(57)【要約】【課題】アルミニウム溶接に必要な高レベルの瞬時的な溶接エネルギと、鉄溶接に必要な持続的な溶接エネルギとを選択的に出力可能な鉄製およびアルミニウム製部材兼用の溶接装置を提供する。【解決手段】互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイル２１〜２３を有する電源トランス２０と、交流電源３０からの電力を第１のコイル２１と第２のコイル２２のどちらか一方に選択的に入力するための入力切替回路４０と、交流電源３０からの電力を第１のコイル２１に入力したときに第３のコイル２３から出力される電力を鉄溶接ガン５０に供給する鉄溶接用電力供給回路６０と、第２のコイル２２に電力を入力したときに第１のコイル２１から出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガン７０に供給するアルミニウム溶接用電力供給回路８０とを備えた。【選択図】図１
2005111504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイルを有する電源トランスと、
交流電源からの電力を前記第１のコイルと前記第２のコイルのどちらか一方に選択的に入力するための入力切替回路と、
前記交流電源からの電力を前記第１のコイルに入力したときに前記第３のコイルから出力される電力を鉄溶接ガンに供給する鉄溶接用電力供給回路と、
前記交流電源からの電力を前記第２のコイルに入力したときに前記第１のコイルから出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガンに供給するアルミニウム溶接用電力供給回路と、
を備えたことを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
前記交流電源からの電力を前記第１のコイルに入力したときに前記第３のコイルから鉄溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、
前記第１のコイルの入力端子間の巻数、前記第３のコイルの出力端子間の巻数、前記第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および前記第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値を選定し、且つ、
前記交流電源からの電力を前記第２のコイルに入力したときに前記第１のコイルからアルミ溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、
前記第２のコイルの入力端子間の巻数、および前記第１のコイルの出力端子間の巻数を選定したことを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
【請求項３】
前記アルミニウム溶接用電力供給回路は、
前記第１のコイルから出力された電力を整流する整流回路と、当該整流回路からの電力を蓄える所定容量のコンデンサとを備え、当該コンデンサからの放電電力を前記アルミニウム溶接ガンに供給するように構成された回路であることを特徴とする請求項１または２記載の溶接装置。
【請求項４】
互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイルを有する電源トランスと、
前記第１のコイルに設けられた第１、第２および第３の入力端子と、
交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間、または前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間のどちらか一方に選択的に入力するための入力切替回路と、
前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間に入力したときに前記第３のコイルから出力される電力を鉄溶接ガンに供給する鉄溶接用電力供給回路と、
前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間に入力したときに前記第２のコイルから出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガンに供給するアルミニウム溶接用電力供給回路と、
を備えたことを特徴とする溶接装置。
【請求項５】
前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間に入力したときに前記第３のコイルから鉄溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、
前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間の巻数、前記第３のコイルの出力端子間の巻数、前記第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および前記第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値を選定し、且つ、
前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間に入力したときに前記第２のコイルからアルミ溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、
前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間の巻数、および前記第２のコイルの出力端子間の巻数を選定したことを特徴とする請求項４記載の溶接装置。
【請求項６】
前記アルミニウム溶接用電力供給回路は、
前記第２のコイルから出力された電力を整流する整流回路と、当該整流回路からの電力を蓄える所定容量のコンデンサとを備え、当該コンデンサからの放電電力を前記アルミニウム溶接ガンに供給するように構成された回路であることを特徴とする請求項４または５記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄製およびアルミニウム製部材兼用の溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接装置の一種に、スタッドを母材に溶植するためのスタッド溶接装置がある。スタッド溶接装置は、軟鋼やステンレス鋼などの鉄製のスタッドは勿論のこと、アルミニウムやその合金製のスタッドの溶接にも多く利用されている。
【０００３】
その利用形態の一例として、自動車のボディの凹み直しを挙げることができる。自動車のボディの凹み直しは、従来、凹みが生じた部分をボディ板の裏側から叩き出すことにより行われてきたが、最近では、ボディの軽量化と剛性の確保とを両立するために、アルミニウム製の板材か板厚を薄くした鉄製の板材を用いて袋状または箱状の構造としたのものがボディ板に多く用いられるようになり、ボディ板の凹みが生じた部分を裏側から叩き出すことができない場合が多くなった。このような場合に、ボディ板の凹んだ部位にスタッドを溶植し、それをプーラと呼ばれる治具で引っ張ることにより凹みを直す方法が採られる。
【０００４】
アルミニウムやその合金製のスタッドの場合には、スタッドを母材から少し離した状態で瞬時的に放電させた後スタッドを母材に圧接させることにより溶接が行われる。一方、鉄製のスタッドの場合には、スタッドを母材に圧接させた状態で放電させることにより溶接が行われる。このため、アルミニウムやその合金製のスタッドの溶接時には、図３の曲線Ａに示すように、瞬時的に高レベルの放電特性（出力特性）が要求され、鉄製のスタッドの溶接時には、瞬時的に高レベルであるよりむしろ、図３の曲線Ｂに示すように必要なレベルの放電が長く続くような放電特性（出力特性）が要求される。
【０００５】
鉄製およびアルミニウム製スタッド兼用のスタッド溶接装置は既にいくつか提案されている。そのうちの一つとして、電源から溶接部に供給するエネルギ（以下、溶接エネルギと記す。）を蓄えるために複数のコンデンサを使用し、これらのコンデンサを、溶接すべきスタッドの溶接条件に応じて互いに並列または直列に選択的に接続することにより、最適の溶接エネルギが得られるように構成したものが知られている。（特許文献１）
【０００６】
また、溶接エネルギを蓄えるためのコンデンサの放電回路に挿入されたスイッチング素子に直列にインダクタンス素子を接続し、スイッチング素子のオン／オフを切り換えることにより、アルミニウム製スタッド溶接と鉄製スタッド溶接とを選択的に行えるように構成したものも知られている。（特許文献２）
【０００７】
しかし、特許文献１に記載されている従来のスタッド溶接装置では、複数のコンデンサを備え、溶植すべきスタッドの材質に応じて複数のコンデンサの接続形態を変化させることにより、全体としてのコンデンサ容量を変化させる方式を採っているため、コンデンサへの充電回路に切換装置を設ける必要がある。このため回路構成が複雑になり装置の製造コストが高くなる。
【０００８】
また、特許文献２に記載されている従来のスタッド溶接装置では、溶植すべきスタッドの材質に応じて、コンデンサの放電回路に挿入されたスイッチング素子のオン／オフを切り換えることにより、アルミニウム製と鉄製のどちらのスタッドの溶接にも一応は対応できるようにしているが、コンデンサに蓄えられたエネルギを放電させることによって溶接を行う構成上、アルミニウム溶接には使用できても、鉄溶接には不向きである。アルミニウムの場合は、コンデンサから０．０１秒程度の極短時間に放電される高レベルの溶接エネルギによって溶接が可能であるが、鉄の場合は、瞬時的に高レベルであるよりむしろ０．１〜１．０秒程度維持される持続的な溶接エネルギが必要だからである。
【特許文献１】実用新案登録1498967号
【特許文献２】特開平5-208275号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、回路構成を複雑化することなく、アルミニウム溶接に必要な高レベルの瞬時的な溶接エネルギと、鉄溶接に必要な持続的な溶接エネルギとを選択的に出力可能な鉄製およびアルミニウム製部材兼用の溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明の溶接装置は、互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイルを有する電源トランスと、交流電源からの電力を第１のコイルと第２のコイルのどちらか一方に選択的に入力するための入力切替回路と、前記交流電源からの電力を第１のコイルに入力したときに第３のコイルから出力される電力を鉄溶接ガンに供給する鉄溶接用電力供給回路と、第２のコイルに電力を入力したときに第１のコイルから出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガンに供給するアルミニウム溶接用電力供給回路と、を備えたものである。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の溶接装置は、請求項１記載の装置構成を前提にして、前記交流電源からの電力を第１のコイルに入力したときに第３のコイルから鉄溶接に必要な電力が出力され、第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、第１のコイルの入力端子間の巻数、第３のコイルの出力端子間の巻数、第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値をそれぞれ選定し、且つ、前記交流電源からの電力を第２のコイルに入力したときに第１のコイルからアルミ溶接に必要な電力が出力され、第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、第２のコイルの入力端子間の巻数、および第１のコイルの出力端子間の巻数をそれぞれ選定したことを特徴としている。
【００１２】
たとえば、第１のコイルの入力端子間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、第３のコイルの出力端子間の電圧値が６〜１０Ｖ、電流値が１５００〜２０００Ａになり、第１のコイルに流れる無負荷電流の値が３〜１０Ａになるように、第１のコイルの入力端子間の巻数、第３のコイルの出力端子間の巻数、第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値が選定され、且つ、第２のコイルの入力端子間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、第１のコイルの出力端子間の電圧値が所望の値になり、第１のコイルに流れる無負荷電流の値が０．５Ａ以下になるように、第２のコイルの入力端子間の巻数、および第１のコイルの出力端子間の巻数を選定される。
【００１３】
また、請求項３記載の本発明の溶接装置は、請求項１または２記載の装置構成を前提にして、前記アルミニウム溶接用電力供給回路は、第１のコイルから出力された電力を整流する整流回路と、当該整流回路からの電力を蓄える所定容量のコンデンサとを備え、当該コンデンサからの放電電力を前記アルミニウム溶接ガンに供給するように構成された回路であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４記載の本発明の溶接装置は、互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイルを有する電源トランスと、前記第１のコイルに設けられた第１、第２および第３の入力端子と、交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間、または前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間のどちらか一方に選択的に入力するための入力切替回路と、前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間に入力したときに前記第３のコイルから出力される電力を鉄溶接ガンに供給する鉄溶接用電力供給回路と、前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間に入力したときに前記第２のコイルから出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガンに供給するアルミニウム溶接用電力供給回路と、を備えたものである。
【００１５】
また、請求項５記載の本発明の溶接装置は、請求項４記載の装置構成を前提にして、前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間に入力したときに前記第３のコイルから鉄溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間の巻数、前記第３のコイルの出力端子間の巻数、前記第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および前記第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値を選定し、且つ、前記交流電源からの電力を前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間に入力したときに前記第２のコイルからアルミ溶接に必要な電力が出力され、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間の巻数、および前記第２のコイルの出力端子間の巻数を選定したことを特徴としている。
【００１６】
たとえば、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、前記第３のコイルの出力端子間の電圧値が６〜１０Ｖ、電流値が１５００〜２０００Ａになり、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が３〜１０Ａになるように、前記第１の入力端子と前記第２の入力端子間の巻数、前記第３のコイルの出力端子間の巻数、前記第１のコイルの巻線の断面積または抵抗値、および前記第３のコイルの巻線の断面積または抵抗値が選定され、且つ、前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、前記第２のコイルの出力端子間の電圧値が所望の値になり、前記第１のコイルに流れる無負荷電流の値が０．５Ａ以下になるように、前記第１の入力端子と前記第３の入力端子間の巻数、および前記第２のコイルの出力端子間の巻数が選定される。
【００１７】
また、請求項６記載の本発明の溶接装置は、請求項４または５記載の装置構成を前提にして、前記アルミニウム溶接用電力供給回路は、前記第２のコイルから出力された電力を整流する整流回路と、当該整流回路からの電力を蓄える所定容量のコンデンサとを備え、当該コンデンサからの放電電力を前記アルミニウム溶接ガンに供給するように構成された回路であることを特徴としている。
【００１８】
上記のように構成された本発明の溶接装置は、鉄溶接ガン用とアルミニウム溶接ガン用に各々専用の電力供給回路を備え、どちらか一方の電力供給回路を選択的に使用することができるので、交流電源からの電力を、鉄溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように変圧しつつ鉄溶接ガンに供給することも、アルミニウム溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように直流電力に変換してアルミニウム溶接ガンに供給することもできる。したがって、特許文献１、２に記載されている従来のスタッド溶接装置と異なり、鉄溶接の際にもアルミニウム溶接の際にもそれそれの専用機と同等の性能を発揮し得る。
また、本発明の溶接装置は、特許文献１に記載されている従来のスタッド溶接装置のような、溶接すべきスタッドの材質に応じて複数のコンデンサの接続形態を変化させる複雑な回路構成を必要としない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、回路構成を複雑化することなく、アルミニウム溶接に必要な高レベルの瞬時的な溶接エネルギと鉄溶接に必要な持続的な溶接エネルギとを選択的に出力可能な鉄製およびアルミニウム製部材兼用の溶接装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態を示す溶接装置の回路図であり、本発明に係る溶接装置を鉄製およびアルミニウム製スタッド兼用のスタッド溶接装置に適用した場合の構成例を示している。
【００２１】
このスタッド溶接装置１０は、電源トランス２０と、入力切替回路４０と、鉄溶接用電力供給回路６０と、アルミニウム溶接用電力供給回路８０と、を備えている。
電源トランス２０は、互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイル２１〜２３を有する。
入力切替回路４０は、交流電源３０からの電力を第１のコイル２１と第２のコイル２２のどちらか一方に選択的に入力するための回路である。
鉄溶接用電力供給回路６０は、交流電源２０からの電力を第１のコイル２１に入力したときに第３のコイル２３から出力される電力を鉄溶接ガン５０に供給する。
アルミニウム溶接用電力供給回路８０は、第２のコイル２２に電力を入力したときに第１のコイル２１から出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガン７０に供給する。
【００２２】
電源トランス２０の第１のコイル２１は、３つの端子２１ａ〜２１ｃを有している。そのうちの第１の端子（入力端子）２１ａおよび第２の端子（入力端子）２１ｂは、入力切替回路４０の鉄溶接側接点４１ａ、４１ｂに接続されている。第１の端子（出力端子）２１ａおよび第３の端子（出力端子）２１ｃは、アルミニウム溶接用電力供給回路８０の入力端に接続されている。
また、第２のコイル２２の両端子（入力端子）２２ａ、２２ｂは、入力切替回路４０のアルミ溶接側接点４２ａ、４２ｂに接続されている。第３のコイル２３の両端子（出力端子）２３ａ、２３ｂは、鉄溶接用電力供給回路６０の入力端に接続されている。
【００２３】
入力切替回路４０は、交流電源３０に接続された可動接片４３ａ、４４ａを各々有する一対のスイッチ４３、４４を有している。一方のスイッチ４３の可動接片４３ａは、鉄溶接側接点４１ａとの接続位置、アルミ溶接側接点４２ａとの接続位置のほか、どちらの端子４１ａ、４２ａとも接触しない位置（ＯＦＦ位置）に切り換え可能に構成されている。他方のスイッチ４４の可動端子４４ａも同様に、鉄溶接側接点４１ｂとの接続位置、アルミ溶接側接点４２ｂとの接続位置のほか、どちらの端子４１ｂ、４２ｂとも接触しない位置（ＯＦＦ位置）に切り換え可能に構成されている。両スイッチ４３、４４は、図示しない制御盤に設けられた操作子がユーザにより操作されることにより同時に切り替えられる。
【００２４】
鉄溶接用電力供給回路６０は、第３のコイル２３に発生した電力を鉄溶接ガン５０に供給するように構成されている。鉄溶接用電力供給回路６０の鉄溶接ガン５０に接続されていない方の出力端子は母材（自動車ボディ等）９１に接続され、この母材９１を介してアースされている。
【００２５】
アルミニウム溶接用電力供給回路８０は、電源トランス２０の第１のコイル２１から取り出された電力を整流する整流回路８１と、整流回路８１からの電力を蓄える所定容量（たとえば容量16,000μＦ、サージ電圧3,000Ｖ）のコンデンサ８２とを備え、コンデンサ８２からの放電電力をアルミニウム溶接ガン７０に供給するように構成されている。アルミニウム溶接用電力供給回路８０のアルミニウム溶接ガン７０に接続されていない方の出力端子は母材（自動車ボディ等）９２に接続され、この母材９２を介してアースされる。
【００２６】
また、アルミニウム溶接用電力供給回路８０は、鉄溶接実行時に電源トランス２０からの電力供給を遮断するためのスイッチ８３ａ、８３ｂ、アルミニウム溶接作業終了後にコンデンサ８２に残存している蓄積電荷を急速に放電させるための安全対策用のスイッチ８４、整流回路８１などがショートしたときのサージ電圧の発生を防止するためのダイオード８５、スパーク放電開始開始回路８６等を備えている。スパーク放電開始開始回路８６のスイッチ８６ａは、アルミニウム溶接ガン７０に設けられた手元スイッチ７１に連動してオン／オフされる。
【００２７】
電源トランス２０は、交流電源３０からの電力を第１のコイル２１に入力したときに第３のコイル２３から鉄溶接に必要な電力が出力され、第１のコイル２に流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第２の端子２１ｂ間（入力端子間）の巻数Ｔ１、第３のコイル２１ｃの両端子２３ａ、２３ｂ間（出力端子間）の巻数Ｔ３、第１のコイル２１の巻線の断面積Ｓ１または抵抗値、および第３のコイル２３の巻線の断面積Ｓ３または抵抗値がそれぞれ選定される。
【００２８】
具体的には、第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第２の端子２１ｂ間に２００Ｖの交流電圧（交流電源３０の出力電圧）を印加したときに、第３のコイル２３の両端子２３ａ、２３ｂ間の電圧値が６〜１０Ｖ、電流値が１５００〜２０００Ａになり、このとき第１のコイル２１に流れる無負荷電流の値が３〜１０Ａになるように、第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第２の端子２１ｂ間の巻数Ｔ１、第３のコイル２１ｃの両端子２３ａ、２３ｂ間の巻数Ｔ３、第１のコイル２１の巻線の断面積Ｓ１または抵抗値、および第３のコイル２３の巻線の断面積Ｓ３または抵抗値がそれぞれ選定される。
【００２９】
また、第２のコイル２２の両端子２２ａ、２２ｂ間（入力端子間）の巻数Ｔ２、および第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第３の端子２１ｃ間（出力端子間）の巻数Ｔ１’は、交流電源３０からの電力を第２のコイル２２に入力したときに第１のコイル２１からアルミ溶接に必要な電力が出力され、このとき第１のコイル２１に流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、それぞれ選定される。
【００３０】
具体的には、第２のコイル２２の両端子２２ａ、２２ｂ間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第３の端子２１ｃ間の電圧値が所望の値になり、このとき第１のコイル２１に流れる無負荷電流の値が０．５Ａ以下になるように、第２のコイル２２の両端子２２ａ、２２ｂ間の巻数Ｔ２、および第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第３の端子２１ｃ間の巻数Ｔ１’が選定される。
【００３１】
たとえば、Ｔ２を２１０ターンとした場合、Ｔ１は約１４５ターンに選定され、Ｔ３は６〜７ターンに選定される。このとき第２のコイル２２に２００Ｖの交流電圧を印加すると、第１のコイル２１の第１の端子２１ａと第２の端子２１ｂ間の出力電圧は約１３０Ｖになる。アルミ溶接に必要な出力電圧（コンデンサ８２を充電するのに必要な端子２１ａ、２１ｂ間の電位差）が約１３０Ｖであれば、Ｔ１’はＴ１と等しく約１４５ターンに選定される。すなわち、第２の端子２１ｂは第３の端子２１ｃとして兼用される。一方、アルミ溶接に必要な出力電圧が約１３０Ｖよりも大きい場合、Ｔ１’はＴ１よりも大きい値たとえば１６３ターンに選定される。また、アルミ溶接に必要な出力電圧が約１３０Ｖよりも小さい場合、Ｔ１’はＴ１よりも小さい値に選定される。図１は、アルミ溶接に必要な出力電圧が約１３０Ｖよりも大きい場合を例示している。Ｔ１およびＴ１’の選定は、実際には、第１のコイル２１に対する第２および第３の端子２１ｂ、２１ｃの設置位置（接続位置）を選定することによりなされる。
【００３２】
また、第１のコイル２１の巻線の断面積Ｓ１および第２のコイル２２の巻線の断面積Ｓ２はたとえば約２〜４ｍｍ２、第３のコイル２３の巻線の断面積Ｓ３はたとえば約１００〜１２０ｍｍ２に選定される。
【００３３】
上記のように構成されたこの実施形態のスタッド溶接装置１０は以下のように動作する。
入力切替回路４０のスイッチ４３、４４を鉄溶接側（端子４１ａ、４１ｂ側）に入れると、交流電源３０からの電力が電源トランス２０の第１のコイル２１に入力される。すると、電源トランス２０の第３のコイル２３に鉄溶接のための誘導電力が発生する。このとき、鉄溶接ガン５０にセットされた鉄製スタッド９５を母材９１に当接させ、手元スイッチ５１をオン（押圧）すると、第３のコイル２３に発生した電力が溶接エネルギとして鉄溶接ガン５０に供給され、その溶接エネルギにより鉄製スタッド９５が母材９１に溶植される。その際、通常一回の溶植につき約０．１〜１．０秒間程、溶接エネルギが持続的に鉄溶接ガン５０に供給される。勿論、鉄溶接用電力供給回路６０に、鉄製スタッドの最低一回分の溶植に必要な溶接エネルギを蓄積可能なコンデンサを設け、そのコンデンサから放電されたエネルギを鉄溶接ガン５０に持続的に供給するように構成することも可能である。
【００３４】
一方、入力切替回路４０のスイッチ４３、４４をアルミニウム溶接側に切り換えると、交流電源３０からの電力が電源トランス２０の第２のコイル２２に入力される。すると、電源トランス２０の第１のコイル２１にアルミ溶接のための誘導電力が発生する。このとき、アルミニウム溶接用電力供給回路８０のスイッチ８３ａ、８３ｂおよび８４はＯＮ側の接点に接続されており、電源トランス２０の第１のコイル２１から取り出された電力が整流回路８１で整流されてコンデンサ８２に蓄積される。コンデンサ８２に電力が十分蓄積された状態で、アルミニウム溶接ガン７０にセットされたアルミニウム製スタッド９６を母材９２に近接させてアルミニウム溶接ガン７０の手元スイッチ７１をオン（押圧）すると、スイッチ８３ａ、８３ｂがＯＦＦ側に切り換わると同時にスイッチ８６ａがＯＮ側に切り換わる。これにより、電源トランス２０からアルミニウム溶接用電力供給回路８０への電力供給が遮断されるとともに、コンデンサ８２に蓄積された電力が瞬時的に溶接エネルギとしてアルミニウム溶接ガン７０に供給される。この瞬時的な高レベルの溶接エネルギによりアルミニウム製スタッド９６が母材９２に溶植される。
【００３５】
このように、この実施形態のスタッド溶接装置１０は、入力切替回路４０のスイッチ４３、４４を切り換えることにより、鉄製スタッド用の溶接装置として使用したりアルミニウム製スタッド用の溶接装置として使用したりすることができる。その際、溶植すべきスタッドの材質に応じて複数のコンデンサの接続形態を変化させるといった複雑な回路制御は必要ない。
【００３６】
また、この実施形態のスタッド溶接装置１０は、鉄溶接ガン５０用とアルミニウム溶接ガン７０用に各々専用の電力供給回路６０、８０を備え、どちらか一方の電力供給回路を選択的に使用することができるので、交流電源３０からの電力を、鉄溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように変圧しつつ鉄溶接ガン５０に供給することも、アルミニウム溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように直流電力に変換してアルミニウム溶接ガン７０に供給することもできる。したがって、従来のスタッド溶接装置と異なり、鉄溶接の際にもアルミニウム溶接の際にもそれそれの専用機と同等の性能を発揮し得る。
【００３７】
また、この実施形態のスタッド溶接装置１０は、アルミニウム溶接ガン７０を使用可能な状態のときに電源トランス２０の第１のコイル２１に流れる無負荷電流の値を０．５Ａ程度に抑えているので、電源トランス２０の過熱を防止できる。
【００３８】
また、この実施形態のスタッド溶接装置１０は、鉄溶接ガン５０に溶接エネルギを持続的に供給できるので、ボディ板などに生じた歪みや撓みなど軽度の変形であれば、鉄溶接ガン５０を用いて変形部分を抵抗過熱することにより変形を直すこともできる。
【００３９】
なお、図１では、電源トランス２０の第１のコイル２１における第１の端子２１ａと第２の端子２１ｂ間の巻数Ｔ１が第１の端子２１ａと第３の端子２１ｃ間の巻数Ｔ１’よりも小さいため、第２の端子２１ｂよりも第３の端子２１ｃの方が第１の端子２１ａから離れた位置に設けられているが、Ｔ１がＴ１’よりも大きい場合は、第２の端子２１ｂよりも第３の端子２１ｃの方が第１の端子２１ａに近い位置に設けられることはいうまでもない。
【００４０】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態を示す溶接装置の回路図であり、本発明に係る溶接装置を鉄製およびアルミニウム製スタッド兼用のスタッド溶接装置に適用した場合の構成例を示している。第１の実施形態における構成要素と同じものには共通の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４１】
このスタッド溶接装置１００は、電源トランス１２０と、入力切替回路１４０と、鉄溶接用電力供給回路６０と、アルミニウム溶接用電力供給回路８０と、を備えている。
電源トランス１２０は、互いに電気的に分離され且つ磁気的に結合された第１、第２および第３のコイル１２１、１２２、１２３を有する。
第１のコイル１２１には、第１、第２および第３の入力端子１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃが設けられている。
入力切替回路１４０は、交流電源３０からの電力を第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間、または第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間のどちらか一方に選択的に入力するための回路である。
鉄溶接用電力供給回路６０は、交流電源３０からの電力を第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間に入力したときに第３のコイル１２３から出力される電力を鉄溶接ガン５０に供給する。
アルミニウム溶接用電力供給回路８０は、交流電源３０からの電力を第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間に入力したときに第２のコイル１２２から出力される電力を直流電力に変換してアルミニウム溶接ガン７０に供給する。
【００４２】
電源トランス１２０の第１のコイル１２１の第１の入力端子１２１ａは、入力切替回路１４０の鉄・アルミ共通端子１４１ａに接続されている。第２の入力端子１２１ｂは、入力切替回路１４０の鉄溶接側接点１４１ｂに接続されている。第３の入力端子１２１ｃは、入力切替回路１４０のアルミ溶接側接点１４１ｂに接続されている。
また、第２のコイル１２２の両端子（出力端子）１２２ａ、１２２ｂは、アルミニウム溶接用電力供給回路８０の入力端に接続されている。第３のコイル１２３の両端子（出力端子）１２３ａ、１２３ｂは、鉄溶接用電力供給回路６０の入力端に接続されている。
【００４３】
入力切替回路１４０は、交流電源３０に接続された可動接片１４３ａを有するスイッチ１４３を有している。可動接片１４３ａは、鉄溶接側接点１４１ｂとの接続位置、アルミ溶接側接点１４１ｃとの接続位置のほか、どちらの接点１４１ｂ、１４１ｃとも接触しない位置（ＯＦＦ位置）に切り替え可能に構成されている。スイッチ１４３の状態は、図示しない制御盤に設けられた操作子がユーザにより操作されることにより切り替えられる。
【００４４】
電源トランス１２０は、交流電源３０からの電力を第１のコイル１２１の第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間に入力したときに、第３のコイル１２３から鉄溶接に必要な電力が出力され、第１のコイル１２１に流れる無負荷電流の値が所定の範囲の値になるように、第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間の巻数Ｔ12、第３のコイル１２３の出力端子１２３ａ、１２３ｂ間の巻数Ｔ33、第１のコイル１２１の巻線の断面積Ｓ11または抵抗値、および第３のコイル１２３の巻線の断面積Ｓ33または抵抗値がそれぞれ選定される。
【００４５】
具体的には、第１のコイル１２１の第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間に２００Ｖの交流電圧（交流電源３０の出力電圧）を印加したときに、第３のコイル１２３の両端子１２３ａ、１２３ｂ間の電圧値が６〜１０Ｖ、電流値が１５００〜２０００Ａになり、このとき第１のコイル１２１に流れる無負荷電流の値が３〜１０Ａになるように、第１のコイル１２１の第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間の巻数Ｔ12、第３のコイル１２３の両端子１２３ａ、１２３ｂ間の巻数Ｔ33、第１のコイル１２１の巻線の断面積Ｓ11または抵抗値、および第３のコイル１２３の巻線の断面積Ｓ33または抵抗値がそれぞれ選定される。
【００４６】
また、交流電源３０からの電力を第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間に入力したときに第２のコイル１２２からアルミ溶接に必要な電力が出力され、第１のコイル１２１に流れる無負荷電流の値が所定の値以下になるように、第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間の巻数Ｔ13、および第２のコイル１２２の出力端子１２２ａ、１２２ｂ間の巻数Ｔ22が選定される。
【００４７】
具体的には、第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間に２００Ｖの交流電圧を印加したときに、第２のコイル１２２の両端子１２２ａ、１２２ｂ間の電圧値が所望の値になり、このとき第１のコイル１２１に流れる無負荷電流の値が０．５Ａ以下になるように、第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間の巻数Ｔ13、および第２のコイル１２２の両端子１２２ａ、１２２ｂ間の巻数Ｔ22が選定される。
【００４８】
たとえば、Ｔ12は約１４５ターン、Ｔ13は２１０ターン、Ｔ22は１６３ターン、Ｔ33は約６〜７ターンにそれぞれ選定される。Ｔ12およびＴ13の選定は、実際には、第１のコイル１２１に対する第２および第３の入力端子１２１ｂ、１２１ｃの設置位置（接続位置）を選定することによりなされる。
【００４９】
また、たとえば、第１のコイル１２１の巻線の断面積Ｓ11は約２〜４ｍｍ２、第２のコイル１２２の巻線の断面積Ｓ22は約２〜４ｍｍ２、第３のコイル１２３の巻線の断面積Ｓ33はたとえば約１００〜１２０ｍｍ２に選定される。
【００５０】
上記のように構成された第２の実施形態のスタッド溶接装置１００は以下のように動作する。
入力切替回路４０のスイッチ１４３を鉄溶接側（端子１４１ｂ側）に入れると、交流電源３０からの電力が電源トランス１２０の第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間に入力される。すると、電源トランス１２０の第３のコイル１２３に鉄溶接のための誘導電力が発生する。このとき、鉄溶接ガン５０にセットされた鉄製スタッド９５を母材９１に当接させ、手元スイッチ５１をオン（押圧）すると、第３のコイル１２３に発生した電力が溶接エネルギとして鉄溶接ガン５０に供給され、その溶接エネルギにより鉄製スタッド９５が母材９１に溶植される。その際、通常一回の溶植につき約０．１〜１．０秒間程、溶接エネルギが持続的に鉄溶接ガン５０に供給される。勿論、鉄溶接用電力供給回路６０に、鉄製スタッドの最低一回分の溶植に必要な溶接エネルギを蓄積可能なコンデンサを設け、そのコンデンサから放電されたエネルギを鉄溶接ガン５０に持続的に供給するように構成することも可能である。
【００５１】
一方、入力切替回路１４０のスイッチ１４３をアルミニウム溶接側に切り換えると、交流電源３０からの電力が電源トランス１２０の第１の入力端子１２１ａと第３の入力端子１２１ｃ間に入力される。すると、電源トランス１２０の第２のコイル１２２にアルミ溶接のための誘導電力が発生する。このとき、アルミニウム溶接用電力供給回路８０のスイッチ８３ａ、８３ｂおよび８４はＯＮ側の接点に接続されており、電源トランス１２０の第２のコイル１２２から取り出された電力が整流回路８１で整流されてコンデンサ８２に蓄積される。コンデンサ８２に電力が十分蓄積された状態で、アルミニウム溶接ガン７０にセットされたアルミニウム製スタッド９６を母材９２に近接させてアルミニウム溶接ガン７０の手元スイッチ７１をオン（押圧）すると、スイッチ８３ａ、８３ｂがＯＦＦ側に切り換わると同時にスイッチ８６ａがＯＮ側に切り換わる。これにより、電源トランス１２０からアルミニウム溶接用電力供給回路８０への電力供給が遮断されるとともに、コンデンサ８２に蓄積された電力が瞬時的に溶接エネルギとしてアルミニウム溶接ガン７０に供給される。この瞬時的な高レベルの溶接エネルギによりアルミニウム製スタッド９６が母材９２に溶植される。
【００５２】
このように、第２の実施形態のスタッド溶接装置１００においても、第１の実施形態と同様、入力切替回路１４０のスイッチ１４３を切り換えることにより、鉄製スタッド用の溶接装置として使用したりアルミニウム製スタッド用の溶接装置として使用したりすることができる。その際、溶植すべきスタッドの材質に応じて複数のコンデンサの接続形態を変化させるといった複雑な回路制御は必要ない。
【００５３】
また、鉄溶接ガン５０用とアルミニウム溶接ガン７０用に各々専用の電力供給回路６０、８０を備え、どちらか一方の電力供給回路を選択的に使用することができるので、交流電源３０からの電力を、鉄溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように変圧しつつ鉄溶接ガン５０に供給することも、アルミニウム溶接に適した溶接エネルギの出力特性が得られるように直流電力に変換してアルミニウム溶接ガン７０に供給することもできる。したがって、従来のスタッド溶接装置と異なり、鉄溶接の際にもアルミニウム溶接の際にもそれそれの専用機と同等の性能を発揮し得る。
【００５４】
また、アルミニウム溶接ガン７０を使用可能な状態のときに電源トランス１２０の第１のコイル１２１に流れる無負荷電流の値が０．５Ａ程度に抑えられるので、電源トランス１２０の過熱を防止できる。
【００５５】
また、鉄溶接ガン５０に溶接エネルギを持続的に供給できるので、ボディ板などに生じた歪みや撓みなど軽度の変形であれば、鉄溶接ガン５０を用いて変形部分を抵抗過熱することにより変形を直すこともできる。
【００５６】
なお、図２では、電源トランス１２０の第１の入力端子１２１ａと第２の入力端子１２１ｂ間の巻数Ｔ12が第１の端子１２１ａと第３の端子１２１ｃ間の巻数Ｔ13よりも小さい場合を示したが、巻数Ｔ12が巻数Ｔ13よりも大きい場合もあり得る。
【００５７】
また、上記第１および第２の実施形態では、本発明の溶接装置をスタッド溶接装置に適用した場合について説明したが、本発明の溶接装置は、ピン、ボルト、ワッシャなど、スタッド以外の部材の溶接に使用する溶接装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明にかかる溶接装置の第１の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明にかかる溶接装置の第２の実施形態を示す回路図である。
【図３】アルミニウムやその合金製のスタッドの溶接時および鉄製のスタッドの溶接時における放電特性（出力特性）を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  スタッド溶接装置（溶接装置）
２０  電源トランス
２１  第１のコイル
２１ａ  第１の端子（入力端子、出力端子）
２１ｂ  第２の端子（入力端子）
２１ｃ  第３の端子（出力端子）
２２  第２のコイル
２２ａ、２２ｂ  端子（入力端子）
２３  第３のコイル
２３ａ、２３ｂ  端子（出力端子）
３０  交流電源
４０  入力切替回路
４１ａ、４１ｂ  鉄溶接側接点
４２ａ、４２ｂ  アルミ溶接側接点
５０  鉄溶接ガン
６０  鉄溶接用電力供給回路
７０  アルミニウム溶接ガン
８０  アルミニウム溶接用電力供給回路
８１  整流回路
８２  コンデンサ
９１  母材（鉄）
９２  母材（アルミニウム）
９５  鉄製スタッド（部材）
９６  アルミニウム製スタッド（部材）
１００  スタッド溶接装置
１２０  電源トランス
１２１  第１のコイル
１２１ａ  第１の入力端子
１２１ｂ  第２の入力端子
１２１ｃ  第３の入力端子
１２２  第２のコイル
１２３  第３のコイル
１４０  入力切替回路
【図１】
2005111504.tif 000003
【図２】
2005111504.tif 000004
【図３】
2005111504.tif 000005