(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と被加工物とを接触させずにアークスタートさせる交直両用アーク加工装置において、直流電源と、前記直流電源の出力を正および逆の極性に切り替えて電極と被加工物とからなるアーク加工負荷に供給する主スイッチング回路と、前記アーク加工負荷にアーク起動用の高電圧を供給するための直流高電圧発生回路と、前記直流電源と負荷出力端子との間に直列に設けられて前記直流高電圧発生回路と同極性に接続方向が定められたダイオードと、前記直流高電圧発生回路の出力極性とは逆の極性の出力を通過させる副スイッチング回路と、アーク起動に際して前記直流高電圧発生回路を起動するとともに前記主スイッチング回路を前記直流高電圧発生回路の出力と同極性の出力を前記アーク加工負荷に供給するように駆動し、アーク起動後は前記高電圧直流発生回路の出力を遮断するとともに前記副スイッチング回路を導通させ、かつ所定の順序で前記主スイッチング回路をON-OFF制御する制御回路とを備えた交直両用アーク加工装置。
【請求項２】
前記直流高電圧発生回路は前記負荷出力端子間に接続されており、前記ダイオードは前記副スイッチング回路と並列接続されて前記主スイッチング回路の一方の出力と前記負荷出力端子との間に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項３】
前記直流高電圧発生回路と前記ダイオードおよび前記副スイッチング回路とは並列接続されて前記主スイッチング回路の一方の出力と前記負荷出力端子との間に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項４】
前記直流高電圧発生回路は前記負荷出力端子間に接続されており、前記ダイオードは前記主スイッチング回路のうち前記直流高電圧発生回路の出力極性と同方向の出力を流す極性の回路内に直列に接続されており、前記副スイッチング回路は前記主スイッチング回路のうちの前記ダイオードが接続されている極性とは逆の極性の回路内に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項５】
前記ダイオードは前記直流高電圧発生回路の出力極性と同極性にして並列に接続されて前記主スイッチング回路のうち前記直流高電圧発生回路の出力と同方向の電流を流す回路内に直列に接続されており、前記副スイッチング回路は前記主スイッチング回路のうちの前記ダイオードと前記直流高電圧発生回路との並列回路が接続されている極性とは逆の極性の回路内に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項６】
前記直流電源は正・零・負の３出力を有する直流電源であり、前記主スイッチング回路は前記直流電源の正および負の各出力端子に接続され他端を共通接続されたリアクトルとスイッチング素子との２組の直列回路からなり、前記各リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、かつ前記各リアクトル巻線は共有する鉄心をそれぞれ直列接続されたスイッチング素子の導通時に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められているリアクトルであり、前記直列回路の共通接続点と負荷出力端子の一方との間に前記ダイオードと前記副スイッチング回路との並列回路を接続し、前記直流電源の零出力端子を他方の負荷出力端子に接続し、前記直流高電圧発生回路を負荷出力端子間に接続した請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項７】
前記直流電源は正・零・負の３出力を有する直流電源であり、前記主スイッチング回路は前記直流電源の正および負の各出力端子に接続され他端を共通接続されたリアクトルとスイッチング素子との２組の直列回路からなり、前記各リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、かつ前記各リアクトル巻線は共有する鉄心をそれぞれ直列接続されたスイッチング素子の導通時に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められているリアクトルであり、前記直列回路の共通接続点と負荷出力端子の一方との間に前記ダイオードと前記副スイッチング回路と前記直流高電圧発生回路との並列回路を接続し、前記直流電源の零出力端子と前記並列回路の他端とを負荷出力端子とした請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項８】
前記直流電源は正・零・負の３出力を有する直流電源であり、前記主スイッチング回路は前記直流電源の正および負のいずれか一方に接続されリアクトルとスイッチング素子と前記ダイオードとからなる第１の直列回路と前記直流電源の他方の出力端子に接続されたリアクトルと前記副スイッチング回路とからなる第２の直列回路とからなり、前記第１および第２の各直列回路の他端を共通接続して前記直流電源の零出力端子とともに負荷出力端子とし、前記直流高電圧発生回路を前記負荷出力端子間に接続し、かつ前記各リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、前記各リアクトル巻線は共有する鉄心をそれぞれ直列接続されたスイッチング素子の導通時に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められているリアクトルである請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項９】
前記直流電源は正・零・負の３出力を有する直流電源であり、前記主スイッチング回路は前記直流電源の正および負のいずれか一方に接続されリアクトルとスイッチング素子と前記ダイオードとからなる第１の直列回路と前記直流電源の他方の出力端子に接続されたリアクトルと前記副スイッチング回路とからなる第２の直列回路とからなり、前記第１および第２の各直列回路を共通接続して前記直流電源の零出力端子とともに負荷出力端子とし、前記直流高電圧発生回路を前記ダイオードに並列に接続し、かつ前記各リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、前記各リアクトル巻線は共有する鉄心をそれぞれ直列接続されたスイッチング素子の導通時に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められているリアクトルである請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１０】
前記直流電源は正・零・負の３出力を有する直流電源であり、前記主スイッチング回路は前記直流電源の正および負のいずれか一方に接続されリアクトルとスイッチング素子と前記ダイオードとからなる第１の直列回路と前記直流電源の他方の出力端子に接続されたリアクトルと前記副スイッチング回路とからなる第２の直列回路とからなり、前記第１および第２の各直列回路を共通接続して前記直流電源の零出力端子とともに負荷出力端子とし、前記直流高電圧発生回路を前記第１の直列回路のうち前記ダイオードと前記スイッチング素子との接続点と前記直流電源の零出力端子との間に接続し、かつ前記各リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、前記各リアクトル巻線は共有する鉄心をそれぞれ直列接続されたスイッチング素子の導通時に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められているリアクトルである請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１１】
前記直流電源は単一の直流電源であり、前記直流電源の出力端子の一方には直列に１個のリアクトルが接続されており、前記主スイッチング回路はブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子からなり、前記ブリッジ回路の直流端子は前記リアクトルを介して前記直流電源の出力端子に接続され、前記ブリッジ回路の交流端子からアーク加工用出力を取り出す請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１２】
前記直流電源の出力端子の一方には１個のリアクトルが接続されており、前記主スイッチング回路はブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子からなり、前記ブリッジ回路の直流端子側の一方を前記リアクトルに接続し、前記ブリッジ回路の直流端子の他端を前記直流電源の他方の出力端子に接続し、前記ブリッジ回路の交流端子からアーク加工用出力を取り出すとともに、前記直流高電圧発生回路は前記負荷出力端子間に接続されており、前記ダイオードは前記ブリッジ回路のうち前記直流高電圧発生回路の出力極性と同方向の出力を流す極性の回路内に直列に接続されており、前記副スイッチング回路は前記ブリッジ回路のうちの前記ダイオードが接続されている極性とは逆の極性の回路内に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１３】
前記直流電源の出力端子の一方には１個のリアクトルが接続されており、前記主スイッチング回路はブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子からなり、前記ブリッジ回路の直流端子側の一方を前記リアクトルに接続し、前記ブリッジ回路の直流端子の他端を前記直流電源の他方の出力端子に接続し、前記ブリッジ回路の交流端子からアーク加工用出力を取り出すとともに、前記直流高電圧発生回路は前記ダイオードと並列にして前記ブリッジ回路のうちの前記直流高電圧発生回路の出力極性と同方向の出力を流す極性の回路内に直列に接続されており、前記副スイッチング回路は前記ブリッジ回路のうちの前記ダイオードが接続されている極性とは逆の極性の回路内に直列に接続されている請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１４】
前記直流電源の出力端子の一方には１個のリアクトルが接続されており、前記主スイッチング回路はブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子からなり、前記ブリッジ回路の直流端子側の一方を前記リアクトルに前記ダイオードを介して接続し、前記ブリッジ回路の直流端子の他端を前記直流電源の他方の出力端子に接続するとともに前記ブリッジ回路の直流入力端子に並列に前記直流高電圧発生回路を接続し、前記ブリッジ回路の交流端子からアーク加工用出力を取り出すとともに、前記副スイッチング回路は前記ブリッジ回路のうち前記直流高電圧発生回路の出力とは逆の極性の出力を負荷に供給する回路をアーク起動時に遮断する位置に挿入した請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１５】
前記直流電源の出力端子の一方には１個のリアクトルと前記ダイオードおよび前記直流高電圧発生回路の並列回路とが直列に接続されており、前記主スイッチング素子は４個のブリッジ接続されたスイッチング素子からなり、前記ブリッジ接続の直流端子側の一方を前記リアクトルと前記並列回路とを介して前記直流電源の一方の出力端子に接続し、前記ブリッジ回路の直流端子の他端を前記直流電源の他方の出力端子に接続し、前記ブリッジ回路の交流端子からアーク加工用出力を取り出すとともに、前記副スイッチング回路は前記ブリッジ回路のうち前記直流高電圧発生回路の出力とは逆の極性の出力を負荷に供給する回路をアーク起動時に遮断する位置に挿入した請求項１に記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１６】
前記ブリッジ回路の交流出力端子と負荷出力端子との間にはそれぞれ補助リアクトルが直列に接続されており、前記各補助リアクトルは共通の鉄心に巻かれた２個のリアクトル巻線のうちの各一方を使用し、前記各巻線は共有する鉄心をそれぞれの巻線に流れる電流によって同方向に磁化する極性に巻方向が定められている請求項１１ないし請求項１５のいずれかに記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１７】
前記直流高電圧発生回路は前記アーク加工負荷に逆極性の高電圧を供給する極性とし、前記制御回路はアーク起動時は前記直流高電圧発生回路を起動するとともに前記主スイッチング回路を逆極性出力となるように制御し、アーク起動後は前記直流高電圧発生回路の出力を遮断するとともに前記副スイッチング回路を導通させ、かつ前記主スイッチング回路を直流出力時は正極性とし交流出力時は所定の順序でON-OFF制御する回路である請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の交直両用アーク加工装置。
【請求項１８】
前記主スイッチング回路は、出力極性の切替時にスイッチング回路を構成する正逆各極性の出力を負担するスイッチング素子の導通期間を実質的に間隙なく切替える回路である請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の交直両用アーク加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、交直両用のアーク溶接、切断またはアーク加熱等に使われるアーク加工装置において、アーク起動性能を改良した装置を提案したものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のアーク溶接装置の例である。図１において、１ないし３は１次入力線、５は電極側ケーブル、６は電極、７は被溶接物、８は被溶接物側ケーブル、ＴＳ１は起動スイッチである。溶接電源４において、１１は第１の直流電源、１５は第２の直流電源であり直流高電圧を発生する回路である。１６はダイオードであり第２の直流電源が発生する直流高電圧に耐えかつ溶接電流を流す容量のものが用いられる。１８はアーク発生検出手段であり通常アーク電流が流れているかいないかによってアーク発生と判断する。１９はスイッチ手段であり起動スイッチＴＳ１からの起動信号を受けて、図示を省略されたガス供給回路に指令を出し、電極の周囲にシールドガスの供給を開始させ、シールドガスが電極周囲に達する頃を見計らって第１の直流電源１１および第２の直流電源１５を動作させる。第２の直流電源１５が発生する直流高電圧はダイオード１６に阻止されて第１の直流電源１１には印加されず、電極６と被溶接物７間にのみ印加され、この間の絶縁を破って火花放電を発生させる。この火花放電に第１の直流電源から電力が供給されて火花放電は溶接アークに成長する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１の従来装置の場合は、直流出力のものに対してのみ適用できるものであり、その出力極性は固定されている。それ故、アーク加工部には装置によって定まった極性の出力が供給されるだけであり、被加工物の材質や加工方法に応じて被加工物側が正となる正極性アーク、電極側が正となる逆極性アークあるいは正・逆両極性のアークを所定の割合で切り替えて交流出力を得るなどの交直両用には適用できないものであった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直流電源の出力を正および逆の極性に切り替えてアーク加工負荷に供給する主スイッチング回路と、アーク加工負荷にアーク起動用の高電圧を供給するための直流高電圧発生回路と、直流電源と負荷出力端子との間に直列にされて直流高電圧発生回路と同極性のダイオードと、直流高電圧発生回路の出力極性と逆の極性の出力を通過させる副スイッチング回路と、アーク起動に際して直流高電圧発生回路を起動するとともに主スイッチング回路を直流高電圧発生回路の出力と同極性の出力をアーク加工負荷に供給するように駆動し、アーク起動後は高電圧直流発生回路の出力を遮断するとともに副スイッチング回路を導通させ、かつ所定の順序で主スイッチング回路をON-OFF制御する制御回路とを備えた構造とすることによって上記従来装置の問題点を解決したものである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例によって説明する。図２は、本発明を交直両用のアーク溶接に適用したときの実施例を示す接続図であり、請求項１、２および６の実施例に相当する。図２において、１ないし３は１次入力線、５は電極側ケーブル、６は電極、７は被溶接物、８は被溶接物側ケーブル、ＴＳ１は起動スイッチ、ＲＶ１は出力電流調整器である。溶接電源９において、ＤＲ１は１次整流器、Ｃ１は平滑コンデンサ、ＴＲ１はインバータ回路、Ｔ１はインバータトランス、Ｌ１（１／２）、Ｌ１（２／２）はリアクトルであり、両リアクトルは共通の鉄心に巻かれたコイルからなり、各コイルは図中に・印で示すように直列に接続されたスイッチング素子ＴＲ２およびＴＲ３の導通によってそれぞれに流れる電流によって共有する鉄心に同方向の磁束を発生する極性に定められている。ＴＲ２およびＴＲ３は主スイッチング回路を構成するトランジスタ、ＣＴ１は電流検出器、Ｔｍ１は被溶接物側出力端子、Ｔｍ２は電極側出力端子である。なお、通常はトランジスタＴＲ２とトランジスタＴＲ３には逆並列にダイオードが接続されるが、図が繁雑になることをさけるために、それらのダイオードは図示を省略している。
【０００６】
また、図２において、ＤＲ３はダイオード、Ｓ１は副スイッチング回路を構成する電磁接触器、ＨＤは直流高電圧発生回路、ＣＬ２は制御回路である。なお、直流高電圧発生回路ＨＤは無負荷電圧は高いが出力インピーダンスは大きく、電極６と被溶接物７との間には火花放電が発生する程度にその出力電流は制限されている。
【０００７】
図２において、１次入力線１ないし３から３相の商用周波交流が加えられ、１次整流器ＤＲ１はこれを整流して直流にする。その出力は平滑コンデンサＣ１により平滑される。インバータ回路ＴＲ１は平滑コンデンサＣ１によって平滑された出力を商用周波数より高い周波数の交番電圧に変換してインバータトランスＴ１の１次巻線に供給する。インバータトランスＴ１は２次巻線に溶接に適した電圧が得られるようにその巻数比が選ばれる。２次整流回路ＤＲ２はインバータトランスＴ１の出力電圧を整流する。トランジスタＴＲ２とトランジスタＴＲ３はいずれか一方がＯＮで他方がＯＦＦとなって溶接出力の極性を切り替える。いまトランジスタＴＲ２がＯＮでトランジスタＴＲ３がＯＦＦとすると、溶接電流は、２次整流回路ＤＲ２の正出力端子、リアクトルＬ１（１／２）、トランジスタＴＲ２、ダイオードＤＲ３、被溶接物側出力端子Ｔｍ２、被溶接物側ケーブル８、被溶接物７、電極６、電極側ケーブル５、電極物側出力端子Ｔｍ１、電流検出器ＣＴ１の経路を流れ、被溶接物７と電極６の間に正極性のアークを発生させる。出力電流検出器ＣＴ１はアーク電流を検出して、検出信号を制御回路ＣＬ２に送る。制御回路ＣＬ２は出力調整器ＲＶ１からの出力電流指令信号と出力電流検出器ＣＴ１の検出信号とを比較し、その差が減ずるような指令信号をインバータ回路ＴＲ１に送る。この結果、溶接電源４の出力電流は出力調整器ＲＶ１の設定値に保たれる。
【０００８】
つぎに、トランジスタＴＲ２がＯＦＦにトランジスタＴＲ３がＯＮになると、トランジスタＴＲ２を通してリアクトルＬ１（１／２）に流れる電流とトランジスタＴＲ３を通してリアクトルＬ１（２／２）に流れる電流は鉄心を同じ方向に磁化するので、リアクトルＬ１（１／２）に流れていた電流はリアクトルＬ１（２／２）に移って流れることになる。その結果、溶接電流は２次整流回路ＤＲ２の零出力端子、出力電流検出器ＣＴ１、電極側出力端子Ｔｍ１、電極側ケーブル５、電極６、被溶接物７、被溶接物側ケーブル８、電磁接触器Ｓ１、トランジスタＴＲ３、リアクトルＬ１（２／２）、２次整流回路ＤＲ２の負出力端子の経路を流れ、電極６と被溶接物７の間に逆極性のアークを発生させる。トランジスタＴＲ２がＯＮでトランジスタＴＲ３がＯＦＦの状態と、トランジスタＴＲ２がＯＦＦでトランジスタＴＲ３がＯＮの状態とを交互に繰り返すことよって電極６と被溶接物７間に交流アークが得られる。
【０００９】
つぎにアーク起動時の動作について説明する。図２において、起動スイッチＴＳ１が押されると制御回路ＣＬ２は、図示を省略したガス供給回路に指令を出し、電極の周囲にシールドガスの供給を開始させる。シールドガスが電極周囲に達する頃を見計らって制御回路ＣＬ２は、インバータ回路ＴＲ１に動作の開始を、トランジスタＴＲ２にＯＮを、電磁接触器Ｓ１にＯＦＦを指令し、直流高電圧発生回路ＨＤには出力の開始を指令する。直流高電圧発生回路ＨＤの電圧はダイオードＤＲ３および開放状態の電磁接触器Ｓ１に阻止されてトランジスタＴＲ２およびトランジスタＴＲ３側にはかからず、電極６と被溶接物７間にかかり、この間の絶縁を破って火花放電を発生させる。この火花放電は、直流高電圧発生回路ＨＤの内部インピーダンスが高いために出力電流が小さいが、２次整流回路ＤＲ２からリアクトルＬ１（１／２）、トランジスタＴＲ２、ダイオードＤＲ３を経て同極性の電流が重畳して流れるので、火花放電電流は急速に増大して溶接アークに成長する。出力電流検出器ＣＴ１は溶接電流検出信号を制御回路ＣＬ２に送り、この検出信号によって制御回路ＣＬ２は直流高電圧発生回路ＨＤに動作の停止を指令し、直流アーク溶接を行う場合はトランジスタＴＲ２をＯＮ、トランジスタＴＲ３をＯＦＦ、電磁接触器Ｓ１をＯＦＦのままとし、交流アーク溶接を行う場合は電磁接触器Ｓ１をＯＮとした後、トランジスタＴＲ２とトランジスタＴＲ３を交互にＯＮ、ＯＦＦさせる。なお、電磁接触器Ｓ１はダイオードＤＲ３とは逆向きの電流を流すサイリスタなどの半導体スイッチング素子を用いてもよい。
【００１０】
ここで、交流出力時には、リアクトルＬ１（１／２）とリアクトルＬ１（２／２）との巻線を前述のように各コイルに流れる電流によって共有する鉄心に同じ方向の磁束が発生するようにその巻き方向を決定しておくと、極性の反転に際してトランジスタＴＲ２がＯＮからＯＦＦになるときにリアクトルＬ１（１／２）に流れていた電流がそのままリアクトルＬ１（２／２）に移って流れようとする。このためにトランジスタＴＲ２のＯＦＦと同時に高いサージ電圧が発生し、アークの再生を助ける。さらに、トランジスタＴＲ２とＴＲ３とを導通期間が極く短時間の重なりをもって交互にＯＮ−ＯＦＦするようにして両トランジスタを実質的に間隙なく制御するとよい。このようにするときは、トランジスタＴＲ２とトランジスタＴＲ３との重なり時間の間は、アークは消滅するが電流はリアクトルを通じてトランジスタＴＲ２とトランジスタＴＲ３とによって短絡されて流れ続け、その値はリアクトルによって抑制される。この状態でトランジスタＴＲ２がＯＦＦするとその直前にリアクトルに流れていた電流を維持するように高いサージ電圧がトランジスタＴＲ３の順方向に発生する。このサージ電圧は電極６と比溶接物７との間に先とは逆の極性で印加され、かつトランジスタＴＲ３がすでに導通状態にあるので、トランジスタＴＲ２がＯＦＦとなる瞬間に電極６と被溶接物７との間に発生することになりアークの再生がより確実となる。
【００１１】
なお、ＴＩＧアーク溶接においては、上記のように正極性からアーク起動を行うとアークの確立が不安定になることがある。このような場合には、直流高電圧発生回路ＨＤおよびダイオードＤＲ３の極性を図と逆にして、起動時にはトランジスタＴＲ３をＯＮとし、トランジスタＴＲ２をＯＦＦとして、逆極性から起動し、アークが確立したことを検出してから所望の極性になるようにトランジスタＴＲ２またはトランジスタＴＲ３をＯＮあるいはＯＦＦし、これにあわせて電磁接触器Ｓ１を開閉すればよい。
【００１２】
図３は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例であり、請求項１、３および７の発明の実施例に相当する。同図において、１０は溶接電源であり、図２に示した実施例と異なり、直流高電圧発生回路ＨＤを出力回路に直列接続してある。直流高電圧発生回路ＨＤの正側出力は被溶接物側出力端子Ｔｍ２、被溶接物側ケーブル８を経て被溶接物７に、また負側出力はトランジスタＴＲ２、リアクトルＬ１（１／２）、２次整流回路ＤＲ２および電極側出力端子Ｔｍ１、電極側ケーブル５を経て電極６にそれぞれ供給される。この直流高電圧によって電極６と被溶接物７間に火花放電が発生した後は図２に示した実施例の動作と同様である。なお、図２および図３の各実施例において、リアクトルＬ１（１／２）とトランジスタＴＲ２との順序およびリアクトルＬ１（２／２）とトランジスタＴＲ３との順序はそれぞれ図示と逆でもよい。
【００１３】
図４は本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、４および８の発明の実施例に相当する。同図においては、説明の煩雑を避けるために図１ない図３と同じ部分は省略し、これらと異なるインバータトランスＴ１以降のみを示す。
【００１４】
図４において、ＤＲ２ａないしＤＲ２ｄは２次整流回路ＤＲ２の各要素を構成するダイオード、ＤＲ３はダイオード、ＤＲ４およびＤＲ５はダイオード、Ｓ１は副スイッチング回路を構成する電磁接触器である。
【００１５】
図４において、アーク起動時はトランジスタＴＲ２をＯＮ、トランジスタＴＲ３をＯＦＦ、電磁接触器Ｓ１をＯＦＦとして直流高電圧発生回路ＨＤを動作させる。直流高電圧発生回路ＨＤの出力電圧は正側は被溶接物側出力端子Ｔｍ２、被溶接物側ケーブル８を経て被溶接物側７に、また負側は電極側出力端子Ｔｍ１、電極側ケーブル５を経て電極６に加わり被溶接物７と電極６との間に火花放電を発生させ、この火花放電にダイオードＤＲ２ａおよびＤＲ２ｂからリアクトルＬ１（１／２）、ダイオードＤＲ３、トランジスタＴＲ２を経て電流が流れ火花放電は溶接アークに成長する。ダイオードＤＲ３はダイオードＤＲ２ａおよびダイオードＤＲ２ｂおよびＯＮ状態のトランジスタＴＲ２に直流高電圧発生回路ＨＤの直流高電圧がかからないように阻止し、電磁接触器Ｓ１はダイオードＤＲ５およびＯＦＦ状態にあるトランジスタＴＲ３に直流高電圧発生回路ＨＤの直流高電圧がかからないように阻止するとともに、交流溶接時にはＯＮとなってトランジスタＴＲ３に電流を流す。なお、リアクトルＬ１（１／２）、ダイオードＤＲ３、トランジスタＴＲ２とダイオードＤＲ４との並列回路の接続の順序、リアクトルＬ１（２／２）、電磁接触器Ｓ１、トランジスタＴＲ３とダイオードＤＲ５との並列回路の接続の順序は図示の通りでなくてもよい。
【００１６】
図５は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、５および９の発明の実施例に相当する。同図においても図４と同様にインバータトランスＴ１以降のみ示してある。
図５において、直流高電圧発生回路ＨＤをダイオードＤＲ３に並列に接続してリアクトルＬ１（１／２）とトランジスタＴＲ２との間に直列に接続し、副スイッチング回路である電磁接触器Ｓ１はリアクトルＬ１（２／２）とトランジスタＴＲ３との間に直列に接続されている。直流高電圧発生回路ＨＤの正側の電圧はトランジスタＴＲ２および被溶接物側出力端子Ｔｍ２、被溶接物側ケーブル８を経て被溶接物７に、また、負側の電圧はリアクトルＬ１（１／２）、ダイオードＤＲ２ａまたはダイオードＤＲ２ｂ、インバータトランスＴ１および被溶接物側出力端子Ｔｍ１、電極側ケーブル５を経て電極６に印加される。なお、トランジスタＴＲ３とダイオードＤＲ５の並列回路に直流高電圧発生回路ＨＤの直流高電圧に耐えるトランジスタとダイオードを用いるときは電磁接触器Ｓ１を省略してもよい。図５においても、リアクトルＬ１（１／２）とダイオードＤＲ３およびトランジスタＴＲ２とダイオードＤＲ４との並列回路の順序およびリアクトルＬ（２／２）と電磁接触器Ｓ１とトランジスタＴＲ３とダイオードＤＲ５との並列回路の順序は図示の通りでなくてもよい。
【００１７】
図６は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１および１０の発明の実施例に相当する。図６においても図４に示した実施例と同様にインバータランスＴ１以降のみを示してあり、図４の実施例とは直流高電圧発生回路ＨＤをダイオードＤＲ３とトランジスタＴＲ２との接続点と電極側出力端子Ｔｍ１との間に接続した点のみが異なり、その他は、図４の実施例と同様である。
【００１８】
図６の実施例において、アーク起動時はトランジスタＴＲ２を導通させ、同時に直流高電圧発生回路ＨＤに出力を開始させることによって、直流高電圧発生回路ＨＤの正側はトランジスタＴＲ２、被溶接物側出力端子Ｔｍ２を経て被溶接物７に、負側は被溶接物側出力端子Ｔｍ１を経て電極６に加わり、電極６と被溶接物７との間に火花放電を発生させる。もちろん、トランジスタＴＲ４とダイオードＤＲ５とを高耐圧のものにして副スイッチング回路の電磁接触器Ｓ１を省略してもよい。図６においても、リアクトルＬ１（１／２）とダイオードＤＲ３およびトランジスタＴＲ２とダイオードＤＲ４との並列回路の順序およびリアクトルＬ１（２／２）と電磁接触器Ｓ１とトランジスタＴＲ３とダイオードＤＲ５との並列回路の順序は図示の通りでなくてもよい。
【００１９】
図７は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、２および１１の発明の実施例に相当する。同図においては、２次整流回路としてインバータトランスＴ１の出力をダイオードＤＲ２ａとＤＲ２ｂとによって両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する直流電源を構成している。また、主スイッチング回路は、トランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄからなるフルブリッジ回路を使用する。さらに単一の巻線からなるリアクトルＬ２を２次整流回路と主スイッチング回路との間に接続し、ダイオードＤＲ３は副スイッチング回路Ｓ１と並列にして主スイッチング回路と出力端子Ｔｍ２との間に直列に接続し、直流高電圧発生回路ＨＤは出力端子Ｔｍ１とＴｍ２との間に接続されている。したがって、図７は図２の実施例の変形例に相当する。
【００２０】
同図の実施例においては、主スイッチング回路はトランジスタＴＲ４ａとＴＲ４ｄおよびトランジスタＴＲ４ｂとＴＲ４ｃとがそれぞれ１組となって同時にかつ各組のトランジスタが交互にＯＮ−ＯＦＦすることによって出力極性の切り替えが行われる。同図においてアーク起動時には、トランジスタＴＲ４ｂとＴＲ４ｃとが導通し、同時に直流高電圧発生回路ＨＤが出力を開始する。これによって電極６と被溶接物７との間に火花放電が発生し、これに誘発されて２次整流回路からの出力が溶接アークを発生する。溶接アーク起動後は直流高電圧発生回路ＨＤを停止させ、電磁接触器Ｓ１をＯＮし、以後トランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄを所定の順序でＯＮ−ＯＦＦ制御することによって交流アーク溶接または所定の極性の直流アーク溶接を行う。
【００２１】
図８は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、２、１１および１６の発明の実施例に相当する。同図においては、図７の実施例に２個のリアクトルＬ３（１／２）とＬ３（２／２）とを電極側および被溶接物側の各出力回路に直列に接続したもので、その他は図７に示した実施例と同様である。同図において、リアクトルＬ３（１／２）とＬ３（２／２）とは図２の実施例において用いたリアクトルリアクトルＬ１（１／２）とＬ１（２／２）と同様に鉄心を共有し、各リアクトルに流れる電流によって共有する鉄心に同方向の磁束を発生する極性に各リアクトルの巻線の巻き方向が定められている。
【００２２】
同図の実施例においても、アーク起動時にトランジスタＴＲ４ｂとＴＲ４ｃとを導通させ直流高電圧発生回路ＨＤを動作開始させることによって電極と被溶接物との間に火花放電が発生し溶接アークに移行する。溶接アーク起動後は直流高電圧発生回路ＨＤを停止させ、電磁接触器Ｓ１をＯＮとすることによつて溶接を行う。このときリアクトルＬ３（１／２）とＬ３（２／２）との作用によつて図２に示した実施例と同様に極性の切り替え時に急峻に電流が切り替えられ、かつこの極性切り替えの瞬間にアークが一旦消滅したときに高いサージ電圧が発生するのでアークの再点孤が確実となる。この場合もトランジスタＴＲ４ａ、ＴＲ４ｄの組とトランジスタＴＲ４ｂ、ＴＲ４ｃの組との各組の導通期間を極く短時間の重なり期間をもって切り替えるようにすればリアクトルＬ３（１／２）Ｌ３（２／２）に流れる電流の急変するときがアークの再点孤すべきときと一致してさらに確実なアーク再点孤が実現できる。それ故、図８は図２および図７の実施例の変形例に相当する。
【００２３】
図９は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３および１１の発明の実施例に相当する。図９においては、２次整流回路を両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する回路とし、直流高電圧発生回路ＨＤを副スイッチング回路Ｓ１と並列にして出力回路に直列に挿入したものである。それ故、図９の実施例は図３の変形例に相当し、動作はリアクトルＬ１（１／２）、Ｌ１（２／２）の部分を除いて図３と同様である。
【００２４】
図１０は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３、１１および１６の発明の実施例に相当する。図１０においては図９の実施例に図８の実施例と同様に２個のリアクトルＬ３（１／２）またはＬ３（２／２）を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図９の実施例と同様であり、またリアクトルＬ３の作用は図３および図８の実施例と同様である。それ故、図１０の実施例は図３および図９の実施例の変形例に相当する。
【００２５】
図１１は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、２、４および１２の発明の実施例に相当する。同図においては、図４とは２次整流回路を両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する回路とし、かつ主スイッチング回路がトランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄからなるブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の一方の極性の出力回路にダイオードＤＲ３がまた他方の極性の出力回路に副スイッチング回路の電磁接触器Ｓ１がそれぞれ直列に挿入されている点が異なるのみでその他は変わるところはない。それ故、図１１は図４の実施例の変形例に相当し、その動作はリアクトルＬ１（１／２）およびＬ１（２／２）の動作を除いて図４と同様である。
【００２６】
図１２は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、２、４、１２および１６の発明の実施例に相当する。図１２においては図１１の実施例に図８の実施例と同様に２個のリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図１１の実施例と同様であり、またリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（１／２）の作用は図４および図８の実施例と同様である。それ故、図１２は図４および図１１の実施例の変形例に相当する。
【００２７】
図１３は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３、５および１３の発明の実施例に相当する。同図は、図５とは２次整流回路を両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する回路とし、かつ主スイッチング回路がトランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄからなるブリッジ回路を構成しており、ブリッジ回路の一方の極性の出力回路にダイオードＤＲ３と直流高電圧発生回路ＨＤとの並列回路がまた他方の極性の出力回路に副スイッチング回路の電磁接触器Ｓ１がそれぞれ直列に挿入されている点が異なるのみでその他は変わるところはない。それ故、図１３は図５の実施例の変形例に相当し、その動作はリアクトルＬ１（１／２）およびＬ１（２／２）を除いて図５と同様である。
【００２８】
図１４は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３、５、１３および１６の発明の実施例に相当する。図１４においては図１３の実施例に図８の実施例と同様に２個のリアクトルＬ３（１／２）またはＬ３（２／２）を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルの作用を除いて図１３の実施例と同様であり、またリアクトルＬ３の作用は図４および図８の実施例と同様である。それ故、図１４は図５および図１３の実施例の変形例に相当する。
【００２９】
図１５は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１および１４の発明の実施例に相当する。同図において２次整流回路は図７ないし図１４の実施例と同様に両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する回路のものを使用しており、直流高電圧発生回路ＨＤは図示のようにブリッジ接続された主スイッチング回路の直流入力側に並列に接続されており、副スイッチング回路はトランジスタＴＲ４ａとＴＲ４ｄとを回路から切り離すように２個の電磁接触器Ｓ１ａとＳ１ｂとしてブリッジ回路に直列に接続されている。同図の実施例において、アーク起動時はトランジスタＴＲ４ｂとＴＲ４ｃとをＯＮとし、同時に直流高電圧発生回路ＨＤの動作を開始させると被溶接物７に正、電極６に負の極性の電圧が供給され、両者間に火花放電が発生する。この火花放電に２次整流回路の出力が重畳されてアークが成長して溶接が開始される。アークが確立した後は上記の各実施例と同様に直流高電圧発生回路ＨＤをＯＦＦし副スイッチング回路の電磁接触器Ｓ１ａとＳ１ｂとをＯＮとした後にトランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄを所定の順序でＯＮ−ＯＦＦすることによって直流または交流アーク溶接を実施することができる。
【００３０】
図１６は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、１４および１６の発明の実施例に相当する。同図においては図１５の実施例に図８の実施例と同様にリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）を除いては図１５と同様であり、リアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）は図８と同様に作用する。また、電磁接触器Ｓ１ｂは直流高電圧発生回路ＨＤの動作時に開路状態に保ち、起動時遮断状態のトランジスタＴＲ４ｄが直流高電圧発生回路ＨＤの出力高電圧によって破壊されるのを防止している。
【００３１】
図１７は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３および１５の実施例に相当する。同図において２次整流回路は図７ないし図１６の実施例と同様に両波整流するとともにリアクトルＬ２を介して正および負の出力端子を有する回路のものを使用しており、直流高電圧発生回路ＨＤは図示のようにブリッジ接続された主スイッチング回路の直流入力側に直列接続されたダイオードＤＲ３に並列に接続されており、副スイッチング回路はトランジスタＴＲ４ａとＴＲ４ｄとを回路から切り放すように２個の電磁接触器Ｓ１ａとＳ１ｂがブリッジ回路に直列に接続されている。同図の実施例において、アーク起動時はトランジスタＴＲ４ｂとＴＲ４ｃとをＯＮとし、同時に直流高電圧発生回路ＨＤの動作を開始させると、被溶接物７に正、電極６に負の極性の電圧が供給され、両者間に火花放電が発生する。この火花放電に２次整流回路ＤＲ２の出力が重畳されてアークが成長し溶接が開始される。アークが確立した後は、上記の各実施例と同様に直流高電圧発生回路ＨＤをＯＦＦし、副スイッチング回路の電磁接触器Ｓ１ａとＳ１ｂとをＯＮとした後にトランジスタＴＲ４ａないしＴＲ４ｄを所定の順序でＯＮ−ＯＦＦすることによって直流または交流アーク溶接を実施することができる。それ故、図１７の実施例は図５の実施例の変形例に相当する。
【００３２】
図１８は、本発明をアーク溶接に適用したときの別の実施例を示す接続図であり、請求項１、３、１５および１６の発明の実施例に相当する。同図においては図１７の実施例に図８の実施例と同様にリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）を出力回路に直列に挿入したものであり、その動作はリアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）を除いては図１７と同様であり、リアクトルＬ３（１／２）およびＬ３（２／２）は図８と同様に作用する。それ故、図１８の実施例は図５および図１７の実施例の変形例に相当する。
【００３３】
上記各実施例においては、本発明をアーク溶接に適用する場合について説明したが、本発明はアーク溶接のみに限られるものではなく、アーク切断、アーク加熱、アーク溶融などアーク応用加工装置に適用できることはもちろんである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のアーク加工装置は、アーク起動用の直流高電圧が２次回路に侵入しないようにするダイオードとアーク起動時とは逆向きの出力電流を流せるようにする副スイッチ回路を用いることにより、直流出力のみでなく交流出力も得ることができる、交直両用のアーク加工装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアーク加工装置の例を示接続図、
【図２】本発明の請求項１、２および６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図３】本発明の請求項１、３および７の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図４】本発明の請求項１、２、４および８の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図５】本発明の請求項１、３、５および９の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図６】本発明の請求項１および１０の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図７】本発明の請求項１、２および１１の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図８】本発明の請求項１、２、１１および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図９】本発明の請求項１、３および１１の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１０】本発明の請求項１、３、１１および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１１】本発明の請求項１、２、４および１２の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１２】本発明の請求項１、２、４、１２および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１３】本発明の請求項１、３、５および１３の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１４】本発明の請求項１、３、５、１３および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１５】本発明の請求項１および１４の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１６】本発明の請求項１、１４および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１７】本発明の請求項１、３および１５をの発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【図１８】本発明の請求項１、３、１５および１６の発明を交直両用アーク溶接機に実施したときの例を示す接続図、
【符号の説明】
１ないし３    １次入力線
４      溶接電源
５      電極側ケーブル
６      電極
７      被溶接物
８      被溶接物側ケーブル
９、１０    溶接電源
１１    第位置１の直流電源
１５    第２の直流電源
１６    ダイオード
１８    アーク発生検出手段
１９    スイッチ手段
ＤＲ１  １次整流器
ＤＲ２  ２次整流回路
ＤＲ２ａないしＤＲ２ｄ    ２次整流回路を構成するダイオード
ＤＲ３、ＤＲ４、ＤＲ５    ダイオード
ＤＲ６ａないしＤＲ６ｄ    ダイオード
Ｔ１      インバータトランス
Ｌ１（１／２）、Ｌ１（２／２）    リアクトル
Ｌ２      リアクトル
Ｌ３（１／２）、Ｌ３（２／２）    リアクトル
ＴＲ１    インバータ回路
ＴＲ２およびＴＲ３      トランジスタ
ＴＲ４ａないしＴＲ４ｄ  トランジスタ
Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ    副スイッチング回路（電磁接触器）
ＨＤ      直流高電圧発生回路
ＴＳ１    起動スイッチ
ＲＶ１    出力電流調整器
ＣＴ１    出力電流検出器
Ｔｍ１    電極側出力端子
Ｔｍ２    被溶接物側出力端子
Ｃ１      平滑コンデンサ
ＣＬ１、ＣＬ２    制御回路
【図１】
0003701704.tif 000002
【図２】
0003701704.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003701704.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003701704.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003701704.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003701704.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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