(57)【要約】  スポット溶接方法は、溶接電流を供給することによって３枚以上の金属板の積層体であるワークを接合する方法である。溶接電流は、設定されたピーク電流範囲内に達する又は維持されるピーク状態と、ピーク電流範囲から設定されたボトム電流へ向けて下降した後、再びピーク電流範囲へ向けて上昇する非ピーク状態とが交互に実現されるパルス状波形を有する。非ピーク状態では、溶接電流の実効値Ｉｒｍｓが低下し、所定の実効値目標範囲内に到達した場合に、溶接電流をピーク電流範囲へ向けて上昇させる電流制御処理を開始する。
2020050011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流を供給することによってワークを接合するスポット溶接方法であって、
前記溶接電流は、設定されたピーク電流範囲内に達する又は維持されるピーク状態と、前記ピーク電流範囲からボトム電流へ向けて下降した後、再び前記ピーク電流範囲へ向けて上昇する非ピーク状態とが交互に実現されるパルス状波形を有し、
前記非ピーク状態では、前記溶接電流の実効値が設定された目標範囲内に達した場合に前記溶接電流を前記ピーク電流範囲へ向けて上昇させる電流制御を開始することを特徴とするスポット溶接方法。
【請求項２】
所定時間内に前記電流制御が開始しない場合には、前記溶接電流の供給を停止するとともに異常が生じたことを報知することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接方法。
【請求項３】
前記ワークは、３枚以上の金属板を重ねて構成さる積層体であり、
前記３枚以上の金属板の少なくとも１枚の金属板は他の金属板と厚みが異なるように形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のスポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポット溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の金属板を溶接する場合は、スポット溶接装置を用いたスポット溶接が行われている。スポット溶接は、一対の電極チップの間で複数の金属板を挟持した状態で、一対の電極チップ間に通電することで、複数の金属板間にナゲットを発生させて複数の金属板を溶接する。【０００３】
特許文献１に示された発明では、一対の電極により複数の金属板を挟持した状態で、複数の直流マイクロパルスを複数の金属板に印加することで、複数の金属板を溶接している。【０００４】
スポット溶接においては、一対の電極チップ間への通電時間が短い場合には、ナゲットが溶接に必要な大きさに成長できず、溶接できない場合がある。一方で、一対の電極チップ間への通電時間を長くすると、ナゲットが成長し過ぎてしまい、複数の金属板間に形成したコロナボンド（ナゲットの外側に形成された未溶融圧接部）から突出することがあり、その結果、ナゲットが露出し、スパッタが発生することがある。このような事情から、スポット溶接においては、スパッタの発生を抑制しながら確実に溶接することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５０１６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで自動車の車体を製造する工程では、厚みの異なる３枚以上の金属板の溶接が求められる場合がある。この場合、厚板−厚板間の接触抵抗は薄板−厚板間の接触抵抗よりも大きいことから、厚板−厚板間に形成されるナゲットは、薄板−厚板間に形成されるナゲットと比較して速く成長する。このため、薄板−厚板間のナゲットが十分に成長するまで通電を継続すると、厚板−厚板間のナゲットが成長しすぎてしまい、スパッタが発生してしまう場合がある。【０００７】
本発明は、スパッタの発生を抑制しつつ確実にワークを接合できるスポット溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係るスポット溶接方法は、溶接電流を供給することによってワーク（例えば、後述のワークＷ）を接合する方法であって、前記溶接電流は、設定されたピーク電流範囲内に達する又は維持されるピーク状態と、前記ピーク電流範囲からボトム電流へ向けて下降した後、再び前記ピーク電流範囲へ向けて上昇する非ピーク状態とが交互に実現されるパルス状波形を有し、前記非ピーク状態では、前記溶接電流の実効値（Ｉｒｍｓ）が所定の目標範囲（例えば、後述の実効値目標範囲）内に達した場合に前記溶接電流を前記ピーク電流範囲へ向けて上昇させる電流制御を開始することを特徴とする。【０００９】
（２）この場合、所定時間内に前記電流制御が開始しない場合には、前記溶接電流の供給を停止するとともに異常が生じたことを報知することが好ましい。【００１０】
（３）この場合、前記ワークは、３枚以上の金属板（例えば、後述の金属板Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を重ねて構成さる積層体であり、前記３枚以上の金属板の少なくとも１枚の金属板は他の金属板と厚みが異なるように形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
（１）本発明のスポット溶接方法では、ピーク電流範囲内に達する又は維持されるピーク状態と、ピーク電流範囲からボトム電流へ向けて下降した後、再びピーク電流範囲へ向けて上昇する非ピーク状態とが交互に実現されるパルス状波形の溶接電流を供給することによってワークを接合する。ここで本発明では、非ピーク状態において、溶接電流の実効値が所定の目標範囲内に達した場合に、溶接電流をピーク電流範囲へ向けて上昇させる電流制御を開始する。換言すれば、本発明では、溶接電流の実効値が目標範囲内に達するまで、次周期へ向けた電流制御の開始を待機する。これにより、溶接電流によって適切な大きさのナゲットが形成されるようなエネルギをワークに供給しつつ、スパッタの発生が抑制されるような適切なタイミングで電流制御を開始することができる。したがって本発明によれば、スパッタの発生を抑制しつつ確実にワークを接合できる。【００１２】
（２）本発明では、所定時間内に、溶接電流をピーク電流範囲へ向けて上昇させる電流制御が開始しない場合には、溶接電流の供給を停止するとともに異常が生じたことを報知する。これにより、何らかの異常が生じた場合に溶接が継続されてしまい、品質の低い製品が製造されるのを防止することができる。【００１３】
（３）本発明のスポット溶接方法では、少なくとも１枚が他のものと厚みが異なる３枚以上の金属板を重ねて構成される積層体をワークとする。ところでピーク状態では溶接電流がピーク電流範囲内に達する又は維持されるため、各金属板の間ではナゲットの成長が促進されるが、上述のように非ピーク状態において溶接電流の実効値が目標範囲内に達するまで次周期へ向けた電流制御の開始を待機している間、熱引きによってナゲットが冷却される。上述のように厚板−厚板間は薄板−厚板間よりも接触抵抗が大きくナゲットの成長が速いものの、厚板−厚板間は薄板−厚板間よりも熱引きも大きい。よって本発明では、このような金属板の積層体をワークとし、非ピーク状態において溶接電流の実効値が目標範囲内に達するまで電流制御の開始を待機することにより、薄板−厚板間及び厚板−厚板間の両方においてナゲットが十分に成長するように適切な大きさのエネルギを供給しつつ、厚板−厚板間ではスパッタの発生が抑制されるように厚板−厚板間のナゲットを冷却するための時間を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るスポット溶接方法が適用された溶接システムの構成を示す図である。
【図２】溶接電源回路の回路構成を示す図である。
【図３】溶接電源回路において、インバータ回路からトランスに入力される交流電圧と電極チップ対に印加される溶接電流との関係を示す図である。
【図４】溶接中におけるワークの断面を模式的に示す図である。  上電極チップと下電極チップとでワークを挟持し加圧しながら、ワークに溶接電流を印加した状態を示す図である。
【図５】制御装置における溶接電流制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図６】図５の溶接電流制御によって実現される溶接電流の波形を示す図である。
【図７】電流制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図８】実効値制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るスポット溶接方法が適用された溶接システムＳの構成を示す図である。
【００１６】
溶接システムＳは、溶接ガンであるスポット溶接装置１と、このスポット溶接装置１によって接合される金属板の積層体であるワークＷと、スポット溶接装置１を支持するロボット６と、を備える。
【００１７】
ワークＷは、複数の金属板を重ねて構成される積層体である。本実施形態では、ワークＷとして、３枚の金属板である第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２と第３金属板Ｗ３とを、上方から下方へ順に重ねて構成される積層体とした場合について説明するが、本発明はこれに限らない。ワークＷを構成する金属板の枚数は、２枚でもよいし、４枚以上であってもよい。また以下では、第１金属板Ｗ１の厚みは第２金属板Ｗ２及び第３金属板Ｗ３の厚みよりも薄い場合について説明するが、本発明はこれに限らない。これら金属板Ｗ１〜Ｗ３のうち少なくとも１枚の金属板は、他の金属板と厚みが異なればよい。
【００１８】
ロボット６は、床面に取り付けられたロボット本体６０と、このロボット本体６０に軸支された多関節アーム６１と、このロボット６を制御するロボット制御装置６２と、を備える。多関節アーム６１は、その基端側がロボット本体６０によって軸支された第１アーム部６１１と、その基端側が第１アーム部６１１によって軸支された第２アーム部６１２と、その基端側が第２アーム部６１２によって軸支された第３アーム部６１３と、その基端側が第３アーム部６１３によって軸支されるとともにその先端側にスポット溶接装置１が取り付けられた第４アーム部６１４と、を備える。
【００１９】
ロボット制御装置６２は、ロボット本体６０及び多関節アーム６１に設けられた複数のモータを駆動することによって各アーム部６１１〜６１４を駆動して、第４アーム部６１４に取り付けられたスポット溶接装置１の位置及び向きを制御し、スポット溶接装置１に設けられた後述の電極チップ２１，２６を、ワークＷの接合部に移動させる。
【００２０】
スポット溶接装置１は、溶接電流の供給源である溶接電源回路３と、後述の上電極チップ移動機構４及び溶接電源回路３の一部が搭載されたガン本体２と、一対の電極である上電極チップ２１及び下電極チップ２６と、上電極チップ支持部２２と、上アダプタ本体２３と、ガンアーム２５と、下電極チップ支持部２７と、下アダプタ本体２８と、を備える。
【００２１】
上電極チップ支持部２２は鉛直方向に沿って延びる棒状であり、その先端部に上電極チップ２１が取り付けられている。上アダプタ本体２３は、柱状であり、ガン本体２と上電極チップ支持部２２とを接続する。上アダプタ本体２３は、ガン本体２に対し上電極チップ支持部２２の軸線と平行な摺動方向に沿って摺動自在に設けられている。
【００２２】
ガンアーム２５は、ガン本体２から上電極チップ２１の鉛直方向下方側へ湾曲して延びる。下電極チップ支持部２７は、上電極チップ支持部２２と同軸の棒状であり、その先端部に下電極チップ２６が取り付けられている。下アダプタ本体２８は、柱状であり、ガンアーム２５の先端部と下電極チップ支持部２７とを接続する。図１に示すように、下電極チップ２６は、上電極チップ２１に対し、チップ支持部２２，２７の軸線に沿って所定の間隔を空けて対向するように、下電極チップ支持部２７によって支持されている。
【００２３】
上電極チップ移動機構４は、シリンダ及びその制御装置等を備え、上アダプタ本体２３を、上電極チップ支持部２２及び上電極チップ２１とともに摺動方向に沿って進退させる。これにより、下電極チップ２６をワークＷの下面に当接させた状態で上電極チップ２１をワークＷの上面に当接させたり、さらにはこれら電極チップ２１，２６によってワークＷを挟持し、加圧したりすることもできる。
【００２４】
図２は、溶接電源回路３の回路構成を示す図である。溶接電源回路３は、溶接制御回路３ａと、ＤＣ溶接トランス３ｂと、電源ケーブル３ｃと、電流センサ３ｄと、を備える。溶接電源回路３は、電力線Ｌ１，Ｌ２を介して上電極チップ２１及び下電極チップ２６に接続されている。また図１に示すように、ガン本体２には、以上のように構成された溶接電源回路３のうち、ＤＣ溶接トランス３ｂ及び電流センサ３ｄが搭載される。また溶接電源回路３のうち溶接制御回路３ａは、ガン本体２と別体の基台に搭載されており、ＤＣ溶接トランス３ｂと電源ケーブル３ｃを介して接続されている。これによりガン本体２の重量を軽くすることができる。
【００２５】
溶接制御回路３ａは、コンバータ回路３１と、インバータ回路３２と、制御装置３３と、を備える。またＤＣ溶接トランス３ｂは、トランス３４と、整流回路３５と、を備える。
【００２６】
コンバータ回路３１は、３相電源３０から入力される３相電力を全波整流することによって直流電力に変換し、この直流電力をインバータ回路３２に供給する。
【００２７】
インバータ回路３２は、コンバータ回路３２から入力される直流電力を単相交流電力に変換し、電源ケーブル３ｃを介してトランス３４へ出力する。より具体的には、インバータ回路３２は、ブリッジ接続された４つのスイッチング素子を備える。インバータ回路３２は、制御装置３３に搭載されるゲートドライブ回路から送信されるゲート駆動信号に応じてこれらスイッチング素子をＯＮ又はＯＦＦにすることにより、直流電力を単相交流電力に変換する。
【００２８】
トランス３４は、インバータ回路３２から入力される交流電力を変圧して整流回路３５へ出力する。整流回路３５は、トランス３４から入力される交流電力を整流し、直流電力を電力線Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ接続された電極チップ２１，２６間に出力する。この整流回路３５には、例えば２つの整流ダイオード３５１，３５２とセンタータップ３５３とを組み合わせて構成される既知の全波整流回路が用いられる。
【００２９】
電流センサ３ｄは、溶接電源回路３からチップ２１，２６に供給される溶接電流を検出する。電流センサ３ｄは、例えば整流回路３５と上電極チップ２１とを接続する電力線Ｌ１に設けられ、この電力線Ｌ１を流れる溶接電流の大きさに応じた電流検出信号を制御装置３３へ送信する。
【００３０】
制御装置３３は、電流センサ３ｄから送信される電流検出信号を用いて後述の溶接電流制御を実行するマイクロコンピュータや、このマイクロコンピュータの演算結果に応じてゲート駆動信号を生成しインバータ回路３２へ送信するゲートドライブ回路等を備える。
【００３１】
図３は、以上のような溶接電源回路３において、インバータ回路３２からトランス３４に入力される交流電圧Ｖｔと電極チップ２１，２６に印加される溶接電流Ｉｗとの関係を示す図である。
【００３２】
インバータ回路３２を駆動すると、インバータ回路３２からは図３に示すよう矩形波状の交流電圧Ｖｔが出力される。インバータ回路３２から出力される交流電圧は、トランス３４において変圧され、さらに整流回路３５において整流され、直流の溶接電流Ｉｗが電極チップ２１，２６を介してワークＷに印加される。
【００３３】
ここで図３に示すように、溶接電流Ｉｗは、所定のキャリア周期Ｔに対し交流電圧ＶｔがＨｉ又はＬｏとなる期間であるパルス幅ＰＷの比であるデューティ比を大きくするほど増加する。制御装置３３は、後に図５及び図６を参照して説明するように、電流センサ３ｄによって検出される溶接電源回路３の出力電流が図示しない処理によって定められる目標電流になるようにＰＩ制御等の既知のフィードバック制御則に従ってパルス幅ＰＷを決定するとともに、このパルス幅ＰＷによって定められるデューティ比の下でＰＷＭ制御によってインバータ回路３２における複数のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。
【００３４】
次に、以上のような溶接システムＳによってワークＷを接合するスポット溶接方法の手順について説明する。
【００３５】
先ず、図１に示すように、ロボット制御装置６２は、ロボット本体６０及び多関節アーム６１を駆動することによって、上電極チップ２１と下電極チップ２６との間にワークＷが配置されるように、スポット溶接装置１の位置及び姿勢を制御する。このとき、ロボット制御装置６２は、下電極チップ２６がワークＷの第３金属板Ｗ３の下面に当接するように、スポット溶接装置１の位置及び姿勢を制御する。
【００３６】
次に、図４に示すように、上電極チップ移動機構４を用いることによって上アダプタ本体２３を摺動させ、上電極チップ２１を下電極チップ２６に接近させる。上電極チップ２１が下電極チップ２６に接近し、第１金属板Ｗ１の上面に当接すると、上電極チップ２１と下電極チップ２６とによって、ワークＷが挟持され、加圧される。
【００３７】
次に、溶接電源回路３の制御装置３３は、電極チップ２１，２６によってワークＷを両面から加圧した状態を維持したまま、図５を参照して説明する手順によって溶接電流制御を実行し、上電極チップ２１と下電極チップ２６との間にパルス状の溶接電流を流す。これにより、図４に示すように、第１金属板Ｗ１と第２金属板Ｗ２との間に第１ナゲットＮ１が形成され、第２金属板Ｗ２と第３金属板Ｗ３との間に第２ナゲットＮ２が形成され、第１〜第３金属板Ｗ１〜Ｗ３が溶接される。
【００３８】
図５は、制御装置３３における溶接電流制御の具体的な手順を示すフローチャートである。図６は、図５の溶接電流制御によって実現される溶接電流の波形を示す図である。図６に示すように、図５の溶接電流制御を行うことによって生成される溶接電流は、設定されたピーク電流範囲内に達する又は維持されるピーク状態と、ピーク電流範囲内からボトム電流（例えば、０）へ向けて下降した後、再びピーク電流範囲へ向けて上昇する非ピーク状態とが交互に実現されるパルス状波形を有する。
【００３９】
始めにＳ１では、制御装置３３は、電流制御処理を実行し、Ｓ２に移る。後に図７を参照して詳述するように、この電流制御処理では、制御装置３３は、溶接電流をボトム電流からピーク電流範囲へ向けて上昇させた後、所定時間にわたりピーク状態を維持する。
【００４０】
Ｓ２では、制御装置３３は、所定のスロープ時間が経過したか否かを判定する。このスロープ時間は、図５に示すように、溶接電流がボトム電流からピーク電流範囲の上限値に到達するまでの時間である電流立ち上がり時間と、溶接電流がピーク電流範囲内で維持される時間であるピーク維持時間とを合わせた時間であり、予め設定される。制御装置３３は、Ｓ２の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ１に戻り電流制御処理を継続して実行し、Ｓ２の判定結果がＹＥＳである場合には、Ｓ３に移る。
【００４１】
Ｓ３では、制御装置３３は、実効値制御処理を実行し、Ｓ４に移る。後に図８を参照して詳述するように、この実効値制御処理では、制御装置３３は、溶接電流の実効値に基づいて定められる待ち時間（図６参照）にわたり電流制御処理の実行を待機する。Ｓ４では、制御装置３３は、図５の溶接電流制御を開始してから設定された通電時間が経過したか否かを判定する。この通電時間は、スポット溶接装置１によってワークＷの一点を接合するのにかかる時間に相当し、予め設定される。制御装置３３は、Ｓ４の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ１に戻り再び電流制御処理を実行する。また制御装置３３は、Ｓ４の判定結果がＹＥＳである場合には、ワークＷの次点の接合を開始するべく図５の処理を終了する。
【００４２】
以上のように溶接電流制御では、制御装置３３は、電流制御処理（Ｓ１参照）と、実効値制御処理（Ｓ３参照）とを、通電時間にわたり繰り返し実行することにより、図６に示すようなパルス状波形の溶接電流を電極チップ２１，２６間に印加する。
【００４３】
図７は、電流制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
始めにＳ１１では、制御装置３３は、電流センサ３ｄから送信される電流検出信号を用いることによって、溶接電流の現在値である電流現在値Ｉｐｖを取得し、Ｓ１２に移る。Ｓ１２では、制御装置３３は、溶接電流に対する目標値に相当する目標電流値Ｉｓｐを設定し、Ｓ１３に移る。図６に示すように、目標電流値Ｉｓｐは、所定の電流立ち上げスロープ間又はピーク電流範囲の上限値と下限値との間に設定される。
【００４４】
Ｓ１３では、制御装置３３は、Ｓ１１で取得した電流現在値Ｉｐｖを用いることによって、溶接電流の実効値Ｉｒｍｓを算出し、Ｓ１４に移る。より具体的には、制御装置３３は、図５の溶接電流制御を開始してから現時点までの間に経過した時間にわたる電流現在値Ｉｐｖの二乗平均値の平方根を算出することにより、実効値Ｉｒｍｓを算出する。
【００４５】
Ｓ１４では、制御装置３３は、Ｓ１２で設定した目標電流値ＩｓｐからＳ１１で取得した電流現在値Ｉｐｖを減算することによって、電流偏差Ｉｄｅｖを算出し、Ｓ１５に移る。
【００４６】
Ｓ１５では、制御装置３３は、Ｓ１４で算出した電流偏差Ｉｄｅｖに基づくフィードバック制御則（具体的には、例えばＰＩ制御則）に従い、電流偏差Ｉｄｅｖが０になるようにパルス幅ＰＷを算出し、Ｓ１６に移る。より具体的には、制御装置３３は、電流偏差Ｉｄｅｖに所定の比例ゲインＫｐを乗算したものと、電流偏差Ｉｄｅｖの積分値に所定の積分ゲインＫｉを乗算したものとを合算することにより、パルス幅ＰＷを算出する。
【００４７】
Ｓ１６では、制御装置３３は、ＰＷカウンタをスタートし、Ｓ１７に移る。Ｓ１７では、制御装置３３は、インバータ回路３２に設けられるスイッチング素子をＯＮにし、Ｓ１８に移る。Ｓ１８では、制御装置３３は、ＰＷカウンタの値が０になったか否か、すなわちＳ１６においてＰＷカウンタをスタートしてから、パルス幅ＰＷに相当する時間が経過したか否かを判定する。制御装置３３は、Ｓ１８の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ１７に戻りスイッチング素子をＯＮにし続け、Ｓ１８の判定結果がＹＥＳである場合には、Ｓ１９に移る。
【００４８】
Ｓ１９では、制御装置３３は、インバータ回路３２に設けられるスイッチング素子をＯＦＦにし、Ｓ２０に移る。Ｓ２０では、制御装置３３は、Ｓ１７においてスイッチング素子をＯＮにしてから設定されたキャリア周期が経過したか否かを判定する。制御装置３３は、Ｓ２０の判定結果がＮＯである場合にはＳ１９に戻りスイッチング素子をＯＦＦにし続け、Ｓ２０の判定結果がＹＥＳである場合には図５のＳ２に移る。
【００４９】
図８は、実効値制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、制御装置３３は、実効値制御処理の実行時間に相当する通電待機時間（図６参照）を計測するべく待機時間カウンタをスタートし、Ｓ３２に移る。Ｓ３２では、制御装置３３は、電流センサ３ｄから送信される電流検出信号を用いることによって電流現在値Ｉｐｖを取得し、Ｓ３３に移る。Ｓ３３では、制御装置３３は、Ｓ３２で取得した電流現在値Ｉｐｖを用いることによって、Ｓ１３と同じ手順によって溶接電流の実効値Ｉｒｍｓを算出し、Ｓ３４に移る。
【００５０】
Ｓ３４では、制御装置３３は、Ｓ３３で算出された実効値Ｉｒｍｓが、所定の下限値Ｉｔｒｇ＿ｍｉｎと所定の上限値Ｉｔｒｇ＿ｍａｘとの間に定められる実効値目標範囲内に到達したか否か（Ｉｔｒｇ＿ｍｉｎ≦Ｉｒｍｓ≦Ｉｔｒｇ＿ｍａｘ）を判定する。またＳ３４の判定結果がＹＥＳである場合には、制御装置３３は、次周期の電流制御処理を開始し、溶接電流をピーク電流範囲へ向けて再び上昇させるべく図５のＳ４に移る。
【００５１】
またＳ３４の判定結果がＮＯである場合には、制御装置３３は、Ｓ３５に移り、Ｓ３１でスタートした待機時間カウンタの値が０であるか否か、換言すれば通電待機時間が所定時間を超えたか否かを判定する。Ｓ３５の判定結果がＮＯである場合には、制御装置３３は、Ｓ３２に戻り、実効値Ｉｒｍｓが低下し、実効値目標範囲内に到達するまで次周期の電流制御処理の開始を待機する。またＳ３５の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち所定時間内に実効値Ｉｒｍｓが実効値目標範囲内に到達しなかった場合には、制御装置３３は、Ｓ３６に移り、例えば警告灯を点灯することによって何らかの異常が生じたことを作業者に報知するとともに、溶接電流制御を終了する。
【００５２】
次に、以上のような溶接電流制御を実行することによって生成される溶接電流の波形について、図６を参照しながら詳細に説明する。
【００５３】
始めに時刻ｔ１〜ｔ３の間では、制御装置３３は、予め設定されたスロープ時間が経過するまで、図７に示す電流制御処理を繰り返し実行する。図７を参照して説明したように、この電流制御処理では、目標電流値Ｉｓｐを設定するとともに、電流センサ３ｄを介して取得される電流現在値Ｉｐｖが目標電流値ＩｓｐになるようにＰＩ制御によってパルス幅ＰＷを決定し、このパルス幅ＰＷの下でＰＷＭ制御によってインバータ回路３２を駆動する。これにより図６に示すように、時刻ｔ１以降では、溶接電流はボトム電流からピーク電流範囲へ向けて上昇し、時刻ｔ２においてピーク電流範囲の上限値に到達する。その後時刻ｔ２以降では、溶接電流は制御装置３３におけるＰＩ制御によってピーク電流範囲内に維持される。その後時刻ｔ３では、時刻ｔ１において電流制御処理を開始してからスロープ時間が経過したことに応じて（Ｓ２参照）、制御装置３３は、電流制御処理（Ｓ１参照）を終了し、実効値制御処理（Ｓ３参照）を開始する。
【００５４】
以上のような電流制御処理を実行することにより、ピーク電流範囲内に維持された溶接電流がワークＷに印加される。これにより、図４に示すように、第１金属板Ｗ１−第２金属板Ｗ２間及び第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間においてそれぞれナゲットＮ１，Ｎ２の成長が促進される。ここで図４に示すように、第１金属板Ｗ１の厚みは、第２金属板Ｗ２及び第３金属板Ｗ３の厚みよりも薄い。このため第１金属板Ｗ１−第２金属板Ｗ２間の接触抵抗は、第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間の接触抵抗よりも小さい。したがって溶接電流が流れることによって接触抵抗で発生するジュール熱は第１金属板Ｗ１−第２金属板Ｗ２間よりも第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間の方が大きい。このため、ピーク状態では、第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間において生成されるナゲットＮ２の成長速度は、第１金属板Ｗ１−第２金属板Ｗ２間に生成されるナゲットＮ１の成長速度よりも速い。
【００５５】
図６に戻り、時刻ｔ３〜ｔ５の間では、制御装置３３は、図８を参照して説明した実効値制御処理を実行する。この実効値制御処理では、制御装置３３は、溶接電流の実効値Ｉｒｍｓを算出するとともに（Ｓ３３参照）、この実効値Ｉｒｍｓが実効値目標範囲内に到達するまで、インバータ回路３２の駆動を停止する。これにより時刻ｔ３以降では、溶接電流は、ボトム電流へ向けて速やかに下降し、時刻ｔ４においてボトム電流に到達する。その後時刻ｔ５では、実効値Ｉｒｍｓが低下し、実行値目標範囲内に到達したことに応じて、制御装置３３は、実効値制御処理を終了し、次周期の電流制御処理を開始する。これにより、時刻ｔ５以降では、溶接電流がボトム電流からピーク電流範囲へ向けて再び上昇する。
【００５６】
以上のような実効値制御処理を実行することにより、溶接電流の実効値Ｉｒｍｓが実効値目標範囲内に到達するまでの通電待機時間にわたり、インバータ回路３２の駆動が停止される。このため実効値制御処理を行っている間、溶接電流はピーク電流範囲の下限値以下に制限された状態が維持されるため、各金属板の間に生成されたナゲットＮ１，Ｎ２は熱引きによって冷却される。ここで上述のように第１金属板Ｗ１の厚みは、第２金属板Ｗ２及び第３金属板Ｗ３の厚みよりも薄い。このため第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間の熱引きは、第１金属板Ｗ１−第２金属板Ｗ２間の熱引きよりも小さい。溶接電流をピーク電流範囲以下で制限した状態を維持している間、ナゲットＮ２の熱引きによる冷却量はナゲットＮ１の熱引きによる冷却量よりも大きい。上述のようにピーク状態におけるナゲットＮ２の成長速度はナゲットＮ１の成長速度よりも速いことから、このように通電待機時間にわたり溶接電流がピーク電流範囲以下に制限された状態を維持し、ナゲットＮ２の冷却を促進することにより、第２金属板Ｗ２−第３金属板Ｗ３間においてスパッタが発生するのを抑制できる。またこの実効値制御処理では、溶接電流の実効値Ｉｒｍｓが実効値目標範囲内に到達したことに応じて次周期の電流制御処理を開始し、溶接電流を再び上昇させることにより、各金属板Ｗ１〜Ｗ３の間でナゲットＮ１，Ｎ２を成長させるために必要なエネルギを制御できるので、上述のようにスパッタの発生を抑制しつつ確実にワークを接合できる。
【００５７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ…溶接システム
Ｗ…ワーク
Ｗ１…第１金属板
Ｗ２…第２金属板
Ｗ３…第３金属板
１…スポット溶接装置（溶接装置）
２…ガン本体
２１…上電極チップ（電極）
２６…下電極チップ（電極）
３…溶接電源回路
３ａ…溶接制御回路
３ｂ…ＤＣ溶接トランス
３ｄ…電流センサ
３１…コンバータ回路
３２…インバータ回路
３３…制御装置
３４…トランス
３５…整流回路
Ｌ１，Ｌ２…電力線
【図１】
2020050011.tif 000003
【図２】
2020050011.tif 000004
【図３】
2020050011.tif 000005
【図４】
2020050011.tif 000006
【図５】
2020050011.tif 000007
【図６】
2020050011.tif 000008
【図７】
2020050011.tif 000009
【図８】
2020050011.tif 000010
【国際調査報告】
2020050011.tif 000011
2020050011.tif 000012
2020050011.tif 000013
2020050011.tif 000014