JP2880840B2 - 抵抗溶接による接合方法 - Google Patents

抵抗溶接による接合方法

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JP2880840B2 JP3341350A JP34135091A JP2880840B2 JP 2880840 B2 JP2880840 B2 JP 2880840B2 JP 3341350 A JP3341350 A JP 3341350A JP 34135091 A JP34135091 A JP 34135091A JP 2880840 B2 JP2880840 B2 JP 2880840B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接合すべき部材の接触
部に通電して加熱するとともに、接触部に圧力を加える
ことによって部材を溶着させるようにした抵抗溶接によ
る接合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ブレーカ等において接点部材
を台金に固着する方法として、スポット溶接などの抵抗
溶接による接合方法が採用されている。この接合方法で
は、接点材の接合面の全面を合せ材としての銀層で被覆
したクラッドが接点部材として用いられる。接点部材と
台金とを接触させた状態で通電すれば抵抗熱によって接
合面の金属(銀層および台金)が溶融するのであり、こ
のとき接点部材と台金との間に圧力を加えておけば、溶
融した共晶物によって接点部材を台金に接合することが
できるのである。
【0003】抵抗溶接によって接点部材を台金に接合す
る方法は、ろう付などの他の接合方法に比較して、短時
間で作業することができるという利点がある。一方、接
合面の金属の溶融量は、接点部材と台金との表面の状態
や溶接条件によって変化するものであり、接合面の金属
の溶融量が不足したり過剰になったりすると、接点部材
の台金への接合強度が不十分になるという問題が生じ
る。すなわち、接合面の金属を過不足なく溶融させるた
めの溶接条件の許容範囲は狭いものであるから、抵抗溶
接における主要な溶接条件である電流値、圧力、通電時
間を、接合対象である接点部材および台金の材質、表面
状態、寸法、および電極の消耗状態などに応じて精度よ
く設定することが要求されるのである。
【0004】このような要求を満たすことを目的とし
て、接点部材と台金との間に通電する電極間の変位量を
実時間で測定し、測定した変位量に基づいて溶接条件を
フィードバック制御するようにした構成が考えられてい
る(特開昭57−119422号公報)。すなわち、通
電を開始すると抵抗熱による膨張によって変位量が増加
し、接合部材の接合面の金属が溶融すると、膨張による
変位量の増加よりも接合面の金属の溶融による変位量の
減少のほうが大きくなって全体としては変位量が減少す
るという仮定に基づいて、変位量が極大になった時点を
基準にして通電停止時点を決定しているのである。上記
公報には、変位量の極大値が得られた時点から一定時間
後に通電を停止する方法、極大値に達した後に極大値か
らの変位量が所定量に達したときに通電を停止する方
法、極大値に達した後に変位量の変化率が一定値に達し
たときに通電を停止する方法が開示されている。要する
に、変位量の極大値が得られた時点を基準点として通電
の停止時点を設定しているのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、接合面の金
属の溶融が開始されてからの変位量の変化が減少傾向で
はなく平坦になる場合や増加傾向のままである場合も生
じるから、このような場合には極大値を求めることがで
きず、通電の停止時点を設定することができないという
問題が生じる。また、変位量の極大値を求めることがで
きる場合でも、極大値が得られる時点は必ずしも安定し
ておらず、結局は溶接条件を安定して設定するという目
的は十分には達成できていないのが現状である。
【0006】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、変位量の推定値と実測値との差分を、溶接条
件を制御する際の基準とすることにより、接合すべき部
材のばらつき、溶接電極のばらつき、系の温度状態にか
かわらず、接合品質を安定させることができるようにし
た抵抗溶接による接合方法を提供しようとするものであ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1では、上記目的
を達成するために、接合すべき部材の接触部に通電した
ときに生じる抵抗熱を利用して加熱するとともに、部材
の接触部に圧力を加えるようにした抵抗溶接による溶接
方法において、部材が非溶融状態であるときの膨張によ
る部材の変形量に基づいて膨張のみによる部材の変形量
を外挿して推定値を求め、変形量の推定値と実測値との
差分に基づいて溶接条件を制御するのである。
【0008】請求項2では、接合すべき部材の接触部へ
の主通電による溶接を施すに先立って、部材の接触部に
予熱通電を行うのである。請求項3では、溶接条件を、
部材の接触部への電流値および通電時間としている。請
求項4では、差分が所定値以上になると、電流値を低減
するように制御するのである。
【0009】請求項5では、溶接条件を、部材の接触部
への加圧力としている。請求項6では、部材の接触部を
ばね力によって加圧している。請求項7では、差分が所
定値以上になると、通電を停止する。
【0010】
【作用】請求項1の方法によれば、接合すべき部材が非
溶融状態であるときの膨張による部材の変形量に基づい
て膨張のみによる部材の変形量を外挿して推定値を求
め、変形量の推定値と実測値との差分に基づいて溶接条
件を制御するので、接合すべき部材の溶融開始後の変位
量の変化が増減いずれの傾向であるかにはかかわらず溶
融状態に合致するように溶接条件を制御することができ
ることになる。その結果、溶接条件を適切に設定するこ
とができ、製品の接合品質が安定するのである。
【0011】請求項2の方法によれば、接合すべき部材
に溶接を施すに先立って、部材の接触部に予熱通電を行
うから、接触抵抗が低減されるとともに、接触部での接
触抵抗が斉一化され、接合部の仕上がり状態が安定する
のである。請求項3の方法は望ましい実施態様である。
請求項4の方法によれば、溶融状態に応じて電流値を低
減することにより、接合状態をより精度よく制御できる
ものである。
【0012】請求項5の方法は望ましい実施態様であ
る。請求項6の方法によれば、部材の溶融などによって
部材の変形量が急激に変化しても、加圧力を大きく変化
させずに部材の変形に追随して加圧力を維持することが
できるのである。請求項7の方法は望ましい実施態様で
ある。
【0013】
【実施例】本実施例では、接点材の接合面の全面を合せ
材である銀層で被覆したクラッドよりなる接点部材を台
金に接合する場合について説明するが、接合すべき部材
は、この組み合わせに限定されるものではなく、他の部
材であっても本発明の技術思想を適用することが可能で
ある。
【0014】図1(A)に示すように、溶接装置は、上
下に対向して配置された上電極1aおよび下電極1bを
備えている。接合すべき部材である接点部材2aと台金
2bとは、それぞれ上電極1aと下電極1bとに接触す
るように上下に重ねて配置される。上電極1aおよび下
電極1bは溶接電源3に接続され、溶接電源3の出力に
よって接点部材2aと台金2bとの接触部に交流が通電
される。したがって、溶接電源3の出力を制御すること
により、接点部材2aと台金2bとの間に通電される電
流値および通電時間が制御されるのである。上電極1a
は加圧シリンダ4aに調圧ばね4bを介して連結され、
下電極1bは定位置に固定されている。したがって、加
圧シリンダ4aによって上電極1を上下に移動させれ
ば、接点部材2aと台金2bとの接触部への加圧力を調
節することができるのである。また、上電極1aと加圧
シリンダ4aとの間に調圧ばね4bが介在しているか
ら、上電極1aが急に変位しても接点部材2aと台金2
bとの間の加圧力が大きく変化しないのである。
【0015】上電極1aと下電極1bとの間の距離は、
定位置に固定された距離センサ5aと、上電極1aとと
もに移動する検知用ヘッド5bとを用いて測定される。
距離センサ5aとしては、たとえば、高周波電界を周囲
に形成し、金属よりなる検知用ヘッド5bの内部に渦電
流が流れることによって生じる電力損失に基づいて距離
を測定する近接型の距離センサや、PSDなどの光学的
位置センサを用いて検知用ヘッド5bとの間の距離を測
定する光学型の距離センサが用いられる。距離センサ5
aにより得られる距離と相関関係をもったアナログ電圧
出力は、アナログ−ディジタル変換部11に入力されて
一定周期(たとえば1msec )でサンプリングされ、デ
ィジタル信号に変換される。このディジタル信号はマイ
クロプロセッサを主構成要素とする演算制御部10に入
力される。また、上電極1aと下電極1bとの間に通電
される電流値は、通電経路に配置された電流検出コイル
6によって検出され、演算制御部10に入力される。
【0016】演算制御部10は、距離センサ5aの出力
および電流検出コイル6の出力に基づいて、溶接電源3
および加圧シリンダ4aを制御し、接点部材2aと台金
2bとの接触部への通電電流の電流値および通電時間や
接触部への加圧力を調節する。すなわち、溶接の加工プ
ロセス中において、上電極1aの変位量と通電電流の電
流値とに基づいて、実時間でインプロセス制御を行うの
である。
【0017】図2に示すように、接点部材2aの接合面
の金属を溶融させて台金2bに接合するための主通電M
に先立って、主通電Mの電流値よりも小さい電流値で一
定時間T1 の予熱通電Pを行い、予熱通電Pが終了して
一定時間T2 が経過してから主通電Mを時間T3 だけ行
うようにしている。上述したような通電波形での通電を
行うと、変位センサ5aにより検出される変位量は、時
間の経過に伴って図3のように変化する。図1(B)に
おいて、期間TA〜TBは予備通電P、期間TB〜TC
は通電休止、期間TC〜TDは主通電Mの期間にそれぞ
れ対応する。また、時刻t1 は溶融開始点である。図1
(B)より明らかなように、予熱通電Pの際には、接点
部材2aの接合面の金属は溶融しないから膨張のみによ
る変位が生じて変位量が増大し、その後、予熱通電Pを
終了すると変位量が減少する。次に、主通電Mを開始す
ると、初めは膨張による変位が生じて変位量が増大する
が、接点部材2aの接合面の金属が溶融し始めると変位
量の増減の様子が変化する。主通電Mを終了すれば、変
位量は減少する。
【0018】ところで、接点部材2aの接合面の金属が
溶融すると変位量の増減の様子が変化するのは、膨張に
よる変位量の増加と溶融による変位量の減少とが合成さ
れたことに起因すると考えられる。そこで、接合面の金
属が溶融せずに膨張のみが生じた場合の変位量と実際の
変位量との差分ΔDを求めれば、その差は接合面の金属
の溶融量に比例すると考えられる。したがって、この差
分ΔDに基づいて、電流値、加圧力、通電時間を制御す
れば接合状態を良好にするための安定した制御ができる
のである。差分ΔDを求めるには、図1(B)の二点鎖
線のように、接合面の金属が溶融する前の変位量の時間
変化を外挿し、膨張のみが生じた場合に相当する変位量
の推定値を求める。
【0019】膨張のみによる変位量の推定値は、以下の
ような方法で求める。ただし、以下の説明では、上電極
1aおよび下電極1bと、接点部材2aおよび台金2b
との全体を一つの系として考える。一般に熱膨張による
物体の全長の変化は次式で表される。 L−L0 =β・L0 (θ−θ0 ) (1) ただし、L0 :膨張前の全長、L:膨張時の全長、
θ0 :膨張前の温度、θ:膨張時の温度、β:線膨張係
数。Δθ=θ−θ0 とおけば、(1)式より、膨張時の
長さLは、次式で表すことができる。
【0020】 L=L0 (1+β・Δθ) (2) 温度θと経過時間tとの関係は、次式のようになる。 θ=θ0 {1−exp(γ・t)} (3) また、膨張時の全長Lと経過時間tとの関係は次式のよ
うになる。 L=a−b・exp(γ・t) (4) したがって、膨張による変位量の推定値を外挿によって
求めるには、(4)式におけるa、b、γを決定すれば
よいことになる。
【0021】このようにして求めた膨張による変位量の
推定値と、変位量の測定値との差分ΔDを逐次求め、差
分ΔDが所定値に達した時点で主通電Mを停止させるこ
とにより、接点部材2aと台金2bとが一定した状態で
接合するように通電時間T3 を制御することができるの
である。
【0022】
【発明の効果】本発明は上述のように、接合すべき部材
が非溶融状態であるときの膨張による部材の変形量に基
づいて膨張のみによる部材の変形量を外挿して推定値を
求め、変形量の推定値と実測値との差分に基づいて溶接
条件を制御するので、接合すべき部材の溶融開始後の変
位量の変化が増減いずれの傾向であるかにはかかわらず
溶融状態に合致するように溶接条件を制御することがで
きるのである。その結果、溶接条件を適切に設定するこ
とができ、製品の接合品質が安定するという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を示し、(A)は概略構成図、(B)は
動作説明図である。
【図2】実施例の通電波形を示す動作説明図である。
【図3】実施例における変位量の時間変化を示す動作説
明図である。
【符号の説明】
1a 上電極 1b 下電極 2a 接点部材 2b 台金 3 溶接電源 4a 加圧シリンダ 4b 調圧ばね 5a 変位センサ 5b 検知ヘッド 10 演算制御部

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接合すべき部材の接触部に通電したとき
    に生じる抵抗熱を利用して加熱するとともに、部材の接
    触部に圧力を加えるようにした抵抗溶接による接合方法
    において、部材が非溶融状態であるときの膨張による部
    材の変形量に基づいて膨張のみによる部材の変形量を外
    挿して推定値を求め、変形量の推定値と実測値との差分
    に基づいて溶接条件を制御することを特徴とする抵抗溶
    接による接合方法。
  2. 【請求項2】 接合すべき部材への主通電による溶接を
    施すに先立って、部材の接触部に予熱通電を行うことを
    特徴とする請求項1記載の抵抗溶接による接合方法。
  3. 【請求項3】 上記溶接条件は、部材の接触部への電流
    値および通電時間であることを特徴とする請求項1また
    は請求項2に記載の抵抗溶接による接合方法。
  4. 【請求項4】 上記差分が所定値以上になると、電流値
    を低減するように制御することを特徴とする請求項3記
    載の抵抗溶接による接合方法。
  5. 【請求項5】 上記溶接条件は、部材の接触部への加圧
    力であることを特徴とする請求項1または請求項2記載
    の抵抗溶接による接合方法。
  6. 【請求項6】 部材の接触部をばね力によって加圧する
    ことを特徴とする請求項5記載の抵抗溶接による接合方
    法。
  7. 【請求項7】 上記差分が所定値以上になると、通電を
    停止することを特徴とする請求項1記載の抵抗溶接によ
    る接合方法。
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