JP7483255B2 - 蓄勢式溶接機 - Google Patents
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Description
本発明は、大容量電力を有する蓄勢式溶接機の電源部に関する。
従来から、複数の大容量蓄勢部品からなる蓄勢部を有し、大容量電力による通電により溶接電極間で被溶接物を加圧しながら抵抗溶接する蓄勢式溶接機が知られている。この場合、大容量コンデンサのような蓄勢部品を複数使用するが、これらのコンデンサの性能にばらつきがある場合がある。
一方、この種の蓄勢式溶接機は、通電時間を長くとれるものの、抵抗溶接では大電流を使用するので、抵抗溶接に必要な設定電圧および大電流の大容量電力に制御することが難しい。また、大容量のため、放電に時間がかかり高速化も難しい。このため、従来から種々の手段を用いて制御を行うことが知られている。
複数のコンデンサに性能のばらつきがある場合、各コンデンサ間で充放電を繰り返し、過充電、過放電、逆充電のおそれがある。これを防止するものとして、各コンデンサごとに個別放電を行うことが知られている（例えば、特許文献１）。各コンデンサごとに個別放電して電圧を均一化するとともに、過充電、過放電を監視して警告を発することによりばらつきを防止する。個別放電を行うので、高速化の実現もある程度可能となる。
また、大容量コンデンサにばらつきがあっても、安全性を高めるために、各大容量コンデンサについて個別に電圧監視をすることも知られている（例えば、特許文献２）。
しかし、特許文献１は、複数のコンデンサを直並列に接続したコンデンサバンクの複数について、各々ばらつきを評価し、そのうちばらつきの大きいコンデンサバンクを休止させて、各コンデンサの個別放電を行うものであり、また各コンデンサの電圧を均一化するので、ばらつきを解消するのに時間がかかり、高速化の実現は困難である。また、コンデンサバンクを休止させるため、余分のコンデンサバンクが必要となり、高コスト化する。
また、特許文献２は、各コンデンサについて電圧監視を行うが、全体放電によりばらつきのあるコンデンサの過放電を検出するものの、個別放電を行わないので、高速化が困難である。
本発明は、上記課題を解決して、複数の蓄勢部品における性能のばらつきに対応しながら、溶接時の設定電圧および大電流の大容量電力を効率よく出力させて、抵抗溶接を高速化できる蓄勢式溶接機を提供することを目的とする。
本発明に係る蓄勢式溶接機は、複数の大容量蓄勢部品からなる蓄勢部を有し、大容量電力による通電により溶接電極間で被溶接物を加圧しながら抵抗溶接する。
複数の大容量蓄勢部品を個別に充電する個別充電回路と、各蓄勢部品を個別に放電する個別放電回路と、各蓄勢部品の電圧を個別に監視する電圧監視回路と、ばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電し当該電圧を安定させて設定電圧を得るようにする個別電圧安定化制御部と、前記蓄勢部における個別充電による安定した設定電圧、および個別放電による大電流からなる大容量電力を出力させて、前記溶接電極間に通電させる出力回路と、を備えている。
複数の大容量蓄勢部品を個別に充電する個別充電回路と、各蓄勢部品を個別に放電する個別放電回路と、各蓄勢部品の電圧を個別に監視する電圧監視回路と、ばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電し当該電圧を安定させて設定電圧を得るようにする個別電圧安定化制御部と、前記蓄勢部における個別充電による安定した設定電圧、および個別放電による大電流からなる大容量電力を出力させて、前記溶接電極間に通電させる出力回路と、を備えている。
この構成によれば、各蓄勢部品の電圧を個別に監視し、個別充電および個別放電により各蓄勢部品で細分化して充電および放電するので、設定電圧に合わせやすくなるから設定電圧の誤差が小さくなるとともに、効率が良くなり、充放電時間の短縮化も可能となる。また、ばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電して、各電圧を安定させるので、効率よく蓄勢部品のばらつきに対応できる。さらに、個別放電により大容量の蓄勢された電力を高速に放電できるので、生産効率を向上することができる。これにより、複数の蓄勢部品における性能のばらつきに対応しながら、溶接時の設定電圧および大電流の大容量電力を効率よく出力させることができ、抵抗溶接を高速化し、生産効率を向上できる。
本発明では、前記個別電圧安定化制御部は、前記個別に充電される各蓄勢部品の電圧をそれぞれ監視し、そのうち、ばらつきにより充電電圧が不足する蓄勢部品に対してさらに個別充電して不足分を解消させ、当該蓄勢部品の電圧を安定化させて設定電圧を得るようにしてもよい。この場合、ばらつきにより充電電圧が不足する各蓄勢部品に集中して充電することにより、ばらつきを解消する充電時間を短縮化できるので、より生産効率を向上できる。
また、前記個別放電回路は、蓄勢部の各蓄勢部品を個別に放電することにより、各蓄勢部品間の電流の回り込みを抑止して大電流を保持させるとともに、前記蓄勢部の放電にかかる時間を短縮化させるようにしてもよい。この場合、各蓄勢部品間の電流の回り込みを抑止させるので、大電流をより適正に保持でき、より生産効率を向上できる。また、従来のように蓄勢部全体で放電するのと比べて放電時間を大幅に短縮化できる。
本発明は、各蓄勢部品の電圧を個別に監視し、個別充電および個別放電により各蓄勢部品で細分化して充電および放電し、かつ性能にばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電して各電圧を安定させるので、複数の蓄勢部品のばらつきに対応しながら、溶接時の設定電圧および大電流の大容量電力を効率よく出力させることができ、抵抗溶接を高速化し、生産効率を向上できる。
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る蓄勢式溶接機１を示す概略構成図である。本溶接機１は、複数の大容量蓄勢部品Ｃからなる蓄勢部２を有し、大容量電力による通電により溶接電極間で被溶接物Ｗを加圧しながら抵抗溶接するものであり、各蓄勢部品Ｃの性能にばらつきがある場合や、短時間かつ大電流の通電、生産工程の高速化などが必要となる抵抗溶接に適している。
本溶接機１は、上下移動自在に設けられた上下一対の溶接電極１１、１２と、この溶接電極１１、１２間に挟んだ被溶接物Ｗを上下方向に加圧する図示しない加圧アクチュエータとを備えている。
本溶接機１は、例えばＡＣ２００Ｖの入力電源４と、複数の大容量蓄勢部品Ｃを個別に充電する個別充電回路５と、各蓄勢部品Ｃを個別に放電する個別放電回路６と、各蓄勢部品Ｃの電圧を個別に監視する個別電圧監視回路７と、出力回路８と、制御部３とを備えている。制御部３は、本溶接機１全体の制御を行うほかに、被溶接物Ｗの種類に応じた抵抗溶接に必要な大容量電力の電圧値および電流値の設定や、溶接電極１１、１２間の加圧制御などを行なう。
制御部３は、ばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電して当該電圧を安定させて設定電圧を得るようにする電圧安定化制御部１０を有する。そして、出力回路８は、蓄勢部２における個別充電による安定した設定電圧と、個別放電による大電流とによって大容量電力を出力させて、溶接電極１１、１２間に通電させる。
図２は、図１の一部を具体的に示す回路図である。大容量蓄勢部品Ｃは、例えば電気二重層コンデンサであり、これが複数直列および並列に接続されて、蓄勢部２が構成されている。
蓄勢部２に充電および放電する個別充電回路５および個別放電回路６は、それぞれ各蓄勢部品Ｃごとにユニット１～ｎを備えている。個別充電回路５は、各蓄勢部品Ｃごとに例えば０～２．５Ｖに電圧可変に設定できる。個別放電回路６は、それぞれ各蓄勢部品ＣごとにＦＥＴ(Field Effect Transistor)のようなスイッチをもつ放電ユニット６ａを有している。個別電圧監視回路７であるＡ／Ｄ入力のユニット１～ｎは、それぞれ個別充電回路５のユニット１～ｎと各蓄勢部品Ｃとの間に接続されている。出力回路８は、ＦＥＴのようなスイッチをもつ出力ユニット８ａを有し、制御部３からの図示しない出力信号により大容量電力を出力する。
溶接電極１１、１２が被溶接物Ｗの金属材料Ｗ１、Ｗ２に当てられて加圧しながら通電されると、溶接電流Ａが、上電極１１から金属材料Ｗ１、Ｗ２を通って下電極１２へ向かって流れる。この通電により、図３に示すように、金属材料Ｗ１とＷ２間で抵抗発熱を利用したナゲット（合金層）が形成されて溶融接合により抵抗溶接される。
この抵抗溶接では、大容量の蓄勢部２を有した大容量電力を使用するので、短時間の通電時間中の電圧低下が小さく、通電時間中の設定電圧および大電流を保持できる。この被溶接物Ｗに応じた設定電圧および大電流を保持した状態でナゲット（合金層）１５形成による溶融接合によって、短時間かつ大電流で抵抗溶接するので、効率的に溶接できるとともに、被溶接物Ｗに熱による影響を与えにくくできる。
本溶接機１は、抵抗溶接の実施ごとにその都度、個別電圧監視回路７により各蓄勢部品Ｃの電圧を個別に監視し、個別充電回路５および個別放電回路６による個別充電および個別放電により、各蓄勢部品Ｃで細分化して充電および放電するので、設定電圧に合わせやすくなるから設定電圧の誤差が小さくなる。また、効率が良くなり、充放電時間の短縮化も可能となる。
さらに、個別電圧安定化制御部１０により、個別電圧監視回路７によって前記個別に充電される各蓄勢部品Ｃの電圧をそれぞれ監視し、そのうち性能のばらつきにより充電電圧が不足する蓄勢部品Ｃに対してさらに個別充電して不足分を解消させ、当該蓄勢部品の電圧を安定化させて設定電圧を得る。
図４に示す模式図のように、例えば、１０個の蓄勢部品Ｃ１～Ｃ１０のうちＣ２、Ｃ５、Ｃ８の３個にばらつきがある場合、ばらつきのない７個の蓄勢部品Ｃ１、Ｃ３～Ｃ４、Ｃ６～Ｃ７、Ｃ９～Ｃ１０の電圧は設定値に達して充電を終了し、ばらつきにより電圧が不足する各蓄勢部品Ｃ２、Ｃ５、Ｃ８に対してだけ集中、継続して短時間で充電する。これにより、ばらつきがあっても短い充電時間で設定値に達して安定化させ、ばらつきを解消するので、より生産効率を向上できる。
個別放電回路６は、蓄勢部２の各蓄勢部品Ｃを個別に放電することにより、各蓄勢部品Ｃ間の電流の回り込みを抑止して大電流を保持させるとともに、大容量の蓄勢された電力を高速に放電でき、放電時間を大幅に短縮化させるので生産効率を向上することができる。また、従来のように蓄勢部全体で放電するのと比べて放電時間を大幅に短縮化できる。
このように、本溶接機１では、被溶接物Ｗごとに、個別電圧監視回路７により各蓄勢部品Ｃの電圧を個別に監視し、個別充電回路５による個別充電および個別充電回路６による個別放電により各蓄勢部品Ｃで細分化して充電および放電し、かつ個別電圧安定化制御部１０により性能にばらつきのある蓄勢部品Ｃに対してさらに個別充電して各電圧を安定させている。これにより、各回路の動作が相俟って、複数の蓄勢部品のばらつきに対応しながら、溶接時の設定電圧および大電流の大容量電力を効率よく出力させることができ、抵抗溶接の生産工程を高速化し、生産効率を向上できる。したがって、被溶接物Ｗによって溶接条件が種々異なる場合にも迅速に対応できるので、各作業時間の短縮化を図ることができ、種類の異なる被溶接物Ｗを頻繁に交換して生産する多品種少量生産に適用可能となる。
本溶接機１は、大容量電力の出力により通電中の電圧降下が小さく、大電流を保持できるので、抵抗溶接によって溶接が困難とされていた以下のような例において溶接が可能となった。
すなわち、本溶接機１により、被溶接物Ｗに応じた設定電圧および大電流の短時間通電によって従来溶接が容易でなかった、銅やアルミニウムの平編線の線端のばらけを有する被溶接物Ｗを広範囲に抵抗溶接すること、銅やアルミニウムの複数積層した被溶接物Ｗを多層積層させて抵抗溶接すること、および銅のより線のような被溶接物Ｗを溶接電極間の加圧や加熱でのダメージなく抵抗溶接することができる。
さらに、個別放電による高速放電によってより短時間通電がさらに可能となって、一般に溶接が容易でないとされるアルミニウムとアルミニウム、銅と銅、およびヒートバランスが良くない銅とアルミニウムのような被溶接物Ｃの抵抗溶接が、溶接品質を確保しながら容易に実施することができる。
以上のとおり、本発明では、各蓄勢部品の電圧を個別に監視し、個別充電および個別放電により各蓄勢部品で細分化して充電および放電し、かつ性能にばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電して各電圧を安定させるので、複数の蓄勢部品のばらつきに対応しながら、溶接時の設定電圧および大電流の大容量電力を効率よく出力させることができ、抵抗溶接を高速化し、生産効率を向上できる。
なお、この実施形態では、本溶接機１による大容量電力の設定電圧および大電流の短時間通電によって溶接可能となったものを例示しているが、何らこれらの被溶接物に限定されない。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１：蓄勢式溶接機
２：蓄勢部
３：制御部
４：ＡＣ入力電源
５：個別充電回路
６：個別放電回路
７：個別電圧監視回路
８：出力回路
１０：個別電圧安定化制御部
１１、１２：溶接電極（上、下）
Ｗ：被溶接物
２：蓄勢部
３：制御部
４：ＡＣ入力電源
５：個別充電回路
６：個別放電回路
７：個別電圧監視回路
８：出力回路
１０：個別電圧安定化制御部
１１、１２：溶接電極（上、下）
Ｗ：被溶接物
Claims (3)
- 複数の大容量蓄勢部品からなる蓄勢部を有し、大容量電力による通電により溶接電極間で被溶接物を加圧しながら抵抗溶接する蓄勢式溶接機であって、
複数の大容量蓄勢部品を個別に充電させる個別充電回路と、
各蓄勢部品を個別に放電させる個別放電回路と、
各蓄勢部品の電圧を個別に監視する電圧監視回路と、
性能にばらつきのある蓄勢部品に対してさらに個別充電し当該電圧を安定させて設定電圧を得るようにする個別電圧安定化制御部と、
前記蓄勢部における個別充電による安定した設定電圧、および個別放電による大電流からなる大容量電力を出力させて、前記溶接電極間に通電させる出力回路と、
を備えた蓄勢式溶接機。 - 請求項１において、
前記個別電圧安定化制御部は、前記個別に充電される各蓄勢部品の電圧をそれぞれ監視し、そのうち、ばらつきにより充電電圧が不足する蓄勢部品に対してさらに個別充電して不足分を解消させ、当該蓄勢部品の電圧を安定させて設定電圧を得る、蓄勢式溶接機。 - 請求項１または２において、
前記個別放電回路は、各蓄勢部品を個別に放電することにより、各蓄勢部品間の電流の回り込みを抑止して大電流を保持させるとともに、前記蓄勢部の放電にかかる時間を短縮化させる、蓄勢式溶接機。
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