JPH07266054A - アーク溶接機用冷却水供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アーク溶接機の冷却水供給装置の改良に関し、
電極と被溶接物との間に印加されるアーク起動用高周波
高電圧または直流高電圧の漏洩の発生を防止することに
よって装置全体を大形・高価にすることなくまた絶縁強
度を増大させる必要がなく、かつノイズ障害も増加せ
ず、良好なアーク起動を実現できる。 【構成】送出側接続口と、戻り側接続口と、冷却水を貯
める水タンクおよび水タンクの水を送り出す水ポンプと
を有し、冷却水の通路を構成する各接続口、水タンク、
水ポンプ、配管およびその他冷却水の通水経路の構成部
品が、大地から電気的に絶縁して設置されたアーク溶接
機用冷却水供給装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接機のトーチ
等の冷却に使われる冷却水供給装置の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１は、タングステン等の非消耗電極を
用いるＴＩＧアーク溶接機において、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である。図１にお
いて、１は溶接電源、２は溶接トーチ（ＴＩＧアーク溶
接トーチ）、３は被溶接物、４は水道管、５は水バル
ブ、６および７は水ホース、８は排水溝、９は被溶接物
側ケーブル、１０はトーチスイッチ、１１ないし１３は
商用交流電源の入力端子、Ｇは大地電位である。溶接電
源１において、ＤＲ１は1 次整流回路、ＴＲは1 次イン
バータ回路、Ｔ１はインバータトランス、ＤＲ２は２次
整流回路、Ｌ１は直流リアクトル、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、ＣＬは制御回路、Ｊ１ないしＪ４は水
接続口でありＪ１は給水側接続口、Ｊ２は送出側接続
口、Ｊ３は戻り側接続口、Ｊ４は排水側接続口である。
Ｈ１ないしＨ３は水ホース、ＰＳは圧力スイッチ、ＴＭ
１はマイナス側電源出力端子、ＴＭ２はプラス側電源出
力端子である。溶接トーチ２において、ＥＬは電極（こ
の場合はタングステンからなる非消耗性の電極）、ＡＳ
は電極保持アセンブリ、Ｈt1およびＨt2は接続金具Ｊt
1、Ｊt2によって接続口Ｊ２、Ｊ３に接続される水ホー
ス、ＣＢはトーチ側ケーブルである。

【０００３】トーチスイッチ１０を押すと、制御回路Ｃ
Ｌはまず、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ＥＬと被溶接物３との間にシールドガ
スを放出する。シールドガスが電極ＥＬに達する頃を見
計らって制御回路ＣＬは、１次インバータ回路ＴＲおよ
び高周波高電圧発生器ＨＦを駆動する。１次インバータ
回路ＴＲは、数１０ＫＨｚ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１次側に高周波の交流を供
給し、２次側に溶接アークに必要な電圧を誘起して２次
整流回路ＤＲ２に加える。これによって、無負荷電圧が
カップリングコイルＣＣの２次巻線を経てマイナス側出
力端子ＴＭ１とプラス側出力端子ＴＭ２に現れ、トーチ
側ケーブルＣＢと電極保持アセンブリＡＳおよび被溶接
物側ケーブル９を経て、電極ＥＬと被溶接物３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
る高周波高電圧はマイナス側の出力端子ＴＭ１、トーチ
側ケーブルＣＢ、電極保持アセンブリＡＳおよび高周波
バイパスコンデンサＣ１、プラス側出力端子ＴＭ２を経
て電極ＥＬと被溶接物３との間に加わり火花放電を発生
させる。この火花放電が発生すると電極ＥＬと被溶接物
３との間の絶縁が破壊されて２次整流回路からの直流出
力により溶接アークが誘発される。

【０００４】一方、冷却水は水道管４、水バルブ５、水
ホース６、給水側接続口Ｊ１、水ホースＨ１、圧力スイ
ッチＰＳ、水ホースＨ２、送出側接続口Ｊ２、水接続金
具Ｊt1、水ホースＨt1、電極保持アセンブリＡＳ、水ホ
ースＨt2、水接続金具Ｊt2、戻り側接続口Ｊ３、水ホー
スＨ３、水接続口Ｊ４および水ホース７から構成される
水の通路を流れて排水溝８に放出される。

【０００５】図２には、アーク起動に直流高電圧を用い
た場合の従来装置の例を示す。同図において、ＢＤはブ
ロッキングダイオード、ＨＤは直流高電圧発生器、Ｒ２
は抵抗器である。同図においてその他は、図１と同じ機
能の部品またはアセンブリには同一の符号を付して説明
を省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１の従来装置におい
ては、冷却水を通じてアーク起動用の高周波高電圧が大
地にバイパスされて漏洩減衰し、有効に電極ＥＬと被溶
接物３との間に作用せず、アーク起動に失敗することが
多かった。その理由を次に述べる。図１において、排水
溝８は大地電位Ｇにある。また被溶接物３も大地電位Ｇ
にある。さらに溶接電源１の金属ケースも、またその金
属ケースと電気的に導通のある溶接電源１の内部に取り
付けられた金属製の圧力スイッチＰＳも大地の電位にあ
る。したがって電極ＥＬは前述の水通路の水によって電
気的に大地に接続されていることになる．この冷却水通
路の電極ＥＬと大地との間のインピーダンスをＺw 、ト
ーチ側ケーブル９と大地Ｇとの間のもれ抵抗と浮遊容量
からなるインピーダンスをＺt 、高周波高電圧発生器Ｈ
ＦをカップリングコイルＣＣの２次側から見たときの高
周波起電力をｅ_h 、内部インピーダンスをＺh とする
と、電極ＥＬと被溶接物３との間にかかる高周波電圧ｅ
_w はつぎのようになる。

【０００７】

【数１】

【０００８】一方．前述の冷却水通路がないときの電極
ＥＬ・被溶接物３間にかかる高周波電圧ｅ_woはつぎのよ
うになる．

【０００９】

【数２】

【００１０】ここで、

【００１１】

【数３】

【００１２】であるので、

【００１３】ｅ_w ＜ｅ_wo

【００１４】となる。この結果、水通路によって高周波
高電圧がバイパスされて大地に漏洩し、電極ＥＬ・被溶
接物３間に印加される高周波高電圧の値が小さくなり、
アークが起動しない原因になる。

【００１５】また、図２に示した従来装置においても同
様の減衰が生じる。図２において、電極ＥＬ・大地間の
直流抵抗値をｒ_w 、トーチ側ケーブルＣＢと大地Ｇとの
間のもれに相当する直流抵抗値をｒ_t 、直流高電圧発生
器ＨＤの起電力をＥdc、抵抗器Ｒ２の抵抗値をｒ₂ とす
ると、電極ＥＬ・被溶接物３間にかかる直流高電圧Ｅｗ
はつぎのようになる．

【００１６】

【数４】

【００１７】一方、前述の水通路がないときの電極ＥＬ
・被溶接物３間にかかる直流高電圧Ｅwoはつぎのように
なる．

【００１８】

【数５】

【００１９】ここで、

【００２０】

【数６】

【００２１】であるので、

【００２２】Ｅw ＜Ｅwo

【００２３】となる。この結果、水通路によって直流高
電圧がバイパスされて電極ＥＬと被溶接物３との間に印
加される直流高電圧の値が小さくなり、アークが起動し
ない原因になる。

【００２４】図１の高周波高電圧を用いる場合には、ア
ーク起動を良好にするためには、高周波高電圧発生器Ｈ
ＦをカップリングコイルＣＣの２次側から見たときの高
周波の起電力ｅ_h を大きくするか、または高周波高電圧
発生器ＨＦをカップリングコイルＣＣの２次側から見た
ときの内部インピーダンスＺh を小さくすればよい。し
かし、いずれの方法を採用しても高周波電力を大きくす
ることになるので、他の機器へのノイズ障害が大きくな
る。

【００２５】また、図２の直流高電圧を用いた場合は、
抵抗器Ｒ２の抵抗値ｒ₂ を小さくするか、または直流高
電圧発生器ＨＤの起電力Ｅdcを大きくすれば、電極ＥＬ
と被溶接物３との間にかかる直流高電圧Ｅw が大きくな
り良好なアーク起動が得られることになるがこの場合は
直流高電圧発生器ＨＤの出力電力が大きくなるので直流
高電圧発生器ＨＤが大形・高価となる。また上記いずれ
においても大地へのもれを防止するためのケーブル等の
絶縁を強化しなければならない。

【００２６】

【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冷却水通路をすべて大地から
絶縁した構造として、アーク起動用の高周波高電圧また
は直流高電圧の冷却水からの漏洩をなくして従来装置の
問題点を解決し、良好なアーク起動を確保するものであ
る。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例によって説明す
る。図３は本発明の実施例である。同図において、ＴＫ
は水タンク、ＰＭは水ポンプ、ＰＰ１およびＰＰ２は水
配管、Ｈ４は水ホース、ＩＳ１ないしＩＳ３は絶縁物で
ある。冷却水は水タンクＴＫに貯えられており、水ポン
プＰＭによって圧力が加えられ、送出側続具Ｊ２から溶
接トーチ２に送られる。圧力スイッチＰＳは、冷却水に
十分な圧力が得られない場合、制御回路ＣＬに冷却水異
常の信号を送り、制御回路ＣＬは溶接出力が出ないよう
にする。ＩＳ１は水タンクＴＫを、ＩＳ２は水ポンプＰ
Ｍを、ＩＳ３は圧力スイッチＰＳを、ＩＳ４ないしＩＳ
６は水の送出側接続口Ｊ２および水の戻り側接続口Ｊ３
を溶接電源１のケースまたは台枠、すなわち大地電位Ｇ
から電気的に絶縁する絶縁物である。同図のその他の部
品は図２の従来装置と同機能のものに同符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００２８】同図の装置においては、冷却水の経路全体
が大地から絶縁されるので、冷却水から直流高電圧が大
地に漏洩することはなく、電極ＥＬと被溶接物３との間
の直流高電圧の低下が起こらず、良好なアーク起動が得
られる。また、直流高電圧発生器ＨＤの出力電圧を高く
する必要がないので、直流高電圧発生器ＨＤを大容量に
する必要はなく、また各部品の絶縁強度を増強する必要
もない。

【００２９】なお、図３において、直流高電圧発生器Ｈ
Ｄにかえて図１に示した従来装置と同様に高周波高電圧
発生器ＨＦを用いてもよい。その場合は、図３のブロッ
キングダイオードＢＤおよび抵抗器Ｒ２は不要となり、
図１と同様にカップリングコイルＣＣとバイパスコンデ
ンサＣ１とを設ける。この場合も高周波高電圧発生器Ｈ
Ｆの出力電圧を高くしたり、容量を大きくしたりする必
要はないので高周波ノイズが増加することはない。

【００３０】さらに、図３において、水タンク、接続口
Ｊ２、Ｊ３、配管ＰＰ１、ＰＰ２およびこれらの各配管
を接続する継手などを合成樹脂製の部品を使用すれば、
水ポンプ、圧力スイッチなどのような必然的に金属とな
らざるを得ない部品のみを絶縁物にて絶縁するだけでよ
くなり、絶縁物ＩＳ１およびＩＳ４ないしＩＳ６は不要
となる。また、この時は配管をケースに固定するときに
も金属製の固定具を用いることができるので製作が簡単
になる。

【００３１】図４に別の実施例を示す。同図において
は、水接続口Ｊ３、水ホースＨ４、水タンクＴＫ、水配
管ＰＰ１、水ポンプＰＭ、水配管ＰＰ２、圧力スイッチ
ＰＳ、水ホースＨ２および水接続口Ｊ２を溶接電源ケー
スとは別のケース１６に収納している。

【００３２】また図５はその別のケースを絶縁物で構成
されたケース１７としたものである。この場合は、水タ
ンク、水ポンプ、圧力スイッチ等は個々に絶縁物を介し
てケース１７に設置する必要はないが、同図においては
より完全を期するために２重絶縁としてある。但し、水
ポンプを駆動するためのモータ（図示せず）は、安全の
ために接地することが望ましいのでモータの軸とポンプ
の軸との接続部分に絶縁カップリングを用いて接続し、
モータのフレームそのものは、接地しておくのがよい。

【００３３】さらに、図５の実施例にかえて、ケース自
体は図３および図４に示した実施例と同様に金属製のケ
ースを使用し、この金属製ケースを絶縁物でできた台
座、台枠または枠体内に設置しても良い。この場合も水
ポンプ用のモータフレームの接地およびモータとポンプ
との間の絶縁は上記図５において説明したのと同様に施
しておくのが望ましい。

【００３４】上記の各実施例はＴＩＧアーク溶接機に本
発明を実施するときの例を示したが、本発明はワイヤ式
の消耗性電極を用いるアーク溶接機にも適用出来る。

【００３５】図６は消耗電極式アーク溶接における実施
例を示す。ＣＨはコンタクトチップ、ＦＲは送給ロー
ラ、ＦＭは送給モータ、ＦＣはワイヤ送給制御装置、Ｉ
Ｓ７は送給ローラの駆動軸部と電極ＥＬに接するローラ
の周辺部との間を絶縁する絶縁物である。なお同図の場
合、電極ＥＬは消耗性溶接ワイヤである。同図のその他
の部品は図３の実施例の装置と同機能のものに同符号を
付して詳細な説明は省略する。絶縁物ＩＳ７は電極ＥＬ
と同電位にあるコンタクトチップＣＨ、送給ローラＦ
Ｒ、大地電位にある送給モータＦＭなどからなる電極送
給機構と大地との間を絶縁して、溶接電源１の出力およ
び直流高電圧のもれを防止している。

【００３６】アーク起動に当たりワイヤ送給制御装置Ｆ
Ｃが送給モータＦＭに電力を供給し、送給ローラＦＲを
駆動して電極ＥＬを被溶接物３に近づける。つぎに、ト
ーチスイッチ１０により溶接電源１を起動する。アーク
が発生するとワイヤ送給制御装置ＦＣは電極ＥＬの送給
を始め、溶接が開始される。

【００３７】なお、図６の実施例において、絶縁物ＩＳ
７は電極ＥＬを大地から絶縁するものであればよいの
で、同図のようにローラ軸部で絶縁するものの他に、ロ
ーラとモータとの間を絶縁するものまたはモータと送給
ローラとを含む電極送給機構全体を大地から絶縁するも
の等でもよい。但し、電極送給機構は、本来、電極に溶
接電源の出力が印加されるので、大地（被溶接物の電
位）とは絶縁する必要性から、この絶縁物ＩＳ７が設け
られるものであるので、この部分の絶縁は本発明に特有
のものではなく消耗電極式アーク溶接機に共通のもので
ある。

【００３８】前記いずれの実施例においても、溶接電源
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方式はインバータ制御式に限ら
れるものではない。即ち、商用周波をそのままトランス
によって適宜変圧し、このトランスの２次側の出力をサ
イリスタ制御、直流のチョッパ制御、もれ変圧器制御等
によって調整するものであってもよい。さらに、それら
の出力は、インバータ式であると否とにかかわらず、直
流出力、交流出力、パルス状の出力、脈動する成分を有
する出力のものあるいはさらにスイッチング素子を用い
て構成されたハーフブリッジ式あるいはフルブリッジ式
の極性切換回路を出力側に設けて正・逆任意の極性の出
力を得るものなどであってもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、上記の通りであるので、従来
の冷却装置を用いる場合に比べ、電極ＥＬと被溶接物３
との間に印加されるアーク起動用高周波高電圧または直
流高電圧の漏洩が発生しないので、これらの出力を比較
的低い値に設定出来るので、装置が大形・高価となるこ
とがなく、ノイズ障害が増加せず、かつ、溶接機全体の
容量や絶縁強度を増大させる必要もなく、良好なアーク
起動を実現することができる。

【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
来の装置の例を示す図、

【図２】直流高電圧回路によってアーク起動をする従来
の装置の例を示す図、

【図３】本発明を直流高電圧回路によってアーク起動す
る装置に実施した例を示す図、

【図４】本発明の別の実施例を示す図、

【図５】本発明のさらに別の実施例を示す図、

【図６】本発明のさらに別の実施例を示す図、

【符号の説明】

１ 溶接電源 ２ 溶接トーチ ３ 被溶接物 １０ トーチスイッチ １６ 金属製ケース １７ 絶縁物製ケース Ｇ 大地電位 Ｄ２ ２次整流回路 Ｌ１ 直流リアクトル Ｒ２ 抵抗器 Ｃ１ 高周波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 ＣＬ 制御回路 Ｊ１ 送出側接続口 Ｊ２ 戻り側水接続口 Ｊt1、Ｊt2 ホース側接続金具 Ｈ１ないしＨ４ 水ホース ＰＳ 圧力スイッチ Ｈt1、Ｈt2 水ホース ＢＤ ブロッキングダイオード ＨＤ 直流高電圧発生器 ＴＫ 水タンク ＰＭ 水ポンプ ＰＰ１ないしＰＰ２ 水配管 ＩＳ１ないしＩＳ７ 絶縁物 ＣＨ コンタクトチップ ＦＲ 送給ローラ ＦＭ 送給モータ ＦＣ ワイヤ送給制御装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーク溶接機に冷却水を送出する送出側接
   続口と、アーク溶接機からの復帰水を受ける戻り側接続
   口と、前記冷却水を貯める水タンクおよび前記水タンク
   の水を前記送出側接続口からアーク溶接機に送り出す水
   ポンプとを有するアーク溶接機用冷却水供給装置におい
   て、前記冷却水の通路を構成する冷却水送出側接続口、
   冷却水戻り側接続口、水タンク、水ポンプ、配管および
   その他冷却水の通水経路を構成するものであって冷却水
   に直接触れる導電性の構成物が、大地に接して置かれる
   他の導電性の構成物または大地に電気的に接続されるこ
   とを前提とする他の導電性の構成物から電気的に絶縁し
   て設置されたアーク溶接機用冷却水供給装置。
2. 【請求項２】前記水タンクおよび前記冷却水の配管が合
   成樹脂製のタンク、パイプおよび継手等の部品から構成
   されており、前記水ポンプ等の金属製構成物が絶縁物を
   介して設置されている請求項１に記載のアーク溶接機用
   冷却水供給装置。
3. 【請求項３】前記水タンク、水ポンプおよび配管等の冷
   却水供給のための構成物が大地から絶縁された枠体、ケ
   ースあるいは台座などに設置されている請求項１に記載
   のアーク溶接機用冷却水供給装置。
4. 【請求項４】前記アーク溶接機は、非消耗電極を用いる
   ＴＩＧアーク溶接機である請求項１ないし請求項３のい
   ずれかに記載のアーク溶接機用冷却水供給装置。
5. 【請求項５】前記アーク溶接機は、消耗電極式アーク溶
   接機である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
   アーク溶接機用冷却水供給装置。