JP2019171461A

JP2019171461A - 抵抗溶接システム

Info

Publication number: JP2019171461A
Application number: JP2018065553A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎木許; Keiichiro Kimoto
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10

Abstract

【課題】安定して良好な溶接を行うことができる抵抗溶接システムの提供を目的とした。【解決手段】溶接対象部１４以外でワーク（１０，１２）間を接触させず、溶接対象部１４での溶接に貢献する有効電流が流れる有効電流回路３２と、溶接対象部１４での溶接に貢献しない無効電流が流れる無効電流回路３０とをそれぞれ独立して形成する。これにより、有効電流を、無効電流とは切り離して計測や管理することができ、被溶接部材であるワーク（１０，１２）間に流れる全体の電流量と、有効電流の大きさとの相関関係を把握できる。従って、有効電流の大きさを適切に把握しつつ通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができ、安定して良好な溶接を行うことができる。【選択図】図２

Description

被溶接部材間を溶接する抵抗溶接システムに関するものである。

自動車部品の製造等において、ワーク（以下、被溶接部材とも称す）間の接合が抵抗溶接により行われる場合がある。抵抗溶接は、抵抗発熱を利用して金属の接合を行う溶接法の一種である。抵抗溶接は、重ね合わされた被溶接部材を一対の電極で挟み込み、電極間に電流を導通させることにより、溶接対象部を抵抗発熱によって加熱して局部的に溶融させ、被溶接部材間を冶金的に接合する溶接方法である。抵抗溶接のうちのインダイレクト溶接では、一対の電極の一方をアース電極とし、他方の電極からアース電極に電流を導通させる。

抵抗溶接では溶接対象部に電流を導通させて接合を行うため、溶接対象部において被溶接部材間が適切に接触している必要がある。そのため、溶接対象部において被溶接部材間に隙間がある場合、溶接に先立ち、被溶接部材間の隙間を詰めることが行われる（以下、隙詰めとも称す）。隙間を詰める際には、一方の被溶接部材を電極で押圧しながら、その被溶接部材に電流を導通させて軟化させ、他方の被溶接部材に近づく方向に変形させる。なお、被溶接部材間が全く接触しておらず、電極間が電気的に分離している場合、このままでは被溶接部材に電流が導通しない。そのため、溶接対象部以外の領域で被溶接部材間を接触させ、被溶接部材を流れる電流回路（以下、溶接対象部以外を電流が導通する経路を無効電流回路と称す。）が形成される。そして、一方の電極から無効電流回路を通って他方の電極に電流を導通させることにより、被溶接部材を軟化・変形させて、溶接対象部において被溶接部材間を接触させる。

ところで、抵抗溶接では、被溶接部材間が冶金的に接合されるため、被溶接部材間にまたがる溶接対象部に十分な大きさのナゲットを形成する必要がある。溶接対象部を溶融させて十分な大きさのナゲットを形成するために、溶接対象部を導通する電流（以下、有効電流と称し、有効電流が導通する経路を有効電流回路と称す）を一定の大きさ以上にする必要がある。

そのため、従来の抵抗溶接システムでは、電極間に十分な大きさの電流を導通させて、溶接対象部を導通する有効電流を十分な大きさにして溶接を行っている。

特開２０１０−１９４６０９号公報

しかしながら、従来の抵抗溶接システムでは、溶接対象部で溶接を行う際に、溶接対象部を導通する有効電流の他に、無効電流回路にも電流（以下、無効電流と称す）が導通する。また、無効電流の大きさは被溶接部材間の接触状態からも影響を受け、溶接を行う部材毎に一定にならないことが多い。そのため、電極間を流れる電流が、不安定な大きさの無効電流と有効電流とに分流されて、有効電流が安定せず、十分な大きさのナゲットが形成されない結果、溶接対象部での溶接が不十分になる場合がある。

このような問題に対応して、従来の抵抗溶接システムでは、溶接を行う部材毎に、溶接結果を確認し、溶接が十分に行われていない場合には、電極間に導通させる電流量や電極の打点等の溶接条件を変更して、良好な溶接が行われるまで、溶接結果の確認と溶接条件の変更を繰り返しながら溶接を行っている。その結果、溶接に要する工数が大きくなり、溶接効率を向上させることが困難である。

そこで本発明は、安定して良好な溶接を行うことができる抵抗溶接システムの提供を目的とした。

発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討した結果、溶接中に溶接対象部を導通する有効電流の大きさを測定し、有効電流が適切な大きさになるように電極間を導通する電流の大きさを調整することにより、安定して良好な溶接を行うことができるという知見に至った。

上記知見に基づいてなされた本発明の抵抗溶接システムは、第一及び第二の被溶接部材を所定の溶接対象部において溶接する抵抗溶接システムであって、夫々の前記被溶接部材を前記溶接対象部でのみ接触するように配置する配置手段と、第一、第二、及び第三の電極とを有し、前記第一の被溶接部材に対して前記第一及び第二の電極を接触させ、第二の被溶接部材に対して第三の電極を接触させることにより、前記溶接対象部を経由して前記第一の電極及び前記第三の電極間を電流が流れる有効電流回路と、前記溶接対象部を迂回して前記第一の電極及び前記第二の電極間を電流が流れる無効電流回路とを形成可能であることを特徴とする。

本発明の抵抗溶接システムにおいては、溶接対象部での溶接に貢献する有効電流が流れる有効電流回路と、溶接対象部での溶接に貢献しない無効電流が流れる無効電流回路とをそれぞれ独立させることができる。これにより、本発明の抵抗溶接システムでは、有効電流を、無効電流とは切り離して計測や管理することができる。そのため、本発明の抵抗溶接システムによれば、第一及び第二の被溶接部材の間に流れる全体の電流量と、有効電流の大きさとの相関関係を把握できる。従って、本発明の抵抗溶接システムによれば、有効電流の大きさを適切に把握しつつ通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができる。

上述した本発明の抵抗溶接システムは、前記有効電流回路を導通する電流の大きさ及び前記無効電流回路を導通する電流の大きさの少なくとも一方を測定可能な電流測定器をさらに備えることが好適である。

かかる構成によれば、電流測定器を用いて、溶接対象部での溶接に貢献する有効電流の大きさを無効電流とは切り離して測定することができる。あるいは、各電極間に導通される合計の電流の大きさは明確であるため、電流測定器を用いて無効電流の大きさを測定し、無効電流の大きさから有効電流の大きさを導出することができる。その結果、有効電流を、無効電流とは切り離して導出し管理することができる。そのため、本発明の抵抗溶接システムによれば、第一及び第二の被溶接部材の間に流れる全体の電流量と、有効電流の大きさとの相関関係を把握でき、有効電流の大きさを適切に把握しつつ通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができる。

上述した本発明の抵抗溶接システムは、前記第一の被溶接部材がマテリアルハンドリングで保持され、前記第二の電極が前記マテリアルハンドリングに設けられても良い。

かかる構成によれば、マテリアルハンドリングを利用して、容易に無効電流回路を形成することができる。

上述した本発明の抵抗溶接システムは、前記第三の電極をアース電極とし、インダイレクト溶接を行っても良い。

かかる構成によれば、インダイレクト溶接においても、有効電流を、無効電流とは切り離して計測や管理することができ、有効電流の大きさを適切に把握しつつ通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができる。

本発明によれば、安定して良好な溶接を行うことができる抵抗溶接システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る抵抗溶接システムの構成例を説明する概略図である。本発明の一実施形態に係る抵抗溶接システムの要部構成例を説明する概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係る抵抗溶接システムの構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、被溶接部材である２つのワークとして、自動車のステアリング等の固定に用いられるブラケット１０と、ＰＰメンバー１２（自動車のＡピラー間をつなぐ部材）とを接合する場合を例に説明する。

図１，図２に例示するように、本発明の抵抗溶接システム１は、電極３と、電極３の対極となるアース電極５及びアース電極７と、電流値を測定可能な電流測定器９とを備える。さらに、抵抗溶接システム１は、電極３を保持して稼働自在なロボットアーム２１を備えるロボット１９と、ワーク（例えばブラケット１０）を保持して稼働自在なロボットアーム２０を備えるマテリアルハンドリング１８（以下、マテハン１８と称す）と、電極３とアース電極５及び電極３とアース電極７との間に電流を導通させるトランス２２と、トランス２２に供給する電流を制御するタイマー２４と、タイマー２４、マテハン１８及びロボット１９の動作を制御する制御装置２６とを備える。

抵抗溶接システム１において、電極３は、被溶接部材の一つであるブラケット１０に対して接触するものである。電極３をブラケット１０に接触させることにより、ブラケット１０を加圧すると共に、ブラケット１０に所定の電流を導通させることができる。電極３は、ブラケット１０の溶接対象部１４に対し裏面に配置される。アース電極５は、ＰＰメンバー１２に接するように配置される。例えば、アース電極５は、ＰＰメンバー１２の溶接対象部１４に対し裏面に接して配置される。アース電極７は、ブラケット１０の溶接対象部１４とは異なる位置においてブラケット１０と接するように配置される。また、ブラケット１０は、溶接対象部１４以外ではＰＰメンバー１２と接触しないように保持される。また、アース電極５は確実にＰＰメンバー１２と当接させるために、シリンダー（図示せず）等にて移動可能な構成とすることもできる。

電極３、アース電極５及びアース電極７を上記のように配置することにより、トランス２２から電極３に向けて導通される電流（以下、全体電流と称す）は、一旦、溶接に直接貢献する有効電流と溶接に貢献しない無効電流とに分流し、有効電流と無効電流とは再度合流して全体電流となり、トランス２２に導通する。ブラケット１０とＰＰメンバー１２とが溶接対象部１４以外では接触しないため、無効電流と有効電流とは、それぞれ独立した個別の経路を導通する。

具体的には、溶接に貢献しない無効電流は、電極３からブラケット１０、アース電極７を通る無効電流回路３０を流れる。無効電流は、例えば溶接対象部１４における隙詰めに利用できる。ブラケット１０とＰＰメンバー１２とが接触しない場合でも、ブラケット１０を導通する無効電流により、ブラケット１０を加熱・軟化させてブラケット１０をＰＰメンバー１２に近づけることができる。溶接対象部１４においてブラケット１０とＰＰメンバー１２とが接触した状態では、電極３から溶接対象部１４、アース電極５を通る有効電流回路３２を有効電流が流れる。そして、ブラケット１０とＰＰメンバー１２とが溶接対象部１４でのみ接触しているため、電極３とブラケット１０とが接する領域の近傍において、全体電流は無効電流と有効電流とに分流され、無効電流回路３０と有効電流回路３２とは、それぞれ独立した個別の経路となる。なお、アース電極５及びアース電極７の下流において、有効電流回路３２と無効電流回路３０とが合流してトランス２２に至る例を説明したが、有効電流回路３２と無効電流回路３０とが、それぞれ個別にトランス２２に至っても良い。

上述のトランス２２は、タイマー２４を介して供給された電流を所定の電流値に変換した上、変換された電流を電極３からブラケット１０に導通させる。例えば、タイマー２４を介して供給された４００Ｖで数Ａの電流を、３〜５Ｖで１５０００Ａの電流に変換して電極３から導通させる。さらに、タイマー２４は、トランス２２を介して電極３から電流を導通させるタイミングを制御する。トランス２２は、制御装置２６により制御され、制御装置２６はタイマー２４を介してトランス２２を制御することもできる。そのため、制御装置２６は、電極３からブラケット１０に導通させる電流の、入力タイミング及び電流値、通電時間（サイクル）等を制御する。

また、ロボット１９は、電極３及びロボットアーム２１を含んで構成され、電極３を駆動する駆動装置である。ロボット１９はロボットアーム２１により、電極３を所定の範囲内で任意の位置に移動させることが可能な構成であり、電極３を所定の溶接位置に移動させ、電極３にブラケット１０を加圧させる。

また、マテハン１８は、クランプ２８及びロボットアーム２０を含んで構成され、ブラケット１０を保持するクランプ２８を駆動する駆動装置である。クランプ２８は、ロボットアーム２０が駆動されることにより、ブラケット１０を保持した状態で、ブラケット１０を所定の範囲内で任意の位置に移動させることが可能な構成である。また、クランプ２８は、溶接対象部１４以外ではＰＰメンバー１２と接触しないように、ブラケット１０を保持することができる。また、アース電極７をクランプ２８に設ける構成とすることもできる。このような構成とすることにより、クランプ２８がブラケット１０を保持する際に、アース電極７がブラケット１０と接するようにクランプ２８でブラケット１０を保持することができる。また、マテハン１８及びロボット１９は、制御装置２６にその動作が制御される。なお、ＰＰメンバー１２は、図示しない固定装置によって、所定の位置に固定される。

制御装置２６は、電極３が接続されるロボット１９の動作を制御すると同時に、電極３から通電される電流を制御する。そのため、制御装置２６は、溶接工程を制御することになる。

このような構成の抵抗溶接システムにおいて、ＰＰメンバー１２とブラケット１０とは溶接対象部１４で溶接されて接合される。具体的には、電極３は、ブラケット１０をＰＰメンバー１２に近づける方向に加圧すると共に、溶接対象部１４に所定の電流（有効電流）を流すことにより、溶接対象部１４においてブラケット１０及びＰＰメンバー１２を加熱・溶融させてブラケット１０とＰＰメンバー１２とを溶接する。電極３から通電される電流値は、ブラケット１０及びＰＰメンバー１２の厚さや、必要な溶接強度等に応じて定めることができ、トランス２２によって調整される。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る抵抗溶接システムにおいては、溶接対象部での溶接に貢献する有効電流が流れる有効電流回路と、溶接対象部での溶接に貢献しない無効電流が流れる無効電流回路とをそれぞれ独立させることができる。このような構成により、有効電流を、無効電流とは切り離して計測や管理することができる。そのため、ブラケット１０とＰＰメンバー１２との間に流れる全体の電流量と、有効電流の大きさとの相関関係を把握できる。従って、本発明の一実施形態に係る抵抗溶接システムによれば、有効電流の大きさを適切に把握しつつ通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができる。

例えば、電流測定プローブとしてトロイダルコイル３４等を用いて、電流測定器９で有効電流回路３２における有効電流の大きさを直接測定することができる。または、トランス２２から電極３に供給される全体電流の大きさは既知であるので、トロイダルコイル３６等を用いて、電流測定器９で無効電流回路３０における無効電流の大きさを測定し、全体電流の大きさから無効電流の大きさを減算して、有効電流の大きさを導出することもできる。全体電流の大きさは、トロイダルコイル３８等を用いて直接測定することもでき、より正確な有効電流の大きさを導出することもできる。このように有効電流の大きさを直接把握することにより、溶接対象部１４で適切な溶接を行うために必要な有効電流の大きさは予測可能であるため、実際の有効電流の過不足に応じて、制御装置２６等により、トランス２２から電極３に供給される全体電流の大きさを制御することができる。その結果、有効電流を適切な大きさに制御し、通電状態の最適化を図り、溶接品質を向上させることができる。

また、抵抗溶接システムでは、様々な外乱要因により溶接品質が悪化する。また、そのような外乱要因は、無効電流に影響をおよぼす。そのため、無効電流の大きさを把握することにより、外乱要因を特定することが可能な場合がある。そして、外乱要因を特定し、改善することにより、溶接品質を向上させることが可能となる。

なお、ブラケット１０とＰＰメンバー１２とは、アーク溶接により接合されることも多い。アーク溶接では、接合の際に入力される熱量（以下、入熱量とも称す）が大きく溶接コストが大きくなる。また、入熱量が大きいことにより、ブラケット１０とＰＰメンバー１２とが高温となるために歪みやすく、溶接後の製品の寸法精度を維持することが困難である。さらに、アーク溶接では溶接速度が遅く、結果的に溶接ＴＡＴ（ＴｕｒｎＡｒｏｕｎｄＴｉｍｅ）が大きくなる。これに対して、ブラケット１０とＰＰメンバー１２とを抵抗溶接で接合すると、入熱量がアーク溶接に比べて小さいため、アーク溶接に比べて溶接コストが小さくなる。同時に、歪みが小さくなり、容易に寸法精度を高めることができる。さらに、アーク溶接より溶接速度が速く、溶接ＴＡＴを抑制することもできる。また、抵抗溶接は自動化が容易であり、この点からも、溶接の簡易化、溶接コストの削減、溶接速度の向上を図ることが可能となる。

なお、本発明の抵抗溶接システムは、インダイレクト溶接に限らず、ダイレクト溶接等他の抵抗溶接方法に用いることもできる。ダイレクト溶接を行う場合には、ブラケット１０及びＰＰメンバー１２を挟んで電極３と対向する位置に、アース電極５に代わるダイレクト溶接用の電極を設ける。

また、本発明の抵抗溶接システムは、ブラケット１０とＰＰメンバー１２とを溶接する場合に限らず、様々な２以上の被溶接部材を溶接する場合に用いることができる。

本発明は、２以上の被溶接部材を溶接する抵抗溶接システム全般において好適に利用できる。

１抵抗溶接システム
３電極
５アース電極
７アース電極
１０ブラケット
１２ＰＰメンバー
１４溶接対象部
３０無効電流回路
３２有効電流回路

Claims

第一及び第二の被溶接部材を所定の溶接対象部において溶接する抵抗溶接システムであって、
夫々の前記被溶接部材を前記溶接対象部でのみ接触するように配置する配置手段と、
第一、第二、及び第三の電極とを有し、
前記第一の被溶接部材に対して前記第一及び第二の電極を接触させ、第二の被溶接部材に対して第三の電極を接触させることにより、前記溶接対象部を経由して前記第一の電極及び前記第三の電極間を電流が流れる有効電流回路と、前記溶接対象部を迂回して前記第一の電極及び前記第二の電極間を電流が流れる無効電流回路とを形成可能であることを特徴とする抵抗溶接システム。