項記載のプラズマトーチ。
【請求項５】
プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドにおいて、
前記電極の外周面に対向する内周面と、
前記ノズルの内周面に対向する外周面と、
を備え、
前記ガイドの内周面と前記電極の外周面との間に介在して弾性伸縮によって前記電極と前記ガイドの径方向での位置整合を行う第１の弾性材、を取り付けるための第１の弾性材取り付け部を前記ガイドの内周面上に有し、
前記ガイドの外周面と前記ノズルの内周面との間に介在して弾性伸縮によって前記ガイドと前記ノズルの径方向での位置整合を行う第２の弾性材、を取り付けるための第２の弾性材取り付け部を前記ガイドの外周面上に有し、
前記第１の弾性材と前記第２の弾性材との弾性伸縮により、前記電極と前記ノズルの径方向での位置整合が行われるようになっているプラズマトーチのガイド。
【請求項６】
プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドにおいて、
前記電極の外周面に対向する内周面を備え、
前記ガイドの内周面と前記電極の外周面との間に、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮により前記電極と前記ガイドの径方向での位置整合を行う為のクリアランスを有する、
プラズマトーチのガイド。
【請求項７】
プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドにおいて、
前記ノズルの内周面に対向する外周面を備え、
前記ガイドの外周面と前記ノズルの内周面との間に、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮により前記ガイドと前記ノズルの径方向での位置整合を行う為のクリアランスを有する、
プラズマトーチのガイド。
【請求項８】
ノズル内に絶縁体製の筒状のガイドが配置され、前記ガイド内に電極が配置され、前記ガイドと前記電極との間に第１の弾性材が介在し、前記第１の弾性材の弾性伸縮により前記ガイドと前記電極の径方向の位置整合が行われるようになっているプラズマトーチのための前記ノズルにおいて、
前記ガイドの外周面に対向する内周面を備え、
前記ガイドの外周面と前記ノズルの内周面との間に介在して弾性伸縮によって前記ガイドと前記ノズルの径方向での位置整合を行う第２の弾性材、と接触する弾性材接触部を前記ノズルの内周面上に有し、
前記第１及び第２の弾性材との弾性伸縮により、前記電極と前記ノズルの径方向での位置整合が行われるようになっているプラズマトーチのノズル。
【請求項９】
プラズマトーチ内に、絶縁体製の筒状のガイドを介して電極を被覆するように配置されるノズルにおいて、
前記ガイドの外周面に対向する内周面を備え、
前記ガイドの外周面と前記ノズルの内周面との間に、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮により前記ガイドと前記ノズルの径方向での位置整合を行う為のクリアランスを有する、
プラズマトーチのノズル。
【請求項１０】
ノズル内に絶縁体製の筒状のガイドが配置され、前記ガイド内に電極が配置され、前記ガイドと前記ノズルとの間に第２の弾性材が介在し、前記第２の弾性材の弾性伸縮により前記ガイドと前記ノズルの径方向の位置整合が行われるようになっているプラズマトーチのための前記電極において、
前記ガイドの内周面に対向する外周面を備え、
前記ガイドの内周面と前記電極の外周面との間に介在して弾性伸縮によって前記ガイドと前記電極の径方向での位置整合を行う第１の弾性材、と接触する弾性材接触部を前記電極の外周面上に有し、
前記第１及び第２の弾性材との弾性伸縮により、前記電極と前記ノズルの径方向での位置整合が行われるようになっているプラズマトーチの電極。
【請求項１１】
プラズマトーチ内に、絶縁体製の筒状のガイドを介してノズルによって被覆されるように配置される電極において、
前記ガイドの内周面に対向する外周面を備え、
前記ガイドの内周面と前記電極の外周面との間に、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮により前記ガイドと前記電極の径方向での位置整合を行う為のクリアランスを有する、
プラズマトーチの電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルと電極の位置決め精度を向上させたプラズマトーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、当該ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチが知られている。被切断材を真っ直ぐに切断するために、被切断材に対してプラズマアークを垂直に入射させる必要があり、そのために、ノズルと電極がトーチ内で精度良く位置決めされている必要がある。すなわち、ノズルと電極が、互いの中心軸を完全に一致させ、且つ、中心軸方向に規定の距離だけ正確に隔てられた状態で、トーチ内の規定の位置に正確に組み付けられていなければならない。ところが、ノズルと電極は消耗部品であり、交換のためにトーチから取り外したりトーチへ組み付けたりすることが簡単にできなければならないため、トーチに組み付けたときにノズルと電極を正確に位置整合することは容易ではない。
【０００３】
従来、ノズルと電極の位置整合の精度を高く維持するために種々の技術が提案されている。その従来の技術の一つに、ノズルの内周面と電極の外周面とを嵌合面とし、それぞれの嵌合面に段部を形成し、その間に絶縁体を介装して、ノズルと電極の軸方向及び径方向への位置決めを行うと共に、ノズルをトーチ本体の先端部に止着して、これにより電極をトーチ本体に一体に連結するものが提案されている（例えば、実開平３−１４０７７号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によると、ノズル、電極、絶縁体の相互間のクリアランスを小さくすればするほど、その位置決め精度を高く維持できる。しかしながら、ノズル、電極、絶縁体の間のクリアランズの間隙をあまり小さくしすぎると、ノズルや電極の交換時に、それらの嵌め合わせや分解が困難になり、交換作業が難渋するという問題がある。
【０００５】
そのために、従来、部品間のクリアランスを大き目に設定しているので、結果的にノズルと電極の位置決め精度が低下するという問題がある。
【０００６】
一方、ノズルと電極と絶縁体とを一体部品として製造し、ノズルと電極の位置決め精度を格段に向上させたものが提案されている。
【０００７】
しかしながら、一体部品とした場合には、ノズルと電極の一方のみが寿命が尽き、他方はまた使用可能な状態であったとしても、そのすべてを交換しなけれならず、加えて、消耗品ではない絶縁体も一緒に交換することになるので、ランニングコストが増大するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、ノズルと電極とを個別に交換可能に構成した上で、ノズルと電極の位置決め精度を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に従うプラズマトーチは、プラズマガス通路を隔てて電極を被覆するように配置されたノズルをトーチ本体の先端部に備え、ノズルのオリフィスを通じて電極と被切断材間でプラズマアークを発生させるプラズマトーチであって、電極とノズルとの間に嵌め込まれた絶縁体製の筒状のガイドと、電極の外周面とガイドの内周面との間に、一周にわたり連続して介在し又は周の複数箇所にて介在して、弾性伸縮によって電極とガイドの径方向での位置整合を行う第１の弾性材と、ガイドの外周面とノズルの内周面との間に、一周にわたり連続して介在し又は周の複数箇所にて介在して、弾性伸縮によってガイドとノズルの径方向での位置整合を行う第２の弾性材とを備える。
【００１０】
このプラズマトーチでは、第１の弾性材が電極の外周面とガイドの内周面との間に介在し、また、第２の弾性材がガイドの外周面とノズルの内周面との間に介在する。第１及び第２の弾性材はいずれも、典型的には一周にわたり連続して介在するようなもの、例えばＯリングであるが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、周方向の複数箇所に点々と配置されるようなものであってもよい。第１の弾性材は、その弾性伸縮により、電極とガイドの径方向での位置整合（つまり、中心軸合わせ）を自動的に行う。第２の弾性材は、その弾性伸縮により、ガイドとノズルの径方向での位置整合（つまり、中心軸合わせ）を行う。結果として、電極とノズルの径方向での位置整合（つまり、中心軸合わせ）が自動的に行われる。
【００１１】
好適な実施形態では、電極とノズルのいずれか一方、例えば電極が、トーチ本体に固定されている。そして、他方、つまり例えばノズルが、径方向において、電極から第１の弾性材、ガイド及び第２の弾性材を通じて加えられる力以外の外力からフリーな状態になっている。すなわち、電極がトーチ本体に固定された状態で、ノズルは第１及び第２の弾性材による位置整合作用力以外の力を、径方向には受けない。そのため、第１及び第２の弾性材による径方向での位置整合作用が、他の外力の妨害を受けることなく効果的に働き、電極とノズルの中心軸合わせが正確に行われる。
【００１２】
好適な実施形態では、ノズルがその内側に、ガイドの一端と当接してガイドとノズルとの軸方向の位置関係を決定する第１の段部を有する。また、電極がその外側に、ガイドの他端と当接してガイドと電極との軸方向の位置関係を決定する第２の段部を有する。そのため、ノズルの第１の段部と電極の第２の段部間の距離が、ガイドの軸方向の寸法で固定的に決定され、よって、ノズルと電極の軸方向での位置決めが正確に行われる。
【００１３】
好適な実施形態は、ノズルはリテーナキャップにより保持されてトーチ本体に固定される。リテーナキャップは、ノズルをトーチ本体に固定するとき、実質的にノズルの中心軸に平行な方向のトーチ本体へ向かった押しつけ力のみにより（つまり、径方向及び回転方向の力を実質的に含まない軸方向の押しつけ力により）、ノズルをトーチ本体に固定する。そのため、リテーナキャップによりノズルをトーチ本体に固定するとき、ノズルには軸方向の力しか加わらず、径方向や回転方向の力が加わらないので、上述した第１及び第２の弾性材による径方向の位置整合が有効に働くことができ、電極とノズルの中心軸合わせが正確に行われる。
【００１４】
本発明の第２の観点に従う、プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドは、電極の外周面に対向する内周面と、ノズルの内周面に対向する外周面とを備える。ガイドの内周面上には、上述した第１の弾性材を取り付けるための第１の弾性材取り付け部がある。また、ガイドの外周面上には、上述した第２の弾性材、を取り付けるための第２の弾性材取り付け部がある。このガイドを第１の弾性材を介して電極に嵌め、そして、このガイドに第２の弾性材を介してノズルを嵌めることにより、上述したように、第１及び第２の弾性材の作用で電極とノズルの径方向の位置整合が自動的に行われる。
【００１５】
本発明の第３の観点に従う、プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドは、電極の外周面に対向する内周面を備える。そして、このガイドの内周面と電極の外周面との間には、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮により電極と前記ガイドの径方向での位置整合を行う為のクリアランスが存在する。このガイドは、その内周面と電極外周面との間の上記クリアランスとそこに挟み込まれているＯリングによって、電極への嵌め込み及び取り外しが容易であるとともに、ガイドと電極の中心軸合わせも自動的に行われる。
【００１６】
本発明の第４の観点に従う、プラズマトーチのノズルと電極との間に嵌め込まれる絶縁体製の筒状のガイドは、ノズルの内周面に対向する外周面を備える。そして、このガイドの外周面とノズルの内周面との間には、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮によりガイドとノズルの径方向での位置整合を行う為のクリアランスがある。このガイドは、その外周面とノズル内周面との間の上記クリアランスとそこに挟み込まれているＯリングによって、ノズルへの嵌め込み及び取り外しが容易であるとともに、ガイドとノズルの中心軸合わせも自動的に行われる。
【００１７】
本発明の第５の観点に従う、プラズマトーチ内に絶縁体製の筒状のガイドを介して電極を被覆するように配置されるノズルは、ガイドの外周面に対向する内周面を備える。このノズルの内周面上には、弾性材と接触する弾性材接触部が存在する。この弾性材は、ガイドの外周面とノズルの内周面との間に介在して、弾性伸縮によってガイドとノズルの径方向での位置整合を自動的に行う。
【００１８】
本発明の第６の観点に従う、プラズマトーチ内に絶縁体製の筒状のガイドを介して電極を被覆するように配置されるノズルは、ガイドの外周面に対向する内周面を備える。そして、ガイドの外周面とノズルの内周面との間には、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮によりガイドとノズルの径方向での位置整合を行う為のクリアランスがある。このクリアランスとそこに挟み込まれているＯリングによって、ノズルのガイドへの嵌め込み及び取り外しが容易であるとともに、ノズルとガイドの中心軸合わせも自動的に行われる。
【００１９】
本発明の第７の観点に従う、プラズマトーチ内に絶縁体製の筒状のガイドを介してノズルによって被覆されるように配置される電極は、ガイドの内周面に対向する外周面を備える。この電極の外周面上には弾性材と接触する弾性材接触部が存在する。この弾性材は、ガイドの内周面と電極の外周面との間に介在して、弾性伸縮によってガイドと電極の径方向での位置整合を行う自動的に行う。
【００２０】
本発明の第８の観点に従う、プラズマトーチ内に絶縁体製の筒状のガイドを介してノズルによって被覆されるように配置される電極は、ガイドの内周面に対向する外周面を備える。ガイドの内周面と電極の外周面との間に、ここに挿入されたＯリングの弾性伸縮によりガイドと電極の径方向での位置整合を行う為のクリアランスがある。このクリアランスとそこに挟み込まれているＯリングによって、電極のガイドへの嵌めこみ及び取り外しが容易であると共に、電極とガイドの中心軸合わせも自動的に行われる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態にかかるプラズマトーチの断面構造を示す。図２は、このプラズマトーチの先端部の断面構造を拡大して示す。
【００２２】
図１において、符号１はトーチ本体を示す。このトーチ本体１は、中心部材を構成するインナースリーブ３と、このインナースリーブ３の外周に嵌合されるアウタースリーブ５と、このアウタースリーブ５の外周に嵌合されるホルダー７と、インナースリーブ３の先端にマグネットリング８を挟んで嵌合されるノズル台座９とを備えて構成されている。インナースリーブ３の先端には袋形状の電極本体１３が着脱自在な状態で嵌合され、この電極本体１３のプラズマアーク発生点となる先端には、プラズマアークの高熱に耐え得る高融点材料からなる（例えば、酸素プラズマ切断の場合、ハフニウム、ジルコニウム或いはそれらの合金製等の）耐熱インサート１４が設けられている。この電極の消耗は、この耐熱インサート１４の部分で発生する。
【００２３】
この電極本体１３の外周には絶縁材製の筒状のガイド１５が嵌合され、このガイド１５の外周には先端へ向かってテーパした筒状のノズル１７が嵌合されている。このノズル１７の基端部１７ａはノズル台座９に着脱自在な状態で圧接されている。トーチ本体１のノズル台座９には、図示されていないパイロットアーク電流配線が接続されている（この配線は、トーチ本体内部に設けられ、図示されていないプラズマアーク電源と接続されている）。ノズル１７の基端部がノズル台座９に圧接されることによって、両者の圧接面が通電面となり、ノズル１７がノズル台座９に電気的に接続される。このようにして、パイロットアーク点火時にノズル１７へ電流を供給するパイロットアーク電流経路が構成されている（因みに、従来は、トーチ本体の外殻を構成する部材、例えばノズルを保持するためリテーナキャップがパイロットアーク電流経路として用いられ、リテーナキャップにノズルが当接することによって、ノズルへのパイロットアーク電流経路が形成されていた。）。さらに、ノズル台座９の先端面には、弾性のある電気接触端子６５が幾つか設けられており、ノズル１７をノズル台座９に取りつけた時、その電気接触端子６５が撓んで、強い弾性力をもって、ノズル１７の基端部外面に接触するようになっている。この電気接触端子６５により、ノズル１７とノズル台座９との電気接続はより確実に確保される。ノズル１７の先端には、プラズマアークを十分に絞ってジェット流にして前方へ噴出するための、十分に細い口径を備えたオリフィス１８が形成されている。
【００２４】
ノズル１７の先端部１７ｂの外周には、図２に分り易く示すように、合成樹脂製の環状絶縁体１９が嵌合され、この絶縁体１９の外周には、例えば、ピアッシング時のスパッタや被切断材（ワーク）７１の跳ね上がりによるノズル１７の損傷を防止するための、フランジ付きのシールドキャップ２１が嵌合されている。ノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１は、一体的につまり互いに固定的に結合されて、通常の取り扱いでは分離されることのない、図２に示す単一部品として構成されている。よって、ノズル１７の交換の際には、ノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１が一緒に交換される。
【００２５】
これらの構造の外側に、ノズル１７やガイド１５や電極本体１３などのトーチ本体１から着脱自在な部品をトーチ本体１から外れないよう保持するためのリテーナキャップ本体２３が被せられる。リテーナキャップ本体２３は、リテーナとしての役目だけでなく、トーチの外殻としての役目も併せ持つ。リテーナキャップ本体２３の先端に形成されたフック２３ａによって、シールドキャップ２１の外周が保持される。すなわち、このフック２３ａの基側の段部２３ｂはシールドキャップ２１のフランジ２１ａにＯリングを挟んで引っかけられ、フック２３ａの先端側の段部２３ｃはシールドキャップ２１の段部２１ｂに引っかけられる。そして、このリテーナキャップ本体２３の後端は上述した各部材を覆ってトーチ本体１のホルダー７側に延び、固定リング２５を介してホルダー７に連結される。
【００２６】
アウタースリーブ５には、その内部を貫通するプラズマガス通路３１が形成されている。このプラズマガス通路３１には、（例えば酸素プラズマ切断の場合には酸素８０モル％と窒素２０モル％の混合気体からなるような）プラズマガスが導かれる。このプラズマガスは、アウタースリーブ５のプラズマガス通路３１を経た後、ノズル台座９の内部で略くの字状に曲がるプラズマガス通路３３に入り、ガイド１５に形成されたスワラ（半径方向に対し周方向へ若干傾いてガイド１５に穿たれた複数の貫通孔）３５を経て旋回流を与えられ、ノズル・電極間通路３７に流出し、耐熱インサート１４から出るアークのエネルギーでプラズマ化され、旋回するプラズマアークとなってノズル１７のオリフィス１８を経て外部に噴出する。
【００２７】
また、アウタースリーブ５には、その内部を貫通する二次ガス通路４１が形成されている。この二次ガス通路４１はアウタースリーブ５の内部で略直角に曲がり、アウタースリーブ５とリテーナキャップ本体２３間に形成された環状の空間４３に連通する。二次ガス通路４１を経た二次ガス（例えば、酸素プラズマ切断の場合にプラズマプラズマガスより低い酸素濃度をもつ混合ガスや空気）は、この環状の空間４３に入り、ここからリテーナキャップ本体２３と二次ガス通路カバー２４とで囲まれた多数本の二次ガス通路４５に流入する。この二次ガス通路４５は、例えば、リテーナキャップ本体２３の外周にその基端部から先端部にかかえてその軸方向に沿って延びる凹溝２３ｂを形成し、この凹溝２３ｂに二次ガス通路カバー２４を被せて構成される。この二次ガス通路４５を経た二次ガスは、図２に拡大して示すように、リテーナキャップ本体２３の先端部の内側の壁に各二次ガス通路４５に対応して穿たれた貫通穴２３ｃを通じて、リテーナキャップ本体２３とシールドキャップ２１間に形成された環状の空間４７に流出し、シールドキャップ２１に形成された二次ガススワラ（二次ガスをプラズマガスと同方向へ旋回させるように、半径方向に対し周方向へ若干傾いてシールドキャップ２１に穿たれた複数の貫通孔）２１ｃを通じて、旋回流となってノズル１７とシールドキャップ２１間の環状空間４９に入り、シールドキャップ２１の開口２１ｄから外部に噴出する。これによって、旋回するプラズマアーク８１の周囲には同方向へ旋回する二次ガスカーテン８２が形成される。
【００２８】
トーチ本体１のホルダー７には、その内部を貫通する三次ガス通路５１が形成されている。この三次ガス通路５１は、ホルダー７とリテーナキャップ本体２３と固定リング２５との間に形成された環状の空間５３に連通する。三次ガス通路５１を経た三次ガス（例えば、酸素プラズマ切断の場合、二次ガスより高い酸素濃度をもつ混合ガスや純酸素ガスなど）はこの環状の空間５３に入り、ここからリテーナキャップ本体２３と三次ガス通路カバー５４とで囲まれた複数の三次ガス通路５５を通じて流れる。この三次ガス通路５５は、例えば、リテーナキャップ本体２３の外周にその基端部から先端部にかけてその軸方向に沿って延びる凹溝２３ｄを形成し、この凹溝２３ｄに三次ガス通路カバー５４を被せて構成される。
【００２９】
そして、この三次ガス通路５５を経た三次ガスは、図２に拡大して示すように、リテーナキャップ本体２３の先端部に形成された三次ガススワラ（三次ガスをプラズマガスや二次ガスと同方向へ旋回させるように、半径方向に対し周方向へ若干傾いてリテーナキャップ本体２３の先端部を貫通する複数の貫通孔）５６を通じて旋回流を付与されて、シールドキャップ２１の外周に衝突するように噴出し、これにより二次ガス８２の周囲に三次ガスカーテン８３が形成される。
【００３０】
リテーナキャップ本体２３に形成される二次ガス通路４５及び三次ガス通路５５は、トーチ中心軸を中心にした放射状に略等間隔で交互に配置される。
【００３１】
これら二次ガス通路４５或いは三次ガス通路５５は、リテーナキャップ本体２３の内部を貫通して形成されるものに限定されず、リテーナキャップ本体２３の外側に外部通路を回し、この外部通路を通じて、二次ガス或いは三次ガスをプラズマアークの周囲に導く構成としてもよい。また、二次ガス及び三次ガスを本実施形態では旋回流としたが、旋回流のメリットを若干犠牲にして、ガス通路製作の容易な径方向気流（旋回流ではない）としてもよい。
【００３２】
インナースリーブ３の内部に、そこを貫通する冷却水通路６１が形成されている。この冷却水通路６１にはトーチ本体１の外部から冷却水が導かれる。この冷却水は袋形状の電極本体１３に入り、この電極本体１３の先端部を冷却した後、図２に示すように、冷却水通路６１を構成するパイプ６１ａと電極本体１３の内周との間の環状空間を逆流し、その先から、図示を省略したアウタースリーブ５内の中継流路を通じて、ノズル１７の外側に形成された冷却水通路６３に流出する。
【００３３】
この冷却水通路６３には、ノズル１７の外周面の大部分が臨む他に、シールドキャップ２１のフランジ２１ａと、リテーナキャップ本体２３の内周面の大部分とが同時に臨んでおり、これらの各部材１７，２１，２３は、この冷却水通路６３を循環する冷却水によって直接的、かつ強制的に冷却される。なお、最も高温になる部分はノズル１７の先端近傍であるため、この先端近傍にまで冷却水を導入できるように、絶縁体１９及びシールドキャップ２１は、設計上で可能な限り、ノズル１７の最も先端部１７ｂに取りつけることが望ましい。
【００３４】
冷却水通路６３を出た冷却水は、図示を省略したアウタースリーブ５内の冷却水排出通路を通じて、トーチ本体外部に排出される。
【００３５】
冷却水通路６３を循環する冷却水は、この冷却水通路６３を囲む諸部品間の境界では、それらの境界に挿入されたＯリングによって封水されている。ただし、一体的な単一部品として構成されたノズル１７と絶縁体１９とシールドキャップ２１の間の境界では、樹脂製の絶縁体１９が次のようにして封水するようになっている。すなわち、図２に示すように、シールドキャップ２１の内周には、絶縁体１９を保持するための環状の段部２１ｅがあり、この段部２１ｅの表面上に環条状の突起２１fが形成されている。この突起２１ｆが、絶縁体１９の下面に食い込んで、シールドキャップ２１と絶縁体１９との境界を封水する。また、絶縁体１９の内周に存在する環状の段部１９ａに対して、ノズル１７の外周に形成された環状の段部１７ｃが嵌り合う。ノズル１７の段部１７ｃの外角部１７ｄの断面は若干鋭角になった楔形をしており、この角部１７ｄが絶縁体１９の段部１９ａに内角部に食い込んで、絶縁体１９とノズル１７との境界を封水する。
【００３６】
以上の構成において、ノズル１７と電極本体１３とが消耗品であるため、ノズル１７と電極本体１３が着脱自在で容易に交換できるように構成されている。すなわち、図１に示した状態からノズル１７と電極本体１３をトーチ本体から外すときには、トーチ本体の固定リング２５を緩めて、リテーナキャップ本体２３をトーチ本体から取り外せば、ノズル１７、ガイド１５及び電極本体１３は自重により自然に（又はトーチ軸と平行方向に多少し引っ張ることで）簡単に外れる。一方、ノズル１７と電極本体１３をトーチ本体に組み付ける際には、電極１３の基端部をトーチ本体のインナースリーブ３の先端部に内嵌し、電極１３の先端部にガイド１５を外嵌し、ガイド１５にノズル１７を外嵌し、それらの外側にリテーナキャップ本体２３を被せる。そして、リテーナキャップ本体２３の先端部のフック２３ａを、ノズル１７の先端部のシールドキャップ２１の段部２１ｂに引っ掛けた上で、リテーナキャップ本体２３の基端部をトーチ本体の固定リング２９に引っ掛け、そして、固定リング２５を締めてリテーキャップ本体２３をトーチ本体の方へ引き上げる。これにより、リテーナキャップ本体２３がノズル１７の先端部をトーチ軸と平行な方向でトーチ本体の方へ押すので、ノズル１７はノズル台座９に押しつけられてノズル台座９上に固定され、同時に、ノズル１７がガイド１５を介して電極本体１３をトーチ軸と平行な方向でトーチ本体の方へ押すので、電極本体１３がインナースリーブ３に押し付けられ固定される。このようにしてノズル１７と電極本体１３をトーチ本体に組み付けたとき、本実施形態では、ノズル１７と電極本体１３が高い精度で、トーチ軸方向及び径方向の双方で位置決めされるようになっている。この点について、以下に詳細に説明する。
【００３７】
図３は、本実施形態におけるノズル１７と電極本体１３の組み付け構造を模式化し且つ分り易いように分解して示す。
【００３８】
ノズル１７の基端部１７ｂには径が略一定の胴部９１が形成され、この胴部９１の内周に弾性を有するＯリング９２を挟んでガイド１５が嵌合され、このガイド１５の内周には弾性を有するＯリング９３を挟んで電極本体１３が嵌合されている。そして、この電極本体１３は弾性を有するＯリング９４を挟んでインナースリーブ３の凹部３ａに嵌合されている。
【００３９】
前述したように、ノズル１７と電極本体１３を交換のために取り外す場合には、まず、ホルダー７から固定リング２５を緩めて、この固定リング２５に保持されているリテーナキャップ本体２３をトーチ先端側へ取り外す。リテーナキャップ本体２３が取り外されると、シールドキャップ２１と絶縁体１９とノズル１７の一体部品、及びガイド１５、並びに電極本体１３が順に軸方向にそれぞれ簡単に取り外される。このように分解は極めて簡単である。
【００４０】
部品交換の後、各部材の組付け時には、取り外し手順と全く逆の手順で組付けが行われる。このとき、ノズル１７と電極本体１３間の径方向での位置決め（つまり、中心軸合わせ、芯出し）に、上述したＯリング９２〜９４が重要な役割を果たす。
【００４１】
すなわち、Ｏリング９２〜９４は、周方向に亘って各部位の縮み代が略等しくなる性質を持つ。従って、電極本体１３とガイド１５とがＯリング９３を挟んで組付けられたとき、このＯリング９３の性質によって、電極本体１３の中心軸Ｌ１とガイド１５の中心軸とが自動的に精度良く一致する。そして、ガイド１５とノズル１７とがＯリング９２を挟んで組付けられたとき、このＯリング９２の性質によって、ガイド１５の中心軸とノズル１７の中心軸Ｌ２とが自動的に精度良く一致する。結果として、電極本体１３の中心軸Ｌ１とノズル１７の中心軸Ｌ２とが自動的に精度良く一致する。つぎに、電極本体１３がＯリング９４を挟んでトーチ本体のインナースリーブ３の凹部３ａに嵌合された場合、このＯリング９４の性質によって、インナースリーブ３の中心軸Ｌ３（つまり、トーチ本体の中心軸）と電極本体１３の中心軸Ｌ１とが自動的に一致する。結果として、電極本体１３の中心軸Ｌ１とノズル１７の中心軸Ｌ２とトーチ本体の中心軸Ｌ３とが自動的に精度良く一致する。
【００４２】
尚、Ｏリング９２〜９４はそれぞれ、図１、２に示すように、各部品の外周面上又は内周面上に形成されたＯリング溝内に収容される。これらのＯリング溝の溝底の同軸度は、上述した芯出しに大きい影響を与えるため、０．０２ｍｍ程度にまで精度を上げることが望ましい（因みに、従来の一般的なトーチにおけるＯリング溝底の同軸度は０．０５ｍｍ程度である）。
【００４３】
次に、リテーナキャップ本体２３が、その先端部でノズル１７の先端部外周のシールドキャップ２１を保持した状態で、固定リング２５によってトーチ本体のホルダー７に固定される。このとき、リテーナキャップ本体２３は、ノズル１７に対して、上述した中心軸Ｌ１〜Ｌ３に平行な方向へ押す力を与えるだけであり、径方向の力も回転方向の力も与えない。更に、ノズル１７はリテーナキャップ本体２３によってノズル台座９に押しつけられるが、ノズル１７とノズル台座９との当接面は、軸方向に垂直な面であるため、ノズル１７はノズル台座９から軸方向の反作用力を受けるだけであり、径方向の力を受けることがない。このように、ノズル１７の外側には、ノズル１７に対して軸方向以外の力、特に径方向への力を作用させる部品は何も存在しない。つまり、ノズル１７は径方向においてＯリング９２〜９４による力以外の外力を受けることなくフリーな状態になっている。換言すれば、ノズル１７は径方向においてＯリング９２〜９４による位置調整が許容されるようにフリーな状態になっている。そのため、上述したＯリング９２〜９４による位置整合作用が、径方向の外力によって妨害されることなく効果的に働く。こうして、Ｏリング９２〜９４による電極本体１３とノズル１７の径方向の高精度な位置整合（つまり、中心軸の一致）作用が、外力の邪魔を受けることなく効果的に行われる。
【００４４】
一方、軸方向でのノズル１７及び電極本体１３の位置決めに関しては、ノズル１７の内周の段部９５、電極本体１３のフランジ９６、及び段部９５とフランジ９６に挟まれるガイド１５の寸法によって達成される。すなわち、組付け時には、ノズル１７の内周の段部９５にガイド１５の先端面９７が当接し、このガイド１５の基端面９９が電極本体１３に形成したフランジ９６で押さえられる。これにより、ノズル１７の段部９５と電極本体１３のフランジ９６との軸方向の距離がガイド１５の軸方向の長さに決定されるので、ノズル１７及び電極本体１３の軸方向での相対位置が自動的に精度良く決定される。
【００４５】
更に、図３に示す構成で注目すべき点は、Ｏリング９２〜９４が挿入されている各部品間の境界には、Ｏリング９２〜９４によって径方向の位置整合をとることとしたが故の、十分に大きいクリアランスが存在することである。すなわち、インナースリーブ３の先端部の内周面と電極本体１３の基端部の外周面との間、電極本体１３の先端部の外周面とガイド１５の内周面との間、及びガイド１５の先端部の外周面とノズルの基端部の内周面との間には、それら部品同士が直接に触れ合うことのない大きなクリアランスが存在する。このクリアランスによって、上述したＯリング９２〜９４による径方向の位置整合作用が有効に働くと共に、部品同士を容易に分離でき且つ容易に嵌め合わせることができるので、交換作業が容易である。加えて、Ｏリング９２〜９４はその断面形状が円形であるため、部品同士を分離したり嵌め合わせたりするときに大きな抵抗とならず、このことも交換作業を容易にしている。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、この実施形態では、ノズル１７と電極本体１３とを着脱自在に構成した上で、それらのトーチ本体への組み付け時には、Ｏリング９２〜９４の作用によってノズル１７と電極本体１３の径方向の位置決め精度を向上させることができ、ノズル１７の内周の段部９５と電極本体１３に形成したフランジ９６との間にガイド１５を挟むことによってノズル１７と電極本体１３の軸方向の位置決め精度を向上させることができる。
【００４７】
前記のＯリング９２〜９４はこれに限定されるものではない。代替品として、Ｏリングに相当する弾性を有する部材を用いることができる。或いは、Ｏリングのように部品の内周面又は外周面に一周連続して存在するリング部材の代わりに、部品の内周面又は外周面の周方向における複数箇所に配置された複数個の弾性ブロックを用いて、周の複数箇所でのそれら弾性ブロックの均等な弾性伸縮によって、径方向の位置整合をとるようにしてもよい。
【００４８】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマトーチの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマトーチの先端部を拡大して示す断面図である。
【図３】図１のプラズマトーチにおけるノズルと電極本体の組み付け構造を模式化して示す分解模式図である。
【符号の説明】
１  トーチ本体
３  インナースリーブ
５  アウタースリーブ
７  ホルダー
９  ノズル台座
１３  電極本体
１５  ガイド
１７  ノズル
１８  オリフィス
１９  絶縁体
２１  シールドキャップ
２３  リテーナキャップ本体
９２、９３、９４  Ｏリング
９５  段部
９６  フランジ
【図１】
0003802710.tif 000002
【図２】
0003802710.tif 000003
【図３】
0003802710.tif 000004