JPH0677845B2

JPH0677845B2 - 制振鋼板の抵抗溶接方法

Info

Publication number: JPH0677845B2
Application number: JP61032257A
Authority: JP
Inventors: 三夫並木
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS62192277A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は制振鋼板の抵抗溶接に関し、特に普通鋼板と同
等な安定した溶接品質が得られるように工夫したもので
ある。

（従来の技術）制振鋼板は、（２枚の）鋼板の間に樹脂層等の絶縁物を
介在させたサンドイッチ状の鋼板で、絶縁物によって振
動を減衰させる作用を有し、防音材や自動車外板等の各
種構造体として用途が拡大しつつある。

このような制振鋼板に対する抵抗溶接は、一般に第４図
および第５図に示すような分流予熱法によって行われ
る。これらの図において、電極チップ10,12間には、矢
印F1,F2の方向に所定の加圧力を印加されながら所定の
時間だけ溶接電流が流される。被溶接材14,16はいずれ
も樹脂複合型（ラミネート型）の制振鋼板で、それぞれ
２枚の鋼板14a,14a（16a,16a）の間に有機樹脂等の粘弾
性材料14b（16b）が挿入されている。18は短絡導線で、
図示のように制振鋼板14,16の両外側面を短絡するよう
に取り付けられ、最初の溶接点に対する短絡導体部を与
える。

さて、第４図の通電初期においては、矢印Ｌで示すよう
な分流経路を通って電流が電極チップ10,12間に流れ
る。そうすると、電流チップ10,12に接する側（外側）
の鋼板14a,16aでジュール熱が発生し、有機樹脂14b,16b
はその熱で軟化し、さらに電極加圧力により圧潰して周
囲に排除される。その結果、第５図に示すように電極チ
ップ10,12間で鋼板部分14a,14a,16a,16aが直接短絡し、
これによって電流はこの主経路Ｗの方を流れ、本来の抵
抗溶接が行われる。

第６図は、上述のような制振鋼板の抵抗溶接における電
流の変化を示す。期間T_Cは予設定の通電期間、期間T_Aは
電流が分流経路（Ｌ）を流れる期間、期間TBは電流が主
経路（Ｗ）を流れる期間である。期間T_Aの電流は、分流
経路（Ｌ）の抵抗が大きいため、期間T_Bの電流よりも小
さい。また、第４図および第５図からも理解されるよう
に、ナゲット形成（金属接合）に寄与するのは期間T_Bの
電流であり、期間T_Aの電流はほとんど寄与しない。

第７図は溶接点Piの分布例を示す。最初の溶接点P₀で
は、上述のように短絡導線18が短絡導体部を与えるが、
２点目P1以降の溶接では、隣接する既溶接点が短絡導体
部を与える。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、従来の制振鋼板の抵抗溶接では、一定位相の
電流をタイマ制御により予設定の時間Tcだけ流している
が、安定した溶接品質が得られなかった。すなわち、制
振鋼板の場合には、適正溶接条件を見出すための条件因
子の種類、およびその影響には不明な点が多く、特に問
題となるのは分流通電で、各溶接点Piにつき分流経路の
距離（Di）が変動し、さらには樹脂層の軟化，圧潰時間
にバラツキがあるため、分流通電期間T_Aを正確に予測す
ることが不可能であった。一方、主通電は普通鋼板の場
合と同等な通電現象であり、既知の溶接条件を適用する
ことが可能である。したがって、分流通電を短時間で高
速に行うと同時に本通電の電流を設定値付近に制御でき
れば、分流通電時間のバラツキが極力小さくなり且つ主
通電が設定条件通りに行われて安定した均一の溶接結果
を得ることができよう。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、制振
鋼板の抵抗溶接において分流通電を高速化すると同時に
主通電の電流を設定値に制御することにより普通鋼板と
同等な安定した溶接品質を可能とする方法を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明による制振鋼板の
抵抗溶接方法は、少なくとも一方が鋼板間に絶縁物を介
在させた制振鋼板である２つの被溶接材に一対の電極チ
ップを当てて加圧力を印加しながらサイリスタ回路およ
び溶接トランスを介して電流を流し、第１の通電時間で
は前記電極チップに隣接する短絡導体部を通って前記電
流が流れ、第２の通電時間では前記絶縁物が軟化・圧潰
した部分の短絡通電路を通って前記電流が溶接電流とし
て流れるような抵抗溶接を行う方法において、通電期間
中の前記電流のレベルを検出すること、第２の通電に対
する設定された溶接電流レベルを与えること、前記検出
された電流レベルと前記設定された溶接電流レベルとを
比較してその比較誤差を得ること、第１の通電時間中に
前記比較誤差が零になるように前記サイリスタ回路の点
弧角を制御して前記電流を高速に立ち上げること、第１
の通電時間中に検出された前記電流のレベルが前記設定
された溶接電流レベルに達したタイミングを検出するこ
と、第２の通電時間中に、予め設定された溶接条件の下
で、前記比較誤差が零になるように前記サイリスタ回路
の点弧角を制御して前記溶接電流を前記設定された溶接
電流レベル付近に維持することの諸ステップを含む方法
とした。

（作用）第１の通電段階で電流が短絡導体部を通って流れると、
その経路の鋼板部でジュール熱が発生し絶縁物はその熱
で軟化し、さらに加圧力によって圧潰し周囲に除去され
る。そうすると、電流チップ間の鋼板部が直接短絡し、
電流は急激に増大して第２の通電段階に移行する。

本発明によれば、電流レベルと設定レベルとの比較誤差
が零になるように点弧制御されるので、第１の通電段階
（分流通電）では電流が設定レベルに達するように定電
流制御による強い閉ループが働き、電流は急速に上昇
し、したがって絶縁物も急速に軟化・圧潰し、速やかに
第２の通電段階（分流通電）に移行する。このように、
分流経路の距離や絶縁物の物理的性質にバラツキがあっ
ても第１の通電期間は短時間でバラツキが少なく、また
第２の通電段階では電流が設定レベル付近に維持される
ので、安定した抵抗溶接が行われる。

第３図につき定電流制御の作用を説明すると、電流が設
定レベルより相当小さいときにはその比較誤差に相応し
て第３図（ｂ）のように小さな点弧角θ１でサイリスタ
が点弧されることによって大きな通電角δ１で電流が流
れ（第３図ｃ）そのレベルまたは実効値が設定レベルに
達するよう急激に増大する。本発明による第１の通電段
階では、このような定電流制御の作用によって分流通電
が極めて高速に行われる。そして、絶縁物が圧潰して電
流が急激に増大して設定レベルを超えると、その負の比
較誤差に相応して第３図（ｄ）のように大きな点弧角θ
２に切り替えられて小さな通電角δ２となり（第３図
ｅ）、これによって電流は設定レベルに引き戻される。
その後、第２の通電段階では電流が設定レベル付近に維
持されるようにサイリスタ点弧角θが制御される。

（実施例）以下、第１図および第２図を参照して本発明の一実施例
を説明する。この実施例において、電極チップ10,12、
被溶接材14,16および短絡導線18は第４図および第５図
に示されるものに相当する。

入力端子20,22間には交流電圧E₀が印加され、この交流
電圧E₀はサイリスタ24,26からなるコンタクタを介して
溶接トランス28に供給され、溶接トランス28の二次側コ
イルから溶接電流ｉが電極チップ10,12に供給されるよ
うになっている。さらに、交流電圧E₀は同期信号発生回
路30にも与えられ、同期信号発生回路30は交流電圧E₀の
ゼロクロス点を検出することによって電源周波数または
その２倍の周波数の同期信号S_Y1,S_Y2をそれぞれ電圧−
位相変換部32,サイクルカウンタ38に供給する。

電圧−位相変換部32は、後述する実効値算出部42からの
電流値表示電圧MVと基準電圧発生部44からの設定基準電
圧SVとの誤差電圧が零になるようにサイリスタ24,26の
点弧角を制御するもので、例えば誤差電圧に応じて変化
する比較基準電圧と一定の鋸波電圧とが交差するタイミ
ングで点弧角を制御するようなアナログ式の回路構成、
あるいは誤差電圧に対応した点弧角をメモリから得るよ
うなマイクロコンピュータ機能であってもよい。

サイクルカウンタ38は、同期信号SY2をカウントするこ
とによって時間情報をシーケンス制御部50に与える。シ
ーケンス制御部50は、各溶接ステップが設定時間通りに
順次実行されるようサイクルカウンタ38からの時間情報
に基づいて各部に制御信号GSiを送るものであるが、本
実施例によれば、後述する比較部48からの切替指示信号
QSを受けると、強制的に第１の通電モード（分流通電）
を終了させて、第２の通電モード（主通電）に切り替え
るようになっている。この第２の通電モードにおける溶
接条件（溶接電流，通電時間，加圧力等）は、制振鋼板
14,16と等価な板厚の普通鋼板に対する適正な溶接条件
と略同じものに選ばれている。

トロイダルコイル36は、溶接トランス28の二次側回路に
取り付けられ、溶接電流ｉが流れるたときその微分波形
に相当する電流検出信号Diを発生する。この電流検出信
号Diは積分回路からなる波形復元回路40により溶接電流
ｉに対応する波形の電圧信号Fvに変換される。そして、
実行値演算部42は、その電圧信号Fvに基づいて溶接電流
ｉの実効値を１サイクルまたは1/2サイクル毎に計測
し、その実効値を表す電圧信号MVを逐次電圧−位相変換
部32と比較部48とに与える。

一方、基準電圧発生部44は、ディジタルスイッチ等から
なる設定スイッチ46によって設定された基準電流レベル
Isに対応した基準電圧SVを発生し、この基準電圧SVは電
圧−位相変換部32と比較部48とに与えられる。基準電流
レベルIsは、分流通電から主通電に移行する際に溶接電
流ｉが急激に上昇するタイミングを検出するためのもの
で、主通電の電流レベル付近の値に設定される。

比較部48は、電流表示電圧信号MVと基準電圧SVとをレベ
ル比較し、前者が後者を超えたたときに“1"の出力信号
を切替指示信号QSとして発生する。上述したように、こ
の切替指示信号QSが発生されると、シーケンス制御部50
は強制的に第１通電モードから第２通電モードに移行さ
せる。

次に、第２図のタイミング図につき本実施例の動作を説
明する。

先ず、時点t₀でシーケンス制御部50から加圧手段（図示
せず）に加圧・ON信号GS3が送られ、これによって電極
チップ10,12間に所定の加圧力が印加される（第２図
ａ）。

そして、スクイズ時間THが経過すると、時点t1でシーケ
ンス制御部50から点弧パルス発生回路34に通電・ON信号
GS1が送られ、これによってサイリスタ24,26にゲートド
ライブ信号Ga,Gbがそれぞれ供給され、第１通電モード
がスタートする（第２図ｂ）。

この第１通電モードでは、第４図に示すように比較的長
い距離で大きな抵抗の分流経路（Ｌ）を小さな電流ｉが
流れる（第２図ｅ）。したがって電流ｉの実効値を表す
実効値算出部42からの電圧MVと基準電圧発生部44からの
基準電圧SVとの比較誤差電圧が大きく、電圧−位相変換
部32はその比較誤差電圧を小さくするよう、すなわち電
流ｉを大きくするようにサイリスタ点弧角θを小さくす
る。これにより、電流ｉは急加速で増大する。（第２図
ｇ）。

このように急速に増大する電流ｉによって電極チップ1
0,12に接する側（外側）の鋼板14a,16aでは大きなジュ
ール熱が発生して有機樹脂14b,16bが急速に軟化し、さ
らに電極加圧力によって圧潰して周囲に排除される。そ
の結果、第５図に示すように電極チップ10,12間で鋼板
部分14a,14a,16a,16aが直接短絡し、この通電路を流れ
ることによって電流ｉは急激に増大し（第２図ｅ）、電
流値表示電圧MVは基準電圧SVを超える。そうすると、電
流−位相変換部32は負になった比較誤差電圧を零にする
ようにサイリスタ点弧角θを小さくするこれにより、電
流ｉは設定レベルIsに引き戻される（第２図ｇ）。

一方、電流値表示電圧MVが基準電圧SVを超えると、比較
部48から切替指示信号QSが発せられ、これにより時点t2
でシーケンス制御部50は点弧パルス発生回路34への通電
・ON信号GS1を断ち第１通電モードを強制的に停止させ
る（第２図b,e）。そして、シーケンス制御部48は、所
定の冷却期間TRを置いたのち時点t3で再び点弧パルス発
生回路34へ通電・ON信号GS1を与え、第２の通電モード
をスタートさせる（第２図d,f）。

この第２の通電モードにおける溶接条件（溶接電流，通
電時間，加圧力等）は、上述のように制振鋼板14,16と
等価な板厚の普通鋼板に対する適正な溶接条件と略同じ
ものに選ばれている。そして、この第２の通電モードの
期間中、定電流制御ループ（32,34,24,26,36,40,44）は
溶接電流ｉが設定値Isに維持されるようにサイリスタ点
弧角θを制御する。しかして、予設定の通電時間Tbが経
過した時点t4でシーケンス制御部50は点弧パルス発生回
路34への通電・ON信号GS1を断ち第２通電モードを停止
させる（第２図d,f）。なお、第２図（ａ）では加圧力
が一定なものとして示されているが、第２通電モードで
は必要に応じて設定値に変更される。また、冷却（第２
図ｃ）も必要に応じて省かれることもある。

上述のように、第１通電モード（分流通電）では定電流
制御によって電流ｉは設定レベルIsに到達するように急
速に増大し、第２通電モード（主通電）では定電流制御
によって電流ｉは設定レベルIs付近に安定に維持され、
設定通りの溶接条件で普通鋼板と同等な抵抗溶接が行わ
れる。したがって、第７図のような各溶接点Pi毎の分流
経路の距離（Di）の変化（すなわち、分流経路の抵抗値
の変化）、さらには樹脂層14b,16bの物理的性質にバラ
ツキがあっても、分流通電期間のバラツキは少なく且つ
短期間であり、また主通電は設定レベル付近に維持され
た電流で予設定の溶接条件通りに行われ、安定した所期
の溶接結果が得られることとなる。

なお、本実施例では、電流ｉが設定レベルIsを超えたと
きのタイミングが検出され、そのタイミングに基づいて
強制的に第２の通電モードに切り替えるようにしたが、
本発明によれば、分流通電期間のバラツキが少なく略一
定に制御されるので、そのような切替えを行うことなく
全通電期間（TC）を設定するだけでも、安定した均一の
溶接品質が得られる。また、本実施例では、被溶接材1
4,16がいずれも制振鋼板であったが、一方が普通鋼板そ
の他の金属材でも適用可能である。また、定量流ループ
は上述したものに限定されず、例えば電圧−位相変換部
32だけでなく、点弧パルス発生回路34,波形復元回路40,
実効値算出部42,基準電圧発生部44等の機能をマイクロ
コンピュータで構成することも可能である。また、トロ
イダルコイル36を溶接トランス28の一次側回路に取り付
けて間接的に電流ｉを計測することも可能である。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、溶接点の位置や絶縁物
の軟化・圧潰特性等にバラツキがあっても、分流通電は
高速に短時間に行われことによってバラツキが少なく、
また主通電の電流が設定レベルに安定に維持されるので
普通鋼板の場合と同等に一定の溶接品質を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による溶接抵抗装置の構成
を示すブロック図、第２図は、上記溶接抵抗装置の動作を説明するためのタ
イミング図、第３図は、本発明の作用を説明するための図、第４図および第５図は、分流予熱法による制振鋼板の抵
抗溶接を示すための断面斜視図、第６図は、制振鋼板の抵抗溶接で流れる電流の変化を概
略的に示す信号波形図、および第７図は、制振鋼板の抵抗溶接における溶接点の配置例
を示す平面図である。 10,12……電極チップ、14,16……被溶接材、18……短絡
導線、24,26……サイリスタ、28……溶接トランス、30
……同期信号発生回路、32……電圧−位相変換部、34…
…点弧パルス発生部、36（36′）……トロイダルコイ
ル、38……サイクルカウンタ、40……波形復元回路、42
……実効値算出部、44……基準電圧発生部、46……設定
スイッチ、48……比較部、50……シーケンス制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が鋼板間に絶縁物を介在さ
せた制振鋼板である２つの被溶接材に一対の電極チップ
を当てて加圧力を印加しながらサイリスタ回路および溶
接トランスを介して電流を流し、第１の通電時間では前
記電極チップに隣接する短絡導体部を通って前記電流が
流れ、第２の通電時間では前記絶縁物が軟化・圧潰した
部分の短絡通電路を通って前記電流が溶接電流として流
れるような抵抗溶接を行う方法において、通電期間中の前記電流のレベルを検出すること、第２の通電に対する設定された溶接電流レベルを与える
こと、前記検出された電流レベルと前記設定された溶接電流レ
ベルとを比較してその比較誤差を得ること、第１の通電時間中に前記比較誤差が零になるように前記
サイリスタ回路の点弧角を制御して前記電流を高速に立
ち上げること、第１の通電時間中に検出された前記電流のレベルが前記
設定された溶接電流レベルに達したタイミングを検出す
ること、第２の通電時間中に、予め設定された溶接条件の下で、
前記比較誤差が零になるように前記サイリスタ回路の点
弧角を制御して前記溶接電流を前記設定された溶接電流
レベル付近に維持すること、の諸ステップを含むことを
特徴とする制振鋼板の抵抗溶接方法。