(57)【要約】直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法及びシステムが示された。示された方法の１つは、第１の電極及び第２の電極を通して少なくとも２つの材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加することにより溶接接合を形成することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法であって、第１の電極及び第２の電極を通して複数の直流マイクロパルスを少なくとも２つの材料片に対して印加することにより溶接接合を形成することを含む、抵抗スポット溶接方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つの材料片をともに所定の溶接力により固定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定の溶接力が１kNと１０kNの間である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
溶接電流オフタイムが、前記複数の直流マイクロパルスの各々を分離する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの材料片のうち第１の材料片が第１の鋼シートを有し、かつ、前記少なくとも２つの材料片のうち第２の材料片が第２の鋼シートを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の大きさが、１kAと２０kAの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の持続時間が、１msと１０msの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の溶接電流オフタイムの各々の持続時間が、１msと１０msの間である、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の大きさが、少なくとも部分的に、前記少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの寸法、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つのコーティング、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの材料化学組成、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の前記電極の大きさ、前記所定の溶接力の大きさのうちの少なくとも１つに基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の直流マイクロパルスの数が、少なくとも部分的に、前記少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの寸法、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つのコーティング、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの材料化学組成、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の前記電極の大きさ、前記所定の溶接力の大きさのうちの少なくとも１つに基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の持続時間が、少なくとも部分的に、前記少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの寸法、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つのコーティング、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの材料化学組成、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の前記電極の大きさ、前記所定の溶接力の大きさのうちの少なくとも１つに基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の溶接電流オフタイムの各々の持続時間が、少なくとも部分的に、前記少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの寸法、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つのコーティング、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの材料化学組成、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の前記電極の大きさ、前記所定の溶接力の大きさのうちの少なくとも１つに基づいている、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶接接合が精緻な微細構造を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法であって、
第１の電極及び第２の電極を通して所定の溶接力により第１の材料片及び第２の材料片をともに固定し、
前記第１の材料片及び前記第２の材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加することにより溶接接合を形成し、
前記複数の直流マイクロパルスの各々は複数のオフタイムにより分離され、前記複数の直流マイクロパルスの各々は１msと１０msの間の持続時間と１kAと２０kAの間の大きさを有し、かつ、前記複数のオフタイムの各々は１msと１０msの間の持続時間を有する、抵抗スポット溶接方法。
【請求項１５】
直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接のシステムであって、複数の直流マイクロパルスを少なくとも２つの材料片に対して印加することにより前記少なくとも２つの材料片を接合する溶接接合を形成するべく構成された第１の電極及び第２の電極を有する、抵抗スポット溶接システム。
【請求項１６】
前記第１の電極及び前記第２の電極と接続された溶接コントローラをさらに有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記溶接コントローラが１又は複数の溶接パラメータを制御するために構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記溶接パラメータが、溶接力、溶接電流の大きさ、溶接持続時間、溶接の全回数、及びオフタイムの持続時間を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記溶接コントローラが、少なくとも部分的に、前記少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの寸法、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つのコーティング、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの材料化学組成、前記少なくとも２つの材料片の少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の前記電極の大きさ、溶接力の大きさのうちの１又は複数の溶接パラメータを制御する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１の電極及び前記第２の電極が、所定の溶接力により前記少なくとも２つの材料片をともに固定するために構成されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記所定の溶接力が１kNと１０kNの間である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の大きさが、１kAと２０kAの間である、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数の直流マイクロパルスの各々の持続時間が、１msと１０msの間である、請求項１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年８月１４日に出願された米国暫定特許出願第６１／２３４，０１９「金属シート接合のためのマイクロパルス抵抗スポット及びシーム溶接方法」の利益を主張するものであり、ここに参照することによりその全ての開示を包含するものとする。
【０００２】
本発明は溶接に関し、特に、直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接のための方法及びシステムに関し、抵抗スポット溶接することを含み、同種又は異種のシート材料を溶接するために使用可能な抵抗スポット溶接方法を含むとともに、電極寿命を延ばし、溶接電流範囲を拡げ、溶接サイズ（高溶接接合強度）を拡大し、かつ溶接ナゲット中に最も精緻な微細構造を形成するものである。この方法は、USIBOR（登録商標）等のホットディップメッキシート鋼など、異なる（重く、酸化された）コーティングをもつシートメタルを接合するために特に（但し限定しないが）適している。
【背景技術】
【０００３】
抵抗スポット溶接の典型例においては、一対の電極が、所定の力により２又はそれ以上の材料片をともに挟持し、材料片を通して電極のチップ間に溶接電流を流す。材料片を通して溶接電流が流れると、電流に対する材料の抵抗が、材料を本来の融点まで昇温させる。得られた溶融材料が所定の力の下で固化することにより、溶接接合すなわちナゲットを形成する。
【０００４】
２又はそれ以上のシート材料片を互いに溶接するために用いられる汎用的な抵抗スポット溶接プロセスは、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）を適用できる。動作電流範囲は、設計された最小溶接サイズのための溶接電流（最小溶接電流）と散り溶接電流（最大溶接電流）の間の溶接電流値として規定される。溶接電流入力は、１又は複数のパルスでもよい。各溶接電流パルスの時間は、毎秒１サイクルから毎秒６サイクル又はそれ以上までの範囲でもよい。
【０００５】
溶接電流範囲は、最小溶接ナゲットサイズを形成するために必要な小さい側の限界（すなわち最小）と、溶融メタル散りを生じる大きい側の限界（すなわち最大）の間の差として定義される。抵抗スポット溶接（ＲＳＷ:resistance spot welding）の溶接性能試験では、ＤＣ溶接電流モードを用いたとき、薄い寸法（０．９１mm）のUSIBOR（登録商標）1500Pについては安定な溶接電流範囲が無く、１．５２mmのUSIBOR（登録商標）1500Pについては非常に狭い溶接電流範囲があることが明らかとなった。抵抗スポット溶接試験はさらに、ＡＣ溶接電流を用いたときは、安定な溶接電流範囲があることを示した。これらの試験結果は、ＤＣにおける電極チップ面の劣化率が、ＡＣにおけるそれよりも遙かに高いことを示している。より高い溶接力、より長い溶接時間及びより大きい電極を用いることにより、ＤＣ溶接における溶接電流範囲を拡げることは可能である。しかしながら、試験結果はまた、溶接パラメータの最適化による電極寿命の改善は非常に限定的であることを見い出した。
【０００６】
低周波直流（ＤＣ）抵抗溶接機及び中周波直流（ＭＦＤＣ）抵抗溶接機は、溶接用の一定の二次ＤＣ電流出力を生成する。中周波直流（ＭＦＤＣ）抵抗溶接機は、一次電流を二次電流に変換するために、基本交流の周波数（５０又は６０Hz）の替わりに４００〜２，５００Hzの周波数パルスを利用する。よって、ＭＦＤＣ溶接機のサイズは、ＡＣ及び低周波ＤＣ溶接機に比べて格段に小さくなる。ＭＦＤＣ抵抗溶接機の出力溶接電流は、一定を維持する。さらに、ＭＦＤＣ溶接機は、低周波ＤＣ及びＡＣ溶接機のように電源ラインの障害の原因となることがない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＭＦＤＣ抵抗スポット溶接機は、その小サイズ、軽量及び可制御性故に自動車、電機、航空機の製造業において広く用いられ、特にロボット的な用途に適している。一方、ＡＣ抵抗スポット溶接機のサイズ、重量、及び／又は制御は、同様の用途には適していない。従って、拡大された溶接電流範囲、延長された電極寿命、溶接ナゲットの精緻な微細構造、良好な溶接接合強度、又はこれらの特徴の組合せを有する、堅牢な抵抗スポット溶接プロセスを得るための革新的な抵抗スポット溶接方法を開発することが有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示された実施例は、直流マイクロパルスを用いた、抵抗スポット溶接のための方法及びシステムを提供する。
【０００９】
例えば、直流マイクロパルスを用いた、抵抗スポット溶接のための方法及びシステムの一実施例は、第１の電極及び第２の電極を通して少なくとも２つの材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加することにより溶接接合を形成するステップを含む方法を有する。直流マイクロパルスを用いた、抵抗スポット溶接のための方法及びシステムの別の実施例は、少なくとも２つの材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加することにより少なくとも２つの材料片を接合する溶接接合を形成するべく構築された第１の電極及び第２の電極を具備するシステムを有する。
【００１０】
本発明の種々の態様に関する他の実施例及びさらなる詳細は、本発明の一部を構成する装置、システム、方法、キット、物品、組立品等を含み、以下の実施例の詳細な説明を読みかつ図面を参照することによりさらに明らかとなるであろう。本発明は、以下の説明、図面及び請求の範囲に記載された詳細にその適用が限定されるものではないが、他の実施例も可能であり、種々の方法により実施され実行される。
【００１１】
これら並びに本発明の他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法のフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の第２の方法のフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接のシステムの構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施例による直流マイクロパルス（ＭＰＤＣ）プロセス、汎用的なＭＦＤＣプロセス、及び汎用的なＡＣプロセスにおいて測定された溶接電流波形の例を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスと汎用的なＭＦＤＣプロセスにおいて測定された溶接電流範囲の比較の例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスと汎用的なＭＦＤＣプロセスにおいて測定された溶接サイズ及び溶接電流の比較の例を示すグラフである。
【図７】図７Ａは及び図７Ｂは、本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスと汎用的なＤＣプロセスによりそれぞれ形成された溶接ナゲットの微細構造を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施例及び方法を詳細に説明する。図面全体において類似する参照符号は、類似する又は対応する部分を示す。しかしながら、広い態様における本発明は、特定の具体例、代表的な装置及び方法、並びに実施例及び方法に関連して示され説明された図示の例に限定されない。
【００１４】
直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接方法の一実施例においては、一対の電極が、所定の溶接力すなわち把持力により２つの材料片（すなわち作業片）を共に固定する。一対の電極は、銅ベースの合金でもよく、例えば約５kN程度に設定された溶接力により２つの材料片を共に固定する。溶接コントローラが電極と接続されており、溶接力、溶接電流量、溶接持続時間、溶接の全数、及びオフタイム持続時間を含む１又は複数の溶接パラメータを制御するよう構成されている。
【００１５】
一対の電極は、一対の電極間の少なくとも２つの材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加する。複数の直流マイクロパルスは、一連の短いオフタイムにより分離された一連の短い（例えば、１ms〜１０ms）直流パルスを含むことができる。各直流マイクロパルスの大きさは、１kA〜２０kA以上（例えば、５kA）とすることができる。一連の直流マイクロパルスを用いることにより、２つの材料片は局所的に溶融し、それにより２つの材料片が互いに接合する溶接接合を形成する。
【００１６】
ここで図面を参照する。図中、類似の符号は、幾つかの図を通して類似の構成要素を示している。図１は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の第１の方法のフローチャートである。この方法は、ステップ１０２にて、一対の電極が少なくとも２つの材料片に対して複数の直流マイクロパルスを印加することにより開始される。材料片は、抵抗スポット溶接に適した種々の物質を含んでもよく、例えば、鋼等の１又は複数のタイプの金属である。溶接材料の標準寸法は、溶接される接合の設計に基づいて変更可能である。例えば、一実施例においては、少なくとも２つの材料片が、２枚の０．９１mmのUSIBOR（登録商標）1500P鋼である。
【００１７】
各直流マイクロパルスは、１〜２０キロアンペア（kA）以上のパルスが１〜１０ミリ秒（ms）持続する。他の実施例では、１つの直流マイクロパルスが、約１〜１０ms続き、１〜２０kA（すなわち１，０００アンペア〜２０，０００アンペア）の大きさを有する。各直流マイクロパルスは、溶接電流オフタイムにより分離されている。各溶接電流オフタイムは、約１〜１０ms持続してもよい。溶接電流オフタイム中は、少なくとも２つの材料片に印加される電流は全くないか、ほとんどない。
【００１８】
幾つかの実施例においては、溶接電流オフタイムは、溶接電流のオンタイム（すなわちマイクロパルスの持続時間）と実質的に同じ持続時間である。他の実施例においては、溶接電流オフタイムは、溶接電流のオンタイムとは異なる。
【００１９】
複数の直流マイクロパルスを印加することにより、ステップ１０４にて、少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合が形成される。１又は複数の溶接接合、すなわち溶接ナゲットが形成されすなわち生成される。一実施例においては、複数の溶接接合が２つの材料間の継ぎ目に沿って生成される。
【００２０】
図２は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の第２の方法のフローチャートである。ステップ２０２において、少なくとも２つの材料片が一緒に固定される。一対の電極が、所定の溶接力にてこれらの材料を一緒に固定してもよい。所定の力は、約１〜１０キロニュートン（kN）でよい。一実施例として、電極が約５kNの力で材料片を固定してもよい。幾つかの実施例では、２つ以上の材料片を一緒に固定してもよい。
【００２１】
次に、ステップ２０４にて少なくとも２つの材料片に対して直流マイクロパルスを印加する。各直流マイクロパルスの大きさは、１kA〜２０kAの間でよい。各直流マイクロパルスの持続時間は、１ms〜１０msでよい。
【００２２】
ステップ２０４で直流マイクロパルスを印加した後、ステップ２０６においてオフタイムの期間、溶接電流を遮断する。ステップ２０６のオフタイムの間、電流は流れないか、ほとんど流れない。オフタイムの持続時間は、１ms〜１０msでよい。
【００２３】
ステップ２０４及び２０６は、溶接接合を形成するために必要なだけ繰り返してもよい。溶接強度は、ステップ２０４の各直流マイクロパルス及びステップ２０６のオフタイムの全数及び持続時間により決定される。図２に示された方法の間、ステップ２０４の直流マイクロパルスは、２つの電極間を溶融温度まで局所的に加熱し、それにより溶接接合、すなわち溶接ナゲットを形成する。
【００２４】
図３は、本発明の実施例による直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接システムの構成図である。図３に示すように、この装置は、第１の電極３０２と第２の電極３０４を有する。第１の電極３０２と第２の電極３０４はともに、溶接コントローラ３１０と接続されている。
【００２５】
第１の電極３０２と第２の電極３０４は、第１の材料片３０６と第２の材料片３０８を挟持する、すなわちともに保持する。電極３０２、３０４は、材料片３０６、３０８を所定の力によりともに保持する。第１の電極３０２と第２の電極３０４は、直流マイクロパルス等の電気パルスを作業片に対して印加するべく構成されている。
【００２６】
溶接コントローラ３１０は、溶接プロセスにおける種々の溶接パラメータを制御可能である。溶接パラメータには、溶接力、溶接周波数（すなわち溶接パルス及びオフタイムの持続時間）、全溶接時間（すなわち溶接パルスの全数）、及び溶接電流が含まれる。溶接コントローラ３１０は、少なくとも部分的には、溶接プロジェクトの特定の性質に基づいて種々の溶接パラメータを操作することができる。例えば、溶接コントローラ３１０は、少なくとも部分的に、少なくとも２つの材料片が互いに接合する溶接接合の接合設計、少なくとも２つの材料片のうち少なくとも１つの寸法、少なくとも２つの材料片のうち少なくとも１つのコーティング、少なくとも２つの材料のうち少なくとも１つの材料化学組成、少なくとも２つの材料片のうち少なくとも１つの１又は複数の力学的特性、一対の電極のサイズ、又は、溶接力の大きさに基づいて、１又は複数の溶接パラメータを制御可能である。
【００２７】
幾つかの実施例では、市販されているＭＦＤＣ抵抗スポット溶接コントローラを、溶接コントローラ３１０として使用できる。一実施例として、溶接コントローラ３１０が、ウェルディング・テクノロジー・コーポレーション（Welding Technology Corporation）の3000シリーズ溶接コントロール（3000Series Welding Control）を具備してもよい。
【００２８】
図４は、本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセス、ＭＦＤＣプロセス、及び汎用的なＡＣプロセスについて測定された溶接電流波形を示すグラフである。左側に示すｙ軸は、１０００アンペア（kA）単位で測定された電流を表す。ｘ軸は、ミリ秒（ms）単位で測定された溶接時間を表す。図４に示された実施例では、波形、すなわち時間に亘る電流の測定は、マイクロパルスの直流４０２、ＭＦＤＣ溶接機の直流４０４、そして交流４０６である。
【００２９】
図４に示されるように、抵抗スポット溶接の汎用的方法の１つは、作業片に対して一定の直流４０４を印加する。一定の直流４０４は、約５kA（この電流は接合される材料及び寸法に応じて１kAから２０kA以上まで可変である）でよく、溶接プロセスの持続時間の間ずっと続く。抵抗スポット溶接方法の別の汎用的方法は、作業片に対して交流４０６を印加する。図４に示されるように、交流４０６は、約マイナス７（−７）kAとプラス７（＋７）kAの間で約１５msの周期で周期的に変化する（この電流は接合される材料及び寸法に応じて１kAから２０kA以上まで可変である）。
【００３０】
汎用的な抵抗スポット溶接方法と比較して、直流マイクロパルス４０２を用いた抵抗スポット溶接は、一連の短い直流パルスすなわちマイクロパルスを用いる。このような短い直流パルス（すなわちマイクロパルス）は、通常パルススパイク幅が４０msを超える汎用的な電流パルスサイクルとは対照的である。図４に示すように、各マイクロパルスは約４ms持続し、その後に約４ms持続するオフタイムがある。パルス電流及びその後のオフタイムの持続時間は、数msだけ持続し、例えば約１〜１０msである。一実施例では、直流マイクロパルスとオフタイムは各々１ms続く。他の実施例では、直流マイクロパルスとオフタイムが各々、２ms、３ms、３．５ms、４ms、４．５ms、５ms又は１０msである。
【００３１】
直流マイクロパルスの間のオフタイムは、同程度の長さでよく、例えば約１〜１０msである。幾つかの実施例では、直流マイクロパルスの長さは実質的にオフタイムの長さと等しい。他の実施例では、直流マイクロパルスの長さが、オフタイムの長さと異なる。一例として、１００個の直流マイクロパルスを用いる溶接が、５ms続く各直流マイクロパルスと３ms続くオフタイムからなり、全体で約８００msの溶接時間を有してもよい。複数の直流マイクロパルスは、いずれの場合も３個又はそれ以上の数でもよく、例えば、５個、１０個、８０個、１００個又はそれ以上のマイクロパルスである。
【００３２】
各マイクロパルスの溶接電流の大きさ、溶接電流のオン持続時間及びオフ持続時間、並びにマイクロパルスの全数（すなわち全溶接時間）は、抵抗スポット溶接の溶接電流コントローラにより溶接接合設計に基づいて調整可能である。直流マイクロパルスの大きさは、少なくとも部分的には、互いに溶接される材料の特性及び寸法による。例えば、直流マイクロパルスの大きさは、作業片の寸法、作業片のコーティング、作業片の材料化学組成、作業片の力学的特性、電極のサイズ、印加される溶接力、及び全溶接時間に基づく場合がある。
【００３３】
マイクロパルス抵抗スポット溶接は、汎用的なスポット溶接プロセスを超える幾つかの利点をもたらす。マイクロパルス抵抗スポット溶接の利点の１つは、電極チップの有効寿命がより長くなることである。汎用的なスポット溶接プロセスにおいては、電極が劣化し、有効寿命は２００回よりも短い。しかしながら、マイクロパルス抵抗スポット溶接を用いると、電極寿命は溶接５００回又はそれ以上に延長される。
【００３４】
図５は、汎用的なＭＦＤＣプロセス及び本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスについて測定された溶接電流範囲の比較を例示したグラフである。汎用的なＭＦＤＣ抵抗スポット溶接プロセスは、ＤＣ曲線５０２、５０４により表されている。本発明の実施例によるマイクロパルス直流スポット溶接プロセスは、ＭＰＤＣ曲線５０６、５０８により表されている。汎用的及びマイクロパルスの直流溶接は双方とも、０．９１mmのUSIBOR（登録商標）1500Pを用いた溶接プロセス中に測定された。溶接プロセス中、一対のドーム電極の各々は直径６．０mmであり、５．０kNの力で０．９１mmのUSIBOR（登録商標）1500Pを挟持した。溶接時間は、２０サイクルとした。
【００３５】
第１の対の曲線である、ＤＣ押圧直径５０２及びＭＰＤＣ押圧直径５０６は、試験された溶接プロセスにおける電極先端の押圧部分の直径を示している。これらの押圧直径曲線については、グラフの左側のｙ軸が押圧部分の直径をミリメータ（mm）で表しており、ｘ軸が溶接回数を表している。第２の対の曲線である、ＤＣ電流５０４及びＭＰＤＣ電流５０８は、試験された溶接プロセスにおいて測定された電流範囲を示している。これらの電流範囲曲線については、グラフの右側のｙ軸が電流をkAで表しており、ｘ軸が溶接回数を表している。
【００３６】
ＭＰＤＣ押圧直径５０６によれば、マイクロパルス直流溶接による電流範囲約２．１１kA〜１．７２kAにて５００回の溶接後、相対的に安定な電極チップ押圧サイズ（元のチップ先端面直径５．０mmと比較して約４．５mm）を維持した。一方、ＤＣ押圧直径５０２によれば、汎用プロセスによるわずか２００回の溶接後、電極先端の押圧直径が４．０mmに低下した。なお、ＤＣプロセスの溶接電流範囲は、わずか０．２９kAであった。このように、ＭＰＤＣプロセスは、汎用的抵抗スポット溶接プロセスと比較して、より長い有効電極寿命とより広い溶接電流範囲を実現する。
【００３７】
マイクロパルス抵抗溶接の別の利点は、溶接電流範囲がより広いことである。図６は、汎用的なＭＦＤＣプロセス及び本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスの溶接サイズと溶接電流の比較を示したグラフである。汎用的な直流抵抗スポット溶接プロセスは、ＤＣ曲線６０４により表されている。本発明の実施例によるマイクロパルス直流スポット溶接プロセスは、ＭＰＤＣ曲線６０２により表されている。左側のｙ軸は、溶接サイズ（すなわち溶接ナゲット又は溶接接合の大きさ）をミリメータ（mm）で表している。ｘ軸は、溶接電流をkAで表している。汎用的な及びマイクロパルスによる直流溶接は双方とも、０．９１mmのUSIBOR（登録商標）1500Pを用いた溶接プロセス中に測定された。溶接プロセス中、一対のドーム電極の各々は直径５．０mmであり、３．０kNの力で０．９１mmのUSIBOR（登録商標）1500Pを挟持した。溶接時間は、１４サイクルとした。
【００３８】
図６に示すように、汎用的直流抵抗スポット溶接プロセス６０４は、信頼性のある溶接サイズ＋４mmにおいて相対的に狭い溶接電流範囲（約４．６kA〜５．７５kA）をもつ。一方、直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の溶接電流範囲は、ほとんど２倍であり、約４．７５kA〜６．７５kAである。
【００３９】
直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法及びシステムは、溶接電流範囲が広いので、汎用的な抵抗スポット溶接方法よりも大きなサイズの溶接接合を形成することができる。ＭＦＤＣ等の汎用的な溶接プロセスに比べて、ＭＰＤＣの溶接電流範囲は遙かに広い。従って、遙かに大きな溶接電流を用いて溶接接合を形成することができる。直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接により形成された溶接ナゲットの大きさは、汎用的な溶接プロセスを用いて形成された溶接ナゲットの大きさよりも遙かに大きい。図６に示すように、同じ条件下で、汎用的な溶接技術は５mmより大きいサイズの溶接を生成することはできないが、ＭＰＤＣプロセスは、５mm〜７mmのサイズの溶接を生成できる。従って、直流マイクロパルスを用いて得られたより大きな溶接接合は、汎用的な溶接方法よりも強い溶接強度をもたらすこととなる。一例では、ＭＰＤＣ法における剥離試料の破壊モードは、界面破壊モードが観られないので、より好ましいものである。
【００４０】
汎用的な溶接方法に比べて、ＭＰＤＣ法は、溶接ナゲット中により精緻な微細構造を形成する。図７Ａ及び７Ｂは、汎用的ＤＣプロセスと本発明の実施例によるＭＰＤＣプロセスによりそれぞれ形成された溶接ナゲットの微細構造を示している。図７Ａは、汎用的なＤＣ溶接により形成された溶接ナゲットの微細構造を示している。図７Ｂは、０．９１mmUSIBOR（登録商標）1500PについてＭＰＤＣプロセスにより形成された溶接ナゲットを示している。図７Ａ及び７Ｂに示されるように、ＭＰＤＣ法は、"清浄な"溶接ナゲット微細構造を形成し、溶接接合の一貫性を向上させる。幾つかの実施例では、ＭＰＤＣ法が、より強い溶接接合を生成できる酸化Ａｌ／Ｓｉ含有物無しで溶接ナゲットを形成する。
【００４１】
ＭＰＤＣ法は、細い溶接電流スパイクにより、接合面における高抵抗の界面接触を破ることができる。これによりこの方法は、特に、異なるコーティング（例えば、酸化アルミニウムコーティング、ホットディップメッキコーティング）をもつ金属シート材料や酸化された鋼表面同士を接合するのに適している。
【００４２】
ＭＰＤＣを用いた抵抗スポット溶接は、自動車工業、電機製造業、航空機製造業、農業機械製造業、及び他の製造業及び／又は組立業を含む広範な種々の産業に亘って広く適用可能である。直流マイクロパルスを用いた抵抗スポット溶接の方法及びシステムの利点の１つは、幅広い材料を溶接可能なことである。汎用的なＤＣ溶接プロセスを用いて溶接できない幾つかの材料も、ＭＰＤＣ抵抗スポット溶接を用いることにより効果的に溶接可能である。
【００４３】
上述した本発明の所与の実施例の詳細な説明は、本発明の原理及びその実用的な応用を説明する目的で行ったものであり、それにより当業者であれば、種々の実施例が種々の改変と共に特定の予期された利用に適していることは理解できるであろう。この説明は、本発明を排除したり開示された実施例そのものに限定したりする意図ではない。上記では、幾つかの実施例のみが詳細に開示されたが、他の実施例が可能であり、発明者らはそれらについてもこの明細書及び添付の請求の範囲に包含されることを意図している。明細書はより一般的な目的を実現するために特定の実施例を説明しているが、別の方法でも実現可能である。改変及び均等物は、当業者には自明でありかつ添付の請求の範囲の主旨及びその適切な均等物の範囲内に包含される。この開示は例示のためであり、請求の範囲は、当業者に予測可能ないかなる改変又は代替物もカバーすることを意図している。
【００４４】
"〜のための手段"の語を用いた請求項のみが、米国特許法１１２条第６項の下で解釈される。さらに、請求項に限定が明示的に含まれるのでない限り、いかなる請求項も明細書からの限定無く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４５】
３０２、３０４  電極
３０６、３０８  材料片
３１０  溶接コントローラ
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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