JP2698969B2 - コンデンサブースト式スポット溶接機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車等の板金工場
等に使用されるスポット溶接機であって、特に充放電機
能を有するコンデンサ出力を溶接トランスの二次側に出
力しスポット溶接を行うコンデンサブースト式スポット
溶接機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に自動車等の板金に用いられるスポ
ット溶接機は、電源トランスと溶接部の溶接用スポット
ガンを自由に移動し溶接作業を行うため、同トランスと
スポットガンを溶接ケーブルで連結するトランス分離型
が広く用いられているが、これらスポット溶接機におい
て溶接効率の良好な直流式が交流式のものに代わり主流
となっている。ここで、代表的な直流式スポット溶接機
についての説明を行う、電源トランスの一次側に供給さ
れる三相交流電流は、位相制御回路を経由した後に整流
回路により直流電流化が図られ同トランス二次側の出力
端子に出力され、この出力端子から溶接ケーブルにより
溶接部のスポットガンに供給されスポット溶接が行われ
ている。

【０００３】このようなトランス分離型のスポット溶接
機は長尺の溶接ケーブルを使用するために、その出力の
大部分がジュール熱により損失するという現象を生じ、
この損失補填のために溶接トランスの容量の大型化を図
ることとなったり、さらには、ユーザーの他の電力設備
との総量が増加するためにキュービックル等の設備投資
を必要とし、従って、これらのユーザーは余分な投資を
要することとなっていた。そこで、本願出願人が平成５
年に特願平５−１４５２６１号により出願ずみの発明、
即ち、従来の交流式スポット溶接機とコンデンサ放電式
のスポット溶接機を兼用可能なスポット溶接機とするこ
とにより、溶接トランスの容量の小型化、電源・電圧の
低下によって生じる溶接効率の低下を抑えることを可能
とするものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなトランス分離型のスポット溶接機においても、直流
電流の負荷を溶接トランスの一次側への負荷とするため
に供給電源の電圧値・電流値が変化した際には同トラン
ス二次側の出力電圧値・電流値も不安定な出力状態とな
り、従って、安定したスポット溶接処理が行えず、溶接
効率の悪いものとなっていた。特に、スポット電流通電
時には一次側電源に大きな電流が流れ（一般に100 〜15
0A以上）電力設備のインピーダンスが大きい場合には、
電源電圧が大幅に低下し（20〜30％）溶接性能が著しく
損なわれるのが現状である。このような状況を解決する
ため、不安定なスポット溶接を防止するため余剰な溶接
能力の溶接機の準備を行ったり、さらには、これら溶接
機の使用容量の増加にともない電力容量の増加契約等を
要することとなっていた。

【０００５】そこで、本発明はこれらの問題を解決する
ため成されたものであって、現在電力会社との間に利用
契約が成された電力容量の範囲内であったとしても、ま
た、供給電源の不安定な地域であったとしても、コンデ
ンサを有する第二の直流供給回路が安定した溶接効率の
高いスポット溶接を可能とするとともに、別途電力容量
の増加契約を要することのないコンデンサブースト式ス
ポット溶接機の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこれらの目的を
達成するため、溶接トランスの二次側で第一の直流供給
回路によって発生した直流溶接電流により直流スポット
溶接をおこなう溶接部と溶接トランス部に分離された分
離型直流スポット溶接機において、前記第一の直流供給
回路の直流溶接電流の補完のための直流供給回路であっ
て、電源から供給される交流電流を電源トランス二次側
で整流するとともに、この整流された直流溶接電流を貯
留するコンデンサと、このコンデンサに貯留する直流溶
接電流を、タイミング回路の作動により前記第一の直流
供給回路の溶接トランスの二次側への出力切替を図るス
イッチング素子を有する第二の直流供給回路を備える構
成を特徴とするものである。

【０００７】また、前記第二の直流供給回路は、前記第
一の直流供給回路から溶接部への供給に加え、当該溶接
部へ相乗的な直流溶接電流の供給を図る回路とする構成
をもその特徴とするものである。

【０００８】

【作用】この発明におけるコンデンサブースト式スポッ
ト溶接機は溶接用のスポットガンへの電流出力の際に
は、タイミング回路が溶接トランス二次側における従来
の第一の直流供給回路の電流出力とともに、コンデンサ
を有する第二の直流供給回路からの相乗的な出力が成さ
れる。前記第一の直流供給回路の電流出力の低下にとも
なう溶接能力の低下を生じる場合には、前記タイミング
回路が第二の直流供給回路のコンデンサに蓄積される電
荷を溶接トランス二次側に配置される整流回路への出力
により溶接能力の補填が成される。

【０００９】この第二の直流供給回路のコンデンサへの
電流の蓄積、即ち充電は第一の直流供給回路のスポット
溶接休止の期間内に成される。従って、第一の直流供給
回路と第二の直流供給回路の相乗が図られることによ
り、例え溶接トランスの容量が小さくても効率的なスポ
ット溶接が行われる。

【００１０】

【実施例】この発明のコンデンサブースト式スポット溶
接機の一実施例を図面に基づいて説明をする。図１は三
相交流を供給電源とするこの発明の実施例のコンデンサ
ブースト式スポット溶接機のブロックダイヤグラムであ
る。この図１において、符号１はコンデンサブースト式
スポット溶接機を示し、このコンデンサブースト式スポ
ット溶接機１は第一の直流供給回路３と、溶接部４と、
第二の直流供給回路５と、タイミング回路６によって構
成されている。

【００１１】前記第一の直流供給回路３は三相交流を供
給電源８とし、供給された交流電流はメインスイッチ３
ａと位相制御回路（Ａ）３ｂを介して溶接トランス２へ
入力され、同トランス二次側で整流回路３ｃによって直
流化が図られ出力端子３ｄを介して溶接部４に出力され
る。一方、前記メインスイッチ３ａより入力される交流
電流は、位相制御回路（Ａ）３ｂに入力されるとともに
前記第二の直流供給回路５への供給も成される構成とな
っている。

【００１２】溶接部４はスポットガン４ａと溶接ケーブ
ル４ｃから構成され、このスポットガン４ａにより被溶
接物１０を挟持しスポット溶接が行われるが、このスポ
ットガン４ａへの電流供給は前記整流回路３ｃより溶接
ケーブル４ｃを介して行われる。

【００１３】符号５で示す第二の直流供給回路は、電源
トランス５ａと整流回路５ｂと第１スイッチング素子
（Ｂ）５ｃとコンデンサ５ｄと第２スイッチング素子
（Ｃ）５ｅにより構成され、前述のメインスイッチ３ａ
からの供給電力を前記電源トランス５ａ一次側へ供給が
成されている。

【００１４】この電源トランス５ａで変圧された電力
は、その後同トランス二次側より出力され整流回路５ｂ
により直流変換が成されるが、この直流変換により出力
されるプラス電力は、第１スイッチング素子（Ｂ）５ｃ
と接続するコンデンサ５ｄとこのコンデンサ５ｄのプラ
ス側に設けられた第２スイッチング素子（Ｃ）５ｅを介
して前記第一の直流供給回路３の整流回路３ｃのプラス
出力と出力端子３ｄの間に入力されている。一方、直流
変換により出力されるマイナス電力は、前記第一の直流
供給回路３の整流回路３ｃのマイナス出力と出力端子３
ｄの間にコンデンサ５ｄのマイナス側が入力されてい
る。

【００１５】このように構成された第一の直流供給回路
３や第二の直流供給回路５の制御を行うのが符号６で示
されるタイミング回路であり、このタイミング回路６は
メインスイッチ３ａと位相制御回路（Ａ）３ｂと第１ス
イッチング素子（Ｂ）５ｃと第２スイッチング素子
（Ｃ）５ｅに接続するとともに、これらの作動の制御は
具体的には後述の作動説明のように行っている。

【００１６】符号７は手元スイッチであり、この手元ス
イッチ７をＯＮにするとスポット溶接が実行され、ＯＦ
Ｆにより解除される。すなわち、手元スイッチ７はコン
デンサブースト式スポット溶接機１の起動および終了を
操作するスイッチであり、この手元スイッチ７によりタ
イミング回路６の制御の始動と終了が成される。

【００１７】このように構成されるコンデンサブースト
式スポット溶接器１の機能を説明すると、第一の直流供
給回路３の直流スポット電流の容量が不足し十分なスポ
ット溶接効果が得られない場合、即ち、スポットガン４
ａに挟持された被溶接物１０がスポットガン４ａの加熱
不足により十分に熱せられず期待する溶接効果が得られ
ない場合には、第二の直流供給回路５からの直流スポッ
ト電流が供給され、第一の直流供給回路３の直流スポッ
ト電流に相乗出力され溶接効果の補完が成される。な
お、図２はこの状態の第一の直流供給回路３および第二
の直流供給回路５からの各直流電流の出力波形を示すも
のである。

【００１８】従来の直流スポット溶接機の場合、溶接部
４のスポットガン４ａにはその電流値を5000〜8000A で
あって出力時間を0.3 〜0.7 秒程度の負荷とする出力が
一般的であるが、本発明のスポット溶接機の場合にはこ
れらの数値に第二の直流供給回路５からの大容量の電流
値が相乗的に出力され補完が成される。本実施例におい
ては第二の直流供給回路５からの電流値を35000Aとする
ものであるが、この場合第一の直流供給回路３からの電
流値と相乗すると、その相乗出力電流値は40000 〜4300
0Aにもなり、十分な溶接効果を得ることができる。

【００１９】なお、この第二の直流供給回路５よりの直
流電流の出力時期はタイミング回路６の制御により任意
に設定可能であり、また、出力電流値は第二の直流供給
回路５に備えられるコンデンサの充電電圧により任意に
設定可能であり、さらに、被溶接物１０の種類や厚さ等
によっても可変可能となるのは勿論である。

【００２０】これらの機能を有するコンデンサブースト
式スポット溶接機の作動説明を行うと、先ず、供給電源
８を投入しメインスイッチ３ａのＯＮによりスポット待
機の状態となるが、これと同時に整流回路５ｂを経てコ
ンデンサ５ｄに電流がチャージされる。この時、位相制
御回路（Ａ）３ｂはＯＦＦの状態で、第１スイッチング
素子（Ｂ）５ｃはＯＮの状態、第２スイッチング素子
（Ｃ）５ｅはＯＦＦの状態となっている。

【００２１】作業者がスポット溶接を行うために手元ス
イッチ７をＯＮにすると、タイミング回路６より次の順
序で位相制御回路（Ａ）３ｂ・第１スイッチング素子
（Ｂ）５ｃ・第２スイッチング素子（Ｃ）５ｅに信号
（ゲート信号）が送られスポット溶接が開始される。

【００２２】位相制御回路（Ａ）３ｂがＯＮとなり、第
一の直流供給回路３において予め設定された時間だけ溶
接トランス２に交流電流が出力され整流回路３ｃを介し
て溶接ガン４ａに直流スポット電流の出力が成されスポ
ット溶接が行われる。この第一の直流供給回路３による
直流スポット電流の出力波形は図３に示す如くであって
出力時間については 0.3〜 0.7秒程度とするのが一般的
である。

【００２３】次に、第１スイッチング素子（Ｂ）５ｃが
ＯＦＦになった信号を受け、直ちに第２スイッチング素
子（Ｃ）５ｅがＯＮとなり、コンデンサ５ｄにチャージ
された電流が溶接トランス２の二次側に出力され、第一
の直流供給回路３の直流スポット電流に相乗し短時間の
内に相乗的に出力されるが、この相乗的な出力の時期は
タイミング回路６によって制御が成される。

【００２４】そして、コンデンサ５ｄからの出力が終了
すると、直ちに第２スイッチング素子（Ｃ）５ｅをＯＦ
Ｆとし位相制御回路３ｂがＯＦＦとなり、第一の直流供
給回路３の出力が停止後、第１スイッチング素子（Ｂ）
５ｃがＯＮとなり、コンデンサ５ｄに対するチャージが
開始される。

【００２５】このコンデンサチャージに要する時間は、
スポット溶接のスポットの繰り返しの速度の関係で３秒
程度に設定を行うが、それでも充電期間に電源トランス
５ａの一次側に流れる電流は２０Ａ程度の電流値であ
り、溶接トランス２の電流値より遙に少なく、しかも溶
接トランス２の休止中であるために機器全体の入力最大
容量（電力契約の基準容量）に影響を与えるものではな
い。

【００２６】第二の直流供給回路５のコンデンサ５ｄに
チャージされた電流を第一の直流供給回路３に相乗させ
る時期については図２の場合には第一の直流供給回路３
の出力終了直前に相乗するよう設定を行ったが、この発
明においては、第一の直流供給回路３の直流電流出力と
第二の直流供給回路５のコンデンサ出力の電流とが相乗
する時期であればいかなる時期でもよく、図２に示すよ
うな時期をあえて限定する必要はないことは勿論であ
る。

【００２７】なお、以上の実施例においては第二の直流
供給回路５のコンデンサ５ｄの配備を一とするものとし
ての説明を行ったが、被溶接物１０の各種の条件によっ
てはコンデンサの配備を複数とし、さらに、複数配備に
伴うスイッチング素子の増設を行うこと、つまり第三の
直流供給回路、第四の直流供給回路を増設することによ
り複数回の相乗出力を可能とするのは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明のように本発明によれば次の
ような効果を奏する。即ち、容量の小さな溶接トランス
を有する直流スポット溶接機であったとしても第一の直
流供給回路よりの直流スポット電流休止期間内に第二の
直流供給回路のコンデンサに直流電流の蓄積が行われ、
それによって供給電源が不安定な状態となり第一の直流
供給回路の直流スポット溶接の溶接効果が低下した際に
も、第二の直流供給回路からの電流を第一の直流供給回
路への補完をすることによって、効率的なスポット溶接
作業の継続が可能となる。従って、従来電力会社と契約
ずみの容量範囲内で高能率の直流スポット溶接を行うこ
とが可能であり、別途電力会社との容量増加の契約を要
することもなく、さらに高価な電力設備の設備投資をも
必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】第二の直流供給回路を有する本発明のコンデン
サブースト式スポット溶接機の一実施例のブロックダイ
ヤグラムである。

【図２】第一の直流供給回路の直流電流に第二の直流供
給回路からの直流電流を相乗させた場合の直流波形を示
す説明図である。

【図３】第一の直流供給回路の直流波形を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１……コンデンサブースト式スポット溶接機 ２……溶接トランス ３……第一の直流供給回路 ３ａ…メインスイッチ ３ｂ…位相制御回路（Ａ） ３ｃ…整流回路 ３ｄ…出力端子 ４……溶接部 ４ａ…スポットガン ４ｂ…溶接ケーブル ５……第二の直流供給回路 ５ａ…電源トランス ５ｂ…整流回路 ５ｃ…第１スイッチング素子（Ｂ） ５ｄ…コンデンサ ５ｅ…第２スイッチング素子（Ｃ） ６……タイミング回路 ７……手元スイッチ ８……供給電源 １０…被溶接物

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トランスの二次側で第一の直流供給
   回路によって発生した直流溶接電流により直流スポット
   溶接をおこなう溶接部と溶接トランス部に分離された分
   離型直流スポット溶接機において、 前記第一の直流供給回路の直流溶接電流の補完のための
   直流供給回路であって、電源から供給される交流電流を
   電源トランス二次側で整流するとともに、この整流され
   た直流溶接電流を貯留するコンデンサと、 このコンデンサに貯留する直流溶接電流を、タイミング
   回路の作動により前記第一の直流供給回路の溶接トラン
   スの二次側への出力切替を図るスイッチング素子を有す
   る第二の直流供給回路を備えることを特徴とする、コン
   デンサブースト式スポット溶接機。
2. 【請求項２】 前記第二の直流供給回路は、 前記第一の直流供給回路から溶接部への供給に加え、当
   該溶接部へ相乗的な直流溶接電流の供給を図る回路とす
   ることを特徴とする、請求項１記載のコンデンサブース
   ト式スポット溶接機。