カップリングコイル、および、これを備えたアーク溶接機
【課題】出力電流が大きいアーク溶接機に用いることができる、二次コイルの直径を小さくしたカップリングコイルを提供する。
【解決手段】カップリングコイル１は、正面視ロの字形状のコア１３の一方の脚部１３ａに一次コイル１１が巻回され、他方の脚部１３ｂに二次コイル１２が巻回されている。二次コイル１２には電源装置からアーク溶接用の電力が入力され、一次コイル１１にはアーク放電開始時に高周波電圧が入力され、その高周波電圧が高電圧に昇圧されて二次コイル１２の電圧に重畳される。二次コイル１２は、金属条からなる二次巻線を絶縁シートとともにコア１３の脚部１３ｂにロール状に巻回して形成されている。
【解決手段】カップリングコイル１は、正面視ロの字形状のコア１３の一方の脚部１３ａに一次コイル１１が巻回され、他方の脚部１３ｂに二次コイル１２が巻回されている。二次コイル１２には電源装置からアーク溶接用の電力が入力され、一次コイル１１にはアーク放電開始時に高周波電圧が入力され、その高周波電圧が高電圧に昇圧されて二次コイル１２の電圧に重畳される。二次コイル１２は、金属条からなる二次巻線を絶縁シートとともにコア１３の脚部１３ｂにロール状に巻回して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波発生方式によりアーク放電をスタートさせるアーク溶接機、および、そのアーク溶接機に用いられる高周波入力用のカップリングコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電現象を利用して金属の溶接を行うアーク溶接機がある。アーク溶接機は、母材と電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電による熱で母材を溶融して溶接を行う。アーク放電の発生開始時には、母材と電極との間に所定以上の電界強度を生じさせて、絶縁破壊を起こす必要がある。絶縁破壊のための方法として、アーク溶接機の起動時に、高周波発生装置で生成した高周波電圧を母材と電極との間に印加する高周波発生方式が知られている。
【０００３】
図８は、高周波発生方式のアーク溶接機の一例を説明するための図である。アーク溶接機１００は、アーク放電のための電力を供給する電源装置２００、アーク放電の発生開始時に高周波電圧を発生させる高周波発生装置３００、および、高周波発生装置３００が供給する高周波電圧を電源装置２００が供給する直流電圧に重畳するためのカップリングコイル４００を備えている。
【０００４】
アーク溶接機１００は、アーク放電開始時に、電源装置２００を起動させて母材５００と電極６００との間に低電圧の直流電圧（例えば、数十［Ｖ］の電圧）を印加し、さらに高周波発生装置３００を起動させてこの直流電圧に高電圧（例えば、数千〜数万［Ｖ］の電圧）の高周波電圧を重畳させることで、母材５００と電極６００との間に絶縁破壊を生じさせる。
【０００５】
図９は、従来のカップリングコイルの一例を説明するための図である。カップリングコイル４００は、高周波発生装置３００の一対の出力端子が接続される一次コイル４０１と、電源装置２００の一方の出力端子と電極６００との間に接続される二次コイル４０２と、一次コイル４０１および二次コイル４０２が形成されるコア４０３とを有する。カップリングコイル４００は、一次コイル４０１に入力される高周波電圧を、一次コイル４０１と二次コイル４０２との巻数比に応じた高電圧の高周波電圧に昇圧して、二次コイル４０２側に出力する。高周波発生装置３００が発生する高周波電圧は、カップリングコイル４００によって昇圧され、電源装置２００から出力される直流電圧に重畳される。直流電圧に非常に高い高周波電圧が重畳されることにより、母材５００と電極６００との間の絶縁が破壊され、アーク放電が発生する。これにより、母材５００と電極６００との間に電流経路が形成され、電源装置２００から溶接用の直流電力が供給されることになる。
【０００６】
アーク放電が発生した後は母材５００と電極６００との間に高周波電圧を印加する必要がないので、高周波発生装置３００は停止され、電源装置２００が供給する直流電力のみによりアーク放電が継続し、その発熱により母材５００を溶融して溶接が行われる。高周波発生装置３００が停止されると、母材５００と電極６００との間の電位差は数十Ｖに低下するので、アーク溶接中は母材５００と電極６００との間に数百Ａの高電流が流れる。例えば、アーク溶接機１００の出力電流が４００Ａの場合、電源装置２００と電極６００とを接続する接続線には４００Ａの電流が流れる。
【０００７】
したがって、カップリングコイル４００の二次コイル４０２を形成する二次巻線４０２ａも、４００Ａ以上の電流を流すことができる線材を用いる必要がある。また、大容量の線材を使用した場合、発熱量が大きいので、アーク溶接機１００の定格使用率をできるだけ大きくするために、二次巻線４０２ａの構造を可及的に温度上昇を抑制する構造にする必要もある。そこで、図９の例では、二次巻線４０２ａとして、断面積が大きく、抵抗率が低い素材の電線（一般に銅線）を用い、その電線をコア４０３の脚部（図９においては上側の脚部）に所定の間隔を設けて螺旋状に巻いた構造が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平５−４６０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、二次巻線４０２ａの断面積を大きくした場合、カップリングコイル４００のサイズが大きなものとなってしまうという問題があった。例えば、二次巻線４０２ａの素材を銅とする場合、４００Ａの電流を流すためには、直径を１０ｍｍ以上とする必要があり、絶縁被覆も含めると直径は１３ｍｍ以上となる。銅はアルミなどと比べると可撓性が低く、直径を大きくしたことにより可撓性がさらに低下する。したがって、当該二次巻線４０２ａをコア４０３に密着させて巻回することができず、二次コイル４０２の直径は大きくなる。一方、二次巻線４０２ａの素材をアルミとした場合、アルミの抵抗率は銅の抵抗率の約１．６倍なので、直径を銅の場合の約１．６倍とする必要がある。アルミは銅より可撓性が高いが、直径を大きくしたことによる可撓性の低下のため、当該二次巻線４０２ａをコア４０３に巻きつけた二次コイル４０２の直径はさらに大きくなるとともに、螺旋状に巻かれた二次巻線４０２ａの長さも長くなる。
【００１０】
また、二次コイル４０２における二次巻線４０２ａとコア４０３との間隔が大きくなるとともに、放熱を考慮して螺旋のピッチも設ける必要があるので、漏れ磁束が多くなり、二次巻線４０２ａ側に誘起される高周波電圧が低くなる。したがって、二次巻線４０２ａ側に誘起される高周波電圧を所定の高電圧とするために、巻回数を大きくする必要がある。二次コイル４０２の直径が大きくなることと、巻回数を大きくする必要のために、二次コイル４０２が大きなものとなり、これを含むカップリングコイル４００全体が大きなものとなる。
【００１１】
なお、図９の例では、正面視ロの字型のコア４０３を用いたカップリングコイル４００を示したが、同一のボビンに一次コイルと二次コイルを螺旋状に巻き付け、ボビンの内部に鉄心を挿入する構成も提案されている（特許文献１参照）。この構成では、一次コイルと二次コイルが同軸上に配置されるので、一次コイルと二次コイルが並列に配置される図９の例よりも同図の高さ方向におけるサイズをコンパクトにすることができるが、一次コイルに二次コイルの発熱に対する耐熱構造を設ける必要がある。したがって、カップリングコイル全体としては、ボビンの径方向や長さ方向にサイズが大きくなり、小型化およびコンパクト化において一定の限界が生じる点は図９の例と同様である。
【００１２】
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、出力電流が大きいアーク溶接機に用いることができる、二次コイルの直径を小さくしたカップリングコイルを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
本発明の第１の側面によって提供されるカップリングコイルは、電源装置からアーク放電を用いた処理用の電力が入力される二次巻線とこの二次巻線に磁気結合され、前記アーク放電を発生させるための高周波電圧が入力される一次巻線とを備え、前記高周波電圧を昇圧して前記電源装置から前記二次巻線に印加される電圧に重畳するカップリングコイルであって、前記二次巻線が金属条であり、絶縁シートとともに前記コアにロール状に巻回されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属条は銅条である。また、他の好ましい実施の形態においては、前記二次巻線にはリード端子用の電線が固着されており、前記電線は平編銅線である。
【００１６】
更に、本発明の好ましい実施の形態においては、前記一次巻線および前記二次巻線は、正面視ロの字形状の強磁磁性体からなるコアの脚部に巻回されている。また、前記一次巻線および前記二次巻線は、棒形状の強磁磁性体からなるコアに巻回されている。前記一次巻線および二次巻線は、前記コアの同じ位置に巻回されているとよい。
【００１７】
本発明に係るカップリングコイルによれば、金属条である二次巻線は可撓性が高いため、例えば、コアに巻回した場合、当該コアに密着させて巻回することができる。したがって、同じ断面積の金属線を螺旋状に同じ回数巻回した場合より、二次巻線がロール状に巻回された二次コイルの直径を小さくすることができる。また、二次巻線がコアに密着して巻回されているので、漏れ磁束が少なくなり、二次巻線側に誘起される高周波電圧の低下を抑制することができる。したがって、同じ断面積の金属線を螺旋状に巻回した場合より、二次巻線の巻回数を小さくすることができる。これにより、同じ断面積の金属線を螺旋状に巻回した場合と比べて、二次コイルを小さくすることができる。
【００１８】
また、二次巻線の可撓性が高いので、コアの断面周長が小さい場合でも、二次巻線を密着させて巻回することができる。したがって、二次コイルの直径をさらに小さくすることができる。二次コイルを小さくすることができるので、コア全体の大きさも小さくすることができ、カップリングコイル全体を小さくすることができる。また、コアの小型化によってコストが削減され、二次コイルに使用される金属材料の量も削減することができる。
【００１９】
コアを棒形状した場合は、正面視ロの字形状のコアに比べてコアの小型化が可能になり、カップリングコイルをより小さくすることができる。また、一次巻線および二次巻線をコアの同じ位置に巻回した場合は、一次巻線と二次巻線との結合を高くすることができるので、二次巻線側に誘起される高周波電圧の低下を抑制することができ、二次巻線の巻回数を抑制することができる。
【００２０】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接機は、本発明の第１の側面によって提供されるカップリングコイルを備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、カップリングコイルが小型化されるので、アーク溶接機も小型化することができる。
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】本発明に係るカップリングコイルの第１実施形態の一例を説明するための図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面斜視図である。
【図３】二次コイルの分解図である。
【図４】本発明に係るカップリングコイルの第２実施形態の一例を説明するための図である。
【図５】一次コイルと二次コイルとを一体的に形成する方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係るカップリングコイルの第３実施形態の一例を説明するための図である。
【図７】本発明に係るカップリングコイルの第４実施形態の一例を説明するための図である。
【図８】従来のアーク溶接機の一例を説明するための図である。
【図９】従来のカップリングコイルの一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１および図２は、本発明に係るカップリングコイルの第１実施形態の一例を説明するための図である。図１はカップリングコイル１の斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１に示すように、カップリングコイル１は、一次コイル１１、二次コイル１２、コア１３を備えている。カップリングコイル１は、高周波発生装置３００より生成される高周波電圧を昇圧して、母材５００と電極６００との間に印加される直流電圧に重畳させるものである（図８参照）。なお、図１および図２において、二次コイル１２の巻回数は、作図の便宜上、実際のものよりも簡略化して記載しており、後述する図４、図６、図７においても同様である。
【００２６】
カップリングコイル１は、周知の内鉄形の変圧器と同様の構造を有している。コア１３は、正面視ロの字形状のフェライトであり、一方の脚部（図１においては下側の脚部）が一次コイル１１を形成するための一次巻線巻回部１３ａとされ、一次巻線巻回部１３ａに対向する脚部（図１においては上側の脚部）が二次コイル１２を形成するための二次巻線巻回部１３ｂとされている。コア１３は、一次コイル１１からなる一次電流回路と二次コイル１２からなる二次電流回路とを電磁誘導により結合する磁気回路を構成し、一次コイル１１に供給された電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、効率よく二次コイル１２に伝達する機能を果たす。すなわち、コア１３は、一次コイル１１に流れる電流により発生する磁束の通路を形成し、その磁束を効率よく二次コイル１２のコイル面に鎖交させて当該二次コイル１２に電圧を誘起させる。コア１３の素材は、フェライトに限定されず、ケイ素鋼板などの他の磁性材料でもよく、磁性材料を積層したものでもよい。飽和磁束密度および透磁率が大きく、鉄損が少ないものが適している。また、本実施形態では、コア１３は、断面が矩形状となるものを用いているが、断面が円形状や楕円形状となるものでも構わない。なお、断面直径が小さい場合は断面が円形状などであっても、可撓性が低い二次巻線を密着して巻回することができず、本発明の課題が生じる。
【００２７】
一次コイル１１は、コア１３に巻回される一次巻線１１ａからなり、コア１３の一次巻線巻回部１３ａに形成されている。一次巻線１１ａは、高周波発生装置３００の一対の出力端子に接続されており、高周波発生装置３００によって高周波交流電流が流される（図８参照）。高周波発生装置３００から流れる電流は数ｍＡ程度なので、一次巻線１１ａには導体部分が直径０．５ｍｍ程度の絶縁被覆付き銅線が用いられている。なお、一次巻線１１ａに用いられる電線の材質および線径はこれに限られるものではない。高周波発生装置３００からカップリングコイル１を介してアーク溶接機１００に供給される高周波は、母材５００と電極６００との間に絶縁破壊を起こさせるための高電圧（数千〜数万［Ｖ］の電圧）を印加するためのもので、高い電力は必要としないので、一次巻線１１ａの材質や線径は高周波発生装置３００から出力される電力量に応じて適宜選定すればよい。
【００２８】
一次コイル１１は、コア１３の一次巻線巻回部１３ａに一次巻線１１ａを螺旋状に２回巻回することで形成されている。なお、一次コイル１１の巻回数および巻回方向は限定されない。
【００２９】
二次コイル１２は、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂに形成されている。図２に示すように、二次コイル１２は、二次巻線１２１、２本の電線１２２ａ，１２２ｂ、絶縁シート１２３を備えている。二次コイル１２は、二次巻線１２１と絶縁シート１２３とを、二次巻線巻回部１３ｂにロール状に８回巻回することで形成されている。なお、二次コイル１２の巻回数および巻回方向は限定されない。二次コイル１２の巻回数は、一次コイル１１に印加される電圧と二次コイル１２が重畳すべき電圧との関係および一次コイル１１の巻回数により決定される。本実施形態では、アーク放電のスタート電圧をおよそ８０００Ｖの高電圧とし、一次コイル１１に印加する高周波電圧をおよそ２０００Ｖとしているので、その２０００Ｖの電圧を４倍に昇圧するために、二次巻線１２１を８回巻回している。
【００３０】
二次巻線１２１は、銅のインゴットを塑性加工により薄い帯状にした銅条からなる。図３は、二次コイル１２を形成する前の二次巻線１２１を説明するための分解斜視図である。本実施形態においては、二次巻線１２１として、厚さ寸法（図３における上下方向の寸法）が１．２ｍｍ、幅寸法（図３における左下から右上の方向の寸法）が７０ｍｍ、長さ寸法（図３における左上から右下の方向の寸法）が約１４１０ｍｍの銅条を用いている。
【００３１】
なお、本実施形態では、二次巻線１２１として銅条を用いているが、これに限られない。例えばアルミニウムや銀などの抵抗率が低い金属を帯状に塑性加工した金属条であってもよい。また、銅条の寸法は、巻回されるコア１３の二次巻線巻回部１３ｂの各寸法、巻回数、および流れる電流に応じて、適宜決定すればよい。本実施形態においては、二次巻線巻回部１３ｂの図１における左右方向寸法Ｌから幅寸法を７０ｍｍとし、４００Ａの電流を流せる断面積（約８４ｍｍ2）となるように厚さ寸法を１．２ｍｍとしている。また、二次巻線巻回部１３ｂ（図２における二次巻線巻回部１３ｂの断面長方形の周長１２０ｍｍ）周りに絶縁シート１２３とともに８回巻回するために、長さ寸法を約１４１０ｍｍとしている。
【００３２】
２本の電線１２２ａ，１２２ｂは、それぞれ絶縁被覆付き平編銅線であり、一方端部の絶縁被覆が除去されて、二次巻線１２１の一方の面（図３における上側面）の長手方向の両端部に固着されている。電線１２２ａ，１２２ｂを平編銅線としているのは、二次巻線１２１に溶接により固着しやすいからであり、電線１２２ａ，１２２ｂを固着した後の二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回したときにコア１３と二次巻線１２１との間隔が大きくならないようにするためである（図２参照）。また、電線１２２ａ，１２２ｂは、二次コイル１２のリード線として機能するので、平編銅線とすることでリード線に柔軟性を持たせるためでもある。なお、電線１２２ａ，１２２ｂは平編銅線に限定されないが、通常の銅線とする場合には、固着方法を工夫する必要があり、巻回したときのコア１３と二次巻線１２１との間隔が大きくならない工夫もする必要がある。
【００３３】
本実施形態では、電線１２２ａ，１２２ｂが固着された面を内側として、二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回しているが（図２参照）、当該面を外側として巻回してもよい。また、電線１２２ａと電線１２２ｂとを、それぞれ二次巻線１２１の互いに異なる面に固着してもよい。また、電線１２２ａと電線１２２ｂとを、それぞれ二次巻線１２１の長手方向の両端面に固着しても良い。この場合、巻回したときに電線１２２ａおよび電線１２２ｂがコア１３と二次巻線１２１との間に位置しないので、コア１３と二次巻線１２１との間隔を小さくすることができる。
【００３４】
本実施形態において、電線１２２ａ，１２２ｂを二次巻線１２１の幅方向（図３における左下から右上の方向）の全体に固着させているのは、固着の強度を高めるためと、二次巻線１２１の全体に均等に電流が流れるようにするためである。なお、電線１２２ａ，１２２ｂと二次巻線１２１との固着面の面積が小さい場合、固着面の抵抗値が高くなり発熱によって溶断される可能性があるので、固着面の面積が二次巻線１２１の長手方向に直交する断面積（以下、単に、「二次巻線１２１の断面積」という。）より大きくなるようにすべきである。
【００３５】
本実施形態では、アーク溶接が行われているときには電線１２２ａ，１２２ｂに、例えば、４００Ａの高電流が流れるので導体部分の断面積を８４ｍｍ2としているが、電線１２２ａ，１２２ｂの断面積、直径、材質、種類は流れる電流に合わせて適宜決定すればよい。
【００３６】
電線１２２ａの他方端部はアーク溶接機１００の電源装置２００に接続され、電線１２２ｂの他方端部はアーク溶接機１００の電極６００に接続されている（図８参照）。したがって、電源装置２００から、電線１２２ａ、二次巻線１２１、電線１２２ｂを介して電極６００に至る電流経路が形成されている。カップリングコイル１は、アーク溶接機１００の起動時に、電源装置２００から母材５００と電極６００との間に印加される直流電圧に、高周波発生装置３００から供給される高周波電圧を昇圧して重畳する。また、アーク溶接機１００の溶接動作時には、カップリングコイル１の二次コイル１２は、電源装置２００から出力される電流の経路となる。
【００３７】
絶縁シート１２３は、図２に示すように、二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回したときに二次巻線１２１がショートすることを防ぐためのものであり、二次巻線１２１とともに二次巻線巻回部１３ｂに巻回されるものである。本実施形態では、絶縁シート１２３としてアラミド樹脂のシートを用いているが、これに限られず、ポリイミド樹脂や耐熱塩化ビニル樹脂などの樹脂性シートでもよく、ファイバー紙などでもよい。
【００３８】
次に、カップリングコイル１の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態においては、二次巻線１２１として銅条を使用している。当該銅条は、厚さ寸法が１．２ｍｍであり可撓性が高いため、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂに密着させて巻回することができる。したがって、同じ断面積の銅線を螺旋状に同じ回数巻回した場合より、二次コイル１２の直径を小さくすることができる。また、本実施形態では、銅条の二次巻線１２１を二次巻線巻回部１３ｂに密着してロール状に巻回するので、銅線の螺旋巻における隙間が生じないので、螺旋巻よりも漏れ磁束が少なくなり、二次巻線１２１側に供給される高周波電圧の低下を抑制することができる。したがって、同じ断面積の銅線を螺旋状に巻回した場合より、二次巻線１２１の巻回数を小さくすることができる。これにより、同じ断面積の銅線を螺旋状に巻回した場合と比べて、二次コイル１２を小さくすることができる。
【００４０】
なお、図１では、コア１３の中央の開口部分を大きく描いているが、実際の製品では、この開口部分は一次コイル１１と二次コイル１２とが接しない程度に狭くすることができるので、コア１３のサイズが図９の例よりもコンパクトになり、その分、磁気回路もコンパクトになるので、漏れ磁束を低減させることができる。すなわち、一次コイル１１と二次コイル１２との相互インダクタンスを大きくでき、カップリングを良好にすることができる。
【００４１】
また、二次巻線１２１の可撓性が高いので、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂが細い（断面周長が小さい）場合でも、二次巻線１２１を二次巻線巻回部１３ｂに密着させて巻回することができる。したがって、二次コイル１２の直径をさらに小さくすることができる。
【００４２】
二次コイル１２を小さくすることができるので、コア１３全体の大きさも小さくすることができ、カップリングコイル１全体を小さくすることができる。また、カップリングコイル１を備えるアーク溶接機１００も小型化することができる。
【００４３】
また、コア１３の小型化によって二次コイル１２に使用される銅材の量も削減され、カップリングコイル１のコストを削減することができる。
【００４４】
上記第１実施形態では、一次コイル１１と二次コイル１２とをそれぞれコア１３の対向する脚部に形成した場合について説明したが、それぞれ隣り合う脚部に形成してもよい。また、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３の同じ脚部に形成してもよい。この場合は、図４に示すように、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２の脚部における巻回位置を同じにするとよい。
【００４５】
図４において、図１に示したカップリングコイル１と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図４に示す第２実施形態に係るカップリングコイル１’は、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３の同じ位置に形成した点で第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態に係るカップリングコイル１’においては、二次巻線１２１に流れる大電流による発熱によって一次巻線１１ａが溶断されないように、一次巻線１１ａを第１実施形態のものよりも耐熱温度の高い電線にしたり、二次巻線１２１を第１実施形態のものよりも断面積を大きくして抵抗値を小さくしたりするようにしている。
【００４６】
第２実施形態においても、二次巻線１２１の可撓性が高いことにより、二次コイル１２の直径を小さくすることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、二次巻線１２１の上に一次巻線１１ａを巻回しているので、漏れ磁束を削減することができる。
【００４７】
なお、一次巻線１１ａと二次巻線１２１の巻き方として、図４とは逆に、コア１３に先に一次巻線１１ａを巻回し、その上から二次巻線１２１を巻回するようにしてもよい。また、コア１３に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００４８】
図５は、コア１３に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成する方法を説明するための図である。
【００４９】
図５においては、二次巻線１２１を巻回したときに内側となる面の一部に絶縁シート１２４が配置され、その上に一次巻線１１ａが二次巻線１２１を幅方向に横切るように配置されている。図５に示す二次巻線１２１を絶縁シート１２４とともにコア１３に巻回することにより、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成することができる。このとき、一次巻線１１ａの配置の仕方を調節することにより、一次巻線１１ａの巻回数を調節することができる。
【００５０】
第１，第２実施形態では、正面視ロの字形状のコア１３を用いた場合について説明したが、コアの形状は限定されない。例えば、コアを棒形状のものとしてもよい。
【００５１】
図６は、本発明に係るカップリングコイルの第３実施形態の一例を説明するための図である。なお、同図において、図１に示したカップリングコイル１と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。カップリングコイル１”は、コア１３'を棒形状とした点で、図１に示す第１実施形態と異なる。また、二次コイル１２における発熱を考慮して、一次コイル１１と二次コイル１２をコア１３’に並べて配置している。
【００５２】
第３実施形態においても、二次巻線１２１の可撓性が高いことにより、二次コイル１２の直径を小さくすることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、コア１３'が棒形状であるので、図６における上下方向の大きさを小さくすることができる。
【００５３】
第３実施形態では、二次コイル１２における発熱を考慮して、一次コイル１１と二次コイル１２をコア１３’に並べて配置しているが、上述したように、一次巻線１１ａや二次巻線１２１に二次コイル１２の発熱対策を施していれば、図７に示すように、二次コイル１２に重ねて一次巻線１１ａを巻回するようにしてもよい。
【００５４】
図７において、図６に示したカップリングコイル１”と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図７に示す第４実施形態に係るカップリングコイル１'''は、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３’の同じ位置に形成した点で第３実施形態と異なる。なお、第４実施形態に係るカップリングコイル１'''においても、二次巻線１２１に流れる大電流による発熱によって一次巻線１１ａが溶断されないように、一次巻線１１ａを第３実施形態のものよりも耐熱温度の高い電線にしたり、二次巻線１２１を第３実施形態のものよりも断面積を大きくして抵抗値を小さくしたりするようにしている。
【００５５】
第４実施形態においても、第２実施形態や第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、二次巻線１２１の上に一次巻線１１ａを巻回しているので、第３実施形態よりも一次コイル１１と二次コイル１２とのカップリングを良好にすることができる。さらに、コア１３'の長さ（図７における左右方向の寸法）を短くすることができ、カップリングコイル１'''の全体的な形状をコンパクトにすることができる。
【００５６】
なお、第４実施形態においても、第２実施形態で言及したように、図７とは逆に、コイル１３’に先に一次巻線１１ａを巻回し、その上から二次巻線１２１を巻回するようにしてもよい。また、コア１３’に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００５７】
また、第３，第４実施形態では、一次巻線１１ａと二次巻線１２１を強磁性体からなるコア１３’に直接巻回した構造を示したが、一次巻線１１ａと二次巻線１２１を筒状のボビンに巻回し、そのボビンにケイ素鋼などの強磁性体の棒部材を挿入した構造としてもよい。
【００５８】
なお、上記実施形態では、電源装置２００から溶接用の電流として直流電流を流す場合について説明したが、これに限られない。溶接用の電流として、パルス電流を流す場合でも本発明を適用することができるし、交流電源から交流電流を流す場合でも本発明を適用することができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、本発明をアーク溶接機に適用した場合について説明したが、これに限られない。本発明は、放電現象を利用する装置において、アーク発生の開始方式が高周波発生方式であるものすべてに適用することができる。例えば、プラズマ切断機やプラズマ処理装置、放電加工機などにも適用することができる。
【００６０】
本発明に係るカップリングコイルは、上述した第１乃至第４実施形態およびその変形例に限定されるものではない。本発明に係るカップリングコイルの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００６１】
１，１',１”，１'''，４００ カップリングコイル
１１ 一次コイル
１１ａ 一次巻線
１２ 二次コイル
１２１ 二次巻線
１２２ａ，１２２ｂ 電線
１２３，１２４ 絶縁シート
１３，１３’ コア
１３ａ 一次巻線巻回部
１３ｂ 二次巻線巻回部
１００ アーク溶接機
２００ 電源装置
３００ 高周波発生装置
５００ 母材
６００ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波発生方式によりアーク放電をスタートさせるアーク溶接機、および、そのアーク溶接機に用いられる高周波入力用のカップリングコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電現象を利用して金属の溶接を行うアーク溶接機がある。アーク溶接機は、母材と電極との間でアーク放電を発生させ、アーク放電による熱で母材を溶融して溶接を行う。アーク放電の発生開始時には、母材と電極との間に所定以上の電界強度を生じさせて、絶縁破壊を起こす必要がある。絶縁破壊のための方法として、アーク溶接機の起動時に、高周波発生装置で生成した高周波電圧を母材と電極との間に印加する高周波発生方式が知られている。
【０００３】
図８は、高周波発生方式のアーク溶接機の一例を説明するための図である。アーク溶接機１００は、アーク放電のための電力を供給する電源装置２００、アーク放電の発生開始時に高周波電圧を発生させる高周波発生装置３００、および、高周波発生装置３００が供給する高周波電圧を電源装置２００が供給する直流電圧に重畳するためのカップリングコイル４００を備えている。
【０００４】
アーク溶接機１００は、アーク放電開始時に、電源装置２００を起動させて母材５００と電極６００との間に低電圧の直流電圧（例えば、数十［Ｖ］の電圧）を印加し、さらに高周波発生装置３００を起動させてこの直流電圧に高電圧（例えば、数千〜数万［Ｖ］の電圧）の高周波電圧を重畳させることで、母材５００と電極６００との間に絶縁破壊を生じさせる。
【０００５】
図９は、従来のカップリングコイルの一例を説明するための図である。カップリングコイル４００は、高周波発生装置３００の一対の出力端子が接続される一次コイル４０１と、電源装置２００の一方の出力端子と電極６００との間に接続される二次コイル４０２と、一次コイル４０１および二次コイル４０２が形成されるコア４０３とを有する。カップリングコイル４００は、一次コイル４０１に入力される高周波電圧を、一次コイル４０１と二次コイル４０２との巻数比に応じた高電圧の高周波電圧に昇圧して、二次コイル４０２側に出力する。高周波発生装置３００が発生する高周波電圧は、カップリングコイル４００によって昇圧され、電源装置２００から出力される直流電圧に重畳される。直流電圧に非常に高い高周波電圧が重畳されることにより、母材５００と電極６００との間の絶縁が破壊され、アーク放電が発生する。これにより、母材５００と電極６００との間に電流経路が形成され、電源装置２００から溶接用の直流電力が供給されることになる。
【０００６】
アーク放電が発生した後は母材５００と電極６００との間に高周波電圧を印加する必要がないので、高周波発生装置３００は停止され、電源装置２００が供給する直流電力のみによりアーク放電が継続し、その発熱により母材５００を溶融して溶接が行われる。高周波発生装置３００が停止されると、母材５００と電極６００との間の電位差は数十Ｖに低下するので、アーク溶接中は母材５００と電極６００との間に数百Ａの高電流が流れる。例えば、アーク溶接機１００の出力電流が４００Ａの場合、電源装置２００と電極６００とを接続する接続線には４００Ａの電流が流れる。
【０００７】
したがって、カップリングコイル４００の二次コイル４０２を形成する二次巻線４０２ａも、４００Ａ以上の電流を流すことができる線材を用いる必要がある。また、大容量の線材を使用した場合、発熱量が大きいので、アーク溶接機１００の定格使用率をできるだけ大きくするために、二次巻線４０２ａの構造を可及的に温度上昇を抑制する構造にする必要もある。そこで、図９の例では、二次巻線４０２ａとして、断面積が大きく、抵抗率が低い素材の電線（一般に銅線）を用い、その電線をコア４０３の脚部（図９においては上側の脚部）に所定の間隔を設けて螺旋状に巻いた構造が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平５−４６０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、二次巻線４０２ａの断面積を大きくした場合、カップリングコイル４００のサイズが大きなものとなってしまうという問題があった。例えば、二次巻線４０２ａの素材を銅とする場合、４００Ａの電流を流すためには、直径を１０ｍｍ以上とする必要があり、絶縁被覆も含めると直径は１３ｍｍ以上となる。銅はアルミなどと比べると可撓性が低く、直径を大きくしたことにより可撓性がさらに低下する。したがって、当該二次巻線４０２ａをコア４０３に密着させて巻回することができず、二次コイル４０２の直径は大きくなる。一方、二次巻線４０２ａの素材をアルミとした場合、アルミの抵抗率は銅の抵抗率の約１．６倍なので、直径を銅の場合の約１．６倍とする必要がある。アルミは銅より可撓性が高いが、直径を大きくしたことによる可撓性の低下のため、当該二次巻線４０２ａをコア４０３に巻きつけた二次コイル４０２の直径はさらに大きくなるとともに、螺旋状に巻かれた二次巻線４０２ａの長さも長くなる。
【００１０】
また、二次コイル４０２における二次巻線４０２ａとコア４０３との間隔が大きくなるとともに、放熱を考慮して螺旋のピッチも設ける必要があるので、漏れ磁束が多くなり、二次巻線４０２ａ側に誘起される高周波電圧が低くなる。したがって、二次巻線４０２ａ側に誘起される高周波電圧を所定の高電圧とするために、巻回数を大きくする必要がある。二次コイル４０２の直径が大きくなることと、巻回数を大きくする必要のために、二次コイル４０２が大きなものとなり、これを含むカップリングコイル４００全体が大きなものとなる。
【００１１】
なお、図９の例では、正面視ロの字型のコア４０３を用いたカップリングコイル４００を示したが、同一のボビンに一次コイルと二次コイルを螺旋状に巻き付け、ボビンの内部に鉄心を挿入する構成も提案されている（特許文献１参照）。この構成では、一次コイルと二次コイルが同軸上に配置されるので、一次コイルと二次コイルが並列に配置される図９の例よりも同図の高さ方向におけるサイズをコンパクトにすることができるが、一次コイルに二次コイルの発熱に対する耐熱構造を設ける必要がある。したがって、カップリングコイル全体としては、ボビンの径方向や長さ方向にサイズが大きくなり、小型化およびコンパクト化において一定の限界が生じる点は図９の例と同様である。
【００１２】
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、出力電流が大きいアーク溶接機に用いることができる、二次コイルの直径を小さくしたカップリングコイルを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１４】
本発明の第１の側面によって提供されるカップリングコイルは、電源装置からアーク放電を用いた処理用の電力が入力される二次巻線とこの二次巻線に磁気結合され、前記アーク放電を発生させるための高周波電圧が入力される一次巻線とを備え、前記高周波電圧を昇圧して前記電源装置から前記二次巻線に印加される電圧に重畳するカップリングコイルであって、前記二次巻線が金属条であり、絶縁シートとともに前記コアにロール状に巻回されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記金属条は銅条である。また、他の好ましい実施の形態においては、前記二次巻線にはリード端子用の電線が固着されており、前記電線は平編銅線である。
【００１６】
更に、本発明の好ましい実施の形態においては、前記一次巻線および前記二次巻線は、正面視ロの字形状の強磁磁性体からなるコアの脚部に巻回されている。また、前記一次巻線および前記二次巻線は、棒形状の強磁磁性体からなるコアに巻回されている。前記一次巻線および二次巻線は、前記コアの同じ位置に巻回されているとよい。
【００１７】
本発明に係るカップリングコイルによれば、金属条である二次巻線は可撓性が高いため、例えば、コアに巻回した場合、当該コアに密着させて巻回することができる。したがって、同じ断面積の金属線を螺旋状に同じ回数巻回した場合より、二次巻線がロール状に巻回された二次コイルの直径を小さくすることができる。また、二次巻線がコアに密着して巻回されているので、漏れ磁束が少なくなり、二次巻線側に誘起される高周波電圧の低下を抑制することができる。したがって、同じ断面積の金属線を螺旋状に巻回した場合より、二次巻線の巻回数を小さくすることができる。これにより、同じ断面積の金属線を螺旋状に巻回した場合と比べて、二次コイルを小さくすることができる。
【００１８】
また、二次巻線の可撓性が高いので、コアの断面周長が小さい場合でも、二次巻線を密着させて巻回することができる。したがって、二次コイルの直径をさらに小さくすることができる。二次コイルを小さくすることができるので、コア全体の大きさも小さくすることができ、カップリングコイル全体を小さくすることができる。また、コアの小型化によってコストが削減され、二次コイルに使用される金属材料の量も削減することができる。
【００１９】
コアを棒形状した場合は、正面視ロの字形状のコアに比べてコアの小型化が可能になり、カップリングコイルをより小さくすることができる。また、一次巻線および二次巻線をコアの同じ位置に巻回した場合は、一次巻線と二次巻線との結合を高くすることができるので、二次巻線側に誘起される高周波電圧の低下を抑制することができ、二次巻線の巻回数を抑制することができる。
【００２０】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接機は、本発明の第１の側面によって提供されるカップリングコイルを備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、カップリングコイルが小型化されるので、アーク溶接機も小型化することができる。
【００２２】
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】
【００２３】
【図１】本発明に係るカップリングコイルの第１実施形態の一例を説明するための図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面斜視図である。
【図３】二次コイルの分解図である。
【図４】本発明に係るカップリングコイルの第２実施形態の一例を説明するための図である。
【図５】一次コイルと二次コイルとを一体的に形成する方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係るカップリングコイルの第３実施形態の一例を説明するための図である。
【図７】本発明に係るカップリングコイルの第４実施形態の一例を説明するための図である。
【図８】従来のアーク溶接機の一例を説明するための図である。
【図９】従来のカップリングコイルの一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１および図２は、本発明に係るカップリングコイルの第１実施形態の一例を説明するための図である。図１はカップリングコイル１の斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１に示すように、カップリングコイル１は、一次コイル１１、二次コイル１２、コア１３を備えている。カップリングコイル１は、高周波発生装置３００より生成される高周波電圧を昇圧して、母材５００と電極６００との間に印加される直流電圧に重畳させるものである（図８参照）。なお、図１および図２において、二次コイル１２の巻回数は、作図の便宜上、実際のものよりも簡略化して記載しており、後述する図４、図６、図７においても同様である。
【００２６】
カップリングコイル１は、周知の内鉄形の変圧器と同様の構造を有している。コア１３は、正面視ロの字形状のフェライトであり、一方の脚部（図１においては下側の脚部）が一次コイル１１を形成するための一次巻線巻回部１３ａとされ、一次巻線巻回部１３ａに対向する脚部（図１においては上側の脚部）が二次コイル１２を形成するための二次巻線巻回部１３ｂとされている。コア１３は、一次コイル１１からなる一次電流回路と二次コイル１２からなる二次電流回路とを電磁誘導により結合する磁気回路を構成し、一次コイル１１に供給された電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、効率よく二次コイル１２に伝達する機能を果たす。すなわち、コア１３は、一次コイル１１に流れる電流により発生する磁束の通路を形成し、その磁束を効率よく二次コイル１２のコイル面に鎖交させて当該二次コイル１２に電圧を誘起させる。コア１３の素材は、フェライトに限定されず、ケイ素鋼板などの他の磁性材料でもよく、磁性材料を積層したものでもよい。飽和磁束密度および透磁率が大きく、鉄損が少ないものが適している。また、本実施形態では、コア１３は、断面が矩形状となるものを用いているが、断面が円形状や楕円形状となるものでも構わない。なお、断面直径が小さい場合は断面が円形状などであっても、可撓性が低い二次巻線を密着して巻回することができず、本発明の課題が生じる。
【００２７】
一次コイル１１は、コア１３に巻回される一次巻線１１ａからなり、コア１３の一次巻線巻回部１３ａに形成されている。一次巻線１１ａは、高周波発生装置３００の一対の出力端子に接続されており、高周波発生装置３００によって高周波交流電流が流される（図８参照）。高周波発生装置３００から流れる電流は数ｍＡ程度なので、一次巻線１１ａには導体部分が直径０．５ｍｍ程度の絶縁被覆付き銅線が用いられている。なお、一次巻線１１ａに用いられる電線の材質および線径はこれに限られるものではない。高周波発生装置３００からカップリングコイル１を介してアーク溶接機１００に供給される高周波は、母材５００と電極６００との間に絶縁破壊を起こさせるための高電圧（数千〜数万［Ｖ］の電圧）を印加するためのもので、高い電力は必要としないので、一次巻線１１ａの材質や線径は高周波発生装置３００から出力される電力量に応じて適宜選定すればよい。
【００２８】
一次コイル１１は、コア１３の一次巻線巻回部１３ａに一次巻線１１ａを螺旋状に２回巻回することで形成されている。なお、一次コイル１１の巻回数および巻回方向は限定されない。
【００２９】
二次コイル１２は、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂに形成されている。図２に示すように、二次コイル１２は、二次巻線１２１、２本の電線１２２ａ，１２２ｂ、絶縁シート１２３を備えている。二次コイル１２は、二次巻線１２１と絶縁シート１２３とを、二次巻線巻回部１３ｂにロール状に８回巻回することで形成されている。なお、二次コイル１２の巻回数および巻回方向は限定されない。二次コイル１２の巻回数は、一次コイル１１に印加される電圧と二次コイル１２が重畳すべき電圧との関係および一次コイル１１の巻回数により決定される。本実施形態では、アーク放電のスタート電圧をおよそ８０００Ｖの高電圧とし、一次コイル１１に印加する高周波電圧をおよそ２０００Ｖとしているので、その２０００Ｖの電圧を４倍に昇圧するために、二次巻線１２１を８回巻回している。
【００３０】
二次巻線１２１は、銅のインゴットを塑性加工により薄い帯状にした銅条からなる。図３は、二次コイル１２を形成する前の二次巻線１２１を説明するための分解斜視図である。本実施形態においては、二次巻線１２１として、厚さ寸法（図３における上下方向の寸法）が１．２ｍｍ、幅寸法（図３における左下から右上の方向の寸法）が７０ｍｍ、長さ寸法（図３における左上から右下の方向の寸法）が約１４１０ｍｍの銅条を用いている。
【００３１】
なお、本実施形態では、二次巻線１２１として銅条を用いているが、これに限られない。例えばアルミニウムや銀などの抵抗率が低い金属を帯状に塑性加工した金属条であってもよい。また、銅条の寸法は、巻回されるコア１３の二次巻線巻回部１３ｂの各寸法、巻回数、および流れる電流に応じて、適宜決定すればよい。本実施形態においては、二次巻線巻回部１３ｂの図１における左右方向寸法Ｌから幅寸法を７０ｍｍとし、４００Ａの電流を流せる断面積（約８４ｍｍ2）となるように厚さ寸法を１．２ｍｍとしている。また、二次巻線巻回部１３ｂ（図２における二次巻線巻回部１３ｂの断面長方形の周長１２０ｍｍ）周りに絶縁シート１２３とともに８回巻回するために、長さ寸法を約１４１０ｍｍとしている。
【００３２】
２本の電線１２２ａ，１２２ｂは、それぞれ絶縁被覆付き平編銅線であり、一方端部の絶縁被覆が除去されて、二次巻線１２１の一方の面（図３における上側面）の長手方向の両端部に固着されている。電線１２２ａ，１２２ｂを平編銅線としているのは、二次巻線１２１に溶接により固着しやすいからであり、電線１２２ａ，１２２ｂを固着した後の二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回したときにコア１３と二次巻線１２１との間隔が大きくならないようにするためである（図２参照）。また、電線１２２ａ，１２２ｂは、二次コイル１２のリード線として機能するので、平編銅線とすることでリード線に柔軟性を持たせるためでもある。なお、電線１２２ａ，１２２ｂは平編銅線に限定されないが、通常の銅線とする場合には、固着方法を工夫する必要があり、巻回したときのコア１３と二次巻線１２１との間隔が大きくならない工夫もする必要がある。
【００３３】
本実施形態では、電線１２２ａ，１２２ｂが固着された面を内側として、二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回しているが（図２参照）、当該面を外側として巻回してもよい。また、電線１２２ａと電線１２２ｂとを、それぞれ二次巻線１２１の互いに異なる面に固着してもよい。また、電線１２２ａと電線１２２ｂとを、それぞれ二次巻線１２１の長手方向の両端面に固着しても良い。この場合、巻回したときに電線１２２ａおよび電線１２２ｂがコア１３と二次巻線１２１との間に位置しないので、コア１３と二次巻線１２１との間隔を小さくすることができる。
【００３４】
本実施形態において、電線１２２ａ，１２２ｂを二次巻線１２１の幅方向（図３における左下から右上の方向）の全体に固着させているのは、固着の強度を高めるためと、二次巻線１２１の全体に均等に電流が流れるようにするためである。なお、電線１２２ａ，１２２ｂと二次巻線１２１との固着面の面積が小さい場合、固着面の抵抗値が高くなり発熱によって溶断される可能性があるので、固着面の面積が二次巻線１２１の長手方向に直交する断面積（以下、単に、「二次巻線１２１の断面積」という。）より大きくなるようにすべきである。
【００３５】
本実施形態では、アーク溶接が行われているときには電線１２２ａ，１２２ｂに、例えば、４００Ａの高電流が流れるので導体部分の断面積を８４ｍｍ2としているが、電線１２２ａ，１２２ｂの断面積、直径、材質、種類は流れる電流に合わせて適宜決定すればよい。
【００３６】
電線１２２ａの他方端部はアーク溶接機１００の電源装置２００に接続され、電線１２２ｂの他方端部はアーク溶接機１００の電極６００に接続されている（図８参照）。したがって、電源装置２００から、電線１２２ａ、二次巻線１２１、電線１２２ｂを介して電極６００に至る電流経路が形成されている。カップリングコイル１は、アーク溶接機１００の起動時に、電源装置２００から母材５００と電極６００との間に印加される直流電圧に、高周波発生装置３００から供給される高周波電圧を昇圧して重畳する。また、アーク溶接機１００の溶接動作時には、カップリングコイル１の二次コイル１２は、電源装置２００から出力される電流の経路となる。
【００３７】
絶縁シート１２３は、図２に示すように、二次巻線１２１をコア１３の二次巻線巻回部１３ｂに巻回したときに二次巻線１２１がショートすることを防ぐためのものであり、二次巻線１２１とともに二次巻線巻回部１３ｂに巻回されるものである。本実施形態では、絶縁シート１２３としてアラミド樹脂のシートを用いているが、これに限られず、ポリイミド樹脂や耐熱塩化ビニル樹脂などの樹脂性シートでもよく、ファイバー紙などでもよい。
【００３８】
次に、カップリングコイル１の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態においては、二次巻線１２１として銅条を使用している。当該銅条は、厚さ寸法が１．２ｍｍであり可撓性が高いため、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂに密着させて巻回することができる。したがって、同じ断面積の銅線を螺旋状に同じ回数巻回した場合より、二次コイル１２の直径を小さくすることができる。また、本実施形態では、銅条の二次巻線１２１を二次巻線巻回部１３ｂに密着してロール状に巻回するので、銅線の螺旋巻における隙間が生じないので、螺旋巻よりも漏れ磁束が少なくなり、二次巻線１２１側に供給される高周波電圧の低下を抑制することができる。したがって、同じ断面積の銅線を螺旋状に巻回した場合より、二次巻線１２１の巻回数を小さくすることができる。これにより、同じ断面積の銅線を螺旋状に巻回した場合と比べて、二次コイル１２を小さくすることができる。
【００４０】
なお、図１では、コア１３の中央の開口部分を大きく描いているが、実際の製品では、この開口部分は一次コイル１１と二次コイル１２とが接しない程度に狭くすることができるので、コア１３のサイズが図９の例よりもコンパクトになり、その分、磁気回路もコンパクトになるので、漏れ磁束を低減させることができる。すなわち、一次コイル１１と二次コイル１２との相互インダクタンスを大きくでき、カップリングを良好にすることができる。
【００４１】
また、二次巻線１２１の可撓性が高いので、コア１３の二次巻線巻回部１３ｂが細い（断面周長が小さい）場合でも、二次巻線１２１を二次巻線巻回部１３ｂに密着させて巻回することができる。したがって、二次コイル１２の直径をさらに小さくすることができる。
【００４２】
二次コイル１２を小さくすることができるので、コア１３全体の大きさも小さくすることができ、カップリングコイル１全体を小さくすることができる。また、カップリングコイル１を備えるアーク溶接機１００も小型化することができる。
【００４３】
また、コア１３の小型化によって二次コイル１２に使用される銅材の量も削減され、カップリングコイル１のコストを削減することができる。
【００４４】
上記第１実施形態では、一次コイル１１と二次コイル１２とをそれぞれコア１３の対向する脚部に形成した場合について説明したが、それぞれ隣り合う脚部に形成してもよい。また、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３の同じ脚部に形成してもよい。この場合は、図４に示すように、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２の脚部における巻回位置を同じにするとよい。
【００４５】
図４において、図１に示したカップリングコイル１と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図４に示す第２実施形態に係るカップリングコイル１’は、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３の同じ位置に形成した点で第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態に係るカップリングコイル１’においては、二次巻線１２１に流れる大電流による発熱によって一次巻線１１ａが溶断されないように、一次巻線１１ａを第１実施形態のものよりも耐熱温度の高い電線にしたり、二次巻線１２１を第１実施形態のものよりも断面積を大きくして抵抗値を小さくしたりするようにしている。
【００４６】
第２実施形態においても、二次巻線１２１の可撓性が高いことにより、二次コイル１２の直径を小さくすることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、二次巻線１２１の上に一次巻線１１ａを巻回しているので、漏れ磁束を削減することができる。
【００４７】
なお、一次巻線１１ａと二次巻線１２１の巻き方として、図４とは逆に、コア１３に先に一次巻線１１ａを巻回し、その上から二次巻線１２１を巻回するようにしてもよい。また、コア１３に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００４８】
図５は、コア１３に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成する方法を説明するための図である。
【００４９】
図５においては、二次巻線１２１を巻回したときに内側となる面の一部に絶縁シート１２４が配置され、その上に一次巻線１１ａが二次巻線１２１を幅方向に横切るように配置されている。図５に示す二次巻線１２１を絶縁シート１２４とともにコア１３に巻回することにより、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成することができる。このとき、一次巻線１１ａの配置の仕方を調節することにより、一次巻線１１ａの巻回数を調節することができる。
【００５０】
第１，第２実施形態では、正面視ロの字形状のコア１３を用いた場合について説明したが、コアの形状は限定されない。例えば、コアを棒形状のものとしてもよい。
【００５１】
図６は、本発明に係るカップリングコイルの第３実施形態の一例を説明するための図である。なお、同図において、図１に示したカップリングコイル１と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。カップリングコイル１”は、コア１３'を棒形状とした点で、図１に示す第１実施形態と異なる。また、二次コイル１２における発熱を考慮して、一次コイル１１と二次コイル１２をコア１３’に並べて配置している。
【００５２】
第３実施形態においても、二次巻線１２１の可撓性が高いことにより、二次コイル１２の直径を小さくすることができ、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、コア１３'が棒形状であるので、図６における上下方向の大きさを小さくすることができる。
【００５３】
第３実施形態では、二次コイル１２における発熱を考慮して、一次コイル１１と二次コイル１２をコア１３’に並べて配置しているが、上述したように、一次巻線１１ａや二次巻線１２１に二次コイル１２の発熱対策を施していれば、図７に示すように、二次コイル１２に重ねて一次巻線１１ａを巻回するようにしてもよい。
【００５４】
図７において、図６に示したカップリングコイル１”と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。図７に示す第４実施形態に係るカップリングコイル１'''は、二次コイル１２の周りに一次巻線１１ａを巻回することで、一次コイル１１と二次コイル１２とをコア１３’の同じ位置に形成した点で第３実施形態と異なる。なお、第４実施形態に係るカップリングコイル１'''においても、二次巻線１２１に流れる大電流による発熱によって一次巻線１１ａが溶断されないように、一次巻線１１ａを第３実施形態のものよりも耐熱温度の高い電線にしたり、二次巻線１２１を第３実施形態のものよりも断面積を大きくして抵抗値を小さくしたりするようにしている。
【００５５】
第４実施形態においても、第２実施形態や第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、二次巻線１２１の上に一次巻線１１ａを巻回しているので、第３実施形態よりも一次コイル１１と二次コイル１２とのカップリングを良好にすることができる。さらに、コア１３'の長さ（図７における左右方向の寸法）を短くすることができ、カップリングコイル１'''の全体的な形状をコンパクトにすることができる。
【００５６】
なお、第４実施形態においても、第２実施形態で言及したように、図７とは逆に、コイル１３’に先に一次巻線１１ａを巻回し、その上から二次巻線１２１を巻回するようにしてもよい。また、コア１３’に巻回される二次巻線１２１の間に一次巻線１１ａを巻回して、一次コイル１１と二次コイル１２とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００５７】
また、第３，第４実施形態では、一次巻線１１ａと二次巻線１２１を強磁性体からなるコア１３’に直接巻回した構造を示したが、一次巻線１１ａと二次巻線１２１を筒状のボビンに巻回し、そのボビンにケイ素鋼などの強磁性体の棒部材を挿入した構造としてもよい。
【００５８】
なお、上記実施形態では、電源装置２００から溶接用の電流として直流電流を流す場合について説明したが、これに限られない。溶接用の電流として、パルス電流を流す場合でも本発明を適用することができるし、交流電源から交流電流を流す場合でも本発明を適用することができる。
【００５９】
また、上記実施形態では、本発明をアーク溶接機に適用した場合について説明したが、これに限られない。本発明は、放電現象を利用する装置において、アーク発生の開始方式が高周波発生方式であるものすべてに適用することができる。例えば、プラズマ切断機やプラズマ処理装置、放電加工機などにも適用することができる。
【００６０】
本発明に係るカップリングコイルは、上述した第１乃至第４実施形態およびその変形例に限定されるものではない。本発明に係るカップリングコイルの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００６１】
１，１',１”，１'''，４００ カップリングコイル
１１ 一次コイル
１１ａ 一次巻線
１２ 二次コイル
１２１ 二次巻線
１２２ａ，１２２ｂ 電線
１２３，１２４ 絶縁シート
１３，１３’ コア
１３ａ 一次巻線巻回部
１３ｂ 二次巻線巻回部
１００ アーク溶接機
２００ 電源装置
３００ 高周波発生装置
５００ 母材
６００ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置からアーク放電を用いた処理用の電力が入力される二次巻線とこの二次巻線に磁気結合され、前記アーク放電を発生させるための高周波電圧が入力される一次巻線とを備え、前記高周波電圧を昇圧して前記電源装置から前記二次巻線に印加される電圧に重畳するカップリングコイルであって、
前記二次巻線が金属条であり、絶縁シートとともに前記コアにロール状に巻回されていることを特徴とするカップリングコイル。
【請求項２】
前記金属条は銅条である、請求項１に記載のカップリングコイル。
【請求項３】
前記二次巻線にはリード端子用の電線が固着されており、前記電線は平編銅線である、請求項１又は２に記載のカップリングコイル。
【請求項４】
前記一次巻線および前記二次巻線は、正面視ロの字形状の強磁磁性体からなるコアの脚部に巻回されている、請求項１または２に記載のカップリングコイル。
【請求項５】
前記一次巻線および前記二次巻線は、棒形状の強磁磁性体からなるコアに巻回されている、請求項１または２に記載のカップリングコイル。
【請求項６】
前記一次巻線および二次巻線は、前記コアの同じ位置に巻回されている、請求項４又は５のいずれかに記載のカップリングコイル。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のカップリングコイルを備えていることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項１】
電源装置からアーク放電を用いた処理用の電力が入力される二次巻線とこの二次巻線に磁気結合され、前記アーク放電を発生させるための高周波電圧が入力される一次巻線とを備え、前記高周波電圧を昇圧して前記電源装置から前記二次巻線に印加される電圧に重畳するカップリングコイルであって、
前記二次巻線が金属条であり、絶縁シートとともに前記コアにロール状に巻回されていることを特徴とするカップリングコイル。
【請求項２】
前記金属条は銅条である、請求項１に記載のカップリングコイル。
【請求項３】
前記二次巻線にはリード端子用の電線が固着されており、前記電線は平編銅線である、請求項１又は２に記載のカップリングコイル。
【請求項４】
前記一次巻線および前記二次巻線は、正面視ロの字形状の強磁磁性体からなるコアの脚部に巻回されている、請求項１または２に記載のカップリングコイル。
【請求項５】
前記一次巻線および前記二次巻線は、棒形状の強磁磁性体からなるコアに巻回されている、請求項１または２に記載のカップリングコイル。
【請求項６】
前記一次巻線および二次巻線は、前記コアの同じ位置に巻回されている、請求項４又は５のいずれかに記載のカップリングコイル。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載のカップリングコイルを備えていることを特徴とするアーク溶接機。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２４５１８３（Ｐ２０１０−２４５１８３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９０２８７（Ｐ２００９−９０２８７）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]