KR102010163B1

KR102010163B1 - 전원 장치, 접합 시스템 및 통전 가공 방법

Info

Publication number: KR102010163B1
Application number: KR1020177016476A
Authority: KR
Inventors: 후미노리 와타나베; 가즈히코 후쿠타니; 세이지 후루사코; 치사토 요시나가; 도오루 오카다
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2019-08-12
Also published as: CA2969815C; EP3232557B1; EP3232557A4; US10603743B2; BR112017012031A2; KR20170084295A; CA2969815A1; JPWO2016093340A1; JP6460121B2; EP3232557A1; CN107148736A; US20170348798A1; MX2017007399A; CN107148736B; ES2783283T3; WO2016093340A1

Abstract

피가공재를 통전 가공하는 통전 가공 장치에 출력 전류를 공급하는 전원 장치이며, 제1 전원과; 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 받아 상기 출력 전류로 변환하는 자기 에너지 회생 스위치와; 상기 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에, 상기 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

전원 장치, 접합 시스템 및 통전 가공 방법{POWER-SOURCE DEVICE, JOINING SYSTEM, AND CONDUCTIVE PROCESSING METHOD}

본 발명은 전원 장치와, 접합 시스템과, 통전 가공 방법에 관한 것이다.

본원은 2014년 12월 12일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-252141호와, 2014년 12월 12일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2014-252151호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 자동차 등의 각종 차량, 선박, 기타 일반 기계의 조립이나 부품의 설치 등의 공정, 혹은 각종 부품 등을 제조하는 공정에 있어서, 가공 대상이 되는 부품에 통전 가공 처리를 행하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 자동차 등의 각종 차량, 선박, 기타 일반 기계의 조립 등을 행하는 경우, 저항 스폿 용접이 사용되는 경우가 많다. 저항 스폿 용접은, 판면이 서로 중첩된 복수매의 금속판끼리의 중첩부(스폿부)의 표측 및 이측에 대하여 용접 전극을 압박하면서 통전함으로써, 스폿부에 발생하는 줄열에 의해 스폿부를 용융, 그리고 응고시킴으로써 복수의 금속판 사이를 접합하는 방법이다.

일반적으로, 저항 스폿 용접을 행할 때에는, 상용 주파수에서의 단상 교류 전류, 또는 콘덴서로부터의 방전 전류를, 변류기를 통하여 용접 전극에 통전하는 것이 행하여진다. 또한, 변류기를 통과한 전류를 정류하여 직류 전류를 통전하는 경우도 있다. 이들의 경우, 스폿부에 흐르는 전류는, 저주파 전류 또는 직류 전류이므로, 스폿부의 중심(전극과 금속판의 접촉부)에 전류가 집중되여 거의 균일하게 전류가 흐른다. 따라서, 스폿부(통전부)의 주위로의 열 유출을 고려하면, 금속판의 통전부에 있어서의 온도 분포는, 통전 영역의 중심의 온도가 가장 높고, 이 통전 영역으로부터 이격된 위치일수록 온도가 낮아지는 분포가 된다.

고장력 강판이나 두꺼운 강판과 같이 강도나 강성이 높은 금속판에 대하여 저항 스폿 용접을 행하는 경우에는, 용접 조인트의 조인트 강도도 높이는 것이 요망된다. 저항 스폿 용접의 관련 기술로서, 예를 들어 하기에 기재하는 각종 문헌이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 전류값을 제어하여 용접부 금속의 온도 이력을 제어함으로써, 용접 금속의 재질을 제어하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는 금속판의 통전부에 있어서의 발열 분포를 제어하기 위하여, 주파수가 50Hz인 저주파 전원으로부터 제공되는 전력과, 주파수가 30㎑인 고주파 전원으로부터 제공되는 전력을 2매의 강판에 대하여 동시에 인가함으로써, 템퍼링 영역을 제어하는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 7에는 자기 에너지 회생 스위치(Magnetic Energy Recovery Switch. 이후, MERS라고 칭한다)가 개시되어 있다.

또한, 스폿부를 가열 및 용융시키는 과정에서는, (1) 과대한 용접 전류, (2)용접 전극에 의한 금속판에 대한 가압력의 부족, 게다가 (3) 스폿부의 표면의 오염 등의 요인에 의해 스패터(플래시)라고 불리는 용융 금속의 비산물이 발생한다. 스패터의 발생에 의해 저항 스폿 용접 시의 작업성이 저하될 뿐만 아니라, 용접 조인트의 조인트 강도가 부족하거나 하여, 용접 조인트의 품질이 저하되는 경우가 있다.

상기와 같은 배경 하에서, 특허문헌 4에는 금속판에 대한 용접 금속봉의 가압력이 기준 가압력보다도 저하된 경우에 상기 가압력을 높이는 기술이 개시되어 있다.

또한, 상기 가압력을 제어하는 기술로서, 특허문헌 5에는 용접 전극과 압력 검출기가 비접촉일 때에 압력 검출기가 출력하는 신호를 평균화함으로써 보상값을 구하고, 저항 스폿 용접 시에 압력 검출기가 출력하는 신호로부터 상기 보상값을 감산함으로써, 가압력을 제어하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 6에는 저항 스폿 용접 중에 가압력과 용접 전류를 동기시키는 기술이 개시되어 있다.

그런데, 강판끼리를 중첩하여 스폿 용접에 의해 형성한 조인트(이하 「스폿 용접 조인트」라고 한다)의 기계적 특성은, 강판을 전단하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단력(TSS: Tension Shear Strength)과, 강판을 박리하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장력(CTS: Cross Tension Strength)으로 평가한다. 인장 전단력과 십자 인장력의 측정 방법은, JIS Z 3136 및 JIS Z 3137에 규정되어 있다.

예를 들어, 인장 강도가 270 내지 600㎫인 강판을 2매, 중첩하여 스폿 용접한 경우, 용접 조인트의 CTS는, 강판 강도의 증가에 수반하여 증가되므로, 조인트 강도에 관한 문제는 발생하기 어렵다. 그러나, 인장 강도가 750㎫ 이상인 고강도 강판의 경우에는 강판의 인장 강도가 증가되어도 CTS는 증가되지 않거나 또는 반대로 감소된다.

일반적으로, 고강도 강판의 경우, 변형능의 저하에 의해 용접부에 대한 응력 집중이 높아지는 점, 또한 용접부에 ?칭하여 용접부의 인성이 저하되는 점에서, CTS가 저하된다. 이로 인해, 인장 강도가 750㎫ 이상인 고강도 강판의 스폿 용접 조인트에는, 특히 CTS의 향상이 요구되고 있다.

스폿 용접의 CTS를 향상시키기 위해서는, 용접부에 대한 응력 집중 완화, 용접부의 인성 향상이 유효하여, 다양한 기술이 제안되고 있다. CTS 향상 효과와, 구조 부재의 실생산에서의 관리의 용이함을 고려하면, 응력이 집중되는 너깃의 외주 치수를 확대시키기 위하여, 너깃의 직경을 확대시킨 것이 유효하다고 생각된다.

특허문헌 8에는 용접 변압기를 용접 건에 설치하여 스폿 용접점까지를 동축 도체에 의해 급전하는 고주파 스폿 용접기가 개시되어 있다. 이 고주파 스폿 용접기는, 주파수 변환 장치를 구비하고 있어, 필요에 따라 주파수를 바꾸어 열 처리에 의한 용접부의 개질을 행하여, 강도의 향상을 도모하는 것이다. 그러나, 열 처리만으로 너깃 직경은 확대되지 않으므로, CTS의 향상에는 한계가 있다.

특허문헌 9에는 고주파 전력을 사용하여 스폿 용접하고, 스폿 용접된 영역에 가열 처리를 실시하는, 금속재의 용접 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 용접 방법에 있어서도, 너깃 직경은 확대되지 않으므로, CTS의 향상에는 한계가 있다.

또한, 전술한 특허문헌 2에는 제1 주파수의 전력을 인가하여 형성한 용접부에, 제1 주파수보다도 높은 제2 주파수의 전력을 인가하여, 용접부의 접합 단부 영역과 외주부 근방을 가열하는 용접 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 용접 방법에 있어서도, 너깃 직경은 확대되지 않으므로, CTS의 향상에는 한계가 있다.

특허문헌 10에는 스폿 용접 방법에 있어서, 용접 개소가 용융 상태로부터 응고 조직으로 이행하고 있을 때, 용접 개소에 기계적 진동을 부여하여, 용접부의 조직을 미세화하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 기계적 진동의 용융부로의 전반이 적어, 용접부의 조직이 예기한 만큼 미세화되지 않아, CTS의 향상 효과가 작다는 문제가 있다.

비특허문헌 1에는 한쪽의 전극 선단의 중앙부에, 매끄러운 오목형의 패임부를 갖는 스폿 용접용 전극을 사용하는 스폿 용접 방법이 개시되어 있다. 이 스폿 용접 방법에 의하면, 최저 보증 너깃 직경 이상의 직경을 갖는 너깃을 안정적으로 형성할 수 있다. 그러나, 스폿 용접용 전극에 형성한 상기 패임부의 존재에 의해, 용접기의 축의 약간의 어긋남이나 기울기가 있는 경우에 용접 작업이 불안정해지기 때문에, 실생산에 대한 적용은 곤란하다.

특허문헌 11에는 직경이 큰 너깃을 형성할 수 있는 스폿 용접용 전극이 개시되어 있다. 그러나, 전극 선단에 있는 원통상의 중공부의 존재에 의해 용접기의 축에 약간의 어긋남이나 기울기가 있는 경우에, 용접이 불안정해지기 때문에, 실생산에 대한 적용은 곤란하다. 또한, 특허문헌 11에 CTS에 관한 개시는 없다.

일본 특허 제5043236호 공보 국제 공개 제2011/013793호 일본 특허 제3634982호 공보 일본 특허 제3180530호 공보 일본 특허 제3959302호 공보 일본 특허 제2721952호 공보 국제 공개 제2009/075366호 일본 특허 공개(소) 60-255287호 공보 일본 특허 공개 2010-082666호 공보 일본 특허 공개 2011-194411호 공보 일본 특허 공개 2010-131666호 공보

아베 히로시, 야마구치 다쿠미, 「최저 보증 너깃 직경이 비파괴로 검사 가능한 스폿 용접 방법에 관한 기초적 연구」(사단 법인 용접 학회, 경구조 접합 가공 연구 위원회, 2006년 1월 20일）

상기 특허문헌 1에 기재된 기술은, 종래의 상용 주파수에서의 단상 교류 전류나 직류 전류를 대상으로 한 것이며, 전류 제어로서 종래의 실효값에 관한 제어밖에 되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 저주파 전원과 고주파 전원의 2개의 전원이 필요하게 된다. 따라서, 2개의 전원의 제어가 필요해지기 때문에, 제어가 복잡해짐과 함께 장치가 대형화될 우려가 있다. 또한, 금속판의 용접부에 있어서의 적절한 발열 분포는, 용접 조건(용접부의 크기, 재질, 두께, 온도 변화 등) 및 요구 특성(용접 금속 조직, 조인트 강도)에 따라, 한점의 스폿 용접을 실시하는 데 필요한 1초 이내라는 매우 단시간 동안에 바뀐다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 기술의 고주파 전원은, 직렬 공진 회로를 구성하기 때문에, 고주파 전원의 주파수는 고정이며, 발열 영역을 목적에 맞게 설정하기 위해서는 주파수마다의 전원을 준비해야 한다. 이로 인해, 1초 이내라는 매우 단시간 동안, 출력 전류의 주파수를 전환하는 것은 사실상 불가능하다.

따라서, 도체 재료에 대하여 단시간에 대전류의 통전 가열을 행할 때의 전류의 제어성을 종래의 전원에 비교하여 향상시켜 가열부의 특성을 향상시키는 것이 요구되고 있다.

또한, 상기 특허문헌 3 및 상기 특허문헌 7에 기재된 MERS는, 스너버 에너지를 회생하는 전류 스위치의 구성을 이용하고 있기는 하지만, 짧은 통전 가열 시간 내에 대전류의 주파수 제어를 행하는 것에 대해서는 검토되고 있지 않다.

또한, 상기 특허문헌 4와 같이 가압력을 검출하여 가압력을 제어하는 구성에서는, 응답(가압력을 검출하고 나서 변경 후의 가압력으로 가압을 행할 때까지 요하는 시간)이 느려진다. 따라서, 스패터를 확실하게 억제하는 것은 용이하지 않다.

따라서, 저항 스폿 용접을 행할 때에 스패터의 발생을 억제할 것이 요구되고 있다.

또한, 상기 특허문헌 8에 관련하여 설명한 바와 같이, CTS의 향상을 위해서는, 용접부의 개질이나 너깃 직경의 확대가 유효하다. 특히, 너깃 직경의 확대가 유효하지만, 종래 기술에서는 안정적으로 너깃 직경을 크게 하는 것은 곤란하다.

따라서, 안정적이면서 또한 확실하게 너깃 직경을 확대함으로써, 너깃의 외주부의 길이를 확실하게 길게 하여 CTS를 높이는 것이 요구되고 있다.

이상에 대하여 설명한 각종 과제 중에서도, 도체 재료인 피가공재에 대하여 단시간에 대전류의 통전 가열을 행할 때의 전류의 제어성을 향상시키는 것이, 용접부인 피가공부의 특성 향상의 관점에서 특히 중요해지고 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 피가공재에 대하여 통전 가공을 행할 때의 전류의 제어성을 종래에 비하여 향상시킴으로써, 피가공재의 특성을 향상시키는 것을 가능하게 하는 전원 장치와, 이 전원 장치를 사용한 접합 시스템과, 통전 가공 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위하여 이하를 채용했다.

(1) 본 발명의 일 형태에 관한 전원 장치는, 피가공재를 통전 가공하는 통전 가공 장치에 출력 전류를 공급하는 전원 장치이며, 제1 전원과; 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 받아 상기 출력 전류로 변환하는 자기 에너지 회생 스위치와; 상기 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에 상기 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는 제어부를 구비한다.

상기 (1)에 기재된 형태에 관한 전원 장치에 의하면, 1회의 통전 가공 시간 내에, 제어부가, 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 통전 주파수를 변화시킨다. 그 결과, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 가공 조건(예를 들어, 용접부의 전류 분포 조건, 열 분포 조건 등)을 통전 가공 장치에 행하게 하도록, 부여하는 출력 전류의 통전 주파수를 제어할 수 있다. 게다가, 자기 에너지 회생 스위치에 의해 통전 주파수를 전환하는 구성을 채용하고 있으므로, 단시간에 있어서의 출력 전류의 제어성을 종래보다도 향상시킬 수 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 전원 장치에 있어서, 상기 1회의 통전 가공 시간이 1초 이하여도 된다.

상기 (2)에 기재된 경우, 1초 이하라는 단시간 내에서도 통전 주파수를 제어할 수 있으므로, 예를 들어 저항 스폿 용접에 적합하게 적용할 수 있다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 전원 장치에 있어서, 상기 통전 가공 중의 상기 통전 주파수가, 상기 자기 에너지 회생 스위치의 출력단으로부터 본 상기 통전 가공 장치측의 인덕턴스와, 상기 자기 에너지 회생 스위치가 갖는 콘덴서의 커패시턴스에 의해 정해지는 공진 주파수 이하여도 된다.

상기 (3)에 기재된 경우, 통전 주파수를 공진 주파수 이하로 함으로써, 소프트 스위칭을 실현할 수 있다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치에 있어서, 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 자기 에너지 회생 스위치가, 제1 역도통형 반도체 스위치와 제4 역도통형 반도체 스위치가 스위치 오프 시의 도통 방향을 서로 역방향으로 하여 제1 경로에 직렬로 배치됨과 함께, 제2 역도통형 반도체 스위치와 제3 역도통형 반도체 스위치가 스위치 오프 시의 도통 방향을 서로 역방향으로 하여 제2 경로에 직렬로 배치되며 또한 상기 제1 역도통형 반도체 스위치와 상기 제3 역도통형 반도체 스위치의 스위치 오프 시의 도통 방향이 서로 동일한 브리지 회로와, 상기 제1 경로의 영역 중 상기 제1 역도통형 반도체 스위치와 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 사이의 영역과, 상기 제2 경로의 영역 중 상기 제2 역도통형 반도체 스위치와 상기 제3 역도통형 반도체 스위치 사이의 영역 사이에 접속된 콘덴서를 갖고, 게다가, 상기 제1 전원과, 상기 통전 가공 장치 사이에 배치되고; 상기 제어부가, 상기 제1 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제3 역도통형 반도체 스위치와, 상기 제2 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 중 적어도 어느 한쪽의 온 시간과 오프 시간을 제어함으로써, 상기 통전 주파수를, 상기 1회의 통전 가공 시간 내에 제어하거나, 혹은 상기 제1 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제3 역도통형 반도체 스위치와, 상기 제2 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 중 적어도 어느 한 쪽의, 온 시간과 오프 시간과 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 제어함으로써, 상기 통전 주파수와 상기 출력 전류의 전류값을, 상기 1회의 통전 가공 시간 내에 각각 제어한다.

상기 (4)에 기재된 경우, 자기 에너지 회생 스위치에 의해 통전 주파수의 전환 및 통전 전류의 제어를 독립적으로 가능하게 하는 구성을 채용하고 있으므로, 단시간에 있어서의 출력 전류의 제어성을 종래보다도 향상시킬 수 있다.

(5) 본 발명의 일 형태에 관한 접합 시스템은, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치와; 상기 전원 장치로부터 출력된 상기 출력 전류를, 상기 피가공재인 복수의 피통전재 사이의 접촉 영역에 통전하여, 상기 접촉 영역을 통전 가열함으로써 상기 복수의 피통전재 사이를 접합하는, 상기 통전 가공 장치인 접합 장치를 구비한다.

상기 (5)에 기재된 형태에 관한 접합 시스템에 의하면, 출력 전류의 주파수 제어가 가능한 전원 장치를 접합 장치와 조합함으로써, 종래에는 실현 불가능한, 1회의 통전 가공 시간 내에 있어서의 통전 주파수 변화의 제어를 실현시킬 수 있다.

(6) 상기 (5)에 기재된 접합 시스템에 있어서, 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 접합 장치가, 제1 전극과; 상기 제1 전극과 대향하여 배치되고, 상기 제1 전극과의 사이에 상기 복수의 피통전재를 끼움 지지하는 제2 전극과; 상기 제1 전극과, 상기 복수의 피통전재와, 상기 제2 전극을 흐르는, 상기 전원 장치로부터 출력된 상기 출력 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 복수의 코일을 구비하고, 상기 제어부가, 상기 전원 장치로부터 출력되는 상기 출력 전류의 상기 통전 주파수를, 상기 자속에 의해 상기 복수의 코일에서 발생하는 기전력에 따라 변화시키도록, 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어한다.

상기 (6)에 기재된 경우, 통전 가공 중의 피통전재에 흐르는 출력 전류의 상태를, 코일에서 발생하는 기전력의 변화로서 파악할 수 있다. 따라서, 이 기전력의 변화에 기초하여, 피통전재에 부여하는 출력 전류가 적정해지도록, 제어부가 자기 에너지 회생 스위치의 동작을 피드백 제어할 수 있다. 단일의 코일을 배치하면, 전극을 흐르는 전류값은 검출할 수 있어, 전류값에 기초한 제어는 가능하지만, 복수의 코일을 사용하는 쪽이 전류의 분포에 관한 정보를 추출할 수 있기 때문에, 고정밀도의 제어가 가능해진다.

(7) 상기 (6)에 기재된 접합 시스템에 있어서, 상기 복수의 코일이, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 어느 한 쪽에 대하여, 이들 제1 전극 및 제2 전극 사이와 동축을 이루는 중심축선의 주위 상의 서로 상이한 위치에 배치되어 있어도 된다.

상기 (7)에 기재된 경우, 제1 전극과 제2 전극 중 적어도 한쪽의 주위에 있어서의 복수 개소에 있어서, 코일에서 발생하는 기전력의 변화를 파악할 수 있으므로, 피통전재에 흐르고 있는 출력 전류의 상태 변화를 보다 상세하게 파악할 수 있다.

(8) 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 접합 시스템에 있어서, 이하의 구성을 채용해도 된다: 상기 제어부가, 상기 복수의 코일에서 발생하는 기전력 중 적어도 하나가, 미리 설정된 범위로부터 벗어나 있다고 판정하면, 상기 미리 설정된 범위로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 상기 출력 전류가 증감되도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어한다.

상기 (8)에 기재된 경우, 복수의 코일에서 발생하는 기전력을 미리 설정된 범위와 비교하여, 이 미리 설정된 범위로부터의 어긋남량에 따른 값만으로 출력 전류를 제어할 수 있다.

(9) 상기 (6)에 기재된 접합 시스템에 있어서, 상기 복수의 코일이, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 서로 대향하고, 상기 복수의 피통전재에 권회되어 있는, 구성을 채용해도 된다.

상기 (9)에 기재된 경우, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 서로 대향하고, 상기 복수의 피통전재에 권회되어 있는 복수의 코일에서 발생하는 기전력의 변화를 파악할 수 있으므로, 피통전재에 흐르고 있는 출력 전류의 상태 변화를 보다 상세하게 파악할 수 있다.

(10) 상기 (5) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 접합 시스템에 있어서, 상기 접합 장치가, 상기 복수의 피통전재 사이를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 증감시키는 압력 조절부를 구비해도 된다.

상기 (10)에 기재된 경우, 압력 조절부에 의해 끼움 지지력을 증가시킴으로써, 접촉 영역에서의 용융부의 외경 치수가 확대되므로, 피통전재끼리의 융착 면적을 증대시킬 수 있다.

(11) 본 발명의 일 형태에 관한 통전 가공 방법은, 피가공재에 따른 통전 가공 조건을 준비하는 준비 공정과; 상기 통전 가공 조건에 따라, 상기 피가공재의 1회의 통전 가공 시간 내에, 제1 통전 주파수를 갖는 출력 전류를 상기 피가공재에 부여하고, 또한, 상기 제1 통전 주파수와 상이한 제2 통전 주파수를 갖는 출력 전류를 상기 피가공재에 부여하는 통전 가공 공정을 갖는다.

상기 (11)에 기재된 형태에 관한 통전 가공 방법에 의하면, 1회의 통전 가공 시간 내에, 통전 가공 조건에 따라, 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 통전 주파수를 변화시킨다. 그 결과, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 가공 조건(예를 들어, 용접부의 전류 분포 조건, 열 분포 조건 등)에서의 통전 가공이 행하여진다.

(12) 상기 (11)에 기재된 통전 가공 방법에 있어서, 상기 통전 가공 공정이, 상기 피가공재에 부여되는 상기 출력 전류에 의해 발생하는 자속에 기초하는 기전력의 변화에 따라, 상기 출력 전류를 증감시키는 공정을 가져도 된다.

상기 (12)에 기재된 경우, 피가공재에 흐르는 출력 전류의 상태를, 자속에 기초하는 기전력의 변화로서 파악할 수 있다. 따라서, 이 기전력의 변화에 기초하여, 피가공재에 부여하는 출력 전류가 적정해지도록, 적절한 피드백 제어를 행할 수 있다.

(13) 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 통전 가공 방법에 있어서, 상기 통전 가공 공정이, 상기 피가공재인 복수의 피통전재를 끼움 지지하여 접촉 영역을 형성하는 공정과; 상기 접촉 영역에 상기 출력 전류를 통전하여 통전 가열하는 공정과; 상기 복수의 피통전재에 부여하는 끼움 지지력을 증감시키는 공정을 가져도 된다.

상기 (13)에 기재된 경우, 필요에 따라 끼움 지지력을 증가시킴으로써, 접촉 영역에서의 용융부의 외경 치수를 확대할 수 있으므로, 피통전재끼리의 융착 면적을 증대시킬 수 있다.

상기 (1)에 기재된 형태에 관한 전원 장치에 의하면, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 가공 조건에 의한 통전 가공을 통전 가공 장치에 행하게 할 수 있으므로, 피가공재의 특성(예를 들어 저항 스폿 용접이면, 용접부에 있어서의 조인트 강도 등)을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (2)에 기재된 경우, 예를 들어 저항 스폿 용접에 적용한 경우, 통전 가공 후의 피가공재의 조인트 강도 등의 기계 특성을, 종래의 전원 장치를 사용한 경우에 비교하여 향상시킬 수 있다.

상기 (3)에 기재된 경우, 소프트 스위칭을 실현할 수 있으므로, 스위칭 손실을 저감시키는 것이 가능해진다. 게다가, 소프트 스위칭에 의해, 대용량의 전압원 콘덴서를 사용할 필요가 없어지므로, 콘덴서의 커패시턴스를 작게 할 수 있다.

상기 (4)에 기재된 경우, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 가공 조건에 의한 통전 가공을 통전 가공 장치에 행하게 할 수 있으므로, 피가공재의 특성(예를 들어 저항 스폿 용접이면, 용접부에 있어서의 조인트 강도 등)을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (5)에 기재된 형태에 관한 접합 시스템에 의하면, 접합하는 피통전재의 재질이나 형상에 따른 적절한 접합 조건에 의한 접합을 접합 장치에 행하게 할 수 있으므로, 피통전재 사이의 접합 영역에서의 조인트 강도 등을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (6)에 기재된 경우, 통전 가공 중의 피통전재에 흐르는 출력 전류의 상태를 실시간으로 파악하고, 게다가 이 출력 전류가 적정해지도록 피드백 제어할 수 있으므로, 피통전재에 있어서의 스패터의 발생을 방지하여, 피통전재 사이의 접합 영역에서의 조인트 품질을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (7)에 기재된 경우, 피통전재에 흐르고 있는 출력 전류의 상태 변화를 보다 상세하게 파악할 수 있으므로, 보다 미세한 피드백 제어를 행할 수 있고, 따라서, 피통전재에 있어서의 스패터의 발생을 더 효과적으로 방지하여, 조인트 품질을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (8)에 기재된 경우, 복수의 코일에서 발생하는 기전력을 미리 설정된 범위와 비교하여, 이 미리 설정된 범위로부터의 어긋남량에 따른 값만으로 출력 전류를 제어할 수 있으므로, 보다 미세한 피드백 제어를 행할 수 있다. 따라서, 피통전재에 있어서의 스패터의 발생을 더 효과적으로 방지하여, 조인트 품질을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (9)에 기재된 경우, 보다 미세한 피드백 제어를 행할 수 있으므로, 피통전재에 있어서의 스패터의 발생을 더 효과적으로 방지하여, 조인트 품질을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (10)에 기재된 경우, 피통전재끼리의 융착 면적을 증대시킬 수 있으므로, 비교적 큰 사이즈의 조인트를 얻을 수 있어, 피통전재에 대하여 전단 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단력(TSS)과, 피통전재에 대하여 박리하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장력(CTS)의 양쪽을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (11)에 기재된 형태에 관한 통전 가공 방법에 의하면, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 통전 가공 조건에 의한 통전 가공을 행할 수 있으므로, 피가공재의 특성(예를 들어 저항 스폿 용접이면, 용접부에 있어서의 조인트 강도 등)을 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (12)에 기재된 경우, 통전 중의 피가공재에 흐르는 출력 전류의 상태를 실시간으로 파악하고, 게다가 이 출력 전류가 적정해지도록 피드백 제어할 수 있으므로, 피가공재에 있어서의 스패터의 발생을 방지하여, 가공 품질을 더 향상시키는 것이 가능해진다.

상기 (13)에 기재된 경우, 피통전재끼리의 융착 면적을 증대시킬 수 있으므로, 비교적 큰 사이즈의 조인트를 얻을 수 있어, 피통전재에 대하여 전단 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단력(TSS)과, 피통전재에 대하여 박리하는 방향으로 인장 하중을 부하하여 측정하는 십자 인장력(CTS)의 양쪽을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 저항 스폿 용접 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 동 실시 형태의 스위칭 패턴과, 이 스위칭 패턴에 대응하는 부분의 통전 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 동 실시 형태의 스위칭 패턴의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 4는 동 실시 형태의 스위칭 패턴의 다른 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 동 실시 형태의 통전 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 저항 스폿 용접 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7a는 동 실시 형태에 있어서의 코일 배치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 7b는 동 실시 형태에 있어서의 동 코일 배치를 도시하는 도면이며, 도 7a의 화살표 A로부터 본 측면도이다.
도 8a는 동 실시 형태의 용접 전극에 있어서의 각 코일에 대응하는 영역의 용접 전류의 관계의 일례를 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 8b는 동 실시 형태의 용접 전극에 있어서의 각 코일에 대응하는 영역의 용접 전류의 관계의 일례를 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 9a는 동 실시 형태의 용접 전류의 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9b는 동 실시 형태의 용접 전류의 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 동 실시 형태의 MERS의 동작의 일례를 설명하는 도면이다.
도 11은 동 실시 형태의 통전 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 동 실시 형태의 통전 가공 처리의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 동 실시 형태의 통전 가공 처리의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 동 실시 형태의 통전 가공 처리의 또 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 15a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 코일 배치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 15b는 동 실시 형태의 코일 배치를 도시하는 도면이며, 도 15a의 화살표 D로부터 본 측면도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 저항 스폿 용접 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 17a는 동 실시 형태의 통전 패턴을 도시하는 도면이다.
도 17b는 동 실시 형태의 가압 또는 전극 압입량의 패턴을 도시하는 도면이다.
도 18a는 동 실시 형태의 다른 통전 패턴을 도시하는 도면이다.
도 18b는 동 실시 형태의 가압 또는 전극 압입량의 다른 패턴을 도시하는 도면이다.
도 19a는 동 실시 형태에 있어서, 가압 또는 전극 변위가 작기 때문에 강판과 전극의 접촉 직경이 작은 상황에 있어서, 강판과 전극의 접촉 영역이 확대되어 가는 과정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 19b는 동 실시 형태에 있어서, 가압 또는 전극 변위가 크기 때문에 강판과 전극의 접촉 직경이 큰 상황에 있어서, 강판과 전극의 접촉 영역이 확대되어 가는 과정을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 20a는 동 실시 형태에 있어서, 강판의 접촉 영역의 외주부에 형성된 용융부가 확대되어 가는 과정에 있어서의, 통전 초기의 용융부(도면 중의 검은 부분)를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 20b는 동 실시 형태에 있어서의 상기 통전 초기의 용융부를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20a의 다음을 도시하는 도면이다.
도 20c는 동 실시 형태에 있어서의 상기 통전 초기의 용융부를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20b의 다음을 도시하는 도면이다.
도 20d는 동 실시 형태에 있어서의 상기 통전 초기의 용융부를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 20c의 다음을 도시하는 도면이다.

본 발명의, 전원 장치와, 접합 시스템과, 통전 가공 방법의 각 실시 형태에 대하여 이하에 설명한다.

[제1 실시 형태]

본 실시 형태에서는, 자기 에너지 회생 스위치(Magnetic Energy Recovery Switch. 이후, MERS라고 칭한다)를 사용함으로써 피가공재(도전 재료, 피통전재)에 부여하는 전류의 주파수(통전 주파수)를, 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에 제어하는 것이 가능한 전원 장치를 채용하고 있다.

본 실시 형태에서는, 단시간에 있어서의 대전류를 사용한 통전 가공으로서, 저항 스폿 용접을 행하는 경우를 예로서 설명한다. 피가공재(도전 재료, 피통전재)에는 강판, 철, 알루미늄, 티타늄, 스테인리스 등의 금속판, 탄소 섬유 복합 재료 등이 포함된다. 본 실시 형태에서는 피가공재로서 금속판을 사용하는 경우를 예로서 설명한다. 이 저항 스폿 용접에서는, 단시간에 대전류를 흐르게 하는 통전 가열이 행하여진다. 여기서, 단시간의 통전 가열이란, 1회의 통전 가공 시간(1회의 통전 가열 시간)이, 예를 들어 1초 이하, 바람직하게는 0.5초 이하의 통전인 것(즉, 1초 이하, 바람직하게는 0.5초 이하이고, 도전 재료에 있어서의 1개소의 가열 대상 영역의 가열이 종료되는 것)을 의미한다. 또한, 1회의 통전 가공(1회의 통전 가열)이란, 도전 재료에 대하여 통전을 행함으로써 목적으로 하는 가공 처리(가열 처리)를 개시하고 나서, 통전을 정지함으로써 동 가공 처리(가열 처리)를 종료될 때까지의 처리를 의미한다. 그리고, 이 1회의 통전 가공(통전 가열)에는 통전을 행함으로써 가공 처리(가열 처리)를 개시하고, 용접부의 냉각·응고 등을 목적으로 하여 통전을 일단 휴지하고, 다시 동 용접부에 대하여 통전함으로써 통전 가공(통전 가열)을 재개하고, 그 후, 동 용접부로의 통전을 정지함으로써 가공 처리(가열 처리)를 종료하는 경우도 포함된다. 즉, 1회의 통전 가공(1회의 통전 가열)에는, 최초의 통전 개시와, 최종적인 통전 종료 사이에 일시적인 통전 휴지가 1회 혹은 복수회 행하여지는 경우도 포함한다. 저항 스폿 용접에서는, 이 1회의 통전 가열 시간 내에 1회의 저항 스폿 용접이 행하여진다. 또한, 대전류란, 예를 들어 1kA 이상, 바람직하게는 3kA 이상의 실효값을 갖는 전류를 의미한다.

(저항 스폿 용접 시스템의 구성)

도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 저항 스폿 용접 시스템(1)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.

저항 스폿 용접 시스템(1)은, 접합 시스템의 일례이며, 교류 전원(100)(제1 전원)과, 정류기(200)와, 직류 리액터(300)와, MERS(400)와, 제어부(500)와, 교류 인덕턴스(600)와, 변류기(700)와, 저항 스폿 용접기(800)(통전 가공 장치)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 교류 전원(100)과, 정류기(200)와, 직류 리액터(300)와, MERS(400)와, 제어부(500)와, 교류 인덕턴스(600)와, 변류기(700)를 사용함으로써, 전원 장치가 구성되어 있다. 이 전원 장치는, 피가공재를 통전 가공하는 저항 스폿 용접기(800)에 대하여 출력 전류를 공급한다.

MERS(400)는 교류 전원(100)으로부터 공급되는 전류를 받아, 이 전류를 저항 스폿 용접기(800)에 공급하는 출력 전류로 변환한다. MERS(400)의 입력측에 있어서의 접속 관계는 이하와 같다.

정류기(200)의 입력단과, 교류 전원(100)이 서로 접속된다. 정류기(200)의 출력단의 하나와, 직류 리액터(300)의 일단이 서로 접속된다. 정류기(200)의 출력단의 다른 하나와, MERS(400)의 직류 단자 c가 서로 접속된다. 직류 리액터(300)의 타단과, MERS(400)의 직류 단자 b가 서로 접속된다.

MERS(400)의 출력측의 접속 관계는 이하와 같다.

MERS(400)의 교류 단자 d와, 교류 인덕턴스(600)의 일단이 서로 접속된다. 교류 인덕턴스(600)의 타단과, 변류기(700)의 입력단의 하나가 서로 접속된다. MERS(400)의 교류 단자 a와, 변류기(700)의 입력단의 다른 하나가 서로 접속된다. 변류기(700)의 출력단의 하나와 용접 전극 E1(제1 전극)이 서로 접속되고, 다른 하나와 용접 전극 E2(제2 전극)가 서로 접속된다.

교류 전원(100)은 원 전원의 일례이며, 교류 전력을 출력한다. 교류 전원(100)은 단상 교류 전원이어도 되고, 삼상 교류 전원이어도 된다.

정류기(200)는, 교류 전원(100)으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 한다. 교류 전원(100)이 단상 교류 전원인 경우, 정류기(200)는 단상 정류 회로를 구비한다. 한편, 교류 전원(100)이 삼상 교류 전원인 경우, 정류기(200)는 삼상 정류 회로를 구비한다.

직류 리액터(300)는 정류기(200)로부터 출력된 직류 전력을 평활화한다.

MERS(400)는 MERS의 일례이며, 정류기(200)로부터 직류 리액터(300)를 통하여 입력된 직류 전력을 교류 전력으로서 출력한다.

제어부(500)는 MERS(400)의 동작을 제어한다.

MERS(400)의 동작의 상세에 대해서는 후술한다.

변류기(700)는 MERS(400)로부터 교류 인덕턴스(600)를 통하여 출력된 교류 전류를, 변류기(700)의 권회수비에 따라 대전류로 변환하고, 저항 스폿 용접기(800)의 용접 전극 E1 및 E2에 출력한다. 본 실시 형태에서는, 변류기(700)를 사용하여 대전류를 저항 스폿 용접기(800)에 공급하는 경우를 예로 들어 나타낸다. 그러나, 반드시 변류기(700)를 사용할 필요는 없다. 예를 들어, MERS(400)를 구성하는 각 소자를 전술한 대전류에 견딜 수 있는 것으로 구성하면, 변류기(700)를 사용할 필요는 없다.

저항 스폿 용접기(800)는 판면이 서로 중첩된 복수매의 금속판 M1 및 M2의 중첩부의 표측 및 이측으로부터, 즉, 도 1의 A 방향 및 B 방향으로부터, 금속판 M1 및 M2를 사이에 두도록, 용접 전극 E1 및 E2를 가압하면서, 금속판 M1 및 M2의 원하는 위치의 접촉 영역을 통전함으로써, 상기 접촉 영역에 발생하는 줄열에 의해, 동 접촉 영역을 접합한다. 저항 스폿 용접기(800)에 대해서는, 공지의 것을 이용할 수 있다. 저항 스폿 용접의 대상이 되는 금속판 M1 및 M2의 재질, 판 두께 및 매수로서는, 저항 스폿 용접에 적용하는 것이 가능한 다양한 것을 채용할 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에서는, 통전 가공 장치가 저항 스폿 용접기(800)인 경우를 예로 들어 설명한다.

(MERS(400)의 구성)

이어서, MERS(400)의 구성의 일례를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, MERS(400)는, 브리지 회로와, 콘덴서 C를 포함한다. 브리지 회로는, 2개의 경로에 각각 2개씩 배치된 4개의 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에 의해 구성된다. 콘덴서 C는 브리지 회로의 2개의 경로 사이에 배치된다.

구체적으로 말하면, 브리지 회로는 교류 단자 a부터 직류 단자 b를 경유하여 교류 단자 d까지 도달하는 경로인 제1 경로와, 교류 단자 a부터 직류 단자 c를 경유하여 교류 단자 d까지 도달하는 경로인 제2 경로를 포함한다.

제1 경로에는 교류 단자 d와 직류 단자 b 사이에 역도통형 반도체 스위치 V(제4 역도통형 반도체 스위치)가 배치되고, 직류 단자 b와 교류 단자 a 사이에 역도통형 반도체 스위치 U(제1 역도통형 반도체 스위치)가 배치된다.

제2 경로에는 교류 단자 d와 직류 단자 c 사이에 역도통형 반도체 스위치 Y(제3 역도통형 반도체 스위치)가 배치되고, 직류 단자 c와 교류 단자 a 사이에 역도통형 반도체 스위치 X(제2 역도통형 반도체 스위치)가 배치된다. 콘덴서 C는 직류 단자 b와 직류 단자 c 사이에 배치된다.

역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y 각각은, 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y에 온 신호가 입력되고 있지 않은 스위치 오프 시에는 전류를 일 방향으로만 도통시키고, 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y에 온 신호가 입력되고 있는 스위치 온 시에는 전류를 양 방향으로 도통시킨다. 즉, 역도통 반도체 스위치 U, V, X 및 Y는, 스위치 오프 시에는 이미터 단자 및 콜렉터 단자 사이의 일 방향에 있어서 전류를 도통시키지만, 스위치 온 시에는 이미터 단자 및 콜렉터 단자 사이의 양 방향에 있어서 전류를 도통시킨다.

이하의 설명에서는, 「각 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y가 스위치 오프 시에 전류를 흐르게 하는 방향」을, 필요에 따라 「순방향」이라고 칭하고, 스위치 오프 시에 전류를 흐르게 하지 않는 방향을, 필요에 따라 「역방향」이라고 칭한다. 또한, 이하의 설명에서는, 「순방향 및 역방향의, 회로에 대한 접속 방향」을 필요에 따라 「스위치 극성」이라고 칭한다.

각 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y는, 각각 스위치의 극성이 이하와 같이 되도록 배치된다. 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 병렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 X는 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다. 마찬가지로, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 병렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 V와 역도통형 반도체 스위치 Y도, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다. 또한, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 직렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 V는, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다. 마찬가지로, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 직렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 X와 역도통형 반도체 스위치 Y도, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다.

따라서, 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 Y는, 순방향의 스위치 극성을 갖는다. 역도통형 반도체 스위치 V와 역도통형 반도체 스위치 X도, 순방향의 스위치 극성을 갖는다. 또한, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 스위치 극성과, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 스위치 극성은 역방향이 된다.

도 1에 도시하는 스위치 극성은, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y와, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X 사이에서, 반대로 구성되어도 된다.

또한, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에는, 다양한 구성을 생각할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y와 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 병렬 접속에 의해 구성되는 것으로 한다. 즉, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y 각각은, 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 하나와, 이 다이오드에 병렬로 접속된 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 하나를 갖는다.

또한, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 각각의 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y는, 각각 제어부(500)와 접속된다. 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y 각각은, 제어부(500)로부터 MERS(400)로의 제어 신호로서, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y를 온하는 온 신호(게이트 신호)의 입력을 받는다. 온 신호가 입력되고 있는 동안, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y는 온 상태로 되어, 양 방향으로 전류를 도통시킨다. 그러나, 온 신호가 입력되지 않은 경우, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y는 오프 상태로 되어, 전류를 어느 방향으로도 도통시키지 않는다. 따라서, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 오프 시에는 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 각각에 병렬로 접속된 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 도통 방향으로만 전류는 도통된다.

또한, MERS(400)에 포함되는 역도통형 반도체 스위치는, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 역도통형 반도체 스위치는, 전술한 동작을 나타내는 구성이면 되고, 예를 들어 파워 MOS FET, 역도통형 GTO 사이리스터 등이어도 되고, IGBT 등의 반도체 스위치와 다이오드의 병렬 접속이어도 된다.

또한, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 스위치 극성을, 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y를 사용하여 설명하면, 이하와 같이 된다. 즉, 순방향(스위치 오프 시에 도통하는 방향)은, 각 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 도통 방향이며, 역방향(스위치 오프 시에 도통하지 않는 방향)은, 각 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 비도통 방향이다. 또한 병렬로 접속된 다이오드끼리(D_U 및 D_X, 또는 D_V 및 D_Y)의 도통 방향은, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 서로 역방향이며, 직렬로 접속된 다이오드끼리(D_U 및 D_V, 또는 D_X 및 D_Y)의 도통 방향도, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 서로 역방향이다. 또한, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 다이오드 D_U 및 D_Y의 도통 방향은 서로 순방향이며, 마찬가지로 다이오드 D_V 및 D_X의 도통 방향도 서로 순방향이다. 따라서, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 다이오드 D_U 및 D_Y와, 다이오드 D_V 및 D_X의 도통 방향은 서로 역방향이다.

이상과 같이, 각 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y는 순방향이 이하와 같이 되도록 배치된다. 즉, 역도통형 반도체 스위치 U 및 역도통형 반도체 스위치 Y를 제1 페어로 하고, 역도통형 반도체 스위치 V 및 역도통형 반도체 스위치 X를 제2 페어로 하면, 제1 페어의 역도통형 반도체 스위치 U 및 역도통형 반도체 스위치 Y는, 순방향이 동일 방향이 되도록 배치되고, 제2 페어의 역도통형 반도체 스위치 V 및 역도통형 반도체 스위치 X는, 순방향이 동일 방향이 되도록 배치된다. 제1 페어와 제2 페어는, 순방향이 서로 역방향이 되도록 배치된다. 따라서, 브리지 회로에서 대각선 상에 배치된 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)는, 각 순방향이 동일 방향이 되도록 배치된다.

(MERS(400)의 동작)

MERS(400)에서는, 브리지 회로의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치 중 한쪽의 역도통형 반도체 스위치가 온되면 다른 쪽의 역도통형 반도체 스위치도 온된다. 마찬가지로, 브리지 회로의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치의 한쪽의 역도통형 반도체 스위치가 오프되면 다른 쪽의 역도통형 반도체 스위치도 오프된다. 예를 들어, 역도통형 반도체 스위치 U가 온되면 역도통형 반도체 스위치 Y도 온되고, 역도통형 반도체 스위치 U가 오프되면 역도통형 반도체 스위치 Y도 오프된다. 이들의 것은, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X에 대해서도 동일하다.

또한, 브리지 회로에 있어서의 2개의 대각선 중 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치가 온일 때에는, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치는 오프가 된다. 예를 들어, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y가 온일 때에는, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X는 오프가 된다.

도 2는 제1 실시 형태에 있어서의 스위칭 패턴과 통전 패턴(스위칭 패턴에 대응하는 부분의 통전 패턴)의 예를 나타내는 도면이다. 구체적으로 말하면, 도 2는 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y에 입력되는 온 신호(게이트 신호), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C 및 MERS(400)의 출력 전류 I_L과, 시간의 관계의 예를 나타낸다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서의 스위칭 패턴이란, 도 2에 도시하는 「U-Y 게이트(게이트 단자 G_U 및 G_Y)」 및 「V-X 게이트(게이트 단자 G_V 및 G_X)」에 입력되는 게이트 신호의 온 및 오프의 패턴이다. 또한, 통전 패턴이란, 도 2에 도시하는 「MERS(400)의 출력 전류 I_L」의 패턴이며, 1회의 통전 가열 시간(1펄스 통전)에 있어서의 패턴이다.

도 2에 있어서, U-Y 게이트란, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 입력되는 온 신호(게이트 신호)를 나타낸다. 또한, V-X 게이트란, 게이트 단자 G_V 및 G_X에 입력되는 온 신호(게이트 신호)를 나타낸다. U-Y 게이트의 파형이 상승되고 있는 기간에, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y(반도체 스위치 S_U 및 S_Y)는 온이 되고, U-Y 게이트의 파형이 하강하고 있는 기간에, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y(반도체 스위치 S_U 및 S_Y)는 오프가 된다. 마찬가지로, V-X 게이트의 파형이 상승되고 있는 기간에, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X(반도체 스위치 S_V 및 S_X)는 온이 되고, V-X 게이트의 파형이 하강하고 있는 기간에, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X(반도체 스위치 S_V 및 S_X)는 오프가 된다.

이하의 설명에서는, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 온 신호(게이트 신호)가 입력되어, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y가 온되는 것을, 필요에 따라 「U-Y 게이트가 온된다」라고 칭한다. 한편, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 온 신호(게이트 신호)가 입력되지 않아, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y가 오프되는 것을, 필요에 따라 「U-Y 게이트가 오프된다」라고 칭한다.

또한, 게이트 단자 G_V 및 G_X에 온 신호(게이트 신호)가 입력되어, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X가 온되는 것을, 필요에 따라 「V-X 게이트가 온된다」라고 칭한다. 한편, 게이트 단자 G_V 및 G_X에 온 신호(게이트 신호)가 입력되지 않아, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X가 오프되는 것을, 필요에 따라 「V-X 게이트가 오프된다」라고 칭한다.

이하에, 도 2에 도시하는 동작을 설명한다.

<도 2에 도시하는 동작>

도 2에 도시하는 예에 있어서의 스위칭 패턴은, 브리지 회로에 있어서의 대각선 중 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 및 오프를 1회 행한 후, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 온 및 오프를 1회 행하는 패턴이다.

여기서, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 3회 행할 때마다, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 시간 및 오프 시간을 변경한다. 구체적으로 설명하면 도 2에 도시한 바와 같이, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 1회의 온 및 오프의 주기를 T₁, T₂, T₃, T₁, T₂…의 순으로 반복하여 변경한다.

또한, 동일한 주기 T₁, T₂ 및 T₃에 있어서의, 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 시간 및 오프 시간과, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 온 시간 및 오프 시간은 동일하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 1회의 온 및 오프의 주기(T₁, T₂ 및 T₃)는 MERS(400)의 출력 전류 I_L의 주기에 대응한다. 즉, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 1회의 온 및 오프의 주파수는, MERS(400)의 출력 전류 I_L의 주파수(통전 주파수)에 대응한다. 이것은, 도 3 및 도 4에 도시하는 예에 있어서도 동일하다.

본 실시 형태에서는, 이 통전 주파수로서, MERS(400)의 출력단으로부터 부하측(저항 스폿 용접기(800)측, 통전 가공 장치측)을 보았을 때의 인덕턴스와, 콘덴서 C의 커패시턴스(용량)에 기초하는 공진 주파수 이하의 주파수를 채용한다. 이와 같이 함으로써, 특허문헌 3 및 특허문헌 7에 기재되어 있는 바와 같이 소프트 스위칭을 행할 수 있다. 또한, 대용량의 전압원 콘덴서를 사용할 필요가 없어지므로, 콘덴서 C의 커패시턴스를 작게 할 수 있다. 이들의 것은, 도 3 및 도 4에 도시하는 예에 있어서도 동일하다.

또한, 주파수 f₁(=1/T₁)이 상기 공진 주파수가 되도록 하고, 주파수 f₂(=1/T₂)가 주파수 f₁보다도 낮아지도록 하고, f₃(=1/T₃)이 주파수 f₂보다도 낮아지도록 한다. 즉, f₁>f₂>f₃이 되도록 한다. 이것은, 도 3 및 도 4에 도시하는 예에 있어서도 동일하다.

이어서, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 도 2에 도시하는 예에서의 MERS(400)의 동작을 설명한다.

[주파수 f₁(=공진 주파수)의 기간 t₁]

(1a) U-Y 게이트: 온, V-X 게이트: 오프

V-X 게이트가 오프되고, U-Y 게이트가 온되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 변류기(700), 역도통형 반도체 스위치 U, 콘덴서 C 및 역도통형 반도체 스위치 Y 순의 경로를 흘러, 콘덴서 C가 충전된다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 감소하고(0(제로)에 근접하고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 상승한다. 콘덴서 C의 충전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)가 됨과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최댓값을 나타낸다.

콘덴서 C의 충전이 완료된 후, 콘덴서 C의 방전이 개시되고, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 콘덴서 C, 역도통형 반도체 스위치 U, 변류기(700) 및 역도통형 반도체 스위치 Y 순의 경로를 흐른다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)로부터 증가하고(0(제로)로부터 정의 값이 되고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 감소한다. 콘덴서 C의 방전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 정의 최댓값을 나타냄과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최솟값(0(제로))이 된다.

(2a) U-Y 게이트: 오프, V-X 게이트: 온

주파수 f₁은 상기 공진 주파수이다. 따라서, 제어부(500)는, 이상과 같이 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C가 0(제로)가 된 시점에서, U-Y 게이트를 오프함과 함께 V-X 게이트를 온한다. 그렇게 하면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 변류기(700), 역도통형 반도체 스위치 V, 콘덴서 C 및 역도통형 반도체 스위치 X 순의 경로를 흘러, 콘덴서 C가 충전된다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 감소하고(0(제로)에 근접하고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 상승한다. 콘덴서 C의 충전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)가 됨과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최댓값을 나타낸다.

콘덴서 C의 충전이 완료된 후, 콘덴서 C의 방전이 개시되고, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 콘덴서 C, 역도통형 반도체 스위치 V, 변류기(700) 및 역도통형 반도체 스위치 X 순의 경로를 흐른다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)로부터 증가하고(0(제로)로부터 부의 값이 되고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 감소한다. 콘덴서 C의 방전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 부의 최댓값을 나타냄과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최솟값(0(제로))이 된다.

주파수 f₁은 상기 공진 주파수이다. 따라서, 제어부(500)는, 이상과 같이 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C가 0(제로)가 된 시점에서, U-Y 게이트를 온함과 함께 V-X 게이트를 오프한다. 이상의 상기 (1a) 및 상기 (2a)의 동작으로, 주기 T₁(1주기)의 동작이 종료된다. 계속하고, 상기 (1a)의 동작, 상기 (2a)의 동작이 교대로 2회 행하여지면, 기간 t₁의 동작이 종료된다.

이상과 같이, U-Y 게이트 및 V-X 게이트를 온·오프하는 타이밍에 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)가 되므로, 소프트 스위칭이 실현된다.

[주파수 f₂(<공진 주파수 f₁)의 기간 t₂]

(1b) U-Y 게이트: 온, V-X 게이트: 오프

콘덴서 C의 충전이 완료된 후, 콘덴서 C의 방전이 개시되고, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 콘덴서 C, 역도통형 반도체 스위치 U, 변류기(700) 및 역도통형 반도체 스위치 Y 순의 경로를 흐른다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)로부터 증가하고(0(제로)로부터 정의 값이 되고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 감소한다. 콘덴서 C의 방전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 최댓값을 나타냄과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최솟값(0(제로))이 된다.

주파수 f₂는 상기 공진 주파수 f₁보다도 낮으므로(주기 T₂는 주기 T₁보다 길므로), 콘덴서 C의 방전이 완료되어도, 제어부(500)는, U-Y 게이트를 오프하지 않아, U-Y 게이트는 온된 상태 그대로이며, V-X 게이트는 오프된 상태 그대로이다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 역도통형 반도체 스위치 Y, 다이오드 D_X 및 변류기(700) 순의 경로, 다이오드 DV, 역도통형 반도체 스위치 U 및 변류기(700) 순의 경로로 병렬로 흘러, 환류된다. 이 MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 부하의 저항과 인덕턴스로부터 정해지는 시상수에 따라 감소한다(0(제로)에 근접한다).

(2b) U-Y 게이트: 오프, V-X 게이트: 온

제어부(500)는, 주파수 f₂의 2배의 역수의 시간(주기 T₂의 1/2배의 시간)이 경과하면, U-Y 게이트를 오프함과 함께 V-X 게이트를 온한다. 이때, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

U-Y 게이트가 오프됨과 함께 V-X 게이트가 온되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 변류기(700), 역도통형 반도체 스위치 V, 콘덴서 C 및 역도통형 반도체 스위치 X 순의 경로를 흘러, 콘덴서 C가 충전된다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 감소하고(0(제로)에 근접하고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 상승한다. 콘덴서 C의 충전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)가 됨과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최댓값을 나타낸다.

주파수 f₂는 상기 공진 주파수 f₁보다도 낮으므로, 콘덴서 C의 방전이 완료되어도, 제어부(500)는, V-X 게이트를 오프하지 않아, V-X 게이트는 온된 상태 그대로이며, U-Y 게이트는 오프된 상태 그대로이다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 역도통형 반도체 스위치 V, 변류기(700) 및 다이오드 DU 순의 경로와, 역도통형 반도체 스위치 X, 다이오드 D_Y 및 변류기(700) 순의 경로로 병렬로 흘러, 환류된다. 이 MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 부하의 저항과 인덕턴스로부터 정해지는 시상수에 따라 감소한다(0(제로)에 근접한다).

제어부(500)는 주파수 f₂의 2배의 역수의 시간(주기 T₂의 1/2배의 시간)이 경과하면, V-X 게이트를 오프함과 함께 U-Y 게이트를 온한다. 이때, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

이상의 상기 (1b) 및 상기 (2b)의 동작으로, 주기 T₂(1주기)의 동작이 종료된다. 계속하고, 상기 (1b)의 동작, 상기 (2b)의 동작이 교대로 2회 행하여지면, 기간 t₂의 동작이 종료된다.

[주파수 f₃(<주파수 f₂<공진 주파수 f₁)의 기간 t₃]

기간 t₃에서는, MERS(400)의 출력 전류 I_L이 환류하는 시간이, 기간 t₂보다도 길어진다.

(1c) U-Y 게이트: 온, V-X 게이트: 오프

주파수 f₃은 상기 공진 주파수 f₁보다도 낮으므로(주기 T₃은 주기 T₁보다 길므로), 콘덴서 C의 방전이 완료되어도, 제어부(500)는, U-Y 게이트를 오프하지 않아, U-Y 게이트는 온된 상태 그대로이며, V-X 게이트는 오프된 상태 그대로이다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 역도통형 반도체 스위치 Y, 다이오드 D_X 및 변류기(700) 순의 경로, 다이오드 D_V, 역도통형 반도체 스위치 U 및 변류기(700) 순의 경로로 병렬로 흘러, 환류된다. 이 MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 부하의 저항과 인덕턴스로부터 정해지는 시상수에 따라 감소한다(0(제로)에 근접한다).

(2c) U-Y 게이트: 오프, V-X 게이트: 온

제어부(500)는, 주파수 f₃의 2배의 역수의 시간(주기 T₃의 1/2배의 시간)이 경과하면, U-Y 게이트를 오프함과 함께 V-X 게이트를 온한다. 이때, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

U-Y 게이트가 오프됨과 함께 V-X 게이트가 온되면, 그렇게 하면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 변류기(700), 역도통형 반도체 스위치 V, 콘덴서 C 및 역도통형 반도체 스위치 X 순의 경로를 흘러, 콘덴서 C가 충전된다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 감소하고(0(제로)에 근접하고), 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 상승한다. 콘덴서 C의 충전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)가 됨과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최댓값을 나타낸다.

콘덴서 C의 충전이 완료된 후, 콘덴서 C의 방전이 개시되고, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 콘덴서 C, 역도통형 반도체 스위치 V, 변류기(700) 및 역도통형 반도체 스위치 X 순의 경로를 흐른다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 0(제로)로부터 증가하고(0(제로)로부터 부의 값이 되고), 콘덴서 C의 양단의 전압 VC는 감소한다. 콘덴서 C의 방전이 완료되면, MERS(400)의 출력 전류 I_L은 부의 최댓값을 나타냄과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최솟값(0(제로))이 된다.

주파수 f₃은 상기 공진 주파수 f₁보다도 낮으므로, 콘덴서 C의 방전이 완료되어도, 제어부(500)는 V-X 게이트를 오프하지 않아, V-X 게이트는 온된 상태 그대로이며, U-Y 게이트는 오프된 상태 그대로이다. 따라서, MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 역도통형 반도체 스위치 V, 변류기(700) 및 다이오드 D_U 순의 경로와, 역도통형 반도체 스위치 X, 다이오드 D_Y 및 변류기(700) 순의 경로로 병렬로 흘러, 환류된다. 이 MERS(400)의 출력 전류 I_L은, 부하의 저항과 인덕턴스로부터 정해지는 시상수에 따라 감소한다(0(제로)에 근접한다).

제어부(500)는, 주파수 f₃의 2배의 역수의 시간(주기 T₃의 1/2배의 시간)이 경과하면, V-X 게이트를 오프함과 함께 U-Y 게이트를 온한다. 이때, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

이상의 상기 (1c) 및 상기 (2c)의 동작으로, 주기 T₃(1주기)의 동작이 종료된다. 계속하고, 상기 (1c)의 동작, 상기 (2c)의 동작이 교대로 2회 행하여지면, 기간 t₃의 동작이 종료된다.

1회의 저항 스폿 용접 시에, 이상의 기간 t₁, t₂ 및 t₃의 동작이, 적어도 1회 실행된다. 기간 t₁, t₂ 및 t₃의 동작이 2회 이상 행하여지는 경우에는, 기간 t₁, t₂ 및 t₃의 동작이 이 순으로 반복 실행된다.

이상과 같이, 도 2에서는, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(소위 1펄스 통전 내)에서, U-Y 게이트와 V-X 게이트의 각각의 게이트 신호를 공진 주기 T₁(=1/f₁) 이상의 주기의 절반의 시간에 온 및 오프시킨다. 그 때에, 게이트 단자 G_U 및 G_Y(U-Y 게이트)가 온일 때에 게이트 단자 G_V 및 G_X(V-X 게이트)가 오프가 되면서, 또한 게이트 단자 G_U 및 G_Y(U-Y 게이트)가 오프일 때에 게이트 단자 G_V 및 G_X(V-X 게이트)가 온이 되도록 제어한다. 이와 같이 하면, 공진 주파수 f₁이하의 주파수에서, 소프트 스위칭으로 통전하는 것이 가능해진다. 게이트 신호의 주기를 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전 내)에 바꿈으로써, 펄스열의 통전 주파수(1/T₁, 1/T₂, 1/T₃)가 공진 주파수 f₁이하(또는 미만)인 주파수이면, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전 내)에 통전 주파수를 바꾸는 것이 가능해진다. 도 2에서는, 시간의 경과와 함께 통전 주파수를 내리는 통전 패턴을 형성하는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 게이트 신호의 온 및 오프의 시간(게이트 신호의 주기)을 통전 패턴에 맞게 제어함으로써, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내에서, 시간의 경과와 함께 통전 주파수를 올리는 통전 패턴도 실현 가능하다. 또한, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내에서, 통전 주파수를 올리는 것과 내리는 것을 조합한 통전 패턴도 실현 가능하다.

이상에 의해, 제어부(500)는, 저항 스폿 용접기(800)(통전 가공 장치)에 의한 1회의 통전 가열 시간 내(통전 가공 시간 내)에, 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 MERS(400)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(500)는, 상기한 통전 주파수의 제어 외에도, 저항 스폿 용접기(800)(통전 가공 장치)에 의한 1회의 통전 가열 시간 내(통전 가공 시간 내)에, 출력 전류의 실효값이 서로 상이한 제1 실효값 및 제2 실효값을 포함하도록MERS(400)를 제어할 수 있다.

<도 3, 도 4에 도시하는 동작>

도 3 및 도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 스위칭 패턴의 그 밖의 예를 나타내는 도면이다. 구체적으로 말하면, 도 3은 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y에 입력되는 온 신호(게이트 신호)와, 시간의 관계를 나타낸다.

도 3에 도시하는 예에 있어서의 스위칭 패턴은, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 및 오프 그리고 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 및 오프를 교대로 1회씩 행하는 것을, 도 2에 도시한 주기 T₃, 주기 T₂ 및 주기 T₁의 순으로 연속적으로 반복하여 행하는 패턴이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 1회 행할 때마다, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 시간 및 오프 시간을 변경해도 된다.

도 3에 도시하는 스위칭 패턴에 있어서의 MERS(400)의 동작은, 예를 들어 <도 2에 도시하는 동작>에 있어서, 상기 (1a) 및 상기 (2a)의 반복, 상기 (1b) 및 상기 (2b)의 반복 그리고 상기 (1c) 및 상기 (2c)의 반복을 생략함과 함께, 동작의 순서를, 상기 (1c), 상기 (2c), 상기 (1b), 상기 (2b), 상기 (1a), 상기 (2a)로 함으로써 실현할 수 있으므로, 여기에서는, 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도 3의 한층 더한 변형예로서, 동일한 주기 T₃, T₂, T₁에 있어서의, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 오프 시간)과, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 오프 시간)을 상이하게 해도 된다. 이 경우, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 오프 시간)과, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 오프 시간) 중 어느 한쪽을 일정하게 해도 된다. 단, 전술한 소프트 스위칭을 실현하기 위하여, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 시간을, 공진 주파수 f₁의 2배의 역수의 시간(=T₁/2) 이상의 시간으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 오프 시간)과, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 오프 시간) 중 어느 한쪽을 일정하게 해도 되는 것은, 도 2에 대해서도 동일하다. 동일한 주기에 있어서의, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 오프 시간)과, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 시간(역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 오프 시간)을 상이하게 하는 동작은, 예를 들어 <도 2에 도시하는 동작>에 있어서, 상기 (2a)의 동작과 상기 (1c)의 동작을 행함으로써 실현할 수 있으므로, 여기에서는, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 도시하는 예에 있어서의 스위칭 패턴과 같이, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 온 및 오프 그리고 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 온 및 오프를 교대로 1회씩 행할 때에, 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 시간(오프 시간)과, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 온 시간(오프 시간)을 상이하게 해도 된다.

도 4에 도시하는 스위칭 패턴에 있어서의 MERS(400)의 동작은, <도 2에 도시하는 동작>에 있어서의 상기 (1c) 및 상기 (2b)의 동작을 반복하여 행함으로써 실현되므로, 여기에서는, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 도시하는 예의 한층 더한 변형예로서, 예를 들어 도 2 및 도 3에 있어서, 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 시간(오프 시간)과, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 온 시간(오프 시간)을 상이하게 해도 된다.

스위칭 패턴은, 도 2 내지 도 4에 도시한 예에만 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 2에 도시하는 예에서는, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 3회씩 행한 뒤에, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 시간 및 오프 시간을 변경한 후, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 3회씩 행하고, 또한 그 후에, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 3회씩으로 한 채 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 시간 및 오프 시간을 변경한다.

그러나, 각 주기에 있어서, 상기한 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 행하는 횟수(3회)를 2회 이상의 임의의 횟수로 할 수 있다. 각 주기에 있어서, 상기한 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 행하는 횟수(3회)를 1회로 하는 스위칭 패턴이 도 3에 도시하는 예이다.

즉, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 1회의 온 및 오프와 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 1회의 온 및 오프를 교대로 반복하여 행하면 된다. 이와 같이 하고 있으면, 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X) 중 적어도 어느 한 쪽에 있어서의 온 시간 및 오프 시간 중 적어도 어느 한 쪽을 변경하는 것과, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)와 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 1사이클(통전 주파수의 역수의 시간)에 있어서의 온 시간을 상이하게 하는 것 중 적어도 어느 한 쪽을 1회의 저항 스폿 용접이 행하여지는 기간에 행하는 스위칭 패턴이면, 어떤 스위칭 패턴이어도 된다.

전자에 대하여, 도 2에 도시하는 예에서는, 주기 T₁, 주기 T₂, 주기 T₃의 순이 되도록, 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 시간 및 오프 시간을 변경하고 있다. 후자에 대하여, 도 4에 도시하는 예에서는, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의, 1사이클((T₃+T₂)/2의 시간)에 있어서의 온 시간을 T₃/2로 하는 것에 비하여, 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의, 1사이클((T₃+T₂)/2의 시간)에 있어서의 온 시간을 T₂/2로 하고 있다.

또한, 1회의 통전 내에 통전 휴지가 포함되는 통전 패턴에 있어서도, 도중에 통전 주파수를 전환하는 것은 가능하다. 또한, MERS(400)에 온하는 전원 출력(예를 들어, 교류 전원(100)으로부터 출력되는 전류 혹은 전압의 실효값)을 전환함으로써, 1회의 통전 내에 통전 주파수와 독립적으로, MERS(400)로부터 출력되는 전류값을 전환하는 것은 용이하게 실현할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 1회의 온 및 오프와, 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 1회의 온 및 오프를 교대로 반복하여 행하도록 했다. 그러나, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 복수회의 온 및 오프와 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 복수회의 온 및 오프를 교대로 반복하여 행하게 해도 된다.

또한, 대각선 상에 배치된 한쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)와 다른 쪽의 2개의 역도통형 반도체 스위치(V 및 X, 또는 U 및 Y)의 연속적으로 행하는 온 및 오프의 횟수를 상이하게 해도 된다. 단, 이와 같이 하는 경우에도, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전 내)에 통전 주파수가 변경되도록 한다.

<통전 패턴의 설정>

저항 스폿 용접을 행함으로써 형성되는 용접 조인트의 품질에 영향을 주는 소정의 하나 또는 복수의 인자에 의해 정해지는 용접 조건에 따른 적절한 통전 패턴을, 예를 들어 모의실험을 행하여 특정하고, 특정된 통전 패턴을 제어부(500)에 기억한다. 이와 같이 하여 통전 패턴을 특정하는 것을 복수의 용접 조건 각각에 대하여 행하고, 복수의 용접 조건 각각에 관한 통전 패턴을 제어부(500)에 기억한다. 상기 인자로서는, 예를 들어 금속판의 재질, 용접부의 크기, 재질, 두께, 온도 변화 등을 들 수 있다.

도 5는 제1 실시 형태에 있어서의 통전 패턴의 일례를 도시하는 도면이다.

도 5는 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전 내)에, 통전 주파수를 변경하는 경우의 통전 패턴의 일례를 나타낸다. 도 5에 도시하는 통전 패턴으로는, 공진 주파수 f₁이하의 주파수이면 통전 주파수는 임의로 설정할 수 있다. 따라서, 필요로 하는 최대의 통전 주파수에 대응한 공진 주파수를 갖는 회로 구성을 사용하면, 임의의 통전 주파수에서의 통전이 가능해진다.

저항 스폿 용접 시에, 상기 용접 조건이 입력되면, 제어부(500)는, 이 용접 조건에 대응하는 통전 패턴을 복수의 통전 패턴 중에서 선택하여 판독한다. 제어부(500)는, 1회의 통전 가열(저항 스폿 용접)이 행하여지고 있는 동안에, 판독한 통전 패턴에 기초하는 스위칭 패턴을 결정하고, 결정된 스위칭 패턴에 따라, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에 대하여 온 신호(게이트 신호)를 출력한다. 제어부(500)는, 이러한 스위칭 패턴을 따르는 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 제어를, 저항 스폿 용접을 위한 통전 패턴(1회의 통전 가열 시간(1펄스 통전))이 종료될 때까지 행한다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 통전 패턴에 따라, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 온 및 오프를 제어함으로써, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전) 내에, MERS(400)의 출력 전류 I_L의 주파수(통전 주파수)를 제어한다. 이와 같이 하여 제어되는 MERS(400)로부터 출력되는 출력 전류 I_L을, 변류기(700)를 통하여 용접 전극 E1 및 E2에 출력한다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 단일의 전원에 대한 전원 제어 신호의 제어만으로, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내(1펄스 통전 내)에 있어서, 통전 주파수 및 통전 전류를 독립적으로 제어한 통전이 가능해진다. 이에 의해, 예를 들어 금속판 M1 및 M2의 재질이나 형상에 맞게, 통전 후의 재료 특성을, 통전 영역을 포함하여 단시간에 제어할 수 있다. 따라서, 용접부의 전류 분포, 나아가서는 열 분포의 제어를 행하는 것이 가능해져, 조인트 강도를 향상시킬 수 있다. 본 실시 형태의 전원 장치를 저항 스폿 용접에 사용하면, 용접 금속의 특성이나 형상이나 경도 분포의 제어 등이 가능해져, 조인트 강도의 향상이 가능해진다.

본 실시 형태에서는, 단시간에 대전류를 공급하는 것이 가능한 전원 장치를, 저항 스폿 용접기에 적용하는 경우(통전 가열 장치가 저항 스폿 용접기(800)인 경우)를 예로 들어 설명했다. 그러나, 1회의 단시간의 통전 가열 시간 내에, 통전 가열로 도체 재료를 녹이지 않고 가열하여 접합하기 위한 전원 장치를, 전술한 본 실시 형태와 완전히 마찬가지의 구성의 전원 장치로 실현하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 도체 재료의 접합을 목적하지 않고, 예를 들어 강재의 통전 가열 장치와 같은, 하나 이상의 도체 재료의 가열을 행하기 위한 전원 장치도, 전술한 본 실시 형태와 마찬가지의 구성의 전원 장치로 실현하는 것이 가능하다.

이상으로 설명한 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 제어부(500)의 처리는, 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 상기 프로그램 등의 컴퓨터 프로그램 프로덕트도 본 발명의 실시 형태로서 적용할 수 있다. 기록 매체로서는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등을 사용할 수 있다.

[제2 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 저항 스폿 용접에 있어서 스패터가 발생하는 경우에는, 상측 용접 전극, 금속판(워크) 및 하측 용접 전극 사이의 임피던스가 변화하는 점에서, 이 임피던스의 변화를 직접 검출할 수 있으면, 스패터의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다. 이 임피던스의 변화는, 용접 전류(상측 용접 전극, 금속판(워크) 및 하측 용접 전극에 흐르는 전류)의 변화가 되어 나타난다.

또한, 스패터가 발생할 때에는, 상측 용접 전극이나 하측 용접 전극에 있어서의 용접 전류의 분포가 크게 변화하기 때문에, 이 용접 전류의 분포를 검출함으로써, 스패터의 발생을 억제할 수 있다.

이상과 같은, 본 발명자들이 발견한 착상 하에서, 이하에 설명하는 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 상측 용접 전극 및 하측 용접 전극 중 적어도 어느 한쪽의 측방의 복수의 영역에 있어서, 용접 전류가 흐름으로써 발생하는 자속량을 검출하고, 검출된 자속량에 따라, 용접 전류를 제어한다.

도 6은 제2 실시 형태에 있어서의 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.

저항 스폿 용접 시스템(1A)은, 교류 전원(110)과, 정류기(210)와, 직류 리액터(310)와, MERS(410)와, 제어부(510)와, 교류 인덕턴스(610)와, 변류기(710)와, 저항 스폿 용접기(810)와, 전압 검출부(910)와, 코일 C1 내지 C4를 갖는다.

또한, 도 7a 및 도 7b에 있어서, 코일 C4는, 상측 용접 전극 E10에 가려 보이지 않는다. 또한, 표기의 사정상, 코일 C1 및 C3의 일부 영역 도시를 생략함과 함께, 코일 C1 내지 C3의 인출 부분의 도시를 생략하고 있다.

도 6에 있어서, MERS(410)의 입력측의 접속 관계는 이하와 같다.

정류기(210)의 입력단과, 교류 전원(110)이 서로 접속된다. 정류기(210)의 출력단의 하나와, 직류 리액터(310)의 일단이 서로 접속된다. 정류기(210)의 출력단의 다른 하나와, MERS(410)의 직류 단자 c가 서로 접속된다. 직류 리액터(310)의 타단과, MERS(410)의 직류 단자 b가 서로 접속된다.

MERS(410)의 출력측의 접속 관계는 이하와 같다.

MERS(410)의 교류 단자 d와, 교류 인덕턴스(610)의 일단이 서로 접속된다. 교류 인덕턴스(610)의 타단과, 변류기(710)의 입력단의 하나가 서로 접속된다. MERS(410)의 교류 단자 a와, 변류기(710)의 입력단의 다른 하나가 서로 접속된다. 변류기(710)의 출력단의 하나와 상측 용접 전극 E10이 서로 접속되고, 다른 하나와 하측 용접 전극 E20이 서로 접속된다.

교류 전원(110)은 교류 전력을 출력한다. 교류 전원(110)은 단상 교류 전원이어도 되고, 삼상 교류 전원이어도 된다.

정류기(210)는, 교류 전원(110)으로부터 출력되는 교류 전력을 정류하여 직류 전력으로 한다. 교류 전원(110)이 단상 교류 전원인 경우, 정류기(210)는 단상 정류 회로를 구비한다. 한편, 교류 전원(110)이 삼상 교류 전원인 경우, 정류기(210)는 삼상 정류 회로를 구비한다.

직류 리액터(310)는 정류기(210)를 통한 직류 전력을 평활화한다.

MERS(410)는 자기 에너지 회생 쌍방향 전류 스위치의 일례이며, 정류기(210)로부터 직류 리액터(310)를 통하여 입력된 직류 전력을 후술하도록 하여 교류 전력으로서 출력한다.

MERS(410)의 동작의 상세에 대해서는 후술한다.

변류기(710)는 MERS(410)로부터 교류 인덕턴스(610)를 통하여 출력된 교류 전류를, (변류기(710)의) 권회수비에 따라 대전류로 변환하고, 저항 스폿 용접기(810)의 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20에 출력한다. 대전류를 필요로 하지 않는 경우에는 변류기(710)는 없어도 된다.

저항 스폿 용접기(810)는, 판면이 서로 중첩된 복수매의 금속판 M1 및 M2의 중첩부의 표측 및 이측으로부터, 즉, 도 6의 A 방향 및 B 방향으로부터, 금속판 M10 및 M20을 사이에 두도록, 상측 용접 전극의 일례인 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극의 일례인 하측 용접 전극 E20을 가압하면서 통전한다. 그리고, 이 통전에 의해 금속판 M10 및 M20에 발생하는 줄열에 의해, 이들 금속판 M10 및 M20 사이를 접합한다. 저항 스폿 용접기(810)에 대해서는, 공지의 것을 이용할 수 있다. 저항 스폿 용접의 대상이 되는 금속판 M10 및 M20의 재질, 판 두께 및 매수로서는, 저항 스폿 용접을 적용하는 것이 가능한 다양한 것을 채용할 수 있다.

코일 C1 내지 C4는, 상측 용접 전극 E10, 금속판 M10, 금속판 M20 및 하측 용접 전극 E20에 흐르는 용접 전류에 의해 발생하는 자속(자계)을 검출한다. 이하의 설명에서는, 상측 용접 전극 E10, 금속판 M10, 금속판 M20 및 하측 용접 전극 E20에 흐르는 용접 전류를 필요에 따라 간단히 용접 전류라고 칭한다. 또한, 용접 전류의 크기는 실효값인 것으로 한다. 단, 용접 전류의 크기를, 예를 들어 파고 값으로 규정해도 된다.

도 7a 및 도 7b는, 제2 실시 형태에 있어서의 코일 C1 내지 C4의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.

구체적으로 말하면, 도 7a는 금속판 M10, 상측 용접 전극 E10 및 코일 C1 내지 C4를, 상측 용접 전극 E10이 배치되어 있는 측으로부터, 금속판 M10의 법선 방향을 따라 본 도면이다. 도 7b는 금속판 M10, 금속판 M20, 상측 용접 전극 E10, 하측 용접 전극 E20 및 코일 C1 내지 C4를, 도 7a의 화살표선 A를 따라 본 도면이다. 도 7b에 있어서는, 코일 C4는 상측 용접 전극 E10에 가려 보이지 않는다.

코일 C1 내지 C4는 각각 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 상태에서, 상측 용접 전극 E10의 측 주위면의 주위 방향(도 7a에 도시하는 실선의 양 화살표선의 방향)을 따르는 제1 내지 제4 위치(202 내지 205)(상측 용접 전극 E10의 측 주위면을 축(201)을 따라 4등분한 위치)에 대하여 배치된다. 즉, 코일 C1 내지 C4가, 용접 전극 E10에 대하여, 용접 전극 E10과 용접 전극 E20과 동축을 이루는 중심축선의 주위 상의 서로 상이한 위치에 배치되어 있다.

구체적으로 말하면, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 예에서는, 코일 C1 내지 C4는, 모두 동일한 것이다. 또한, 도 7a에 도시한 바와 같이, 코일 C1 내지 C4는, 상측 용접 전극 E10의 축(201)을 축으로 하는 4회 대칭의 관계가 되는 위치에 배치된다. 또한, 코일 C1 내지 C4는, 코일 C1 내지 C4의 축(코일 C1 내지 C4의 코일면의 중심을 통과하는 축)의 방향(파선의 양 화살표선의 방향)이, 상측 용접 전극 E10의 축(201)을 중심으로 하는 원의 접선의 방향에 일치하는 위치에 배치된다. 여기서, 코일 C1 내지 C4는, 저항 스폿 용접에 지장을 초래하지 않는 범위에서, 상측 용접 전극 E10 및 금속판 M10에 가급적 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

도 7b에 도시한 바와 같이, 코일 C1 내지 C4의 상대적으로 하측의 영역이, 가압 및 통전 중의 상측 용접 전극 E10의 측방에 위치하도록 배치되어 있으면, 반드시 코일 C1 내지 C4의 모든 영역이, 가압 및 통전 중의 상측 용접 전극 E10의 측방에 위치하고 있지 않아도 된다. 즉, 코일 C1 내지 C4의 적어도 일부의 영역이, 가압 및 통전 중의 상측 용접 전극 E10의 측방에 위치하도록 배치되어 있으면 된다.

또한, 도 7b에서는, 코일 C1 및 C3에 대해서만, 코일의 권회 개시와 권회 종료의 부분이 인출되어 있는 모양을 나타낸다. 그러나, 코일 C2 및 C4에 대해서도 코일 C1 및 C3과 마찬가지로, 코일의 권회 개시와 권회 종료의 부분이 인출되는 것은 물론이다. 또한, 도 7a 및 도 7b에서는, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수가 「1」인 경우를 예로 들어 도시한다. 그러나, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수는, 「2」 이상이어도 된다. 전술한 바와 같이, 여기에서는, 각 코일 C1 내지 C4는 동일한 것으로 하고 있으므로, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수는 동일하다.

도 6의 설명으로 되돌아가, 전압 검출부(910)는 용접 전류에 의해 발생하는 자속(자계)이 각 코일 C1 내지 C4를 관통함으로써, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력을 코일 C1 내지 C4마다 개별로 검출한다. 도 6에서는, 표기의 사정상, 상세한 도시를 생략하지만, 전압 검출부(910)는, 각 코일 C1 내지 C4의 권회 개시와 권회 종료의 부분과 전기적으로 서로 접속된다.

제어부(510)는, 전압 검출부(910)에 의해 검출된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력을 입력하고, MERS(410)의 동작을 제어한다. 제어부(510)의 하드웨어는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, HDD 및 각종 인터페이스를 구비하는 정보 처리 장치나, 전용 하드웨어를 사용함으로써 실현된다.

제어부(510)는, 그 기능으로서, 자속량 분포 도출부(511)와, 용접 전류 분포 도출부(512)와, 판정부(513)와, 회로 제어부(514)를 갖는다. 이하에 각 부의 기능 일례를 설명한다.

자속량 분포 도출부(511)는 전압 검출부(910)에 의해 검출된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력과, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수로부터, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ을 도출한다.

용접 전류 분포 도출부(512)는, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ로부터, 예를 들어 이하와 같이 하여, 상측 용접 전극 E10에 있어서의 각 코일 C1 내지 C4와 대응하는 영역의 용접 전류(각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ에 기초하는 용접 전류)를 도출한다.

즉, 용접 전류 분포 도출부(512)는, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ로부터 자속 밀도 B를 도출하고, 자속 밀도 B와 공기의 투자율 μ_air로부터 자계 H를 도출하고, 자계 H로부터 앙페르의 법칙에 의해 상측 용접 전극 E10의 각 코일 C1 내지 C4와 대응하는 영역의 용접 전류를 도출한다. 이하의 설명에서는, 상측 용접 전극 E10의 영역 중 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류를 필요에 따라, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류라고 칭한다.

도 8a 및 도 8b는 제2 실시 형태에 있어서의 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 관계의 일례를 개념적으로 도시하는 도면이다. 도 8a는 용접 전류의 크기를 현재값보다도 저감시킬 필요가 없는 경우의, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 관계의 일례를 나타낸다. 도 8b는 용접 전류의 크기를 현재값보다도 저감시킬 필요가 있는 경우의, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 관계의 일례를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b에 있어서, 점(301a 및 301b)은, 코일 C1에 대응하는 영역의 용접 전류를 나타낸다. 점(302a 및 302b)은, 코일 C2에 대응하는 영역의 용접 전류를 나타낸다. 점(303a 및 303b)은, 코일 C3에 대응하는 용접 전류를 나타낸다. 점(304a 및 304b)은, 코일 C4에 대응하는 영역의 용접 전류를 나타낸다.

또한, 도 8a 및 도 8b에 있어서, 목표 용접 전류 I_s는, 금속판 M1 및 M2를 스폿 용접할 때의 용접 전류의 목표값이다. 상한 용접 전류 I_u는, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 상한값이다. 하한 용접 전류 I_d는, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 하한값이다. 예를 들어, 스패터가 발생하는 경우나, 스패터가 발생할 징후가 보이는 경우에, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기가 어떤 값을 나타내는지를 미리 조사해 두고, 조사된 용접 전류의 크기로부터, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d를 정할 수 있다.

판정부(513)는, 용접 전류 분포 도출부(512)에 의해 도출된, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기로부터, 용접 전류의 크기를 현재값보다도 저감시킬 필요가 있는지 여부를 판정한다.

예를 들어, 판정부(513)는 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기 중 적어도 하나가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI로부터 벗어나 있는지 여부를 판정한다. 본 실시 형태에서는, 이와 같이 하여, 상측 용접 전극 E10의 축에 수직인 영역(예를 들어, 도 7a에 있어서 상측 용접 전극 E10을 나타내는 원형의 영역)에 있어서 용접 전류에(미리 설정한 범위보다도 큰) 분포가 발생하고 있는지 여부를 판정한다. 하한 용접 전류 I_d를 사용하지 않고, 판정부(513)가, 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기 중 적어도 하나가, 상한 용접 전류 I_u를 초과하고 있는지 여부를 판정하도록 해도 된다.

회로 제어부(514)는, 금속판 M10 및 M20에 대한 통전을 개시하는 타이밍이 되면, 목표 용접 전류 I_s에 따른 동작 주파수에서 MERS(410)를 제어한다.

그 후, 판정부(513)에 의해, 코일 C1 내지 C4에 대응하는 용접 전류의 크기 중 적어도 하나가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI로부터 벗어나 있다고 판정되면, 회로 제어부(514)는, 이 범위 ΔI로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 용접 전류의 크기가 현재값보다도 작아지도록, MERS(410)의 동작을 제어한다.

여기서, 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류 중 2개 이상의 용접 전류의 크기가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI로부터 벗어나 있는 경우, 회로 제어부(514)는, 이 2개 이상의 용접 전류 중 상한 용접 전류 I_u 또는 하한 용접 전류 I_d로부터의 어긋남량의 절댓값이 가장 큰 용접 전류를 특정한다. 회로 제어부(514)는, 특정한 용접 전류의 어긋남량의 절댓값에 따른 값만큼, 현재의 용접 전류의 크기가 저감되도록, MERS(410)의 동작 주파수를 높인다.

도 8b에 도시하는 예에서는, 코일 C1에 대응하는 영역의 용접 전류(점(301b))와, 코일 C3에 대응하는 용접 전류(점(303b))가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI로부터 벗어나 있다. 코일 C1에 대응하는 영역의 용접 전류(점(301b))의 상한 용접 전류 I_u로부터의 어긋남량의 절댓값(예를 들어, 코일 C1에 대응하는 용접 전류로부터 상한 용접 전류 I_u를 감산한 값의 절댓값)쪽이, 코일 C3에 대응하는 용접 전류(점(303b))의 하한 용접 전류 I_d로부터의 어긋남량의 절댓값(예를 들어, 코일 C3에 대응하는 영역의 용접 전류로부터 하한 용접 전류 I_d를 감산한 값의 절댓값)보다도 크다.

따라서, 회로 제어부(514)는, 코일 C1에 대응하는 영역의 용접 전류(점(301b))의 상한 용접 전류 I_u로부터의 어긋남량의 절댓값에 따른 값만큼, 현재의 용접 전류의 크기가 저감되도록, MERS(410)의 동작 주파수를 높인다.

한편, 판정부(513)에 의해, 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기 모두가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI 내인 경우, 회로 제어부(514)는, 목표 용접 전류 I_s에 따른 동작 주파수에서 MERS(410)의 동작을 제어하는 것을 계속한다.

도 9a 및 도 9b는 제2 실시 형태에 있어서의 용접 전류의 파형의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9a는 MERS(410)의 동작 주파수의 변경 전의 용접 전류의 파형의 일례를 나타낸다. 도 9b는 MERS(410)의 동작 주파수의 변경 후의 용접 전류의 파형의 일례를 나타낸다.

도 9a에서는 MERS(410)의 동작 주파수(즉, 용접 전류의 주파수)가 1㎑인 경우를 나타내고, 도 9b에서는 MERS(410)의 동작 주파수(즉, 용접 전류의 주파수)가 1.7㎑인 경우를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이, MERS(410)의 동작 주파수를 1㎑로부터 1.7㎑로 변경함으로써, 용접 전류의 파고값이 12kA 약으로부터 10.5kA 정도까지 감소된다.

이어서, MERS(410)의 구성의 일례를 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, MERS(410)는, 자기 에너지 회생 쌍방향 전류 스위치의 일례이며, 브리지 회로와, 콘덴서 C를 포함한다.

브리지 회로는, 2개의 경로에 각각 2개씩 배치된 4개의 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에 의해 구성된다. 콘덴서 C는 브리지 회로의 2개의 경로 사이에 배치된다.

이와 같이, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 역도통형 반도체 스위치 U 및 X는 병렬로 접속되고, 역도통형 반도체 스위치 V 및 Y는 병렬로 접속된다. 또한, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 역도통형 반도체 스위치 U 및 V는 직렬로 접속되고, 역도통형 반도체 스위치 X 및 Y는 직렬로 접속된다.

또한, 각 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y는, 각각 스위치의 극성이 이하와 같이 되도록 배치된다. 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 병렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 X는 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다. 마찬가지로, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 병렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 V와 역도통형 반도체 스위치 Y도, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다.

또한, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서 직렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 V는, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다. 마찬가지로, 교류 단자 a와 교류 단자 d 사이에 있어서, 직렬로 접속된 역도통형 반도체 스위치 X와 역도통형 반도체 스위치 Y도, 서로 역방향의 스위치 극성을 갖는다.

따라서, 역도통형 반도체 스위치 U와 역도통형 반도체 스위치 Y는, 서로 순방향의 스위치 극성을 갖고, 역도통형 반도체 스위치 V와 역도통형 반도체 스위치 X도, 서로 순방향의 스위치 극성을 갖는다. 또한, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y의 스위치 극성과, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X의 스위치 극성은 서로 역방향이 된다.

도 6에 도시하는 스위치 극성은, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y와, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X 사이에서, 반대로 구성되어도 된다.

또한, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 각각의 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y는, 각각 제어부(510)와 접속된다. 게이트 단자 G_U, G_V, G_X 및 G_Y는, 제어부(510)로부터 MERS(410)로의 제어 신호로서, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y를 온하는 온 신호(게이트 신호)의 입력을 받는다. 온 신호가 입력되고 있는 동안, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y는 온 상태로 되어, 양 방향으로 전류를 도통시킨다. 그러나, 온 신호가 입력되지 않은 경우, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y는 오프 상태로 되어, 전류를 어느 방향으로도 도통시키지 않는다. 따라서, 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y의 오프 시에는 반도체 스위치 S_U, S_V, S_X 및 S_Y에 병렬로 접속된 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 도통 방향으로만 전류는 도통된다.

또한, MERS(410)에 포함되는 역도통형 반도체 스위치는, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y에 한정되는 것은 아니다. 즉, 역도통형 반도체 스위치는, 전술한 동작을 나타내는 구성이면 되고, 예를 들어 파워 MOS FET, 역도통형 GTO 사이리스터 등이어도 되고, IGBT 등의 반도체 스위치와 다이오드의 병렬 접속이어도 된다.

또한, 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y의 스위치 극성을, 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y를 사용하여 설명하면, 이하와 같이 된다. 즉, 순방향(스위치 오프 시에 도통하는 방향)은, 각 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 도통 방향이며, 역방향(스위치 오프 시에 도통하지 않는 방향)은, 각 다이오드 D_U, D_V, D_X 및 D_Y의 비도통 방향이다. 또한 병렬로 접속된 다이오드끼리(D_U 및 D_X, 또는 D_V 및 D_Y)의 도통 방향은, 서로 역방향이며, 직렬로 접속된 다이오드끼리(D_U 및 D_V, 또는 D_X 및 D_Y)의 도통 방향도, 서로 역방향이다. 또한, 다이오드 D_U 및 D_Y의 도통 방향은, 서로 순방향이며, 마찬가지로 다이오드 D_V 및 D_X의 도통 방향도 서로 순방향이다. 따라서, 다이오드 D_U 및 D_Y와, 다이오드 D_V 및 D_X의 도통 방향은 서로 역방향이다.

이상과 같이, 각 역도통형 반도체 스위치 U, V, X 및 Y는 순방향이 이하와 같이 되도록 배치된다. 즉, 역도통형 반도체 스위치 U 및 역도통형 반도체 스위치 Y를 제1 페어로 하고, 역도통형 반도체 스위치 V 및 역도통형 반도체 스위치 X를 제2 페어로 하면, 제1 페어의 역도통형 반도체 스위치 U 및 역도통형 반도체 스위치 Y는, 순방향이 동일 방향이 되도록 배치되고, 제2 페어의 역도통형 반도체 스위치 V 및 역도통형 반도체 스위치 X는, 순방향이 동일 방향이 되도록 배치된다.

제1 페어와 제2 페어는, 순방향이 서로 역방향이 되도록 배치된다. 따라서, 브리지 회로에서 대각선 상에 배치된 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)는, 각 순방향이 동일 방향이 되도록 배치된다.

(MERS(410)의 동작)

MERS(410)에서는, 브리지 회로의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치 중 한쪽의 역도통형 반도체 스위치가 온되면 다른 쪽의 역도통형 반도체 스위치도 온된다. 마찬가지로, 브리지 회로의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치의 한쪽의 역도통형 반도체 스위치가 오프되면 다른 쪽의 역도통형 반도체 스위치도 오프된다. 예를 들어, 역도통형 반도체 스위치 U가 온되면 역도통형 반도체 스위치 Y도 온되고, 역도통형 반도체 스위치 U가 오프되면 역도통형 반도체 스위치 Y도 오프된다. 이들의 것은, 역도통형 반도체 스위치 V 및 X에 대해서도 동일하다.

MERS(410)에서는, 역도통형 반도체 스위치(U 및 Y, 또는 V 및 X)의 온 및 오프의 제어에 의해, 용접 전류의 주파수나 파형을 다양하게 변경할 수 있지만, 여기에서는, 도 9a 및 도 9b에 도시한 용접 전류의 파형을 얻기 위한 MERS(410)의 동작 일례를 설명한다.

도 9a 및 도 9b에 도시한 예에 있어서의 스위칭 패턴은, 브리지 회로에 있어서의 대각선 중 한쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y만을 온 및 오프하고, 다른 쪽의 대각선 상에 배치된 2개의 역도통형 반도체 스위치 V 및 X를 온하지 않는(오프 상태로 하는) 패턴이다.

도 10은, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 용접 전류를 얻을 때의 MERS(410)의 동작 일례를 설명하는 도면이다.

본 실시 형태에서는, MERS(410)의 동작 주파수 f₁(=1/T₁)이, MERS(410)의 출력단으로부터 부하측을 보았을 때의 인덕턴스와, 콘덴서 C의 커패시턴스(용량)에 기초하는 공진 주파수보다도 낮아지도록 한다. 이에 의해, 소프트 스위칭을 실현할 수 있다. 또한, 대용량의 전압원 콘덴서를 사용할 필요가 없어지므로, 콘덴서 C의 커패시턴스를 작게 할 수 있다.

도 10에 있어서, U-Y 게이트란, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 입력되는 온 신호(게이트 신호)를 나타낸다. 또한, V-X 게이트란, 게이트 단자 G_V 및 G_X에 입력되는 온 신호(게이트 신호)를 나타낸다. U-Y 게이트의 파형이 상승되고 있는 기간에, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y(반도체 스위치 S_U 및 S_Y)는 온이 된다.

이하의 설명에서는, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 온 신호(게이트 신호)가 입력되어, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y가 온되는 것을 필요에 따라 「U-Y 게이트가 온된다」라고 칭한다. 한편, 게이트 단자 G_U 및 G_Y에 온 신호(게이트 신호)가 입력되지 않아, 역도통형 반도체 스위치 U 및 Y가 오프되는 것을, 필요에 따라 「U-Y 게이트가 오프된다」라고 칭한다.

이하에, 도 10을 참조하면서, 도 9a 및 도 9b에 도시한 예에서의 MERS(410)의 동작을 설명한다.

(1) U-Y 게이트: 온, V-X 게이트: 오프

U-Y 게이트가 온되는 타이밍에서는, 그 직전의 기간에서는, V-X 게이트도 U-Y 게이트도 오프되어 있으므로, 직류 리액터(310)를 통하여 입력한 직류 입력 전류에 의해, 콘덴서 C는 충전되어 있다. 따라서, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최댓값을 나타낸다.

U-Y 게이트가 온되면, 콘덴서 C의 방전이 개시되고, MERS(410)의 출력 전류 I_L은, 콘덴서 C, 역도통형 반도체 스위치 U, 변류기(710) 및 역도통형 반도체 스위치 Y 순의 경로를 흐른다. 따라서, MERS(410)의 출력 전류 I_L은 0(제로)로부터 증가하고, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 감소한다. 콘덴서 C의 방전이 완료되면, MERS(410)의 출력 전류 I_L은 정의 최댓값을 나타냄과 함께, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 최솟값(0(제로))이 된다.

MERS(410)의 동작 주파수 f₁은 상기 공진 주파수보다도 낮으므로, 콘덴서 C의 방전이 완료되어도, 제어부(510)는, U-Y 게이트를 오프하지 않아, U-Y 게이트는 온된 상태 그대로이다. 따라서, MERS(410)의 출력 전류 I_L은, 역도통형 반도체 스위치 U, 변류기(710) 및 다이오드 D_V 순의 경로와, 역도통형 반도체 스위치 Y, 다이오드 D_X 및 변류기(710) 순의 경로로 병렬로 흘러, 환류된다. 이 MERS(410)의 출력 전류 I_L은, 부하의 저항과 인덕턴스로부터 정해지는 시상수에 따라 감소한다(0(제로)에 근접한다).

(2) U-Y 게이트: 오프, V-X 게이트: 오프

제어부(510)는, MERS(410)의 동작 주파수 f₁의 2배의 역수의 시간(주기 T₁의 1/2배의 시간)이 경과하면, U-Y 게이트를 오프한다. 이때, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

또한, U-Y 게이트를 오프한 타이밍에서, 전술한 환류가 종료되어 있지 않으면(MERS(410)의 출력 전류 I_L이 0(제로)가 되어 있지 않으면), MERS(410)의 출력 전류 I_L은, 다이오드 D_V, 콘덴서 C 및 다이오드 D_x 순의 경로를 흘러, 콘덴서 C를 충전하므로 급속하게 감소하여 0(제로)가 된다.

그 후, 직류 리액터(310)를 통하여 입력한 직류 입력 전류에 의해, 콘덴서 C는 충전된다. 따라서, 콘덴서 C의 양단의 전압 V_C는 상승한다.

제어부(510)는 MERS(410)의 동작 주파수 f₁의 2배의 역수의 시간(주기 T₁의 1/2배의 시간)이 경과하면, U-Y 게이트를 온한다. 이때, MERS(410)의 출력 전류 I_L은 0(제로)이기 때문에, 소프트 스위칭이 실현된다.

상기 (1) 및 상기 (2)의 동작으로, 주기 T₁(1주기)의 동작이 종료된다. 이러한 동작을 반복하여 행함으로써, 도 9a 및 도 9b에 도시하는 용접 전류의 파형이 얻어진다.

이어서, 제2 실시 형태의 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 동작에 대하여 설명한다. 도 11은 제2 실시 형태에 있어서의, 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 통전 가공 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 11에 도시하는 처리에서는, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류에 기초하여, MERS(410)의 동작 주파수를 제어한다.

저항 스폿 용접기(810)의 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20 사이에, 서로 중첩한 금속판 M10 및 M20을 세트하고, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20으로 금속판 M10 및 M20을 사이에 두도록 가압하면서 통전 처리를 개시한다(스텝 S101). 여기서, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수가 f₀이 되도록 제어한다.

이어서, 전압 검출부(910)는, 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 각 코일 C1 내지 C4를 관통함으로써, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력 e_i(i는 1 내지 4의 정수)를 측정한다(스텝 S103).

이어서, 자속량 분포 도출부(511)는, 예를 들어 이하의 (식 1)에 기초하여, 전압 검출부(910)에 의해 검출된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력과, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수로부터, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i를 도출한다(스텝 S105). 식 (1)에 있어서, n_i는 코일의 권회수이다.

이어서, 용접 전류 분포 도출부(512)는, 예를 들어 이하의 (식 2)에 기초하여, 자속량 분포 도출부(511)에 의해 도출된 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i로부터, 상측 용접 전극 E10에 있어서의 각 코일 C1 내지 C4와 대응하는 영역의 용접 전류 I_i(i는 1 내지 4의 정수)(각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i에 기초하는 용접 전류)를 도출한다(스텝 S107). 식 (2)에 있어서, dl은 미소 길이, μ는 투자율, S_i는 코일 C1 내지 C4의 면적이다.

이어서, 판정부(513)는, 용접 전류 분포 도출부(512)에 의해 도출된 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류 I_i의 크기가, 미리 정해진 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d 사이의 범위 ΔI에 포함되어 있는지 여부를 판정한다(스텝 S109).

이어서, 판정부(513)가, 용접 전류 I_i의 크기가 미리 정해진 범위 ΔI에 포함되어 있다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수 f₀을 변경하지 않고 통전 처리를 계속시킨다(스텝 S111).

한편, 판정부(513)가, 용접 전류 I_i의 크기가 미리 정해진 범위 ΔI에 포함되어 있지 않다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는 MERS(410)의 동작 주파수를 변화시킨다(스텝 S113). MERS(410)의 동작 주파수를 증대시킴으로써, 용접 전류의 크기를 현재값보다 감소시킨다(스텝 S115). 예를 들어, 회로 제어부(514)는 범위 ΔI로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 용접 전류의 크기가 현재값보다도 작아지도록, MERS(410)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 범위 ΔI로부터의 어긋남량에 따라 미리 설정된 계수 k를 주파수 f₀에 곱한 값을, 변경 후의 동작 주파수(kf₀)로서 설정하고, MERS(410)의 동작 주파수가 kf₀이 되도록 제어한다.

이어서, 회로 제어부(514)는, 통전 개시부터, 미리 설정된 통전 처리 시간(설정 시간)이 경과했는지 여부를 판정한다(스텝 S117). 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과했다고 판정한 경우, MERS(410)의 동작을 정지하여 통전 처리를 종료하고(스텝 S119), 본 흐름도의 처리를 종료한다. 한편, 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과하지 않았다고 판정한 경우, 다시, 상기한 스텝 S103으로 되돌아가, 본 흐름도의 처리를 계속한다.

이어서, 제2 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 다른 통전 가공 처리의 흐름에 대하여 설명한다. 도 12는 제2 실시 형태에 있어서의, 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 다른 통전 가공 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 12에 도시하는 처리에서는, 각 코일 C1 내지 C4의 기전력에 기초하여, MERS(410)의 동작 주파수를 제어한다.

저항 스폿 용접기(810)의 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20 사이에 서로 중첩한 금속판 M10 및 M20을 세트하고, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20으로 금속판 M10 및 M20을 사이에 두도록 가압하면서 통전 처리를 개시한다(스텝 S201). 여기서, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수가 f₀이 되도록 제어한다.

이어서, 전압 검출부(910)는, 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 각 코일 C1 내지 C4를 관통함으로써, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력 e_i를 측정한다(스텝 S203).

이어서, 판정부(513)는, 전압 검출부(910)에 의해 측정된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력 e_i의 크기가, 미리 정해진 상한 기전력 e_u와 하한 기전력 e_d 사이의 범위 Δe에 포함되어 있는지 여부를 판정한다(스텝 S205). 예를 들어, 스패터가 발생하는 경우나, 스패터가 발생할 징후가 보이는 경우에, 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력 e_i의 크기가 어떤 값을 나타내는지를 미리 조사해 두고, 조사된 유도 기전력의 크기로부터, 상한 기전력 e_u와 하한 기전력 e_d를 정할 수 있다. 하한 기전력 e_d를 사용하지 않고, 판정부(513)가, 전압 검출부(910)에 의해 측정된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력 e_i의 크기가, 상한 기전력 e_u를 초과하고 있는지 여부를 판정하도록 해도 된다.

이어서, 판정부(513)가, 유도 기전력 e_i의 크기가 미리 정해진 범위 Δe에 포함되어 있다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수 f₀을 변경하지 않고 통전 처리를 계속시킨다(스텝 S207).

한편, 판정부(513)가, 유도 기전력 e_i의 크기가 미리 정해진 범위 Δe에 포함되어 있지 않다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수를 변화시킨다(스텝 S209). MERS(410)의 동작 주파수를 증대시킴으로써, 용접 전류의 크기를 현재값보다 감소시킨다(스텝 S211). 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 범위 Δe로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 용접 전류의 크기가 현재값보다도 작아지도록, MERS(410)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 범위 Δe로부터의 어긋남량에 따라 미리 설정된 계수 k를 주파수 f₀에 곱한 값을, 변경 후의 동작 주파수(kf₀)로서 설정하고, MERS(410)의 동작 주파수가 kf₀이 되도록 제어한다.

이어서, 회로 제어부(514)는, 통전 개시부터, 미리 설정된 통전 처리 시간(설정 시간)이 경과했는지 여부를 판정한다(스텝 S213). 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과했다고 판정한 경우, MERS(410)의 동작을 정지하여 통전 처리를 종료하고(스텝 S215), 본 흐름도의 처리를 종료한다. 한편, 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과하지 않았다고 판정한 경우, 다시, 상기한 스텝 S203으로 되돌아가, 본 흐름도의 처리를 계속한다.

이어서, 제2 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 또 다른 통전 가공 처리의 흐름에 대하여 설명한다. 도 13은 제2 실시 형태에 있어서의, 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 다른 통전 가공 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 13에 도시하는 처리에서는, 각 코일 C1 내지 C4를 관통하는 자속에 기초하여, MERS(410)의 동작 주파수를 제어한다.

저항 스폿 용접기(810)의 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20의 사이에 서로 중첩한 금속판 M10 및 M20을 세트하고, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20으로 금속판 M10 및 M20을 사이에 두도록 가압하면서 통전 처리를 개시한다(스텝 S301). 여기서, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수가 f₀이 되도록 제어한다.

이어서, 전압 검출부(910)는, 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 각 코일 C1 내지 C4를 관통함으로써, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력 e_i를 측정한다(스텝 S303).

이어서, 자속량 분포 도출부(511)는, 예를 들어 이하의 (식 3)에 기초하여, 전압 검출부(910)에 의해 검출된 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력과, 각 코일 C1 내지 C4의 권회수로부터, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i를 도출한다(스텝 S305). 식 (3)에 있어서, n_i는 코일의 권회수이다.

이어서, 판정부(513)는, 자속량 분포 도출부(511)에 의해 도출된 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i의 크기가, 미리 정해진 상한 자속량 φ_u와 하한 자속량 φ_d 사이의 범위 Δφ에 포함되어 있는지 여부를 판정한다(스텝 S307). 예를 들어, 스패터가 발생하는 경우나, 스패터가 발생할 징후가 보이는 경우에, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i의 크기가 어떤 값을 나타내는지를 미리 조사해 두고, 조사된 자속량의 크기로부터, 상한 자속량 φ_u와 하한 자속량 φ_d를 정할 수 있다. 하한 자속량 φ_d를 사용하지 않고, 판정부(513)가, 자속량 분포 도출부(511)에 의해 도출된 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ_i의 크기가, 상한 자속량 φ_u를 초과하고 있는지 여부를 판정하도록 해도 된다.

이어서, 판정부(513)가 자속량 φ_i의 크기가 미리 정해진 범위 Δφ에 포함되어 있다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수 f₀을 변경하지 않고 통전 처리를 계속시킨다(스텝 S309).

한편, 판정부(513)가, 자속량 φ_i의 크기가 미리 정해진 범위 Δφ에 포함되어 있지 않다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는 MERS(410)의 동작 주파수를 변화시킨다(스텝 S311). MERS(410)의 동작 주파수를 증대시킴으로써, 용접 전류의 크기를 현재값보다도 감소시킨다(스텝 S313). 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 범위 Δφ로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 용접 전류의 크기가 현재값보다도 작아지도록, MERS(410)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 범위 Δφ로부터의 어긋남량에 따라 미리 설정된 계수 k를 주파수 f₀에 곱한 값을, 변경 후의 동작 주파수(kf₀)로서 설정하고, MERS(410)의 동작 주파수가 kf₀이 되도록 제어한다.

이어서, 회로 제어부(514)는, 통전 개시부터, 미리 설정된 통전 처리 시간(설정 시간)이 경과했는지 여부를 판정한다(스텝 S315). 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과했다고 판정한 경우, MERS(410)의 동작을 정지하여 통전 처리를 종료하고(스텝 S317), 본 흐름도의 처리를 종료한다. 한편, 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과하지 않았다고 판정한 경우, 다시, 상기한 스텝 S303으로 되돌아가, 본 흐름도의 처리를 계속한다.

이어서, 제2 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 또 다른 통전 가공 처리의 흐름에 대하여 설명한다. 도 14는 제2 실시 형태에 있어서의, 저항 스폿 용접 시스템(1A)의 다른 통전 가공 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 14에 도시하는 처리에서는, 각 코일 C1 내지 C4의 기전력의 차의 최댓값에 기초하여, MERS(410)의 동작 주파수를 제어한다.

저항 스폿 용접기(810)의 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20 사이에 서로 중첩한 금속판 M10 및 M20을 세트하고, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20으로 금속판 M10 및 M20을 사이에 두도록 가압하면서 통전 처리를 개시한다(스텝 S401). 여기서, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수가 f₀이 되도록 제어한다.

이어서, 전압 검출부(910)는, 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 각 코일 C1 내지 C4를 관통함으로써, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력 e_i를 측정한다(스텝 S403).

이어서, 판정부(513)는, 전압 검출부(910)에 의해 측정된 각 코일 C1 내지 C4의 4개의 유도 기전력 e_i 중 2개의 유도 기전력 e_i의 전압차의 최댓값 e_σ을 계측혹은 연산한다(스텝 S405).

이어서, 판정부(513)는 전압차의 최댓값 e_σ의 크기가, 미리 정해진 상한 전압차 역치 e_σc를 초과하고 있는지 여부를 판정한다(스텝 S407). 예를 들어, 스패터가 발생하는 경우나, 스패터가 발생할 징후가 보이는 경우에, 각 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력 e_i 사이의 전압차의 크기가 어떤 값을 나타내는지를 미리 조사해 두고, 조사된 유도 기전력의 크기로부터, 전압차 역치 e_σc를 정할 수 있다.

이어서, 판정부(513)가, 전압차의 최댓값 e_σ의 크기가, 전압차 역치 e_σc를 초과하지 않는다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는, MERS(410)의 동작 주파수 f₀을 변경하지 않고 통전 처리를 계속시킨다(스텝 S409).

한편, 판정부(513)가, 전압차의 최댓값 e_σ의 크기가, 전압차 역치 e_σc를 초과하고 있다고 판단한 경우, 회로 제어부(514)는 MERS(410)의 동작 주파수를 변화시킨다(스텝 S411). MERS(410)의 동작 주파수를 증대시킴으로써, 용접 전류의 크기를 현재값보다 감소시킨다(스텝 S413). 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 전압차의 최댓값 e_σ의 크기와 전압차 역치 e_σc와 차분에 따른 값만큼, 용접 전류의 크기가 현재값보다도 작아지도록, MERS(410)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 회로 제어부(514)는, 전압차의 최댓값 e_σ의 크기와 전압차 역치 e_σc와 차분에 따라 미리 설정된 계수 k를 주파수 f₀에 곱한 값을, 변경 후의 동작 주파수(kf₀)로서 설정하고, MERS(410)의 동작 주파수가 kf₀이 되도록 제어한다.

이어서, 회로 제어부(514)는, 통전 개시부터, 미리 설정된 통전 처리 시간(설정 시간)이 경과했는지 여부를 판정한다(스텝 S415). 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과했다고 판정한 경우, MERS(410)의 동작을 정지하여 통전 처리를 종료하고(스텝 S417), 본 흐름도의 처리를 종료한다. 한편, 회로 제어부(514)는, 설정 시간이 경과하지 않았다고 판정한 경우, 다시, 상기한 스텝 S403으로 되돌아가, 본 흐름도의 처리를 계속한다.

이상과 같이 본 실시 형태에서는, 상측 용접 전극 E10의 측방에 있어서, 상측 용접 전극 E10, 금속판 M10, 금속판 M20 및 하측 용접 전극 E20에 흐르는 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 상태에서, 상측 용접 전극 E10을 주회하는 방향에 있어서 간격을 갖도록, 복수의 코일 C1 내지 C4를 배치한다. 예를 들어, 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력으로부터 도출되는 자속량 φ로부터, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류를 도출한다. 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류의 크기 중 적어도 하나가, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI를 벗어나 있는 경우에는, 최대의 어긋남량에 따른 값만큼 용접 전류의 크기가 작아지도록, MERS(410)의 동작 주파수를 크게 한다. 따라서, 상측 용접 전극 E10, 금속판 M10, 금속판 M20 및 하측 용접 전극 E20 사이의 임피던스 변화를, 상측 용접 전극 E10의 축에 수직인 영역에서의 용접 전류의 분포로서 직접 파악할 수 있다. 따라서, 가압력을 검출하여 가압력을 제어하는 경우보다도, 스패터의 발생을 신속하면서 또한 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 스패터가 발생하는 예조를 검출하도록, 상한 용접 전류 I_u와 하한 용접 전류 I_d에 의해 정해지는 범위 ΔI를 설정할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 각 코일 C1 내지 C4는 동일한 것이면서, 또한 상측 용접 전극 E10의 축(201)을 축으로 하는 4회 대칭의 관계를 갖는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 2개 이상(바람직하게는 3개 이상)의 코일을, 상측 용접 전극 E10의 측방에 있어서, 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 상태에서, 상측 용접 전극 E10을 주회하는 방향을 따라 간격을 갖도록 배치하고 있으면, 반드시 이와 같이 할 필요는 없다. 코일의 수는 4가 아니어도 되고, 각 코일의 크기, 방향 및 권회수 중 적어도 하나가 상이해도 되고, 각 코일이 상측 용접 전극 E10의 축(201)을 축으로 하는 회전 대칭의 관계가 되지 않아도 된다.

이상과 같은 경우, 코일의 코일면의 크기나 위치나 방향에 따라, 코일 C1 내지 C4마다, 코일 C1 내지 C4의 유도 기전력에 승산하는 보정 계수를 설정할 수 있다. 예를 들어, 코일의 크기가 상이한 경우, 기준의 크기 코일과, 실제로 사용하는 코일 각각을 사용하여, 코일의 크기 이외는 동일 조건에서 저항 스폿 용접을 행하고, 이 코일의 유도 기전력을 측정하고, 측정된 코일의 유도 기전력의 비를 상기 보정 계수로 할 수 있다. 코일의 방향이 상이하거나, 회전 대칭의 관계가 되지 않거나 하는 경우에도, 코일의 크기가 상이한 경우와 마찬가지로 보정 계수를 정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상측 용접 전극 E10에 대하여 코일 C1 내지 C4를 배치하는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 상측 용접 전극 E10에 대하여 코일 C1 내지 C4를 배치하는 것 외에도, 또는 대신에, 하측 용접 전극 E20에 대하여 코일 C1 내지 C4를 배치해도 된다. 상측 용접 전극 E10에 대하여 배치하는 코일과, 하측 용접 전극 E20에 대하여 배치하는 코일에서, 코일의 수, 크기, 방향 및 권회수 모두가 동일해지도록 해도 되고, 이들 중 적어도 하나가 상이해지도록 해도 된다. 또한, 하측 용접 전극 E20에 대하여 배치하는 각 코일이, 하측 용접 전극 E20의 축을 축으로 하는 회전 대칭의 관계가 되지 않아도 된다. 또한, 코일 C1 내지 C4 대신에, 홀 소자 등의 다른 그 지방 계측 기기를 사용하여 용접 전류에 의해 발생하는 자장을 계측해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 각 코일 C1 내지 C4에 대응하는 영역의 용접 전류를 도출하고, 도출된 용접 전류의 크기 중 적어도 하나가 범위 ΔI로부터 벗어나 있는지 여부를 판정하는 경우를 예로 들어 설명했다. 이밖에, 예를 들어 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ 중 적어도 하나가, 미리 설정된 범위로부터 벗어나 있는지 여부를 판정해도 된다. 이 범위는, 예를 들어 스패터가 발생하는 경우나, 스패터가 발생할 징후가 보이는 경우에, 각 코일 C1 내지 C4에 있어서의 자속량 φ이 어떤 값을 나타내는지를 미리 조사하고, 조사된 자속량 φ로부터 정할 수 있다. 이와 같이 한 경우, 예를 들어 자속량 φ의 미리 설정된 범위로부터의 어긋남량과, 용접 전류의 크기의 변경량(저감량)의 관계를, 코일 C1 내지 C4마다 미리 설정해 둔다. 미리 설정된 범위 내에 없는 자속량 φ을 나타내는 코일에 대하여 설정된 상기 관계로부터, 용접 전류의 크기의 변경량을 결정하고, 결정된 변경량에 따라, MERS(410)의 동작 주파수를 변경할 수 있다. 기타, 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력, 혹은 각 코일 C1 내지 C4에 발생하는 유도 기전력의 차의 최댓값에 기초하여, MERS(410)의 동작 주파수를 변경할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, MERS(410)를 사용하여, 용접 전류의 크기를 변경하는 경우를 예로 들어 설명했다. MERS(410)를 사용하면, 전술한 바와 같이 소프트 스위칭을 실현하거나, 응답 속도를 빨리하거나, 다양한 파형을 생성하거나 할 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 용접 전류의 크기(상측 용접 전극 E10, 금속판 M10, 금속판 M20 및 하측 용접 전극 E20에 부여하는 전력)를 변경할 수 있는 전원 회로이면, 반드시 MERS를 사용할 필요는 없다. 예를 들어, 주파수를 변경하여 전류의 크기를 변경할 수 있는, 공지의 인버터 회로를 사용해도 된다. 또한, 사이리스터를 사용한 위상 제어를 행하면, 단상 교류 전원 회로를 사용할 수도 있다. 또한, 직류 전원 회로를 사용할 수도 있다. 상측 용접 전극 E1의 내부에 있어서 용접 전류의 분포가 발생하면, 직류 전류라도, 전술한 바와 같이 각 코일 C1 내지 C4를 관통하는 자속량이 시간 변화하기 때문이다.

[제3 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 상기 제2 실시 형태에서는, 금속판 M10의 상방(또는 금속판 M20의 하방)에 코일 C1 내지 C4를 배치하는 경우를 예로 들어 설명했다. 이에 반하여, 본 실시 형태에서는, 금속판 M10 및 M20에 2개의 코일을 주회시킨다. 이와 같이 본 실시 형태와 상기 제2 실시 형태에서는, 코일의 수, 구성 및 배치가 주로 상이하다. 따라서, 본 실시 형태의 설명에 있어서, 상기 제2 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는, 도 6 내지 도 14에 부여한 부호와 동일한 부호를 부여하거나 하여, 상세한 설명을 생략한다.

도 15a 및 도 15b는 코일 C5 및 C6의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.

구체적으로 도 15a는 금속판 M10, 상측 용접 전극 E10, 코일 C5 및 코일 C6을, 상측 용접 전극 E10이 배치되어 있는 측으로부터, 금속판 M10의 법선 방향을 따라 본 도면이다. 도 15b는 금속판 M10, 금속판 M20, 상측 용접 전극 E10, 하측 용접 전극 E20, 코일 C5 및 코일 C6을, 도 15a의 화살표선 D를 따라 본 도면이다. 도 15b에 있어서는, 코일 C6은 코일 C5와 상측 용접 전극 E10에 가려 보이지 않는다.

코일 C5 및 C6은, 각각 용접 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 상태에서, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20의 측 주위면의 주위 방향을 따르는 제5 및 제6 위치(206 및 207)(상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20의 측 주위면을 축(201)을 따라 2등분한 위치)에 대하도록, 금속판 M10 및 M2와 간격을 갖고 금속판 M1 및 M2에 주회된다(권회된다).

구체적으로 말하면, 도 15a 및 도 15b에 도시하는 예에서는, 코일 C5 및 C6은, 동일한 것이다. 또한, 도 15a에 도시한 바와 같이, 코일 C5 및 C6은, 상측 용접 전극 E10의 축(201)(이 축(201)은 하측 용접 전극 E20의 축과 일치한다)을 축으로 하는 2회 대칭의 관계가 되는 위치에 배치된다. 여기서, 코일 C5 및 C6은, 가급적 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20에 가까운 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

코일 C5 및 C6의 권회수는, 도 15a 및 도 15b에 도시하는 바와 같이 「1」이 아니어도 되고, 「2」 이상이어도 되는 것은, 상기 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같다. 또한, 코일의 수, 크기, 방향 및 권회수 중 적어도 하나가 상이해도 되고, 각 코일이 회전 대칭의 위치에 없어도 된다. 단, 적어도 2개의 코일은, 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20을 통하여 서로 대향하는 위치에 배치되도록 한다. 상측 용접 전극 E10 및 하측 용접 전극 E20을 통하여 서로 대향하는 위치에 배치되어 있으면, 코일 C5 및 C6 외에도 또는 대신에, 코일 C5 및 C6의 각각과 직교하도록 코일을 금속판 M1 및 M2에 대하여 코일을 주회시켜(권회해)도 된다.

그 밖에 대해서는, 상기 제2 실시 형태의 설명에 있어서, 코일의 수가 「4」로부터 「2」가 되는 것에 기인하는 구성 및 동작이 상이한 것뿐이므로, 상세한 설명을 생략한다.

이상과 같이 해도, 전술한 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태에서 설명한 다양한 변형예를 채용할 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 제2 및 제3 실시 형태 중 제어부(510)가 행하는 처리는, 컴퓨터가 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 및 상기 프로그램 등의 컴퓨터 프로그램 프로덕트도 본 발명의 실시 형태로서 적용할 수 있다. 기록 매체로서는, 예를 들어 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, 자기 테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등을 사용할 수 있다.

[제4 실시 형태]

이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 상기한 제1 실시 형태와 비교하여, 제4 실시 형태에 관한 저항 스폿 용접 시스템(1B)은, 저항 스폿 용접기(800)가, 압력 조절부(900)를 구비하고 있는 점이 상이하다. 이로 인해, 구성 등에 대해서는 상기 제1 실시 형태에서 설명한 도면 및 관련된 기재를 원용하여 동일 부호를 사용하고, 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 저항 스폿 용접 시스템 및 저항 스폿 용접 방법은, 중첩된 금속판에 대한 고주파 전류의 통전 중에, 금속판과 금속판의 접촉 영역에 압력을 가하고, 이 압력을, 통전 종료까지 서서히 높여 가는 것을 특징으로 한다.

본 실시 형태의 스폿 용접 조인트는, 본 실시 형태의 저항 스폿 용접 방법에 의해 형성한 스폿 용접 조인트이며, 금속판과 금속판의 접촉 영역의 외주부에 용융 응고 조직이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 16은 제4 실시 형태의 저항 스폿 용접 시스템의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 압력 조절부(900)는, 용접 전극 E1 및 E2가, 판면이 서로 중첩된 복수의 금속판 M1 및 M2를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 증감시킨다. 예를 들어, 압력 조절부(900)는, 용접 전극 E1 및 E2가 도 16의 A 방향 및 B 방향으로부터 금속판 M1 및 M2를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 증감시킨다.

도 17a에 제4 실시 형태에 있어서의 통전 패턴을 나타낸다. 또한, 도 17b에, 용접 전극 E1 및 E2의 금속판 M1 및 M2에 대한 가압 또는 전극 압입량의 패턴의 제휴를 나타낸다.

중첩된 금속판 M1 및 M2를 용접 전극 E1 및 E2 사이에 두고, 압력 P₀으로 가압한다. 금속판 M1 및 M2를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 가압 개시 시점 t₀부터 서서히 증대시켜, t₁(>t₀)의 시점에서, 용접 전극 E1 및 E2에 대한, 전류값(실효값) I의 고주파의 통전을 개시하고, t₂(>t₁)까지 통전을 계속한다(도 17a 참조). 여기서, t₁부터 t₂까지 동안에, 금속판 M1 및 M2를 끼움 지지하는 끼움 지지력, 즉 중첩된 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역을 가압하는 압력을 t₁ 시점의 P₀'부터 P₁까지 서서히 증대시킨다. 통전 종료(t₂) 후는 압력 P₁을 t₃(>t₂)까지 유지하고, 금속판 M1 및 M2의 용융부의 응고를 완료시킨 후, 스폿 용접을 종료한다.

도 17b에서는, t₁부터 t₂까지 동안에 있어서의 P₀'부터 P₁까지의 가압 또는 전극 압입량의 패턴을 점선으로 나타냈지만, 이 동안의 가압 패턴은, 직선에 한정되지 않는다. 위로 볼록한 곡선이어도 되고, 아래로 볼록한 곡선이어도 되고, 스텝상으로 가압력을 증대시켜도 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 용접 전극에 고주파 전류를 통전하고 있는 동안, 용접 전극 E1 및 E2의 가압력 또는 변위를 서서히 높이는 것이 중요하다. 도 19a 및 도 19b에 도시한 바와 같이, 중첩된 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역(1c)을 용접 전극 E1 및 E2 사이에 두고 가압하고, 이 가압력 또는 변위량을 서서히 높임으로써, 금속판 M1 및 M2 사이의 접촉 직경이 서서히 증대한다. 금속판 M1 및 M2 사이의 접촉 직경을 증대시키기 위해서는, 용접 전극 E1 및 E2의 각각의 선단 형상이 볼록형으로 되어 있는 것이 필요하다. 통상 사용되고 있는, 시판되고 있는 R 전극, DR 전극을 적합하게 사용할 수 있다.

고주파 통전에서는, 금속판 사이의 접촉 영역의 외주에 전류가 집중되므로, 금속판 사이의 접촉 직경이 커져 가는 과정에서, 접촉 영역의 외주가 발열되어 용융되어 감으로써 용융부가 확대된다. 이 용융부의 확대, 즉 용융부의 외경의 확대가 CTS의 향상을 가져온다. 이 용융부의 거동과, CTS의 향상의 관련에 대해서는, 후술한다.

도 18a에 본 실시 형태에 있어서의 다른 통전 패턴을 나타낸다. 또한, 도 18b에, 도 18a에 도시한 통전 패턴과 제휴시키는 가압 패턴을 나타낸다. 기본적으로는, 도 17a 및 도 17b에 도시하는 제휴와 동일하지만, 중첩된 금속판 M1 및 M2를 압력 P₂로 가압하고, 통전 개시의 t₁까지 그대로 유지하고 있다.

금속판 M1 및 M2를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 압력 P₂로 t₁까지 유지한 후, 용접 전극 E1 및 E2에 대한 전류값(실효값) I의 고주파의 통전을 개시하고, t2까지 통전을 계속한다(도 18a 참조). t₁부터 t₂까지 동안에, 중첩된 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역을 가압하는 압력을 t₁ 시점의 P₂부터 P₃까지 증대시키고, 통전 종료(t₂) 후는 압력 P₃을 t₃까지 유지하고, 금속판 M1 및 M2의 용융부의 응고를 완료시킨 후, 스폿 용접을 종료한다.

도 18b에서는 t₁ 내지 t₂의 사이에 있어서의 P₂부터 P₃까지의 가압 패턴을 점선으로 나타냈지만, 이 동안의 가압 패턴은, 직선에 한정되지 않는다. 위로 볼록한 곡선이어도 되고, 아래로 볼록한 곡선이어도 되고, 스텝상으로 가압력을 증대시켜도 된다. 도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 있어서, t₀부터 t₁까지의 가압 처리는, 금속판 M1 및 M2끼리를 접촉시키기 위하여 행하여진다. 또한, t₂부터 t₃까지의 가압 처리는, 용접된 금속판 M1 및 M2를 가압 하에서 냉각시키기 위하여 행하여진다.

도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에서는, 금속판 M1 및 M2에 흐르게 하는 고주파 전류의 주파수가 일정한 경우를 나타냈지만, 고주파 전류의 주파수는, 통전 중 금속판의 접촉 영역의 외주부에서의 발열량을 고려하여 변경해도 된다. 금속판 M1 및 M2에 흐르게 하는 고주파 전류의 주파수 변경은, 제어부(500)를 사용하여 MERS(400)를 제어함으로써 행하여진다. 고주파 전류의 주파수를 변경함으로써, 용융 영역의 범위, 발열 분포 등의 특성을 조정할 수 있다.

금속판 M1 및 M2에 흐르게 하는 고주파 전류의 주파수는 특별히 한정되지 않지만, 표피 효과에 의한 전류 집중을 효율적으로 행할 수 있는 15㎑ 이상이 바람직하고, 한편, 전원 용량을 별로 크게 하지 않기 때문에 100㎑ 이하가 바람직하다.

중첩된 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역을 가압하는 압력은, 특별히 한정되지 않는다. 금속판 M1 및 M2의 강도, 두께, 부재 형상 등을 고려하여, 적절히, 용접시키는 부분이 접촉하도록 설정한다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서, 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역의 외주부에 형성되는 용융부의 거동과, CTS의 향상의 관련에 대하여 설명한다.

도 20a 내지 도 20d에, 금속판 M1 및 M2의 접촉 영역의 외주부에 형성된 용융부(검은 부분)가 확대되는 과정을 모식적으로 도시한다. 이것은 도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 도시한 시간 t₁부터 t₂ 또는 t₃에 걸쳐 일어나는 현상이다. 도 20a는 통전 초기의 용융부(2)(검은 부분)를 나타내고, 도 20b 및 도 20c는 용융부(검은 부분)가 확대되어 가는 도중의 용융부(2a 및 2b)(검은 부분)를 나타내고, 도 20d는 확대된 용융부가 최종적으로 응고된 응고 조직(3)(검은 부분)을 나타낸다.

중첩된 금속판 M1 및 M2를 용접 전극 E1 및 E2 사이에 두고, 접촉 영역(1c)을 형성하고, 접촉 영역(1c)에 고주파 전류를 통전한다. 접촉 영역(1c)에 고주파 전류를 통전하면, 전류의 표피 효과로 접촉 영역(1c)의 단부가 발열되어, 이 단부가 용융되어, 접촉 영역(1c)의 외주부에 용융부(2)가 생성된다.

용융부(2)가 생성된 후, 도 17b 및 도 18b에 도시한 바와 같이, 접촉 영역(1c)에 가하는 압력을 서서히 증대시키면, 도 20b에 도시한 바와 같이 용융부(2)의 외경이 확대되고, 접촉 영역(1c)의 외주부에 외경이 확대된 용융부(2a)가 형성된다.

접촉 영역(1c)에 가하는 압력을 더욱 증대시키면, 용융부(2a)의 외경은 더욱 확대되어, 도 20c에 도시한 바와 같이 접촉 영역(1c)의 외주부에 외경이 더 확대된 용융부(2b)가 형성된다.

또한, 접촉 영역(1c)에 가하는 압력을 높이면서 통전해 가면, 용융부(2)는, 도 20d에 도시한 바와 같이, 외경이 확대할 뿐만 아니라, 내측으로의 전열에 의해 내경이 축소되고, 금속판 M1 및 M2의 융착 면적이 증대된다.

이와 같이, 통전 종료까지, 접촉 영역(1c)에 가하는 압력을 증대시키면, 용융부(2b)의 외경은, 더욱 확대되면서, 또한 금속판 M1 및 M2와의 융착 면적이 증대되고, 응고된다. 그 결과, 도 20d에 도시한 바와 같이 금속판 M1 및 M2 사이의 접촉 영역(1c)의 외주부에, 금속판 M1 및 M2와의 융착 면적이 크면서, 또한 외주의 길이가 긴 용융 응고 조직(3)을 갖는 용접 조인트를 얻을 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서, TSS가 향상되면서, 또한 CTS가 현저하게 향상된 스폿 용접 조인트를 얻을 수 있다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

(실시예 1) 표 1에 나타내는 강판의 조합으로, 도 18a 및 도 18b에 도시하는 통전 패턴과 가압 패턴의 제휴를 사용하여, 표 2에 나타내는 용접 조건에서 스폿 용접을 행했다. 이 스폿 용접에 의해 강판과 강판의 접촉 영역의 외주부에 형성된 너깃의 외경을 측정함과 함께, TSS와 CTS를 측정했다. 스폿 용접 전극에는 Cu-Cr 합금, 전극 선단 직경 8㎜, 전극 선단의 곡률 반경 40㎜의 R형 전극을 사용했다. 여기에서는, 도 17a, 도 17b, 도 18a 및 도 18b에 있어서의 t₀을 0(s)로 했다. 결과를, 표 2에 아울러 나타낸다.

본 실시 형태에서는, 전원 장치로서, MERS를 사용하는 예를 설명했다. MERS를 사용하면, 전술한 바와 같이 소프트 스위칭을 실현하고, 응답 속도를 빠르게 하여, 다양한 파형을 생성할 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 용접 전류의 크기, 주파수 등을 변경할 필요가 없으면, 반드시 MERS를 사용할 필요는 없다. 예를 들으며, MERS 대신에, 저항 스폿 용접기를 통전하는 것이 가능한 공지의 전원 장치를 사용해도 된다.

이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 십자 인장력(CTS)이 현저하게 향상된 스폿 용접 조인트를 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태는, 스폿 용접을 조립 수단으로서 사용하는 산업, 예를 들어 자동차 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

이상 설명한 제4 실시 형태에서는, 이하를 채용하고 있다.

(1) 본 실시 형태에 관한 스폿 용접 방법은, 중첩된 강판의 스폿 용접 방법에 있어서, 선단이 볼록형의 형상을 한 전극을 사용하여, 중첩된 강판을 가압하고, 계속해서, 고주파 전류를 통전하고, 통전 중에, 강판과 강판의 접촉 영역을 가압하고, 해당 가압력을, 통전 종료까지 서서히 높여 가, 통전을 종료한 후, 가압력을 제로로 한다.

(2) 상기 (1)의 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 고주파 전류의 통전 중에, 고주파 전류의 주파수를 변경한다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 스폿 용접 방법에 있어서, 상기 고주파 전류의 주파수가 15㎑ 이상 100㎑ 이하이다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 스폿 용접 방법으로 형성한 스폿 용접 조인트이며, 강판과 강판의 접촉 영역의 외주부에 용융 응고 조직이 형성되어 있다.

이상으로 설명한 본 발명의 각 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않으며, 이들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안 되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다.

<산업상 이용가능성>

본 발명의 일 형태에 관한 전원 장치에 의하면, 피가공재의 재질이나 형상에 따른 적절한 가공 조건에 의한 통전 가공을 통전 가공 장치에 행하게 할 수 있으므로, 피가공재의 특성(예를 들어 저항 스폿 용접이면, 용접부에 있어서의 조인트 강도 등)을 향상시키는 것이 가능해진다.

1, 1A, 1B: 저항 스폿 용접 시스템
100, 110: 교류 전원
200, 210: 정류기
300, 310: 직류 리액터
400, 410: MERS
500, 510: 제어부
511: 자속량 분포 도출부
512: 용접 전류 분포 도출부
513: 판정부
514: 회로 제어부
600, 610: 교류 인덕턴스
700, 710: 변류기
800, 810: 저항 스폿 용접기
900: 압력 조절부
910: 전압 검출부
C1 내지 C6: 코일
E1, E2, E10, E20: 용접 전극
M1, M2, M10, M20: 금속판
1c: 접촉 영역
2, 2a, 2b: 용융부
3: 용융 응고 조직

Claims

피가공재를 통전 가공하는 통전 가공 장치에 출력 전류를 공급하는 전원 장치이며,
제1 전원과;
상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 받아 상기 출력 전류로 변환하는 자기 에너지 회생 스위치와;
상기 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에, 상기 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 1㎑ 이상 또한 1주기 이상의 제1 통전 주파수 및 1㎑ 이상 또한 1주기 이상의 제2 통전 주파수를 포함하도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는 제어부와;
상기 자기 에너지 회생 스위치에 의해 출력된 상기 출력 전류의 전류값을, 상기 통전 가공에 필요한 전류값으로 변환하여, 상기 통전 가공 장치에 출력하는 변류기를 구비하고,
상기 제어부는 상기 출력 전류의 극성이 연속적으로 변화하도록 상기 통전 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 1회의 통전 가공 시간이 1초 이하인,
것을 특징으로 하는 전원 장치.
피가공재를 통전 가공하는 통전 가공 장치에 출력 전류를 공급하는 전원 장치이며,
제1 전원과;
상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 받아 상기 출력 전류로 변환하는 자기 에너지 회생 스위치와;
상기 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에, 상기 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는 제어부를
구비하고,
상기 통전 가공 중의 상기 통전 주파수가, 상기 자기 에너지 회생 스위치의 출력단으로부터 본 상기 통전 가공 장치측의 인덕턴스와, 상기 자기 에너지 회생 스위치가 갖는 콘덴서의 커패시턴스에 의해 정해지는 공진 주파수 이하인,
것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항에 있어서, 상기 자기 에너지 회생 스위치가,
제1 역도통형 반도체 스위치와 제4 역도통형 반도체 스위치가 스위치 오프 시의 도통 방향을 서로 역방향으로 하여 제1 경로에 직렬로 배치됨과 함께, 제2 역도통형 반도체 스위치와 제3 역도통형 반도체 스위치가 스위치 오프 시의 도통 방향을 서로 역방향으로 하여 제2 경로에 직렬로 배치되며 또한 상기 제1 역도통형 반도체 스위치와 상기 제3 역도통형 반도체 스위치의 스위치 오프 시의 도통 방향이 서로 동일한 브리지 회로와,
상기 제1 경로의 영역 중 상기 제1 역도통형 반도체 스위치와 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 사이의 영역과, 상기 제2 경로의 영역 중 상기 제2 역도통형 반도체 스위치와 상기 제3 역도통형 반도체 스위치 사이의 영역 사이에 접속된 콘덴서를 갖고, 또한,
상기 제1 전원과, 상기 통전 가공 장치 사이에 배치되고;
상기 제어부가,
상기 제1 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제3 역도통형 반도체 스위치와, 상기 제2 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 중 적어도 어느 한쪽의 온 시간과 오프 시간을 제어함으로써, 상기 통전 주파수를, 상기 1회의 통전 가공 시간 내에 제어하거나, 혹은,
상기 제1 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제3 역도통형 반도체 스위치와, 상기 제2 역도통형 반도체 스위치 및 상기 제4 역도통형 반도체 스위치 중 적어도 어느 한 쪽의, 온 시간과 오프 시간과 상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 제어함으로써, 상기 통전 주파수와 상기 출력 전류의 전류값을, 상기 1회의 통전 가공 시간 내에 각각 제어하는
것을 특징으로 하는 전원 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전원 장치와;
상기 전원 장치로부터 출력된 상기 출력 전류를, 상기 피가공재인 복수의 피통전재 사이의 접촉 영역에 통전하여, 상기 접촉 영역을 통전 가열함으로써 상기 복수의 피통전재 사이를 접합하는, 상기 통전 가공 장치인 접합 장치를
구비하는 것을 특징으로 하는 접합 시스템.
피가공재를 통전 가공하는 통전 가공 장치에 출력 전류를 공급하는 전원 장치이며,
제1 전원과;
상기 제1 전원으로부터 공급되는 전류를 받아 상기 출력 전류로 변환하는 자기 에너지 회생 스위치와;
상기 통전 가공 장치에 의한 1회의 통전 가공 시간 내에, 상기 출력 전류의 통전 주파수가 서로 상이한 제1 통전 주파수 및 제2 통전 주파수를 포함하도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는 제어부를
구비하는 전원 장치와;
상기 전원 장치로부터 출력된 상기 출력 전류를, 상기 피가공재인 복수의 피통전재 사이의 접촉 영역에 통전하여, 상기 접촉 영역을 통전 가열함으로써 상기 복수의 피통전재 사이를 접합하는, 상기 통전 가공 장치인 접합 장치를
구비하고,
상기 접합 장치가,
제1 전극과;
상기 제1 전극과 대향하여 배치되고, 상기 제1 전극과의 사이에 상기 복수의 피통전재를 끼움 지지하는 제2 전극과;
상기 제1 전극과, 상기 복수의 피통전재와, 상기 제2 전극을 흐르는, 상기 전원 장치로부터 출력된 상기 출력 전류에 의해 발생하는 자속이 관통하는 복수의 코일을
구비하고,
상기 제어부가, 상기 전원 장치로부터 출력되는 상기 출력 전류의 상기 통전 주파수를, 상기 자속에 의해 상기 복수의 코일에서 발생하는 기전력에 따라 변화시키도록, 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는,
것을 특징으로 하는 접합 시스템.
제6항에 있어서, 상기 복수의 코일이, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 적어도 어느 한 쪽에 대하여, 이들 제1 전극 및 제2 전극 사이와 동축을 이루는 중심축선의 주위 상의 서로 상이한 위치에 배치되어 있는,
것을 특징으로 하는 접합 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제어부가, 상기 복수의 코일에서 발생하는 기전력 중 적어도 하나가, 미리 설정된 범위로부터 벗어나 있다고 판정하면, 상기 미리 설정된 범위로부터의 어긋남량에 따른 값만큼, 상기 출력 전류가 증감되도록 상기 자기 에너지 회생 스위치를 제어하는,
것을 특징으로 하는 접합 시스템.
제6항에 있어서, 상기 복수의 코일이, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 서로 대향하고, 상기 복수의 피통전재에 권회되어 있는,
것을 특징으로 하는 접합 시스템.
제5항에 있어서, 상기 접합 장치가, 상기 복수의 피통전재 사이를 끼움 지지하는 끼움 지지력을 증감시키는 압력 조절부를 구비하는,
것을 특징으로 하는 접합 시스템.
피가공재에 따른 통전 가공 조건을 준비하는 준비 공정과;
상기 통전 가공 조건에 따라, 상기 피가공재의 1회의 통전 가공 시간 내에, 1㎑ 이상 또한 1주기 이상의 제1 통전 주파수를 갖는 출력 전류를 상기 피가공재에 부여하고, 또한 상기 제1 통전 주파수와 상이한 1㎑ 이상 또한 1주기 이상의 제2 통전 주파수를 갖는 출력 전류를 상기 피가공재에 부여하는 통전 가공 공정을 가지며,
상기 통전 가공 공정은, 상기 출력 전류의 극성이 연속적으로 변화하도록 상기 제1 및 제2 통전 주파수를 제어하며, 상기 출력 전류의 전류값을 변류기에 의해 상기 통전 가공에 필요한 전류값으로 변환하여, 상기 피가공재에 부여하는 것을 특징으로 하는 통전 가공 방법.
제11항에 있어서, 상기 통전 가공 공정이, 상기 피가공재에 부여되는 상기 출력 전류에 의해 발생하는 자속에 기초하는 기전력의 변화에 따라, 상기 출력 전류를 증감시키는 공정을 갖는
것을 특징으로 하는 통전 가공 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 통전 가공 공정이,
상기 피가공재인 복수의 피통전재를 끼움 지지하여 접촉 영역을 형성하는 공정과;
상기 접촉 영역에 상기 출력 전류를 통전하여 통전 가열하는 공정과;
상기 복수의 피통전재에 부여하는 끼움 지지력을 증감시키는 공정을
갖는 것을 특징으로 하는 통전 가공 방법.