JPH10216947A - スタッド溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 母材に確実に溶接することができ、かつ作業
者への安全性を高め、溶接電源部を携帯可能に小型軽量
化し、作業能率を高める。 【解決手段】 ガン６の先端に、チャック６１、その軸
線に平行で、軸線を中心とする円周上に等間隔で突設さ
れた３本の脚棒６２及びその円周内に突設されたアース
棒６３を備える。各脚棒６２の先端を母材４に当接した
とき、チャック６１の軸線が母材に対して垂直に維持さ
れ、かつ丸棒の両端を尖鋭化したスタッド１及びアース
棒６３が母材に圧接される。アース棒６３とスタッド１
及び各脚棒６３を結ぶ信号回路が母材４により閉鎖され
たのち、ガン６のトリガー６５を引くことにより、溶接
電流が流れるようにし、かつガン６と溶接電源部を結ぶ
溶接導線とアース導線を同一ケーブル６９内に収納し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】主としてダクトやパネル材などの
母材に、例えば断熱材や防音材等の被覆材を添着する目
的で、母材にピン状のスタッドを立設するために使用さ
れる携帯可能なスタッド溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダクトに被覆材を添着させるため、図１
に示したように、細い金属棒２１の一方の側の先端に皿
状円盤２３を備え、多端に金属棒より太くなったフラン
ジ２４と、そのフランジ２４の先端面にへそ状の小突起
２２を設けた皿ピン２をスタッドとして、ダクトに溶接
する方法が知られている。この方法は、まず被覆材３を
ダクトの母材４に添わせ、つぎにドライバー等で被覆材
３にガイド穴をあけ、溶接ガンのマグネットに皿ピン２
を吸着した状態でガイド穴に挿入し、皿ピン２を母材４
に圧接して、そのへそ状の小突起２２側と母材４間でス
タッド溶接するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この方法は皿ピン２の
スタッド溶接作業で、その皿状円盤２３部分によりダク
トに被覆材３を添着することができるという長所があ
る。しかし溶接時に皿ピン２の先端が被覆材３により隠
されて目視できないため、かなり熟練しないと皿ピン２
をダクトの母材４に対して垂直になるように溶接するこ
とができず、斜めに溶接するとその溶接強度は極端に低
下するという作業上の問題点がある。

【０００４】そのうえ、先端にへそ状の小突起２２とフ
ランジ２４を設け、かつ他端に皿状円盤を垂直に取り付
けた皿ピン２はスタッド製作費が高く、このため施工材
料コストが高くなる。かつ被覆材３にガイド穴を設けな
ければ皿ピン２の挿通が困難である。またダクトの下面
の施工の場合、溶接前に何らかの手段で被覆材３を母材
４に添わせておかなければならない。さらに被覆材３の
周りでアーク溶接が行われるから、被覆材３が不燃性の
材料でなければならない。また、被覆材３がアルミ箔で
覆われている場合、皿ピン２に電気絶縁塗装を施す必要
があるので、皿ピン２のスタッド製作費がさらに高くな
り、施工材料コストが割高となる。

【０００５】このようなスタッドを溶接するための装置
の電源部は、１０ｋｇ以上で持ち運びが困難なため地上
に設置し、６〜１０ｍの溶接電源ケーブルでガンに連結
されている。そして溶接電源ケーブルは溶接導線とアー
ス導線とに分離されており、その各々は１４ｍｍ^２以上
の導線で構成されているほか、溶接制御用導線も別にな
っているから、重くて屈曲性が悪く、ガンの移動は作業
者にとって大きな負担となっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明では、ガンの先端に、溶接する丸棒の両
端を尖鋭化したピン状のスタッドを挟持するチャック、
チャックの軸線に平行で、軸線を中心とする垂直円周上
に等間隔で突設された３本の脚棒、及びその円周内に突
設されたアース棒を備え、各脚棒の先端を母材に当接さ
せたとき、チャックの軸線が母材に対して垂直に維持さ
れ、かつチャックに挟持されたスタッドの先端及びアー
ス棒の先端が母材に圧接されるとともに、アース棒とス
タッド及び各脚棒を結ぶ全信号回路が母材により閉鎖さ
れたことを検出したのち、ガンのトリガーを引くことに
より、スタッドと母材間に溶接電流が流れる安全機構を
備え、かつガンと溶接電源部とを連結する溶接導線とア
ース導線を同一ケーブル内に収納したことを特徴とする
スタッド溶接装置を提案する（請求項１）。

【０００７】また上記の発明において、ガンと溶接電源
部とを連結するケーブル内に溶接制御用導線をも内蔵し
たスタッド溶接装置も提案する（請求項２）。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明のスタッド溶接装置の実
施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図２は本
発明のスタッド溶接装置のガン６を、母材４に近づけた
状態を示す一部断面の側面図である。ガン６の先端に、
溶接するスタッド１を挟持するチャック６１、チャック
６１の軸線に平行で、軸線を中心とする垂直円周上に等
間隔で突設された金属製の３本の脚棒６２，６２，６２
及びその円周内に突設されたアース棒６３を備えてい
る。すなわち、溶接電流の給電点であるチャック６１を
母材４の溶接点に近づけてスタッド１による電気抵抗を
小さくし、かつの母材４の溶接点にアース棒６３の先端
６４を近接させることにより母材による電気抵抗を小さ
くして、溶接電流の損失を少なくしている。

【０００９】そして、図３に示すようにガン６を母材４
に押しつけたとき、各脚棒６２，６２，６２の先端が母
材４に当接し、チャック６１の軸線が母材４に対して垂
直に維持されるようになっている。従って、溶接時にス
タッド１の溶融した先端は、確実に母材４の溶融した部
分の中心に押しつけられ、スタッド１は母材４に強固に
溶着される。

【００１０】そのうえ、本発明のスタッド溶接ガン６を
母材４に押しつけたとき、アース棒６とスタッド１及び
各脚棒６２，６２，６２を結ぶ全信号回路が母材４によ
り閉鎖される。そしてその各回路を流れる微弱な信号電
流により、直列に挿入された各リレーが作動してはじめ
て、スタッド溶接ガン６のトリガー６５を引くことによ
り、スタッド１と母材４間に溶接電流が流れるように安
全機構が設けられている。このとき、全信号回路の閉鎖
をランプやブザーにより表示して、作業者が確認できる
ようにしておくことが好ましい。したがって、アース棒
６３とスタッド１及び各脚棒６２，６２，６２のいずれ
かが、母材４から離れていると、トリガー６５を引いて
も、安全機構により溶接電流が流れない。もちろん人体
が介在したり或いは母材表面に塗装皮膜などが施されて
いて、抵抗が大きくなっているときも、トリガー６５を
引いても溶接電流が流れない。

【００１１】なお、スタッド溶接ガン６を母材４に押し
つけたとき、チャック６１に挟持されたスタッド１は、
チャック６１の後方に設けられた図示していないバネに
より、母材４に対して０．５〜１．５ｋｇの圧接力で接
触するようになっている。同様にアース棒６３の先端６
４も０．８〜２ｋｇの圧接力で接触するようになってお
り、かつその先端６４部分はアークにより変形や汚染し
易いので、簡単に交換できるようになっている。

【００１２】ここで、本発明で使用される丸棒の両端を
尖鋭化したピン状のスタッド１について図４を参照して
説明する。スタッド１用の丸棒５１の径は、被覆材３の
重量や厚さにより異なるが、１〜２ｍｍ程度である。そ
して両端の先端角は３０〜１２０゜程度が適当等で、４
５〜９０゜とするのが最も好ましい。なお、先端角が３
０゜に満たないと加工が困難なうえ、母材に圧接したと
き先端が曲がりやすく、また先端の細い部分が溶接電流
により早期に溶解するので、母材４との間に大きな隙間
が生じて溶接が不完全となり強固な溶着が望めない。先
端角が１２０゜を超すと大きな溶接電流が必要となる。
丸棒５１の長さは３０〜１５０ｍｍ程度であり、被覆材
３の厚さにより適宜選択される。なお、丸棒５１の両端
の先端角を同一にしておくと、いずれの側も溶接する側
に使用できる。また丸棒５１の先端は、円錐状のほか、
四つ目きりや三つ目きりの先端のように角錐状でもよ
く、またはナイフ状に尖鋭化したものでもよい。このよ
うにスタッド１の先端を尖鋭化することにより、低い電
流電圧値でも充分なアークを発生させることができるの
である。丸棒５１の材質は、溶接する母材の金属の種類
やその金属の表面処理の方法などに応じて、軟鉄、ステ
ンレス、銅、黄銅、アルミニウムなどから選択される。

【００１３】つぎに上記した丸棒５１から作られたスタ
ッド１を用いて、母材４に被覆材３を添着する方法を、
図２及び図３に従って説明する。スタッド１をガン６の
頭部中央のチャック６１内に挿入して、チャック６１に
挟持させる。このときスタッド１の後端は、チャック６
１に付属するパイプ内に挿入されたストッパー６６で係
止される。スタッド１の長さに応じて異なる長さのスト
ッパー６６を用意しておけば、チャック６１に装着され
たスタッド１の先端位置は常に一定となる。

【００１４】スタッド１をチャック６１に装着し、３本
の脚棒６２，６２，６２の先端を母材４に当接した状態
で溶接ガン６のトリガー６５を引くと、スタッド１の先
端と母材４間に瞬間的に溶接電流が流れてアークが発生
し、スタッド１の先端と母材４の接点の周りが溶融し、
圧接力によりスタッド１は母材４に溶着される。溶接が
完了し、溶接ガン６を母材４から離すと、スタッド１は
母材４に強固に立設される。ついでスタッド１の尖鋭化
した他端より被覆材３を押し込み、被覆材３から突出し
たスタッド１部分にワッシャ１３をはめたのち、その部
分を図５に二点鎖線で示したように折り曲げると、被覆
材３はダクトの母材４に添着される。

【００１５】この発明のスタッド溶接装置は上記したよ
うに、スタッド１の先端を尖鋭化し、溶接電流の供給点
やアース棒６３の先端６４を母材４の溶接点に接近させ
て配置し、電気抵抗を減らして溶接電流のロスを少なく
した結果、溶接電源部を大幅に軽量小型化することがで
きた。その結果に基づき溶接電源部を肩掛け式で携帯可
能とし、溶接電源部とガン６を連結する溶接導線とアー
ス導線を短縮することができたので、導線のインピーダ
ンスが下がり、必要な溶接電流容量値をさらに低くする
ことが可能となった。その結果溶接電源部とガン６を連
結する溶接導線とアース導線を一本の２芯のキャプタイ
ヤケーブル内に収納することができた。また溶接電流に
よる誤作動を防ぐ手段を設けることにより、さらに溶接
制御用導線をも同一の４芯のキャプタイヤケーブル内に
収納することができる。

【００１６】

【実施例】スタッド１として、黄銅製の径１．６ｍｍ、
長さ６５ｍｍの丸棒５１の両端５２，５２を、先端角が
６０゜になるように円錐形のやり状に尖鋭化したものを
使用する。このものは針金を所定寸法に切断後、両端を
尖らせたものであるから、比較的安価に製造することが
できる。

【００１７】すなわちスタッド１は、図５に示したよう
に、亜鉛引き鉄板で作られたダクトの母材４の外周に、
厚さ５０ｍｍの被覆材３を添着させるために、母材４の
表面に立設するものであるから、立設したスタッド１に
被覆材３を挿入したのち、被覆材３から突出した丸棒５
１部分を折り曲げる必要があり、柔軟性を持たせるため
に黄銅製の丸棒５１を採用している。

【００１８】つぎに、３本の脚棒６２の先端を母材４に
接触させたとき、チャック６１に装着されたスタッド１
は母材４に対して垂直に位置し、かつチャック６１に付
設された、図示していないバネにより母材４に対して約
１ｋｇの力で圧接し、アース棒６３の先端６４も同様
に、バネにより約１ｋｇの力で母材４に圧接する。この
状態で溶接ガン６のトリガー６５を引くと、スタッド１
は母材４に溶着される。

【００１９】この発明のスタッド溶接装置の電源部の一
例について説明する。電源部の回路それ自体は公知のも
のを採用していて、一次側の商用１００Ｖ電源からスイ
ッチングレギュレータで直流の充電溶接電圧８０Ｖを取
り出し、サイリスタ制御している。コンデンサの容量は
２３，５００μＦであり、母材４の特性でアース棒６３
をプラス極としている。なお、このようにして設計され
た電源部の重量は２ｋｇであり、作業者の肩にかけても
作業に全く支障がなかった。

【００２０】またこの発明のスタッド溶接装置におい
て、前記したように必要とする溶接電流値を低減し、軽
量小型化で携帯用として、電源部とガン６との距離を
１．５ｍとすることで、電源部とガン６を連結する溶接
導線とアース導線を導体断而積２ｍｍ^２の２芯キャプタ
イヤケーブル６９内に収納することができる。さらに制
御系についても、その電源部を溶接電源とは別のソース
とし、溶接電流による誤作動を防ぐことにより、シース
外形９．５ｍｍの導体断面積２ｍｍ^２の４芯キャプタイ
ヤケーブル９６内に、溶接導線とアース導線とともに収
納することが可能となる。

【００２１】このように溶接導線とアース導線とを、近
接平行する細い同一ケーブル９６内に収納できたのは、
コンデンサ成分、導線のコイル成分、放電時間との間
に、ＬＣ共振現象が起こって導線のインピーダンスが低
下するため力率が改善されたものと思われる。なお、前
記のキャプタイヤケーブル９６を用いて、前記両端を尖
鋭化した直径１．６ｍｍのスタッド１を溶接する電流、
すなわち１８８０アンペア秒を千分の１秒間、６秒サイ
クルで２０万回の通電テストを実施したが、ケーブルの
温度上昇は１５゜以下であり、実用的には全く問題がな
いと思われる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したような形態で
実施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２３】ガンを母材に押しつけたとき、各脚棒の先
端が母材に当接し、チャックの軸線が母材に対して垂直
に維持されるようになっているから、溶接時にスタッド
の溶融した先端は、確実に母材の溶融した部分の中心に
押しつけられ、スタッドは母材に強固に溶着される。

【００２４】また、ガンを母材に押しつけたとき、チャ
ックに挟持されたスタッドの先端及びアース棒の先端が
母材に圧接されるとともに、アース棒とスタッド及び各
脚棒を結ぶ全信号回路が母材により閉鎖され、その回路
を流れる微弱な信号電流を検知してはじめて、スタッド
溶接ガンのトリガーを引くことにより、スタッドと母材
間に溶接電流が流れるようになっているから、溶接作業
者に対する安全性が高められる。そのほか、アース棒の
母材との接触不良による、アークの不安定が原因で、溶
接強度が低下するという欠陥を防ぐことができる。

【００２５】この発明のスタッド溶接装置では、針金状
の丸棒の両端を尖鋭化したスタッドを使用するから、価
格は低廉であり、かついずれの端も溶接用に用いること
ができ、溶接ガンへの装着が容易である。

【００２６】針金状の丸棒の両端を尖鋭化したスタッド
を用い、溶接電流の供給点やアース棒の先端を母材の溶
接点に接近させて配置して、電気抵抗を減らして溶接電
流のロスを少なくし、溶接電源部を肩掛け式で携帯可能
なまで大幅に軽量小型化することができた。その結果、
溶接電源部とガンを近接することができ、電源部とガン
を連結する溶接導線とアース導線を１本のキャプタイヤ
ケーブル内に収納することができた。そのためさらに必
要溶接電流値を低減することができ、ケーブルが短く細
く柔軟なので、作業者がスムースにガンを移動すること
ができ、作業能率を向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のスタッド溶接用のピンと、そのピンを使
用して母材に被覆材が添着された状態を説明する断面図
である。

【図２】本発明のスタッド溶接装置のガンを、母材に近
づけた状態を示す一部断面の側面図である。

【図３】本発明のガンを、母材に押しつけた状態を示す
一部断面の側面図である。

【図４】スタッドの一例を示す側面図である。

【図５】図４のスタッドを使用して母材に被覆材が添着
される状態を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１ スタッド ４ 母材 ６ 溶接ガン ６１ チャック ６２ 脚棒 ６３ アース棒 ６５ トリガー ６９ ケーブル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガンの先端に、溶接する丸棒の両端を尖
   鋭化したピン状のスタッドを挟持するチャック、チャッ
   クの軸線に平行で、軸線を中心とする垂直円周上に等間
   隔で突設された３本の脚棒、及びその円周内に突設され
   たアース棒を備え、各脚棒の先端を母材に当接させたと
   き、チャックの軸線が母材に対して垂直に維持され、か
   つチャックに挟持されたスタッドの先端及びアース棒の
   先端が母材に圧接されるとともに、アース棒とスタッド
   及び各脚棒を結ぶ全信号回路が母材により閉鎖されたこ
   とを検出したのち、ガンのトリガーを引くことにより、
   スタッドと母材間に溶接電流が流れる安全機構を備え、
   かつガンと溶接電源部とを連結する溶接導線とアース導
   線を同一ケーブル内に収納したことを特徴とするスタッ
   ド溶接装置。
2. 【請求項２】ガンと溶接電源部とを連結するケーブル内
   に溶接制御用導線をも内蔵した請求項１記載のスタッド
   溶接装置。