JP2649885B2 - アーク溶接のための溶接方法及び溶接機 - Google Patents

アーク溶接のための溶接方法及び溶接機

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JP2649885B2 JP5026737A JP2673793A JP2649885B2 JP 2649885 B2 JP2649885 B2 JP 2649885B2 JP 5026737 A JP5026737 A JP 5026737A JP 2673793 A JP2673793 A JP 2673793A JP 2649885 B2 JP2649885 B2 JP 2649885B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接のための溶
接方法及び溶接機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、金属同士の接合のために、T
IG溶接及びMIG溶接などのアーク溶接が行われてい
る。
【0003】アーク溶接のために一般に用いられている
交流溶接機は、AC電源を降圧するための変圧器と、溶
接電流を制限するための制限器などから構成されてい
る。そのような交流溶接機は大きな入力電流を必要とす
るが、例えば工事現場などのように電源容量に余裕がな
い場合には充分な入力電流を得ることができないため、
強いアークを飛ばすことができず満足のいく溶接を行え
ないことがあった。また、交流溶接機は重量が大きいた
め、運搬に不便である。
【0004】これに対して、工事現場などにおいても強
いアークを飛ばすことができるように、電源に大容量の
バッテリーを複数個用いて構成したバッテリー式の溶接
機が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したバッテリー式
の溶接機は、AC電源の無い場所でも溶接を行うことで
きるという利点があるが、バッテリーが放電し尽くして
しまえば溶接を行うことができないので、使用時間(又
は溶接棒の使用本数)に制限があり、連続的に長時間の
溶接作業を行うことができないという問題がある。
【0006】また、バッテリー式の溶接機では、放電し
た後のバッテリーの充電、長期間使用しない場合のバッ
テリーの充電、バッテリー液の点検及び補充など、数々
の面倒なメンテナンスが必要である。さらに、バッテリ
ーの重量が大きい(120Kg程度ある)ため、運搬に
不便であるという問題もある。
【0007】そこで、請求項1に係る発明は、工事現場
などのように電源容量に余り余裕がない場合であって
も、強いアークを飛ばして満足のいく溶接を行うことが
でき、且つ長時間にわたって連続的に溶接作業を行うこ
とのできるアーク溶接のための溶接方法を提供すること
を目的とする。
【0008】請求項2に係る発明は、そのようなアーク
溶接を行うことができ且つメンテナンスが容易で軽量の
アーク溶接のための溶接機を提供することを目的とす
る。
【0009】請求項3に係る発明は、工事現場などのよ
うに電源容量に余り余裕がない場合であっても、強いア
ークを飛ばして満足のいく溶接を行うことができ、且つ
メンテナンスが容易で軽量のアーク溶接のための溶接機
を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】 請求項1の発明に係る
溶接方法は、上述の課題を解決するため、直流電力を出
力する電源装置と、電気二重層のコンデンサとを備え、
前記電源装置によって前記コンデンサを充電しながら、
前記コンデンサに蓄えられた電荷を放出することによっ
てアーク溶接を行う溶接方法である。
【0011】 請求項2の発明に係る溶接機は、直流電
力を出力する電源装置と、前記電源装置の出力に接続さ
れ、前記電源装置によって充電される電気二重層コンデ
ンサと、前記電源装置の出力および前記コンデンサに接
続され、それらから出力される溶接電流を制御するため
の電流制御回路と、を有して構成される。
【0012】 請求項3の発明に係る溶接機は、直流電
力を出力する電源装置と、前記電源装置の出力に接続さ
れたときに、当該電源装置によって充電される電気二重
コンデンサと、前記コンデンサに接続され、当該コン
デンサに蓄えられた電荷を放出することによって得られ
る溶接電流を制御するための電流制御回路と、を有して
構成される。
【0013】
【作用】コンデンサは、電源装置からの出力電流によっ
て充電される。溶接時においては、コンデンサからの放
電電流によって、又はそれと電源装置の出力電流とによ
って、溶接電流が流れアークが発生する。
【0014】請求項2の発明に係る溶接機では、溶接作
業(アーク溶接)中において、溶接(アーク放電)の断
続によりコンデンサの充放電が繰り返される。コンデン
サの端子電圧が一定の電圧以上に保たれている間は溶接
を行うことができる。
【0015】請求項3の発明に係る溶接機では、充電中
には溶接は行われず、また溶接はコンデンサの放電電流
のみによって行われる。
【0016】
【実施例】図1は本発明に係る溶接機1の回路を示すブ
ロック図である。
【0017】図1において、溶接機1は、さし込みプラ
グ16から入力される100Vの交流電力を直流電力に
変換して出力する電源装置11、電源装置11の出力端
子に接続されたコンデンサ12、溶接電流を制御するた
めの電流制御回路13、電圧検出回路15などから構成
されている。
【0018】電源装置11として、例えば高力率のスイ
ッチング電源装置が用いられる。図2はそのような電源
装置11の一例を示す回路図、図3は図2に示す電源装
置11の各部の波形を示す図である。
【0019】図2において、AC電源からの交流入力電
圧は整流器REC1によって整流され、トランジスタT
R1のオンの期間だけ主トランスT1の一次側に電流I
2が流れる。トランジスタTR1は、PWM制御回路3
1によって、主トランスT1に流れる電流の平均がサイ
ン波に近くなるようにPWM制御される。主トランスT
1の二次側に発生した電圧は整流器REC2によって整
流され、コンデンサC2及びDC出力に接続されたコン
デンサ12を充電する。電圧検出回路32,33は、そ
れぞれAC電源又はDC出力の電圧を検出するためのも
のである。
【0020】 コンデンサ12は、50〜100F(フ
ァラッド)程度の大容量のものであり、上述の電源装置
11のDC出力によって充電されるように接続されて
る。本発明においてはゴールドキャパシタと呼称される
電気二重層コンデンサが用いられる。電気二重層コンデ
ンサは、異なった2相(固体/液体)の接触面に極めて
短い距離を隔てて正負の電荷が存在することを利用した
もので、例えば固体にはアルミ薄膜に活性炭を付けたも
のが用いられ、液体には硫酸などの水溶液系の有機電解
液が用いられる。活性炭の表面積が大きいので、150
0〜2000F程度のものが得られるが、耐圧が低い
(例えば2.5V)ので、所要個数(例えば30個)を
直列接続して用いる。
【0021】このような電気二重層コンデンサは、活性
炭への電荷の吸着/脱着によって蓄電及び放電が行われ
るので、損失が無く、高速充電及び大電流の放電が可能
であり、繰り返し寿命が長い(10万回程度可能)とい
う利点がある。
【0022】電流制御回路13は、電流設定器14によ
り設定された電流値となるように溶接電流を制御する。
電流制御回路13からの出力によって溶接棒17と母材
18との間にアークが生じて溶接が行われる。
【0023】電圧監視回路15は、コンデンサ12の端
子電圧Vcを監視し、端子電圧Vcが一定の基準電圧V
r(例えば30V)よりも低い場合には溶接電流を流さ
ないようにすべく、電流制御回路13に停止信号S1を
出力する。また、端子電圧Vcが基準電圧Vr近辺に低
下したとき、及び最大電圧Vm(満充電時の電圧、例え
ば60V)に達したときには、それぞれその旨を知らせ
るための警報音を発する。
【0024】次に、溶接機1の動作及び使用方法につい
て説明する。
【0025】さし込みプラグ16をAC電源に接続し、
電源装置11のスイッチSWをオンにすると、電源装置
11によってコンデンサ12への充電が開始される。コ
ンデンサ12が適当に充電された後又は満充電となった
後に、溶接作業(アーク溶接)を開始する。溶接作業
は、電源装置11によってコンデンサ12を充電しなが
ら、コンデンサ12に蓄えられた電荷を放出することに
よって行われる。
【0026】図4は溶接作業時におけるコンデンサ12
の端子電圧Vcの変化の一例を示す図である。
【0027】溶接作業の開始時(t0=0)において
は、コンデンサ12は満充電されており、端子電圧Vc
は最大電圧Vmに等しく60Vである。溶接(アーク放
電)を開始すると、コンデンサ12の充電状態及び溶接
電流にもよるが、コンデンサ12からの放電電流及び電
源装置11の出力電流が溶接電流として流れ、端子電圧
Vcは徐々に低下する(t0〜t1)。溶接を中断する
と、コンデンサ12への充電が再開されて端子電圧Vc
が増大する(t1〜t2)。溶接を再開すると、再度端
子電圧Vcは低下する(t2〜t3)。このように、溶
接作業中において、溶接の断続によりコンデンサ12の
充放電が繰り返される。端子電圧Vcが基準電圧Vr以
上に保たれている間は溶接を行うことができる。端子電
圧Vcが基準電圧Vrにまで低下すると、電流制御回路
13によって溶接電流が強制的に零とされる。
【0028】例えば、AC電源からの入力が1KVA、
力率が98%、出力が25V120Aの場合に、コンデ
ンサ12を満充電した状態から開始すると、約35秒間
の溶接が可能である。したがって、35秒以内で溶接を
一旦中断し、しばらく後に溶接を再開するというよう
に、溶接(アーク放電)を断続的に行うことによって、
溶接作業(アーク溶接)を長時間にわたって連続的に行
うことができる。コンデンサ12への充電時間が放電時
間よりも3倍程度長いものとした場合には、約30%の
使用率で、溶接作業を時間に制限なく行うことができ
る。
【0029】また、AC電源から溶接機1への入力が小
さいので、工事現場などのように電源容量に余り余裕が
ない場合であっても、コンデンサ12の放電電流によっ
て強いアークを飛ばして満足のいく溶接を行うことがで
きる。
【0030】しかも、従来のバッテリー式の溶接機のよ
うにバッテリーの充電やバッテリー液の点検などが不要
であり、且つコンデンサ12の寿命が長いので、メンテ
ナンスが極めて容易である。また、コンデンサ12は軽
量であるから、溶接機1の全体を軽量(例えば35Kg
程度)に構成することができ、移動及び運搬が容易であ
る。
【0031】また、電源装置11として高力率のスイッ
チング電源装置を用いることにより、電力系統への悪影
響が防止され、且つ、主トランスT1が軽量となって全
体の軽量化が図られる。
【0032】上述の実施例においては、電源装置11と
コンデンサ12及び電流制御回路13などとを一体的に
構成した溶接機1について説明したが、次に、コンデン
サ12及び電流制御回路13などを電源装置11から切
り離し可能に構成した例を説明する。この例において
は、上述の溶接機1の構成要素の符号に「a」を追加し
て示す。但し図示は省略する。
【0033】すなわち、そのような溶接機1aは、AC
電源の近辺に設置された電源装置11aと、上述の溶接
機1から電源装置11を取り除いた部分からなる移動溶
接ユニットとによって構成される。移動溶接ユニットを
電源装置11aにセットすることによってコンデンサ1
2aに充電され、満充電された後に、移動溶接ユニット
を電源装置11aから取り外して所定の場所に移動して
溶接を行う。つまり、上述の溶接機1ではコンデンサ1
2を充電しながら溶接作業を行うが、この溶接機1aで
は、コンデンサ12aの充電中には溶接作業を行わず、
且つコンデンサ12aからの放電電流のみで溶接を行
う。この溶接機1aによると、例えば約20秒間の溶接
が可能である。したがって、例えば高所、狭い場所、そ
の他AC電源からの電線を引けない場所などにおいて簡
便に溶接を行うことができる。
【0034】上述の実施例において、コンデンサ12を
除き、電源装置11、電流制御回路13、電圧検出回路
15などの回路、回路定数、素子定数、素子の種類、構
造、形状、その他、溶接機1の構造、形状、回路など
は、本発明の主旨に沿って種々変更することができる。
本発明は、アーク放電または溶接電流がパルス状である
もの、あるいは交流的に極性が変わるものなど種々の電
流モードのアーク溶接に適応することができる。
【0035】
【発明の効果】請求項1の発明によると、工事現場など
のように電源容量に余り余裕がない場合であっても、強
いアークを飛ばして満足のいく溶接を行うことができ、
且つ長時間にわたって連続的に溶接作業を行うことがで
きる。
【0036】請求項2の発明によると、メンテナンスが
容易で軽量のアーク溶接のための溶接機を提供すること
ができる。
【0037】請求項3の発明によると、工事現場などの
ように電源容量に余り余裕がない場合であっても、強い
アークを飛ばして満足のいく溶接を行うことができ、且
つメンテナンスが容易で軽量のアーク溶接のための溶接
機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る溶接機の回路を示すブロック図で
ある。
【図2】溶接機の電源装置の一例を示す回路図である。
【図3】図2に示す電源装置の各部の波形の一例を示す
図である。
【図4】溶接作業時におけるコンデンサの端子電圧の変
化の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 溶接機 11 電源装置 12 コンデンサ 13 電流制御回路

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を出力する電源装置と、電気二
    重層コンデンサとを備え、 前記電源装置の出力に前記コンデンサを接続した状態に
    おいて、そのコンデンサに蓄えられた電荷を放出するこ
    とによってアーク溶接を行うことを特徴とするアーク溶
    接のための溶接方法。
  2. 【請求項2】 直流電力を出力する電源装置と、 前記電源装置の出力に接続され、当該電源装置によって
    充電される電気二重層コンデンサと、 前記電源装置の出力及び前記コンデンサに接続され、そ
    れらから出力される溶接電流を制御するための電流制御
    回路と、 を有してなることを特徴とするアーク溶接のための溶接
    機。
  3. 【請求項3】 直流電力を出力する電源装置と、 前記電源装置の出力に接続されたときに、当該電源装置
    によって充電される電気二重層コンデンサと、 前記コンデンサに接続され、当該コンデンサに蓄えられ
    た電荷を放出することによって得られる溶接電流を制御
    するための電流制御回路と、 を有してなることを特徴とするアーク溶接のための溶接
    機。
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