电容式焊接方法和焊接装置制造方法
【专利摘要】通过简单的电路结构来防止在将励磁电流流过的焊接电极间开路时产生后闪光或者在初级线圈中产生大的浪涌电压。本发明所涉及的电容式焊接方法当使充电到焊接用电容器中的充电电荷放电而成为放电电流实质上不通过放电用开关而流动的状态时，流过焊接变压器的初级线圈的励磁电流换流到次级线圈。在该换流后的励磁电流流过次级线圈的状态下将第一焊接电极与第二焊接电极之间开路时，对放电用开关提供驱动信号来使其成为能够接通的状态。由此，使将第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时在焊接变压器的初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过放电用开关流向焊接用电容器。
【专利说明】电容式焊接方法和焊接装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过使由充电电路蓄积到焊接用电容器中的能量经由焊接变压器在短时间内于焊接电极间放电来对被焊接物进行焊接的电容式焊接方法和焊接装置。
【背景技术】
[0002]电容式焊接装置花费比放电时间长的时间来在焊接用电容器中蓄积焊接电力，将其在短时间内一下子放出。因此，与一般的交流焊接装置相比，在不使受电设备大容量化这样的设备方面具有优点。还具有以下优点:由于对被焊接物进行加热的程度小，因此在焊接处几乎不存在焊接痕迹(烧痕)，并且变形等也小。在小型到大型的产业设备中广泛地采用着电容式焊接装置。
[0003]电容式焊接装置一般使用将很多的电解电容器并联连接而成的电容器组作为焊接用电容器(例如参照专利文献I)。电容式焊接装置在焊接电极间配置了被焊接物之后，使焊接电极间的间隔缩短，由焊接电极向被焊接物施加规定的加压力(锻压)。在进行这样的机械动作的同时，并行地对焊接用电容器充电。当焊接用电容器的充电电压上升到规定值时，使充电电路断开，在焊接电极对被焊接物施加了加压力的状态下，使放电用开关接通。当放电用开关接通时，急剧增大的脉冲状的电流流过焊接变压器的初级线圈。焊接变压器的次级线圈是I圈左右，大幅地少于初级线圈的圈数，因此大幅地大于初级侧电流的脉冲状的焊接电流流过次级线圈。通过该焊接电流来对被焊接物进行焊接，能够在短时间内得到焊接物品。
[0004]在以往的电容式焊接装置中，存在根据焊接用电容器的放电电路的电路常数等而放电电流、即焊接电流的波尾变长的装置。在波尾长的焊接电流流动的电容式焊接装置中，如果以短周期进行焊接，则考虑焊接电极的机械动作时间来切断不影响焊接结果的焊接电流的波尾。也就是说，通过在小的焊接电流仍流动于焊接电极间时使焊接电极向焊接电极间开路的方向移动，来缩短焊接周期。
[0005]在这种情况下，存在如下问题:如果在焊接电流的波尾部分流动于焊接变压器的次级线圈时将次级线圈间开路，则在初级线圈间感应出较大的电压，同时在焊接电极与被焊接物之间产生被称为后闪光(after flash)的火花，导致损伤被焊接物。已经提出了解决该后闪光问题的方案(例如参照专利文献2)。在专利文献2中，为了防止后闪光，而在焊接变压器的初级线圈间使用将二极管与阻抗串联连接而成的单向阻抗电路。该单向阻抗电路是有效防止在焊接电流的波尾部分流动于焊接电极间的状态下将焊接电极间开路时产生的后闪光的单元。
[0006]另一方面，本发明的电容式焊接方法和焊接装置利用电路内的电感成分与焊接用电容器等电容成分的振荡(谐振)。通过电感成分与电容成分的振荡动作，焊接用电容器的放电电流波成为接近正弦波状的波形，因此不产生会影响焊接周期那样的长波尾。因而，在本发明中，在使焊接周期缩短的情况下，不需要特别考虑焊接电流的波尾。可是，由于知道焊接变压器的励磁电流会成为问题，因此解决因该励磁电流引起的问题。[0007]后面详细记述焊接用电容器放电时的焊接变压器的励磁电流，在此简单地进行记述。在放电用开关接通而对焊接变压器的初级线圈施加了焊接用电容器的充电电压时，励磁电流流过初级线圈。当在励磁电流正流过该初级线圈的状态下放电用开关断开时，流过初级线圈的励磁电流换流到焊接变压器的次级线圈，通过次级线圈和焊接电极而回流。此夕卜，在励磁电流换流到该次级线圈时，随着焊接用电容器的充电电荷的放电而产生的焊接电流已经消失，未流过次级线圈。焊接结束后的焊接电极间的阻抗非常小，而焊接变压器的次级侧的电路的电阻成分被制作成变小。因此，几乎不会在焊接电流消失后的数秒以内励磁电流在焊接变压器的次级侧的电路内被消耗从而消失。
[0008]因而，在利用电感成分与焊接用电容器等电容成分的振荡的电容式焊接中，只要不使焊接周期非常长，就会在励磁电流从次级线圈流过焊接电极间的状态下将焊接电极间开路。当在励磁电流流过次级线圈的状态下将焊接电极间开路时，由于励磁电流而产生后闪光，并且在焊接变压器的初级线圈中产生非常大的浪涌电压。因此，很难得到不容易因后闪光而产生伤痕的高质量的焊接物品。另外，由于必须使用耐压大的晶闸管等放电用开关，因此成为成本增加的原因。
[0009]专利文献1:日本特开2004-167541号公报
[0010]专利文献2:日本实公平7-56137号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]在专利文献I中记载了电容式焊接机，但是当然没有记述在电流从焊接变压器的次级线圈流过焊接电极间时将焊接电极间开路的情况，而此时的问题点等也没有记述。在专利文献I所记载的发明中，如果在电流从焊接变压器的次级线圈流过焊接电极间时将焊接电极间开路，则产生后闪光，在初级线圈中产生大的浪涌电压。因此，必须使用耐压大的放电用开关、充电电路等。
[0013]专利文献2所记载的方案用于防止在充电电流的波尾长的情况下使焊接周期缩短时产生的后闪光。作为其应对措施，新具备将二极管与阻抗串联连接而成的单向阻抗电路。但是，在专利文献2中没有记述流过焊接变压器的初级线圈的励磁电流换流到次级线圈而流动的动作、在励磁电流流过次级线圈时将焊接电极间开路的情况下的问题以及解决该问题的方法、手段。
[0014]本发明设定成:在励磁电流流过的状态下将焊接电极间开路时，用于使焊接用电容器的充电电荷放电的放电用开关处于接通状态。能够防止在将励磁电流流过的焊接电极间开路时产生后闪光或者在初级线圈中产生浪涌电压。
[0015]用于解决问题的方案
[0016]第一发明提出一种电容式焊接方法，利用从充电电路供给的电力来对焊接用电容器充电，将放电用开关接通来使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷对焊接变压器的初级线圈放电，并经由上述焊接变压器的次级线圈以及与该次级线圈相连接的第一焊接电极和第二焊接电极而向被焊接物流通焊接电流来对该被焊接物进行焊接，该电容式焊接方法的特征在于，当使充电到上述焊接用电容器中的上述充电电荷放电而成为放电电流实质上不通过上述放电用开关流动的状态时，流过上述焊接变压器的上述初级线圈的励磁电流换流到上述次级线圈，在上述励磁电流流过上述次级线圈的状态下将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时，提供驱动信号来使上述放电用开关为能够接通的状态，使在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时在上述焊接变压器的上述初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过上述放电用开关流向上述焊接用电容器。
[0017]第二发明提出一种电容式焊接方法，其特征在于，在上述第一发明中，上述驱动信号是连续的信号或以高频间断的信号，上述驱动信号在使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷放电时被提供给上述半导体开关，之后，直到将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时为止至少向上述半导体开关提供上述驱动信号。
[0018]第三发明提出一种电容式焊接方法，其特征在于，在上述第一发明中，上述驱动信号是连续的信号或以高频间断的信号，上述驱动信号在使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷放电时被提供给上述半导体开关之后，从上述半导体开关去除上述驱动信号，而在即将将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时至少向上述半导体开关再次提供上述驱动信号。
[0019]第四发明提出一种电容式焊接方法，其特征在于，在上述第一发明至上述第三发明中的任一个发明中，通过上述放电用开关的再次接通而对上述焊接用电容器充电的上述浪涌电流的电荷是与上述充电电荷极性相反的反极性电荷，该反极性电荷作为与上述充电电荷极性相同的电荷回流到上述焊接用电容器来对其充电，成为下一周期的上述充电电荷的一部分。
[0020]第五发明提出一种电容式焊接装置，具备:充电电路，其具有反向阻断功能；焊接用电容器，其利用从该充电电路供给的电力进行充电；放电用开关，其使上述焊接用电容器的充电电荷放电；焊接变压器，其具有初级线圈和次级线圈；以及第一焊接电极和第二焊接电极，该第一焊接电极和第二焊接电极与上述次级线圈连接，其中，在上述放电用开关接通时使上述焊接用电容器的上述充电电荷对上述初级线圈放电，并经由上述次级线圈以及上述第一电极和上述第二电极而向被焊接物流通焊接电流来对该被焊接物进行焊接，该电容式焊接装置的特征在于，具备控制器，该控制器在励磁电流流过上述焊接变压器的上述次级线圈的状态下将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时，向上述放电用开关提供用于使上述放电用开关成为能够接通的状态的驱动信号，使在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时在上述焊接变压器的上述初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过上述放电用开关流向上述焊接用电容器。
[0021]第六发明提出一种电容式焊接装置，其特征在于，在上述第五发明中，通过上述放电用开关的再次接通而对上述焊接用电容器充电的上述浪涌电流的电荷是与上述充电电荷极性相反的反极性电荷，使该反极性电荷作为与上述充电电荷极性相同的电荷流向上述焊接用电容器的能量回收用开关以相反的极性与上述放电用开关并联连接。
[0022]发明的效果
[0023]本发明能够通过简单的电路结构防止在将励磁电流流过的焊接电极间开路时产生后闪光，并能够防止在初级线圈中产生大的浪涌电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的图。[0025]图2是用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的图，是说明紧接放电用开关6接通之后的状态的图。
[0026]图3是用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的图，是说明紧接放电用开关6断开之后的状态的图。
[0027]图4是用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的图，是说明紧接焊接电极间被开路之后的状态的图。
[0028]图5是用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法的图，是说明在焊接电极间被开路时放电用开关6接通的状态的图。
[0029]图6是表示用于说明本发明的实施方式I所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的电压波形、电流波形、驱动信号波形的图。
[0030]图7是用于说明本发明的实施方式2所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的图。
[0031]图8是表示用于说明本发明的实施方式2所涉及的电容式焊接方法和焊接装置的电压波形、电流波形、驱动信号波形的图。
【具体实施方式】
[0032]本发明所涉及的电容式焊接方法和焊接装置具有为了使充电到焊接用电容器中的充电电荷通过焊接变压器的初级线圈来放电而需要的不可或缺的放电用开关。将该放电用开关设定成在励磁电流从焊接变压器的次级线圈流过焊接电极间的状态下将焊接用电极间开路时处于接通状态。由此，能够防止在将焊接变压器的励磁电流流过的焊接电极间开路时产生后闪光或者在初级线圈中产生浪涌电压。
[0033]参照添附【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。本发明不限定于下面所示的实施方式，只要不脱离本发明的技术思想，就视为包含在本发明中。本发明中使用的称为焊接的技术用语不仅仅是双方的金属由于焊接处发热而熔融成为熔核的焊接，也包含双方的金属由于焊接处发热而成为塑性流动来接合的扩散接合。此外，在本说明书和附图中，设附图标记相同的结构要素表示同一名称的部件。关于为了使焊接电流流动于第一焊接电极7与第二焊接电极8之间而施加加压力(锻压)的加压机构、驱动第一焊接电极7或第二焊接电极8的驱动机构、各种检测电路等在说明本发明的动作时不特别需要的机构，省略图示。
[0034][实施方式I]
[0035]通过图1?图6说明本发明所涉及的实施方式I的焊接方法和电容式焊接装置。图1所示的电容式焊接装置包括充电电路1、充电电路I的直流输出端子2和3、具有初级线圈4a和次级线圈4b的焊接变压器4、焊接用电容器5、放电用开关6、与次级线圈4b相连接的第一焊接电极7和第二焊接电极8以及通过绝缘驱动电路9向放电用开关6提供接通信号的控制器10。此外，在本实施方式I的说明中，适当地参照图1?图6。
[0036]Wl和W2是被配置在第一焊接电极7与第二焊接电极8之间、通过在被加压的状态下流通焊接电流来进行焊接的被焊接物。将流通焊接电流来进行焊接之后的被焊接物称为焊接物品。图1所示的电容式焊接装置具有如下优点:由于焊接用电容器5的充电电流和放电电流沿彼此相反的方向流过焊接变压器4的初级线圈4a，因此焊接变压器4不容易发生偏励磁。
[0037]充电电路I是用于对焊接用电容器5充电的电路，电路结构没有特别限定。虽然关于充电电路I没有图示具体的电路，但是简单记述几个例子。作为输入电源，使用单相或三相的商用交流电源、或者发电机等。在输入电源是单相交流电力的情况下，可以使用由将整流用二极管连接成桥结构得到的单相全波整流电路和与其直流输出侧串联连接的晶闸管那样的半导体开关构成的具有开关功能的充电电路、或者将整流用二极管和晶闸管连接成桥结构得到的具有开关功能的单相的混合桥形全波整流电路等来作为充电电路I。另外，在输入电源是三相交流电力的情况下，可以使用具备将整流用二极管连接成三相桥结构得到的三相全波整流电路和与其直流输出侧串联连接的半导体开关的具有开关功能的充电电路、或者将整流用二极管和晶闸管连接成三相桥结构得到的具有开关功能的三相的混合桥形全波整流电路等来作为充电电路I。
[0038]使充电电路I在焊接用电容器5放电之后，在与由于振荡(谐振)所产生的充电电压极性相反的电压、即反转电压下不接通，其中，该振荡由具有焊接变压器4的漏电感、电路的电感部分的合成的电感L和焊接用电容器5的电容C形成。为了实现该动作，使用具有阻断反转电压的开关功能的电路结构的部件。具体地说，在充电用的整流电路的正极侧或负极侧的整流元件中使用晶闸管，使得在充电结束之后不提供门信号。
[0039]焊接变压器4的初级线圈4a与焊接用电容器5的串联电路并联连接在充电电路I的直流输出端子2、3之间。焊接变压器4具有I圈左右的次级线圈4b和与次级线圈4b相比圈数较多的初级线圈4a。在焊接变压器4的次级线圈4b的两端连接第一、第二焊接电极7、8。第一、第二焊接电极7、8可以是一般的电极，因此省略说明。焊接用电容器5例如是将多个有极性的电解电容器并联连接而成的模块(block)或将多个这些模块并联连接而成的电容器组、或者将多个无极性(两极性)的例如聚丙烯膜电容器并联连接而成的模块或将多个这些模块并联连接而成的电容器组等。
[0040]放电用开关6与焊接变压器4的初级线圈4a和焊接用电容器5的串联电路并联连接。当放电用开关6接通时，形成从焊接用电容器5放电的电路。在实施方式I中，作为放电用开关6使用晶闸管，因此在实施方式I的下面的说明中，将放电用开关6作为放电用晶闸管6进行说明。另外，放电用晶闸管6阳极侧与充电电路I的直流输出端子2连接、阴极侧与直流输出端子3连接。在充电电路I对电容器5充电的期间使放电用晶闸管6为断开状态。
[0041]控制器10通过绝缘驱动电路9向放电用开关6提供驱动信号。绝缘驱动电路9例如使用光电耦合器来绝缘地传递来自控制器10的门信号，在未图示的门放大器中产生晶闸管的门信号。光电耦合器和门放大器可以是一般的部件，因此省略详细说明。在实施方式I中，控制器10通过绝缘驱动电路9向放电用晶闸管6的门极-阴极间提供如图6的(C)所示那样的从时刻tl连续至时刻t2之后的驱动信号。
[0042]接着，说明实施方式I所涉及的电容式焊接方法和装置的动作。图2是用于说明放电用晶闸管6接通来使焊接用电容器5的充电电荷放电的状态的图。图3是用于说明使焊接用电容器5的充电电荷放电后使放电用晶闸管6断开的状态的图。图4是用于说明在放电用晶闸管6断开的状态下将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路的状态的图。图5是用于说明在将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路时放电用晶闸管6为接通的状态的图。图6是表示各部的电流波形以及电压波形、驱动信号波形的图。
[0043]在图1中，当充电电路I开始充电动作时，直流电流从直流输出端子2通过焊接变压器4的初级线圈4a、焊接用电容器5流向直流输出端子3。焊接用电容器5以图2所示的极性被充电到规定的电压(+VI)。关于充电控制方法，例如进行使大致固定的充电电流流过焊接用电容器5的恒流控制直到焊接用电容器5达到设定电压为止。
[0044]当焊接用电容器5被充电到规定的电压(+VI)时，具有开关功能的充电电路I与直流输出端子2、3电切断。在焊接用电容器5充电的过程中，放电用晶闸管6处于断开状态。之后，如图6的(C)所示那样，在时刻tl从控制器10通过绝缘驱动电路9向放电用晶闸管6提供驱动信号。通过该驱动信号将放电用晶闸管6接通。如图2所示，焊接用电容器5的充电电荷所形成的放电电流Il流过焊接变压器4的初级线圈4a。放电电流Il主要作为焊接电流12流过焊接变压器4的次级线圈4b，一部分作为励磁电流13流过焊接变压器4的初级线圈4a。当设焊接变压器4的初级线圈4a与次级线圈4b的匝数比为n时，放电电流 Il=I2/n+I3。
[0045]当将放电用晶闸管6接通时，与初级线圈4a和次级线圈4b的匝数比相应的很大的急剧的焊接电流12流过第一焊接电极7、被焊接物Wl和W2、第二焊接电极8。通过焊接电流12流过来进行被焊接物Wl与W2的焊接。在本实施方式I中，当将放电用晶闸管6接通时，放电电流Il的电流波形如图6的⑶所示那样为正弦波状的波形。该正弦波状的波形是由于由焊接变压器4的漏电感、电路的电感部分构成的合成的电感L和焊接用电容器5的电容C的振荡(谐振)所产生的。因而，图6的(B)所示的放电电流Il的电流波形的脉宽实际上不会成为数百毫秒以上，与第一、第二焊接电极7、8的机械动作所需要的时间相比较短，因此在本发明中不需要考虑放电电流Il的波尾的问题。
[0046]由于放电用晶闸管6的接通，通过电感L与电容C的振荡而将电容器5的电压反转为相反的极性。当成为放电电流Il实质上不通过放电用晶闸管6而流动的状态时、即当放电电流Il小于放电用晶闸管6的保持电流时，放电用晶闸管6自然消弧而断开。在断开的时刻，以与上述充电电荷相反的极性对焊接用电容器5充电，因此焊接用电容器5的电压为图6的(A)和图3所示的反极性的电压(-V2)。由于具有开关功能的充电电路I断开，因此该反极性的电压(-V2)不进行放电而被保持。该反极性的电压(-V2)是比充电电荷所形成的规定的充电电压(+VI)小的值。在放电用晶闸管6接通而使焊接用电容器5的充电电荷放电之后，放电用晶闸管6断开。图2所示的流过初级线圈4a的初级侧的励磁电流13由于无法仍继续流过初级线圈4a，因此换流到次级线圈4b而形成图3所示的次级侧的励磁电流14。该励磁电流14沿与焊接电流12的方向相反的方向流动，从表示次级线圈4b的极性的黑点侧通过第一焊接电极7、被焊接物W1、W2、第二焊接电极8流向次级线圈4b的非黑点侧。
[0047]在该状态下，被焊接物Wl和W2已经被焊接而成为焊接物品。焊接物品与焊接之前相比电阻值变小，且焊接变压器4的次级侧的电路内的电阻成分被制作成变小，因此励磁电流14不会在短时间内消失。为了提高焊接速度而缩短焊接周期。因此，在励磁电流14未消失而仍流动于次级侧电路的期间，向将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间分离的方向进行机械动作，来将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路。在此，将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路是指第一焊接电极7和第二焊接电极8中的任一个离开焊接物品(Wl、W2)来形成非电连接的状态。设为在图6的(C)的时刻t2将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路。[0048]如图4所示，当在时刻t2将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路时，图3所示的励磁电流14变得不能流过次级侧电路。因此，在焊接变压器4的初级线圈4a与次级线圈4b中以图4的极性产生在理论上无限大的浪涌电压(+Vsl、+Vs2)。在此，在初级线圈4a中产生的浪涌电压Vsl是与焊接用电容器5的充电电压(+VI)相同的极性。因而，如果在产生浪涌电压Vsl时放电用晶闸管6未处于能够接通的状态，则在初级线圈4a中产生的很大的浪涌电压Vsl被施加到放电用晶闸管6的阳极-阴极间。在这种情况下，必须使用正向阻断特性大的晶闸管。此外，在焊接变压器4的初级线圈4a中产生的浪涌电压Vsl大于在次级线圈4b中产生的浪涌电压Vs2，浪涌电压Vsl是初级线圈与次级线圈的匝数比n倍的浪涌电压Vs2(Vsl=nXVs2)。
[0049]但是，在实施方式I中，在将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路的时刻t2，对放电用晶闸管6的门极施加驱动信号。因此，与在初级线圈4a中产生的浪涌电压(+Vsl)超过焊接用电容器5的反极性的电压(-V2)的绝对值同时地，放电用晶闸管6再次接通。通过放电用晶闸管6来使图6所示的浪涌电流15流向焊接用电容器5，使焊接用电容器5充电至电压(-V3)。也就是说，在初级线圈4a中产生的浪涌能量通过放电用晶闸管6而被焊接用电容器5吸收。此外，在实施方式I中，由于焊接用电容器5的容量大，因此电压(-V3)与电压(-V2)几乎相同。
[0050]因而，在该实施方式I中，即使在焊接变压器4的励磁电流14流过第一、第二焊接电极7、8以及焊接物品时将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路，也不会在放电用晶闸管6中产生大的值的浪涌电压(+Vsl)。当将焊接用电容器5的电压设为-V2时，放电用晶闸管6的电压被钳制为焊接用电容器5的电压(-V2)。因此，放电用晶闸管6不需要耐压到经得住高的浪涌电压Vsl。将焊接变压器4的匝数比设为n。在流动着励磁电流14的状态下将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路。通过放电用晶闸管6的接通，在第一焊接电极7与第二焊接电极8之间产生的浪涌电压下降为V2/n。在这种情况下，不容易产生后闪光。因而，根据实施方式1，在励磁电流14流动于焊接电极间的状态下将焊接电极间开路的情况下，不需要附加特殊的电路部件。另外，由于能够不使放电用晶闸管6的耐压增大而将浪涌电压抑制为充分小的值，因此能够防止后闪光。此外，焊接用电容器5的电压(-V2)、电压(-V3)的值由于电路损耗等，是当然小于充电电压(+VI)值的值。
[0051][实施方式2]
[0052]接着，使用图7和图8说明本发明的实施方式2所涉及的焊接方法和电容式焊接装置。在实施方式2中，在直流输出端子2、3之间并联连接焊接用电容器5。焊接变压器4的初级线圈4a和放电用开关6的串联电路与焊接用电容器5并联连接。充电电路I以焊接用电容器5的直流输出端子2侧为正、直流输出端子3侧为负的极性对焊接用电容器5充电。从充电电路I向焊接用电容器5供给的充电电流不流过焊接变压器4的初级线圈4a。在充电电路I对焊接用电容器5充电的期间，使放电用开关6为断开状态。另外，在实施方式2中，使用与放电用晶闸管6并联地以反极性连接的能量回收用开关11。在此，作为放电用开关6，使用具有反向阻断特性的晶闸管，作为能量回收用开关11，使用晶闸管。在实施方式2的下面的说明中，将放电用开关6作为放电用晶闸管6、将能量回收用开关11作为能量回收用晶闸管11进行说明。第一焊接电极7和第二焊接电极8与图1同样地与焊接变压器4的次级线圈并联连接。使焊接电流流过由第一焊接电极7和第二焊接电极8夹持的被焊接物Wl、W2来进行焊接。
[0053]控制器10通过绝缘驱动电路9向放电用晶闸管6提供如图8的(C)所示那样的两个驱动信号Sa、Sb。在时刻t2之后的时刻t3向能量回收用晶闸管11提供用虚线表示的驱动信号Ss。在由充电电路I将焊接用电容器5充电到设定电压Vl之后，在时刻tl放电用晶闸管6接通。控制器10通过绝缘驱动电路9，如图8的(C)所示那样在时刻tl向放电用晶闸管6的门极-阴极间施加驱动信号Sa。
[0054]与此同时，将放电用晶闸管6接通，使焊接用电容器5的充电电荷放电，使如图8的(B)所示那样的放电电流Il通过焊接变压器4的初级线圈4a来流动。与实施方式I同样地，放电电流Il的电流波形为由于振荡(谐振)所产生的正弦波状的波形，该振荡由具有焊接变压器4的电感、电路的电感部分的电感L和焊接用电容器5的电容C形成。与实施方式I同样地，放电电流和励磁电流流过初级线圈4a。焊接电流从次级线圈4b的黑点侧通过第一焊接电极7、被焊接物Wl和W2、第二焊接电极8流向次级线圈4b的非黑点侧来进行焊接。
[0055]另外，当通过放电用晶闸管6的接通而产生电感L与电容C的振荡时，在放电用晶闸管6断开的时刻，以与充电电荷极性相反的电压(-V2)对焊接用电容器5充电。该反极性的电压是比充电电荷所形成的充电电压(+VI)小的值。接着，当放电用晶闸管6断开时，与实施方式I同样地，流过初级线圈4a的励磁电流换流到次级线圈4b。励磁电流从次级线圈4b的非黑点侧通过第二焊接电极8、被焊接物W2和W1、第一焊接电极7流向次级线圈4b的黑点侧。该励磁电流不会在短时间内消失，而在次级侧电路流动。
[0056]在即将到达时刻t2时，从控制器10通过绝缘驱动电路9向放电用晶闸管6的门极-阴极间施加驱动信号Sb。因此，放电用晶闸管6成为当阳极侧的电压大于阴极侧的电压时何时都能接通的状态。在时刻t2，第一、第二焊接电极7和8中的至少一方移动而第一焊接电极7或第二焊接电极8离开被焊接物Wl或W2来形成非电连接的状态。直到即将到达时刻t2时为止都通过第一、第二焊接电极7、8流动的励磁电流在时刻t2后变得不能流过次级侧电路，因此在初级线圈4a中产生浪涌电压。该浪涌电压通过焊接用电容器5被施加于放电用晶闸管6的阳极。当浪涌电压超过焊接用电容器5的电压(-V2)的值时，将放电用晶闸管6接通，从而使在初级线圈4a中产生的浪涌电压作为浪涌电流15被焊接用电容器5吸收。因此，实质超过上述电压(-V2)的浪涌电压不会被施加于放电用晶闸管6的阳极-阴极间。因此，能够防止在将焊接电极间开路时产生后闪光。
[0057]在时刻t2放电用晶闸管6接通，在由焊接用电容器5吸收了浪涌能量之后放电用晶闸管6断开。在时刻t3，控制器10通过绝缘驱动电路9向能量回收用晶闸管11提供驱动信号Ss来使其接通。如上所述，此时，以直流输出端子3相对于直流输出端子2为正极的电压对焊接用电容器5充电。因此，其电荷通过能量回收用晶闸管11与电路电感产生振荡，以直流输出端子2相对于直流输出端子3为正的极性对焊接用电容器5充电。该充电与由充电电路I充电的充电电荷的极性(正极性)相同，由于还叠加有浪涌能量，因此能够相应地进一步缩短下一次的充电时间，并且还能够省电。另外，仅以该电压的量是难以在下一次充电开始时流动涌流的，因此能够减轻充电电路I的负担。
[0058]特别是在被焊接物Wl和W2由铜或铝等那样电阻率小的高导电性的金属材料构成时，使用急剧增大的脉冲状的焊接电流并且使用加快针对被焊接物Wl和W2的加压力的响应性的焊接方法是有效的。因此，具有以反极性对焊接用电容器5充电的电压(-V2)的能量变大的倾向。在这种情况下，与作为焊接用电容器5使用有极性的电解电容器的情况相t匕，使用将聚丙烯薄膜等用作电介质的无极性的薄膜电容器更为理想。通过这样，能够不对焊接用电容器5带来任何损伤地更安全地回收大的能量。
[0059]在上述的实施方式I中，对放电用晶闸管6提供的驱动信号在图6的(C)中示出。放电用晶闸管6的驱动信号在使充电到焊接用电容器5中的充电电荷放电的时刻tl时被提供，之后，直到将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路的时刻t2时为止至少提供放电用晶闸管6的驱动信号。也就是说，对放电用晶闸管6提供连续的驱动信号。另外，在实施方式2中，对放电用晶闸管6提供的驱动信号在图8的(C)中示出。在使充电到焊接用电容器5中的充电电荷放电的时刻tl时提供了驱动信号Sa之后，不再对放电用晶闸管6提供驱动信号。然后，在即将将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路的时刻t2至少向放电用晶闸管6提供驱动信号Sb。也就是说，对放电用晶闸管6提供中途切断的驱动信号。这些实施方式是一例，不限定于此。例如，可以在实施方式I中对放电用晶闸管6提供与实施方式2相同的驱动信号,也可以在实施方式2中对放电用晶闸管6提供与实施方式I相同的驱动信号。
[0060]与上述的实施方式I的电容式焊接装置中的放电用开关6反极性地并联连接能量回收用晶闸管11也能够获得与上述相同的效果。作为上述的实施方式1、2的放电用开关
6、能量回收用晶闸管11，除了晶闸管以外还可以使用具有反向阻断特性的双极性晶体管、或者IGBT、MOSFET等半导体开关。另外，也可以作为放电用开关6使用具有双向的接通断开功能的双向半导体开关，使该双向半导体开关起到放电用开关6和能量回收用晶闸管11的两者的作用。在上述的实施方式1、2中，将绝缘驱动电路9作为光电耦合器进行了说明，但是不限定于此，例如也可以使用绝缘变压器等。
[0061]虽然没有图示，但是在上述的实施方式1、2等中，也可以将电阻单元和二极管串联连接得到的电路与焊接用电容器5并联连接。能够通过该电阻单元与二极管的串联电路使呈现焊接用电容器5的上述反极性的电压(-V2)的反极性电荷放电。也就是说，由电阻单元与二极管的串联电路消耗反极性的能量，因此能够降低反极性的电压(-V2)。例如，能够使该反极性的电压(-V2)为大致零伏。其结果，能够将在将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路时由于焊接变压器4的励磁电流而产生的浪涌电压例如抑制到大致零伏，从而能够更可靠地防止后闪光。此外，在上述的电阻单元与二极管的串联电路中，也能够代替二极管而使用晶闸管、半导体开关。
[0062]并且,也可以将上述实施方式I的放电用开关6设为第一放电用晶闸管,与该第一放电用晶闸管反并联地连接第二放电用晶闸管。由此，能够使用第一放电用晶闸管和第二放电用晶闸管来使蓄积到焊接用电容器5中的电荷放电。与上述的实施方式I同样地使第一放电用晶闸管6接通。通过焊接用电容器5的正极性的电压、即图2所示的焊接用电容器5的电压(+VI)使正极性的电荷放电。当该正极性的电荷的放电结束时，接着，使第二放电用晶闸管接通。通过正极性的电荷的放电使对焊接用电容器5充电的反极性的电压、SP呈现图3所示的焊接用电容器5的极性的电压(-V2)的电荷放电。通过该焊接用电容器5的极性的电压(-V2)的放电，焊接用电容器5再次以正极性的电压、即与图2的电压(+VI)相同的电压被充电为绝对值低于V1、V2的电压。[0063]设在通过第一放电用晶闸管而流动着的焊接用电容器的放电电流由于第一放电用晶闸管自然消弧而成为实质不流动的状态时，第二放电用晶闸管不接通。在这种情况下，与实施方式I同样地，以图2的13的方向流动的焊接变压器4的初级线圈的励磁电流以图3的14的方向换流为次级线圈的励磁电流。在次级线圈的励磁电流以该14的方向流动的状态下将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路时产生的浪涌电压与图4所示的Vsl、Vs2极性相同。因此，与实施方式I同样地，使第一放电用晶闸管接通，从而能够由焊接用电容器5吸收由于焊接变压器4的励磁电流所弓I起的浪涌电压。此外，在这种情况下，也可以代替用作放电开关的第二放电用晶闸管而使用半导体开关。
[0064]另一方面，设在第一放电用晶闸管断开之后通过第二放电用晶闸管而流动着的焊接用电容器的放电电流由于第二放电用晶闸管自然消弧而成为实质不流动的状态时，第一放电用晶闸管不再次接通。在这种情况下，与实施方式I不同，以与图2的13相反的方向流动的焊接变压器的初级线圈的励磁电流以与图3的14相反的方向换流为次级线圈的励磁电流。因此，在次级线圈的励磁电流以与图3的14相反的方向流动的状态下将第一焊接电极7与第二焊接电极8之间开路时产生的浪涌电压与图4所示的Vsl、Vs2极性相反，也就是说为焊接变压器的初级线圈和次级线圈的黑点为负的极性。因此，使第二放电用晶闸管为接通状态来使在初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过第二放电用晶闸管流向焊接用电容器5。由此能够由焊接用电容器5吸收由于焊接变压器4的励磁电流所产生的浪涌电压。此外，在这种情况下，也可以代替用作放电开关的第二放电用晶闸管而使用二极管、半导体开关。
[0065]因此，在与第一放电用晶闸管反并联地连接有第二放电用晶闸管的情况下，也使与由于励磁电流而产生的浪涌电压的极性相应的第一或第二放电用晶闸管接通。由此，起到如下的本发明的效果:能够防止在将励磁电流流过的焊接电极间开路时产生后闪光，并能够防止在初级线圈中产生大的浪涌电压。此外，在实施方式2的电路结构中，也能够使图7所示的与放电用开关6反并联地连接的能量回收用晶闸管11作为上述第二放电用晶闸管发挥作用。在这种情况下，设能量回收用晶闸管11也包含在放电用开关中。
[0066]附图标记说明
[0067]1:充电电路；2、3:充电电路的直流输出端子；4:焊接变压器；4a:焊接变压器4的初级线圈；4b:焊接变压器4的次级线圈；5:焊接用电容器；6:放电用开关(放电用晶闸管)；7:第一焊接电极；8:第二焊接电极；9:绝缘驱动电路；10:控制器；11:能量回收用开关11 (能量回收用晶闸管)；W1、W2:被焊接物；L:合成的电感；C:焊接用电容器5的电容；Vl:焊接用电容器5的设定充电电压；V2:焊接用电容器5的反极性的电压；V3:放电用开关6第二次接通之后的焊接用电容器5的反极性的电压；Vsl:在焊接变压器4的初级线圈4a中产生的浪涌电压；Vs2:在焊接变压器4的次级线圈4b中产生的浪涌电压；11:焊接用电容器5的放电电流；12:焊接电流；13:流过焊接变压器4的初级线圈4a的励磁电流；14:流过焊接变压器4的次级线圈4b的励磁电流；15:在初级线圈4a中产生的浪涌电压Vsl所形成的浪涌电流；Sa、Sb:放电用开关6的驱动信号；Ss:能量回收用开关11的驱动信号。
【权利要求】
1.一种电容式焊接方法，利用从充电电路供给的电力来对焊接用电容器充电，将放电用开关接通来使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷对焊接变压器的初级线圈放电，并通过上述焊接变压器的次级线圈以及与该次级线圈相连接的第一焊接电极和第二焊接电极而向被焊接物流通焊接电流来对该被焊接物进行焊接，该电容式焊接方法的特征在于， 当使充电到上述焊接用电容器中的上述充电电荷放电而成为放电电流实质上不通过上述放电用开关流动的状态时，流过上述焊接变压器的上述初级线圈的励磁电流换流到上述次级线圈，在上述励磁电流流过上述次级线圈的状态下将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时，提供驱动信号来使上述放电用开关成为能够接通的状态， 使在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时在上述焊接变压器的上述初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过上述放电用开关流向上述焊接用电容器。
2.根据权利要求1所述的电容式焊接方法，其特征在于， 上述驱动信号在使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷放电时被提供给上述放电用开关，之后，直到将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时为止至少向上述放电用开关提供上述驱动信号。
3.根据权利要求1所述的电容式焊接方法，其特征在于， 上述驱动信号在使充电到上述焊接用电容器中的充电电荷放电时被提供给上述放电用开关之后，不再对上述放电用开关提供上述驱动信号，而在即将将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时至少向上述放电用开关提供上述驱动信号。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电容式焊接方法，其特征在于， 通过在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时、上述放电用开关接通而对上述焊接用电容器充电的上述浪涌电流的电荷通过与上述放电用开关反并联地连接的能量回收用开关被蓄积到上述焊接用电容器中，成为下一周期的上述充电电荷的一部分。
5.一种电容式焊接装置，具备:充电电路，其具有开关功能；焊接用电容器，其利用从该充电电路供给的电力进行充电；放电用开关，其使上述焊接用电容器的充电电荷放电；焊接变压器，其具有初级线圈和次级线圈；以及第一焊接电极和第二焊接电极，该第一焊接电极和第二焊接电极与上述次级线圈连接，其中，在上述放电用开关接通时使上述焊接用电容器的上述充电电荷对上述初级线圈放电，并经由上述次级线圈以及上述第一焊接电极和上述第二焊接电极而向被焊接物流通焊接电流来对该被焊接物进行焊接，该电容式焊接装置的特征在于， 具备控制器，该控制器在励磁电流流过上述焊接变压器的上述次级线圈的状态下将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时，向上述放电用开关提供用于使上述放电用开关成为能够接通的状态的驱动信号， 使在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时在上述焊接变压器的上述初级线圈中产生的浪涌电压作为浪涌电流通过上述放电用开关流向上述焊接用电容器。
6.根据权利要求5所述的电容式焊接装置，其特征在于， 与上述放电用开关反并联地连接能量回收用开关， 通过在将上述第一焊接电极与上述第二焊接电极之间开路时、上述放电用开关接通而对上述焊接用电容器充电的上述浪涌电流的电荷通过使与上述浪涌电流相反方向的电流流动的上述能量回收用开关而被上述焊接用电容器回收。
【文档编号】B23K11/26GK103781583SQ201280039834
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月27日 优先权日:2011年9月1日
【发明者】角谷康雄, 新井幸次, 小松秋男, 渡边清美 申请人:欧利生电气株式会社