JPH0677851B2

JPH0677851B2 - 抵抗溶接機

Info

Publication number: JPH0677851B2
Application number: JP61218856A
Authority: JP
Inventors: 三夫並木
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS6376771A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、インバータ式の抵抗溶接機に関し、特に安定
な溶接品質を得るように工夫したものである。

（従来の技術）最近、電源回路にインバータを用いる抵抗溶接機が市場
に現れ、普及の兆しを見せている。このインバータ式抵
抗溶接機は、これまで最も多用されている単相交流式抵
抗溶接機に比較して次のような特長がある。

（１）．溶接トランスに高周波交流を通すため、トラン
スを小型にできる。したがって、例えばロボット溶接に
適用した場合、ロボットアーム先端部に溶接トランスを
搭載して二次ケーブルを不要にすることが可能であり、
そうするとケーブルコストが浮くだけでなく、ケーブル
による電力損失がなくなり省電力化が図れる。

（２）．直流の溶接電流なので、発熱効率が高い。した
がって、溶接電流を比較的小さくしたり、あるいは通電
時間を比較的短くすることが可能であり消費電力の節約
と溶接電極の長寿命化が図れる。

（３）．三相の商用交流電源が使用可能で、その場合三
相平衡負荷になり、力率もよい。

ところで、従来のインバータ式抵抗溶接機では定電流タ
イマを組込み、通電期間中は溶接電流の実効値が一定に
なるような制御を行っていた。これは、単相交流式にお
ける定電流位相制御の思想を踏襲したもので、溶接電流
を主要な溶接条件とし、これを一定に保つことでバラツ
キの少ない安定な溶接品質を得ようとするものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、単相交流式では交流の溶接電流であるの
に対しインバータ式では直流の溶接電流であり、この直
流電流が一定に保たれると、むしろ不具合が生じること
がある。例えば、加圧力が不足していると被溶接材を挟
む溶接電極間の抵抗が上昇するが、溶接電流が一定に保
たれるため、相対的に加圧力に対して溶接電流が大きく
なって散りやバリの発生する率が高い。また、溶接電極
の先端が磨耗すると溶接電極と被溶接材間の接触面積が
増大するが、そのようになっても溶接電流が一定に保た
れるため、溶接部での電流密度が減少して抵抗発熱が小
さくなり溶接不良になるおそれがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、散り
やバリの発生などを抑制して安定な溶接品質を得るよう
にしたインバータ式の抵抗溶接機を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成する本発明の構成は、商用交流を整流し
て直流にし、該直流をインバータにより一定周波数のパ
ルス状高周波交流に変換し、該高周波交流を溶接トラン
スに通してのち整流器に通して再び直流にし、この直流
を溶接電極を介して被溶接材に供給するようにした抵抗
溶接機において、溶接電極に印加される直流電圧を検出
してそのレベルを測定する電圧検出手段と；任意に設定
可能な一定の電圧を与える電圧設定手段と；該直流電圧
の測定値と該一定電圧とを比較して両者間の誤差を示す
誤差信号を生成する比較手段と；該誤差信号に応答し、
溶接電極に印加される直流電圧が一定のレベルに保持さ
れるように該一定周波数に同期して高周波交流のパルス
幅を制御する手段とを具備することを特徴とする。

（作用）第３図および第４図につき本発明の作用を説明する。

第３図は溶接電極間の構成を示す。図示のように、一対
の溶接電極10a,10bが２つの被溶接材12a,12bを挟むよう
に接触した状態でそれら溶接電極間に加圧力が印加され
且つ直流の溶接電流Ｉが流される。このような構成にお
いてR1,R5はそれぞれ溶接電極10a,10bの抵抗、R2,R4は
それぞれ電極10a,10bと被溶接材12a,12b間の接触面の抵
抗、R3は被溶接材12a,12bの抵抗である。溶接電流Ｉが
流れると、それら各抵抗で抵抗発熱（ジュール熱）が生
じる。

さて、本発明では、電圧検出手段、比較手段およびパル
ス幅制御手段が定電圧制御のフィードバックループを構
成する。したがって、溶接電極10a,10b間の電圧Ｖは次
のように表される。

Ｖ＝IR＝Ｉ（R1＋R2＋R3＋R4＋R5） ……（１）しかして、いずれかの抵抗Riが変化しても電圧Ｖが一定
に保たれるので、電流Ｉがその抵抗変化分を補償するよ
うに変化する。これによって、次のような作用効果が奏
される。

．溶接時に散りやバリが抑制される。

．溶接電極が磨耗しても溶接品質が低下しない。

．表面処理鋼板に適応できる。

．小物金属や金属薄板などに対してすぐれた溶接品質
が得られる。

先ず、について、散りやバリの主な要因は加圧力不
足，被溶接材同士の密着不良，電極径の過小などである
が、どの要因も抵抗R2,R4の増大を招くものである。し
かし、本発明によれば、抵抗R2,R4が増大した分だけ電
流Ｉが減少し、その結果抵抗Ｒに対して電流Ｉが相対的
に大きくなることはなく散りやバリが抑制される。

次にについて、溶接電極が磨耗すると溶接電極と被溶
接材間の接触面積が増大し、そのままでは電流密度が減
少する。しかし、このとき抵抗R2,R4が減少するため、
その分電流Ｉが増大して電流密度の減少が喰い止めら
れ、安定な溶接品質が確保される。

について、被溶接材12a,12bが表面処理鋼板の場合に
は、上記（１）式の抵抗にバラツキがあり、亜鉛メッキ
鋼板やターンシートなどでは比較的低く、化成処理鋼板
やジンクロメッキ鋼板などでは逆に比較的高いが、本発
明によれば前者に対しては溶接電流が自動的に大きくな
ることにより溶接強度不足が防止され、後者に対しては
溶接電流が自動的に小さくなることにより散りなどの不
良が防止される。

について、被溶接材12a,12bが小物金属や非常に薄い
金属板の場合には、通電時間が10ミリ秒,20ミリ秒など
のように非常に短いのが普通であるが、この短い通電時
間の間に金属が変形して溶接電流の通電路が変わりやす
い。例えば、第４図（Ａ）に示すように通電初期には小
物金属14aと金属薄板14b間は線接触状態になっている
が、通電終期には第４図（Ｂ）に示すように両者間は面
接触状態になる。このような被溶接材に対して従来のよ
うに一定の電流が供給されると通電初期には散りが発生
し、通電終期には溶接電流不足になることが多い。しか
るに、本発明では高い周波数に同期して微細に定電圧制
御が行われるので、短い通電期間中でも初期には溶接電
流が小さくなって散りが抑えられ、終期に近づくにつれ
て溶接電流は迅速に増大して良好な溶接品質が得られ
る。

なお、本発明によれば、電源電圧が変動しても一定の溶
接強度が保証される。すなわち、電源電圧の変動は比較
誤差に反映し、その誤差に応答し高周波に同期して迅速
に高周波交流のパルス幅が調整されて電圧変動が補償さ
れ、溶接電圧は一定に保たれる。

（実施例）以下、第１図および第２図を参照して本発明の実施例を
説明する。

第１図は本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶接
機の主要な構成を示す。

三相の商用交流電源端子20に整流回路22の入力端子が接
続され、整流回路22の出力端子には直流が得られる。こ
の直流はコイル24とコンデンサ26からなる平滑回路で平
滑されてからインバータ回路28に入力される。このイン
バータ回路28は、パワートランジスタまたはFETなどで
構成される周知のもので、入力の直流を高周波のスイッ
チングで切り刻むようにしてパルス状（矩形）の高周波
交流を出力する。インバータ回路28のスイッチングひい
てはその高周波交流出力のパルス幅は、インバータドラ
イブ回路48を介してパルス幅制御回路44により可変制御
される。

インバータ回路28より出力される高周波交流は溶接トラ
ンス30の一次側に供給され、その二次側には減圧された
高周波交流が得られ、これはダイオード32a,32bからな
る整流回路34により直流に整流される。そして、この直
流が溶接電極10a,10bを介して被溶接材12a,12bに供給さ
れる。

さて、本実施例では、整流回路34と溶接電極10a,10bと
の間に誘導電圧除去回路36を介して電圧検出回路38が接
続される。誘導電圧除去回路36はローパスフィルタから
なり、溶接電流の高周波成分による誘導電圧（ノイズ）
を取り除く。電圧検出回路38は周知の直流電圧検出回路
でよく、溶接電極10a,10bに印加される直流電圧Ｖのレ
ベルを表す電圧信号SVを出力する。この電圧信号SVは電
圧比較回路40の一方の入力端子に供給される。電圧比較
回路40の他方の入力端子には例えばポテンショメータか
らなる電圧設定回路42より一定の設定電圧に対応した電
圧信号SPが供給され、電圧比較回路40はそれら両入力電
圧信号SV,SPを比較してそれらの比較誤差を示す誤差電
圧ERを生成し、これをパルス幅制御回路44に与える。

このパルス幅制御回路44は、パルス幅変調（PWM）でイ
ンバータ回路28の出力高周波交流を制御するもので、周
波数発生器46より例えば第２図（Ａ）に示すような一定
周波数ｆの三角波信号WTを変調波として入力し、これを
誤差電圧と比較論理をとることによって第２図（Ｂ）に
示すような“H"と“L"のレベルを有するパルス状のPWM
信号を生成し、これに基づいてインバータ回路28の各ト
ランジスタをオン・オフ制御する。シーケンス回路50は
通電開始と終了を指示し、通電時間中だけパルス幅制御
回路44ひいてはインバータ回路28を作動させる。

上記の構成において、直流電圧Ｖに変動が生じると、電
圧信号SVが変動して誤差電圧ERが変化する。例えば、直
流電圧Ｖが上昇するとその分電圧信号SVが上昇し誤差電
圧ERも第２図（Ａ）の点線で示すように上昇する。する
と、PWM信号のパルス幅が減少し、これに応じてインバ
ータ回路28の高周波交流出力のパルス幅が減少して直流
電圧Ｖが低下する。このようにして、直流電圧Ｖは一定
周波数ｆの周期毎に微細に定電圧制御されるので、たと
え溶接電極10a,10bで抵抗が変動してもそれに迅速に追
随して電流が増減し、結果として安定な溶接品質が得ら
れる。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、定電圧制御によりイン
バータの高周波交流出力をパルス幅制御するようにした
ので、散りやバリなどの抑制などの改善が図られ、安定
な溶接品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるインバータ式抵抗溶
接機の主要な構成を示すブロック図、第２図は、第１図の抵抗溶接機における定電流制御の一
例を示す図、第３図および第４図は、それぞれ本発明の作用を説明す
るための図である。 10a,10b……溶接電極、 12a,12b……被溶接材、 20……商用交流電源端子、 22,34……整流回路、 28……インバータ回路、 30……溶接トランス、 36……誘導電圧除去回路、 38……電圧検出回路、 40……電圧比較回路、 42……電圧設定回路、 44……パルス幅制御装置、 46……周波数発生器、 48……インバータドライブ回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用交流を整流して直流にし、前記直流を
インバータにより一定周波数のパルス状高周波交流に変
換し、前記高周波交流を溶接トランスに通してのち整流
器に通して再び直流にし、この直流を溶接電極を介して
被溶接材に供給するようにした抵抗溶接機において、前記溶接電極に印加される直流電圧を検出してそのレベ
ルを測定する電圧検出手段と、任意に設定可能な一定の電圧を与える電圧設定手段と、前記直流電圧の測定値と前記一定電圧とを比較して両者
間の誤差を示す誤差信号を生成する比較手段と、前記誤差信号に応答し、前記溶接電極に印加される直流
電圧が一定のレベルに保持されるように前記一定周波数
に同期して前記高周波交流のパルス幅を制御する手段
と、を具備することを特徴とする抵抗溶接機。