JPH0366068B2

JPH0366068B2 -

Info

Publication number: JPH0366068B2
Application number: JP62092615A
Authority: JP
Inventors: Akio Komatsu; Masakimi Hasegawa; Hitoshi Iijima; Mikio Haga; Bunjiro Fukuda; Hideaki Yamashita
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1991-10-16
Also published as: JPS63256276A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はプラズマ・アークまたはプラズマ・ジ
エツトを発生しうる複数のプラズマ・アーク・ト
ーチを有するプラズマ加工装置に関する。

〔従来の技術〕

プラズマ・アーク・トーチは切断・溶接・加熱
等に適用されており、これを起動運転させるため
の電気制御部を含めて、従来は第２図に示すよう
な構成のプラズマ・アーク発生装置が使用されて
いる。以下、第２図について説明すると装置は大
別してプラズマ・アーク・トーチ・ヘツド１とプ
ラズマ・アーク電気制御部２に分けられ、この間
を接続線群２０で接続されていて、プラズマ・ア
ーク・トーチ・ヘツド１の作業に応じて自由に動
けるように構成されている。プラズマ・アーク・
トーチ・ヘツド１は主にプラズマ・アーク・トー
チ（以下トーチと略す）１１で構成される。プラ
ズマ・アーク電気制御部２は以下のように構成さ
れている。商用交流電源４を受けて変圧器５、お
よび整流器６により直流60V乃至80V、電流10V
を得、この電力が抵抗器R₁、トランジスタＱ、
さらに接続線群２０を介してトーチ１１のカソー
ドとプラズマ・スリーブの間に供給されるような
構成になつている。また、抵抗器Ｒと、直流
150V1A程度の出力をもつパイロツト電源７と高
周波減衰振動約3kV_PPの出力をもつトリガ電源
８、マグネツトスイツチSWとが直列接続され、
接続線群２０を介してトーチ１１のカソードとカ
ソードスリーブの間に接続される。トランジスタ
Ｑは定電流制御回路３により駆動される。また、
パイロツト電源７、トリガ電源８、およびマグネ
ツトスイツチSWは制御信号発生器９によつて制
御される。

トーチ１１を起動するには、定電流制御回路３
を停止させた状態でマグネツトスイツチSWを閉
じ、パイロツト電源７と単一発生の高周波トリガ
電源８を発生させ、トーチ１１のカソード、カソ
ードスリーブ間にアーク放電を発生させる。そし
てパイロツト電源７が約1Aの小電流をカソード
スリーブとカソードの経路に流している間に定電
流制御回路３を起動させ、プラズマ・スリープと
カソードとの経路に所定電流を流し、カソードス
リーブとプラズマ・スリーブ間を流れるプラズ
マ・ガスと協動してプラズマ・ジエツトを発生さ
せる。この後、パイロツト電源７を停止させ、マ
グネツトスイツチSWを開く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがトーチを複数使用する場合は各々のト
ーチの電極間電圧−電流特性は均一でなく、また
各トーチのプラズマ・アークまたはプラズマジエ
ツト（以下プラズマ・アークという）の状態は非
常に不安定であるので単一共通のプラズマ・アー
ク電気制御部では駆動できない。したがつて、第
２図に示す装置をトーチの数に対応した複数組、
設けなければならない。この場合、接続線群２０
の中に各電圧電流が平行して隣接することにな
り、トーチの起動時の高電圧、定常時の大電流が
相互干渉して誤動作をひきおこすことがある。

また、接続線群２０の縁の数が多くなり、プラ
ズマ・アーク・トーチ・ヘツドの作業移動の支障
となる欠点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点を解決するために、複数
のプラズマ・アーク・トーチと、これらプラズ
マ・アーク・トーチの複数にプラズマ・アーク或
いはプラズマ・ジエツトを発生させ、維持するた
めの電気的エネルギを供給し得る電源を少なくと
も含むプラズマ・アーク電気制御部とを備えたプ
ラズマ発生装置において、前記プラズマ・アーク
電気制御部と前記プラズマ・アーク・トーチの
夫々のプラズマ・スリーブ又はカソード間の電流
路に電流検出手段と電流制御素子とを夫々接続す
ると共に、前記プラズマ・アーク・トーチの夫々
から発生されるプラズマ・アーク或いはプラズ
マ・ジエツトが夫々ほぼ等しく或いは所定の割合
になるように電流制御素子夫々のインピーダンス
を制御する制御回路を備えたことを特徴とするマ
ルチ・プラズマ・アーク発生装置を提案するもの
である。

〔作用〕

本発明は上記のように、各トーチ用に備えたそ
れぞれの電流検出手段により検出した値によつて
電流制御素子のインピーダンスを制御して各トー
チから生ずるプラズマ・アークのエネルギをほぼ
等しく、あるいは所定の割合にしているので通常
極めて不安定な各トーチのプラズマ・アークを安
定な状態に保持でき、どのトーチによつても所望
の加工品質が得られる。また、プラズマ・アー
ク・トーチ・ヘツド内の各電流制御素子と各電流
検出手段と各トーチは互に近接配置されるもの
で、他のトーチの電流経路との相互干渉が少なく
なり、プラズマ・アーク電気制御部とプラズマ・
アーク・トーチ・ヘツドとの間の接続線群の総電
線数は最小でアーク電流用直流電源の２本とトリ
ガ用電源の２本と低電圧、小電流用で制御信号用
の数本のみで済む。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す図であつて以
下第１図について説明する。第１図において１は
プラズマ・アーク・トーチ・ヘツドであり、２は
プラズマ・アーク電気制御部であり、この間を接
続線群２０で接続されていて、プラズマ・アー
ク・トーチ・ヘツド１の作業に応じて自由に動け
るよう構成されている。プラズマ・アーク・トー
チ・ヘツド１は６個のトーチ１１，１２，……，
１６と、これらの各カソードに電流制御素子とし
て作用するトランジスタQ₁，Q₂，……Q₆の各コ
レクタが接続される。そして前記トランジスタ
Q₁，Q₂，……，Q₆の各エミツタはそれぞれ電流
検出手段たる抵抗器R₁，R₂，……，R₆を介して
定電流制御回路３に接続される。前記トランジス
タQ₁，Q₂，……，Q₆の各ベースと各エミツタか
らの直接接続線も定電流制御回路３に接続されて
いる。また、トーチ１１，１２，……，１６の各
カソードスリーブと各カトードはマグネツトスイ
ツチSW₁，SW₂，……，SW₆を介し、さらに接続
線群２０を介して抵抗器Ｒ、パイロツト電源７、
トリガ電源８へ接続されている。

一方、プラズマ・アーク電気制御部２は以下の
ように構成されている。商用交流電源４を受けて
変圧器５および整流器６により直流６０Ｖ乃至
80V電流60Aを得て、この電力は接続線群２０を
介してプラズマ・アーク・トーチ・ヘツドへ供給
される。そして制御信号発生部９よりの制御信号
はパイロツト電源７とトリガ電源８と、接続線群
２０を介して定電流制御回路３とマグネツトスイ
ツチSW₁，SW₂，……，SW₆の励磁コイルにそれ
ぞれ供給される。

本装置の起動は、まず制御信号発生器９より、
定電流制御回路３に停止信号を送出しておき、マ
グネツトスイツチSW₁，SW₂，……，SW₆を閉じ
る信号と、パイロツト電源７とトリガ電源８の動
作を開始させる信号とを与える。するとトーチ１
１のカソードとカソードスリーブ間にはその励起
電圧を越える電圧が印加される。このとき、抵抗
器Ｒはカソードスリーブよりカソードへの電流の
制限を行なう。そしてパイロツト電源７が約1A
の小電流をカソードスリーブとカソードと経路に
流している間に定電流制御回路３を起動させ、ト
ランジスタQ₁，Q₂，……，Q₆を定電流駆動させ、
プラズマ・スリーブとカソードの経路に所定電流
を流す。これで各トーチはプラズマ・ガスの作用
と相まつて定常プラズマ・アーク発生状態とな
る。

さてここで各トーチにより発生するプラズマ・
アークは一般に極めて不安定であつて常時かなり
変動しているので、各トーチのプラズマ・アーク
に対応する電流路のインピーダンスもかなり変動
する。

従つてこの実施例では、各トランジスタQ₁〜
Q₆を介して流れる電流を電流検出手段たる抵抗
器R₁〜R₆によつて検出し、それら夫々の電流検
出信号の大きさに応じて、制御回路３が各トラン
ジスタQ₁〜Q₆のインピーダンスの大きさを制御
することにより、各トーチのプラズマ・アークに
対応する電流路のインピーダンスをほぼ等しく、
或いは所定の割合にしているので、各トーチから
発生するプラズマ・アークを安定に保持でき、し
かもそのエネルギをほぼ等しく或いは所定の割合
にすることが出来、どのトーチによつても均一な
加工品質、或いは所定の加工品質を得ることが出
来る。ここでトランジスタQ₁〜Q₆の制御につい
てもう少し詳しく述べると、どのトーチによる加
工品質をも均一にしたい場合には、制御回路３は
各トーチのプラズマ・アークに対応する電流路の
インピーダンスが常に一定になるよう、トランジ
スタQ₁〜Q₆のインピーダンスを制御する。

また、各トーチによるプラズマ・アークのエネ
ルギ量を別々にしたい場合、例えばトーチ１１〜
１６を２群に分け、トーチ１１〜１３とトーチ１
４〜１６の電流路を夫々流れる電流を２対１に制
御する場合には、トーチ１１〜１３の前記夫々の
電流路とトーチ１４〜１６の前記夫々の電流路の
インピーダンスの比率が１対２になるよう、トラ
ジスタQ₁〜Q₃とQ₄〜Q₆のインピーダンスを制御
すればよい。尚、抵抗器R_1，R₂，……，R₆はそ
れぞれトランジスタQ₁，Q₂，……，Q₆のエミツ
タに直列接続されており、各トランジスタのエミ
ツタ電流の定電流制御のための電流検出の作用を
すると共に、各トランジスタのエミツタ電流の瞬
時過大値を制御する作用をもする。

尚、トーチの個数が更に多い場合などには、ト
ーチを複数の群に分け、夫々の群毎にプラズマ・
アーク電気制御部を設けてもよく、また変圧器５
及び整流器６などからなる主電源部を単一として
各トーチで共用し、電源７，８及び制御信号発生
器９などからなる起動用電源部を群毎に設ける構
成としてもよい。また、トランジスタにスイツチ
作用を行わせることにより、運転すべきトーチを
選択的に切り換えることが出来る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、複数のトー
チで１台以上の電源を共用しても、各トーチのプ
ラズマ・アークに対応する各電流路のインピーダ
ンスをほぼ等しくあるいは所定の割合になるよう
に制御しているので、アーク電圧の大幅な変動に
も拘らず各トーチのプラズマ・アークを個別に良
好な状態に保持でき、従つてどのトーチによつて
も均一な加工品質、あるいは所定の加工品質を得
ることができる。

また、プラズマ・アーク・トーチ・ヘツド内の
各電流制御素子と各トーチは、互に近接配置でき
るので、他のトーチの電流経路との相互干渉が少
なくなり、制御安定度や応答速度が向上し装置の
調整が容易になる効果がある。

また、設けた複数のトーチのうち、選択使用し
て同時使用トーチが限定される場合は変圧器、整
流器の電流定格を減少でき、経済的である。ま
た、これに用いる接続線群の構成電線数が減少
し、プラズマ・アーク・トーチ・ヘツドの移動性
が改善される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図であり、第２
図は従来装置を示す図である。１……プラズマ・アーク・トーチ・ヘツド、２
……プラズマ・アーク電気制御部、３……定電流
制御回路、４……商用交流電源、５……変圧器、
６……整流器、７……直流パイロツト、８……高
周波トリガ電源、９……制御信号発生器、２０…
…接続線群、Q₁，Q₂……，Q₆……トランジスタ、
Ｒ，R₁，R₂，……，R₁₂……抵抗器、SW₁，
SW₂，……，SW₆……マグネツトスイツチ、１
１，１２，……，１６……プラズマ・アーク・ト
ーチ、Ｋ……プラズマ・アーク・トーチのカソー
ド、CS……プラズマ・アーク・トーチのカソー
ド・スリーブ、PS……プラズマ・アーク・トー
チのプラズマ・スリーブ。

Claims

【特許請求の範囲】

１カソードとカソード・スリーブとプラズマ・
スリーブとを備える複数のプラズマ・アーク・ト
ーチと、これらプラズマ・アーク・トーチの複数
にプラズマ・アーク或いはプラズマ・ジエツトを
発生させ、維持するための電気的エネルギを供給
し得る電源を少なくとも含むプラズマ・アーク電
気制御部とを備えたプラズマ発生装置において、
前記プラズマ・アーク電気制御部と前記夫々のプ
ラズマ・スリーブ又はカソード間の電流路に電流
検出手段と電流制御素子とを夫々接続すると共
に、これら夫々の電流電流検出手段と電流制御素
子とを流れる電流がほぼ等しく或いは所定の割合
となるように、前記電流制御素子夫々のインピー
ダンスを制御する制御回路を備えることにより、
前記プラズマ・アーク・トーチの夫々から発生さ
れるプラズマ・アーク或いはプラズマ・ジエツト
を夫々ほぼ等しく或いは所定の割合にすることを
特徴とするマルチ・プラズマ・アーク発生装置。