JPH0394983A - プラズマアーク加工装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明はプラズマアーク加工装置の改良に関し、特に加
工時の電気的変化や加工時間、回数などから電極の寿命
の終了を推定し、電極の取替時期を判定するようにした
プラズマアーク加工装置の保護装置に関するものである
。

く従来の技術〉 プラズマアーク加工装置においては、主電極と被加工物
との間にアークが発生し、これによって溶断、溶接など
の加工を行うものであるが、通常はこの加工用主アーク
の点弧に先立って主電極を囲むように同心状に設けられ
たチップ電極との間にパイロットアークとよばれる小電
流アークを点弧する。このパイロットアークは主アーク
を誘発するために用いられるものであり、従ってチップ
電極はこのパイロットアークを発生させる目的で設けら
れるものである。このチップ電極はまた、主アークを細
く収束するために先端にオリフィス部とよばれる小孔が
設けられており、主電極とこのチップ電極との間に高速
のガス流を通してアークの周囲を冷却してアークを細く
絞るとともに狭いオリフィス部から噴出させることによ
って高いエネルギー密度のプラズマアークを得る。それ
故、主電極とチップ電極との間隙は狭く、特にオリフィ
ス部の内側では数關以下の間隙となっている。

このために主電極の消耗やチップ電極のオリフィス部の
汚れなどが発生すると、主アークが主電極から直接被加
工物に至らずに、一旦チップ電極を経由して被加工物に
至る一般にシリーズアークとよばれる現象が発生する。

このシリーズアークが発生すると、アーク発生位置が変
化するために十分にアークが収束されず乱れた状態とな
り、目的の加工が行なえなくなる。

また加工用の大きな電流がチップ電極に流れるためにチ
ップ電極が短時間で焼損し、これにつづいてチップ電極
を覆っているカップの破損および主電極の急激な消耗を
招き、ついにはトーチの焼損に至ることになる。

そこで従来から電極の寿命を加工時における電気量の変
化や加工回数、時間などにより推定し、警報を発したり
作業中断あるいは再起動禁止の処置をとるように保護回
路が設けられていた。

第４図に従来装置の例を示す。同図において１はプラズ
マアーク加工用電源であり、通常定電流特性の直流電源
が用いられる。２は加工用トーチの内部に設けられた棒
状の主電極であり、電源１の負出力端子に接続される。

３は主電極２を同心的に囲むように設けられたチップ電
極であり縦断面にて示してある。このチップ電極３は円
錐筒状をなし先端にはオリフィス部３ａが設けられてい
る。４は被加工物であり、電源１の正出力端子に接続さ
れる。５は主電極２と被加工物４との間に発生している
アークであり、６は主電極２とチップ電極３との間の電
圧Ｖｃを検出する電圧検出器、７は比較器であり、電圧
検出器６の出力Ｖｃと基準電圧設定回路８の出力Ｖｓと
を比較しＶｃ＜ＶＳとなったときにハイレベル信号を出
力する。９はＲＳフリップフロップ回路であり、Ｓ入力
端子に比較器７の出力が供給される。またＲ端子はリセ
ット用押ボタンスイッチＰＢ３を介して直流電ｇＥに接
続される。これによってＲＳフリップフロップ回路９は
Ｖ　ｃ　＜　Ｖ　ｓとなって比較器７の出力がハイレベ
ルとなったときから出力端子Ｑがハイレベルとなり、リ
セット用押ボタンスイッチＰＢ３を押すまでの間これを
保持するように動作する。ここで、基準電圧設定回路８
の設定値Ｖｓは主電極２とチップ電極３との間の電圧の
正常時の平均電圧に比べて十分低い電圧に設定されてい
る。

ＴＲＩはトランジスタであり、フリップフロップ回路９
のＱ出力がハイレベルになることによって導通してリレ
ーＣＲＩを励磁する。ＦＢＩは加工開始指令用押ボタン
スイッチ、ＰＢ２は加工停止指令用押ボタンスイッチで
あり、押ボタンスイッチＦＢＩを押すとリレーＣＲ２が
励磁されて接点ＣＲ２ａにてコイルが自己保持されると
ともに接点ＣＲ２ａが閉じることによって加工用電源１
が起動する。ＡＬＭは異常警報器であり、リレーＣＲＩ
の接点ＣＲ１ａと直列にして直流電源Ｅに接続される。

また図示は省略したがプラズマ生成用ガスがトーチの上
方からチップ電極３と主電極２との間に供給されてオリ
フィス部３ａから高速のガス流となって噴出するよう構
戊されている。

第４図の装置において、起動指令用押ボタンスイッチＦ
ＢＩを押すとリレーＣＲ２が励磁され、接点ＣＲ２ａが
閉じる。これによって加工用電源１が起動し被加工物４
に正出力、主電極２に負出力を供給する。これと同時に
ガスが供給され、また図示を省略した起動回路によって
主電極とチップ電極との間にパイロットアークが点弧さ
れる。このパイロットアークによって電離されたガスが
被加工物４に達することによって加工用プラズマアーク
が主電極２と彼加工物４との間に発生する。

プラズマアークが発生すると電圧検出回路６は主電極２
とチップ電極３との間の電圧Ｖｃを検出し、比較器７に
供給する。比較器７において検出電圧Ｖｃは基準電圧Ｖ
ｓと比較されＶｃ＞Ｖｓの間はローレベル出力、Ｖｃ＜
Ｖｓになるとハイレベル出力を発生する。なおプラズマ
アーク起動前および起動直後の不安定期間はこの比較器
７の出力をフリップフロップ回路９に伝達しないように
工夫されている。

いま、加工を続行してゆくと電極２が次第に消耗してゆ
き、電極の寿命の末期になると、電極表面の消耗が急激
になり、ついには主電極が部分的に溶落し始める。この
主電極の溶落が発生すると主電極とチップ電極との間に
電極構成物が存在する瞬間が生じ、両電極間の電圧が一
瞬低下する現象が発生する。この電圧低下が発生すると
比較器７は電圧の低下する期間に応じたパルス状の出力
信号を発生し、この最初のパルス状出力の立上りによっ
てフリップフロツプ回路９がセットされてＱ端子出力が
ハイレベルに反転する。これによってリレーＣＲＩが励
磁されて接点ＣＲ１ｂが開き、リレーＣＲ２を非励磁と
する。この結果加工用電源１は起動指令接点ＣＲ２ａが
開くので出力を停止し、プラズマアークは遮断される。

一方、ＣＲＩの励磁によって接点ＣＲｌａが閉じ警報器
ＡＬＭは直流電源Ｅの出力が印加されて異常の発生を作
業者に知らせる。フリップフロツプ回路９は、Ｓ端子人
力がローレベルになってもＲ端子にリセット入力信号が
供給されるかまたは制御電源が遮断されるまではＱ端子
出力をハイレベルのまま保つのでプラズマアークが遮断
されて後も継続して警報を発生したままとなる。作業者
がこの警報によって電極の異常（寿命の終了）を知り、
主電極２およびチップ電極３を点検、取替した後にリセ
ット用押ボタンスイッチＰＢ３を押すと、フリップフロ
ツブ回路９はリセットされ、これによってリレ−ＣＲ１
は非励磁となって接点ＣＲｌａが開き、接点Ｃ　Ｒ　ｌ
ｂが閉じて起動前の状態に戻る。

く発明が解決しようとする課題〉 第４図の従来装置は上記のように動作するので、電極の
寿命が尽きたときを正しく判定してこれを検出し、警報
を発するとともに加工を強制的に中断するので加工用ト
ーチの保護が適切に行なわれるものであるが、この警報
および保護回路は押ボタンスイッチＰＢ３を押すことに
よって随時リセットすることが可能である。したがって
作業者が警報に気づき、電極の点検取替を行なって後に
このリセット操作を行なう限りにおいては何ら問題はな
い。しかし、警報によって加工が中断されたときに、作
業者が故意にあるいは誤って電極の取替をせずにリセッ
ト用押ボタンスイッチを押した場合でも、加工の再開が
可能となる。それ故このような誤操作が行なわれると電
極の寿命が尽きているにもかかわらず再び加工が行なわ
れることになり、保護回路を設けた意味がなくなり、ト
ーチ焼損に至る事故が発生することになる。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、電極取替の時期が検知されて保護回路が動作
し、警報の発生および加工禁止の処置がなされた後は電
極取替の操作が行なわれてこの操作によって閉じる接点
を上記保護回路のリセットの条件として用いることによ
って上記問題を解決したものである。

く作　用〉 本発明の装置においては、一旦保護回路が動作し、加工
禁止および警報を発生した後は、実際に電極の取替作業
を実行しない限り保護回路のリセットが行なえないので
、誤操作によって電極不良のまま加工を再開することが
なくなるものである。

く実施例〉 第１図に本発明の実施例の接続図を示す。同図において
１０は電極取替時にチップ電極３を取外したときに開く
接点であり、ＣＲ３，ＣＲ４はリレーであり、それぞれ
図示のように接続されている。

その他は第４図に示した従来装置と同機能のものに同符
号を付してある。同図の実施例において、電極の寿命が
終了したときに比較器７がハイレベル出力をＲＳフリッ
プフロップ回路９に供給するとそのＱ端子出力がハイレ
ベルとなり、これによってトランジスタＴＲＩが導通し
、リレーＣＲＩが励磁される。リレーＣＲＩの励磁によ
ってリレ−ＣＲ２が非励磁となり加工用電源１は出力を
停止しアークが遮断されて加工は中断する。同時に接点
ＣＲ１ａによって警報器ＡＬＭが動作し作業者に電極の
取替時期であることを知らせる。

またこのときリレーＣＲ４のコイルに直列に、接続され
た接点ＣＲｌａも閉じるが、作業者が電極を取外す作業
を始めるまでは接点１０は閉じたままであるのでリレー
ＣＲ３は励磁されており、接点ＣＲ３ｂが開いているの
でリレーＣＲ４は非励磁のままである。このためにリセ
ット用押ボタンスイッチＰＢ３に直列に接続された接点
ＣＲ４ａは開いており、この状態ではリセット用押ボタ
ンスイッチＰＢ３は無効となっており、リセットできな
い。

作業者が点検，取替等のために主電極２およびチップ電
極３を取外すとこの作業に応動する接点ＩＯが開き、リ
レーＣＲ３が非励磁となる。このためリレーＣＲ４が接
点ＣＲｌａおよびＣＲ３ｂを通して励磁される。この結
果、リセット用押ボタンスイッチＰＢ３に直列接続され
た接点ＣＲ４ａが閉じて押ボタンスイッチＰＢ３が有効
、即ちリセット可能となる。またリレーＣＲ４は接点Ｃ
Ｒ４ａにて自己保持されるので主電極２およびチップ電
極３を再びトーチ本体に取付けてもリレーＣＲ４は励磁
状態をつづける。電極取替作業の完了後、加工の再開に
先立ってリセット用押ボタンスイッチＰＢ３を押すとフ
リップフロップ回路ＩＯがリセットされリレーＣＲ１が
非励磁となり、接点ＣＲ１．ｂが閉じることによって再
起動可能となるとともにリレーＣＲ４が非励磁となって
警報発生前の状態に戻る。

なお第１図の実施例においては、警報器ＡＬＭは電極取
替作業を行なうまで警報の発信を停止できないか、作業
者が確認後は警報のみを停止し得るように警報器ＡＬＭ
に直列に切替スイッチを設けて遮断できるようにすれば
警報器にブザー等音響発生器を用いるときに便利である
。

第１図において用いる接点１０としては、電極の点検、
取替作業時に開くようにしたものであればよく、例えば
チップ電極の取付検出器、主電極の取付検出器の各出力
接点、あるいはトーチに水冷式のトーチを用いるときに
は、冷却水の送水停止や排出がこれらの作業の前工程と
なるので冷却水の送水停止や排出によって開く接点でも
よい。

第２図は、トーチのチップ電極の装着状態を検出する検
出機構を有するトー２の構造の要部を一部断面にて示す
図である。チップ電極３はトーチ本体ｌ１にネジ止めさ
れる絶縁性の保護キャップ３１にて主電極２に対して同
心状に取付けられる。保護キャップ３１にはトーチ本体
との衝合部にリング状の導電体からなる短絡導体１０１
が埋設されており、トーチ本体工０にはこの短絡導体１
０１に対向する位置に２ケ所接点導体１０２ａ，　１０
２ｂが埋設されており、この接点導体１０２ａ，　１０
２ｂはトーチ本体１ｌに対してスプリングにて常時外方
に付勢されて保護キャップ３１装着時に短絡導体１０１
と良好な電気的接触を得るように配慮されている。この
短絡導体１０１と接点導体１０２ａ．　１０２ｂとは第
１図の電極取替時に開く接点１０を構成しリード線１０
３にて外部に引出されている。

第２図の構造のトーチにおいて、主電極２またはチップ
電極３を点検あるいは取替えるためにトーチ本体から取
外すべく保護キャップ３ｌを外すと接点導体１０２ａと
１０２ｂとの短絡が解除される。したかってこの接点導
体１０２ａと１０２ｂとを第１図の接点１０として直接
利用するか、またはこの接点によって動作するリレー接
点を利用すれば第１図の実施例の装置は警報発生後、ト
ーチの保護キャップを外す、即ち作業者が電極を点検取
替の動作を始めたことによって、これがリレーＣＲ４に
て記憶されて警報のリセットが可能となる。

本発明はまた他の方式の保護回路を備えた装置にも適用
できる。第３図は、プラズマアーク加工時間の累積によ
って電極寿命の終了を予測する方式の装置に適用したと
きの例を示す接続図である。

同図においてｌ２は加工時間を計数する積算時間計であ
り、Ｃ端子に接続されたリレー接点ＣＲ２ａが閉路して
いる時間の累計を計数する。この積算時間計１２は計数
時間が設定値に達したときＱ端子にハイレベル信号を出
力するものとし、かつ計数結果はＲ端子が短絡されるこ
とによってリセットされるものであり、例えばクロツク
発振器とプリセットカウンタとによって構成することが
できる。

上記以外は第１図に示した実施例と同機能のものに同符
号を付している。

第３図の装置において、押ボタンスイッチＰＢ１を押す
とリレーＣＲ２が励磁されて接点ＣＲ２ａが閉じる。加
工用電源１はこれによって出力をトーチ１１と被加工物
４との間に供給し、第１図の実施例にて説明したと同様
にプラズマアーク加工が開始される。一方、リレー接点
ＣＲ２ａの閉路によって積算時間計１２は計時を開始す
る。加工の終了に際して押ボタンスイッチＰＢ２を押す
とリレーＣＲ２が非励磁となり、加工用電源１は出力を
停止し、また積算時間計１２は計時を休止する。このよ
うにして加工、停止をくりかえすうちに、加工時間の累
計が積算時間計１２の設定値に達するとその出力端子Ｑ
がハイレベル出力となり、これによってトランジスタＴ
ＲＩが導通し、リレーＣＲＩが励磁される。リレーＣＲ
Ｉが励磁されるとその接点ＣＲｌａによって警報器ＡＩ
，Ｍが駆動され、作業者に電極を取替えるべき時期であ
ることを知らせる。このとき接点ＣＲ１ｂを第３図のよ
うに押ボタンスイッチＦＢＩと直列にして接点ＣＲ２ａ
と並列に接続される位置にしておくと、積算時間計１２
の計数が設定値に達しても直ちにはリレーＣＲ２が非励
磁となることはなく、次に加工停止の押ボタンを押すま
では警報のみ発して加工は続行する。

この状態で押ボタンスイッチＰＢ２を押すとリレ−ＣＲ
２は非励磁となり加工が終了する。次にリレーＣＲＩが
励磁された状態では押ボタンスイッチＰＢＩを押しても
直列に接続されている接点ＣＲｉｂが開いたままである
ので再び加工を開始することはできない。また加工を終
ったままでは接点１０は一度も開いていないのでリレー
ＣＲ３は励磁されたままであり、このためにリレーＣＲ
４は非励磁の状態を保っているので押ボタンスイッチＰ
Ｂ３を押しても積算時間計１２をリセットすることはで
きない。

作業者がトーチの主電極２およびチップ電極３を点検、
取替える作業を行なうことによって接点１０が開くとリ
レーＣＲ３が非励磁となり、このときカウントアップに
よりリレー接点ＣＲ１ａが閉じているからリレーＣＲ４
が励磁され、接点ＣＲ４ａにて保持される。リレーＣＲ
４の励磁によって積算時間計１２のリセット用押ボタン
スイッチＰＢ３が有効となり、電極取替作業の終了後に
これを押すことによって積算時間計１２の内容が初期値
にリセットされる。またこれと同時に警報器ＡＬＭも停
止し、また加工起動用押ボタンスイッチＰＢＩが有効と
なり、加工を再開できる状態に戻る。それ故、第３図の
実施例においては積算時間計ｌ２の設定時間としては、
電極の寿命に達するよりも若干（１回の加工時間程度）
短かい時間に設定しておく。ただし、警報と同時に加工
を強制的に中断するようにするときは押ボタンスイッチ
ＰＢＩに直列接続している接点Ｃ　Ｒ　ｌｂを第１図の
実施例のようにリレーＣＲ２のコイルに直列に接続する
位置にかえればよい。この場合には積算時間計１２の設
定時間は電極寿命とほぼ同じ時間とすればよい。

なお、第３図の実施例において、各加工毎の加工時間や
加工電流等の条件がほぼ定まっているときには、加工時
間の累積値にかえて加工回数を計数することによって電
極消耗を推定するためのデ一夕として代用できるので、
積算時間計１２にかえて加工回数カウンタを用いてもよ
く、この場合には、リレー接点ＣＲ２ａの閉路毎に１カ
ウントする単なるプリセットカウンタを用いることがで
きる。

また、上記各実施例においては、いずれも押ボタンスイ
ッチＰＢ３によって保護回路および警報回路をリセット
するようにしたが、電極取替の作業に応動する接点１０
またはこれによって動作するリレーＣＲ３，ＣＲ４の接
点のみによってリセッｌ・するようにしてもよい。この
場合には第１図および第３図の実施例においてリセット
用押ボタンスイッチＰＢ３とリレー接点ＣＲ４ａとの直
列回路にかえてリレーＣＲ３の常閉接点ＣＲ３ｂまたは
リレーＣＲ４の常開接点ＣＲ４ａのみをＲ端子に接続す
ればよい。これによって保護回路および警報器は電極取
替の作業を行なうことによって自動的にリセットされる
。

さらに各実施例において用いた回路素子やリレー等はこ
れらと同機能を有する他の論理素子によって構或しても
よい。

〈発明の効果〉 上記のように本発明の装置は、電極の寿命を検知して加
工の禁止や警報を行なうようにしたものにおいて、これ
ら保護回路や警報回路のリセットが電極取替作業を行な
うことによって可能となるようにしたので、電極の寿命
が尽きたことが検出されたときには、回路のリセットの
みを行なうことができない。その結果、寿命の尽きた電
極を取替えずに加工を再開する危険性がなく、トーチ焼
損事故の発生が防止できる。

また、単にリセット用押ボタンを押しても警報が解除で
きず、かつ加工も再開できないので、作業者に電極取替
の必要性を確実に認識させることができる。

す接続図である。

１・・・加工用電源、 ３・・・チップ電極、 ４・・・披加工物、 ６・・・電圧検出器、 ８・・・基＄電圧設定回路、 ９・・・ＲＳフリップフロップ回路、 １０・・・接点、　　　　　　１０１・・・短絡導体、
１．０２ａ，　１０２ｂ・・・接点導体、１ｌ・・・ト
ーチ本体、ｌ２・・・積算時間計、　　　ＡＬＭ・・・
警報器２・・・主電極、 ３Ｉ・・・保護キャップ、 ５・・・アーク、 ７・・・比較器、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極間電圧または加工電流、加工電圧などの変化や
   加工回数、加工時間等を計数することにより電極の取替
   時期を判定して警報を発し、また加工を禁止する保護回
   路を備えたプラズマアーク加工装置において、前記電極
   を取替える操作の少なくとも１つ以上が実行されたこと
   に応動して閉路する接点を設けるとともに前記保護回路
   のリセット用スイッチと前記接点とを直列に接続したプ
   ラズマアーク加工装置。 ２、電極間電圧または加工電流、加工電圧などの変化や
   加工回数、加工時間等を計数することにより電極の取替
   時期を判定して警報を発し、また加工を禁止する保護回
   路を備えたプラズマアーク加工装置において、前記電極
   を取替える操作の少なくとも１つ以上が実行されたこと
   に応動して閉路する接点を設け、前記接点を前記保護回
   路のリセット手段として用いるプラズマアーク加工装置
   。