JP2003001432A - 電圧上昇式溶接方法および溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の大小に拘わらず安定した溶接を行うこ
とのできる溶接方法を提案する。また、この溶接方法を
効果的に実施する溶接装置を提供する 【解決手段】 被溶接部材と溶接母材とを加圧する初期
加圧工程と、時間経過に伴って被溶接部材と溶接母材と
の間に印加する溶接電圧Ｖの実効値を上昇させつつ、当
該溶接電圧の上昇に応じて被溶接部材と溶接母材との間
に加える加圧力Ｆを増大させる通電加圧工程と、溶接電
圧Ｖの通電停止から所定時間経過した後に、被溶接部材
と溶接母材との加圧力Ｆを解除させる終了工程とを有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電圧上昇式溶接方法
および溶接装置に係り、更に詳しくは、物体の大小に拘
わらず安定した溶接を行える溶接方法およびこの方法を
用いた溶接装置に関する。

【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り、圧
接として抵抗溶接や超音波溶接などが挙げられる。

【０００３】例えば、金属板にビスを溶接する場合は、
スタッド溶接を採用することが多い。スタッド溶接は、
被溶接部材（金属スタッド）と溶接母材との間隙を調整
しつつアークを発生させて接合部を溶融し、加圧して接
合するものである。また、金属板同士を溶接する場合
は、抵抗溶接が多く採用される。抵抗溶接の中でも代表
的なスポット溶接は、重ねた金属板を対向する電極で加
圧挟持し、大電流を通電して加圧点を瞬間的に溶融させ
て圧接するものである。また、缶体に蓋を気密溶接する
ような場合は、ビーム溶接を用いられることが多い。則
ち、真空中において、缶体と蓋の境界部分に沿って全周
に渡ってレーザービームを照射し、境界部分を溶融させ
て溶着させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、板状の溶接
母材に例えば太さ１ミリのビスをスタッド溶接しようと
すると、ビスと母材との間にスパークが生じてビスが飛
散したり、過渡の溶融によって溶接位置が定まりにくい
嫌いがあった。また、スポット溶接では、通電電流によ
って被溶接部材と溶接母材との接触部をジュール熱で溶
融して圧接するが、大きな加圧力を必要とするため、細
線の溶接などは困難であった。また、抵抗率の異なる異
種金属板をスポット溶接しようとすると、通電時におけ
る金属板同士の溶融状態に差が発生し、安定した接合を
得ることが困難であった。更に、ビーム溶接を用いた気
密溶接では、前記した缶体と蓋との境界部分に正確にビ
ームを照射するのが困難で、気密性が得られず不良率が
高かった。また、ビーム溶接装置が高価であり、量産品
のコストが上昇するため改善が望まれていた。

【０００５】本発明は、前記事情に鑑みて提案されるも
ので、物体の大小に拘わらず安定した溶接を行うことの
できる新規な溶接方法を提案することを目的とする。ま
た、同時に提案される本発明は、この溶接方法を効果的
に実施する溶接装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に提案される本発明は、被溶接部材と溶接母材とを加圧
する初期加圧工程と、時間経過に伴って被溶接部材と溶
接母材との間に印加する溶接電圧の実効値を上昇させつ
つ、当該溶接電圧の上昇に応じて被溶接部材と溶接母材
との間に加える加圧力を増大させる通電加圧工程と、溶
接電圧の通電停止から所定時間経過した後に、被溶接部
材と溶接母材との加圧力を解除させる終了工程とを有し
ている。

【０００７】ここで、溶接中は被溶接部材と溶接母材と
の間に印加される溶接電圧が高い程、加圧力を増大する
必要がある。則ち、溶接電圧が高くなるに連れてアーク
が生じ易く、アークに伴うスプレー移行によって被溶接
部材と溶接母材との間隙が増大する。このため、接触部
の溶融範囲も不必要に拡がって溶接の仕上がり状態が低
下する。本発明は、溶接電圧を上昇させながら加圧力も
増加させることにより、アークを生じる寸前の状態、ま
たは、アーク長をできる限り微少な状態に維持しつつ、
溶接に必要な熱を、接触部の通電に伴い接触抵抗に生じ
るジュール熱によって効率良く蓄積させることに特徴を
有する新規な溶接方法である。

【０００８】本発明の溶接方法によれば、初期加圧工程
において被溶接部材と溶接母材との間に極めて低い加圧
力を印加した状態で、溶接母材に対して被溶接部材を位
置決めする。次いで、通電加圧工程に入って溶接が開始
される。通電加圧工程では、被溶接部材と溶接母材との
間に低電圧および低加圧を印加した状態で溶接を開始す
る。そして、時間の経過と共に溶接電圧を上昇させると
共に、溶接電圧の上昇に応じて加圧力も増大させる。こ
れにより、接触部においてアーク発生寸前の状態あるい
は微少アークが発生した状態を維持させつつ、接触部の
通電に伴って接触抵抗に生じるジュール熱によって熱を
蓄積する。この後、必要な熱が接触部に蓄積されて最適
な溶融状態となった時点で加圧力が最適値（鍛圧）に至
る。この通電加圧工程が終了すると、終了工程に入る。
終了工程では、鍛圧が印加されたまま溶接電圧の通電が
停止される。そして、溶接電圧の通電停止から所定時間
経過して溶融部分が冷却し固着した後に、加圧力を解除
して溶接が完了する。

【０００９】このように、本発明によれば、被溶接部材
と溶接母材の接触部に溶接に必要な熱を効率良く蓄積さ
せて溶融させることができ、不必要な電力消費が低減さ
れる。また、最適な溶融状態において最適な鍛圧を加え
て溶接を完了する。これにより、溶融過多や過大加圧に
よって溶融部分が膨出したり、スパッタが発生する不具
合を最小限に抑えることができ、仕上がりも良好とな
る。本発明では、溶接電圧は直流または交流のいずれで
も可能であり、被溶接部材と溶接母材との間に加わる電
圧の実効値を、時間の経過に伴って上昇させれば良い。

【００１０】前記本発明において、通電加圧工程は、被
溶接部材と溶接母材との接触部における温度またはアー
ク発生状態に応じて、溶接電圧または加圧力の少なくと
もいずれかを調整しつつ行うことができる。被溶接部材
および溶接母材が予め定まっている場合は、溶接電圧お
よび加圧力の上昇曲線は予め固定的に設定すれば良い。
しかし、接触部における温度（溶融状態）またはアーク
の発生状態に応じて、溶接電圧または加圧力またはこれ
らの双方を調整することにより、被溶接部材や溶接母材
の材質に合わせた最適な溶接を行うことができ、汎用性
が向上する。

【００１１】前記本発明において、通電加圧工程は、被
溶接部材と溶接母材との間に時間の経過に伴って波高値
を上昇させるパルス電圧を印加して行うことができる。
溶接に際して、被溶接部材と溶接母材の材質が異なる場
合、抵抗率も異なる。このため、通電を行うと抵抗率の
大きい材質で発生する熱量が大きく、抵抗率の小さい材
質で発生する熱量が少なくなり、溶融状態に差が生じて
安定した溶接が行われない。

【００１２】しかし、パルス電圧を印加することによ
り、抵抗率の異なる被溶接部材と溶接母材の双方に対し
て短時間に入熱を加えて温度上昇させることができる。
このパルス電圧を波高値を上昇させつつ繰り返し通電す
ることにより、接触部を効果的に加熱することができ
る。特に、パルス電圧の立ち上がりを急峻にすることに
より、パルスの立ち上がりによって接触部を急激に加熱
することができ、抵抗率の異なる材質の溶接に一層好適
である。

【００１３】則ち、通電加圧工程の初期では、アークを
生じる寸前の状態、または、アーク長をできる限り微少
な状態に維持しつつ、ジュール熱およびアークによる熱
を接触部に加えて溶融させる。そして、通電加圧工程の
後半では、アークによる入熱に加えて、急峻な立ち上が
りのパルス電圧によるジュール熱を更に発生させる。こ
れにより、接触部に短時間に入熱を印加して溶融させる
ことができ、被溶接部材や溶接母材の形状（断面積な
ど）の差、あるいは、材質による抵抗率の差に伴う発生
熱量の差の影響を抑えることができる。

【００１４】また、パルス電圧の繰り返し周波数を商用
交流電源の周波数に比べて高くすることにより、入熱の
蓄積を短時間で行わせることができ、微少アークの持続
性も向上する。また、波高値を上昇させるパルス電圧を
印加する代わりに、例えば、パルス電圧の波高値を一定
として、パルス幅を変化させたりパルス電圧の繰り返し
周期（周波数）を変化させる構成を採ることも可能であ
る。

【００１５】同時に提案される本発明の溶接装置は、時
間経過に伴って実効値を変化させる溶接電圧を生成して
被溶接部材と溶接母材との間に印加する電源部と、時間
経過に伴って加圧力を変化させて被溶接部材と溶接母材
との間に加える加圧手段と、電源部および加圧手段の制
御を含む溶接制御を行う制御手段とを備えた構成とされ
ている。この構成によれば、制御手段は、通電開始から
通電終了に至る期間の電源部のの制御を行うと共に、加
圧開始から加圧終了に至る期間の加圧手段の制御を行う
ことができ、前記本発明の溶接方法を効果的に実施する
ことが可能である。

【００１６】前記本発明において、電源部は、時間の経
過に伴って波高値を上昇させるパルス電圧を生成する構
成を採ることができる。この構成によれば、前記請求項
３に記載の溶接方法を効果的に実施することが可能であ
る。

【００１７】前記本発明において、電源部は、一次側三
相巻線と二次側単相巻線とを有する変圧器と、当該変圧
器の一次側に接続される三相交流の通電位相を制御する
位相制御手段と、当該変圧器の二次側単相巻線から出力
されるパルス電圧の波高値を制御する波高値制御部を備
えた構成とすることができる。

【００１８】位相制御手段には、例えば、サイリスタを
用いて三相交流の点弧位相を変化させる構造を採ること
ができる。三相交流の通電位相を制御すると、変圧器の
一次側には各相の半サイクル毎に、所定の点弧位相から
消弧位相（ゼロ位相）に至るまでサイリスタによって通
電が行われる。これにより、変圧器の二次側には、三相
交流の３倍の周波数を有するパルス電圧（同一極性のパ
ルス電圧）を発生させることができる。このパルス電圧
の波高値を波高値制御部で制御して、例えば、波高値が
上昇するパルス電圧を溶接電圧として生成することがで
きる。

【００１９】特に、変圧器のインピーダンス（一次側お
よび二次側のコイルのインダクタンス）を低減させた構
造を採ることにより、力率が改善されると共に、変圧器
の二次側から出力される位相制御されたパルス電圧の立
ち上がりを極めて急峻にすることができる。また、波高
値制御部は公知技術の回路を組み合わせて構成すること
ができる。

【００２０】また、変圧器の一次側に加えられる三相交
流の内、特定の一相のみに対して位相制御を行い、他の
二相を通電させない構成とすることもできる。また、特
定の二相に見に対して位相制御を行い、他の一相を通電
させない構成を採用することも可能である。

【００２１】前記本発明において、加圧手段は付勢部材
を備えており、制御手段によって付勢部材の付勢力の調
節制御を行う構成とすることができる。本発明では、溶
接電圧の上昇に応じて被溶接部材と溶接母材とに加える
加圧力を増加させる。しかし、被溶接部材と溶接母材と
を短時間に加熱溶融しなければならず、溶接電圧および
加圧力は極めて短時間に増加させる必要がある。ここ
で、溶接電圧は前記したように電源部によって電気的に
制御可能であるが、短時間に加圧力を増加させるのは困
難である。

【００２２】本発明では、バネを用いて急峻に加圧力を
増加させる付勢部材を加圧手段に備えることができる。
また、溶接電流を用いて電磁力を発生させる付勢部材を
加圧手段に備えることも可能である。そして、バネや電
磁力による付勢力を制御手段で調節することによって加
圧力として利用する。例えば、圧縮開放機構をバネと組
み合わせたものでは、圧縮状態のバネを制御手段で開放
することにより、溶接開始時に合わせて急峻に増加する
加圧力を印加することができる。また、バネや電磁機構
を用いた付勢部材に加えて、例えば、エアーシリンダを
利用した付勢部材を併用することにより、必要な加圧特
性を得ることもできる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明に
係る電圧上昇式溶接方法の実施形態を説明する。図１
は、本実施形態の溶接方法をグラフで示したもので、横
軸を時間軸とし、縦軸に溶接電圧Ｖ、加圧力Ｆおよび熱
量Ｅ１，Ｅ２を取り、溶接の進捗状況に応じた変化を重
ね合わせて示したものである。また、図２は、溶接時に
おける被溶接部材、溶接母材、溶接電極および加圧手段
の配置を模式的に示した図である。

【００２４】本実施形態の溶接方法では、図２に示すよ
うに、固定電極３１と加圧電極３２との間に溶接電圧が
印加される。固定電極３１は固定され、加圧電極３２に
は付勢具Ｓｏ〜Ｓ２が取り付けられて、電極３１，３２
同士の間に載置される溶接母材Ｗ１と被溶接部材Ｗ２に
加圧力を加える構成としている。ここで、付勢具Ｓｏは
初期加圧工程における加圧力を発生させるもので、バネ
を用いて構成される。また、付勢具Ｓ１は通電加圧工程
の初期において急峻に増加する加圧力を発生させるもの
で、バネを用いて構成され、更に、付勢具Ｓ２はエアシ
リンダを用いて、通電加圧工程から終了工程にかけて加
圧力（鍛圧）を発生させる。

【００２５】図１、図２を参照して、本実施形態の溶接
方法を詳細に説明する。 初期加圧工程では、被溶接部材Ｗ２を溶接母材Ｗ１に
当接させ、付勢具Ｓｏを作動させて加圧電極３２を被溶
接部材Ｗ２に当接させて加圧力を印加する。これによ
り、被溶接部材Ｗ２は溶接母材Ｗ１に微少加圧力で押圧
されて位置決めされる。この初期加圧工程は溶接が開始
される前の待機状態である。

【００２６】通電加圧工程に入ると、パルス状の溶接
電圧Ｖの通電が開始されると共に付勢具Ｓ１が作動して
加圧力が印加される。溶接電圧Ｖはパルス幅ｔ１のパル
ス電圧であり、周期ｔｏ毎に繰り返して印加され、波高
値は時間経過に伴って増加する。一方、付勢具Ｓ１によ
る加圧は、溶接電圧Ｖの通電開始と略同時に印加され
て、加圧力は急峻に増大する。そして、所定数のパルス
電圧Ｖ（図１では３番目のパルス電圧）の通電開始時近
傍で、付勢具Ｓ１による加圧力は最大となる。この通電
加圧工程の初期は、パルス電圧Ｖの急峻な立ち上がりに
よって接触部が加熱され、微少アークが発生する状態ま
たはアークが発生する直前に通電が停止する動作を繰り
返す。これにより、アークによる熱量Ｅ１とジュール熱
による熱量Ｅ２とが接触部に蓄積される。

【００２７】通電加圧工程において、付勢具Ｓ１の加
圧力Ｆが最大値に至ると、引き続いて付勢具Ｓ２による
加圧が開始される。図１に示すように、付勢具Ｓ２によ
る加圧力は時間経過と共に漸増する。通電加圧工程の後
半は、パルス電圧の波高値が更に増大し、急峻な立ち上
がりのパルス電圧によってジュール熱による熱量Ｅ２が
一層増大して、接触部に効果的に入熱が加えられる。そ
して、パルス電圧Ｖの波高値が最大値に達する直前に鍛
圧の印加が開始され、パルス電圧Ｖの波高値が最大とな
る近傍では、加圧力Ｆは飽和して略一定の鍛圧が印加さ
れる。この通電加圧工程の末期は、接触部の溶融状態が
最適となり、鍛圧を印加して溶着が行われる。

【００２８】終了工程に入るとパルス電圧Ｖの通電が
停止され、溶融部分は鍛圧によって加圧されて溶着する
と共に、冷却が始まる。そして、所定時間が経過して被
溶接部材Ｗ２が溶接母材Ｗ１に固着すると、加圧力Ｆが
解除されて溶接が完了する。

【００２９】このように、本実施形態の電圧上昇式溶接
方法によれば、被溶接部材Ｗ２と溶接母材Ｗ１の接触部
が最適な溶融状態に至った時点で最適な鍛圧を印加して
溶着させることができる。則ち、スポット溶接のよう
に、溶接開始前の設定条件に応じて、大きな加圧力を加
えた状態で大電圧を印加して瞬時に溶着させるものとは
自ずと発想を異にするものである。本発明の溶接方法を
採用することにより、溶融状態と加圧力を調整しながら
溶融部分を拡げつつ溶着させることができ、仕上がりの
良好な溶接を実現することが可能となる。また、接触部
分に効果的に入熱を加えながら溶接を行うので、不必要
な電力消費を削減できる。この電圧上昇式溶接方法によ
れば、種々の材質について、予め、溶接試験を行って溶
接電圧Ｖと加圧力Ｆとの最適値を求めておくことによ
り、材質の異なる溶接物についても極めて良好な溶接を
行うことができる。また、微少物から大形状の溶接物に
至るまで、溶接電圧Ｖと加圧力Ｆとを調整設定して安定
した溶接を行うことが可能となる。

【００３０】

【実施例】次に、前記した溶接方法を効果的に実施する
本発明の溶接装置の実施例を説明する。図３は本発明の
溶接装置１の構成図であり、図４は溶接装置１の各部の
波形を示したものである。溶接装置１は、制御手段１
０、電源部２０および加圧手段３０を備えて構成され
る。尚、加圧手段３０は前記図２に示したものと同一で
あり、同一符号を付して重複した説明を省略する。制御
手段１０は、各制御工程に応じて電源部２０および加圧
手段３０を含む溶接装置１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１０から電源部２０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３０へ
制御信号を送出して加圧力を制御する。

【００３１】電源部２０は、位相制御部２１、変圧器２
５および波高値制御部２６を備えており、電源部２０か
ら出力される溶接電圧が加圧手段３０の電極３１，３２
へ送出されて溶接が行われる。ここで、電源部２０を構
成する位相制御部２１および変圧器２５は、特許第２８
８４５４７号で既に登録された電源装置と同一構成であ
る。

【００３２】位相制御部２１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２２と、各相毎に直
列に接続されたサイリスタ２４ａ〜２４ｃと、サイリス
タの点弧位相を制御する位相調整器２３ａ〜２３ｃを備
えている。この位相制御部２１は、ゼロクロス検出器２
２でゼロ位相を検出して各位相調整器２３ａ〜２３ｃに
伝送し、各位相調整器２３ａ〜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２４ａ〜２４ｃに
向けて点弧信号を送出する。これにより、図４（ａ）に
示すように、変圧器２５の一次側コイル２５ａ〜２５ｃ
へ、各相毎にサイリスタ２４ａ〜２４ｃ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。

【００３３】位相制御部２１によって、変圧器２５の一
次側コイル２５ａ〜２５ｃに図４（ａ）に示す通電が行
われると、図４（ｂ）に示すパルス電圧が二次側コイル
２５ｄ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２６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２
６では、図４（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３１，３２へ印加される構成であ
る。

【００３４】ここで、本実施例の溶接装置１では、変圧
器２５のインピーダンスが極めて低くなるように設計さ
れている。則ち、変圧器２５の一次側コイル２５ａ〜２
５ｃおよび二次側コイル２５ｄのインダクタンスが極め
て低くなるような構造としている。これにより、図４
（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。

【００３５】また、電源部２０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。このように、本
実施例の溶接装置１により前記した本発明の溶接方法を
効果的に実施することが可能となる。

【００３６】（溶接例１）図５は、本実施例の溶接装置
１による溶接例を示したもので、携帯電話などに用いら
れるリチウムイオン電池を気密溶接するものである。図
５（ａ）に示すように、台座（不図示）に載置された缶
体（電池本体ケース）Ｗ１の開口部近傍の外周面に、前
後左右から割電極３２ａ，３２ａおよび割電極３２ｂ，
３２ｂを当接させて挟持する。次いで、蓋Ｗ１を開口部
に載置し、電極３１を蓋Ｗ１に当接させる。割電極３２
ａ，３２ａおよび割電極３２ｂ，３２ｂは全て溶接電圧
（波高値制御部２６）のａ端子に接続され、電極３１は
溶接電圧のｂ端子に接続される。そして、割電極３２と
電極３１との間に溶接電圧が印加される。また、加圧力
Ｆは加圧手段３０によって電極３１を下方へ押圧するこ
とで加えられる。

【００３７】この場合の溶接手順は、前記実施形態で述
べた内容と同一であるため省略するが、本発明の溶接装
置１を用いることにより、極めて短時間に蓋Ｗ２を缶体
Ｗ１に気密溶接することができ、溶接部分のバリの発生
もなく良好な仕上がりが得られる。特に、このような溶
接では、材質の異なる蓋Ｗ２と缶体Ｗ１とを溶接するこ
とが多い。則ち、通電加圧工程の初期において蓋Ｗ２と
缶体Ｗ１との境界で抵抗率の差に伴って、両素材に発熱
の差が生じることがある。この場合、通電加圧工程の初
期では、抵抗率の低い素材は溶融せず、抵抗率が高い素
材、あるいは、断面積の小さい部分に通電電流が集中し
て溶融が先行する。このため、加圧力が低いときには接
触面の一部の溶融が遅れることも生じる。しかし、溶接
電圧および加圧力を上昇させるに連れて、溶融の遅れた
部分も急峻な立ち上がりのパルス電圧によって充分な入
熱が加わり、僅かな溶融状態の差は生じるものの、両素
材を充分に溶融させて溶着可能となる。

【００３８】（溶接例２）図６は、別の溶接例を示した
もので、大径のパイプ同士を溶接するものである。尚、
前記溶接例１と同一構成部分には同一の符号を付して重
複した説明を省略する。この例では、溶接母材Ｗ１と被
溶接部材Ｗ２との外径が５００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの鋼
材同士を突き合わせて溶接するものである。従来、この
ような大型部材の端面溶接は困難であったが、本発明の
溶接装置１により３秒乃至４秒程度の短時間において、
確実に溶接が可能で仕上がりも良好である。この例で
は、溶接母材Ｗ１と被溶接部材Ｗ２との突き合わせ部分
の接触が良好でない場合であっても、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を増大させていく。これにより、突き合わせ部分の円
周方向へ沿って溶融が進行し、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。

【００３９】（溶接例３）図７は、別の溶接例を示した
もので、大径のパイプに直角に別のパイプを溶接するも
のである。尚、前記溶接例１，２と同一構成部分には同
一の符号を付して重複した説明を省略する。この例で
は、図７（ｂ）に示すように、被溶接部材Ｗ２の下縁Ｗ
２ａ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。

【００４０】（溶接例４）図８は、更に別の溶接例を示
したもので、額縁のフレーム等を溶接するものである。
尚、前記溶接例１〜３と同一構成部分には同一の符号を
付して重複した説明を省略する。この例では、断面が溝
形状を有するアングルの端部を４５°に傾斜させて切断
し、切断面を突き合わせてアングル同士を直交させて溶
接するものである。この例においても、図８（ｂ）に示
すように、被溶接部材Ｗ２と溶接母材Ｗ１との突き合わ
せ部分が部分的に接触しない状態が生じることもある。
しかし、接触部分をパルス電圧で溶融させつつ加圧力Ｆ
を増大させて、アングルの突き合わせ部分に沿って溶融
を進行させ、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。

【００４１】このように、本発明の溶接装置１によれ
ば、従来のスポット溶接では為し得なかった溶接も容易
にしかも短時間に行うことができる。特に、溶接電圧を
上昇させながら溶接部分に効果的に入熱を加えつつ、加
圧力を増加させるので、無駄な電力を必要としない上に
溶接の仕上がりも良好である。更に、溶接装置１自体に
特殊な部材を用いていないので安価に製作でき、溶接費
用を削減することが可能となる。

【００４２】尚、前記実施例に示した溶接装置１では、
溶接電圧としてパルス電圧を用いているが、本発明はこ
のような構成に限られるものではない。例えば、時間経
過に伴って電圧値が上昇する直流電圧を溶接電圧として
用いても良く、また、時間経過に伴って実効値の上昇す
る交流電圧を用いることも可能である。また、被溶接部
材Ｗ２と溶接母材Ｗ１との接触部の温度やアーク発生状
態を非接触センサなどで検知して、溶接電圧値や加圧力
をフィードバック制御する構成を採ることも可能であ
る。この構成によれば、最適な溶融状態において最適な
加圧力を印加することができ、異種金属などの溶接にお
いても一層良好な仕上がりを得ることができる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明の電圧上昇式溶
接方法によれば、微少物や大形状の溶接物を問わず、短
時間に溶接部分を効果的に溶融して最適な状態で加圧す
ることができ、良好な仕上がりが得られる。特に、溶接
形状が長く、従来ＴＩＧ溶接やビーム溶接などを採用せ
ざるを得なかったものに対しても、短時間に効率良く溶
接でき、しかも良好な仕上がりを得ることができる。ま
た、無駄な電力消費を削減することが可能である。請求
項２に記載の本発明によれば、溶接部分の温度やアーク
の発生を監視しつつ溶接を行うことができ、一層汎用性
を向上させることができる。請求項３に記載の本発明に
よれば、波高値の上昇するパルス電圧を用いることによ
って溶接部分を効果的に加熱し溶融させることが可能と
なる。請求項４から７に記載の本発明によれば、請求項
１から３に記載の本発明の溶接方法を効果的に実施で
き、しかも、安価な溶接装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接方法における溶接進行状態を、横
軸に時間、縦軸に溶接電圧、加圧力および発熱量を取っ
て工程毎に示したグラフである。

【図２】図１に示す溶接方法に採用する加圧力の印加方
法を示す模式図である。

【図３】本発明の溶接装置の構成図である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３に示す溶接装置の各部
の電圧波形である。

【図５】（ａ）は、図３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６】（ａ），（ｂ）は、図３で示す溶接装置を用い
た別の溶接例を示す斜視図、（ｃ）は溶接完了後の仕上
がりを示す斜視図である。

【図７】（ａ）は、図３で示す溶接装置を用いた別の溶
接例を示す斜視図、（ｂ）は溶融の拡がりを示す説明図
である。

【図８】（ａ），（ｂ）は、図３で示す溶接装置を用い
た別の溶接例を示す斜視図、（ｃ）は溶接完了後の仕上
がりを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 溶接装置 １０ 制御手段 ２０ 電源部 ２１ 位相制御手段 ２５ 変圧器 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 一次側三相巻線 ２５ｄ 二次側単相巻線 ２６ 波高値制御部 ３０ 加圧手段 Ｖｏ 溶接電圧 Ｗ１ 溶接母材 Ｗ２ 被溶接部材 Ｆ 加圧力 Ｓｏ，Ｓ１，Ｓ２ 付勢部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接部材と溶接母材とを加圧する初期
   加圧工程と、時間経過に伴って被溶接部材と溶接母材と
   の間に印加する溶接電圧の実効値を上昇させつつ、当該
   溶接電圧の上昇に応じて被溶接部材と溶接母材との間に
   加える加圧力を増大させる通電加圧工程と、溶接電圧の
   通電停止から所定時間経過した後に、被溶接部材と溶接
   母材との加圧力を解除させる終了工程とを有したことを
   特徴とする電圧上昇式溶接方法。
2. 【請求項２】 前記通電加圧工程は、被溶接部材と溶接
   母材との接触部における温度またはアーク発生状態に応
   じて、溶接電圧または加圧力の少なくともいずれかを調
   整しつつ行われることを特徴とする請求項１に記載の電
   圧上昇式溶接方法。
3. 【請求項３】 前記通電加圧工程は、被溶接部材と溶接
   母材との間に時間の経過に伴って波高値を上昇させるパ
   ルス電圧を印加して行われることを特徴とする請求項１
   または２に記載の電圧上昇式溶接方法。
4. 【請求項４】 時間経過に伴って実効値を変化させる溶
   接電圧を生成して被溶接部材と溶接母材との間に印加す
   る電源部と、時間経過に伴って加圧力を変化させて被溶
   接部材と溶接母材との間に加える加圧手段と、前記電源
   部および加圧手段の制御を含む溶接制御を行う制御手段
   とを備えたことを特徴とする溶接装置。
5. 【請求項５】 前記電源部は、時間の経過に伴って波高
   値を上昇させるパルス電圧を生成することを特徴とする
   請求項４に記載の溶接装置。
6. 【請求項６】 前記電源部は、一次側三相巻線と二次側
   単相巻線とを有する変圧器と、当該変圧器の一次側に接
   続される三相交流の通電位相を制御する位相制御手段
   と、当該変圧器の二次側単相巻線から出力されるパルス
   電圧の波高値を制御する波高値制御部を備えたことを特
   徴とする請求項４または５に記載の溶接装置。
7. 【請求項７】 前記加圧手段は付勢部材を備えており、
   前記制御手段によって当該付勢部材の付勢力の調節制御
   を行うことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項
   に記載の溶接装置。