JP4780133B2 - 交流溶接機器および交流溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極と溶接対象物との間にアークを発生させてアーク溶接を行う溶接装置に関するものであり、より詳しくは、直流出力を行う直流溶接装置の直流出力を入力して電極と溶接対象物との間に交流出力を行うための交流溶接機器および交流溶接装置に関するものである。

溶接を行う溶接装置としては、電極と溶接対象物との間に直流出力を行う直流溶接装置と、電極と溶接対象物との間に交流出力を行う交流溶接装置とがある。

直流溶接装置としては、主な構成として、変圧器と整流部と平滑部を備え、１次側から供給された入力電圧を変圧器により降圧し、整流部で直流に変換し、平滑部で平滑して電極と溶接対象物との間に直流出力を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、交流溶接装置としては、主な構成として、ブリッジダイオードと１次インバータ回路と変圧器と整流ダイオードと２次インバータ回路を備え、交流入力をブリッジダイオードで直流に整流し、１次インバータ回路で高周波の交流に変換し、変圧器で降圧し、整流ダイオードで直流に整流し、２次インバータ回路で交流に変換して電極と溶接対象物との間に交流出力を供給するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５８−００９７７０号公報 特開平３−１２４３７４号公報

従来の溶接装置では、交流溶接を行う場合、交流溶接装置を購入する必要があった。すなわち、直流溶接装置を所有していたとしても、交流溶接を行いたい場合には直流溶接装置とは別に交流溶接装置を購入しなければならないといった課題がある。なお、近年は溶接機内蔵ロボットとしてロボット制御装置と溶接電源装置を一体化した制御装置も知られており、このような制御装置は溶接装置よりも高価である。そして、この制御装置の溶接出力が直流出力である場合、交流出力を行いたい場合には交流出力を行う制御装置を別途購入する必要があり、費用負担が大きくなるといった課題がある。

本発明は、既にある溶接装置が直流溶接装置である場合でも、この直流溶接装置を用いて交流溶接を行うことを可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の交流溶接機器は、直流溶接装置が出力する直流出力を入力する第１の入力部と、前記第１の入力部で入力した前記直流溶接装置からの直流出力を正と負に切り替えて交流出力にするスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するために前記直流溶接装置が出力する制御信号を入力する第２の入力部と、前記スイッチング回路が出力する交流出力を溶接負荷に供給するための出力部とを備え、前記直流溶接装置は、交流波形出力情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて前記制御信号を発生させる制御部と、前記制御信号を前記交流溶接機器に出力する出力部を備え、前記制御信号は、前記スイッチング回路部を構成する複数のスイッチング素子の動作タイミングを制御するための信号であり、前記直流溶接装置とは別に設けられており、前記直流溶接装置の直流出力を入力して前記溶接負荷に交流出力を行うものである。

また、本発明の交流溶接機器は、上記に加えて、第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、少なくとも一方の入力端子とスイッチング回路との間に、前記スイッチング回路から前記第１の入力部の方向へ電流が逆流することを防止する電流逆流防止素子を設けたものである。

また、本発明の交流溶接機器は、上記に加えて、第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の端子間に電圧吸収素子を設けたものである。

また、本発明の交流溶接機器は、上記に加えて、第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、出力部は第１の出力端子と第２の出力端子を備え、電極がプラス極性となり被溶接物がマイナス極性となる場合と前記電極がマイナス極性となり前記被溶接物がプラス極性となる場合とで、前記第１の入力部の入力端子から前記出力部の出力端子までの経路のインピーダンスと前記出力部の他の出力端子から前記第１の入力部の他の入力端子までの経路のインピーダンスとを合成した合成インピーダンスを略同一としたものである。

また、本発明の交流溶接機器は、上記に加えて、スイッチング回路は複数のスイッチング部をブリッジ接続して構成し、各スイッチング部はスイッチング素子を複数個並列接続して構成したものである。

また、本発明の交流溶接機器は、上記に加えて、直流溶接装置は溶接ロボットを制御する制御装置に内蔵されているものである。

また、本発明の交流溶接装置は、直流出力を出力する直流溶接装置と、前記直流溶接装置が出力する直流出力を入力する第１の入力部と、前記第１の入力部で入力した前記直流溶接装置からの直流出力を正と負に切り替えて交流出力にするスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するために前記直流溶接装置が出力する制御信号を入力する第２の入力部と、前記スイッチング回路が出力する交流出力を溶接負荷に供給するための出力部とを備えており前記直流溶接装置とは別に設けられた交流溶接機器とを備え、前記直流溶接装置は、交流波形出力情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて前記制御信号を発生させる制御部と、前記制御信号を前記交流溶接機器に出力する出力部を備え、前記制御信号は、前記スイッチング回路部を構成する複数のスイッチング素子の動作タイミングを制御するための信号であり、前記直流溶接装置と前記交流溶接機器とを電気的に接続し、前記直流溶接装置の直流出力を前記交流溶接機器に入力し、前記交流溶接機器から前記溶接負荷に対して交流出力を行うものである。

以上のように、本発明によれば、交流溶接機器を直流溶接装置に接続することにより、直流溶接装置の直流出力を交流溶接機器から交流出力にして溶接を行うことができ、直流溶接装置を活用して交流溶接を実現することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、直流溶接装置２と、この直流溶接装置２とは別に設けられ直流溶接装置２に接続された交流溶接機器１とからなる交流溶接装置の概略構成を示す図である。

図１において、交流溶接機器１は、直流溶接装置２が出力する直流出力を入力する第１の入力部３と、第１の入力部３で入力した直流溶接装置２からの直流出力を正と負に切り替えて交流出力にするスイッチング回路部５と、スイッチング回路部５を制御するために直流溶接装置２が出力する制御信号を入力する第２の入力部４と、スイッチング回路部５が出力する交流出力を溶接負荷に供給するための出力部６を備えている。第１の入力部３は、第１の入力端子１５と第２の入力端子１６とを備えている。また、出力部６は第１の出力端子１７と第２の出力端子１８を備えている。

なお、直流溶接装置２は、図示していないが、主な構成として、変圧器と整流部と平滑部といった背景技術で示したような既知の一般的な直流溶接装置と同様の構成を備えており、１次側からの供給された入力電圧を変圧器により降圧し、整流部で直流に変換し、平滑部で平滑して電極と溶接対象物との間に直流出力を供給するものである。既知の一般的な直流溶接装置と異なる主な点は、交流溶接機器１に対して交流溶接機器１のスイッチング回路部５を制御する制御信号を送る機能を有している点である。具体的には、直流溶接装置２は、交流波形出力情報を記憶する記憶部２３と、記憶部に記憶されている情報に基づいて制御信号を発生させる制御部２４と、制御信号を交流溶接機器１に出力する出力部２５を備えており、これらにより交流溶接機器１に制御信号を送る機能を実現するものである。直流溶接装置２は、通常の直流出力を行う溶接装置として使用する際は、直流溶接出力の波形情報を記憶しておりこれに基づいて溶接出力を行うが、交流溶接装置の一部として動作する場合には、記憶部２３に記憶した交流溶接出力の波形情報に基づいて溶接出力を行うものである。

また、交流溶接機器１は、背景技術で示したような既知の一般的な交流溶接装置が備えているような１次インバータ回路や変圧器等を備えておらず、一般的な交流溶接装置に比べて小型であり簡単で安価な構成となっており、交流溶接を実現するための交流用付加ユニット的なものである。

交流溶接機器１は、直流溶接装置２が出力する直流出力を交流溶接機器１の第１の入力部３に入力する。第１の入力部３より入力した直流入力は、スイッチング回路部５により、溶接電流を溶接トーチ７から溶接対象物である溶接母材８間へ正方向に出力する場合（以後、ＥＰ出力と記す）と、溶接電流を溶接母材８から溶接トーチ７へ正方向に出力する場合、すなわち溶接トーチ７から溶接母材８へ負方向に出力する場合と（以後、ＥＮ出力と記す）に切り替えられる。

交流溶接機器１のスイッチング回路部５は、４個のスイッチング素子９、１０、１１、１２とこれら４個のスイッチング素子各々に１つ付随する図示しない４つのスイッチング素子保護部品により構成されている。そして、ＥＰ出力時は、スイッチング素子９とスイッチング素子１２が閉状態となり、スイッチング素子１０とスイッチング素子１１が開状態となる。一方、ＥＮ出力時は、スイッチング素子１０とスイッチング素子１１が閉状態となり、スイッチング素子９とスイッチング素子１２が開状態となる。直流溶接装置２が出力する制御信号を交流溶接機器１の第２の入力部４に入力し、第２の入力部４で入力した制御信号によりスイッチング回路部５の各スイッチング素子の動作タイミングが制御される。

そして、スイッチング回路部５が出力する交流出力を交流溶接機器１の出力部６から溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８との間に供給し、これにより交流溶接を行うことができる。

また、直流溶接装置２が出力する制御信号に従い、スイッチング回路部５は交流出力周波数やＥＰ出力とＥＮ出力の比率等を制御でき、自在な交流出力を溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８との間に供給することが可能である。

以上のように、本実施の形態によれば、一般的な交流溶接装置よりも小型で簡単で安価な交流溶接機器１を直流溶接装置２に接続することにより、直流溶接装置２の直流出力を交流溶接機器１から交流出力にして溶接を行うことができ、直流溶接装置２を活用して交流溶接を実現することができる。すなわち、交流溶接機器１を直流溶接装置２に追加接続することで、直流溶接に加えて交流溶接を行うことが可能となる。

そして、交流溶接装置を別途購入することなく、交流溶接装置よりも小型で簡単で安価な交流溶接機器１を購入するだけで、この交流溶接機器１と直流溶接装置２を用いて交流溶接を実現することができ、安価に溶接のバリエーションを拡大することが可能となる。

また、溶接装置の生産者としても、直流溶接装置と交流溶接装置の２機種の溶接装置を生産することなく、直流溶接装置２のみの生産と交流溶接機器１の生産で直流溶接と交流溶接に対応でき、溶接装置の生産性向上やコスト力強化に繋がり、より安価に溶接装置を 提供することが可能となる。

なお、本実施の形態の直流溶接装置２は、単体で用いることにより直流出力を行う溶接装置として用いることができる。また、交流溶接機器１を接続して用いることにより交流出力を行う交流溶接装置としても用いることができる。

そして、直流溶接装置２を内蔵一体化した高価なロボット制御装置を交流出力を行う溶接装置として使用したい場合、ロボット制御装置内の直流溶接装置２に本実施の形態の交流溶接機器１を接続する構成とすることで交流溶接が可能となる。従って、本実施の形態の交流溶接機器１を用いて交流溶接装置を構成することで別途交流溶接用の溶接装置を内蔵した高価なロボット制御装置を購入等することなく交流溶接が可能となり、コスト面等で非常に有効である。

また、本実施の形態の交流溶接機器１において、スイッチング回路５の動作によるＥＰ出力の場合とＥＮ出力の場合とで、第１の入力部３の第１の入力端子１５から出力部６の出力端子（１７、１８）を介して第１の入力部３の第２の入力端子１６までの回路インピーダンスを略同一とするような配線としている。

具体的には、ＥＰ出力時の第１の入力端子１５からスイッチング素子９を介して第１の出力端子１５までの回路インピーダンスと第２の出力端子１８からスイッチング素子１２を介して第２の入力端子１６までの回路インピーダンスを合成したＥＰ出力回路インピーダンスと、ＥＮ出力時の第１の入力端子１５からスイッチング素子１０を介して第２の出力端子１８までの回路インピーダンスと第１の出力端子１７からスイッチング素子１１を介して第２の入力端子１６までの回路インピーダンスを合成したＥＮ出力回路インピーダンスとが略同一となるように、配線距離や配線の断面積の決定や配線の引き回し等を行っている。

これにより、ＥＰ出力時とＥＮ出力時とで配線の電圧降下を略同一とすることができ、安定した溶接電圧を溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８との間に供給することができ、安定した溶接が可能となる。

（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図２は本実施の形態における直流溶接装置２と、この直流溶接装置２と接続可能な交流溶接機器１の概略構成を示す図である。

実施の形態１と異なる主な点は、第１の入力部３の入力端子１５とスイッチング回路５との間に、スイッチング回路５から入力端子１５の方向へ電流が逆流することを防止する電流逆流防止素子１３を備えた点と、第１の入力端子１５と第２の入力端子１６の端子間に電圧吸収素子１４を備えた点である。なお、電流逆流防止素子１３の例としては、ブロックダイオード等が挙げられ、電圧吸収素子１４の例としては、ＲＣＤスナバやＺＮＲ（バリスタ）等が挙げられる。

電流逆流防止素子１３を配置することで、交流出力を停止した際、直流溶接装置２と交流溶接機器１と溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８間および各間の結線で構成される回路インピーダンスに応じた逆起電圧が発生するが、この逆起電圧により発生した電流がスイッチング回路部５から入力端子３の方向へ逆流して交流溶接機器１内のスイッチング素子９、１０、１１、１２や直流溶接装置２内の図示しないスイッチング素子等が破損することを防止することができる。

また、交流出力を停止した際、直流溶接装置２と交流溶接機器１と溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８間および各間結線で構成される回路インピーダンスに応じた逆起電圧が発生するが、交流溶接機器１内のスイッチング素子９、１０、１１、１２や直流溶接装置２内の図示しないスイッチング素子等にこの逆起電圧がかかり、スイッチング素子等の耐圧をオーバーして交流溶接機器１や直流溶接装置２が破損することを、電圧吸収素子１４を設けることで防止することができる。

なお、本実施の形態では、交流溶接機器１に、電流逆流防止素子１３と電圧吸収素子１４の両方を設ける例について説明したが、どちらか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、交流溶接機器１と直流溶接装置２とを別に設けており、これらをケーブル等で電気的に接続する構成となるので、直流溶接装置２と交流溶接機器１と溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８間および各間の結線で構成される回路インピーダンスが高くなり易く、従って逆起電圧も高くなり易いので、このような場合に電流逆流防止素子１３や電圧吸収素子１４を設けることは非常に有効である。

（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１や２と同様の箇所については同一符号を付して詳細な説明を省略する。図３は本実施の形態における直流溶接装置２と、この直流溶接装置２と接続可能な交流溶接機器１の概略構成を示す図である。

実施の形態１や２と異なる主な点は、スイッチング回路部５に、スイッチング素子９、１０、１１、１２を２個並列接続して構成したスイッチング部１９、２０、２１、２２を設けるようにした点である。なお、スイッチング素子を並列接続することにより、耐熱性や耐電流性が向上し、また、冷却効率も向上して交流溶接機器１に設ける冷却装置を簡素化できる等の利点がある。

そして、実施の形態１の回路動作および効果と同様に、スイッチング回路５の動作によるＥＰ出力の場合とＥＮ出力の場合とで、第１の入力部３の入力端子（１５・１６）から出力部６の出力端子（１７・１８）までの回路インピーダンスを略同一とするような配線としている。

具体的には、ＥＰ出力時の第１の入力端子１５からスイッチング部１９を介して第１の出力端子１５までの回路インピーダンスと第２の出力端子１８からスイッチング部１２を介して第２の入力端子１６までの回路インピーダンスを合成したＥＰ出力回路インピーダンスと、ＥＮ出力時の第１の入力端子１５からスイッチング部１０を介して第２の出力端子１８までの回路インピーダンスと第１の出力端子１７からスイッチング部１１を介して第２の入力端子１６までの回路インピーダンスを合成したＥＮ出力回路インピーダンスとが略同一となるように、配線距離や配線の断面積の決定や配線の引き回し等を行っている。

これにより、配線部分での電圧降下を略同一とすることができ、安定した溶接電圧を溶接負荷である溶接トーチ７と溶接母材８との間に供給することができ、安定した溶接が可能となる。

なお、スイッチング素子を並列接続した構成とすると、実施の形態１のスイッチング素子を並列接続せず１つの場合に比べて回路インピーダンスの違いが大きくなり易いので、ＥＰ出力の場合とＥＮ出力の場合とで、回路インピーダンスを略同一とするような配線とすることは非常に有効である。

また、本実施の形態ではスイッチング素子を２個並列接続してスイッチング部とする例を示したが、これに限るものではなく、必要に応じで３個以上並列接続するようにしてもよい。

本発明によれば、直流溶接装置と交流溶接機器とを電気的に接続し、直流溶接装置の直流出力を交流溶接機器に入力し、交流溶接機器から溶接負荷に対して交流出力を行うことができ、直流溶接装置を活用して交流溶接を実現することができるので産業上有用である。

本発明の実施の形態１における交流溶接機器と直流溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２における交流溶接機器と直流溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態３における交流溶接機器と直流溶接装置の概略構成を示す図

符号の説明

１ 交流溶接機器
２ 直流溶接装置
３ 第１の入力部
４ 第２の入力部
５ スイッチング回路部
６ 出力部
７ 溶接トーチ
８ 溶接母材
９ スイッチング素子（ＥＰ出力側）
１０ スイッチング素子（ＥＮ出力側）
１１ スイッチング素子（ＥＮ出力側）
１２ スイッチング素子（ＥＰ出力側）
１３ 電流逆流防止素子
１４ 電圧吸収素子
１５ 第１の入力端子
１６ 第２の入力端子
１７ 第１の出力端子
１８ 第２の出力端子
１９ スイッチング部（ＥＰ出力側）
２０ スイッチング部（ＥＮ出力側）
２１ スイッチング部（ＥＮ出力側）
２２ スイッチング部（ＥＰ出力側）
２３ 記憶部
２４ 制御部
２５ 出力部

Claims (7)

1. 直流溶接装置が出力する直流出力を入力する第１の入力部と、
   前記第１の入力部で入力した前記直流溶接装置からの直流出力を正と負に切り替えて交流出力にするスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路を制御するために前記直流溶接装置が出力する制御信号を入力する第２の入力部と、
   前記スイッチング回路が出力する交流出力を溶接負荷に供給するための出力部とを備え、
   前記直流溶接装置は、交流波形出力情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて前記制御信号を発生させる制御部と、前記制御信号を前記交流溶接機器に出力する出力部を備え、前記制御信号は、前記スイッチング回路部を構成する複数のスイッチング素子の動作タイミングを制御するための信号であり、
   前記直流溶接装置とは別に設けられており、前記直流溶接装置の直流出力を入力して前記溶接負荷に交流出力を行う交流溶接機器。
2. 第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、少なくとも一方の入力端子とスイッチング回路との間に、前記スイッチング回路から前記第１の入力部の方向へ電流が逆流することを防止する電流逆流防止素子を設けた請求項１記載の交流溶接機器。
3. 第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、
   前記第１の入力端子と前記第２の入力端子の端子間に電圧吸収素子を設けた請求項１または２記載の交流溶接機器。
4. 第１の入力部は第１の入力端子と第２の入力端子を備え、
   出力部は第１の出力端子と第２の出力端子を備え、
   電極がプラス極性となり被溶接物がマイナス極性となる場合と前記電極がマイナス極性となり前記被溶接物がプラス極性となる場合とで、前記第１の入力部の入力端子から前記出力部の出力端子までの経路のインピーダンスと前記出力部の他の出力端子から前記第１の入力部の他の入力端子までの経路のインピーダンスとを合成した合成インピーダンスを略同一とした請求項１から３のいずれか１項に記載の交流溶接機器。
5. スイッチング回路は複数のスイッチング部をブリッジ接続して構成し、
   各スイッチング部はスイッチング素子を複数個並列接続して構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の交流溶接機器。
6. 直流溶接装置は溶接ロボットを制御する制御装置に内蔵されている請求項１から５のいずれか１項に記載の交流溶接機器。
7. 直流出力を出力する直流溶接装置と、
   前記直流溶接装置が出力する直流出力を入力する第１の入力部と、前記第１の入力部で入力した前記直流溶接装置からの直流出力を正と負に切り替えて交流出力にするスイッチング回路と、前記スイッチング回路を制御するために前記直流溶接装置が出力する制御信号を入力する第２の入力部と、前記スイッチング回路が出力する交流出力を溶接負荷に供給するための出力部とを備えており前記直流溶接装置とは別に設けられた交流溶接機器とを備え、
   前記直流溶接装置は、交流波形出力情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている情報に基づいて前記制御信号を発生させる制御部と、前記制御信号を前記交流溶接機器に出力する出力部を備え、前記制御信号は、前記スイッチング回路部を構成する複数のスイッチング素子の動作タイミングを制御するための信号であり、
   前記直流溶接装置と前記交流溶接機器とを電気的に接続し、前記直流溶接装置の直流出力を前記交流溶接機器に入力し、前記交流溶接機器から前記溶接負荷に対して交流出力を行う交流溶接装置。

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