(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流出力をインバータによって交流に変換して溶接トランスの一次側に導き、この溶接トランスで降圧された二次側交流出力を全波整流器を介して溶接電極に導いて溶接を行う抵抗溶接機において、
３相交流電源に接続された３相全波混合ブリッジで形成されその出力である直流電圧を制御可能な整流回路と、この整流回路の出力端間に並列接続されたコンデンサと、このコンデンサの充電電圧を検出してこの充電電圧を前記インバータの作動中常に一定値に保つように前記整流回路を制御する電圧変動補償制御部と、前記コンデンサの充電電圧が一定値になるのを検出してから前記インバータを固定パルス幅によってパルス幅制御する固定パルス幅制御部とを備えることを特徴とする抵抗溶接機。
【請求項２】
請求項１において、さらに、インバータの作動中にコンデンサの充電電圧が許容値以下になったことを検出して溶接不良を示す警告を出力する警告回路を有する抵抗溶接機。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかの抵抗溶接機において、さらに、他の制御方式によって溶接を行うための他の制御部と、前記他の制御部および前記固定パルス幅制御部のいずれか１つを選択して作動させるモード選択手段とを備える抵抗溶接機。
【請求項４】
他の制御部は、溶接電極に流れる電流を一定に保持するようにインバータを制御する定電流制御部と、溶接ヘッドに加わる電圧を一定に保持するようにインバータを制御する定電圧制御部と、溶接ヘッドに供給される電力を一定に保持するようにインバータを制御する定電力制御部との３つの制御部から選択された１または複数の制御部である請求項３の抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、交流電源出力を整流し、さらにインバータを介して溶接トランスに導くようにしたインバータ式の抵抗溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、直流をインバータを用いて高周波の交流にした後、溶接トランスの一次側に導き、この時に溶接トランスの二次側に誘起される交流低電圧を整流して溶接電極に導き溶接を行うインバータ方式の抵抗溶接機が公知である。この方式によれば、商用交流電源の周波数に比べて高い周波数の電流を溶接トランスに導くから、商用電源周波数の交流を溶接トランスに導く単相交流式抵抗溶接機に比べて溶接トランスを小型化できるという特徴がある。
【０００３】
このようなインバータ式のものにおいて、溶接電極に流れる電流を検出し、この電流（実効値）が一定になるようにインバータを位相制御する定電流制御方式がある。この方式では、溶接電極に電流を流す時間が予めタイマーで設定した時間になるのを待って溶接を停止させる。また溶接電極に加わる電圧を検出して、この電圧が一定になるようにインバータを位相制御する定電圧制御方式もある。この方式も溶接時間はタイマーで設定する。
【０００４】
さらに溶接電極の電流および電圧を同時に検出して、これらの積により電力を求め、この電力が一定になるようにインバータを制御する定電力制御方式も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
定電流制御方式には次のような問題がある。すなわち通電初期には溶接部の接触抵抗は一般に大きいにもかかわらず一定の電流が流されるために抵抗発熱が過大になりスプラッシュを発生し易い。反対に通電終期には接触抵抗は小さくなり電流密度が小さくなるから抵抗発熱が少なくなり、十分な溶接温度が得られずに溶接不良を招くことがあり得る。
【０００６】
またこれら従来の方式はいずれも溶接部に流れる電流や溶接部間に加わる電圧を測定して、インバータを位相制御するフィードバック制御であるため、このフィードバック系の位相遅れ（通常０．２５ｍｓｅｃ位）が避けられない。このため溶接時間が短い場合（例えば２〜３ｍｓｅｃ）には、この制御系の遅れが動作を不安定にする原因になることがあった。
【０００７】
また溶接部の電圧はこの溶接部に接触する電極の先端間で検出するのが望ましいが、実際には電極を保持する溶接ヘッド側のクランプ部に電圧検出用ケーブルを接続している。このため電極のクランプ部やケーブルの接続部における接触抵抗が生じ、これらの接触抵抗が一定にならず変動するから、これらが電圧測定の不安定要素となる。
【０００８】
さらに溶接電極間に電流が流れた時にはこの電流により溶接電極の周囲に磁界が発生する。この磁界は電圧検出用ケーブルおよび電圧検出回路をつなぐ閉回路内を通る。このためこの磁界の変化によりこの電圧検出系の閉回路に起電力が誘起されることになり、電圧検出精度が悪くなるという問題もある。
【０００９】
【発明の目的】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、従来の方式にあった問題点を解消し安定して良好な溶接を行うことが可能になる抵抗溶接機を提供することを目的とする。すなわち定電流制御方式のように溶接初期に大電流が流れず、また溶接電極の電流や電圧を用いずに精度良く制御することにより良好な溶接が可能になる抵抗溶接機を提供するものである。
【００１０】
【発明の構成】
本発明によればこの目的は、直流出力をインバータによって交流に変換して溶接トランスの一次側に導き、この溶接トランスで降圧された二次側交流出力を全波整流器を介して溶接電極に導いて溶接を行う抵抗溶接機において、３相交流電源に接続された３相全波混合ブリッジで形成されその出力である直流電圧を制御可能な整流回路と、この整流回路の出力端間に並列接続されたコンデンサと、このコンデンサの充電電圧を検出してこの充電電圧を前記インバータの作動中常に一定値に保つように前記整流回路を制御する電圧変動補償制御部と、前記コンデンサの充電電圧が一定値になるのを検出してから前記インバータを固定パルス幅によってパルス幅制御する固定パルス幅制御部とを備えることを特徴とする抵抗溶接機、により達成される。
【００１１】
ここに固定パルス幅制御部は、コンデンサの充電電圧が一定になるのを検出してからインバータの動作を開始させ、溶接を始めるので、制御精度は一層向上する。なおインバータの動作中（溶接中）にこのコンデンサの充電電圧が許容値以下になったら、溶接不良として警告を出すのがよい。この警告は、ランプやブザーなどだけでなく、溶接結果を記録するデータ内に溶接不良であることを示す表示を付して残すものであってもよい。
【００１２】
交流電源としては商用３相交流を用い、この３相交流を整流してコンデンサを充電する整流回路は、３相全波混合ブリッジで構成するので、３相交流を用いて効率良く充電でき、コンデンサの充電電圧を極めて応答性良く一定に制御することができる。
【００１３】
この発明は固定パルス幅制御部を用いた制御方式（固定パルス幅制御方式）のみを有する溶接機だけでなく、これ以外の制御方式（他の制御方式）も備えていて、これらを選択可能にしたものを含む。例えば定電流制御方式、定電圧制御方式、定電力制御方式などから選んだ１または複数の制御方式と固定パルス幅制御方式とを持ち、これらの中から１つの方式を選択可能にしてもよい。
【００１４】
【作用】
溶接開始を指令するスタート信号が入力されると交流電源から電流が整流回路に流れ、コンデンサを充電する。電圧変動補償部は、このコンデンサの充電電圧が一定値になるように、整流回路を制御する。一方、固定パルス幅制御部はこのコンデンサの充電電圧が一定に到達するのを待ってから、インバータを作動させる。
【００１５】
すなわちインバータを固定パルス幅制御するものであり、換言すればデューティ比一定のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う（固定ＰＷＭ制御）。このため溶接トランスの一次側にデューティ比固定の交流が流れ、低電圧に降圧された二次側電圧が整流されて溶接電極に導かれる。インバータの作動開始により、コンデンサの放電が開始するが、このコンデンサの充電電圧は常時監視されていて、この電圧が許容値以下になると電圧変動補償回路は直ちに整流回路による充電電流を増加させる。例えばこの整流回路をＳＣＲを用いた３相全波混合ブリッジで構成した場合には、ＳＣＲの点弧角を進角させる。この結果コンデンサの充電電圧は一定値に保たれる。
【００１６】
インバータは固定パルス幅制御されかつコンデンサの充電電圧は一定値に保持されているので、溶接初期に溶接部の接触抵抗が大きくてもインバータの出力電力が一定になり、その電流は過大にならない。このためスプラッシュが発生しない。また溶接終期に接触抵抗が小さくなっても溶接部に加わる電力は十分に保たれるから、電流も十分に確保され、溶接不良が発生しない。
【００１７】
【実施態様】
図１は本発明の一実施態様の全体外観図、図２はその全体回路構成図、図３は固定パルス幅制御方式の部分だけを抜き出して示す図である。図１において符号１０はコントローラ、１２は溶接トランスケース、１４は溶接ヘッドである。コントローラ１０は電源スイッチ１６、モード選択スイッチ１８、表示パネル２０を持つ。
【００１８】
溶接ヘッド１４は、上下動可能な上のクランプ部２２ａと、所定高さに固定された下のクランプ部２２ｂを持ち、これらのクランプ部２２ａ，２２ｂにそれぞれ溶接電極２４ａ，２４ｂが固定されている。各電極２４ａ，２４ｂはウェルドケーブル２６によって溶接トランスケース１２に収容された溶接トランス６０（図２，３）の二次側に整流器６２（図２，３）を介して接続されている。この溶接トランス６０の一次側はパワーケーブル２８によってコントローラ１０に接続されている。
【００１９】
溶接ヘッド１４の可動クランプ部２２ａは、ばね（図示せず）を介してエアシリンダ（共に図示せず）により上下に駆動される。また両電極２４ａ，２４ｂの間にはワークの溶接部（図示せず）が置かれる。
【００２０】
足踏みスイッチ（図示せず）から送られるオン信号はアクチュエータケーブル３０を介してコントローラ１０に送られ、この信号（押圧信号）によってエアシリンダは作動する。そして電極２４ａ，２４ｂの溶接部に対する押圧力が一定値になるとリミットスイッチ（図示せず）がオンとなり、このオン信号がアクチュエータケーブル３０を介してコントローラ１０に送られる。コントローラ１０はこのオン信号に基づいて溶接動作を開始させる。すなわちこのオン信号がスタート信号となる。
【００２１】
図１で３２はウェルドセンスケーブルであり、溶接トランス１２の二次側電流を示す信号をコントローラ１０に導く。この信号は後記するように電流検出器７８（図２参照）で検出した電流値を示す信号である。３４は電圧検出用ケーブルであり、クランプ部２２ａ，２２ｂに接続されている。このケーブル３４は電極２４ａ，２４ｂ間の電圧を検出してコントローラ１０に導く。
【００２２】
次にコントローラ１０の主回路を図２，３に基づいて説明する。これらの図で、５０は交流２００Ｖの商用３相交流電源である。この電源５０から３つの相がそれぞれスタートスイッチ５２を介して整流回路５４に導かれる。この整流回路５４は、スイッチング素子としてＳＣＲを用いた３相全波混合ブリッジで構成される。５６はこの整流回路５４の出力端間に並列接続されたコンデンサである。
【００２３】
５８はインバータであり、４個のＮＰＮトランジスタからなるブリッジで構成される。このインバータ５８はコンデンサ５６の充電電圧を交流に変換して、溶接トランス６０の一次側に供給する。この溶接トランス６０の二次側出力は整流器（ダイオード）６２，６２で全波整流されて溶接電極２４ａ，２４ｂに導かれる。
【００２４】
次に制御回路を図２に基づいて説明する。６４はコンデンサ５６の充電電圧を検出する充電電圧検出部である。６６は電圧変動補償制御部であり、充電電圧検出部６４で検出した充電電圧を一定値に保持するように整流回路５４を制御する。すなわちＳＣＲの点弧角を制御して充電電圧を一定値に保つ。なおこれら充電電圧検出部６４および電圧変動補償制御部６６は後記する固定パルス幅制御モードの時だけ作動し、他のモードの時にはＳＣＲを全導通としてダイオードとして機能させる。
【００２５】
６８はＰＷＭ制御回路であり、インバータ５８をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によって位相制御する。なおこのＰＷＭ制御回路６８は、４種の異なる制御方式を選択可能である。図２ではこれらの制御方式を実行する回路を別々に分けて示している。７０は固定パルス幅制御部、７２は定電流制御部、７４は定電圧制御部、７６は定電力制御部である。制御方式は、前記コントローラ１０に設けたモード選択スイッチ１８（図１）によって選択される。固定パルス幅制御方式については後記する。
【００２６】
定電流制御方式は、前記トランスケース１２に設けた電流検出器７８の出力から電流検出部８０で溶接電流を求め、この溶接電流を一定値に保つようにインバータ５８を位相制御する。定電圧制御方式は、前記電圧検出用ケーブル３４で導かれた信号に基づいて電圧検出部８２で溶接電圧を求め、この電圧を一定値に保つようにインバータ５８を位相制御する。定電力制御方式は、電流検出部８０および電圧検出部８２の出力を電力検出部８４で積算することにより溶接電力を求め、この電力が一定になるようにインバータ５８を位相制御する。なお各方式の設定値などの溶接条件は溶接条件設定部８６により設定される。
【００２７】
次に本発明に係る固定パルス幅制御方式を図３を用いて説明する。この図では図２と同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さない。モード選択スイッチ１８（図１，２）でこのモードを選択すると、電圧補償制御部６６、充電電圧検出部６４、固定パルス幅制御部７０等が作動開始可能な状態になる。このモードでは、固定パルス幅制御部７０は溶接条件設定部８６で設定される一定のパルス幅でインバータ５８を位相制御する。
【００２８】
スタート信号に基づいてスタートスイッチ５２がオンになると、整流回路５４は所定の通流率で交流電源５０の交流出力を全波整流し、コンデンサ５６を充電する。充電電圧検出部６４が検出したコンデンサ５６の充電電圧は固定パルス幅制御部７０に送られ、この充電電圧が一定値になると固定パルス幅制御部７０はインバータ５８を固定パルス幅で作動開始させる。このため溶接電極２４ａ，２４ｂに溶接電流が流れ、溶接が始まる。
【００２９】
この時の溶接動作中にコンデンサ５６の充電電圧が許容値以下に下がると、電圧補償制御部６６は直ちに整流回路５４のＳＣＲの点弧角を進角させて充電電流を増加させ、充電電圧を一定値に戻す。なおこの充電電圧が一定値に戻らない時には警告回路８８が起動し、警告器９０により異常があることあるいは溶接不良が発生するおそれがあることをオペレータに知らせる。異常発生がなく正常に溶接が行われる場合には、溶接条件設定部８６により設定される時間の経過時に溶接を停止する。すなわち固定パルス幅制御部７０は溶接開始から溶接時間を監視し続け、この時間が設定時間になるとインバータ５８の動作を停止させて溶接トランス６０への電流供給を遮断させる。
【００３０】
この固定パルス幅制御モードによれば、溶接電極２４ａ，２４ｂの電圧や電流を検出する必要がないので、定電流、定電圧、定電力の各制御モードのようにフィードバック系の応答遅れが問題にならず、溶接時間が短い場合にも安定した動作が可能になる。また溶接電極２４ａ，２４ｂの電圧を検出する必要もないから、電圧測定の不安定性に基づく制御精度の低下を招くこともなくなる。
【００３１】
前記定電力モードが溶接電極２４ａ，２４ｂ間の電力を一定に管理するのに対して、この固定パルス幅制御モードでは、溶接トランス６０に供給する電力が一定に管理されることになるから、制御系の遅れが問題にならず、溶接初期に過大な溶接電流が流れず、スプラッシュ発生などのおそれが少なくなる。また電源５０の電圧変動や他の異常発生により、万一コンデンサ充電電圧が許容値以下になれば直ちに整流回路によるコンデンサ充電電流を増大させて充電電圧を一定値に保つから、この充電電圧の変動による溶接不良の発生を防ぐことができる。なお固定パルス幅制御部のパルス幅すなわちデューティ比や、溶接時間（設定時間）、コンデンサの充電電圧、この充電電圧の変動許容値などの種々の条件は、変更可能にしておくのは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明は以上のように、インバータを固定パルス幅制御すると共に、コンデンサ充電電圧を一定値に保持するから、従来の定電流、定電圧、定電力の各制御方式に比較して溶接不良が発生しにくくなり精度良い制御が可能になる。
【００３３】
この場合に固定パルス幅制御部はコンデンサの充電電圧が一定値になるのを確認してからインバータを作動開始させるようにするから、精度は一層向上する。またコンデンサを充電する整流回路として、電源を３相交流とする３相全波混合ブリッジを用いるから、コンデンサの充電電流を速やかかつ広い電圧範囲に亘って効率良く制御できる。溶接作動中（インバータの作動中）にコンデンサ充電電圧が許容値以下に下がった時には警告を発して溶接不良のおそれがあることを表示するのがよい（請求項２）。
【００３４】
溶接機は、この固定パルス幅制御方式と共に、他の制御方式も選択可能にするのがよい（請求項３）。すなわち複数の制御モードの１つとしてこの固定パルス幅制御モードを設定しておく。このようにすれば異なる溶接部に対応して最適な方式を選択して用いることができ、便利である。このような他の制御方式としては、定電流制御方式、定電圧制御方式、定電力制御方式の１または複数の方式を用いることができる（請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の外観図
【図２】その全体回路構成図
【図３】固定パルス幅制御方式を示す回路構成図
【符号の説明】
１０  コントローラ
１２  溶接トランスケース
１４  溶接ヘッド
１８  モード切換スイッチ
２２ａ、２２ｂ  クランプ部
２４ａ、２４ｂ  溶接電極
５０  ３相交流電源
５２  溶接スタートスイッチ
５４  整流回路（３相全波混合ブリッジ）
５６  コンデンサ
５８  インバータ
６０  溶接トランス
６２  整流器
６４  充電電圧検出部
６６  電圧変動補償制御部
６８  ＰＷＭ制御部
７０  固定パルス幅制御部
７２  定電流制御部
７４  定電圧制御部
７６  定電圧制御部
８６  溶接条件設定部
８８  警告回路
９０  警報器
【図１】
0003669559.tif 000002
【図２】
0003669559.tif 000003
【図３】
0003669559.tif 000004