JPH04309473A - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はスポット溶接や突き合
わせ溶接等を行う抵抗溶接装置に関し、特に溶接電流の
進相化による溶接能力の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スポット溶接や突き合わせ溶接は、被溶
接部材間に電流を流して発生する抵抗熱を利用して該被
溶接部材を加熱すると同時に該両被溶接部材を圧接して
溶接を行う抵抗溶接の一種であり、一般にアーク溶接よ
りも溶接温度が低く、短時間で行われるので加熱の影響
を接合部の近傍の狭い範囲内に止めることができ、被溶
接部材の変形や残留応力が少ないという利点をもってい
る。しかし加熱は抵抗熱のみによるため、アーク溶接に
比較して数十倍もの大電流を短時間に必要とし、溶接機
の容量は大きなものとなる。

【０００３】またこのような抵抗溶接機は、通常単相の
交流電力を使用し、通電時の入力皮相電力が大きく、低
力率の負荷となっているため、力率の改善策がいろいろ
と考えられており、その一つにコンデンサ放電式溶接機
がある。これは、交流電源を整流器で整流して直流とし
、該直流電流によりコンデンサを充電し、その電荷を溶
接変圧器の１次側に放電させて、２次側の瞬間的に発生
する大電流を利用するもので、電源容量の小さい箇所に
適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら厚板の溶
接のように比較的長時間（０．５　秒間程度）の溶接電
流を必要とするものには適さず、また溶接面が油や埃で
汚れている場合や、表面に荒れのある被溶接部材では、
スポット溶接等が困難であった。またアルミ板を何枚か
重ねてスポット溶接したり、被溶接部材の溶接面に水の
浸入を防ぐためのシーラ剤等を塗布したままでスポット
溶接したりすることはできないという不便さもあった。 さらに溶接部分が脆く、スポット溶接処理した部材を機
械装置の振動の激しい部分に用いると、外れがでるとい
う問題もあった。このため例えば飛行機の翼部分の溶接
等、特に高い信頼性が要求される部材の溶接には、作業
性のよいスポット溶接を用いることはできず、手間暇の
かかる鋲かしめにより、つまり図１７（ａ）　及び図１
７（ｂ）　に示すように接合するアルミ板８０１，８０
２の鋲挿入穴８０３に鋲８０４を挿入し、該鋲の頭部８
０４ａを変形させて２枚のアルミ板を接合していた。し
かしこの場合は鋲８０４を装着する穴８０３から亀裂８
１０が発生し（図１７（ｃ）　）、この部分が破損する
と大事故につながるという問題があった。

【０００５】一方、スポット溶接等を行うには、電力会
社の柱上トランス、または自家用の高圧受電トランスを
介して、スポット溶接等の専用トランスを設備し、スポ
ット溶接作業をしていたが、スポット溶接においては変
圧器の１次側に投入される１次入力に対し、２次側に得
られる出力は平均して４０パーセント程度であり、電力
変換効率も好ましいものではなかった。

【０００６】この発明は以上のような従来の問題点を解
消するためになされたもので、無効電流を低減して、溶
接部分の加熱溶融に寄与する溶接電流を増大でき、これ
によりその溶接部表面に多少の絶縁皮膜がある被溶接部
材を溶接する場合、あるいは被溶接部材を何枚か重ね合
わせて溶接する場合であっても、その溶接部分を充分加
熱溶融して、振動に強い強固な溶接を行うことができる
抵抗溶接装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る抵抗溶接
装置は、変圧器の２次コイルを、１次及び２次コイル間
の静電容量により変圧器の誘導リアクタンス成分が相殺
されるよう、鉄芯の回りに周回路を形成する銅板を複数
枚重合わせて構成し、該変圧器により出力電圧の発生と
同時に急峻に立ち上がる溶接電流を一対の溶接電極に印
加するようにしたものである。

【０００８】この発明に係る抵抗溶接装置は、上記一対
の溶接電極を、上記溶接電流と同期して変化する加圧力
により加圧する、あるいは該加圧力に一定加圧力を重畳
した加圧力により加圧するようにしたものである。

【０００９】またこの発明は、上記抵抗溶接装置におい
て、上記溶接電極として、近接して配置された２組の上
下一対の溶接電極を備えるとともに、各組の溶接電極に
対してそれぞれ上記変圧器を備え、各組の上下の溶接電
極とこれらに対応する変圧器の２次コイルとを、隣接す
る上側及び下側の溶接電極同士間でそれぞれ上側及び下
側の被溶接部材を介して電流が流れるよう結線したもの
である。

【００１０】またこの発明は、上記抵抗溶接装置におい
て、変圧器の入力側に、３相交流の供給を各相ごとに点
弧制御する位相制御回路を設け、該変圧器はその単相鉄
芯の１次側に３つの１次コイルを、２次側に単相コイル
を巻回し、上記３つの１次コイルをそれぞれ該位相制御
回路を介して３相交流電源の各相に接続した構成とし、
上記位相制御回路により３相交流電源の各相を位相制御
して上記２次コイルに単相交流を出力するようにしたも
のである。

【００１１】

【作用】この発明においては、変圧器の２次コイルを、
１次コイルと２次コイル間に生ずる静電容量により変圧
器のリアクタンス成分が相殺されるよう銅板を重ね合わ
せて構成したから、変圧器の出力電圧の発生と同時に、
溶接電極に挟持された被溶接部材には立ち上がりの急峻
な大電流が流れることとなり、これによって被溶接部材
の表面に多少の絶縁皮膜があっても、あるいは被溶接部
材が何枚か重ね合わせてあっても、その溶接部分を充分
加熱溶融して、振動に強い強固な溶接を行うことができ
る。

【００１２】また、溶接電極の加圧力を溶接電流に同期
させて変化させるようにしたので、被溶接部材の加圧を
効果的に行うことができる。

【００１３】またこの発明においては、上記溶接電極と
して、２組の上下一対の溶接電極を近接して配置すると
ともに、各組の溶接電極に対してそれぞれ上記変圧器を
備え、隣接する各組の上側及び下側の溶接電極同士間で
それぞれ上側及び下側の被溶接部材を介して電流が流れ
るようにしたので、被溶接部材間に絶縁性皮膜が介在す
る場合でも、隣接する溶接電極間に流れる電流の発熱作
用により上記絶縁性皮膜を溶融あるいは炭化して上下の
溶接電極間を導通可能な状態にでき、これにより抵抗溶
接を行うことができる。

【００１４】さらにこの発明においては、３相交流を位
相制御回路により位相制御して、単相鉄芯の１次側に巻
回した３相の１次コイルに供給し、該鉄芯の２次側に巻
回した２次コイルに単相交流を出力するようにしたので
、３相出力の各相の位相を制御することによって、３倍
周波で鋸歯状波の単相出力と同等な合成波形を得ること
ができ、これによってトランスの２次側に該合成波形よ
りなる単相出力を生じさせることができる。また位相の
制御によって、得られる出力波形をスポット溶接に好適
な波形とすることができる。

【００１５】

【実施例】以下この発明の一実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の一実施例によるスポット溶接装置
を示す。図において、１００はスポット溶接装置で、単
相交流電源１０１、その出力を変圧する変圧器１０３及
び上記単相交流電源と変圧器１０３との間に挿入された
オン・オフスイッチ回路１０２からなる電源部１２０と
、上下一対の溶接電極１１０及び該溶接電極に挟持され
た被溶接部材１１１からなるスポット溶接部１３０とか
ら構成されている。上記変圧器１０３は、薄鉄板の積層
体からなる鉄芯１２１に４つの２次コイル１２３と３つ
の１次コイル１２４を装着したものである。

【００１６】以下図１（ｂ）　〜図１（ｄ）　を用いて
上記変圧器（以下トランスとも言う。）の構造を詳しく
説明する。図において、１２１は本トランスの外鉄型鉄
芯、１２２は該外鉄型鉄芯１２１の内部にくり抜かれた
２個のコイル収納部、１２３は該外鉄型鉄芯１２１のコ
イル収納部１２２内に収納された、銅板をくり抜いて形
成した２次コイルで、ここでは４枚の銅板（２次コイル
）１２３を、１次コイルと２次コイル間に生ずる静電容
量により変圧器のリアクタンス成分が相殺されるよう上
下に重ねて中央鉄芯部１２１ａに装着しており、またこ
れら４枚の銅板２次コイル１２３は並列に接続している
。１２４は上記２次コイル収納部１２２内にて該２次コ
イル１２３間に収納して設けられた１次コイルで、上，
中，下と３つある。そして各１次コイル１２４は、平角
銅線を、その巻始め１２４ａと巻終わり１２４ｂがコイ
ル最外周に位置するよう２段に巻回して形成したもので
あり、３つの１次コイルは直列に接続している。またこ
こでは、外鉄型鉄芯１２１にはその中央鉄芯部１２１ａ
が両側の側部鉄芯部１２１ｂの二倍の断面積を有するも
のを用いている。

【００１７】またここで、上記２次コイル１２３には、
図１（ｄ）　に示すように銅板をくり抜いて中央孔部１
２３ａを形成するとともに、これに続いて両端辺部１２
３ｃと１２３ｄとの間にスリット部１２３ｂを有するよ
うに形成してなる銅板コイルを用いている。なお１２３
ｅはコイル接続用のネジ穴である。

【００１８】次に作用効果について説明する。まず、図
１（ｅ）　に示すように一対の溶接電極１１０により、
被溶接材料１１１を圧接挟持し、スイッチ回路１０２を
オンする。すると交流電源１０１の交流出力が上記変圧
器１０３の１次コイル１２４に印加され、２次コイル１
０３には電磁誘導の原理により１次及び２次コイルの巻
き数比に応じた電圧が発生する。これにより２次側の電
圧が上記一対の溶接電極１１０に印加され、図１（ｆ）
　に示すように溶接電流Ｉが被溶接部材１１１に流れ、
その際発生する熱により電極の圧接部分Ａが加熱溶融さ
れて接合する。

【００１９】このような構成のトランスを用いたスポッ
ト溶接装置では、２次コイルとして銅板を重ねて配置し
て、１次コイルと２次コイルとの間に生ずる静電容量に
より変圧器の誘導リアクタンス成分が相殺されるように
しているため、溶接電流を進相化することができる。つ
まり従来は図２に示すように溶接電流Ｉ２　の位相は、
変圧器の誘導リアクタンス成分のために出力電圧Ｖ０に
対し遅れており、また立ち上がりが緩慢であったのに対
し、本実施例では溶接電流Ｉ１　は変圧器の出力電圧Ｖ
０　の発生と同時に急峻に立ち上がり、溶接電極に挟持
された被溶接部材には立ち上がりの急峻な大電流Ｉ１　
が流れることとなる。

【００２０】また鉄芯１２１の中央鉄芯部１２１ａは、
その側部鉄芯部１２１ｂの二倍の断面積を有しているた
め、中央鉄芯部での磁束が過密とならず、中央鉄芯部と
側部鉄芯部の断面積が同じトランスに比べ、発熱等のエ
ネルギーロスを低減できる。さらに上記鉄芯の接合部は
中央部両側の２箇所Ｂ１　，Ｂ２　だけであるため、１
次側の投入電流に対する２次側の出力電力の出力割合が
高くて性能がよく、接触抵抗が少なくてロスのない変圧
器鉄芯が得られる。

【００２１】この結果被溶接部材の溶接部分は効率よく
充分加熱溶融され、振動に強い強固なスポット溶接がで
きる。具体的には被溶接部材の溶接面に油や埃が付着し
ていても、溶接面が多少荒れていても問題なく溶接でき
、従来溶接の前処理として行っていたアルミ板の酸洗い
等の作業を省略できる。またアルミ板の溶接面に、水分
の浸入を防ぐシーラや接着剤を塗布した状態でも、これ
が完全に乾燥するまえであれば、多少の電流が流れ、そ
の発熱作用により接着剤等が溶融あるいは炭化され、溶
接電流が流れることとなるので、スポット溶接可能であ
る。

【００２２】すなわち、従来はアルミの場合、油や埃等
の付着したものはそのままスポット溶接できなかったた
め、通常油を洗浄し、水洗いし、乾燥して２時間以内に
溶接するようにしており、また航空機等に用いられる、
特に信頼性の要求される大事な部材では、１時間以内に
溶接するようにしていたのに対し、本発明では、被溶接
部材の表面に油や埃が付着していても、また水密のため
のシーラ材が塗布されていても、あるいは接着剤が全面
塗布されていても、これらが乾燥する前であれば、その
ままスポット溶接できる。

【００２３】さらに厚みの異なるアルミ板のスポット溶
接では、通常は厚板と薄板の厚みが３対１程度が限度で
あるのに対し、本実施例では０．１ｍｍの薄いアルミ箔
をこれより１００倍も厚い１０ｍｍの厚いアルミ板とス
ポット溶接することもできる。厚みが異なる場合の溶接
例としては、例えば図３（ａ）　に示すように骨部材１
１１ｃとアルミ板１１１ｄとを溶接するような場合であ
り、もちろんこれらの部材の間に接着剤１１１ｅが介在
していてもこれが乾燥する前であれば、問題ない。また
他の例として図３（ｂ）　はＩ型鋼材１１１ｆの上面と
下面に同時にアルミ板１１１ｄをスポット溶接する場合
を示している。 なお１１０ａは変圧器の２次コイル１２３の中点に接続
され、スポット溶接電流を効率よく流すための補助銅電
極である。さらに他の例として図３（ｃ）　には、Ｉ型
鋼材の中央縦辺の両側に上記補助銅電極１１０ａを配置
したものを示している。

【００２４】またさらにアルミ箔やチタン箔では２０枚
重ねのスポット溶接も可能であり、また銅合金，白金、
金，銀等の非鉄金属についてもこのような重合わせ溶接
が可能である。

【００２５】また接着剤やシーラ材等が乾燥した場合は
、２組の上下一対の溶接電極によりスポット溶接する装
置（特公昭５２−１３７９号）を用いれば溶接可能であ
る。 図４はこのスポット溶接装置に上記第１実施例のトラン
スを用いた、本発明の第２の実施例を示し、図において
、１１０ｃ，１１０ｄは第１のトランス１０３ｂの２次
コイル１２３に接続された第１の一対の溶接電極、１１
０ｆ，１１０ｇは第２のトランス１０３ａの２次コイル
１２３に接続された第２の一対の溶接電極で、これら２
組の溶接電極により、その間に乾燥した絶縁皮膜が介在
する被溶接部材１１１ｇ，１１１ｈを重合わせ溶接する
ようにしている。ここで上記第１，第２のトランスはそ
れぞれ上述した図１のトランスと同一構成のものであり
、各トランスの１次コイル１２４は上記実施例と同様、
スイッチ回路（図示せず）を介して単相交流電源に接続
されている。

【００２６】この装置による溶接では、まず、隣接電極
１１１ｃと１１１ｅ、１１１ｄと１１１ｆ間に横方向に
電流ＩＰ　が流れて、その発熱作用により絶縁皮膜１１
１ｇが溶融あるいは炭化される。これによって上下一対
の溶接電極１１１ｃと１１１ｄ、１１１ｅと１１１ｆ間
に溶接電流が流れスポット溶接が行われる。このように
して被溶接部材間に絶縁皮膜等があってもスポット溶接
をすることができる。

【００２７】また、この装置では、図５に示すように重
合わせたアルミ板１１１間に乾燥した接着剤１１１ａ等
がある場合でも、３枚重ね程度までは問題なく溶接でき
る。図５（ａ）　は溶接前、図５（ｂ）　は溶接後の被
溶接部材の断面の状態を示している。

【００２８】さらに図６に示すようにアルミ板の４枚重
ね以上で各板間に絶縁皮膜がある場合は、中央の絶縁皮
膜１１０ｂが炭化して導通を起こすまで時間調整が必要
となるが、重合わせ溶接は可能であり、絶縁皮膜が油等
である場合は１０枚位の多層重スポット溶接ができる。 なお図６（ａ）　は溶接前、図６（ｂ）　は溶接後の被
溶接部材の断面の状態を示している。

【００２９】以下にこのようなスポット溶接の具体的な
用途の例を示す。図１８（ａ）　〜（ｃ）はそれぞれ航
空機や自動車等に用いられる例えばアルミ製の気密ある
いは水密容器の例を示す。図１８（ａ）　に示すもので
は、一対の断面凹状容器７１１，７１２のフランジ部分
７１１ａ，７１２ａにシール剤あるいは接着剤（図示せ
ず）を塗布して、これらを重合わせ、両フランジ部をス
ポット溶接している。また図１８（ｂ）　，（ｃ）　に
示す形状の密封容器では、容器本体７２０とその蓋部材
７２１とを、これらの間にシーラ材等（図示せず）を挟
んでスポット溶接し、密封口金７２２を蓋部材７２１の
開口部分にシーラ材（図示せず）を介してスポット溶接
している。従来はこれらの容器をシーム溶接やアルゴン
溶接等により接合部分全域を溶接していたため、高度の
技術を必要とし、また熱歪みが必ず発生し、歪み取りの
名人芸が必要であり、また少しでも溶接不良があると洩
れが発生するという問題もあったが、本スポット溶接装
置を用いれば、上述のようにシール材等を塗布した状態
でスポット溶接することができ、このため高度の技術を
必要とすることなく、機械強度が高く、気密性にすぐれ
た溶接を行うことができ、製造のコストダウンを図るこ
とができる。

【００３０】また図１９は本スポット溶接装置を用いて
製作したステンレス製の流し台を示し、図中７３０は流
し台で、これは天板７３１の開口部７３１ａに断面凹状
の容器７３２を取付けたものである。この天板開口部７
３１ａのフランジ部７３１ｂと上記容器７３２の上端部
７３２ａとをシール材等を介してスポット溶接している
。この場合も図１８に示す容器の場合と同様な効果があ
る。

【００３１】また図２０は他の容器の例を示し、図２０
（ａ）　のものでは、断面略凹形状の容器本体７４０の
上端部とカバー部材７４１との間及び上記容器本体７４
０の下部のニップル部７４０ａとパイプ部材７４２との
間を、シール材（図示せず）を介してスポット溶接して
いる。また図２０（ｂ）　のものでは、容器本体の側面
に形成した開口部７４０ｂにパイプ部材７４３の一端を
シール材（図示せず）を介してスポット溶接している。

【００３２】さらに図２１（ａ）　〜図２１（ｄ）　は
断熱構造を有する浴槽を示しており、図において７５０
は浴槽で、７５１は浴槽本体を構成する、断面略凹形状
で外形長方形のベース部材であり、その側壁外面には、
該側壁との間に断熱空間Ｓができるようその中央部分が
外側に膨らんだカバー部材７５２が取付けられており、
また上記浴槽本体７５１の底面にも、該底面との間に断
熱空間Ｓができるよう底部カバー部材７５３が取付けら
れている。そして該底部カバー部材７５３と浴槽本体７
５１の底面との間には、浴槽にかかる荷重を支持するた
めの波板状の補強部材７５４が配設されている。なお、
７５５は波板状補強部材７５４と底部カバー部材７５３
とを接合するネジ部材、７５６は浴槽本体底部の排水口
７５１ａに取付けられた排水口金である。

【００３３】そしてこの浴槽では、特にカバー部材７５
２，７５３や排水口金７５６と浴槽本体７５１との接合
部分には、シール材を塗布した状態でスポット溶接が施
されており、シーム溶接やアルゴン溶接によるシール効
果をスポット溶接を用いて実現している。図２１（ａ）
　の平面図は、上記補強部材７５４のスポット溶接部位
を黒丸、ネジ部材の締めつけ部位を白丸で示している。 また溶接時、熱があまり出ないスポット溶接を用いてい
るため、上記断熱空間Ｓに断熱材を充填して断熱効果を
向上することも簡単にでき、また溶接焼けによる変色が
なく、熱歪みもなく、製作コストが安く、断熱性，機械
強度，外観性等に優れたものを得ることができる。なお
ここでは浴槽を示しているが、これは工業用，産業用の
温湯容器、瞬間湯沸器、太陽熱利用の温水タンク等でも
同様のことが言える。

【００３４】さらにまた、本スポット溶接装置は、航空
機を構成部材であるアルミ板部材の接合にも利用できる
。即ち従来、航空機の事故が多いのは、鋲カシメの穴か
らひび割れが発生して事故となるのが殆どのケースであ
り、近年航空機の大型化に伴い振動パワーも増大してい
るので、鋲穴により大きな無理がかかり、金属疲労を起
こしやすくなってきているが、本発明のスポット溶接で
は、スポット溶接部は充分溶融され強固に接合されるた
め、信頼性が高く、従来行われていた鋲カシメに代えて
部材の接合に用いることができ、鋲カシメ等の手間のか
かる作業を不要とできるだけでなく、鋲カシメで問題と
なっていた鋲穴の金属疲労による事故を回避することが
できる。またこのような本発明のスポット溶接装置は、
アルミ板が採用されるであろう今後の自動車の製造にお
いても広く利用することができる。

【００３５】図７はこの発明の第３の実施例によるスポ
ット溶接装置に用いたトランスを示し、これは内鉄型鉄
芯を用いたものである。図７（ａ）　は従来の内鉄型ト
ランスを示し、これに対し図７（ｂ）　は本発明の実施
例によるスポット溶接装置の内鉄型のトランスを示す。 図において２０１は一対のカットコア２０１ａを相対向
させ突き合わせてなる鉄芯、２０３は上記第１の実施例
と同じように銅板をくり抜いて形成した２次コイルであ
り、この実施例では、２次コイル２０３を３枚づつこれ
らを重合わせて上記鉄芯２０１の左右の脚部２１１に装
着しており、これによって１次及び２次コイル間の静電
容量により変圧器の誘導リアクタンス成分を相殺してい
る。２０４は上記上下の２次コイル２０３間に装着され
た３つの１次コイルで、上記第１実施例と同様、平角銅
線をその巻始め２０４ａと巻終わり２０４ｂがコイル最
外周に位置するよう２段に巻回して形成したものである
。また上記２次コイル２０３は４枚を並列に、１次コイ
ル２０４は３枚を直列に接続している。

【００３６】このように内鉄型のトランスを用いたスポ
ット溶接装置においても、上記実施例と同様、進相コン
デンサの効力が出て、出力電圧の発生と同時に急峻に立
ち上がる鋸歯状波の溶接電流が得られ、大電流による強
固なスポット溶接ができる。

【００３７】なお、１次コイルは図７（ｄ）　のような
２段巻である必要はなく、これは１段巻のものを直列と
してもよい。

【００３８】次に本発明の第４の実施例として、上記第
１の実施例において、溶接電極の加圧方法を改良したス
ポット溶接装置について説明する。図８は本発明の第４
の実施例によるスポット溶接装置を示し、図において、
図１と同一符号は同一のものを示し、３０３は上記スイ
ッチ回路１０２に接続された変圧器で、ここでは変圧器
の鉄芯には第１の２次コイル１２３に加えて第２の２次
コイル３０１が巻回されている。また、３２１は該第２
の２次コイル３０１にそのソレノイドコイル３２１ａが
接続されたソレノイド、３２１ｂは該ソレノイド３２１
の摺動ロッド、３２２は該摺動ロッド３２１ｂの上下動
によって支点３２３を中心に下上動せられる部材である
。

【００３９】次に動作について説明する。従来、スポッ
ト溶接においては、シリンダによる空圧または油圧によ
り溶接電極の加圧を行って、例えば図９（ｂ）のような
溶接電流Ｉ０　に対し、図９（ａ）　の一点鎖線Ｐｃ１
で示すエアー加圧（加圧力Ｐ１　）を行うことにより実
際の溶接電流Ｉ１　を得ていた。しかるにこれは実際の
溶接電流波形Ｉ１　の零点やその近傍の電流小なる領域
でも大なる加圧力Ｐ１　がかかり、非常に無駄であった
。即ち、スポット溶接の加圧においては、スポット溶接
電流Ｉが正弦波形Ｉ１　である場合は、これが最大Ｉｍ
　となるとき（ｔ＝ｔｍ　）に加圧力ＰがＰ１　であれ
ば良好な溶接を行うことができ、スポット溶接電流Ｉが
０のときは加圧力Ｐも０でよく、理想的には点線のよう
な加圧波形Ｐｓ　が得られればよい。

【００４０】このようなことから、本実施例では第２の
２次コイル３０１を用いて第１の２次コイル１２３によ
る溶接電流Ｉ１　と同じ波形Ｐｓ　により加圧するよう
にしており、パワーのロスがなく効率的である。また、
スポット溶接においては加圧があると逆に熱が出にくい
もので、溶接熱Ｉ２　Ｒは加圧力が大のところでは小と
なるが、本実施例では加圧力は通常（溶接時以外）は小
であるので発熱が増大し、良好なスポット溶接が得られ
る。 そしてこれにより、従来不可能であったＡｌ，銅，チタ
ン等のスポット溶接も可能となった。例えば従来３ｍｍ
厚のＡｌをスポット溶接するには１００ＫＶＡが必要で
あったが、本発明では５０ＫＶＡでこれが可能となった
。

【００４１】ところがこのように、スポット溶接電流の
印加と同時にこれと同期した電極加圧を行う溶接では、
スポット溶接電流Ｉ１　と加圧波形Ｐｓ　とが完全に同
期しているときはよいが、両者の同期がずれたとき、電
流が小さくとも加圧力が零では抵抗が大きくなるので、
スパークの発生により被溶接材や電極に穴があくことも
ある。このため、本実施例では、さらに空圧又は油圧に
よる一定加圧Ｐｃ０（加圧力Ｐ０　）　を与え、この一
定加圧Ｐｃ０に、上記溶接電流Ｉ１　と同期した加圧Ｐ
ｓ　が重畳した振動加圧が得られるようにしており、こ
れによって上記被溶接物や電極の破損の恐れをなくして
いる。

【００４２】このように本実施例では、上記第１の実施
例の効果に加えて、被溶接部材の加圧を効果的に行うこ
とができる効果がある。

【００４３】なお、この第４の実施例ではスポット溶接
電流の波形が正弦波形である場合について説明したが、
これは鋸波形でもよく、この場合もこの実施例と同様の
ことが言える。また上述のような加圧方式はスポット溶
接装置に限るものではなく、例えば電流で加熱成形する
鍛造機にも適用可能である。

【００４４】また、上記スポット溶接と同様抵抗溶接の
一種である棒状体の付き合わせ溶接法、すなわち図１０
に示すように、棒状の被溶接部材６２０を、電極を兼ね
た一対の保持具６１０ａ，６１０ｂにより保持し（図１
０（ａ）　）、端面を接触させ（図１０（ｂ）　）、こ
の状態で保持具へ溶接電圧と加圧力を印加して溶接する
（図１０（ｃ）　，図１０（ｄ）　）方法では、上記実
施例のように、溶接電圧の発生と同時に急峻に立ち上が
る鋸歯状波の溶接電流を上記一対の保持具６１０ａ，６
１０ｂに印加するとともに、該溶接電流と同期した振動
加圧を該保持具に加えることにより、６倍の溶接効果，
つまり従来の６倍の太さの被溶接部材の溶接が可能とな
った。なお図１０（ｅ）　は被溶接部材の溶接後これを
仕上げ加工をしたものを示している。

【００４５】また、図１１はその他の突き合わせ溶接の
例としてアルミパイプ等のＴ字突き合わせ溶接を示して
おり、図１１（ａ）　に示すように一方のパイプ７０１
の中間部分に他方のハイプ７０２の先端を当接させ、こ
の状態でこれらのパイプに上記溶接電流とともに、これ
と同期した振動加圧を印加すると、図１１（ｂ）　に示
すようにＴ字突き合わせ溶接が行われる。そして溶接完
了時には最初点接触であった両パイプは一方のパイプ７
０１が他方のパイプ７０２にめり込んだ形となり、その
接触部分７０３は図に示すように面接触となる。

【００４６】この場合アルミ等の非鉄金属は良導体で、
抵抗が小さく、熱伝導がよいので、非常に短時間に大電
流が必要であり、電流の波形は、パルス的か瞬間に立ち
上がるような曲線が要求される。つまり非常に大きく瞬
間的な溶接電流が必要となるが、この大きな溶接電流を
溶接初期に印加すると、スパークが発生し、溶接部材７
０１，７０２の接触部分が飛散するので、溶接電流は図
１３に示すように最初は小さなパルス波形とし、次第に
パルスを大きくしていく。またパイプの材質としては、
チタン、ステンレス、亜鉛メッキ鋼管、銅メッキ鉄パイ
プ、塗装皮膜付またはメッキ皮膜付金属パイプ等が挙げ
られ、いずれであっても、立ち上がりのよいパルスが要
求される。

【００４７】また図１２は２つのパイプを交差させて突
き合わせ溶接する場合を示しており、図１２（ａ）　は
溶接前、図１２（ｂ）　は溶接後の状態を示している。 この場合も溶接電流の波形や大きさ等の条件は上記Ｔ字
の突き合わせ溶接と同様である。

【００４８】図１４は本発明の第５の実施例の説明図で
あり、ここでは３相整流式溶接機の構成を示している。 図１４（ａ）　において、４１２はその入力端子４０１
〜４０３に３相電源が接続された３相電源のオン・オフ
スイッチ回路で、その出力側に３相変圧器４１３が接続
されている。この変圧器４１３は、デルタ結線の３相１
次コイル４１３ａとスター結線の３相２次コイル４１３
ｂを有している。この変圧器４１３の２次側の各相出力
には、３つのダイオード４１４ａ〜４１４ｃのアノード
がそれぞれ接続されており、これらのダイオードにより
整流回路４１４が構成されている。そして上記各ダイオ
ード４１４ａ〜４１４ｃのカソード側は一対の溶接電極
４１０の一方に共通接続されている。また他方の溶接電
極４１０は、上記３相２次コイル４１３ｂのニュートラ
ル点Ｎに接続されている。

【００４９】次に上記変圧器の構造について詳述する。 図１４（ｂ）　はこの第５実施例に用いている３相トラ
ンスを示し、図において、４１３はトランス（変圧器）
、４７３ａ，４７３ｂは３脚のつぎ目なし鉄芯４１３ａ
の第１脚（紙面左側の脚）に交互に積ねて巻回した１次
及び２次コイルで、該各コイルには、図１４（ｃ）　に
示すように銅板をくり抜いて中央孔部４７２ａを形成す
るとともに、これに続いて両端辺部４７２ｃと４７２ｄ
との間にスリット部４７２ｂを有するように形成してな
る銅板コイル４７２を用いている。なお４７２ｅは結線
用孔である。

【００５０】また４７５ａ，４７５ｂは３相トランスの
第２脚（中央脚）に上下に重ね合わせて巻回した１次，
２次コイルであり、銅板コイル４７４（図１４（ｄ）　
）を巻いたものである。４７７ａ，４７７ｂは上記４７
３ａ，４７３ｂと同様、銅板を繰りぬいて形成したコイ
ル４７６（図１４（ｅ）　）からなり、上下に重ね合わ
せて３相トランスの第３の脚（紙面右側の脚）に上下に
重ね合わせて巻回した１次コイル及び２次コイルである
。ここで、４７４ａ〜４７４ｅ，４７６ａ〜４７６ｅは
、上記銅板コイル４７２の各部４７２ａ〜４７２ｅと同
一の部分である。そしてこの実施例においては、上述の
ように鉄芯の各脚の１次及び２次コイル銅板を互いに重
ねて配置することにより１次及び２次コイル間の静電容
量を増大して、変圧器のリアクタンス成分を相殺してい
る。

【００５１】この実施例においても上記第１の実施例と
同様、溶接電極には、変圧器の出力電圧の立ち上がりと
同時に、急峻な大電流を印加することができ、上述のよ
うに従来不可能であったスポット溶接が可能となる効果
がある。

【００５２】なお、上記実施例ではトランスは継ぎ目無
し鉄芯としたが、トランスの鉄芯には図１４（ｆ）　に
示すように、薄鉄板の中央２箇所をくり抜き、そのくり
抜き部４６１ａ，４６１ｂの内面辺部４６１ｃ，４６１
ｄに沿って、薄鉄板４６１の上辺部を切断するスリット
部４６２ａ，４６２ｂを形成してなる薄鉄芯板４６１を
用いてもよく、この場合該薄鉄芯板４６１のみで鉄芯を
構成でき、製造が極めて容易になる。

【００５３】またトランス４１３の鉄芯４１３ａの中央
の脚を両側の脚の２倍の断面積に設定することにより、
トランスの効率を改善できるが、この場合は図１４（ｇ
）　に示すような、銅板コイル４７４に比べて中央孔部
４７８ａの広い銅板コイル４７８を用いる。このコイル
の各部分４７８ｂ〜４７８ｅは上記銅板コイル４７４の
各部分４７４ｂ〜４７４ｅと同一である。

【００５４】また、上記実施例では、スポット溶接装置
の電源として、通常の単相交流電源や３相交流電源を用
いており、電源部の出力が正弦波である場合について説
明したが、電源部の出力は鋸歯状波であってもよく、こ
の場合さらに効率アップを図ることができる。

【００５５】次に本発明の第６の実施例として、このよ
うな鋸歯状単相出力の電源装置を用いたスポット溶接装
置について説明する。図１５（ａ）　は、本件出願人が
すでに出願した電源装置（特願平２−１５０５８５号）
を用いたスポット溶接装置を示し、図において、５０１
は３相交流電源、５０４は３相交流電源の供給を各相の
１２０度〜１８０度の範囲のみ行うよう制御する位相制
御回路、５０３は１次側に３つの１次コイル５０５，５
０６，５０７を、２次側に１つの２次コイル５０８を巻
回した薄板の積層体からなる鉄芯を有する変圧器、５１
２はアース、５００は上記位相制御回路５０４及び変圧
器５０９からなる電源装置である。また上記位相制御回
路５０４において、図中５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ
はサイリスタ、５２１は３相交流の各層の正弦波の零ク
ロス点を検出する零クロス点検出器、５２２ａ，５２２
ｂ，５２２ｃは該零クロス点検出器５２１の出力を受け
、各層のサイリスタ５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの点
弧角を調整する位相調整器である。

【００５６】また上記変圧器５０３は、図１５（ｄ）　
に示すように第１実施例と同様、４つの２次コイル５０
８と３つの１次コイル５２４ａ〜５２４ｃを、１次と２
次との間に生ずる生ずる静電容量により変圧器のリアク
タンス成分が相殺されるよう上下に重ねて中央鉄芯部１
２１ａに装着した構造となっているが、ここでは２次コ
イル５０８を全て並列に接続して、その両端を一対のス
ポット溶接電極１１０に接続し、また各１次コイル５２
４ａ〜５２４ｃの一端を上記各サイリスタ５２０ａ〜５
２０ｃに接続し、他端はすべてアースしている。また上
記１次コイル及び２次コイルには上記各実施例と同様そ
れぞれ平角銅線の２段巻コイル、銅板コイルを用いてい
る。

【００５７】次に動作について説明する。３相交流電源
５０１より変圧器５００の３相コイル５０５〜５０７へ
の通電は、位相制御器５０４によって制御され図１５（
ｂ）　に示すように第１，第２，第３のコイル５０５，
５０６，５０７にそれぞれ各層の交流正弦波Ｘ，Ｙ，Ｚ
の位相角１２０度〜１８０度の範囲（Ｘについてはｃと
ｆ、Ｙについてはｂとｅ、Ｚについてはａとｄ）におい
てのみ、各コイルに通電が行われ、それ以外の時間は各
コイルは開放状態である。

【００５８】このようにして３相の第１，第２，第３の
コイル５０５，５０６，５０７に順次通電が繰り返され
ると、鉄芯内には図１５（ｃ）　のように３倍周波の垂
下特性を持った磁束が誘導され、これにより２次コイル
５０８には同じく図１５（ｃ）　に示すような鋸歯状波
の３倍周波の電流が誘導されることとなる。

【００５９】そして、この鋸歯状の３倍周波の電流が溶
接部１３０の両溶接電極１１０に印加され、該両溶接電
極１１０に挟まれた溶接部材１１１の該当部分に電流が
ながれて該部分が溶融し、スポット溶接が行われる。こ
の際、上記第５実施例の効果とともに、以下に述べる効
果が得られる。

【００６０】■　　一般にスポット溶接は、大容量の電
流が必要で、従来の単相交流を用いる方法では３相不平
衡の問題が生ずるが、本実施例では３相を単相に変換し
ているので、３相不平衡の問題は生じない。また、単相
出力は図１５（ｃ）　に示すように３倍周波で鋸歯状波
となっているので、極めて良質の溶接ができる。特に非
鉄金属であるＡｌ，Ｃｕ，Ｂｓ等の溶接を良好にでき、
少々の絶縁皮膜があってもスポット溶接が可能となる。

【００６１】■　　本発明で用いる電源で得られる周波
数は３倍となるので変圧器が小型となり、重量が従来の
１／３で済み、大変小型軽量となる。またトランスの構
造が簡単で小型軽量となるので、製造コストも大幅に低
減できる。

【００６２】■　　１相の交流正弦波形の点弧角を１２
０度を中心に前後に適当に調整することにより、スポッ
ト溶接の強さを大きく調整することができる。

【００６３】■　　コンピュータによる自動制御を行う
ことによって従来の商用周波数より微細な調整が可能と
なり、大きな溶接安定性を得ることができる。なお、溶
接電流の波形は、上記のものに限らず、上記位相制御回
路の調整により、例えば図１６（ａ）　〜図１６（ｃ）
　に示すような波形の溶接電流を得ることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明に係る抵抗溶接装置
によれば、変圧器の２次コイルを、１次と２次コイル間
での静電容量により変圧器のリアクタンス成分が相殺さ
れるよう銅板を重ね合わせて構成したので、変圧器の出
力電圧の発生と同時に、溶接電極に挟持された被溶接部
材には立ち上がりの急峻な大電流が流れることとなり、
これによって被溶接部材の表面に多少の凸凹があっても
、あるいは被溶接部材が何枚か重ね合わせてあっても、
その溶接部分を充分加熱溶融して、振動に強い強固な溶
接を行うことができる効果がある。

【００６５】また、溶接電極を溶接電流に同期して加圧
するようにしたので、被溶接部材の加圧を効果的に行う
ことができる効果がある。

【００６６】またこの発明によれば、上記溶接電極とし
て、２組の上下一対の溶接電極を近接して配置するとと
もに、各組の溶接電極に対してそれぞれ上記変圧器を備
え、隣接する各組の上側及び下側の溶接電極同士間でそ
れぞれ上側及び下側の被溶接部材を介して電流が流れる
ようにしたので、被溶接部材間に絶縁性皮膜が介在する
場合でも、隣接する溶接電極間に流れる電流の発熱作用
により上記絶縁性皮膜を溶融あるいは炭化して上下の溶
接電極間を導通可能な状態にでき、これにより抵抗溶接
を行うことができる効果がある。

【００６７】またこの発明によれば、３相交流を位相制
御回路により位相制御して、単相鉄芯の１次側に巻回し
た３相の１次コイルに供給し、該鉄芯の２次側に巻回し
た２次コイルに単相交流を出力するようにしたので、３
倍周波で鋸歯状波の単相出力と同等な合成波形を得るこ
とができ、これによってトランスの２次側に該合成波形
よりなる単相出力を生じさせることができる。また位相
の制御によって得られる出力波形をスポット溶接に好適
な波形とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるスポット溶接装置を
示す図である。

【図２】上記スポット溶接装置の溶接電極に印加される
変圧器の出力電圧と出力電流との関係を示す図である。

【図３】厚みの異なる部材を溶接する例を示す図である
。

【図４】本発明の第２の実施例によるスポット溶接装置
を説明するための図である。

【図５】絶縁皮膜を有するアルミ板の３枚重合わせ溶接
法を示す図である。

【図６】絶縁皮膜を有するアルミ板の４枚重ね合わせ溶
接法を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施例によるスポット溶接装置
の内鉄型変圧器の構造を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施例によるスポット溶接装置
を説明するための図である。

【図９】上記スポット溶接装置における溶接電流と溶接
電極の加圧力との関係を示す図である。

【図１０】突き合わせ溶接を説明するための図である。

【図１１】アルミパイプのＴ字突き合わせ溶接法を示す
図である。

【図１２】アルミパイプを交差させて溶接する方法を示
す図である。

【図１３】上記図１１及び図１２に示す溶接方法で要求
される溶接電流の波形を示す図である。

【図１４】本発明の第５の実施例によるスポット溶接装
置を説明するための図である。

【図１５】本発明の第６の実施例によるスポット溶接装
置を説明するための図である。

【図１６】上記第６実施例において発生することができ
る溶接電流の波形の例を示す図である。

【図１７】従来の接合アルミ板における問題点の説明図
である。

【図１８】航空機や自動車等に用いられる例えばアルミ
製の気密あるいは水密容器の例を示す図である。

【図１９】本スポット溶接装置を用いて製作したステン
レス製の流し台を示す図である。。

【図２０】本スポット溶接装置を用いて製作した他の容
器の例を示す図である。

【図２１】本スポット溶接装置を用いて製作した断熱構
造を有する浴槽を示す図である。

【符号の説明】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　交流入力を入力とし、溶接用電圧，電
   流を出力する変圧器と、該変圧器の出力が印加され、被
   溶接部材を圧接挟持して抵抗溶接を行う一対の溶接電極
   とを備え、非鉄金属材料の抵抗溶接を行う抵抗溶接装置
   であって、上記変圧器は、１次及び２次コイル間の静電
   容量により変圧器の誘導リアクタンス成分が相殺される
   よう、鉄芯の回りに周回路を形成する銅板を複数枚重合
   わせて構成された２次コイルを有し、出力電圧の発生と
   同時に急峻に立ち上がる溶接電流を上記溶接電極に供給
   するものであることを特徴とする抵抗溶接装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の抵抗溶接装置において
   、上記２次コイルは、銅板を周回路を形成するようくり
   抜いて形成し、かつその周回路の一部を切断して外鉄型
   鉄芯あるいは内鉄型鉄芯に装着可能としたものであり、
   上記１次コイルは、外鉄型あるいは内鉄型鉄芯の空間部
   に上記銅板よりなる２次コイル間に該２次コイルの銅板
   面と平行な面内に位置するよう巻回したものであること
   を特徴とする抵抗溶接装置。
3. 【請求項３】　　請求項１記載の抵抗溶接装置において
   、上記変圧器は内鉄型であり、上記１次コイルは対向す
   る一対のカットコアからなる巻型鉄芯に所定の平面内で
   巻回してなるものであり、２次コイルは上記巻型鉄芯に
   上記１次コイルと平行な面内で装着してなる２次銅板か
   らなることを特徴とする請求項２記載の抵抗溶接装置。
4. 【請求項４】　　請求項１記載の抵抗溶接装置において
   、上記一対の溶接電極間の加圧を、上記溶接電流と同期
   して変化する加圧力としたことを特徴とする抵抗溶接装
   置。
5. 【請求項５】　　請求項４記載の抵抗溶接装置において
   、上記一対の溶接電極間の加圧を、一定加圧力、上記溶
   接電流と同期して変化する加圧を重畳した振動加圧力と
   したことを特徴とする抵抗溶接装置。
6. 【請求項６】　　請求項１記載の抵抗溶接装置において
   、上記溶接電極として、近接して配置された２組の上下
   一対の溶接電極を備えるとともに、各組の溶接電極に対
   応してそれぞれ上記変圧器を備え、各組の上下一対の溶
   接電極と、これらに対応する変圧器の２次コイルとを、
   隣接する上側及び下側の溶接電極同士間でそれぞれ上側
   及び下側の被溶接部材を介して電流が流れるよう結線し
   たことを特徴とする抵抗溶接装置。
7. 【請求項７】　　請求項１記載の抵抗溶接装置において
   、３相交流電源の供給を各相ごとに点弧制御する位相制
   御回路を備え、上記変圧器は、１次側に３相の１次コイ
   ルを、２次側に単相の２次コイルを巻回した単相鉄芯を
   有し、該変圧器の上記３相の１次コイルは上記位相制御
   回路を介して３相交流電源の各相に接続され、上記位相
   制御回路は３相交流電源の各相を位相制御して上記２次
   コイルに単相交流を出力するものであることを特徴とす
   る抵抗溶接装置。