NACHITECHNICALREPORT
Robots23A1

Vol.

Oct/2011■ 寄稿・論文・報文・解説

ロボット事業「シーム溶接技術とロボットシーム溶接機」
Seam Welding Technology and Robot Seam Welder〈キーワード〉シーム溶接法・ロボットシーム溶接機・ロボットシーム溶接技術・溶接トランス・抵抗溶接

ART-HIKARI 株式会社／代表取締役
博士

古川 一敏

Kazutoshi FURUKAWA

シーム溶接技術とロボットシーム溶接機

要旨

1. はじめに

日本の産業が世界の先頭に立って前進を続ける

薄板構造物の製造に必要不可欠な接合技術となっ為には、更なる研究・開発・改善を続けて次世代技ている重ね抵抗溶接技術の代表的なものは、スポッ術を獲得し新技術・新製品を実現することである。

ト溶接法とシーム溶接法である。

次世代技術としては超高強度鋼などの研究開発が抵抗溶接法は金属アーク溶接法よりも早く1980年進められ、さらなる薄板化、省資源化、省エネルギー代に発見されたが、その実用化はアーク溶接に比べ化を図ろうとしている。て大幅に遅れ、米国では1935年以降、スポット溶接近年シーム溶接へのニーズが強まっており、最近に至って、3000ＨｚのＭＦインバータ溶接トランスが開が自動車産業に使用されるようになって急速に拡大した。

発された。このインバータ溶接トランスを使用することわが国では軍需産業への適用が試みられたが、によって、ヘッド・トランス一体型の超小型軽量シーム

1945年敗戦によって全ての工業が潰滅し、1950年溶接機を開発、ロボットへ搭載、ロボットシーム溶接の朝鮮戦争による米軍特需によって新しいスポット機をも実現した。

溶接技術も導入され、その実用化が進展した。その本稿においては、重要性を増している最新のシー後薄板産業も徐々に復活し、1980年わが国の自動ム溶接機の紹介、シーム溶接技術、ロボットシーム溶車生産台数が世界一となって以降、自動車生産接技術について述べることとする。

ラインにおいてスポット溶接機のロボット化も実現して使用台数が急拡大した。

In order for Japanese industries to spearhead the industries in the world and continue
the progress, the industries need to further
continue research, development and improvement and to secure the next-generation technologies for realization of new technologies
and new products. As for the next-generation
technologies, the research and development of
ultrahigh-strength steel have been in progressin order to realize the further thinner material
and the saving of resource and energy.
Lately there have been increasing needs
for seam welding; then MF Inverter Welding
Transformer with 3000 Hz was developed fairly
recently. The use of this inverter welding
transformer made it possible to develop an ultra-compact, light seam welder with unified
head and transformer, which can be installed
to a robot for robot seam welder.
In this article, the most recent seam welders with increased importance are introduced
and seam welding technology and robot seam
welding technology are explained.

電流を使用するため（図1

各種金属の重ね抵抗溶

接条件比較図参照）溶接機は一段と大型大重量となり、電源も大容量が必要で設備・資金的に大きな制約を受け、その実用化は極めて限定されていた。
しかし、近年シーム溶接へのニーズが強まっており、業界の要請によってシーム溶接技術にも革新的な発展が見られ、ロボットシーム溶接機も実現した。
本稿においては、最新のシーム溶接技術、ロボットシーム溶接技術について述べることとする。
重ね抵抗溶接条件

5030

ステンレス
スポット溶接軟鋼スポット溶接
アルミスポット
溶接
ステンレス
シーム溶接

20

軟鋼シーム溶接
アルミシーム溶接40

溶接電流（kA）

Abstract

一方、抵抗シーム溶接はスポット溶接よりもさらに大10000.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

板厚 t(mm)

図１ 各種金属の重ね抵抗溶接条件比較
1

2. 抵抗溶接法の原理と抵抗シーム溶接法
重ね抵抗溶接法は、図2のごとく接合しようとする

母材に流す電流をＩ（Ａ）、抵抗をＲ（Ω）、電圧をＥ金属板を重ねて両側より電極で加圧し、電流を通じ（Ｖ）、通電時間をｔ（Ｓｅｃ）とすると、発熱量Ｈ（Ｃａｌ）
はることによって発生する電気抵抗熱（ジュール熱）を利用して溶接するものである。

Ｈ＝0.24Ｉ2Ｒｔ＝0.24ＩＥｔとなる。この熱によって母材が溶融し、加圧点が接合されるのがスポット溶接である。また、図3のごとく
円板電極を使用し、スポット溶接を連続的に重ねていく方法がシーム溶接法で、気密・水密など耐密性

チップ
ナゲットトランスが保たれる。また、シーム溶接はアーク溶接と比べると高速溶接が可能であり、異種金属の接合もでき、溶接作業者の熟練度も不要で、極めてメリットの大きい溶接法である。
とくに極薄板においては、スポット溶接よりも接合母材チップ部の強度を強くすることができるので、自動車の車体などではスポット溶接にかえてシーム溶接を適用
図2 スポット溶接の原理図

しようとする動きもある。シーム溶接はスポット溶接よりもはるかに大きな電流を使用するため従来シーム溶接機は大型、大容量、大重量ですべて定置式で適用範囲が限られていた。

図3 シーム溶接機の原理図

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シーム溶接技術とロボットシーム溶接機

3. 新しい抵抗溶接技術とロボットシーム溶接機
抵抗溶接の三大要素は、加圧力、電流、通電時間といわれている。

溶接機や中周波インバータ溶接機を開発し、さらに最近1000Ｈｚを超える2000〜3000Ｈｚのインバータを1）加圧力使用し、高周波による微細な制御を行なうことによっ

抵抗溶接は、加圧溶接といわれる程で、加圧力て省エネルギー型の高効率、高性能な溶接トランスは三大要素の中でも最も重要な因子である。従来を実現した。この溶接トランスは従来型AC100kVAト

抵抗溶接は、溶接開始から終了まで一定の高い加ランスと比較して、本体重量は1／6、通電時間は1圧力を加えて行なうものといわれ、人力加圧、電動／5、溶接速度は5倍以上と、小型軽量で出力強大、加圧、空気加圧、油圧・水圧加圧、電磁力加圧など溶接時間を短縮、超精密溶接・低加圧力溶接が可能、が使用されてきた。

定電流・定電圧・定電力制御可能で用途が広い。

最近の研究によって、加圧力は溶接初期、溶接中、溶接終期と最適加圧力を与えることによってすぐれた溶接結果が得られ、大加圧力、低加圧力を適切

なお、詳細比較は「5.ロボットシーム溶接機」に記す。

3）制御機能に使い分けることが重要であることが判明した。近年

抵抗溶接機は従来、加圧力、電流、通電時間、大出力のサーボモーターが開発されており、これによっ溶接速度などを制御するために各種の機械的、電て精密な加圧力の調整、迅速なレスポンスが可能と気的制御器や電子管を使用してきたが、近年の制なり、抵抗溶接機の性能が大きく向上した。

御技術の革新的な進歩によって極めて精密微細な

2）溶接電流、溶接トランス
抵抗溶接ではｋＶＡ級の大電流が使用されているが、従来一般的な重ね抵抗溶接機には構造が簡単で安価な商用周波数の単相交流式が使用されてきた。
しかし、交流溶接機の消費電力Ｐ（Ｗ）は、
2

Ｐ＝Ｅ2Ｉ2 ＝Ｉ2 Ｚ＝Ｉ22√（Ｒ＋ｒ）2＋（2πｆＬ）2

ここに、Ｉ：（Ａ） Ｅ：（Ｖ）
2 溶接電流
2 溶接電圧Ｚ：インピーダンス（Ω） Ｒ：二次回路の抵抗（Ω）
Ｌ：二次側の自己インダクタンス（Ｈ）
ｒ：被溶接物の抵抗（Ω） ｆ：周波数（Ｈｚ）
で、消費電力の60％以上は二次側導体のインピーダンスによって消費されてしまう非常に効率の悪い溶接機であった。

3

そこで、無効電力を低減するために単相直流抵抗制御が迅速に行なうことができるようになり、抵抗溶接機の性能を飛躍的に向上している。

4. 各種シーム溶接機
最近の抵抗溶接技術の非常な進歩によってシー2）高速横シーム溶接機 （図5）

ム溶接機も従来の大型定置式より、定置式・可搬式とも大小様々な溶接機が開発されている。また、使用目的も従来の主流であった汎用機から様々なニーズに対する多くのシーム溶接機が商品化されてきている。ここにこれら新しいシーム溶接機の一例を示すこととする。

1）縦型シーム溶接機 （図4）3）アルミ用横シーム溶接機 （図6）

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シーム溶接技術とロボットシーム溶接機

4）マイクロシーム溶接機 （図7）7）エルボシーム溶接機 （図10）5）ダブルリンクシーム溶接機 （図8）
（ゴリゴリシーム溶接機）

6）S字シーム溶接機 （図9）58）コーナーシーム溶接機 （図11）9）ツインシーム溶接機 （図12）（防食クラッド用ツインシーム溶接機）

11）平シーム溶接機 （図14）12）自走シーム溶接機（超高圧自走式小型シーム溶接機）（図15）10）フープシーム溶接機 （図13）13）低加圧力型片面手動シーム溶接機（図16）

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シーム溶接技術とロボットシーム溶接機

14）ビールタンク用縦型シーム溶接機 （図17）15）燃料タンク用平シーム溶接機（定置式）（図18）716）フィルタ・メッシュシーム溶接機 （図19）

5. ロボットシーム溶接機
シーム溶接は極めて大きな溶接電流を使用する

3000Hz省エネトランスため溶接機は大型・大重量となって、到底ロボットに搭載することは不可能であった。また、溶接ヘッドと溶接トランスを分離することも電力ロスの大きさから考えられないものである。このためロボットスポット溶接機が盛んに実用されている段階においても、ロボッ
トシーム溶接機は実現されなかった。
ところが最近に至って、3000ＨｚのＭＦインバータ溶接トランスが開発された。表1・図20このインバータAC100KVAトランス

溶接トランスは極めて小型で重量は8ｋｇと軽く、通電

図20小型軽量化された3000Hzと従来トランス比較

時間・休止時間を細かく設定することが可能で電流の立ち上りが速い。このインバータ溶接トランスを使溶接用ロボットは通常6軸のものが使用されてい用することによって、ヘッド・トランス一体型のロボットるが、シーム溶接機搭載用ロボットは8軸のロボットを搭載用高効率、超小型軽量シーム溶接機を開発し特別に設計し、シーム溶接機の動作と完全に同期てロボットに搭載した。

化して3次元の高速シーム溶接を可能にした。
（ＮＡ
ＣＨＩ−ＳＴ200ロボット）

表1

従来型に比べ省電力設計である事が立証

形 式
従来型
入力電源
AC400V単相
入力周波数50／60Ｈｚ
2次電圧
13.5V
使用率
10％
最大短絡電流16000A
寸法
442×125×160
重量51Kg
冷却水流量4L／分以上入力KVA（50％使用時） 100KVA

省エネトランス 従来型との比較
600V
3000Ｈｚ11.7V
10％16000A実電流で40％レス
173×102×126 1／4 容積比
約6Kg＋ダイオ−ド 1／8 重量比
2L／分以上−2L／分
80KVA
20％レス＊定格

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また、ロボットシーム溶接機と同様に、8軸ロボットに超小型軽量の片面シーム溶接機を搭載することによって、片面ロボットシーム溶接機も実現した。

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シーム溶接技術とロボットシーム溶接機

図21 ロボットシーム溶接機
表2 ロボットシーム溶接機の仕様
品 名
定格容量
一次電圧
定格周波数
使 用 率
最大短絡電流電極回転速度最大加圧力
電極ストローク
電 極 径
トランス
タイマ−ロボシーム溶接機
140KVA
400V
50／60Ｈｚ50%
15000Ａ
20ｍ／分
4ＫＮ
30mm
110φ
AH-MF
AH-FFHC640-SE

図23
表3

ロボットシーム溶接機によって乗用車の窓枠のシーム溶接を示す。

図22 ロボットシーム自動車ボディー溶接機

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片面ロボットシーム溶接機

片面ロボットシーム溶接機の仕様

品 名
定格容量
一次電圧
定格周波数
使 用 率
最大短絡電流電極回転速度
最大加圧力
電 極 径トランスタイマ−

ロボシーム溶接機
260KVA
400V
50／60Ｈｚ
50%
10000Ａ
10ｍ／分
4ＫＮ
160φ
AH-MFトランス×2台
AH-FFHC640-SE

図21にロボットシーム溶接機を示し、表2にその仕様を示す。図22はロボットシーム溶接機によって乗用車の窓枠のシーム溶接を施工している所である。
図23は片面ロボットシーム溶接機で、表3にその仕様を示している。図24は同機によって厨房製品（水槽）の片面シーム溶接を行なっている所である。

図24

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片面シーム溶接ロボット厨房用流し台シンク溶接

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6. むすび以上抵抗溶接技術、シーム溶接技術についてと協力して新材料の開発を進めてきた。軽金属の最新のロボット溶接技術に至るまで採り上げて説明

適用、高張力鋼薄板の使用による省資源、省エネした。抵抗溶接の最大のユーザーは自動車産業にルギー、省力化、省人化など業界が一体になって代表される薄板産業であるが、近年、世界的に発展とり組んできた。例えばART−HIKARIとNACHIが飛躍を続けてきた自動車産業は、リーマンショック一緒になって世界で始めてのロボットシーム溶接機以降急激に低迷し、更に東日本大震災によって一層を開発、商品化して自動車に適用したことは、その深刻な翳りが見え始めている。BRICSなどの途上国模範的な事の例といえよう。

においては、まだ自動車の販売台数は拡大し当分今一度、世界の先頭に立って前進を続けるため発展が続くものと思われているが、わが国をはじめには、さらなる研究・開発・改善を続けて次世代技術

欧米の先進国ではまだ経済の回復の目途は立たず、を獲 得し新 技 術・新 製 品を実 現することである。

この暗い状況が続くものと考えられている。
しかし、次世代技術として現在例えば超高強度鋼の研究

このままわが国の産業が敗退し没落していくのを開発が進められ、さらなる薄板か、省資源化、省エネ放置して見ているわけにはいかない。

ルギー化を図ろうとしている。我々はその先頭を進ま資源もエネルギーも無く、様々な悪条件の中でわなければならない。従ってシーム溶接技術、ロボットが国が生きていくためには一に世界に先駆けて改善・シーム溶接技術の重要性は益々大きくなり、シーム開発・研究を続け、次世界技術を獲得して新技術・溶接機、ロボットシーム溶接機に関する知見が一層新製品を開発実現することである。今まで我々は材深く広く求められることになると思われる。本稿が料メーカー、機械メーカー、溶接機メーカー、ユーザーお役に立てば幸いである。

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Vol.23A1 October / 2011〈発行〉 2011年10月10日
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