Arduino Nano制御スポット溶接機：DIY精密溶接コントローラー

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	制御用マイコン（基板中央に配置）
英数字LCD 20×4文字	1	UI表示用（16×2より情報量多く視認性良好）
DS3231 RTCモジュール	1	日時表示・溶接タイミング用高精度クロック
ロータリーエンコーダー（プッシュボタン付き）	1	メニュー操作・パラメータ調整用（省スペース）
ジャンパーワイヤー	1式	配線用
タクトスイッチ（溶接実行ボタン）	1	溶接スタートトリガー
10kΩ 抵抗	1	スイッチプルアップ用

使用ソフトウェア・ツール

• Arduino IDE
• EasyEDA（PCB設計・発注）

プロジェクト概要

父と共同で約2年前から取り組んできたスポット溶接機の制御ユニットをArduino Nanoベースでリニューアルしました。本体の高電力部分（トランス・電極・空圧シリンダー等）は別途製作済みで、ここでは制御基板の設計・ファームウェア・UIに焦点を当てています。溶接時間ミリ秒単位設定、日時表示、パラメータ保存、メニュー操作などをコンパクトに実装。PCBWay様に基板製造をスポンサードいただきました。

スポット溶接機の基本

スポット溶接は大電流を極微小な接点に短時間（ミリ秒オーダー）流し、接触抵抗熱で金属を溶着する工法です。銅合金電極で挟み込み、高出力トランスで大電流を供給します。溶接時間は材質・厚み・電極圧力等で決まり、経験則または計算で決定します。

本機のスペック（高電力部）

• トランス：トラック用バッテリー充電器から回収した1.5kWトランス ×4台（二次巻線を撤去し、溶接ケーブルCH01N2-D 2ターン巻き直し）
• 理論最大出力：6kW（4台並列、同相接続必須）
• 溶接モード：
  • 銅電極直接溶接（薄板・一般用）
  • 「スパイダーの歯」アタッチメント：バッテリータブ溶接用、空圧シリンダーで加圧

制御基板の設計

Arduino Nanoを中心に、DS3231 RTC、20×4 LCD、ロータリーエンコーダー、溶接ボタンを搭載した専用PCBを設計。シルク印刷に全部品の配置ラベルがあり、実装ミスを防止。出力はソリッドステートリレー（SSR）駆動信号としてトランス制御回路へ接続。

主要ライブラリ

• RTCライブラリ：RinkyDink Electronics DS3231ライブラリ
• LCDライブラリ：New LiquidCrystal（v1.3.5使用）

ファームウェア機能と操作方法

プログラムはシンプルで、視覚的な使いやすさを重視して調整しています。起動時はデフォルト溶接パラメータ（時間等）を表示。ロータリーエンコーダーのプッシュボタンを2秒長押しで「オプションモード」に入り、右上に「!」マークが表示されたら回転で項目選択・プッシュで値変更・再度2秒長押しで確定・通常モード復帰。その後溶接ボタン押下で設定時間のパルスをSSRへ出力し溶接実行。

主な設定項目（オプションモード）

• 溶接パルス幅（ミリ秒単位、例：10〜500ms）
• パルス間ディレイ（連続スポット時）
• 電極閉鎖〜通電ディレイ（機械的応答待ち）
• 日時設定（RTC同期）
• 言語選択（英語/日本語等）
• 画面コントラスト・バックライト輝度

YouTube動画

• 新版デモ・解説：上記動画参照（タイムスタンプ 03:03〜04:57 でオプションモード操作解説）
• 旧版テスト動画：出力低め・機能少なめだが溶接のコツ等解説あり（音声ギリシャ語、英語字幕付き）

ソースコードと設計データ

全ファームウェアコードとガーバーファイルをGitHubで公開：

• https://github.com/SauROnmiKE/Master_Welder

回路図（制御基板出力段）

製作のポイントと注意

• 高電圧・大電流の安全：制御基板は低電圧側のみ。高電力側は完全に分離・絶縁し、SSRで駆動。感電・火災防止に万全を期すこと。
• トランス同相並列：4台のトランス二次側を並列接続する際、極性（位相）を完全一致させないと短絡破損します。テスターで確認必須。
• 溶接ケーブル：CH01N2-D等の高耐久溶接用ケーブルを使用。一般電線では発熱・溶断リスク大。
• 電極圧力管理：接触抵抗は圧力に強く依存。空圧またはバネ機構で一定圧力を確保すること。
• パラメータ調整：薄いニッケルタブ（0.1-0.2mm）なら10-30ms、厚い銅板なら100ms以上等、試し溶接で最適値を見つける。

謝辞

PCBWay様の基板スポンサーに感謝します。楽しい製作になりました。質問・感想はコメント欄へ。他のプロジェクトもぜひご覧ください！