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特開2016-203205交流ＴＩＧアーク溶接電源及び交流ＴＩＧアーク溶接装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-203205(P2016-203205A)
(43)【公開日】2016年12月8日
(54)【発明の名称】交流ＴＩＧアーク溶接電源及び交流ＴＩＧアーク溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 9/073 20060101AFI20161111BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20161111BHJP
H02M 3/28 20060101ALI20161111BHJP
B23K 9/167 20060101ALI20161111BHJP
H02M 9/00 20060101ALI20161111BHJP
【ＦＩ】
B23K9/073 530
H02M7/48 E
H02M3/28 H
B23K9/167 A
H02M9/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】26
(21)【出願番号】特願2015-87295(P2015-87295)
(22)【出願日】2015年4月22日
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100115749
【弁理士】
【氏名又は名称】谷川 英和
(74)【代理人】
【識別番号】100115369
【弁理士】
【氏名又は名称】仙波 司
(72)【発明者】
【氏名】宮島 雄一
(72)【発明者】
【氏名】宮部 浩一
(72)【発明者】
【氏名】水島 光
(72)【発明者】
【氏名】勝田 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】外山 裕之
【テーマコード（参考）】
4E001
4E082
5H730
5H770
5H790
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB07
4E001DE03
4E082AA08
4E082BA02
4E082EA02
4E082EB11
4E082ED03
4E082FA05
5H730BB27
5H730BB57
5H730BB86
5H730BB88
5H730CC01
5H730DD03
5H730DD16
5H730DD32
5H730EE04
5H730FD31
5H730FF09
5H730FG01
5H730FG12
5H770BA20
5H770CA02
5H770DA01
5H770DA11
5H770DA41
5H770DA44
5H770GA11
5H770HA02Y
5H770KA05X
5H790BA03
5H790BB15
5H790CC02
5H790EA02
5H790EA15
5H790EB03
5H790EB04
5H790EB06
5H790KK02
(57)【要約】
【課題】交流ＴＩＧアーク溶接電源のカップリングコイルの電気特性に起因するアーク切れを防止する。【解決手段】溶接電源１はインバータ回路１０２１で発生した交流電圧に高周波発生部１０４で発生した高周波電圧を重畳するカップリングコイル１０５を備える。制御部１０７は高周波電圧を重畳した交流電圧を溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加してアークを発生させる。制御部１０７はアーク検出部１０７３が電流検出回路１０４３で検出した溶接電流を用いてアークの発生を検出すると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に切離し制御信号を出力してカップリングコイル１０５の両端部を短絡する。これにより、アーク発生後のアーク溶接モードにおいては溶接電流の電流経路からカップリングコイル１０５が切り離され、溶接電流がゼロクロスをするときにカップリングコイル１０５の電気的な特性の悪影響によりアーク切れが発生するのを防止することができる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電力を発生し、トーチ先端と母材との間に供給する交流電力供給手段と、
前記トーチ先端と前記母材との間にアークを発生させるための高周波電圧を発生する高周波電圧発生手段と、
前記高周波電圧発生手段が発生した高周波電圧を前記交流電力供給手段から出力される交流電圧に重畳する高周波重畳手段と、
を備えた交流ＴＩＧアーク溶接電源であって、
前記高周波重畳手段に並列に接続され、前記交流電流供給手段から出力される交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離すための回路切離し手段と、
前記交流電力供給手段から出力される交流電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出値に基いて、少なくとも前記交流電流が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では前記回路切離し手段を短絡状態にして当該高周波重畳手段を前記交流電流の経路から切り離す回路切離し制御手段と、
を備えたことを特徴とする、交流ＴＩＧアーク溶接電源。
前記トーチ先端と前記母材との間にアークを発生させるための高周波電圧を発生する高周波電圧発生手段と、
前記高周波電圧発生手段が発生した高周波電圧を前記交流電力供給手段から出力される交流電圧に重畳する高周波重畳手段と、
を備えた交流ＴＩＧアーク溶接電源であって、
前記高周波重畳手段に並列に接続され、前記交流電流供給手段から出力される交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離すための回路切離し手段と、
前記交流電力供給手段から出力される交流電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の検出値に基いて、少なくとも前記交流電流が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では前記回路切離し手段を短絡状態にして当該高周波重畳手段を前記交流電流の経路から切り離す回路切離し制御手段と、
を備えたことを特徴とする、交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項2】
前記回路切離し制御手段は、前記電流検出手段の検出値に基いて、前記トーチ先端と前記母材との間にアークが発生していることを検出するアーク検出手段を有し、前記アーク検出手段が前記アークの発生を検出すると、前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記アーク検出手段が前記アークの発生を検出しなければ、前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項3】
前記回路切離し制御手段は、前記交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間に前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記レベル反転期間以外の期間では前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項4】
前記回路切離し制御手段は、
前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値以上の場合は前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値よりも小さい場合は前記回路切離し手段を開放状態に制御する第１の制御手段と、
を含むことを特徴とする、請求項３に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値以上の場合は前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記微分値の絶対値が前記第１の閾値よりも小さい場合は前記回路切離し手段を開放状態に制御する第１の制御手段と、
を含むことを特徴とする、請求項３に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項5】
前記回路切離し制御手段は、前記交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間内の当該交流電流のレベルがゼロレベルをクロスする所定のゼロクロス期間に前記回路切離し手段を短絡状態にして前記交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、前記レベル反転期間以外の期間では前記回路切離し手段を開放状態にして前記交流電流の経路に前記高周波重畳手段を挿入することを特徴とする、請求項１に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項6】
前記回路切離し制御手段は、
前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段により前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になったことを検出すると、前記ゼロクロス期間に対応する所定の時間を計時する計時手段と、
前記第２の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になると、前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記計時手段により前記所定の時間が計時されると、前記回路切離し手段を開放状態に制御する第２の制御手段と、
を含むことを特徴とする、請求項５に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
前記電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、
前記微分演算手段が算出した微分値の絶対値を前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段により前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になったことを検出すると、前記ゼロクロス期間に対応する所定の時間を計時する計時手段と、
前記第２の比較手段の比較結果に基づき、前記微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になると、前記回路切離し手段を短絡状態に制御し、前記計時手段により前記所定の時間が計時されると、前記回路切離し手段を開放状態に制御する第２の制御手段と、
を含むことを特徴とする、請求項５に記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源。
【請求項7】
請求項1乃至６のいずれかに記載の交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えたことを特徴とする、交流ＴＩＧアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触式アークスタート方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源及びその交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えた交流ＴＩＧアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、非接触式アークスタート方式のアーク溶接装置が知られている。非接触式アークスタート方式は、溶接トーチに保持された溶接ワイヤを母材(被加工物)から離間させた状態で当該溶接ワイヤと母材との間に高周波高電圧を印加して両部材間の絶縁を破壊し、アークを発生させる方式である。
【0003】
例えば、特許文献１には、非接触式アークスタート方式の直流ＴＩＧ溶接装置が記載されている。特許文献１には、アーク溶接用の直流電力を発生する直流電源回路と、アーク発生用の高周波高電圧を発生する高周波発生回路と、直流電源回路の出力端部に設けられ、高周波発生回路で発生した高周波高電圧を直流電源回路で発生した直流電圧に重畳するカップリングコイルと、を備えた直流ＴＩＧ溶接装置が記載されている。
【0004】
特許文献１に記載の直流ＴＩＧ溶接装置では、溶接開始時に、直流電源回路で所定の直流電圧を発生するとともに、高周波発生回路で所定の高周波高電圧を発生し、カップリングコイルで当該直流電圧に当該高周波高電圧を重畳して溶接ワイヤと母材に印加する。これにより、溶接ワイヤと母材との間の絶縁が破壊され、アークが発生する。そして、アークが発生すると、高周波発生回路の高周波発生動作を停止し、溶接ワイヤと母材に所定の直流電圧を印加して溶接動作が開始される。
【0005】
例えば、引用文献２には、非接触式アークスタート方式のアーク溶接装置に用いられるカップリングコイルとして、過飽和リアクトルを用いたカップリングコイルが開示されている。そのカップリングコイルは、急峻な磁気飽和特性を有する鉄心に線径の小さい一次巻線と線径の大きい二次巻線を巻いた変圧器構造を有し、アーク溶接装置では、電源回路の出力ラインに二次巻線を接続し、一次巻線に高周波発生回路を接続して使用される。カップリングコイルは、一次巻線に高周波高電圧を印加し、二次巻線に直流電圧を印加すると、電源回路の出力端から高周波高電圧が重畳された直流電圧が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１４−０２３２３７号公報
【特許文献2】特開２０１０−２４５１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来のアーク溶接装置は、アークが発生した後もカップリングコイルが電源回路の出力ラインに接続された状態でアーク溶接用の電力をトーチ先端と母材に供給する構成であるので、アーク溶接用の電力として交流電力をトーチ先端と母材に供給する溶接電源を用いた場合、溶接電源から出力される溶接電流（交流）がゼロレベルをクロスする付近（以下、「ゼロクロス付近」という。）で過飽和リアクトルのリアクタンス特性の影響により、アーク切れが生じ易くなるという問題がある。
【0008】
例えば、アーク溶接用の交流電圧として、トーチ先端と母材の間に矩形波の溶接電圧ｖｗを印加した場合、トーチ先端と母材の間には電流の向きが交互に変化する矩形波の溶接電流ｉＷが流れる。過飽和リアクトルは、磁気が飽和した領域ではインダクタンスが小さい状態（低インピーダンス状態）になっているが、磁気が飽和しない領域ではインダクタンスが大きい状態（高インピーダンス状態）になる。このため、溶接電流ｉＷのレベルが＋側のピーク値＋ＩＰと−側のピーク値−ＩＰの間でレベル反転を行うとき、ゼロクロス付近の溶接電流ｉＷの絶対値｜ｉＷ｜が小さくなる領域ではカップリングコイルが高インピーダンスになるため、溶接電流ｉＷの変化は、図１８の実線で示すように、同図の点線で示すカップリングコイルがない場合に比べて緩やかになる。
【0009】
溶接電流ｉＷの流れる向きが緩やかに変化すると（溶接電流ｉＷが小さい変化率でゼロクロスをすると）、溶接電流ｉＷの絶対値が小さい期間ｔ１が長くなり、溶接ワイヤと母材の間のアークが切れる恐れが生じる。従って、アーク溶接中に周期τの矩形波の溶接電流ｉＷを流すと、τ／２の周期で溶接電流ｉＷの絶対値が小さい期間ｔ１が現れるので、アーク溶接中にアーク切れが繰り返される現象が生じ易くなる。
【0010】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、非接触式アークスタート方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源において、カップリングコイルに起因するアーク切れを防止することができる交流ＴＩＧアーク溶接電源とその交流ＴＩＧアーク溶接電源を用いた交流ＴＩＧアーク溶接装置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】
【0011】
第一の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、交流電力を発生し、トーチ先端と母材との間に供給する交流電力供給手段と、トーチ先端と母材との間にアークを発生させるための高周波電圧を発生する高周波電圧発生手段と、高周波電圧発生手段が発生した高周波電圧を交流電力供給手段から出力される交流電圧に重畳する高周波重畳手段と、を備えた交流ＴＩＧアーク溶接電源であって、高周波重畳手段に並列に接続され、交流電流供給手段から出力される交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離すための回路切離し手段と、交流電力供給手段から出力される交流電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出値に基いて、少なくとも交流電流が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では回路切離し手段を短絡状態にして当該高周波重畳手段を交流電流の経路から切り離す回路切離し制御手段と、を備えたことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0012】
第二の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値に基いて、トーチ先端と母材との間にアークが発生していることを検出するアーク検出手段を有し、アーク検出手段がアークの発生を検出すると、回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、アーク検出手段がアークの発生を検出しなければ、回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0013】
第三の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間に回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、レベル反転期間以外の期間では回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0014】
第四の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第三の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値と比較する第１の比較手段と、第１の比較手段の比較結果に基づき、微分値の絶対値が第１の閾値以上の場合は回路切離し手段を短絡状態に制御し、微分値の絶対値が第１の閾値よりも小さい場合は回路切離し手段を開放状態に制御する第１の制御手段と、を含むことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0015】
第五の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第一の発明に対して、回路切離し制御手段は、交流電流のレベルが一方のピーク値から他方のピーク値に反転するレベル反転期間内の当該交流電流のレベルがゼロレベルをクロスする所定のゼロクロス期間に回路切離し手段を短絡状態にして交流電流の経路から当該高周波重畳手段を切り離し、レベル反転期間以外の期間では回路切離し手段を開放状態にして交流電流の経路に高周波重畳手段を挿入することを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0016】
第六の発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源は、第五の発明に対して、回路切離し制御手段は、電流検出手段の検出値の微分値を演算する微分演算手段と、微分演算手段が算出した微分値の絶対値を第１の閾値よりも小さい第２の閾値と比較する第２の比較手段と、第２の比較手段により微分値の絶対値が前記第２の閾値以下になったことを検出すると、ゼロクロス期間に対応する所定の時間を計時する計時手段と、第２の比較手段の比較結果に基づき、微分値の絶対値が第２の閾値以下になると、回路切離し手段を短絡状態に制御し、計時手段により所定の時間が計時されると、回路切離し手段を開放状態に制御する第２の制御手段と、を含むことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接電源である。
【0017】
第七の発明の交流ＴＩＧアーク溶接装置は、第一乃至第六のいずれか１つの発明の交流ＴＩＧアーク溶接電源を備えたことを特徴とする交流ＴＩＧアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【0018】
本発明による交流ＴＩＧアーク溶接電源等によれば、トーチ先端と母材との間にアークを発生させてアーク溶接作業が可能なアーク溶接モードに移行すると、少なくとも交流電流（溶接電流）が基準レベルをクロスして当該交流電流の向きが反転する所定の期間では回路切離し手段を短絡状態にして高周波重畳手段を溶接電流の経路から切り離すので、高周波重畳手段の電気的な特性に起因してゼロクロス付近で溶接電流の変化率が急激に低下することを防止することができる。
【0019】
従って、高周波重畳手段の電気的な特性の影響を受けることなく溶接電流のレベルを高速で反転させることができるので、そのレベルが反転する期間にアーク切れが発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】実施の形態に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の構成を示すブロック図
【図2】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１の直流−交流変換部のインバータ回路の構成例を示す図
【図3】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１の直流−交流変換部から出力される電圧の波形を示す図
【図4】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第２の直流−交流変換部の回路構成の一例を示す図
【図5】同交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接中に流れる溶接電流の経路を説明するための図
【図6】同交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接中に流れる溶接電流の波形を示す図
【図7】同交流ＴＩＧアーク溶接電源のカップリングコイルの構成の一例を示す図
【図8】同カップリングコイルの一次巻線に流れる電流と当該一次巻線のインダクタンスと関係を示す特性を示す図
【図9】同カップリングコイルを用いた交流ＴＩＧアーク溶接機における溶接電流の波形の一例を示す図
【図10】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート
【図11】同第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図
【図12】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御のためのＣ・Ｃ切離し制御部のブロック構成を示す図
【図13】同第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート
【図14】同第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図
【図15】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御のための制御部のブロック構成を示す図
【図16】同交流ＴＩＧアーク溶接電源の第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御の処理手順を示すフローチャート
【図17】同第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御における各部の波形図
【図18】従来の交流ＴＩＧアーク溶接電源のアーク溶接期間におけるカップリングコイルの悪影響を説明するための溶接電流の波形の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の実施の形態について、図面を参照して説明する。実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【0022】
図１は、実施の形態に係る交流ＴＩＧアーク溶接電源の構成を示すブロック図である。
【0023】
図１に示す交流ＴＩＧアーク溶接電源１（以下、「溶接電源１」と略称する。）は、交流−直流変換部１０１、直流−交流−直流変換部１０２、直流−交流変換部１０３、高周波発生部１０４、カップリングコイル１０５、カップリングコイル切離し回路１０６及び制御部１０７を含む。
【0024】
溶接電源１は、入力側が三相交流電源に接続され、出力側が母材Ｂと溶接トーチ２に保持された電極Ｄに接続される。具体的には、直流−交流変換部１０３の出力端子ｄが母材Ｂに接続され、直流−交流−直流変換部１０２内のインバータトランス１０２２の出力端子ｎが電極Ｄに接続される。
【0025】
本実施の形態では、母材Ｂが接地（基準電位０［Ｖ］）されており、交流−直流変換部１０１、直流−交流−直流変換部１０２及び直流−交流変換部１０３の一方の信号ライン（図１では、下側の信号ライン）は、溶接電源１の筐体を介して基準電位（０［Ｖ］）に設定されている。
【0026】
交流−直流変換部１０１は、商用電源（三相２００／２２０［Ｖ］）から供給される交流を直流に変換する。交流−直流変換部１０１は、配電用遮断器１０１１、一次整流回路１０１２、入力リアクトル１０１３及び平滑回路１０１４を有する。
【0027】
配電用遮断器１０１１は、過負荷や短絡などの要因で負荷側に異常な過電流が流れたときに、溶接電源１を配電線路から切り離すための機器である。一次整流回路１０１２は、周知のブリッジダイオードで構成される。
【0028】
入力リアクトル１０１３は、一次整流回路１０１２から出力される直流に含まれる高調波を除去する。入力リアクトル１０１３は、直流リアクトル（ＤＣＬ）である。
【0029】
平滑回路１０１４は、一次整流回路１０１２から出力される直流の脈動分を除去する。平滑回路１０１４は、周知のチョークコイルやコンデンサを用いた回路で構成される。例えば、三相交流のＵ相とＶ相の線間電圧をｖｕｖとすると、交流−直流変換部１０１からは｜ｖｕｖ｜の最大値ＶＰに相当するレベル値を有する電圧Ｖｄｃ１が出力される。電圧Ｖｄｃ１は、レベル値が一定の直流電圧である。
【0030】
直流−交流−直流変換部１０２は、交流−直流変換部１０１から出力される電圧Ｖｄｃ１をレベル値の異なる電圧Ｖｄｃ２に変換する。本実施の形態では、直流−交流−直流変換部１０２は、電圧Ｖｄｃ１を当該電圧Ｖｄｃ１よりもレベル値の低い電圧Ｖｄｃ２に変換する。直流−交流−直流変換部１０２は、インバータ回路１０２１、インバータトランス１０２２、二次整流回路１０２３及び直流リアクトル１０３２，１０３３を有する。
【0031】
インバータ回路１０２１は、例えば、図２に示すように、４個の半導体スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４をブリッジ接続したフル・ブリッジ回路で構成される。半導体スイッチＳ１〜Ｓ４には、例えば、ＩＧＢＴが用いられるが、ＩＧＢＴ以外の半導体スイッチを用いてもよい。
【0032】
インバータ回路１０２１の駆動は、制御部１０７から出力される駆動信号Ｓ，／Ｓによって制御される。駆動信号Ｓと駆動信号／Ｓは、互いにレベルが反転した所定の周波数ｆ１のクロックパルスである。フル・ブリッジ回路の一方の対角位置に配置された一対の半導体スイッチＳ１，Ｓ４のオン・オフ動作は、駆動信号Ｓによって制御され、他方の対角位置に配置された一対の半導体スイッチＳ２，Ｓ３のオン・オフ動作は、駆動信号／Ｓによって制御される。従って、半導体スイッチＳ１，Ｓ４と半導体スイッチＳ２，Ｓ３は、交互にオン・オフ動作をする。
【0033】
インバータ回路１０２１の一方の出力端ａ’（図２では、下側の出力端）に対する他方の出力端ａの出力電圧をｖ１とすると、インバータ回路１０２１からは、周期τ１（＝１／ｆ１）でレベル値が＋ＶＰ［Ｖ］と−ＶＰ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖ１が出力される。電圧ｖ１は、レベル値が周期的に変化する直流電圧である。
【0034】
インバータトランス１０２２は、インバータ回路１０２１から出力される電圧ｖ１のピーク値＋ＶＰ，−ＶＰをアーク溶接用のレベル値（＋ＶＱ，−ＶＱ）に変圧する。インバータトランス１０２２は、例えば、２つの巻線を強磁性体の鉄心で磁気結合した周知の高周波トランスで構成される。インバータトランス１０２２の一次巻線の両端にインバータ回路１０２１の出力端子が接続され、インバータトランス１０２２の二次巻線の両端に二次整流回路１０２３の入力端子が接続されている。また、インバータトランス１０２２の二次巻線の中間位置に設けられた出力端子ｎがカップリングコイル１０５を介して溶接トーチ２に保持された電極Ｄに接続されている。
【0035】
インバータトランス１０２２の出力端子ｎと一方の出力端子ｂ（図１では、上側の出力端子）の間の巻数と二次巻線の出力端子ｎと他方の出力端子ｂ’（図１では、下側の出力端子）の間の巻数は、同一に設定されている。
【0036】
インバータトランス１０２２における変圧比をｋ（＜１）とし、出力端子ｂ’（基準電位）に対する出力端子ｂの電圧をｖ２とすると、インバータトランス１０２２からは、図３に示すように、周期τ１でレベル値が＋ＶＱ（＝ｋ×Ｖｐ）［Ｖ］と−ＶＱ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖ２が出力される。電圧ｖ２は、レベル値が周期的に変化する交流電圧である。電圧ｖ２のピーク値＋ＶＱ，−ＶＱの絶対値は、十数［Ｖ］〜数十［Ｖ］である。
【0037】
また、インバータトランス１０２２の出力端子ｂ’に対する出力端子ｎの電圧をｖｎｖｎとすると、出力端子ｎからは、周期τ１でレベル値が＋ＶＱ／２［Ｖ］と−ＶＱ／２［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の電圧ｖｎが出力される。電圧ｖｎは、レベル値が周期的に変化する直流電圧である。
【0038】
二次整流回路１０２３も周知のブリッジダイオードで構成される。直流リアクトル１０２４，１０２５は、二次整流回路１０２３から出力される直流のリプルを抑制したり、電極Ｄと母材Ｂとの間に発生したアークのアーク切れを抑制したりするためのリアクトルである。直流リアクトル１０２４と直流リアクトル１０２５のリアクタンス特性は、通常、可級的に同じ特性に調整されるが、同じ特性でなくてもよい。直流−交流−直流変換部１０２からは、＋ＶＱ（＜＋ＶＰ）のレベル値を有する電圧Ｖｄｃ２が出力される。電圧Ｖｄｃ２は、レベル値が一定の直流電圧である。
【0039】
直流−交流変換部１０３は、直流−交流−直流変換部１０２から出力される直流を所定の周波数ｆ２を有する交流（例えば、数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの交流）に変換する。直流−交流変換部１０３は、スイッチング回路１０３１、スナバ回路１０３２及び電流検出回路１０３３を含む。なお、直流−交流変換部１０３の出力段には、溶接電圧を検出する電圧検出回路が設けられているが、本発明に係るカップリングコイル切離し回路１０６の制御には関係しないので、図１では、省略している。
【0040】
スイッチング回路１０３１は、図４に示すように、例えば、同一タイプの２つの半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＢを直列に接続したデジタルアンプで構成される。半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＢには、例えば、ＩＧＢＴを用いるとよい。上側の半導体スイッチＳＷＡは、ＥＮ（Ｅｌｅｃｒｏｄｅ Ｎｅｇａｔｉｖｅ）側のスイッチ素子であり、下側の半導体スイッチＳＷＢは、ＥＰ（Ｅｌｅｃｒｏｄｅ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）側のスイッチ素子である。
【0041】
スナバ回路１０３２は、半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＢのスイッチング動作時に過渡的に発生する高圧を吸収して当該半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＢを保護する。スナバ回路１０３２は、半導体スイッチＳＷＡと半導体スイッチＳＷＢにそれぞれ設けられる。例えば、半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＡとしてＩＧＢＴを用いた場合、半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＢには、例えば、ＲＣスナバ回路（ＲＣ Ｓｎｕｂｂｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ。抵抗とコンデンサを直列に接続した回路）がそれぞれ並列に接続される（図４参照）。
【0042】
スイッチング回路１０３１の駆動は、制御部１０７から出力される駆動信号ＳＡ，ＳＢによって制御される。駆動信号ＳＡと駆動信号ＳＢは、例えば、半導体スイッチＳＷＡ，ＳＷＡにＩＧＢＴを用いた場合、互いにレベルが反転した所定の周波数ｆ２のクロックパルスである。駆動信号ＳＡと駆動信号ＳＢで半導体スイッチＳＷＡと半導体スイッチＳＷＢをそれぞれ駆動すると、半導体スイッチＳＷＡと半導体スイッチＳＷＢは、周期τ２（＝１／ｆ２）で交互にオン・オフ動作をする。
【0043】
半導体スイッチＳＷＡと半導体スイッチＳＷＢの接続点ｄ（出力端子ｄ）からは、周期τ２で＋ＶＱ［Ｖ］と−ＶＱ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の交流電圧ｖｄが出力される（図４参照）。
【0044】
アーク溶接中は、溶接トーチ２の先端にインバータトランス１０２２の出力端子ｎから電圧ｖｎが印加され、母材Ｂに直流−交流変換部１０３の出力端子ｄから電圧ｖｄが印加されるので、溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間にはｖｄの電圧ｖｄｎが印加される。従って、０＜ｖｄでは、図５の実線で示す電流経路ＲＡで溶接電流ｉＷが流れ、ｖｄ＜０では、図５の点線で示す電流経路ＲＢで溶接電流ｉＷが流れる。なお、小文字表記の「ｉｗ」は、電極Ｄと母材Ｂとの間を流れる溶接電流が交流であることを示している。また、図５では、電流経路ＲＡ，ＲＢを見易くするために、溶接電源１の構成の一部を省略若しくは簡略化している。
【0045】
電流経路ＲＡは、直流−交流−直流変換部１０２の出力ラインからスイッチング回路１０３２、母材Ｂ、溶接トーチ２の先端、カップリングコイル１０５を経てインバータトランス１０２２の出力端子ｎに至る経路であり、電流経路ＲＢは、インバータトランス１０２２の出力端子ｎからカップリングコイル１０５、溶接トーチ２の先端、母材Ｂ、スイッチング回路１０３２、直流−交流−直流変換部１０２の出力ラインを経てインバータトランス１０２２の出力端子ｂ’に至る経路である。
【0046】
電流経路ＲＡを流れるときの溶接電源ｉＷの極性を「正極性」とし、電流経路ＲＢを流れるときの溶接電源ｉＷの極性を「負極性」とすると、アーク溶接中には溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に、図６に示すような矩形状の交流電流ｉＷが流れる。
【0047】
電流検出回路１０３３は、直流−交流変換部１０３から出力される電流を検出する。溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生していなければ、電流経路ＲＡ，ＲＢが切断されているので、電流検出回路１０３３では溶接電源１の出力電流は検出されない。溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生すると、アーク溶接モード(アーク溶接が可能な状態のモード)に移行するので、電流検出回路１０３３で交流電流が検出されるが、その交流電流が溶接電流ｉＷに相当する。
【0048】
電流検出回路１０３３は、例えば、ホール素子と環状コアを用いた電流センサで構成される。電流センサは、直流−交流変換部１０３の出力端ｄと母材Ｂを接続する信号線を流れる電流を環状コアで磁束の変に変換し、その磁束をホール素子で検出して出力する。電流検出回路１０３３による電流の検出値は、制御部１０７に入力される。電流検出回路１０３３の検出信号は、電流検出回路１０３３でＡ／Ｄ変換をした後に制御部１０７に入力してもよく、制御部１０７に入力した後に当該制御部１０７内でＡ／Ｄ変換をするようにしてもよい。
【0049】
本実施の形態では、電流検出回路１０３３としてはホール素子を用いた交流電流センサを用いているが、シャント抵抗を用いた交流電流センサなどの他の方式の交流電流センサを用いてもよい。
【0050】
高周波発生部１０５は、直流−交流変換部１０３から出力される電圧ｖｄの周波数ｆ２よりも高い周波数（例えば、数百Ｈｚ〜数十ＭＨｚ）と高電圧（数ｋＶ〜十数ｋＶ）を有する高周波電圧ｖｆを発生する。高周波発生部１０５の高周波発生動作は、制御部１０７によって制御される。
【0051】
高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖｆは、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークを発生させるために用いられるので、制御部１０７は、アーク溶接開始時や溶接中にアーク切れが発生してアークを再発生させる時などに高周波発生部１０５に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力し、アーク発生後は高周波発生部１０５に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力する。
【0052】
高周波制御信号Ｓｆには、例えば、ハイレベルを高周波発生の指令に割り当て、ローレベルを高周波停止の指令に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。
【0053】
カップリングコイル１０５は、インバータトランス１０２２の出力端子ｎから出力される電圧ｖｎに高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖｆを重畳するデバイスである。カップリングコイル１０５には、例えば、図７に示すように、急峻な磁気飽和特性を有する環状コア１０５１の相対向する脚部にそれぞれ一次巻線１０５２と二次巻線１０５３を巻回した過飽和リアクトルが用いられている。
【0054】
一次巻線１０５２は、高周波発生部１０５で発生した高周波電圧ｖｆが印加される巻線であり、二次巻線１０５３は、直流−交流−直流変換部１０２の出力端子ｎから出力される電圧ｖｎが印加される巻線である。出力端子ｎからの出力は、低電圧大電流であるのに対し、高周波発生部１０５からの出力は、高電圧小電流であるで、一次巻線１０５２の線径は、二次巻線１０５３の線径よりも小さい。
【0055】
溶接電源１が起動すると、インバータトランス１０２２の出力端子ｎから電圧ｖｎ（＝ｖ１／２）が出力される。従って、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の両端には、電圧ｖｎが印加され、これにより環状コア１０５１を介して一次巻線１０５２と二次巻線１０５３とが磁気結合する。
【0056】
制御部１０７からの高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆにより高周波発生部１０５が高周波電圧ｖｆを発生すると、その高周波電圧ｖｆが二次巻線１０５３の両端に印加される。二次巻線１０５３と一次巻線１０５２は磁気結合しているので、一次巻線１０５２の両端に高周波電圧ｖｆに基づく高周波電圧ｖｆ’が誘起され、これにより一次巻線１０５２に印加された矩形波状の電圧ｖｎに高周波電圧ｖｆ’が重畳される。電圧ｖｎのレベルは、−（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］から＋（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］の範囲で変動するが、高周波電圧ｖｆ’のレベルは、±数ｋ［Ｖ］〜±十数ｋ［Ｖ］の範囲で変動するので、高周波発生部１０５が高周波電圧ｖｆを発生しているときには、実質的に０［Ｖ］を中心に±数ｋ［Ｖ］の範囲で変動する高周波高電圧が溶接トーチ２の先端に印加されていると見なすことができる。
【0057】
一方、母材Ｂには、直流−交流変換部１０３から矩形波状の電圧ｖｄが印加されている。電圧ｖｄは、上述したように、周期τ２で＋ＶＱ［Ｖ］と−ＶＱ［Ｖ］の間で交互に変化する矩形波状の交流電圧である。電圧ｖｄのレベルの変動範囲も０から−（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］から＋（数十［Ｖ］乃至は十数）［Ｖ］の範囲であり、溶接トーチ２の先端に印加されている高周波高電圧のピーク値に対して非常に小さいので、高周波発生部１０５が高周波電圧ｖｆを発生しているときに母材Ｂと溶接トーチ２の先端との間に生じる電位差は、数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高電圧となり、この高電圧により母材Ｂと電極Ｄとの間の絶縁が破壊され、アークが発生する。
【0058】
カップリングコイル切離し回路１０６（以下、「Ｃ・Ｃ切離し回路１０６」と表記する。）は、カップリングコイル１０５の両端を短絡し、当該カップリングコイル１０５をインバータトランス１０２２の出力端子ｎと溶接トーチ２の先端を接続する信号線から切り離すための回路である。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６は、半導体スイッチにより構成され、その半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ駆動は制御部１０７によって制御される。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６には、例えば、ＩＧＢＴの半導体スイッチを用いられるが、他の種類の半導体スイッチであってもよい。
【0059】
制御部１０７は、溶接電源１の動作を統括的に制御する。制御部１０７には、作業者が溶接電圧及び溶接電流などの溶接条件を入力する入力部、トーチスイッチ、入力部から入力された溶接条件や溶接中の溶接電圧及び溶接電流の検出値やアーク切れなどのステータス情報を出力する出力部などが接続されるが、図１では省略している。
【0060】
制御部１０７は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するマイクロコンピュータで実現されている。なお、制御部２２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）で実現してもよい。
【0061】
制御部１０７は、機能ブロックとして、駆動信号Ｓ，／Ｓを生成する第１駆動信号生成部１７１と、駆動信号ＳＡ，ＳＢを生成する第２駆動信号生成部１０７２と、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に発生するアークを検出するアーク検出部１０７３と、高周波制御部１０７４と、アーク検出部１０７３で検出したアーク検出信号を用いて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６の駆動を制御するＣ・Ｃ切離し制御部１０７５とを備える。
【0062】
第１駆動信号生成部１０７１は、制御部１０７に内蔵された基準クロックＣＬＫを用いて駆動信号Ｓと駆動信号／Ｓを生成し、インバータ回路１０２１に出力する。第２駆動信号生成部１０７２は、同基準クロックＣＬＫを用いて駆動信号ＳＡと駆動信号ＳＢを生成し、スイッチング回路１０３１に出力する。
【0063】
アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３から出力される溶接電流ｉｗの検出信号を用いて、アークの有無を検出する。アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３から出力される溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜を所定の閾値Ｉａｒｃと比較する。そして、アーク検出部１０７１は、溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜が閾値Ｉａｒｃ以上の場合は、「アーク有り」を示すアーク検出信号を出力し、溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜が閾値Ｉａｒｃよりも小さい場合は、「アーク無し」を示すアーク検出信号を出力する。
【0064】
アークの有無を示すアーク検出信号としてフラグ信号を用いてもよい。この場合は、「１」が「アーク有り」を示し、「０」が「アーク無し」を示すとすると、アーク検出部１０７１は、溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜が閾値Ｉａｒｃ以上であれば、「１」のフラグ信号を出力し、溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜が閾値Ｉａｒｃよりも小さければ、「０」のフラグ信号を出力する。
【0065】
高周波制御部１０７４は、作業者によりトーチスイッチからアーク発生の操作信号が入力されると、高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆを高周波発生部１０５に出力し、アーク検出部１０７３よりアーク発生が検出されると、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを高周波発生部１０５に出力して当該高周波発生部１０５の高周波高発生動作を停止する。
【0066】
作業者が入力部から溶接電源１の電源をＯＮにする操作信号を入力すると、制御部１０７は起動し、溶接電源１から溶接トーチ２の先端と母材Ｂへの溶接電力の供給制御を開始する。溶接電力の供給制御においては、制御部１０７は、第１駆動信号生成部１０７１により駆動信号Ｓ，／Ｓを生成し、この駆動信号Ｓ，／Ｓを直流−交流−直流変換部１０２のインバータ回路１０２１に入力して当該インバータ回路１０２１の直流−交流変換動作を制御する。
【0067】
また、制御部１０７は、第２駆動信号生成部１０７２により駆動信号ＳＡ，ＳＢを生成し、この駆動信号ＳＡ，ＳＢを直流−交流変換部１０３のスイッチング回路１０３１に入力して当該スイッチング回路１０３１の直流−交流変換動作を制御する。
【0068】
制御部１０７は、作業者によりトーチスイッチからアーク発生の操作信号が入力されると、高周波発生部１０５に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力して当該高周波発生部１０５に高周波高電圧ｖｆを発生させる。制御部１０７は、高周波制御信号Ｓｆを高周波発生部１０５に出力した後、アーク検出部１０７３でアークの発生の有無を監視し、アークの発生を検出すると、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力して当該高周波発生部１０５に高周波高電圧ｖｆの発生を停止させる。
【0069】
高周波発生部１０５が高周波電圧ｖｆを発生すると、その高周波電圧ｖｆがインバータトランス１０２２から出力される電圧ｖｎに重畳され、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に数ｋ［Ｖ］の高周波電圧が印加される。この高周波高電圧の印加によって溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生すると、電流検出回路１０３３から入力される電流の検出値（瞬時値）が閾値Ｉａｒｃ以上定のレベルに上昇するので、アーク検出部１０７３は、電流検出回路１０３３の検出値の変化によってアークの発生を検出する。
【0070】
アーク検出部１０７３がアーク発生を検出すると、高周波制御部１０７４は、高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを高周波発生部１０５に出力する。
【0071】
アークの発生後、高周波制御部１０７４が高周波発生部１０５に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力して高周波電圧ｖｆの発生を停止させると、溶接電源１は、アーク溶接モードに移行する。アーク溶接モードは、アーク溶接をすることができるモードである。
【0072】
作業者が溶接トーチ２を操作して溶接を行うタイプの場合、アーク溶接モードに移行すると、作業者は、溶接トーチ２を母材Ｂの溶接位置（溶接ライン）に沿って移動させて溶接作業を行う。そして、溶接作業が終了し、作業者がトーチスイッチを操作してアーク停止の操作信号を制御部１０７に入力すると、第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２は、インバータ回路１０２１への駆動信号Ｓ，／Ｓとスイッチング回路１０３１への駆動信号ＳＷＡ，ＳＷＢの出力を停止して溶接トーチ２と母材Ｂへの溶接電力の供給を停止させる。
【0073】
なお、溶接ロボットが溶接トーチ２を操作して溶接を行うタイプの場合、溶接ロボットのアームが予め教示された溶接ラインに沿って溶接トーチ２を移動させて溶接作業を行う。そして、溶接作業が終了すると、第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２は、溶接終了信号に基づきインバータ回路１０２１への駆動信号Ｓ，／Ｓとスイッチング回路１０３１への駆動信号ＳＷＡ，ＳＷＢの出力を停止して溶接トーチ２と母材Ｂへの溶接電力の供給を停止する。
【0074】
Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク溶接モードに移行すると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離しを制御する。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離し制御は、本発明の特徴的な構成であるので、以下、その制御について説明する。
【0075】
まず、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６によるカップリングコイル１０５の切り離し制御の概要について説明する。
【0076】
図８は、カップリングコイル１０５の一次巻線１０６２に流れる電流Ｉと当該一次巻線１０６２のインダクタンスＬと関係を示す特性を示す図である。
【0077】
図８に示すように、過飽和リアクトルを用いたカップリングコイル１０５は、電流Ｉが増加するとインダクタンスＬが急減し、電流Ｉが減少するとインダクタンスＬが急増する特性を有する。この特性は、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２に交流の溶接電流ｉｗを流した場合、その溶接電流ｉｗがゼロレベルをクロスする所定の期間で一次巻線１０５２のインピーダンスＺＬが急増する特性である。
【0078】
このため、溶接電流ｉｗがゼロレベルをクロスする付近では、図９に示すように、インピーダンスＺＬの急増に応じて溶接電流ｉｗが緩やかに減少ながらゼロレベルをクロスするようになる（楕円で示す期間ｔｋの電流ｉｗの波形参照）。図９の点線で示す波形は、カップリングコイル１０５がない場合の波形であるが、カップリングコイル１０５がある場合は、溶接電流ｉｗの絶対値｜ｉｗ｜が所定の閾値ＩＴＨ以下となる期間ｔｋ（時刻Ｔｃから時刻Ｔｄまでの期間）が、カップリングコイル１０５がない場合の期間ｔｋ０よりも長くなる。期間ｔｋが長くなると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に発生しているアークが切れ易くなる。
【0079】
例えば、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間を流れる溶接電流ｉＷの周波数ｆＷを５０［Ｈｚ］すると、溶接電流ｉＷは、１秒間に１００回の割合でゼロレベルのクロスを行うので、アーク切れの発生し易い状況が頻繁に繰り返され、アーク溶接中もカップリングコイル１０５を接続していると、アーク切れが発生する可能性が高くなる。
【0080】
アーク切れが発生する可能性が高くなる期間ｔｋの閾値をｔＴＨとすると、ｔｋ０＜ｔＴＨ＜ｔｋである（図９参照）。本実施の形態に係るカップリングコイル１０５の切離し制御は、溶接電流ｉｗがゼロクロスを行う際の溶接電流ｉＷの絶対値｜ｉｗ｜が閾値ＩＴＨ以下となる期間ｔｋが閾値ｔＴＨ以下となるようにして、アーク溶接モードにおけるアーク切れを防止するものである。
【0081】
カップリングコイル１０５は、アーク溶接開始時にアーク発生用の高周波電圧ｖｆをインバータトランス１０２２から出力される電圧ｖｎ（アーク溶接用の溶接電圧ｖｗに相当）に重畳するために必要な回路で、アーク溶接モードにおいてはアークが発生していれば必要とされる回路ではない。
【0082】
従って、アーク溶接モードにおいて溶接電流ｉｗがゼロクロスを行う際の期間ｔｋを閾値ｔＴＨ以下とするためには、少なくとも溶接電流ｉｗが周期的に生じる時刻Ｔｃ（以下、「タイミングＴｃ」という。）から時刻Ｔｄ（以下、「タイミングＴｄ」という。）までの期間ｔｋにカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す制御をすればよいことになる。
【0083】
上記の条件を満たす具体的なカップリングコイル１０５の切離し制御の方法として、本願では、３種類の方法を提案する。
【0084】
第１の制御方法は、アークが発生してアーク溶接モードに移行すると、カップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離し、アーク溶接作業が終了してアーク溶接モードを抜けると、カップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入する方法である。
【0085】
この制御方法では、アーク溶接の開始から終了までの期間でカップリングコイル１０５が電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離されるので、アーク溶接中はカップリングコイル１０５のインダクタンスＬが電流経路ＲＡ，ＲＢに存在しない。従って、アーク溶接モードにおいて、周期τｉ／２（＝１／（２ｆｉ））で繰り返される溶接電流ｉｗのゼロクロスの全てについて、溶接電流ｉｗのレベル反転時の波形を図９の点線で示した波形（溶接電流ｉＷの絶対値｜ｉｗ｜が閾値ＩＴＨ以下となる期間がｔｋ０となる波形）にすることができる。
【0086】
第２の制御方法は、アーク溶接モードにおける溶接電流ｉｗは、図９に示すように、矩形波状の交流電流となるので、溶接電流ｉｗがレベルの反転を開始する時刻Ｔａ（以下、「タイミングＴａ」という。）からその反転が終了する時刻Ｔａ’（以下、「タイミングＴａ’」という。）までの期間Δτだけカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す方法である。
【0087】
第３の制御方法は、溶接電流ｉｗがレベルを反転する期間Δτにおいて、ゼロクロス直前の溶接電流ｉｗの変化率が急減するタイミングＴｃからゼロクロス直後に溶接電流ｉｗの変化率が元に戻るタイミングＴｄまでの期間ｔｋだけカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す方法である。
【0088】
第２の制御方法と第３の制御方法は、溶接電流ｉｗがレベルを反転する毎に当該反転期間Δτや当該反転期間Δτ内のカップリングコイル１０５のインダクタンスＬの急増に基づく溶接電流ｉｗの変化率が急減する期間ｔｋでは、カップリングコイル１０５が電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離されるので、第２，第３の制御方法のおいても、アーク溶接モードにおいて、周期τｉ／２（＝１／（２ｆｉ））で繰り返される溶接電流ｉｗのゼロクロスについて、溶接電流ｉｗのレベル反転時の波形を図９の点線で示した波形（溶接電流ｉＷの絶対値｜ｉｗ｜が閾値ＩＴＨ以下となる期間がｔｋ０となる波形）にすることができる。
【0089】
第１の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第１実施例）は、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６のスイッチ操作が溶接開始前のアーク発生時と溶接終了後のアーク消滅時だけであるので、第２の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第２実施例）や第３の制御方法によるカップリングコイル１０５の切離し制御（第３実施例）に対して、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６の制御が簡単になる。
【0090】
次に、Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５がカップリングコイル１０５を切り離す制御方法について、説明する。
【0091】
まず、第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。
【0092】
図１に示すＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成は、第１実施例に係るカップリングコイルの切離し制御に対応したものである。
【0093】
Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に切離し制御信号Ｓｃｃを出力する。Ｃ・Ｃ切離し制御部１０７５は、アーク検出部１０７３からアーク有りのアーク検出信号が出力されると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃを出力し、アーク検出部１０７３からアーク無しのアーク検出信号が出力されると、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃを出力する。
【0094】
アーク検出部１０７３からアーク無しのアーク検出信号が出力されるケースとしては、作業者がトーチスイッチからアーク発生の操作信号を入力する前の状態にある場合や、アーク溶接モードに移行した後にアーク切れが発生した状態の場合や、アーク溶接終了後に作業者が溶接トーチ２を母材Ｂから離してアーク切りの操作をした場合などがある。
【0096】
なお、以下の処理手順の説明では、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ駆動信号Ｓ，／Ｓと駆動信号ＳＡ，ＳＢを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖｗを印加しているものとする。
【0097】
制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号（図１１の発弧指令信号参照）が入力されたか否かを判別する（Ｓ１００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ１００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ１００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆ（図１１のＳｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ１０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓｆが入力されると、高周波電圧ｖｆを発生する。その高周波電圧ｖｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖｎに重畳される。
【0098】
カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖｎに高周波電圧ｖｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧ｖｗが数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。
【0099】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ１０２）。
【0100】
制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ１０２：Ｙ。図１１の時刻Ｔ１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力すると同時に（Ｓ１０３）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１１のハイレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す（Ｓ１０４）。例えば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６がＩＧＢＴの場合、制御部１０７は、ハイレベルの切離し制御信号Ｓｃｃを出力する。
【0101】
高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波停止を指定する高周波制御信号Ｓｆが入力されると、高周波電圧ｖｆの発生を停止する。Ｃ・Ｃ切離し回路１０６は、制御部１０７からハイレベルの切離し制御信号Ｓｃｃが入力されると、オン動作をしてカップリングコイル１０５の両端を短絡する。
【0102】
高周波電圧ｖｆの発生が停止すると、溶接電源１はアーク溶接モードに移行する。アーク溶接モードに移行すると、カップリングコイル１０５の両端が短絡されるので、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にはｖｄの溶接電圧ｖｄｎが印加され、図９の点線で示す矩形波状の溶接電流ｉｗが流れる。
【0103】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ１０５）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ１０５：Ｙ。図１１の時刻Ｔ２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１１のローレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入し（Ｓ１０６）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。
【0104】
第１実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御によれば、図１１に示すように、アーク溶接モードの期間は切離し制御信号Ｓｃｃがハイレベルとなり、カップリングコイル１０５が電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離されるので、溶接電流ｉｗのゼロクロス付近での溶接電流ｉｗの変化が緩慢になることがなく、アーク切れの発生を防止することができる。
【0105】
次に、第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。
【0106】
図１２は、第２実施例に係るカップリングコイルの切離し制御を行うためのＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成を示す図である。
【0107】
第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５は、カップリングコイル１０５の切り離し制御のための機能ブロックとして、溶接電流ｉｗの流れる方向が反転している期間を検出するレベル反転期間検出部１０７５Ａと、レベル反転期間検出部１０７５Ａから出力されるレベル反転期間検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号を生成する切離し制御信号生成部１０７５Ｂを備える。
【0108】
レベル反転期間検出部１０７５Ａは、電流検出回路１０３３から出力される電流ｉｗ（瞬時値）の変化率（ｄｉｗ／ｄｔ。微分値）の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を算出する。更に、反転タイミング検出部１０７３は、算出した絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を所定の閾値ＩＲと比較し、ＩＲ＜｜ｄｉｗ／ｄｔ｜であれば、溶接電流ｉｗのレベルが反転している期間であることを示し、｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＝０であれば、溶接電流ｉｗのレベルが変化していない期間であることを示すレベル反転期間検出信号を出力する。
【0109】
図９に示されるように、溶接電流ｉｗがピーク値＋ＩＰ若しくはピーク値−ＩＰにある期間では、｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＝０になるから、｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＜ＩＲであり、レベル反転期間検出部１０７５Ａからは溶接電流ｉｗのレベルが変化していないことを示すレベル反転期間検出信号が出力される。
【0110】
一方、溶接電流ｉｗがピーク値＋ＩＰからピーク値−ＩＰに反転する期間（Ｔａ−Ｔａ’の期間）と溶接電流ｉｗがピーク値−ＩＰからピーク値＋ＩＰに反転する期間（Ｔｂ−Ｔｂ’の期間）では、ＩＲ＜｜ｄｉｗ／ｄｔ｜となるから、レベル反転期間検出部１０７５Ａからは溶接電流ｉｗのレベルが反転していることを示すレベル反転期間検出信号が出力される。
【0111】
レベル反転期間検出信号には、例えば、ローレベルを溶接電流ｉｗのレベルが変化していない状態（｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＝０の状態）に割り当て、ハイレベルを溶接電流ｉｗのレベルが反転している状態（｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＝０でない状態）に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。
【0112】
切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、レベル反転期間検出部１０７５Ａから出力される反転期間検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に制御信号Ｓｃｃを出力する。切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、例えば、レベル反転期間検出部１０７７５Ａから検出される反転期間検出信号がハイレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力し、反転期間検出信号がローレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力する。
【0114】
なお、図１４（ａ）は、図１１の「アークの点弧と消弧」、「高周波制御信号Ｓｆ」、「アーク検出信号」及び「切離し制御信号Ｓｃｃ」に対応する波形図である。また、図１４（ｂ）は、図１１の「カップリングコイルの有無」に対応する図であるが、作図の関係で、溶接電流ｉｗがゼロクロスする部分を拡大した図で示している。
【0115】
以下の処理手順の説明でも、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ制御信号Ｓ，／Ｓと制御信号ＳＡ，ＳＢを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖｗを印加しているものとする。
【0116】
制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ２００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ２００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ２００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆ（図１４のＳｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ２０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓｆが入力されると、高周波電圧ｖｆを発生する。その高周波電圧ｖｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖｎに重畳される。
【0117】
カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖｎに高周波電圧ｖｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧が数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。
【0118】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ２０２）。
【0119】
制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ２０２：Ｙ。図１４の時刻Ｔ１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力して（Ｓ２０３）、高周波電圧ｖｆの発生を停止させる。
【0120】
続いて、制御部１０７は、電流検出回路１０３３で検出される溶接電流ｉｗの微分値の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を所定の閾値ＩＲと比較して溶接電流ｉｗのレベルが反転するタイミングＴａ若しくはＴｂ（図９参照）になっているか否かを判定する（Ｓ２０４）。
【0121】
制御部１０７は、溶接電流ｉｗのレベルが反転するタイミングＴａ若しくはＴｂになっていなければ(Ｓ２０４：Ｎ）、ステップＳ２０７に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１４（ｂ）のローレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入する。
【0122】
一方、制御部１０７は、溶接電流ｉｗのレベルが反転するタイミングＴａ若しくはＴｂになっていれば(Ｓ２０４：Ｙ）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１４（ｂ）のハイレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す（Ｓ２０５）。続いて、制御部１０７は、溶接電流ｉｗのレベル反転が終了するタイミングになっているか否かを判定する（Ｓ２０６）。この判定は、溶接電流ｉｗの微分値の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜がゼロになっているか否かによって行われる。
【0123】
制御部１０７は、溶接電流ｉｗのレベル反転が終了していなければ（Ｓ２０６：Ｎ）、ステップＳ２０５に戻り、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号Ｓｃｃを継続し、溶接電流ｉｗのレベル反転が終了すると（Ｓ２０６：Ｙ）、ステップＳ２０７に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入する。
【0124】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ２０８）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ２０８：Ｙ。図１４の時刻Ｔ２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入して（Ｓ２０９）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。
【0125】
第２実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御によれば、図１４に示すように、溶接電流ｉｗのレベルが反転する各期間に切離し制御信号Ｓｃｃがハイレベルとなり、カップリングコイル１０５が電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離されるので、第２実施例でも溶接電流ｉｗのゼロクロス付近での溶接電流ｉｗの変化が緩慢になることがなく、アーク切れの発生を防止することができる。
【0126】
次に、第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御について、説明する。
【0127】
図１５は、第３実施例に係るカップリングコイルの切離し制御を行うためのＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成を示す図である。
【0128】
第３実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５は、第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５に対して、第２実施例が溶接電流ｉｗの変化率を用いて溶接電流ｉｗがレベル反転を開始するタイミングＴａを検出するのに対し第３実施例が溶接電流ｉｗの変化率を用いて溶接電流ｉｗの変化率が急減するタイミングＴｃを検出する点が異なる。
【0129】
また、第２実施例では、溶接電流ｉｗの変化率を用いて溶接電流ｉｗがレベル反転を終了するタイミングＴａ’を検出するが、第３実施例では、タイミングＴｃを検出してから期間ｔｋの時間に相当する時間ｔｋ’を計時することにより、溶接電流ｉｗの変化率が急増するタイミングＴｄ’を検出する点が異なる。タイミングＴｄ’はタイミングＴｄに相当するタイミングである。
【0130】
タイミングｔｃでカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離すと、溶接電流ｉｗが急峻にゼロクロスをするようになるので、溶接電流ｉｗの変化率ｄｉｗ／ｄｔからタイミングＴｄを直接検出することはできない。このため、第３実施例では、タイミングＴｃからタイミングＴｄまでの時間に相当する時間τｋを予め求めて置き、タイミングＴｃを検出すると、カップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離すとともに、時間を計時し、計時時間がτｋになったタイミングＴｄ’でカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入するようにしている。
【0131】
すなわち、第３実施例に係るカップリングコイル１０５の切離し制御は、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの急増による悪影響が出始めるタイミングＴｃからその悪影響が解消し始めるタイミングＴｄまでの期間ｔｋに相当する期間ｔｋ’にだけカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す制御である。
【0132】
従って、第３実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成は、第２実施例に係るＣ・Ｃ切離し制御部１０７５内のブロック構成に対して、レベル反転期間検出部１０７５Ａを電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’に変更したものである。
【0133】
電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’は、電流検出回路１０３３から出力される電流ｉｗ（瞬時値）の変化率の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉｋ（＜ＩＲ）と比較し、｜ｄｉｗ／ｄｔ｜≦Ｉｋであれば、溶接電流ｉｗの変化率が急変するタイミングＴｃ若しくはＴｃ’を検出したことを示す電流変化率急変タイミング検出信号を出力する。
【0134】
なお、タイミングＴｃは、溶接電流ｉｗが正から負にゼロクロスするときに当該溶接電流ｉｗの変化率（ｄｉｗ／ｄｔ）が急変するタイミングであり（図９参照）、タイミングＴｃ’は、溶接電流ｉｗが負から正にゼロクロスするときに当該溶接電流ｉｗの変化率（ｄｉｗ／ｄｔ）が急変するタイミングである。
【0135】
また、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’は、タイミングＴｃを検出すると、計時を開始し、予め設定されている時間τｋを計時すると、タイミングＴｃ’を検出したことを示す電流変化率急変タイミング検出信号を出力する。
【0136】
電流変化率急変タイミング検出信号には、レベル反転期間検出信号と同様に、例えば、ローレベルを溶接電流ｉｗの変化率の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜がＩｋ＜｜ｄｉｗ／ｄｔ｜若しくは｜ｄｉｗ／ｄｔ｜＝０の状態に割り当て、ハイレベルを溶接電流ｉｗの変化率の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜が０＜｜ｄｉｗ／ｄｔ｜≦Ｉｋの状態に割り当てた２値信号若しくはその逆の論理の２値信号を用いることができる。
【0137】
切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’から出力される電流変化率急変タイミング検出信号に基づいて、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６に制御信号Ｓｃｃを出力する。切離し制御信号生成部１０７５Ｂは、例えば、電流変化率急変タイミング検出部１０７５Ａ’から検出される電流変化率急変タイミング検出信号がハイレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力し、電流変化率急変タイミング検出信号がローレベルであれば、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力する。
【0139】
なお、図１７（ａ）は、図１１の「アークの点弧と消弧」、「高周波制御信号Ｓｆ」、「アーク検出信号」及び「切離し制御信号Ｓｃｃ」に対応する波形図である。また、図１７（ｂ）は、図１１の「カップリングコイルの有無」に対応する図であるが、作図の関係で、溶接電流ｉｗがゼロクロスする部分を拡大した図で示している。
【0140】
以下の処理手順の説明でも、制御部１０７の第１駆動信号生成部１０７１と第２駆動信号生成部１０７２がインバータ回路１０２１とスイッチング回路１０３２にそれぞれ制御信号Ｓ，／Ｓと制御信号ＳＡ，ＳＢを出力して溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアーク溶接用の所定の交流電圧ｖｗを印加しているものとする。
【0141】
制御部１０７は、作業者からアーク発生の操作信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ３００）。制御部１０７は、アーク発生の操作信号が入力されなければ（Ｓ３００：Ｎ）、待機し、アーク発生の操作信号が入力されると（Ｓ３００：Ｙ）、高周波発生部１０４に高周波発生を指令する高周波制御信号Ｓｆ（図１７のＳｆのハイレベルの状態を参照）を出力する（Ｓ３０１）。高周波発生部１０４は、制御部１０７から高周波制御信号Ｓｆが入力されると、高周波電圧ｖｆを発生する。その高周波電圧ｖｆは、カップリングコイル１０５の二次巻線１０５２に印加され、カップリングコイル１０５の一次巻線１０５１に印加されている電圧ｖｎに重畳される。
【0142】
カップリングコイル１０５の一次巻線１０５２の電圧ｖｎに高周波電圧ｖｆが重畳されると、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間に印加されている交流電圧が数ｋ［Ｖ］〜十数ｋ［Ｖ］の高周波高電圧となり、これにより溶接トーチ２の先端と母材Ｂの間の絶縁が破壊され、アークが発生するようになる。
【0143】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、溶接トーチ２の先端と母材Ｂとの間にアークが発生したか否かを判別する（Ｓ３０２）。
【0144】
制御部１０７は、アークの発生を検出すると（Ｓ３０２：Ｙ。図１７の時刻Ｔ１参照）、高周波発生部１０４に高周波停止を指令する高周波制御信号Ｓｆを出力して（Ｓ３０３）、高周波電圧ｖｆの発生を停止させる。
【0145】
続いて、制御部１０７は、電流検出回路１０３３で検出される溶接電流ｉｗの微分値の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を算出し、その絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜を所定の閾値Ｉｋと比較して溶接電流ｉｗの変化率が急変するタイミングＴｃ（図９参照）若しくはＴｃ’になっているか否かを判定する（Ｓ３０４）。
【0146】
制御部１０７は、溶接電流ｉｗの変化率が急変する反転するタイミングＴｃ若しくはＴｃ’になっていなければ(Ｓ３０４：Ｎ）、ステップＳ３０８に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１７（ｂ）のローレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入する。
【0147】
一方、制御部１０７は、溶接電流ｉｗの変化率が急変する反転するタイミングＴｃ若しくはＴｃ’になっていなければ(Ｓ３０４：Ｙ）、計時を開始した後（Ｓ３０５）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃ（図１７（ｂ）のハイレベルの切離し制御信号Ｓｃｃ参照）を出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離す（Ｓ３０６）。
【0148】
続いて、制御部１０７は、計時時間がｔｋ’になっているか否かを判定する（Ｓ３０７）。制御部１０７は、計時時間がｔｋ’になっていなければ（Ｓ３０７：Ｎ）、ステップＳ３０６に戻り、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６への切離し制御信号Ｓｃｃを継続する。そして、計時時間がｔｋ’になると（Ｓ３０７：Ｙ）、ステップＳ３０８に移行し、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入する。
【0149】
続いて、制御部１０７は、アーク検出部１０７３から出力されるアーク検出信号に基づいて、アークが消滅したか否かを判別する（Ｓ３０９）。制御部１０７は、アークが消滅したと判別すると（Ｓ３０９：Ｙ。図１７の時刻Ｔ２参照）、Ｃ・Ｃ切離し回路１０６にＯＦＦ動作（開放動作）をさせる制御信号Ｓｃｃを出力してカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入して（Ｓ３１０）、カップリングコイル１０５の切離し制御の処理を終了する。
【0150】
上述した第３実施例では、アーク溶接モードにおいて、タイミングＴｃ若しくはＴｃ’で電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離したカップリングコイル１０５をタイミングＴｄ若しくはＴｄ’で電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入するようにしているが、タイミングＴｃ若しくはＴｃ’で電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離したカップリングコイル１０５をタイミングＴｃに続くタイミングＴａ’（若しくはタイミングＴｃ’に続くタイミングＴｂ’）で電流経路ＲＡ，ＲＢに挿入するようにしてもよい。
【0151】
すなわち、溶接電流ｉｗのレベルが反転する期間Δτのうち、溶接電流ｉｗの変化率の絶対値｜ｄｉｗ／ｄｔ｜が｜ｄｉｗ／ｄｔ｜≦Ｉｋに急減してから溶接電流ｉｗがピーク値＋ＩＰ若しくはピーク値−ＩＰになるまでの期間だけカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離すようにしてもよい。
【0152】
上述した第２，第３実施例では、電流検出回路１０４３で検出した溶接電流ｉｗのデジタル演算処理によって溶接電流ｉｗがレベルの反転を開始するタイミングＴａ，Ｔｂを検出していたが、溶接電流ｉｗのアナログ信号処理によってタイミングＴａ，Ｔｂを検出するようにしてもよい。
【0153】
また、上述した第１〜第３実施例では、溶接電流ｉｗの検出信号を用いてタイミングＴａ，Ｔｂを求めるようにしているが、アーク溶接モードにおいては、矩形波状の溶接電流ｉｗと矩形波状の電圧ｖｄとの間には一定の位相関係が生じるので、直流−交流変換部１０３から出力される矩形波状の電圧ｖｄ（図４のｖｄ参照）を用いてタイミングＴａ，Ｔｂを求めるようにしてもよい。
【0154】
また、矩形波状の電圧ｖｄは、駆動信号ＳＡ若しくは駆動信号ＳＢの矩形波に同期しているので、駆動信号ＳＡ若しくは駆動信号ＳＢのレベルが反転するタイミングに同期させてタイミングＴａ，ＴｂでＣ・Ｃ切離し回路１０６にＯＮ動作（短絡動作）をさせる切離し制御信号Ｓｃｃを出力させるようにしてもよい。
【0155】
以上説明したように、本実施の形態に係る溶接電源１によれば、アーク溶接モードにおいては、溶接電流ｉｗのレベルがゼロクロスする付近の、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの特性に起因してレベル変化が急激に緩やかになる期間ｔｋではカップリングコイル１０５を電流経路ＲＡ，ＲＢから切り離すので、カップリングコイル１０５のインダクタンスＬの特性に起因して溶接電流ｉｗのレベル変化が急激に緩やかになる現象をなくすことができる。
【0156】
これにより、溶接電流ｉｗのレベルの反転が速やかに行われるので、溶接電流ｉｗのレベル反転時に生じるアーク切れを防止することができる。
【0157】
本発明は、上述した作用・効果を奏するので、カップリングコイル１０５を用いた非接触式アークスタート方方式の交流ＴＩＧアーク溶接電源及びその交流ＴＩＧアーク溶接電源を用いたアーク溶接装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【0158】
１ 交流ＴＩＧアーク溶接電源１０１ 第１の交流−直流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０１１ 配電用遮断器
１０１２ 一次整流回路
１０１３ 入力リアクトル
１０１４ 平滑回路
１０２ 直流−交流−直流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０２１ インバータ回路
１０２２ インバータトランス
１０２３ 二次整流回路
１０２４，１０２５ 直流リアクトル
１０３ 第２の直流−交流変換部（交流電力供給手段の要素）
１０３１ スイッチング回路
１０３１Ａ，１０３１Ｂ 半導体スイッチ
１０３２ スナバ回路
１０３３ 電流検出回路（電流検出手段）
１０４ 高周波発生部（高周波電圧発生手段）
１０５ カップリングコイル（高周波重畳手段）
１０５１ 環状コア
１０５２ 一次巻線
１０５３ 二次巻線
１０６ カップリングコイル（Ｃ・Ｃ）切離し回路（回路切離し手段）
１０７ 制御部
１０７１ 第１駆動信号生成部
１０７２ 第２駆動信号生成部
１０７３ アーク検出部（アーク検出手段）
１０７４ 高周波制御部
１０７５ Ｃ・Ｃ切離し制御部（回路切り離し制御手段）
１０７５Ａ レベル反転期間検出部
１０７５Ｂ 切離し制御信号生成部
Ｂ 母材
Ｄ 電極
ＲＡ，ＲＢ 溶接電流の経路
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 半導体スイッチ