JP2000288731A

JP2000288731A - アーク溶接機およびアークスタート補助装置

Info

Publication number: JP2000288731A
Application number: JP11102849A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Shinada; 常夫品田
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】電力損失を小さく、また軽量、小形で、しか
も、交流の溶接電流をも使用することができるアーク溶
接機およびアークスタート補助装置を提供すること。【解決手段】直流電源１の正極側を電流検出器１９を
介して出力端子１１に接続する。また、ダイオード１２
とスイッチ３０を並列に接続した回路の一方の端子を、
ダイオード１２の方向を直流電源１の電流が流れる方向
にして直流電源１の負極側に接続し、他方の端子を出力
端子１０に接続する。また、出力端子１０、１１間に、
高電圧直流電源１３とダイオード１４とスイッチ１５を
直列に接続したスタート補助回路１６を、直流電源１の
極性に合わせて接続する。そして、アークスタート時に
は、スイッチ３０を開いた状態で直流電源１とスイッチ
１５をオンし、電流検出器１９が溶接電流を検出した
ら、スイッチ１５を開いてからスイッチ３０を閉じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触で溶接負荷
回路にアークを発生させることができるアーク溶接機お
よびアークスタート補助装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流のアーク溶接機によりティグ溶接を
する場合、電極をアーク溶接機の負極側に、母材を正極
側にそれぞれ接続する。溶接時、電極先端と母材との距
離を５〜８ｍｍに維持することにより、適切な溶接結果
を得ることができる。しかし、アーク溶接機の無負荷電
圧は１００Ｖ程度であるから、電極先端と母材が５〜８
ｍｍ離れていると、溶接開始時にアークを発生（スター
ト）させることができない。このため、作業者が溶接ト
ーチを持って溶接する場合には、アーク溶接機の出力回
路に高周波発生回路を接続し、高周波を発生させた状態
でアークをスタートさせる。

【０００３】しかし、例えば、溶接トーチをロボットに
搭載してティグ溶接をする場合、高周波発生回路から発
生する高周波がノイズになりロボット制御回路が誤動作
することがある。このため、ロボットでティグ溶接をす
る場合には、高周波発生回路に代えて、電極と母材との
間に直流の高電圧を印加する高電圧直流スタート方法が
採用されている。

【０００４】図５は、従来の高電圧直流スタート方法を
採用したアーク溶接機の接続図である。図で、１はアー
ク溶接機Ｐの電源部である。電源部１は、交流の商用電
源２を整流回路３で直流に整流し、コンデンサ４で平滑
する。そして、整流した直流をインバータ５で高周波交
流に変換し、溶接変圧器６でティグ溶接に適した電圧に
変換した後、溶接変圧器６の交流出力を整流器７ａ、７
ｂとからなる整流回路８により直流に変換して出力す
る。電源部１から出力された直流電流は直流リアクタ９
で平滑され、外部特性が定電流特性の直流電流が出力端
子１０、１１から出力される。

【０００５】直流リアクタ９の一方の端子と出力端子１
０との間には、整流回路８から出力される直流電流が流
れることができる方向に、高電圧に耐えられる高耐圧ダ
イオード１２（図では直列に３個）が配置されている。
また、出力端子１０、１１には、出力電圧が５，０００
Ｖ程度の高電圧直流電源１３とダイオード１４とスイッ
チ１５を直列に接続したスタート補助回路１６が、整流
回路８と極性を合わせて、整流回路８と並列に接続され
ている。出力端子１０には溶接トーチＴに保持された電
極１７が、出力端子１１には母材１８がそれぞれ接続さ
れている。１９は電流検出器で、電源部１の出力回路に
配置されている。

【０００６】次に、上記従来のアーク溶接機Ｐの動作を
説明する。溶接開始時すなわちアークスタート時には、
インバータ５をオンした状態でスイッチ１５を閉じる。
すると、出力端子１０、１１すなわち電極１７と母材１
８との間に高電圧直流電源１３の出力電圧が印加され
る。電極１７、母材１８間が絶縁状態である場合、高耐
圧ダイオード１２により、高電圧直流電源１３から電源
部１に電流が流れることはない。高電圧直流電源１３の
出力電圧により電極１７、母材１８間の絶縁が破壊され
て導通状態になると、電源部１から電流が流れて電極１
７、母材１８間にアークが発生すると共に、この電流を
検出した電流検出器１９から検出信号が出力される。そ
して、電流検出器１９から検出信号が出力されたら、ス
イッチ１５を開く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、溶接時、溶接
電流は高耐圧ダイオード１２を通して流れる。一般に高
耐圧ダイオードは順方向電圧が高い（すなわち内部抵抗
が大きい）から、抵抗発熱による電力損失が大きかっ
た。また、発熱する高耐圧ダイオード１２の冷却手段を
アーク溶接機の内部に設けなければならず、アーク溶接
機Ｐの容積が大きく、重量が重くなった。また、出力電
流は直流だけであるため、溶接できるワークの種類が限
られていた。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、電力損失を小さく、また軽量、小形で、し
かも、交流の溶接電流をも使用することができるアーク
溶接機およびアークスタート補助装置を提供するにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、直流電源と、出力電圧値が高い
高電圧直流電源と第１のダイオードと開閉手段を直列に
接続したスタート補助回路と、第２のダイオードと、電
流検出器とからなり、前記直流電源の出力端子と前記ス
タート補助回路の端子を極性を同じにして並列に接続
し、前記第２のダイオードの向きを前記スタート補助回
路の電流が前記直流電源に流れ込まない方向にして前記
出力端子の一方と前記スタート補助回路の端子の一方と
の間に配置し、前記電流検出器を前記直流電源の出力回
路に配置し、前記スタート補助回路の両端を溶接負荷回
路に接続するアーク溶接機において、スイッチを設け、
このスイッチを前記第２のダイオードと並列に接続し、
アークスタート時には、前記スイッチを開いた状態で前
記直流電源と前記開閉手段をオンし、前記電流検出器が
溶接電流を検出したときには、前記開閉手段を開いてか
ら前記スイッチを閉じることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２の発明は、直流電源と、出
力電圧値が高い高電圧直流電源と第１のダイオードと開
閉手段を直列に接続したスタート補助回路と、第２のダ
イオードと、電流検出器とからなり、前記直流電源の出
力端子と前記スタート補助回路の端子を極性を同じにし
て並列に接続し、前記第２のダイオードの向きを前記ス
タート補助回路の電流が前記直流電源に流れ込まない方
向にして前記出力端子の一方と前記スタート補助回路の
端子の一方との間に配置し、前記電流検出器を前記直流
電源の出力回路に配置し、前記スタート補助回路の両端
を溶接負荷回路に接続するアーク溶接機において、前記
直流電源の出力を直流または交流に変換する変換回路
と、スイッチとを設け、前記直流電源の出力端子を前記
変換回路の入力端子に接続し、前記変換回路の出力端子
と前記スタート補助回路の端子を並列に接続し、前記第
２のダイオードを前記スタート補助回路の電流が前記直
流電源に流れ込まない方向にして前記出力端子の一方と
前記スタート補助回路の端子の一方との間に配置し、前
記スイッチを前記第２のダイオードと並列に接続し、ア
ークスタート時には、前記変換回路の出力を前記スター
ト補助回路の極性に合わせた直流出力に設定し、前記ス
イッチを開いた状態で前記直流電源と前記開閉手段をオ
ンし、前記電流検出器が溶接電流を検出したときには、
前記開閉手段を開いてから前記スイッチを閉じ、その
後、前記変換回路の出力を直流または交流出力に設定し
て、前記溶接負荷回路に直流または交流電力を供給する
ように制御することを特徴とする。

【００１１】また、請求項３の発明は、請求項１または
請求項２において、アークスタート時における前記直流
電源の出力電流を数〜数十アンペアに制御する手段を設
けたことを特徴とする。

【００１２】また、請求項４の発明は、１対の入力側端
子と、１対の出力側端子と、出力電圧値が高い高電圧直
流電源と第１のダイオードと第１の開閉手段を直列に接
続したスタート補助回路と、アークを維持できる容量の
直流電源と第２のダイオードと第２の開閉手段と電流検
出器を直列に接続したスタート回路と、スイッチとを設
け、前記入力側端子の一方と前記出力側端子の一方を前
記スイッチを介して接続し、前記入力側端子の他方と前
記出力側端子の他方を接続し、前記スタート補助回路と
前記スタート回路とを極性を合わせて前記出力側端子間
に並列に接続したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は、本発明に係る直流のアー
ク溶接機の接続図であり、図５と同じものまたは同一機
能のものは同一の符号を付して説明を省略する。図で、
３０はスイッチ（電磁接触器）で、高耐圧ダイオード１
２と並列に接続されている。スイッチ３０の接点抵抗は
１ミリΩ以下であり、内部抵抗値は小さい。

【００１４】次に、本実施の形態の動作を説明する。ア
ークスタート時には、スイッチ３０を開いておき、従来
と同様に、インバータ５をオンした状態でスイッチ１５
を閉じる。高電圧直流電源１３の出力電圧により電極１
７、母材１８間が導通状態になると、電源部１から電流
が流れて電極１７、母材１８間にアークが発生する。電
流検出器１９から検出信号が出力されたら、スイッチ１
５を開き、スイッチ３０を閉じる。すると、電流は総て
内部抵抗の小さいスイッチ３０側に転流し、高耐圧ダイ
オード１２を流れる電流は０になる。この結果、時間の
短いスタート時を除き、高耐圧ダイオード１２の発熱量
は０になり、冷却装置を設ける必要がない。また、スイ
ッチ３０の発熱量も小さいから、冷却装置を設ける必要
がない。そして、所望の溶接が終了したら、インバータ
５をオフしてからスイッチ３０を開き、次の溶接に備え
る。

【００１５】なお、スイッチ３０を閉じた時に電流が総
てスイッチ３０側に転流するのは、以下の理由によるも
のである。すなわち、ダイオードは、両端の電圧がある
電圧以上にならないと電流が流れない特性を持ってい
る。この実施の形態の場合、高耐圧ダイオード１２を３
個直列に接続しているから、電流値が５００Ａの場合で
も、個々の高耐圧ダイオード１２の両端の電圧１７００
ｍＶ程度に過ぎず、電流が流れることはない。

【００１６】図２は、本発明に係る交直両用のアーク溶
接機の接続図であり、図１、５と同じものまたは同一機
能のものは同一の符号を付して説明を省略する。図で、
３１は変換回路であり、入力側の端子は電源部１の出力
端子に接続され、出力側端子の一方はリアクタ９を介し
て高耐圧ダイオード１２のカソード側に、他方は電流検
出器１９を介して出力端子１１に接続され、電源部１か
ら出力される直流電流を交流電流または直流電流に変換
する。

【００１７】次に、本実施の形態の動作を説明する。図
３は、図２における各部の動作を示すタイミングチャー
トであり、Ａは電源部１のオンオフ信号を、Ｂは電源部
１の出力電圧を、Ｃは高耐圧ダイオード１２を流れる溶
接電流を、Ｄはスイッチ１５のオンオフ信号を、Ｅは電
流検出器１９の出力信号を、Ｆはスイッチ３０のオンオ
フ信号をそれぞれ示している。

【００１８】アークスタートをする時には、予め変換回
路３１から出力される電流値がアークを維持できる数〜
数十アンペアになるように電源部１を設定すると共に、
変換回路３１の出力をスタート補助回路１６の極性に合
わせた直流出力に設定しておく。また、スイッチ３０を
開いておく。この状態で電源部１（インバータ５）をオ
ンすると共にスイッチ１５を閉じると（時刻Ｔ０）、電
極１７、母材１８間に５，０００Ｖ程度の高電圧が印加
される。また、電源部１の両端には１００Ｖ程度の無負
荷電圧が出力される。高電圧直流電源１３により電極１
７、母材１８間が導通状態になると、高耐圧ダイオード
１２を介して電源部１に溶接電流が流れ、アークが発生
すると共に、電流検出器１９から検出信号が出力される
（時刻Ｔ１）。次に、スイッチ１５を開き（時刻Ｔ
２）、スイッチ３０を閉じる（時刻Ｔ３）。すると、高
耐圧ダイオード１２に流れていた電流は総て内部抵抗が
小さいスイッチ３０側に転流し、高耐圧ダイオード１２
を流れる電流は０になる。次に、変換回路３１の出力を
交流出力に設定し（時刻Ｔ４）、出力電流値を溶接電流
値にする。なお、溶接が終了したら、電源部１をオフ
し、スイッチ３０を開く（時刻Ｔ５）。

【００１９】本実施の形態の場合、電力損失を従来の１
／５０程度にすることができるだけでなく、高耐圧ダイ
オード１２は、溶接開始時に数〜数十アンペアの電流を
流すことができれば良く、従来のものに比べて容量を略
１／１０以下にすることができる。

【００２０】また、直流溶接だけでなく交流溶接もでき
るから、アルミニウム等の溶接が可能になり、ほとんど
総ての材質のワークを溶接することができる。

【００２１】なお、上記ではスイッチ３０を閉じるまで
は直流とし、スイッチ３０を閉じてから交流にするよう
にしたが、始めから交流に設定しておいてもよい。

【００２２】図４は、本発明に係るアークスタート補助
装置を示す図であり、図１、５と同じものまたは同一機
能のものは同一符号を付して説明を省略する。図で、３
５はアークスタート補助装置であり、１対の入力側端子
と３６ａ、３６ｂと、１対の出力側端子３７ａ、３７ｂ
とを備え、入力側端子と３６ａと出力側端子３７ａはス
イッチ３０を介して接続し、入力側端子と３６ｂと出力
側端子３７ｂは直接接続してある。３８はスタート回路
で、アークを維持できる容量（８００ＶＡ程度）の直流
電源３９と高耐圧ダイオード１２とスイッチ４０と電流
検出器１９が直列に接続されている。そして、スタート
回路３８は、出力側端子間３７ａ、３７ｂ間にスタート
補助回路１６と極性を合わせてスタート補助回路１６と
並列に接続されている。４１は直流スタート制御機能あ
るいはスタート電流制御機能を備えていない通常の直流
あるいは交流のアーク溶接電源である。

【００２３】次に、アークスタート補助装置の動作を説
明する。予めアーク溶接電源４１、スイッチ１５、３
０、４０を総てオフにしておく。先ず、スイッチ１５と
スイッチ４０を閉じる。高電圧直流電源１３の出力電圧
により電極１７、母材１８間が導通状態になると、直流
電源３９から高耐圧ダイオード１２を介して電流が流
れ、電極１７、母材１８間にアークが発生する。電流検
出器１９から検出信号が出力されたらスイッチ１５を開
き、アーク溶接電源４１をオンする。そして、スイッチ
４０を開くと共にスイッチ３０を閉じる。また、溶接が
終了したら、スイッチ３０を開く。

【００２４】このアークスタート補助装置を用いると、
直流スタート制御機能あるいはスタート電流制御機能を
備えていない通常の直流あるいは交流のアーク溶接電源
であっても、例えばロボット組み合わせてロボット溶接
用の電源として使用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直流電源と、出力電圧値が高い高電圧直流電源と第１の
ダイオードと開閉手段を直列に接続したスタート補助回
路と、第２のダイオードと、電流検出器とからなり、前
記直流電源の出力端子と前記スタート補助回路の端子を
極性を同じにして並列に接続し、前記第２のダイオード
の向きを前記スタート補助回路の電流が前記直流電源に
流れ込まない方向にして前記出力端子の一方と前記スタ
ート補助回路の端子の一方との間に配置し、前記電流検
出器を前記直流電源の出力回路に配置し、前記スタート
補助回路の両端を溶接負荷回路に接続するアーク溶接機
において、スイッチを設け、このスイッチを前記第２の
ダイオードと並列に接続し、アークスタート時には、前
記スイッチを開いた状態で前記直流電源と前記開閉手段
をオンし、前記電流検出器が溶接電流を検出したときに
は、前記開閉手段を開いてから前記スイッチを閉じるよ
うに制御するから、溶接時における電力損失を小さくで
き、しかも軽量、小形にすることができる。また、前記
直流電源の出力を交流に変換する変換回路を設けること
により、交流の溶接電流をも使用することができ、種々
の材質のワークを溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直流のアーク溶接機の接続図であ
る。

【図２】本発明に係る交直両用のアーク溶接機の接続図
である。

【図３】図２における各部の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図４】本発明に係るアークスタート補助装置を示す図
である。

【図５】従来の高電圧直流スタート方法を採用したのア
ーク溶接機の接続図である。

【符号の説明】

１直流電源１０出力端子１１出力端子１２ダイオード１３高電圧直流電源１４ダイオード１５スイッチ１６スタート補助回路１９電流検出器３０スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源と、出力電圧値が高い高電圧直
流電源と第１のダイオードと開閉手段を直列に接続した
スタート補助回路と、第２のダイオードと、電流検出器
とからなり、前記直流電源の出力端子と前記スタート補
助回路の端子を極性を同じにして並列に接続し、前記第
２のダイオードの向きを前記スタート補助回路の電流が
前記直流電源に流れ込まない方向にして前記出力端子の
一方と前記スタート補助回路の端子の一方との間に配置
し、前記電流検出器を前記直流電源の出力回路に配置
し、前記スタート補助回路の両端を溶接負荷回路に接続
するアーク溶接機において、スイッチを設け、このスイ
ッチを前記第２のダイオードと並列に接続し、アークス
タート時には、前記スイッチを開いた状態で前記直流電
源と前記開閉手段をオンし、前記電流検出器が溶接電流
を検出したときには、前記開閉手段を開いてから前記ス
イッチを閉じることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】直流電源と、出力電圧値が高い高電圧直
流電源と第１のダイオードと開閉手段を直列に接続した
スタート補助回路と、第２のダイオードと、電流検出器
とからなり、前記直流電源の出力端子と前記スタート補
助回路の端子を極性を同じにして並列に接続し、前記第
２のダイオードの向きを前記スタート補助回路の電流が
前記直流電源に流れ込まない方向にして前記出力端子の
一方と前記スタート補助回路の端子の一方との間に配置
し、前記電流検出器を前記直流電源の出力回路に配置
し、前記スタート補助回路の両端を溶接負荷回路に接続
するアーク溶接機において、前記直流電源の出力を直流
または交流に変換する変換回路と、スイッチとを設け、
前記直流電源の出力端子を前記変換回路の入力端子に接
続し、前記変換回路の出力端子と前記スタート補助回路
の端子を並列に接続し、前記第２のダイオードを前記ス
タート補助回路の電流が前記直流電源に流れ込まない方
向にして前記出力端子の一方と前記スタート補助回路の
端子の一方との間に配置し、前記スイッチを前記第２の
ダイオードと並列に接続し、アークスタート時には、前
記変換回路の出力を前記スタート補助回路の極性に合わ
せた直流出力に設定し、前記スイッチを開いた状態で前
記直流電源と前記開閉手段をオンし、前記電流検出器が
溶接電流を検出したときには、前記開閉手段を開いてか
ら前記スイッチを閉じ、その後、前記変換回路の出力を
直流または交流出力に設定して、前記溶接負荷回路に直
流または交流電力を供給するように制御することを特徴
とするアーク溶接機。
【請求項３】アークスタート時における前記直流電源
の出力電流を数〜数十アンペアに制御する手段を設けた
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアー
ク溶接機。
【請求項４】１対の入力側端子と、１対の出力側端子
と、出力電圧値が高い高電圧直流電源と第１のダイオー
ドと第１の開閉手段を直列に接続したスタート補助回路
と、アークを維持できる容量の直流電源と第２のダイオ
ードと第２の開閉手段と電流検出器を直列に接続したス
タート回路と、スイッチとを設け、前記入力側端子の一
方と前記出力側端子の一方を前記スイッチを介して接続
し、前記入力側端子の他方と前記出力側端子の他方を接
続し、前記スタート補助回路と前記スタート回路とを極
性を合わせて前記出力側端子間に並列に接続したことを
特徴とするアークスタート補助装置。