JP6522967B2 - プラズマトーチ用センタパイプ、接触子、電極、及びプラズマトーチ - Google Patents

Description

本発明は、プラズマトーチ用センタパイプ、接触子、電極、及びプラズマトーチに関する。

プラズマトーチは、アークの発生点となる電極と、電極を被うように配置されるノズルとを有している。電極は、トーチ本体の電極台座に取り付けられる。ノズルは、絶縁ガイドを介して電極に取り付けられる。絶縁ガイドは、ノズルが電極と同心に配置されるようにノズルを位置決めする。プラズマトーチは、ノズルのオリフィスを通じて電極とワークとの間でプラズマアークを発生させる。

電極は消耗品であるため、トーチ本体の電極台座に着脱可能に取り付けられる。例えば、特許文献１に示されているように、電極は、先端側筒部と、フランジ部と、基端側筒部とを有する。フランジ部は、先端側筒部及び基端側筒部よりも大きな外径を有する。基端側筒部が電極台座の内面と摩擦抵抗力によって接合することで、電極が電極台座に取り付けられる。或いは、電極台座には雌ネジ部が形成され、基端側筒部には、雄ネジ部が形成される。基端側筒部の雄ネジ部が、電極台座の雌ネジ部に螺合することにより、電極が電極台座に取り付けられる。

電極が電極台座に取り付けられた状態では、フランジ部の軸線方向における端面が、電極台座の先端部に接触する。また、基端側筒部の外周面が電極台座の内周面に接触する。すなわち、電極においては、基端側筒部の外周面と、フランジ部の軸線方向における端面とが、電極台座との通電面となっている。これらの通電面により、電極とトーチ本体とが電気的に接続される。

特開２００１−４７２４７号公報

上述したプラズマトーチでは、基端側筒部と電極台座の内周面とを接続するために、電極或いは電極台座の構造が複雑になるという問題がある。また、基端側筒部と電極台座とがネジ構造によって接続される場合には、電極の着脱に専用の工具が必要となる。さらに、通電不良により、基端側筒部と電極台座との通電面が損傷した場合には、プラズマトーチのトーチ本体を交換しなければならないという問題がある。

本発明の課題は、専用の工具無しで容易に電極の着脱が可能であり、電極或いは電極台座の構造を簡素化することができ、さらに通電不良が生じてもトーチ本体の交換が不要なプラズマトーチ用センタパイプ、接触子、電極、及びプラズマトーチを提供することにある。

本発明の第１の態様に係るセンタパイプは、ベース部と電極とを有するプラズマ切断用のプラズマトーチに用いられる。センタパイプは、電極に挿入され、電極内に冷却水を供給する。センタパイプは、パイプ本体と接触子とを備える。パイプ本体は、ベース部を介してプラズマトーチ外の電源と電気的に接続される。パイプ本体は、冷却水通路を内部に有する。パイプ本体は、導電体で形成される。接触子は、パイプ本体の外周面に設けられ、電極の内周面に接触することで電極に通電する。接触子は、パイプ本体の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有する。接触子は、導電体で形成される。

接触子は、パイプ本体と別体であり、パイプ本体の外周面に取り付けられてもよい。

パイプ本体の外周面は、接触子が取り付けられる凹部を有してもよい。

接触子は、第１環部と、第２環部と、複数の湾曲部と、を有してもよい。第２環部は、接触子の軸線方向に第１環部から離れて配置されてもよい。複数の湾曲部は、第１環部と第２環部とを連結し、接触子の径方向外方に向かって膨出してもよい。

接触子は、複数の湾曲部の間に設けられ、接触子の軸線方向に延びる複数のスリットを有してもよい。

本発明の第２の態様に係る接触子は、電極とパイプ本体とを有するプラズマ切断用のプラズマトーチに用いられる。パイプ本体は、電極に挿入される。パイプ本体は、電極内に冷却水を供給するための冷却水通路を内部に有する。接触子は、取付部と接触部とを備える。取付部は、パイプ本体の外周面に取り付けられる。接触部は、電極の内周面に接触する。

接触部は、接触子の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有してもよい。

取付部は、第１環部と第２環部とを有してもよい。第２環部は、接触子の軸線方向に第１環部から離れて配置されてもよい。接触部は、複数の湾曲部を有してもよい。複数の湾曲部は、第１環部と第２環部とを連結し、接触子の径方向外方に向かって膨出する。

接触部は、複数のスリットをさらに有してもよい。複数のスリットは、複数の湾曲部の間に設けられ、接触子の軸線方向に延びてもよい。

本発明の第３の態様に係る電極は、センタパイプを有するプラズマ切断用のプラズマトーチに用いられる。センタパイプは、冷却水通路を内部に有する。電極は、センタパイプが挿入される内部通路を備える。内部通路の内周面の少なくとも一部は、第１通電面を形成する。第１通電面は、接触子と接触する。接触子は、センタパイプに設けられ、弾性を有する。

電極の基端面は、第２通電面を含んでもよい。

電極の基端の端面は、内部通路の入口を含んでもよい。内部通路の内周面は、内部通路の入口に向かって径方向に拡大するテーパ部を含んでもよい。

第１通電面は、テーパ部の先端側においてテーパ部に隣接して配置されてもよい。

電極は、電極本体部とフランジ部とを備えてもよい。電極本体部は、電極の先端を含んでもよい。フランジ部は、電極の基端を含み、電極本体部よりも大きな外径を有してもよい。電極の軸線方向において、テーパ部は、フランジ部よりも短くてもよい。

本発明の第４の態様に係るプラズマトーチは、上述のセンタパイプと上述の電極とを備える。

本発明では、センタパイプの接触子が電極の内周面に接触することで電極に通電する。従って、上述したような電極の基端側筒部と電極台座の内周面とを接続するための構造が不要となる。このため、電極或いは電極台座の構造を簡素化することができる。また、上述したネジ構造が不要となることで、専用の工具無しで容易に電極の着脱を行うことができる。さらに、通電不良が生じてもトーチ本体の交換が不要である。

第１実施形態に係るプラズマトーチの中心軸線に沿った断面図である。 プラズマトーチの分解図である。 交換部品ユニットの側面図である。 交換部品ユニットの中心軸線に沿った断面図である。 電極の斜視図である。 電極の斜視図である。 電極の断面図である。 絶縁ガイドの斜視図である。 絶縁ガイドの斜視図である。 絶縁ガイドの断面図である。 絶縁ガイドを基端側から見た図である。 連通路の軸線を含む絶縁ガイドの断面図である。 ノズルの斜視図である。 ノズルの斜視図である。 ノズルの断面図である。 絶縁リングの斜視図である。 絶縁リングの斜視図である。 絶縁リングの断面図である。 シールドキャップの斜視図である。 シールドキャップの斜視図である。 シールドキャップの断面図である。 図２１のＡ−Ａ断面図である。 センタパイプの斜視図である。 センタパイプの斜視図である。 センタパイプの断面図である。 パイプ本体の斜視図である。 接触子の斜視図である。 接触子を軸線方向から見た図である。 図１における交換部品ユニット及びその周囲の構成の拡大図である。 プラズマトーチの中心軸線に沿った図１と異なる断面図である。 図３０における交換部品ユニットとその周囲の構成の拡大図である。 第２実施形態に係るプラズマトーチの中心軸線に沿った断面図である。 第２実施形態に係る交換部品ユニットの断面図である。 第２実施形態に係る交換部品ユニットの斜視図である。 第２実施形態に係る交換部品ユニットの斜視図である。 第２実施形態に係るノズルの斜視図である。 第２実施形態に係るノズルの斜視図である。 他の実施形態に係るプラズマトーチの中心軸線に沿った断面図である。

１． 第１実施形態
１．１ プラズマトーチの構成
以下、図面を参照して実施形態に係るプラズマトーチについて説明する。図１は、第１実施形態に係るプラズマトーチ１ａの中心軸線に沿った断面図である。図２は、プラズマトーチ１ａの分解図である。本実施形態においてプラズマトーチ１ａは、酸素プラズマ切断用のプラズマトーチ１ａである。ただし、プラズマトーチ１ａは、窒素やアルゴンなど酸素を含まないガスを用いるプラズマ切断用のプラズマトーチであってもよい。

図２に示すように、プラズマトーチ１ａは、交換部品ユニット２ａと、トーチ本体３と、第１リテーナキャップ４と、第２リテーナキャップ５とを有する。交換部品ユニット２ａと、第１リテーナキャップ４と、第２リテーナキャップ５とは、トーチ本体３の中心軸線と同心に配置される。

図１に示すように、交換部品ユニット２ａは、トーチ本体３に取り付けられる。交換部品ユニット２ａは、電極６と、絶縁ガイド７と、ノズル８と、絶縁リング９と、シールドキャップ１０とを有する。交換部品ユニット２ａについては後に詳細に説明する。

トーチ本体３は、固定リング３１を介して接続管３２に取り付けられている。トーチ本体３は、ベース部３３と、電極台座３４と、センタパイプ２０と、ノズル台座３６と、絶縁スリーブ３７と、ホルダ３８とを有する。ベース部３３と、電極台座３４と、センタパイプ２０と、ノズル台座３６と、絶縁スリーブ３７と、ホルダ３８とは、トーチ本体３の中心軸線と同心に配置される。

ベース部３３は、円筒状の形状を有する。ベース部３３は、導電体で形成されている。センタパイプ２０と電極台座３４と絶縁スリーブ３７とは、ベース部３３の孔に挿入されている。電極台座３４は、円管状の形状を有する。電極台座３４は、導電体で形成されている。ベース部３３は、図示しない電源からのケーブルと電気的に接続されている。

センタパイプ２０は、電極台座３４の孔に挿入されている。センタパイプ２０は、管状の形状を有する。センタパイプ２０は、導電体で形成されている。センタパイプ２０の先端は、ノズル台座３６の先端から突出している。センタパイプ２０については後に詳細に説明する。

絶縁スリーブ３７は、円管状の形状を有する。絶縁スリーブ３７は、絶縁体で形成されている。絶縁スリーブ３７の一部は、ベース部３３の孔内に配置されている。絶縁スリーブ３７は、電極台座３４とノズル台座３６との間に位置している。

ノズル台座３６は、円管状の形状を有する。ノズル台座３６の先端部は、先細り形状を有する。ノズル台座３６は、絶縁体で形成されている。ノズル台座３６には、ノズルに電気的に接触する接触子（図示せず）が取り付けられている。接触子は、電源からのケーブルと電気的に接続されている。ベース部３３は、ノズル台座３６の孔に挿入されている。絶縁スリーブ３７は、ノズル台座３６の孔に挿入されている。絶縁スリーブ３７の先端部は、ベース部３３から突出しており、ノズル台座３６の孔内に配置されている。

ホルダ３８は、円管状の形状を有する。ホルダ３８は、接着等の手段により接続管３２に取り付けられている。ノズル台座３６は、ホルダ３８の孔に挿入されている。ノズル台座３６の先端部は、ホルダ３８から突出している。

第１リテーナキャップ４は、先端部が先細りした円筒状の形状を有する。第１リテーナキャップ４は、ノズル台座３６を覆うように、トーチ本体３に取り付けられる。第１リテーナキャップ４の先端部は、シールドキャップ１０が挿入される開口４１を有する。ホルダ３８とノズル台座３６とは、第１リテーナキャップ４内に配置される。ホルダ３８の外周面には、雄ネジ部３１１が設けられている。第１リテーナキャップ４の基端部の内周面には、雌ネジ部４２が設けられている。ホルダ３８の雄ネジ部３１１が第１リテーナキャップ４の雌ネジ部４２に螺合することで、第１リテーナキャップ４がトーチ本体３に取り付けられる。

第２リテーナキャップ５は、先端部が先細りした円筒状の形状を有する。第２リテーナキャップ５の先端部は、シールドキャップ１０が挿入される開口５１を有する。第２リテーナキャップ５は、第１リテーナキャップ４を覆うように、第１リテーナキャップ４に取り付けられる。第１リテーナキャップ４は、第２リテーナキャップ５内に配置される。第１リテーナキャップ４と第２リテーナキャップ５とは、交換部品ユニット２ａを保持すると共に挟み込む。第１リテーナキャップ４の外周面にはＯリングＲ１が配置されている。第１リテーナキャップ４の外周面には雄ネジ４０１が設けられており、第２リテーナキャップ５の内周面には、雌ネジ５０１が設けられている。第１リテーナキャップ４の雄ネジ４０１と第２リテーナキャップ５の雌ネジ５０１とが螺合することで、第２リテーナキャップ５が第１リテーナキャップ４に取り付けられる。

１．２ 交換部品ユニットの構成
次に交換部品ユニット２ａについて説明する。図３は、交換部品ユニット２ａの側面図である。図４は、交換部品ユニット２ａの中心軸線に沿った断面図である。

図３及び図４に示すように、交換部品ユニット２ａは、電極６と絶縁ガイド７とノズル８と絶縁リング９とシールドキャップ１０とが圧入により一体化されたものである。電極６と絶縁ガイド７とノズル８と絶縁リング９とシールドキャップ１０とは、互いに同心に配置される。なお、交換部品ユニット２ａはトーチ本体３の中心軸線と同心に配置されるため、電極６と絶縁ガイド７とノズル８と絶縁リング９とシールドキャップ１０とのそれぞれの軸線とは、トーチ本体３の中心軸線と一致する。

図５及び図６は、電極６の斜視図である。図７は電極６の断面図である。図５から図６に示すように、電極６は円筒状の形状を有している。電極６は、導電体で形成されている。電極６は、電極本体部６１と、接合部６２と、フランジ部６３とを有している。

電極本体部６１は、電極６の先端を含む。電極６の先端面６０２の中央には、耐熱インサート６４が埋め込まれている。本実施形態において、耐熱インサート６４は、例えばハフニウム製である。ただし、ハフニウム以外の電極材料が耐熱インサート６４として用いられてもよい。図４に示すように、電極本体部６１の一部は、絶縁ガイド７の孔内に配置されている。電極本体部６１の先端部は、絶縁ガイド７から突出している。電極本体部６１の先端部は先細りの形状を有する。

接合部６２は、電極本体部６１の基端側に位置している。接合部６２は、電極６の軸線方向において電極本体部６１とフランジ部６３との間に位置する。接合部６２は、圧入によって絶縁ガイド７と接合される。従って、接合部６２は、Ｏリング無しで流体をシールするように絶縁ガイド７と接合される。

接合部６２の外周面は、絶縁ガイド７の内周面に係止する凹凸形状を有している。詳細には、接合部６２は、凸部６２１を有する。凸部６２１は、接合部６２の外周面から突出している。凸部６２１は、接合部６２の周方向に延びている。

フランジ部６３は、接合部６２の基端側に位置している。フランジ部６３は、電極６の基端を含む。フランジ部６３は、接合部６２よりも大きな外径を有する。フランジ部６３は、電極６の軸線方向において、接合部６２よりも長い。フランジ部６３の外周面は、電極６の軸線方向に延びている。フランジ部６３の外周面は、断面視において凹凸の無い平坦な形状を有する。フランジ部６３の外周面の基端部には面取りが施されている。フランジ部６３と接合部６２との間には、段部６６が設けられている。段部６６は、電極６の軸線方向に垂直な面である。

電極６は、内部通路６５を有する。内部通路６５には、図１に示すセンタパイプ２０が挿入される。電極６の基端面６０１には、内部通路６５の入口が設けられている。内部通路６５は、電極６の基端面６０１から先端へ向かって電極６の軸線方向に沿って延びている。電極６の先端の内部通路６５側には、凸部６７が設けられている。上述した耐熱インサート６４は、凸部６７内に配置される。交換部品ユニット２ａがトーチ本体３に取り付けられた状態で、凸部６７の一部は、センタパイプ２０の冷却水路内に配置される。

内部通路６５の内周面は、直線部６５１とテーパ部６５２とを有する。直線部６５１は、電極６の軸線方向に平行に延びている。テーパ部６５２は、内部通路６５の入口に向かって径方向に拡大している。

次に絶縁ガイド７について説明する。図８及び図９は、絶縁ガイド７の斜視図である。図１０は、絶縁ガイド７の断面図である。絶縁ガイド７は、電極６とノズル８とを電気的に絶縁すると共に、電極６とノズル８とを連結する。絶縁ガイド７は、電極６とノズル８とを、軸線方向及び径方向に、互いに位置決めする。

絶縁ガイド７は、管状の形状を有する。絶縁ガイド７は、絶縁体で形成されている。絶縁ガイド７は、電極６が挿入される孔７０６を有する。絶縁ガイド７の孔７０６は、絶縁ガイド７の軸線方向に絶縁ガイド７を貫通している。

絶縁ガイド７は、セラミックの弾性率よりも小さな弾性率を有する材料で形成される。本実施形態において、絶縁ガイド７は、エンジニアプラスティック等の樹脂製である。詳細には、絶縁ガイド７は、連続使用温度が１００℃以上の樹脂製である。さらに、連続使用温度が３００℃以下であることが好ましい。ただし、絶縁ガイド７は樹脂以外の材料で形成されてもよい。

図１０に示すように、絶縁ガイド７の内周面は、第１内周面７１と内側段部７２と第２内周面７３とを有する。第１内周面７１は、絶縁ガイド７の軸線方向に延びており、絶縁ガイド７の先端面７０１に到達している。第１内周面７１は、第２内周面７３よりも大きな内径を有する。第１内周面７１は、電極本体部６１の外周面に対して隙間を隔てて対向する。後述するように、第１内周面７１は、電極本体部６１の外周面との間にガス通路を構成する。第１内周面７１の内径は、ノズル８の内径と略同じである。従って、第１内周面７１と電極６との間のガス通路の内径は、ノズル８の内径と略同じである。

内側段部７２は、第１内周面７１の基端側に位置する。内側段部７２は、絶縁ガイド７の軸線方向において第１内周面７１と第２内周面７３との間に位置する。内側段部７２は、先端側へ向かって径方向に拡大するように、絶縁ガイド７の軸線方向に対して傾斜している。

第１内周面７１と内側段部７２とには、耐熱被膜７０７が形成されている。耐熱被膜７０７は、セラミック系材料で形成されている。耐熱被膜７０７は、例えば、窒化ホウ素で形成される。ただし、耐熱被膜７０７は、窒化ホウ素以外のセラミック系材料で形成されてもよい。或いは、耐熱被膜７０７は、セラミック系材料以外の耐熱性材料で形成されてもよい。或いは、耐熱被膜７０７は省略されてもよい。

第２内周面７３は、内側段部７２の基端側に位置する。第２内周面７３は、絶縁ガイド７の軸線方向に延びており、絶縁ガイド７の基端面７０２に到達している。第２内周面７３は、第１接合部７４を有する。第１接合部７４は、電極６の接合部６２に圧入により接合される。従って、絶縁ガイド７の第１接合部７４は、Ｏリング無しで流体をシールするように電極６と接合される。

図４に示すように、絶縁ガイド７の第１接合部７４が電極６の接合部６２に接合されることにより、電極６と絶縁ガイド７とが径方向に互いに位置決めされる。また、絶縁ガイド７の基端面７０２が、電極６のフランジ部６３の段部６６に接触することで、電極６と絶縁ガイド７とが軸線方向に互いに位置決めされる。

第１接合部７４は、電極６の外周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第１接合部７４は、凸部７４１を有する。凸部７４１は、第２内周面７３から突出している。凸部７４１は、第２内周面７３の周方向に延びている。絶縁ガイド７の第１接合部７４の凸部７４１は、電極６の接合部６２の凸部６２１に係止する。これにより、絶縁ガイド７が電極６に対して強固に抜け止めされる。

絶縁ガイド７の外周面は、第１外周面７５と、第２外周面７６と、第３外周面７７とを有する。第１外周面７５は、絶縁ガイド７の軸線方向に延びており、絶縁ガイド７の先端面７０１に到達している。第１外周面７５は、ノズル８の第１孔８１１内に配置される。第１外周面７５は、第２接合部７８を有する。第２接合部７８は、ノズル８の内周面に圧入により接合される。従って、絶縁ガイド７の第２接合部７８は、Ｏリング無しで流体をシールするようにノズル８と接合される。

絶縁ガイド７の第２接合部７８は、ノズル８の内周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、絶縁ガイド７の第２接合部７８は、凸部７８１を有する。凸部７８１は、第１外周面７５から突出している。凸部７８１は、第１外周面７５の周方向に延びている。

第２外周面７６は、第１外周面７５の基端側に位置する。第２外周面７６は、絶縁ガイド７の軸線方向に延びている。第２外周面７６は、断面視において、凹凸の無い平坦な形状を有する。第２外周面７６は、絶縁ガイド７の軸線方向において第１外周面７５と第３外周面７７との間に配置される。第２外周面７６は、ノズル８の外部に配置される。第２外周面７６は、第１外周面７５よりも小さな外径を有する。言い換えれば、第１外周面７５の外径は、第２外周面７６の外径よりも大きい。絶縁ガイド７の軸線方向において、第１外周面７５は、第２外周面７６よりも短い。

第３外周面７７は、第２外周面７６の基端側に位置する。第３外周面７７は、第２外周面７６よりも小さな外径を有する。第３外周面７７は、絶縁ガイド７の軸線方向に延びており、絶縁ガイド７の基端面７０２に到達している。絶縁ガイド７の軸線方向において、第２外周面７６は、第３外周面７７より長い。言い換えれば、絶縁ガイド７の軸線方向において、第３外周面７７は、第２外周面７６より短い。絶縁ガイド７の軸線方向において、第３外周面７７は、第１外周面７５より短い。

絶縁ガイド７の外周面は、外側段部７９を有する。外側段部７９は、第２外周面７６と第３外周面７７との間に配置される。外側段部７９は、絶縁ガイド７の軸線方向に垂直な面である。

図１１は、絶縁ガイド７を基端側から見た図である。図９及び図１１に示すように、絶縁ガイド７は、複数の連通路７０３を有する。本実施形態では、絶縁ガイド７は６つの連通路７０３を有する。ただし、連通路７０３の数は、６つに限らず、６つより少ない、或いは６つより多くてもよい。

図１２は、１つの連通路７０３の軸線を含む絶縁ガイド７の断面を示している。図１２に示すように、連通路７０３は、絶縁ガイド７の外部と絶縁ガイド７の孔７０６内とを連通している。言い換えると、連通路７０３は、絶縁ガイド７の外部と絶縁ガイド７内のガス通路とを連通している。連通路７０３は、軸線方向に対して傾斜した方向に延びている。連通路７０３は、絶縁ガイド７の先端へ向かって絶縁ガイド７の軸線に近づくように傾斜している。絶縁ガイド７の軸線方向に対する連通路７０３の傾斜角度は、３０度以上、６０度以下であることが好ましい。例えば、絶縁ガイド７の軸線方向に対する連通路７０３の傾斜角度は４５度である。

連通路７０３の一端は、内側段部７２に接続される。連通路７０３の他端は、外側段部７９に接続される。連通路７０３は、絶縁ガイド７の軸線方向における中心よりも基端側の位置において絶縁ガイド７の外周面に接続される、連通路７０３は、第１連通路７０４と第２連通路７０５とを有する。

第１連通路７０４は、第２連通路７０５よりも大きな流路断面を有する。第１連通路７０４は、外側段部７９に接続される。第１連通路７０４は、絶縁ガイド７の外部に連通する。第２連通路７０５は、内側段部７２に接続される。第２連通路７０５は、絶縁ガイド７内のガス通路に連通する。なお、図１２では１つの連通路７０３のみが図示されているが、他の連通路７０３も図１２の連通路７０３と同様の構造である。

図１１に示すように、複数の連通路７０３は、周方向及び径方向に対して傾斜している。全ての連通路７０３は、周方向に対して同方向に傾斜している。全ての連通路７０３は、径方向に対して同方向に傾斜している。これにより、連通路７０３から吹き出されたガスは旋回流となる。複数の連通路７０３は、絶縁ガイド７の周方向において等間隔に配置される。絶縁ガイド７の軸線方向から見て、連通路７０３の軸線は、連通路７０３の軸線と平行であり且つ絶縁ガイド７の中心を通る直線から所定距離、離れている。

次にノズル８について説明する。図１３及び図１４は、ノズル８の斜視図である。図１５は、ノズル８の断面図である。ノズル８は、先端部が先細り形状を有する円筒状の形状を有する。ノズル８は、絶縁ガイド７が挿入される孔８１１を有し、絶縁ガイド７と圧入により接合される。詳細には、ノズル８は、第１ノズル部８１と第２ノズル部８２と第３ノズル部８３とを有する。

第１ノズル部８１は、ノズル８の基端を含む。第１ノズル部８１は、第１孔８１１を有する。第２ノズル部８２は、第１ノズル部８１の先端側に位置する。第２ノズル部８２は、ノズル８の軸線方向において第１ノズル部８１と第３ノズル部８３との間に位置する。ノズル８の軸線方向において、第２ノズル部８２は、第１ノズル部８１よりも長い。

第２ノズル部８２は、第１孔８１１に連通する第２孔８２１を有する。第２孔８２１は、第１孔８１１よりも小さな内径を有する。従って、第１ノズル部８１の内周面８１２と第２ノズル部８２の内周面８２２との間には内側段部８４が設けられている。内側段部８４は、ノズル８の軸線方向に垂直な面である。

第２ノズル部８２の外径は、第１ノズル部８１の外径と同じである。従って、第２ノズル部８２の外周面８２３は、第１ノズル部８１の外周面８１３と面一である。第１ノズル部８１の外周面８１３の基端には面取りが施されている。第２ノズル部８２は、第１ノズル部８１よりも大きな径方向の厚さを有している。

第３ノズル部８３は、ノズル８の先端を含む。第３ノズル部８３は、第２ノズル部８２の先端側に位置する。第３ノズル部８３は、噴射孔８３１を有する。噴射孔８３１は、第２孔８２１よりも小さな内径を有する。噴射孔８３１は、ノズル８の軸線方向に延びており、ノズル８の先端面８０１に到達している。ノズル８の軸線方向において、上述した第１孔８１１は、噴射孔８３１よりも短い。

噴射孔８３１は、テーパ孔８３２を介して第２孔８２１に連通している。テーパ孔８３２は、ノズル８の軸線方向において噴射孔８３１と第２孔８２１との間に位置しており、噴射孔８３１と第２孔８２１とを接続している。テーパ孔８３２は、ノズル８の先端に向かって径方向に小さくなっている。

ノズル８の外周面は、第１外周面８５と第２外周面８６と第３外周面８７とを有する。第１外周面８５は、ノズル８の基端面８０２に達している。第１外周面８５は、第１ノズル部８１の外周面８１３と第２ノズル部８２の外周面８２３とによって構成される。第１外周面８５は、断面視において、ノズル８の軸線方向に延びる直線状の形状を有する。言い換えれば、第１外周面８５は、断面視において、凹凸の無い平坦な形状を有する。

第２外周面８６は、第１外周面８５の先端側に位置する。第２外周面８６は、ノズル８の軸線方向において、第１外周面８５と第３外周面８７との間に位置する。第２外周面８６は、第１外周面８５よりも小さな外径を有する。従って、第１外周面８５と第２外周面８６との間には外側段部８８が設けられている。外側段部８８は、ノズル８の軸線方向に垂直な面である。

第３外周面８７は、第２外周面８６の先端側に位置する。第３外周面８７は、ノズル８の先端面８０１に到達している。第３外周面８７は、先端に向かって径方向に小さくなるように傾斜している。

第１ノズル部８１の第１孔８１１には、絶縁ガイド７が挿入される。第２ノズル部８２の第２孔８２１には、電極６が挿入される。図４に示すように、第２ノズル部８２の内周面８２２は、隙間を隔てて電極本体部６１と対向する。電極６の先端は、第３ノズル部８３のテーパ孔８３２と対向している。

第１ノズル部８１は、絶縁ガイド７と接合される。詳細には、第１孔８１１に絶縁ガイド７の第２接合部７８が挿入され、第１ノズル部８１は、絶縁ガイド７の第２接合部７８と圧入により接合される。これにより、第１ノズル部８１の内周面８１２は、Ｏリング無しで流体をシールするように絶縁ガイド７と接合される。

第１ノズル部８１の内周面８１２が絶縁ガイド７の第２接合部７８と接合することにより、ノズル８と絶縁ガイド７とが径方向に互いに位置決めされる。また、絶縁ガイド７の先端面７０１がノズル８の内側段部８４に接触することにより、ノズル８と絶縁ガイド７とが軸線方向に互いに位置決めされる。

第１ノズル部８１の内周面８１２は、絶縁ガイド７の外周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第１ノズル部８１の内周面８１２は、凸部８１４を有する。第１ノズル部８１の凸部８１４は、絶縁ガイド７の第２接合部７８の凸部７８１に係止する。これにより、ノズル８が絶縁ガイド７に対して抜け止めされる。

第２外周面８６は、絶縁リング９の内周面に係止する凹凸形状を有する。詳細には、第２外周面８６は、凸部８６１を有する。

図１６及び図１７は、絶縁リング９の斜視図である。図１８は、絶縁リング９の断面図である。図１６から図１８に示すように、絶縁リング９は、ノズル８が挿入される孔９０３を有する。絶縁リング９の内周面９１は凸部９１１を有する。絶縁リング９の外周面９２は凸部９２１を有する。

絶縁リング９は、フランジ部９３を有する。フランジ部９３は、絶縁リング９の外周面９２から突出している。従って、絶縁リング９の外周面９２とフランジ部９３との間には段部９４が設けられている。段部９４は、絶縁リング９の軸線方向に垂直な面である。

図４に示すように、絶縁リング９は、ノズル８と圧入により接合される。詳細には、絶縁リング９の内周面９１は、ノズル８の第２外周面８６と圧入により接合される。絶縁リング９の内周面９１がノズル８の第２外周面８６と接合されることにより、絶縁リング９とノズル８とが径方向に互いに位置決めされる。

また、絶縁リング９の基端面９０１がノズル８の外側端部８８に接触することにより、絶縁リング９とノズル８とが軸線方向に互いに位置決めされる。絶縁リング９の内周面９１の凸部９１１は、ノズル８の第２外周面８６の凸部８６１に係止する。これにより、絶縁リング９がノズル８に対して強固に抜け止めされる。

図１９及び図２０は、シールドキャップ１０の斜視図である。図２１は、シールドキャップ１０の断面図である。図１９から図２１に示すように、シールドキャップ１０は孔１０３を有する。シールドキャップ１０の孔１０３には、ノズル８が挿入される。シールドキャップ１０は噴射孔１０４を有する。噴射孔１０４は、孔１０３と連通しており、シールドキャップ１０の先端面１０１を軸線方向に貫通している。

シールドキャップ１０は、第１内周面１１と第２内周面１２とを有する。第１内周面１１は、シールドキャップ１０の軸線方向に延びており、シールドキャップ１０の基端面１０２に到達している。第１内周面１１は凸部１１１を有する。第２内周面１２は、第１内周面１１の先端側に位置する。第２内周面１２は、先端に向かって径方向に小さくなるように傾斜している。

シールドキャップ１０は、第１外周面１３と、フランジ部１４と、第２外周面１５と、第３外周面１６とを有する。第１外周面１３は、シールドキャップ１０の軸線方向に延びており、シールドキャップ１０の基端面１０２に到達している。フランジ部１４は、第１外周面１３の先端側に位置する。フランジ部１４は、シールドキャップ１０の軸線方向において、第１外周面１３と第２外周面１５との間に位置する。フランジ部１４は、第１外周面１３から突出している。フランジ部１４は、第２外周面１５から突出している。フランジ部１４と第２外周面１５との間には、外側段部１７が設けられている。外側段部１７は、シールドキャップ１０の軸線方向に垂直な面である。フランジ部１４の外径は、第１リテーナキャップ４の開口４１の直径よりも大きい。フランジ部１４の外径は、第２リテーナキャップ５の開口５１の直径よりも大きい。

第２外周面１５は、フランジ部１４の先端側に位置する。第２外周面１５は、第１外周面１３よりも小さな外径を有する。第２外周面１５は、シールドキャップ１０の軸線方向に延びている。第３外周面１６は、第２外周面１５の先端側に位置する。第３外周面１６は、シールドキャップ１０の先端面１０１に到達している。第３外周面１６は、先端に向かって径方向に小さくなるように、シールドキャップ１０の軸線方向に対して傾斜している。

図２２は、図２１のＡ−Ａ断面図である。図２１及び図２２に示すように、シールドキャップ１０は、複数の連通路１０５を有する。連通路１０５は、シールドキャップ１０の外部とシールドキャップ１０の孔１０３内とを連通している。連通路１０５の一端は第１外周面１３に到達している。連通路１０５の他端は、第１内周面１１に到達している。

連通路１０５は、シールドキャップ１０の周方向に等間隔に配置されている。シールドキャップ１０の軸線方向から見て、連通路１０５の軸線は、連通路１０５の軸線と平行であり且つ絶縁ガイド７の中心を通る直線から所定距離、離れている。全ての連通路１０５は、周方向に対して同方向に傾斜している。全ての連通路１０５は、径方向に対して同方向に傾斜している。これにより、連通路１０５から吹き出されたガスは旋回流となる。

図４に示すように、シールドキャップ１０は、絶縁リング９と圧入により接合される。詳細には、シールドキャップ１０の第１内周面１１が、絶縁リング９の外周面９２と圧入により接合される。シールドキャップ１０の第１内周面１１の凸部１１１は、絶縁リング９の外周面９２の凸部９２１と係合する。これにより、シールドキャップ１０が絶縁リング９に対して強固に抜け止めされる。

シールドキャップ１０の第１内周面１１が絶縁リング９の外周面９２と接合されることにより、シールドキャップ１０と絶縁リング９とが、径方向に互いに位置決めされる。これにより、シールドキャップ１０の噴射孔１０４とノズル８の噴射孔８３１とが同心に配置される。

シールドキャップ１０の基端面１０２が絶縁リング９の段部９４に接触することにより、シールドキャップ１０と絶縁リング９とが、軸線方向に互いに位置決めされる。これにより、シールドキャップ１０がノズル８に対して隙間を隔てて配置される。詳細には、シールドキャップ１０の第２内周面１２が、ノズル８の第３外周面８７に対して隙間を隔てて配置される。これにより、シールドキャップ１０とノズル８との間には後述するガス通路が構成される。シールドキャップ１０の連通路１０５は、絶縁リング９の先端よりも先端側に位置している。シールドキャップ１０の連通路１０５は、シールドキャップ１０とノズル８との間のガス通路に連通している。

次にセンタパイプ２０について説明する。図２３及び図２４は、センタパイプ２０の斜視図である。図２５は、センタパイプ２０の断面図である。センタパイプ２０は、電極６の内部通路６５に挿入され、電極６内に冷却水を供給する。センタパイプ２０は、導電体で形成されている。センタパイプ２０は、パイプ本体２１と接触子２２とを有する。図２６は、パイプ本体２１の斜視図である。図２７は、接触子２２の斜視図である。

パイプ本体２１は、管状の形状を有する。パイプ本体２１は、導電体で形成される。詳細には、パイプ本体２１の外周面は、フランジ部２３と、第１外周面２４と、第２外周面２５と、第３外周面２６とを有する。フランジ部２３は、パイプ本体２１の基端を含む。フランジ部２３は、第１外周面２４から突出している。従って、フランジ部２３と第１外周面２４との間には段部２７が設けられている。段部２７は、パイプ本体２１の軸線方向に垂直な面である。

第１外周面２４は、フランジ部２３の先端側に位置する。第１外周面２４は、パイプ本体２１の軸線方向においてフランジ部２３と第２外周面２５との間に位置する。第１外周面２４は、パイプ本体２１の軸線方向に延びている。

第２外周面２５は、第１外周面２４の先端側に位置する。第２外周面２５は、パイプ本体２１の軸線方向において第１外周面２４と第３外周面２６との間に位置する。第２外周面２５は、パイプ本体２１の軸線方向に延びている。パイプ本体２１の軸線方向において、第２外周面２５は、第１外周面２４よりも短い。第２外周面２５は、第１外周面２４よりも小さな外径を有する。

第３外周面２６は、第２外周面２５の先端側に位置する。第３外周面２６は、パイプ本体２１の先端を含む。第３外周面２６は、パイプ本体２１の軸線方向に延びている。パイプ本体２１の軸線方向において第３外周面２６は、第１外周面２４よりも長い。第３外周面２６は、第２外周面２５よりも小さな外径を有する。第３外周面２６の軸線方向における中間部には、凹部２６１が設けられている。凹部２６１には、接触子２２が取り付けられる。

パイプ本体２１は、冷却水通路を内部に有する。冷却水通路は、パイプ本体２１を軸線方向に貫通している。冷却水通路は、第１通路２１１と第２通路２１２と第３通路２３１とを有する。第１通路２１１は、パイプ本体２１の基端面２０１に到達している。第１通路２１１は、先端に向かって径方向に小さくなるように、パイプ本体２１の軸線方向に対して傾斜している。

第２通路２１２は、第１通路２１１の先端側に位置する。第２通路２１２は、パイプ本体２１の軸線方向において、第１通路２１１と第３通路２３１との間に位置する。パイプ本体２１の軸線方向において、第２通路２１２は、第３通路２３１よりも長い。第２通路２１２は、パイプ本体２１の軸線方向に延びている。

第３通路２３１は、第２通路２１２の先端側に位置する。第３通路２３１は、パイプ本体２１の先端面２０２に到達している。第３通路２３１は、第２通路２１２よりも大きな内径を有する。第３通路２３１内には、上述した電極６の凸部６７が配置される。

接触子２２は、パイプ本体２１と別体である。接触子２２は導電体で形成される。接触子２２は、パイプ本体２１に対して着脱可能に取り付けられる。接触子２２は、パイプ本体２１の外周面に取り付けられる。詳細には、接触子２２は、パイプ本体２１の第３外周面２６の凹部２６１に嵌め込まれることで、パイプ本体２１に取り付けられる。

接触子２２は、取付部２８と接触部２９とを有する。取付部２８は、パイプ本体２１の外周面に取り付けられる。取付部２８は、第１環部２８１と第２環部２８２とを有する。第２環部２８２は、接触子２２の軸線方向に第１環部２８１から離れて配置される。第１環部２８１と第２環部２８２とは、それぞれパイプ本体２１の凹部２６１に嵌め込まれる。

接触部２９は、電極６の内周面に接触する。接触部２９は、接触子２２の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有する。具体的には、接触部２９は、複数の湾曲部２９１を有する。湾曲部２９１は、第１環部２８１と第２環部２８２とを連結している。湾曲部２９１は、接触子２２の径方向外方に向かって膨出した板状の形状を有する。接触部２９は、複数のスリット２９２を有する。スリット２９２は、複数の湾曲部２９１の間に設けられ、接触子２２の軸線方向に延びている。なお、図面においてはスリット２９２の一部のみに符号２９２を付して他のスリット２９２の符号を省略している。

図２８は、接触子２２を軸線方向から見た図である。図２８に示すように、複数の湾曲部２９１は、接触子２２の周方向に等間隔に配置されている。複数のスリット２９２も同様に、接触子２２の周方向に等間隔に配置されている。本実施形態では、接触子２２は、８つの湾曲部２９１と８つのスリット２９２とを有している。しかし、接触子２２の数は、８つに限らず、８つより少ない、或いは８つより多くてもよい。同様に、スリット２９２の数は、８つに限らず、８つより少ない、或いは８つより多くてもよい。

図１に示すように、センタパイプ２０のフランジ部２３は、電極台座３４の基端面３４１と、ベース部３３の孔の底面３３１との間に配置される。フランジ部２３は、電極台座３４の基端面３４１に接触している。これにより、センタパイプ２０と電極台座３４とが電気的に接続されている。また、センタパイプ２０が径方向及び軸線方向に位置決めされる。

図２９は、図１における交換部品ユニット２ａ及びその周囲の構成の拡大図である。図２９に示すように、センタパイプ２０の接触子２２は、電極６の内周面に接触している。接触子２２は、電極６の内部通路６５に挿入されることで、径方向内方へ向かって弾性変形している。接触子２２は、弾性変形の反力によって電極６の内周面に押し付けられている。センタパイプ２０は、電極台座３４と電気的に接続されている。従って、接触子２２は、電極６の内周面に接触することで電極６に通電する。

電極６は、第１通電面６０３と第２通電面６０１とを有する。第１通電面６０３は、内部通路６５の内周面において接触子２２と接触している部分である。電極６は、センタパイプ２０と第１通電面６０３とを介して電極台座３４と電気的に接続される。第１通電面６０３は、テーパ部６５２の先端側においてテーパ部６５２に隣接して配置される。第１通電面６０３は、後述する冷却水通路内に位置している。

第２通電面６０１は、電極６の基端面６０１である。第２通電面６０１は、電極台座３４の先端面３４２に接触している。電極６は、第２通電面６０１を介して電極台座３４と電気的に接続される。第２通電面６０１は、後述する冷却水通路に隣接している。

１．３ 冷却水通路
次に、プラズマトーチ１ａの冷却水通路について説明する。図１において、実線の矢印は、冷却水の流れを示している。図１に示すように、ベース部３３には、冷却水供給管４５が接続されている。冷却水供給管４５は、ベース部３３内の第１冷却水通路Ｗ１を介して、ノズル台座３６内の第２冷却水通路Ｗ２に接続されている。第１冷却水通路Ｗ１は、ベース部３３の基端面からベース部３３の外周面に向かって延びている。第２冷却水通路Ｗ２は、ノズル台座３６の内周面からノズル台座３６の先端部へ向かって延びている。第２冷却水通路Ｗ２は、第３冷却水通路Ｗ３に接続されている。第３冷却水通路Ｗ３は、ノズル台座３６と第１リテーナキャップ４と交換部品ユニット２ａとに囲まれた環状の通路である。

図２９に示すように、絶縁スリーブ３７の先端面３７１とノズル８の基端面８０２との間には隙間が設けられており、この隙間は、第３冷却水通路Ｗ３の一部を構成している。従って、ノズル８の基端面８０２は、第３冷却水通路Ｗ３内に配置される。また、絶縁スリーブ３７の先端面３７１とノズル８の基端面８０２との隙間は、絶縁ガイド７の第２外周面７６まで到達している。従って、絶縁ガイド７の第２外周面７６の一部は、第３冷却水通路Ｗ３内に配置されている。

図１に示すように、第３冷却水通路Ｗ３は、ノズル台座３６内の第４冷却水通路Ｗ４、ノズル台座３６と絶縁スリーブ３７との間の第５冷却水通路Ｗ５、絶縁スリーブ３７内の第６冷却水通路Ｗ６、及び電極台座３４内の第７冷却水通路Ｗ７を介して、第８冷却水通路Ｗ８に接続されている。

第４冷却水通路Ｗ４は、ノズル台座３６の先端からノズル台座３６の内周面に向かって延びている。第５冷却水通路Ｗ５は、ノズル台座３６と絶縁スリーブ３７との間に設けられた環状の通路である。第６冷却水通路Ｗ６は、絶縁スリーブ３７の外周面から絶縁スリーブ３７の内周面に向かって径方向に延びる複数の通路である。第７冷却水通路Ｗ７は、電極台座３４の外周面から電極台座３４の内周面に向かって径方向に延びる複数の通路である。第８冷却水通路Ｗ８は、電極台座３４とセンタパイプ２０との間の通路である。

第８冷却水通路Ｗ８は、電極６とセンタパイプ２０との間の第９冷却水通路Ｗ９に接続されている。第９冷却水通路Ｗ９は、センタパイプ２０の先端部において、センタパイプ２０内の第１０冷却水通路Ｗ１０に連通している。第１０冷却水通路Ｗ１０は、ベース部３３内の第１１冷却水通路Ｗ１１を介して、冷却水排出管４６に接続されている。

冷却水は、冷却水の供給源から、冷却水供給管４５、ベース部３３内の第１冷却水通路Ｗ１、ノズル台座３６内の第２冷却水通路Ｗ２を通って、第３冷却水通路Ｗ３に供給される。冷却水は、第３冷却水通路Ｗ３からノズル台座３６内の第４冷却水通路Ｗ４、ノズル台座３６と絶縁スリーブ３７との間の第５冷却水通路Ｗ５、絶縁スリーブ３７内の第６冷却水通路Ｗ６、及び電極台座３４内の第７冷却水通路Ｗ７を通って、電極台座３４とセンタパイプ２０との間の第８冷却水通路Ｗ８に供給される。冷却水は、第８冷却水通路Ｗ８から、電極６とセンタパイプ２０との間の第９冷却水通路Ｗ９、センタパイプ２０内の第１０冷却水通路Ｗ１０、ベース部３３内の第１１冷却水通路Ｗ１１、冷却水排出管４６を通って、プラズマトーチ１ａの外部に排出される。

１．４ ガス通路
次に、プラズマトーチ１ａのプラズマガス通路について説明する。本実施形態においてプラズマガスは、酸素ガスである。ただし、アルゴン、或いは窒素などの他のガスが用いられてもよい。図３０は、プラズマトーチ１ａの中心軸線に沿った図１と異なる断面図である。図１及び図３０において、破線の矢印は、プラズマガスの流れを示している。詳細には、図３０において破線の矢印は、メインガスの流れを示している。図１において破線の矢印は、アシストガスの流れを示している。

図３０に示すように、ベース部３３にはメインガス供給管４７が接続されている。メインガス供給管４７は、ベース部３３内の第１メインガス通路ＭＧ１を介して、ベース部３３と絶縁スリーブ３７との間の第２メインガス通路ＭＧ２に接続されている。第１メインガス通路ＭＧ１は、ベース部３３の基端面からベース部３３の内周面の段部３３２に向かって、軸線方向に延びている。第２メインガス通路ＭＧ２は、ベース部３３の内周面の段部３３２と絶縁スリーブ３７の外周面の段部３７２との間に形成された環状の通路である。

第２メインガス通路ＭＧ２は、絶縁スリーブ３７内の第３メインガス通路ＭＧ３を介して第４メインガス通路ＭＧ４に接続されている。第３メインガス通路ＭＧ３は、絶縁スリーブ３７の外周面の段部３７２から軸線方向に延びている。第４メインガス通路ＭＧ４は、絶縁スリーブ３７と、交換部品ユニット２ａとの間の環状の通路である。

図３１は、図３０における交換部品ユニット２ａとその周囲の構成の拡大図である。図３１に示すように、第４メインガス通路ＭＧ４は、絶縁スリーブ３７の内周面と絶縁ガイド７の外周面と電極６の外周面とによって構成される。

詳細には、絶縁スリーブ３７の内周面には、段部３７３が設けられている。段部３７３は、絶縁スリーブ３７の軸線方向に垂直な面である。交換部品ユニット２ａがトーチ本体３に取り付けられた状態で、絶縁ガイド７の外側段部７９は、絶縁スリーブ３７の内周面の段部３７３に対して隙間を隔てて配置される。第４メインガス通路ＭＧ４は、この絶縁ガイド７の外側段部７９と、絶縁スリーブ３７の内周面の段部３７３との間の隙間を通っている。

第４メインガス通路ＭＧ４は、上述した第３冷却水通路Ｗ３に対してＯリングＲ２によってシールされている。ＯリングＲ２は、絶縁スリーブ３７の内周面に設けられた凹部３７４に嵌め込まれている。ＯリングＲ２は、絶縁ガイド７の第２外周面７６の一部と接触している。すなわち、絶縁ガイド７の第２外周面７６は、Ｏリングと接触するシール面７６１を有している。第２外周面７６においてシール面７６１よりも先端側の部分は、第３冷却水通路Ｗ３内に配置されている。第２外周面７６においてシール面７６１よりも基端側の部分は、第４メインガス通路ＭＧ４内に配置されている。第３外周面７７も、第２外周面７６と同様に、第４メインガス通路ＭＧ４内に配置される。

図２９に示すように、第４メインガス通路ＭＧ４は、上述した第６冷却水通路Ｗ６及び第７冷却水通路Ｗ７に対してＯリングＲ３によってシールされている。ＯリングＲ３は、絶縁スリーブ３７の内周面に設けられた凹部３７５に嵌め込まれている。ＯリングＲ３は、電極６のフランジ部６３の外周面の一部と接触している。すなわち、フランジ部６３の外周面は、ＯリングＲ３と接触するシール面６３１を有する。フランジ部６３の外周面においてシール面６３１よりも先端側の部分は、第４メインガス通路ＭＧ４内に配置されている。

図３１に示すように、第４メインガス通路ＭＧ４は、絶縁ガイド７の複数の連通路７０３を介して、絶縁ガイド７と電極６との間の第５メインガス通路ＭＧ５に接続されている。第５メインガス通路ＭＧ５は、絶縁ガイド７の内周面と電極６の外周面との間の環状の通路である。第５メインガス通路ＭＧ５は、ノズル８と電極６との間の第６メインガス通路ＭＧ６に接続されている。第５メインガス通路ＭＧ５の内径は、第６メインガス通路ＭＧ６の内径と同じである。第６メインガス通路ＭＧ６は、ノズル８の噴射孔８３１に連通している。

メインガスは、メインガスの供給源から、ベース部３３内の第１メインガス通路ＭＧ１、ベース部３３と絶縁スリーブ３７との間の第２メインガス通路ＭＧ２、絶縁スリーブ３７内の第３メインガス通路ＭＧ３を通って、絶縁スリーブ３７と交換部品ユニット２ａとの間の第４メインガス通路ＭＧ４に流れる。メインガスは、第４メインガス通路ＭＧ４から連通路７０３を通ることで旋回流となって、第５メインガス通路ＭＧ５に噴出される。旋回流となったメインガスは、第６メインガス通路ＭＧ６を通って、ノズル８の噴射孔８３１から噴出される。

図１に示すように、ベース部３３にはアシストガス供給管４８が接続されている。アシストガス供給管４８は、ベース部３３内の第１アシストガス通路ＡＧ１を介して、ノズル台座３６内の第２アシストガス通路ＡＧ２に接続されている。第１アシストガス通路ＡＧ１は、ベース部３３の基端面からベース部３３の外周面に向かって延びている。第２アシストガス通路ＡＧ２は、ノズル台座３６の内周面からノズル台座３６の外周面に向かって延びている。

第２アシストガス通路ＡＧ２は、ホルダ３８内の第３アシストガス通路ＡＧ３を介して、ホルダ３８と第２リテーナキャップ５との間の第４アシストガス通路ＡＧ４に接続されている。第３アシストガス通路ＡＧ３は、ホルダ３８の内周面から外周面に向かって延びている。第４アシストガス通路ＡＧ４は、ホルダ３８の外周面と第２リテーナキャップ５の内周面との間の環状の通路である。

第４アシストガス通路ＡＧ４は、第２リテーナキャップ５内の第５アシストガス通路ＡＧ５を介して、第１リテーナキャップ４と第２リテーナキャップ５との間の第６アシストガス通路ＡＧ６に接続される。第５アシストガス通路ＡＧ５は、第２リテーナキャップ５の内周面から外周面に向かって延びる複数の通路である。第６アシストガス通路ＡＧ６は、第１リテーナキャップ４の内周面と第２リテーナキャップ５の外周面との間の環状の通路である。

図２９に示すように、第６アシストガス通路ＡＧ６は、シールドキャップ１０の複数の連通路１０５を介して、ノズル８とシールドキャップ１０との間の第７アシストガス通路ＡＧ７に接続されている。第７アシストガス通路ＡＧ７は、ノズル８の噴射孔８３１及びシールドキャップ１０の噴射孔１０４と連通している。

第６アシストガス通路ＡＧ６は、上述した第３冷却水通路Ｗ３に対して、ＯリングＲ４によってシールされている。ＯリングＲ４は、第１リテーナキャップ４の内周面の先端部に設けられた凹部４４に嵌め込まれている。ＯリングＲ４は、シールドキャップ１０の第１外周面１３に接触している。すなわち、シールドキャップ１０の第１外周面１３は、ＯリングＲ４と接触するシール面１３１を有している。

上述したように絶縁リング９は、圧入によってノズル８に接合されている。また、絶縁リング９は、圧入によってシールドキャップ１０に接合されている。このため、第７アシストガス通路ＡＧ７は、上述した第３冷却水通路Ｗ３に対して、絶縁リング９によってシールされている。

アシストガスは、アシストガスの供給源から、ベース部３３内の第１アシストガス通路ＡＧ１、ノズル台座３６内の第２アシストガス通路ＡＧ２、ホルダ３８内の第３アシストガス通路ＡＧ３、ホルダ３８と第２リテーナキャップ５との間の第４アシストガス通路ＡＧ４、第２リテーナキャップ５内の第５アシストガス通路ＡＧ５を通って、第１リテーナキャップ４と第２リテーナキャップ５との間の第６アシストガス通路ＡＧ６に流れる。アシストガスは、第６アシストガス通路ＡＧ６から連通路１０５を通ることで旋回流となって、第７アシストガス通路ＡＧ７に噴出される。旋回流となったアシストガスは、第７アシストガス通路ＡＧ７を通って、メインガスと共に、シールドキャップ１０の噴射孔１０４から噴出される。

１．５ 交換部品ユニットの交換方法
次に、交換部品ユニット２ａの交換方法について説明する。交換部品ユニット２ａは消耗品である。そのため、交換部品ユニット２ａは着脱可能にトーチ本体３に取り付けられており、交換が必要な程度に消耗が進むと、新しいものに交換される。図２９に示すように、プラズマトーチ１ａでは、第２リテーナキャップ５の開口５１の縁部によってシールドキャップ１０の段部１７が軸線方向に押圧されている。また、シールドキャップ１０のフランジ部１４が、第１リテーナキャップ４の開口４１の縁部と第２リテーナキャップ５の開口５１の縁部とによって挟み込まれている。これにより、交換部品ユニット２ａが固定されている。このため、交換部品ユニット２ａの交換時には、まず、第２リテーナキャップ５が取り外される。

第２リテーナキャップ５が取り外された状態では、交換部品ユニット２ａは、ＯリングＲ２，Ｒ３，Ｒ４の弾性力によって保持される。従って、交換部品ユニット２ａを第１リテーナキャップ４の開口４１から先端側へ引き出すことによって、交換部品ユニット２ａの絶縁ガイド７と電極６とが、絶縁スリーブ３７から引き出される。その際、センタパイプ２０の接触子２２は、電極６の内周面に沿って摺動し、電極６がセンタパイプ２０から抜き出される。以上のようにして、交換部品ユニット２ａをトーチ本体３から一体的に容易に取り外すことができる。

なお、交換部品ユニット２ａを第１リテーナキャップ４の開口４１から先端側へ引き出す前に、第１リテーナキャップ４を緩めるとよい。これにより、シールドキャップ１０のフランジ部１４が第１リテーナキャップ４の開口４１の縁部に引っ掛かって押し出される。これにより、交換部品ユニット２ａを容易に取り外すことができる。

新たな交換部品ユニット２ａを取り付ける際には、交換部品ユニット２ａを第１リテーナキャップ４の開口４１から基端側へ向けて挿入する。これにより、交換部品ユニット２ａの電極６と絶縁ガイド７とが、絶縁スリーブ３７内に挿入される。その際、センタパイプ２０が電極６内に挿入され、センタパイプ２０の接触子２２は、電極６の内周面に沿って摺動する。

そして、第２リテーナキャップ５が第１リテーナキャップ４に取り付けられると、第２リテーナキャップ５の開口５１の縁部が、シールドキャップ１０の段部１７を基端側へ向けて押圧する。これにより、電極６の基端面６０１が電極台座３４の先端面３４２に接触するまで、交換部品ユニット２ａが基端側へ向けて押し込まれる。そして、第１リテーナキャップ４の開口４１の縁部と、第２リテーナキャップ５の開口５１の縁部とによってシールドキャップ１０のフランジ部１４が挟み込まれて保持されることにより、交換部品ユニット２ａが、固定される。

以上説明した本実施形態に係るプラズマトーチ１ｂでは、センタパイプ２０の接触子２２が電極６の内周面に接触することで電極６に通電する。従って、従来のプラズマトーチのように、電極６の基端側筒部と電極台座３４の内周面とを接続するための構造が不要となる。このため、電極６或いは電極台座３４の構造を簡素化することができる。また、電極６と電極台座３４とを接続するためのネジ構造が不要となることで、専用の工具無しで容易に電極６の着脱を行うことができる。さらに、通電不良が生じてもトーチ本体３の交換が不要である。

接触子２２は、パイプ本体２１の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有している。このため、接触子２２は、弾性によって電極６の内周面に付勢されている。このため、接触子２２と電極６とを安定的に接触させることができる。これにより、接触子２２と電極６とを安定的に通電させることができる。

接触子２２は、パイプ本体２１と別体であり、パイプ本体２１の外周面に取り付けられる。このため、接触子２２が損傷したときには、接触子２２のみを交換することができる。これにより、コストを低減することができる。

電極６の内部通路６５は、内部通路６５の入口に向かって径方向に拡大するテーパ部６５２を含む。このため、内部通路６５に接触子２２を容易に挿入することができる。

第１通電面６０３は、テーパ部６５２の先端側においてテーパ部６５２に隣接して配置される。このため、センタパイプ２０を電極６に対して出し入れする際に、接触子２２が内部通路６５と摺動する距離を小さくすることができる。これにより、接触子２２及び電極６の磨耗を抑えることができる。また、接触子２２は電極６内の冷却水通路に挿入されているので、運転中は冷却水の水流により冷却される。そのため、接触子２２が小さな電気導体としての断面積であっても大電流の通電が可能となる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係るプラズマトーチ１ｂについて説明する。図３２は、第２実施形態に係るプラズマトーチ１ｂの中心軸線に沿った断面図である。図３３は、第２実施形態に係る交換部品ユニット２ｂの断面図である。図３４及び図３５は、交換部品ユニット２ｂの斜視図である。図３６及び図３７は、第２実施形態に係るノズル８の斜視図である。

図３３に示すように、ノズル８の第１外周面８５は凹部８５１を有する。凹部８５１は、第２ノズル部８２に設けられている。凹部８５１は、ノズル８の径方向内方に向かって凹んでおり、ノズル８の周方向に延びている。ノズル８の軸線方向において、凹部８５１は、電極６の先端と略同じ位置に配置される。凹部８５１の底部の外径は、ノズル８の内周面８１２の内径よりも小さい。

凹部８５１は、基端側の第１壁面８５２と、先端側の第２壁面８５３とを有する。第１壁面８５２は、ノズル８の径方向に対して傾斜している。第２壁面８５３は、ノズル８の径方向に延びている。図３２に示すように、第１壁面８５２は、第１リテーナキャップ４の傾斜した内周面と平行に延びている。凹部８５１は、第３冷却水通路Ｗ３内に配置されている。

本実施形態では、第１リテーナキャップ４には、第３冷却水通路Ｗ３に連通する複数の孔４３が設けられている。第１リテーナキャップ４の孔４３は、第１リテーナキャップ４と第２リテーナキャップ５との間の環状の冷却水通路Ｗ１２に連通している。ノズル８の軸線方向において、凹部８５１は、第１リテーナキャップ４の孔４３と略同じ位置に配置される。

交換部品ユニット２ｂ及びプラズマトーチ１ｂの他の構成については第１実施形態の交換部品ユニット２ａ及びプラズマトーチ１ａと同様である。

以上説明した第２実施形態では、ノズル８に凹部８５１が設けられているので、ノズル８において冷却水と接触する表面積を拡大することができる。そのため、ノズル８の冷却性を向上させることができる。また、凹部８５１が第１リテーナキャップ４の孔４３と略同じ位置に配置されるので、ノズル８の冷却性をさらに向上させることができる。また、冷却水通路Ｗ１２は第2リテーナキャップ５も水冷できる。このため、本実施形態に係る交換部品ユニット２ｂは、大電流を用いるプラズマ切断に好適である。

３． 他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

交換部品ユニット２ａ，２ｂの構造が変更されてもよい。トーチ本体３、第１リテーナキャップ４、及び第２リテーナキャップ５の構造が変更されてもよい。パイプ本体２１或いは接触子２２の構造が変更されてもよい。

電極６と絶縁ガイド７とノズル８とは互いに着脱可能に接合されてもよい。

電極６と絶縁ガイド７とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。絶縁ガイド７とノズル８とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。ノズル８と絶縁リング９とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。絶縁リング９とシールドキャップ１０とは、圧入ではなく接着によって接合されてもよい。

絶縁リング９とシールドキャップ１０とは、交換部品ユニット２ａ，２ｂに含まれなくてもよい。すなわち、電極６と絶縁ガイド７とノズル８とによって交換部品ユニットが構成されてもよい。また、絶縁リング９とシールドキャップ１０とは、この交換部品ユニットに対して着脱容易に取り付けられてもよい。

絶縁ガイド７内のガス通路の内径は、ノズル８の内径よりも大きくてもよい。すなわち、図３８に示すように、絶縁ガイド７内の第５メインガス通路ＭＧ５の内径は、ノズル８内の第６メインガス通路ＭＧ６の内径よりも大きくてもよい。

本発明によれば、専用の工具無しで容易に電極の着脱が可能であり、電極或いは電極台座の構造を簡素化することができ、さらに通電不良が生じてもトーチ本体の交換が不要なプラズマトーチ用センタパイプ、接触子、電極、及びプラズマトーチを提供することができる。

２０ センタパイプ
６ 電極
２１ パイプ本体
２２ 接触子
２６１ 凹部
２８１ 第１環部
２８２ 第２環部
２９１ 湾曲部
２９２ スリット
２８ 取付部
２９ 接触部
６５ 内部通路
６０３ 第１通電面
６０１ 第２通電面
６５２ テーパ部
６１ 電極本体部
６３ フランジ部

Claims (14)

1. ベース部と電極とを有するプラズマ切断用のプラズマトーチに用いられ、前記電極に挿入され、前記電極内に冷却水を供給するためのセンタパイプであって、
   前記ベース部を介して前記プラズマトーチ外の電源と電気的に接続され、冷却水通路を内部に有し、導電体で形成されたパイプ本体と、
   前記パイプ本体の外周面に設けられ、前記電極の内周面に接触することで前記電極に通電され、前記パイプ本体の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有し、導電体で形成された接触子と、
   を備えるプラズマトーチ用センタパイプ。
2. 前記接触子は、前記パイプ本体と別体であり、前記パイプ本体の外周面に取り付けられる、
   請求項１に記載のプラズマトーチ用センタパイプ。
3. 前記パイプ本体の外周面は、前記接触子が取り付けられる凹部を有する、
   請求項２に記載のプラズマトーチ用センタパイプ。
4. 前記接触子は、
   第１環部と、
   前記接触子の軸線方向に前記第１環部から離れて配置される第２環部と、
   前記第１環部と前記第２環部とを連結し、前記接触子の径方向外方に向かって膨出する複数の湾曲部と、
   を有する、
   請求項１から３のいずれかに記載のプラズマトーチ用センタパイプ。
5. 前記接触子は、複数の前記湾曲部の間に設けられ、前記接触子の軸線方向に延びる複数のスリットを有する、
   請求項４に記載のプラズマトーチ用センタパイプ。
6. 電極と、前記電極に挿入され前記電極内に冷却水を供給するための冷却水通路を内部に有するパイプ本体と、を有するプラズマ切断用のプラズマトーチに用いられる接触子であって、
   前記パイプ本体の外周面に取り付けられる取付部と、
   前記電極の内周面に接触させるための接触部と、
   を備えるプラズマトーチ用接触子。
7. 前記接触部は、前記接触子の径方向に押圧されることで反力を生じるように弾性を有する、
   請求項６に記載のプラズマトーチ用接触子。
8. 前記取付部は、
   第１環部と、
   前記接触子の軸線方向に前記第１環部から離れて配置される第２環部と、
   を有し、
   前記接触部は、
   前記第１環部と前記第２環部とを連結し、前記接触子の径方向外方に向かって膨出する複数の湾曲部
   を有する、
   請求項６又は７に記載のプラズマトーチ用接触子。
9. 前記接触部は、
   複数の前記湾曲部の間に設けられ、前記接触子の軸線方向に延びる複数のスリットをさらに有する、
   請求項８に記載のプラズマトーチ用接触子。
10. 請求項１から５のいずれかに記載の前記センタパイプと、
    前記センタパイプが挿入される内部通路を有する電極と、
    を備え、
    前記内部通路の内周面の少なくとも一部は、前記センタパイプに設けられ弾性を有する接触子と接触する第１通電面を形成する、
    を備えるプラズマトーチ。
11. 前記電極の基端面は、第２通電面を含む、
    請求項１０に記載のプラズマトーチ。
12. 前記電極の基端の端面は、前記内部通路の入口を含み、
    前記内部通路の内周面は、前記内部通路の前記入口に向かって径方向に拡大するテーパ部を含む、
    請求項１０又は１１に記載のプラズマトーチ。
13. 前記第１通電面は、前記テーパ部の先端側において前記テーパ部に隣接して配置される、
    請求項１２に記載のプラズマトーチ。
14. 前記電極の先端を含む電極本体部と、
    前記電極の基端を含み、前記電極本体部よりも大きな外径を有するフランジ部と、
    を備え、
    前記電極の軸線方向において、前記テーパ部は、前記フランジ部よりも短い、
    請求項１２又は１３に記載のプラズマトーチ。

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