(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に接続される充電回路と、
該充電回路によって充電される溶接用コンデンサと、
該溶接用コンデンサに充電されたエネルギーを放電させる放電用スイッチと、
１次巻線及び２次巻線を有する溶接トランスと、
前記放電用スイッチを少なくとも導通させる制御回路と、
前記２次巻線の一方の端子に接続される第1の溶接電極と前記２次巻線の他方の端子に接続される第２の溶接電極と、を備え、
前記充電回路によって前記溶接用コンデンサが設定電圧まで充電された後に前記放電用スイッチを導通させ、前記溶接用コンデンサに充電されたエネルギーを前記溶接トランスの前記1次巻線と前記２次巻線とを介して放電させることによって、前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との間に溶接電流を流して被溶接物を抵抗溶接する溶接機であって、
前記充電回路は少なくとも正極性充電用スイッチと負極性充電用スイッチとを有する両極性充電回路であり、
前記溶接用コンデンサは、前記充電回路と前記溶接トランスの前記１次巻線との間に挿入される無極性のコンデンサであり、
前記放電用スイッチは、前記溶接用コンデンサと前記溶接トランスの前記１次巻線とを有する経路に前記放電電流が双方向に流れるように挿入され、
前記制御回路は、いずれかの極性で設定電圧に充電された前記溶接用コンデンサからの前記放電電流が前記溶接トランスの前記１次巻線に交互に双方向で流れるように前記放電用スイッチを導通させ、
前記放電電流が流れる期間に前記放電電流が流れる経路に存在する前記溶接トランスに含まれる励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、又は前記溶接トランスとは別個のインダクタ手段のインダクタンスを有するインダクタンス成分にエネルギーを蓄積し、前記インダクタンス成分に蓄積されたエネルギーによって、前記溶接用コンデンサが前記設定電圧の極性とは逆極性の電圧に充電され、前記正極性充電用スイッチ又は前記負極性充電用スイッチが導通して前記設定電圧とは逆極性の前記電圧から逆極性の前記設定電圧まで前記溶接用コンデンサを充電させることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
【請求項２】
請求項１において、
前記両極性充電回路は、前記入力端子に接続された１次巻線と、前記正極性充電用スイッチ及び前記負極性充電用スイッチが直接的に又は整流器を通して接続された２次巻線とを有する電源トランスを備えることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
【請求項３】
請求項２に記載のコンデンサ式抵抗溶接機において、
前記両極性充電回路は、前記制御回路からの位相制御信号により位相制御される少なくとも２つの半導体スイッチと２つの整流ダイオードとがブリッジ構成に接続される位相制御型全波整流回路又は少なくとも４個の整流ダイオードがブリッジ構成に接続される全波整流回路と、
前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の一方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの一端との間に接続される第１の充電用スイッチと、
前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の他方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの他端との間に接続される第２の充電用スイッチと、
前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の一方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの他端との間に接続される第３の充電用スイッチと、
前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の他方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの一端との間に接続される第４の充電用スイッチと、
を備え、
前記電源トランスの前記２次巻線の一端は前記半導体スイッチと前記整流ダイオードとが直列に接続される一方の接続部又は２つの前記整流ダイオードが直列に接続される一方の接続部に接続されると共に、前記電源トランスの前記２次巻線の他端は前記半導体スイッチと前記整流ダイオードとが直列に接続される他方の接続部又は２つの前記整流ダイオードが直列に接続される他方の接続部に接続され、
少なくとも前記第１の充電用スイッチと前記第２の充電用スイッチとは前記正極性充電用スイッチとして動作し、少なくとも前記第３の充電用スイッチと前記第４の充電用スイッチとは前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
【請求項４】
請求項２に記載のコンデンサ式溶接機において、
前記両極性充電回路は、第１の双方向充電用スイッチと、第２の双方向充電用スイッチと、互いに直列に接続される第１の倍電圧用コンデンサと第２の倍電圧用コンデンサとを備える倍電圧充電回路であり、
互いに直列に接続される前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが前記溶接用コンデンサの一端と他端との間に接続され、
互いに直列に接続される第１の倍電圧用コンデンサと第２の倍電圧用コンデンサとが前記溶接用コンデンサの一端と他端との間に接続され、
前記電源トランスの前記２次巻線の一端は前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが直列に接続される接続部に接続されると共に、前記電源トランスの前記２次巻線の他端は前記第１、第２の倍電圧用コンデンサが直列に接続される接続部に接続され、
前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとは、前記正極性充電用スイッチと前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
【請求項５】
請求項２に記載のコンデンサ式溶接機において、
前記両極性充電回路における前記電源トランスは、前記１次巻線と第１の２次巻線と第２の２次巻線とを有し、
前記第１の２次巻線の一端と前記第２の２次巻線の一端とが接続される接続部は前記溶接用コンデンサの他端に接続され、
第１の双方向充電用スイッチが前記第１の２次巻線の他端と前記溶接用コンデンサの一端との間に直列に接続され、
第２の双方向充電用スイッチが前記第２の２次巻線の他端と前記溶接用コンデンサの一端との間に直列に接続され、
前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが前記正極性充電用スイッチと前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充電回路により溶接用コンデンサに蓄えたエネルギーを溶接トランスを介して短時間で溶接電極間に放電することによって被溶接物を抵抗溶接するコンデンサ式抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサ式抵抗溶接機は、放電時間に比べて長い時間をかけて溶接用コンデンサに溶接電力を蓄え、それを短時間で一気に放電するので、一般的な交流溶接機に比べて、受電設備が大容量化しないという設備面での利点があるばかりでなく、被溶接物が加熱される度合いが小さいので、溶接箇所の溶接痕（焼け）がほとんど無く、また歪なども小さいという利点を有することから小型から大型までの産業設備で採用されている。
【０００３】
コンデンサ式抵抗溶接機は、一般的に多数の電解コンデンサを並列接続してなるコンデンサバンクを溶接用コンデンサとして用いている。コンデンサ式抵抗溶接機による抵抗溶接方法は広く知られているので詳しく説明しないが、充電回路によって溶接用コンデンサを充電し、溶接用コンデンサの充電電圧が所定の電圧、例えば４５０Ｖ程度まで上昇すると、充電回路をオフにし、放電用スイッチをオンさせることにより、溶接トランスの１次巻線に急峻に増大するパルス状の電流を流す。溶接トランスの２次巻線は１ターン程度であって、１次巻線の巻数よりも大幅に少ないので、２次巻線には１次側電流よりも大幅に大きなパルス状の溶接電流が流れ、この溶接電流が溶接電極を通して被溶接物に流れることによって、被溶接物が抵抗溶接される。
【０００４】
ここで一つ問題となるのは、溶接トランスの偏励磁である。一般に、トランスの１次巻線に両方向の電圧が印加されるとき、ある方向の電圧・時間積が他方向の電圧・時間積よりも大きい場合には、それら電圧・時間積の差に対応する分だけ偏励磁し、その正極性又は負極性に偏った点で安定に動作するが、１次側電流に見合った２次側電流が得られないことが知られている。溶接トランスの偏励磁対策を施さないコンデンサ式抵抗溶接機にあっては、溶接用コンデンサから溶接トランスの１次巻線に一方向の電圧が印加される、言い換えれば一方向に電流が流れるので、溶接トランスの偏励磁が大きくなるのは当然である。
【０００５】
溶接トランスの偏励磁が大きくなると、１次巻線を流れる放電電流に見合った本来得られる溶接電流よりもかなり小さな溶接電流が２次巻線に流れるだけとなる。１次巻線の巻数と２次巻線との巻数との巻数比（１次巻線の巻数／２次巻線との巻数）が、例えばＮ倍のとき、前記偏励磁がほぼゼロないしは小さい点で動作すれば、１次巻線を流れる放電電流のほぼＮ倍の大きさの溶接電流が２次巻線に流れるが、溶接トランスの偏励磁が大きくなった状態で動作すると、２次巻線を流れる溶接電流は１次巻線を流れる放電電流のＮ倍よりもかなり小さくなってしまう。したがって、従来の場合には、電力効率の低下を見込んで所望の溶接電力を得ることができるように溶接トランスをより大型化させるか、あるいは溶接トランスの偏励磁を抑制する対策が採られている（例えば、特許文献１参照）。溶接トランスをより大型化させるのは、溶接機全体の重量を増大させるばかりでなく、コストアップを招来するなど好ましくないので、溶接トランスの偏励磁を抑止する対策を施す場合が多い。
【０００６】
溶接トランスの偏励磁を防止する有効な従来の対策としては、電解コンデンサからなる溶接用コンデンサの正極性の充電電荷を溶接トランスの１次巻線に交互の方向に放電して放電電流を流すことが古くから行われており、例えば前掲の特許文献１に記載されている。従来の場合には、充電回路によって溶接用コンデンサを予め決めた一定の極性に充電し、溶接用コンデンサに蓄えたその所定の極性のエネルギーを、溶接用コンデンサと溶接トランスとの間に配置した転極回路又はインバータ回路を通して放電することにより、溶接用コンデンサから溶接トランスの１次巻線に交互の方向にほぼ等しい放電電流を流す。
【０００７】
このようにして溶接トランスの偏励磁を抑制して電力効率の低下を抑えているが、従来のコンデンサ式抵抗溶接機にはもう一つ電力効率を低下させる問題があった。溶接用コンデンサに充電されたエネルギーが溶接トランスの１次巻線を通して放電されるとき、その放電されたエネルギーの一部分が前記充電エネルギーの極性とは逆の極性で溶接用コンデンサに充電されるので、次の充電動作開始までに、この逆極性のエネルギーを放電している。この逆極性のエネルギーの放電は、溶接用コンデンサに並列接続された逆極性電力消費用回路を通して行うことによって、前記逆極性のエネルギーは無駄に消費され、発熱を大きくしており、電力効率を低下させていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
いずれにせよ従来のコンデンサ式抵抗溶接機は、溶接用コンデンサとして有極性（単極性）の電解コンデンサを用い、充電回路によって溶接用コンデンサを予め決めた極性に充電していたので、溶接トランスの１次巻線に交互の方向に放電電流を流す対策、及び溶接用コンデンサに充電された前述の逆極性のエネルギーの消費対策などを講じなければならなかった。このため、電力効率を向上させるのには限度があり、それら対策費用としてコストがアップし、また、発熱が大きいなど環境面からも問題が無いとは言えなかった。また、溶接用コンデンサとして用いられている有極性の電解コンデンサは耐圧が十分に高いとは言えず、溶接電流を更に大電流化する上で障害となることも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４―１６７５４１号公報
【特許文献２】特開２００２―１５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、溶接用コンデンサに充電された溶接用エネルギーを溶接用トランスの１次巻線に交互の方向（両方向）に偏励磁対策を講じなければならないこと、及び溶接用コンデンサに充電された溶接用エネルギーの一部分のエネルギーは溶接に使用されずに前記逆極性電力消費回路によって無駄に消費され、また、その発熱も大きいので、環境上、経済上から好ましくないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、前述の課題を解決するために、入力端子に接続される充電回路と、この充電回路によって充電される溶接用コンデンサと、この溶接用コンデンサに充電されたエネルギーを放電させる放電用スイッチと、１次巻線及び２次巻線を有する溶接トランスと、前記放電用スイッチを少なくとも導通させる制御回路と、前記２次巻線の一方の端子に接続される第1の溶接電極と前記２次巻線の他方の端子に接続される第２の溶接電極とを備え、前記充電回路によって前記溶接用コンデンサが設定電圧まで充電された後に前記放電用スイッチを導通させ、前記溶接用コンデンサに充電されたエネルギーを前記溶接トランスの前記1次巻線と前記２次巻線とを介して放電させることによって、前記第１の溶接電極と前記第２の溶接電極との間に溶接電流を流して被溶接物を抵抗溶接する溶接機であって、前記充電回路は少なくとも正極性充電用スイッチと負極性充電用スイッチとを有する両極性充電回路であり、前記溶接用コンデンサは、前記充電回路と前記溶接トランスの前記１次巻線との間に挿入される無極性のコンデンサであり、前記放電用スイッチは、前記溶接用コンデンサと前記溶接トランスの前記１次巻線とを有する経路に前記放電電流が双方向に流れるように挿入され、前記制御回路は、いずれかの極性で設定電圧に充電された前記溶接用コンデンサからの前記放電電流が前記溶接トランスの前記１次巻線に交互に双方向で流れるように前記放電用スイッチを導通させ、前記放電電流が流れる期間に前記放電電流が流れる経路に存在する前記溶接トランスに含まれる励磁インダクタンス、漏れインダクタンス、又は前記溶接トランスとは別個のインダクタ手段のインダクタンスを有するインダクタンス成分にエネルギーを蓄積し、前記インダクタンス成分に蓄積されたエネルギーによって、前記溶接用コンデンサが前記設定電圧の極性とは逆極性の電圧に充電され、前記正極性充電用スイッチ又は前記負極性充電用スイッチが導通して前記設定電圧とは逆極性の前記電圧から逆極性の前記設定電圧まで前記溶接用コンデンサを充電させることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案する。
【００１２】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記両極性充電回路は、前記入力端子に接続された１次巻線と、前記正極性充電用スイッチ及び前記負極性充電用スイッチが直接的に又は整流器を通して接続された２次巻線とを有する電源トランスを備えることを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案する。
【００１３】
第３の発明は、前記第２の発明において、前記両極性充電回路は、前記制御回路からの位相制御信号により位相制御される少なくとも２つの半導体スイッチと２つの整流ダイオードとがブリッジ構成に接続される位相制御型全波整流回路又は少なくとも４個の整流ダイオードがブリッジ構成に接続される全波整流回路と、前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の一方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの一端との間に接続される第１の充電用スイッチと、前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の他方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの他端との間に接続される第２の充電用スイッチと、前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の一方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの他端との間に接続される第３の充電用スイッチと、前記位相制御型全波整流回路又は全波整流回路の他方の直流出力端子と前記溶接用コンデンサ又は放電用スイッチの一端との間に接続される第４の充電用スイッチとを備え、前記電源トランスの前記２次巻線の一端は前記半導体スイッチと前記整流ダイオードとが直列に接続される一方の接続部又は２つの前記整流ダイオードが直列に接続される一方の接続部に接続されると共に、前記電源トランスの前記２次巻線の他端は前記半導体スイッチと前記整流ダイオードとが直列に接続される他方の接続部又は２つの前記整流ダイオードが直列に接続される他方の接続部に接続され、  少なくとも前記第１の充電用スイッチと前記第２の充電用スイッチとは前記正極性充電用スイッチとして動作し、少なくとも前記第３の充電用スイッチと前記第４の充電用スイッチとは前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案する。
【００１４】
第４の発明は、前記第２の発明において、前記両極性充電回路は、第１の双方向充電用スイッチと、第２の双方向充電用スイッチと、互いに直列に接続される第１の倍電圧用コンデンサと第２の倍電圧用コンデンサとを備える倍電圧充電回路であり、互いに直列に接続される前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが前記溶接用コンデンサの一端と他端との間に接続され、互いに直列に接続される第１の倍電圧用コンデンサと第２の倍電圧用コンデンサとが前記溶接用コンデンサの一端と他端との間に接続され、前記電源トランスの前記２次巻線の一端は前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが直列に接続される接続部に接続されると共に、前記電源トランスの前記２次巻線の他端は前記第１、第２の倍電圧用コンデンサが直列に接続される接続部に接続され、前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとは、前記正極性充電用スイッチと前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案する。
【００１５】
第５の発明は、前記第２の発明において、前記両極性充電回路における前記電源トランスは、前記１次巻線と第１の２次巻線と第２の２次巻線とを有し、前記第１の２次巻線の一端と前記第２の２次巻線の一端とが接続される接続部は前記溶接用コンデンサの他端に接続され、第１の双方向充電用スイッチが前記第１の２次巻線の他端と前記溶接用コンデンサの一端との間に直列に接続され、  第２の双方向充電用スイッチが前記第２の２次巻線の他端と前記溶接用コンデンサの一端との間に直列に接続され、前記第１の双方向充電用スイッチと前記第２の双方向充電用スイッチとが前記正極性充電用スイッチと前記負極性充電用スイッチとして動作することを特徴とするコンデンサ式抵抗溶接機を提案する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、両極性の溶接用コンデンサに交互に異なる極性で充電されたエネルギーを放電させるときに、そのエネルギーの極性とは逆の極性でエネルギーの一部分が溶接用コンデンサに充電されるので、その逆極性で充電されたエネルギーを次の溶接時に使用して電力効率を向上させることができ、溶接用コンデンサの充電時間を短縮することも可能である。また、溶接トランスの偏励磁を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための図面である。
【図２】本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための電圧波形図と電流波形図である。
【図３】本発明の実施形態２に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための図面である。
【図４】本発明の実施形態３に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための図面である。
【図５】本発明の実施形態４に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための電圧波形図と電流波形図である。
【図６】本発明の実施形態５に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、両極性の溶接用コンデンサを交互に正、負の極性の設定電圧値まで充電し、溶接用コンデンサの充電電荷を溶接トランスの１次巻線に交互の方向に放電して抵抗溶接する際に、放電電流が流れる経路のインダクタンスと溶接用コンデンサのキャパシタンスとによる振動（共振）作用によって、放電された充電電荷の一部分を溶接用コンデンサに逆極性に充電し、次回の抵抗溶接でそのネルギーを再使用する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一の名称の部材を示すものとする。本発明で用いる抵抗溶接という用語は、溶接箇所の発熱により双方の金属が溶融してナゲットが形成される抵抗溶接だけではなく、溶接箇所の発熱により双方の金属が塑性流動化して接合される拡散接合も含む。
【００１９】
［実施形態１］
図１及び図２によって本発明に係る実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための図面である。図２は、本発明に係るコンデンサ式抵抗溶接機を説明するための電圧波形図と電流波形図である。本実施形態１の説明においては、図１及び図２を適宜参照することとする。なお、各種検出回路など、本発明を説明するのに特に必要とされない機構や回路などについては図示するのを省略する。他の実施形態でも同様である。
【００２０】
本発明に係る実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機は、入力端子１、２に接続される充電回路３と、充電回路３によって充電される無極性の溶接用コンデンサ４と、溶接用コンデンサ４に充電されたエネルギーを放電させる放電用スイッチ６と、放電用スイッチ６に直列に接続される１次巻線５Ａ及び２次巻線５Ｂとを有する溶接トランス５と、放電用スイッチ６を少なくともオンさせる制御回路９と、２次巻線５Ｂの一方の端子に接続される第１の溶接電極７と２次巻線５Ｂの他方の端子に接続される第２の溶接電極８とを備える。コンデンサ式抵抗溶接機は、充電回路３によって溶接用コンデンサ４が設定電圧Ｖ１まで充電された後に放電用スイッチ６を導通させ、溶接用コンデンサ４に充電されたエネルギーを溶接トランス５の１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとを介して放電させることによって、第１の溶接電極７と第２の溶接電極８との間に溶接電流を流して被溶接物Ｗ１、Ｗ２を抵抗溶接する。
【００２１】
充電回路３は、少なくとも正極性充電用スイッチ３Ｃ、３Ｄと負極性充電用スイッチ３Ｅ、３Ｆとからなる両極性充電回路である。溶接用コンデンサ４は、充電回路３と溶接トランス５の１次巻線５Ａとの間に挿入される無極性のコンデンサである。放電用スイッチ６Ｂと６Ａとは、溶接用コンデンサ４と溶接トランス５の１次巻線５Ａとを有する経路に放電電流Ｉｄ又は−Ｉｄが双方向、例えば図１の矢印Ｘと矢印Ｙ方向に流れるように挿入される。
【００２２】
動作の詳細については後述するが、本発明に係る実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機では、制御回路９は、いずれかの極性、充電端子ａが充電端子ｂに対して正となる極性又は充電端子ａが充電端子ｂに対して負となる極性で設定電圧Ｖ１又は−Ｖ１に充電された溶接用コンデンサ４からの放電電流Ｉｄ又は−Ｉｄが溶接トランス５の１次巻線５Ａに交互に双方向、図１の矢印Ｘ又は矢印Ｙ方向で流れるように放電用スイッチ６Ｂ又は６Ａを導通させる。放電電流Ｉｄ又は−Ｉｄが流れる期間の時刻ｔ１〜ｔ２又は時刻ｔ７〜ｔ８に放電電流Ｉｄ又は−Ｉｄが流れる経路に存在するインダクタンス成分１０にエネルギーが蓄積され、インダクタンス成分１０に蓄積されたエネルギーによって、溶接用コンデンサ４が設定電圧Ｖ１又は−Ｖ１の極性とは逆極性の電圧−Ｖ２又はＶ２に充電され、正極性充電用スイッチ３Ｃ、３Ｄ又は前記負極性充電用スイッチ３Ｅ、３Ｆが導通して設定電圧Ｖ１又は−Ｖ１とは逆極性の前記電圧−Ｖ２又はＶ２から逆極性の前記設定電圧−Ｖ１又はＶ１まで溶接用コンデンサ４を充電させる。
【００２３】
次に、図１に示す具体的な構成等について説明する。入力端子１、２間の先には直流電源又は交流電源が接続され、充電器３に電力を供給する。なお、この直流電源又は交流電源は本発明の必須の構成要素ではない。充電回路３は、特に回路構成に制限されることなく、入力端子１、２から入力される電力が溶接用コンデンサ４を充電するものであるとともに、充電終了後には溶接用コンデンサ４から電気的に切り離せるものであればよい。充電回路３の具体的な構成及び動作については後述する。また、図１では交流入力電力が単相交流の場合について示しているが、三相交流であっても勿論よい。交流入力電力が三相交流電力の場合には広く知られている半導体スイッチと整流ダイオードとを三相ブリッジ構成に接続してなる三相位相制御型整流回路を用い、三相位相制御型整流回路によって三相交流入力電力を所望の値の直流電力に変換すればよい。また、以降に説明する実施形態２〜５に係るコンデンサ式抵抗溶接機の場合についても同様である。
【００２４】
先ず、両極性充電回路３について説明する。電源トランス３Ａの１次巻線３Ａ１は、例えば単相の商用交流入力電力を受電する入力端子１と２に接続される。後述する理由から、電源トランス３Ａは、従来の電源トランスの１次巻線と２次巻線との巻数比（２次巻線の巻数／１次巻線の巻数）に比べて大きな巻数比となる巻数を有する２次巻線３Ａ２を備える。電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２に接続される位相制御型全波整流器３Ｂは、制御端子を有するサイリスタのような半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２及び整流ダイオード３Ｂ３と３Ｂ４をブリッジ構成に接続してなる。
【００２５】
２次巻線３Ａ２の一端は互いに直列接続された半導体スイッチ３Ｂ１と整流ダイオード３Ｂ３との接続部に接続され、２次巻線３Ａ２の他端は互いに直列接続された半導体スイッチ３Ｂ２と整流ダイオード３Ｂ４との接続部に接続される。半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２のカソード同士が接続され、それらカソードは位相制御型全波整流器３Ｂの正の直流出力側となる。また、整流ダイオード３Ｂ３と３Ｂ４のアノード同士が接続され、それらアノードが位相制御型全波整流器３Ｂの負の直流出力側となる。なお、整流ダイオード３Ｂ４、３Ｂ４は半導体スイッチ３Ｂ１、３Ｂ２と同様な半導体スイッチであっても構わない。また、半導体スイッチ３Ｂ１と整流ダイオード３Ｂ３との上下の位置が入れ替わってもよい。半導体スイッチ３Ｂ２と整流ダイオード３Ｂ４とについても同様である。
【００２６】
制御端子を有するＳＣＲと称されるサイリスタのような第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆが位相制御型全波整流器３Ｂの直流出力側に接続される。第１の充電用スイッチ３Ｃは、そのアノードが位相制御型全波整流器３Ｂの前記正の直流出力側に接続され、そのカソードが充電端子ａに接続される。第２の充電用スイッチ３Ｄは、そのアノードが充電端子ｂに接続され、そのカソードが位相制御型全波整流器３Ｂの前記負の直流出力側に接続される。第３の充電用スイッチ３Ｅは、そのアノードが位相制御型全波整流器３Ｂの前記正の直流出力側に接続され、そのカソードが充電端子ｂに接続される。第４の充電用スイッチ３Ｆは、そのアノードが充電端子ａに接続され、そのカソードが位相制御型全波整流器３Ｂの前記負の直流出力側に接続される。
【００２７】
第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは、充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性の電圧になるように溶接用コンデンサ４を充電する。第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆは、充電端子ｂが充電端子ａに対して正極性の電圧になるように溶接用コンデンサ４を充電する。両極性充電回路３は、前述した電源トランス３Ａと位相制御型全波整流器３Ｂと第１充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆとからなり、溶接用コンデンサ４を両極性に、つまり交互に異なる極性に充電するところに特徴がある。ここで、半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２及び第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは、正極性充電用スイッチを構成し、半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２及び第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆは負極性充電用スイッチを構成する。
【００２８】
なお、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆはサイリスタのような半導体スイッチではなく、不図示の磁気回路によって開閉制御されるリレー接点のような機械的な開閉素子であってもよい。溶接用コンデンサ４の正、負極性の充電時間はその放電時間よりもかなり長く、例えば５０Ｈｚの周波数の交流入力の数十サイクルである。溶接用コンデンサ４を正の極性の電圧に充電する充電時間中、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄとがオンであり、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆはオフである。溶接用コンデンサ４を負の極性の電圧に充電する充電時間中、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆとがオンであり、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄとオフである。このように、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆの動作サイクルは、商用交流入力周波数５０Ｈｚの内の１サイクルに比べて十分に長いので、機械的な開閉素子でも容易に制御可能である。なお、後述するように、溶接用コンデンサ４に充電された充電電荷の放電時にはこれら開閉素子すべてが開いているのが好ましい。
【００２９】
充電用コンデンサ４は複数の無極性（両極性）のコンデンサを並列に接続したコンデンサバンクからなり、充電回路３と溶接トランス５の１次巻線５Ａとの間に挿入される。具体的には充電端子ａと充電端子ｂとの間に接続される。ここで、無極性のコンデンサとは、コンデンサの２つの端子の極性が無い、つまり、正又は負の両方の極性を取ることができるコンデンサのことをいう。本発明に用いるコンデンサは、現在用いられている電解コンデンサの最大の充電電圧に比べて高い電圧値に充電可能で、比較的大きな充電容量を得ることができる無極性のコンデンサ、例えばポリプロピレンフィルムコンデンサ又は油浸された電気絶縁紙を誘電体として用いているオイルコンデンサなどからなる。
【００３０】
例えば、ポリプロピレンフィルムコンデンサ又は油浸された電気絶縁紙などを誘電体に用いてなるオイルコンデンサの場合、電解コンデンサの耐圧よりも高いものがあるのは勿論のこと、例えば、電解コンデンサの耐圧４５０Ｖの２倍以上である９００Ｖ以上の耐圧のものもある。このような耐圧の高い両極性のコンデンサを複数個並列接続してなるコンデンサバンクを溶接用コンデンサ４とする場合、容易に溶接用コンデンサ４を有極性の電解コンデンサの最大充電電圧よりも高い所望の電圧まで充電することができる。このことは、基本的に電流が電圧を抵抗で除算した値であることから、溶接電流を容易に増大せることが可能である。
【００３１】
溶接トランス５は、１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとの巻数比Ｎ（１次巻線の巻数／２次巻線の巻数）が十分に大きく、２次巻線５Ｂの巻数は１ターン程度の場合が多い。溶接トランス５には、１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとの磁気結合率に起因する漏れインダクタンスが存在するが、漏れインダクタンスについては後述する。
【００３２】
放電用スイッチ６は、溶接用コンデンサ４と溶接トランス５の１次巻線５Ａとを有する経路に放電電流が双方向に流れるように挿入され、この経路上であればどこに挿入されてもよい。図１では、放電用スイッチ６として放電用スイッチ６Ａ、６Ｂは、サイリスタなどの２つの半導体スイッチを一対として互いに逆向きに並列接続された双方向放電用スイッチであり、溶接トランス５の１次巻線５Ａの一端と充電端子ｂとの間に挿入される。溶接トランス５の１次巻線５Ａの他端と充電端子ａとの間に接続しても勿論よい。放電用スイッチ６はトライアックと称されている双方向のスイッチング特性を選択的に働かせることができる双方向半導体スイッチでもよい。また、放電電流の大きさに対応した個数の半導体スイッチを並列に接続したものであってもよい。
【００３３】
第１の溶接電極７は、溶接トランス５の２次巻線５Ｂの一端に接続され、溶接電極８は、２次巻線５Ｂの他端に接続される。記号Ｗ１、Ｗ２はそれぞれ任意の金属材料からなる第１の被溶接物、第２の被溶接物を示す。なお、Ｗ１、Ｗ２は、同じ金属材料又は異種の金属材料でもよい。なお、第１の溶接電極７、第２の溶接電極８は、図１では上下に配置されているが、横方向に並べて配置し、被溶接物Ｗ１、Ｗ２の２点を同時に抵抗溶接することが可能なシリーズ抵抗溶接に適した電極構造としてもよい。
【００３４】
制御回路９は、放電用スイッチ６Ａと６Ｂの他に、位相制御型全波整流器３Ｂの半導体スイッチ３Ｂ１と半導体スイッチ３Ｂ２とに位相制御信号を与えると共に、第１充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆにオン駆動信号を与える制御機能を有するものである。
【００３５】
記号１０は、溶接用コンデンサ４のエネルギーによって溶接トランス５と放電スイッチ６とを介して放電電流が流れる経路上のインダクタンス成分を等価的に示したものである。具体的には上述の溶接トランス５の１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとの磁気結合の悪さに起因する漏れインダクタンスの他に、溶接用コンデンサ４からの放電電流が流れる溶接トランス５の１次側配線のインダクタンスや、更には２次側の配線インダクタンスなどを１次側に等価的に換算したものも含めた合成インダクタンスである。記号１１は、１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとの抵抗、溶接トランス５の１次側配線の抵抗、２次側配線、及び第１の溶接電極７と第１の溶接電極８と間の抵抗のすべてを１次側に換算した等価抵抗を示す。したがって、合成インダクタンス１０、等価抵抗１１はそれぞれ個別のインダクタ、抵抗器が接続されたものではない。本発明では、後述するように、その漏れインダクタンスを主とする合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサのキャパシタンスとの直列共振（振動）を利用して、逆極性に充電される充電電荷（エネルギー）を次に行われる溶接に利用する。
【００３６】
次に、図２を用いて、実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機の動作説明を行う。本発明を理解し易いように各部材の具体的な数値の一例を以下に挙げる。溶接用コンデンサ４はポリプロピレンフィルムを誘電体として用いるフィルムコンデンサで構成するものとして、溶接用コンデンサ４のキャパシタンスを０．１４Ｆ（１４００００μＦ）、溶接用コンデンサ４の充電電圧の設定電圧Ｖ１を９００Ｖ、合成インダクタンスを４０μＨ、前述した等価抵抗１２を１０ｍΩ、及び溶接トランス５の巻数比Ｎ（１次巻線の巻数／２次巻線の巻数）を２０としてシミュレーションを行った。
【００３７】
図２（Ａ）は、横軸を時間としたときの溶接用コンデンサ４の充電電圧波形Ｖｃである。Ｖ１は溶接用コンデンサ４の充電電圧の設定電圧を示し、Ｖ２は設定電圧Ｖ１のエネルギーを放電したときに溶接用コンデンサ４に逆極性に充電される電圧である。図１に示す充電端子ａが充電端子ｂに対して正のときを正極性とし、充電端子ａが充電端子ｂに対して負のときを負極性とする。図２（Ｂ）は横軸を時間としたときの溶接用コンデンサ４の充放電電流の波形である。波形Ｉｄが正極性の放電電流波形、波形−Ｉｄが負極性の放電電流波形、波形Ｉｃが正極性の充電電流波形、波形−Ｉｃが負極性の充電電流波形を示す。
【００３８】
図２の時刻ｔ０では、正極性の充電期間が完了し、溶接用コンデンサ４は充電端子ａが充電端子ｂに対して正の設定電圧値Ｖ１（ほぼ＋９００Ｖ）に充電されている。この状態では、半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２は導通せず、また、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆは導通していないので、充電電流も放電電流も流れない。少なくとも半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２とがオフ状態、あるいは第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆがオフの状態にあれば、後述するように、溶接用コンデンサ４の充電電荷の放電時に、位相制御型全波整流器３Ｂ及び第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆからなるバイパス回路が形成されることが無いので、溶接用コンデンサ４の充電電荷の放電時に、その充電電荷の一部分が溶接用コンデンサ４に逆極性に充電される。
【００３９】
時刻ｔ１で、制御回路９が駆動信号を双方向放電スイッチ６の半導体スイッチ６Ｂの制御端子に与え、半導体スイッチ６Ｂを導通させる。これに伴い、溶接用コンデンサ４に充電されている充電電荷は充電端子ａ側から溶接トランス５の１次巻線５Ａ及び放電用スイッチ６Ｂを通して急激に放電され、パルス状の正極性の放電電流Ｉｄ（例えば、ピーク値がほぼ３０ｋＡ）が１次巻線５Ａを矢印Ｘ方向に流れる。この放電電流Ｉｄにより、２次巻線５Ｂにはそのほぼ２０倍のパルス状の正極性の溶接電流（例えば、ピーク値がほぼ６００ｋＡ）が流れ、この電流は第１の溶接電極７から被溶接物Ｗ１、Ｗ２を通って第２の溶接電極８を流れ、抵抗溶接が行われる。
【００４０】
正極性の放電電流Ｉｄが１次巻線５Ａを矢印Ｘ方向に流れるとき、溶接用コンデンサのキャパシタンスと合成インダクタンス１０とで振動（共振）することにより、合成インダクタンス１０に一旦蓄えられたエネルギーが溶接用コンデンサ４に移行されて溶接用コンデンサ４を負の極性に充電する。これに伴い、溶接用コンデンサ４の正の電圧は時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で負の電圧に反転され、時刻ｔ２では、負極性の電圧−Ｖ２（例えば、−２００Ｖ）まで充電される。
【００４１】
この動作についてもう少し詳しく説明すると、溶接用コンデンサ４から溶接トランス５と放電スイッチ６とを介して放電電流Ｉｄが流れる経路には、合成インダクタンス１０と等価抵抗１１とが存在する。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の間で溶接用コンデンサ４の電圧がほぼゼロとなった後も、合成インダクタンス１０に蓄積されたエネルギーによって今まで流れていたＸ方向と同方向に放電電流Ｉｄが流れ続ける。合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとの振動（共振）動作によって、溶接用コンデンサ４は、正極性とは逆の負極性、すなわち、充電端子ａが充電端子ｂに対して負極性の電圧に反転される。この動作によって、インダクタンス成分１０に蓄積されていたエネルギーは、溶接用コンデンサ４に移される。この電圧−Ｖ２の絶対値Ｖ２は、溶接用コンデンサ４の充電電荷が放電されるときに等価抵抗１１によって電力消費されるので、設定電圧Ｖ１の絶対値よりも小さくなる。放電用スイッチ６Ｂは、充電端子ｂが充電端子ａに対して正となる極性で溶接用コンデンサ４が充電されるのに伴い、逆バイアスされてオフする。
【００４２】
時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２とがオフであり、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆもオフである。したがって、溶接用コンデンサ４の電圧−Ｖ２はほぼその状態で維持される。
【００４３】
次に、時刻ｔ３で負極性の充電期間が開始され、時刻ｔ４で終了する。時刻ｔ３で、制御回路９は位相制御型全波整流器３Ｂの半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２の位相制御を開始すると共に、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆとにオン駆動信号を与える。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの負極性の充電期間の間、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆには、交流入力の１サイクルよりも長い負極性の充電期間中、その負極性の充電期間にほぼ等しいパルス幅のオン駆動信号が与えられる。なお、この負極性の充電期間では、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは当然にオフ状態にある。例えば、負極性の充電期間は交流入力の数十サイクル、又はそれ以上である。
【００４４】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの負極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルで、充電電流が位相制御型全波整流器３Ｂの正の直流出力端子から、第３の充電用スイッチ３Ｅ、充電端子ｂ、溶接用コンデンサ４、充電端子ａ、第４の充電用スイッチ３Ｆを通して位相制御型全波整流器３Ｂの負の直流出力端子に流れる。この負極性の充電期間では、充電電流−Ｉｃは矢印Ｋの方向に流れ、充電端子ａが充電端子ｂに対して負極性になるように、溶接用コンデンサ４を設定電圧−Ｖ１まで充電する。負極性の充電期間が開始する時刻ｔ３で、溶接用コンデンサ４は前述したように既に電圧−Ｖ２まで充電されているので、その充電期間では電圧差（Ｖ１−Ｖ２）にほぼ相当する充電電荷を充電するだけでよい。よって、前述したように、設定電圧Ｖ１が−９００Ｖで、逆極性充電電圧Ｖ２が−２００Ｖであるとすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷（エネルギー）は電圧値の２乗に比例するので、ほぼ５％の電力を節減することができる。また、溶接用コンデンサ４に負極性で充電されるエネルギーを次の溶接時に使用することができるので、溶接用コンデンサ４の充電時間を短縮することが可能になる。
【００４５】
時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、制御回路９は位相制御型全波整流器３Ｂの半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２の制御端子に位相制御信号を与えず、かつ第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆにオン駆動信号を与えない。したがって、位相制御型全波整流器３Ｂはオフ状態にあり、また、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆもオフの状態にあるので、溶接用コンデンサ４の充電電荷は実質的に放電されず、設定電圧−Ｖ１はそのまま維持される。
【００４６】
次に、時刻ｔ５で、制御回路９は放電用スイッチ６Ａにオン信号を供給する。半導体スイッチ６Ａがオンすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷は放電され、放電電流−Ｉｄが溶接トランス５の１次巻線５Ａを矢印Ｘとは逆方向の矢印Ｙ方向に流れる。放電電流−Ｉｄが溶接トランス５の１次巻線５Ａを矢印Ｙに流れるとき、前述したように、放電電流−Ｉｄが流れる経路上のインダクタンスである合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとが振動（共振）する。この振動（共振）によって放電電流−Ｉｄが流れる経路上に存在する合成インダクタンス１０にエネルギーが一時的に蓄えられる。合成インダクタンス１０に蓄えられたエネルギーは、今まで電流が流れている矢印Ｙ方向と同じ方向に電流を流し続けようとし、充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性の電圧に溶接用コンデンサ４を充電し始める。時刻ｔ５から時刻ｔ６の間で、合成インダクタンス１０に蓄えられたエネルギーが溶接用コンデンサ４に移行され、溶接用コンデンサ４の極性が反転する。
【００４７】
時刻ｔ６では、放電電流−Ｉｄがゼロとなり、溶接用コンデンサ４は充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性の電圧Ｖ２となる。この電圧Ｖ２は、前述したように、溶接用コンデンサ４からの放電エネルギーが等価抵抗１１によって電力消費されるので、設定電圧Ｖ１の値よりも小さくなる。放電用スイッチ６Ａは、充電端子ａが充電端子ｂに対して正となる極性で溶接用コンデンサ４が充電されるのに伴い、逆バイアスされてオフする。したがって、溶接用コンデンサ４の電圧Ｖ２はほぼその状態で維持される。
【００４８】
ここで、正、負極性の充電期間それぞれで溶接用コンデンサ４に充電される充電電荷量は、同様な回路を通して正、負の極性で同じ大きさの設定電圧Ｖ１、−Ｖ１に充電されるので互いにほぼ等しい。したがって、１次巻線５Ａを流れる負極性の放電電流−Ｉｄは、正極性の放電電流Ｉｄと極性が異なるだけで、その電流は正極性の放電電流Ｉｄの電流とほぼ同じである。また、２次巻線５Ｂを流れる溶接電流は１次巻線５Ａを流れる放電電流に比べて溶接トランス５の巻数比ＮのＮ倍で大きくなり、互いに方向が異なるだけで電流はほぼ同じになる。溶接トランス５の鉄心は正、負方向の励磁量がほぼ同じであるので、溶接トランス５は実質的に偏励磁せず、また、正、負極性のいずれでもほぼ同じ大きさの溶接電流で被溶接物Ｗ１、Ｗ２を抵抗溶接することができる。
【００４９】
次に、時刻ｔ７〜時刻ｔ８で示される正極性の充電期間では、時刻ｔ７で、制御回路９は位相制御型全波整流器３Ｂの半導体スイッチ３Ｂ１と３Ｂ２の位相制御を開始すると共に、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄとにオン駆動信号を与える。時刻ｔ７から時刻ｔ８までの正極性の充電期間の間、制御回路９は正極性の充電期間にほぼ等しいパルス幅のオン駆動信号を第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄに与え続ける。したがって、正極性の充電期間中、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄはオン状態、あるいはオンと同様な状態にある。正極性の充電期間では第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆはオフ状態である。
【００５０】
時刻ｔ７から時刻ｔ８までの正極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルでは、充電電流Ｉｃが位相制御型全波整流器３Ｂの正の直流出力端子から、第１の充電用スイッチ３Ｃ、充電端子ａ、溶接用コンデンサ４、充電端子ｂ、第２の充電用スイッチ３Ｄを通して位相制御型全波整流器３Ｂの負の直流出力端子に流れる。この正極性の充電期間では、充電電流Ｉｃは矢印Ｊの方向に流れ、充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性になるように、溶接用コンデンサ４を設定電圧Ｖ１まで充電する。正極性の充電期間が開始する時刻ｔ７で、溶接用コンデンサ４は前述したように既に電圧Ｖ２まで充電されているので、その充電期間では電圧差（Ｖ１−Ｖ２）にほぼ相当する充電電荷を充電するだけでよい。前述したように、設定電圧Ｖ１が９００Ｖで、電圧Ｖ２が２００Ｖであるとすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷（エネルギー）は電圧値の２乗に比例するので、ほぼ５％の電力を節減することができる。また、溶接用コンデンサ４に正極性で充電されるエネルギーを次の溶接時に使用することができるので、溶接用コンデンサ４の充電時間を短縮することが可能になる。
【００５１】
時刻ｔ８から時刻ｔ０に相当する時刻ｔ９までの間では、位相制御型全波整流器３Ｂはオフ状態にあり、また、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆがオフ状態にあるので、溶接用コンデンサ４の充電電荷は実質的に放電されず、設定電圧Ｖ１はそのまま維持される。実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機は前述のような動作を繰り返す。前述から明らかなように、実施形態１のコンデンサ式抵抗溶接機によれば、溶接用コンデンサとして有極性の電解コンデンサを用いずに両極性のコンデンサを用い、交互に異なる正、負の極性にほぼ同じ電流による充電を行っている。また、従来のように転極回路を備えることなく、溶接トランスの１次巻線にほぼ同じ電流の正、負の放電電流量を流すことができる、換言すればほぼ同じ電圧・時間積を印加することができるので、溶接トランスの偏励磁を抑制できる。
【００５２】
さらに、両極性の溶接用コンデンサの充電電圧を有極性の電解コンデンサを用いた場合よりも高くでき、溶接電流をより大電流化できる。また、両極性の溶接用コンデンサからの放電電流の一部分を逆極性に溶接用コンデンサに充電し、次の溶接時にそのエネルギーを利用するので、電力の節減、つまり電力効率を向上させることができ、不要な発熱を低減できる。なお、前述した正又は負の極性の充電期間はプログラミング又はタイマなどで決められた長さの時間であってもよいし、あるいは、溶接用コンデンサ４の充電電圧を検出し、その充電電圧がＶ１又は−Ｖ１になるときに終了する時間であってもよい。このことは、以下に述べる実施形態２〜５でも同じである。
【００５３】
［実施形態２］
図３によって本発明の実施形態２に係るコンデンサ式抵抗溶接機について説明する。実施形態１では両極性充電回路３において、位相制御型全波整流器３Ｂを用いたが、この実施形態２では一般的な回路構成の全波整流器３Ｒを用いている。全波整流器３Ｒを用いたことにより、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄの少なくとも一方、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆの少なくとも一方を位相制御する構成としている。このように両極性充電回路３が実施形態１と異なるので、主に両極性充電回路３及びその動作について説明し、実施形態１と重複する説明については省略する。
【００５４】
全波整流器３Ｒは、ほぼ特性の等しい２個の整流ダイオード３ｒ、３ｒを直列接続した２組のアームを並列に接続してブリッジ構成とする回路構成である。一方の前記アームの２個の整流ダイオード３ｒ、３ｒを直列に接続した部分に、電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の一端が接続される。他方の前記アームの２個の整流ダイオード３ｒ、３ｒを直列に接続した部分に、電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の他端が接続される。
【００５５】
第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆの接続構成は、実施形態１を示す図１と同じであるので、接続構成については説明しないが、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３ＦはＳＣＲと称されるサイリスタのような制御可能な半導体スイッチからなる。制御回路９は、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄのいずれか一方又は双方を位相制御し、また、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆのいずれか一方を位相制御する。ここで、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは正極性充電用スイッチを構成し、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆは負極性充電用スイッチを構成する。
【００５６】
第１の充電用スイッチ３Ｃと第３の充電用スイッチ３Ｅとが位相制御され、第２の充電用スイッチ３Ｄと第４の充電用スイッチ３Ｆは位相制御されない例について、図２を適宜参照しながら説明する。位相制御されない第２の充電用スイッチ３Ｄと第４の充電用スイッチ３Ｆは機械的な開閉素子であってもよい。前述したように、時刻ｔ３では、溶接用コンデンサ４の電圧は、図３の充電端子ａが充電端子ｂに対して負の極性の電圧−Ｖ２に充電されている。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの負極性の充電期間では、制御回路９は第３の充電用スイッチ３Ｅの制御端子に位相制御信号を与えると共に、第４の充電用スイッチ３Ｆの制御端子に前述したオン駆動信号を与える。したがって、負極性の充電期間では交流入力の正、負半サイクル毎に第３の充電用スイッチ３Ｅが制御された位相でオンオフ動作を繰り返し、第４の充電用スイッチ３Ｆには負極性の充電期間にほぼ等しいパルス幅のオン駆動信号が与えられる。負極性の充電期間では、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄはオフ状態のままにある。
【００５７】
負極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルでは、充電電流−Ｉｃが第３の充電用スイッチ３Ｅ、充電端子ｂ、溶接用コンデンサ４、充電端子ａ、第４の充電用スイッチ３Ｆを通して流れる。この負極性の充電期間では、充電電流−Ｉｃは矢印Ｋの方向に流れ、溶接用コンデンサ４を電圧−Ｖ２から設定電圧−Ｖ１まで充電する。時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆのいずれにも、位相制御信号及びオン駆動信号を与えない。したがって、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆはすべてオフ状態にあるので、溶接用コンデンサ４の充電電荷は実質的に放電されず、設定電圧−Ｖ１はそのまま維持される。
【００５８】
次に、時刻ｔ５で、制御回路９は放電用スイッチ６Ａにオン信号を供給する。半導体スイッチ６Ａがオンすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷は溶接トランス５の１次巻線５Ａを通して放電されるが、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆはすべてオフ状態にあるので、放電電流がこれら充電用スイッチを通してバイパスされることは無い。前述した動作と同様に、放電電流−Ｉｄが溶接トランス５の１次巻線５Ａを矢印Ｙに流れるとき、放電電流−Ｉｄが流れる経路上に存在する合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとが振動（共振）する。この振動（共振）によって放電電流−Ｉｄが流れる期間に合成インダクタンス１０にエネルギーが一時的に蓄えられ、合成インダクタンス１０に蓄えられたエネルギーによって、電流は今まで流れていた方向矢印Ｙと同じ方向に流れ続けようとし、充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性の電圧に溶接用コンデンサ４を充電し始める。合成インダクタンス１０に蓄えられたエネルギーは、溶接用コンデンサ４に移行される。
【００５９】
時刻ｔ６で放電電流がほぼゼロになり、溶接用コンデンサ４は電圧Ｖ２に充電される。時刻ｔ７〜時刻ｔ８で示される正極性の充電期間に入る。正極性の充電期間が開始する時刻ｔ７で、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃの制御端子に位相制御信号を与えると共に、第２の充電用スイッチ３Ｄの制御端子にオン駆動信号を与える。したがって、交流入力の半サイクル毎に第１の充電用スイッチ３Ｃは制御された位相でオンオフし、第２の充電用スイッチ３Ｄには正極性の充電期間にほぼ等しいパルス幅のオン駆動信号が与えられる。この正極性の充電期間では、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆはオフである。
【００６０】
時刻ｔ７から時刻ｔ８までの正極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルでは、充電電流Ｉｃが第１の充電用スイッチ３Ｃ、充電端子ａ、溶接用コンデンサ４、充電端子ｂ、第２の充電用スイッチ３Ｄを通して流れる。正極性の充電期間では、充電電流Ｉｃは矢印Ｋとは逆方向の矢印Ｊの方向に流れ、溶接用コンデンサ４を設定電圧Ｖ１まで充電する。
【００６１】
なお、正、負極性の充電期間が開始するときには、溶接用コンデンサ４は前述したように既に電圧Ｖ２まで充電されているので、その充電期間では電圧差（Ｖ１−Ｖ２）にほぼ相当する充電電荷を充電するだけでよい。前述したように、設定電圧Ｖ１又は−Ｖ１が９００Ｖ又は−９００Ｖで、電圧Ｖ２又は−Ｖ２が２００Ｖ又は−２００Ｖであるとすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷（エネルギー）は電圧値の２乗に比例するので、ほぼ５％の電力を節減することができる。また、合成インダクタンス１０に蓄積されたエネルギーによって溶接用コンデンサ４に充電されるエネルギーを次の溶接時に使用することができるので、溶接用コンデンサ４の充電時間を短縮することが可能になる。
【００６２】
この実施形態２のコンデンサ式抵抗溶接機においても、前述したように、正、負極性の充電期間それぞれで溶接用コンデンサ４に充電される充電電荷量はほぼ等しい。したがって、正、負極性の放電電流もほぼ等しいので、溶接トランス５の鉄心は正、負方向の励磁量がほぼ同じであり、溶接トランス５は実質的に偏励磁を生じない。また、有極性の電解コンデンサに比べて充電電圧の高い両極性のコンデンサを溶接用コンデンサ４として用いているので、溶接電流をより大電流化できる。更に、溶接用コンデンサとして両極性のコンデンサを用いているので、溶接用コンデンサからの放電電流の一部分を逆極性に溶接用コンデンサに充電し、次の溶接時にそのエネルギーを利用するので、電力の節減、つまり電力効率を向上させることができるなど実施形態１と同様な効果が得られる。
【００６３】
以上では、第１の充電用スイッチ３Ｃと第３の充電用スイッチ３Ｅとが位相制御され、第２の充電用スイッチ３Ｄと第４の充電用スイッチ３Ｆは位相制御されない例について説明したが、それらが逆であってもよい。また、正極性の充電期間で第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄの双方が同一の位相で制御され、負極性の充電期間で第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆの双方が同一の位相で制御されてもよい。この場合には、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆのすべてが半導体スイッチであることが好ましい。
【００６４】
［実施形態３］
図４によって本発明に係る実施形態３に係るコンデンサ式抵抗溶接機について説明する。この実施例３では、両極性充電回路３が実施形態１、２と異なるので、主に両極性充電回路３及びその動作について説明し、その他の実施形態１〜２と重複する説明については省略する。この実施例３では、両極性充電回路３として、電源トランス３Ａに接続された倍電圧整流回路３Ｓを採用している。倍電圧整流回路３Ｓは、４個のサイリスタのような第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆと倍電圧用コンデンサ３Ｇと倍電圧用コンデンサ３Ｈとからなる。第１の充電用スイッチ３Ｃと第３の充電用スイッチ３Ｅは互いに逆向きに並列接続されて、第１の双方向充電スイッチ３ＣＥを構成する。第２の充電用スイッチ３Ｄと第４の充電用スイッチ３Ｆは互いに逆向きに並列接続されて、第２の双方向充電スイッチ３ＤＦを構成する。
【００６５】
第１の双方向充電スイッチ３ＣＥと第２の双方向充電スイッチ３ＤＦとは直列に接続され、倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈとは直列に接続される。充電端子ａとｂとの間には、直列に接続される第１の双方向充電スイッチ３ＣＥと第２の双方向充電スイッチ３ＤＦと、直列に接続される倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈとがそれぞれ接続される。また、トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の一端が第１の双方向充電スイッチ３ＣＥと第２の双方向充電スイッチ３ＤＦとの接続部に接続され、２次巻線３Ａ２の他端が倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈとの接続部にそれぞれ接続される。ここで、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは、正極性充電用スイッチを構成し、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆは負極性充電用スイッチを構成する。
【００６６】
次に、図２を適宜参照しながら、この倍電圧型の両極性充電回路３の動作について説明する。溶接トランス４の充電電圧の設定電圧値をＶ１とするとき、電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の交流電圧のピーク値がほぼＶ１／２であるものとして説明する。先ず、前述した正極性の充電期間（図２の時刻ｔ７〜ｔ８）の開始時刻ｔ７では、前述したように溶接用コンデンサ４が電圧Ｖ２に充電されている。正極性の充電期間では、制御回路９が第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄに位相制御信号を与える。２次巻線３Ａ２の極性を示す黒点側が交流入力の正の半サイクルでは、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃだけに位相制御信号を与え、第１の充電用スイッチ３Ｃを導通させて倍電圧用コンデンサ３Ｇを充電端子ａ側の端子の方が高い電圧となる図示極性に充電する。倍電圧用コンデンサ３Ｇは電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の電圧Ｖ１／２のほぼ等しい電圧に充電される。
【００６７】
次に、２次巻線３Ａ２の極性を示す黒点側が交流入力の負の半サイクルでは、制御回路９は第２の充電用スイッチ３Ｄだけに位相制御信号を与え、第２の充電用スイッチ３Ｄを導通させて倍電圧用コンデンサ３Ｈを充電端子ｂ側の端子の方が低い電圧となる図示極性に充電する。倍電圧用コンデンサ３Ｈは電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の電圧Ｖ１／２のほぼ等しい電圧に充電される。正極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは前述のような動作が繰り返し行われ、正極性の充電期間の最後には、溶接用コンデンサ４が倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈの両端の電圧である充電端子ａと充電端子ｂとの間の電圧、つまり設定電圧値Ｖ１まで充電される。
【００６８】
溶接用コンデンサ４が設定電圧Ｖ１まで充電されると、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃ及び第２の充電用スイッチ３Ｄに位相制御信号を与えるのを止める。正極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルでは、矢印Ｊで示すように、充電電流は充電端子ａから溶接用コンデンサ４を通して充電端子ｂの方向に流れる。したがって、正極性の充電期間の溶接用コンデンサ４の設定電圧Ｖ１は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して正となる極性の電圧である。
【００６９】
次に、前述した負極性の充電期間（図２の時刻ｔ３〜ｔ４）の開始時刻ｔ３では、前述したように、溶接用コンデンサ４の電圧は、図３の充電端子ａが充電端子ｂに対して負の極性の電圧−Ｖ２に充電されている。制御回路９は第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆに位相制御信号を与える。２次巻線３Ａ２の極性を示す黒点側が交流入力の負の半サイクルでは、制御回路９は第３の充電用スイッチ３Ｅに位相制御信号を与え、第３の充電用スイッチ３Ｅを導通させて倍電圧用コンデンサ３Ｇを充電端子ａ側の端子の方が低い電圧となる図示極性とは逆の極性に充電する。倍電圧用コンデンサ３Ｇは、電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の電圧Ｖ１／２のほぼ等しい大きさの負極性の電圧に充電される。
【００７０】
次に、２次巻線３Ａ２の極性を示す黒点側が交流入力の正の半サイクルでは、制御回路９が第４の充電用スイッチ３Ｆに位相制御信号を与え、第４の充電用スイッチ３Ｆを導通させて倍電圧用コンデンサ３Ｈを充電端子ｂ側の端子の方が高い電圧となる図示極性とは逆の極性に充電する。倍電圧用コンデンサ３Ｈは電源トランス３Ａの２次巻線３Ａ２の電圧Ｖ１／２にほぼ等しい大きさの負極性の電圧に充電される。負極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは前述のような動作が繰り返し行われ、負極性の充電期間の最後（例えば、時刻ｔ４）には、溶接用コンデンサ４が倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈの両端の電圧である充電端子ａと充電端子ｂとの間の電圧、つまり設定電圧−Ｖ１まで充電される。負極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルでは、矢印Ｋで示すように、充電電流は充電端子ｂから溶接用コンデンサ４、充電端子ａの方向に流れる。したがって、負極性の充電期間の溶接用コンデンサ４の充電電圧は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して負となる極性の電圧となる。
【００７１】
前述のようにして、溶接用コンデンサ４は交互に正、負の極性の設定電圧Ｖ１まで充電され、実施形態１、２で述べたのと同様に放電されて、抵抗溶接が行われる。この実施形態３のコンデンサ式抵抗溶接機においても、前述したように、正、負の極性の充電期間それぞれで溶接用コンデンサ４に充電される充電電荷量はほぼ等しい。したがって、正、負極性の放電電流もほぼ等しい。溶接トランス５の鉄心は正、負方向の励磁量がほぼ同じであり、溶接トランス５の偏励磁を抑制できる。また、有極性の電解コンデンサに比べて充電電圧の高い両極性のコンデンサを溶接用コンデンサ４として用いているので、溶接電流をより大電流化できる。
【００７２】
更に、溶接用コンデンサとして両極性のコンデンサを用い、放電電流が流れる経路上に存在する合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとを振動（共振）させることにより、放電電流が流れる経路上の合成インダクタンス１０にエネルギーを一旦蓄え、その蓄えたエネルギーを溶接用コンデンサ４に移行させる。次の溶接時にそのエネルギーを利用するので、電力の節減、つまり電力効率を向上させることができ、溶接用コンデンサ４の充電時間を短縮することが可能になるなど、実施形態１と同様な効果を得ることができる。
【００７３】
また、この倍電圧型の両極性充電回路３によれば、第１の充電用スイッチ３Ｃ〜第４の充電用スイッチ３Ｆが倍電圧用コンデンサ３Ｇと３Ｈと協働して倍電圧整流回路を構成するので、別途に整流素子を用いる必要は無く、また、溶接用コンデンサ４の設定電圧値Ｖ１が有極性の電解コンデンサの最大充電電圧値よりも高い場合にも、容易に高い両極性の設定電圧値Ｖ１を充電端子ａと充電端子ｂとの間に供給することができる。なお、第１の双方向充電スイッチ３ＣＥ及び第２の双方向充電スイッチＤＦは、それぞれトライアックのような双方向性半導体スイッチであってもよい。この場合には、充電用スイッチの個数を減らすことができ、第１の双方向充電スイッチ３ＣＥ及び第２の双方向充電スイッチＤＦの双方が前記正極性充電用スイッチ、前記負極性充電用スイッチとして働く。
【００７４】
［実施形態４］
図５によって本発明の実施形態４に係るコンデンサ式抵抗溶接機について説明する。この実施例４では、両極性充電回路３が実施形態１〜３と異なるので、主に両極性充電回路３及びその動作について説明し、その他の実施形態１〜３と重複する説明については省略する。この実施例４では、両極性の充電回路３として、１次巻線３Ａ１と第１の２次巻線３Ａ２、第２の２次巻線３Ａ３を有する電源トランス３Ａと、双方向充電用スイッチ３ＣＥと３ＤＦとからなる。
【００７５】
電源トランス３Ａの第１の２次巻線３Ａ２と第２の２次巻線３Ａ３の巻数はほぼ同じであり、第１の２次巻線３Ａ２と第２の２次巻線３Ａ３は互いに直列に接続され、その接続点Ｐは充電端子ｂに接続される。溶接トランス４の充電電圧の設定電圧をＶ１とするとき、電源トランス３Ａの第１の２次巻線３Ａ２、第２の２次巻線３Ａ３それぞれの交流電圧のピーク値は設定電圧Ｖ１以上であるものとする。
【００７６】
前述したサイリスタのような第１の充電用スイッチ３Ｃと第３の充電用スイッチ３Ｅは互いに逆向きに並列接続され、第１の双方向充電用スイッチ３ＣＥを構成する。前述したサイリスタのような第２の充電用スイッチ３Ｄと第４の充電用スイッチ３Ｆは互いに逆向きに並列接続され、第２の双方向充電用スイッチ３ＤＦを構成する。第１の双方向充電用スイッチ３ＣＥの一端は第１の２次巻線３Ａ２の極性を示す黒点側に接続され、他端は充電端子ａに接続される。第２の双方向充電用スイッチ３ＤＦの一端は第２の２次巻線３Ａ３の極性を示す黒点側とは逆極性の非黒点側に接続され、その他端は充電端子ａに接続される。ここで、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄは、正極性充電用スイッチを構成し、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆは負極性充電用スイッチを構成する。なお、第１の双方向充電用スイッチ３ＣＥ及び第２の双方向充電用スイッチ３ＤＦはトライアックのような双方向性半導体スイッチからなってもよい。
【００７７】
次に、両極性充電回路３の動作について説明する。適宜図２を参照するものとする。先ず、前述した正極性の充電期間、例えば図２の時刻ｔ７〜ｔ８では、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄに位相制御信号を与え、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆには位相制御信号を与えない。第１の２次巻線３Ａ２及び第２の２次巻線３Ａ３の極性を示す黒点側が交流入力の正の半サイクルでは、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃだけに位相制御信号を与え、第１の充電用スイッチ３Ｃを導通させる。これに伴い、矢印Ｊで示すように、充電電流が充電端子ａから溶接用コンデンサ４を通して充電端子ｂに流れて溶接用コンデンサ４を充電する。
【００７８】
次に、第１の２次巻線３Ａ２及び第２の２次巻線３Ａ３の極性を示す黒点側が交流入力の負の半サイクルでは、制御回路９は第２の充電用スイッチ３Ｄだけに位相制御信号を与え、第２の充電用スイッチ３Ｄを導通させる。これに伴い、矢印Ｊで示すように、充電電流が充電端子ａから溶接用コンデンサ４を通して充電端子ｂに流れて溶接用コンデンサ４を充電する。正極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは、前述のような動作が繰り返し行われ、正極性の充電期間の最後には、溶接用コンデンサ４が設定電圧Ｖ１まで充電される。正極性の充電期間の溶接用コンデンサ４の充電電圧は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して正となる極性の電圧である。
【００７９】
次に、前述した負極性の充電期間、例えば図２の時刻ｔ３〜ｔ４では、制御回路９は第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆに位相制御信号を与える。負極性の充電期間において、第１の２次巻線３Ａ２及び第２の２次巻線３Ａ３の極性を示す黒点側が負極性であるとき、制御回路９は第３の充電用スイッチ３Ｅだけに位相制御信号を与え、第３の充電用スイッチ３Ｅを導通させる。これに伴い、矢印Ｋで示すように、充電電流が充電端子ｂから溶接用コンデンサ４を通して充電端子ａに流れて溶接用コンデンサ４を充電する。
【００８０】
次に、第１の２次巻線３Ａ２及び第２の２次巻線３Ａ３の極性を示す黒点側が正極性であるとき、制御回路９は第４の充電用スイッチ３Ｆだけに位相制御信号を与え、第４の充電用スイッチ３Ｆを導通させる。これに伴い、矢印Ｋで示すように、充電電流が充電端子ｂから溶接用コンデンサ４を通して充電端子ａに流れて溶接用コンデンサ４を充電する。負極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは前述のような動作が繰り返し行われ、負極性の充電期間の最後（例えば、時刻ｔ４）には、溶接用コンデンサ４が充電端子ａと充電端子ｂとの間の電圧、つまり設定電圧−Ｖ１まで充電される。負極性の充電期間の溶接用コンデンサ４の充電電圧は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して負となる極性の電圧である。
【００８１】
この実施形態４のコンデンサ式抵抗溶接機においても、前述したように、正、負極性の充電期間それぞれで溶接用コンデンサ４に充電される充電電荷量はほぼ等しい。したがって、正、負極性の放電電流量もほぼ等しいので、溶接トランス５の鉄心は正、負方向の励磁量がほぼ同じであり、溶接トランス５の偏励磁を抑制できる。また、有極性の電解コンデンサに比べて充電電圧の高い両極性のコンデンサを溶接用コンデンサ４として用いているので、溶接電流をより大電流化できる。更に、溶接用コンデンサとして両極性のコンデンサを用いているので、前述と同様に、溶接用コンデンサからの放電電流の一部分を逆極性に溶接用コンデンサに充電し、次の溶接時にそのエネルギーを利用するので、電力の節減、つまり電力効率を向上させることができ、溶接用コンデンサの充電時間を短縮することも可能となるなどの効果を得ることができる。更に、第１の双方向充電用スイッチ３ＣＥと第２の双方向充電用スイッチ３ＤＦとが整流ダイオードの働きも兼ねているので、別途、整流回路を備える必要が無い。
【００８２】
［実施形態５］
図６によって本発明に係る実施形態５に係るコンデンサ式抵抗溶接機について説明する。この実施例５では、両極性充電回路３は図３に示した実施形態２の両極性充電回路の構成と同じであり、溶接用コンデンサ４と放電用スイッチ６との配置位置が互いに入れ替わっている。主に実施形態２に係るコンデンサ式抵抗溶接機と異なる部分について説明し、その他の実施形態１〜４と重複する説明については省略する。
【００８３】
溶接用コンデンサ４は溶接トランス５の１次巻線５Ａと直列に接続され、溶接用コンデンサ４が充電されるとき、１次巻線５Ａに充電電流が流れ、また、溶接用コンデンサ４の充電電荷が放電されるとき、充電電流とは逆向きに放電電流が流れる接続構成になっている。放電用スイッチ６は、直列接続された溶接トランス５の１次巻線５Ａと溶接用コンデンサ４とに並列に接続されている。放電用スイッチ６は上述したものと同じであるので、説明を省略する。
【００８４】
前述した正極性の充電期間では、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄとが導通し、充電電流は第１の充電用スイッチ３Ｃから溶接トランス５の１次巻線５Ａ、充電端子ａ、溶接用コンデンサ４、充電端子ｂ、第２の充電用スイッチ３Ｄを通して矢印Ｊの方向に流れる。正極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルで、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃを位相制御し、正極性の充電期間とほぼパルス幅の等しいオン駆動信号を第２の充電用スイッチ３Ｄに与える。なお、正極性の充電期間において、第１の充電用スイッチ３Ｃと第２の充電用スイッチ３Ｄとが同一の位相で位相制御されても構わない。
【００８５】
正極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは、前述のような動作が繰り返し行われ、矢印Ｊの方向に充電電流が流れて、正極性の充電期間の最後には、溶接用コンデンサ４が設定電圧値Ｖ１まで充電される。正極性の充電期間における溶接用コンデンサ４の充電電圧は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して正となる極性の電圧である。この正極性の充電期間で、溶接トランス５の１次巻線５Ａには溶接用コンデンサ４に流れた充電電流の電流量に等しい電流が流れる。
【００８６】
次に、放電用スイッチ６Ａがオンすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷は一気に放電され、放電電流が溶接用コンデンサ４から充電端子ａ、１次巻線５Ａ、実施形態１で述べた合成インダクタンス１０と等価抵抗１１、放電用スイッチ６Ａ、充電端子ｂを通して流れる。放電電流の向きは矢印Ｋの方向であり、充電電流の向きＪとは逆の方向である。ここで、放電電流が溶接トランス５の１次巻線５Ａを矢印Ｋの方向に流れるとき、前述したように、放電電流が流れる経路上のインダクタンスである合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとが振動（共振）する。この振動（共振）によって放電電流が流れる経路上の合成インダクタンス１０にエネルギーが一旦蓄えられ、その蓄えられたエネルギーは溶接用コンデンサ４に移行され、溶接用コンデンサ４の電圧は、充電端子ａが充電端子ｂに対して負の極性となる電圧−Ｖ２に充電される。
【００８７】
溶接用コンデンサ４の充電電荷が放電された後、前述した次の負極性の充電期間では、第３の充電用スイッチ３Ｅと第４の充電用スイッチ３Ｆとが導通し、充電電流は第３の充電用スイッチ３Ｅから充電端子ｂ、溶接用コンデンサ４、充電端子ａ、溶接トランス５の１次巻線５Ａ、前述した等価抵抗１１、合成インダクタンス１０、第４の充電用スイッチ３Ｆを通して矢印Ｋの方向に流れる。負極性の充電期間における交流入力の各正、負半サイクルで、制御回路９は第１の充電用スイッチ３Ｃを位相制御し、負極性の充電期間とほぼパルス幅の等しいオン駆動信号を第２の充電用スイッチ３Ｄに与える。なお、負極性の充電期間において、第３の充電用スイッチ３Ｅと第２の充電用スイッチ３Ｆとが同一の位相で位相制御されても構わない。
【００８８】
負極性の充電期間における交流入力の正、負の各半サイクルでは、前述のような動作が繰り返し行われ、矢印Ｋの方向に充電電流が流れて、負極性の充電期間の最後には、溶接用コンデンサ４が設定電圧−Ｖ１まで充電される。負極性の充電期間における溶接用コンデンサ４の充電電圧は、充電端子ａ側が充電端子側ｂに対して負となる極性の電圧である。この負極性の充電期間で、溶接トランス５の１次巻線５Ａには溶接用コンデンサ４に流れた充電電流の時間積分値に等しい電流量の電流が流れる。
【００８９】
次に、放電用スイッチ６Ｂがオンすると、溶接用コンデンサ４の充電電荷は一気に放電され、放電電流が溶接用コンデンサ４から充電端子ｂ、放電用スイッチ６Ｂ、前述した合成インダクタンス１０、等価抵抗１１、１次巻線５Ａ、充電端子ａを通して矢印Ｊの方向に流れる。放電電流の向きは矢印Ｊの方向であり、充電電流の向きＫとは逆の方向である。負極性の充電期間においても、溶接用コンデンサ４の充電電荷はすべて放電され、前述したように、放電電流が流れる経路上の合成インダクタンス１０と溶接用コンデンサ４のキャパシタンスとが振動（共振）する。この振動（共振）によって放電電流が流れる経路上の合成インダクタンス１０にエネルギーが一旦蓄えられ、その蓄えられたエネルギーは溶接用コンデンサ４に移行し、充電端子ａが充電端子ｂに対して正極性の電圧Ｖ２に溶接用コンデンサ４を充電する。
【００９０】
この実施形態５に係るコンデンサ式抵抗溶接機においても、有極性の電解コンデンサに比べて充電電圧の高い両極性のコンデンサを溶接用コンデンサ４として用いているので、溶接電流をより大電流化できる。更に、溶接用コンデンサとして両極性のコンデンサを用い、溶接用コンデンサからの放電電流の一部分を逆極性に溶接用コンデンサに充電し、次の溶接時にそのエネルギーを利用するので、電力の節減、つまり電力効率を向上させることができるなど実施形態１と同様な効果を得ることができる。なお、実施形態５では、充電回路３の全波整流回路３Ｒに替えて、図１に示される位相制御型全波整流回路３Ｂであってもよい。
【００９１】
また、上述した本発明に係る実施形態１から実施形態５では、正、負極性の放電電流量はほぼ等しく、言い換えればトランス５の鉄心に印加される電圧・時間積はほぼ等しく、溶接トランス５の鉄心は正、負方向の励磁量がほぼ同じであり、溶接トランス５の偏励磁を抑制できる。なお、放電前の充電時には溶接電極７と溶接電極８との間は一般的に開いており、充電時に１次巻線５Ａに発生する電圧により溶接トランス５の鉄心は励磁される。この充電時の鉄心の励磁の向きは直後の放電の励磁の向きに対して逆極性であるため、鉄心の偏励磁極性が不明な電源投入後の初回の放電においても鉄心が偏励磁することなく、１次巻線５Ａに流れる放電電流に見合った大きさの溶接電流を２次巻線５Ｂに流すことができる。
【００９２】
なお、上述した実施形態においては、インダクタンス成分は、溶接トランス５の１次巻線５Ａと２次巻線５Ｂとの磁気結合の悪さに起因する漏れインダクタンスの他に、溶接用コンデンサ４からの放電電流が流れる溶接トランス５の１次側配線のインダクタンスや、更には２次側の配線インダクタンスなどを１次側に等価的に換算したものも含めた合成インダクタンスとしたが、溶接トランス４に含まれる励磁インダクタンス、漏れインダクタンス又は溶接トランス４とは別個のインダクタ手段のインダクタンスを有するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
種々の金属材料からなる被溶接物を抵抗溶接することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１、２・・・入力端子
３・・・充電回路
３Ａ・・・充電回路３の電源トランス
３Ａ１・・・電源トランス３Ａの１次巻線
３Ａ２・・・電源トランス３Ａの２次巻線
３Ａ３・・・電源トランス３Ａの第２の２次巻線
３Ｂ・・・位相制御型全波整流器
３Ｂ１、３Ｂ２・・・半導体スイッチ
３Ｂ３、３Ｂ４・・・整流ダイオード
３Ｃ・・・第１の充電用スイッチ
３Ｄ・・・第２の充電用スイッチ
３Ｅ・・・第３の充電用スイッチ
３Ｆ・・・第４の充電用スイッチ
３ＣＥ・・・第１の双方向充電用スイッチ
３ＤＦ・・・第２の双方向充電用スイッチ
３Ｇ、３Ｈ・・・倍電圧用コンデンサ
３Ｒ・・・全波整流回路
３ｒ・・・整流ダイオード
４・・・溶接用コンデンサ
５・・・溶接トランス
５Ａ・・・１次巻線
５Ｂ・・・２次巻線
６・・・放電用スイッチ
７・・・第１の溶接電極
８・・・第２の溶接電極
９・・・制御回路
１０・・・合成インダクタンス
１１・・・合成抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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