JP2001058270A - 表面に塗料層が形成された母材にピンを溶接する方法及びそのためのスタッド溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に塗料層が形成された母材にピンを溶接
する方法及びそのための小型でかつ軽量なスタッド溶接
装置を提供する。 【解決手段】 先端を尖鋭にしたピン２と、そのピン２
を保持可能とした溶接ガン１と、スタッドピン２を母材
本体３に溶接するための主電源Ｖ１及びその電荷を蓄え
る主充電コンデンサＣ１、並びに塗料層４を破壊する前
記主電源より高電圧の副電源Ｖ２及びその電荷を蓄える
前記主コンデンサより低容量の副コンデンサＣ２を備え
るとともに、主コンデンサＣ１及び副コンデンサＣ２に
蓄えられた電荷を同時に溶接ガン１に供給する回路を設
けた電源部１０とで構成したスタッド溶接装置により、
放電の初期に塗料層４を破壊し、ついで母材本体３を溶
融して、ピン２を母材本体３に溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表面に塗装等に
より塗料層が形成された母材に、ピンを溶接する方法及
びそのためのスタッド溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】母材の表面に塗料層が形成されている
と、塗料層が電気的な絶縁材となるため、ピンを母材本
体に直接溶接する通常の条件下では、ピンを溶着するこ
とができない。このため、塗料層をグラインダ等で削り
取ったのち、母材本体にピンを溶接している。そのよう
な手間のかかる厄介な研削作業を解消するために、特公
平６−７２４６５号には、挿し込んだピンを溶接ガンの
操作により押圧しながら５０〜９０度回転させ、それに
よってピンの先端を鉄鋼材表面の絶縁層を通して溶接可
能な部分まで進入させ、次いで溶接を行う方法が提案さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の特公平６−７２
４６５号の方法では、ピンの先端を鉄鋼材表面の絶縁層
を通して溶接可能な部分まで進入させるには、ピンは少
なくとも座屈しない程度の剛性を必要とし、さらにピン
の先端は針形や刃形に加工されているとともに、焼き入
れ処理等により絶縁層より高い硬度を備えていなければ
ならない。さらに、ピンの先端が鉄鋼材表面の絶縁層を
通して溶接可能な部分まで進入したかどうかを判断する
ことが困難である。

【０００４】本発明はそのような課題を解決して、簡単
な溶接電源回路により、黄銅のような剛性の低いピンで
あっても、表面上に塗料層が形成された母材に溶接する
ことができる方法及びそのために使用するスタッド溶接
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、表面に塗料層が形成された母材にピンを溶接するに
あたり、ピンを母材本体に溶接するための主電源及びそ
の電荷を蓄える主充電コンデンサ、並びに塗料層を破壊
するための主電源より高電圧の副電源及びその電荷を蓄
える主コンデンサより低容量の副コンデンサとを備えた
電源部に、先端を尖鋭にしたピンを保持した溶接ガンを
接続し、そのピンの先端を塗料層に接触するように押圧
しながら、ピンと母材本体との間に主コンデンサ及び副
コンデンサの電荷を同時に放電させて、塗料層を破壊し
たのちピンを母材本体に溶接することを特徴とする表面
に塗料層が形成された母材にピンを溶接する方法であ
る。

【０００６】かかる発明では、主コンデンサの低電圧で
高容量の電荷に、放電の初期にのみ副コンデンサからの
高電圧で低容量の電荷が加算されて放電されるので、母
材本体の表面に塗料層が形成されていても、高電圧の電
荷によるアークでまず塗料層が破壊され、引き続いて低
電圧の電荷によるアークで母材本体が溶融されてピンが
母材本体に強固に溶接される。

【０００７】請求項２に記載の発明は、表面に塗料層が
形成された母材にピンを溶接するためのスタッド溶接装
置であって、先端を尖鋭にしたピンと、そのピンを保持
可能とした溶接ガンと、ピンを母材本体に溶接するため
の主電源及びその電荷を蓄える主充電コンデンサ、並び
に塗料層を破壊するための主電源より高電圧の副電源及
びその電荷を蓄える主コンデンサより低容量の副コンデ
ンサとを備えるとともに、主コンデンサ及び副コンデン
サに蓄えられた電荷を同時に溶接ガンに供給する回路を
設けた電源部とで構成したことを特徴とする表面に塗料
層が形成された母材にピンを溶接するためのスタッド溶
接装置である。

【０００８】かかる発明では、主コンデンサの低電圧で
高容量の電荷に、放電の初期にのみ副コンデンサからの
高電圧で低容量の電荷が加算されて放電されるので、母
材の表面上に塗料層が形成されていても、高電圧の電荷
によるアークでまず塗料層が破壊され、引き続いて低電
圧の電荷によるアークで母材が溶融されてピンを母材に
強固に溶接することができる。すなわち、主副の両コン
デンサの電荷が、塗料層の破壊とピンの溶接に有効に作
用するので、電源部を小型でかつ軽量なものとすること
が可能となる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、ピンの先端を、
ピンの軸線に対して斜めに切断することにより尖鋭にし
たことを特徴とする請求項２に記載の表面に塗料層が形
成された母材にピンを溶接するためのスタッド溶接装置
である。

【００１０】かかる発明では、ピンの軸線に対して斜め
に切断して先端を尖鋭にしたたピンを使用するものであ
り、放電初期のアークでピンの先端は溶融して、円弧状
にえぐり取られ、その後はピンの先端中心からアークが
飛ぶので、ピンの軸線、すなわち溶接しようとする地点
を中心に母材本体が溶融される。従って、請求項２に記
載の発明の作用効果に加えて、ピンの溶接が確実にな
り、溶接強度が向上する。また、ピンの先端の尖鋭化
は、一枚刃又は二枚刃による切断や鋸刃による切断で可
能となるから、その加工コストは低廉である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１は本発明のスタッド溶接装置の電源
部１０の構成を説明するための回路図である。図示しな
い交流電源から整流された９６Ｖの直流電源が主電源Ｖ
１に供給され、電荷は容量４７，０００μＦの主コンデ
ンサＣ１に蓄えられる。同様に１，５００Ｖの直流電源
が副電源Ｄ２に供給され、電荷は容量５μＦのコンデン
サＣ２に蓄えられる。

【００１２】主及び副コンデンサＣ１，Ｃ２のプラス極
側は、それぞれ逆流防止用のダイオードＤ１，Ｄ２を介
して共に連結され、さらにサイリスタＳＣＲを介して母
材本体３に接続されている。また、主及び副コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２のマイナス極側は共に連結されて、トリガー
が引かれたとき溶接ガン１に保持されたピン２に連通す
る。

【００１３】ピン２は黄銅製の直径１．６ｍｍの丸棒
で、その先端をピンの軸に対して６０°の角度でニッパ
で切断したものである。母材本体３は、厚さ０．６ｍｍ
の亜鉛引き鋼板で、その片面に錆止め塗料を３回塗装し
て塗料層４を形成したものである。

【００１４】次に溶接工程を説明する。ピン２を溶接ガ
ン１に装着し、電源部１０に設けた図示しない、主及び
副コンデンサＣ１，Ｃ２の充電完了の信号を確認したの
ち、ピン２の先端を母材本体３上に形成された塗料層４
の表面に接触するように押圧する。そして溶接ガン１の
トリガー５を引くと、図示しない制御回路によりサイリ
スタＳＣＲのゲートに信号が送られ、ピン２と母材本体
３間に主及び副コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷が同時に放
電され、アークが発生して塗料層４が破壊されたのち、
ピン２は母材本体３に溶接される。

【００１５】さらに溶接工程を図２により詳細に説明す
る。ピン２の先端を塗料層４の表面に接触させながらト
リガー５を引くと、アークにより塗料層４がピン２の接
触点を中心に図２（ａ）で二点鎖線で示すように破壊さ
れるとともに、ピン２の先端もその先端を中心とする円
弧状に溶融してえぐり取られる。その後は、図２（ｂ）
に示すように、ピンの先端中心で主コンデンサＣ１の放
電が始まり、ピン２の先端中心からアークが飛び、ピン
の軸線、すなわち溶接しようとする地点を中心に母材本
体３が溶融され、図２（ｃ）に示すようにピン２が母材
本体３に強固に溶着される。この溶接行程の間における
溶接電流（Ｉ）と時間（Ｔ）の波形図を図３に示す。す
なわち、放電の初期にのみ、副コンデンサＣ２からの高
電圧で低容量の電荷が、主コンデンサＣ１の電荷に加算
されて放電されている。なお比較例として、塗料層が形
成されていない母材に、主コンデンサＣ１の電荷のみの
放電で、ピン２を溶接した場合を図中に破線で示してい
る。

【００１６】なお、上記の実施態様における主電源の電
圧、主コンデンサの容量、副電源の電圧、副コンデンサ
の容量は、ピンの材質、形状、直径など、母材本体の材
質、厚さなど、塗料層の種類、厚さなどにより適宜変更
されるものであり、示した数値に限定されるものではな
い。

【００１７】またピンの先端形状も、円錐状や角錐状で
も本発明は実施可能であり、またピンの後端に被覆材等
の抜け止め用の座金を取り付けることもある。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、主コンデン
サの低電圧で高容量の電荷に、放電の初期にのみ副コン
デンサからの高電圧で低容量の電荷が加算されて放電さ
れるので、母材本体の表面に塗料層が形成されていて
も、高電圧の電荷によるアークでまず塗料層が破壊さ
れ、引き続いて低電圧の電荷によるアークで母材本体が
溶融されてピンが母材本体に強固に溶接することができ
る。

【００１９】請求項２に記載の発明では、主コンデンサ
の低電圧で高容量の電荷に、放電の初期にのみ副コンデ
ンサからの高電圧で低容量の電荷が加算されて放電され
るので、母材の表面上に塗料層が形成されていても、高
電圧の電荷によるアークでまず塗料層が破壊され、引き
続いて低電圧の電荷によるアークで母材が溶融されてピ
ンを母材に強固に溶接することができる。すなわち、主
副の両コンデンサの電荷が、塗料層の破壊とピンの溶接
に有効に作用するので、電源部を小型でかつ軽量なもの
とすることが可能となる。

【００２０】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の発明の効果に加えて、ピンの溶接が確実になり、溶
接強度が向上する。また、ピンの先端の尖鋭化は、一枚
刃又は二枚刃による切断や鋸刃による切断で可能となる
から、その加工コストは低廉となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスタッド溶接装置の電源部１０の構
成を説明するための回路図である。

【図２】 溶接の間における本発明のピンの形状変化を
説明する断面図である。

【図３】 溶接工程の間における溶接電流の波形図であ
る。

【符号の説明】

１は溶接ガン、２はピン、３は母材本体、４は塗料層、
５はトリガー、１０は電源部、Ｃ１は主コンデンサ、Ｃ
２は副コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２はダイオード、ＳＣＲは
サイリスタ、Ｖ１は主電源、Ｖ２は副電源である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に塗料層が形成された母材にピンを
   溶接するにあたり、ピンを母材本体に溶接するための主
   電源及びその電荷を蓄える主充電コンデンサ、並びに塗
   料層を破壊するための前記主電源より高電圧の副電源及
   びその電荷を蓄える前記主コンデンサより低容量の副コ
   ンデンサとを備えた電源部に、先端を尖鋭にしたピンを
   保持した溶接ガンを接続し、そのピンの先端を塗料層に
   接触するように押圧しながら、ピンと母材本体との間に
   前記主コンデンサ及び副コンデンサの電荷を同時に放電
   させて、塗料膜を破壊したのちピンを母材本体に溶接す
   ることを特徴とする表面に塗料層が形成された母材にピ
   ンを溶接する方法。
2. 【請求項２】 表面に塗料層が形成された母材にピンを
   溶接するためのスタッド溶接装置であって、先端を尖鋭
   にしたピンと、そのピンを保持可能とした溶接ガンと、
   ピンを母材本体に溶接するための主電源及びその電荷を
   蓄える主充電コンデンサ、並びに塗料層を破壊するため
   の前記主電源より高電圧の副電源及びその電荷を蓄える
   前記主コンデンサより低容量の副コンデンサとを備える
   とともに、前記主コンデンサ及び副コンデンサに蓄えら
   れた電荷を同時に溶接ガンに供給する回路を設けた電源
   部とで構成したことを特徴とする表面に塗料層が形成さ
   れた母材にピンを溶接するためのスタッド溶接装置。
3. 【請求項３】 ピンの先端を、ピンの軸線に対して斜め
   に切断することにより尖鋭にしたことを特徴とする請求
   項２に記載の表面に塗料層が形成された母材にピンを溶
   接するためのスタッド溶接装置。