【手続補正書】
【提出日】平成29年7月12日(2017.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】スタッド溶接方法および抵抗溶接機
【技術分野】
【０００１】  本発明は、溶接用スタッドを鋼板などの金属板に抵抗溶接するスタッド溶接方法および抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】  鋼板などの金属板に溶接される溶接用のスタッドとして一般的に用いられているものにアーク溶接で接合するスタッド（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）と、抵抗溶接で接合するプロジェクションスタッド（特許文献４、図１４参照）とがある。  これらは、プロジェクション溶接用として日本工業規格（ＪＩＳＢ１１９５）で制定された溶接ボルトと異なり、鋼板に挿入用の孔を必要としていない。そのため、ＪＩＳ制定の溶接ボルトの溶接状態に比較して余分な孔がなく、見映えも良い。  アーク溶接での接合では、薄い鋼板へ溶接する場合、外観面や変形などの優位性から、コンデンサを用いて瞬間的な放電で溶接するＣＤ方式（Ｃａｐａｃｉｔoｒ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）と呼ばれる工法が多く用いられている。しかし、その溶接での結合は十分な強度とは言い難く、高い強度を要する機能には適せず、また、外観面での難点もある。  一方、特許文献４や図１４などでの従来工法での抵抗溶接では、溶接スタッドの先端中央にプロジェクションを必要とし、溶接した鋼板の裏面に圧痕や溶融熱による焼けが生じ、外観面での難点がある。また、保護シート付や片面塗装した鋼板への溶接は難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６７９２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１０８９０４号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９６７号公報
【特許文献４】特開２００７−１５５１１５号公報
【特許文献５】特開２０１２−２１０６５４号公報
【特許文献６】特開２０１３−１７９２０５号公報
【特許文献７】特開２０１４−０８７８０３号公報
【特許文献８】特開２０１５−０３９７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、本願の発明者等が先に特許文献５、特許文献６で提案した抵抗溶接用の溶接トランス、溶接方法、溶接装置を活用し、所定の形状を有する溶接スタッドの溶接方法である。  本願の発明者は先に、特許文献７、特許文献８で溶接スタッドの溶接方法も提案してきた。  更に、本発明では、特許文献８で提案した溶接ガンや片側電極の構成及び溶接スタッドを異なった形で実施する提案である。本発明の効果は、特許文献８と同様で、それは、特許文献７では実施不可能な保護シート付の鋼板や、片面塗装された鋼板にも一方向から容易にスタッドを溶接できることである。更に、消費電力を節減する溶接方法を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。  〈スタッド溶接方法〉  平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、  高周波交流を前記溶接トランスの１次コイルに供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期���Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御電源装置と、  を備えた抵抗溶接機に用いられるスタッド溶接方法において、  溶接ガン７５を、コ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６より小形のコ字状形状を成し、前記ガン本体７６に囲まれる側で、前記ガン本体７６と同方向に並設されるとともに、前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動可能な摺動導電体７７と、で構成し、  前記溶接ガン７５の先端に装着して使用する片側電極８０を、前記ガン本体と一体化した筒状形状の外部電極８１と、前記摺動導電体７７と接合し、ばね８８の収縮により前記ガン本体７６の孔部内及び前記外部電極８１内を滑動し、溶接スタッド８を把持する内部電極８２と、で構成し、  前記溶接スタッド８には、一端側にフランジ部９２を形成するとともに、前記フランジ部９２の被溶接物と接合する面に複数個のプロジェクションを設け、  前記内部電極８２が前記溶接スタッド８を把持した状態で、前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動して前記溶接スタッド８を押圧し、同時に前記外部電極８１にて前記被溶接物を押圧し、この状態で前記溶接スタッド８の前記フランジ部９２の前記被溶接物と接合する面と反対側の面から前記内部電極８２で給電し、前記溶接スタッドを被溶接物に抵抗溶接する。【０００６】  〈抵抗溶接機〉  平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境��面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、  高周波交流を前記溶接トランスの１次コイルに供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御電源装置と、  を備えた抵抗溶接機において、 コ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６より小形のコ字状形状を成し、前記ガン本体７６に囲まれる側で、前記ガン本体７６と同方向に並設されるとともに、前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動可能な摺動導電体７７と、で構成された溶接ガン７５と、  前記ガン本体７６と一体化した筒状形状の外部電極８１と、前記摺動導電体７７と接合し、ばね８８の収縮により前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動し、溶接スタッド８を把持する内部電極８２と、で構成され、前記溶接ガン７５の先端に装着して使用する片側電極８０と、  を更に備え、  前記溶接スタッド８には、一端側にフランジ部９２が形成されるとともに、前記フランジ部９２の被溶接物と接合する面に複数個のプロジェクションが設けられ、  前記内部電極８２に前記溶接スタッド８を把持させた状態で、前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動させて前記溶接スタッド８を押圧させ、同時に前記外部電極８１に前記被溶接物を押圧させ、この状態で前記溶接スタッド８の前記フランジ部９２の前記被溶接物と接合する面と反対側の面から前記内部電極８２で給電して、前記溶接スタッドを被溶接物に抵抗溶接する。
【発明の効果】
【０００７】（１）正側導体３０と負側導体３２とを絶縁層を介して密着させ、正側コイル１４と負側コイル１６との間に１次コイル１２を挟むように配置したので、２次回路の転流時のインダクタンスが低減して、転流時間が短くなり、これによって高い周波数のインバータ制御が可能になる。（２）複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６との間に分割巻きされた１次コイル１２の各部を挟むように配置したので、トランス全体の熱分布が均一になる。（３）１次コイルと２次側の正側コイルと負側コイルとを分割巻きしたので、１次２次コイル間の結合が良くなり、２次側の大電流による磁気飽和を防止できる。（４）１次コイル１２と正側コイル１４と負側コイル１６との関係がどの場所でも均等で互いに密接して配置させることができる。（５）この結果として高速で大電流の図８に示すような溶接制御に追随できる溶接トランスが、得られ、これらを有する溶接装置を使用することと、また、通電時間が極めて短いため、溶接部裏面の焼けや圧痕のない外観が得られ、かつ、消費電力を低減するスタッド溶接方法が得られる。（６）溶接ガンと片側電極の効果  被溶接物である溶接スタッド８を、溶接ガン７５の先端に装着した片側電極８０の内側電極８２に把持して、もう一方の被溶接物である鋼板５を押圧し、さらに外側電極８１で被溶接物（鋼板）５を押圧する。この状態で、内側電極８２に溶接電流を供給する。このとき溶接スタッド８のフランジ部９２と被溶接物（鋼板）５を経由して、外側電極８１に電流が流れる。これにより、プロジェクション９が溶融し、被溶接物どうしが接合して、一方向からの操作によるスタッド溶接が完了する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明で採用する抵抗溶接機の電源回路の結線図である。
【図２】整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。
【図３】整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。
【図４】（ａ）はトランスの１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す図である。
【図５】本発明に係る溶接トランスの実施例を示す分解斜視図である。
【図６】ほぼ組み立てを完了した溶接トランスを示す斜視図である。
【図７】本発明に係る抵抗溶接機の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る溶接電流制御方法を説明するための図である。
【図９】本発明に係る溶接ガンの事例を示す図である。
【図１０】本発明に係る片側電極の一事例を示す図である。
【図１１】片側電極で被溶接物を把持した状態を示し、押圧前後の説明図である。
【図１２】溶接時の電流の流れを示す図である。
【図１３】本発明に係る溶接用スタッドの事例を示す図である。
【図１４】従来のプロジェクション溶接用スタッドの事例を示す図である。
【図１５】従来のプロジェクション溶接用スタッドに通電する上下電極の事例を示す図である。
【図１６】本発明に係るスタッド溶接方法と従来のスタッド溶接方法での溶融部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  以下、本発明の実施の形態を実施例１で詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】  図６は、本発明で採用する抵抗溶接機の溶接トランス１０を示す斜視図である。また、図８は、溶接電流制御方法を説明するための図である。また、図７は、溶接トランス１０及び前記溶接電流制御方法を有する抵抗溶接機の概略構成を示すブロック図である。【００１１】  図１は、本発明で採用する抵抗溶接機の電源回路の結線図である。  溶接トランス１０の１次コイル１２には、後で図４を用いて説明する１次電流が供給される。整流回路は、単相全波整流式を採用する。この回路自体は良く知られている。２次コイル自体に極性を考慮する必要はないが、便宜上、２次コイルを、正側コイル１４と負側コイル１６を直列接続したものと呼ぶことにする。正側コイル１４の一端に整流素子１８の一端（アノード）が接続され、負側コイル１６の一端に整流素子２０の一端（アノード）が接続される。また、整流素子１８の他端（カソード）と整流素子２０の他端（カソード）が共にプラス電極２２に接続される。正側コイル１４の他端と負側コイル１６の他端が共にマイナス電極２４に接続される。プラス電極２２とマイナス電極２４が溶接機２８に接続される。【００１２】  図２は、整流素子１８に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。図３は、整流素子２０に順方向電流が流れたときの回路動作を示す結線図である。図２及び図３には、回路動作上問題になる等価的なインダクタンス成分を書き加えている。正側コイル１４と整流素子１８を接続する正側導体３０と、負側コイル１６と整流素子２０を接続する負側導体３２と、溶接機２８内部の導体のインダクタンスが、溶接性能に影響を及ぼすと考えられる。【００１３】  溶接トランス１０や溶接機２８で発生する大量の熱を抑制することができれば、抵抗溶接機の省エネルギ化を図ることができる。従来よりも大電流を短時間だけ溶接部に供給するように制御して、溶接時間の短縮化を図れば、大きな節電効果が期待できる。  一方、溶接される材料や構造等に最適な溶接電流を供給するためには、溶接電流の供給時間をきわめて高精度に制御しなければならない。  このために、溶接電流を供給する溶接トランス１０の１次側にインバータを接続して、ＰＷＭ制御により溶接電流の大きさと供給時間とを制御するようにしている。【００１４】  図４の（ａ）は、溶接トランス１０の１次側に供給される電流を制御するための制御パルス、（ｂ）は１次電流、（ｃ）は整流後の溶接電流を示す図である。  図示しないインバータにより制御された幅Ｗのパルスが、一定時間Ｈ内に一定回数、ここでは正方向のパルスと負方向のパルスとで合計１０回、１次コイル１２に供給される。その結果、溶接トランス１０の１次コイル１２（図１）には、図４（ｂ）に示すような電流が流れる。溶接トランス１０の２次側で全波整流をして、（ｃ）に示すような溶接電流を発生させる。【００１５】  図４の（ａ）に示したパルスの幅Ｗを増減することで溶接電流を調整できる。即ち、パルスの供給回数を増減することで溶接時間を調整できる。このパルスの繰り返し周波数を高くすることで、溶接時間をより細かく微調整できる。また、１次コイル１２に供給する電力を増やせば、２次コイルからより大きな溶接電流を取り出すことができ���。【００１６】  従来の抵抗溶接機は、例えば、１万アンペアで２００ミリ秒〜７００ミリ秒の溶接電流を供給するようにしていたが、溶接電流をその２倍の２万アンペアにしてみる。従来の抵抗溶接機では、溶接部以外の場所で熱エネルギになって消費される電力損失がきわめて大きい。従って、溶接電流を２倍にして、溶接時間を１０分の１に短縮すると、消費電力を５分の１にすることができる。これで、従来の１万アンペアでの溶接と同等の溶接品質が可能になる。【００１７】  一方、溶接電流を供給するためのインバータの制御パルスとして、従来、繰り返し周波数が１ｋＨｚ程度のものを使用していたが、大電流を短時間供給するには、より分解能の高い制御パルスが必要になる。望ましくは、繰り返し周波数が５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度のパルスがよい。【００１８】 従来構造の溶接トランスの１次コイルに、従来の数倍から数十倍の高い繰り返し周波数のパルスを供給した場合、予定した溶接電流が得られないことがわかった。即ち、このような制御で溶接トランスの２次コイルから大電流を出力するためには、溶接トランスの構造に様々な改善が要求される。【００１９】  図１に示すような２個の整流素子１８、２０を使用した全波整流型の２次回路は、ブリッジを使用した回路に比べて整流素子数が少なく、小型化できて電力損失も少ないため、抵抗溶接機に適することが知られている。【００２０】  しかしながら、この回路では、１次コイル１２に流れる電流の極性反転によって、２次コイルに誘起される電圧が極性反転したとき、一方の整流素子を通じて供給されていた負荷電流が他方の整流素子側に流れを変える転流が生じる。【００２１】  溶接電流が大電流になると、回路各部のインダクタンスに蓄積された電流エネルギは非常に大きくなる。この電流エネルギが一方の整流素子から他方の整流素子の側に移る転流時間は、図２や図３に示した２次コイルの各部のインダクタンスが大きいほど長くなる。【００２２】  図４に示した１次コイルの電流の立ち下がり開始から反対極性の電流の立ち上がり終了までの時間Ｍの間に２次回路の転流が完了しないと、２次電流の立ち上がりが遅れて、図４の破線に示すように、予定した溶接電流が得られなくなる。【００２３】  図５、図６に示した溶接トランス１０は特許文献６で提案した溶接トランスの事例と同等のものであり、高速で精密な大電流の溶接制御に追随可能なものである。また、図８には溶接電流制御方法の一例を示し、大電流を極めて短い時間通電し、通電時間は５０ミリ秒以下に抑えることができる。これは従来の通電時間の５分の１程度である。【００２４】  図１４は従来用いられているプロジェクション溶接スタッド７の図示例であり、図１５は上下電極２、３によるプロジェクション溶接スタッド７の保持と給電態様を示した説明図である。おねじとめねじの事例を図示している。ここでの給電は、図１５に示すように、スタッド下部の面取り部から給電し、下電極３とで挟持し溶接する。【００２５】  本発明は図１５に示す通常のスタッド溶接方法に比べ、下電極３を必要とせず、一方向から溶接する片側電極を提案し、保護シート付の鋼板や、片面塗装した鋼板にも、容易にスタッドを溶接できる溶接方法である。【００２６】  本発明で使用する溶接ガン７５を図９に示す。溶接ガン７５の先端には片側電極８０が装備されている。この片側電極８０は、二つの電極を包含し、下側電極を必要とせず、溶接スタッド８を一方向から溶接できるものである。【００２７】  図９に示す事例ではコ字状形状の溶接ガン７５で、溶接トランス１０からの配電を、一方は溶接ガン７５のガン本体７６から、他方は内側部の摺動導電体７７を通じて給電している。【００２８】  ここで溶接ガン７５の構成を説明する。  図９の溶接ガン７５はコ字状形状をした溶接ガンの事例で、ガン本体７６が一方の電極の導電体を形成し、他方の電極には、ガン本体７６の内側部にひとまわり小さいコ字状形状をした摺動導電体７７を配置する。更に、ガン本体７６は、図１０に示すように、溶接ガン７５の先端に装着した片側電極８０の外側電極８１に結合して通電し、摺動導電体７７は内側電極８２に接合し給電する。【００２９】  溶接ガン７５と片側電極８０について更に詳細に説明する。  溶接ガン７５は、コ字状形状のガン本体７６と、ガン本体７６より小形のコ字状形状を成し、ガン本体７６に囲まれる側で、ガン本体７６と同方向に並設されるとともに、ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動可能な摺動導電体７７と、で構成される。  次に、片側電極８０は、溶接ガン７５の先端に装着して使用されるものであり、ガン本体７６と一体化した筒状形状の外部電極８１と、摺動導電体７７と接合し、ばね８８の収縮により前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動し、溶接スタッド８を把持する内部電極８２と、で構成される。  図１３に示す溶接スタッド８は、フランジ部９２を持ちその下面には溶接のための複数個のプロジェクション９（突起）を有する。図１３に示す事例ではプロジェクション９（突起）を同一円周上に３個に設定している。この溶接スタッド８は溶接ガン７５の先端に装備した図１０の片側電極８０で保持される。【００３０】  図１０に示す片側電極８０の動作の説明をする。  溶接スタッド８は最初に片側電極８０内部の突出した内側電極８２に把持される。この事例では、溶接スタッド８はエアにより吸引把持される。載置台９１に置かれた被溶接物（鋼板）５の上で、溶接ガン７５は溶接スタッド８を内側電極８２で把持したまま、スタッドの溶接位置に移動する。この位置は予め制御部に登録されており、この指定位置で溶接ガン７５は真下に降下し、内側電極８２に把持された溶接スタッド８を被溶接物（鋼板）５の上面に押圧する。図１１に押圧前後の状態を示す。溶接スタッド８を把持した内側電極８２は、ばね８８の収縮により図１１に示すように滑動する。その動作を説明すると、内側電極８２は外側電極８１と溶接ガン７５の孔部を上下に滑動し、ばね８８により溶接スタッド８が被溶接物（鋼板）５を加圧する。また、外側電極８１の底面で、図示していないガン上部のモータ（図示略）などにより被溶接物（鋼板）５を加圧する。次に、指定の電流が摺動導電体７７を経由し、内側電極８２に印加され、溶接スタッド８を経由し外側電極８１に流れる。これにより、複数個のプロジェクション９が溶融し、溶接スタッド８が被溶接物（鋼板）５にスポット溶接される。このときの溶接トラン���１０は先に記述したものであり、溶接電流は図８に示したものである。  また、ガン本体７６の孔部を内側電極８２が上下に滑動するが、この実施例では、摺動導電体７７に直動ガイド７８を設けてその作動を円滑にしている。摺動導電体７７は剛性もあり、直動ガイド７８によりガタのない動作のため、片側電極８０の内側電極８２と外側電極８１は、間隙を０．５ｍｍ程度取るのみで、ここでは、間に絶縁物を不要としている。【００３１】  図１２に溶接時の電流の流れＥを矢印で示している。内部電極８２から溶接用スタッド８に給電されることで、溶接電流が溶接スタッド８の下端面のプロジェクション９から被溶接物（鋼板）５を経由して外側電極８１に流れる。  このときの通電時間は最大５０ミリ秒と非常に短いことと、プロジェクション９が極めて小さいことから、溶接した鋼板の裏面は熱による焼けや圧痕、歪が少ない美麗な面が確保される。【００３２】  本発明での溶接電流制御方法の概要を図８に示すが、板厚１ｍｍの鋼板にプロジェクション９（突起）を３個有するＭ５スタッドを図１１の片側電極８０で溶接する溶接条件を一例として記述する。それは、１万４千アンペアの溶接電流を７ミリ秒の通電時間と極めて短い通電時間での溶接条件での溶接が可能である。一方、従来のプロジェクション溶接は図１５（ａ）の上下電極を用いて溶接するが、ここでの溶接電流は８千アンペアで通電時間は２００ミリ秒（１０サイクル）程度である。これに比べると、一事例ではあるが、本発明での通電時間は約３０分の１で良いこととなる。【００３３】  以上のような本発明の手順でスポット溶接された溶接スタッド８の溶接強度は日本工業規格（ＪＩＳＢ１１９５）に記載されている溶接ボルトの溶接強度より十分高い値が得られる。【００３４】  図１６は事例に示した形状の溶接スタッドのナゲットの状態を示す断面図である。  （ａ）は本発明で溶接した状態を示し、上に示した溶接スタッド８を図１１に示す本発明の片側電極８０を用いて溶接した結果を示す。  （ｂ）は上に示したプロジェクションを中央部に１か所持つ従来の溶接スタッド７を、図１５（ａ）の上下電極を用いて溶接した結果のナゲットを示している。（ａ）は複数個のプロジェクションがそのままの数のナゲットとなり中央に単点のナゲットの従来の方式に比べスタッドとして高い溶接強度が得られる。【００３５】  本発明では所定の形状の溶接スタッド８を大電流で短時間通電する制御方法であり、それに追随可能な溶接トランス１０を使用している。更に新たな片側電極８０や所定の形状の溶接スタッド８の提案で、一方向から保護シート付の鋼板や、片面塗装した鋼板にも、容易にスタッド８を溶接できる。また、通電時間が極めて短いため、溶接した鋼板の裏面に圧痕や熱による焼け、歪が少なく外観面での利点もある。その上、従来の抵抗溶接と比較し、消費電力の低減が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】  抵抗溶接する薄い鋼板と溶接スタッドの抵抗溶接作業が、片側の面から効率良くでき、また、溶接品質を向上させ、かつ消費電力の節減に寄与できる。
【符号の説明】
【００３７】  １  抵抗溶接機  ２  上電極  ３  下電極  ５  被溶接物（鋼板）  ６  溶着面  ７  プロジェクション溶接スタッド  ８  溶接スタッド  ９  プロジェクション  １０  溶接トランス  １１  溶接制御電源装置  １２  １次コイル  １３  記憶装置  １４  正側コイル  １６  負側コイル  １８  整流素子  ２０  整流素子  ２２  プラス電極  ２４  マイナス電極  ２５  磁心  ２８  溶接機  ３０  正側導体  ３１  絶縁層  ３２  負側導体  ３４  第１極板  ３６  第２極板  ３８  第３極板  ４４  第１連結極板  ４６  第２連結極板  ４８  第３連結極板  ５８  入力端子  ６２  接続基体  ７０  ナゲット  ７５  溶接ガン  ７６  ガン本体  ７７  摺動導電体  ７８  直動ガイド  ８０  片側電極  ８１  外側電極  ８２  内側電極  ８８  ばね  ９１  載置台  ９２  フランジ部  Ｅ    溶接電流の流れ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、  高周波交流を前記溶接トランスの１次コイルに供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする溶接制御���源装置と、  を備えた抵抗溶接機に用いられるスタッド溶接方法において、  溶接ガン７５を、コ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６より小形のコ字状形状を成し、前記ガン本体７６に囲まれる側で、前記ガン本体７６と同方向に並設されるとともに、前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動可能な摺動導電体７７と、で構成し、  前記溶接ガン７５の先端に装着して使用する片側電極８０を、前記ガン本体と一体化した筒状形状の外部電極８１と、前記摺動導電体７７と接合し、ばね８８の収縮により前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動し、溶接スタッド８を把持する内部電極８２と、で構成し、  前記溶接スタッド８には、一端側にフランジ部９２を形成するとともに、前記フランジ部９２の被溶接物と接合する面に複数個のプロジェクションを設け、  前記内部電極８２が前記溶接スタッド８を把持した状態で、前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動して前記溶接スタッド８を押圧し、同時に前記外部電極８１にて前記被溶接物を押圧し、この状態で前記溶接スタッド８の前記フランジ部９２の前記被溶接物と接合する面と反対側の面から前記内部電極８２で給電し、前記溶接スタッドを被溶接物に抵抗溶接するスタッド溶接方法。
【請求項２】
平行部２５ａと両端のＵ字状の湾曲部２５ｂにより構成される環状磁心２５と、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに、複数の部分に分けて間隙１２ａを空けて分割巻きされる１次コイル１２と、前記１次コイル１２と共に前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに巻回され、前記１次コイル１２に設けられた前記各間隙１２ａに１個ずつ挟み込むように、複数の正側コイル１４と複数の負側コイル１６とを交互に配列した２次コイルと、前記複数の正側コイル１４は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記複数の負側コイル１６は全て並列接続されるかもしくは全部または一部が直列接続され、前記接続された前記複数の正側コイル１４と前記複数の負側コイル１６とが互いに直列接続されるように、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の端子間を電気接続する導体群を有し、かつ、前記導体群により、前記全ての正側コイル１４と負側コイル１６とを一方の面上に支持固定する接続基板６２を備え、前記複数の正側コイル１４の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面上で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第１連結極板４４に電気接続され、前記複数の負側コイル１６の一方の端子は、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第２連結極板４６に電気接続され、前記正側コイル１４と前記負側コイル１６の他端は、共に、前記接続基板６２の他方の面側で、前記環状磁心２５の前記平行部２５ａに平行な方向に伸びた第３連結極板４８に電気接続され、前記第１連結極板４４には、正側導体３０が連結され、前記第２連結極板４６には、負側導体３２が連結され、前記正側導体３０と前記負側導体３２とは、前記接続基板６２の他方の面側において、当該他方の面から垂直に離れる方向に伸びる境界面に配置された絶縁層３１を介して重ね合わされた一対の導体板であって、前記正側導体３０と第１極板３４に挟まれて、前記正側導体３０に負極を接触させ前記第１極板３４に正極を接触させた整流素子１８と、前記負側導体３２と第２極板３６に挟まれて、前記負側導体３２に負極を接触させ前記第２極板３６に正極を接触させた整流素子２０と、前記第１極板３４と前記第２極板３６を支持し、両者を電気接続する第３極板３８と、を備えた溶接トランスと、  高周波交流を前記溶接トランスの１次コイルに供給し２次コイルに生起する電流を直流化して溶接ガン７５に装着される片側電極８０に供給する電流の制御を行うものであって、溶接電流供給開始時刻ｔ０からその後の時刻ｔ１までの、電流増加率が最大の部分を立ち上げ制御期間Ｔ１と呼び、これに続く時刻ｔ１から時刻ｔ２までの、ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流を維持する期間をピークレベル制御期間Ｔ２と呼び、その後の時刻ｔ２から電流遮断時刻ｔ３に至るまでの期間を、温度維持制御期間Ｔ３と呼ぶとき、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２の和の（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と前記ピークレベル制御期間Ｔ２と前記温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下とする���接制御電源装置と、  を備えた抵抗溶接機において、 コ字状形状のガン本体７６と、前記ガン本体７６より小形のコ字状形状を成し、前記ガン本体７６に囲まれる側で、前記ガン本体７６と同方向に並設されるとともに、前記ガン本体７６の長さ方向に沿って摺動可能な摺動導電体７７と、で構成された溶接ガン７５と、  前記ガン本体７６と一体化した筒状形状の外部電極８１と、前記摺動導電体７７と接合し、ばね８８の収縮により前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動し、溶接スタッド８を把持する内部電極８２と、で構成され、前記溶接ガン７５の先端に装着して使用する片側電極８０と、  を更に備え、  前記溶接スタッド８には、一端側にフランジ部９２が形成されるとともに、前記フランジ部９２の被溶接物と接合する面に複数個のプロジェクションが設けられ、  前記内部電極８２に前記溶接スタッド８を把持させた状態で、前記ガン本体７６の孔部及び前記外部電極８１内を滑動させて前記溶接スタッド８を押圧させ、同時に前記外部電極８１に前記被溶接物を押圧させ、この状態で前記溶接スタッド８の前記フランジ部９２の前記被溶接物と接合する面と反対側の面から前記内部電極８２で給電して、前記溶接スタッドを被溶接物に抵抗溶接する抵抗溶接機。