JP2001170777A - スポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 母材より低融点の表面コーティング層を具え
る鋼板の溶接に際し、溶接状態の良否を簡易かつ正確に
判定することができ、それによってナゲット品質の適切
な管理を行うことができるスポット溶接装置を提案す
る。 【解決手段】 本発明によるスポット溶接装置は、母材
より低融点の表面コーティング層を具える鋼板を複数枚
重ね、これらを対向する電極チップで加圧して抵抗加熱
により溶接を行うものであって、溶接中の前記電極チッ
プの振動を検出する電極振動検出手段と、前記電極振動
検出手段で検出した、溶接初期に発生するバースト状振
動より、溶接箇所で生成されたナゲットの良否を判定す
ることにより、溶接の良否を判定する溶接良否判定手段
と、を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融亜鉛めっき鋼
板、電気亜鉛めっき鋼板などの、母材よりも低融点の表
面コーティング層を有する鋼板をスポット溶接により接
合する、スポット溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、鋼板を使用する種々の製品におい
て、鋼板の溶接にはスポット溶接が広く利用されてい
る。これらの製品においては、従来、軟鋼板が被溶接材
として一般に用いられていたため、溶接不良も少なく、
所定の溶接条件を管理することにより、溶接品質も比較
的安定に保つことが可能であった。しかしながら、近
年、防錆性能を高めた溶融合金化亜鉛めっき鋼板などの
難溶接材が主に使用されるようになり、溶接電極チップ
の摩耗に起因する溶接不良が発生する等によって溶接の
品質管理が困難になっているという問題が生じている。
そのため、スポット溶接に際しては、単に溶接条件を一
定に管理するのみならず、打点毎に変化する、溶接部に
生成されるナゲットの品質をも高精度で管理する必要も
生じている。

【０００３】こうした問題に対し、特にナゲットの品質
を管理するための種々の方法が考案されている。例えば
特開昭56-158286号に開示された方法では、溶接電極チ
ップ間の溶接電流と溶接電圧を測定してチップ間抵抗を
求め、その変化のパターンから溶接結果の良否を判定し
ている。また特開昭54-21938号では、溶接電流あるいは
溶接電圧を、予め設定した基準電圧の時間的変化と比較
し、両者の差が許容値内にあるか否かによって良否を判
定する方法が開示されている。さらに特開平9-206958号
では、溶接電流とは別に溶接電極チップ間に測定用電流
を流して電極間抵抗を測定し、その抵抗値の変化からナ
ゲット形成状態を予測する方法が開示されている。

【０００４】これら従来の方法では、溶接材料毎に予備
実験を行ってナゲット品質と判定基準との関係を予め求
めておく必要があり、また溶接材料の種類のみならず、
錆や汚れなどの溶接面の状態や、溶接電極チップの摩耗
や変形に伴う電極チップ間の抵抗の変化をも考慮しなけ
ればならない。しかしながら、実際の溶接現場における
予備実験では溶接電極チップ間の抵抗変化のような不確
定な事象を推定することは困難であるため、こうした不
確定要素を判定基準に利用するためには数多くの予備実
験を行う必要がある。また、予備実験の結果より得られ
た判定基準は、基本的に、一つの判定基準が一種類の被
溶接材にのみ適用され得るという問題がある。そのた
め、溶接不良を避けるためには過剰な溶接条件を設定せ
ざるを得ず、溶接電力の節減や、溶接電極の損耗の低
減、さらには「散り」と呼ばれる、溶接箇所において溶
解した金属が飛散する現象等を防止することが困難とな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解決し、溶接状態の良否を簡易かつ正確に判
定することができ、それによってナゲット品質の適切な
管理を行うことができるスポット溶接装置を提案するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼板同士の重
なり合う面の少なくとも一方に母材より低融点の表面コ
ーティング層を有し、これら重ね合わせた鋼板を対向す
る電極チップで加圧しつつ、この電極チップに通電して
抵抗加熱により溶接を行うスポット溶接装置において、
溶接中に生じる前記電極チップの振動を検出する電極振
動検出手段と、前記電極振動検出手段で検出した、溶接
初期に発生する振動より、溶接箇所で生成されるナゲッ
トの良否を判定することにより、溶接の良否を判定する
溶接良否判定手段と、を具えることを特徴とするもので
ある。

【０００７】本願発明者は、溶融亜鉛めっき鋼板など
の、母材より低融点の表面コーティング層を有する鋼材
のスポット溶接時において、溶接初期に電極チップに発
生する振動に着目し、この振動とナゲット径との関係よ
り、本発明を見出したものである。

【０００８】本発明によるスポット溶接装置は、溶接初
期に電極チップに発生する振動を検出し、それによって
当該溶接箇所で生成されたナゲットの良否を判定する。
すなわち、溶接開始の初期段階で溶接の良否が判断でき
るため、単にナゲット良否の判定のみならず、ナゲット
形成がその時点で不良であっても、最終的にこのナゲッ
トを良好なものにするための溶接の制御ができるように
なる。

【０００９】本発明によるスポット溶接装置において
は、溶接の良否の判定に際し、前記振動の振幅を検出す
ることとしても良く、あるいは振動の発生時刻を検出す
ることとしても良い。いずれの場合でも、溶接の初期段
階での良否判定が可能である。

【００１０】本発明によるスポット溶接装置は、前記振
動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よりも前
であるか否かを判定し、前記振動の発生時刻が前記散り
発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶接箇所で散
り、すなわち溶解した金属材料の飛散が発生すると判断
し、散り発生の警告信号を出力する散り発生予測手段を
さらに具えることを特徴とする。それによって、溶接箇
所での散りの発生を事前に予測することが可能となり、
これを効果的に抑制することができるようになる。

【００１１】また本発明によるスポット溶接装置は、前
記振動の振幅が予め定めた良否判定しきい値に達しない
場合、あるいは前記振動の発生時刻が予め定めた良否判
定時刻よりも遅れて発生した場合に溶接促進指令を出力
し、さらに前記散りの発生を検出した場合には溶接中止
指令を出力する補償制御指令出力手段をさらに具えるこ
とを特徴とする。それによって、ナゲット形成が不良で
あっても、これを良質なものとするための溶接制御を行
うことができ、防錆性能の悪化に繋がる散りの発生を抑
制しつつ所望の溶接品質を確保することが可能となる。

【００１２】さらに本発明によるスポット溶接装置は、
前記振動の発生時刻から溶接の良否を判定すると共に、
散りの発生を抑制する溶接調整指令出力手段をさらに具
えることを特徴とする。それによって溶接作業の初期段
階で溶接の過不足を判定することができるようになり、
少ない電力量で所望の溶接品質を確保することが可能と
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。

【００１４】図１は、本発明によるスポット溶接装置の
構成を示すブロック図である。本スポット溶接装置10
は、溶接電流、通電時間および通電タイミングを制御す
る溶接制御回路11、溶接制御回路11で制御された１次電
流を溶接に必要な２次電流（溶接電流）値まで増幅する
溶接トランス12、溶接電流の制御を行うためにその電流
を検出する溶接電流検出トランス13、被溶接材14a，14b
としての鋼板を重ね合わせて、これらを挟み込んで加圧
しつつ溶接電流を流す溶接電極チップ15，16、これら溶
接電極チップを取り付けた溶接ガンアーム17，18および
これら溶接ガンアーム17，18を駆動して被溶接材14a，1
4bを溶接電極チップ15，16で挟み込んで加圧するための
エアシリンダ19を具える。

【００１５】本スポット溶接装置10は、さらに、溶接時
に溶接ガンアームに取り付けた溶接電極チップに発生す
る振動を検出するための振動センサ20と、この振動セン
サ20で検出した信号（電圧値）を入力して溶接状態の良
否を判定するための溶接良否判定回路21とを具える。こ
の溶接良否判定回路21からは、前記振動センサ20からの
入力信号に基づく指令信号が溶接制御回路11へフィード
バックされる。それによって溶接電流または通電時間の
制御（溶接インプロセス制御）が行われる。

【００１６】図２は、溶接時に溶接電極チップに発生し
た振動の波形を示すものであり、ここでは溶融合金化亜
鉛めっき鋼板同士の溶接時に検出されたものである。図
示のように、溶接初期と後期においてそれぞれバースト
状の振動波形が見られる。ここで、溶接初期に発生する
バースト波を第１波、後期に発生するバースト波を第２
波と呼ぶ。本発明においては、第１波をナゲットの良否
を判定するための信号として利用し、第２波を散りの発
生を検知するための信号として用いている。なお、こう
したバースト状の振動は、溶融合金化亜鉛めっき鋼板の
他、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、鉛−錫
合金めっき鋼板、亜鉛粉末めっき鋼板、アルミニウムめ
っき鋼板等の、母材より低融点の表面コーティング層を
有する種々の鋼板において見られるものである。

【００１７】母材より低融点の表面コーティング層を有
する鋼板のスポット溶接において、上述したようなバー
スト状の振動は、以下の原因で発生すると考えられる。
すなわち、めっき材の融点は、一般に母材に比べて低い
（例えば亜鉛で約420℃）ため、溶接時にめっき層の溶
解が始まると、溶解しためっき材は電極チップからの加
圧により、溶接箇所で形成されるナゲットの外周へ押し
出され、それによって押し出されためっき材の分だけめ
っき層が薄くなる。そのため電極チップが加圧方向へ移
動、すなわち被溶接材の両側にある電極チップが互いに
接近するようになる。めっき材の溶解・流出がさらに進
行すると、ナゲット形成部で母材が露出して互いに接触
するようになる。ところが、このときの母材温度は、未
だその融点に達していないため、鋼板の板厚の変化の割
合が急激に減少する。その結果、電極チップの移動が停
止して、上述したようなバースト状の振動波形（第１
波）が生じるのである。

【００１８】次に、第２波と散りの発生との関係は、以
下のようであると考えられる。ここで散りとは、通常、
溶接の際の被溶接材表面の汚れや凹凸、電極チップによ
る加圧の不足等により溶接条件が過剰となったために、
溶解した金属が飛散する現象を呼ぶ。より詳細に述べる
と、ナゲット成長の初期においては、溶融池の内圧が余
り大きくないため、溶融金属は溶融池内に留まっている
が、ナゲットの成長に伴って溶融池の内圧が高まると、
溶融金属が被溶接材の間に飛散するものである。この散
りの発生、すなわち溶融金属の飛散によっても溶接箇所
の板厚が急激に減少することとなる。その結果、バース
ト状の振動波形が生じるのである。

【００１９】図３は、本発明の第一の実施形態に係るス
ポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロッ
ク図である。図示の溶接良否判定回路21は、前述した第
１波の振幅を測定することにより、溶接の良否の判定を
行うものである。溶接良否判定回路21は、溶接ガンアー
ムに取り付けた振動センサ20（図１参照）からの検出信
号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検
出部201、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい
値設定部202、検出した振動振幅と良否判定しきい値と
を比較する比較部（電圧コンパレータ）203、良否判定
の結果合格となるナゲットが形成される際の第１波が検
出される時刻範囲を比較のためのタイミングとして与え
るタイマー304、タイマー304から比較のためのタイミン
グを得て、比較部203からの前述した振動振幅と良否判
定しきい値との比較結果に基づいて溶接状態の良否の判
定を行う良否判定部205および、良否判定部205からの良
否判定結果出力に基づいて溶接促進指令または溶接停止
指令を溶接制御回路11（図１参照）へ出力する補償制御
指令出力部206を具える。

【００２０】図３の良否判定回路21では、振動センサ20
により検出された振動波形は、比較部203において所定
のしきい値（設定値）と比較され、その結果、良否判定
部205において設定値以上である場合には溶接が合格と
判定し、設定値に満たない場合には不合格と判定する。
そのため、本発明によるスポット溶接装置10において
は、ナゲット形成よりも以前に溶接状態の良否判定が行
われることとなり、溶接不良が発生しても、後述するよ
うにただちにこれを補償するためのインプロセス制御が
行うことができる。

【００２１】次に、上述した良否判定回路21を具えるス
ポット溶接装置における、溶接不良発生時の補償制御に
ついて説明する。まず、比較部203からの信号を受けた
良否判定部205において、溶接不良の判定がなされた場
合、良否判定部205より溶接促進を指令する信号が補償
制御指令出力部206へ伝達される。溶接促進信号を受け
た補償制御指令出力部206は、溶接促進指令信号を溶接
制御回路11（図１参照）へ出力する。溶接制御回路11
は、この溶接促進指令信号により、溶接電流を増加させ
る等のナゲット形成を促進する溶接条件に基づく溶接制
御を行う。

【００２２】しかし、この状態では溶接のためのエネル
ギーが過剰となるため、上述した条件の下ではナゲット
形成と共に散りが発生するおそれがある。そのため、セ
ンサ20で散り発生を示す第２波を検出し、この検出信号
に基づいて補償制御指令出力部206は、溶接停止指令信
号を溶接制御回路11へ出力する。溶接停止指令信号を受
けた溶接制御回路11は、直ちに溶接電流の電極チップへ
の通電を停止する。

【００２３】以上の結果により、当初は不良と判断され
ていたナゲットを、最終的に合格レベルの品質のものと
することができるようになる。なお、図３の溶接良否判
定回路21においては、加圧電極振動検出部201に、溶接
ガンアーム17，18の移動や被溶接材14を加圧して挟み込
んだ時に生じる振動を、溶接時の振動（すなわち第１波
または第２波）として誤って検出してしまうことを防ぐ
ためのフィルタ回路を設けたり、あるいは図１に示すよ
うに、溶接電流の通電開始時から第１波および第２波が
発生する時間（通電開始から約0.2秒）以外に発生した
振動を除外するためのマスク処理を行うことで、溶接時
におけるバースト状の振動を、より高い精度で検出する
ことが可能である。

【００２４】図４は、溶接箇所において形成されたナゲ
ット径と第１波の最大振幅との関係を示すものである。
本図では、溶融合金化亜鉛めっき鋼板を例に取ってい
る。図示の例では、第１波の最大振幅が（振動センサ20
の電圧値で示す）0.2V以上の場合のナゲットが、いずれ
も十分な溶接強度を有することを示すプラグ破断に至
り、かつ合格径である４cm以上であることが示されてい
る。このことより、図３に示す良否判定回路21を具える
スポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接す
る場合には、良否判定しきい値を0.2Vに設定すれば良い
こととなる。言うまでもないが、このしきい値は、予め
予備実験等により各種鋼板について求めることとする。

【００２５】次に、図５は、本発明の第二の実施形態に
係るスポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示す
ブロック図である。図示の溶接良否判定回路21は、前述
した第１波の発生時刻を測定することにより、溶接の良
否の判定を行うものである。溶接良否判定回路21は、溶
接ガンアームに取り付けた振動センサ20（図１参照）か
らの検出信号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧
電極振動検出部211、良否判定しきい値を設定する良否
判定しきい値設定部212、検出した振動振幅と良否判定
しきい値とを比較する比較部213、制御回路11（図１参
照）からの通電開始信号を受けて、通電開始からの溶接
時間を積算するタイムカウンター214、溶接状態の良否
判定を行う良否判定部215および、合格ナゲット形成時
に第１波が発生する時刻範囲を設定する良否判定時刻設
定部216を具える。

【００２６】良否判定部215は、比較部213からの第１波
検出信号を得て、その時のタイムカウンター214での値
と、良否判定時刻設定部216での設定値とを比較するこ
とにより、溶接状態の良否を判定する。すなわち、振動
センサ20で検出された振動から第１波の発生時刻を計
り、その時刻が良否判定時刻にある場合に合格と判定
し、それ以外を不合格と判定する。その結果、第１波が
発生する溶接初期において溶接状態の良否判定が行われ
ることとなる。

【００２７】なお、図５の溶接良否判定回路21において
も、図３の回路と同様に、良否判定部215からの出力に
基づいて溶接促進指令および溶接停止指令を出力する補
償制御指令出力部を設けても良いことは言うまでもな
い。

【００２８】図６は、第１波発生時刻とナゲット径との
関係を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっ
き鋼板を例に取っている。図示の例では、第１波の発生
が通電開始から0.08sec以内にある場合に形成されたナ
ゲットが合格径である４cm以上に達していることがわか
る。このことにより、図５に示す良否判定回路21を具え
るスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接
する場合には、良否判定時刻範囲を通電開始から0.08se
cに設定すれば良いこととなる。なお、この場合も、良
否判定設定時刻は、予め予備実験等により各種鋼板につ
いて求めることとする。また、ここで第１波の発生時刻
を得るには、図４に示すように、溶接電流の通電時から
最初に振動振幅がしきい値（0.2V）に達した時刻をもっ
て第１波の発生としたり、あるいは図示しないフィルタ
回路を用いて、このフィルタ回路を通過した所定の電圧
値となった時を第１波発生時刻とすれば、第１波の振動
振幅と発生時刻の両方の判定がなされたことになり、よ
り良好な判定が行える。

【００２９】図７は、本発明の第三の実施形態に係るス
ポット溶接装置の溶接良否判定回路詳細を示すブロック
図である。図示の溶接良否判定回路21は、バースト状振
動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よりも前
であるか否かを判定し、前記バースト状振動の発生時刻
が前記散り発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶
接箇所で散りが発生すると判断するものである。溶接良
否判定回路21は、図５に示した実施形態と同様に、溶接
ガンアームに取り付けた振動センサ20からの検出信号
を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検出
部221、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい値
設定部222、検出した振動振幅と良否判定しきい値とを
比較する比較部223、制御回路11からの通電開始信号を
受けて、通電開始からの溶接時間を積算するタイムカウ
ンター224、溶接状態の良否判定を行う良否判定部225お
よび、合格ナゲット形成時に第１波が発生する時刻範囲
を設定する良否判定時刻設定部226を具える。また、こ
の溶接良否判定回路21は、散り予測部227、散り発生限
界時刻設定部228および溶接調整指令部229をさらに具え
る。

【００３０】散り予測部227では、散り発生限界時刻設
定部228において予め設定された散り発生限界時刻と、
タイムカウンター224から入力された第１波の発生時刻
とを比較する。この時、第１波の発生時刻が散り発生限
界時刻より以前にある場合には、現在の溶接箇所では散
りが発生しないと判定する。これにより、実際に散りが
発生する前に、散り発生を予測することが可能となる。
なお、この判定結果は、例えば溶接制御回路11へフィー
ドバックさせることにより、電極チップの加圧力の増加
や、溶接電流の減少、通電停止などの散り発生を防止す
るための制御に寄与できることとなる。

【００３１】一方、溶接調整指令部229は、良否判定部2
25での第１波の発生時刻に基づく溶接良否の判定結果、
散り予測部227での第１波の発生時刻に基づく散り予測
結果および、タイムカウンター224からの第１波の発生
時刻から溶接が十分であるか否かを判定し、これを是正
するべく溶接制御量を調整するための指令（溶接調整指
令）を出力する。ここで、溶接良否の判定結果において
溶接不良であると判定された場合には、この溶接調整指
令部229において、タイムカウンター224からの値を参照
して溶接不良の程度を計る。その結果、合格となるナゲ
ットの形成が溶接制御の調整が可能な範囲で実現できる
場合には、その調整量を溶接調整指令出力信号として溶
接制御回路11へ出力する。

【００３２】また、溶接箇所で形成されたナゲットが合
格と判定された場合でも、タイムカウンター224からの
値により溶接が十分であるか否かの判定を行って、その
結果に応じた、より適切な溶接条件とするような調整量
を溶接調整指令出力信号として溶接制御回路11へ出力す
ることとしても良い。

【００３３】さらに、散り予測部227において散りの発
生が予測されると判定した場合には、合格となるナゲッ
トの形成に必要な溶接エネルギーを確保しつつ、散りを
抑止するための溶接調整指令出力信号を溶接制御回路11
へ出力する。

【００３４】図８は、第１波および第２波の発生時刻
と、被溶接材の重なり合った面に発生する散りとの関係
を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっき鋼
板を例に取っている。図示の例では、第１波の発生が通
電開始から0.045secよりも早く発生した場合に第２波が
発生、すなわち散りが生じていることを示している。こ
こで、第１波の発生が通電開始から0.045secよりも早く
発生した場合に散りが生じる点について詳述すると、例
えば溶融合金化亜鉛めっき鋼板に凹凸等がある場合、溶
接部位の鋼板同士の接触面積が（微視的に見て）小さく
なることから、単位加圧面積に対する、これら鋼板を流
れる電流密度が高くなる。すると、ナゲット形成に必要
な温度よりも高温となって、いわゆる沸騰した状態とな
り、溶融金属が飛散する。また、ごみ等が付着している
場合には、前記電流密度が高くなるのに加え、ごみによ
る電気絶縁効果による抵抗値が過剰となって、これによ
っても高温化が助長される。特に、母材よりも低融点の
表面コーティング層（例えば亜鉛で融点が約420℃）の
場合、前記高温化によりいち早く（前記通電開始から0.
045secよりも早く）沸騰状態となり飛散し始める。この
表面コーティング層の溶融による第１バースト波によ
り、その後のナゲット形成時の散り発生を判別すること
ができる。このことにより、図７に示す良否判定回路21
を具えるスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板
を溶接する場合には、散り発生限界時刻を通電開始から
0.045secに設定すれば良いこととなる。なお、この場合
も、良否判定設定時刻は、予め予備実験等により各種鋼
板について求めておくことは言うまでもない。

【００３５】以上説明したように、本発明によるスポッ
ト溶接装置によれば、溶接初期に電極チップに生じるバ
ースト状の振動に着目し、この振動とナゲット径や散り
の発生との関係に基づいて、不良ナゲットの形成や散り
の発生を抑制して良好な溶接品質が得られるような溶接
制御を行うことが可能となる。

【００３６】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内での種々の変形例
が可能であることは言うまでもない。特に、本発明は、
母材よりも低融点の表面コーティング層を有する種々の
鋼板同士、あるいは、低融点の表面コーティング層を有
する鋼板と、前記表面コーティング層を有しない鋼板と
の溶接にも適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるスポット溶接装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】 溶接時に電極チップに発生する振動波形を示
す図である。

【図３】 本発明の第一の実施形態に係るスポット溶接
装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図であ
る。

【図４】 溶接箇所において形成されたナゲット径と第
１波の最大振幅との関係を示すグラフである。

【図５】 本発明の第二の実施形態に係るスポット溶接
装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロック図であ
る。

【図６】 第１波発生時刻とナゲット径との関係を示す
グラフである。

【図７】 本発明の第三の実施形態に係るスポット溶接
装置の溶接良否判定回路詳細を示すブロック図である。

【図８】 第１波および第２波の発生時刻と、被溶接材
の重なり合った面に発生する散りとの関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

10 スポット溶接装置 11 溶接制御回路 12 溶接トランス 13 溶接電流検出トランス 14 被溶接材 15，16 電極チップ 17，18 溶接ガンアーム 19 エアシリンダ 20 振動センサ 21 溶接良否判定回路 201，211，221 加圧電極振動検出部 202，212，222 良否判定しきい値設定部 203，213，223 比較部 204 タイマー 205，215，225 良否判定部 206 補償制御出力部 214，224 タイムカウンター 216，226 良否判定時刻設定部 227 散り予測部 228 散り発生限界時刻設定部 229 溶接調整指令部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年２月２３日（２０００．２．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】図３は、本発明の第一の実施形態に係るス
ポット溶接装置の溶接良否判定回路の詳細を示すブロッ
ク図である。図示の溶接良否判定回路21は、前述した第
１波の振幅を測定することにより、溶接の良否の判定を
行うものである。溶接良否判定回路21は、溶接ガンアー
ムに取り付けた振動センサ20（図１参照）からの検出信
号を、判定のための電圧信号へ変換する加圧電極振動検
出部201、良否判定しきい値を設定する良否判定しきい
値設定部202、検出した振動振幅と良否判定しきい値と
を比較する比較部（電圧コンパレータ）203、良否判定
の結果合格となるナゲットが形成される際の第１波が検
出される時刻範囲を比較のためのタイミングとして与え
るタイマー204、タイマー204から比較のためのタイミン
グを得て、比較部203からの前述した振動振幅と良否判
定しきい値との比較結果に基づいて溶接状態の良否の判
定を行う良否判定部205および、良否判定部205からの良
否判定結果出力に基づいて溶接促進指令または溶接停止
指令を溶接制御回路11（図１参照）へ出力する補償制御
指令出力部206を具える。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】図４は、溶接箇所において形成されたナゲ
ット径と第１波の最大振幅との関係を示すものである。
本図では、溶融合金化亜鉛めっき鋼板を例に取ってい
る。図示の例では、第１波の最大振幅が（振動センサ20
の電圧値で示す）0.2V以上の場合のナゲットが、いずれ
も十分な溶接強度を有することを示すプラグ破断に至
り、かつ合格径である４mm以上であることが示されてい
る。このことより、図３に示す良否判定回路21を具える
スポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接す
る場合には、良否判定しきい値を0.2Vに設定すれば良い
こととなる。言うまでもないが、このしきい値は、予め
予備実験等により各種鋼板について求めることとする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】図６は、第１波発生時刻とナゲット径との
関係を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっ
き鋼板を例に取っている。図示の例では、第１波の発生
が通電開始から0.08sec以内にある場合に形成されたナ
ゲットが合格径である４mm以上に達していることがわか
る。このことにより、図５に示す良否判定回路21を具え
るスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板を溶接
する場合には、良否判定時刻範囲を通電開始から0.08se
cに設定すれば良いこととなる。なお、この場合も、良
否判定設定時刻は、予め予備実験等により各種鋼板につ
いて求めることとする。また、ここで第１波の発生時刻
を得るには、図４に示すように、溶接電流の通電時から
最初に振動振幅がしきい値（0.2V）に達した時刻をもっ
て第１波の発生としたり、あるいは図示しないフィルタ
回路を用いて、このフィルタ回路を通過した所定の電圧
値となった時を第１波発生時刻とすれば、第１波の振動
振幅と発生時刻の両方の判定がなされたことになり、よ
り良好な判定が行える。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】散り予測部227では、散り発生限界時刻設
定部228において予め設定された散り発生限界時刻と、
タイムカウンター224から入力された第１波の発生時刻
とを比較する。この時、第１波の発生時刻が散り発生限
界時刻より以前にある場合には、現在の溶接箇所では散
りが発生すると判定し、散り発生限界時刻より以降にあ
る場合には、現在の溶接箇所では散りが発生しないと判
定する。これにより、実際に散りが発生する前に、散り
発生を予測することが可能となる。なお、この判定結果
は、例えば溶接制御回路11へフィードバックさせること
により、電極チップの加圧力の増加や、溶接電流の減
少、通電停止などの散り発生を防止するための制御に寄
与できることとなる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】図８は、第１波および第２波の発生時刻
と、被溶接材の重なり合った面に発生する散りとの関係
を示すものである。本図もまた溶融合金化亜鉛めっき鋼
板を例に取っている。図示の例では、第１波の発生が通
電開始から0.045secよりも早く発生した場合に第２波が
発生、すなわち散りが生じていることを示している。こ
こで、第１波の発生が通電開始から0.045secよりも早く
発生した場合に散りが生じる点について詳述すると、例
えば溶融合金化亜鉛めっき鋼板に凹凸等がある場合、溶
接部位の鋼板同士の接触面積が（微視的に見て）小さく
なることから、単位加圧面積に対する、これら鋼板を流
れる電流密度が高くなる。すると、ナゲット形成に必要
な温度よりも高温となって、いわゆる沸騰した状態とな
り、溶融金属が飛散する。また、ごみ等が付着している
場合には、前記電流密度が高くなるのに加え、ごみによ
る電気絶縁効果による抵抗値が過剰となって、これによ
っても高温化が助長される。特に、母材よりも低融点の
表面コーティング層（例えば亜鉛で融点が約420℃）の
場合、前記高温化によりいち早く（前記通電開始から0.
045secよりも早く）沸騰状態となり飛散し始める。この
表面コーティング層の溶融による第１バースト波によ
り、その後のナゲット形成時の散り発生を判別すること
ができる。このことにより、図７に示す良否判定回路21
を具えるスポット溶接装置で溶融合金化亜鉛めっき鋼板
を溶接する場合には、散り発生限界時刻を通電開始から
0.045secに設定すれば良いこととなる。なお、この場合
も、散り発生限界時刻は、予め予備実験等により各種鋼
板について求めておくことは言うまでもない。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板同士の重なり合う面の少なくとも一
   方に母材より低融点の表面コーティング層を有し、これ
   ら重ね合わせた鋼板を対向する電極チップで加圧しつ
   つ、この電極チップに通電して抵抗加熱により溶接を行
   うスポット溶接装置において、 溶接中に生じる前記電極チップの振動を検出する電極振
   動検出手段と、 前記電極振動検出手段で検出した、溶接初期に発生する
   振動から、溶接箇所で生成されるナゲットの良否を判定
   することにより、溶接の良否を判定する溶接良否判定手
   段と、を具えることを特徴とするスポット溶接装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記溶接良否判定手段が、前記振動の振幅に基づいて溶
   接の良否を判定することを特徴とするスポット溶接装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記溶接良否判定手段が、前記振動の発生時刻に基づい
   て溶接の良否を判定することを特徴とするスポット溶接
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、 前記振動の発生時刻が、予め定めた散り発生限界時刻よ
   りも前であるか否かを判定し、前記振動の発生時刻が前
   記散り発生限界時刻よりも前であった場合、前記溶接箇
   所で散りが発生すると判断し、散り発生の警告信号を出
   力する散り発生予測手段をさらに具えることを特徴とす
   るスポット溶接装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の装置において、 前記振動の振幅が予め定めた良否判定しきい値に達しな
   い場合に溶接促進指令を出力し、また前記散りの発生を
   検出した場合に溶接中止指令を出力する補償制御指令出
   力手段をさらに具えることを特徴とするスポット溶接装
   置。
6. 【請求項６】 請求項１または３記載の装置において、 前記振動の発生時刻が予め定めた良否判定時刻よりも遅
   れて発生した場合に溶接促進指令を出力し、また前記散
   りの発生を検出した場合に溶接中止指令を出力する補償
   制御指令出力手段をさらに具えることを特徴とするスポ
   ット溶接装置。
7. 【請求項７】 請求項３または４記載の装置において、 前記振動の発生時刻から溶接の良否を判定すると共に、
   散りの発生を抑制する溶接調整指令出力手段をさらに具
   えることを特徴とするスポット溶接装置。