JP2913605B2 - スポット溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスポット溶接装置に関し、特に電源として
３相交流を用いた溶接装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般にスポット溶接装置はジュール熱を利用した１種
の抵抗溶接装置であり、その電源としては通常単相交流
が使用される。この単相交流を得るため３相交流を単相
交流に変換する装置としては、スコット配線や３相低周
波方式，インバーター方式等が知られているが、これら
の場合大電流になればなるほど３相不平衡が生じるとい
う問題があり、また電力効率が悪いという問題があっ
た。

すなわち、上述のスコット配線等は、回路構成が複雑
で電源装置としては装置が大型になり、また３相の中の
１相に２倍の過大電流が流れる等、安定した電流を取り
出し難く、特に電源装置としての信頼性に問題があっ
た。

また、スポット溶接装置の電源として上述の３相低周
波方式が採用されているが、装置が大型かつ高価で故障
が多いという問題があった。

さらに最近インバーター方式が多く採用され、これは
交流を整流した後、周波数を約数百サイクル〜1200サイ
クルに上げてトランスを小型軽量にし、その２次側を直
流とする方式であるが、これも甚だ高価であり効率も悪
くまた故障も多いものであった。そこで小型軽量で効率
のよい電源装置が要求されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

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、３相交流電源を用いてスポット溶接
を行うことができるようにしたスポット溶接装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るスポット溶接装置は、３相交流の各相
を位相制御する位相制御回路と、１次側の３相コイルと
２次側の単相コイルとが鉄心に巻回されており且つ３相
コイルには位相制御回路の各出力が各々接続されている
一方、単相コイルには一対の溶接電極が接続された変圧
部と、前記一対の溶接電極を被溶接部材に加圧するとと
もに当該加圧を変圧部から出力された単相交流と同期し
て変化させる加圧手段とを具備しており、前記加圧手段
は、前記変圧部の鉄心に上記とは別に巻回された単相コ
イルの両端に発生した単相交流によりソレノイドを励磁
させ、これにより得られた振動力を前記一対の溶接電極
に対する加圧力に重畳させる構成となっていることを特
徴としている。

このような構成による場合、３相交流が入力される
と、所定波形の単相交流が生成されるとともに一対の溶
接電極に印加され、これにより被溶接部材のスポット溶
接が行われる。このときの溶接電流は単相交流に応じて
変化するが、と同時に、一対の溶接電極に対する加圧も
単相交流に同期して変化する。即ち、溶接電流が最大の
ときは加圧が最大となり、これとは反対に溶接電流が最
小のときは加圧か最小となる。スポット溶接において溶
接熱と加圧力とは反比例することから、溶接電流が最小
になっても溶接熱が極端に小さくなることはない。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図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、1,2,3は３相交流電源、４は３相
交流電源の供給を各相の120゜〜180゜の範囲のみ行うよ
う制御する位相制御回路、９は１次側に３つの１次コイ
ル5,6,7を、２次側に１つの２次コイル８を巻回した薄
鉄板の積層体からなる鉄芯を有する変圧器、12はアー
ス、100は上記位相制御回路４及び変圧器９からなる電
源装置である。また300はスポット溶接を行う溶接部で
あり、これは２次コイル８の両端にそれぞれ接続された
溶接電極10と、該両溶接電極10に挟まれた被溶接材11と
からなる。

上記位相制御回路４において、図中20a,20b,20cはサ
イリスタ、21は３相交流の各相の正弦波の零クロス点を
検出する零クロス点検出器、22a,22b,22cは該零クロス
点検出器21の出力を受け、各相のサイリスタ20a,20b,20
cの点弧角を調整する位相調整器である。

次に動作について説明する。

３相交流電源1,2,3より変圧器９の３相コイル5,6,7へ
の通電は、位相制御器４によって制御され、第２図
（ａ）に示すように第1,第2,第３のコイル5,6,7にそれ
ぞれ各相の交流正弦波形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）内においてのみ、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。

このようにして３相の第1,第2,第３のコイル5,6,7に
順次通電が繰り返されると、鉄芯内には第２図（ｂ）
（ｃ）から明らかなように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８には同じく第
２図（ｂ）に示すような鋸歯状の３倍周波の電流が誘導
されることとなる。

そして、この鋸歯状の３倍周波の電流が溶接部300の
両溶接電極10に印加され、該両溶接電極10に挟まれた被
溶接材11の該当部分に電流が流れて該部分が溶融し、ス
ポット溶接が行われる。この際、以下に述べる効果が得
られる。

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、単相出力は第２図に
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A1,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。

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、製造コストも大量に低減できる。

１相の交流正弦波形の点弧角を120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。

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
接安定性が得ることができる。

次にこの発明の他の実施例について説明する。

第３図（ａ）はこの発明の第２の実施例によるスポッ
ト溶接装置を示し、この実施例は上記第１の実施例にお
いて第３相を逆相にしたものである。この実施例におい
ては上記第１の実施例と同じく３相を約120゜〜約180゜
間で点弧すると、得られる波形は第３図（ｂ）のような
波形となり、一周期において＋側に３個の鋸歯状波が、
−側に３個の鋸歯状波が得られることとなる。つまり３
相60サイクルの電源入力に対し、単相60サイクルであり
ながら１秒間に360個の鋸歯状波が得られることとな
る。

このように１相のみを逆相として３相の各々を約120
゜〜約180゜で位相制御すれば、２次側に上記のような6
0サイクルの鋸歯状波が得られるので、180サイクルの鋸
歯状波よりもリアタンス損失が少なく、それだけ加熱エ
ネルギーが増大することとなって有利となる。具体的に
は懐の深いスポット溶接，つまり変圧部からなり離れた
位置でのスポット溶接が可能となる。

第４図（ａ）はこの発明の第３の実施例を示し、これ
は第２の実施例のように３相を逆相にするとともに、１
相を約120゜〜約180゜、２相を約０゜〜約180゜、３相
を約60゜〜約180゜で点弧するようにしたものであり、
この場合は第４図（ｂ）のように、大きな波高の60サイ
クルの鋸歯状波が得られ、スポット溶接にはさらに有利
となる。

第５図（ａ）はこの発明の第４の実施例を示し、この
実施例は第１の実施例において第３相を常に開放とし、
第１相及び第２相をそれぞれ約120゜〜約180゜間で点弧
するようにしたものである。この場合第５図（ｂ）のよ
うに、一周期において＋側及び−側にそれぞれ、所定間
隔を置いて２個の鋸歯状波が得られ、つまり＋側及び−
側に中休み期間を有する波形が得られ、鋳物等の急激に
温度上昇を行ってはならないものの溶接に便利である。

なおこの第４の実施例では、位相制御回路を第１及び
第２相のみ点弧するよう構成したが、その代わりに変圧
器を１次側に第１相と第２相の２つのコイルのみ有する
構成としてもよい。

また、１次及び２次コイルの数は、上記各実施例で示
したものに限定されず、それらの倍数にしてもよい。

また上記説明では、各相の点弧開始時期が約120゜
で、溶接電流波形の鋸歯状波が第２図（ｂ）のような形
状である場合を示したが、点弧開始時期を100゜程度に
すれば、立ち上がり位置がより前方となりかつ立ち上が
り波形の上端頭部が丸みを帯びた鋸歯状波が得られ、溶
接の用途によってはこのような波形の溶接電流が有効で
ある。

次に本発明の第５の実施例として、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。

第６図は本発明の第５の実施例によるスポット溶接装
置を示し、図において、20は上記変圧器９の鉄芯に巻か
れた第２の２次コイル、21は該第２の２次コイル20にそ
のソレノイドコイル21aが接続されたソレノイド、21bは
該ソレノイド21のシリンダ、22は該シリンダ21bの上下
動によって支点23を中心に下上動せられるリングであ
る。

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、例えば第７
図（ｂ）のような溶接電流I₀に対し、第７図（ａ）の一
点鎖線P_C1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I_mとなるとき
（ｔ＝t_m）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P_Sが得られ
ればよい。

このようなことから、本実施例では第２の２次コイル
20を用いて第１の２次コイル８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I²R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A1,鋼，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A1をスポット溶接するには100
KVAが必要であったが、本発明では50KVAでこれが可能と
なった。また棒状体の付き合わせ溶接では、６倍の溶接
効果を得ることができた。

ところがこの場合、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P_C0（加圧力P₀）を与え、こ
の一定加圧P_C0に、上記溶接電流I₁と同期した加圧Ps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。

なお、この第５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。

〔発明の効果〕

以上、本発明のスポット溶接装置による場合、一対の
溶接電極の加圧力が単相交流に同期して変化し、溶接電
流が最小になると加圧力も最小になる構成となってお
り、パワーのロスがないばかりか、溶接熱が極端に低下
することもなく、高出力化及び高効率化を図ることがで
きる。しかも装置全体の構成が非常にシンプルであるこ
とから、小型軽量化及び低コスト化も図ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図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、第２図は該装置の電源の出力波形を説明する
図、第３図〜第５図はそれぞれこの発明の第２〜第４の
実施例によるスポット溶接装置を示す図、第６図は本発
明の第５の実施例によるスポット溶接装置を説明する
図、第７図は第６図の動作を説明する図である。 図において、1,2,3は３相交流電源端子、5,6,7は１次コ
イル、８は２次コイル、９は変圧器、10は溶接電極、11
は被溶接材、12はアース、100は電源装置、300は溶接部
である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相交流の各相を位相制御する位相制御回
   路と、１次側の３相コイルと２次側の単相コイルとが鉄
   心に巻回されており且つ３相コイルには位相制御回路の
   各出力が各々接続されている一方、単相コイルには一対
   の溶接電極が接続された変圧部と、前記一対の溶接電極
   を被溶接部材に加圧するとともに当該加圧を変圧部から
   出力された単相交流と同期して変化させる加圧手段とを
   具備しており、前記加圧手段は、前記変圧部の鉄心に上
   記とは別に巻回された単相コイルの両端に発生した単相
   交流によりソレノイドを励磁させ、これにより得られた
   振動力を前記一対の溶接電極に対する加圧力に重畳させ
   る構成となっていることを特徴としたスポット溶接装
   置。