(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接棒側出力端子と母材側出力端子を備え、プラス側端子とマイナス側端子と中間端子を備えた溶接出力制御部と、前記溶接出力制御部のプラス側端子と中間端子間に並列接続された第１コンデンサと、前記溶接出力制御部の中間端子とマイナス側端子間に並列接続された第２コンデンサと、前記溶接出力制御部の出力を前記溶接棒側出力端子と前記母材側出力端子間に逆極性出力として供給する逆極性用スイッチング素子と前記逆極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記逆極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第１アブソーバ回路と、前記溶接出力制御部の出力を前記母材側出力端子と前記溶接棒側出力端子間に正極性出力として供給する正極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記正極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第２アブソーバ回路と、前記逆極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子とをＯＮ状態−ＯＦＦ状態にする制御回路を備え、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記母材側出力端子間に第１リアクトルを備え、前記溶接出力制御部のプラス側と第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第３アブソーバ回路を備え、前記溶接出力部のマイナス側と前記第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第４アブソーバ回路を備え、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続部と前記溶接出力制御部の中間端子間に第２リアクトルを備えたことを特徴とする消耗電極式アーク溶接機。
【請求項２】
溶接棒側出力端子と母材側出力端子を備え、プラス側端子とマイナス側端子と中間端子を備えた溶接出力制御部と、前記溶接出力制御部のプラス側端子と中間端子間に並列接続された第１コンデンサと、前記溶接出力制御部の中間端子とマイナス側端子間に並列接続された第２コンデンサと、前記溶接出力制御部の出力を前記溶接棒側出力端子と前記母材側出力端子間に逆極性出力として供給する逆極性用スイッチング素子と前記逆極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記逆極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第１アブソーバ回路と、前記溶接出力制御部の出力を前記母材側出力端子と前記溶接棒側出力端子間に正極性出力として供給する正極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記正極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第２アブソーバ回路と、前記逆極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子とをＯＮ状態−ＯＦＦ状態にする制御回路を備え、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記母材側出力端子間に第１リアクトルを備え、前記溶接出力制御部のプラス側と第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第３アブソーバ回路を備え、前記溶接出力部のマイナス側と前記第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第４アブソーバ回路を備え、前記第１コンデンサと並列接続し前記制御回路の出力信号を受け取る第１重畳回路を備え、前記第２コンデンサと並列接続し前記制御回路の出力信号を受け取る第２重畳回路を備えたことを特徴とする消耗電極式アーク溶接機。
【請求項３】
溶接棒側出力端子と母材側出力端子を備え、プラス側端子とマイナス側端子と中間端子を備えた溶接出力制御部と、前記溶接出力制御部のプラス側端子と中間端子間に並列接続された第１コンデンサと、前記溶接出力制御部の中間端子とマイナス側端子間に並列接続された第２コンデンサと、前記溶接出力制御部の出力を前記溶接棒側出力端子と前記母材側出力端子間に逆極性出力として供給する逆極性用スイッチング素子と前記逆極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記逆極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第１アブソーバ回路と、前記溶接出力制御部の出力を前記母材側出力端子と前記溶接棒側出力端子間に正極性出力として供給する正極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記正極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第２アブソーバ回路と、前記逆極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子とをＯＮ状態−ＯＦＦ状態にする制御回路を備え、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記母材側出力端子間に第１リアクトルを備え、前記溶接出力制御部のプラス側と第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第３アブソーバ回路を備え、前記溶接出力部のマイナス側と前記第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第４アブソーバ回路を備え、前記逆極性用スイッチング素子と並列に接続し、前記溶接出力制御部に信号を出力するり第１電圧検出回路を備え、前記正極性用スイッチング素子と並列に接続し、前記溶接出力制御部に信号を出力する第２電圧検出回路を備えたことを特徴とする消耗電極式アーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接出力を正極性の期間と、逆極性の期間とを交互に繰り返し交流とする消耗電極式アーク溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、溶接出力を正極性期間と逆極性期間に交互に繰り返す交流波形とし、これにより溶接部の溶け込み深さを調節したり、溶接ビードの形状を調節する消耗電極式アーク溶接機が、実用化されている。
【０００３】
従来、この種のアーク溶接機の構成は図５に示すようなものであった。以下、その構成について説明する。
【０００４】
図５において、１は溶接出力制御部、２はプラス出力端子、３はマイナス出力端子、４は中間端子、５は第１コンデンサ、６は第２コンデンサ、７は第１リアクトル、１０は制御回路、１１は逆極性用スイッチング素子、１２は正極性用スイッチング素子、１３は第１アブソーバ回路、１４は第２アブソーバ回路、１５は溶接棒側出力端子、１６は母材側出力端子であり、このような構成となっている。
【０００５】
以上のように構成されたアーク溶接機について、以下その動作を説明する。
まず、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＮ状態、正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に逆極性出力する。
【０００６】
次に極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態とする。この時、第１アブソーバ回路１３は、逆極性用スイッチング素子１１の両端に発生するサージ電圧を吸収抑制し、逆極性用スイッチング素子１１を保護する。
【０００７】
さらに制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＮ状態、逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を母材側出力端子１６と溶接棒側出力端子１５間に正極性出力した後、極性を切り換える時に、制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態とすると、第２アブソーバ回路１４は、正極性用スイッチング素子１２の両端に発生するサージ電圧を吸収抑制し、正極性用スイッチング素子１２を保護する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成においては、第１アブソーバ回路１３と第２アブソーバ回路１４が逆極性用スイッチング素子１１および正極性用スイッチング素子１２のＯＦＦ時のサージ電圧を吸収抑制し、逆極性用スイッチング素子１１および正極性用スイッチング素子１２を保護する役目を果たしているが、極性切り換え時の電流値によってはサージ電圧を吸収できない場合もあるため、極性切り換え時の電流をある電流値以下にして極性切り換えをする必要があった。このため極性切り換えに溶接電流値が低下し、アーク切れが発生することとなり、溶接ビード外観不良や、溶接が不安定になる問題点を有していた。
【０００９】
さらに上記従来の構成では溶接出力制御部１から第１コンデンサ５及び第２コンデンサ６に供給される際の突入電流や、電流の振動が増加し、溶接出力制御部１の出力容量を通常の必要とする出力容量より高めに設計しなければ溶接品質を維持できない問題点を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に係わる本発明は、溶接棒側出力端子と母材側出力端子を備え、プラス側端子とマイナス側端子と中間端子を備えた溶接出力制御部と、前記溶接出力制御部のプラス側端子と中間端子間に並列接続された第１コンデンサと、前記溶接出力制御部の中間端子とマイナス側端子間に並列接続された第２コンデンサと、前記溶接出力制御部の出力を前記溶接棒側出力端子と前記母材側出力端子間に逆極性出力として供給する逆極性用スイッチング素子と前記逆極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記逆極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第１アブソーバ回路と、前記溶接出力制御部の出力を前記母材側出力端子と前記溶接棒側出力端子間に正極性出力として供給する正極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子に並列に接続し、前記正極性用スイッチング素子ＯＦＦ時にサージ電圧を吸収する第２アブソーバ回路と、前記逆極性用スイッチング素子と前記正極性用スイッチング素子とをＯＮ状態−ＯＦＦ状態にする制御回路を備え、前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの接続点と前記母材側出力端子間に第１リアクトルを備え、前記溶接出力部のプラス側と第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第３アブソーバ回路を備え、前記溶接出力部のマイナス側と前記第１リアクトルの前記母材側出力端子との間に第４アブソーバ回路を備え、第１コンデンサと第２コンデンサの接続部と溶接出力制御部の中間端子間に第２リアクトルを備えたものである。本発明により、極性切り換え電流値を制限することなく、逆極性用スイッチング素子および正極性用スイッチング素子のＯＦＦ時のサージ電圧を吸収抑制し、保護する役目を果たしかつ極性切り換え時のアーク切れを防止し、安定したアークを維持することが可能となり、第１コンデンサ５及び第２コンデンサ６の突入電流、及び電流の振動を防止し、溶接出力制御部１の出力容量を過大とすることなく、最適設計することが可能となる。
【００１２】
請求項２に係わる本発明は、  第１コンデンサと並列接続し制御回路の出力信号を受け取る第１重畳回路を備え、第２コンデンサと並列接続し制御回路の出力信号を受け取る第２重畳回路を備えたものである。本発明により、 極性切り換え時のアーク切れを 防止し、より安定したアークを維持することが可能となる。
【００１３】
請求項３に係わる本発明は、  逆極性用スイッチング素子と並列に接続し、溶接出力制御部に信号を出力する第１電圧検出回路を備え、正極性用スイッチング素子と並列に接続し、溶接出力制御部に信号を出力する第２電圧検出回路を備えたものである。本発明により、 逆極性用スイッチング素子または正極性用スイッチング素子に過大電圧が印加された後、溶接出力制御部の出力を停止させ、逆極性用スイッチング素子と正極性用スイッチング素子の破壊や、周辺回路への影響を防止することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるアーク溶接機の回路構成図で、１は溶接出力制御部、２はプラス出力端子、３はマイナス出力端子、４は中間端子、５は第１コンデンサ、６は第２コンデンサ、７は第１リアクトル、８は第３アブソーバ回路、９は第４アブソーバ回路、１０は制御回路、１１は逆極性用スイッチング素子、１２は正極性用スイッチング素子、１３は第１アブソーバ回路、１４は第２アブソーバ回路、１５は溶接棒側出力端子、１６は母材側出力端子である。
【００１６】
以上のように構成されたアーク溶接機について、以下その動作を説明する。
まず、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＮ状態、正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に逆極性出力する。
【００１７】
次に極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態とした際に、第１アブソーバ回路１３は逆極性用スイッチング素子１１の両端に発生する数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのサージ電圧を吸収抑制する。一方、スイッチング素子でのサージ電圧以外、特に第１リアクトル７の逆起電圧は第３アブソーバ回路８が吸収抑制する。
【００１８】
さらに、制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＮ状態、逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を母材側出力端子１６と溶接棒側出力端子１５間に正極性出力する。そして、極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態とした際に、第２アブソーバ回路１４は正極性用スイッチング素子１２の両端に発生するサージ電圧を吸収抑制する。一方、スイッチング素子でのサージ電圧以外は特に第１リアクトル７の逆起電圧は第４アブソーバ回路９が吸収抑制する。
【００１９】
この構成により極性切り換え電流を特に制限することなく、逆極性用スイッチング素子および正極性用スイッチング素子のＯＦＦ時のサージ電圧を吸収制御し、保護する役目を果たしかつ極性切り換え時のアーク切れを防止し、安定したアークを維持することが可能となる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態におけるアーク溶接機の回路構成図である。
【００２１】
図２において図１と異なる点について説明する。１７は第２リアクトルである。
【００２２】
以上のように構成されたアーク溶接機について、以下その動作を説明する。制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＮ状態、正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に逆極性出力し始めると第１コンデンサ５に電流（電荷）が充電されてない場合、突入電流が流れるが第２リアクトル１７が負荷となり突入電流のピーク値を下げる役目を果たす。
【００２３】
また、逆極性出力中に溶接出力制御部１の出力を平滑する目的で接続している第１コンデンサ５の電流振動が発生し溶接出力制御部１に負担を与えるが第２リアクトル１７が負荷となり振動を抑制する。
【００２４】
次に制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態、正極性用スイッチング素子１２をＯＮ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を母材側出力端子１６と溶接棒側出力端子１５間に正極性出力し始めると、第２コンデンサ６に電流（電荷）が充電されてない場合、突入電流が流れるが、第２リアクトル１７が負荷となり突入電流のピーク値を下げる役目を果たす。
【００２５】
また、正極性出力中に溶接出力制御部１の出力を平滑する目的で接続している第２コンデンサ６の電流の振動が発生し溶接出力制御部１に負担を与えるが第２リアクトル１７が負荷となり振動を抑制する。
【００２６】
この構成により、第１コンデンサ５及び第２コンデンサ６の突入電流、及び電流の振動を防止し、溶接出力制御部１の出力容量を通常の必要とする出力容量で設計可能となる。例えば溶接出力がＡＣ２００Ａ（ＲＭＳ）、ＡＣ２５Ｖ（ＲＭＳ）で溶接出力制御部１の構成が一次側フルブリッジインバータ構成の場合、７５Ａや１００Ａクラスのスイッチング素子が一般的に必要であるが、リアクトルが無い場合１５０Ａ以上の容量のスイッチング素子が必要となる。また、スイッチング素子の容量を大きくする費用と比較してリアクトル取付費用の方が明らかに低く、溶接電源の材料費を従来より下げることが可能となる。
【００２７】
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態におけるアーク溶接機の回路構成図である。
【００２８】
図３において図１と異なる点について説明する。１８は第１重畳回路、１９は第２重畳回路である。以上のように構成されたアーク溶接機について、以下その動作を説明する。
【００２９】
まず、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＮ状態、第２重畳回路１９をＯＮ状態にし、正極性用スイッチング素子１２と第１重畳回路１８をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に逆極性出力する。その際第２重畳回路１９は第２コンデンサ６に重畳電圧を充電する。
【００３０】
次に極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態とし、正極性用スイッチング素子１２と第１重畳回路１８をＯＮ状態とする。その際、第２コンデンサ６に充電されていた重畳電圧が母材側出力端子１６と溶接棒側出力端子１５間を経由し、放電する。
【００３１】
次に、逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態とし、正極性用スイッチング素子１２と第１重畳回路１８をＯＮ状態とする。その際、第１重畳回路１８は第１コンデンサ５に重畳電圧を充電する。
【００３２】
次に極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態とし、逆性用スイッチング素子１１と第２重畳回路１９をＯＮ状態とする。その際、第１コンデンサ５に充電されていた重畳電圧が溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間を経由し、放電する。
【００３３】
この構成により、極性切り換え時に溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に重畳電圧が印加され、アーク切れをさらに防止し、より安定したアークを維持することが可能となる。
【００３４】
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態におけるアーク溶接機の回路構成図である。
【００３５】
図４において図１と異なる点について説明する。２０は第１電圧検出回路、２１は第２電圧検出回路である。以上のように構成されたアーク溶接機について、以下その動作を説明する。まず、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＮ状態、正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を溶接棒側出力端子１５と母材側出力端子１６間に逆極性出力する。
【００３６】
次に、極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態とした際に、第１アブソーバ回路１３は逆極性用スイッチング素子１１の両端に発生する数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚのサージ電圧を吸収抑制する。スイッチング素子でのサージ電圧以外、特に第１リアクトル７の逆起電圧は第３アブソーバ回路８が吸収抑制する。
【００３７】
しかし、溶接電源の外部の接続状況等により第３アブソーバ回路８が吸収抑制できない場合、逆極性用スイッチング素子１１と並列に接続した第１電圧検出回路２０が過電圧を検出し、溶接出力制御部１を出力停止させる。
【００３８】
次に制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＮ状態、逆極性用スイッチング素子１１をＯＦＦ状態として、溶接出力制御部１の溶接出力を母材側出力端子１６と溶接棒側出力端子１５間に正極性出力し、その後、極性を切り換えるため、制御回路１０の制御信号により正極性用スイッチング素子１２をＯＦＦ状態とした際に、第２アブソーバ回路１４は正極性用スイッチング素子１２の両端に発生するサージ電圧を吸収抑制する。スイッチング素子でのサージ電圧以外は特に第１リアクトル７の逆起電圧は第４アブソーバ回路９が吸収抑制する。
【００３９】
しかし、溶接電源の外部の接続状況等により第４アブソーバ回路９が吸収抑制できない場合、正極性用スイッチング素子１２と並列に接続した第２電圧検出回路２１が過電圧を検出し、溶接出力制御部１０を出力停止させる。この構成により逆極性用スイッチング素子１１と正極性用スイッチング素子１２に過大重圧が印加された場合、両スイッチング素子の破壊や、周辺回路への影響を防止することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に係わる本発明によれば、極性切り換え電流を制限することなく、逆極性用スイッチング素子および正極性用スイッチング素子のＯＦＦ時のサージ電圧を吸収抑制し、保護する役目を果たすため、極性切り換え時に電流を低下させることによるアーク切れを防止し、安定したアークを維持することが可能となる。
【００４１】
また、請求項２に係わる本発明によれば、第１コンデンサ及び第２コンデンサの突入電流、及び電流の振動を防止し、溶接出力制御部の出力容量を過大とすることなく、最適設計することが可能となる。
【００４２】
また、請求項３に係わる本発明によれば、極性切り換え時のアーク切れをさらに防止し、より安定したアークを維持することが可能となる。
【００４３】
また、請求項４に係わる本発明によれば、逆極性用スイッチング素子または正極性用スイッチング素子に過大電圧が印加された際、溶接出力制御部の出力を停止させ、両スイッチング素子の破壊や、周辺回路への影響を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるアーク溶接機の回路図
【図２】本発明の実施の形態２によるアーク溶接機の回路図
【図３】本発明の実施の形態３によるアーク溶接機の回路図
【図４】本発明の実施の形態４によるアーク溶接機の回路図
【図５】従来のアーク溶接機の回路図
【符号の説明】
１    溶接出力制御部
２    プラス端子
３    マイナス端子
４    中間端子
５    第１コンデンサ
６    第２コンデンサ
７    第１リアクトル
８    第３アブソーバ回路
９    第４アブソーバ回路
１０  制御回路
１１  逆極性用スイッチング素子
１２  正極性用スイッチング素子
１３  第１アブソーバ回路
１４  第２アブソーバ回路
１５  溶接棒側出力端子
１６  母材側出力端子
１７  第２リアクトル
１８  第１重畳回路
１９  第２重畳回路
２０  第１電圧検出回路
２１  第２電圧検出回路
【図１】
0004032534.tif 000002
【図２】
0004032534.tif 000003
【図３】
0004032534.tif 000004
【図４】
0004032534.tif 000005
【図５】
0004032534.tif 000006