JP2567155Y2 - スポット溶接機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、スポット溶接機に係
り、特に溶接スポット部へ供給する溶接電流の通電構造
及びその回路を改良したスポット溶接機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のスポット溶接機は、二枚
の金属板を重ね合わせ、これを丸棒状の電極で加圧して
通電し、ジュール熱により金属を加熱、溶融状態にし、
圧力を加えて点状に圧接している。特に最近は、三相電
源から平均に負荷をとるようにした経済的な三相整流式
スポット溶接機が使用されている。この三相整流式スポ
ット溶接機は、例えば、３個の一次コイルと、３個の二
次コイルを巻いた変圧器を用い、六個のイグニトロンで
制御して、低周波単相交流を得るように構成されてい
る。

【０００３】具体的には、図４に示されているように、
溶接すべき二枚の金属板１ａ，１ｂを重ね合わせ、これ
をクランプ２の電極３ａ，３ｂで挟んで、溶接金属を使
用せずに加圧、溶接している。この際、上記金属板１
ａ，１ｂの溶接スポット部を磨いて塗膜、錆及びサフェ
ーサー等を除去しておくことが望ましいが、実開昭４９
−１２３３３０号公報にても提案されているように、薄
い塗膜、錆及びサフェーサー等が混入しても良好なるス
ポット溶接が可能になってきた。

【０００４】即ち、上記実開昭４９−１２３３３０号公
報には、片面が電気絶縁物で覆われた金属板Ａの他の面
に金属板Ｂを重ね合せ、この重ね合せ部を上下から対向
する第１、第２の電極によりはさみ、一方の第１の電極
は上記金属板Ａ・Ｂの重ね合せ部に沿って移行するよう
に設け、前記第２の電極は前記第１の電極の移行方向に
沿って棒状に成形して配設し、前記第１の電極側の一側
方または両側方に、上記金属板Ａと導通可能なるよう密
接する板状副電極を前記第１の電極の移行方向に配置
し、最初前記第１の電極と副電極との間に通電して、前
記第１の電極直下の金属板Ａの絶縁材を抵抗発熱により
破壊し、この部分を通して前記第１の電極と第２の電極
との間に溶接電流を通電し、順次上記金属板Ａ・Ｂの重
ね合せ部に沿ってナゲットを生成して上記両金属板Ａ・
Ｂを接合するようにしたものにおいて、前記第２の電極
の対向面を凸状ないし円弧状あるいは凹凸を有する面に
形成した棒状電極を用いてなる抵抗溶接装置が記載され
ている。

【０００５】このように構成された上記公報に記載され
た抵抗溶接装置は、例えば棒状の第２の電極を用いた場
合、金属板Ａの絶縁材が抵抗発熱により軟化して第２の
電極の円弧面にて該軟化部分のみを確実に押圧して金属
板Ａと接触するので、第１の電極との間の十分な加圧力
下において溶接電流が通電され良好な溶接を行うことが
できる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】ところが、このような
溶接方法では、第１の電極と第２の電極との間に電流が
流れ始めた後でも第１の電極から本来スポット溶接が行
われるべき部位を介して板状副電極にも溶接電流が流れ
続ける。そのため、上記本来溶接されるべきでない周辺
領域まで加熱され、例えば、薄肉の金属板であったり、
溶接時間を長くしたりすると溶接部位に穴があったり、
あるいは、溶接電流が広い部位に広がることから、肝心
のスポット溶接すべき部位の溶接電流が不足し、被溶接
部材の強度が不足するという難点がある。

【０００７】本考案は、上記した事情に鑑みてなされた
もので、溶接箇所に塗膜等の不良導体が介在していて
も、それをすべて除去することなくスポット溶接が可能
であり、特に、上記塗膜等を予熱により破壊することに
伴って生じがちなスポット溶接部位の余分な発熱の防
止、溶接強度不足の解消、無用の電力消費の抑制を実現
し得るスポット溶接機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記の目的を
達成するために、重ね合わせた二枚の金属板の一方に正
電極を、該金属板の他方に負電極を接触させて、これら
を加圧、溶接するスポット溶接機において、上記負電極
が接触する金属板の溶接スポット部近傍に接触させるた
めの上記正電極とは別の第二正電極を有し、この第二正
電極と上記負電極との間を予熱しその間に存する塗膜等
を破壊し得る電流を発生させる第１の電流回路と、この
第１の電流回路と共にＯＮ状態とされ上記正電極と上記
負電極との間に本電流を発生させる第２の電流回路と、
この第２の電流回路を介して上記正電極から上記負電極
に電流が流れるのを検知する電流センサと、この電流セ
ンサにより電流が流れたことを検知したとき上記第１の
電流回路中に挿入されたスイッチ素子をＯＦＦするよう
に制御する制御回路と、を具備することを特徴とするも
のである。

【０００９】また、上記電流センサは、例えば、上記正
電極と接触する金属板の表面および／または上記二枚の
金属板の接触面に塗膜等が介在していても、上記第二正
電極と上記負電極との間に流れる電流で上記両電極の近
傍が予熱されることにより上記塗膜等が破壊されて上記
正電極と上記負電極との間に電流が流れ始めたことを上
記電流センサが検知した時、その検知信号を受けた制御
回路によってＯＦＦされるように構成することが望まし
い。また、上記スイッチ素子は、サイリスタのような半
導体スイッチを用いることが望ましい。

【００１０】

【作用】上記のように構成されたスポット溶接機は、正
電極を二枚の金属板の一方に接触させ、負電極を他方の
金属板に接触させる。また、上記負電極が接触する金属
板の溶接スポット部近傍に、上記正電極とは別の電極で
あって正電極と同じ極性の第二正電極を接触させる。溶
接に際し、これら正電極と負電極の間に電流を発生させ
る第２の電流回路と、負電極と第二正電極との間に電流
を発生させる第１の電流回路とを共にＯＮ状態とする。

【００１１】例えば、正電極が接触する一方の金属板の
表面および二枚の金属板の接触面に塗膜等の不良導体が
介在せず、これらが導電接触している場合であれば、第
１の電流回路から第二正電極と負電極との間に電流が流
れるが、第２の電流回路からも正電極と負電極との間に
電流が流れる。すると、電流センサが当該電流を検知
し、その検知信号を受けた制御回路は、第１の電流回路
中に挿入されたスイッチ素子をＯＦＦとして第１の電流
回路を開放し、以降の電流の供給を停止するので、負電
極と第二正電極が接触する金属板の部分を余分に加熱す
ることがなく、溶接電流が流れる領域の広がりを防止
し、確実なスポット溶接を実現すると共に無用な電力消
費も抑制する。

【００１２】また、例えば、正電極が接触する一方の金
属板の表面および／または二枚の金属板の接触面のいず
れかに塗膜等の不良導体が介在する場合には、正電極と
負電極との間には、当初電流が流れないが、第１の電流
回路により第二正電極と負電極との間に電流が流れスポ
ット溶接すべき部位の近傍が加熱されると、金属板上の
塗膜等が破壊されて、正電極と一方の金属板および両金
属板同士が導電接触し、第２の電流回路から正電極と負
電極との間に電流が流れ始める。

【００１３】すると、電流センサは、この電流が流れた
ことを検知し、その検知信号を受けた制御回路は、第１
の電流回路中に挿入されたスイッチ素子をＯＦＦとして
第１の電流回路を開放し、以降の電流の供給を停止する
ので、本来溶接されるべき正電極と負電極との間に挟ま
れた２枚の金属板のスポット溶接に何ら支障を与えるよ
うな余分な加熱、溶接電流の不足などをもたらすことが
ないのである。

【００１４】

【実施例】以下、本考案に係るスポット溶接機の好適な
一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１に
示されているように、本実施例のスポット溶接機１０の
クランプ１１には、重ね合わされた二枚の金属板１２
ａ，１２ｂを挟持して、これらを加圧、溶接するための
正電極１３ａと負電極１３ｂとが備えられている。上記
正電極１３ａは、一方の金属板１２ａに接触し、上記負
電極１３ｂは、他方の金属板１２ｂに接触するようにな
っている。

【００１５】また、本実施例のスポット溶接機１０は、
上記正電極１３ａとは別の第二正電極１４を有してい
る。この第二正電極１４は、上記クランプ１１に付属さ
せるか、或いは、該クランプ１１とは別体に構成されて
いる。そして、この第二正電極１４は、上記負電極１３
ｂが接触する金属板１２ｂの溶接スポット部１２ｃの近
傍に接触させて設けられる。したがって、上記クランプ
１１に第二正電極１４を付属させる場合には、該第二正
電極１４を上記負電極１３ｂの近傍に位置させて設ける
ことになる。

【００１６】尚、本実施例においては、負電極１３ｂと
第二正電極１４が接触する金属板１２ｂの部位は、塗膜
等が除去されて導電性を有するが、正電極１３ａが接触
する金属板１２ａの部位および金属板１２ａと１２ｂの
接触面のいずれかの面は、塗膜等が介在しているものと
して説明する。さらに、本実施例のスポット溶接機１０
には、図２に示されているように、上記第二正電極１４
と上記負電極１３ｂとの間に低電流ｉｂ、即ち、金属板
１２ａ，１２ｂ間に介在する塗膜等を破壊し得る電流、
を発生させる第１の電流回路としての低電流回路１５
と、上記正電極１３ａと負電極１３ｂとの間に本電流ｉ
ａを発生させる第２の電流回路としての大電流回路１６
とが備えられている。

【００１７】具体的には、例えば、三相２００ｖ電源に
位相制御パワー素子１７が接続されており、該位相制御
パワー素子１７には、パワートランス１８、整流回路１
９が順次接続されている。この整流回路１９には、上記
大電流回路１６が接続されており、上記二枚の金属板１
２ａ，１２ｂを挟持する正電極１３ａと負電極１３ｂと
によって通電されるようになっている。この大電流回路
１６の正電極１３ａ側には、上記低電流回路１５が分岐
され、その先端部にはＳＷ素子（スイッチ素子）２０を
介して上記第二正電極１４が設けられている。上記ＳＷ
素子２０は、ドライブ回路２１を介して、マイクロプロ
セッサ等によって構成された制御回路２２に接続されて
いる。また、上記大電流回路１６の分岐部よりも正電極
１３ａ側には、電流センサー２３が介設されており、該
電流センサー２３は、上記制御回路２２に接続されてい
る。この制御回路２２は、操作スイッチ等の入力側２４
に接続され、その出力側２５は上記位相制御パワー素子
１７に接続されている。

【００１８】このように構成された本実施例のスポット
溶接機１０は、本電流ｉａが上記大電流回路１６から出
力され、低電流ｉｂが上記低電流回路１５から出力され
るようになっている。最初に、上記位相制御パワー素子
１７と上記ＳＷ素子２０とをＯＮ状態にすると、上記大
電流回路１６は、この実施例の場合、正電極１３ａが接
触する金属板１２ａの表面（あるいは二枚の金属板１２
ａ，１２ｂの互いの接触面の双方またはいずれか一方の
接触面）に塗膜等の不良導体が介在していることから通
電条件が満足されないために本電流が流れず、上記低電
流回路１５に低電流ｉｂのみが流れる。

【００１９】次に、低電流ｉｂの効果、即ち、低電流回
路１５から出力される低電流ｉｂが、第二正電極１４と
負電極１３ｂとの間に流れてスポット溶接すべき部位の
近傍が加熱されて金属板１２ａの両面または一面、金属
板１２ｂの片面等に施こされていた塗膜等が破壊（溶
融、軟化、気化、炭化等）されて正電極１３ａと負電極
１３ｂとの間に本電流が流れ始める。すると、該大電流
回路１６に介設された電流センサー２３がこれを検知し
て上記制御回路２２に入力する。そして、この制御回路
２２が上記ドライブ回路２１を駆動させて、上記ＳＷ素
子２０をＯＦＦさせるものである。

【００２０】また、図３は、上記低電流回路１５に介設
された上記ＳＷ素子２０のＯＮ／ＯＦＦ原理回路を示す
ものである。すなわち、上記低電流回路１５には、半導
体スイッチ（サイリスタＳＣＲ１）が介設されており、
該サイリスタＳＣＲ１のアノード側は、上記整流回路１
９に接続され、そのカソード側は、上記第二正電極１４
に接続されている。このサイリスタＳＣＲ１には、コン
デンサ２６により定電圧が与えられて電流ｉｃの流れる
定電圧回路が形成されている。さらに、この定電圧回路
の正極側には半導体スイッチ（サイリスタＳＣＲ２）が
介設されている。そして、上記サイリスタＳＣＲ１およ
びＳＣＲ２のゲートには、それぞれ上記ドライブ回路２
１が接続されており、該ドライブ回路２１にはインター
フェース２８を介して上記制御回路２２が接続されてい
る。

【００２１】このように構成された低電流回路１５のＯ
Ｎ／ＯＦＦ原理回路は、次のように動作する。すなわ
ち、まず、上記サイリスタＳＣＲ１がドライブ回路２１
の動作によりＯＮ状態になる。次に、ＳＣＲ２をドライ
ブ回路２１の動作によりＯＮさせると、上記サイリスタ
ＳＣＲ１は逆バイアスになって、ＯＦＦする。そして、
このサイリスタＳＣＲ１がＯＦＦすると、上記サイリス
タＳＣＲ２の逆バイアス電流ｉｃも０になって上記ＳＣ
Ｒ２もＯＦＦする。このような動作の繰り返しにより、
上記低電流回路１５に介設したサイリスタＳＣＲ１をＯ
Ｎ／ＯＦＦさせることができるものである。

【００２２】つぎに、上記実施例における作用を述べ
る。上述したように、本実施例のスポット溶接機１０
は、上記正電極１３ａとは別に、第二正電極１４を有し
ており、この第二正電極１４は、上記負電極１３ｂを接
触させる金属板１２ｂの溶接スポット部近傍１２ｃに接
触させる。このとき、少なくともこれら負電極１３ｂと
第二正電極１４が接触する金属板１２ｂの部位は、塗膜
等が除去されているか、当初から塗膜等が施こされてい
ないものとする。スポット溶接を行うに際して、これら
正電極１３ａと負電極１３ｂの間に本電流ｉａを発生さ
せる大電流回路１６と、第二正電極１４と負電極１３ｂ
との間に低電流ｉｂを発生させる低電流回路１５とを共
にＯＮ状態とする。

【００２３】最初に、仮に、２枚の金属板１２ａ，１２
ｂの接触面同士および金属板１２ａの正電極１３ａと接
触する面のいずれにも塗膜等が介在しておらず導電接触
している関係にある場合の作用について説明する。この
場合には、低電流回路１５から第二正電極１４と負電極
１３ｂとの間に低電流ｉｂが流れるが、大電流回路１６
からも正電極１３ａと負電極１３ｂとの間にも本電流ｉ
ａが流れる。すると、電流センサ２３が該本電流ｉａを
検知し、その検知信号を受けた制御回路２２は、ドライ
ブ回路２１を駆動させて、上記ＳＷ素子２０をＯＦＦさ
せることにより低電流回路１５を開放する。

【００２４】従って、本電流ｉａが流れ始めた以降は、
第二正電極１４と負電極１３ｂとが接触する金属板１２
ｂの部分を余分に加熱して溶接部位に穴を開けさせたり
することがなく、溶接電流が流れる領域の広がりを防止
し、確実なスポット溶接を実現することができる。

【００２５】次に、例えば、第二正電極１４と負電極１
３ｂとが接触する金属板１２ｂの一方の面（図１におい
て、下面）以外の面、すなわち、上記正電極１３ａと接
触する金属板１２ａの一面側（図１において上面側）
と、金属板１２ａと１２ｂの接触面のすべて、あるいは
これらのうち少なくとも一面に塗膜等の不良導体が介在
する場合には、正電極１３ａと負電極１３ｂとの間は、
絶縁状態あるいは極めて接触抵抗が大きい状態にあるた
め、当初、電流が流れないかあるいは極めて微弱な電流
しか流れない。

【００２６】ところが、低電流回路１５により第二正電
極１４と負電極１３ｂとの間に低電流ｉｂが流れ、スポ
ット溶接すべき部位の近傍が予熱されると、上記金属板
１２ａ，１２ｂ上の塗膜等が破壊されて、正電極１３ａ
と二枚の金属板１２ａ，１２ｂとの間がすべて導電接触
状態となり、大電流回路１６から正電極１３ａ、二枚の
金属板１２ａ，１２ｂ、および負電極１３ｂを介して本
電流ｉａが流れ始める。

【００２７】すると、大電流回路１６中に介挿された電
流センサ２３が、この本電流ｉａが流れたことを検知
し、その検知信号を制御回路２２に出力する。この検知
信号を受けた制御回路２２は、低電流回路１５中に挿入
されたスイッチ素子２０をＯＦＦとして低電流回路１５
を開放し、以降の低電流ｉｂの供給を停止するので、本
来溶接されるべき正電極１３ａと負電極１３ｂとの間に
挟持された二枚の金属板１２ａ，１２ｂのスポット溶接
に支障を与えるような余分な加熱、溶接電流の不足など
をもたらすことがない。

【００２８】上記のように構成された本実施例のスポッ
ト溶接機によれば、上記負電極１３ｂを接触させる金属
板１２ｂの溶接スポット部１２ｃの近傍に、第二正電極
１４を接触させて該第二正電極１４と上記負電極１３ｂ
との間に低電流ｉｂを発生させると、この低電流ｉｂに
より上記金属板１２ａ，１２ｂの溶接すべき部位が予熱
され、域えば、正電極１３ａと接触する金属板１２ａの
上面および／または金属板１２ａ，１２ｂの接触面に塗
布されていた塗膜等が破壊（軟化、溶触、蒸発あるいは
炭化等）されて上記正電極１３ａと金属板１２ａと金属
板１２ｂの間で導電接触がなされるため、上記正電極１
３ａと負電極１３ｂとの間に本電流ｉａが流れる。

【００２９】その本電流ｉａを電流センサ２３が検知し
て制御回路２２に入力し、この制御回路２２が上記ドラ
イブ回路２１を駆動させてＳＷ素子２０をＯＦＦ状態と
するので、余分な発熱と溶融領域の広がりが防止され、
二枚の金属板１２ａ、１２ｂが良好に、加圧・溶接さ
れ、延いては電力損失の削減が図られると共に溶接の作
業能率を高め得るという派生効果が得られる。尚、本考
案は、上述した実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

【００３０】例えば、上記実施例においては、本電流ｉ
ａに対し低電流ｉｂを小さいものとして説明したが、電
流ｉｂの値は、金属板１２ａ，１２ｂの溶接すべき部位
が予熱され、正電極１３ａと接触する金属板１２ａの上
面および／または１２ａ，１２ｂの接触面に塗布されて
いた塗膜等が破壊されて正電極１３ａと金属板１２ａと
金属板１２ｂの間で導電接触がなされて本電流ｉａが流
れ始める程度の電流とすればよい。従って、ここでは電
流ｉｂを流すための回路を、第１の電流回路と称し、電
流ｉａを流すための回路を第２の電流回路と称する。

【００３１】

【考案の効果】以上述べたように本考案に係るスポット
溶接機によれば、重ね合わせた二枚の金属板の一方に正
電極を接触させ、該金属板の他方に負電極を接触させ
て、これらを加圧、溶接するスポット溶接機において、
上記負電極が接触する金属板の溶接スポット部近傍に接
触させるための上記正電極とは別の電極であって該正電
極と同じ極性の第二正電極と、この第二正電極と上記負
電極との間に電流を発生させる第１の電流回路と、この
第１の電流回路と共にＯＮ状態とされ上記正電極と上記
負電極との間に電流を発生させる第２の電流回路と、を
具備せしめたので、溶接箇所に塗膜等があっても、それ
らを必らずしもすべて除去することなく、二枚の金属板
を確実にスポット溶接することができ、溶接作業能率を
著しく高めることができる。

【００３２】また、本考案に係るスポット溶接機によれ
ば、上記第２の電流回路を介して上記正電極から上記負
電極に電流が流れるのを検知する電流センサと、この電
流センサにより電流が流れたことを検知したとき上記第
１の電流回路中に挿入されたスイッチ素子をＯＦＦする
ように制御する制御回路と、を具備せしめたので、負電
極と第二正電極間の通電が塗膜等を破壊させるまでの必
要最小限に抑えられ、余分な発熱や溶接電流が流れる領
域の拡大を抑えて、重ね合わせた二枚の金属板のうち、
正の電極と負電極に挟まれた部位間で本来の溶接がより
効率よく且つ確実に行われ、延いては無用な電力消費を
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るスポット溶接機の一実施例におけ
る、クランプ近傍を示す概略図である。

【図２】本考案に係るスポット溶接機の一実施例におけ
る、システム回路を示すブロック図である。

【図３】本考案に係るスポット溶接機の一実施例におけ
る、低電流回路のＯＮ／ＯＦＦ原理を示す回路図であ
る。

【図４】従来のスポット溶接機の一例における、クラン
プを示す概略図である。

【符号の説明】

１０ スポット溶接機 １２ａ，１２ｂ 金属板 １２ｃ 溶接スポット部 １３ａ 正電極 １３ｂ 負電極 １４ 第二正電極 １５ 低電流回路 １６ 大電流回路 ｉａ 本電流 ｉｂ 低電流 １７ 位相制御パワー素子 １８ パワートランス １９ 整流回路 ２０ ＳＷ素子 ＳＣＲ１，ＳＣＲ２ サイリスタ ２１ ドライブ回路 ２２ 制御回路 ２３ 電流センサ ２６ コンデンサ ２８ インターフェース

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 重ね合わせた二枚の金属板の一方に正電
   極を、該金属板の他方に負電極を接触させて、これらを
   加圧、溶接するスポット溶接機において、上記負電極が
   接触する金属板の溶接スポット部近傍に接触させるため
   の上記正電極とは別の第二正電極を有し、この第二正電
   極と上記負電極との間を予熱しその間に存する塗膜等を
   破壊し得る電流を発生させる第１の電流回路と、この第
   １の電流回路と共にＯＮ状態とされ上記正電極と上記負
   電極との間に本電流を発生させる第２の電流回路と、こ
   の第２の電流回路を介して上記正電極から上記負電極に
   電流が流れるのを検知する電流センサと、この電流セン
   サにより電流が流れたことを検知したとき上記第１の電
   流回路中に挿入されたスイッチ素子をＯＦＦするように
   制御する制御回路と、を具備することを特徴とするスポ
   ット溶接機。
2. 【請求項２】 上記スイッチ素子は、例えば、上記正電
   極と接触する金属板の表面および／または上記二枚の金
   属板の接触面に塗膜等が介在していても、上記第二正電
   極と上記負電極との間に流れる電流で上記両電極の近傍
   が予熱されることにより上記塗膜等が破壊されて上記正
   電極と上記負電極との間に電流が流れ始めたことを上記
   電流センサが検知した時、その検知信号を受けた制御回
   路によってＯＦＦされるように構成したことを特徴とす
   る請求項１に記載のスポット溶接機。
3. 【請求項３】 上記スイッチ素子として、サイリスタの
   ような半導体スイッチを用いることを特徴とする請求項
   １または２に記載のスポット溶接機。