JP2004119352A - Spark gap device of high-voltage power-supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアーク溶接機、プラズマアーク溶接機、アーク切断機、プラズマアーク切断機等の電源装置における高周波高電圧電源で使用される火花間隙装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば、ティグ(TIG:Tungsten Inert Gas)溶接機では、タングステン電極を非溶融電極として使用するので、電極が消耗するのを防止するためにアークの起動は電極とワーク(母材)とを接触させないで行なうのが普通である。このため、このような溶接機で使用される溶接用電源装置では、電極とワークとの間に高周波高電圧を印加し、この高周波高電圧によってアークを起動させる方式が採用されている。
【0003】
図6は溶接用電源装置で使用される高周波高電圧電源の構成ならびに原理を極く概略的に示した図で、溶接電圧発生用の溶接電源1は入力端子2a、2bに供給される入力交流電圧を昇圧して直流または交流の溶接電圧を発生する。高周波高電圧電源3は、入力端子2a、2bに供給される入力交流電圧を昇圧変圧器4で昇圧し、火花間隙装置の火花間隙5で放電させることにより高周波高電圧を発生する。この高周波高電圧は、結合コイル6によって上記溶接電源1の溶接電圧に加算(重畳)されてワーク(母材)7とトーチ(電極)8との間に印加され、これによってこれらの間で溶接のためのアーク放電が起動する。図1は高周波高電圧電源3の入力交流電圧が溶接電源1の入力側から供給される例であるが、高周波高電圧電源の入力電圧を溶接電源1の出力側から得るようにすることも勿論可能である。
【0004】
図6のような溶接用電源装置で使用される高周波高電圧電源3としては、例えば図7に示すような回路構成の電源3aが使用される。図7で、入力端子2a、2bに供給された交流入力電圧は入力側整流回路9で整流され、コンデンサ10、抵抗11で平滑されて直流電圧に変換される。12はコンデンサ10の充電用抵抗、13はコンデンサ10に過大な電圧が発生した場合に整流回路9の各ダイオードを保護するための分圧用バイパスコンデンサである。
【0005】
コンデンサ10の両端間の直流電圧がある一定の閾値レベルに達すると、双方向性サイリスタである例えばサイダック(Sidac、SSS)14が導通し、スイッチング素子であるサイリスタ15のゲートにトリガ電圧を供給してこれをターンオンする。サイリスタ15がターンオンすることにより昇圧変圧器16の1次巻線に電圧が供給されて、その2次側巻線に昇圧された電圧が発生する。昇圧された電圧は整流ダイオード17とコンデンサ18を含む出力側整流・平滑回路19で整流され、平滑される。この整流・平滑回路19中のコンデンサ18の充電が停止すると、変圧器16の1次巻線側ではサイダック14を流れる電流がなくなって該サイダック14はターンオフする。このとき変圧器16に残留しているエネルギはサイリスタ15に逆並列接続されたダイオード21を通って逆方向に流れる。このような動作を繰り返すことにより変圧器16の2次側に接続された整流・平滑回路19の出力に直流電圧が発生する。
【0006】
整流・平滑回路19のコンデンサ18が一定の高電圧に充電されて、該整流・平滑回路19の出力直流レベルがある閾値レベルを超過すると、火花間隙5aで火花放電が生じる。これによって出力端子20a、20b間に高周波高電圧が発生し、この電圧は結合コイル6aを介して図1の溶接電源1から供給される溶接電圧に加算(重畳)されてワーク(母材)7とトーチ(電極)8との間に印加される。これによって、この高周波高電圧電源3aは例えば溶接の始動時に上記ワーク7とトーチ8との間でアーク放電を開始させる。高周波高電圧の大きさは、火花間隙5aの間隙長を調整することにより調整される。
【0007】
火花間隙5aを設けるための火花間隙装置として従来は例えば図8に示すような構造の装置27が使用されていた。図8で、22a、22bは電極ホルダで、その先端には例えばタングステン電極23a、23bが取付けられている。電極ホルダ22a、22bは、電気絶縁物で作られた基台24上に設けられた電極取付け金具25a、25bにビス26a、26bで締め付けて固定されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図8に示すような従来の火花間隙装置27では、間隙長を調整するためにはビス26a、26bの少なくとも一方を弛めて電極ホルダ22a、22bの少なくとも一方を前後させ、その後ビス26a、26bを締め付けていた。間隙長をさらに微調整するためには、上記の操作を繰り返す必要があり、所望の高周波高電圧を得るように間隙長を所定の値に微調整することは極めて困難であった。また、電極ホルダ22a、22bの交換、その後の間隙長の調整も同様に非常に面倒で困難であった。
【0009】
本発明は、火花間隙の間隙長の微調整が容易であり、また火花間隙装置の交換も非常に簡単に行なうことができる火花間隙装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の火花間隙装置は、全体の構造が例えばヒューズ・クリップのようなスプリング式の保持金具に着脱自在に装着することができるカートリッジ構造をなしており、耐熱性の電気絶縁性材料、例えば耐熱ガラス製の円筒状の電極ケーシングと、該電極ケーシングの端部に取付けられた導電性の筒状電極支持部とを有している。この電極支持部は、例えば上記電極ケーシングの各端部からその内部に侵入する筒状結合部を有し、その筒状結合部と上記電極ケーシングの内面との間でネジ結合することにより上記電極ケーシングの各端部に取付けられている。電極支持部の上記電極ケーシングから外方に突出する部分は当該火花間隙装置の取付部となっており、好ましくは上記電極ケーシングの径よりも小径に形成されている。これによって、この火花間隙装置は上記取付部をヒューズ・クリップのようなスプリング式の保持金具に挿入することにより回路中に接続される。少なくとも一方の側の筒状電極支持部の内側にはネジが切られていて、このネジと螺合してネジ棒状の電極ホルダが挿入されている。このネジ棒状電極ホルダの上記電極ケーシング内に位置する先端には例えばタングステン放電電極が取付けられており、外側の先端には、このネジ棒状電極ホルダを回転させて前後に移動させるためにスクリュー・ドライバーの差し込み溝を形成することができる。ネジ棒状電極ホルダと電極支持部の筒状結合部との間には、耐熱ゴムのような弾性材料で作られたOリング(オーリング)を装着することができる。これによってネジ棒状電極ホルダが不用意に回転するのを防止している。
【0011】
上記のように構成された本発明の火花間隙装置は、ネジ棒状の電極ホルダを外から例えばスクリュー・ドライバーで回転させて前後に移動させることにより、火花間隙長を容易に且つ極めて正確に微調整することができる。また、火花間隙装置の交換も容易である。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は高周波高電圧電源で使用される本発明の火花間隙装置28の一実施形態を示す一部を断面で示した図で、30は耐熱ガラスその他の耐熱性電気絶縁物で作られた円筒状の電極ケーシングで、その両端には導電性の筒状電極支持部31が取付けられている。電極ケーシング30の両端の内側と、電極支持部31の上記電極ケーシング内に侵入する筒状結合部32の外周にはネジ33が切られていて、両者はネジ結合している。電極支持部31のつば部分34は電極ケーシング30の端部に当接している。
【0013】
電極支持部31の電極ケーシング30の端部から外方に突出する部分は、好ましくは該電極ケーシング30の径よりも小径に作られており、当該火花間隙装置をヒューズ・クリップのようなスプリング式の保持金具に装着するための取付部35を構成している。電極ケーシング30の径の大きさによっては取付部35は電極ケーシング30と同径であってもよい。筒状取付部35の内面にはネジ棒状の電極ホルダ36がネジ37でネジ結合して挿入されている。電極ホルダ36の電極ケーシング30内に位置する先端部には例えばタングステン製の放電電極38が取付けられている。また、外側の先端にはスクリュー・ドライバーが挿入されるプラスまたはマイナスの溝39が形成されている。電極ホルダ36の電極ケーシング内に位置する部分の周囲には浅い環状の溝40が形成されており、この溝40の位置において電極ホルダ36と電極支持部31の筒状結合部32との間に耐熱ゴムのような耐熱性弾性材料で作られたOリング(オーリング)41が装着されている。このOリング41の摩擦力によりネジ棒状電極ホルダ36が不用意に回転するのを防止している。上記の実施の形態では、電極ケーシング30の両端に間隙長の調整を可能にしたネジ棒状の電極ホルダ36が設けられているが電極ケーシング30の一方の端部の電極ホルダのみを上述のような調整可能なネジ棒状電極ホルダ36を設ける構造にして、他方の端部の電極ホルダについてはこれを電極ケーシング30に調整不能に固定する構造にしてもよい。
【0014】
図2の(a)および(b)は本発明の火花間隙装置28が使用された高周波高電圧電源をプリント配線基板のよう回路基板上に組み立てた状態を極く概略的に示した正面図および側面図で、基板42の上面には各種の電子部品43が配置されており、裏面にはこの火花間隙装置28を取付けるためのヒューズ・クリップ形式のスプリング式保持金具44が設置されている。この保持金具44には図3の本発明の火花間隙装置28が、その取付部35を押し込むことにより取付けられている。図には示されていないが、感電を防止するために基板42の上面の全電子部品43を覆って絶縁物がモールドされている。また、基板42の裏面の配線、接続部分、火花間隙装置28が取付けられる部分の面上にも絶縁物が適当な厚みにモールドされている。電子部品43、火花間隙装置28が設けられた基板42は適当な取付け具(図示せず)により電源装置中の所定の個所に取付けられる。
【0015】
上記の火花間隙装置において、電極ホルダ36の溝39にスクリュー・ドライバーを差し込んでこれを回すことにより、電極の間隙長を簡単に且つ極めて正確に微調整することができるまた、Oリング41の弾性により電極ホルダ36は調整済み位置に保持され、間隙長が不用意に変化することはない。さらに、この発明の火花間隙装置は、放電電極38の消耗その他の理由で交換を要するときは、この火花間隙装置をスプリング式保持金具44から取り外して、新しい火花間隙装置をカートリッジ式に上記スプリング式保持金具44に押し込めばよく、交換が極めて容易である。
【0016】
図1及び2に示すような火花間隙装置を備えた高周波高電圧電源が使用された溶接用電源装置の例を図3乃至図5に示す。これらの各溶接用電源装置について簡単に説明する。
【0017】
図3に示す溶接用電源装置は、溶接電源100と図7に示すような構成の高周波高電圧電源3aとからなる。火花間隙装置として図1及び図2に示すものが使用されている。入力端子50a、50bに供給される入力交流電圧は入力側整流回路51で整流され、コンデンサ52a、52bで平滑されて直流電圧が生成される。生成された直流電圧は、直列接続されたIGBT53a、53bと、これらの各IGBTに逆並列接続されたダイオード54a、54bとにより構成された高周波変換器55、および高周波変圧器56により高周波の高電圧に変換される。上記高周波変換器55のIGBT53a、53bのオン−オフのスイッチングは高周波制御器57から供給される制御信号により制御される。高周波変圧器56の2次側巻線から取り出された高周波の高電圧は出力側整流回路58で整流され、生成された溶接用直流電圧はチョーク59、結合コイル60を経て出力端子61a、61bに供給される。結合コイル60には高周波高電圧電源3aからアーク放電起動用の高電圧が供給される。高周波高電圧電源3aには変圧器56の2次側から入力交流電圧が供給される。出力端子61a、61bは図6に示すようにワーク(母材)とトーチ(電極)に接続される。
【0018】
図4は溶接用電源装置の他の例で、この溶接用電源装置で使用される溶接電源200のうち図3の溶接電源100と同じまたは同等部分については同じ参照番号を付してその説明を省略する。高周波変換器55の出力高周波電圧は1対の高周波変圧器64a、64bで昇圧された後、出力側整流回路65で整流される。整流によって生成された直流電圧は例えば2個のIGBTを含む低周波変換器66で低周波電圧に変換される。低周波変換器66の各IGBTのオン−オフのスイッチングは、高周波制御器57によって制御される低周波制御器67から供給される制御信号により制御される。溶接用の低周波電圧は結合コイル60で高周波高電圧電源3aから供給されるアーク放電起動用の高周波高電圧と加算(重畳)されて出力端子61a、61bに供給される。出力端子61a、61bはワーク(母材)とトーチ(電極)に接続されることは図3の例と同様である。
【0019】
図5は溶接用電源装置のさらに他の例で、この溶接用電源装置で使用される溶接電源300のうち図3および図4の各溶接電源と同じまたは同等部分については同じ参照番号を付してその説明を省略する。入力端子70に供給される例えば3相の入力交流電圧は入力側整流回路51で整流され、コンデンサ72a〜74a、72b〜74bを含む各平滑回路で平滑されて直流化される。生成された各直流電圧は、それぞれ直列接続された2個のIGBTとこれらの各IGBTに逆並列接続されたダイオードとにより構成された高周波変換器75a、75b、および高周波変圧器64a、64bにより高周波の高電圧に変換される。各高周波変圧器64a、64bの各出力高周波高電圧は出力側整流回路58で整流され、生成された溶接用直流電圧はチョーク59、結合コイル60を経て、高周波高電圧電源3aから供給されるアーク放電起動用の高周波高電圧と加算(重畳)されて出力端子61a、61bに供給される。出力端子61a、61bはワーク(母材)とトーチ(電極)に接続されることは云うまでもない。
【0020】
【発明の効果】
本発明の高周波高電圧電源で使用される火花間隙装置は、スクリュー・ドライバーでネジ棒状の電極ホルダを回すことにより、放電電極38相互間の間隙長を極めて簡単にしかも正確に微調整することができる。また、この火花間隙装置は、カートリッジ式にヒューズ・クリップのようなスプリング式の保持金具44に簡単に着脱することができるから、交換、点検等の作業が容易である。よって、特に溶接用電源装置で使用される高周波高電圧電源の火花間隙装置として最適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の火花間隙装置の一実施形態を、その一部を断面で示した側面図である。
【図2】図2(a)は図1に示す本発明の火花間隙装置を使用した高周波高電圧電源をプリント配線基板のような基板に構成した状態を概略的に示した正面図であり、図2(b)はその概略側面図である。
【図3】溶接電源と高周波高電圧電源を含む溶接用電源装置の第1の例を示した概略回路図である。
【図4】溶接電源と高周波高電圧電源を含む溶接用電源装置の第2の例を示した概略回路図である。
【図5】溶接電源と高周波高電圧電源を含む溶接用電源装置の第3の例を示した概略回路図である。
【図6】溶接電源と高周波高電圧電源とを含む溶接用電源装置の一例を一部をブロック図の形で示した概略回路図である。
【図7】溶接用電源装置で使用される高周波高電圧電源の一例を示した回路図である。
【図8】図7のような高周波高電圧電源で使用される従来の火花間隙装置の一例を示した側面図である。
【符号の説明】
30 電極ケーシング
31 筒状電極支持部
32 筒状結合部
33 ネジ
35 取付部
36 ネジ棒状電極ホルダ
37 ネジ
38 タングステン電極
39 スクリュー・ドライバー差し込み溝
40 溝
41 Oリング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark gap device used for a high-frequency high-voltage power supply in a power supply device such as an arc welding machine, a plasma arc welding machine, an arc cutting machine, and a plasma arc cutting machine.
[0002]
[Prior art]
For example, in a TIG (Tungsten Inert Gas) welding machine, a tungsten electrode is used as a non-melting electrode, and therefore, in order to prevent the electrode from being worn, the arc is not brought into contact with the electrode and the workpiece (base material). It is usually done with For this reason, a welding power supply device used in such a welding machine employs a method in which a high-frequency high voltage is applied between an electrode and a work, and an arc is started by the high-frequency high voltage.
[0003]
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration and principle of a high-frequency high-voltage power supply used in a power supply device for welding. A
[0004]
As the high-frequency high-
[0005]
When the DC voltage between both ends of the
[0006]
When the
[0007]
Conventionally, as a spark gap device for providing the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a spark gap device in which fine adjustment of a gap length of a spark gap is easy and replacement of the spark gap device can be performed very easily.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The spark gap device of the present invention has a cartridge structure whose entire structure can be detachably mounted on a spring-type holding bracket such as a fuse clip, and is made of a heat-resistant electrically insulating material such as a heat-resistant material. It has a cylindrical electrode casing made of glass and a conductive tubular electrode support attached to an end of the electrode casing. The electrode support portion has, for example, a cylindrical coupling portion that enters the inside from each end of the electrode casing, and the electrode coupling portion is screw-connected between the cylindrical coupling portion and the inner surface of the electrode casing. Attached to each end of the casing. A portion of the electrode support projecting outward from the electrode casing serves as a mounting portion for the spark gap device, and is preferably formed to have a smaller diameter than the diameter of the electrode casing. The spark gap device is thereby connected into the circuit by inserting the mounting into a spring-type holding fitting such as a fuse clip. A screw is cut inside at least one of the cylindrical electrode support portions, and a screw rod-shaped electrode holder is inserted by screwing with the screw. For example, a tungsten discharge electrode is attached to the tip of the screw rod-shaped electrode holder located in the electrode casing, and a screw driver is mounted on the outer tip to rotate and move the screw rod-shaped electrode holder back and forth. Can be formed. An O-ring (O-ring) made of an elastic material such as heat-resistant rubber can be mounted between the threaded rod-shaped electrode holder and the cylindrical coupling portion of the electrode support. This prevents careless rotation of the screw rod electrode holder.
[0011]
The spark gap device of the present invention configured as described above is capable of finely adjusting the spark gap length easily and extremely accurately by rotating the screw rod-shaped electrode holder from the outside by, for example, a screwdriver and moving it back and forth. can do. In addition, it is easy to replace the spark gap device.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing one embodiment of a
[0013]
The portion of the
[0014]
2A and 2B are front views schematically showing a high-frequency high-voltage power supply using the
[0015]
In the spark gap device described above, by inserting a screw driver into the
[0016]
FIGS. 3 to 5 show examples of a welding power supply device using a high-frequency high-voltage power supply provided with a spark gap device as shown in FIGS. Each of these welding power supply devices will be briefly described.
[0017]
The welding power supply device shown in FIG. 3 includes a
[0018]
FIG. 4 shows another example of the welding power supply device. In the
[0019]
FIG. 5 shows still another example of the welding power supply. In the
[0020]
【The invention's effect】
The spark gap device used in the high-frequency high-voltage power supply of the present invention makes it possible to finely adjust the gap length between the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a part of a spark gap device according to an embodiment of the present invention in cross section.
FIG. 2A is a front view schematically showing a state in which a high-frequency high-voltage power supply using the spark gap device of the present invention shown in FIG. 1 is configured on a substrate such as a printed wiring board; FIG. 2B is a schematic side view thereof.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram showing a first example of a welding power supply including a welding power supply and a high-frequency high-voltage power supply.
FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing a second example of a welding power supply including a welding power supply and a high-frequency high-voltage power supply.
FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing a third example of a welding power supply including a welding power supply and a high-frequency high-voltage power supply.
FIG. 6 is a schematic circuit diagram partially showing an example of a welding power supply device including a welding power supply and a high-frequency high-voltage power supply in the form of a block diagram.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of a high-frequency high-voltage power supply used in a power supply device for welding.
8 is a side view showing an example of a conventional spark gap device used in a high-frequency high-voltage power supply as shown in FIG.
[Explanation of symbols]
Claims (7)
耐熱性の電気絶縁性材料で形成された円筒状の電極ケーシングと、
上記電極ケーシングの両端部に取付けられていて、上記電極ケーシングから外方に突出する部分が当該火花間隙装置の取付部を構成する対をなす導電性の筒状電極支持部と、
上記電極支持部の少なくとも一方の内部にネジ結合して配置されていて、その上記電極ケーシング中に位置する先端部に放電電極が取付けられたネジ棒状の導電性電極ホルダと、
からなり、
上記ネジ棒状の電極ホルダを外部から回転させることにより、上記電極ホルダは前進または後退して放電電極相互間の火花間隙長が調整される、上記火花間隙装置。A spark gap device used in a high-frequency high-voltage power supply in a power supply for generating an arc discharge,
A cylindrical electrode casing formed of a heat-resistant electrically insulating material;
A pair of conductive cylindrical electrode supporting portions that are attached to both ends of the electrode casing and project outward from the electrode casing constitute a mounting portion of the spark gap device,
A threaded rod-shaped conductive electrode holder, which is arranged by screw connection inside at least one of the electrode support portions and a discharge electrode is attached to a tip portion located in the electrode casing,
Consisting of
The spark gap device according to the above spark gap device, wherein by rotating the screw rod-shaped electrode holder from the outside, the electrode holder moves forward or backward to adjust a spark gap length between the discharge electrodes.
上記出力側整流・平滑回路によって生成された直流電圧が供給される請求項1乃至5のいずれかに記載の火花間隙装置。The high-frequency high-voltage power supply has an input-side rectification / smoothing circuit that rectifies and smoothes an input AC voltage to generate a DC voltage, and conducts when the generated DC voltage reaches a predetermined constant level, and a thyristor and A bidirectional thyristor for supplying a trigger signal to a switching circuit including a diode connected in anti-parallel; a transformer for boosting an AC voltage generated by the on-off operation of the switching circuit; Rectifying / smoothing circuit that rectifies and smoothes the applied AC voltage to generate a DC voltage,
The spark gap device according to any one of claims 1 to 5, wherein a DC voltage generated by the output-side rectification / smoothing circuit is supplied.
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