JPH10328838A - コンデンサ充放電式のスタッド溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンデンサ充放電式のスタッド溶接装置にお
いて、放電終了後速やかに、放電回路を開いて、装置の
小型化と軽量化を図る。 【解決手段】 直流電源の電源回路にフの字型過電流保
護回路を備え、スタッド（１）と母材（４）間にコンデ
ンサ（Ｃ）の電荷を放電させたとき、そのときの放電回
路の短絡により、直流電源の出力電流をサイリスタ（Ｓ
ＣＲ）の保持電流以下にして、サイリスタ（ＳＣＲ）を
ターンオフさせて放電回路を開く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンデンサ充放
電式のスタッド溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンデンサ充放電式のスタッド溶
接装置では、直流電源でコンデンサに充電し、サイリス
タを駆動させて放電させて溶接している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、このような充
放電式のスタッド溶接装置では、コンデンサの放電終了
後も、母材又はスタッドと溶接ガンを離して、両者間を
絶縁状態にしない限り、サイリスタの特性によりターン
オフされずに、直流電源よりのコンデンサ充電電流は短
絡回路となった溶接部に流れている。このため、回路が
発熱するから、電源部と溶接ガンをつなぐ導線を太くす
る必要があるほか、電源部のトランス、コンデンサ、サ
イリスタ等は容量の大なるものを使用する必要があっ
た。このため電源部は大型で携帯できない程度の重量と
なり、溶接箇所から離れた作業場所の床面に設置しなけ
ればならず、溶接ガンと電源部を結ぶ導線が長く、かつ
太いので、その重さと剛性とにより、作業者の溶接作業
時の動作を束縛している。

【０００４】

【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、本発明は直流電源の電源回路に過電流保護回路
を備え、スタッドと母材間にコンデンサの電荷を放電さ
せたとき、そのときの放電回路の短絡により、直流電源
の出力電流をサイリスタの保持電流以下にして、サイリ
スタをターンオフさせて放電回路が開くようにした。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のコンデンサ充放電式のス
タッド溶接装置は、溶接ガンに装着したスタッドの先端
を母材表面に接触させたのち、サイリスタをターンオン
させて、スタッドと母材間にコンデンサの電荷を放電さ
せるとともに、そのときの放電回路の短絡により過電流
保護回路を働かせ、直流電源の出力電流をサイリスタの
保持電流以下にして、サイリスタをターンオフさせて放
電回路を開いたのち、コンデンサに充電するようにし
た。

【０００６】本発明のコンデンサ充放電式のスタッド溶
接装置の溶接ガンが、その先端に溶接する丸棒の両端を
尖鋭化したスタッドを挟持するチャック、そのチャック
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
及び各脚棒を結ぶアンド回路の整合判定により、溶接ガ
ンのトリガーを引くと、スタッドと母材間にコンデンサ
の電荷の放電による溶接電流が流れる安全機構を備え、
かつ溶接ガンと電源部とを連結する溶接導線とアース導
線を同一の接続ケーブル内に収納したものとすると、電
源部を携帯可能な程度にまで軽量小型化することができ
る。

【０００７】また上記した発明において、溶接ガンと電
源部とを連結する接続ケーブル内に溶接制御用導線をも
内蔵させることもできる。

【０００８】さら上記した各発明において、スタッド
が、黄銅製の丸棒をその軸と５０〜７０゜の角度で、両
側から断面３角形の刃物で所定長さに切断したものであ
ると特に好ましい。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を、ダクトやパネル材などの
母材に、断熱材や防音材等の被覆材を添着するため、母
材に先端を尖鋭化したスタッドを立設する溶接装置に基
づいて、図面を参照してその詳細を説明する。図１は本
発明のコンデンサ充放電式のスタッド溶接装置の概略を
説明するための系統図であり、装置は電源部、溶接ガン
及び接続ケーブルとからなる。

【００１０】電源部は、商用１００Ｖ交流電源を整流し
て、直流８４Ｖ電源とし、２２，０００μＦのコンデン
サ（Ｃ）に充電している。その直流電源には、それ自体
公知のスイッチングレギュレータ回路とフの字型過電流
保護回路が組み込まれている。

【００１１】そしてコンデンサー（Ｃ）の放電は、サイ
リスタ（ＳＣＲ）をターンオンさせることにより行われ
る。使用されるサイリスタは、例えば定格実効電流値が
５０Ａで、その保持電流値は約１５０ｍＡである。そし
て図示していないが、後に詳述するように、スタッド１
の先端及びアース６３棒の先端が母材４に圧接されて、
アース棒６３とスタッド１及び各脚棒を結ぶアンド回路
の整合判定により、溶接ガン６のトリガーを引くと、サ
イリスタのゲート（Ｇ）に電流が流れ、サイリスタがタ
ーンオンして、コンデンサに充電されていた電荷が、ス
タッド１と母材４間に放電され、スタッド１が母材４に
溶着される。

【００１２】スタッド１と母材４間にコンデンサの電荷
を放電させたとき、そのときの放電回路の短絡により、
充電電源回路に設けたフの字型過電流保護回路が作動し
て、出力電圧は１．２Ｖとなり、その垂下特性ととも
に、放電後のコンデンサの低インピーダンスによる分流
で、サイリスタの端子電圧は約０．２Ｖにまで低下す
る。このときサイリスタを含む放電回路の抵抗値は２．
１５Ωであり、サイリスタ回路を流れる計算電流値は約
９３ｍＡで、サイリスタの保持電流値１５０ｍＡ以下と
なるので、サイリスタがターンオフして放電回路が開
く。

【００１３】このように放電回路の通電時間が極めて短
く、溶接ガンと電源部とを連結する溶接導線とアース導
線の接続ケーブルが１．５ｍと短いため、サイリスタや
接続ケーブル６９の発熱が少ないので、サイリスタの容
量を小さくすることができ、また接続ケーブル６９も小
径の導線からなるもので対応できる。

【００１４】この実施例において、フの字型過電流保護
回路の垂下特性を利用しているが、逆Ｌ字型過電流保護
回路の垂下特性や、その他の過電流保護回路の垂下特性
も利用することが可能である。

【００１５】図２はスタッド溶接装置の溶接ガン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。
溶接ガン６の先端に、溶接するスタッド１を挟持するチ
ャック６１、そのチャック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。

【００１６】そして、図３に示すように溶接ガン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。

【００１７】そのうえ、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６２，６
２，６２を結ぶアンド回路により、ガン６のトリガー６
５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、
アンド回路が整合を判定したとき、発光ダイオード、ラ
ンプ、ブザーなどの信号により、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６
３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
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、１２０Ω以上
の抵抗値がある場合も、トリガー６５を引いても溶接電
流は流れない安全機構が設けられている。

【００１８】なお、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６４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。

【００１９】本発明で使用されるスタッド１としては、
丸棒の両端を尖鋭化したものが好ましいが、特に好まし
いスタッド１の形状について、図４を参照して説明す
る。スタッド１用の丸棒５１の径は、被覆材の重量や厚
さにより異なるが、１〜２ｍｍ程度である。黄銅製の丸
棒をその軸と６０゜の角度で、両側から断面３角形の刃
物、例えばニッパーのような刃先角８０゜のもので、所
定長さに切断したものである。丸棒５１の長さは３０〜
１５０ｍｍ程度であり、母材４に添着する被覆材の厚さ
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。このようなスタッド１は、単純な工程で製作する
ことができるので、価格的に極めて有利である。

【００２０】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６１
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。

【００２１】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を押し込み、被覆材から突出したス
タッド１部分にワッシャをはめたのち、その部分を折り
曲げると、被覆材はダクトの母材４に添着される。

【００２２】本発明のコンデンサ充放電式のスタッド溶
接装置は上記したように、放電回路の通電時間が極めて
短いほか、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
なくすることにより、電源部を大幅に軽量小型化するこ
とができる。その結果に基づき電源部を肩掛け式で携帯
可能とし、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、必要な溶接電流値をさらに低くすることが
可能となった。このことによりさらに電源部とガン６を
連結する溶接導線とアース導線を同一の２芯の接続ケー
ブル内に収納することができた。そのうえ溶接電流によ
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
納することもできる。

【００２３】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接続ケーブル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、
電源部とガン６を連結する溶接導線とアース導線を、接
続ケーブル６９として長さ１．５ｍの導体断面積２ｍｍ
^２の２芯キャプタイヤケーブルを用い、両端を尖鋭化し
た直径１．６ｍｍのスタッド１を溶接するに必要な電流
値、すなわち１８８０アンペア秒を千分の１秒間、６秒
サイクルで２０万回通電するテストを実施したが、接続
ケーブル６９の温度上昇は２０゜Ｃ以下であり、実用的
には全く問題がないと思われる。

【００２４】上記の実施例では、ダクトやパネル材など
の母材に、断熱材や防音材等の被覆材を添着するため、
母材に先端を尖鋭化したスタッドを立設する溶接装置に
基づいて説明しているが、本発明はその他のコンデンサ
充放電式のスタッド溶接装置においても実施することが
できる。

【００２５】また、スタッド１として、実施例では黄銅
製の丸棒５１をその軸と６０゜の角度で両側から、刃先
角８０゜の３角形の刃物で所定長さに切断したものを使
用した場合を挙げているが、軸との角度は５０〜７０゜
の範囲であれば利用することができる。しかし、丸棒５
１の軸との角度が７０゜を超すと、スタッド１と母材４
との接触抵抗値が下がり、放電時に短絡状態となりアー
クが飛びにくくなり、５０゜に満たないときは溶接強度
が低下する。なお丸棒５１の棒径は１〜２ｍｍ程度であ
る。

【００２６】スタッド１としてそのほか、丸棒５１の先
端の角度を３０〜９０゜の範囲で、円錐状に尖鋭化した
ものや、四つ目きりや三つ目きりの先端のように角錐状
に尖鋭化したものでもよく、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、低い溶接電流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
ムなどから選択して使用することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明のコンデンサ充放電式スタッド溶
接装置は、直流電源の電源回路に過電流保護回路を備
え、スタッドと母材間にコンデンサの電荷を放電させた
とき、そのときの放電回路の短絡により、直流電源の出
力電流をサイリスタの保持電流以下にして、サイリスタ
をターンオフさせて放電回路が開くようにした。従っ
て、放電回路の通電時間が極めて短く、かつ溶接の完了
とともに直ちにコンデンサの充電が始まるので、限られ
た溶接サイクルタイム内で充電時間を長くとることがで
きるほか、溶接装置の電源部のトランス、コンデンサ、
サイリスタ等の容量を小さくすることができて、電源部
の小型化及び軽量化、並びに接続ケーブルの発熱が少な
いので、小径の導線での対応が可能となった。

【００２８】前記の電源部の小型化及び軽量化により、
電源部を携帯することができるようになった結果、電源
部を溶接ガンに近接させることにより、接続ケーブルを
短縮することが可能となり、さらに電源部の小型化と軽
量化を計ることができた。

【００２９】また、スタッドを、黄銅製の丸棒の両端を
その軸と５０〜７０゜の角度で、両側から断面３角形の
刃物で、所定長さに切断したものとすると、製造費が安
いので価格的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンデンサ充放電式のスタッド溶接装
置の概略を説明するための系統図である。

【図２】本発明の溶接ガンを、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】本発明の溶接ガンを、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。

【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 接続ケーブル Ｃ コンデンサ ＳＣＲ サイリスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ガンに装着したスタッドの先端を母
   材表面に接触させたのち、サイリスタをターンオンさせ
   て、スタッドと母材間にコンデンサの電荷を放電させる
   とともに、そのときの放電回路の短絡により過電流保護
   回路を働かせ、直流電源の出力電流をサイリスタの保持
   電流以下にして、サイリスタをターンオフさせて放電回
   路を開いたのち、コンデンサに充電することを特徴とす
   る、コンデンサ充放電式のスタッド溶接装置。
2. 【請求項２】 溶接ガンが、その先端に溶接する丸棒の
   両端を尖鋭化したスタッドを挟持するチャック、そのチ
   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アンド回路の整合判定により、
   溶接ガンのトリガーを引くと、スタッドと母材間にコン
   デンサの電荷の放電による溶接電流が流れる安全機構を
   備え、かつ溶接ガンと電源部とを連結する溶接導線とア
   ース導線を同一の接続ケーブル内に収納したものである
   請求項１に記載のコンデンサ充放電式のスタッド溶接装
   置。
3. 【請求項３】溶接ガンと電源部とを連結する接続ケーブ
   ル内に溶接制御用導線をも内蔵した請求項１又は２に記
   載のコンデンサ充放電式のスタッド溶接装置。
4. 【請求項４】スタッドが、黄銅製の丸棒をその軸と５０
   〜７０゜の角度で、両側から断面３角形の刃物で、所定
   長さに切断したものである請求項１〜３のいずれか１項
   に記載のコンデンサ充放電式のスタッド溶接装置。