特開 2021-159995 電極棒保持トーチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-159995(P2021-159995A)

(43)【公開日】2021年10月11日

(54)【発明の名称】電極棒保持トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/28 20060101AFI20210913BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/28 B

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2021-34131(P2021-34131)

(22)【出願日】2021年3月4日

(31)【優先権主張番号】特願2020-60876(P2020-60876)

(32)【優先日】2020年3月30日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】506217885

【氏名又は名称】イビデンケミカル 株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】網野 俊和

(72)【発明者】

【氏名】坂井 忠晴

(57)【要約】

【課題】圧縮ガスを吹き付ける際の動力を好適に低減する。
【解決手段】ヘッド部材３３を噴出孔３２の延びる方向から見た際に、噴出孔３２は、１つのみ設けられているか、電極棒１１の周方向に沿って一対設けられているか、又は、電極棒１１の周方向に沿って３つ設けられている。噴出孔３２が一対設けられている場合は、一対の噴出孔３２の一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、一対の噴出孔３２の他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられている。噴出孔３２が３つ設けられている場合は、３つの噴出孔３２のうち中央の噴出孔３２は、０〜１５°に設けられており、両側の噴出孔３２の一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、両側の噴出孔３２の他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状のトーチ部材と、前記トーチ部材の先端側に取り付けられるヘッド部材とを備えるトーチであって、
前記ヘッド部材は、アーク放電用の電極棒を支持する支持部と、流体が噴出される噴出孔とを有し、
前記噴出孔は内径が３ｍｍ以上１２ｍｍ未満であり、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸方向に沿って延びており、
前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記噴出孔は、１つのみ設けられているか、前記電極棒の周方向に沿って一対設けられているか、又は、前記電極棒の周方向に沿って３つ設けられており、
前記噴出孔が一対設けられている場合は、
前記一対の噴出孔の中心同士を繋ぐ第１仮想線に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸心から直交するように第２仮想線を引き、前記電極棒の軸心から前記第２仮想線が延びる方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、
前記一対の噴出孔の一方は、前記電極棒の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、前記一対の噴出孔の他方は、前記電極棒の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられており、
前記噴出孔が３つ設けられている場合は、
前記３つの噴出孔のうち両側の噴出孔の中心同士を繋ぐ第３仮想線に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸心から直交するように第４仮想線を引き、前記電極棒の軸心から前記第４仮想線が延びる方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、
前記３つの噴出孔のうち中央の噴出孔は、０〜１５°に設けられており、両側の噴出孔の一方は、前記電極棒の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、両側の噴出孔の他方は、前記電極棒の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられていることを特徴とする電極棒保持トーチ。

【請求項2】

前記トーチ部材の軸方向に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸方向は交差するように構成されており、
前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記電極棒の軸心から前記トーチ部材の軸心に沿う方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、
前記１つのみ設けられた噴出孔の中心は、０〜１５°の範囲内にある請求項１に記載の電極棒保持トーチ。

【請求項3】

前記ヘッド部材はＶ字溝を有しており、
前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記電極棒の軸心から前記Ｖ字溝の頂点を通る方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、
前記１つのみ設けられた噴出孔の中心は、０〜１５°の範囲内にある請求項１に記載の電極棒保持トーチ。

【請求項4】

前記噴出孔の内径が、３〜１０ｍｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極棒保持トーチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極棒保持トーチに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、電極棒保持トーチとしてのブラスチングトーチについて記載している。ブラスチングトーチは、棒状のトーチ部材と、トーチ部材の先端側に取り付けられてアーク放電用の電極棒を保持するヘッド部材とを備える。

【0003】

図１８に示すように、ヘッド部材８０は、アーク放電用の電極棒を挿通した状態で支持する支持部としての支持孔８１と、圧縮ガスや水等の流体が噴出される３つの噴出孔８２とを有している。３つの噴出孔８２から噴出される流体によって、電極棒により発生するアークで溶融した金属を吹き飛ばしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実用新案登録第３０４９６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に代表されるように、アーク放電法による金属のブラスチングやガウジングにおいて、ポンプやコンプレッサー等で加圧された流体を電極棒保持トーチのヘッド部に設けられた流体噴出孔を通して電極棒により発生するアークで溶融させた金属に吹き付けることにより溶融金属を吹き飛ばす方法が用いられている。昨今では、より効率良く流体を吹き付けることによって、吹き付け面に付着物がなく、かつ流体を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力低減となる省エネが望まれている。本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体を吹き付ける際の流体を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力を好適に低減し、且つ、溶融した金属の吹き飛ばし力は同等以上の効果を得る電極棒保持トーチを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための電極棒保持トーチは、棒状のトーチ部材と、前記トーチ部材の先端側に取り付けられるヘッド部材とを備えるトーチであって、前記ヘッド部材は、アーク放電用の電極棒を支持する支持部と、流体が噴出される噴出孔とを有し、前記噴出孔は内径が３ｍｍ以上１２ｍｍ未満であり、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸方向に沿って延びており、前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記噴出孔は、１つのみ設けられているか、前記電極棒の周方向に沿って一対設けられているか、又は、前記電極棒の周方向に沿って３つ設けられており、前記噴出孔が一対設けられている場合は、前記一対の噴出孔の中心同士を繋ぐ第１仮想線に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸心から直交するように第２仮想線を引き、前記電極棒の軸心から前記第２仮想線が延びる方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、前記一対の噴出孔の一方は、前記電極棒の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、前記一対の噴出孔の他方は、前記電極棒の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられており、前記噴出孔が３つ設けられている場合は、前記３つの噴出孔のうち両側の噴出孔の中心同士を繋ぐ第３仮想線に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸心から直交するように第４仮想線を引き、前記電極棒の軸心から前記第４仮想線が延びる方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、前記３つの噴出孔のうち中央の噴出孔は、０〜１５°の範囲内に設けられており、両側の噴出孔の一方は、前記電極棒の周方向に沿う一方の６０°以下の範囲内に設けられているとともに、両側の噴出孔の他方は、前記電極棒の周方向に沿う他方の６０°以下の範囲内に設けられていることを要旨とする。

【0007】

この構成によれば、電極棒の周囲における好適な位置から、アークによって溶融した金属に対して効率良く流体を吹き付けることができるため、ポンプやコンプレッサー等の動力を増加することなく溶融した金属をより強い圧力で吹き飛ばすことが可能になる。言い換えると、溶融した金属の吹き飛ばし力を好適に維持しつつ、流体を吹き付ける際の流体を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力を好適に低減することができる。

【0008】

上記電極棒保持トーチについて、前記トーチ部材の軸方向に対して、前記支持部に支持された状態における前記電極棒の軸方向は交差するように構成されており、前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記電極棒の軸心から前記トーチ部材の軸心に沿う方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、前記１つのみ設けられた噴出孔の中心は、０〜１５°の範囲内にあることが好ましい。この構成によれば、作業者がトーチ部材を把持した際に、電極棒の下側に噴出孔が位置した態様となる。アークによって溶融した金属に対して流体を効率良く吹き付けることができるため、溶融した金属をより強い圧力で吹き飛ばすことが可能になる。言い換えると、溶融した金属の吹き飛ばし力を好適に維持しつつ、流体を吹き付ける際の流体を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力を好適に低減することができる。

【0009】

上記電極棒保持トーチについて、前記ヘッド部材はＶ字溝を有しており、前記ヘッド部材を前記噴出孔の延びる方向から見た際に、前記電極棒の軸心から前記Ｖ字溝の頂点を通る方向を０°とし、前記電極棒の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、前記１つのみ設けられた噴出孔の中心は、０〜１５°の範囲内にあることが好ましい。この構成によれば、作業者がトーチ部材を把持した際に、電極棒の下側に噴出孔が位置した態様となる。アークによって溶融した金属に対して流体を効率良く吹き付けることができるため、溶融した金属をより強い圧力で吹き飛ばすことが可能になる。そのため、溶融した金属の吹き飛ばし力を好適に維持しつつ、流体を吹き付ける際の流体を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力を好適に低減することができる。

【0010】

上記電極棒保持トーチについて、前記噴出孔の内径が、３〜１０ｍｍであることが好ましい。この構成によれば、噴出孔から噴出される圧縮ガスの流量と、圧縮ガスの圧力が加わる面積とのバランスがより好適なものとなる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の電極棒保持トーチによれば、圧縮ガスを吹き付ける際の動力を好適に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】電極棒保持トーチ（第１実施形態）の斜視図。

【図2】電極棒保持トーチの部分断面図。

【図3】ヘッド部材の斜視図。

【図4】ヘッド部材の正面図。

【図5】変更例のヘッド部材の正面図。

【図6】別の変更例のヘッド部材の正面図。

【図7】電極棒保持トーチ（第２実施形態）の斜視図。

【図8】電極棒保持トーチの側面図。

【図9】ヘッド部材の斜視図。

【図10】ヘッド部材の正面図。

【図11】変更例のヘッド部材の正面図。

【図12】別の変更例のヘッド部材の正面図。

【図13】シミュレーションによる流体が照射される対象物が受ける圧力分布を示す模式図。

【図14】シミュレーションによる噴出孔内径に対する、流体の流量と流体が照射される対象物が受ける最大圧力の比率を示すグラフ。

【図15】シミュレーションによる噴出孔数に対する、流体の流量と流体が照射される対象物が受ける最大圧力の比率を示すグラフ。

【図16】シミュレーションによる噴出孔数に対する、流体の流量と流体が照射される対象物が受ける最大圧力の比率を示すグラフ。

【図17】シミュレーションによる配置角度に対する、流体の流量と流体が照射される対象物が受ける最大圧力の比率を示すグラフ。

【図18】従来技術のヘッド部材の斜視図。

【図19】シミュレーション条件と、エアー荷重の測定条件を示す模式図。

【図20】シミュレーションによる電極棒径方向への圧縮空気の流速を示す模式図。

【図21】電極棒の傾斜角度が４５°におけるエアー荷重の測定結果を示すグラフ。

【図22】電極棒の傾斜角度が９０°におけるエアー荷重の測定結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（第１実施形態）
電極棒保持トーチを比較的高電流で用いられるブラスチングトーチに具体化した第１実施形態を説明する。

【0014】

図１、２に示すように、電極棒保持トーチ１０としてのブラスチングトーチは、棒状のトーチ部材２０と、トーチ部材２０の先端側に取付けられてアーク放電用の炭素製の電極棒１１を保持するヘッド部材３０とを備える。ヘッド部材３０には、電極棒１１が挿通する貫通孔３１が設けられている。また、ヘッド部材３０には、流体としての圧縮ガスを噴出する噴出孔３２が一対設けられている。

【0015】

ここで、噴出孔３２から噴出する流体としては特に限定されず、圧縮空気、圧縮窒素等の圧縮ガスや水等の流体を選択することができる。
作業者は、トーチ部材２０の基端側を把持し、ヘッド部材３０の貫通孔３１に保持された電極棒１１と、被溶削物としての鋳造品の押し湯や湯道１２等との間にアークを発生させ、アークの熱によって被溶削物の金属を溶融させる。溶融した金属は、ヘッド部材３０の噴出孔３２から噴出された圧縮空気で吹き飛ばされる。溶融した金属を圧縮空気で吹き飛ばすことによって、溶融した金属が被溶削物に付着することを抑制している。

【0016】

以下、ブラスチングトーチを構成する各部材について説明する。
トーチ部材２０について説明する。
図２に示すように、トーチ部材２０は棒状に構成されている。トーチ部材２０は、管状の本体部２１と、本体部２１の外周に配置された絶縁管２２と、絶縁管２２の外周に配置された防熱カバー２３とを有している。本体部２１の一端側である先端側の外周には絶縁リング２４が取り付けられている。この絶縁リング２４に絶縁管２２と防熱カバー２３が当接していることによって、ヘッド部材３０と絶縁管２２の接触、及び、ヘッド部材３０と防熱カバー２３の接触が抑制されている。

【0017】

図２に示すように、トーチ部材２０は、本体部２１の内部に配置された押さえ部材２５と、押さえ部材２５を電極棒１１側に付勢するスプリング２６とを有している。本体部２１の内部は、圧縮空気の供給源としてのエアコンプレッサー（図示省略）から供給される圧縮空気を流通させることができるように構成されている。

【0018】

本体部２１の先端側の外周にはネジ溝２１ａが形成されている。このネジ溝２１ａが、後述するヘッド部材３０における接続部３４の内周に形成されたネジ溝３６ａに螺合することによって、トーチ部材２０とヘッド部材３０は接続される。

【0019】

ヘッド部材３０について説明する。
図２に示すように、ヘッド部材３０は、筒状のヘッド本体３３と、ヘッド本体３３の外周面から傾斜した状態で突出して、トーチ部材２０の本体部２１に接続される接続部３４とを有している。

【0020】

図３に示すように、ヘッド本体３３の軸方向における先端側の端面（以下、「先端面」ともいう。）３３ａは平坦面を有しており、先端面３３ａの中央部に軸方向に貫通する貫通孔３１が設けられている。貫通孔３１の周囲には、圧縮空気が噴出される噴出孔３２が、貫通孔３１の周方向に沿って設けられている。言い換えれば、一対の噴出孔３２は、貫通孔３１に保持された状態における電極棒１１の周方向に沿って設けられている。一対の噴出孔３２は、ヘッド本体３３の先端面３３ａからヘッド本体３３の軸方向に沿って延びている。

【0021】

後述のように、ヘッド本体３３の貫通孔３１に挿通された状態で、電極棒１１はヘッド本体３３に保持される。
図２に示すように、具体的には、ヘッド本体３３の貫通孔３１に電極棒１１が挿通された状態で、トーチ部材２０の押さえ部材２５が電極棒１１に当接する。これによって、電極棒１１は貫通孔３１に支持される。そのため、ヘッド本体３３の貫通孔３１は、電極棒１１を支持する支持部として機能する。また、ヘッド本体３３の先端面３３ａから貫通孔３１の延びる方向は、この貫通孔３１に支持された電極棒１１の軸方向と等しくなっている。支持部に支持された状態における電極棒１１の軸方向は、トーチ部材２０の軸方向に対して交差している。

【0022】

図２、３に示すように、ヘッド部材３０の接続部３４は有底筒状に構成されており、底壁３５と、底壁３５から延びる周壁３６とを有している。底壁３５は、ヘッド本体３３の外周面に一体に形成されている。周壁３６の内周にはネジ溝３６ａが形成されている。このネジ溝３６ａがトーチ部材２０の本体部２１のネジ溝２１ａに螺合した状態で、トーチ部材２０とヘッド部材３０は接続される。

【0023】

図２に示すように、接続部３４の底壁３５には、接続部３４の周壁３６の内径よりも径が小さく、ヘッド本体３３の貫通孔３１に連通する連通孔３７が設けられている。この連通孔３７の延びる方向は、接続部３４の周壁３６の軸方向に沿っている。トーチ部材２０の押さえ部材２５は、この連通孔３７を挿通して電極棒１１に当接する。

【0024】

ヘッド本体３３に保持される電極棒１１の直径は特に限定されず、スプリング２６と押さえ部材２５によってヘッド本体３３の貫通孔３１の内径以内で電極棒１１が保持される径であればよい。

【0025】

ヘッド本体３３に設けられた噴出孔３２は、ヘッド本体３３の先端面３３ａからヘッド本体３３の軸方向に沿って延びるとともに、屈曲して接続部３４の底壁３５を貫通している。噴出孔３２が接続部３４の底壁３５を貫通することによって、噴出孔３２はトーチ部材２０の本体部２１の内部に連通する。これにより、トーチ部材２０における本体部２１の内部を流通した圧縮空気は、ヘッド部材３０の接続部３４を経由して、噴出孔３２から噴出することが可能になる。

【0026】

噴出孔３２の内径は、３ｍｍ以上１２ｍｍ未満である。噴出孔３２の内径は、３〜１０ｍｍであることが好ましく、３〜９ｍｍであることがより好ましい。噴出孔３２の内径が上記数値範囲であることにより、噴出孔３２から噴出される圧縮空気の流量と、圧縮空気の圧力が加わる面積とのバランスが好適なものとなる。すなわち、作業者は噴出孔３２の適宜な内径を選択することにより圧縮空気の動力を最適に保ちつつ、被溶削物の溶融特性に合わせて吹き飛ばし力の選択が可能となる。また、一対の噴出孔３２の内径は同一となっている。噴出孔３２の内径は、大きくともヘッド本体３３の先端面３３ａの筒厚さ以内であればよい。噴出孔３２の内径が上記数値範囲であることにより、噴出孔３２から噴出される圧縮空気の流量と、圧縮空気の圧力が加わる面積とのバランスが好適なものとなる。すなわち、作業者は噴出孔３２の適宜な内径を選択することにより圧縮空気の動力を最適に保ちつつ、被溶削物の溶融特性に合わせて吹き飛ばし力の選択が可能となる。

【0027】

一対の噴出孔を例として噴出孔３２の配置構成について説明する。
図４に示すように、ヘッド本体３３の貫通孔３１の延びる方向、すなわち、ヘッド本体３３の先端面３３ａから噴出孔３２の延びる方向に沿ってヘッド部材３０を見て、一対の噴出孔３２の中心同士を繋ぐ第１仮想線Ｌ１を引く。また、貫通孔３１に保持された状態における電極棒１１の軸心Ｐから、第１仮想線Ｌ１に直交するように第２仮想線Ｌ２を引く。

【0028】

電極棒１１の軸心Ｐから第２仮想線Ｌ２が接続部３４側へ延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表す。一対の噴出孔３２の一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の４５°の位置に設けられているとともに、一対の噴出孔３２の他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の４５°の位置に設けられている。

【0029】

第２仮想線Ｌ２は、電極棒１１の軸心Ｐに代えて、ヘッド本体３３の貫通孔３１の中心から、第１仮想線Ｌ１に直交するように引いてもよいものとする。以下、噴出孔３２が設けられている角度を、「配置角度α」という。

【0030】

一対の噴出孔３２の配置角度αは４５°に限定されず、電極棒１１の周方向の両側において、０°を超え、６０°以下の範囲内であることが好ましく、４５±１５°の範囲内であることがより好ましく、４５±１０°の範囲内であることがさらに好ましく、４５±５°の範囲内であることがさらに好ましい。

【0031】

図４に示すように、第２仮想線Ｌ２は、トーチ部材２０の本体部２１の軸心Ｒに重なっている態様を基本とするが、作業に支障がない限り、第２仮想線Ｌ２は、トーチ部材２０の本体部２１の軸心Ｒに対して０〜１５°の範囲内のずれは許容される。

【0032】

本実施形態の作用について記載する。
ヘッド本体３３に設けられた一対の噴出孔３２の配置角度αが、両側の４５°であることにより、電極棒１１の周囲における噴出孔３２の位置が好適なものとなる。そのため、電極棒１１の下側において、アークによって溶融した金属に対して最適に圧縮空気を吹き付けることができる。

【0033】

本実施形態の効果について記載する。
（１）ヘッド部材３０を噴出孔３２の延びる方向から見た際に、噴出孔３２は一対設けられている。一対の噴出孔３２の一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の４５°の位置に設けられているとともに、一対の噴出孔３２の他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の４５°の位置に設けられている。

【0034】

電極棒１１の周囲における好適な位置から、アークによって溶融した金属に対して効率良く圧縮空気を吹き付けることができるため、溶融した金属をより短時間で吹き飛ばすことが可能になる。言い換えると、溶融した金属の吹き飛ばし力を下げて好適に維持しつつ、圧縮空気を吹き付ける際のエアコンプレッサーの消費電力を好適に低減することができることを意味する。

【0035】

（２）トーチ部材２０の軸方向に対して、貫通孔３１に支持された状態における電極棒１１の軸方向は交差するように構成されており、ヘッド部材３０を噴出孔３２の延びる方向から見た際に、第２仮想線Ｌ２はトーチ部材２０の軸心Ｒに重なる。

【0036】

作業者がトーチ部材２０を把持した際に、電極棒１１の下側に噴出孔３２が位置した態様となる。アークによって溶融した金属に対して圧縮空気をトーチ部材２０側から吹き付けることができるため、電極棒１１の先端で溶融した金属は作業者と反対側へ吹き飛ばされ、作業者に対して安全かつ溶融した金属をより短時間で吹き飛ばすことが可能になる。このことは、溶融した金属の吹き飛ばし力を下げて好適に維持しつつ、圧縮空気を吹き付ける際の圧縮空気を加圧するポンプやコンプレッサー等の動力の消費電力を好適に低減することができることをも意味する。

【0037】

（３）噴出孔３２の内径は、３〜１０ｍｍであり、一対の噴出孔３２の内径は同一である。噴出孔３２の断面積バランスをとることができるため、一対の噴出孔３２から噴出される圧縮空気の流量と、圧縮空気の圧力が加わる面積とのバランスをより好適なものとすることができる。

【0038】

（第２実施形態）
電極棒保持トーチ１０を比較的低電流量で用いられるガウジングトーチに具体化した第２実施形態を説明する。

【0039】

図７に示すように、ガウジングトーチは、棒状のトーチ部材４０と、トーチ部材４０の先端側に取付けられてアーク放電用の電極棒１１を保持する保持部材５０とを備える。
図８に示すように、保持部材５０は、互いに対向して配置される一対の平板状の挟持片５１と、一対の挟持片５１の間に配置されるヘッド部材５５とを有している。ヘッド部材５５には、圧縮空気を噴出する噴出孔５５ａが一対設けられている。一対の挟持片５１の間に挟持された状態で、電極棒１１は支持されている。

【0040】

作業者は、トーチ部材４０の基端側を把持し、保持部材５０に保持された電極棒１１と被加工物としての鉄板１３等との間にアークを発生させる。アークの熱によって被加工物を溶融させて、切断等の加工を行う。溶融した金属は、ヘッド部材５５の噴出孔５５ａから噴出された圧縮空気で吹き飛ばされる。溶融した金属を圧縮空気で吹き飛ばすことによって、溶融した金属が鉄板等に付着することを抑制している。

【0041】

以下、ガウジングトーチを構成する各部材について説明する。
トーチ部材４０について説明する。
図７に示すように、トーチ部材４０は棒状に構成されている。トーチ部材４０は、管状の本体部４１と、保持部材５０の挟持片５１を操作する操作レバー４２とを有している。本体部４１の内部は、圧縮空気の供給源としてのエアコンプレッサー（図示省略）から供給される圧縮空気を流通させることができるように構成されている。

【0042】

保持部材５０について説明する。
図８、９に示すように、保持部材５０は、互いに対向して配置されるとともに電極棒を挟持する一対の平板状の挟持片５１を有している。一対の挟持片５１のうち上方に位置する一方の挟持片（以下、「第１挟持片」ともいう。）５３は、一対の挟持片５１のうち下方に位置する他方の挟持片（以下、「第２挟持片」ともいう。）５４に対して上下動が可能に構成されている。また、保持部材５０は、第２挟持片５４の上部に取り付けられて電極棒１１を支持するヘッド部材５５を有している。ヘッド部材５５の上面にはＶ字溝５６が形成されている。

【0043】

操作レバー４２を操作して第１挟持片５３を上下動させることによって、第１挟持片５３の下面と、ヘッド部材５５のＶ字溝５６との間に電極棒１１を挟み込み、電極棒１１を支持する機能を有する。そのため、Ｖ字溝５６が支持部として機能する。

【0044】

第２挟持片５４の上部には、後述するヘッド部材５５の脚部５７を挿入する挿入孔（図示省略）が設けられている。この挿入孔に脚部５７が挿入された状態で、ヘッド部材５５は第２挟持片５４に取り付けられる。第２挟持片５４の内部には、トーチ部材４０の本体部４１の内部を流通した圧縮空気を流通させる流通路（図示省略）が設けられている。

【0045】

図９に示すように、ヘッド部材５５は、円板状の本体部５８と、本体部５８の下面における中央部から下方に延びる円柱状の脚部５７とを有している。脚部５７の軸心Ｒと円板状の本体部５８の軸心は重なり、更に本体部５８の上面に形成されたＶ字溝５６の頂点５６ａと交わる。Ｖ字溝５６は、本体部５８の上面に沿って直線状に延びている。本体部５８の周面には平坦面５８ａが形成されており、この平坦面５８ａに一対の噴出孔５５ａが設けられている。一対の噴出孔５５ａは、平坦面５８ａからＶ字溝５６の延びる方向に沿って延びるとともに、ヘッド部材５５の下面内部のヘッダ（空気溜り：図示省略）へ貫通している。

【0046】

噴出孔５５ａの内径は、３ｍｍ以上１２ｍｍ未満である。噴出孔５５ａの内径は、３〜１０ｍｍであることが好ましく、３〜９ｍｍであることがより好ましい。噴出孔５５ａの内径が上記数値範囲であることにより、噴出孔５５ａから噴出される圧縮空気の流量と、圧縮空気の圧力が加わる面積とのバランスが好適なものとなる。すなわち、作業者は噴出孔５５aの適宜な内径を選択することにより圧縮空気の動力を最適に保ちつつ、被溶削物の溶融特性に合わせて吹き飛ばし力の選択が可能となる。また、一対の噴出孔５５ａの内径は同一となっている。

【0047】

ヘッド部材５５が、脚部５７を第２挟持片５４の挿入孔に挿入した状態で第２挟持片５４上に取り付けられると、ヘッド部材５５の下面内部のヘッダは、第２挟持片５４の内部の流通路に連通した状態となる。そのため、ヘッド部材５５の噴出孔５５ａは、流通路を経由して、トーチ部材４０の本体部４１の内部に連通する。これにより、トーチ部材４０の本体部４１の内部を流通した圧縮空気は、第２挟持片５４の流通路を経由して、ヘッド部材５５の平坦面５８ａに形成された噴出孔５５ａから噴出することができるように構成されている。

【0048】

ヘッド部材５５上に支持された電極棒１１は、ヘッド部材５５上のＶ字溝５６に沿って支持される。すなわち、ヘッド部材５５上に支持された電極棒１１の軸方向は、Ｖ字溝５６の延びる方向に沿った状態となる。そのため、ヘッド部材５５の本体部５８の平坦面５８ａから噴出孔５５ａが延びる方向は、ヘッド部材５５上に支持された電極棒１１の軸方向と等しくなる。

【0049】

第２挟持片５４の挿入孔に挿入されたヘッド部材５５は、脚部５７を軸として回転させることにより、Ｖ字溝５６の延びる向きを変更することができる。ヘッド部材５５の向きを変更することにより、Ｖ字溝５６の延びる方向も変更されるため、Ｖ字溝５６に沿って支持される電極棒１１の向きを変更することができる。そのため、作業者は、噴出孔５５ａからの安定した圧縮空気の吹き飛ばし力と一緒に保持部材５０に保持される電極棒１１の向きを調節して作業を行うことができる。

【0050】

ヘッド部材５５上に支持される電極棒１１の直径は特に限定されないが、４〜２０ｍｍである。電極棒１１の直径が異なるものであっても、保持部材５０の第１挟持片５３を上下動させることによって、電極棒１１を挟持することができる。

【0051】

一対の噴出孔を例として噴出孔５５ａの配置構成について説明する。
図１０に示すように、ヘッド部材５５の噴出孔５５ａの延びる方向、言い換えれば、ヘッド部材５５の平坦面５８ａから噴出孔５５ａの延びる方向に沿ってヘッド部材５５を見て、一対の噴出孔５５ａの中心同士を繋ぐ第１仮想線Ｌ１を引く。また、ヘッド部材５５上に支持された状態における電極棒１１の軸心Ｐから、第１仮想線Ｌ１に直交するように第２仮想線Ｌ２を引く。

【0052】

電極棒１１の軸心から第２仮想線Ｌ２がＶ字溝５６の頂点５６ａ側へ延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表す。一対の噴出孔５５ａの一方は、一方の配置角度α４５°の位置に設けられているとともに、一対の噴出孔５５ａの他方は、他方の配置角度α４５°の位置に設けられている。

【0053】

一対の噴出孔５５ａが設けられる配置角度αは４５°に限定されず、電極棒１１の周方向の両側において、０°を超え、６０°以下の範囲内であることが好ましく、４５±１５°の範囲内であることがより好ましく、４５±１０°の範囲内であることがさらに好ましく、４５±５°の範囲内であることがさらに好ましい。

【0054】

図１０に示すように、第２仮想線Ｌ２は、脚部５７の軸心Ｒに重なっている態様を基本とするが、作業に支障がない限り、第２仮想線Ｌ２は、脚部５７の軸心Ｒに対して０〜１５°の範囲内のずれは許容される。

【0055】

本実施形態の作用について記載する。
ヘッド部材５５に設けられた一対の噴出孔５５ａの配置角度αが、両側の４５°であることにより、電極棒１１の周囲における噴出孔５５ａの位置が好適なものとなる。そのため、電極棒１１の下側において、アークによって溶融した金属に対して最適に圧縮空気を吹き付けることができる。

【0056】

本実施形態の効果について記載する。
第２実施形態によれば、上記第１実施形態の効果（１）、（３）と同様の効果を得ることができる。

【0057】

第１実施形態及び第２実施形態は、以下のように変更して実施することができる。第１実施形態、第２実施形態、及び、以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0058】

・本実施形態では、圧縮空気を噴出する噴出孔３２は一対のみ設けられていたが、噴出孔３２は３つであってもよい。
図５に示すように、例えば、ブラスチングトーチにおいて、ヘッド本体３３の貫通孔３１の延びる方向、言い換えれば、ヘッド本体３３の先端面３３ａから噴出孔３２の延びる方向に沿ってヘッド部材３０を見て、貫通孔３１の周方向に沿って３つの噴出孔３２が設けられていてもよい。

【0059】

３つの噴出孔３２のうち両側の噴出孔３２の中心同士を繋ぐ第３仮想線Ｌ３に対して、貫通孔３１に支持された状態における電極棒１１の軸心Ｐから直交するように第４仮想線Ｌ４を引き、電極棒１１の軸心Ｐから接続部３４の軸心Ｒへ第４仮想線Ｌ４が延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表す。３つの噴出孔３２のうち中央の噴出孔３２は、０〜１５°以下の範囲に設けられている。両側の噴出孔３２の一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の０°を超え、６０°以下の範囲内に設けられているとともに、両側の噴出孔３２の他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の０°を超え、６０°以下の範囲内の一方と同じ角度に設けられている。作業者がトーチ部材２０を把持した際に、電極棒１１の下側の好適な位置に噴出孔３２が位置した態様となる。

【0060】

図１１に示すように、例えば、ガウジングトーチにおいて、３つの噴出孔５５ａのうち両側の噴出孔５５ａの中心同士を繋ぐ第３仮想線Ｌ３に対して、ヘッド部材５５に支持された状態における電極棒１１の軸心Ｐから直交するように第４仮想線Ｌ４を引く。そして、電極棒１１の軸心Ｐから第４仮想線Ｌ４がＶ字溝５６の頂点５６ａ側へ延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表す。３つの噴出孔５５aのうち中央の噴出孔５５ａは、０〜１５°以下の範囲に設けられている。両側の噴出孔５５ａ一方は、電極棒１１の周方向に沿う一方の０°を超え、６０°以下の範囲内に設けられているとともに、両側の噴出孔５５ａの他方は、電極棒１１の周方向に沿う他方の０°を超え、６０°以下の範囲内の一方と同じ角度に設けられている。

【0061】

・本実施形態では、圧縮空気を噴出する噴出孔３２は一対のみ設けられていたが、噴出孔は１つのみであってもよい。
図６に示すように、例えば、ブラスチングトーチにおいて、ヘッド本体３３の貫通孔３１の延びる方向、言い換えれば、ヘッド本体３３の先端面３３ａから噴出孔３２の延びる方向に沿ってヘッド部材３０を見て、電極棒１１の軸心Ｐから接続部３４の軸心Ｒに沿う第５仮想線Ｌ５を引く。電極棒１１の軸心Ｐから第５仮想線Ｌ５が延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、噴出孔３２の位置は、０°であってもよいし、０〜１５°の範囲内であってもよい。作業者がトーチ部材２０を把持した際に、電極棒１１の下側の好適な位置に噴出孔３２が位置した態様となる。

【0062】

図１２に示すように、例えば、ガウジングトーチにおいて、電極棒１１の軸心Ｐからヘッド部材５５のＶ字溝５６の頂点５６ａを通る第５仮想線Ｌ５を引く。電極棒１１の軸心Ｐから第５仮想線Ｌ５がＶ字溝５６の頂点５６ａ側へ延びる方向を０°とし、電極棒１１の周方向の両側をそれぞれプラスの角度で表すと、噴出孔５５ａの位置は、０°であってもよいし、０〜１５°の範囲内であってもよい。作業者がトーチ部材４０を把持した際に、電極棒１１の下側の好適な位置に噴出孔５５ａが位置した態様となる。

【実施例】

【0063】

以下、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
（実施例１）
第１実施形態のブラスチングトーチに対して、汎用シミュレーション（ＡＮＳＹＳ社Ｆｕｌｕｅｎｔ２０１９）により、噴出孔から噴射される空気流量と、空気が照射される対象物の圧力分布を評価した。

【0064】

実施例１では、ヘッド本体の外径を３８ｍｍ、貫通孔の内径を２０ｍｍとした。噴出孔は、ヘッド本体の先端面において、ヘッド本体の厚さ方向の略中央部に一対のみ設けられており、噴出孔の内径を４．５ｍｍ、噴出孔の配置角度αを両側とも５９°とした。

【0065】

（実施例２〜５）
噴出孔の内径をそれぞれ、３ｍｍ（実施例２）、６ｍｍ（実施例３）、８ｍｍ（実施例４）、１０ｍｍ（実施例５）としたこと以外は、実施例１と同じ形状、配置角度α、噴出圧力を有するものとした。

【0066】

（実施例６）
配置角度αが０°の位置に、実施例１の一対の噴出孔の総断面積と同等の断面積を有する噴出孔が１つのみ設けられていること以外は、実施例１と同じ条件とした。

【0067】

（実施例７）
噴出孔が３つ設けられており、噴出孔の配置角度αを０°と両側の５９°としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。なお、３つの噴出孔の総断面積は、実施例１の一対の噴出孔の総断面積と同等とした。

【0068】

（実施例８）
噴出孔の配置角度αを両側とも４５°としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。
（実施例９）
噴出孔が３つ設けられており、噴出孔の配置角度αを０°と両側の４５°としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。なお、３つの噴出孔の総断面積は、実施例１の一対の噴出孔の総断面積と同等とした。

【0069】

（実施例１０、１１）
噴出孔の配置角度αを両側とも２０°（実施例１０）、３０°（実施例１１）としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。

【0070】

（比較例１、２）
噴出孔の内径をそれぞれ、２ｍｍ（比較例１）、１２ｍｍ（比較例２）としたこと以外は、実施例１と同じ配置角度α、噴出圧力を有するものとした。

【0071】

（比較例３）
噴出孔の配置角度αを両側とも９０°としたこと以外は、実施例１と同じ条件とした。
（評価試験）
評価試験１；圧力分布のシミュレーション
シミュレーションの条件として、エアコンプレッサーから供給される圧縮空気の１次側圧力を０．６ＭＰａ、電極棒の直径を１９ｍｍとした。

【0072】

図１９に示すように、ヘッド部材３０からアーク放電部である電極棒１１の先端までの電極棒長さＤを３０ｃｍとした。また、電極棒１１の先端から、圧縮空気を吹き付ける対象物である平板６０までの距離Ｅを０ｃｍとした。すなわち、電極棒１１の先端が平板６０に略接していると仮定してシミュレーションを行った。水平の平板６０の板面に沿う方向を０°とし、平板６０に対する電極棒１１の軸方向の傾斜角度βを４５°とした。

【0073】

この状態でヘッド部材３０から平板６０へ圧縮空気を吹き付けた場合の、（１）噴出孔から噴出される圧縮空気の流量（以下、「流量」という。）、（２）溶融金属を吹き飛ばす力を表すため圧縮空気が平板６０に当たり平板６０に加わる力の最大点（以下、「最大圧力」という。）、及び、（３）平板６０に加わる圧力分布（以下、「圧力分布」という。）について評価した。

【0074】

評価試験２；水平方向への流速のシミュレーション
実施例１、６、８について、噴出孔から噴出された圧縮空気の電極棒径方向への流速を評価した。

【0075】

シミュレーションの条件は、評価試験１と同じ条件とした。
図１９に示すように、平板６０を鉛直方向から見た際に、電極棒１１の軸線が平板６０に重なる線を仮想線Ｆとした。この仮想線Ｆに沿う方向であって、電極棒の傾斜した側、すなわち、図１９の矢印Ａ側からの方向をシミュレーションの視点とした。

【0076】

評価試験３；エアー荷重の測定
実施例１、６、８のブラスチングトーチについて、実際に噴出孔から圧縮空気を噴出して、平板にかかる荷重を測定した。

【0077】

図１９に示すように、電極棒１１のヘッド部材３０からアーク放電部である電極棒１１の先端までの電極棒長さＤを１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍの３種類とした。また、電極棒１１の先端から、圧縮空気を吹き付ける平板６０までの距離Ｅを３ｃｍとした。平板６０に対する電極棒１１の傾斜角度βを４５°と９０°の２種類とした。圧縮空気の１次側圧力を０．８ＭＰａとした。平板６０の下面に秤を配置して、圧縮空気を吹き付けた際の荷重を測定した。各水準で３回試験を行い、荷重の平均値を求めた。

【0078】

（評価結果）
図１３は、上記評価試験１における（３）圧力分布の評価結果を示している。図１３は、圧力分布を上方から表示している。白抜きの楕円形部分が電極棒を表している。電極棒の周囲における楕円形の部分が、圧力分布を表している。図１３より、比較例１では、対象物に加わる圧力分布が小さくなっていた。これに対し、実施例１では、相対的に圧力分布が大きくなっていた。

【0079】

図１４〜１６は、上記（１）流量と、（２）最大圧力の評価結果を示している。
具体的には、実施例１の（１）流量と（２）最大圧力をそれぞれ１として、各実施例及び比較例の流量、最大圧力、及び、最大圧力／流量を、実施例１との比で評価した。最大圧力／流量の値が高いと、圧縮空気をより効率良く対象物に噴射することができるため、コンプレッサーの消費電力を低減することが可能になる。そのため、最大圧力／流量は、圧縮空気を効率良く対象物に噴射する指標となる。以下、最大圧力／流量の値を「噴射効率」という。

【0080】

図１４は、噴出孔の内径に対する変化を示す。
図１５は、一対の噴出孔の配置角度αが５９°である場合の、噴出孔の孔数に対する変化を示す。

【0081】

図１６は、一対の噴出孔の配置角度αが４５°である場合の、噴出孔の孔数に対する変化を示す。
図１７は、一対の噴出孔の配置角度αに対する変化を示す。

【0082】

図１４〜１７に示すように、比較例１〜３では、それぞれ、噴射効率が０．８８、０．８９、０．７９と０．９未満であった。これに対し、実施例１〜１１は、いずれも噴射効率が０．９以上であることが確認された。

【0083】

図２０は、上記評価試験２におけるシミュレーション結果を示している。
図２０は、図１９の矢印Ａで示した視点において、電極棒軸中心の右側のシミュレーション結果を示している。シミュレーションは、電極棒軸中心の右側のみで行っており、左側のシミュレーションは省略している。

【0084】

図２０において、グラデーションで表された領域Ｇが圧縮空気を表している。圧縮空気は、ヘッド部材３０から下方に向かって噴出した後、平板６０に当たって電極棒１１の径方向である右方向へと流れている。また、グラデーションで表された領域Ｇにおいて、色の濃い箇所が、流速が大きいことを意味する。

【0085】

図２０に示すように、実施例６では、平板６０に向かって流れる圧縮空気において、右方向へ約１ｍ／秒の流速が生じていた。この約１ｍ／秒の流速は、ヘッド部材３０から平板６０までの間において、略一定で安定していた。

【0086】

これに対して、噴出孔の数が２つである実施例１、８では、ヘッド部材３０から平板６０までの間におけるヘッド部材３０により近い領域Ｇ１において、左方向へ約１ｍ／秒の流速が生じていた。また、ヘッド部材３０から平板６０までの間における平板６０により近い領域Ｇ２において、右方向へ約１ｍ／秒の流速が生じていた。実施例１、８では、２つの噴出孔から噴出された圧縮空気に対して、互いに引き合う作用が生じることによって、左方向への流れが生じたと推測される。噴出孔の数が１つである実施例６の方が、左右方向の流れがより安定していることが確認された。

【0087】

図２１、２２は、上記評価試験３における測定結果を示している。
図２１は、平板６０に対する電極棒１１の傾斜角度βを４５°とした態様の測定結果である。

【0088】

図２２は、平板６０に対する電極棒１１の傾斜角度βを９０°とした態様の測定結果である。
図２１、２２より、平板６０に対する電極棒１１の傾斜角度βは、４５°よりも９０°の方が、平板にかかるエアー荷重が大きくなる傾向があった。また、噴出孔の数が１つである実施例６は、噴出孔の数が２つである実施例１、８に比べてエアー荷重が大きくなっていた。さらに、実施例６は、実施例１、８に比べて、電極棒長さＤの変化による荷重の変化が小さいことが確認された。以上の結果から、噴出孔の数が１つである実施例６は、噴出孔の数が２つである実施例１、８に比べて、電極棒長さＤによる影響を小さくして平板にかかるエアー荷重を相対的に大きくできることが確認された。言い換えれば、より効率良く圧縮空気を吹き付けられることが確認され、電極棒の長さ変化に影響を受けることなく、安定した吹き飛ばし力が得られる。

【符号の説明】

【0089】

１０…電極棒保持トーチ、１１…電極棒、２０…トーチ部材、３０…ヘッド部材、３２…噴出孔、４０…トーチ部材、５０…保持部材、５５…ヘッド部材、５５ａ…噴出孔、Ｌ１…第１仮想線、Ｌ２…第２仮想線、Ｌ３…第３仮想線、Ｌ４…第４仮想線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】