JPH04197583A - 交流プラズマトーチの電流零点維持方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、交流プラズマトーチに関する。更に詳述する
と、本発明は交流プラズマトーチの電流零点維持の方法
及びその装置に関する。

（従来の技術） 交流プラズマトーチとして一般的なりルップ（Ｋｒｎｐ
ｂ）社の交流プラズマトーチは、以下の２種類の方法の
いずれか一方を用いて電流零点を維持している。

■電源を含めた交流電流の回路内にインダクタンスを直
列に挿入して電源の誘導性を高め、電流零点における電
源電圧を高め、電極間電圧と電流の位相をすらして電流
零点での電極間電圧を発生させて半波の電流か流れ易く
している。

■商用周波数電流を一旦整流しサイリスタ制御によるス
イッチングにより方形波交流とし、零点における電流の
時間変化率（ｄ　ｉ　／　ｄ　ｔ　）を大きくすること
により、零点を瞬時に通過することにより、零点を維持
するようにしている。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、これら従来の交流プラズマトーチの電流
零点維持方式は、いずれも電源部の改良以外の方法によ
る電流零点維持の点について配慮がされておらす、以下
に示すように電源部の複雑化とコスト増加を招く問題か
ある。

■即ち、電源電圧の昇圧を行うと、電源に大容量の変・
圧器を使用することとなり、設備コストの増大に加えて
設備の大型化を招く。

■また、電流の時間変化率を高めるためにサイリスタを
用いた電源を使用すると、電源部のコストが直流プラズ
マトーチの場合と同程度に増加する。更に、電源部での
エネルギー損失が増加する。

本発明は電源部をできる限り単純で小型にし、なおかつ
電流零点の維持を確実にする交流プラズマトーチの電流
零点維持方法及び装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するなめ、本発明の交流プラズマトー
チの電流零点維持方法は、アークプラズマの電流零点で
はプラズマ作動ガスの流量を低下させるようにしている
。

また、本発明の交流プラズマトーチの電流零点維持装置
は、プラズマトーチのプラズマ作動ガス供給系において
、ノズルの上流側にアークプラズマの電流零点における
プラズマ作動ガス流量を低下させる機構を設けるように
している。

（作用） したがって、プラズマトーチの電源電流が零点に近づく
に連れ、ガス流量制＃機構によってノズルに流れ込むプ
ラズマ作動ガスの流量が低減される。それによって、電
流零点前後のプラズマは作動ガスにより冷却あるいは散
逸されることか少なくなり、アーク放電が維持されるに
十分な導電率を保つ。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明を応用した単相交流アークグラズマ加熱
装置の一実施例である。鎖国において、１はプラズマ作
動ガスを充填するガスボンベ、２はプラズマ作動ガスの
流量を制御する電磁弁、３は電磁弁２の開度を制御する
電磁弁制御装置、４は直流アーク電源、５は交流アーク
電源、６は棒状電極、７は絶縁物、８はノズル状電極、
９は直流アーク、１０は交流アーク、１１は被加熱物で
ある。

プラズマ作動ガスの流量をアークプラズマの電流零点に
おいて低下させる機構としては、例えば本実施例の場合
、電磁弁２とこの電磁弁２の開度を交流電源５と連動し
て制御する電磁弁制御装置３より構成されている。電磁
弁２としては、例えば６０Ｈｚの電源の場合、１２０回
／秒の開閉操作を行い得るものであれば良く、公知の通
常のソレノイドバルブで十分に機能する。そして、この
ソレノイドバルブ２に電磁弁制御装置３がらプラズマト
ーチの電源電流と同期する１２０Ｈｚの交流電流を流せ
ば良い、また公知の電流零点検出装置を使用し、これか
ら電流零点時に毎回パルスを送ることにより、その都度
ソレノイドを駆動させることも可能である。

以上のように構成されているので次のように作動する。

まず電磁弁２を開けた状態でボンベ１より不活性ガスあ
るいは非酸化性ガス若しくは酸化性ガスを流し、電極６
とノズル８との間に直流アーク９を点弧する０次に電極
６と被加熱物１１の間に交流アーク１０を点弧する。そ
の後、第２図に示すように、交流アーク電流１２が電流
零点１４を迎える度にガス流量１３が図示の如く最小値
になるように、電磁弁制御装置３を用いて電磁弁２の開
閉を行う、ここで、作動ガスの流量は零になっても良い
し、マイナス（逆方向の流れあるいは吸い込みンになっ
て６良い。要は電流零点における電極６．８間の空間の
導電性が最も高ければ良い。更に、交流アークが安定化
した後、直流電源４を調整し、直流アーク９を消弧させ
る。

本実施例によれば、直流アーク９を連続的に点弧させる
必要がないので、直流電源４の簡略化の効果がある。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範−囲において種々変形実施可能である６例えば、
本実施例ではプラズマトーチを利用した加熱について説
明しているが特にこれに限定されず溶断や溶接へ応用す
ることも可能である。また、プラズマ作動ガスの流量を
低下させる装置としては、上述のｒｊｈ磁弁２と電磁弁
制御装置３の組合せに特に限定されない６例えば、電磁
弁２の代わりに、モータと穴を開けた回転体を利用した
電磁ロータリ弁を用いることも可能である。

また、シャント抵抗を用いて交流アーク電源の電流を常
時測定し、この交流電流が成るしきい値を下回ったら、
バルブを閉じるよう電磁弁２を制御する論理回路を組み
、リアルタイムでバルブ・電磁弁２を制御するようにし
ても良い。更に、最も簡単な方式としては、電流零点の
検出を特に行なわず、アーク電源のメインの交流電流を
並列抵抗により分流し、これをタイオードで整流し、電
磁弁２の駆動電流とすることも可能である。このとき、
駆動電流が最小になる時に、バルブが閉じ、最大の時に
バルブが全開になるように構成すればよい。更に本実施
例では、棒状電極とノ゛ズルを利用し、棒状電極とノズ
ルとの間に補助アークを着火した後、棒状電極と被加熱
物との間に交流の主アークを着火する移行型モードの交
流プラズマトーチについて主に説明したか、特にこれに
限定されるものではなく、アークが棒状電極とノズルと
の間でのみ点火させる非移行型モードの交流プラズマト
ーチに応用することも可能である。ｔｆＳ、円面内面電
極を利用した所謂ホロー型プラズマ１−チに適用するこ
とも可能である、このホロー型プラズマトーチは、絶縁
物によって仕切られた円筒の一方に電源め一方を、他方
に電源の他方を接続している。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明内交流プラズマ
トーチの電流零点維持方式は　アークプラズマの電流零
点ではプラズマ作動ガス流量を低下させるようにしなの
で、電流零点前後グ）プラズマは作動ガスにより冷却あ
るいは散逸されることが少なくなり、アーク放電が維持
されるに十分な導電率を保つ。このなめ、電流零点にお
ける電極近傍のプラズマの導電率の低下を抑制でき安定
にアークを維持できる、 しかも、本発明によれば、プラズマ作動ガスの流量を制
御することによってプラズマの導電率の低下を防いでい
るので、交流アーク電流の波形の調整を不要にでき、電
源設備コストを低減することができる。また、他の電流
零点維持方式と併用すれば零点維持の信頼性を高める効
果がある６また、従来のプラズマトーチの電流零点維持
方式なる電源電圧昇圧法に比較して設備が小型で経済的
であるし、電流波形調整法よりも機構が単純である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の単相交流アークプラズマ加
熱装置の構成例を示す原理図である。 第２図は本発明の電流とガス流量の関係説明するグラフ
である。 ２．３・・・プラズマ作動ガス流量を低下させる機構を
構成する電磁弁と電磁弁制御装置、 ５・・・交流アーク電源、 ６・・・電極、 ８・・・ノズル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アークプラズマの電流零点ではプラズマ作動ガス
   の流量を低下させることを特徴とする交流プラズマトー
   チの電流零点維持方法。
2. （２）プラズマトーチのプラズマ作動ガス供給系に、ア
   ークプラズマの電流零点におけるプラズマ作動ガス流量
   を低下させる機構を設けたことを特徴とする交流プラズ
   マトーチの電流零点維持装置。