アーク溶接機
【課題】 短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で実現し、安定したアーク溶接ができるアーク溶接機を提供する。
【解決手段】第１の整流回路２と、第１の整流回路２の出力を高周波交流に変換するインバータ回路３と、インバータ回路３の出力をアーク溶接に適した電圧に変換する絶縁トランス４と、絶縁トランス４の出力を整流する第２の整流回路５と、第２の整流回路に接続された第１のリアクトル６と、絶縁トランス４に対し、第２の整流回路５と並列に接続され、第１のリアクトル６よりも大きいリアクタンスを有する電流回路１０と、インバータ回路３を制御する制御回路１７とを備えたアーク溶接機であって、第１のリアクトル６に電流遮断機構１００を接続し、制御回路１７が出力する指令により電流遮断機構１００を動作させて第１のリアクトル６が出力する電流を遮断するようにした。
【解決手段】第１の整流回路２と、第１の整流回路２の出力を高周波交流に変換するインバータ回路３と、インバータ回路３の出力をアーク溶接に適した電圧に変換する絶縁トランス４と、絶縁トランス４の出力を整流する第２の整流回路５と、第２の整流回路に接続された第１のリアクトル６と、絶縁トランス４に対し、第２の整流回路５と並列に接続され、第１のリアクトル６よりも大きいリアクタンスを有する電流回路１０と、インバータ回路３を制御する制御回路１７とを備えたアーク溶接機であって、第１のリアクトル６に電流遮断機構１００を接続し、制御回路１７が出力する指令により電流遮断機構１００を動作させて第１のリアクトル６が出力する電流を遮断するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電流を整流して直流とし、その出力をインバータ回路でのＰＷＭ制御により高周波交流とし、変圧器により適宜変圧した後に整流回路にて直流とする方式のアーク溶接機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、定電圧方式のアーク溶接電源の従来例１を示す図である。
図において、４０は電流重畳回路の直流リアクタンス、４１は出力側主回路の直流リアクタンス、４２はワイヤ、４３は１対のワイヤの送給ロ−ラ、４４は通電チップ、４５はア−ク負荷である。
そして、出力側主回路は、二次巻線５６の両端から整流器１６、直流リアクタ４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５、ワ−クを経て絶縁トランス４に至る構成となっている。
また、電流重畳回路は二次巻線５６の端部からコンデンサ５１、全波整流用ダイオ−ド５２、直流リアクタンス４０、直流リアクタンス４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５を経て二次巻線５６の中点に至る構成となっている。
なお、電流重畳回路に流れる電流の値が、通常の溶接電流よりは小さいがア−クを十分に維持できる大きさになるようにコンデンサ５１の容量を選定してある。
以下、動作について説明する。
例えばア−クスタ−ト時に、ワイヤの先端が過度に吹き飛びア−ク電圧が高くなると、溶接電流が不足する。しかし、電流重畳回路から電流が供給される結果、ア−クは切れない。
定電圧方式のアーク溶接電源を例にとり説明したが、パルス溶接電源に適用し、電流重畳回路から供給する電流の値をベ−ス電流よりも僅かに小さくなるように設定すれば、溶接中に例えばワイヤの送給抵抗の変化によりア−ク長が長くなって、ベ−ス電流ではア−ク切れを生じる場合でもア−ク切れを発生させないようにすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例２を示している。
図において、商用交流電源１の電流は第１の整流回路２で直流に変換される。第１の整流回路２の出力はインバータ回路３で２０〜２００[ＫＨｚ]の高周波に変換される。
インバータ回路３の出力は絶縁トランス４で溶接に適した電圧に変換され、第２の整流回路５で直流に変換された後直流リアクトル６を通り、アーク溶接部の溶接電極７にてアーク電流となる。この絶縁トランス４から第２の整流回路５、直流リアクトル６へのルートは、図５にて示した従来の溶接電源と同じである。直流リアクトル６には、パルス溶接用として２０[μＨ]以下のリアクトルを適用している。
また、このアーク溶接機は第２の整流回路５と並列な電流回路１０を有している。並列な電流回路１０では、絶縁トランス４にて変換された溶接に適した電圧は電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２で直流に変換され、直流リアクトル１３、直流リアクトル６を通り、アーク溶接部に電流を供給する。
また、電流制御回路１１は半導体素子によって構成され、制御回路１７からの信号で半導体のゲートをＯＮ／ＯＦＦし、流れる電流を制御している。直流リアクトル１３には、１００〜２０００[μＨ]のリアクトルを適用している。
【０００４】
図７は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例２（図６）の変形例である。
図において、電流制御回路１１はコンデンサ２１、２２で構成されている。図７の場合、絶縁トランス４で変換する電圧について、第２の整流回路５にかかる電圧よりも電流制御回路１１にかかる電圧が高くなるように、絶縁トランス４の巻数を変えている。また、コンデンサ２１、２２はインバータ回路３が１００[％]オン時であっても充電完了とならない、十分に大きな容量のものが選択されている。
このようにすることで、絶縁トランス４、電流制御回路１１、第３の整流回路１２にかかる電圧が、絶縁トランス４から第２の整流回路５にかかる電圧より高いため、電流は絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り第３の整流回路１２に至る経路で流れようとするが、コンデンサ２１、２２で構成される電流制御回路１１によって、絶縁トランス４から第３の整流回路１２を通る電流が制限される。
すなわち、絶縁トランス４にかかる電圧（平均電圧）が高ければ、整流回路１２に流れる電流が大きくなり、絶縁トランス４にかかる電圧が低ければ、流れる電流が小さくなる。
短絡溶接では、短絡時には絶縁トランス４にかかる電圧が低くなり、アーク時には絶縁トランス４にかかる電圧が高くなる。アーク切れは必ずアーク時に発生するため、アーク時に絶縁トランス４にかかる電圧が高くなり、より多くの電流を絶縁トランス４から電流制御回路１１を介し整流回路１２、直流リアクトル１３に流すことにより、アーク切れを防止できる（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
図８は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例３を示している。
図８の溶接機は、溶接部２１０の近傍に電流遮断機構２０６を有している。電流遮断機構２０６で電流を遮断することで、溶接電流は抵抗２７４を流れる。このことで急激な溶接電流の低下を得ることができる（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３１８１２８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４９３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２７３５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例１の改良型である従来例２においては、アーク溶接の性能を向上させるために、アーク溶接中のワイヤの溶融プールへの短絡時に電流を急激に低下させることが有効であることは周知の事実である。
しかしながら、従来例２では直流リアクトル６があるために、直流リアクトル電流変化抑制機能により急激な溶接電流の低下を得ることができなかった。
また、アーク開始時に溶接用ワイヤをワーク８に接触させ、ワイヤを逆転することでアークを発生させる方式がアーク溶接開始時の品質向上に有効であることも周知の事実であるが、従来例２では、溶接用ワイヤがワーク８に接触した瞬間に流れる電流で溶接ワイヤがワーク８に溶着し、ワイヤの逆転が正常に動作しないという課題があった。
従来例３は、溶接電流の遮断機構２０６を有しているため溶接電流の急激な低下が可能である。しかしながら、図８において電流遮断機構２０６が働いている間、溶接電流は抵抗２７４を流れるため、抵抗２７４は発熱する。アーク溶接では、５０〜５００[Ａ]程度の非常に大きな電流が流れるため発熱も激しく冷却機構も大掛かりになる。また、従来例３では従来例２のような直流リアクトル６、１３を有していないため、パルス溶接と短絡溶接とを使い分けることができないという課題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、パルス溶接と短絡溶接とを使い分けることができて、しかもより安定した溶接を実現できるアーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、アーク溶接機に係り、交流電流を整流して直流とする第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力側に接続されて前記第１の整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接続されて前記インバータ回路の出力を電圧変換して２個の２次側コイルから出力するトランスと、前記２次側第１コイルに接続されて前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側と溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を平滑して溶接トーチに与える第１のリアクトルとから構成されるアーク溶接主回路と、
前記２次側第２コイルと溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を前記第１のリアクトルのリアクタンスよりも大きいリアクタンスを有する第２のリアクトルを介して溶接トーチに与えるアーク溶接副回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
を備えたアーク溶接機であって、さらに、電流遮断機構を前記アーク溶接主回路中に備え、前記電流遮断機構は、前記制御回路が出力する指令により前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断するものであることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアーク溶接機において、前記アーク溶接副回路が、前記２次側第２コイルに接続される電流制御回路と、前記電流制御回路の出力側に接続されて前記電流制御回路の出力を整流する第３の整流回路と、前記第３の整流回路に接続された前記第２のリアクトルとを備えることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のアーク溶接機において、前記電流制御回路が、半導体素子によって構成され、かつ前記制御回路からの信号で前記半導体素子のゲートをＯＮ／ＯＦＦすることにより電流を制御するものであることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項２記載のアーク溶接機において、前記電流制御回路が、コンデンサ又はコイルによって構成され、前記コンデンサ又は前記コイルの交流電流を制限する機能により電流を制御するものであることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記電流遮断機構が、前記第１のリアクトルと前記溶接トーチとの間に配置されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、アークオン時に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、アーク状態におけるアーク電圧が目標とする値から所定値だけ下がった際に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、パルス溶接を行う場合、パルス溶接のベース電流区間では前記電流遮断機構を動作させて前記アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流区間では前記電流遮断機構の動作を停止させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
以上のような構成により、本発明のアーク溶接機では、短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で実現するだけで無く、電流遮断機構によって電流を急激に下げることでより安定したアーク溶接を実現することができる。
また、アークスタート時の電流遮断によりワイヤ引き戻しのアークスタート方式を問題なく適用することもでき、結果としてスパッタを抑え溶接品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明のアーク溶接機の構成図である。
商用交流電源１の電流は第１の整流回路２で直流に変換される。第１の整流回路２の出力はインバータ回路３で２０〜２００[ＫＨｚ]の高周波に変換される。インバータ回路３の出力は、絶縁トランス４で溶接に適した電圧に変換され、第２の整流回路５で直流に変換された後、直流リアクトル６を通り、アーク溶接部（図中の７、８）の溶接トーチ７にてアーク電流となる。そして、本発明によれば、整流回路５と溶接トーチ７との間（図１では、整流回路５と直流リアクトル６との間）に電流遮断機構１００が設けられている。この電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示で直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断する働きをしている。直流リアクトル６は、パルス溶接用として２０[μＨ]以下のリアクトルを適用している。
以上がアーク溶接主回路である。
また、本発明の溶接機では第２の整流回路５と並列な電流回路（アーク溶接副回路）１０を有している。アーク溶接副回路１０では、絶縁トランス４から得られる溶接に適した電圧は電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２で直流に変換され、直流リアクトル１３を通り、アーク溶接部に電流を供給している。
また、電流制御回路１１は半導体素子によって構成され、制御回路１７からの信号で半導体のゲートをＯＮ／ＯＦＦし流れる電流を制御している。直流リアクトル１３には、１００〜２０００[μＨ]のリアクトルを適用している。
【００１２】
大電流でのＭＡＧ短絡溶接またはＣＯ2溶接における溶接不安定の原因は、アーク切れであり、本発明のアーク溶接機では、アーク溶接部に電流を供給してアーク切れを抑制すれば溶接が安定するということを活用している。
直流リアクトル１３は１００〜２０００[μＨ]とリアクタンスが大きいが、絶縁トランス４から第２の整流回路５を介し直流リアクトル６に至る経路と並列に入っているため、パルス溶接における電流立ち上がりの邪魔をしない。直流リアクトル１３が有効に働くのは、短絡溶接のアーク期間中にアーク切れが発生する場合である。
アーク切れとは、溶融プールの振動や溶融プール内のガス爆発等が原因で溶接棒と被溶接材の距離が突然離れて溶接電流が減少することにより、アークを維持することができなくなった状態である。
アーク切れを防止するためには、溶接電流の減少に反応して電流を供給する直流リアクトル１３が有効である。メインの直流リアクトル６はリアクタンスが小さいため、アーク切れ防止にはほとんど寄与しないが、並列に入った直流リアクトル１３は、１００〜２０００[μＨ]とリアクタンスが大きいために、アーク切れ防止の役割を十分に果たしている。
また、アークスタート時の急峻な電流の立ち上がり変化に対しても、直流リアクトル１３はメインの直流リアクトル６と並列に入っているため、電流上昇を妨げることはない。
同様にパルス溶接機におけるベース電流からピーク電流への急峻な電流の立ち上がり変化に対しても、直流リアクトル１３はメインの直流リアクトル６と並列に入っているため、電流上昇を妨げることはない。
また、メインの直流リアクトル６は、そのリアクタンスが２０［μＨ］以下と小さいため、パルス溶接のベース電流からピーク電流への急峻な電流の立ち上がり変化を妨げることはない。
【００１３】
絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２、直流リアクトル１３に適正な量の電流が流れるよう、制御回路１７は電流制御回路１１を制御している。
アーク溶接部に供給する適正な量の電流とは、５〜２５０［Ａ］の値の電流であり、溶接方法、溶接電流によって異なる。
例えば、通常のパルスＭＡＧ溶接ではベース電流値に近い３０〜６０［Ａ］である。
また、パルス溶接でもアルミに対するパルスＭＩＧ溶接ではベース電流値が小さくなるため、５〜１０［Ａ］である。
パルス溶接以外の溶接方法の場合、溶接条件によって異なるが、アーク期間で５０〜２５０［Ａ］となる。溶接が不安定な場合は、電流量を増す必要があるが、短絡時には電流をできるだけ流さないように制御する。
また、アーク切れは必ずアーク時に発生するため、短絡溶接においては、短絡時よりアーク時により多くの電流が流れるように制御している。すなわち、溶接時のアーク電流が大きいほど、より多くの電流、具体的にはアーク電流の１０〜８０[％]の電流を電流回路１０に流すように制御している。
図１の構成図では、電流制御回路１１は絶縁トランス４が出力する交流電流を制御しているが、整流回路１２と直流リアクトル１３の間に入れて直流電流を制御しても同様の効果を得ることができる。
【００１４】
電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示で直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断するように動作する。このため、アーク溶接部に流れる電流のほとんどは直流リアクトル１３を流れる電流からのものになる。例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％]となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]近くまで変化することになる。
従来例３では、電流遮断機構が働いた時に流れる電流は、抵抗２７４の抵抗値に依存するが、本発明では、電流制御回路１１によって任意の電流に変化させることが可能である。また、電流遮断後に抵抗に電流が流れることがないので抵抗による発熱も存在しない。
【実施例２】
【００１５】
図２は本発明の第２の実施例の構成図である。
図において、電流制御回路１１は、コンデンサ２１、２２で構成されている。 図２の場合、絶縁トランス４で変換する電圧について、第２の整流回路５にかかる電圧よりも電流制御回路１１にかかる電圧が高くなるように、絶縁トランス４の巻数を変えておく。また、コンデンサ２１、２２はインバータ回路３が１００[％]オン時であっても充電完了とならない、十分に大きな容量のものが選択されている。
絶縁トランス４、電流制御回路１１、第３の整流回路１２にかかる電圧が、絶縁トランス４から第２の整流回路５にかかる電圧より高いため、電流は絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り第３の整流回路１２に至る経路で流れようとするが、コンデンサ２１、２２で構成される電流制御回路１１によって、絶縁トランス４から第３の整流回路１２を通る電流を制限する。
すなわち、絶縁トランス４にかかる電圧（平均電圧）が高ければ、整流回路１２に流れる電流が大きくなり、絶縁トランスにかかる電圧が低ければ、流れる電流が小さくなる。
短絡溶接では、短絡時には絶縁トランス４にかかる電圧が低くなり、アーク時には絶縁トランス４にかかる電圧が高くなる。アーク切れは必ずアーク時に発生するため、本発明ではアーク時に絶縁トランス４にかかる電圧が高くなり、より多くの電流を絶縁トランス４から電流制御回路１１を介し整流回路１２、直流リアクトル１３に流すことにより、アーク切れを防止できる。
【００１６】
また、電流制御回路１１には、コンデンサ２１、２２の代わりにコイルを用いてもよい。コンデンサ２１、２２の代わりにコイル３１、３２を用いた場合を図３に示す。コイルは交流電流を制限する機能を持っているため、コンデンサと同じ役割を果たす。
電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示でメインの直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断するように動作する。このため、アーク溶接部に流れる電流のほとんどは直流リアクトル１３を流れる電流からのものになる。例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％]となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]近くまで変化することになる。
従来例３では、電流遮断機構が働いた時に流れる電流は、抵抗２７４の抵抗値に依存するが、本発明では電流制御回路１１内のコンデンサもしくはコイルに依存した電流に変化する。また、電流遮断後に抵抗に電流が流れることがないので抵抗による発熱も存在しない。
【実施例３】
【００１７】
図４は本発明の第３の実施例の構成図である。
本発明の第３の実施例は、図に示すように、電流遮断機構１００を直流リアクトル６よりアーク溶接部に近い側に設けている。このため、電流遮断機構１００が働いた場合、アーク溶接部に流れる電流は直流リアクトル１３を流れる電流だけになる。
例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％］となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]まで急激に変化することになる。すなわち従来例３のように直流リアクトル（図４においては直流リアクトル６）の影響を受けることがない。また、大きなリアクタンスを有する直流リアクトル１３があるため、電流遮断機構１００がメインの直流リアクトル６よりアーク溶接部に近い側で電流を遮断しても、直流リアクトル１３の効果によりアーク切れを起こす恐れがない。
【実施例４】
【００１８】
実施例４は、第１〜第３の実施例における電流遮断機構１００の動作のタイミングに関するものである。
実施例４によるアーク溶接処理の流れは以下のようにしている。
（１） 開始
（２） 電流遮断機構１００が動作
（３） ワイヤに溶接電圧印加
（４） ワイヤ送給
（５） ワイヤが母材８に接触するまでワイヤ送給継続
（６） ワイヤが母材８に接触した時点でワイヤ送給停止
（７） ワイヤを引き戻す
（８） アークが発生する
（９） 数[Ａ]〜６０[Ａ]の小さい電流を維持する
（１０）電流遮断機構１００を停止する
（１１）通常のアーク溶接のシーケンスを実行する
（１２）終了
【００１９】
（６）でワイヤが接触した時に従来では大きな電流が流れた。しかし、本発明では電流遮断機構１００によってメインの電流が既に遮断されているため、大きな電流は流れない。その結果、スパッタを抑え溶接品質を向上させることができる。
また、電流遮断機構１００が動作している時は、電流がリアクタンスの大きい直流リアクトル１３を流れるため、（９）における小さいアーク電流が維持され、ワイヤ引き戻しから通常の送りに変える間のワイヤ燃え上がり防止に有効である。
【実施例５】
【００２０】
実施例５は、電流遮断機構１００の動作タイミングを以下のようにすることも可能である。
（１） 開始
（２） アーク溶接を実施
（２−１） アーク溶接におけるアーク期間で電圧制御
（２−２） アーク期間中に母材８とワイヤ先端が短絡し、アーク電圧が急激に低下する。この低下したアーク電圧の値が、目標とするアーク電圧値から予め設定された値を差し引いた値以下となった場合に短絡したと判断する。
（２−３） 電流遮断機構１００が動作
（２−４） 短絡状態で１０〜１００［Ａ］の小さい電流を１０［μｓ］〜２［ｍ ｓ］の間維持
（２−５） 短絡開放の電流を流す
（２−６） 短絡が開放し、アーク状態になる
（３） 以下、上記の（２−１）に続く。
【００２１】
通常の溶接では、短絡した際に抵抗値が下がって電流値が大きくなるため、スムーズに短絡状態に移行できない。本発明の溶接機では、上記のように、アーク電圧値が目標とする値から予め設定された値を差し引いた値以下となった場合に電流遮断を行う。
これにより電流値が急激に下がるため、アーク状態から短絡状態にスムーズに移行できる。
【実施例６】
【００２２】
パルス溶接を行う場合、ベース電流を小さくすることが有効な場合が多い。特に、アルミのパルス溶接を行う場合は、ベース電流を４〜２０［Ａ］の小さい値にすることで、パルス溶接を安定して行うことができる。
実施例６は、このようにベース電流を小さくするためのもので、以下のようなパルス溶接の流れでベース電流を下げるようにしている。
（１） アーク溶接開始
（２） 電流遮断機構１００を停止
（２−１） パルス溶接のピーク電流を流す
（３） 電流遮断機構１００を動作
（３−１） パルス溶接のベース電流を流す
（４） 以下、（２）〜（３−１）を繰り返す
【００２３】
パルス溶接を行う際には、電流遮断機構１００を停止させ、アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流を供給するときには電流遮断機構１００を動作させる。直流リアクトル６はリアクタンスが小さいため、パルス電流の立ち上がり、立ち下がりを急峻なものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は安定したアークスタートとアーク溶接をもたらし、アーク溶接機に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図３】電流制御回路にコイルを使用した図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成図である。
【図５】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例１を示す図である。
【図６】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例２を示す図である。
【図７】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例２の変形例を示す図である。
【図８】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例３を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 商用交流電源
２ 第１の整流回路
３ インバータ回路
４ 絶縁トランス
５ 第２の整流回路
６ 直流リアクトル
７ 溶接トーチ
８ 母材
１０ 電流回路
１１ 電流制御回路
１２ 整流回路
１３ 直流リアクトル
１６ 整流器
１７ 制御回路
２１、２２ コンデンサ
３１、３２ コイル
４０、４１ 直流リアクタンス
４２ ワイヤ
４３ ワイヤ送給ロ−ラ
４４ 通電チップ
４５ ア−ク負荷
５１ コンデンサ
５２ 全波整流用ダイオ−ド
５６ 二次巻線
１００ 電流遮断機構
２０６ 電流遮断機構
２１０ 溶接部
２７４ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電流を整流して直流とし、その出力をインバータ回路でのＰＷＭ制御により高周波交流とし、変圧器により適宜変圧した後に整流回路にて直流とする方式のアーク溶接機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、定電圧方式のアーク溶接電源の従来例１を示す図である。
図において、４０は電流重畳回路の直流リアクタンス、４１は出力側主回路の直流リアクタンス、４２はワイヤ、４３は１対のワイヤの送給ロ−ラ、４４は通電チップ、４５はア−ク負荷である。
そして、出力側主回路は、二次巻線５６の両端から整流器１６、直流リアクタ４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５、ワ−クを経て絶縁トランス４に至る構成となっている。
また、電流重畳回路は二次巻線５６の端部からコンデンサ５１、全波整流用ダイオ−ド５２、直流リアクタンス４０、直流リアクタンス４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５を経て二次巻線５６の中点に至る構成となっている。
なお、電流重畳回路に流れる電流の値が、通常の溶接電流よりは小さいがア−クを十分に維持できる大きさになるようにコンデンサ５１の容量を選定してある。
以下、動作について説明する。
例えばア−クスタ−ト時に、ワイヤの先端が過度に吹き飛びア−ク電圧が高くなると、溶接電流が不足する。しかし、電流重畳回路から電流が供給される結果、ア−クは切れない。
定電圧方式のアーク溶接電源を例にとり説明したが、パルス溶接電源に適用し、電流重畳回路から供給する電流の値をベ−ス電流よりも僅かに小さくなるように設定すれば、溶接中に例えばワイヤの送給抵抗の変化によりア−ク長が長くなって、ベ−ス電流ではア−ク切れを生じる場合でもア−ク切れを発生させないようにすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例２を示している。
図において、商用交流電源１の電流は第１の整流回路２で直流に変換される。第１の整流回路２の出力はインバータ回路３で２０〜２００[ＫＨｚ]の高周波に変換される。
インバータ回路３の出力は絶縁トランス４で溶接に適した電圧に変換され、第２の整流回路５で直流に変換された後直流リアクトル６を通り、アーク溶接部の溶接電極７にてアーク電流となる。この絶縁トランス４から第２の整流回路５、直流リアクトル６へのルートは、図５にて示した従来の溶接電源と同じである。直流リアクトル６には、パルス溶接用として２０[μＨ]以下のリアクトルを適用している。
また、このアーク溶接機は第２の整流回路５と並列な電流回路１０を有している。並列な電流回路１０では、絶縁トランス４にて変換された溶接に適した電圧は電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２で直流に変換され、直流リアクトル１３、直流リアクトル６を通り、アーク溶接部に電流を供給する。
また、電流制御回路１１は半導体素子によって構成され、制御回路１７からの信号で半導体のゲートをＯＮ／ＯＦＦし、流れる電流を制御している。直流リアクトル１３には、１００〜２０００[μＨ]のリアクトルを適用している。
【０００４】
図７は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例２（図６）の変形例である。
図において、電流制御回路１１はコンデンサ２１、２２で構成されている。図７の場合、絶縁トランス４で変換する電圧について、第２の整流回路５にかかる電圧よりも電流制御回路１１にかかる電圧が高くなるように、絶縁トランス４の巻数を変えている。また、コンデンサ２１、２２はインバータ回路３が１００[％]オン時であっても充電完了とならない、十分に大きな容量のものが選択されている。
このようにすることで、絶縁トランス４、電流制御回路１１、第３の整流回路１２にかかる電圧が、絶縁トランス４から第２の整流回路５にかかる電圧より高いため、電流は絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り第３の整流回路１２に至る経路で流れようとするが、コンデンサ２１、２２で構成される電流制御回路１１によって、絶縁トランス４から第３の整流回路１２を通る電流が制限される。
すなわち、絶縁トランス４にかかる電圧（平均電圧）が高ければ、整流回路１２に流れる電流が大きくなり、絶縁トランス４にかかる電圧が低ければ、流れる電流が小さくなる。
短絡溶接では、短絡時には絶縁トランス４にかかる電圧が低くなり、アーク時には絶縁トランス４にかかる電圧が高くなる。アーク切れは必ずアーク時に発生するため、アーク時に絶縁トランス４にかかる電圧が高くなり、より多くの電流を絶縁トランス４から電流制御回路１１を介し整流回路１２、直流リアクトル１３に流すことにより、アーク切れを防止できる（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
図８は、定電圧方式のアーク溶接機の従来例３を示している。
図８の溶接機は、溶接部２１０の近傍に電流遮断機構２０６を有している。電流遮断機構２０６で電流を遮断することで、溶接電流は抵抗２７４を流れる。このことで急激な溶接電流の低下を得ることができる（例えば特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３１８１２８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４９３３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２７３５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例１の改良型である従来例２においては、アーク溶接の性能を向上させるために、アーク溶接中のワイヤの溶融プールへの短絡時に電流を急激に低下させることが有効であることは周知の事実である。
しかしながら、従来例２では直流リアクトル６があるために、直流リアクトル電流変化抑制機能により急激な溶接電流の低下を得ることができなかった。
また、アーク開始時に溶接用ワイヤをワーク８に接触させ、ワイヤを逆転することでアークを発生させる方式がアーク溶接開始時の品質向上に有効であることも周知の事実であるが、従来例２では、溶接用ワイヤがワーク８に接触した瞬間に流れる電流で溶接ワイヤがワーク８に溶着し、ワイヤの逆転が正常に動作しないという課題があった。
従来例３は、溶接電流の遮断機構２０６を有しているため溶接電流の急激な低下が可能である。しかしながら、図８において電流遮断機構２０６が働いている間、溶接電流は抵抗２７４を流れるため、抵抗２７４は発熱する。アーク溶接では、５０〜５００[Ａ]程度の非常に大きな電流が流れるため発熱も激しく冷却機構も大掛かりになる。また、従来例３では従来例２のような直流リアクトル６、１３を有していないため、パルス溶接と短絡溶接とを使い分けることができないという課題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、パルス溶接と短絡溶接とを使い分けることができて、しかもより安定した溶接を実現できるアーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、アーク溶接機に係り、交流電流を整流して直流とする第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力側に接続されて前記第１の整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接続されて前記インバータ回路の出力を電圧変換して２個の２次側コイルから出力するトランスと、前記２次側第１コイルに接続されて前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側と溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を平滑して溶接トーチに与える第１のリアクトルとから構成されるアーク溶接主回路と、
前記２次側第２コイルと溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を前記第１のリアクトルのリアクタンスよりも大きいリアクタンスを有する第２のリアクトルを介して溶接トーチに与えるアーク溶接副回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
を備えたアーク溶接機であって、さらに、電流遮断機構を前記アーク溶接主回路中に備え、前記電流遮断機構は、前記制御回路が出力する指令により前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断するものであることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアーク溶接機において、前記アーク溶接副回路が、前記２次側第２コイルに接続される電流制御回路と、前記電流制御回路の出力側に接続されて前記電流制御回路の出力を整流する第３の整流回路と、前記第３の整流回路に接続された前記第２のリアクトルとを備えることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のアーク溶接機において、前記電流制御回路が、半導体素子によって構成され、かつ前記制御回路からの信号で前記半導体素子のゲートをＯＮ／ＯＦＦすることにより電流を制御するものであることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項２記載のアーク溶接機において、前記電流制御回路が、コンデンサ又はコイルによって構成され、前記コンデンサ又は前記コイルの交流電流を制限する機能により電流を制御するものであることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記電流遮断機構が、前記第１のリアクトルと前記溶接トーチとの間に配置されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、アークオン時に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、アーク状態におけるアーク電圧が目標とする値から所定値だけ下がった際に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機において、前記制御回路が、パルス溶接を行う場合、パルス溶接のベース電流区間では前記電流遮断機構を動作させて前記アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流区間では前記電流遮断機構の動作を停止させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
以上のような構成により、本発明のアーク溶接機では、短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で実現するだけで無く、電流遮断機構によって電流を急激に下げることでより安定したアーク溶接を実現することができる。
また、アークスタート時の電流遮断によりワイヤ引き戻しのアークスタート方式を問題なく適用することもでき、結果としてスパッタを抑え溶接品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明のアーク溶接機の構成図である。
商用交流電源１の電流は第１の整流回路２で直流に変換される。第１の整流回路２の出力はインバータ回路３で２０〜２００[ＫＨｚ]の高周波に変換される。インバータ回路３の出力は、絶縁トランス４で溶接に適した電圧に変換され、第２の整流回路５で直流に変換された後、直流リアクトル６を通り、アーク溶接部（図中の７、８）の溶接トーチ７にてアーク電流となる。そして、本発明によれば、整流回路５と溶接トーチ７との間（図１では、整流回路５と直流リアクトル６との間）に電流遮断機構１００が設けられている。この電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示で直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断する働きをしている。直流リアクトル６は、パルス溶接用として２０[μＨ]以下のリアクトルを適用している。
以上がアーク溶接主回路である。
また、本発明の溶接機では第２の整流回路５と並列な電流回路（アーク溶接副回路）１０を有している。アーク溶接副回路１０では、絶縁トランス４から得られる溶接に適した電圧は電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２で直流に変換され、直流リアクトル１３を通り、アーク溶接部に電流を供給している。
また、電流制御回路１１は半導体素子によって構成され、制御回路１７からの信号で半導体のゲートをＯＮ／ＯＦＦし流れる電流を制御している。直流リアクトル１３には、１００〜２０００[μＨ]のリアクトルを適用している。
【００１２】
大電流でのＭＡＧ短絡溶接またはＣＯ2溶接における溶接不安定の原因は、アーク切れであり、本発明のアーク溶接機では、アーク溶接部に電流を供給してアーク切れを抑制すれば溶接が安定するということを活用している。
直流リアクトル１３は１００〜２０００[μＨ]とリアクタンスが大きいが、絶縁トランス４から第２の整流回路５を介し直流リアクトル６に至る経路と並列に入っているため、パルス溶接における電流立ち上がりの邪魔をしない。直流リアクトル１３が有効に働くのは、短絡溶接のアーク期間中にアーク切れが発生する場合である。
アーク切れとは、溶融プールの振動や溶融プール内のガス爆発等が原因で溶接棒と被溶接材の距離が突然離れて溶接電流が減少することにより、アークを維持することができなくなった状態である。
アーク切れを防止するためには、溶接電流の減少に反応して電流を供給する直流リアクトル１３が有効である。メインの直流リアクトル６はリアクタンスが小さいため、アーク切れ防止にはほとんど寄与しないが、並列に入った直流リアクトル１３は、１００〜２０００[μＨ]とリアクタンスが大きいために、アーク切れ防止の役割を十分に果たしている。
また、アークスタート時の急峻な電流の立ち上がり変化に対しても、直流リアクトル１３はメインの直流リアクトル６と並列に入っているため、電流上昇を妨げることはない。
同様にパルス溶接機におけるベース電流からピーク電流への急峻な電流の立ち上がり変化に対しても、直流リアクトル１３はメインの直流リアクトル６と並列に入っているため、電流上昇を妨げることはない。
また、メインの直流リアクトル６は、そのリアクタンスが２０［μＨ］以下と小さいため、パルス溶接のベース電流からピーク電流への急峻な電流の立ち上がり変化を妨げることはない。
【００１３】
絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２、直流リアクトル１３に適正な量の電流が流れるよう、制御回路１７は電流制御回路１１を制御している。
アーク溶接部に供給する適正な量の電流とは、５〜２５０［Ａ］の値の電流であり、溶接方法、溶接電流によって異なる。
例えば、通常のパルスＭＡＧ溶接ではベース電流値に近い３０〜６０［Ａ］である。
また、パルス溶接でもアルミに対するパルスＭＩＧ溶接ではベース電流値が小さくなるため、５〜１０［Ａ］である。
パルス溶接以外の溶接方法の場合、溶接条件によって異なるが、アーク期間で５０〜２５０［Ａ］となる。溶接が不安定な場合は、電流量を増す必要があるが、短絡時には電流をできるだけ流さないように制御する。
また、アーク切れは必ずアーク時に発生するため、短絡溶接においては、短絡時よりアーク時により多くの電流が流れるように制御している。すなわち、溶接時のアーク電流が大きいほど、より多くの電流、具体的にはアーク電流の１０〜８０[％]の電流を電流回路１０に流すように制御している。
図１の構成図では、電流制御回路１１は絶縁トランス４が出力する交流電流を制御しているが、整流回路１２と直流リアクトル１３の間に入れて直流電流を制御しても同様の効果を得ることができる。
【００１４】
電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示で直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断するように動作する。このため、アーク溶接部に流れる電流のほとんどは直流リアクトル１３を流れる電流からのものになる。例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％]となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]近くまで変化することになる。
従来例３では、電流遮断機構が働いた時に流れる電流は、抵抗２７４の抵抗値に依存するが、本発明では、電流制御回路１１によって任意の電流に変化させることが可能である。また、電流遮断後に抵抗に電流が流れることがないので抵抗による発熱も存在しない。
【実施例２】
【００１５】
図２は本発明の第２の実施例の構成図である。
図において、電流制御回路１１は、コンデンサ２１、２２で構成されている。 図２の場合、絶縁トランス４で変換する電圧について、第２の整流回路５にかかる電圧よりも電流制御回路１１にかかる電圧が高くなるように、絶縁トランス４の巻数を変えておく。また、コンデンサ２１、２２はインバータ回路３が１００[％]オン時であっても充電完了とならない、十分に大きな容量のものが選択されている。
絶縁トランス４、電流制御回路１１、第３の整流回路１２にかかる電圧が、絶縁トランス４から第２の整流回路５にかかる電圧より高いため、電流は絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り第３の整流回路１２に至る経路で流れようとするが、コンデンサ２１、２２で構成される電流制御回路１１によって、絶縁トランス４から第３の整流回路１２を通る電流を制限する。
すなわち、絶縁トランス４にかかる電圧（平均電圧）が高ければ、整流回路１２に流れる電流が大きくなり、絶縁トランスにかかる電圧が低ければ、流れる電流が小さくなる。
短絡溶接では、短絡時には絶縁トランス４にかかる電圧が低くなり、アーク時には絶縁トランス４にかかる電圧が高くなる。アーク切れは必ずアーク時に発生するため、本発明ではアーク時に絶縁トランス４にかかる電圧が高くなり、より多くの電流を絶縁トランス４から電流制御回路１１を介し整流回路１２、直流リアクトル１３に流すことにより、アーク切れを防止できる。
【００１６】
また、電流制御回路１１には、コンデンサ２１、２２の代わりにコイルを用いてもよい。コンデンサ２１、２２の代わりにコイル３１、３２を用いた場合を図３に示す。コイルは交流電流を制限する機能を持っているため、コンデンサと同じ役割を果たす。
電流遮断機構１００は、制御回路１７の指示でメインの直流リアクトル６に流れる溶接電流を遮断するように動作する。このため、アーク溶接部に流れる電流のほとんどは直流リアクトル１３を流れる電流からのものになる。例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％]となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]近くまで変化することになる。
従来例３では、電流遮断機構が働いた時に流れる電流は、抵抗２７４の抵抗値に依存するが、本発明では電流制御回路１１内のコンデンサもしくはコイルに依存した電流に変化する。また、電流遮断後に抵抗に電流が流れることがないので抵抗による発熱も存在しない。
【実施例３】
【００１７】
図４は本発明の第３の実施例の構成図である。
本発明の第３の実施例は、図に示すように、電流遮断機構１００を直流リアクトル６よりアーク溶接部に近い側に設けている。このため、電流遮断機構１００が働いた場合、アーク溶接部に流れる電流は直流リアクトル１３を流れる電流だけになる。
例えば電流制御回路１１によって直流リアクトル１３を流れる電流がアーク電流の２０[％］となるよう制御していた場合には、電流遮断機構１００が働いた時点でアーク電流は２０[％]まで急激に変化することになる。すなわち従来例３のように直流リアクトル（図４においては直流リアクトル６）の影響を受けることがない。また、大きなリアクタンスを有する直流リアクトル１３があるため、電流遮断機構１００がメインの直流リアクトル６よりアーク溶接部に近い側で電流を遮断しても、直流リアクトル１３の効果によりアーク切れを起こす恐れがない。
【実施例４】
【００１８】
実施例４は、第１〜第３の実施例における電流遮断機構１００の動作のタイミングに関するものである。
実施例４によるアーク溶接処理の流れは以下のようにしている。
（１） 開始
（２） 電流遮断機構１００が動作
（３） ワイヤに溶接電圧印加
（４） ワイヤ送給
（５） ワイヤが母材８に接触するまでワイヤ送給継続
（６） ワイヤが母材８に接触した時点でワイヤ送給停止
（７） ワイヤを引き戻す
（８） アークが発生する
（９） 数[Ａ]〜６０[Ａ]の小さい電流を維持する
（１０）電流遮断機構１００を停止する
（１１）通常のアーク溶接のシーケンスを実行する
（１２）終了
【００１９】
（６）でワイヤが接触した時に従来では大きな電流が流れた。しかし、本発明では電流遮断機構１００によってメインの電流が既に遮断されているため、大きな電流は流れない。その結果、スパッタを抑え溶接品質を向上させることができる。
また、電流遮断機構１００が動作している時は、電流がリアクタンスの大きい直流リアクトル１３を流れるため、（９）における小さいアーク電流が維持され、ワイヤ引き戻しから通常の送りに変える間のワイヤ燃え上がり防止に有効である。
【実施例５】
【００２０】
実施例５は、電流遮断機構１００の動作タイミングを以下のようにすることも可能である。
（１） 開始
（２） アーク溶接を実施
（２−１） アーク溶接におけるアーク期間で電圧制御
（２−２） アーク期間中に母材８とワイヤ先端が短絡し、アーク電圧が急激に低下する。この低下したアーク電圧の値が、目標とするアーク電圧値から予め設定された値を差し引いた値以下となった場合に短絡したと判断する。
（２−３） 電流遮断機構１００が動作
（２−４） 短絡状態で１０〜１００［Ａ］の小さい電流を１０［μｓ］〜２［ｍ ｓ］の間維持
（２−５） 短絡開放の電流を流す
（２−６） 短絡が開放し、アーク状態になる
（３） 以下、上記の（２−１）に続く。
【００２１】
通常の溶接では、短絡した際に抵抗値が下がって電流値が大きくなるため、スムーズに短絡状態に移行できない。本発明の溶接機では、上記のように、アーク電圧値が目標とする値から予め設定された値を差し引いた値以下となった場合に電流遮断を行う。
これにより電流値が急激に下がるため、アーク状態から短絡状態にスムーズに移行できる。
【実施例６】
【００２２】
パルス溶接を行う場合、ベース電流を小さくすることが有効な場合が多い。特に、アルミのパルス溶接を行う場合は、ベース電流を４〜２０［Ａ］の小さい値にすることで、パルス溶接を安定して行うことができる。
実施例６は、このようにベース電流を小さくするためのもので、以下のようなパルス溶接の流れでベース電流を下げるようにしている。
（１） アーク溶接開始
（２） 電流遮断機構１００を停止
（２−１） パルス溶接のピーク電流を流す
（３） 電流遮断機構１００を動作
（３−１） パルス溶接のベース電流を流す
（４） 以下、（２）〜（３−１）を繰り返す
【００２３】
パルス溶接を行う際には、電流遮断機構１００を停止させ、アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流を供給するときには電流遮断機構１００を動作させる。直流リアクトル６はリアクタンスが小さいため、パルス電流の立ち上がり、立ち下がりを急峻なものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は安定したアークスタートとアーク溶接をもたらし、アーク溶接機に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図３】電流制御回路にコイルを使用した図である。
【図４】本発明の第３の実施例の構成図である。
【図５】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例１を示す図である。
【図６】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例２を示す図である。
【図７】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例２の変形例を示す図である。
【図８】定電圧方式のアーク溶接電源の従来例３を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 商用交流電源
２ 第１の整流回路
３ インバータ回路
４ 絶縁トランス
５ 第２の整流回路
６ 直流リアクトル
７ 溶接トーチ
８ 母材
１０ 電流回路
１１ 電流制御回路
１２ 整流回路
１３ 直流リアクトル
１６ 整流器
１７ 制御回路
２１、２２ コンデンサ
３１、３２ コイル
４０、４１ 直流リアクタンス
４２ ワイヤ
４３ ワイヤ送給ロ−ラ
４４ 通電チップ
４５ ア−ク負荷
５１ コンデンサ
５２ 全波整流用ダイオ−ド
５６ 二次巻線
１００ 電流遮断機構
２０６ 電流遮断機構
２１０ 溶接部
２７４ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流を整流して直流とする第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力側に接続されて前記第１の整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接続されて前記インバータ回路の出力を電圧変換して２個の２次側コイルから出力するトランスと、前記２次側第１コイルに接続されて前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側と溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を平滑して溶接トーチに与える第１のリアクトルとから構成されるアーク溶接主回路と、
前記２次側第２コイルと溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を前記第１のリアクトルのリアクタンスよりも大きいリアクタンスを有する第２のリアクトルを介して溶接トーチに与えるアーク溶接副回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
を備えたアーク溶接機であって、
さらに、電流遮断機構を前記アーク溶接主回路中に備え、前記電流遮断機構は、前記制御回路が出力する指令により前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断するものであることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】
前記アーク溶接副回路は、前記２次側第２コイルに接続される電流制御回路と、前記電流制御回路の出力側に接続されて前記電流制御回路の出力を整流する第３の整流回路と、前記第３の整流回路に接続された前記第２のリアクトルとを備えることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項３】
前記電流制御回路は、半導体素子によって構成され、かつ前記制御回路からの信号で前記半導体素子のゲートをＯＮ／ＯＦＦすることにより電流を制御するものであることを特徴とする請求項２記載のアーク溶接機。
【請求項４】
前記電流制御回路は、コンデンサ又はコイルによって構成され、前記コンデンサ又は前記コイルの交流電流を制限する機能により電流を制御するものであることを特徴とする請求項２記載のアーク溶接機。
【請求項５】
前記電流遮断機構は、前記第１のリアクトルと前記溶接トーチとの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項６】
前記制御回路は、アークオン時に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項７】
前記制御回路は、アーク状態におけるアーク電圧が目標とする値から所定値だけ下がった際に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項８】
前記制御回路は、パルス溶接を行う場合、パルス溶接のベース電流区間では前記電流遮断機構を動作させて前記アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流区間では前記電流遮断機構の動作を停止させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項１】
交流電流を整流して直流とする第１の整流回路と、前記第１の整流回路の出力側に接続されて前記第１の整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力側に接続されて前記インバータ回路の出力を電圧変換して２個の２次側コイルから出力するトランスと、前記２次側第１コイルに接続されて前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と、前記第２の整流回路の出力側と溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を平滑して溶接トーチに与える第１のリアクトルとから構成されるアーク溶接主回路と、
前記２次側第２コイルと溶接トーチとの間に接続されて前記整流回路の出力を前記第１のリアクトルのリアクタンスよりも大きいリアクタンスを有する第２のリアクトルを介して溶接トーチに与えるアーク溶接副回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
を備えたアーク溶接機であって、
さらに、電流遮断機構を前記アーク溶接主回路中に備え、前記電流遮断機構は、前記制御回路が出力する指令により前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断するものであることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】
前記アーク溶接副回路は、前記２次側第２コイルに接続される電流制御回路と、前記電流制御回路の出力側に接続されて前記電流制御回路の出力を整流する第３の整流回路と、前記第３の整流回路に接続された前記第２のリアクトルとを備えることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項３】
前記電流制御回路は、半導体素子によって構成され、かつ前記制御回路からの信号で前記半導体素子のゲートをＯＮ／ＯＦＦすることにより電流を制御するものであることを特徴とする請求項２記載のアーク溶接機。
【請求項４】
前記電流制御回路は、コンデンサ又はコイルによって構成され、前記コンデンサ又は前記コイルの交流電流を制限する機能により電流を制御するものであることを特徴とする請求項２記載のアーク溶接機。
【請求項５】
前記電流遮断機構は、前記第１のリアクトルと前記溶接トーチとの間に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項６】
前記制御回路は、アークオン時に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項７】
前記制御回路は、アーク状態におけるアーク電圧が目標とする値から所定値だけ下がった際に前記電流遮断機構へ指令を出力して、前記第１のリアクトルが出力する電流を遮断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【請求項８】
前記制御回路は、パルス溶接を行う場合、パルス溶接のベース電流区間では前記電流遮断機構を動作させて前記アーク溶接副回路からベース電流を供給し、パルス溶接のピーク電流区間では前記電流遮断機構の動作を停止させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のアーク溶接機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３２０９２８（Ｐ２００６−３２０９２８Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４５４７２（Ｐ２００５−１４５４７２）
【出願日】平成１７年５月１８日（２００５．５．１８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００２３３３３２）日立ビアメカニクス株式会社 (237)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１８日（２００５．５．１８）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００２３３３３２）日立ビアメカニクス株式会社 (237)
【Ｆターム（参考）】
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