JPH07266060A - 抵抗溶接電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 被溶接物の材質に適応する制御モ−ドを選択
出来る抵抗溶接電源を提供する。 【構成】 溶接条件としての電圧と電流と電力とを，帰
還制御用の設定値として入力され記憶し演算制御するＣ
ＰＵ部２２Ｄと，パワ−トランジスタ４の出力側に接続
されて，電流を検出する電流検出器２０と，これを介し
て出力側に接続されている溶接電極５と，電極電圧検出
部と，この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電
流とをそれぞれ増幅するとともに，検出された電圧と電
流とから電力を算出する増幅乗算部２１と，増幅乗算部
からの帰還用の電圧と電流と電力とを，ＣＰＵ部に入力
し，各帰還値と帰還制御用の設定値とを比較制御してト
ランジスタに帰還して，３つの制御モ−ドのいずれかで
制御する電圧・電流・電力制御部２２と，制御モ−ドの
選択出力を，電圧・電流・電力制御部に付与する溶接条
件設定部２３とを備え，選択された制御モードでトラン
ジスタを帰還制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，プリント基板の補
修，各種センサと極細線あるいはリボン材の接合等の溶
接をする際，これら被溶接物の材質に合わせて最適な制
御モ−ドを選択することの出来る抵抗溶接電源に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に，プリント基板の補修や各種セン
サと極細線あるいはリボン材を接合する場合の一つの方
法として抵抗溶接がある。この抵抗溶接は，被溶接物に
溶接電流を流し，その時発生するジュ−ル熱により，被
溶接物を溶融し接合する方法である。

【０００３】そして，抵抗溶接用の電源としては，各種
の方式があり，その内の一つに整流器の出力側に接続さ
れているコンデンサに蓄えられたエネルギ−を，トラン
ジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ方式があ
る。

【０００４】これは，図６に示すように，商用交流電源
のＡＣ１００Ｖは，トランス１によりＡＣ２４Ｖに降圧
された後，整流器２でＤＣ２４Ｖに変換され，コンデン
サ３に充電される。このコンデンサ３に蓄えられたエネ
ルギ−は，パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶
接電極５に給電される。そこで，図７に示すように，こ
の溶接電極５が被溶接物に接触すると，被溶接物として
のプリント基板１０と補修用リボン１１に溶接電流が流
れ，ここにジュ−ル熱が発生して抵抗溶接される。

【０００５】一方，溶接電極５には，ピックアップ用の
ワイヤ（図示せず）が接続されており，これにより溶接
電極５の電圧Ｖが検出されて，この電圧Ｖは帰還増幅器
６で増幅された後，電圧制御部７に入力される。この電
圧制御部７では，電圧Ｖと溶接条件設定部８から入力さ
れた設定条件とが比較され，設定時間だけパワ−トラン
ジスタ４に電流が流れるように電圧帰還制御される。こ
のように，従来方法では，パワ−トランジスタ４からの
溶接電流とこの電流の流れる時間とが制御される電圧制
御方式が採用されている。又，溶接電極５に流す溶接電
流をパワ−トランジスタ４に帰還してこれを制御する電
流制御方式もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら，被溶
接物の材質によって，電圧制御方式が適当であったり，
あるいは電流制御方式が適当であったりするため，いろ
いろな種類の被溶接物を溶接する場合には，抵抗溶接電
源は，２種類準備する必要があった。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】この発明は，パワ−ト
ランジスタで電流を制御して溶接するトランジスタ式の
抵抗溶接電源において，最適な溶接条件としての電圧と
電流と電力とを，それぞれ帰還制御用の設定値として入
力され記憶するとともに，演算制御するＣＰＵ部と，パ
ワ−トランジスタの出力側に接続されて，このパワ−ト
ランジスタからの電流を検出する電流検出器と，この電
流検出器を介してパワ−トランジスタの出力側に接続さ
れている溶接電極と，この溶接電極に印加される電圧を
検出する電圧検出部と，この電圧検出部からの電圧と電
流検出器からの電流とをそれぞれ増幅するとともに，こ
の検出された電圧と電流とから電力を算出する増幅乗算
部と，この増幅乗算部からの帰還用の電圧と電流と電力
とを，Ａ／Ｄ変換してＣＰＵ部に入力し，この各帰還値
とＣＰＵ部に設定されている帰還制御用の設定値とをそ
れぞれ比較制御した後，その結果をＤ／Ａ変換してパワ
−トランジスタにそれぞれ帰還して，このパワ−トラン
ジスタをそれぞれ３つの制御モ−ドのいずれかで制御す
る電圧・電流・電力制御部と，３つの制御モ−ドのいず
れかを選択するための選択出力を，電圧・電流・電力制
御部に付与する溶接条件設定部とを備え，３つの制御モ
−ドのいずれか選択された制御モードでパワ−トランジ
スタを帰還制御するようにしたものである。

【０００８】

【作用】パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶接
電極５に溶接電流が印加され，被溶接物は抵抗溶接され
る。溶接電流の一部は，電流検出器２０により検出され
る。同様に，溶接電極５では，溶接電圧の一部が検出さ
れる。この検出された帰還用の電圧と電流とから電力が
算出される。

【０００９】これらの値は，いずれもＡ／Ｄ変換されて
ＣＰＵ部２２Ｄに入力し，この帰還値とＣＰＵ部２２Ｄ
で設定されている帰還制御用の設定値とそれぞれ比較制
御され，Ｄ／Ａ変換されてパワ−トランジスタ４に帰還
される。従って，このパワ−トランジスタ４は３つの制
御モ−ドの内，溶接条件設定部２３で設定された制御モ
−ドで制御される。

【００１０】

【発明の実施例】この発明の実施例を，図１〜図５に基
づいて詳細に説明する。図１はこの発明の実施例を示す
要部構成図，図２は図１の詳細な構成図，図３はパタ−
ン幅の変化による設定値の変動率を示すグラフ，図４は
ステンレスワイヤの溶接強度と引っ張り強度との関係を
示すグラフ，図５はヒ−タチップの温度変化を測定した
結果を示すグラフである。なお，従来例と同一のもの
は，同一名称を使用するとともに，同一符号を付しその
説明を省略する。

【００１１】図１〜図２において，１はトランス，２は
整流器で，３はコンデンサ，４はパワ−トランジスタ
で，この実施例の場合には，パワ−ＭＯＳＦＥＴが使用
されており，このパワ−ＭＯＳＦＥＴを１０個並列に接
続して使用されており，１８００Ａ迄出力可能となって
いる。５は溶接電極である。９は充電制御部で，整流器
２の出力をＤＣ２４Ｖに維持するために，整流器２のサ
イリスタの位相制御している。

【００１２】２０は電流検出器で，この実施例の場合に
は，ホ−ル電流検出器が用いられており，パワ−トラン
ジスタ４の出力側に接続されている。この電流検出器２
０は，溶接電極５に供給される溶接電流の一部を検出す
るためのもので，この検出された電流は，増幅乗算部２
１の互いに並列に接続されている３個の電流帰還用増幅
器２１Ｉ_A ，２１Ｉ_B ，２１Ｉ_C に帰還用信号を得るた
めに印加される。その内，電流帰還用増幅器２１Ｉｃに
帰還された電流は，そのままアナログ出力端１９に出力
され，電流の溶接波形が観察される。

【００１３】なお，アナログ出力端１９では，後述する
ように，その他の溶接波形の電圧，電力をもストレ−ジ
スコ−プ（図示せず）等で波形観測することが出来るよ
うに構成されている。

【００１４】ここで，ホ−ル電流検出器は，電流に比例
して発生する磁束を磁気鉄心と磁気センサ（ホ−ル素
子）の組み合わせにより非接触で電流測定することので
きる装置である。なお，上記実施例に限定されることな
く，その他の方法で帰還用の電流を検出してもよい。

【００１５】増幅乗算部２１は，この実施例の場合に
は，電流帰還用増幅器２１Ｉ_A 〜２１Ｉ_C ，電圧帰還用
増幅器２１Ｖ_A 〜２１Ｖ_C ，電力帰還用増幅器２１Ｗ_A
〜２１Ｗ_C および乗算器２１Ｍとにより構成されてお
り，電流検出器２０から帰還される電流Ｉと溶接電極５
に接続されている検出用のワイヤにより溶接電圧の一部
を検出する電圧検出部（図示せず）で検出されて，入力
側に帰還される電圧Ｖとが入力され，この帰還用の電圧
Ｖと電流Ｉとの積である電力Ｗが乗算器２１Ｍで算出さ
れる。

【００１６】２２は電流・電圧・電力制御部で，差動増
幅器２２ＡとＤ／Ａ変換器２２Ｂ，Ａ／Ｄ変換器２２Ｃ
およびＣＰＵ部２２Ｄとにより構成されており，増幅乗
算部２１からの電圧Ｖ，電流Ｉ，電力Ｗの帰還値は，Ａ
／Ｄ変換器２２Ｃでデジタル信号に変換された後，ＣＰ
Ｕ部２２Ｄに入力される。この帰還用の電圧Ｖ，電流
Ｉ，電力Ｗの各帰還値は，溶接条件設定部２３でそれぞ
れ設定された帰還制御用の電圧，電流，電力の各設定値
とＣＰＵ部２２Ｄで比較され，設定値と帰還値とがいず
れも同一の値となるように制御され，この値はＤ／Ａ変
換器２２Ｂでアナログ信号に変換されて，差動増幅器２
２Ａで比較増幅されて，パワ−トランジスタ４へゲ−ト
信号として送出される。

【００１７】なお，溶接条件設定部２３は，最適な溶接
条件を示す帰還制御用の電圧，電流，電力の設定値を初
期設定するもので，キ−スイッチ２３Ａにより入力され
る。さらに，それぞれ帰還制御用の設定値に対応する電
圧制御，電流制御，電力制御のいずれかの制御モ−ドが
設定される。

【００１８】なお，この実施例の場合には，溶接電極５
の汚れ状態および被溶接物の溶接状態および被溶接物の
溶接状態を判定するための判定部２４，判定の基準値を
設定するしきい値設定部２５が具備されている。

【００１９】即ち，判定部２４では，増幅乗算部２１か
ら入力した第１回目の電圧Ｖ，電流Ｉ，電力Ｗは，それ
ぞれＡ／Ｄ変換器２２Ｃでデジタル信号に変換され，Ｃ
ＰＵ部２２Ｄに入力され，検出された電流Ｉと電圧Ｖか
ら第１の抵抗値Ｒ₁ が算出される。この抵抗値Ｒ₁ は，
判定の基準として設定されている設定値（抵抗値）と比
較されて溶接電極５の汚れ状態が判定されて溶接続行，
中止が判定される。

【００２０】同様に，溶接終了後に，被溶接物の溶接品
質の良否を判定するために，再度電圧Ｖと電流Ｉとが検
出され，増幅乗算部２１から入力したこの第２回目の電
圧Ｖ，電流Ｉは，それぞれＡ／Ｄ変換器２２Ｃでデジタ
ル信号に変換され，ＣＰＵ部２２Ｄに入力され，これら
電流Ｉと電圧Ｖから第２の抵抗値Ｒ₂ が算出される。こ
の抵抗値Ｒ₂ は，溶接品質の判定の基準として設定され
ている設定値（抵抗値）と比較されて良否が判定され
る。

【００２１】判定の基準となる抵抗値Ｒ₁ ，Ｒ₂ で表さ
れている設定値は，しきい値設定部２５に入力される。
実際には，これらの値はキ−スイッチ２３Ａから上限下
限が設定されて判定用の設定値としてＣＰＵ部２２Ｄに
入力される。

【００２２】２６は表示部で，ＬＣＤ２６ＡとＬＥＤブ
ザ−２６Ｂとにより構成されており，判定部２４の判定
結果が表示されるとともに，装置本体の非常事態，例え
ばトランス１の異常加熱，パワ−トランジスタ４の短絡
破壊，又，溶接動作自体の異常，例えば，過電流等の場
合にエラ−メッセ−ジが表示される。

【００２３】２７はＩ／Ｏ入出力端で，Ｉ／Ｏインタフ
ェ−スコネクタより溶接条件を外部から切り換えたり，
各種のタイミング信号が出力される。２８はＲＳ−２３
２Ｃ回線端で，外部機器（パソコン等）から溶接条件の
入力，外部機器への出力値の表示，判定部２４からの判
定結果が出力できるように構成されている。

【００２４】次に，作用動作について説明する。商用交
流電源（図示せず）からのＡＣ１００Ｖの電圧は，トラ
ンス１でＡＣ２４Ｖに降圧された後，整流器２でＤＣ２
４Ｖに変換され，コンデンサ３に充電される。この充電
電圧を２４Ｖに一定に維持するために，整流器２のサイ
リスタの位相制御が行われている。

【００２５】コンデンサ３に蓄えられたエネルギ−は，
パワ−トランジスタ４で電流が制御されて溶接電極５に
溶接電流が給電される。この溶接電極５が被溶接物に接
触すると，被溶接材料としてのプリント基板１０と補修
用リボン１１に溶接電流が流れ，ここにジュ−ル熱が発
生して抵抗溶接される。

【００２６】この溶接電流の一部は，電流検出器２０に
より検出され，この電流は帰還電流として電流帰還用増
幅器２１Ｉ_A 〜２１Ｉ_C へ帰還され，電流帰還用増幅器
２１Ｉ_C からは，アナログ出力端１９に出力され，溶接
電流波形が観察される。その他の電流帰還用増幅器２１
Ｉ_A の出力は，ホ−ルド端１８を介して差動増幅器２２
Ａへ，電流帰還用増幅器２１Ｉ_B の出力は，ホ−ルド端
１８を介してＡ／Ｄ変換器２２Ｃへ入力され，デジタル
信号に変換されてＣＰＵ部２２Ｄに入力される。

【００２７】一方，溶接電極５では，ピックアップ用の
ワイヤ（図示せず）により，この溶接電極５に印加され
ている溶接電圧の一部が検出されて，この電圧は帰還電
圧として電圧帰還用増幅器２１Ｖ_A 〜２１Ｖ_C に帰還さ
れる。電圧帰還用増幅器２１Ｖ_C からは，アナログ出力
端１９に出力され，溶接電圧波形が観察される。その他
の電圧帰還用増幅器２１Ｖ_A の出力はホ−ルド端１８を
介して電圧・電流・電力制御部２２の差動増幅器２２Ａ
へ，電圧帰還用増幅器２１Ｖ_B の出力は，ホ−ルド端１
８を介して同様に電圧・電流・電力制御部２２のＡ／Ｄ
変換器２２Ｃへ入力され，デジタル信号に変換されてＣ
ＰＵ部２２Ｄに入力される。

【００２８】又，電流検出器２０で検出された電流Ｉと
溶接電極５に印加されている溶接電圧の一部として検出
された電圧Ｖは，乗算器２１Ｍに入力され，この帰還用
の電圧Ｖと電流Ｉとの積である電力Ｗが算出される。こ
の帰還用の電力Ｗは電力帰還用増幅器２１Ｗ_A 〜２１Ｗ
_C に入力され，電力帰還用増幅器２１Ｗ_C からは，アナ
ログ出力端１９に出力され，溶接電力波形が観察され
る。その他の電力帰還用増幅器２１Ｗ_A の出力は，ホ−
ルド端１８を介して電圧・電流・電力制御部２２の差動
増幅器２２Ａへ，電力帰還用増幅器２１Ｗ_B の出力は，
ホ−ルド端１８を介して同様に電圧・電流・電力制御部
２２のＡ／Ｄ変換器２２Ｃへ入力され，デジタル信号に
変換されてＣＰＵ部２２Ｄに入力される。

【００２９】ここで，ＣＰＵ部２２Ｄには，溶接条件設
定部２３からキ−スイッチ２３Ａにより最適な溶接条件
を示す電圧，電流，電力の値が初期設定されて，帰還制
御用の設定値が入力されており，ＣＰＵ部２２Ｄに入力
された帰還用の電流Ｉ，電圧Ｖ，電力Ｗの値とそれぞれ
設定値とが差動増幅器２２Ａで比較され増幅されて，設
定値と帰還用の電流Ｉ，電圧Ｖ，電力Ｗの値とがそれぞ
れ同じ値となるように，パワ−トランジスタ４へゲ−ト
信号が送出され，それぞれ選択された電圧制御，電流制
御，電力制御のいずれかの制御モ−ドで，このパワ−ト
ランジスタ４のゲ−トが帰還制御され，溶接状態が制御
される。

【００３０】このように，この装置は，電圧制御，電流
制御，電力制御の３つの制御モードを備えており，必要
に応じていずれかの制御モ−ドを選択できるように構成
されている。従って，被溶接物の材質や用途により制御
モードが選択される。そこで，発明者等は，溶接性と制
御モ−ドとの比較実験を行った。以下，それについて表
１および図３〜図５に基づいて説明する。

【００３１】

【表１】

【００３２】上記，表１は銅リボンと銅パタ−ンとの溶
接性について測定した結果を示すもので，ＭＩＮ．ＭＡ
Ｘ間が溶接可能な設定値（しきい値）の範囲を示してい
る。ＭＩＮ以下では溶接できない状態となり，ＭＡＸ以
上の値では溶断される。なお，溶接時間はアップスロ−
ブ５ｍｓ，溶接時間５ｍｓと設定されている。

【００３３】図３はパタ−ン幅の変化による設定値の変
動率を示すグラフで，直線Ｅは電圧制御，直線Ｆは電流
制御，直線Ｇは電力制御の場合をそれぞれ示している。
この図に示すように，電流制御，電圧制御，電力制御の
各制御モ−ドにおける溶接性を比較すると，電流制御で
は，パタ−ン幅の変化に伴い溶接出来る電流値も大きく
変化している。これに対して，電圧制御では，パタ−ン
幅の変化に対して電圧値はほとんど変化していない。

【００３４】以上の結果，プリント基板１０（図７）の
パタ−ンを修復する場合には，パタ−ン幅の変換毎に設
定値を変える必要がなく，一定した溶接品質が得られる
のは電圧制御である。この電圧制御は，その他センサの
リ−ド（プラチナリ−ド）の溶接にも使用される。

【００３５】図４はステンレスワイヤの溶接強度と引っ
張り強度との関係を示すグラフで，酸化の有無による溶
接性の相違を示しており，同一のエネルギ−条件で，試
料として，０．０６Φのステンレスワイヤとワイヤとを
交差させ，１点で溶接する際，酸化しているものと酸化
していないものとで溶接強度の変化を測定した結果を示
している。直線Ｅは設定値１．２５Ｖの時の電圧制御，
直線Ｆは設定値３６０Ａの時の電流制御，直線Ｇは設定
値４５０Ｗの時の電力制御の場合をそれぞれ示してい
る。なお，アップスロ−ブ５ｍｓ，溶接時間５ｍｓ，ダ
ウンスロ−ブ５ｍｓで測定した。

【００３６】この図から明らかであるように，電流制御
による溶接が最も強度が強く，ばらつきも少ない。電圧
制御の場合は，ステンレスの酸化したものに対して全く
溶接ができなかった。このような結果から電流制御は，
酸化膜や油膜等，接触抵抗にばらつきがあるものに適し
ている。

【００３７】図５はヒ−タチップＴに電流を流して発熱
させ，温度の変化を測定した結果を示すグラフで，直線
Ｅは設定値０．５５Ｖの時の電圧制御，直線Ｆは設定値
３０９Ａの時の電流制御，直線Ｇは設定値１７０Ｗの時
の電力制御の場合をそれぞれ示している。到達温度は約
２００度，約２ｍΩのヒ−タチップＴに５０ｍｓの間，
３００Ａの大電流を流し，３秒おいて三度この大電流を
流すという連続実験を行った。なお，ヒ−タチップＴの
材質はモリブデン製であり，このヒ−タチップＴで，Ｅ
熱電対線により検出した温度を測定した。なお，アップ
スロ−ブ２０ｍｓ溶接時間５０ｍｓで測定した。

【００３８】その結果，図５から明らかであるように，
電圧制御では到達温度は除々に下降し，電流制御の場合
には，到達温度が除々に上昇し，電力制御の場合には，
一番温度変化が少なく安定した結果が得られた。なお，
この電力制御の他の使用例としては，電子銃，ランプ，
ソ−ラバッテリの組み立て等に適している。

【００３９】

【発明の効果】この発明は，パワ−トランジスタで電流
を制御して溶接するトランジスタ式の抵抗溶接電源にお
いて，最適な溶接条件としての電圧と電流と電力とを，
それぞれ帰還制御用の設定値として入力され記憶すると
ともに，演算制御するＣＰＵ部と，パワ−トランジスタ
の出力側に接続されて，このパワ−トランジスタからの
電流を検出する電流検出器と，この電流検出器を介して
パワ−トランジスタの出力側に接続されている溶接電極
と，この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出
部と，この電圧検出部からの電圧と電流検出器からの電
流とをそれぞれ増幅するとともに，この検出された電圧
と電流とから電力を算出する増幅乗算部と，この増幅乗
算部からの帰還用の電圧と電流と電力とを，Ａ／Ｄ変換
してＣＰＵ部に入力し，この各帰還値とＣＰＵ部に設定
されている帰還制御用の設定値とをそれぞれ比較制御し
た後，その結果をＤ／Ａ変換してパワ−トランジスタに
それぞれ帰還して，このパワ−トランジスタをそれぞれ
３つの制御モ−ドのいずれかで制御する電圧・電流・電
力制御部と，３つの制御モ−ドのいずれかを選択するた
めの選択出力を，電圧・電流・電力制御部に付与する溶
接条件設定部とを備え，３つの制御モ−ドのいずれか選
択された制御モードでパワ−トランジスタを帰還制御す
るようにしたので，被溶接物に合わせて最適な制御モ−
ドを選択することが出来，高品質の溶接が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す構成図である。

【図２】この発明の実施例を示すもので，図１の詳細構
成図である。

【図３】パタ−ン幅の変化による設定値の変動率を示す
グラフである。

【図４】ステンレスワイヤの溶接強度と引っ張り強度と
の関係を示すグラフである。

【図５】ヒ−タチップの温度変化を測定した結果を示す
グラフである。

【図６】従来例を示す構成図である。

【図７】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

４ パワ−トランジスタ ５ 溶接電極 ２０ 電流検出器 ２１ 増幅乗算部 ２２ 電圧・電流・電力制御部 ２２Ｄ ＣＰＵ部 ２３ 溶接条件設定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パワ−トランジスタで電流を制御して溶
   接するトランジスタ式の抵抗溶接電源において，最適な
   溶接条件としての電圧と電流と電力とを，それぞれ帰還
   制御用の設定値として入力され記憶するとともに，演算
   制御するＣＰＵ部と，前記パワ−トランジスタの出力側
   に接続されて，このパワ−トランジスタからの電流を検
   出する電流検出器と，この電流検出器を介して前記パワ
   −トランジスタの出力側に接続されている溶接電極と，
   この溶接電極に印加される電圧を検出する電圧検出部
   と，この電圧検出部からの電圧と前記電流検出器からの
   電流とをそれぞれ増幅するとともに，この検出された電
   圧と電流とから電力を算出する増幅乗算部と，この増幅
   乗算部からの帰還用の電圧と電流と電力とを，Ａ／Ｄ変
   換して前記ＣＰＵ部に入力し，この各帰還値と前記ＣＰ
   Ｕ部に設定されている帰還制御用の設定値とをそれぞれ
   比較制御した後，その結果をＤ／Ａ変換して前記パワ−
   トランジスタにそれぞれ帰還して，このパワ−トランジ
   スタをそれぞれ３つの制御モ−ドのいずれかで制御する
   電圧・電流・電力制御部と，３つの制御モ−ドのいずれ
   かを選択するための選択出力を，前記電圧・電流・電力
   制御部に付与する溶接条件設定部と，を備え，前記３つ
   の制御モ−ドのいずれか選択された制御モードで前記パ
   ワ−トランジスタを帰還制御することを特徴とする抵抗
   溶接電源。