JP3467322B2

JP3467322B2 - アーク加工装置

Info

Publication number: JP3467322B2
Application number: JP17346294A
Authority: JP
Inventors: 喜久夫寺山
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JPH0819862A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接または切断
などに使われるアーク加工装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１は、アーク起動に高周波高電圧を使
った場合の従来装置の例をアーク溶接の場合について示
した図である。図１において、１０は溶接電源、１ない
し３は１次入力線、４は電極で図示を省略した溶接トー
チに保持されている。５は被加工物即ち被溶接物、６は
電極側ケーブル、７は被溶接物側ケーブル、８は起動ス
イッチ、９は遠隔出力調整器である。溶接電源１０内の
ＤＲ１は１次整流回路、ＴＲ１はインバータ回路、Ｔ１
はインバータトランス、ＤＲ２は２次整流回路、ＬＤ１
はリアクトル、Ｃ１は高周波バイパスコンデンサ、ＨＦ
は高周波高電圧発生器、ＣＣはカップリングコイル、Ｃ
Ｔ１は出力電流検出器、ＣＬ１は制御回路、Ｔm1は電極
側出力端子、Ｔm2は被溶接物側出力端子である。また、
Ｒ１およびＲ２は抵抗器、Ｅ１およびＥ２は直流電源、
ＰＣ１はフォトカプラ、ＣＮ１は起動スイッチ用コンセ
ント、ＣＮ２は遠隔出力調整器用コンセントである。

【０００３】図１において、起動スイッチ８を押すと、
フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードに電流が流れフォ
トトランジスタを導通させ、抵抗器Ｒ１の両端にほぼ直
流電源Ｅ１の電圧に等しいが電圧が現れる。抵抗器Ｒ１
の両端の電圧は起動信号として制御回路ＣＬ１に導かれ
る。制御回路ＣＬ１はこの起動信号の入力によって図示
を省略したガス供給回路を駆動する。ガス供給回路は電
極４と被溶接物５との間にシールドガスを放出する。シ
ールドガスが電極４に達する時間を見計らって制御回路
ＣＬ１は、インバータ回路ＴＲ１および高周波高電圧発
生器ＨＦを駆動する。インバータ回路ＴＲ１は、数１０
ＫＨｚの周波数でスイッチング動作し、インバータトラ
ンスＴ１の２次側に溶接アークに必要な電圧を誘起し２
次整流回路ＤＲ２によって整流されて、無負荷電圧がカ
ップリングコイルＣＣの２次巻線を経て電極側出力端子
Ｔm1と被溶接物側出力端子Ｔm2に現れ、電極４と被溶接
物５との間に加わる。高周波発生器ＨＦは高周波高電圧
をカップリングコイルＣＣの１次コイルに加え、２次コ
イルに誘起する高周波高電圧は電極側の出力端子Ｔm1、
電極側ケーブル６、高周波バイパスコンデンサＣ１、被
溶接物側出力端子Ｔm2を経て電極４と被溶接物５との間
に加わる。このとき電極４と被加工物５との距離が近い
と火花放電が発生する。この火花放電に引きつずいて電
極４と被溶接物５との間に溶接アークが誘発される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような高周波高
電圧を用いてアークを起動する従来装置においては、大
型でかつ高価な高周波発生装置を用意する必要があると
ともに、アーク起動時に発生させる高周波高電圧が隣接
するケーブルや大地へもれ出したり、ケーブルや電極が
アンテナとなって空中に高周波の電磁波を放射したりす
る。その結果、自機はもちろん近隣の他機にノイズ障害
をもたらし、誤動作をひき起こすことが多かった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来装置
の問題点を解決するために、高周波高電圧を用いず、ア
ーク起動に先だって電源内部に設けられているリアクト
ルに強制的に電流を流しておき、この電流を遮断するこ
とによってアーク起動に必要な高電圧を発生させ、電極
と被加工物間の絶縁を破ってアークを誘発させるように
したアーク加工装置を提案したものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例によって説明す
る。

【０００７】図２は本発明の実施例を示す接続図であ
る。図２においてＴＲ２は出力短絡回路であり、スイッ
チング用トランジスタやゲートターンオフサイリスタ
（ＧＴＯ）などの自己消弧型スイッチング素子または適
当な転流回路を設けたサイリスタあるいは真空スイッチ
等が使用出来る。ＣＬ２は制御回路である。制御回路Ｃ
Ｌ２は出力短絡回路ＴＲ２も制御する。同図においてそ
の他は、図１の従来装置と同じ機能の部品またはアセン
ブリのものに同一の符号を付して説明を省略する。ま
た、出力短絡回路ＴＲ２は、出力端子Ｔm1とＴm2との間
を短絡してリアクトルＬＤ１に強制的に電流を流す出力
短絡回路を構成している。

【０００８】図２において、溶接の開始に当り作業者は
電極４を被溶接物５に接近させ、起動スイッチ８を押
す。抵抗器Ｒ１には起動スイッチ８の回路からは絶縁さ
れた電圧が現れ起動信号として制御回路ＣＬ２に入力さ
れる。ＣＬ２は起動信号を受けて、インバータ回路ＴＲ
１に駆動信号を送ってこれを起動するとともに出力短絡
回路ＴＲ２に導通指令信号を供給する。インバータ回路
ＴＲ１の起動によってインバータトランスＴ１の１次側
には数１０ｋＨｚの電圧が加わり、２次側でアーク溶接
に必要な電圧値に変換されて、２次整流回路ＤＲ２によ
って直流に変換されてリアクトルＬＤ１と出力短絡回路
ＴＲ２の直列接続回路に加えられる。出力短絡回路ＴＲ
２が導通すると２次整流回路ＤＲ２の出力はリアクトル
ＬＤ１を通して短絡されることになり、このリアクトル
ＬＤ１と出力短絡回路ＴＲ２の直列接続回路の電流は時
間とともに増加してゆく。制御回路ＣＬ２はリアクトル
ＬＤ１と出力短絡回路ＴＲ２の直列接続回路の電流があ
る一定値になる頃に、インバータ回路ＴＲ１への駆動信
号は加えたままにしておいて、出力短絡回路ＴＲ２に対
する導通指令信号を絶ち、これを遮断する。この結果リ
アクトルＬＤ１の電流が零に向って急変しようとするの
で、その急変を阻止する方向、すなわちリアクトルの２
次整流器ＤＲ２側端子に正、電極４側端子に負のパルス
状の高電圧が発生する。このパルス状の高電圧は、正側
は２次整流器ＤＲ２と被溶接物側出力端子Ｔm2および被
溶接物側ケーブル７を経て、また負側は電極側出力端子
Ｔm1と電極側ケーブル６を経て、電極４と被溶接物５と
の間に加わり、その間の絶縁を破壊し、アークを誘発す
る．なお、このパルス状の高電圧は高周波成分を含むの
で、ノイズが皆無とは言えないが、単発であるのでノイ
ズの量は従来の装置に比較すれば極端に少ないものであ
る。アーク発生後は制御回路ＣＬ２は遠隔出力調整器９
からの指令値に出力電流を制御する。この場合、出力短
絡回路ＴＲ２には２次整流器ＤＲ２を経てリアクトルＬ
Ｄ１に発生したパルス状の高電圧がコレクタ側正、エミ
ッタ側負の極性でかかるので、出力短絡回路ＴＲ２は電
極４と被溶接物５間を絶縁破壊する高電圧に耐えるもの
を選定する。

【０００９】図３は、図２の実施例を改善した別の実施
例を示す接続図である。同図において、ＬＤ２はリアク
トルであるが中間端子を有するところが図２に示した実
施例のリアクトルＬＤ１と異なる。出力短絡回路ＴＲ２
はリアクトルＬＤ２の中間端子と被溶接物側出力端子Ｔ
m2との間に接続される。同図においてその他は、図２に
示した実施例と同じ機能の部品またはアセンブリのもの
に同一の符号を付して説明を省略する。

【００１０】図３において、起動時に起動スイッチ８を
押すと起動信号が制御回路ＣＬ２に入力され、これによ
ってインバータ回路ＴＲ１が起動するとともに出力短絡
回路を構成する出力短絡回路ＴＲ２が導通する。この
時、出力回路はリアクトルＬＤ２の２次整流回路ＤＲ２
側とその中間端子間との間の巻線と出力短絡回路ＴＲ２
の直列回路によって短絡される。ここで、リアクトルＬ
Ｄ２の２次整流回路ＤＲ２側端子と中間端子間の巻き数
をＮ１、リアクトルＬＤ２の中間端子と電極側出力端子
Ｔm1間の巻き数をＮ２とすると、出力短絡回路ＴＲ２が
導通状態から遮断するときに電極４と被溶接物５との間
に加わる電圧は、リアクトルＬＤ２の両端間に現れる電
圧で、これはリアクトルＬＤ２の２次整流回路ＤＲ２側
端子と中間端子間の電圧の｛（Ｎ１＋Ｎ２）／Ｎ１｝倍
である。このことは、アーク起動のために出力端子Ｔm1
とＴm2との間に要求される電圧は同じであり、かつ出力
短絡回路ＴＲ２にかかる電圧はリアクトルＬＤ２の２次
整流回路ＤＲ２側端子と中間端子間の電圧のみであるの
で、出力短絡回路ＴＲ２に必要な耐電圧は、図２の実施
例の場合のＮ１／（Ｎ１＋Ｎ２）でよいことを意味す
る。

【００１１】図４は本発明のさらに別の実施例を示す接
続図である。Ｃ２およびＣ３はバイパスコンデンサ、Ｌ
Ｄ３は２個の巻線(1/2) および(2/2) を有するリアクト
ル、ＧＤは大地電位である。同図においてその他は、図
２と同じ機能の部品またはアセンブリのものに同符号を
付して説明を省略する。リアクトルＬＤ３は互いに絶縁
された二つの巻線が一つの共通の鉄心に巻かれて磁気的
に結合した二つのリアクトル巻線からなっており、各巻
線の電流は同じ向きに鉄心を励磁する極性となるように
巻き方向が定められている。リアクトルＬＤ３の各巻線
は、２次整流器ＤＲ２の負出力端子と電極側出力端子Ｔ
m1間および２次整流器ＤＲ２の正出力端子と被溶接物側
出力端子Ｔm2間に接続される。バイパスコンデンサＣ２
とＣ３とは直列にされて２次整流器ＤＲ２の出力端子間
に接続され、これらのバイパスコンデンサＣ２とＣ３と
の共通接続点は大地電位ＧＤに接続、すなわち接地され
る。

【００１２】図４の実施例において、その動作は図２の
実施例とリアクトル部分を除いて同じである。図４にお
いて、各巻線の極性は前述のように同じ方向に鉄心を励
磁する極性に定められているので、両巻線の発生する電
圧は加算されることになる。そこで、リアクトルＬＤ３
の各巻線の巻回数をそれぞれ図２のリアクトルＬＤ１の
２分の１とすると出力短絡回路ＴＲ２が導通から解放に
なるときに電極４と被溶接物５間に発生するパルス状の
高電圧の大きさは図２に示した実施例と同じ電圧が得ら
れる。また、図４の実施例においては、リアクトルＬＤ
３の２次整流回路ＤＲ２側にバイパスコンデンサＣ２と
Ｃ３を介して接地してあるので、電極４側と被溶接物５
側の大地に対する高電圧の高周波成分は大きさが等しく
逆位相となる。この結果、電極４側と被溶接物５側から
大地への漏れ分は互いに打ち消しあってほとんど零とな
る。

【００１３】図５は本発明のさらに別の実施例を示す接
続図である。ＬＤ４は図４に示した実施例に用いたリア
クトルとほぼ同様のリアクトルであるが、各巻線には中
間端子を設けてある。同図においてその他は図４に示し
た実施例と同じ機能の部品またはアセンブリに同符号を
付して説明を省略する。

【００１４】図５において、リアクトルＬＤ４のそれぞ
れの巻線は２次整流器ＤＲ２の負出力端子と電極側出力
端子Ｔm1間および２次整流器ＤＲ２の正出力端子と被溶
接物側出力端子Ｔm2間に接続される。それぞれの巻線に
は中間端子を設け両中間端子間に出力短絡回路ＴＲ２を
接続している。同図の実施例は、図４の実施例に対して
図３の実施例に用いたリアクトルを応用したものであ
り、図３の実施例において説明したのと同じ理由で出力
短絡回路ＴＲ２に印加される電圧は中間端子間での巻き
数に応じて低くなるのでその耐電圧は低いものでよい。
また、バイパスコンデンサＣ２とＣ３とを設けてその共
通接続点を接地しているのでノイズの大地への漏れはほ
とんど発生しない。

【００１５】図６は、本発明のさらに別の実施例を示す
接続図である。同図において、ＳＤは出力端子よりも外
側が短絡しているか否かを検出する短絡検出器、ＡＮ１
はアンドゲート、ＤＲ３は阻止ダイオード、ＣＬ３は制
御回路である。同図においてその他は、図２と同じ機能
の部品またはアセンブリに同符号を付して説明を省略す
る。

【００１６】図７は、図６の実施例で使用する短絡検出
器ＳＤの実施例を示す接続図である。同図において、Ｅ
３ないしＥ５は直流電源、Ｒ３１ないしＲ３４は抵抗
器、ＰＣ１０はフォトカプラ、ＤＲ６はダイオード、Ｔ
Ｒ６はトランジスタである。ここで、直流電源Ｅ４の出
力電圧はつぎの動作が得られるように設定する。すなわ
ち、ＣＮ１への端子間が短絡でかつ出力端子Ｔm1とＴm2
とが短絡状態にあるときは、フォトカプラＰＣ１０の発
光ダイオードに電流が流れ、フォトトランジスタがＯＮ
となり、抵抗器Ｒ３１の端子電圧はＨＩＧＨレベルとな
る。一方ＣＮ１の端子間が短絡でも出力端子Ｔm1とＴm2
との間が開放または通常のアーク電圧がかかっていると
きは、抵抗器Ｒ３１の端子電圧はＬＯＷレベルとなる。
さらに、ＣＮ１への端子間が開放であれば抵抗器Ｒ３１
の端子電圧はＬＯＷレベルとなる。なお、ＤＲ６は逆電
圧を短絡し、逆電圧印加時には、抵抗器Ｒ３１の端子電
圧がＬＯＷレベルとなるようにする。

【００１７】図６において、起動スイッチ８を押すとフ
ォトカプラＰＣ１の発光ダイオードが発光し、フォトト
ランジスタがＯＮとなって抵抗器Ｒ１にＨＩＧＨレベル
信号が発生する。抵抗器Ｒ１のＨＩＧＨレベルの信号は
アンドゲートＡＮ１の入力端子２に入る。このとき、電
極４と被溶接物５間が短絡していなければ、起動スイッ
チ８が押されていても短絡検出器ＳＤの出力はＬＯＷレ
ベルである。この短絡検出器ＳＤのＬＯＷレベル出力信
号はアンドゲートＡＮ１の入力端子１に入る。この結果
アンドゲートＡＮ１の出力信号はＬＯＷレベルであるの
でインバータＴＲ１は起動せず、また出力短絡回路ＴＲ
２も遮断状態のままである。つぎに、起動スイッチ８が
押された状態のままで電極４と被溶接物５との間が短絡
されると、短絡検出器ＳＤのフォトカプラＰＣ１０のフ
ォトダイオードに電流が流れて、その出力信号がＨＩＧ
Ｈレベルになり、アンドゲートＡＮ１の出力信号がＨＩ
ＧＨレベルに反転する。アンドゲートＡＮ１のＨＩＧＨ
レベルの出力信号を受けて、制御回路ＣＬ３はインバー
タ回路ＴＲ１に駆動信号を送ってこれを動作させて２次
整流回路ＤＲ２からの出力を発生するとともに出力短絡
回路ＴＲ２に信号を送ってこれを導通させる。出力短絡
回路ＴＲ２の導通によってリアクトルＬＤ１と出力短絡
回路ＴＲ２の直列接続回路は短絡されて、２次整流器Ｄ
Ｒ２から電流が流れ、この電流は制御回路ＣＬ３によっ
て所定値に制御される。これに続いて起動スイッチ８を
押した状態のままで電極４と被溶接物５との間の短絡を
開放にすると、直流リアクトルＬＤ１と電極側出力端子
Ｔm1との間には阻止ダイオードＤＲ３があるので出力短
絡回路ＴＲ２が導通していても短絡検出回路ＳＤから出
力短絡回路ＴＲ２、（ダイオードＤＲ３）、短絡検出回
路ＳＤの回路には電流が流れないので短絡検出器ＳＤの
出力信号はＬＯＷレベルに戻り、アンドゲートＡＮ１の
出力信号もＬＯＷレベルに戻る。アンドゲートＡＮ１の
出力信号がＬＯＷレベルになると、制御回路ＣＬ３はイ
ンバータ回路ＴＲ１を動作させたまま出力短絡回路ＴＲ
２を遮断する。その結果リアクトルＬＤ１にはパルス状
の高電圧が発生し、正側は２次整流器ＤＲ２から接物側
出力端子Ｔm2、被溶接物側ケーブル７を経て被溶接物
に、また負側は電極側出力端子Ｔm1と電極側ケーブル６
を経て電極４に加わり、電極４と被溶接物５との間の絶
縁を破りアークが発生する。

【００１８】図６に示した実施例の場合は、電極４を被
溶接物５から離したままで起動スイッチ８を押しても、
インバータ回路ＴＲ１は駆動されるが、出力短絡回路Ｔ
Ｒ２は遮断状態のままなので、リアクトルＬＤ１にパル
ス状の高電圧が発生することはない。また、パルス状の
高電圧は、電極と被溶接物とを一度短絡させた後に電極
を被溶接物から引離した瞬間に発生するので、両者間の
距離は未だ極めて近い位置にあるから、アークの発生は
確実となる。

【００１９】前記いずれの実施例においても、溶接電源
の主回路はインバータ制御式を用いて説明したが、本発
明の実施に当たっては溶接電源の主回路方式はインバー
タ制御式に限られるものではない。すなわちトランスの
２次側でのサイリスタ制御、直流のチョッパ制御等であ
ってもよい。さらにその出力形態は先に説明した直流出
力でも交流出力でも良くさらには直流あるいは交流の各
波形に周期的に脈動する成分を含むものやパルス波形の
ものでも良いのはもちろんである。

【００２０】さらに、上記各実施例は、本発明をアーク
溶接に適用する場合についてのみ説明したが、本発明は
アーク放電を利用して加工を行うものであればなんでも
適用出来るものであり、例えば溶接以外にアーク切断、
アーク溶射、アーク加熱、アーク溶融などに適用出来
る。

【００２１】また、パイロットアークを用いないプラズ
マアーク溶接やプラズマアーク切断にも適用出来る。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、上記の通り高周波発生装置が
発生する高周波を使わずに、加工用電源の主回路のリア
クトルにあらかじめ強制的に電流を流しておき、これを
遮断するときに発生するパルス状の高電圧をアーク起動
に利用するものであるので大形で高価な高周波発生装置
が不要となり、高周波ノイズ障害を著しく低減できるも
のである。さらに、請求項第５項の発明においては、電
極４と被溶接物５との間を短絡状態にした後に引離した
ときにパルス状の高電圧を発生させるようにしたので、
電極と被加工物とが至近距離にあるときにパルス状の高
電圧が発生するのでアーク起動の失敗がほとんどなくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高周波高電圧回路によってアーク起動をする従
来装置の例を示す接続図

【図２】本発明をアーク溶接に適用したときの実施例を
示す接続図

【図３】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施
例を示す接続図

【図４】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別
の実施例を示す接続図

【図５】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施
例を示す接続図

【図６】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施
例を示す接続図

【図７】図６の実施例に用いる短絡検出器の実施例を示
す接続図

【符号の説明】

１、２、３１次入力線４電極５被溶接物６電極側ケーブル７被溶接物側ケーブル８起動スイッチ９遠隔出力調整器１０溶接電源ＤＲ１１次整流回路ＤＲ２２次整流回路ＴＲ１インバータ回路ＴＲ２出力短絡回路Ｔ１インバータトランスＬＤ１リアクトルＬＤ２リアクトルＬＤ３(1/2) 、ＬＤ３(2/2) リアクトルＬＤ４(1/2) 、ＬＤ４(2/2) リアクトルＣＴ１出力電流検出器ＣＬ１制御回路ＣＬ２制御回路ＣＬ３制御回路Ｔm1 電極側出力端子Ｔm2 被溶接物側出力端子Ｒ１、Ｒ２抵抗器Ｅ１、Ｅ２直流電源ＣＮ１起動スイッチ用コンセントＣＮ２遠隔出力調整器用コンセントＰＣ１フォトカプラＳＤ短絡検出器ＡＮ１アンドゲートＤＲ３阻止ダイオードＥ３ないしＥ５直流電源Ｒ３１ないしＲ３４抵抗器ＰＣ１０フォトカプラＤＲ６ダイオードＴＲ６トランジスタＧＤ大地電位Ｃ１高周波バイパスコンデンサＣ２、Ｃ３バイパスコンデンサＨＦ高周波高電圧発生器ＣＣカップリングコイル

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】出力回路にリアクトルを有するアーク加工
装置において、アーク起動時に出力を所定期間短絡させ
て前記リアクトルに強制的に電流を流す出力短絡回路を
設けたアーク加工装置。
【請求項２】前記リアクトルは出力回路の両端に設けら
れた２個のリアクトル巻線と前記各リアクトル巻線が共
に巻回されて各巻線を流れる電流によって同方向に励磁
される１個の鉄心とからなる請求項１に記載のアーク加
工装置。
【請求項３】出力回路にリアクトルを有するアーク加工
装置において、前記リアクトルに中間端子を設け、アー
ク起動時に前記リアクトルの中間端子を介して出力を所
定期間短絡させて前記リアクトルの一部に強制的に電流
を流す出力短絡回路を設けたアーク加工装置。
【請求項４】前記リアクトルは出力回路の両端に設けら
れた中間端子を有する２個のリアクトル巻線と、前記各
リアクトル巻線が共に巻回されて各巻線を流れる電流に
よって同方向に励磁される１個の鉄心とからなり、前記
出力短絡回路は前記２個のリアクトル巻線の中間端子の
間を短絡する回路である請求項３に記載のアーク加工装
置。
【請求項５】前記出力短絡回路よりも出力端側に電極
と被加工物との間の短絡検出器を設け、前記出力短絡回
路は前記短絡検出器が電極と被加工物間との短絡を検出
したときから前記短絡検出回路が電極と被加工物間との
開放を検出するまでの間前記リアクトルに強制的に電流
を流す回路である請求項１ないし４のいずれかに記載の
アーク加工装置。