(57)【要約】【課題】熱容量の大きい２つの金属部材を抵抗溶接するに際し、接合面の電流密度を均一にさせて溶接不良をなくする。【解決手段】一方の被溶接物２２をクランプする第１電極１８と、第１電極に軸線を整列させて対向配置され、他方の被溶接物２４をクランプする第２電極２０と、一方の電極に対し他方の電極を相対的に進退移動させ、前進時に２つの被溶接物を突き合わせて加圧する電極移動手段１４、１６と、第１電極および第２電極に２次側コイル３０を接続させ、抵抗溶接に必要な電流を供給する溶接変圧器２６とからなる抵抗溶接機において、溶接変圧器を複数基設けると共に、夫々の溶接変圧器の２次側コイルを第１電極および第２電極に接続し、２つの被溶接物を突き合わせて抵抗溶接する際に、複数基の溶接変圧器に同時に通電することで２つの被溶接物の接合面の電流密度分布を平均化させるよう構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接すべき一方の被溶接物（２２）をクランプする第１電極（１８）と、この第１電極（１８）に軸線を整列させて対向配置され、溶接すべき他方の被溶接物（２４）をクランプする第２電極（２０）と、一方の電極（１８，２０）に対して他方の電極（２０，１８）を相対的に進退移動させ、前進時に２つの被溶接物（２２，２４）を突き合わせて加圧する電極移動手段（１４，１６）と、前記第１電極（１８）および第２電極（２０）に２次側コイル（３０）を接続させ、抵抗溶接に必要な電流を供給する溶接変圧器（２６）とからなる抵抗溶接機において、
前記溶接変圧器（２６）を複数基設けると共に、夫々の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）を前記第１電極（１８）および第２電極（２０）に接続し、
２つの被溶接物（２２，２４）を突き合わせて抵抗溶接する際に、前記複数基の溶接変圧器（２６）に同時に通電することで２つの被溶接物（２２，２４）の接合面の電流密度分布を平均化させるよう構成した
ことを特徴とする抵抗溶接機。
【請求項２】
前記溶接変圧器（２６）の配設数は２基であって、第１の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は前記第１電極（１８）および第２電極（２０）における溶接機本体側に接続され、また第２の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は前記第１電極（１８）および第２電極（２０）における作業者側に接続される請求項１記載の抵抗溶接機。
【請求項３】
前記溶接変圧器（２６）の配設数は４基であって、
第１の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は第１電極（１８）および第２電極（２０）における溶接機本体側に接続されると共に、第２の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は第１電極（１８）および第２電極（２０）における作業者側に接続され、
第３の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は第１電極（１８）および第２電極（２０）の右側部位に接続されると共に、第４の溶接変圧器（２６）の２次側コイル（３０）は第１電極（１８）および第２電極（２０）の左側部位に接続される請求項１記載の抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は抵抗溶接機に関し、更に詳細には、例えば寸法が比較的大きかったり、熱容量が大きかったりする２つの被溶接物を突き合わせて抵抗溶接を行なうに際し、２つの被溶接物の接合面における電流密度分布を極力平均化させ、これにより溶接不良の低減を有効に達成し得るようにした抵抗溶接機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接すべき金属系物体（非溶接物）に加圧力を加えた状態で溶接を行なう加圧溶接法は、鍛接、ガス圧接、冷間圧接、抵抗溶接、高周波誘導溶接、摩擦圧接、爆発圧接等に分けられる。そして本発明は前記抵抗溶接に関する提案であるので、この抵抗溶接の概念につき簡単に説明する。抵抗溶接は、例えば溶接されるべき２つの被溶接物を２つの電極により加圧下に挟んで通電すると、その接合部はジュールの法則により発熱する原理を利用したものである。すなわち２つの被溶接物における接合部の電気的抵抗をＲΩ、両電極に供給される溶接電流をＩＡ、溶接電圧をＥＶ、通電時間をｔ  ｓｅｃとすれば、該接合部の発熱量Ｈはジュールの法則により、Ｈ＝０．２４Ｉ２×Ｒ×ｔ＝０．２４ＩＥｔ（ｃａｌ）となる。
ちなみに電気溶接ではあっても、非加圧溶接法に属するアーク溶接はアーク熱を利用し、その電圧は約３０Ｖ、電流は数十Ａ〜数百Ａのオーダーである。しかるに抵抗溶接では、接合部において電極間に掛かる電圧は約１Ｖと低い代りに、その溶接に要する電流は数千Ａ〜数万Ａのオーダーとなっている。
【０００３】
前述した抵抗溶接は、スポット溶接、シーム溶接、プロジェクション溶接、バット溶接およびフラッシュ溶接等に分けられるが、本発明は、２つの被溶接物に加圧力を掛けておいて電極間に電流を流し、被溶接物の突き合わせ部分の電気的な接触抵抗により加熱溶接する所謂突き合わせ溶接（バット溶接）に関するものである。図４は、突き合わせ溶接を行なう縦型の抵抗溶接機の概略を示し、箱状構造物からなる溶接機本体１０の下部には、ワーク置台１２が水平に延出配置されている。また溶接機本体１０の上部には、空気圧シリンダの如き流体圧シリンダ１４が倒立配置され、該シリンダ１４のピストン１６を下方へ指向させている。前記ピストン１６には第１電極として機能する上部電極１８が配設されると共に、前記ワーク置台１２には第２電極として機能する下部電極２０が配設され、これら両電極１８，２０は上下に中心軸線を整列させている。
【０００４】
前記上部電極１８は被溶接物２２を開放自在にクランプする公知の把持機構を備え、また下部電極２０も、被溶接物２４を開放自在にクランプする公知の把持機構を備えている。前記溶接機本体１０の内部には、抵抗溶接に必要な電流を供給する溶接変圧器２６が配設されている。この溶接変圧器２６の１次側コイル２８は、図示しないコントローラを介して電源に接続し、各種の制御がなされるようになっている。また、溶接変圧器２６の２次側コイル３０の一方の端子は前記第１電極（上部電極）１８に接続すると共に、２次側コイル３０の他方の端子は前記第２電極（下部電極）２０に接続している。
【０００５】
上部電極１８はピストン１６に接続されているので、前記流体圧シリンダ１４を正逆付勢することにより、該上部電極１８は下部電極２０に対し進退移動を行なう。そこで抵抗溶接を行なう際は、流体圧シリンダ１４を正方向に付勢し、上部電極１８に把持している被溶接物２２を下部電極２０に把持した被溶接物２４に突き合わせて強力に加圧すると共に、溶接変圧器２６に通電して両電極１８，２０に抵抗溶接に必要な電流を供給する。なお、流体圧シリンダ１４による加圧時間および溶接変圧器２６への通電時間、その他の溶接諸条件は、前記コントローラにより適切な値をもって制御され、これにより前述したジュールの法則により２つの被溶接物２２，２４の抵抗溶接がなされる。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
（溶接不良を生ずる理由の第１の考察）
前述した抵抗溶接は、溶融点Ｆが高い材料や、比抵抗ρの低い材料、その他熱伝導度Ｋの良い材料に対しても簡単な操作で実施でき、ランニングコストも比較的低廉である、という利点を有している。しかしながら、特に寸法の大きい被溶接物を比較的大きい電流値で抵抗溶接する場合に、被溶接物の接合面における電流密度が部位により不均一となり、このため溶接不充分となって欠陥品を生ずるという欠点が指摘される。例えば図５に示すように、肉厚で大径の鉄パイプ２２に同じく大径の鉄パイプ２４を抵抗溶接する場合、これら相互に当接される２つの被溶接物２２，２４の一方または双方の熱容量が極端に大きかったり、両部材における接合面の密着度が不良（不均一）であったりすると、接合面における電流密度にバラツキを生じて均一な溶接強度が得られなくなる、というものである。後者の接合面の密着不良に関しては、一方の被溶接物を把持した電極に対し他方の被溶接物を把持した電極が前進して強制的に加圧するから、対向し合う接合面の仕上げが余程ラフでない限り、それ程問題となることはない。
【０００７】
従って抵抗溶接で溶接不良が顕在化するのは、むしろ前者の場合である。すなわち、前記の如く大径のパイプ２２，２４の突き合わせ面を抵抗溶接する際に、その接合面における電流密度分布に偏りを生じ、このため溶接状態の不均一を生ずる、というのがこれである。このように接合面に電流密度分布のバラツキを生ずる理由については、図４における溶接変圧器２６の２次側コイル３０から第１電極１８および第２電極２０に供給される交流電流が、ループの内側に偏って流れる性質があることに起因する、との説明がなされる。
【０００８】
例えば抵抗溶接に際し、第１電極１８および第２電極２０へは溶接変圧器の２次側コイル３０を介して交流電流が供給され、この交流電流はループの内側に偏って流れるが、被溶接物たるパイプ２２，２４は大径（寸法が大きい）であるために、図６に示す如く、両パイプ２２，２４の接合面では溶接変圧器２６の側の電流密度が大きくなると共に、反対側となる作業者側の電流密度が小さくなる、というものである。同じく図６から判明する如く、前記パイプ２２，２４の接合面に関して溶接変圧器２６の側と作業者側との中間になる部位では、電流密度の分布が中程度となる傾向を示す。このようにパイプ２２，２４の接合面における電流密度の分布に差異を生ずると、溶接状態も良好な部位と不充分な部位とを生じ、トータルでは溶接欠陥品となってしまう。
【０００９】
（溶接不良を生ずる理由の第２の考察）
被溶接物の寸法が大きくなると、その接合面における電流密度分布にバラツキを生ずる理由としては、次のような説明もなされる。すなわち抵抗溶接に必要なエネルギは、先に述べた如くＨ＝０．２４Ｉ２Ｒｔ（ｃａｌ）で示されるから、溶接には電流を流すことが必要である。この溶接電流は、溶接変圧器２６の２次側コイル３０から供給されるので、該電流は２次側回路における抵抗の大小に左右される。そして電源が交流の場合は、直流と異なりリアクタンスが問題となる。例えば図７に示す如く、上部アーム３２および下部アーム３４を水平に延出させ、各アームの先端に２次導体３６，３８を介して電極１８，２０を設けた抵抗溶接機において、前記２次導体３６，３８および電極１８，２０等の抵抗をｒ、被溶接物における接合面の抵抗Ｒとし、インダクタンスをＬとすると、溶接変圧器２６における２次側回路の抵抗は次式で示される。
Ｚ＝√｛（ｒ＋Ｒ）２＋（２πｆＬ）２｝
ここでＺはインピーダンス、ｆは交流使用時の周波数である。従って抵抗溶接に必要な２次側電流をＩ２、２次側電圧をＥ２とすれば、この２次側電流Ｉ２は次式で示される。
Ｉ２＝Ｅ２／√｛（ｒ＋Ｒ）２＋（２πｆＬ）２｝  すなわちＩ２＝Ｅ２／Ｚ
【００１０】
一般的な抵抗溶接では、被溶接物が軟鋼の場合の抵抗（ｒ＋Ｒ）は１００μΩ程度であるが、リアクタンス（２πｆＬ）は２５０μΩ〜３００μΩとなる。すなわち溶接電流に影響を与えるのは、回路抵抗よりも２次側回路のリアクタンスであることが判る。そして図７において、符号ｄ１はアーム間の距離（ふところ間隔）を示し、符号ｄ２は溶接機本体からのアームの延出長さ（ふところ深さ）を示すものとすると、前記リアクタンスの大きさはこれら寸法に左右される。例えば図８は、ふところ間隔ｄ１を一定にした状態の下で、ふところ深さｄ２を変化させた場合の２次側電流の変化を示したグラフ図である。この図８によれば、抵抗溶接機におけるアームのふところ深さｄ２が大きくなる程、２次側電流Ｉ２が小さくなることを判明する。
【００１１】
このような知見を基礎とするとき、溶接変圧器２６の２次側コイル３０から第１電極１８および第２電極２０に至るまでの距離が、２次側回路でのリアクタンスの大きさに影響を与えていることが判る。これを別の観点から考察すれば、例えば図８において、抵抗溶接機におけるアームのふところ深さｄ２が一定であるとして、被溶接物たるパイプ２２，２４の直径が殊に大きかったりすれば、結果として溶接変圧器２６の２次側コイル３０に近い側の両パイプ２２，２４の接合面におけるリアクタンスは小さくなるが、２次側コイル３０から遠い側の接合面のリアクタンスは大きくなる、ということになる。すなわち被溶接物の接合面が小さい面積のものでは余り影響は表われないが、該接合面の面積が相当大きくなると、その接合面における溶接電流の密度分布にバラツキを生じ、前記の如く溶接不良を来すものである。以上の説明は、浜崎正信著「やさしい抵抗溶接」（１９６６年５月２０日初版  産報出版株式会社発行）を参考とした。
【００１２】
【発明の目的】
本発明は前記課題に鑑み提案されたものであって、比較的大きな寸法を有して熱容量も大きい２つの金属部材を抵抗溶接するに際し、接合面における電流密度が均一になるような工夫を施すことによって安定した溶接強度が得られ、従って溶接不充分による欠陥品を生ずることのない抵抗溶接機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明は、溶接すべき一方の被溶接物をクランプする第１電極と、この第１電極に軸線を整列させて対向配置され、溶接すべき他方の被溶接物をクランプする第２電極と、一方の電極に対して他方の電極を相対的に進退移動させ、前進時に２つの被溶接物を突き合わせて加圧する電極移動手段と、第１電極および第２電極に２次側コイルを接続させ、抵抗溶接に必要な電流を供給する溶接変圧器とからなる抵抗溶接機において、
前記溶接変圧器を複数基設けると共に、夫々の溶接変圧器の２次側コイルを前記第１電極および第２電極に接続し、
２つの被溶接物を突き合わせて抵抗溶接する際に、前記複数基の溶接変圧器に同時に通電することで２つの被溶接物の接合面の電流密度分布を平均化させるよう構成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る抵抗溶接機につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。なお、図４の抵抗溶接機に関して述べた部材と同一の部材については、同じ符号で指示するものとする。
【００１５】
図１は、好適な実施例に係る抵抗溶接機の概略構成を示すもので、溶接機そのものの基本構造は図４に示した被溶接物と同じになっている。図示の抵抗溶接機は溶接機本体１０を対向的に２つ備え、夫々の溶接機本体１０は溶接変圧器２６を個別に内蔵している。そして夫々の溶接変圧器２６における２次側コイル３０は、前記第１電極１８および第２電極２０に接続されるようになっている。すなわち図１の抵抗溶接機は２基の溶接変圧器２６，２６を有し、一方の溶接変圧器２６における２次側コイル３０の一端は第１電極１８に接続され、当該２次側コイル３０の他端は第２電極２０に接続されている。また他方の溶接変圧器２６に関しても同様に、その２次側コイル３０の一端は第１電極１８に接続されると共に、他端は第２電極２０に接続されている。
【００１６】
実際には、溶接変圧器２６における２次側コイル３０の各端部と第１電極１８および第２電極２０は、網打線の如きケーブル状の可撓性に富む２次導体を介して接続される。この実施例の如く溶接変圧器２６の配設数が２基となる場合は、２次側コイル３０と第１電極１８（第２電極２０）との接続態様は、図２に示すようなパターンとするのが好ましい。すなわち第１の溶接変圧器２６の２次側コイル３０は、第１電極１８および第２電極２０における溶接機本体１０の側に接続され、また第２の溶接変圧器２６の２次側コイル３０は、当該第１電極１８および第２電極２０における作業者側（操作側）に接続されるようになっている。そして抵抗溶接に際しては、第１電極１８でクランプした被溶接物２２および第２電極２０でクランプした被溶接物２４を突き合わせ、２基の溶接変圧器２６，２６への通電を同時に行なう。
【００１７】
このように被溶接物２２，２４の周囲に２基の溶接変圧器２６，２６を配設することで、夫々の溶接変圧器２６の２次側コイル３０から各対応の第１電極１８および第２電極２０に供給される溶接電流のループは２つ形成される。このようにループを複数形成すれば、図２に示すように、被溶接物２２，２４における電流密度の分布は、溶接機本体側および作業者側（操作側）の何れも大きくなり、電流密度の不均一が是正されることになる。なお、夫々の溶接変圧器２６における電流容量を最適値に予め設定しておき、抵抗溶接時には両変圧器２６，２６に同時に通電する制御を行なうことで、更に溶接状態の均一化を図ることができる。従って、突き合わせて抵抗溶接すべき被溶接物２２，２４の接合面の溶接不良を有効に低減させることができる。
【００１８】
（別実施例について）
図１に示した抵抗溶接機は、第１電極１８および第２電極２０を上下に軸線を整列させて配置した縦型溶接機であったが、第１電極１８および第２電極２０を左右水平に軸線を整列させて配置した横型溶接機として構成してもよい。すなわち図３に平面図で示す如く、２つの離間配置した縦パイプ４０，４０に横パイプ４２を交差状に抵抗溶接するに際し、右側の縦パイプ４０は右側に設けた第１電極１８によりクランプされ、横パイプ４２は同じく右側に設けた第２電極２０によりクランプされている。また同様に、左側の縦パイプ４０は左側に設けた第１電極１８によりクランプされ、横パイプ４２は左側に設けた第２電極２０によりクランプされている。そして右側の第１電極１８および第２電極２０は、これを挟んで対向配置した２基の溶接変圧器２６，２６の各２次側コイル３０に接続している。また左側の第１電極１８および第２電極２０も、これを挟んで対向配置した２基の溶接変圧器２６，２６の各２次側コイル３０に接続している。
【００１９】
この実施例の場合は、トータルで４基の溶接変圧器を設けることになるが、右側の第１電極１８および第２電極２０だけに関して云えば（左側の第１および第２電極についても同じ）、縦パイプ４０および横パイプ４２の接合面には２つの溶接電流のループが形成されていることになる。従って、被溶接物である両パイプ４０，４２の接合面の電流密度の分布が略均一となり、該接合面の溶接不良が減少する。なお、本発明に係る抵抗溶接機に配設される溶接変圧器２６の数には制限がない。従って、溶接変圧器２６の数は、複数であれば実施例の如く２基に限られるものでなく、３基または４基更にはそれ以上としてもよい。
【００２０】
例えば溶接変圧器２６を４基配設する場合は、第１の溶接変圧器２６に関する２次側コイル３０を第１電極１８および第２電極２０における溶接機本体側に接続し、また第２の溶接変圧器２６に関する２次側コイル３０を第１電極１８および第２電極２０における作業者側に接続する。更に、第３の溶接変圧器２６に関する２次側コイル３０を第１電極１８および第２電極２０の右側部位に接続し、第４の溶接変圧器２６の２次側コイル３０を第１電極１８および第２電極２０の左側部位に接続する。この場合は、被溶接物２２，２４の接合面における電流密度分布が略全周に亘って均一になるので、該接合面の溶接不良が更に減少することになる。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る抵抗溶接機によれば、比較的大きな寸法を有して熱容量も大きい被溶接物を抵抗溶接するに際し、接合面における電流密度の分布が平均化するので安定した溶接強度が得られ、溶接不充分を理由とする欠陥品の発生を有効に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る抵抗溶接機の概略構成図である。
【図２】溶接変圧器を２基配設する場合に、２次側コイルと第１電極（第２電極）との接続態様を概略的に示す平面図である。
【図３】別実施例に係る抵抗溶接機の平面図である。
【図４】突き合わせ溶接を行なう従来技術に係る抵抗溶接機の概略説明図である。
【図５】抵抗溶接がなされる肉厚で大径の鉄パイプの下端部を、肉厚で同径の鉄パイプの上端部に重ねた状態を示す側面図である。
【図６】被溶接物である２つのパイプの接合面において、溶接変圧器から供給される溶接電流の密度分布に偏りを生じている状態を示す説明図である。
【図７】水平な上部アームおよび下部アームを有する抵抗溶接機の概略図である。
【図８】ふところ間隔ｄ１を一定にした状態の下で、ふところ深さｄ２を変化させた場合の２次側電流の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０  溶接機本体
１２  ワーク置台
１４  流体圧シリンダ
１６  ピストン
１８  第１電極（上部電極）
２０  第２電極（下部電極）
２２，２４  被溶接物
２６  溶接変圧器
２８  １次側コイル
３０  ２次側コイル
３２  上部アーム
３４  下部アーム
３６，３８  ２次導体
４０  縦パイプ
４２  横パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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