溶 接 機 制 御 装

U.D.C.d21.791.7占3.ト5
点
溶
接
機
Sequence
制
用
Timer
for Spot
山
Osamu
容
梗
置
Welders
秋
内
装
御
杉
修*
Alくiyama
本
錦
司*
KinjiSugimoto
概
半導体を使用した点溶接機用制御装置として時間回路をトランジスタによるワソショット･マルチ形遅延回
路とダイオードゲートで構成して無接点化し,イグナイトロン点弧回路にはSCRと点弧用変圧器を組み合わ
せ,ヒートコントロール回路にほ単接合トランジスタによる同期移相器を用いて装置を完成した｡
電源電圧90∼110V,周囲温度-10∼40℃の範囲において安定な動作を行ない,また時間回路と電磁弁回路,
ヒートコソトロール回路などとの結合に若干接点を用いているが,接点容量に対し負荷は小さく寿命的な問題
はほとんどなく,信転性に富み経済的にも有利である｡
1.緒
電鰊加圧力
言
点溶接は2枚の軟鋼板を棒状電極で加圧し大電流を流したときに
溶接竜施
接触抵抗によって発生するジュール熱で溶融し接合する方法であ
ーーー一時間
り,加圧力･溶接電流値･溶接時間が溶接因子として電視される｡
トー
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーートーー_-＋一._
スクイ別寺間
大容量の点溶接機に使用する制御装置ほこのうちの溶接電流と溶接
第1図
時間を制御する機能をもっており,さらに溶接電流を開閉すること
溶接時間
時間
保持時間
制御要素
ができるようになっている｡
従来の時間制御回路はサイラトロンのグリッドにコンデンサと抵
電源電圧
抗の時限回路を接続しこれとリレーを組み合わせたものを基本回路
とし,必要な制御要素の個数だけ接続して構成されている｡溶接電
流の開閉ほイグナイトロンにより,溶接電流の調整はイグナイトロ
ンの点弧位相を移相器とサイラトロンを組み合わせ制御する方法が
浴後電流
とられている｡サイラトロン･リレーなどは長寿命になってきてい
るが,点溶接機は1秒に2･∼3回という高ひん度で使用されるために
(a)電流値大
寿命上まだ問題があり消耗品として扱われている｡
このような現状から,近年進歩の著しいトランジスタ,SCRなど
の半導体素子を使用した無接点制御回路方式が望まれている｡しか
電源電圧
しながら点溶接機の制御装置は電源電圧の変動が大きい,大電流の
開閉による誘導を受けやすい,流れ作業の生産ラインで使用される
ので事故がなく保守が容易であることなどの使用条件のはかに価格
溶接電流
の問題もあって,半導体素子による完全な無接点化はまだ研究段階
にある｡
(b)電流値′ト
本報告では以上のような点から信頼性の向上に重点をおいて開発
した半導体素子と若干のリレーを併用した方式の制御装置について
第2図
イグナイトロンの点弧制御
報告する｡
流が流れることがある｡これを避けるために通電開始の半サイクル
2.制御装置の仕様
ほ点弧位相を遅らせ設定値より少ない電流とし,2∼3サイクルで点
点溶接機用制御装置ほ第1図に示す溶接工程の各時間要素と溶接
電流値を制御するものである｡すなわち起動スイッチを閉じて被溶
弧位相を漸進させ正規位相で通電する同図(b)のような波形制御
(スロープコントロール)を行なう必要がある｡
接物を加圧し,溶接電流を流し,加圧しながら冷却し1溶接二1二程が
第4図は可搬点溶接撥の場合の制御装置のブロック図である｡可
終了する方法でスクイズ･溶接･保持の3時間要素がある｡
搬点溶接機は一般に1台の溶接枚で2個のガンを使用することがで
溶接電流は弟2図のように電源電圧に対し一定の遅れ位相で各半
きるようになっており,それぞjlのガンに起動スイッチがある｡し
波ごとにイグナイトロンを点弧させ電流を流すようになっている｡
たがって各ガンに適した溶接条件が選べるように時間要素･電流値
このイグナイトロンの点弧位相を変えて溶接電流の実効値を変化さ
の調整要素が2系統必要であり,1個のガンを使用した場合に他の
せる方法がヒートコントロールであるが,点弧位相を溶接機の力率
ガンが操作できないようにするインターロック回路が必要である｡
角に一致させたときが最大電流であり,位相遅れを大きくしたとき
また均一な溶接強度を得るために溶接時間になると起動スイッチを
が小電流となる｡なお,力率角に同期して通電するとしても最後の
離してもあらかじめ設定したとおりの1溶接工事実を完了するように
半サイクルが流れた向きで次の通電を始める場合には,変圧器負荷
自己保持させなければならない｡
であるため残留磁束により通電開始時に弟3図(a)のような突流電
第1表は制御装置の仕様,第5図はその外観を示したものである｡
日立製作所亀戸工場
各回路要素を別個のケースに納める構造とし多くの台数を設置して
-46-
占
溶
接
制
装
置
第1表
可親定点溶接機用制御装置仕様
格
電
阿波要イ
回周
御格問ク
主制
足時
別旺路路数素ズ
種定
N2B-ID
400V
lOOV
50c/s
ス
接持薬
溶侃
局
(a)スロープコントロールなし
1921
御
流
調
3∼50サイ
クル2系統
3′＼′50サイ
クル2系統
3､50
クル2系統
サイ
30∼100%
2系統
転′=
≡撃
≡弊.
豆′
■一撃曇
漕蔓:
瞥
′烈
(b)スロープPコントロール
第3図
通電開始時電流波形
ガン1
イグナイト
溶接変圧器
ガン2
.在弧担J絡
第5図
i註磁弁1
ヒートコント
ヒートコント
ロール凶路1
ロ【ルIul絡2
一■人
制御
回路
ブ
(a)And匝柑各
ロ
ック
A
(b)Or回路
第6図
起動リレー2
起動リレー1
第4図
｢】J保持
ロック
図
山山
UAB】と
インター
白+保持
力
山山
B-･C
時間回路2
時間l!】】路1
+ノ
→人
Aロリー･C
電†滋弁2
可搬点溶接機用制御装置
N
(｡)N｡伯路
論理素
･刀
Ⅹ
榔
(d)遅延郎各
子記号
を50,I吼,〃0とする｡これらの記号は信号の有無に対応して1ある
いほ0の2種の値のみをもつ論理変数である｡
使用する場合の保守の便が考慮してある｡
各遅延回路の入力5J,I竹･,
耗は論理式で次式のように定められ
ている｡
3.【司
3.1時
間
回
路
要
素
Si=ズ1･丙㌔‥
路
l机二50＋耶･ズ1‖
時間阿路を構成する方法としてほ,
(1)
(2)
ガ∫=I吼‖‖
(1)クロックパルスの計数によるディジ_タル方式
‥(3)
1溶接上程が終わったあと初期状態にもどし次の溶接工程に備える
(2)CRの充電またほ放電時定数によるカ式
のでは,リセットに要する時間が加算されるのでくり返し可能L･1ほk
の2種類が考えられ,信号の方式からみると
が減るばかりでなく,1溶接工程が終わりすぐに次の溶接にはいる
(1)信号がパルスの形で与えられるダイナミック方式
場合にはリセット中に起動することもあり,そのような場合には時
(2)信号が直流電圧の形で与えられるスタティック方式
間が不正確になるので(1)式に示すようにI机が得られたところで
となる｡いずれも一長一短があるが,サージ電圧あるいは誘導など
ぶiを切っている｡このため5′が寄になればβgが復帰し5｡も零と
の雑音に対して安定であること,電源電圧･温度などの影響が少な
なるのでI机はI机を加えて自己保持させズ1が切れたとき同時に
いこと,回路が簡単であることなどの点からCRの放電時定数によ
切れるようにしてある｡
るスタティック方式を基本とする回路が有利である｡
起動信号ズ1はスクイズ時間終了後S｡が得られると自己保緒され
スクイズ･溶接･保持の各時間を制御する時間回路は遅延r叫路･
るようになっており,50が得られたあと起動スイッチを溶接時間あ
And回路･Or回路･Notl.リl路の4種の論理素子を組み合わせて構
るいは保持時間中にもどしたときは1溶捗工程が終わるまで,また
成し,他のブロックへの出力はリレーによっている｡
溶接工程が終わったあとも押し競けた場合にほその間継続するよう
起動スイッチ1の動作による信号を礼各時間要素の遅延回路を
になっている｡
βざ,β伊,βg,その入力を5J,I机,珠,遅延時間経過後得られる出力
-47-
論理素子を葬る図で表わすと,起動回路と時間回路の構成は弟7
1922
立
昭和40年12月
論
評
第47巻
第12号
YI
Y｡
自己保持
lロ
電
源
S.
S｡
Ds
1Y
起励スイソナ1
Xl
電磁弁回路
X20-
W▲
インターロ･ソク
Ⅵこ
D､Ⅴ
2Y
溶接電流
H.
札
DH
点弧位相
3Y
制御回路
自己保持
第9図
サイラトロンを使用したイブナイトロン
点弓瓜回路
帖rl別自+路
程刺担l路一￣￣￣￣J一一
第7同
時
間
回
路
の
構
成
lロ
卜)
VR
GeRl
l+l
ll■
人ナJ
汁りJ
GeR2
TR
TRS2
TRS｡
C
点弧位相制御回路
l
l
第10図
SCRを使用したイブナイロン点弧回路(1)
(0)
∈耳
主電源
(＋)
第8図
時 間 要 素 基 本 回 路
溶接変圧器
Ig2
Igl
図のようになる｡β5,仇γ,∂′′の各回路には弟8図に示すワンショ
ットマルチ(OneShotMulti)形遅延回路を用い,And回路･Or回
路にはダイオードゲートを採用した｡
点弧変圧器
SiR｡
SiRl
弟8図により1時間要素の動作を説明すれば,待枚状態では入力
SiR2
SCR.
が零でありTRS.は0吼
SiR一
SCR2
TRS巳はOnとなる｡GeR2が負へ接続さ
れているためTRS3はOnとなり出力は零電位である｡このとき
T耳S2のベース電流によりCほ充電されている｡起動スイッチを押
冊
し入力が負になるとTRSlはOnとなり,TRS2はCの電荷のため
Offとなる｡
パルス変圧器
このときGeRlが負に接続されたことになりTRS8は
第11図
引続きOnの状態を継続する｡Cの電荷はVRを通して放電し辿の
SCRを使用したイグナイトロン点弧回路(2)
極性に充電しようとする変化をノ示すがほぼ零になったところで
TRS2はOnとなる｡ここでGeRl,GeR2はともに零電位に接続さ
ナイトロンの管内降下分だけとなり,これは約10Vの平坦な電圧波
れTRS3は0打となり出力は負電位となる｡すなわち負の入刀があ
形であるので二次電圧は小さくイグナイタ電流はほとんど零となり
SCRおよびイグナイタの不必要な過熱･劣化を防止することがで
ってから時間遅れがあって員の出力が取り出せるが,この時問遅れ
な1時間要素に使用することになる｡
3.2
きる｡
SCRと直列に接続されたシリコン整流器は逆電圧を阻止してSCR
イグナイトロン点弧回路
溶接電流の開閉を行なうイブナイトロンのノ∴く弧回路として現在最
には低い電圧しかかからぬように保護するためのものである｡
もよく用いられているのは舞9図に示すサイラトロソを使用した陽
各部の電圧電流波形の関係は第12図に示すとおりである｡
梯点弧方式である｡SCRほサイラトロソ,イブナイトロンなどと同
3.3
じ動作を行なうから第9図のサイラトロソをSCRに置きかえた第
イグナイトロンの点弧位相を制御して溶接電流の実効値を最大電
ヒートコントロール回路
10図の方式も考えられるが,現在のところ小容量のSCRの順方向
流に対し30ク古から100%まで調整するヒートコントロール回路と
阻止電圧は高いもので600Vくらいであるから,SCRを400V回路
してほ
(1)
に直接接続し制御することはできないので,策11図に示す点弧変圧
器を使用する方法をとった｡
電源電圧に対して点弧位相が各サイクルで一定で安定して
いること｡
(2)
弟11図に示す方式では逝並列に接続された2本のイグナイトロ
位相を30∼120度ぐらいの範囲で連続的に調整できる
こと｡
ンの陰極間に点弧変肛器を接続し,その2次巻線とイグナイタ間に
(3)
SCRを接続する｡パルス変圧器に出力が生じたときSCRが導通し
点弧変圧器の2次電圧によりイグナイタへ電流が流れイグナイトロ
通電開始時は突流電流を防止するためスロープコントロー
ルがきくこと｡
ンが点弧する｡イグナイトロンの点弧中は点弧変圧器の電圧ほイグ
-48-
(4)
SCRの点弧後不必要な電流を流さないように出力はパルス
キ
溶
梯
ヨ‖
制
御
装
置
1923
50
∧U
【〇
1
C
【⊃C
⊂J
(ミヘ†もこ匡誓書増
(点弧変圧器電圧)
.A】
S C R
♂
30
0
り∴-
1.いー■■一-一一】■■
(3)イグナイトロン電圧
廿
(U C
1⊥
(2)溶接電流
一心
肌阿州肌肌
一〃｢
GJ
11
nU
O
ハしC
(1)電源電圧
電圧
60
第12図
⊥
一!….::…一..形
(5)イグナイタ電
120
180
240
300
可変抵抗回転角(度)
第15図
時
間
制
御
特
性
180
360V
25'c
---●-
400V-100c
㌔
2 <U
(朝)呵コヤ望
VR
UJT
400V
250c
400V
400c
440V
25Dc
￣￣{-
戦§込
6 ハU
笥§転
l∈
/てノンス変圧器
第13図
移
相器基本回路
U
60
120
240.
180
300
可変抵抗回転角(度)
r
l
第16図
(1)副東電圧
位
相
制
御
特
性
達すると単接合トランジスタは導通状態となり,Cの電称･まエミッ
タ→ベース→ぺ7ンス変圧器を通して放電する.｡Cが放電するまでの
時間はVRの値を変えることにより調整できるのでイグナイトロン
L
l
の点弧位相も変わることになる｡なお台形波の電圧が零になるとき
(2)馴朋差電圧
単接合トランジスメェ三導通状態となり,Cは一度放電するので各半
サイクルごとに同-･状態をくり返すっ
したがって常に一定の位相角
でイブナイトロンを点弧させることができる同期移梱器となっ
(3)エミッタ雀荘
l
l
l
l
I
】
l
】
】
l
j ざ… 妻j喜
】
】
l
l
ている｡
l
l
】
l
l
l
ll
ll
ll
ll
l
1
l
l
l
4.試
】
験
結
果
l
ム1制御時間特性
(4)出力ノ左し∈
J
スクイズ･溶接･尉長時間は可変抵抗により調整されるが,この
l
第14図
移相
可変抵抗の回転角と制御時間の関節は第15図に示すとおりである｡
器各部波形
±10%の電托変動に対する時間の変化ほ調整時問屋大のときで±1
電流であることこ
プg以下であり,25℃を基準として-10∼＋40℃における時間の変
なごの条件を満足する必要がある｡
動は±5%以下であり,安定した特性を示している｡
比較的簡単な回路構成でこのような条件を満足している単接合ト
ラソジスクによる同期移相器をヒートコントロール回路に採用し
4･2
ヒートコントロール回路の特性
台形波の零点から最初のパルスが出るまでの位相角を可変抵抗の
た｡その基本回路ほ舞13図に,波形は第14図に示すとおりである｡
回転角に対して測定した位相制御特性ほ弟1る図に示すとおりであ
電源電圧を全波整流して台形披を作り,可変抵抗VRを通して
る｡±10%の電圧変動に対する位相の変化は±5%以下であり,周
単接合トランジスタのエミッタi･こ加える｡エミッタの電位は可変抵
囲温度の変化による影響はほとんどなく,すぐれた特性をもって
抗VRとコンデンサCによって定まる時定数で上昇し,ある電位に
いる.｡
-49-
1924
評
立
日
昭和40年12月
論
冶47巻
芽‡12号
18,000
16,000
点改変圧器
■電圧
1屯000
12,000
溶接機一次
電流
(Sり輯小控りn〓
∩叫000
Oq
000
(a)溶接電流最小
第18図
只叫
(b)溶接電流最大
00〇.〇〇〇
点弧変圧器電圧と一次電流波形
･屯
2,000
0
60
120
150
21巾
300
可変抵抗回転角(穫)
第17図
溶接電流
性
制御特
ヒートコントロール回路の可変抵抗の回転角と溶接電流の関係を
あらわす電流制御特性は弟17図に示すとおりである｡
溶接電流通電開始時波形
第19図
通電時の波形として点孤変圧器の一次電圧波形と溶接枚一次電流
波形を弟18図に,一次電流の通電開始時の波形を第19図に示す｡
いずれも安定した波形であり,通電時むこはスロープコントロールが
すことがわかり,さらに可搬点溶接楼と組み合わせて動作試験を行
作用していることがわかる｡
なった結果,信板性が十分にあることを確認した｡
本制御装置がすぐれた性能をもち保寸が容易であることから,今
5.結
後自動車産業,電気枚器産業などの量産工場において広く活用され
R
ることが期待される｡.
以上半導体素子を使用した点溶接磯用制御装置の構成と,この制
参
御装置の制御時間特性･電流制御特性むこついて報告した=
電源電圧±10ガの変化･周囲温度-10∼40℃の範囲において制
文
鳶
献
しト)川上:電子回路(昭誠一7共立￣)
御時間特性･位相制御特性とも±5%以下の変動で安定な特性を示
立
日
第27巷
次
日
●
7
･植
･夏
･"読
物
炉
冬
ナ
育
を
扇
?
か
･電
ど
整
調
り
と
レ
ェ
ト
ク
太
器
陽
と
ク
ニ
ロ
ス
ダ
ム
線
了了 話
･読
者
の
な
[
日
の
向
を
取 次 店
日
立
株式会社
評
日
L
･明
路
･/＼イ
論
オーム社書店
社
型
蛍光
声
ラ
ン
形
平
り
ぶ
や
へ
の
道
｢ビ
ライト
本
標｢U
′し
に
花咲
東京都千代田一丈丸の内1丁目4番地
振 替 口 軽 東 京 71824
フ￣
ケ
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色 と 演色性】
の
海
く 析
番
東京都千代田l東神田錦町3丁目1番地
振
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も
一凸印管継手を生む
一綾川水系の治水と利水を見る-
発 行 所
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ソ
第12号
替
口
座
東
京
20018
番
に
し
ほの
い
え
る
装 飾 美+