(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工材を通電加工する通電加工装置に出力電流を供給する電源装置であって、
第１電源と；
前記第１電源から供給される電流を受けて前記出力電流に変換する磁気エネルギー回生スイッチと；
前記通電加工装置による一回の通電加工時間内に、前記出力電流の通電周波数が相互に異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数及び１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を含むように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御部と；
前記磁気エネルギー回生スイッチにより出力された前記出力電流の電流値を、前記通電加工に必要な電流値に変換して、前記通電加工装置に出力する変流器と；
を備え、
前記制御部は、前記出力電流の極性が連続的に変化するように前記通電周波数を制御する、ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記一回の通電加工時間が１秒以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記通電加工中の前記通電周波数が、前記磁気エネルギー回生スイッチの出力端から見た前記通電加工装置側のインダクタンスと、前記磁気エネルギー回生スイッチが有するコンデンサのキャパシタンスとにより定まる共振周波数以下である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記磁気エネルギー回生スイッチが、
第１の逆導通型半導体スイッチと第４の逆導通型半導体スイッチとがスイッチオフ時の導通方向を相互に逆向きにして第１の経路に直列に配置されると共に、第２の逆導通型半導体スイッチと第３の逆導通型半導体スイッチとがスイッチオフ時の導通方向を相互に逆向きにして第２の経路に直列に配置されてかつ、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチオフ時の導通方向が互いに同じであるブリッジ回路と、
前記第１の経路の領域のうち、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとの間の領域と、前記第２の経路の領域のうち、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとの間の領域との間に接続されたコンデンサとを有し、なおかつ、
前記第１電源と、前記通電加工装置との間に配置され；
前記制御部が、
前記第１の逆導通型半導体スイッチおよび前記第３の逆導通型半導体スイッチと、前記第２の逆導通型半導体スイッチおよび前記第４の逆導通型半導体スイッチと、の少なくとも何れか一方のオン時間とオフ時間とを制御することにより、前記通電周波数を、前記一回の通電加工時間内に制御する、あるいは、
前記第１の逆導通型半導体スイッチおよび前記第３の逆導通型半導体スイッチと、前記第２の逆導通型半導体スイッチおよび前記第４の逆導通型半導体スイッチと、の少なくとも何れか一方の、オン時間とオフ時間と前記第１電源から供給される電流とを制御することにより、前記通電周波数と前記出力電流の電流値とを、前記一回の通電加工時間内にそれぞれ制御する；
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電源装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の電源装置と；
前記電源装置から出力された前記出力電流を、前記被加工材である複数の被通電材間の接触領域に通電し、前記接触領域を通電加熱することで前記複数の被通電材間を接合する、前記通電加工装置である接合装置と；
を備えることを特徴とする接合システム。
【請求項６】
被加工材を通電加工する通電加工装置に出力電流を供給する電源装置であって、
第１電源と、
前記第１電源から供給される電流を受けて前記出力電流に変換する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記通電加工装置による一回の通電加工時間内に、前記出力電流の通電周波数が相互に異なる第１の通電周波数及び第２の通電周波数を含むように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御部と、
を備える電源装置と；
前記電源装置から出力された前記出力電流を、前記被加工材である複数の被通電材間の接触領域に通電し、前記接触領域を通電加熱することで前記複数の被通電材間を接合する、前記通電加工装置である接合装置と；
を備え、
前記接合装置が、
第１電極と；
前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極との間に前記複数の被通電材を挟持する第２電極と；
前記第１電極と、前記複数の被通電材と、前記第２電極とを流れる、前記電源装置から出力された前記出力電流によって発生する磁束が貫く複数のコイルと；
を備え、
前記制御部が、前記電源装置から出力される前記出力電流の前記通電周波数を、前記磁束により前記複数のコイルで発生する起電力に応じて変化させるように、前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する、
ことを特徴とする接合システム。
【請求項７】
前記複数のコイルが、前記第１電極と前記第２電極とのうちの少なくとも何れか一方に対し、これら第１電極及び第２電極間と同軸をなす中心軸線の周囲上の互いに異なる位置に、配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の接合システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記複数のコイルで発生する起電力の少なくとも１つが、予め設定された範囲から外れていると判定すると、前記予め設定された範囲からの外れ量に応じた値だけ、前記出力電流が増減するように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の接合システム。
【請求項９】
前記複数のコイルが、前記第１電極及び前記第２電極を介して相互に対向し、前記複数の被通電材に巻回されている、
ことを特徴とする請求項６記載の接合システム。
【請求項１０】
前記接合装置が、前記複数の被通電材間を挟持する挟持力を増減させる圧力調節部を備える、
ことを特徴とする請求項５から９の何れか一項に記載の接合システム。
【請求項１１】
被加工材に応じた通電加工条件を用意する準備工程と；
前記通電加工条件に応じて、前記被加工材の一回の通電加工時間内に、１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数を有する出力電流を前記被加工材に付与し、さらに、前記第１の通電周波数と異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を有する出力電流を前記被加工材に付与する通電加工工程と；
を有し、
前記通電加工工程は、前記出力電流の極性が連続的に変化するように前記第１及び第２の通電周波数を制御し、前記出力電流の電流値を変流器により前記通電加工に必要な電流値に変換して、前記被加工材に付与する、
ことを特徴とする通電加工方法。
【請求項１２】
前記通電加工工程が、前記被加工材に付与される前記出力電流により発生する磁束に基づく起電力の変化に応じて、前記出力電流を増減させる工程を有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の通電加工方法。
【請求項１３】
前記通電加工工程が、
前記被加工材である複数の被通電材を挟持して接触領域を形成する工程と；
前記接触領域に前記出力電流を通電して通電加熱する工程と；
前記複数の被通電材に付与する挟持力を増減させる工程と；
を有する、
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の通電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置と、接合システムと、通電加工方法とに関する。
本願は、２０１４年１２月１２日に日本国に出願された特願２０１４−２５２１４１号と、２０１４年１２月１２日に日本国に出願された特願２０１４−２５２１５１号とに基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車等の各種車両、船舶、その他一般機械の組立や部品の取付け等の工程、あるいは各種部品等を製造する工程において、加工対象となる部品に通電加工処理を行うことが知られている。例えば、自動車等の各種車両、船舶、その他一般機械の組立等を行う場合、抵抗スポット溶接が用いられることが多い。抵抗スポット溶接は、板面が相互に重ね合わせられた複数枚の金属板同士の重ね合わせ部（スポット部）の表側及び裏側に対して溶接電極を押し付けながら通電することにより、スポット部に発生するジュール熱によってスポット部を溶融、そして凝固させることで複数の金属板間を接合する方法である。【０００３】
一般的に、抵抗スポット溶接を行う際には、商用周波数での単相交流電流、又は、コンデンサからの放電電流を、変流器を介して溶接電極に通電することが行われる。また、変流器を通した電流を整流して直流電流を通電する場合もある。これらの場合、スポット部に流れる電流は、低周波電流または直流電流であるので、スポット部の中心（電極と金属板との接触部）に電流が集中してほぼ均一に電流が流れる。したがって、スポット部（通電部）の周囲への熱流出を考慮すると、金属板の通電部における温度分布は、通電領域の中心の温度が最も高く、この通電領域から離れた位置ほど温度が低くなる分布になる。【０００４】
高張力鋼板や厚手の鋼板のように強度や剛性が高い金属板に対して抵抗スポット溶接を行う場合には、溶接継手の継手強度も高くすることが望まれる。抵抗スポット溶接の関連技術として、例えば下記に示される各種文献が知られている。
例えば、特許文献１には、電流値を制御して溶接部金属の温度履歴を制御することで、溶接金属の材質を制御する技術が開示されている。
また、特許文献２には、金属板の通電部における発熱分布を制御するために、周波数が５０Ｈｚの低周波電源から提供される電力と、周波数が３０ｋＨｚの高周波電源から提供される電力とを２枚の鋼板に対して同時に印加することで、焼きもどし領域を制御することが開示されている。
また、特許文献３及び特許文献７には、磁気エネルギー回生スイッチ（Magnetic Energy Recovery Switch。以降、ＭＥＲＳと称する）が開示されている。【０００５】
また、スポット部を加熱及び溶融させる過程では、（１）過大な溶接電流、（２）溶接電極による金属板への加圧力の不足、さらには（３）スポット部の表面の汚れ、などの要因によって、スパッタ（散り）と呼ばれる溶融金属の飛散物が発生する。スパッタの発生により、抵抗スポット溶接の際の作業性が低下するだけでなく、溶接継手の継手強度が不足する等、溶接継手の品質が低下する場合がある。【０００６】
上記のような背景のもと、特許文献４には、金属板に対する溶接金属棒の加圧力が基準加圧力よりも低下した場合に前記加圧力を高める技術が開示されている。
また、前記加圧力を制御する技術として、特許文献５には、溶接電極と圧力検出器とが非接触のときに圧力検出器が出力する信号を平均化することにより補償値を求め、抵抗スポット溶接の際に圧力検出器が出力する信号から前記補償値を減算することで、加圧力を制御する技術が開示されている。
また、特許文献６には、抵抗スポット溶接中に、加圧力と溶接電流とを同期させる技術が開示されている。【０００７】
ところで、鋼板同士を重ね合せてスポット溶接により形成した継手（以下「スポット溶接継手」という）の機械的特性は、鋼板をせん断する方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断力（ＴＳＳ：Tension Shear Strength）と、鋼板を剥離する方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張力（ＣＴＳ：Cross Tension Strength）とで評価する。引張せん断力と十字引張力の測定方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ３１３６及びＪＩＳ  Ｚ  ３１３７に規定されている。【０００８】
例えば、引張強度が２７０〜６００ＭＰａの鋼板を２枚、重ね合せてスポット溶接した場合、溶接継手のＣＴＳは、鋼板強度の増加に伴って増加するので、継手強度に関する問題は生じ難い。しかしながら、引張強度が７５０ＭＰａ以上の高強度鋼板の場合は、鋼板の引張強度が増加しても、ＣＴＳは、増加しないか、又は、逆に減少する。【０００９】
一般に、高強度鋼板の場合、変形能の低下により溶接部への応力集中が高まること、また、溶接部に焼きが入って溶接部の靱性が低下することから、ＣＴＳが低下する。このため、引張強度が７５０ＭＰａ以上の高強度鋼板のスポット溶接継手には、特にＣＴＳの向上が求められている。【００１０】
スポット溶接のＣＴＳを向上させるためには、溶接部への応力集中緩和、溶接部の靱性向上が有効であり、種々の技術が提案されている。ＣＴＳ向上効果と、構造部材の実生産での管理の容易さとを考慮すると、応力が集中するナゲットの外周寸法を拡大するために、ナゲットの径を拡大することが有効であると考えられている。【００１１】
特許文献８には、溶接変圧器を溶接ガンに取り付けてスポット溶接点までを同軸導体により給電する高周波スポット溶接機が開示されている。この高周波スポット溶接機は、周波数変換装置を備えていて、必要に応じて周波数を変えて熱処理による溶接部の改質を行い、強度の向上を図るものである。しかしながら、熱処理だけでナゲット径は拡大しないので、ＣＴＳの向上には限界がある。【００１２】
特許文献９には、高周波電力を用いてスポット溶接し、スポット溶接した領域に加熱処理を施す、金属材の溶接方法が開示されている。しかしながら、この溶接方法においても、ナゲット径は拡大しないので、ＣＴＳの向上には限界がある。【００１３】
また、前述の特許文献２には、第１の周波数の電力を印加して形成した溶接部に、第１の周波数よりも高い第２の周波数の電力を印加し、溶接部の接合端部領域と外周部近傍とを加熱する溶接方法が開示されている。しかしながら、この溶接方法においても、ナゲット径は拡大しないので、ＣＴＳの向上には限界がある。【００１４】
特許文献１０には、スポット溶接方法において、溶接箇所が溶融状態から凝固組織に移行しているとき、溶接箇所に機械的振動を与えて、溶接部の組織を微細化する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、機械的振動の溶融部への伝搬が少なく、溶接部の組織が予期したほど微細化せず、ＣＴＳの向上効果が小さいという問題がある。【００１５】
非特許文献１には、片方の電極先端の中央部に、滑らかな凹形の窪みを有するスポット溶接用電極を用いるスポット溶接方法が開示されている。このスポット溶接方法によれば、最低保証ナゲット径以上の径を有するナゲットを安定的に形成することができる。しかしながら、スポット溶接用電極に設けた前記窪みの存在により、溶接機の軸の僅かなずれや傾きがある場合に、溶接作業が不安定になるため、実生産への適用は困難である。【００１６】
特許文献１１には、径の大きいナゲットを形成することができるスポット溶接用電極が開示されている。しかしながら、電極先端にある円筒状の中空部の存在により、溶接機の軸に僅かなずれや傾きがある場合に、溶接が不安定になるため、実生産への適用は困難である。また、特許文献１１に、ＣＴＳについての開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】日本国特許第５０４３２３６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０１３７９３号
【特許文献３】日本国特許第３６３４９８２号公報
【特許文献４】日本国特許第３１８０５３０号公報
【特許文献５】日本国特許第３９５９３０２号公報
【特許文献６】日本国特許第２７２１９５２号公報
【特許文献７】国際公開第２００９／０７５３６６号
【特許文献８】日本国特開昭６０−２５５２８７号公報
【特許文献９】日本国特開２０１０−０８２６６６号公報
【特許文献１０】日本国特開２０１１−１９４４１１号公報
【特許文献１１】日本国特開２０１０−１３１６６６号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】阿部博司、山口匠、「最低保証ナゲット径が非破壊で検査可能なスポット溶接方法に関する基礎的研究」（社団法人溶接学会、軽構造接合加工研究委員会、２００６年１月２０日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記特許文献１に記載の技術は、従来の商用周波数での単相交流電流や直流電流を対象としたものであり、電流制御として従来の実効値についての制御しかできていない。また、特許文献２に記載の技術では、低周波電源と高周波電源の２つの電源が必要になる。したがって、２つの電源の制御が必要になるため、制御が複雑になると共に装置が大型化する虞がある。また、金属板の溶接部における適切な発熱分布は、溶接条件（溶接部の大きさ、材質、厚み、温度変化等）および要求特性（溶接金属組織、継ぎ手強度）に応じて、一点のスポット溶接を施すのに要する１秒以内といった極めて短時間の間で変わる。しかしながら、特許文献２に記載の技術の高周波電源は、直列共振回路を構成するため、高周波電源の周波数は固定であり、発熱領域を目的に合わせて設定するためには周波数毎の電源を用意しなければならない。このため、１秒以内といった極めて短時間の間で、出力電流の周波数を切り替えることは事実上、不可能である。
したがって、導体材料に対して短時間に大電流の通電加熱を行う際の電流制御性を従来の電源に比べて向上させて加熱部の特性を向上させることが求められている。
また、上記特許文献３及び上記特許文献７に記載のＭＥＲＳは、スナバーエネルギーを回生する電流スイッチの構成を利用しているものの、短い通電加熱時間内に大電流の周波数制御を行うことについては検討されていない。【００２０】
また、上記特許文献４のように加圧力を検出して加圧力を制御する構成では、応答（加圧力を検出してから変更後の加圧力で加圧を行うまでに要する時間）が遅くなる。したがって、スパッタを確実に抑制することは容易でない。
したがって、抵抗スポット溶接を行う際に、スパッタの発生を抑制することが求められている。【００２１】
また、上記特許文献８に関連して説明したように、ＣＴＳの向上のためには、溶接部の改質やナゲット径の拡大が有効である。特に、ナゲット径の拡大が有効であるが、従来技術では、安定的にナゲット径を大きくすることは困難である。
したがって、安定的にかつ確実にナゲット径を拡大することで、ナゲットの外周部の長さを確実に長くしてＣＴＳを高めることが求められている。【００２２】
以上について説明した各種課題の中でも、導体材料である被加工材に対して短時間に大電流の通電加熱を行う際の電流制御性を向上させることが、溶接部である被加工部の特性向上の観点で特に重要となっている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被加工材に対して通電加工を行う際の電流の制御性を従来に比べて向上させることで、被加工材の特性を向上させることを可能とする電源装置と、この電源装置を用いた接合システムと、通電加工方法と、の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電源装置は、被加工材を通電加工する通電加工装置に出力電流を供給する電源装置であって、第１電源と；前記第１電源から供給される電流を受けて前記出力電流に変換する磁気エネルギー回生スイッチと；前記通電加工装置による一回の通電加工時間内に、前記出力電流の通電周波数が相互に異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数及び１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を含むように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御部と；前記磁気エネルギー回生スイッチにより出力された前記出力電流の電流値を、前記通電加工に必要な電流値に変換して、前記通電加工装置に出力する変流器と；を備え、前記制御部は、前記出力電流の極性が連続的に変化するように前記通電周波数を制御する。
上記（１）に記載の態様に係る電源装置によれば、一回の通電加工時間内に、制御部が、相互に異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数及び１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を含むように通電周波数を変化させる。その結果、被加工材の材質や形状に応じた適切な加工条件（例えば、溶接部の電流分布条件、熱分布条件など）を通電加工装置に行わせるように、付与する出力電流の通電周波数を制御することができる。しかも、磁気エネルギー回生スイッチにより通電周波数を切り替える構成を採用しているので、短時間における出力電流の制御性を従来よりも向上させることができる。
【００２４】
（２）上記（１）に記載の電源装置において、前記一回の通電加工時間が１秒以下であってもよい。
上記（２）に記載の場合、１秒以下という短時間内でも通電周波数を制御することができるので、例えば抵抗スポット溶接に好適に適用することができる。【００２５】
（３）上記（１）または（２）に記載の電源装置において、前記通電加工中の前記通電周波数が、前記磁気エネルギー回生スイッチの出力端から見た前記通電加工装置側のインダクタンスと、前記磁気エネルギー回生スイッチが有するコンデンサのキャパシタンスとにより定まる共振周波数以下であってもよい。
上記（３）に記載の場合、通電周波数を共振周波数以下にすることにより、ソフトスイッチングを実現することができる。【００２６】
（４）上記（１）から（３）のいずれか一項に記載の電源装置において、以下の構成を採用しても良い：前記磁気エネルギー回生スイッチが、第１の逆導通型半導体スイッチと第４の逆導通型半導体スイッチとがスイッチオフ時の導通方向を相互に逆向きにして第１の経路に直列に配置されると共に、第２の逆導通型半導体スイッチと第３の逆導通型半導体スイッチとがスイッチオフ時の導通方向を相互に逆向きにして第２の経路に直列に配置されてかつ、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチのスイッチオフ時の導通方向が互いに同じであるブリッジ回路と、前記第１の経路の領域のうち、前記第１の逆導通型半導体スイッチと前記第４の逆導通型半導体スイッチとの間の領域と、前記第２の経路の領域のうち、前記第２の逆導通型半導体スイッチと前記第３の逆導通型半導体スイッチとの間の領域との間に接続されたコンデンサとを有し、なおかつ、前記第１電源と、前記通電加工装置との間に配置され；、前記制御部が、前記第１の逆導通型半導体スイッチおよび前記第３の逆導通型半導体スイッチと、前記第２の逆導通型半導体スイッチおよび前記第４の逆導通型半導体スイッチと、の少なくとも何れか一方のオン時間とオフ時間とを制御することにより、前記通電周波数を、前記一回の通電加工時間内に制御する、あるいは、前記第１の逆導通型半導体スイッチおよび前記第３の逆導通型半導体スイッチと、前記第２の逆導通型半導体スイッチおよび前記第４の逆導通型半導体スイッチと、の少なくとも何れか一方の、オン時間とオフ時間と前記第１電源から供給される電流とを制御することにより、前記通電周波数と前記出力電流の電流値とを、前記一回の通電加工時間内にそれぞれ制御する。
上記（４）に記載の場合、磁気エネルギー回生スイッチにより通電周波数の切り替え、及び通電電流の制御を独立に可能とする構成を採用しているので、短時間における出力電流の制御性を従来よりも向上させることができる。【００２７】
（５）本発明の一態様に係る接合システムは、上記（１）から（４）のいずれか一項に記載の電源装置と；前記電源装置から出力された前記出力電流を、前記被加工材である複数の被通電材間の接触領域に通電し、前記接触領域を通電加熱することで前記複数の被通電材間を接合する、前記通電加工装置である接合装置と；を備える。
上記（５）に記載の態様に係る接合システムによれば、出力電流の周波数制御が可能な電源装置を接合装置と組み合わせることで、従来では実現不可能であった、一回の通電加工時間内における通電周波数変化の制御を実現させることができる。【００２８】
（６）本発明の一態様に係る接合システムは、被加工材を通電加工する通電加工装置に出力電流を供給する電源装置であって、第１電源と、前記第１電源から供給される電流を受けて前記出力電流に変換する磁気エネルギー回生スイッチと、前記通電加工装置による一回の通電加工時間内に、前記出力電流の通電周波数が相互に異なる第１の通電周波数及び第２の通電周波数を含むように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する制御部と、を備える電源装置と；前記電源装置から出力された前記出力電流を、前記被加工材である複数の被通電材間の接触領域に通電し、前記接触領域を通電加熱することで前記複数の被通電材間を接合する、前記通電加工装置である接合装置と；を備え、前記接合装置が、第１電極と；前記第１電極と対向して配置され、前記第１電極との間に前記複数の被通電材を挟持する第２電極と；前記第１電極と、前記複数の被通電材と、前記第２電極とを流れる、前記電源装置から出力された前記出力電流によって発生する磁束が貫く複数のコイルと；を備え、前記制御部が、前記電源装置から出力される前記出力電流の前記通電周波数を、前記磁束により前記複数のコイルで発生する起電力に応じて変化させるように、前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する。
上記（６）に記載の場合、通電加工中の被通電材に流れる出力電流の状態を、コイルで発生する起電力の変化として把握することができる。よって、この起電力の変化に基づいて、被通電材に与える出力電流が適正となるように、制御部が磁気エネルギー回生スイッチの動作をフィードバック制御することができる。単一のコイルを配置すれば、電極を流れる電流値は検出できて、電流値に基づいた制御は可能であるが、複数のコイルを用いるほうが電流の分布に関する情報を抽出できるため、高精度な制御が可能になる。
【００２９】
（７）上記（６）に記載の接合システムにおいて、前記複数のコイルが、前記第１電極と前記第２電極とのうちの少なくとも何れか一方に対し、これら第１電極及び第２電極間と同軸をなす中心軸線の周囲上の互いに異なる位置に、配置されていてもよい。
上記（７）に記載の場合、第１電極と第２電極との少なくとも一方の周囲における複数箇所において、コイルで発生する起電力の変化を捉えることができるので、被通電材に流れている出力電流の状態変化をより詳細に把握することができる。【００３０】
（８）上記（６）または（７）に記載の接合システムにおいて、以下の構成を採用してもよい：前記制御部が、前記複数のコイルで発生する起電力の少なくとも１つが、予め設定された範囲から外れていると判定すると、前記予め設定された範囲からの外れ量に応じた値だけ、前記出力電流が増減するように前記磁気エネルギー回生スイッチを制御する。
上記（８）に記載の場合、複数のコイルで発生する起電力を予め設定された範囲と比較して、この予め設定された範囲からの外れ量に応じた値だけて出力電流を制御することができる。【００３１】
（９）上記（６）に記載の接合システムにおいて、前記複数のコイルが、前記第１電極及び前記第２電極を介して相互に対向し、前記複数の被通電材に巻回されている、構成を採用してもよい。
上記（９）に記載の場合、前記第１電極及び前記第２電極を介して相互に対向し、前記複数の被通電材に巻回されている複数のコイルで発生する起電力の変化を捉えることができるので、被通電材に流れている出力電流の状態変化をより詳細に把握することができる。【００３２】
（１０）上記（５）〜（９）の何れか一項に記載の接合システムにおいて、前記接合装置が、前記複数の被通電材間を挟持する挟持力を増減させる圧力調節部を備えてもよい。
上記（１０）に記載の場合、圧力調節部によって挟持力を増すことにより、接触領域における溶融部の外径寸法が拡大するので、被通電材同士の融着面積を増大させることができる。【００３３】
（１１）本発明の一態様に係る通電加工方法は、被加工材に応じた通電加工条件を用意する準備工程と；前記通電加工条件に応じて、前記被加工材の一回の通電加工時間内に、１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数を有する出力電流を前記被加工材に付与し、さらに、前記第１の通電周波数と異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を有する出力電流を前記被加工材に付与する通電加工工程と；を有し、前記通電加工工程は、前記出力電流の極性が連続的に変化するように前記第１及び第２の通電周波数を制御し、前記出力電流の電流値を変流器により前記通電加工に必要な電流値に変換して、前記被加工材に付与する。
上記（１１）に記載の態様に係る通電加工方法によれば、一回の通電加工時間内に、通電加工条件に従って、相互に異なる１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第１の通電周波数及び１ｋＨｚ以上且つ１周期以上の第２の通電周波数を含むように通電周波数を変化させる。その結果、被加工材の材質や形状に応じた適切な加工条件（例えば、溶接部の電流分布条件、熱分布条件など）での通電加工が行われる。
【００３４】
（１２）上記（１１）に記載の通電加工方法において、前記通電加工工程が、前記被加工材に付与される前記出力電流により発生する磁束に基づく起電力の変化に応じて、前記出力電流を増減させる工程を有してもよい。
上記（１２）に記載の場合、被加工材に流れる出力電流の状態を、磁束に基づく起電力の変化として把握することができる。よって、この起電力の変化に基づいて、被加工材に与える出力電流が適正となるように、適切なフィードバック制御を行うことができる。【００３５】
（１３）上記（１１）または（１２）に記載の通電加工方法において、前記通電加工工程が、前記被加工材である複数の被通電材を挟持して接触領域を形成する工程と；前記接触領域に前記出力電流を通電して通電加熱する工程と；前記複数の被通電材に付与する挟持力を増減させる工程と；を有してもよい。
上記（１３）に記載の場合、必要に応じて挟持力を増すことにより、接触領域における溶融部の外径寸法を拡大できるので、被通電材同士の融着面積を増大させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
上記（１）に記載の態様に係る電源装置によれば、被加工材の材質や形状に応じた適切な加工条件による通電加工を通電加工装置に行わせることができるので、被加工材の特性（例えば抵抗スポット溶接であれば、溶接部における継手強度など）を向上させることが可能になる。【００３７】
上記（２）に記載の場合、例えば抵抗スポット溶接に適用した場合、通電加工後の被加工材の継手強度などの機械特性を、従来の電源装置を用いた場合に比べて向上させることができる。【００３８】
上記（３）に記載の場合、ソフトスイッチングを実現できるので、スイッチング損失を低減することが可能となる。しかも、ソフトスイッチングにより、大容量の電圧源コンデンサを用いる必要がなくなるので、コンデンサのキャパシタンスを小さくすることができる。【００３９】
上記（４）に記載の場合、被加工材の材質や形状に応じた適切な加工条件による通電加工を通電加工装置に行わせることができるので、被加工材の特性（例えば抵抗スポット溶接であれば、溶接部における継手強度など）を向上させることが可能になる。【００４０】
上記（５）に記載の態様に係る接合システムによれば、接合する被通電材の材質や形状に応じた適切な接合条件による接合を接合装置に行わせることができるので、被通電材間の接合領域における継手強度などを向上させることが可能になる。【００４１】
上記（６）に記載の場合、通電加工中の被通電材に流れる出力電流の状態をリアルタイムで把握し、なおかつこの出力電流が適正となるようにフィードバック制御することができるので、被通電材におけるスパッタの発生を防止し、被通電材間の接合領域における継手品質をさらに向上させることが可能になる。【００４２】
上記（７）に記載の場合、被通電材に流れている出力電流の状態変化をより詳細に把握することができるので、より細やかなフィードバック制御を行うことができ、よって、被通電材におけるスパッタの発生をより効果的に防止し、継手品質をさらに向上させることが可能となる。【００４３】
上記（８）に記載の場合、複数のコイルで発生する起電力を予め設定された範囲と比較して、この予め設定された範囲からの外れ量に応じた値だけて出力電流を制御することができるので、より細やかなフィードバック制御を行うことができる。よって、被通電材におけるスパッタの発生をより効果的に防止し、継手品質をさらに向上させることが可能となる。【００４４】
上記（９）に記載の場合、より細やかなフィードバック制御を行うことができるので、被通電材におけるスパッタの発生をより効果的に防止し、継手品質をさらに向上させることが可能となる。【００４５】
上記（１０）に記載の場合、被通電材同士の融着面積を増大させることができるので、比較的大きなサイズの継手を得ることができ、被通電材に対してせん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断力（ＴＳＳ）と、被通電材に対して剥離する方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張力（ＣＴＳ）との双方を向上させることが可能になる。【００４６】
上記（１１）に記載の態様に係る通電加工方法によれば、被加工材の材質や形状に応じた適切な通電加工条件による通電加工を行うことができるので、被加工材の特性（例えば抵抗スポット溶接であれば、溶接部における継手強度など）を向上させることが可能になる。【００４７】
上記（１２）に記載の場合、通電中の被加工材に流れる出力電流の状態をリアルタイムで把握し、なおかつこの出力電流が適正となるようにフィードバック制御することができるので、被加工材におけるスパッタの発生を防止し、さらに加工品質を向上させることが可能になる。【００４８】
上記（１３）に記載の場合、被通電材同士の融着面積を増大させることができるので、比較的大きなサイズの継手を得ることができ、被通電材に対してせん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断力（ＴＳＳ）と、被通電材に対して剥離する方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張力（ＣＴＳ）との双方を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る抵抗スポット溶接システムの一例を示す図である。
【図２】同実施形態のスイッチングパターンと、このスイッチングパターンに対応する部分の通電パターンとの一例を示す図である。
【図３】同実施形態のスイッチングパターンの変形例を示す図である。
【図４】同実施形態のスイッチングパターンの他の変形例を示す図である。
【図５】同実施形態の通電パターンの一例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る抵抗スポット溶接システムの一例を示す図である。
【図７Ａ】同実施形態におけるコイル配置の一例を示す平面図である。
【図７Ｂ】同実施形態における同コイル配置を示す図であって、図７Ａの矢印Ａより見た側面図である。
【図８Ａ】同実施形態の溶接電極における各コイルに対応する領域の溶接電流の関係の一例を概念的に示す図である。
【図８Ｂ】同実施形態の溶接電極における各コイルに対応する領域の溶接電流の関係の一例を概念的に示す図である。
【図９Ａ】同実施形態の溶接電流の波形の一例を示す図である。
【図９Ｂ】同実施形態の溶接電流の波形の一例を示す図である。
【図１０】同実施形態のＭＥＲＳの動作の一例を説明する図である。
【図１１】同実施形態の通電加工処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】同実施形態の通電加工処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１３】同実施形態の通電加工処理のさらに他の例を示すフローチャートである。
【図１４】同実施形態の通電加工処理のさらに他の例を示すフローチャートである。
【図１５Ａ】本発明の第３実施形態に係るコイル配置の一例を示す平面図である。
【図１５Ｂ】同実施形態のコイル配置を示す図であって、図１５Ａの矢印Ｄより見た側面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る抵抗スポット溶接システムの一例を示す図である。
【図１７Ａ】同実施形態の通電パターンを示す図である。
【図１７Ｂ】同実施形態の加圧又は電極押込み量のパターンを示す図である。
【図１８Ａ】同実施形態の他の通電パターンを示す図である。
【図１８Ｂ】同実施形態の加圧又は電極押込み量の他のパターンを示す図である。
【図１９Ａ】同実施形態において、加圧又は電極変位が小さいために鋼板と電極との接触径が小さい状況において、鋼板と電極の接触領域が拡大していく過程を模式的に示す図である。
【図１９Ｂ】同実施形態において、加圧又は電極変位が大きいために鋼板と電極との接触径が大きい状況において、鋼板と電極の接触領域が拡大していく過程を模式的に示す図である。
【図２０Ａ】同実施形態において、鋼板の接触領域の外周部に形成された溶融部が拡大していく過程における、通電初期の溶融部（図中の黒い部分）を模式的に示す図である。
【図２０Ｂ】同実施形態における前記通電初期の溶融部を模式的に示す図であって、図２０Ａの続きを示す図である。
【図２０Ｃ】同実施形態における前記通電初期の溶融部を模式的に示す図であって、図２０Ｂの続きを示す図である。
【図２０Ｄ】同実施形態における前記通電初期の溶融部を模式的に示す図であって、図２０Ｃの続きを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明の、電源装置と、接合システムと、通電加工方法と、の各実施形態について以下に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態では、磁気エネルギー回生スイッチ（Magnetic Energy Recovery Switch。以降、ＭＥＲＳと称する）を用いることで、被加工材（導電材料、被通電材）に与える電流の周波数（通電周波数）を、通電加工装置による一回の通電加工時間内で制御することが可能な電源装置を採用している。
【００５１】
本実施形態では、短時間における大電流を用いた通電加工として、抵抗スポット溶接を行う場合を例として説明する。被加工材（導電材料、被通電材）には、鋼板、鉄、アルミ、チタン、ステンレス等の金属板、炭素繊維複合材料等が含まれる。本実施形態では、被加工材として金属板を用いる場合を例として説明する。この抵抗スポット溶接では、短時間に大電流を流す通電加熱が行われる。ここで、短時間の通電加熱とは、一回の通電加工時間（一回の通電加熱時間）が、例えば、１秒以下、好ましくは０．５秒以下の通電であること（すなわち、１秒以下、好ましくは０．５秒以下で、導電材料における一個所の加熱対象領域の加熱が終了すること）を言う。また、一回の通電加工（一回の通電加熱）とは、導電材料に対して通電を行うことにより目的とする加工処理（加熱処理）を開始してから、通電を停止することにより同加工処理（加熱処理）を終了するまでの処理を言う。そして、この一回の通電加工（通電加熱）には、通電を行うことにより加工処理（加熱処理）を開始し、溶接部の冷却・凝固等を目的として通電を一旦休止し、再び同溶接部に対して通電することにより通電加工（通電加熱）を再開し、その後、同溶接部への通電を停止することにより加工処理（加熱処理）を終了する場合も含まれる。すなわち、一回の通電加工（一回の通電加熱）には、最初の通電開始と、最終的な通電終了との間に、一時的な通電休止が一回あるいは複数回行われる場合も含む。抵抗スポット溶接では、この一回の通電加熱時間内に、一回の抵抗スポット溶接が行われる。また、大電流とは、例えば、１ｋＡ以上、好ましくは３ｋＡ以上の実効値を有する電流をいう。
【００５２】
（抵抗スポット溶接システムの構成）
図１は、第１実施形態における抵抗スポット溶接システム１の構成の一例を示す図である。
抵抗スポット溶接システム１は、接合システムの一例であり、交流電源１００（第１電源）と、整流器２００と、直流リアクトル３００と、ＭＥＲＳ４００と、制御部５００と、交流インダクタンス６００と、変流器７００と、抵抗スポット溶接機８００（通電加工装置）と、を有する。本実施形態では、交流電源１００と、整流器２００と、直流リアクトル３００と、ＭＥＲＳ４００と、制御部５００と、交流インダクタンス６００と、変流器７００と、を用いることにより、電源装置が構成されている。この電源装置は、被加工材を通電加工する抵抗スポット溶接機８００に対して出力電流を供給する。
【００５３】
ＭＥＲＳ４００は、交流電源１００から供給される電流を受け、この電流を、抵抗スポット溶接機８００に供給する出力電流に変換する。ＭＥＲＳ４００の入力側における接続関係は以下の通りである。
整流器２００の入力端と、交流電源１００とが相互に接続される。整流器２００の出力端の一つと、直流リアクトル３００の一端とが相互に接続される。整流器２００の出力端の他の一つと、ＭＥＲＳ４００の直流端子ｃとが相互に接続される。直流リアクトル３００の他端と、ＭＥＲＳ４００の直流端子ｂとが相互に接続される。
【００５４】
ＭＥＲＳ４００の出力側の接続関係は以下の通りである。
ＭＥＲＳ４００の交流端子ｄと、交流インダクタンス６００の一端とが相互に接続される。交流インダクタンス６００の他端と、変流器７００の入力端の一つとが相互に接続される。ＭＥＲＳ４００の交流端子ａと、変流器７００の入力端の他の一つとが相互に接続される。変流器７００の出力端の一つと溶接電極Ｅ１（第１電極）とが相互に接続され、他の一つと溶接電極Ｅ２（第２電極）とが相互に接続される。
【００５５】
交流電源１００は、元電源の一例であり、交流電力を出力する。交流電源１００は、単相交流電源であっても、三相交流電源であってもよい。
整流器２００は、交流電源１００から出力される交流電力を整流して直流電力にする。交流電源１００が単相交流電源である場合、整流器２００は単相整流回路を備える。一方、交流電源１００が三相交流電源である場合、整流器２００は三相整流回路を備える。
直流リアクトル３００は、整流器２００から出力された直流電力を平滑化する。
ＭＥＲＳ４００は、ＭＥＲＳの一例であり、整流器２００から直流リアクトル３００を介して入力された直流電力を交流電力として出力する。
制御部５００は、ＭＥＲＳ４００の動作を制御する。
ＭＥＲＳ４００の動作の詳細については後述する。
【００５６】
変流器７００は、ＭＥＲＳ４００から交流インダクタンス６００を介して出力された交流電流を、変流器７００の巻数比に応じて大電流に変換し、抵抗スポット溶接機８００の溶接電極Ｅ１及びＥ２に出力する。本実施形態では、変流器７００を用いて大電流を抵抗スポット溶接機８００に供給する場合を例に挙げて示す。しかしながら、必ずしも変流器７００を用いる必要はない。例えば、ＭＥＲＳ４００を構成する各素子を前述した大電流に耐え得るもので構成すれば、変流器７００を用いる必要はない。
抵抗スポット溶接機８００は、板面が相互に重ね合わせられた複数枚の金属板Ｍ１及びＭ２の重ね合わせ部の表側及び裏側から、すなわち、図１のＡ方向及びＢ方向から、金属板Ｍ１及びＭ２を挟み込むように、溶接電極Ｅ１及びＥ２を加圧しながら、金属板Ｍ１及びＭ２の所望位置の接触領域を通電することにより、前記接触領域に発生するジュール熱によって、同接触領域を接合する。抵抗スポット溶接機８００については、公知のものを利用することができる。抵抗スポット溶接の対象となる金属板Ｍ１及びＭ２の材質、板厚、及び枚数としては、抵抗スポット溶接に適用することが可能な種々のものを採用することができる。このように本実施形態では、通電加工装置が抵抗スポット溶接機８００である場合を例に挙げて説明する。
【００５７】
（ＭＥＲＳ４００の構成）
次に、ＭＥＲＳ４００の構成の一例を説明する。
図１に示すように、ＭＥＲＳ４００は、ブリッジ回路と、コンデンサＣとを含む。ブリッジ回路は、２つの経路にそれぞれ２つずつ配置された４つの逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹによって構成される。コンデンサＣは、ブリッジ回路の２つの経路の間に配置される。
【００５８】
具体的に言うと、ブリッジ回路は、交流端子ａから直流端子ｂを経由して交流端子ｄまで到達する経路である第１の経路と、交流端子ａから直流端子ｃを経由して交流端子ｄまで到達する経路である第２の経路とを含む。
第１の経路には、交流端子ｄと直流端子ｂとの間に逆導通型半導体スイッチＶ（第４の逆導通型半導体スイッチ）が配置され、直流端子ｂと交流端子ａとの間に逆導通型半導体スイッチＵ（第１の逆導通型半導体スイッチ）が配置される。
第２の経路には、交流端子ｄと直流端子ｃとの間に逆導通型半導体スイッチＹ（第３の逆導通型半導体スイッチ）が配置され、直流端子ｃと交流端子ａとの間に逆導通型半導体スイッチＸ（第２の逆導通型半導体スイッチ）が配置される。コンデンサＣは、直流端子ｂと直流端子ｃとの間に配置される。
【００５９】
逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのそれぞれは、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYにオン信号が入力していないスイッチオフ時には、電流を一方向にのみ導通させ、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYにオン信号が入力しているスイッチオン時には、電流を両方向に導通させる。すなわち、逆導通半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、スイッチオフ時には、エミッタ端子及びコレクタ端子間の一方向において電流を導通させるが、スイッチオン時には、エミッタ端子及びコレクタ端子間の両方向において電流を導通させる。
以下の説明では、「各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹがスイッチオフ時に電流を流す方向」を、必要に応じて「順方向」と称し、スイッチオフ時に電流を流さない方向を、必要に応じて「逆方向」と称する。また、以下の説明では、「順方向及び逆方向の、回路に対する接続方向」を、必要に応じて「スイッチ極性」と称する。
【００６０】
各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、それぞれスイッチの極性が以下のようになるように配置される。交流端子ａと交流端子ｄとの間において並列に接続された逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＸは相互に逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、並列に接続された逆導通型半導体スイッチＶと逆導通型半導体スイッチＹも、相互に逆方向のスイッチ極性を有する。また、交流端子ａと交流端子ｄとの間において直列に接続された逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＶは、相互に逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、交流端子ａと交流端子ｄとの間において直列に接続された逆導通型半導体スイッチＸと逆導通型半導体スイッチＹも、相互に逆方向のスイッチ極性を有する。
よって、逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＹは、順方向のスイッチ極性を有する。逆導通型半導体スイッチＶと逆導通型半導体スイッチＸも、順方向のスイッチ極性を有す。また、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのスイッチ極性と、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのスイッチ極性は、逆方向となる。
【００６１】
図１に示すスイッチ極性は、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹと、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸとの間で、反対に構成されてもよい。
また、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹには、様々な構成が考えられるが、本実施形態では、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYとダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYとの並列接続によって構成されるものとする。すわなち、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのそれぞれは、ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの１つと、このダイオードに並列に接続された半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYの１つとを有する。
【００６２】
また、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYのそれぞれのゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYは、それぞれ制御部５００と接続される。ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYのそれぞれは、制御部５００からＭＥＲＳ４００への制御信号として、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYをオンするオン信号（ゲート信号）の入力を受ける。オン信号が入力されている間、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYはオン状態となり、両方向に電流を導通させる。しかしながら、オン信号が入力されない場合、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYはオフ状態となり、電流をどちらの方向にも導通させない。よって、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYのオフ時には、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYのそれぞれに並列に接続されたダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの導通方向にのみ、電流は導通される。
【００６３】
また、ＭＥＲＳ４００に含まれる逆導通型半導体スイッチは、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのみに限定されるものではない。すなわち、逆導通型半導体スイッチは、前述した動作を示す構成であればよく、例えば、パワーＭＯＳ  ＦＥＴ、逆導通型ＧＴＯサイリスタ等であってもよく、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチとダイオードとの並列接続であってもよい。
【００６４】
また、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのスイッチ極性を、ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYを用いて説明すれば、以下のようになる。すなわち、順方向（スイッチオフ時に導通する方向）は、各ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの導通方向であり、逆方向（スイッチオフ時に導通しない方向）は、各ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの非導通方向である。また並列に接続されたダイオード同士（ＤU及びＤX、又は、ＤV及びＤY）の導通方向は、交流端子ａと交流端子ｄとの間において相互に逆方向であり、直列に接続されたダイオード同士（ＤU及びＤV、又は、ＤX及びＤY）の導通方向も、交流端子ａと交流端子ｄとの間において相互に逆方向である。また、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、ダイオードＤU及びＤYの導通方向は、相互に順方向であり、同様にダイオードＤV及びＤXの導通方向も相互に順方向である。よって、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、ダイオードＤU及びＤYと、ダイオードＤV及びＤXＸの導通方向は、相互に逆方向である。
【００６５】
以上のように、各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、順方向が以下のようになるように配置される。すなわち、逆導通型半導体スイッチＵ及び逆導通型半導体スイッチＹを第１のペアとし、逆導通型半導体スイッチＶ及び逆導通型半導体スイッチＸを第２のペアとすると、第１のペアの逆導通型半導体スイッチＵ及び逆導通型半導体スイッチＹは、順方向が同じ方向になるように配置され、第２のペアの逆導通型半導体スイッチＶ及び逆導通型半導体スイッチＸは、順方向が同じ方向になるように配置される。第１のペアと第２のペアとは、順方向が相互に逆向きになるように配置される。したがって、ブリッジ回路で対角線上に配置された逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）は、各順方向が同方向になるように配置される。
【００６６】
（ＭＥＲＳ４００の動作）
ＭＥＲＳ４００では、ブリッジ回路の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチのうち、一方の逆導通型半導体スイッチがオンすると他方の逆導通型半導体スイッチもオンする。同様に、ブリッジ回路の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチの一方の逆導通型半導体スイッチがオフすると他方の逆導通型半導体スイッチもオフする。例えば、逆導通型半導体スイッチＵがオンすると逆導通型半導体スイッチＹもオンし、逆導通型半導体スイッチＵがオフすると逆導通型半導体スイッチＹもオフする。これらのことは、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸについても同じである。
【００６７】
また、ブリッジ回路における２つの対角線のうち、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチがオンであるときには、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチはオフとなる。例えば、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオンであるときには、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸはオフとなる。
【００６８】
図２は、第１実施形態におけるスイッチングパターンと通電パターン（スイッチングパターンに対応する部分の通電パターン）の例を示す図である。具体的に言うと、図２は、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYに入力されるオン信号（ゲート信号）、コンデンサＣの両端の電圧ＶC、及びＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLと、時間との関係の例を示す。ここで、本実施形態におけるスイッチングパターンとは、図２に示す「Ｕ−Ｙゲート（ゲート端子ＧU及びＧY）」及び「Ｖ−Ｘゲート（ゲート端子ＧV及びＧX）」に入力されるゲート信号のオン及びオフのパターンである。また、通電パターンとは、図２に示す「ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩL」のパターンであって、一回の通電加熱時間（１パルス通電）におけるパターンである。
【００６９】
図２において、Ｕ−Ｙゲートとは、ゲート端子ＧU及びＧYに入力されるオン信号（ゲート信号）を表す。また、Ｖ−Ｘゲートとは、ゲート端子ＧV及びＧXに入力されるオン信号（ゲート信号）を表す。Ｕ−Ｙゲートの波形が立ち上がっている期間に、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹ（半導体スイッチＳU及びＳY）はオンとなり、Ｕ−Ｙゲートの波形が立ち下がっている期間に、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹ（半導体スイッチＳU及びＳY）はオフとなる。同様に、Ｖ−Ｘゲートの波形が立ち上がっている期間に、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸ（半導体スイッチＳV及びＳX）はオンとなり、Ｖ−Ｘゲートの波形が立ち下がっている期間に、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸ（半導体スイッチＳV及びＳX）はオフとなる。
【００７０】
以下の説明では、ゲート端子ＧU及びＧYにオン信号（ゲート信号）が入力され、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオンすることを、必要に応じて「Ｕ−Ｙゲートがオンする」と称する。一方、ゲート端子ＧU及びＧYにオン信号（ゲート信号）が入力されず、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオフすることを、必要に応じて「Ｕ−Ｙゲートがオフする」と称する。
また、ゲート端子ＧV及びＧXにオン信号（ゲート信号）が入力され、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸがオンすることを、必要に応じて「Ｖ−Ｘゲートがオンする」と称する。一方、ゲート端子ＧV及びＧXにオン信号（ゲート信号）が入力されず、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸがオフすることを、必要に応じて「Ｖ−Ｘゲートがオフする」と称する。
【００７１】
以下に、図２に示す動作を説明する。
＜図２に示す動作＞
図２に示す例におけるスイッチングパターンは、ブリッジ回路における対角線のうち、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン及びオフを１回行った後、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）のオン及びオフを１回行うパターンである。
【００７２】
ここで、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを３回行う度に、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ及びＹのオン時間及びオフ時間を変更する。具体的に説明すると、図２に示すように、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹの１回のオン及びオフの周期をＴ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ1、Ｔ2・・・の順に繰り返し変更する。
また、同一の周期Ｔ1、Ｔ2、及びＴ3における、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン時間及びオフ時間と、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）のオン時間及びオフ時間は、同じである。
【００７３】
図２に示すように、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹの１回のオン及びオフの周期（Ｔ1、Ｔ2、及びＴ3）は、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLの周期に対応する。すなわち、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹの１回のオン及びオフの周波数は、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLの周波数（通電周波数）に対応する。このことは、図３及び図４に示す例においても同じである。
【００７４】
本実施形態では、この通電周波数として、ＭＥＲＳ４００の出力端から負荷側（抵抗スポット溶接機８００側、通電加工装置側）を見たときのインダクタンスと、コンデンサＣのキャパシタンス（容量）とに基づく共振周波数以下の周波数を採用する。このようにすることにより、特許文献３及び特許文献７に記載されているようにソフトスイッチングを行うことができる。また、大容量の電圧源コンデンサを用いる必要がなくなるので、コンデンサＣのキャパシタンスを小さくすることができる。これらのことは、図３及び図４に示す例においても同じである。
【００７５】
また、周波数ｆ1（＝１／Ｔ1）が前記共振周波数になるようにし、周波数ｆ2（＝１／Ｔ2）が周波数ｆ1よりも低くなるようにし、ｆ3（＝１／Ｔ3）が周波数ｆ2よりも低くなるようにする。すなわち、ｆ1＞ｆ2＞ｆ3になるようにする。このことは、図３及び図４に示す例においても同じである。
【００７６】
次に、図１及び図２を参照しながら、図２に示す例でのＭＥＲＳ４００の動作を説明する。
［周波数ｆ1（＝共振周波数）の期間ｔ1］
（１ａ）Ｕ−Ｙゲート：オン、Ｖ−Ｘゲート：オフ
Ｖ−Ｘゲートがオフし、Ｕ−Ｙゲートがオンすると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＵ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００７７】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＵ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から正の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは正の最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００７８】
（２ａ）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オン
周波数ｆ1は前記共振周波数である。したがって、制御部５００は、以上のようにコンデンサＣの両端の電圧ＶCが０（ゼロ）になった時点で、Ｕ−Ｙゲートをオフすると共にＶ−Ｘゲートをオンする。そうすると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＶ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００７９】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＶ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から負の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは負の最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００８０】
周波数ｆ1は前記共振周波数である。したがって、制御部５００は、以上のようにコンデンサＣの両端の電圧ＶCが０（ゼロ）になった時点で、Ｕ−Ｙゲートをオンすると共にＶ−Ｘゲートをオフする。以上の前記（１ａ）及び前記（２ａ）の動作で、周期Ｔ1（１周期）の動作が終了する。続けて、前記（１ａ）の動作、前記（２ａ）の動作が交互に２回行われると、期間ｔ1の動作が終了する。
以上のように、Ｕ−Ｙゲート及びＶ−Ｘゲートをオン・オフするタイミングでコンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）になるので、ソフトスイッチングが実現される。
【００８１】
［周波数ｆ2（＜共振周波数ｆ1）の期間ｔ2］
（１ｂ）Ｕ−Ｙゲート：オン、Ｖ−Ｘゲート：オフ
Ｖ−Ｘゲートがオフし、Ｕ−Ｙゲートがオンすると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＵ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００８２】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＵ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から正の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００８３】
周波数ｆ2は前記共振周波数ｆ1よりも低いので（周期Ｔ2は周期Ｔ1より長いので）、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部５００は、Ｕ−Ｙゲートをオフせず、Ｕ−Ｙゲートはオンされた状態のままであり、Ｖ−Ｘゲートはオフされた状態のままである。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＹ、ダイオードＤX、及び変流器７００の順の経路、ダイオードＤV、逆導通型半導体スイッチＵ、及び変流器７００の順の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、負荷の抵抗とインダクタンスから定まる時定数に従って減少する（０（ゼロ）に近づく）。
【００８４】
（２ｂ）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オン
制御部５００は、周波数ｆ2の２倍の逆数の時間（周期Ｔ2の１／２倍の時間）が経過すると、Ｕ−Ｙゲートをオフすると共にＶ−Ｘゲートをオンする。このとき、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
Ｕ−Ｙゲートがオフされると共にＶ−Ｘゲートがオンされると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＶ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００８５】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＶ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から負の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは負の最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００８６】
周波数ｆ2は前記共振周波数ｆ1よりも低いので、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部５００は、Ｖ−Ｘゲートをオフせず、Ｖ−Ｘゲートはオンされた状態のままであり、Ｕ−Ｙゲートはオフされた状態のままである。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＶ、変流器７００、及びダイオードＤUの順の経路と、逆導通型半導体スイッチＸ、ダイオードＤY、及び変流器７００の順の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、負荷の抵抗とインダクタンスから定まる時定数に従って減少する（０（ゼロ）に近づく）。
【００８７】
制御部５００は、周波数ｆ2の２倍の逆数の時間（周期Ｔ2の１／２倍の時間）が経過すると、Ｖ−Ｘゲートをオフすると共にＵ−Ｙゲートをオンする。このとき、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
以上の前記（１ｂ）及び前記（２ｂ）の動作で、周期Ｔ2（１周期）の動作が終了する。続けて、前記（１ｂ）の動作、前記（２ｂ）の動作が交互に２回行われると、期間ｔ2の動作が終了する。
【００８８】
［周波数ｆ3（＜周波数ｆ2＜共振周波数ｆ1）の期間ｔ3］
期間ｔ3では、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLが還流する時間が、期間ｔ2よりも長くなる。
（１ｃ）Ｕ−Ｙゲート：オン、Ｖ−Ｘゲート：オフ
Ｖ−Ｘゲートがオフし、Ｕ−Ｙゲートがオンすると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＵ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００８９】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＵ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から正の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００９０】
周波数ｆ３は前記共振周波数ｆ1よりも低いので（周期Ｔ３は周期Ｔ1より長いので）、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部５００は、Ｕ−Ｙゲートをオフせず、Ｕ−Ｙゲートはオンされた状態のままであり、Ｖ−Ｘゲートはオフされた状態のままである。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＹ、ダイオードＤX、及び変流器７００の順の経路、ダイオードＤV、逆導通型半導体スイッチＵ、及び変流器７００の順の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、負荷の抵抗とインダクタンスから定まる時定数に従って減少する（０（ゼロ）に近づく）。
【００９１】
（２ｃ）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オン
制御部５００は、周波数ｆ３の２倍の逆数の時間（周期Ｔ３の１／２倍の時間）が経過すると、Ｕ−Ｙゲートをオフすると共にＶ−Ｘゲートをオンする。このとき、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
Ｕ−Ｙゲートがオフされると共にＶ−Ｘゲートがオンされると、そうすると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、変流器７００、逆導通型半導体スイッチＶ、コンデンサＣ、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは減少し（０（ゼロ）に近づき）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）になると共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【００９２】
コンデンサＣの充電が完了した後、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＶ、変流器７００、及び逆導通型半導体スイッチＸの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し（０（ゼロ）から負の値になり）、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは負の最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
【００９３】
周波数ｆ３は前記共振周波数ｆ1よりも低いので、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部５００は、Ｖ−Ｘゲートをオフせず、Ｖ−Ｘゲートはオンされた状態のままであり、Ｕ−Ｙゲートはオフされた状態のままである。したがって、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＶ、変流器７００、及びダイオードＤUの順の経路と、逆導通型半導体スイッチＸ、ダイオードＤY、及び変流器７００の順の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLは、負荷の抵抗とインダクタンスから定まる時定数に従って減少する（０（ゼロ）に近づく）。
【００９４】
制御部５００は、周波数ｆ３の２倍の逆数の時間（周期Ｔ３の１／２倍の時間）が経過すると、Ｖ−Ｘゲートをオフすると共にＵ−Ｙゲートをオンする。このとき、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
以上の前記（１ｃ）及び前記（２ｃ）の動作で、周期Ｔ３（１周期）の動作が終了する。続けて、前記（１ｃ）の動作、前記（２ｃ）の動作が交互に２回行われると、期間ｔ３の動作が終了する。
【００９５】
１回の抵抗スポット溶接の際に、以上の期間ｔ1、ｔ2、及びｔ3の動作が、少なくとも１回実行される。期間ｔ1、ｔ2、及びｔ3の動作が２回以上行われる場合には、期間ｔ1、ｔ2、及びｔ3の動作がこの順で繰り返し実行される。
【００９６】
以上のように、図２では、一回の短時間の通電加熱時間内（所謂１パルス通電内）で、Ｕ−ＹゲートとＶ−Ｘゲートのそれぞれのゲート信号を共振周期Ｔ1（＝１／ｆ1）以上の周期の半分の時間でオン及びオフさせる。その際に、ゲート端子ＧU及びＧY（Ｕ−Ｙゲート）がオンの時に、ゲート端子ＧV及びＧX（Ｖ−Ｘゲート）がオフとなり、且つ、ゲート端子ＧU及びＧY（Ｕ−Ｙゲート）がオフの時に、ゲート端子ＧV及びＧX（Ｖ−Ｘゲート）がオンとなるように制御する。このようにすれば、共振周波数ｆ1以下の周波数で、ソフトスイッチングで通電することが可能となる。ゲート信号の周期を一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電内）で変えることにより、パルス列の通電周波数（１／Ｔ1、１／Ｔ2、１／Ｔ3）が共振周波数ｆ1以下（又は未満）の周波数であれば、一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電内）で通電周波数を変えることが可能となる。図２では、時間の経過と共に通電周波数を下げる通電パターンを形成する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのゲート信号のオン及びオフの時間（ゲート信号の周期）を通電パターンに合わせて制御することにより、一回の短時間の通電加熱時間内で、時間の経過と共に通電周波数を上げる通電パターンも実現可能である。さらに、一回の短時間の通電加熱時間内で、通電周波数を上げることと下げることを組み合わせた通電パターンも実現可能である。
以上により、制御部５００は、抵抗スポット溶接機８００（通電加工装置）による一回の通電加熱時間内（通電加工時間内）に、出力電流の通電周波数が相互に異なる第１の通電周波数及び第２の通電周波数を含むようにＭＥＲＳ４００を制御することができる。また、制御部５００は、上記の通電周波数の制御に加えて、抵抗スポット溶接機８００（通電加工装置）による一回の通電加熱時間内（通電加工時間内）に、出力電流の実効値が相互に異なる第１の実効値及び第２の実効値を含むようにＭＥＲＳ４００を制御することができる。
【００９７】
＜図３、図４に示す動作＞
図３及び図４は、第１実施形態におけるスイッチングパターンのその他の例を示す図である。具体的に言うと、図３は、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYに入力されるオン信号（ゲート信号）と、時間との関係を示す。
図３に示す例におけるスイッチングパターンは、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン及びオフ、並びに、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン及びオフを交互に１回ずつ行うことを、図２に示した周期Ｔ3、周期Ｔ2、及び周期Ｔ1の順で連続的に繰り返し行うパターンである。
【００９８】
図３に示すように、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを１回行う度に、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ及びＹのオン時間及びオフ時間を変更してもよい。
図３に示すスイッチングパターンにおけるＭＥＲＳ４００の動作は、例えば、＜図２に示す動作＞において、前記（１ａ）及び前記（２ａ）の繰り返し、前記（１ｂ）及び前記（２ｂ）の繰り返し、並びに前記（１ｃ）及び前記（２ｃ）の繰り返しを省略すると共に、動作の順番を、前記（１ｃ）、前記（２ｃ）、前記（１ｂ）、前記（２ｂ）、前記（１ａ）、前記（２ａ）にすることにより実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００９９】
また、図３の更なる変形例として、同一の周期Ｔ3、Ｔ2、Ｔ1における、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン時間（逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオフ時間）と、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン時間（逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオフ時間）とを異ならせてもよい。この場合、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン時間（逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオフ時間）と、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン時間（逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオフ時間）との何れか一方を一定にしてもよい。ただし、前述したソフトスイッチングを実現するために、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン時間を、共振周波数ｆ1の２倍の逆数の時間（＝Ｔ1／２）以上の時間にするのが好ましい。
また、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン時間（逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオフ時間）と、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン時間（逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオフ時間）との何れか一方を一定にしてもよいことは、図２についても同じである。同一の周期における、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン時間（逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオフ時間）と、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン時間（逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオフ時間）とを異ならせる動作は、例えば、＜図２に示す動作＞において、前記（２ａ）の動作と前記（１ｃ）の動作を行うことにより実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【０１００】
図４に示す例におけるスイッチングパターンのように、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのオン及びオフ、並びに逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのオン及びオフを交互に１回ずつ行う際に、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン時間（オフ時間）と、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）のオン時間（オフ時間）とを異ならせてもよい。
図４に示すスイッチングパターンにおけるＭＥＲＳ４００の動作は、＜図２に示す動作＞における前記（１ｃ）及び前記（２ｂ）の動作を繰り返し行うことにより実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
図４に示す例の更なる変形例として、例えば、図２及び図３において、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン時間（オフ時間）と、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）のオン時間（オフ時間）とを異ならせてもよい。
【０１０１】
スイッチングパターンは、図２から図４に示した例のみに限定されない。
例えば、図２に示す例では、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを３回ずつ行ったのちに、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン時間及びオフ時間を変更した上で、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを３回ずつ行い、さらにその後に、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを３回ずつとしたまま逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン時間及びオフ時間を変更する。
しかしながら、各周期において、上記の逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを行う回数（３回）を２回以上の任意の回数にすることができる。各周期において、上記の逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを行う回数（３回）を１回にするスイッチングパターンが図３に示す例である。
【０１０２】
すなわち、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）の１回のオン及びオフと他方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）の１回のオン及びオフとを交互に繰り返し行えばよい。このようにしていれば、対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）の少なくとも何れか一方におけるオン時間及びオフ時間の少なくとも何れか一方を変更することと、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）と他方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）の１サイクル（通電周波数の逆数の時間）におけるオン時間を異ならせることと、の少なくとも何れか一方を１回の抵抗スポット溶接が行われる期間に行うスイッチングパターンであれば、どのようなスイッチングパターンであってもよい。
前者について、図２に示す例では、周期Ｔ1、周期Ｔ2、周期Ｔ3の順になるように、対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン時間及びオフ時間を変更している。後者について、図４に示す例では、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチＵ及びＹの、１サイクル（（Ｔ3＋Ｔ2）／２の時間）におけるオン時間をＴ3／２にするのに対し、他方の２つの逆導通型半導 体スイッチＶ及びＸの、１サイクル（（Ｔ3＋Ｔ2）／２の時間）におけるオン時間をＴ2／２にしている。
【０１０３】
さらに、一回の通電内に通電休止が含まれるような通電パターンにおいても、途中で通電周波数を切り替えることは可能である。また、ＭＥＲＳ４００に入れる電源出力（例えば、交流電源１００から出力される電流あるいは電圧の実効値）を切り替えることで、一回の通電内に通電周波数と独立に、ＭＥＲＳ４００から出力される電流値を切り替えることは容易に実現できる。
【０１０４】
また、本実施形態では、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）の１回のオン及びオフと、他方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）の１回のオン及びオフとを交互に繰り返し行うようにした。しかしながら、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）の複数回のオン及びオフと他方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）の複数回のオン及びオフとを交互に繰り返し行うようにしてもよい。
また、対角線上に配置された一方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）と他方の２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ及びＸ、又は、Ｕ及びＹ）の連続的に行うオン及びオフの回数を異ならせるようにしてもよい。ただし、このようにする場合であっても、一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電内）に通電周波数が変更されるようにする。
【０１０５】
＜通電パターンの設定＞
抵抗スポット溶接を行うことにより形成される溶接継手の品質に影響を与える所定の１つ又は複数の因子により定まる溶接条件に応じた適切な通電パターンを、例えば模擬実験を行って特定し、特定した通電パターンを制御部５００に記憶する。このようにして通電パターンを特定することを複数の溶接条件のそれぞれについて行い、複数の溶接条件のそれぞれについての通電パターンを制御部５００に記憶する。前記因子としては、例えば、金属板の材質、溶接部の大きさ、材質、厚み、温度変化等が挙げられる。
【０１０６】
図５は、第１実施形態における通電パターンの一例を示す図である。
図５は、一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電内）に、通電周波数を変更する場合の通電パターンの一例を示す。図５に示す通電パターンでは、共振周波数ｆ1以下の周波数であれば通電周波数は任意に設定できる。したがって、必要とする最大の通電周波数に対応した共振周波数を有する回路構成を用いれば、任意の通電周波数での通電が可能となる。
【０１０７】
抵抗スポット溶接に際し、前記溶接条件が入力されると、制御部５００は、この溶接条件に対応する通電パターンを複数の通電パターンの中から選択して読み出す。制御部５００は、一回の通電加熱（抵抗スポット溶接）が行われている間に、読み出した通電パターンに基づくスイッチングパターンを決定し、決定したスイッチングパターンに従って、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹに対してオン信号（ゲート信号）を出力する。制御部５００は、このようなスイッチングパターンに従う逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹの制御を、抵抗スポット溶接のための通電パターン（一回の通電加熱時間（１パルス通電））が終了するまで行う。
【０１０８】
以上説明のように本実施形態では、通電パターンに従って、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのオン及びオフを制御することにより、一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電）内に、ＭＥＲＳ４００の出力電流ＩLの周波数（通電周波数）を制御する。このようにして制御されるＭＥＲＳ４００から出力される出力電流ＩLを、変流器７００を介して溶接電極Ｅ１及びＥ２に出力する。
【０１０９】
そして、本実施形態では、単一の電源に対する電源制御信号の制御のみで、一回の短時間の通電加熱時間内（１パルス通電内）において、通電周波数及び通電電流を独立に制御した通電が可能となる。これにより、例えば、金属板Ｍ１及びＭ２の材質や形状に合わせて、通電後の材料特性を、通電領域を含めて短時間で制御することができる。したがって、溶接部の電流分布、ひいては熱分布の制御を行うことが可能になり、継手強度を向上させることができる。本実施形態の電源装置を抵抗スポット溶接に用いれば、溶接金属の特性や形状や硬さ分布の制御等が可能となり、継手強度の向上が可能となる。
【０１１０】
本実施形態では、短時間で大電流を供給することが可能な電源装置を、抵抗スポット溶接機に適用する場合（通電加熱装置が抵抗スポット溶接機８００である場合）を例に挙げて説明した。しかしながら、一回の短時間の通電加熱時間内に、通電加熱で導体材料を溶かさずに加熱して接合するための電源装置を、前述した本実施形態と全く同様の構成の電源装置で実現することも可能である。また、複数の導体材料の接合を目的せずに、例えば、鋼材の通電加熱装置のような、１つ以上の導体材料の加熱を行うための電源装置も、前述した本実施形態と同様の構成の電源装置で実現することが可能である。
【０１１１】
以上に説明した本発明の第１実施形態における制御部５００の処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【０１１２】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。抵抗スポット溶接においてスパッタが発生する場合には、上側溶接電極、金属板（ワーク）及び下側溶接電極の間のインピーダンスが変化することから、このインピーダンスの変化を直接検出することができれば、スパッタの発生をより確実に抑制することができる。このインピーダンスの変化は、溶接電流（上側溶接電極、金属板（ワーク）及び下側溶接電極に流れる電流）の変化となって現れる。
また、スパッタが発生する際には、上側溶接電極や下側溶接電極における溶接電流の分布が大きく変化するから、この溶接電流の分布を検出することにより、スパッタの発生を抑制することができる。
以上のような、本発明者らが見出した着想の下、以下に説明する本発明の第２実施形態では、上側溶接電極及び下側溶接電極の少なくとも何れか一方の側方の複数の領域において、溶接電流が流れることにより発生する磁束量を検出し、検出した磁束量に応じて、溶接電流を制御する。
【０１１３】
図６は、第２実施形態における抵抗スポット溶接システム１Ａの構成の一例を示す図である。
抵抗スポット溶接システム１Ａは、交流電源１１０と、整流器２１０と、直流リアクトル３１０と、ＭＥＲＳ４１０と、制御部５１０と、交流インダクタンス６１０と、変流器７１０と、抵抗スポット溶接機８１０と、電圧検出部９１０と、コイルＣ１〜Ｃ４と、を有する。
なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、コイルＣ４は、上側溶接電極Ｅ１に隠れて見えていない。また、表記の都合上、コイルＣ１及びＣ３の一部の領域の図示を省略するとともに、コイルＣ１〜Ｃ３の引き出し部分の図示を省略している。
【０１１４】
図６において、ＭＥＲＳ４１０の入力側の接続関係は以下の通りである。
整流器２１０の入力端と、交流電源１１０とが相互に接続される。整流器２１０の出力端の一つと、直流リアクトル３１０の一端とが相互に接続される。整流器２１０の出力端の他の一つと、ＭＥＲＳ４１０の直流端子ｃとが相互に接続される。直流リアクトル３１０の他端と、ＭＥＲＳ４１０の直流端子ｂとが相互に接続される。
【０１１５】
ＭＥＲＳ４１０の出力側の接続関係は以下の通りである。
ＭＥＲＳ４１０の交流端子ｄと、交流インダクタンス６１０の一端が相互に接続される。交流インダクタンス６１０の他端と、変流器７１０の入力端の一つとが相互に接続される。ＭＥＲＳ４１０の交流端子ａと、変流器７１０の入力端の他の一つとが相互に接続される。変流器７１０の出力端の一つと上側溶接電極Ｅ１０とが相互に接続され、他の一つと下側溶接電極Ｅ２０とが相互に接続される。
【０１１６】
交流電源１１０は、交流電力を出力する。交流電源１１０は、単相交流電源であっても、三相交流電源であってもよい。
整流器２１０は、交流電源１１０から出力される交流電力を整流して直流電力にする。交流電源１１０が単相交流電源である場合、整流器２１０は単相整流回路を備える。一方、交流電源１１０が三相交流電源である場合、整流器２１０は三相整流回路を備える。
直流リアクトル３１０は、整流器２１０を通った直流電力を平滑化する。
ＭＥＲＳ４１０は、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチの一例であり、整流器２１０から直流リアクトル３１０を介して入力した直流電力を後述するようにして交流電力として出力する。
ＭＥＲＳ４１０の動作の詳細については後述する。
【０１１７】
変流器７１０は、ＭＥＲＳ４１０から交流インダクタンス６１０を介して出力された交流電流を、（変流器７１０の）巻数比に応じて大電流に変換し、抵抗スポット溶接機８１０の上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０に出力する。大電流を必要としない場合には、変流器７１０はなくてもよい。
抵抗スポット溶接機８１０は、板面が相互に重ね合わせられた複数枚の金属板Ｍ１及びＭ２の重ね合わせ部の表側及び裏側から、すなわち、図６のＡ方向及びＢ方向から、金属板Ｍ１０及びＭ２０を挟み込むように、上側溶接電極の一例である上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極の一例である下側溶接電極Ｅ２０を加圧しながら通電する。そして、この通電により金属板Ｍ１０及びＭ２０に発生するジュール熱によって、これら金属板Ｍ１０及びＭ２０間を接合する。抵抗スポット溶接機８１０については、公知のものを利用することができる。抵抗スポット溶接の対象となる金属板Ｍ１０及びＭ２０の材質、板厚、及び枚数としては、抵抗スポット溶接を適用することが可能な種々のものを採用することができる。
【０１１８】
コイルＣ１〜Ｃ４は、上側溶接電極Ｅ１０、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、及び下側溶接電極Ｅ２０に流れる溶接電流によって発生する磁束（磁界）を検出する。以下の説明では、上側溶接電極Ｅ１０、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、及び下側溶接電極Ｅ２０に流れる溶接電流を必要に応じて単に溶接電流と称する。また、溶接電流の大きさは、実効値であるものとする。ただし、溶接電流の大きさを、例えば、波高値で規定してもよい。
【０１１９】
図７Ａ及び図７Ｂは、第２実施形態におけるコイルＣ１〜Ｃ４の配置の一例を示す図である。
具体的に言うと、図７Ａは、金属板Ｍ１０、上側溶接電極Ｅ１０、及びコイルＣ１〜Ｃ４を、上側溶接電極Ｅ１０が配置されている側から、金属板Ｍ１０の法線方向に沿って見た図である。図７Ｂは、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、上側溶接電極Ｅ１０、下側溶接電極Ｅ２０、及びコイルＣ１〜Ｃ４を、図７Ａの矢印線Ａに沿って見た図である。図７Ｂにおいては、コイルＣ４は、上側溶接電極Ｅ１に隠れて見えていない。
【０１２０】
コイルＣ１〜Ｃ４は、それぞれ、溶接電流によって発生する磁束が貫く状態で、上側溶接電極Ｅ１０の側周面の周方向（図７Ａに示す実線の両矢印線の方向）に沿う第１〜第４の位置２０２〜２０５（上側溶接電極Ｅ１０の側周面を軸２０１に沿って４等分した位置）に対して配置される。すなわち、コイルＣ１〜Ｃ４が、溶接電極Ｅ１０に対し、溶接電極Ｅ１０と溶接電極Ｅ２０と同軸をなす中心軸線の周囲上の互いに異なる位置に配置されている。
具体的に言うと、図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、コイルＣ１〜Ｃ４は、全て同一のものである。また、図７Ａに示すように、コイルＣ１〜Ｃ４は、上側溶接電極Ｅ１の軸２０１を軸とする４回対称の関係となる位置に配置される。また、コイルＣ１〜Ｃ４は、コイルＣ１〜Ｃ４の軸（コイルＣ１〜Ｃ４のコイル面の中心を通る軸）の方向（破線の両矢印線の方向）が、上側溶接電極Ｅ１０の軸２０１を中心とする円の接線の方向に一致する位置に配置される。ここで、コイルＣ１〜Ｃ４は、抵抗スポット溶接に支障をきたさない範囲で、上側溶接電極Ｅ１０及び金属板Ｍ１０に可及的に近い位置に配置されるのが好ましい。
【０１２１】
図７Ｂに示すように、コイルＣ１〜Ｃ４の相対的に下側の領域が、加圧及び通電中の上側溶接電極Ｅ１０の側方に位置するように配置されていれば、必ずしもコイルＣ１〜Ｃ４の全ての領域が、加圧及び通電中の上側溶接電極Ｅ１０の側方に位置していなくてもよい。すなわち、コイルＣ１〜Ｃ４の少なくとも一部の領域が、加圧及び通電中の上側溶接電極Ｅ１０の側方に位置するように配置されていればよい。
【０１２２】
また、図７Ｂでは、コイルＣ１及びＣ３についてのみ、コイルの巻き始めと巻き終わりの部分が引き出されている様子を示す。しかしながら、コイルＣ２及びＣ４についてもコイルＣ１及びＣ３と同様に、コイルの巻き始めと巻き終わりの部分が引き出されることは勿論である。また、図７Ａ及び図７Ｂでは、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数が「１」である場合を例に挙げて示す。しかしながら、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数は、「２」以上であってもよい。前述したように、ここでは、各コイルＣ１〜Ｃ４は同じものであるとしているので、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数は、同じである。
【０１２３】
図６の説明に戻り、電圧検出部９１０は、溶接電流によって発生する磁束（磁界）が各コイルＣ１〜Ｃ４を貫くことによって、各コイルＣ１〜Ｃ４に発生する誘導起電力をコイルＣ１〜Ｃ４毎に個別に検出する。図６では、表記の都合上、詳細な図示を省略するが、電圧検出部９１０は、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き始めと巻き終わりの部分と電気的に相互に接続される。
【０１２４】
制御部５１０は、電圧検出部９１０により検出された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力を入力し、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。制御部５１０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、及び各種のインターフェースを備える情報処理装置や、専用のハードウェアを用いることにより実現される。
【０１２５】
制御部５１０は、その機能として、磁束量分布導出部５１１と、溶接電流分布導出部５１２と、判定部５１３と、回路制御部５１４と、を有する。以下に各部の機能の一例を説明する。
磁束量分布導出部５１１は、電圧検出部９１０により検出された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力と、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数と、から、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φを導出する。
【０１２６】
溶接電流分布導出部５１２は、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φから、例えば、以下のようにして、上側溶接電極Ｅ１０における各コイルＣ１〜Ｃ４と対応する領域の溶接電流（各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φに基づく溶接電流）を導出する。
すなわち、溶接電流分布導出部５１２は、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φから磁束密度Ｂを導出し、磁束密度Ｂと空気の透磁率μairとから磁界Ｈを導出し、磁界Ｈからアンペールの法則により、上側溶接電極Ｅ１０の各コイルＣ１〜Ｃ４と対応する領域の溶接電流を導出する。以下の説明では、上側溶接電極Ｅ１０の領域のうち、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流を必要に応じて、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流と称する。
【０１２７】
図８Ａ及び図８Ｂは、第２実施形態における各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の関係の一例を概念的に示す図である。図８Ａは、溶接電流の大きさを現在値よりも低減させる必要がない場合の、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の関係の一例を示す。図８Ｂは、溶接電流の大きさを現在値よりも低減させる必要がある場合の、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の関係の一例を示す。
【０１２８】
図８Ａ及び図８Ｂにおいて、点３０１ａ及び３０１ｂは、コイルＣ１に対応する領域の溶接電流を示す。点３０２ａ及び３０２ｂは、コイルＣ２に対応する領域の溶接電流を示す。点３０３ａ及び３０３ｂは、コイルＣ３に対応する溶接電流を示す。点３０４ａ及び３０４ｂは、コイルＣ４に対応する領域の溶接電流を示す。
【０１２９】
また、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、目標溶接電流Ｉsは、金属板Ｍ１及びＭ２をスポット溶接する際の溶接電流の目標値である。上限溶接電流Ｉuは、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の上限値である。下限溶接電流Ｉdは、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の下限値である。例えば、スパッタが発生する場合や、スパッタが発生する兆候が見られる場合に、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさがどのような値を示すのかを予め調査しておき、調査した溶接電流の大きさから、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとを定めることができる。
【０１３０】
判定部５１３は、溶接電流分布導出部５１２により導出された、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさから、溶接電流の大きさを現在値よりも低減させる必要があるか否かを判定する。
例えば、判定部５１３は、コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさの少なくとも１つが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩから外れているか否かを判定する。本実施形態では、このようにして、上側溶接電極Ｅ１０の軸に垂直な領域（例えば、図７Ａにおいて上側溶接電極Ｅ１０を示す円形の領域）において溶接電流に（予め設定した範囲よりも大きな）分布が生じているか否かを判定する。下限溶接電流Ｉdを用いずに、判定部５１３が、コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさの少なくとも１つが、上限溶接電流Ｉuを超えているか否かを判定するようにしてもよい。
【０１３１】
回路制御部５１４は、金属板Ｍ１０及びＭ２０に対する通電を開始するタイミングになると、目標溶接電流Ｉsに応じた動作周波数でＭＥＲＳ４１０を制御する。
その後、判定部５１３により、コイルＣ１〜Ｃ４に対応する溶接電流の大きさの少なくとも１つが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩから外れていると判定されると、回路制御部５１４は、この範囲ΔＩからの外れ量に応じた値だけ、溶接電流の大きさが現在値よりも小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。
【０１３２】
ここで、コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流のうち、２つ以上の溶接電流の大きさが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩから外れている場合、回路制御部５１４は、この２つ以上の溶接電流のうち、上限溶接電流Ｉu又は下限溶接電流Ｉdからの外れ量の絶対値が最も大きな溶接電流を特定する。回路制御部５１４は、特定した溶接電流の外れ量の絶対値に応じた値だけ、現在の溶接電流の大きさが低減するよう、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を高くする。
【０１３３】
図８Ｂに示す例では、コイルＣ１に対応する領域の溶接電流（点３０１ｂ）と、コイルＣ３に対応する溶接電流（点３０３ｂ）とが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩから外れている。コイルＣ１に対応する領域の溶接電流（点３０１ｂ）の上限溶接電流Ｉuからの外れ量の絶対値（例えば、コイルＣ１に対応する溶接電流から上限溶接電流Ｉuを減算した値の絶対値）の方が、コイルＣ３に対応する溶接電流（点３０３ｂ）の下限溶接電流Ｉdからの外れ量の絶対値（例えば、コイルＣ３に対応する領域の溶接電流から下限溶接電流Ｉdを減算した値の絶対値）よりも大きい。
したがって、回路制御部５１４は、コイルＣ１に対応する領域の溶接電流（点３０１ｂ）の上限溶接電流Ｉuからの外れ量の絶対値に応じた値だけ、現在の溶接電流の大きさが低減するよう、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を高くする。
【０１３４】
一方、判定部５１３により、コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさの全てが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩ内である場合、回路制御部５１４は、目標溶接電流Ｉsに応じた動作周波数でＭＥＲＳ４１０の動作を制御することを継続する。
【０１３５】
図９Ａ及び図９Ｂは、第２実施形態における溶接電流の波形の一例を示す図である。図９Ａは、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数の変更前の溶接電流の波形の一例を示す。図９Ｂは、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数の変更後の溶接電流の波形の一例を示す。
図９Ａでは、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数（すなわち、溶接電流の周波数）が１ｋＨｚである場合を示し、図９Ｂでは、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数（すなわち、溶接電流の周波数）が１．７ｋＨｚである場合を示す。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を１ｋＨｚから１．７ｋＨｚに変更することで、溶接電流の波高値が１２ｋＡ弱から１０．５ｋＡ程度まで減少する。
【０１３６】
次に、ＭＥＲＳ４１０の構成の一例を説明する。
図６に示すように、ＭＥＲＳ４１０は、磁気エネルギー回生双方向電流スイッチの一例であり、ブリッジ回路と、コンデンサＣとを含む。
ブリッジ回路は、２つの経路にそれぞれ２つずつ配置された４つの逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹによって構成される。コンデンサＣは、ブリッジ回路の２つの経路の間に配置される。
【０１３７】
具体的に言うと、ブリッジ回路は、交流端子ａから直流端子ｂを経由して交流端子ｄまで到達する経路である第１の経路と、交流端子ａから直流端子ｃを経由して交流端子ｄまで到達する経路である第２の経路とを含む。
第１の経路には、交流端子ｄと直流端子ｂとの間に逆導通型半導体スイッチＶ（第４の逆導通型半導体スイッチ）が配置され、直流端子ｂと交流端子ａとの間に逆導通型半導体スイッチＵ（第１の逆導通型半導体スイッチ）が配置される。
第２の経路には、交流端子ｄと直流端子ｃとの間に逆導通型半導体スイッチＹ（第３の逆導通型半導体スイッチ）が配置され、直流端子ｃと交流端子ａとの間に逆導通型半導体スイッチＸ（第２の逆導通型半導体スイッチ）が配置される。コンデンサＣは、直流端子ｂと直流端子ｃとの間に配置される。
このように、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、逆導通型半導体スイッチＵ及びＸは並列に接続され、逆導通型半導体スイッチＶ及びＹは並列に接続される。また、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、逆導通型半導体スイッチＵ及びＶは直列に接続され、逆導通型半導体スイッチＸ及びＹは直列に接続される。
【０１３８】
逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのそれぞれは、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYにオン信号が入力していないスイッチオフ時には、電流を一方向にのみ導通させ、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYにオン信号が入力しているスイッチオン時には、電流を両方向に導通させる。すなわち、逆導通半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、スイッチオフ時には、エミッタ端子及びコレクタ端子間の一方向において電流を導通させるが、スイッチオン時には、エミッタ端子及びコレクタ端子間の両方向において電流を導通させる。
以下の説明では、「各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹがスイッチオフ時に電流を流す方向」を、必要に応じて「順方向」と称し、スイッチオフ時に電流を流さない方向を、必要に応じて「逆方向」と称する。また、以下の説明では、「順方向及び逆方向の、回路に対する接続方向」を、必要に応じて「スイッチ極性」と称する。
【０１３９】
また、各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、それぞれスイッチの極性が以下のようになるように配置される。交流端子ａと交流端子ｄとの間において、並列に接続された逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＸは互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、並列に接続された逆導通型半導体スイッチＶと逆導通型半導体スイッチＹも、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。
また、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、直列に接続された逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＶは、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。同様に、交流端子ａと交流端子ｄとの間において、直列に接続された逆導通型半導体スイッチＸと逆導通型半導体スイッチＹも、互いに逆方向のスイッチ極性を有する。
よって、逆導通型半導体スイッチＵと逆導通型半導体スイッチＹは、互いに順方向のスイッチ極性を有し、逆導通型半導体スイッチＶと逆導通型半導体スイッチＸも、互いに順方向のスイッチ極性を有す。また、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのスイッチ極性と、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸのスイッチ極性は、互いに逆方向となる。
【０１４０】
図６に示すスイッチ極性は、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹと、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸとの間で、反対に構成されてもよい。
また、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹには、様々な構成が考えられるが、本実施形態では、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYとダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYとの並列接続によって構成されるものとする。すわなち、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのそれぞれは、ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの１つと、このダイオードに並列に接続された半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYの１つとを有する。
【０１４１】
また、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYのそれぞれのゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYは、それぞれ制御部５１０と接続される。ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、及びＧYは、制御部５１０からＭＥＲＳ４１０への制御信号として、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYをオンするオン信号（ゲート信号）の入力を受ける。オン信号が入力されている間、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYはオン状態となり、両方向に電流を導通させる。しかしながら、オン信号が入力されない場合、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYはオフ状態となり、電流をどちらの方向にも導通させない。よって、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYのオフ時には、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、及びＳYに並列に接続されたダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの導通方向にのみ、電流は導通される。
【０１４２】
また、ＭＥＲＳ４１０に含まれる逆導通型半導体スイッチは、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹに限定されるものではない。すなわち、逆導通型半導体スイッチは、前述した動作を示す構成であればよく、例えば、パワーＭＯＳ ＦＥＴ、逆導通型ＧＴＯサイリスタ等であってもよく、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチとダイオードとの並列接続であってもよい。
【０１４３】
また、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹのスイッチ極性を、ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYを用いて説明すれば、以下のようになる。すなわち、順方向（スイッチオフ時に導通する方向）は、各ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの導通方向であり、逆方向（スイッチオフ時に導通しない方向）は、各ダイオードＤU、ＤV、ＤX、及びＤYの非導通方向である。また並列に接続されたダイオード同士（ＤU及びＤX、又は、ＤV及びＤY）の導通方向は、相互に逆方向であり、直列に接続されたダイオード同士（ＤU及びＤV、又は、ＤX及びＤY）の導通方向も、相互に逆方向である。また、ダイオードＤU及びＤYの導通方向は、相互に順方向であり、同様にダイオードＤV及びＤXの導通方向も相互に順方向である。よって、ダイオードＤU及びＤYと、ダイオードＤV及びＤXの導通方向は、相互に逆方向である。
【０１４４】
以上説明のように、各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、及びＹは、順方向が以下のようになるように配置される。すなわち、逆導通型半導体スイッチＵ及び逆導通型半導体スイッチＹを第１のペアとし、逆導通型半導体スイッチＶ及び逆導通型半導体スイッチＸを第２のペアとすると、第１のペアの逆導通型半導体スイッチＵ及び逆導通型半導体スイッチＹは、順方向が同じ方向になるように配置され、第２のペアの逆導通型半導体スイッチＶ及び逆導通型半導体スイッチＸは、順方向が同じ方向になるように配置される。
第１のペアと第２のペアとは、順方向が相互に逆向きになるように配置される。したがって、ブリッジ回路で対角線上に配置された逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）は、各順方向が同方向になるように配置される。
【０１４５】
（ＭＥＲＳ４１０の動作）
ＭＥＲＳ４１０では、ブリッジ回路の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチのうち、一方の逆導通型半導体スイッチがオンすると他方の逆導通型半導体スイッチもオンする。同様に、ブリッジ回路の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチの一方の逆導通型半導体スイッチがオフすると他方の逆導通型半導体スイッチもオフする。例えば、逆導通型半導体スイッチＵがオンすると逆導通型半導体スイッチＹもオンし、逆導通型半導体スイッチＵがオフすると逆導通型半導体スイッチＹもオフする。これらのことは、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸについても同じである。
【０１４６】
また、ブリッジ回路における２つの対角線のうち、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチがオンであるときには、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチはオフとなる。例えば、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオンであるときには、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸはオフとなる。
ＭＥＲＳ４１０では、逆導通型半導体スイッチ（Ｕ及びＹ、又は、Ｖ及びＸ）のオン及びオフの制御により、溶接電流の周波数や波形を様々に変更することができるが、ここでは、図９Ａ及び図９Ｂに示した溶接電流の波形を得るためのＭＥＲＳ４１０の動作の一例を説明する。
【０１４７】
図９Ａ及び図９Ｂに示した例におけるスイッチングパターンは、ブリッジ回路における対角線のうち、一方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチＵ及びＹのみをオン及びオフし、他方の対角線上に配置された２つの逆導通型半導体スイッチＶ及びＸをオンしない（オフのままにする）パターンである。
【０１４８】
図１０は、図９Ａ及び図９Ｂに示す溶接電流を得る際のＭＥＲＳ４１０の動作の一例を説明する図である。
本実施形態では、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ1（＝１／Ｔ1）が、ＭＥＲＳ４１０の出力端から負荷側を見たときのインダクタンスと、コンデンサＣのキャパシタンス（容量）とに基づく共振周波数よりも低くなるようにする。これにより、ソフトスイッチングを実現することができる。また、大容量の電圧源コンデンサを用いる必要がなくなるので、コンデンサＣのキャパシタンスを小さくすることができる。
【０１４９】
図１０において、Ｕ−Ｙゲートとは、ゲート端子ＧU及びＧYに入力されるオン信号（ゲート信号）を表す。また、Ｖ−Ｘゲートとは、ゲート端子ＧV及びＧXに入力されるオン信号（ゲート信号）を表す。Ｕ−Ｙゲートの波形が立ち上がっている期間に、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹ（半導体スイッチＳU及びＳY）はオンとなる。
【０１５０】
以下の説明では、ゲート端子ＧU及びＧYにオン信号（ゲート信号）が入力され、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオンすることを必要に応じて「Ｕ−Ｙゲートがオンする」と称する。一方、ゲート端子ＧU及びＧYにオン信号（ゲート信号）が入力されず、逆導通型半導体スイッチＵ及びＹがオフすることを、必要に応じて「Ｕ−Ｙゲートがオフする」と称する。
また、ゲート端子ＧV及びＧXにオン信号（ゲート信号）が入力され、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸがオンすることを必要に応じて「Ｖ−Ｘゲートがオンする」と称する。一方、ゲート端子ＧV及びＧXにオン信号（ゲート信号）が入力されず、逆導通型半導体スイッチＶ及びＸがオフすることを、必要に応じて「Ｖ−Ｘゲートがオフする」と称する。
【０１５１】
以下に、図１０を参照しながら、図９Ａ及び図９Ｂに示した例でのＭＥＲＳ４１０の動作を説明する。
（１）Ｕ−Ｙゲート：オン、Ｖ−Ｘゲートオフ
Ｕ−Ｙゲートがオンするタイミングでは、その直前の期間では、Ｖ−ＸゲートもＵ−Ｙゲートもオフしているので、直流リアクトル３１０を介して入力した直流入力電流により、コンデンサＣは充電されている。したがって、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最大値を示す。
【０１５２】
Ｕ−Ｙゲートがオンすると、コンデンサＣの放電が開始し、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは、コンデンサＣ、逆導通型半導体スイッチＵ、変流器７１０、及び逆導通型半導体スイッチＹの順の経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは０（ゼロ）から増加し、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは減少する。コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは正の最大値を示すと共に、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは最小値（０（ゼロ））になる。
ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ1は前記共振周波数よりも低いので、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部５１０は、Ｕ−Ｙゲートをオフせず、Ｕ−Ｙゲートはオンされた状態のままである。したがって、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＵ、変流器７１０、及びダイオードＤVの順の経路と、逆導通型半導体スイッチＹ、ダイオードＤX、及び変流器７１０の順の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは、負荷の抵抗とインダクタンスから定まる時定数に従って減少する（０（ゼロ）に近づく）。
【０１５３】
（２）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オフ
制御部５１０は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ1の２倍の逆数の時間（周期Ｔ1の１／２倍の時間）が経過すると、Ｕ−Ｙゲートをオフする。このとき、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
また、Ｕ−Ｙゲートをオフしたタイミングで、前述した還流が終了していないと（ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLが０（ゼロ）になっていないと）、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは、ダイオードＤV、コンデンサＣ、及びダイオードＤxの順の経路を流れ、コンデンサＣを充電するので急速に減少して０（ゼロ）になる。
【０１５４】
その後、直流リアクトル３１０を介して入力した直流入力電流により、コンデンサＣは充電される。したがって、コンデンサＣの両端の電圧ＶCは上昇する。
制御部５１０は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ1の２倍の逆数の時間（周期Ｔ1の１／２倍の時間）が経過すると、Ｕ−Ｙゲートをオンする。このとき、ＭＥＲＳ４１０の出力電流ＩLは０（ゼロ）であるから、ソフトスイッチングが実現される。
前記（１）及び前記（２）の動作で、周期Ｔ1（１周期）の動作が終了する。このような動作を繰り返し行うことによって、図９Ａ及び図９Ｂに示す溶接電流の波形が得られる。
【０１５５】
次に、第２実施形態の抵抗スポット溶接システム１Ａの動作について説明する。図１１は、第２実施形態における、抵抗スポット溶接システム１Ａの通電加工処理の流れを示すフローチャートである。図１１に示す処理では、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流に基づいて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を制御する。
【０１５６】
抵抗スポット溶接機８１０の上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の間に、相互に重ね合わせた金属板Ｍ１０及びＭ２０をセットし、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０で金属板Ｍ１０及びＭ２０を挟み込むように加圧しながら通電処理を開始する（ステップＳ１０１）。ここで、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｆ０となるように制御する。
【０１５７】
次に、電圧検出部９１０は、溶接電流によって発生する磁束が各コイルＣ１〜Ｃ４を貫くことによって、各コイルＣ１〜Ｃ４に発生する誘導起電力ｅi（iは１〜４の整数）を測定する（ステップＳ１０３）。
【０１５８】
次に、磁束量分布導出部５１１は、例えば、以下の（式１）に基づいて、電圧検出部９１０により検出された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力と、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数と、から、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiを導出する（ステップＳ１０５）。式（１）において、ｎiはコイルの巻数である。
ｅi＝−ｎi・ｄφi/ｄｔ  （式１）
【０１５９】
次に、溶接電流分布導出部５１２は、例えば、以下の（式２）に基づいて、磁束量分布導出部５１１により導出された各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiから、上側溶接電極Ｅ１０における各コイルＣ１〜Ｃ４と対応する領域の溶接電流Ｉi（iは１〜４の整数）（各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiに基づく溶接電流）を導出する（ステップＳ１０７）。式（２）において、ｄｌは微小長さ、μは透磁率、ＳiはコイルＣ１〜Ｃ４の面積である。
Ｉi＝∫φi・ｄｌ/（μ・Ｓi）  （式２）
【０１６０】
次に、判定部５１３は、溶接電流分布導出部５１２により導出された各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流Ｉiの大きさが、予め定められた上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとの間の範囲ΔＩに含まれているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
【０１６１】
次に、判定部５１３が、溶接電流Ｉiの大きさが予め定められた範囲ΔＩに含まれていると判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ０を変更することなく通電処理を継続させる（ステップＳ１１１）。
【０１６２】
一方、判定部５１３が、溶接電流Ｉiの大きさが予め定められた範囲ΔＩに含まれていないと判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変化させる（ステップＳ１１３）。ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を増大させることにより、溶接電流の大きさを現在値より減少させる（ステップＳ１１５）。例えば、回路制御部５１４は、範囲ΔＩからの外れ量に応じた値だけ、溶接電流の大きさが現在値よりも小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。例えば、回路制御部５１４は、範囲ΔＩからの外れ量に応じて予め設定された係数ｋを周波数ｆ０に乗じた値を、変更後の動作周波数（ｋｆ０）として設定し、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｋｆ０となるように制御する。
【０１６３】
次に、回路制御部５１４は、通電開始から、予め設定された通電処理時間（設定時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１７）。回路制御部５１４は、設定時間が経過したと判定した場合、ＭＥＲＳ４１０の動作を停止して通電処理を終了し（ステップＳ１１９）、本フローチャートの処理を終了する。一方、回路制御部５１４は、設定時間が経過していないと判定した場合、再度、上記のステップＳ１０３に戻り、本フローチャートの処理を継続する。
【０１６４】
次に、第２抵抗スポット溶接システム１Ａの他の通電加工処理の流れについて説明する。図１２は、第２実施形態における、抵抗スポット溶接システム１Ａの他の通電加工処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示す処理では、各コイルＣ１〜Ｃ４の起電力に基づいて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を制御する。
【０１６５】
抵抗スポット溶接機８１０の上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の間に相互に重ね合わせた金属板Ｍ１０及びＭ２０をセットし、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０で金属板Ｍ１０及びＭ２０を挟み込むように加圧しながら通電処理を開始する（ステップＳ２０１）。ここで、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｆ０となるように制御する。
【０１６６】
次に、電圧検出部９１０は、溶接電流によって発生する磁束が各コイルＣ１〜Ｃ４を貫くことによって、各コイルＣ１〜Ｃ４に発生する誘導起電力ｅiを測定する（ステップＳ２０３）。
【０１６７】
次に、判定部５１３は、電圧検出部９１０により測定された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力ｅiの大きさが、予め定められた上限起電力ｅuと下限起電力ｅdとの間の範囲Δｅに含まれているか否かを判定する（ステップＳ２０５）。例えば、スパッタが発生する場合や、スパッタが発生する兆候が見られる場合に、各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力ｅiの大きさがどのような値を示すのかを予め調査しておき、調査した誘導起電力の大きさから、上限起電力ｅuと下限起電力ｅdとを定めることができる。下限起電力ｅdを用いずに、判定部５１３が、電圧検出部９１０により測定された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力ｅiの大きさが、上限起電力ｅuを超えているか否かを判定するようにしてもよい。
【０１６８】
次に、判定部５１３が、誘導起電力ｅiの大きさが予め定められた範囲Δｅに含まれていると判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ０を変更することなく通電処理を継続させる（ステップＳ２０７）。
【０１６９】
一方、判定部５１３が、誘導起電力ｅiの大きさが予め定められた範囲Δｅに含まれていないと判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変化させる（ステップＳ２０９）。ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を増大させることにより、溶接電流の大きさを現在値より減少させる（ステップＳ２１１）。例えば、回路制御部５１４は、範囲Δｅからの外れ量に応じた値だけ、溶接電流の大きさが現在値よりも小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。例えば、回路制御部５１４は、範囲Δｅからの外れ量に応じて予め設定された係数ｋを周波数ｆ０に乗じた値を、変更後の動作周波数（ｋｆ０）として設定し、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｋｆ０となるように制御する。
【０１７０】
次に、回路制御部５１４は、通電開始から、予め設定された通電処理時間（設定時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ２１３）。回路制御部５１４は、設定時間が経過したと判定した場合、ＭＥＲＳ４１０の動作を停止して通電処理を終了し（ステップＳ２１５）、本フローチャートの処理を終了する。一方、回路制御部５１４は、設定時間が経過していないと判定した場合、再度、上記のステップＳ２０３に戻り、本フローチャートの処理を継続する。
【０１７１】
次に、第２抵抗スポット溶接システム１Ａのさらに他の通電加工処理の流れについて説明する。図１３は、第２実施形態における、抵抗スポット溶接システム１Ａの他の通電加工処理の流れを示すフローチャートである。図１３に示す処理では、各コイルＣ１〜Ｃ４を貫く磁束に基づいて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を制御する。
【０１７２】
抵抗スポット溶接機８１０の上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の間に相互に重ね合わせた金属板Ｍ１０及びＭ２０をセットし、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０で金属板Ｍ１０及びＭ２０を挟み込むように加圧しながら通電処理を開始する（ステップＳ３０１）。ここで、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｆ０となるように制御する。
【０１７３】
次に、電圧検出部９１０は、溶接電流によって発生する磁束が各コイルＣ１〜Ｃ４を貫くことによって、各コイルＣ１〜Ｃ４に発生する誘導起電力ｅiを測定する（ステップＳ３０３）。
【０１７４】
次に、磁束量分布導出部５１１は、例えば、以下の（式３）に基づいて、電圧検出部９１０により検出された各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力と、各コイルＣ１〜Ｃ４の巻き数と、から、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiを導出する（ステップＳ３０５）。式（３）において、ｎiはコイルの巻数である。
ｅi＝−ｎi・ｄφi/ｄｔ  （式３）
【０１７５】
次に、判定部５１３は、磁束量分布導出部５１１により導出された各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiの大きさが、予め定められた上限磁束量φuと下限磁束量φdとの間の範囲Δφに含まれているか否かを判定する（ステップＳ３０７）。例えば、スパッタが発生する場合や、スパッタが発生する兆候が見られる場合に、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiの大きさがどのような値を示すのかを予め調査しておき、調査した磁束量の大きさから、上限磁束量φuと下限磁束量φdとを定めることができる。下限磁束量φdを用いずに、判定部５１３が、磁束量分布導出部５１１により導出された各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φiの大きさが、上限磁束量φuを超えているか否かを判定するようにしてもよい。
【０１７６】
次に、判定部５１３が、磁束量φiの大きさが予め定められた範囲Δφに含まれていると判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ０を変更することなく通電処理を継続させる（ステップＳ３０９）。
【０１７７】
一方、判定部５１３が、磁束量φiの大きさが予め定められた範囲Δφに含まれていないと判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変化させる（ステップＳ３１１）。ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を増大させることにより、溶接電流の大きさを現在値よりも減少させる（ステップＳ３１３）。例えば、回路制御部５１４は、範囲Δφからの外れ量に応じた値だけ、溶接電流の大きさが現在値よりも小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。例えば、回路制御部５１４は、範囲Δφからの外れ量に応じて予め設定された係数ｋを周波数ｆ０に乗じた値を、変更後の動作周波数（ｋｆ０）として設定し、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｋｆ０となるように制御する。
【０１７８】
次に、回路制御部５１４は、通電開始から、予め設定された通電処理時間（設定時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ３１５）。回路制御部５１４は、設定時間が経過したと判定した場合、ＭＥＲＳ４１０の動作を停止して通電処理を終了し（ステップＳ３１７）、本フローチャートの処理を終了する。一方、回路制御部５１４は、設定時間が経過していないと判定した場合、再度、上記のステップＳ３０３に戻り、本フローチャートの処理を継続する。
【０１７９】
次に、第２抵抗スポット溶接システム１Ａのさらに他の通電加工処理の流れについて説明する。図１４は、第２実施形態における、抵抗スポット溶接システム１Ａの他の通電加工処理の流れを示すフローチャートである。図１４に示す処理では、各コイルＣ１〜Ｃ４の起電力の差の最大値に基づいて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を制御する。
【０１８０】
抵抗スポット溶接機８１０の上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の間に相互に重ね合わせた金属板Ｍ１０及びＭ２０をセットし、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０で金属板Ｍ１０及びＭ２０を挟み込むように加圧しながら通電処理を開始する（ステップＳ４０１）。ここで、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｆ０となるように制御する。
【０１８１】
次に、電圧検出部９１０は、溶接電流によって発生する磁束が各コイルＣ１〜Ｃ４を貫くことによって、各コイルＣ１〜Ｃ４に発生する誘導起電力ｅiを測定する（ステップＳ４０３）。
【０１８２】
次に、判定部５１３は、電圧検出部９１０により測定された各コイルＣ１〜Ｃ４の４つの誘導起電力ｅiの内、２つの誘導起電力ｅiの電圧差の最大値ｅσを計測あるいは演算する（ステップＳ４０５）。
【０１８３】
次に、判定部５１３は、電圧差の最大値ｅσの大きさが、予め定められた上限電圧差閾値ｅσｃを超えているか否かを判定する（ステップＳ４０７）。例えば、スパッタが発生する場合や、スパッタが発生する兆候が見られる場合に、各コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力ｅi間の電圧差の大きさがどのような値を示すのかを予め調査しておき、調査した誘導起電力の大きさから、電圧差閾値ｅσｃを定めることができる。
【０１８４】
次に、判定部５１３が、電圧差の最大値ｅσの大きさが、電圧差閾値ｅσｃを超えていないと判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数ｆ０を変更することなく通電処理を継続させる（ステップＳ４０９）。
【０１８５】
一方、判定部５１３が、電圧差の最大値ｅσの大きさが、電圧差閾値ｅσｃを超えていると判断した場合、回路制御部５１４は、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変化させる（ステップＳ４１１）。ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を増大させることにより、溶接電流の大きさを現在値より減少させる（ステップＳ４１３）。例えば、回路制御部５１４は、電圧差の最大値ｅσの大きさと電圧差閾値ｅσｃと差分に応じた値だけ、溶接電流の大きさが現在値よりも小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作を制御する。例えば、回路制御部５１４は、電圧差の最大値ｅσの大きさと電圧差閾値ｅσｃと差分に応じて予め設定された係数ｋを周波数ｆ０に乗じた値を、変更後の動作周波数（ｋｆ０）として設定し、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数がｋｆ０となるように制御する。
【０１８６】
次に、回路制御部５１４は、通電開始から、予め設定された通電処理時間（設定時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ４１５）。回路制御部５１４は、設定時間が経過したと判定した場合、ＭＥＲＳ４１０の動作を停止して通電処理を終了し（ステップＳ４１７）、本フローチャートの処理を終了する。一方、回路制御部５１４は、設定時間が経過していないと判定した場合、再度、上記のステップＳ４０３に戻り、本フローチャートの処理を継続する。
【０１８７】
以上のように本実施形態では、上側溶接電極Ｅ１０の側方において、上側溶接電極Ｅ１０、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、及び下側溶接電極Ｅ２０に流れる溶接電流によって発生する磁束が貫く状態で、上側溶接電極Ｅ１０を周回する方向において間隔を有するように、複数のコイルＣ１〜Ｃ４を配置する。例えば、コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力から導出される磁束量φから、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流を導出する。各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流の大きさの少なくとも１つが、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩを外れている場合には、最大の外れ量に応じた値だけ溶接電流の大きさが小さくなるように、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を大きくする。したがって、上側溶接電極Ｅ１０、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、及び下側溶接電極Ｅ２０の間のインピーダンスの変化を、上側溶接電極Ｅ１０の軸に垂直な領域における溶接電流の分布として直接的に捉えることができる。よって、加圧力を検出して加圧力を制御する場合よりも、スパッタの発生を迅速に且つ確実に検出することができる。また、スパッタが発生する予兆を検出するように、上限溶接電流Ｉuと下限溶接電流Ｉdとにより定まる範囲ΔＩを設定することができる。
【０１８８】
本実施形態では、各コイルＣ１〜Ｃ４は同じものであり、且つ、上側溶接電極Ｅ１０の軸２０１を軸とする４回対称の関係を有する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態では、２つ以上（好ましくは３つ以上）のコイルを、上側溶接電極Ｅ１０の側方において、溶接電流によって発生する磁束が貫く状態で、上側溶接電極Ｅ１０を周回する方向に沿って間隔を有するように配置していれば、必ずしもこのようにする必要はない。コイルの数は４でなくてもよいし、各コイルの大きさ、向き、及び巻き数の少なくとも１つが異なっていてもよいし、各コイルが上側溶接電極Ｅ１０の軸２０１を軸とする回転対称の関係にならなくてもよい。
【０１８９】
以上のような場合、コイルのコイル面の大きさや位置や向きに応じて、コイルＣ１〜Ｃ４毎に、コイルＣ１〜Ｃ４の誘導起電力に乗算する補正係数を設定することができる。例えば、コイルの大きさが異なる場合、基準の大きさのコイルと、実際に使用するコイルとのそれぞれを用いて、コイルの大きさ以外は同じ条件で抵抗スポット溶接を行って、このコイルの誘導起電力を測定し、測定したコイルの誘導起電力の比を前記補正係数とすることができる。コイルの向きが異なったり、回転対称の関係にならなかったりする場合にも、コイルの大きさが異なる場合と同様に補正係数を定めることができる。
【０１９０】
また、本実施形態では、上側溶接電極Ｅ１０に対してコイルＣ１〜Ｃ４を配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側溶接電極Ｅ１０に対してコイルＣ１〜Ｃ４を配置することに加え、又は、代えて、下側溶接電極Ｅ２０に対してコイルＣ１〜Ｃ４を配置してもよい。上側溶接電極Ｅ１０に対して配置するコイルと、下側溶接電極Ｅ２０に対して配置するコイルとで、コイルの数、大きさ、向き、及び巻き数の全てが同じになるようにしても、それらの少なくとも１つが異なるようにしてもよい。また、下側溶接電極Ｅ２０に対して配置する各コイルが、下側溶接電極Ｅ２０の軸を軸とする回転対称の関係にならなくてもよい。また、コイルＣ１〜Ｃ４に代えて、ホール素子等の他の地場計測機器を用いて溶接電流によって発生する磁場を計測してもよい。
【０１９１】
また、本実施形態では、各コイルＣ１〜Ｃ４に対応する領域の溶接電流を導出し、導出した溶接電流の大きさの少なくとも１つが範囲ΔＩから外れているか否かを判定する場合を例に挙げて説明した。この他、例えば、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φの少なくとも１つが、予め設定された範囲から外れているか否かを判定してもよい。この範囲は、例えば、スパッタが発生する場合や、スパッタが発生する兆候が見られる場合に、各コイルＣ１〜Ｃ４における磁束量φがどのような値を示すのかを予め調査し、調査した磁束量φから定めることができる。このようにした場合、例えば、磁束量φの予め設定された範囲からの外れ量と、溶接電流の大きさの変更量（低減量）との関係を、コイルＣ１〜Ｃ４毎に予め設定しておく。予め設定された範囲内にない磁束量φを示すコイルついて設定された前記関係から、溶接電流の大きさの変更量を決定し、決定した変更量に応じて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変更することができる。その他、各コイルＣ１〜Ｃ４に生じる誘導起電力、あるいは、各コイルＣ１〜Ｃ４に生じる誘導起電力の差の最大値に基づいて、ＭＥＲＳ４１０の動作周波数を変更することもできる。
【０１９２】
また、本実施形態では、ＭＥＲＳ４１０を用いて、溶接電流の大きさを変更する場合を例に挙げて説明した。ＭＥＲＳ４１０を用いれば、前述したようにソフトスイッチングを実現したり、応答速度を速くしたり、種々の波形を生成したりすることができるので好ましい。しかしながら、溶接電流の大きさ（上側溶接電極Ｅ１０、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、及び下側溶接電極Ｅ２０に与える電力）を変更することができる電源回路であれば、必ずしもＭＥＲＳを用いる必要はない。例えば、周波数を変更して電流の大きさを変更することができる、公知のインバータ回路を用いてもよい。また、サイリスタを用いた位相制御を行えば、単相交流電源回路を用いることもできる。さらに、直流電源回路を用いることもできる。上側溶接電極Ｅ１の内部において溶接電流の分布が生じれば、直流電流であっても、前述したように、各コイルＣ１〜Ｃ４を貫く磁束量が時間変化するからである。
【０１９３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上記第２実施形態では、金属板Ｍ１０の上方（又は金属板Ｍ２０の下方）にコイルＣ１〜Ｃ４を配置する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、金属板Ｍ１０及びＭ２０に２つのコイルを周回させる。このように本実施形態と上記第２実施形態とでは、コイルの数、構成、及び配置が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、上記第２実施形態と同一の部分については、図６〜図１４に付した符号と同一の符号を付す等して、詳細な説明を省略する。
【０１９４】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、コイルＣ５及びＣ６の配置の一例を示す図である。
具体的に図１５Ａは、金属板Ｍ１０、上側溶接電極Ｅ１０、コイルＣ５、及びコイルＣ６を、上側溶接電極Ｅ１０が配置されている側から、金属板Ｍ１０の法線方向に沿って見た図である。図１５Ｂは、金属板Ｍ１０、金属板Ｍ２０、上側溶接電極Ｅ１０、下側溶接電極Ｅ２０、コイルＣ５、及びコイルＣ６を、図１５Ａの矢印線Ｄに沿って見た図である。図１５Ｂにおいては、コイルＣ６は、コイルＣ５と上側溶接電極Ｅ１に隠れて見えていない。
【０１９５】
コイルＣ５及びＣ６は、それぞれ、溶接電流によって発生する磁束が貫く状態で、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の側周面の周方向に沿う第５及び第６の位置２０６及び２０７（上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０の側周面を軸２０１に沿って２等分した位置）に対するように、金属板Ｍ１０及びＭ２と間隔を有して金属板Ｍ１及びＭ２に周回される（巻回される）。
具体的に言うと、図１５Ａ及び図１５Ｂに示す例では、コイルＣ５及びＣ６は、同じものである。また、図１５Ａに示すように、コイルＣ５及びＣ６は、上側溶接電極Ｅ１０の軸２０１（この軸２０１は下側溶接電極Ｅ２０の軸ともの一致する）を軸とする２回対称の関係となる位置に配置される。ここで、コイルＣ５及びＣ６は、可及的に上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０に近い位置に配置されるのが好ましい。
【０１９６】
コイルＣ５及びＣ６の巻き数は、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように「１」でなくてもよく、「２」以上であってもよいことは、上記第２実施形態で説明した通りである。また、コイルの数、大きさ、向き、及び巻き数の少なくとも１つが異なっていてもよいし、各コイルが回転対称の位置になくてもよい。ただし、少なくとも２つのコイルは、上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０を介して相互に対向する位置に配置されるようにする。上側溶接電極Ｅ１０及び下側溶接電極Ｅ２０を介して相互に対向する位置に配置されていれば、コイルＣ５及びＣ６に加えて又は代えて、コイルＣ５及びＣ６の各々と直交するようにコイルを金属板Ｍ１及びＭ２に対してコイルを周回させて（巻回して）もよい。
【０１９７】
その他については、上記第２実施形態の説明において、コイルの数が「４」から「２」になることに起因する構成及び動作が異なるだけであるので、詳細な説明を省略する。
以上のようにしても、前述した第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態においても、第２実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
【０１９８】
以上説明した本発明の第２及び第３実施形態のうち、制御部５１０が行う処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【０１９９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上記の第１実施形態と比較して、第４実施形態に係る抵抗スポット溶接システム１Ｂは、抵抗スポット溶接機８００が、圧力調節部９００を備えている点が異なる。このため、構成などについては上記第１実施形態で説明した図および関連する記載を援用して同じ符号を使用し、説明を省略する。
【０２００】
本実施形態の抵抗スポット溶接システム及び抵抗スポット溶接方法は、重ね合せた金属板に対する高周波電流の通電中に、金属板と金属板の接触領域に圧力を加え、この圧力を、通電終了まで徐々に高めていくことを特徴とする。
【０２０１】
本実施形態のスポット溶接継手は、本実施形態の抵抗スポット溶接方法によって形成したスポット溶接継手であって、金属板と金属板の接触領域の外周部に溶融凝固組織が形成されていることを特徴とする。
【０２０２】
図１６は、第４実施形態の抵抗スポット溶接システムの構成の一例を示す図である。圧力調節部９００は、溶接電極Ｅ１及びＥ２が、板面が相互に重ね合わせられた複数の金属板Ｍ１及びＭ２を挟持する挟持力を増減させる。例えば、圧力調節部９００は、溶接電極Ｅ１及びＥ２が図１６のＡ方向及びＢ方向から金属板Ｍ１及びＭ２を挟持する挟持力を増減させる。
【０２０３】
図１７Ａに、第４実施形態における通電パターンを示す。また、図１７Ｂに、溶接電極Ｅ１及びＥ２の金属板Ｍ１及びＭ２に対する加圧又は電極押込み量のパターンの連携を示す。
【０２０４】
重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２を溶接電極Ｅ１及びＥ２で挟み、圧力Ｐ0で加圧する。金属板Ｍ１及びＭ２を挟持する挟持力を加圧開始時点ｔ0から徐々に増大させ、ｔ1（＞ｔ0）の時点で、溶接電極Ｅ１及びＥ２に対する、電流値（実効値）Ｉの高周波の通電を開始し、ｔ2（＞ｔ1）まで通電を継続する（図１７Ａ参照）。ここで、ｔ1からｔ2までの間に、金属板Ｍ１及びＭ２を挟持する挟持力、すなわち、重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域を加圧する圧力をｔ1時点のＰ0'からＰ1まで徐々に増大させる。通電終了（ｔ2）後は、圧力Ｐ1をｔ3（＞ｔ2）まで保持し、金属板Ｍ１及びＭ２の溶融部の凝固を完了させた後、スポット溶接を終了する。
【０２０５】
図１７Ｂでは、ｔ1からｔ2までの間におけるＰ0'からＰ1までの加圧又は電極押込み量のパターンを点線で示したが、この間の加圧パターンは、直線に限定されない。上に凸の曲線でもよいし、下に凸の曲線でもよく、ステップ状に加圧力を増大させてもよい。
【０２０６】
本実施形態においては、溶接電極に高周波電流を通電している間、溶接電極Ｅ１及びＥ２の加圧力又は変位を徐々に高めることが重要である。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域１ｃを溶接電極Ｅ１及びＥ２で挟んで加圧し、この加圧力又は変位量を徐々に高めることにより、金属板Ｍ１及びＭ２間の接触径が徐々に増大する。金属板Ｍ１及びＭ２間の接触径を増大させるためには、溶接電極Ｅ１及びＥ２の各々の先端形状が凸状になっていることが必要である。通常、用いられている、市販のＲ電極、ＤＲ電極が好適に使用できる。
【０２０７】
高周波通電では、金属板間の接触領域の外周に電流が集中するので、金属板間の接触径が大きくなっていく過程で、接触領域の外周が発熱し溶融していくことで溶融部が拡大する。この溶融部の拡大、即ち、溶融部の外径の拡大が、ＣＴＳの向上をもたらす。この溶融部の挙動と、ＣＴＳの向上との関連については、後で説明する。
【０２０８】
図１８Ａに、本実施形態における他の通電パターンを示す。また、図１８Ｂに、図１８Ａに示す通電パターンと連携させる加圧パターンを示す。基本的には、図１７Ａ及び図１７Ｂに示す連携と同じであるが、重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２を圧力Ｐ2で加圧し、通電開始のｔ1までそのまま保持している。
【０２０９】
金属板Ｍ１及びＭ２を挟持する挟持力を圧力Ｐ2でｔ1まで保持した後、溶接電極Ｅ１及びＥ２に対する電流値（実効値）Ｉの高周波の通電を開始し、ｔ2まで通電を継続する（図１８Ａ参照）。ｔ1からｔ2までの間に、重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域を加圧する圧力をｔ1時点のＰ2からＰ3まで増大させ、通電終了（ｔ3）後は、圧力Ｐ3をｔ4まで保持し、金属板Ｍ１及びＭ２の溶融部の凝固を完了させた後、スポット溶接を終了する。
【０２１０】
図１８Ｂでは、ｔ1からｔ2の間におけるＰ2からＰ3までの加圧パターンを点線で示したが、この間の加圧パターンは、直線に限定されない。上に凸の曲線でもよいし、下に凸の曲線でもよく、ステップ状に加圧力を増大させてもよい。図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、及び図１８Ｂにおいて、ｔ0からｔ1までの加圧処理は、金属板Ｍ１及びＭ２同士を接触させるために行われる。また、ｔ2からｔ3までの加圧処理は、溶接された金属板Ｍ１及びＭ２を加圧下で冷却させるために行われる。
【０２１１】
図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、及び図１８では、金属板Ｍ１及びＭ２に流す高周波電流の周波数が一定の場合を示したが、高周波電流の周波数は、通電中、金属板の接触領域の外周部での発熱量を考慮して変更してもよい。金属板Ｍ１及びＭ２に流す高周波電流の周波数の変更は、制御部５００を用いてＭＥＲＳ４００を制御することにより行われる。高周波電流の周波数を変更することにより、溶融領域の範囲、発熱分布等の特性を調整することができる。
【０２１２】
金属板Ｍ１及びＭ２に流す高周波電流の周波数は特に限定されないが、表皮効果による電流集中を効率よく行える１５ｋＨｚ以上が好ましく、一方、電源容量をあまり大きくしないために１００ｋＨｚ以下が好ましい。
【０２１３】
重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域を加圧する圧力は、特に限定されない。金属板Ｍ１及びＭ２の強度、厚さ、部材形状等を考慮して、適宜、溶接させる部分が接触するように設定する。
【０２１４】
ここで、本実施形態において、金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域の外周部に形成される溶融部の挙動と、ＣＴＳの向上との関連について説明する。
【０２１５】
図２０Ａから図２０Ｄに、金属板Ｍ１及びＭ２の接触領域の外周部に形成された溶融部（黒い部分）が拡大する過程を模式的に示す。これは、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、及び図１８Ｂに示す時間ｔ1からｔ2、またはｔ3にかけて起こる現象である。図２０Ａは通電初期の溶融部２（黒い部分）を示し、図２０Ｂ及び図２０Ｃは溶融部（黒い部分）が拡大していく途中の溶融部２ａ及び２ｂ（黒い部分）を示し、図２０Ｄは拡大した溶融部が最終的に凝固した凝固組織３（黒い部分）を示す。
【０２１６】
重ね合せた金属板Ｍ１及びＭ２を溶接電極Ｅ１及びＥ２で挟み、接触領域１ｃを形成し、接触領域１ｃに高周波電流を通電する。接触領域１ｃに高周波電流を通電すると、電流の表皮効果で接触領域１ｃの端部が発熱し、この端部が溶融して、接触領域１ｃの外周部に溶融部２が生成される。
【０２１７】
溶融部２が生成された後、図１７Ｂ及び図１８Ｂに示すように、接触領域１ｃに加える圧力を徐々に増大させると、図２０Ｂに示すように、溶融部２の外径が拡大し、接触領域１ｃの外周部に外径が拡大した溶融部２ａが形成される。
【０２１８】
接触領域１ｃに加える圧力をさらに増大させると、溶融部２ａの外径はさらに拡大し、図２０Ｃに示すように、接触領域１ｃの外周部に外径がさらに拡大した溶融部２ｂが形成される。
【０２１９】
また、接触領域１ｃに加える圧力を高めながら通電していくと、溶融部２は、図２０Ｄに示すように、外径が拡大するだけでなく、内側への伝熱により内径が縮小して、金属板Ｍ１及びＭ２との融着面積が増大する。
【０２２０】
このように、通電終了まで、接触領域１ｃに加える圧力を増大させると、溶融部２ｂの外径は、さらに拡大し、かつ、金属板Ｍ１及びＭ２との融着面積が増大して、凝固する。その結果、図２０Ｄに示すように、金属板Ｍ１及びＭ２間の接触領域１ｃの外周部に、金属板Ｍ１及びＭ２との融着面積が大きく、かつ、外周の長さが長い溶融凝固組織３を有する溶接継手を得ることができる。
【０２２１】
したがって、本実施形態において、ＴＳＳが向上し、かつ、ＣＴＳが顕著に向上したスポット溶接継手を得ることができる。
【実施例】
【０２２２】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。【０２２３】
（実施例１）表１に示す鋼板の組合せで、図１８Ａ及び図１８Ｂに示す通電パターンと加圧パターンの連携を用いて、表２に示す溶接条件でスポット溶接を行った。このスポット溶接により鋼板と鋼板の接触領域の外周部に形成されたナゲットの外径を測定するとともに、ＴＳＳとＣＴＳを測定した。スポット溶接電極には、Ｃｕ−Ｃｒ合金、電極先端直径８ｍｍ、電極先端の曲率半径４０ｍｍのＲ型電極を用いた。ここでは、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、及び図１８Ｂにおけるｔ0を０（ｓ）とした。結果を、表２に併せて示す。【０２２４】
【表１】
0006460121.tif 000002
【０２２５】
【表２】
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【０２２６】
本実施形態では、電源装置として、ＭＥＲＳを用いる例を説明した。ＭＥＲＳを用いれば、前述したようにソフトスイッチングを実現し、応答速度を速くし、種々の波形を生成することができるので好ましい。しかしながら、溶接電流の大きさ、周波数等を変更する必要がなければ、必ずしもＭＥＲＳを用いる必要はない。例えば、ＭＥＲＳに代え、抵抗スポット溶接機を通電することが可能な公知の電源装置を用いてもよい。【０２２７】
以上説明した本実施形態によれば、十字引張力（ＣＴＳ）が顕著に向上したスポット溶接継手を提供することができる。よって、本実施形態は、スポット溶接を組立手段として用いる産業、例えば、自動車産業において利用可能性が高いものである。【０２２８】
以上説明した第４実施形態では、以下を採用している。
（１）本実施形態に係るスポット溶接方法は、重ね合せた鋼板のスポット溶接方法において、先端が凸状の形状をした電極を用いて、重ね合せた鋼板を加圧し、次いで、高周波電流を通電し、通電中に、鋼板と鋼板の接触領域を加圧し、該加圧力を、通電終了まで徐々に高めていき、通電を終了した後、加圧力をゼロとする。【０２２９】
（２）上記（１）のスポット溶接方法において、前記高周波電流の通電中に、高周波電流の周波数を変更する。【０２３０】
（３）上記（１）または（２）のスポット溶接方法において、前記高周波電流の周波数が１５ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。【０２３１】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つのスポット溶接方法で形成したスポット溶接継手であって、鋼板と鋼板の接触領域の外周部に溶融凝固組織が形成されている。【０２３２】
以上に説明した本発明の各実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
本発明の一態様に係る電源装置によれば、被加工材の材質や形状に応じた適切な加工条件による通電加工を通電加工装置に行わせることができるので、被加工材の特性（例えば抵抗スポット溶接であれば、溶接部における継手強度など）を向上させることが可能になる。
【符号の説明】
【０２３４】
１，１Ａ，１Ｂ：抵抗スポット溶接システム
１００，１１０：交流電源
２００，２１０：整流器
３００，３１０：直流リアクトル
４００，４１０：ＭＥＲＳ
５００，５１０：制御部
５１１：磁束量分布導出部
５１２：溶接電流分布導出部
５１３：判定部
５１４：回路制御部
６００，６１０：交流インダクタンス
７００，７１０：変流器
８００、８１０：抵抗スポット溶接機
９００：圧力調節部
９１０：電圧検出部
Ｃ１〜Ｃ６：コイル
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ１０，Ｅ２０：溶接電極
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ１０，Ｍ２０：金属板
１ｃ：接触領域
２，２ａ，２ｂ：溶融部
３：溶融凝固組織
【図１】
0006460121.tif 000004
【図２】
0006460121.tif 000005
【図３】
0006460121.tif 000006
【図４】
0006460121.tif 000007
【図５】
0006460121.tif 000008
【図６】
0006460121.tif 000009
【図７Ａ】
0006460121.tif 000010
【図７Ｂ】
0006460121.tif 000011
【図８Ａ】
0006460121.tif 000012
【図８Ｂ】
0006460121.tif 000013
【図９Ａ】
0006460121.tif 000014
【図９Ｂ】
0006460121.tif 000015
【図１０】
0006460121.tif 000016
【図１１】
0006460121.tif 000017
【図１２】
0006460121.tif 000018
【図１３】
0006460121.tif 000019
【図１４】
0006460121.tif 000020
【図１５Ａ】
0006460121.tif 000021
【図１５Ｂ】
0006460121.tif 000022
【図１６】
0006460121.tif 000023
【図１７Ａ】
0006460121.tif 000024
【図１７Ｂ】
0006460121.tif 000025
【図１８Ａ】
0006460121.tif 000026
【図１８Ｂ】
0006460121.tif 000027
【図１９Ａ】
0006460121.tif 000028
【図１９Ｂ】
0006460121.tif 000029
【図２０Ａ】
0006460121.tif 000030
【図２０Ｂ】
0006460121.tif 000031
【図２０Ｃ】
0006460121.tif 000032
【図２０Ｄ】
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