JP3220615B2 - プラズマア−ク移行式の溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマア−ク溶接装
置に関し、特に、プラズマア−ク移行式の溶接装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属板の固着にスポット抵抗溶接が多く
用いられている。例えば亜鉛メッキ鋼板の薄板等のスポ
ット抵抗溶接においては、銅電極の先端が亜鉛と合金化
して溶接不能となるので定期的に先端を削る等の作業が
必要となる。また、合金化した銅電極の先端がチリにな
り、銅電極の消耗が激しい等の問題がある。更には、金
属板を挟圧するための機構があり、溶接箇所が限られる
という問題もある。

【０００３】これらの問題を改善するものとして、プラ
ズマ移行式溶接を行なうことが提案されている（例えば
特開平６−３２８２６０号公報）。この溶接によれば、
重ね合せた金属板の一方にプラズマア−クを当てること
により金属板がスポット状に溶融して下方の金属板に接
合する。下方の金属板も溶融し始めた後に溶接を停止す
ることにより、スポット溶接が完了する。この溶接法
は、スポット抵抗溶接が不可能な部位、例えば金属板の
突合せ線や重ね合せエッジにも実施することができ、金
属板の挟圧が不要であるので、プラズマア−ク溶接ト−
チの先端を向けることが出来る箇所はどこでもスポット
溶接できるという利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、被加工材を電
極としてそれにト−チのプラズマア−クを移行させるた
めに、メインア−ク電源の一極をト−チのア−ク電極
に、他極（母材ケ−ブル）を被加工材に接続する必要が
あり、この面で溶接箇所が限られるとか、溶接箇所を変
えるたびに、母材ケ−ブルを被加工材に、しかも極力溶
接箇所の近くに、接続変えしなければならないなど、手
数がかかる場合が多い。被加工材の形状により母材ケ−
ブルの接触面積が小さくなる場合や、接触そのものが不
安定となり、電気的に接続が不安定となることがある。
加えて、被加工材上の、母材ケ−ブル接続位置と溶接箇
所との距離が長い場合には、電圧降下が増大したり，被
加工材が発熱する等のロスが発生する。また、作業後に
被加工材から母材ケ−ブルを外す手間もかかる。

【０００５】本願の発明は、被加工材への母材ケ−ブル
の接続に関連する上述の不具合を改善することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のプラズマア−ク
移行式の溶接装置は、放電電極(8)，放電電極(8)の先端
に対向するガス噴射口(5A)を有し放電電極(8)の先端部
を包囲するチップ(5)、該チップ(5)の周囲より同軸状に
設けられたシールドガスを噴出するガス流路を備えた噴
出口、および、放電電極(8)およびチップ(5)を支持し前
記ガス噴射口(5A)に至るガス流路を有するトーチ本体
(1)；該トーチ本体(1)の下端部外周面に固着された、絶
縁体の母材電極支持筒(30c)； 該母材電極支持筒の下部
に固着された導電体の母材接続リング(30b)； 該母材接
続リングに電気接続された母材ケーブル(7a)； 前記母材
接続リングに固着されてそれと電気接続であって、前記
チップ(5)の下方の、前記ガス噴射口(5A)から出るプラ
ズマア−クの行路の外側に位置する、導電体の対物接触
子(30a)；および、前記放電電極(8)と母材ケーブル(7a)
の間にプラズマア−ク溶接電圧を印加するア−ク電源(5
8)；を備える。

【０００７】

【作用】トーチ本体(1)に支持される対物接触子(30a)は
導電体であり、母材接続リング(30b)および母材ケ−ブ
ル(7a)を介してメインアーク電源(58)の一極と電気的に
接続されているので、作業者がト−チを溶接姿勢として
被加工材の溶接箇所に向けて、対物接触子(30a)が被加
工材(2)に接触するように押し付けることにより、メイ
ンアーク電源(58)と被加工材(2)とが電気的に接続され
る。ここで溶接を開始すると、プラズマア−ク移行式の
溶接が実現する。

【０００８】被加工材(2)に母材ケーブルを接続する手
間がいらない。チップの直近で被加工材(2)が、対物接
触子(30a)を介してメインア−ク電源に接続されるの
で、電圧の減衰又は、熱損失も少い。また、対物接触子
(30a)を被加工材(2)に人力で押しつけ、接触させればよ
いので被加工材(2)の形状を選ぶことなく手軽である。
また、母材ケ−ブルの取り付け，取り外しの手間がいら
ないため作業効率が上昇する。

【０００９】本発明の第１実施例では、メイン電流制御
手段(59)が、溶接指令に応答して、メインアーク電源に
プラズマア−ク溶接電圧の印加を指示し、予め設定した
第１の時間(Tp)が経過するまではプラズマア−ク溶接電
流を低電流に維持し、第１の時間(Tp)の経過とともにプ
ラズマア−ク溶接電流を増加して予め設定した第２の時
間(tm)が経過するまでは高電流に維持し、第２の時間(T
m)の経過とともにプラズマア−ク溶接電流を低下させて
予め設定した第３の時間(Ta)が経過するまでは低電流に
維持し、第３の時間(Ta)が経過するとプラズマア−ク溶
接電流を遮断する。このように１回の溶接指令に応答し
て、メイン電流制御手段(59)で、自動的に１スポット溶
接の溶接電流制御をして自動停止するので、作業者又は
ロボットがスポット溶接箇所に対物接触子(30a)を当て
て溶接指令を入力する毎に、１スポット溶接が自動的に
行なわれる。作業者の負担が軽減するとともに、作業者
の個人差によらずスポット溶接の品質が安定する。

【００１０】本発明の第２実施例では、メイン電流制御
手段(59)が、溶接指令に応答して、メインアーク電源に
プラズマア−ク溶接電圧の印加を指示し、予め設定した
第１の時間(Tp)が経過するまではプラズマア−ク溶接電
流を低電流に維持し、第１の時間(Tp)の経過とともにプ
ラズマア−ク溶接電流を増加して予め設定した第２の時
間(tm)が経過するまでに電流印加指示が消えているとき
は第２の時間(tm)が経過するまでは高電流に維持し第２
の時間(tm)の経過とともにプラズマア−ク溶接電流を低
下させ、第２の時間(tm)が経過しても電流出力指示が継
続しているときは電流出力指示が消えるまでは高電流に
維持し電流出力指示が消えるとともにプラズマア−ク溶
接電流を低下させ、プラズマア−ク溶接電流を低下させ
てから予め設定した第３の時間(Ta)が経過するまでは低
電流に維持し、第３の時間(Ta)が経過するとプラズマア
−ク溶接電流を遮断する。このように溶接指令を継続し
ているときは第２の時間(tm)が経過しても高電流に維持
するので、作業者又はロボットが線状に長い溶接箇所に
対物接触子(30a)を当てて溶接箇所（線）に沿ってト−
チを移動させることにより、連続溶接が行なわれる。

【００１１】本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。

【００１２】

【実施例】

−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例のト−チ部（トーチ１）の外
観を示し、図２に、図１に示すトーチ１の先端部の縦断
面を拡大して示す（図１で２点鎖線２Ａで囲まれた部
分）。これらの図面を参照すると、トーチ１は、下端
（先端）が円錐形の大略で円筒体であり、その内部の中
心位置に放電電極８がある。放電電極８の側面にはガス
流路があり、放電電極８の下端部（先端部）を取り囲む
ように配置されるチップ５との間の空間にガスを噴出す
る。チップ５との間の空間に噴出されたガスは、チップ
５の中心開口すなわちガス噴射口５Ａよりトーチ１外部
に出る。チップ５の水路１１には冷却水が供給される。
チップ５の外周面はシ−ルドキャップ１４で覆われ、チ
ップ５とシ−ルドキャップ１４の間にシ−ルドガスが供
給され、チップ５の先端縁周りの、チップ５と同軸のリ
ング状の噴出口よりシ−ルドガスが、被加工材２に向け
て出る。１０は保護キャップである。

【００１３】保護キャップ１０と一体で、トーチ１の外
側周面に設けられたねじ山と嵌合する脱着袋ナット１３
の外側周面には、雄ねじが切られており、この雄ねじに
絶縁体の母材電極支持筒３０ｃの上開口内の雌ねじが螺
合している。すなわち、母材電極支持筒３０ｃが、ナッ
ト１３に固着されている。支持筒３０ｃの下開口内にも
雌ねじがあり、この雌ねじに導電体の母材接続リング３
０ｂの上端の雄ねじが螺合している。すなわち、支持筒
３０ｃに母材接続リング３０ｂが固着されている。母材
接続リング３０ｂの下開口内の雌ねじには、略円筒状の
導電体の対物接触子３０ａの上端の雄ねじが螺合してい
る。すなわち、接続リング３０ｂに対物接触子３０ａが
固着されている。こうして対物接触子３０ａは、接続リ
ング３０ｂおよび支持筒３０ｃを介して、トーチ１本体
にチップ５を囲むように取り付けられている。

【００１４】対物接触子３０ａの、被加工材２に対向す
る下端面には、４つの方形のスロットが、それぞれ円周
の１／４の間隔をもって設けられている。作業者は、こ
れらのスロットを結ぶ十字線の中心をスポット溶接箇所
に合わせるように、対物接触子３０ａを被加工材２上に
押し付ける。

【００１５】母材ケ−ブル７ａは母材電極支持筒３０ｃ
の穴を通して接続リング３０ｂに案内され、ケ−ブル７
ａの先端は接続リング３０ｂに接続されている。これに
より、対物接触子３０ａは、電気的に母材ケ−ブル７ａ
に接続されている。

【００１６】トーチ１本体の外周面には更に、トーチ１
の長手方向（ｙ方向）に対して垂直方向（ｘ方向）に向
い、対称に突出する棒状の握りアーム１２が２本固着さ
れている。作業者はこのアーム１２を握り、トーチ１を
ｙ方向下に向けて、その下端の対物接触子３０ａを被加
工材２に押しつける。握りアーム１２の１本には、主プ
ラズマアークスタートスイッチＰＢ２がある。スタート
スイッチＰＢ２のＯＮ／ＯＦＦ信号を伝える信号ケーブ
ルは、同じくアーム１２に握着されたリングにより拘束
されている。

【００１７】図３に、図１に示すプラズマト−チに接続
された電源回路を示し、図４には、図３に示す電気回路
の各種回路要素の動作タイミングを示す。ここで、トー
チ１にガスを供給する制御回路及びガス供給系統は従来
公知の、移行式プラズマア−ク溶接トーチのものと同様
であるので、それらの図示は省略した。

【００１８】放電電極８／チップ５間にはパイロット電
源５５，電流検出回路５６及びカップリングコイルＬが
直列に接続されており、高周波発生器３がカップリング
コイルＬに接続されている。また、放電電極８／対物接
触子３０ａ間には、メイン電源５８及び電流検出回路５
７が直列に接続されている。高周波発生器３，パイロッ
ト電源５５及びメイン電源５８の通電制御は、始動コン
トローラ５１，パイロットコントローラ５２及びメイン
コントローラ５３により制御され、各コントローラは、
制御電源５４より所定の電圧を供給される。

【００１９】始動コントローラ５１は、パイロットア−
クスタ−トスイッチＰＢ１が閉じるとパイロットプラズ
マアークを生起するように、高周波発生器３及びパイロ
ットコントローラ５２によるパイロット電源５５の通電
制御を開始する。電流検出回路５６が、パイロットプラ
ズマアークが生起したことを検出するとＬＥＤ駆動回路
６０がＬＥＤを点灯して作業者にパイロットプラズマア
ークが発生したことを知らせる。一方、始動コントロー
ラ５１は、パイロットプラズマアークが発生すると高周
波発生器３の通電を停止し、パイロットア−クスタ−ト
スイッチＰＢ１を含めた接点及びリレーはＰｂ１が押さ
れる以前の状態に戻る。パイロットコントローラ５２
は、一旦パイロットプラズマアークを生起すると主プラ
ズマアークの発生または停止にかかわらずストップボタ
ンＰＢ３が押されるまで、パイロットプラズマアークを
維持する。

【００２０】作業者はＬＥＤの点灯を確認すると、被加
工材２に対物接触子３０ａを押しつけた状態で、主プラ
ズマア−クスタ−トスイッチＰＢ２（以後、主アークボ
タンＰｂ２）を１タッチアクションで閉じる（押す）。
メインコントローラ５３は、主アークボタンＰｂ２が押
されると、メイン電流コントローラ５９を介して主プラ
ズマアークを発生させるように放電電極８と対物接触子
３０ａの間にメイン電源５８による主プラズマ放電電圧
を印加する。対物接触子３０ａが被加工材２に接触して
いると、被加工材２とメイン電源５８の母材ケ−ブルと
が電気的に接続されており、放電電極８／被加工材２間
に主プラズマアークが発生する。

【００２１】メイン電流コントローラ５９は主プラズマ
アークが発生したことを確認すると、メイン電源５８に
主プラズマ放電電流を指示する電流値制御を開始し、予
め設定された時間を経過するまで主プラズマ放電電流に
よる主プラズマアークを維持する。そして、所定時間を
経過すると主プラズマアークを停止し、主プラズマアー
クスタートスイッチＰＢ２を含めた接点及びリレーは、
Ｐｂ２が閉になる以前の状態に戻る。つまり、パイロッ
トプラズマアークを維持したまま、次の主プラズマアー
ク起動に備える。すなわち、主プラズマアークスタート
スイッチＰＢ２の再度のオンを待つ。以下にこの動作を
詳しく述べる。

【００２２】図３において、始動コントロ−ラ５１内の
接点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３およびパイロットコントロ−ラ５
２内の接点Ｘ４は、始動コントロ−ラ５１内のリレーＸ
の常開接点であり、Ｙ１はリレーＹの常閉接点を示して
おり、Ｕ１はリレーＵの常開接点、Ｗ１はリレーＷの常
開接点であり、Ｚ１は、リレーＺの常閉接点である。パ
イロットア−クスタ−トスイッチＰＢ１が、スイッチオ
ン（閉）になると、図示しないガス供給手段によりト−
チ１へのガス供給が開始されると共に、Ｙ１は常閉接点
であるのでリレーＸがオン（通電）となり、接点Ｘ１，
Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４が閉となる。Ｐｂ１は、作業者の押し
がなくなると、戻しばね力で自動的に引き戻されてスイ
ッチオフ（開）となる。すでに接点Ｘ１が閉となってこ
れを通してリレ−Ｘの通電が継続するので、Ｐｂ１がオ
フに戻っても、リレ−Ｘはオンを継続する。すなわち、
Ｘ１は自己保持接点である。

【００２３】接点Ｘ４のオンにより、パイロットコント
ロ−ラ５２において、ストップスイッチＰＢ３は常閉で
あるので、リレーＷがオン（通電）して、自己保持接点
Ｗ１およびパイロット電源５５の電源接点を閉じ、これ
によりリレーＷはオンを継続し、パイロット電源５５が
パイロットプラズマアーク電圧を放電電極８／チップ５
間に印加する。

【００２４】接点Ｘ２の閉により、出力リレ−を内蔵す
るパルス発生器ＰＬＳが制御電源５４に接続され、パル
スを発生する。このパルスが高レベルＨの間のみ、出力
リレ−がオンとなって常開リレ−接片ＰＬＳ１を閉じ
る。このリレ−接片ＰＬＳ１の閉じ（オン）により、高
周波発生器３が高電圧を発生し、チップ５のガス噴射口
を通して、放電電極８／チップ５間に電気スパ−クが発
生する（ｔ＝ｔ１）。このときすでにパイロットプラズ
マアーク電圧が放電電極８／チップ５間に加わっている
ので、この電気スパ−クで放電電極８／チップ５間にパ
イロットプラズマアークが起動する（ｔ＝ｔ２）。な
お、起動しないと、パルス発生器ＰＬＳが発生するパル
スが低レベルＬに戻ったときにパルス発生器ＰＬＳの出
力リレ−がオフに戻って常開リレ−接片ＰＬＳ１が開
き、これにより高周波発生器３が待機状態に戻る。そし
て次にパルス発生器ＰＬＳのパルスが高レベルＨになる
と、上述の、高周波発生器３の通電が行なわれ、結局
（後述するように）、パイロットプラズマア−クが起動
するまで、パルス発生器ＰＬＳが発生するパルスの周期
で、高周波発生器３の高電圧が放電電極８／チップ５間
に繰返し印加される（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）。

【００２５】放電電極８／チップ５間にパイロットプラ
ズマアークが起動すると、電流検出回路５６がパイロッ
トプラズマア−ク電流に応答してリレーＹをオンする。
リレーＹのオンにより、始動コントローラ５１の内部に
ある常閉接点Ｙ１がオフとなり、リレーＸのオフ（通電
停止）となり、パルス発生器ＰＬＳが停止し、上述の高
周波発生器３による高電圧の印加が停止する（ｔ＝ｔ
３）。一方、リレ−ＹのオンによりＬＥＤ駆動回路６０
の電源接点が閉じられ、ＬＥＤが点灯する。ＬＥＤはメ
インコントローラ５３の図示しない操作板に装備され
る。ＬＥＤの点灯により作業者はパイロットプラズマア
ークの点灯を認知する。作業者は、任意のタイミングで
主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２を押す（ｔ＝ｔ４）。

【００２６】主ア−クスタ−トスイッチＰＢｂが押され
てスイッチオン（閉）になると、Ｚ１は常閉接点である
のでリレーＵがオン（通電）となり、接点Ｕ１が閉とな
る。Ｐｂ２は、作業者の押しがなくなると、戻しばね力
で自動的に引き戻されてスイッチオフ（開）となる。す
でに接点Ｕ１が閉となってこれを通してリレ−Ｕの通電
が継続するので、Ｐｂ２がオフに戻っても、リレ−Ｕは
オンを継続する。すなわち、Ｕ１は自己保持接点であ
る。また、リレーＵがオンとなるとメイン電流コントロ
ーラ５９の電源接点が閉となる。

【００２７】メイン電流コントローラ５９は、電源接点
が閉となるとメイン電源５８に指示電流ｉｘを、その値
をプリフロー電流値ｉｐに設定して出力し、プリフロー
電流値ｉｐに応じた主プラズマ放電電流を放電電極８／
対物接触子３０ａ（被加工材２）間に出力するよう指示
する。メイン電源５８は、主プラズマ放電電流をメイン
電流コントローラ５９の出力する指示電流ｉｘにより制
御し、メイン電流コントローラ５９より指示電流ｉｘの
変更があるまで、プリフロー電流値ｉｐを生ずる主プラ
ズマ放電電流を放電電極８／対物接触子３０ａ（被加工
材２）間に出力する（ｔ＝ｔ４）。放電電極８／チップ
５間にはパイロットプラズマアークが、パイロット電源
５５およびパイロットコントロ−ラ５２により維持され
ており、被加工材２／放電電極８間に主プラズマアーク
が発生する。

【００２８】主プラズマアークの発生に伴ない、電流検
出回路５７が主プラズマアーク電流に応答してリレーＺ
をオンする。リレーＺがオンするとメインコントローラ
５３内部にある常閉接点Ｚ１がオフとなり、これにより
リレーＵがオフとなって、自己保持が解除される。しか
し、メイン電源５８による主プラズマ放電電流はメイン
電流コントローラ５９で制御されており、メイン電流コ
ントローラ５９が停止を指示するまで（指示電流ｉｘ＝
０）主プラズマ放電電流は供給され、主プラズマアーク
は維持される（ｔ＝ｔ５）。

【００２９】また、リレーＺのオンに伴い、メイン電流
コントローラ５９内のタイマが計時を開始する。所定時
間Ｔｐの計時を終了するとメイン電流コントローラ５９
は、メイン電源５８への指示電流ｉｘの値がメイン電流
値ｉｍになるまで指示電流ｉｘを次第に上昇させる。こ
れに伴い主プラズマ放電電流が上昇する。メイン電流コ
ントローラ５９は、指示電流ｉｘの値がメイン電流値ｉ
ｍになると再度計時を開始し、所定時間Ｔａの計時を終
了するまで指示電流ｉｘの値をメイン電流値ｉｍに維持
する。主プラズマ放電電流は時間Ｔｍの間、メイン電流
一定に維持される。更にタイマがＴｍの計時を終了する
と、メイン電流コントローラ５９は、メイン電源５８へ
の指示電流ｉｘの値を次第に下げクレ−タ処理電流値ｉ
ａで止める。主プラズマ放電電流がこれに伴い低下す
る。そして指示電流ｉｘの値がクレ−タ処理電流値ｉａ
となると、メイン電流コントローラ５９は、第３の計時
を開始して時間Ｔａが経過するとメイン電源５８へ主プ
ラズマ放電電流の停止を指示する。

【００３０】これにより放電電極８／被加工材２間の主
プラズマアークが消滅する。これに応答して電流検出回
路５７がリレーＺをオフにするので、メインコントロ−
ラ５３の接点Ｚ１が閉に戻る（ｔ＝ｔ６）。以上が第１
回のスポット溶接である。

【００３１】この間もパイロットプラズマアークは、パ
イロットコントローラ５２及びパイロット電源５５によ
り維持されているので、作業者がト−チを次の溶接箇所
に移して再び主アークスタ−トスイッチＰｂ２を一瞬閉
じると、前述の態様で主プラズマアークが起動し、第２
回のスポット溶接が行なわれる。以下同様である。

【００３２】ストップスイッチＰｂ３が閉じられると、
リレーＷがオフとなり、接点Ｗ１の自己保持が解除さ
れ、パイロット電源５５の電源接点がオフとなり、パイ
ロット電圧が停止され、放電電極８／チップ５間のパイ
ロットプラズマアークが消滅する。Ｐｂ３は、作業者の
押しがなくなると、戻しばね力で自動的に引き戻されて
スイッチオン（閉）となる。

【００３３】次に、図１に示す対物接触子３０ａの変形
例を示す。図５の（ａ）に第１変形例を示し、（ｂ）に
は（ａ）の５Ｂ−５Ｂ線切断面を示す。この第１変形例
では、対物接触子３０ａに１対の導電体のガイドシリン
ダ３０ａ１２，３０ａ２２が対称に支持されており、ガ
イドシリンダ３０ａ１２，３０ａ２２で上下動自在に導
電体のスライド棒３０ａ１１，３０ａ２１に支持され、
しかも圧縮コイルスプリング３０ａ１３，３０ａ２３で
下方に押されている。スライド棒３０ａ１１，３０ａ２
１は、下端が半円状に切り込まれており、半径の異る２
つの棒状の被加工材２ｐ，２ｑを突き合わせてスポット
溶接する場合において、双方ともに確実に押えつけるこ
とができる。つまり、被加工材２ｐ，２ｑに母材ケーブ
ルを接続することなく、対物接触子３０ａ，ガイドシリ
ンダ３０ａ１２，３０ａ２２，スプリング３０ａ１３，
３０ａ２３およびスライド棒３０ａ１１，３０ａ２１を
介して、被加工材２ｐ，２ｑがメイン電源５８の母材ケ
−ブル７ａと電気的に接続され、被加工材２ｐ，２ｑと
放電電極８との間に主アークが発生する。

【００３４】図６に示す第２変形例は、対物接触子３０
ａに、１対の導電体のロ−ラ３０ａ１４，３０ａ２４を
対称に装着したものであり、この例では、直交する被加
工材２ｒ，２ｓの交わる角を溶接し易いように、ロ−ラ
３０ａの外周面は４５度の角度となっている。なお、こ
の第２変形例は、図１に示す被加工材２にも適用可であ
る。図６に示す直交する被加工材２ｒ，２ｓの交わる角
を溶接する場合、双方ともに確実に押えつけることがで
き、また溶接位置決めが容易である。

【００３５】図７に示す第３変形例は、対物接触子３０
ａを、対称な１対の脚３０ａ１５，３０ａ２５を有する
ものとして、それらの下端に導電体のリング３０ａ６を
溶接したものである。ト−チの溶接位置の視認が容易で
ある。また、２枚の被加工材を、それらの端面を揃えて
重ね合せ、端面をスポット溶接するのに適する。また端
面間に段差がある場合でも、対物接触子を段差部に接触
させることにより段差を形成する２枚の被加工材に同時
に接触し、双方ともに確実に押えつけることができる。

【００３６】図８に示す第４変形例は、円筒状の対物接
触子３０ａの側周面に１対の相対向する開口３０ａ１
７，３０ａ２７を開けて、これにより下端部に接触リン
グを形成したものである。この第４変形例も第３変形例
と同様に、溶接位置の視認が容易であると共に、重ね合
せ端面のスポット溶接に適する。

【００３７】接続リング３０ｂ，対物接触子３０ａは、
銅または真鍮が好ましいが、その他にも鉄，カーボン，
ステンレス等の導電体を用いてもよい。

【００３８】−第２実施例− 図９に本発明の第２実施例のト−チ外観を示し、図１０
にト−チに接続した電気回路を示し、図１１に電気回路
の動作タイミングを示す。この第２実施例は、スポット
溶接のみならず、被加工材２の重ね合せが延びる方向
に、線（直線，カ−ブ）状に、スポット溶接と同様な溶
接を連続して行なうことができるものである。ト−チの
連続倣い移動を容易にするように、対物接触子３０ａに
は、１対の導電体のロ−ラ３０ａ１４，３０ａ２４が、
対称に支持されている（図９）。この第２実施例の電気
回路は（図１０）は、メインコントロ−ラ５３を除く部
分は図３に示す第１実施例のものと同様である。

【００３９】この第２実施例のメインコントロ−ラ５３
は、リレ−Ｕの常開接点Ｕ１とリレ−Ｚの常閉接点との
直列回路が、主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２に並列に
接続され、かつ、主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２のオ
ン（閉）／オフ（開）信号がメイン電流コントロ−ラ５
９に与えられるものである。

【００４０】図１０に示す電気回路は、図３に示す第１
実施例の電気回路と同様に、パイロットア−クスタ−ト
スイッチＰＢ１のオンに応答して始動コントロ−ラ５１
がパイロットア−クを起動し、パイロットコントロ−ラ
５２にパイロット電圧の印加を指示して、パイロット電
源５５がパイロットプラズマアーク電圧を放電電極８／
チップ５間に印加し、これにより放電電極８／チップ５
間にパイロットプラズマアークを維持する。

【００４１】この状態で主ア−クスタ−トスイッチＰＢ
ｂが押されてスイッチオン（閉）になると、Ｚ１は常閉
接点であるのでリレーＵがオン（通電）となり、接点Ｕ
１が閉となる。Ｐｂ２は、作業者の押しがなくなると、
戻しばね力で自動的に引き戻されてスイッチオフ（開）
となる。すでに接点Ｕ１が閉となってこれを通してリレ
−Ｕの通電が継続するので、Ｐｂ２がオフに戻っても、
リレ−Ｕはオンを継続する。すなわち、Ｕ１は自己保持
接点である。また、リレーＵがオンとなるとメイン電流
コントローラ５９の電源接点が閉となる。

【００４２】メイン電流コントローラ５９は、電源接点
が閉となるとメイン電源５８に指示電流ｉｘを、その値
をプリフロー電流値ｉｐに設定して出力し、プリフロー
電流値ｉｐに応じた主プラズマ放電電流を放電電極８／
対物接触子３０ａ（被加工材２）間に出力するよう指示
する。メイン電源５８は、主プラズマ放電電流をメイン
電流コントローラ５９の出力する指示電流ｉｘにより制
御し、メイン電流コントローラ５９より指示電流ｉｘの
変更があるまで、プリフロー電流値ｉｐを生ずる主プラ
ズマ放電電流を放電電極８／対物接触子３０ａ（被加工
材２）間に出力する（ｔ＝ｔ４）。放電電極８／チップ
５間にはパイロットプラズマアークが、パイロット電源
５５およびパイロットコントロ−ラ５２により維持され
ており、被加工材２／放電電極８間に主プラズマアーク
が発生する。

【００４３】主プラズマアークの発生に伴ない、電流検
出回路５７が主プラズマアーク電流に応答してリレーＺ
をオンする。リレーＺがオンするとメインコントローラ
５３内部にある常閉接点Ｚ１がオフとなり、これにより
リレーＵがオフとなって、自己保持が解除される。しか
し、メイン電源５８による主プラズマ放電電流はメイン
電流コントローラ５９で制御されており、メイン電流コ
ントローラ５９が停止を指示するまで（指示電流ｉｘ＝
０）主プラズマ放電電流は供給され、主プラズマアーク
は維持される（ｔ＝ｔ５）。

【００４４】また、リレーＺのオンに伴い、メイン電流
コントローラ５９内のタイマが計時を開始する。所定時
間Ｔｐの計時を終了するとメイン電流コントローラ５９
は、メイン電源５８への指示電流ｉｘの値がメイン電流
値ｉｍになるまで指示電流ｉｘを次第に上昇させる。こ
れに伴い主プラズマ放電電流が上昇する。メイン電流コ
ントローラ５９は、指示電流ｉｘの値がメイン電流値ｉ
ｍになると再度計時を開始し、所定時間Ｔａの計時を終
了するまで指示電流ｉｘの値をメイン電流値ｉｍに維持
する。主プラズマ放電電流は時間Ｔｍの間、メイン電圧
一定に維持される。

【００４５】タイマがＴｍの計時を終了すると、メイン
電流コントローラ５９は、計時終流時に主ア−クスタ−
トスイッチＰｂ２がオフ（開）に戻っていると、溶接を
終了するために、メイン電源５８への指示電流ｉｘの値
を次第に下げクレ−タ処理電流値ｉａで止める。主プラ
ズマ放電電流がこれに伴い低下する。そして指示電流ｉ
ｘの値がクレ−タ処理電流値ｉａとなると、メイン電流
コントローラ５９は、第３の計時を開始して時間Ｔａが
経過するとメイン電源５８へ主プラズマ放電電流の停止
を指示する。

【００４６】これにより放電電極８／被加工材２間の主
プラズマアークが消滅する。これに応答して電流検出回
路５７がリレーＺをオフにするので、メインコントロ−
ラ５３の接点Ｚ１が閉に戻る（ｔ＝ｔ６）。以上が第１
回のスポット溶接である。

【００４７】この間もパイロットプラズマアークは、パ
イロットコントローラ５２及びパイロット電源５５によ
り維持されているので、作業者がト−チを次の溶接箇所
に移して再び主アークスタ−トスイッチＰｂ２を一瞬閉
じると、前述の態様で主プラズマアークが起動し、第２
回のスポット溶接が行なわれる。以下同様である。以上
は、スポット溶接態様であり、作業者が主ア−クスタ−
トスイッチＰｂ２を比較的に短時間内（計時Ｔｍが終了
するまでに）にオフに戻すことにより実現する。

【００４８】連続溶接のために作業者が、主ア−クスタ
−トスイッチＰｂ２のオン（閉）を継続して、計時Ｔｍ
が終了したときもオン（閉）であると、メイン電流コン
トロ−ラ５９は、メイン電流値ｉｍを維持する。そして
主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２がオン（閉）からオフ
（開）に戻ると、溶接を終了するために、メイン電源５
８への指示電流ｉｘの値を次第に下げクレ−タ処理電流
値ｉａで止める。主プラズマ放電電流がこれに伴い低下
する。そして指示電流ｉｘの値がクレ−タ処理電流値ｉ
ａとなると、メイン電流コントローラ５９は、第３の計
時を開始して時間Ｔａが経過するとメイン電源５８へ主
プラズマ放電電流の停止を指示する。したがって、作業
者が主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２をオン（閉）に保
持し、かつ、ト−チ１先端のロ−ラ３０ａ１４，３０ａ
２４を被加工材２に押し付けた状態で、ト−チ１を図９
のｚ方向（被加工材２の重ね部（溶接線）が延びる方
向）にト−チ１をづらしている間、主溶接電流ｉｍによ
る移行式プラズマア−ク溶接が進行する。溶接終端で作
業者が主ア−クスタ−トスイッチＰｂ２をオフ（開）に
戻すと、そこでクレ−タ処理電流値ｉａが時間Ｔａの間
通電された後、移行式プラズマア−クが消滅する。しか
しパイロットア−クは継続している。ストップスイッチ
ＰＢ３が一瞬オフ（開）になると、パイロットア−クも
消滅する。

【００４９】以上に説明した第１および第２実施例によ
れば、被加工材２に母材ケ−ブルを接続することなく被
加工材２と放電電極８の間にプラズマアーク加工電圧を
印加することができるので、従来の、被加工材上の母材
ケーブル接続位置と溶接箇所との距離が長いことによる
電圧の減衰又は、熱損失も無く、溶接品質が安定する。
また、対物接触子３０ａ又はそれと一体のものを被加工
材２に押しつけることにより、被加工材２とメイン電源
の接続が自動的に実現しかつト−チの溶接位置が定まる
ので、溶接作業性が高い。被加工材の重ね合せ平面に対
するばかりでなく、一方の端縁の箇所，被加工材の重ね
合せ端面，板状に突合せた場合に突合せ線部，Ｔ字型に
突合せた突合せ角，平板面から突出したピン先端又はピ
ン周縁、等あらゆる箇所のスポット溶接や重ね合せに沿
った連続溶接が可能である。被加工材への母材ケ−ブル
の取り付け，取り外しの必要が無い為に溶接作業効率が
高い。

【００５０】また、高周波をプラズマアークの発生の度
に発生させる従来の方法に比べて、高周波により生成さ
れるパイロットアークは一度生成されると常に維持され
ているので溶接の際にはメインアークの起動のみとな
り、スポット溶接等の短時間の溶接を繰り返し連続で行
う場合には高周波の影響による周辺の電子機器に与える
ノイズ等の悪影響が軽減する。

【００５１】更には自動的に、プリフロ−通電（予熱通
電），本溶接通電およびクレータ処理通電を行なうの
で、作業者の負担が軽減するとともに、作業者の個人差
によらず溶接品質が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例のプラズマト−チ１の外
観を示す平面図である。

【図２】 図１に示すトーチ１の先端部(２点鎖線２Ａ
で囲まれた部分）の拡大縦断面図である。

【図３】 図１に示すトーチ１に接続された電気回路を
示すブロック図である。

【図４】 図３に示す電気回路各要素の動作タイミング
を示すタイムチャートである。

【図５】 図１に示す対物接触子３０ａの第１変形例を
示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ−５Ｂ
線断面図である。

【図６】 図１に示す対物接触子３０ａの第２変形例を
示す縦断面図である。

【図７】 図１に示す対物接触子３０ａの第３変形例を
示し、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は縦断面図で
ある。

【図８】 図１に示す対物接触子３０ａの第４変形例を
示し、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は縦断面図で
ある。

【図９】 本発明の第２実施例のプラズマト−チ１の外
観を示す平面図である。

【図１０】 図９に示すトーチ１に接続された電気回路
を示すブロック図である。

【図１１】 図１０に示す電気回路各要素の動作タイミ
ングを示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１：トーチ ２：被加工
材 ５：チップ ５Ａ：噴射口 ６ａ，７ａ，２８ａ：電気リード ８：放電電
極 ９：ガス噴射口 １０：保護キ
ャップ １１：絶縁水路 １２：握りア
ーム １３：脱着袋ナット １４：シ−ル
ドキャップ ３０ａ：対物接触子 ３０ｂ：接続リ
ング ３０ｃ：支持筒 ５１：始動コ
ントローラ ５２：パイロットコントローラ ５３：メイン
コントローラ ５４：制御電源 ５５：パイロ
ット電源 ５６，５７：電流検出回路 ５８：メイン
電源 ５９：メイン電流コントローラ ６０：ＬＥＤ
駆動回路 ＬＥＤ：ＬＥＤ（発光ダイオード） Ｌ：カップ
リングコイル

フロントページの続き (72)発明者 藤 田 孝 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社 機器事業部内 (56)参考文献 特開 昭63−76761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−142456（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−16560（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭51−31788（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭35−2358（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平１−21600（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭58−12108（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭45−5890（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 10/00 B23K 10/02

Claims (11)

(57)【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チップ，該チ
   ップ周囲より同軸状に設けられたシールドガスを噴出す
   るガス流路を備えた噴出口、および、放電電極およびチ
   ップを支持し前記ガス噴射口に至るガス流路を有するト
   −チ本体；該トーチ本体の下端部外周面に固着された、絶縁体の母
   材電極支持筒； 該母材電極支持筒の下部に固着された導電体の母材接続
   リング； 該母材接続リングに電気接続された母材ケーブル； 前記母材接続リングに固着されてそれと電気接続であっ
   て、前記 チップの下方の、前記ガス噴射口から出るプラ
   ズマア−クの行路の外側に位置する、導電体の対物接触
   子；および、前記 放電電極と母材ケーブルの間にプラズマア−ク溶接
   電圧を印加するア−ク電源； を備えるプラズマア−ク移行式の溶接装置。
2. 【請求項２】対物接触子は、下端面にスロットを切込ん
   だ円筒体である請求項１記載のプラズマア−ク移行式の
   溶接装置。
3. 【請求項３】対物接触子は、スライド棒，これをア−ク
   が進行する方向に往復動自在に支えるガイド部材および
   スライド棒を下方に押すばね部材を含む、請求項１記載
   のプラズマア−ク移行式の溶接装置。
4. 【請求項４】対物接触子は、下端部がロ−ラである請求
   項１記載のプラズマア−ク移行式の溶接装置。
5. 【請求項５】対物接触子は、下端部がリングである請求
   項１記載のプラズマア−ク移行式の溶接装置。
6. 【請求項６】対物接触子は、側周面に開口を開けた円筒
   体である請求項１記載のプラズマア−ク移行式の溶接装
   置。
7. 【請求項７】装置は更に、放電電極とチップの間にパイ
   ロットア−ク電圧を印加するパイロット電源；を備え
   る、請求項１，請求項２，請求項３，請求項４，請求項
   ５又は請求項６記載のプラズマア−ク移行式の溶接装
   置。
8. 【請求項８】装置は更に、始動指示手段，溶接指示手
   段，停止指示手段，始動指示手段による始動指示に応答
   してパイロット電源によるパイロットア−クを起動する
   始動制御手段，溶接指示手段による溶接指示に応答して
   メインア−ク電圧を印加するためのメイン制御手段、お
   よび、停止指示手段による停止指示に応答してパイロッ
   ト電圧の印加を停止するパイロット制御手段を備える、
   請求項７記載のプラズマア−ク移行式の溶接装置。
9. 【請求項９】装置は更に、メイン制御手段の電圧印加指
   示に応答して所定時間の間メインア−ク電圧を印加して
   メイン電流を通電し、該所定時間経過後に通電を停止す
   るメイン電流制御手段を備える、請求項８記載のプラズ
   マア−ク移行式の溶接装置。
10. 【請求項１０】メイン電流制御手段は、電圧印加指示に
    応答して、メインアーク電源にプラズマア−ク溶接電流
    の出力を指示し、予め設定した第１の時間が経過するま
    ではプラズマア−ク溶接電流を低電流に維持し、第１の
    時間の経過とともにプラズマア−ク溶接電流を増加して
    予め設定した第２の時間が経過するまでは高電流に維持
    し、第２の時間の経過とともにプラズマア−ク溶接電流
    を低下させて予め設定した第３の時間が経過するまでは
    低電流に維持し、第３の時間が経過するとプラズマア−
    ク溶接電流を遮断する、請求項９記載のプラズマア−ク
    移行式の溶接装置。
11. 【請求項１１】メイン電流制御手段は、電圧印加指示に
    応答して、メインアーク電源にプラズマア−ク溶接電流
    の印加を指示し、予め設定した第１の時間が経過するま
    ではプラズマア−ク溶接電流を低電流に維持し、第１の
    時間の経過とともにプラズマア−ク溶接電流を増加し
    て、予め設定した第２の時間が経過するまでに電流出力
    指示が消えているときは第２の時間が経過するまでは高
    電流に維持し第２の時間の経過とともにプラズマア−ク
    溶接電流を低下させ、第２の時間が経過しても電流出力
    指示が継続しているときは電流出力指示が消えるまでは
    高電流に維持し電流出力指示が消えるとともにプラズマ
    ア−ク溶接電流を低下させ、プラズマア−ク溶接電流を
    低下させてから予め設定した第３の時間が経過するまで
    は低電流に維持し、第３の時間が経過するとプラズマア
    −ク溶接電流を遮断する、請求項９記載のプラズマア−
    ク移行式の溶接装置。