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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-09
(45)【発行日】2022-12-19
(54)【発明の名称】抵抗溶接制御システム
(51)【国際特許分類】
B23K 11/24 20060101AFI20221212BHJP
B23K 11/25 20060101ALI20221212BHJP
【ＦＩ】
B23K11/24 335
B23K11/24 336
B23K11/24 338
B23K11/25 513
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019046769
(22)【出願日】2019-03-14
(65)【公開番号】P2020146729
(43)【公開日】2020-09-17
【審査請求日】2021-09-28
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ
(74)【代理人】
【識別番号】100100354
【弁理士】
【氏名又は名称】江藤 聡明
(72)【発明者】
【氏名】金井 健一
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－０８５９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１１９４２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２８５１９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ １１／２４
Ｂ２３Ｋ １１／２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する電極の少なくとも一方が他方に対してモータで離接方向に駆動され、前記電極によって被溶接部材に加圧力が加わるように前記モータの駆動力制御を行いながら前記電極間に通電して、アルミニウム－鋼の異種金属の抵抗溶接を行う抵抗溶接制御システムにおいて、前記通電中のうち、前記加圧力が一定となるように制御されている領域における前記電極の位置又は前記電極間の距離を検出する電極位置又は距離検出手段と、
前記電極位置又は距離検出手段で検出された前記電極位置又は電極間距離の変化量から電極変位を算出する電極変位算出手段と、
前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記被溶接部材の温度が特徴点温度であることを示す所定の特徴が発生したことを検出する特徴検出手段と、
前記特徴検出手段で前記所定の特徴が発生したことが検出された場合又は該特徴が発生してから所定時間が経過した場合に前記電極間の通電を停止する通電停止手段と、を備え、
前記特徴点温度は、前記鋼の磁気変態温度又は前記鋼のオーステナイト変態温度であることを特徴とする抵抗溶接制御システム。
【請求項2】
対向する電極の少なくとも一方が他方に対してモータで離接方向に駆動され、前記電極によって被溶接部材に加圧力が加わるように前記モータの駆動力制御を行いながら前記電極間に通電して抵抗溶接を行う抵抗溶接制御システムにおいて、前記通電中のうち、前記加圧力が一定となるように制御されている領域における前記電極の位置又は前記電極間の距離を検出する電極位置又は距離検出手段と、
前記電極位置又は距離検出手段で検出された前記電極位置又は電極間距離の変化量から電極変位を算出する電極変位算出手段と、
前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記被溶接部材の温度が特徴点温度であることを示す所定の特徴が発生したことを検出する特徴検出手段と、
前記特徴検出手段で前記所定の特徴が発生したことが検出された場合又は該特徴が発生してから所定時間が経過した場合に前記電極間の通電を停止する通電停止手段と、
予め判明している前記被溶接部材の温度依存特性に基づいて前記電極変位の特徴と前記被溶接部材の温度との相関を記憶する電極変位特徴記憶手段と、を備え、
前記通電停止手段は、前記電極変位特徴記憶手段に記憶されている電極変位特徴－被溶接部材温度相関に基づいて前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記所定の特徴が発生した場合に前記被溶接部材の温度は該被溶接部材の特徴点温度であると推定する被溶接部材温度推定手段を備えたことを特徴とする抵抗溶接制御システム。
【請求項3】
前記所定の特徴は、予め判明している前記被溶接部材の温度依存特性と前記電極変位との相関に基づいて設定されてなることを特徴とする請求項１に記載の抵抗溶接制御システム。
【請求項4】
前記電極位置又は距離検出手段は、前記モータの回転位置を検出する回転位置センサで構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の抵抗溶接制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、抵抗溶接制御システム、特に、対向する電極の少なくとも一方が他方に対してモータによって離接方向に駆動される抵抗溶接の制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
抵抗溶接は、歪みの少なさ、外観の良好さ、溶接所要時間の短さといった利点を有し、自動車産業では、特に車体の製造に広く採用されている。こうした抵抗溶接では、被溶接部材同士の加圧力管理が重要である。周知のように、一般にスポット溶接とも呼ばれる抵抗溶接は、主として被溶接部材同士の接触抵抗によるジュール熱が被溶接部材自体を溶融することでなされるが、この接触抵抗は被溶接部材同士の加圧力によって変化する。また、被溶接部材が溶融した際、電極の加圧によって被溶接部材の接触部分を保持し、相接する金属分子の有効な結合を可能としなければならない。近年では、対向する電極（ガンとも呼ばれる）の少なくとも一方をモータで離接方向に駆動して被溶接部材を加圧することが主流となっており、例えば、モータのトルクを管理することで被溶接部材の加圧力を一定にするように制御（サーボ制御）している。
【0003】
量産における抵抗溶接工程は、事前に試行を繰り返して溶接条件を設定しているが、適切な溶接が行われない場合もある。これは、例えば、被溶接部材の溶接部における材質が均一でなかったり、溶接部に異物が混入したりすることによるものであり、いわば不測の事情による。こうした抵抗溶接工程の実態に対し、下記特許文献１に開示される溶接監視システムでは、例えば、計測された磁場強度から溶接部における局所的な電流を計測すると共に、カメラ画像から溶接部における局所的な温度を計測する。そして、計測された電流情報と過去の電流情報とを比較すると共に、計測された温度情報と過去の温度情報とを比較して、計測された電流情報及び計測された温度情報の少なくとも一方が異常であると判定する。また、この特許文献１では、溶接部の変位を、例えば、レーザ変位計などによって計測し、この変位量、即ち熱膨張量が閾値未満である場合に、溶接部の溶融が不十分であることから溶接不良の可能性があると判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－１１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１に記載される溶接監視システムは、被溶接部材の溶接部に異常がある可能性のある場合に、その異常を検出するシステムにすぎず、溶接部において被溶接部材を確実に溶融・凝固させてその品質を保証するものではない。抵抗溶接による被溶接部材の溶接部の内部状態（構造）は、その溶接部を溶接後に切断して観察するしかないというのが実態であり、現状では、抵抗溶接中の溶接部の内部状態を推定することもできない。溶接部の内部状態を推定するには、例えば、被溶接部材の溶接部の温度を検出又は推定することで可能となるが、電極に挟まれている溶接部の温度を検出することも推定することもできないのが実情である。したがって、抵抗溶接技術分野では、被溶接部材の溶接部の内部状態、特に被溶接部材の溶融を推定することにより、被溶接部材の溶接部の品質を保証することが可能な抵抗溶接制御システムが望まれる。これは、自動車産業で近年注目されているアルミニウム－鋼の異種抵抗溶接量産化を実現するためにも強く望まれる。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、新規な機構や装置を付加することなく、被溶接部材の溶接部の品質を保証することが可能な抵抗溶接制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、対向する電極の少なくとも一方が他方に対してモータで離接方向に駆動され、前記電極によって被溶接部材に加圧力が加わるように前記モータの駆動力制御を行いながら前記電極間に通電して、アルミニウム－鋼の異種金属の抵抗溶接を行う抵抗溶接制御システムにおいて、前記通電中のうち、前記加圧力が一定となるように制御されている領域における前記電極の位置又は前記電極間の距離を検出する電極位置又は距離検出手段と、前記電極位置又は距離検出手段で検出された前記電極位置又は電極間距離の変化量から電極変位を算出する電極変位算出手段と、前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記被溶接部材の温度が特徴点温度であることを示す所定の特徴が発生したことを検出する特徴検出手段と、前記特徴検出手段で前記所定の特徴が発生したことが検出された場合又は該特徴が発生してから所定時間が経過した場合に前記電極間の通電を停止する通電停止手段と、を備え、前記特徴点温度は、前記鋼の磁気変態温度又は前記鋼のオーステナイト変態温度であることを特徴とする。
【0008】
また、本発明の一実施形態は、対向する電極の少なくとも一方が他方に対してモータで離接方向に駆動され、前記電極によって被溶接部材に加圧力が加わるように前記モータの駆動力制御を行いながら前記電極間に通電して抵抗溶接を行う抵抗溶接制御システムにおいて、前記通電中のうち、前記加圧力が一定となるように制御されている領域における前記電極の位置又は前記電極間の距離を検出する電極位置又は距離検出手段と、前記電極位置又は距離検出手段で検出された前記電極位置又は電極間距離の変化量から電極変位を算出する電極変位算出手段と、前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記被溶接部材の温度が特徴点温度であることを示す所定の特徴が発生したことを検出する特徴検出手段と、前記特徴検出手段で前記所定の特徴が発生したことが検出された場合又は該特徴が発生してから所定時間が経過した場合に前記電極間の通電を停止する通電停止手段と、予め判明している前記被溶接部材の温度依存特性に基づいて前記電極変位の特徴と前記被溶接部材の温度との相関を記憶する電極変位特徴記憶手段と、を備え、前記通電停止手段は、前記電極変位特徴記憶手段に記憶されている電極変位特徴－被溶接部材温度相関に基づいて前記電極変位算出手段で算出された電極変位に前記所定の特徴が発生した場合に前記被溶接部材の温度は該被溶接部材の特徴点温度であると推定する被溶接部材温度推定手段を備えたことを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、例えば、鋼における磁気変態、オーステナイト変態、融点といった被溶接部材の温度依存特性と、それらの特性温度で生じる電極変位との相関に基づいて、夫々の特性温度における電極変位の特徴を求め、このうち被溶接部材の温度がそれらの特徴点温度であることを示す電極変位の特徴を所定の特徴に予め設定し、この所定の特徴が上記算出された電極変位に発生したなら、溶接部の内部で被溶接部材の該当する上記温度依存特性が生じていると推定することができる。したがって、溶融部における被溶接部材の状態を推定することができ、上記温度依存特性を融点に設定すれば、算出された電極変位に上記所定の特徴が発生した場合、又はその発生から所定時間が経過した場合に電極への通電を停止することで、被溶接部材が確実に溶融されることから、溶接部における被溶接部材の溶融・凝固を確実なものとすることができる。このとき、電極位置又は電極間距離は加圧力を一定制御しているモータの回転位置から求めることができ、モータの回転位置はエンコーダなどの既設の回転位置センサで検出することができ、電極変位は電極位置又は電極間距離の変化量から算出することができることから、新規な機構や装置を付加することなく、被溶接部材の溶接部の品質を保証することができる。
また、電極変位特徴記憶手段及び被溶接部材温度推定手段を備えた構成によれば、被溶接部材の温度が特徴点温度であると推定することにより、上記所定の特徴が生じた時点で被溶接部材の温度依存特性が確実に推定され、その温度依存特性を融点とすることで、被溶接部材の溶接部の品質を確実に保証することができる。
また、電極変位特徴記憶手段及び被溶接部材温度推定手段を備えた構成によれば、被溶接部材の温度が特徴点温度であると推定することにより、上記所定の特徴が生じた時点で被溶接部材の温度依存特性が確実に推定され、その温度依存特性を融点とすることで、被溶接部材の溶接部の品質を確実に保証することができる。
【0010】
また、前記所定の特徴は、予め判明している前記被溶接部材の温度依存特性と前記電極変位との相関に基づいて設定されてなることを特徴とする。
【0011】
この構成によれば、被溶接部材の温度が特徴点温度であることを示す電極変位の特徴を上記所定の特徴として適正に設定することが可能となることから、その所定の特徴が生じた時点で被溶接部材の温度依存特性が確実に推定され、その温度依存特性を融点とすることで、被溶接部材の溶接部の品質を確実に保証することができる。
【0014】
また、前記電極位置又は距離検出手段は、前記モータの回転位置を検出する回転位置センサで構成されることを特徴とする。
【0015】
この構成によれば、例えば、サーボモータなどのモータに予め設けられているエンコーダなどの回転位置センサを用いて電極の位置又は電極間の距離を検出することができることから、新たなセンサを設ける必要がなく、コストの増大や構造の増大・複雑化を抑制することができる。
【発明の効果】
【0016】
以上説明したように、本発明によれば、被溶接部材の温度依存特性と、それらの特性温度で生じる電極変位との相関に基づいて、被溶接部材の特徴点温度を示す電極変位の特徴を所定の特徴に設定し、この所定の特徴が算出された電極変位に発生したことを検出することで、溶接部における被溶接部材の状態を確実に推定することができ、これを用いて、新規な機構や装置を付加することなく、被溶接部材の溶接部の品質を保証することができる。そして、その結果、例えばアルミニウム－鋼といった異種抵抗溶接量産化の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の抵抗溶接制御システムが適用された抵抗溶接装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図4】鋼における温度依存物性値の説明図である。
【図5】鋼における温度依存物性値と電極変位（電極位置又は電極間距離）との相関の説明図である。
【図6】通電時間を変更した場合の電極変位（電極位置又は電極間距離）の比較のための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に、本発明の抵抗溶接制御システムの一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この実施の形態の抵抗溶接装置の概略構成図である。この実施の形態の抵抗溶接装置では、例えば２枚の板状被溶接部材１０を図の上下方向から電極（ガン）１２、１４で押圧挟持し、その状態で電極１２、１４間に電流を通電する。押圧挟持される被溶接部材１０には、両者の接触部において接触抵抗が存在し、電極１２、１４間の通電によって接触抵抗部位にジュール熱が生じ、このジュール熱によって被溶接部材１０自体が溶融・凝固して溶接が行われる。この溶融・凝固部分は、一般にナゲットと呼ばれている。なお、この実施の形態の抵抗溶接装置に用いられる被溶接部材１０の枚数は２枚に限定されるものではないし、被溶接部材１０も板材に限定されるものではない。また、被溶接部材１０の材質は、同種であっても、異種であってもよい。
【0019】
この実施の形態では、図１において上下に対向する２つの電極１２、１４のうち、図示下側の電極を固定側電極１２とし、この固定側電極１２に対し、図示上側の電極を離接方向に可動する可動側電極１４とした。この可動側電極１４は、モータ１６によって固定側電極１２に対して離接方向に駆動される。これら固定側電極１２及び可動側電極１４は、電極１２、１４間に挟持される被溶接部材１０に対して電流を通電するだけでなく、前述のように、それら被溶接部材１０を予め設定された加圧力で加圧する機能を併せ持つ。この電極１２、１４による被溶接部材１０の加圧力は、一般的に、通電溶接中、一定に維持される。この実施の形態では、可動側電極１４を駆動するモータ１６のトルクを一定にすることで、被溶接部材１０への加圧力が一定になるようにモータ１６の駆動力制御を行う、いわゆるサーボ制御が行われる。
【0020】
この電極１２、１４間の通電中、後述するような被溶接部材１０の熱膨張・熱収縮に伴って、可動側電極１４は固定側電極１２から離れたり近づいたりして変位する。これは、被溶接部材１０への加圧力が一定になるようにモータ１６を定トルク制御しているために生じるものである。この実施の形態では、対向する電極１２、１４間の距離（実際には電極変位）を用いて被溶接部材１０の溶接部（継手ともいう）の内部状態、特に溶融を推定するが、固定側電極１２の位置は変わらないので可動側電極１４の位置が分かれば、電極１２、１４間の距離が分かる。この可動側電極１４の位置は、モータ１６のロータ磁極位置を検出するための既設のエンコーダ（回転位置センサ）１８を介してモータ１６の回転位置を検出することで検出することができる。また、周知のように、対向する電極の双方を可動とし、両者の位置をそれぞれモータで駆動制御する抵抗溶接装置もある。そうした場合には、対向する電極間の通電中の距離を、例えばそれぞれのエンコーダ１８の検出値の差分から求めればよい。
【0021】
上記モータ１６の駆動力制御や電極１２、１４間の電流通電制御などは、コントローラ２０によって行われる。このコントローラ２０は、コンピュータシステムを備えて構成され、高度な演算処理能力を有する。このコントローラ２０に搭載されるコンピュータシステムは、既存のコンピュータシステムと同様に、高い演算処理能力を有する演算処理装置に加えて、プログラムやデータを記憶する記憶装置、情報やデータなどを入出力するための入出力装置などを備えて構成される。例えば、上記エンコーダ１８の検出信号はコントローラ２０に読込まれ、このエンコーダ１８の検出信号と合わせてモータ１６への駆動電流をフィードバック制御する。なお、抵抗溶接のみを司る抵抗溶接制御装置に個別のコンピュータシステムを加えて、後述する演算処理を実行するためのコントローラ２０とすることも可能である。
【0022】
図２は、第１の実施の形態として上記コントローラ２０で実行される抵抗溶接制御システムのための演算処理のフローチャートである。この演算処理は、個別の上位演算処理によって実行される１つの溶接部位における抵抗溶接（図ではスポット溶接）工程の開始でスタートし、以降、終了まで、所定のサンプリング周期で割込処理される。この演算処理は、上記電極１２、１４間の通電制御の開始及び終了を司るものであり、電極１２、１４間の通電制御そのもの及びモータ１６の駆動力制御は個別の演算処理によって実行される。この演算処理では、まずステップＳ１１で、制御フラグＦが０のリセット状態であるか否かを判定し、制御フラグＦがリセット状態であればステップＳ１２に移行し、そうでない場合にはステップＳ１４に移行する。
【0023】
ステップＳ１２では、上記電極間通電制御のための個別の演算処理に対して、抵抗溶接の開始、具体的には通電制御の開始指令を出力してからステップＳ１３に移行する。
【0024】
ステップＳ１３では、上記制御フラグＦを１にセットしてからステップＳ１４に移行する。
【0025】
ステップＳ１４では、上記エンコーダ１８の検出信号から可動側電極１４の位置（すなわち電極間距離）を読込む。
【0026】
次にステップＳ１５に移行して、ステップＳ１４で読込まれた可動側電極位置（電極間距離）の前回値からの変化量を可動側電極変位（電極変位）として算出すると共に、その経過を上記コンピュータシステムの記憶装置に記憶する。
【0027】
次にステップＳ１６に移行して、ステップＳ１５で算出されて記憶された可動側電極変位に予め設定された所定の特徴（特徴点）が発生したか否かを判定し、可動側電極変位に所定の特徴が発生した場合にはステップＳ１７に移行し、そうでない場合には復帰する。上記所定の特徴（特徴点）については、後段に詳述する。また、このステップＳ１６では、上記所定の特徴（特徴点）が発生してから所定時間が経過したか否かを判定し、上記所定時間が経過した場合にはステップＳ１７に移行し、そうでない場合に復帰するようにしてもよい。この所定時間についても後述する。
【0028】
ステップＳ１７では、上記電極間通電制御のための個別の演算処理に対して、抵抗溶接の停止、具体的には通電制御の停止指令を出力してからステップＳ１８に移行する。
【0029】
ステップＳ１８では、上記制御フラグＦを０にリセットしてから処理を終了する。
【0030】
この演算処理によれば、電極間通電制御が開始されてからの可動側電極位置の変化量を電極変位として算出・記憶し、この電極変位に予め設定された所定の特徴が生じるか、又はその特徴発生から所定時間が経過した場合に電極間通電制御が停止される。したがって、上記所定の特徴が、被溶接部材１０の温度が融点以上であることを示す電極変位の特徴であれば、その時点以降、溶接部における被溶接部材１０の溶融・凝固が確実なものとなるので、被溶接部材１０の溶接部の品質を保証することができる。
【0031】
図３は、第２の実施の形態として上記コントローラ２０で実行される抵抗溶接制御システムにおける被溶接部材温度推定手段としての演算処理のフローチャートである。この演算処理は、図２の演算処理と同様に、個別の上位演算処理によって実行される１つの溶接部位における抵抗溶接（図ではスポット溶接）工程の開始でスタートし、以降、終了まで、所定のサンプリング周期で割込処理される。この演算処理は、上記電極間通電制御中の被溶接部材１０の温度推定を行うものであり、電極１２、１４間の通電制御そのもの及びモータ１６の駆動力制御は個別の演算処理によって実行される。この演算処理では、まずステップＳ１で、制御フラグＦが０のリセット状態であるか否かを判定し、制御フラグＦがリセット状態であればステップＳ２に移行し、そうでない場合にはステップＳ４に移行する。
【0032】
ステップＳ２では、上記電極間通電制御のための個別の演算処理との応答に基づいて、抵抗溶接が開始、具体的には通電制御が開始されたか否かを判定し、通電制御が開始された場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合には復帰する。
【0033】
ステップＳ３では、上記制御フラグＦを１にセットしてからステップＳ４に移行する。
【0034】
ステップＳ１４は、上記エンコーダ１８の検出信号から可動側電極１４の位置（すなわち電極間距離）を読込む。
【0035】
次にステップＳ５に移行して、ステップＳ４で読込まれた可動側電極位置（電極間距離）の前回値からの変化量を可動側電極変位（電極変位）として算出すると共に、その経過を上記コンピュータシステムの記憶装置に記憶する。
【0036】
次にステップＳ６に移行して、ステップＳ５で算出されて記憶された可動側電極変位に予め設定された所定の特徴（特徴点）が発生したか否かを判定し、可動側電極変位に所定の特徴が発生した場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合には復帰する。上記所定の特徴（特徴点）については、後段に詳述する。
【0037】
ステップＳ７では、予め判明している被溶接部材１０の温度依存特性に基づき、溶接部における被溶接部材１０の温度を推定し、上記電極間通電制御のための演算処理のために、例えばストレージに記憶又は更新する。具体的に、上記コンピュータシステムの記憶装置には、予め判明している被溶接部材１０の温度依存特性に基づく電極変位の特徴と被溶接部材１０の温度との相関が記憶されており、その特徴、すなわち所定の特徴が電極変位に発生した場合には、溶接部材の温度は電極変位特徴－被溶接部材温度相関の該当する温度であると推定する。詳細については後述する。
【0038】
次にステップＳ８に移行して、上記電極間通電制御のための個別の演算処理との応答に基づいて、抵抗溶接が停止、具体的には通電制御が停止されたか否かを判定し、通電制御が停止された場合にはステップＳ９に移行し、そうでない場合には復帰する。
【0039】
ステップＳ９では、上記制御フラグＦを０にリセットしてから処理を終了する。
【0040】
この演算処理によれば、電極間通電制御が開始されてからの可動側電極位置の変化量を電極変位として算出・記憶し、この電極変位に予め設定された所定の特徴が生じた場合に、記憶された電極変位特徴－被溶接部材温度相関の該当する温度を被溶接部材１０の温度として推定算出する。したがって、上記所定の特徴が、被溶接部材１０の温度が融点以上であることを示す電極変位の特徴であれば、その時点以降、溶接部における被溶接部材１０の溶融・凝固が確実なものとなるので、その所定の特徴が発生した場合、又はその発生から所定時間が経過した場合に通電制御を停止するようにすれば、被溶接部材１０の溶接部の品質を保証することができる。
【0041】
次に、上記演算処理の原理について説明する。例えば、上記２枚の被溶接部材１０が共に鋼製である場合、周知のように、鋼には、例えば磁気変態、オーステナイト変態、融点などの温度依存特性がある。また、鋼には、温度に依存する種々の物性値がある。表１及び図４には、鋼の温度依存性の物性値、具体的には電気抵抗率、熱伝導率、比熱、密度と温度の相関を示す。
【0042】
【表1】
【0043】
一方、上記エンコーダ１８の検出信号から得られる可動側電極位置、すなわち電極間距離は、図５（Ａ）に破線で示すように表れる。この例では、時刻ｔ３まで電極１２、１４間に電流を通電している。同図から明らかなように、通電中は、上記ジュール熱による被溶接部材１０の熱膨張があり、通電後、凝固による熱収縮が生じている。この電極間距離の変化量、すなわち上記電極変位について詳細に検討すると、そのプロファイルに幾つかの特徴（特徴点）が存在する。なお、電極間距離の変化量（電極変位）は、電極間距離の微分値（傾き）と考えてもよい。したがって、電極変位の特徴点は、電極間距離の傾きの変化点であるとも考えられる。
【0044】
このうち、最初に表れる電極変位の特徴点Ｘは、比熱の極大点ｘ、すなわち鋼の磁気変態点（キュリー点）であると考えられる。すなわち、この磁気変態点では、比熱が大きくなり、被溶接部材１０の温度上昇率が低減又は温度が低下することにより、電極間距離の増加傾きが減少傾きに変化する。したがって、最初に表れる電極変位の特徴点Ｘは鋼の磁気変態温度（約７７０℃）を示している。２番目に表れる電極変位の特徴点Ｙは、密度の増大点、すなわちオーステナイト変態点であると考えられる。周知のように、オーステナイト変態では、原子間の隙間が減少して密度が増大するので、これにより体積が減少し、電極変位が増加から減少に転ずる。したがって、２番目に表れる電極変位の特徴点Ｙはオーステナイト変態温度（約９１０℃）を示している。３番目に表れる電極変位の特徴点Ｚは、密度の減少点、すなわち融点であると考えられる。周知のように、融点では、固体から液体への相変化に伴って密度が減少するので、これにより体積が増大し、電極変位が増大するものの、溶融後は、例えば電極１２、１４による加圧力で形状が変化し（潰れ）、やはり電極変位が増加から減少に転ずる。したがって、３番目に表れる電極変位の特徴点Ｚは融点（約１３５６℃）を示している。
【0045】
上記３番目の電極変位の特徴点Ｚが融点であることを実証するために、電極１２、１４間の通電時間を種々に変更して、上記ナゲットの形成を判定した。抵抗溶接で溶接部の品質を保証するには、溶接部にナゲットが確実に形成されていることが重要である。図６（Ａ）～図６（Ｃ）では、横軸に時刻、縦軸に電極間距離（可動側電極位置）及び電極変位をとり、全て同じ通電電流、被溶接部材加圧力で抵抗溶接を行い、通電時間だけを変更した。なお、これらの図では、単に通電時間だけを変更したにも関わらず、電極間距離や電極変位のプロファイルが変化している。これは、例えば、試験片の接触抵抗値のばらつきなどによるものであり、夫々の試験で縦軸のスケールも変化している。
【0046】
図６（Ａ）では、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、すなわち電極変位に３番目の特徴点Ｚが生じる前まで通電した。この試験片では、２枚の被溶接部材１０が剥がれてしまったことから、ナゲットが形成されていない。すなわち、この試験片では、被溶接部材１０が溶融せず、したがって上記３番目の特徴点Ｚが鋼の融点であることを示している。図６（Ｂ）では、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで、すなわち電極変位に３番目の特徴点Ｚが生じた直後まで通電した。この試験片では、溶接部の切断部位にナゲットが形成されていたことから、上記３番目の特徴点Ｚが鋼の融点を示していることが実証された。更に、図６（Ｃ）では、時刻ｔ０から時刻ｔ３（図５と同じ）まで、すなわち電極変位に３番目の特徴点Ｚが生じ、更に所定時間が経過するまで通電した。この試験片でも、溶接部の切断部位にナゲットが形成されていたことから、上記３番目の特徴点Ｚが鋼の融点を示していることが実証された。
【0047】
以上より、例えば、図２の演算処理においては、ステップＳ１６における所定の特徴点を上記３番目の特徴点Ｚに設定することで、この３番目の特徴点Ｚ、すなわち融点での電極変位の特徴が生じた時点、又はその特徴発生から所定時間が経過した時点まで通電することができ、これにより被溶接部材１０の溶接部に確実にナゲットを形成することができ、溶接部の品質を保証することができる。同様に、図３の演算処理においては、ステップＳ６における所定の特徴点を上記３番目の特徴点Ｚに設定することで、この３番目の特徴点Ｚでの電極変位の特徴が生じた時点の被溶接部材１０の温度、すなわち融点を推定することができる。したがって、この融点の推定時点又はその融点推定時点から所定時間が経過した時点まで通電することにより被溶接部材１０の溶接部に確実にナゲットを形成することができ、溶接部の品質を保証することができる。また、図３の演算処理のステップＳ６における所定の特徴点を上記１番目の特徴点Ｘに設定すれば磁気変態点の温度を推定することができ、同様に上記２番目の特徴点Ｙに設定すればオーステナイト変態点の温度を推定することができる。
【0048】
また、例えば、図６（Ｂ）の融点を示す特徴点Ｚの発生、すなわち時刻ｔ２から、図６（Ｃ）の時刻ｔ３までの時間を上記所定時間に設定することができる。例えば、同じ鋼板製被溶接部材１０であっても、両者の板厚が異なる場合、融点を示す特徴点Ｚが電極変位に生じた直後では、板厚の大きい被溶接部材１０は溶融していても板厚の小さい被溶接部材１０は溶融していないおそれがある（溶込み不足ともいう）。これは、溶接部における溶融が、電極間距離のほぼ中央から生じることに起因する。したがって、このような場合には、溶融させるべき全ての被溶接部材１０が溶込むまでの余裕時間をみて上記所定時間とする。
【0049】
また、この実施の形態の抵抗溶接制御システムを、アルミニウム－鋼の異種抵抗溶接に用いる場合には、以下のようにすることが考えられる。周知のように、アルミニウム－鋼の異種抵抗溶接では、アルミニウムと鋼の金属間化合物が脆いことから、その化合物を生成しないことが求められる。具体的には、アルミニウムだけを溶融し、その溶融物を鋼部材に接合させる。前述のように、鋼の融点が約１３５６℃であるのに対し、アルミニウムの融点は約６６０℃である。そこで、アルミニウム製被溶接部材１０と鋼製被溶接部材１０を接合して加圧しながら電極間通電を行い、上記鋼の磁気変態温度（約７７０℃）及びオーステナイト変態温度（約９１０℃）における電極変位の特徴が生じたならば、アルミニウム製被溶接部材１０も同等又はほぼ同等の温度であると推定することができる。すなわち、アルミニウム－鋼異種抵抗溶接では、例えば、上記鋼の磁気変態温度における電極変位の特徴又はオーステナイト変態温度における電極変位の特徴を上記所定の特徴に設定する。したがって、それらの電極変位特徴が生じていれば、アルミニウム製被溶接部材１０の温度は融点以上であり、これによりアルミニウム製被溶接部材１０が溶融しているものと推定でき、その特徴発生時又はその特徴発生から所定時間経過時に通電を停止すれば、アルミニウム－鋼異種抵抗溶接が可能となる。
【0050】
その他にも、抵抗溶接に不適な金属、例えば良導電性金属を除き、あらゆる金属抵抗溶接に、この実施の形態の抵抗溶接制御システムを適用することが可能である。すなわち、種々の金属の温度依存特性は既に判明しており、その温度依存特性に伴う電極変位の特徴が分明になれば、その所定の電極変位特徴が表れた時点で被溶接部材１０の温度、特に融点を推定することができ、これに基づいて、それら被溶接部材１０の溶接部の品質を確保することが可能となる。
【0051】
このように、この実施の形態の抵抗溶接制御システムでは、被溶接部材１０の温度依存特性と、それらの特性温度で生じる電極変位との相関に基づいて、被溶接部材１０の温度が融点以上であることを示す電極変位の特徴を所定の特徴に設定し、この所定の特徴が算出された電極変位に発生したことを検出することで、溶接部における被溶接部材１０の溶融を推定することができ、これを用いて、被溶接部材１０の溶接部の品質を保証することができる。
【0052】
また、サーボモータなどのモータ１６に予め設けられているエンコーダ１８を用いて電極の位置又は電極間の距離を検出することができることから、新たなセンサを設ける必要がなく、コストの増大や構造の増大・複雑化を抑制することができる。
【0053】
以上、実施の形態に係る抵抗溶接制御システム及び被溶接部材温度推定システムについて説明したが、本件発明は、上記実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、本件発明の要旨の範囲内で種々変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、所定の特徴を被溶接部材の融点の電極変位の特徴としたが、この所定の特徴には、被溶接部材の種々の温度依存特性に応じた電極変位の特徴を設定することも可能であり、そのようにすれば、設定された所定の特徴が電極変位に発生した時点で、溶接部における被溶接部材には該当する温度依存特性が生じていると推定することができる。
【0054】
また、上記実施の形態では、対向する電極による被溶接部材の加圧力を一定にした例についてのみ詳述したが、周知のように、加圧力を可変とする抵抗溶接機も存在する。そうした場合には、加圧力が一定になるように制御されている領域について、本発明の抵抗溶接制御システムを適用することができる。
【0055】
また、上記実施の形態では、各サンプリングタイミングにおける可動側電極位置（又は電極間距離）の前回値との変化量を電極変位としたが、この変化量は、今回値を含めた幾つかの前回値の平均値、いわゆる移動平均値とすることもできる。
【符号の説明】
【0056】
１０ 被溶接部材
１２ 固定側電極（電極）
１４ 可動側電極（電極）
１６ モータ
１８ エンコーダ（回転位置センサ）
２０ コントローラ
１２ 固定側電極（電極）
１４ 可動側電極（電極）
１６ モータ
１８ エンコーダ（回転位置センサ）
２０ コントローラ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】