(57)【要約】【課題】プロジェクション溶接の溶接電流を自動で切り替え制御して、散りの発生を抑える。【解決手段】抵抗溶接装置１００は、一対の電極２１、２２と、少なくとも一方の電極２２に加圧力を付与する加圧装置３０と、両電極２１、２２に溶接電流を通電する通電装置３０とを備え、被溶接物１、２に加圧力を付与して通電する。電極２１、２２の変位量を検出するセンサ５０と、センサ５０の検出変位量に基づいて、溶接電流を切り替え制御する電流切替制御装置６０と、を有する。電流切替制御装置６０は、センサ５０の検出変位量が閾値を超えたときに、溶接電流を切り替え制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、少なくとも一方の電極に加圧力を付与する加圧装置と、両電極に溶接電流を通電する通電装置とを備え、被溶接物に加圧力を付与して通電することにより溶接する抵抗溶接装置において、
前記電極の変位量を検出するセンサと、
前記センサの検出変位量に基づいて、溶接電流を切り替え制御する電流切替制御装置と、を有し、
前記電流切替制御装置は、前記センサの検出変位量が前記閾値を超えたときに、前記溶接電流を切り替え制御することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記電流切替制御装置は入力部を備えており、該入力部を介して、少なくとも、複数段階の溶接電流、各段階の溶接時間、および突起に溶け込みが生じたことを示す変位量の閾値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
前記閾値を超えたときの溶接電流値が、前記閾値に至るまでの溶接電流値よりも高く設定されることを特徴とする請求項２に記載の抵抗溶接装置。
【請求項４】
前記電極は、直流もしくは単相交流の電源から電力供給されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
【請求項５】
前記電極は、インバータ回路を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の抵抗溶接装置。
【請求項６】
電極の変位量を検出する手順と、
前記検出変位量が閾値を超えたか否かを判定する手順と、
前記検出変位量が閾値を超えたときに、前記溶接電流を切り替える手順と、
を有することを特徴とするプロジェクション溶接方法。
【請求項７】
前記溶接電流を切り替える手順の後、該切り替え後の溶接電流で溶接を設定時間継続後、前記電極を開放する手順を実施することを特徴とする請求項６に記載のプロジェクション溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション溶接の溶接電流を自動で切り替え制御可能な抵抗溶接装置、およびプロジェクション溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接は、突き合わせた被溶接物に圧力を加え、電流を流すことにより、被溶接物の接触部にジュール熱を発生させて溶接する。
【０００３】
一般的な抵抗溶接は、被溶接物同士の接触面積が小さい状態で溶接電流を低めに設定し、当該接触面積が大きい状態で溶接電流を高めに設定することにより、良好な溶接が得られる。これに対し、被溶接物同士の接触面積が小さい状態で高めの溶接電流を与えると、溶接部が温度上昇し過ぎて、溶融物が飛散する散り現象が発生してしまう。
【０００４】
従来、抵抗溶接の制御に関する技術が種々開発されている。抵抗溶接の制御に関連する先行技術として、一対の電極と、電極に溶接電流を通電する通電装置と、２部材を突き合せて加圧する加圧装置と、２部材の突合せ端部の溶け込み量を検出するセンサと、センサの検出した溶け込み量が許容範囲内か否かを判定する判定装置とを備えたアプセット溶接装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、可動電極の移動開始からワークを溶接完了するまでの可動電極の移動速度および／または移動距離をセンサで監視し、当該センサの検出値が可動電極の移動中に異物を挟み込んだときの安全を確保するための基準値と溶接品質を確保するための基準値との設定可能な閾値を超えたときに、可動電極の動作を停止および／または開放動作に切り換える抵抗溶接機の電極加圧制御方法が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２７６２８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１および２の技術では、プロジェクション溶接における電流切り替え制御を行うことはできなかった。
【０００８】
プロジェクション溶接は、抵抗溶接の一種である。プロジェクション溶接は、被溶接物にプロジェクション（突起）を設け、被溶接物同士を加圧し、当該突起に電流集中させて加熱して溶接する。
【０００９】
被溶接物の突起は、先端部が尖った形状を有する。したがって、プロジェクション溶接の溶接初期は、突起の先端部から溶け始める。すなわち、溶接開始直後において、被溶接物同士の接触面積は小さい。溶接の進行につれて突起が軟化し、被溶接物同士の接触面積が拡大する。
【００１０】
また、プロジェクション溶接では、高い溶接電流を与えると高い溶接強度を得られる。そのため、溶接初期から高めの溶接電流を設定することが多く、殊更散りが多く発生する傾向がある。
【００１１】
特にナットプロジェクション溶接の場合、散りが多く発生すると、ナットの雌ねじ部に散りが付着することがある。ナットの雌ねじ部に散りが付着すると、ねじ締め作業時において、かじりが発生するなどの支障を来し、生産効率を阻害する要因となる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、自動で溶接電流を切り替え制御して、散りの発生を抑えることができる抵抗溶接装置、およびプロジェクション溶接方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明に係る抵抗溶接装置は、一対の電極、加圧装置、および通電装置を備え、被溶接物に加圧力を付与して通電することにより溶接する。
【００１４】
加圧装置は、少なくとも一方の電極に加圧力を付与する。通電装置は、両電極に溶接電流を通電する。
【００１５】
また、抵抗溶接装置は、電極の変位量を検出するセンサと、センサの検出変位量に基づいて、溶接電流を切り替え制御する電流切替制御装置と、を有する。
【００１６】
上記電流切替制御装置は、上記センサの検出変位量が上記閾値を超えたときに、上記溶接電流を切り替え制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る抵抗溶接装置は、センサおよび電流切替制御装置を有する。電流切替制御装置は、センサの検出変位量が閾値を超えたときに、溶接電流を切り替え制御する。
【００１８】
たとえば、第一の溶接電流を低めに設定しておき、第二の溶接電流を高めに設定することにより、溶け込み開始して被溶接物同士の接触面積が拡大してから溶接電流を上昇させることができる。
【００１９】
したがって、本発明に係る抵抗溶接装置によれば、散りが少なく、溶接強度も良好なブロジェクション溶接を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る抵抗溶接装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る抵抗溶接装置の被溶接物の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法のフローチャートである。
【図４】第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法の溶接工程図である。
【図５】第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法のフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法の溶接工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、第１および第２実施形態に係る抵抗溶接装置、およびプロジェクション溶接方法について説明する。
【００２２】
第１および第２実施形態は、リニアセンサの検出変位量が閾値を超えたときに、次の段階の溶接電流に切り替え制御することにより、散りが少なく、溶接の強度も良好な抵抗溶接装置、およびプロジェクション溶接方法を実現できるようになる。
【００２３】
〔第１実施形態〕
［抵抗溶接装置の構成］
まず図１および図２を参照して、第１実施形態に係る抵抗溶接機の構成について説明する。図１は第１実施形態に係る抵抗溶接装置のブロック図である。図２は第１実施形態に係る抵抗溶接装置の被溶接物である。なお、図２（ａ）は表面側の斜視図、（ｂ）は裏面側の斜視図である。
【００２４】
図１に示すように、第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００は、一対の電極２１、２２と、突き合わせた被溶接物１、２に加圧力を付与する加圧装置３０と、両電極２１、２２に溶接電流を通電する通電装置４０と、備える。
【００２５】
一対の電極２１、２２は、それぞれ下部ステージ１１と上部ステージ１２に設けられている。両電極２１、２２は、被溶接物１、２への通電面が相対向するように配置されている。下部ステージ１１および上部ステージ１２は、抵抗溶接装置１００の筐体１０の外部に露出している。
【００２６】
本実施形態の被溶接物１、２は、たとえば、一方が機器のケーシング等の板加工材であり（図示せず）、他方が突起（プロジェクション）３を有するナットである。すなわち、機器のケーシング等にナットを突き合わせ溶接により取り付ける。図２に示すように、被溶接物２としてのナットの当接面の角部には、複数の突起３が設けられている。本実施形態に係る抵抗溶接装置１００の電極２１、２２で突き合わせた被溶接物１、２に加圧力を付与し、通電することにより突起３を溶融させて、当該被溶接物１、２を溶接する。
【００２７】
再び図１を参照すると、加圧装置３０は、電極２１、２２を介して、突き合わせた被溶接物１、２に加圧力を付与する。本実施形態では、上部ステージ１２のみが可動であって、下部ステージ１１は固定となっている。したがって、加圧装置３０は、上部ステージ１２のみを昇降移動させる。これに限定されず、双方のステージ１１、１２を可動として、加圧装置３０が当該双方のステージ１１、１２を昇降移動させるように構成してもよい。
【００２８】
加圧装置３０としては、たとえば、エアシリンダや油圧シリンダ等のシリンダ装置、ボールねじ機構やラック・アンド・ピニオン等のリニア機構などが挙げられるが、例示の装置や機構に限定されない。
【００２９】
通電装置４０は、トランス４１を備えている。トランス４１は、抵抗溶接装置１００の筐体１０内に設けられる。通電装置４０は、トランス４１を介して電極２１、２２と電気的に接続されるとともに、不図示の電源と電気的に接続されている。通電装置４０に電力を供給する電源としては、たとえば、直流電源もしくは単相交流電源が挙げられるが、例示の電源に限定されず、三相交流電源等であっても構わない。
【００３０】
また、通電装置４０は、不図示のインバータ回路を備えていてもよい。ここで、インバータ回路とは、交流と直流を変換するとともに、交流電流の周波数を設定可能な回路である。通電装置４０にインバータ回路を備えることにより、直流インバータ式抵抗溶接装置もしくは交流インバータ式抵抗溶接装置を構成することができる。直流インバータの場合は、トランス４１の２次側に不図示の整流器（整流ダイオード）を付設して、直流に変換される。
【００３１】
さらに、本実施形態に係る抵抗溶接装置１００は、電極２１、２２の変位量を検出するセンサ５０と、当該センサ５０の検出変位量に基づいて、溶接電流を切り替え制御する電流切替制御装置６０とを備える。
【００３２】
センサ５０は、被溶接物２の突起３に溶け込みにより生じた電極２１、２２の変位量を検出する（図２参照）。センサ５０は、通電を避けるため、電極２１、２２以外の可動部に設けられる。本実施形態のセンサ５０は、可動側の上部ステージ１１に設けられ、間接的に電極２２の変位量を検出する。
【００３３】
センサ５０としては、たとえば、光学式もしくは磁気式のリニアエンコーダ等のリニアセンサが挙げられるが、例示のセンサに限定されない。
【００３４】
電流切替制御装置６０は、本実施形態の抵抗溶接装置１００の筐体１０内に設けられる。電流切替制御装置６０は、加圧装置３０および通電装置４０と電気的に接続されている。
【００３５】
また、電流切替制御装置６０は、種々の溶接条件を設定するための入力部７０を備える。電流切替制御装置６０には、入力部７０を介して、少なくとも、ｎ段階の溶接電流（ｎは正の整数）、各段階の溶接時間もしくは総合溶接時間、および突起に溶け込みが生じたことを示す変位量の閾値が設定可能である。
【００３６】
入力部７０としては、たとえば、キーボードやタッチパネル等の入力装置が挙げられるが、例示の入力装置に限定されない。
【００３７】
電流切替制御装置６０は、電極２２の変位量をセンサ５０で検出し、実際の変位量を算定する。電流切替制御装置６０は、センサ５０の検出変位量が閾値を超えたか否かを判定する。そして、電流切替制御装置６０は、センサ５０の検出変位量が閾値を超えたときに、通電装置４０を制御して溶接電流を切り替える。
【００３８】
電流切替制御装置６０は、時間を計測するための不図示のカウンタを備えている。電流切替制御装置６０としては、たとえば、マイクロコンピュータ等の中央処理装置が挙げられるが、例示の制御装置に限定されない。
【００３９】
［抵抗溶接装置の作用、およびプロジェクション溶接方法］
次に、図１から図４を参照して、第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００の作用を、当該抵抗溶接装置１００を用いて実施するプロジェクション溶接方法とともに説明する。
【００４０】
第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００は、図１および図２に示すように、電極２１、２２で突き合わせた被溶接物１、２に加圧力を付与し、通電することによりジュール熱を発生させ、突起３を溶融して当該被溶接物１、２を溶接する。
【００４１】
第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００を用いて、第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法を行うに際して、入力部７０から電流切替制御装置６０に種々の溶接条件が設定される。本実施形態では、第一溶接電流値と溶接時間、第二溶接電流値と溶接時間、および第一溶接でナットの溶け込みにより生じる電極の変位量の閾値が設定される。
【００４２】
第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法は、電極の変位量を検出する手順と、検出変位量が閾値を超えたか否かを判定する手順と、検出変位量が閾値を超えたときに、溶接電流を切り替える手順と、を有する。
【００４３】
さらに、溶接電流を切り替える手順の後、当該切り替え後の溶接電流で溶接を設定時間継続後、電極を開放する手順を実施する。
【００４４】
以下、図１から図４を参照して、第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法を具体的に説明する。図３は第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法のフローチャートである。図４は第１実施形態に係るプロジェクション溶接方法の溶接工程図である。
【００４５】
図３に示すように、プロジェクション溶接に際して、下部ステージ１１の電極２１上には、被溶接物1、２が溶接面側を突き合わせた状態で配置される。すなわち、被溶接物１の上面には、被溶接物２としてのナットが突起３を当接させた状態で配置される。
【００４６】
まず、抵抗溶接装置１００の起動スイッチをオンすると、当該抵抗溶接装置１００が起動する（ステップ１１０；以下、「Ｓ１１０」のように表記する）。
【００４７】
次に、加圧装置３０が駆動し、電極加圧を行う（Ｓ１２０）。すなわち、加圧装置３０は電極２２を下降させ、電極２１、２２を介して、突き合わせた被溶接物１、２を加圧する。
【００４８】
電流切替制御装置６０は、カウンタを備えているので、スクイズ時間を計測する（Ｓ１３０）。スクイズ時間が経過するまでの間（Ｓ１３０／Ｎｏ）、電極加圧状態が保持される。ここで、スクイズ時間とは、電極加圧後、電極２１、２２に溶接電流を流し始めるまでの時間をいう（図４参照）。
【００４９】
スクイズ時間が経過したら（Ｓ１３０／Ｙｅｓ）、電極２２の第一位置を記憶する（Ｓ１４０）。電極２２の第一位置の記憶は、センサ５０の検出位置を電流切替制御装置６０へ出力することにより行う。なお、電極２２の第一位置の記憶は、スクイズ時間が経過するまでの間に行ってもよい。
【００５０】
次に、電流切替制御装置６０は、通電装置４０を通じて、予め設定した第一溶接電流値で溶接を開始する（Ｓ１５０）。
【００５１】
被溶接物２の突起３は尖っているので、第一溶接の時点では、被溶接物１、２同士の接触面積が小さい。被溶接物１、２同士の接触面積が小さい段階で、過大な溶接電流を加えると、散り現象が発生する。したがって、本実施形態の第一溶接電流値は、たとえば、７０００Ａに設定される。使用する電流値は、被溶接物の接触面積や材質等によって異なり、例示の電流値に限定されない。
【００５２】
電流切替制御装置６０は、第一溶接を行う間、連続してセンサ５０の検出変位量を観測している。そして、電流切替制御装置６０は、電極２２の変位量が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ１６０）。電極２２の変位量が閾値を超えるまでの間（Ｓ１６０／Ｎｏ）は、引き続きセンサ５０の検出変位量を観測する。
【００５３】
電極２２の変位量が閾値を超えると（Ｓ１６０／Ｙｅｓ）、電流切替制御装置６０は、通電装置４０を通じて、予め設定した第二溶接電流値に切り替え制御する（Ｓ１７０）。
【００５４】
電極２２の変位量が閾値を超えたということは、被溶接物２の突起３に溶け込みが生じたことを示している。したがって、第二溶接電流値の切り替え時点では、被溶接物１、２同士の接触面積が増大しており、溶接電流を高めても散り現象が生じない。本実施形態の第二溶接電流値は、たとえば、１００００Ａに設定される。使用する電流値は、被溶接物の接触面積や材質等によって異なり、例示の電流値に限定されない。
【００５５】
電流切替制御装置６０は、第二溶接電流値に切り替えた後、設定時間の経過をカウントする（Ｓ１８０）。設定時間が経過するまでの間（Ｓ１８０／Ｎｏ）は、第二溶接を継続する。設定時間としては、たとえば、第二溶接電流値での溶接時間や、第一溶接および第二溶接の総合時間が挙げられるが、例示の設定時間に限定されない。
【００５６】
設定時間が経過すると（Ｓ１８０／Ｙｅｓ）、溶接電流を停止し（Ｓ１９０）、保持時間の経過をカウントとする（Ｓ２００）。保持時間経過までは（Ｓ２００／Ｎｏ）、電極加圧状態が保持される。保持時間経過後（Ｓ２００／Ｙｅｓ）、電極加圧を開放する（Ｓ２１０）。すなわち、電流切替制御装置６０は、加圧装置３０を通じて、電極２２を上昇させる。
【００５７】
すなわち、本実施形態に係る抵抗溶接装置１００によれば、第一溶接の電流値を低め（７０００Ａ）に設定しておき、第二溶接の電流値を高め（１００００Ａ）に設定している。したがって、本実施形態に係る抵抗溶接装置１００は、被溶接物２としてのナットの突起３の溶け込みが生じて接触面積が拡大してから溶接電流を上昇させるので、散りが少なく、また溶接強度も良好なナットプロジェクション溶接を実現することができる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
次に、図５および図６を参照して、第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法について説明する。図５は第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法のフローチャートである。図６は第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法の溶接工程図である。
【００５９】
第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法は、第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００を用いて実施する。
【００６０】
第１実施形態に係る抵抗溶接装置１００を用いて、第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法を行うに際して、入力部７０から電流切替制御装置６０に種々の溶接条件が設定される（図１参照）。本実施形態では、第一溶接電流値と溶接時間、第二溶接電流値と溶接時間、第三溶接電流値と溶接時間、第一溶接でナットの溶け込みにより生じる電極の変位量の第一の閾値、および第二溶接でナットの溶け込みにより生じる電極の変位量の第二の閾値が設定される。
【００６１】
図５に示すように、第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法は、Ｓ３１０およびＳ３２０の手順が異なる以外は、第１実施形態と同様の手順で実施される。
【００６２】
すなわち、第２実施形態に係るプロジェクション溶接方法は、Ｓ１１０からＳ１７０までの手順を実施すると、第二溶接電流値に切り替えた状態である。
【００６３】
電流切替制御装置６０は、第二溶接を行う間、連続してセンサ５０の検出変位量を観測している。そして、電流切替制御装置６０は、電極２２の変位量が予め設定した第二の閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ３１０）。電極２２の変位量が閾値を超えるまでの間（Ｓ３１０／Ｎｏ）は、引き続きセンサ５０の検出変位量を観測する。
【００６４】
電極２２の変位量が第二の閾値を超えると（Ｓ３１０／Ｙｅｓ）、電流切替制御装置６０は、通電装置４０を通じて、予め設定した第三溶接電流値に切り替え制御する（Ｓ３２０）。
【００６５】
電極２２の変位量が第二の閾値を超えたということは、被溶接物２の突起３に溶け込みがさらに進んだことを示している。したがって、第三溶接電流値の切り替え時点では、被溶接物１、２同士の接触面積がさらに増大しており、溶接電流をより高めても散り現象は生じない。本実施形態の第二溶接電流値は、たとえば、１２０００Ａに設定される。使用する電流値は、被溶接物の接触面積や材質等によって異なり、例示の電流値に限定されない。
【００６６】
電流切替制御装置６０は、第三溶接電流値に切り替えた後、設定時間の経過をカウントする（Ｓ１８０）。設定時間が経過するまでの間（Ｓ１８０／Ｎｏ）は、第三溶接を継続する。設定時間としては、たとえば、第三溶接電流値での溶接時間や、第一溶接、第二溶接および第三溶接の総合時間が挙げられるが、例示の設定時間に限定されない。
【００６７】
設定時間が経過すると（Ｓ１８０／Ｙｅｓ）、溶接電流を停止し（Ｓ１９０）、保持時間の経過をカウントする（Ｓ２００）。保持時間経過までは（Ｓ２００／Ｎｏ）、電極加圧状態が保持される。保持時間経過後（Ｓ２００／Ｙｅｓ）、電極加圧を開放する（Ｓ２１０）。すなわち、電流切替制御装置６０は、加圧装置３０を通じて、電極２２を上昇させる。
【００６８】
第２実施形態に係るプロジェクション溶接は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第２実施形態に係るプロジェクション溶接によれば、第三溶接電流値および第二閾値を設定することにより、第１実施形態よりもきめ細かい制御を行うことができ、溶接品質をより向上させることができる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、２    被溶接物、
２１、２２    電極、
３０    加圧装置、
４０    通電装置、
５０    センサ、
６０    電流切替制御装置、
７０    入力部、
１００    抵抗溶接装置。
【図１】
2014217854.tif 000003
【図２】
2014217854.tif 000004
【図３】
2014217854.tif 000005
【図４】
2014217854.tif 000006
【図５】
2014217854.tif 000007
【図６】
2014217854.tif 000008