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JP2004314181A - Plasma arc cutting or welding machine, plasma torch, and method for attaching/detaching its component - Google Patents

Plasma arc cutting or welding machine, plasma torch, and method for attaching/detaching its component Download PDF

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JP2004314181A
JP2004314181A JP2004236311A JP2004236311A JP2004314181A JP 2004314181 A JP2004314181 A JP 2004314181A JP 2004236311 A JP2004236311 A JP 2004236311A JP 2004236311 A JP2004236311 A JP 2004236311A JP 2004314181 A JP2004314181 A JP 2004314181A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the exchange of consumables such as an electrode and a nozzle while suppressing complication of structure and cost increase in a plasma torch. <P>SOLUTION: An electrode 3, an insulation guide 5 and a nozzle 7 which are fitted to each other, are mounted on a retainer cap 13. The electrode 3, the insulation guide 5, the nozzle 7, and the retainer cap 13 are connected to each other through O-rings 93, 95, 97 with a connecting force to such an extent that they may be separable by hands. The electrode 3, the insulation guide 5 and the nozzle 7 can be attached to and detached from the torch body together by mounting and dismounting the retainer cap 13 on and from the torch body. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はプラズマアーク切断又はプラズマアーク溶接のためのプラズマ加工機に関わり、特に、プラズマトーチにおける電極やノズルなどの消耗品の交換作業を容易にするための構造の改良に関する。   The present invention relates to a plasma processing machine for plasma arc cutting or plasma arc welding, and more particularly to improvement of a structure for facilitating replacement work of consumables such as electrodes and nozzles in a plasma torch.

プラズマアーク加工に用いられるプラズマトーチにおいて、電極とノズルはアーク発生時間の経過に伴い次第に消耗していく。状況によっては、1日の加工作業の中で、数回、それらの消耗部品を交換することがある。   In a plasma torch used for plasma arc machining, electrodes and nozzles are gradually consumed as the arc generation time elapses. Depending on the situation, these consumable parts may be exchanged several times during a day's machining operation.

電極とノズルを交換するためには、プラズマトーチから電極とノズルを取り外さなければならないことは勿論であるが、機種によっては、それだけでなく、周辺の他の部品も一緒に取り外す必要がある。そのような周辺部品には、例えば、電極とノズルの間に介装される絶縁体ガイドや、ノズルの外側に被せられる1種類又は複数種類のキャップなどがある。   In order to replace the electrode and the nozzle, the electrode and the nozzle must be removed from the plasma torch. However, depending on the model, not only that but also other peripheral parts need to be removed together. Such peripheral components include, for example, an insulator guide interposed between the electrode and the nozzle, and one or more types of caps that are placed outside the nozzle.

プラズマトーチは、作業テーブルの上方に設けられたキャリッジに固定されており、キャリッジに運ばれてプログラムされた移動経路に沿って移動しつつ、作業テーブル上のワークピースに対し切断又は溶接を行う。トーチ消耗品の交換を行うときには、通常、トーチを交換作業の行いやすい場所に待避させ、そこでトーチを分解して消耗品を交換する。しかし、作業テーブル上で交換を行うことになるので、その作業は決してやり易いものではない。また、交換作業では複数個の小さい部品をトーチから外したり組み付けたりするため、それらの小さい部品を手から落さないよう注意を払わなくてならない。また、部品の組みつけ時には、切断で生じた粉塵などがトーチ内部に入らないよう、慎重に作業しなくてはならない。   The plasma torch is fixed to a carriage provided above the work table, and is cut or welded to a workpiece on the work table while moving along a programmed movement path carried by the carriage. When exchanging the torch consumables, the torch is usually retracted to a place where the exchanging work can be easily performed, and the torch is disassembled to replace the consumables. However, since the work is exchanged on the work table, the work is never easy. In addition, since a plurality of small parts are removed from the torch or assembled in the replacement work, care must be taken not to drop these small parts from the hand. Also, when assembling parts, you must work carefully so that dust generated by cutting does not enter the torch.

このような神経を使う消耗品の交換作業を簡便に行えるようにするために、「カセット式トーチ」、「ワンタッチトーチ」或いは「クイックチェンジトーチ」と呼ばれるプラズマトーチが開発されている(特開昭62−50085号、特公平3−27309号)。このカセット式トーチは、トーチ先端部と電極とノズルとガス管と冷却水管などを含むヘッド部と、ヘッド部に接続される電源ケーブルやガス管や冷却水管などを含むベース部とに2分割できるようになっている。そして、ヘッド部とベース部との接続及び分離が簡単にできるようになっている。新品の消耗品が装着されたヘッド部を予め複数個用意しておき、ベース部に接続されたヘッド部を交換するだけで、簡単に消耗品を交換ができるようになっている。このカセット式トーチでは、消耗品交換を自動化することも可能である。   In order to facilitate the replacement of consumables that use such nerves, plasma torches called “cassette type torches”, “one-touch torches”, or “quick change torches” have been developed (Japanese Patent Laid-Open No. Sho). 62-50085, Japanese Patent Publication No. 3-27309). This cassette type torch can be divided into a head part including a torch tip, an electrode, a nozzle, a gas pipe and a cooling water pipe, and a base part including a power cable, a gas pipe and a cooling water pipe connected to the head part. It is like that. And connection and isolation | separation with a head part and a base part can be performed now easily. It is possible to easily replace consumables by preparing a plurality of heads with new consumables in advance and replacing the head connected to the base. With this cassette type torch, it is also possible to automate the replacement of consumables.

カセット式プラズマトーチでは、大電流高電圧の2系統(電極とノズル)の電流経路と、少なくとも1系統(プラズマガス)のガス配管と、冷却水回路の往きと帰りの冷却水配管とを、ヘッド部側の部分とベース部側との部分に分割して、それらの接続、電気絶縁及びシールを、ヘッド部とベース部の分割面で行っている。   In the cassette type plasma torch, the current path of two systems (electrodes and nozzles) of high current and high voltage, the gas piping of at least one system (plasma gas), and the cooling water piping going back and forth in the cooling water circuit, It is divided into a part on the part side and a part on the base part side, and their connection, electrical insulation and sealing are performed on the dividing surface of the head part and the base part.

そのため、カセット式トーチは、カセット式ではない前述した従来の通常のトーチに比較すると、消耗品交換は容易であるものの、トーチ構造が複雑で、はるかに高価になってしまう。すなわち、ヘッド部とベース部とが簡単に接続及び分離にすると共に、両者の接続面で電気絶縁不良及びガスや水のリークが生じないよう十分な電気絶縁及びシールを施す必要があるため、通常のトーチでは必要のない特別な構造を採用しなければならないため、価格が上がってしまう。例えば、通常のトーチが10万円であるのに対し、それと同じ加工能力をもったカセット式トーチが40万円以上という実例がある。そのため、カセット式トーチは、現実にはそれほど普及していない。   For this reason, the cassette type torch has a complicated torch structure and is much more expensive than the conventional ordinary torch described above, which is not a cassette type, although consumables can be easily replaced. In other words, it is necessary to connect and separate the head portion and the base portion easily and to provide sufficient electrical insulation and sealing so as not to cause poor electrical insulation and leakage of gas and water at the connection surface between them. Because the torch has to adopt a special structure that is not necessary, the price increases. For example, a normal torch is 100,000 yen, while a cassette type torch having the same processing capability as that is 400,000 yen or more. Therefore, cassette type torches are not so popular in reality.

従って、本発明の目的は、プラズマトーチの構造の複雑化とコスト高を抑えつつ、消耗品交換を容易にすることにある。   Accordingly, it is an object of the present invention to facilitate replacement of consumables while suppressing the complexity and cost of the plasma torch structure.

本発明に従うプラズマトーチは、冷却水配管とプラズマガス配管とを有したトーチ本体と、このトーチ本体に着脱自在な状態で取りつけられたデタッチャブル部とを備える。   The plasma torch according to the present invention includes a torch body having a cooling water pipe and a plasma gas pipe, and a detachable portion attached to the torch body in a detachable state.

デタッチャブル部は、電極と、電極を包囲するように配置されたノズルと、電極とノズルの間に介装された絶縁体と、電極、ノズル及び絶縁体を内部に収容したリテーナキャップとを有する。トーチ本体は、電極と結合される電極接続部と、ノズルと結合されるノズル接続部と、リテーナキャップと結合されるリテーナキャップ接続部とを更に有する。   The detachable portion includes an electrode, a nozzle disposed so as to surround the electrode, an insulator interposed between the electrode and the nozzle, and a retainer cap that accommodates the electrode, the nozzle, and the insulator inside. The torch body further includes an electrode connection portion coupled to the electrode, a nozzle connection portion coupled to the nozzle, and a retainer cap connection portion coupled to the retainer cap.

電極と電極接続部との結合構造及びノズルとノズル接続部との結合構造は、次のように構成されている。すなわち、リテーナキャップをリテーナキャップ接続部に所定経路に沿って(例えば、トーチ軸に沿って)近づけて結合する操作に伴って、電極及びノズルがそれぞれトーチ本体の電極接続部及びノズル接続部に結合し、また、リテーナキャップをリテーナキャップ接続部から外して所定経路に沿って遠ざける操作に伴って、電極及びノズルがそれぞれトーチ本体の電極接続部及びノズル接続部から外れるようになっている。更に、電極と絶縁体とノズルとリテーナキャップとは互いに結合されており、それら相互間の結合力は、電極と電極接続部との間の結合力及びノズルとノズル接続部との間の結合力のいずれよりも強い。そのため、リテーナキャップをリテーナキャップ接続部に取り付けたり取り外したりすることで、デタッチャブル部の全部品を一緒にトーチ本体に取り付けたり取り外したりすることができる。   The connection structure between the electrode and the electrode connection part and the connection structure between the nozzle and the nozzle connection part are configured as follows. That is, the electrode and the nozzle are respectively coupled to the electrode connecting portion and the nozzle connecting portion of the main body of the torch as the retainer cap is coupled to the retainer cap connecting portion along a predetermined path (for example, along the torch axis). In addition, the electrode and the nozzle are detached from the electrode connecting portion and the nozzle connecting portion of the torch body as the retainer cap is removed from the retainer cap connecting portion and moved away along the predetermined path. Furthermore, the electrode, the insulator, the nozzle, and the retainer cap are coupled to each other, and the coupling force between them is the coupling force between the electrode and the electrode connection and the coupling force between the nozzle and the nozzle connection. Stronger than any of the. Therefore, by attaching or removing the retainer cap to or from the retainer cap connecting portion, all the parts of the detachable portion can be attached to or removed from the torch body together.

上記構成をもつ本発明に従うプラズマトーチでは、デタッチャブル部全体を纏めて、つまり、電極、絶縁体及びノズルをリテーナキャップと一緒に、トーチ本体に装着し、且つトーチ本体から分離することができる。よって、電極やノズルなどの消耗品交換の際には、電極やノズルを個別にトーチ本体から取り外したり取り付けたりする操作は不要であり、リテーナキャップをトーチ本体から取り外したり取り付けたりする操作を行うだけで、電極及びノズルをトーチ本体から取り外したり取り付けたりすることができる。よって、消耗品交換作業が簡単である。自動交換装置を用いて、全自動で又は半自動で、消耗品交換を行えるように構成することも可能である。   In the plasma torch according to the present invention having the above-described configuration, the entire detachable portion can be gathered, that is, the electrode, the insulator, and the nozzle can be attached to the torch body together with the retainer cap and can be separated from the torch body. Therefore, when replacing consumables such as electrodes and nozzles, it is not necessary to remove and attach the electrodes and nozzles individually from the torch body, only to remove and attach the retainer cap from the torch body. Thus, the electrode and the nozzle can be detached from or attached to the torch body. Therefore, the consumable item replacement work is easy. It is also possible to configure so that consumables can be replaced fully or semi-automatically using an automatic changer.

また、本発明に従うプラズマトーチは、電極、ノズル及びリテーナキャップが、トーチ本体に結合する構造を有している。このことは、従来のカセット式トーチの構造とは決定的に異なる。すなわち、従来のカセット式トーチは、電極やノズルやキャップ類とは別にヘッド部とトーチ本体との間の電気接続や配管接続を行うための中間的な接続構造を有している。これに対し、本発明に従うプラズマトーチは、そうした中間的な接続構造は不要である。   The plasma torch according to the present invention has a structure in which the electrode, the nozzle and the retainer cap are coupled to the torch body. This is decisively different from the structure of the conventional cassette type torch. That is, the conventional cassette type torch has an intermediate connection structure for performing electrical connection and piping connection between the head portion and the torch main body separately from the electrodes, nozzles and caps. In contrast, the plasma torch according to the present invention does not require such an intermediate connection structure.

好適な実施形態では、電極とノズルがリテーナキャップから個別に分離可能になっている。そのため、電極だけの交換、ノズルだけの交換が可能である。   In a preferred embodiment, the electrode and nozzle are individually separable from the retainer cap. Therefore, it is possible to replace only the electrode and only the nozzle.

好適な実施形態では、電極とノズルとリテーナキャップとが、弾性体を用いた結合構造により相互に結合されている。そのため、弾性体を変形させることで結合を解除して電極とノズルをリテーナキャップを簡単に分離できるので、消耗品交換作業が一層容易である。   In a preferred embodiment, the electrode, the nozzle, and the retainer cap are coupled to each other by a coupling structure using an elastic body. Therefore, by deforming the elastic body, the coupling can be released and the electrode and the nozzle can be easily separated from the retainer cap, so that the consumable replacement operation is further facilitated.

好適な実施形態では、電極と電極接続部が両者間の電気接続を確保するための接触し合う通電面を夫々有し、電極と電極接続部の通電面同士が、電極と電極接続部の少なくとも一方に設けられた弾性変形部の変形による押しつけ力をもって接触し合っている。そのため、電極と電極接続部との結合構造が、例えば、電極を電極接続へ単に差込んで嵌合させるという着脱の容易なものであっても、弾性変形部の変形による押しつけ力によって通電面の良好な電気接続が確保できる。   In a preferred embodiment, the electrode and the electrode connection part each have a current-carrying surface that is in contact with each other to ensure electrical connection between the electrodes, and the current-carrying surfaces of the electrode and the electrode connection part are at least of the electrode and the electrode connection part. They are in contact with each other with a pressing force due to the deformation of the elastic deformation portion provided on one side. Therefore, even if the coupling structure between the electrode and the electrode connecting portion is easy to attach and detach, for example, by simply inserting the electrode into the electrode connection and fitting it, the energizing surface is pressed by the pressing force due to the deformation of the elastically deforming portion. Good electrical connection can be secured.

本発明の他の特徴は、実施形態の説明の中で明らかにする。   Other features of the present invention will become apparent in the description of the embodiments.

図1は、本発明の一実施形態にかかる切断用のプラズマトーチの中心軸に沿った断面を示す。   FIG. 1 shows a cross section along the central axis of a cutting plasma torch according to an embodiment of the present invention.

このプラズマトーチ1は、消耗品(主に電極とノズル)交換時には、トーチ先端部の外殻を構成するキャップ(リテーナキャップ)13を外すことになっている。リテーナキャップ13を外すと、電極3やノズル7などの消耗部品がリテーナキャップ13に結合された状態で一緒にトーチ本体から外れるようになっている。リテーナキャップ13を外した時の、トーチ本体の断面を図2に示し、リテーナキャップ13とそれと一緒に外れた部品
とのセットの断面を図3に示す。
The plasma torch 1 is designed to remove a cap (retainer cap) 13 that constitutes the outer shell of the tip of the torch when consumables (mainly electrodes and nozzles) are replaced. When the retainer cap 13 is removed, consumable parts such as the electrode 3 and the nozzle 7 are detached from the torch body together with the retainer cap 13 in a coupled state. FIG. 2 shows a cross section of the torch main body when the retainer cap 13 is removed, and FIG. 3 shows a cross section of a set of the retainer cap 13 and the parts detached together with the retainer cap 13.

まず、主に図1を参照し、補助的に図2及び図3を参照して、この切断用プラズマトーチ1の全体的な構成を説明する。   First, an overall configuration of the cutting plasma torch 1 will be described mainly with reference to FIG. 1 and with reference to FIGS. 2 and 3 supplementarily.

プラズマトーチ1は、キャリッジ(図示せず)に固定されているトーチ本体1A(図2に示す部分)と、このトーチ本体1Aに着脱自在に取りつけられているデタッチャブル部1B(図3に示す部分)とに大別される。デタッチャブル部1Bは、トーチ軸心から外側に向かって順に、電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、絶縁リング9、シールドキャップ11、リテーナキャップ13及び回転リング39から構成され、これらのうち特に電極3とノズル7は消耗品であり随時に交換される。トーチ本体1Aからリテーナキャップ13を外すことによって、デタッチャブル部1Bの全体が一緒に纏まってトーチ本体1Aから外れる。デタッチャブル部1Bから電極3や絶縁ガイド5やノズル7を分離することは、それらの部品をリテーナキャップ13から単に手で引き抜くだけでに簡単に行える。デタッチャブル部1Bをトーチ本体1Aへの装着は、リテーナキャップ13をトーチ本体1Aへ取付ける作業だけで簡単に行え、デタッチャブル部1Bの個々の部品を個別にトーチ本体1Aに取付ける作業は不要である。   The plasma torch 1 includes a torch body 1A (part shown in FIG. 2) fixed to a carriage (not shown), and a detachable part 1B (part shown in FIG. 3) detachably attached to the torch body 1A. It is roughly divided into The detachable portion 1B is composed of an electrode 3, an insulating guide 5, a nozzle 7, an insulating ring 9, a shield cap 11, a retainer cap 13, and a rotating ring 39 in order from the torch axis toward the outside. The nozzle 7 is a consumable item and is replaced as needed. By removing the retainer cap 13 from the torch main body 1A, the entire detachable portion 1B is collectively removed from the torch main body 1A. Separating the electrode 3, the insulating guide 5, and the nozzle 7 from the detachable portion 1 </ b> B can be easily performed by simply pulling out these components from the retainer cap 13 by hand. The attachment of the detachable part 1B to the torch body 1A can be easily performed only by attaching the retainer cap 13 to the torch body 1A, and the work of individually attaching the individual parts of the detachable part 1B to the torch body 1A is unnecessary.

トーチ1(トーチ本体1A)の中心軸位置に、電極3内部へ冷却水を導入するための断面円形の導水管15が配置されている。導水管15の基端部分の外周に、これと同軸の位置関係で、円筒形のインナースリーブ17が嵌められている。インナースリーブ17の先端部の内側に、円筒形の電極3の基端部が嵌め込まれる。この電極3は閉じた先端部3Aをもち、この先端部3Aの中央のアーク発生点となる部分には、ハフニウム製などの耐熱インサート4が取りつけられている。耐熱インサート4の背面は、電極3内部の冷却水が流れる空間に露出している。   A water guide pipe 15 having a circular cross section for introducing cooling water into the electrode 3 is disposed at the central axis position of the torch 1 (torch body 1A). A cylindrical inner sleeve 17 is fitted on the outer periphery of the proximal end portion of the water guide pipe 15 in a positional relationship coaxial thereto. The proximal end portion of the cylindrical electrode 3 is fitted inside the distal end portion of the inner sleeve 17. The electrode 3 has a closed tip portion 3A, and a heat-resistant insert 4 made of hafnium or the like is attached to a portion of the tip portion 3A that becomes an arc generation point. The back surface of the heat-resistant insert 4 is exposed in a space in which the cooling water inside the electrode 3 flows.

導水管15は、インナースリーブ17の先端面より前方へ突出して電極3の内部に奥深く入り込み、導水管15の水出口15Aは電極3の先端部3Aの耐熱インサート4の直ぐ背後の位置まで達している。導水管15は、その径の太さに着目すると、インナースリーブ17内に入っている太い大径部15Bと、電極3内に入っている先端の水出口15Aから所定長にわたる細い小径部15Dと、大径部15Bと小径部15Dとを繋ぐテーパしたテーパ部15Cとから構成される。このような導水管15の太さの変化に合わせて、電極3の太さも同様に変化している。すなわち、電極3は、導水管大径部15Bが入っている基端側部分3Bにて太く、導水管テーパ部15Cが入っている部分3Cにて内径がテーパし、そして、導水管小径部15Dが入っている先端側部分3Dにて細い。そして、電極3の細い先端側部分3Dの外側にノズル7が被せられる。そのため、この電極3の細い先端側部分3Dはトーチ1の全体の太さを細くするのに寄与する。この理由から導水管15の小径部15Dの外径はできるだけ細い方が好ましいが、一方、導水管15の内径(つまり、冷却水通路19の断面積)は小径部15Dと大径部15B間に大きな差がないほうが望ましい。この要求を満たすために、導水管15の壁の厚みを、小径部15Dでは大径部15Bよりも薄くしている。   The water guide pipe 15 protrudes forward from the front end surface of the inner sleeve 17 and enters deep inside the electrode 3, and the water outlet 15 </ b> A of the water guide pipe 15 reaches a position just behind the heat-resistant insert 4 at the front end portion 3 </ b> A of the electrode 3. Yes. Paying attention to the diameter of the water conduit 15, the large large diameter portion 15B contained in the inner sleeve 17 and the small small diameter portion 15D extending from the water outlet 15A at the tip contained in the electrode 3 to a predetermined length. The tapered portion 15C connects the large diameter portion 15B and the small diameter portion 15D. In accordance with such a change in the thickness of the water conduit 15, the thickness of the electrode 3 changes in the same manner. That is, the electrode 3 is thick at the base end side portion 3B where the large diameter conduit portion 15B is inserted, the inner diameter is tapered at the portion 3C where the tapered conduit portion 15C is inserted, and the small conduit portion 15D. It is thin at the tip side portion 3D containing the. Then, the nozzle 7 is placed outside the thin tip side portion 3D of the electrode 3. Therefore, the thin tip side portion 3D of the electrode 3 contributes to reducing the overall thickness of the torch 1. For this reason, it is preferable that the outer diameter of the small diameter portion 15D of the water conduit 15 is as thin as possible. On the other hand, the inner diameter of the water conduit 15 (that is, the cross-sectional area of the cooling water passage 19) is between the small diameter portion 15D and the large diameter portion 15B. It is desirable that there is no big difference. In order to satisfy this requirement, the thickness of the wall of the water conduit 15 is made thinner in the small diameter portion 15D than in the large diameter portion 15B.

導水管15は、その内部に冷却水通路19を有する。電極3の内周面と導水管15の外周面との間に、冷却水路21が形成されている。インナースリーブ17の内周面と導水管15の外周面との間に、冷却水路23が形成されている。インナースリーブ17の周壁を貫通して、冷却水路25が形成されている。これらの冷却水路19、21、23、25はこの順序で連通している。電極3内の冷却水路19及び21はほぼ同等の断面積をもつように設計されており、それにより、限られた電極内側のスペースを振り分けた往復の冷却水路19及び21の抵抗(圧損)は最小になる。その下流の冷却水路23及び25は、その圧損を最小にすべく、構造的に可能な範囲で、最大の断面積を有するように設計されている。   The water conduit 15 has a cooling water passage 19 therein. A cooling water passage 21 is formed between the inner peripheral surface of the electrode 3 and the outer peripheral surface of the water conduit 15. A cooling water passage 23 is formed between the inner peripheral surface of the inner sleeve 17 and the outer peripheral surface of the water conduit 15. A cooling water channel 25 is formed through the peripheral wall of the inner sleeve 17. These cooling water channels 19, 21, 23, 25 are communicated in this order. The cooling water channels 19 and 21 in the electrode 3 are designed to have substantially the same cross-sectional area, so that the resistance (pressure loss) of the reciprocating cooling water channels 19 and 21 to which a limited space inside the electrode is distributed is Be minimized. The downstream cooling water channels 23 and 25 are designed to have a maximum cross-sectional area as far as structurally possible in order to minimize the pressure loss.

インナースリーブ17の先端部分の外周には、電極3の耐熱インサート4におけるアーク発生点を回転移動させるためのリングマグネット27が嵌められている。インナースリーブ17の基端部分の外周には、円筒形のアウタースリーブ29が嵌められている。アウタースリーブ29の先端部には、短円筒状のノズル台座31が固定され、このノズル台座31の先端部に、先端に向かってテーパした概略円錐筒形のノズル7が取りつけられている。ノズル7は、電極3と同軸の位置関係で、電極3の前述した細い部分3Dの外側に被さっており、耐熱インサート4の正面となるノズル先端部の中心軸位置に、プラズマアークを細く絞って前方へ噴出させるためのノズルオリフィス7Aを有している。   A ring magnet 27 for rotating and moving an arc generation point in the heat-resistant insert 4 of the electrode 3 is fitted on the outer periphery of the tip portion of the inner sleeve 17. A cylindrical outer sleeve 29 is fitted on the outer periphery of the proximal end portion of the inner sleeve 17. A short cylindrical nozzle pedestal 31 is fixed to the distal end portion of the outer sleeve 29, and a substantially conical cylindrical nozzle 7 tapered toward the distal end is attached to the distal end portion of the nozzle pedestal 31. The nozzle 7 is placed coaxially with the electrode 3 and covers the outer side of the thin portion 3D of the electrode 3 described above, and the plasma arc is narrowed down to the center axis position of the nozzle tip which is the front surface of the heat-resistant insert 4. It has a nozzle orifice 7A for jetting forward.

ノズル7と電極3との間には、両者を電気的に絶縁するための円筒形の絶縁ガイド5が嵌め込まれている。絶縁ガイド5の外周には複数本の溝33が軸線と平行な方向に形成されており、これらの複数本の溝33はプラズマガス通路として機能する。これらのプラズマガス通路33には、図示しないプラズマガス供給路(これは、アウタースリーブ29とノズル台座31の内部を通っている)からプラズマガスが流入する。ノズル7と電極3の先端部3Aとの間には、ノズルオリフィス7Aに連通するプラズマガス通路35が形成されている。また、絶縁ガイド5は、プラズマガス通路33とプラズマガス通路35を連通するように、周方向に一定間隔で、半径方向に対して周方向に若干角度傾斜して穿たれた、複数のプラズマガススワラ穴5Aを有している。プラズマガスは、プラズマガス通路33からプラズマガススワラ穴5Aに入り、プラズマガススワラ穴5Aから旋回流となってプラズマガス通路35へ噴出する。このプラズマガス旋回流は、プラズマガス通路35を流れて、耐熱インサート4の正面でアークのエネルギーによりプラズマ化され、プラズマ旋回流となってノズルオリフィス7Aから噴出する。   A cylindrical insulating guide 5 for electrically insulating the nozzle 7 and the electrode 3 is fitted. A plurality of grooves 33 are formed on the outer periphery of the insulating guide 5 in a direction parallel to the axis, and the plurality of grooves 33 function as a plasma gas passage. Plasma gas flows into these plasma gas passages 33 from a plasma gas supply passage (not shown) (which passes through the inside of the outer sleeve 29 and the nozzle base 31). A plasma gas passage 35 communicating with the nozzle orifice 7A is formed between the nozzle 7 and the tip 3A of the electrode 3. Further, the insulating guide 5 is formed of a plurality of plasma gases that are formed at regular intervals in the circumferential direction so as to communicate with the plasma gas passage 33 and the plasma gas passage 35 at a slight angle in the circumferential direction with respect to the radial direction. It has a swirler hole 5A. The plasma gas enters the plasma gas swirler hole 5 </ b> A from the plasma gas passage 33, and is swung out from the plasma gas swirler hole 5 </ b> A to the plasma gas passage 35. This plasma gas swirl flows through the plasma gas passage 35 and is converted into plasma by the energy of the arc in front of the heat-resistant insert 4 and is ejected from the nozzle orifice 7A as a plasma swirl.

ノズル7の先端部に、図示しないワークやワークから吹き上がる溶融金属などからノズル7を保護するための短円筒形のシールドキャップ11が被せられている。ノズル7とシールドキャップ11との間には、両者を電気的に絶縁する絶縁リング9が嵌め込まれている。この構造の外側に、先端へ向かってテーパした円筒形のリテーナキャップ13が被せられている。   The tip of the nozzle 7 is covered with a short cylindrical shield cap 11 for protecting the nozzle 7 from a workpiece (not shown) or a molten metal blown from the workpiece. Between the nozzle 7 and the shield cap 11, the insulating ring 9 which electrically insulates both is inserted. A cylindrical retainer cap 13 that is tapered toward the tip is covered outside the structure.

リテーナキャップ13の基端部の外側に円筒形の回転リング39が嵌められている。回転リング39の先端部に内側へ曲がって形成された環状爪39Bが、リテーナキャップ13の基端部に形成されたフランジ13Aに係合しており、それにより、回転リング39がリテーナキャップ13を引き上げている。また、アウタースリーブ29の基端部の外周に円筒形の固定リング37が嵌められている。そして、固定リング37の外周に形成された雄螺子37Aに対して、回転リング39の内周に形成された雌螺子39Aが結合されている。回転リング39をトーチ中心軸を中心にして回転させることにより、回転リング19と固定リング37との螺合を締めたり緩めたりすることができる。回転リング19を固定リング37に最も締め込んだ状態で、回転リング19によってリテーナキャップ13がトーチ本体1Bに引き付けられて固定される。   A cylindrical rotating ring 39 is fitted to the outside of the base end portion of the retainer cap 13. An annular claw 39B formed by bending inwardly at the distal end portion of the rotating ring 39 is engaged with a flange 13A formed at the proximal end portion of the retainer cap 13, whereby the rotating ring 39 causes the retainer cap 13 to be engaged. Raised. A cylindrical fixing ring 37 is fitted on the outer periphery of the base end portion of the outer sleeve 29. A female screw 39 </ b> A formed on the inner periphery of the rotating ring 39 is coupled to a male screw 37 </ b> A formed on the outer periphery of the fixing ring 37. By rotating the rotating ring 39 around the central axis of the torch, the screwing between the rotating ring 19 and the fixing ring 37 can be tightened or loosened. In a state where the rotating ring 19 is fastened to the fixing ring 37 most, the retainer cap 13 is attracted and fixed to the torch body 1B by the rotating ring 19.

リテーナキャップ13の先端部にある環状爪13Bが、シールドキャップ11の基端部にあるフランジ11Aに係合しており、それにより、リテーナキャップ13が、ノズル保護キャップ11、絶縁リング9、ノズル7、絶縁ガイド5及び電極3のセットをトーチ本体に引き付けて固定している。リテーナキャップ13は、このような内部の諸部品を保持する機能の他に、トーチ1の先端側部分にけおるトーチ1の外殻としての機能も併せもつ。   An annular claw 13B at the distal end portion of the retainer cap 13 is engaged with a flange 11A at the proximal end portion of the shield cap 11, so that the retainer cap 13 is connected to the nozzle protection cap 11, the insulating ring 9, and the nozzle 7. The set of the insulating guide 5 and the electrode 3 is attracted and fixed to the torch body. The retainer cap 13 has a function as an outer shell of the torch 1 in the tip side portion of the torch 1 in addition to the function of holding the internal components.

アウタースリーブ29は、半径方向に走る冷却水通路41と、トーチ中心軸に平行な方向へ走る冷却水通路43と、この冷却水通路43から離れた場所で同じくトーチ中心軸に平行な方向へ走る別の冷却水通路47とを有する。また、ノズル7の外周面とリテーナキャップ13の内周面とシールドキャップ11の基端面の間に、ノズル7の外側を包囲する冷却水通路45が形成されている。インナースリーブ17内の冷却水通路25と、アウタースリーブ29内の冷却水通路41及び43と、ノズル3を包囲する冷却水通路45と、アウタースリーブ29内のもう一つの冷却水通路47は、この順序で連通している。冷却水通路47は、また、図示しない冷却水排出路に連通している。アウタースリーブ29内の冷却水路41、43、47はいずれも、冷却水による圧損を最小にすべく、構造上可能な範囲で、最大の断面積を有するように設計されている。   The outer sleeve 29 runs in the radial direction, the cooling water passage 41 running in the radial direction, the cooling water passage 43 running in the direction parallel to the central axis of the torch, and the direction away from the cooling water passage 43 in the same direction parallel to the central axis of the torch. And another cooling water passage 47. A cooling water passage 45 that surrounds the outside of the nozzle 7 is formed between the outer peripheral surface of the nozzle 7, the inner peripheral surface of the retainer cap 13, and the proximal end surface of the shield cap 11. The cooling water passage 25 in the inner sleeve 17, the cooling water passages 41 and 43 in the outer sleeve 29, the cooling water passage 45 surrounding the nozzle 3, and another cooling water passage 47 in the outer sleeve 29 are provided in this manner. Communicate in order. The cooling water passage 47 also communicates with a cooling water discharge passage (not shown). All of the cooling water channels 41, 43, and 47 in the outer sleeve 29 are designed to have a maximum cross-sectional area as far as structurally possible in order to minimize the pressure loss due to the cooling water.

冷却水は、矢印で示すように、まず、導水管15内の冷却水路19を通って水出口15Aから出て、電極3の先端部3Aの最も高温の耐熱インサート4の背面に当たり、耐熱インサート4を冷却する。耐熱インサート4は冷却水に直接晒されて効果的に冷却される。また、耐熱インサート4の前面は平らであるが、その背面は図示のように中心で高く周囲で低い湾曲した形状をしており、それにより、背面の面積つまり冷却水との接触面積が広く確保されている。また、この湾曲形状は、水出口15Aから出た冷却水をスムーズに折り返させて冷却水通路21へ導く役目ももつ。導水管15の水出口15Aの周囲には、1個又は2個以上のスリット15Eが設けられている。冷却水路19を流れる冷却水のうちある程度の割合の部分は、耐熱インサート4には触れずに、スリット15Eを抜けて冷却水通路21へ入り、ノズル7の冷却の方に有効に寄与する。冷却水通路21に導かれた冷却水は、電極3の内周面に沿って冷却水通路21を流れる間に電極3を冷却し、次に、冷却水路23、25、41、53を順に通りぬけて、ノズル7を包囲する冷却水通路45に入る。この冷却水路45に入った冷却水は、冷却水路45を流れる間に、ノズル7を冷却すると共に、シールドキャップ11とリテーナキャップ13も冷却する。このように、ノズル7とシールドキャップ11とリテーナキャップ13というノズル周りの冷却を要する部品全てが、1つの同じ冷却水路45内に露出していて、そこを流れる冷却水により同時に冷却されることは、必要な冷却水路の数を最小にして(特に、リテーナキャップ内などに冷却水通路を設ける必要を無くして)、トーチのサイズを小型化するのに寄与する。冷却水路45を通りぬけた冷却水は冷却水路47を通ってトーチ1外へ排出される。   As shown by the arrows, the cooling water first passes through the cooling water passage 19 in the water conduit 15 and exits from the water outlet 15A, hits the back surface of the hottest heat-resistant insert 4 at the tip 3A of the electrode 3, and the heat-resistant insert 4 Cool down. The heat-resistant insert 4 is effectively cooled by being directly exposed to the cooling water. Moreover, the front surface of the heat-resistant insert 4 is flat, but the back surface has a curved shape that is high at the center and low at the periphery as shown in the figure, thereby ensuring a wide area of the back surface, that is, a contact area with cooling water. Has been. In addition, this curved shape also has a function of smoothly folding the cooling water that has exited from the water outlet 15 </ b> A and guiding it to the cooling water passage 21. One or more slits 15E are provided around the water outlet 15A of the water conduit 15. A portion of the cooling water flowing through the cooling water passage 19 passes through the slit 15E and enters the cooling water passage 21 without touching the heat-resistant insert 4 and effectively contributes to cooling the nozzle 7. The cooling water guided to the cooling water passage 21 cools the electrode 3 while flowing through the cooling water passage 21 along the inner peripheral surface of the electrode 3, and then sequentially passes through the cooling water passages 23, 25, 41, 53. Pass through and enter the cooling water passage 45 surrounding the nozzle 7. The cooling water that has entered the cooling water channel 45 cools the nozzle 7 while flowing through the cooling water channel 45 and also cools the shield cap 11 and the retainer cap 13. In this way, all of the parts that require cooling around the nozzle, such as the nozzle 7, the shield cap 11, and the retainer cap 13, are exposed in the same cooling water passage 45 and are simultaneously cooled by the cooling water flowing therethrough. This contributes to minimizing the size of the torch by minimizing the number of required cooling water channels (especially by eliminating the need to provide a cooling water channel in the retainer cap or the like). The cooling water that has passed through the cooling water channel 45 is discharged out of the torch 1 through the cooling water channel 47.

リテーナキャップ13の基端部とアウタースリーブ29との間に、環状の2次ガス通路51が形成されている。また、リテーナキャップ13の外周面に、周方向へ一定間隔で、リテーナキャップ13の基端部から先端部へと走る多数本の溝13Cが形成されており、各溝13Cの外側の開口は細長い蓋13Dで完全に覆われ、この蓋13Dで覆われた溝13C内の空間が2次ガス通路53となっている。リテーナキャップ13内の多数本の2次ガス通路53の各々は、その基端にて、リテーナキャップ13の基端部に形成された多数の2次ガス導入穴13Eを通じて、リテーナキャップ13とアウタースリーブ29間の環状の2次ガス通路51に連通している。また、リテーナキャップ13内の多数本の2次ガス通路51の各々は、その先端にて、リテーナキャップ13の先端部に形成された多数の2次ガス噴出穴13Fを通じて、リテーナキャップ13とノズル保護キャップ11との間に形成された環状の2次ガス通路55に連通している。この環状の2次ガス通路55は、ノズル保護キャップ11に、周方向へ一定間隔で、半径方向に対して周方向へ若干角度傾斜して穿たれた、複数個の2次ガススワラ穴11Cに連通している。それらの2次ガススワラ穴11Cは、シールドキャップ11とノズル7の先端部との間に形成された2次ガス通路57に連通し、この2次ガス通路57は、シールドキャップ11の先端に形成された、ノズルオリフィス7Aより大きい径をもつ2次ガス噴出口11Bに連通する。   An annular secondary gas passage 51 is formed between the base end portion of the retainer cap 13 and the outer sleeve 29. A plurality of grooves 13C running from the proximal end portion of the retainer cap 13 to the distal end portion are formed on the outer peripheral surface of the retainer cap 13 at regular intervals in the circumferential direction, and the outer opening of each groove 13C is elongated. The space in the groove 13 </ b> C completely covered with the lid 13 </ b> D is a secondary gas passage 53. Each of the multiple secondary gas passages 53 in the retainer cap 13 has a retainer cap 13 and an outer sleeve at its proximal end through a large number of secondary gas introduction holes 13E formed in the proximal end portion of the retainer cap 13. It communicates with the annular secondary gas passage 51 between 29. In addition, each of the multiple secondary gas passages 51 in the retainer cap 13 is provided at the tip thereof with the retainer cap 13 and the nozzle protection through a number of secondary gas ejection holes 13F formed at the tip of the retainer cap 13. It communicates with an annular secondary gas passage 55 formed between the cap 11 and the cap 11. The annular secondary gas passage 55 communicates with a plurality of secondary gas swirler holes 11C formed in the nozzle protection cap 11 at regular intervals in the circumferential direction and inclined at a slight angle in the circumferential direction with respect to the radial direction. is doing. The secondary gas swirler holes 11 </ b> C communicate with a secondary gas passage 57 formed between the shield cap 11 and the tip of the nozzle 7, and the secondary gas passage 57 is formed at the tip of the shield cap 11. Further, the secondary gas ejection port 11B having a diameter larger than the nozzle orifice 7A communicates.

2次ガスは、アウタースリーブ29内に形成されている図示しない2次ガス供給路から2次ガス通路51に流入し、続いて、リテーナキャップ13内の多数本の2次ガス通路53を通って、リテーナキャップ13先端部とシールドキャップ11との間の2次ガス通路55に至り、更に、ノズル保護キャップ11を外側から内側へ貫通する複数の2次ガススワラ穴11Cを通り、旋回流となってシールドキャップ11内側の2次ガス通路57に噴出する。この2次ガス旋回流は2次ガス通路57を通り、2次ガス噴出口11Bから、ノズルオリフィス7Aから噴出するプラズマアークの周囲に噴出する。2次ガススワラ穴11Cが作る2次ガス旋回流の旋回方向と、プラズマガススワラ穴5Aが作るプラズマアーク(プラズマガス)旋回流の旋回方向とは同一である。   The secondary gas flows into a secondary gas passage 51 from a secondary gas supply passage (not shown) formed in the outer sleeve 29, and then passes through a plurality of secondary gas passages 53 in the retainer cap 13. , Reaches the secondary gas passage 55 between the tip of the retainer cap 13 and the shield cap 11, and further passes through the plurality of secondary gas swirler holes 11C penetrating the nozzle protection cap 11 from the outside to the inside to form a swirling flow. It ejects to the secondary gas passage 57 inside the shield cap 11. This secondary gas swirl flows through the secondary gas passage 57 and is ejected from the secondary gas ejection port 11B to the periphery of the plasma arc ejected from the nozzle orifice 7A. The swirl direction of the secondary gas swirl flow created by the secondary gas swirler hole 11C and the swirl direction of the plasma arc (plasma gas) swirl flow created by the plasma gas swirler hole 5A are the same.

固定リング37には、3次ガスを供給する3次ガス通路61が形成されている。この3次ガス通路61は、固定リング37とリテーナキャップ13との間に形成された環状の3次ガス通路63に連通する。また、リテーナキャップ13は、前述した2次ガス通路53の他に、これと同様に溝13Gと蓋13Hで構成された、基端部から先端部へ走る多数本の3次ガス通路65も有しており、各3次ガス通路6と各2次ガス通路53は交互に配置されている。これら多数本の3次ガス通路65は、その基端にて、リテーナキャップ13の基端部に形成された多数の2次ガス導入穴13Iを通じて、固定リング37とリテーナキャップ13間の環状の3次ガス通路63に連通する。また、これら多数本の3次ガス通路65は、その先端にて、リテーナキャップ13の先端部に穿たれた多数の3次ガススワラ穴13Jに連通する。これら3次ガススワラ穴13Jも、3次ガスを2次ガスと同方向へ旋回するように、周方向に一定間隔で、半径方向に対して周方向へ若干角度傾斜しており、その出口はシールドキャップ11の先端部を囲む環状の3次ガス通路67に開いている。   A tertiary gas passage 61 for supplying a tertiary gas is formed in the fixing ring 37. The tertiary gas passage 61 communicates with an annular tertiary gas passage 63 formed between the fixing ring 37 and the retainer cap 13. In addition to the secondary gas passage 53 described above, the retainer cap 13 also has a large number of tertiary gas passages 65 that are configured by grooves 13G and a lid 13H and run from the base end to the tip. The tertiary gas passages 6 and the secondary gas passages 53 are alternately arranged. The plurality of tertiary gas passages 65 are formed at the base end thereof through an annular 3 between the fixing ring 37 and the retainer cap 13 through a number of secondary gas introduction holes 13I formed in the base end portion of the retainer cap 13. It communicates with the next gas passage 63. Further, the numerous tertiary gas passages 65 communicate with the numerous tertiary gas swirler holes 13J formed in the distal end portion of the retainer cap 13 at the distal ends thereof. These tertiary gas swirler holes 13J are also inclined at a certain angle in the circumferential direction and at a slight angle in the circumferential direction with respect to the radial direction so that the tertiary gas swirls in the same direction as the secondary gas. An annular tertiary gas passage 67 surrounding the tip of the cap 11 is opened.

3次ガスは、固定リング37内の3次ガス通路61から、固定リング37とリテーナキャップ13間の3次ガス通路63に流入し、続いて、リテーナキャップ13内の多数本の3次ガス通路65を通って、リテーナキャップ13先端部の3次ガススワラ穴13Jに至り、3次ガススワラ穴13Jから旋回流となって2次ガス旋回流の周囲に噴出する。   The tertiary gas flows from the tertiary gas passage 61 in the fixing ring 37 into the tertiary gas passage 63 between the fixing ring 37 and the retainer cap 13, and subsequently, a number of tertiary gas passages in the retainer cap 13. Through 65, it reaches the tertiary gas swirler hole 13J at the tip of the retainer cap 13, and the swirl flows from the tertiary gas swirler hole 13J to the periphery of the secondary gas swirl.

上述したように、リテーナキャップ13の内部に2次ガス通路53と3次ガス通路65を形成しているため、リテーナキャップ13とノズル7との間に2次ガスや3次ガスの通路を設ける必要がない。このことのために、ノズル7とリテーナキャップ13との間の空間を全て冷却水路45として利用することができ、その結果として、上述したように、1つの同じ冷却水路45でノズル7、リテーナキャップ13及びシールドキャップ11を同時に冷却でき、余計な冷却水路が不用で小型化できるというメリットが得られる。   As described above, since the secondary gas passage 53 and the tertiary gas passage 65 are formed inside the retainer cap 13, a passage for the secondary gas and the tertiary gas is provided between the retainer cap 13 and the nozzle 7. There is no need. For this reason, the entire space between the nozzle 7 and the retainer cap 13 can be used as the cooling water channel 45. As a result, as described above, the nozzle 7 and the retainer cap are used in the same cooling water channel 45. 13 and the shield cap 11 can be cooled at the same time, and there is an advantage that an unnecessary cooling water channel is unnecessary and the size can be reduced.

以上が、このプラズマトーチ1の全体構成である。次に、図2と図3を参照して、トーチ本体1Aとデタッチャブル部1Bについて説明する。   The above is the overall configuration of the plasma torch 1. Next, the torch body 1A and the detachable part 1B will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、トーチ本体1Aは、導水管17、インナースリーブ17、アウタースリーブ29、ノズル台座31、固定リング37及びこれらの部品から更にトーチ基端側に存在する図示しない諸部品から構成されている。図3に示すよいうに、デタッチャブル部1Bは、電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、シールドキャップ11及びリテーナキャップ13などの、トーチに着脱可能な諸部品から構成されている。   As shown in FIG. 2, the torch main body 1 </ b> A includes a water conduit 17, an inner sleeve 17, an outer sleeve 29, a nozzle pedestal 31, a fixing ring 37, and various components (not shown) that are present on the proximal side of the torch. Has been. As shown in FIG. 3, the detachable portion 1 </ b> B includes various parts that can be attached to and detached from the torch, such as the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, the shield cap 11, and the retainer cap 13.

ここで注目すべきことは、トーチ本体1Aとデタッチャブル部1Bは、従来のカセット式トーチのトーチ本体とヘッド部の構成とは以下の点で決定的に異なることである。   What should be noted here is that the torch body 1A and the detachable portion 1B are decisively different from the configurations of the torch body and head portion of the conventional cassette type torch in the following points.

すなわち、従来のカセット式トーチでは、ヘッド部に含まれる電極、ノズル、キャップが本来的に持っている電気接続部や冷却水配管やガス配管に加えて、トーチ本体とヘッド部との間を繋ぐための追加の中間的な電気接続部や冷却水配管の接続部やガス配管の接続部を有していて、それがカセット式トーチの構造を複雑化させている。これに対し、本発明の原理に従うプラズマトーチ1では、デタッチャブル部1Bに含まれる電極3やノズル7やシールドキャップ11などが本来的に持っている電気接続部や冷却水配管やガス配管の他には、トーチ本体1Aとデタッチャブル部1Bとの間を結ぶための追加の中間的な電気接続部や配管接続部を有してはいない。   That is, in the conventional cassette type torch, in addition to the electrical connection part, the cooling water pipe and the gas pipe which the electrode, nozzle and cap included in the head part originally have, the torch body and the head part are connected. Additional intermediate electrical connections, cooling water pipe connections and gas pipe connections, which complicate the structure of the cassette torch. On the other hand, in the plasma torch 1 according to the principle of the present invention, in addition to the electrical connection part, the cooling water pipe, and the gas pipe that the electrode 3, the nozzle 7 and the shield cap 11 included in the detachable part 1B originally have. Does not have an additional intermediate electrical connection or pipe connection for connecting the torch body 1A and the detachable part 1B.

例えば、図2に示すトーチ本体1Aは、図1に示す完成されたトーチから、デタッチャブル部1Bに含まれる電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、シールドキャップ11及びリテーナキャップ13などの着脱自在部品を単純に個別に取り外したのと同じ構成を有している。すなわち、トーチ本体1Aは、電極3、ノズル7及びリテーナキャップ13といった着脱自在部品の各々と直接結合するための部分を持つだけであり、それら着脱自在部品との直接結合部以外には、デタッチャブル部1Bに対する追加の中間的な電気接続部や配管接続部を有してはいない。また、図3に示すデタッチャブル部1Bは、実質的に、電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、シールドキャップ11及びリテーナキャップ13などの着脱自在部品のみから構成されている。すなわち、デタッチャブル部1Bは、トーチ本体1Aに対する関係において、電極3、ノズル7及びリテーナキャップ13といったトーチ本体1Aに直接結合される着脱自在部品を備えているだけであり、トーチ本体1Aに対する追加の中間的な電気接続部や配管接続部は有してはいない。また、デタッチャブル部1B内の電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、シールドキャップ11及びリテーナキャップ13は、それら自体が冷却水通路やガス通路を構成するものであるが、これらの部品以外の追加の冷却水配管やガス配管をデタッチャブル部1Bは有していない。   For example, the torch body 1A shown in FIG. 2 has removable parts such as the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, the shield cap 11, and the retainer cap 13 included in the detachable portion 1B from the completed torch shown in FIG. It has the same configuration as simply removed individually. That is, the torch main body 1A only has a portion for directly connecting to each of the detachable parts such as the electrode 3, the nozzle 7 and the retainer cap 13, and the detachable part other than the direct connecting part to the detachable parts. There are no additional intermediate electrical or pipe connections to 1B. Further, the detachable portion 1B shown in FIG. 3 is substantially composed only of detachable parts such as the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, the shield cap 11, and the retainer cap 13. In other words, the detachable portion 1B includes only removable parts that are directly coupled to the torch body 1A such as the electrode 3, the nozzle 7, and the retainer cap 13 in relation to the torch body 1A. There is no typical electrical connection or pipe connection. Further, the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, the shield cap 11, and the retainer cap 13 in the detachable portion 1B themselves constitute a cooling water passage and a gas passage, but additional components other than these components are used. The detachable part 1B does not have a cooling water pipe or a gas pipe.

そのため、このプラズマトーチ1は、構成の複雑さという点では、従来のカセット式トーチよりずっと簡素であり、よって、コストも安い。それに加え、このプラズマトーチ1は、以下に説明するように、電極3やノズル7などの消耗品の交換の容易さにおいて、従来のカセット式トーチに勝るとも劣らないものである。   For this reason, the plasma torch 1 is much simpler than the conventional cassette type torch in terms of the complexity of the configuration, and is therefore less expensive. In addition, as will be described below, the plasma torch 1 is not inferior to the conventional cassette type torch in terms of easy replacement of consumables such as the electrodes 3 and the nozzles 7.

図3に示すように、デタッチャブル部1Bでは、リテーナキャップ13の内側に、電極3と絶縁ガイド5とノズル7とシールドキャップ11が入っている。電極3と絶縁ガイド5とノズル7は互いに嵌め合わされていて、軸方向に沿って一方を他方から引き離すように手で抜けばそれら3者は別々に分離することができる。電極3と絶縁ガイド5間の結合力は、主として、両者間に介装されたゴムのような弾性材性のOリング93の摩擦力によって得られ、また、絶縁ガイド5とノズル75間の結合力は、主として、両者間に介装された弾性材性のOリング95の摩擦力によって得られる。また、ノズル7とシールドキャップ11は、絶縁リング9を介して固着されていて、ユーザが両者を分離することはできない(勿論、嵌めこみ式で分離できるようになっていてもよい)。   As shown in FIG. 3, in the detachable portion 1 </ b> B, the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, and the shield cap 11 are contained inside the retainer cap 13. The electrode 3, the insulating guide 5, and the nozzle 7 are fitted to each other, and the three can be separated separately by manually pulling one away from the other along the axial direction. The coupling force between the electrode 3 and the insulating guide 5 is mainly obtained by the frictional force of an elastic O-ring 93 such as rubber interposed between them, and the coupling between the insulating guide 5 and the nozzle 75. The force is obtained mainly by the frictional force of the elastic O-ring 95 interposed between the two. Further, the nozzle 7 and the shield cap 11 are fixed via an insulating ring 9, and the user cannot separate them (of course, they may be separable by fitting).

シールドキャップ11は、リテーナキャップ13の先端部に着脱自在な状態で嵌め込まれている。リテーナキャップ13の先端部の内面には、シールドキャップ11の基端部のフランジ11Aの外形より僅かに大きい内径をもった環状堤13Kが形成されており、この環状堤13Kの内側にシールドキャップ11のフランジ11Aが嵌め入れられている。環状堤13Kの底部では、前述した環状爪13Bが内側に張り出しており、この環状爪13Bがシールドキャップ11のフランジ11Aに係合してシールドキャップ11を保持している。さらに、環状堤13Kの内面のフランジ11Aより上方の部分に、弾性材製のOリング97が嵌めこまれている。このOリング97の内径は、シールドキャップ11のフランジ11Aの外形より若干小さく、環状堤13Kの内面から更に内側へ突出している。従って、リテーナキャップ13の先端部に嵌めこまれたシールドキャップ11は、Oリング97によって、リテーナキャップ13からの抜け出しが阻止される。シールドキャップ11は、そのフランジ11AがOリング97を潰してOリング97の位置を通過するのに必要な力をもってリテーナキャップ13から引き離されたときに、リテーナキャップ13から分離される。   The shield cap 11 is fitted into the distal end portion of the retainer cap 13 in a detachable state. An annular bank 13K having an inner diameter slightly larger than the outer shape of the flange 11A at the base end of the shield cap 11 is formed on the inner surface of the distal end portion of the retainer cap 13, and the shield cap 11 is formed inside the annular bank 13K. The flange 11A is inserted. At the bottom of the annular bank 13K, the annular claw 13B described above protrudes inward, and the annular claw 13B engages with the flange 11A of the shield cap 11 to hold the shield cap 11. Further, an O-ring 97 made of an elastic material is fitted into a portion of the inner surface of the annular bank 13K above the flange 11A. The inner diameter of the O-ring 97 is slightly smaller than the outer shape of the flange 11A of the shield cap 11, and protrudes further inward from the inner surface of the annular bank 13K. Therefore, the shield cap 11 fitted into the distal end portion of the retainer cap 13 is prevented from coming out of the retainer cap 13 by the O-ring 97. The shield cap 11 is separated from the retainer cap 13 when the flange 11 </ b> A is pulled away from the retainer cap 13 with a force necessary to crush the O-ring 97 and pass the position of the O-ring 97.

以上の構成をもつデタッチャブル部1Bをトーチ本体1Aに装着するときには、トーチ本体1Aの導水管15が電極3の内部に挿入されるように位置を合わせた状態で、リテーナキャップ13をトーチ本体1Aの先端部に被せ、トーチ本体1Aの固定リング37に、リテーナキャップ13の基端部の回転リング39を嵌め入れ螺合させればよい。要するに、リテーナキャップ13をトーチ本体1Aに取り付けるという操作だけで、デタッチャブル部1Bを構成する全ての部品が纏まってトーチ本体1Aに結合される。また、トーチ本体1Aに装着されているデタッチャブル部1Bを、消耗品交換のためにトーチ本体1Aから外すときには、固定リング37と回転リング39との螺合を外して、リテーナキャップ13を単純にトーチ本体1Aから引き離せば良い。   When attaching the detachable part 1B having the above configuration to the torch main body 1A, the retainer cap 13 is attached to the torch main body 1A in a state in which the water conduit 15 of the torch main body 1A is aligned so as to be inserted into the electrode 3. The rotation ring 39 at the base end portion of the retainer cap 13 may be fitted and screwed onto the fixing ring 37 of the torch body 1A. In short, all the parts constituting the detachable part 1B are combined and coupled to the torch body 1A by simply attaching the retainer cap 13 to the torch body 1A. Further, when the detachable part 1B attached to the torch body 1A is removed from the torch body 1A for exchanging consumables, the fixing ring 37 and the rotating ring 39 are unscrewed, and the retainer cap 13 is simply torched. What is necessary is just to pull away from the main body 1A.

デタッチャブル部1Bがトーチ本体1Aに装着された状態では、電極3は、後に詳述するように、その基端部3Bに形成されている複数枚の弾性舌77が、トーチ本体1Aのインナースリーブ17の内面に接触して、その接触面での摩擦抵抗力でインナースリーブ17に結合している。また、ノズル17は、トーチ軸に垂直なノズル基端面7Bで、トーチ本体1Aのノズル台座31の先端面31Aに接触している。そのため、デタッチャブル部1Bをトーチ本体1Aから外すときには、デタッチャブル部1Bのトーチ本体1Aからの分離を阻止する力は、電極3とインナースリーブ17との上記摩擦による結合力だけである。この電極3とインナースリーブ17との結合力に比較して、デタッチャブル部1Bを構成する諸部品相互間の結合力の方がより大きくなるように設計されている。従って、リテーナキャップ13をトーチ本体1Aから外すという操作を行えば、リテーナキャップ13内の電極3、絶縁ガイド5、ノズル7、シールドキャップ11などがリテーナキャップ13に結合されたままで一緒にトーチ本体1Aから外れる、つまり、デタッチャブル部1Bが纏まってトーチ本体1Aから外れることになる。   In a state where the detachable portion 1B is mounted on the torch body 1A, the electrode 3 has a plurality of elastic tongues 77 formed on the base end portion 3B thereof, as will be described in detail later, and the inner sleeve 17 of the torch body 1A. The inner sleeve 17 is connected to the inner sleeve 17 by frictional resistance at the contact surface. The nozzle 17 is in contact with the distal end surface 31A of the nozzle base 31 of the torch body 1A at the nozzle base end surface 7B perpendicular to the torch axis. Therefore, when the detachable portion 1B is detached from the torch body 1A, the force that prevents the detachable portion 1B from being separated from the torch body 1A is only the coupling force due to the friction between the electrode 3 and the inner sleeve 17. Compared to the coupling force between the electrode 3 and the inner sleeve 17, the coupling force between the components constituting the detachable portion 1B is designed to be larger. Therefore, when the operation of removing the retainer cap 13 from the torch body 1A is performed, the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7, the shield cap 11 and the like in the retainer cap 13 are joined to the retainer cap 13 together with the torch body 1A. That is, the detachable part 1B is collectively removed from the torch body 1A.

デタッチャブル部1Bを個々の部品に分解する操作も極めて簡単である。全ての部品が単純な嵌め合せで結合されているから、それらを単に軸方向に引っ張って引き離せば分解できる。分解の手順はユーザの勝手であるが、典型的な手順を例示すれば次の通りである。まず、図3に示したように内部に電極3やノズル7などが付いているリテーナキャップ13を外側から手でしっかりと掴んだ状態で、その先端部に露出しているシールドキャップ11を親指などで図3中上方へ押す。この押圧力により、シールドキャップ11のフランジ11AがOリング97を乗り越え、リテーナキャップ13からシールドキャップ11が外れる。よって、図4に示すような電極3と絶縁ガイド5とノズル7の結合体(以下、3部品セットという)が、リテーナキャップ13から取り出される。尚、シールドキャップ11はノズル7の先端部に固着されているので、以下の説明ではノズル7の一部分としてみなす。次に、電極3、絶縁ガイド5及びノズル7を軸方向に沿って手で引き離せば、図5に示すように個々の部品3、5、7に分離する。デタッチャブル部1Bの組み立ては、上記と逆の手順で行えば良い。つまり、電極3、絶縁ガイド5、ノズル7及びリテーナキャップ13を互いに押して嵌め合わせるだけで、デタッチャブル部1Bが組み立てられる。   The operation of disassembling the detachable part 1B into individual parts is extremely simple. Since all the parts are joined with a simple fit, they can be disassembled by simply pulling them apart in the axial direction. The disassembly procedure is user-friendly, but a typical procedure is as follows. First, as shown in FIG. 3, the retainer cap 13 having the electrode 3, the nozzle 7, and the like inside is firmly grasped from the outside by hand, and the shield cap 11 exposed at the tip of the retainer cap 13 is thumbed up. To push upward in FIG. With this pressing force, the flange 11 </ b> A of the shield cap 11 gets over the O-ring 97, and the shield cap 11 is detached from the retainer cap 13. Therefore, a combined body (hereinafter referred to as a three-part set) of the electrode 3, the insulating guide 5, and the nozzle 7 as shown in FIG. 4 is taken out from the retainer cap 13. Since the shield cap 11 is fixed to the tip of the nozzle 7, it is regarded as a part of the nozzle 7 in the following description. Next, when the electrode 3, the insulating guide 5 and the nozzle 7 are pulled apart by hand along the axial direction, they are separated into individual parts 3, 5 and 7 as shown in FIG. 5. The assembly of the detachable unit 1B may be performed in the reverse order of the above. That is, the detachable portion 1B is assembled by simply pressing the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7 and the retainer cap 13 together.

以上の、デタッチャブル部1Bの分解及び組み立て操作は、従来のカセット式トーチのヘッド部のそれよりも簡単である。従来のカセット式トーチのヘッド部は、電極、ノズル、キャップ類などのトーチに必要不可欠な部品だけでなく、トーチ本体に対する電気接続や配管接続のための追加の中間的な部品を備えるため、上述したデタッチャブル部1Bほどには分解及び組み立てが単純ではない。   The above-described disassembly and assembly operation of the detachable part 1B is simpler than that of the head part of the conventional cassette type torch. Since the head part of the conventional cassette type torch includes not only the parts essential for the torch such as electrodes, nozzles, and caps, but also additional intermediate parts for electrical connection and piping connection to the torch main body, Disassembly and assembly are not as simple as the detachable part 1B.

なお、電極3、絶縁ガイド5、ノズル7及びリテーナキャップ13を結合しておくためのOリング91、93、95、97は、同様な機能をもつ他の部品で代替することもできる。例えば、リテーナキャップ13のOリング97の代わりに、内側に僅かに突出した板バネやゴム片などを用いてもよい。   The O-rings 91, 93, 95, and 97 for connecting the electrode 3, the insulating guide 5, the nozzle 7 and the retainer cap 13 can be replaced with other parts having similar functions. For example, instead of the O-ring 97 of the retainer cap 13, a leaf spring or rubber piece slightly protruding inward may be used.

図6は、上述した本発明に従うプラズマトーチ1の消耗品交換の手順の一例を示す。   FIG. 6 shows an example of the procedure for exchanging consumables of the plasma torch 1 according to the present invention described above.

まず、このプラズマトーチ1を、プラズマ加工機における所定の交換位置に移動させる(S1)。次に、このプラズマトーチ1の回転リング39を回して緩め、リテーナキャップ13をトーチ本体1Aから外す(S2)。前述のように、デタッチャブル部1Bの部品全部がリテーナキャップ13と一緒に外れる。次に、リテーナキャップ13の中に入っている電極3、絶縁ガイド5及びノズル7が結合した3部品セットをリテーナキャップ13から外す(S3)。次に、その3部品セットを電極3、絶縁ガイド5及びノズル7に分離する(S4)。   First, the plasma torch 1 is moved to a predetermined exchange position in the plasma processing machine (S1). Next, the rotating ring 39 of the plasma torch 1 is turned and loosened, and the retainer cap 13 is removed from the torch body 1A (S2). As described above, all the parts of the detachable portion 1 </ b> B are detached together with the retainer cap 13. Next, the three-component set in which the electrode 3, the insulating guide 5 and the nozzle 7 contained in the retainer cap 13 are coupled is removed from the retainer cap 13 (S3). Next, the three component set is separated into the electrode 3, the insulation guide 5, and the nozzle 7 (S4).

次に、分離した電極3、絶縁ガイド5及びノズル7のうち、交換を要する部品を新品に交換する(S5)。次に、電極3、絶縁ガイド5及びノズル7を結合して3部品セットにする(S6)。次に、その3部品セットをリテーナキャップ13に嵌め入れる(S7)。これで、消耗品交換後のデタッチャブル部1Bが用意される。次に、デタッチャブル部1Bのリテーナキャップ13をトーチ本体1Aの先端部に被せ、そして、回転リング13を回して完全に締める(S8)。これで、交換作業は完了する。トーチ1を作業位置へ戻して加工作業に入る(S9)。   Next, of the separated electrode 3, insulation guide 5, and nozzle 7, the parts that need to be replaced are replaced with new ones (S5). Next, the electrode 3, the insulation guide 5, and the nozzle 7 are combined to form a three-part set (S6). Next, the three-part set is fitted into the retainer cap 13 (S7). Thus, the detachable part 1B after the consumable replacement is prepared. Next, the retainer cap 13 of the detachable portion 1B is put on the tip portion of the torch body 1A, and the rotating ring 13 is turned and completely tightened (S8). This completes the replacement work. The torch 1 is returned to the work position and the machining work is started (S9).

上記交換作業は全て手作業で行うこともできるが、消耗品自動交換装置を使って全自動又は半自動で行うこともできる。図7は、消耗品自動交換装置を備えたプラズマ加工機の全体構成を示す。   All of the above replacement operations can be performed manually, but can also be performed fully automatically or semi-automatically using an automatic consumable replacement device. FIG. 7 shows the overall configuration of a plasma processing machine equipped with an automatic consumables exchange device.

作業ステージ103にワークピース101たる鋼板が水平に載置される。作業ステージ103に対して、Yキャリッジ105がY方向へ水平移動できるように設置されている。このYキャリッジ105からX方向へガイドレール107が張り出し、このガイドレール107上を水平にX方向へXキャリッジ109が移動できるようになっている。Xキャリッジ109には、Z(鉛直)方向へ移動するZキャリッジ111が取りつけられ、このZキャリッジ111に、図1に示した構造のプラズマトーチ1が真下を向いて固定されている。プラズマトーチ1は、ワークピース101を加工している間、上記のキャリッジ105,109,111からなるXYZ移動系統によって、ワークピース101に対し一定のスタンドオフ(ワークピース上面からトーチ先端までの距離)を保った状態で、製品形状に合った加工ラインに沿ってX及びY方向へ水平移動させられる。   A steel plate as the workpiece 101 is placed horizontally on the work stage 103. A Y carriage 105 is installed with respect to the work stage 103 so as to be horizontally movable in the Y direction. A guide rail 107 protrudes from the Y carriage 105 in the X direction, and the X carriage 109 can move in the X direction horizontally on the guide rail 107. A Z carriage 111 that moves in the Z (vertical) direction is attached to the X carriage 109, and the plasma torch 1 having the structure shown in FIG. 1 is fixed to the Z carriage 111 facing downward. While the workpiece 101 is being processed, the plasma torch 1 has a constant standoff (distance from the workpiece upper surface to the tip of the torch) with respect to the workpiece 101 by the XYZ moving system including the carriages 105, 109, and 111. In the X and Y directions along the processing line that matches the product shape.

作業ステージ103の脇の所定位置に、消耗品自動交換装置113が設置されている。上述したXYZ移動系は、プラズマトーチ1を作業テーブル103上だけでなく、消耗品自動交換装置113の上の位置まで移動させることができる。消耗品自動交換装置113の上部には、複数個のデタッチャブル部ホルダ115、115、…が設けられ、各デタッチャブル部ホルダ115には1個のデタッチャブル部1Bを先端部を下に向けた姿勢でセットすることができる。各デタッチャブル部ホルダ115は、既に述べたような方法で、プラズマトーチ1からデタッチャブル部1B(つまり、リテーナキャップ13)を外したり、デタッチャブル部1B(つまり、リテーナキャップ13)をトーチ本体1Aに取付けたりする機能をもつ。少なくとも1個のデタッチャブル部ホルダ115には、消耗品が新品になっているデタッチャブル部1Bが予めセットされており、他の少なくとも1個のデタッチャブル部ホルダ115は空である。   A consumable automatic changer 113 is installed at a predetermined position on the side of the work stage 103. The XYZ moving system described above can move the plasma torch 1 not only on the work table 103 but also to a position above the consumable automatic changer 113. A plurality of detachable part holders 115, 115,... Are provided on the upper part of the consumable automatic changer 113, and one detachable part 1 B is set in each detachable part holder 115 with the front end facing downward. can do. Each detachable part holder 115 removes the detachable part 1B (that is, the retainer cap 13) from the plasma torch 1 or attach the detachable part 1B (that is, the retainer cap 13) to the torch body 1A by the method described above. It has a function to do. At least one detachable unit holder 115 is pre-set with a detachable unit 1B in which a consumable item is new, and at least one other detachable unit holder 115 is empty.

プラズマトーチ1の消耗品を交換するときには、まず、XYZ移動系が、プラズマトーチ1を、消耗品自動交換装置113の空のデタッチャブル部ホルダ115の真上まで移動させ、そして、プラズマトーチ1を下降させてそのデタッチャブル部1Bをその空デタッチャブル部ホルダ115の中にセットする。次に、そのデタッチャブル部ホルダ115が作動してプラズマトーチ1を回転リング39を緩めてデタッチャブル部1Bだけを外す。   When exchanging the consumables of the plasma torch 1, first, the XYZ moving system moves the plasma torch 1 to the position immediately above the empty detachable holder 115 of the consumable automatic changer 113, and then lowers the plasma torch 1 Then, the detachable part 1B is set in the empty detachable part holder 115. Next, the detachable part holder 115 is operated to loosen the rotating ring 39 of the plasma torch 1 and remove only the detachable part 1B.

次に、XYZ移動系が、デタッチャブル部1Bの外れたプラズマトーチ本体1Aを上方に引き上げ、それを別の新品消耗品のデタッチャブル部1Bがセットされたデタッチャブル部ホルダ115の真上まで移動させ、そして、トーチ本体1Aを下降させて、これを新品消耗品のデタッチャブル部1Bに嵌め込む。次に、そのデタッチャブル部ホルダ115が作動して、トーチ本体1Aに嵌め込まれたデタッチャブル部1Bの回転リング29を回転させて、そのデタッチャブル部1Bをトーチ本体1Aに固定する。これで交換は完了する。その後、XYZ移動系が、交換完了したプラズマトーチ1を引き上げ、再び作業テーブル103上の作業位置へ戻し、加工作業が再開される。   Next, the XYZ moving system pulls up the plasma torch main body 1A from which the detachable part 1B is detached, and moves it up to the detachable part holder 115 where the detachable part 1B of another new consumable is set, and Then, the torch body 1A is lowered and fitted into the detachable part 1B of the new consumable item. Next, the detachable part holder 115 is actuated to rotate the rotating ring 29 of the detachable part 1B fitted in the torch body 1A to fix the detachable part 1B to the torch body 1A. This completes the exchange. Thereafter, the XYZ moving system pulls up the exchanged plasma torch 1, returns it to the work position on the work table 103, and the machining work is resumed.

以上の消耗品自動交換装置113による自動交換作業は、図6に示した交換手順において、ステップS2から、ステップS3〜S7を飛び越して、ステップS8へ進むものである。ステップS3〜S7(古いデタッチャブル部1Bのデタッチャブル部ホルダ115からの取り出しと分解、及び新しいデタッチャブル部1Bの組み立てとデタッチャブル部ホルダ115へのセット)は手作業で行っても良いし、自動化してもよい。   The automatic exchanging work by the consumable automatic exchanging apparatus 113 described above is the step of skipping steps S3 to S7 from step S2 to step S8 in the exchanging procedure shown in FIG. Steps S3 to S7 (removal and disassembly of the old detachable part 1B from the detachable part holder 115 and assembly of the new detachable part 1B and setting to the detachable part holder 115) may be performed manually or may be automated. Good.

図8は、消耗品自動交換装置113のデタッチャブル部ホルダ115の構成を簡単に示している(トーチ1の内部の部品は図示省略する)。   FIG. 8 simply shows the configuration of the detachable part holder 115 of the consumable supply automatic changer 113 (parts inside the torch 1 are not shown).

デタッチャブル部ホルダ115は、デタッチャブル部1Bのリテーナキャップ13を静止状態に保持するキャップホルダ117と、デタッチャブル部1Bの回転リング39を掴んでこれを操作する回転リングドライバ119とを有する。キャップホルダ117は、消耗品自動交換装置113に不動状態で設けられた筒形の部品であり、リテーナキャップ13の先端部の外面に取り付いて、交換作業中にリテーナキャップ13が動かないように保持する。回転リングドライバ119は、キャップホルダ117と同軸関係でその外周に配置された筒形の部品で、回転リング39を掴んで、この回転リング39を、トーチ軸(一点鎖線で示す)回りに右回転及び左回転させつつ、トーチ軸方向に上昇及び下降させることができる。回転リングドライバ119の駆動機構は図示省略する。   The detachable part holder 115 includes a cap holder 117 that holds the retainer cap 13 of the detachable part 1B in a stationary state, and a rotating ring driver 119 that grips and operates the rotating ring 39 of the detachable part 1B. The cap holder 117 is a cylindrical part that is provided in a stationary state in the consumable automatic changer 113, and is attached to the outer surface of the tip of the retainer cap 13 so that the retainer cap 13 does not move during the replacement operation. To do. The rotating ring driver 119 is a cylindrical part arranged on the outer periphery of the cap holder 117 so as to be coaxial with the cap holder 117. The rotating ring driver 119 holds the rotating ring 39 and rotates the rotating ring 39 clockwise around a torch axis (shown by a one-dot chain line). And it can be raised and lowered in the torch axis direction while rotating counterclockwise. The drive mechanism of the rotating ring driver 119 is not shown.

図8(A)は、トーチ本体1Aにデタッチャブル部1Bを固定する直前の状態を示す。このとき、回転リングドライバ119は、デタッチャブル部1Bの回転リング39を、リテーナキャップ13より上方へ突出しない低い位置で保持している。この状態で、トーチ本体1Aが、回転リング39に衝突することなく、デタッチャブル部1Bに完全に嵌め込まれる。続いて、回転リングドライバ119が、回転リング39を右回りに回転させつつ、回転リング39の螺子39Aのピッチに合った回転速度/上昇速度比で、回転リング39を上昇させていく。これにより、回転リング39は、トーチ本体1Aの固定リング37に螺合し、この螺合が締め込まれている。図8(B)に示すように、回転リング39と固定リング37との螺合が完全に締められたところで、回転リングドライバ119が停止する。これで、トーチ本体1Aへのデタッチャブル部1Bの装着が完了する。   FIG. 8A shows a state immediately before fixing the detachable part 1B to the torch body 1A. At this time, the rotating ring driver 119 holds the rotating ring 39 of the detachable portion 1B at a low position that does not protrude upward from the retainer cap 13. In this state, the torch body 1A is completely fitted into the detachable part 1B without colliding with the rotating ring 39. Subsequently, the rotating ring driver 119 raises the rotating ring 39 at a rotation speed / rising speed ratio that matches the pitch of the screws 39A of the rotating ring 39 while rotating the rotating ring 39 clockwise. Thereby, the rotating ring 39 is screwed into the fixing ring 37 of the torch main body 1A, and this screwing is tightened. As shown in FIG. 8B, when the screwing of the rotating ring 39 and the fixed ring 37 is completely tightened, the rotating ring driver 119 stops. This completes the mounting of the detachable portion 1B to the torch body 1A.

トーチ本体1Aからデタッチャブル部1Bを外すときには、図8(B)の状態から、回転リングドライバ119が、回転リング39を左回りに回転させながら、回転リング39の螺子39Aのピッチに合った回転速度/下降速度比で下降していく。これにより。回転リング39と固定リング37との螺合が緩められていく。図8(A)に示すように回転リング39から固定リング37が完全に外れたところで、回転リングドライバ119が停止する。その後、トーチ本体1Aga上昇し、これにより、トーチ本体1Aからデタッチャブル部1Bが分離される。   When the detachable part 1B is removed from the torch body 1A, from the state shown in FIG. 8B, the rotating ring driver 119 rotates the rotating ring 39 counterclockwise while rotating the rotating ring 39 according to the pitch of the screws 39A. / It descends at the descending speed ratio. By this. The screwing between the rotating ring 39 and the fixing ring 37 is loosened. As shown in FIG. 8A, when the fixed ring 37 is completely removed from the rotating ring 39, the rotating ring driver 119 stops. Thereafter, the torch body 1Aga is raised, whereby the detachable part 1B is separated from the torch body 1A.

以上のように、本発明に従うプラズマトーチ1の消耗品交換は容易であり、自動交換にも適している。   As described above, the replacement of the consumables of the plasma torch 1 according to the present invention is easy and suitable for automatic replacement.

本発明に従うプラズマトーチ1が、消耗品交換以外の他の幾つかの観点についても、優れた特徴を有している。そのうち2つ観点についての特徴、すなわち、第1に電極3の電気接続に関する特徴と、第2に電極3とノズル7の位置整合に関する特徴について以下に説明する。まず、第1の特徴を説明する。   The plasma torch 1 according to the present invention has excellent features in several aspects other than the replacement of consumables. Among these, the features regarding two viewpoints, that is, the first feature relating to the electrical connection of the electrode 3 and the second feature relating to the positional alignment of the electrode 3 and the nozzle 7 will be described below. First, the first feature will be described.

図9は、上述のプラズマトーチ1の電極3の断面を示す。図10は、トーチ本体1Aのインナースリーブ17と導水管15の断面を示す。図11は電極3をインナースリーブ17に取り付けた状態を示す。   FIG. 9 shows a cross section of the electrode 3 of the plasma torch 1 described above. FIG. 10 shows a cross section of the inner sleeve 17 and the water conduit 15 of the torch main body 1A. FIG. 11 shows a state in which the electrode 3 is attached to the inner sleeve 17.

図9に示すように、電極3は例えば銅製であって、その基端開口71を囲むスカート部73には、その基端面から電極軸に平行方向へ、一定間隔で、所定長と所定幅をもった複数本(例えば、2本、3本又は4本)のスリット75が刻み込まれている。これらのスリット75により、スカート部73は、複数枚(例えば、2枚、3枚又は4枚)の舌(円弧に湾曲した矩形板)77に分割されていて、各舌77は、弾性をもって径方向内側へ僅かな距離だけ撓むことができる。スカート部73は、内径及び外径の双方にて他の部分より僅かに大きい大径部79を有し、この大径部79の外径は、舌77が内方へ弾性的に撓むことで僅かに縮小する。この大径部79の外周面79Aは、電極軸に平行な面であり、後述するように、インナースリーブ17の内面に密着して通電面として機能する。大径部79の内側には、ステンレス鋼製のバネリング81が、大径部79の内周面79Bに密着するようにして嵌め込まれる。このバネリング81は、図には表れていないが、完全なリングではなく、1箇所にてスリットで切断されたC字形のものであり、元来弾性に富まない銅製の舌77に内側から弾性力を追加して、舌77が内側に撓んだときの塑性変形を防止し、かつ、通電面79Aのインナースリーブ17の内面への接触圧力を強化する役割をもつ。この大径部79の基端の外周エッジは斜めに面取りされた面79Cとなっており、この面取り面79Cは電極3のインナースリーブ17への差し込みを容易にする。   As shown in FIG. 9, the electrode 3 is made of, for example, copper, and a skirt portion 73 surrounding the base end opening 71 has a predetermined length and a predetermined width at regular intervals from the base end surface in a direction parallel to the electrode axis. A plurality of (for example, two, three, or four) slits 75 are engraved. By these slits 75, the skirt portion 73 is divided into a plurality of (for example, two, three, or four) tongues (rectangular plates curved in an arc) 77, and each tongue 77 has a diameter with elasticity. A small distance can be deflected inward in the direction. The skirt portion 73 has a large-diameter portion 79 that is slightly larger than the other portions in both the inner diameter and the outer diameter. The outer diameter of the large-diameter portion 79 is that the tongue 77 is elastically bent inward. To reduce slightly. The outer peripheral surface 79A of the large-diameter portion 79 is a surface parallel to the electrode axis, and functions as an energization surface in close contact with the inner surface of the inner sleeve 17 as will be described later. A stainless steel spring ring 81 is fitted inside the large diameter portion 79 so as to be in close contact with the inner peripheral surface 79B of the large diameter portion 79. Although not shown in the drawing, this spring ring 81 is not a complete ring, but is a C-shaped one cut by a slit at one location, and is elastic from the inside to a copper tongue 77 which is originally not rich in elasticity. A force is added to prevent plastic deformation when the tongue 77 is bent inward, and to strengthen the contact pressure on the inner surface of the inner sleeve 17 of the energizing surface 79A. The outer peripheral edge of the base end of the large diameter portion 79 is an obliquely chamfered surface 79C, and this chamfered surface 79C facilitates insertion of the electrode 3 into the inner sleeve 17.

電極3の外周の、スカート部73より若干距離だけ先端側へずれた位置に、フランジ83が形成されている。フランジ83は、その基端側部分の比較的に小さい外径をもつ小径部83Aと、先端側部分の比較的に大きい外径をもつ大径部83Bとを有する。電極3の外周には、スカート部73とフランジ63との間の位置に、前述した弾性材製のOリング91が嵌められている。このOリング91は、フランジ83の基端側の端面(電極軸に垂直な面である)に当接している。   A flange 83 is formed on the outer periphery of the electrode 3 at a position slightly shifted from the skirt portion 73 toward the tip side by a distance. The flange 83 has a small-diameter portion 83A having a relatively small outer diameter at its proximal end portion and a large-diameter portion 83B having a relatively large outer diameter at its distal-end side portion. On the outer periphery of the electrode 3, the above-described elastic O-ring 91 is fitted at a position between the skirt portion 73 and the flange 63. The O-ring 91 is in contact with an end face on the proximal end side of the flange 83 (a face perpendicular to the electrode axis).

図10に示すように、インナースリーブ17は、電極3を保持し且つ電極3に電流を供給する役目をもつ。   As shown in FIG. 10, the inner sleeve 17 serves to hold the electrode 3 and supply current to the electrode 3.

導水管15の外周面とインナースリーブ17の内周面との間には、電極3のフランジ83より基端側の部分を嵌め入れるための空間121が形成されている。インナースリーブ17の内周面123は、その先端部に、先端から基端へ向かうに従って内径がテーパするテーパ面123Aを有する。このテーパ面123Aの最も開いた部分の径、つまりインナースリーブ17の先端の内径は、電極3のフランジ83の小径部83Aの外径より若干大きい。インナースリーブ17の内周面123は、先端部から基端側へ向かって、テーパ面123Aに続いて、次にスリーブ軸に平行な面123Bとなり、次に内径が若干小さくなって、2番目のスリーブ軸に平行な面123Cとなる。この2番目の平行面123Cは、後述するように、電極3をこのインナースリーブ17に取り付けたとき、電極スカート部73の大径部79の外周面79Aと密着することになる通電面である。この2番目の平行面123Cの内径は、電極スカート部73の大径部79の外径より僅かに小さい。また、この2番目の平行面123Cは先端側のエッジは、内径が滑らかに小さくなるように面取りされたスロープ面123Dとなっている。このスロープ面123Dは、電極3をインナースリーブ17に差し込んだときに、電極スカート部73の基端外周の面取り面79Cに当接して舌77を内側に撓ませ、それにより、電極スカート部73の大径部79がこの2番目の平行面123Cの内側へ入り込むのを容易にする。   Between the outer peripheral surface of the water guide pipe 15 and the inner peripheral surface of the inner sleeve 17, a space 121 is formed for fitting a portion closer to the base end side than the flange 83 of the electrode 3. The inner peripheral surface 123 of the inner sleeve 17 has a tapered surface 123 </ b> A whose inner diameter tapers from the distal end toward the proximal end at the distal end thereof. The diameter of the most open portion of the tapered surface 123 </ b> A, that is, the inner diameter of the tip of the inner sleeve 17 is slightly larger than the outer diameter of the small diameter portion 83 </ b> A of the flange 83 of the electrode 3. The inner peripheral surface 123 of the inner sleeve 17 is a surface 123B parallel to the sleeve axis next to the taper surface 123A from the distal end portion toward the proximal end side, and then the inner diameter is slightly reduced, followed by the second The surface 123C is parallel to the sleeve axis. As will be described later, the second parallel surface 123 </ b> C is a current-carrying surface that comes into close contact with the outer peripheral surface 79 </ b> A of the large-diameter portion 79 of the electrode skirt portion 73 when the electrode 3 is attached to the inner sleeve 17. The inner diameter of the second parallel surface 123 </ b> C is slightly smaller than the outer diameter of the large diameter portion 79 of the electrode skirt portion 73. Further, the second parallel surface 123C has a sloped surface 123D that is chamfered so that the inner diameter of the second parallel surface 123C is smoothly reduced. When the electrode 3 is inserted into the inner sleeve 17, the slope surface 123 </ b> D abuts the chamfered surface 79 </ b> C of the base end outer periphery of the electrode skirt portion 73 to bend the tongue 77 inward, and thereby the electrode skirt portion 73. The large-diameter portion 79 can easily enter the second parallel surface 123C.

電極3のフランジ83より基端側の部分がインナースリーブ17の内側の空間121に差し込まれると、電極スカート部73の基端外周エッジの面取り面79Cが、まずスリーブ内周面123のスロープ面123Dに当接し、続いて、このスロープ面123Dに沿って滑りながら更に内奥へ入っていく。このとき、電極スカート部73の舌77が内側に撓んで、スカート部73の大径部79がスリーブ内周面123の2番目の平行面123Cの内側に入るように縮まり、そして、電極スカート部73の大径部79の外周面(通電面)79Aが、スリーブ内周面123の2番目の平行面(通電面)123Cに対して、舌77とバネリング81の反力で押しつけられて、これら通電面79A,123C同士が擦り合いながら、電極スカート部73の大径部79がスリーブ内周面123の2番目の平行面123C内に入り込む。電極3がインナースリーブ17内に完全に差し込まれると、図11に示す状態となり、電極3のインナースリーブ17への取り付けが完了する。このように、単なる軸方向への差し込みだけで、電極3をインナースリーブ17に簡単に取りつけることが出来、また、取外しも単なる軸方向への引き抜きだけで行える。故に、前述したような簡単な消耗品交換が可能である。   When the base end side portion of the electrode 3 from the flange 83 is inserted into the space 121 inside the inner sleeve 17, the chamfered surface 79 C of the base end outer peripheral edge of the electrode skirt portion 73 first becomes the slope surface 123 D of the sleeve inner peripheral surface 123. Next, it slides along the slope surface 123D and enters further inside. At this time, the tongue 77 of the electrode skirt portion 73 is bent inward, and the large diameter portion 79 of the skirt portion 73 is contracted so as to enter the inside of the second parallel surface 123C of the sleeve inner peripheral surface 123, and the electrode skirt portion The outer peripheral surface (conducting surface) 79A of the large-diameter portion 79 of 73 is pressed against the second parallel surface (conducting surface) 123C of the sleeve inner peripheral surface 123 by the reaction force of the tongue 77 and the spring ring 81. The large-diameter portion 79 of the electrode skirt portion 73 enters the second parallel surface 123C of the sleeve inner peripheral surface 123 while the energizing surfaces 79A and 123C rub against each other. When the electrode 3 is completely inserted into the inner sleeve 17, the state shown in FIG. 11 is obtained, and the attachment of the electrode 3 to the inner sleeve 17 is completed. In this manner, the electrode 3 can be easily attached to the inner sleeve 17 by simply inserting it in the axial direction, and can be removed simply by pulling it in the axial direction. Therefore, the simple consumable item exchange as described above is possible.

図11に示した取り付け完了状態では、冷却水が、矢印で示すように、導水管15から出て、まず耐熱インサート4を冷やし、続いて、折り返して導水管15の外周面と電極3の内周面との間の冷却水路21を通って、電極3を冷却しつつ基端側へ流れていく。この冷却水路21は、電極3とインナースリーブ17の通電面79A,123Cの近傍を通っている。そして、この冷却水路21内の冷却水の一部は、電極スカート部73のスリット75に入り、スリット75を通って、電極3の外周面とインナースリーブ17の内周面との間に形成された隙間125内も満たす(つまり、スリット75や隙間125も冷却水路の一部である)。故に、密着した通電面79A,123Cの周囲は冷却水に晒されることになる。換言すれば、密着した通電面79A,123Cが冷却水路21、75、125内に存在することになる。また、電極3のOリング91が、電極3のフランジ83とインナースリーブ17のテーパ面123Aとの間に挟まれていて、隙間125内の冷却水が外部に漏れないようシールする。また、Oリング91は、電極3の軸方向の位置決めも行う。   11, the cooling water comes out of the water conduit 15 as shown by the arrow, first cools the heat-resistant insert 4, and then turns back to return the outer peripheral surface of the water conduit 15 and the electrode 3 to the inside. The electrode 3 flows through the cooling water passage 21 between the peripheral surface and the base 3 while cooling the electrode 3. The cooling water passage 21 passes through the vicinity of the current-carrying surfaces 79 </ b> A and 123 </ b> C of the electrode 3 and the inner sleeve 17. A part of the cooling water in the cooling water passage 21 enters the slit 75 of the electrode skirt portion 73, passes through the slit 75, and is formed between the outer peripheral surface of the electrode 3 and the inner peripheral surface of the inner sleeve 17. The gap 125 is also filled (that is, the slit 75 and the gap 125 are also part of the cooling water channel). Therefore, the periphery of the contact surfaces 79A and 123C that are in close contact with each other is exposed to the cooling water. In other words, the closely energized surfaces 79 </ b> A and 123 </ b> C exist in the cooling water channels 21, 75, and 125. Further, the O-ring 91 of the electrode 3 is sandwiched between the flange 83 of the electrode 3 and the tapered surface 123A of the inner sleeve 17, and seals so that the cooling water in the gap 125 does not leak to the outside. The O-ring 91 also positions the electrode 3 in the axial direction.

上述した電極取付けの過程で、通電面79A,123Cに多少の異物が付着していたとしても、通電面79A,123Cの良好な接触を確保することが可能である。すなわち、電極3をインナースリーブ17に差し込むときに電極3がインナースリーブ17に対して軸方向へ動くことより、電極3とインナースリーブ17の通電面79A,123C同士が擦り合う。この擦り合いによって、通電面79A,123Cに付着していた多少の異物は、潰れたり通電面内に埋め込まれたりする。その結果、図11に示した取り付け完了状態では、通電面79A,123Cは、舌77とバネリング81の反力で押し付けられて密着する。また、仮に潰れずに残った異物があったとしても、その異物によって通電面79A,123Cの全部が接触不良となることはなく、電極スカート部73の複数枚の舌77のうち、その異物が存在する舌77以外の舌77では、通電面79A,123Cは密着する。このように、通電面に多少の異物があっても接触不良が生じにくい。また、通電面の接触抵抗のために通電面で多少の発熱があったとしても、その近傍及び周囲を冷却水が流れて通電面を強力に冷却するため、通電面の溶損の問題は発生しない。   Even if some foreign matter adheres to the current-carrying surfaces 79A and 123C during the electrode mounting process described above, it is possible to ensure good contact between the current-carrying surfaces 79A and 123C. That is, when the electrode 3 is inserted into the inner sleeve 17, the electrode 3 moves in the axial direction with respect to the inner sleeve 17, whereby the current-carrying surfaces 79 </ b> A and 123 </ b> C of the electrode 3 and the inner sleeve 17 rub against each other. Due to this rubbing, some foreign matter adhering to the current-carrying surfaces 79A and 123C is crushed or buried in the current-carrying surface. As a result, in the attachment completion state shown in FIG. 11, the energizing surfaces 79 </ b> A and 123 </ b> C are pressed and brought into close contact with the tongue 77 and the reaction force of the spring ring 81. Further, even if there is a foreign matter remaining without being crushed, the foreign matter does not cause all the contact surfaces 79A and 123C to be poorly contacted, and the foreign matter is out of the plurality of tongues 77 of the electrode skirt portion 73. In the tongues 77 other than the existing tongue 77, the energizing surfaces 79A and 123C are in close contact. Thus, even if there is some foreign matter on the current-carrying surface, poor contact is unlikely to occur. In addition, even if there is some heat generation on the energized surface due to the contact resistance of the energized surface, cooling water flows in the vicinity and the surrounding area to strongly cool the energized surface, causing a problem of melting of the energized surface. do not do.

なお、通電面を密着させる押し付け力を得るために、電極3側に弾性的に変形する舌77を設けたが、必ずしもそうしなければならないわけではなく、弾性変形部分をインナースリーブ17側に設けても、或いは、電極3とインナースリーブ17の双方に設けても良い。但し、頻繁に交換される電極3側に弾性変形部を設けた方が、変形の繰り返しによる金属疲労の問題がない点で有利である。また、電極3とインナースリーブ17の通電面の形状は、電極の中心軸(トーチの中心軸)と共通の中心軸をもった円筒面であったが、必ずしもそうである必要はなく、トーチの中心軸と共通の中心軸をもった円錐面としてもよい(つまり、通電面にテーパをつけてもよい)。更に、弾性力で密着する通電面に加え、トーチ軸に対して垂直な面での押し付けによる通電面も併せ持つようにしてもよい。この場合、通電面が2系統あることにより、通電トラブルに対する信頼性が高まるとともに、同じサイズの電極であっても、1系統の通電面しかもたない電極に比べて、より大きな電流が流せるという利点がある。   In order to obtain a pressing force for bringing the current-carrying surface into close contact, the tongue 77 that is elastically deformed is provided on the electrode 3 side. However, this is not necessarily required, and an elastically deformed portion is provided on the inner sleeve 17 side. Alternatively, it may be provided on both the electrode 3 and the inner sleeve 17. However, it is advantageous to provide an elastically deforming portion on the electrode 3 side that is frequently replaced because there is no problem of metal fatigue due to repeated deformation. In addition, the shape of the current-carrying surfaces of the electrode 3 and the inner sleeve 17 is a cylindrical surface having a central axis common to the central axis of the electrode (the central axis of the torch). A conical surface having a central axis common to the central axis may be used (that is, the energizing surface may be tapered). Further, in addition to the energizing surface that is in close contact with the elastic force, an energizing surface that is pressed by a plane perpendicular to the torch axis may be provided. In this case, since there are two systems of energization surfaces, reliability against energization troubles is increased, and even if the electrodes have the same size, an advantage that a larger current can flow than an electrode having only one system of energization surfaces. There is.

次に、電極3とノズル7との位置整合に関する特徴を説明する。   Next, characteristics regarding positional alignment between the electrode 3 and the nozzle 7 will be described.

図12は、電極3とノズル7の位置整合(特に、中心軸合わせ、つまり芯だし)の原理を模式化し且つ分り易いように分解して示す。   FIG. 12 schematically shows the principle of position alignment (particularly center axis alignment, that is, centering) between the electrode 3 and the nozzle 7 and is disassembled for easy understanding.

ノズル7の内側に弾性を有するOリング96を挟んで絶縁ガイド5が嵌合され、この絶縁ガイド5の内側には弾性を有するOリング93を挟んで電極3が嵌合されている。そして、この電極3はインナーインナースリーブ17の内側に嵌合されており、電極3とインナーインナースリーブ17とは、電極基端部にて弾性を有する舌77をもって接触し、インナースリーブ先端部にて弾性を有するOリング91を間に挟んでいる。   The insulating guide 5 is fitted inside the nozzle 7 with an elastic O-ring 96 interposed therebetween, and the electrode 3 is fitted inside the insulating guide 5 with an elastic O-ring 93 interposed therebetween. The electrode 3 is fitted inside the inner inner sleeve 17, and the electrode 3 and the inner inner sleeve 17 come into contact with a tongue 77 having elasticity at the electrode base end portion, and at the tip end portion of the inner sleeve. An O-ring 91 having elasticity is sandwiched between them.

Oリング91、93、95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3と絶縁ガイド5とがOリング93を挟んで嵌め合わされたとき、このOリング93の性質によって、電極3の中心軸L1と絶縁ガイド15の中心軸とが自動的に精度良く一致する。そして、絶縁ガイド5とノズル7とがOリング95を挟んで嵌め合わされたとき、このOリング95の性質によって、絶縁ガイド15の中心軸とノズル7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3の中心軸L1とノズル7の中心軸L2とが自動的に精度良く一致する。つぎに、電極3がOリング91を挟んでインナーインナースリーブ17に嵌合されたとき、このOリング91の性質によって、インナーインナースリーブ17の中心軸L3(つまり、トーチ本体の中心軸)と電極3の中心軸L1とが自動的に一致する。結果として、電極本体3の中心軸L1とノズル7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。   The O-rings 91, 93, and 95 have a property that the shrinkage allowance of each part is substantially equal over the circumferential direction. Therefore, when the electrode 3 and the insulating guide 5 are fitted together with the O-ring 93 interposed therebetween, the central axis L1 of the electrode 3 and the central axis of the insulating guide 15 automatically and accurately coincide with each other due to the nature of the O-ring 93. To do. When the insulating guide 5 and the nozzle 7 are fitted together with the O-ring 95 interposed therebetween, the central axis of the insulating guide 15 and the central axis L2 of the nozzle 7 automatically and accurately coincide with each other due to the nature of the O-ring 95. To do. As a result, the center axis L1 of the electrode 3 and the center axis L2 of the nozzle 7 automatically coincide with each other with high accuracy. Next, when the electrode 3 is fitted to the inner inner sleeve 17 with the O-ring 91 in between, the center axis L3 of the inner inner sleeve 17 (that is, the central axis of the torch main body) and the electrode depend on the nature of the O-ring 91. The center axis L1 of 3 automatically matches. As a result, the center axis L1 of the electrode body 3, the center axis L2 of the nozzle 7, and the center axis L3 of the torch body automatically coincide with each other with high accuracy.

尚、Oリング91、93、95はそれぞれ、図1、3、11などに示すように、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)。   The O-rings 91, 93, and 95 are accommodated in O-ring grooves formed on the outer peripheral surface or inner peripheral surface of each component, as shown in FIGS. The concentricity of the groove bottoms of these O-ring grooves has a large effect on the above-described centering, and therefore it is desirable to increase the accuracy to about 0.02 mm (refer to the bottom of the O-ring groove in a conventional general torch). Is about 0.05 mm).

リテーナキャップ13は、その先端部でノズル7の先端部のシールドキャップ11を保持した状態で、回転リング39によってトーチ本体の固定リング37に固定される。このとき、リテーナキャップ13は、ノズル7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7はリテーナキャップ13によってノズル台座31に押しつけられるが、ノズル7とノズル台座31との当接面は、軸方向に垂直な面であるため、ノズル7はノズル台座31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7の外側には、ノズル7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7は径方向においてOリング91、93、95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7は径方向においてOリング91、93、95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91、93、95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91、93、95による電極3とノズル7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。   The retainer cap 13 is fixed to the fixing ring 37 of the torch main body by the rotating ring 39 while holding the shield cap 11 at the tip of the nozzle 7 at the tip. At this time, the retainer cap 13 only applies a pressing force to the nozzle 7 in a direction parallel to the central axes L1 to L3 described above, and does not apply a radial force or a rotational force. Further, the nozzle 7 is pressed against the nozzle pedestal 31 by the retainer cap 13, but the contact surface between the nozzle 7 and the nozzle pedestal 31 is a surface perpendicular to the axial direction. It only receives reaction force and does not receive radial force. As described above, there is no part on the outside of the nozzle 7 that applies a force other than the axial direction to the nozzle 7, particularly a force in the radial direction. That is, the nozzle 7 is in a free state without receiving an external force other than the force by the O-rings 91, 93, 95 in the radial direction. In other words, the nozzle 7 is in a free state so that position adjustment by the O-rings 91, 93 and 95 is allowed in the radial direction. Therefore, the position alignment action by the O-rings 91, 93, 95 described above works effectively without being disturbed by the external force in the radial direction. In this way, highly accurate positional alignment (that is, coincidence of the central axes) of the electrode 3 and the nozzle 7 in the radial direction by the O-rings 91, 93, and 95 is effectively performed without being disturbed by external force.

一方、軸方向でのノズル7と電極3間の位置決めに関しては、ノズル7の内周の段部7C、電極3のフランジ83、及び段部7とフランジ83間に挟まれる絶縁ガイド5の寸法によって達成される。すなわち、ノズル7の内周の段部7Cに絶縁ガイド5の先端面5Aが当接し、絶縁ガイド5の基端面5Bが電極3のフランジ83で押さえられる。これにより、ノズル7の段部7cと電極3のフランジ83との軸方向の距離が絶縁ガイド5の軸方向の長さに決定されるので、ノズル7と電極3の軸方向での相対位置が自動的に精度良く決定される。   On the other hand, the positioning between the nozzle 7 and the electrode 3 in the axial direction depends on the dimensions of the inner peripheral step 7C of the nozzle 7, the flange 83 of the electrode 3, and the insulating guide 5 sandwiched between the step 7 and the flange 83. Achieved. That is, the front end surface 5 A of the insulating guide 5 abuts on the step portion 7 C on the inner periphery of the nozzle 7, and the base end surface 5 B of the insulating guide 5 is pressed by the flange 83 of the electrode 3. As a result, the axial distance between the step 7c of the nozzle 7 and the flange 83 of the electrode 3 is determined by the axial length of the insulating guide 5, so that the relative position of the nozzle 7 and the electrode 3 in the axial direction is It is automatically determined with high accuracy.

更に、図12で説明した位置整合の原理で注目すべき点は、Oリング91、93、95が挿入されている各部品間の境界には、Oリング91、93、95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17の先端部の内周面と電極3の基端部の外周面との間、電極3の先端部の外周面と絶縁ガイド5の内周面との間、及び絶縁ガイド5の先端部の外周面とノズル7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91、93、95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91、93、95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。   Further, it should be noted in the principle of the alignment described with reference to FIG. 12 that the O-rings 91, 93, 95 are positioned in the radial direction at the boundaries between the parts where the O-rings 91, 93, 95 are inserted. There is a sufficiently large clearance because of the alignment. That is, between the inner peripheral surface of the distal end portion of the inner sleeve 17 and the outer peripheral surface of the proximal end portion of the electrode 3, between the outer peripheral surface of the distal end portion of the electrode 3 and the inner peripheral surface of the insulating guide 5, and the insulating guide 5. There is a large clearance between the outer peripheral surface of the front end portion and the inner peripheral surface of the base end portion of the nozzle 7 so that these components do not directly touch each other. By this clearance, the above-described radial position alignment action by the O-rings 91, 93, 95 works effectively, and the parts can be easily separated and fitted together, so that the replacement work is easy. In addition, since the O-rings 91, 93, and 95 have a circular cross-sectional shape, there is no great resistance when parts are separated or fitted together, which also facilitates the replacement work.

前記のOリング91、93、95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。   The O-rings 91, 93, and 95 are not limited to this. As an alternative, a member having elasticity corresponding to an O-ring can be used. Alternatively, instead of a ring member that continuously exists on the inner peripheral surface or outer peripheral surface of the component, such as an O-ring, a plurality of elastic members arranged at a plurality of locations in the circumferential direction of the inner peripheral surface or outer peripheral surface of the component You may make it take radial position alignment by using the block and performing the equal elastic expansion-contraction of these elastic blocks in multiple places of the circumference.

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。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, it is clear that this invention is not limited to this.

本発明の一実施形態にかかる切断用のプラズマトーチの中心軸に沿った断面図。Sectional drawing along the central axis of the plasma torch for cutting concerning one Embodiment of this invention. 同プラズマトーチからリテーナキャップ13を外した時の、トーチ本体の断面図。Sectional drawing of a torch main body when the retainer cap 13 is removed from the plasma torch. 同プラズマトーチからリテーナキャップ13を外した時の、リテーナキャップ13とそれと一緒に外れた消耗品とのセットの断面図。Sectional drawing of the set of the retainer cap 13 and the consumables removed together with it when the retainer cap 13 is removed from the plasma torch. 電極と絶縁ガイドとノズルを結合した3部品セットの断面図。Sectional drawing of 3 components set which couple | bonded the electrode, the insulation guide, and the nozzle. 分離された電極と絶縁ガイドとノズルの断面図。Sectional drawing of the separated electrode, insulation guide, and nozzle. 消耗品交換の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of consumables exchange. 消耗品自動交換装置を備えた本発明の一実施形態にかかるプラズマ加工機の斜視図。The perspective view of the plasma processing machine concerning one Embodiment of this invention provided with the consumables automatic change apparatus. 消耗品自動交換装置の要部の断面図。Sectional drawing of the principal part of a consumables automatic change apparatus. 電極の断面図。Sectional drawing of an electrode. トーチ本体の電極を取りつける部分の断面図。Sectional drawing of the part which attaches the electrode of a torch main body. トーチ本体に電極を取りつけた部分の断面図。Sectional drawing of the part which attached the electrode to the torch main body. 電極とノズルの位置整合の原理を示す模式的な断面図。A typical sectional view showing a principle of position alignment of an electrode and a nozzle.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラズマトーチ
3 電極
5 絶縁ガイド
7 ノズル
11 シールドキャップ
13 リテーナキャップ
15 導水管
17 インナースリーブ
29 アウタースリーブ
37 固定リング
39 回転リング
91、93、95 Oリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma torch 3 Electrode 5 Insulation guide 7 Nozzle 11 Shield cap 13 Retainer cap 15 Water guide pipe 17 Inner sleeve 29 Outer sleeve 37 Fixed ring 39 Rotating ring 91, 93, 95 O-ring

Claims (8)

プラズマトーチと、作業テーブルと、前記作業テーブル上で前記プラズマトーチを移動させる移動機構とを備え、
前記プラズマトーチは、前記移動機構に取り付けられたトーチ本体と、前記トーチ本体に着脱自在な状態で取りつけられたデタッチャブル部とを備え、
前記デタッチャブル部は、電極と、前記電極を包囲するように配置されたノズルと、前記電極と前記ノズルの間に介装された絶縁体と、前記電極、ノズル及び絶縁体を内部に収容したリテーナキャップとを有し、
前記トーチ本体は、前記電極と結合される電極接続部と、前記ノズルと結合されるノズル接続部と、前記リテーナキャップと結合されるリテーナキャップ接続部と、冷却水配管と、プラズマガス配管とを有し、
前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部に所定経路に沿って近づけて結合する操作に伴って、前記電極及び前記ノズルがそれぞれ前記電極接続部及び前記ノズル接続部に結合し、且つ、前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部から外して所定経路に沿って遠ざける操作に伴って、前記電極及び前記ノズルがそれぞれ前記電極接続部及び前記ノズル接続部から外れるように、前記電極と前記電極接続部との結合構造及び前記ノズルと前記ノズル接続部との結合構造が構成されており、
前記電極と前記絶縁体と前記ノズルと前記リテーナキャップとは互いに結合されており、それら相互間の結合力は、前記電極と前記電極接続部との間の結合力及び前記ノズルと前記ノズル接続部との間の結合力のいずれよりも強く、
それにより、前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部に取り付け及び取り外すことによって、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記トーチ本体に取り付け且取り外すことができるようになっているプラズマ加工機。
A plasma torch, a work table, and a moving mechanism for moving the plasma torch on the work table;
The plasma torch includes a torch body attached to the moving mechanism, and a detachable part attached in a detachable manner to the torch body,
The detachable portion includes an electrode, a nozzle disposed so as to surround the electrode, an insulator interposed between the electrode and the nozzle, and a retainer that accommodates the electrode, the nozzle, and the insulator inside. With a cap,
The torch body includes an electrode connecting portion coupled to the electrode, a nozzle connecting portion coupled to the nozzle, a retainer cap connecting portion coupled to the retainer cap, a cooling water pipe, and a plasma gas pipe. Have
As the retainer cap is coupled to the retainer cap connecting portion along a predetermined path, the electrode and the nozzle are coupled to the electrode connecting portion and the nozzle connecting portion, respectively, and the retainer cap is attached to the retainer cap connecting portion. The connection between the electrode and the electrode connection portion so that the electrode and the nozzle are detached from the electrode connection portion and the nozzle connection portion, respectively, in accordance with an operation of removing the retainer cap connection portion and moving away from the retainer cap connection portion along a predetermined path. A structure and a coupling structure of the nozzle and the nozzle connection portion are configured,
The electrode, the insulator, the nozzle, and the retainer cap are coupled to each other, and the coupling force between them is the coupling force between the electrode and the electrode connecting portion and the nozzle and the nozzle connecting portion. Stronger than any of the binding forces between
Accordingly, by attaching and removing the retainer cap to the retainer cap connecting portion, all the parts of the detachable portion can be attached to and detached from the torch body together.
前記移動機構による前記プラズマトーチの移動可能範囲内の所定場所に配置され、前記プラズマトーチの前記トーチ本体から前記リーテーナキャップを取り外し、次に別の前記リテーナキャップを前記トーチ本体に取りつけるための自動交換装置、
を更に備えた請求項1記載のプラズマ加工機。
Automatic for disposing the retainer cap from the torch body of the plasma torch, and then attaching another retainer cap to the torch body, which is disposed at a predetermined location within the movable range of the plasma torch by the moving mechanism Exchange device,
The plasma processing machine according to claim 1, further comprising:
請求項1記載のプラズマ加工機における、前記電極又は前記ノズルの交換方法であって、
前記プラズマトーチを交換作業場所へ移動させるステップと、
前記交換作業場所において、前記プラズマトーチの前記トーチ本体から前記リテーナキャップを取り外すことにより、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記トーチ本体から取り外すステップと、
前記デタッチャブル部の中の前記電極又は前記ノズルを新品に交換するステップと、
前記交換作業場所において、前記電極又は前記ノズルが新品に交換された後の前記デタッチャブル部の前記リテーナキャップを前記ノズル本体に取り付けることにより、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記ノズル本体に取り付けるステップと、
を有するプラズマ加工機の消耗品交換方法。
The plasma processing machine according to claim 1, wherein the electrode or the nozzle is replaced.
Moving the plasma torch to an exchange work place;
Removing the retainer cap from the torch body of the plasma torch at the replacement work place to remove all parts of the detachable part together from the torch body;
Replacing the electrode or the nozzle in the detachable part with a new one;
Attaching all the parts of the detachable part to the nozzle body together by attaching the retainer cap of the detachable part after the electrode or the nozzle is replaced with a new one at the replacement work place. When,
Consumables replacement method for plasma processing machine having
冷却水配管とプラズマガス配管とを有したトーチ本体と、前記トーチ本体に着脱自在な状態で取りつけられたデタッチャブル部とを備え、
前記デタッチャブル部は、電極と、前記電極を包囲するように配置されたノズルと、前記電極と前記ノズルの間に介装された絶縁体と、前記電極、ノズル及び絶縁体を内部に収容したリテーナキャップとを有し、
前記トーチ本体は、前記電極と結合される電極接続部と、前記ノズルと結合されるノズル接続部と、前記リテーナキャップと結合されるリテーナキャップ接続部とを更に有し、
前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部に所定経路に沿って近づけて結合する操作に伴って、前記電極及び前記ノズルがそれぞれ前記電極接続部及び前記ノズル接続部に結合し、且つ、前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部から外して所定経路に沿って遠ざける操作に伴って、前記電極及び前記ノズルがそれぞれ前記電極接続部及び前記ノズル接続部から外れるように、前記電極と前記電極接続部との結合構造及び前記ノズルと前記ノズル接続部との結合構造が構成されており、
前記電極と前記絶縁体と前記ノズルと前記リテーナキャップとは互いに結合されており、それら相互間の結合力は、前記電極と前記電極接続部との間の結合力及び前記ノズルと前記ノズル接続部との間の結合力のいずれよりも強く、
それにより、前記リテーナキャップを前記リテーナキャップ接続部に取り付け及び取り外すことによって、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記トーチ本体に取り付け且取り外すことができるようになっているプラズマトーチ。
A torch body having a cooling water pipe and a plasma gas pipe, and a detachable part attached to the torch body in a detachable state,
The detachable portion includes an electrode, a nozzle disposed so as to surround the electrode, an insulator interposed between the electrode and the nozzle, and a retainer that accommodates the electrode, the nozzle, and the insulator inside. With a cap,
The torch body further includes an electrode connection portion coupled to the electrode, a nozzle connection portion coupled to the nozzle, and a retainer cap connection portion coupled to the retainer cap,
As the retainer cap is coupled to the retainer cap connecting portion along a predetermined path, the electrode and the nozzle are coupled to the electrode connecting portion and the nozzle connecting portion, respectively, and the retainer cap is attached to the retainer cap connecting portion. The connection between the electrode and the electrode connection portion so that the electrode and the nozzle are detached from the electrode connection portion and the nozzle connection portion, respectively, in accordance with an operation of removing the retainer cap connection portion and moving away from the retainer cap connection portion along a predetermined path. A structure and a coupling structure of the nozzle and the nozzle connection portion are configured,
The electrode, the insulator, the nozzle, and the retainer cap are coupled to each other, and the coupling force between them is the coupling force between the electrode and the electrode connecting portion and the nozzle and the nozzle connecting portion. Stronger than any of the binding forces between
Accordingly, by attaching and removing the retainer cap to and from the retainer cap connecting portion, all the parts of the detachable portion can be attached to and detached from the torch body together.
前記電極と前記ノズルが前記リテーナキャップから個別に分離可能である請求項4記載のプラズマトーチ。   The plasma torch according to claim 4, wherein the electrode and the nozzle are individually separable from the retainer cap. 前記電極と前記ノズルと前記リテーナキャップとが、弾性体を用いた結合構造により相互に結合されている請求項4記載のプラズマトーチ。   The plasma torch according to claim 4, wherein the electrode, the nozzle, and the retainer cap are coupled to each other by a coupling structure using an elastic body. 前記電極と前記電極接続部が両者間の電気接続を確保するための接触し合う通電面を夫々有し、前記電極と前記電極接続部の通電面同士が、前記電極と前記電極接続部の少なくとも一方に設けられた弾性変形部の変形による押しつけ力をもって接触し合っている請求項4記載のプラズマトーチ。   The electrode and the electrode connection part each have a current-carrying surface that is in contact with each other to ensure electrical connection between them, and the current-carrying surfaces of the electrode and the electrode connection part are at least of the electrode and the electrode connection part. The plasma torch according to claim 4, wherein the plasma torches are in contact with each other with a pressing force generated by deformation of an elastic deformation portion provided on one side. 請求項4記載のプラズマトーチにおける、前記電極又は前記ノズルの交換方法であって、
前記プラズマトーチの前記トーチ本体から前記リテーナキャップを取り外すことにより、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記トーチ本体から取り外すステップと、
前記デタッチャブル部の中の前記電極又は前記ノズルを新品に交換するステップと、
前記交換作業場所において、前記電極又は前記ノズルが新品に交換された後の前記デタッチャブル部の前記リテーナキャップを前記ノズル本体に取り付けることにより、前記デタッチャブル部の全部品を一緒に前記ノズル本体に取り付けるステップと、
を有するプラズマトーチの消耗品交換方法。
The plasma torch according to claim 4, wherein the electrode or the nozzle is replaced.
Removing all retainer parts from the torch body together by removing the retainer cap from the torch body of the plasma torch;
Replacing the electrode or the nozzle in the detachable part with a new one;
Attaching all the parts of the detachable part to the nozzle body together by attaching the retainer cap of the detachable part after the electrode or the nozzle is replaced with a new one at the replacement work place. When,
A method for exchanging consumables for a plasma torch.
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