JP4535739B2 - スポット溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、重ね合わされたワークを一対の電極の先端で挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流して互いのワークをスポット溶接するスポット溶接装置に関する。

スポット溶接装置では、重ね合わされたワークを一対の電極の先端間で加圧して互いのワークをスポット溶接するため、ワークが電極による加圧によって変形する素材である場合には、例えば図３（ａ）に示すように、精度のバラツキ等により２枚のワーク５１と５２の間に隙間５３があっても、一対の電極５５、５６による加圧によって、ワーク５１、５２を図３（ｂ）に示すように変形させて接触させることができるので、この溶接部位にナゲット５８を形成して互いのワーク５１と５２を確実にスポット溶接することができる。

ところが、特に、車両の生産ラインで使用されるスポット溶接装置では、近年、車両の軽量化及び強度向上の要求に伴って車体素材として強度の高い高張力鋼板が用いられることが多いことから、電極による加圧によっては高張力鋼板からなるワークを十分に変形できない場合がある。このため、２枚のワーク間に隙間が生じると、相互のワークを確実にスポット溶接できないことになる。

一方、互いのワーク間の隙間を考慮してスポット溶接を行うようにしたスポット溶接装置として、例えば、２枚のワークを一対の電極で挟んで加圧した状態で、電極間に短時間溶接電流を流してワーク同士がなじむように予備加熱し、その後、所定通電時間でワークの発熱量が所定値になるように溶接電流を制御して互いのワークをスポット溶接するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９６１７８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示のスポット溶接装置にあっては、溶接電流を流してワークを予備加熱するようにしているため、電極による加圧状態で、電極が接触する被溶接部分のワーク間に隙間があり、予備加熱のための溶接電流が被溶接部分からかなり離れた部分を流れる場合には、予備加熱しても、電極による加圧によっては被溶接部分において互いのワーク同士を接触させることができない場合がある。このような現象は、特に、被溶接部分におけるワーク間の隙間が大きい場合や、ワークが上述した高張力鋼板の場合に顕著に現れる。

このため、上記特許文献１に開示のスポット溶接装置では、所期の目的を達成できない場合があり、スポット溶接の信頼性が低下することが懸念される。

従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ワークが強度の高い高張力鋼板で、ワーク間に隙間があっても確実にスポット溶接できる信頼性の高いスポット溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載のスポット溶接装置の発明は、重ね合わされたワークを一対の電極の先端で挟持加圧した状態で電極間に溶接電流を流して上記ワークをスポット溶接するスポット溶接装置において、上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給する上記各電極を巻回して設けた加熱コイルを有する高周波加熱手段と、該高周波加熱手段への電流の供給を制御する加熱制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１のスポット溶接装置において、上記溶接電流を検出する溶接電流検出手段を備え、該溶接電流検出手段で検出される溶接電流値に基づいて上記加熱制御手段が上記高周波制御手段を制御することを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、請求項２のスポット溶接装置において、上記加熱制御手段は、上記溶接電流値が所定の基準値を超えるときは、上記高周波加熱手段を不作動とし、上記溶接電流値が所定の基準値以下のときは、上記溶接電流値および上記ワークの材質に基づいて、上記加熱コイルに供給する高周波電流の電流値および／または周波数を制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３のスポット溶接装置において、上記各加熱コイルを対応する上記電極の移動方向と平行な方向に駆動するコイル駆動手段と、上記溶接電流値に基づいて上記コイル駆動手段による上記加熱コイルの駆動を制御するコイル駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。また、請求項５に記載の発明は、請求項４のスポット溶接装置において、上記コイル駆動制御手段は、上記電流値が所定の基準値を超えるときは、上記各加熱コイルを上記ワークから後退した所定の待機位置に移動させ、上記溶接電流値が所定の基準値以下のときは、上記各加熱コイルを上記ワークに接近した所定の加熱位置に移動させることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２のスポット溶接装置において、上記各加熱コイルを対応する上記電極と一体に移動可能に設けたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、重ね合わされた高張力鋼板製のワークを一対の電極で挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流してワークをスポット溶接するスポット溶接方法において、上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給する工程と、該加熱された上記ワークの被溶接部分を一対の電極で挟んで加圧して上記電極間に溶接電流を流して上記ワークをスポット溶接する工程と、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、重ね合わされた高張力鋼板製のワークを一対の電極の先端で挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流して該溶接電流値を測定し、上記溶接電流値が所定の電流値以下の場合は、上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給した上で、上記ワークをスポット溶接し、上記溶接電流値が所定の電流値を超える場合は、上記ワークの被溶接部分を誘導加熱せずに上記ワークをスポット溶接する、ことを特徴とする。

請求項１の発明によると、各電極が接触するワークの被溶接部分が、各電極に対応する加熱コイルを有する高周波加熱手段により、電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量が加熱制御手段に制御されてワークの被溶接部分に誘導加熱されるので、例えばワークが強度の高い高張力鋼板で、被溶接部分のワーク間に隙間があっても、電極による加圧によってワークを十分に変形でき、これにより被溶接部分のワーク同士を接触させて確実にスポット溶接することができるので、スポット溶接の信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によると、溶接電流に基づいて高周波加熱手段の動作が制御されるので、スポット溶接の効率向上が期待できる。また、請求項３の発明によると、溶接電流が所定の基準値を超えるときは高周波加熱手段による加熱が行われず、溶接電流が所定の基準値以下のときは、溶接電流値およびワークの材質に基づいて、加熱コイルに供給される高周波電流の電流値および／または周波数が制御されるので、加熱が必要な場合にのみ効率よく加熱でき、スポット溶接を効率よく行うことができる。

請求項４の発明によると、各加熱コイルが対応する電極の移動方向と平行な方向に駆動可能となっており、その駆動が溶接電流に基づいて制御されるので、被溶接部分を適切な位置で加熱することができる。また、請求項５の発明によると、溶接電流が所定の基準値を超えるときは、各加熱コイルはワークから後退した所定の待機位置に移動され、溶接電流が所定の基準値以下のときは、各加熱コイルはワークに接近した所定の加熱位置に移動されるので、加熱が必要な場合にのみ効率よく加熱でき、スポット溶接を効率よく行うことができる。

請求項６の発明によると、各加熱コイルを対応する電極と一体に移動させるので、構成を簡略化することができる。

請求項７の発明によると、各電極が接触するワークの被溶接部分を電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によってワークの被溶接部分に供給して加熱し、加熱されたワークの被溶接部分を一対の電極で挟んで加圧してスポット溶接を行うので、ワークが強度の高い高張力鋼板であって被溶接部分のワーク間に隙間があっても、電極による加圧によってワークを十分に変形できる。これにより、被溶接部分のワーク同士を接触させて確実にスポット溶接することができるので、スポット溶接の信頼性を向上することができる。

請求項８の発明によると、溶接電流値が所定の電流値以下の場合は、電極の加圧によってワークの被溶接部分を溶接可能に変形させるのに要する加熱量が、各電極が接触するワークの被溶接部分に誘導加熱される。一方、溶接電流値が所定の電流値を超える場合は、ワークの被溶接部分を誘導加熱せずにワークのスポット溶接が実行される。従って、溶接電流値に基づいて加熱量が制御されるので、ワークが強度の高い高張力鋼板であって被溶接部分のワーク間に隙間があっても、電極による加圧によってワークを十分に変形できる。これにより、被溶接部分のワーク同士を接触させて確実にスポット溶接することができるので、スポット溶接の信頼性を向上することができる。

以下、本発明によるスポット溶接装置の実施の形態について、図１および図２を参照して説明する。

図１は実施の形態の要部の構成を示す図であり、図２は図１に示す加熱コイルの平面図である。

本実施の形態は、一対の電極１および２を図示しないサーボモータで駆動して、電極１、２の先端でワーク３、４を挟んで加圧した状態で、電極１、２間に溶接電流を流してワーク３と４をスポット溶接するサーボガンスポット溶接装置において、電極１、２の駆動を制御するサーボガン制御装置１１に、電極１と２間を流れる溶接電流を検出する溶接電流検出手段である溶接電流検出回路１２を設ける。

また、一方の電極１側には、該電極１を巻回して扁平状の加熱コイル１５を配置すると共に、この加熱コイル１５を電極１と独立して該電極１の移動方向と平行な方向に駆動するコイル駆動手段であるコイル駆動機構１６を設ける。

このコイル駆動機構１６は、例えばエンコーダ付きモータを有するラック・ピニオン方式等の公知の直線駆動機構により、加熱コイル１５を駆動すると共に、その加熱コイル１５の移動位置を検出するように構成する。

なお、図示しないが、電極２側にも、電極１側と同様の加熱コイル１５およびコイル駆動機構１６を設ける。

電極１および２に対応する加熱コイル１５、１５は高周波電源１７に並列に接続して、これら加熱コイル１５、１５および高周波電源１７により高周波加熱手段を構成し、この高周波加熱手段を溶接電流検出回路１２で検出される溶接電流値およびコイル駆動機構１６、１６からの加熱コイル１５、１５の移動完了信号に基づいて、加熱制御手段である加熱制御回路１８により駆動制御する。

また、コイル駆動機構１６、１６は、コイル駆動制御手段であるコイル駆動制御回路１９により、溶接電流検出回路１２で検出される溶接電流値に基づいて、加熱コイル１５、１５の位置をモニタしながら駆動制御する。なお、本実施の形態では、常時は、加熱コイル１５、１５をワーク３、４から離れた所定の待機位置に位置させておく。

以下、本実施の形態の動作を説明する。

先ず、ワーク３、４の所望の被溶接部分を互いの電極１と２の先端間で挟み、ワーク３および４を加圧した状態で電極１と２の間に溶接電流を流して溶接動作を開始する。この溶接動作の際に、電極１、２間に流れる溶接電流をサーボガン制御装置１１の溶接電流検出回路１２で検出する。

ここで、ワーク３、４の被溶接部分において、ワーク３と４が接触状態にあるときは、電極１、２間の被溶接部分を通って溶接電流が流れるので、電流通路が短くて抵抗値が小さくなり、溶接電流検出回路１２で検出される溶接電流値は大きくなる。これに対し、ワーク３と４の被溶接部分に隙間がある場合には、被溶接部分から離れたワーク３、４の接触部分を通って溶接電流が流れるため、電流通路が長くなって抵抗値が大きくなり、溶接電流検出回路１２で検出される溶接電流値は小さくなる。

加熱制御回路１８では、溶接電流検出回路１２での溶接電流値を監視し、その溶接電流値が予め設定された所定の電流値を超えるときは、被溶接部分においてワーク３と４間に隙間がなく、ワーク３、４が密接して接触しているものとして、高周波加熱手段を不作動として加熱コイル１５、１５へ高周波電流を供給しないようにする。

同様に、コイル駆動制御回路１９では、溶接電流検出回路１２での溶接電流値を監視し、その溶接電流値が予め定めた所定の電流値を超えるときは、コイル駆動機構１６、１６を不作動として加熱コイル１５、１５をワーク３および４から離れた所定の待機位置に維持させて、通常の溶接動作を行う。

これに対し、溶接電流検出回路１２での溶接電流値が予め定めた所定の電流値以下のときは、被溶接部分においてワーク３と４の間に隙間があるものとして、先ず、コイル駆動制御回路１９によりコイル駆動機構１６、１６を駆動して、加熱コイル１５、１５をワーク３、４に接近した所定の加熱位置に移動させ、その移動完了信号を加熱制御回路１８に供給する。

その後、加熱制御回路１８では、コイル駆動制御回路１９からの移動完了信号を受けて、加熱コイル１５、１５へ高周波電流を供給し、これにより電極１と２が接触しているワーク３と４の被溶接部分を誘導加熱する。なお、この際に加熱コイル１５、１５に供給する高周波電流は、溶接電流検出回路１２での溶接電流値およびワーク３、４の材質に基づいて、その電流値および／または周波数を制御する。

その後、溶接電流検出回路１２での溶接電流値が所定の電流値を超えたら、加熱制御回路１８により加熱コイル１５、１５への高周波電流の供給を停止して、高周波加熱手段を不作動にすると共に、コイル駆動制御回路１９によりコイル駆動機構１６、１６を駆動して、加熱コイル１５、１５をワーク３、４から離れた所定の待機位置に移動させる。

なお、本実施の形態において、例えば、加熱コイル１５による短時間加熱時の投入熱量が４０００（Ｊ／sec）で効率が７２％、ワークが鉄（比熱：０．６４Ｊ／ｇ・Ｋ）で被溶接部分の質量が１０ｇ、室温が２５℃、ワークが４００℃で電極の加圧によって変形するものとすると、ワークを変形させるのに要する必要熱量は、１０ｇ×（４００℃−２５℃）×０．６４＝２４００（Ｊ）となる。また、加熱コイル１５によるワークへの投入熱量は、４０００×０．７２＝２８８０（Ｊ／sec）であるから、加熱コイル１５による加熱時間は、２４００／２８８０＝０．８３（sec）となる。

すなわち、被溶接部分において、互いのワーク３と４間に隙間がある場合には、溶接開始の初期において０．８３（sec）だけ加熱コイル１５、１５により誘導加熱を行うことで、ワーク３と４を確実にスポット溶接することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、溶接電流を検出し、その溶接電流値が予め定めた所定の電流値以下のときは、加熱コイル１５、１５をワーク３、４に接近した所定の加熱位置に移動させて、電極１、２が接触しているワーク３、４の被溶接部分を溶接電流値およびワーク３、４の材質に基づいて誘導加熱するようにしたので、ワーク３、４が強度の高い高張力鋼板で、被溶接部分のワーク３、４間に隙間があっても、電極１、２による加圧によりワーク３、４を変形させて被溶接部分のワーク３、４同士を接触させることができる。従って、被溶接部分を効率良く確実にスポット溶接することができるので、スポット溶接の信頼性を向上することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、溶接電流を検出し、その検出された溶接電流値に基づいて被溶接部分におけるワーク３と４の間の隙間の有無を判定して、隙間があるときに被溶接部分を誘導加熱するようにしたが、被溶接部分における隙間を予め実測して溶接打点番号とともにデータベースに保存し、このデータベースに保存されたデータに基づいて被溶接部分に隙間がある溶接打点番号の溶接の際に、当該被溶接部分を誘導加熱するように構成することもできる。

また、加熱コイル１５、１５は、対応する電極１、２と一体に移動可能として、コイル駆動機構１６、１６およびコイル駆動制御回路１９を省略することもできる。このようにすれば、構成の簡略化が図れる。

本発明の実施の形態におけるスポット溶接装置の要部の構成を示す図である。 図１に示す加熱コイルの平面図である。 背景技術を説明するための図である。

符号の説明

１、２ 電極
３、４ ワーク
１１ サーボガン制御装置
１２ 溶接電流検出回路（溶接電流検出手段）
１５ 加熱コイル（高周波加熱手段）
１６ コイル駆動機構（コイル駆動手段）
１７ 高周波電源（高周波加熱手段）
１８ 加熱制御回路（加熱制御手段）
１９ コイル駆動制御回路（コイル駆動制御手段）

Claims (8)

1. 重ね合わされたワークを一対の電極の先端で挟持加圧した状態で電極間に溶接電流を流して上記ワークをスポット溶接するスポット溶接装置において、
   上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給する上記各電極を巻回して設けた加熱コイルを有する高周波加熱手段と、
   該高周波加熱手段への電流の供給を制御する加熱制御手段と、
   を備えることを特徴とするスポット溶接装置。
2. 上記溶接電流を検出する溶接電流検出手段を備え、
   該溶接電流検出手段で検出される溶接電流値に基づいて上記加熱制御手段が上記高周波制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接装置。
3. 上記加熱制御手段は、
   上記溶接電流値が所定の基準値を超えるときは、上記高周波加熱手段を不作動とし、
   上記溶接電流値が所定の基準値以下のときは、上記溶接電流値および上記ワークの材質に基づいて、上記加熱コイルに供給する高周波電流の電流値および／または周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接装置。
4. 上記各加熱コイルを対応する上記電極の移動方向と平行な方向に駆動するコイル駆動手段と、
   上記溶接電流値に基づいて上記コイル駆動手段による上記加熱コイルの駆動を制御するコイル駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のスポット溶接装置。
5. 上記コイル駆動制御手段は、上記電流値が所定の基準値を超えるときは、上記各加熱コイルを上記ワークから後退した所定の待機位置に移動させ、
   上記溶接電流値が所定の基準値以下のときは、上記各加熱コイルを上記ワークに接近した所定の加熱位置に移動させることを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接装置。
6. 上記各加熱コイルを対応する上記電極と一体に移動可能に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のスポット溶接装置。
7. 重ね合わされた高張力鋼板製のワークを一対の電極で挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流してワークをスポット溶接するスポット溶接方法において、
   上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給する工程と、
   該加熱された上記ワークの被溶接部分を一対の電極で挟んで加圧して上記電極間に溶接電流を流して上記ワークをスポット溶接する工程と、
   を有することを特徴とするスポット溶接方法。
8. 重ね合わされた高張力鋼板製のワークを一対の電極の先端で挟み、加圧した状態で電極間に溶接電流を流して該溶接電流値を測定し、
   上記溶接電流値が所定の電流値以下の場合は、上記各電極が接触する上記ワークの被溶接部分を上記電極の加圧によって溶接可能に変形させるのに要する加熱量を誘導加熱によって上記ワークの被溶接部分に供給した上で、上記ワークをスポット溶接し、
   上記溶接電流値が所定の電流値を超える場合は、上記ワークの被溶接部分を誘導加熱せずに上記ワークをスポット溶接する、ことを特徴とするスポット溶接方法。

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