JP2016203205A - 交流ｔｉｇアーク溶接電源及び交流ｔｉｇアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流ＴＩＧアーク溶接電源のカップリングコイルの電気特性に起因するアーク切れを防止する。
【解決手段】溶接電源１はインバータ回路１０２１で発生した交流電圧に高周波発生部１０４で発生した高周波電圧を重畳するカップリングコイル１０５を備える。制御部１０７は高周波電圧を重畳した交流電圧を溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加してアークを発生させる。制御部１０７はアーク検出部１０７３が電流検出回路１０４３で検出した溶接電流を用いてアークの発生を検出すると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に切離し制御信号を出力してカップリングコイル１０５の両端部を短絡する。これにより、アーク発生後のアーク溶接モードにおいては溶接電流の電流経路からカップリングコイル１０５が切り離され、溶接電流がゼロクロスをするときにカップリングコイル１０５の電気的な特性の悪影響によりアーク切れが発生するのを防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触式アークスタート方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源及びその交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えた交流ＴＩＧアーク溶接装置に関するものである。

従来、非接触式アークスタート方式のアーク溶接装置が知られている。非接触式アークスタート方式は、溶接トーチに保持された溶接ワイヤを母材(被加工物)から離間させた状態で当該溶接ワイヤと母材との間に高周波高電圧を印加して両部材間の絶縁を破壊し、アークを発生させる方式である。

例えば、特許文献１には、非接触式アークスタート方式の直流ＴＩＧ溶接装置が記載されている。特許文献１には、アーク溶接用の直流電力を発生する直流電源回路と、アーク発生用の高周波高電圧を発生する高周波発生回路と、直流電源回路の出力端部に設けられ、高周波発生回路で発生した高周波高電圧を直流電源回路で発生した直流電圧に重畳するカップリングコイルと、を備えた直流ＴＩＧ溶接装置が記載されている。

特許文献１に記載の直流ＴＩＧ溶接装置では、溶接開始時に、直流電源回路で所定の直流電圧を発生するとともに、高周波発生回路で所定の高周波高電圧を発生し、カップリングコイルで当該直流電圧に当該高周波高電圧を重畳して溶接ワイヤと母材に印加する。これにより、溶接ワイヤと母材との間の絶縁が破壊され、アークが発生する。そして、アークが発生すると、高周波発生回路の高周波発生動作を停止し、溶接ワイヤと母材に所定の直流電圧を印加して溶接動作が開始される。

例えば、引用文献２には、非接触式アークスタート方式のアーク溶接装置に用いられるカップリングコイルとして、過飽和リアクトルを用いたカップリングコイルが開示されている。そのカップリングコイルは、急峻な磁気飽和特性を有する鉄心に線径の小さい一次巻線と線径の大きい二次巻線を巻いた変圧器構造を有し、アーク溶接装置では、電源回路の出力ラインに二次巻線を接続し、一次巻線に高周波発生回路を接続して使用される。カップリングコイルは、一次巻線に高周波高電圧を印加し、二次巻線に直流電圧を印加すると、電源回路の出力端から高周波高電圧が重畳された直流電圧が出力される。

特開２０１４−０２３２３７号公報 特開２０１０−２４５１８３号公報

従来のアーク溶接装置は、アークが発生した後もカップリングコイルが電源回路の出力ラインに接続された状態でアーク溶接用の電力をトーチ先端と母材に供給する構成であるので、アーク溶接用の電力として交流電力をトーチ先端と母材に供給する溶接電源を用いた場合、溶接電源から出力される溶接電流（交流）がゼロレベルをクロスする付近（以下、「ゼロクロス付近」という。）で過飽和リアクトルのリアクタンス特性の影響により、アーク切れが生じ易くなるという問題がある。

例えば、アーク溶接用の交流電圧として、トーチ先端と母材の間に矩形波の溶接電圧ｖ_ｗを印加した場合、トーチ先端と母材の間には電流の向きが交互に変化する矩形波の溶接電流ｉ_Ｗが流れる。過飽和リアクトルは、磁気が飽和した領域ではインダクタンスが小さい状態（低インピーダンス状態）になっているが、磁気が飽和しない領域ではインダクタンスが大きい状態（高インピーダンス状態）になる。このため、溶接電流ｉ_Ｗのレベルが＋側のピーク値＋Ｉ_Ｐと−側のピーク値−Ｉ_Ｐの間でレベル反転を行うとき、ゼロクロス付近の溶接電流ｉ_Ｗの絶対値｜ｉ_Ｗ｜が小さくなる領域ではカップリングコイルが高インピーダンスになるため、溶接電流ｉ_Ｗの変化は、図１８の実線で示すように、同図の点線で示すカップリングコイルがない場合に比べて緩やかになる。

溶接電流ｉ_Ｗの流れる向きが緩やかに変化すると（溶接電流ｉ_Ｗが小さい変化率でゼロクロスをすると）、溶接電流ｉ_Ｗの絶対値が小さい期間ｔ１が長くなり、溶接ワイヤと母材の間のアークが切れる恐れが生じる。従って、アーク溶接中に周期τの矩形波の溶接電流ｉ_Ｗを流すと、τ／２の周期で溶接電流ｉ_Ｗの絶対値が小さい期間ｔ１が現れるので、アーク溶接中にアーク切れが繰り返される現象が生じ易くなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、非接触式アークスタート方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源において、カップリングコイルに起因するアーク切れを防止することができる交流ＴＩＧアーク溶接電源とその交流ＴＩＧアーク溶接電源を用いた交流ＴＩＧアーク溶接装置を提供することを目的とする。

第一の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、交流電力を発生し、トーチ先端と母材との間に供給する交流電力供給手段と、トーチ先端と母材との間にアークを発生させるための高周波電圧を発生する高周波電圧発生手段と、高周波電圧発生手段が発生した高周波電圧を交流電力供給手段から出力される交流電圧に重畳する高周波重畳手段と、を備えた交流ＴＩＧアーク溶接電源であって、高周波重畳手段に並列に接続され、交流電流供給手段から出力される交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離すための回路切離し手段と、交流電力供給手段から出力される交流電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出値に基いて、少なくとも交流電流が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では回路切離し手段を短絡状態にして当該高周波重畳手段を交流電流の経路から切り離す回路切離し制御手段と、を備えたことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第二の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値に基いて、トーチ先端と母材との間にアークが発生していることを検出するアーク検出手段を有し、アーク検出手段がアークの発生を検出すると、回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、アーク検出手段がアークの発生を検出しなければ、回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第三の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間に回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、レベル反転期間以外の期間では回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第四の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第三の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値と比較する第１の比較手段と、第１の比較手段の比較結果に基づき、微分値の絶対値が第１の閾値以上の場合は回路切離し手段を短絡状態に制御し、微分値の絶対値が第１の閾値よりも小さい場合は回路切離し手段を開放状態に制御する第１の制御手段と、を含むことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第五の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間内の当該交流電流のレベルがゼロレベルをクロスする所定のゼロクロス期間に回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、レベル反転期間以外の期間では回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第六の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第五の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値よりも小さい第２の閾値と比較する第２の比較手段と、第２の比較手段により微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になったことを検出すると、ゼロクロス期間に対応する所定の時間を計時する計時手段と、第２の比較手段の比較結果に基づき、微分値の絶対値が第２の閾値以下になると、回路切離し手段を短絡状態に制御し、計時手段により所定の時間が計時されると、回路切離し手段を開放状態に制御する第２の制御手段と、を含むことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。

第七の発明の交流ＴＩＧアーク溶接装置は、第一乃至第六のいずれか１つの発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えたことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接装置である。

本発明による交流ＴＩＧアーク溶接電源等によれば、トーチ先端と母材との間にアークを発生させてアーク溶接作業が可能なアーク溶接モードに移行すると、少なくとも交流電流（溶接電流）が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では回路切離し手段を短絡状態にして高周波重畳手段を溶接電流の経路から切り離すので、高周波重畳手段の電気的な特性に起因してゼロクロス付近で溶接電流の変化率が急激に低下することを防止することができる。

従って、高周波重畳手段の電気的な特性の影響を受けることなく溶接電流のレベルを高速で反転させることができるので、そのレベルが反転する期間にアーク切れが発生することを防止することができる。

実施の形態に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の構成を示すブロック図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１の直流−交流変換部のインバータ回路の構成例を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１の直流−交流変換部から出力される電圧の波形を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第２の直流−交流変換部の回路構成の一例を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接中に流れる溶接電流の経路を説明するための図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接中に流れる溶接電流の波形を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源のカップリングコイルの構成の一例を示す図 同カップリングコイルの一次巻線に流れる電流と当該一次巻線のインダクタンスと関係を示す特性を示す図 同カップリングコイルを用いた交流ＴＩＧアーク溶接機における溶接電流の波形の一例を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート 同第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御のためのＣ・Ｃ切離し制御部のブロック構成を示す図 同第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート 同第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御のための制御部のブロック構成を示す図 同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート 同第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図 従来の交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接期間におけるカップリングコイルの悪影響を説明するための溶接電流の波形の一例を示す図

以下、本発明に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の実施の形態について、図面を参照して説明する。実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

図１は、実施の形態に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の構成を示すブロック図である。

図１に示す交流ＴＩＧアーク溶接電源１（以下、「溶接電源１」と略称する。）は、交流−直流変換部１０１、直流−交流−直流変換部１０２、直流−交流変換部１０３、高周波発生部１０４、カップリングコイル１０５、カップリングコイル切離し回路１０６及び制御部１０７を含む。

溶接電源１は、入力側が三相交流電源に接続され、出力側が母材Ｂと溶接トーチ２に保持された電極Ｄに接続される。具体的には、直流−交流変換部１０３の出力端子ｄが母材Ｂに接続され、直流−交流−直流変換部１０２内のインバータトランス１０２２の出力端子ｎが電極Ｄに接続される。

本実施の形態では、母材Ｂが接地（基準電位０［Ｖ］）されており、交流−直流変換部１０１、直流−交流−直流変換部１０２及び直流−交流変換部１０３の一方の信号ライン（図１では、下側の信号ライン）は、溶接電源１の筐体を介して基準電位（０［Ｖ］）に設定されている。

交流−直流変換部１０１は、商用電源（三相２００／２２０［Ｖ］）から供給される交流を直流に変換する。交流−直流変換部１０１は、配電用遮断器１０１１、一次整流回路１０１２、入力リアクトル１０１３及び平滑回路１０１４を有する。

配電用遮断器１０１１は、過負荷や短絡などの要因で負荷側に異常な過電流が流れたときに、溶接電源１を配電線路から切り離すための機器である。一次整流回路１０１２は、周知のブリッジダイオードで構成される。

入力リアクトル１０１３は、一次整流回路１０１２から出力される直流に含まれる高調波を除去する。入力リアクトル１０１３は、直流リアクトル（ＤＣＬ）である。

平滑回路１０１４は、一次整流回路１０１２から出力される直流の脈動分を除去する。平滑回路１０１４は、周知のチョークコイルやコンデンサを用いた回路で構成される。例えば、三相交流のＵ相とＶ相の線間電圧をｖ_ｕｖとすると、交流−直流変換部１０１からは｜ｖ_ｕｖ｜の最大値Ｖ_Ｐに相当するレベル値を有する電圧Ｖ_ｄｃ１が出力される。電圧Ｖ_ｄｃ１は、レベル値が一定の直流電圧である。

直流−交流−直流変換部１０２は、交流−直流変換部１０１から出力される電圧Ｖ_ｄｃ１をレベル値の異なる電圧Ｖ_ｄｃ２に変換する。本実施の形態では、直流−交流−直流変換部１０２は、電圧Ｖ_ｄｃ１を当該電圧Ｖ_ｄｃ１よりもレベル値の低い電圧Ｖ_ｄｃ２に変換する。直流−交流−直流変換部１０２は、インバータ回路１０２１、インバータトランス１０２２、二次整流回路１０２３及び直流リアクトル１０３２，１０３３を有する。

インバータ回路１０２１は、例えば、図２に示すように、４個の半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をブリッジ接続したフル・ブリッジ回路で構成される。半導体スイッチＳ１〜Ｓ４には、例えば、ＩＧＢＴが用いられるが、ＩＧＢＴ以外の半導体スイッチを用いてもよい。

インバータ回路１０２１の駆動は、制御部１０７から出力される駆動信号Ｓ，／Ｓによって制御される。駆動信号Ｓと駆動信号／Ｓは、互いにレベルが反転した所定の周波数ｆ_１のクロックパルスである。フル・ブリッジ回路の一方の対角位置に配置された一対の半導体スイッチＳ１，Ｓ４のオン・オフ動作は、駆動信号Ｓによって制御され、他方の対角位置に配置された一対の半導体スイッチＳ２，Ｓ３のオン・オフ動作は、駆動信号／Ｓによって制御される。従って、半導体スイッチＳ１，Ｓ４と半導体スイッチＳ２，Ｓ３は、交互にオン・オフ動作をする。

インバータ回路１０２１の一方の出力端ａ’（図２では、下側の出力端）に対する他方の出力端ａの出力電圧をｖ_１とすると、インバータ回路１０２１からは、周期τ_１（＝１／ｆ_１）でレベル値が＋Ｖ_Ｐ［Ｖ］と−Ｖ_Ｐ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖ_１が出力される。電圧ｖ_１は、レベル値が周期的に変化する直流電圧である。

インバータトランス１０２２は、インバータ回路１０２１から出力される電圧ｖ_１のピーク値＋Ｖ_Ｐ，−Ｖ_Ｐをアーク溶接用のレベル値（＋Ｖ_Ｑ，−Ｖ_Ｑ）に変圧する。インバータトランス１０２２は、例えば、２つの巻線を強磁性体の鉄心で磁気結合した周知の高周波トランスで構成される。インバータトランス１０２２の一次巻線の両端にインバータ回路１０２１の出力端子が接続され、インバータトランス１０２２の二次巻線の両端に二次整流回路１０２３の入力端子が接続されている。また、インバータトランス１０２２の二次巻線の中間位置に設けられた出力端子ｎがカップリングコイル１０５を介して溶接トーチ２に保持された電極Ｄに接続されている。

インバータトランス１０２２の出力端子ｎと一方の出力端子ｂ（図１では、上側の出力端子）の間の巻数と二次巻線の出力端子ｎと他方の出力端子ｂ’（図１では、下側の出力端子）の間の巻数は、同一に設定されている。

インバータトランス１０２２における変圧比をｋ（＜１）とし、出力端子ｂ’（基準電位）に対する出力端子ｂの電圧をｖ_２とすると、インバータトランス１０２２からは、図３に示すように、周期τ_１でレベル値が＋Ｖ_Ｑ（＝ｋ×Ｖ_ｐ）［Ｖ］と−Ｖ_Ｑ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖ_２が出力される。電圧ｖ_２は、レベル値が周期的に変化する交流電圧である。電圧ｖ_２のピーク値＋Ｖ_Ｑ，−Ｖ_Ｑの絶対値は、十数［Ｖ］〜数十［Ｖ］である。

また、インバータトランス１０２２の出力端子ｂ’に対する出力端子ｎの電圧をｖ_ｎｖ_ｎとすると、出力端子ｎからは、周期τ_１でレベル値が＋Ｖ_Ｑ／２［Ｖ］と−Ｖ_Ｑ／２［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖ_ｎが出力される。電圧ｖ_ｎは、レベル値が周期的に変化する直流電圧である。

二次整流回路１０２３も周知のブリッジダイオードで構成される。直流リアクトル１０２４，１０２５は、二次整流回路１０２３から出力される直流のリプルを抑制したり、電極Ｄと母材Ｂとの間に発生したアークのアーク切れを抑制したりするためのリアクトルである。直流リアクトル１０２４と直流リアクトル１０２５のリアクタンス特性は、通常、可級的に同じ特性に調整されるが、同じ特性でなくてもよい。直流−交流−直流変換部１０２からは、＋Ｖ_Ｑ（＜＋Ｖ_Ｐ）のレベル値を有する電圧Ｖ_ｄｃ２が出力される。電圧Ｖ_ｄｃ２は、レベル値が一定の直流電圧である。

直流−交流変換部１０３は、直流−交流−直流変換部１０２から出力される直流を所定の周波数ｆ_２を有する交流（例えば、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの交流）に変換する。直流−交流変換部１０３は、スイッチング回路１０３１、スナバ回路１０３２及び電流検出回路１０３３を含む。なお、直流−交流変換部１０３の出力段には、溶接電圧を検出する電圧検出回路が設けられているが、本発明に係るカップリングコイル切離し回路１０６の制御には関係しないので、図１では、省略している。

スイッチング回路１０３１は、図４に示すように、例えば、同一タイプの２つの半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂを直列に接続したデジタルアンプで構成される。半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂには、例えば、ＩＧＢＴを用いるとよい。上側の半導体スイッチＳＷ_Ａは、ＥＮ（Ｅｌｅｃｒｏｄｅ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）側のスイッチ素子であり、下側の半導体スイッチＳＷ_Ｂは、ＥＰ（Ｅｌｅｃｒｏｄｅ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）側のスイッチ素子である。

スナバ回路１０３２は、半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂのスイッチング動作時に過渡的に発生する高圧を吸収して当該半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂを保護する。スナバ回路１０３２は、半導体スイッチＳＷ_Ａと半導体スイッチＳＷ_Ｂにそれぞれ設けられる。例えば、半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_ＡとしてＩＧＢＴを用いた場合、半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂには、例えば、ＲＣスナバ回路（ＲＣ Ｓｎｕｂｂｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ。抵抗とコンデンサを直列に接続した回路）がそれぞれ並列に接続される（図４参照）。

スイッチング回路１０３１の駆動は、制御部１０７から出力される駆動信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂによって制御される。駆動信号Ｓ_Ａと駆動信号Ｓ_Ｂは、例えば、半導体スイッチＳＷ_Ａ，ＳＷ_ＡにＩＧＢＴを用いた場合、互いにレベルが反転した所定の周波数ｆ_２のクロックパルスである。駆動信号Ｓ_Ａと駆動信号Ｓ_Ｂで半導体スイッチＳＷ_Ａと半導体スイッチＳＷ_Ｂをそれぞれ駆動すると、半導体スイッチＳＷ_Ａと半導体スイッチＳＷ_Ｂは、周期τ_２（＝１／ｆ_２）で交互にオン・オフ動作をする。

半導体スイッチＳＷ_Ａと半導体スイッチＳＷ_Ｂの接続点ｄ（出力端子ｄ）からは、周期τ_２で＋Ｖ_Ｑ［Ｖ］と−Ｖ_Ｑ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の交流電圧ｖ_ｄが出力される（図４参照）。

アーク溶接中は、溶接トーチ２の先端にインバータトランス１０２２の出力端子ｎから電圧ｖ_ｎが印加され、母材Ｂに直流−交流変換部１０３の出力端子ｄから電圧ｖ_ｄが印加されるので、溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間にはｖ_ｄの電圧ｖ_ｄｎが印加される。従って、０＜ｖ_ｄでは、図５の実線で示す電流経路Ｒ_Ａで溶接電流ｉ_Ｗが流れ、ｖ_ｄ＜０では、図５の点線で示す電流経路Ｒ_Ｂで溶接電流ｉ_Ｗが流れる。なお、小文字表記の「ｉ_ｗ」は、電極Ｄと母材Ｂとの間を流れる溶接電流が交流であることを示している。また、図５では、電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂを見易くするために、溶接電源１の構成の一部を省略若しくは簡略化している。

電流経路Ｒ_Ａは、直流−交流−直流変換部１０２の出力ラインからスイッチング回路１０３２、母材Ｂ、溶接トーチ２の先端、カップリングコイル１０５を経てインバータトランス１０２２の出力端子ｎに至る経路であり、電流経路Ｒ_Ｂは、インバータトランス１０２２の出力端子ｎからカップリングコイル１０５、溶接トーチ２の先端、母材Ｂ、スイッチング回路１０３２、直流−交流−直流変換部１０２の出力ラインを経てインバータトランス１０２２の出力端子ｂ’に至る経路である。

電流経路Ｒ_Ａを流れるときの溶接電源ｉ_Ｗの極性を「正極性」とし、電流経路Ｒ_Ｂを流れるときの溶接電源ｉ_Ｗの極性を「負極性」とすると、アーク溶接中には溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に、図６に示すような矩形状の交流電流ｉ_Ｗが流れる。

電流検出回路１０３３は、直流−交流変換部１０３から出力される電流を検出する。溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生していなければ、電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂが切断されているので、電流検出回路１０３３では溶接電源１の出力電流は検出されない。溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生すると、アーク溶接モード(アーク溶接が可能な状態のモード)に移行するので、電流検出回路１０３３で交流電流が検出されるが、その交流電流が溶接電流ｉ_Ｗに相当する。

電流検出回路１０３３は、例えば、ホール素子と環状コアを用いた電流センサで構成される。電流センサは、直流−交流変換部１０３の出力端ｄと母材Ｂを接続する信号線を流れる電流を環状コアで磁束の変に変換し、その磁束をホール素子で検出して出力する。電流検出回路１０３３による電流の検出値は、制御部１０７に入力される。電流検出回路１０３３の検出信号は、電流検出回路１０３３でＡ／Ｄ変換をした後に制御部１０７に入力してもよく、制御部１０７に入力した後に当該制御部１０７内でＡ／Ｄ変換をするようにしてもよい。

本実施の形態では、電流検出回路１０３３としてはホール素子を用いた交流電流センサを用いているが、シャント抵抗を用いた交流電流センサなどの他の方式の交流電流センサを用いてもよい。

高周波発生部１０５は、直流−交流変換部１０３から出力される電圧ｖ_ｄの周波数ｆ_２よりも高い周波数（例えば、数百Ｈｚ〜数十ＭＨｚ）と高電圧（数ｋＶ〜十数ｋＶ）を有する高周波電圧ｖ_ｆを発生する。高周波発生部１０５の高周波発生動作は、制御部１０７によって制御される。

高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖ_ｆは、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークを発生させるために用いられるので、制御部１０７は、アーク溶接開始時や溶接中にアーク切れが発生してアークを再発生させる時などに高周波発生部１０５に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力し、アーク発生後は高周波発生部１０５に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力する。

高周波制御信号Ｓ_ｆには、例えば、ハイレベルを高周波発生の指令に割り当て、ローレベルを高周波停止の指令に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。

カップリングコイル１０５は、インバータトランス１０２２の出力端子ｎから出力される電圧ｖ_ｎに高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖ_ｆを重畳するデバイスである。カップリングコイル１０５には、例えば、図７に示すように、急峻な磁気飽和特性を有する環状コア１０５１の相対向する脚部にそれぞれ一次巻線１０５２と二次巻線１０５３を巻回した過飽和リアクトルが用いられている。

一次巻線１０５２は、高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖ_ｆが印加される巻線であり、二次巻線１０５３は、直流−交流−直流変換部１０２の出力端子ｎから出力される電圧ｖ_ｎが印加される巻線である。出力端子ｎからの出力は、低電圧大電流であるのに対し、高周波発生部１０５からの出力は、高電圧小電流であるで、一次巻線１０５２の線径は、二次巻線１０５３の線径よりも小さい。

溶接電源１が起動すると、インバータトランス１０２２の出力端子ｎから電圧ｖ_ｎ（＝ｖ_１／２）が出力される。従って、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の両端には、電圧ｖ_ｎが印加され、これにより環状コア１０５１を介して一次巻線１０５２と二次巻線１０５３とが磁気結合する。

制御部１０７からの高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆにより高周波発生部１０５が高周波電圧ｖ_ｆを発生すると、その高周波電圧ｖ_ｆが二次巻線１０５３の両端に印加される。二次巻線１０５３と一次巻線１０５２は磁気結合しているので、一次巻線１０５２の両端に高周波電圧ｖ_ｆに基づく高周波電圧ｖ_ｆ’が誘起され、これにより一次巻線１０５２に印加された矩形波状の電圧ｖ_ｎに高周波電圧ｖ_ｆ’が重畳される。電圧ｖ_ｎのレベルは、−（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］から＋（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］の範囲で変動するが、高周波電圧ｖ_ｆ’のレベルは、±数ｋ［Ｖ］〜±十数ｋ［Ｖ］の範囲で変動するので、高周波発生部１０５が高周波電圧ｖ_ｆを発生しているときには、実質的に０［Ｖ］を中心に±数ｋ［Ｖ］の範囲で変動する高周波高電圧が溶接トーチ２の先端に印加されていると見なすことができる。

一方、母材Ｂには、直流−交流変換部１０３から矩形波状の電圧ｖ_ｄが印加されている。電圧ｖ_ｄは、上述したように、周期τ_２で＋Ｖ_Ｑ［Ｖ］と−Ｖ_Ｑ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の交流電圧である。電圧ｖ_ｄのレベルの変動範囲も０から−（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］から＋（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］の範囲であり、溶接トーチ２の先端に印加されている高周波高電圧のピーク値に対して非常に小さいので、高周波発生部１０５が高周波電圧ｖ_ｆを発生しているときに母材Ｂと溶接トーチ２の先端との間に生じる電位差は、数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高電圧となり、この高電圧により母材Ｂと電極Ｄとの間の絶縁が破壊され、アークが発生する。

カップリングコイル切離し回路１０６（以下、「Ｃ・Ｃ切離し回路１０６」と表記する。）は、カップリングコイル１０５の両端を短絡し、当該カップリングコイル１０５をインバータトランス１０２２の出力端子ｎと溶接トーチ２の先端を接続する信号線から切り離すための回路である。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６は、半導体スイッチにより構成され、その半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ駆動は制御部１０７によって制御される。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６には、例えば、ＩＧＢＴの半導体スイッチを用いられるが、他の種類の半導体スイッチであってもよい。

制御部１０７は、溶接電源１の動作を統括的に制御する。制御部１０７には、作業者が溶接電圧及び溶接電流などの溶接条件を入力する入力部、トーチスイッチ、入力部から入力された溶接条件や溶接中の溶接電圧及び溶接電流の検出値やアーク切れなどのステータス情報を出力する出力部などが接続されるが、図１では省略している。

制御部１０７は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するマイクロコンピュータで実現されている。なお、制御部２２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）で実現してもよい。

制御部１０７は、機能ブロックとして、駆動信号Ｓ，／Ｓを生成する第１駆動信号生成部１７１と、駆動信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを生成する第２駆動信号生成部１０７２と、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に発生するアークを検出するアーク検出部１０７３と、高周波制御部１０７４と、アーク検出部１０７３で検出したアーク検出信号を用いて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６の駆動を制御するＣ・Ｃ切離し制御部１０７５とを備える。

第１駆動信号生成部１０７１は、制御部１０７に内蔵された基準クロックＣＬＫを用いて駆動信号Ｓと駆動信号／Ｓを生成し、インバータ回路１０２１に出力する。第２駆動信号生成部１０７２は、同基準クロックＣＬＫを用いて駆動信号Ｓ_Ａと駆動信号Ｓ_Ｂを生成し、スイッチング回路１０３１に出力する。

アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３から出力される溶接電流ｉ_ｗの検出信号を用いて、アークの有無を検出する。アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３から出力される溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜を所定の閾値Ｉ_ａｒｃと比較する。そして、アーク検出部１０７１は、溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ａｒｃ以上の場合は、「アーク有り」を示すアーク検出信号を出力し、溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ａｒｃよりも小さい場合は、「アーク無し」を示すアーク検出信号を出力する。

アークの有無を示すアーク検出信号としてフラグ信号を用いてもよい。この場合は、「１」が「アーク有り」を示し、「０」が「アーク無し」を示すとすると、アーク検出部１０７１は、溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ａｒｃ以上であれば、「１」のフラグ信号を出力し、溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ａｒｃよりも小さければ、「０」のフラグ信号を出力する。

高周波制御部１０７４は、作業者によりトーチスイッチからアーク発生の操作信号が入力されると、高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを高周波発生部１０５に出力し、アーク検出部１０７３よりアーク発生が検出されると、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを高周波発生部１０５に出力して当該高周波発生部１０５の高周波高発生動作を停止する。

作業者が入力部から溶接電源１の電源をＯＮにする操作信号を入力すると、制御部１０７は起動し、溶接電源１から溶接トーチ２の先端と母材Ｂへの溶接電力の供給制御を開始する。溶接電力の供給制御においては、制御部１０７は、第１駆動信号生成部１０７１により駆動信号Ｓ，／Ｓを生成し、この駆動信号Ｓ，／Ｓを直流−交流−直流変換部１０２のインバータ回路１０２１に入力して当該インバータ回路１０２１の直流−交流変換動作を制御する。

また、制御部１０７は、第２駆動信号生成部１０７２により駆動信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを生成し、この駆動信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを直流−交流変換部１０３のスイッチング回路１０３１に入力して当該スイッチング回路１０３１の直流−交流変換動作を制御する。

制御部１０７は、作業者によりトーチスイッチからアーク発生の操作信号が入力されると、高周波発生部１０５に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力して当該高周波発生部１０５に高周波高電圧ｖ_ｆを発生させる。制御部１０７は、高周波制御信号Ｓ_ｆを高周波発生部１０５に出力した後、アーク検出部１０７３でアークの発生の有無を監視し、アークの発生を検出すると、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力して当該高周波発生部１０５に高周波高電圧ｖ_ｆの発生を停止させる。

高周波発生部１０５が高周波電圧ｖ_ｆを発生すると、その高周波電圧ｖ_ｆがインバータトランス１０２２から出力される電圧ｖ_ｎに重畳され、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に数ｋ［Ｖ］の高周波電圧が印加される。この高周波高電圧の印加によって溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生すると、電流検出回路１０３３から入力される電流の検出値（瞬時値）が閾値Ｉ_ａｒｃ以上定のレベルに上昇するので、アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３の検出値の変化によってアークの発生を検出する。

アーク検出部１０７３がアーク発生を検出すると、高周波制御部１０７４は、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを高周波発生部１０５に出力する。

アークの発生後、高周波制御部１０７４が高周波発生部１０５に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力して高周波電圧ｖ_ｆの発生を停止させると、溶接電源１は、アーク溶接モードに移行する。アーク溶接モードは、アーク溶接をすることができるモードである。

作業者が溶接トーチ２を操作して溶接を行うタイプの場合、アーク溶接モードに移行すると、作業者は、溶接トーチ２を母材Ｂの溶接位置（溶接ライン）に沿って移動させて溶接作業を行う。そして、溶接作業が終了し、作業者がトーチスイッチを操作してアーク停止の操作信号を制御部１０７に入力すると、第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２は、インバータ回路１０２１への駆動信号Ｓ，／Ｓとスイッチング回路１０３１への駆動信号ＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂの出力を停止して溶接トーチ２と母材Ｂへの溶接電力の供給を停止させる。

なお、溶接ロボットが溶接トーチ２を操作して溶接を行うタイプの場合、溶接ロボットのアームが予め教示された溶接ラインに沿って溶接トーチ２を移動させて溶接作業を行う。そして、溶接作業が終了すると、第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２は、溶接終了信号に基づきインバータ回路１０２１への駆動信号Ｓ，／Ｓとスイッチング回路１０３１への駆動信号ＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂの出力を停止して溶接トーチ２と母材Ｂへの溶接電力の供給を停止する。

Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク溶接モードに移行すると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離しを制御する。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離し制御は、本発明の特徴的な構成であるので、以下、その制御について説明する。

まず、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離し制御の概要について説明する。

図８は、カップリングコイル１０５の一次巻線１０６２に流れる電流Ｉと当該一次巻線１０６２のインダクタンスＬと関係を示す特性を示す図である。

図８に示すように、過飽和リアクトルを用いたカップリングコイル１０５は、電流Ｉが増加するとインダクタンスＬが急減し、電流Ｉが減少するとインダクタンスＬが急増する特性を有する。この特性は、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２に交流の溶接電流ｉ_ｗを流した場合、その溶接電流ｉ_ｗがゼロレベルをクロスする所定の期間で一次巻線１０５２のインピーダンスＺ_Ｌが急増する特性である。

このため、溶接電流ｉ_ｗがゼロレベルをクロスする付近では、図９に示すように、インピーダンスＺ_Ｌの急増に応じて溶接電流ｉ_ｗが緩やかに減少ながらゼロレベルをクロスするようになる（楕円で示す期間ｔ_ｋの電流ｉ_ｗの波形参照）。図９の点線で示す波形は、カップリングコイル１０５がない場合の波形であるが、カップリングコイル１０５がある場合は、溶接電流ｉ_ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が所定の閾値Ｉ_ＴＨ以下となる期間ｔ_ｋ（時刻Ｔ_ｃから時刻Ｔ_ｄまでの期間）が、カップリングコイル１０５がない場合の期間ｔ_ｋ０よりも長くなる。期間ｔ_ｋが長くなると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に発生しているアークが切れ易くなる。

例えば、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間を流れる溶接電流ｉ_Ｗの周波数ｆ_Ｗを５０［Ｈｚ］すると、溶接電流ｉ_Ｗは、１秒間に１００回の割合でゼロレベルのクロスを行うので、アーク切れの発生し易い状況が頻繁に繰り返され、アーク溶接中もカップリングコイル１０５を接続していると、アーク切れが発生する可能性が高くなる。

アーク切れが発生する可能性が高くなる期間ｔ_ｋの閾値をｔ_ＴＨとすると、ｔ_ｋ０＜ｔ_ＴＨ＜ｔ_ｋである（図９参照）。本実施の形態に係るカップリングコイル１０５の切離し制御は、溶接電流ｉ_ｗがゼロクロスを行う際の溶接電流ｉ_Ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ＴＨ以下となる期間ｔ_ｋが閾値ｔ_ＴＨ以下となるようにして、アーク溶接モードにおけるアーク切れを防止するものである。

カップリングコイル１０５は、アーク溶接開始時にアーク発生用の高周波電圧ｖ_ｆをインバータトランス１０２２から出力される電圧ｖ_ｎ（アーク溶接用の溶接電圧ｖ_ｗに相当）に重畳するために必要な回路で、アーク溶接モードにおいてはアークが発生していれば必要とされる回路ではない。

従って、アーク溶接モードにおいて溶接電流ｉ_ｗがゼロクロスを行う際の期間ｔ_ｋを閾値ｔ_ＴＨ以下とするためには、少なくとも溶接電流ｉ_ｗが周期的に生じる時刻Ｔ_ｃ（以下、「タイミングＴ_ｃ」という。）から時刻Ｔ_ｄ（以下、「タイミングＴ_ｄ」という。）までの期間ｔ_ｋにカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す制御をすればよいことになる。

上記の条件を満たす具体的なカップリングコイル１０５の切離し制御の方法として、本願では、３種類の方法を提案する。

第１の制御方法は、アークが発生してアーク溶接モードに移行すると、カップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離し、アーク溶接作業が終了してアーク溶接モードを抜けると、カップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入する方法である。

この制御方法では、アーク溶接の開始から終了までの期間でカップリングコイル１０５が電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離されるので、アーク溶接中はカップリングコイル１０５のインダクタンスＬが電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに存在しない。従って、アーク溶接モードにおいて、周期τ_ｉ／２（＝１／（２ｆ_ｉ））で繰り返される溶接電流ｉ_ｗのゼロクロスの全てについて、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転時の波形を図９の点線で示した波形（溶接電流ｉ_Ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ＴＨ以下となる期間がｔ_ｋ０となる波形）にすることができる。

第２の制御方法は、アーク溶接モードにおける溶接電流ｉ_ｗは、図９に示すように、矩形波状の交流電流となるので、溶接電流ｉ_ｗがレベルの反転を開始する時刻Ｔ_ａ（以下、「タイミングＴ_ａ」という。）からその反転が終了する時刻Ｔ_ａ’（以下、「タイミングＴ_ａ’」という。）までの期間Δτだけカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す方法である。

第３の制御方法は、溶接電流ｉ_ｗがレベルを反転する期間Δτにおいて、ゼロクロス直前の溶接電流ｉ_ｗの変化率が急減するタイミングＴ_ｃからゼロクロス直後に溶接電流ｉ_ｗの変化率が元に戻るタイミングＴ_ｄまでの期間ｔ_ｋだけカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す方法である。

第２の制御方法と第３の制御方法は、溶接電流ｉ_ｗがレベルを反転する毎に当該反転期間Δτや当該反転期間Δτ内のカップリングコイル１０５のインダクタンスＬの急増に基づく溶接電流ｉ_ｗの変化率が急減する期間ｔ_ｋでは、カップリングコイル１０５が電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離されるので、第２，第３の制御方法のおいても、アーク溶接モードにおいて、周期τ_ｉ／２（＝１／（２ｆ_ｉ））で繰り返される溶接電流ｉ_ｗのゼロクロスについて、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転時の波形を図９の点線で示した波形（溶接電流ｉ_Ｗの絶対値｜ｉ_ｗ｜が閾値Ｉ_ＴＨ以下となる期間がｔ_ｋ０となる波形）にすることができる。

第１の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第１実施例）は、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６のスイッチ操作が溶接開始前のアーク発生時と溶接終了後のアーク消滅時だけであるので、第２の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第２実施例）や第３の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第３実施例）に対して、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６の制御が簡単になる。

次に、Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５がカップリングコイル１０５を切り離す制御方法について、説明する。

まず、第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。

図１に示すＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成は、第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御に対応したものである。

Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク検出部１０７３からアーク有りのアーク検出信号が出力されると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力し、アーク検出部１０７３からアーク無しのアーク検出信号が出力されると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。

アーク検出部１０７３からアーク無しのアーク検出信号が出力されるケースとしては、作業者がトーチスイッチからアーク発生の操作信号を入力する前の状態にある場合や、アーク溶接モードに移行した後にアーク切れが発生した状態の場合や、アーク溶接終了後に作業者が溶接トーチ２を母材Ｂから離してアーク切りの操作をした場合などがある。

次に、制御部１０７による第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順について、図１０に示すフローチャートと図１１に示す波形図を用いて説明する。

なお、以下の処理手順の説明では、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ駆動信号Ｓ，／Ｓと駆動信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖ_ｗを印加しているものとする。

制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号（図１１の発弧指令信号参照）が入力されたか否かを判別する（Ｓ１００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ１００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ１００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆ（図１１のＳ_ｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ１０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓ_ｆが入力されると、高周波電圧ｖ_ｆを発生する。その高周波電圧ｖ_ｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖ_ｎに重畳される。

カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖ_ｎに高周波電圧ｖ_ｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧ｖ_ｗが数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ１０２）。

制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ１０２：Ｙ。図１１の時刻Ｔ_１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力すると同時に（Ｓ１０３）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１１のハイレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す（Ｓ１０４）。例えば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６がＩＧＢＴの場合、制御部１０７は、ハイレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。

高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波停止を指定する高周波制御信号Ｓ_ｆが入力されると、高周波電圧ｖ_ｆの発生を停止する。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６は、制御部１０７からハイレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃが入力されると、オン動作をしてカップリングコイル１０５の両端を短絡する。

高周波電圧ｖ_ｆの発生が停止すると、溶接電源１はアーク溶接モードに移行する。アーク溶接モードに移行すると、カップリングコイル１０５の両端が短絡されるので、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にはｖ_ｄの溶接電圧ｖ_ｄｎが印加され、図９の点線で示す矩形波状の溶接電流ｉ_ｗが流れる。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ１０５）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ１０５：Ｙ。図１１の時刻Ｔ_２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１１のローレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入し（Ｓ１０６）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。

第１実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御によれば、図１１に示すように、アーク溶接モードの期間は切離し制御信号Ｓ_ｃｃがハイレベルとなり、カップリングコイル１０５が電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離されるので、溶接電流ｉ_ｗのゼロクロス付近での溶接電流ｉ_ｗの変化が緩慢になることがなく、アーク切れの発生を防止することができる。

次に、第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。

図１２は、第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御を行うためのＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成を示す図である。

第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５は、カップリングコイル１０５の切り離し制御のための機能ブロックとして、溶接電流ｉ_ｗの流れる方向が反転している期間を検出するレベル反転期間検出部１０７５Ａと、レベル反転期間検出部１０７５Ａから出力されるレベル反転期間検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号を生成する切離し制御信号生成部１０７５Ｂを備える。

レベル反転期間検出部１０７５Ａは、電流検出回路１０３３から出力される電流ｉ_ｗ（瞬時値）の変化率（ｄｉ_ｗ／ｄｔ。微分値）の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を算出する。更に、反転タイミング検出部１０７３は、算出した絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉ_Ｒと比較し、Ｉ_Ｒ＜｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜であれば、溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転している期間であることを示し、｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＝０であれば、溶接電流ｉ_ｗのレベルが変化していない期間であることを示すレベル反転期間検出信号を出力する。

図９に示されるように、溶接電流ｉ_ｗがピーク値＋Ｉ_Ｐ若しくはピーク値−Ｉ_Ｐにある期間では、｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＝０になるから、｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＜Ｉ_Ｒであり、レベル反転期間検出部１０７５Ａからは溶接電流ｉ_ｗのレベルが変化していないことを示すレベル反転期間検出信号が出力される。

一方、溶接電流ｉ_ｗがピーク値＋Ｉ_Ｐからピーク値−Ｉ_Ｐに反転する期間（Ｔ_ａ−Ｔ_ａ’の期間）と溶接電流ｉ_ｗがピーク値−Ｉ_Ｐからピーク値＋Ｉ_Ｐに反転する期間（Ｔ_ｂ−Ｔ_ｂ’の期間）では、Ｉ_Ｒ＜｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜となるから、レベル反転期間検出部１０７５Ａからは溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転していることを示すレベル反転期間検出信号が出力される。

レベル反転期間検出信号には、例えば、ローレベルを溶接電流ｉ_ｗのレベルが変化していない状態（｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＝０の状態）に割り当て、ハイレベルを溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転している状態（｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＝０でない状態）に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。

切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、レベル反転期間検出部１０７５Ａから出力される反転期間検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、例えば、レベル反転期間検出部１０７７５Ａから検出される反転期間検出信号がハイレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力し、反転期間検出信号がローレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。

次に、制御部１０７による第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順について、図１３に示すフローチャートと図１４の波形図を用いて説明する。

なお、図１４（ａ）は、図１１の「アークの点弧と消弧」、「高周波制御信号Ｓ_ｆ」、「アーク検出信号」及び「切離し制御信号Ｓ_ｃｃ」に対応する波形図である。また、図１４（ｂ）は、図１１の「カップリングコイルの有無」に対応する図であるが、作図の関係で、溶接電流ｉ_ｗがゼロクロスする部分を拡大した図で示している。

以下の処理手順の説明でも、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ制御信号Ｓ，／Ｓと制御信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖ_ｗを印加しているものとする。

制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ２００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ２００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ２００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆ（図１４のＳ_ｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ２０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓ_ｆが入力されると、高周波電圧ｖ_ｆを発生する。その高周波電圧ｖ_ｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖ_ｎに重畳される。

カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖ_ｎに高周波電圧ｖ_ｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧が数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ２０２）。

制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ２０２：Ｙ。図１４の時刻Ｔ_１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力して（Ｓ２０３）、高周波電圧ｖ_ｆの発生を停止させる。

続いて、制御部１０７は、電流検出回路１０３３で検出される溶接電流ｉ_ｗの微分値の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉ_Ｒと比較して溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転するタイミングＴ_ａ若しくはＴ_ｂ（図９参照）になっているか否かを判定する（Ｓ２０４）。

制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転するタイミングＴ_ａ若しくはＴ_ｂになっていなければ(Ｓ２０４：Ｎ）、ステップＳ２０７に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１４（ｂ）のローレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入する。

一方、制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転するタイミングＴ_ａ若しくはＴ_ｂになっていれば(Ｓ２０４：Ｙ）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１４（ｂ）のハイレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す（Ｓ２０５）。続いて、制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転が終了するタイミングになっているか否かを判定する（Ｓ２０６）。この判定は、溶接電流ｉ_ｗの微分値の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜がゼロになっているか否かによって行われる。

制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転が終了していなければ（Ｓ２０６：Ｎ）、ステップＳ２０５に戻り、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号Ｓ_ｃｃを継続し、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転が終了すると（Ｓ２０６：Ｙ）、ステップＳ２０７に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入する。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ２０８）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ２０８：Ｙ。図１４の時刻Ｔ_２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入して（Ｓ２０９）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。

第２実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御によれば、図１４に示すように、溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転する各期間に切離し制御信号Ｓ_ｃｃがハイレベルとなり、カップリングコイル１０５が電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離されるので、第２実施例でも溶接電流ｉ_ｗのゼロクロス付近での溶接電流ｉ_ｗの変化が緩慢になることがなく、アーク切れの発生を防止することができる。

次に、第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。

図１５は、第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御を行うためのＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成を示す図である。

第３実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５は、第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５に対して、第２実施例が溶接電流ｉ_ｗの変化率を用いて溶接電流ｉ_ｗがレベル反転を開始するタイミングＴ_ａを検出するのに対し第３実施例が溶接電流ｉ_ｗの変化率を用いて溶接電流ｉ_ｗの変化率が急減するタイミングＴ_ｃを検出する点が異なる。

また、第２実施例では、溶接電流ｉ_ｗの変化率を用いて溶接電流ｉ_ｗがレベル反転を終了するタイミングＴ_ａ’を検出するが、第３実施例では、タイミングＴ_ｃを検出してから期間ｔ_ｋの時間に相当する時間ｔ_ｋ’を計時することにより、溶接電流ｉ_ｗの変化率が急増するタイミングＴ_ｄ’を検出する点が異なる。タイミングＴ_ｄ’はタイミングＴ_ｄに相当するタイミングである。

タイミングｔ_ｃでカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離すと、溶接電流ｉ_ｗが急峻にゼロクロスをするようになるので、溶接電流ｉ_ｗの変化率ｄｉ_ｗ／ｄｔからタイミングＴ_ｄを直接検出することはできない。このため、第３実施例では、タイミングＴ_ｃからタイミングＴ_ｄまでの時間に相当する時間τ_ｋを予め求めて置き、タイミングＴ_ｃを検出すると、カップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離すとともに、時間を計時し、計時時間がτ_ｋになったタイミングＴ_ｄ’でカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入するようにしている。

すなわち、第３実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御は、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの急増による悪影響が出始めるタイミングＴ_ｃからその悪影響が解消し始めるタイミングＴ_ｄまでの期間ｔ_ｋに相当する期間ｔ_ｋ’にだけカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す制御である。

従って、第３実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成は、第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成に対して、レベル反転期間検出部１０７５Ａを電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’に変更したものである。

電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’は、電流検出回路１０３３から出力される電流ｉ_ｗ（瞬時値）の変化率の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉ_ｋ（＜Ｉ_Ｒ）と比較し、｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜≦Ｉ_ｋであれば、溶接電流ｉ_ｗの変化率が急変するタイミングＴ_ｃ若しくはＴ_ｃ’を検出したことを示す電流変化率急変タイミング検出信号を出力する。

なお、タイミングＴ_ｃは、溶接電流ｉ_ｗが正から負にゼロクロスするときに当該溶接電流ｉ_ｗの変化率（ｄｉ_ｗ／ｄｔ）が急変するタイミングであり（図９参照）、タイミングＴ_ｃ’は、溶接電流ｉ_ｗが負から正にゼロクロスするときに当該溶接電流ｉ_ｗの変化率（ｄｉ_ｗ／ｄｔ）が急変するタイミングである。

また、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’は、タイミングＴ_ｃを検出すると、計時を開始し、予め設定されている時間τ_ｋを計時すると、タイミングＴ_ｃ’を検出したことを示す電流変化率急変タイミング検出信号を出力する。

電流変化率急変タイミング検出信号には、レベル反転期間検出信号と同様に、例えば、ローレベルを溶接電流ｉ_ｗの変化率の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜がＩ_ｋ＜｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜若しくは｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜＝０の状態に割り当て、ハイレベルを溶接電流ｉ_ｗの変化率の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜が０＜｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜≦Ｉ_ｋの状態に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。

切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’から出力される電流変化率急変タイミング検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、例えば、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’から検出される電流変化率急変タイミング検出信号がハイレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力し、電流変化率急変タイミング検出信号がローレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力する。

次に、制御部１０７による第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順について、図１６に示すフローチャートと図１７の波形図を用いて説明する。

なお、図１７（ａ）は、図１１の「アークの点弧と消弧」、「高周波制御信号Ｓ_ｆ」、「アーク検出信号」及び「切離し制御信号Ｓ_ｃｃ」に対応する波形図である。また、図１７（ｂ）は、図１１の「カップリングコイルの有無」に対応する図であるが、作図の関係で、溶接電流ｉ_ｗがゼロクロスする部分を拡大した図で示している。

以下の処理手順の説明でも、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ制御信号Ｓ，／Ｓと制御信号Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖ_ｗを印加しているものとする。

制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ３００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ３００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ３００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆ（図１７のＳ_ｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ３０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓ_ｆが入力されると、高周波電圧ｖ_ｆを発生する。その高周波電圧ｖ_ｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖ_ｎに重畳される。

カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖ_ｎに高周波電圧ｖ_ｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧が数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ３０２）。

制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ３０２：Ｙ。図１７の時刻Ｔ_１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓ_ｆを出力して（Ｓ３０３）、高周波電圧ｖ_ｆの発生を停止させる。

続いて、制御部１０７は、電流検出回路１０３３で検出される溶接電流ｉ_ｗの微分値の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉ_ｋと比較して溶接電流ｉ_ｗの変化率が急変するタイミングＴ_ｃ（図９参照）若しくはＴ_ｃ’になっているか否かを判定する（Ｓ３０４）。

制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗの変化率が急変する反転するタイミングＴ_ｃ若しくはＴ_ｃ’になっていなければ(Ｓ３０４：Ｎ）、ステップＳ３０８に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１７（ｂ）のローレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入する。

一方、制御部１０７は、溶接電流ｉ_ｗの変化率が急変する反転するタイミングＴ_ｃ若しくはＴ_ｃ’になっていなければ(Ｓ３０４：Ｙ）、計時を開始した後（Ｓ３０５）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃ（図１７（ｂ）のハイレベルの切離し制御信号Ｓ_ｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離す（Ｓ３０６）。

続いて、制御部１０７は、計時時間がｔ_ｋ’になっているか否かを判定する（Ｓ３０７）。制御部１０７は、計時時間がｔ_ｋ’になっていなければ（Ｓ３０７：Ｎ）、ステップＳ３０６に戻り、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号Ｓ_ｃｃを継続する。そして、計時時間がｔ_ｋ’になると（Ｓ３０７：Ｙ）、ステップＳ３０８に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入する。

続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ３０９）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ３０９：Ｙ。図１７の時刻Ｔ_２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓ_ｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入して（Ｓ３１０）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。

上述した第３実施例では、アーク溶接モードにおいて、タイミングＴ_ｃ若しくはＴ_ｃ’で電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離したカップリングコイル１０５をタイミングＴ_ｄ若しくはＴ_ｄ’で電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入するようにしているが、タイミングＴ_ｃ若しくはＴ_ｃ’で電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離したカップリングコイル１０５をタイミングＴ_ｃに続くタイミングＴ_ａ’（若しくはタイミングＴ_ｃ’に続くタイミングＴ_ｂ’）で電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂに挿入するようにしてもよい。

すなわち、溶接電流ｉ_ｗのレベルが反転する期間Δτのうち、溶接電流ｉ_ｗの変化率の絶対値｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜が｜ｄｉ_ｗ／ｄｔ｜≦Ｉ_ｋに急減してから溶接電流ｉ_ｗがピーク値＋Ｉ_Ｐ若しくはピーク値−Ｉ_Ｐになるまでの期間だけカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離すようにしてもよい。

上述した第２，第３実施例では、電流検出回路１０４３で検出した溶接電流ｉ_ｗのデジタル演算処理によって溶接電流ｉ_ｗがレベルの反転を開始するタイミングＴ_ａ，Ｔ_ｂを検出していたが、溶接電流ｉ_ｗのアナログ信号処理によってタイミングＴ_ａ，Ｔ_ｂを検出するようにしてもよい。

また、上述した第１〜第３実施例では、溶接電流ｉ_ｗの検出信号を用いてタイミングＴ_ａ，Ｔ_ｂを求めるようにしているが、アーク溶接モードにおいては、矩形波状の溶接電流ｉ_ｗと矩形波状の電圧ｖ_ｄとの間には一定の位相関係が生じるので、直流−交流変換部１０３から出力される矩形波状の電圧ｖ_ｄ（図４のｖ_ｄ参照）を用いてタイミングＴ_ａ，Ｔ_ｂを求めるようにしてもよい。

また、矩形波状の電圧ｖ_ｄは、駆動信号Ｓ_Ａ若しくは駆動信号Ｓ_Ｂの矩形波に同期しているので、駆動信号Ｓ_Ａ若しくは駆動信号Ｓ_Ｂのレベルが反転するタイミングに同期させてタイミングＴ_ａ，Ｔ_ｂでＣ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓ_ｃｃを出力させるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係る溶接電源１によれば、アーク溶接モードにおいては、溶接電流ｉ_ｗのレベルがゼロクロスする付近の、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの特性に起因してレベル変化が急激に緩やかになる期間ｔ_ｋではカップリングコイル１０５を電流経路Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂから切り離すので、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの特性に起因して溶接電流ｉ_ｗのレベル変化が急激に緩やかになる現象をなくすことができる。

これにより、溶接電流ｉ_ｗのレベルの反転が速やかに行われるので、溶接電流ｉ_ｗのレベル反転時に生じるアーク切れを防止することができる。

本発明は、上述した作用・効果を奏するので、カップリングコイル１０５を用いた非接触式アークスタート方方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源及びその交流ＴＩＧアーク溶接電源を用いたアーク溶接装置に広く適用することができる。

１ 交流ＴＩＧアーク溶接電源
１０１ 第１の交流−直流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０１１ 配電用遮断器
１０１２ 一次整流回路
１０１３ 入力リアクトル
１０１４ 平滑回路
１０２ 直流−交流−直流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０２１ インバータ回路
１０２２ インバータトランス
１０２３ 二次整流回路
１０２４，１０２５ 直流リアクトル
１０３ 第２の直流−交流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０３１ スイッチング回路
１０３１Ａ，１０３１Ｂ 半導体スイッチ
１０３２ スナバ回路
１０３３ 電流検出回路（電流検出手段）
１０４ 高周波発生部（高周波電圧発生手段）
１０５ カップリングコイル（高周波重畳手段）
１０５１ 環状コア
１０５２ 一次巻線
１０５３ 二次巻線
１０６ カップリングコイル（Ｃ・Ｃ）切離し回路（回路切離し手段）
１０７ 制御部
１０７１ 第１駆動信号生成部
１０７２ 第２駆動信号生成部
１０７３ アーク検出部（アーク検出手段）
１０７４ 高周波制御部
１０７５ Ｃ・Ｃ切離し制御部（回路切り離し制御手段）
１０７５Ａ レベル反転期間検出部
１０７５Ｂ 切離し制御信号生成部
Ｂ 母材
Ｄ 電極
Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂ 溶接電流の経路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 半導体スイッチ

Claims (7)

1. 交流電力を発生し、トーチ先端と母材との間に供給する交流電力供給手段と、
   前記トーチ先端と前記母材との間にアークを発生させるための高周波電圧を発生する高周波電圧発生手段と、
   前記高周波電圧発生手段が発生した高周波電圧を前記交流電力供給手段から出力される交流電圧に重畳する高周波重畳手段と、
   を備えた交流ＴＩＧアーク溶接電源であって、
   前記高周波重畳手段に並列に接続され、前記交流電流供給手段から出力される交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離すための回路切離し手段と、
   前記交流電力供給手段から出力される交流電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の検出値に基いて、少なくとも前記交流電流が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では前記回路切離し手段を短絡状態にして当該高周波重畳手段を前記交流電流の経路から切り離す回路切離し制御手段と、
   を備えたことを特徴とする、交流ＴＩＧアーク溶接電源。
2. 前記回路切離し制御手段は、前記電流検出手段の検出値に基いて、前記トーチ先端と前記母材との間にアークが発生していることを検出するアーク検出手段を有し、前記アーク検出手段が前記アークの発生を検出すると、前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記アーク検出手段が前記アークの発生を検出しなければ、前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
3. 前記回路切離し制御手段は、前記交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間に前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記レベル反転期間以外の期間では前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
4. 前記回路切離し制御手段は、
   前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
   前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値と比較する第１の比較手段と、
   前記第１の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値以上の場合は前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値よりも小さい場合は前記回路切離し手段を開放状態に制御する第１の制御手段と、
   を含むことを特徴とする、請求項３に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
5. 前記回路切離し制御手段は、前記交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間内の当該交流電流のレベルがゼロレベルをクロスする所定のゼロクロス期間に前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記レベル反転期間以外の期間では前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
6. 前記回路切離し制御手段は、
   前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
   前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
   前記第２の比較手段により前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になったことを検出すると、前記ゼロクロス期間に対応する所定の時間を計時する計時手段と、
   前記第２の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になると、前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記計時手段により前記所定の時間が計時されると、前記回路切離し手段を開放状態に制御する第２の制御手段と、
   を含むことを特徴とする、請求項５に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
7. 請求項1乃至６のいずれかに記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えたことを特徴とする、交流ＴＩＧアーク溶接装置。

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