(57)【要約】  電動加圧式抵抗溶接機（１００）は、被溶接物（１７）を挟む上下電極（１５ａ、１８ａ）と、上電極（１５ａ）をその軸線方向に移動する第１及び第２移動機構（１０８、１１０）と、被溶接物（１７）に入力される荷重を検出する非圧電式荷重検出器（２１）及び圧電式荷重検出器（３１）と、制御部（５６）とを備える。第１移動機構（１０８）は、サーボモータ（５）によって回転駆動するボールネジ（１１）を有し、ボールネジ（１１）には、圧電素子スタック（１２３）が設けられた第２移動機構（１１０）が螺合している。制御部（５６）は、非圧電式荷重検出器（２１）の検出値Ｐ１と圧電式荷重検出器（３１）の検出値Ｐ２とに基づいて検出加圧荷重Ｐを演算し、該検出加圧荷重Ｐが設定溶接荷重Ｐｂとなるようにサーボモータ（５）及び圧電素子スタック（１２３）の動作を制御する。
2010110316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物（１７）を一対の溶接電極（１５ａ、１８ａ）で挟んで加圧しながら通電して溶接するに際し、その加圧荷重を荷重検出手段にて検出するとともに、前記加圧荷重が目標荷重になるよう制御部（５６）が電動式加圧源（１０６）の動作を制御して前記溶接電極（１５ａ）を移動させる電動加圧式抵抗溶接機において、前記電動式加圧源（１０６）は、電動モータ（５）及びボールネジ（１１）を有する第１機構（１０８）と、駆動用圧電素子（３２）を有する第２機構（１１０）とを備えていることを特徴とする電動加圧式抵抗溶接機。
【請求項２】
前記荷重検出手段が圧電式荷重検出器（３１）と非圧電式荷重検出器（２１）とを備えていることを特徴とする請求項１記載の電動加圧式抵抗溶接機。
【請求項３】
通電中の変位を監視しながら加圧力と溶接電流を制御するようになっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された電動加圧式抵抗溶接機。
【請求項４】
前記制御部（５６）は、前記荷重検出手段の検出値に基づく検出加圧荷重が設定溶接荷重に一致しているか否かを判定する第１判定部（１３８）を有し、
前記検出加圧荷重が前記設定溶接荷重に一致していないと前記第１判定部（１３８）にて判定された場合に、前記駆動用圧電素子（３２）を伸縮し、
前記検出加圧荷重が前記設定溶接荷重に一致していると前記第１判定部（１３８）にて判定された場合に、前記駆動用圧電素子（３２）を伸縮しないことを特徴とする請求項２に記載された電動加圧式抵抗溶接機。
【請求項５】
通電中の前記被溶接物（１７）の変位を検出する変位検出手段（３８）をさらに備え、
前記制御部（５６）は、前記変位検出手段（３８）の検出値に基づく該被溶接物（１７）の変位量が前記駆動用圧電素子（３２）の可動範囲内にあるか否かを判定する第２判定部（１４０）を有し、
前記変位量が前記可動範囲よりも大きいと前記第２判定部（１４０）にて判定された場合に、前記電動モータ（５）を作動することを特徴とする請求項４記載の電動加圧式抵抗溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
被溶接物を一対の溶接電極で挟んで加圧しながら通電して溶接する加圧式抵抗溶接機に関し、詳しくは、溶接電極を移動させる２種類の性質の異なる電動式駆動源兼加圧源及び２種類の性質の異なる加圧荷重検出器を有したうえで、双方の長所を生かしながら、所望の溶接条件を得る電動加圧式抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００４−１０６６号公報では、エアシリンダを採用した電動加圧式抵抗溶接機が知られている。【０００３】
また、特開平４−２２４０８１号公報、特開平１１−２９１０６０号公報及び特開２００２−１２６８７８号公報では、弾性体を利用した電動加圧式抵抗溶接装置が知られている。【０００４】
なお、特開平４−２２４０８１号公報及び特開平１１−２９１０６０号公報では、電動モータの動作を制御して、溶接電流通電時の加圧力の変動や被溶接物の変位に追従制御させる方法が知られ、且つ短周期変動を弾性体によって追従させながら溶接電流通電時の加圧力の変動や被溶接物の変位を測定していることが記載されている。【０００５】
さらに、特開平７−１０８３８４号公報では、圧電素子アクチュエータを制御して、短周期変動への追従を可能にし、且つ被溶接面の溶接電流を検出し、その電流の増減に応じて内部の溶融状態を判断し、加圧力を制御する抵抗溶接装置が知られている。
【発明の概要】
【０００６】
上述した特開平４−２２４０８１号公報及び特開平１１−２９１０６０号公報では、電動モータの動作を制御して、溶接電流通電時の加圧力の変動や被溶接物の変位に追従制御させているので、これらは応答性が低く、追従制御に満足な加速度も得られないため、比較的変動量が小さく長周期的な変動には追従するが、変動量が大きくしかも短周期的な変動については追従できないため、この場合は弾性体を介在させて対処している。
【０００７】
弾性体による満足な追従加速度を得るためには追従可動部分の重量を極力軽く製作する必要があり、構造や形状・材質などに制約が課せられる。
【０００８】
また、特開平４−２２４０８１号公報及び特開平１１−２９１０６０号公報では、短周期変動を弾性体によって追従させながら溶接電流通電時の加圧力の変動や被溶接物の変位を測定しているので、通電中の急激な熱膨張や収縮などの挙動により、弾性体が追従可動部分の慣性力などの影響を強く受けるため、正確な加圧力や変位を測定することは難しい。また、特開平１１−２９１０６０号公報の変位測定には電極の熱膨張が加味されていない。電極には導電性の高い材質が使用されているが、実際にはやはり通電量や時間に応じた熱膨張を起こす。溶接変位を正確に測定し判別するには、この電極の熱膨張を無視することはできない。
【０００９】
すなわち、通電停止などの条件とするためには、電極の熱膨張や慣性力を除いた被溶接物の変位をもとに行うことが適切である。
【００１０】
さらに、特開平４−２２４０８１号公報、特開平１１−２９１０６０号公報及び特開２００２−１２６８７８号公報では、ともに弾性体が内蔵されているので、その選定や調整は初心者には難しく、熟練者でも実験を行うなどの作業工数をかける必要がある。その負担は、少品種大量生産ならまだしも多品種少量生産では大きい。場合により必要加圧力に応じた品種ごとのバネまたはバネ式追従機構部またはそれらの調整が必要となり、結果的に部材費や管理・作業工数が嵩むこともある。
【００１１】
また、特開平７−１０８３８４号公報では、圧電素子アクチュエータを制御して、短周期変動への追従を可能にし、かつ被溶接面の溶接電流を検出し、その電流の増減に応じて内部の溶融状態を判断し、加圧力を制御しているので、市販化されている溶接電源では溶接電流の増減に応じて内部の溶融状態を判断し、加圧力を制御することは困難である。一般的に市販化されている溶接電源の多くは通電時の電流値の変動を抑制するフィードバック制御が行われているのが主流だからである。
【００１２】
圧電素子アクチュエータには、ストロークが小さい（一般的に市販化されているものは数μｍ〜２００μｍ程度）、衝撃に弱い、引張り力に弱い、不均等な圧力に弱いといった特質がある。また、圧電式荷重センサは動的な荷重計測には向いているが、その反面、自然放電という性質があり、長時間にわたる溶接や溶接後の長時間の加圧維持（ホールド加圧）またサイクルの間隔が極端に短い場合にはこの自然放電の影響を受け、正確な加圧力測定が困難となる。
【００１３】
抵抗溶接は被溶接物の接触面抵抗を利用して、大電流を通電し、溶接面を瞬時に溶融温度まで上昇させて接合する技術であるが、溶接後、自然冷却しただけでは内部に残留応力や歪が起こる。これにより、溶接部に割れなどの不具合を起こす場合がある。また、被溶接物の種類によっては材料の製造工程における酸化皮膜など、溶接加工時の条件に不利になる要素も含まれている。
【００１４】
そこで、被溶接物を一対の溶接電極で挟んで加圧しながら通電して溶接するに際し、溶接電極を移動させる２種類の性質の異なる電動式駆動源兼加圧源および／または２種類の性質の異なる加圧荷重検出器を有したうえで、双方の長所を生かしながら、所望の溶接条件を得る電動加圧式抵抗溶接機を実現することが課題となる。
【００１５】
［解決手段１］本発明に係る電動加圧式抵抗溶接機は、被溶接物を一対の溶接電極で挟んで加圧しながら通電して溶接するに際し、その加圧荷重を荷重検出手段にて検出するとともに、前記加圧荷重が目標荷重になるよう制御部が電動式加圧源の動作を制御して前記溶接電極を移動させる電動加圧式抵抗溶接機において、前記電動式加圧源は、電動モータ及びボールネジを有する第１機構と、駆動用圧電素子を有する第２機構とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、比較的大きな移動量を備えることができる電動モータ及びボールネジからなる第１機構と短周期変動に瞬時に追従できる圧電アクチュエータ（駆動用圧電素子３２）からなる第２機構とを有し、目標荷重になるように制御部が第１、第２機構を制御して溶接電極を移動させる。通電中およびホールド加圧中においては第２機構の圧電アクチュエータ（駆動用圧電素子３２）により短周期変動に追従しながら、熱膨張や溶接変位がストロークを超えそうな場合には、圧電アクチュエータ（駆動用圧電素子３２）への出力値や実際の駆動変位の検出値に応じて、適宜、第１機構を作動させて溶接電極を上下させる。
【００１７】
［解決手段２］圧電式荷重センサ（圧電式荷重検出器３１）は動的な荷重計測には向いているが、同時にその性質である自然放電による測定値降下に対処するために、電極軸および追従機構部の鉛直線上に静的な荷重測定において安定である非圧電式荷重センサ（非圧電式荷重検出器２１）を配置する。
【００１８】
［解決手段３］通電中の変位を監視しながら、加圧力や溶接電流を制御する。
【００１９】
［解決手段４］前記制御部は、前記荷重検出手段の検出値に基づく検出加圧荷重が設定溶接荷重に一致しているか否かを判定する第１判定部を有し、前記検出加圧荷重が前記設定溶接荷重に一致していないと前記第１判定部にて判定された場合に、前記駆動用圧電素子を伸縮し、前記検出加圧荷重が前記設定溶接荷重に一致していると前記第１判定部にて判定された場合に、前記駆動用圧電素子を伸縮しないことを特徴とする。
【００２０】
［解決手段５］通電中の前記被溶接物の変位を検出する変位検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記変位検出手段の検出値に基づく前記被溶接物の変位量が前記駆動用圧電素子の可動範囲内にあるか否かを判定する第２判定部を有し、前記変位量が前記可動範囲よりも大きいと前記第２判定部にて判定された場合に、前記電動モータを作動することを特徴とする。
【００２１】
［解決手段１の効果］電動モータ及びボールネジからなる第１機構と短周期変動に瞬時に追従できる圧電アクチュエータからなる第２機構との双方を備えたことにより、圧電アクチュエータのストロークを超える条件にも対応できる。しかも、追従機構部に弾性体を用いていないため、追従可動部分の慣性力による影響が少なく、構造や形状・材質の制限も軽減される。また、剛体に近いため、正確な変位や加圧力を測定することが可能であり、このデータを可視化することでモニタとしての機能を果たす。このモニタ機能を用い、被溶接物の無い状態または被溶接物の一片だけを挟んで、一定加圧で溶接電流を通電した時の電極のみの熱膨張や通電後の収縮時の変位データをモニタすることができる。このデータを予め取得し電極のみの熱膨張や収縮を除外した実際の溶接サイクル中の被溶接物の変位を正確に把握することで、溶接変位測定や通電停止や電流切替えなどのより適切な条件となる。特開２００２−１２６８７８号公報のような被溶接物の材質や形状による溶接条件に対応した専用の弾性体を使用した追従機構部に比べ、幅広い加圧力範囲にも適用できる。
【００２２】
［解決手段２の効果］圧電式荷重センサだけでなく非圧電式荷重センサも設けたことにより、非圧電式荷重センサによる直接的な圧電式荷重センサの自然放電の補正、または規定の関数や定数による補正、１サイクルが長時間にわたる場合には、その工程により、圧電式荷重センサと非圧電式荷重センサとを使い分けることが可能となる。また、非圧電式荷重センサにある程度の剛性を持つロードセルなどの弾性体を使用した場合には、突発的な慣性力による衝撃や急激な熱膨張及び収縮による衝撃を緩和し、圧電アクチュエータを保護する役割がある。
【００２３】
［解決手段３の効果］一般に溶接面の発熱効率は加圧力に依存する。加圧力が高いと接触面抵抗が減り、発熱効果を得にくい。反対に、低い加圧力では接触面抵抗が増し、高い発熱効果を得られるが、急激な変動により、爆飛を起こす可能性が高くなる。また先に述べたように、市販化されている溶接電源の多くは通電時の電流値の変動を抑制するフィードバック制御が行われているのが主流であるため、溶接電流の増減を検出しながら、溶融状態を判断し、加圧力を制御することは困難である。そこで、着目したのが溶接サイクル中の変位の挙動である。
【００２４】
すなわち通電中の変位を監視しながら、加圧力や溶接電流を制御することにより、溶接面の発熱量をコントロールすることができ、最適な溶接条件を見出すことが可能となる。
【００２５】
また前述でも記したが、自然冷却しただけでは被溶接物の内部には残留応力や歪が起こり、溶接部に割れなどの不具合を起こす場合がある。また、被溶接物の種類によっては酸化皮膜など、抵抗溶接の条件に不利になる要素も含まれている。通電中における変位を監視しながら、加圧力や溶接電流を制御することにより、本溶接前の酸化皮膜除去や溶接後のアニール処理などを行うことが可能となる。
【００２６】
［解決手段４の効果］検出加圧荷重が設定溶接荷重に一致していないと第１判定部が判定した場合に、駆動用圧電素子を伸縮するので、被溶接物の膨張・収縮による変位（短周期変動）に電極を追従させることができる。これにより、加圧荷重と目標荷重とのずれを小さくすることができる。
【００２７】
［解決手段５の効果］変位検出手段の検出値に基づく変位量が駆動用圧電素子の可動範囲内よりも大きいと第２判定部が判定した場合に、電動モータを作動するので、被溶接物の膨張・収縮による変位量が駆動用圧電素子の可動範囲（ストローク）よりも大きいときでも該被溶接物の変位に電極を追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の電動加圧式抵抗溶接機の実施例１について、機構部全体の構造図である。
【図２】図２Ａが圧電式加圧変位追従機構部の正面図、図２Ｂが圧電式加圧変位追従機構部の側断面図である。
【図３】制御部の構成図である。
【図４】基本動作時の各種信号の波形例において、図４Ａは直流溶接電流と交流溶接電流の波形例であり、図４Ｂは変位検出器の検出値の波形例であり、図４Ｃは図４Ｄ及び図４Ｅを補正したデータに基づく波形例であり、図４Dは非圧電式荷重検出器の検出値の波形例であり、図４Ｅは圧電式荷重検出器の波形例である。
【図５】電極の熱膨張を除外する溶接変位算出方法を示す波形例において、図５Ａは直流溶接電流の波形例であり、図５Ｂは変位検出器の検出値の波形例であり、図５Ｃは定加圧制御を示す波形例であり、図５Ｄは電極熱膨張の変位を示した波形例であり、図５Ｅは被溶接物の変位を示した波形例である。
【図６】通電中に加圧力を変動させて、溶接面の発熱量を制御する波形において、図６Ａは直流溶接電流の波形例であり、図６Ｂは通電中に加圧力を次第に高くする制御を示す波形例であり、図６Ｃは一定時間後に一気に加Ｆ圧力を高くする制御を示す波形例である。
【図７】加圧力と変位を監視して、溶接電流の通電量を切り替えながら溶接前の酸化皮膜除去、本溶接、溶接後のアニール処理まで行う際の波形例において、図７Ａは第１波形例であり、図７Ｂは第２波形例である。
【図８】本実施形態に係る抵抗溶接機による抵抗溶接の手順を示す第１フローチャートである。
【図９】本実施形態に係る抵抗溶接機による抵抗溶接の手順を示す第２フローチャートである。
【図１０】本実施形態に係る抵抗溶接機による抵抗溶接の手順を示す第３フローチャートである。
【図１１】本実施形態に係る抵抗溶接による抵抗溶接の手順を示す第４フローチャートである。
【図１２】圧電素子制御演算方式の波形例において、図１２Ａは直流溶接電流の波形例であり、図１２Ｂは追従制御無しの加圧荷重の波形例であり、図１２Ｃは追従制御有りの加圧荷重の波形例である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
このような本発明の電動加圧式抵抗溶接機について、これを実施するための具体的な実施形態を以下に説明する。
【００３０】
図１において、装置筐体は、ベース台１、側板２、ガイドモジュール支持板３、天井板４を有する。サーボモータ５の回転運動は、タイミングプーリ６、８及びタイミングベルト７によりボールネジ１１に伝達され、ラジアルベアリングユニット９とスラストベアリングユニット１０にて支持されたボールネジ１１にて直線運動に変換される。その直線運動は、回り止め付きガイドモジュール１２によって摺動案内される。ボールネジ１１の下端には、中間板１３を介して、圧電式加圧変位追従機構部１４が取り付けられている。また圧電式加圧変位追従機構部１４の上電極ユニット支持板２５に（図２Ａ参照）、電極及び電極ホルダからなる上電極ユニット１５が取り付けられている（図１参照）。
【００３１】
また、変位検出用基準ブロック３７（図２Ｂ参照）と変位検出器１６（図１参照）によって上電極の変位を検出するようになっている。
【００３２】
また（図１参照）、ベース台１の上には静的荷重を検出するロードセルなどの非圧電式荷重検出器２１があり、その非圧電式荷重検出器２１に偏加重がかからないように下電極ユニット支持板１９をガイドモジュール２０にて支持する構造となっている。下電極ユニット支持板１９には電極及び電極ホルダからなる下電極ユニット１８があり、被溶接物１７を下電極ユニット１８と上電極ユニット１５で挟んで加圧しながら被溶接物１７の溶接を行うようになっている。
【００３３】
圧電式加圧変位追従機構部１４（図２参照）において、水平な支持板２２と上電極の動作を案内するガイドモジュール２４とそのガイドモジュール２４を支持するガイドモジュール支持部材２３と上電極ユニット支持板２５とによって当機構部筐体が構成されている。機構部中心には動的荷重を検出する圧電式荷重検出器３１（圧電式荷重センサ）と駆動用圧電素子３２（圧電アクチュエータ）及び積層した駆動用圧電素子３２同士を密着させるための皿バネ３４とこれらを支持するケーシング３３がある。また、上電極ユニット支持板２５と駆動用圧電素子３２の間には圧電式荷重検出器３１や駆動用圧電素子３２に不均等な圧力がかからないようにするために半球面接触子３５と平面接触子３６を介在させている。前記の圧電素子部の両側にスプリングフック２６、２８と引張りスプリング２７と調整ナット２９と調整ネジ３０からなる接触力調整機構部を設けてある。また、上電極ユニット支持板２５には変位検出用基準ブロック３７を取り付け、変位検出器３８にて駆動用圧電素子３２の変位を検出するようになっている。
【００３４】
制御部５６（図３参照）には、上電極の変位を検出する変位検出器１６の検出値Ｄ１を電圧信号に変換する専用アンプ４０とその電圧信号を取り込むＡ／Ｄ変換器４１と、駆動用圧電素子３２の変位を検出する変位検出器３８の検出値Ｄ２を電圧信号に変換する専用アンプ４２とその電圧信号を取り込むＡ／Ｄ変換器４３と、静的荷重を検出するロードセルなどの非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１を電圧信号に変換する回路４４とその電圧信号を取り込むＡ／Ｄ変換器４５と、動的荷重を検出する圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２を電圧信号に変換する回路４６とその電圧信号を取り込むＡ／Ｄ変換器４７と、これらの入力をもとに演算し出力を決定するデジタル制御部４８と、サーボドライバ５０へデジタル制御値にて位置制御等の動作を指示するモーションコントローラ４９と、同じくサーボドライバ５０へ速度制御やトルク制御などを行うアナログ信号を出力するＤ／Ａ変換器５１と、駆動用圧電素子３２へのデジタル制御値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器５２と電圧増幅回路５３とが具備されている。
【００３５】
また、ＬＣＤディスプレ５５とセットのタッチパネル等のデータ入力手段によって、各種パラメータが入力され、デジタル制御部４８のメモリに記憶される。溶接電源５４とデジタル制御部４８の間では溶接電流切替え等の通信が行われるようになっている。
【００３６】
このような実施例の電動加圧式溶接機について、その仕様態様及び動作を、図面を引用して説明する。図４Ａ〜図４Ｅは、一定加圧条件下で溶接のみを行った基本動作時の各種信号の波形例である。
【００３７】
図４Ａは直流溶接電流Ｉａと交流溶接電流Ｉｂの通電時を含む波形例である。図４Ｂは変位検出器１６の検出値Ｄ１の波形例である。溶接電流Ｉａを通電した瞬間から熱膨張が始まり、やがて溶接面が融点まで達すると収縮に転じ、通電後も自然冷却による収縮が始まる。通電開始からｔ０秒後の変位ΔＤが溶接前後での上電極の変位結果となる。
【００３８】
図４Ｃは静的荷重を検出するロードセルなどの非圧電式荷重検出器２１と動的荷重を検出する圧電式荷重検出器３１の検出値を補正したデータの切り替えることで得られるデータＰの波形例である。実際のフィードバック追従制御はこのデータＰをもとに行われる。
【００３９】
このデータＰは以下のようにして得られる。
【００４０】
サーボモータ５やボールネジ１１からなる第１駆動源兼加圧源と圧電アクチュエータからなる第２駆動源兼加圧源により上電極を下降させ、目標設定荷重Ｐ０の加圧力に達してから一定時間加圧維持するまでの間と、溶接後の加圧維持から上電極が開始位置まで戻るまでの間は非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１をもとに加圧力のフィードバック追従制御を行う（図４Ｄ）。
【００４１】
通電直前で加圧検出を圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２に切り替えるが（図４Ｅ参照）、このときＰ１とＰ２の間には圧電式荷重検出器３１の自然放電による影響でΔＰａだけ差が生じるため、Ｐ２にΔＰａの初期補正を施す。さらに通電時間中も同様に自然放電による影響がでるため、予め算出した単位時間当たりの自然放電時定数（Ｐｃ＝（Ｐｂ−Ｐａ）／（ｔ２−ｔ１））による補正をかける。通電中はこのデータをもとにフィードバック追従制御を行う。
【００４２】
これにより１サイクル終了後に最終的に得られるのが図４ＣデータＰの波形例となる。
【００４３】
図５Ａ〜図５Ｅは電極の熱膨張を除いた実際の被溶接物の変位を得るための方法を示した波形例である。図５Ａは直流溶接電流Ｉａの波形例であり、図５Ｂは図４Ｂ同様に変位検出器１６の検出値Ｄ１の波形例である。ここで、検出値Ｄ１には電極の熱膨張が含まれており、実質的な被溶接物の溶接変位とは相違する。図５Ｃは定加圧条件下で溶接を行ったことを示したものである。図５Ｄは予め被溶接物の無い状態または被溶接物の一片だけを挟んで通電し、電極のみの熱膨張を測定した時の波形例である。そして図５Ｅは図５Ｄと図５Ｂをもとに例えば図５Ｂの現検出値Ｄ１から図５Ｄの既測定値Ｄ１を減算することで算出した実際の被溶接物の変位Ｄを示した波形例となる。そして、実際の溶接変位はΔＤとなる。また、このΔＤをもとに通電停止や電流切替えを行うことが適切である。
【００４４】
図６Ａ〜図６Ｃは通電中に加圧力を変動させて、溶接面の発熱量を制御する波形例である。図６Ａは直流溶接電流Ｉａの波形例であり、図６Ｂは、通電開始時には低い加圧力にて接触面抵抗が大きい状態で、溶接面を効率良く発熱させ、次第に加圧力を高くして接合を強固にする際の波形例である。図６Ｃは目的こそ前例と同じだが、低い加圧力で溶接面を効率良く発熱させ、一定時間後に一気に加圧力を高くして維持し、接合を強固にする際の波形例である。
【００４５】
図７は加圧力と変位を監視して、溶接電流の通電量を切り替えながら溶接前の酸化皮膜除去、本溶接、溶接後のアニール処理まで行う際の波形例である。
【００４６】
図７Ａは加圧力をＰａまで上昇した後、一定時間後に設定時間分だけ直流電流Ｉａを通電して酸化皮膜を除去する。余熱が残るように適度に弱い電流Ｉｂに切り替え、設定時間後に加圧力をＰｂまで上昇させる。Ｐｂまで上昇したのを確認した後、一定時間後に本溶接電流Ｉｃを設定時間分だけ通電して溶接を完了し、アニール処理用の直流電流Ｉｄに切り替える方法である。
【００４７】
図７Ｂは加圧力をＰａまで上昇した後、一定時間後に直流電流Ｉａを通電し酸化皮膜を除去する。この際、熱膨張により電極変位は上昇し、Ｄａに到達した時点で、余熱が残るように適度に弱い電流Ｉｂに切り替える。設定時間後に加圧力をＰｂまで上昇させ、電極変位がDｂまで下降したのを確認し、一定時間後に本溶接電流Ｉｃを設定時間分だけ通電して溶接を完了し、アニール処理用の直流電流Ｉｄに切り替える方法である。
【００４８】
図８〜図１１は、一定加圧条件下で溶接のみを行う基本動作時の制御フローチャートである。これを参照しながら基本動作を説明する。
【００４９】
先ず（Ｓ１）、作業者が被溶接物１７を上電極ユニット１５と下電極ユニット１８の間にセットする。次に（Ｓ２）、やはり作業者がＬＣＤディスプレ５５とセットのデータ入力手段に準備された起動釦を押す。
【００５０】
そうすると、後は装置が自動で動作する。すなわち（Ｓ３）、通電時の熱膨張に追従するためには駆動用圧電素子３２に予め電圧をかけて変位させておく必要があるので、変位検出器３８の検出値Ｄ２の値がＬＣＤディスプレ５５とセットのデータ入力手段にて予め入力された設定値（設定初期変位距離）Ｄａに達するまで、電圧を増加させ、駆動用圧電素子３２を変位させる。なお、加圧追従制御用の加圧加重を検出する加重検出器は、先ず非圧電式荷重検出器２１になっている。
【００５１】
それから（Ｓ４）、サーボモータ５とボールネジ１１からなる駆動源兼加圧源１を用い、圧電式加圧変位追従機構部１４を下降させ、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１がＬＣＤディスプレ５５とセットのデータ入力手段にて予め入力された設定値（設定初期荷重）Ｐａに達するまで下降する。
【００５２】
次いで（Ｓ５）、加圧設定値Ｐａ到達後の経過時間Ｔ１が、ＬＣＤディスプレ５５とセットのデータ入力手段にて予め入力された安定待ち設定値Ｔａ（設定スクイズタイム）に達するまで加圧維持を行う。
【００５３】
それから（Ｓ６）、設定加圧後の変位検出器１６の検出値Ｄ１をデジタル制御部４８のメモリに変位検出値Ｄｂとして記憶する。
【００５４】
この時点で（Ｓ７）、Ｐ１とＰ２の間には圧電式荷重検出器３１の自然放電による影響でΔＰａだけ差が生じるため、Ｐ２に初期補正を施す。
【００５５】
それから（Ｓ８）、加圧追従制御用の加圧加重を検出する加圧荷重検出器を圧電式荷重検出器３１に切り替え、初期補正されたＰ２に単位時間あたりごとに自然放電時定数を加算していくことにより、データＰを得る。
【００５６】
なお（Ｓ９）、変位停止や変位条件による溶接電流Ｉの切り替えが要求される場合は条件分岐する。また（Ｓ１０）、特殊加圧制御などが有る場合も条件分岐する。
【００５７】
ここでの説明対象は基本動作だけなので、分岐はなく（Ｓ１１）溶接電流の通電が開始される。そして（Ｓ１２）、ＬＣＤディスプレ５５とセットのデータ入力手段にて予め入力された設定時間（設定通電時間）Ｔｂまで加圧追従制御を行う。詳述すると、現在の検出加圧荷重ＰとＬＣＤディスプレ５５に入力された設定値Ｐｂを比較演算し、駆動用圧電素子３２への出力を算出し、Ｄ／Ａ変換器５２に介して電圧増幅回路５３を介して駆動用圧電素子３２を制御する。同時にＬＣＤディスプレ５５に入力された駆動用圧電素子３２の変位上限値Ｄｃ、変位下限値Ｄｄと変位検出器３８の検出値Ｄ２を比較演算し、サーボドライバ５０への指令手段を決定し、Ｄ／Ａ変換器５１またはモーションコントローラ４９を介してサーボモータ５を制御する。
【００５８】
設定時間Ｔｂになると（Ｓ１３）、溶接電流の通電を停止する。そして（Ｓ１４）、加圧追従制御用の加圧加重を検出する加圧荷重検出器を非圧電式荷重検出器２１に切り替え、データＰに単位時間あたりごとに自然放電時定数を加算する演算を停止する。
【００５９】
それから（Ｓ１５）、ＬＣＤディスプレ５５に入力された設定時間（設定ホールド時間）Ｔｃまで加圧荷重の維持を行う。具体的な制御内容は上述した加圧追従制御（Ｓ１２）と同様である。
【００６０】
設定時間Ｔｃになると（Ｓ１６）、溶接後の変位検出器１６の検出値Ｄ１をデジタル制御部４８のメモリに変位検出値Ｄｅとして記憶する。
【００６１】
そして（Ｓ１７）、変位検出値Ｄｂから変位検出値Ｄｅを引き、測定変位実測値Ｄｆを算出する。さらに、（Ｓ１８）、その測定変位実測値Ｄｆより電極熱膨張の測定データＤｇをもとに溶接変位Ｄｈを式［Ｄｈ＝Ｄｆ−Ｄｇ］で算出する。
【００６２】
最後に（Ｓ１９）、駆動部を開始時点の位置に移動して、一連の動作を終了する。
【００６３】
図１２は、圧電素子制御演算方式の例である。
【００６４】
図１２Ａは直流溶接電流Ｉａの波形例であり、図１２Ｂは追従制御無しの加圧荷重の波形例であり、図１２Ｃは追従制御有りの加圧荷重の波形例である。
【００６５】
図１２Ｂにおいて、溶接電流Ｉａを通電開始すると同時に熱膨張が始まり、被溶接物は剛体により挟まれているため、加圧荷重は増加する。制御周期ｔ１ごとに設定加圧力Ｐ０と現在の加圧荷重Ｐの荷重差（Ｐα）を読み取る。非圧電式荷重検出器２１にロードセルなどの弾性体を使用した場合、弾性係数によりこの荷重差（Ｐα）を変位に換算することができる。たとえばロードセルの弾性係数をＥとすれば、変位Ｄα＝Ｐα／Ｅとなり、このＤαに相当する指令値をＤ／Ａ変換器５２と電圧増幅回路５３を介して駆動用圧電素子３２を制御すれば良い（図１２Ｃ）。
【００６６】
しかしながら、駆動用圧電素子３２にも極僅かではあるが指令から動作までの間に応答遅れが存在する。また圧電素子のヒステリシスの影響も存在する。これらが起因して、発振を起こし、場合によってはその発振は増幅する可能性がある。そこで、Ｄαにオーバーライド値（Ｏｒ）をかけて値を僅かながら小さくする場合もある（Ｄβ＝Ｏｒ×Ｄα）。
【００６７】
上述したことを詳細に説明すると、図１及び図３に示すように、本発明に係る抵抗溶接機１００は、装置筐体１０２と、装置筐体１０２に設けられた下電極ユニット１８と、下電極ユニット１８を支持する下電極ユニット支持機構１０４と、下電極ユニット１８に対向した位置に配置された上電極ユニット１５と、上電極ユニット１５を装置筐体１０２に対して移動可能に支持する上電極ユニット移動機構１０６と、制御部５６と、所定の溶接条件等を入力するためのＬＣＤディスプレ５５と、溶接電源５４とを備えている。
【００６８】
装置筐体１０２は、工場等の床面に載置されたベース台１と、側面視でコ字状に形成されてベース台１に立設する側板２と、側板２の上部に設けられた天井板４とを有している。
【００６９】
下電極ユニット１８は、例えば、２枚の板部材を重ね合わせることにより形成された被溶接物１７の下面に接触し、且つ銅又は銅合金等の電気伝導性の良好な金属材料で構成された下電極１８ａと、下電極１８ａを保持する下電極ホルダ１８ｂとを有している。
【００７０】
下電極ユニット支持機構１０４は、下電極ホルダ１８ｂの下方に設けられた下電極ユニット支持板１９と、下電極ユニット支持板１９を支持する一対のガイドモジュール２０、２０とを有している。
【００７１】
また、一対のガイドモジュール２０、２０の間には、下電極ユニット支持板１９の静荷重を検出する非圧電式荷重検出器２１が設けられている。具体的には、非圧電式荷重検出器２１は、被溶接物１７に入力される静荷重に対応した信号を出力する。なお、非圧電式荷重検出器２１としては、例えば、ロードセル等が利用することができる。また、図１から諒解されるように、非圧電式荷重検出器２１は、ベース台１上に設けられた状態で下電極ユニット支持板１９の下面に接触している。
【００７２】
上電極ユニット１５は、前記下電極１８ａと同一の材料で構成され、且つ被溶接物１７の上面に接触可能な上電極１５ａと、上電極１５ａを保持する上電極ホルダ１５ｂとを有している。なお、上電極１５ａと下電極１８ａは、それら軸線を揃えた状態で先端が向き合うように配置されている。
【００７３】
また、側板２には、上電極１５ａの変位量に対応した信号を出力する変位検出器（第１変位検出器）１６が設けられている。第１変位検出器１６としては、レーザ変位計等が用いられる。
【００７４】
上電極ユニット移動機構１０６は、装置筐体１０２に設けられた第１移動機構１０８と、第１移動機構１０８に設けられた第２移動機構１１０とを有している。
【００７５】
第１移動機構１０８は、第２移動機構１１０を装置筐体１０２に対して上電極１５ａの軸線方向に沿って移動可能に支持している。
【００７６】
そして、第１移動機構１０８は、上電極１５ａの軸線方向（上下方向）に延びたボールネジ１１と、ボールネジ１１のラジアル方向の荷重を受けるラジアルベアリングユニット９と、ボールネジ１１のスラスト方向の荷重を受けるスラストベアリングユニット１０と、ボールネジ１１を回転するためのサーボモータ５と、サーボモータ５の駆動軸５ａに設けられたタイミングプーリ６と、ボールネジ１１の上端に設けられたタイミングプーリ８と、タイミングプーリ６の回転力をタイミングプーリ８に伝達するためのタイミングベルト７とを含んでいる。
【００７７】
ラジアルベアリングユニット９とスラストベアリングユニット１０は、天井板４にそれぞれ固定されている。
【００７８】
第２移動機構１１０は、ボールネジ１１に螺合するナット部材１１２と、ナット部材１１２の外面に固定された円筒部材１１４と、円筒部材１１４をボールネジ１１の延在方向に案内するガイドモジュール１２と、側板２に固定されてガイドモジュール１２を支持するガイドモジュール支持板３と、円筒部材１１４の下部に設けられた中間板１３と、中間板１３の下面に設けられた圧電式加圧変位追従機構部１４とを含んでいる。
【００７９】
圧電式加圧変位追従機構部１４は、上電極ユニット１５を上電極１５ａの軸線方向に沿って移動可能に支持する。
【００８０】
そして、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、圧電式加圧変位追従機構部１４には、中間板１３の下面に固定された支持板２２と、上電極ユニット１５（図１参照）の上面に設けられた上電極ユニット支持板２５と、支持板２２に設けられたガイドモジュール支持部材２３と、ガイドモジュール支持部材２３に支持されて上電極ユニット支持板２５を上電極１５ａの軸線方向に沿って案内するガイドモジュール２４と、上電極ユニット支持板２５を支持板２２側に付勢する一対の接触調整機構部１１６（図２Ａ参照）と、上電極ユニット支持板２５を上電極ユニット１５側（下方）に押圧する押圧機構１１８（図２Ｂ参照）とが設けられている。
【００８１】
ガイドモジュール支持部材２３は、支持板２２の下面に固定された支持部本体２３ａと、支持部本体２３ａの角部から下方に突出する複数（図では４つ）の突出部２３ｂとを有している。
【００８２】
図２Ｂに示すように、支持部本体２３ａの略中央部には、押圧機構１１８が位置するための隙間が形成されている。また、図２Ａから諒解されるように、ガイドモジュール支持部材２３と支持部本体２３ａには、複数（図では４つ）の貫通孔１２０が形成されている。
【００８３】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ガイドモジュール２４は、上電極ユニット支持板２５の上面から支持板２２側（上方）に延びた複数（図では４本）のガイドピン２４ａと、貫通孔１２０に位置してガイドピン２４ａを摺動自在に支持するピン受け部２４ｂ（図２Ａ参照）とを備えている。
【００８４】
図２Ａに示すように、接触調整機構部１１６は、引張りスプリング２７と、支持部本体２３ａの下面に固定された状態で引張りスプリング２７の一端に接続されたスプリングフック２６と、引張りスプリング２７の他端に接続されたスプリングフック２８と、スプリングフック２８が固定される調整ナット２９と、調整ナット２９に螺合して上電極ユニット支持板２５に設けられた調整ネジ３０とを備えている。
【００８５】
押圧機構１１８は、支持板２２の下面から下方に延びた筐体１２２と、筐体１２２内に位置するケーシング３３と、ケーシング３３内に設けられた複数の駆動用圧電素子３２と、複数の駆動用圧電素子３２の下端に設けられた皿バネ３４と、皿バネ３４に接触する半球面接触子３５と、上電極ユニット支持板２５に固定されて半球面接触子３５に接触する平面接触子３６と、支持板２２の上面とケーシング３３の間に設けられた圧電式荷重検出器３１とを備えている。
【００８６】
複数の駆動用圧電素子３２は、上電極１５ａの軸線方向に積層されている。なお、以下の説明では、積層された複数の駆動用圧電素子３２をまとめて圧電素子スタック１２３と称することがある。
【００８７】
駆動用圧電素子３２及び圧電式荷重検出器３１は、所謂ピエゾ素子であり、前者には逆圧電効果が利用され、後者には圧電効果が利用されている。つまり、駆動用圧電素子３２は、印加電圧の変化に応じてその積層方向に伸縮可能となっており、圧電式荷重検出器３１は、ケーシング３３側から入力される荷重に応じた大きさの電圧を発生可能となっている。具体的には、駆動用圧電素子３２は、正電圧が印加されることにより伸長し、負電圧が印加されることにより収縮するように形成されている。
【００８８】
なお、本実施形態において、圧電素子スタック１２３の応答速度は、例えば、数百［μ／ｓｅｃ］〜１０［ｍｍ／ｓｅｃ］の範囲に設定されると共に、圧電素子スタック１２３の可動範囲は、１［μｍ］〜１００［μｍ］範囲に設定されている。
【００８９】
また、押圧機構１１８は、皿バネ３４の力によって駆動用圧電素子３２同士が密着するように構成されている。
【００９０】
図２Ａ及び図２Ｂから諒解されるように、上電極ユニット支持板２５には、変位検出用基準ブロック３７が設けられており、支持板２２には、下方に延びた支持棒１２４と、支持棒１２４の先端に設けられて変位検出用基準ブロック３７に離間した状態で対向する変位検出器（第２変位検出器）３８とを有している。第２変位検出器３８は、変位検出用基準ブロック３７までの距離（第２変位検出器３８及び変位検出用基準ブロック３７の間隔）に対応した信号を出力する。なお、第２変位検出器３８としては、例えば、レーザ変位計が用いられる。
【００９１】
図３に示すように、制御部５６は、第１及び第２変位検出器１６、３８と、非圧電式荷重検出器２１と、圧電式荷重検出器３１から出力される信号を所定の信号に変換する変換部１２６と、変換部１２６にて変換された信号が入力されるデジタル制御部４８と、サーボモータ５を作動するモータ作動部１２８と、駆動用圧電素子３２に電圧を印加する圧電素子電圧印加部１３０とを備えている。
【００９２】
変換部１２６は、第１変位検出器１６から出力された信号（検出値Ｄ１）をアナログの電圧信号に変換する専用アンプ（第１専用アンプ）４０と、第１専用アンプ４０にて変換されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器（第１Ａ／Ｄ変換器）４１と、第２変位検出器３８から出力された信号（検出値Ｄ２）をアナログの電圧信号に変換する専用アンプ（第２専用アンプ）４２と、第２専用アンプ４２にて変換されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器（第２Ａ／Ｄ変換器）４３とを有している。
【００９３】
また、変換部１２６は、非圧電式荷重検出器２１から出力された信号（検出値Ｐ１）をアナログの電圧信号に変換する回路（第１回路）４４と、第１回路４４にて変換されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器（第３Ａ／Ｄ変換器）４５と、圧電式荷重検出器３１から出力された信号（検出値Ｐ２）をアナログの電圧信号に変換する回路（第２回路）４６と、第２回路４６にて変換されたアナログの電圧信号をデジタルの電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換器（第４Ａ／Ｄ変換器）４７とを有している。
【００９４】
デジタル制御部４８は、溶接電源５４を制御して上電極１５ａ及び下電極１８ａに溶接電流を通電する。
【００９５】
デジタル制御部４８は、サーボモータ制御部１３２、圧電素子制御部１３４、記憶部１３６、第１判定部１３８、第２判定部１４０、及び第３判定部１４２とを有している。
【００９６】
サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５に対して位置制御、速度制御、及びトルク制御を行う。つまり、サーボモータ制御部１３２は、位置制御信号、速度制御信号、及びトルク制御信号をデジタル信号として出力する。
【００９７】
圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に正電圧又は負電圧を印加することにより圧電素子スタック１２３を伸縮する。
【００９８】
記憶部１３６は、ＬＣＤディスプレ５５から入力された情報が記憶される。また、記憶部１３６には、変位下限値Ｄｃ、変位上限値Ｄｄ、設定通電時間Ｔｂ、設定ホールド時間Ｔｃ、設定溶接荷重Ｐｂ、及び設定ホールド荷重Ｐｃ、電極熱膨張の測定データＤｇ等が予め記憶されている。
【００９９】
変位下限値Ｄｃとしては、例えば、圧電素子スタック１２３を最も伸長させた状態から僅かに収縮したときの第２変位検出器３８と変位検出用基準ブロック３７の間の距離が用いられる。なお、変位下限値Ｄｃとしては、圧電素子スタック１２３を任意に伸長させたときの第２変位検出器３８と変位検出用基準ブロック３７の間の距離を用いてもよい。
【０１００】
変位上限値Ｄｄとしては、圧電素子スタック１２３を最も収縮させた状態から僅かに伸長させたときの第２変位検出器３８と変位検出用基準ブロック３７の間の距離が用いられる。なお、変位上限値Ｄｄとしては、圧電素子スタック１２３を任意に収縮させたときの第２変位検出器３８と変位検出用基準ブロック３７の間の距離が用いられる。
【０１０１】
設定通電時間Ｔｂは、溶接電源５４にて上電極１５ａ及び下電極１８ａに溶接電流Ｉを通電する時間であり、被溶接物１７の材質や溶接条件等によって定められる。
【０１０２】
設定ホールド時間Ｔｃは、溶接電流Ｉの通電を停止してから被溶接物１７に残留した熱を上電極及び下電極に逃がす（吸収させる）までの時間であり、被溶接物１７の材質や溶接条件等によって定められる。
【０１０３】
設定溶接荷重Ｐｂは、溶接電流Ｉの通電中に被溶接物１７に与える荷重であり、被溶接物１７の材質や溶接条件等によって定められる。
【０１０４】
設定ホールド荷重Ｐｃは、ホールド時間中に被溶接物１７に与える荷重であり、被溶接物１７の材質や溶接条件等によって定められる。
【０１０５】
電極熱膨張の測定データＤｇは、上電極１５ａ及び下電極１８ａの熱膨張の測定データが用いられる。具体的には、上述した図５Ａ〜図５Ｅを参照して説明した内容を行えばよい。
【０１０６】
第１判定部１３８は、圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２に基づく検出加圧荷重Ｐが前記設定溶接荷重Ｐｂよりも大きいか否か及び一致するか否かを判定する。
【０１０７】
第２判定部１４０は、第２変位検出器３８の検出値Ｄ２が圧電素子変位許容値の範囲内にあるか否かを判定する。なお、ここで、圧電素子変位許容値の範囲とは、前記変位下限値Ｄｃと前記変位上限値Ｄｄの間の範囲を言う。
【０１０８】
第３判定部１４２は、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１が前記設定ホールド荷重Ｐｃよりも大きいか否か及び一致するか否かを判定する。
【０１０９】
モータ作動部１２８は、モーションコントローラ４９、Ｄ／Ａ変換器（第１Ｄ／Ａ変換器）５１及びサーボドライバ５０を有している。
【０１１０】
モーションコントローラ４９は、位置制御信号に基づいてサーボドライバ５０に位置制御の動作をデジタル信号で指示する。
【０１１１】
第１Ｄ／Ａ変換器５１は、速度制御信号又はトルク制御信号に基づいてサーボドライバ５０に速度制御の動作又はトルク制御の動作をアナログ信号で指示する。
【０１１２】
サーボドライバ５０は、モーションコントローラ４９又は第１Ｄ／Ａ変換器５１からの指示に基づいてサーボモータ５の駆動軸５ａを回転制御する。
【０１１３】
圧電素子電圧印加部１３０は、圧電素子制御部１３４から出力されたデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するＤ／Ａ変換器（第２Ｄ／Ａ変換器）５２と、第２Ｄ／Ａ変換器５２にて変換されたアナログ制御信号の電圧を増幅する電圧増幅回路５３とを有している。
【０１１４】
次に、本実施形態に係る抵抗溶接機１００を用いた抵抗溶接の手順について図１、図８〜図１１を参照しながら説明する。
【０１１５】
先ず、図１に示すように、作業者は被溶接物１７を下電極１８ａと上電極１５ａの間に配置する（図８のステップＳ１）。このとき、被溶接物１７は、上電極１５ａと非接触であると共に、下電極１８ａと接触している。
【０１１６】
続いて、作業者は、ＬＣＤディスプレ５５に表示されている起動釦を押す（ステップＳ２）。
【０１１７】
作業者が前記起動釦を押すと、制御部５６は、圧電素子スタック１２３を初変位する必要があるか否かを判定する（ステップＳ３−１）。ここで初変位とは、抵抗溶接を行う前に圧電素子スタック１２３に電圧を印加することにより、圧電素子スタック１２３の伸長可能量と収縮可能量とのバランスをとる処理を言う。なお、圧電素子スタック１２３の初変位の有無は、被溶接物１７の種類や溶接条件等に基づいて判定される。
【０１１８】
制御部５６が圧電素子スタック１２３を初変位する必要がないと判定した場合（ステップＳ３−１：無し）、本溶接手順は、ステップ４−１の処理に進む。
【０１１９】
一方、制御部５６が圧電素子スタック１２３を初変位する必要があると判定した場合（ステップＳ３−１：有り）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に対して所定の電圧を印加する（ステップＳ３−２）。
【０１２０】
このとき、制御部５６は、第２変位検出器３８の検出値Ｄ２が設定初期変位距離Ｄａに達したか否かを判定する（ステップＳ３−３）。該検出値Ｄ２が設定初期変位距離Ｄａに達していない場合（ステップＳ３−３：Ｄ２＞Ｄａ）、本溶接手順は、ステップＳ３−２の処理に戻る。
【０１２１】
そして、前記検出値Ｄ２が設定初期変位距離Ｄａに達した（Ｄ２＝Ｄａ）ときに、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に印加されている電圧を停止する（ステップＳ３−４）。これにより、圧電素子スタック１２３の伸長可能量及び収縮可能量を同一にすることができる。よって、圧電素子スタック１２３をバランスよく伸縮させることが可能となる。
【０１２２】
その後、サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５を制御して圧電式加圧変位追従機構部１４（第２移動機構１１０）を下降する（ステップＳ４−１）。第２移動機構１１０が下降すると、上電極１５ａが被溶接物１７に接触する。そして、第２移動機構１１０がさらに下降することにより、被溶接物１７は、加圧されることとなる。
【０１２３】
このとき、制御部５６は、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１が設定初期荷重Ｐａに達したか否かを判定する（ステップＳ４−２）。該検出値Ｐ１が設定初期荷重Ｐａよりも小さい（ステップＳ４−２：Ｐ１＜Ｐａ）場合、本溶接手順は、ステップＳ４−１の処理に戻り、さらに第２移動機構を下降する。これにより、上電極１５ａが被溶接物１７に押し込まれるので、該検出値Ｐ１が大きくなる。
【０１２４】
そして、該検出値Ｐ１が該設定初期荷重Ｐａに達した（ステップＳ４−２：Ｐ１＝Ｐａ）ときに、サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５を制御して第２移動機構１１０の下降を停止する（ステップＳ４−３）。
【０１２５】
その後、制御部５６は、スクイズタイムが必要か否かを判定する（図９のステップＳ５−１）。ここで、スクイズタイムとは、被溶接物１７への入力荷重が設定初期荷重Ｐａに安定するまでの時間を言う。なお、スクイズタイムの有無は、被溶接物１７の種類や溶接条件等に基づいて判定される。
【０１２６】
スクイズタイムが必要ない場合（ステップＳ５−１：無し）、本溶接手順は、ステップＳ６の処理に進む。
【０１２７】
一方、スクイズタイムが必要である場合（ステップＳ５−１：有り）、制御部５６は、図示しない溶接タイマにてスクイズタイムＴ１をカウントする（ステップＳ５−２）。このとき、制御部５６は、前記溶接タイマにてカウントされるスクイズタイムＴ１が設定スクイズタイムＴａに達したか否かを判定する（ステップＳ５−３）。
【０１２８】
該スクイズタイムＴ１が該設定スクイズタイムＴａに達していない（ステップＳ５−３：Ｔ１＜Ｔａ）場合、本溶接手順は、ステップＳ５−２に戻り、前記溶接タイマのスクイズタイムＴ１のカウントを続ける。
【０１２９】
そして、該スクイズタイムＴ１が該設定スクイズタイムＴａに達した（ステップＳ５−３：Ｔ１＝Ｔａ）ときに、前記溶接タイマは、スクイズタイムＴ１のカウントを停止する。
【０１３０】
また、このとき、デジタル制御部４８は、第１変位検出器１６の検出値Ｄ１を変位検出値Ｄｂとして記憶部１３６に記憶させる（ステップＳ６）。
【０１３１】
続いて、制御部５６は、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１と圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２とを比較して、初期補正値を算出すると共に該検出値Ｐ２に初期補正を施す（ステップＳ７）。言い換えると、制御部５６は、圧電式荷重検出器３１の自然放電による変化荷重ΔＰを算出し、該検出値Ｐ２に該変化荷重ΔＰを加算する。なお、該変化荷重ΔＰは、該検出値Ｐ１から該検出値Ｐ２を減算することにより求めることができる。
【０１３２】
その後、デジタル制御部４８は、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１の取得を一旦停止すると共に、圧電式荷重検出器３８の検出値Ｐ２を常時取得する（ステップＳ８−１）。
【０１３３】
そして、制御部５６は、自然放電補正演算を開始する（ステップＳ８−２）。具体的には、制御部５６は、単位時間毎に、初期補正された検出値Ｐ２に対して自然放電時定数を加算し、加算されたデータを検出加圧荷重Ｐとする。
【０１３４】
続いて、制御部５６は、変位停止や変位条件による溶接電流Ｉの切り替えの要求があるか否かを判定する（図１０のステップＳ９）。そして、該要求がある場合は条件分岐する。但し、本実施形態では、該要求がある場合（ステップＳ９：有り）の手順の説明については省略する。
【０１３５】
一方、該要求が無い場合（ステップＳ９：無し）、制御部５６は、特殊加圧制御を行うか否かを判定する（ステップＳ１０）。なお、本実施形態では、前記特殊加圧制御を行う場合の手順の説明については省略する。
【０１３６】
制御部５６が定加圧制御を行う場合（ステップＳ１０：定加圧モード）、デジタル制御部４８は、溶接電源５４を制御して上電極１５ａと下電極１８ａとの間に溶接電流Ｉを通電する（ステップＳ１１）。なお、このとき、前記検出加圧荷重Ｐは、記憶部１３６に記憶されている設定溶接荷重Ｐｂと略一致している。
【０１３７】
上電極１５ａと下電極１８ａとの間に溶接電流Ｉを供給すると、被溶接物１７にジュール熱が発生するので、被溶接物１７が熱膨張・収縮する。そして、例えば、被溶接物１７が熱膨張すると、該熱膨張の作用で上電極１５ａは上方に押されることとなるので、圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２が大きくなる。その結果、前記検出加圧荷重Ｐが前記設定溶接荷重Ｐｂよりも大きくなる。
【０１３８】
一方、被溶接物１７が溶融等によって収縮すると、該収縮の作用で被溶接物１７のうち上電極１５ａとの接触面が下方に沈み込むこととなるので、圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２が小さくなる。その結果、前記検出加圧荷重Ｐが前記溶接荷重設定値Ｐｂよりも小さくなる。
【０１３９】
このとき、第１判定部１３８は、制御部５６で演算された検出加圧荷重Ｐと記憶部１３６に記憶されている設定溶接荷重Ｐｂとを比較する（ステップＳ１２−１）。
【０１４０】
該検出加圧荷重Ｐが該設定溶接荷重Ｐｂよりも大きいと第１判定部１３８にて判定された場合（Ｐ＞Ｐｂ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に負電圧を印加することにより、圧電素子スタック１２３を収縮する（ステップＳ１２−２）。これにより、圧電素子スタック１２３が上昇変位するので、例えば、被溶接物１７が熱膨張したときに、該熱膨張の作用で上電極１５ａが上方に押される力を緩和することができる。
【０１４１】
一方、該検出加圧荷重Ｐが該設定溶接荷重Ｐｂよりも小さいと第１判定部１３８にて判定された場合（Ｐ＜Ｐｂ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に正電圧を印加することにより、圧電素子スタック１２３を伸長する（ステップＳ１２−３）。これにより、圧電素子スタック１２３が下降変位するので、例えば、被溶接物１７が収縮したときに、該収縮の作用で被溶接物１７のうち上電極１５ａとの接触面が下方に沈み込んだとしても、該上電極１５ａを該接触面の下方への沈み込みに追従させることができる。
【０１４２】
なお、該検出加圧荷重Ｐが該設定溶接荷重Ｐｂに一致すると第１判定部１３８にて判定された場合（Ｐ＝Ｐｂ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に対して電圧の印加を行わない（ステップＳ１２−４）。
【０１４３】
続いて、第２判定部１４０は、第２変位検出器３８の検出値Ｄ２が圧電素子変位許容範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１２−５）。なお、前記圧電素子変位許容範囲は、上述したように、変位下限値Ｄｃと変位上限値Ｄｄによって定められている。
【０１４４】
該検出値Ｄ２が変位上限値Ｄｄ以上（圧電素子スタック１２３が収縮した状態）であると第２判定部１４０にて判定された場合（Ｄ２≧Ｄｄ）、サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５を制御して第１移動機構１１０を上昇する（ステップＳ１２−６）。これにより、例えば、被溶接物１７が熱膨張したときに、圧電素子スタック１２３を最大に収縮させた状態で該熱膨張の作用により上電極１５ａが上方にさらに押される場合であっても、第１移動機構１１０が上昇するので、該熱膨張の作用で上電極１５ａが上方に押される力を緩和することができる。
【０１４５】
一方、該検出値Ｄ２が変位下限値Ｄｃ以下（圧電素子スタック１２３が伸長した状態）であると第２判定部１４０にて判定された場合（Ｄ２≦Ｄｃ）、サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５を制御して第１移動機構１１０を下降する（ステップＳ１２−７）。これにより、例えば、被溶接物１７が収縮したときに、圧電素子スタック１２３を最大に伸長させた状態で該収縮の作用により被溶接物１７のうち上電極１５ａとの接触面がさらに下方に沈み込んだとしても、第１移動機構１１０が下降するので、上電極１５ａを該接触面の下方への沈み込みに追従させることができる。
【０１４６】
なお、該検出値Ｄ２が圧電素子変位許容範囲内にあると第２判定部１４０にて判定された場合（Ｄｃ＞Ｄ２＞Ｄｄ）、サーボモータ制御部１３２は、第１移動機構１１０の移動の昇降を行わない（ステップＳ１２−８）。
【０１４７】
その後、制御部５６は、溶接電源５４の通電時間Ｔ２が設定通電時間Ｔｂに達したか否かを判定する（ステップＳ１２−９）。
【０１４８】
該通電時間Ｔ２が設定通電時間Ｔｂに達していない場合（Ｔ２＜Ｔｂ）、本溶接手順は、ステップＳ１２−１に進み、該ステップＳ１２−１以降の処理を行う。
【０１４９】
そして、該通電時間Ｔ２が該設定通電時間Ｔｂに達した（Ｔ２＝Ｔｂ）ときに、デジタル制御部４８は、溶接電源５４を制御して溶接電流Ｉの通電を停止する（ステップＳ１３）。
【０１５０】
次に、デジタル制御部４８は、圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２の取得を一旦停止すると共に、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１を常時取得する（ステップＳ１４−１）。そして、制御部５６は、自然放電補正演算を停止する（ステップＳ１４−２）。
【０１５１】
次に、第３判定部１４２は、非圧電式荷重検出器２１の検出値Ｐ１と設定ホールド荷重Ｐｃとを比較する（図１１のステップＳ１５−１）。
【０１５２】
該検出値Ｐ１が該設定ホールド荷重Ｐｃよりも大きい場合（Ｐ１＞Ｐｃ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に負電圧を印加することにより、圧電素子スタック１２３を収縮する（ステップＳ１５−２）。これにより、圧電素子スタック１２３が上昇変位するので、溶接電流Ｉを停止した後の被溶接物１７に残留している熱を上電極１５ａ及び下電極１８ａに逃がす（吸収させる）ホールド状態において、例えば、被溶接物１７が熱膨張したときに、該熱膨張の作用で上電極１５ａが上方に押される力を緩和することができる。
【０１５３】
一方、該検出値Ｐ１が該設定ホールド荷重Ｐｃよりも小さい場合（Ｐ１＜Ｐｃ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に正電圧を印加することにより、圧電素子スタック１２３を伸長する（ステップＳ１５−３）。これにより、圧電素子スタック１２３が下降変位するので、前記ホールド状態において、例えば、被溶接物１７が収縮したときに、該収縮の作用で被溶接物１７のうち上電極１５ａとの接触面が下方に沈み込んだとしても、該上電極１５ａを該接触面の下方への沈み込みに追従させることができる。
【０１５４】
なお、該検出値Ｐ１が該設定ホールド荷重Ｐｃである場合（Ｐ１＝Ｐｃ）、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に対して電圧の印加を行わない（ステップＳ１５−４）
その後、本溶接手順は、ステップＳ１５−５〜ステップＳ１５−８の処理を行う。なお、ステップＳ１５−５〜ステップＳ１５−８は、上述したステップＳ１２−５〜ステップＳ１２−８の処理と同一の処理を行うため、その詳細な説明を省略する。
【０１５５】
そして、制御部５６は、溶接電流Ｉの通電を停止してから経過したホールド時間Ｔ３が設定ホールド時間Ｔｃに達したか否かを判定する（ステップＳ１５−９）。
【０１５６】
該ホールド時間Ｔ３が該設定ホールド時間Ｔｃに達していない場合（Ｔ３＜Ｔｃ）、本溶接手順は、ステップＳ１５−１に進み、該ステップＳ１５−１以降の処理を行う。
【０１５７】
そして、該ホールド時間Ｔ３が該設定ホールド時間Ｔｃに達した（Ｔ３＝Ｔｃ）ときに、デジタル制御部４８は、第１変位検出器１６の検出値Ｄ１を変位検出値Ｄｅとして記憶部１３６に記憶させる（ステップＳ１６）。
【０１５８】
次に、制御部５６は、上述したステップＳ６で記憶部１３６に記憶した変位検出値Ｄｂから変位検出値Ｄｅを減算することにより測定変位実測値Ｄｆを算出する（ステップＳ１７）。
【０１５９】
そして、記憶部１３６から電極熱膨張の測定データＤｇを呼び出した上で、制御部５６は、ステップＳ１７で算出された測定変位実測値Ｄｆから該測定データＤｇを減算することにより溶接変位Ｄｈを算出する。（ステップＳ１８）。
【０１６０】
その後、圧電素子制御部１３４は、圧電素子スタック１２３に電圧を印加することによりその伸縮状態を溶接開始時の位置に戻すと共に、サーボモータ制御部１３２は、サーボモータ５を制御して第１移動機構１０８を溶接開始時の位置に戻す（ステップＳ１９）。この段階で、本実施形態に係る抵抗溶接機１００を用いた溶接手順は終了する。
【０１６１】
本実施形態によれば、圧電式荷重検出器３１の検出値Ｐ２が設定溶接荷重Ｐｂと一致しない場合に、圧電素子スタック１２３を伸縮しているので、被溶接物１７の熱膨張・収縮の変化に上電極１５ａを好適に追従させることができる。また、上述したように、本実施形態では、圧電素子スタック１２３の応答速度を数百［μ／ｓｅｃ］〜１０［ｍｍ／ｓｅｃ］の範囲に設定しているので、被溶接物１７の瞬間的な熱膨張・収縮挙動（短周期変動）に対応することができる。
【０１６２】
さらに、圧電素子スタック１２３の伸縮範囲（可動範囲）を超える場合には、サーボモータ制御部１３２がサーボモータ５を制御して第２移動機構１１０を昇降するので、広範囲な熱膨張・収縮挙動にも対応することができる。
【０１６３】
つまり、駆動用圧電素子３２とサーボモータ５を利用することにより、広範囲なストロークでの高速制御が可能となり、リアルタイムでの加圧力フィードバックを行うことができる。
【０１６４】
本実施形態では、上電極１５ａ及び下電極１８ａの熱膨張、及び圧電素子スタック１２３の自然放電の影響を除去した溶接変位Ｄｈを算出しているので、該溶接変位Ｄｈに基づいて被溶接物１７の熱膨張・軟化溶融プロセスを正確にとらえることができる。そのため、該溶接変位Ｄｈに基づいて抵抗溶接中の被溶接物の状態を上述したステップＳ１２と平行してモニタリングして、溶接時間、溶接電流、圧電素子スタック、及びサーボモータを制御部にてフィードバック制御することにより、効率的に一定の溶接強度を得ることができる。
【０１６５】
本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。
【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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【国際調査報告】
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