JP3459934B2

JP3459934B2 - アーク溶接機

Info

Publication number: JP3459934B2
Application number: JP19472295A
Authority: JP
Inventors: 勉湯場; 靖知遠藤; 義雄藤平
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH0938773A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ワイヤ及び被
溶接部材間に溶接電流を通電して溶接を行うアーク溶接
機に係り、更に詳しくは、溶接ワイヤの短絡時において
通電させる溶接電流を制御する電流制御回路の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアーク溶接機のブロック図を図４
に示す。この溶接機は、１次整流器１００が、電源から
供給された３相交流電源を整流して、直流電源に変換
し、平滑化コンデンサ１０１が、整流されたこの直流電
圧を平滑化して、インバータ回路１０２へ供給する。

【０００３】インバータ回路１０２は、ドライブ回路１
１２からの基準信号に基づいて、トランス１０３へ供給
する電流をスイッチングしており、インバータ回路１０
２の出力は、トランス１０３により変圧され、２次整流
回路１０４により整流され、更に、直流リアクタ１０５
により平滑化されて、溶接ワイヤ１４２及び被溶接部材
１４４間に印加される。

【０００４】短絡／アーク検出回路１１０は、上記直流
リアクタ１０５の出力電圧に基づいて、溶接ワイヤ１４
２の先端が被溶接部材１４４と短絡しているのか、或
は、短絡が開放されてアークが発生しているのかを判別
し、電圧／電流制御切替器１１１は、この判別信号に基
づいて、電圧誤差制御回路１２２から出力される基準信
号と、電流誤差制御回路１３２から出力される基準信号
とを切り替えて、ドライブ回路１１２へ出力する。

【０００５】電圧制御回路１２１は、アーク発生中に、
電圧設定器１２０により設定された電圧レベルを溶接ワ
イヤ１４２及び被溶接部材１４４間に印加する溶接電圧
を制御する制御回路であり、電圧誤差増幅回路１２２
が、上記電圧制御回路１２１の出力する基準信号と、２
次整流器１０４の出力電圧とに基づいて、印加電圧のフ
ィードバック制御を行い、誤差増幅信号を電圧／電流切
替回路１１１へ出力する。

【０００６】電流制御回路１３１は、溶接ワイヤ１４２
の短絡中に、電流設定器１３０の設定に基づいて、電流
波形の制御により溶接電流を制御する制御回路であり、
電流誤差増幅回路１３２が、上記電流制御回路１３１の
出力する基準信号と、２次整流器の出力に設けられた分
流器１３３により検出される電流値に基づいて、誤差増
幅信号を電圧／電流切替回路１１１へ出力し、溶接電流
のフィードバック制御を行う。

【０００７】また、モータ制御回路１４０は、上記電流
設定器１３０の設定値に基づいて、溶接ワイヤ１４２を
送給するモータ１４１を駆動する。このアーク溶接機
は、アーク発生中において、溶接ワイヤ１４２の送給に
より、溶接ワイヤ１４２が被溶接部材１４４に短絡する
と、溶接電圧の変化を監視している短絡／アーク検出回
路１１０が、これを検出し、この検出結果に基づいて、
電圧／電流切替回路１１１が、電流誤差制御回路１３２
の出力信号をドライブ回路１１２へ出力する。

【０００８】一方、溶接ワイヤ１４２の短絡中に、溶接
ワイヤ１４２への通電電流により短絡が開放されて、溶
接ワイヤ１４２の先端と被溶接部材１４４間にアークが
発生すると、短絡／アーク検出回路１１０が、これを検
出し、この検出結果に基づいて、電圧／電流切替回路１
１１が、電圧誤差制御回路１２２の出力信号をドライブ
回路１１２へ出力する。

【０００９】次に、従来のアーク溶接機に使用されてい
る電流設定器１３０及び電流制御回路１３１の構成を図
５に示す。この電流制御回路１３１は、溶接ワイヤ１４
２が短絡中のワイヤ通電電流の波形の制御を行う際の基
準波形を生成する回路であり、基準波形としての電圧波
形を出力する。電流設定器１３０としての可変抵抗ＶＲ
１により基準電圧−Ｖｃｃが分圧された電圧値がオペア
ンプＯＰ４により反転されて、折れ曲がり点電圧Ｖｔが
生成される。この折れ曲がり点電圧Ｖｔは、コンパレー
タＣＭＰ’の非反転入力端子に入力されている。

【００１０】一方、コンパレータＣＭＰ’の反転入力端
子には、この電流制御回路１３１の出力する基準波形Ｖ
ｏが入力され、コンパレータＣＭＰ’は、この基準波形
の電圧Ｖｏ及び折れ曲がり点電圧Ｖｔとを比較する。上
記比較の結果、基準波形の電圧Ｖｏが折れ曲がり点電圧
Ｖｔに達していない場合には、コンパレータＣＭＰ’
は、「Ｈ」レベルを出力し、スイッチング手段ＳＷ’が
オンとなる一方、基準波形の電圧Ｖｏが折れ曲がり点電
圧Ｖｔに達すると、コンパレータＣＭＰ’は、「Ｌ」レ
ベルを出力し、スイッチング手段ＳＷ’がオフとなる。

【００１１】スイッチング手段ＳＷは、抵抗Ｒｃと直列
に接続されて、コンデンサＣ’に並列接続された放電回
路を構成し、短絡／アーク検出回路１１０の出力に基づ
いて、アーク発生時にはオンとなり、コンデンサＣ’の
放電を行う一方、短絡時にはオフとなり、コンデンサ
Ｃ’が充電を行うことができる放電回路である。コンデ
ンサＣ’は、一方の端子が接地され、他方の端子が、抵
抗Ｒ５及びスイッチング手段ＳＷ’の直列回路と、可変
抵抗ＶＲ４及び抵抗Ｒ４の直列回路との並列回路を介し
て電源電圧Ｖｃｃに接続されおり、コンデンサＣ’の端
子電圧は、オペアンプＯＰ５で増幅されて基準波形を示
す電圧波形として出力される。コンデンサＣ’と並列に
接続されているツェナーダイオードＺＤは、基準波形の
最大値を決めるクランプ素子である。

【００１２】この電流制御回路１３１は、アーク発生時
において、モータ１４１の駆動により溶接ワイヤ１４２
が送給され、その先端が被溶接部材１４４に短絡される
と、スイッチング手段ＳＷがオフ状態となり、コンデン
サＣの充電が開始される。この時、基準波形の電圧Ｖｏ
は、折れ曲がり点電圧Ｖｔよりも低いため、スイッチン
グ手段ＳＷ’はオン状態であり、上記の充電は可変抵抗
ＶＲ４及び抵抗Ｒ４の直列合成抵抗と抵抗Ｒ５との並列
合成抵抗と、コンデンサＣの容量によって与えられるＣ
Ｒ時定数Ｔ１に従って行われる。

【００１３】コンデンサＣの端子電圧が、上記充電によ
り上昇し、基準波形の電圧Ｖｏが折れ曲がり点電圧Ｖｔ
に達すると、スイッチング手段ＳＷ’がオフされ、コン
デンサＣ’の充電は、可変抵抗ＶＲ４及び抵抗Ｒ４の合
成抵抗と、コンデンサＣ’の容量によって与えられるＣ
Ｒ時定数Ｔ２に従って行われる。即ち、基準電圧が折れ
曲がり点電圧Ｖｔに達すると、ＣＲ時定数がＴ１からＴ
２へ増大して、基準波形の傾きが小さくなる。

【００１４】この様にして電流制御回路１３１において
生成される基準波形の一例を図６に示す。時刻ｔ０にお
いて、溶接ワイヤが短絡すると、時定数Ｔ１でコンデン
サＣの充電が行われ、出力電圧Ｖｏが上昇する。出力電
圧Ｖｏが折れ曲がり点電圧Ｖｔに達する時刻ｔ１以降
は、時定数Ｔ２でコンデンサＣの充電が行われて、出力
電圧Ｖｏの上昇が緩やかとなる。その後、溶接ワイヤの
通電電流により短絡が開放されてアークが発生すると、
コンデンサＣ’に蓄積された電荷が放電されて、出力電
圧Ｖｏは低下する。

【００１５】この基準波形に基づいて、溶接ワイヤ１４
２及び被溶接部材１４４間の溶接電流及び溶接電圧の変
化を図７に示す。この図の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ
時間の経過とともに変化する溶接電流及び溶接電圧の様
子を表したものである。溶接ワイヤ１４２の短絡中は、
電流制御回路１３１により生成された基準波形に基づい
て、溶接電流が制御される一方、アーク発生中は、電圧
制御回路１２１により生成された電圧レベルに基づい
て、一定の溶接電圧に制御される。なお、アーク発生中
の溶接電圧がやや減少していくのは、リアクタ１０５の
影響によるものである。

【００１６】この様にして溶接ワイヤ１４２の短絡中は
溶接電流を基準波形に基づいて制御するアーク溶接機に
おいて、その基準波形が上述した様な折れ曲がり点を有
することにより、短絡直後の立ち上がり傾斜を大きくし
つつ、アーク発生の直前には緩やかな傾斜とすることに
よって、高速溶接を可能とする一方、溶接ワイヤが溶融
池に接触したときや短絡が開放されてアークが発生する
ときに飛散するスパッタの発生量を低減することができ
る。

【００１７】また、上記電流波形の傾斜は、溶接速度及
びスパッタ発生量だけでなく、例えば、溶接トーチを持
って溶接作業を行う作業者の手振れの程度、溶着金属
量、カット、バリの発生量等の様々な要因を考慮して決
定されるものである。このため、従来の電流制御回路
は、コンデンサＣ’を充電する際のＣＲ時定数Ｔ１、Ｔ
２を与える抵抗に可変抵抗ＶＲ４を使用している。即
ち、可変抵抗ＶＲ４の抵抗値を変化させることにより、
ＣＲ時定数Ｔ１、Ｔ２を変化させ、基準波形の傾斜を変
化させて、作業の目的、内容に応じた基準波形を生成し
て、溶接電流の制御の自由度が高められている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
溶接機は、溶接ワイヤ１４２の短絡時における溶接電流
の制御を、電流波形の制御により行っており、この電流
波形制御に使用される基準波形は、電流制御回路１３１
において生成されていた。しかしながら、従来の電流制
御回路１３１には、次のような問題点があった。

【００１９】第一の問題点は、可変抵抗器ＶＲ４のつま
みの操作量が基準波形の傾きにリニアに対応しないとい
う問題があった。即ち、電流制御回路１３１により生成
される基準波形は、ＣＲ時定数によって決まる曲線で構
成される波形であるため、基準波形の傾きを調整したい
場合には、可変抵抗ＶＲ４を操作して、ＣＲ時定数を変
化させればよい。しかしながら、この場合は、可変抵抗
器ＶＲ４の抵抗値の変化と基準波形の傾きの変化が比例
するものではないため、可変抵抗器ＶＲ４のつまみの操
作量が基準波形の傾きにリニアに対応しないという問題
があった。

【００２０】また、第二の問題点として、基準波形の傾
きを大きくするには、可変抵抗ＶＲ４の抵抗値を小さく
してＣＲ時定数を小さくすればよく、基準波形の傾きを
大きくすることは比較的に容易である一方、ＣＲ時定数
を大きくして、基準波形の傾きを小さくしたい場合に
は、限界があった。即ち、基準波形の傾きをゼロ又はそ
れに近い値に設定しようとしても、可変抵抗を無限大に
することはできないため不可能であり、小さな傾きに調
整することはできなかった。

【００２１】この様子を図９に示す。この図は、ＣＲ時
定数を変化させた時の基準波形を示しており、ＣＲ時定
数が小さい場合は、折れ曲がり点に達した後の傾きが大
きくなっている一方、ＣＲ時定数が大きい場合は、折れ
曲がり点に達した後の傾きが小さくなっているが、傾き
が小さくなる方には、変化量が小さくなっている。ま
た、ゼロに近い小さい傾きを得るためには、可変抵抗Ｖ
Ｒ４を非常に大きな抵抗値とすることが必要となり限界
があった。

【００２２】なお、折れ曲がり点に達する前の傾きは、
可変抵抗ＶＲ４による傾きの変化量に比べて十分大きい
ため、ほとんど可変抵抗ＶＲ４の影響を受けない。この
ため、可変抵抗器ＶＲ４は、折れ曲がり点に到達した後
の傾きのみを制御しているとみなすことができる。第三
の問題点として、折れ曲がり点を高くした場合、それに
応じて、折れ曲がり点に達した後の傾きを小さくするこ
とが望ましいが、この様な回路定数を決定することがき
わめて困難であった。

【００２３】即ち、折れ曲がり電圧が高くなれば、溶接
電流が増加して高速溶接が可能となるため、折れ曲がり
点を高くした場合には、それに応じて、基準波形の傾き
を小さくして、スパッタの飛散量を低減させることが望
ましい。しかしながら、この様な電流制御回路を設計す
ることは非常に困難である。なぜならば、折れ曲がり点
電圧が異なってもＣＲ時定数は一定であるため、ＣＲ時
定数の曲線部を上手に利用以外に方法がないからであ
る。

【００２４】オペアンプＯＰ５の増幅度が異なる場合の
基準波形を図９（ａ）、（ｂ）に示す。この図の（ａ）
は、オペアンプＯＰ５の増幅度が小さい場合であり、
（ｂ）は、オペアンプＯＰ５の増幅度が大きい場合であ
り、それぞれに、折れ曲がり点が異なる場合の波形が示
されている。（ａ）の基準波形は、ＣＲ時定数による曲
線部分を利用して折れ曲がり点が高くなるに従って、折
れ曲がり点に達した後の傾きが小さくなっている。しか
しながら、（ｂ）の基準波形は、増幅度が大きいため、
ＣＲ時定数による曲線のうち直線に近い部分だけを利用
しているため、折れ曲がり点に達した後の傾きは、折れ
曲がり点の高低に関係なく、ほぼ一定の傾きとなってい
る。

【００２５】この様に、折れ曲がり点と傾きとを連動さ
せることは容易でなく、また、（ａ）に示した様な動作
が可能であっても、折れ曲がり点と波形の傾きの関係
を、設計者が任意に決定できるものではなかった。本発
明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、アーク溶接
機の電流制御回路において生成される基準波形の傾きに
関して、制御可能な傾きの範囲を広げ、また、リニアな
傾きの制御を可能とすることにより、溶接電流の制御の
自由度を向上させたアーク溶接機を提供することを第一
の目的とする。

【００２６】また、アーク溶接機の電流制御回路におい
て、折れ曲がり点の上昇に伴って、基準波形の傾きを低
下させる際に、折れ曲がり点と傾きの変化との関係を容
易に決定できるアーク溶接機を提供することを第二の目
的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明によるアーク溶接機は、溶接電流の基準波形を生成す
る電流制御回路が、基準波形を出力するオペアンプの非
反転入力端子が接地され、反転入力端子が電流調整抵抗
を介して負の電源電圧に接続され、反転入力端子及び出
力端子間に積分用コンデンサが接続された積分回路と、
溶接ワイヤの短絡中にはオフされ、アーク発生中にはオ
ンされるスイッチング手段を上記コンデンサに並列に接
続した放電回路と、その出力端子が上記オペアンプの反
転入力端子に抵抗を介して接続された可変電圧源であっ
て、上記出力端子の電圧値の増減により、上記積分回路
を流れる積分電流を制御して、基準波形の形状を決定す
る１又は２以上の波形制御回路を上記電流制御回路に備
えて構成される。

【００２８】請求項２に記載した本発明によるアーク溶
接機は、請求項１に記載した本発明によるアーク溶接機
の上記波形制御回路が、その出力端子が上記オペアンプ
の反転入力端子に抵抗を介して接続され、所定の基準電
圧を分圧して出力する可変抵抗器により構成される。請
求項３に記載した本発明によるアーク溶接機は、請求項
１又は２に記載した本発明によるアーク溶接機の上記電
流制御回路が、基準波形の折れ曲がり点電圧を設定する
折れ曲がり点設定回路を備え、上記波形制御回路が、そ
の出力端子が上記オペアンプの反転入力端子に抵抗を介
して接続され、折れ曲がり点電圧と基準波形の出力電圧
とを比較するコンパレータにより構成される。

【００２９】請求項４に記載した本発明によるアーク溶
接機は、請求項３に記載した本発明によるアーク溶接機
の電流制御回路が、基準波形の折れ曲がり点電圧を設定
する折れ曲がり点設定回路を備え、上記波形制御回路
が、その出力端子が上記オペアンプの反転入力端子に抵
抗を介して接続された上記折れ曲がり回路により構成さ
る。

【００３０】

【作用】請求項１に記載した本発明によるアーク溶接機
は、溶接ワイヤの短絡中においては、放電回路のスイッ
チング手段がオフ状態となり、オペアンプの出力端子か
ら積分用コンデンサを通りオペアンプの反転入力端子へ
流れる積分電流の電荷が積分用コンデンサに蓄積され
て、積分回路の出力電圧が上昇する一方、アーク発生中
においては、放電回路のスイッチング手段がオン状態と
なり、積分用コンデンサに蓄積されていた電荷は、放電
回路により放電されて、積分回路の出力電圧が低下す
る。

【００３１】ここで、オペアンプの反転入力端子の入力
インピーダンスは、非常に高いので、入力電流を無視で
き、オペアンプの反転入力端子から流れ出す電流の和と
流れ込む電流の和は常に等しくなる。このため、積分用
コンデンサを流れる積分電流は、電流調整抵抗へ流れ出
す電流と波形制御手段から流れ込む電流の差として与え
られるが、オペアンプの反転入力端子は、イマジナリー
ショートによりグランドレベルに固定されているため、
電流調整抵抗の端子間電圧は常に一定であり、電流調整
抵抗から流れ出す電流は常に一定である。

【００３２】従って、波形制御回路の出力電圧が接地レ
ベルよりも高ければ、波形制御手段からオペアンプの反
転入力端子へ流れ込む電流の分だけ、積分電流が減少
し、基準波形としての出力電圧の傾きは小さくなる。一
方、波形制御回路の出力電圧が接地レベルよりも低けれ
ば、オペアンプの反転入力端子から波形制御手段へ流し
出される電流の分だけ、積分電流が増大し、基準波形と
しての出力電圧の傾きは大きくなる。また、波形制御回
路の出力電圧が接地レベルであれば、波形制御回路の出
力端子に電流が流れないため、波形制御回路は調整機能
を有しない。

【００３３】請求項２に記載した本発明によるアーク溶
接機は、傾き調整回路の可変抵抗器の抵抗値を変化させ
ることにより、その出力電圧を変化させて、基準波形の
傾きを増減することができる。即ち、可変抵抗のつまみ
を操作することにより、積分電流を増減させることがで
き、その変化量はつまみの操作量に比例する。このた
め、基準波形の傾きを自由に増減することができる。

【００３４】請求項３に記載した本発明によるアーク溶
接機は、折れ曲がり回路のコンパレータが基準波形の電
圧と折れ曲がり点設定回路からの折れ曲がり点電圧とを
比較し、その比較結果に基づいて、出力電圧値を変化さ
せて、基準波形の傾きを変化させることができる。即
ち、基準波形としての電流制御回路の出力電圧が折れ曲
がり点に到達する前後で、基準波形の傾きを変化させる
ことができる。また、折れ曲がり点設定回路のの設定に
より、基準波形の折れ曲がり点、即ち、傾きの変化する
位置を調整することができる。

【００３５】請求項４に記載した本発明によるアーク溶
接機は、折れ曲がり点設定回路の出力電圧を変化させた
場合に、それに伴って基準波形の傾きを増減させること
ができる。即ち、折れ曲がり点電圧と基準波形の傾きを
連動させ、かつ、その変化量の比を折れ曲がり点設定回
路、オペアンプの反転入力端子間に設けられた出力抵抗
により決定することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明によるアーク溶接機の電流
制御回路の一構成例を図１に示す。この電流制御回路
は、図４に示したブロック図と同様に構成されるアーク
溶接機に使用される回路であり、オペアンプＯＰ３、積
分用コンデンサＣ及び電流調整抵抗Ｒｓで構成される積
分回路２０と、クランプ素子としてのツェナーダイオー
ドＺＤと、スイッチング手段ＳＷ及び抵抗Ｒｃで構成さ
れる放電回路２１と、傾き調整回路２３としての可変抵
抗器ＶＲ３と、その出力抵抗Ｒｄと、コンパレータＣＭ
Ｐ、プルアップ抵抗Ｒ２０及びコンデンサＣ２で構成さ
れる折れ曲がり回路２４と、その出力抵抗Ｒ２１と、電
流設定器１３０としての可変抵抗ＶＲ１、折れ曲がり点
調整手段としての可変抵抗ＶＲ２、オペアンプＯＰ１、
ＯＰ２及び抵抗Ｒ１０〜Ｒ１６で構成される折れ曲がり
点設定回路２５と、その出力抵抗Ｒｔとにより構成され
る。

【００３７】請求項１に記載した本発明によるアーク溶
接機の基本動作を図１に示した電流制御回路を用いて説
明する。上記積分用コンデンサＣは、基準波形を生成す
るためのコンデンサであり、オペアンプＯＰ３の反転入
力端子及び出力端子間に接続され、この積分用コンデン
サＣの端子間電圧が基準波形出力Ｖｏとなる。

【００３８】上記ツェナーダイオードＺＤは、上記積分
用コンデンサＣに並列に接続され、その端子間の電圧、
即ち、基準波形の出力電圧Ｖｏの上限を決め、インバー
タ回路１０２等の回路素子の破壊を防止するために設け
られたクランプ素子である。上記オペアンプＯＰ３の反
転入力端子は、電流調整抵抗Ｒｓを介して負の電源電圧
−Ｖｃｃに接続され、積分回路２０を流れる積分電流Ｉ
ｃは、積分用コンデンサＣから電流調整抵抗Ｒｓを介し
て負の電圧源へ流れる。

【００３９】上記オペアンプＯＰ３の反転入力端子の入
力インピーダンスは非常に高いので、オペアンプＯＰ３
の反転入力端子の入力電流の和と出力電流の和は等しく
なる。このため、傾き調整回路２３、折れ曲がり回路２
４及び折れ曲がり点設定回路２５からオペアンプＯＰ３
の反転入力端子へ流れ込む電流をそれぞれＩｄ、Ｉ２及
びＩｔとし、オペアンプＯＰ３の反転入力端子から抵抗
Ｒｓへ流れ出す電流をＩｓとすれば、Ｉｃ＋Ｉｄ＋Ｉ２＋Ｉｔ−Ｉｓ＝０（１）即ち、Ｉｃ＝Ｉｓ−Ｉｄ−Ｉ２−Ｉｔ（２）の関係が成立している。

【００４０】ここで、上記オペアンプＯＰ３の非反転入
力端子は接地されており、その反転入力端子はイマジナ
リーショートにより、常に、接地レベルとなっている。
このため、電流調整抵抗Ｒｓの端子間の電圧は、常に、
一定の電圧Ｖｃｃが印加されており、一定の値の電流Ｉ
ｓが流れている。従って、積分電流Ｉｃの値は、電流Ｉ
ｄ、Ｉ２及びＩｔの値のみによって決まる値であり、電
流Ｉｄ、Ｉ２及びＩｔが一定であれば、積分用コンデン
サの端子間電圧の変化量、即ち、基準波形の傾きは一定
であり、電流Ｉｄ、Ｉ２又はＩｔの値を変化させれば、
その分だけ積分電流Ｉｃが変化する。

【００４１】例えば、電流Ｉ２及びＩｔが一定であれ
ば、電流Ｉｄを増加させることにより、その分だけ積分
電流Ｉｃが減少する一方、電流Ｉｄを減少させることに
より、その分だけ積分電流Ｉｃが増大する。このこと
は、Ｉ２及びＩｔに関しても、全く同様である。また、
このことは、積分用コンデンサＣの端子間電圧とは無関
係であり、上記傾き調整手段２３、折れ曲がり回路２４
及び折れ曲がり点設定回路２５はいずれも波形制御回路
であり、これらの回路の出力電圧を変化させ、各波形制
御回路からオペアンプの反転入力端子へ流れ込む電流の
値を変化させることで、基準波形の形状を自由に変化さ
せることができる。

【００４２】次に、請求項２に記載した本発明によるア
ーク溶接機の基本動作を図１に示した電流制御回路を用
いて説明する。可変抵抗器ＶＲ３は、正の基準電圧Ｖｃ
ｃ及び負の基準電圧−Ｖｃｃを分圧して出力する傾き調
整回路２３であり、その出力端子は、抵抗Ｒｄを介して
オペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続されている。

【００４３】従って、可変抵抗器ＶＲ３の出力端子の電
圧値が、オペアンプＯＰ３の反転入力端子の電圧値、即
ち、接地レベルよりも高いときには、上記傾き調整回路
２３の出力端子からオペアンプＯＰ３の反転入力端子へ
傾き調整電流Ｉｄが流れる。ここで、上述した通り、オ
ペアンプＯＰ３の反転入力端子の入力電流の和と出力電
流の和が等しくなるため、上記傾き調整電流Ｉｄが増加
すると、積分電流Ｉｃは、その分だけ減少して、積分回
路２０の出力電圧Ｖｏの変化量が小さくなる。

【００４４】一方、可変抵抗器ＶＲ３の出力端子の電圧
値が、接地レベルよりも低いときには、上記と逆方向、
即ち、オペアンプＯＰ３の反転入力端子から抵抗Ｒｄを
介して上記傾き調整回路２３へ傾き調整電流Ｉｄが流れ
るため、積分電流Ｉｃは、その分だけ増加して、積分回
路２０の出力電圧Ｖｏの変化量が大きくなる。上記傾き
調整回路２３の可変抵抗器ＶＲ３のつまみを操作した場
合の基準波形の変化の様子を図２に示す。この可変抵抗
器ＶＲ３のつまみの操作に比例して、傾き調整回路２３
の出力電流Ｉｄが増減するため、つまみの操作量に応じ
て、基準波形の傾きがリニアに変化している。

【００４５】また、傾きを小さくする場合にも、回路特
性上の限界はなく、右下がりの傾きでさえ実現可能な回
路である。従って、基準波形の傾きを広い範囲にわたっ
て調整することが可能である。請求項３に記載した本発
明によるアーク溶接機の基本動作を図１に示した電流制
御回路を用いて説明する。

【００４６】上記折れ曲がり点設定回路２５は、電流設
定器１３０としての可変抵抗ＶＲ１が、電源電圧Ｖｃｃ
を分圧して出力し、この出力電圧がオペアンプＯＰ１に
より反転され、更に、オペアンプＯＰ２により調整され
て折れ曲がり点電圧Ｖｔとして出力される。また、折れ
曲がり点調整手段としての可変抵抗ＶＲ２は、基準電圧
Ｖｃｃ及び−Ｖｃｃを分圧して出力し、オペアンプＯＰ
１により出力された上記電流設定器１３０からの信号の
値に加算されて、折れ曲がり点電圧Ｖｔを調整する。

【００４７】即ち、上記折れ曲がり点設定回路２５の折
れ曲がり点電圧Ｖｔは、主として、上記電流設定器１３
０の操作によって設定され、上記折れ曲がり点調整手段
ＶＲ２の操作によって調整される構成となっている。な
お、電流設定器１３０は、溶接電流の値を設定するため
の手段であり、溶接電流の値は、溶接ワイヤの送給速度
と密接な関係にあるため、電流設定器１３０の設定値
は、溶接ワイヤの送給用のモータＭの回転速度の制御に
も使用され、モータＭの回転速度制御による溶接ワイヤ
の送給速度に応じて、溶接電流の折れ曲がり点Ｖｔを調
整する。

【００４８】このため、本実施例においては、電流設定
器１３０としての可変抵抗器ＶＲ１と、折れ曲がり点の
みを調整するための可変抵抗器ＶＲ２を併用している
が、１つの可変抵抗器で折れ曲がり点Ｖｔを設定する構
成としてもよい。上記折れ曲がり回路２４は、コンパレ
ータＣＭＰの反転入力端子には、折れ曲がり点電圧Ｖｔ
が入力され、非反転入力端子には、基準波形の出力電圧
Ｖｏが入力される。また、コンパレータＣＭＰの出力端
子はオープンコレクタ出力であり、プルアップ抵抗Ｒ２
０が接続される。このコンパレータＣＭＰの出力端子、
即ち、折れ曲がり回路２４の出力端子は、出力抵抗Ｒ２
１を介して、積分回路２０のオペアンプＯＰ３の反転入
力端子に接続される。なお、コンパレータＣＭＰの出力
端子は、コンデンサＣ２によりグランドと接続されて基
準波形の折れ曲がりをなめらかにすることにより、制御
系の遅れによる溶接電流のオーバーシュートが発生する
のを防止している。

【００４９】コンパレータＣＭＰは、２つの入力端子の
電圧を比較する比較器であり、基準波形の出力電圧Ｖｏ
が折れ曲がり点電圧Ｖｔに達するまでは、低レベルの電
圧を出力するため、出力抵抗Ｒ２１の端子間電圧は小さ
く、出力抵抗Ｒ２１にはほとんど電流Ｉ２は流れない。
しかし、基準波形の出力電圧Ｖｏが折れ曲がり点電圧Ｖ
ｔに達すると、コンパレータＣＭＰの出力端子はハイイ
ンピーダンス状態となるため、抵抗Ｒ２０及びＲ２１を
介して、電圧源ＶＣＣからオペアンプＯＰ３の反転入力
端子へ流れ込む電流Ｉ２を増加させることができる。

【００５０】従って、折れ曲がり点電圧Ｖｔを境にし
て、積分電流Ｉｃを減少させることができ、基準波形を
折れ曲がらせることができる。また、折れ曲がり点Ｖｔ
の前後における基準波形の傾きの差は、抵抗Ｒ２０及び
Ｒ２１により調整し、或は、決定することができる。請
求項４に記載した本発明によるアーク溶接機の基本動作
を図１に示した電流制御回路を用いて説明する。

【００５１】上記折れ曲がり点設定回路２５の出力端子
をオペアンプＯＰ３の反転入力端子へ出力抵抗Ｒｔを介
して接続されている。上記折れ曲がり点設定回路２５の
出力電圧が高くなると、折れ曲がり点設定回路２５から
オペアンプＯＰ３の反転入力端子へ流れ込む出力電流Ｉ
ｔが増加するため、積分電流Ｉｃは減少し、基準波形の
傾きは小さくなる。一方、折れ曲がり点設定回路２５の
出力電圧が低くなると、折れ曲がり点設定回路２５から
オペアンプＯＰ３の反転入力端子へ流れ込む出力電流Ｉ
ｔが減少し、積分電流Ｉｃは増加して、基準波形の傾き
は大きくなる。

【００５２】従って、折れ曲がり点設定回路２５の出力
電圧Ｖｔの変化に応じて、基準波形の傾きを変化させる
ことができる。また、その変化の割合は、出力抵抗Ｒｔ
により決定されるため、従来のＣＲ時定数による曲線を
利用する場合に比べて、設計が容易となる。次に、折れ
曲がり点Ｖｔを調節した場合の基準波形の一例を図３に
示す。この図は、電流設定器１３０としての可変抵抗器
ＶＲ１又は折れ曲がり点調節手段としてのＶＲ２により
折れ曲がり点をＶａからＶｃまで調節した場合の基準波
形を示している。

【００５３】折れ曲がり点が大きくなるに従って、折れ
曲がり点Ｖａ〜Ｖｃに到達した後の基準波形の傾きが小
さくなっている。この場合も、折れ曲がり点Ｖａ〜Ｖｃ
に到達する前の傾きも変化しているが、折れ曲がり点Ｖ
ａ〜Ｖｃに到達する前は、変化量に比べてもとの傾きが
大きいため、ほとんど影響はない。従って、折れ曲がり
点の上昇にともなって、基準波形の傾きが低下するアー
ク溶接機を実現することができ、かつ、折れ曲がり点の
変化量と傾きの変化量の割合を抵抗Ｒｔの値により自由
に決定することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明により理解される通り、請求
項１に記載した本発明によるアーク溶接機は、上記オペ
アンプの反転入力端子に抵抗を介して接続された１又は
２以上の波形制御回路の出力端子の電圧値の増減によ
り、波形制御回路から積分回路の反転入力端子へ流れ出
す電流値が増減することにより、積分電流の値を任意に
決定でき、電流制御回路から出力される基準波形の形状
を自由に調節することができる。

【００５５】請求項２に記載した本発明によるアーク溶
接機は、上記オペアンプの反転入力端子に抵抗を介して
接続された傾き調節回路の出力端子の電圧値の増減によ
り、傾き調整回路から積分回路のオペアンプの反転入力
端子へ流れ出す電流値が増減して、その分だけ積分電流
が減少し又は増大するので、基準波形の傾きが小さく又
は大きくなる。

【００５６】即ち、傾き調整回路の出力電圧の変化量
が、積分電流の変化量に比例するため、傾き調整回路と
しての可変抵抗器のつまみの調整量が基準波形の傾きに
リニアに反映され、ソフト／ハードの調整を容易に行う
ことができ、溶接のソフト／ハードの調整が容易なアー
ク溶接機を提供することができる。ここで、溶接のソフ
ト／ハードとは、基準波形の立ち上がりの傾き、特に折
れ曲がり点に達した後の傾きに起因する溶接の状態の相
違を表しており、基準波形の傾きの小さい場合をソフ
ト、基準波形の傾きの大きい場合をハードと呼ぶ。

【００５７】ハードの場合には、ソフトの場合に比べ、
利点として、突き出し長さの変化に対する応答性が高
く、溶接トーチを持って溶接作業を行う作業者の手振れ
等への適応力が高く、溶着金属量も多いが、反対に、ス
パッタの発生量が多く、高速溶接時にカット、バリが発
生し易くなる。従って、ソフトの場合には、自動溶接の
用途に適しており、ハードの場合には、半自動溶接の用
途に適している。

【００５８】請求項３に記載した本発明によるアーク溶
接機は、折れ曲がり点電圧を出力する可変抵抗器により
構成される折れ曲がり点設定回路と、コンパレータを含
む折れ曲がり回路を備えて構成され、基準波形の出力電
圧が折れ曲がり点に達すると、折れ曲がり回路の出力端
子の電圧値の増大により、折れ曲がり回路からオペアン
プの反転入力端子へ流れ出す電流値が増大して、その分
だけ積分電流が減少するので、基準波形の傾きが小さく
なる。

【００５９】従って、短絡直後の立ち上がり傾斜を大き
くしつつ、アーク発生の直前には緩やかな傾斜とするこ
とによって、高速溶接を可能とする一方、溶融ワイヤが
溶融池に接触したときや短絡が開放されてアークが発生
するときに飛散するスパッタの発生量を低減することが
できる。請求項４に記載した本発明によるアーク溶接機
は、折れ曲がり点設定回路の出力端子を出力抵抗を介し
てオペアンプの反転入力端子に接続して構成されるた
め、折れ曲がり点電圧が上昇すれば、折れ曲がり点設定
回路からオペアンプの反転入力端子へ出力される出力電
流が増大して、積分電流を減少させて、基準波形の傾き
を低下させることができる。従って、折れ曲がり点が高
くなって高速溶接が可能な場合には、自動的に折れ曲が
り点に達した後の傾きが低下して、スパッタの発生量や
カット、バリの発生を低減することができる。

【００６０】本発明によるアーク溶接機を用いることに
より、ソフト／ハードの調整及び溶接電流の折れ曲がり
点の調整を行うことができ、これらを組み合わせること
によって溶接電流を自在に制御することができる。即
ち、傾き調整のつまみを「ソフト」とし、折れ曲がり点
調整用のつまみを「大」に調節すれば、アークが安定し
スパッタ発生量が比較的少なくなるため、亜鉛メッキ鋼
板等に対して安定した溶接を行うことができる。傾き調
整のつまみを「ソフト」とし、折れ曲がり点調整用のつ
まみを「小」に調節すれば、突き出し変動には弱いが、
スパッタの発生量が最も少なくなり、高速溶接に適して
いる。傾き調整のつまみを「ハード」とし、折れ曲がり
点調整用のつまみを「大」に調節すれば、スパッタの発
生量が多く、山高ビードとなるが、アークは外乱に対し
ては最も安定となる。

【００６１】傾き調整のつまみ及び折れ曲がり点調整用
のつまみの操作により、この様な調整を自在に選択する
ことができ、かつ、これらの調整は電流波形にリニアに
反映されるため、調整作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電流制御回路の一構成例を示す図
である。

【図２】請求項１及び２に記載した本発明による基準波
形の一例を示す図である。

【図３】請求項３及び４に記載した本発明による基準波
形の一例を示す図である。

【図４】従来のアーク溶接機の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】従来のアーク溶接機の電流制御回路の構成を示
す図である。

【図６】従来のアーク溶接機の電流制御回路により生成
された基準波形を示す図である。

【図７】従来のアーク溶接機の溶接電流及び溶接電圧を
示す図である。

【図８】従来のアーク溶接機の基準波形の傾きを変化さ
せた場合の図である。

【図９】従来のアーク溶接機の基準波形の折れ曲がり点
を変化させた場合の図である。

【符号の説明】

１４２・・・溶接ワイヤ１４４・・・被溶接部材Ｖｏ・・・基準波形１３１・・・電流制御回路ＯＰ３・・・オペアンプＲｓ・・・電流調整抵抗Ｃ・・・積分用コンデンサ２０・・・積分回路ＳＷ・・・スイッチング手段２１・・・放電回路ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３・・・可変抵抗器２３・・・傾き調整回路２５・・・折れ曲がり点設定回路ＣＭＰ・・・コンパレータ２４・・・折れ曲がり回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−214872（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/073 545

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接電流の基準波形を生成する電流制御回
路を備え、溶接ワイヤが被溶接部材と短絡している時に
は、上記基準波形に基づく電流波形の制御により、溶接
電流を制御するアーク溶接機であって、基準波形を出力するオペアンプの非反転入力端子が接地
され、反転入力端子が電流調整抵抗を介して負の電源電
圧に接続され、反転入力端子及び出力端子間に積分用コ
ンデンサが接続された積分回路と、溶接ワイヤの短絡中にはオフされ、アーク発生中にはオ
ンされるスイッチング手段を上記コンデンサに並列に接
続した放電回路と、その出力端子が上記オペアンプの反転入力端子に抵抗を
介して接続された可変電圧源であって、上記出力端子の
電圧値の増減により、上記積分回路を流れる積分電流を
制御して、基準波形の形状を決定する１又は２以上の波
形制御回路を上記電流制御回路に備えて構成されること
を特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】上記波形制御回路が、その出力端子が上記
オペアンプの反転入力端子に抵抗を介して接続され、所
定の基準電圧を分圧して出力する可変抵抗器であって、上記出力端子の電圧値の増減により、上記積分回路を流
れる積分電流を制御して、基準波形の傾きを制御する傾
き調整回路として構成され、上記可変抵抗器のつまみを操作した場合に、つまみの操
作量が上記基準波形の傾きにリニアに反映されて、溶接
状態のハード／ソフトを調整できることを特徴とする請
求項１に記載したアーク溶接機。
【請求項３】上記電流制御回路が、基準波形の折れ曲が
り点電圧を設定する折れ曲がり点設定回路を備え、上記波形制御回路が、その出力端子が上記オペアンプの
反転入力端子に抵抗を介して接続され、折れ曲がり点電
圧と基準波形の出力電圧とを比較するコンパレータであ
って、上記基準波形の出力電圧が上記折れ曲がり点電圧に達し
た場合に、その出力端子の電圧を上昇させて、折れ曲が
り点で基準波形の傾きを低下させる折れ曲がり回路とし
て構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載し
たアーク溶接機。
【請求項４】上記折れ曲がり点設定回路の出力端子を上
記オペアンプの反転入力端子に抵抗を介して接続して構
成され、折れ曲がり点設定回路の出力電圧の上昇に伴って、基準
波形の傾きを低下させることを特徴とする請求項３に記
載したアーク溶接機。