JPH02187279A - 直流抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直流を用いてワークを抵抗溶接する直流抵抗溶
接装置に関し、−層詳細には、例えば、三相交流を整流
して直流化し、この直流を所定のスイッチング素子から
なるインバータを用いて高周波交流に変換した後、所定
のコア材を使用した出力トランスと整流器とを用いて再
び直流に変換し、この直流を溶接電極に供給することに
よりワークを溶接するインバータ式の直流抵抗溶接装置
において、前記スイッチング素子をパワーＭＯＳＦＥＴ
素子とし、前記コア材をアモルファス材料とすることに
より２０に旧程度の高周波交流に変換することが可能と
なり、これによってインバータ部と出力トランスにおけ
る電力損失を軽減することが出来、しかも小型軽量化を
同時に達成するように構成した直流抵抗溶接装置に関す
る。

［発明の背景］ 抵抗溶接装置は、例えば、一対の電極によって一組のワ
ークを挟持し、この電極間に溶接電流を通電することに
よりジュール熱を生じさせ且つ前記電極を相対的に押圧
してワークを接合するためのものである。当該抵抗溶接
装置は、接合の際に溶接棒等を必要としないことから作
業能率に優れた接合法と謂えよう。

この場合、抵抗溶接による接合法は、例えば、アーク溶
接接合法等に比較して極めて大きい溶接電流が必要とさ
れることから、溶接用トランスが大型且つ大重量になり
がちである。従って、これが溶接ロボット等のアーム部
に当該溶接トランスを取着して高速に取り扱う際の難点
として指摘されている。

そこで、最近では、この溶接用トランスの小型化を図る
ため、直流を、−旦、高周波交流に変換し、この高周波
交流を前記出力トランスに供給して降圧した後、整流器
を用いて再び直流化して溶接ガンアームに供給するイン
バータ式の直流抵抗溶接装置が採用され始めている。高
周波交流に変換する理由は出力トランスを構成するトラ
ンス用コアの断面積が前記高周波交流の周波数と反比例
の関係にあることを利用して出力トランスを比較的小型
・軽量に構成出来るからである。また、再び直流化して
溶接ガンアームに供給する理由は溶接ガンアームの長さ
およびその形状に起因するストレイインダクタンスによ
る高周波インピーダンスの増加に基づく電圧降下と表皮
効果による電圧降下を回避することが可能となり、高効
率の装置を構築出来るからである。

この種のインバータ式直流抵抗溶接装置を第１図に示す
。当該装置はコンバータ部２とインバータ部４および出
力トランス部６とから構成され、商用の三相交流電源７
から出力される三相交流をコンバータ部２を構成する整
流器スタック８とコンデンサ１０によって直流化し、こ
の直流をインバータ駆動部１１の出力信号によって駆動
されるパワートランジスタ１２ａ乃至１２ｄから構成さ
れるフルブリッジ型のインバータ部４によって前記三相
交流の周波数に比較して高周波の交流に変換した後、再
びセンタタップ付の出力トランス１４と整流器１６ａ、
１６ｂにより直流に変換して溶接電極１８ａＳ１８ｂ間
に供給する構成となっている。なお、溶接電極１８ａは
整流器１６ａ、１６ｂの共通接続点に接続され、電極１
８ｂは出力トランス１４を構成する２次コイルのセンタ
タップ１９に接続されている。このような構成によって
一対のワークＷ、　、Ｗ、が溶接電極１８ａ、１８ｂ間
に挟持されると溶接電流が通電され、ワークＷ、　、Ｗ
、との接触部位が溶融して接合する。

ところで、このように構成されるインバータ式の直流抵
抗溶接装置においては、供給電流の大電流化および小型
化が常に要請されている。

これによって、鋼板の溶接で必要とされる電流に対して
、メツキ鋼板等の融点の異なる材質が存在する鋼板ある
いはアルミニウム板等の熱伝導率の大きい材質の溶接を
行うに際して必要とされる大電流を供給し得ることが出
来るからである。

然しながら、従来の直流抵抗溶接装置において、さらに
高周波化を図り且つ電流容量を増加しようとすると、第
２図に示すように、インバータ部４を構成するパワート
ランジスタ１２ａ乃至１２ｄのコレクタ・・エミッタ間
電圧ｖｃｉとコレクタ電流Ｉ０との積によって規定され
る電力損失ＰａＶ（図中、ハツチング部に対応する分）
が増加する。結局、インバータ部４における効率が低下
することになり、しかもこの電力損失ｐ　ａｙの増加に
対応する放熱構造を採用しなければならず、さほどには
小型化が図れないという不都合が露呈する。

また、従来の直流抵抗溶接装置において、出力トランス
を構成するコアの材料はケイ素鋼板等であり、それほど
電気抵抗が大きくないので高周波におけるコア損失が増
加し断面積をさほどには小さくすることが出来ず、十分
な小型・軽量化が図れないという欠点が存在している。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、インバータ式の直流抵抗溶接装置において、イ
ンバータ部を構成するスイッチング素子としてパワーＭ
ＯＳＦＥＴ素子を採用し、出力トランスを構成するコア
の材料をアモルファス材料とすることにより高周波にお
いてもスイッチング時における電力損失を極めて小さく
することが出来ると共にコア損失を小さくすることが出
来、それによって当該直流抵抗溶接装置自体を小型・軽
量化することを可能とする直流抵抗溶接装置を提供する
ことを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は少なくとも直流
を交流に変換するインバータと、このインバータに接続
され前記交流を変圧する出力トランスと、この出力トラ
ンスから出力される交流を整流し直流化する整流器′と
からなる直流抵抗溶接装置において、前記インバータを
構成するスイッチング素子をパワーＭＯＳＦＥＴ素子と
し、前記出力トランスを構成するトランス用コアの材料
をアモルファス材ｓとすることを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る直流抵抗溶接装置について好適な実
施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

第３図は本実施態様に係る直流抵抗溶接装置の概略構成
を示す。当該直流抵抗溶接装置は基本的に三相交流電源
２０から出力される三相交流を直流に変換するコンバー
タ部２２と、このコンバータ部２２の出力である直流を
所定の高周波交流に変換するインバータ部２４と、この
インバータ部２４から出力される交流（電圧Ｖ３、電流
Ｉ）を変圧する出力トランス２６、および前記インバー
タ部２４を構成し且つフルブリッジ型に接続されたスイ
ッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ素子２８ａ乃至
２８ｄに対してパルス幅変調されたゲート電圧を印加す
るインバータ駆動部３０とから構成される。

前記コンバータ部２２は整流器スタック３２とリアクト
ル３４とコンデンサ３６とから構成され、出力トランス
２６は１次コイル３８とアモルファス材料からなるトラ
ンス用コア４０および２次コイル４２から構成される。

さらに、前記２次コイル４２は整流器４４ａ、４４ｂの
一端側に接続され、前記整流器４４ａ、４４ｂの他端側
の共通接続端子および出力トランス２６のセンタタップ
４６はワークＷ−、Ｗｂを挟持する溶接電極４８ａおよ
び４８ｂに接続される。さらにまた、インバータ部２４
と１次コイル３８の間とは電流検出手段としての変流器
５０が介装され、変流器５０の出力信号■２はインバー
タ駆動部３０に導入されている。なお、インバータ駆動
部３０にはワークＷ−、Ｗｂに供給する電流Ｉ０に対応
する設定電流値りおよび前記電流Ｉ０の通電時間ＴＲが
設定されている。

本実施態様に係る直流抵抗溶接装置は基本的には以上の
ように構成されるものであり、次にその作用並びに効果
について添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する
。

そこで、先ずワークＷいＷｂが溶接電極４８ａおよび４
８ｂによって挟持され加圧保持される。

この状態において三相交流電源２０から出力される三相
交流はコンバータ部２２を構成する整流器スタック３２
と、リアクトル３４およびコンデンサ３６によって直流
化され、この直流がインバータ部２４の入力端子に導入
される。この場合、インバータ部２４を構成するフルブ
リッジ型のパワーＭＯＳＦＥＴ素子２８ａ乃至２８ｄの
ゲートにはインバータ駆動部３０から設定電流値Ｉ、に
基づくパルス幅変調された駆動パルスが導入されて、前
記三相交流電源２０の商用周波数に比較して高周波、例
えば、略２０ＫＨｚの交流がインバータ部２４から前記
変流器５０を介して出力トランス２６の１次コイル３Ｂ
に導入される。１次コイル３８に導入された交流は出力
トランス２６によって変圧され２次コイル４２に所定の
交流を誘起する。

この場合、前記したように、トランス用コア４０の材料
をアモルファス材料としているので、ケイ素鋼板等のコ
ア材に比較して電気抵抗が高く、交流の周波数が略２０
ＫＨｚであっても渦電流損を小さく抑えることが出来、
出力トランス２６の発熱を抑制出来る。２次コイル４２
に誘起された交流は整流器４４ａ、４４ｂによって整流
された後、その共通接続点から溶接電極４８ａ１ワーク
ｗａ　％ワークＷ１、溶接電極４８ｂを通じてセンタタ
フブ４６側に通流する。

この場合、出力トランス２６の１次コイル３８側を通流
する電流■１は前記出力電流Ｉ０と所定の関係に対応付
けられている。そこで、前記１次コイル３８側を通流す
る電流■１に比例する電流Ｉ２を変流器５０を介してイ
ンバータ駆動部３０に導入する。インバータ駆動部３０
は前記測定電流Ｉ２と設定電流値Ｉｌを図示しない比較
手段等により比較し、ワークＷ、　、Ｗｂに出力電流！
、を通流すべく１次コイル電流１１をフィードバック制
御する。これによって設定電流値■！と同一の電流Ｉ、
が１次コイル３８側に通流することとなり、所定の溶接
電流Ｉ。がワークＷ−、Ｗｂ間を通流することになる。

この状態においてワークＷ、　、　Ｗ、間に溶接電流Ｉ
。が所定の通電時間Ｔ１１だけ通電されるとワークＷ、
とＷ、との間の接触部位においてナゲツトが生成される
。次いで、ワークＷ１、Ｗ、に供給される溶接電流Ｉ。

が遮断された状態でワークＷ、とＷ、は所定時間加圧保
持される。この間にワークＷａとＷ６間に生成された図
示しないナゲツトが略完全に固化し、ワークＷ、とＷｂ
　とが接合される。

この場合、本実施態様によれば、インバータ部２４を構
成するスイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴ素子
２８ａ乃至２８ｄを採用しているので、当該パワーＭＯ
ＳＦＥＴ素子２８ａ乃至２８ｄのゲート電圧■。に対し
てドレイン・ソース間の電圧ＶＢとドレイン電流Ｉ。は
第４図ａ、、ｂに示すような関係となり、電力損失ｐ　
ａｙは図に示すハツチング部分のみとなって第２図に示
した従来技術に係る電力損失Ｐ６ｖに比較して極めてそ
の値を小さなものとすることが出来る。従って、インバ
ータ部２４における発振周波数を略２０ＫＨｚ程度の高
周波とした場合においても電力損失の増加が少なく極め
て効率の高い直流溶接抵抗装置を得ることが出来る。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、インバータ式直流抵抗
溶接装置のインバータ部を構成するスイッチング素子と
してパワーＭＯＳＦＥＴ素子を使用し、出力トランス用
のトランス用コア材料としてアモルファス材料を使用し
ている。

このため、インバータ部を構成するスイッチング素子で
あるパワーＭＯＳＦＥＴ素子のドレイン・ソース間を通
流する電流の立ち上がり時間並びに立ち下がり時間が小
さな値となり、スイッチング時に発生する電力損失を大
幅に低減することが出来る。従って、インバータ式直流
抵抗溶接装置の高周波化が可能となり、この高周波化に
伴い出力トランスの小型化等、全体として装置の小型化
が図れる。しかも、この電力損失によってトランジスタ
から外部に放出される熱量が減少するので当該インバー
タ部を構成するフルブリッジ型パワーＭＯ８ＦＥＴ素子
の放熱構造を極めて簡単なものとすることが出来る。ま
た、アモルファス材料を採用しているので電気抵抗が大
きくなり、トランス用コアで発生する渦電流損が極めて
小さく出来、これによって出力トランスの放熱構造も簡
単なものとすることが出来る。

これらのことからワークに対する溶接電流の比較的大電
流化が可能となり、しかも溶接ガン組立体が小型・軽量
となり且つ保守性にも優れた直流抵抗溶接装置を実現す
ることが可能となる。

以Ｌ、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、スイッチング素子としてのパワーＭＯＳＦＥＴ
素子を並列接続としてさらに電流容量を増加し得る構成
とする等、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の改良並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係るインバータ式直流抵抗溶接装置
の構成図、 第２図は第１図に示す直流抵抗溶接装置のインバータ部
におけるトランジスタの電力損失の説明図、 第３図は本発明に係る直流抵抗溶接装置の構成説明図、 第４図は第３図に示す直流抵抗溶接装置のインバータ部
にふけるパワーＭＯＳＦＥＴ素子の電力損失の説明図で
ある。 ２２・・・コンバータ部　　　２４・・・インバータ部
２６・・・出力トランス ２８ａ　〜２８ｄ−・−パ’７−ＭＯＳＦＥＴ素子４０
・・・トランス用コア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも直流を交流に変換するインバータと、
   このインバータに接続され前記交流を変圧する出力トラ
   ンスと、この出力トランスから出力される交流を整流し
   直流化する整流器とからなる直流抵抗溶接装置において
   、前記インバータを構成するスイッチング素子をパワー
   ＭＯＳＦＥＴ素子とし、前記出力トランスを構成するト
   ランス用コアの材料をアモルファス材料とすることを特
   徴とする直流抵抗溶接装置。