(57)【要約】【課題】極めて簡易な構成で安定した品質からなる溶接結果を得ることのできる抵抗溶接装置を提供する。【解決手段】電圧測定回路３２により測定した電圧を溶接パラメータで設定した電圧に制御して通電し、電流測定回路３０により測定した電流が溶接パラメータで設定した溶接電流に到達した後、溶接パラメータで設定した通電時間、一定の溶接電流で通電することで溶接を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流及び前記溶接電流の通電時間を含む溶接パラメータを設定する溶接パラメータ設定手段と、
溶接電極間の電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電圧制御手段による電圧制御によって被溶接材に供給される電流をモニタする電流モニタ手段と、
前記通電時間だけ前記被溶接材に前記溶接電流を供給して制御する溶接電流制御手段と、
前記電流モニタ手段によりモニタした電流が前記溶接電流となったとき、前記電圧制御手段による電圧制御から前記溶接電流制御手段による電流制御に切り替える制御切替手段と、
を備えることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記溶接パラメータ設定手段は、徐々に増加する電極間電圧を前記溶接パラメータとして設定することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記電圧制御手段により電圧制御を行う間、所定の時間範囲内で前記溶接電流に到達するか否かを判定する溶接電流判定手段を備えることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記溶接パラメータ設定手段は、前記時間範囲の下限時間及び上限時間を前記溶接パラメータとして設定することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記電流モニタ手段は、前記溶接電流制御手段による前記溶接電流をモニタし、
前記溶接電流が上限溶接電流を超過するか否かを判定する溶接電流判定手段を備えることを特徴とする抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電流及びその通電時間を制御して被溶接材に対する溶接処理を行う抵抗溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗溶接装置では、被溶接材である２枚の金属板を溶接電極によって挟持し、これらの溶接電極間に所定の溶接電流を所定時間通電し、発生したジュール熱により金属板同士を溶融して接合する。このような被溶接材の接触抵抗による発熱を熱源とする抵抗溶接においては、被溶接材の表面粗さや酸化皮膜の影響により接触抵抗がばらつくと、所望の溶接電流が流れないことによる溶接不良、あるいは、過大な溶接電流によるスパークの発生等の不具合が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、所望の溶接電流を確保可能な技術として特許文献１に開示された抵抗溶接装置が提案されている。
【０００４】
この抵抗溶接装置は、電圧設定値に従い、溶接電極間に一定の設定電圧を印加するとともに溶接電流をモニタし、溶接電流が電流臨界値に達したとき、電圧制御から電流制御に切り替え、電流設定値に従い、一定の設定溶接電流を供給して溶接を行うとともに電極間電圧をモニタし、電極間電圧が電圧臨界値に達したとき、電流制御から電圧制御に切り替え、再び一定の設定電圧を印加する処理を繰り返すようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】特許第３４８４４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、溶接品質は、過剰電圧又は過剰電流によって低下するだけでなく、被溶接材に溶接電流を通電する時間にも大きく左右される。すなわち、溶接に必要なジュール熱は、溶接電流とその通電時間との積によって決定される。従って、適切な溶接状態を得るためには、溶接電流だけでなく、通電時間も管理する必要がある。
【０００７】
本発明は、極めて簡易な構成で良好な溶接品質を得ることのできる抵抗溶接装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、被溶接材の状態等の異常の有無を検知することのできる抵抗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】
【０００９】
本発明の抵抗溶接装置は、溶接電流及び前記溶接電流の通電時間を含む溶接パラメータを設定する溶接パラメータ設定手段と、
溶接電極間の電圧を制御する電圧制御手段と、
前記電圧制御手段による電圧制御によって被溶接材に供給される電流をモニタする電流モニタ手段と、
前記通電時間だけ前記被溶接材に前記溶接電流を供給して制御する溶接電流制御手段と、
前記電流モニタ手段によりモニタした電流が前記溶接電流となったとき、前記電圧制御手段による電圧制御から前記溶接電流制御手段による電流制御に切り替える制御切替手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、電極間電圧を溶接電極間に印加して電圧制御を行い、被溶接材に供給される電流が設定した溶接電流となったとき、その溶接電流により被溶接材の溶接を設定した通電時間だけ継続することにより、一定したジュール熱による溶接処理が遂行される。
【００１１】
なお、設定した溶接電流に到達するまでの電極間電圧を徐々に増加する電圧として設定することにより、スプラッシュの発生を事前に回避することができる。
【００１２】
また、電圧制御手段による電圧制御を行う際、設定した溶接電流に到達する時間を監視し、所定の時間範囲内で溶接電流に到達するか否かを判定することにより、被溶接材の設定状態等の異常の有無を検知することができる。なお、この時間範囲は、溶接パラメータ設定手段により下限時間及び上限時間として設定することができる。
【００１３】
さらに、溶接電流制御手段による溶接電流が上限溶接電流を超過するか否かを判定することにより、溶接処理中での異常の有無を検知することもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の抵抗溶接装置では、所望の溶接電流を所望の通電時間だけ被溶接材に供給して良好な溶接品質を得ることができる。また、所望の溶接電流に到達するまでの時間に基づいて、被溶接材の設定状態等の異常の有無を認識することができる。これにより、溶接不良の発生を事前に回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本実施形態のトランジスタ方式の抵抗溶接装置１０の回路構成を示すブロック図である。抵抗溶接装置１０は、交流電源１２と、主電源スイッチ１４ａ、１４ｂを介して交流電源１２から供給された交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路１６と、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６により直流に変換された電流を電荷として蓄積する大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂと、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂの正極及び負極間に接続された溶接電極２０ａ、２０ｂと、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂの一方の電極と一方の溶接電極２０ａとの間に並列に接続された複数のトランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎとを備える。なお、溶接電極２０ａ、２０ｂ間には、重畳された２枚の被溶接材２４ａ、２４ｂが挟持される。
【００１６】
また、抵抗溶接装置１０は、溶接動作の制御を行う制御部２６を備える。制御部２６には、各トランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎのゲートに対して駆動信号を供給し、トランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎを同時にオン／オフ制御する駆動回路２８と、被溶接材２４ａ、２４ｂに供給される電流（モニタ電流ｍｉ）を測定する電流測定回路３０（電流モニタ手段）と、溶接電極２０ａ、２０ｂ間の電圧（モニタ電圧ｍｖ）を測定する電圧測定回路３２と、溶接パラメータを入力する入力部３４と、モニタ電流ｍｉ、モニタ電圧ｍｖを含む抵抗溶接装置１０の状態を表示するための表示部３６と、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂと溶接電極２０ａ、２０ｂとの間に配設される溶接中断スイッチ３７とが接続される。
【００１７】
図２は、制御部２６の詳細な構成ブロック図である。制御部２６は、入力部３４から供給される溶接パラメータに基づき、電極間電圧及び溶接電流の基準波形を設定する設定部３８（溶接パラメータ設定手段）と、設定部３８からの指令に基づいて時間の計測を行う計時回路４０と、モニタ電流ｍｉ、モニタ電圧ｍｖ、設定部３８からの溶接パラメータ及び計時回路４０から供給される経過時間ｔに基づき、電圧制御又は電流制御の切り替えを行うとともに、被溶接材２４ａ、２４ｂの設定状態等の判定を行う切替制御回路４２（制御切替手段、溶接電流判定手段）と、切替制御回路４２からの電圧制御又は電流制御の選択信号ｓｅ、計時回路４０からの経過時間ｔ及び設定部３８から供給される溶接パラメータに従って基準波形を発生させる基準波形発生回路４４と、切替制御回路４２からのモニタ電流ｍｉ又はモニタ電圧ｍｖと基準波形発生回路４４からの基準波形信号とを比較する比較回路４６と、比較回路４６による比較結果に従い、トランジスタ制御信号ＤＧを駆動回路２８に出力する電圧発生回路４８（電圧制御手段、溶接電流制御手段）とを備える。
【００１８】
なお、設定部３８には、表示出力回路５０が接続される。表示出力回路５０は、モニタ電流ｍｉ、モニタ電圧ｍｖ等を表示部３６に表示し、あるいは、被溶接材２４ａ、２４ｂの設定状態等の判定結果を表示部３６に表示するための表示信号を出力する。
【００１９】
本実施形態の抵抗溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作につき、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２０】
先ず、作業者は、入力部３４を用いて溶接パラメータの設定を行う（ステップＳ１）。この場合、溶接パラメータは、図４に示す各データとして設定される。すなわち、被溶接材２４ａ、２４ｂを溶接電極２０ａ、２０ｂで挟持加圧するスクイズ時間ＳＴを設定し、通電開始直後からの電圧制御による電極間電圧の溶接パラメータを、時間Ｔ１、電圧Ｐ１及びＰ２として設定する。この場合、設定された電極間電圧は、時間Ｔ１で電圧Ｐ１から電圧Ｐ２まで徐々に増加する基準電圧波形として設定される。また、電流制御による溶接電流ｉ１とその通電時間Ｔ２を設定する。さらに、電流制御を終了させるための電流の溶接パラメータを、電極間電圧の場合と同様に、時間Ｔ３、電流ｉ２及びｉ３として設定する。この場合、設定された電流は、時間Ｔ３で電流ｉ２から電流ｉ３まで徐々に減少する基準電流波形として設定される。さらにまた、被溶接材２４ａ、２４ｂを溶接電極２０ａ、２０ｂで挟持加圧するホールド時間ＨＴを設定する。
【００２１】
なお、溶接パラメータとして、電圧制御時における状態判定のための下限時間ＴＬＬ及び上限時間ＴＵＬを設定することもできる。また、溶接電流制御時における溶接電流ｉ１の上限制限値Δｉを設定することもできる。
【００２２】
以上のようにして溶接パラメータを設定した後、主電源スイッチ１４ａ、１４ｂを閉じ、抵抗溶接装置１０に対する通電を開始する（ステップＳ２）。交流電源１２から供給された電流は、ＡＣ／ＤＣ変換回路１６によって直流電流に変換された後、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂに供給され、電荷が蓄積される。
【００２３】
次に、溶接電極２０ａ、２０ｂ間に被溶接材２４ａ、２４ｂを挟持させ、その状態をスクイズ時間ＳＴだけ継続する（ステップＳ３）。このスクイズ処理により、溶接電極２０ａ、２０ｂを被溶接材２４ａ、２４ｂに安定した状態で押圧させることができる。なお、スクイズ処理を行っている間、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂと溶接電極２０ａ、２０ｂとの間に配設されるトランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎは、オフの状態とされており、溶接電極２０ａ、２０ｂ間に電流が流れることはない。
【００２４】
スクイズ時間ＳＴが経過すると、基準波形発生回路４４は、溶接パラメータである時間Ｔ１、電圧Ｐ１及びＰ２に基づいて生成した徐々に増加する基準電圧波形を比較回路４６に供給する（ステップＳ４）。なお、基準電圧波形における電圧の増加率は、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｔ１として設定されている。一方、切替制御回路４２は、電圧測定回路３２により測定した溶接電極２０ａ、２０ｂ間のモニタ電圧ｍｖを比較回路４６に供給する。
【００２５】
比較回路４６は、基準波形発生回路４４より供給される電圧制御開始からの経過時間ｔにおける基準電圧波形と、切替制御回路４２から供給されるモニタ電圧ｍｖとを比較し、その差に従った電圧制御信号を電圧発生回路４８に出力して電圧制御を行う（ステップＳ５）。電圧発生回路４８は、比較回路４６からの電圧制御信号に基づき、トランジスタ制御信号ＤＧを駆動回路２８に出力し、駆動回路２８は、トランジスタ制御信号ＤＧに従ってトランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎを同時にオン／オフ制御する。この結果、大容量コンデンサ１８ａ、１８ｂに蓄積されている電荷がトランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎを介して放電され、溶接電極２０ａ、２０ｂ間に基準電圧波形に応じた電圧が印加される。
【００２６】
溶接電極２０ａ、２０ｂ間に電圧が印加されることで被溶接材２４ａ、２４ｂ間に流れる電流は、電流測定回路３０によって測定され、モニタ電流ｍｉとして切替制御回路４２に供給される。切替制御回路４２は、電圧制御を行っている間、測定されたモニタ電流ｍｉと、設定部３８から供給される溶接パラメータである溶接電流ｉ１とを比較する（ステップＳ６）。
【００２７】
切替制御回路４２は、モニタ電流ｍｉが溶接電流ｉ１に到達しておらず、電圧制御を開始してからの経過時間ｔ＝ｔ１が所定の上限時間ＴＵＬを越えていない場合（ステップＳ７）、基準電圧波形に基づく電圧制御を継続する。
【００２８】
一方、モニタ電流ｍｉが溶接電流ｉ１に到達しておらず、且つ、電圧制御を開始してからの経過時間ｔ＝ｔ１が上限時間ＴＵＬを越えた場合（図５参照）、溶接中断信号を出力して溶接中断スイッチ３７を開成し、溶接電極２０ａ、２０ｂに対する通電を中断させるとともに、表示出力回路５０を介して経過時間ｔ１が上限時間ＴＵＬを越えたことを表示部３６に表示させる（ステップＳ８）。これにより、例えば、被溶接材２４ａ、２４ｂの接合状態や表面状態の不良により、適切な溶接を遂行できない事態、あるいは、無通電状態を事前に回避するとともに、作業者に対してその事態が発生したことを報知することができる。
【００２９】
また、切替制御回路４２は、モニタ電流ｍｉが溶接電流ｉ１に到達したとき（ステップＳ６）、電圧制御を開始してからの経過時間ｔ＝ｔ１が下限時間ＴＬＬに到達していない場合（ステップＳ９、図６参照）、同様にして、溶接中断信号を出力して溶接中断スイッチ３７を開成し、溶接電極２０ａ、２０ｂに対する通電を中断させるとともに、表示出力回路５０を介して経過時間ｔ１が下限時間ＴＬＬに到達していないことを表示部３６に表示させる（ステップＳ１０）。これにより、例えば、被溶接材２４ａ、２４ｂが存在しておらず、又は、被溶接材２４ａ、２４ｂ何れか一方のみしかなく、あるいは、溶接パラメータに対応しない不適切な被溶接材２４ａ、２４ｂが設定されており、過剰な溶接電流ｉ１が流れてしまうおそれのある場合において、その事態を事前に回避するとともに、作業者に対してその事態が発生したことを報知することができる。
【００３０】
一方、切替制御回路４２は、モニタ電流ｍｉが溶接電流ｉ１に到達したと判定し（ステップＳ６）、且つ、電圧制御を開始してからの経過時間ｔ＝ｔ１が下限時間ＴＬＬと上限時間ＴＵＬとの間の適切な時間であると判定した場合（ステップＳ９、Ｓ１１）、電圧制御を電流制御に切り替え、溶接処理を開始する（図７参照）。なお、ステップＳ１１において、電圧制御を開始してからの経過時間ｔ＝ｔ１が上限時間ＴＵＬを越えた場合、ステップＳ８、Ｓ１０の場合と同様に、溶接電極２０ａ、２０ｂに対する通電を中断させるとともに、その状態を表示部３６に表示させる（ステップＳ１２）。
【００３１】
下限時間ＴＬＬと上限時間ＴＵＬとの間の適切な時間範囲でモニタ電流ｍｉが溶接電流ｉ１に到達した場合、切替制御回路４２からの選択信号ｓｅに従い、基準波形発生回路４４は、溶接パラメータである溶接電流ｉ１及び通電時間Ｔ２に基づく第１基準電流波形を比較回路４６に供給する（ステップＳ１３）。また、切替制御回路４２は、電流測定回路３０により測定した溶接電極２０ａ、２０ｂ間を流れるモニタ電流ｍｉを比較回路４６に供給する。
【００３２】
比較回路４６は、基準波形発生回路４４から供給される第１基準電流波形である一定の溶接電流ｉ１と、切替制御回路４２から供給されるモニタ電流ｍｉとを比較し、その差に従った電圧制御信号を電圧発生回路４８に出力することで電流制御を行う（ステップＳ１４）。
【００３３】
なお、電圧制御から電流制御に切り替えられた際、オーバシュートによって電流が過剰に流れてしまうおそれがある。そこで、切替制御回路４２は、モニタ電流ｍｉと、溶接電流ｉ１に上限制限値Δｉを加算した上限溶接電流（ｉ１＋Δｉ）とを比較し、ｍｉ＞（ｉ１＋Δｉ）である場合（ステップＳ１５）、電圧の増加率（Ｐ１−Ｐ２）／Ｔ１の設定等が不適切であることが考えられるため、例えば、表示部３６に、「溶接パラメータを見直して下さい。」といった表示を行い、作業者に溶接パラメータの見直しを示唆することができる（ステップＳ１６）。
【００３４】
一方、ｍｉ≦（ｉ１＋Δｉ）である場合、切替制御回路４２は、電流制御が開始されてからの経過時間ｔ＝ｔ２と通電時間Ｔ２とを比較し、経過時間ｔ２＝通電時間Ｔ２となるまで溶接電流ｉ１による溶接を継続する（ステップＳ１７）。この結果、溶接電極２０ａ、２０ｂ間に溶接電流ｉ１が通電時間Ｔ２だけ流れ、被溶接材２４ａ、２４ｂの溶接が行われる。
【００３５】
通電時間Ｔ２が経過した後、基準波形発生回路４４は、溶接パラメータである時間Ｔ３、電流ｉ２及びｉ３に基づいて生成した徐々に減少する第２基準電流波形を比較回路４６に供給し（ステップＳ１８）、この第２基準電流波形に基づく電流制御を継続する（ステップＳ１９）。切替制御回路４２は、第２基準電流波形による電流制御が開始してからの経過時間ｔ＝ｔ３と時間Ｔ３とを比較し（ステップＳ２０）、経過時間ｔ３＝時間Ｔ３となった時点で、溶接電極２０ａ、２０ｂに対する通電を終了する（ステップＳ２１）。
【００３６】
次いで、通電しない状態で、溶接パラメータであるホールド時間ＨＴの間、被溶接材２４ａ、２４ｂを溶接電極２０ａ、２０ｂによって挟持した後（ステップＳ２２）、溶接電極２０ａ、２０ｂを開いて被溶接材２４ａ、２４ｂを取り出すことにより、溶接の全行程が終了する。
【００３７】
ここで、本実施形態では、溶接電極２０ａ、２０ｂ間に流れる電流が溶接電流ｉ１に到達した後、一定の溶接電流ｉ１を一定の通電時間Ｔ２だけ被溶接材２４ａ、２４ｂに流すことで溶接を行うようにしている。この場合、図８及び図９に示すように、通電を開始してから一定の溶接電流ｉ１に到達するまでの経過時間ｔ１が被溶接材２４ａ、２４ｂの状態によってばらつくような場合であっても、被溶接材２４ａ、２４ｂに実際に付与されるジュール熱は、ハッチングの部分で示すように、経過時間ｔ１によらず一定とすることができる。従って、常に安定した溶接状態を実現することができる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、電圧制御時において、モニタ電流ｍｉが所定の時間範囲（下限時間ＴＬＬ及び上限時間ＴＵＬ間）で溶接電流ｉ１に到達するか否かを判定するようにしているが、例えば、電圧制御を開始してから電流制御を終了するまでの経過時間を所定の時間範囲と比較して溶接状態を判定することもできる。
【００３９】
図１０は、本発明をインバータ方式の抵抗溶接装置６０に適用した場合の回路構成ブロック図である。なお、図１に示すトランジスタ方式の抵抗溶接装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
この抵抗溶接装置６０は、図１のトランジスタ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎに代えて、４つのスイッチング素子６２ａ〜６２ｄと、溶接トランス６４と、整流回路６６とを設けたものである。なお、溶接電極２０ａ、２０ｂ間を流れる電流は、電流センサ６８により検出する構成となっている。
【００４１】
駆動回路２８は、スイッチング素子６２ａ、６２ｄ及び６２ｂ、６２ｃを交互に切り替え、大容量コンデンサ１８から放電された電荷を高周波電流として溶接トランス６４に供給する。高周波電流は、溶接トランス６４によって所定の電圧に調整された後、整流回路６６によって整流され、被溶接材２４ａ、２４ｂに供給されることで、所望の溶接が行われる。
【００４２】
また、図１１は、本発明をチョッパ方式の抵抗溶接装置７０に適用した場合の回路構成ブロック図である。なお、図１０に示すインバータ方式の抵抗溶接装置６０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
この抵抗溶接装置７０では、４つのスイッチング素子６２ａ〜６２ｄを介して高周波の交流電流が直接溶接電極２０ａ、２０ｂ間に供給され、所望の溶接が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態の抵抗溶接装置の回路構成ブロック図である。
【図２】図１に示す制御部の構成ブロック図である。
【図３】本実施形態の抵抗溶接装置における処理動作のフローチャートである。
【図４】本実施形態の抵抗溶接装置において設定される溶接パラメータの説明図である。
【図５】本実施形態の抵抗溶接装置における電圧制御での溶接電流判定の説明図である。
【図６】本実施形態の抵抗溶接装置における電圧制御での溶接電流判定の説明図である。
【図７】本実施形態の抵抗溶接装置における電圧制御での溶接電流判定の説明図である。
【図８】本実施形態の抵抗溶接装置における溶接電流と通電時間との関係説明図である。
【図９】本実施形態の抵抗溶接装置における溶接電流と通電時間との関係説明図である。
【図１０】他の実施形態であるインバータ方式の抵抗溶接装置の回路構成ブロック図である。
【図１１】さらに他の実施形態であるチョッパ方式の抵抗溶接装置の回路構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０、６０、７０…抵抗溶接装置          １６…ＡＣ／ＤＣ変換回路
１８、１８ａ、１８ｂ…大容量コンデンサ  ２０ａ、２０ｂ…溶接電極
２２ａ〜２２ｎ…トランジスタ            ２４ａ、２４ｂ…被溶接材
２６…制御部                            ２８…駆動回路
３０…電流測定回路                      ３２…電圧測定回路
３４…入力部                            ３６…表示部
３７…溶接中断スイッチ                  ３８…設定部
４０…計時回路                          ４２…切替制御回路
４４…基準波形発生回路                  ４６…比較回路
４８…電圧発生回路                      ５０…表示出力回路
６２ａ〜６２ｄ…スイッチング素子
【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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