JP6662553B2 - Thermal welding equipment - Google Patents
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Description
熱溶着を行うために最適な電圧、電流を供給する熱溶着方法とその熱溶着装置に関する。 The present invention relates to a heat welding method for supplying an optimal voltage and current for performing heat welding and a heat welding apparatus therefor.
近年の省エネ化に伴い、電灯や自動車用灯火類のLED化が促進され、電灯器具や自動車用ライトハウジングに多数のLEDを組み込む需要が増大している。 With the recent energy savings, the use of LEDs for electric lights and automotive lights has been promoted, and the demand for incorporating a large number of LEDs into electric lighting devices and automotive light housings has been increasing.
このため、数十カ所の熱カシメが同時に可能な熱溶着方法とその装置が必要になっており、この装置として、特開2004−090558号公報及び特開2008−114518号公報に掲載のものが知られている。 For this reason, a thermal welding method and its device capable of simultaneously performing dozens of thermal caulking are required. As this device, those disclosed in JP-A-2004-090558 and JP-A-2008-114518 are disclosed. Are known.
特許文献1および特許文献2の熱溶着装置は、交流電源をSSRなどの電力調整器で制御し、さらにトランスで降圧した交流電流を電線で接続した熱溶着チップに低電圧大電流を印加して発熱させている。
The heat welding apparatuses disclosed in
しかし、多点の熱カシメを行うには熱溶着チップと同数の多数個のトランスが必要になるため熱溶着装置が大型化すると共にトランスの重量も大きな問題となっている。 However, in order to perform thermal caulking at multiple points, as many transformers as the number of heat welding chips are required, so that the size of the heat welding device is increased and the weight of the transformer is also a serious problem.
また、トランスは熱溶着チップの抵抗値(発熱量)に適合した容量が必要であり、熱溶着チップのサイズを変更した場合は抵抗値に合わせてトランスの交換も必要となる。 Further, the transformer needs a capacity suitable for the resistance value (heat generation amount) of the heat welding chip, and when the size of the heat welding chip is changed, it is necessary to replace the transformer according to the resistance value.
本発明は、熱溶着方法及びその装置において、実施する装置本体の小型化、軽量化、コストダウン、省エネ性に優れた内容のものを提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for performing heat welding that is excellent in miniaturization, weight reduction, cost reduction, and energy saving of an apparatus body to be implemented.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、抵抗発熱体に直流電流を印加するインパルス加熱方式の熱溶着装置において、前記発熱体に印加する直流電源を降圧するDC/DCコンバータと、このDC/DCコンバータを介して電圧を1/6ないし1/40に降圧変換し、電流を6ないし40倍に増大変換する制御回路を一体に設けた熱溶着電源回路を具備し、この熱溶着電源回路から出力される直流電流を前記抵抗発熱体に印加する電源回路と、から成り、前記熱溶着電源出力回路を2つ以上具備し、それぞれの熱溶着電源出力回路は独立して出力電圧および出力電流を変化できること、前記熱溶着電源回路が溶着冶具に配置されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項1に記載の発明によれば、抵抗発熱体に直流電流を印加するインパルス加熱方式の熱溶着装置において、直流電源を1/6ないし1/40に降圧するDC/DCコンバータと、このDC/DCコンバータを制御する制御回路を一体にした熱溶着電源回路を設けて、前記熱溶着電源回路の直流電流を6倍ないし40倍に増大させた電流を印加して発熱体を発熱させるものであることから、従来の熱溶着方法及びその装置において必須であった交流電源を制御するSSR(電力調整器)と交流電圧を降圧するためのトランスが不要となり、大幅な小型化、軽量化が実現できる。 According to the first aspect of the present invention, in a heat welding apparatus of an impulse heating system for applying a DC current to a resistance heating element, a DC / DC converter for reducing a DC power supply to 1/6 to 1/40, and the DC / DC converter A heat welding power supply circuit integrating a control circuit for controlling the DC / DC converter is provided, and a current whose DC current is increased by 6 to 40 times is applied to the heat welding power supply circuit to generate heat. This eliminates the need for an SSR (power regulator) for controlling the AC power supply and a transformer for stepping down the AC voltage, which were indispensable in the conventional heat welding method and its apparatus. it can.
また、工場電圧の変動があっても安定した熱溶着加工が可能であると共に回路及び装置の小型化、トランス廃止による大幅な軽量化、コストダウンが可能である。 In addition, stable heat welding can be performed even if the factory voltage fluctuates, and the circuit and device can be downsized, and the weight can be reduced significantly and the cost can be reduced by eliminating the transformer.
また、複数点の同時加工における発熱のばらつきを個別に出力電圧および出力電流調整で最適化することができる。 Further, it is possible to individually optimize variations in heat generation in simultaneous machining of a plurality of points by adjusting output voltage and output current.
また、電源部分を受け治具ユニットに搭載可能で、熱溶着チップまでの電源配線を短縮することにより、例えば、5m→0.5m、121.6W→12.1Wのように電力損失を少なくすることができる。 Further, the power supply portion can be mounted on the jig unit and the power supply wiring to the heat welding chip is shortened, so that the power loss is reduced, for example, from 5 m to 0.5 m, 121.6 W to 12.1 W. be able to.
また、AC高電圧入力は安定化電源までで、以降の配線は全てDC12V以下の低電圧となるため安全性に優れる。 In addition, the AC high voltage input is up to the stabilized power supply, and all the wiring thereafter is at a low voltage of 12 V DC or less, which is excellent in safety.
また、交流電源の無い場所でもバッテリ電源による溶着が可能な可搬式熱量着装置が実現できる。 In addition, a portable calorie deposition device that can be welded by a battery power supply even in a place where there is no AC power supply can be realized.
また、溶着チップ(消費電力)の変更は、トランス切り替えまたはトランス交換 → DC/DC定格範囲内で条件変更のみで対応が可能である。 In addition, the change of the welding tip (power consumption) can be dealt with only by changing the condition within the rated range of DC / DC switching or transformer replacement.
以下、本発明の熱溶着装置1を図に示した実施形態に基づいて説明する。
Hereinafter, a
図1に熱溶着装置1の概略構成を示す。
FIG. 1 shows a schematic configuration of the
熱溶着装置1はPLC9 操作盤15 直流安定化電源2 熱溶着電源3 ロボットケーブル8 熱溶着チップ7 受け冶具14から構成される。
The
なお、通常の熱溶着装置は熱溶着チップを溶着対象のワークに対して進退動作させるためのエアーまたはサーボシリンダーや前記リンダーの動作を制御するための制御装置と位置センサー、熱溶着チップの冷却装置などが含まれるが、その構造や動作についての説明は省略する。 In addition, a normal heat welding device is a control device and a position sensor for controlling the operation of the air or servo cylinder or the above-mentioned cylinder for moving the heat welding chip forward and backward with respect to the work to be welded, and a cooling device for the heat welding chip. And the like, but the description of the structure and operation is omitted.
熱溶着電源3は工場電源の交流100V(または200V)を直流12Vに変換する直流安定化電源2から供給される直流12Vで駆動される。
The heat
工場の電源電圧は、一般に機械装置の設置場所や周囲の機械稼働状況または昼と夜などで電圧変動する可能性があり、その電圧変動が接続された機械装置の動作を不安定にする場合がある。この問題は日本よりも海外の電力事情が不安定な地域で発生しやすい。 In general, the power supply voltage of a factory may fluctuate depending on the installation location of the machinery and equipment, the surrounding machine operation status, day and night, and such voltage fluctuation may cause unstable operation of the connected machinery. is there. This problem is more likely to occur in regions where power conditions are more unstable overseas than in Japan.
直流安定化電源2はスイッチング方式の降圧整流回路で、入力可能な電圧はAC80V〜240Vと適応範囲が広い。このため工場電源が変動した場合でも変換出力された12V直流電源は電圧が一定に保たれ、熱溶着電源3の安定した稼働が可能となり、熱溶着チップ7への給電が安定する。
The stabilized
また、海外の単相交流電源は100V〜240Vであるが直流安定化電源2はどの地域でも対応可能であることは言うまでもない。
The overseas single-phase AC power supply is 100 V to 240 V, but it is needless to say that the stabilized
さらに、直流安定化電源2の出力は12Vに限定されるものではなく、DC/DCコンバータ5の入出力電圧電流に応じて適宜選択が可能である。
Further, the output of the stabilized
操作盤15を操作することでPLC9に接続された図示しないサーボシリンダを動作させて熱溶着チップ7をワークに進退動作させると同時に熱溶着電源3の動作制御を行う。
By operating the
PLC9は、熱溶着チップ7の熱電対(図示省略)による加熱温度監視と加熱温度フィードバック制御をすると同時に、熱溶着電源3から熱溶着チップ7へ給電される直流電源の電圧、電流、通電時間の制御をして設定した温度プロファイルで熱溶着チップ7の加熱制御を行う。
The
図6に示した従来のトランスを用いた交流式熱溶着装置の場合、熱溶着チップ7の抵抗値に合わせてトランス11の容量が選定されるため、熱溶着チップ7を異なる抵抗値(発熱量)に変更する場合はトランス11のタップ切り替えるかトランス11を交換する必要があった。
In the case of the conventional AC heat welding apparatus using the transformer shown in FIG. 6, the capacity of the
しかし、本発明による熱溶着電源3はDC/DCコンバータ2の出力電圧をPLC9の指示で変更することが可能であり、熱溶着チップ7を抵抗値が異なるものに交換することが容易である。
However, the heat
図2に熱溶着電源3の構成を示す。
FIG. 2 shows the configuration of the heat
熱溶着電源3は制御回路4と、DC/DCコンバータ5を搭載して電力変換を行うDC入出力基盤6から構成される。
The heat
DC入出力基盤6は規格化されたDC/DCコンバータ5をマウントするための搭載部である。また、DC/DCコンバータ5の入出側及び出力側にノイズ除去回路を有する。
The DC input /
本実施例におけるDC/DCコンバータ5はTDK社のデジタル制御DC/DCモジュー
ル100Aで仕様は入力DC8〜14V 出力DC0.6〜2.0Vで、使用条件は入力DC12V 出力DC1.0V 出力電流80Aである。
The DC /
PLC9からの制御信号を受けた制御回路4はDC/DCコンバータ5の電力変換動作制御を行い、DC/DCコンバータ5は制御回路4の指令によって直流安定化電源2からのDC12VをDC1.0Vに降圧し、最大100Aを出力する。
The
この時、入力電圧12Vを1/12の1Vに降圧して出力しているため、理論的には電流を12倍にすることが可能であるが、DC/DCコンバータ5の変効率が85〜90%であるため、実際の電流は約10倍まで高めることができる。
At this time, since the
熱溶着チップ7への出力電圧1.0Vで電流が最大100Aであるため、必要な入力電流は前述の計算より出力100Aの1/10で約10Aとなる。
Since the current is 100 A at the maximum when the output voltage to the
DC/DCコンバータ5に供給するCD12V 10Aの電力は市販の直流安定化電源(AC/DCコンバータ)を使用すれば容易に供給することが可能でありコスト削減につながる。
The power of the CD12V 10A supplied to the DC /
本実施形態においての入力および出力の電圧と電流は一例であり、熱溶着電源7の入出力の値はDC/DCコンバータ2の性能の範囲で、熱溶着チップ7の抵抗値及び必要な加熱温度により自由に選択できる事は言うまでもない。
The input and output voltages and currents in the present embodiment are examples, and the input and output values of the heat
さらに、制御回路4は電圧、電流、熱溶着チップ温度の測定監視機能と、PLCとの通信機能を有するため、PLCから加工条件設定と加工中の測定及び測定監視情報のフィードバック管理が可能である。このために別途測定装置を設置する必要がなく、装置の小型化簡略化が可能となる。
Further, since the
本実施例では熱溶着チップ7が4点の熱溶着装置1を図3に示す。
In this embodiment, a
熱溶着装置1はPLC9 操作盤15 直流安定化電源2 熱溶着電源3 ロボットケーブルの8 熱溶着チップ7 受け冶具14から構成される。
The
熱溶着チップ7が4点であるため、前述のように熱溶着電源3に必要な入力電流は10A×4=40Aであるが、直流安定化電源2は余裕を見て出力12V50Aを使用した。
Since the number of the
比較例として、従来のSSR10とトランス11を用いた熱溶着装置1を図6に示す。SSRとトランスは隣接した設置が必要であり、重量物であるトランスは熱溶着装置1の本体下側に搭載せざるを得ない。このため、熱溶着チップ7までは長尺のロボットケーブル8で接続するためロボットケーブル8の内部抵抗による電力損失が避けられない。
As a comparative example, FIG. 6 shows a
さらに、本実施例の4点熱溶着チップに対応する熱溶着電源3を図3に示す。
Further, FIG. 3 shows a heat
本実施例の熱溶着電源3は1ユニット内に制御回路4と4つのDC入出力基盤6を搭載し、ユニットの外形寸法は194mm×176mm×42mmと小型で、ケースを含む重量は1kgである。
The heat
このように熱溶着電源3が小型軽量であるため、熱溶着チップ7の近接位置に熱溶着電源3を設置することが可能となり、溶着電源3から熱溶着チップ7に電力を供給するロボットケーブル8の長さを最小にして電力のロスを低減することができる。
Since the heat
電力損失の比較例を図7に示す。 FIG. 7 shows a comparative example of the power loss.
ロボットケーブル太さ5.5sq 抵抗3.8mΩ/m 電流80Aの場合、ロボットケーブル8の長さが1/10に短縮されたことで電力損失Pが1/10に低減される。
Robot cable thickness 5.5 sq Resistance 3.8 mΩ / m In the case of a current of 80 A, the power loss P is reduced to 1/10 by reducing the length of the
電力損失Pの比較
計算式 P=I×I×R
従来例
5mのロボットケーブルの抵抗=3.8mΩ×5m=0.019Ω
P=80×80×0.019=121.6W
121.6W×4=486.4Wの電力損失であった。
Power Loss P Comparison Formula P = I × I × R
Resistance of conventional 5 m robot cable = 3.8 mΩ × 5 m = 0.19Ω
P = 80 × 80 × 0.019 = 121.6W
The power loss was 121.6 W × 4 = 486.4 W.
本実施例
0.5mのロボットケーブルの抵抗=3.8mΩ×0.5m=0.0019Ω
P=80×80×0.0019=12.16W
12.16W×4=48.6W
This embodiment
0.5m robot cable resistance = 3.8mΩ x 0.5m = 0.0019Ω
P = 80 × 80 × 0.0019 = 12.16W
12.16W × 4 = 48.6W
486.4W(従来)−48.6W(本実施例)=437.8W
電力損失低減437.8W
486.4W (conventional) -48.6W (this embodiment) = 437.8W
437.8W power loss reduction
次に、溶着電源の重量を従来の熱溶着装置1と比較したものを図7に示す。
Next, FIG. 7 shows a comparison between the weight of the welding power source and that of the conventional
重量の比較
従来例
SSR 0.5kg+トランス 4kg=4.5kg
4.5kg×4点=18kg
トランス取付台3kgを加えると合計21kgである。
Conventional weight comparison
SSR 0.5kg + transformer 4kg = 4.5kg
4.5 kg x 4 points = 18 kg
When 3 kg of transformer mounting base is added, the total is 21 kg.
本実施例
直流安定化電源2(50A)1.6kg
熱溶着電源3(4点用)1.0kg 合計2.6kg
This embodiment
DC stabilized power supply 2 (50A) 1.6kg
Thermal welding power supply 3 (for 4 points) 1.0kg Total 2.6kg
軽量化 21kg−2.6kg=18.4kg Light weight 21kg-2.6kg = 18.4kg
実際の自動車用灯具の熱溶着装置においては溶着ポイントが40点に及ぶため、熱溶着電源全体の重量差は100kg近くとなり、熱溶着装置1の大きさと製造コストにも大きな差が出る。
Since the welding point reaches 40 points in the actual heat welding device of a vehicle lighting device, the weight difference of the entire heat welding power source is close to 100 kg, and the size and the manufacturing cost of the
さらに、熱溶着チップ7を複数使用する場合、熱溶着チップ7の個体差によって発熱温度(抵抗値)にばらつきが発生する場合があるが、熱溶着電源3は4点の熱溶着チップ7に対応して4つのDC入出力基盤6を搭載しているため、PLC9の指令で印加する電圧及び電流を個別に増減(補正)することが可能である。
Further, when a plurality of
このため、複数個の熱溶着チップ7の加熱温度のばらつきを抑え、一定の加工時間で熱溶着の品質を安定させることが可能となる。
For this reason, it is possible to suppress the variation in the heating temperature of the plurality of
直流電源にバッテリ−13を用いた熱溶着装置1の実施例を図5に示す。
FIG. 5 shows an embodiment of the
本実施例はバッテリー13が電源で、PLC9、制御回路4、DC/DCコンバータ5、 DC入出力基盤6を一体化した熱溶着装置1からの出力が熱溶着チップ7に接続される構成であり、電源が異なる以外は図2の熱溶着装置と同様の機能を有する。
In this embodiment, the
熱溶着装置1にはPLC9への加工プログラムを入力するための接続端子と熱溶着加工を起動するための起動スイッチが設置されているが、図示は省略している。
The
また、本実施例では熱溶着装置1を小型化するため、PLC9に接続する操作パネルを廃止している。このため、加工条件設定は前記接続端子にパソコンを接続して行う。
In this embodiment, the operation panel connected to the
DC/DCコンバータ5の入力電圧は8〜24Vに対応しているため、バッテリーの種類は特に限定するものでなく、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリー、ニッケル水素バッテリーなどから入力電圧と必要電流に応じて適宜選択し、複数を組み合わせて使用することが可能である。
Since the input voltage of the DC /
ここで、熱溶着チップ7の溶着電流を80A、電圧1.0V、加熱時間2秒の溶着条件とすれば1回の消費電力は0.044Whになる。
Here, assuming that the welding current of the
小型のリチウムイオン電池として広く流通する18650サイズで容量3000mAを3本直列を電源とした場合の溶着可能な回数は、
バッテリー容量 3.7V×3Ah×3本=33.3Wh
溶着可能な回数 33.3Wh÷0.044Wh≒750回
The number of times that welding can be performed in the case of 18650 size, which is widely distributed as a small lithium-ion battery, and has a capacity of 3000 mA in series with three power supplies,
Battery capacity 3.7V x 3Ah x 3 = 33.3Wh
Number of times that welding is possible 33.3Wh ÷ 0.044Wh ≒ 750 times
稼働に際してはPLC9の消費電力、DC/DCコンバータ5の変換ロス、電線での通電ロスで加工回数は減少し、さらにバッテリ−の放電特性により安定した加工可能な回数は変化するがおよそ200〜300回程度の加工が可能である。
At the time of operation, the number of machining decreases due to the power consumption of the
従来の熱溶着は交流電源を確保できる場所でしか行うことができなかったが、本実施例によれば手持ちサイズでコードレスの熱溶着装置が可能となり、交流電源の確保しにくい屋外や建物の内部、機械装置内など狭小な場所での熱溶着加工が可能となる。 Conventional heat welding can be performed only in a place where an AC power supply can be secured. However, according to the present embodiment, a hand-held, cordless heat welding apparatus can be used, and it is difficult to secure an AC power supply outdoors or inside a building. In addition, heat welding can be performed in a narrow place such as in a mechanical device.
さらに、自動車用の12V80Ah鉛バッテリーを使用した場合は、
バッテリー容量 12V×80Ah=9600Wh
9600Wh÷0.044Wh≒20万回以上
Furthermore, when using a 12V80Ah lead battery for automobiles,
9600Wh ÷ 0.044Wh ≒ 200,000 times or more
1日の加工回数を1000回と仮定した場合、前述の電力ロスやバッテリーの放電特性を考慮しても数日間の熱溶着加工は可能であり、電力事情の不安定な場所での一時的な操業も可能となる。 Assuming that the number of times of processing per day is 1000 times, heat welding can be performed for several days even in consideration of the power loss and the discharge characteristics of the battery described above. Operation is also possible.
1 熱溶着装置
2 直流安定化電源(AC/DCコンバータ)
3 熱溶着電源
4 制御回路
5 DC/DCコンバータ
6 DC入出力基盤
7 熱溶着チップ
8 ロボットケーブル(給電ケーブル)
9 PLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)
10 SSR(ソリッドステートリレー)
11 トランス
12 交流電源
13 バッテリー(2次電池)
14 受け冶具
15 操作盤
1.
3 Heat
9 PLC (Programmable Logic Controller)
10 SSR (Solid State Relay)
11 Transformer 12
14 Receiving
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