JP4164755B2

JP4164755B2 - 抵抗溶接の溶接電流制御方法及び装置

Info

Publication number: JP4164755B2
Application number: JP2003362322A
Authority: JP
Inventors: 禎川越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP2005125350A

Description

本発明は、複数の被溶接部材を電極で加圧するとともに溶接電流を流して接合する抵抗溶接の溶接電流制御方法及びその装置に関する。

自動車用電装品に用いられるモータにおいて、そのモータ巻線をターミナルに接続する方法として、抵抗溶接が広く用いられている。例えば、略Ｕ字状のターミナルと、ターミナルに挟持されたモータ巻線とを、対をなす電極により加圧しながら溶接電流を流すと、ジュール熱により部分的に溶融した後凝固して、それらは接合される。

ところで、折り曲げターミナルと、ターミナルに挟持された被覆電線とを接合する抵抗溶接の制御装置として、例えば、特開２００２−１６４１４２号公報に開示された制御装置がある。この抵抗溶接の制御装置は、上部電極の変位量を計測し、変位量及びその変位量の変化に基づいて溶接電流を制御する。具体的には、上部電極の変位量の変化から被覆電線の被膜剥離を判断し、被膜剥離後、溶接電流の大きさを増加させる。そして、上部電極の変位量が、予め設定された移動位置（変位量）に達したとき、溶接電流の通電を停止する。これにより、被覆電線の被膜剥離不足と溶接強度不足不良とを防止できる。
特開２００２−１６４１４２号公報

ところで、折り曲げターミナルと、ターミナルに挟持された被覆電線とを抵抗溶接する場合、ターミナルの折り曲げ部の内側に割れが発生する場合がある。この割れは、折り曲げ部に電流が集中することにより、折り曲げ部が局部的に発熱し発生するものと考えられる。そして、この割れが発生した場合、ターミナルが経年変化により破損又は破断し、接触不良を引き起こす可能性がある。しかし、前述したような、電極の変位量によってのみ溶接電流を制御する抵抗溶接の制御装置では、ターミナルの折り曲げ部における電流の集中を防ぐことはできず、折り曲げ部内側に発生する割れを防止できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、折り曲げターミナルにおける割れの発生を確実に防止できる抵抗溶接の溶接電流制御方法及び装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、被溶接部材の略Ｕ字状の連結部の温度に基づき、溶接電流を制御することにより、連結部における割れの発生を確実に防止できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法は、互いに対向する２つの板部と２つの前記板部の端部を連結する略Ｕ字状の連結部とからなる第１被溶接部材と前記第１被溶接部材に挟持される第２被溶接部材とを対をなす電極で加圧するとともに溶接電流を流して接合する抵抗溶接の溶接電流制御方法において、前記第１被溶接部材の連結部の温度を計測する温度計測工程と、前記温度計測工程の計測結果に基づいて前記溶接電流を制御するとともに、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したときに、前記溶接電流の最大値を増加させる溶接電流制御工程とを備えることを特徴とする。

請求項２に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法は、請求項１に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法において、前記溶接電流制御工程は、前記第１被溶接部材の連結部の温度が設定値以上である場合に、前記溶接電流を減少させる工程であることを特徴とする。

請求項３に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法は、請求項１又は２に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法において、前記溶接電流制御工程は、前記第１被溶接部材の連結部の時間に対する温度変化が負となったとき、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したと判断する工程であることを特徴とする。

請求項４に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置は、互いに対向する２つの板部と２つの前記板部の端部を連結する略Ｕ字状の連結部とからなる第１被溶接部材と前記第１被溶接部材に挟持される第２被溶接部材とを対をなす電極で加圧するとともに溶接電流を流して接合する抵抗溶接の溶接電流制御装置において、前記第１被溶接部材の連結部の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段における計測結果に基づいて前記溶接電流を制御するとともに、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したときに、前記溶接電流の最大値を増加させる溶接電流制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項５に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置は、請求項４に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置において、前記溶接電流制御手段は、前記第１被溶接部材の連結部の温度が設定値以上である場合に、前記溶接電流を減少させることを特徴とする。

請求項６に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置は、請求項４又は５に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置において、前記溶接電流制御手段は、前記第１被溶接部材の連結部の時間に対する温度変化が負となったとき、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したと判断することを特徴とする。

請求項１に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法によれば、温度計測工程で、第１被溶接部材の連結部温度を計測する。さらに、溶接電流制御工程で、温度計測工程の計測結果に基づいて溶接電流を制御する。ところで、第１被溶接部材の連結部の割れは、連結部に電流が集中することにより、連結部が局部的に発熱し発生するため、その発生タイミングは、連結部の温度を計測することによって知ることができる。また、連結部の温度は、溶接電流を制御することによって調節することができる。従って、溶接電流制御工程が、温度計測工程の計測結果に基づいて、連結部の温度を調節することにより、溶接電流制方法は、連結部の割れの発生を防止することができる。また、第１被溶接部材の連結部の温度が低下したとき、溶接電流制御工程で溶接電流の最大値を増加させる。ところで、第２被溶接部材を挟持する第１溶接部材は、対をなす電極に加圧されることにより変形し、第１被溶接部材の一端部が第１被溶接部材の他部と接触する。そして、被溶接部材の温度計測結果である図５に示すように、被溶接部材の温度が充分に上昇する前に一端部が他部と接触すると、第１被溶接部材の熱の一部が温度の低い他部へ伝達し、第１被溶接部材の連結部の温度が低下する。ただし、被溶接部材の温度が充分に上昇した状態では、第１被溶接部材の連結部の温度が低下することはない。そのため、連結部の温度が低下したときに溶接電流の最大値を増加させても、即座に、連結部の割れが発生することはない。ここで、被溶接部材に同じ溶接エネルギーを供給する場合、溶接電流の大きい方が、溶接電流の小さい場合に比べ、その通電時間を短くできる。従って、連結部の温度が低下したとき、溶接電流制御工程が溶接電流の最大値を増加させることにより、溶接電流制御方法は、連結部の割れを発生させることなく、溶接時間を短縮することができる。

請求項２に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法によれば、第１被溶接部材の連結部の温度が設定値以上であるとき、溶接電流制御工程で溶接電流を減少させる。ところで、前述したように、第１被溶接部材の連結部の割れの発生タイミングは、より具体的には、連結部の温度が設定値以上になったことによって知ることができる。また、連結部の温度は、より具体的には、溶接電流を減少させることによって調整することができる。従って、連結部の温度が設定値以上であるとき、溶接電流制御工程が溶接電流を減少させ、連結部の温度を下げることにより、溶接電流制御方法は、連結部の割れの発生をより確実に防止することができる。

請求項３に記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法によれば、溶接電流制御工程で、第１被溶接部材の連結部の温度の低下するタイミングを確実に判定することができる。そのため、溶接電流制御方法は、連結部における割れの発生タイミングを精度よく判定でき、より確実に溶接時間の短縮を図ることができる。

請求項４に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置によれば、溶接電流制御手段が、温度計測手段の計測結果に基づいて、連結部の温度を調整することにより、連結部の割れの発生を防止することができる。また、連結部の温度が低下したとき、溶接電流制御手段が溶接電流の最大値を増加させることにより、連結部の割れを発生させることなく、溶接時間を短縮することができる。

請求項５に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置によれば、連結部の温度が設定値以上であるとき、溶接電流制御手段が溶接電流を減少させ、連結部の温度を下げることにより、連結部の割れの発生をより確実に防止することができる。

請求項６に記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置によれば、連結部における割れの発生タイミングを精度よく判定でき、より確実に溶接時間の短縮を図ることができる。

本実施形態は、抵抗溶接の溶接電流制御方法及びその装置を、自動車用電装品に用いられるモータのモータ巻線とターミナルの接合に適用した例を示す。はじめに抵抗溶接の溶接電流制御装置について説明し、その後、その装置における溶接電流制御方法について説明する。

本実施形態における抵抗溶接の溶接電流制御装置の構成図を図１に、溶接電流制御方法に関するフローチャートを図２に、抵抗溶接時における被溶接部材の温度波形及び溶接電流波形を図３及び図４に示す。

まず、図１を参照して抵抗溶接の溶接電流制御装置１の具体的構成について説明する。図１に示すように、抵抗溶接の溶接電流制御装置１は、溶接電源２と、電極３と、温度センサ４（温度計測手段）と、電流センサ５と、電流制御装置６（溶接電流制御手段）とを備えている。

溶接電源２は、溶接タイマ２ａと、溶接トランス２ｂとから構成され、指定された大きさの溶接電流を指定された時間供給する。溶接トランス２ｂは、入力端が溶接タイマ２ａを介して電源（図略）に接続され、出力端は、後述する電極３に接続されている。そして、溶接タイマ２ａが、後述する電流制御装置６の指示に基づき、溶接電流の大きさ及び通電時間を可変することにより、溶接トランス２ｂは、電極３を通して後述する被溶接部材７に溶接電流を供給する。

電極３は、固定電極３ａと、可動電極３ｂとから構成されている。固定電極３ａは、タングステンからなる円柱体であり、溶接トランス２ｂの一方の出力端と接続され、軸心を上下方向に向けた状態で抵抗溶接装置本体（図略）に固定されている。可動電極３ｂは、固定電極３ａと同様に、タングステンからなる円柱体であり、溶接トランス２ｂの他方の出力端と接続され、先端面が固定電極３ａの先端面と対向するとともに、加圧シリンダー（図略）を介して上下動可能に支持されている。そして、被溶接部材７が固定電極３ａの先端面に接触した状態で配設され、可動電極３ｂが加圧シリンダーにより下降し、固定電極３ａとの間で被溶接部材７を加圧するとともに、被溶接部材７に溶接電源２から供給される溶接電流を流す。ここで、被溶接部材７は、スズメッキの施された黄銅（Ｃｕ：７０〜８５％、Ｚｎ：３０〜１５％）の薄板からなる略Ｕ字状のターミナル７ａ（第１被溶接部材）と、ターミナル７ａに挟持された絶縁皮膜を有する銅線７ｅ（第２被溶接部材）とから構成されている。さらに、ターミナル７ａは、板部７ｂ，７ｃと、それらの端部を連結する連結部７ｄとから構成されている。

温度センサ４は、高温を非接触で計測できる放射温度計であり、略Ｕ字状のターミナル７ａの連結部７ｄの温度を計測できる位置に固定され、温度に応じた電圧を出力する。

電流センサ５は、大電流を計測できるクランプ電流計であり、溶接電源２と電極３とを接続するケーブルにクランプされた状態で配設され、被溶接部材７に流れる溶接電流の大きさに応じた電圧を出力する。

電流制御装置６は、計測部６ａと、温度判定部６ｂとからなり、マイクロコンピュータを含む電子回路で構成される。計測部６ａは、温度センサ４及び電流センサ５の出力と接続され、溶接電流の通電開始から終了までの間、各センサからの出力を所定のサンプリング周期で読み込み、必要に応じてデータ変換する。温度判定部６ｂは、計測部６ａと接続され、計測部６ａで変換された温度データＴから、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度状態を判定する。さらに、その判定結果に基づき、必要に応じて、溶接電源２に溶接電流の変更を指示する。

次に、図２〜４を参照して抵抗溶接の溶接電流制御装置１における溶接電流制御方法について具体的に説明する。溶接電流制御方法は、図２に示すように、電流制御装置６の計測部６ａにおけるステップＳ１〜Ｓ２及びＳ９と、温度判定部６ｂにおけるステップＳ３〜Ｓ８とからなる処理によって構成される。

まず、抵抗溶接を開始する指令が、プログラマブルコントローラ（図略）を介して溶接電源２に入力される。すると、溶接電源２は、電極３を通して被溶接部材７に予め指定された大きさの溶接電流を通電し始める。このとき、電流センサ５が溶接電流を計測し、その出力が電流制御装置６の計測部６ａに入力される。電流制御装置６の計測部６ａは、電流センサ５の出力から、溶接電流が流れ、通電が開始されたことを確認（Ｓ１）すると、温度センサ４及び電流センサ５の出力を一定のサンプリング周期で読み込み、必要に応じてデータ変換（Ｓ２）する。

溶接電流の通電が開始されると、電流制御装置６の温度判定部６ｂが、計測部６ａで計測処理のなされた温度データＴにより、時間に対する温度変化量ΔＴを演算（Ｓ３）する。この温度変化量ΔＴは、ターミナル７ａの連結部７ｄにおける温度変化の値である。さらに、電流制御装置６の温度判定部６ｂは、温度変化量ΔＴの演算結果から、温度変化が負であるかを確認（Ｓ４）する。ここで、図３に示すように、温度変化量ΔＴが負である場合（図中の時間ｔ１に相当）、温度判定部６ｂは、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度が低下しており、溶接電流を上げても、即座に、ターミナル７ａの連結部７ｄで割れが発生することはないと判定する。そして、溶接電源２に対して、溶接電流指令を増加するとともに、通電時間を短縮するよう指示（Ｓ５）する。

これに対し、温度変化量ΔＴが負でない場合、電流制御装置６の温度判定部６ｂは、ターミナル７ａの連結部７ｄにおける温度データＴを、設定値Ｔｒと比較（Ｓ６）する。この設定値Ｔｒは、予め実施しておいた被溶接部材７の溶接試験の結果に基づき、ターミナル７ａの連結部７ｄで割れが発生する温度Ｔ０より低い最適な値に設定されている。ここで、図４に示すように、温度データＴが設定値Ｔｒ以上である場合（図中の時間ｔ２に相当）、電流制御装置６の温度判定部６ｂは、同じ大きさの溶接電流を通電し続けると、ターミナル７ａの連結部７ｄで、割れが発生する可能性があると判定する。そして、溶接電源２に対して、溶接電流指令を減少するとともに、通電時間を延長するよう指示（Ｓ７）する。

温度データＴが設定値Ｔｒ未満である場合、又は、前記ステップＳ５、Ｓ７の処理を完了した場合、電流制御装置６の温度判定部６ｂは、次のサンプリング周期後に読み込まれたデータを指定（Ｓ８）する。この後、電流制御装置６の計測部６ａが、電流センサ５の出力から、溶接電流が流れなくなり、通電が終了したことを確認（Ｓ９）するまで、温度判定部６ｂは、前記ステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返し実施する。

以上説明したように、抵抗溶接の溶接電流制御装置１において、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度が、設定値Ｔｒ以上であるとき、電流制御装置６が、溶接電源２に対して、溶接電流を減少するとともに、通電時間を延長するように指示する。そのため、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度上昇が抑えられ、連結部７ｄでの割れの発生を防止することができる。

また、ターミナル７ａの連結部７ｄの時間に対する温度変化量ΔＴが負である場合、連結部７ｄの温度が低下したと判定し、電流制御装置６が、溶接電源２に対して、溶接電流を増加するとともに、通電時間を短縮するように指示する。このとき、即座に、ターミナル７ａの連結部７ｄに割れが発生することはなく、連結部７ｄでの割れの発生を防止するとともに、溶接時間の短縮を図ることができる。

なお、本実施例においては、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度が低下したとき、溶接電流指令をある値に上げているが、この値は、温度の低下幅を演算し、その結果に応じて複数の値から選択するようにしてもよい。また、ターミナル７ａの連結部７ｄの温度データＴが設定値Ｔｒ以上の場合に、溶接電流指令をある値に下げているが、これに限られるものではない。例えば、温度データＴを複数の設定値Ｔｒ１〜Ｔｒｎと比較し、その結果に基づき、溶接電流指令をそれぞれの設定値に対応した複数の値に可変してもよい。

本実施形態における抵抗溶接の溶接電流制御装置の構成図を示す。本実施形態における抵抗溶接の溶接電流制御方法に関するフローチャートを示す。本実施形態において温度低下が発生する場合の被溶接部材の温度及び溶接電流の変化を示す。本実施形態において温度低下が発生しない場合の被溶接部材の温度及び溶接電流の変化を示す。抵抗溶接時に被溶接部材の一端部が他部と接触した場合の被溶接部材の温度変化を示す。

符号の説明

１・・・抵抗溶接の溶接電流制御装置
２・・・溶接電源
３・・・電極
４・・・温度センサ
５・・・電流センサ
６・・・電流制御装置
６ａ・・・計測部
６ｂ・・・温度判定部
７・・・被溶接部材
７ａ・・・ターミナル
７ｂ、７ｃ・・・板部
７ｄ・・・連結部
７ｅ・・・銅線

Claims

互いに対向する２つの板部と２つの前記板部の端部を連結する略Ｕ字状の連結部とからなる第１被溶接部材と前記第１被溶接部材に挟持される第２被溶接部材とを対をなす電極で加圧するとともに溶接電流を流して接合する抵抗溶接の溶接電流制御方法において、
前記第１被溶接部材の連結部の温度を計測する温度計測工程と、前記温度計測工程の計測結果に基づいて前記溶接電流を制御するとともに、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したときに、前記溶接電流の最大値を増加させる溶接電流制御工程とを備えることを特徴とする抵抗溶接の溶接電流制御方法。
前記溶接電流制御工程は、前記第１被溶接部材の連結部の温度が設定値以上である場合に、前記溶接電流を減少させる工程であることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法。
前記溶接電流制御工程は、前記第１被溶接部材の連結部の時間に対する温度変化が負となったとき、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したと判断する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の抵抗溶接の溶接電流制御方法。
互いに対向する２つの板部と２つの前記板部の端部を連結する略Ｕ字状の連結部とからなる第１被溶接部材と前記第１被溶接部材に挟持される第２被溶接部材とを対をなす電極で加圧するとともに溶接電流を流して接合する抵抗溶接の溶接電流制御装置において、
前記第１被溶接部材の連結部の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段における計測結果に基づいて前記溶接電流を制御するとともに、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したときに、前記溶接電流の最大値を増加させる溶接電流制御手段とを備えることを特徴とする抵抗溶接の溶接電流制御装置。
前記溶接電流制御手段は、前記第１被溶接部材の連結部の温度が設定値以上である場合に、前記溶接電流を減少させることを特徴とする請求項４記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置。
前記溶接電流制御手段は、前記第１被溶接部材の連結部の時間に対する温度変化が負となったとき、前記第１被溶接部材の連結部の温度が低下したと判断することを特徴とする請求項４又は５記載の抵抗溶接の溶接電流制御装置。