JP6331198B2

JP6331198B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JP6331198B2
Application number: JP2015156900A
Authority: JP
Inventors: 甲斐　美利; 美利甲斐; 甲斐　孝治; 孝治甲斐; 和生寳山; 和裕橋爪; 熙永井; 一宏鈴木
Original assignee: Koyo Giken Co Ltd
Current assignee: Koyo Giken Co Ltd
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: JP2017035707A

Description

本発明は、鋼板などの金属板を片側電極でスポット溶接する片側スポット溶接方法および溶接装置に関する。

スポット溶接は、自動車などの車両の製造ラインから一般産業に使われる制御装置の筐体接合などに広く使われている。
スポット溶接は、一般的には上下の電極で鋼板などの被溶接物を挟持し電流が印加され溶接される（特許文献１、特許文献２、特許文献３、参照）。
しかし、近年上下の電極とせず、一方向から二つの電極を押付けて溶接するいわゆる片側溶接の発明が多く見られるが、技術的にはかなり難しい面がある（特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７参照）。
上記とは別に、本願発明者等は特許文献８、特許文献９を提案し、スポット溶接の従来技術に対しての改善を試みて来た。

特開２００８−１０５０４１号公報特開２００９−２９１８２７号公報特開２０１１−５５４４号公報特開２０１１−３１２６９号公報特開２０１２−７１３１１号公報特開２０１２−９６２４９号公報特開２０１３−５２４２７号公報特開２０１２−２１０６５４号公報特開２０１３−１７９２０５号公報

本発明は、本願の発明者等が先に特許文献８、特許文献９で提案した抵抗溶接用の溶接トランス、溶接方法、溶接装置を活用し、二枚の鋼板を片側溶接する溶接方法である。
本発明では、先に提案した特許文献８、特許文献９を活用することと、更に、新たに提案した片側電極を用い、被溶接物（鋼板）にプロジェクションや逃がし孔を付加することなどで、保護シート付の鋼板や、片面塗装した鋼板にも、一方向から容易にスポット溶接できることを課題とする。更に、極めて短い通電時間により材料の美麗さを損なわず、かつ、消費電力を節減する溶接方法を課題とするものである。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
〈片側スポット溶接方法〉
平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、
高周波交流を前記溶接トランスの１次コイル１２に供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御電源装置と、
を備えた溶接装置に用いられる片側スポット溶接方法において、
前記溶接ガン７５を、先端部分と基端部分の双方が同一方向に直角に曲がったコ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６の両端部分が直角に曲がった側の面と反対側の面の長手方向に沿って摺動可能であり、先端部分が前記ガン本体７６の先端部分と同一方向に直角に曲がり、先端が前記ガン本体７６の先端に達する長さを有するＬ字状形状の摺動導電体７７とで構成し、
前記溶接ガン７５に装着する片側電極８０を、前記ガン本体７６と導通し、先端に絶縁リング８３が設けられた円柱状形状の内側電極８２と、前記摺動導電体７７と一体化し、軸方向に前記内側電極８２を内挿可能な両端が開口した筒状形状の外側電極８１と、前記内側電極８２の先端に装備される絶縁リング８３とで構成し、
溶接する２つの被溶接物５ａ、５ｂのうち、一方の被溶接物５ａには、前記内側電極８２が通過可能な大きさの逃がし孔を形成するとともに、他方の被溶接物５ｂと合わさる側の面の前記逃がし孔７の周囲に複数個のプロジェクション６を形成し、
前記片側電極８０の前記内側電極８２を前記被溶接物５ａに設けた前記逃がし孔７に挿入して前記逃がし孔７の内側で前記被溶接物５ｂを押圧し、同時に前記片側電極８０の前記外側電極８１の先端で前記被溶接物５ａの前記逃がし孔７の周囲を押圧し、この状態で前記内側電極８２と前記外側電極８１の間に給電して前記２つの被溶接物５ａ、５ｂを溶接する。

〈溶接装置〉
平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、
高周波交流を前記溶接トランスの１次コイル１２に供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御電源装置と、
を備えた溶接装置において、
先端部分と基端部分の双方が同一方向に直角に曲がったコ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６の両端部分が直角に曲がった側の面と反対側の面側で前記ガン本体７６と併設され、先端部分が前記ガン本体７６の先端部分と同一方向に直角に曲がり、先端が前記ガン本体７６の先端に達する長さを有するＬ字状形状の摺動導電体７７と、前記摺動導電体７７が前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動できるように前記摺動導電体７７と前記ガン本体７６を連結する直動ガイド７８とで構成される溶接ガン７５と、
前記溶接ガン７５に装着され、前記ガン本体７６と導通し、円柱状形状の内側電極８２と、前記摺動導電体７７と一体化し、軸方向に前記内側電極８２を内挿可能な両端が開口した筒状形状の外側電極８１と、前記内側電極８２の先端に装備される絶縁リング８３とで構成される片側電極８０と、
を更に備え、
内側電極８２が通過可能な大きさの逃がし孔が形成されるとともに、一方の面の前記逃がし孔の周囲に複数個のプロジェクションが形成された被溶接物５ａ及び被溶接物５ａのプロジェクションが形成された側の面に合わされる被溶接物５ｂに対し、前記内側電極８２を前記被溶接物５ａに設けた逃がし孔７に挿入して前記逃がし孔７の内側で前記被溶接物５ｂを押圧し、同時に前記外側電極８１の先端で前記被溶接物５ａの前記逃がし孔７の周囲を押圧し、この状態で前記内側電極８２と前記外側電極８１の間に給電して前記２つの被溶接物５ａ、５ｂを溶接する。

（１）正側導体３０と負側導体３２とを絶縁層を介して密着させ、正側コイル１４と負側コイル１６との間に１次コイル１２を挟むように配置したので、２次回路の転流時のインダクタンスが低減して、転流時間が短くなり、これによって高い周波数のインバータ制御が可能になる。
（２）複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６との間に分割巻きされた１次コイル１２の各部を挟むように配置したので、トランス全体の熱分布が均一になる。
（３）１次コイルと２次側の正側コイルと負側コイルとを分割巻きしたので、１次２次コイル間の結合が良くなり、２次側の大電流による磁気飽和を防止できる。
（４）１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６との関係がどの場所でも均等で互いに密接して配置させることができる。
（５）この結果として高速で大電流の図８に示すような溶接制御に追随できる溶接トランスが、得られ、これらを有する溶接装置を使用することと、また、通電時間が極めて短いため、溶接部裏面の焼けや圧痕のない外観が得られ、かつ、消費電力を低減するスタッド溶接方法が得られる。
（６）溶接ガンと片側電極の効果
被溶接物である溶接スタッド８を、溶接ガン７５の先端に装着した片側電極８０の内側電極８２に把持して、もう一方の被溶接物である鋼板５を押圧し、さらに外側電極８１で被溶接物（鋼板）５を押圧する。この状態で、内側電極８２に溶接電流を供給する。このとき溶接スタッド８のフランジ部９２と被溶接物（鋼板）５を経由して、外側電極８１に電流が流れる。これにより、プロジェクション９が溶融し、被溶接物どうしが接合して、一方向からの操作によるスタッド溶接が完了する。
（７）外側電極８１を支持する摺動導電体７７と内側電極８２を支持するガン本体７６を直動ガイド７８で摺動可能に連結しているので、外側電極８１が内側電極８２を案内することがないことから、内側電極８２と外側電極８１との間での摩擦の発生を無くすことができる。これにより、長期に亘って使用しても、常に安定した溶接品質を得ることができる。

本発明で採用する溶接装置の電源回路の結線図である。整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。（ａ）は溶接トランスの１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す図である。本発明に係る溶接トランスの実施例を示す分解斜視図である。ほぼ組み立てを完了した溶接トランスの斜視図である。本発明に係る溶接装置のブロック図である。本発明に係る溶接電流制御方法の説明図である。本発明に係る被溶接物である鋼板のプロジェクション及び電極の逃がし孔の実施例を示す図である。本発明に係る溶接ガンの事例を示す図である。本発明に係る片側電極の一事例で、被溶接物を押圧前の状態を示す図である。本発明に係る片側電極の一事例で、被溶接物を押圧時の状態を示す図である。溶接時の電流の流れを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例１で詳細に説明する。

図６は、本発明で採用する溶接装置の溶接トランス１０である。更に図８は溶接制御方法を示したものである。図７はこれらを有する溶接装置を示すブロック図である。本発明はこれらの装置を使用して実施している。

図１は、本発明で採用する溶接装置の電源回路の結線図である。
溶接トランス１０の１次コイル１２には、後で図４を用いて説明する１次電流が供給される。整流回路は、単相全波整流式を採用する。この回路自体は良く知られている。２次コイル自体に極性を考慮する必要はないが、便宜上、溶接トランス１０の２次コイルを、正側コイル１４と負側コイル１６とを直列接続したものと呼ぶことにする。正側コイル１４の一端に整流素子１８の一端（アノード）を接続し、負側コイル１６の一端に整流素子２０の一端（アノード）を接続し、整流素子１８の他端（カソード）と整流素子２０の他端（カソード）をまとめてプラス電極２２に接続する。正側コイル１４の他端と負側コイル１６の他端は接続点を介して連結しているが、この接続点をマイナス電極２４に接続する。プラス電極２２とマイナス電極２４に溶接機２８が接続される。

図２は、整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す図である。図３は整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す図である。
回路動作上問題になる等価的なインダクタンス成分を図２と図３に書き加えた。即ち、正側コイル１４と整流素子１８を接続する正側導体３０と、負側コイル１６と整流素子２０を接続する負側導体３２、及び溶接機２８内部の導体のインダクタンスが、溶接装置の性能に影響を及ぼすと考えられる。

溶接トランス１０や溶接機２８に発生する大量の熱の発生を抑制することができれば、溶接装置の省エネルギ化を図ることができる。従来よりも大電流を短時間に溶接部に供給するように制御して、溶接時間を短縮すれば、大きな節電効果が期待できる。
一方、溶接される材料や構造等に最適な溶接電流を供給するためには、溶接電流の供給時間をきわめて高精度に制御しなければならない。
このために、溶接電流を供給する溶接トランス１０の１次側にインバータ（図示略）を接続して、ＰＷＭ制御により溶接電流の大きさと供給時間とを制御することが行われている。

図４の（ａ）は溶接トランス１０の１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す図である。
図示しないインバータにより制御された幅Ｗのパルスが、一定時間Ｈ内に一定回数、ここでは正方向のパルスと負方向のパルスとで合計１０回、溶接トランス１０の１次コイル１２に供給される。その結果、溶接トランス１０の１次コイル１２（図１参照）には、図４（ｂ）に示すような電流が流れる。溶接トランス１０の２次側で全波整流することで、図４の（ｃ）に示すような溶接電流が発生する。

図４の（ａ）に示したパルスの幅Ｗを増減すると溶接電流を調整できる。また、パルスの供給回数を増減すれば溶接時間を調整できる。このパルスの繰り返し周波数を高くすると、溶接時間をより細かく微調整できる。溶接トランス１０の１次コイル１２に供給する電力を増やせば、２次コイルからより大きな溶接電流を取り出すことができる。

従来の溶接装置は、例えば、１万アンペアで２００ｍ秒〜７００ｍ秒の溶接電流を供給するようにしていたが、溶接電流をその２倍の２万アンペアにしてみる。溶接装置は、溶接部以外の場所で熱エネルギになって消費される電力損失がきわめて大きい。従って、溶接電流を２倍にして、溶接時間を１０分の１に短縮すると、消費電力を５分の１にすることができる。これで、従来の１万アンペアでの溶接と同等の溶接品質が可能になる。

一方、溶接電流を供給するためのインバータの制御パルスは、従来、繰り返し周波数が１ｋＨｚ程度のものを使用していた。しかしながら、大電流を短時間供給するには、もっと分解能の高い制御パルスが必要になる。望ましくは、繰り返し周波数が５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度のパルスを使用することが望ましい。

このように、従来の数倍から数十倍の高い繰り返し周波数のパルスを１次コイルに供給した場合に、従来構造の溶接トランスでは、予定した溶接電流が得られないことがわかった。即ち、このような制御で溶接トランスの２次コイルから大電流を出力するためには、溶接トランスの構造に様々な改善が要求される。

図１に示すような２個の整流素子１８、２０を使用した全波整流型の２次回路は、ブリッジを使用した回路に比べて整流素子数が少なく、小型化できて電力損失も少ないため、溶接装置に適することが知られている。

しかしながら、この回路では、溶接トランス１０の１次コイル１２に流れる電流の極性反転によって、２次コイルに誘起される電圧が極性反転したとき、一方の整流素子を通じて供給されていた負荷電流が他方の整流素子側に流れを変える転流が生じる。

溶接電流が大電流になると、回路各部のインダクタンスに蓄積された電流エネルギは非常に大きくなる。この電流エネルギが一方の整流素子から他方の整流素子の側に移る転流時間は、図２や図３に示した２次コイルの各部のインダクタンスが大きいほど長くなる。

図４に示した１次コイル１２の電流の立ち下がり開始から反対極性の電流の立ち上がり終了までの時間Ｍの間に２次回路の転流が完了しないと、２次電流の立ち上がりが遅れて、図４の破線に示すように、予定した溶接電流が得られなくなる。

図５、図６に示した溶接トランス１０は特許文献９で提案した溶接トランスの事例と同等のものであり、高速で精密な大電流の溶接制御に追随可能なものである。また、図８には溶接電流制御方法の一例を示し、大電流を極く短い時間通電し、通電時間は５０ｍ秒以下に抑えることができる。これは従来の通電時間の５分の１程度である。

本発明での被溶接物（鋼板）５ａ、５ｂそれぞれの形状の実施例を図９に示す。
この例では上の鋼板５ａの下の面に３個所のプロジェクション６を同一円周上に配置している。
プロジェクション形状は製品の用途により、溶接裏面の外観品質を保つためには、小さなプロジェクションとし、溶接強度を優先するときは大きなプロジェクションとし、選択して用いる。
また、上の鋼板（被溶接物）５ａには、下の鋼板（被溶接物）５ｂに給電するための電極の逃がし孔７を設けている。

本発明で使用する溶接ガン７５を図１０に示す。溶接ガン７５の先端には片側電極８０が装備されている。この片側電極８０は、下側電極を必要とせず一方向から溶接できる構造を有したものである。

図１０に示す事例ではコ字状形状の溶接ガン７５で、溶接トランス１０からの給電を、一方は溶接ガン７５のガン本体７６から、他方はＬ字状形状をした摺動導電体７７から給電している。

図１０、図１１で溶接ガン７５と片側電極８０との給電構造を説明する。
図１０の溶接ガン７５はコ字状形状をした溶接ガンの事例で、ガン本体７６が一方の電極の導電体を形成し、他方の電極には、ガン本体７６の外側にＬ字状形状の摺動導電体７７を配置する。
すなわち、ガン本体７６は、先端部分と基端部分の双方が同一方向に直角に曲がったコ字状形状を成している。摺動導電体７７は、ガン本体７６の両端部分が直角に曲がった側の面と反対側の面側でガン本体７６と併設され、先端部分が前記ガン本体７６の先端部分と同一方向に直角に曲がり、先端がガン本体７６の先端に達する長さを有するＬ字状形状を成している。ガン本体７６と摺動導電体７７は、摺動導電体７７がガン本体７６の長さ方向に沿って摺動できるように直動ガイド７８で連結されている。溶接ガン７５の先端には片側電極８０が装着される。

さらに、図１１、図１２には片側電極８０と被溶接物５ａ、５ｂの給電構造を示している。片側電極８０は、ガン本体７６と導通し、円柱状形状の内側電極８２と、摺動導電体７７と一体化し、軸方向に内側電極８２を内挿可能な両端が開口した筒状形状の外側電極８１と、内側電極８２の先端に装備される絶縁リング８３とで構成される。被溶接物５ａには、図９の事例に示すように、内側電極８２が通過可能な大きさの逃がし孔７が形成されており、また一方の面の逃がし孔７の周囲に複数個のプロジェクション６が形成されている。被溶接物５ｂは、被溶接物５ａのプロジェクション６が形成された側の面に合わされる。片側電極８０の内側電極８２は被溶接物５ｂを、外側電極８１は被溶接物５ａを押圧給電してこれらのプロジェクション６を溶融し溶接する。即ち、内側電極８２を被溶接物５ａに設けた逃がし孔７に挿入して逃がし孔７の内側で被溶接物５ｂを押圧し、同時に外側電極８１の先端で被溶接物５ａの逃がし孔７の周囲を押圧し、この状態で内側電極８２と外側電極８１の間に給電して溶接する。絶縁リング８３は内側電極８２が逃がし孔７への挿入時に、被溶接物５ａの板厚面との接触を防止するものである。
図１１は溶接ガン７５が降下して被溶接物５ｂに接触した時点の状態である。内側電極８２が外側電極８１より突出しているが、これは被溶接物５ａの逃がし孔７に先に挿入するためである。ここでの事例では、図１０に示す摺動導電体７７の上部のエアシリンダ７９で摺動導電体７７と共に外側電極８１を持ち上げる操作をしている。
更に溶接ガン７５が降下し、中央部の逃がし孔７部で内側電極８２が先に被溶接物５ｂを押圧、同時に持ち上げエアシリンダが解除され、外側電極８１が被溶接物５ａを押圧する。
図１２は被溶接物５ａ、５ｂが押圧された状態を示す。内側電極８２は溶接ガン７５の上部に配置したエアシリンダ（図示せず）により加圧する。外側電極８１は弾性材のばね８８の撓みにより加圧する。

この加圧状態で溶接電流が印加され、３個所のプロジェクション６が溶融し、被溶接物（鋼板）５ａ、５ｂが接合する。
ここでは、溶接電流として大電流が極めて短い時間の印加であるため、プロジェクション６のみ溶融し、瞬間的に加熱された被溶接物（鋼板）５ｂの表面に溶着する。
図１３に溶接時の電流の流れＥを矢印で示している。ここでは、被溶接物５ａのプロジェクション６の真上を外側電極８１で押圧給電し、内側電極８２へと通電している。
また、通電時間は最大５０ミリ秒と非常に短いため、溶接した鋼板の裏面は熱による焼けや圧痕、歪が少ない美麗な面が確保できる。

図７に示す本発明の溶接装置は、図５、図６に示した溶接トランス１０や、図８に示した制御方法の溶接制御電源装置１１、および、溶接条件データベースに蓄積した記憶装置１３などを具備している。この装置を用いて、溶接ガン７５の先端に装着した片側電極８０で被溶接物５ａ、５ｂを抵抗溶接する。従来の溶接ナゲットと比較すると、ナゲットが円弧上に複数点あるので単点のナゲットと比較し、高いトルク剥離溶接強度が得られる。

本発明での溶接電流制御方法の概要を図８に示すが、板厚１ｍｍの鋼板同士を片側電極８０で溶接する溶接条件を一例として記述する。それは、１万４千アンペアの溶接電流を３０ｍ秒の通電時間と極めて短い通電時間での溶接条件での溶接が可能である。一方、従来のスポット溶接は溶接電流が６千７百アンペアで通電時間は２４０ｍ秒（１２サイクル）程度である。これに比べると、一事例ではあるが、本発明での通電時間は約８分の１で良いこととなる。概していうと本発明での溶接電流制御方法は、大電流を極めて短い時間通電することである。

従来、一般的なスポット溶接方法、溶接条件で一方向から片側電極で溶接することは、先行文献４から６の事例のようにかなり難しい面がある。
しかし、本発明は上述のように大電流を短時間通電する制御方法を活用し、それに追随可能な溶接トランス１０を使用し、こういった条件の中、先に示した片側電極８０や被溶接物に配置したプロジェクション６や逃がし孔７を適用することで一方向から、保護シート付の鋼板や、片面塗装した鋼板に容易に溶接できる。また、通電時間が極めて短いため、溶接した鋼板の裏面に圧痕や熱による焼け、歪が少なく外観面での利点もある。その上、従来のスポット溶接と比較し、消費電力の低減が可能である。

スポット溶接する薄い鋼板の溶接作業が一方向から効率良くでき、また、溶接品質を向上させ、かつ消費電力の節減に寄与できる。

１抵抗溶接機
５ａ被溶接物（鋼板）
５ｂ被溶接物（鋼板）
６プロジェクション
７逃がし孔
１０溶接トランス
１１溶接制御電源装置
１２１次コイル
１３記憶装置
１４正側コイル
１６負側コイル
１８整流素子
２０整流素子
２２プラス電極
２４マイナス電極
２５磁心
２８溶接機
３０正側導体
３１絶縁層
３２負側導体
３４第１極板
３６第２極板
３８第３極板
４４第１連結極板
４６第２連結極板
４８第３連結極板
５８入力端子
６２接続基体
７５溶接ガン
７６ガン本体
７７摺動導電体
７８直動ガイド
７９エアシリンダ
８０片側電極
８１外側電極
８２内側電極
８３絶縁リング
８８ばね
９１載置台
Ｅ溶接電流の流れ

Claims

平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、
高周波交流を前記溶接トランスの１次コイル１２に供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御電源装置と、
を備えた溶接装置において、
先端部分と基端部分の双方が同一方向に直角に曲がったコ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６の両端部分が直角に曲がった側の面と反対側の面側で前記ガン本体７６と併設され、先端部分が前記ガン本体７６の先端部分と同一方向に直角に曲がり、先端が前記ガン本体７６の先端に達する長さを有するＬ字状形状の摺動導電体７７と、前記摺動導電体７７が前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動できるように前記摺動導電体７７と前記ガン本体７６を連結する直動ガイド７８とで構成される溶接ガン７５と、
前記溶接ガン７５に装着され、前記ガン本体７６と導通し、円柱状形状の内側電極８２と、前記摺動導電体７７と一体化し、軸方向に前記内側電極８２を内挿可能な両端が開口した筒状形状の外側電極８１と、前記内側電極８２の先端に装備される絶縁リング８３とで構成される片側電極８０と、
を更に備え、
内側電極８２が通過可能な大きさの逃がし孔が形成されるとともに、一方の面の前記逃がし孔の周囲に複数個のプロジェクションが形成された被溶接物５ａ及び被溶接物５ａのプロジェクションが形成された側の面に合わされる被溶接物５ｂに対し、前記内側電極８２を前記被溶接物５ａに設けた逃がし孔７に挿入して前記逃がし孔７の内側で前記被溶接物５ｂを押圧し、同時に前記外側電極８１の先端で前記被溶接物５ａの前記逃がし孔７の周囲を押圧し、この状態で前記内側電極８２と前記外側電極８１の間に給電して前記２つの被溶接物５ａ、５ｂを溶接する溶接装置。