JPH08332574A - プラズマト−チ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイロットアーク時、高周波を使用しない汎
用性が高いプラズマト−チを提供する。高周波ノイズを
発生せずパイロットア−ク起動の信頼性を高くする。 【構成】 放電電極(1)；放電電極(1)の先端に対向する
ガス噴射口(2g)を有し放電電極(1)の先端部を包囲する
ノズル部材(2,3)；ノズル部材(2,3)を支持する第１支持
部材(Ua)；放電電極(1)を支持する電極台(8)；前記電極
台(8)を、それが支持する放電電極(1)の先端が前記ガス
噴射口(2g)に近付く突き出し方向およびその逆の退避方
向に摺動可能に支持し、電極台(8)との間に、電極台(8)
を退避方向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を有
する第２支持部材(Ub)；電極台(8)を突出し方向に駆動
するばね手段(S1)；および、前記ガス噴射口(2g)に気体
を供給するための流路(22)ならびに前記冷却水通流空間
(PS)に冷却水を通流するための給水路(20a)および排水
路(20r)を有し、第１支持部材(Ua)および第２支持部材
(Ub)を支持する基体(B)；を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマト−チに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属板の切断あるいは溶接に用い
られるプラズマト−チは、高周波電源により電極とノズ
ルの間の絶縁を破壊し、パイロットアークを発生させる
ものが一般的である。しかし、この方法においては、高
周波ノイズの影響によりロボット等の周辺機器に用いら
れている電気回路が誤動作をするという問題がある。実
開昭５３−１１７５３７号公報には、ノズルのガス噴射
口の中心軸と軸心を合せた電極をその長手方向すなわち
該中心軸に沿う方向に移動可能に支持し、圧縮コイルス
プリングで電極をガス噴射口から離れた位置（プラズマ
ア−ク切断，溶接時の作動位置）に置き、ア−クをスタ
−トするときには、作業者がト−チ外部から電極台を押
して圧縮コイルスプリングを圧縮し電極先端をガス噴射
口に突き入れてノズルと接触させる構造が開示されてい
る。これは、ア−クスタ−トに作業者の操作を必要とす
る。

【０００３】このような人手操作を省略するために、す
なわちア−クスタ−トを自動で行なうために、特開平３
−１０６５７２号公報に提示したプラズマト−チは、圧
縮コイルスプリングでノズル部材と電極棒を接触させて
おき、ノズル部材内に供給されるプラズマ用ガスの圧力
で、ノズル部材と電極棒を相対的に引き離してパイロッ
トア−クをスタ−トするものとした。これにより、高周
波，高電圧を使用することなくパイロットアークを発生
させることが出来る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマガ
スを供給するまでは、電極棒の先端がガス噴射口に進入
しそれを実質上閉じているので、ト−チ内圧が高く、ノ
ズル部材から電極棒を引き離す力は比較的に大きい。し
かし、電極棒の先端がガス噴射口から離れ始めると、こ
れによってパイロットア−クがノズル部材と電極棒の間
に発生するが、プラズマガスがガス噴射口から出るので
ト−チ内圧が低下する。その後、圧縮コイルスプリング
の反発力に抗して、ノズルのガス噴射口よりある程度離
れた作動位置（プラズマア−ク切断，溶接時の位置）に
電極棒の先端を位置させ、この状態を維持する必要があ
る。すなわち、ガス噴射口よりプラズマガスを吹き出し
つつ、ト−チ内圧を、圧縮コイルスプリングの反発力を
越える支持圧に維持する必要がある。これは、プラズマ
ガス供給に関して、１つの条件が新たに加わることにな
る。すなわち、プラズマガス供給源は、圧縮コイルスプ
リングの反発力を越える支持圧をもたらす圧力、かつ、
ガス噴射口の口径×所要の流速分の流量、のプラズマガ
スをプラズマト−チに供給しなければならない。このよ
うなプラズマガス供給は、プラズマ切断又は溶接に対し
て制約条件となり、例えばガス噴射口の口径（使用ノズ
ル部材のサイズ）を固定せざるを得ないとか、噴射ガス
流速を固定もしくは極く狭い範囲に限定せざるを得ない
とか、プラズマト−チの汎用性が低下し、適用作業（切
断，溶接）が限定される可能性が高い。

【０００５】また、ガス噴射口に当接した電極棒を引き
離す（退避駆動する）場合、静止摩擦および静止慣性に
より、電極棒が移動を開始するまでの所要駆動力は移動
を開始してからの所要駆動力よりも高い。したがって駆
動の始めには高圧が必要である。パイロットア−クを生
起するとき、その直前は電極棒の先端がガス噴射口を塞
いでいるのでト−チ内圧が高く、電極棒が退避してパイ
ロットア−クを生起するときガス噴射口が開いてそれか
らプラズマガスが噴射してト−チ内圧が下がるので、ト
−チに供給するプラズマガス圧をパイロットア−ク起動
時に時系列で切換える必要はないが、電極棒がガス噴射
口から離れるとき瞬間的に高い流速でプラズマガスが噴
射し、電極棒を退避位置に維持するためのプラズマガス
圧が高い（したがって電極棒の先端がガス噴射口を塞い
でいるときのト−チ内圧も高い）ときには、この瞬間的
に高い流速のガス噴射（初期噴射）により、生成しかか
ったパイロットア−クが吹き消されて、パイロットア−
ク起動に失敗する確率が高くなる。

【０００６】本発明は、汎用性が高い自動ア−クスタ−
トのプラズマト−チを提供することを第１の目的とし、
電極棒を退避駆動するための流体圧を低くすることを第
２の目的とし、パイロットア−ク起動の信頼性を高くす
ることを第３の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の第１番の発明のプ
ラズマト−チ(図1)は、放電電極(1)；放電電極(1)の先
端に対向するガス噴射口(2g)を有し放電電極(1)の先端
部を包囲するノズル部材(2,3)；ノズル部材(2,3)を支持
する第１支持部材(Ua)；放電電極(1)を支持する電極台
(8)；前記電極台(8)を、それが支持する放電電極(1)の
先端が前記ガス噴射口(2g)に近付く突き出し方向および
その逆の退避方向に摺動可能に支持し、電極台(8)との
間に、電極台(8)を退避方向に押す水圧を与える冷却水
通流空間(PS)を有する第２支持部材(Ub)；電極台(8)を
突出し方向に駆動するばね手段(S1)；および、前記ガス
噴射口(2g)に気体を供給するための流路(22)ならびに前
記冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流するための給水路
(20a)および排水路(20r)を有し、第１支持部材(Ua)およ
び第２支持部材(Ub)を支持する基体(B)；を備える。

【０００８】第１番の発明の一実施例(第1実施例:図1)
は、電極台(8)は、突き出し方向の移動で排水路(20r)と
冷却水通流空間(PS)の間(20ri)の通流面積を絞り、退避
方向の移動で広げるものとした。また、放電電極(1)周
りの空間を介してガス噴射口(2g)に連通する開口(12a)
と、該開口(12a)内に装着され該空間の圧力をト−チ外
部に放出するリリ−フ弁(11,S2)を備えるものとした。

【０００９】本願の第２番の発明のプラズマト−チ(図
7)は、放電電極(1)；放電電極(1)を支持する電極台
(8)；放電電極(1)の先端に対向するガス噴射口(2g)を有
し放電電極(1)の先端部を包囲するノズル部材(2,3)；ノ
ズル部材(2,3)を、そのガス噴射口(2g)が放電電極(1)か
ら離れる突き出し方向およびその逆の退避方向に摺動可
能に支持し、ノズル部材(2,3)との間に、ノズル部材(2,
3)を突き出し方向に押す水圧を与える冷却水通流空間(P
S)を有する第１支持部材(Ua)；ノズル部材(2,3)を退避
方向に駆動するばね手段(S1)；および、前記ガス噴射口
(2g)に気体を供給するための流路(22)ならびに前記冷却
水通流空間(PS)に冷却水を通流するための給水路(20f)
および排水路(20a)を有し、第１支持部材(Ua)および電
極台(8)を支持する基体(B)；を備える。

【００１０】第２番の発明の一実施例(第2実施例:図7)
は、ノズル部材(2,3)は、退避方向の移動で排水路(20a)
と冷却水通流空間(PS)の間(20ai)の通流面積を絞り、突
き出し方向の移動で広げるものとした。また、放電電極
(1)周りの空間を介してガス噴射口(2g)に連通する開口
(12a)と、該開口(12a)内に装着され該空間の圧力をト−
チ外部に放出するリリ−フ弁(11,S2)を備えるものとし
た。

【００１１】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
に付した記号を、参考までに付記した。

【００１２】

【作用および効果】第１番の発明によれば、第２支持部
材(Ub)が、放電電極(1)を支持する電極台(8)を、放電電
極(1)の先端がガス噴射口(2g)に近付く突き出し方向お
よびその逆の退避方向に摺動可能に支持し、ばね手段(S
1)が、電極台(8)を突出し方向に駆動するので、これに
より放電電極(1)の先端がガス噴射口(2g)に当る。この
状態でノズル部材(2,3)と放電電極(1)の間にパイロック
ア−クを発生するための電圧を印加すると、両者間にパ
イロット電流が流れる。

【００１３】第２支持部材(Ub)が、電極台(8)を退避方
向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を有し、基体
(B)が、冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流するための
給水路(20a)および排水路(20r)を有するので、これらの
水路(20a,20r)を通して冷却水通流空間(PS)に冷却水を
通流すると、冷却水通流空間(PS)の水圧が電極台(8)を
退避方向に押す。この水圧をばね手段(S1)の駆動力より
高く設定することにより、ばね手段(S1)の力に抗して電
極台(8)が退避方向に移動する。このときノズル部材(2,
3)と放電電極(1)の間に接触開放ア−クが発生し、それ
がパイロックア−ク（ある程度の空隙を飛ぶア−ク）に
移行又は発展する。すなわちパイロットア−クが自動的
に発生する。プラズマト−チにおいて公知の、切断又は
溶接のためのメインア−クの生成を経て、所要の切断作
業又は溶接作業を行なった後に、プラズマ電源を遮断し
てア−クを消滅させ、そして冷却水の供給を停止する
と、冷却水通流空間(PS)の水圧が低下して、ばね手段(S
1)の力で電極台(8)が突き出し方向に駆動されて、放電
電極(1)の先端がガス噴射口(2g)に当る。

【００１４】このプラズマト−チによれば、ア−ク発生
のための電極台(8)の退避方向への駆動が冷却水の水圧
によって実現し、切断又は溶接作業中は、ばね手段(S1)
の力に抗して電極台(8)を退避位置に留めるに必要な圧
力(維持圧)以上の冷却水圧を維持すればよい。所要の冷
却が実現する流量が確保されかつ機構上許される範囲内
であれば、冷却水圧は該維持圧以上であればいくら高く
てもよく、プラズマト−チのガス噴射口の口径，プラズ
マガス圧および流量に何らの制約を与えない。したがっ
てプラズマト−チの汎用性が高い。

【００１５】第１番の発明の一実施例(第1実施例:図1)
では、電極台(8)が、突き出し方向の移動で排水路(20r)
と冷却水通流空間(PS)の間(20ri)の通流面積を絞り、退
避方向の移動で広げるので、パイロットア−ク起動前に
は排水通流面積が小さく、冷却水通流空間(PS)に高い水
圧が加わり、電極台(8)はその静止摩擦および静止慣性
に打勝つ強い力が加わる。電極台(8)が移動を開始する
と移動に伴って冷却水通流空間(PS)の排水通流面積が広
がり、冷却水の通流流量が増し、十分な冷却が行なわれ
る。冷却水圧は、パイロットア−ク起動前から、パイロ
ットア−ク起動後電極台(8)を退避位置に維持しかつ所
要の冷却効果を得るに十分な圧力であればよく、広い排
水通流面積のままで静止状態の電極台(8)を移動させる
に必要な高圧は必要でなく、水圧を切換える操作を格別
に加える必要もない。

【００１６】また、放電電極(1)周りの空間を介してガ
ス噴射口(2g)に連通する開口(12a)と、該開口(12a)内に
装着され該空間の圧力をト−チ外部に放出するリリ−フ
弁(11,S2)を備えるので、放電電極(1)の先端がガス噴射
口(2g)を閉じているとき、ト−チ内空間のプラズマガス
圧はリリ−フ弁(11,S2)の解放圧（弁開となる最低圧）
以下に維持され、パイロットア−ク生成のために放電電
極(1)が退避方向に駆動されてガス噴射口(2g)から離れ
るときのガス噴射（初期噴射）速度は低く、生成しかか
ったパイロットア−クを吹き消してしまう確率が低減
し、パイロットア−ク起動の信頼性が向上する。

【００１７】第２番の発明によれば、第１支持部材(Ua)
が、ノズル部材(2,3)を、そのガス噴射口(2g)が放電電
極(1)から離れる突き出し方向およびその逆の退避方向
に摺動可能に支持し、ばね手段(S1)が、ノズル部材(2,
3)を退避方向に駆動するので、これによりガス噴射口(2
g)が放電電極(1)の先端に当る。この状態でノズル部材
(2,3)と放電電極(1)の間にパイロックア−クを発生する
ための電圧を印加すると、両者間にア−ク(接触開放ア
−ク）を生ずる。

【００１８】第１支持部材(Ua)が、ノズル部材(2,3)を
突き出し方向に押す水圧を与える冷却水通流空間(PS)を
有し、基体(B)が、冷却水通流空間(PS)に冷却水を通流
するための給水路(20f)および排水路(20a)を有するの
で、これらの水路(20f,20a)を通して冷却水通流空間(P
S)に冷却水を通流すると、冷却水通流空間(PS)の水圧が
ノズル部材(2,3)を突き出し方向に押す。この水圧をば
ね手段(S1)の駆動力より高く設定することにより、ばね
手段(S1)の力に抗してノズル部材(2,3)が突き出し方向
に移動する。このときノズル部材(2,3)と放電電極(1)の
間に接触開放ア−クが発生していると、それがパイロッ
クア−ク（ある程度の空隙を飛ぶア−ク）に移行又は発
展する。すなわちパイロットア−クが自動的に発生す
る。プラズマト−チにおいて公知の、切断又は溶接のた
めのメインア−クの生成を経て、所要の切断作業又は溶
接作業を行なった後に、プラズマ電源を遮断してア−ク
を消滅させ、そして冷却水の供給を停止すると、冷却水
通流空間(PS)の水圧が低下して、ばね手段(S1)の力でノ
ズル部材(2,3)が退避方向に駆動されて、ガス噴射口(2
g)が放電電極(1)の先端に当る。

【００１９】このプラズマト−チによれば、ア−ク発生
のためのノズル部材(2,3)の突き出し方向への駆動が冷
却水の水圧によって実現し、切断又は溶接作業中は、ば
ね手段(S1)の力に抗してノズル部材(2,3)を突き出し位
置に留めるに必要な圧力(維持圧)以上の冷却水圧を維持
すればよい。所要の冷却が実現する流量が確保されかつ
機構上許される範囲内であれば、冷却水圧は該維持圧以
上であればいくら高くてもよく、プラズマト−チのガス
噴射口の口径，プラズマガス圧および流量に何らの制約
を与えない。また、通常使用している冷却水及び水圧を
そのまま使用出来るので特別な付加装置を必要としなく
て済む。したがってプラズマト−チの汎用性が高い。

【００２０】第２番の発明の一実施例(第2実施例:図7)
では、ノズル部材(2,3)が、退避方向の移動で排水路(20
a)と冷却水通流空間(PS)の間(20ai)の通流面積を絞り、
突き出し方向の移動で広げるので、パイロットア−ク起
動前には排水通流面積が小さく、冷却水通流空間(PS)に
高い水圧が加わり、ノズル部材(2,3)にはその静止摩擦
および静止慣性に打勝つ強い力が加わる。ノズル部材
(2,3)が移動を開始すると移動に伴って冷却水通流空間
(PS)の排水通流面積が広がり、冷却水の通流流量が増
し、十分な冷却が行なわれる。冷却水圧は、パイロット
ア−ク起動前から、パイロットア−ク起動後ノズル部材
(2,3)を突き出し位置に維持しかつ所要の冷却効果を得
るに十分な圧力であればよく、広い排水通流面積のまま
で静止状態のノズル部材(2,3)を移動させるに必要な高
圧は必要でなく、水圧を切換える操作を格別に加える必
要もない。

【００２１】また、放電電極(1)周りの空間を介してガ
ス噴射口(2g)に連通する開口(12a)と、該開口(12a)内に
装着され該空間の圧力をト−チ外部に放出するリリ−フ
弁(11,S2)を備えるので、放電電極(1)の先端がガス噴射
口(2g)を閉じているとき、ト−チ内空間のプラズマガス
圧はリリ−フ弁(11,S2)の解放圧（弁開となる最低圧）
以下に維持され、パイロットア−ク生成のためにノズル
部材(2,3)が突き出し方向に駆動されてガス噴射口(2g)
が放電電極(1)から離れるときのガス噴射（初期噴射）
速度は低く、生成しかかったパイロットア−クを吹き消
してしまう確率が低減し、パイロットア−ク起動の信頼
性が向上する。

【００２２】また、起動時リリーフ弁(11,S2)よりプラ
ズマガスを放出することでカバー(C)の内空間(22ri)に
残留している電極消耗に有害な空気を外部に放出できる
効果もある。

【００２３】さらにパイロットアークの着火点が電極
(1)の先端とノズル(2)のガス噴射口(2g)との間で行なわ
れ、両者間の接触開放アーク時には、ある程度のプラズ
マガス圧力でパイロットアークがガス噴射口(2g)の出口
方向に押し出されるためパイロットアークの炎がノズル
(2)の先端部から吹き出す理想的なパイロットアークが
与えられる。

【００２４】本願の各発明の他の目的および特徴は、図
面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２５】

【実施例】

−第１実施例− 図１は、第１発明の一実施例の、使用待機の初期状態で
ある時の縦断面図であり、図２は、切断又は溶接に使用
中の状態を示す縦断面図である。タングステン棒１の一
端は円錐形に突出しており、これを先端と称し、もう一
端を尾端と称する。タングステン棒１の先端の周囲に
は、タングステン棒１の先端を囲むように中空の略円錐
形である金属製のノズル２がある。ノズル２の、タング
ステン棒１の先端の円錐形にならうように円錐形となっ
た先端部中心には、タングステン棒１の先端と対向する
裏側面より、トーチ外部に対面する表側面に通じる小径
の円形開口がありこれがガス噴射口２ｇである。ノズル
２は、中空の略円筒形であるノズル台３の先端部に固着
されている。

【００２６】ノズル台３には、内部にその側周面に沿っ
て形成される円筒形の水路があり、ノズル２に固着され
た先端部の内側周面に、リング状のセンタリングストー
ン４が固着されている。タングステン棒１はこのセンタ
リングスト−ン４の中心を貫通し、その軸心はノズル２
およびノズル台３の中心軸と実質上一致している。タン
グステン棒１は、ノズル台３に固着されたセンタリング
スト−ン４に対して、その中心軸に沿う方向（図１上で
左右方向：突き出し／退避方向）に移動可能である。な
お、センタリングストーン４には、ガス噴射口２ｇに対
向する先端面からその裏側の後端面に通じる通気孔が開
けられている。

【００２７】ノズル台３は、大略で中空筒状の第１支持
部材Ｕａの中心位置に固着されている。第１支持部材Ｕ
ａの先端には、シ−ルドガス噴出口を有するねじリング
５の小径の雄ねじがねじ込まれており、ねじリング５の
大径の雄ねじにシ−ルドキャップ６がねじ結合してい
る。

【００２８】第１支持部材Ｕａは基体Ｂで支持されてい
る。基体Ｂのシ−ルドガス流路２１に送り込まれるシ−
ルドガスは、第１支持部材Ｕａのリング状の空間に入
り、ねじリング５のシ−ルドガス噴出口を通ってシ−ル
ドキャップ６に出て、シ−ルドキャップ６の先端開口か
らノズル２の外空間に出る。

【００２９】基体Ｂの円柱形内空間には、第１支持部材
Ｕａ後端（右端）を受ける絶縁スペ−サ７があり、この
絶縁スペ−サ７は、基体Ｂに固着された第２支持部材Ｕ
ｂで受けられている。第２支持部材Ｕｂには、タングス
テン棒１の中心軸に沿う方向に移動可能に電極台８が挿
入されている。電極台８の内部には、先端部をスリット
の切込みにより周方向に４分割したチャック９が挿入さ
れねじ込まれている。カバーＣの案内リング１０を電極
台８に対してねじ込みによりチャック９の先端部が電極
台８の先端部の内部の円錐内壁面（テ−パ面）に押し付
けられてタングステン棒１の軸心に向かう方向に曲がろ
うとしてタングステン棒１を強圧する。これによりタン
グステン棒１は電極台８に対して一体に固着されてい
る。

【００３０】第２支持部材Ｕｂに後端部の雄ねじにリン
グ状の座金１３がねじ結合され、この座金１３が圧縮コ
イルスプリングＳ１の後端を受けている。スプリングＳ
１の先端は電極台８に当り、電極台８を左方向（突き出
し方向）に押し、これによりタングステン棒１の先端が
一部ガス噴射口２ｇ内に入ってノズル２に当っている。
カバ−Ｃの内部には案内リング１０があり、電極台８の
後端部がこの案内リング１０内に進入してネジ結合し、
かつ、支持部材Ｕｂに対して、左右方向（突き出し／退
避方向）に移動可能である。

【００３１】第１支持部材Ｕａの内部には、基体Ｂの往
水路２０ｆの、部材Ｕａに対向する開口の位置に、リン
グ状の給水溝があり、この給水溝と往水路２０ｆの開口
とを連通とする横穴が第１支持部材Ｕａに開けられてお
り、この横穴が基体Ｂの往水路２０ｆの開口と整合して
いる。またノズル台３には、その内部の円筒状の冷却水
通流空間を該横穴と連通する横穴があり、これにより往
水路２０ｆに供給された冷却水はノズル台３内部の冷却
水通流空間に至る。該冷却水通流空間は、後端部で、第
１支持部材Ｕａの内部のリング状の排水溝に連通してお
り、ノズル台３内部の冷却水通流空間に入った冷却水
は、該排水溝を通って基体Ｂの絶縁水路２０ａに出る。

【００３２】絶縁水路２０ａの冷却水は第２支持部材Ｕ
ｂの内部の冷却水通流空間ＰＳに入る。この冷却水通流
空間ＰＳを電極台８の先端側細径部が貫通しており、電
極台８の中央部の太径部（ランド）の左向き端面（段差
面）に、空間ＰＳ内の圧力（水圧）が加わる。

【００３３】第２支持部材Ｕｂの内部には、冷却水通流
空間ＰＳと連なる、電極台８の中央部の太径部を中心軸
に沿う方向に移動自在に案内する太径の空間があり、こ
の空間の左端部（２０ｒｉ）に、基体Ｂの復水路２０ｒ
の開口があり、第２支持部材Ｕｂの横穴２０ｒｉが、該
太径の空間と復水路２０ｒの開口とを連通としている。
図１に示すように、スプリングＳ１が電極台８を介して
タングステン棒１を突き出してノズル２に当てていると
きには、電極台８の中央部の太径部の左端が横穴２０ｒ
ｉまで進み、横穴２０ｒｉの実効通流面積（空間ＰＳと
復水路２０ｒの通流開口面積）は僅少である。

【００３４】第１支持部材Ｕａと第２支持部材Ｕｂの間
には、絶縁スペ−サ７により空間が形成されそこに、基
体Ｂのプラズマガス流路２２を通してプラズマガスが供
給される。該空間に入ったプラズマガスは、ノズル台３
の内部の中心にあってタングステン棒１が通る空間を通
って、またセンタリングスト−ン４の通気孔を通って、
更にガス噴射口２ｇを通って、ノズル２の外部に出る。

【００３５】電極カバ−Ｃにはキャップ１２がねじ結合
している。キャップ１２の内部には、弁棒１１を中心軸
に沿う方向に移動自在に案内する空間があり、そこに圧
縮コイルスプリングＳ２およびフランジ付弁棒１１が挿
入されている。弁棒１１にはカバ−Ｃの後端開口を閉じ
るＯリングが装着されている。キャップ１２には、弁棒
１１のフランジより後端側の位置に、キャップ内空間と
連通する横穴（圧力解放口）１２ａがある。図１に示す
ようにタングステン棒１の先端がノズル２のガス噴射口
２ｇを閉じているときプラズマガス流路２２にプラズマ
ガスを供給すると、ト−チ内部の、タングステン棒１周
りの圧力が上昇する（最高でプラズマガス供給圧）。こ
の圧力が圧縮コイルスプリングＳ２で定まる設定圧を越
えると、弁棒１１が右方に移動してＯリングが電極カバ
−Ｃの右端開口から離れ、プラズマガス供給前に滞留し
ていた空気がまず放出され次いで供給されたプラズマガ
スが放出されて、ト−チ内部の、プラズマガスが通流し
うる空間の圧力が設定圧未満に維持される。

【００３６】なお、タングステン棒１は、チャック９／
電極台８／第２支持部材Ｕｂ／電極給電リ−ド（図示せ
ず）の経路で図示しない電源回路に接続され、ノズル２
は、ノズル台３／第１支持部材Ｕａ／ノズル給電リ−ド
（図示せず）の経路で図示しない電源回路に接続され
る。

【００３７】ト−チにプラズマガス，シ−ルドガス，冷
却水ならびに動作電圧のいずれも加わっていないときに
は、図１に示すように、電極台８がスプリングＳ１で突
き出し方向（左方）に押され、タングステン棒１の先端
がノズル２に当っている。なお、タングステン棒１のノ
ズル２に対する長さ設定は、水圧をかけた状態で（作業
状態）カバーＣを右回しでチャック９を電極台８に対し
て締め付けることで、タングステン棒１をチャックし固
定設定する。図１には、電極台８の中央位置の太径部の
左段差面が第２支持部材Ｕｂの段差面に当っている状態
（電極台８が、突き出しリミット位置にある状態）を示
すが、その状態よりも電極台８に対するタングステン棒
１の突き出し長を長くすると（作業設定位置）、タング
ステン棒１の先端がノズル２に当って電極台８は図１に
示す位置Ｐ１Ａよりもやや右側に位置することになり、
ノズル２に対するタングステン棒１の接触圧は高く確実
に接触する（スプリングＳ１の反発力がそのまま加わ
る）。

【００３８】シ−ルドガスは切断，溶接等の作業中（メ
インア−クによるワ−クの加工中）に必要なものであ
り、メインア−ク起動に応答して供給が開始され、メイ
ンアークが停止したときに供給が停止される。シ−ルド
ガスの供給タイミングに関しての説明は省略して、図１
に示すト−チの動作を説明する。

【００３９】まずプラズマガス流路２２へのプラズマガ
スの供給を開始すると、タングステン棒１周りの残留空
気を押しつつそこにプラズマガスが入って行く。このと
き、タングステン棒１がノズルのガス噴射口２ｇを塞い
でいるので、タングステン棒１周りの圧力が上昇する。
この圧力が設定圧に達すると弁棒１１が右移動して、タ
ングステン棒１周りの気体（最初は残留空気）が横穴１
２ａから出る。

【００４０】次に、電極台８／ノズル台３間に、パイロ
ットア−ク起動電圧を印加し、往水路２０ｆへの冷却水
の供給を開始すると、ノズル２／タングステン棒１の間
に短絡電流を生じると共に、冷却水通流空間ＰＳの冷却
水圧が設定値に達したところで電極台８が右方（退避方
向）に移動し、図２に示すように、タングステン棒１が
ノズル２から離れ、このように離れる間に、ノズル２／
タングステン棒１間の接触火花が、空隙を絶縁破壊しな
がらア−クを生じ、プラズマ放電（パイロットア−ク）
となる。すなわちパイロットア−クが起動する。一方、
電極台８が右移動することにより、横穴２０ｒｉの実効
通流面積（空間ＰＳと復水路２０ｒの通流開口面積）が
広がり、大量の冷却水が往水路２０ｆ／ノズル台３／絶
縁水路２０ａ／冷却水通流空間ＰＳ／復水路２０ｒに流
れる。これにより冷却水通流空間ＰＳの圧力はやや低下
するが、スプリングＳ１の押し力より大きいので、電極
台８は、その右方リミット位置（図２）に留まる。

【００４１】図１に示すタングステン棒１の位置が突き
出し位置、図２に示す位置が退避位置である。

【００４２】図３に、図１に示すプラズマト−チを駆動
する駆動系統を示すとともに、図４に各駆動系統を制御
するシーケンス回路を示す。また、図５には、該シ−ケ
ンス回路によって現われるプラズマト−チの動作タイミ
ングを示す。以上の図に従い、図１に示すプラズマト−
チを用いる溶接工程を説明する（シールドガス回路は省
略）。

【００４３】図３を参照すると、ポンプＰＭはその電源
接点が閉となると、水タンク３０より冷却水を汲み上げ
てプラズマト−チのノズル台３及びタングステン台８近
傍の水路に冷却水を循環させる。また、ソレノイドＳＰ
のオンによりプラズマガス流路２２に通じるバルブを開
としてプラズマガスをタングステン棒１先端に送り込
む。電極台８は主電源９０及びパイロット電源８０の負
極に接続される。パイロット電源８０の正極は電流検出
回路４０を介してノズル２に接続される。また、主電源
９０の正極はワーク（加工対象物）Ｗに接続される。

【００４４】図３及び図４を参照すると、図４に示され
る接点Ｒ１C1はリレーコイルＲ１の常開接点であり、同
じく接点Ｔａ及び接点ＴｂはそれぞれタイマＴ１および
タイマＴ２の常開接点であるとともに、図３に示される
接点ＲｐC1及び図４に示されるＲｐC2は図３に示すリレ
ーコイルＲｐの常開接点である。また、図４に示される
接点ＲｉC1は図３に示す電流検出回路４０内のリレーコ
イルＲｉの常開接点である。なお、図３に示される接点
ＲｍC1は、図４に示されるリレーコイルＲｍの常開接点
である。

【００４５】図４に示すスタートスイッチＳＷ１を押す
と、ストップスイッチＳＷ２が常閉であるので、リレー
コイルＲ１，ソレノイドＳＰ及びタイマＴ１がオンとな
り、接点Ｒ１C1は自己保持接点であり、閉となることに
よりリレーコイルＲ１，ソレノイドＳＰ及びタイマＴ１
のオン状態がスイッチＳＷ１がオフとなっても継続され
る。また、接点Ｒ１C1が閉となり、タイマＴ２がオン待
機状態（接点ＲｉC1が閉となるとオンになる）となる。
ソレノイドＳＰのオンにより、プラズマガス流路２２に
通じるバルブが開となり、プラズマガス（本実施例にお
いてはアルゴンＡｒを使用している。）がプラズマガス
流路２２を通じてタングステン棒１先端に送り込まれ
る。タングステン棒１周囲に圧縮されていたプラズマガ
スはキャップ１２の圧力解放口１２ａより外部に放出さ
れる（プラズマガスリリーフ）。そしてタイマＴ１のタ
イムオーバにより接点Ｔａが閉となり、リレーコイルＲ
ｐがオン状態となるので接点ＲｐC1が閉となり、電極台
８／ノズル２間にタングステン棒１を介してパイロット
電流ＲＩが流れる。パイロット電流ＲＩが流れると電流
検出回路４０がそれを検知し、内部のリレーコイルＲｉ
をオンにする。これにより既にオン待機状態であったタ
イマＴ２がオンとなり、タイマＴ２のカウントオーバ後
にポンプＰＭの電源接点が閉となる。ポンプＰＭは水タ
ンク３０より冷却水を汲み上げてプラズマト−チのノズ
ル台３及び電極台８近傍の水路に冷却水を循環させる。

【００４６】電極台８近傍の水路に冷却水が満たされる
と、その水圧により前述のように電極台８及びそれに固
着されたタングステン棒１が退避位置（図２）に押さ
れ、パイロット電流が流れた状態でノズル２よりタング
ステン棒１の先端が離れるとパイロットアークがタング
ステン棒１／ノズル２間に起動する。例えばここで、パ
イロットアークが起動しなかった場合は、電極台８／ノ
ズル２間は電気的に絶縁状態にある為、電流検出回路４
０内のリレーコイルＲｉがオフとなり、ポンプＰＭの電
源接点が開となり、冷却水の循環が停止するのでスプリ
ングＳ１の付勢力により再度タングステン棒１／ノズル
２間が接触する。この時ストップスイッチＳＷ２が押さ
れていなければ接点ＲｐC2は自己保持を続けており、電
極台８／ノズル２間にパイロット電流ＲＩが流れてタイ
マＴ２をオンとする。プラズマト−チは、パイロットア
ークが起動するまで以上の動作を繰り返す。

【００４７】パイロットアークが起動すると、プラズマ
ト−チはパイロットアークを維持したままでメインアー
クのスタート待機状態となる。待機状態において、メイ
ンアークのスタートスイッチＳＷ３がオンになると、リ
レーコイルＲｍがオンとなり、接点ＲｍC1を閉とする。
これにより、電極台８を介してタングステン棒１／ワー
クＷ間にメイン電流が流され、メインアークがタングス
テン棒１／ワークＷ間に起動する。スイッチＳＷ３は、
ここでは押す度にオンとオフが切り換わるものである。

【００４８】ストップスイッチＳＷ２が押されることに
より接点Ｒ１C1の自己保持が解除され、全てのリレー、
接点が元の状態に戻る。

【００４９】図６には、電極台８の冷却水により先端側
面にかかる単位面積あたりの水圧をポンプＰＭの水圧対
応で示す。本実施例においては、ポンプＰＭ水圧を５ｋ
ｇ／ｃｍ²とした。

【００５０】−第２実施例− 図７に第２実施例を示す。この実施例では、ノズル台３
が第１支持部材Ｕａに、タングステン棒１の長手方向
（中心軸に沿う方向）に移動自在に支持されており、ね
じリング５で支えられた圧縮コイルスプリングＳ１が、
ノズル台３を右方（退避方向）に押している。電極台８
にはチャック９が挿入され、このチャック９をタングス
テン棒１が貫通している。電極台８に、電極カバ−Ｃに
固着された案内リング１０がねじ結合しており、電極カ
バ−Ｃをねじ締め方向に廻わすことにより案内リング１
０が電極台８に対してチャック９を押し込み、これによ
りチャック９の、スリットにより周方向４分割された後
端部がタングステン棒１の軸心方向に加圧され、これに
よりタングステン棒１が電極台８に固着されている。こ
のようにチャック９を締め付けた状態では、電極台８が
基体Ｂに固定されているので、タングステン棒１は固定
である。

【００５１】第１支持部材Ｕａの内部には、基体Ｂの往
水路２０ｆの、部材Ｕａに対向する開口の位置に、リン
グ状の給水溝ＰＳがあり、この給水溝ＰＳと往水路２０
ｆの開口とを連通とする横穴が第１支持部材Ｕａに開け
られており、この横穴が基体Ｂの往水路２０ｆの開口と
整合している。またノズル台３の円筒状の冷却水通流空
間は給水溝に連通し、これにより往水路２０ｆに供給さ
れた冷却水は給水溝ＰＳを通ってノズル台３内部の冷却
水通流空間に至る。該冷却水通流空間は、後端部で、第
１支持部材Ｕａの内部のリング状の排水溝に連通してお
り、ノズル台３内部の冷却水通流空間に入った冷却水
は、該排水溝に入る。この排水溝に絶縁水路２０ａの入
口が対向する位置に該排水路に連通する横穴２０ａｉが
あるが、図７に示すようにノズル台３がスプリングＳ１
の力で右方リミット位置（退避位置）に押されていると
きには、ノズル台３の後端がこの横穴２０ａｉと排水溝
との間を実質上遮断している。給水溝ＰＳの水圧が上昇
すると、これがスプリングＳ１の反発力に抗してノズル
台３を左方（突き出し方向）に押し出し、ノズル台３が
横穴２０ａｉと排水溝の間から左方に退避するので、冷
却水は絶縁水路２０ａに出て電極台８の冷却水流路に入
り、そして電極台８から復水路２０ｒに出る。第１支持
部材Ｕａと第２支持部材Ｕｂの間には、絶縁スペ−サ７
により空間が形成されそこに、基体Ｂのプラズマガス流
路２２を通してプラズマガスが供給される。該空間に入
ったプラズマガスは、ノズル台３の内部の中心にあって
タングステン棒１が通る空間を通って、またセンタリン
グスト−ン４の通気孔を通って、更にガス噴射口２ｇを
通って、ノズル２の外部に出る。

【００５２】電極カバ−Ｃにはキャップ１２がねじ結合
している。キャップ１２の内部には、弁棒１１を中心軸
に沿う方向に移動自在に案内する空間があり、そこに圧
縮コイルスプリングＳ２およびフランジ付弁棒１１が挿
入されている。弁棒１１にはカバ−Ｃの後端開口を閉じ
るＯリングが装着されている。キャップ１２には、弁棒
１１のフランジより後端側の位置に、キャップ内空間と
連通する横穴（圧力解放口）１２ａがある。図７に示す
ようにタングステン棒１の先端がノズル２のガス噴射口
２ｇを閉じているときプラズマガス流路２２にプラズマ
ガスを供給すると、ト−チ内部の、タングステン棒１周
りの圧力が上昇する（最高でプラズマガス供給圧）。こ
の圧力が圧縮コイルスプリングＳ２で定まる設定圧を越
えると、弁棒１１が右方に移動してＯリングが電極カバ
−Ｃの右端開口から離れ、プラズマガス供給前に滞留し
ていた空気がまず放出され次いで供給されたプラズマガ
スが放出されて、ト−チ内部の、プラズマガスが通流し
うる空間の圧力が設定圧未満に維持される。

【００５３】なお、タングステン棒１は、チャック９／
電極台８／電極給電リ−ド（図示せず）の経路で図示し
ない電源回路に接続され、ノズル２は、ノズル台３／第
１支持部材Ｕａ／ノズル給電リ−ド（図示せず）の経路
で図示しない電源回路に接続される。

【００５４】ト−チにプラズマガス，シ−ルドガス，冷
却水ならびに動作電圧のいずれも加わっていないときに
は、図７に示すように、ノズル台３がスプリングＳ１で
退避方向（右方）に押され、タングステン棒１の先端が
ノズル２に当っている。なお、タングステン棒１のノズ
ル２に対する長さ設定は、水圧をかけた状態（作業状
態）で、電極カバ−Ｃの、電極台８に対するねじ締めを
緩めて電極台８に対するタングステン棒１の突き出し長
を図示しないタングステン棒長さ設定治具をガス噴出口
２ｇより押入し、タングステン棒１の先端を当てた状態
でチャック９を締め直しする突き出し長調整により、任
意に調整，設定することができる。図７には、ノズル台
３の後端面が支持部材Ｕａの排水溝の壁面に当っている
状態（ノズル台３が退避リミット位置にある状態）を示
すが、その状態よりも電極台８に対するタングステン棒
１の突き出し長を長くすると（作業状態）、タングステ
ン棒１の先端がノズル２に当ってノズル２は図７に示す
位置Ｐ１Ｂよりもやや左側に位置することになり、ノズ
ル２に対するタングステン棒１の接触圧は高い（スプリ
ングＳ１の反発力がそのまま加わる）。

【００５５】シ−ルドガスは溶接の作業中（メインア−
クによるワ−クの加工中）に必要なものであり、メイン
ア−ク起動に同期して開始してもよいので、シ−ルドガ
スの供給タイミングに関しての説明は省略して、図７に
示すト−チの動作を説明する。

【００５６】まずプラズマガス流路２２へのプラズマガ
スの供給を開始すると、タングステン棒１周りの残留空
気を押しつつそこにプラズマガスが入って行く。このと
き、タングステン棒１がノズルのガス噴射口２ｇを塞い
でいるので、タングステン棒１周りの圧力が上昇する。
この圧力が設定圧に達すると弁棒１１が右移動して、タ
ングステン棒１周りの気体（最初は残留空気）が横穴１
２ａから出る。

【００５７】次に、電極台８／ノズル台３間に、パイロ
ットア−ク起動電圧を印加し、往水路２０ｆへの冷却水
の供給を開始すると、ノズル２／タングステン棒１の間
に短絡電流を生じると共に、給水溝ＰＳの冷却水圧が設
定値に達したところでノズル台３が左方（突き出し方
向）に移動し、図８に示すように、タングステン棒１が
ノズル２から離れ、このように離れる間に、ノズル２／
タングステン棒１間の接触火花が、空隙を絶縁破壊しな
がらア−クを生じ、プラズマ放電（パイロットア−ク）
となる。すなわちパイロットア−クが起動する。一方、
ノズル台３が左移動することにより、横穴２０ａｉの実
効通流面積（ノズル台３の排水溝と横穴２０ａｉとの間
の通流開口面積）が広がり、大量の冷却水が往水路２０
ｆ／ノズル台３／絶縁水路２０ａ／電極台８／復水路２
０ｒに流れる。これにより給水溝ＰＳの圧力はやや低下
するが、スプリングＳ１の押し力より大きいので、ノズ
ル台３は、その左方位置（図８）に留まる。

【００５８】図７に示すノズル台３の位置が退避位置、
図８に示す位置が突き出し位置である。

【００５９】図７に示す第２実施例のプラズマト−チ
も、図３に示す駆動系統と同様な構成（ただしト−チは
第２実施例のもの）の駆動系統に組込んで、図４に示す
シ−ケンス回路で制御して、図５に示すような動作タイ
ミングを実現することができる。

【００６０】また、パイロットアーク着火動作タイミン
グとして、スタート起動ＳＷ１と同時にポンプＰＭをＯ
Ｎにし、タイミングにより着火時のみポンプＰＭをＯＦ
Ｆにしてタングステン棒１とノズル２を接触させ、パイ
ロット電流検出後、再度ポンプＰＭをＯＮにしてパイロ
ットアークを着火させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１発明の一実施例の、使用待機の初期状態
である時の縦断面図である。

【図２】 図１示す第１発明の一実施例の、切断又は溶
接に使用中の状態を示す縦断面図である。

【図３】 図１に示すプラズマト−チを駆動する駆動系
統を示す。

【図４】 図３に示す各駆動系統を制御するシーケンス
回路である。

【図５】 図４に示すシ−ケンス回路によって現われる
プラズマト−チの動作タイミングを示す。

【図６】 （ａ）は第１発明の一実施例の、電極台８の
冷却水により先端側面にかかる単位面積あたりの水圧を
ポンプＰＭの水圧対応で示すグラフであり、（ｂ）は第
１発明の一実施例の電極台８の冷却水により先端側面に
かかる単位面積あたりの水圧をポンプＰＭの水圧対応で
示す表である。

【図７】 第二実施例の、使用待機の初期状態である時
の縦断面図である。

【図８】 図７に示す第二実施例の、切断又は溶接に使
用中の状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：タングステン棒 ２：ノズル ３：ノズル台 ４：センタリングス
トーン ５：ねじリング ６：シールドキャッ
プ ７：絶縁スペーサ ８：電極台 ９：チャック １０：案内リング １１：弁棒 １２：キャップ ２０ｆ：往水路 ２０ｒ：復水路 ２１：シールドガス流路 ２２：プラズマガス流
路 ８０：パイロット電源 ９０：主電源 ＳＰ：ソレノイド ＰＭ：ポンプ Ｓ１，Ｓ２：スプリング Ｕａ，Ｕｂ：支持部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電電極；放電電極の先端に対向するガス
   噴射口を有し放電電極の先端部を包囲するノズル部材；
   ノズル部材を支持する第１支持部材；放電電極を支持す
   る電極台；前記電極台を、それが支持する放電電極の先
   端が前記ガス噴射口に近付く突き出し方向およびその逆
   の退避方向に摺動可能に支持し、電極台との間に、電極
   台を退避方向に押す水圧を与える冷却水通流空間を有す
   る第２支持部材；電極台を突出し方向に駆動するばね手
   段；および、 前記ガス噴射口に気体を供給するための流路ならびに前
   記冷却水通流空間に冷却水を通流するための給水路およ
   び排水路を有し、第１支持部材および第２支持部材を支
   持する基体；を備えるプラズマト−チ。
2. 【請求項２】 電極台は、突き出し方向の移動で排水路
   と冷却水通流空間の間の通流面積を絞り、退避方向の移
   動で広げる、請求項１記載のプラズマト−チ。
3. 【請求項３】放電電極；放電電極を支持する電極台；放
   電電極の先端に対向するガス噴射口を有し放電電極の先
   端部を包囲するノズル部材；ノズル部材を、そのガス噴
   射口が放電電極から離れる突き出し方向およびその逆の
   退避方向に摺動可能に支持し、ノズル部材との間に、ノ
   ズル部材を突き出し方向に押す水圧を与える冷却水通流
   空間を有する第１支持部材；ノズル部材を退避方向に駆
   動するばね手段；および、 前記ガス噴射口に気体を供給するための流路ならびに前
   記冷却水通流空間に冷却水を通流するための給水路およ
   び排水路を有し、第１支持部材および電極台を支持する
   基体；を備えるプラズマト−チ。
4. 【請求項４】 ノズル部材は、退避方向の移動で排水路
   と冷却水通流空間の間の通流面積を絞り、突き出し方向
   の移動で広げる、請求項３記載のプラズマト−チ。
5. 【請求項５】 放電電極周りの空間を介してガス噴射口
   に連通する開口と、該開口内に装着され該空間の圧力を
   ト−チ外部に放出するリリ−フ弁を備える、請求項１，
   請求項２，請求項３又は請求項４記載のプラズマト−
   チ。