JP5443475B2 - マイクロ溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗溶接領域で初めて提出されたマイクロ溶接とマイクロ溶接機に関し、主にマイクロ光学装置を利用して溶接しなければならない微細作業部材に応用されるマイクロ溶接機に関し、例えば、各種の小コイル付き電子素子の製造中エナメル線に対して接点を引き出す溶接などに応用されるマイクロ溶接機に関する。

エナメル線を直接溶接する技術は新しい技術であり、本発明の出願人は“エナメル線を直接溶接するスポット電気溶接機”（特許文献１）、“スポット電気熔接の溶接ヘッド”（特許文献２）、“プレストレストスポット電気熔接電極”（特許文献３）、“抵抗溶接の溶接ヘッドと製造方法”（特許文献４）、“圧力表示付きのスポット電気溶接機の溶接機ヘッド”（特許文献５）、“スポット電気溶接機の溶接ヘッドピン”（特許文献６）、“光源付きの溶接ヘッドピン”（特許文献７）、および“エナメル線を直接溶接するスポット電気熔接の溶接ヘッドの作業状態監視装置”（特許文献８）などの多数の特許を出願し、エナメル線を直接溶接する技術を日々熟成させた。

しかし、各種の従来技術の溶接機は、溶接ヘッドの寿命が長くなく、一部は数百個の溶接スポットしか有しない。溶接ヘッドの寿命が短いため、エナメル線を直接溶接する技術の幅広い応用に大きな影響を及ぼす。その原因は、従来技術の溶接機は、線の直径の大きさに関係なく同じ大きさの矩形波のパルス出力を利用しており、このような設計は微細世界での絶縁塗料の厚さ、材料、燃焼時間、線の直径とコアの溶接電流、溶接時間などの詳細要素間の相互関係を意識していないためである。特に０．１ｍｍのような微細作業部材の溶接において、どのようにパルス出力を調節して関連する溶接要求を満足させるかが、本発明が主に克服する問題である。

中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７８５．７ 中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８０８．Ｘ 中国特許出願番号ＣＮ９３２４５３７７．５ 中国特許出願番号ＣＮ２００５１２１２５９．２ 中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８５６．Ｘ 中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８３１．４ 中国特許出願番号ＣＮ０１２４２３２０．３ 中国特許出願番号ＣＮ２００４１００１５２２３．１

エナメル線を直接溶接する技術と微細作業部材を溶接する技術の研究推進を一層進めるため、本発明では先ずマイクロ溶接とマイクロ溶接機の概念を提出する必要がある。

マイクロ溶接の概念：マイクロ溶接とは、抵抗溶接の方式を用いて微細作業部材に対してスポット溶接を行う溶接であり、微細溶接は必ず下記の２種類構造を具備する。その１つの構造は、微細光学構造であって、溶接される部材が非常に微細であり、溶接する時に所定の距離を保証するので、普通人の視力で正確に見ることができなくなり、または溶接部材の接触ヘッドを長時間見ながらの直視操作を行うことができなくなり、そのため、立体顕微鏡または光学拡大表示装置を利用して細かい溶接を行う必要がある。もう１つの構造は、略称がマイクロ溶接機構造である微細溶接の抵抗溶接のスポット溶接機の構造であって、溶接される部材が非常に微細であるため、スポット溶接機に対して電源形態、電力の大きさ、電極、電極ピンを有する構造、各種溶接電気パラメテと溶接力の制御などにも適合することを必要とし、特にパルス出力の調節を更に正確にしなければならなくなり、０．０１ｖと１ｍｓで調節される矩形波でパルスを出力したとしても、更に段階波のパルスに調節しなければマイクロ溶接の要求を満たすことができない。即ち、マイクロ溶接としての全ての要求を満たす抵抗溶接のスポット溶接機だけが、マイクロ溶接機として呼ばれることができる。

本発明の目的は、抵抗溶接領域におけるマイクロ溶接機を提供し、該溶接機は微細作業部材の溶接とエナメル線の直接溶接時に正確なパルス出力の供給を保証し、エナメル線を直接溶接する溶接ヘッドの使用寿命を延長し、かつ、微細作業部材の溶接における溶接品質を向上させる。

従来技術の問題点を解決するために、本発明の微細溶接機は、主電源と、溶接ヘッドと、溶接機ヘッドとを含んでおり、主電源は、抵抗溶接変圧器と電源制御装置を含み、主電源は、電源制御装置により溶接用の段階波状のパルス出力を供給し、溶接機ヘッドは、溶接する際に、抵抗溶接変圧器の出力端と溶接ヘッドを連結する。

前記電源制御装置は、パルス出力の供給に用いられる制御回路と、前記制御回路に信号を発信してパルス出力を調節する少なくとも１つの機能キーと、制御回路と電気的に接続して情報を出力する表示装置と、を含む。

前記電源制御装置が供給する段階波は∠θ_１、∠θ_２、第１段階（Ｖ_１、Ｔ_１）、第２段階（Ｖ_２、Ｔ_２）から構成されており、その中、パルス出力は所定の角度（∠θ_１）により第１段階Ｖ_１に上昇して、Ｔ_１時間維持し、続いて第２段階Ｖ_２までに上昇し、第２段階での維持時間はＴ_２であり、その後、所定角度∠θ_２で下降して終了する。前記段階波を構成するＶ_１、Ｔ_１、Ｖ_２、Ｔ_２のそれぞれのパラメータは調節可能であり、∠θ_１、∠θ_２も調節可能に設定することができ、または予め所定の値に設定した後に調節不可能に設定することもできる。
前記電源制御装置には第１段階の電圧幅の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記電源制御装置には第２段階の電圧幅の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記電源制御装置には第１段階の維持時間の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記電源制御装置には第２段階の維持時間の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記電源制御装置にはパルス出力の上昇角度∠θ_１の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記電源制御装置にはパルス出力の下降角度∠θ_２の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーが設置されている。
前記溶接機はコンデンサエネルギー貯留式溶接機、またはインバータ電源溶接機である。
前記溶接機ヘッドは圧力表示付きのスポット溶接機の溶接機ヘッドである。
前記溶接ヘッドはスポット溶接の溶接ヘッド、抵抗溶接の溶接ヘッド、または１対の平行電極または１対の上下電極である。

前記電源制御装置の制御回路が供給する段階波のパルス出力はデジタル回路ＤＡＣによって実現され、または定電流源でコンデンサを充電し、および電位転換を利用して、実現されることも可能である。

従来技術に比べて、本発明のマイクロ溶接機の主電源は、電源制御装置によりエナメル線の溶接のために段階波のパルス出力を供給するため、エナメル線の絶縁塗料を燃焼除去する際の過大の電流による溶接ヘッドへの損傷を減少し、溶接ヘッドの使用寿命を延長し、微細作業部材の溶接品質を向上させる。

本発明のマイクロ溶接機が出力するパルス幅により構成される段階波の座標図である。 溶接機の回路原理図とＡ点の位置図である。 図１に示す段階波を実現するためのデジタル回路ＤＡＣの回路図である。 図１に示す段階波を実現するための、定電流源によるコンデンサに対する充電かつ電位切換に関する回路図である。 図４におけるＣ８０５１Ｆ０２０シングルチップマイコンの回路図を利用したデジタル−アナログ転換器ＤＡＣ０が出力する波形を示す図である。 式（２）におけるパラメータθとＴの関係を示す曲線図である。 図４における定電流源でコンデンサを充電して傾斜波を形成する実施例のパラメータUｃ（ｔ）−ｔの関係を現わす曲線図である。

以下、図面を参照して本発明のマイクロ溶接機の具体的な実施方式に関して詳細に説明する。

通常、エナメル線を直接溶接するには、中国特許出願番号ＣＮ９３２４５３７７．５に記載されているプレストレストスポット電気熔接電極、中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８０８．Ｘに記載されているスポット溶接の溶接ヘッド、または中国特許出願番号ＣＮ２００５１２１２５９．２（抵抗溶接の溶接ヘッドと製造方法）に記載されている溶接ヘッドを利用する。このような溶接ヘッドの構造からみると、溶接ヘッドを構成する２つの電極の先端はそれぞれ応力接触オーミング接触または連体である。

本発明は大量の実験、研究と分析によりエナメル線を直接溶接する原理を抽出して下記のように概括する。溶接するとき、電流を流し、エナメル線が絶縁層を有するため、電流の全てが溶接ヘッドの２つの電極の先端に流れ、溶接ヘッドに放電を発生させ、溶接ヘッドと接触する絶縁塗料を燃焼除去し、金属を露出する。その次に、エナメル線内部の銅芯の導電性と金属基板の導電性が電極材料の導電性より大きいため、溶接力と抵抗熱の共同の作用によって、溶接ヘッドと作業部材の接触抵抗が２つの電極の先端の接触抵抗より小さくなり、大量の電流が作業部材に流れて、同一パルス出力内で抵抗溶接の溶接を完成することができ、この際に２つの電極の先端を流される電流はバイアス電流になる。

エナメル線を直接溶接する全過程では、エナメル線の直径の大きさによって、普段何ミリ秒から十数ミリ秒の時間がかかる。エナメル線を直接溶接するスポット電気溶接機（中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７８５．７）、または従来技術の他の精密溶接機は普段溶接機が出力する電流電圧の安定だけを必要とし、即ち出力するパルス波形はほぼ矩形波または矩形波に近づいている。しかし、前記エナメル線を直接溶接する溶接原理により、エナメル線の絶縁塗料を燃焼除去する前に、大量の電流は先に接触または連体されている２つの電極の先端を流して放電を行い、溶接作業を継続にすることで、２つの電極の先端で反復的に形成される放電は必ずその構造に影響を与える。２つの電極の先端で放電が形成されていないとき、絶縁塗料は燃焼除去されなくなり、溶接も行うことができない。そのため、従来技術の溶接機は、溶接機ヘッドの寿命が短く、一部は数百個の溶接スポットだけを有しており、これはエナメル線を直接溶接する技術の幅広い応用に影響を与えていた。

エナメル線を直接溶接する時間は何ミリ秒から十数ミリ秒の短い時間であるが、但し、全過程を“絶縁層の燃焼除去”と“溶接”と言う２つの時間帯に分けることが可能であり、従って、絶縁層の燃焼除去段階と溶接段階に必要な電流が同一か否か、元のパルス波形が矩形波での出力が合理的か否か、エナメル線の溶接のために正確な電流を如何に正確にするか、などの問題がある。

そのため、本発明では１万枚／秒の周波数を有する“高速カメラ”を利用してエナメル線を直接溶接する全過程を撮影し、“電気溶接のテスト分析装置”を介してエナメル線を直接溶接する全過程の電流と電圧の実際の波形を測定すると同時に、全溶接過程の動的抵抗情況を測定することができ、前記高科学的技術と科学的な分析により、前記エナメル線を直接溶接する溶接原理をまとめると同時に、下記のような結果を得ることができた。

１、エナメル線の絶縁塗料の燃焼除去は溶接時のような大きい電流が不要であり、溶接されるエナメル線の直径が異なっても、絶縁塗料の燃焼除去に必要な電流は溶接時の電流の６５％〜８５％ぐらいである。即ち、２つの電極の先端で生成される放電により絶縁塗料を燃焼除去することを保証すると共に、過大な電流を出力することで２つの電極の先端に生成される放電が大きくなることを防止し、それは、エナメル線を除去する段階で過大の電流を使うと溶接ヘッドの先端に対して有害であるからである。高速で撮影した写真から見ると、溶接段階に２つの電極の先端には逆に放電が形成されていないことが分かった。それは、２つの電極の先端に流される電流が転換して溶接部材に流れており、２つの電極の先端に流れる電流がバイアス電流になったからである。
２、絶縁塗料を燃焼除去するに必要なパルス時間と溶接で必要なパルス時間がほぼ同じである。

上述の実験の分析研究の結果により得られる本発明の溶接機は、主電源と、溶接ヘッドと、溶接機ヘッドとを含んでおり、主電源は溶接機の主要部分であり、かつ、抵抗溶接変圧器と電源制御装置を含み、抵抗溶接変圧器は出力と出力コイルを有し、電源制御装置は抵抗溶接変圧器の出力を制御しており、抵抗溶接領域において、溶接機を主電源と呼び、溶接ヘッドと溶接機ヘッドを溶接機のセット設備として呼び、溶接ヘッドは電極としても呼ばれ、抵抗溶接変圧器の出力端子と接続することで溶接作業を行うことができ、溶接機ヘッドは接続と溶接力を供給するための部分である。本発明の溶接ヘッドにおいて、スポット電気熔接の溶接ヘッド（中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８０８．Ｘ）、または抵抗溶接の溶接ヘッド（中国特許出願番号ＣＮ２００５１２１２５９．２）を使用することができ、エナメル線以外のものを溶接する場合には、１対の平行電極または上下電極を使用することも可能であり、溶接機ヘッドもスポット電気溶接機の溶接機ヘッド（中国特許出願番号ＣＮ０１１１４８５６．Ｘ）を選択することも可能である。

溶接機の主電源に関する技術は本発明の主な内容である。主電源としては、通常、電力要因が高くて、応答速度が速くて、加熱が集中し、溶接時間が短いコンデンサエネルギー貯留式溶接機を利用し、またはインバータ電源溶接機を使用することも可能であり、中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７８５．７に記載されている溶接機を例にすると、前記溶接機は定電圧により制御されるコンデンサエネルギー貯留式溶接機で、その出力は０．０１ｖ（電圧）と１ｍｓ（持続時間）の単位で調節する矩形波のパルス出力であり、かつ、パルスを調節して出力電流の大きさを制御する。研究によれば、前記溶接機はエナメル線を溶接する使用要求を依然として満足させることができない。本発明は電源制御装置によって前記矩形波で出力するパルスをパルス出力の前半部とパルス出力の後半部に更に分離し、２つ部分の振幅が異なり、かつ、段階に類似するため、段階波と呼び、パルス出力の前半部が第１段階であり、パルス出力の後半部が第２段階である。図１に示しているように段階波は、パルス上昇角度∠θ_１と、第１段階Ｖ_１、Ｔ_１と、第２段階Ｖ_２、Ｔ_２と、パルス下降角度∠θ_２を含む。パルス出力が開始されると、パルス電圧は所定の角度∠θ_１で上昇し、∠θ_１の調節が可能（所定の角度で予め設定した後に調節が不可能に設定することもできる）であり、パルス電圧が所定の大きさに上昇して該大きさを維持し、該大きさと維持時間により第１段階Ｖ_１とＴ_１を構成し、Ｖ_１とＴ_１も調節が可能である。第１段階は絶縁塗料の燃焼除去のために適切な電流を供給しており、継続して電圧は設定された大きさまでに上昇して、該大きさを維持し、その時間帯を第２段階Ｖ_２、Ｔ_２とし、Ｖ_２とＴ_２も調節可能に設定されており、第２段階は溶接のために適切な電流を供給し、その後、パルス波形は角度∠θ_２で下降して終了する。角度∠θ_１の設定はパルスが瞬間的に大電流を出力して、溶接ヘッドと作業部材に対し衝撃することを防止するためであり、角度∠θ_２の設定は後熱として維持するためである。∠θ_１と∠θ_２は可変であり、∠θ_１と∠θ_２が決定されると、電圧の上昇と下降の時間も決定されるため、パルス時間を設定する際に、電圧の上昇と下降の時間を他に増加する必要がない。

具体的には、前記電源制御装置はパルス出力の供給に用いられる制御回路と、前記制御回路に信号を発信して、パルス出力を調節する少なくとも１つの機能キーと、制御回路と電気的に接続して情報を出力する表示装置と、を含む。

本発明のマイクロ溶接機はパルス出力の設定において、１つのパルス出力を第１段階Ｖ_１、Ｔ_１と、第２段階Ｖ_２、Ｔ_２に分離して段階波を構成する。溶接されるエナメル線の直径の大きさが異なり、絶縁塗料も異なり、絶縁塗料の厚さも異なるため、本発明はＶ_１、Ｔ_１、Ｖ_２、Ｔ_２を柔軟に調節できるように設定している。パルスの上昇と下降角度∠θ_１、∠θ_２も柔軟に調節可能に設定し、または所定の角度に設定した後に調節しないようにする。

本発明は０．０１ｖと１ｍｓの精密な単位で調節した矩形波をスポット溶接機に出力し、更にパルスに∠θ_１、∠θ_２、Ｖ_１、Ｔ_１、Ｖ_２、Ｔ_２などのパラメータを含む調節可能な矩形波を出力するように設定するため、電流の出力の制御が更に正確になり、該段階波が出力する電源はマイクロ光学装置によって溶接される微細作業部材に応用されるため、公知の他の精密な溶接機とは異なるため、主電源をマイクロ溶接機と呼ぶ。
下記では実施例を通じて、本発明の段階波の形成に関して詳細に説明する。

パルス出力振幅（電圧）を調節して電流の出力を制御するコンデンサエネルギー貯留式溶接機を例にして説明する。図１はパルスを出力する振幅と幅により段階波を構成する座標図であり、垂直軸Ｖがパルスを出力する振幅（電圧、単位Ｖ）であり、水平軸Ｔがパルスを出力する幅（時間、単位ｍｓ）である。段階波の構造はパルスの上昇角度∠θ_１と、第１段階Ｖ_１、Ｔ_１と、第２段階Ｖ_２、Ｔ_２と、パルス下降角度∠θ_２により構成される。パルス出力を開始すると、パルスの振幅Ｖは所定の角度∠θ_１で上昇する。パルスの振幅が設定値Ｖ_１に上昇して該振幅を維持し、その維持時間は設定値Ｔ_１で、該段階を第１段階Ｖ_１、Ｔ_１にし、継続して振幅は新しい設定値Ｖ_２に上昇して該振幅で維持され、その維持時間は設定値Ｔ_２で、その時期を第２段階Ｖ_２、Ｔ_２にし、その後、パルスの出力波は角度∠θ_２で下降して終了する。図１で∠θ_１が５０°で、Ｖ_１が０．７５ｖで、Ｔ_１が４ｍｓであり、Ｖ_２が１．００ｖで、Ｔ_２が４ｍｓで、∠θ_２が７５°である。

∠θ_１と∠θ_２は可変であり、∠θ_１と∠θ_２値を確定した後に、パルスの振幅が設定値まで上昇または下降する時間を確定することができるため、パルス大きさを設定する際に、∠θ_１と∠θ_２の上昇と下降する時間を他に増加する必要がない。

前記段階波は同じパルス出力によって完成され、第１段階はエナメル線の絶縁塗料の燃焼除去に用いられており、第２段階は溶接に用いられる。それは公知技術に記載されている溶接を幾つかの予熱パルス、溶接パルス、維持パルスなどの波形で分離することとは完全に異なる概念である。予熱パルス、溶接パルス、維持パルスはそれぞれ独立の出力であり、予熱パルスと溶接パルスの間、または溶接パルスと維持パルスの間は所定の間欠時間を有するが、本発明の段階波の第１段階と第２段階は完全に連続し、２つ段階間には間欠時間が存在しなくなり、ただ電圧幅値の転換だけである。

本発明のマイクロ溶接機は前記段階波を有するため、エナメル線の溶接に用いられる以外に、印刷回路基板の補修、太陽電池の連結、医療、国防、宇宙飛行航空での各種計器の溶接のような微細作業部材の精密溶接にも応用される。段階波の第１段階で予熱を行い、パルスの下降角度で後熱にして維持し、スパッタ発生量の減少、溶接品質の向上において、従来の溶接パルスと予熱パルスの間に間欠が存在し、または溶接パルスと維持パルスの間に間欠が存在する溶接機を利用する溶接より効果が更に良好であり、これは溶接される作業部材が微細で、間欠期間に熱量が容易に発散されることと関連する。同時に、コンデンサエネルギー貯留式溶接機の放電時間が短くて、瞬間電流のピーク値が大きいため、本発明の段階波のパルス上昇角度で瞬間に大きい電流が作業部材に対する衝撃を有効的に制御することができ、電極と作業部材の接着を減少し、電極の使用寿命を向上する。当然ながら、エナメル線の微細作業部材の溶接では、平行電極または上下電極を使用しなければならない。
下記では更に中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７８５．７に記載されている溶接機の回路を結合して、回路で段階波をどのように得るかに関して説明する。

図２は中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７８５．７に記載されている溶接機の回路原理図であり、図２でわかるように、Ａ点に振幅が適切で、形状が任意の電圧波形を印加するだけで、増幅とフィードバック回路の共同作用により、パルス変圧器の出力端で振幅が比例し、形状が同じである電圧波形を得ることができる。

そのため、溶接機が図１に示している電圧波形を出力するならば、Ａ点で振幅が比例し、形状が図１に示している電圧波形を形成すればよい。図１に示している電圧波形を形成する方法はいろいろあるが、回路構造においてアナログ回路またはデジタル回路を利用して電源制御装置の制御回路にし、またはアナログ回路とデジタル回路を結合する。図３はデジタル回路ＤＡＣにより、溶接機の出力端で図１に示している段階波形を得る回路図であり、図４は定電流源でコンデンサを充電しおよび電位転換を利用して、溶接機の出力端で図１に示している段階波形を得る回路図である。
下記では２種類回路の運転過程に対してそれぞれ説明する。

図３ではＣ８０５１Ｆ０２０のシングルチップマイコンを利用し、それは集成されているシステムオンチップ（ＳＯＣ）であり、その運転速度は２５ＭＰＩＳで、多種の機能モジュールを備える。その内部は２つの１２位デジタル−アナログ転換器ＤＡＣ０とＤＡＣ１を有し、その変換速度は１ＭＨｚに達しており、本発明の溶接機の応用要求を完全に満たすことができ、全溶接機の制御運転を完成し、正確で平滑な電圧波形を出力することができる。回路において、ＤＡＣ０は図５に示している電圧波形の出力に用いられ、波形の形状はプログラム演算によって形成されており、電圧波形の信号は電圧フォロワ装置（Ｕ７３２４−Ｂ）により、更にコンデンサＣ３２によって平滑なフィルターを行って、Ａ点に印加される。ＤＡＣ１は入力された設定電圧値に基づき、プログラム演算により相応の電圧値Ｕａを充電回路に出力して、エネルギー貯留コンデンサＣ３０の電圧を調節し、これにより、Ｃ３０の充分なエネルギー出力を保証し、要求に達する完全な出力波形を形成することができる。

休止中、シングルチップマイコンは電圧ダイヤルと時間ダイヤルのデータを持続的に読み取り、時間ダイヤルに設定されたデータにより、タイマーを設定してパルスを出力する幅Ｔ_１とＴ_２を制御し、電圧ダイヤルが設定されたデータによってＤＡＣ１の出力電圧Ｕａを設定し、これにより、エネルギー貯留コンデンサＣ３０の電圧を調節すると同時に、ＤＡＣ０の１組の出力データを計算することができ、形状が図１に示している電圧波形を出力することができる。該組のデータとユーザが設定した電圧値が対応し、かつ、設定されたデータの変更により変更される。ＤＡＣ０の出力データは式（１）と式（２）により計算することができる

休止中には、ＤＡＣ０の出力電圧は０Ｖであり、トリガー条件を満たすとき、シングルチップマイコン６２ピンで負極への変換が発生して、中断が発生し、シングルチップマイコンは即時に０ＶからＵ１、Ｕ２、Ｕ３の周期間隔Ｔでデータを出力し、ＤＡＣ０の出力ピン（１００ピン）には徐々に向上する傾斜波電圧が形成され、電圧フォロワ装置とコンデンサＣ３２によりフィルターはＡ点に印加される。傾斜波の電圧値がＶ_１に上昇したとき、ＤＡＣ０は現在の電圧が変更されないように維持し、かつ、タイマーを起動して時間の測定を開始する。時間がＴ_１になったとき、ＤＡＣ０は出力電圧がＶ_２になるように第ｎ＋１個の転換データを出力し、現在の電圧値が変更されないようにＴ_２時間ほど維持し、Ｔ_２時間になったとき、ＤＡＣ０は周期間隔Ｔでデータを出力し、該データは順次的減少し、かつ∠θ_２角度で０Ｖまでに下降して１つの出力過程が終了する。これにより、Ａ点では形状が図５に示している電圧波形を形成することができると同時に、目的を達成し、出力端でも振幅が設定値と一致しながら、図５に示している形状の電圧波形を得ることができる。

上述により、ＤＡＣ０の更新周期Ｔが十分に小さければ（例えば、１０マイクロ秒）、全出力過程において、電圧波形の上昇と下降過程が平滑であると認識することができる。かつ、波形のパラメータ∠θ_１、∠θ_２、Ｖ_１、Ｔ_１、Ｖ_２、Ｔ_２は完全にプログラムにより決定されるため、パルスの上昇または下降角度、振幅と幅を簡単に調節することができる。

図４では定電流源でコンデンサを充電して傾斜波を形成し、電位の転換を利用して段階波を形成しており、プログラム制御により図１に示している電圧波形を形成することができる。傾斜波の上昇傾斜率はＲ１０８とＣ１２により共同に決定され、段階波の幅の比率はＲ９５とＲ１０７により決定され、幅の比率とパルス幅ｔはプログラムにより制御される。図において、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９、Ｒ１０８は典型的なトランジスターミラー定電流源（定電流源）を構成し、Ｃ１２は定電流源の負荷である。
その波形の形成過程に関して下記に説明する。

休止中、シングルチップマイコンは常にトリガー信号を待ち、ＣＯＮ１＝０、Ｑ４が遮断され、ＣＯＮ３＝１、Ｑ５が遮断され、ＣＯＮ２＝０、Ｑ６がオンになっており、Ｃ１２の電圧Ｕｃをゼロにすることで、Ｕｂもゼロになり、従って、Ｕ７−Ｃが構成する電圧フォロワ装置の出力も０Ｖになる。充電回路は設定された電圧値Ｕａに基づいてエネルギー貯留コンデンサＣ３０の電圧を調整して、Ｃ３０が充分にエネルギーを出力するように保証し、これにより、要求を満たす完全な出力波形を形成する。

トリガー条件を満たすとき、シングルチップマイコン１２ピンで負極への変換が発生して中断が起き、即時に溶接波形を出力し始める。シングルチップマイコンの制御により、ＣＯＮ２＝１、Ｑ６が遮断され、ＣＯＮ３＝１、Ｑ５が遮断され、ＣＯＮ１＝１になり、電圧比較器Ｕ７−Ｂの反転入力端子の入力電圧Ｕｂ＝０であり、同相端子のＶ_１が０Ｖより大きくなり、比較器が高電圧を出力するため、Ｑ４に定電流回路をオンにして作動させ、定電流源ＩでＣ１２を充電し、Ｃ１２の両端子の電圧はゼロから線形に増加し、Ａ点の電圧はＵｂと等しく、Ｃ１２の両端電圧と等しくなり、同じく線形に増加して、傾斜率がＩの上昇電圧波形を形成する。

ＵｂがＶ_１に上昇したとき、ＣＯＮ１＝１、ＣＯＮ２＝１、ＣＯＮ３＝１は変更しない。電圧比較器Ｕ７−Ｂの両端の電圧が同じであり、比較器の出力は低電位に変更されるため、Ｕｄも低電位になり、Ｑ４が遮断され、直流源が停止され、Ｃ１２両端の電圧も上昇が停止されると同時に、Ｕｄが低く変更されるため、シングルチップマイコン１３ピンでは即時に中断が起き、シングルチップマイコンが時間を測定し始め、かつ、持続的に時間設定値Ｔ_１と比較をする。この際、電圧比較器Ｕ７−ＢはＵｂとＵｅ（即ち、Ｖ_１）を一致するように維持し、Ａ点では振幅がＶ_１電圧波形が形成される。

シングルチップマイコンが比較判断して設定された時間Ｔ_１になったとき、Ｖ_１はＡ点ですでにＴ_１時間ほど維持されており、ＣＯＮ１＝１、ＣＯＮ２＝１は変更しなくなり、即時にＣＯＮ３＝０を設定し、Ｑ５は飽和されてオンになり、電圧値Ｕａは即時にＵｂに印加されて、Ａ点の電圧はＶ_１からＶ_２に変更される。同時に、シングルチップマイコンが継続に時間を測定して持続に時間設定値Ｔ_２と比較する。

シングルチップマイコンが比較判断して設定値Ｔ_２になったとき、ＵａはＡ点ですでにＴ_２時間ほど維持されており、シングルチップマイコンは即時にＣＯＮ１＝０、ＣＯＮ２＝０、ＣＯＮ３＝１を設定し、Ｑ４、Ｑ５が遮断され、Ｑ６がオンになり、上昇角度との相反の過程により、他の回路を追加してＱ６に流される電流を定電流になるように制御し、Ｕｂを用いて必要な∠θ_１でＤＶまでに下降することができる。

従って、Ａ点では図５に示している段階電圧波形が形成される。１つの完全なパルス出力の過程が終了し、溶接機は暇な状態に転換して、次のトリガーの到来を待っている。

本実施例の回路図に基づいて、本段階波の形成は図２の回路原理図のＡ点に他の電圧波形を印加して得たのである。そのため、Ａ点に切換スイッチを設置し、本発明の溶接機は使用要求に基づいて、元の矩形波または段階波をそれぞれ利用することができる。

電源制御装置はエナメル線を直接溶接するために段階波のパルス出力を供給し、それは本発明が提出するエナメル線を直接溶接する溶接原理によって設定されており、段階波のパルス出力は絶縁塗料を燃焼除去する段階での過大の電流が２つの電極先端に対する衝撃を減少し、溶接段階の大量の電流が溶接部材に流されるため、溶接段階の電流電圧は２つ電圧先端に対して大きな影響を生じない。本発明の段階波によるパルス出力は、エナメル線を直接溶接する溶接ヘッドの使用寿命を大きく延長する。中国特許出願番号ＣＮ０１００４７８５．７に記載されている溶接機で実験し、同じく中国特許出願番号ＣＮ０１１１４７０８．８に記載されている溶接ヘッド、または中国特許出願番号ＣＮ２００５１２１５９．２に記載されている抵抗溶接の溶接ヘッドを利用して、同一エナメル線と作業部材を溶接し、段階波で出力したパルス波形と従来の矩形波で出力したパルス波形を比較すると、溶接ヘッドで溶接する溶接スポット数は数十倍増加されており、エナメル線の直径が異なると数万個以上の溶接スポットに達することができ、溶接ヘッドの使用寿命を大幅に延長する。

当然ながら、本発明は段階波を出力する全部の回路に関して例を挙げることができないが、本発明が属する技術分野の普通技術者の段階波を形成する回路の改善は、本発明の内容を簡単に変換して得ることができるため、このような改善は本発明の特許請求の保護範囲に属する。

Claims (12)

1. 主電源と、溶接ヘッドと、溶接機ヘッドと、を含むマイクロ溶接機であって、
   主電源は抵抗溶接変圧器と電源制御装置を含み、主電源は電源制御装置を通じて溶接用の段階波状パルス出力を供給し、溶接機ヘッドが溶接を行う時に抵抗溶接変圧器の出力端と溶接ヘッドを連結し、
   前記電源制御装置は、パルス出力の供給に用いられる制御回路と、情報を前記制御回路に発信してパルス出力の調節に用いられる少なくとも１つの機能キーと、制御回路と電気的に接続して情報を出力する表示装置と、を含み、
   前記電源制御装置が供給する段階波は∠θ１、∠θ２、第１段階（Ｖ１、Ｔ１）、第２段階（Ｖ２、Ｔ２）によって構成されており、ここで、パルス出力は所定の角度（∠θ１）で向上する傾斜波になるように第１段階まで上昇し、特定の時間を維持した後に、継続して第２段階に上昇してある特定の時間を維持し、その後、所定の角度（∠θ２）で下降して終了し、
   前記第１段階の電流は前記第２段階の電流の６５％〜８５％である、
   ことを特徴とするマイクロ溶接機。
2. 段階波の形成に用いられるＶ１、Ｔ１とＶ２、Ｔ２の各パラメータは調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
3. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーは第１段階の電圧（Ｖ１）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
4. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーは第１段階の時間（Ｔ１）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
5. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーは第２段階の電圧（Ｖ２）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
6. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーは第２段階の時間（Ｔ２）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
7. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーはパルスを出力する上昇角度（∠θ１）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
8. 電源制御装置の少なくとも１つの機能キーはパルスを出力する下降角度（∠θ２）の調節に用いられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
9. 前記溶接機はコンデンサエネルギー貯留式溶接機またはインバータ電源溶接機であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
10. 前記溶接ヘッドは圧力表示を有するスポット溶接機の溶接機ヘッドであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
11. 前記溶接ヘッドがスポット溶接の溶接ヘッド、抵抗溶接の溶接ヘッド、または１対の平行電極、または１対の上下電極であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。
12. 前記電源制御装置の制御回路が供給する段階波のパルス出力はデジタル回路ＤＡＣにより実現され、または定電流源でコンデンサを充電し、および電位の転換を利用して実現されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ溶接機。