JP2002103052A

JP2002103052A - 接合装置

Info

Publication number: JP2002103052A
Application number: JP2000293466A
Authority: JP
Inventors: Takashi Moro; 享司茂呂
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電流リミッタ制御の下で流れる電流に対する
モニタリングを改善し、品質管理を向上させること。【解決手段】制御部２２は、スイッチング・トランジ
スタ１８に対するスイッチング制御信号として電流リミ
ッタ制御用の制御パルスＣＳを生成するためのスイッチ
ング制御部４２に加えて、電流Ｉに対するモニタリング
を行うためのモニタリング処理部４４（スイッチング制
御部４２を除く部分）を含んでいる。両サンプリング・
ホールド回路４６，４８の出力信号つまり各スイッチン
グサイクルにおける電流Ｉの底値ＩＢおよびピーク値Ｉ
Ｐは平均値演算回路６２に入力され、ここで両サンプリ
ング値ＩＢ，ＩＰの中間値として平均値が演算される。
リップルモニタ部７４は、各スイッチングサイクル毎に
Ａ／Ｄ変換器７２の出力｛−（ＩＢ＋ＩＰ）／２｝をリ
ップル中心値として取り込み、通電時間を通じたリップ
ル中心値の平均値を求める。リップル中心値の平均値
は、電流リップルの平均値を表すと同時に、実際に流れ
た電流の平均値を表す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被接合材を通電に
よって接合する接合装置に関し、特に電流リミッタ制御
を行う接合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、抵抗溶接装置では、被溶接材
に供給する溶接電流をフィードバックループで所望の設
定電流値に一致させるための定電流制御方式の一つとし
て、電流リミッタ制御が用いられている。

【０００３】電流リミッタ制御は、スイッチング周波数
の各半サイクルまたは１サイクル毎に電流の瞬時値また
は波形を検出し、その電流瞬時値が所定のリミッタレベ
ル（基準値）に達した時点で通電用のスイッチング手段
をスイッチング・オフする方法であり、電流のピーク値
を一定に揃えることができるため、オーバーシュートを
起こさず高速に溶接電流を立ち上げられるという利点が
ある。

【０００４】もっとも、実際には、電流リミッタ制御を
かけても、電流の流れ具合がよくないときは、電流がリ
ミッタレベルに達しないことがある。たとえば、電極の
汚れ等のために負荷回路の抵抗値が上昇したり、あるい
は電力源の商用交流電源電圧が何らかの原因で瞬時的に
下がったりすると、スイッチング手段がスイッチング・
オンしても電流の立ち上がりないし増加速度が遅くてス
イッチングサイクル内にリミッタレベルに達しないこと
がある。

【０００５】そこで、電流リミッタ制御を行いながら、
他方で各スイッチングサイクル毎にスイッチング・オフ
した時点の電流値つまりピーク値を測定して、実際の電
流ピーク値がリミッタレベルに一致しているか否かを監
視する機能または装置が抵抗溶接装置に内蔵され、ある
いは別ユニットとして用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、電流リ
ミッタ制御を行う従来の抵抗溶接装置では、各スイッチ
ングサイクル毎に電流がリミッタレベルに達したか否か
を監視するだけであり、リミッタレベル以下で実際に流
れた電流の挙動または変動をモニタリングする機能がな
かった。

【０００７】たとえば、図１２に示すように、電流ｉ
a，ｉbは共に各々のサイクル毎にリミッタレベルに達し
ているものの、リミッタレベル以下での変動つまりリッ
プルの大きさが相違している。このことは、電流ｉa，
ｉbのそれぞれの実効値または平均値が相違しているこ
とを意味し、ひいては溶接結果に相違を来す可能性を意
味している。しかしながら、従来の抵抗溶接装置では、
上記のようにリミッタレベル以下での電流リップル特性
をモニタリングする機能がないため、抵抗溶接の品質管
理を十全に果たすことができなかった。

【０００８】上記のような問題は、抵抗溶接装置以外に
も、同様の電流リミッタ制御を用いて金属接合のための
通電を行う従来の他の方式の接合装置たとえばヒュージ
ング加工装置でもみられる。

【０００９】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、電流リミッタ制御の下で流れる電流
に対するモニタリングを改善し、品質管理を向上させる
接合装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の接合装置は、被接合材に電極を当てて加
圧しながら電流を流して前記被接合材を接合する接合装
置であって、所定の直流電圧を与える直流電圧源と、前
記直流電圧源と前記電極との間に電気的に接続される通
電用のスイッチング手段と、前記電流の電流値を測定す
る電流測定手段と、通電中に予め設定された基準電流値
を実質的な上限値として前記電流が増加と減少のサイク
ルを繰り返すように前記スイッチング手段をスイッチン
グ制御する制御手段と、前記電流測定手段からの電流測
定値に基づいて前記電流のリップルを監視する電流リッ
プル監視手段とを具備する構成とした。

【００１１】本発明の接合装置では、制御手段がスイッ
チング手段を実行制御する一方で、電流リップル監視手
段が実質的に基準電流値以下で変動する電流のリップル
を監視することにより、実際に流れた電流のいわば水面
下の挙動を適確に把握ないし分析し、品質管理に資する
ことができる。

【００１２】電流リップル監視手段として、好ましく
は、電流のリップルの中間値たとえば中心値を求める手
段、電流のリップル率を求める手段、電流のリップルの
幅を求める手段、あるいは電流のリップルの底値の平均
値を求める手段を有する構成であってよい。特に、電流
リップルの中心値を求める構成においては、モニタリン
グ結果として電流リップル中心値の平均値を得ると同時
に電流平均値を得ることができる。

【００１３】制御手段は、電流リミッタ制御を行うに際
して、スイッチングサイクルを一定としてもよく、ある
いは不定とすることも可能である。スイッチングサイク
ルを一定とする場合は、各スイッチングサイクルにおい
て前記電流が前記基準電流値に達した時点または当該ス
イッチングサイクルの経過時間が所定のタイムリミット
に達した時点で前記スイッチング手段をオン状態からオ
フ状態に切り換えるようなスイッチング制御を行ってよ
い。スイッチングサイクルを不定とする場合は、通電中
の所定時間置きのモニタ時点で前記電流が前記基準電流
値を下回っているときは、その時点から前記電流が前記
基準電流値を上回る時点まで前記スイッチング手段のオ
ン状態を持続させ、前記モニタ時点で前記電流が前記基
準電流値を上回っているときは次のモニタ時点まで前記
スイッチング手段のオフ状態を持続させるようなスイッ
チング制御を行ってよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１１を参照して本
発明の好適な実施形態を説明する。

【００１５】図１に、本発明の一実施形態によるトラン
ジスタ式抵抗溶接装置の要部の構成を示す。この抵抗溶
接装置は、抵抗溶接用のエネルギーを電荷として蓄える
大容量コンデンサ１０を含む直流電圧源１２と、この直
流電圧源１２と一対の溶接電極１４，１６との間に電気
的に接続されたスイッチング・トランジスタ１８と、溶
接通電中にこのスイッチング・トランジスタ１８を駆動
回路２０を介してスイッチング動作させて溶接電流Ｉを
制御する制御部２２とを有している。溶接電極１４，１
６は加圧機構（図示せず）に結合されており、溶接中は
被溶接材（Ｗ1，Ｗ2）に加圧接触するようになってい
る。

【００１６】直流電圧源１２は、コンデンサ１０を所定
電圧に充電するための充電回路として４個のダイオード
をブリッジ結線してなる単相整流回路２４を有する。こ
の単相整流回路２４は、降圧トランス２６を介して入力
される交流電源２８からの商用周波数の単相交流電源電
圧を整流して直流電圧に変換する。コンデンサ１０の充
電電圧をより精細または可変に制御するために、整流回
路２４の出力端子とコンデンサ１０との間に充電用のス
イッチング回路（図示せず）を設ける構成としてもよ
い。さらに、充電制御のために、コンデンサ１０の充電
電圧を測定する電圧測定手段（図示せず）等を設けても
よい

【００１７】この実施形態における通電用のスイッチン
グ・トランジスタ１８は、１個または並列接続された複
数個のスイッチング用トランジスタたとえばＩＧＢＴ
（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）またはＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）で構成されてよい。スイッ
チング・トランジスタ１８の電流入側の端子はコンデン
サ１０の正極側電極に接続され、電流出側の端子は溶接
電極１４に接続されている。また、スイッチング・トラ
ンジスタ１８の電流出側の端子とコンデンサ１０の負極
側電極との間にフライホイール・ダイオード３０が接続
されている。

【００１８】制御部２２は、マイクロプロセッサ（ＣＰ
Ｕ）を含み、所定のプログラムまたは手順にしたがって
通電シーケンス制御、定電流制御、表示制御等の各部の
制御や所要の信号処理または演算等を行う。制御部２２
には、たとえばキーボード等を含む入力部３２より各種
設定値が入力されるとともに、クロック回路３４よりス
イッチング制御用のたとえば５０ｋＨｚの基本クロック
信号ＣＫが与えられる。その他、制御部２２には、表示
パネルとしてたとえば液晶ディスプレイを有する表示部
３６も接続され、さらには外部の装置と信号やデータの
やりとりを行うインタフェースまたは通信装置（図示せ
ず）等も接続可能となっている。

【００１９】また、電流リミッタ制御において溶接電流
Ｉをフィードバックするために、フライホイール・ダイ
オード３０と溶接電極１４，１６との間の導体に電流セ
ンサたとえばトロイダルコイル３８が取り付けられ、こ
の電流センサ３８の出力信号に基づいて電流測定回路４
０が溶接電流Ｉの電流測定値（瞬時値）ＭＩをアナログ
信号でリアルタイムに制御部２２に与えるようになって
いる。

【００２０】制御部２２は、電流測定回路４０からの電
流測定値ＭＩに基づいて電流リミッタ制御用の制御パル
スＣＳを生成し、この制御パルスＣＳにより駆動回路２
０を介してスイッチング・トランジスタ１８をスイッチ
ング（オン・オフ）制御するようになっている。

【００２１】図２に制御部２２の中で本実施形態の特徴
となる部分の構成を示し、図３に溶接通電における各部
の信号の波形（一例）を示す。

【００２２】図２において、制御部２２は、スイッチン
グ・トランジスタ１８に対するスイッチング制御信号と
して電流リミッタ制御用の制御パルスＣＳを生成するた
めのスイッチング制御部４２に加えて、電流Ｉに対する
モニタリングを行うためのモニタリング処理部４４（ス
イッチング制御部４２を除く部分）を含んでいる。

【００２３】スイッチング制御部４２には、入力部３２
からのリミッタレベルＬＴに相当する電圧信号と、クロ
ック回路３４からの基本クロック信号ＣＫと、内部パル
ス生成回路（図示せず）からのスイッチングオン・リミ
ットパルスＣＭと、電流測定回路４０からの電流測定値
信号ＭＩとが入力される。ここで、基本クロック信号Ｃ
Ｋは、その各半サイクルで１回のスイッチングサイクル
Ｙを規定する。スイッチングオン・リミットパルスＣＭ
は、基本クロック信号ＣＫを基に生成されてよく、各ス
イッチングサイクルＹの中でスイッチング・オン時間Ｔ
onの最大限界値またはタイムリミットＴon,MAXを規定す
る。

【００２４】スイッチング制御部４２は、基本クロック
信号ＣＫの各立ち上がりまたは各立ち下がりに応動して
制御パルスＣＳをＬレベルからＨレベルに立ち上げ（そ
れによってスイッチング・トランジスタ１８をオン状態
とし）、スイッチングオン・タイムリミットＴon,MAX内
に電流測定値信号ＭＩがリミッタレベルＬＴに達したと
きはその到達時点で、そうでなかったときはスイッチン
グオン・タイムリミットＴon,MAXが経過した時点（パル
スＣＭがＨレベルからＬレベルに変わった時点）で制御
パルスＣＳをＬレベルに戻す（それによってスイッチン
グ・トランジスタ１８をオフ状態とする）。このように
して、基本クロック信号ＣＫの各半サイクル毎にスイッ
チング・トランジスタ１８に対する１回のオン・オフ制
御が行われる。

【００２５】電流測定回路４０からの電流測定値信号Ｍ
Ｉは、モニタリング処理部４４における一対のサンプリ
ング・ホールド回路４６，４８にも入力される。第１の
サンプリング・ホールド回路４６は、第１サンプリング
信号Ｓ1に応動して各制御パルスＣＳの立ち上がり時点
における電流Ｉの電流値つまり各スイッチングサイクル
Ｙにおける電流Ｉの底値ＩＢをサンプリングし、かつ次
回の第１サンプリング信号Ｓ1が与えられるまでホール
ドする。第２のサンプリング・ホールド回路４８は、第
２サンプリング信号Ｓ2に応動して各制御パルスＣＳの
立ち下がり時点における電流Ｉの電流値つまり各スイッ
チングサイクルＹにおける電流Ｉのピーク値ＩＰをサン
プリングし、かつ次回の第２サンプリング信号Ｓ2が与
えられるまでホールドする。両サンプリング信号Ｓ1，
Ｓ2は、制御パルスＣＳを基にサンプリング信号生成部
５０で生成される。

【００２６】図４に、サンプリング信号生成部５０の回
路構成例を示す。この回路構成例において、制御パルス
ＣＳは、アンドゲート５２の一方の入力端子に入力され
るとともに、反転回路５４と抵抗Ｒ1，コンデンサＣ1お
よびダイオードＤ1からなる遅延回路５６とを介してア
ンドゲート５２の他方の入力端子に入力される。これに
より、制御パルスＣＳがＬレベルからＨレベルに立ち上
がる際に遅延回路５６の遅延量に相当するＨレベルのパ
ルス幅を有する第１サンプリング信号Ｓ1がアンドゲー
ト５２の出力端子に得られる。また、制御パルスＣＳ
は、反転回路５４を介してアンドゲート５８の一方の入
力端子に入力されるとともに、抵抗Ｒ2，コンデンサＣ2
およびダイオードＤ2からなる遅延回路６０を介してア
ンドゲート５８の他方の入力端子に入力される。制御パ
ルスＣＳがＨレベルからＬレベルに立ち下がる際に遅延
回路６０の遅延量に相当するＨレベルのパルス幅を有す
る第２サンプリング信号Ｓ2がアンドゲート５８の出力
端子に得られる。

【００２７】再び図２および図３において、両サンプリ
ング・ホールド回路４６，４８の出力信号つまり各スイ
ッチングサイクルＹにおける電流Ｉの底値ＩＢおよびピ
ーク値ＩＰは平均値演算回路６２に入力され、ここで両
サンプリング値ＩＢ，ＩＰの中間値として平均値が演算
される。

【００２８】この平均値演算回路６２は、演算増幅器６
４と、両サンプリング・ホールド回路４６，４８の出力
端子と演算増幅器６４の反転入力端子との間にそれぞれ
接続された抵抗６６，６８と、演算増幅器６４の出力端
子と反転入力端子との間に接続された抵抗７０とで構成
される。両抵抗６６，６８のそれぞれ抵抗値Ｒ66，Ｒ68
を同一の値Ｒaに設定し、この抵抗値Ｒaと帰還抵抗７０
の抵抗値Ｒfとの比を２：１に選ぶことにより、電流Ｉ
の底値ＩＢおよびピーク値ＩＰの平均値を表す電圧信号
−（ＩＢ＋ＩＰ）／２が演算増幅器６４の出力端子に得
られる。演算増幅器６４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器７
２でディジタル信号に変換されたうえでリップルモニタ
部７４に与えられる。

【００２９】リップルモニタ部７４は、第２サンプリン
グ信号Ｓ2より一定時間Ｔd（Ｔd＜Ｔoff）だけ遅れてデ
ィレイ回路７９より与えられる第３サンプリング信号Ｓ
3のタイミングでＡ／Ｄ変換器７２の出力｛−（ＩＢ＋
ＩＰ）／２｝を取り込む。このように各スイッチングサ
イクルＹにおいてスイッチング・オン状態からスイッチ
ング・オフ状態に切り換わった直後に取り込まれたＡ／
Ｄ変換器７２の出力｛−（ＩＢi＋ＩＰi）／２｝は、図
５に示すように、当該スイッチングサイクルＹにおける
リップルの中心値ＩＣiを表している。

【００３０】リップルモニタ部７４は、ディジタル演算
部と記憶部とを有しており、溶接通電中に各スイッチン
グサイクルＹ毎に得られるリップル中心値ＩＣ0，ＩＣ
1，ＩＣ2，‥‥を収集する。そして、通電終了後に、通
電時間を通じたリップル中心値の平均値｛（ＩＣ0＋Ｉ
Ｃ1＋ＩＣ2＋‥‥‥＋ＩＣn-1）／ｎ｝を求める。この
リップル中心値の平均値は、リップル特性モニタ情報Ｒ
Ｉとして表示部３６で表示されてよい。このリップル中
心値の平均値は、電流リップルの平均値を表すと同時
に、実際に流れた電流Ｉの平均値を表しており、ユーザ
には二重の意味で有益なモニタ情報となる。

【００３１】一方で、第２のサンプリング・ホールド回
路４８の出力信号つまり各スイッチングサイクルＹにお
ける電流Ｉのピーク値ＩＰは、Ａ／Ｄ変換器７６でディ
ジタル信号に変換されたうえで第３サンプリング信号Ｓ
3のタイミングでピーク値モニタ部７８にも取り込まれ
る。このピーク値モニタ部７８も、ディジタル演算部と
記憶部とを有しており、溶接通電中に各スイッチングサ
イクルＹ毎に得られる電流ピーク値ＩＰ0，ＩＰ1，ＩＰ
2，‥‥を収集し、通電終了後に所要のデータ解析処理
を行ってよい。たとえば、通電時間を通じた電流ピーク
値の平均値を求めたり、リミッタレベルＬＴに達しなか
った電流ピーク値を割り出して電流リミッタ制御につい
て良否判定を行うことができる。ピーク値モニタ部７８
で得られるモニタ情報ＰＩも表示部３６で表示されてよ
い。

【００３２】なお、図５の例では各スイッチングサイク
ルＹにおいて電流Ｉが底値ＩＢからピーク値ＩＰへ上昇
する途中の中心値をリップル中心値ＩＣとしているが、
ピーク値ＩＰから次の底値ＩＢに減少する途中の中心値
もリップル中心値ＩＣになり得る。

【００３３】図２の構成例では、アナログ式の平均値演
算回路６２を設け、各スイッチングサイクルＹにおける
電流Ｉの底値ＩＢおよびピーク値ＩＰをアナログ値の段
階で平均値演算処理にかけるようにしている。

【００３４】しかし、図６に示すように、アナログ式の
平均値演算回路６２を省き、両サンプリング・ホールド
回路４６，４８の出力信号ＩＢ，ＩＰをＡ／Ｄ変換器７
２，７３によりディジタル信号に変換してリップルモニ
タ部７４に供給し、リップルモニタ部７４において平均
値演算を行うことも可能である。このようなディジタル
信号処理方式においては、電流リップル特性としてリッ
プル平均値だけでなく、リップル率｛１００×（ＩＰ−
ＩＢ）／ＩＰ｝、リップル幅（ＩＰ−ＩＢ）、底値平均
値｛（ＩＢ0＋ＩＢ1＋ＩＢ2＋‥‥ＩＢn-1）／ｎ｝等も
演算可能である。リップル率やリップル幅は各スイッチ
ングサイクルＹ毎に解析してもよく全体の平均値を求め
てもよい。

【００３５】なお、図６において、リップルモニタ部７
４は、サンプリング・ホールド回路４６，４８の出力信
号ＩＢ，ＩＰをそれぞれサンプリング信号Ｓ3，Ｓ4のタ
イミングで取り込む。ここで、第４サンプリング信号Ｓ
4は、第１サンプリング信号Ｓ1を一定の遅延時間たとえ
ば上記Ｔd（Ｔd＜Ｔoff）を与えるディレイ回路（図示
せず）に通すことで得られる。

【００３６】上記した実施形態はトランジスタ式抵抗溶
接装置に係るものであったが、本発明は電流リミッタ制
御を行う任意の抵抗溶接装置に適用可能である。図７に
本発明の一実施形態における直流インバータ式抵抗溶接
装置の要部の構成を示し、図８に本発明の一実施形態に
おける交流波形インバータ式抵抗溶接装置の要部の構成
を示す。

【００３７】図７の直流インバータ式抵抗溶接装置にお
いて、インバータ回路８０には整流回路（図示せず）よ
り所定の電圧レベルで直流電圧Ｖが供給される。インバ
ータ８０は、正極通電用のスイッチング素子と負極通電
用のスイッチング素子とを有しており、制御部２２から
の制御パルスＣＳにしたがい、商用周波数よりも格段に
高い周波数たとえば５０ｋＨｚで正極通電用のスイッチ
ング素子と負極通電用のスイッチング素子とを交互にス
イッチング・オンさせることにより、直流入力電圧Ｖを
該高周波数のスイッチングで切り刻むようにして高周波
交流電圧のパルスＥを出力する。インバータ８０より出
力された交流パルスＥは降圧トランス８２の一次側コイ
ルに供給され、二次側コイルには一次側と相似な交流パ
ルスが得られる。この二次側交流パルスは一対のダイオ
ード８４ａ，８４ｂからなる整流回路８６によって直流
に変換され、直流の二次電流が溶接電流Ｉとして電極１
４，１６を介して被加工物（Ｗ1，Ｗ2）に供給される。
電流リミッタ制御方式でインバータ８０をスイッチング
動作させると、溶接電流Ｉには設定値をリミッタレベル
としてインバータ周波数のリップルが現れる。

【００３８】図８の交流波形インバータ式抵抗溶接装置
では、二次側の整流回路８６が省かれ、溶接トランス８
２の二次側コイルが整流回路を介することなく溶接電極
１４，１６に電気的に接続される。インバータ８０内の
構成は直流式と同じでよい。ただし、制御部２２は、予
め設定された交流波形サイクル（たとえば商用周波数と
同じサイクル）の各前半サイクルでは負極通電用のスイ
ッチング素子をオフ状態に保持したまま正極通電用のス
イッチング素子をインバータ周波数で繰り返しスイッチ
ングオンさせ、各後半サイクルでは正極通電用のスイッ
チング素子をオフ状態に保持したまま負極通電用のスイ
ッチング素子をインバータ周波数で繰り返しスイッチン
グオンさせる。これにより、二次側回路では、各前半サ
イクルではほぼ台形状の波形を有する正極性の溶接電流
Ｉが流れ、各後半サイクルではほぼ台形状の波形を有す
る負極性の溶接電流Ｉが流れる。やはり、電流リミッタ
制御が行われると、溶接電流Ｉには設定値をリミッタレ
ベルとしてインバータ周波数のリップルが現れる。な
お、各半サイクルにおける通電の極性は上記と反対にす
ることもできる。

【００３９】図７の直流インバータ式抵抗溶接装置や図
８の交流波形インバータ式抵抗溶接装置においても、上
記トランジスタ式抵抗溶接装置と同様に、制御部２２，
２２内に上記と同様のモニタリング処理部（図２，図
４）を設けることにより、電流リミッタ制御下で実際に
流れる電流Ｉのリップル特性を適確にモニタリングする
ことができる。

【００４０】上記した実施形態の電流リミッタ制御で
は、スイッチングサイクルＹを一定時間または一定周波
数に設定し、各スイッチングサイクルにおいてサイクル
開始時からスイッチング・オン状態にして電流を単調増
加させ、リミッタレベル到達時点でスイッチング・オフ
状態に切り換えて電流を単調減少させるようにしてい
る。しかし、他の電流リミッタ制御方式として、図９に
示すように、スイッチングサイクルを不定とする方式も
可能である。

【００４１】図９の電流リミッタ制御方式では、クロッ
クＣＫで与えられる所定時間置きのモニタ時点で溶接電
流Ｉが設定電流値（リミッタレベル）Ｉsを下回ってい
るときは、クロックのサイクルに影響されることなくそ
の時点から溶接電流Ｉが設定電流値Ｉsを上回る時点ま
で通電用のスイッチング手段を持続的にオン状態に保持
し、モニタ時点で溶接電流Ｉが設定電流値Ｉsを上回っ
ているときは次のモニタ時点までスイッチング手段を持
続的にオフ状態に保持する。このようなスイッチング制
御により、スイッチング手段がクロックＣＫのサイクル
に拘束されない不定（非サイクル式）のタイミングでオ
ン・オフし、それによって設定電流値Ｉsに対する溶接
電流Ｉの偏差または誤差が最短時間で補正され（零に近
づけられ）され、高速かつ精細な定電流制御が実現され
る。

【００４２】図１０に、図１のようなトランジスタ式抵
抗溶接装置に図９の電流リミッタ制御を適用した場合の
通電制御手順を示す。

【００４３】制御部２２は、先ず、通電制御系の各部を
初期化し（ステップＡ1）、溶接通電条件の各種設定値
をそれぞれ所定のレジスタにセットする。この時点で
は、スイッチング・トランジスタ１８をオフ状態に保持
しておく。

【００４４】次に、クロックＣＫが入ると（ステップＡ
2）、その立ち上がりエッジに応動し、その時点で電流
測定回路４０より取り込んだ溶接電流Ｉの測定値ＭＩを
電流設定値Ｉsと比較する（ステップＡ4）。

【００４５】この比較で、電流測定値ＭＩが電流設定値
Ｉsよりも小さいとき（ＭＩ＜Ｉs）は、制御パルスＣＳ
をアクティブレベルたとえばＨレベルにする（ステップ
Ａ5）。制御パルスＣＳがＨレベルになると、スイッチ
ング・トランジスタ１８がオン状態となり、コンデンサ
１０の正極電極→スイッチング・トランジスタ１８→溶
接電極１４、被溶接材（Ｗ1，Ｗ2）→溶接電極１６→コ
ンデンサ１０の負極電極の経路または回路で直流の溶接
電流Ｉが流れる。この溶接電流Ｉは、コンデンサ１０の
放電に基づくものであり、過渡的には時間の経過ととも
に増大する。

【００４６】制御部２２は、上記のようにして制御パル
スＣＳをＨレベルにすると、クロックＣＫのサイクルを
無視して電流測定回路４０からの溶接電流測定値ＭＩを
モニタし続け（ステップＡ6→Ａ3→Ａ4→Ａ5→Ａ6）、
溶接電流測定値ＭＩが電流設定値Ｉsを越えた時点で制
御パルスＣＳをＬレベルに戻す（ステップＡ4→Ａ7）。
したがって、通電開始直後は、図９に示すように、溶接
電流Ｉが設定電流値Ｉsを越えるまでほぼ一直線に立ち
上がる。この電流立ち上げ中に、制御パルスＣＳはクロ
ックＣＫのサイクルによって影響を受けることなく（中
断することなく）Ｈレベルを持続する。制御部２２は、
溶接電流Ｉの立ち上げを終えて制御パルスＣＳをＬレベ
ルに戻したなら、その直後に入ってくるクロックＣＫの
立ち上がりを待つ（ステップＡ8→Ａ2）。

【００４７】制御パルスＣＳがＬレベルになると、スイ
ッチング素子Ｑがオフし、コンデンサ１０の放電が止ま
る。そうすると、溶接電極１４、被溶接材（Ｗ1，Ｗ2）
→溶接電極１６→フライホイール・ダイオードＤ→溶接
電極１４の回路で溶接電流Ｉが流れ続ける。もっとも、
この回路で流れる溶接電流Ｉは、負荷側回路のインダク
タンスに基づく還流電流であるため、時間の経過ととも
に減少する。

【００４８】制御パルスＣＳをＬレベルにした状態で次
のクロックＣＫが入ると、制御部２２はそのクロックＣ
Ｋの立ち上がりエッジのタイミングでその時の溶接電流
Ｉを設定電流値Ｉsと比較する（ステップＡ4）。

【００４９】この比較で、電流測定値ＭＩが電流設定値
Ｉsを上回っている場合（ＭＩ＞Ｉs）は、制御パルスＣ
ＳをＬレベルに維持し（ステップＡ7）、そのまま次の
クロックＣＫが入るのを待つ（ステップＡ8→Ａ2）。し
たがって、少なくとも当該クロックサイクルの期間中は
溶接電流Ｉはほぼ単調に減少し続けることになる。

【００５０】しかし、電流測定値ＭＩが電流設定値Ｉs
を下回っている場合（ＭＩ＜Ｉs）は、上記と同様に制
御パルスＣＳをＨレベルに立ち上げる（ステップＡ
5）。これにより、当該クロックサイクルではクロック
ＣＫの立ち上がりエッジのタイミングでスイッチング・
トランジスタ１８がオンし、溶接電流Ｉが増大に転じ
る。制御部２２は、クロックＣＫのサイクルを無視して
制御パルスＣＳをＨレベルに保持したまま（それによっ
てスイッチング・トランジスタ１８をオンにしたまま）
溶接電流Ｉの増大を継続させ（ステップＡ6→Ａ3→Ａ4
→Ａ5→Ａ6）、溶接電流Ｉが設定電流値Ｉsを超えた時
点で制御パルスＣＳをＬレベルに戻してスイッチング素
子１８をオフさせる（ステップＡ4→Ａ7）。そして、次
のクロックＣＫが入ってくるのを待つ（ステップＡ8→
Ａ2）。

【００５１】図９に示すように、スイッチング・オン状
態からスイッチング・オフ状態に切り換える際に溶接電
流Ｉが設定電流値Ｉsを超えるにしても、超える量はわ
ずかであり、各スイッチングサイクルにおける電流ピー
ク値を設定電流値Ｉsで近似することが可能である。

【００５２】このように、この電流リミッタ制御では、
クロックＣＫの立ち上がりエッジの時点で溶接電流Ｉが
設定電流値Ｉsを下回っているときは、クロックＣＫの
サイクルに影響されることなくその時点から溶接電流Ｉ
が設定電流値Ｉsを上回る時点までスイッチング・トラ
ンジスタ１８に対する制御パルスＣＳをアクティブなＨ
レベルに保持し、クロックＣＫの立ち上がりエッジの時
点で溶接電流Ｉが設定電流値Ｉsを上回っているときは
次のクロックＣＫの立ち上がりエッジの時点まで制御パ
ルスＣＳを非アクティブなＬレベルに保持する。１回の
スイッチングサイクルは、制御パルスＣＳの各Ｈレベル
期間（スイッチングオン時間）とその直後のＬレベル期
間（スイッチングオフ時間）とで規定される不定期間で
ある。

【００５３】この電流リミッタ制御でも、図９に示すよ
うに、溶接電流Ｉは実質的に設定電流値Ｉs以下で変動
し、その変動分がリップルとなって現れる。上記したよ
うに、各スイッチングサイクルにおける電流リップルの
ピーク値ＩＰは設定電流値Ｉsで近似できる。また、各
スイッチングサイクルにおける電流リップルの底値ＩＢ
は、制御パルスＣＳをＬレベルからＨレベルに立ち上げ
る直前の電流値をサンプリングすることによって得られ
る。

【００５４】このように、この電流リミッタ制御におい
ても、各スイッチングサイクルにおける電流リップルの
ピーク値ＩＰおよび底値ＩＢのデータを収集することに
より、上記した実施形態と同様にして電流リップル特性
に関する有益なモニタ情報を得ることができる。

【００５５】なお、通電開始直後のスイッチングサイク
ルにおける電流リップルの特性値、特に底値ＩＢは、設
定電流値またはリミッタレベルはもちろん全体の平均値
よりも格段に低いことは自明であるので、最初の１サイ
クルないし数サイクル分をモニタリング対称から外すこ
とも可能である。もっとも、電流立ち上がり特性のモニ
タリングを重視する場合には、最初の１サイクルないし
数サイクル分の電流リップル特性をモニタリング対象に
含めるのが好ましい。

【００５６】上記した実施形態のいずれも抵抗溶接装置
に係るものであったが、本発明は金属部材を通電によっ
て接合する他の方式の接合装置たとえばヒュージング加
工装置にも適用可能である。ヒュージング加工は、抵抗
溶接装置装置と同一構成の装置によって実施可能であ
る。

【００５７】図１１に、ヒュージング加工の一例を示
す。この加工は、被覆線Ｗ1とたとえば銅または銅合金
からなる板片状の端子Ｗ2とを電気的かつ物理的に接続
するものである。

【００５８】先ず、図１１の（Ａ）に示すように、端子
Ｗ2のフック部または折曲部ｗcの内側に被覆線Ｗ1を入
れたものを被加工物とし、この被加工物を一対（たとえ
ば上部および下部）の電極１４，１６の間に挿入して、
下部電極１６により電極フック部ｗcの下面を定位置で
支持しつつ、上部電極１４を端子フック部ｗcの上面に
押し当てて加圧部（図示せず）により所定の加圧力Ｆで
押し下げる。これと同時に、電源部より所定の電圧を両
電極１４，１６間に印加する。

【００５９】そうすると、先ず、端子フック部ｗcを電
流経路として両電極１４，１６間に電流Ｉが流れ、端子
フック部ｗcでジュール熱が発生する。これにより、図
１１の（Ｂ）に示すように、被覆線Ｗ1の絶縁体ｗbがジ
ュール熱で溶けて導体ｗaから剥がれる（除去され
る）。

【００６０】絶縁体ｗbが除去されると、図１１の
（Ｃ）に示すように、電流Ｉは被覆線Ｗ1の導体（一般
に銅）ｗaを通って両電極１４，１６間を流れる。通電
期間中は両電極１４，１６間に加圧力Ｆも継続して加え
られるため、ジュール熱と加圧力Ｆとで端子フック部ｗ
cおよび被覆線導体ｗaは一体的に圧接または圧潰してか
しめられる。これによって、被覆線Ｗ1と端子Ｗ2の両者
は電気的かつ物理的に固く接続される。なお、被覆線Ｗ
1の導体ｗaと端子Ｗ2の抵抗は非常に小さいため、両者
の間にナゲット（溶接接合）は生じない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接合装置
によれば、電流リミッタ制御の下で流れる電流に対する
モニタリングを改善し、品質管理を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるトランジスタ抵抗溶
接装置の要部の構成を示す図である。

【図２】実施形態の抵抗溶接装置における制御部内の要
部の構成を示すブロック図である。

【図３】実施形態における各部の信号の波形（一例）を
示す信号波形図である。

【図４】実施形態の制御部におけるサンプリング信号生
成部の構成例を示す回路図である。

【図５】実施形態におけるモニタリング処理部の作用を
説明するための図である。

【図６】実施形態におけるモニタリング処理部の一変形
例を示すブロック図である。

【図７】一実施形態による直流インバータ式抵抗溶接装
置の構成を示す図である。

【図８】一実施形態による交流波形インバータ式抵抗溶
接装置の要部の構成を示す図である。

【図９】一実施形態によるスイッチングサイクルを不定
とする電流リミッタ制御方式を示す電流または信号波形
図である。

【図１０】一実施形態によるスイッチングサイクルを不
定とする電流リミッタ制御方式の通電制御手順を示すフ
ローチャートである。

【図１１】本発明の適用可能なヒュージング加工の一例
を示す図である。

【図１２】従来の電流リミッタ制御方式における問題点
を説明するための電流波形図である。

【符号の説明】

１２直流電圧源１４，１６電極１８スイッチング・トランジスタ２２，２２，２２制御部２４整流回路３２入力部３８電流センサ４０電流測定回路４２スイッチング制御部４６，４８サンプリング・ホールド回路６２平均値演算回路７４リップルモニタ部８０インバータ８２トランス８６整流回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被接合材に電極を当てて加圧しながら電
流を流して前記被接合材を接合する接合装置であって、所定の直流電圧を与える直流電圧源と、前記直流電圧源と前記電極との間に電気的に接続される
通電用のスイッチング手段と、前記電流の電流値を測定する電流測定手段と、通電中に予め設定された基準電流値を実質的な上限値と
して前記電流が増加と減少のサイクルを繰り返すように
前記スイッチング手段をスイッチング制御する制御手段
と、前記電流測定手段からの電流測定値に基づいて前記電流
のリップルを監視する電流リップル監視手段とを具備す
ることを特徴とする接合装置。
【請求項２】前記直流電圧源が、商用周波数の交流電
源電圧を整流して直流に変換する整流回路と、前記整流
回路の出力電圧によって所定電圧に充電されるコンデン
サとを含むことを特徴とする請求項１に記載の接合装
置。
【請求項３】前記スイッチング手段が、１個または並
列接続された複数個のトランジスタを含むことを特徴と
する請求項１または２に記載の接合装置。
【請求項４】前記スイッチング手段が、前記直流電圧
源からの直流電圧を第１の極性の高周波パルスに変換す
るための第１のスイッチング素子と、前記直流電圧源か
らの直流電圧を第２の極性の高周波パルスに変換するた
めの第２のスイッチング素子とを有するインバータを含
むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
の接合装置。
【請求項５】一次側コイルが前記インバータの出力端
子に接続されるトランスと、このトランスの二次側コイ
ルと前記電極との間に接続される整流回路とを具備する
請求項４に記載の接合装置。
【請求項６】一次側コイルが前記インバータの出力端
子に接続され、二次側コイルが整流回路を介することな
く前記電極に接続されるトランスを具備する請求項４に
記載の接合装置。
【請求項７】前記制御手段が、一定時間に設定された
各スイッチングサイクルにおいて前記電流が前記基準電
流値に達した時点または当該スイッチングサイクルの経
過時間が所定のタイムリミットに達した時点で前記スイ
ッチング手段をオン状態からオフ状態に切り換えること
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の接合装
置。
【請求項８】前記制御手段が、通電中の所定時間置き
のモニタ時点で前記電流が前記基準電流値を下回ってい
るときは、その時点から前記電流が前記基準電流値を上
回る時点まで前記スイッチング手段のオン状態を持続さ
せ、前記モニタ時点で前記電流が前記基準電流値を上回
っているときは次のモニタ時点まで前記スイッチング手
段のオフ状態を持続させることを特徴とする請求項１〜
６のいずれかに記載の接合装置。
【請求項９】前記電流測定手段が、通電中の各スイッ
チングサイクルにおける前記電流の底値およびピーク値
をサンプリングする電流値サンプリング手段を含むこと
を特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の接合装
置。
【請求項１０】前記電流測定手段からの電流測定値に
基づいて前記電流のピーク値を監視する電流ピーク値監
視手段を具備する請求項１〜９のいずれかに記載の接合
装置。
【請求項１１】前記電流リップル監視手段が前記電流
のリップルの中間値を求める手段を有することを特徴と
する請求項１〜１０のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１２】前記電流リップル監視手段が前記電流
のリップル率を求める手段を有することを特徴とする請
求項１〜１０のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１３】前記電流リップル監視手段が前記電流
のリップルの幅を求める手段を有することを特徴とする
請求項１〜１０のいずれかに記載の接合装置。
【請求項１４】前記電流リップル監視手段が前記電流
のリップルの底値の平均値を求める手段を有することを
特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の接合装
置。