JP4173984B2 - 高電圧電源装置の火花間隙装置 - Google Patents

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

Claims (7)

1. アーク放電を生じさせるための電源装置中の高周波高電圧電源で使用される火花間隙装置であって、
   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。
2. 上記電極ホルダの外側の端部にはスクリュー・ドライバーが挿入される溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の火花間隙装置。
3. 上記筒状電極支持部は、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ことを特徴とする、請求項１または２に記載の火花間隙装置。
4. 上記筒状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該電極ケーシングの径よりも小径に形成されていて当該火花間隙装置の取付部を構成していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の火花間隙装置。
5. 上記電極ホルダの上記電極ケーシング内に位置している部分と上記筒状電極支持部の筒状結合部との間に耐熱性の弾性Ｏリング（オーリング）が設けられていることを特徴とする、請求項３または４に記載の火花間隙装置。
6. 上記高周波高電圧電源は、入力交流電圧を整流・平滑して直流電圧を生成する入力側整流・平滑回路と、生成された直流電圧が所定の一定レベルに達すると導通して、サイリスタとこれに逆並列に接続されたダイオードとを含むスイッチング回路にトリガ信号を供給する双方向性サイリスタと、上記スイッチング回路のオン−オフ動作により生成された交流電圧を昇圧する変圧器と、該変圧器により昇圧された交流電圧を整流・平滑して直流電圧を生成する出力側整流・平滑回路とを有し、
   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。
7. 高周波高電圧電源が構成される基板にヒューズ・クリップ形式のスプリング式保持金具が設けられており、この保持金具に取付部を押し込むことにより、上記高周波高電圧電源の回路中に配置される、請求項１乃至６のいずれかに記載の火花間隙装置。

Images