抵抗溶接方法及びその装置
【課題】抵抗溶接においてワーク同士の間に生成する溶融部の成長の度合いを、高精度に評価する。
【解決手段】ワークＷ１、Ｗ２を挟持した第１電極チップ１２と第２電極チップの１４間に通電を行って抵抗溶接を行う最中、第１電極チップ１２から第２電極チップ１４に至るまでのチップ間抵抗Ｒ、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ１の抵抗ｒ３、ワークＷ２の抵抗ｒ５、第２電極チップ１４とワークＷ２との接触抵抗ｒ６、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７を求める。チップ間抵抗Ｒの値から抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７を差し引くと、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４が得られる。この接触抵抗ｒ４に基づき、溶融部３０の径を求めることができる。抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７は、抵抗溶接を行う最中に変化するので、超音波を用いてリアルタイムに求める。
【解決手段】ワークＷ１、Ｗ２を挟持した第１電極チップ１２と第２電極チップの１４間に通電を行って抵抗溶接を行う最中、第１電極チップ１２から第２電極チップ１４に至るまでのチップ間抵抗Ｒ、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ１の抵抗ｒ３、ワークＷ２の抵抗ｒ５、第２電極チップ１４とワークＷ２との接触抵抗ｒ６、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７を求める。チップ間抵抗Ｒの値から抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７を差し引くと、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４が得られる。この接触抵抗ｒ４に基づき、溶融部３０の径を求めることができる。抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７は、抵抗溶接を行う最中に変化するので、超音波を用いてリアルタイムに求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のワークを第１電極チップと第２電極チップで挟持するとともに、前記第１電極チップと前記第２電極チップとの間に通電を行うことで前記ワーク同士を接合する抵抗溶接方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接の一手法である抵抗溶接（「スポット溶接」とも指称される）は、周知の通り、互いに当接した複数個のワーク同士を１組の電極チップで挟持し、これら電極チップ同士の間に通電を行うことで前記ワーク同士を点状に溶接するものである。
【０００３】
抵抗溶接は、例えば、ティーチング可能なロボットのアーム部先端に配設された溶接ガンによって行われる。すなわち、予めティーチングされた前記ロボットは、先ず、前記溶接ガンの開閉可能なクランプ部に設けられた電極チップ同士の間にワークが挿入されるように動作し、次に、前記クランプ部が閉じることで前記ワークを電極チップ同士で挟持する。この状態で前記電極チップ間に通電がなされ、ワークに溶融部が生じる。最終的に、この溶融部が凝固してナゲットと呼称される固相となることに伴って、ワークに点状の溶接部が形成される。
【０００４】
このように実施される抵抗溶接において、ワークに生成する溶融部が如何なる程度に成長しているのかを調査することがある。この種の調査手法としては、例えば、特許文献１に記載されるように、電極チップ同士の間の抵抗値に基づいて溶融部の径を推測することが挙げられる。また、特許文献２には、熱伝導モデルを用いた数値解析を行い、この解析に基づいてワーク同士の接触抵抗を求める技術が記載されている。
【０００５】
さらに、本出願人は、電極チップが次第に摩耗して電極チップとワークとの接触面積が変化することに起因して溶融部の界面位置の検出精度、ひいては溶融部の成長速度の計算精度が低下することを見出し、前記の変化が生じてもなお、溶融部の成長速度を高精度に評価し得る技術を提案している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３４９３５号公報
【特許文献２】特開平９−１９６８８１号公報
【特許文献３】特開２０１０−６０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記特許文献３記載の技術に関連してなされたもので、溶融部の成長の度合いを一層高精度に評価し得る抵抗溶接方法及びその装置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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接方法であって、
抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値を求める工程と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値を、該第１電極チップ及び該第２電極チップの温度に基づいて求める工程と、
前記第１電極チップと該第１電極チップに当接したワークとの第１接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求めるとともに、前記第２電極チップと該第２電極チップに当接したワークとの第２接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求める工程と、
前記複数個のワークの各々の抵抗値を、該ワークの温度に基づいて求める工程と、
前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求める工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
なお、本明細書においていう「チップ間抵抗値」には、第１電極チップの抵抗値、及び第２電極チップの抵抗値が含まれる。すなわち、チップ間抵抗値は、第１電極チップ及び第２電極チップの両抵抗値を加味した値である。
【００１０】
本発明においては、抵抗溶接に際して第１電極チップ、第２電極チップ及び複数個のワークの温度が上昇し、これに伴って抵抗が上昇したり、又は溶融部が生成することに伴って抵抗が低下したりすることを考慮して、抵抗溶接の最中の第１電極チップ、第２電極チップ及び複数個のワークの抵抗値を、温度に基づいて求めるようにしている。換言すれば、これらの抵抗値をリアルタイムで得る。
【００１１】
さらに、第１電極チップと、これに当接するワークとの接触面積、及び、第２電極チップと、これに当接するワークとの接触面積も、抵抗溶接の進行に伴って変化する。ワークが軟化するので、第１電極チップ及び第２電極チップがワークに埋入し易くなるからである。
【００１２】
そこで、本発明では、第１電極チップと、これに当接するワークとの接触抵抗値、及び、第２電極チップと、これに当接するワークとの接触抵抗値を、各々の接触面積の変化に基づいて求めるようにしている。すなわち、これらの接触抵抗値もリアルタイムで得る。なお、この技術については、前記特許文献３に詳述されている。
【００１３】
以上のようにして求めた抵抗値を、チップ間抵抗値から差し引けば、ワーク同士の接触抵抗値を精度よく、しかも、リアルタイムで求めることができる。この接触抵抗値に基づいて、溶融部の成長の度合いを評価することができる。ワーク同士の接触抵抗値を精度よく求めることができるので、前記の評価が高精度となる。
【００１４】
なお、ワーク同士の接触抵抗値に基づいて溶融部の成長の度合いを評価するには、例えば、ワーク同士の接触抵抗値と、該ワーク同士の間に形成される溶融部の径との相関関係を予め求めておく。そして、この相関関係と、実際のワーク同士の接触抵抗値とに基づいて、溶融部の径を求めるようにすればよい。
【００１５】
また、本発明は、複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接装置であって、
前記第１電極チップと第２電極チップの間の通電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの温度に基づく各抵抗値と、
前記第１電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第１電極チップと前記ワークとの間の第１接触抵抗値、及び、前記第２電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第２電極チップと前記ワークとの間の第２接触抵抗値と、
前記複数個のワークの温度に基づく各々の抵抗値と、
を求め、
さらに、前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求めることを特徴とする。
【００１６】
このような構成とすることにより、上記した抵抗溶接方法を自動的且つ容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、抵抗溶接を行う際、電極チップ及びワークの温度が変化することに伴ってこれらの抵抗値が変化すること、及び、電極チップとワークとの接触面積が変化することの双方を考慮してワーク同士の接触抵抗値を求めるようにしている。このため、ワーク同士の接触抵抗値を一層精度よく、しかも、リアルタイムで求めることが可能となる。
【００１８】
この接触抵抗値に基づいて、例えば、溶融部の径、ひいては溶融部の成長の度合いを求めることができる。上記したように、ワーク同士の接触抵抗値が精度よく求められているので、溶融部の成長の度合いを一層高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る抵抗溶接装置の要部概略構成図である。
【図２】（ａ）は、ワーク同士の接触抵抗値と、溶融部の径の経時変化を簡易的に示すグラフであり、（ｂ）は、ワーク同士の接触抵抗値と、溶融部の径の大小との相関関係を簡易的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る抵抗溶接方法につき、それを実施するための抵抗溶接方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
先ず、本実施の形態に係る抵抗溶接装置につき、その要部概略構成図である図１を参照して説明する。この抵抗溶接装置１０は、図示しないロボットのアーム部先端に配設された開閉可能な図示しない溶接ガンを有し、該溶接ガンの先端には、第１電極チップ１２と、第２電極チップ１４とが互いに対向するように設けられる。図１に示すように、これら第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４は、互いに積層された２枚のワークＷ１、Ｗ２を挟持する。従って、第１電極チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２電極チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。
【００２２】
第１電極チップ１２には、超音波を発信及び受信することが可能な第１送受信器１６が内蔵される。同様に、第２電極チップ１４にも、超音波を発信及び受信することが可能な第２送受信器１８が内蔵される。
【００２３】
なお、これら第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積と、ワークＷ１、Ｗ２への超音波の入射波率との相関関係は、前記特許文献３に記載した公知技術によって予め求められている。
【００２４】
第１送受信器１６及び第２送受信器１８は、エコー測定器２０に接続されている。このエコー測定器２０は、第１送受信器１６に戻った超音波（反射波）の強度や、第２送受信器１８に到達した超音波（透過波）の強度を測定することが可能である。
【００２５】
さらに、溶接ガンには、第１電極チップ１２の先端と第２電極チップ１４の先端との離間距離、換言すれば、チップ間距離Ｄを測定するためのエンコーダ２２が設けられる。前記チップ間距離Ｄは、このエンコーダ２２によって常時測定される。
【００２６】
以上の構成において、エコー測定器２０及びエンコーダ２２は、制御回路２４（制御部）に電気的に接続されている。
【００２７】
次に、基本的には上記のように構成される抵抗溶接装置１０を用いる本実施の形態に係る抵抗溶接方法につき説明する。
【００２８】
抵抗溶接において、第１電極チップ１２から第２電極チップ１４に至るまでのチップ間抵抗Ｒは、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ１の抵抗ｒ３、ワークＷ１とワークＷ２との接触抵抗ｒ４、ワークＷ２の抵抗ｒ５、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の総和である。すなわち、下記の式（１）が成立する。
Ｒ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７ …（１）
【００２９】
溶融部３０（ナゲット）は、いうまでもなくワークＷ１、Ｗ２の接触界面に生成する。そして、図２に（ａ）及び（ｂ）として示すように、接触抵抗ｒ４と溶融部３０の径とは相関関係があり、溶融部３０の径が大きくなるほど接触抵抗ｒ４が小さくなる。溶融部３０の径が大きいと、該溶融部３０に流れる電流密度が小さくなるからである。
【００３０】
勿論、図２に（ａ）及び（ｂ）として示す相関関係は、予備的に抵抗溶接を行って実測されたものであり、制御回路２４（図１参照）に入力されている。制御回路２４は、前記相関関係と接触抵抗ｒ４の実値とに基づいて、抵抗溶接が進行する最中の溶融部３０の径を判断する。従って、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができれば、抵抗溶接が進行する最中の溶融部３０の径、すなわち、溶融部３０の成長の度合いを高精度に評価することが可能となる。
【００３１】
このため、抵抗溶接が進行する最中の抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７の実値を個別に求め、チップ間抵抗Ｒの実値から差し引く。これにより、接触抵抗ｒ４の実値を求めることができる。
【００３２】
ここで、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２及び第２電極チップ１４は、抵抗溶接（通電）の最中に温度上昇を起こす。これに伴い、抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７が上昇する。従って、接触抵抗ｒ４を精度よく求めるには、抵抗溶接を行っている最中の抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７の値を精度よく得る必要がある。
【００３３】
このため、溶接抵抗を行うに先んじて、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１の温度依存性を求める。具体的には、第１電極チップ１２の抵抗値を、温度を変化させながら測定すればよい。同様にして、ワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５、及び第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の温度依存性を求める。
【００３４】
一方、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６は、抵抗溶接の開始によって軟化したワークＷ１、Ｗ２に対して第１電極チップ１２、第２電極チップ１４が埋入する（換言すれば、接触面積が大きくなる）ことによって変化する。そこで、上記の通り、前記特許文献３の記載に準拠して、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積と、ワークＷ１、Ｗ２への超音波の各入射波率との相関関係を予め求めておく。なお、以下の説明では、第１電極チップ１２における入射波率を第１入射波率、第２電極チップ１４における入射波率を第２入射波率という。
【００３５】
さらに、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４中の第１送受信器１６、第２送受信器１８から超音波をそれぞれ発信する。この時点では、第１電極チップ１２、第２送受信器１８の各々は、ワークＷ１又はワークＷ２に当接していない。従って、第１電極チップ１２、第２送受信器１８の先端に到達した超音波の全ては、音響インピーダンスの相違が大きい大気又は真空等の媒体によって反射され、それぞれ、第１反射波、第２反射波として第１送受信器１６、第２送受信器１８に戻る。これら第１反射波、第２反射波の強度が、前記エコー測定器２０によって測定されるとともに、制御回路２４に情報として送信される。制御回路２４は、この際の第１反射波、第２反射波の強度を、第１強度、第２強度として記憶する。
【００３６】
次に、前記ロボットが動作することにより、互いに積層されたワークＷ１、Ｗ２が前記溶接ガンの第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４の間に挿入される。勿論、この時点では溶接ガンは開いており、従って、第１電極チップ１２と第２電極チップ１４は、ワークＷ１、Ｗ２から離間している。
【００３７】
次に、前記溶接ガンが閉じられ、第１電極チップ１２の先端が上方のワークＷ１に当接するとともに、第２電極チップ１４の先端が下方のワークＷ２に当接する。すなわち、ワークＷ１、Ｗ２が第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４に挟持される。
【００３８】
この時点で、第１送受信器１６から第２送受信器１８に向けて超音波が発信される。制御回路２４は、ワークＷ１、Ｗ２を透過して第２送受信器１８に受信された透過波につき、発信から受信に至るまでの伝播時間を記憶する。制御回路２４は、さらに、この伝播時間と、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みとから、透過波の速度（音速）を算出する。なお、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みは、エンコーダ２２によって求められる第１電極チップ１２と第２電極チップ１４との間のチップ間距離Ｄに等しい。
【００３９】
次に、第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４に電圧が印加され、これら第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４の間に通電がなされる。勿論、これに伴ってワークＷ１、Ｗ２の内部を電流が通過し、その結果、ワークＷ１、Ｗ２の界面が溶融する。すなわち、溶融部３０が生成する。
【００４０】
また、前記通電と同時に、第１送受信器１６から超音波が再発信される。このとき、超音波の一部は、第１電極チップ１２の先端におけるワークＷ１に対して当接している部位からワークＷ１の内部に入射する。その一方で、第１電極チップ１２におけるワークＷ１に対して超音波を入射可能な部位（以下、超音波入射可能部位とも表記する）であってもワークＷ１に対して当接していない部位では超音波が反射する。また、ワークＷ１に対して当接している部位に到達した超音波であっても、一部はワークＷ１に入射し得ずに反射する。このような反射によって第３反射波が生成し、第１送受信器１６に戻る。
【００４１】
第３反射波は、第１送受信器１６にて受信される。前記エコー測定器２０は、このときの第３反射波の強度を測定する。制御回路２４は、この際の第３反射波の強度を第３強度として記憶する。
【００４２】
上記と同様に、第２送受信器１８からも超音波が再発信される。超音波の一部は、第２電極チップ１４の先端におけるワークＷ２に対して当接している部位からワークＷ２の内部に入射する。その一方で、第２電極チップ１４における超音波入射可能部位であってもワークＷ２に対して当接していない部位では超音波が反射する。また、ワークＷ２に対して当接している部位に到達した超音波であっても、一部はワークＷ２に入射し得ずに反射する。このような反射によって第４反射波が生成し、第２送受信器１８に戻る。
【００４３】
制御回路２４は、以上のようにして測定された第１反射波の第１強度及び第３反射波の第３強度と、第２反射波の第２強度及び第４反射波の第４強度とから、第１強度比（第１反射波率）、第２強度比（第２反射波率）を算出する。この算出には、下記の式（２）、（３）が用いられる。
第１強度比＝第３強度／第１強度 …（２）
第２強度比＝第４強度／第２強度 …（３）
【００４４】
例えば、溶接ガンを閉じたとしても該溶接ガンの動作不良によって第１電極チップ１２がワークＷ１に当接していない場合、超音波は全て第１電極チップ１２の先端で反射する。従って、第３強度が第１強度に等しくなり、上記の式（２）によって求められる第１強度比、換言すれば、第１反射波率が１となる。
【００４５】
これに対し、第１電極チップ１２がワークＷ１に当接している場合、超音波がワークＷ１に入射する。仮に第３反射波の強度がゼロである場合、第１強度比（第１反射波率）がゼロであるから、超音波の全てがワークＷ１に入射されたことになる。この場合、第１電極チップ１２における超音波入射可能部位が全域にわたってワークＷ１に接触しており、超音波入射可能部位の全面積＝接触面積であると評価する。
【００４６】
勿論、第２電極チップ１４についても、第２強度比（第２反射波率）の数値に基づいて同様の評価がなされる。
【００４７】
実際には、第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４をワークＷ１、Ｗ２に当接させて通電を開始した直後は、ワークＷ１、Ｗ２の温度はさほど上昇していない。このため、ワークＷ１、Ｗ２はこの時点では軟化しておらず、従って、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４は、各々の極先端がワークＷ１、Ｗ２に当接するのみである。
【００４８】
すなわち、ワークＷ１、Ｗ２に対し、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４における超音波入射可能部位の全域が当接しているとは限らない。このことから諒解されるように、特に、抵抗溶接を開始した直後は超音波入射可能部位の全面積と接触面積とが等しいとは限らない。
【００４９】
そこで、制御回路２４は、前記第１及び第２強度比（第１及び第２反射波率）に基づき、下記の式（４）、（５）によって、第１入射波率、第２入射波率を算出する。
第１入射波率＝１−第１強度比
＝１−第３強度／第１強度 …（４）
第２入射波率＝１−第２強度比
＝１−第４強度／第２強度 …（５）
【００５０】
例えば、第１反射波及び第３反射波の強度がそれぞれ１００、２０である場合、上記の式（３）に従って計算される強度比は０．２である。これは、抵抗溶接時に第１送受信器１６が発信した超音波の２０％が、第３反射波として反射されたことを意味する。
【００５１】
そして、式（４）に従って第１入射波率を求めると、０．８である。すなわち、この場合、第１送受信器１６から発信された超音波の８０％がワークＷ１に入射されている。制御回路２４は、予め求められている前記相関関係から、第１入射波率が８０％となるときの、ワークＷ１に対する第１電極チップ１２の接触面積を求める。
【００５２】
制御回路２４は、さらに、以上のようにして求められた接触面積に基づき、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２を求める。勿論、これと同様にして、ワークＷ２に対する第２電極チップ１４の接触面積、及び第２電極チップ１４とワークＷ２との接触抵抗ｒ６が制御回路２４によって求められる。
【００５３】
制御回路２４は、さらに、抵抗溶接を行っている間の第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、ワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５、及び第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の各値を求める。
【００５４】
ここで、抵抗溶接の進行に伴って第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度が上昇すると、第１送受信器１６、第２送受信器１８が超音波を発信してから、これら第１送受信器１６、第２送受信器１８に第３反射波、第４反射波が戻ってくるまでの時間が変化する。周知の通り、高温になるほど音速が遅くなるからである。
【００５５】
温度と超音波の音速との相関関係は既知である。従って、第１送受信器１６、第２送受信器１８が超音波を発信してから、該第１送受信器１６、該第２送受信器１８に第３反射波、第４反射波が戻ってくるまでの時間に基づいて音速を算出し、さらに、求めた音速と温度との相関関係から、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度を求めることができる。
【００５６】
そして、このようにして求められた第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度と、上記のようにして予め求めた第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の抵抗値の温度依存性とに基づいて、該温度における第１電極チップ１２の抵抗ｒ１の実値、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の実値のそれぞれを精確に求めることができる。
【００５７】
一方、抵抗溶接の進行に伴ってワークＷ１、Ｗ２の温度が上昇すると、該ワークＷ１、Ｗ２が熱膨張を起こすことに伴って、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みが変化する。これに対応して、第１電極チップ１２と第２電極チップ１４との間のチップ間距離Ｄも変化する。このようにして変化するチップ間距離Ｄは、エンコーダ２２によって逐一測定され、制御回路２４に情報として送られる。
【００５８】
制御回路２４は、さらに、通電を開始した後に第１送受信器１６が超音波を発信開始して第２送受信器１８が第１透過波を受信するまでの時間から、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４内での第１透過波の伝播時間を差し引き、透過波がワークＷ１、Ｗ２を透過する伝播時間を求める。このワークＷ１、Ｗ２内の伝播時間と、変化後のチップ間距離Ｄとに基づいて、ワークＷ１、Ｗ２内での音速を算出する。
【００５９】
なお、第１電極チップ１２内における第１透過波の伝播時間は、第１送受信器１６が超音波を発信した後に該第１送受信器１６が第３反射波を受信するまでの時間を先ず求め、次に、この時間に１／２を乗することで算出し得る。第２電極チップ１４内における第１透過波の伝播時間も同様に、第２送受信器１８からワークＷ２の界面までの距離と、第２送受信器１８が超音波を発信した後に該第２送受信器１８が第４反射波を受信するまでの時間を求め、この時間に１／２を乗することで算出される。
【００６０】
以上のようにして求められた音速は、通電を開始する前の音速に比して遅い。上記の通り、音速は高温になるほど遅くなるからである。
【００６１】
従って、制御回路２４は、温度と、ワークＷ１、Ｗ２内での音速との相関関係（既知）に基づいて、この際のワークＷ１、Ｗ２の温度を求めることができる。そして、制御回路２４は、求めた温度と、該制御回路２４が予め記憶したワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５の温度依存性とに基づき、超音波を発信した際のワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５の実値を得る。
【００６２】
以上のようにして、超音波を発信した際の第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２、第２電極チップ１４の各抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７の実値が得られる。
【００６３】
その一方で、チップ間抵抗Ｒの実値が逐一実測される。このため、チップ間抵抗Ｒの実値、抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７の実値が分かることになる。従って、上記の式（１）に実値を代入することにより、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができる。
【００６４】
上記したように、制御回路２４には、接触抵抗ｒ４と溶融部３０の径との相関関係（図２参照）が予め入力されている。従って、制御回路２４（図１参照）は、前記のようにして得た接触抵抗ｒ４の実値から、溶融部３０の径をリアルタイムで判断することができる。
【００６５】
前記特許文献３記載の技術では、抵抗溶接の進行に伴って第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積が変化し、これにより接触抵抗ｒ２、ｒ６が変化することを考慮した上で溶融部３０の成長の度合いを評価するようにしている。一方、本実施の形態では、接触抵抗ｒ２、ｒ６のみならず、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２及び第２電極チップ１４の温度が上昇することで抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７が変化することをさらに考慮に加え、抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７、ひいては接触抵抗ｒ４をリアルタイムで求め、その上で、溶融部３０の成長の度合いを評価する。
【００６６】
従って、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができる。このため、溶融部３０の径を一層高精度に求めることができ、結局、溶融部３０の成長の度合いを一層高精度に評価することができる。
【００６７】
なお、例えば、輻射温度計等の温度測定手段を設けるようにしてもよい。この場合、ワークＷ１、Ｗ２の温度が所定の閾値を超えたときに溶融部３０が生成されていると判断することにより、ワークＷ１、Ｗ２の抵抗ｒ３、ｒ５が圧接によって低下したのか、又は、溶融部３０が生成することに伴って低下したのかを区別することが容易となるという利点がある。
【００６８】
また、上記した実施の形態では、２枚のワークＷ１、Ｗ２を抵抗溶接する場合を例示して説明したが、ワークの個数は特にこれに限定されるものではなく、例えば、３枚であってもよい。この場合、溶融部に反射されて戻る反射波の伝播時間からも、溶融部の成長の度合いを認識することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…抵抗溶接装置 １２、１４…電極チップ
１６、１８…送受信器 ２０…エコー測定器
２２…エンコーダ ２４…制御回路
３０…溶融部 Ｗ１、Ｗ２…ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個のワークを第１電極チップと第２電極チップで挟持するとともに、前記第１電極チップと前記第２電極チップとの間に通電を行うことで前記ワーク同士を接合する抵抗溶接方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接の一手法である抵抗溶接（「スポット溶接」とも指称される）は、周知の通り、互いに当接した複数個のワーク同士を１組の電極チップで挟持し、これら電極チップ同士の間に通電を行うことで前記ワーク同士を点状に溶接するものである。
【０００３】
抵抗溶接は、例えば、ティーチング可能なロボットのアーム部先端に配設された溶接ガンによって行われる。すなわち、予めティーチングされた前記ロボットは、先ず、前記溶接ガンの開閉可能なクランプ部に設けられた電極チップ同士の間にワークが挿入されるように動作し、次に、前記クランプ部が閉じることで前記ワークを電極チップ同士で挟持する。この状態で前記電極チップ間に通電がなされ、ワークに溶融部が生じる。最終的に、この溶融部が凝固してナゲットと呼称される固相となることに伴って、ワークに点状の溶接部が形成される。
【０００４】
このように実施される抵抗溶接において、ワークに生成する溶融部が如何なる程度に成長しているのかを調査することがある。この種の調査手法としては、例えば、特許文献１に記載されるように、電極チップ同士の間の抵抗値に基づいて溶融部の径を推測することが挙げられる。また、特許文献２には、熱伝導モデルを用いた数値解析を行い、この解析に基づいてワーク同士の接触抵抗を求める技術が記載されている。
【０００５】
さらに、本出願人は、電極チップが次第に摩耗して電極チップとワークとの接触面積が変化することに起因して溶融部の界面位置の検出精度、ひいては溶融部の成長速度の計算精度が低下することを見出し、前記の変化が生じてもなお、溶融部の成長速度を高精度に評価し得る技術を提案している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３４９３５号公報
【特許文献２】特開平９−１９６８８１号公報
【特許文献３】特開２０１０−６０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記特許文献３記載の技術に関連してなされたもので、溶融部の成長の度合いを一層高精度に評価し得る抵抗溶接方法及びその装置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】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接方法であって、
抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値を求める工程と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値を、該第１電極チップ及び該第２電極チップの温度に基づいて求める工程と、
前記第１電極チップと該第１電極チップに当接したワークとの第１接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求めるとともに、前記第２電極チップと該第２電極チップに当接したワークとの第２接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求める工程と、
前記複数個のワークの各々の抵抗値を、該ワークの温度に基づいて求める工程と、
前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求める工程と、
を有することを特徴とする。
【０００９】
なお、本明細書においていう「チップ間抵抗値」には、第１電極チップの抵抗値、及び第２電極チップの抵抗値が含まれる。すなわち、チップ間抵抗値は、第１電極チップ及び第２電極チップの両抵抗値を加味した値である。
【００１０】
本発明においては、抵抗溶接に際して第１電極チップ、第２電極チップ及び複数個のワークの温度が上昇し、これに伴って抵抗が上昇したり、又は溶融部が生成することに伴って抵抗が低下したりすることを考慮して、抵抗溶接の最中の第１電極チップ、第２電極チップ及び複数個のワークの抵抗値を、温度に基づいて求めるようにしている。換言すれば、これらの抵抗値をリアルタイムで得る。
【００１１】
さらに、第１電極チップと、これに当接するワークとの接触面積、及び、第２電極チップと、これに当接するワークとの接触面積も、抵抗溶接の進行に伴って変化する。ワークが軟化するので、第１電極チップ及び第２電極チップがワークに埋入し易くなるからである。
【００１２】
そこで、本発明では、第１電極チップと、これに当接するワークとの接触抵抗値、及び、第２電極チップと、これに当接するワークとの接触抵抗値を、各々の接触面積の変化に基づいて求めるようにしている。すなわち、これらの接触抵抗値もリアルタイムで得る。なお、この技術については、前記特許文献３に詳述されている。
【００１３】
以上のようにして求めた抵抗値を、チップ間抵抗値から差し引けば、ワーク同士の接触抵抗値を精度よく、しかも、リアルタイムで求めることができる。この接触抵抗値に基づいて、溶融部の成長の度合いを評価することができる。ワーク同士の接触抵抗値を精度よく求めることができるので、前記の評価が高精度となる。
【００１４】
なお、ワーク同士の接触抵抗値に基づいて溶融部の成長の度合いを評価するには、例えば、ワーク同士の接触抵抗値と、該ワーク同士の間に形成される溶融部の径との相関関係を予め求めておく。そして、この相関関係と、実際のワーク同士の接触抵抗値とに基づいて、溶融部の径を求めるようにすればよい。
【００１５】
また、本発明は、複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接装置であって、
前記第１電極チップと第２電極チップの間の通電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの温度に基づく各抵抗値と、
前記第１電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第１電極チップと前記ワークとの間の第１接触抵抗値、及び、前記第２電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第２電極チップと前記ワークとの間の第２接触抵抗値と、
前記複数個のワークの温度に基づく各々の抵抗値と、
を求め、
さらに、前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求めることを特徴とする。
【００１６】
このような構成とすることにより、上記した抵抗溶接方法を自動的且つ容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、抵抗溶接を行う際、電極チップ及びワークの温度が変化することに伴ってこれらの抵抗値が変化すること、及び、電極チップとワークとの接触面積が変化することの双方を考慮してワーク同士の接触抵抗値を求めるようにしている。このため、ワーク同士の接触抵抗値を一層精度よく、しかも、リアルタイムで求めることが可能となる。
【００１８】
この接触抵抗値に基づいて、例えば、溶融部の径、ひいては溶融部の成長の度合いを求めることができる。上記したように、ワーク同士の接触抵抗値が精度よく求められているので、溶融部の成長の度合いを一層高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る抵抗溶接装置の要部概略構成図である。
【図２】（ａ）は、ワーク同士の接触抵抗値と、溶融部の径の経時変化を簡易的に示すグラフであり、（ｂ）は、ワーク同士の接触抵抗値と、溶融部の径の大小との相関関係を簡易的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る抵抗溶接方法につき、それを実施するための抵抗溶接方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
先ず、本実施の形態に係る抵抗溶接装置につき、その要部概略構成図である図１を参照して説明する。この抵抗溶接装置１０は、図示しないロボットのアーム部先端に配設された開閉可能な図示しない溶接ガンを有し、該溶接ガンの先端には、第１電極チップ１２と、第２電極チップ１４とが互いに対向するように設けられる。図１に示すように、これら第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４は、互いに積層された２枚のワークＷ１、Ｗ２を挟持する。従って、第１電極チップ１２の先端は上方のワークＷ１に当接し、第２電極チップ１４の先端は下方のワークＷ２に当接する。
【００２２】
第１電極チップ１２には、超音波を発信及び受信することが可能な第１送受信器１６が内蔵される。同様に、第２電極チップ１４にも、超音波を発信及び受信することが可能な第２送受信器１８が内蔵される。
【００２３】
なお、これら第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積と、ワークＷ１、Ｗ２への超音波の入射波率との相関関係は、前記特許文献３に記載した公知技術によって予め求められている。
【００２４】
第１送受信器１６及び第２送受信器１８は、エコー測定器２０に接続されている。このエコー測定器２０は、第１送受信器１６に戻った超音波（反射波）の強度や、第２送受信器１８に到達した超音波（透過波）の強度を測定することが可能である。
【００２５】
さらに、溶接ガンには、第１電極チップ１２の先端と第２電極チップ１４の先端との離間距離、換言すれば、チップ間距離Ｄを測定するためのエンコーダ２２が設けられる。前記チップ間距離Ｄは、このエンコーダ２２によって常時測定される。
【００２６】
以上の構成において、エコー測定器２０及びエンコーダ２２は、制御回路２４（制御部）に電気的に接続されている。
【００２７】
次に、基本的には上記のように構成される抵抗溶接装置１０を用いる本実施の形態に係る抵抗溶接方法につき説明する。
【００２８】
抵抗溶接において、第１電極チップ１２から第２電極チップ１４に至るまでのチップ間抵抗Ｒは、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ１の抵抗ｒ３、ワークＷ１とワークＷ２との接触抵抗ｒ４、ワークＷ２の抵抗ｒ５、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の総和である。すなわち、下記の式（１）が成立する。
Ｒ＝ｒ１＋ｒ２＋ｒ３＋ｒ４＋ｒ５＋ｒ６＋ｒ７ …（１）
【００２９】
溶融部３０（ナゲット）は、いうまでもなくワークＷ１、Ｗ２の接触界面に生成する。そして、図２に（ａ）及び（ｂ）として示すように、接触抵抗ｒ４と溶融部３０の径とは相関関係があり、溶融部３０の径が大きくなるほど接触抵抗ｒ４が小さくなる。溶融部３０の径が大きいと、該溶融部３０に流れる電流密度が小さくなるからである。
【００３０】
勿論、図２に（ａ）及び（ｂ）として示す相関関係は、予備的に抵抗溶接を行って実測されたものであり、制御回路２４（図１参照）に入力されている。制御回路２４は、前記相関関係と接触抵抗ｒ４の実値とに基づいて、抵抗溶接が進行する最中の溶融部３０の径を判断する。従って、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができれば、抵抗溶接が進行する最中の溶融部３０の径、すなわち、溶融部３０の成長の度合いを高精度に評価することが可能となる。
【００３１】
このため、抵抗溶接が進行する最中の抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７の実値を個別に求め、チップ間抵抗Ｒの実値から差し引く。これにより、接触抵抗ｒ４の実値を求めることができる。
【００３２】
ここで、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２及び第２電極チップ１４は、抵抗溶接（通電）の最中に温度上昇を起こす。これに伴い、抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７が上昇する。従って、接触抵抗ｒ４を精度よく求めるには、抵抗溶接を行っている最中の抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７の値を精度よく得る必要がある。
【００３３】
このため、溶接抵抗を行うに先んじて、第１電極チップ１２の抵抗ｒ１の温度依存性を求める。具体的には、第１電極チップ１２の抵抗値を、温度を変化させながら測定すればよい。同様にして、ワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５、及び第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の温度依存性を求める。
【００３４】
一方、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６は、抵抗溶接の開始によって軟化したワークＷ１、Ｗ２に対して第１電極チップ１２、第２電極チップ１４が埋入する（換言すれば、接触面積が大きくなる）ことによって変化する。そこで、上記の通り、前記特許文献３の記載に準拠して、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積と、ワークＷ１、Ｗ２への超音波の各入射波率との相関関係を予め求めておく。なお、以下の説明では、第１電極チップ１２における入射波率を第１入射波率、第２電極チップ１４における入射波率を第２入射波率という。
【００３５】
さらに、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４中の第１送受信器１６、第２送受信器１８から超音波をそれぞれ発信する。この時点では、第１電極チップ１２、第２送受信器１８の各々は、ワークＷ１又はワークＷ２に当接していない。従って、第１電極チップ１２、第２送受信器１８の先端に到達した超音波の全ては、音響インピーダンスの相違が大きい大気又は真空等の媒体によって反射され、それぞれ、第１反射波、第２反射波として第１送受信器１６、第２送受信器１８に戻る。これら第１反射波、第２反射波の強度が、前記エコー測定器２０によって測定されるとともに、制御回路２４に情報として送信される。制御回路２４は、この際の第１反射波、第２反射波の強度を、第１強度、第２強度として記憶する。
【００３６】
次に、前記ロボットが動作することにより、互いに積層されたワークＷ１、Ｗ２が前記溶接ガンの第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４の間に挿入される。勿論、この時点では溶接ガンは開いており、従って、第１電極チップ１２と第２電極チップ１４は、ワークＷ１、Ｗ２から離間している。
【００３７】
次に、前記溶接ガンが閉じられ、第１電極チップ１２の先端が上方のワークＷ１に当接するとともに、第２電極チップ１４の先端が下方のワークＷ２に当接する。すなわち、ワークＷ１、Ｗ２が第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４に挟持される。
【００３８】
この時点で、第１送受信器１６から第２送受信器１８に向けて超音波が発信される。制御回路２４は、ワークＷ１、Ｗ２を透過して第２送受信器１８に受信された透過波につき、発信から受信に至るまでの伝播時間を記憶する。制御回路２４は、さらに、この伝播時間と、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みとから、透過波の速度（音速）を算出する。なお、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みは、エンコーダ２２によって求められる第１電極チップ１２と第２電極チップ１４との間のチップ間距離Ｄに等しい。
【００３９】
次に、第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４に電圧が印加され、これら第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４の間に通電がなされる。勿論、これに伴ってワークＷ１、Ｗ２の内部を電流が通過し、その結果、ワークＷ１、Ｗ２の界面が溶融する。すなわち、溶融部３０が生成する。
【００４０】
また、前記通電と同時に、第１送受信器１６から超音波が再発信される。このとき、超音波の一部は、第１電極チップ１２の先端におけるワークＷ１に対して当接している部位からワークＷ１の内部に入射する。その一方で、第１電極チップ１２におけるワークＷ１に対して超音波を入射可能な部位（以下、超音波入射可能部位とも表記する）であってもワークＷ１に対して当接していない部位では超音波が反射する。また、ワークＷ１に対して当接している部位に到達した超音波であっても、一部はワークＷ１に入射し得ずに反射する。このような反射によって第３反射波が生成し、第１送受信器１６に戻る。
【００４１】
第３反射波は、第１送受信器１６にて受信される。前記エコー測定器２０は、このときの第３反射波の強度を測定する。制御回路２４は、この際の第３反射波の強度を第３強度として記憶する。
【００４２】
上記と同様に、第２送受信器１８からも超音波が再発信される。超音波の一部は、第２電極チップ１４の先端におけるワークＷ２に対して当接している部位からワークＷ２の内部に入射する。その一方で、第２電極チップ１４における超音波入射可能部位であってもワークＷ２に対して当接していない部位では超音波が反射する。また、ワークＷ２に対して当接している部位に到達した超音波であっても、一部はワークＷ２に入射し得ずに反射する。このような反射によって第４反射波が生成し、第２送受信器１８に戻る。
【００４３】
制御回路２４は、以上のようにして測定された第１反射波の第１強度及び第３反射波の第３強度と、第２反射波の第２強度及び第４反射波の第４強度とから、第１強度比（第１反射波率）、第２強度比（第２反射波率）を算出する。この算出には、下記の式（２）、（３）が用いられる。
第１強度比＝第３強度／第１強度 …（２）
第２強度比＝第４強度／第２強度 …（３）
【００４４】
例えば、溶接ガンを閉じたとしても該溶接ガンの動作不良によって第１電極チップ１２がワークＷ１に当接していない場合、超音波は全て第１電極チップ１２の先端で反射する。従って、第３強度が第１強度に等しくなり、上記の式（２）によって求められる第１強度比、換言すれば、第１反射波率が１となる。
【００４５】
これに対し、第１電極チップ１２がワークＷ１に当接している場合、超音波がワークＷ１に入射する。仮に第３反射波の強度がゼロである場合、第１強度比（第１反射波率）がゼロであるから、超音波の全てがワークＷ１に入射されたことになる。この場合、第１電極チップ１２における超音波入射可能部位が全域にわたってワークＷ１に接触しており、超音波入射可能部位の全面積＝接触面積であると評価する。
【００４６】
勿論、第２電極チップ１４についても、第２強度比（第２反射波率）の数値に基づいて同様の評価がなされる。
【００４７】
実際には、第１電極チップ１２及び第２電極チップ１４をワークＷ１、Ｗ２に当接させて通電を開始した直後は、ワークＷ１、Ｗ２の温度はさほど上昇していない。このため、ワークＷ１、Ｗ２はこの時点では軟化しておらず、従って、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４は、各々の極先端がワークＷ１、Ｗ２に当接するのみである。
【００４８】
すなわち、ワークＷ１、Ｗ２に対し、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４における超音波入射可能部位の全域が当接しているとは限らない。このことから諒解されるように、特に、抵抗溶接を開始した直後は超音波入射可能部位の全面積と接触面積とが等しいとは限らない。
【００４９】
そこで、制御回路２４は、前記第１及び第２強度比（第１及び第２反射波率）に基づき、下記の式（４）、（５）によって、第１入射波率、第２入射波率を算出する。
第１入射波率＝１−第１強度比
＝１−第３強度／第１強度 …（４）
第２入射波率＝１−第２強度比
＝１−第４強度／第２強度 …（５）
【００５０】
例えば、第１反射波及び第３反射波の強度がそれぞれ１００、２０である場合、上記の式（３）に従って計算される強度比は０．２である。これは、抵抗溶接時に第１送受信器１６が発信した超音波の２０％が、第３反射波として反射されたことを意味する。
【００５１】
そして、式（４）に従って第１入射波率を求めると、０．８である。すなわち、この場合、第１送受信器１６から発信された超音波の８０％がワークＷ１に入射されている。制御回路２４は、予め求められている前記相関関係から、第１入射波率が８０％となるときの、ワークＷ１に対する第１電極チップ１２の接触面積を求める。
【００５２】
制御回路２４は、さらに、以上のようにして求められた接触面積に基づき、第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２を求める。勿論、これと同様にして、ワークＷ２に対する第２電極チップ１４の接触面積、及び第２電極チップ１４とワークＷ２との接触抵抗ｒ６が制御回路２４によって求められる。
【００５３】
制御回路２４は、さらに、抵抗溶接を行っている間の第１電極チップ１２の抵抗ｒ１、ワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５、及び第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の各値を求める。
【００５４】
ここで、抵抗溶接の進行に伴って第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度が上昇すると、第１送受信器１６、第２送受信器１８が超音波を発信してから、これら第１送受信器１６、第２送受信器１８に第３反射波、第４反射波が戻ってくるまでの時間が変化する。周知の通り、高温になるほど音速が遅くなるからである。
【００５５】
温度と超音波の音速との相関関係は既知である。従って、第１送受信器１６、第２送受信器１８が超音波を発信してから、該第１送受信器１６、該第２送受信器１８に第３反射波、第４反射波が戻ってくるまでの時間に基づいて音速を算出し、さらに、求めた音速と温度との相関関係から、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度を求めることができる。
【００５６】
そして、このようにして求められた第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の温度と、上記のようにして予め求めた第１電極チップ１２、第２電極チップ１４の抵抗値の温度依存性とに基づいて、該温度における第１電極チップ１２の抵抗ｒ１の実値、第２電極チップ１４の抵抗ｒ７の実値のそれぞれを精確に求めることができる。
【００５７】
一方、抵抗溶接の進行に伴ってワークＷ１、Ｗ２の温度が上昇すると、該ワークＷ１、Ｗ２が熱膨張を起こすことに伴って、ワークＷ１、Ｗ２の合計厚みが変化する。これに対応して、第１電極チップ１２と第２電極チップ１４との間のチップ間距離Ｄも変化する。このようにして変化するチップ間距離Ｄは、エンコーダ２２によって逐一測定され、制御回路２４に情報として送られる。
【００５８】
制御回路２４は、さらに、通電を開始した後に第１送受信器１６が超音波を発信開始して第２送受信器１８が第１透過波を受信するまでの時間から、第１電極チップ１２、第２電極チップ１４内での第１透過波の伝播時間を差し引き、透過波がワークＷ１、Ｗ２を透過する伝播時間を求める。このワークＷ１、Ｗ２内の伝播時間と、変化後のチップ間距離Ｄとに基づいて、ワークＷ１、Ｗ２内での音速を算出する。
【００５９】
なお、第１電極チップ１２内における第１透過波の伝播時間は、第１送受信器１６が超音波を発信した後に該第１送受信器１６が第３反射波を受信するまでの時間を先ず求め、次に、この時間に１／２を乗することで算出し得る。第２電極チップ１４内における第１透過波の伝播時間も同様に、第２送受信器１８からワークＷ２の界面までの距離と、第２送受信器１８が超音波を発信した後に該第２送受信器１８が第４反射波を受信するまでの時間を求め、この時間に１／２を乗することで算出される。
【００６０】
以上のようにして求められた音速は、通電を開始する前の音速に比して遅い。上記の通り、音速は高温になるほど遅くなるからである。
【００６１】
従って、制御回路２４は、温度と、ワークＷ１、Ｗ２内での音速との相関関係（既知）に基づいて、この際のワークＷ１、Ｗ２の温度を求めることができる。そして、制御回路２４は、求めた温度と、該制御回路２４が予め記憶したワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５の温度依存性とに基づき、超音波を発信した際のワークＷ１、Ｗ２の各抵抗ｒ３、ｒ５の実値を得る。
【００６２】
以上のようにして、超音波を発信した際の第１電極チップ１２とワークＷ１との接触抵抗ｒ２、ワークＷ２と第２電極チップ１４との接触抵抗ｒ６、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２、第２電極チップ１４の各抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７の実値が得られる。
【００６３】
その一方で、チップ間抵抗Ｒの実値が逐一実測される。このため、チップ間抵抗Ｒの実値、抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７の実値が分かることになる。従って、上記の式（１）に実値を代入することにより、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができる。
【００６４】
上記したように、制御回路２４には、接触抵抗ｒ４と溶融部３０の径との相関関係（図２参照）が予め入力されている。従って、制御回路２４（図１参照）は、前記のようにして得た接触抵抗ｒ４の実値から、溶融部３０の径をリアルタイムで判断することができる。
【００６５】
前記特許文献３記載の技術では、抵抗溶接の進行に伴って第１電極チップ１２、第２電極チップ１４のワークＷ１、Ｗ２に対する接触面積が変化し、これにより接触抵抗ｒ２、ｒ６が変化することを考慮した上で溶融部３０の成長の度合いを評価するようにしている。一方、本実施の形態では、接触抵抗ｒ２、ｒ６のみならず、第１電極チップ１２、ワークＷ１、Ｗ２及び第２電極チップ１４の温度が上昇することで抵抗ｒ１、ｒ３、ｒ５、ｒ７が変化することをさらに考慮に加え、抵抗ｒ１〜ｒ３、ｒ５〜ｒ７、ひいては接触抵抗ｒ４をリアルタイムで求め、その上で、溶融部３０の成長の度合いを評価する。
【００６６】
従って、ワークＷ１、Ｗ２同士の接触抵抗ｒ４の実値を精度よく求めることができる。このため、溶融部３０の径を一層高精度に求めることができ、結局、溶融部３０の成長の度合いを一層高精度に評価することができる。
【００６７】
なお、例えば、輻射温度計等の温度測定手段を設けるようにしてもよい。この場合、ワークＷ１、Ｗ２の温度が所定の閾値を超えたときに溶融部３０が生成されていると判断することにより、ワークＷ１、Ｗ２の抵抗ｒ３、ｒ５が圧接によって低下したのか、又は、溶融部３０が生成することに伴って低下したのかを区別することが容易となるという利点がある。
【００６８】
また、上記した実施の形態では、２枚のワークＷ１、Ｗ２を抵抗溶接する場合を例示して説明したが、ワークの個数は特にこれに限定されるものではなく、例えば、３枚であってもよい。この場合、溶融部に反射されて戻る反射波の伝播時間からも、溶融部の成長の度合いを認識することが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…抵抗溶接装置 １２、１４…電極チップ
１６、１８…送受信器 ２０…エコー測定器
２２…エンコーダ ２４…制御回路
３０…溶融部 Ｗ１、Ｗ２…ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接方法であって、
抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値を求める工程と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値を、該第１電極チップ及び該第２電極チップの温度に基づいて求める工程と、
前記第１電極チップと該第１電極チップに当接したワークとの第１接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求めるとともに、前記第２電極チップと該第２電極チップに当接したワークとの第２接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求める工程と、
前記複数個のワークの各々の抵抗値を、該ワークの温度に基づいて求める工程と、
前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求める工程と、
を有することを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗溶接方法において、前記ワーク同士の接触抵抗値と、該ワーク同士の間に形成される溶融部の径との相関関係を予め求め、実際の前記ワーク同士の接触抵抗値から、前記溶融部の径を求めることを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項３】
複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接装置であって、
前記第１電極チップと第２電極チップの間の通電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの温度に基づく各抵抗値と、
前記第１電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第１電極チップと前記ワークとの間の第１接触抵抗値、及び、前記第２電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第２電極チップと前記ワークとの間の第２接触抵抗値と、
前記複数個のワークの温度に基づく各々の抵抗値と、
を求め、
さらに、前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求めることを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項１】
複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接方法であって、
抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値を求める工程と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値を、該第１電極チップ及び該第２電極チップの温度に基づいて求める工程と、
前記第１電極チップと該第１電極チップに当接したワークとの第１接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求めるとともに、前記第２電極チップと該第２電極チップに当接したワークとの第２接触抵抗値を双方の接触面積に基づいて求める工程と、
前記複数個のワークの各々の抵抗値を、該ワークの温度に基づいて求める工程と、
前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求める工程と、
を有することを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗溶接方法において、前記ワーク同士の接触抵抗値と、該ワーク同士の間に形成される溶融部の径との相関関係を予め求め、実際の前記ワーク同士の接触抵抗値から、前記溶融部の径を求めることを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項３】
複数個のワークを挟持した第１電極チップと第２電極チップの間に通電し、前記ワーク同士を溶接する抵抗溶接装置であって、
前記第１電極チップと第２電極チップの間の通電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、抵抗溶接を行う最中、前記複数個のワークを挟持した状態の前記第１電極チップから前記第２電極チップに至るまでのチップ間抵抗値と、
前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの温度に基づく各抵抗値と、
前記第１電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第１電極チップと前記ワークとの間の第１接触抵抗値、及び、前記第２電極チップと前記ワークとの接触面積に基づく該第２電極チップと前記ワークとの間の第２接触抵抗値と、
前記複数個のワークの温度に基づく各々の抵抗値と、
を求め、
さらに、前記チップ間抵抗値から、前記第１電極チップ及び前記第２電極チップの各抵抗値、前記第１接触抵抗値及び前記第２接触抵抗値、前記複数個のワークの各々の抵抗値を差し引き、前記ワーク同士の接触抵抗値を求めることを特徴とする抵抗溶接装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−９９７５８（Ｐ２０１３−９９７５８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４１８７（Ｐ２０１１−２４４１８７）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
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