JPH04333378A - インバータ式抵抗溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータを用いて抵
抗溶接の通電制御を行うインバータ式抵抗溶接制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般のインバータ式抵抗溶接機では、一
定の電流をワーク（被溶接材）に流すようにフィードバ
ックをかける定電流制御が最も多く用いられている。し
かし、精密電子部品関係を扱うインバータ式抵抗溶接機
では、一定の電圧をワークに印加するようにフィードバ
ックをかける定電圧制御や、一定の電力をワークに供給
するようにフィードバックをかける定電力制御がよく用
いられている。どの制御方式を用いる場合でも、従来は
、制御対象のパラメータ（電流、電圧もしくは電力）を
設定値に到達させたのち通電終了時までその設定値に固
定（維持）するようにインバータを制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
フィードバックで定電流、定電圧もしくは定電力の制御
を行っても、スプラッシュの発生が避けられなかった。 これは、ナゲットの成長速度が急激すぎて、ワークから
溶融金属が爆飛するためと考えられる。すなわち通電が
実行されワーク被溶接材で抵抗発熱が発生すると、ワー
クの接合面付近にナゲットが生成し、このナゲットは通
電時間の経過とともに徐々に成長するが、適量のエネル
ギが適切な速度でワークに供給されないと、ナゲットの
成長が不十分で弱い金属接合ができたり、逆にナゲット
の成長が早過ぎて上記のようなスプラッシュを起こすこ
とがある。

【０００４】このようなスプラッシュが発生すると、ワ
ーク自体の品質を損ねるだけでなく作業環境の悪化、産
業廃棄物等の環境問題にも発展するため、今日の抵抗溶
接現場ではスプラッシュの発生を抑制することが急務と
なっている。

【０００５】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、ナゲットの成長速度を適切に制御してスプラッ
シュの発生を防止するようにしたインバータ式抵抗溶接
制御方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の制御方法は、定電流制御を行うイン
バータ式抵抗溶接制御方法において、通電時間内の所定
の時間にわたり被溶接材に流す電流を所定のインターバ
ルで一時的に落ち込ませるようインバータを断続的にオ
フにすることとした。

【０００７】また、必要最小限の制御でスプラッシュの
発生を確実に防止し、かつ良好な溶接接合を得るために
、上記第１の制御方法において、被溶接材を挟む電極チ
ップ間の抵抗値がピーク値に達した時からインバータの
断続的オフを開始し、電極チップ間抵抗値が該ピーク値
から所定値だけ降下した時に通電を終了することとした
。

【０００８】また、本発明の第２の制御方法は、定電圧
制御を行うインバータ式抵抗溶接制御方法において、通
電時間内の所定の時間にわたり被溶接材に印加する電圧
を所定のインターバルで一時的に落ち込ませるようイン
バータを断続的にオフにすることとした。

【０００９】また、本発明の第３の制御方法は、定電力
制御を行うインバータ式抵抗溶接制御方法において、通
電時間内の所定の時間にわたり被溶接材に供給する電力
を所定のインターバルで一時的に落ち込ませるようイン
バータを断続的にオフにすることを特徴とするインバー
タ式抵抗溶接制御方法。

【００１０】

【作用】第１の制御方法では、定電流制御の下で、所定
の時間にわたりインバータを断続的にオフにして溶接材
に流す電流を所定のインターバルで一時的に落ち込ませ
ることにより、ナゲットの拡大成長を抑制ないし調整す
ることができ、ナゲットの成長速度を制御することがで
きる。

【００１１】また、被溶接材を挟む電極チップ間の抵抗
値がピーク値に達した時から通電が終了する時までの間
にスプラッシュが発生しやすいので、この期間中にイン
バータの断続的オフを行うことにより、必要最小時間の
制御によって確実にスプラッシュを防止することができ
る。そして、ΔＲ制御法により、チップ間抵抗値の変化
を基に最適なタイミングで通電を止めることにより、最
適なナゲット径が得られ、良好な金属接合が得られる。

【００１２】第２の制御方法では、定電圧制御の下で、
所定の時間にわたりインバータを断続的にオフにして溶
接材に印加する電圧を所定のインターバルで一時的に落
ち込ませることにより、ナゲットの拡大成長を抑制ない
し調整することができ、ナゲットの成長速度を制御する
ことができる。

【００１３】第３の制御方法では、定電力制御の下で、
所定の時間にわたりインバータを断続的にオフにして溶
接材に供給する電力を所定のインターバルで一時的に落
ち込ませることにより、ナゲットの拡大成長を抑制ない
し調整することができ、ナゲットの成長速度を制御する
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例を適用したインバータ
式抵抗溶接システムの主要な回路構成を示すブロック図
、図２は定電流制御に対するＣＰＵの機能的構成を示す
ブロック図、図３および図４は各実施例の作用を示すた
めの波形図である。

【００１５】図１において、商用の３相交流（Ｓ，Ｔ，
Ｕ）が３相全波整流回路１０に入力され、この整流回路
１０の出力端子に得られる直流電圧はコンデンサ１２で
平滑されてからインバータ回路１４に入力される。この
インバータ回路１４は４つのトランジスタＴＲ１　〜Ｔ
Ｒ４　を有し、インバータ駆動回路７２からのインバー
タ駆動信号Ｆａ，Ｆｂ　にしたがってトランジスタＴＲ
１，ＴＲ３　とトランジスタＴＲ２，ＴＲ４　とが商用
交流周波数よりも十分に高い所定の周波数で交互にオン
・オフすることにより、出力端子ＯＵＴ０　，ＯＵＴ１
　に高周波の交流矩形波パルスが得られる。

【００１６】インバータ回路１４より出力された高周波
の交流矩形波パルスは溶接トランス１６の一次側コイル
に供給され、二次側コイルに低電圧・大電流の交流パル
スが得られる。この二次側交流パルスが一対のダイオー
ドＤ１，Ｄ２　からなる整流回路で直流に変換され、こ
の直流の二次電流（溶接電流）Ｉ２　が電極チップ２０
，２２およびワーク２４，２６を流れ、ワーク２４，２
６で抵抗発熱が発生する。

【００１７】本実施例のシステムでは、ワーク２４，２
６に供給される二次電流Ｉ２　を検出するために、二次
側回路にトロイダルコイル３２が設けられ、このトロイ
ダルコイル３２の出力端子が二次電流検出回路３４の入
力端子に接続される。二次回路で二次電流Ｉ２　が流れ
ると、トロイダルコイル３２の出力端子より二次電流Ｉ
２の微分波形を表す信号が得られる。二次電流検出回路
３４は、その微分波形信号を積分することにより二次電
流Ｉ２　の波形を復元し、その波形から瞬時的な電流測
定値Ｓｉ　を割り出し、この電流測定値Ｓｉ　をＣＰＵ
４０に与える。

【００１８】また、ワーク２４，２６に印加される電圧
を検出するため、電極チップ２０，２２が電圧検出線２
８，２８を介してチップ間電圧検出回路３０の入力端子
に接続される。このチップ間電圧検出回路３０は、入力
した電圧検出信号を増幅したうえで、これを瞬時的な電
圧測定値Ｓｖ　に変換し、この電圧測定値Ｓｖ　をＣＰ
Ｕ４０に与える。なお、電圧測定値Ｓｖは厳密にはワー
ク２４，２６に電極チップ２０，２２の先端部を加えた
導体路の電圧降下を表す値であるが、電極チップ２０，
２２の先端部における電圧降下分は事実上無視し得る程
に低いので、電圧測定値Ｓｖを近似的にワーク２４，２
６の電圧降下（印加電圧）を表すデータとみなすことが
できる。

【００１９】ＣＰＵ４０は、入力部６０から各種設定値
等のデータを取り込むとそれらをメモリ６２に格納し、
設定値、測定値、溶接結果等を表示部６４に表示させる
。電源回路６６は、交流電源電圧から各種の直流動作電
圧を生成し、それらをＣＰＵ４０その他の各部に供給す
る。電流トランス６８および一次電流検出回路７０は二
次側で溶接電流を検出できない場合に使用されるもので
、これらの電流検出手段によって検出された一次電流に
溶接トランス１６の巻数比を乗じることで、二次電流（
溶接電流）の値が割り出される。インバータ駆動回路７
２は、ＣＰＵ４０からのインバータ制御信号ｆａ，ｆｂ
　を増幅してインバータ駆動信号Ｆａ，Ｆｂ　としたう
えで、これらの信号Ｆａ，Ｆｂ　によってインバータ回
路１４のトランジスタＴＲ１　〜ＴＲ４　をスイッチン
グ制御する。

【００２０】ＣＰＵ４０は、メモリ６２に格納されてい
る制御プログラムにしたがって本抵抗溶接機システムの
全体・各部の制御を行う。本実施例において、定電流制
御を行う場合、ＣＰＵ４０は、機能的には図２に示すよ
うに、電流設定部４２、電流比較部４４、抵抗演算部４
６、ΔＲ設定部４８、ピーク値検出部５０、ΔＲ降下点
検出部５２、シーケンス制御部５４、インターバル設定
部５６、インバータ制御信号生成部５８を有する。

【００２１】電流設定部４２は、入力部６０より設定入
力された定電流制御用の設定値Ｑｉを電流比較部４４に
与える。本実施例では、後述するように、通電後半部に
二次電流Ｉ２　を所定のインターバルで落ち込ませる制
御を行うので、そのぶん設定値Ｑｉ　は通常値より幾分
大きな値に選ばれてよい。電流比較部４４は、二次電流
検出回路３４から受け取った電流測定値Ｓｉ　を該電流
設定値Ｑｉ　と比較し、その差分（電流比較誤差）δｉ
をインバータ制御信号生成部５４に与える。

【００２２】抵抗演算部４６は、チップ間電圧検出回路
３０からの電圧測定値Ｓｖ　を二次電流検出回路３４か
らの電流測定値Ｓｉ　で割算することにより、電極チッ
プ２０，２２間の瞬時的な抵抗値ＳＲ　を割り出す。

【００２３】ΔＲ設定部４８は、入力部６０より設定入
力されたΔＲ制御用の設定値ΔＲＺをΔＲ降下点検出部
５２に与える。ΔＲ制御とは、定電流制御においてナゲ
ット径ないし溶接強度を最適化するための通電時間制御
である。定電流制御による通電においては、ワークの抵
抗値がある時点でピーク値に達したのち単調に降下する
現象が見られ、そのピーク値から適当な値（ΔＲ）だけ
降下した時点で通電を止めると、最適な溶接強度が得ら
れるという特質がある。しかして、ピーク値検出部５０
は、抵抗演算部４６で演算された抵抗測定値ＳＲ　を監
視してチップ間抵抗のピーク値ＲＭＡＸ　を検出し、そ
のピーク値ＲＭＡＸ　をΔＲ降下点検出部５２に与える
。ΔＲ降下点検出部５２は、抵抗演算部４６からの抵抗
測定値ＳＲ　を受け取り、ピーク値検出部５０でピーク
値ＲＭＡＸ　が検出されると、その時から抵抗測定値Ｓ
Ｒ　を監視し、その値がピーク値ＲＭＡＸ　から設定値
ΔＲＺ　だけ下がった時にシーケンス制御部５４に所定
のタイミング信号を出力する。

【００２４】インターバル設定部５６には、定電流制御
の制御対象である二次電流Ｉ２　を一時的に落ち込ませ
る時間間隔が設定される。また、その落ち込みの度合い
等も設定されてよい。これらの設定値はシーケンス制御
部５４に与えられる。

【００２５】シーケンス制御部５４は、通電を開始する
と、インバータ制御信号生成部５８を起動させる。そう
すると、電流比較部４４からの電流比較誤差δｉに応動
してインバータ制御信号生成部６０は、電流比較誤差δ
ｉを零にするように一定周期のインバータ制御信号ｆａ
，ｆｂ　を出力する。これにより、二次電流Ｉ２　は零
の電流値から立ち上がって設定値Ｑｉ　に達し、その後
も設定値Ｑｉ　に保持される。

【００２６】通電開始後しばらくしてピーク値検出部５
０でチップ間抵抗値のピーク値が検出されると、これに
応動してシーケンス制御部５４はインターバル設定部５
６からの設定値をインバータ制御信号生成部５８に与え
、インバータ制御信号ｆａ，ｆｂ　を一定のインターバ
ルで断続的に停止させる。そうすると、インバータ回路
１４はそのインターバルで断続的にオフになり、これに
よって二次電流Δｉは設定値Ｑｉ　の定電流値から所定
のインターバルで一時的に落ち込むような変化（波形特
性）を示す。このように二次電流Ｉ２　を所定のインタ
ーバルで落ち込みさせる制御は、通電終了時まで続けら
れる。 本実施例の場合、チップ間抵抗値がピーク値ＲＭＡＸ　
から設定値ΔＲＺ　だけ降下した時点で、ΔＲ降下点検
出部５４よりタイミング信号が出力されるので、これに
応動してシーケンス制御部５４はインバータ制御信号生
成部５８にインバータ制御信号ｆａ，ｆｂ　の出力を止
めさせる。

【００２７】図３は、上述したようなＣＰＵ４０の制御
によって得られる二次電流Ｉ２　、チップ間電圧および
チップ間抵抗の波形を示す。本実施例では、定電流制御
を行うので、二次電流Ｉ２　を設定値Ｑｉ　に維持する
ような制御が行われる。そして、チップ間抵抗値がピー
ク値ＲＰＥＡＫ（ＲＭＡＸ）に達した時刻ｔｓ　から、
インバータ制御信号ｆａ，ｆｂ　のパルスが所定のイン
ターバルで一時的に出力を中断されることにより（＃ｐ
）、二次電流Ｉ２　に所定のインターバルで落ち込み＃
ｉが現れる。また、チップ間電圧にも同じインターバル
で落ち込み＃ｖが現れる。二次電流Ｉ２の落ち込み＃ｉ
のインターバルおよび度合いは、ワークの厚み・材質、
電流設定値Ｑｉ　、溶接目的等の種々の条件に基づいて
決定され、上記のようにインターバル設定部５６に設定
される。

【００２８】このように、本実施例では、チップ間抵抗
がピーク値に達した時からインバータ回路１４の出力を
断続的に止めて二次電流Ｉ２　を所定のインターバルで
落ち込ませることにより、ナゲットの成長速度を調整・
制御するようにしたので、スプラッシュの発生を防止し
、かつ良好な金属接合を得ることができる。また、かか
る制御をΔＲ制御法と組合わせて行うので、必要最小時
間の制御で、より確実にスプラッシュの発生を防止し、
より良好な溶接接合を得ることができる。

【００２９】図４は、定電圧制御についての一実施例の
作用を示す波形図である。定電圧制御では、チップ間電
圧を設定値Ｑｖ　に維持するような制御が行われる。こ
の制御のために、構成的には、図２において、電流設定
部４２を電圧設定部に、電流比較部４４を電圧比較部に
それぞれ変更すればよい。この実施例でも、チップ間抵
抗値がピーク値ＲＰＥＡＫ（ＲＭＡＸ）に達してから、
インバータ制御信号ｆａ，ｆｂ　の出力を断続的に止め
ることにより（＃ｐ）、チップ間電圧に所定のインター
バルで落ち込み＃ｖが得られる。この電圧落ち込み＃ｖ
のインターバルおよび度合いはワークの厚み・材質、電
流設定値Ｑｉ　、溶接目的等の種々の条件に基づいて決
定され、その設定値はインターバル設定部５６にセット
される。

【００３０】このように、定電圧制御下において、イン
バータ制御信号ｆａ，ｆｂ　の出力を断続的に止めて、
チップ間電圧を所定のインターバルで落ち込ませるよう
に制御しても、定電流制御の場合と同様に、ナゲット成
長速度を調整・制御することができる。

【００３１】なお、定電力制御下において、インバータ
制御信号ｆａ，ｆｂ　の出力を断続的に止めて、被溶接
材２４，２６に供給する電力を所定のインターバルで落
ち込ませるように制御しても、上記と同様にして、ナゲ
ット成長速度を調整・制御することができる。その場合
、二次電流、チップ間電圧、チップ間抵抗の各波形は、
図４と同様な波形となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、上述したような構成を有する
ことにより、以下のような効果を奏する。請求項１のイ
ンバータ式抵抗溶接制御方法によれば、定電流制御の下
で、通電時間内の所定の時間にわたりインバータを断続
的にオフにして被溶接材に流す電流を所定のインターバ
ルで落ち込ませることにより、ナゲットの拡大成長を適
切に抑制ないし調整し、ナゲットの成長速度を制御する
ことができるので、スプラッシュの発生を防止し、かつ
良好な溶接接合を得ることができる。請求項２のインバ
ータ式抵抗溶接制御方法によれば、ΔＲ制御法と組合わ
せてインバータの断続的オフを行うことで、必要最小時
間の制御でより確実にスプラッシュの発生を防止すると
ともに、より良好な溶接接合を得ることができる。請求
項３のインバータ式抵抗溶接制御方法によれば、定電圧
制御の下で、通電時間内の所定の時間にわたりインバー
タを断続的にオフにして被溶接材に印加する電圧を所定
のインターバルで落ち込ませることにより、ナゲットの
拡大成長を適切に抑制ないし調整し、ナゲットの成長速
度を制御することができるので、スプラッシュの発生を
防止し、かつ良好な溶接接合を得ることができる。請求
項４のインバータ式抵抗溶接制御方法によれば、定電力
制御の下で、通電時間内の所定の時間にわたりインバー
タを断続的にオフにして被溶接材に供給する電力を所定
のインターバルで落ち込ませることにより、ナゲットの
拡大成長を適切に抑制ないし調整し、ナゲットの成長速
度を制御することができるので、スプラッシュの発生を
防止し、かつ良好な溶接接合を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用したインバータ式抵抗
溶接システムの主要な回路構成を示すブロック図である
。

【図２】定電流制御に対する実施例のＣＰＵの機能的構
成を示すブロック図、

【図３】定電流制御に対する実施例の作用を示す波形図
である。

【図４】定電圧制御に対する実施例の作用を示す波形図
である。

【符号の説明】

１４　　　　インバータ回路 ２４　　　　ワーク ２６　　　　ワーク ３０　　　　チップ間電圧検出回路 ３４　　　　二次電流検出回路 ４０　　　　ＣＰＵ ４２　　　　電流設定部 ４４　　　　電流比較部 ４６　　　　抵抗演算部 ４８　　　　ΔＲ設定部 ５０　　　　ピーク値検出部 ５２　　　　ΔＲ降下点検出部 ５４　　　　シーケンス制御部 ５６　　　　インターバル設定部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　定電流制御を行うインバータ式抵抗溶
   接制御方法において、通電時間内の所定の時間にわたり
   前記被溶接材に流す電流を所定のインターバルで一時的
   に落ち込ませるようインバータを断続的にオフにするこ
   とを特徴とするインバータ式抵抗溶接制御方法。
2. 【請求項２】　　前記被溶接材を挟む電極チップ間の抵
   抗値がピーク値に達した時から前記インバータの断続的
   オフを開始し、前記抵抗値が前記ピーク値から所定値だ
   け降下した時に通電を終了することを特徴とする請求項
   １に記載のインバータ式抵抗溶接制御方法。
3. 【請求項３】　　定電圧制御を行うインバータ式抵抗溶
   接制御方法において、通電時間内の所定の時間にわたり
   前記被溶接材に印加する電圧を所定のインターバルで一
   時的に落ち込ませるようインバータを断続的にオフにす
   ることを特徴とするインバータ式抵抗溶接制御方法。
4. 【請求項４】　　定電力制御を行うインバータ式抵抗溶
   接制御方法において、通電時間内の所定の時間にわたり
   前記被溶接材に供給する電力を所定のインターバルで一
   時的に落ち込ませるようインバータを断続的にオフにす
   ることを特徴とするインバータ式抵抗溶接制御方法。