JPH0341895Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、アーク電流の開閉にGTO、トラン
ジスタ、サイリスタ等の半導体主開閉素子を使用
した、無接点式の直流アーク溶接機に関する。

「従来の技術」 先ず背景を説明すると、旧来の一般的な直流ア
ーク溶接機は、例えば第４図に示すようなもので
あつた。

すなわち、図示を省略した商用電源を入力とし
て電圧約100Vの直流とする直流電源１と、この
直流電源１の正極と負極との間に溶接ガンヘツド
Ａ，Ｂと電磁開閉器であるスイツチＳを接続し、
スイツチＳと並列にアーク発生回路２を配置した
ものである。

この構成では、溶接ガンヘツドＢを例えば溶接
対象となるワーク、溶接ガンヘツドＡを溶接時に
溶けて溶接部材に溶着する溶接棒とすると、溶接
ガンヘツドＡ，Ｂを接触させた後にアーク発生回
路をオンにし、実質的には直流電源１の正極〜溶
接ガンヘツドＡ，Ｂ〜アーク発生回路〜直流電源
１の負極の閉回路を形成させる。

次に溶接ガンヘツドＡをワークである溶接ガン
ヘツドＢからわずかに離すと溶接ガンヘツドＡ，
Ｂ間にアークが発生する。このアークが発生した
ら直ちに電磁開閉器であるスイツチＳを閉じて主
電流を溶接ガンヘツドＡ，Ｂ間に流し、強力なア
ークを発生させて部材を溶接する。

溶接の終了はスイツチＳを開くことによつてア
ークを消滅させるものである。

ところが、第４図に示す直流アーク溶接機では
スイツチＳが電磁開閉器であつて機械式のため、
大型になることや、接点に寿命がある等の欠点が
あるので、第５図に示すように、電磁開閉器の代
りにサイリスタTHをスイツチ素子とするものが
実現された。

第５図の直流アーク溶接機にはスナバ回路３を
設けてあり、スナバ回路３は、ダイオードＤ、抵
抗Ｒ、コンデンサＣから成り、スイツチ素子たる
サイリスタTHを過電圧から保護するものであ
る。

動作は第４図の直流アーク溶接機と基本的には
同じである。溶接のため主電流はサイリスタTH
のゲートにオン信号を加えてサイリスタTHをオ
ンさせて流すものである。

第５図に示す直流アーク溶接機の回路では、ス
イツチがサイリスタTHで構成されていて無接点
であるため、寿命が長く、信頼性は高い。

「考案が解決しようとする課題」 しかしながら、第５図に示す改良された直流ア
ーク溶接機では、溶接作業を開始するときに直流
電源１をオンにしたあとは、溶接棒である溶接ガ
ンヘツドＡと溶接ワークである溶接ガンヘツドＢ
とが接触と同時に火花が発生するものである。

これは、スナバ回路３のコンデンサＣに直流電
源１の正極〜溶接ガンヘツドＡ，Ｂ〜抵抗Ｒ〜コ
ンデンサＣ〜直流電源１の負極に至る閉回路によ
つて、大きな充電電流が流れるためである。

この火花はアーク溶接作業に好ましくない。ま
た何らかの異常が発生し、サイリスタTHの短絡
不良が発生した場合、次に溶接を開始したとき、
溶接ガンヘツドＡ，Ｂ間にアークが発生する以前
に大電流が流れ、溶接ガンヘツドＡを構成する溶
接棒と、溶接ガンヘツドＢを構成する溶接ワーク
とが溶着してしまうことがあり、サイリスタTH
が短絡不良となつているのか外観では判断できず
故障原因の発見に手間取り、保守に不便であると
いう問題点があつた。

本考案は、このような従来の問題点に着目して
なされたもので、半導体によるスイツチ素子の故
障を検出することができるようにした半導体主開
閉素子を備えた直流アーク溶接機を提供すること
を目的としている。

「課題を解決するための手段」 かかる目的を達成するための本考案の要旨とす
るところは、 １ 溶接用直流電源の正極と負極との間に、溶接
ガンヘツドおよび半導体主開閉素子を直列に接
続し、該半導体主開閉素子にスナバ回路および
アーク発生回路を並列に接続して成る直流アー
ク溶接機において、 溶接ガンヘツドの両端子間に並列に接続され
た故障検出抵抗と、該故障検出抵抗の両端電圧
を検出して前記半導体主開閉素子の短絡不良を
検知する異常電圧検知部とを備えて成る故障検
出回路を設けたことを特徴とする直流アーク溶
接機。

２ 異常電圧検知部は、アーク溶接電圧より高い
ツエナ電圧を設定したツエナダイオードと電流
制限抵抗とを直列に接続して成る１項記載の直
流アーク溶接機に存する。

「作用」 正常な状態では、溶接ガンヘツドの溶接棒と溶
接ワークとを接触させた状態でアーク発生回路を
作動させ、溶接棒と溶接ワークとを僅かに離して
アークを発生させる。次いで半導体主開閉素子を
オンにして溶接用直流電源からの強力な電流でア
ーク溶接を行なう。

半導体主開閉素子をオフにするとアークが止ま
り溶接が終了する。

直流アーク溶接機が正常な動作をしているかぎ
り、故障検出抵抗には正常なアーク電圧が検出さ
れていて、故障検出回路が故障を検出することは
ない。またスナバ回路の充電電流は故障検出抵抗
により消費され、次の溶接作業に悪影響を与える
ことはない。

故障検出回路は溶接ガンヘツドに異常な高電圧
を検出したとき動作する。

溶接作業中に何らかの原因により半導体主開閉
素子が短絡した場合、オンになつていることは変
わらないので溶接は続行し、溶接棒と溶接ワーク
とを十分に離すとアークが止まつて作業が終了す
る。

しかし、溶接用直流電源がオンになつていると
依然として故障検出抵抗には電圧が印加してお
り、その電圧は電源電圧そのものでありアーク電
圧より異常に高い値である。

この故障時に故障検出抵抗の両端に発生する異
常電圧は異常電圧検知部により検知され、それに
より半導体主開閉素子の短絡不良が検知される。
検知結果は警報部により外部に伝達され、警報灯
あるいは警報ブザー等で故障を知らせる。

異常電圧検知部としては、ツエナダイオードを
利用したものがあり、アーク電圧はツエナ電圧よ
り低いので正常動作ではツエナダイオードが導通
することはない。しかし故障時には故障検出抵抗
の両端に発生する異常電圧によりツエナダイオー
ドが導通する。

この導通状態を出力することにより外部から異
常を検知することができる。

直流アーク溶接機の非作動中に半導体主開閉素
子が短絡した場合、動作を始めるときに、故障検
出抵抗の両端に異常電圧が発生し、それが故障検
出回路の異常電圧検知部で検出されて故障が発見
される。

「実施例」 以下、図面に基づき本考案の一実施例を説明す
る。

第１図および第２図は本考案の一実施例を示し
ている。

直流アーク溶接機１０は、溶接用直流電源１１
の正極１１ａと負極１１ｂとの間に、溶接ガンヘ
ツドＡ，Ｂおよび半導体主開閉素子GTOを直列
に接続し、半導体主開閉素子GTOにスナバ回路
１２およびアーク発生回路１３を並列に接続し、
さらに故障検出回路２０を設けて成る。

溶接用直流電源１１の電源電圧は約100Vに設
定されている。スナバ回路１２は、ダイオード
DN、抵抗RN、コンデンサCNから成る。溶接用
直流電源１１、アーク発生回路１３は周知である
ので説明を省略する。また、溶接ガンヘツドＡ，
Ｂは前者は溶接棒に接続され、後者は溶接ワーク
に接続されるものである。

溶接ガンヘツドＡ，Ｂ間に印加する溶接電圧
は、第３図に示すように、半導体主開閉素子
GTOがをオンになつてアーク溶接が正常に行な
われている区間ａでほぼ一定の略30V程度を保つ
ている。

故障検出回路２０は、溶接ガンヘツドＡ，Ｂの
両端子間に並列に接続された故障検出抵抗２１
と、故障検出抵抗２１の両端電圧を検出して半導
体主開閉素子GTOの短絡不良を検知する異常電
圧検知部２５とを備えて成る。

異常電圧検知部２５は、ツエナダイオードZD
１〜ZD４と電流制限抵抗Ｒ１とを直列に接続し、
ツエナダイオードZD１〜ZD４のツエナ電圧を合
計した値をアーク溶接電圧より高い約40Vに設定
してある。ツエナダイオードZD４にはフオトダ
イオードDPとフオトトランジスタTRとより成
るフオトカプラOCを接続してある。

次に作用を説明する。

正常な状態で溶接作業を行なう場合は、先ず、
溶接ガンヘツドＡ，Ｂを接続した溶接棒と溶接ワ
ークとを接触させた状態でアーク発生回路１３を
作動させる。

アーク発生回路１３を作動させてから、溶接棒
と溶接ワークとを僅かに離すと溶接棒と溶接ワー
クとの間にアークが発生する。そこで半導体主開
閉素子GTOをオンにして溶接用直流電源１１の
強力な電流でアーク溶接を行なう。

半導体主開閉素子GTOをオンにするとアーク
が止まり溶接が終了する。

直流アーク溶接機１０が正常な動作をしていか
ぎり、故障検出抵抗２１には正常なアーク電圧約
30Vが検出されていて、異常電圧検知部２５は
40V以上の電圧を検出するものであるので、故障
検出回路２０が故障を検出することはない。

スナバ回路１２の充電電流は故障検出抵抗２１
から逃げて消費され、次の溶接作業で溶接ガンヘ
ツドＡ，Ｂを接続した溶接棒と溶接ワークとの間
にいきなり火花が散るようなことがなく、溶接作
業に悪影響を与えることはない。

故障検出回路２０は溶接ガンヘツドＡ，Ｂに異
常な高電圧を検出したとき動作する。

溶接作業中に何らかの原因により半導体主開閉
素子GTOBが短絡した場合、オンになつている
ことは変わらないので溶接は続行し、溶接棒と溶
接ワークとを十分に離すとアークが止まつて作業
が終了する。

しかし、溶接用直流電源１１がオンになつてい
ると故障検出抵抗２１と半導体主開閉素子GTO
に直流電源から電流が流れるので依然として故障
検出抵抗２１には電圧が印加しており、その電圧
は溶接用直流電源１１の電源電圧である約100V
であり、アーク電圧の約30Vより異常に高い値で
ある。

異常電圧検知部２５では、ツエナダイオード
ZD１〜ZD４に印加する電圧が、それらのツエナ
電圧を合計した値約40Vより高くなり、ツエナダ
イオードZD１〜ZD４が導通する。

ツエナダイオードZD４が導通すると、電流制
限抵抗Ｒ１で電流が制限されながらフオトダイオ
ードDPに電圧が印加し、その光出力がフオトト
ランジスタTRをオンにさせ、フオトトランジス
タTRのオン、オフ状態を外部からチエツクする
ことにより故障を知ることができる。

このように半導体主開閉素子GTOの短絡不良
が発生すると、故障検出抵抗２１の両端に異常電
圧が発生し、異常電圧は異常電圧検知部２５によ
り検知され、それにより半導体主開閉素子GTO
の短絡不良が検知される。

異常電圧検知部２５のフオトカツプラOCのフ
オトトランジスタTRの導通状態によりランプや
ブザー等の適宜な警報手段を働かせれば故障は容
易に検知される。

直流アーク溶接機１０の非動作中に半導体主開
閉素子GTOが短絡した場合でも、動作を始める
ときに、溶接ガンヘツドが接触していなくても直
流電源１１の正極１１ａ→抵抗２１→半導体主開
閉素子GTO→負極１１ｂの閉回路に電流が流れ
るので故障検出抵抗２１の両端に異常電圧が発生
し、それが故障検出回路２０の異常電圧検知部２
５で検出されるので故障が発見される。

なお、半導体主開閉素子にはトランジスタ、サ
イリスタ等を用い得ることは言うまでもない。

「考案の効果」 本考案に係る直流アーク溶接機によれば、溶接
用直流電源をオン、オフさせるスイツチとして半
導体主開閉素子を用いたものにおいて、半導体主
開閉素子を保護するスナバ回路の充電電流を逃が
すとともに、動作電圧を検出する故障検出抵抗、
およびその電圧を検定する異常電圧検知部を有す
る故障検出回路を設けたから、半導体主開閉素子
の短絡不良を容易に検知することができ、保守性
に優れた直流アーク溶接機となる。

また、スナバ回路の充電電流により、溶接ガン
ヘツドＡ，Ｂを接続した溶接棒と溶接ワークとの
間にいきなり火花が散るようなことがなく、溶接
作業を円滑にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本考案の一実施例を示してお
り、第１図は直流アーク溶接機の回路図、第２図
は故障検出回路の回路図、第３図は正常な動作時
の溶接電圧の変化を示す線図、第４図は旧来の直
流アーク溶接機の回路図、第５図は改良された従
来の直流アーク溶接機の回路図である。 Ａ，Ｂ……溶接ガンヘツド、GTO……半導体
主開閉素子、OC……フオトカツプラ、Ｒ１……
電流制限抵抗、ZD１〜ZD４……ツエナダイオー
ド、１０……直流アーク溶接機、１１……溶接用
直流電源、１２……スナバ回路、１３……アーク
発生回路、２０……故障検出回路、２１……故障
検出抵抗、２５……異常電圧検知部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 溶接用直流電源の正極と負極との間に、溶接
   ガンヘツドおよび半導体主開閉素子を直列に接
   続し、該半導体主開閉素子にスナバ回路および
   アーク発生回路を並列に接続して成る直流アー
   ク溶接機において、 溶接ガンヘツドの両端子間に並列に接続され
   た故障検出抵抗と、該故障検出抵抗の両端電圧
   を検出して前記半導体主開閉素子の短絡不良を
   検知する異常電圧検知部とを備えて成る故障検
   出回路を設けたことを特徴とする直流アーク溶
   接機。 ２ 異常電圧検知部は、アーク溶接電圧より高い
   ツエナ電圧を設定したツエナダイオードと電流
   制限抵抗とを直列に接続して成る請求項１記載
   の直流アーク溶接機。