JPH01215464A - 放電加工機の点弧装置 - 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、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、プラズマ溶接、切
断、溶射等を行なう放電加工機に関し。

特に、放電の点弧を含む起動制御に関する。

［従来の技術］ 例えば、溶接トーチ、プラズマトーチなどの、少なくと
も１つの放電用主電極と加工対象材又はもう１つの電極
（例えばノズル電極）との間に放電を発生し、該放電に
よる発熱又はプラズマにより加工対象材を溶接加工、切
断加工、溶射加工あるいは加熱加工する加工用トーチに
おいては、アーク放電を点弧する必要がある。そこで、
従来より、放電用主電極と加工対象材又はもう１つの電
極との間に高周波高電圧を印加してそれらの間にトリガ
ー放電を発生させる高周波点弧法、又は、放電用主電極
を加工対象材に接触させて接触火花を発生させてから放
電用主電極を加工対象材、から離して接触火花放電をア
ーク放電に移行させる接触点弧法によりアーク放電をト
リガするのが一般的である。

しかし従来の高周波点弧法では、アークを起動するため
の高周波電圧が大きいので、高エネルギーの電磁ノイズ
が発生し、溶接処理などを行なう各種自動機器に組み込
まれたマイクロコンピュータ等を誤作動させる恐れがあ
る。更に、高周波点弧時にアーク電源回路に接続された
計測機器を破損してしまうので、計測機器を溶接用電気
回路と共通の電源線路に容易に接続できないという問題
がある。特に、交流溶接では、交流の半波毎に再点弧の
ためアーク放電を起動する必要があり、電磁ノイズの発
生量が多い。

また、従来の接触点弧法では、放電用電極の先端形状に
よってはアーク放電の起動に失敗する可能性が高く、交
流溶接では交流半波の切換わり時に失弧してアークの安
定性を損うことがある。

そこで、例えば特開昭６２−１０７８６９号公報の技術
では、トリガプラズマを発生させることにより、比較的
低電圧でアーク放電を起動し、放電の起動に伴なうノイ
ズの発生を低減している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、トリガプラズマを利用してアーク放電を
起動する方法においては、起動の操作が複雑であり１作
業者は熟練を要する。即ち、この種の起動操作において
は、トーチの主ｍｔｉに所定の電圧を印加するとともに
トーチ内にガスを供給し、その状態で、トリガプラズマ
を生成するための副電極に電圧を印加するとともにその
部分にガスを供給し、主電極と主ノズル（又は被加工材
）との間にアーク放電が発生したのを目で確認した後で
、副電極の電圧印加とその部分へのガス供給を停止する
必要がある。

この場合、アーク放電が起動した後もトリガプラズマの
発生を継続させると、副電極の寿命を縮めることになる
。特に、副電極にフィラメントを備えて、副電極を加熱
しながらプラズマを生成する装置においては、フィラメ
ントに大電流を流すので、その通電を長時間継続すると
すぐにフィラメントが断線してしまい、繰り返しの使用
ができない。

従って、作業者は、アーク放電の点弧を必ず確認して副
電極への通電を停止する必要がある。また、特別な障害
（例えばガスの供給異常）によって、万一、アーク放電
が長時間点弧しない場合も、点弧しないからといって副
電極への通電を継続すると副電極の寿命を縮める。この
ため、作業者は煩わしい操作を強いられる。

本発明は、放電加工機の始動操作を簡単にすることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては。

トリガプラズマの発生に利用される第１の副電極と第２
の副電極との間の電圧印加を制御するスイッチング手段
；及び前記第１の電源手段の出力電圧を検知し該出力電
圧に応じて前記スイッチング手段を制御し、前記出力電
圧が所定以上の時は前記第１の副電極と前記第２の副電
極との間の電圧を付勢レベルに設定しそうでない時は消
勢レベルに設定する制御手段；を設ける。

［作用］ この種の装置に使用される電源装置は、電圧−電流特性
が重下特性になっており、出力端子に所定以上の電流が
流れると、例えば第３図に示すように電圧は急激に低下
する。つまり、主電極とノズル電極（又は母材）との間
のアーク放電が点弧していない時は、電流がほとんど流
れないので電源の出力電圧が高いが、アーク放電が点弧
すると、大電流が流れて、電源の出力電圧は急激に低下
する。従って、前記制御手段は、アーク放電が点弧して
いない時に第１の副電極と第２の副電極との間に電圧を
印加してトリガプラズマを生成し、アーク放電が点弧す
ると、第１の＊＋電極と第２の副電極との間の電圧印加
を解除する。従馴て、第１の副ｆＩｔ極と第２の副電極
の付勢される期間は、アーク放電の点弧に必要とされる
必要最小限の期間だけになるので、フィラメント等の寿
命が長くなる。

しかしながら１例えばガスの供給に異常が発生した場合
など、特別な状態では、トリガプラズマを発生した後も
、長時間アーク放電が点弧しない場合がありうる。その
場合、トリガプラズマの発生を継続すると、フィラメン
トがすぐに断線してしまう。そこで、後述する本発明の
好ましい実施例においては、主電源の出力電圧が所定以
上になってからの時間を測定する時間測定手段、及びそ
の測定時間が所定以上になると前記スイッチング手段を
制御して前記第１の副電極と前記第２の副電極との間の
電圧を消勢レベルに設定する保護手段を設ける。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明により明らかになろう。

［実施例］ 第１図に、本発明を実施する一形式のアーク溶接トーチ
１０及びその点弧制御回路２０を示す。

なお、このトーチ１０は具体的に言えば、直流の非消耗
電極式アーク溶接トーチである。第１図において、ＰＷ
ｔｉｇがアーク溶接用の主電源であり、直流電力を出力
端子に供給する。この例では、主電源ＰＷｔｉｇは第３
図に示すような出力特性を有している。即ち、無負荷の
時は出力電圧が約８０Ｖであり、比較的小さな電流が流
れる時には出力電圧が３０〜４０Ｖ程度であり、アーク
放電の生じる約３０ＯＡの定格負荷電流が流れると、出
力電圧は急激に低下する。

トーチ１０の中央部には、タングステンで構成される棒
状の主電極１が配置されており、その先端部がシールド
キャップ３の中央部に位置している。

主電極１とシールドキャップ３との間の空間に、パイプ
５の一端が開口している。このパイプ５には１図示しな
いボンベから、アルゴンガスが供給される。

なお、パイプ５を通して供給されるガスは、シールドガ
スと呼ばれるが、これを必要としない場合もある。

この例では、トーチ１０に対向して設けた加工対象材（
母材）６と主電極ｌに、それぞれ、主電源ＰＷｔｉｇの
マイナス及びプラスの出力端子が接続されている。

トーチ１０には、主電極１の側面に対向する位置に、プ
ラズマ噴射器３０が配置されている。このプラズマ噴射
器３０には、導電性のノズル部材７及びその内部に配置
した副電極８が備わっている。

副電極８には、それを加熱するためのフィラメントが含
まれている。また、プラズマ噴射器３０の内空間には、
パイプ１１の一端が開口している。

このパイプ１１を介して、プラズマ噴射器３０内にアル
ゴンガスが供給される。

このトーチｌＯは、次のようにすると、アーク放電を生
じる。即ち、まずパイプ５を介してトーチ１０内にアル
ゴンガスを供給し、主電極１と加工対象材６との間に、
電源ＰＷｔｉｇから所定の電圧を印加する０次に、プラ
ズマ噴射器３０内にパイプ１１を介してアルゴンガスを
供給し、副電極８のフィラメント間と該副電極８とノズ
ル部材７との間に所定め直流電圧を印加する。これによ
って副電極８が高温度に加熱されると、副電極８とノズ
ル部材７との間に放電が生じ、それによってアルゴンガ
スがイオン化し、プラズマガスとなってノズル部材７の
先端に形成されたノズル７ａから主電極１に向かって高
速で噴出する。このプラズマガスによってトリガされ、
主電極１と加工対象材６との間にアーク放電が生じる。

点弧制御回路２０には、２つの直流電源装置２１及び２
２が備わっている。一方の直流電源装置２１の出力端子
は副電極８のフィラメントの雨間に接続されており、他
方の直流電源装！！２２の出力端子は、マイナス側が副
電極８に、プラス側がノズル部材７に接続されている。

これらの直流電源装置２１．２２は、それらの入力端子
ａ　−ｂ間に印加される商用交流電力を所定の直流電力
に変換する。従って、それらの入力端子ａ−ｂ間に交流
電力が印加されない時には、それらの出力端子には電圧
が現われない。直流電源装置２１．２２の入力端子（ａ
、ｂ）は、電気接点Ｓ２．ヒユーズ２９及び電源スィッ
チＳＷを介して、商用交流電源ラインと接続されている
。

一方、主電源ＰＷｔｉｇの出力電圧は１点弧制御回路２
０に備わった抵抗器２５とダイオードブリッジ２４を介
して、電圧識別回路２３の入力端子ａ−ｂ間に印加され
る。この回路２３は、具体的には、アナログ電圧比較器
、リレードライバ及びリレーを備えており、その入力端
子ａ　−ｂ間の電圧を二値的に識別してリレーをオン／
オフ制御する。

このアナログ電圧比較器のしきい値電圧は、主電源ＰＷ
ｔｉｇの出力電圧Ｖｔ１ｇに換算していえば。

約３０Ｖである。ＳＬがそのリレーの電気接点である。

従って、第３図に示すように、電圧Ｖｔ１ｇが３０Ｖ以
上の時は電気接点Ｓ１がオン（閉状態）し、そうでなけ
ればＳｌはオフする。なお、電圧識別回路２３の端子ｃ
、ｄは、それ自身の電源入力端子である。

２７はタイマリレー、Ｓ３は該タイマリレー２７の電気
接点である。また、２８はリレーであり、Ｓ２がその電
気接点である。電気接点ｓ３とリレー２８との直列回路
とタイマリレー２７とは並列接続されており、その並列
回路は、一端が電源スィッチＳＷを介して、他端が電気
接点ｓ１．ヒユーズ２９及び電源スィッチＳＷを介して
、商用電源ラインに接続されている。なお、電気接点Ｓ
３は５通常は閉であり、タイマリレー２７に所定の電圧
が印加されて所定時間Ｔｃｏを経過すると開に切換わる
。

パイプ１１の途中に、電磁弁２６が配置されている。こ
の電磁弁２６は、そのソレノイドに電圧が印加されない
時は流体通路を遮断し、ソレノイドに電圧を印加すると
流体の通過を許す。電磁弁２６のソレノイドの端子は、
直流電源装置２１の入力端子と並列に、電源ラインに接
続されている。

従って、電気接点Ｓ２が閉の時にはアルゴンガスがプラ
ズマ噴射器３０に供給されるが、Ｓ２が開になるとガス
の供給は停止する。

第２ａ図及び第２ｂ図に、第１図の、装置の動作タイミ
ングを示す、第２ａ図はアーク放電の点弧を正常に行な
う場合のものであり、第２ｂ図は何らかの原因によって
点弧に失敗した場合のものである。通常は第２ａ図のよ
うに動作する。

まず、第２ａ図を参照してその場合の動作を説明する。

電源スィッチＳＷをオン状態にし、主電源ＰＷｔｉｇを
オンすると、その出力端子に約８０Ｖの電圧が現われる
。この時、電圧識別回路２３では、入力電圧がしきい値
レベルより大きいので、リレーがオンし、電気接点Ｓ１
がオンする。従って、タイマリレー２７の端子間に所定
の電圧が印加されると同時に、閉状態の電気接点ＳＬ、
Ｓ３を介して、リレー２８の端子間に所定の電源電圧が
印加される。これにより、リレー２８の電気接点Ｓ２が
閉状態に切換わる。

従って、電磁弁２６がオンし、直流電源装置２１及び２
２に電力が供給される。しばらくすると、副電極８のフ
ィラメントが高温度になり、副電極８とノズル部材７と
の間に放電が生じ、それによってプラズマ噴射器３０内
のアルゴンガスがプラズマ状態になってノズル７ａから
主電極１側に噴出する。このプラズマガスの噴射をトリ
ガとして。

主電極ｌと加工対象材６との間にアーク放電が生じる。

アーク放電の点弧が完了すると、主電源ＰＷｔｉｇから
３００Ａ程度の大電流が流れるため。

第３図に示すように、電圧Ｖ　ｔｉｇが急激に低下する
。

その結果、電圧識別回路２３に印加される電圧は、その
しきい値電圧以下になり、内部のリレーがオフし、電気
接点Ｓ１が開状態に切換わる。ｓｌが開くと、タイマリ
レー２７及びリレー２８に印加される電圧が遮断される
。従って、電気接点ｓ２が開状態に切換わる。このため
、電磁弁２６が閉になってプラズマ噴射器３０内へのア
ルゴンガスの供給が停止し、同時に直流電源装置２１．
２２の入力電力が遮断されるので、副電極８のフィラメ
ントの通電が停止するとともに、副電極８とノズル部材
７との間の電圧印加も終了する。従って、プラズマ噴射
器３０からのプラズマの発生は停止し、主電極１と加工
対象材６と−の間のプラズマアーク放電のみが持続する
。

次に、第２ｂ図の場合を説明する。電源スィッチＳＷを
オン状態にし、主電源ＰＷｔｉｇをオンすると、その出
力端子に約８０ｖの電圧が現すれる。

その時、電圧識別回路２３では、入力電圧がしきい値レ
ベルより大きいので、内部リレーがオンし、その電気接
点Ｓｌがオンする。従って、タイマリレー２７の端子間
に所定の電圧が印加されると同時に、閉状態の電気接点
Ｓｌ、Ｓ３を介して、リレー２８の端子間に所定の電源
電圧が印加される。

これにより、リレー２８の電気接点Ｓ２が閉状態に切換
わる。

従って、電磁弁２６がオンし、直流電源装置２１及び２
２に電力が供給され、通常であれば、前述の第２ａ図の
場合と同様に、比較的短い時間の後に、主電極ｌと加工
対象材６との間にアーク放電が点弧する。ところが、何
らかの理由によりアーク放電の点弧が発生しないと、次
のようになる。

即ち、アーク放電が発生しないと、電圧Ｖｔ１ｇは高レ
ベルを持続するので、電圧識別回路２３の入力電圧がし
きい値レベルより高く、電気接点Ｓ１は閉状態を維持す
る。ところがタイマリレー２７は、電気接点Ｓ１が閉状
態の間、時間の計数を継続するので、アーク放電が発生
しないと、タイマリレー２７が所定時間Ｔｃｏを計数し
た時に、その電気接点Ｓ３を開状態に切換える。これに
より、リレー２８に印加される電圧が遮断され、電気接
点Ｓ２が開く。従って、電磁弁２６が閉になってプラズ
マ噴射器３０内へのアルゴンガスの供給が停止し、同時
に直流電源装置２１．２２の入力電力が遮断されるので
、副電極８のフィラメントの通電が停止するとともに、
副電極８とノズル部材７との間の電圧印加も遮断される
。従って、フィラメントの通電時間は、時間Ｔｃｏ以内
に制限される。このようにアーク放電の点弧に失敗した
時には、電気接点Ｓ３が閉に切換ねるまで、即ち一担主
電源ＰＷｔｉｇがオフになるまでは次回の点弧動作を行
なわないので、異常が発生したまま１点弧動作を繰り返
すことはない。

なお、上記実施例では、ノズル部材７を第２の副電極と
して利用したが、副電極（第１の副電極）８の近傍に特
別な電極を設けてノズル部材７の電極と置き代えてもよ
い。

［効果］ 以上のとおり１本発明によれば、トリガ装置の起動タイ
ミングとアーク放電の点弧の有無を確認した後でトリガ
装置の電源を遮断するという煩わしい操作が不要であり
、アーク放電の点弧制御を完全自動化しうる。また、上
記実施例に示すようなトリガ装置の付勢時間を制限する
回路を設ければ１点弧の失敗が生じた場合でも、フィラ
メント等の破損を防止しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する一形式のアーク溶接トーチ
ｌＯ及びそれの点弧制御回路２０の構成を示すブロック
図である。 第２ａ図及び第２ｂ図は、各々、第１図の点弧制御回路
２０の動作例を示すタイムチャートである。 第３図は、主電源ＰＷｔｉｇの出力電流Ｉ　ｊｉｇと出
力電圧Ｖｔ、ｉｇとの相関を示すグラフである。 １：主電極 ３：シールドキャップ　　５，１１：パイプ６：加工対
象材（母材） ７：ノズル部材（副ノズル、第２の副電極）８：副電極
（第１の副電極） ｌＯ：トーチ　　　　　　２０：点弧制御回路２１．２
２：直流電源装置（第２の電源手段）２３：電圧識別回
路（制御手段） ２４：ダイオードブリッジ ２５：抵抗ＩＩ　　　　　　２６：電磁弁２７：タイマ
リレー（時間測定手段） ２８：リレー ２９：ヒユーズ　　　　　３０：プラズマ噴射器ＰＷｔ
ｉｇ：主電源（第１の電源手段）Ｓｌ：電気接点（スイ
ッチング手段） Ｓ２：電気接点 Ｓ３：電気接点（保護手段） ＳＷ：電源スィッチ 一１ｉｌ；Ｌ 声２８図 声２ｂ図 声３図 ｔｉｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）トーチ上に設けられた主電極、主ノズル及び母材
   の少なくとも一方と前記主電極とに接続されそれらの間
   に電圧を印加する第１の電源手段、前記主電極に対向し
   て配置された副ノズル、該副ノズルに対向して配置され
   た第１の副電極、第１の副電極の近傍に配置された第２
   の副電極、及び該第１の副電極と第２の副電極との間に
   電圧を印加する第２の電源手段、を備える放電加工機の
   点弧装置において： 前記第１の副電極と前記第２の副電極との 間の電圧印加を制御するスイッチング手段；及び前記第
   １の電源手段の出力電圧を検知し該出力電圧に応じて前
   記スイッチング手段を制御し、前記出力電圧が所定以上
   の時は前記第１の副電極と前記第２の副電極との間の電
   圧を付勢レベルに設定し、前記出力電圧が所定未満の時
   は消勢レベルに設定する制御手段； を備える放電加工機の点弧装置。
2. （２）前記第１の副電極はフィラメントを備え、前記第
   ２の電源手段は該フィラメントの端子間に所定の電力を
   供給するヒータ付勢電源手段を備える、前記特許請求の
   範囲第（１）項記載の放電加工機の点弧装置。
3. （３）前記制御手段は、前記第１の電源手段の出力電圧
   が所定以上になってからの時間を測定する時間測定手段
   、及びその測定時間が所定以上になると前記スイッチン
   グ手段を制御して前記第１の副電極と前記第２の副電極
   との間の電圧を消勢レベルに設定する、保護手段を備え
   る、前記特許請求の範囲第（１）項記載の放電加工機の
   点弧装置。