(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の板面同士の重ね合わせ部の表側および裏側に対して溶接電極を加圧しながら通電することにより当該金属板の重ね合わせ部に発生するジュール熱によって、当該金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するために、当該溶接電極に電力を供給する抵抗スポット溶接用電源装置であって、
４個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、当該ブリッジ回路の直流端子間に接続され、磁気エネルギーを蓄積するコンデンサと、を有する磁気エネルギー回生スイッチと、
前記磁気エネルギー回生スイッチのスイッチ動作を制御することにより、前記溶接電極に流れる溶接電流の周波数を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記磁気エネルギー回生スイッチのスイッチ動作を制御することにより、１回の前記抵抗スポット溶接の期間内において、前記溶接電流の周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる際に、当該第１の周波数を上回り且つ当該第２の周波数を下回る少なくとも１つの中間周波数に前記溶接電流の周波数を変更してから、当該第２の周波数に前記溶接電流の周波数を変更することを特徴とする抵抗スポット溶接用電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、１回の前記抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％から２％の時間内に、前記溶接電流の周波数を、前記第１の周波数から前記第２の周波数に上げることを特徴とする請求項１に記載の抵抗スポット溶接用電源装置。
【請求項３】
前記第２の周波数は、前記第１の周波数の３倍以上、１０倍以下であり、
前記第１の周波数から前記第２の周波数に前記溶接電流の周波数を上げる過程において設定される前記中間周波数の数は、２以上であり、
前記中間周波数の増加率は、５０kＨz／ｓ以上であり、
前記中間周波数のサイクルの数は、５未満であり、
前記中間周波数の増加率は、当該中間周波数から、当該中間周波数に変更する直前の周波数を減算した値を、当該中間周波数の継続時間で割った値であり、
前記中間周波数のサイクルの数は、当該中間周波数と当該中間周波数の継続時間との積であることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接用電源装置。
【請求項４】
前記ブリッジ回路は、第１の逆導通型半導体スイッチ、第２の逆導通型半導体スイッチ、第３の逆導通型半導体スイッチ、および第４の逆導通型半導体スイッチを有し、
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は、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、
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は、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、
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は同じであり、
前記コンデンサは、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、
前記制御手段は、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を制御することにより、前記溶接電極に流れる溶接電流の周波数を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の抵抗スポット溶接用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗スポット溶接用電源装置に関し、特に、金属板を抵抗スポット溶接するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の車体の組立や部品の取付け等の工程において、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１枚または複枚の金属板の重ね合わせ部の表側および裏側に対して溶接電極を加圧しながら通電することにより当該金属板の重ね合わせ部に発生するジュール熱によって、当該金属板の重ね合わせ部を溶融させ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、または、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、通電周波数が低いため、溶接電極と金属板との接触部にほぼ均一に電流が流れる。したがって、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、当該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】
例えば、高張力鋼板や厚手の鋼板のように強度や剛性が大き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大きくすることが望まれる。そこで、特許文献１には、電流値を制御することで溶接部の温度履歴を制御し、溶接部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の低周波電源と、周波数が３０ｋＨｚの高周波電源からの電力を２枚の鋼板に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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０４３２３６号公報
【特許文献２】特許第５４６７４８０号公報
【特許文献３】特許第３６３４９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、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、電流の制御として従来の実効値についての制御しかできい。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、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では、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ず、実用上不可能である。
【０００７】
そこで、本発明者らは、抵抗スポット溶接用の電源装置として、特許文献３等に記載されている磁気エネルギー回生スイッチ（Magnetic Energy Recovery Switch）を用いることを検討した。しかしながら、特許文献３等に記載されている磁気エネルギー回生スイッチを用いて溶接電流の周波数を変更すると、溶接電流の周波数を変更する際に、溶接電流の大きさが急激に変動した後に定常状態になるという知見を得た。このような溶接電流の大きさの急激な変動は、溶接電極の損耗を早めたり、スパッタ（溶接中に飛散する粒子）を発生させたりする要因になり得る。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、抵抗スポット溶接時の溶接電流の周波数を１つの電源装置で制御するに際し、溶接電流の周波数の変更時に生じる溶接電流の大きさの変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の抵抗スポット溶接用電源装置は、金属板の板面同士の重ね合わせ部の表側および裏側に対して溶接電極を加圧しながら通電することにより当該金属板の重ね合わせ部に発生するジュール熱によって、当該金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するために、当該溶接電極に電力を供給する抵抗スポット溶接用電源装置であって、４個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、当該ブリッジ回路の直流端子間に接続され、磁気エネルギーを蓄積するコンデンサと、を有する磁気エネルギー回生スイッチと、前記磁気エネルギー回生スイッチのスイッチ動作を制御することにより、前記溶接電極に流れる溶接電流の周波数を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記磁気エネルギー回生スイッチのスイッチ動作を制御することにより、１回の前記抵抗スポット溶接の期間内において、前記溶接電流の周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる際に、当該第１の周波数を上回り且つ当該第２の周波数を下回る少なくとも１つの中間周波数に前記溶接電流の周波数を変更してから、当該第２の周波数に前記溶接電流の周波数を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、抵抗スポット溶接時の溶接電流の周波数を１つの電源装置で制御するに際し、溶接電流の周波数の変更時に生じる溶接電流の大きさの変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】スイッチングパターンと通電パターンの一例を示す図である。
【図３】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流およびＭＥＲＳのコンデンサの電圧と時間との関係の一例を示す図である。
【図４】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流、ＭＥＲＳのコンデンサＣの電圧、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の第１の例を示す図である。
【図５】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流、ＭＥＲＳのコンデンサＣの電圧、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の第２の例を示す図である。
【図６】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流、ＭＥＲＳのコンデンサＣの電圧、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の第３の例を示す図である。
【図７】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流、ＭＥＲＳのコンデンサＣの電圧、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の第４の例を示す図である。
【図８】溶接電流の周波数を変更した場合の、溶接電流、ＭＥＲＳのコンデンサＣの電圧、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の第５の例を示す図である。
【図９】オーバーシュートを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
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、必要に応じてＭＥＲＳと称する。）を用いることで、金属板を抵抗スポット溶接する際に金属板に与える溶接電流の周波数を、１回の抵抗スポット溶接を行っている最中に制御する。
【００１３】
ＭＥＲＳは、４個の逆導通型半導体スイッチにて構成されるブリッジ回路と、当該ブリッジ回路の直流端子間に接続され、磁気エネルギーを蓄積するコンデンサと、を有する。これら４個の逆導通型半導体スイッチのゲートに制御信号を与えて、逆導通型半導体スイッチのそれぞれオン・オフ制御を行うことにより、出力電流の周波数を変更することができる。
【００１４】
（抵抗スポット溶接システムの構成）
図１は、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。
本実施形態では、抵抗スポット溶接システムは、交流電源１００と、整流器２００と、抵抗３００と、コンデンサ４００と、降圧チョッパ５００と、直流リアクトル６００と、ＭＥＲＳ７００と、制御部８００と、交流インダクタンス９００と、変流器１０００と、抵抗スポット溶接機１１００と、を有する。
【００１５】
図１において、ＭＥＲＳ７００の入力側の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、抵抗３００の一端およびコンデンサ４００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、抵抗３００の一端およびコンデンサ４００の他端とが相互に接続される。整流器２００の出力端には、さらに降圧チョッパ５００が接続される。本実施形態では、降圧チョッパ５００は、逆導通型半導体スイッチＩと、ダイオードＤjとを有する。本実施形態では、逆導通型半導体スイッチＩは、半導体スイッチＳiとダイオードＤiの並列接続によって構成される。具体的には、ダイオードＤiのアノードに半導体スイッチＳiのエミッタが、ダイオードＤiのカソードに半導体スイッチＳiのコレクタがそれぞれ接続される。このように、逆導通型半導体スイッチＩは、１つの半導体スイッチＳiと、当該半導体スイッチＳiに並列に接続された１つのダイオードＤiとを有する。
【００１６】
逆導通型半導体スイッチＩの一端は、整流器２００の出力端の他の一つと相互に接続され、逆導通型半導体スイッチＩの他端は、ダイオードＤjのアノードに相互に接続される。ダイオードＤjのカソードは、整流器２００の出力端の一つと相互に接続される。
また、半導体スイッチＳiのゲート端子Ｇiは、制御部８００と接続される。半導体スイッチＳiのゲート端子Ｇiは、制御部８００から降圧チョッパ５００への制御信号として、半導体スイッチＳi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Ｓiはオン状態となり、オン信号が入力されていない間、半導体スイッチＳiはオフ状態となる。
【００１７】
整流器２００の出力端の一つには、直流リアクトル６００の一端がさらに接続される。逆導通型半導体スイッチＩの他端には、ＭＥＲＳ７００の直流端子ｃが接続される。直流リアクトル６００の他端と、ＭＥＲＳ７００の直流端子ｂとが相互に接続される。
【００１８】
ＭＥＲＳ７００の出力側の接続関係は以下の通りである。
ＭＥＲＳ７００の交流端子ｄと、交流インダクタンス９００の一端が相互に接続される。交流インダクタンス９００の他端と、変流器１０００の入力端の一つとが相互に接続される。ＭＥＲＳ７００の交流端子ａと、変流器１０００の入力端の他の一つとが相互に接続される。変流器１０００の出力端の一つと溶接電極Ｅ１とが相互に接続され、他の一つと溶接電極Ｅ２とが相互に接続される。
【００１９】
次に、抵抗スポット溶接システムの各構成要素の機能の一例を説明する。
交流電源１００は、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ことになる。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ことになる。
降圧チョッパ５００は、整流器２００で整流された直流電圧を降圧する。
直流リアクトル６００は、降圧チョッパ５００を通った直流電力を平滑化する。
ＭＥＲＳ７００は、磁気エネルギー回生スイッチの一例であり、整流器２００から、降圧チョッパ５００および直流リアクトル６００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。
制御部８００は、制御手段の一例であり、ＭＥＲＳ７００および降圧チョッパ５００の動作を制御する。
ＭＥＲＳ７００の動作の詳細については後述する。
【００２０】
変流器１０００は、ＭＥＲＳ７００から交流インダクタンス９００を介して出力された交流電流を、（変流器１０００の）巻数比に応じて大電流に変換し、抵抗スポット溶接機１１００の溶接電極Ｅ１、Ｅ２に出力する。尚、本実施形態では、変流器１０００を用いて大電流を抵抗スポット溶接機１１００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１０００を用いる必要はない。例えば、ＭＥＲＳ７００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１０００を用いる必要はない。
【００２１】
抵抗スポット溶接機１１００は、板面が相互に重ね合わせられた複数の金属板Ｍ１、Ｍ２の重ね合わせ部の表側及び裏側に対して、溶接電極Ｅ１、Ｅ２を（図１の上下方向から挟み込むようにして）加圧しながら、当該複数の金属板Ｍ１、Ｍ２の所望の接触領域を通電することにより当該複数の金属板Ｍ１、Ｍ２の重ね合わせ部に発生するジュール熱によって、当該複数の金属板Ｍ１、Ｍ２の所望の接触領域を接合する。尚、抵抗スポット溶接機１１００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、Ｍ２の材質・板厚・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。尚、１枚の金属板の板面同士を重ね合わせて抵抗スポット溶接を行ってもよい。
以上のように本実施形態では、ＭＥＲＳ７００と、制御部８００とを用いることにより、抵抗スポット溶接用電源装置を構成することができる。
【００２２】
（ＭＥＲＳ７００の構成）
次に、ＭＥＲＳ７００の構成の一例を説明する。
ＭＥＲＳ７００は、特許文献３等に開示されているＭＥＲＳの一例である。
図１に示すように、ＭＥＲＳ７００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、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。
【００２３】
具体的にブリッジ回路は、交流端子ａから直流端子ｂ（逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖの接続点）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（逆導通型半導体スイッチＸ、Ｙの接続点）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。
【００２４】
逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、Ｙのそれぞれは、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、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、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、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。尚、以下の説明では、「各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、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、「順方向および逆方向の、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。
【００２５】
また、各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、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。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は逆方向のスイッチ極性を有し、同様に、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、逆方向のスイッチ極性を有する。また、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、逆方向のスイッチ極性を有し、同様に、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、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、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、Ｙのスイッチ極性と、逆導通型半導体スイッチＶ、Ｘのスイッチ極性は、逆方向となる。
【００２６】
尚、図１に示すスイッチ極性は、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｙと、逆導通型半導体スイッチＶ、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、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、ＳYとダイオードＤU、ＤV、ＤX、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、Ｙのそれぞれは、１つのダイオードＤU、ＤV、ＤX、ＤYと、当該ダイオードに並列に接続された１つの半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、ＳYとを有する。
【００２７】
また、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、ＳYのそれぞれのゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、ＧYは、それぞれ制御部８００と接続される。ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、ＧYは、制御部８００からＭＥＲＳ７００への制御信号として、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、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、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、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、ＳYのオフ時には、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、ＳYに並列に接続されたダイオードＤU、ＤV、ＤX、ＤYの導通方向にのみ、電流は導通される。
【００２８】
また、ＭＥＲＳ７００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、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。
【００２９】
また、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、Ｙのスイッチ極性を、ダイオードＤU、ＤV、ＤX、ＤYに置き換えて説明すれば、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、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、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（Ｕ・ＸまたはＶ・Ｙ）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（Ｕ・ＶまたはＸ・Ｙ）の導通方向も、相互に逆方向である。また、ダイオードＵ、Ｙの導通方向は、相互に順方向であり、同様にダイオードＶ、Ｘの導通方向も相互に順方向である。よって、ダイオードＵ、Ｙと、ダイオードＶ、Ｘの導通方向は、相互に逆方向である。
【００３０】
以上のように、各逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、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およ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およ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およ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およ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、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・ＹまたはＶ・Ｘ）は、各順方向が同方向になるように配置される。
【００３１】
（ＭＥＲＳ７００の動作）
ＭＥＲＳ７００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、Ｘについても同じである。
【００３２】
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、Ｙがオンであるときには、逆導通型半導体スイッチＶ、Ｘはオフとなる。
【００３３】
図２は、スイッチングパターンと通電パターン（当該スイッチングパターンに対応する部分の通電パターン）の一例を示す図である。具体的に図２は、ゲート端子ＧU、ＧV、ＧX、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、およびＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLと、時間との関係の一例を示す。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、ＧY）」および「Ｖ−Ｘゲート（ゲート端子ＧV、ＧX）」に入力されるゲート信号のオン・オフのパターンである。また、通電パターンとは、１回の抵抗スポット溶接を行うために必要なＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLと時間との関係である。言い換えると、１回の抵抗スポット溶接における溶接電極Ｅ１、Ｅ２に対する通電パターンの継続時間（通電パターンの開始のタイミングから終了のタイミングまでの期間）が、１回の全溶接期間になる。
【００３４】
図２において、Ｕ−Ｙゲートとは、ゲート端子ＧU、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、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、Ｙ（半導体スイッチＳU、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、Ｙ（半導体スイッチＳU、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、Ｘ（半導体スイッチＳV、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、Ｘ（半導体スイッチＳV、ＳX）はオフとなる。
【００３５】
尚、以下の説明では、ゲート端子ＧU、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、Ｙがオンすることを必要に応じて「Ｕ−Ｙゲートがオン・オフする」と称する。また、ゲート端子ＧV、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、Ｘがオン・オフすることを必要に応じて「Ｖ−Ｘゲートがオン・オフする」と称する。
【００３６】
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・Ｙ又はＶ・Ｘ）のオン・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・Ｘ又はＵ・Ｙ）のオン・オフを１回行うことを交互に行うパターンである。
【００３７】
図２に示す例では、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、Ｙのオン・オフを２回行うたびに、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、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、Ｙの１回のオン・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、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・ＹまたはＶ・Ｘ）のオン時間およびオフ時間と、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・ＸまたはＵ・Ｙ）のオン時間およびオフ時間は、同じである。
【００３８】
図２に示すように、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、Ｙの１回のオン・オフの周期（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3）は、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLおよび溶接電流ＩW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、Ｙの１回のオン・オフの周波数は、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLおよび溶接電流ＩWの周波数（通電周波数）に対応する。
【００３９】
本実施形態では、この通電周波数として、ＭＥＲＳ７００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からである。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。ただし、必ずしも、通電周波数として、ＭＥＲＳ７００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以下の周波数を採用する必要はない。
【００４０】
また、周波数ｆ3（＝１／Ｔ3）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ｆ3よりも低くなるようにし、ｆ1（＝１／Ｔ1）が周波数ｆ2よりも低くなるようにする（すなわち、ｆ3＞ｆ2＞ｆ1になるようにする）。
【００４１】
次に、図１及び図２を参照しながら、図２に示す例でのＭＥＲＳ７００の動作を説明する。尚、図２では、説明を簡単にするため、後述する周波数の変更時に生じる溶接電流ＩWの大きさの変動を考慮していない。
【００４２】
［周波数ｆ1（＜共振周波数ｆ3）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、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは、変流器１０００→逆導通型半導体スイッチＵ→コンデンサＣ→逆導通型半導体スイッチＹの経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００４３】
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、ＭＥＲＳ７００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１０００→逆導通型半導体スイッチＹの経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００４４】
周波数ｆ1は前記共振周波数ｆ3よりも低いので（周期Ｔ1は周期Ｔ3より長いので）、コンデンサＣの放電が完了しても、制御部８００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、ＭＥＲＳ７００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→変流器１０００の経路と、ダイオードＤV→逆導通型半導体スイッチＵ→変流器１０００の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ７００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）。
【００４５】
（２ａ）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オン
制御部８００は、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、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは、変流器１０００→逆導通型半導体スイッチＶ→コンデンサＣ→逆導通型半導体スイッチＸの経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００４６】
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、ＭＥＲＳ７００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１０００→逆導通型半導体スイッチＸの経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００４７】
周波数ｆ1は前記共振周波数ｆ3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８００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、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは、逆導通型半導体スイッチＶ→変流器１０００→ダイオードＤUの経路と、逆導通型半導体スイッチＸ→ダイオードＤY→変流器１０００の経路に並列に流れ、還流する。このＭＥＲＳ７００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）。
【００４８】
制御部８００は、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、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（１ａ）及び前記（２ａ）の動作で、周期Ｔ1（１周期）の動作が終了する。以上のようにして前記（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。
【００４９】
［周波数ｆ2（＞周波数ｆ1、＜共振周波数ｆ3）の期間ｔ2］
期間ｔ2では、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLが還流する時間が、期間ｔ1よりも短くなる。この他のＭＥＲＳ７００の動作は、期間ｔ1の動作と同じであるので、期間ｔ2におけるＭＥＲＳ７００の動作の詳細な説明を省略する。
【００５０】
［周波数ｆ3（＝共振周波数）の期間ｔ3］
（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、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは、変流器１０００→逆導通型半導体スイッチＵ→コンデンサＣ→逆導通型半導体スイッチＹの経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００５１】
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、ＭＥＲＳ７００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１０００→逆導通型半導体スイッチＹの経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００５２】
（２ｂ）Ｕ−Ｙゲート：オフ、Ｖ−Ｘゲート：オン
周波数ｆ3は前記共振周波数である。したがって、制御部８００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、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは、変流器１０００→逆導通型半導体スイッチＶ→コンデンサＣ→逆導通型半導体スイッチＸの経路を流れ、コンデンサＣが充電される。したがって、ＭＥＲＳ７００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。そして、コンデンサＣの充電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００５３】
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、ＭＥＲＳ７００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１０００→逆導通型半導体スイッチＸの経路を流れる。したがって、ＭＥＲＳ７００の出力電流ＩLは０（ゼロ）から減少し（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。そして、コンデンサＣの放電が完了すると、ＭＥＲＳ７００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。
【００５４】
周波数ｆ3は前記共振周波数である。したがって、制御部８００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（１ｂ）及び前記（２ｂ）の動作で、周期Ｔ3（１周期）の動作が終了する。以上のようにして、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ｔ3の動作が終了する。
以上のように、Ｕ−Ｙゲートおよび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。
【００５５】
そして、図２に示す例では、１回の通電パターン（すなわち、１回の抵抗スポット溶接）を実行する過程で、以上の期間ｔ1、ｔ2、ｔ3の動作が、少なくとも１回実行される。例えば、期間ｔ1、ｔ2、ｔ3の動作が２回以上行われる場合には、期間ｔ1、ｔ2、ｔ3の動作がこの順で繰り返し実行される。
【００５６】
以上のようにＭＥＲＳ７００を用いることによって、１つの電源装置により、１回の抵抗スポット溶接を実行する過程で、溶接電流ＩWの周波数を変更することができる。
尚、通電パターンは、図２に示す例に限定されない。例えば、通電パターンの少なくとも一部の期間に、２つの逆導通型半導体スイッチ（Ｖ・ＸまたはＵ・Ｙ）のみをオン・オフする期間があってもよい。また、例えば、一周期において、２つの逆導通型半導体スイッチＶ・Ｘをオンする時間と、２つの逆導通型半導体スイッチＵ・Ｙをオンする時間とを異ならせてもよい。また、例えば、一周期において、２つの逆導通型半導体スイッチＵ・Ｙをオフしたまま２つの逆導通型半導体スイッチＶ・Ｘを複数回オンした後に、２つの逆導通型半導体スイッチＶ・Ｘをオフしたまま２つの逆導通型半導体スイッチＵ・Ｙを複数回オンしてもよい。
【００５７】
（本発明者らが得た知見）
図３は、溶接電流ＩWの周波数を変更した場合の、溶接電流ＩWと時間との関係の一例と、ＭＥＲＳ７００のコンデンサＣの電圧ＶCと時間との関係の一例を示す図である。図３（ａ）は、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示し、図３（ｂ）は、溶接電流ＩWの周波数を１．０ｋＨｚから０．１ｋＨｚに変更した場合の関係を示す。図３では、抵抗スポット溶接機１１００の金属板Ｍ１、Ｍ２を含む等価回路が、ＲＬ直列回路（Ｒ＝１．０８ｍΩ、Ｌ＝０．２９９μＨ）であるものとしてコンピュータシミュレーションを行った結果を示す。
【００５８】
図３（ａ）に示すように、本発明者らは、ＭＥＲＳ７００を用いて出力電流ＩL（すなわち、溶接電流ＩW）の周波数を低周波数から高周波数に変更する際に、溶接電流ＩWの大きさ（振幅）が急激に変動した後に定常状態になる場合があるという知見を得た。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００５９】
ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合、容量性リアクタンス（キャパシタンス）は、誘導性リアクタンス（インダクタンス）よりも十分に小さいので、ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合のインピーダンスＺは、低周波数の場合には小さくなり、高周波数の場合には大きくなる。したがって、溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる溶接電流ＩWは低周波数の場合には大きくなり、高周波数の場合には小さくなる。
【００６０】
一方、ＭＥＲＳ７００に供給する直流電流は一定値である。ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合のインピーダンスＺが大きいことから、低周波数から高周波数への変更時には、直流リアクトル６００の磁気エネルギーは、ＭＥＲＳ７００のコンデンサＣに供給され、ＭＥＲＳ７００のコンデンサＣを充電する。これによりコンデンサＣの電圧ＶCは急増する（図３（ａ）のコンデンサＣの電圧ＶCの波形を参照）。そうすると、溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる溶接電流ＩWは、ＭＥＲＳ７００に供給する直流電流にこのコンデンサＣの放電電流が重畳することになり、これにより、低周波数から高周波数への変更時には、出力電流ＩLが一時的に過大になり、図３（ａ）の溶接電流ＩWの波形に示すように、溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる溶接電流ＩWも一時的に過大になる。このように溶接電流ＩWが過大になると、溶接電極Ｅ１、Ｅ２の損耗を早めたり、スパッタが発生したりする虞がある。
【００６１】
一方、高周波数から低周波数に変更する場合には、ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合のインピーダンスＺは小さくなることから、ＭＥＲＳ７００に供給する直流電流は、コンデンサＣに流入せず、逆導通型半導体スイッチＵ、Ｖ、Ｘ、Ｙに供給されるので、コンデンサＣの電圧ＶCは急増しない（図３（ｂ）のコンデンサＣの電圧ＶCの波形を参照）。従って、図３（ｂ）の溶接電流ＩWの波形に示すように、溶接電極Ｅ１、Ｅ２には過大な溶接電流ＩWは流れない。
【００６２】
以上のような低周波数から高周波数への変更時の溶接電流ＩWの急激な変化を抑制する方法として、溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる電流値を計器用変流器などで直接検出して、当該電流値が目標値になるようにＭＥＲＳ７００の入力電圧（逆導通型半導体スイッチＩの動作）を制御する方法が考えられる。しかしながら、このようにすると、新たに計測器を設置することと、新たな制御ロジックを構築する必要があることから、抵抗スポット溶接システムのコストが増加する。また、抵抗スポット溶接は、約１秒（ｓ）程度の短時間で行われることから、制御の応答性を確保することが容易ではない。したがって、このような手法とは異なる方法により、低周波数から高周波数への変更時の溶接電流ＩWの急激な変化を抑制する必要がある。
【００６３】
そこで、本発明者らは、このような方法とは別の方法で低周波数から高周波数への変更時の溶接電流ＩWの急激な変化を抑制することを指向し、ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合の変動の要因を調査した。
ここでは、厚みが１．６ｍｍ、大きさが２０ｍｍ角の矩形の普通鋼を２枚重ね合わせたものを抵抗スポット溶接機１１００にセットした状態（溶接電極Ｅ１、Ｅ２に挟んだ状態）で、それぞれの周波数における溶接電極Ｅ１、Ｅ２の直流抵抗ＲとインダクタンスＬをＬＣＲメータで測定した。その結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0006493093.tif 000002
【００６５】
表１において、Ｒ増分とは、各周波数ｆにおける直流抵抗Ｒの値（＝Ｒ）を、周波数ｆが１００［Ｈｚ］のときの直流抵抗Ｒの値（＝Ｒ）で割ったものである。Ｒ2増分とは、各周波数ｆにおける直流抵抗Ｒの２乗の値（＝Ｒ2）を、周波数ｆが１００［Ｈｚ］のときの直流抵抗Ｒの２乗の値（＝Ｒ2）で割ったものである。Ｌ増分とは、各周波数ｆにおけるインダクタンスＬの２乗の値（＝Ｌ）を、周波数ｆが１００［Ｈｚ］のときのインダクタンスＬの値（＝Ｌ）で割ったものである（ωＬ）2増分とは、各周波数ｆにおける誘導性リアクタンスωＬの２乗の値（＝（ωＬ）2）を、周波数ｆが１００［Ｈｚ］のときの誘導性リアクタンスωＬの２乗の値（＝（ωＬ）2）で割ったものである。
【００６６】
表１に示すように、ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合のインピーダンスＺの増加の主要因は、周波数ｆの増加であり、直流抵抗ＲおよびインダクタンスＬの増加は、周波数ｆの増加に比べて十分に小さい。したがって、溶接電流ＩWの周波数を低周波数から高周波数へ変更した際の、ＭＥＲＳ７００の交流端子ａ、ｄ（出力端）から負荷側（溶接部側）を見た場合のインピーダンスＺは、金属板Ｍ１、Ｍ２の総板厚、種類、および材質に依存せず、周波数に依存すると言える。
【００６７】
このことから、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる過程において、当該第１の周波数を上回り且つ当該第２の周波数を下回る少なくとも１つ、好ましくは２つの中間周波数で通電を行うことにより、当該第１の周波数から当該第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を直接変更する場合よりも、周波数を変更する際に生じる溶接電流ＩWの大きさの急激な変動を抑制することができると言える。また、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWを上げるのに要する時間は、短い方が好ましいことから、当該第１の周波数から当該第２の周波数に変更するのに要する時間の上限値は、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の２％の時間であるのが好ましい。また、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる過程で中間周波数による通電の実施を確保する観点から、当該第１の周波数から当該第２の周波数に変更するのに要する時間の下限値は、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％の時間であるのが好ましい。すなわち、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％〜２％の時間内に、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を変更するのが好ましい。この１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％〜２％の時間において、中間周波数での通電が行われる。
【００６８】
また、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間において、第１の周波数と第２の周波数との組みが２以上あってもよい。例えば、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間において、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げた後、第２の周波数から第３の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げてもよい。この場合、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる過程と、第２の周波数から第３の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる過程との少なくとも何れか一方において、中間周波数での通電が行われる。
【００６９】
また、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間において、相対的に低い周波数から相対的に高い周波数に変更することを少なくとも１回行っていれば、当該変更の前と後の少なくとも何れか一方において、相対的に高い周波数から相対的に低い周波数に変更してもよい。例えば、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げた後、第２の周波数から第３の周波数に溶接電流ＩWの周波数を下げてもよい。前述したように、溶接電流ＩWの周波数を下げる際には、周波数を変更する際に生じる溶接電流ＩWの大きさの変動は小さいので、高い周波数から低い周波数に直接変更する。
【００７０】
本発明者らは、溶接部の溶融状態から、凝固過程において、溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる電流の周波数を増加することで、凝固組織の改質が可能であることを見出した。ここで、第１の周波数および第２の周波数としては、主として、金属板Ｍ１、Ｍ２の種類・材質・総板厚、溶接条件によって、種々の値をとり得るが、本発明者らは、第１の周波数から第２の周波数に変更する過程で、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上となる場合は、第２の周波数に変更した直後に溶接電極Ｅ１、Ｅ２に流れる電流の変動が大きくなることを見出した。また、本発明者らは、第２の周波数において金属板Ｍ１、Ｍ２を流れる電流の通電路は、高周波化するにつれ拡散し、金属板Ｍ１、Ｍ２の端部まで広がることになることを見出し、さらに、種々の実験結果により、凝固組織を改質させる観点から、第２の周波数は第１の周波数の１０倍以下であることが必要であることを見出した。ここでは、以上の観点から、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合において、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる際の電流変動抑制条件（溶接電流ＩWの大きさが急激に変動することを抑制するための条件）を検討した。
【００７１】
その結果、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合には、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の全ての条件を満たすのが好ましいことを見出した。
（Ａ）第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げる過程において設定される中間周波数の数が２以上（溶接電流ＩWの周波数の変更回数が３回以上）である。
（Ｂ）中間周波数の増加率Δｆ／Δｔが５０kＨz／ｓ以上である。
（Ｃ）中間周波数のサイクルの数が５未満である。
【００７２】
ここで、中間周波数は、第１の周波数を上回り且つ第２の周波数を下回る周波数である。中間周波数の増加率Δｆ／Δｔとは、当該中間周波数における周波数の増加量（当該中間周波数から当該中間周波数に変更する直前の周波数（第１の周波数または当該中間周波数とは別の中間周波数）を減算した値）Δｆを、当該中間周波数の継続時間Δｔで割った値である。また、中間周波数のサイクルの数は、当該中間周波数と当該中間周波数の継続時間との積である。
【００７３】
中間周波数の数が１以下であると、周波数を急激に変動させなければならない。したがって、溶接電流ＩWの大きさの急激な変動を抑制することができない。このような条件の中で中間周波数の数（周波数の変更の回数）を可及的に少なくすることが好ましい。中間周波数は溶接部に本来与えるべき周波数ではなく、また、前述したように、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％〜２％の時間内に第１の周波数から第２の周波数に周波数を変更する必要があるからである。このような観点から、中間周波数の増加率Δｆ／Δｔが５０kＨz／ｓ以上であり、且つ、中間周波数のサイクルの数が５未満であるという条件が設定される。これらの条件を満たさないと、中間周波数の数（周波数の変更の回数）が過大になる。
【００７４】
図４〜図８は、溶接電流ＩWの周波数を変更した場合の、溶接電流ＩW、ＭＥＲＳ７００のコンデンサＣの電圧ＶC、Ｕ−Ｙゲート、およびＸ−Ｖゲートと、時間との関係の一例を示す図である。Ｕ−ＹゲートおよびＸ−Ｖゲートの意味は、図２を参照しながら説明した通りである。
【００７５】
また、図４〜図８でも、図３と同様に、抵抗スポット溶接機１１００の金属板Ｍ１、Ｍ２を含む等価回路が、ＲＬ直列回路（Ｒ＝１．０８ｍΩ、Ｌ＝０．２９９μＨ）であるものとしてコンピュータシミュレーションを行った結果を示す。また、図４〜図８に示す何れの場合も、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間は１秒（ｓ）である。
【００７６】
図４は、溶接を開始してから０．２１０ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示す（０〜０．２１０ｓ：０．１ｋＨｚ、０．２１０ｓ〜１ｓ：１．０ｋＨｚ）。
【００７７】
図５は、溶接を開始してから０．２００ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから０．５ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２１０ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．５ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示す（０〜０．２００ｓ：０．１ｋＨｚ、０．２００ｓ〜０．２１０：０．５ｋＨｚ、０．２１０ｓ〜１ｓ：１．０ｋＨｚ）。
【００７８】
図６は、溶接を開始してから０．２００ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから０．５ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０５ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．５ｋＨｚから０．９ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２１０ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．９ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示す（０〜０．２００ｓ：０．１ｋＨｚ、０．２００ｓ〜０．２０５：０．５ｋＨｚ、０．２０５ｓ〜０．２１０ｓ：０．９ｋＨｚ、０．２１０ｓ〜１ｓ：１．０ｋＨｚ）。
【００７９】
図７は、溶接を開始してから０．２００ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから０．５ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０４ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．５ｋＨｚから０．７ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０６ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．７ｋＨｚから０．８ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０８ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．８ｋＨｚから０．９ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２１０ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．９ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示す（０〜０．２００ｓ：０．１ｋＨｚ、０．２００ｓ〜０．２０４：０．５ｋＨｚ、０．２０４ｓ〜０．２０６ｓ：０．７ｋＨｚ、０．２０６ｓ〜０．２０８：０．８ｋＨｚ、０．２０８ｓ〜０．２１０：０．９ｋＨｚ、０．２１０ｓ〜１ｓ：１．０ｋＨｚ）。
【００８０】
図８は、溶接を開始してから０．２００ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから０．３ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０２ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．３ｋＨｚから０．５ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０４ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．５ｋＨｚから０．７ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０６ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．７ｋＨｚから０．８ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２０８ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．８ｋＨｚから０．９ｋＨｚに変更し、溶接を開始してから０．２１０ｓが経過した時点で、溶接電流ＩWの周波数を０．９ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更した場合の関係を示す（０〜０．２００ｓ：０．１ｋＨｚ、０．２００ｓ〜０．２０２：０．３ｋＨｚ、０．２０２ｓ〜０．２０４ｓ：０．５ｋＨｚ、０．２０４ｓ〜０．２０６：０．７ｋＨｚ、０．２０６ｓ〜０．２０８：０．８ｋＨｚ、０．２０８ｓ〜０．２１０：０．９ｋＨｚ、０．２１０ｓ〜１ｓ：１．０ｋＨｚ）。
【００８１】
図４〜図８に示すように、ここでは、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である条件の一例として、第１の周波数が０．１ｋＨｚであり、第２の周波数が１．０ｋＨｚである場合を示す。前述したように図４は、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから１．０ｋＨｚに直接変更した場合の関係を示す。一方、図５〜図８は、その変更の過程において、中間周波数に変更した場合の関係を示す。図５〜図８では、中間周波数の数と、中間周波数における溶接電流ＩWのサイクルの数を異ならせている。
【００８２】
このような図４〜図８に示す溶接電流ＩWと時間との関係から、溶接電流ＩWの周波数を低周波数から高周波数に変更する際の溶接電流ＩWの大きさの変動を評価した。ここでは、溶接電流ＩWの周波数を低周波数から高周波数に変更する際の溶接電流ＩWの大きさの変動を表す指標として、以下に説明するオーバーシュートβを採用した。
図９は、オーバーシュートβを説明する図である。
図９において、周波数を変更した直後の溶接電流ＩWのピーク値をＡとし、周波数を変更した後の定常時の溶接電流ＩWのピーク値をＢとすると、オーバーシュートβは、以下の（１）式で定義される。
β＝｛（Ａ−Ｂ）／Ｂ｝×１００  ・・・（１）
【００８３】
本発明者らは、種々の通電パターンで抵抗スポット溶接を行った結果から、オーバーシュートβが１０％以下であれば、溶接電極Ｅ１、Ｅ２の損耗やスパッタの発生を実用上問題ないレベルに抑えることができることを確認した。
【００８４】
そして、本発明者らは、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合には、金属板Ｍ１、Ｍ２の種類・材質・総板厚、溶接条件に関わらず、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たすと、オーバーシュートβが１０％以下になり、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たさないと、オーバーシュートβが１０％以下にならないことを確認した。図４〜図８を例に挙げて、その結果を表２に示す。
【００８５】
【表２】
0006493093.tif 000003
【００８６】
表２において、Δｆは、周波数の増加量であり、変更後の周波数から変更前の周波数を減算した値である。
Δｆ／Δｔは、中間周波数の増加率である。前述したように、中間周波数の増加率Δｆ／Δｔは、当該中間周波数における周波数の増加量Δｆを、当該中間周波数の継続時間Δｔで割った値である。例えば、表２において、ケース（図６）の０．９ｋＨｚの継続時間Δｔは０．００５ｓであるので、Δｆ／Δｔは、８０．０（＝（０．９−０．５）／０．００５）になる。尚、前述したように図４〜図８では、溶接電流ＩWの周波数を０．１ｋＨｚから１．０ｋＨｚに変更するので、中間周波数は、０．１ｋＨｚを上回り、１．０ｋＨｚを下回る周波数である。したがって、表２に示すように、０．１ｋＨｚ、１．０ｋＨｚにおいては、中間周波数の増加率Δｆ／Δｔは算出されない。
【００８７】
図４、図５、図６、図７、図８に示す結果では、オーバーシュートβは、それぞれ１８．２％（＝｛（１４．７９６−１２．５１９）／１２．５１９｝×１００）、２０．７％（＝｛（１５．１０８−１２．５１８）／１２．５１８｝×１００）、３．４％（＝｛（１２．９５０−１２．５１９）／１２．５１９｝×１００）、２．９％（＝｛（１２．８６２−１２．５０３）／１２．５０３｝×１００）、２．３％（＝｛（１２．７９７−１２．５１５）／１２．５１５｝×１００）である。したがって、表２において、図４および図５のケースでは、判定は「×」になる。すなわち、図４および図５のケースでは、オーバーシュートβを１０％以下にすることができず、溶接電流ＩWの周波数の変更時に、溶接電流ＩWの大きさが急激に変動すると評価することができる。一方、図６〜図８のケースでは、判定は「○」になる。すなわち、図６〜図８のケースでは、オーバーシュートβを１０％以下にすることができ、溶接電流ＩWの周波数の変更時に、溶接電流ＩWの大きさが急激に変動しないと評価することができる。
【００８８】
尚、本発明者らは、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合には、図６〜図８のケースに限らず、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たすと、オーバーシュートβが１０％以下になり、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たさないと、オーバーシュートβが１０％以下にならないことを確認している。
【００８９】
（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つまた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８００に記憶する。この通電パターンには、当該通電パターンの継続時間（すなわち、１回の抵抗スポット溶接の全期間）の１％〜２％の時間内において、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たすように、第１の周波数から第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を上げることが少なくとも１つ含まれる。制御部８００は、この通電パターンに基づいて、半導体スイッチＳU、ＳV、ＳX、ＳYのオン・オフを制御する。
【００９０】
（まとめ）
以上のように、本実施形態では、ＭＥＲＳ７００を用いて、１回の抵抗スポット溶接において、溶接電流ＩWの周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる際に、当該第１の周波数を上回り且つ当該第２の周波数を下回る少なくとも１つの中間周波数での通電を所定の期間行ってから当該第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を変更する。したがって、溶接電流ＩWの周波数を１つの電源装置で制御するに際し、溶接電流ＩWの周波数の変更時に生じる溶接電流ＩWの大きさの急激な変動を抑制することができる。
また、本実施形態では、１回の抵抗スポット溶接の全溶接期間の１％〜２％の時間内において、溶接電流ＩWの周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる。したがって、可及的に速やかに所望の周波数（第２の周波数）に変更することができる。
また、本実施形態では、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合に、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たすようにする。したがって、オーバーシュートβを１０％以下にすることができる。
【００９１】
このように、第２の周波数が第１の周波数の３倍以上、１０倍以下である場合に、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たすようにすると、オーバーシュートβを１０％以下にすることができるので好ましい。しかしながら、１回の抵抗スポット溶接の期間内において、溶接電流の周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる際に、少なくとも１つの中間周波数を設定する場合の方が、設定しない場合よりも、オーバーシュートβを低減することができ、且つ、抵抗スポット溶接により凝固組織の改質ができれば、必ずしも、第２の周波数を第１の周波数の３倍以上１０倍以下とし、前述した（Ａ）〜（Ｃ）の条件を全て満たす必要はない。すなわち、前述したように、１回の抵抗スポット溶接において、溶接電流ＩWの周波数を第１の周波数から第２の周波数に上げる際に、当該第１の周波数を上回り且つ当該第２の周波数を下回る少なくとも１つの中間周波数での通電を所定の期間行ってから当該第２の周波数に溶接電流ＩWの周波数を変更していればよい。
【００９２】
尚、以上説明した本発明の実施形態における制御部８００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。
また、以上説明した本発明の実施形態は、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。
【符号の説明】
【００９３】
１００：交流電源、２００：整流器、３００：抵抗、４００：コンデンサ、５００：降圧チョッパ、６００：直流リアクトル、７００：ＭＥＲＳ、８００：制御部、９００：交流インダクタンス、１０００：変流器、１１００：抵抗スポット溶接機
【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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