JP3469078B2 - Arc igniter for plasma processing equipment - Google Patents

Arc igniter for plasma processing equipment

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JP3469078B2
JP3469078B2 JP07309398A JP7309398A JP3469078B2 JP 3469078 B2 JP3469078 B2 JP 3469078B2 JP 07309398 A JP07309398 A JP 07309398A JP 7309398 A JP7309398 A JP 7309398A JP 3469078 B2 JP3469078 B2 JP 3469078B2
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voltage
arc
power supply
capacitor
plasma processing
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弘文 園田
健二 奥山
和之 土屋
桂 大脇
敬治 恩田
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日鐵溶接工業株式会社
石川島播磨重工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ加工装置、
すなわちプラズマ溶断機やプラズマ溶接機におけるアー
ク点火装置であって、その動作時に電波障害を発生しな
いものを提供する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma processing apparatus,
That is, an arc igniter for a plasma fusing machine or a plasma welding machine, which does not cause radio interference during its operation, is provided.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマ加工装置のアーク点火方
法としては、アーク起動時に高周波高電圧を印加してパ
イロットアーク用のノズル電極と主電極との間に放電を
生じさせてパイロットアークを起動させ、これを主電極
と母材間のメインアークに移行させることが行われてい
る。図6はこのための装置の例を示すものである。4は
メインアークのための主電源であって直流大電流を供給
する。そして主電源の出力の負側はトーチ1の主電極2
に接続され、正側は母材5に接続される。6はパイロッ
トアーク用直流電源であって小電流を供給し、これの出
力の負側は主電源と同じく主電極2に接続され、正側は
ノズル電極3に接続されている。
2. Description of the Related Art As a conventional arc igniting method for a plasma processing apparatus, a high frequency high voltage is applied at the time of starting the arc to cause a discharge between a nozzle electrode for pilot arc and a main electrode to start the pilot arc. , This is transferred to the main arc between the main electrode and the base material. FIG. 6 shows an example of a device for this purpose. Reference numeral 4 is a main power supply for the main arc, which supplies a large DC current. The negative side of the output of the main power source is the main electrode 2 of the torch 1.
, And the positive side is connected to the base material 5. Reference numeral 6 is a DC power supply for pilot arc, which supplies a small current, the negative side of the output of which is connected to the main electrode 2 similarly to the main power supply, and the positive side is connected to the nozzle electrode 3.

【0003】ところでメインアークを発生させるために
はまずパイロットアークを起動させる必要があるが、こ
れには従来から高周波高電圧による放電によってアーク
を起動させる方法が行なわれている。図6において30
は高周波高電圧回路であって、昇圧変圧器31からの電
圧により火花ギャップ32で放電してこれにより高周波
電圧が発生するが、これをカップリングコイル33を介
してパイロットアーク用直流電源6に重畳するようにな
っている。この高周波高電圧によりアークスタート時に
ノズル電極3と主電極2との間で放電が発生し、これに
よりパイロットアークが誘起されるようになっている。
図6において34と35は高周波高電圧がパイロットア
ーク用電源6に印加されて故障するのを防止するため
の、それぞれチョークコイルとバイパスコンデンサであ
る。このようにしてパイロットアークが発生すれば、主
電源4からの電圧を印加した状態でトーチ1を母材に近
付けることによって主電極2と母材5間の定常状態のプ
ラズマアークに移行させることができる。
By the way, in order to generate the main arc, it is necessary to start the pilot arc first. For this, a method of starting the arc by discharging by a high frequency high voltage has been conventionally used. 30 in FIG.
Is a high-frequency high-voltage circuit, which discharges in the spark gap 32 by the voltage from the step-up transformer 31 to generate a high-frequency voltage, which is superposed on the pilot arc DC power supply 6 via the coupling coil 33. It is supposed to do. Due to this high frequency high voltage, a discharge is generated between the nozzle electrode 3 and the main electrode 2 at the time of starting the arc, thereby inducing a pilot arc.
In FIG. 6, reference numerals 34 and 35 are a choke coil and a bypass capacitor, respectively, for preventing a high frequency high voltage from being applied to the pilot arc power source 6 and causing a failure. When the pilot arc is generated in this manner, the torch 1 can be moved to a steady-state plasma arc between the main electrode 2 and the base material 5 by bringing the torch 1 close to the base material while applying the voltage from the main power supply 4. it can.

【0004】上記の高周波高電圧はパイロットアークの
起動のときのみに必要なものである。したがって一般的
にパイロットアークまたはメインアークが発生すれば高
周波発生装置の作動は自動的に停止させるようになって
いるが、一方アーク切れがあったときには自動的に作動
開始するようになっている。このように高周波は連続的
に発生させるわけではないが溶接装置などのアーク点滅
頻度は非常に多いものであり、アーク起動のたびにかな
り強度のノイズ電波を輻射する。このため民家と近接し
た工場でプラズマ溶接機やプラズマ溶断機を使用するに
はテレビやラジオに対するノイズ障害の対策としてライ
ンフィルタや電磁シールド等を設けなければならない。
また溶接等の自動化を目的として、ロボットなどマイク
ロコンピュータを使用した自動機器を組み合わせること
が行なわれるが、高周波ノイズによりこれらの電子機器
を誤動作させたり破壊させたりするおそれがある。
The above high frequency high voltage is necessary only when the pilot arc is started. Therefore, generally, the operation of the high-frequency generator is automatically stopped when the pilot arc or the main arc is generated, while the operation is automatically started when the arc is broken. As described above, the high frequency is not continuously generated, but the arc blinking frequency of the welding device or the like is very high, and a considerably strong noise electric wave is radiated each time the arc is started. Therefore, in order to use a plasma welding machine or a plasma fusing machine in a factory close to a private house, it is necessary to install a line filter, an electromagnetic shield or the like as a measure against noise interference to a television or a radio.
Further, for the purpose of automating welding and the like, an automatic device such as a robot using a microcomputer is combined, but there is a possibility that high frequency noise may cause these electronic devices to malfunction or be destroyed.

【0005】上記問題の対策として特公平8−1341
6号公報や特許第2631178号公報には直流アーク
溶接装置の主電源と並列に直流高電圧電源を並列に接続
し、アーク起動時には溶接トーチの電極と母材との間に
高電圧を印加して放電を起こさせ、これによりアークを
スタートさせる装置が提案されている。しかしながらこ
のようなアーク点火方法をプラズマ溶接機やプラズマ溶
断機に適用した場合、トーチが水冷方式となっているこ
ともあって絶縁抵抗が低く、大電流容量の直流高圧電源
を使用しなければならないことがわかった。たとえば前
記特公平8−13416号公報においては、無負荷電圧
が1000V以上であって、短絡電流が100mA以下
の直流高電圧発生回路を使用することが条件として記載
されており、また特許第2631178号公報には例と
して無負荷電圧約4kV、短絡電流約10mAの垂下特
性の直流高電圧電源が示されている。しかしながらプラ
ズマ加工装置においては高電圧を印加したときのリーク
電流は1A程度になることもあり、ここに示されたよう
な電流容量の直流高圧電源ではプラズマ加工装置のアー
ク点火は困難なことが判明した。
As a measure against the above problem, Japanese Patent Publication No. 8-1341
In Japanese Patent No. 6 and Japanese Patent No. 2631178, a direct current high voltage power source is connected in parallel with the main power source of the direct current arc welding device, and a high voltage is applied between the electrode of the welding torch and the base metal at the time of starting the arc. A device has been proposed in which a discharge is caused to occur, and thereby an arc is started. However, when such an arc ignition method is applied to a plasma welding machine or a plasma fusing machine, the insulation resistance is low due to the water cooling method of the torch, and a DC high voltage power source with a large current capacity must be used. I understood it. For example, Japanese Patent Publication No. 8-13416 discloses that a no-load voltage is 1000 V or more and a DC high voltage generating circuit having a short circuit current of 100 mA or less is used as a condition, and Japanese Patent No. 2631178. As an example, the publication discloses a DC high-voltage power supply having a drooping characteristic with a no-load voltage of about 4 kV and a short-circuit current of about 10 mA. However, in the plasma processing apparatus, the leakage current when a high voltage is applied may be about 1 A, and it has been found that arc ignition of the plasma processing apparatus is difficult with a DC high voltage power supply having a current capacity as shown here. did.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明はプラズマ加工
装置のアーク点火装置において、従来からの高周波電圧
を印加する方式の問題点である電波障害を発生しないも
のを提供するものである。さらにこのために直流高電圧
を印加する方法において、大電流容量の直流高電圧電源
を要せずに安価な装置でこれを可能にする方法を提供す
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an arc igniter for a plasma processing apparatus that does not cause radio interference, which is a problem of the conventional method of applying a high frequency voltage. For this reason, in the method of applying a DC high voltage, there is provided a method of enabling this with an inexpensive device without requiring a DC high voltage power supply with a large current capacity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、パイロットアーク用直流電源の負出
力が主電極に、正出力がパイロットアーク用のノズル電
極にそれぞれ接続されたプラズマ加工装置のアーク点火
装置において、無負荷電圧が1400V以上の直流高電
圧電源と、前記直流高電圧電源の出力電圧を充電するコ
ンデンサとが設けられ、抵抗器とアーク点火時に閉じる
高電圧開閉器とを介して前記コンデンサの正出力が前記
パイロットアーク用のノズル電極に、負出力が前記主電
極にそれぞれ接続され、かつ前記直流高電圧電源の無負
荷電圧以上の逆阻止電圧を有する整流素子が前記パイロ
ットアーク用直流電源と直列に接続されていることを特
徴とするプラズマ加工装置のアーク点火装置である。こ
こにおいて、前記抵抗器の抵抗値が500Ω以上3kΩ
以下であること、前記直流高電圧電源とコンデンサとが
多段縦続整流回路によって構成されていることも特徴と
する。
Means for Solving the Problems The present invention is to solve the above problems and is a plasma in which a negative output of a DC power source for pilot arc is connected to a main electrode and a positive output is connected to a nozzle electrode for pilot arc. In an arc igniter of a processing apparatus, a DC high-voltage power supply having a no-load voltage of 1400 V or more and a capacitor for charging an output voltage of the DC high-voltage power supply are provided, and a resistor and a high-voltage switch closed at the time of arc ignition. A positive output of the capacitor is connected to the nozzle electrode for the pilot arc, a negative output is connected to the main electrode, respectively, and a rectifying element having a reverse blocking voltage equal to or higher than the no-load voltage of the DC high voltage power source is It is an arc igniter for a plasma processing apparatus, which is connected in series with a pilot arc DC power supply. Here, the resistance value of the resistor is 500Ω or more and 3 kΩ
It is also characterized in that the DC high-voltage power supply and the capacitor are constituted by a multistage cascade rectification circuit.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1は本発明のアーク点火装置を
設けたプラズマ加工装置の例を示す概念図であって、1
はプラズマトーチで非消耗の主電極2とノズル電極3と
を有し、主電極とノズル電極との隙間から高速のシール
ドガスが噴射されるようになっている。4は主電源であ
って主として図示しない変圧器と整流器と電流制御装置
とによって構成され、直流の大電流を出力するようにな
っている。電流制御装置はたとえば可飽和リアクトルを
使用したり、整流器自体にサイリスタや電力用トランジ
スタなどを使用して位相制御をすることによって行なわ
れる。この主電源の出力は正側が母材5に、負側が主電
極2に接続される。また6はパイロットアーク用直流電
源であって小電流の直流を出力するようになっており、
その内部の構成は上記主電源4と同様である。パイロッ
トアーク用電源の出力の正側は後に説明する整流素子7
を介してノズル電極3に接続され、負側は主電源4と同
じく主電極2に接続されている。
1 is a conceptual diagram showing an example of a plasma processing apparatus provided with an arc ignition device of the present invention.
Has a main electrode 2 and a nozzle electrode 3 which are not consumed by a plasma torch, and a high-speed shield gas is jetted from a gap between the main electrode and the nozzle electrode. Reference numeral 4 denotes a main power source, which is mainly composed of a transformer, a rectifier, and a current control device, which are not shown, and outputs a large direct current. The current control device is implemented, for example, by using a saturable reactor or by controlling the phase by using a thyristor, a power transistor or the like for the rectifier itself. The output of this main power source is connected to the base material 5 on the positive side and to the main electrode 2 on the negative side. 6 is a direct current power source for pilot arc, which is designed to output a small current direct current,
The internal structure is the same as that of the main power source 4. The positive side of the output of the pilot arc power supply is the rectifying element 7 which will be described later.
To the nozzle electrode 3, and the negative side is connected to the main electrode 2 as well as the main power source 4.

【0009】8は直流高電圧電源であって、これの出力
がコンデンサ9に充電されるようになっており、このコ
ンデンサの電圧がパイロットアーク起動時に主電極2と
ノズル電極3との間に印加されて火花放電を発生させ、
パイロットアークを誘起させる。上記主電極とノズル電
極間に印加する電圧は1000V程度以上あれば火花放
電は可能であるが、プラズマ加工装置においては先にも
述べたように絶縁抵抗が低くトーチ先端部分では電圧が
低下するので、コンデンサの充電電圧、すなわち直流高
電圧電源の無負荷電圧は1400V以上、好ましくは1
700V以上にする。なお直流高電圧電源の電圧は高く
ても火花放電を起こさせるには差し支えないが、あまり
高いと配線など周辺装置の耐電圧も高くしなければなら
ず不経済である。したがって直流高電圧電源の電圧は通
常の場合3000V以上にする必要はない。また直流高
圧電源の電流容量はノズル電極3と主電極2との間に高
電圧を印加したときに流れる電流より小さくてもよい。
すなわち本発明においてはプラズマトーチのように絶縁
抵抗が低くリーク電流が大きな場合でも、電流容量の大
きな電源を設けることなくコンデンサの放電により瞬間
的に大電流を流すことができ、ノズル電極と主電極との
間において火花放電に必要な電圧を確保できる。
Reference numeral 8 is a DC high-voltage power supply, the output of which is charged in a capacitor 9, and the voltage of this capacitor is applied between the main electrode 2 and the nozzle electrode 3 when the pilot arc is started. Is caused to generate a spark discharge,
Induce a pilot arc. Spark discharge is possible if the voltage applied between the main electrode and the nozzle electrode is about 1000 V or more, but in the plasma processing apparatus, the insulation resistance is low and the voltage drops at the torch tip as described above. , The charging voltage of the capacitor, that is, the no-load voltage of the DC high-voltage power supply is 1400 V or more, preferably 1
Make it 700V or more. Even if the voltage of the DC high-voltage power supply is high, there is no problem in causing spark discharge, but if it is too high, the withstand voltage of peripheral devices such as wiring must be increased, which is uneconomical. Therefore, it is not necessary to set the voltage of the DC high-voltage power supply to 3000 V or more in the normal case. The current capacity of the DC high-voltage power supply may be smaller than the current flowing when a high voltage is applied between the nozzle electrode 3 and the main electrode 2.
That is, in the present invention, even when the insulation resistance is low and the leak current is large like a plasma torch, a large current can be instantaneously flown by discharging the capacitor without providing a power source with a large current capacity, and the nozzle electrode and the main electrode The voltage required for spark discharge can be secured between and.

【0010】10は高電圧開閉器であっては電磁接触器
などの接点を示している。高電圧開閉器は常時は開路し
ており、プラズマ加工装置のアーク起動スイッチが入り
コンデンサ9が充電されたのち閉路する。11は抵抗器
であってコンデンサからの放電電流を制限し、大電流に
よって高電圧開閉器の接点やトーチが損傷するのを防止
するとともに、パイロットアークが発生して負荷抵抗が
小さくなった場合などに直流高電圧電源が短絡状態にな
るのを防止するためのものである。このためには抵抗器
の抵抗値は通常500Ω以上あれば良い。一方あまり抵
抗値が高いとトーチに印加される電圧が低くなって火花
放電が困難になるので3kΩ以下の範囲が適当である。
Reference numeral 10 denotes a high-voltage switch, which is a contact such as an electromagnetic contactor. The high-voltage switch is normally open, and the arc start switch of the plasma processing apparatus is turned on and the capacitor 9 is charged and then closed. Reference numeral 11 is a resistor that limits the discharge current from the capacitor to prevent damage to the contacts and torch of the high-voltage switch due to a large current, and when a pilot arc causes a decrease in load resistance, etc. Moreover, it is for preventing the DC high voltage power supply from being short-circuited. For this purpose, the resistance value of the resistor is usually 500Ω or more. On the other hand, if the resistance value is too high, the voltage applied to the torch becomes low and spark discharge becomes difficult, so a range of 3 kΩ or less is appropriate.

【0011】また整流素子7はパイロットアーク用直流
電源6にコンデンサ9からの高電圧が印加されて絶縁破
壊することを防止するものである。したがって逆阻止電
圧が直流高電圧電源8の無負荷電圧以上で、電流容量が
パイロットアーク電流以上である必要がある。本発明の
ような直流高電圧の放電を使用するアーク点火方法にお
いては、いずれにしてもアーク電源に高電圧が印加され
ないように整流素子を設けることが必要であるが、本発
明の場合主電源4に関してはコンデンサ9の電圧が印加
されることがないのでこの目的の整流素子は不要であ
る。すなわちパイロットアークを介してメインアークを
発生させる方式のプラズマ加工装置においては、パイロ
ットアーク電流に見合った小電流の整流素子で済むので
直流高電圧によるアーク点火方法の利用は特に適してい
る。
The rectifying element 7 is for preventing a high voltage from the capacitor 9 from being applied to the direct-current power source 6 for pilot arc and causing dielectric breakdown. Therefore, it is necessary that the reverse blocking voltage is equal to or higher than the no-load voltage of the DC high voltage power source 8 and the current capacity is equal to or higher than the pilot arc current. In the arc ignition method using high-voltage direct current discharge as in the present invention, it is necessary to provide a rectifying element so that the high voltage is not applied to the arc power source in any case. With respect to 4, the rectifying element for this purpose is unnecessary because the voltage of the capacitor 9 is not applied. That is, in the plasma processing apparatus of the type in which the main arc is generated via the pilot arc, a rectifying element of a small current corresponding to the pilot arc current is sufficient, and thus the arc ignition method using a high DC voltage is particularly suitable.

【0012】図2は上記の本発明の装置の動作を説明す
るタイムチャートである。アーク起動スイッチをオンに
することによりシールドガスの供給が開始し、トーチ先
端までガスが到達後、アーク電源すなわちパイロットア
ーク用電源6および主電源4に給電される。それととも
に直流高電圧電源8にも給電されてコンデンサ9に充電
が行なわれ、コンデンサが充電されたのち高電圧開閉器
9が閉じ、コンデンサの高電圧がノズル電極3と主電極
2との間に印加されて火花放電が発生する。このときパ
イロットアーク用直流電源6からはすでに出力電圧が印
加されているので、火花放電によりノズル電極3と主電
極2との間にパイロットアークが誘起される。図2にお
いてノズル電極の電圧の推移をみるとまずパイロットア
ーク用電源の無負荷電圧が印加され、次に直流高電圧が
印加されるとパイロットアークが発生してアーク電圧に
なる。なお高電圧はこの図では模式的に示されており、
実際には後に述べるように瞬間的なものである。図2に
は示されていないが、さらに主電源4からの直流電圧が
印加されているのでトーチ1を母材5に近付けることに
よりパイロットアークは主電極2と母材5との間のメイ
ンアークに移行する。
FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the above-mentioned device of the present invention. When the arc start switch is turned on, the supply of shield gas is started, and after the gas reaches the tip of the torch, power is supplied to the arc power supply, that is, the pilot arc power supply 6 and the main power supply 4. At the same time, the DC high-voltage power supply 8 is also fed to charge the capacitor 9, and after the capacitor is charged, the high-voltage switch 9 is closed and the high voltage of the capacitor is applied between the nozzle electrode 3 and the main electrode 2. When applied, a spark discharge is generated. At this time, since the output voltage has already been applied from the pilot arc DC power supply 6, a spark arc induces a pilot arc between the nozzle electrode 3 and the main electrode 2. Referring to the transition of the voltage of the nozzle electrode in FIG. 2, first, the no-load voltage of the pilot arc power source is applied, and then the high voltage DC is applied, the pilot arc is generated and becomes the arc voltage. The high voltage is shown schematically in this figure,
Actually, it is instantaneous as described later. Although not shown in FIG. 2, since the direct current voltage from the main power source 4 is further applied, the pilot arc is brought between the main electrode 2 and the base material 5 by bringing the torch 1 close to the base material 5. Move to.

【0013】なおノズル電極と主電極間の直流高電圧は
アーク起動のときのみに必要なので、高電圧開閉器9は
パイロットアークが発生すればこれを検出して開路する
ようにする。またノズル電極と主電極との間で火花放電
が発生するとコンデンサが放電してその端子電圧が低下
するので、高電圧開閉器9は閉路したのち開路し直流高
圧電源の無負荷電圧までコンデンサを充電するようにす
ることが好ましい。つまり一度でパイロットアークが発
生しなかった場合においても高電圧開閉器は閉じたまま
にせず、一定周期で開閉を繰り返すようにすると良い。
また高電圧開閉器はメインアークおよびパイロットアー
クの電流を変流器などで監視し、プラズマ加工装置の使
用中にメインアークおよびパイロットアークが共に途切
れることがあったら自動的に閉路してパイロットアーク
を再点弧するようにするのが好ましい。
Since the high DC voltage between the nozzle electrode and the main electrode is necessary only when the arc is started, the high voltage switch 9 detects the pilot arc when it occurs and opens it. Further, when spark discharge occurs between the nozzle electrode and the main electrode, the capacitor discharges and the terminal voltage drops, so the high voltage switch 9 is closed and then opened to charge the capacitor to the no-load voltage of the DC high voltage power supply. It is preferable to do so. In other words, even when the pilot arc does not occur at one time, it is preferable that the high voltage switch is not left closed and is repeatedly opened and closed at a constant cycle.
The high-voltage switch monitors the current of the main arc and pilot arc with a current transformer, etc., and if there is a break in both the main arc and pilot arc during use of the plasma processing device, it automatically closes the pilot arc. It is preferable to re-ignite.

【0014】本発明の直流高電圧電源として以下に述べ
るような多段縦続整流回路を採用すると電源変圧器の2
次電圧はあまり高くしないで直流高圧を得ることができ
好ましい。しかも前記のように本発明においては直流高
電圧電源の出力は一旦コンデンサに充電してからパイロ
ットアーク点火に際し一挙に放電するが、多段縦続整流
回路においては別途コンデンサを設けなくても本発明に
おける直流高電圧電源の機能とコンデンサの機能とを兼
ねさせることができる。図3は多段縦続整流回路の例で
あって、電源変圧器21の2次電圧のピーク値Vm の6
倍の電圧を得る場合を示している。すなわち各コンデン
サ22は前段のコンデンサの電圧に電源の電圧Vm を加
えた電圧を充電することになるから、整流器23とコン
デンサを組み合わせる段数によって電源の電圧Vm の段
数倍の電圧を得ることができる。
When a multi-stage cascade rectifier circuit as described below is adopted as the DC high voltage power source of the present invention, the
It is preferable that the secondary voltage can obtain high DC voltage without being too high. Moreover, as described above, in the present invention, the output of the DC high-voltage power supply is once charged into the capacitor and then discharged all at once during pilot arc ignition.However, in the multistage cascade rectification circuit, the DC voltage in the present invention is not required even if a separate capacitor is provided. The function of the high-voltage power supply and the function of the capacitor can be combined. FIG. 3 shows an example of a multi-stage cascade rectification circuit, which has a peak value V m of the secondary voltage of the power transformer 21 of 6 m .
The case where a double voltage is obtained is shown. That is, since each capacitor 22 is charged with a voltage obtained by adding the voltage V m of the power source to the voltage of the capacitor at the previous stage, it is possible to obtain a voltage that is twice the voltage V m of the power source depending on the number of stages in which the rectifier 23 and the capacitor are combined. You can

【0015】図4は多段縦続整流回路の他の例であっ
て、図3の回路と同様に電源変圧器21の2次電圧のピ
ーク値Vm の6倍の電圧を得る場合を示している。この
回路においては1段目のコンデンサ24にはVm 、2段
目以降の各コンデンサ25にはVm の2倍の電圧が充電
される。したがってこの例では2Vm の3倍でVm の6
倍の電圧を得ることができる。この回路ではコンデンサ
が直列に接続されたことになるから、先の図3の回路と
比較して実効容量が減ることになる。しかしながら図3
の回路では各段のコンデンサは段数を追うにしたがって
順次高い耐圧のものが必要であるが、この回路では各コ
ンデンサの耐圧が電源の電圧Vm の2倍のもので済む利
点がある。
FIG. 4 shows another example of the multi-stage cascade rectification circuit, and shows a case where a voltage six times the peak value V m of the secondary voltage of the power transformer 21 is obtained as in the circuit of FIG. . Twice the voltage V m to the capacitors 25 of V m, 2 stage and thereafter to the capacitor 24 of the first stage is charged in this circuit. Thus 6 V m at three times the 2V m in this example
Double voltage can be obtained. Since the capacitors are connected in series in this circuit, the effective capacitance is reduced as compared with the circuit shown in FIG. However, FIG.
In the circuit (1), the capacitors at each stage must have sequentially higher withstand voltages as the number of stages is increased, but this circuit has an advantage that the withstand voltage of each capacitor is twice the voltage V m of the power supply.

【0016】図5は本発明のアーク点火装置によりプラ
ズマ加工装置のパイロットアークを発生させたときの現
象を記録したオッシロスコープのグラフである。この例
においては図4に示した多段縦続整流回路を使用し、段
数は18段でコンデンサの容量は各段それぞれ0.01
〜0.02μFであり、無負荷電圧は1800Vであ
る。また抵抗器11としては1kΩのものを使用した。
図5(a)は高電圧開閉器10の出側で測った電圧およ
びパイロットアーク電流の推移を示すものである。電圧
は高電圧開閉器が閉じると高くなるが、コンデンサの放
電により瞬時に低下している。図5(b)はこのときの
電圧の推移を時間軸を拡大して測定したものであって、
高電圧の印加時間は数μs程度になっている。
FIG. 5 is a graph of the oscilloscope recording the phenomenon when the pilot arc of the plasma processing apparatus is generated by the arc ignition apparatus of the present invention. In this example, the multistage cascade rectifier circuit shown in FIG. 4 is used, the number of stages is 18, and the capacitance of each capacitor is 0.01.
˜0.02 μF and no-load voltage is 1800V. As the resistor 11, a resistor having a resistance of 1 kΩ was used.
FIG. 5A shows changes in voltage and pilot arc current measured at the output side of the high voltage switch 10. The voltage rises when the high-voltage switch is closed, but it drops instantaneously due to the discharge of the capacitor. FIG. 5B shows the voltage transition at this time measured with the time axis expanded,
The application time of the high voltage is about several μs.

【0017】本発明において直流高電圧は図5(b)に
示したようにコンデンサの放電時間である数μs程度ト
ーチに印加されればパイロットアークを起動させること
ができることがわかる。すなわち図5(a)でみるよう
にパイロットアークの電流が立ち上がり定常状態に達す
るには10ms近くを必要としているが、直流高電圧自
体はそれよりはるかに短い時間印加されれば十分な効果
を得ることができる。これは直流高電圧による火花放電
で発生したプラズマすなわちイオン化したガスが放電電
流が無くなっても残留しており、このプラズマの導電性
によりパイロットアークの経路がガス中に生成すること
ができるからと考えられる。
In the present invention, as shown in FIG. 5 (b), it can be seen that the pilot arc can be activated if it is applied to the torch for several μs which is the discharge time of the capacitor. That is, as shown in FIG. 5 (a), it takes about 10 ms for the pilot arc current to rise and reach a steady state, but the DC high voltage itself has a sufficient effect if applied for a much shorter time. be able to. This is probably because the plasma generated by the spark discharge due to the high DC voltage, that is, the ionized gas remains even when the discharge current disappears, and the pilot arc path can be generated in the gas due to the conductivity of this plasma. To be

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明のプラズマ加工装置のアーク点火
装置によれば、従来から一般に実施されている高周波を
印加する装置と異なり直流高電圧による放電を利用する
ので電波障害を発生することがない。また本発明の装置
においては直流高圧電源自体の電流容量は小さくてもコ
ンデンサの放電により大電流を流すことができ、プラズ
マトーチのように絶縁抵抗が低くリーク電流が大きな場
合でも、ノズル電極と主電極との間において火花放電に
必要な電圧を確保できる。
According to the arc igniter of the plasma processing apparatus of the present invention, unlike the apparatus for applying a high frequency, which has been generally practiced in the past, the discharge by the high DC voltage is used, and therefore the radio wave interference is not generated. . Further, in the device of the present invention, even if the current capacity of the DC high-voltage power source itself is small, a large current can be flown by discharging the capacitor, and even if the insulation resistance is low and the leak current is large like a plasma torch, it does A voltage required for spark discharge can be secured between the electrodes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のアーク点火装置を設けたプラズマ加工
装置の構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus provided with an arc ignition device of the present invention.

【図2】本発明のアーク点火装置の動作を説明するタイ
ムチャート
FIG. 2 is a time chart explaining the operation of the arc ignition device of the present invention.

【図3】本発明のアーク点火装置に使用する多段縦続整
流回路の例を示す回路図
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a multistage cascade rectification circuit used in the arc ignition device of the present invention.

【図4】本発明のアーク点火装置に使用する多段縦続整
流回路の例を示す回路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a multistage cascade rectification circuit used in the arc ignition device of the present invention.

【図5】(a)および(b)は本発明のアーク点火装置
の動作を測定したオッシロスコープのグラフ
5 (a) and 5 (b) are graphs of an oscilloscope measuring the operation of the arc igniter of the present invention.

【図6】従来の高周波高電圧によるアーク点火装置の例
を示す図
FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional arc ignition device using a high-frequency high voltage.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トーチ 2 主電極 3 ノズル電極 4 主電源 5 母材 6 パイロットアーク用直流電源 7 整流素子 8 直流高電圧電源 9 コンデンサ 10 高電圧開閉器 11 抵抗器 21 電源変圧器 22 コンデンサ 23 整流器 24、25 コンデンサ 30 高周波高電圧回路 31 昇圧変圧器 32 火花ギャップ 33 カップリングコイル 34 チョークコイル 35 バイパスコンデンサ 1 torch 2 main electrode 3 nozzle electrodes 4 main power supply 5 Base material 6 DC power supply for pilot arc 7 Rectifying element 8 DC high voltage power supply 9 capacitors 10 High voltage switch 11 resistors 21 power transformer 22 Capacitor 23 Rectifier 24, 25 capacitors 30 high frequency high voltage circuit 31 step-up transformer 32 Spark Gap 33 Coupling coil 34 choke coil 35 Bypass capacitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 和之 神奈川県横浜市磯子区新中原1番地 石 川島播磨重工業株式会社 技術研究所内 (72)発明者 大脇 桂 神奈川県横浜市磯子区新中原1番地 石 川島播磨重工業株式会社 技術研究所内 (72)発明者 恩田 敬治 愛知県春日井市神屋町字引沢1番地39 東洋電機株式会社 神屋工場内 (56)参考文献 特開 平4−249096(JP,A) 特開 平5−92267(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 10/00 B23K 9/06 B23K 9/067 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuyuki Tsuchiya, No. 1 Shin-Nakahara, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Ishi, Kawashima Harima Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (72) Katsura Owaki 1 Shin-Nakahara, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa Address Ishi Kawashima Harima Heavy Industries Co., Ltd. Technical Research Institute (72) Inventor Keiji Onda 1-39 Hikisawa, Kamiyacho, Kasugai City, Aichi Prefecture Toyo Denki Co., Ltd. Kamiya Factory (56) Reference JP-A-4-249096 (JP, A) ) JP-A-5-92267 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 10/00 B23K 9/06 B23K 9/067

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パイロットアーク用直流電源の負出力が
主電極に、正出力がパイロットアーク用のノズル電極に
それぞれ接続されたプラズマ加工装置のアーク点火装置
において、無負荷電圧が1400V以上の直流高電圧電
源と、前記直流高電圧電源の出力電圧を充電するコンデ
ンサとが設けられ、抵抗器とアーク点火時に閉じる高電
圧開閉器とを介して前記コンデンサの正出力が前記パイ
ロットアーク用のノズル電極に、負出力が前記主電極に
それぞれ接続され、かつ前記直流高電圧電源の無負荷電
圧以上の逆阻止電圧を有する整流素子が前記パイロット
アーク用直流電源と直列に接続されていることを特徴と
するプラズマ加工装置のアーク点火装置。
1. An arc igniter of a plasma processing apparatus, wherein a negative output of a pilot arc DC power source is connected to a main electrode and a positive output is connected to a pilot arc nozzle electrode, respectively. A voltage power supply and a capacitor for charging the output voltage of the DC high voltage power supply are provided, and the positive output of the capacitor is applied to the nozzle electrode for the pilot arc through a resistor and a high voltage switch that closes during arc ignition. , A negative output is connected to each of the main electrodes, and a rectifying element having a reverse blocking voltage equal to or higher than the no-load voltage of the DC high-voltage power supply is connected in series to the pilot arc DC power supply. Arc ignition device for plasma processing equipment.
【請求項2】 前記抵抗器の抵抗値が500Ω以上3k
Ω以下であることを特徴とする請求項2記載のプラズマ
加工装置のアーク点火装置。
2. The resistance value of the resistor is 500Ω or more and 3k.
The arc ignition device of the plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the arc ignition device has an Ω or less.
【請求項3】 前記直流高電圧電源とコンデンサとが多
段縦続整流回路によって構成されていることを特徴とす
る請求項1または2に記載のプラズマ加工装置のアーク
点火装置。
3. The arc igniter for a plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the DC high-voltage power supply and the capacitor are configured by a multistage cascade rectification circuit.
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