JPH07232278A

JPH07232278A - 抵抗溶接機の制御装置及び制御方法

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Publication number: JPH07232278A
Application number: JP2663694A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kawai; 真吾河合
Original assignee: NA DETSUKUSU KK
Current assignee: NA DETSUKUSU KK
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JP3291110B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電極とワークとがよくなじむようにして、電
極間の距離に基づいてワークの膨張度合いを認識できる
ようにする。そして、電極間の距離に基づいて、ワーク
の膨張度合いに応じた溶接電流の制御をすることができ
るようにする。【構成】２つの電極によってワークを挟圧し該両電極
間に溶接電流を通電してそのジュール熱によって該ワー
クの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接機制御
装置であって、両電極間にワークの溶接をするための本
通電をする前に、ワークが膨張し始めるまで両電極間に
複数回の間欠的な予備的通電をする。また、その予備的
通電の電流は徐々に大きくされるものであり、予備的通
電と本通電との間にはワークを冷却する休止時間が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２つの電極間にワー
クを挟圧し両電極間に溶接電流を流してそのワークの溶
接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接機の制御装置
及び制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接機において良好な溶接を行うた
めには、両電極間に適切な溶接電流を流す必要がある。
そして、適切な溶接電流を自動的に流すための技術につ
いて、本出願人は、すでに、ほぼ次のような内容の出願
をしている（特願平５−２３４８６７号）。なお、この
出願の内容は本出願の出願時点で未公開である。

【０００３】その技術においては、溶接電流の大きさ
は、通電によって発生するジュール熱によるワークの熱
膨張率（膨張速度）を基準にフィードバック的に制御さ
れる。すなわち、膨張率が小さければ電流値を増加さ
せ、膨張率が大きければ電流値を減少させるのである。
そして、その際、ワークの膨張率を、ワークを挟圧する
電極間の距離によって判断することとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の技術によって一
般的には適切な溶接が行われるが、本出願人の研究によ
って、更なる改良の余地があることがわかった。

【０００５】すなわち、多数回の使用によって電極の先
端部が欠けたりして平面状でなくなって突起部等が発生
していると、溶接の初期の段階においてはその突起部に
おいて電極がワークに沈み込んでいき、その分電極間の
距離は接近する。このため、電極間の距離によってワー
クの膨張率を判断すると、通電による発熱によってワー
クが実際には膨張していても、その沈み込み分が相殺さ
れてしまい、ワークの膨張率は実際の膨張率よりも小さ
く判断されてしまう。そのため、従来の制御をそのまま
適用すると、本来流すべき電流以上の大きな溶接電流を
流すこととなってしまい、スパッタが生じる場合もあ
る。

【０００６】また、このようなことは次の場合にも生じ
る。すなわち、電極とワークとの間に異物が存在してい
る場合においては、通電による発熱によってその異物が
燃焼又は溶解することにより、電極がワークの側へさら
に接近するように移動する。このため、電極間の距離を
基準に判断するとワークはその分収縮しているように判
断され、ワークの膨張率が実際の膨張率よりも小さく判
断されてしまうのである。

【０００７】そこで、本発明は、電極間の距離によって
ワークの真の膨張率を判断することが可能であり、その
真の膨張率に基づいて溶接電流の制御を行うことができ
る制御装置及び方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、２つの電極によってワーク
を挟圧し該両電極間に溶接電流を通電してそのジュール
熱によって該ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行
う抵抗溶接機の制御装置であって、前記両電極間に前記
ワークの溶接をするための本通電をする前に、前記ワー
クが膨張し始めるまで前記両電極間に複数回の間欠的な
予備的通電をする予備的通電手段を有することを特徴と
する。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明であって、前記予備的通電手段における複数回
の間欠的な予備的通電の電流が徐々に大きくされるもの
であることを特徴とする。

【００１０】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に係る発明であって、前記予備的通電と前記
本通電との間において前記ワークを冷却するワーク冷却
手段を有することを特徴とする。

【００１１】また、請求項４に係る発明は、２つの電極
によってワークを挟圧し該両電極間に溶接電流を通電し
てそのジュール熱によって該ワークの溶接を行う抵抗溶
接機の制御を行う抵抗溶接機の制御方法であって、前記
両電極間に前記ワークの溶接をするための本通電をする
前に、前記ワークが膨張し始めるまで前記両電極間に複
数回の間欠的な予備的通電をする予備的通電段階を有す
ることを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１及び請求項４に係る発明によれば適切
な溶接が行われることが判明した。その理由は次のとお
りであると推察される。電極の先端部に突起部が生じて
いる場合において、予備的通電による発熱によってワー
クが軟らかくなり、電極の先端部の突起部がワークに対
して沈み込んでいき、電極の先端部がワークに対してな
じむようになる。すなわち、ワークの当該電極に対する
部分の形状が電極の形状に沿ったものとなり、電極の先
端部とワークとが全面的に接触することとなる。また、
電極とワークとの間に異物が存在する場合等において
も、予備的通電による発熱によって、その異物が燃焼又
は溶解して、電極とワークとが直接的に接触することと
なる。このため、本通電の際において、ワークの膨張率
と電極間の距離とが一致することとなり、電極間の距離
に基づいてワークの膨張率を正確に把握することが可能
となる。このため、電極間の距離に基づいて、ワークの
膨張率に対応した溶接電流の制御をすることが可能とな
り、適切な溶接を行うことが可能となるのである。

【００１３】請求項２に係る発明によれば請求項１に係
る発明よりもさらに適切な溶接が行われることが判明し
た。その理由は次のとおりであると推察される。すなわ
ち、複数回の予備的通電によってワークと電極の先端部
とが徐々になじんでいく。このため、ワークのうちの電
極に当接する面積が徐々に大きくなっていき、予備的通
電によって発熱する部分も拡大されていく。このため、
各予備的通電においてワークを所定の高温状態とするた
めには、その電流量もその分徐々に大きくしていった方
が好ましいからであると推察されるのである。

【００１４】請求項３に係る発明によれば請求項１に係
る発明よりもさらに適切な溶接が行われることが判明し
た。その理由は次のとおりであると推察される。すなわ
ち、複数回の予備的通電によって、ワークには熱が蓄積
される。その際、ワークの形状が徐々に電極の先端部の
形状に合ってきたのであるから、ワークには、当初から
電極と当接していて当初から発熱していた部分と、後に
なってから電極に当接してその時点から発熱し始めた部
分とが存在し、ワーク（正確にはワークのうちの電極に
当接する部分）の温度が不均一である。そこで、一旦ワ
ークが冷却されることによって、その温度の不均一状態
が解消され、本通電においてワークは均一的に高温とな
り、適切な溶接が行われると推察されるのである。

【００１５】

【実施例】次に、請求項１〜請求項４の発明を具体化し
た実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２に示
すように、この抵抗溶接機１０は、本体部１２に対し
て、横方向に張り出すように下側支持部２０及び上側支
持部３０が設けられている。下側支持部２０には下側プ
ラテン２２が固定され、上側支持部３０には上側プラテ
ン３２がシリンダ３１によって上下動可能に設けられて
いる。各プラテン２２，３２にはシャンク２４，３４が
設けられ、各シャンク２４，３４には電極２６，３６が
設けられている。また、上側支持部３０には変位センサ
３８が設けられており、上側プラテン３２の位置（変
位）を始終認識するようにされている。そして、シリン
ダ３１の駆動によって、上側プラテン３２を下降させ、
両電極２６，３６によってワークＷ１，Ｗ２を挟圧し、
電源回路４２からの溶接電流を両電極２６，３６間に流
して両ワークＷ１，Ｗ２の溶接がされるようにされてい
る。

【００１６】本体部１２には、制御装置が設けられてい
る。制御装置はＣＰＵ４０を有し、ＣＰＵ４０には電源
回路４２や変位センサ３８が接続されている。また、Ｃ
ＰＵ４０には、クロック４４，起動回路４６，メモリ４
８も接続されている。起動回路４６はシリンダ３１の駆
動を制御する。メモリ４８には次述の制御内容のプログ
ラム等が記憶されている。

【００１７】制御装置の制御内容は、図３及び図４のフ
ローチャートや図５のタイミングチャートのとおりであ
る。また、その際の電極３６やワークＷ１の状態を図６
に示す。なお、両電極２６，３６間の挟圧力は常に一定
であるとする。図６(a) に示すように、両電極２６，３
６によってワークＷ１，Ｗ２を挟圧した後に、まず、ス
テップＳ２において１パルスの予備的通電が行われる。
その時間は１０ミリ秒程度である（以下同様である）。
これによって、ワークＷ１のうちの電極３６の突出部に
対応する部分がジュール熱によって高温となる。

【００１８】そして、ステップＳ４において、電極３６
の移動方向が判断される。すなわち、電極３６が下降中
であれば、両電極２６・３６間の距離が減少中であり、
電極３６が上昇中であれば、両電極２６・３６間の距離
が増加中であることを意味する。

【００１９】ステップＳ４において電極３６が下降中
（上下動しない場合も含む）である場合においては、ス
テップＳ６において、所定時間（２０ミリ秒程度であ
り、以下同様である）だけ通電を休止する。電極３６が
下降中であってワークＷ１に沈み込んでいるということ
は、次の現象が生じていると推察される。すなわち、図
６(a) に示すように、電極３６の先端部には突起部３７
等が生じており、電極３６の先端部とワークＷ１（その
表面は平面状である）との当接は全面的なものではな
く、電極３６の突起部３７の先端部という小さな面積に
よって行われている。このため、その部分での単位面積
あたりの圧力が大きく、通電による発熱によって軟らか
くなっているワークＷ１に電極３６（突起部３７）が沈
む込む度合いが、ワークＷ１が熱膨張によって電極３６
を上方へ押し上げようとする度合いよりも勝っているの
である。そして、図６(b) に示すように、この電極３６
がワークＷ１に対して少し沈み込むことによって、電極
３６とワークＷ１とがなじむようになる。すなわち、ワ
ークＷ１の表面の形状が電極３６の先端部の形状（突起
部３７を有する形状）にやや沿ったたものとなる。また
は、次のように推察される場合もある。ワークＷ１と電
極３６との間に異物が存在し、通電による発熱によって
その異物が燃焼または溶解し、それによって電極３６が
下降する度合いが、ワークＷ１が熱膨張によって電極３
６を上方へ押し上げようとする度合いよりも勝っている
のである。そして、電極３６がワークＷ１に対して少し
沈み込むことによって、電極３６とワークＷ１とがなじ
むようになる。すなわち、ワークＷ１・電極３６間の異
物が小さくなり、ワークＷ１と電極３６の先端部とがよ
り直接的に接するようになるのである。そして、このス
テップＳ４における通電の休止によって、ワークＷ１の
熱が放散されて、ワークＷ１の当該部分の温度が下が
り、ワークＷ１の硬さが回復する。このため、電極３６
がそれ以上沈み込むことがほぼ阻止される。

【００２０】次に、ステップＳ８において、前回よりも
やや大きな電流で１パルスの予備的通電が行われる。前
回よりやや大きな電流が通電されるのは、実験的にその
方が好ましい結果が得られたからなのであるが、その理
由は次のとおりであると推察される。すなわち、ワーク
Ｗ１の表面は前回の予備的通電（ステップＳ２又はＳ
８）及び休止（ステップＳ６）によって電極３６の先端
部とワークＷ１とがややなじむようになり、電極３６の
先端部との接触面積が前回よりも大きくなっている場合
が多い。そのため、前回よりも大きな電流によって大き
なジュール熱が発生しても、その熱は前回よりもワーク
Ｗ１の広い面積部分に分散される。このため、前回より
も大きな電流を通電することによって、ワークＷ１の当
該部分が前回と同様の適切な高温状態となるのである。

【００２１】そして、ステップＳ４に戻り、ステップＳ
４〜ステップＳ８のループが繰り返される。このループ
の繰り返しによって、電極３６の先端部とワークＷ１と
がよくなじんでいく。すなわち、電極３６の先端部に突
起部３７がある場合には、図６(a) →(b) →(c) のよう
に、ワークＷ１の形状が、電極３６の先端部の形状に沿
った形状となっていく。また、電極３６・ワークＷ１間
に異物が存在する場合には、その異物が徐々に小さくな
っていき、電極３６が直接的にワークＷ１に対して当接
するようになっていく。なお、ステップＳ２及びステッ
プＳ４〜ステップＳ８のループが、間欠的な予備的通電
をする予備的通電手段（予備的通電段階）に該当する。

【００２２】ステップＳ４において電極３６が上昇中と
判断された場合は、ステップＳ１０へ以降して、所定の
時間の間通電が休止される。電極３６が上昇中であると
いうことは、電極３６の沈下よりもワークＷ１の熱膨張
の方が大きいことから、電極３６とワークＷ１とがよく
なじんでいると推察される。このため、この時点以後に
おいては、電極３６の位置（電極２６・３６間の距離）
とワークＷ１の膨張度合いが対応することから、電極３
６の位置を認識することによってワークＷ１の膨張度合
いを認識することができるようになるのである。そし
て、通電が所定時間の間休止されることによって、ワー
クＷ１からジュール熱が放散されて、ワークＷ１が冷却
される。所定時間の長さはステップＳ６における休止時
間よりも十分に長いものである。このような休止時間を
設ける方が好ましい結果が得られた理由は次のとおりで
あると推察される。すなわち、ステップＳ４〜ステップ
Ｓ８のループが何回も繰り返される際に、ステップＳ６
での休止時間があるとはいえ徐々に熱の蓄積が起きる。
そして、その際に、ワークＷ１のうち当初から電極３６
と当接していて当初から発熱していた部分と、後になっ
てから電極に当接してその時点から発熱し始めた部分と
が存在し、ワークＷ１の温度が不均一である場合もあ
る。そこで、一旦ワークＷ１が冷却されることによっ
て、その温度の不均一状態が解消され、次述の本通電に
おいてワークＷ１は均一的に高温となり、適切な溶接が
行われるのである。このステップＳ１０がワークを冷却
するワーク冷却手段（ワーク冷却段階）に該当する。

【００２３】そして、ステップＳ２０から本通電が行わ
れる。本通電は予備的通電のような間欠的なものではな
く、連続的なものである。最初の電流量から徐々に上げ
ていく。本通電の最初の電流量は、予備的通電のうちの
最後のパルスの電流量を基準に設定される。すなわち、
その予備的通電によって、熱膨張による電極３６の押し
上げがなされているのであるから、必要な発熱が生じる
ほど十分に大きな電流であると判断されるからである。
また、支障なく予備的通電量を徐々に大きくしていった
結果の電流量であるから、大きすぎる電流量でもないと
判断されるからである（過大な電流を通電するとスパッ
タが生じてしまい好ましくないのである）。しかし、さ
らに念を入れるために、予備的通電のうちの最後のパル
スの電流量よりはやや小さな電流から本通電を開始す
る。

【００２４】ステップＳ２２においては本通電開始時か
ら所定時間以内か否かが判断される。所定時間以内にお
いてはワークＷ１，Ｗ２の膨張度合いに応じて溶接電流
値がフィードバック制御され、所定時間経過後ではその
ような制御はされないため、まず、この判断がされる。

【００２５】本通電開始時から所定時間以内の場合に
は、ステップＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８，Ｓ３０におい
て、ワークＷ１，Ｗ２の膨張速度に基づくフィードバッ
ク制御によって、溶接電流値が制御される。すなわち、
ステップＳ２４及びステップＳ２６においては、電極３
６の上昇速度が所定値であるか、それより大きいか、小
さいかが判断される。その際、前述の予備的通電によっ
て、ワークＷ１，Ｗ２の膨張度合いと電極３６の上昇速
度とが対応しているため、電極３６の上昇速度を認識す
ることによって、ワークＷ１，Ｗ２の膨張度合いを認識
することができるのである。電極３６の上昇速度が所定
値より小さく、ワークＷ１，Ｗ２の膨張度合いが所定値
より小さい場合（ステップＳ２４でＮｏ，ステップＳ２
６でＹｅｓとなる）は、ステップＳ３０で溶接電流値が
増加され、ステップＳ２２へ戻る。また、電極３６の上
昇速度が所定値より大きく、ワークＷ１，Ｗ２の膨張度
合いが所定値より大きい場合（ステップＳ２４でＹｅｓ
となる）は、ステップＳ２８で溶接電流値が増加され、
ステップＳ２２へ戻る。また、電極３６の上昇速度が所
定値と一致しており、ワークＷ１，Ｗ２の膨張度合いが
所定値と一致している場合（ステップＳ２４及びステッ
プＳ２６でともにＮｏとなる）は、その溶接電流値のま
まステップＳ２２へ戻る。このようにして、電流値が適
切な値になるように導かれていく。

【００２６】本通電開始後所定の時間が経過した以降
は、適切な電流値であっても、徐々に、ワークＷ１，Ｗ
２の膨張速度が小さくなっていくので、ワークＷ１，Ｗ
２の膨張速度に基づく溶接電流値のフィードバック制御
はされず、ステップＳ３２へ移行する。ステップＳ３２
では、電極３６の上昇速度がほぼゼロとなったか否かが
判断される。すなわち、ワークＷ１，Ｗ２の膨張が飽和
し、ワークＷ１，Ｗ２の膨張速度がほぼゼロになったか
否かが判断される。経験上、ワークの膨張が飽和した際
にはワークの溶接が完了しているからである。そして、
ワークＷ１，Ｗ２の膨張速度が飽和するまで、ステップ
Ｓ３２及びステップＳ２２のループを循環して、その
間、前述のようにして定められた値の溶接電流が通電さ
れる。

【００２７】そして、ワークＷ１，Ｗ２の膨張が飽和し
た際には、ステップＳ３２でＹｅｓとなり、ステップＳ
３４において溶接電流の通電（本通電）が停止される。

【００２８】以上のように、この制御装置及び方法で
は、本通電される前に予備的通電されることによって、
電極３６とワークＷ１とがよくなじみ、電極３６の位置
（電極２６・３６間の距離）によって、ワークＷ１，Ｗ
２の真の膨張度合いを知ることが可能となる。このた
め、本通電の際に、電極３６の位置に基づいて、ワーク
Ｗ１，Ｗ２の膨張度合いに対応した適切な溶接電流を流
すことができることが担保されるのである。

【００２９】

【発明の効果】請求項１・請求項４に係る発明によれ
ば、適切な溶接が行われるため、溶接ミスが生じにく
く、溶接作業を効率的に行うことができる。

【００３０】請求項２や請求項３に係る発明によれば、
請求項１に係る発明よりもより適切に溶接が行われるた
め、請求項１に係る発明の効果がより確実に得られるこ
ととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の制御対象となる抵抗溶接機
の全体を示す側面図である。

【図２】図１中の要部を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例の制御内容を示すフローチャ
ートの一部である。

【図４】本発明の一実施例の制御内容を示すフローチャ
ートの一部である。

【図５】図３のフローチャートに対応するタイミングチ
ャートである。

【図６】図３〜図５の内容の制御によるワークの各段階
の状態を推察して示す図である。

【符号の説明】

１０抵抗溶接機２６，３６電極Ｗ１，Ｗ２ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの電極によってワークを挟圧し該両
電極間に溶接電流を通電してそのジュール熱によって該
ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接機
の制御装置であって、前記両電極間に前記ワークの溶接をするための本通電を
する前に、前記ワークが膨張し始めるまで前記両電極間
に複数回の間欠的な予備的通電をする予備的通電手段を
有することを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項２】請求項１に記載の抵抗溶接機の制御装置
であって、前記予備的通電手段における複数回の間欠的な予備的通
電の電流が徐々に大きくされるものであることを特徴と
する抵抗溶接機の制御装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の抵抗溶接
機の制御装置であって、前記予備的通電と前記本通電との間において前記ワーク
を冷却するワーク冷却手段を有することを特徴とする抵
抗溶接機の制御装置。
【請求項４】２つの電極によってワークを挟圧し該両
電極間に溶接電流を通電してそのジュール熱によって該
ワークの溶接を行う抵抗溶接機の制御を行う抵抗溶接機
の制御方法であって、前記両電極間に前記ワークの溶接をするための本通電を
する前に、前記ワークが膨張し始めるまで前記両電極間
に複数回の間欠的な予備的通電をする予備的通電段階を
有することを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。