JPH0441082A

JPH0441082A - スポット溶接装置

Info

Publication number: JPH0441082A
Application number: JP15058790A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 佐藤　亮拿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-08
Filing date: 1990-06-08
Publication date: 1992-02-12
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2913605B2

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】〔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、スコツト配線や３相似周波
方式、インバータ一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、上述のスコツト配線等は、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相似周波
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一方式が多く採用され、これは交
流を整流した後、周波数を約数百すイクル〜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相交流電源と、
３相交流の供給を、例えば各相の約１２０゜〜約１８０
＠の範囲のみ行うよう制御する位相制御回路と、１次側
に３つの１次コイルを、２次側に１つの２次コイルを巻
回した単相鉄芯を有し、上記３つの１次コイルが上記位
相制御回路を介して３相交流電源に接続された変圧部と
を備え、単相交流を出力する電源装置を用い、該電源装
置の単相出力を一対の溶接電極間に印加するようにして
スポット溶接を行うようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては上記のような構成としたから、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。

〔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０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８０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、２
０ｃ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、２０ｃ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図ら
）（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（ハ）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ＡＩ、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、製造コストも大幅に低減できる。

■　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１８
０°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、−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１８０１で位相制御すれば、２次側に上記のよう
な６０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スポット溶接、つまり変圧部から
か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図中）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（ハ）のように、−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（ロ）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を中心に上下動せ
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
（ロ）のような溶接電流１．に対し、第７図（ａ）の−
点鎖線Ｐｃ、で示すエアー加圧（加圧力Ｐ、）を行うこ
とにより実際の溶接電流１１を得ていた。しかるにこれ
は実際の溶接電流波形Ｉ。

の零点やその近傍の電流小なる領域でも大なる加圧力Ｐ
＋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■が正弦波形ＩＩ
である場合は、これが最大１、となるとき（１＝１．）
に加圧力ＰがＰ、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■が０のときは加圧力ＰもＯ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。

このようなことから、本実施例では第２の２次コイル２
０を用いて第１の２次コイル８による溶接電流１．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Ｉ”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（溶接待以外）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０例えば従来３１ｍ厚のＡＩ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。

ところがこの場合、スポット溶接電流Ｉ、と加圧波形Ｐ
ｓ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ＰｃｏＣ加圧力Ｐ、）を与え、この−定加圧ＰＣ
＋１に、上記溶接電流Ｉ、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〕

以上のようにこの発明によれば、３相交流電源と、３相
交流の供給を各相の約１２０゜〜１８０゜の範囲のみ行
うよう制御する位相制御回路と、１次側に３つの１次コ
イルを、２次側に１つの２次コイルを巻回して鉄芯を有
し、上記３つの１次コイルが上記位相制御回路を介して
３相交流電源に接続された変圧器とを備え、単相交流を
出力する電源装置を備え、これを用いてスポット溶接を
行うようにしたので、電源出力として３倍周波の鋸歯状
波形が得られ、小型、軽量で効率のよいスポット溶接装
置が得られる効果がある。

【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−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３相交流電源に接続される端子と、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
と、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、上記３相の１次コイルが
上記位相制御回路を介して３相交流電源に接続された変
圧部とを備え、単相交流を出力する電源装置を備え、該電源装置の単相出力を一対の溶接電極間に印加するよ
うにしたことを特徴とするスポット溶接装置。
（２）請求項１記載のスポット溶接装置において、上記
変圧器は１次側に３つの１次コイルを、２次側に１つの
２次コイルを有するものであることを特徴とするスポッ
ト溶接装置。
（３）請求項２記載のスポット溶接装置において、上記
位相制御回路は３相交流の供給を各相の約１２０゜〜約
１８０゜の範囲のみ行うよう制御するものであることを
特徴とするスポット溶接装置。
（４）請求項３記載のスポット溶接装置において、上記
３つの１次コイルのうちの１相を逆相としたことを特徴
とするスポット溶接装置。
（５）請求項４記載のスポット溶接装置において、逆相
にしたのは第３相であり、上記位相制御回路は第１相を約１２０゜〜約１８０゜で
点弧し、第２相を約０゜〜約１８０゜で点弧し、第３相
を約６０゜〜約１８０゜で点弧するものであることを特
徴とするスポット溶接装置。
（６）請求項２記載のスポット溶接装置において、上記
位相制御回路は第１相及び第２相をそれぞれ約１２０゜
〜約１８０゜の範囲で点弧し、第３相を点弧しないもの
であることを特徴とするスポット溶接装置。
（７）請求項１記載のスポット溶接装置において、上記
変圧器は１次側に２つの１次コイルを、２次側に１つの
２次コイルを有するものであり、上記位相制御回路は３
相交流の供給を各相の約１２０゜〜約１８０゜の範囲の
み行うよう制御するものであることを特徴とするスポッ
ト溶接装置。
（８）請求項１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、上記単相出力と同期して変化
する加圧力により行うことを特徴とするスポット溶接装
置。
（９）請求項１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、一定加圧力に、上記単相出力
と同期して変化する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スポット溶接装置。