(57)【要約】      （修正有）【課題】非溶接部への電流印加を低減させ、さらに溶接強度の低下を防止することができる、電極輪、電極輪のドレッサー及び電極輪の研削方法の提供。【解決手段】シーム溶接用の電極輪１であって、円盤状の外周面が、曲率を有する凸形状のＲ形状を有し、Ｒ形状の曲率半径は、７０〜８０ｍｍ以下の電極輪。電極輪のドレッサーであって、円盤状の外周面が曲率を有する凹形状のＲ形状を有し、外周面にわたって山形形状の複数の刃を有し、Ｒ形状の曲率半径は７０〜８０ｍｍであり、複数刃の刃先角度が５０〜７０度のドレッサー。【選択図】図２
2020069509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーム溶接用の電極輪であって、
円盤状の外周面が、曲率を有する凸形状のＲ形状を有し、
前記Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である、電極輪。
【請求項２】
シーム溶接用の電極輪の外周面を研削する電極輪のドレッサーであって、
円盤状の外周面が、曲率を有する凹形状のＲ形状を有し、
前記外周面にわたって設けられる山形形状の複数の刃を有し、
前記Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、
前記複数の刃は、刃先の角度が５０度以上７０度以下であり、先端半径が２ｍｍ以下である、電極輪のドレッサー。
【請求項３】
請求項２に記載のドレッサーを用いて、シーム溶接用の電極輪の外周面を研削する、電極輪の研削方法。
【請求項４】
前記ドレッサーの使用時間に対して、（１）式で算出される研削能力ｄａｖｅが２．０ｍｍ／ｈｒ以上となる条件で前記ドレッサーを用いる、請求項３に記載の電極輪の研削方法。
ｄａｖｅ＝−０．１５×ｔ＋４  ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極輪、電極輪のドレッサー及び電極輪の研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シーム溶接機の電極輪は、溶接実施部が平坦な形状であった。しかし、このような平坦形状である場合、溶接実施時に電極輪が重ね合わせ部以外の場所にも接触し易くなることから、溶接部の形状に寄与しない無効電流が生じる場合があった。これにより、溶接温度が低下し、溶け込み不良が発生することから、溶接部の強度不足が発生することが問題であった。
溶接部の強度が不足した場合、製鉄業の連続ラインにおいて溶接部の破断の原因となり、大幅な生産ロスを生む原因となる。これを防止するため、従来では、溶接電流を増大したうえで、電極輪の加圧力を増大させることで溶接ナゲットを拡大させることで、溶接部の強度を高める方法がとられてきた。
また、特許文献１のように、電極輪表面に凹部を形成する方法もとられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−７８５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電極輪の加圧力を増大させる方法では、加圧力の増大に伴い、板の溶接部で塑性変形が増進することとなる。この結果、電極輪が溶接部以外の部分（非溶接部）と接触することで、上記と同様に無効電流が増大し、溶け込み不足による溶接強度の低下が引き起こされることが問題であった。また、この問題に対して溶接時の加圧力を低減させることで塑性変形を抑制し無効電流の発生を防止する対応も考えられるが、この方法では電極輪と溶接対象との接触面積が減少し、溶け込み量が減少するために溶接強度を低下させるという問題があった。特に、塑性変形が容易に発生する材料においては、この影響が顕著であった。
【０００５】
また、特許文献１の方法の場合、溶着部の幅が広がるため、必ずしも溶接部の健全性が向上するものではなかった。さらに、電極輪は、使用に際して、１回または複数回使用した後に、ドレッサーによる外周面の研削が行われる。このため、研削によって電極輪の凹部の加工が取り除かれてしまうことから、無効電流の防止効果は、新品の状態から１度目の研削が行われる間に限定して得られるものであった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、非溶接部への電流印加を低減させ、さらに溶接強度の低下を防止することができる、電極輪、電極輪のドレッサー及び電極輪の研削方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、シーム溶接用の電極輪であって、円盤状の外周面が、曲率を有する凸形状のＲ形状を有し、上記Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である、電極輪が提供される。
本発明の一態様によれば、シーム溶接用の電極輪の外周面を研削する電極輪のドレッサーであって、円盤状の外周面が、曲率を有する凹形状のＲ形状を有し、上記外周面にわたって設けられる山形形状の複数の刃を有し、上記Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、上記複数の刃は、刃先の角度が５０度以上７０度以下であり、先端半径が２ｍｍ以下である、電極輪のドレッサーが提供される。
本発明の一態様によれば、上記のドレッサーを用いて、シーム溶接用の電極輪の外周面を研削する、電極輪の研削方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、非溶接部への電流印加を低減させ、さらに溶接強度の低下を防止することができる、電極輪、電極輪のドレッサー及び電極輪の研削方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極輪を示す図であり、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す。
【図２】電極輪を示す部分拡大図（一例）である。
【図３】シーム溶接機を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るドレッサー示す図であり、（Ａ）は正面図を示し、（Ｂ）は側面図を示す。
【図５】ドレッサーを示す部分拡大図である。
【図６】電極輪の研削方法を示す模式図である。
【図７】従来の電極輪によるシーム溶接時の溶接温度の最大最小差の分布を示すグラフである。
【図８】実施例の電極輪によるシーム溶接時の溶接温度の最大最小差の分布を示すグラフである。
【図９】実施例のドレッサーの使用時間と研削能力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜電極輪＞
図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態に係る電極輪１について説明する。電極輪１は、鋼板同士をシーム溶接するシーム溶接機に設けられる設備である。電極輪１は、円盤状の形状を有し、銅または銅合金からなる。なお、以下では、電極輪１の円盤状の厚み方向（図１（Ｂ）の左右方向であり、矢印で示す方向）を単に「厚み方向」といい、円盤状の側面（図１（Ｂ）に一部を示す面）を外周面という。
【００１１】
電極輪１は、図２に示すように、外周面が、厚み方向の中央側が径方向の外方に凸む曲率を有する、凸形状のＲ形状を有する。つまり、電極輪１は、厚み方向からみた円形断面において、厚み方向の両端側に対して中央側の直径が大きくなるように形成される。電極輪１のＲ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。図２には、本実施形態における一例として、Ｒ形状の曲率半径が７５ｍｍの場合について図示をしている。
また、電極輪１は、不図示の回転駆動装置に円形の中心部が接続され、回転駆動装置の回転駆動を受けて回転可能に構成される。
【００１２】
シーム溶接機は、図３に示すように、外周面同士が対向するように鉛直方向に並んで配された一対の電極輪１ａ，１ｂが配される。そして、このシーム溶接機によるシーム溶接では、被溶接材である重ね合わされた２枚の鋼板２ａ，２ｂを、一対の電極輪１ａ，１ｂで挟み、圧下させながら電流を印加することで溶接する。
【００１３】
本実施形態では、電極輪１の外周面にＲ形状を設けることにより、シーム溶接時において、電極輪１と被溶接材の非溶接部との接触面積を低減させることができ、印加した電流を被溶接材の溶接部に集中させることができる。これにより、溶接時の溶け込み不足が低減し、溶接部の溶接強度を増加させることができるようになる。また、溶接時の電極輪１による加圧力も向上することから、溶接部が拡大し、溶接強度をより増加させることができるようになる。電極輪１のＲ形状の曲率半径が７０ｍｍ未満の場合、溶接バケットの形成範囲が縮小するため、溶接強度が低下する可能性がある。一方、電極輪１のＲ形状の曲率半径が８０ｍｍ超の場合、電極輪１と鋼板２ａ，２ｂの非溶接部との接触面積が増大するため、無効電流の発生により溶接強度が低下する。
【００１４】
＜電極輪のドレッサー＞
次に、図４及び図５を参照して、本発明の一実施形態に係る電極輪１のドレッサー３について説明する。ドレッサー３は、シーム溶接機に設けられる設備であり、シーム溶接機の電極輪１の外周面を研削（ドレッシング）する設備である。
ドレッサー３は、図４に示すように、円盤状の形状を有し、電極輪１を切削可能な、耐摩耗性に優れた高硬度な金属（例えば、冷間金型用鋼等）からなる。また、ドレッサー３は、不図示の回転駆動装置に円形の中心部が接続され、回転駆動装置の回転駆動を受けて回転可能に構成される。
【００１５】
さらに、ドレッサー３は、円盤状の側面となる円形の外周面にわたって複数の刃４を有する。複数の刃４は、図４（Ａ）及び図５に示すように、ドレッサー３の円盤形状の厚み方向（図４（Ｂ）に矢印で示す方向であり、以下、単に「厚み方向」とも称する。また、ドレッサー３の厚み方向と電極輪１の厚み方向とは平行な方向となる。）から視て、先端が尖った山形形状となる。さらに、複数の刃４は、厚み方向から視て、刃先の角度θが５０度以上７０度以下となり、先端半径が２ｍｍ以下となる。刃先の角度θが５０度未満となる場合、複数の刃４の強度が低下し、することから刃先が欠け易くなる。一方、刃先の角度θが７０度超となる場合、使用に伴い刃先が摩耗することで、押し当て圧力が低下し易くなり、研削能力の向上効果が十分に得られない。また、先端半径が２ｍｍ超となる場合、刃先が平坦に近くなり、押し当て圧力が低下することから、研削能力の向上効果が十分に得られない。さらに、複数の刃４は、ドレッサー３の直径方向における高さＨが、２．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましい。高さＨは、図５に示すように、刃４の先端から刃４同士がつながり合う谷部までの、ドレッサー３の直径方向における距離である。高さＨを上記の範囲とすることで、鋭角化によって研磨能力の向上させたまま刃先の強度を維持することができる。なお、複数の刃４は、厚み方向に対してそれぞれ同一の形状となる。
【００１６】
さらに、ドレッサー３は、図４（Ｂ）に示すように、外周面に、厚み方向の中央側が径方向の内方に凹む凹形のＲ形状を有する。つまり、ドレッサー３は、厚み方向からみた円形断面において、厚み方向の両端側に対して中央側の直径が小さくなるように形成される。ドレッサー３のＲ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の範囲で、電極輪１のＲ形状と同じ曲率半径となる。図４には、本実施形態における一例として、Ｒ形状の曲率半径が７５ｍｍの場合について図示をしている。
【００１７】
（電極輪の研削方法）
次に、図６を参照して、本実施形態に係る電極輪１の研削方法を説明する。本実施形態では、図６に示すように、シーム溶接機の電極輪１に外周面に、ドレッサー３の外周面を当接させる。そして、電極輪１及びドレッサー３を回転させることで、電極輪１の外周面が研削される。電極輪１の研削は、シーム溶接機にて溶接が１回または複数回行われる毎に行われる。また、シーム溶接機には、１対設けられる電極輪１（１ａ，１ｂ）に対して、研削するドレッサー３がそれぞれ設けられる。ドレッサー３による研削は、電極輪１の研削量が所定量（例えば、２ｍｍ）以上となるまで行われる。本実施形態では、外周面に凹形のＲ形状を有するドレッサー３を用いることにより、ドレッサー３のＲ形状に合わせて電極輪１の外周面にＲ形状が形成される。このため、電極輪１の研削の回数によらず、電極輪１の外周面をＲ形状とすることによる上記の効果が奏されるものとなる。
【００１８】
さらに、本実施形態では、ドレッサー３の使用時間（研削に用いた時間）に対して、（１）式で示す研削能力ｄａｖｅ（ｍｍ／ｈｒ）が、２．０ｍｍ／ｈｒ以上となる条件でドレッサー３を用いることが好ましい。研削能力ｄａｖｅは、時間当たりの研削量である。つまり、（２）式に示すように、研削能力ｄａｖｅと目標とする研削量Ｄ（ｍｍ）との関係から、研削時間Ｔ（ｈｒ）が算出される。研削時間Ｔは、研削量Ｄとなる研削に要する時間である。
ｄａｖｅ＝−０．１５×ｔ＋４  ・・・（１）
Ｔ＝Ｄ／ｄａｖｅ  ・・・（２）
【００１９】
ドレッサー３は、研削によって先端が摩耗するため、使用時間に応じて研削能力ｄａｖｅが低下し、研削時間Ｔが長くなる。このため、（１）式や（２）式を用いて、許容される研削能力ｄａｖｅや研削時間Ｔとなるように、ドレッサー３を交換するタイミングを調整することで、高い研削能力を維持することができる。
【００２０】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【００２１】
例えば、上記実施形態では、（１）式で算出される研削能力ｄａｖｅが２．０ｍｍ／ｈｒ以上となる条件でドレッサー３を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。（１）式で算出される研削能力ｄａｖｅは、刃４の刃先の角度θが６０度で、先端半径が１．０ｍｍとなる初期条件において最も好適な関係式であるが、角度θや先端半径の違いから（１）式以外の関係式が用いられてもよい。また、未使用の初期の状態におけるドレッサー３の刃４の先端半径を２ｍｍ未満とし、先端半径が２ｍｍ超となるタイミングでドレッサー３を交換するようにしてもよい。
【００２２】
また、ドレッサー３の厚み方向の両端側にＲ形状を設け、円盤状のドレッサー３の厚み方向の両端側の直径が大きくなるようにしてもよい。このようにすることで、研削時において、電極輪１の幅等の調整を行うことができる。
さらに、上記実施形態では、外周面にＲ形状が設けられた電極輪１をドレッサー３で研削するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、外周面に上記のＲ形状が設けられていない電極輪をドレッサー３で研削し、研削後の電極輪１の外周面に曲率半径が７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下のＲ形状を設けるようにしてもよい。
【００２３】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る電極輪１は、シーム溶接用の電極輪１であって、円盤状の外周面が、曲率を有する凸形状のＲ形状を有し、Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。
上記（１）の構成によれば、電極輪１と被溶接材の非溶接部との接触面積を低減させることができ、非溶接部への電流印加を低減することができるため、印加した電流を被溶接材の溶接部に集中させることができる。また、溶接時の電極輪１による加圧力も向上することから、溶接部を拡大させることができる。これにより、無効電流の発生が抑えられ、溶接時の溶け込み不足が低減することから、溶接強度を増加させることができる。
【００２４】
（２）本発明の一態様に係る電極輪１のドレッサー３は、シーム溶接用の電極輪１の外周面を研削する電極輪１のドレッサー３であって、円盤状の外周面に、厚み方向の中央側が径方向の内方に凹む凹形のＲ形状を有し、外周面にわたって設けられる山形形状の複数の刃４を有し、Ｒ形状の曲率半径は、７０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、複数の刃４は、刃先の角度が５０度以上７０度以下であり、先端半径が２ｍｍ以下である。
上記（２）の構成によれば、研削により外周面のＲ形状を上記（１）の範囲内とすることができる。これにより、研削回数に関係なく、電極輪１の外周面をＲ形状とすることによる上記（１）の構成の効果が奏されるものとなる。つまり、電極輪１のＲ形状による無効電流の発生防止の効果を、電極輪１が使用限界に到達するまで維持することができるようになる。また、上記（２）の構成によれば、ドレッサー３の複数の刃４を尖らせることにより、研削時において、電極輪１とのドレッサー３の周方向の接触面積を減少させることができ、押し当て圧力を増大させることができる。これにより、刃の先端が平坦な、従来のドレッサーに比べ、研削能力を大幅に向上させることができ、研削時間を大幅に短縮することができる。また、刃先の角度を上記の範囲とすることで、研削中の刃先の欠けも防止することができる。
【００２５】
（３）本発明の一態様に係る電極輪１の研削方法は、上記（２）の構成のドレッサー３を用いて、シーム溶接用の電極輪１の外周面を研削する。
（４）上記（３）の構成において、ドレッサー３の使用時間に対して、（１）式で算出される研削能力ｄａｖｅが２．０ｍｍ／ｈｒ以上となる条件でドレッサー３を用いる。
上記（４）の構成によれば、使用時間を用いた簡易な方法で、研削能力を維持することができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、上記実施形態に係る電極輪１と、外周面が平坦な従来の電極輪とを用いてシーム溶接をそれぞれ複数回行い、溶接時の溶接温度の最大最小差を確認した。なお、実施例において、電極輪１のＲ形状の曲率半径は、７５ｍｍとした。また、電極輪の形状の違い以外の溶接の条件については、同様とした。さらに、溶接温度は、溶接直後の溶接部の表面温度である。
【００２７】
図７には、従来の外周面が平坦な電極輪を用いたシーム溶接における、溶接温度の最大最小差の分布を示す。図８には、上記実施形態に係る電極輪１を用いたシーム溶接における、溶接温度の最大最小差の分布を示す。図７及び図８に示すように、従来の電極輪では、溶接時に塑性変形が発生し、無効電流が増加したため溶接時の温度偏差が増大することが確認できた。一方、Ｒ形状の曲率半径を７５ｍｍとした電極輪１を用いた場合、温度偏差が抑制されており、無効電流の増大が防止できていることが確認できた。このことから、上記実施形態に係る電極輪１によれば、溶接温度偏差による溶け込み不良での溶接強度低下の問題に対して良好な結果を示すことが確認された。
【００２８】
また、実施例では、ドレッサー３の累積の使用時間の増加に伴う、研削能力の低下についても調査をした。図９には、上記実施形態に係るドレッサー３の累積の使用時間と研削能力との関係を示す。図９に示すように、累積の使用時間と研削能力とは、（１）式を満たす関係となっており、（１）式を用いることで使用時間に応じた研削能力を精度よく推定できることが確認できた。また、刃先が平坦な従来のドレッサーの場合、累積の研削時間に対して研削能力は大きく変化はしないものの、研削能力は０．５ｍｍ／ｈｒ程度であることが確認できた。このため、２０ｈｒ程度の使用時間においては、上記実施形態に係るドレッサー３は、高い研削能力があることが確認できた。
【符号の説明】
【００２９】
１，１ａ，１ｂ  電極輪
２ａ，２ｂ  鋼板
３  ドレッサー
４  刃
【図１】
2020069509.tif 000003
【図２】
2020069509.tif 000004
【図３】
2020069509.tif 000005
【図４】
2020069509.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020069509.tif 000008
【図７】
2020069509.tif 000009
【図８】
2020069509.tif 000010
【図９】
2020069509.tif 000011