(57)【要約】【課題】進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善ができるトランスを提供し、また、省エネで、性能の良い溶接機の提供。【解決手段】本発明のトランス７０は鉄心７５と、鉄心７５に巻かれている板状のコイル７３を有し、コイル７３は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分による位相のずれを補償している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、前記鉄心に巻かれている板状の巻線を有し、前記巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分による位相のずれを補償することを特徴とするトランス。
【請求項２】
鉄心と、前記鉄心に巻かれている板状の巻線を有し、前記巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、所定の周波数における前記容量成分のリアクタンスは、前記所定の周波数における前記巻線の有する誘導成分のリアクタンスよりも大きいことを特徴とするトランス。
【請求項３】
前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、さらに、１次側の巻線と２次側の巻線を互い違いに同方向に巻いていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランス。
【請求項４】
前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、さらに、１次側の巻線と２次側の巻線は共用する部分を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランス。
【請求項５】
前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、前記枠状板の切れ目付近と接続板には貫通孔を設け、前記貫通孔にロッドを挿通して固定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトランス。
【請求項６】
前記巻線は、切れ目を有する枠状板を接続して構成されるものであり、前記枠状板は、２枚で１ターンとなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトランス。
【請求項７】
枠状板の端部には複数の端子接続部を設け、前記端子接続部は１次側の入力端子または２次側の出力端子と着脱することが可能であり、前記端子接続部に１次側または２次側の巻線の巻数を変更して、２次側の電圧を切り替えることが可能であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のトランス。
【請求項８】
前記鉄心は、板を重ね合わせて形成されるものであり、巻線に流れる電流によって生じる磁力線を通す磁路にはつぎ目がないことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトランス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側に接続されている複数の溶接棒が設けられ、前記溶接棒の先端同士が所定の間隔を設けることができるように溶接棒の保持が可能であり、電圧を印加すると溶接棒の先端同士及び溶接棒の先端と溶接対象との間でアークの発生が可能であることを特徴とする溶接機。
【請求項１０】
溶接棒同士が先端側に向かう方向に漸近するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の溶接機。
【請求項１１】
トランスの出力は３相交流であって、前記トランスの出力の各相に接続された３本の溶接棒を有していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の溶接機。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側から出力される電圧を、溶接対象の溶接部の間に印加して、前記溶接部の間の抵抗による発熱により溶融させて溶接できることを特徴とする溶接機。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側から出力される電力により、別途使用されるロウ材を溶融させて、溶接できることを特徴とする溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接機などに用いられるトランス、及び、前記トランスを用いた溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属の溶接方法には、接合部を溶融して接着する融接、接合部を加熱し軟化させた状態で加圧する圧接、或いは、接合部に溶融した金属接合剤を挟むように圧接するろう付などが知られている。
このような溶接方法は多種多様のものが実用化されているが、融接としては、ＴＩＧ溶接（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ  ａｒｃ  ｗｅｌｄｉｎｇ）  、アーク溶接、スタッド溶接などがある。また、圧接としては抵抗溶接や超音波溶接などが挙げられる
【０００３】
アーク溶接は、アークによって発生した熱によって、接合部を溶融させるものである。そして、アークは以下のような特徴がある。
アークの発生は、電極間の距離と印加電圧との関係を所定の範囲とする必要がある。すなわち、電極間の距離が大きいと絶縁破壊せず、電極間の距離が小さいと電極間が導通状態となって、いずれもアークが発生しない。通常このアークが発生する電極の距離の範囲はごく狭い範囲である。
また、アーク発生時には高電圧を必要とするが、アーク発生後には、高電圧でなく、低電圧でもアークを発生させ続けることができる。一方で、アークの発生後は、アークの発生時に比べて電流量が極めて急激に増大する。
【０００４】
一方、スポット溶接やフラッシュバット溶接などの抵抗溶接は、溶接対象の溶接部の間に電圧を印加し、溶接部の間の抵抗による発熱によって溶接するものである。
【０００５】
そして、アーク溶接や抵抗溶接などの溶接には電気が用いられるが、商用電源のままでは、これらの溶接の電源として用いることができないため、トランス等を用い、溶接の電源として適当な特性に変えて使用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
アーク溶接では、通常のアーク発生装置の電気回路に比べて、特に、アーク発生時には高電圧とし、アークが発生して電流値が大きくなると急激に電圧を低下させるような回路となっている。この様な特性は垂下特性と言われるものであり、過電流が流れることによる装置の破損の防止の点から必要である。通常、この垂下特性を付与するため、飽和磁束漏洩式のトランスが用いられる。
そして、飽和磁束漏洩式のトランスが用いた場合には、急激な電圧低下の際にノイズを発生させるので、このノイズ対策が必要であり、また、不十分の場合には、制御機器の誤作動を招くこととなっていた。
【０００７】
ところで、一般に、回路内にコイルなどの誘導成分が含まれると、電圧と電流との間に位相が遅れて力率が低下する。このため、同一周波数で同一電圧の電源を使用する場合でも、位相遅れが大きくなるほど実効電力が低下する。
また、回路内にコイルなどの誘導成分が含まれると、周波数が増えるに伴ってインピーダンスが増大するので、特に急峻な電流増加を行う場合に、電流値の立ち上がりが鈍くなり、必要な電流上昇を行うことができない場合があった。
【０００８】
そして、上記したように、アーク溶接機や抵抗溶接機などの溶接機には、変圧等のためにトランスを用いている。トランスには巻線があるため、この巻線により位相のずれが発生し、力率の低下を招く。
このため、アーク溶接機の場合には、安定したアークが発生し難かった。すなわち、位相がずれていると、力率の低下して発熱量が減少してアークが安定せず、溶接の品質が安定しなかった。また、進相コンデンサーを用いて、位相のずれを補償したのでは、装置が高価となり大きくなってしまう。
また、抵抗溶接機の場合には、溶接部の抵抗における発熱量が小さくなり、より高出力の装置にする必要がある。そして、時間に対する電流の変化率を大きくして急峻に電流を増加して短時間で高電流とすることはできないため、パルス電流を用いる場合には、高電流とすることができず、条件によっては、安定して溶接することができなかった。
【０００９】
そして、この位相のずれを、トランス自体の構造で解決できれば、より安定して溶接することができる。また、他の用途に用いることにより、効率が良くなり、また省エネにもなる。
【００１０】
そこで、本発明は、進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善ができるトランスを提供し、また、省エネで、性能の良い溶接機の提供を行うこと課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、鉄心と、前記鉄心に巻かれている板状の巻線を有し、前記巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分による位相のずれを補償することを特徴とするトランスである。
ここで、「位相のずれを補償する」とは、誘導成分による位相の遅れを、誘導成分とほぼ同じくらいの容量成分により進ませることである。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分による位相のずれを補償することができるので、進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善ができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、鉄心と、前記鉄心に巻かれている板状の巻線を有し、前記巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、所定の周波数における前記容量成分のリアクタンスは、前記所定の周波数における前記巻線の有する誘導成分のリアクタンスよりも大きいことを特徴とするトランスである。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、鉄心と、前記鉄心に巻かれている板状の巻線を有し、前記巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、所定の周波数における前記容量成分のリアクタンスは、前記所定の周波数における前記巻線の有する誘導成分のリアクタンスよりも大きいので、モータに用いられるコイルなど、位相を遅らせる要素がある機器に使用しても、進相コンデンサーなどを用いることなく力率の改善が可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、さらに、１次側の巻線と２次側の巻線を互い違いに同方向に巻いていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランスである。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、１次側の巻線と２次側の巻線を互い違いに同方向に巻いているので、１次側の巻線と２次側の巻線とを近づけることができ、トランスの効率を良くすることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、さらに、１次側の巻線と２次側の巻線は共用する部分を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランスである。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、１次側の巻線と２次側の巻線は共用する部分を有しているので、トランスを小型化することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記巻線は、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成されるものであり、前記枠状板の切れ目付近と接続板には貫通孔を設け、前記貫通孔にロッドを挿通して固定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトランスである。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、前記枠状板の切れ目付近と接続板には貫通孔を設け、前記貫通孔にロッドを挿通して固定するものであるので、位置あわせの作業や、固定作業が容易となり、容易に製作することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記巻線は、切れ目を有する枠状板を接続して構成されるものであり、前記枠状板は、２枚で１ターンとなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトランスである。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、２枚で１ターンとなる枠状板が用いられているので、トランスの調整が容易となる。また特に大型のトランス等に用いられる厚い枠状板の場合には変形が難しいが、容易にトランスの製作をすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、枠状板の端部には複数の端子接続部を設け、前記端子接続部は１次側の入力端子または２次側の出力端子と着脱することが可能であり、前記端子接続部に１次側または２次側の巻線の巻数を変更して、２次側の電圧を切り替えることが可能であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のトランスである。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、１次側の入力端子または２次側の出力端子と着脱することが可能である端子接続部が枠状板の端部に設けられているので、２次側の電圧を切り替えの切換が簡単な構造により可能となる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記鉄心は、板を重ね合わせて形成されるものであり、巻線に流れる電流によって生じる磁力線を通す磁路にはつぎ目がないことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のトランスである。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、鉄心は、板を重ね合わせて形成されるものであり、巻線に流れる電流によって生じる磁力線を通す磁路にはつぎ目がないので、磁気抵抗が減少し、また、２次側に伝達されない磁束を減少できるので、効率の良いトランスとなる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側に接続されている複数の溶接棒が設けられ、前記溶接棒の先端同士が所定の間隔を設けることができるように溶接棒の保持が可能であり、電圧を印加すると溶接棒の先端同士及び溶接棒の先端と溶接対象との間でアークの発生が可能であることを特徴とする溶接機である。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いているので、位相のずれが少ないため、効率が良く省エネであり、溶接棒の先端同士でアークの発生が可能であるので、アークを安定して発生させることができる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、電極棒同士が先端側に向かう方向に漸近するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の溶接機である。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、溶接棒同士が先端側に向かう方向に漸近するように配置されているので、溶接棒同士の距離は先端が一番近くなって、特に先端でアークが発生しやすい。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、トランスの出力は３相交流であって、前記トランスの出力の各相に接続された３本の溶接棒を有していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の溶接機である。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、トランスの出力は３相交流であって、前記トランスの出力の各相に接続された３本の溶接棒を有しているので、いずれかの溶接棒には、電圧がかかっている状態を維持しつつけるので、アークが安定して、品質の良い溶接が可能となる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側から出力される電圧を、溶接対象の溶接部の間に印加して、前記溶接部の間の抵抗による発熱により溶融させて溶接できることを特徴とする溶接機である。
【００３４】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いた溶接機であって、前記トランスの２次側から出力される電力により、別途使用されるロウ材を溶融させて、溶接できることを特徴とする溶接機である。
【００３５】
請求項１２及び請求項１３に記載の発明によれば、請求項１〜８のいずれかに記載のトランスを用いているので、溶接の効率が良く、省エネルギーとなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの外観を示した斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態におけるトランスに使用する枠状板の正面図である。図３は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの鉄心を示した斜視図である。図４は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板の配置を示した斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の配線状況を示した正面図である。図６は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第１の方法による配線状況を示した正面図である。図７は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況の枠状板の配置を示した正面図である。図８は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況を示した図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。図９は、トランスの接続方法の変形例である。図１０は、本発明の変形例における枠状板の正面図である。図１１は、本発明の第２の実施形態である溶接機を使用している状態を示した斜視図である。図１２は、本発明の実施形態における溶接機の配線状態を示した模式図である。図１３は、本発明の溶接機の構成図である。図１４（ａ）〜（ｃ）は、図１３に示す溶接装置の各部の電圧波形である。図１５（ａ）は、図１３で示す溶接装置を用いた溶接例を示す斜視図、図１５（ｂ）は溶接完了後の仕上がりを示す斜視図である。図１６及び図１７は、鉄心板の正面図である。図１８は、図１６に示される鉄心板を用いて本発明のトランスを組み立てる状況を示した斜視図である。図１９は、図１６に示される鉄心板をコイルに入れた状態を示した斜視図である。図２０及び図２１は、図１７に示される鉄心板を用いて作製される鉄心に枠状板を入れる方法を示した斜視図である。
【００３７】
本発明の第１の実施形態におけるトランス７０は、図１に示されている。そして、トランス７０は、コイル（巻線）７３と、鉄心７５を有している。
【００３８】
コイル７３は、図２に示されるような枠状板７１を有している。そして、コイル７３は１つの枠状板７１のみ、又は、複数の枠状板７１と接続板７１ｄを接続することによりスパイラル状に接続されている。
枠状板７１は、ワンターンコイルとして機能するものであり、枠状の板である。また、枠状板７１の内側には空間部７７が設けられており、この空間部７７は、後述する鉄心７５の脚部８０が入る程度の大きさである。また、枠の一部が切れており、切れ目７１ａが設けられている。切れ目７１ａの両側である端部７１ｂ、７１ｃ付近には貫通孔７６が設けられている。
接続板７１ｄは、枠状板７１の切れ目７１ａ同士の距離よりも長い板状である。接続板７１ｄには２つの貫通孔７６が設けられ、枠状板７１の貫通孔７６の距離と同じ距離となるように設けられている。枠状板７１及び接続板７１ｄの材質は銅であり、銅板を枠状に加工して製作される。
【００３９】
枠状板７１を接続板７１ｄによって接続すると上記のように、コイル７３となる。
【００４０】
鉄心７５は、図３に示されるように、鉄心用板７５ａを重ね合わせて製作されるものである。鉄心用板７５ａは略「日」型の板状であり、鉄心用板７５ａを重ね合わせた鉄心７５は、略「日」型の形状をしており、２つの開口８２と、３つの脚部８０を有し、脚部８０は両側部と中央に三本有している。開口８２の向きは、鉄心用板７５ａの板面に対して垂直であり、また脚部８０の方向は鉄心用板７５ａの板面に対して平行である。開口８２の周囲には切れ目はなく、開口８２の周囲を磁力線を通す磁路を形成することができる。
なお、鉄心用板７５ａの材質は、珪素鋼板を使用している。
【００４１】
そして、図３，図４に示されるように、コイル７３の空間部７７に鉄心７５の脚部８０が収まるようにしながら、枠状板７１を鉄心７５に入れる。このように入れると、コイル７３の軸方向は、脚部８０の方向と平行になり、鉄心用板７５ａの面に対して垂直になる。
さらに、コイル７３の巻数に相当するだけの枠状板７１を挿入する。そして、３つの脚部８０に、それぞれ、３相交流の各相に対応するようにコイル７３を形成する。コイル７３は、枠状板７１の板面が対向するように配置させ、上記した接続板７１ｄによって接続する。接続板７１の一方の端部に接続する枠状板７１は、接続板７１の他方の端部に接続する枠状板７１とは、別の枠状板７１であり、コイル７３がスパイラル状につながる。
また、枠状板７１同士の間には図５に示されるように、絶縁部材７２を挿入しながら組み立てられる。なお、この対向している枠状板７１は、同じコイル７３の枠状板７１でもよく、また、１次側コイル７３と２次側コイル７３というように、別のコイル７３の枠状板７１同士によるものでもよい。
【００４２】
図５は、枠状板７１の切れ目７１ａ付近の配線の一部を示した図である。そして枠状板７１の配線は、枠状板７１の切れ目７１ａ付近の一方の端部７１ｂと、枠状板７１の他方の端部７１ｃを接続板７１ｄで接続する。接続板７１ｄは、一方の端部７１ｂと別の枠状板７１の他方の端部７１ｃとを接続してコイル７３を形成していく。コイル７０の短絡を防止するため、絶縁部材７２を挟む。枠状板７１の端部７１ｂ、７１ｃ付近には貫通孔７６が設けられており、貫通孔７６にロッド７９を挿通してコイル７３を固定する。なおこのロッド７９は、絶縁されてコイル７３の短絡を防止している。
【００４３】
本実施形態のコイル７３は同じ脚部８０に１次側（電源側）のコイル７３と２次側（電極側）のコイル７３を互い違いに同方向に巻いており、部分的に二条巻となっている。そして、１次側と２次側のコイル７３は絶縁した状態で独立しており、それぞれ、１次側（電源側）のコイル７３と２次側（電極側）のコイル７３として使用される。
【００４４】
具体的な接続方法を、図６、図７、図８を用いて説明する。
まず第１の方法としては、図６に示されている。枠状板７１の一方の端部７１ｂと他方の端部７１ｃの組み合わせが、図６における、Ｓ２とＴ２、Ｓ３とＴ３、Ｓ４とＴ４、Ｓ５とＴ５、Ｓ６とＴ６であり、これらの間は、図６で図示しない枠状板７１により、鉄心７５の脚部７６を回って接続されている。そして、接続板７１ｄにより、Ｓ１とＴ３、Ｓ２とＴ４、Ｓ３とＴ５、Ｓ４とＴ６、Ｓ５とＴ７をつないでいる。その結果、Ｓ１からＴ３、Ｓ３、Ｔ５、Ｓ５を経てＴ７につながるコイル７３と、Ｔ２から、Ｓ２、Ｔ４、Ｓ４、Ｔ６を経てＳ６につながるコイル７３が形成される。
第２の方法としては、図７に示すように、枠状板７１の切れ目７１ａの位置を交互に配置し、それぞれの位置で接続板７１ｄを用いて図８（ａ）、（ｂ）の様に、それぞれの位置に置いて配線を行うものである。
【００４５】
本実施形態のトランス７０の巻線であるコイル７３は、板状であり、板状の枠状板７１を板面が対向するように巻かれて構成されているので、隣接する枠状板７１同士の間に、容量成分（静電容量）を有している。したがって、トランス７０はトランス７０の誘導成分による位相のずれを補償することができる。
そして、本実施形態のトランス７０は、トランス７０の２次巻線による誘導成分を補償する容量成分を持っており、位相のずれがほとんどなくなって、電流と電圧の位相差がほとんどないので、使用の際には力率が１００％に近いものとなる。
また、トランス７０では、コイル７３に電流が流れると、その電流によって生じる磁力線を通す磁路の方向は、脚部８０の方向である。したがって、磁路の方向にはつぎめが無く、２次側に伝達するロスを低減させ、さらに、電流によって生じる磁力線を通す垂直な方向に垂直な方向が、鉄心用板７５ａの合わせ目となるため、ロスが小さく、効率の良いトランス７０となる。
【００４６】
なお、トランス７０の、コイル７３の巻数（１次側、２次側）、鉄心７５及び枠状板７１の形状、大きさなどは、使用する電源や２次側の装置の種類などによって変更可能である。
そして、トランス７０は、コイル７３による位相の遅れを補償するために、コイル７３によって容量成分を発生させる。コイル７３による誘導成分や容量成分は、使用される電源の電圧や周波数、出力される電圧、コイル７３の巻数、枠状板７１の面積、枠状板７１同士の幅、枠状板７１同士の間に設ける絶縁部材７２などにより変化する。
【００４７】
具体的に製作する場合には、上記の条件の内、設計的に自由度の有る項目（枠状板７１の面積、枠状板７１同士の距離、枠状板７１同士の間に設ける絶縁部材７２の種類など）選定して製作される。また、従来のトランスでは丸線を多層巻きにして製作されるのでロスが大きく、このロスを見込んで設計することが必要であるが、本実施形態におけるトランス７０ではそのような複雑な計算は不要である。
また、容量成分の調整は、具体的には、枠状板７１同士の間に挟む絶縁紙を薄くしたり、枠状板７１同士の間にかかる電圧を大きくするように設計して行われる。具体的な方法として、容量成分を増加させるには、枠状板７１の板厚を１／２として、枠状板７１同士の隙間を同じにしながら巻数を２倍にすれば、容量成分も２倍となる。また、枠状板７１の巾を２倍にすることによっても容量成分を２倍とすることができる。
【００４８】
上記した実施形態のトランス７０では、枠状板７１は一枚で鉄心７５を一周して１ターンとするものであったが、これを分割し、図１０に示されるような２枚で鉄心７５を一周して１ターンとし、１枚で半ターンとするする枠状板８１を用いてもよい。このような、枠状板８１を用いることにより、トランス７０のきめ細かい調整をすることが可能である。特に、大型のトランス７０では、銅板が厚くなるので枠状板７１の変形が難しいので、鉄心７５に巻き付ける際に変形させることなく容易にトランス７０の製作が可能である。
【００４９】
また、上記トランス７０は、１次側と２次側のコイル７３は絶縁した状態で独立しているものであったが、図９に示されるようなトランス６０のように１次側と２次側のコイル７３を共用した共用部６４を有する、いわゆるオートトランスとした構成としても良い。具体的には、コイル７３を脚部８０に設けられるコイル７３は１つとして、１次側及び２次側のいずれかの配線をコイル７３の両端付近で接続し、他方の配線をコイル７３の巻数が一部となるように接続する。トランス６０では、さらに効率がよい。
【００５０】
同一の電源を用いて、２次側の電圧を切り替える場合には、１次側または２次側のコイル７３の巻数を変更することにより行われる。例えば、それぞれの枠状板７１の端部に端子接続部が設けられており、端子接続部に１次側の入力端子または２次側の出力端子と着脱することが可能であり、１次側のコイル７３や２次側のコイル７３の電流の流れるの長さを替え、１次側の入力、又は、２次側の出力に用いる有効なコイル７３巻数を変更する。本発明では、枠状板７１と接続板７１ｄとの接続する部分に際に、前記端子を取り付けることができるので、取り付けやすく、構造が複雑と成らず、組み立てやすい。
なお、従来のトランスでは、丸線を多層巻きにして製作されるので、中途部から引き出し線を取り出すのは難しく手間を必要とするが、本実施形態のトランス７０では簡単にできる。
例えば、１次側の電圧を２００Ｖ商用電源を用いて、１次側のコイル７３を８０ターンとすると、２次側のコイル７３が１ターン増えるごとに電圧が２．５Ｖ上昇した電圧を取り出すことができ、１次側のコイル７３を１００ターンとすると、２次側のコイル７３が１ターン増えるごとに電圧が２Ｖ上昇した電圧を取り出すことができる。
【００５１】
前記端子の切り替えは、従来技術のトランスと同様に構造を採用することができる。例えば、スライダックに用いられている構造のように、回転ハンドルなどが設けられた接点を有する回転部と、円弧状に配置されている複数の端子側の接点とを設けて、回転部を回転させることにより、回転部側の接点と端子側の接点とを接触させる構造を用いることができ、また、押しボタンを複数設けて、任意の押しボタンを押すとコイル７３巻数が所定の巻数となるように選択される構造を用いることができる。
このように、従来のトランスではトランス自体に変圧機能を持たせることが困難であったが、本発明では容易に変圧機能を持たせて、スライダックの機能を兼ね備えることが可能となる。そして、かかる場合には、後述するように、トランス７０を溶接機に用いた場合には、幅広い条件に用いることができる。例えば、スポット溶接の場合では、材質がアルミやチタンのように瞬間大電流が必要な条件や、鉄のように小電力で長時間の電流が必要な条件など、幅広い条件に対応して使用することができる。
【００５２】
さらに、後述する溶接機４０の出力の切り替えを、トランス７０の電圧の切り替えによって行う場合に、出力電圧に応じて、太さの異なる溶接棒４１を接続して、溶接棒４１の太さに応じて、電圧の切替を行っても良い。
【００５３】
また、枠状板７１を鉄心７５に入れる方法を、上記とは異なる他の方法を用いることができる。
すなわち、上記したトランス７０は、開口８２の周囲には切れ目のない板状の鉄心用板７５ａを用いて鉄心７５を形成する方法によって製造するものであったが、切れ目９３を有する鉄心用板９２ａを用いて、開口８２の周囲に外部に通じる切れ目９０を有する鉄心９２を作製して、切れ目９０から枠状板７１を入れてトランス７０を製造してもよい。
【００５４】
具体的には、図１６に示されるように、切れ目９３が設けられた鉄心用板９２ａを用い、組み立てられたコイル７３に切れ目９３から入れていく。鉄心用板９２ａは、薄い鉄板であるので、図１８に示されるように、容易に曲げて、切れ目９３を大きくすることができる。そして、コイル７３に入れ、図１９に示されるような状態とした後に切れ目７３を接続する。この接続は、切れ目９０で磁力線を通すことができるようにすることが望ましく、具体的には、スポット溶接などにより行われる。所定の枚数の鉄心用板９２ａを入れて、鉄心９２とする。
なお、枠状板７１をつないでコイル７３を形成する方法などの方法については、上記した方法と同様である。
【００５５】
また、枠状板７１を鉄心７５に入れる他の方法として、鉄心用板９５を２つの部材として分割可能とすることにより、行うことも可能である。
具体的には、図１７に示されるように、第１鉄心用板９５ａと第２鉄心用板９５ｂからなる。そして、第１鉄心用板９５ａは「コ」字状の板であり、第２鉄心用板９５ｂは、第１鉄心用板９５ａの端部をつないで、鉄心用板９５全体として空間部９５ｃを形成するような形状である。また、第２鉄心用板９５ｂは台形状であり、外側に向かって拡幅している。
【００５６】
そして、第１鉄心用板９５ａと、第２鉄心用板９５ｂと、を別々に重ね合わせて図２０に示される状態とし、枠状板７１の空間部７７が鉄心７５の脚部８０に収まるようにする。全ての枠状板７１を鉄心９２に入れた後、第１鉄心用板９５ａと第２鉄心用板９５ｂとを接続し、図２１に示されるような状態とする。この接続は、第１鉄心用板９５ａと第２鉄心用板９５ｂとの間で磁力線を通すことができるようにすることが望ましい。具体的な接続方法としては、スポット溶接などにより行われるのが望ましく、１．５ｍｍ程度の外径の丸線を継ぎ目部で押しつけながらスポット溶接することにより、接合面に電流が集中するので、第１鉄心用板９５ａと第２鉄心用板９５ｂとの接合が容易にできる。
なお、枠状板７１をつないでコイル７３を形成する方法などの方法については、上記した方法と同様である。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態である溶接機４０について説明する。本発明の溶接機４０は、図１１に示されている。溶接機４０には、溶接棒４１、溶接棒保持部４２、握り棒４３が設けられている。溶接機４０は、前記した第１の実施形態のトランス７０を用いている。
そして、溶接機４０を使用することにより、溶接棒４１の先端４１ａと溶接対象４６との間でアークが発生し、また、溶接棒４１の先端４１ａ同士でもアークが発生する。そして、溶接棒４１が溶融して溶接対象４６側に移動し、図１１のように、溶接対象４６の表面に溶接部４６ａが形成されて、溶接することができる。
【００５８】
溶接機４０の溶接棒４１は、３本有しており、溶接棒４１の先端４１ａ側が漸近するように配置され、先端４１ａ同士が所定の間隔が設けられている。溶接棒４１の材質は、従来よりアーク溶接に用いられる溶接棒が用いられ、特にフラックス付き溶接棒が用いられている。なお、溶接棒４１は３本であったが、４本以上の溶接棒４１を用いることができる。例えば、３相電極に接続されている３本の溶接棒４１に加えて、電極に接続していないニュートラルの溶接棒４１を設けても良い。また、溶接棒４１を６本としてもよく、さらに、この６本の溶接棒４１にニュートラルの溶接棒４１を加えて７本の溶接棒４１としてもよい。
溶接棒保持部４２は、溶接棒４１を保持することが可能であり、また、溶接棒４１が保持されると、それぞれの溶接棒４１とトランス７０の出力側と接続される。
【００５９】
トランス７０と溶接棒４１との接続は、図１２に示されている。すなわち、トランス７０の１次側の３つのコイル７３の同相側を短絡して、他方を１次電源に接続する。またトランス７０の２次側の３つのコイル７３の同相側を短絡してＹ接続して、溶接機４０の溶接棒４１に接続する。
【００６０】
そして、溶接機４０を使用する場合には、トランス７０の１次側に３相交流電源を接続し、トランス７０を介して、溶接機４０の溶接棒４１の先端４１ａに電圧を印加する。作業者は、握り棒４３を持ちながら、溶接棒４１の先端４１ａを溶接対象４６に近づけて、溶接を行う。
【００６１】
本実施形態用いられるトランス７０は、電流と電圧の位相差がほとんどなく、使用の際には力率が１００％に近いので、アークの発生が安定して、ノイズが発生しにくい。すなわち、従来の溶接機のように位相差が大きいと、アークによる発熱が小さいので、効率が悪く、またアークが不安定となっていたが、本発明の溶接機４０では、効率が良く、省エネで、同じ電力でもより多くの溶接が可能となる。
【００６２】
そして、本出願人が、従来のアーク溶接機と本発明の溶接機４０の比較を行った。その結果、従来の交流アーク溶接機では、１９ｋＶＡの入力に対して、出力は８ｋＶＡであり、溶接棒は３ｍｍ径程度の太さが限度であった。しかしながら、溶接機４０では、１９ｋＶＡの入力が有れば、１５ｋＶＡの出力が得られ、２．６ｍｍ径程度の太さの溶接棒４１を３本使用することができる。したがって、同じ入力でも、従来の溶接機に比べて、溶接棒の断面積が約２倍となって、溶接作業が容易に早く行うことができる。また、従来の溶接機と同程度の溶接を行うならば、入力側の装置の小型化が可能である。
また、本発明の溶接機４０では、垂下特性を持つ回路は不要であり、電流降下によるノイズの発生を防止することができる。
【００６３】
さらに、溶接棒４１の先端４１ａ側が漸近するように配置され、先端４１ａ同士が所定の間隔が設けられているので、溶接棒４１に電圧が印加されると、先端４１ａ同士の間でアークが発生する。ここで、本実施形態に使用される電源は３相交流であるので、３本の溶接棒４１の内の、いずれかの２本の間は必ず強い電圧が印加され、他の間は少し電圧が弱いが電圧が印加されることとなり、アークが発生し続けることとなり、また、回転磁界も発生する。したがって、従来のアーク溶接機と比べて、アークが途切れにくく、溶接作業が容易となり、作業者が熟練していなくても溶接の品質が安定する。
また、通常のアーク溶接機では、一旦０電位から再度アークを発生させるため高周波数の電源とする必要があり、このため、外部にノイズを発生させていたが、溶接機４０ではそのようなことはない。
【００６４】
本発明の溶接機４０は、上記のような効果を有するので、溶接の自動化や、無人溶接にも適している。なお、溶接機４０は、前記した第１の実施形態のトランス７０を用いているものであったが、他のトランスを用いることもできる。
【００６５】
上記の溶接機４０は、アーク溶接機であったが、上記トランス７０のような、巻線を板状として巻線間に容量成分を持たせたトランスを、抵抗溶接機やロウ材によって溶接するための溶接機に用いて省エネを図ることができる。
抵抗溶接機は、上述したように、溶接対象の溶接部の間に印加して、前記溶接部の間の抵抗による発熱により溶融させて溶接するものである。また、ロウ付けを用いる溶接機は、別途使用されるロウ材を溶接部に配して、溶接機によって前記ロウ材を溶融させて、溶接するものである。
【００６６】
抵抗溶接機の具体的な実施形態について説明する。
図１３は本発明の第３の実施形態である溶接機３０の構成図であり、図１４は溶接機３０の各部の波形を示したものである。溶接機３０は具体的には抵抗溶接機であり、制御手段１１０、電源部１２０および加圧手段１３０を備えて構成される。尚、加圧手段１３０は、加圧電極１３２には付勢具Ｓｏ〜Ｓ２が取り付けられて、電極１３１，１３２同士の間に載置される溶接母材Ｗ１と被溶接部材Ｗ２に加圧力を加えることができるものである。
制御手段１１０は、各制御工程に応じて電源部１２０および加圧手段１３０を含む溶接機３０の構成要素を集中制御するものである。則ち、初期加圧工程、通電加圧工程および最終工程に応じて制御手段１１０から電源部１２０に制御信号を送出して溶接電圧を制御すると共に、加圧手段１３０へ制御信号を送出して加圧力を制御する。
【００６７】
電源部１２０は、位相制御部１２１、トランス１２５および波高値制御部１２６を備えており、電源部１２０から出力される溶接電圧が加圧手段１３０の電極３１，１３２へ送出されて溶接が行われる。
ここで、電源部１２０を構成する位相制御部１２１は、特許第２８８４５４７号で既に登録された電源装置と同一構成である。
【００６８】
位相制御部１２１は、三相交流の各相のゼロクロスを検出するゼロクロス検出器１２２と、各相毎に直列に接続されたサイリスタ１２４ａ〜１２４ｃと、サイリスタの点弧位相を制御する位相調整器１２３ａ〜１２３ｃを備えている。この位相制御部１２１は、ゼロクロス検出器１２２でゼロ位相を検出して各位相調整器１２３ａ〜１２３ｃに伝送し、各位相調整器１２３ａ〜２３ｃではゼロ位相から所定位相だけ遅れた位相でサイリスタ１２４ａ〜１２４ｃに向けて点弧信号を送出する。
これにより、図１４（ａ）に示すように、トランス１２５の一次側コイル１２５ａ〜１２５ｃへ、各相毎にサイリスタ１２４ａ〜１２４ｃの点弧位相から消弧位相（ゼロ位相）までの間だけ通電を行う。
【００６９】
位相制御部１２１によって、トランス１２５の一次側コイル１２５ａ〜１２５ｃに図１４（ａ）に示す通電が行われると、図１４（ｂ）に示すパルス電圧が二次側コイル１２５ｄに誘起される。このパルス電圧の周波数は三相交流の周波数の３倍となる。
そして、発生したパルス電圧は波高値制御部１２６によって波高値およびパルス幅の上昇するパルス電圧に変換される。則ち、波高値制御部１２６では、図１４（ｃ）に示すように、時間経過に伴って波高値Ｖが増大すると共にパルス幅ｔ１も増加するパルス電圧に変換され、このパルス電圧が溶接電圧として端子ａ，ｂを介して電極１３１，１３２へ印加される構成である。
【００７０】
ここで、本実施例の溶接機３０のトランス１２５は、コイル１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄが、板状であり、容量成分を有しており、コイルの有する誘導成分を補償している。これにより、図１４（ｂ）に示すように、パルス電圧の立ち上がりを急峻にすることができ、これによって、異種金属における溶接をも可能にしている。
【００７１】
また、電源部１２０では、三相交流電圧の周波数の３倍の周波数を有したパルス電圧が出力される。これにより、被溶接部材Ｗ２と溶接母材Ｗ１との間に短時間に効果的に入熱を蓄積できると共に、微少アークを安定して持続させることが可能である。
【００７２】
このように、溶接機３０を用いて溶接を行うことにより、省エネであり、また溶接しにくい条件でも溶接を可能となる。
例えば、図１５に示されるような、大径のパイプに直角に別のパイプを溶接することが可能となる。このような部材の溶接では、図１５（ｂ）に示すように、被溶接部材Ｗ２の下縁Ｗ２ａと溶接母材Ｗ１とが部分的にしか接触しない状態が生じる場合がある。しかし、溶接電圧（パルス電圧）を上昇させながら接触部分を溶融させつつ加圧力Ｆを増大させるので、溶融が進むに連れて被溶接部材Ｗ２の端部において円周方向へ溶融が拡がる。そして、最後に鍛圧を印加することによって良好な溶接を確保することが可能である。
【００７３】
また、ロウ付けを用いた溶接では、一般的には、ガス炎による加熱が行われているが、溶接部に電気を通電させて加熱して、溶接部に設けられたロウ材を溶融させて溶接することができる。溶接機は、板状コイルを用いたトランスが用いられており、上記の抵抗溶接機３０と同様な装置を用いることができるが、溶接部に電気を通電させて加熱して、溶接部に設けられたロウ材を溶融させることができる装置であればよい。
このとき、ロウ材を溶接部に塗布したり、挟み込んでおくと溶接が容易に行うことができる。
【００７４】
さらに、本発明の溶接機３０を用いて溶接対象４６を抵抗溶接し、同じ部分を溶接機４０によってアーク溶接することもできる。かかる場合には、溶接部分が強固となる。
【００７５】
また、本実施形態の容量成分を有するトランス７０、１２５は、板状コイル７３が板状の枠状板７１を板面が対向するように巻かれて構成されているので、隣接する枠状板７１同士の間に、容量成分を有している。そのため、トランス７０、１２５はコイル７３による誘導成分による位相のずれを補償することができる。したがって、トランス７０、１２５の２次側にモーターなどの溶接機以外の機器を接続しても、この機器を効率良く作動させることができる。
例えば、パルスモータや寸動モータなど、急激に電流を増大、減少させることを要求される用途の変圧に、本発明のトランス７０、１２５を用いると、位相のずれが少ないので、制御が迅速、正確にできる。かかるモータをＮＣ工作機の位置決めのモータに用いると、精度が高くなる。
【００７６】
また、本発明のトランス７０を用いて、動力電源の３相２００Ｖを３相１００Ｖに変圧し、家庭用の電源として用いてもよい。具体的には、特開２００１−１１２１７０号公報に記載されている方法に、本発明のトランス７０を用いるものである。そして、本発明のトランス７０を用いた場合には、モータ類などの機器を使用する際には省エネとなり、蛍光灯に使用する際には、省エネでさらにちらつきを減少させることができる。
【００７７】
さらに、トランス７０、１２５の容量成分を増やし、トランス７０、１２５の２次巻線による誘導成分のリアクタンスよりも大きい容量成分のリアクタンスを持たせてより進相としたトランスも有用である。すなわち、２次側の回路に、モーターのコイルなどの誘導成分が含まれている場合には、トランス７０、１２５のコイル７３の誘導成分に相当する容量成分の補償だけでは、モータに設けられているコイルによって、回路全体としての位相が遅れることとなる。しかしながら、このようなトランスを用いることによって、回路全体の位相のずれを補償することが可能となり、効率が良く、省エネにもつながる。ここで、リアクタンスは電源等の周波数により変動するが、このリアクタンスを比較する基準となる所定の周波数は、トランスの出力側に用いられる機器により定められる。
【００７８】
また、トランス７０は３相３脚タイプであったが、電源側が単相タイプのものにも板状コイル７３を用いることができる。例えば、スポット溶接機に、誘導成分による位相のずれを補償したトランス７０を用いた場合には、発熱が大きく、効率よく溶接することができる。また垂下特性は不要である。
【００７９】
【発明の効果】
本発明のトランスは、進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善することができ、本発明の溶接機は、省エネで性能が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるトランスの外観を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるトランスに使用する枠状板の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるトランスの鉄心を示した斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板の配置を示した斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の配線状況を示した正面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第１の方法による配線状況を示した正面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況の枠状板の配置を示した正面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況を示した図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図９】トランスの接続方法の変形例である。
【図１０】本発明の変形例における枠状板の正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態である溶接機を使用している状態を示した斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態における溶接機の配線状態を示した模式図である。
【図１３】本発明の溶接機の構成図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、図１３に示す溶接装置の各部の電圧波形である。
【図１５】（ａ）は、図１３で示す溶接装置を用いた溶接例を示す斜視図、（ｂ）は溶接完了後の仕上がりを示す斜視図である。
【図１６】鉄心板の正面図である。
【図１７】鉄心板の正面図である。
【図１８】図１６に示される鉄心板を用いて本発明のトランスを組み立てる状況を示した斜視図である。
【図１９】図１６に示される鉄心板をコイルに入れた状態を示した斜視図である。
【図２０】図１７に示される鉄心板を用いて作製される鉄心に枠状板を入れる方法を示した斜視図である。
【図２１】図１７に示される鉄心板を用いて作製される鉄心に枠状板を入れる方法を示した斜視図である。
【符号の説明】
３０    溶接機
４０    溶接機
４１    溶接棒
４１ａ  先端
６４    共用部
７０    トランス
７１    枠状板
７１ａ  切れ目
７１ｄ  接続板
７３    コイル（巻線）
７５    鉄心
７５ａ  鉄心用板
７６    貫通孔
７９    ロッド
１２５  トランス
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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