JPH066231B2 - プラズマア−ク加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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するもの
であり、パイロツトアーク電流の立上りを急峻にしてパ
イロツトアークの発生を容易とし、かつパイロツトアー
クから主アークへ移行した後において電流がノズルを通
して分流するのを有効に防止でき、ノズル電極の加熱お
よび消耗を防止できる装置を提供したものである。

従来の技術 第３図にこの種装置の従来例を示す。同図において１は
直流電源であり、商用交流電源を整流するもの、直流発
電機、電池など公知のものが用いられる。２は直流電源
１の出力をスイツチングにより調整して所定の電流に制
御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。３はリアクトルでありフライホイール
ダイオード４とともにスイツチング素子２によつてチヨ
ツパ制御された直流電源１からのパルス状の出力電流を
平滑する平滑回路を構成する。５はパイロツト電流を制
限するための抵抗器であり、６はタングステンのような
非消耗性ないしは難消耗性の材料で作られた主電極、７
は主電極６を包囲し間にガス通路を形成するノズル電極
である。８は被加工物、９は主アーク電流を検出する検
出器、10は主アーク電流を定めるための基準信号源、１
１は基準信号源１０の出力と検出器９の出力とを比較し
差信号を得るための比較器、１２は比較器11の出力に応
じてスイツチング素子２の導通時間率を制御するための
制御回路である。

同図の装置において図示を省略した起動スイツチにより
起動指令信号が制御回路１２に与えられるとスイツチン
グ素子２は導通しリアクトル３抵抗器５を通して主電極
６とノズル電極７との間に直流電源１の出力電圧が印加
される。これと同時に図示しない高周波供給装置から主
電極６とノズル電極７との間に高周波の高電圧が印加さ
れるとともに主電極６とノズル電極７との間に形成され
たガス通路に作動ガスが供給される。この高周波電圧に
よつて主電極６とノズル電極７との間に火花放電が発生
し、直流電源１からの供給電圧によつてアーク放電が誘
発される。このとき流れる電流は抵抗器５によつて制限
されてノズル電極７を損傷しない程度のパイロツトアー
ク電流となる。次に両電極を被加工物８に近づけるとパ
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
て主電極６と被加工物８との間に主アークが発生する。
この主アーク電流は検出器９によつて検出されて主アー
ク電流に応じた信号e_fとなり、比較器１１にて基準信号
源１０の出力e_rと比較される。比較器１１は両入力信号
の差e_r−e_fを演算し制御回路１２に供給する。制御回路
１２は比較器１１の出力が正、即ちe_r−e_f＞０のときに
はスイツチング素子２を導通させ、負（e_r−e_f＜０）の
ときにはスイツチング素子２を遮断するように動作す
る。この結果、主アーク電流の平均値は基準信号源１０
にて設定した値に保たれることになる。

発明が解決しようとする問題点 第３図の従来装置は上記のように動作するが次のような
欠点を有する。

パイロツトアークの電力がリアクトル３を介して供給さ
れているのでパイロツトアークの起動時に電流の立上り
がゆるやかになつてしまう。このためにパイロツトアー
クを点弧するために印加すべき電圧を高くしまた比較的
長時間の間高周波電圧を印加することが必要となる。パ
イロツトアークは加工が終了したり中断して主アークが
切れる度毎に点弧されるのでこのパイロツトアークの点
弧がスムースに行なわれないと動作が極めて不安定にな
る。

上記の欠点を防止するためには抵抗器５を図中に点線で
示すようにリアクトル３の直流電源１側に接続すればよ
いが、このようにするとパイロツトアークの立上りは急
峻にできるもののリアクトル３のために新たな問題点が
生じる。即ち主アークの発生時においてスイツチング素
子２が遮断するとリアクトル３に蓄えられていたエネル
ギーが被加工物８→ノズル電極７→抵抗器５→リアクト
ル３〕の回路を通つて放出されるので、抵抗器５および
ノズル電極７が過熱し抵抗器５に大形のものを用いるこ
とが必要となり、またノズル電極７の消耗も大きくな
る。特にノズル電極を被加工物８に接触させて加工を行
うときにはリアクトル３のエネルギーの放出は大部分ノ
ズル電極７を経て行なわれることになり、被加工物８と
ノズル電極７との接触部が過熱して消耗量が激増し、極
端なときには両者が溶着するようなことも発生する。こ
のためにノズル電極７の消耗が増加するだけでなく接触
して加工するものにおいては移動がスムースに行なえな
くなる。さらにこのときのノズル電極に流れる電流は本
来主アークとして主電極と被加工物とに流れるべき電流
がバイパスして流れるものであり、しかも電流検出器９
はこれを区別できないから実際の主アーク電流に大きな
誤差を生じることになり所望の加工結果が得られないこ
とになる。

問題点を解決するための手段 本発明は、直流電源の出力をスイツチング素子によつて
調整する方式のものにおいてパイロツトアーク用電源を
出力平滑用のリアクトルの手前から取り出して逆流阻止
と電流制御機能を有する直列回路を介してノズル電極に
供給することによつて上記従来装置の欠点を解消したも
のである。

実施例 第１図は本発明の実施例を示す接続図であり、１ないし
１２は第３図と同様の機能を有するものを示す。また１
３は逆流阻止用ダイオードであり、１４は電流検出器９
の出力によつて主アーク電流導通時に開く接点である。
同図の実施例において図示を省略した高周波発生回路に
より主電極６とノズル電極７との間に高周波高電圧が印
加されると両者間に火花放電が発生し、この火花放電に
よつてスイツチング素子２、ダイオード１３、抵抗器
５、接点１４を通してパイロツトアークが誘発される。
このパイロツトアーク電流は、抵抗器５によつて制限さ
れるのでこのときの検出器９の出力e_fは基準信号源１０
の設定値e_rにくらべて十分小さいので制御回路１２はス
イツチング素子２を導通させつづける。この結果パイロ
ツトアークは直流電源１の出力がそのまま抵抗器５を通
して継続した電流が流れることになる。この状態でノズ
ル電極７と主電極６とを被加工物８に近づけるとパイロ
ツトアークにより発生したイオンにより主電極６と被加
工物８との間に主アークが発生する。主アークが発生す
ると電流はリアクトル３によつて制限されるだけである
ので電流は直流電源１、スイツチング素子２、リアクト
ル３、被加工物８、主アーク、主電極６からなる主回路
の時定数に従つて増加してゆく。この電流は検出器９に
て検出されてe_fとなり、比較器１１にて基準信号源１０
の出力e_rと比較される。主アーク電流が増加してe_r＜e_f
となると制御回路１２はスイツチング素子２を遮断す
る。スイツチング素子２が遮断されるとそれまでリアク
トル３に流れていた電流は急には零にはなれないのでス
イツチング素子２の代りにダイオード４を通して流れ続
けることになる。この電流はリアクトル３，被加工物
８，主アーク，主電極，ダイオード４の回路の時定数に
従つて次第に減少してゆき比較器11の出力が反転したと
きに再びスイツチング素子２が導通し始めの状態に戻
る。一方主アーク電流が流れ始めるとこれに応動して接
点１４が開くのでパイロツトアークは完全に遮断され
る。また主アークに移行してから接点１４が動作するま
での動作遅れ時間の間はスイツチング素子の遮断による
リアクトルの放電電流はダイオード１３により阻止され
るので被加工物８からノズル電極７に分流することはな
くなる。なおこの接点１４は特に設けなくてもよく、接
点１４を省略したときは、スイツチング素子２の導通時
にのみパイロツトアークが若干発生することになるが主
アークの検出値には混入しないので実際の加工電流を誤
認することはない。また逆流素子用のダイオード１３，
電流制御用抵抗器５および接点１４は図示のようにそれ
ぞれ別個の部品を用いる、必要はなく、逆流阻止機能と
電流制限機能および開閉作用を有するものであればよ
く、例えばこれらとトランジスタで置換することができ
る。

第２図はこのようにしたときの実施例を示した接続図で
あり第１図のダイオード１３、抵抗器５および接点１４
の代りにトランジスタ１５をノズル電極７とスイツチン
グ素子２との間に接続したものである。また１６は電流
検出器９の出力を入力とし入力信号が一定値以下ならば
トランジスタ１５に所定の電流が流れるようにベース電
流を供給し、入力信号即ち主アーク電流が一定値以上に
なるとトランジスタ１５を遮断させるための制御回路で
ある。同図の実施例の動作は第１図と同様であるので詳
細は省略する。

さらに第１図および第２図の実施例において、主アーク
の発生は電流検出器９に代えて主電極６と被加工物８と
の間の電圧の低下を検出してもよく、また電流検出と電
圧検出とを併用してもよい。

さらにまた第１図および第２図の実施例において直流電
源１とスイッチング素子２とに代えて、商用交流電源を
一度整流した後にインバータ回路によって高周波交流に
変換し、再度整流して直流を得るものでもよい。

発明の効果 本発明は上記したように動作するので、次のような効果
を有する。

(1) パイロツトアーク用電流をリアクトルを通さずに
供給するので起動時に電流の立ち上りが速く、パイロツ
トアークが速かに確立される。したがつて主アークが頻
繁にON−OFFをくりかえしても十分にパイロツトアーク
のON−OFFが追従できるので安定した動作が得られる。

(2) 主アーク発生中において出力電流を調整するため
のスイツチング素子の遮断時に直列リアクトルの蓄積エ
ネルギーによるパイロツトアーク回路への逆流を阻止す
るのでノズル電極の損傷が発生せずまたパイロツトアー
ク電流制限素子として抵抗器を用いるときにも抵抗器の
容量を増加させる必要がない。

(3) 主アーク発生中にパイロツトアーク回路を遮断す
るようにしたときは主アーク発生中においてはパイロツ
トアーク回路には全く電流が流れないのでノズル電極の
寿命が著しく長くなる。

(4) 主アーク電流はパイロツトアーク回路に分流しな
いので真の加工電流を検出することができ、正確な制御
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示す接続図、第
３図は従来の装置の例を示す接続図である。 １…直流電源 ２…スイツチング素子 ３…リアクトル ５…抵抗器 ６…主電極 ７…ノズル電極 ８…被加工物 ９…電流検出器 １３…ダイオード １４…接点 １５…ドランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主電極と前記主電極を包囲しガス通路を形
   成するノズル電極との間にパイロツトアークを形成し、
   前記パイロツトアークを前記主電極と被加工物との間に
   移行せしめて主アークを発生させて加工を行うプラズマ
   アーク加工装置において、スイツチングにより出力電流
   を制御する直流電源と、前記直流電源の出力を平滑する
   ための直列リアクトルと、前記主電極と被加工物とに対
   して前記直列リアクトルを介して前記直流電源から主ア
   ーク用電力を供給する主回路と、逆流阻止および電流制
   限機能を有する直列回路を介して前記直流電源から前記
   主電極とノズル電極との間にパイロツトアーク用電力を
   供給する補助回路とを具備したプラズマアーク加工装
   置。
2. 【請求項２】前記補助回路は前記主回路に主アーク電流
   が流れたことを検出して自動的に消勢する回路である特
   許請求の範囲第１項に記載のプラズマアーク加工装置。
3. 【請求項３】前記ノズル電極は、加工時においては前記
   被加工物の表面に接触した状態で使用される特許請求の
   範囲第１項または第２項のいずれかに記載のプラズマア
   ーク加工装置。