JP2017154151A

JP2017154151A - 溶接電源装置

Info

Publication number: JP2017154151A
Application number: JP2016038587A
Authority: JP
Inventors: 秀政長嶺; Hidemasa Nagamine
Original assignee: NAG SYSTEM CO Ltd
Current assignee: NAG SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-09-07

Abstract

【課題】小型で、かつ、通電時間を長く設定できる溶接電源装置を提供する。
【解決手段】電極４，５に溶接電流Ｚを供給する放電回路７の蓄電部９に電気二重層コンデンサ２を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接電源装置に関する。

従来、抵抗溶接機には、大別して、単相交流式、インバータ式、充放電コンデンサ式等がある。
単相交流式では、入力電源の５０Ｈｚ乃至６０Ｈｚの周波数に同期した一定の間隔でしか電流制御を行い得ず、通電時間中に電気的に間隔が空き、溶接が不安定になるという欠点があった。インバータ式でも、電流制御の間隔が短縮して高速となるが、やはり一定間隔であることに変わりなく、安定した溶接が行えなかった。また、単相交流式及びインバータ式では、入力電源を増幅して電流を流すために、大容量のエネルギーが必要であった。

充放電コンデンサ式では、コンデンサの充電電圧を調整することによって溶接条件を設定するので、通電時間についてはコンデンサの容量と溶接機２次回路のインピーダンスによって決定され、通電時間を任意に調整することができず、長い通電時間を必要とする溶接には使用できないという欠点があった。また、高電圧を制御するため細かな出力調整が出来なかった。

そこで、上記の問題を解消するための制御装置を備えた抵抗溶接機が提案されている（特許文献１参照）。

特開平０９−１６８８７１号公報

しかし、特許文献１記載の抵抗溶接機は、コンデンサの１本当たりの電気容量が小さかったので、通電時間を長くするために使用するコンデンサの本数を増やす必要があり、電源装置が大掛かりなものとなって、コストも増大していた。さらに、コンデンサの本数を増やすことで、設定電圧に対しての電流値も大きくなり、微細な溶接には使用しづらいという欠点があった。

図６は、従来の抵抗溶接機に於て、設定電圧３Ｖ、通電時間１００ｍｓでの放電を行った際の出力波形を示すグラフ図である。放電開始後に電圧がピークＰ_０に達した後、コンデンサの放電に伴って、出力波形がダウンスロープを描き、電圧が次第に降下する。ピークＰ_０時の電圧をピーク電圧Ｅ_０とし、放電開始から１００ｍｓ後に於けるピーク電圧Ｅ_０からの電圧降下（落差）をΔＥとすると、ΔＥの大きさは、ピーク電圧Ｅ_０の１０％を超えている。このように、通電時間中にピーク電圧Ｅ_０からの電圧降下ΔＥが発生すると、被溶接物に流れる電流が減少するために溶接部が大きく形成できなかった。

また、図７に示すように、放電開始から微小秒ｔ_０後には電圧がピークＰ_０に達するが、この微小秒ｔ_０の長さが２．０ｍｓ〜２．５ｍｓと非常に短く、電圧（電流）の立ち上がりが急峻であった。このことは、溶接部に対する急激な加熱を行うことになり、しばしば溶接部の爆飛を伴うという問題がある。この爆飛の問題を回避するために、加圧力を上げて溶接物のなじみを良くし、即ち溶接物間の抵抗を低く抑えてジュール熱の発生を抑制するしかなかった。しかし、加圧力を高くし抵抗を低く抑えると、溶接に大電圧・大電流を要し、また通電時間も延長しなくてはならなかった。
図８に示すように、一対の電極４４，４５によって高加圧力Ｆ_０で被溶接物４６を挟持して溶接を行うことで、被溶接物４６が圧潰変形してしまう虞れがあった。

そこで、本発明は、小型で、かつ、大きな電気容量を有し通電時間を長くできる溶接電源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接電源装置は、電極に溶接電流を供給する放電回路の蓄電部に電気二重層コンデンサを設けたものである。

また、放電開始から微小秒後にピーク電圧に達し、その後、次第に降下する放電出力波形を示し、１００ｍｓ後に於ける電圧降下が、上記ピーク電圧の５％以内である。
また、放電開始後、上記ピーク電圧に達するのに要する上記微小秒の長さが、３．５ｍｓ〜２０．０ｍｓに設定されている。

本発明の溶接電源装置によれば、少ない本数の電気二重層コンデンサによって、大きな電気容量を確保でき、通電時間を長く設定でき、かつ、小型化することができる。使用する電気二重層コンデンサの本数が少なく済み、コストを低減できる。

本発明の実施の一形態を示したブロック回路図である。溶接部の拡大断面図である。他の溶接部の拡大断面図である。本発明の溶接電源装置の放電出力波形を示すグラフ図である。図４のＡ領域を拡大して示すグラフ図である。従来の抵抗溶接機の放電出力波形を示すグラフ図である。図６のＢ領域を拡大して示すグラフ図である。従来の溶接部の拡大断面図である。

以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図１に示すように、本発明の溶接電源装置は、入力端子１，１から入力電流Ｚ_０が供給される充電回路３と、抵抗スポット溶接機１０の電極４，５に電気的接続されて溶接電流Ｚを供給する放電回路７とを、有し、放電回路７の蓄電部９に電気二重層コンデンサ２を設け、蓄電部９の充放電を制御する制御部８とを、備えている。制御部８は、充電回路３及び放電回路７を制御して、蓄電部９の電気二重層コンデンサ２を、溶接に必要な所定の電圧まで充電する。

電気二重層コンデンサ２は、１本当たり数百Ｆ〜数千Ｆの超大電気容量を有している。即ち、電気二重層コンデンサ２は、従来使用されていたコンデンサ（電気容量が数万μＦ〜数十万μＦのもの）と比べると、１本当たりの電気容量が１０００倍〜１００００倍にもなる。従来の抵抗スポット溶接機が３５０本〜５００本のコンデンサを使用して溶接に必要な電気容量を得ていたのに対し、本発明の抵抗スポット溶接機用の電源装置は、１０本〜２０本の電気二重層コンデンサ２をもって、十分に大きな電気容量を確保している。

図２に示すように、正負一対の電極４，５を被溶接物６に圧接させ、放電回路７を閉じ、電気二重層コンデンサ２から放電させて、電極４，５に溶接電流Ｚを供給して被溶接物６の溶接を行う。なお、図示省略するが、抵抗スポット溶接機１０は、電極４，５を上下方向に駆動するための加圧手段（アクチュエータ）を有し、電極４，５は、加圧力Ｆをもって被溶接物６を挟圧する。好適な被溶接物６としては、ＣｕやＡｌ等の非鉄金属の微細線や、薄板、箔等が挙げられる。
また、図３に示すように、蓄電池等に被溶接物６を溶接する場合には、被溶接物６の一面に、一対の電極４，５を圧接させ、電気二重層コンデンサ２から放電させて、電極４，５間に溶接電流Ｚを流すことで、被溶接物６の溶接を行う。

図４に示すグラフ図は、本発明の溶接電源装置を用いて、設定電圧３Ｖ、通電時間１００ｍｓでの放電を行った際の出力波形を示すものである。
図４に於て、放電開始から微小秒ｔ_１後には電圧がピークＰ_１に達し、放電開始から１００ｍｓの通電時間中は、電圧降下ΔＥが僅かで、ほぼ一定の電圧を保つことが判る。
ピークＰ_１時のピーク電圧をＥ_０とし、放電開始１００ｍｓ後の電圧をＥ_１とすると、ピーク電圧Ｅ_０と放電開始１００ｍｓ後に於ける電圧Ｅ_１の電圧降下（落差）ΔＥが、ピーク電圧Ｅ_０の５％以内の大きさに設定されている。即ち、通電時間（１００ｍｓ）中は、ピーク電圧Ｅ_０から電圧がほとんど降下しない。

また、図５に示すように、放電開始からピークＰ_１に達するまでの出力波形が、緩いカーブを描き、電圧０Ｖからピーク電圧Ｅ_０に上昇するまでに要する微小秒ｔ_１の長さは、３．５ｍｓ〜２０．０ｍｓに設定されている。微小秒ｔ_１の長さは、電気二重層コンデンサ２の本数を増やすことで、延長される。このように、電圧（電流）の立ち上がりを緩やかにすることで、溶接部の爆飛を防止し、加圧力Ｆを下げることが可能となる。
図２に示すように、加圧力Ｆを下げることで、被溶接物６の圧潰変形（潰れ）が小さくなる。

なお、本発明は、設計変更可能であって、例えば、図１に示すブロック回路図は、自由に変更することができる。

以上のように、本発明に係る溶接電源装置は、電極４，５に溶接電流Ｚを供給する放電回路７の蓄電部９に電気二重層コンデンサ２を設けたので、少ない本数の電気二重層コンデンサ２によって、大きな電気容量を確保でき、通電時間を長く設定でき、かつ、小型化することができる。使用する電気二重層コンデンサ２の本数が少なく済み、コストを低減できる。

また、放電開始から微小秒ｔ_１後にピーク電圧Ｅ_０に達し、その後、次第に降下する放電出力波形を示し、１００ｍｓ後に於ける電圧降下ΔＥが、上記ピーク電圧Ｅ_０の５％以内であるので、１００ｍｓの通電時間中のピーク電圧Ｅ_０からの電圧降下がほとんどなく、被溶接物６に流れる溶接電流Ｚが減少せず、溶接部を大きく形成できる。

また、放電開始後、上記ピーク電圧Ｅ_０に達するのに要する上記微小秒ｔ_１の長さが、３．５ｍｓ〜２０．０ｍｓに設定されているので、出力波形が緩いカーブを描いてピークＰ_１に達し、電圧の立ち上がりを緩やかにすることで、溶接部の爆飛を防止できる。電極４，５から被溶接物６に付与される加圧力Ｆを下げることができ、被溶接物６の圧潰変形を防止できる。

２電気二重層コンデンサ
４電極
５電極
７放電回路
９蓄電部
Ｚ溶接電流
Ｅ_０ピーク電圧
ΔＥ電圧降下
ｔ_１微小秒

Claims

電極（４）（５）に溶接電流（Ｚ）を供給する放電回路（７）の蓄電部（９）に電気二重層コンデンサ（２）を設けたことを特徴とする溶接電源装置。
放電開始から微小秒（ｔ_１）後にピーク電圧（Ｅ_０）に達し、その後、次第に降下する放電出力波形を示し、１００ｍｓ後に於ける電圧降下（ΔＥ）が、上記ピーク電圧（Ｅ_０）の５％以内である請求項１記載の溶接電源装置。
放電開始後、上記ピーク電圧（Ｅ_０）に達するのに要する上記微小秒（ｔ_１）の長さが、３．５ｍｓ〜２０．０ｍｓに設定されている請求項２記載の溶接電源装置。