抵抗溶接の評価方法、抵抗溶接機の制御方法、抵抗溶接機の制御装置、および抵抗溶接機
【課題】簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができる抵抗溶接機を提供する。
【解決手段】抵抗溶接機は、複数からなるの被溶接材Ｗを加圧する電極１、２と、電源装置３と、被溶接材Ｗを良好に接合させるよう制御するための制御装置４とを備えている。制御装置４は、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗの接合状態の良否を判定し、被溶接材Ｗの接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するタイマ６とを備えている。
【解決手段】抵抗溶接機は、複数からなるの被溶接材Ｗを加圧する電極１、２と、電源装置３と、被溶接材Ｗを良好に接合させるよう制御するための制御装置４とを備えている。制御装置４は、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗの接合状態の良否を判定し、被溶接材Ｗの接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するタイマ６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接の評価方法、抵抗溶接機の制御方法、抵抗溶接機の制御装置、および抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接などの抵抗溶接においては、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する。このような抵抗溶接を行うための抵抗溶接機は一般に、被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給するための電源装置などの手段とを備えている。
【０００３】
このような抵抗溶接においては、一般に複数の被溶接材を重ねあわせ、これらの被溶接材を電極で加圧し、電極を介して電源装置から被溶接材に電流を供給することにより、被溶接材の間に、最初に被溶接材が溶融するまでには至ることなく軟化して圧接された圧接部が形成され、この圧接部が拡がりながら圧接部の内部がさらにジュール加熱されることにより溶融した溶融部が形成され、通電を停止して溶融部が凝固するとナゲットが形成され、被溶接材が互いに接合されることとなる。被溶接材が適切に接合されるためには、例えば被溶接材の厚さなどに応じた適切な径のナゲットを形成する必要がある。このように被溶接材を適切に接合するためには、図１４の（Ａ）に「外乱無し」で示したように、電極１、２によって被溶接材Ｗ１、Ｗ２を適切に加圧するなどして互いに密着させ、適切な通電面積を確保し、適切な電流密度とすることが必要である。
【０００４】
これに対して、図１４（Ｂ）に「板隙有り」で示したように、重ね合わせた被溶接材Ｗ１、Ｗ２の加圧が不足するなどして外乱の一つである所謂板隙が発生した場合には、被溶接材Ｗの通電面積が小さくなり、その結果、電極１、２から供給される電流密度が高くなって、圧接部の形成が充分でない状態で溶融部が形成され、圧接部の径（圧接径）が溶融部の径（溶融径）と略同じとなり、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生し、充分な径のナゲットが形成されないことから接合強度が不足し、さらには、飛び散ったチリが被溶接材Ｗに付着するなどして周囲を汚損することとなる。
【０００５】
また、電極１、２が損耗したり適切な形状に整形されていないなどの外乱により、通電面積が大きくなった場合には、電極１、２の電流密度が低下した状態となることから、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れる。一方、被溶接材Ｗに対する電極１、２の通電は、一般に、通電を開始してから規定時間経過後に遮断される。そのため、被溶接材の間に充分な径でナゲットを形成することができず、その結果、接合強度が不足したり、被溶接材Ｗ１、Ｗ２が接合されるに至らず所謂ハガレが発生することとなる。
【０００６】
ところで抵抗溶接は、互いに接合する被溶接材の間にナゲットが形成されるため、このナゲットを直接観察することは困難である。そのために、抵抗溶接による接合状態を評価するための関連する従来の技術として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１は、スポット溶接により形成された溶接部の評価方法に関するものである。
【０００７】
特許文献１には、スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求め、該平均値に対する前記最大値を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とする鋼板のスポット溶接性評価方法が開示されている。
【０００８】
すなわち、特許文献１では、鋼板のスポット溶接性を評価するための指標として、通電の開始時点からの４０ｍｓまでの間の電極間の電気抵抗値と、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値とを用いている。そして、特許文献１では、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値を求めることから、溶接が完了してからその評価を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３３４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１にあっては、溶接が完了してからその評価を行うものであるため、その溶接を行っている途中で被溶接材の接合状態の良否を判定することができなかった。そのため、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献１にあっては、通電の開始時点からの４０ｍｓまでの間の電極間の電気抵抗値と、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値とを判定の指標として用いて鋼板のスポット溶接性を評価するものであるため、板隙だけでなく電極の損耗などの外乱が生じている場合には、評価結果にバラツキが生じることとなり、また、通電の開始時点を始点としているため、実際の被溶接材の溶融が遅れるなどした場合には、接合状態を正確に評価することができないなどの問題もあった。
【００１２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定することができる抵抗溶接の評価方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができる抵抗溶接機の制御方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができる抵抗溶接機の制御装置、および抵抗溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の抵抗溶接の評価方法に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップとを備えることを特徴とするものである。
請求項２の抵抗溶接機の制御方法に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップとを備えることを特徴とするものである。
請求項３の抵抗溶接機の制御装置に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段とを備えていることを特徴とするものである。
請求項４の抵抗溶接機に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、請求項３に記載の制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップとを備えるという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定することが可能な抵抗溶接の評価方法を提供することができる。
請求項２の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップとを備えるという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更して、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機の制御方法を提供することができる。
請求項３の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段とを備えたという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更してその接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機の制御装置を提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項３に記載された制御装置を抵抗溶接機に設けたという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更して、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機を提供することができる。
【００１５】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（７）項が請求項２に相当し、（１３）項が請求項３に相当し、（１９）項が請求項４に相当する。
【００１６】
（１） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法。
【００１７】
(１)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。
【００１８】
（２） 被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（１）項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００１９】
(２)項に記載の発明では、(１)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知することができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定することができる。
【００２０】
（３） 被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算することにより、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（１）項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２１】
（３）項の発明では、（１）項に記載の発明において、通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知することができる。
【００２２】
（４） 前記検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングは、交流電流を電極から被溶接材に通電させ、該通電開始からのサイクル数とし、該サイクル数により両タイミングを比較することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２３】
(４)項に記載の発明では、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを容易に数値化して比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００２４】
（５） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２５】
(５)項に記載の発明では、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。
【００２６】
（６） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２７】
（６）項に記載の発明では、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。
【００２８】
（請求項２）
（７） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【００２９】
(７)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００３０】
（８） 被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（７）項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３１】
(８)項に記載の発明では、(７)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定することができる。
【００３２】
（９） 被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算することにより、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（７）項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３３】
（９）項の発明では、(７)項に記載の発明において、通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００３４】
（１０） 前記検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングは、交流電流を電極から被溶接材に通電させ、該通電開始からのサイクル数とし、該サイクル数により両タイミングを比較することを特徴とする（７）〜（９）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３５】
(１０)項に記載の発明では、（７）〜（９）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを容易に数値化して比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００３６】
（１１） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測することを特徴とする（７）〜（１０）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３７】
(１１)項に記載の発明では、（７）〜（１０）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、このチリが発生すること予測された場合に、溶接を完了するまでにチリ発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件の変更には、電極を介して被溶接材に通電する電流値を低下させたり、電極による被溶接材の加圧力を増加させることができる。
【００３８】
（１２） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（７）〜（１１）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３９】
（１２）項に記載の発明では、（７）〜（１１）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、この接合不良が発生することが予測された場合に、溶接を完了するまでに接合不良の発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件の変更には、電極を介して被溶接材に通電する電流値を増加させたり、通電時間を延長することができる。
【００４０】
（１３） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段と
を備えていることを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【００４１】
(１３)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるように抵抗溶接機を制御することができる。
【００４２】
（１４） 前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出するものであることを特徴とする（１３）項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４３】
(１４)項に記載の発明では、(１３)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出する。そのため、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定するものとすることができる。
【００４４】
（１５） 前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算するものであることを特徴とする（１３）項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４５】
（１５）項の発明では、(１３)項に記載の発明において、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段が通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００４６】
（１６） 電極から被溶接材に通電させる電流が交流電流であり、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、通電開始から被溶接材の溶融開始するまでのサイクル数を検知するものであり、
前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、前記検知された被溶接材の溶融開始のサイクル数と、予め定められた被溶接材の溶融開始のサイクル数との比較に基づいて基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するものであることを特徴とする（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４７】
(１６)項に記載の発明では、（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを数値化して前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段が容易に比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００４８】
（１７） 前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測するものであることを特徴とする（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４９】
(１７)項に記載の発明では、（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載の発明において、前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測する。そして、このチリが発生すること予測された場合に、溶接条件を変更する手段は、溶接を完了するまでにチリ発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件を変更する手段は、電極を介して被溶接材に通電する電流値を低下させたり、電極による被溶接材の加圧力を増加させるものとすることができる。
【００５０】
（１８） 前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（１３）〜（１７）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００５１】
（１８）項に記載の発明では、（１３）〜（１７）のいずれか１項に記載の発明において、被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、この接合不良の発生が予測された場合に、溶接を完了するまでに接合不良の発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件を変更する手段は、電極を介して被溶接材に通電する電流値を増加させたり、通電時間を延長するものとすることができる。
【００５２】
（請求項４）
（１９） 被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、
（１３）〜（１８）のいずれか１項に記載の制御装置を設けたことを特徴とする抵抗溶接機。
【００５３】
（１９）項の発明では、（１３）〜（１８）のいずれか１項に記載の制御装置を設けたことにより、電極により被溶接材を加圧し、電流を供給する手段により電極に電流を供給する。このとき、制御装置は、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知し、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるように抵抗溶接機を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の制御装置を備えた抵抗溶接機の実施の一形態を説明するために示した概念図である。
【図２】本発明の抵抗溶接の評価方法の実施の一形態を説明するために示したフローチャートである。
【図３】図２で示したチリ発生の可能性がある場合の、溶融開始のタイミングを検出する超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図４】本発明の抵抗溶接機の制御方法の実施の一形態を説明するために示したフローチャートである。
【図５】図４で示したチリ発生の可能性があるために電流値を低下させた場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図６】本発明の抵抗溶接の評価方法の第２の実施の形態を説明するために示したフローチャートである。
【図７】図６で示した良好なナゲット径が形成されたと評価した場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図８】図７で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図９】図６で示した溶接開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図１０】図９で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の抵抗溶接機の制御方法の第２の実施の形態を説明するために示したフローチャートである。
【図１２】図１１で示した溶接開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅いために通電時間を延長させた場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図１３】図１２で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図１４】外乱無しの場合（Ａ）と外乱の一例として板隙有りの場合（Ｂ）の通電開始から通電中期までの状態を比較した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
最初に、本発明の抵抗溶接機と、その制御装置の実施の一形態を、図１に基づいて説明する。
本発明の抵抗溶接機は、複数Ｗ１、Ｗ２からなるの被溶接材Ｗを加圧する電極１、２と、この電極１、２に電流を供給する手段３と、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を良好に接合させるよう制御するための制御装置４とを備えており、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合するものであって、制御装置４は、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態の良否を判定する手段（後述する）、および、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段（後述する）を構成するタイマ６とを備えている。
【００５６】
被溶接材Ｗは、この実施の形態の場合、所定の厚さを有する板状のもので、この実施の形態では２枚の被溶接材Ｗ１、Ｗ２を重ね溶接する場合で説明する。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されることはなく、例えば３枚の板状の被溶接材Ｗを重ね溶接する場合などにも適用することができる。また、各被溶接材Ｗの材質は、特に限定されることはなく、互いに同種でも異種でもよく、また表面にメッキが施されたものであってもよい。
【００５７】
この実施の形態における電極は、一対１、２で構成されており、それぞれ棒状に形成されたもので、先端が互いに対向するように配置され、少なくとも一方１が他方２に対して近接・遠退するよう支持されており、相対的に近接することにより所定の力で被溶接材Ｗを加圧することができる。電極１、２の先端は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を所定の力で加圧したときに所定の面積で接するよう整形されている。
【００５８】
電極１、２には、電流を供給する手段（以下、電源装置という）３が接続されている。この実施の形態における電源装置３は、単相または三相の交流電流を所望の電流値で電極１、２に供給することができる。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されることはなく、直流電流を供給する電源装置とすることもできる。電源装置３は、制御装置４のタイマ６に接続されており、所定の電流値を所定の通電時間で電極１、２間に供給することができるよう制御される。この制御装置４による制御の内容については、後述する評価方法または制御方法で詳細に説明する。
【００５９】
この実施の形態における被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５は、超音波発信素子５１と、超音波受信素子５２と、超音波受信素子５２が受信した超音波波形を増幅させるアンプ５３と、超音波発信素子５１に所定の周波数で超音波を発信させるとともにアンプ５３を介することにより増幅された超音波波形を受信するパルサ／レシーバ５４と、パルサ／レシーバ５４に超音波発信の指示を出力するとともにタイマ６から出力された接合部の評価の結果を保存するコンピュータ５５とを備えている。
【００６０】
さらに、この実施の形態においては、電極１、２に供給される電流値と電圧値をそれぞれ検出する手段５６、５７を備えている。この電流値と電圧値を検出する手段５６、５７は、タイマ６に接続されている。タイマ６は、電極を介して被溶接材Ｗに投入された電流値と電圧値の時間積分である投入エネルギを算出する投入エネルギ算出部としても機能するよう構成されている。
【００６１】
次に、本発明の抵抗溶接の評価方法を、上述した制御装置４を有する抵抗溶接機を使用する場合によって、制御装置４の作動ともに図２〜図５に基づいて詳細に説明する。
本発明の抵抗溶接の評価方法は、概略、複数Ｗ１、Ｗ２からなるの被溶接材Ｗを電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合する抵抗溶接において、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態を評価するためのものであって、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知するステップＳ２と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較するステップＳ３（第１の実施の形態）またはＳ２０（第２の実施の形態）と、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗの接合状態の良否を判定するステップＳ５、Ｓ７（第１の実施の形態）、または、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２４（第２の実施の形態）とを含んでいる。
【００６２】
本発明の抵抗溶接の評価方法に関する第１の実施の形態を説明する。抵抗溶接を行うに際しては、最初に、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧する。この状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始する、つまり溶接を開始すると（図２のＳ１）、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合部分がジュール加熱されて、図１４の（Ａ）に参照されるように、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間に、最初に被溶接材Ｗ１、Ｗ２が溶融するまでには至ることなく軟化して圧接された圧接部が形成され、この圧接部が拡がりながら圧接部の内部がさらにジュール加熱されることにより溶融した溶融部が形成される。
【００６３】
このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知するステップ（図２のＳ２）を行う。この実施の形態においては、コンピュータ５５からパルサ／レシーバ５４に超音波発信の指示信号が出力され、パルサ／レシーバ５４が一方の電極１に設けられた超音波発信素子５１から超音波を発信させ、この実施の形態では被溶接材Ｗ１、Ｗ２を透過した超音波を他方の電極２に設けられた超音波受信素子５２で受信し、この受信した超音波の振幅をアンプ５３で増幅し、増幅された超音波の振幅をパルサ／レシーバ５４からタイマ６に送る。タイマ６では、パルサ／レシーバ５４から送られた超音波の振幅の時間経過に対して変化する波形を創生する。
【００６４】
ここで、図３は、電極１、２に供給された電流と、受信され増幅された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。なお、グラフにおける時間を秒（ｓ）で表記しているが、この実施の形態では、電極１、２に供給される電流が交流であり、被溶接材Ｗの溶融開始などのタイミングを交流電流のサイクルで、すなわち、例えば６０ヘルツの交流電流の場合には１／６０秒＝１サイクルで表すこととする。
【００６５】
溶接開始（＝通電開始）に伴って被溶接材Ｗがジュール加熱により溶融を開始すると、受信された超音波の振幅が低下することが知見されている。図３のグラフでは、例えば２サイクルで超音波の振幅が急激に低下している。そして、図３の破線の楕円内に示したように、その後の５．６サイクルでチリが実際に発生した。このチリの発生の原因は、図１４の（Ｂ）に示したように、板隙があることにより被溶接材Ｗの通電面積が小さくなって電極１、２から供給される電流密度が高くなることにある。
【００６６】
そこで、本発明のこの実施の形態においては、チリが実際に発生する直前のタイミングを、チリ発生を判定するためのしきい値となるチリ発生時溶融開始タイミングとして、この実施の形態の例では５サイクルに予め設定している。
【００６７】
再び図２に基づいて説明すると、Ｓ３では、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、チリ発生時溶融開始タイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内である場合、この実施の形態では、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングとして設定された５サイクルよりも遅い（すなわち、検知された溶融開始タイミングのサイクル数≧チリ発生時溶融開始タイミングのサイクル数）の場合（図２のＳ３でＹＥＳの場合）には、チリ発生の可能性無しと予測し（図２のＳ４）、ナゲット径が正常に形成されたものと判断し（図２のＳ５）、抵抗溶接の評価を終了する（図２のＳ９）。
【００６８】
一方、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが５サイクルよりも早い（すなわち、検知された溶融開始タイミングのサイクル数＜チリ発生時溶融開始タイミングのサイクル数）の場合（図２のＳ３でＮＯの場合）には、チリ発生の可能性ありと予測し（図２のＳ６）、ナゲット径が不足の可能性ありと判断し（図２のＳ７）、必要に応じてタガネで被溶接材Ｗの接合部の周辺に打ち込んでハガレの有無をチェックするタガネ検査を行い（図２のＳ８）、抵抗溶接の評価を終了する（図２のＳ９）。
【００６９】
この実施の形態による評価方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では５サイクルよりも前）のタイミングで、板隙や過大電流などによるチリ発生の可能性を予測することができる。
【００７０】
次に、本発明の抵抗溶接機の制御方法の実施の一形態を、図１に示したように構成された抵抗溶接機を用いる場合により、その作動とともに主に図４、図５に基づいて詳細に説明する。なお、図２、図３に基づいて説明した抵抗溶接機の評価方法と同様または相当する部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明することとする。
【００７１】
本発明の抵抗溶接機の制御方法は、概略、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合する抵抗溶接機において、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を良好に接合させるよう制御するための方法であって、上述した抵抗溶接の評価方法を行い、さらに、被溶接材Ｗの接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップＳ１２（第１の実施の形態）またはＳ２５、Ｓ２７（第２の実施の形態）をさらに含んでいる。
【００７２】
本発明の抵抗溶接機の制御方法に関する第１の実施の形態を説明する。抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図４のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知し（図４のＳ２）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定されたチリ発生時溶融開始タイミングとを比較し（図４のＳ３）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図４のＳ３でＹＥＳの場合）には、チリ発生の可能性無しと予測し（図４のＳ４）、また、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図４のＳ３でＮＯの場合）には、チリ発生の可能性ありと予測する（図４のＳ６）ことは、図２に基づいて説明した抵抗溶接の評価方法と同様である。
【００７３】
この実施の形態における制御方法では、チリ発生の可能性ありと予測した場合（図４のＳ６）に、変更する溶接条件の具体的な例として、図４および図５に示したように、電流値を低下させる（Ｓ１２）。
【００７４】
図５に示すように、被溶接材Ｗが２サイクルで溶融を開始したことを検知し、予め設定されたチリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いことからチリ発生の可能性ありと予測した場合には、チリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いタイミングで電流値を低下させる（抑制する）。この実施の形態では、チリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いタイミングとして、４サイクルの時点で電流値を低下させるよう設定されている。これにより、板隙が発生して被溶接材Ｗの通電面積が小さくなっている場合に、電極１、２から供給される電流密度を抑制することができるため、図５のグラフに破線の円で示したように、超音波の振幅の急激な上昇を抑制することができ、チリの発生を防止する（チリレスとする）ことができる。
【００７５】
なお、このチリ発生を防止するための実施の形態において変更する溶接条件としては、電流値の低下（Ｓ１２）に限定されることはなく、被溶接材Ｗ１、Ｗ２に対する電極１、２の加圧力を増加させて、板隙自体を無くすようにしてもよい。
【００７６】
その後、図４のＳ４でちり発生無しと予測した場合、Ｓ１２で電流値を低下させた場合のいずれの場合でも、溶融開始後の投入エネルギ（通電開始からの電流と電圧との時間積分）が所定値に達したかを判断する（図４のＳ１０）。この投入エネルギの検知には、図１で示した手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値と電圧値をタイマ６で時間積分することにより算出することができる。そして、投入エネルギが所定値に達していない場合（Ｓ１０でＮＯの場合）には、所定値に達するまで通電を継続して、所定値に達した場合（Ｓ１０でＹＥＳの場合）には、チリが発生せず良好な径のナゲットを形成できたと判断して（図４のＳ１１）、抵抗溶接機におけるチリ発生を防止するための制御を終了する（図４のＳ１３）。このとき、タイマ６は、手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値や電圧値、算出した投入エネルギなどのデータ、および被溶接材の接合状態の良否判定の結果などをコンピュータ５５に出力し記憶させる。
【００７７】
次に、本発明の抵抗溶接の評価方法の第２の実施の形態を、図６〜図１０に基づいて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、上述した実施の形態と異なる部分についてのみ説明することとする。
上述した第１の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として板隙の発生によるチリの発生を予測したのに対して、この第２の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として電極１、２の損耗や適切でない整形などにより、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を所定の力で加圧したときに接する面積（通電面積）が拡大して電流密度が低下した状態となり、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れて被溶接材の間に充分な径でナゲットを形成することができず、接合強度不足や所謂ハガレが発生していないかを評価するものである。
【００７８】
抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図６のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する（図６のＳ２）ことは、上述した実施の形態と同様ある。
【００７９】
ここで、図７は、電極１、２が正常な状態（例えば、電極の被溶接材に対して接する径が６ｍｍ）で被溶接材Ｗを溶接した場合の、電流と、受信された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。図７に示したグラフにおいては、溶接開始（＝通電開始）から５サイクルで受信された超音波の振幅が低下する、すなわち溶融が開始している。この場合のナゲットは、図８にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさの径（例えば、ナゲット径＝７．７ｍｍ）で形成される。
【００８０】
これに対して、図９は、電極１、２が損耗するなどして所定の形状を有していない状態（例えば、電極の被溶接材に対して接する径が７ｍｍに拡大）で被溶接材Ｗを溶接した場合の、電流と、受信された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。図９に示したグラフにおいては、溶接開始（＝通電開始）から１１サイクルで受信された超音波の振幅が低下する、すなわち溶融が開始している。これは、電極１、２が正常な状態で抵抗溶接を行う場合と比較して、電極１、２の電流密度が低下した状態となるためであると考えられる。その結果、この場合のナゲットは、図１０にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさ（図８の例では、ナゲット径＝７．７ｍｍ）よりも小さいの径（例えば、ナゲット径＝４．８ｍｍ）で形成される。このように充分な大きさの径でナゲットが形成されない場合では、接合強度が不足したり、被溶接材Ｗが接合されず所謂ハガレが発生するなどの接合不良となる。
【００８１】
そこで、本発明では、所定の径でナゲットを形成することができなくなる溶融開始の遅れのタイミングを、接合不良を判定するためのしきい値となる接合不良発生時溶融開始タイミングとして、図９に示した１１サイクルよりも前のタイミング（この実施の形態の例では８サイクル）に予め設定している。
【００８２】
再び図６に基づいて説明すると、溶融開始のタイミングを検知し（Ｓ２）、続いて、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定された接合不良発生時溶融開始タイミングとを比較し（図６のＳ２０）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図６のＳ２０でＹＥＳの場合）には、良好なナゲット径が形成されるものと判断し（図６のＳ２１）、接合不良発生の可能性が無いと予測して、抵抗溶接の評価を終了する（図６のＳ９）。一方、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図６のＳ２０でＮＯの場合）には、続いて、通電開始から通電終了までの通電時間内に溶融開始があるかを判定し（図６のＳ２２）、通電時間内に溶融開始がある場合（図６のＳ２２でＹＥＳの場合）には、接合強度不足の可能性ありと判断し（図６のＳ２３）、通電時間内に溶融開始がない場合（図６のＳ２２でＮＯの場合）には、ハガレ発生の可能性ありと判断し（図６のＳ２４）、抵抗溶接の評価を終了する（図６のＳ９）。このとき、タイマ６は、手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値や電圧値、算出した投入エネルギなどのデータ、および被溶接材の接合状態の良否判定の結果などをコンピュータ５５に出力し記憶させる。
【００８３】
この第２の実施の形態による評価方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では８サイクルよりも前）のタイミングで、電極１、２の損耗などによる接合不良発生の可能性を予測することができる。なお、本発明は、上述した第１の実施の形態における評価方法と組み合わせて、すなわち、チリ発生時溶融開始タイミング（例えば５サイクル）と接合不良発生時溶融開始タイミング（例えば８サイクル）とを設定し、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅く、且つ、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、良好なナゲット径が形成されると判断することもできる。そして、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早いか、または、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合には、まとめて、良好なナゲット径が形成されないと判断することもできる。
【００８４】
次に、本発明の抵抗溶接機の制御方法の第２の実施の形態を、図１に示したように構成された抵抗溶接機を用いる場合により、その作動とともに主に図１１〜図１３に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態や、図６〜図１０に基づいて説明した抵抗溶接の評価方法と同様または相当する部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明することとする。
【００８５】
上述した第１の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として板隙の発生によるチリの発生を予測して、変更する溶接条件として電流値を低下させてチリの発生を防止するよう制御していたのに対して、この第２の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として電極１、２の損耗や適切でない整形などにより、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間に充分な径でナゲットを形成することができないことに起因する接合強度不足や所謂ハガレが発生しないように、制御するものである。
【００８６】
抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図１１のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知し（図１１のＳ２）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定された接合不良発生時溶融開始タイミングとを比較し（図１１のＳ２０）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図１１のＳ２０でＹＥＳの場合）には、良好なナゲット径が形成されるものと予測し（図１１のＳ２１）、接合不良発生の可能性が無いと予測することは、上述した評価方法の第２の実施の形態（図６）と同様である。また、良好なナゲット径が形成されるものと予測された場合に（図１１のＳ２１）、溶融開始後の投入エネルギが諸定置以上であるかを判断すること（図１１のＳ１０）は、上述した制御方法の第１の実施の形態（図４）と同様である。さらに、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図１１のＳ２０でＮＯの場合）には、通電開始から通電終了までの通電時間内に溶融開始があるかを判定し（図１１のＳ２２）、通電時間内に溶融開始がある場合（図１１のＳ２２でＹＥＳの場合）には、接合強度不足の可能性ありと予測し（図１１のＳ２３）、通電時間内に溶融開始がない場合（図１１のＳ２２でＮＯの場合）には、ハガレ発生の可能性ありと予測する（図１１のＳ２４）ことは、上述した評価方法の第２の実施の形態（図６）と同様である。
【００８７】
図１１において、溶融開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅く（Ｓ２０でＮＯの場合）、通電時間内に溶融を開始しない場合（Ｓ２２でＮＯの場合）には、電流値を上昇させ（Ｓ２５）、溶融を開始したかを判断し（Ｓ２６）、溶融を開始しない場合（Ｓ２６でＮＯの場合）には、必要に応じてその被溶接材Ｗの接合品質が不良であることを出力し、接合不良となった要因を調査して、抵抗溶接機の制御を終了する（Ｓ２９）。一方、電流値を上昇させ（Ｓ２５）、溶融を開始した場合（Ｓ２６でＹＥＳの場合）には、溶融後の投入エネルギが所定値以上となるように通電時間を延長する（Ｓ２７）。
【００８８】
また、通電時間内に溶融を開始し（Ｓ２２でＹＥＳ）、接合強度不足の可能性ありと予測した場合（Ｓ２３）には、その後に、溶融後の投入エネルギが所定値以上となるように通電時間を延長する（Ｓ２７）。
【００８９】
ここで、図１２は、接合不良発生時溶融開始タイミングとして予め設定された通電開始から８サイクルよりも遅い１１サイクルで溶融を開始したこと検知され、通電時間を延長したことを示したグラフである。これにより、ナゲットは、図１３にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさの径（例えば、ナゲット径＝６．６ｍｍ）で形成される。
【００９０】
そして、溶融を開始したいずれの場合でも、上述した制御方法の第１の実施の形態（図４）と同様に、溶融開始後の投入エネルギが所定値以上であるかを判断し（図１１のＳ１０）、抵抗溶接の制御を終了する（Ｓ２９）。
【００９１】
本発明の制御方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では８サイクルよりも前）のタイミングで、電極１、２の損耗などによる接合不良発生の可能性を予測して、接合不良に対する対策をその被溶接材Ｗの接合が終了する前に講じることができる。なお、本発明は、上述した第１の実施の形態における制御方法と組み合わせて、すなわち、チリ発生時溶融開始タイミング（例えば５サイクル）と接合不良発生時溶融開始タイミング（例えば８サイクル）とを設定し、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅く、且つ、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、良好なナゲット径が形成されると判断することもできる。そして、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合には溶接条件の変更として電流値を低下させたり加圧力を増加させ、また、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合には、溶接条件の変更として電流値を上昇させたり通電時間を延長させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されることはなく、溶融開始の検知を超音波や電極間に投入したエネルギを演算すること以外の手法により行う場合も含まれる。また、通電開始からの各種時点は、交流電流のサイクル数によることなく、絶対的な時間によって特定することもできる。なお、上述した実施の形態で示した数値は、本発明を説明する上で例示的に示したものであり、被溶接材の厚さや電流値、電圧値などの溶接条件に応じて変更することができる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｗ：被溶接材、 Ｗ１：１枚目の被溶接材、 Ｗ２：２枚目の被溶接材、 １、２：電極、 ３：電源装置（電極に電流を供給する手段）、 ４：制御装置、 ５：被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段、 ６：タイマ（検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材の接合状態の良否を判定する手段、および、被溶接材の接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗溶接の評価方法、抵抗溶接機の制御方法、抵抗溶接機の制御装置、および抵抗溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スポット溶接などの抵抗溶接においては、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する。このような抵抗溶接を行うための抵抗溶接機は一般に、被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給するための電源装置などの手段とを備えている。
【０００３】
このような抵抗溶接においては、一般に複数の被溶接材を重ねあわせ、これらの被溶接材を電極で加圧し、電極を介して電源装置から被溶接材に電流を供給することにより、被溶接材の間に、最初に被溶接材が溶融するまでには至ることなく軟化して圧接された圧接部が形成され、この圧接部が拡がりながら圧接部の内部がさらにジュール加熱されることにより溶融した溶融部が形成され、通電を停止して溶融部が凝固するとナゲットが形成され、被溶接材が互いに接合されることとなる。被溶接材が適切に接合されるためには、例えば被溶接材の厚さなどに応じた適切な径のナゲットを形成する必要がある。このように被溶接材を適切に接合するためには、図１４の（Ａ）に「外乱無し」で示したように、電極１、２によって被溶接材Ｗ１、Ｗ２を適切に加圧するなどして互いに密着させ、適切な通電面積を確保し、適切な電流密度とすることが必要である。
【０００４】
これに対して、図１４（Ｂ）に「板隙有り」で示したように、重ね合わせた被溶接材Ｗ１、Ｗ２の加圧が不足するなどして外乱の一つである所謂板隙が発生した場合には、被溶接材Ｗの通電面積が小さくなり、その結果、電極１、２から供給される電流密度が高くなって、圧接部の形成が充分でない状態で溶融部が形成され、圧接部の径（圧接径）が溶融部の径（溶融径）と略同じとなり、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生し、充分な径のナゲットが形成されないことから接合強度が不足し、さらには、飛び散ったチリが被溶接材Ｗに付着するなどして周囲を汚損することとなる。
【０００５】
また、電極１、２が損耗したり適切な形状に整形されていないなどの外乱により、通電面積が大きくなった場合には、電極１、２の電流密度が低下した状態となることから、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れる。一方、被溶接材Ｗに対する電極１、２の通電は、一般に、通電を開始してから規定時間経過後に遮断される。そのため、被溶接材の間に充分な径でナゲットを形成することができず、その結果、接合強度が不足したり、被溶接材Ｗ１、Ｗ２が接合されるに至らず所謂ハガレが発生することとなる。
【０００６】
ところで抵抗溶接は、互いに接合する被溶接材の間にナゲットが形成されるため、このナゲットを直接観察することは困難である。そのために、抵抗溶接による接合状態を評価するための関連する従来の技術として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１は、スポット溶接により形成された溶接部の評価方法に関するものである。
【０００７】
特許文献１には、スポット溶接における通電時の電極間の電圧測定値及び電流測定値から電極間の電気抵抗値を求めた後、通電開始から４０ｍｓまでの間の電気抵抗値の最大値と通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値をそれぞれ求め、該平均値に対する前記最大値を基に鋼板のスポット溶接性を評価することを特徴とする鋼板のスポット溶接性評価方法が開示されている。
【０００８】
すなわち、特許文献１では、鋼板のスポット溶接性を評価するための指標として、通電の開始時点からの４０ｍｓまでの間の電極間の電気抵抗値と、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値とを用いている。そして、特許文献１では、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値を求めることから、溶接が完了してからその評価を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３３４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１にあっては、溶接が完了してからその評価を行うものであるため、その溶接を行っている途中で被溶接材の接合状態の良否を判定することができなかった。そのため、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献１にあっては、通電の開始時点からの４０ｍｓまでの間の電極間の電気抵抗値と、通電開始から終了までの間の電気抵抗値の平均値とを判定の指標として用いて鋼板のスポット溶接性を評価するものであるため、板隙だけでなく電極の損耗などの外乱が生じている場合には、評価結果にバラツキが生じることとなり、また、通電の開始時点を始点としているため、実際の被溶接材の溶融が遅れるなどした場合には、接合状態を正確に評価することができないなどの問題もあった。
【００１２】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定することができる抵抗溶接の評価方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができる抵抗溶接機の制御方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることができる抵抗溶接機の制御装置、および抵抗溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の抵抗溶接の評価方法に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップとを備えることを特徴とするものである。
請求項２の抵抗溶接機の制御方法に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップとを備えることを特徴とするものである。
請求項３の抵抗溶接機の制御装置に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段とを備えていることを特徴とするものである。
請求項４の抵抗溶接機に係る発明は、上記目的を達成するため、被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、請求項３に記載の制御装置を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップとを備えるという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定することが可能な抵抗溶接の評価方法を提供することができる。
請求項２の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップとを備えるという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更して、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機の制御方法を提供することができる。
請求項３の発明によれば、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段とを備えたという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更してその接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機の制御装置を提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項３に記載された制御装置を抵抗溶接機に設けたという簡単な構成で、被溶接材の接合状態の良否を溶接中に容易に且つ正確に判定して、被溶接材の接合状態の判定が良好でない場合に、溶接条件を変更して、その接合状態が良好とならない原因となる外乱に対する対策を講じることが可能な抵抗溶接機を提供することができる。
【００１５】
（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（７）項が請求項２に相当し、（１３）項が請求項３に相当し、（１９）項が請求項４に相当する。
【００１６】
（１） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法。
【００１７】
(１)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。
【００１８】
（２） 被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（１）項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００１９】
(２)項に記載の発明では、(１)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知することができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定することができる。
【００２０】
（３） 被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算することにより、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（１）項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２１】
（３）項の発明では、（１）項に記載の発明において、通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知することができる。
【００２２】
（４） 前記検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングは、交流電流を電極から被溶接材に通電させ、該通電開始からのサイクル数とし、該サイクル数により両タイミングを比較することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２３】
(４)項に記載の発明では、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを容易に数値化して比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００２４】
（５） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測することを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２５】
(５)項に記載の発明では、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。
【００２６】
（６） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の抵抗溶接の評価方法。
【００２７】
（６）項に記載の発明では、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。
【００２８】
（請求項２）
（７） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【００２９】
(７)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００３０】
（８） 被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（７）項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３１】
(８)項に記載の発明では、(７)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出することにより前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定することができる。
【００３２】
（９） 被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算することにより、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知することを特徴とする（７）項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３３】
（９）項の発明では、(７)項に記載の発明において、通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００３４】
（１０） 前記検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングは、交流電流を電極から被溶接材に通電させ、該通電開始からのサイクル数とし、該サイクル数により両タイミングを比較することを特徴とする（７）〜（９）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３５】
(１０)項に記載の発明では、（７）〜（９）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを容易に数値化して比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００３６】
（１１） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測することを特徴とする（７）〜（１０）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３７】
(１１)項に記載の発明では、（７）〜（１０）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、このチリが発生すること予測された場合に、溶接を完了するまでにチリ発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件の変更には、電極を介して被溶接材に通電する電流値を低下させたり、電極による被溶接材の加圧力を増加させることができる。
【００３８】
（１２） 予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（７）〜（１１）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御方法。
【００３９】
（１２）項に記載の発明では、（７）〜（１１）のいずれか１項に記載の発明において、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、この接合不良が発生することが予測された場合に、溶接を完了するまでに接合不良の発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件の変更には、電極を介して被溶接材に通電する電流値を増加させたり、通電時間を延長することができる。
【００４０】
（１３） 被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段と
を備えていることを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【００４１】
(１３)項に記載の発明では、電極により加圧された被溶接材に電流を供給して、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する。そして、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるように抵抗溶接機を制御することができる。
【００４２】
（１４） 前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、被溶接材の電極間に超音波を発信し、該超音波の変化を検出するものであることを特徴とする（１３）項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４３】
(１４)項に記載の発明では、(１３)項に記載の発明において、被溶接材の電極間に超音波を発信し、この発信した超音波の反射波または透過波を受信して、その変化を検出する。そのため、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、受信した超音波の変化を検出するために、具体的には、エネルギ（強度）、透過度または反射率、スペクトル強度、振幅などを測定するものとすることができる。
【００４４】
（１５） 前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、被溶接材の電極間に投入したエネルギを演算するものであることを特徴とする（１３）項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４５】
（１５）項の発明では、(１３)項に記載の発明において、前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段が通電開始からの電流と電圧とを時間積分した投入エネルギを演算することにより、被溶接材の溶融開始のタイミングを容易に且つ正確に検知し、その結果、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価して、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。
【００４６】
（１６） 電極から被溶接材に通電させる電流が交流電流であり、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段は、通電開始から被溶接材の溶融開始するまでのサイクル数を検知するものであり、
前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、前記検知された被溶接材の溶融開始のサイクル数と、予め定められた被溶接材の溶融開始のサイクル数との比較に基づいて基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するものであることを特徴とする（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４７】
(１６)項に記載の発明では、（１３）〜（１５）のいずれか１項に記載の発明において、両タイミングを数値化して前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段が容易に比較することができる。なお、直流電流を電極から通電してもよく、その場合には通電開始からの通電時間を用いて両タイミングを比較することができる。
【００４８】
（１７） 前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、チリが発生する場合のチリ発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記チリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、チリ発生を予測するものであることを特徴とする（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００４９】
(１７)項に記載の発明では、（１３）〜（１６）のいずれか１項に記載の発明において、前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められたチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、板隙などの外乱により電流密度が大きくなって、被溶接材の間から溶融した金属が飛び散ってチリが発生するものと容易に且つ確実に予測する。そして、このチリが発生すること予測された場合に、溶接条件を変更する手段は、溶接を完了するまでにチリ発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件を変更する手段は、電極を介して被溶接材に通電する電流値を低下させたり、電極による被溶接材の加圧力を増加させるものとすることができる。
【００５０】
（１８） 前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとして、接合不良が発生する場合の接合不良発生時溶融開始タイミングが予め設定されており、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが前記接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、接合不良の発生を予測することを特徴とする（１３）〜（１７）のいずれか１項に記載の抵抗溶接機の制御装置。
【００５１】
（１８）項に記載の発明では、（１３）〜（１７）のいずれか１項に記載の発明において、被溶接材の接合状態の良否を判定する手段は、検知された被溶接材の溶融開始のタイミングが、予め定められた接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合に、電極の損耗や適切でない整形などの外乱により電流密度が小さくなって、溶融部の形成が遅れて充分な径のナゲットが形成されず接合不良が発生するものと容易に且つ確実に予測することができる。そして、この接合不良の発生が予測された場合に、溶接を完了するまでに接合不良の発生を防止できるように溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるようにすることができる。なお、この溶接条件を変更する手段は、電極を介して被溶接材に通電する電流値を増加させたり、通電時間を延長するものとすることができる。
【００５２】
（請求項４）
（１９） 被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、
（１３）〜（１８）のいずれか１項に記載の制御装置を設けたことを特徴とする抵抗溶接機。
【００５３】
（１９）項の発明では、（１３）〜（１８）のいずれか１項に記載の制御装置を設けたことにより、電極により被溶接材を加圧し、電流を供給する手段により電極に電流を供給する。このとき、制御装置は、被溶接材の溶融開始のタイミングを検知し、この検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かを判断し、両タイミングの差が予め設定された範囲内であれば、被溶接材の接合状態が良好であると、また、両タイミングの差が予め設定された範囲内になければ、被溶接材の接合状態が不良であると判定する。被溶接材の溶融開始のタイミングに基づいて被溶接材の接合状態の良否判定を行うので、溶接の途中で、外乱に影響されること無く、被溶接材の接合状態を容易に且つ正確に評価することができる。そして、この評価で接合状態が良でないと判定された場合に、溶接を完了するまでに溶接条件を変更して、溶接を完了したときには接合状態が良好であると判定されるように抵抗溶接機を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の制御装置を備えた抵抗溶接機の実施の一形態を説明するために示した概念図である。
【図２】本発明の抵抗溶接の評価方法の実施の一形態を説明するために示したフローチャートである。
【図３】図２で示したチリ発生の可能性がある場合の、溶融開始のタイミングを検出する超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図４】本発明の抵抗溶接機の制御方法の実施の一形態を説明するために示したフローチャートである。
【図５】図４で示したチリ発生の可能性があるために電流値を低下させた場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図６】本発明の抵抗溶接の評価方法の第２の実施の形態を説明するために示したフローチャートである。
【図７】図６で示した良好なナゲット径が形成されたと評価した場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図８】図７で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図９】図６で示した溶接開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図１０】図９で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図１１】本発明の抵抗溶接機の制御方法の第２の実施の形態を説明するために示したフローチャートである。
【図１２】図１１で示した溶接開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅いために通電時間を延長させた場合の、超音波の波形の一例を示したグラフである。
【図１３】図１２で示した場合の接合部の断面の顕微鏡写真である。
【図１４】外乱無しの場合（Ａ）と外乱の一例として板隙有りの場合（Ｂ）の通電開始から通電中期までの状態を比較した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
最初に、本発明の抵抗溶接機と、その制御装置の実施の一形態を、図１に基づいて説明する。
本発明の抵抗溶接機は、複数Ｗ１、Ｗ２からなるの被溶接材Ｗを加圧する電極１、２と、この電極１、２に電流を供給する手段３と、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を良好に接合させるよう制御するための制御装置４とを備えており、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合するものであって、制御装置４は、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態の良否を判定する手段（後述する）、および、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段（後述する）を構成するタイマ６とを備えている。
【００５６】
被溶接材Ｗは、この実施の形態の場合、所定の厚さを有する板状のもので、この実施の形態では２枚の被溶接材Ｗ１、Ｗ２を重ね溶接する場合で説明する。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されることはなく、例えば３枚の板状の被溶接材Ｗを重ね溶接する場合などにも適用することができる。また、各被溶接材Ｗの材質は、特に限定されることはなく、互いに同種でも異種でもよく、また表面にメッキが施されたものであってもよい。
【００５７】
この実施の形態における電極は、一対１、２で構成されており、それぞれ棒状に形成されたもので、先端が互いに対向するように配置され、少なくとも一方１が他方２に対して近接・遠退するよう支持されており、相対的に近接することにより所定の力で被溶接材Ｗを加圧することができる。電極１、２の先端は、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を所定の力で加圧したときに所定の面積で接するよう整形されている。
【００５８】
電極１、２には、電流を供給する手段（以下、電源装置という）３が接続されている。この実施の形態における電源装置３は、単相または三相の交流電流を所望の電流値で電極１、２に供給することができる。しかしながら、本発明は、この実施の形態に限定されることはなく、直流電流を供給する電源装置とすることもできる。電源装置３は、制御装置４のタイマ６に接続されており、所定の電流値を所定の通電時間で電極１、２間に供給することができるよう制御される。この制御装置４による制御の内容については、後述する評価方法または制御方法で詳細に説明する。
【００５９】
この実施の形態における被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する手段５は、超音波発信素子５１と、超音波受信素子５２と、超音波受信素子５２が受信した超音波波形を増幅させるアンプ５３と、超音波発信素子５１に所定の周波数で超音波を発信させるとともにアンプ５３を介することにより増幅された超音波波形を受信するパルサ／レシーバ５４と、パルサ／レシーバ５４に超音波発信の指示を出力するとともにタイマ６から出力された接合部の評価の結果を保存するコンピュータ５５とを備えている。
【００６０】
さらに、この実施の形態においては、電極１、２に供給される電流値と電圧値をそれぞれ検出する手段５６、５７を備えている。この電流値と電圧値を検出する手段５６、５７は、タイマ６に接続されている。タイマ６は、電極を介して被溶接材Ｗに投入された電流値と電圧値の時間積分である投入エネルギを算出する投入エネルギ算出部としても機能するよう構成されている。
【００６１】
次に、本発明の抵抗溶接の評価方法を、上述した制御装置４を有する抵抗溶接機を使用する場合によって、制御装置４の作動ともに図２〜図５に基づいて詳細に説明する。
本発明の抵抗溶接の評価方法は、概略、複数Ｗ１、Ｗ２からなるの被溶接材Ｗを電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合する抵抗溶接において、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合状態を評価するためのものであって、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知するステップＳ２と、この検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングとを比較するステップＳ３（第１の実施の形態）またはＳ２０（第２の実施の形態）と、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材Ｗの接合状態の良否を判定するステップＳ５、Ｓ７（第１の実施の形態）、または、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２４（第２の実施の形態）とを含んでいる。
【００６２】
本発明の抵抗溶接の評価方法に関する第１の実施の形態を説明する。抵抗溶接を行うに際しては、最初に、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧する。この状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始する、つまり溶接を開始すると（図２のＳ１）、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の接合部分がジュール加熱されて、図１４の（Ａ）に参照されるように、被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間に、最初に被溶接材Ｗ１、Ｗ２が溶融するまでには至ることなく軟化して圧接された圧接部が形成され、この圧接部が拡がりながら圧接部の内部がさらにジュール加熱されることにより溶融した溶融部が形成される。
【００６３】
このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知するステップ（図２のＳ２）を行う。この実施の形態においては、コンピュータ５５からパルサ／レシーバ５４に超音波発信の指示信号が出力され、パルサ／レシーバ５４が一方の電極１に設けられた超音波発信素子５１から超音波を発信させ、この実施の形態では被溶接材Ｗ１、Ｗ２を透過した超音波を他方の電極２に設けられた超音波受信素子５２で受信し、この受信した超音波の振幅をアンプ５３で増幅し、増幅された超音波の振幅をパルサ／レシーバ５４からタイマ６に送る。タイマ６では、パルサ／レシーバ５４から送られた超音波の振幅の時間経過に対して変化する波形を創生する。
【００６４】
ここで、図３は、電極１、２に供給された電流と、受信され増幅された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。なお、グラフにおける時間を秒（ｓ）で表記しているが、この実施の形態では、電極１、２に供給される電流が交流であり、被溶接材Ｗの溶融開始などのタイミングを交流電流のサイクルで、すなわち、例えば６０ヘルツの交流電流の場合には１／６０秒＝１サイクルで表すこととする。
【００６５】
溶接開始（＝通電開始）に伴って被溶接材Ｗがジュール加熱により溶融を開始すると、受信された超音波の振幅が低下することが知見されている。図３のグラフでは、例えば２サイクルで超音波の振幅が急激に低下している。そして、図３の破線の楕円内に示したように、その後の５．６サイクルでチリが実際に発生した。このチリの発生の原因は、図１４の（Ｂ）に示したように、板隙があることにより被溶接材Ｗの通電面積が小さくなって電極１、２から供給される電流密度が高くなることにある。
【００６６】
そこで、本発明のこの実施の形態においては、チリが実際に発生する直前のタイミングを、チリ発生を判定するためのしきい値となるチリ発生時溶融開始タイミングとして、この実施の形態の例では５サイクルに予め設定している。
【００６７】
再び図２に基づいて説明すると、Ｓ３では、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、チリ発生時溶融開始タイミングとを比較し、両タイミングの差が予め設定された範囲内である場合、この実施の形態では、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングとして設定された５サイクルよりも遅い（すなわち、検知された溶融開始タイミングのサイクル数≧チリ発生時溶融開始タイミングのサイクル数）の場合（図２のＳ３でＹＥＳの場合）には、チリ発生の可能性無しと予測し（図２のＳ４）、ナゲット径が正常に形成されたものと判断し（図２のＳ５）、抵抗溶接の評価を終了する（図２のＳ９）。
【００６８】
一方、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが５サイクルよりも早い（すなわち、検知された溶融開始タイミングのサイクル数＜チリ発生時溶融開始タイミングのサイクル数）の場合（図２のＳ３でＮＯの場合）には、チリ発生の可能性ありと予測し（図２のＳ６）、ナゲット径が不足の可能性ありと判断し（図２のＳ７）、必要に応じてタガネで被溶接材Ｗの接合部の周辺に打ち込んでハガレの有無をチェックするタガネ検査を行い（図２のＳ８）、抵抗溶接の評価を終了する（図２のＳ９）。
【００６９】
この実施の形態による評価方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では５サイクルよりも前）のタイミングで、板隙や過大電流などによるチリ発生の可能性を予測することができる。
【００７０】
次に、本発明の抵抗溶接機の制御方法の実施の一形態を、図１に示したように構成された抵抗溶接機を用いる場合により、その作動とともに主に図４、図５に基づいて詳細に説明する。なお、図２、図３に基づいて説明した抵抗溶接機の評価方法と同様または相当する部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明することとする。
【００７１】
本発明の抵抗溶接機の制御方法は、概略、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を電極１、２で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材Ｗ１、Ｗ２を溶融させ接合する抵抗溶接機において、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を良好に接合させるよう制御するための方法であって、上述した抵抗溶接の評価方法を行い、さらに、被溶接材Ｗの接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップＳ１２（第１の実施の形態）またはＳ２５、Ｓ２７（第２の実施の形態）をさらに含んでいる。
【００７２】
本発明の抵抗溶接機の制御方法に関する第１の実施の形態を説明する。抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図４のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知し（図４のＳ２）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定されたチリ発生時溶融開始タイミングとを比較し（図４のＳ３）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図４のＳ３でＹＥＳの場合）には、チリ発生の可能性無しと予測し（図４のＳ４）、また、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図４のＳ３でＮＯの場合）には、チリ発生の可能性ありと予測する（図４のＳ６）ことは、図２に基づいて説明した抵抗溶接の評価方法と同様である。
【００７３】
この実施の形態における制御方法では、チリ発生の可能性ありと予測した場合（図４のＳ６）に、変更する溶接条件の具体的な例として、図４および図５に示したように、電流値を低下させる（Ｓ１２）。
【００７４】
図５に示すように、被溶接材Ｗが２サイクルで溶融を開始したことを検知し、予め設定されたチリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いことからチリ発生の可能性ありと予測した場合には、チリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いタイミングで電流値を低下させる（抑制する）。この実施の形態では、チリ発生時溶融開始タイミングである５サイクルよりも早いタイミングとして、４サイクルの時点で電流値を低下させるよう設定されている。これにより、板隙が発生して被溶接材Ｗの通電面積が小さくなっている場合に、電極１、２から供給される電流密度を抑制することができるため、図５のグラフに破線の円で示したように、超音波の振幅の急激な上昇を抑制することができ、チリの発生を防止する（チリレスとする）ことができる。
【００７５】
なお、このチリ発生を防止するための実施の形態において変更する溶接条件としては、電流値の低下（Ｓ１２）に限定されることはなく、被溶接材Ｗ１、Ｗ２に対する電極１、２の加圧力を増加させて、板隙自体を無くすようにしてもよい。
【００７６】
その後、図４のＳ４でちり発生無しと予測した場合、Ｓ１２で電流値を低下させた場合のいずれの場合でも、溶融開始後の投入エネルギ（通電開始からの電流と電圧との時間積分）が所定値に達したかを判断する（図４のＳ１０）。この投入エネルギの検知には、図１で示した手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値と電圧値をタイマ６で時間積分することにより算出することができる。そして、投入エネルギが所定値に達していない場合（Ｓ１０でＮＯの場合）には、所定値に達するまで通電を継続して、所定値に達した場合（Ｓ１０でＹＥＳの場合）には、チリが発生せず良好な径のナゲットを形成できたと判断して（図４のＳ１１）、抵抗溶接機におけるチリ発生を防止するための制御を終了する（図４のＳ１３）。このとき、タイマ６は、手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値や電圧値、算出した投入エネルギなどのデータ、および被溶接材の接合状態の良否判定の結果などをコンピュータ５５に出力し記憶させる。
【００７７】
次に、本発明の抵抗溶接の評価方法の第２の実施の形態を、図６〜図１０に基づいて詳細に説明する。なお、上述した実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、上述した実施の形態と異なる部分についてのみ説明することとする。
上述した第１の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として板隙の発生によるチリの発生を予測したのに対して、この第２の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として電極１、２の損耗や適切でない整形などにより、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を所定の力で加圧したときに接する面積（通電面積）が拡大して電流密度が低下した状態となり、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れて被溶接材の間に充分な径でナゲットを形成することができず、接合強度不足や所謂ハガレが発生していないかを評価するものである。
【００７８】
抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図６のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知する（図６のＳ２）ことは、上述した実施の形態と同様ある。
【００７９】
ここで、図７は、電極１、２が正常な状態（例えば、電極の被溶接材に対して接する径が６ｍｍ）で被溶接材Ｗを溶接した場合の、電流と、受信された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。図７に示したグラフにおいては、溶接開始（＝通電開始）から５サイクルで受信された超音波の振幅が低下する、すなわち溶融が開始している。この場合のナゲットは、図８にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさの径（例えば、ナゲット径＝７．７ｍｍ）で形成される。
【００８０】
これに対して、図９は、電極１、２が損耗するなどして所定の形状を有していない状態（例えば、電極の被溶接材に対して接する径が７ｍｍに拡大）で被溶接材Ｗを溶接した場合の、電流と、受信された超音波の振幅との時間経過に伴う波形を示したグラフである。図９に示したグラフにおいては、溶接開始（＝通電開始）から１１サイクルで受信された超音波の振幅が低下する、すなわち溶融が開始している。これは、電極１、２が正常な状態で抵抗溶接を行う場合と比較して、電極１、２の電流密度が低下した状態となるためであると考えられる。その結果、この場合のナゲットは、図１０にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさ（図８の例では、ナゲット径＝７．７ｍｍ）よりも小さいの径（例えば、ナゲット径＝４．８ｍｍ）で形成される。このように充分な大きさの径でナゲットが形成されない場合では、接合強度が不足したり、被溶接材Ｗが接合されず所謂ハガレが発生するなどの接合不良となる。
【００８１】
そこで、本発明では、所定の径でナゲットを形成することができなくなる溶融開始の遅れのタイミングを、接合不良を判定するためのしきい値となる接合不良発生時溶融開始タイミングとして、図９に示した１１サイクルよりも前のタイミング（この実施の形態の例では８サイクル）に予め設定している。
【００８２】
再び図６に基づいて説明すると、溶融開始のタイミングを検知し（Ｓ２）、続いて、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定された接合不良発生時溶融開始タイミングとを比較し（図６のＳ２０）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図６のＳ２０でＹＥＳの場合）には、良好なナゲット径が形成されるものと判断し（図６のＳ２１）、接合不良発生の可能性が無いと予測して、抵抗溶接の評価を終了する（図６のＳ９）。一方、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図６のＳ２０でＮＯの場合）には、続いて、通電開始から通電終了までの通電時間内に溶融開始があるかを判定し（図６のＳ２２）、通電時間内に溶融開始がある場合（図６のＳ２２でＹＥＳの場合）には、接合強度不足の可能性ありと判断し（図６のＳ２３）、通電時間内に溶融開始がない場合（図６のＳ２２でＮＯの場合）には、ハガレ発生の可能性ありと判断し（図６のＳ２４）、抵抗溶接の評価を終了する（図６のＳ９）。このとき、タイマ６は、手段５６、５７により検出した電極１、２の電流値や電圧値、算出した投入エネルギなどのデータ、および被溶接材の接合状態の良否判定の結果などをコンピュータ５５に出力し記憶させる。
【００８３】
この第２の実施の形態による評価方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では８サイクルよりも前）のタイミングで、電極１、２の損耗などによる接合不良発生の可能性を予測することができる。なお、本発明は、上述した第１の実施の形態における評価方法と組み合わせて、すなわち、チリ発生時溶融開始タイミング（例えば５サイクル）と接合不良発生時溶融開始タイミング（例えば８サイクル）とを設定し、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅く、且つ、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、良好なナゲット径が形成されると判断することもできる。そして、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早いか、または、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合には、まとめて、良好なナゲット径が形成されないと判断することもできる。
【００８４】
次に、本発明の抵抗溶接機の制御方法の第２の実施の形態を、図１に示したように構成された抵抗溶接機を用いる場合により、その作動とともに主に図１１〜図１３に基づいて詳細に説明する。なお、上述した第１の実施の形態や、図６〜図１０に基づいて説明した抵抗溶接の評価方法と同様または相当する部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明することとする。
【００８５】
上述した第１の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として板隙の発生によるチリの発生を予測して、変更する溶接条件として電流値を低下させてチリの発生を防止するよう制御していたのに対して、この第２の実施の形態では、抵抗溶接の外乱として電極１、２の損耗や適切でない整形などにより、ジュール加熱による圧接部と溶融部の形成が遅れて被溶接材Ｗ１、Ｗ２の間に充分な径でナゲットを形成することができないことに起因する接合強度不足や所謂ハガレが発生しないように、制御するものである。
【００８６】
抵抗溶接を行うに際して、被溶接材Ｗ１、Ｗ２を互いに重ね合わせた状態とし、電極１、２間に配置し、電極１、２を互いに近接させて挟持し、所定の力で加圧した状態で、電源装置３から電極１、２に予め設定された通常の値で電流の供給を開始し（図１１のＳ１）、被溶接材Ｗの接合部分をジュール加熱し、このとき、被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングを検知し（図１１のＳ２）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングと、予め設定された接合不良発生時溶融開始タイミングとを比較し（図１１のＳ２０）、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合（図１１のＳ２０でＹＥＳの場合）には、良好なナゲット径が形成されるものと予測し（図１１のＳ２１）、接合不良発生の可能性が無いと予測することは、上述した評価方法の第２の実施の形態（図６）と同様である。また、良好なナゲット径が形成されるものと予測された場合に（図１１のＳ２１）、溶融開始後の投入エネルギが諸定置以上であるかを判断すること（図１１のＳ１０）は、上述した制御方法の第１の実施の形態（図４）と同様である。さらに、検知された被溶接材Ｗの溶融開始のタイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合（図１１のＳ２０でＮＯの場合）には、通電開始から通電終了までの通電時間内に溶融開始があるかを判定し（図１１のＳ２２）、通電時間内に溶融開始がある場合（図１１のＳ２２でＹＥＳの場合）には、接合強度不足の可能性ありと予測し（図１１のＳ２３）、通電時間内に溶融開始がない場合（図１１のＳ２２でＮＯの場合）には、ハガレ発生の可能性ありと予測する（図１１のＳ２４）ことは、上述した評価方法の第２の実施の形態（図６）と同様である。
【００８７】
図１１において、溶融開始タイミングが接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅く（Ｓ２０でＮＯの場合）、通電時間内に溶融を開始しない場合（Ｓ２２でＮＯの場合）には、電流値を上昇させ（Ｓ２５）、溶融を開始したかを判断し（Ｓ２６）、溶融を開始しない場合（Ｓ２６でＮＯの場合）には、必要に応じてその被溶接材Ｗの接合品質が不良であることを出力し、接合不良となった要因を調査して、抵抗溶接機の制御を終了する（Ｓ２９）。一方、電流値を上昇させ（Ｓ２５）、溶融を開始した場合（Ｓ２６でＹＥＳの場合）には、溶融後の投入エネルギが所定値以上となるように通電時間を延長する（Ｓ２７）。
【００８８】
また、通電時間内に溶融を開始し（Ｓ２２でＹＥＳ）、接合強度不足の可能性ありと予測した場合（Ｓ２３）には、その後に、溶融後の投入エネルギが所定値以上となるように通電時間を延長する（Ｓ２７）。
【００８９】
ここで、図１２は、接合不良発生時溶融開始タイミングとして予め設定された通電開始から８サイクルよりも遅い１１サイクルで溶融を開始したこと検知され、通電時間を延長したことを示したグラフである。これにより、ナゲットは、図１３にその断面を顕微鏡写真で示すように、所定の大きさの径（例えば、ナゲット径＝６．６ｍｍ）で形成される。
【００９０】
そして、溶融を開始したいずれの場合でも、上述した制御方法の第１の実施の形態（図４）と同様に、溶融開始後の投入エネルギが所定値以上であるかを判断し（図１１のＳ１０）、抵抗溶接の制御を終了する（Ｓ２９）。
【００９１】
本発明の制御方法では、通電を開始してから通電を終了するまでの間（たとえば１０〜３０サイクル）で早期（上記の例では８サイクルよりも前）のタイミングで、電極１、２の損耗などによる接合不良発生の可能性を予測して、接合不良に対する対策をその被溶接材Ｗの接合が終了する前に講じることができる。なお、本発明は、上述した第１の実施の形態における制御方法と組み合わせて、すなわち、チリ発生時溶融開始タイミング（例えば５サイクル）と接合不良発生時溶融開始タイミング（例えば８サイクル）とを設定し、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも遅く、且つ、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも早い場合に、良好なナゲット径が形成されると判断することもできる。そして、検知した溶融開始のタイミングがチリ発生時溶融開始タイミングよりも早い場合には溶接条件の変更として電流値を低下させたり加圧力を増加させ、また、接合不良発生時溶融開始タイミングよりも遅い場合には、溶接条件の変更として電流値を上昇させたり通電時間を延長させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されることはなく、溶融開始の検知を超音波や電極間に投入したエネルギを演算すること以外の手法により行う場合も含まれる。また、通電開始からの各種時点は、交流電流のサイクル数によることなく、絶対的な時間によって特定することもできる。なお、上述した実施の形態で示した数値は、本発明を説明する上で例示的に示したものであり、被溶接材の厚さや電流値、電圧値などの溶接条件に応じて変更することができる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｗ：被溶接材、 Ｗ１：１枚目の被溶接材、 Ｗ２：２枚目の被溶接材、 １、２：電極、 ３：電源装置（電極に電流を供給する手段）、 ４：制御装置、 ５：被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段、 ６：タイマ（検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて被溶接材の接合状態の良否を判定する手段、および、被溶接材の接合状態の判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法。
【請求項２】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【請求項３】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段と
を備えていることを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項４】
被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、
請求項３に記載の制御装置を設けたことを特徴とする抵抗溶接機。
【請求項１】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接において、前記被溶接材の接合状態を評価するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接の評価方法。
【請求項２】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための方法であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知するステップと、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較するステップと、
両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定するステップと、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更するステップと
を備えることを特徴とする抵抗溶接機の制御方法。
【請求項３】
被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機において、前記被溶接材を良好に接合させるよう制御するための制御装置であって、
前記被溶接材の溶融開始のタイミングを検知する手段と、
該検知された被溶接材の溶融開始のタイミングと、予め定められた被溶接材の溶融開始のタイミングとを比較して、両タイミングの差が予め設定された範囲内であるか否かに基づいて前記被溶接材の接合状態の良否を判定する手段と、
前記判定で接合状態が良でない場合に溶接条件を変更する手段と
を備えていることを特徴とする抵抗溶接機の制御装置。
【請求項４】
被溶接材を加圧する電極と、該電極に電流を供給する手段とを備えており、前記被溶接材を電極で加圧して通電することによりジュール加熱して被溶接材を溶融させ接合する抵抗溶接機であって、
請求項３に記載の制御装置を設けたことを特徴とする抵抗溶接機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１４】
【図８】
【図１０】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２２６３５（Ｐ２０１３−２２６３５Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２１７１（Ｐ２０１１−１６２１７１）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
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