(57)【要約】【課題】  トーチを用いた処理作業性が低下することを抑制しつつ、アークスタートの成功確率をより向上させることのできるアーク処理システム用のガス電離ユニット、アーク処理システムおよびアーク処理方法を提供すること。【解決手段】  アーク処理システムに用いられるガスＧ１が流入する流入口６２と、ガスＧ１が流出する流出口６３と、流入口６２および流出口６３の間に配置されたガス電離空間６４と、ガス電離空間６４内に配置された、ガスＧ１を電離させる電離電圧を印加するための一対の電離電極６５と、を備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク処理システムに用いられるガスが流入する流入口と、
前記ガスが流出する流出口と、
前記流入口および前記流出口の間に配置されたガス電離空間と、
前記ガス電離空間内に配置された、前記ガスを電離させる電離電圧を印加するための一対の電離電極と、
を備えることを特徴とする、アーク処理システム用のガス電離ユニット。
【請求項２】
前記流入口および前記流出口が離間する方向と、前記一対の電離電極が離間する方向は、互いに直角である、請求項１に記載のアーク処理システム用のガス電離ユニット。
【請求項３】
前記一対の電離電極の少なくとも一方は、誘電体によって覆われている、請求項１または２に記載のアーク処理システム用のガス電離ユニット。
【請求項４】
非消耗電極、前記非消耗電極が配置されるガス流通空間および前記ガス流通空間に通じる導入口を具備するトーチと、
前記流出口が前記導入口に接続された、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク処理システム用のガス電離ユニットと、
を備えることを特徴とする、アーク処理システム。
【請求項５】
前記アーク処理システム用のガス電離ユニットの前記流出口と前記トーチの前記導入口とは、ホースを介して接続されている、請求項４に記載のアーク処理システム。
【請求項６】
前記非消耗電極と被処理部材との間にアーク電圧を印加する主電源回路を備える、請求項４または５に記載のアーク処理システム。
【請求項７】
前記一対の電離電極に前記電離電圧を印加する電離電源回路を備える、請求項６に記載のアーク処理システム。
【請求項８】
ガス電離空間内に配置された一対の電離電極に電離電圧を印加することによりガスを電離させるガス電離工程と、
非消耗電極を有するトーチに電離された前記ガスを導入するとともに、前記非消耗電極と被処理部材との間にアークを発生させるアーク発生工程と、
を備えることを特徴とする、アーク処理方法。
【請求項９】
前記ガス電離工程は、前記トーチへの前記ガスの導入を阻止した状態で、前記ガスを電離させる予備電離工程と、前記予備電離工程の後に前記トーチへ前記ガスを導入しつつ前記ガスを電離させる主要電離工程と、を含む、請求項８に記載のアーク処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク処理システム用のガス電離ユニット、アーク処理システムおよびアーク処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アークを用いて被処理部材に処理を行う方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。同文献には、アークを用いる処理としてＴＩＧ溶接を行うためのティグ溶接トーチが開示されている。ＴＩＧ溶接トーチは電極を備えている。ＴＩＧ溶接の開始時には、電極と被処理部材との間にアークを発生させる。アークの発生は、電極と被処理部材との間に非常に大きな電圧を印加することにより行う。このようにアークを発生させることは、毎回成功するとは限らず、失敗することがある。そのため、アークの発生確率（アークスタートの成功確率）はいまだ満足のいく値には至っていない。
【０００３】
アーク発生用の電圧として高周波電圧を用いた場合、スタート性改善を目的にアーク発生用の高周波高電圧を高くすると、この電圧が自機や他機の制御回路に侵入し誤動作や故障といった不具合の原因になることも多い。また、ＴＩＧ溶接トーチに代表されるアーク処理方法に用いられるトーチは、アークを発生させる部位であるため、その構成がスタート性に大きく関与する。しかしながら、スタート性を改善するためにトーチがたとえば大型化や複雑化してしまうと、溶接などのアーク処理の作業を阻害してしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８６２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、トーチを用いた処理作業性が低下することを抑制しつつ、アークスタートの成功確率をより向上させることのできるアーク処理システム用のガス電離ユニット、アーク処理システムおよびアーク処理方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク処理システム用のガス電離ユニットは、アーク処理システムに用いられるガスが流入する流入口と、前記ガスが流出する流出口と、前記流入口および前記流出口の間に配置されたガス電離空間と、前記ガス電離空間内に配置された、前記ガスを電離させる電離電圧を印加するための一対の電離電極と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記流入口および前記流出口が離間する方向と、前記一対の電離電極が離間する方向は、互いに直角である。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の電離電極の少なくとも一方は、誘電体によって覆われている。
【０００９】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク処理システムは、非消耗電極、前記非消耗電極が配置されるガス流通空間および前記ガス流通空間に通じる導入口を具備するトーチと、前記流出口が前記導入口に接続された、本発明の第１の側面によって提供されるアーク処理システム用のガス電離ユニットと、を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記アーク処理システム用のガス電離ユニットの前記流出口と前記トーチの前記導入口とは、ホースを介して接続されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記非消耗電極と被処理部材との間にアーク電圧を印加する主電源回路を備える。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の電離電極に前記電離電圧を印加する電離電源回路を備える。
【００１３】
本発明の第３の側面によって提供されるアーク処理方法は、ガス電離空間内に配置された一対の電離電極に電離電圧を印加することによりガスを電離させるガス電離工程と、非消耗電極を有するトーチに電離された前記ガスを導入するとともに、前記非消耗電極と被処理部材との間にアークを発生させるアーク発生工程と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ガス電離工程は、前記トーチへの前記ガスの導入を阻止した状態で、前記ガスを電離させる予備電離工程と、前記予備電離工程の後に前記トーチへ前記ガスを導入しつつ前記ガスを電離させる主要電離工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記ガス電離ユニットによって予め電離された前記ガスが前記トーチへと供給される。このため、電離していない通常の前記ガスが供給された状態で前記トーチにて前記アークを発生させる場合と比較して、より迅速にかつ安定して前記アークを発生させることができる。また、前記ガス電離ユニットは、前記トーチとは別体とされており、前記トーチとは離れた位置に設けられる。このため、前記トーチの大型化や複雑化を防止することが可能である。これは、前記トーチを用いたＴＩＧ溶接などのアーク処理において、前記トーチと被処理部材との干渉などを回避するのに好ましい。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るアーク処理システム用のガス電離ユニットおよびアーク処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【図２】図１のアーク処理システムのトーチを示す断面図である。
【図３】図１のアーク処理システム用のガス電離ユニットを示す断面図である。
【図４】図１に示すアーク処理システムによるアーク処理方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１〜図４を用いて、本発明に係る一実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るアーク処理システムの一例を示すシステム構成図である。
【００２１】
同図に示すアーク処理システムＡ１は、被処理部材Ｗ１に対しアーク処理を行うためのものである。アーク処理システムＡ１は、たとえば、被処理部材Ｗ１に対し、溶接あるいは溶断を行う。被処理部材Ｗ１に対する溶接としては、たとえばＴＩＧ溶接あるいはプラズマ溶接が挙げられる。本実施形態においては、アーク処理システムＡ１はＴＩＧ溶接を行う。
【００２２】
アーク処理システムＡ１は、ロボット１と、電源３と、ガス供給装置５と、ガス電離ユニットＢ１と、を備える。
【００２３】
本実施形態のロボット１は、被処理部材Ｗ１に対してＴＩＧ溶接を自動で行うものである。本実施形態の被処理部材Ｗ１は板状である。被処理部材Ｗ１は、金属であり、このような金属としては、たとえばアルミニウムやマグネシウム合金が挙げられる。ロボット１は、マニピュレータ１１と、アーク処理システム用のトーチ１２と、を含む。
【００２４】
マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。マニピュレータ１１が駆動することにより、トーチ１２が上下前後左右に自在に移動できる。
【００２５】
図２は、図１に示したアーク処理システムにおけるトーチの断面図である。
【００２６】
図２に示すように、トーチ１２は、トーチボディ１２１と、非消耗電極１２３と、ノズル１２５と、保持部１２６と、を含む。
【００２７】
非消耗電極１２３は棒状の導体である。本実施形態においては、非消耗電極１２３は、たとえば、タングステンからなる。非消耗電極１２３は、たとえば、直径２．４〜３．２ｍｍ程度の円柱状である。アーク処理システムＡ１を使用している際、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に、アークａ１が発生している状態となる。
【００２８】
トーチボディ１２１は筒状を呈する。トーチボディ１２１には、たとえば、作業者が手で握るハンドル（図示略）が取り付けられている。本実施形態においてトーチボディ１２１は絶縁性材料よりなる。
【００２９】
ノズル１２５はトーチボディ１２１に固定されている。ノズル１２５は筒状である。ノズル１２５は非消耗電極１２３を囲んでいる。ノズル１２５の軸線Ｏｘは、図２の上下方向に沿って延びている。図２の左右方向における、ノズル１２５の寸法は、たとえば、２０ｍｍ〜３０ｍｍである。ノズル１２５は絶縁性の材料よりなる。ノズル１２５を構成する絶縁性の材料としては、たとえば、アルミナ磁器が挙げられる。本実施形態とは異なり、ノズル１２５が、導電性の部材に絶縁材料がコーティングされたものであってもよい。ノズル１２５には、ガス流通空間１２５ａとガス噴出開口１２５ｂとが形成されている。ガス流通空間１２５ａはノズル１２５の内側に形成されている。ガス流通空間１２５ａをガスＧ１が流れる。ガスＧ１は不活性ガスである。このような不活性ガスとしては、たとえばＡｒあるいはＨｅが挙げられる。ガス噴出開口１２５ｂはガス流通空間１２５ａに通じる。ガス流通空間１２５ａには非消耗電極１２３が配置されている。ガス噴出開口１２５ｂは、図２の下方に開放している。そして、ガス流通空間１２５ａ内のガスＧ１は、ガス噴出開口１２５ｂから図２の下方に噴出する。ノズル１２５の軸線Ｏｘに沿う方向のうち、ガス噴出開口１２５ｂが開放している方向を、第１方向Ｘ１とする。ガス噴出開口１２５ｂから第１方向Ｘ１側に、非消耗電極１２３の一部分が突出している。ガス噴出開口１２５ｂは、たとえば円形状である。ガス噴出開口１２５ｂの形状は円形状に限定されず、矩形等の他の形状であってもよい。
【００３０】
ノズル１２５はノズル先端１２５ｄを有する。ノズル先端１２５ｄはノズル１２５において最も第１方向Ｘ１側に位置している。ノズル先端１２５ｄに上述のガス噴出開口１２５ｂが形成されている。ノズル１２５はノズル内周面１２５ｆを有する。ノズル内周面１２５ｆは、ノズル１２５の軸線Ｏｘの位置する側（図２においてノズル１２５の内側）を向いている。ノズル内周面１２５ｆは上述のガス流通空間１２５ａを規定している。
【００３１】
保持部１２６は、非消耗電極１２３を保持するためのものである。保持部１２６はトーチボディ１２１に固定されている。よって、保持部１２６はノズル１２５に対しても相対的に固定されている。保持部１２６には挿通孔１２６ｂが形成されている。挿通孔１２６ｂには非消耗電極１２３が挿通されている。保持部１２６の外側面１２６ｃは、ガス流通空間１２５ａに臨んでいる。保持部１２６は保持部先端１２６ａを有する。保持部先端１２６ａは、保持部１２６において最も第１方向Ｘ１側に位置している。保持部先端１２６ａはガス流通空間１２５ａに臨んでいる。保持部先端１２６ａから、上述の挿通孔１２６ｂが第２方向Ｘ２に凹んでいる。本実施形態において保持部１２６は導電性の材料よりなる。
【００３２】
具体的には、保持部１２６は、コレット１２７およびコレットボディ１２８を有する。コレット１２７およびコレットボディ１２８は導電性の材料よりなる。コレット１２７は筒状の部材である。コレット１２７には挿通孔１２７ａが形成されている。挿通孔１２７ａには非消耗電極１２３が挿通されている。コレット１２７の先端１２７ｂ近傍はテーパ状となっている。コレット１２７には、先端１２７ｂから挿通孔１２７ａに沿って延びる複数（たとえば２本や４本）の縦すり割りが形成されている（図示略）。コレットボディ１２８は筒状の部材である。コレットボディ１２８には、挿通孔１２８ａが形成されている。挿通孔１２８ａには非消耗電極１２３が挿通されている。本実施形態では、コレットボディ１２８とコレット１２７との間は、ガスＧ１の流路となっている。コレットボディ１２８には少なくとも１つのガス噴出孔１２８ｄが形成されている。本実施形態においては、ガス噴出孔１２８ｄは、コレットボディ１２８のボディ先端１２８ｂの近傍に形成されている。ガス噴出孔１２８ｄからは、コレットボディ１２８とコレット１２７との間のガスＧ１の流路内のガスＧ１が噴出する。ガス噴出孔１２８ｄから噴出したガスＧ１は、ガス流通空間１２５ａに流れる。
【００３３】
コレットボディ１２８はトーチボディ１２１に直接接している。コレット１２７は押さえつけ部材（図示略、図２における上方に配置されている）によって第１方向Ｘ１に押さえつけられる。これにより、コレット１２７の先端１２７ｂ近傍のテーパ状の部分が、コレットボディ１２８の内面に接触して、コレット１２７における上述の縦すり割りが締め付けられる。これにより、非消耗電極１２３が所望の位置に固定される。
【００３４】
本実施形態においては、コレットボディ１２８が、上述の保持部先端１２６ａと外側面１２６ｃとを構成している。また、挿通孔１２７ａおよび挿通孔１２８ａが、上述の挿通孔１２６ｂを構成している。
【００３５】
図１に示すように、本実施形態の電源３は、主電源回路３１、電離電源回路３２およびガス流量制御回路３３を含む。
【００３６】
主電源回路３１は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に、電力を供給するためのものである。具体的には、主電源回路３１は、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に電圧を印加し、非消耗電極１２３および被処理部材Ｗ１の間に電流を流す。主電源回路３１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行う。主電源回路３１は、被処理部材接続ケーブル４１を介して被処理部材Ｗ１に接続されており、また、電極接続ケーブル４２を介してトーチ１２（非消耗電極１２３）に接続されている。
【００３７】
電離電源回路３２は、ガス電離ユニットＢ１においてガスＧ１を電離させるための電力を供給するためのものである。なお、電離電源回路３２は、電源３の構成要素として主電源回路３１とともに存在してもよいし、主電源回路３１とは別に電源３の外部に単体の回路あるいは装置として存在してもよい。あるいは、一体的に構成された統合電源回路が、主電源回路３１と電離電源回路３２との機能を担う構成であってもよい。電離電源回路３２が生成する電圧は、交流電圧、正直流電圧、負直流電圧およびパルス電圧のいずれであってもよい。好ましくは、交流電圧あるいはパルス電圧が採用される。本実施形態においては、電離電圧の好適な例としてパスル電圧が採用された場合を例に説明する。電離電圧のピーク電圧は、たとえば１００Ｖ〜５０ｋＶの範囲で、一対の電離電極６５および外部端子６６の構成に適した大きさが適宜採用される。パルス電圧の半値幅は、たとえば０．０１μ秒〜１秒であり、パルス電圧の周波数は、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲で適宜設定される。
【００３８】
ガス流量制御回路３３は、ガスＧ１の流量を制御するためのものである。ガス流量制御回路３３は、ガスＧ１の流量を指示するためのガス流量制御信号Ｓｇを送る。
【００３９】
ガス電離ユニットＢ１は、図１に示すように、ガス供給装置５とトーチ１２とを繋ぐガスＧ１の経路に設けられている。図３は、ガス電離ユニットＢ１を示す断面図である。図１および図３に示すように、ガス電離ユニットＢ１は、筐体６１、流入口６２、流出口６３、ガス電離空間６４および一対の電離電極６５を備えている。ガス電離ユニットＢ１は、ガス電離空間６４に存在するガスＧ１を電離させるためのユニットである。
【００４０】
筐体６１は、一対の電離電極６５などを支持するとともに、ガス電離空間６４を形成するための部材である。筐体６１の材質は特に限定されない。本実施形態においては、筐体６１は、図３において上下に分割された２つの部分によって構成されている。これらの２つの部分同士は、たとえばボルトによって互いに固定されている。
【００４１】
流入口６２は、ガスＧ１がガス電離空間６４へと流入する部位である。本実施形態においては、流入口６２は、筐体６１に設けられた貫通孔によって構成されている。また、本実施形態の流入口６２には、ジョイント部品がたとえば螺合によって固定されている。このジョイント部品には、ホース６８２が接続されている。ホース６８２は、図１に示すように、ガス供給装置５とガス電離ユニットＢ１とを繋いでいる。
【００４２】
流出口６３は、ガスＧ１がガス電離空間６４から流入する部位である。本実施形態においては、流出口６３は、筐体６１に設けられた貫通孔によって構成されている。また、本実施形態の流出口６３には、ジョイント部品がたとえば螺合によって固定されている。このジョイント部品には、ホース６８１が接続されている。ホース６８１は、図１に示すように、ガス電離ユニットＢ１とトーチ１２とを繋いでいる。
【００４３】
ガス電離空間６４は、筐体６１と流入口６２との間に位置する空間である。本実施形態においては、ガス電離空間６４は、筐体６１の内部空間によって構成されている。また、筐体６１が密閉構造とされていることにより、ガス電離空間６４は、流入口６２および流出口６３を除き、密閉されている。
【００４４】
一対の電離電極６５は、ガス電離空間６４内に配置されており、導電性材料からなる。導電性材料は、たとえば金属、導電性プラスチックスおよび導電性金属酸化物などの１種または２種以上の導電性物質が挙げられる。電離電極６５が高温となることを考慮すると、電離電極６５をなす導電性材料は、金属および導電性金属酸化物が好ましい。金属の好適な例として、金、銀、コバルト、ニッケル、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、これらの合金が挙げられる。一対の電離電極６５は、互いに同材質でもよいし、異なる材質でもよい。一対の電離電極６５は、ガス電離空間６４内のガスＧ１を電離するための電離電圧を印加するためのものである。本実施形態においては、一対の電離電極６５は、互いに所定の距離を隔てて平行に配置された平板状とされている。図３において、流入口６２と流出口６３とが図中左右方向に離間しているのに対し、一対の電離電極６５は、図中上下方向に離間している。すなわち、流入口６２および流出口６３が離間する方向と、一対の電離電極６５が離間する方向とは、互いに直角である。
【００４５】
一対の電離電極６５は、一対の外部端子６６にそれぞれ繋がっている。電離電極６５と外部端子６６とは、それぞれがたとえば金属からなる一体部品の一部である。電離電極６５は、ガス電離空間６４内に存在しており、外部端子６６は、ガス電離空間６４の外（筐体６１の外）に存在している。一対の外部端子６６には、一対の電離電極ケーブル６９が接続されている。図１に示すように、一対の６９は、電離電源回路３２に繋がっている。これにより、電離電源回路３２から一対の電離電極ケーブル６９を経て、一対の電離電極６５に電離電圧が印加される。
【００４６】
本実施形態においては、一対の電離電極６５の一方（図中下方の電離電極６５）が、誘電体６７によって覆われている。誘電体６７は、誘電率が高い材質からなり、また一般的に絶縁性の材料からなる。このような誘電体６７の材質としては、たとえばプラスチックス、セラミック、マイカなどが挙げられる。一対の電離電極６５の一方が誘電体６７によって覆われていることにより、一対の電離電極６５に電離電圧が印加されても、誘電体６７によって覆われた電離電極６５には電荷が流れ込まない。このため、いわゆる火花放電やコロナ放電などのような過大な放電音が発生することが回避され、いわゆる無声放電（誘電体バリア放電とも称される）が実現可能である。
【００４７】
次に、アーク処理システムＡ１を用いたアーク処理方法の一例について、図１〜図３および図４を参照しつつ以下に説明する。上述した通り、本実施形態のアーク処理方法は、ＴＩＧ溶接である。図４は、本実施形態のアーク処理方法を示すタイミングチャートである。図４の横軸は時間軸である。縦軸は、電離電圧Ｖｉ、ガス流量制御信号Ｓｇ、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗの状態を概念的に示している。なお、電離電圧Ｖｉは、電離電源回路３２から一対の電離電極６５に印加される電圧である。溶接電圧Ｖｗは、主電源回路３１から非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に印加される電圧であり、溶接電流Ｉｗは、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に流れる電流である。
【００４８】
図４に示すように、ガス電離工程を行う。本実施形態のガス電離工程は、予備電離工程とその後に行う主要電離工程とを含む。まず、ガス電離ユニットＢ１のガス電離空間６４内にガスＧ１を予め充填しておく。この充填は、ガス電離ユニットＢ１が初めて使用される際には、ガス流量制御信号Ｓｇによってガス供給装置５からガスＧ１を供給し、ガスＧ１をガス電離ユニットＢ１を経てトーチ１２から流出させた後に、ガス供給装置５を塀状態とすることにより達成される。一方、１回以上のアーク処理（ＴＩＧ溶接）を行った後は、前回のＴＩＧ溶接を終了した時点で、ガス電離空間６４がガスＧ１によって充填されている。
【００４９】
次いで、時刻ｔ０において、電離電源回路３２から一対の電離電極６５に電離電圧Ｖｉを印加する。電離電源回路３２からパスル電圧が印加される場合、図４における電離電圧Ｖｉは、ピーク電圧の大きさを象徴し、上述したようにたとえば１００Ｖ〜５０ｋＶの範囲に設定される。ただし、この際には、ガス流量制御信号Ｓｇによってガス供給装置５からのガス供給は回避されていない。このため、ガス電離ユニットＢ１のガス電離空間６４に充填されたガスＧ１が一対の電離電極６５に印加された電離電圧Ｖｉによって電離される。
【００５０】
ガス電離空間６４内のガスＧ１が十分に電離されうる時間を経た後に、時刻t１において主電源回路３１から非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に溶接電圧Ｖｗを印加する。この溶接電圧Ｖｗは、アークを発生させるための開始電圧であり、たとえば１０〜２０ｋＶである。なお、電圧値とは、電圧の絶対値の時間平均値のことを意味する。そして、上記開始電圧は、高周波であってもよいし、高周波でなくてもよい。開始電圧が高周波である場合の周波数は、たとえば、１〜２ＭＨｚである。また、開始電圧は、交流であってもよく、あるいは、直流であってもよい。
【００５１】
次いで、時刻ｔ２においてガス流量制御信号ＳｇによりガスＧ１の供給を開始する。これにより、ガスＧ１がガス電離ユニットＢ１へと連続的に流入する。一対の電離電極６５は、電離電圧Ｖｉが印加された状態が維持されている。このため、ガス電離空間６４において、流入口６２から流入するガスＧ１が電離され、流出口６３からトーチ１２へと流出する。また、ガス流量制御信号ＳｇがＯＮになった際には、予備電離工程においてガス電離空間６４内で電離されたガスＧ１がトーチ１２へと送られる。トーチ１２においては、開始電圧である溶接電圧Ｖｗが印加されている。このため、図２に示すように、電離されたガスＧ１がトーチ１２へと供給されると、非消耗電極１２３の先端１２３ａ近傍が、放電の発生しやすい状態となる。その結果、図４に示す時刻ｔ３において、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間におけるアークａ１の発生が促進され、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間にアークａ１が発生する。アークａ１の発生により、溶接電圧Ｖｗは、通常のＴＩＧ溶接を継続しうる電圧に低下し、非消耗電極１２３と被処理部材Ｗ１との間に溶接電流Ｉｗが流れる。この後は、アークａ１を維持しつつ、ロボット１によってトーチ１２を所望の経路に沿って移動させることにより、被処理部材Ｗ１に対してＴＩＧ溶接を行う。そして、たとえばアークａ１が安定状態となった以降に、時刻ｔ４において電離電圧Ｖｉの印加を停止する。この後は、定常溶接が行われる。
【００５２】
次に、アーク処理システムＡ１、ガス電離ユニットＢ１およびこれらを用いたアーク処理方法の作用について説明する。
【００５３】
本実施形態によれば、ガス電離ユニットＢ１によって予め電離されたガスＧ１がトーチ１２へと供給される。このため、電離していない通常のガスＧ１が供給された状態でトーチ１２にてアークａ１を発生させる場合と比較して、より迅速にかつ安定してアークａ１を発生させることができる。また、ガス電離ユニットＢ１は、トーチ１２とは別体とされており、トーチ１２とは離れた位置に設けられる。このため、トーチ１２の大型化や複雑化を防止することが可能である。これは、トーチ１２を用いたＴＩＧ溶接などのアーク処理において、トーチ１２と被処理部材Ｗ１との干渉などを回避するのに好ましい。
【００５４】
また、ガス電離ユニットＢ１は、トーチ１２とは別体であるため、既存のアーク処理システムに、ガス電離ユニットＢ１を組み込むことが可能である。この際、トーチ１２には一切の加工を施すことなく、ガス電離ユニットＢ１を適用可能である。また、単体の電離電源回路３２を用意すれば、既存の電源３（主電源回路３１）を改造することなく、電離電源回路３２を容易に適用することができる。
【００５５】
流入口６２および流出口６３が離間する方向と一対の電離電極６５が離間する方向とが互いに直角であることにより、流入口６２から流入してきたガスＧ１により効率よく電離電圧Ｖｉを印加することが可能である。これにより、ガスＧ１の電離を促進することができる。
【００５６】
誘電体６７を採用することによって無声放電を実現することにより、周囲環境において不当な騒音を発生させることを回避することができる。また、電磁ノイズの発生を抑制することが可能であり、周辺機器の誤作動を防止するのに好ましい。さらに、電離電源回路３２から供給する電離のための電力を抑制することができる。
【００５７】
図４に示した予備電離工程を設定することにより、アークａ１の発生に先んじてガスＧ１を確実かつ充分に電離させておくことができる。トーチ１２においては、アークａ１を発生させる時点で、充分に電離されたガスＧ１が供給されることが好ましい。本実施形態によれば、予備電離工程において充分に電離されたガスＧ１を、アークａ１の発生に用いることが可能であり、より安定したアークａ１の発生を実現することができる。
【００５８】
本発明に係るガス電離ユニット、アーク処理システムおよびアーク処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るガス電離ユニット、アーク処理システムおよびアーク処理方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００５９】
１      ロボット
１１      マニピュレータ
１２      トーチ
１２１      トーチボディ
１２３      非消耗電極
１２３ａ      先端
１２５      ノズル
１２５ａ      ガス流通空間
１２５ｂ      ガス噴出開口
１２５ｄ      ノズル先端
１２５ｆ      ノズル内周面
１２６      保持部
１２６ａ      保持部先端
１２６ｂ      挿通孔
１２６ｃ      外側面
１２７      コレット
１２７ａ      挿通孔
１２７ｂ      先端
１２８      コレットボディ
１２８ａ      挿通孔
１２８ｂ      ボディ先端
１２８ｄ      ガス噴出孔
３      電源
３１      主電源回路
３２      電離電源回路
３３      ガス流量制御回路
４１      被処理部材接続ケーブル
４２      電極接続ケーブル
５      ガス供給装置
６１      筐体
６２      流入口
６３      流出口
６４      ガス電離空間
６５      電離電極
６６      外部端子
６７      誘電体
６８１，６８２      ホース
６９      電離電極ケーブル
ａ１      アーク
Ａ１      アーク処理システム
Ｇ１      ガス
Ｓｇ      ガス流量制御信号
Ｂ１      ガス電離ユニット
Ｖｉ      電離電圧
Ｖｗ      溶接電圧
Ｉｗ      溶接電流
Ｗ１      被処理部材
【図１】
2017001061.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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