JP3696923B2 - アーク加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アーク溶接または切断などに使われるアーク加工装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、アーク起動に直流高電圧を使った場合の従来装置の例をアーク溶接の場合について示した図である。図１において、１０は溶接電源、１ないし３は１次入力線、４は電極で図示を省略した溶接トーチに保持されている。５は被加工物即ち被溶接物、６は電極側ケーブル、７は被加工物側ケーブル、８は起動スイッチ、９は遠隔出力調整器である。溶接電源１０において、ＤＲ１は１次整流回路、Ｃ１は平滑コンデンサ、ＴＲ１はインバータ回路、Ｔ１はインバータトランス、ＤＲ２は２次整流回路、Ｌ１はリアクトル、ＣＴ１は出力電流検出器、ＣＬ１は制御回路、ＴＲ２はスイッチング回路、ＤＲ３は逆阻止ダイオード、Ｔm1は電極側出力端子、Ｔm2は被加工物側出力端子である。
【０００３】
図１において、起動スイッチ８を押すと、制御回路ＣＬ１はこの起動信号の入力によって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４と被加工物５との間にシールドガスを放出する。シールドガスが電極４に達する時間を見計らって制御回路ＣＬ１は、インバータ回路ＴＲ１およびスイッチング回路ＴＲ２を駆動する。インバータ回路ＴＲ１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２次側に溶接アークに必要な電圧を誘起し２次整流回路ＤＲ２によって整流されて、リアクトルＬ１および逆阻止ダイオードＤＲ３を経て電極側出力端子Ｔm1と被加工物側出力端子Ｔm2に現れ、電極４と被加工物５との間に加わる。スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ１と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子との間で導通と遮断の動作を行う。スイッチング回路ＴＲ２が導通状態から遮断しようとするときにリアクトルＬ１の電流が零に向って急変しようとするので、その急変を阻止する方向、すなわちリアクトルＬ１の２次整流回路ＤＲ２側端子に正、逆阻止ダイオードＤＲ３側端子に負のパルス状の高電圧が発生する。このパルス状の高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２と被加工物側出力端子Ｔm2および被加工物側ケーブル７を経て、また負側は逆阻止ダイオードＤＲ３、電極側出力端子Ｔm1および電極側ケーブル６を経て、電極４と被加工物５との間に加わる。
【０００４】
ここで、このパルス状の高電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁破壊電圧よりも高い時は、この間に火花放電が発生し、この火花放電によって溶接用の主アーク放電が誘発される。一方、このときのパルス状電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁を破壊するには不十分であるときは、このパルス状電圧は、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量を充電する。この充電電荷は、逆阻止ダイオードＤＲ３によって阻止されて２次整流回路ＤＲ２に逆流することが防止され維持される。制御回路ＣＬ１は、先のスイッチング回路の遮断によって主アークが発生しなかったときには、一定の時間の後に再度スイッチング回路ＴＲ２を一定時間導通させて再度遮断する。このスイッチング回路の再度の導通および遮断によってリアクトルＬ１は再びパルス状の高電圧を発生する。この高電圧はさきに電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電されていた電圧と同極性であるので、この電圧をさらに上昇させる。この結果によっても電極４と被加工物５との間の絶縁が破壊されない時は、再びスイッチング回路ＴＲ２が導通と遮断を繰返す。これによって、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量の充電が進行し、ついには電極４と被加工物５との間の絶縁を破壊するに至り、火花放電が発生し、これによって主アークが誘発されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置においては、逆阻止ダイオードＤＲ３が、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電された充電電荷を阻止して２次整流回路ＤＲ２に逆流することを防止するが、逆阻止の作用を開始する前に逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部にある静電容量を電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量の電荷によって充電する必要がある。しかし溶接電流は一般に大きいので、逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量が電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に対して無視できるどころか逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量の方が電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量より大きくなってしまうことがある。また同様に２次整流回路ＤＲ２にも接合部の静電容量が存在する。
例えば、２次整流回路ＤＲ２および逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の各静電容量は５，０００ないし２０，０００ｐＦであるのに対して、ケーブルの浮遊容量はせいぜい１００ないし２５０ｐＦ程度である。
【０００６】
このため、スイッチング回路ＴＲ２の遮断時に発生したリアクトルＬ１のパルス電圧が無くなった時点においては、リアクトルＬ１を通して電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７間の静電容量に充電された電荷が２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３との各接合部の静電容量の直列回路に供給されてこれらを充電する。ここで、２次整流回路ＤＲ２の静電容量をＣ2 とし、逆阻止ダイオードＤＲ３の静電容量をＣ3 、ケーブル間の浮遊容量をＣs とすると、スイッチング回路ＴＲ２が遮断してリアクトルＬ１によって発生した電圧によってケーブル間の浮遊容量に充電された電圧Ｖcsは、パルス状の電圧がなくなった時点でそれぞれの接合部の静電容量を充電するので最終的に下記の式を満足する電圧Ｖs となる。
Ｃs ・Ｖcs＝（Ｃj ＋Ｃs ）・Ｖs
但し、Ｃj ＝Ｃ2 ・Ｃ3 ／（Ｃ2 ＋Ｃ3 ）
となるから
Ｖs ＝｛Ｃs ／（Ｃj ＋Ｃs ）｝・Ｖcs
となる。ここで前述のようにＣ2 およびＣ3 がＣs の２５倍ないし１００倍程度であると、Ｃj もＣ2 およびＣ3 の約２５ないし１００倍となるので、
Ｖs ＝（１／２６）Ｖcsないし（１／１０１）Ｖcs
となり、Ｖs は当初の電圧Ｖcsから大幅に低下してしまうことになる。しかも、これらの接合部の充電電荷は次のスイッチング回路ＴＲ２の導通時に放電されてしまう。このために電極４と被加工物５との間の絶縁を破るためにはスイッチング回路ＴＲ２の導通・遮断の動作回数が非常に多く必要になったり、あるいは電極４被加工物５間との間の絶縁を破るための電圧まで達しないことにもなる。さらに、スイッチング回路ＴＲ２を繰り返し動作させることは、この方式のノイズ低減効果を減殺してしまうことになる。この傾向は、ケーブルが短くなるほど顕著になり、ケーブル間の浮遊容量の大小によって大きく変化する。
【０００７】
【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、逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量より十分に大きい容量のコンデンサを備え、それに一旦電荷を蓄積して安定な直流高電圧としその端子電圧を電極４・被加工物５間に加え、低ノイズで安定なアーク起動を得ようとするものである。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例によって説明する。
図２は本発明の実施例を示す接続図である。図２において、スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ１と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子との間を短絡して、リアクトルＬ１に強制的に溶接電流と同極性の電流を流すためのスイッチング回路であり、スイッチング用トランジスタやゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）などの自己消弧型スイッチング素子または適当な転流回路を設けたサイリスタあるいは真空スイッチのような高耐圧の機械式スイッチ等が使用出来る。Ｃ４はコンデンサ、ＤＲ４はバイパスダイオード、Ｒ４は抵抗器である。ＣＬ２は制御回路であり、インバータ回路ＴＲ１とともにスイッチング回路ＴＲ２も制御する。同図において、その他は図１の従来装置と同じ機能の部品またはアセンブリのものに同一の符号を付して説明を省略する。
【０００９】
図２において、溶接の開始に当り作業者は電極４を被加工物５に接近させ、起動スイッチ８を押す。制御回路ＣＬ２は起動スイッチ８からの起動信号を受けて、インバータ回路ＴＲ１に駆動信号を送ってこれを起動するとともにスイッチング回路ＴＲ２に導通，遮断指令信号を供給する。インバータ回路ＴＲ１の起動によってインバータトランスＴ１の１次側には数１０ｋHzの電圧が加わり、２次側でアーク溶接に必要な電圧値に変換されて、２次整流回路ＤＲ２によって直流に変換されてリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２の直列接続回路に加えられる。スイッチング回路ＴＲ２が導通すると２次整流回路ＤＲ２の出力はリアクトルＬ１を通して短絡されることになり、このリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２の直列回路を流れる電流は時間の経過とともに増加してゆく。制御回路ＣＬ２はリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２との直列回路を流れる電流がある一定値になる頃に、インバータ回路ＴＲ１への駆動信号は加えたままにしておいて、スイッチング回路ＴＲ２に対する導通指令信号を絶ち、これを遮断する。この結果リアクトルＬ１の電流が零に向って急変しようとするので、その急変を阻止する方向、すなわちリアクトルＬ１の２次整流回路ＤＲ２側端子に正、逆阻止ダイオードＤＲ３側端子に負のパルス状の高電圧が発生する。このパルス状の高電圧は、リアクトルＬ１、２次整流回路ＤＲ２、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４、逆阻止ダイオードＤＲ３の回路でコンデンサＣ４を充電する。
【００１０】
このとき、コンデンサＣ４の容量を２次整流回路ＤＲ２や逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の容量よりも十分に大きく、例えば１０倍程度（先に示したような２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３の両方の接合部の静電容量が総合して１０，０００ｐＦ程度のときは０．００１μＦ程度）としておくと、リアクトルＬ１に蓄えられていたエネルギーの大部分はコンデンサＣ４に充電されることになる。パルス状電圧によってコンデンサＣ４とケーブル間の浮遊容量Ｃs とに充電される電圧をＶcs、パルス状電圧がなくなった時点で２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３の両方の接合部の静電容量
Ｃj ＝Ｃ2 ・Ｃ3 ／（Ｃ2 ＋Ｃ3 ）
に充電される電圧をＶs 、コンデンサＣ４の静電容量をＣ4 とすると、
（Ｃ4 ＋Ｃs ）Ｖcs＝（Ｃ4 ＋Ｃs ＋Ｃj ）Ｖs
であるから、ここでＣs ＜＜Ｃ4 、Ｃj ＝Ｃ4 ・１／１０とすると、
Ｖs ＝Ｖcs・１０／１１
となってほとんど変化しない。このコンデンサＣ４の充電電圧は、スイッチング回路ＴＲ２が導通、遮断を繰り返すことによって上昇し、正側は被加工物側出力端子Ｔm2および被溶接物側ケーブル７を経て、また負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1および電極側ケーブル６を経て、電極４と被加工物５との間に加わる。この高電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁破壊電圧よりも高い時は、この間に火花放電が発生し、この火花放電によって溶接用の主アーク放電が誘発される。スイッチング回路ＴＲ２の導通、遮断の動作は、主アークの発生を電流検出器ＣＴ１が検出したときに停止するようにしてもよいし、コンデンサＣ４の電圧が一定値に達したら、あるいはコンデンサＣ４の電圧が一定値に達するのを見計らって一定回数導通と遮断とを繰り返したら、停止するようにしてもよい。なお、逆阻止ダイオードＤＲ３は電極側出力端子Ｔm1と被加工物側出力端子Ｔm2間の高電圧が２次整流回路ＤＲ２に印加されて２次整流回路ＤＲ２が破損することを防ぐ。
【００１１】
このように、リアクトルＬ１が保有していた電磁エネルギーのほとんどがコンデンサＣ４に充電され、この充電電荷が電流制限抵抗Ｒ４を通して電極４と被加工物５との間に加えられるので、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量はほぼコンデンサＣ４の端子電圧にまで充電されることになり、電極４と被加工物５との間の電圧は速やかに上昇してこれらの間の絶縁が破壊されると主アークが誘発される。主アークの発生を出力電流検出器ＣＴ１で検出し、制御回路ＣＬ１はスイッチング回路ＴＲ２の導通遮断の繰り返し動作を中止し、遮断状態を保つ。この結果、浮遊容量の充放電の回数は減少し、これに伴うノイズの発生も少なくなる。
【００１２】
図３は、別の実施例である。同図においては、バイパスダイオードＤＲ４をリアクトルＬ１と逆阻止ダイオードＤＲ３との間に接続して、コンデンサＣ４の充電回路に逆阻止ダイオードＤＲ３が含まれないようにした点のみ図２の実施例と異なり、その他は図２と同様であるので動作の詳細な説明は省略する。
【００１３】
なお、図２および図３においては、逆阻止ダイオードＤＲ３は２次整流回路ＤＲ２正側端子と出力端子Ｔm2との間に出力端子Ｔm2側をカソードとするように接続してもよい。また、抵抗器Ｒ４、ダイオードＤＲ４は省略してコンデンサＣ４を直接出力端子Ｔm1とＴm2との間に接続してもよい。また、上記のいずれの実施例においても、数１００ＭΩの抵抗器をコンデンサＣ４と並列になるように接続しておくと、万一アークの起動に失敗してもコンデンサＣ４に充電された高い電圧が動作を中止した後は比較的短時間の間に放電して低下するので、誤って電極に触れても電撃の危険性がなくなる。
【００１４】
図４は、図２および図３を上記のように変更したものであり、ダイオードＤＲ４および抵抗器Ｒ４を除いてある。また、出力端子間には抵抗器Ｒ５を接続してある。これにより、動作停止後にコンデンサＣ４の残留電荷を比較的短時間に放電するようにしている。この抵抗器の抵抗値はコンデンサＣ４の静電容量に応じてその放電時定数がスイッチング回路ＴＲ２の導通・遮断の繰り返し周期よりも十分にながくなるように、例えば数秒程度に定めるのが望ましい。
【００１５】
図５は、さらに別の実施例である。同図においては、コンデンサＣ４と抵抗器Ｒ４との直列回路はリアクトルＬ１と逆阻止ダイオードＤＲ３との直列回路に並列に接続されており、スイッチング回路ＴＲ２が導通から遮断したときにリアクトルＬ１に発生するパルス状の高電圧はリアクトルＬ１、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ１によってコンデンサＣ４の高電圧が短絡されることを、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧がリアクトルＬ１によって短絡されることを防ぐとともに電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電された電荷によって２次整流回路ＤＲ２に逆方向の高電圧が印加されることを防止する。その他は図２と同様であるので動作の詳細な説明は省略する。
【００１６】
図６は、さらに別の実施例である。同図においては、バイパスダイオードＤＲ４と抵抗器Ｒ４とを並列にしている点のみが図６の実施例と異なる。同図の場合、リアクトルＬ１に発生するパルス状の高電圧はリアクトルＬ１、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４、逆阻止ダイオードＤＲ３の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧がリアクトルＬ１によって短絡されることを防ぐ。その他は図５と同じなので動作の詳細な説明は省略する。
【００１７】
図７は、さらに別の実施例であり、アーク点孤のために高電圧を発生するリアクトルとして、リアクトルＬ２を設けている。同図において、リアクトルＬ２は絶縁された二つの巻線Ｌ２(1/2) とＬ２(2/2) に分かれ、両巻線は磁気的に密に結合されている。スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ２(1/2) の電流を断続し、磁気結合されたリアクトルＬ２(2/2) に誘起されるパルス状の高電圧によってコンデンサＣ４を充電する。その他は図５と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００１８】
図８は、さらに別の実施例である。リアクトルＬ２は絶縁された二つの巻線Ｌ２(1/2) とＬ２(2/2) に分かれ、スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ２(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ２(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってコンデンサＣ４を充電する。その他は図６と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００１９】
図７および図８の実施例においては、リアクトルＬ２(1/2) とＬ２(2/2) との巻数比を適当に選定することにより、スイッチング回路ＴＲ２に流す電流を自由に設定することが出来る。
【００２０】
図９は、さらに別の実施例である。同図においては、リアクトルＬ２(1/2) に流す電流の電源として溶接出力回路とは絶縁されたインバータトランスＴ２の溶接出力回路側とは別の２次巻線とその２次整流回路ＤＲ５を別に設けているところが図７と異なるだけであり、その他は図７と同様であるので詳細な説明は省略する。同図の実施例においては、スイッチング回路ＴＲ２が溶接回路から絶縁されているので、制御回路の溶接回路からの絶縁が容易になる。
【００２１】
図１０は、さらに別の実施例である。同図において、リアクトルＬ３は絶縁された二つの巻線Ｌ３(1/2) とＬ３(2/2) に分かれ、ＴＲ２によってリアクトルＬ３(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ３(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ３(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側はＬ１、２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を経て、また負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を経て、被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧が溶接電流回路よって短絡されることを防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ３(2/2) によってコンデンサＣ４の高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合、リアクトルＬ３(2/2) には溶接電流は流れない。したがって、図７ないし図９に示した実施例のリアクトルＬ２(2/2) よりも電流容量を小さいものでよいことになる。その他は図９と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２２】
図１１は、さらに別の実施例である。同図においては、リアクトルＬ４は主巻線Ｌ４(1/2) とこれに磁気結合した補助巻線Ｌ４(2/2) とからなり、スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ４(1/2) を通して２次整流回路ＤＲ２の出力を短絡するように接続されている。リアクトルの補助巻線Ｌ４(2/2) はバイパスダイオードＤＲ４と直列にしてコンデンサＣ４の端子間に接続されている。同図において、スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ４(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ４(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ４(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４の高電圧が２次整流回路ＤＲ２にかかって２次整流回路ＤＲ２を破壊することから防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ４(2/2) によってコンデンサＣ４に充電された高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合、リアクトルＬ４(2/2) には溶接電流は流れない。したがって、リアクトルＬ４は図７ないし図９に示した実施例のリアクトルＬ２(2/2) よりも電流容量が小さなものでよいことになる。その他は図２ないし図４と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１２は、さらに別の実施例である。同図の場合には、図１０の実施例と同様に、絶縁された二つの巻線Ｌ５(1/2) とＬ５(2/2) に分かれたリアクトルＬ５を用いており、リアクトルＬ５(2/2) はバイパスダイオードＤＲ４と直列にしてコンデンサＣ４の両端に接続されている。スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ５(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ５(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ５(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４の高電圧が２次整流回路ＤＲ２にかかって２次整流回路ＤＲ２を破壊することから防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ５(2/2) によってコンデンサＣ４に充電された高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合も、図１０に示した実施例のリアクトルＬ３(2/2) と同様にリアクトルＬ５(2/2) には溶接電流は流れないので電流容量が小さなものでよいことになる。その他は図２ないし図４および図１１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２４】
【その他の実施例】
図２ないし図６において、スイッチング回路ＴＲ２をリアクトルＬ１に中間端子を設け、その中間端子と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子間に接続してリアクトルＬ１の一部に直流電流を流し、それを断続するようにしてもよい。
【００２５】
図７ないし図９においては、リアクトルＬ２(2/2) がリアクトルＬ１の機能をも持たせたものとするときは、リアクトルＬ１を省略出来る。
【００２６】
また、図５ないし図９においては、ダイオードＤＲ４と抵抗器Ｒ４とを除去し、コンデンサＣ４を出力端子Ｔm1と２次整流回路ＤＲ２の負出力端子との間に接続すればよい。図１０ないし図１２においては、抵抗器Ｒ４を除去し、ダイオードＤＲ４とコンデンサＣ４とを出力端子Ｔm1に直接接続すればよい。
【００２７】
さらに、起動操作をするときは、電極４を被溶接物５に接近させた状態で行うものであり、スイッチング回路ＴＲ２の導通と遮断とを数回繰返したときにアークは起動されてスイッチング回路は動作を停止するのが通常である。しかし、電極が被溶接物から極端に離れ過ぎているとこれが永久にスタート出来ないことになる。このようなときは、スイッチング回路ＴＲ２の導通遮断動作の繰返しは無駄であり、かつ高電圧が電極に印加され続けることになるので、これを防止し、機器の保護をはかるためにスイッチング回路のＯＮ−ＯＦＦ動作は数回ないし１０数回程度行なうと停止するように、その動作回数を制限することが望ましい。このためには、制御回路ＣＬ２にスイッチング回路ＴＲ２の動作回数を計数しその繰返し回数が設定回数に達したときに異常として装置を停止する機能を持たせればよい。
【００２８】
前記いずれの実施例においても、溶接電源の主回路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主回路方式はインバータ制御式に限られるものではない。すなわちトランスの２次側でのサイリスタ制御、直流のチョッパ制御等であってもよい。さらにその出力形態は先に説明した直流以外に周期的に脈動する成分を含むものやパルス波形のものでも良いのはもちろんである。
【００２９】
さらに、上記各実施例は、本発明をアーク溶接に適用する場合についてのみ説明したが、本発明はアーク放電を利用して加工を行うものであればなんでも適用出来るものであり、例えば溶接以外にアーク切断、アーク溶射、アーク加熱、アーク溶融などに適用出来る。
【００３０】
また、パイロットアークを用いないプラズマアーク溶接やプラズマアーク切断にも適用出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上記の通り高周波発生装置が発生する高周波を使わずに、リアクトルに流す電流を導通、遮断を繰り返し、遮断時に発生する高電圧を一旦コンデンサに充電しして脈動の少ない直流高電圧にしてアーク起動に利用するものであるので、大形で高価な高周波発生装置が不要となるばかりでなくケーブルの長さや電極と被溶接物間の浮遊容量の大小にかかわらず、確実なアーク起動が可能となり、ノイズ障害をほとんど無くすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアーク加工装置の例を示す接続図
【図２】本発明をアーク溶接に適用したときの実施例を示す接続図
【図３】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図
【図４】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図
【図５】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図６】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図９】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１０】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１１】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１２】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【符号の説明】
４ 電極
５ 被加工物
６ 電極側ケーブル
７ 被加工物側ケーブル
８ 起動スイッチ
９ 遠隔出力調整器
１０ 溶接電源
１１ 溶接電源
ＤＲ１ １次整流回路
ＤＲ２ ２次整流回路
ＤＲ３ 逆阻止ダイオード
ＤＲ４ バイパスダイオード
ＤＲ５ ２次整流回路
ＴＲ１ インバータ回路
ＴＲ２ スイッチング回路
Ｔ１、Ｔ２ インバータトランス
Ｌ１ リアクトル
Ｃ４ コンデンサ
Ｌ２(1/2) 、Ｌ２(2/2) リアクトル
Ｌ３(1/2) 、Ｌ２(2/2) リアクトル
Ｌ４(1/2) 、Ｌ４(2/2) リアクトル
Ｌ５(1/2) 、Ｌ５(2/2) リアクトル
ＣＴ１ 出力電流検出器
ＣＬ１、ＣＬ２ 制御回路
Ｔm1 電極側出力端子
Ｔm2 被加工物側出力端子
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ４ 電流制限抵抗器
Ｒ５ 放電用抵抗器
【産業上の利用分野】
本発明は、アーク溶接または切断などに使われるアーク加工装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、アーク起動に直流高電圧を使った場合の従来装置の例をアーク溶接の場合について示した図である。図１において、１０は溶接電源、１ないし３は１次入力線、４は電極で図示を省略した溶接トーチに保持されている。５は被加工物即ち被溶接物、６は電極側ケーブル、７は被加工物側ケーブル、８は起動スイッチ、９は遠隔出力調整器である。溶接電源１０において、ＤＲ１は１次整流回路、Ｃ１は平滑コンデンサ、ＴＲ１はインバータ回路、Ｔ１はインバータトランス、ＤＲ２は２次整流回路、Ｌ１はリアクトル、ＣＴ１は出力電流検出器、ＣＬ１は制御回路、ＴＲ２はスイッチング回路、ＤＲ３は逆阻止ダイオード、Ｔm1は電極側出力端子、Ｔm2は被加工物側出力端子である。
【０００３】
図１において、起動スイッチ８を押すと、制御回路ＣＬ１はこの起動信号の入力によって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４と被加工物５との間にシールドガスを放出する。シールドガスが電極４に達する時間を見計らって制御回路ＣＬ１は、インバータ回路ＴＲ１およびスイッチング回路ＴＲ２を駆動する。インバータ回路ＴＲ１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２次側に溶接アークに必要な電圧を誘起し２次整流回路ＤＲ２によって整流されて、リアクトルＬ１および逆阻止ダイオードＤＲ３を経て電極側出力端子Ｔm1と被加工物側出力端子Ｔm2に現れ、電極４と被加工物５との間に加わる。スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ１と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子との間で導通と遮断の動作を行う。スイッチング回路ＴＲ２が導通状態から遮断しようとするときにリアクトルＬ１の電流が零に向って急変しようとするので、その急変を阻止する方向、すなわちリアクトルＬ１の２次整流回路ＤＲ２側端子に正、逆阻止ダイオードＤＲ３側端子に負のパルス状の高電圧が発生する。このパルス状の高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２と被加工物側出力端子Ｔm2および被加工物側ケーブル７を経て、また負側は逆阻止ダイオードＤＲ３、電極側出力端子Ｔm1および電極側ケーブル６を経て、電極４と被加工物５との間に加わる。
【０００４】
ここで、このパルス状の高電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁破壊電圧よりも高い時は、この間に火花放電が発生し、この火花放電によって溶接用の主アーク放電が誘発される。一方、このときのパルス状電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁を破壊するには不十分であるときは、このパルス状電圧は、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量を充電する。この充電電荷は、逆阻止ダイオードＤＲ３によって阻止されて２次整流回路ＤＲ２に逆流することが防止され維持される。制御回路ＣＬ１は、先のスイッチング回路の遮断によって主アークが発生しなかったときには、一定の時間の後に再度スイッチング回路ＴＲ２を一定時間導通させて再度遮断する。このスイッチング回路の再度の導通および遮断によってリアクトルＬ１は再びパルス状の高電圧を発生する。この高電圧はさきに電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電されていた電圧と同極性であるので、この電圧をさらに上昇させる。この結果によっても電極４と被加工物５との間の絶縁が破壊されない時は、再びスイッチング回路ＴＲ２が導通と遮断を繰返す。これによって、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量の充電が進行し、ついには電極４と被加工物５との間の絶縁を破壊するに至り、火花放電が発生し、これによって主アークが誘発されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置においては、逆阻止ダイオードＤＲ３が、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電された充電電荷を阻止して２次整流回路ＤＲ２に逆流することを防止するが、逆阻止の作用を開始する前に逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部にある静電容量を電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量の電荷によって充電する必要がある。しかし溶接電流は一般に大きいので、逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量が電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に対して無視できるどころか逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量の方が電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量より大きくなってしまうことがある。また同様に２次整流回路ＤＲ２にも接合部の静電容量が存在する。
例えば、２次整流回路ＤＲ２および逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の各静電容量は５，０００ないし２０，０００ｐＦであるのに対して、ケーブルの浮遊容量はせいぜい１００ないし２５０ｐＦ程度である。
【０００６】
このため、スイッチング回路ＴＲ２の遮断時に発生したリアクトルＬ１のパルス電圧が無くなった時点においては、リアクトルＬ１を通して電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７間の静電容量に充電された電荷が２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３との各接合部の静電容量の直列回路に供給されてこれらを充電する。ここで、２次整流回路ＤＲ２の静電容量をＣ2 とし、逆阻止ダイオードＤＲ３の静電容量をＣ3 、ケーブル間の浮遊容量をＣs とすると、スイッチング回路ＴＲ２が遮断してリアクトルＬ１によって発生した電圧によってケーブル間の浮遊容量に充電された電圧Ｖcsは、パルス状の電圧がなくなった時点でそれぞれの接合部の静電容量を充電するので最終的に下記の式を満足する電圧Ｖs となる。
Ｃs ・Ｖcs＝（Ｃj ＋Ｃs ）・Ｖs
但し、Ｃj ＝Ｃ2 ・Ｃ3 ／（Ｃ2 ＋Ｃ3 ）
となるから
Ｖs ＝｛Ｃs ／（Ｃj ＋Ｃs ）｝・Ｖcs
となる。ここで前述のようにＣ2 およびＣ3 がＣs の２５倍ないし１００倍程度であると、Ｃj もＣ2 およびＣ3 の約２５ないし１００倍となるので、
Ｖs ＝（１／２６）Ｖcsないし（１／１０１）Ｖcs
となり、Ｖs は当初の電圧Ｖcsから大幅に低下してしまうことになる。しかも、これらの接合部の充電電荷は次のスイッチング回路ＴＲ２の導通時に放電されてしまう。このために電極４と被加工物５との間の絶縁を破るためにはスイッチング回路ＴＲ２の導通・遮断の動作回数が非常に多く必要になったり、あるいは電極４被加工物５間との間の絶縁を破るための電圧まで達しないことにもなる。さらに、スイッチング回路ＴＲ２を繰り返し動作させることは、この方式のノイズ低減効果を減殺してしまうことになる。この傾向は、ケーブルが短くなるほど顕著になり、ケーブル間の浮遊容量の大小によって大きく変化する。
【０００７】
【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、逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の静電容量より十分に大きい容量のコンデンサを備え、それに一旦電荷を蓄積して安定な直流高電圧としその端子電圧を電極４・被加工物５間に加え、低ノイズで安定なアーク起動を得ようとするものである。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例によって説明する。
図２は本発明の実施例を示す接続図である。図２において、スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ１と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子との間を短絡して、リアクトルＬ１に強制的に溶接電流と同極性の電流を流すためのスイッチング回路であり、スイッチング用トランジスタやゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）などの自己消弧型スイッチング素子または適当な転流回路を設けたサイリスタあるいは真空スイッチのような高耐圧の機械式スイッチ等が使用出来る。Ｃ４はコンデンサ、ＤＲ４はバイパスダイオード、Ｒ４は抵抗器である。ＣＬ２は制御回路であり、インバータ回路ＴＲ１とともにスイッチング回路ＴＲ２も制御する。同図において、その他は図１の従来装置と同じ機能の部品またはアセンブリのものに同一の符号を付して説明を省略する。
【０００９】
図２において、溶接の開始に当り作業者は電極４を被加工物５に接近させ、起動スイッチ８を押す。制御回路ＣＬ２は起動スイッチ８からの起動信号を受けて、インバータ回路ＴＲ１に駆動信号を送ってこれを起動するとともにスイッチング回路ＴＲ２に導通，遮断指令信号を供給する。インバータ回路ＴＲ１の起動によってインバータトランスＴ１の１次側には数１０ｋHzの電圧が加わり、２次側でアーク溶接に必要な電圧値に変換されて、２次整流回路ＤＲ２によって直流に変換されてリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２の直列接続回路に加えられる。スイッチング回路ＴＲ２が導通すると２次整流回路ＤＲ２の出力はリアクトルＬ１を通して短絡されることになり、このリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２の直列回路を流れる電流は時間の経過とともに増加してゆく。制御回路ＣＬ２はリアクトルＬ１とスイッチング回路ＴＲ２との直列回路を流れる電流がある一定値になる頃に、インバータ回路ＴＲ１への駆動信号は加えたままにしておいて、スイッチング回路ＴＲ２に対する導通指令信号を絶ち、これを遮断する。この結果リアクトルＬ１の電流が零に向って急変しようとするので、その急変を阻止する方向、すなわちリアクトルＬ１の２次整流回路ＤＲ２側端子に正、逆阻止ダイオードＤＲ３側端子に負のパルス状の高電圧が発生する。このパルス状の高電圧は、リアクトルＬ１、２次整流回路ＤＲ２、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４、逆阻止ダイオードＤＲ３の回路でコンデンサＣ４を充電する。
【００１０】
このとき、コンデンサＣ４の容量を２次整流回路ＤＲ２や逆阻止ダイオードＤＲ３の接合部の容量よりも十分に大きく、例えば１０倍程度（先に示したような２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３の両方の接合部の静電容量が総合して１０，０００ｐＦ程度のときは０．００１μＦ程度）としておくと、リアクトルＬ１に蓄えられていたエネルギーの大部分はコンデンサＣ４に充電されることになる。パルス状電圧によってコンデンサＣ４とケーブル間の浮遊容量Ｃs とに充電される電圧をＶcs、パルス状電圧がなくなった時点で２次整流回路ＤＲ２と逆阻止ダイオードＤＲ３の両方の接合部の静電容量
Ｃj ＝Ｃ2 ・Ｃ3 ／（Ｃ2 ＋Ｃ3 ）
に充電される電圧をＶs 、コンデンサＣ４の静電容量をＣ4 とすると、
（Ｃ4 ＋Ｃs ）Ｖcs＝（Ｃ4 ＋Ｃs ＋Ｃj ）Ｖs
であるから、ここでＣs ＜＜Ｃ4 、Ｃj ＝Ｃ4 ・１／１０とすると、
Ｖs ＝Ｖcs・１０／１１
となってほとんど変化しない。このコンデンサＣ４の充電電圧は、スイッチング回路ＴＲ２が導通、遮断を繰り返すことによって上昇し、正側は被加工物側出力端子Ｔm2および被溶接物側ケーブル７を経て、また負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1および電極側ケーブル６を経て、電極４と被加工物５との間に加わる。この高電圧が電極４と被加工物５との間の絶縁破壊電圧よりも高い時は、この間に火花放電が発生し、この火花放電によって溶接用の主アーク放電が誘発される。スイッチング回路ＴＲ２の導通、遮断の動作は、主アークの発生を電流検出器ＣＴ１が検出したときに停止するようにしてもよいし、コンデンサＣ４の電圧が一定値に達したら、あるいはコンデンサＣ４の電圧が一定値に達するのを見計らって一定回数導通と遮断とを繰り返したら、停止するようにしてもよい。なお、逆阻止ダイオードＤＲ３は電極側出力端子Ｔm1と被加工物側出力端子Ｔm2間の高電圧が２次整流回路ＤＲ２に印加されて２次整流回路ＤＲ２が破損することを防ぐ。
【００１１】
このように、リアクトルＬ１が保有していた電磁エネルギーのほとんどがコンデンサＣ４に充電され、この充電電荷が電流制限抵抗Ｒ４を通して電極４と被加工物５との間に加えられるので、電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量はほぼコンデンサＣ４の端子電圧にまで充電されることになり、電極４と被加工物５との間の電圧は速やかに上昇してこれらの間の絶縁が破壊されると主アークが誘発される。主アークの発生を出力電流検出器ＣＴ１で検出し、制御回路ＣＬ１はスイッチング回路ＴＲ２の導通遮断の繰り返し動作を中止し、遮断状態を保つ。この結果、浮遊容量の充放電の回数は減少し、これに伴うノイズの発生も少なくなる。
【００１２】
図３は、別の実施例である。同図においては、バイパスダイオードＤＲ４をリアクトルＬ１と逆阻止ダイオードＤＲ３との間に接続して、コンデンサＣ４の充電回路に逆阻止ダイオードＤＲ３が含まれないようにした点のみ図２の実施例と異なり、その他は図２と同様であるので動作の詳細な説明は省略する。
【００１３】
なお、図２および図３においては、逆阻止ダイオードＤＲ３は２次整流回路ＤＲ２正側端子と出力端子Ｔm2との間に出力端子Ｔm2側をカソードとするように接続してもよい。また、抵抗器Ｒ４、ダイオードＤＲ４は省略してコンデンサＣ４を直接出力端子Ｔm1とＴm2との間に接続してもよい。また、上記のいずれの実施例においても、数１００ＭΩの抵抗器をコンデンサＣ４と並列になるように接続しておくと、万一アークの起動に失敗してもコンデンサＣ４に充電された高い電圧が動作を中止した後は比較的短時間の間に放電して低下するので、誤って電極に触れても電撃の危険性がなくなる。
【００１４】
図４は、図２および図３を上記のように変更したものであり、ダイオードＤＲ４および抵抗器Ｒ４を除いてある。また、出力端子間には抵抗器Ｒ５を接続してある。これにより、動作停止後にコンデンサＣ４の残留電荷を比較的短時間に放電するようにしている。この抵抗器の抵抗値はコンデンサＣ４の静電容量に応じてその放電時定数がスイッチング回路ＴＲ２の導通・遮断の繰り返し周期よりも十分にながくなるように、例えば数秒程度に定めるのが望ましい。
【００１５】
図５は、さらに別の実施例である。同図においては、コンデンサＣ４と抵抗器Ｒ４との直列回路はリアクトルＬ１と逆阻止ダイオードＤＲ３との直列回路に並列に接続されており、スイッチング回路ＴＲ２が導通から遮断したときにリアクトルＬ１に発生するパルス状の高電圧はリアクトルＬ１、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ１によってコンデンサＣ４の高電圧が短絡されることを、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧がリアクトルＬ１によって短絡されることを防ぐとともに電極側ケーブル６と被加工物側ケーブル７との間の浮遊容量に充電された電荷によって２次整流回路ＤＲ２に逆方向の高電圧が印加されることを防止する。その他は図２と同様であるので動作の詳細な説明は省略する。
【００１６】
図６は、さらに別の実施例である。同図においては、バイパスダイオードＤＲ４と抵抗器Ｒ４とを並列にしている点のみが図６の実施例と異なる。同図の場合、リアクトルＬ１に発生するパルス状の高電圧はリアクトルＬ１、コンデンサＣ４、バイパスダイオードＤＲ４、逆阻止ダイオードＤＲ３の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧がリアクトルＬ１によって短絡されることを防ぐ。その他は図５と同じなので動作の詳細な説明は省略する。
【００１７】
図７は、さらに別の実施例であり、アーク点孤のために高電圧を発生するリアクトルとして、リアクトルＬ２を設けている。同図において、リアクトルＬ２は絶縁された二つの巻線Ｌ２(1/2) とＬ２(2/2) に分かれ、両巻線は磁気的に密に結合されている。スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ２(1/2) の電流を断続し、磁気結合されたリアクトルＬ２(2/2) に誘起されるパルス状の高電圧によってコンデンサＣ４を充電する。その他は図５と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００１８】
図８は、さらに別の実施例である。リアクトルＬ２は絶縁された二つの巻線Ｌ２(1/2) とＬ２(2/2) に分かれ、スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ２(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ２(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってコンデンサＣ４を充電する。その他は図６と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００１９】
図７および図８の実施例においては、リアクトルＬ２(1/2) とＬ２(2/2) との巻数比を適当に選定することにより、スイッチング回路ＴＲ２に流す電流を自由に設定することが出来る。
【００２０】
図９は、さらに別の実施例である。同図においては、リアクトルＬ２(1/2) に流す電流の電源として溶接出力回路とは絶縁されたインバータトランスＴ２の溶接出力回路側とは別の２次巻線とその２次整流回路ＤＲ５を別に設けているところが図７と異なるだけであり、その他は図７と同様であるので詳細な説明は省略する。同図の実施例においては、スイッチング回路ＴＲ２が溶接回路から絶縁されているので、制御回路の溶接回路からの絶縁が容易になる。
【００２１】
図１０は、さらに別の実施例である。同図において、リアクトルＬ３は絶縁された二つの巻線Ｌ３(1/2) とＬ３(2/2) に分かれ、ＴＲ２によってリアクトルＬ３(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ３(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ３(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側はＬ１、２次整流回路ＤＲ２、被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を経て、また負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を経て、被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４と電流制限抵抗器Ｒ４との直列回路の両端に現れた高電圧が溶接電流回路よって短絡されることを防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ３(2/2) によってコンデンサＣ４の高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合、リアクトルＬ３(2/2) には溶接電流は流れない。したがって、図７ないし図９に示した実施例のリアクトルＬ２(2/2) よりも電流容量を小さいものでよいことになる。その他は図９と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２２】
図１１は、さらに別の実施例である。同図においては、リアクトルＬ４は主巻線Ｌ４(1/2) とこれに磁気結合した補助巻線Ｌ４(2/2) とからなり、スイッチング回路ＴＲ２はリアクトルＬ４(1/2) を通して２次整流回路ＤＲ２の出力を短絡するように接続されている。リアクトルの補助巻線Ｌ４(2/2) はバイパスダイオードＤＲ４と直列にしてコンデンサＣ４の端子間に接続されている。同図において、スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ４(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ４(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ４(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４の高電圧が２次整流回路ＤＲ２にかかって２次整流回路ＤＲ２を破壊することから防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ４(2/2) によってコンデンサＣ４に充電された高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合、リアクトルＬ４(2/2) には溶接電流は流れない。したがって、リアクトルＬ４は図７ないし図９に示した実施例のリアクトルＬ２(2/2) よりも電流容量が小さなものでよいことになる。その他は図２ないし図４と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１２は、さらに別の実施例である。同図の場合には、図１０の実施例と同様に、絶縁された二つの巻線Ｌ５(1/2) とＬ５(2/2) に分かれたリアクトルＬ５を用いており、リアクトルＬ５(2/2) はバイパスダイオードＤＲ４と直列にしてコンデンサＣ４の両端に接続されている。スイッチング回路ＴＲ２によってリアクトルＬ５(1/2) の電流を断続し、リアクトルＬ５(2/2) に発生するパルス状の高電圧によってリアクトルＬ５(2/2) ，コンデンサＣ４，バイパスダイオードＤＲ４の回路でコンデンサＣ４を充電する。コンデンサＣ４に充電された高電圧は、正側は被加工物側出力端子Ｔm2、被加工物側ケーブル７を、負側は電流制限抵抗器Ｒ４、電極側出力端子Ｔm1、電極側ケーブル６を、経て被加工物５と電極４間にかかる。このとき、逆阻止ダイオードＤＲ３はコンデンサＣ４の高電圧が２次整流回路ＤＲ２にかかって２次整流回路ＤＲ２を破壊することから防ぎ、バイパスダイオードＤＲ４はリアクトルＬ５(2/2) によってコンデンサＣ４に充電された高電圧が短絡されることを防ぐ。同図の場合も、図１０に示した実施例のリアクトルＬ３(2/2) と同様にリアクトルＬ５(2/2) には溶接電流は流れないので電流容量が小さなものでよいことになる。その他は図２ないし図４および図１１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００２４】
【その他の実施例】
図２ないし図６において、スイッチング回路ＴＲ２をリアクトルＬ１に中間端子を設け、その中間端子と２次整流回路ＤＲ２の正出力端子間に接続してリアクトルＬ１の一部に直流電流を流し、それを断続するようにしてもよい。
【００２５】
図７ないし図９においては、リアクトルＬ２(2/2) がリアクトルＬ１の機能をも持たせたものとするときは、リアクトルＬ１を省略出来る。
【００２６】
また、図５ないし図９においては、ダイオードＤＲ４と抵抗器Ｒ４とを除去し、コンデンサＣ４を出力端子Ｔm1と２次整流回路ＤＲ２の負出力端子との間に接続すればよい。図１０ないし図１２においては、抵抗器Ｒ４を除去し、ダイオードＤＲ４とコンデンサＣ４とを出力端子Ｔm1に直接接続すればよい。
【００２７】
さらに、起動操作をするときは、電極４を被溶接物５に接近させた状態で行うものであり、スイッチング回路ＴＲ２の導通と遮断とを数回繰返したときにアークは起動されてスイッチング回路は動作を停止するのが通常である。しかし、電極が被溶接物から極端に離れ過ぎているとこれが永久にスタート出来ないことになる。このようなときは、スイッチング回路ＴＲ２の導通遮断動作の繰返しは無駄であり、かつ高電圧が電極に印加され続けることになるので、これを防止し、機器の保護をはかるためにスイッチング回路のＯＮ−ＯＦＦ動作は数回ないし１０数回程度行なうと停止するように、その動作回数を制限することが望ましい。このためには、制御回路ＣＬ２にスイッチング回路ＴＲ２の動作回数を計数しその繰返し回数が設定回数に達したときに異常として装置を停止する機能を持たせればよい。
【００２８】
前記いずれの実施例においても、溶接電源の主回路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主回路方式はインバータ制御式に限られるものではない。すなわちトランスの２次側でのサイリスタ制御、直流のチョッパ制御等であってもよい。さらにその出力形態は先に説明した直流以外に周期的に脈動する成分を含むものやパルス波形のものでも良いのはもちろんである。
【００２９】
さらに、上記各実施例は、本発明をアーク溶接に適用する場合についてのみ説明したが、本発明はアーク放電を利用して加工を行うものであればなんでも適用出来るものであり、例えば溶接以外にアーク切断、アーク溶射、アーク加熱、アーク溶融などに適用出来る。
【００３０】
また、パイロットアークを用いないプラズマアーク溶接やプラズマアーク切断にも適用出来る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上記の通り高周波発生装置が発生する高周波を使わずに、リアクトルに流す電流を導通、遮断を繰り返し、遮断時に発生する高電圧を一旦コンデンサに充電しして脈動の少ない直流高電圧にしてアーク起動に利用するものであるので、大形で高価な高周波発生装置が不要となるばかりでなくケーブルの長さや電極と被溶接物間の浮遊容量の大小にかかわらず、確実なアーク起動が可能となり、ノイズ障害をほとんど無くすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアーク加工装置の例を示す接続図
【図２】本発明をアーク溶接に適用したときの実施例を示す接続図
【図３】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図
【図４】本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図
【図５】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図６】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図９】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１０】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１１】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【図１２】本発明をアーク溶接に適用したときのさらに別の実施例を示す接続図
【符号の説明】
４ 電極
５ 被加工物
６ 電極側ケーブル
７ 被加工物側ケーブル
８ 起動スイッチ
９ 遠隔出力調整器
１０ 溶接電源
１１ 溶接電源
ＤＲ１ １次整流回路
ＤＲ２ ２次整流回路
ＤＲ３ 逆阻止ダイオード
ＤＲ４ バイパスダイオード
ＤＲ５ ２次整流回路
ＴＲ１ インバータ回路
ＴＲ２ スイッチング回路
Ｔ１、Ｔ２ インバータトランス
Ｌ１ リアクトル
Ｃ４ コンデンサ
Ｌ２(1/2) 、Ｌ２(2/2) リアクトル
Ｌ３(1/2) 、Ｌ２(2/2) リアクトル
Ｌ４(1/2) 、Ｌ４(2/2) リアクトル
Ｌ５(1/2) 、Ｌ５(2/2) リアクトル
ＣＴ１ 出力電流検出器
ＣＬ１、ＣＬ２ 制御回路
Ｔm1 電極側出力端子
Ｔm2 被加工物側出力端子
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ４ 電流制限抵抗器
Ｒ５ 放電用抵抗器
Claims (13)
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、正負出力端子間にコンデンサを接続し、アーク起動時に前記リアクトルまたは前記リアクトルの一部に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路を設けたアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、正負出力端子間にコンデンサと抵抗器との直列回路を接続し、アーク起動時に前記リアクトルまたは前記リアクトルの一部に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路を設け、前記スイッチング回路が遮断時に前記リアクトルに発生する電圧に対して順方向となる極性で前記抵抗器をバイパスする位置にダイオードを接続したアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、コンデンサを前記リアクトルまたは前記リアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路に並列に接続し、アーク起動時に前記リアクトルまたは前記リアクトルの一部に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路を設けたアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、コンデンサと抵抗器との直列回路を前記リアクトルまたは前記リアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路に並列に接続し、アーク起動時に前記リアクトルまたは前記リアクトルの一部に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路を設け、前記スイッチング回路が遮断時に前記リアクトルに発生する電圧に対して順方向となる極性で前記抵抗器をバイパスする位置にダイオードを接続したアーク加工装置。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載のリアクトルは、溶接電流を通電する主巻線と、前記主巻線に磁気結合した補助巻線とを有し、前記スイッチング回路はアーク起動時に前記主巻線に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に通電して、前記補助巻線に発生する高電圧によってコンデンサを充電するアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、正負出力端子間にコンデンサを接続し、１次および２次巻線を有する補助リアクトルと前記補助リアクトルの１次巻線にアーク起動時に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路とを設け、前記補助リアクトルの２次巻線は前記スイッチング回路が遮断時に前記補助リアクトルの２次巻線に発生する電圧に対して順方向となる極性のダイオードと直列にして前記コンデンサに並列に接続したアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、正負出力端子間にコンデンサと抵抗器との直列回路を接続し、１次および２次巻線を有する補助リアクトルと前記補助リアクトルの１次巻線にアーク起動時に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路とを設け、前記補助リアクトルの２次巻線は前記スイッチング回路が遮断時に前記補助リアクトルの２次巻線に発生する電圧に対して順方向となる極性のダイオードと直列にして前記コンデンサに並列に接続したアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、コンデンサを前記リアクトルまたは前記リアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路に並列に接続し、１次および２次巻線を有する補助リアクトルと、アーク起動時に前記補助リアクトルの１次巻線に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路とを設け、前記補助リアクトルの２次巻線を前記スイッチング回路が遮断時に前記補助リアクトルの２次巻線に発生する電圧に対して順方向となる極性のダイオードと直列にして前記コンデンサと並列に接続したアーク加工装置。
- 直流電源と出力端子との間にリアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路を直列に接続し、コンデンサと抵抗器との直列回路を前記リアクトルまたは前記リアクトルと逆阻止ダイオードとの直列回路に並列に接続し、１次および２次巻線を有する補助リアクトルと、アーク起動時に前記補助リアクトルの１次巻線に強制的に直流電流を所定時間幅と間隔で繰り返し断続的に流すためのスイッチング回路とを設け、前記補助リアクトルの２次巻線を前記スイッチング回路が遮断時に前記補助リアクトルの２次巻線に発生する電圧に対して順方向となる極性のダイオードと直列にして前記コンデンサと並列に接続したアーク加工装置。
- 請求項１ないし９のいずれかに記載のコンデンサ、前記コンデンサと抵抗器との直列回路または前記出力端子の間のいずれかに、前記コンデンサの放電回路を形成する高抵抗値の抵抗器を並列に接続したアーク加工装置。
- 請求項１ないし１０のいずれかに記載のスイッチング回路は、溶接回路から絶縁された直流電源とスイッチング素子とからなるアーク加工装置。
- 請求項１ないし１１のいずれかに記載のスイッチング回路は、加工用の主アークが発生したときに動作を停止する回路であるアーク加工装置。
- 請求項１ないし１１のいずれかに記載のスイッチング回路は、加工用の主アークが発生したときまたはあらかじめ定められた回数だけ動作を繰り返したときのいずれか早い時期に停止する回路であるアーク加工装置。
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