JP6402636B2

JP6402636B2 - スポット溶接電源

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Publication number: JP6402636B2
Application number: JP2015008066A
Authority: JP
Inventors: 福谷　和彦; 和彦福谷; 史徳渡辺
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-01-19
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Description

本発明は、スポット溶接電源に関し、特に、金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するために用いて好適なものである。

抵抗スポット溶接では、鋼板等の金属板の重ね合わせ部に対し、上下から一対の電極により加圧および通電することによって金属板の重ね合わせ部にジュール熱を発生させ、このジュール熱により金属板の重ね合わせ部を溶解させて接合する。かかる抵抗スポット溶接用の電源装置に関する技術として特許文献１、２、３に記載の技術がある。

特許文献１には、直流電力を１［ｋＨｚ］〜１０［ｋＨｚ］程度の単相交流電力に変換するインバータ回路と溶接変圧器とを用いて、低電圧大電流の高周波電力で抵抗スポット溶接を行うことが記載されている。また、特許文献１では、抵抗スポット溶接後に熱処理を行って溶接部の金属組織を改質するために前記インバータ回路を制御して溶接変圧器に印加する電圧または周波数を変化させることが記載されている。

特許文献２には、溶接の目的に応じてインバータ変換回路とコンデンサ放電回路との何れかのみを選択し、選択した回路から溶接トランスに電力を出力することが記載されている。
特許文献３には、周波数が５０［Ｈｚ］の低周波電源からの電力を溶接電極に印加した後に、周波数が３０［ｋＨｚ］の高周波電源からの電力を溶接電極に印加することが開示されている。

特開昭６０−２５５２８７号公報特開平１０−１３７９４８号公報国際公開第２０１１／０１３７９３号特開平４−７５７８８号公報

ここで、特許文献１に記載の技術は、ロボット搭載用に、溶接変圧器の重量を減少させることを目的としてインバータ装置で高周波の電力を出力するものである。しかしながら、被溶接部のインダクタンスと共振する整合回路を有していないことから被溶接部のインダクタンスと共振する一つの高周波の電力しか選択することができず、周波数を変更するとインバータ装置が遮断し溶接が不可能となる。
また、特許文献２、３に記載の技術では、複数の電源が必要になる。このため、装置のサイズが大きくなる。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、抵抗スポット溶接により金属板を接合するに際し、金属板に与える電力の周波数を、複数の電源を用いることなく所望の周波数に切り替えることができるようにすることを目的とする。

本発明のスポット溶接電源は、金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するための溶接電極に供給される電力を出力するスポット溶接電源であって、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、それぞれが少なくとも１つのコンデンサからなる複数の共振コンデンサと、前記複数の共振コンデンサの何れか１つを選択する選択手段と、を有し、前記インバータ回路は、前記抵抗スポット溶接を含む一連の溶接作業の期間に、出力する前記交流電力の周波数を少なくとも１回変更し、前記選択手段は、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数において、前記インバータ回路よりも負荷側における回路であって前記金属板を含む回路である負荷側回路のインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスとに基づく共振回路が構成されるように、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数の変更に応じて、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか１つの共振コンデンサを選択することを特徴とする。

本発明によれば、インバータ回路から出力される交流電力の周波数において共振回路が構成されるように、インバータ回路から出力される交流電力の周波数に応じて、複数の共振コンデンサのうちの何れか１つの共振コンデンサを選択する。したがって、抵抗スポット溶接により金属板を接合するに際し、金属板に与える電力の周波数を、複数の電源を用いることなく所望の周波数に切り替えることができる。

抵抗スポット溶接機の構成の一例を示す図である。通電パターンの一例を概念的に示す図である。通電パターンの具体例を概念的に示す図である。制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。抵抗スポット溶接機の構成の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図１は、抵抗スポット溶接機の構成の一例を示す図である。
図１において、抵抗スポット溶接機は、スポット溶接ガン１００と、スポット溶接電源２００とを有する。

スポット溶接ガン１００は、スポット溶接電源２００からの電力を受け、金属板Ｓの重ね合わせ部に対し、抵抗スポット溶接を行う、抵抗スポット溶接機の本体部分である。すなわち、スポット溶接ガン１００は、金属板Ｓの重ね合わせ部に対し、上下から一対の溶接電極１１０ａ、１１０ｂにより加圧および通電することにより金属板Ｓの重ね合わせ部にジュール熱を発生させ、当該ジュール熱により金属板Ｓの重ね合わせ部を溶解させて接合する。
金属板Ｓの重ね合わせ部は、異なる金属板Ｓを重ね合わせた部分であってもよいし、同一の金属板Ｓを（曲げ加工して）重ね合わせた部分であってもよい。また、重ね合わせる金属板Ｓの枚数は、２枚に限定されず、３枚以上であってもよい。

スポット溶接ガン１００は、溶接電極１１０ａ、１１０ｂに加え、スポット溶接ガンとして機能するために必要な不図示の構成を有する。例えば、スポット溶接ガン１００は、溶接電極１１０ａ、１１０ｂをその軸を回動軸として回動自在に保持するシャンクと、シャンクを保持する電極ホルダーと、電極ホルダーを保持するアームとを有する。尚、スポット溶接ガン１００の構成は、例えば、特許文献４に記載されている公知の技術で実現されるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

（スポット溶接電源２００）
スポット溶接電源２００は、スポット溶接ガン１００（金属板Ｓが間に配置された溶接電極１１０ａ、１１０ｂ）に電力を供給するためのものである。
スポット溶接電源２００は、三相交流電源２１０と、三相整流回路２２０と、平滑コンデンサ２３０と、インバータ回路２４０と、切替スイッチ２５０と、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂと、溶接トランス２７０と、制御装置２８０とを有する。

三相交流電源２１０は、三相交流電力を出力する。三相交流電力の周波数は、例えば、商用周波数である。
三相整流回路２２０は、三相交流電源２１０から出力された三相交流電力を整流する。ここでは、三相整流回路２２０が、三相全波整流回路である場合（三相交流電源２１０から出力された三相交流電力を全波整流する場合）を例に挙げて示す。

平滑コンデンサ２３０は、三相整流回路２２０で整流された電力を平滑化（リップル（電圧変動）を低減）するためのコンデンサである。
インバータ回路２４０は、スイッチング素子のオン・オフ動作に基づいて、平滑コンデンサ２３０により平滑化された電力（直流電力）を交流電力に変換する。インバータ回路２４０としては、公知のインバータ回路を用いることができるので、その詳細な構成を省略する。

尚、ここでは三相交流電力を用いる場合を例に挙げて示したが、三相交流電力ではなく単相交流電力を用いてもよい。また、ここでは全波整流を行う場合を例に挙げて示したが、全波整流ではなく半波整流を行うようにしてもよい。

切替スイッチ２５０は、後述する制御装置２８０からの指令に基づいて、２つの共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのうちの何れか１つを選択する。
共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂは、異なるキャパシタンスを有する。
共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのキャパシタンスの値は、負荷側回路のインダクタンスＬと共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのキャパシタンスＣ₁、Ｃ₂の何れかとに基づく共振回路が構成されるように設定される。ここで、負荷側回路とは、インバータ回路２４０よりも負荷（出力）側の回路であって、金属板Ｓを含む回路である。尚、金属板Ｓを含むスポット溶接ガン１００の等価回路は、例えば、抵抗とインダクタとが直列に接続された回路となる。この場合、インバータ回路２４０よりも負荷側（出力側）の回路は直列共振回路になる。

尚、負荷側回路のインダクタンスＬは、例えばＬＣＲメータを用いることにより、金属板Ｓの抵抗スポット溶接を行う前に測定される。この際、溶接対象の金属板Ｓをスポット溶接ガン１００にセット（溶接電極１１０ａ、１１０ｂを金属板Ｓに接触）させた状態のインダクタンスＬを得ることができる。ただし、（溶接対象の金属板Ｓそのものではなく）溶接対象の金属板Ｓと材質・厚み・枚数が同じ金属板をスポット溶接ガン１００にセットさせた状態のインダクタンスＬを事前に測定しておき、当該インダクタンスＬを用いてもよい。このようにする場合、例えば、金属板Ｓの材質・厚み・枚数とインダクタンスＬとの関係を、材質・厚み・枚数の少なくとも１つが異なる複数の金属板Ｓのそれぞれについて事前に調査して、それら複数の金属板Ｓの材質・厚み・枚数とインダクタンスＬとの関係を示すテーブルを制御装置２８０に記憶しておき、オペレータにより指定された溶接対象の金属板Ｓに対応するインダクタンスＬを読み出すようにしてもよい。

溶接トランス２７０は、インバータ回路２４０から、切替スイッチ２５０および共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂを介して入力した交流電圧を降圧し、金属板Ｓの抵抗スポット溶接に適した大電流をスポット溶接ガン１００（金属板Ｓが間に配置された溶接電極１１０ａ、１１０ｂ）に出力する。例えば、数千Ａ〜数万Ａの交流電流が溶接トランス２７０からスポット溶接ガン１００（金属板Ｓが間に配置された溶接電極１１０ａ、１１０ｂ）に流れる。

尚、図１に示すように、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの一端は相互に接続され、当該接続された部分は、溶接トランス２７０の１次側の一端に接続される。溶接トランス２７０の１次側の他端は、インバータ回路２４０の出力端子の一端に接続される。切替スイッチ２５０の一端は、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの他端の何れかと接触することが可能であり、切替スイッチ２５０の他端は、インバータ回路２４０の出力端子の他端に接続される。

制御装置２８０は、インバータ回路２４０の動作と切替スイッチ２５０の動作を制御する。制御装置２８０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを備える情報処理装置（パーソナルコンピュータ等）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、または専用のハードウェアを用いることにより実現することができる。

以下に、制御装置２８０が有する機能の一例を説明する。
＜通電パターン記憶部２８１＞
通電パターン記憶部２８１は、溶接電極１１０ａ、１１０ｂに通電する電流である電極電流と時間との関係を示す通電パターンを記憶する。
図２は、通電パターンの一例を概念的に示す図である。
図２に示す通電パターンでは、まず、溶接電極１１０ａ、１１０ｂを金属板Ｓに接触させた状態にし、時間ｔ₁で抵抗スポット溶接（通電）を開始し、時間ｔ₁から時間ｔ₂まで、周波数ｆ₁、実効値Ｉ₁の正弦波交流電流を溶接電極１１０ａ、１１０ｂに流す。その後、時間ｔ₂から時間ｔ₃まで溶接電極１１０ａ、１１０ｂへの通電を停止し（電極電流を０（ゼロ）にし）、時間ｔ₃から時間ｔ₄まで、周波数ｆ₂（＜ｆ₁）、実効値Ｉ₂（＜Ｉ₁）の正弦波交流電流を溶接電極１１０ａ、１１０ｂに流す。そして、時間ｔ₄で通電を終了し（電極電流を０（ゼロ）にし）、一連の溶接作業を終了する。尚、時間ｔ₄で通電を終了した後、予め設定された時間が経過してから、溶接電極１１０ａ、１１０ｂを金属板Ｓから離し、一連の溶接作業を終了するようにしてもよい。

図２に示す通電パターンでは、１回目の通電期間（時間ｔ₁から時間ｔ₂の期間）における電極電流の実効値Ｉ₁は、２回目の通電期間（時間ｔ₃から時間ｔ₄の期間）における電極電流の実効値Ｉ₂よりも大きい。また、１回目の通電期間における電極電流の周波数ｆ₁は、２回目の通電期間における電極電流の周波数ｆ₂よりも高い。このような通電パターンとすれば、例えば、１回目の通電期間において、金属板Ｓの加熱および溶融が行われ、１回目の通電期間と２回目の通電期間との間の無通電期間において金属板Ｓの溶融部分の凝固が開始され、２回の通電期間において、金属板Ｓの凝固過程において再加熱が行われるようにすることができる。１回目の通電期間は、過去の実績に基づき、適切に設定する。２回目の通電は、組織制御のため行うが、通電期間は、溶接の品質を考慮して、適切に設定する。

図３は、図２に示す通電パターンの具体例を示す図である。
図３に示す時間ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄は、図２に示す時間ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄に対応する。図３に示す通電パターンでは、１回目の通電期間における周波数ｆ₁は１［ｋＨｚ］であり、２回目の通電期間における周波数ｆ₂は０．１［ｋＨｚ］である。また、時間ｔ₂から時間ｔ₃の期間（無通電期間）としては、例えば、０．１［ｓ］〜０．２［ｓ］の時間を採用することができる。無通電期間は、再凝固しない期間を、適切に設定する。

通電パターン記憶部２８１は、以上のような通電パターンを示す情報を取得して記憶する。通電パターンを示す情報の取得形態としては、例えば、オペレータによるユーザインターフェースの操作、外部装置からの送信、および可搬型記憶媒体からの読み取りが挙げられる。通電パターン記憶部２８１は、複数種類の通電パターンを示す情報を記憶することができる。

ここで、前記負荷側回路（インバータ回路２４０よりも負荷側（出力側）の回路であって金属板Ｓを含む回路）の１［ｋＨｚ］、０．１［ＫＨｚ］におけるインダクタンスＬがそれぞれ、１３０［μＨ］、１４０［μＨ］であるものとする。この場合、１［ｋＨｚ］、０．１［ＫＨｚ］が直列共振周波数ｆ₀となるときのキャパシタンスＣは、ｆ₀＝１／（２π√ＬＣ）より、それぞれ１９５［μＦ］、１８１１１［μＦ］になる。前述したように、図３に示した通電パターンでは、１回目の通電期間における周波数ｆ₁は１［ｋＨｚ］であり、２回目の通電期間における周波数ｆ₂は０．１［ｋＨｚ］である。よって、図１に示した例では、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのキャパシタンスＣ₁、Ｃ₂として、１９５［μＦ］、１８１１１［μＦ］が選択される。以下では、共振コンデンサ２６０ａのキャパシタンスＣ₁として、１９５［μＦ］が選択され、共振コンデンサ２６０ｂのキャパシタンスＣ₂として、１８１１１［μＦ］が選択されているものとして具体例の説明を行う。

＜制御部２８２＞
制御部２８２は、例えばオペレータによるユーザインターフェースの操作に基づいて、通電パターン記憶部２８１に記憶された通電パターンを示す情報を１つ読み出し、当該読み出した通電パターンを示す情報に基づいて、インバータ回路２４０と切替スイッチ２５０に対して動作指令を出力する。
制御部２８２は、インバータ回路２４０の動作を制御するインバータ制御部２８２ａと、切替スイッチ２５０の動作を制御する切替スイッチ制御部２８２ｂとを有する。

［インバータ制御部２８２ａ］
インバータ制御部２８２ａは、前記読み出した通電パターンを示す情報から、インバータ回路２４０に備わるスイッチング素子のスイッチングパターン（各スイッチング素子をオン・オフするタイミング）を決定する。そして、インバータ制御部２８２ａは、前記決定したスイッチングパターンに基づいて、インバータ回路２４０のスイッチング素子に対して動作指令を出力する。これにより、インバータ回路２４０の各スイッチング素子は、通電パターンで示される電極電流が溶接電極１１０ａ、１１０ｂに流れるように動作する。

図２および図３に示す通電パターンでは、１回目の通電期間の開始のタイミングである時間ｔ₁になると、インバータ制御部２８２ａは、１回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路２４０の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。１回目の通電期間におけるスイッチングパターンは、周波数ｆ₁（＝１［ｋＨｚ］）、実効値Ｉ₁の正弦波交流電流が溶接電極１１０ａ、１１０ｂに流れるようにするためのスイッチングパターンである。
その後、１回目の通電期間の終了のタイミングである時間ｔ₂になると、インバータ制御部２８２ａは、インバータ回路２４０の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極１１０ａ、１１０ｂは、無通電状態になる。

その後、２回目の通電期間の開始のタイミングである時間ｔ₃になると、インバータ制御部２８２ａは、２回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路２４０の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。２回目の通電期間におけるスイッチングパターンは、周波数ｆ₂（＝０．１［ｋＨｚ］）、実効値Ｉ₂の正弦波交流電流が溶接電極１１０ａ、１１０ｂに流れるようにするためのスイッチングパターンである。図２および図３に示す例では、例えば、インバータ回路２４０から出力される交流電流・交流電圧の周波数と実効値を、１回目の通電期間におけるものよりも小さくすることになる。
その後、２回目の通電期間の終了のタイミングである時間ｔ₄になると、インバータ制御部２８２ａは、インバータ回路２４０の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極１１０ａ、１１０ｂは、無通電状態になる。

［切替スイッチ制御部２８２ｂ］
切替スイッチ制御部２８２ｂは、１回目の通電期間の開始のタイミングになる前に、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのうち、１回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。これにより、切替スイッチ２５０は、前記動作指令に示されている共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂに接続される。

前述したように、図３に示した通電パターンでは、１回目の通電期間における周波数ｆ₁は１［ｋＨｚ］である。また、１［ｋＨｚ］が直列共振周波数ｆ₀となるときのキャパシタンスＣは１９５［μＦ］であり、且つ、共振コンデンサ２６０ａのキャパシタンスＣ₁が１９５［μＦ］である。したがって、切替スイッチ制御部２８２ｂは、１回目の通電期間の開始のタイミングである時間ｔ₁になる前に、共振コンデンサ２６０ａを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。

その後、切替スイッチ制御部２８２ｂは、１回目の通電期間の終了のタイミングから２回目の通電期間の開始のタイミングまでの間に、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのうち、２回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。これにより、切替スイッチ２５０は、前記動作指令に示されている共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂに接続される。

前述したように、図３に示した通電パターンでは、２回目の通電期間における周波数ｆ₂は０．１［ｋＨｚ］である。また、０．１［ｋＨｚ］が直列共振周波数ｆ₀となるときのキャパシタンスＣは１８１１１［μＦ］であり、且つ、共振コンデンサ２６０ｂのキャパシタンスＣ₂が１８１１１［μＦ］である。したがって、切替スイッチ制御部２８２ｂは、１回目の通電期間の終了のタイミングである時間ｔ₂から２回目の通電期間の開始のタイミングである時間ｔ₃までの間に、共振コンデンサ２６０ｂを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。

（動作フローチャート）
次に、図４のフローチャートを参照しながら、制御装置２８０の動作の一例を説明する。ここでは、通電パターン記憶部２８１に所望の通電パターンを示す情報が既に記憶されているものとして説明を行う。
まず、ステップＳ４０１において、制御部２８２は、オペレータによるユーザインターフェースの操作等に基づいて、通電パターンの読み出し指示があるまで待機する。複数種類の通電パターンを示す情報が通電パターン記憶部２８１に記憶される場合には、通電パターンの読み出し指示に、読み出し対象の通電パターンを特定する情報が含まれるようにする。

通電パターンの読み出し指示があると、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２に進むと、制御部２８２は、読み出し指示のあった通電パターンを示す情報を通電パターン記憶部２８１から読み出す。
次に、ステップＳ４０３において、インバータ制御部２８２ａは、ステップＳ４０２で読み出された通電パターンを示す情報から、インバータ回路２４０に備わるスイッチング素子のスイッチングパターン（各スイッチング素子をオン・オフするタイミング）を決定する。

次に、ステップＳ４０４において、制御部２８２は、通電期間の回数を識別する変数ｎに「１」を設定する。
次に、ステップＳ４０５において、切替スイッチ制御部２８２ｂは、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのうち、ｎ回目の通電期間に対応する共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。すなわち、切替スイッチ制御部２８２ｂは、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのうち、ｎ回目の通電期間における電極電流の周波数において前述した共振回路が構成される共振コンデンサ２６０ａまたは２６０ｂを選択することを指示する動作指令を切替スイッチ２５０に出力する。

次に、ステップＳ４０６において、インバータ制御部２８２ａは、ｎ回目の通電期間におけるスイッチングパターンに従ってインバータ回路２４０の各スイッチング素子を動作させる動作指令を出力する。
次に、ステップＳ４０７において、制御部２８２は、ｎ回目の通電期間が終了するタイミングになるまで待機する。

ｎ回目の通電期間が終了するタイミングになると、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８に進むと、インバータ制御部２８２ａは、インバータ回路２４０の全てのスイッチング素子をオフさせる動作指令を出力する。これにより溶接電極１１０ａ、１１０ｂは無通電状態になる。
次に、ステップＳ４０９において、制御部２８２は、通電期間の回数を識別する変数ｎが、ステップＳ４０２で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Ｎであるか否かを判定する。図２および図３に示す通電パターンでは、通電パターンに含まれる通電期間の数Ｎは「２」である。

この判定の結果、通電期間の回数を識別する変数ｎが、ステップＳ４０２で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Ｎでない場合には、ステップＳ４１０に進む。
ステップＳ４１０に進むと、制御部２８２は、通電期間の回数を識別する変数ｎに「１」を加算する。そして、ステップＳ４０５に戻り、更新後のｎ回目の通電期間における動作を前述したようにして行う。

以上のようにして、ステップＳ４０２で読み出した通電パターンに含まれる全ての通電期間における動作が終了し、ステップＳ４０９において、通電期間の回数を識別する変数ｎが、ステップＳ４０２で読み出した通電パターンに含まれる通電期間の数Ｎであると判定されると、図４のフローチャートによる処理を終了する。

（まとめ）
以上のように本実施形態では、インバータ回路２４０よりも負荷側の回路であって金属板Ｓを含む回路である負荷側回路のインダクタンスＬと共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのキャパシタンスＣ₁、Ｃ₂の何れかとに基づく共振回路が構成されるようにキャパシタンスが設定された共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの何れかを、インバータ回路２４０から出力される交流電力の周波数に合わせて切り替えることを１回の溶接作業中に行う。したがって、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂのキャパシタンスＣ₁、Ｃ₂は、所望の周波数で共振するように設定することにより、１回の溶接作業において、１つの電源（図１に示す例ではインバータ回路２４０）により、金属板Ｓに与える電力の周波数を、所望の周波数に切り替えることができる。

また、本実施形態では、無通電期間を設定し、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの切り替えを無通電期間に行う。したがって、例えば、金属板Ｓの溶融部分を凝固させる期間を利用して共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの切り替えを行うことができる。よって、溶接部の品質を落とすことなく、且つ、安全に共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂの切り替えを行うことが可能になる。
また、本実施形態では、インバータ回路２４０から出力される交流電力の周波数を変更する際に、電極電流の実効値を変更するようにした。したがって、溶接部に要求される品質に応じて、より一層多くのバリエーションの通電パターンを構成することができる。

（変形例）
＜変形例１＞
本実施形態では、溶接トランス２７０の１次巻線に対して直列に接続されるように共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂを配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、インバータ回路２４０よりも負荷側（出力側）において前述した共振回路が構成されるようにしていれば、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂを配置する場所は、図１に示した場所に限定されない。
図５は、抵抗スポット溶接機の構成の変形例を示す図である。図５に示す抵抗スポット溶接機は、スポット溶接電源５００における共振コンデンサおよび切替スイッチ５１０が配置される場所が、図１に示した抵抗スポット溶接機と異なる。したがって、図５において図１に示した構成と同じ構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５において、共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄは、図１に示した共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂと同じ役割を果たす。すなわち、共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄは、負荷側回路のインダクタンスＬと共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄのキャパシタンスＣ₃、Ｃ₄の何れかとに基づく共振回路が構成されるように、共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄのキャパシタンスの値が設定される。ここで、前記負荷側回路は、インバータ回路２４０よりも負荷側（出力側）の回路であって金属板Ｓを含む回路である。
切替スイッチ５１０は、後述する制御装置２８０からの指令に基づいて、２つの共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄのうちの何れか１つを選択する。

図５に示すように、共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄの一端は相互に接続され、当該接続された部分は、溶接トランス２７０の２次側の一端に接続される。切替スイッチ５１０の一端は、共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄの他端の何れかと接触することが可能であり、切替スイッチ５１０の他端は、溶接トランス２７０の２次側の他端に接続される。
このように、溶接トランス２７０の２次巻線に対して並列に接続されるように共振コンデンサ２６０ｃ、２６０ｄを配置してもよい。

その他、溶接トランス２７０の１次巻線に対して並列に接続されるように共振コンデンサを配置してもよいし、溶接トランス２７０の２次巻線に対して直列に接続されるように共振コンデンサを配置してもよい。

＜変形例２＞
本実施形態では、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数が２つ（図３に示す例では１［ｋＨｚ］および０．１［ｋＨｚ］）である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数の数は２つ以上であれば幾つであってもよい。通常の抵抗スポット溶接の一連の作業時間を考慮すると、電極電流の（通電時の）周波数の数を３つにすることができる。この場合、これら３つの周波数において前述した共振回路が構成されるように、３つのコンデンサを用いる。図１に示す例では、共振コンデンサ２６０ａ、２６０ｂと並列に共振コンデンサを１つ追加することになる。さらに、必要に応じて、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数の数を４つ以上にしてもよい。

このように、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数の数が３つ以上である場合には、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数の変更回数が２回以上になる。電極電流の（通電時の）周波数の変更回数を２回以上にする場合には、通電期間が３回以上になる。このようにする場合であっても、図２および図３を参照しながら説明したように各通電期間の間に無通電期間を設ける。

＜変形例３＞
また、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数の変更回数を２回以上にするに際し、同一の周波数を選択してもよい。例えば、１つの通電パターンに含まれる、電極電流の（通電時の）周波数が２つであり、且つ、電極電流の（通電時の）周波数の変更回数が２回（通電期間の数が３つ）である通電パターンにすることができる。この場合、１回目の通電期間における周波数をｆ₁（図３に示す例では１［ｋＨｚ］）、２回目の通電期間における周波数をｆ₂（図３に示す例では０．１［ｋＨｚ］）、３回目の通電期間における周波数をｆ₁（図３に示す例では１［ｋＨｚ］）にすることができる。さらに、連続する２つ以上の通電期間における周波数を同じにしてもよい。例えば、１回目および２回目の通電期間における周波数をｆ₁（図３に示す例では１［ｋＨｚ］）、３回目の通電期間における周波数をｆ₂（図３に示す例では０．１［ｋＨｚ］）にすることができる。

＜変形例４＞
また、図２および図３に示す例では、１回目の通電期間における電極電流の実効値Ｉ₁が、２回目の通電期間（時間ｔ₂から時間ｔ₃の期間）における電極電流の実効値Ｉ₂よりも大きい場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、１回目の通電期間における電極電流の実効値が、２回目の通電期間における電極電流の実効値よりも小さくなるようにしてもよい。また、少なくとも２つの通電期間において電極電流の実効値を同じにしてもよい。

＜変形例５＞
また、図２および図３に示す例では、１回目の通電期間における電極電流の周波数ｆ₁が、２回目の通電期間における電極電流の周波数ｆ₂よりも高い場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、１回目の通電期間における電極電流の周波数が、２回目の通電期間における電極電流の周波数よりも低くなるようにしてもよい。
以上の変形例３〜５に示すように、各通電期間における電極電流の大きさと周波数の大小関係は溶接部に要求される品質等に応じて適宜決定することができる。

＜変形例６＞
本実施形態では、共振コンデンサが１つのコンデンサからなる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、前述した共振回路を構成するためのキャパシタンスを得るために複数のコンデンサを組み合わせる（直列接続および並列接続の少なくとも何れかの接続を行う）必要がある場合には、当該複数のコンデンサにより１つの共振コンデンサを構成し、切替スイッチ２５０、５１０により、当該複数のコンデンサが選択されるようにしてもよい。

＜その他の変形例＞
尚、以上説明した本発明の実施形態のうち、制御装置２８０で行う処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００：スポット溶接ガン、１１０ａ〜１１０ｂ：溶接電極、２００：スポット溶接電源、２１０：三相交流電源、２２０：三相整流回路、２３０：平滑コンデンサ、２４０：インバータ回路、２５０：切替スイッチ、２６０ａ〜２６０ｄ：共振コンデンサ、２７０：溶接トランス、２８０：制御装置、２８１：通電パターン記憶部、２８２：制御部、２８２ａ：インバータ制御部、２８２ｂ：切換スイッチ制御部、５００：スポット溶接電源、５１０：切替スイッチ

Claims

金属板の重ね合わせ部を抵抗スポット溶接するための溶接電極に供給される電力を出力するスポット溶接電源であって、
直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
それぞれが少なくとも１つのコンデンサからなる複数の共振コンデンサと、
前記複数の共振コンデンサの何れか１つを選択する選択手段と、を有し、
前記インバータ回路は、前記抵抗スポット溶接を含む一連の溶接作業の期間に、出力する前記交流電力の周波数を少なくとも１回変更し、
前記選択手段は、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数において、前記インバータ回路よりも負荷側における回路であって前記金属板を含む回路である負荷側回路のインダクタンスと前記共振コンデンサのキャパシタンスとに基づく共振回路が構成されるように、前記インバータ回路から出力される交流電力の周波数の変更に応じて、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか１つの共振コンデンサを選択することを特徴とするスポット溶接電源。
前記インバータ回路は、出力する前記交流電力の周波数を変更する前に、予め設定された期間、前記交流電力の出力を停止し、
前記選択手段は、前記インバータ回路により前記交流電力の出力が停止されている期間に、変更後の周波数において前記共振回路が構成されるように、前記複数の共振コンデンサのうちの何れか１つの共振コンデンサを選択することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接電源。
前記インバータ回路は、出力する前記交流電力の周波数を変更する際に、前記交流電力に基づいて前記溶接電極に通電される交流電流の実効値が変更されるようにする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電源。