JPS5921274B2 - 抵抗溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、抵抗溶接装置に係り、特に溶接部の発熱量
を常に最適熱量に制御しうる抵抗溶接装置に関する。

一般に、電子工業の分野において、半導体素子、セラミ
ック基板上の微細な回路またはプリント配線板上の導体
と極細線との溶接、あるいは数十ミクロンの極細線や箔
同志の溶接などにおいては、溶接エネルギすなわち電圧
と通電時間を広範囲に設定できる蓄電池式抵抗溶接装置
や静電蓄勢式抵抗溶接装置が多用されている。

このような溶接装置に、さらに精密な出力制御と再現性
の良い機能を付加したものとして、例えば特公昭４２−
２４０２号に開示された蓄電池式抵抗溶接電源や、特公
昭４３−１７９０１号に開示された静電蓄勢式抵抗溶接
電源がある。

これらの溶接電源は共に、溶接過程中の条件変化を溶接
電極間の電圧値の変化によつて検出し、これをあらかじ
め設定した基準電圧と比較して、両電圧の差を表わす制
御信号を得る。そして、この制御信号によつて溶接電流
を適正に補正し制御して、常に適正な溶接電流を溶接材
料に供給するものである。このような溶接電源によれば
、溶接材料に対する熱影響を極力抑えながら、しかも溶
接材料の過熱、溶断などの事故を防ぎ、安定した溶接が
できる反面、電極先端や溶接材料表面の酸化、汚れなど
の影響を受けて、溶接出力を過少に制御する欠点があり
、必らずしも溶接部の品質は保証できない。

列えば第１図に示すごときパラレル・ギャップ溶接にお
いて、電極１および２先端の酸化あるいは溶接材料３の
表面の汚れのため、電極１、２と溶接材料３との接触面
５における抵抗（接触抵抗）が異常に大きな値を示す場
合がある。第２図は理解を容易にするために、接触抵抗
と電流の関係が端的にあられれる定電圧式溶接電源を用
いて溶接を行なつた場合の、接触抵抗と電流との関係を
示したもので、同図から明らかなごとく、接触抵抗値Ｒ
が何らかの原因で破線で示すＲ’に増大すると、電流Ｉ
は破線で示すＩ’に減少する。そのために、一般にＱ＝
１２ＲＴ（ここで、Ｑ：発熱量、Ｒ：電極間の抵抗直、
Ｔ：通電時間）で示される溶接部の発熱量Ｑが減少し、
溶接強さは低下する。特に、電子工業の分野で使用され
る微小材料の溶接においては、この接触抵抗の変化は上
述のような溶接強さのバラツキのみに止まらず、時には
この電極と溶接材料間の接触抵抗の増大による加熱によ
り、爆飛現象をおこして溶接材料を暁損することもある
。このように、電極先端の汚れ、溶接物の表面の汚染な
どにより、上式のＲ、特に溶接電極間の接触抵抗が大き
く変化し、従つて溶接品質も変化する。本発明の目的は
、定電圧抵抗スポツト溶接装置において、上述のような
溶接電極間における状態の変化、特に電極先端や溶接材
料表面の酸化、汚れなどによる接触抵抗の変化に左右さ
れることなｌく、溶接部における発熱量を常に最適熱量
に制御し、溶接品質のバラツキ、あるいは溶接不良をな
くして、一作品質の溶接部を得ることを可能にした抵抗
溶接装置を提供しようとするものである。

一般に、接触抵抗と加圧力との間には、Ｒ＝ 乏ＫＰ−
ｎ（ここで、Ｒ：接触抵抗、Ｐ：加圧力、Ｋ：定数）の
関係があることが知られている。すなわち、加圧力Ｐを
大きくすると、他の条件が一定であるかぎり接触抵抗Ｒ
は小さくなる。一方、電極間の電流の通路はＰを大きく
すると拡大され、２従つて電流値が一定であれば電流密
度は減少する。これら２つの原因により前述のＱ＝Ｉ２
ＲＴの式から、加圧力Ｐを大きくすると発熱量Ｑが減少
することがわかる。逆に加圧力Ｐを小さくすると、発熱
量Ｑは増大する。この原理にもとづき、別途検 ３出し
た溶接電極間の．接触抵抗Ｒに応じて加圧力Ｐを制御す
れば、溶接部の発熱量Ｑを常に最適熱量に調節すること
ができる。溶接電極間の接触抵抗を検出する手段として
は、腫々の方法が考えられるが、その一例としては、一
定の直流電流を溶接３電極を介して溶接部に供給し、こ
の電流値を測定すると同時にその時両電極間に発生する
電圧をも測定してこの両者を演算することにより、接触
抵抗値を求めることができる。また直流電源と両電極間
を結ぶ回路の定数が一定であれば、両電極間 ４電圧を
検出しても、同様の結果が得られる。以下、第３図およ
び第４図を用いて本発明になる抵抗溶接装置の一実施例
につき、蓄電池式抵抗溶接機を例にとつて説明する。第
３図において、１１は溶接電流の通電時間を任意に調整
するための出力パルスを発生するタイマーである。タイ
マー１１からの出力信号は、所望の溶接材料に応じて容
易にプリセツトできる電極間電圧を発生する基準電圧発
生器１２に送られる。基準電圧発生器１２からの出力電
圧は、他方の人力が溶接電極間の亀圧を表わす帰還信号
である電圧比較器１３の一方の入力側に加えられる。亀
圧比較器１３は、溶接電極間電圧を前記基準電圧と比較
して、基準電圧と帰還電圧の差を表わす制御信号を出力
する。電圧比較器１３からの制御信号は直流増幅器１４
で増幅された後、電流制御器１５に加えられる。電流制
御器１５は、溶接材料３と接触するようになつている１
対の溶接電極１および２と、蓄電池１６とに直列に接続
されている。溶接電極１と２の間に現われる電圧は、リ
ード１７を経て、基準電圧との比較のために電圧比較器
１３へ帰還される。２１は、溶接材料３を溶融すること
なく、溶接電極１および２間の接触抵抗を検出し得る程
度の微弱電流を供給するための直流電源であり、蓄電池
１６から溶接材料３に溶接電流が流される前に、溶接電
極１および２間に一定の微弱直流電流を供給する。

なお、この電源２１として、適当な周波数を発生する高
周波電源を用いても同様の効果を得ることができる。溶
接電極１および２には、電極間電圧を検出するためのリ
ード２２および′２２が取り付けられている。

リード２２および２２′によつてピツクアツプされた電
圧は、演算増１扁器２３に入力され増・隔されたのち、
Ａ／Ｄ変換器２４に出力される。Ａ／Ｄ変換された電圧
信号は、スイツチ２５を経て記憶器２６に記憶される。
記憶器２６としては、例えば磁気メモリまたは半導体メ
モリが使用できる。比較器２７においては、記憶器２６
に記憶されている電圧と、その後の溶接過程中において
溶接電流を溶接部に供給する前に微弱電流を流して得た
電極間電圧と比較し、演算器２８は、この両電圧の電圧
差を演算する。演算器２８の演算結果は、ゲート２９に
出力される。ゲート２９においては、演算器２８の出力
がある毎にパルス発振器３０からの基準パルスを通過さ
せて、溶接ヘツド４０のパルスモータ４８に駆動パルス
を供給する。パルスモータ４８はこの駆動パルスによつ
て回転し、後述のごとく、ブリセツトされた加圧力を修
正して、溶接電極１および２間の接触抵抗の変化に適応
した最適の加圧力を設定する。以上の動作はそれぞれの
溶接材料３について、実際の溶接を行なう前になされる
。この一連の動作によつて、溶接部の発熱量が常に最適
値に保たれ、電極先端や溶接物表面の酸化、汚れなどの
影響を受けて、溶接出力を過少に制御してしまうという
前述の抵抗溶接装置の欠点が解消される。さらに、電極
間の接触抵抗の増大による爆飛現象を伴う溶接不良をも
なくすることができ、つねに一定の溶接品質を確保する
ことができる。次に溶接ヘツド４０の加圧力調節機構に
つき、第４図をも用いて説明する。第４図は溶接へツド
４０の一部裁断側面図であり、このような溶接ヘツドは
、本出願人が先に実願昭５４−６１８３３号として出願
した直上加圧式の「空気圧式抵抗溶接機」を流用するこ
とができる。４１はエア・シリンダ４２を兼ねたフレー
ムである。

エア・シリンダ４２内には、ピストン４３を螺着したプ
レツシヤ・バレル４４が、軸方向に滑動自在に挿入され
ており、エア・シリンダ４２内に圧縮空気を適宜注人す
ることによつて、上下動する。４５は下端に連結板４６
を介して電極ホルダー４７を固定したラムであつて、プ
レツシヤ・バレル４４内に軸方向に滑動自在に装着され
ている。

プレツシヤ・バレル４４の上端には、パルスモータ４８
が固定されており、モータ４８のシヤフトは加圧力調節
ねじ４９に接続されている。この加圧力調節ねじ４９に
は、摺動雌ねじ５０が螺合されて、調節ねじ４９を回転
させることによつて、プレツシヤ・バレル４４内を上下
に摺動する。摺動雌ねじ５０とラム４５間には、バネ５
１が挿入されており、このバネ５１のたわみ量によつて
加圧力が決定される。従つて、前述の差電圧値に相当す
る駆動パルスを、ゲート２９からパルスモータ４８に出
力すれば、その差電圧相当分だけ摺動雌ねじ５０が軸方
向に摺動し、バネ５１が圧縮または伸長されて電極１お
よび２にかかる加圧力が調節される。５２は摺動雌ねじ
５０に植設された指針であり、プレツシヤ・バレル４４
に設けられたスリツト５３の近傍に表示した加圧力目盛
を指示するようになつている。

加圧力の初期設定は、別に設けた駆動パルス供給ボタン
（図示せず）を手動操作することによつて、パルスモー
タ４８を適宜回転させ、指針５２を見ながら溶接材料に
適した加圧力′を設定する。

５４はストツパ一である。

５５は、ｆ端が連結板４６に固定され、フレーム４１内
を上下に滑動するように設けられたガイド・ロツドであ
り、ラム４５と同じく上下動する。

ガイド・ロツド５５の上端にはアクチユエータ５６が固
定されて、プレツシヤ・バレル４４に固定されたマイク
ロスイツチ５７と？動して、溶接電流を溶接電極１およ
び２に給電する溶接電源（図示せず）を付勢する。この
ように構成された溶接ヘツド４０の動作について以下に
説明する。いま、シリンダ４２内の上部空間に圧縮空気
を注入すると、ピストン４３と共にプレツシヤ・バレル
４４も降下する。そして溶接電極１および２が溶接材料
３に当接し、さらにプレツシヤ・バレル４４が降下する
と、ラム４５がバネ５１を圧縮する。バネ５１のたわみ
量が初期設定値、即ち、あらかじめ適宜定めた加圧力に
なると、ガイド・ロツド５５のアクチユエータ５６がマ
イクロスイツチ５７から離れて、マイクロスイツチ５７
はオンとなる。マイクロスイツチ５７の出力信号によつ
て溶接電源は付勢され、溶接電流は電極ホルダ４７から
電極１または２を経て溶接材料３に流れ、さらに電極２
または１を経ることによつて溶接が完了する。以上のご
とく、通電前の電極間の接触抵抗の変化に適応して最適
の加圧力を設定することによつて、溶接電極間の接触抵
抗の変化に左右されない一定品質の溶接部を得ることが
できるが、何らかの原因、例えば溶接中における電極先
端の酸化、損耗による汚れ、溶接材料のピツク・アツプ
あるいは電極と溶接材料との接触面積の大幅な変化によ
つて、溶接電極間の抵抗値が異常に高まり、前述の各種
制御を行なつても不良溶接、特に溶接材料の溶断が発生
することがある。このような不良溶接から溶接材料を守
り、完壁な溶接を期すための通電停止手段について、以
下に説明する。第３図において、３１は溶接電極１およ
び２間の電極間電圧を、比較器３３に帰還させるための
リードである。通電停止基準設定器３２は、溶接材料の
材質および寸法形状から定まるところの、通電を停止す
べき溶接電極間の接触抵抗直に対応する電圧を予め設定
するもので、その設定電圧は、例えば、通常のプリン・
ト基板の銅箔と銅リボンを溶接する場合には２〜３ｍΩ
、金メツキコバーリボンの場合には５〜６ｍΩに対応し
た電圧に設定される。比較器３３においては、リード３
１からの入力電圧と、予め設定された通電停止基準電圧
とを比較し、電圧入力が基準電圧を越えた時に、信号を
通電停止器３４に出力する。通電停止器３４への人力は
、通電停止器３４を構成する双安定マルチ・バイブレー
タをセツトし、通電停止信号を直流増幅器１４に出力し
て直流増幅器１４の出力を遮断し、溶接電流を強制的に
停止させる。この双安定マルチ・バイブレータは、タイ
マ１１の終了によつてりセツトされる。通電停止器３４
の偵方の出力は、ＬＥＤ等で構成された表示器３５およ
び警報器３６に入力され、通電停止器３４が作動して溶
接電流の通電が停止されていることを表示し警報を発す
る。この表示器３５および警報器３６は、溶接電極間の
接触抵抗値が所定の抵抗値を越えると、点灯し警報を発
するものである。以上の説明から明らかなごとく、本発
明になる抵抗溶接装置によれば、溶接電流の通電開始以
前に溶接部が適切な溶接条件下にある場合、例え電極先
端の酸化被膜の存在、溶接物の油脂類による汚染など多
少の悪条件下にあつても、電極加圧力を溶接電極と溶接
材料間の接触抵抗値にもとづいて最適な大きさに制御す
ることによつて、定電圧抵抗スボツト溶接装置が溶接出
力を過少に制御するのをなくし、常に最適のナゲツトを
得、これにより溶接品質を一定に保つことができる。

さらに、前記同様の原因ならびにその他の事故によつて
、溶接電流の通電開始以前に溶接部が適切な溶接条件下
になく、溶接電流を供給すると危険な状態にある場合に
は、溶接電流の供給を自動的に停止するものである。ゆ
えに、従来の定電圧抵抗スポツト溶接装置にこれらの手
段を付加することにより、溶接電流の通電開始の前後に
わたつて溶接状態を監視し、溶接部における発熱験を常
に最適熱量に制御し得るので、常に一定の溶接品質を薙
保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパラレルギヤツプ抵抗溶接法を示す概略図、第
２図は定電圧式抵抗溶接機の溶接電圧波形と、このよう
な波形が得られた時の接触抵抗と電流との関係を示す図
、第３図は本発明になる抵抗溶接装置の一実施列を示す
プロツク図、第４図は本発明を構成する溶接ヘツドの一
実施列を示す一部裁断側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接中における抵抗値の変化を検出して溶接電流を
   補正し、適正な溶接電流を溶接材料に供給する定電圧抵
   抗スポット溶接装置において、接触抵抗検出用電源を備
   え溶接電流を溶接材料に供給する前に２つの電極間にあ
   る溶接材料を最適溶接条件に維持してこの両電極間の接
   触抵抗を検出する手段と、この検出した接触抵抗を所望
   の形態に加工して記憶する手段と、その後の溶接時に再
   度前記抵抗検出手段によつて検出した両電極間の接触抵
   抗値を前記の記憶された値と比較して両接触抵抗値の差
   を得る手段と、この接触抵抗値の差を用いて溶接電極の
   加圧力を増減して接触抵抗値を調整する手段と、前記そ
   の後の溶接時の通電前に検出した接触抵抗値と予め通電
   停止基準設定器に設定した接触抵抗値とを比較し接触抵
   抗入力が基準接触抵抗値を越えた時に溶接電流の通電を
   停止する通電停止手段を設けたことを特徴とする抵抗溶
   接装置。