JP3491954B2 - 抵抗溶接電源 - 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，プリント基板の補
修，各種センサと極細線あるいはリボン材の接合等の溶
接をする際，これら被溶接物の材質に合わせて最適な制
御モ−ドを選択することの出来る抵抗溶接電源に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に，プリント基板の補修や各種セン
サと極細線あるいはリボン材を接合する場合の一つの方
法として抵抗溶接がある。この抵抗溶接は，被溶接物に
溶接電流を流し，その時発生するジュ−ル熱により，被
溶接物を溶融し接合する方法である。 【０００３】そして，抵抗溶接用の電源としては，各種
の方式があり，その内の一つに整流器の出力側に接続さ
れているコンデンサに蓄えられたエネルギ−を，トラン
ジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ方式があ
る。 【０００４】これは，図６に示すように，商用交流電源
のＡＣ１００Ｖは，トランス１によりＡＣ２４Ｖに降圧
された後，整流器２でＤＣ２４Ｖに変換され，コンデン
サ３に充電される。このコンデンサ３に蓄えられたエネ
ルギ−は，パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶
接電極５に給電される。そこで，図７に示すように，こ
の溶接電極５が被溶接物に接触すると，被溶接物として
のプリント基板１０と補修用リボン１１に溶接電流が流
れ，ここにジュ−ル熱が発生して抵抗溶接される。 【０００５】一方，溶接電極５には，ピックアップ用の
ワイヤ（図示せず）が接続されており，これにより溶接
電極５の電圧Ｖが検出されて，この電圧Ｖは帰還増幅器
６で増幅された後，電圧制御部７に入力される。この電
圧制御部７では，電圧Ｖと溶接条件設定部８から入力さ
れた設定条件とが比較され，設定時間だけパワ−トラン
ジスタ４に電流が流れるように電圧帰還制御される。こ
のように，従来方法では，パワ−トランジスタ４からの
溶接電流とこの電流の流れる時間とが制御される電圧制
御方式が採用されている。又，溶接電極５に流す溶接電
流をパワ−トランジスタ４に帰還してこれを制御する電
流制御方式もある。 【０００６】 【発明が解決しようとする問題点】しかしながら，被溶
接物の材質によって，電圧制御方式が適当であったり，
あるいは電流制御方式が適当であったりするため，いろ
いろな種類の被溶接物を溶接する場合には，抵抗溶接電
源は，２種類準備する必要があった。 【０００７】 【問題を解決するための手段】この発明は，パワートラ
ンジスタで電流を制御して被溶接物を溶接するトランジ
スタ式の抵抗溶接電源において，被溶接物の最適な溶接
条件としての電圧と電流と電力とを，それぞれ帰還制御
用の設定値として入力するとともに，電圧制御，電流制
御，電力制御の３つの制御モードを選択可能とするため
の溶接条件設定部と，この溶接条件設定部からの帰還制
御用の各設定値を記憶するとともに，演算制御するＣＰ
Ｕ部と，パワートランジスタの出力側に接続されて，こ
のパワートランジスタからの電流を検出する電流検出器
と，この電流検出器を介してパワートランジスタの出力
側に接続されている溶接電極と，この溶接電極に印加さ
れる電圧を検出する電圧検出部と，この電圧検出部で検
出された電圧と電流検出器で検出された電流とをそれぞ
れ増幅するとともに，この検出された電圧と電流とから
電力を算出する増幅乗算部と，この増幅乗算部からの電
力と電圧と電流との各帰還値と，ＣＰＵ部に記憶されて
いる帰還制御用の各設定値とをそれぞれ比較制御して，
パワートランジスタを３つの制御モードのいずれかで制
御する電圧・電流・電力制御部とを備え，被溶接物に応
じて３つの制御モードの中から最適な制御モードを選択
可能とし，この選択された制御モードでパワートランジ
スタを介して帰還制御するようにしたものである。 【０００８】 【作用】パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶接
電極５に溶接電流が印加され，被溶接物は抵抗溶接され
る。溶接電流の一部は，電流検出器２０により検出され
る。同様に，溶接電極５では，溶接電圧の一部が検出さ
れる。この検出された帰還用の電圧と電流とから電力が
算出される。 【０００９】 これらの値は，溶接条件設定部２３で選
択される制御モードに応じていずれか１つの値が差動増
幅器２２Ａの一方の入力端に入力される。又，溶接条件
設定部２３で設定され，ＣＰＵ部２２Ｄに記憶されてい
る帰還性制御用の電流，電圧，電力の各設定値は，同様
に選択される制御モードに応じてＣＰＵ部２２Ｄでいず
れか１つの設定値が選択されて出力され，Ｄ／Ａ変換器
２２Ｂでアナログ信号に変換されて差動増幅器２２Ａの
他方の入力端に入力され。そして，差動増幅器２２Ａで
は，この２つの入力値（設定値と帰還値）が比較され，
その差分が増幅されて，その結果でパワートランジスタ
４を制御して，被溶接物を最適な条件で溶接する。 【００１０】 【発明の実施例】この発明の実施例を，図１〜図５に基
づいて詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を示す
要部構成図，図２は図１の詳細な構成図，図３はパタ−
ン幅の変化による設定値の変動率を示すグラフ，図４は
ステンレスワイヤの溶接強度と引っ張り強度との関係を
示すグラフ，図５はヒ−タチップの温度変化を測定した
結果を示すグラフである。なお，従来例と同一のもの
は，同一名称を使用するとともに，同一符号を付しその
説明を省略する。 【００１１】図１〜図２において，１はトランス，２は
整流器で，３はコンデンサ，４はパワ−トランジスタ
で，この実施例の場合には，パワ−ＭＯＳＦＥＴが使用
されており，このパワ−ＭＯＳＦＥＴを１０個並列に接
続して使用されており，１８００Ａ迄出力可能となって
いる。５は溶接電極である。９は充電制御部で，整流器
２の出力をＤＣ２４Ｖに維持するために，整流器２のサ
イリスタの位相制御している。 【００１２】２０は電流検出器で，この実施例の場合に
は，ホ−ル電流検出器が用いられており，パワ−トラン
ジスタ４の出力側に接続されている。この電流検出器２
０は，溶接電極５に供給される溶接電流の一部を検出す
るためのもので，この検出された電流は，増幅乗算部２
１の互いに並列に接続されている３個の電流帰還用増幅
器２１Ｉ_A ，２１Ｉ_B ，２１Ｉ_C に帰還用信号を得るた
めに印加される。その内，電流帰還用増幅器２１Ｉｃに
帰還された電流は，そのままアナログ出力端１９に出力
され，電流の溶接波形が観察される。 【００１３】なお，アナログ出力端１９では，後述する
ように，その他の溶接波形の電圧，電力をもストレ−ジ
スコ−プ（図示せず）等で波形観測することが出来るよ
うに構成されている。 【００１４】ここで，ホ−ル電流検出器は，電流に比例
して発生する磁束を磁気鉄心と磁気センサ（ホ−ル素
子）の組み合わせにより非接触で電流測定することので
きる装置である。なお，上記実施例に限定されることな
く，その他の方法で帰還用の電流を検出してもよい。 【００１５】増幅乗算部２１は，この実施例の場合に
は，電流帰還用増幅器２１Ｉ_A 〜２１Ｉ_C ，電圧帰還用
増幅器２１Ｖ_A 〜２１Ｖ_C ，電力帰還用増幅器２１Ｗ_A
〜２１Ｗ_C および乗算器２１Ｍとにより構成されてお
り，電流検出器２０から帰還される電流Ｉと溶接電極５
に接続されている検出用のワイヤにより溶接電圧の一部
を検出する電圧検出部（図示せず）で検出されて，入力
側に帰還される電圧Ｖとが入力され，この帰還用の電圧
Ｖと電流Ｉとの積である電力Ｗが乗算器２１Ｍで算出さ
れる。 【００１６】 ２２は電流・電圧・電力制御部で，差動
増幅器２２ＡとＤ／Ａ変換器２２Ｂ，Ａ／Ｄ変換器２２
ＣおよびＣＰＵ部２２Ｄとにより構成されており，増幅
乗算部２１からの電圧Ｖ，電流Ｉ，電力Ｗの帰還値は，
Ａ／Ｄ変換器２２Ｃでデジタル信号に変換された後，Ｃ
ＰＵ部２２Ｄに入力され，記憶され，モニタ判定に利用
される。又，増幅乗算部２１からの電圧Ｖ，電流Ｉ，電
力Ｗの帰還値は，溶接条件設定部２３で選択された制御
モードに応じて，いずれか１つの値が帰還値として差動
増幅器２２Ａの一方の入力端に入力される。又，溶接条
件設定部２３で設定され，ＣＰＵ部２２Ｄに記憶されて
いる帰還制御用の電流，電圧，電力の各設定値は，同様
に制御モードに応じて，ＣＰＵ部２２Ｄでいずれか１つ
の設定値が選択出力され，Ｄ／Ａ変換器２２Ｂでアナロ
グ信号に変換されて，差動増幅器２２Ａの他方の入力端
に入力される。そして，差動増幅器２２Ａにおいて，帰
還制御用の設定値と帰還値とは比較され，その差分が増
幅されて，その結果はパワ−トランジスタ４へゲ−ト信
号として送出される。このように構成された帰還系によ
り，設定値と帰還値とが同一の値となるようにパワート
ランジスタ４を介して帰還制御される。 【００１７】なお，溶接条件設定部２３は，最適な溶接
条件を示す帰還制御用の電圧，電流，電力の設定値を初
期設定するもので，キ−スイッチ２３Ａにより入力され
る。さらに，それぞれ帰還制御用の設定値に対応する電
圧制御，電流制御，電力制御のいずれかの制御モ−ドが
設定される。 【００１８】なお，この実施例の場合には，溶接電極５
の汚れ状態および被溶接物の溶接状態および被溶接物の
溶接状態を判定するための判定部２４，判定の基準値を
設定するしきい値設定部２５が具備されている。 【００１９】即ち，判定部２４では，増幅乗算部２１か
ら入力した第１回目の電圧Ｖ，電流Ｉ，電力Ｗは，それ
ぞれＡ／Ｄ変換器２２Ｃでデジタル信号に変換され，Ｃ
ＰＵ部２２Ｄに入力され，検出された電流Ｉと電圧Ｖか
ら第１の抵抗値Ｒ₁ が算出される。この抵抗値Ｒ₁ は，
判定の基準として設定されている設定値（抵抗値）と比
較されて溶接電極５の汚れ状態が判定されて溶接続行，
中止が判定される。 【００２０】同様に，溶接終了後に，被溶接物の溶接品
質の良否を判定するために，再度電圧Ｖと電流Ｉとが検
出され，増幅乗算部２１から入力したこの第２回目の電
圧Ｖ，電流Ｉは，それぞれＡ／Ｄ変換器２２Ｃでデジタ
ル信号に変換され，ＣＰＵ部２２Ｄに入力され，これら
電流Ｉと電圧Ｖから第２の抵抗値Ｒ₂ が算出される。こ
の抵抗値Ｒ₂ は，溶接品質の判定の基準として設定され
ている設定値（抵抗値）と比較されて良否が判定され
る。 【００２１】判定の基準となる抵抗値Ｒ₁ ，Ｒ₂ で表さ
れている設定値は，しきい値設定部２５に入力される。
実際には，これらの値はキ−スイッチ２３Ａから上限下
限が設定されて判定用の設定値としてＣＰＵ部２２Ｄに
入力される。 【００２２】２６は表示部で，ＬＣＤ２６ＡとＬＥＤブ
ザ−２６Ｂとにより構成されており，判定部２４の判定
結果が表示されるとともに，装置本体の非常事態，例え
ばトランス１の異常加熱，パワ−トランジスタ４の短絡
破壊，又，溶接動作自体の異常，例えば，過電流等の場
合にエラ−メッセ−ジが表示される。 【００２３】２７はＩ／Ｏ入出力端で，Ｉ／Ｏインタフ
ェ−スコネクタより溶接条件を外部から切り換えたり，
各種のタイミング信号が出力される。２８はＲＳ−２３
２Ｃ回線端で，外部機器（パソコン等）から溶接条件の
入力，外部機器への出力値の表示，判定部２４からの判
定結果が出力できるように構成されている。 【００２４】次に，作用動作について説明する。商用交
流電源（図示せず）からのＡＣ１００Ｖの電圧は，トラ
ンス１でＡＣ２４Ｖに降圧された後，整流器２でＤＣ２
４Ｖに変換され，コンデンサ３に充電される。この充電
電圧を２４Ｖに一定に維持するために，整流器２のサイ
リスタの位相制御が行われている。 【００２５】コンデンサ３に蓄えられたエネルギ−は，
パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶接電極５に
溶接電流が給電される。この溶接電極５が被溶接物に接
触すると，被溶接材料としてのプリント基板１０と補修
用リボン１１に溶接電流が流れ，ここにジュ−ル熱が発
生して抵抗溶接される。 【００２６】この溶接電流の一部は，電流検出器２０に
より検出され，この電流は帰還電流として電流帰還用増
幅器２１Ｉ_A 〜２１Ｉ_C へ帰還され，電流帰還用増幅器
２１Ｉ_C からは，アナログ出力端１９に出力され，溶接
電流波形が観察される。その他の電流帰還用増幅器２１
Ｉ_A の出力は，ホ−ルド端１８を介して差動増幅器２２
Ａへ，電流帰還用増幅器２１Ｉ_B の出力は，ホ−ルド端
１８を介してＡ／Ｄ変換器２２Ｃへ入力され，デジタル
信号に変換されてＣＰＵ部２２Ｄに入力される。 【００２７】一方，溶接電極５では，ピックアップ用の
ワイヤ（図示せず）により，この溶接電極５に印加され
ている溶接電圧の一部が検出されて，この電圧は帰還電
圧として電圧帰還用増幅器２１Ｖ_A 〜２１Ｖ_C に帰還さ
れる。電圧帰還用増幅器２１Ｖ_C からは，アナログ出力
端１９に出力され，溶接電圧波形が観察される。その他
の電圧帰還用増幅器２１Ｖ_A の出力はホ−ルド端１８を
介して電圧・電流・電力制御部２２の差動増幅器２２Ａ
へ，電圧帰還用増幅器２１Ｖ_B の出力は，ホ−ルド端１
８を介して同様に電圧・電流・電力制御部２２のＡ／Ｄ
変換器２２Ｃへ入力され，デジタル信号に変換されてＣ
ＰＵ部２２Ｄに入力される。 【００２８】 又，電流検出器２０で検出された電流Ｉ
と溶接電極５に印加されている溶接電圧の一部として検
出された電圧Ｖは，乗算器２１Ｍに入力され，この帰還
用の電圧Ｖと電流Ｉとの積である電力Ｗが算出される。
この帰還用の電力Ｗは電力帰還用増幅器２１ＷA 〜２１
ＷC に入力され，電力帰還用増幅器２１ＷC からは，ア
ナログ出力端１９に出力され，溶接電力波形が観察され
る。その他の電力帰還用増幅器２１ＷA の出力は，ホ−
ルド端１８を介して電圧・電流・電力制御部２２の差動
増幅器２２Ａへ，電力帰還用増幅器２１ＷB の出力は，
ホ−ルド端１８を介して同様に電圧・電流・電力制御部
２２のＡ／Ｄ変換器２２Ｃへ入力され，デジタル信号に
変換されてＣＰＵ部２２Ｄに入力され，記憶される。 【００２９】 ここで，ＣＰＵ部２２Ｄには，溶接条件
設定部２３からキ−スイッチ２３Ａにより最適な溶接条
件を示す電圧，電流，電力の値が初期設定されて，帰還
制御用の設定値として入力され，記憶されており，この
ＣＰＵ部２２Ｄに記憶されている帰還制御用の電流，電
圧，電力の各設定値は，同様に制御モードに応じて，Ｃ
ＰＵ部２２Ｄでいずれか１つの設定値が選択出力され，
Ｄ／Ａ変換器２２Ｂでアナログ信号に変換されて，差動
増幅器２２Ａの他方の入力端に入力される。一方，増幅
乗算部２１からの電圧Ｖ，電流Ｉ，電力Ｗの帰還値は，
溶接条件設定部２３で選択された制御モードに応じて，
いずれか１つの値が帰還値として作動増幅器２２Ａの一
方の入力端に入力される。そして，差動増幅器２２Ａに
おいて，帰還制御用の設定値と帰還値とは比較され，そ
の差分が増幅されて，その結果はパワ−トランジスタ４
へゲ−ト信号として送出される。このように構成された
帰還系により，設定値と帰還値とが同一の値となるよう
にパワートランジスタ４を介して帰還制御され，溶接状
態が制御される。 【００３０】このように，この装置は，電圧制御，電流
制御，電力制御の３つの制御モードを備えており，必要
に応じていずれかの制御モ−ドを選択できるように構成
されている。従って，被溶接物の材質や用途により制御
モードが選択される。そこで，発明者等は，溶接性と制
御モ−ドとの比較実験を行った。以下，それについて表
１および図３〜図５に基づいて説明する。 【００３１】 【表１】 【００３２】上記，表１は銅リボンと銅パタ−ンとの溶
接性について測定した結果を示すもので，ＭＩＮ．ＭＡ
Ｘ間が溶接可能な設定値（しきい値）の範囲を示してい
る。ＭＩＮ以下では溶接できない状態となり，ＭＡＸ以
上の値では溶断される。なお，溶接時間はアップスロ−
ブ５ｍｓ，溶接時間５ｍｓと設定されている。 【００３３】図３はパタ−ン幅の変化による設定値の変
動率を示すグラフで，直線Ｅは電圧制御，直線Ｆは電流
制御，直線Ｇは電力制御の場合をそれぞれ示している。
この図に示すように，電流制御，電圧制御，電力制御の
各制御モ−ドにおける溶接性を比較すると，電流制御で
は，パタ−ン幅の変化に伴い溶接出来る電流値も大きく
変化している。これに対して，電圧制御では，パタ−ン
幅の変化に対して電圧値はほとんど変化していない。 【００３４】以上の結果，プリント基板１０（図７）の
パタ−ンを修復する場合には，パタ−ン幅の変換毎に設
定値を変える必要がなく，一定した溶接品質が得られる
のは電圧制御である。この電圧制御は，その他センサの
リ−ド（プラチナリ−ド）の溶接にも使用される。 【００３５】図４はステンレスワイヤの溶接強度と引っ
張り強度との関係を示すグラフで，酸化の有無による溶
接性の相違を示しており，同一のエネルギ−条件で，試
料として，０．０６Φのステンレスワイヤとワイヤとを
交差させ，１点で溶接する際，酸化しているものと酸化
していないものとで溶接強度の変化を測定した結果を示
している。直線Ｅは設定値１．２５Ｖの時の電圧制御，
直線Ｆは設定値３６０Ａの時の電流制御，直線Ｇは設定
値４５０Ｗの時の電力制御の場合をそれぞれ示してい
る。なお，アップスロ−ブ５ｍｓ，溶接時間５ｍｓ，ダ
ウンスロ−ブ５ｍｓで測定した。 【００３６】この図から明らかであるように，電流制御
による溶接が最も強度が強く，ばらつきも少ない。電圧
制御の場合は，ステンレスの酸化したものに対して全く
溶接ができなかった。このような結果から電流制御は，
酸化膜や油膜等，接触抵抗にばらつきがあるものに適し
ている。 【００３７】図５はヒ−タチップＴに電流を流して発熱
させ，温度の変化を測定した結果を示すグラフで，直線
Ｅは設定値０．５５Ｖの時の電圧制御，直線Ｆは設定値
３０９Ａの時の電流制御，直線Ｇは設定値１７０Ｗの時
の電力制御の場合をそれぞれ示している。到達温度は約
２００度，約２ｍΩのヒ−タチップＴに５０ｍｓの間，
３００Ａの大電流を流し，３秒おいて三度この大電流を
流すという連続実験を行った。なお，ヒ−タチップＴの
材質はモリブデン製であり，このヒ−タチップＴで，Ｅ
熱電対線により検出した温度を測定した。なお，アップ
スロ−ブ２０ｍｓ溶接時間５０ｍｓで測定した。 【００３８】その結果，図５から明らかであるように，
電圧制御では到達温度は除々に下降し，電流制御の場合
には，到達温度が除々に上昇し，電力制御の場合には，
一番温度変化が少なく安定した結果が得られた。なお，
この電力制御の他の使用例としては，電子銃，ランプ，
ソ−ラバッテリの組み立て等に適している。 【００３９】 【発明の効果】この発明は，パワートランジスタで電流
を制御して被溶接物を溶接するトランジスタ式の抵抗溶
接電源において，被溶接物の最適な溶接条件としての電
圧と電流と電力とを，それぞれ帰還制御用の設定値とし
て入力するとともに，電圧制御，電流制御，電力制御の
３つの制御モードを選択可能とするための溶接条件設定
部と，この溶接条件設定部からの帰還制御用の各設定値
を記憶するとともに，演算制御するＣＰＵ部と，パワー
トランジスタの出力側に接続されて，このパワートラン
ジスタからの電流を検出する電流検出器と，この電流検
出器を介してパワートランジスタの出力側に接続されて
いる溶接電極と，この溶接電極に印加される電圧を検出
する電圧検出部と，この電圧検出部で検出された電圧と
電流検出器で検出された電流とをそれぞれ増幅するとと
もに，この検出された電圧と電流とから電力を算出する
増幅乗算部と，３つの制御モードのいづれか１つの設定
により，この増幅乗算部からの電力，電圧と電流のうち
選択される１つの帰還値と，ＣＰＵ部に記憶されている
帰還制御用の各設定値のうち選択される１つの設定値と
をそれぞれ比較制御して，この制御モード設定によりパ
ワートランジスタを３つの制御モードのいずれかで制御
する電圧・電流・電力制御部とを備え，被溶接物に応じ
て３つの制御モードの中から最適な制御モードを選択可
能とし，この選択された制御モードでパワートランジス
タを介して帰還制御するようにしたので，被溶接物に合
わせて最適な制御モードを選択することが出来，高品質
の溶接が可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の実施例を示す構成図である。 【図２】この発明の実施例を示すもので，図１の詳細構
成図である。 【図３】パタ−ン幅の変化による設定値の変動率を示す
グラフである。 【図４】ステンレスワイヤの溶接強度と引っ張り強度と
の関係を示すグラフである。 【図５】ヒ−タチップの温度変化を測定した結果を示す
グラフである。 【図６】従来例を示す構成図である。 【図７】従来例を示す説明図である。 【符号の説明】 ４ パワ−トランジスタ ５ 溶接電極 ２０ 電流検出器 ２１ 増幅乗算部 ２２ 電圧・電流・電力制御部 ２２Ｄ ＣＰＵ部 ２３ 溶接条件設定部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 パワートランジスタで電流を制御して被
   溶接物を溶接するトランジスタ式の抵抗溶接電源におい
   て，前記被溶接物の最適な溶接条件としての電圧と電流と電
   力とを，それぞれ帰還制御用の設定値として入力すると
   ともに，電圧制御，電流制御，電力制御の３つの制御モ
   ードを選択可能とするための 溶接条件設定部と，この溶接条件設定部からの 前記帰還制御用の設定値を記
   憶するとともに，演算制御するＣＰＵ部と， 前記パワートランジスタの出力側に接続されて，このパ
   ワートランジスタからの電流を検出する電流検出器と， この電流検出器を介して前記パワートランジスタの出力
   側に接続されている溶接電極と， この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部
   と， この電圧検出部で検出された電圧と前記電流検出器で検
   出された電流とをそれぞれ増幅するとともに，この検出
   された電圧と電流とから電力を算出する増幅乗算部と，前記３つの制御モードのいずれか１つの設定により， 前
   記増幅乗算部からの電力，電圧及び電流のうち選択され
   る１つの帰還値と，前記ＣＰＵ部に記憶されている帰還
   制御用の各設定値のうち選択される１つの設定値とをそ
   れぞれ比較制御して，この制御モード設定により前記パ
   ワートランジスタを前記３つの制御モードのいずれかで
   制御する電圧・電流・電力制御部とを備え，前記被溶接物に応じて 前記３つの制御モードの中から最
   適な制御モードを選択可能とし，この選択された制御モ
   ードで前記パワートランジスタを介して帰還制御するこ
   とを特徴とする抵抗溶接電源。