(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流が通電開始から５ミリ秒以内でピーク電流値Ｃ１になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から後記の通電時間で溶接を終了する鋼板の溶接方法であって、、
溶接電流供給開始時刻ｔ０から、前記溶接電流が可能な限り速く最大電流に到達するように電流増加率を最大にして溶接トランスを制御し、溶接電流がピーク電流値Ｃ１に近づいたとき、ピーク電流値Ｃ１を越えないでこの電流値を維持できるように制御電流値を調整する時刻ｔ１までの期間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、溶接部を融点以上の目標値にさせるまで、前記ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流値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、溶接部の温度を適正範囲に維持できるだけの溶接電流を供給して、ナゲットが適切なサイズに成長するまで待機する期間であって、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と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、
前記溶接電流の通電開始から溶接を終了するまでの通電時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は５０ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の間に、溶接部温度が融点以上であって許容値以下の前記目標値の温度に達するように、５０００Ａ以上２００００Ａ以下の溶接電流を供給し、その後、前記溶接部のナゲットが適切なサイズに成長するまで、溶接電流を段階的に漸減させることを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗溶接方法において、
前記立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２と温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は２０ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項３】
請求項１に記載の溶接方法を実施するための装置であって、
前記立ち上げ制御期間Ｔ１と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とピークレベル制御期間Ｔ２の間に、溶接部温度が融点以上であって許容値以下の前記目標値の温度に達するように、５０００Ａ以上２００００Ａ以下の溶接電流を供給し、その後、前記溶接部のナゲットが適切なサイズに成長するまで、溶接電流を段階的に漸減させる電源装置を備えたことを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ式抵抗溶接の抵抗溶接方法と溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接は、自動車の製造ラインから車両や一般産業に使われる制御装置の筐体接合などに広く使われている。それらの産業では、世界レベルでの競争に打ち勝つために、生産性の向上が必須条件とされる。さらに、地球環境保護の観点からＣＯ2 を削減する省エネルギー技術の開発も緊急な課題である。しかし、溶接性の悪い鋼板に対する、従来の抵抗溶接方法は、生産性や省エネルギーに逆行する様相を呈している。こうした各種用途に適する様々な抵抗溶接方法が開発されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０５０４１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９１８２７号公報
【特許文献３】特開２０１１−５５４４号公報
【特許文献４】特許第４６８７９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、抵抗溶接装置の溶接部の主要部断面図である。
抵抗溶接では、図１に示すように、重ね合わせた鋼板等の被溶接材１２０Ａ、１２０Ｂを電極１２２Ａ、１２２Ｂで加圧して電流を流す。被溶接材１２０Ａ、１２０Ｂの接点にジュール熱を発生させ、被溶接材１２０Ａ、１２０Ｂの一部を溶解させてナゲット１２４を形成する。この方法を応用した溶接法にスポット溶接、シーム溶接等がある。溶接時の発熱量は以下の式であらわすことができる。
熱量=０．２４ｉ2ｒｔ 
式中の各値の意味；
ｉ：電流値（単位 Ａ  アンペア） 
ｒ：被溶接材の抵抗値（単位 オーム） 
ｔ：通電時間（単位 秒） 
熱量：発生する熱量（単位カロリー。単位をジュールで計ると、式中の0.24が消え、右辺は単に ｉ2ｒｔ となる。） 
【０００５】
例えば、板厚が０．８〜３．２ｍｍの軟鋼板の抵抗溶接では、最良条件がＲＷＭＡ（アメリカ抵抗溶接製造者協会）により規定されている。この規定では、通電時間が１６０〜６４０ｍｓｅｃ（ミリ秒）（８〜３２サイクル）、溶接電流が７８００〜１７４００ Ａ（アンペア）である。防請効果を強めるためにメッキ厚を増した鋼板や、強度を増した高張力鋼板などは、溶接性が悪い。溶接性が悪い被溶接材が数多くの製品に利用されるため、実用化されるに合わせて、通電時間はもっと長くなる傾向にある。既知の溶接技術では、こうした大電流の抵抗溶接において、溶接時間の短縮が大きな課題になっていた。
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は抵抗溶接において飛躍的な生産性の向上と省エネルギーを実現する抵抗溶接方法と溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、上記の課題を解決するための手段を列挙する。
＜構成１＞
溶接電流が通電開始から５ミリ秒以内でピーク電流値Ｃ１になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から後記の通電時間で溶接を終了する鋼板の溶接方法であって、
溶接電流供給開始時刻ｔ０から、前記溶接電流が可能な限り速く最大電流に到達するように電流増加率を最大にして溶接トランスを制御し、溶接電流がピーク電流値Ｃ１に近づいたとき、ピーク電流値Ｃ１を越えないでこの電流値を維持できるように制御電流値を調整する時刻ｔ１までの期間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、溶接部を融点以上の目標値にさせるまで、前記ピーク電流値Ｃ１に近い所定レベルの電流値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、溶接部の温度を適正範囲に維持できるだけの溶接電流を供給して、ナゲットが適切なサイズに成長するまで待機する期間であって、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と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、
前記溶接電流の通電開始から溶接を終了するまでの通電時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は５０ミリ秒以下とし、
前記立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の間に、溶接部温度が融点以上であって許容値以下の前記目標値の温度に達するように、５０００Ａ以上２００００Ａ以下の溶接電流を供給し、その後、前記溶接部のナゲットが適切なサイズに成長するまで、溶接電流を段階的に漸減させることを特徴とする抵抗溶接方法。
【０００８】
〈構成２〉
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ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
【０００９】
〈構成３〉
構成２に記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２と温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は、５０ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
【００１０】
〈構成４〉
構成２または３に記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間Ｔ１は５ミリ秒以下とし、前記立ち上げ制御期間Ｔ１と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とピークレベル制御期間Ｔ２と温度維持制御期間Ｔ３の和の（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）時間は２０ミリ秒以下としたことを特徴とする抵抗溶接方法。
【００１１】
〈構成５〉
構成２乃至４のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、前記立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の間に、溶接部温度が融点以上であって、許容値以下の温度に達する最大の溶接電流を供給し、その後、適切なサイズのナゲットが形成されるまで、溶接電流を漸減させることを特徴とする抵抗溶接方法。
【００１２】
〈構成６〉
構成５のいずれかに記載の抵抗溶接方法において、前記ピークレベル制御期間Ｔ２経過後の溶接電流値から、前記電流遮断時刻ｔ３における溶接電流の終了値まで、溶接電流を段階的に漸減することを特徴とする抵抗溶接方法。
【００１３】
〈構成７〉
溶接制御電源装置と溶接トランスと抵抗溶接機本体と溶接条件データベースを記憶した記憶装置とを備え、前記抵抗溶接機本体は、重ね合せた溶接材を加圧して溶接電流を流す一対の電極と、これらの電極に所望の加圧力を与える機構を備え、前記溶接制御電源装置は、前記記憶装置に記憶された溶接条件データベースから、溶接電流のレベルと供給タイミングを指定するデータを読み出して、前記一対の電極を介して前記溶接材に溶接電流を供給するためのものであって、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、前記前記溶接制御電源装置は、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ミリ秒以下とするように、前記溶接電流を制御することを特徴とする溶接装置。
【発明の効果】
【００１４】
〈構成１の効果〉
通電時間を大幅に短縮しても良好な溶接をすることができる。したがって、溶接トランスの小型化、電極の耐久性、冷却装置の簡素化等による生産性の飛躍的な向上と省エネルギーを実現できる。
〈構成２の効果〉
溶接初期の溶接電流を短時間で立ち上げると、従来と比較して大幅に供給電力量の節約ができる。
〈構成３の効果〉
溶接初期の溶接電流を短時間で立ち上げると、ナゲット形成のための時間がより短縮できる。
〈構成４の効果〉
材料の性質によるが、合計の溶接時間をきわめて短時間に圧縮できる。
〈構成５の効果〉
全体として溶接時間を短縮すると溶接電流の制御が難しくなるが、初期に最大の溶接電流を供給して溶接電流を漸減させる方法によれば、比較的制御が容易になる。
〈構成６の効果〉
構成５において、溶接電流を段階的に漸減する制御をすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】抵抗溶接装置の溶接部の主要部側面図である。
【図２】本発明に係る溶接装置のブロック図である。
【図３】溶接装置の回路図例である。
【図４】抵抗溶接方法による溶接電流の時間変化と電流の流れに伴う電極変位を示す説明図である。
【図５】溶接電流供給開始から１５ｍｓｅｃ後のナゲットの状態を示す溶接部主要部断面図である。
【図６】鋼板２枚を重ねて通電時間４０ｍｓｅｃ で溶接を行った事例を示す説明図である。
【図７】本発明と従来方法のナゲット径と引張強度を測定した事例の比較説明図である。
【図８】本発明と従来方法の溶接エネルギーを測定した事例の比較説明図である。
【図９】本発明と従来の溶接方法による溶接部の中心部の温度変化を比較した説明図である。
【図１０】ナゲット周辺の温度分布例を比較した説明図である。
【図１１】実施例２の溶接電流制御方法の説明図である。
【図１２】冷間圧延鋼板をピーク電流値Ｃ１が１４０００Ａ加熱終了時電流値Ｃ２が１００００Ａで制御した結果説明図である。
【図１３】ステンレス板をピーク電流値Ｃ１が１４０００Ａ加熱終了時電流値Ｃ２が１００００Ａで制御した結果説明図である。
【図１４】溶接トランスの具体的な動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図２は本発明に係る溶接装置のブロック図、図３は溶接装置の溶接制御電源装置部分の回路図例である。図３は、溶接制御電源装置１１２と溶接トランス１１４と抵抗溶接機本体１１８の結線図例である。
【００１８】
本発明に係る抵抗溶接方法を実施する溶接装置は、図１に示したものと同様に、重ね合せた溶接材１２０Ａ、１２０Ｂを加圧して溶接電流を流す一対の電極１２２Ａ、１２２Ｂと、これらの電極１２２Ａ、１２２Ｂに所望の加圧力を与える抵抗溶接機本体１１８を備える。
【００１９】
溶接制御電源装置１１２と溶接トランス１１４は、この抵抗溶接機本体１１８により加圧された溶接材１２０Ａ、１２０Ｂに電極１２２Ａ、１２２Ｂを介して所望の溶接電流を供給するためのものである。溶接条件データベースを記憶した記憶装置１１６には、溶接制御電源装置１１２による溶接電流のレベルや供給タイミング等を指定するデータが記憶されている。
【００２０】
図１で説明したように、溶接の過程で一対の電極１２２Ａ、１２２Ｂ間の２枚の溶接材１２０Ａ、１２０Ｂの接合面が溶融してナゲット１２４が生成される。溶接材に接する電極の端面は、例えば、球面または緩やかな円錐台形をしている。
【００２１】
抵抗溶接が良好ならば、溶接部に形成されるナゲット形状も電極端面の形状にならうので、ほぼ円形になり、全体として円盤状のものになる。この場合、ナゲットの大きさはその直径（ナゲット径）で示される。
【００２２】
溶接制御電源装置１１２は、例えば、１０ｋｈｚの分解能で溶接トランス１１４の２次電流を制御する。溶接トランス１１４は、５０００Ａ〜２００００Ａ程度の溶接電流を供給できるもので、後でその具体的な構造を例示する。従来の溶接トランスは１ｋＨｚ程度の分解能で制御されていたから、この装置は、溶接初期の溶接電流を従来の１０分の１程度の時間単位（分解能）で、溶接電流を増減制御できる。
【００２３】
図４（ａ）は本発明に係る抵抗溶接方法による溶接電流の時間変化と電流の流れに伴う電極変位を示す説明図である。
図１に示したような溶接材に溶接電流を供給すると、溶接材の接点に流れる電流により、溶接材が溶融を開始する。本発明の溶接方法では、溶接電流が通電開始から５ｍｓｅｃ（ミリ秒）以内で最大値になるように溶接初期の溶接電流を制御し、前記溶接電流の通電開始から５０ｍｓｅｃ以下の通電時間で溶接を終了する。
【００２４】
図４の例では、１５ｍｓｅｃで溶接を完了している。２枚の溶接材１２０Ａ、１２０Ｂの接合面に生成されるナゲット１２４は、溶接の過程で漸次、径方向および厚さ方向に膨張し電極を押圧して変位させる力が生じる。この電極の変位を測定すると、ナゲットの成長の過程を間接的に測定できる。
【００２５】
図４（ａ）は、５ｍｓｅｃ以内に溶接電流を最大値まで急速に立ち上げた場合の溶接部分の成長過程を示している。図４（ｂ）は、従来方法により、溶接時間が３００ｍｓｅｃ程度でゆっくりと溶接電流を立ち上げた場合の溶接部分の成長過程を示している。なお、図４（ｂ）は、溶接開始後１５ｍｓｅｃ分しか、データを表示していない。
【００２６】
図４（ａ）、（ｂ）は、溶接初期の溶接電流がどのように溶接性に影響するかを比較して示している。この事例では、溶接材として板厚１．２ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を使用し、この鋼板２枚を重ねて溶接している。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、溶接初期の５ｍｓｅｃの通電時間における電極変位量を観測すると、溶接電流の立上がりを速くした場合は、５ｍｓｅｃで電極変位量が２０μｍに達した。
【００２８】
一方、図４（ｂ）のような制御をした場合には、５ｍｓｅｃで電極変位量が５μｍである。１５ｍｓｅｃでは、目的とするナゲットを形成できない。このデータにより、溶接初期の溶接電流の立ち上がりを急速にするだけで電極変位が約４倍も違ってくることがわかる。
【００２９】
図５（ａ）は、図４（ａ）のような溶接をした場合の、溶接電流供給開始から１５ｍｓｅｃ後のナゲット１２５の状態を示す溶接部主要部断面図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）のような溶接をした場合の、溶接電流供給開始から１５ｍｓｅｃ後のナゲット１２５の状態を示す溶接部主要部断面図である
図５（ａ）、（ｂ）に示される、溶接開始から通電時間１５ｍｓｅｃ後におけるナゲット径と引張強度を測定したところ、図５（ａ）の場合は、ナゲット径Ｄ１は４ｍｍ、引張強度４．８ＫＮ（キロニュートン）である。これに対して、図５（ｂ）の場合は、ナゲット径Ｄ２が３ｍｍ、引張強度３．０ＫＮであった。
【００３０】
一般的な溶接品質指標を参考としてナゲット径＝４√ｔを基準値とし、この基準値を超えた場合を良品とし、未満の場合を不良品とする。ナゲット径＝４√ｔに板厚ｔ＝１．２ｍｍを代入しナゲット径＝４．３ｍｍを基準値とすると、図５（ａ）の場合は、ナゲット径が基準値にほぼ近い値である。一方、図５（ｂ）の場合はナゲット径が基準値よりもかなり小さく、より時間をかけてナゲットを成長させなければならない。即ち、従来の場合には、３００ｍｓｅｃといった長時間の溶接電流が必要になる。
【００３１】
図６は、溶接材として板厚１．２ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）を使用し、この鋼板２枚を重ねて通電時間４０ｍｓｅｃ で溶接を行った事例を示している。
本発明に係る抵抗溶接方法を実施した場合は、ナゲット径は最大４．１７ｍｍ、ナゲット深さは最大１．７３ｍｍ、電極変位量は最大８９．８μｍの数値となった。
【００３２】
図７は、被溶接材として板厚０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を使用したときの、ナゲット径と強度の測定例である。図中のＡ部分は、本発明の溶接方法を使用した例で、通電時間を４０ｍｓｅｃ（２サイクル）の微少時間で溶接をしたときのナゲット径と引張強度を測定した事例である。図中のＢ部分は、従来の溶接方法を使用した例で、通電時間を２２０ｍｓｅｃ（１１サイクル）で溶接したときのナゲット径と引張強度を測定した事例である。
【００３３】
本発明の溶接方法の実施例は、従来の溶接方法の実施例と比べて約１／５の通電時間で同程度のサイズで同程度の強度のナゲットが形成できる。これは、従来の溶接方法と比較して本発明の溶接方法が、飛躍的な省エネルギーを実現できることを示している。
【００３４】
図８は、被溶接材として板厚０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を使用したときの、溶接エネルギの測定例である。図中のＡ部分は、本発明の溶接方法を使用した例で、通電時間を４０ｍｓｅｃ（２サイクル）の微少時間で溶接をしたときの溶接エネルギーを測定した事例である。図中のＢ部分は、従来の溶接方法を使用した例で、通電時間を２２０ｍｓｅｃ（１１サイクル）で溶接したときの溶接エネルギーを測定した事例である。
【実施例２】
【００３５】
図９は、本発明と従来の溶接方法による溶接部の中心部の温度変化を、溶接エネルギーに着目して比較した説明図である。
従来は、曲線Ｂのように、溶接部がゆっくりと温度上昇をし、溶接部の温度が溶接材の融点を越えるとナゲットの生成が開始される。ＮＴ２時間でナゲットは適切なサイズまで成長して、ここで溶接電流を止める。なお、ナゲットとは、溶接により溶融してその後固化した部分のことを指す、碁石のような形状の部分であるが、ここでは固化する前の状態の溶融した部分もナゲットと呼ぶことにする。
【００３６】
本発明の方法では、曲線Ａのように、短時間で急激に溶接部の温度を上昇させる。融点を越えた後も許容値（摂氏ｔ度）まで一気に温度を上昇させて、急速にナゲットを成長させる。これにより、ＮＴ２時間よりも十分に短いＮＴ１時間でナゲットが適切な大きさまで成長する。
【００３７】
なお、曲線Ｂのような溶接電流の立ち上がり速度では、上記の摂氏ｔ度まで温度上昇させる前にナゲットが適切なサイズまで成長してしまう。即ち、融点を越えた高い温度でナゲットを成長させることができない。また、曲線Ａの方法（本発明の方法）と曲線Ｂの方法（従来方法）とを比較したとき、従来は溶接部の温度が溶接材の融点に達するまでにＤＴ２時間かかっていたが、本発明ではＤＴ１時間で融点に達する。
【００３８】
図１０はナゲット周辺の温度分布例を比較した説明図である。
本発明の方法では、図９に示したＤＴ１＋ＮＴ１時間が１５ｍｓｅｃ、従来法では図９に示したＤＴ２＋ＮＴ２時間が１００ｍｓｅｃ以上である。両者の間に大きな開きがある。溶接部から単位時間あたりに外部に逃げる熱量は、溶接部や冷却装置の構造により決まるほぼ一定値である。本発明のように短時間で加熱をして溶接を完了すると、図１０の（ａ）に示すように、ナゲット１２４の周辺の小領域を一気に加熱するだけでよい。これに対して溶接時間が長くなると、図１０の（ｂ）に示すように、ナゲット１２４の周辺全体に熱が広がって、熱損失が増える。
【００３９】
なお、金、銀、銅、アルミニュームのような熱伝導率の良い金属に対して、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、スズといった金属やこれらを含む合金は、熱伝導率が５分の１程度である。こうした熱伝導率が低いほうの金属を５０００アンペア以上の大電流で溶接するような場合に、図１０に示すような傾向が顕著に見られる。実験によれば、ＤＴ１＋ＮＴ１時間を５０ｍｓｅｃ以下、好ましくは２０ｍｓｅｃ以下にすると、図１０の（ａ）に示すような温度分布を達成できることが分かった。
【００４０】
溶接時間と溶接部周囲の温度上昇を考慮に入れると、全体として、本発明の方法はエネルギー損失を大幅に減少させることができる。具体的に、厚みが１．０ｍｍの冷間圧延鋼板を２枚重ねて溶接をし、直径４ｍｍのナゲットを形成する場合に、従来は、１３Ｖ５５００Ａの溶接電流を３００ｍｓｅｃ供給するようにしていた。概略計算をしてみると、ナゲット形成に必要な賞味のエネルギに対してその１５０倍のエネルギを供給してしたから、９９、５％は熱損失で無駄になっていたということができる。本発明の実施例では、１３Ｖ１４０００Ａの溶接電流を１５ｍｓｅｃ供給するだけだから、全供給エネルギの５％がナゲット形成に使用される。従って、この例では、従来の約８倍の効率を実現できる。
【００４１】
図１１は、実施例２の溶接電流制御方法の説明図である。
この実施例で、溶接電流のさらに具体的な制御方法を説明する。図の上部のグラフは、溶接電流の時間変化を示すもので、縦軸は溶接電流（単位Ａ）、横軸は時間の経過（単位ｍｓｅｃ）を示す。図の下部のグラフは、ナゲット径Ｐ（溶融部分の直径）が時間とともに増加していく状態を示し、縦軸はナゲット径あるいはナゲット深さ（単位ｍｍ）を示す。上下のグラフの横軸のスケールは一致させてある。
【００４２】
図１１，１２、１３は、後で説明する溶接トランスを使用して、実際に、冷間圧延鋼板の溶接を行った場合の溶接電流の時間変化を示している。ここで、以下の説明のために、図のグラフの時間軸を４つに区分する。まず、溶接電流供給開始時刻ｔ０から時刻ｔ２までの電流増加率が最大の部分を、立ち上げ制御期間Ｔ１と呼ぶことにする。これに続く、時刻ｔ２から時刻ｔ３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と呼ぶことにする。そして、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と呼ぶことにする。電流遮断時刻ｔ３以降の期間は、溶接部が自然放冷される期間である。
【００４３】
具体的に、本発明の方法では、立ち上げ制御期間Ｔ１は１０ミリ秒以下、好ましくは５ミリ秒以下が好ましい。これにより、周囲に熱が伝搬する前に狭い領域を一気に加熱できる。また、立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の和（Ｔ１＋Ｔ２）時間は１５ミリ秒以下が好ましい。この間に溶接材の融点を越えた許容値まで溶接部の温度を上昇させる。ナゲットを急速にかつ正常な状態で成長させるために最適な温度まで上昇させる。その後、温度維持制御期間Ｔ３で、ナゲットが形成されるまで、一定以上の温度を維持する。（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は、５０ミリ秒以下、好ましくは２０ミリ秒以下である。図１０の（ａ）の状態が崩れる前に溶接を終了させるためである。
【００４４】
なお、溶接材の温度を許容値まで上昇させるためのピーク電流値Ｃ１と加熱終了時電流値Ｃ２は材料の種類に応じて選定する。また、ピークレベル制御期間Ｔ２や温度維持制御時間Ｔ３も材料の性質に応じて選定する。このデータは、図２に示した溶接条件データベースに含められる。溶接開始時にこのデータが記憶装置１１６（図２）から読み出されて、溶接電流制御に使用される。
【００４５】
抵抗溶接部に供給される熱量は電流の二乗に比例する。融点以上で許容値以下に目標温度を設定する。供給する電流が大きいほど、溶接部は短時間で目標温度に達する。溶接部が目標温度に達した後は、材料の性質に応じた時間だけ、その付近の温度を維持できれば、適切な大きさと深さのナゲットが形成される。これにより、目的とする強度の溶接部が得られる。
【００４６】
従来は、溶接トランスの２次回路のインダクタンスにより、５千アンペア以上の溶接電流を急速に立ち上げることが困難であった。しかしながら、後で説明するような溶接トランスにより、５ｍｓｅｃ以下で、溶接電流を溶接部の加熱に適する電流値に立ち上げることが可能になり、かつ、その後の精密な電流制御が可能になった。
【００４７】
図１０で説明したように、一定時間内に溶接部から外部に逃げる熱量をＱとする。このＱと比べて十分に大きな熱量を、短時間に一気に供給することにより、周囲の温度上昇を抑制して溶接部の温度を急速に高めることができる。しかし、溶接部の温度が目標温度に達した後もさらに過剰な熱量を供給し続けると、適切な形状のナゲットを形成できない。溶融した金属が飛散するおそれもある。
【００４８】
例えば、冷間圧延鋼板では、融点が約摂氏１５００度であるが、摂氏１８００度付近を目標温度に設定すれば、安全にナゲットを急成長させることができる。摂氏２０００度を越えると弊害がある。従って、立ち上げ制御期間Ｔ１を十分に短く設定するとともに、溶接部の温度が目標温度に達したときに、ピークレベル制御を行う。
【００４９】
図１１のグラフで説明すれば、立ち上げ制御期間Ｔ１では、可能な限り速く最大電流に到達するように溶接トランスを制御して電流の立ち上げ速度を速める。溶接電流がピーク電流値Ｃ１に近づいたとき、そのままの制御状態を維持すると溶接電流が過大になるおそれもあるため、ピーク電流値Ｃ１を越えないでこの電流値を維持できるように時刻ｔ１で制御電流値を調整する。きわめて短時間であり、安定な制御が容易でないから、実際の電流値は若干変動している。
【００５０】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間で、溶接部を融点以上の目標値にさせる。時刻ｔ２以後は、溶接部の温度を適正範囲に維持できるだけの溶接電流を供給するように制御を切り替える。ピーク電流値Ｃ１から加熱終了時電流値Ｃ２まで段階的に制御電流を切り下げるように制御する。温度維持制御時間Ｔ３は、ナゲットが適切な形状に成長するまで待機する時間である。
【００５１】
実験によれば、板厚が１．０ｍｍの冷間圧延鋼板を、ピーク電流値Ｃ１が１００００Ａ、加熱終了時電流値Ｃ２が７０００Ａで制御したとき、立ち上げ制御期間Ｔ１が５ｍｓｅｃ、立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の和（Ｔ１＋Ｔ２）が９ｍｓｅｃ、温度維持制御期間Ｔ３が３１ｍｓｅｃで、良好なナゲットが形成された。即ち、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は４０ｍｓｅｃであった。
【００５２】
図１２は、上記と同じ板厚が１．０ｍｍの冷間圧延鋼板を、ピーク電流値Ｃ１が１４０００Ａ、加熱終了時電流値Ｃ２が１００００Ａで制御したときの結果を示す。この例の場合には、立ち上げ制御期間Ｔ１が３ｍｓｅｃ、立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の和（Ｔ１＋Ｔ２）が９ｍｓｅｃ、温度維持制御期間Ｔ３が６ｍｓｅｃで、良好なナゲットが形成された。即ち、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は１５ｍｓｅｃであった。
【００５３】
図１３は、板厚が１．０ｍｍのステンレス板を、ピーク電流値Ｃ１が１４０００Ａ、加熱終了時電流値Ｃ２が１００００Ａで制御したときの結果を示す。この例の場合には、立ち上げ制御期間Ｔ１が３ｍｓｅｃ、立ち上げ制御期間Ｔ１とピークレベル制御期間Ｔ２の和（Ｔ１＋Ｔ２）が６．５ｍｓｅｃ、温度維持制御期間Ｔ３が８．５ｍｓｅｃで、良好なナゲットが形成された。即ち、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）は１５ｍｓｅｃであった。
【００５４】
図１１の例と比較すると、ピークレベル制御期間Ｔ２を経過した時刻ｔ２以後は、ナゲットが形成されるべき微少な部分を溶接材の融点の温度以上に維持できればよい。また、ナゲットが成長するにつれて溶融部分の電気抵抗が高まり、一定の電流値を維持しようとすると電気抵抗の上昇分だけ発熱量が増える。従って、発熱量を一定に維持するには、図のように電流値を段階的に低下させる。
【００５５】
３ｍｓｅｃ程度の間に一気に供給電流を最大値近くまで上昇させる能力のある電源を使用すれば、ナゲットの成長速度に応じて溶接電流値を段階的に減少させる制御も可能になる。数ミリ秒といった短時間に数万アンペアまで電流値を立ち上げること自体も容易でないが、その数ミリ秒経過後に、電流値を目標値まで一気に低下させるような精度の高い電流制御も容易でない。従って、溶接トランスの能力の範囲内で溶接電流を急速に立ち上げた後に、この能力の範囲内で、溶接終了まで溶接電流を段階的に切り替えて漸減していく以下に、こうした制御が可能な溶接トランスを例示する。
【００５６】
図１４は、溶接トランスの具体的な動作を説明する説明図である。
図３を用いて説明した溶接トランスは、この図に示すようなタイミングで制御される。まず、インバータは、図１４（ａ）に示すタイミングで、制御パルスを発生する。この制御パルスにより溶接トランスの一次電流がスイッチング制御される。
【００５７】
スイッチングのパルス周期はＲｍｓｅｃで、周波数が１０ｋＨｚなら、０．１ｍｓｅｃの分解能で溶接電流を制御する。図１４（ｂ）に示す１次電流は、スイッチングのパルス幅Ｗに応じて増減する。５ｍｓｅｃまで、最大に近い出力で溶接電流を制御し、その後は、上記の実施例のように、溶接電流を５〜１０ｍｓｅｃだけピークに維持する。
【００５８】
溶接トランスの２次コイルのインダクタンスや溶接部の条件等の影響により、スイッチングパルス幅の変化に対して溶接電流の応答が若干遅れるから、図１１〜図１３のようなよう溶接電流の不規則な変化が現れる。従って、スイッチングパルスの制御タイミングは、溶接材に応じて予め最適条件をみつけておき、上記の溶接条件データベースに記憶させておくことが必要になる。このような溶接トランスを使用して溶接制御をすれば、上記の溶接方法を実現できる。
【００５９】
抵抗溶接は長年に渡り多くの産業分野で使われてきたが、大きな技術的革新がなかった。交流式抵抗溶接からインバータ式抵抗溶接に主流が移ったものの、その溶接方法は同じであった。本発明の抵抗溶接方法は、地球環境からも１／１０に近い省エネルギー効果や、通電時間を１／５  から１／１０ 以下に短縮でき飛躍的な生産性向上が可能であることから、大きく技術的な革新ができる。
【００６０】
また、本発明によれば、製品全体を高温まで加熱することなく、溶接部近傍のみを一気に高温に加熱するので、製品の熱変形（熱による歪）が減少し製品品質が向上する。さらに、製品の表面まで高熱に加熱しないですむため、溶接部の表面や裏面の過熱による焼けや変形などが減少し、材料の美麗さが保持できるというきわめて重要な効果が得られる。
【００６１】
省エネルギー効果は全ての産業に利用できることは勿論、自動車産業などの量産ラインでの通電時間の短縮は生産性の向上による飛躍的なコストダウンが可能である。また、本発明の溶接方法による微少時間での溶接の高精度な制御が溶接品質にも大きく貢献できる。従来にない全く新しい抵抗溶接方法の概念が本発明の特長である。
【符号の説明】
【００６２】
１１２  溶接制御電源装置
１１４  溶接トランス
１１６  記憶装置
１１８  抵抗溶接機本体
１２０Ａ  鋼板
１２０Ｂ  鋼板
１２２Ａ  電極
１２２Ｂ  電極
１２４  ナゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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