JP7144857B2 - バッテリーｔｉｇ溶接機 - Google Patents

Description

本発明は、充電可能なバッテリーが内蔵されていて、当該バッテリーに充電された電力に基づいてＴＩＧ溶接を行うことが可能なバッテリーＴＩＧ溶接機に関する。

従来より、バッテリー溶接機は、交流電源がない場所で溶接作業を行う際に有効活用されている。

一般的に、バッテリー溶接機は、持ち運び可能な筐体と、前記筐体に設けられた溶接用電極と、前記筐体に設けられた交流電源接続部と、前記筐体内に収容された複数のバッテリーセルと、前記筐体内に収容され且つ前記交流電源接続部に接続され、当該交流電源接続部に接続される交流電源による前記複数のバッテリーセルの充電を制御する充電回路と、前記複数のバッテリーセルに充電された電力に基づく前記溶接用電極への出力を制御する主制御回路と、を備えている。

前記複数のバッテリーセルは、電気的に直列に接続されており、その全体の電圧が監視（管理）されている。

その他、バッテリー溶接機に関する特許出願として、例えば特許文献１や特許文献２が公開されている。

特開２０００－３４８７７８号公報 特開２００２－ ６６７３７号公報

手棒（溶接棒）を用いる一般的なアーク溶接の他に、ＴＩＧトーチと呼ばれる電極を用いるＴＩＧ溶接が広く活用されている。ＴＩＧ溶接は、主に、ステンレスやアルミニウムの溶接に適している。

ＴＩＧ溶接では、溶接母材へＴＩＧトーチの先端を押し当ててからＴＩＧトーチへの通電を開始し、溶接母材とＴＩＧトーチとを通電させた状態で溶接母材からＴＩＧトーチを引き離すことで、溶接を開始する。このような態様は、タッチスタート方式と呼ばれている。

しかしながら、タッチスタート方式を採用したＴＩＧ溶接では、ＴＩＧトーチに使われているタングステンが溶接箇所に巻き込まれやすく、高い溶接品質を実現することが困難であるとの指摘がなされている。

一方、ＴＩＧ溶接の別の態様では、溶接母材とＴＩＧトーチとを接触させることなく（１ｍｍ～２ｍｍの間隔が維持される）、溶接母材とＴＩＧトーチとの間に高周波高電圧（例えば約４ｋＶ）を印加することで、溶接を開始する。このような態様は、高周波高電圧スタート方式と呼ばれている。

高周波高電圧スタート方式を採用したＴＩＧ溶接では、ＴＩＧトーチに使われているタングステンの溶接箇所への巻き込みが生じにくく、高い溶接品質を実現することが可能である。しかしながら、高周波高電圧を利用するため、ノイズの管理が難しい、との指摘がなされている。

ここで、交流駆動のＴＩＧ溶接機であれば、高周波トランスがノイズ抑制の機能を奏するため、主制御回路に悪影響が及ばない程度にノイズを管理することが可能である。しかしながら、バッテリー駆動（直流駆動）のＴＩＧ溶接機においては、高周波高電圧発生回路の近傍にノイズフィルター回路を設けただけでは、主制御回路に悪影響が及ばない程度にノイズを管理することが実現できていなかった。

本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、高周波高電圧発生回路の駆動時のノイズを主制御回路に悪影響が及ばない程度に管理して高周波高電圧スタート方式の採用を可能にしたバッテリーＴＩＧ溶接機を提供することである。

本発明は、持ち運び可能な筐体と、前記筐体に設けられたＴＩＧトーチ接続部と、前記筐体に設けられた交流電源接続部と、前記筐体内に収容されたバッテリーセルと、前記筐体内に収容され且つ前記交流電源接続部に接続され、当該交流電源接続部に接続される交流電源による前記バッテリーセルの充電を制御する充電回路と、前記筐体内に収容され、前記バッテリーセルに充電された電力に基づいて高周波高電圧を発生させる高周波高電圧発生回路と、前記筐体内に収容され、前記高周波高電圧発生回路から前記ＴＩＧトーチ接続部への高周波高電圧の出力を制御する主制御回路と、を備え、前記高周波高電圧発生回路は、高電圧制御基板と、誘導コイルと、を有しており、前記高電圧制御基板は、トランスと、バリスタ保護回路と、ノイズフィルター回路と、を同一基板上に有しており、前記筐体の前後方向または左右方向において、前記高電圧制御基板と前記主制御回路との間に、電磁遮蔽部材が設けられていることを特徴とするバッテリーＴＩＧ溶接機である。

本発明によれば、トランスとバリスタ保護回路とノイズフィルター回路とが同一の高電圧制御基板上に集約的に（互いに略最短の配線で）配置されているため、高周波高電圧発生時のノイズが効果的に吸収され得る。そして、筐体の前後方向（レイアウトによっては左右方向）において高電圧制御基板と主制御回路との間に電磁遮蔽部材を設けたことによって、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路に悪影響を及ぼすことが効果的に抑制され得る。従って、本発明のバッテリーＴＩＧ溶接機は、高周波高電圧スタート方式の採用に耐えることができる（ノイズに起因する誤動作のおそれが顕著に小さい）。

好ましくは、前記高電圧制御基板に対して前記電磁遮蔽部材と反対側に第２電磁遮蔽部材が設けられ、前記高電圧制御基板の上方側に、第３電磁遮蔽部材が設けられている。これによれば、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路に悪影響を及ぼすことが更に効果的に抑制される。

この場合、更に好ましくは、前記電磁遮蔽部材、前記第２電磁遮蔽部材及び前記第３電磁遮蔽部材は、一体的に構成されている。これによれば、当該部品の製造及び管理が容易であり、バッテリーＴＩＧ溶接機の組立も容易である。

また、前記電磁遮蔽部材、前記第２電磁遮蔽部材及び前記第３電磁遮蔽部材は、アルミニウム製である。これによれば、効果的なノイズ遮蔽を低コストで実現することができる。

更に、前記高電圧制御基板の下方側に、第４電磁遮蔽部材が設けられていることが好ましい。これによれば、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路に悪影響を及ぼすことが更に効果的に抑制される。

また、前記ＴＩＧトーチ接続部は、ＴＩＧトーチの代わりに手棒をも接続可能となっており、前記筐体には、ＴＩＧ溶接と手棒溶接とを切り替えるモード切替部が設けられており、前記高周波高電圧発生回路は、前記モード切替部においてＴＩＧ溶接が選択されている時に前記高周波高電圧を発生させるようになっており、前記モード切替部において手棒溶接が選択されている時には前記高周波高電圧を発生させないようになっていることが好ましい。

これによれば、ＴＩＧ溶接と手棒溶接との切り替えが容易であり、また、不要な高周波高電圧が発生しないためノイズによる影響を最小限に抑制できる。

本発明によれば、トランスとバリスタ保護回路とノイズフィルター回路とが同一の高電圧制御基板上に集約的に（互いに略最短の配線で）配置されているため、高周波高電圧発生時のノイズが効果的に吸収され得る。そして、筐体の前後方向（レイアウトによっては左右方向）において高電圧制御基板と主制御回路との間に電磁遮蔽部材を設けたことによって、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路に悪影響を及ぼすことが効果的に抑制され得る。従って、本発明のバッテリーＴＩＧ溶接機は、高周波高電圧スタート方式の採用に耐えることができる（ノイズに起因する誤動作のおそれが顕著に小さい）。

本発明の一実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機の概略回路図である。 本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機の概略縦断面図である。 図１及び図２に示す高電圧制御基板の概略正面図である。 図１乃至図３に示す高電圧制御基板の概略側面図である。 本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機の概略正面図である。 本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機の文字盤部分である。示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機１００の概略回路図であり、図２は、本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機１００の概略縦断面図であり、図３は、図１及び図２に示す高電圧制御基板３２の概略正面図であり、図４は、図１乃至図３に示す高電圧制御基板３２の概略側面図であり、図５は、本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機１００の概略正面図であり、図６は、本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機１００の文字盤部分である。

特に図２及び図５に示すように、本実施形態に係るバッテリーＴＩＧ溶接機１００は、持ち運び用の取っ手（不図示）が設けられた筐体２０を備えている。そして、図１及び図５に示すように、筐体２０の正面側（前面側）の下方部に、ＴＩＧトーチ（不図示）が接続されるＴＩＧトーチ接続部２２（－側電極）と、溶接母材に接続される溶接母材接続部（＋側電極）２４と、が設けられている。

ＴＩＧトーチ接続部２２にＴＩＧトーチが接続され、溶接母材接続部２４に溶接母材が接続された状態で、溶接母材に対するＴＩＧ溶接作業を行うことが可能である。

また、図１に示すように、筐体２０には、交流電源接続部１８が設けられている。交流電源接続部１８は、不図示のケーブルを介して、一般の１００Ｖの商用交流電源（コンセント）に接続されるようになっている。

また、図１及び図３に示すように、筐体２０内には、電気的には直列接続された１６本のバッテリーセル１～１６が、それぞれ並列状態に配置されている。具体的には、１６本のバッテリーセル１～１６は、３段構造に配置されており、１段目には、６本のバッテリーセル１、４～８が並列配置されており、２段目には、６本のバッテリーセル２～３，９～１２が並列配置されており、３段目には、４本のバッテリーセル１３～１６が並列配置されている。

そして、各バッテリーセルの頂面及び底面の各中央が電極となっており、隣接するバッテリーセルの電極配置は互いに逆向きになっていて、図２に示すように隣接するバッテリーセルの隣接する電極間が導電性プレートで連絡されることで、１６本のバッテリーセル１～１６が電気的に接続されている。

また、図１に示すように、筐体２０内には、交流電源接続部１８に接続され、当該交流電源接続部１８に接続される交流電源による複数のバッテリーセル１～１６の充電を制御する充電回路１９が設けられている。

本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００においては、図１乃至図４に示すように、筐体２０内に、複数のバッテリーセル１～１６に充電された電力に基づいて高周波高電圧を発生させる高周波高電圧発生回路３０が設けられている。

高周波高電圧発生回路３０は、高電圧制御基板３２と、誘導コイル３４と、を有しており、本実施形態では、高電圧制御基板３２は、筐体２０の前方側の上方部において、当該基板３２が鉛直向きとなるように配置され、誘導コイル３４は、筐体２０の前方側の下方部において、コイル軸線方向が水平方向となるように配置されている。

更に、本実施形態の高電圧制御基板３２は、図３及び図４に示すように、トランス３２ｔ（本例ではフライバックトランス）と、バリスタ保護回路３２ｂと、ノイズフィルター回路３２ｎと、を同一基板上に有している。これにより、トランス３２ｔとバリスタ保護回路３２ｂとノイズフィルター回路３２ｎとは、集約的に、互いに略最短の配線で、電気的に接続されている。バリスタ保護回路３２ｂは、溶接開始直後の高電圧サージから高電圧制御基板３２を保護するための回路である。

本実施形態の高電圧制御基板３２は、７５ｍｍ×１２５ｍｍのサイズに収まっている。また、高電圧制御基板３２の高さ（搭載する電気要素（トランス３２ｔやコンデンサ等）の最大高さ）も、４０ｍｍ以内に収まっている。

また、図２に示すように、筐体２０内には、高周波高電圧発生回路３０からＴＩＧトーチ接続部２２（－側電極）及び溶接母材接続部２４（＋側電極）への出力を制御する主制御回路２８が設けられている。

そして、筐体２０の前後方向において、高電圧制御基板３２と主制御回路２８との間に、電磁遮蔽部材としてのアルミニウム板４１が設けられている。

本実施形態では、高電圧制御基板３２のすぐ後方に、当該基板３２と略平行に当該基板３２と略同一サイズ（７５ｍｍ×１２５ｍｍ程度）のアルミニウム板４１が設けられている。また、高電圧制御基板３２に対してアルミニウム板４１と反対側（すなわち前方側）に、第２電磁遮蔽部材としてのアルミニウム板４２がアルミニウム板４１と略平行に設けられており、更に高電圧制御基板３２の上方側にも、第３電磁遮蔽部材としてのアルミニウム板４３が設けられている。アルミニウム板４２も、高電圧制御基板３２と略同一サイズ（７５ｍｍ×１２５ｍｍ程度）となっている。

本実施形態では、３枚のアルミニウム板４１～４３が一体的に接続されていて、側面視コ字状の部材となっている。

なお、更に高電圧制御基板３２の下方側に、第４電磁遮蔽部材として、一般的に市販されているノイズ抑制シート（不図示）が設けられてもよい。ノイズ抑制シートは、例えば、アルミニウム板４１の下縁部とアルミニウム板４２の下縁部とを橋渡しするように、アルミニウム板４３と略平行に設けられ得る。

主制御回路２８は、例えばユーザによる調整つまみ５１（図２及び図５参照）の調整量に応じて、ＴＩＧトーチ接続部２２（－側電極）及び溶接母材接続部２４（＋側電極）への出力を制御するようになっている。

調整つまみ５１の他にも、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００の筐体２０の正面側（前面側）には、図５及び図６に示すように、溶接スタート後の電流値や出力波形に関する設定情報を入力可能な入力部が設けられており、主制御回路２８は、当該入力部において入力される設定情報に基づいて印加電圧を提供するようになっている。

具体的には、交流駆動のＴＩＧ溶接機（インバータ式のＴＩＧ溶接機）のように、溶接スタート後の電流値や出力波形について細かい設定をすることが可能で、例えばパルス波形の周波数を設定することができる。

更に、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００のＴＩＧトーチ接続部２２は、ＴＩＧトーチと手棒とを選択的に接続可能となっており、筐体２０の正面側（前面側）の入力部は、ＴＩＧ溶接と手棒溶接とを切り替えるモード切替ボタン５２（モード切替部の一例）を含んでいる（図５及び図６参照）。そして、高周波高電圧発生回路３０は、モード切替ボタン５２によってＴＩＧ溶接が選択されている時に高周波高電圧を発生させるようになっている一方で、モード切替ボタン５２によって手棒溶接が選択されている時には高周波高電圧を発生させないようになっている。

以上のような本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、トランス３２ｔとバリスタ保護回路３２ｂとノイズフィルター回路３２ｎとが同一の高電圧制御基板３２上に集約的に（互いに略最短の配線で）配置されているため、高周波高電圧発生時のノイズが効果的に吸収され得る。

また、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、筐体２０の前後方向において高電圧制御基板３２と主制御回路２８との間にアルミニウム板４１（電磁遮蔽部材の一例）を設けたことによって、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路２８に悪影響を及ぼすことが効果的に抑制されている

以上の２つの効果（効果的なノイズ吸収と効果的なノイズ遮蔽）が相俟って、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００は、高周波高電圧スタート方式の採用に耐えることができる。

また、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、高電圧制御基板３２に対してアルミニウム板４１と反対側にアルミニウム板４２（第２電磁遮蔽部材の一例）が設けられ、高電圧制御基板３２の上方側にもアルミニウム板４３（第３電磁遮蔽部材の一例）が設けられているため、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路２８に悪影響を及ぼすことが更に効果的に抑制されている。

また、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、３枚のアルミニウム板４１～４３が一体的に接続されているため、当該部品の製造及び管理が容易であり、バッテリーＴＩＧ溶接機１００の組立も容易である。また、電磁遮蔽部材としてアルミニウム板４１～４３を選択することによって、効果的なノイズ遮蔽を低コストで実現している。

更に、高電圧制御基板３２の下方側にも第４電磁遮蔽部材を設ければ、高周波高電圧発生時のノイズが主制御回路２８に悪影響を及ぼすことが更に効果的に抑制される。

また、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、溶接スタート後の電流値や出力波形に関する設定情報を入力可能な入力部が設けられており、主制御回路２８は、当該入力部において入力される設定情報に基づいて印加電圧を提供するようになっているため、交流駆動のＴＩＧ溶接機のように、溶接スタート後の電流値や出力波形について細かい設定をすることが可能で、薄板と厚板の相違等、溶接材料の特徴にきめ細かく対応することが可能である。

更に、複数の設定情報を予め記憶させておいて、選択的に呼び出せるようにしておくことも可能である。これによれば、溶接作業前の設定入力時間を短縮することができる。

また、本実施形態のバッテリーＴＩＧ溶接機１００によれば、ＴＩＧトーチ接続部２２は、ＴＩＧトーチと手棒とを選択的に接続可能となっており、筐体２０には、ＴＩＧ溶接と手棒溶接とを切り替えるモード切替ボタン５２が設けられており、高周波高電圧発生回路３０は、モード切替ボタン５２によってＴＩＧ溶接が選択されている時に高周波高電圧を発生させるようになっている一方、モード切替ボタン５２によって手棒溶接が選択されている時には高周波高電圧を発生させないようになっている。これにより、ＴＩＧ溶接と手棒溶接との切り替えが容易であり、また、不要な高周波高電圧が発生しないためノイズによる影響を最小限に抑制できる。

なお、溶接母材とＴＩＧトーチとが接触した状態で溶接を開始する場合には、例えば主制御回路２８の制御により、高周波高電圧発生回路３０が高周波高電圧を発生しないようになっていることが好ましい。具体的には、溶接母材とＴＩＧトーチとが接触した状態を主制御回路２８が検知する場合には、高周波高電圧スタート方式ではなくタッチスタート方式を採用する（そのように自動的に切り替わる）ことが好ましい。

１～１６ バッテリーセル
１８ 交流電源接続部
１９ 充電回路
２０ 筐体
２２ ＴＩＧトーチ接続部
２４ 溶接母材接続部
２８ 主制御回路
３０ 高周波高電圧発生回路
３２ 高電圧制御基板
３２ｂ バリスタ保護回路
３２ｎ ノイズフィルター回路
３２ｔ トランス
３４ 誘導コイル
４１ アルミニウム板
４２ アルミニウム板
４３ アルミニウム板
５１ 調整つまみ
５２ モード切替ボタン
１００ バッテリーＴＩＧ溶接機

Claims (4)

1. 持ち運び可能な筐体と、
   前記筐体に設けられたＴＩＧトーチ接続部と、
   前記筐体に設けられた交流電源接続部と、
   前記筐体内に収容されたバッテリーセルと、
   前記筐体内に収容され且つ前記交流電源接続部に接続され、当該交流電源接続部に接続される交流電源による前記バッテリーセルの充電を制御する充電回路と、
   前記筐体内に収容され、前記バッテリーセルに充電された電力に基づいて高周波高電圧を発生させる高周波高電圧発生回路と、
   前記筐体内に収容され、前記高周波高電圧発生回路から前記ＴＩＧトーチ接続部への高周波高電圧の出力を制御する主制御回路と、
   を備え、
   前記高周波高電圧発生回路は、高電圧制御基板と、誘導コイルと、を有しており、
   前記高電圧制御基板は、トランスと、バリスタ保護回路と、ノイズフィルター回路と、を同一基板上に有しており、
   前記筐体の前後方向または左右方向において、前記高電圧制御基板と前記主制御回路との間に、電磁遮蔽部材が設けられており、
   前記高電圧制御基板に対して前記電磁遮蔽部材と反対側に、第２電磁遮蔽部材が設けられており、
   前記高電圧制御基板の上方側に、第３電磁遮蔽部材が設けられており、
   前記電磁遮蔽部材、前記第２電磁遮蔽部材及び前記第３電磁遮蔽部材は、一体的に構成されている
   ことを特徴とするバッテリーＴＩＧ溶接機。
2. 前記電磁遮蔽部材、前記第２電磁遮蔽部材及び前記第３電磁遮蔽部材は、アルミニウム製である
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーＴＩＧ溶接機。
3. 前記高電圧制御基板の下方側に、第４電磁遮蔽部材が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーＴＩＧ溶接機。
4. 前記ＴＩＧトーチ接続部は、ＴＩＧトーチの代わりに手棒をも接続可能となっており、
   前記筐体には、ＴＩＧ溶接と手棒溶接とを切り替えるモード切替部が設けられており、
   前記高周波高電圧発生回路は、前記モード切替部においてＴＩＧ溶接が選択されている時に前記高周波高電圧を発生させるようになっており、前記モード切替部において手棒溶接が選択されている時には前記高周波高電圧を発生させないようになっている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバッテリー溶接機。

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