(57)【要約】【課題】二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極の設計技術を提供することを課題とする。【解決手段】図（ａ）で、反射波１８がナゲットに係る。（ａ）に示す反射波１９より、（ｂ）に示す二次波２１が図右にあり、且つ（ｂ）に示す二次波２２が図右にあれば、少なくとも、最重要な反射波１８に二次波２１、２２が重なる心配はない。【効果】２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜４Ｔｄ及び２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜２（Ｔｄ＋２Ｔｔ）の条件を満足させることで、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。【選択図】図２
2011079014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。
【請求項２】
ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ−Ｔα）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。
【請求項３】
ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗ、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。
【請求項４】
ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗ、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＋Ｔα−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接中にナゲットの反射波を識別する超音波センサが内蔵されている溶接電極の設計技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接では、溶接後に例えば２枚の鋼板の接触部に生成される溶融凝固した溶接金属をナゲットと呼び、溶接部の接合強度はナゲットの大きさを示すナゲット径で評価する。
【０００３】
そこで、超音波プローブを内部に備えた電極が提案されている（例えば、特許文献１参照（図１）。）。
【０００４】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１０は従来の技術の基本構成を説明する図であり、溶接電極１００は、溶接キャップ１０１を先端に取り付ける中空状のシャフト１０２と、溶接キャップ１０１の内底面１０３に置いた接続パッド１０４を介して溶接キャップ１０１及び中空状のシャフト１０２の先端部１０５に内蔵する超音波プローブ１０６と、この超音波プローブ１０６を後方から押さえると共に中空状のシャフト１０２に挿入するプローブホルダ１０７と、このプローブホルダ１０７から延長すると共に中空状のシャフト１０２に挿入する冷却水パイプ１０８と、超音波プローブ１０６の後端から図上へ延長すると共にプローブホルダ１０７及び冷却水パイプ１０８に挿入する信号ライン１０９とからなる。
【０００５】
図１１は反射波の到達時間を説明する図であり、超音波が接続パッド（以下、信号伝達部材と言う。）１０４内を移動する時間をＴｄとすると、溶接キャップ（以下、溶接チップと言う。）１０１の上面で反射した反射波１１６の到達時間は２Ｔｄとなる。
同様に、超音波が溶接チップ１０１内を移動する時間をＴｔとするとワーク１１７Ａの上面で反射した反射波１１８の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ）となる。
【０００６】
超音波がナゲット１１９まで移動する時間をＴｎとすると、このナゲット１１９で反射した反射波１２１の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｎ）となる。
さらに、超音波がワーク１１７Ａ内を移動する時間をＴｗとすると、ワーク１１７Ａの下面（すなわち、ワーク１１７Ｂの上）で反射した反射波１２２の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）となる。
【０００７】
図１２は反射波の波形図であり、（ａ）に示すように、横軸を時間、縦軸を強度とすると、反射波１１６、１１８、１２１、１２２がこの順で出現する。反射波１２１がナゲットの評価に係る波である。
【０００８】
ところで、図１１において、反射波１１６が超音波プローブ（以下、超音波センサと言う。）１０６の下面で反射され、この反射分が再度、信号伝達部材１０４を通って信号伝達部材１０４の先端で反射する現象が不可避的に発生する。この波が、図１２（ｂ）に示される二次波１２３である。
【０００９】
（ａ）に（ｂ）を重ねると、反射波１２１に二次波１２３が重なることが分かる。すると、波形図において、反射波１２１と二次波１２３とを区別することが難しくなり、ナゲットの評価に悪影響がでる。
【００１０】
そこで、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００５−５２７３７４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極の設計技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ−Ｔα）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗ、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る発明は、ワークに接触してこのワークにスポット溶接電流を供給する溶接チップと、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサと、この超音波センサと前記溶接チップとの間に介在され前記超音波センサが発する超音波を前記溶接チップに伝達すると共に前記溶接チップが受けた反射波を前記超音波センサに伝達する信号伝達部材とを含む超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法であって、
前記超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、前記超音波が前記溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、前記超音波が前記溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、前記溶接チップの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴβ、前記超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗ、前記ワークの温度上昇に伴う前記超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＋Ｔα−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように前記溶接チップが設計されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明では、（Ｔｔ＋Ｔｗ＜Ｔｄ）及び（Ｔｗ＜Ｔｔ）の条件を満足させることで、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
【００１８】
請求項２に係る発明では、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ＜Ｔｄ）及び（Ｔｗ＜Ｔｔ−Ｔα）の条件を満足させることで、溶接チップの摩耗が発生しても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
【００１９】
請求項３に係る発明では、（Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）及び（Ｔｗ−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満足させることで、溶接チップ及びワークが高温になっても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
【００２０】
請求項３に係る発明では、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）及び（Ｔｗ＋Ｔα−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満足させることで、溶接チップの摩耗が発生し且つ溶接チップ及びワークが高温になっても、ナゲットによる反射波と二次波とを時間的に分離することができる。したがって、本発明によれば、二次波の影響を排除することができる超音波センサ内蔵溶接電極を設計することができる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１に係る反射波の到達時間を説明する図である。
【図２】実施例１に係る反射波の波形図である。
【図３】実施例２に係る反射波の到達時間を説明する図である。
【図４】実施例２に係る反射波の波形図である。
【図５】実施例３に係る反射波の到達時間を説明する図である。
【図６】実施例４に係る反射波の波形図である。
【図７】Ｔβの求め方を説明する図である。
【図８】Ｔγの求め方を説明する図である。
【図９】持続時間Ｔｓを説明する図である。
【図１０】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【図１１】反射波の到達時間を説明する図である。
【図１２】反射波の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例１】
【００２３】
先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は反射波の到達時間を説明する図であり、超音波センサ内蔵溶接電極１０は、ワーク１１Ａに接触してワーク１１Ａ、１１Ｂにスポット溶接電流を供給する溶接チップ１２と、超音波を発射すると共に反射波を受信する超音波センサ１３と、この超音波センサ１３と溶接チップ１２との間に介在され超音波センサ１３が発する超音波を溶接チップ１２に伝達すると共に溶接チップ１２が受けた反射波を超音波センサ１３に伝達する信号伝達部材１４とを含む。
【００２４】
そして、超音波が信号伝達部材１４内を移動する時間をＴｄとすると、溶接チップ１２の上面で反射した反射波１５の到達時間は２Ｔｄとなる。
同様に、超音波が溶接チップ１２内を移動する時間をＴｔとするとワーク１１Ａの上面で反射した反射波１６の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ）となる。
超音波がナゲット１７まで移動する時間をＴｎとすると、このナゲット１７で反射した反射波１８の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｎ）となる。
さらに、超音波がワーク１１Ａ内を移動する時間をＴｗとすると、ワーク１１Ａの下面（すなわち、ワーク１１Ｂの上面）で反射した反射波１９の到達時間は２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）となる。
【００２５】
次に、二次波について説明する。
（ｂ）に示すように、信号伝達部材１４内を移動する超音波が、溶接チップ１２で反射され、この反射波が超音波センサ１３で反射され、この反射波が再度溶接チップ１２で反射され、このような反射波２１が超音波センサ１３で読み込まれる。この反射波２１は二次波と呼ばれ、反射波２１の到達時間は４Ｔｄである。
【００２６】
また、信号伝達部材１４及び溶接チップ１２内を移動する超音波が、ワーク１１Ａで反射され、この反射波が溶接チップ１２で反射され、この反射波が再度溶接ワーク１１Ａで反射され、このような反射波２２が超音波センサ１３で読み込まれる。この反射波２２は二次波と呼ばれ、反射波２２の到達時間は２（Ｔｄ＋２Ｔｔ）である。
【００２７】
図２は、図１に対応する波形図である。
図２（ａ）に示すように、横軸を時間、縦軸を強度とすると、反射波１５、１６、１８、１９がこの順で出現する。反射波１８がナゲットの評価に係る波である。
（ｂ）は、反射波１５の二次波２１を示す波形図であり、二次波２１は、横軸の４Ｔｄ（すなわち、２Ｔｄの２倍）で出現する。
（ｃ）は、二次波２２を示す波形図であり、この二次波２２は、横軸の２（Ｔｄ＋２Ｔｔ）で出現する。
【００２８】
（ａ）に示す反射波１９より、（ｂ）に示す二次波２１が図右にあり、且つ（ｃ）に示す二次波２２が図右にあれば、少なくとも、最重要な反射波１８に二次波２１、２２が重なる心配はない。
具体的には、（ａ）と（ｂ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜４Ｔｄの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜２Ｔｄとなり、さらに、（Ｔｔ＋Ｔｗ）＜Ｔｄとなる。
同様に、（ａ）と（ｃ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜２（Ｔｄ＋２Ｔｔ）の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔｗ）＜（Ｔｄ＋２Ｔｔ）となり、さらに、Ｔｗ＜Ｔｔとなる。
【００２９】
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、超音波が溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ）の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が推奨される。
【００３０】
すなわち、溶接チップや信号伝達部材の長さの調整や素材を変えて、ＴｄやＴｔの発生時間を調整することにより、上記設計方法が達成される。波長を短くするには、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで実施できる。
以下同様。
【００３１】
次に、溶接チップの摩耗を考慮した、本発明の実施例２を、図面に基づいて説明する。
図３（ａ）は反射波の到達時間を説明する図であり、基本構成は図１（ａ）と同じである。ただし、溶接チップ１２は、使用により摩耗する。最大、想像線で示す先端線２４まで摩耗する。
【００３２】
超音波が移動する時間は、溶接チップ１２においてＴｔであるが、摩耗代分の時間をＴαとすると、摩耗後の溶接チップ１２における時間は（Ｔｔ−Ｔα）となる。
【００３３】
すると、図１（ａ）に示す「Ｔｔ」は、全て「（Ｔｔ−Ｔα）」に置き換えればよいこととなる。
結果、図１（ａ）が図３（ｂ）に書き換えられる。
【００３４】
そして、図２の波形図は、図４に改められる。
図４において、（ａ）と（ｂ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ）＜４Ｔｄの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ）＜２Ｔｄとなり、さらに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ）＜Ｔｄとなる。
同様に、（ａ）と（ｃ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ）＜２（Ｔｄ＋２Ｔｔ−２Ｔα）の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ）＜（Ｔｄ＋２Ｔｔ−２Ｔα）となり、さらに、Ｔｗ＜Ｔｔ−Ｔαとなる。
【００３５】
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、超音波が溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、超音波が溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、超音波が前記ワーク内を移動する時間をＴｗとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔｗ＜Ｔｄ）の条件を満たすように前記信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＜Ｔｔ−Ｔα）の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が推奨される。
【００３６】
ところで、超音波の速度は、温度が高まると遅くなる。溶接チップ及びワークに大電流が流され、加熱されるため、溶接チップ及びワークでの温度を考慮する必要がある。信号伝達部材は温度変化が少ないため考慮する必要はない。
【００３７】
そこで、加熱を考慮した、本発明の実施例３を、図面に基づいて説明する。
図５は反射波の到達時間を説明する図であり、溶接チップ１２における超音波の通過時間Ｔｔが、加熱によりＴβだけ長くなった。同様に、ワーク１１Ａにおける超音波の通過時間Ｔｗが、加熱によりＴγだけ長くなった。
【００３８】
すると、図１（ａ）に示す「Ｔｔ」は、全て「（Ｔｔ＋Ｔβ）」に置き換え、「Ｔｗ」は、全て「（Ｔｗ＋Ｔγ）」に置き換えればよいこととなる。ＴβとＴγの求め方については後述する。
結果、図５に示す時間が得られる。
【００３９】
そして、図２の波形図は、図６に改められる。
図６において、（ａ）と（ｂ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ）＜４Ｔｄの条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ）＜２Ｔｄとなり、さらに、（Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ）＜Ｔｄとなる。
【００４０】
なお、Ｔβが大きくなる程、（ｂ）に示す二次波２１が、（ａ）に示す反射波１８に接近し、重なる危険が高まる。すなわち、一番遅れが大きいときが最も重なりやすいときなので、Ｔβは新品の溶接チップ（チックが最大のとき）の温度上昇により、一番遅れが出るときの遅れ時間とする。
【００４１】
同様に、（ａ）と（ｃ）を比較することにより、２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ）＜２（Ｔｄ＋２Ｔｔ＋２Ｔβ）の条件式が導き出される。この条件式を整理すると、（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ）＜（Ｔｄ＋２Ｔｔ＋２Ｔβ）となり、さらに、Ｔｗ−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔとなる。
【００４２】
次に、溶接チップ１２における遅れ時間Ｔβの求め方を説明する。
図７（ａ）に示すように、ワーク１１Ａの上面による反射波２４での時間は、２（Ｔｄ＋Ｔｔ）となる。
溶接チップ１２が加熱されると、超音波が遅くなる。この遅れ時間Ｔβを加えた２（Ｔｄ＋Ｔｔ＋Ｔβ）が、加熱時における反射波２５の移動時間となる。
【００４３】
（ｂ）に示すように、反射波２４、２５の出現時間を横軸に取る。そして、パルス電流により溶接を施す。初回のパルスを「受信番号１」、ｎ回目のパルスを「受信番号ｎ」として、縦軸に沿って下から上へ反射波２４、２５の出現時間をプロットする。
すると、曲線２６が得られる。溶接チップ１２が加熱されたことにより、横軸で「遅れＴβ」だけ差が認められる。この差が、遅れ時間Ｔβとなる。
【００４４】
ただし、（ａ）に示す手法は、超音波（横波）反射法と呼ばれる。ナゲット１７ができるとワーク１１の下面における反射波が得られなくなるので、ワーク１１Ａ、１１Ｂでの遅れ時間Ｔγは測定できない。
そこで、Ｔγは次に示す超音波（縦波）透過法で求める。
【００４５】
図８（ａ）に示すように、ワーク１１Ａ、１１Ｂを上の溶接チップ１２Ａと下の溶接チップ１２Ｂで挟む。そして、上の超音波センサ１３Ａから超音波を発信し、ワーク１１Ａ、１１Ｂを透過させ、下の超音波センサ１３Ｂで受信する。超音波の移動に要する時間は温度の影響を受ける。そこで、上の溶接チップ１２Ａでの遅れ時間をＴβ’、ワーク１１Ａ、１１Ｂでの遅れ時間をＴγ、下の溶接チップ１２Ｂでの遅れ時間をＴβ’とする。
【００４６】
（ｂ）に示すように、パルス電流により溶接を施す。初回のパルスを「受信番号１」、ｎ回目のパルスを「受信番号ｎ」として、縦軸に沿って下から上へ透過時間をプロットする。
すると、曲線２７が得られる。溶接チップ１２Ａ、１２Ｂ及びワーク１１Ａ、１１Ｂが加熱されたことにより、横軸で「遅れＴβ’＋Ｔγ＋Ｔβ’」だけ差が認められる。この差が、遅れ時間Ｔβ’＋Ｔγ＋Ｔβ’となる。図７で求めたＴβが概ねＴβ’と等価とみなすこと、遅れ時間Ｔγを求めることができる。
【００４７】
すなわち、超音波が信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、超音波が溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、溶接チップの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをＴβ、超音波がワーク内を移動する時間をＴｗ、ワークの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように溶接チップが設計される超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が提供される。
【００４８】
次に、溶接チップの摩耗と加熱の影響とを考慮した、本発明の実施例４を説明する。この実施例４は、実施例２と実施例３とを合成したものであり、図３〜図８に基づいて導かれるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
すなわち、超音波が前記信号伝達部材内を移動する時間をＴｄ、超音波が溶接チップ内を移動する時間をＴｔ、超音波が溶接チップの最大摩耗長さを移動する時間をＴα、溶接チップの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをＴβ、超音波がワーク内を移動する時間をＴｗ、ワークの温度上昇に伴う超音波の時間遅れをＴγとしたときに、（Ｔｔ−Ｔα＋Ｔβ＋Ｔｗ＋Ｔγ＜Ｔｄ）の条件を満たすように信号伝達部材が設計され、（Ｔｗ＋Ｔα−Ｔβ＋Ｔγ＜Ｔｔ）の条件を満たすように溶接チップが設計されることを特徴とする超音波センサ内蔵溶接電極の設計方法が提供される。
【００５０】
先に、溶接チップや信号伝達部材の長さの調整や素材を変えて、ＴｄやＴｔの発生時間を調整することにより、上記設計方法が達成され、波長を短くするには、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで実施できると説明した。
そこで、次に、波長を短くすることの有効性を詳しく説明する。
【００５１】
図９（ａ）に示すように、持続時間（持続時間については（ｂ）、（ｃ）で説明する。）が長い反射波１８が出現することがある。この反射波１８は、前後の反射波１６、１９に重なり易くなる。重なると反射波１８を識別することが難しくなる。
（ｂ）は（ａ）に示す反射波１８から絶対値をとって描き直した波形図である。
（ｃ）において、描き直した波形の包絡線を描く。この包絡線の最大高さを「１」とし、１０％に相当する「０．１」で横線を引き、この横線と包絡線との交点（２つ）の間隔を、持続時間Ｔｓと定義する。
【００５２】
この持続時間Ｔｓは、超音波センサに内蔵するダンパー材を調整することや、振動素子を薄くすることで短くすることができる。結果、（ｄ）に示すような持続時間Ｔｓが短い反射波１８を得ることができる。
すなわち、超音波センサ内蔵溶接電極の設計に際しては、持続時間Ｔｓが短い超音波センサの採用が有効となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、スポット溶接に供される超音波センサ内蔵溶接電極に好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…超音波センサ内蔵溶接電極、１１Ａ…ワーク、１２…溶接チップ、１３…超音波センサ、１４…信号伝達部材。
【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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