(57)【要約】【課題】充電用コンデンサの寿命の向上と充電時間の短縮を図る。【解決手段】溶接のための電気エネルギーを充電用コンデンサ３５に充電する充電回路３０と、充電用コンデンサ３５に充電された電気エネルギーを被溶接物７０に放電する放電回路４０と、電気エネルギーの放電を充電用コンデンサ３５が完全放電する前に停止させる放電制御回路２００とを有する。【選択図】図１
2012223785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接のための電気エネルギーを充電用コンデンサに充電する充電回路と、
前記充電用コンデンサに充電された電気エネルギーを被溶接物に放電する放電回路と、
前記電気エネルギーの放電を前記充電用コンデンサが完全放電する前に停止させる放電制御回路と、
を有することを特徴とするコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項２】
前記被溶接物に放電する電気エネルギーの大きさを電流値として検出する電流センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記電流センサが検出した電流値が最大になったときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項３】
前記被溶接物に放電する電気エネルギーの大きさを電流値として検出する電流センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記電流センサが検出した電流値が最大になりその後設定値まで低下したときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項４】
前記放電制御回路は、前記充電用コンデンサが放電を開始した後設定時間内に前記電流センサが設定値以上の電流値を検出しないときには、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項２または３に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項５】
前記放電回路は、前記充電用コンデンサに一次側コイルを接続し、前記被溶接物に溶接電流を供給する溶接電極にニ次側コイルを接続した溶接トランスを備えることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項６】
前記溶接トランスの一次側コイルの放電電流を検出する放電電流検出センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記放電電流検出センサが検出した放電電流の値が一定値に達したときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項７】
前記溶接トランスの二次側の溶接電流を検出する溶接電流検出センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記溶接電流検出センサが検出した溶接電流の値が最大になったときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項８】
前記溶接トランスの二次側の溶接電流を検出する溶接電流検出センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記溶接電流検出センサが検出した溶接電流の値が最大になりその後設定値まで低下したときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項９】
前記充電用コンデンサの電圧を検出する電圧検出センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、前記電圧検出センサが検出した前記充電用コンデンサの電圧の値が一定値まで降下したときに、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１０】
前記放電制御回路は、前記充電用コンデンサが放電を開始した後設定時間内に前記放電電流検出センサが一定値以上の電流値を検出しないときには、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項６に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１１】
前記放電制御回路は、前記充電用コンデンサが放電を開始した後設定時間内に前記溶接電流検出センサが一定値以上の電流値を検出しないときには、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項７または８に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１２】
前記放電制御回路は、前記充電用コンデンサが放電を開始した後設定時間内に前記電圧検出センサが前記充電用コンデンサの電圧が一定値まで降下したことを検出しないときには、前記放電回路の放電を停止させることを特徴とする請求項９に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１３】
前記充電用コンデンサの電圧を検出する電圧検出センサをさらに備え、
前記放電制御回路は、溶接を開始させるための信号を入力している間に、前記電圧検出センサにより検出される前記充電用コンデンサの電圧が目標充電電圧になっていなければ、前記溶接を開始させるための信号は受け付けないことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１４】
前記放電回路は、前記被溶接物の溶接時に前記充電用コンデンサが充電した電気エネルギーを放電させるスイッチング素子を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１５】
前記スイッチング素子は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）またはサイリスタであることを特徴とする請求項１４に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１６】
前記充電用コンデンサを目標充電電圧に充電する充電制御回路をさらに有することを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【請求項１７】
前記放電制御回路は、前記充電用コンデンサの放電時に、ＯＮ、ＯＦＦを繰り返すパルス状の電圧を前記スイッチング素子に印加し、前記スイッチング素子に印加するパルス状の電圧のデューティー比を変化させることで放電時間を調整することを特徴とする請求項１４に記載のコンデンサ型抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電用コンデンサの寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができるコンデンサ型抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサ型抵抗溶接機は、溶接に必要な電気エネルギーを一旦充電用コンデンサに充電し、充電した電気エネルギーを瞬間的に放電させることで大電流を得る。被溶接物に大電流が流れるとジュール熱が発生し被溶接物を溶接できる。
【０００３】
コンデンサ型抵抗溶接機は、充電用コンデンサに充電させる充電回路を備え、充電用コンデンサの電気エネルギーを瞬間的に放電させる放電回路を備える。
【０００４】
コンデンサ型抵抗溶接機としてはたとえば下記特許文献１に記載されているような技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０３７２４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来のコンデンサ型抵抗溶接機は、放電の終了タイミングを制御していないため、充電されていた電気エネルギーのほとんどが放電される。このため、充電用コンデンサは溶接の度に満充電状態から完全放電状態に移行する。
【０００７】
満充電状態と完全放電状態の移行を繰り返す使用環境は、充電用コンデンサにとっては非常に過酷であり、充電用コンデンサの寿命に大きな影響を与える。充電用コンデンサはこの使用環境に耐えられるものを用いなければならず、選定範囲が狭まってしまう。
【０００８】
また、充電用コンデンサは溶接の度に完全放電状態になるので、充電用コンデンサを満充電状態とするまでには時間がかかる。充電用コンデンサの充電時間は溶接作業の生産性に少なからず影響を与える。
【０００９】
本発明は、上記のような充電用コンデンサが抱える問題を軽減するために成されたものであり、充電用コンデンサの寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができるコンデンサ型抵抗溶接機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、充電回路、放電回路及び放電制御回路を有する。充電回路は溶接のための電気エネルギーを充電用コンデンサに充電する。放電回路は充電用コンデンサに充電された電気エネルギーを被溶接物に放電する。放電制御回路は電気エネルギーの放電を充電用コンデンサが完全放電する前に停止させる。このため、被溶接物を溶接した後でも充電用コンデンサは完全放電状態とはならず電気エネルギーが残った状態で、次回の溶接のための充電が行える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機によれば、放電制御回路が電気エネルギーの放電を充電用コンデンサが完全放電する前に停止させるので、充電用コンデンサの寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用するコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。
【図２】サイリスタのＯＮタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】充電用コンデンサの充電及び放電時の端子電圧の変化を示す図である。
【図４】実施形態１の動作説明に供する図であり、Ａは溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を、ＢはＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ状態を、Ｃは溶接電流の変化状態をそれぞれ示す。
【図５】実施形態２の動作説明に供する図であり、Ａは溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を、ＢはＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ状態を、Ｃは溶接電流の変化状態をそれぞれ示す。
【図６】実施形態３の動作説明に供する図であり、Ａは溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を、ＢはＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ状態を、Ｃは放電電流の変化状態をそれぞれ示す。
【図７】実施形態４の動作説明に供する図であり、Ａは溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を、ＢはＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ状態を、Ｃは充電電圧の変化状態をそれぞれ示す。
【図８】充電用コンデンサの放電時間の調整制御の説明に供する図である。Ａは図１に示したＩＧＢＴのＯＮ、ＯＦＦ制御の説明に供し、Ｂは放電時間が調整される様子を説明するために供される。
【図９】本発明を適用する他のコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。
【図１０】本発明を適用する他のコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のコンデンサ型抵抗溶接機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のコンデンサ型抵抗溶接機は、充電用コンデンサに充電した電気エネルギーを溶接トランスの一次側コイルに供給し、溶接トランスのニ次側コイルに接続した溶接電極で被溶接物を抵抗溶接する。充電用コンデンサは、抵抗溶接前は満充電状態である。抵抗溶接中、充電用コンデンサが完全放電状態とはならないように、充電用コンデンサの放電の終了タイミングを制御する。したがって、抵抗溶接後でも充電用コンデンサにはある程度の電気エネルギーが残っている。
【００１４】
なお、満充電状態とは、充電用コンデンサが溶接電圧として設定した電圧にまで充電されている状態であり、充電電流がほとんど流れない状態である。また、完全放電状態とは、充電用コンデンサに充電容量の１、２％程度の電気エネルギーしか残っていない状態であり、充電用コンデンサの端子間電圧が０ボルトに近い状態である。
【００１５】
本発明のコンデンサ型抵抗溶接機の実施形態を、充電用コンデンサの放電の終了タイミングの相違により「実施形態１」から「実施形態４」に分けて説明する。「実施形態１」に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、溶接電流が最大になったときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させるものである。「実施形態２」に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させるものである。「実施形態３」に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、放電電流の値が設定値に達したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させるものである。「実施形態４」に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、充電用コンデンサの電圧の値が一定値まで降下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させるものである。
【００１６】
図１は、本発明を適用するコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。このコンデンサ型抵抗溶接機は、実施形態１から実施形態４の全ての実施形態の実現に必要な構成を備えている。
【００１７】
（コンデンサ型抵抗溶接機の構成）
コンデンサ型抵抗溶接機は、昇圧トランス１０、整流回路２０、充電回路３０、放電回路４０、溶接トランス５０を有する。
【００１８】
昇圧トランス１０は、一次側コイル１０ａが商用電源１５に接続され、ニ次側コイル１０ｂが整流回路２０に接続される。昇圧トランス１０は、商用電源１５の電圧をたとえば４００ボルト以上の電圧にまで昇圧させる。
【００１９】
整流回路２０は、昇圧トランス１０によって昇圧された商用電源１５の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路２０は、図示するように、２個のダイオード２０Ｄ１、２０Ｄ２と２個のサイリスタ２０Ｓ１、２０Ｓ２とで構成される。ダイオード２０Ｄ１とサイリスタ２０Ｓ１、ダイオード２０Ｄ２とサイリスタ２０Ｓ２は直列に接続される。サイリスタ２０Ｓ１、２０Ｓ２のＯＮタイミングは、被溶接物７０の溶接条件から決定された目標充電電圧を整流回路２０から出力するために、充電制御回路１００によって制御される。
【００２０】
なお、溶接条件とは、被溶接物７０の材料の種類に応じて、溶接に必要な溶接電流値、溶接に必要な充電用コンデンサ３５の充電電圧値、などを定めたものである。
【００２１】
充電回路３０は、整流回路２０から出力される溶接のための電気エネルギーを充電用コンデンサ３５に充電する。充電回路３０は、電流制限抵抗３２、充電用コンデンサ３５及びダイオード３０Ｄによって構成される。充電用コンデンサ３５とダイオード３０Ｄとは並列に接続する。充電用コンデンサ３５を充電するときの電流の大きさは電流制限抵抗３２によって制限する。ダイオード３０Ｄの両端には電圧検出センサ３６を接続する。充電用コンデンサ３５の充電電圧は電圧検出センサ３６によって検出できる。
【００２２】
電流制限抵抗３２の抵抗値は小さいほど充電用コンデンサ３５に大きな充電電流が流れるので充電時間が短くできる。しかし、整流回路２０や電流制限抵抗３２に大きな電流を流すようにすると、整流回路２０や電流制限抵抗３２の大型化を招くので、電流制限抵抗３２は充電時間を勘案し最適な抵抗値を選定する。
【００２３】
放電回路４０は、充電用コンデンサ３５に充電された電気エネルギーを被溶接物７０に放電する。放電回路４０は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）４２、スナバコンデンサ４３、還流ダイオード４０Ｄ、スイッチ４４、溶接トランス５０によって構成される。
【００２４】
ＩＧＢＴ４２は、充電用コンデンサ３５を充電しているときにはＯＦＦであり、被溶接物７０に放電するときにはＯＮである。スナバコンデンサ４３は、ＩＧＢＴ４２がＯＮし、その後ＯＦＦしたときの過渡的な高電圧を吸収する。したがって、スナバコンデンサ４３はＩＧＢＴ４２と並列に接続する。スイッチ４４は、ＩＧＢＴ４２と同じく、充電用コンデンサ３５を充電しているときにはＯＦＦであり、被溶接物７０に放電するときにはＯＮである。還流ダイオード４０Ｄは、ＩＧＢＴ４２がＯＮし、その後ＯＦＦしたときに溶接トランス５０が発生する逆起電力を還流させる。したがって、還流ダイオード４０Ｄは溶接トランス５０の一次側コイル５０ａと並列に接続する。
【００２５】
ＩＧＢＴ４２は、被溶接物７０の溶接時に充電用コンデンサ３５が充電した電気エネルギーを放電させるスイッチング素子として機能する。ＩＧＢＴ４２は、充電用コンデンサ３５の放電をさせている間ＯＮ状態を継続する態様と、充電用コンデンサ３５の放電をさせている間細かくＯＮ、ＯＦＦを繰り返す態様と、いずれかの態様で動作させる。
【００２６】
溶接トランス５０は、一次側コイル５０ａを充電用コンデンサ３５に接続し、ニ次側コイル５０ｂを溶接電極６０ａ、６０ｂに接続する。溶接トランス５０は、充電用コンデンサ３５から放電される高電圧低電流の電気エネルギーを低電圧大電流の電気エネルギーに変換する。溶接電極６０ａ、６０ｂは、被溶接物７０を両側から加圧して、溶接トランス５０のニ次側コイル５０ｂから供給される溶接電流を被溶接物７０に流す。
【００２７】
溶接トランス５０の一次側コイル５０ａには放電電流検出センサ５５を接続する。溶接時に充電用コンデンサ３５から溶接トランス５０の一次側コイル５０ａに流れる放電電流は放電電流検出センサ５５によって検出できる。溶接トランス５０のニ次側コイル５０ｂには溶接電流検出センサ６５を接続する。溶接時に溶接電極６０ａ、６０ｂを介して溶接トランス５０のニ次側コイル５０ｂに流れる溶接電流は溶接電流検出センサ６５によって検出できる。
【００２８】
ここで、放電電流とは、溶接時に充電用コンデンサ３５から溶接トランス５０の一次側コイル５０ａに流れる電流であり、充電用コンデンサ３５から電気エネルギーとして放出される電流である。溶接電流とは、溶接時に溶接電極６０ａ、６０ｂによって被溶接物７０に供給される電流であり、溶接トランス５０によって放電電流が増幅されたものである。放電電流の大きさと溶接電流の大きさには相関があるため、放電電流の大きさを検出することで、溶接電流の大きさが予測できる。
【００２９】
コンデンサ型抵抗溶接機は、充電回路３０を制御する充電制御回路１００と放電回路４０を制御する放電制御回路２００を有する。
【００３０】
充電制御回路１００は、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にまで充電させるため、サイリスタ２０Ｓ１、２０Ｓ２のＯＮタイミングを制御する。
【００３１】
放電制御回路２００は、電気エネルギーの放電を充電用コンデンサ３５が完全放電する前に停止させる。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５の充電時の電圧及び放電時の電圧を検出する電圧検出センサ３６、溶接トランス５０の一次側コイル５０ａの放電電流を検出する放電電流検出センサ５５及び溶接トランス５０のニ次側コイル５０ｂに流れる溶接電流を検出する溶接電流検出センサ６５を接続する。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５の放電時の電圧、一次側コイル５０ａの放電電流、ニ次側コイル５０ｂに流れる溶接電流のいずれかを検出することによって、充電用コンデンサ３５の放電状態を認識する。放電電流と同様に、充電用コンデンサ３５の放電時の電圧の大きさも溶接電流の大きさと相関がある。充電用コンデンサ３５の放電時の電圧の大きさを検出することで、溶接電流の大きさが予測できる。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５が完全放電する前にＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせ、その後放電電流が一定値まで低下してからスイッチ４４をＯＦＦさせ、充電用コンデンサ３５の放電を停止させる。
【００３２】
充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電を停止させる手法として、本発明のコンデンサ型抵抗溶接機では、溶接電流が最大になったときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態１）、溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態２）、放電電流の値が設定値に達したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態３）、充電用コンデンサの電圧の値が一定値まで降下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態４）の４つの態様を想定している。
【００３３】
以下に、これらの態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
「実施形態１」
この実施形態は、溶接電流が最大になったときに充電用コンデンサ３５の放電を強制的に終了させる態様である。
【００３５】
（コンデンサ型抵抗溶接機の動作）
図２から図４は、図１に示したコンデンサ型抵抗溶接機の動作説明に供するタイミングチャートである。本実施形態のコンデンサ型抵抗溶接機の動作を充電時と放電時に分けて説明する。
【００３６】
［充電時の動作］
まず、充電用コンデンサ３５を満充電状態にするまでの動作を説明する。図２はサイリスタのＯＮタイミングを示すタイミングチャートであり、図３は充電用コンデンサ３５の充電及び放電時の端子電圧の変化を示す図である。
【００３７】
ＡＣの商用電源１５は、昇圧トランス１０の一次側コイル１０ａにたとえば１００ボルト又は２００ボルトの交流電圧を印加する。昇圧トランス１０は、一次側コイル１０ａに印加された交流電圧を二次側１０ｂにおいてたとえば４００ボルトから５００ボルト程度の交流電圧にまで昇圧する。
【００３８】
整流回路２０は、昇圧トランス１０の二次側１０ｂから出力される交流電圧を直流電圧に変換する。昇圧トランス１０が４００ボルトから５００ボルト程度の交流電圧を出力している場合、整流回路２０が出力する直流電圧は４００ボルト前後になる。整流回路２０が出力する直流電圧は充電制御回路１００が制御する。
【００３９】
図１に示すように、サイリスタ２０Ｓ１と２０Ｓ２のゲートは充電制御回路１００に接続されている。充電制御回路１００は、図２に示すように、サイリスタ２０Ｓ１を昇圧後の交流波形の正の領域でＯＮし、サイリスタ２０Ｓ２をその交流波形の負の領域でＯＮする。サイリスタ２０Ｓ１とサイリスタ２０Ｓ２のＯＮタイミングは、溶接条件から決定された目標充電電圧に基づいて調整する。目標充電電圧は、前述の通り、被溶接物７０の溶接条件から決定された、充電用コンデンサ３５を充電させるときの電圧である。
【００４０】
整流回路２０が直流電圧を出力すると、電流制限抵抗３２、溶接トランス５０の一次側コイル５０ａ、充電用コンデンサ３５を通過する回路に、電流制限抵抗３２で制限された直流電流が流れる。このときには、ＩＧＢＴ４２、スイッチ４４はＯＦＦである。充電回路３０に直流電流が流れると、図３に示すように、充電用コンデンサ３５の電圧が、溶接直後の充電用コンデンサ３５の電圧から目標充電電圧まで上昇する。充電用コンデンサ３５の電圧は、充電用コンデンサ３５と並列に接続してあるダイオード３０Ｄの端子間電圧を電圧検出センサ３６で検出する。放電制御回路２００は、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧を監視し、充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら、充電用コンデンサ３５が蓄えた電気エネルギーを放電させるための制御を開始する。
【００４１】
［放電時の動作］
図４Ａは、溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図４Ｂは、ＩＧＢＴ４２のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図４Ｃは、溶接電流の変化状態を示す図である。
【００４２】
放電制御回路２００は、図３から図４Ａに示すように、溶接起動信号がＯＮの状態であり、さらに、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら（充電完了）、充電制御回路１００に充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知する。なお、放電制御回路２００は、溶接起動信号がＯＮの状態であっても、充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達していなければ、図３に示すように、溶接起動信号は受け付けない。
【００４３】
充電制御回路１００は、放電制御回路２００から充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知されると、サイリスタ２０Ｓ１と２０Ｓ２をＯＮさせるゲート制御を停止する。このため、整流回路２０の動作が停止し直流電圧が出力されなくなる。また、整流回路２０が過負荷となるのを防止できる。
【００４４】
放電制御回路２００は、充電制御回路１００への報知と同時に、ＩＧＢＴ４２のゲートにパルス電圧を印加し、図４Ｂに示すようにＩＧＢＴ４２をＯＮさせる。これと同時にスイッチ４４をＯＮさせる。このため、充電用コンデンサ３５に充電されている電気エネルギーが大きな電流となって溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる。溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる電流は溶接トランス５０で増幅されてニ次側コイル５０ｂに流れる。ニ次側コイル５０ｂには溶接電極６０ａ、６０ｂが接続してあり、溶接電極６０ａ、６０ｂは被溶接物７０をその両側から加圧する。溶接電極６０ａ、６０ｂ間にニ次側コイル５０ｂから溶接電流が供給されると、被溶接物７０は、この溶接電流により発生するジュール熱で瞬間的に加熱され溶接される。
【００４５】
なお、ＩＧＢＴ４２と並列にスナバコンデンサ４３を接続してあるので、ＩＧＢＴ４２がＯＮし、その後ＯＦＦしたときの過渡的な高電圧がスナバコンデンサ４３に吸収され、ＩＧＢＴ４２を高電圧から保護できる。また、ＩＧＢＴ４２がＯＮした時、スイッチ４４は溶接トランス５０の一次側コイル５０ａと並列に還流ダイオード４０Ｄを接続するので、一次側コイル５０ａが発生する逆起電力を還流ダイオード４０Ｄに還流させることができる。
【００４６】
図４Ｃに示すように、被溶接物７０に供給される溶接電流は瞬間的に最大値まで上昇する。被溶接物７０を流れる溶接電流は溶接電流検出センサ６５で検出されて放電制御回路２００に入力される。放電制御回路２００は、被溶接物７０を流れる溶接電流の変化状態を監視する。放電制御回路２００は、溶接電流が最大になったことを認識すると、図４Ｂに示すように、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせる。その後逆起電力が低下した後にスイッチ４４をＯＦＦさせる。溶接電流が最大になったことは、一般的なピーク検出回路で検出する。被溶接物７０の溶接は、溶接電流が最大になったところで終了することになるが、溶接のために十分なエネルギーが供給されるので、溶接品質に問題は生じない。また、充電用コンデンサ３５は溶接を終了したあとでも完全放電状態にはならず、かなりの電気エネルギーが残る。このため、次の溶接に向けて、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にするまでの充電時間が短くなる。
【００４７】
以上のようにして被溶接物７０の溶接が終了すると、前述の「充電時の動作」に戻り、溶接作業中は、「充電時の動作」と「放電時の動作」を繰り返す。
【００４８】
このように、実施形態１によれば、被溶接物７０の溶接を溶接電流が最大になったところで終了しているので、溶接後でも充電用コンデンサ３５に電気エネルギーを残しておくことができ、充電用コンデンサ３５の寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、誤って溶接電極６０ａ、６０ｂを開放したまま溶接をしようとしたときに、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦし、放電回路４０の放電を停止させる制御も行う。
【００５０】
放電制御回路２００は、図３から図４Ａに示すように、溶接起動信号がＯＮの状態であり、さらに、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら（充電完了）、充電制御回路１００に充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知する。
【００５１】
放電制御回路２００は、充電制御回路１００への報知と同時に、ＩＧＢＴ４２のゲートにパルス電圧を印加し、図４Ｂに示すようにＩＧＢＴ４２をＯＮさせる。これと同時にスイッチ４４をＯＮさせる。このため、充電用コンデンサ３５に充電されている電気エネルギーが大きな電流となって溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる。溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる電流は溶接トランス５０で増幅されてニ次側コイル５０ｂに流れようとする。
【００５２】
このとき、溶接電極６０ａ、６０ｂが被溶接物７０に接触してなく、開放されたままであると、溶接電極６０ａ、６０ｂ間には溶接電流が流れない。このため、溶接電流検出センサ６５は溶接電流を検出できず、ＩＧＢＴ４２がＯＮのままとなる。このままの状態が、充電用コンデンサ３５が完全放電状態となるまで続いてしまうと、溶接トランス５０が偏磁現象を起こして、溶接トランス５０及びこれに接続されている回路は致命的な損傷を受ける。
【００５３】
このため、本実施形態では、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、充電用コンデンサ３５の充電が完了してＩＧＢＴ４２がＯＮし、充電用コンデンサ３５が放電を開始した後設定時間内に溶接電流検出センサ６５が一定値以上の溶接電流を検出しないときには、ＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせている。このようにＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせることで、放電回路４０の放電を停止させ、溶接トランス５０の損傷から保護できる。
【００５４】
「実施形態２」
この実施形態は、溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに充電用コンデンサ３５の放電を強制的に終了させる態様である。
【００５５】
（コンデンサ型抵抗溶接機の動作）
図５は、図１に示したコンデンサ型抵抗溶接機の動作説明に供するタイミングチャートである。本実施形態のコンデンサ型抵抗溶接機の充電時の動作は実施形態１と同一であるので、この実施形態では放電時の動作について説明する。
【００５６】
［放電時の動作］
図５Ａは、溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図５Ｂは、ＩＧＢＴ４２のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図５Ｃは、溶接電流の変化状態を示す図である。
【００５７】
放電制御回路２００は、図３、図５Ａに示すように、溶接起動信号がＯＮの状態であり、さらに、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら（充電完了）、充電制御回路１００に充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知する。なお、放電制御回路２００は、溶接起動信号がＯＮの状態であっても、充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達していなければ、図３に示すように、溶接起動信号は受け付けない。
【００５８】
充電制御回路１００は、放電制御回路２００から充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知されると、サイリスタ２０Ｓ１と２０Ｓ２をＯＮさせるゲート制御を停止する。このため、整流回路２０の動作が停止し直流電圧が出力されなくなる。また、整流回路２０が過負荷となるのを防止できる。
【００５９】
放電制御回路２００は、充電制御回路１００への報知と同時に、ＩＧＢＴ４２のゲートにパルス電圧を印加し、図５Ｂに示すようにＩＧＢＴ４２をＯＮさせる。これと同時にスイッチ４４をＯＮさせる。このため、充電用コンデンサ３５に充電されている電気エネルギーが大きな電流となって溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる。溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる電流は溶接トランス５０で増幅されてニ次側コイル５０ｂに流れる。ニ次側コイル５０ｂには溶接電極６０ａ、６０ｂが接続してあり、溶接電極６０ａ、６０ｂは被溶接物７０をその両側から加圧する。溶接電極６０ａ、６０ｂ間にニ次側コイル５０ｂから溶接電流が供給されると、被溶接物７０は、この溶接電流により発生するジュール熱で瞬間的に加熱され溶接される。
【００６０】
図５Ｃに示すように、被溶接物７０に供給される溶接電流は瞬間的に最大値まで上昇しその後次第に低下する。被溶接物７０を流れる溶接電流は溶接電流検出センサ６５で検出されて放電制御回路２００に入力される。放電制御回路２００は、被溶接物７０を流れる溶接電流の変化状態を監視する。放電制御回路２００は、溶接電流が最大になった後、設定値まで低下したことを認識すると、図５Ｂに示すように、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせる。その後逆起電力が低下した後にスイッチ４４をＯＦＦさせる。溶接電流が最大になったことは、一般的なピーク検出回路で検出する。
【００６１】
ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせるための溶接電流の値は、充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電が停止されるように、最適な電流値を選定し、放電制御回路２００に設定しておく。
【００６２】
被溶接物７０の溶接は、溶接電流が最大から少し低下したところで終了することになるが、溶接のために十分なエネルギー（実施形態１より大きい）が供給されるので、溶接品質に問題は生じない。また、充電用コンデンサ３５は溶接を終了したあとでも完全放電状態にはならず、かなりの電気エネルギー（実施形態１より小さい）が残る。このため、次の溶接に向けて、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にするまでの充電時間が短くなる。
【００６３】
以上のようにして被溶接物７０の溶接が終了すると、前述の「充電時の動作」に戻り、溶接作業中は、「充電時の動作」と「放電時の動作」を繰り返す。
【００６４】
このように、実施形態２によれば、被溶接物７０の溶接を溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに終了しているので、溶接後でも充電用コンデンサ３５に電気エネルギーを残しておくことができ、充電用コンデンサ３５の寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、誤って溶接電極６０ａ、６０ｂを開放したまま溶接をしようとしたときに、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦし、放電回路４０の放電を停止させる制御も行う。この制御は実施形態１と同一である。
【００６６】
「実施形態３」
この実施形態は、充電用コンデンサ３５の放電電流の値が設定値に達したときに充電用コンデンサ３５の放電を強制的に終了させる態様である。
【００６７】
（コンデンサ型抵抗溶接機の動作）
図６は、図１に示したコンデンサ型抵抗溶接機の動作説明に供するタイミングチャートである。本実施形態のコンデンサ型抵抗溶接機の充電時の動作は実施形態１と同一であるので、この実施形態では放電時の動作について説明する。
【００６８】
［放電時の動作］
図６Ａは、溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図６Ｂは、ＩＧＢＴ４２のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図６Ｃは、放電電流の変化状態を示す図である。
【００６９】
放電制御回路２００は、図３、図６Ａに示すように、溶接起動信号がＯＮの状態であり、さらに、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら（充電完了）、充電制御回路１００に充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知する。なお、放電制御回路２００は、溶接起動信号がＯＮの状態であっても、充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達していなければ、図３に示すように、溶接起動信号は受け付けない。
【００７０】
充電制御回路１００は、放電制御回路２００から充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知されると、サイリスタ２０Ｓ１と２０Ｓ２をＯＮさせるゲート制御を停止する。このため、整流回路２０の動作が停止し直流電圧が出力されなくなる。また、整流回路２０が過負荷となるのを防止できる。
【００７１】
放電制御回路２００は、充電制御回路１００への報知と同時に、ＩＧＢＴ４２のゲートにパルス電圧を印加し、図６Ｂに示すようにＩＧＢＴ４２をＯＮさせる。これと同時にスイッチ４４をＯＮさせる。このため、充電用コンデンサ３５に充電されている電気エネルギーが大きな電流となって溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる。溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる電流は溶接トランス５０で増幅されてニ次側コイル５０ｂに流れる。ニ次側コイル５０ｂには溶接電極６０ａ、６０ｂが接続してあり、溶接電極６０ａ、６０ｂは被溶接物７０をその両側から加圧する。溶接電極６０ａ、６０ｂ間にニ次側コイル５０ｂから溶接電流が供給されると、被溶接物７０は、この溶接電流により発生するジュール熱で瞬間的に加熱され溶接される。
【００７２】
図６Ｃに示すように、被溶接物７０の溶接が開始されると、充電用コンデンサ３５の放電が開始され、充電用コンデンサ３５の放電電流が上昇する。溶接時に充電用コンデンサ３５から溶接トランス５０の一次側コイル５０ａに流れる放電電流は放電電流検出センサ５５によって検出されて放電制御回路２００に入力される。放電制御回路２００は、被溶接物７０を流れる放電電流の変化状態を監視する。放電制御回路２００は、電流が設定値に達したことを認識すると、図６Ｂに示すように、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせる。その後逆起電力が低下した後にスイッチ４４をＯＦＦさせる。
【００７３】
ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせるための放電電流の値は、充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電が停止されるように、最適な放電電流値を選定し、放電制御回路２００に設定しておく。なお、放電電流と溶接電流には相関があるのは上述の通りである。
【００７４】
被溶接物７０の溶接は、放電電流が設定値に達したところで終了することになるが、溶接のために十分なエネルギーが供給されるので、溶接品質に問題は生じない。また、充電用コンデンサ３５は溶接を終了したあとでも完全放電状態にはならず、かなりの電気エネルギーが残る。このため、次の溶接に向けて、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にするまでの充電時間が短くなる。
【００７５】
以上のようにして被溶接物７０の溶接が終了すると、前述の「充電時の動作」に戻り、溶接作業中は、「充電時の動作」と「放電時の動作」を繰り返す。
【００７６】
このように、実施形態３によれば、被溶接物７０の溶接を放電電流が設定値に達したところで終了しているので、溶接後でも充電用コンデンサ３５に電気エネルギーを残しておくことができ、充電用コンデンサ３５の寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、誤って溶接電極６０ａ、６０ｂを開放したまま溶接をしようとしたときに、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦし、放電回路４０の放電を停止させる制御も行う。
【００７８】
この制御は、本実施形態では、図６Ｂ、図６Ｃに示すように、充電用コンデンサ３５の充電が完了してＩＧＢＴ４２がＯＮし、充電用コンデンサ３５が放電を開始した後設定時間内に放電電流検出センサ５５が一定値以上の電流値を検出しないときには、ＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせている。このようにＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせることで、放電回路４０の放電を停止させ、溶接トランス５０の損傷から保護できる。
【００７９】
「実施形態４」
この実施形態は、充電用コンデンサ３５の電圧の値が一定値まで降下したときに充電用コンデンサ３５の放電を強制的に終了させる態様である。
【００８０】
（コンデンサ型抵抗溶接機の動作）
図７は、図１に示したコンデンサ型抵抗溶接機の動作説明に供するタイミングチャートである。本実施形態のコンデンサ型抵抗溶接機の充電時の動作は実施形態１と同一であるので、この実施形態では放電時の動作について説明する。
【００８１】
［放電時の動作］
図７Ａは、溶接起動信号のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図７Ｂは、ＩＧＢＴ４２のＯＮ、ＯＦＦ状態を示す図である。図７Ｃは、充電電圧の変化状態を示す図である。
【００８２】
放電制御回路２００は、図３、図７Ａに示すように、溶接起動信号がＯＮの状態であり、さらに、電圧検出センサ３６で検出した充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達したら（充電完了）、充電制御回路１００に充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知する。なお、放電制御回路２００は、溶接起動信号がＯＮの状態であっても、充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧まで達していなければ、図３に示すように、溶接起動信号は受け付けない。
【００８３】
充電制御回路１００は、放電制御回路２００から充電用コンデンサ３５の電圧が目標充電電圧になったことを報知されると、サイリスタ２０Ｓ１と２０Ｓ２をＯＮさせるゲート制御を停止する。このため、整流回路２０の動作が停止し直流電圧が出力されなくなる。
また、整流回路２０が過負荷となるのを防止できる。
【００８４】
放電制御回路２００は、充電制御回路１００への報知と同時に、ＩＧＢＴ４２のゲートにパルス電圧を印加し、図７Ｂに示すようにＩＧＢＴ４２をＯＮさせる。これと同時にスイッチ４４をＯＮさせる。このため、充電用コンデンサ３５に充電されている電気エネルギーが大きな電流となって溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる。溶接トランス５０の一次側コイル５０ａを流れる電流は溶接トランス５０で増幅されてニ次側コイル５０ｂに流れる。ニ次側コイル５０ｂには溶接電極６０ａ、６０ｂが接続してあり、溶接電極６０ａ、６０ｂは被溶接物７０をその両側から加圧する。溶接電極６０ａ、６０ｂ間にニ次側コイル５０ｂから溶接電流が供給されると、被溶接物７０は、この溶接電流により発生するジュール熱で瞬間的に加熱され溶接される。
【００８５】
図７Ｃに示すように、被溶接物７０の溶接が開始されると、充電用コンデンサ３５の放電が開始され、充電用コンデンサ３５の充電電圧値が低下する。溶接時の充電用コンデンサ３５の充電電圧値は電圧検出センサ３６によって検出されて放電制御回路２００に入力される。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５の充電電圧値の変化状態を監視する。放電制御回路２００は、充電電圧値が一定値まで降下したことを認識すると、図７Ｂに示すように、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせる。その後逆起電力が低下した後にスイッチ４４をＯＦＦさせる。
【００８６】
ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせるための充電電圧値は、充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電が停止されるように、最適な充電電圧値を選定し、放電制御回路２００に設定しておく。なお、充電電圧と溶接電流には相関があるのは上述の通りである。
【００８７】
被溶接物７０の溶接は、充電電圧値が一定値まで降下したところで終了することになるが、溶接のために十分なエネルギーが供給されるので、溶接品質に問題は生じない。また、充電用コンデンサ３５は溶接を終了したあとでも完全放電状態にはならず、かなりの電気エネルギーが残る。このため、次の溶接に向けて、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にするまでの充電時間が短くなる。
【００８８】
以上のようにして被溶接物７０の溶接が終了すると、前述の「充電時の動作」に戻り、溶接作業中は、「充電時の動作」と「放電時の動作」を繰り返す。
【００８９】
このように、実施形態４によれば、被溶接物７０の溶接を充電電圧値が一定値まで降下したところで終了しているので、溶接後でも充電用コンデンサ３５に電気エネルギーを残しておくことができ、充電用コンデンサ３５の寿命の向上と充電時間の短縮を図ることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、誤って溶接電極６０ａ、６０ｂを開放したまま溶接をしようとしたときに、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦし、放電回路４０の放電を停止させる制御も行う。
【００９１】
この制御は、本実施形態では、図７Ｂ、図７Ｃに示すように、充電用コンデンサ３５の充電が完了してＩＧＢＴ４２がＯＮし、充電用コンデンサ３５が放電を開始した後設定時間内に、電圧検出センサ３６が、充電コンデンサ３５の充電電圧が一定値まで降下したことを検出しないときには、ＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせている。このようにＩＧＢＴ４２を強制的にＯＦＦさせることで、放電回路４０の放電を停止させ、溶接トランス５０の損傷から保護できる。
【００９２】
次に実施形態１から４の全てに適用することができる、充電用コンデンサ３５の放電時間の調整制御について説明する。
【００９３】
図８は、充電用コンデンサ３５の放電時間の調整制御の説明に供する図である。図８Ａは、図１に示したＩＧＢＴ４２のＯＮ、ＯＦＦ制御の説明に供する図であり、図８Ｂは、放電時間が調整される様子を説明するための図である。
【００９４】
以上の実施形態１から４では、放電制御回路２００は、充電コンデンサ３５の電気エネルギーを放電させている間はＩＧＢＴ４２を継続的にＯＮさせた。しかし、図８Ａに示すように、充電コンデンサ３５の電気エネルギーを放電させている間はＩＧＢＴ４２を間欠的にＯＮ、ＯＦＦさせても良い。ＩＧＢＴ４２を間欠的にＯＮ、ＯＦＦさせる場合、ＩＧＢＴ４２に所定のデューティー比のパルスを与える。
【００９５】
充電コンデンサ３５の電気エネルギーを放電させている間、ＩＧＢＴ４２を継続的にＯＮさせると、被溶接物７０に流れる溶接電流の立ち上がりの程度、つまり、溶接が開始されてから最大値に達するまでの時間は、放電回路４０や溶接トランス５０を構成する回路要素の回路定数、被溶接物７０の抵抗値に依存する。
【００９６】
ところが、ＩＧＢＴ４２に所定のデューティー比のパルスを与え、ＩＧＢＴ４２を間欠的にＯＮ、ＯＦＦさせながら充電コンデンサ３５の電気エネルギーを放電させるようにすると、溶接電流の立ち上がりの程度を変化させることができる。したがって、パルスのデューティー比を変えることで放電時間を故意に変化させることができる。ＩＧＢＴ４２に与えるパルスのデューティー比をどの程度にするかは、被溶接物の材料の相違による溶接時間の違いなどの溶接条件の相違によって調整する。
【００９７】
たとえば、熱歪をきらう金属や熱伝導率の高いアルミ材などの金属を溶接する場合には、溶接電流の立ち上がりを早くして放電時間を短くする。また、溶接電流の立ち上がりが早いと散りが発生しやすい金属を溶接する場合には、溶接電流のピークを下げて放電時間を長くする。このような場合に、充電用コンデンサ３５の放電時間を調整することは有効である。
【００９８】
図８Ｂに示すように、放電時間を長く取りたいときにはＩＧＢＴ４２に与えるパルスのデューティー比を小さくし、図８Ｂに示すような放電時間とする。逆に、放電時間を短くしたいときにはＩＧＢＴ４２に与えるパルスのデューティー比を大きくする。この場合には、図８Ｂに示す放電時間が短くなる。
【００９９】
以上説明したように、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、上記のような構成及び動作をすることで、次のような効果を奏する。
【０１００】
従来は充電用コンデンサの放電の終了タイミングを制御することなく、満充電状態から完全放電状態の間で充電用コンデンサを使用していた。このため、このような苛酷な使用環境に耐えられるコンデンサを選定する必要があった。
【０１０１】
しかし、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、充電用コンデンサが完全放電状態となる前に放電を終了させているため、苛酷な使用環境を改善することができ、充電用コンデンサとして用いるコンデンサの選定範囲を広げることができる。
【０１０２】
また、従来は充電用コンデンサの放電の終了タイミングを制御することなく、充電用コンデンサを完全放電させていた。この場合、充電用コンデンサの放電時間は溶接トランスのニ次側のインピーダンスと力率によって決まる。したがって、溶接トランスは長い放電時間に耐えられるように、低い周波数にまで対応できる大形のものが必要になる。
【０１０３】
しかし、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、充電用コンデンサが完全放電してしまう前に放電を終了させているため、溶接トランスは短い放電時間に耐えられるものであれば良くなり、通常の商用周波数のものを使用することができる。また、大きな磁気回路が必要ではなくなるので、小型軽量化が可能となる。
【０１０４】
さらに、放電時間を短くするために、溶接トランスのニ次側のインピーダンスを下げたり、力率を上げたりする工夫は不要になるため、溶接電極とその加圧機構の寸法を小さくしなくても良く、大型の被溶接物にも容易に対応させることができる。
【０１０５】
被溶接物に合わせて放電時間を変えようとすると、溶接トランスの巻数変更のため接続タップの切り替えが必要になることがあったが、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機は、ＩＧＢＴに与えるパルスのデューティー比を制御することで充電用コンデンサの放電時間を調整できるので、接続タップの切り替え作業は不要になる。
【０１０６】
通常の商用周波数のトランスと一般的に用いている溶接電極とその加圧機構とを組み合わせたとき、トランスは長い放電時間に耐えられない。しかし、本発明を適用することで、放電時間を短くすることができるため、トランスの一次電流が増大しニ次電流が減少する偏磁現象の発生と放電電流の異常上昇を防止することができ、充電用コンデンサの寿命を向上させることができる。実験によれば、充電用コンデンサの充電電圧が４３０ボルトで放電後の電圧が０ボルトのとき１００万回の繰り返し充放電で寿命となったが、充電用コンデンサの充電電圧が４３０ボルトで放電後の電圧が３０ボルトのとき５００万回の繰り返し充放電で寿命となった。したがって、充電用コンデンサを完全放電状態にしないことがいかに寿命に大きな影響を与えるかがわかった。
【０１０７】
また、従来は、充電用コンデンサから供給される全ての電気エネルギーが溶接に活かされているわけではない。放電後期の減衰した放電電流は、被溶接物への発熱の寄与度が極端に低く、エネルギー効率が低いからである。しかし、本発明の場合は、放電後期の減衰した放電電流はほとんど用いずに、被溶接物への発熱の寄与度が大きい放電中期の放電電流を用いるので、エネルギー効率を向上させることができる。
【０１０８】
また、充電用コンデンサの寿命を確保するために、複数または多数の充電用コンデンサを用いることも必要ではなくなり、これにより小型化軽量化が可能になる。
【０１０９】
充電用コンデンサを完全放電状態にしないで次の溶接に備えた充電をすることができるので、エネルギー効率を高めることができ、充電時間が短くなるので、溶接の作業効率が向上する。
【０１１０】
また、誤って溶接電極を開放したまま溶接をしようとしても放電素子のＯＮ時間を制御しているので、放電時間が必要以上に延長され溶接トランスが大きく偏磁して放電電流の異常上昇が生じ、溶接トランスの一次側の回路が破損することを防止することができる。
【０１１１】
次に、本発明を適用することができる他のコンデンサ型抵抗溶接機の回路について説明する。図９は、本発明を適用する他のコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。
【０１１２】
この回路は、図１に示した回路と大部分が同一である。したがって、図１の回路とは異なる部分のみに符号を付してその構成と動作を説明する。
【０１１３】
この回路で異なっているのは、図１のＩＧＢＴ４２に代えて、スイッチング素子としてサイリスタ４５Ａ、４５Ｂを用いていることである。サイリスタ４５Ａ、４５Ｂのゲートは放電制御回路２００に接続される。
【０１１４】
放電制御回路２００は、被溶接物７０を溶接するときには、サイリスタ４５Ａにパルスを印加して充電用コンデンサ３５を放電させる。溶接を終了するときには、サイリスタ４５Ｂにパルスを印加して充電用コンデンサ３５の放電を停止する。
【０１１５】
放電制御回路２００が、充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電を停止させる手法として、溶接電流が最大になったときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態１）、溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態２）、放電電流の値が設定値に達したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態３）、充電用コンデンサの電圧の値が一定値まで降下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態４）の４つの態様があるが、図９に示したコンデンサ型抵抗溶接機の回路図においても、これらの態様を適用させることができる。
【０１１６】
これらの態様を実現させるこの回路の動作は図１の場合と同一である。
【０１１７】
図１０は、本発明を適用する他のコンデンサ型抵抗溶接機の回路図である。この回路は、昇圧トランスに３相交流トランス１７を用いている。また３相交流トランス１７の一次側に各相２個ずつ合計６個のサイリスタを接続している。６個のサイリスタは充電用コンデンサ３５の充電電圧を制御する。
【０１１８】
以下に、この回路の構成と動作を説明する。
【０１１９】
図１０のコンデンサ型抵抗溶接機は、トランス１７、整流回路２２、充電回路３３、放電回路４６、溶接トランス５６を有する。
【０１２０】
トランス１７は、一次側コイル１７ａ、１７ｂ、１７ｃが充電回路３３を介して３相の商用電源１６にそれぞれ接続される。ニ次側コイル１７ｄは整流回路２２に接続される。トランス１７は商用電源１６の電圧を変圧する。
【０１２１】
整流回路２２は、トランス１７によって変圧された３相の商用電源１６の交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路２２は、図示するように、６個のダイオード２２Ｄ１〜２２Ｄ６で構成される。３相の各相にダイオード２２Ｄ１と２２Ｄ２、ダイオード２２Ｄ３と２２Ｄ４、ダイオード２２Ｄ５と２２Ｄ６を接続する。したがって、整流回路２２は、トランス１７によって変圧された３相の商用電源１６の交流電圧を全波整流する。
【０１２２】
充電回路３３は、整流回路２２から出力される溶接のための電気エネルギーを充電用コンデンサ３５に充電する。充電回路３３は、６個のサイリスタ３３Ｓ１〜３３Ｓ６と、充電用コンデンサ３５及びダイオード３０Ｄによって構成される。商用電源１６の３相の各相にサイリスタ３３Ｓ１と３３Ｓ２、サイリスタ３３Ｓ３と３３Ｓ４、サイリスタ３３Ｓ５と３３Ｓ６を接続する。サイリスタ３３Ｓ１と３３Ｓ２、サイリスタ３３Ｓ３と３３Ｓ４、サイリスタ３３Ｓ５と３３Ｓ６のぞれぞれは、相ごとに２個ずつ極性を交互にして並列に接続する。充電用コンデンサ３５とダイオード３０Ｄとは並列に接続する。ダイオード３０Ｄの両端には電圧検出センサ３６を接続する。充電用コンデンサ３５の充電電圧は電圧検出センサ３６によって検出できる。
【０１２３】
放電回路４６は、充電用コンデンサ３５に充電された電気エネルギーを被溶接物７０に放電する。放電回路４６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）４２、還流ダイオード４０Ｄ、溶接トランス５６によって構成される。
【０１２４】
ＩＧＢＴ４２は、充電用コンデンサ３５を充電しているときにはＯＦＦであり、被溶接物７０に放電するときにはＯＮである。還流ダイオード４０Ｄは、ＩＧＢＴ４２がＯＮしたときに溶接トランス５６が発生する逆起電力を還流させる。したがって、還流ダイオード４０Ｄは溶接トランス５６の一次側コイル５６ａと並列に接続する。
【０１２５】
ＩＧＢＴ４２は、被溶接物７０の溶接時に充電用コンデンサ３５が充電した電気エネルギーを放電させるスイッチング素子として機能する。ＩＧＢＴ４２は、充電用コンデンサ３５の放電をさせている間ＯＮ状態を継続する態様と、充電用コンデンサ３５の放電をさせている間細かくＯＮ、ＯＦＦを繰り返す態様と、いずれかの態様で動作させる。
【０１２６】
溶接トランス５６は、一次側コイル５６ａを充電用コンデンサ３５に接続し、ニ次側コイル５６ｂを溶接電極６０ａ、６０ｂに接続する。溶接トランス５６は、充電用コンデンサ３５から放電される高電圧低電流の電気エネルギーを低電圧大電流の電気エネルギーに変換する。溶接電極６０ａ、６０ｂは、被溶接物７０を両側から加圧して、溶接トランス５６のニ次側コイル５６ｂから供給される溶接電流を被溶接物７０に流す。
【０１２７】
溶接トランス５６の一次側コイル５６ａには放電電流検出センサ５５を接続する。溶接時に充電用コンデンサ３５から溶接トランス５６の一次側コイル５６ａに流れる放電電流は放電電流検出センサ５５によって検出できる。溶接トランス５６のニ次側コイル５６ｂには溶接電流検出センサ６５を接続する。溶接時に溶接電極６０ａ、６０ｂを介して溶接トランス５６のニ次側コイル５６ｂに流れる溶接電流は溶接電流検出センサ６５によって検出できる。放電電流の大きさと溶接電流の大きさには相関があるため、放電電流の大きさを検出することで、溶接電流の大きさが予測できる。
【０１２８】
コンデンサ型抵抗溶接機は、充電回路３３を制御する充電制御回路１００と放電回路４６を制御する放電制御回路２００を有する。
【０１２９】
充電制御回路１００は、充電用コンデンサ３５を目標充電電圧にまで充電させるため、
各相に接続されるサイリスタ３３Ｓ１と３３Ｓ２、サイリスタ３３Ｓ３と３３Ｓ４、サイリスタ３３Ｓ５と３３Ｓ６のＯＮタイミングを相ごとに制御する。
【０１３０】
放電制御回路２００は、電気エネルギーの放電を充電用コンデンサ３５が完全放電する前に停止させる。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５の充電時の電圧及び放電時の電圧を検出する電圧検出センサ３６、溶接トランス５６の一次側コイル５６ａの放電電流を検出する放電電流検出センサ５５及び溶接トランス５６のニ次側コイル５６ｂに流れる溶接電流を検出する溶接電流検出センサ６５を接続する。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５の放電時の電圧、一次側コイル５６ａの放電電流、ニ次側コイル５６ｂに流れる溶接電流のいずれかを検出することによって、充電用コンデンサ３５の放電状態を認識する。放電電流と同様に、充電用コンデンサ３５の放電時の電圧の大きさも溶接電流の大きさと相関がある。充電用コンデンサ３５の放電時の電圧の大きさを検出することで、溶接電流の大きさが予測できる。放電制御回路２００は、充電用コンデンサ３５が完全放電する前に、ＩＧＢＴ４２をＯＦＦさせ、充電用コンデンサ３５の放電を停止させる。
【０１３１】
充電用コンデンサ３５が完全放電する前に放電を停止させる手法として、上記のように、溶接電流が最大になったときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態１）、溶接電流が最大になりその後設定値まで低下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態２）、放電電流の値が設定値に達したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態３）、充電用コンデンサの電圧の値が一定値まで降下したときに充電用コンデンサの放電を強制的に終了させる態様（実施形態４）の４つの態様がある。
【０１３２】
これらの態様についてのＩＧＢＴ４２の動作は上述の通りである。また、ＩＧＢＴ４２がＯＮしているときには、充電制御回路１００が全てのサイリスタをＯＦＦさせる。トランス３３が過負荷になるのを防止するためである。
【０１３３】
また、ＩＧＢＴ４２に図８に示したようなパルス電圧を与えて、溶接時間を調整する他態様を適用することもできる。
【０１３４】
以上、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機について説明した。明細書及び図面に記載した実施形態は、本発明に係るコンデンサ型抵抗溶接機の一例であり、本発明の技術的範囲は、この実施形態の範囲に特定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３５】
１０  昇圧トランス、
１０ａ  昇圧トランスの一次側コイル、
１０ｂ  昇圧トランスのニ次側コイル、
１５  商用電源、
２０  整流回路、
２０Ｄ１、２０Ｄ２  ダイオード、
２０Ｓ１、２０Ｓ２  サイリスタ、
３０  放電回路、
３０Ｄ  ダイオード、
３２  電流制限抵抗、
３５  充電用コンデンサ、
３６  電圧検出センサ、
４０  放電回路、
４２  絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、
４３  スナバコンデンサ、
４４  スイッチ、
４０Ｄ  還流ダイオード、
５０  溶接トランス、
５０ａ  溶接トランスの一次側コイル、
５０ｂ  溶接トランスのニ次側コイル、
５５  放電電流検出センサ、
６０ａ、６０ｂ  溶接電極、
６５  溶接電流検出センサ、
７０  被溶接物、
１００  充電制御回路、
２００  放電制御回路。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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