以下、図面を参照して、本発明の一実施� ��態を説明する。

 図1は、本発明に従うプラズマ加工機の一 実施形態の全体構成を簡単に示す。

 図1に示すように、プラズマ加工機(例え� �プラズマ切断機)1は、ワークピース(典型的� �は鋼板)3がその上に置かれるテーブル2、プ� �ズマアークを噴出してワークピース3を加工( 例えば切断)するプラズマトーチ10、プラズマ トーチ10をワークピース3に対してX(縦),Y(横)� �びZ(高さ)方向に移動させるためのトーチ移� �装置4,6,8などを備える。トーチ移動装置4,6,8� ��、例えば、テーブル2の隣でX方向に往復移� �することができる移動台車4、移動台車4から Y方向にテーブル2の上方へ延び出たアーム6、 及び、プラズマトーチ10をZ方向へ往復移動可 能支持し、アーム6上をY方向に往復移動する� ��とができるキャリッジ8などから構成される 。移動台車4及び(又は)テーブル2内には、プ� �ズマトーチ10でパイロットアークやプラズマ アークを発生させ且つそれらのアークを制御 するためのアーク電源回路及び制御装置が組 み込まれる。図示してないが、プラズマトー チ10へプラズマガスやアシストガスなどのガ� ��を供給するガスシステム、及び、プラズマ� ��ーチ10へ冷却液(典型的には冷却水)を供給す る冷却システムなども設けられる。

 図2と図3は、それぞれ、図1に示されたプ� ��ズマ加工機で使用される本発明に従うプラ� ��マトーチの一実施形態の中心軸に沿った断� ��図を示す。図2と図3では、中心軸回りの切� �面の角度が異なる。 図2と図3に示されるよ� ��に、プラズマトーチ10は、トーチ本体12と、 トーチ本体12に着脱可能に取りつけられる複� ��の部品、例えば、電極14、絶縁スワラ15、ノ ズル16、シールドキャップ18(20,22)及びリテー� ��キャップ24などを有する。トーチ本体12は、 ベース部26、電極台座28、ノズル台座30、絶縁 スリーブ32、電極冷却パイプ34、ホルダ36及び 固定リング38、電極冷却液供給パイプ40、電� �冷却液排出パイプ42、ノズル冷却液供給パイ プ48及びノズル冷却液排出パイプ50などを有� �る。

 トーチ本体12において、ベース部26は概略 円柱状であり、その先端部に、概略円筒状の 電極台座28が取り付けられる。ベース部26の� �端部の電極台座28の外側に、概略円錐筒状の ノズル台座30が取り付けられる。電極台座28� �ノズル台座30の間に両者間を電気的に絶縁す るための絶縁スリーブ32が挟み込まれる。電� ��台座28の内側に、電極冷却パイプ34が固定さ れる。ベース部26、電極台座28、ノズル台座30 、絶縁スリーブ32、電極冷却パイプ34は同軸� �配置される。

 ベース部26の外周に、概略円筒状のホル� �36が嵌合され、ホルダ36はその外側面上にネ� ��山を有する。ホルダ36の外周に、リテーナ� �ャップ24をトーチ本体12に固定するための固� ��リング38が装着される。固定リング38は、そ の内側面にネジ山を有し、そのネジ山でホル ダ36の外側面のネジ山と螺合し、ホルダ36に� �して回転可能である。

 電極台座28は金属製であり、ベース部26内 の電気配線(図示省略)を介して、上述したア� ��ク電源回路の電極通電用の端子へ接続され� ��。電極台座28の先端部内に、電極14の基端部 が、着脱自在に挿入される。電極14は金属製� ��あり、先端の閉じた概略円筒形状を有する� ��電極台座28と電極14とは密に接触し、その接 触面を通じて両者が電気的に接続される。電 極14が電極台座28に装着されると、電極冷却� �イプ34が、電極14の内側空間(電極14を冷却す� ��ための冷却水路)の最奥位置(電極14の先端部 のすぐ背後の位置)まで入り込む。

 ノズル台座30は金属製であり、ベース部26 内の電気配線(図示省略)を介して、上述した� ��ーク電源回路のノズル通電用の端子へ接続� ��れる。ノズル台座30の先端部に、ノズル16の 基端部が、着脱自在に挿入される。具体的に は、図4および図5に示すように、ノズル台座3 0には、ノズル16の基端部が挿入される孔17が� ��けられている。なお、図4は、ノズル台座30� ��傍の構造を示す分解斜視図である。図5は、 ノズル台座30近傍の構造を示す拡大断面図で� ��る。孔17は、ノズル台座30を軸方向に貫通し ており、第1孔部17aと第2孔部17bとを有する。� ��1孔部17aは、ノズル台座30の先端部に設けら� ��ており、後述するノズル16の外フランジ62の 外径よりも大きな内径を有する。第2孔部17b� �、ノズル台座30の軸方向基端側において第1� �部17aに連続しており、第1孔部17aと同軸に配� ��されている。第2孔部17bは、第1孔部17aより� �さく且つ後述するノズル16の第1円筒部63の外 径より大きな内径を有する。また、図4~図6に 示すように、ノズル台座30の先端部には、軸� ��向から見て、径方向に延びる一対の溝部33a, 33bが設けられている。一対の溝部33a,33bは、� �1孔部17aを間に挟んで互いに対向して配置さ� ��ており、第1孔部17aに連通している。なお、 図6は、ノズル16が取り付けられた状態におけ るノズル台座30を軸方向先端側から見た図で� ��る。

 ノズル16がノズル台座30に装着された時、 ノズル16の中心軸16Aと電極14の中心軸14Aとが� �置的に一致するようになっている。ノズル16 は金属製で、その先端部に、プラズマアーク を噴出するためのオリフィス60を有する。ノ� ��ル台座30の先端部の内側面と、その内側に� �入されたノズル16の基端部の外側面との間に は、Oリング31が挟み込まれている。Oリング31 は、ノズル台座30の先端部の内側空間(プラズ マガス通路)68とノズル16の外側空間(ノズル16� ��冷却するための冷却液通路)52との間のガス- 液シールを確保する。さらに、Oリング31によ り、ノズル台座30の先端部の内側面と、その� ��側に挿入されたノズル16の基端部の外側面� �の間に、僅かな隙間を確保し、それにより� �ノズル台座30とノズル16とを直接接触させな� ��。このようにノズル台座30とノズル16とは直 接は接触しないが、その代り、後述するよう に、ノズル台座30に取り付けられた複数個(1� �でもよい)の電気接触子54a,54bがノズル16と接� ��して、それにより、ノズル16に対するパイ� �ットアーク用の通電経路を形成する。

 電極14とノズル16との間に、概略円筒状の 絶縁スワラ15が挿入される。絶縁スワラ15は� �電極14とノズル16との間の電気的絶縁を確保� ��る。また、絶縁スワラ15は、その側壁を斜� �に貫通する複数のガス穴を有し、ノズル台� �30の先端部のプラズマガス通路68からそれら� ��ス穴を通じてノズル16内側のプラズマガス� �路70に流入するプラズマガス流に、ベベル角 制御のための旋回運動を与える。

 ノズル16の先端部の外方(下方)に、ノズル 16を保護するためのシールドキャップ18が、� �ズル16の先端部を覆うようにして設けられる 。シールドキャップ18は、ノズル16を保持し� �つ保護する役目をもつ。シールドキャップ18 は、外側シールドキャップ20と内側シールド� ��ャップ22とを有する。外側シールドキャッ� �20と内側シールドキャップ22の間に、アシス� ��ガス流をノズル16のオリフィス60の出口の周 囲へ導くとともにそのアシストガス流にベベ ル角制御用の旋回を与えるためのアシストガ ス通路が形成される。内側シールドキャップ 22はその内側面にて、ノズル16の外側面とと� �に、ノズル16を冷却するための冷却液通路52� ��画成する。内側シールドキャップ22は、熱� �導性の良い材料で作られ、外側シールドキ� �ップ20からの熱を冷却液通路52へ放出して、� ��側シールドキャップ20を冷却する役目もも� �。

 リテーナキャップ24は、プラズマトーチ10 の先端部分の外殻の主要部を構成し、その先 端部にて、シールドキャップ18を保持し、か� ��、その基端部にて、固定リング38と係合す� �。固定リング38を締めることで、リテーナキ ャップ24はホルダ36(トーチ本体12)に固定され� ��。リテーナキャップ24の壁厚内には、アシ� �トガス流をシールドキャップ18内の上述した アシストガス通路へ導くためのアシストガス 通路が存在する。リテーナキャップ24は、そ� ��内側面で、ノズル台座30の外側面とともに� �ノズル16を冷却するための冷却液通路52を画� ��する。

 トーチ本体12のベース部26の基端面から、 ベース部26の内部へ、電極冷却液供給パイプ4 0、電極冷却液排出パイプ42、ノズル冷却液供 給パイプ48及びノズル冷却液排出パイプ50が� �入される。図2に示されるように、電極冷却� ��供給パイプ40は電極冷却パイプ34に接続され 、電極冷却液排出パイプ42は電極台座28と接� �される。また、図3に示されるように、ノズ� ��冷却液供給パイプ48とノズル冷却液排出パ� �プ50は、それぞれ、ノズル16を冷却するため� ��冷却液通路52の一端と他端に接続される。

 上述した冷却システムから、電極14の冷� �に適した第1の流量で冷却液が電極冷却液供� ��パイプ40に供給され、ノズル16の冷却に適し た第2の流量で冷却液がノズル冷却液供給パ� �プ48に供給される。電極14を冷却するための� ��却液は、電極冷却液供給パイプ40から電極� �却パイプ34を通って電極14の先端部の直ぐ背� ��に供給されて電極14を冷却し、そこから電� �14の内側面に沿って流れて電極14をさらに冷� ��し、そして、電極冷却液排出パイプ42を通� �て上述した冷却システムへ戻る。ノズル16を 冷却するための冷却液は、ノズル冷却液供給 パイプ48から冷却液通路52に入り、そこでノ� �ル16の外側面やシールドキャップ18の内側面� ��沿って流れてノズル16やシールドキャップ18 を冷却し、そして、ノズル冷却液排出パイプ 50を通って上述した冷却システムへ戻る。

 図5及び図7に示されるように、ノズル16は 、第1円筒部63と、外フランジ62と、第2円筒部 65と、先端部67とを有する。第1円筒部63は、� �ズル16において最も基端側に位置している。 第1円筒部63は、円筒形状を有し、上述したノ ズル台座30の第2孔部17bの内径よりも小さな外 径を有する。なお、第1円筒部63の基端部には 面取りが施されている。外フランジ62は、冷� ��液通路52に面した外側面上の基端部寄りの� �置に設けられている。外フランジ62は、第1� �筒部63の軸方向先端側に隣接して配置されて おり、第1円筒部63に繋がっている。外フラン ジ62は、第1円筒部63の外径よりも大きな外径� ��有する。第2円筒部65は、外フランジ62の軸� �向先端側に隣接して配置されており、外フ� �ンジ62に繋がっている。第2円筒部65は、外フ ランジ62の外径よりも小さな外径を有する。� ��お、外フランジ62と第2円筒部65との連結部� �69は、先細りのテーパ形状となっている。ま た、第2円筒部65の外周面のうち基端側の部分 には、ローレットが形成されており、多数の 細かい突起からなる凹凸部66となっている。� ��端部67は第2円筒部65の軸方向先端側に隣接� �て配置されており、第2円筒部65に繋がって� �る。先端部67は、先端側が縮径した先細り形 状を有する。外フランジ62も凹凸部66も、(必� ��しもそうでなければならないわけではない� ��)好ましくは、ノズル16の中心軸16A回りに実� ��全周(360度)の角度範囲にわたって設けられ� �いる。外フランジ62と凹凸部66の役割の一つ� ��、冷却液と接触して熱交換するノズル16の� �面積を大きくして、ノズル16の冷却効果を向 上させることである。

 さらに、ノズル16の外フランジ62は、ノズ ル16へのパイロットアーク用の通電経路を形� ��する役目も果たす。以下、このパイロット� ��ーク用通電経路の形成に関して、より詳細� ��説明する。

 図5と図7に示されるように、ノズル16の外 フランジ62は、ノズル16の外側面上で外方へ� �っ張って、ノズル台座30に対向するように向 けられた通電面64を提供する。通電面64は、� �1円筒部63の外周面から径方向外側に突出し� �いる。通電面64は、ノズル16の外周を全周に� ��たって包囲する円環状の平坦面であり、ノ� ��ル16の中心軸16Aに垂直である。

 また、ノズル台座30の外側面上には、複� �個の金属製の弾性的な電気接触子54a,54bが、� ��心軸16A回りの一定角度間隔の離散的な位置� ��取り付けられている。具体的には、電気接� ��子54a,54bは、上述した一対の溝部33a,33bにそ� �ぞれ取り付けられており、180度間隔で配置� �れている。電気接触子54a,54bは、例えば金属� ��ルト56により、ノズル台座30に固定され且つ 電気的に接続されている。電気接触子54a,54b� �、ノズル台座30への取り付け位置からノズル 16の方へ向かって延び出ている。すなわち、� ��気接触子54a,54bは、溝部33a,33bから第1孔部17a� ��突出している。電気接触子54aは、複数箇所� ��屈曲された形状を有しており、図7に示すよ うに、基端部71と中間部72と先端部73とを有す る。基端部71は、ノズル台座30の軸方向に沿� �て延びている。電気接触子54aは、基端部71に おいてノズル台座30に固定されており、片持� ��状態となっている。中間部72は、基端部71に 繋がっており、ノズル台座30の軸方向に対し� ��傾斜して配置されている。先端部73は、中� �部72に繋がっており、ノズル台座30の軸方向� ��垂直に配置されている。電気接触子54bも電� ��接触子54aと同様の形状である。また、電気� ��触子54a,54bの先端の間の距離は、ノズル16の� ��1円筒部63の外径より大きく、且つ、外フラ� ��ジの外径より小さい。このため、電気接触� ��54a,54bの先端部73はノズル16の外フランジ62の 通電面64に当接している。電気接触子54a,54bは 、ノズル16の通電面64から、中心軸16Aとほぼ� �行にノズル台座30へ向かう方向へ押されて圧 縮され、その圧縮で生じた弾性力でもって、 ノズル16の通電面64に確実に当接、そして、� �ズル16をノズル台座30のから遠ざかる方向(ノ ズル台座30の先端外へ押し出す方向)へ押して いる。従って、電気接触子54a,54bの弾性係数� �格別に高くなくても、ノズル16と電気接触子 54a,54bとの間に、確実な電気的接続が確保さ� �る。このようにして、ノズル台座30と電気接 触子54a,54bとが、ノズル16へのパイロットアー ク用の通電経路を形成する。

 前述したように、ノズル台座30とノズル16 との間には僅かな隙間が確保され、両者30,16� ��直接的には接触していない。従って、ノズ� ��16へのパイロットアーク用の通電経路は、� �気接触子54a,54bとノズル16の通電面64との接触 のみにより確保される。図2に示されるよう� �、電気接触子54a,54bとノズル16の通電面64は共 に、冷却液水路52内に入っている。電気接触� ��54a,54bは、金属ボルト56を緩めることで、ノ� ��ル台座30から取り外すことができる。もし� �万が一、電気接触子54a,54bと通電面64との接� �個所で接触不良が生じたとしても、ノズル� �座30とノズル16とは直接接触していないので� ��ノズル台座30とノズル16との間で絶縁破壊が 生じることは殆どない。電気接触子54a,54bと� �電面64との接触個所は冷却液中に浸かってい るので、この接触個所で接触不良が生じても 、電気絶縁破壊によるスパークは生じにくい 。万が一、電気接触子54a,54bと通電面64との接 触個所でスパークが生じたとしても、冷却液 中であるからガス中よりダメージは小さく、 また、ダメージを受けるのはノズル16と電気� ��触子54a,54bだけである。ノズル16は、遅かれ� ��かれ交換される消耗品である。まだ交換時� ��が遠いノズル16がダメージを受けたならば� �そのノズル16を中心軸16A回りに若干角度だけ 回転させられることで、通電面64のダメージ� ��無い個所を、電気接触子54a,54bと接触個所と して新たに使うことができる。電気接触子54a ,54bは、安価な金属板にすぎず、それのみを� �ズル台座30から取り外して交換することがで きる。従って、接触不良によるスパークが発 生したとしても、トーチ本体12は格別大きい� ��メージを受けることがなく、容易かつ安価� ��復旧できる。

 ノズル16と電極14間に挟まれた絶縁スワラ 15、絶縁スワラ15と電極14間に挟まれたOリン� �、及び絶縁スワラ15とノズル16間に挟まれたO リングの作用により、ノズル16の中心軸16Aの� ��置と電極14の中心軸14Aの位置とが一致する� �うに自動的に位置整合が行われる。電気接� �子54a,54bによる通電経路を形成は、このノズ� ��16と電極14との中心軸位置整合に対して格別 の支障にならない。すなわち、電気接触子54a ,54bがノズル16に加える押圧力の方向は、ノズ ル16の中心軸16Aとほぼ平行である。電気接触� ��54a,54bがノズル16に加える押圧力の、中心軸1 6Aに垂直な方向成分は殆どゼロに近い。従っ� ��、電気接触子54a,54bからの押圧力が、ノズル 16の中心軸16Aを横にずらす要因にはならない� ��

 電極14及びノズル16などの消耗品を交換す る時には、まず、リテーナキャップ24がトー� ��本体12から取り外され、その後、ノズル16が その中心軸16Aとほぼ平行にノズル台座30から� ��ざかる方向へ引かれることで、ノズル16が� �ズル台座30から取り外される。このとき、電 気接触子54a,54bがノズル16をノズル台座30から� ��し出そうとするので、この押圧作用がノズ� ��16の取り外しを助ける。場合によっては、� �ーザがノズル16を引っ張らなくても、ユーザ がリテーナキャップ24を取り外した時に、(プ ラズマトーチ10の先端は通常下方を向いてい� ��ので)重力と電気接触子54a,54bの押圧作用に� �り、ノズル16が、リテーナキャップ24内に(シ ールドキャップ18と共に)保持された状態で、 自然にノズル台座30から抜け出てくる。この� ��うに、電気接触子54a,54bのノズル台座30から� ��取り外しは容易である。

 改めてノズル16がノズル台座30に取り付け られる時には、ノズル16が、その中心軸16Aと� ��ぼ平行にノズル台座30の円端部内へ押し込� �れ、その後、リテーナキャップ24がトーチ本 体12に取り付けられてシールドキャップ18と� �ズル16を固定する。或いは、ノズル16が、リ� ��ーナキャップ24内に(シールドキャップ18と� �に)保持された状態で、その中心軸16Aとほぼ� ��行にノズル台座30の先端部内へ押し込まれ� �、リテーナキャップ24と一緒にトーチ本体12� ��取り付けられる。いずれにしても、ノズル1 6がノズル台座30に押し込まれるとき、電気接 触子54a,54bとノズル16とが当接し、両者54と64� �、ノズル16の中心軸16Aとほぼ平行に逆方向へ 押し合う。これにより、電気接触子54a,54bと� �ズル16との電気接続が確実に形成される。し かし、電気接触子54a,54bは、ノズル16の中心軸 16Aに垂直な方向へはノズル16を押さない。従� ��て、電気接触子54a,54bは、ノズル16の中心軸1 6Aの位置を電極14の中心軸14Aの位置から横へ� �らせる原因にはならない。

 また、ノズル16がノズル台座30に押し込ま れるとき、ノズル16の中心軸16A回りの回転方� ��におけるノズル16の位置がどのようであっ� �も、ノズル16と電気接触子54a,54bとの電気的� �触は必ず確保される。電気接触子54a,54bとの� ��触するための通電面64が、ノズル16の全周に 設けられているからである。

 ところで、図示の実施形態では、ノズル1 6の通電面64は、ノズル16の中心軸16Aに垂直な� ��坦面であるが、これは一つの例示にすぎず� ��必ずしもそうである必要はない。上述した� ��うな電気接触子54a,54bと通電面64との電気接� ��が確保できる限り、通電面64は、中心軸16A� �垂直な方向から若干角度傾いていてもよい� �、あるいは、湾曲した面であってもよい。� �た、本実施形態では、通電面64は(外フラン� �62により提供されるので)ノズル16の外周面上 に実質全周にわたり存在するが、これも一つ の例示にすぎず、必ずしもそうである必要は ない。上述したような電気接触子54a,54bと通� �面64との電気接触が確保できる限り、複数個 の通電面64が、ノズル16の外側面上の中心軸16 A回りの所定角度間隔の位置に離散的に存在� �ていてもよい。

 以上、本発明の一実施形態を説明したが� ��この実施形態は本発明の説明のための例示� ��あり、本発明の範囲を本実施形態に限定す� ��趣旨ではない。本発明は、その範囲を逸脱� ��ることなしに、他の様々な態様で実施する� ��とができる。

 例えば、例えば、上述した実施形態では� ��ノズル16の通電面64が、ノズル16の外周を全� ��に渡って包囲する一つの円環上の平面であ� ��て、ノズルの中心軸16Aに垂直であるが、こ� ��は一つの例示にすぎず、必ずしもそうであ� ��必要はない。変形例として、例えば、複数� ��通電面が、ノズル16の表面上の中心軸16A回� �の所定角度間隔の離散的な位置にそれぞれ� �けられていてもよい。また、通電面が、ノ� �ルの外側面以外の表面(例えば、内側面又は� ��端面など)に設けられていてもよい。また、 通電面と電気接触子との接触が確保される限 り、通電面が、湾曲した面であってもよいし 、通電面がノズルの中心軸16Aに垂直な方向か ら若干傾いていてもよい。

 また、上述の実施形態では、複数個の電� ��接触子54a,54bが、ノズル台座30の外側面上の� ��心軸16A回りの所定角度間隔の離散的な位置� ��それぞれ取り付けられているが、これは一� ��の例示にすぎず、必ずしもそうである必要� ��ない。変形例として、例えば、1個の円環状 の電気接触子がノズル台座30上に、ノズル16� �中心軸16A回りの全周の角度範囲にわたって� �けられ、その円環状の電気接触子がノズル16 の通電面64に当接していてもよい。別の変形� ��として、トーチ本体12内のノズル台座30以外 の部品に1個又は複数個の電気接触子が取り� �けられていて、その部品と電気接触子とが� �イロットアーク用の通電経路を提供しても� �い。