JPH0618708Y2 - プラズマアーク加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、チツプ電極と主電極との間にパイロツトアー
クを点じ、パイロツトアークによつてイオン化された作
動ガスによつて被加工物と主電極との間に主アークを誘
発して加工を行うプラズマアーク加工装置の改良に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来のプラズマアーク加工装置においては、パイロツト
アークから主アークへの移行はパイロツトアークによつ
て発生したイオン化された作動ガスが被加工物に到達す
ることによつて自然に行なわれるものであつた。（例え
ば、実開昭６１−１８５５７１号、特開昭６１−２１６
８６１号、特開昭６１−２１９４７３号） 従来のプラズマアーク加工装置の例を第４図に示す。同
図において１は交流電源、２は交流電源１から電力を得
て直流出力を得るための整流回路である。３は整流回路
２の出力をON-OFF制御し出力を所定の値に調整するため
のスイツチング素子であり、通常トランジスタが用いら
れる。４は直流リアクトル、５はダイオードであり、直
流リアクトル４とダイオード５とによつてスイツチング
素子３の出力を平滑してリツプルの少ない直流出力とす
る平滑回路を構成している。６は高周波発生回路であ
り、カツプリングコイル７を介して高周波電圧を供給す
る。８は主電極、９は主電極８を囲むように同心的に配
置されたチツプ電極、１０は被加工物であり、主電極８
は整流回路２の負出力端子にチツプ電極９はカツプリン
グコイル７，スイツチ１１，直流リアクトル４，スイツ
チング素子３を経て整流回路２の正出力端子に接続され
ている。また被加工物１０は直流リアクトル４の出力側
に接続されている。１２は直流リアクトル４に直列に接
続された出力電流検出器であり、１３は被加工物１０に
直列に接続された加工電流検出器、１４ｐはパイロツト
アーク用電流設定器、１４ｃは加工用電流設定器、１５
は基準信号切替回路であり加工電流検出器１３が加工電
流を検出したときに基準信号をパイロツトアーク用電流
設定器１４ｐの出力Ｉ_ｒｐから加工用電流設定器１４ｃ
の出力Ｉ_ｒｃに切替えるものである。１６は比較器であ
り、基準信号切替回路１５の出力Ｉ_ｒ（＝Ｉ_ｒｐまたは
Ｉ_ｒｃ）と出力電流検出器１２の出力Ｉ_ｆとを比較し差
信号を増幅器１７に出力する。それ故スイツチング素子
３は基準信号切替回路１５の出力Ｉ_ｒと出力電流検出器
１２の出力Ｉ_ｆとの差△Ｉ_ｒ＝Ｉ_ｒ−Ｉ_ｆ＞０のときに
導通し、Ｉ_ｒ−Ｉ_ｆ≦０のときに遮断となるように駆動
されて、出力電流の平均値が基準信号に一致するように
制御される。また18a,18bは高周波バイパス用のコンデ
ンサである。同図において、図示しない起動スイツチが
操作されるとスイツチ１１が閉じ、また基準信号Ｉ_ｒが
比較器１６に供給されてスイツチング素子３が導通し、
主電極８とチツプ電極９および被加工物１０との間に直
流電圧が供給される。一方、高周波発生回路６も同時に
動作を開始し、カツプリングコイル７を介して主電極８
とチツプ電極９とに供給される。なお、この高周波電圧
はコンデンサ18a,18bによつてバイパスされて他の制御
部品へは混入しないように配慮されている。この高周波
電圧によつてチツプ電極９と主電極８との間に火花放電
が発生し、この火花放電によつてチツプ電極９と主電極
８との間にスイツチ１１を介して供給されているスイツ
チング素子３の出力に基づく放電が開始しパイロツトア
ークとなる。この放電電流は出力電流検出器１２によつ
て検出されて基準信号切替回路１５を経て供給されてい
るパイロツトアーク電流設定器１４ｐの出力Ｉ_ｒｐと比
較され、差信号によつてスイツチング素子３が駆動され
て出力電流がチツプ電極９を損傷しない程度の少電流に
保たれる。一方、高周波の起動と同時に図示しないガス
供給手段によつて主電極８とチツプ電極９との間にプラ
ズマ作動ガスが供給され、この作動ガスはパイロツトア
ークによつてイオン化されてチツプ電極９の先端のオリ
フイス部から噴出する。この状態で主電極とチツプ電極
とからなるトーチを被加工物に近づけると、このイオン
化されたガスの先端が被加工物に到達し、この時点で主
電極８と被加工物１０との間にアークが発生する。この
アークの発生は加工電流検出器１３にて検出され、基準
信号切替回路１５はこの検出信号によつて基準信号をパ
イロツトアーク電流設定器１４ｐの出力Ｉ_ｒｐから加工
用電流設定器１４ｃの出力Ｉ_ｒｃに切替えて出力する。
この結果、スイツチング素子３は加工用電流設定器１４
ｃの出力Ｉ_ｒｃに対応した出力電流となるように導通す
る。また加工電流検出器１３の出力によつてスイツチ１
１は開路され、また高周波発生回路６も動作を停止す
る。この結果、パイロツトアークは停止する。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記従来装置においては、パイロツトアークから主アー
クへの移行がパイロツトアークによつてイオン化された
作動ガスが被加工物に接触することによつて導電性の通
路が形成されたときに行なわれるものであるので、その
移行時点が不確実であり、手作業によつてトーチを被加
工物に近づけるときはよいが、自動機にトーチを取りつ
けて加工を行うときにはトーチと被加工物との間の位置
制御を正確に行う必要があり、もし、被加工物の位置が
予定と異つているとその誤差が比較的小さくても主アー
クへの移行に失敗することがある。さらに主アークへ移
行した後は被加工物から遠ざけるとアーク長が過大とな
つて、ついには主アークは消滅して一連の作業が終了す
る。再度加工を行うには再びパイロツトアークを高周波
によつて点孤させる工程からやり直す必要があつた。

〔課題を解決するための手段〕

本考案はパイロツトアーク用電流供給回路と主アーク用
電流供給回路にそれぞれリアクトルを直列に接続し、こ
のリアクトルを同一方向の磁束が発生する極性として相
互に電気的に密結合した構造とし、さらにパイロツト回
路と主アーク回路とにそれぞれ開閉器を設け、両開閉器
を同時に閉路する期間を経てパイロツトアーク回路から
主アークへまたはその逆に切替える構造として上記従来
装置の欠点を解決したものである。

〔作用〕

本考案は、リアクトルの働きによつてパイロツトアーク
と主アークとの切替を急峻にすることができるものであ
り、また切替手段を設けることによつて主アークの不安
定があつても不要時に切替わることがないようにしたも
のである。

〔実施例〕

第１図は本考案の実施例を示す接続図である。同図にお
いてはリアクトル１９ｐ、および１９ｃが直流リアクト
ル４の替りに設けられている他は第４図と同機能のもの
に同符号を付して示してある。リアクトル19p,19cは図
中に示すように各リアクトルに流れる電流によつて同方
向の磁束が発生する極性とし、かつ、磁気的に密に結合
されている。この各リアクトルの巻線の巻数Np,Ncは、
各巻線に流れる電流Ip,Icによるアンペア回数が略等し
くなる程度（Np・Ip≒Nc・Ic）になるように決定すること
が望ましい。

同図において図示しない起動スイツチが押されるとスイ
ツチ１１が閉じるとともにパイロツトアーク電流は基準
信号Ｉ_ｒｐが比較器１６に供給されてスイツチング素子
３が導通し、主電極８とチツプ電極９および被加工物１
０との間に直流電圧が供給される。一方、高周波発生回
路６も同時に動作を開始し、カツプリングコイル７を介
して主電極８とチツプ電極９とに供給される。この高周
波電圧はコンデンサ18a,18bによつてバイパスされて他
の制御回路部品に影響しないようになつている。この高
周波電圧によつてチツプ電極９と主電極８との間にスイ
ツチ１１を介して供給されているスイツチング素子３の
出力に基づく放電が開始し、パイロツトアークとなる。
この放電電流は出力電流検出器１２によって検出されて
基準信号切替回路１５を経て供給されているパイロツト
アーク電流設定器１４ｐの出力Ｉ_ｒｐと比較され、差信
号によつてスイツチング素子３が駆動されて出力電流が
チツプ電極９を損傷しない程度の少電流に保たれる。一
方、高周波の起動と同時に図示しないガス供給手段によ
つて主電極８とチツプ電極９との間にプラズマ作動ガス
が供給され、この作動ガスはパイロツトアークによつて
イオン化されてチツプ電極９の先端のオリフイス部から
噴出する。この状態でトーチを被加工物に近づけると、
このイオン化されたガスの先端が被加工物に到達し、こ
の時点で主電極８と被加工物１０との間にアークが発生
する。この主アーク電流がリアクトル１９ｃに流れ始め
ると、このリアクトル１９ｃと密に結合されているリア
クトル１９ｐの電流は磁束の急変を抑制するリアクトル
の性格にしたがつて、リアクトル１９ｃの巻線に発生す
る磁束の増加に比例して減少してゆく。このリアクトル
１９ｐの電流の減少によつてリアクトル１９ｃの電流は
増加し、結局リアクトル１９ｐを流れていた電流は急減
し、逆にリアクトル１９ｃの電流は急増する。このとき
リアクトル１９ｐの巻数をＮｐとしリアクトル１９ｃの
巻数をＮｃとする加工用電流（主アーク電流Ｉｃ）はパ
イロツトアーク電流Ｉｐに対してIc≒Ip・(Np/Nc)にま
で急増する。

一般にパイロツトアーク電流は主アーク電流に比較して
小さいのでリアクトル１９ｐの巻数Ｎｐを多くし、リア
クトル１９ｃの巻数Ｎｃを少なくして両リアクトルにそ
れぞれ設定電流が流れたときに発生するアンペア回数Np
・IpとNc・Icとが略等しくなるように巻数の比率を定めて
おけば、パイロツトアークから主アークへ切替わつたと
きに直ちに所定の主アーク電流まで急増することにな
る。

さらに主アーク電流が流れだしたときにこれを加工電流
検出器１３にて検出し、スイツチ１１を開放するとリア
クトル１９ｐに流れていた電流が遮断されるためにリア
クトル１９ｐに蓄えられていた電磁エネルギーがすべて
リアクトル１９ｃに移行する結果、主アーク電流の立上
りがさらに急峻になる。

なお、このスイツチ１１は加工中は閉じたままにしてお
くと、トーチを被加工物から引離して主アークが切れる
ときには先とは逆にリアクトル１９ｃの電流遮断による
サージ電圧によつて直ちにパイロツトアークに切替わる
ことになる。それ故、短かい時間間隔で断続的に加工を
行うようなときには、その度毎にパイロツトアークを点
孤させるために高周波を発生させなくてもよいので、高
周波による電波障害や高電圧による回路絶縁の劣化を減
少させることができる。

第２図に本考案の別の実施例を示す。同図は第１図に示
した実施例に加工用電流が流れるリアクトル１９ｃにも
直列にスイツチ１１ｃを接続したもので、他は同じ構成
である。またパイロツト電流の流れるリアクトル１９ｐ
に直列に接続されるスイツチは混同をさけるために符号
１１ｐとし、このスイツチ１１ｐとスイツチ１１ｃとは
相互に逆の開閉動作を行うが、これらの切替え時には一
時両方共に閉路している期間を有すように制御される。

第２図の実施例において、起動時にはスイツチ１１ｐが
閉じ、スイツチ１１ｃが開いている。この状態で起動さ
せると、第１図の実施例と同様にパイロツトアーク用電
力がスイツチング素子によつて調整されて、チツプ電極
９と主電極８との間に印加されるとともに高周波発生回
路６が起動し、高周波電圧が供給されてパイロツトアー
クが点孤される。次にトーチを被加工物に接近させてス
イツチ１１ｃを閉じるとスイツチング素子３の出力が被
加工物１０にも印加される。このときパイロツトアーク
によつてイオン化されたガスが被加工物に触れていると
主電極８と被加工物１０との間に主アークが点じる。ス
イツチ１１ｃを閉じた後にスイツチ１１ｐを開くと、そ
れまで流れていたパイロツトアーク電流は急に遮断され
ることになるためにリアクトル１９ｐに蓄えられていた
電磁エネルギーがリアクトル１９ｃに移行して、パイロ
ツトアーク時と同じ磁束になるように電流を流すべく作
用する。したがつて、この時点で主アーク電流が少なけ
れば大きなサージ電圧が主電極８と被加工物１０との間
に発生し、主アーク電流を急速に増加させることにな
る。

一方、主アークを切るときには、スイツチ１１ｐを閉路
した後にスイツチ１１ｃを開路すると、先とは逆にリア
クトル１９ｐに高いサージ電圧が発生し、これによつて
パイロツトアークがチツプ９と主電極８との間に再生
し、これにともなつて主アークが急速に消滅する。

なお、第１図，第２図に示した実施例においては、パイ
ロツトアーク電流と主アーク電流とをそれぞれ設定する
設定器１４ｐと１４ｃとを設けて、それぞれ出力電流を
設定値に保つように制御するものについて示したが、パ
イロツトアーク時の電流は抵抗器によつて抑制すること
によつて調整してもよい。

第３図はこのようにしたときの本考案の実施例であり、
出力電流設定器が主アーク電流用の１４ｃのみとなり、
リアクトル１９ｐに直列に電流抑制用の抵抗器２０を設
けてある。同図の実施例においてはパイロツトアーク時
には出力電流が少ないのでスイツチング素子３が最大出
力となるように動作する以外は第２図に示した実施例と
同様の動作であるので詳細は省略する。

さらに出力電流の制御は、上記実施例に示したようなチ
ヨツパ式とする以外に、インバータを用いてパルス幅制
御によつて行うものや、アナログ式シリーズレギユレー
タによつて行うものでもよい。

〔考案の効果〕

上記のように、本考案においては相互に密結合された２
つのリアクトルをそれぞれ同極性として、パイロツトア
ーク回路と主アーク回路とに直列に接続したので、パイ
ロツトアークから主アークへの移行が極めて安定に行わ
れるものであり、特に産業用ロボツトにトーチを取付け
て加工を行う場合のようにトーチと被加工物との間隔が
被加工物毎に若干バラツクようなときにも、確実に主ア
ークへの移行が達成し得るものである。特に両リアクト
ルにそれぞれ直列にスイツチのような開閉手段を接続
し、これらを、同時に閉路する期間を経て切替るように
したときにはパイロツトアークから主アークへ、あるい
はその逆に強制的に移行させることができるので、自動
装置との組合せが一層有利となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本考案の実施例を示す接続図、
第４図は従来の装置の例を示す接続図である。 ３……スイツチング素子、６……高周波発生回路、７…
…カツプリングコイル、８……主電極、９……チツプ電
極、１０……被加工物、１１，11p,11c……スイツチ、
１２……出力電流検出器、１３……加工電流検出器、１
４ｐ……パイロツトアーク電流設定器、１４ｃ……加工
用電流設定器、１５……基準信号切替回路、１６……比
較器、19p,19c……リアクトル、２０……抵抗器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】チツプ電極と主電極との間にパイロツトア
   ークを発生させ、該パイロツトアークによつて被加工物
   と主電極との間に主アークを誘発するようにしたプラズ
   マアーク加工装置において、前記チツプ電極に直列に第
   １のリアクトルを接続し、前記被加工物に直列に第２の
   リアクトルを接続し、かつ前記第１および第２のリアク
   トルはそれぞれの巻線に流れる電流によつて同一方向の
   磁束を発生する極性にて磁気的に密に結合したリアクト
   ルとしたプラズマアーク加工装置。
2. 【請求項２】前記第１および第２のリアクトルはパイロ
   ツトアークから主アークへの移行時または主アークから
   パイロツトアークへの移行時に、同時に閉路となる期間
   を経て切換える開閉手段をそれぞれ直列に接続されてな
   る請求項第１項に記載のプラズマアーク加工装置。