JPH02263579A - インバータ式スポット抵抗溶接機 - 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］ 本発明はワークをスポット抵抗溶接するインバータ式ス
ポット抵抗溶接機に関し、−層詳細には、当該溶接機の
インバータ回路を構成する電力用半導体素子が導通状態
にある時間を監視することにより当該電力用半導体素子
が破壊状態に至らないようにしたインバータ式スポット
抵抗溶接機に関する。

［発明の背景コ 抵抗溶接機は、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装置である。当該抵抗溶接機は、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
れた接合法である。

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
取着する際の難点として指摘されている。

そこで、最近では、この溶接トランスの小型化を図るた
め、電力用半導体素子の作用下に直流を、−旦、高周波
交流に変換し、この高周波交流を前記溶接トランスに供
給して降圧した後、直接的にあるいは整流器を用いて再
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
スポット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カドランスを構成するトランスコ
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溶接トランスを比較的小型且つ軽量
に構成出来るからである。

このように構成されるインバータ式スポット抵抗溶接機
においては、供給電流の大電流化および当該装置の小型
化が常に要請されている。

これによって、鋼板の溶接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も大電流
を供給し得るからである。

ところで、この種の装置に使用されるインバータ回路で
は、回路を構成するパワートランジスタ等の電力用半導
体素子が発熱等によって破壊することを防止するための
保護手段が設けられる。従来の保護手段は、例えば、特
開昭５７−１１３７７６、特開昭６２−０６４２７４号
公報等に開示されるように、インバータ回路に過電流検
出手段あるいは感温素子、熱抵抗素子を設けたものであ
り、回路を構成する半導体素子の異常発熱を検出する方
策が一般的であった。

然しなから、これらの保護手段を利用する方策では、検
出速度が遅いことから半導体素子の定格電力に対する実
消費電力値を小さく、換言すれば、余裕度を大きく設定
しておく必要があるという不都合が露呈している。また
、従来のインバータ回路においては、トランジスタを連
続定格値（ＤＣ定格値）内で動作させるものであり、例
えば、ベース回路が異常動作しトランジスタが導通状態
のままになっても、熱的限界内であればインバータ回路
の破壊は免れることが出来るように設計がなされている
。このため、予め連続定格値に対して動作値を低くとっ
ておく必要があり、結局、抵抗溶接機等において大電流
を供給する用途には不都合があった。

［発明の目的コ 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、インバータ回路を構成する半導体素子が導通状
態にある時間を監視することにより、当該半導体素子を
連続定格値以上の電流で使用することを可能とし、被溶
接物に大電流を供給することの出来るインバータ式スポ
ット抵抗溶接機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、本発明は半導体素子をス
イッチング動作させて直流を交流に変換するインバータ
部を有するインバータ式スポット抵抗溶接機において、
前記半導体素子を連続定格電流値以上のスイッチング電
流値で動作させるベースドライブ回路と前記半導体素子
の導通時間を測定するタイマ回路とを具備することを特
徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るインバータ式スポット抵抗溶接機に
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１図は本実施態様に係るインバータ式スポット抵抗溶
接機の概略構成を示す図である。当該インバータ式スポ
ット抵抗溶接機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２
４から出力される電圧を変圧する溶接トランスである出
カドランス２８と、前記インバータ部２４を構成するフ
ルブリッジ型に接続された半導体素子、例えば、電力用
のトランジスタ３６ａ乃至３６ｄに対してパルス幅変調
されたベース電流を供給するベースドライブ回路３０、
制御回路３２およびタイマ回路４０とから構成される。

この場合、ベースドライブ回路３０から供給されるベー
ス電流の値はコレクタ電流が連続定格値（ＤＣ定格値）
以上の電流となるのに十分な値１を設定しておく。

前記タイマ回路４０はＡＮＤゲート４１、発振器４２、
カウンタ４４および設定器４６とから構成されている。

このタイマ回路４０は制御回路３２からベースドライブ
回路３０を介してトランジスタ３６ａ乃至３６ｄに供給
されるトランジスタの導通時間に同期したタイミングゲ
ート信号Ｔ、に基づきカウンタ４４を動作させてその導
通時間を計算し、その導通時間が設定器４６に予め設定
された所定の時間以上の時間であった場合には出力信号
Ｔｏｆｆを出力し、ベースドライブ回路３０から各トラ
ンジスタ３６ａ乃至３６ｄへ供給されるベース電流を強
制的に非導通状態とするように動作する。

さらに、前記コンバータ部２２は整流ダイオードスタッ
ク３４ａとりアクドル３４ｂとコンデンサ３４ｃとから
構成され、前記出カドランス２８は一次コイル５２とト
ランスコア５４と二次コイル５６′Ｊ６よびセンタタッ
プ５７とから構成される。さらに、前記二次コイル５６
は整流器３１ａ、３１ｂの一端側に接続され、前記整流
器３１ａ、３１ｂの他端側の共通接続端子および前記出
カドランス２８のセンタタップ５７はワークＷ−、Ｗｂ
を挟持する溶接電極５８ａおよび５８ｂに接続される。

本実施態様に係るインバータ式スポット抵抗溶接機は基
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説明する。

先ず、ワークＷ、　、Ｗ、が溶接電極５８ａおよび５８
ｂによって挟持されると共に、初期加圧がなされる。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を構成する整流ダイオードスタッ
ク３４ａと、リアクトル３４ｂおよびコンデンサ３４ｃ
によって直流化され、この直流がインバータ部２４に導
入される。

一方、ベースドライブ回路３０は、制御回路３２からタ
イミングゲート信号Ｔ、（第２図ａ参照）を受け、イン
バータ部２４を構成するフルブリッジ型のトランジスタ
３６ａ乃至３６ｄを駆動するのに充分なベース電流とな
るように増幅して各トランジスタ３６ａ乃至３６ｄに供
給し、当該トランジスタ３６ａ乃至３６ｄを所定のタイ
ミングで順次導通／非導通制御する。これにより、イン
バータ部２４に導入された直流は交流に変換される。

インバータ部２４の出力交流は出カドランス２８の一次
コイル５２に導入され、変圧されて二次コイル５６に所
定の交流を誘起する。二次コイル５６に誘起された交流
は整流器３１ａ、　３１ｂによって整流された後、その
共通接続点と前記出カドランス２８のセンタタップ５７
とから溶接電極５８ａ１５８ｂを介してワークＷ、　、
Ｗｂに供給される。

ところで、前記したように、従来技術に係るインバータ
部を構成するトランジスタは連続定格値の範囲内で動作
するように設計されており、若し、ベースドライブ回路
からの出力信号が導通状態に対応するレベルに維持され
、その結果、トランジスタが導通状態のままとなっても
、熱的限界内であればインバータ回路の破壊は免れる。

このため、実使用電力を連続定格値に比較して小さく設
計しておく必要があることから溶接機等のように大電流
を供給する用途には不適当であった。

そこで、本願発明者はスポット抵抗溶接機においては、
装置の稼動時間に比較して、溶接電極間に電資を通電す
る時間（使用率）が相当に小さく、例えば、アルミニウ
ム材の溶接の場合には電極への通電時間は１５サイクル
（例えば、０、３ｓｅｃ）であり、電極およびワークの
移動等を含む溶接装置自体の稼動時間に対する通電時間
の比率が１０％程度であることに着目した。また、イン
バータ回路が８００Ｈｚでスイッチング動作を行うと仮
定すると、インバータの一方側のトランジスタが導通状
態となる時間は最大限０、６２５ｍ　ｓｅｃであり、こ
れ以上の時間非導通状態となっている。しかも、パワー
トランジスタ等の半導体素子では、連続定格使用に対し
てインバータ回路の如くスイッチング素子として使用す
る場合に、その通電電流を太き（とることが出来ること
が知られている。従って、スポット抵抗溶接機に使用さ
れるインバータ回路では、連続定格値より大きなスイッ
チング電流値で半導体素子を使用可能である。ただし、
この場合においてスイッチング動作が停止して、半導体
素子が導通状態のままとなると半導体素子が破壊する虞
が存在し、この不都合を回避するた約にインバータの保
護回路が必要となる。

タイマ回路４０はこのために設けられたものであり、当
該タイマ回路４０に制御回路３２からベースドライブ回
路３０を経てトランジスタ３６ａ乃至３６ｄに供給され
る電流信号（ベースドライブ信号）の中、トランジスタ
３６ａ乃至３６ｄの導通時間に同期したタイミングゲー
ト信号Ｔ、が入力されると、導通時間に対応するハイレ
ベル期間ＡＮＤゲート４１が付勢状態となり、発振器４
２の出力パルスＳ、（第２図す参照）がＡＮＤゲート４
１を通過して信号Ｓ、（第２図Ｃ参照）としてカウンタ
４４に導入されカウンタ４４が計数動作を開始する。そ
して、カウンタ４４の作用下にトランジスタ３６ａ乃至
３６ｄの導通時間が計測され、この計測された導通時間
が設定器４６に予め設定された時間を超えると（時刻ｔ
１点参照）、タイマ回路４０は出力信号Ｔｏｆｆを出力
する（第２図Ｃ参照）。ここで、出力信号Ｔｏｆｆはベ
ースドライブ回路３０に人力され、トランジスタ３６ａ
乃至３６ｄに供給されるベース電流を強制的に遮断する
。従って、トランジスタ３６ａ乃至３６ｄの導通時間が
設定時間を超えた場合にトランジスタ３６ａ乃至３６ｄ
は強制的に非導通状態となり破壊に至ることはない。

なお、カウンタ４４はタイミングゲート信号Ｔ、の立ち
上がりエツジ部で計数を開始し、立ち下がりエツジ部で
計数が終了すると共にリセットされる。

上記の実施態様においては、ベースドライブ回路３０か
ら出力されるベースドライブ信号に基づきトランジスタ
３６ａ乃至３６ｄの導通状態に対応する時間を検出して
いたがこれに限らず、第３図に示すように、インバータ
部２４の出力側にホール素子等からなる電流検出手段６
０を介装し、この電流検出手段６０の出力信号を波形整
形回路６２によりＡＮＤゲート４１が動作し得るレベル
に波形整形してＡＮＤゲー）４１並びにカウンタ４４の
ＲＥＳＥＴ端子に供給するように構成すれば、トランジ
スタ３６ａ乃至３６ｄの実際の導通時間を監視出来る。

また、他の実施態様として、第４図に示すように、第３
図に示す電流検出手段６０をインバータ部２４０入力端
に２個介装し波形整形回路６２の出力信号をマルチプラ
イヤ等の電子スイッチ６４でタイミングゲート信号Ｔ、
の立ち上がりエツジ部で切り換えてタイマ回路４０で導
通時間を測定するように構成しても同様に動作可能であ
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、インバータ回路を構成
する半導体素子の導通時間を監視するタイマ回路を設け
、当該半導体素子が所定時間以上導通状態となった場合
には、強制的に当該トランジスタを非導通状態するよう
に構成している。このため、インバータ部を構成する半
導体素子をスイッチング定格領域で使用することが可能
となり、従来の連続定格値での使用に比較して２〜３倍
の大電流の供給が可能となる溶接機が得られる。

以上、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、
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図は本発明に係るインバータ式スポット抵抗溶接機
の一実施態様の構成図、 第２図は当該溶接機の動作説明図、 第３図および第４図は本発明に係るインバータ式スポッ
ト抵抗溶接機の他の実施態様を示す構成図である。 ２２・・・コンバータ部　　　　　２４・・・インバ　
９部２８・・・出カドランス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子をスイッチング動作させて直流を交流
   に変換するインバータ部を有するインバータ式スポット
   抵抗溶接機において、前記半導体素子を連続定格電流値
   以上のスイッチング電流値で動作させるベースドライブ
   回路と前記半導体素子の導通時間を測定するタイマ回路
   とを具備することを特徴とするインバータ式スポット抵
   抗溶接機。