JP6271610B2 - 集中単一体小型溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、携帯用溶接装置に関し、特に、前面に溶接棒ホルダーを一体に備え、システムの主要部品が胴体内に集積していることにより、小型化し、これにより持ち運び自在で、いつでもどこでも使用可能な集中単一体小型溶接機（Integrated single body compact welder）に関する。

従来のインバーター溶接機は、商用電源を直流に変換し、多数の電子スイッチ、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）によって当該直流を交流に変換した後、変圧器で当該交流電圧を減圧し、再び抵抗流電圧を整流して所定の直流を得るインバーター電源装置を備える。インバーター電源装置は、相当数の電子部品と体積が大きくて重い変圧器とを用いて、商用電源を直流に変換し、その直流を所定の制御周波数の交流に変換することにより、高電圧・高電流を出力するように構成されている。

従来の電気溶接機で使用されている電源供給装置の構成として、商用電源を高電圧高電流に変換することに応じて大量の熱を発生させる電子スイッチ及び変圧器を、熱を発生させない部品と共に、内装することが知られている。この構成においては、従来の溶接機は、体積が大きく重量が重くなる。従来の溶接機は、持ち運んだり、又は家庭若しくは工場での簡単な溶接をするには不便であった。

このような従来の電気アーク溶接機の不便な点をなくすために、内部部品のモジュール化を図って組立性を向上させ、内部実装空間の最適化で全体のサイズを大幅に減らして小型軽量化したアーク溶接機用電源装置が米国特許第５、８３１、２４０号に開示されている。

図１に示されたように、電源供給装置１００は、前パネル１０１及び後パネル１０２と、左パネル１０３及び右パネル１０４とを含むハウジング１１０を備える。この電源供給装置１００も商用電源を半導体モジュール１０８と共に配列した入力側整流器（図示せず）によって整流することにより直流に変換し、システム制御回路として構成された主プリント基板１０５上に実装した平滑キャパシター１０６によって整流された電流を平滑化する。ブリッジ構造で連結され、高周波でスイッチされる半導体モジュール１０８を備えるインバーター（図示せず）によって、直流電源は、高周波電源に変換される。高周波電源は、出力側整流回路によって整流され、平滑リアクター１１１によって平滑化される。

ここで、半導体モジュール１０８は、入力側整流器、出力側整流器、スイッチング素子を備えるインバーター、フライホイールダイオード、出力側整流回路、及び駆動ユニットを備える。これらの構成部品は、一般的に動作中に発熱するので、ヒートシンク１０７の上面に取り付けられる。これ以外にも電源供給装置１００は、発熱する電圧降下変圧器１０９と、ヒートシンク１０７に設けられるＲＦ装置１１６と、ヒートシンク１０７の後面に設けられる送風ファン１１７とを更に備える。出力端子１１２，１１４の間に連結される負荷は、トーチとベース金属から構成される。電源供給ケーブル１１３は、後パネル１０２に配設され、非発熱部品は、ほとんど、主プリント回路基板上に実装される。

シャシー１２０の上部、または底部にヒートシンク１０７が固定されることにより、前パネル１０１及び後パネル１０２に連結されるシャシー１２０の上部及び下部に、このような発熱部品と非発熱部品が互いに分離されるように設けられる。したがって、この電源供給装置１００は、発熱部品によって発生した熱が、非発熱部品に影響を与えることないというメリットを有する。これにより、システムの構造が小型化される。

しかし、当該電源供給装置を備える電気アーク溶接機は、溶接棒ホルダー及び商用電源を使用するための延長ケーブルを更に必要とする。発熱部品と非発熱部品とを互いに分離する「シャシー」という部品を設けるための構造が複雑であり、ヒートシンク上に取り付けられる発熱部品の以外に比較的重量が重い電圧降下変圧器及びリアクターを設けるための別の空間が要求される。このため、従来の電源供給装置の小型軽量化には限界があった。

これらの点に照らして、溶接棒ホルダーを延長するための延長ケーブルが不要で、ヒートシンクに取り付けられた発熱部品が使用され、システムの性能に影響を与えることなく、小型化・軽量化することにより、電気アーク溶接機を発熱部品と共に単一ユニットに集約された単純な構造に構成することが好ましい。

本発明の主目的は、前面に一体に設けられた溶接棒ホルダーと、胴体部内に設けられるシステムの主要部品とを単一ユニット上に集中配置することにより、小型かつ持ち運び自在で、いつでもどこでも使用可能な集中単一体小型溶接機を提供することにある。

本発明の他の目的は、前面に一体に設けられた溶接棒ホルダーと、システムの主要部品を集中配置した単一ユニットから構成される胴体部と、胴体部から水平または垂直で一体に延長され、かつ、内部に他の独立部品を備えるハンドル部及び／またはハウジングとを備え、使用者が、システムの荷重に対して効果的に対処し、そのバランスを取ることができるようにした集中単一体小型溶接機を提供することにある。

本発明の他の目的は、システム構成部品を発熱部品群と非発熱部品群に分離して放熱効果を高めるように、ヒートシンク上に互いに分離して集中配置された発熱部品群と非発熱部品群とを実装した単一ユニットを備える胴体部と、胴体部の前面に回転可能な溶接棒ホルダーと、内部に独立部品とを設けた集中単一体小型溶接機を提供することにある。

本発明による集中単一体小型溶接機は、単一体として集中配置された単一ユニットと、その内部に当該単一ユニットを備える胴体部と、胴体部に一体に構成されるハンドル部と、胴体部に固定された支持部に設けられる溶接棒ホルダーとを備える集中単一体小型溶接機であって、
前記胴体部は、ヒートシンク、第１プリント回路基板上に搭載された部品により構成される整流部とインバーターとを備える電源入出力回路部、並びにヒートシンクの上面に設けられた第２プリント回路基板上に形成された、商用電源を整流するシステム直流供給部及びシステムの出力電源を制御するパルス幅調節（ＰＷＭ、Pulse width modulation）回路を備えた制御部を含むシステム作動制御部を備える単一ユニットを内部に備え、
前記ハンドル部は、溶接棒ホルダーのハンドルをバネを介して前記胴体部に弾性支持する支持台と、その上に設けられ、かつ、小型溶接機の作動をオン／オフにするスイッチング部とを備え、
前記集中単一体小型溶接機は、内部に設けられた高圧トランスフォーマと、上部に配置された電源入力端子及び前記溶接棒ホルダーへの他の電力供給を排除するアース線とを含むハウジング部を備える。

第１プリント回路基板は、商用電源を整流する整流部に接続されたインバーター回路の大出力素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスター（ＩＧＢＴｓ、Insulated gate bipolar transistors）と、絶縁ゲートバイポーラトランジスターの出力を整流するように配置されたトランジスター又はダイオードを含む整流素子とを備え、絶縁ゲートバイポーラトランジスター及び整流素子は、ヒートシンクの両側面に２つずつ対をなして密着するように設けられている。

第２プリント回路基板には、発熱部品から構成される電源入出力回路部と、非発熱部品から構成されるシステム作動制御部とを備え、電源入出力回路部及びシステム作動制御部のそれぞれは、ワンボードで構成され、かつ、分離して設けられ、かつ、互いに熱による影響を受けないように構成される。

本発明の第２実施例による集中単一体小型溶接機は、胴体部と、胴体部に一体に結合されるハンドル部と、胴体部の前面に設けられた支持部に設けられる溶接棒ホルダーとを備え、胴体部は、その内部に高圧トランスフォーマと平滑リアクターと、それらの上に配置された電源入力回路部とアース線とを含む電源線と、その前面部に設けられた溶接面と、溶接棒の端部を照らす照明燈とを備え、ハンドル部は、その内部に設けられハウジング内の単一ユニットから突出した平滑コンデンサーと、その前面の下部に設けられたスイッチング部とを備え、下部ハウジングは、逆さまに配置された単一ユニットを備える。

充放電可能な電源バッテリーがハウジングの下部及び／または胴体部内に設けられ、該バッテリーがシステムの全体に対するバランス重量として機能することにより、作業者の作業を容易にさせる。

本発明の第３実施例による集中単一体小型溶接機は、前面に配置された胴体部と、後面に配置されたハウジングとを備え、これらの中間に配置された連結部とを備え、胴体部は、胴体部の下部に固定されて突出した支持部に設けられた溶接棒ホルダーと、その内部に、電気配線に沿って配置されたリアクターと高圧トランスフォーマと、平滑コンデンサーとを備え、連結部は、電気配線が通過し、全体システムの重量バランスのために下方向又は上方向に屈曲するリファレンスによって、上下に回転し、ハウジングはその内部に単一ユニットを備える。

本発明は、単一ユニットを単一体内に収まるようにシステムを小型化し、システム構成部品を発熱部品群と非発熱部品群に分離して放熱効果を高め、発熱部品群の部品を一基盤上に集中配置し、独立部品群をシステム内に適切に配置するので、全体的に多様な構成をとることが出来ることによって、設計を単純化し、小型化することで、携帯されうる集中単一体小型溶接機が提供される。

従来技術の溶接機の電源供給装置の分解斜視図。 本発明の第１実施例によって製造した集中単一体小型溶接機の組立状態を示した透視図。 本発明の原理によって製造した単一ユニットを概略的に示した透視図。 本発明の第２実施例によって製造した集中単一体小型溶接機の組立状態を示した断面図。 本発明の第３実施例によって製造した集中単一体小型溶接機の組立状態を示した断面図。

本発明を添付図面を参考にして詳細に記述すると、次の通りである。

図２及び図３は、本発明の第１実施例によって製造した集中単一体小型溶接機の透視図と、本発明の単一ユニットの構成を概略的に示した透視図である。

上記の図面に示したように、本発明の第１実施例による集中単一体小型溶接機１０は、集約型の単一ユニット２０を備える。単一ユニット２０は、ヒートシンク１１を備えた胴体部３０と、胴体部３０に一体に構成されるハンドル部４０と、胴体部３０に集約するために、支持部４１に設けられる溶接棒ホルダー７０とを備える。

胴体部３０には、ヒートシンク１１と、該ヒートシンク１１の上に、電気的システムのほとんど全ての主要部品が集中配置された集積型の単一ユニット２０と備える。

単一ユニット２０は、ヒートシンク１１と、該ヒートシンク１１の下側面に位置する単一の第１プリント回路基板２１上に部品を実装した整流部とインバーター回路とを備える電源入出力回路部１２と、システム直流供給部とシステムの出力電源を制御するパルス幅調節（ＰＷＭ）回路とを備えた制御部を含むシステム作動制御部１３から構成され、システム直流供給部及びパルス幅調節（ＰＷＭ）回路は、ヒートシンク１１の上面に設けられた第２プリント回路基板２２上に部品を実装することにより構成され、これらは、電源アダプタとして機能する電源入力回路部２９と、該電源入力回路部２９と電気的に連結されてシステムの作動をオン／オフにするスイッチング部１４と連結されるように構成される。

ヒートシンク１１は、アルミニウムなどの金属材質の直方体となり、中心の中空を長さ方向に区画することにより空気流通路１６を形成する多数の放熱フィン(radiating fin)１５などを備える。ヒートシンク１１の下面には、示されない固定手段、例えば、ヒートシンク１１の下面から間隔を空けるスペーサーを介して第１プリント回路基板２１が絶縁状態で設けられる。第１プリント回路基板２１上の部品のうち、絶縁ゲートバイポーラトランジスター１７の出力を受信し、トランスの出力を整流する整流素子１８の２つが、ヒートシンク１１の一側面に２つが対をなして第１プリント回路基板２１に配列された状態で密着する。同様に、インバーター回路を構成する大出力素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスター（ＩＧＢＴ）１７の２つも第１プリント回路基板２１に実装された状態で対をなしてヒートシンク１１の一側面に密着して設けられる。電流安定化のための大容量の平滑コンデンサー１９は、ハンドル部４０の内部に配置される。

システム作動制御部１３を備える第２プリント回路基板２２は、ヒートシンク１１の上面に設けられ、固定部材２３によって胴体部３０の内部上面にヒートシンク１１に沿って固定される。

ここで、注目されることは、発熱部品を備える電源入出力回路部１２と、非発熱部品を備えるシステム作動制御部１３がそれぞれワンボードで構成されて互いに分離されて設けられるので、互いに熱による影響を受けないことである。

送風ファン２５は、多数の支持ねじ２６によって胴体部３０の後面に隣接して固定されるように胴体部３０内に設けられる。

一方、単一ユニット２０は、電源入出力回路部１２と、システム作動制御部１３の部品以外にも、配線上に胴体部３０から延長されて一体に構成される前面部３１の空間部に設けられた平滑リアクター２８と接続される。

ハンドル部４０の下部に一体に構成された下部ハウジング５０は、その内部に設けられた高圧トランスフォーマ５１を備える。高圧トランスフォーマ５１は、大韓民国特許第１０−１０８６４７号（2011.11.17）及び大韓民国特許第１０−１３９２０４５号（2014.04.28）に開示されている。ここで注目すべきは、開示された高圧トランスフォーマのコアが、フェライト材質でないナノ・ アモルファスコアを用いて作成されるので、コア面積の制限をなくし、熱分散が容易であるので、多様な高電圧出力を達成できる。

従って、単一ユニット２０は、ヒートシンク１１上に電気溶接部品を効果的に集中配置して単一化するので、小さいサイズで胴体部３０内の比較的小さい空間に設けられ、これ以外の部品、例えば、平滑リアクター２８、平滑コンデンサー１９及び高圧トランスフォーマ５１のそれぞれは、また、胴体部３０と一体に構成される前面部３１、ハンドル部４０と下部ハウジング５０内にそれらの電気的部品とともに、対応するプリント回路基板に配線されるようにして分散配置される。従って、このような構造では部品が集中・単一化されるので、システムを小型化することが出来る。

ここで、平滑リアクター２８、平滑コンデンサー１９及び高圧トランスフォーマ５１を除けば、第２プリント回路基板２２上にワンボードで設けられるシステム作動制御部１３は、一般に独立部品と呼ばれる。

また、本発明によれば、システムの外部へ連結されるシステム電源入力端子を備えるアダプタとして構成される電源入力回路部２９は、ハウジング５０から延長されている電源線５２に接続される。

本発明によれば、集中単一体小型溶接機１０は、さらに、胴体部３０の前面部３１上に設けられた溶接面６０を備える。前面部３１の下部に設けられた支持部４１（図４参照）には、溶接棒ホルダー７０の上部７１が固定される。上部７１は、高電圧を印加する位置固定子として機能する。下部７２が回転軸７３を基準に前面が下向回転する。ハンドル７４は、回転軸７３から下向延長される延長部として形成され、弾性バネを内装した支持部７５を備え、支持部７５は、ハンドル部４０の中間部と支持台７６との間に設けられる。

このような本発明のまた他のメリットは、ハウジング５０の下部に充電可能な電源バッテリー（図示せず）が設けられ、該バッテリーがシステムの全体重量に対するバランスを維持させて作業者の作業を容易にする。

図４に示されるように、本発明の第２実施例は、第１実施例での集中単一体小型溶接機１０で備えられる全ての部品を適用しており、特に、ヒートシンク１１を中心に構成した同一構成の単一ユニット２０を備える。

すなわち、集中単一体小型溶接機１０は、第１実施例の構成を倒立したものであり、使用される全ての構成部品は第１実施例と同一である。すなわち、胴体部３０は、そこから一体に延長するハンドル部４０と、胴体部３０に固定された支持部４１に設けられる溶接棒ホルダー７０とを備える。溶接棒ホルダー７０の詳細な構成は、第１実施例と同一であるので、説明を省略する。

胴体部３０は、その内部に高圧トランスフォーマ５１と平滑リアクター２８とを備え、高圧トランスフォーマ５１及び平滑リアクター２８は、電源入力回路部２９に備えられた電源線５２とアース線５３と接続されている。ここで、第１実施例では、高圧トランスフォーマ５１と平滑リアクター２８とは、システムの下部に配置された。胴体部３０の前面部３１上には、溶接面６０が設けられ、必要ならば溶接棒８０の端部を照らす照明燈８１が設けられ得る。

ハンドル部４０は、ハウジング５０内に設けた単一ユニット２０から突出する平滑コンデンサー１９を収納する。ハンドル部４０の前面の下部には、スイッチング部１４が設けられる。

下部ハウジング５０は、倒立されて配置された、第１実施例の単一ユニットと同一構成の単一ユニット２０を備える。該単一ユニット２０の同一部品には、同一符号を併記し、その詳細な説明は省略される。

第２実施例は、第１実施例のように、ハウジング５０の下部及び／または胴体部３０内に充放電可能な電源バッテリー（図示せず）が設けられ、該バッテリーがシステムの全体重量に対するバランスを維持させて作業者の作業を容易にするように配置される。

図５に示されたように、本発明による第３実施例では、ハンドル部４０が省略されている。たとえば、集中単一体小型溶接機１０は、その前面に胴体部３０と、その後面にハウジング５０と、ハンドル部４０の代わりとしてこれらの中間に連結部９０とを備える。

胴体部３０は、胴体部３０の下部から前方に突出した支持部７１上に設けられるとともに、支持部７１に支持される溶接棒ホルダー７０を備える。ここで、溶接棒ホルダー７０は、支持部７１に対して固定される固定ブロック７７を含み、かつ、高電圧が印加される下部と、バネ７５によって弾性支持されることにより溶接棒８０を把持する回転ブロック７８を含む上部とを備える。

胴体部３０には、第２実施例に示される平滑リアクター２８と高圧トランスフォーマ５１とに加え、平滑コンデンサー１９が更に適切に胴体部３０内部に配置される。

連結部９０は、電気的配線が通過するように構成され、胴体部３０またはハンドル部４０の上下回転をさせうる。このような構成は、全体システムの重量平衡のために、ハウジング５０が下向に屈曲され得る。

ハウジング５０には、その内部に単一ユニット２０を備え、単一ユニット２０は、平滑コンデンサー１９を除き、第１及び第２実施例の単一ユニットと同一部品を使用する構成となる。該単一ユニット２０に対する詳細な説明は省略する。

１０−集中単一体小型溶接機
２０−単一ユニット
３０−胴体部
４０−ハンドル部
５０−ハウジング
６０−溶接面
７０−溶接棒ホルダー
８０−溶接棒
９０−連結部

Claims (7)

1. 単一体として集中配置された単一ユニットと、単一ユニットを備える胴体部と、胴体部に結合される溶接棒ホルダーとを含んで構成される集中単一体小型溶接機であって、
   互いに対向する面を有し長さ方向において内部に空気流通路が形成されたヒートシンク、単一の第１プリント回路基板上に発熱部品を実装して前記ヒートシンクの一面に設けられる電源入出力回路部、及び、単一の第２プリント回路基板上に非発熱部品を実装して前記ヒートシンクで前記第１プリント回路基板と対向する他面に設けられるシステム作動制御部を備える単一ユニットを含む胴体部；並びに
   電源入力回路部に電気的に接続された電源線及びアース線を備えるハウジング；を備え、
   前記ヒートシンクは前記電源入出力回路部と前記システム作動制御部をこれらの間で熱による影響を受けないように分離することを特徴とする集中単一体小型溶接機。
2. 前記電源入出力回路部は、商用電源を整流する整流部を構成するトランジスター及びインバーター回路から構成される大出力素子である絶縁ゲートバイポーラトランジスターを備え、各々が前記ヒートシンクの両側面に設けられることを特徴とする請求項１記載の集中単一体小型溶接機。
3. 前記ヒートシンクは、別のスペーサーを備え、前記第１プリント回路基板と絶縁状態で結合されることを特徴とする請求項１記載の集中単一体小型溶接機。
4. 前記胴体部は、前記ヒートシンクの後面に隣接して配置されて送風する送風ファンを含むことを特徴とする請求項１記載の集中単一体小型溶接機。
5. 単一体として集中配置された単一ユニットと、単一ユニットを備える胴体部と、胴体部に結合される溶接棒ホルダーとを含んで構成される集中単一体小型溶接機であって、
   電源入力回路部に電気的に接続された電源線及びアース線を備える胴体部；並びに
   互いに対向する面を有し長さ方向において内部に空気流通路が形成されたヒートシンク、単一の第１プリント回路基板上に発熱部品を実装して前記ヒートシンクの一面に設けられる電源入出力回路部、及び、単一の第２プリント回路基板上に非発熱部品を実装して前記ヒートシンクで前記第１プリント回路基板と対向する他面に設けられるシステム作動制御部を備える単一ユニットを含むハウジング；を備え、
   前記ヒートシンクは前記電源入出力回路部と前記システム作動制御部をこれらの間で熱による影響を受けないように分離することを特徴とする集中単一体小型溶接機。
6. 前記胴体部と前記ハウジングとの間にハンドル部が備えられ、
   前記溶接棒ホルダーは、前記胴体部の前部の下部にある支持部に対して固定され、高電圧が印加される位置固定子として機能する上部と、回転軸を基準に前下面が下向回転する下部と、前記回転軸から下向延長される延長部として形成されたハンドルとを備え、前記溶接棒ホルダーの前記ハンドルを作動させ、前記上部と前記下部により、溶接棒を固定することを特徴とする請求項１又は５に記載の集中単一体小型溶接機。
7. 前記胴体部と前記ハウジングとの間にハンドル部が備えられ、
   前記集中単一体小型溶接機は、システム構成部品が集中配置された単一ユニットを含む前記胴体部と、水平または垂直に一体に延長されているハンドル部及び／又はハウジング部分とを備え、これらの内部に単一ユニットの発熱及び非発熱構成部品と電気的に連結される高圧トランスフォーマ、平滑リアクター、平滑コンデンサー、及び電源入出力回路の独立部品が配置されたことを特徴とする請求項１又は５に記載の集中単一体小型溶接機。