JP3001068B2 - 溶接装置，加熱装置及び加振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はアーク溶接やスポット
溶接等の溶接装置、さらに電気エネルギーから熱エネル
ギーや機械的な振動エネルギーを発生する加熱あるいは
加振装置に関し、特に直流電力を交流電力に変換する電
源装置を備え、バッテリー等の直流電源を電源として利
用できるようにしたものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接装置は、一般に溶接電源の外
部特性，つまり溶接電源の出力端子での電流と電圧との
関係として、出力電流の増加とともに出力電圧が急峻に
立ち下がる垂下特性を必要とするため、磁束漏洩方式及
びリアクトル方式の２種類の電源方式が採用されてい
る。

【０００３】前者はトランスとして磁気漏れ変圧器を用
いたもの、また後者はトランスの２次側とアーク電極に
よって構成される通電回路に直列に可飽和リアクトルを
挿入したものであり、各方式はいずれも急峻に高電圧に
立上り、その後電圧が急激に降下する、アーク溶接時に
おける垂下特性に合致した出力特性を得るようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
の方式においても電源として２００Ｖ単相の交流電源を
使用しているため、２次側にて交流脈動の影響を受けや
すく、特に交流の正弦波の０点付近で不安定となりやす
く、このためアークを維持するために溶接棒と溶接物と
の間の距離を適度に保持し、かつ溶接棒の運棒調整等、
溶接作業に非常な熟練を要していた。

【０００５】また、大型の溶接を行うためには、前記ト
ランス，リアクトルの容量を大としなければならず、こ
のため無効電力も増大し、特にリアクトル方式において
はリアクトルそのものに電圧を取られ、力率が低下し、
電源不平衡を起こすなどの問題が生じていた。

【０００６】またこのようなアーク溶接装置の他に、ジ
ュール熱を利用した一種の抵抗溶接装置であるスポット
溶接装置があるが、この場合も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相不平衡やフリ
ッカが生じる問題、または電力効率が悪いという問題が
あった。

【０００７】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全体が大型になり、
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、同様にスポット溶接装置の電源
として採用されている上述の３相低周波方式において
も、装置が大型かつ高価で故障が多いという問題があっ
た。

【０００８】さらに最近採用されているインバーター方
式は、交流を整流した後、周波数を照明関係では１万以
上、溶接では約数百サイクル〜１２００サイクルに上
げ、これをトランスに入れ、その出力を再び整流する方
式であり、これはトランスを小型軽量にできるが、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。

【０００９】

【００１０】

【００１１】また、上述した電源装置はいずれも商用単
相又は３相電源等の交流電源を利用するものであり、車
載のバッテリ等の直流電源を利用することができないと
いう問題もあった。

【００１２】この発明はこのような状況に鑑みてなされ
たもので、バッテリー等の直流電源を用いてアーク溶接
やスポット溶接等を行うことができ、しかも溶接電流の
周波数を自由に設定できるとともに、その波形に垂下特
性を持たせることができ、３相不平衡やフリッカ現象の
問題がなく、電力効率よく溶接を行うことができる小型
でかつ軽量な溶接装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る溶接装置
は、溶接電源として、直流電源の正及び負電圧に接続さ
れた正側及び負側接点を有し、正側及び負側接点の開閉
あるいは正側，負側接点間での切換が可能なスイッチ回
路、及びリアクタンス成分を有し該スイッチ回路に接続
されたリアクタンス回路からなり、直流を交流に変換す
る変換部と、上記変換部の出力端子に接続されたニュー
トラル端子と、上記スイッチ回路の開閉あるいは切換動
作を制御する制御回路とを備えた単相交流溶接電源を用
い、その単相交流出力を溶接電極と被溶接材との間、あ
るいは被溶接材間に印加してアーク溶接を行うようにし
たものである。

【００１５】この発明に係る溶接装置は、溶接電源とし
て、直流電源の正及び負電圧に接続された正側及び負側
接点を有し、正側及び負側接点の開閉あるいは正側，負
側接点間での切換が可能なスイッチ回路、及びリアクタ
ンス成分を有し該スイッチ回路に接続されたリアクタン
ス回路からなり、直流を交流に変換する複数の変換部
と、上記スイッチ回路の開閉動作あるいは切換動作を制
御する制御回路とを備えた多相交流溶接電源を用い、複
数の溶接棒のそれぞれに多相交流の各相を印加して、各
溶接棒と被溶接材間及び該溶接棒相互間でアークを発生
させてマルチアーク溶接を行うようにしたものである。

【００１６】この発明に係る溶接装置は、スポット溶接
用の電源として、上記単相交流溶接電源と同一構成の溶
接電源を用い、その単相交流出力を一対の溶接電極間に
印加してスポット溶接を行うようにしたものである。

【００１７】この発明は、上記各溶接装置において、リ
アクタンス回路を、リアクタンス制御信号に基づいてそ
のリアクタンス成分が変化するよう構成するとともに、
上記制御回路を、タイミング制御信号に基づいて上記ス
イッチ回路での正側及び負側接点の開閉動作、及び両接
点間での切換動作のタイミングを変更するよう構成し、
上記リアクタンス制御信号及びタイミング制御信号の一
方あるいはその両方により、出力波形の形状及び交流出
力の周波数の一方、あるいはこれらの両方を経時的に変
化させるようにしたものである。

【００１８】この発明は、上記各溶接装置において、上
記溶接電源に代えて、直流電源に並列に接続された１次
及び２次コイルを有し、１次入力を昇圧して２次側に出
力する変圧部と、該２次コイルに並列接続されたコンデ
ンサと、上記直流電源から変圧部の１次及び２次コイル
への通電をオン・オフ制御する制御回路とを備え、直流
電源の低電圧と、上記変圧部への通電のオン・オフ制御
により発生する瞬間的な高電圧とを重畳して出力する溶
接電源を用いるものである。

【００１９】この発明は、上記各溶接装置において、上
記溶接電源に代えて、直流電源に逆方向に並列接続され
た２組の直列接続のダイオードと、各組のダイオードの
接続点間に接続された単相交流電源とからなり、上記直
流電源を充電する充電回路と、上記直流電源と並列接続
された１次及び２次コイルを有し、１次入力を昇圧して
２次側に出力する変圧部と、上記直流電源の２次コイル
への通電をオン・オフ制御する制御回路とを備え、直流
電源の低電圧と、上記変圧部への通電のオン・オフ制御
により発生する瞬間的な高電圧とを重畳して出力する溶
接電源を用いるものである。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】この発明においては、溶接電源として、直流電
源の正又は負電圧を断続的に、あるいは正，負電圧を切
り換えて出力可能なスイッチ回路及び該スイッチ回路に
接続されたリアクタンス回路からなる変換部と、上記ス
イッチ回路の制御回路とを備え、溶接電流として単相交
流を出力する溶接電源を用いたから、溶接電源としてバ
ッテリー等の直流電源を用いることができ、３相不平衡
やフリッカ現象を回避することができる。

【００２３】また溶接電流の周波数を自由に設定できる
とともに、その外部特性，つまり溶接電源の出力端子で
の電流，電圧特性として、出力電圧が瞬時にピーク値に
達する立上り特性と、その後出力電流の増加とともに出
力電圧が急峻に立ち下がる垂下特性とを持たせることが
でき、これにより電力効率よくアーク溶接やスポット溶
接等を行うことができる。しかもトランスが不要であ
り、溶接装置の小型，軽量化やコストダウンを図ること
ができる。

【００２４】またスイッチ回路でのオン・オフあるいは
切換タイミングの変更，リアクタンス回路のリアクタン
ス成分の変更により、波形や周波数の異なる種々の単相
あるいは多相交流出力を得ることができ、アーク溶接や
スポット溶接等の各溶接方法にさらには溶接対象物に適
した溶接電流を得ることができ、最適な条件での溶接が
可能となる。

【００２５】またこの発明においては、マルチアーク溶
接を行うための溶接電源として、上記変換部を複数設
け、上記制御回路を、各変換部のスイッチ回路を所定の
時間差でもって順次切換制御するよう構成した、多相交
流を出力する溶接電源を用いたので、フリッカの問題な
く、３相，６相等所望の相数の多相交流出力を得ること
ができる。またトランスが不要であるため、装置の小
型，軽量化とともに、大幅なコストダウンとなる。

【００２６】またこの発明においては、直流電源に並列
に接続された１次及び２次コイルを有する変圧部と、変
圧部への通電をオン・オフ制御する制御回路とを備え、
出力端子に、直流電源の低電圧と、上記変圧部への通電
のオン・オフ制御により２次コイルに自己誘導される瞬
間的な高電圧とを重畳して出力する溶接電源を用いたの
で、アーク発生時に必要な高電圧を変圧部への通電制御
により発生し、その後は低圧の電源電圧によりアークを
維持することができる。これにより通常のアーク発生に
用いられる大きなトランスが不要となり、また電源の直
流電圧によりアークを安定に維持することができる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１(a) はこの発明の第１の実施例によるアーク溶
接装置を示す。図において、１はバッテリー等の直流電
源、２は直流電力を交流電力に変換する変換部で、直流
電源１の正及び負電圧に接続された正側及び負側接点２
４及び２５を有し、該正側及び負側接点の開閉、あるい
は正側，負側接点間での切換が可能なスイッチ回路２１
と、該スイッチ回路２１に接続された飽和リアクトル２
２とからなる。また６は上記変換部２の出力端子、７は
上記直流電源１の正及び負電圧の中間電位に接続された
ニュートラル端子である。また３は上記スイッチ回路２
１を所定のタイミングで切換制御する制御回路、１００
は上記変換部２及び制御回路３からなる溶接電源であ
り、その外部特性，つまり上記変換部２の出力端子６で
の電圧，電流の関係として、出力電圧が瞬時にピーク値
に達する立上り特性と、その後出力電流の増加とともに
出力電圧が急峻に立ち下がる垂下特性とを有している。
また３００はアーク溶接を行う溶接部であり、これは上
記出力端子６に接続された溶接電極４と、上記ニュート
ラル端子７に接続された被溶接材５とからなり、９はア
ークである。

【００３０】次に動作について説明する。上記制御回路
３により上記スイッチ回路２１の切換動作を所定のタイ
ミングで行うと、飽和リアクトル２２には誘導起電力が
発生し、これによって出力端子６とニュートラル端子７
との間には図１(b) ，(c) に示すように、鋸歯状の電
圧，つまり出力電圧が瞬時にピーク値に達する立上り特
性と、その後出力電流の増加とともに急峻に立ち下がる
垂下特性とを持つ波形の電圧が誘導されることとなる。

【００３１】そして、この鋸歯状の電圧が溶接部３００
の溶接電極４に印加され、被溶接材５との間でアーク９
を発生し、アーク溶接が行われる。この際、以下に述べ
る効果が得られる。

【００３２】 上記のように変換部２の出力端子６と
ニュートラル電極７との間には、上記スイッチの切換速
度に応じた高周波の単相出力が得られるので、溶接速度
が従来の３相／単相変換装置を用いた場合に比べて大き
くなる。同じ速度のときは溶接のビートが、図２(a) に
示す従来のものに比し図２(b) のように細やかになり、
溶接の品質を向上できる。また、制御回路３を調節する
ことにより、溶接の用途に合わせて所定の速度に設定す
ることもできる。

【００３３】 従来の３相／単相変換電源装置では、
得られる単相出力は正弦波であるが、本発明による電源
出力値には急峻に高電圧に立上り、これから垂下状に零
となる鋸歯状波が得られるため、アーク溶接時にアーク
が出やすくかつ安定したアークが得られる。つまり本電
源装置は本質的に垂下特性を持った電源となっており、
溶接には極めて好都合である。

【００３４】 本発明の溶接装置の電源は上述のよう
に垂下特性を備えたものであるので、この垂下特性を得
るために従来一般に使用されている漏洩磁束型の装置ま
たは、図３に示すような可飽和リアクトルＬ等を用いる
必要がなく、これに伴う損失や力率の低下を生ずること
がない。

【００３５】 また、制御回路を調整することによ
り、出力電流の周波数を、商用周波数（５０，６０サイ
クル）の規制を受けることなく、例えば３００，４０
０，６００サイクルというように自由に設定でき、最も
効率のよいアークを使用できる。また周波数の設定は、
スイッチ回路の動作タイミングを制御回路のつまみ調整
で連続的に可変できるよう構成すれば、任意の周波数の
出力を得ることができる。またこのようにして周波数を
高くすることができるので、装置の小型，軽量化を大き
く進めることができる。また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。またアークも
高周波の方がアークの効率がよく、溶接装置の小型，軽
量化につながる。

【００３６】 また、従来の装置では無負荷電圧が６
０Ｖ〜１００Ｖ必要であったが、本発明では十分低くす
ることができ、安全であるとともに取扱いも簡単で技術
の熟練を必要とせず、かつ自動化も容易である。

【００３７】 飽和リアクトルのインダクタンスＬの
値を変えることにより、図４に示すように垂下特性の形
を波形Ｘ〜Ｚのように変えることができ、ロボット等，
コンピュータ操作により、アーク対象に応じて最良の溶
接条件を設定できる。

【００３８】 また、小型軽量でかつアークが安定し
ているので、これをロボットに搭載することにより大型
厚板のアーク溶接を行うことができる。すなわち、同じ
重量で数倍から数十倍の溶接能力を発揮できる。

【００３９】なお、出力波形は上記実施例に示したもの
に限られるものではなく、他の波形のものでもよい。

【００４０】図５(a) は上記第１の実施例の変形例を説
明するための図であり、この変形例は、上記第１の実施
例において、上記制御回路３を、スイッチ回路にて、正
側接点の開閉動作３回と、負側接点の開閉動作３回とが
繰り返し行われるよう構成したものである。

【００４１】この実施例においては得られる溶接電流は
図５(a) のような波形となり、一周期Ｔ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。つまりスイッチ切換タイミングを上記実施例
と同一とした場合、周期が３倍となり、上記実施例に比
べてリアク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
の深い溶接，つまり変圧部からかなり離れた位置での溶
接が可能となる。

【００４２】図５(b) は上記第１の実施例の他の変形例
を示し、これは、上記変形例において、上記正側及び負
側接点の３回の開閉動作中、第２回目の開閉動作を行わ
ないようにしたものである。この場合は溶接電流とし
て、図５(b) のように、一周期Ｔ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Ｒを持つ波形が得
られ、鋳物等、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。

【００４３】なお、上記実施例では、単相交流を溶接電
流とする通常のアーク溶接を示したが、これは、変換部
を複数設け、多相交流を出力するようにし、この多相交
流によりマルチアーク溶接を行うようにしてもよい。

【００４４】以下、本発明の第２の実施例について説明
する。この実施例では、マルチアーク溶接装置の溶接電
源として、直流電力を３相交流電力に変換する３相交流
溶接電源を用いており、図６(a) はこのマルチアーク溶
接装置のブロック構成図を示している。

【００４５】図において、１１０は本マルチアーク溶接
装置の溶接電源、２ａ〜２ｃはそれぞれ第１〜第３の変
換部で、それぞれスイッチ回路２１ａ〜２１ｃと飽和リ
アクトル２２ａ〜２２ｃとから構成されている。２４ａ
〜２４ｃ，及び２５ａ〜２５ｃは上記各スイッチ回路２
１ａ〜２１ｃの正側及び負側接点で、それぞれ直流電源
の正電圧，負電圧に接続されている。６ａ〜６ｃは各変
換部の出力端子で、各出力端子には溶接電極４ａ〜４ｃ
が接続されている。また３１はスイッチ回路の一回の切
換によって得られる出力波形の一周期Ｔ₀ の１／３倍の
位相差（１／３Ｔ₀ ）でもって各スイッチ回路を切換制
御する制御回路であり、その他の構成は上記第１の実施
例と同一である。

【００４６】この装置では、上記制御回路３１により上
記各スイッチ回路２１ａ〜２１ｃを切換制御すると、各
変換部の出力端子６ａ〜６ｃとニュートラル電極７との
間には、上記実施例と同様図１(b) ，(c) に示すような
鋸歯状の単相交流が出力され、出力端子全体として図６
(e) に示すような多相交流が出力される。これにより上
記ニュートラル電極７に接続された被溶接材５と各溶接
電極４ａ〜４ｃとの間、及び該溶接電極相互間に、マル
チアークが発生することとなる。なお、マルチアーク溶
接の場合は、各溶接電極間にマルチアークが発生するの
で、ニュートラル電極７は必ずしも必要ではない。

【００４７】このような構成のマルチアーク溶接装置で
は、上述のように飽和リアクトルのインダクタンス値Ｌ
の調整により鋸歯状波形を鋭くでき、つまり初期の電圧
が高く、その後急峻に電圧が降下する垂下特性を電源出
力に持たせることができることから、通常の３相交流電
源を用いた３相マルチアークよりアーク特性をよいもの
にできる効果もある。

【００４８】また図６(b) ，(c) に示すように、ニュー
トラル端子７に接続した４本目の溶接電極４ｄを３本の
溶接電極４ａ〜４ｃの真中（図６(b) は図示の簡単化の
ため外側に配置している。）に配置することにより、溶
接電極４ａ〜４ｃと５間、４ａ〜４ｃ相互間、４ａ〜４
ｃと４ｄとの間の計９個のアークを発生させて溶接を行
うことができ、非常に強力なマルチアーク溶接を行うこ
とができる。

【００４９】図６(d) は上記実施例の溶接部の他の例を
示し、４ａ〜４ｃ，４ａ′〜４ｃは相対向し相互に溶接
されるべき被溶接材、１３は対向する被溶接材４ａ〜４
ｃと４ａ′〜４ｃ間のアーク、１３′は上側あるいは下
側の各相の被溶接材間のアークである。１４はアークの
発生する空間を囲むように設けた非活性ガスまたはフラ
ックスであり、これは酸化しない状態を作るためのもの
である。

【００５０】また図７(a) 〜(c) は上記第２の実施例に
おいて、溶接電極の数及び配置を変更し、スイッチ回路
での切換動作を正側あるいは負側接点の開閉動作のみに
変更した変形例を示している。

【００５１】図７(a) の変形例では、各変換部の出力端
子６ａ〜６ｃのそれぞれに溶接電極４ａ〜４ｃを２つづ
つ接続するとともに、ニュートラル端子７にニュートラ
ル溶接電極７１を接続し、該ニュートラル溶接電極７１
の周りに上記６つの溶接電極を同一出力端子に接続され
たもの同士が隣り合わないよう順次配置し、さらに各ス
イッチ回路２１ａ〜２１ｃの動作を正側接点２４ａ〜２
４ｃの開閉動作としている。

【００５２】この場合図９(a) に示すような波形の多相
出力が得られ、ニュートラル溶接電極７１と溶接電極４
ａ〜４ｃ間，及び隣接する溶接電極間に合計１２個のア
ークが発生し、これによってマルチアーク溶接を行うこ
とができる。

【００５３】また図７(b) は、図７(a) の変形例におい
て、スイッチ回路２１ａ〜２１ｃの動作を負側接点２５
ａ〜２５ｃの開閉動作としたもので、この場合は、図９
(b)に示す波形の溶接電流によりマルチアーク溶接を行
うことができる。

【００５４】さらに図７(c) は上記図７(a) の例におい
て、各変換部の出力端子６ａ〜６ｃに接続する溶接電極
を３つとし、これらの溶接電極４ａ〜４ｃを、これらが
所定の正９角形の頂点に位置しかつ同一出力端子に接続
されたもの同士が隣り合わないよう順次配置している。
なおここではニュートラル溶接電極を用いない。

【００５５】この場合隣接する溶接電極間に合計９個の
アークが発生し、これによりマルチアーク溶接を行うこ
とができる。

【００５６】さらに図８は本発明の第３の実施例による
マルチアーク溶接装置を示している。１２０はこのアー
ク溶接装置の溶接電源で、ここでは、２つの出力、つま
り正電圧出力端子６ａ〜６ｃ及び負電圧出力端子６ａ′
〜６ｃ′を有する変換部２０ａ〜２０ｃを設け、各変換
部を、それぞれの出力端子から別々に上記図９(a) に示
す正側の鋸歯状波と図９(b) に示す負側の鋸歯状波とが
得られるよう構成している。

【００５７】すなわち、第１の変換部２０ａについて説
明すると、２１ａは第１の実施例と同一構成のスイッチ
回路、２４ａ，２５ａは該スイッチ回路２１ａの正側及
び負側接点、２３ａ，２３ａ′は互いに逆方向となるよ
う上記スイッチ回路２１ａに接続されたダイオード、２
２ａ，２２ａ′は各ダイオードに接続された飽和リアク
トルで、これらが上記変換部２０ａを構成している。な
お、第２，第３の変換部２０ｂ，２０ｃについても同様
で、これらは正側接点２４ｂ，２４ｃ，及び負側接点２
５ｂ，２５ｃを有するスイッチ２２ｂ，２２ｃ、ダイオ
ード２３ｂ，２３ｂ′，２３ｃ，２３ｃ′及び飽和リア
クトル２２ｂ，２２ｂ′，２２ｃ，２２ｃ′から構成さ
れている。また６ａ〜６ｃ，及び６ａ′〜６ｃ′はそれ
ぞれ上記各変換部２０ａ〜２０ｃの正側，負側出力端子
である。

【００５８】またここでは正側出力端子６ａ〜６ｃに溶
接電極４ａ〜４ｃを、負側出力端子６ａ′〜６ｃ′に溶
接電極４ａ′〜４ｃ′を接続し、各溶接電極を所定の正
６角形の頂点上に配置し、この際正側と負側の溶接電極
が隣合わず、かつ同一の変換部につながる溶接電極同士
が対向するよう配置している（図８(b) 参照）。

【００５９】この場合、上記図６の第２の実施例に比
べ、隣接する溶接電極間の最大電圧差が大きくなり、発
生するアークがより強力なものとなる。

【００６０】図１０は本発明の第４の実施例によるアー
ク溶接装置を示す。この実施例は、第１の実施例のアー
ク溶接装置において、溶接電源として第２実施例の溶接
電源１１０を用い、その出力端子６ａ〜６ｃを共通接続
し、共通接続点６０に溶接電極４を接続したもので、そ
の他の構成は第１実施例と同一である。

【００６１】この実施例では、上記第１実施例の効果に
加えて、溶接電流の波形を各変換部の出力を組み合わせ
て様々な波形にすることができる効果がある。例えば、
変換部２ａ，２ｂ及び２ｃの飽和リアクトルのインダク
タンス値Ｌを、それぞれの出力波形が図１０(b) の波形
Ａ₁ ，波形Ａ₂ ，波形Ａ₀ となるよう調整し、かつそれ
らの位相を揃えることにより、溶接電極４には、各変換
部の出力波形Ａ₀ 〜Ａ₂ の合成波形Ｃ₁ の溶接電圧が印
加されることとなり、大きな波形の鋸歯状波を得ること
ができ、アークの発生が極めて容易となる等の効果があ
る。

【００６２】また各変換部の出力の波形及び位相をその
ままにして、変換部２ｂの出力を停止にすれば、図１０
(c) に示すように溶接電極４には、各変換部２ａ，２ｃ
の出力波形Ａ₀ ，Ａ₁ の合成波形Ｃ₂の溶接電圧が印加
されることとなり、波高は上記図１０(b) より小さい
が、２段階に立ち下がる波形が得られ、アーク溶接等の
用途によっては有効な場合がある。

【００６３】さらに変換部２ｂの代わりに変換部２ａの
出力を停止にすれば、図１０(d) のように１段目の立ち
下がりが図１０(c) の場合より遅い波形が得られ、これ
をアーク溶接の用途によっては有効である。

【００６４】次に本発明の第５の実施例によるスポット
溶接装置について説明する。この実施例では、スポット
溶接装置の溶接電源として、第１実施例の単相交流溶接
電源１００を用いており、図１１は上記スポット溶接装
置の概略構成を示している。図において、図１と同一符
号は同一または相当部分を示し、３０５はスポット溶接
を行うスポット溶接部であり、これは変換部２の出力端
子６に接続された溶接電極１１０ａと、ニュートラル端
子７に接続された溶接電極１１０ｂと、両溶接電極１１
０ａ，１１０ｂに挟まれた溶接材料１１１からなる。

【００６５】次に動作について説明する。上記制御回路
３により上記スイッチ回路２１の切換動作を所定のタイ
ミングで行うと、飽和リアクトル２２には誘導起電力が
発生し、これによって出力端子６とニュートラル端子７
との間には図１(b) ，(c) に示すように、急峻の立ち上
がり特性及び垂下特性を持った鋸歯状の電圧が誘導され
ることとなる。そしてこの鋸歯状波の電圧が溶接部３１
１の上記両溶接電極１１０ａ，１１０ｂに印加され、該
両溶接電極に挟まれた被溶接材１１１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。

【００６６】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、本実施例では直流を単相交流に変換して
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１(b)示すように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，Ｃ
ｕ，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。また制御回路を調整す
ることにより周波数を低くすることもでき、スポット溶
接、特に板金のスポット溶接装置では、アーム等の長い
ものに有効である。つまりリアクタンス（インピーダン
ス）を小さくして溶接電流を大きくとれる。

【００６７】さらにトランスの構造が不要となり、装置
全体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。

【００６８】なおここでは、溶接電源として、第１実施
例と同一構成のものを示したが、これは第４実施例のよ
うに溶接電源１１０の出力端子６ａ〜６ｃを共通接続し
たものを用いてもよく、この場合、各変換部２ａ〜２ｃ
の飽和リアクトルのインダクタンス値を代え、それぞれ
の出力電圧の位相を調整することにより、種々の波形の
溶接電圧を得ることができる。

【００６９】次に本発明の第６の実施例について説明す
る。この実施例は上記第５の実施例において、溶接電極
の加圧方法を改良したものである。図１２は該スポット
溶接装置を示し、図において、１２１はソレノイドコイ
ル１２１ａを有するソレノイド、１２１ｂは該ソレノイ
ド１２１の慴動ロッド、１２２は該ロッド１２１ｂの上
下動によって支点１２３を中心に下上動せられる可動部
材、１２２ａは該可動部材と溶接電極との間に配設さ
れ、溶接電極に空気あるいは油圧力を加えるシリンダで
あり、ここでは、該シリンダ１２２ａを溶接装置本体と
非固定とし、上記電磁力が作用した際、加圧の速応性が
でるようにしている。さらにこのとき溶接電流と同期
し、かつ速応性を上げるため、電磁石コイルはできるだ
け捲数を少なくコンデンサが効くようにしている。

【００７０】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１１０の加圧を行って、例えば図１３(b) の
ような溶接電流Ｉ₀ に対し、図１３(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
例えば正弦波形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
Ｐs が得られればよい。

【００７１】このようなことから、本実施例では溶接電
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。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。

【００７２】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Ｐc₀（加圧力
Ｐ₀ ) を与え、この一定加圧Ｐc 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。

【００７３】なお上記各実施例では、直流を交流に変換
する変換部を有する溶接電源について説明したが、直流
を交流に変換する電源はこれに限るものではない。

【００７４】以下他の方式の溶接電源を用いた溶接装置
について説明する。図１４及び図１５は上述の溶接装置
の溶接電源に代えて他の回路構成の溶接電源を用いた、
本発明の他の実施例を説明するための図である。

【００７５】図１４は本発明の第７の実施例の溶接電源
を示す図であり、図１４(a) において、２００はその出
力端子２０４及び２０５間に負荷として第１実施例のア
ーク溶接装置の溶接部３００が接続された溶接電源であ
り、並列接続の２つのバッテリー２０１ａ，２０１ｂか
らなる直流電源２０１と、上記直流電源に並列に接続さ
れた１次及び２次コイル２１１，２１２を有し、一次入
力を昇圧して二次側に出力する変圧器２１０と、上記出
力端子２０４，２０５間に接続されたコンデンサ２０２
と、上記直流電源２０１から変圧器２１０の一次及び二
次コイル２１１，２１２への通電をオン・オフ制御する
制御回路２２０とを有している。またここでは上記直流
電源２０１の正極Ｅ₁ を起動スイッチ２０６及び順方向
ダイオード２０７を介して上記出力端子２０４に接続
し、負極Ｅ₂ を上記出力端子２０５に接続しており、ま
た上記二次コイル２１２の一端は、高電圧が直流電源２
０１へ逆流するのを回避するため、上記ダイオード２０
７のアノード側に接続している。

【００７６】次に動作について図１４(b) を用いて説明
する。起動スイッチ２０６をオンすると（時刻ｔ₀ ) 、
出力端子２０４，２０５に接続された溶接部３００には
直流電源２０１の出力電圧がアークの維持電圧として印
加されるが、この程度電圧では空気の絶縁をやぶってア
ーク放電が発生することはない。この状態で、制御回路
２２０を駆動して変圧器２１０への直流電圧の通電及び
遮断を行うと（時刻ｔ₁ ）、変圧部２１０の２次コイル
２１２には自己誘導作用により高電圧が印加され、この
電圧により溶接部３００ではアークが発生する。その後
は上記アークの維持電圧によりアークが安定に維持さ
れ、溶接作業が行われる。そして作業が終了した時点
（時刻ｔ₂ ）で、起動スイッチ２０６をオフして溶接部
３００への電源の供給を停止する。

【００７７】このように本実施例では、溶接電源として
上記のような回路構成の電源２００を用いたので、出力
端子２０４，２０５には直流の電源電圧をアーク維持電
圧として、また変圧器２１０の二次コイル２１２に自己
誘導作用により発生する高電圧をアーク発生電圧とし
て、重畳出力することができる。このため通常のアーク
溶接に用いられる大きなトランスが不要となり、また直
流電圧によりアークを安定に維持することができる。

【００７８】図１４(c) は上記第７実施例の変形例を示
し、ここでは上記溶接電源２００において直流電源２０
１のバッテリーを１つとしたものを２つ組み合わせ、こ
れを溶接電源２００′として用いている。すなわち２０
０ａ及び２００ｂは上記溶接電源２００′を構成する第
１及び第２の溶接電源ユニットで、２１０は各ユニット
につき１つづつ設けてあるバッテリーで、これが直流電
源となっている。ここでは第１のユニット２００ａの直
流電源２１０の負極Ｅｂ₁ と第２のユニット２００ｂの
直流電源の正極Ｅａ₂ とが接続されており、また出力端
子２０４及び２０５をそれぞれのユニット間で共通接続
されている。

【００７９】この変形例では、各溶接電源ユニットのコ
ンデンサや変圧器の特性、また制御回路の特性を変える
ことにより、種々の波形の出力電圧を合成することが可
能となる。

【００８０】また図１５は本発明の第８の実施例による
溶接装置に用いるフローティング方式の溶接電源の回路
構成を示しており、図において、２５０はその出力端子
２５４及び２５５間に負荷として第１実施例のアーク溶
接装置の溶接部３００が接続されたフローティング方式
の溶接電源であり、直列接続の２つのバッテリー２５１
ａ，２５１ｂからなる直流電源２５１と、該直流電源２
５１を充電する充電回路２７０と、上記直流電源２５１
と並列接続された１次及び２次コイル２６１，２６２を
有し、一次入力を昇圧して２次側に出力する変圧器２６
０と、上記出力端子２５４，２５５間に接続されたコン
デンサ２５９と、上記直流電源２５１の上記２次コイル
２６２への通電をオン・オフ制御する制御回路２８０と
を有している。

【００８１】ここで上記充電回路２７０は、該直流電源
２５１に逆方向に並列接続された２組のダイオード直列
接続体２７１，２７２と、各組のダイオードの接続点Ｐ
₁ ，Ｐ₂ 間に接続された単相交流電源２７３とから構成
されている。なお上記ダイオード直列接続体２７１及び
２７２はそれぞれ２つのダイオード２７１ａ，２７１ｂ
及び２７２ａ，２７２ｂからなっている。またここでは
上記直流電源２５１の正極Ｅp を起動スイッチ２５６，
順方向ダイオード２５７及び交流阻止コイル２５８を介
して上記出力端子２５４に接続し、負極Ｅn を上記出力
端子２５５に接続している。また上記二次コイル２６２
の一端と、上記交流阻止コイル２５８の出力端子側との
間には上記制御回路２８０が挿入されている。この場合
も二次コイル２６２の一端側は、上記ダイオード２５７
のアノード側に接続されており、高電圧が直流電源２５
１へ逆流するのを回避できるようになっている。

【００８２】この実施例のフローティング方式の溶接電
源では、起動スイッチ２５６のオンによりアーク維持電
圧を発生し、制御回路２８０の駆動により高電圧を発生
してアークを発生する点，つまり出力端子に、アーク維
持電圧とアーク発生電圧とを重畳して出力する点は上記
第７の実施例と同一であるが、上記直流電源２５１を、
充電回路２７０による充電を行いながら使用する点が上
記第７実施例と異なっており、この場合以下のような効
果がある。

【００８３】(1) フローティングの方式では、充電する
ための容量は溶接に必要な電力量の２０％〜３０％程度
でよく、効率がよい。

【００８４】(2) またスポット溶接のときは、使用率５
％以内，つまり直流電源に溶接電力として充電できる全
電流容量の５パーセントしか必要としない場合が大部分
であるので、例えばアルミ箔等の溶接のとき、負荷に並
列接続のコンデンサを使用し、初期の電流値のピークを
補償するようにすれば、充電容量が溶接容量の１０％で
もよいことがある。

【００８５】(3) また上記図１４に示す溶接電源では、
溶接電圧が低く、電流が多い場合に適しているが、図１
５に示す溶接電源では、電圧が高く、電流が少ない場合
に適している。

【００８６】(4) また上記第７及び第８実施例の溶接電
源についても、これらを３組組み合わせることにより、
上述の３相電源を構成することもでき、また図６に示す
第２実施例のように組み合わせれば、バッテリーは１つ
で、これにバッテリー以外の回路構成，つまり変圧器や
制御回路等を３組接続して３相電源を構成することもで
きる。

【００８７】(5) さらに上記説明した各実施例の溶接電
源は以下のように充分な電力の確保が困難な用途におい
て有効である。例えば、イ）船舶，トラック等の電源が
電池であるところで使用するとき、ロ）太陽電池，風力
と自然エネルギーを利用するとき、ハ）ゴミ焼却等、産
業廃棄処理の廃熱を利用したフロン発電や水蒸気発電電
力を利用するとき、ニ）停電が困るとき、ホ）市場電力
が小さいとき、へ）商用周波数以外の振動エネルギーを
必要とするとき等がある。

【００８８】(6) 溶接電源にインバータを用いるのは、
溶接業界ではトランスを小型軽量にしてロボット化す
る，つまり溶接電源を溶接ロボットに搭載することが最
大の目標であった。これによってトランスは小型軽量に
なるが、この場合交流を直流にし、照明界では１万〜以
上、溶接業界では１０００〜１２００程度の高い周波に
したものを、トランスに入力し、その出力を再び直流に
して使用している。これは複雑な回路や多くの部品を使
用し、高度の技術性とコスト高をもたらし、メンテ作業
や故障発生率も多くなっている。ちなみに高周波のまま
使用する照明器でも、在来の簡単な方式に比べ１０倍程
度高価となっている。

【００８９】(7) このような技術は、石油エネルギーを
浪費する大量消費型の地球の環境を駄目にする従来の科
学路線上のものであるのに対し、本件の技術はこれと反
対に、石油エネルギー消費を少しでも少なくし、加工部
品の数も少なく、極めてシンプルな構成のもとに、必要
以上の高周波を出さず、効率よく作業目的を果たすのが
ねらいである。

【００９０】即ち溶接業界にあっては、充電でき、リサ
イクリング方式を活かせるバッテリーを採用し、そのバ
ッテリー出力により溶接を行い従来必要であった溶接ト
ランスを不要とするものである。従って言うまでもな
く、上記インバータ方式のようにトランスの２次出力を
再び直流にして使用するといったことは行わない。

【００９１】(8) また板金用スポット溶接やアークロボ
ットのように溶接装置の２次回路、つまり溶接電圧を出
力する側の電流経路が長いとき、溶接電力のリアクタン
スロスを少なくするために周波数は１５０〜１８０位い
を最高としている。但し機械的な共振共鳴や唸り現象に
よるパワーアップはここでは考慮していない。

【００９２】(9) ２次出力回路が非常に大きく交流では
溶接電力が出ないとき、通常のインバータ方式により直
流から交流を得るのではなく、本発明の溶接電源を用い
てバッテリーから直接直流電力を取り出せば、効率，安
全，コスト等の面で有利である。また本発明の溶接電源
では、上述のような初期高電圧は、アーク放電の初期に
空気絶縁を破りアークを発生し易いようにするもので、
これによりバッテリーの容量を少なくし安全や故障のな
いようにしている。

【００９３】(10)これはスポットの場合も言えること
で、この場合、被溶接物の歪みや加圧不充分や油や埃
等、被溶接物の表面状態については、スポット溶接の通
電初期における電流の阻止を招く要因が多いので、初期
電圧が高い方がよい。さらにスポットの場合、初期電流
が大きくても、時間が５／１０００程度の針のようなピ
ーク電流では、発熱が多くてナゲットに巣が入る等の不
良は発生せず、むしろ発熱が早くなり作業効力を上げる
ことになる。

【００９４】(11)本件の溶接電源を用いたスポット溶接
では、従来のコンデンサー溶接と、バッテリー溶接の溶
接電圧を重畳して各々の長所を生かした良好なスポット
を得ようとするものと言える。

【００９５】(12)またシーム溶接では、その間欠通電に
よるフリッカー現象を、２系統の通電回路により正負の
波形を相補的に時間差通電することによって、連続一次
入力としフリッカー現象をなくしているが、これはシー
ムに限らず他の負荷でもフリッカーがなくなるという効
果があり、本発明の溶接装置に用いる溶接電源では、こ
のようなことも簡単にできる。

【００９６】(13)またバッテリーを用いる本溶接電源で
は、バッテリーはトランスよりも直並列接続が安易で場
所や設置状況に応じて溶接部分の近くにてセットできる
ため、バッテリーをロボット基台のできるだけ、負荷作
業に近い所に設定できる。

【００９７】(14)上述した直流バッテリーを基本とする
電源は、本件出願人が過去に出願したマルチアーク関係
（特願平１−150589号，特願平２−304701号，特願平３
-29559号等）、スポット関係（特願平２−305553号，特
願平２−206984号等）、モータ（特願平２−154541号，
特願平２−164885号等）、照明（特願平２−182293号，
特願平２−150588号等）、熱関係（特願平２−182392
号，特願平２−184917号等）、振動関係（特願平２−21
1810号等）等すべての作業に使用でき、さらに自動車プ
ラグの点火改善等の内燃機関（特願平２−238118号等)
、溶射関係（特願平２−217779号，特願平２−182394
号）、溶射トーチ（特願平２−417090号等）、バイオマ
スや水質改善関係（特願平２−417090号等）、その他エ
ネルギー振動波形を応用する所に本件電源は使用され
る。

【００９８】以下特に、本件出願人がすでに出願した加
熱装置と加振装置に上記溶接電源と同一構成の電源装置
を採用したものを、さらなる実施例として説明する。

【００９９】図１６(a) はこの発明の第９の実施例によ
る加熱装置を示し、加熱用の電源として図１の溶接電源
と同一構成の電源１００を用いており、その出力端子６
及びニュートラル端子７間に抵抗体（被加熱体）１０を
接続し加熱部３０９を構成している点のみ上記第１の実
施例と異なる。

【０１００】次に動作について説明する。上記制御回路
３により上記スイッチ回路２１の切換動作を所定のタイ
ミングで行うと、飽和リアクトル２２には誘導起電力が
発生し、これによって出力端子６とニュートラル端子７
との間には図１６(b) に示すように所定周期の垂下特性
を持った鋸歯状の電流が誘導されることとなる。

【０１０１】そして、この鋸歯状の電流が加熱部３０９
の抵抗体１０に印加され、該加熱体による加熱が行われ
る。この際、上記第１実施例と同様種々の効果が得られ
る。

【０１０２】簡単に説明すると、加熱電圧は、急峻に高
電圧に立上り、これから垂下状に零となる鋸歯状波が得
られるため、効率のよい加熱，つまり消費される電流が
同じでも温度をより高くすることができ、かつ直流に近
いちらつきのない温熱源が得られる。

【０１０３】また、制御回路３の調整により図５に示す
ように出力電圧の周波数やタイミングを自由に設定で
き、最も効率のよい加熱電流を使用できる。またこのよ
うな高周波数化により装置の小型，軽量化を大きく進め
ることができ、このため製造コストも大幅に低減でき
る。さらに飽和リアクトルのインダクタンス値Ｌを変え
ることにより、加熱対象に応じて出力波形の調整も可能
である。

【０１０４】図１７は本発明の第１０の実施例による加
熱装置を示すブロック構成図であり、これは上記第２実
施例において、溶接部３００を、各変換部２ａ〜２ｃの
出力端子６ａ〜６ｃとニュートラル端子７間にそれぞれ
接続された抵抗体１０ａ〜１０ｃからなる加熱部３１０
に置き換えたもので、その他の点は第２実施例と同一で
ある。

【０１０５】この装置では、上記制御回路３１により上
記各スイッチ回路を切換制御すると、各変換部の出力端
子６ａ〜６ｃとニュートラル電極７との間には図１７
(b) に示すような３相交流が出力され、各相の鋸歯状の
電流が加熱部３１０の各抵抗体１０ａ〜１０ｃに印加さ
れ、該加熱体による加熱が行われる。

【０１０６】このような構成の第１０の実施例装置で
は、上述のように飽和リアクトルのインダクタンス値Ｌ
の調整により鋸歯状波形を鋭くでき、つまり初期の電圧
が高く、その後急峻に電圧が降下する垂下特性を出力電
流に持たせることができることから、通常の３相交流電
源を用いた加熱装置より加熱効率を向上することができ
る。

【０１０７】次に本発明の第１１実施例である加振装置
について説明する。図１８は上記加振装置を示す全体構
成図、図１９(a) は本実施例装置の振動発生部の構成を
示す図であり、この実施例では電源として第１実施例と
同一の加振用電源１００を用いている。図において、図
１と同一符号は同一のものを示し、３１１は該電源装置
の出力により駆動される振動発生部で、上記変換部２の
出力端子６とニュートラル端子７との間に接続されたソ
レノイドコイル７１、及び該ソレノイドコイル７１内に
挿入され、該コイル７１の電磁力を受けて振動する慴動
ロッド７２からなるソレノイド７０と、一端が上記慴動
ロッド７２の先端に他端が装置基部に接続されたバネ７
３とから構成されている。なお直流電源は図示した２組
のバッテリーからなりニュートラル端子を有するものに
限らず、ニュートラルのないバッテリー１つでもよい。

【０１０８】次に動作について説明する。上記制御回路
３により上記スイッチ回路２１の切換動作を所定のタイ
ミングで行うと、飽和リアクトル２２には誘導起電力が
発生し、これによって出力端子６とニュートラル端子７
との間には図１(b) に示すように所定周期の垂下特性を
持った鋸歯状の電流が誘導されることとなる。そして、
この鋸歯状の電流が振動発生部３１１に印加され、振動
力が発生する。

【０１０９】このような本実施例の加振装置では、電源
出力値には急峻に高電圧に立上り、これから垂下状に零
となり、零となった後再び瞬間的に高電圧となる鋸歯状
波が得られるため、大きい振動力を発生することができ
る。これにより例えば後述する図２０のベルトコンベア
やふるいでは、駆動力を大きくすることができ、破砕機
では破砕効果を増大できる。

【０１１０】また、用いている電源装置は得られる周波
数を自由に変更することができ、加振対象に応じた最適
を加振を行うことができる。

【０１１１】なお、上記実施例では、加振装置の振動発
生部としてソレノイドコイル７１内に慴動ロッド７２を
挿入したものを用いたが、振動発生部の構成はこれに限
るものではない。

【０１１２】図１９(b) は本発明の第１１の実施例の変
形例を示し、ここでは、振動発生部３１１′は、鉄芯７
１ａにコイル７１を巻回してなる電磁石７０′と、該電
磁石の電磁力により振動する振動体７２′と、該振動体
７２′を前後揺動可能に支持する支持部材７４と、一端
を上記振動体７２′に他端を装置基部に接続したバネ７
３とから構成されている。なお、ここで出力波形は図１
(b) に示すものに限らず、図５に示す波形でもよく、さ
らに電源として、図１０(a) に示すものを用いれば、図
１０(b) 〜図１０(d) に示す波形の出力を得ることもで
きる。

【０１１３】以下は、上述した加振装置を用いた機械装
置について説明する。図２０(a) は荷物４０１を搬送す
るベルトコンベア４１０を示しており、ここでは第１１
実施例の加振装置が、ベルト４１１の駆動源となってお
り、その振動発生部３１１の振動ロット７２がベルト４
１１裏面に設けられた突出片４１２を押圧することによ
り、ベルト４１１が駆動し、荷物４０１が搬送されるよ
うになっている。

【０１１４】図２０(b) は、上記第１１実施例の加振装
置を駆動源とする粉体や土砂等のふるい４２０を示して
おり、フレーム部材４２２にスイング可能にふるい篭４
２１を吊り下げ、これを上記加振装置の振動発生部３１
１により揺動させ、ふるい篭４２１下側の容器４２３に
ふるいにかけた粉体を得るようにしている。

【０１１５】図２０(c) は、上記第１１実施例の加振装
置を駆動源とする土石４３１等の掘削機４３０を示して
おり、ここでは加振装置は堀削機本体４３２内に搭載さ
れ、その振動発生部３１１の振動ロッド先端に掘削具４
３３を取り付け、振動発生部で発生した振動により土石
等を掘削するようにしている。

【０１１６】また、図２１(a) は、本発明の加振装置を
利用した空気流発生装置５００を示しており、上，下両
端部に開口５１１，５１２を有する可撓性の中空体５１
０を、加振装置の振動発生部により変形させて空気流を
発生するようにしたものであり、上記振動発生部の電磁
コイルには３倍周波の鋸歯状波が印加されるようになっ
ている。ここで５１５，５１６はそれぞれ上記中空体５
１０の開口部に接続されたパイプで、該パイプ内にはそ
れぞれ空気流を一定方向に流すための弁体５１３，５１
４が取り付けられている。また５２１は上記中空体５１
０の両側近傍に配置された電磁石、５２２は上記中空体
５１０の内壁に接着された永久磁石で、該電磁石５２１
の電磁力により振動するようになっている。また図２１
(b) 及び(c) はそれぞれ空気を中空体５１０から吐き出
している状態，及び空気を中空体５１０内に吸い込んで
いる状態を示している。ここで、空気の送出量は電磁力
を制御することにより加減することができる。なお、こ
こでは流体が空気流である場合について説明したが、こ
れは空気流のみならず液体等の流体であればよい。

【０１１７】また図２２(a) は本発明の加振装置を利用
した微粒子混合装置６００を示しており、その上，下端
部に開口６１１，６１２を有する可撓性の中空体６１０
を、加振装置の振動発生部により変形させて微粒子を混
合するようにしたものである。ここで６１５はその両端
が上記中空体６１０の上下の開口部に接続されたパイプ
で、該パイプ６１５内の両端部には微粒子を一定方向に
送るための弁体６１３，６１４が設けられており、該パ
イプ６１５の上水平部６１５ａには搬入用のホッパー６
１７が、また該パイプ６１５の下水平部６１５ｂには、
シャッター機構（図示せず）を有する搬出用シュータ６
１８が取り付けられている。また６２１は上記中空体６
１０の両側近傍に配置された電磁石、６２２は上記中空
体６１０の側壁外面に接着された永久磁石で、上記電磁
石６２１の電磁力により振動するようになっている。こ
の場合も電磁石やパイプは１つに限られるものではな
く、例えば、電磁石を複数設け、その通電の制御によっ
て中空体６１０内で微粒子の回転流を発生させたり、該
中空体６１０にランダムな動きをさせたりすることもで
きる。また微粒子の種類は何種類でもよく、混合物は上
記シュータ６１８から取り出すことができる。

【０１１８】また図２２(b) は上記加振装置を利用した
研磨装置７００を示しており、上部に開口７１１を有す
る可撓性の中空体７１０内に微粒子（鉄粉）を油等の液
体又は気体とともに充填し、さらに研磨したい物（被加
工物）を入れ、加振装置の振動発生部により上記中空体
７１０を変形させて被加工物７３０を研磨するようにし
たものである。ここで７１２はそれぞれ上記中空体７１
０の開口部を開閉する蓋部材、７３１は上記中空体７１
０内に充填された研磨粒子、７２１は上記中空体７１０
の両側近傍に配置された電磁石、７２２は上記中空体７
１０の側壁外面に接着された永久磁石で、上記電磁石７
２１の電磁力により振動するようになっている。

【０１１９】なお、ここで上記電磁石や開口は２つに限
られるものではなく、これらはさらに多数設けてもよ
い。さらに上記研磨装置の構成を用いて物品の洗浄や物
品表面への微粒子の付着等を行うこともできる。

【０１２０】また図２２(a) や図２２(b) に示す容器や
液体中にイオンや電磁力の影響を受けたり、振動エネル
ギーを受けたりして活性化する物質を混入してもよい。

【０１２１】図２３(a) は本発明の第１２の実施例であ
る磁歪共振を利用した加振装置を示し、８１５は金属棒
８１１に電磁コイル８１２を巻回してなり、磁歪共振に
より振動する振動体で、上記電磁コイル８１２には第１
実施例と同一構成の電源装置（図示せず）の単相出力，
つまり鋸歯状波が供給されるようになっている。また８
１３は振動を加振対象８１４に伝達する金属性部材であ
る。

【０１２２】この装置では、上記振動は金属体を伝わる
ので、上記第１１実施例の効果に加えて、振動を必要な
場所に簡単に伝達することができ、微弱振動を必要とす
る技術や通信技術に利用できるとともに、バイオマス関
係の技術にも適用可能である。

【０１２３】図２３(b) は本発明の第１３の実施例を示
し、ここでは、スプリング８２１に電磁コイル８２２を
巻回して磁歪共振により振動する振動体８２０を構成し
ている点が上記第１１実施例と異なる。

【０１２４】この場合、上記電磁コイル８２２への通電
によりスプリング８２１は磁歪共振し、スプリング８２
１の磁歪現象とスプリング８２１の振動が共振し合った
合成の振動エネルギーが得られ、この複合共振の振動を
利用することができる。

【０１２５】なお、上述した磁歪共振により発生する磁
場振動の特別な場は生物成長に何らかの影響を与えるも
のと考えられ、このような場での生物の成長や変化の研
究は有意である。図２４(a) は、対向して位置する電磁
石８３２間に上記磁場振動の特別な場Ｆを形成する場
合、図２４(b) は平面Ｃ字型形状の電磁石８４０のギャ
ップ部８４１に磁場振動の特別な場Ｆを形成する場合を
示している。

【０１２６】また図２５は本発明の第１４の実施例であ
る、モータ９１０を利用した加振装置９００を示し、上
記モータ９１０には第１０実施例と同一構成の電源装置
（図示せず）の単相出力，つまり鋸歯状波が供給され、
振動的なトルクを発生するようになっている。また９２
０は該モータ９１０から駆動シャフト９３０を介して振
動力を受ける装置で、筒状体９２２内に撹拌等のための
羽根体９２１が回転可能に支持されている。このような
装置は、例えば水洗浄液の中で物品を研磨洗浄する場
合、遠心力を利用して混合成分を分離する場合、あるい
はあめや粘土のような粘性の高いものを撹拌し混合する
場合に便利である。

【０１２７】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る溶接装置に
よれば、溶接電源として、直流電源の正又は負電圧を断
続的に、あるいは正，負電圧を切り換えて出力可能なス
イッチ回路及び該スイッチ回路に接続されたリアクタン
ス回路からなる変換部と、上記スイッチ回路の制御回路
とを備え、溶接電流として単相交流を出力する溶接電源
を用いたので、溶接電源としてバッテリー等の直流電源
を用いることができ、３相不平衡及びフリッカ現象を回
避することができる効果がある。

【０１２８】また溶接電流の周波数を自由に設定できる
とともに、その外部特性，つまり溶接電源の出力端子で
の電流，電圧特性として、出力電圧が瞬時にピーク値に
達する立上り特性と、その後出力電流の増加とともに出
力電圧が急峻に立ち下がる垂下特性とを持たせることが
でき、これにより電力効率よくアーク溶接やスポット溶
接等を行うことができる。しかもトランスが不要であ
り、溶接装置の小型，軽量化やコストダウンを図ること
ができる効果もある。

【０１２９】またスイッチ回路での開閉あるいは切換タ
イミングの変更，リアクタンス回路のリアクタンス成分
の変更により、波形や周波数の異なる種々の単相あるい
は多相交流出力を得ることができ、アーク溶接やスポッ
ト溶接等の各溶接方法にさらには溶接対象物に適した溶
接電流を得ることができ、最適な条件での溶接が可能と
なる。

【０１３０】またこの発明に係る溶接装置によれば、マ
ルチアーク溶接を行うための溶接電源として、上記変換
部を複数設け、上記制御回路を、各変換部のスイッチ回
路を所定の時間差でもって順次切換制御するよう構成し
た、多相交流を出力する溶接電源を用いたので、フリッ
カの問題なく、３相，６相等の多相交流出力を得ること
ができ、またトランスが不要であるため、装置の小型，
軽量化とともに、大幅なコストダウンとなる効果があ
る。

【０１３１】またこの発明に係る溶接装置によれば、直
流電源に並列に接続された１次及び２次コイルを有する
変圧部と、変圧部への通電をオン・オフ制御する制御回
路とを備え、出力端子に、直流電源の低電圧と、上記変
圧部への通電のオン・オフ制御により２次コイルに自己
誘導される瞬間的な高電圧とを重畳して出力する溶接電
源を用いたので、アーク発生時に必要な高電圧を変圧部
への通電制御により発生し、その後は低圧の電源電圧に
よりアークを維持することができる。これにより通常の
アークに用いられる大きなトランスが不要となり、また
直流電流によりアークを安定に維持することができる効
果がある。

【０１３２】

【０１３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるアーク溶接装置を
説明するための図である。

【図２】該アーク溶接装置の動作を説明する図である。

【図３】従来の可飽和リアクトルを用いたアーク溶接機
を示す図である。

【図４】上記本発明のアーク溶接装置に搭載した溶接電
源の出力波形の調整例を示す図である。

【図５】上記第１実施例の変形例を説明するための波形
図である。

【図６】この発明の第２の実施例によるマルチアーク溶
接装置を説明するための図である。

【図７】上記第２実施例において溶接電極の数及び配置
等を変更した変形例を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例によるマルチアーク溶接
装置を示す図である。

【図９】上記第２実施例の変形例及び第３実施例におけ
る出力波形の説明図である。

【図１０】本発明の第４の実施例によるアーク溶接装置
の構成及び動作を説明するための図である。

【図１１】本発明の第５の実施例によるスポット溶接装
置を示す図である。

【図１２】本発明の第６の実施例によるスポット溶接装
置を示す図である。

【図１３】上記第６実施例によるスポット溶接装置の動
作を説明するための図である。

【図１４】本発明の第７の実施例による溶接装置に用い
る溶接電源の回路構成及びその変形例を示す図である。

【図１５】本発明の第８の実施例による溶接装置に用い
るフローティング方式の溶接電源の回路構成を示す図で
ある。

【図１６】本発明の第９の実施例による加熱装置の構成
及び動作を説明するための図である。

【図１７】本発明の第１０の実施例による加熱装置の構
成及び動作を説明するための図である。

【図１８】本発明の第１１の実施例による加振装置の構
成を説明するための図である。

【図１９】上記加振装置の振動発生部の構成例を示す図
である。

【図２０】上記加振装置を用いた機械装置の例を示す図
である。

【図２１】上記加振装置を用いた空気流発生装置を説明
するための図である。

【図２２】上記加振装置を用いた粒子混合装置及び研磨
装置を説明するための図である。

【図２３】本発明の第１２及び第１３の実施例による加
振装置を示す図である。

【図２４】磁歪共振による磁場振動の特別な場で生物の
成長や変化の研究を行う場合を示す図である。

【図２５】本発明の第１４の実施例による加振装置を示
す図である。

【符号の説明】

１ 直流電源 ２，２ａ〜２ｃ 変換部 ３，３１ スイッチ制御回
路 ４ 溶接電極 ５ 被溶接材 ６，６ａ〜６ｃ 出力端子 ７ ニュートラル端
子 ９ アーク １０ 加熱体（被成形
体） １６，１７ 保持具 １８，１９ 型部材 ２１，２１ａ〜２１ｃ スイッチ回路 ２２，２２ａ〜２２ｃ 飽和リアクトル ２４，２４ａ〜２４ｃ 正側接点 ２５，２５ａ〜２５ｃ 負側接点 １００，２００，２５０ 溶接電源 ３０５ スポット溶接部 ３０９，３１０ 加熱部 ３１１ 振動発生部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｂ 7/144 Ｈ０５Ｂ 7/144 Ｚ (56)参考文献 特開 昭58−163578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−55174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−214873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−22874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−176072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−141143（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−38759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−117565（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−181262（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−508050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/073 B23K 9/10 B23K 11/11 H02M 7/48 H02M 9/00 H05B 7/144

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相交流を溶接電極と被溶接材との間、
   あるいは被溶接材間に印加してアーク溶接を行う溶接装
   置において、直流電源の正及び負電圧に接続された正側
   及び負側接点を有し、正側及び負側接点の開閉、あるい
   は正側、負側接点間での切換が可能なスイッチ回路と、
   リアクタンス成分を有し該スイッチ回路に接続されたリ
   アクタンス回路とからなり、直流を交流に変換する変換
   部と、上記スイッチ回路の開閉動作あるいは切換動作を
   制御する制御回路とを備え、上記変換部の出力端子に上
   記単相交流を出力する溶接電源を備えており、リアクタ
   ンス回路を、リアクタンス制御信号に基づいてそのリア
   クタンス成分が変化するよう構成するとともに、上記制
   御回路を、タイミング制御信号に基づいて上記スイッチ
   回路での正側及び負側接点の開閉動作、及び正側、負側
   接点間での切換動作のタイミングを変更可能に構成し、
   上記リアクタンス制御信号及びタイミング制御信号の一
   方あるいは両方により、出力波形の形状及び交流出力の
   周波数の一方、あるいはこれらの両方を経時的に変化さ
   せるようにしたことを特徴とする溶接装置。
2. 【請求項２】 複数の溶接棒のそれぞれに多相交流の各
   相を印加して、各溶接棒と被溶接材間及び該溶接棒相互
   間でアークを発生させてマルチアーク溶接を行う溶接装
   置において、直流電電の正及び負電圧に接続された正側
   及び負側接点を有し、正側及び負側接点の開閉、あるい
   は正側、負側接点間での切換が可能なスイッチ回路と、
   リアクタンス成分を有し該スイッチ回路に接続されたリ
   アクタンス回路とからなり、直流を交流に変換する複数
   の変換部と、上記スイッチ回路の開閉動作あるいは切換
   動作を制御する制御回路とを備え、上記変換部の出力端
   子に上記多相交流を出力する溶接電源とを備えており、
   リアクタンス回路を、リアクタンス制御信号に基づいて
   そのリアクタンス成分が変化するよう構成するととも
   に、上記制御回路を、タイミング制御信号に基づいて上
   記スイッチ回路での正側及び負側接点の開閉動作、及び
   正側、負側接点間での切換動作のタイミングを変更可能
   に構成し、上記リアクタンス制御信号及びタイミング制
   御信号の一方あるいは両方により、出力波形の形状及び
   交流出力の周波数の一方、あるいはこれらの両方を経時
   的に変化させるようにしたことを特徴とする溶接装置。
3. 【請求項３】 被溶接材を一対の溶接電極により圧接挟
   持し、単相交流を上記一対の溶接電極間に印加してスポ
   ット溶接を行う溶接装置において、直流電源の正及び負
   電圧に接続された正側及び負側接点を有し、正側及び負
   側接点の開閉、あるいは正側，負側接点間での切換が可
   能なスイッチ回路と、リアクタンスを有し該スイッチ回
   路に接続されたリアクタンス回路とからなり、直流を交
   流に変換する変換部と、上記スイッチ回路の開閉動作あ
   るいは切換動作を制御する制御回路と備え、上記変換部
   の出力端子に上記単相交流を出力する溶接電源とを備え
   ており、リアクタンス回路を、リアクタンス制御信号に
   基づいてそのリアクタンス成分が変化するよう構成する
   とともに、上記制御回路を、タイミング制御信号に基づ
   いて上記スイッチ回路での正側及び負側接点の開閉動
   作、及び正側、負側接点間での切換動作のタイミングを
   変更可能に構成し、上記リアクタンス制御信号及びタイ
   ミング制御信号の一方あるいは両方により、出力波形の
   形状及び交流出力の周波数の一方、あるいはこれらの両
   方を経時的に変化させるようにしたことを特徴とする溶
   接装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のスポット溶接装置におい
   て、上記一対の溶接電極の加圧を、上記単相交流と同期
   して変化する加圧力により、あるいは該加圧力に一定の
   加圧力を重畳した振動加圧力により行うことを特徴とす
   る溶接装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の溶
   接装置において、上記溶接電源は、上記各変換部の出力
   端子での電流、電圧特性として、出力電圧が瞬時にピー
   ク値に達する立ち上り特性と、その後出力電流の増加と
   ともに出力電圧が急峻に立ち下がる垂下特性とを有する
   ことを特徴とする溶接装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の溶接装置において、上記
   溶接電源に代えて、直流電源に並列に接続された１次及
   び２次コイルを有し、１次入力を昇圧して２次側に出す
   る変圧部と、上記該２次コイルに並列接続されたコンデ
   ンサと、上記直流電源から変圧部の１次及び２次コイル
   への通電をオン・オフ制御する制御回路とを備え、直流
   電源の低電圧と、上記変圧部への通電のオン・オフ制御
   により発生する瞬間的な高電圧とを重畳して出力する溶
   接電源を用いることを特徴とする溶接装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の溶接装置において、上記
   溶接電源に代えて、 直流電源に逆方向に並列接続された
   ２組の直流接続のダイオードと、各組のダイオードの接
   続点間に接続された単相交流電源とからなり、上記直流
   電源を充電する充電回路と、上記直流電源に並列接続さ
   れた１次及び２次コイルを有し、１次入力を昇圧して２
   次側に出力する変圧部と、上記直流電源の２次コイルへ
   の通電をオン・オフ制御する制御回路とを備え、直流電
   源の低電圧と、上記変圧部への通電のオン・オフ制御よ
   り発生する瞬間的な高電圧とを重畳して出力する溶接電
   源を用いることを特徴とする溶接装置。