(57)【要約】  上下一対の電極輪１，２を、それらの軸芯１７，１８が２枚の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌに形成される溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して水平面内で互いに反対方向に傾斜するよう配置し、電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながらマッシュシーム溶接を行う。これにより接合部の増厚量及び段差勾配を大幅に低減することができ、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保することが出来る。また、ナゲットＮが接合界面から外れないように接合される。電極輪１，２の軸芯１７，１８の傾斜方向は、電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが水平面内で電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向を向く方向とする。これにより重ね合わせ部分Ｌの金属板の端部が電極輪１，２へ食い込んで電極輪に疵を付けることを防止し、溶接時にチリが発生するのを防止することが出来る。
2010004656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の金属板（５，６）の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部分（Ｌ）を上下一対の電極輪（１，２）で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法において、
前記一対の電極輪（１，２）の軸芯（１７，１８）を、前記２枚の金属板（５，６）の重ね合わせ部分（Ｌ）に形成される溶接線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜させ、前記一対の電極輪（１，２）を積極的に駆動しながら前記２枚の金属板を接合することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載のマッシュシーム溶接方法において、
前記一対の電極輪（１，２）の進行方向部分（１Ａ，２Ａ）が水平面内で、前記電極輪が最初に接触する金属板（５又は６）の存在する方向を向くように、前記一対の電極輪の軸芯（１７，１８）を前記溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させ、前記２枚の金属板を接合することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマッシュシーム溶接方法において、
前記２枚の金属板（５，６）は板厚が異なり、
前記２枚の金属板の板厚が厚い側の電極輪（１又は２）の軸芯（１７又は１８）の傾斜角度を薄い側の電極輪の軸芯の傾斜角度より大きくしたことを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のマッシュシーム溶接方法において、
前記重ね合わせ部分（Ｌ）の溶接開始前と溶接終了後の少なくとも一方の工程では、前記一対の電極輪（１，２）を接触させる第１設定と、前記一対の電極輪を接触させないか、前記溶接時の押圧力に比較し軽荷重で接触させる第２設定のいずれかの設定とし、前記第１設定では前記一対の電極輪を非駆動とし、前記第２設定では前記一対の電極輪を駆動することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のマッシュシーム溶接方法において、
前記２枚の金属板（５，６）を前記マッシュシーム溶接により接合した後、一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記溶接線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して水平面内で傾斜させ、前記一対の加圧ローラを積極的に駆動して前記接合部の段差を前記加圧ローラの進行方向（Ａ）に圧延することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
【請求項６】
請求項５記載のマッシュシーム溶接方法において、  
前記一対の加圧ローラ（３，４）の進行方向部分（３Ａ，４Ａ）が水平面内で、前記加圧ローラ（３，４）が最初に接触する金属材料が係わる金属板（５又は６）の存在する方向と反対方向を向くように、前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記溶接線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して、各々傾斜させ、前記接合部の段差を前記進行方向（Ａ）に圧延することを特徴とする金属板の接合方法。
【請求項７】
２枚の金属板（５，６）の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部分（Ｌ）を上下一対の電極輪（１，２）で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接装置において、
前記一対の電極輪（１，２）は、それぞれの軸芯（１７，１８）が前記２枚の金属板（５，６）の重ね合わせ部分（Ｌ）に形成される溶接線Ｘに直交する軸線Ｙに対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜するよう設置されていることを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
【請求項８】
請求項７記載のマッシュシーム溶接装置において、
前記一対の電極輪（１，２）の軸芯（１７，１８）を前記溶接線Ｘに直交する軸線Ｙに対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構（２７）を有することを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載のマッシュシーム溶接装置において、
前記マッシュシーム溶接により接合した２枚の金属板（５，６）の接合部（Ｊ）を圧延する上下一対の加圧ローラ（３，４）を更に備え、
前記一対の加圧ローラ（３，４）は、それぞれの軸芯（１５，１６）が前記接合部（Ｊ）の溶接線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して水平面内で傾斜するよう設置されていることを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
【請求項１０】
請求項９記載のマッシュシーム溶接装置において、
前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記溶接線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構（２７）を有することを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マッシュシーム溶接機は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせた部分を一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接すると同時に、高温状態に加熱され軟化した接合部を電極輪で圧延することにより、接合部厚みを低減する溶接方式である。しかし、この溶接方式では、接合部を母材厚み相当まで圧延することは出来ず、接合部厚みは母材（金属板）の厚みの１２０から１６０％程度に増加し、接合部と母材間には段差が生成する問題がある。【０００３】
該接合部厚みを低減する方法として、上下一対の電極輪に隣接してその片側に上下一対の加圧ローラを設置し、マッシュシーム溶接前に、それら電極輪及び加圧ローラを支持する台枠を加圧ローラが先導する方向に移動して金属板の重ね合わせ部を加圧ローラで圧延し、圧延完了後、重ね合わせた金属板を微小量離間させ、接合部厚みを減少させた後に、上記台枠を反対方向に移動して当該重ね合わせ部を一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら、連続的にマッシュシーム溶接し、更に当該接合部を加圧ローラで圧延することで、接合部厚みを減少させる方法が提案されている（特許文献１及び２）。【０００４】
また、マッシュシーム溶接の接合部厚みを低減し、且つタクトタイムを低減する目的で、上下一対の電極輪に隣接してその両側に上下一対の第１及び第２の加圧ローラを設置し、それら電極輪及び加圧ローラを支持する台枠を第１の加圧ローラが先導する一方向に移動して金属板の重ね合わせ部を一対の第１の加圧ローラで圧延後、該加圧ローラに後行する一対の電極輪で該圧延部を加圧し、溶接電流を流しながら、連続的にマッシュシーム溶接を行い、更に、該電極輪に後行する第２の加圧ローラで該接合部を圧延することで、接合部厚みを減少させる方法及び装置が提案されている（特許文献１及び２）。【０００５】
また、重ね合わせた２枚の金属板をマッシュシーム溶接方式で接合する場合には、一対の電極輪で把持した金属板厚みの中央部にナゲットと称する溶融凝固部が生成する。金属板の板厚差が大きいほど、接合界面は重ね合わせた金属板厚みの中央部から離れるため、接合界面がナゲットから外れ、接合強度が低下する問題がある。このため、接合する金属板の板厚比を制限しなければならない課題があった。【０００６】
接合する金属板の板厚比の制限を緩和するため、マッシュシーム溶接後の各金属板の板厚がほぼ同等となるように、電極輪と材料間の接触面積を各々設定し、ナゲットを接合界面に生成させ、許容接合板厚比を拡大する手段が提案されている（特許文献３）。【０００７】
【特許文献１】特公平２−１５３１４号明細書
【特許文献２】特公平２−１６１９１号明細書
【特許文献３】特許３３５０９３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マッシュシーム溶接機は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせた部分を一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接すると同時に、高温状態に加熱され軟化した接合部を電極輪で圧延することにより、接合部厚みを低減する溶接方式であるため、接合材料の厚みを減少させる塑性加工仕事の多くを電極輪による圧延が担う。減厚される接合部の塑性流動は電極輪の圧延方向が主体となるが、接合部は隣接する金属板の母材と連続体の関係にあり、圧延方向への塑性流動は母材の拘束を受ける。この結果、接合部を母材厚みまで圧延することは出来ず、マッシュシーム溶接方式の接合部厚みは母材（金属板）の厚みの１２０から１６０％程度に増加し、接合部と母材の厚みが異なることで、高い応力集中係数を有する段差が接合部に生成する。この接合部に応力が作用する場合には、著しく強度が低下する問題があり、この制約によりマッシュシーム溶接の適用範囲が限られる課題があった。また、急峻な段差による鋼板加工ラインにおける作業ロールの傷付き発生或いは生産性及び歩留まり低下の問題があった。【０００９】
例えば、マッシュシーム溶接機の接合部は母材の１２０から１６０％程度にステップ状に増厚するため、マッシュシーム溶接機をそのまま合計圧下率の大きな冷間圧延設備へ適用した場合には、接合部の段差部が母材に亀裂状に折り込まれる結果、ストリップと称される金属板の該接合部で有効断面積が低下することで、冷間圧延の際に付与される張力に対する単位張力が増加すると共に、亀裂状に折り込まれた段差の先端部が特異応力場になることで、飛躍的に破断確率が高くなる。これにより、安価で小型なマッシュシーム溶接機は合計圧下率の大きな冷間圧延設備への適用は出来ず、高価で大型のフラッシュバット溶接機もしくはレーザビーム溶接機を適用せざるを得ない課題があった。【００１０】
また、テーラードブランクでは、異なる厚み及び材料強度を有する鋼板を安価に接合出来るマッシュシーム溶接機が適用されているが、増厚した接合部の成形性に問題が生じる部位及び接合部段差に起因する応力集中の問題が生じる部位への接合には、適用することが出来ず、高価なレーザビーム溶接機を適用せざるを得なかった。【００１１】
また、製鉄業界における連続焼鈍ライン、亜鉛メッキ鋼板製造設備等の生産ラインには、歩留まり及び生産性を向上させる目的で、生産プロセスを連続化するための接合装置として、安価なマッシュシーム溶接機が適用されている。しかしながら、上述の如く、マッシュシーム溶接では接合部厚みが厚くなり、急峻な段差が形成されるため、接合部がスキンパス圧延機を通過する際には、作業ロールへの傷付き防止ならびに接合部段差の作業ロールへのマーク転写を防止する目的で、スキンパス圧延機前後のライン速度を低下させ、圧延機の作業ロールを開放乃至は圧延荷重を低下させ、作業ロールへの傷付きを防止する等の運転方法を採用し、生産性及び歩留まりが低下する課題があった。【００１２】
特許文献１及び２に記載の従来の方法のうち、圧延完了後、重ね合わせた金属板を微小量離間させ、接合部厚みを減少させた後に連続的にマッシュシーム溶接し、更に当該接合部を加圧ローラで圧延する前者の方法では、母材の１１０％程度の厚みまで接合部厚みを減少させることが出来る。しかしながら、金属板の端部を離間させる距離が大き過ぎた場合には、接合部近傍に、溶接前の加圧ローラの圧延による窪みが残り、離間量が不足した場合には、接合部の増厚量が増大する。このため、離間設定量の最適範囲がピンポイントにしか存在せず、ロバスト性に劣り、高い品質の接合強度を安定して確保することが困難であった。【００１３】
特許文献１及び２に記載の従来の方法のうち、電極輪の両側に加圧ローラを設置し、台枠の一方向の移動で溶接前の圧延、溶接、溶接後の圧延を連続的に行う方法では、接合部の厚みが十分に低減できない等の課題がある。すなわち、金属板はマッシュシーム溶接時の重ね合わせ量がずれないようにクランプ装置で把持され、そのクランプ装置により溶接線直角方向に拘束されているため、溶接後の加圧ローラによる圧延加工においては、溶接線直角方向の塑性流動量は限られ、該ローラ進行方向に、金属を塑性流動させることが主体となる。上述のマッシュシームの電極輪の圧延と同様にして、加圧ローラによる圧延部の塑性流動は母材の拘束を受け、延びが著しく制限されるため、母材厚みまで減厚することが出来なかった。また、加圧ローラによる圧延加工においては、圧延により減少した接合部厚みの体積は、接合部の長手方向へ塑性流動させられ、接合部長さが長くなることで、吸収される。よって、加圧ローラで延ばされた接合部と母材間で延び差が生じ、接合部が湾曲もしくは波状に変形する問題があった。【００１４】
これらにより、マッシュシーム溶接方式では、接合部の増厚を抑え、接合部と母材との間に段差を生成させることなく接合することは従来困難とされ、安定して接合部の増厚量ならびに段差勾配を低減し、かつ高い接合強度を有するマッシュシーム溶接方法が望まれて来た。【００１５】
一方、マッシュシーム溶接では一対の電極輪で加圧された２枚の金属板の板厚方向中央部にナゲットが生成する。２枚の金属板の板厚差が大きい場合には、ナゲット生成個所が接合界面を外れ、接合強度が低下する問題があり、接合する２枚の金属板の板厚比を１：１．５程度以下に制限し、これ以上の板厚比に対してはマッシュシーム溶接を適用しないのが実情であった。【００１６】
従来、その問題を解決する手法としては、特許文献３に開示されているように、互いに平行な二軸芯まわりに回転可能に設けられた一対の電極輪の内、厚い金属板側の接触面積を薄い金属板側の電極輪の接触面積より小さくすることで、マッシュシーム後の板厚を概略揃える方法が提案されている。しかしながら、２枚の金属板の板厚差を定量的に制御するためには、金属板の重ね合わせ部を電極輪端部に配置しなければならない。例えば、２ｍｍと３ｍｍの金属板の接合では、金属板の重ね合わせ量は概略板厚相当となるため、電極輪と材料間の接触幅は２ｍｍから３ｍｍ程度となる。電極輪の胴端に接合部を配置し、電極輪と金属板間の面圧を必要精度維持する場合には、上下方向に動作する電極輪フレームの隙間、電極輪軸受隙間ならびに電極輪の摩耗量を０．２ｍｍから０．３ｍｍ程度の高い水準で管理し、接合幅方向の位置決め精度を高めなければならない課題があった。また、金属板の位置を決定するクランプ装置にも高い剛性と精度が求められ、設備が大型で高価なものになる課題があった。更には、たとえナゲットを接合界面中央部に生成させることが出来たとしても、接合部厚みを母材と同程度に低減させることが出来ず、疲労強度が要求される部位への適用は限定されるという課題が残った。【００１７】
本発明の第１の目的は、２枚の金属板の接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来るマッシュシーム溶接方法及び装置を提供することである。【００１８】
本発明の第２の目的は、板厚の異なる金属板を接合する場合に、比較的簡単で安価な構成で、マッシュシーム溶接で生成するナゲットを接合界面に生成させることが出来、接合強度を向上させ、許容接合異厚量を拡大することが出来るマッシュシーム溶接方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
＜第１の発明＞
上述した課題を解決する第１の発明は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法において、前記一対の電極輪の軸芯を、前記２枚の金属板の重ね合わせ部分に形成される溶接線に直交する直線に対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜させ、前記一対の電極輪を積極的に駆動しながら前記２枚の金属板を接合することを特徴とする。【００２０】
このように上下一対の電極輪の軸芯を傾斜させ、一対の電極輪を積極的に駆動しながら２枚の金属板を接合することにより、２枚の金属板の重ね合わせ部分に溶接線に直交する方向の剪断力が作用し、これが重ね合わせ部分に同方向の剪断変形を与え、従来の電極輪の圧延による溶接線方向の塑性流動に加え、溶接線に直交する方向の塑性流動が生じ、この溶接線に直交する方向の塑性流動により接合後の重ね合わせ部分（接合部）の増厚量を著しく低減する。その結果、その直後にその接合部を加圧ローラで圧延することにより、接合部の増厚量が更に低減し、段差勾配を大幅に低減することができる。また、段差勾配が低減するため、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保することが出来る。【００２１】
また、２枚の金属板の板厚が異なる場合は、金属板の板厚に応じて電極輪の軸芯の傾斜角度を調整することで、重ね合わせ部分におけるそれぞれの金属板の減厚量が調整されるため、ナゲットが接合界面から外れないように接合される。したがって、段差勾配の低減による応力集中係数の低減に加え、ナゲットを接合界面に生成させることによって接合部の接合強度が飛躍的に向上し、許容接合異厚量を拡大し、操業の自由度を向上することが出来る。しかも、一対の電極輪を傾斜させ、積極駆動するだけの構成であるので、比較的簡単で安価な構成で実現することが出来る。
＜第２の発明＞
上述した課題を解決する第２の発明は、第１の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記一対の電極輪の進行方向部分が水平面内で、前記電極輪が最初に接触する金属板の存在する方向を向くように、前記一対の電極輪の軸芯を前記溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、前記２枚の金属板を接合することを特徴とする。【００２２】
これにより電極輪が溶接の進行に伴い重ね合わせ部分を移動するとき、重ね合わせ部分の金属板の端部が電極輪へ食い込んで電極輪に疵を付けることを防止し、その結果、その疵が原因で溶接時にチリが発生するのを防止することが出来る。
＜第３の発明＞
上述した課題を解決する第３の発明は、第１又は２の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記２枚の金属板は板厚が異なり、前記２枚の金属板の板厚が厚い側の電極輪の軸芯の傾斜角度を薄い側の電極輪の軸芯の傾斜角度より大きくしたことを特徴とする。【００２３】
このように２枚の金属板の板厚が厚い側の電極輪の軸芯の傾斜角度を大きくすることで、板厚が厚い側の金属板の減厚量を大きくし、板厚の薄い金属板の減厚量とほぼ一致させ、ナゲットが接合界面に生成するように接合し、接合強度を向上させることが出来る。
＜第４の発明＞
上述した課題を解決する第４の発明は、第１〜３の発明のいずれかに係わるマッシュシーム溶接方法において、前記重ね合わせ部分の溶接開始前と溶接終了後の少なくとも一方の工程では、前記一対の電極輪を接触させる第１設定と、前記一対の電極輪を接触させないか、前記溶接時の押圧力に比較し軽荷重で接触させる第２設定のいずれかの設定とし、前記第１設定では前記一対の電極輪を非駆動とし、前記第２設定では前記一対の電極輪を駆動することを特徴とする。【００２４】
これにより上下電極輪へ過大なスラスト力が作用することを防止出来、上下電極輪軸受の寿命が延び、更には、上下電極輪の摩耗が抑制され、ランニングコストを低減出来る。
＜第５の発明＞
上述した課題を解決する第５の発明は、第１〜４の発明のいずれかに係わるマッシュシーム溶接方法において、前記２枚の金属板を前記マッシュシーム溶接により接合した後、一対の加圧ローラの軸芯を前記溶接線に直交する直線に対して水平面内で傾斜させ、前記一対の加圧ローラを積極的に駆動して前記接合部の段差を前記加圧ローラの進行方向に圧延することを特徴とする。【００２５】
このように上下一対の加圧ローラの軸芯を傾斜させ、一対の加圧ローラを積極的に駆動しながら圧延することにより、上下一対の電極輪の軸芯を傾斜させた場合と同様、接合部に溶接線に直交する方向の剪断力が作用し、これが接合部に剪断変形を与え、この溶接線に直交する方向の剪断流動により接合部の増厚量を著しく低減する。その結果、電極輪によるマッシュシーム溶接時と加圧ローラによる圧延時の両方で、溶接線に直交する方向の剪断変形により接合部の増厚量を低減し、同厚の金属板の接合では金属板の母材厚み相当まで確実に圧延して段差を平滑化することが出来、異厚の金属板の接合部は段差を平滑化或いは段差勾配を大幅に低減することが出来る。その結果、電極輪の軸芯のみを傾斜させた場合に比べて、より確実に応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保することが出来る。
＜第６の発明＞
上述した課題を解決する第６の発明は、第５の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記一対の加圧ローラの進行方向部分が水平面内で、前記加圧ローラが最初に接触する金属材料が係わる金属板の存在する方向と反対方向を向くように、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、前記接合部の段差を前記進行方向に圧延することを特徴とする。【００２６】
これにより段差部が金属板の母材に折り込まれることを防止することが出来、段差部が母材に折り込まれた場合に生成する亀裂状欠陥（未溶着欠陥）を防止することが出来、接合部の品質が向上する。
＜第７の発明＞
上述した課題を解決する第７の発明は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接装置において、前記一対の電極輪は、それぞれの軸芯が前記２枚の金属板の重ね合わせ部分に形成される溶接線に直交する軸線に対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜するよう設置されていることを特徴とする。【００２７】
これにより第１の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、２枚の金属板の接合部の段差勾配を低減するため、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保するとともに、２枚の金属板の板厚が異なる場合は、比較的簡単で安価な構成でマッシュシーム溶接で生成するナゲットを接合界面に生成して接合強度を向上させ、許容接合異厚量を拡大する製造設備を提供出来る。
＜第８の発明＞
上述した課題を解決する第８の発明は、第７の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記一対の電極輪の軸芯を前記溶接線に直交する軸線に対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構を有することを特徴とする。【００２８】
これにより金属板の板厚に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、金属板の板厚の異厚範囲の広いマッシュシーム溶接装置を提供出来る。
＜第９の発明＞
上述した課題を解決する第９の発明は、第７又は第８の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記マッシュシーム溶接により接合した２枚の金属板の接合部を圧延する上下一対の加圧ローラを更に備え、前記一対の加圧ローラは、それぞれの軸芯が前記接合部の溶接線に直交する直線に対して水平面内で傾斜するよう設置されていることを特徴とする。【００２９】
これにより第５の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、電極輪によるマッシュシーム溶接時と加圧ローラによる圧延時の両方で、溶接線に直交する方向の剪断変形により接合部の増厚量を低減し、金属板の接合部は段差を平滑化或いは段差勾配を大幅に低減することが出来、より確実に応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保する製造設備を提供出来る。
＜第１０の発明＞
上述した課題を解決する第１０の発明は、第９の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記溶接線に直交する直線に対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構を有することを特徴とする。【００３０】
これにより段差量に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、金属板の板厚の異厚範囲の広い接合装置を提供出来る。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、マッシュシーム溶接方式で金属板を接合する場合に、上下一対の電極輪の軸芯を傾斜させ、一対の電極輪を積極的に駆動しながら２枚の金属板を接合するので、溶接線直角方向に剪断変形により接合部の増厚量を著しく低減し、段差勾配を大幅に低減することが可能となり、その結果、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保することが出来る。【００３２】
また、本発明によれば、２枚の金属板の板厚が異なる場合は、金属板の板厚に応じて電極輪の軸芯の傾斜角度を調整することで、ナゲットを接合界面に生成させることが出来、これによっても接合強度を向上させ、許容接合異厚量を拡大し、操業の自由度を向上することが出来る。しかも、一対の電極輪を傾斜させ、積極駆動するだけの比較的簡単で安価な構成で実現することが出来る。【００３３】
また、本発明によれば、金属板の接合部の段差勾配を低減或いは接合部の段差を平滑化することで、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保出来るため、下記のようにマッシュシーム溶接の適用範囲拡大、鋼板加工ラインにおける作業ロールの傷付き防止或いは生産性及び歩留まり向上等の効果が得られる。【００３４】
すなわち、本発明では、マッシュシーム溶接の接合部の段差勾配を低減、或いは接合部の段差を平滑化し、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保することが出来るため、製鉄用冷間圧延プロセスにおいては、次工程における冷間圧延時の作業ロールへの傷付き防止及び耐張力性能が向上するため、従来適用されなかった冷間圧延プロセスへのマッシュシーム溶接が適用可能となる。【００３５】
また、テーラードブランクにおいても、その接合部段差の応力集中により、疲労強度が必要な部位へのマッシュシーム溶接の適用が避けられて来たが、段差勾配の低減或いは段差の平滑化により応力集中が緩和され、プレス成形性も向上することで、高価なレーザビーム溶接機から安価なマッシュシーム溶接機への変更が可能となる。【００３６】
また、連続焼鈍ライン、亜鉛メッキ鋼板製造設備等の生産ラインでは、スキンパス圧延機の作業ロールと接合部の接触角度（応力集中係数）を低減させることが出来、この結果作業ロールと材料間の接触面圧を低減し、ライン速度を低下させることなく作業ロールへの傷付きならびに接合部マーク転写を防止することが出来、生産性及び歩留まりを向上することが出来る。【００３７】
更に、本発明によれば、電極輪の軸芯を水平面内で反対方向に傾斜させたため、電極輪による接合時、接合部に作用する剪断力が、クランプ装置に向かう力と打ち消し合うこととなり、これによりクランプ装置を接合部の直近に配置しなくても、板厚の薄い金属板を接合する際のクランプ装置と接合部間の金属板部分の座屈を防止することが出来、その結果、クランプ装置と接合部間に比較的広いスペースを確保することが出来、電極輪及び加圧ローラ並びにそれらに係わる設備配置の制約を緩和することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置の概略図である。
【図２】板厚の等しい２枚の金属板を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を上下一つの電極輪で加圧している溶接開始時の状態を示す図である。
【図３】従来の軸芯を傾斜させない電極輪を用いて板厚の等しい２枚の金属板をマッシュシーム溶接により接合した直後の段差を有する接合部形状を示す図である。
【図４】本実施の形態による電極輪を用いて２枚の金属板をマッシュシーム溶接により接合した直後の段差を有する接合部形状を示す図である。
【図５】電極輪の軸芯を傾斜して重ね合わせ部を接合する場合の接触孤長内でのメタルフローを示す図であり、一例として、上電極輪１の場合を示す図である。
【図６】一対の電極輪の軸芯を溶接線に直交する直線に対し、電極輪の進行方向の側に位置する部分が水平面内で、電極輪が最初に接触する金属板の存在する方向と反対方向を向くように、各々傾斜させた場合の溶接時の接合部断面ならびに電極輪を、電極輪後方から電極輪進行方向に見た図である。
【図７Ａ】図６の溶接時の状態において、上電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、上電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図７Ｂ】図６の溶接時の状態において、下電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、下電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図８】一対の電極輪の軸芯を溶接線に直交する直線に対し、電極輪の進行方向の側に位置する部分が水平面内で、電極輪が最初に接触する金属板の存在する方向を向くように、各々傾斜させた場合の溶接時の接合部断面ならびに電極輪を、電極輪後方から電極輪進行方向に見た図である。
【図９Ａ】図８の溶接時の状態において、上電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、上電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図９Ｂ】図８の溶接時の状態において、下電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、下電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図１０Ａ】従来の軸芯を傾斜させない電極輪を用いて同厚の２枚の金属板をマッシュシーム溶接により接合した場合のナゲット生成箇所を示す図である。
【図１０Ｂ】従来の軸芯を傾斜させない電極輪を用いて異厚の２枚の金属板をマッシュシーム溶接により接合した場合のナゲット生成箇所を示す図である。
【図１１】接合後の各金属板の厚みが均等となるよう、板厚が厚い金属板側の電極輪軸芯の傾斜角度を、薄い側と比較し大きく設定し、接合する場合の溶接時の状態を示す図である。
【図１２Ａ】図１１の溶接時の状態において、上電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、上電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図１２Ｂ】図１１の溶接時の状態において、下電極輪を傾斜させる方向を明らかにするため、下電極輪を鉛直上方から見た図である。
【図１３】マッシュシーム溶接開始前の上下電極輪の軸芯を傾斜させ、上下電極輪を押圧している状態と上下加圧ロールを押圧している状態を示す、図１と同様な図である。
【図１４】上下電極輪の軸芯を傾斜した状態で上下電極輪を押圧及び駆動した際の上下電極輪の速度ベクトルならびに相対滑り速度を示す図である。
【図１５】図１に示したマッシュシーム溶接装置の制御系の概略を示す図である。
【図１６】電極輪の軸芯の傾斜角度を任意の角度に変更可能とする電極輪傾斜機構を示す図である。
【図１７】接合部に段差のある状態の応力集中箇所を示す。
【図１８Ａ】従来のマッシュシーム溶接部と圧延機用作業ロールとの取り合いを示す図である。
【図１８Ｂ】電極輪の軸芯を傾斜させて圧延し、接合部の段差を平滑化した場合のマッシュシーム溶接部と圧延機用作業ロールとの取り合いを示す図である。
【図１９】本発明の他の実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置の概略図である。
【図２０Ａ】一対の加圧ローラの進行方向部分が水平面内で、加圧ローラが最初に接触する金属材料が係わる金属板の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラの軸芯を溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、圧延する場合の加圧ローラ圧延初期状態を示す図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａのように圧延した場合の加圧ローラ圧延終了状態を示す図である。
【図２１Ａ】図２０Ａと比較し、加圧ローラを逆向きに傾斜させた場合、すなわち一対の加圧ローラの進行方向部分が水平面内で、加圧ローラが最初に接触する金属材料が係わる金属板の存在する方向を向くように、一対の加圧ローラの軸芯を溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、圧延する場合の加圧ローラ圧延初期状態を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａのように圧延した場合の加圧ローラ圧延終了状態を示す図である。
【図２２】金属板が普通鋼の場合の材料温度と変形抵抗の相関を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１：上電極輪
１Ａ：電極輪進行方向部分
２：下電極輪
２Ａ：電極輪進行方向部分
３：上加圧ローラ
４：下加圧ローラ
５：金属板
５Ａ：端部
６：金属板
６Ａ：端部
７：入側クランプ装置
８：出側クランプ装置
９：キャリッジフレーム
１０：電極輪押圧装置
１１：加圧ローラ押圧装置
１３：剪断力
１４：スラスト力
１５：上加圧ローラ軸芯
１６：下加圧ローラ軸芯
１７：上電極輪軸芯
１８：下電極輪軸芯
２２：上作業ロール
２３：下作業ロール
２７：電極輪傾斜機構
２８：上電極輪速度ベクトル
２９：下電極輪速度ベクトル
３０：相対滑り速度
４５：加圧ローラ軸芯直角方向直線
４６：接触孤長部分
５１，５２：取り付けブロック
５４：支持ローラ
５５：台板
５７：キャリッジフレーム駆動用のシリンダ装置
６１，６２：電動モータ
６３，６４：電動モータ
６７，６８：チェーン及びスプロケット機構
７１：上位制御装置
７２：キャリッジフレーム駆動制御装置
７３：マッシュシーム制御装置
７４：加圧ローラ制御装置
７５：レーザ距離計
８１：回転軸
８２，８３：ピニオン
８４：電動モータ
８５：傾斜角度制御装置
８６：角度センサ
Ｌ：重ね合わせ部分
Ｊ：接合部
Ｓ：段差
Ｎ：ナゲット
Ａ：進行方向（圧延方向）
Ｘ：溶接線（接合線）
Ｙ：溶接線直角方向
Ｒ：接触孤長部分における加圧ローラの速度ベクトル
Ｒ１：速度ベクトルＲの溶接線Ｘの方向の成分
Ｒ２：速度ベクトルＲの溶接線Ｘに直角方向の成分
α，α１，α２：傾斜角度
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態における金属板は製鉄ラインにおける冷間圧延鋼板を例に説明する。【００４１】
図１は本発明の一実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置の概略図である。【００４２】
図１において、本実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置は、上下一対の電極輪１，２、上下一対の加圧ローラ３，４、入側及び出側クランプ装置７，８、キャリッジフレーム９、電極輪押圧装置１０及び加圧ローラ押圧装置１１を備えている。電極輪押圧装置１０及び加圧ローラ押圧装置１１は例えば油圧シリンダである。上電極輪１と上加圧ローラ３はそれぞれ電極輪押圧装置１０及び加圧ローラ押圧装置１１を介してキャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａに支持され、下電極輪２と下加圧ローラ４はそれぞれ取り付けブロック５１，５２を介してキャリッジフレーム９の下水平フレーム９ｂに支持されている。上下一対の加圧ローラ３，４はキャリッジフレーム９内で上下一対の電極輪１，２に隣接して配置されている。【００４３】
キャリッジフレーム９は底部に支持ローラ５４を備え、支持ローラ５４を介して台板５５上を接合する２枚の金属板５，６に直交する方向（溶接方向）に移動可能である。入側及び出側クランプ装置７，８は、それぞれ、上下一対のクランプ部材７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂと、上下の押圧シリンダ装置７ｃ，７ｄ；８ｃ，８ｄと、支持フレーム７ｅ；８ｅを有し、クランプ部材７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂは支持フレーム７ｅ；８ｅ内で上下の押圧シリンダ装置７ｃ，７ｄ；８ｃ，８ｄを介して支持され、支持フレーム７ｅ；８ｅは台板５５上に支持されている。【００４４】
マッシュシーム溶接装置は、また、上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２を備え、上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２は、それぞれ、電極輪押圧装置１０及び取り付けブロック５１の側面に取り付けられ、例えばチェーン及びスプロケット機構６７により電極輪１，２の回転軸に連結され、電動モータ６１，６２の回転動力が電極輪１，２に伝達される。【００４５】
また、電極輪押圧装置１０には、電極輪１，２の軸芯を傾斜させるための傾斜機構２７（図１６）が設けられている。【００４６】
図２は、板厚の等しい２枚の金属板５，６を重ね合わせ、その重ね合わせ部分を本実施の形態の上下一対の電極輪１，２で加圧している溶接開始時の状態を示す図であり、図３は、従来の軸芯を傾斜させない電極輪を用いて板厚の等しい２枚の金属板５，６をマッシュシーム溶接により接合した直後の段差を有する接合部形状を示す図であり、図４は、本実施の形態による電極輪１，２を用いて２枚の金属板５，６をマッシュシーム溶接により接合した直後の段差を有する接合部形状を示す図である。【００４７】
本実施の形態において、上下一対の電極輪１，２は、図２及び図４に示すように、それぞれの軸芯１７，１８が２枚の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌ（図２の斜線部分）に形成される溶接線Ｘ（図５参照）に直交する軸線Ｙ（図５参照）に対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜するよう設置され、電極輪１，２を電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながら２枚の金属板５，６を接合する構成となっている。電極輪押圧装置１０には電極輪１，２の軸芯１７，１８の傾斜角度を調整するための傾斜機構２７（図１６）が設けられている。【００４８】
金属板５，６の接合に際しては、まず、金属板５，６の端部を重ね合わせ、その状態で入側及び出側クランプ装置７，８のクランプ部材７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂで金属板５，６を把持して位置を固定する。次いで、台板５５上に設けたシリンダ装置５７等の駆動装置によりキャリッジフレーム９を溶接方向に移動させることで、キャリッジフレーム９に支持された上下一対の電極輪１，２と上下一対の加圧ローラ３，４を金属板５，６に対して相対的に移動させ、接合と加圧を連続して実施する。このとき、金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌを上下一対の電極輪１，２で挟み、電極輪押圧装置１０により電極輪１，２を金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌに押圧し、電動モータ６１，６２で電極輪１，２を積極的に回転駆動しながら、電極輪１，２に溶接電流を流して抵抗発熱させ、溶接（マッシュシーム溶接）する。また、電極輪１，２により重ね合わせ部分Ｌを溶接した直後、その接合部（溶接部）Ｊを上下一対の加圧ローラ３，４で挟み、加圧ローラ押圧装置１１により加圧ローラ３，４を接合部に押圧しながら、金属板５，６の接合部Jを加圧して圧延する。【００４９】
図３に示すように、従来の軸芯を傾斜させない電極輪１，２を用いてマッシュシーム溶接した場合の接合部Ｊ（図３の斜線部分）の厚さは金属板５，６の母材の板厚の１２０から１６０％程度に増加し、接合部と母材（金属板５，６）間に段差Ｓが生成する。すなわち、電極輪１，２を傾斜させない従来技術では、電極輪押圧装置１０により電極輪１，２を金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌに押圧して溶接しながら圧延したとしても、溶接線直角方向の塑性流動は電極輪１、２と材料間の摩擦係数で拘束されることにより限定され、また、電極輪１、２の進行方向の塑性流動は隣接する母材の拘束を受けるため、金属板の母材厚みまで、電極輪１、２で接合部厚みを低減することが出来なかった。【００５０】
本実施の形態では、上述したように、上下一対の電極輪１，２を、それらの軸芯１７，１８が重ね合わせ部Ｌの溶接線に直交する直線（溶接線直角方向の直線）に対して水平面内で互いに反対方向に傾斜するよう配置し、電極輪１，２を電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながらマッシュシーム溶接を行う。【００５１】
これにより圧延方向（電極輪１，２及び加圧ローラ３，４の進行方向）のみならず、溶接線（接合線）Ｘに直交する直線Ｙの方向、すなわち溶接線直角方向の剪断力１４が重ね合わせ部Ｌに作用し、この剪断力１４による剪断変形により溶接線直角方向の塑性流動が促進され、接合部厚み（接合部の増厚量）を著しく低減する。その結果、その直後にその接合部Ｊを加圧ローラ３，４で圧延することにより、接合部Ｊの増厚量を更に低減して金属板の母材厚み相当まで圧延し、段差勾配を大幅に低減することができる。また、段差勾配が低減するため、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保することが出来る。【００５２】
上下一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させることにより、溶接線直角方向の塑性流動（メタルフロー）が促進される作用の詳細を図５を用いて説明する。【００５３】
図５は、電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜して重ね合わせ部Ｌを接合する場合の接触孤長内でのメタルフローを示す図であり、一例として、上電極輪１の場合を示している。図中、Ａは電極輪１の進行方向（溶接方向）を示す矢印であり、Ｘは溶接方向Ａ上にある重ね合わせ部Ｌに形成される溶接線を仮想的に示す直線であり、Ｙは溶接線Ｘに直交する直線である。また、４５は電極輪１の軸芯１７に直交する直線（軸芯直角方向の直線）であって、電極輪１の幅方向中央部を通る直線であり、αは電極輪１の傾斜角度（溶接線Ｘと上電極輪１の軸芯直角方向の直線４５とのなす角度）である。更に、４６は電極輪１が重ね合わせ部Ｌに接触する接触孤長部分であり、Ｒは接触孤長部分４６における電極輪１の速度ベクトルであり、Ｒ１は速度ベクトルＲの溶接線Ｘの方向の成分であり、Ｒ２は速度ベクトルＲの溶接線Ｘに直角方向の成分である。【００５４】
図５に示すように電極輪１の軸芯１７を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して水平面内で傾斜させて電極輪１を重ね合わせ部分Ｌに押し付けながら積極的に回転駆動すると、電極輪１と重ね合わせ部分Ｌ間の押圧力及び摩擦係数により、重ね合わせ部分Ｌとの接触孤長部分４６に溶接線Ｘに直角方向の速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力が重ね合わせ部分Ｌに作用し、重ね合わせ部分Ｌに速度ベクトル成分Ｒ１の方向（溶接線Ｘに平行な方向）のメタルフローだけではなく速度ベクトル成分Ｒ２の方向（溶接線Ｘに直角方向）のメタルフロー、すなわち剪断力１４による剪断変形による溶接線Ｘに直角方向の塑性流動が生じる。この溶接線Ｘに直角方向の剪断変形ないしは塑性流動により重ね合わせ部分Ｌの接合後の厚み（接合部厚み）を低減することが出来る。【００５５】
上述の如く、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させ、一対の電極輪１，２を電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながら重ね合わせ部分Ｌを加圧しながら溶接することで、重ね合わせ部分Ｌに溶接線直角方向の剪断力１４が作用し、重ね合わせ部分Ｌの接合部厚みを低減する。この剪断力１４は材料の変形抵抗に依存するため、変形抵抗が高いほど、金属板５，６から電極輪１，２に作用するスラスト力１３が増大する。このようにスラスト力１３が増大した場合、電極輪１，２及びその軸受の寿命低下や、スラスト力１３に対する保持力を設定することで装置全体が大型化する問題がある。【００５６】
本実施の形態では、上述した電極輪１，２の軸線１７，１８の傾斜によるスラスト力１３の発生時は、重ね合わせ部分Ｌの加熱溶接（マッシュシーム溶接）時である。マッシュシーム溶接時には、金属板の板厚にもよるが、接合部近傍の温度は１０００℃乃至１４００℃程度まで上昇する。したがって、接合部Ｊはこれ以上の温度であるものと推定される。一方、金属板５，６の変形抵抗は材料温度に依存し、接合部Ｊの温度が１０００℃乃至１４００℃程度である場合の変形抵抗は極めて小さく（図２２参照）、スラスト力１３の増大を抑えることで、設備を小型化出来る。また、高温での剪断変形であるため、接合部厚みを効果的に低減出来る。【００５７】
図６、図７Ａ及び図７Ｂと図８、図９Ａ及び図９Ｂは、上下一対の電極輪１，２を傾斜させる角度αの向きの２種類の設定状態を示す図である。【００５８】
上下一対の電極輪１，２を傾斜させる角度αの向きは２種類設定可能である。【００５９】
第１の設定方法は、図６、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対し、電極輪１，２の進行方向Ａの側に位置する部分（以下、進行方向部分という）１Ａ，２Ａが水平面内で、電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向と反対方向を向くように、各々傾斜させる（上電極輪１の進行方向部分１Ａは図示右側の金属板６側に傾斜させ、下電極輪２の進行方向部分２Ａは図示左側の金属板５側に傾斜させる）ことである。この場合は、金属板５，６の端部５Ａ，６Ａから金属板５，６が存在する方向に電極輪１，２から金属板５，６に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながらマッシュシーム溶接を行い、接合部厚みを低減する。なお、このとき、重ね合わせ部分Ｌ（接合部Ｊ）から電極輪１，２に剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。言い換えれば、重ね合わせ部分Ｌにスラスト力１３の反力が剪断力１４として作用する。【００６０】
第２の設定方法は、図８、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１の設定方法と比較し、電極輪１，２を逆向きに傾斜させることである。すなわち、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対し、電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが水平面内で、電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向を向くように、各々傾斜させる（上電極輪１の進行方向部分１Ａは図示左側の金属板５側に傾斜させ、下電極輪２の進行方向部分２Ａは図示右側の金属板６側に傾斜させる）ことである。この場合は、金属板５，６が存在する側から金属板５，６の端部５Ａ，６Ａに向かう方向に電極輪１，２から金属板５，６に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながらマッシュシーム溶接を行い、接合部厚みを低減する。このときも、重ね合わせ部分Ｌ（接合部Ｊ）から電極輪１，２には剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。【００６１】
本実施の形態では第２の設定方法を採用する。その理由は下記の通りである。【００６２】
一般に電極輪１，２の材質は電気伝導率の高い銅系材料が適用される。銅系材料は接合材料と比較し、材料強度的に劣る問題がある。電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが水平面内で、電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向と反対方向を向くように、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を各々傾斜させ、金属板５，６の端部５Ａ，６Ａから金属板５，６が存在する方向に電極輪１，２から金属板５，６に剪断力１４を作用させた場合は、溶接の進行に伴い電極輪表面が金属板５，６の端部５Ａ，６Ａの角部に食い込む方向に電極輪１，２が進むため、接合材料の角部で電極輪表面が削り取られる新たな課題が生じる。このような場合には、電極輪１，２と材料間の電流密度が局所的に集中し、チリの要因となると共に電極輪寿命を著しく低下させる。【００６３】
これに対し、電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが水平面内で、電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向を向くように、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を各々傾斜させ、金属板５，６が存在する側から金属板５，６の端部５Ａ，６Ａに向かう方向に電極輪１，２から金属板５，６に上剪断力１４を作用させた場合は、金属板１，２の端部１Ａ，２Ａの角部の食い込みによる電極輪１，２の傷付きを回避し、かつ金属板５，６側への剪断応力付与が可能になる。【００６４】
電極輪１，２の軸芯１７，１８の傾斜角度αは金属板５，６の板厚に応じて設定する。定性的には、板厚が小さい場合には傾斜角度αを小さく設定し、板厚が大きくなるほど傾斜角度αを大きく設定する。図５に示したように、上電極輪１の軸芯１７の傾斜による剪断変形は上電極輪１と材料間の接触孤長部分４６内で、傾斜角度αにより支配されるため、金属板５，６の板厚に応じて設定する傾斜角度αを適宜調整する。金属板５，６の板厚の異なる材料を接合した場合には、上電極輪１の傾斜角度αは重ね合わせ部分Ｌの上側に位置する金属板の板厚に応じて設定し、下電極輪２の傾斜角度αは重ね合わせ部分Ｌの下側に位置する金属板の板厚に応じて設定する。すなわち、異厚の金属板を接合する場合は、上下の電極輪１，２で傾斜角度αを異ならせる。【００６５】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、従来の軸芯を傾斜させない電極輪を用いて２枚の金属板５，６をマッシュシーム溶接により接合した場合のナゲット生成箇所を示す図であり、図１０Ａは同厚の金属板を接合した場合を示し、図１０Ｂは異厚の金属板を接合した場合を示す。図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂは、本実施の形態による電極輪１，２を用いて異厚の金属板５，６をマッシュシーム溶接により接合した場合のナゲット生成箇所及び上下電極輪１，２の傾斜角度の相違を示す図である。【００６６】
マッシュシーム溶接では、図１０Ａに示す通り、ナゲットＮが電極輪１，２で把持した板厚中央部に生成する。金属板５と金属板６の板厚差が少ない場合には、接合界面中央部にナゲットＮが生成されるが、金属板５と金属板６の板厚差が大きい場合には、図１０Ｂに示す通り、ナゲットＮが接合界面中央部から外れる問題があり、この制約により、マッシュシーム溶接方式の金属板５と金属板６の接合板厚の異厚比率は１：１．５程度以下に制限されて来た。【００６７】
本発明では、図１１、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す通り、電極輪１，２が最初に接触する金属板５，６の存在する方向を電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが向くように、電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して水平面内で傾斜させるとともに、板厚が厚い側の金属板である金属板５と接触する上電極輪１の傾斜角度α１を板厚が薄い方の金属板である金属板６と接触する下電極輪２の傾斜角度α２よりも大きくすることで、電極輪１，２と金属板５，６の材料間の押圧力の外に、厚い側の金属板５の材料により多くの溶接線直角方向の剪断変形（剪断応力）を作用させることで、重ね合わせ接合した後のそれぞれの金属板部分の板厚が概略一致するように接合させることが可能となる。【００６８】
上記傾斜角度α１，α２は異厚量に応じ、異厚差の低減に必要な剪断変形が付与されるように設定される。これによりナゲットＮを接合界面上に生成させることが出来、接合強度を低下させることなく、異厚比率を高めることが出来、かつ重ね合わせ接合部Ｊの増厚量を低減させ、操業上の制約を少なくさせると共に、異厚接合時の接合品質を向上させることが出来る。【００６９】
図１３は、マッシュシーム溶接開始前の上下電極輪の軸芯を傾斜させ、上下電極輪を押圧している状態と上下加圧ロールを押圧している状態を示す、図１と同様な図である。【００７０】
図１４は、上下電極輪の軸芯を傾斜した状態で上下電極輪を押圧及び駆動した際の上下電極輪の速度ベクトルならびに相対滑り速度を示す図である。【００７１】
従来重ね合わせ部分の端部から電極輪１，２で圧延しながら溶接を行う場合には、図１３に示す通り、接合開始前の状態で電極輪１，２同士を押圧ならびに回転させ、電極輪１，２が重ね合わせ部分Ｌの端部に到達後、そのまま上下電極輪１，２により圧延及び溶接を開始する。上下電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させ、押圧ならびに転動させた場合には、図１４に示す通り、上下電極輪１，２のローラ速度ベクトル２８，２９が一致せず、電極輪１，２の軸方向に相対滑り速度３０が生成する。この相対滑り速度３０は、電極輪１，２間の押圧力及び摩擦係数により、上下電極輪１，２の軸方向にスラスト力が生成する。これらのスラスト力は電極輪軸受寿命を低下させると共に、電極輪１，２間でスティックスリップを生成させ、機械系の異常振動ならびに電極輪１，２の摩耗を促進する。このため、本発明では、重ね合わせ部Ｌの溶接開始前と溶接終了後の少なくとも一方の工程、好ましくは両方の工程では、上下電極輪１，２同士を接触させる第１設定と、上下電極輪１，２同士を接触させない、或いは溶接時の押圧力に比較し軽荷重で接触させる第２設定のいずれかの設定とし、前者の第１設定では、上下電極輪１，２の電動モータ６１，６２による回転は非駆動とし、後者の第２設定では、上下電極輪１，２の電動モータ６１，６２による回転は駆動とする。そして、第１設定では、上下電極輪１，２が重ね合わせ部分Ｌの側端部に到達後、直ちに電動モータ６１，６２の駆動を開始し、上下電極輪１，２を積極的に回転駆動する。また、第２設定では、上下電極輪１，２が接合部Ｊの側端部に到達後、直ちに電極輪押圧装置１０の駆動を溶接時の設定に切り換え、上下電極輪１，２に押圧力を付与する。これにより過大なスラスト力の生成を防止することが出来、軸受寿命を延長させると共に、上下電極輪１，２の摩耗を抑制する。【００７２】
図１５は、図１に示したマッシュシーム溶接装置の制御系の概略を示す図である。マッシュシーム溶接装置の制御系は、上位制御装置７１と、キャリッジフレーム駆動制御装置７２、マッシュシーム制御装置７３及び加圧ローラ制御装置７４を有し、上位制御装置７１はキャリッジフレーム駆動制御装置７２、マッシュシーム制御装置７３及び加圧ローラ制御装置７４の制御を統括し、キャリッジフレーム駆動制御装置７２はキャリッジフレーム９の駆動用のシリンダ装置５７の油圧回路（図示せず）に作動指令を与え、シリンダ装置５７の駆動を制御し、マッシュシーム制御装置は電極輪押圧装置１０の油圧回路（図示せず）及び電動モータ６１，６２に作動指令を与え、これらの駆動を制御し、加圧ローラ制御装置は加圧ローラ押圧装置１１の油圧回路（図示せず）に作動指令を与え、これらの駆動を制御する。また、キャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａには上電極輪１に隣接してレーザ距離計７５が設けられ、マッシュシーム制御装置７３及び加圧ローラ制御装置７４はレーザ距離計７５の検出信号を入力し、その信号に基づいて金属板５，６の重ね合わせ部分の端部がレーザ距離計７５の真下に来たタイミングを検出する。また、マッシュシーム制御装置７３及び加圧ローラ制御装置７４にはレーザ距離計７５と電極輪１，２及び加圧ローラ３，４間の距離と、キャリッジフレーム９の移動速度が予め入力されており、金属板５，６の重ね合わせ部分の端部がレーザ距離計７５の真下に来たタイミングとそれらの距離及び移動速度に基づいて電極輪１，２及び加圧ローラ３，４が金属板５，６の重ね合わせ部分の端部を挟み込むタイミングを演算し、そのタイミングの前後で、上下電極輪１，２の接触に関する上述した設定状態（第１設定か第２設定か）に応じて電極輪押圧装置１０及び電動モータ６１，６２の制御及び加圧ローラ押圧装置１１の制御を適宜異ならせる。【００７３】
電極輪１，２の軸芯の傾斜角度は固定でもよいが、好ましくは任意の角度に変更可能とする。図１６は、その場合の電極輪の傾斜機構を示す図である。なお、図示の煩雑さを避けるため、電極輪を回転駆動する電動モータ及びチェーン及びスプロケット機構の図示は省略している。【００７４】
図１６において、電極輪押圧装置１０には傾斜機構２７が設けられ、傾斜機構２７を作動させることで上電極輪１の軸芯の傾斜角度は水平面内で任意の角度に設定可能である。傾斜機構２７は種々の方式を取り得るが、図示の例では、電動駆動方式である。すなわち、傾斜機構２７は、電極輪押圧装置１０の上端に設けられ、キャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａに回転可能に挿入された回転軸８１と、この回転軸８１をピニオン８２，８３を介して回転駆動する電動モータ８４とを備え、電動モータ８４は傾斜角度制御装置８５により制御される。図示はしないが、傾斜機構２７は設定後の傾斜角を保持するためのロック装置を備えている。【００７５】
また、傾斜機構２７は、上電極輪１の傾斜角度を検知するための角度センサ８６を備え、傾斜角度制御装置８５は接合開始前に上位制御装置７１から金属板５，６の板厚に応じて角度情報を入手して設定し、角度センサ８６の信号を用いて電極輪１の傾斜角度が設定角度に一致するように電動モータ８４を駆動制御する。その場合、金属板５，６の板厚と電極輪１，２との関係は、事前に制御モデルを構築しておき、これら制御モデルから上位制御装置７１においてデータベースを構成し、上位制御装置７１から設定すべき角度を随時与える。これにより金属板５，６の板厚に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、接合材の許容異厚比率を高め、かつ異厚接合部のナゲットＮを確実に接合界面中央に生成させることで、高品質な接合部を安価な機器構成で実現出来る。角度センサ８６は図示の如く回転軸８１の回転角度を検出するものであってもよいし、電動モータ８４の回転角度を検出するエンコーダであってもよい。【００７６】
なお、金属板５，６の板厚は、電極輪１，２による溶接前に例えば前述したレーザ距離計７５等の検出手段で計測し、この板厚の計測値からデータベースの設定情報に基づいて設定すべき角度を与え、リアルタイムで傾斜角度を制御してもよい。【００７７】
図１７は接合部に段差のある状態の応力集中箇所を示す。
製鉄用冷間圧延及びテーラードブランクにおけるプレス成形では、接合後の加工工程において、接合部に高い応力が作用する。すなわち、図１７に示すように、金属板５，６の接合部Ｊに段差Ｓがあると、当該段差部分が応力集中箇所となる。電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させて溶接し、その後、加圧ローラ３，４で接合部を圧延し、接合部Ｊの段差勾配を大幅に低減することで、応力集中係数を低減出来、接合部の耐強度が向上するため、製鉄用冷間圧延及びプレス成形での加工用途に適用出来る。【００７８】
図１８Ａは、従来のマッシュシーム溶接部と圧延機用作業ロールとの取り合いを示す図であり、図１８Ｂは、電極輪の軸芯を傾斜させて溶接し、その後、加圧ローラで圧延し、接合部の増厚量及び段差勾配を大幅に低減した場合のマッシュシーム溶接部と圧延機用作業ロールとの取り合いを示す図である。【００７９】
従来、例えばスキンパス圧延工程において、圧延の上工程である接合工程で接合された接合部をスキンパス圧延機で圧延させる際には、図１８Ａに示すように、接合部をそのまま通過させると接合部の急峻な段差Ｓが上作業ロール２２に当たって作業ロール２２を傷付けたり、上下作業ロール２２，２３に接合部のマーク転写を生じたりするので、通常圧延部と比較し、圧延荷重を低下させて接合部を通過させるか、上下作業ロール２２，２３を開放することで、作業ロール２２の傷付き及び接合部の作業ロール２２，２３へのマーク転写の防止を図っている。これに対し、本実施の形態では電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させて溶接し、その後、加圧ローラ３，４で接合部を圧延し、図１８Ｂに示すように接合部の段差勾配を大幅に低減するので、作業ロール２２，２３と接合部の接触角度（応力集中係数）を低減させることが出来、この結果作業ロール２２，２３と材料間の接触面圧を低減し、ライン速度を低下させることなく作業ロール２２，２３への傷付きならびに接合部マーク転写を防止することが出来、生産性及び歩留まりを向上することが出来る。【００８０】
以上述べた実施の形態によれば以下の効果が得られる。
１．上下一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させ、一対の電極輪１，２を電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながら金属板５，６を接合するので、２枚の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌに溶接線Ｘに直交する方向の剪断力が作用し、これが重ね合わせ部分Ｌに同方向の剪断変形を与え、従来の電極輪の圧延による溶接線方向の塑性流動に加え、溶接線Ｘに直交する方向の塑性流動が生じ、この溶接線Ｘに直交する方向の塑性流動により接合後の重ね合わせ部分（接合部）Ｊの増厚量を著しく低減する。その結果、その直後にその接合部Ｊを加圧ローラ３，４で圧延することにより、接合部の増厚量を更に低減して金属板の母材厚み相当まで圧延し、段差勾配を大幅に低減することができる。また、段差勾配が低減するため、応力集中係数が低減し、高い接合強度を確保することが出来る。【００８１】
また、２枚の金属板５，６の板厚が異なる場合は、金属板５，６の板厚に応じて電極輪１，２の軸芯の傾斜角度を調整することで、重ね合わせ部分Ｌにおけるそれぞれの金属板の減厚量が調整されるため、ナゲットＮが接合界面から外れないように接合される。したがって、段差勾配の低減による応力集中係数の低減に加え、ナゲットＮを接合界面に生成させることによって接合部の接合強度が飛躍的に向上し、許容接合異厚量を拡大し、操業の自由度を向上することが出来る。しかも、一対の電極輪１，２を傾斜させ、積極駆動するだけの構成であるので、比較的簡単で安価な構成で実現することが出来る。【００８２】
また、金属板５，６の接合部Ｊを金属板の母材厚み相当まで圧延して段差勾配を大幅に低減することで、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保出来るため、従来適用されなかった冷間圧延プロセスやテーラードブランクへのマッシュシーム溶接の適用拡大、鋼板加工ラインにおける作業ロールの傷付き防止或いは生産性及び歩留まり向上等の効果が得られる。【００８３】
すなわち、本実施の形態では、マッシュシーム溶接の接合部の段差勾配を低減し、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保することが出来るため、製鉄用冷間圧延プロセスにおいては、次工程における冷間圧延時の作業ロールへの傷付き防止及び耐張力性能が向上するため、従来適用されなかった冷間圧延プロセスへのマッシュシーム溶接が適用可能となる。【００８４】
また、テーラードブランクにおいても、その接合部段差の応力集中により、疲労強度が必要な部位へのマッシュシーム溶接の適用が避けられて来たが、段差勾配の低減により応力集中が緩和され、プレス成形性も向上することで、高価なレーザビーム溶接機から安価なマッシュシーム溶接機への変更が可能となる。【００８５】
また、連続焼鈍ライン、亜鉛メッキ鋼板製造設備等の生産ラインでは、スキンパス圧延機の作業ロールと接合部の接触角度（応力集中係数）を低減させることが出来、この結果作業ロールと材料間の接触面圧を低減し、ライン速度を低下させることなく作業ロールへの傷付きならびに接合部マーク転写を防止することが出来、生産性及び歩留まりを向上することが出来る。【００８６】
２．一対の電極輪１，２の進行方向部分１Ａ，２Ａが水平面内で、電極輪１，２が最初に接触する金属板の存在する方向を向くように、一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する直線に対して、各々傾斜させ、２枚の金属板５，６を接合するので、電極輪１，２が溶接の進行に伴い重ね合わせ部分Ｌを移動するとき、重ね合わせ部分Ｌの金属板５，６の端部５Ａ，６Ａが電極輪１，２へ食い込んで電極輪１，２に疵を付けることを防止し、その結果、その疵が原因で溶接時にチリが発生するのを防止することが出来る。【００８７】
３．２枚の金属板１，２の板厚が異なる場合に、２枚の金属板１，２の板厚が厚い側の電極輪の軸芯の傾斜角度を薄い側の電極輪の軸芯の傾斜角度より大きくするので、板厚が厚い側の金属板の減厚量を大きくし、板厚の薄い金属板の減厚量とほぼ一致させることが出来、これによりナゲットＮが接合界面に生成させることが出来、接合強度が向上し、許容接合異厚量が拡大する。【００８８】
４．重ね合わせ部Ｌの溶接開始前と溶接終了後の少なくとも一方の工程で、一対の電極輪１，２を接触させる第１設定と、一対の電極輪１，２を接触させないか、溶接時の押圧力に比較し軽荷重で接触させる第２設定のいずれかの設定とし、第１設定では一対の電極輪１，２を非駆動とし、第２設定では一対の電極輪１，２を駆動するので、上下電極輪１，２へ過大なスラスト力が作用することを防止出来、上下電極輪軸受の寿命が延び、更には、上下電極輪１，２の摩耗が抑制され、ランニングコストを低減出来る。【００８９】
５．一対の電極輪１，２を、それぞれの軸芯７，１８が２枚の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌに形成される溶接線Ｘに直交する軸線Ｙに対して、互いに反対方向に水平面内で傾斜するよう設置したので、上記のように、２枚の金属板の接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来るとともに、比較的簡単で安価な構成でマッシュシーム溶接で生成するナゲットＮを接合界面に生成して接合強度を向上させ、許容接合異厚量を拡大する製造設備を提供出来る。【００９０】
６．一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を溶接線Ｘに直交する軸線Ｙに対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構２７を設けたので、金属板１，２の板厚に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、金属板１，２の板厚の異厚範囲の広いマッシュシーム溶接装置を提供出来る。【００９１】
本発明の他の実施の形態を図１９〜図２２を用いて説明する。
上記実施の形態では、上下一対の加圧ローラ３，４は、従来通り、互いに平行な２軸芯まわりに回転可能な加圧ローラとし、マッシュシーム溶接後の接合部の圧延をその加圧ローラ３，４で圧延した。このように接合部を圧延しても、上下１対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させてマッシュシーム溶接を行うことにより、上述したようにマッシュシーム溶接での溶接部（接合部）の減厚効果が大きく、金属板５，６の接合部Ｊの段差勾配を大幅に低減して接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保出来る。本実施の形態は、上下一対の電極輪に加え、上下一対の加圧ローラの軸芯も傾斜させて圧延することにより、金属板の母材厚み相当まで確実に圧延して段差を平滑化することが出来るようにしたものである。【００９２】
図１９は、本実施の形態におけるマッシュシーム溶接装置の概略図である。【００９３】
図１９において、本実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置は、上下一対の加圧ローラ回転駆動用の電動モータ６３，６４を備え、この電動モータ６３，６４も、上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２と同様に、それぞれ、加圧ローラ押圧装置１１及び取り付けブロック５２の側面に取り付けられ、例えばチェーン及びスプロケット機構６８により加圧ローラ３，４の回転軸に連結され、電動モータ６３，６４の回転動力が加圧ローラ３，４に伝達される。【００９４】
図２０Ａ及び図２０Ｂ又は図２１Ａ及び図２１Ｂは、マッシュシーム溶接後の接合部を上下一対の加圧ローラ３，４で圧延している状態を示す図である。【００９５】
本実施の形態において、上下一対の電極輪１，２は、上記実施の形態で説明したように、それらの軸芯１７，１８が２枚の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌの溶接線に直交する直線に対して水平面内で互いに反対方向に傾斜するよう設置され、電極輪１，２を電動モータ６１，６２で積極的に駆動しながらマッシュシーム溶接を行う構成となっている。また、図２０Ａ及び図２０Ｂ又は図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、上下一対の加圧ローラ３，４も、それらの軸芯１５，１６が２枚の金属板５，６の接合部Ｊの溶接線Xに直交する直線に対して水平面内で互いに反対方向に傾斜するよう設置され、加圧ローラ３，４を電動モータ６３，６４で積極的に駆動しながら圧延する構成となっている。【００９６】
このように上下一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８と上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させることにより、電極輪１，２によるマッシュシーム溶接とその後の加圧ローラ３，４による圧延の両方で溶接線直角方向の塑性流動を促進した減厚作用が得られ、接合部Ｊの段差Ｓを母材厚み相当までより確実に圧延し、段差Ｓを平滑化することが出来る。【００９７】
また、従来の軸芯を傾斜させない電極輪１，２による接合においては、溶接線直角方向の塑性流動はクランプ装置により制限され、その際に接合部からクランプ装置の把持部へと向かう力が発生するため、板厚の薄い金属板を接合する際には、接合部と把持部の金属材料部分に座屈が生じる可能性がある。この座屈を防止するためには、クランプ装置を接合部の直近に配置すればよいが、その場合はクランプ装置と接合部間のスペースが狭くなり、電極輪及び加圧ローラ並びにそれに付帯する設備の配置に制約を生じ、設備配置の自由度が損なわれるという問題を生じる。【００９８】
本実施の形態では、電極輪１，２の軸芯１７，１８を水平面内で反対方向に傾斜させたため、電極輪１，２による接合時、接合部Ｊに作用する剪断力１４が、クランプ装置７，８に向かう力と消し合うこととなる。これによりクランプ装置７，８を接合部Ｊの直近に配置しなくても、板厚の薄い金属板を接合する際の金属板の座屈を防止することが出来、その結果、クランプ装置７，８と接合部Ｊ間に比較的広いスペースを確保することが出来、電極輪１，２及び加圧ローラ３，４並びにそれらに係わる設備（例えば電動モータ６１〜６４、チェーン及びスプロケット機構６７，６８、傾斜装置等）の配置に対する制約を緩和することが出来る。【００９９】
上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させることにより、溶接線直角方向の塑性流動が促進される作用の詳細は、図５を用いて説明した電極輪１，２の場合と同様である。【０１００】
上下一対の加圧ローラ３，４を傾斜させる角度αの向きは、電極輪１，２の場合と同様、２種類設定可能である。【０１０１】
第１の設定方法は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる場合である。言い換えれば、金属板５，６の接合部Ｊの内、接合部Ｊの段差Ｓを起点として厚みが厚い側（接合部Ｊのうち加圧ローラ３，４が最初に接触する材料部分）に位置する加圧ローラ３，４の軸端が接合部Ｊの圧延方向Ａに向くよう、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させる。この場合は、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓから加圧ローラ３，４が最初に接触した金属材料が係わる金属板５の存在する方向に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながら段差部を圧延し平滑化する。なお、このとき、接合部Ｊから加圧ローラ３，４には剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。言い換えれば、接合部Ｊにスラスト力１３の反力が剪断力１４として作用する。【０１０２】
第２の設定方法は、図２１Ａ及び図２１Ｂに示すように、第１の設定方法と比較し、加圧ローラ３、４を逆向きに傾斜させることである。すなわち、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５の存在する方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる場合である。言い換えれば、金属板５，６の接合部（マッシュシーム溶接部）Ｊの内、接合部Ｊの段差Ｓを起点として厚みが薄い側（接合部Ｊのうち加圧ローラ３，４が最初に接触しない材料部分）に位置する加圧ローラ３，４の軸端が接合部Ｊの圧延方向Ａに向くよう、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させる。この場合は、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓから加圧ローラ３，４が最初に接触した金属材料が係わる金属板５の存在する方向と反対方向に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながら段差部を圧延し平滑化する。このときも、接合部Ｊから加圧ローラ３，４には剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。【０１０３】
本実施の形態では第１の設定方法を採用する。その理由は下記の通りである。【０１０４】
上下一対の加圧ローラ３，４を第２の設定方法により傾斜させても段差Ｓは剪断力１４により塑性流動を受け、平滑化することが出来る。しかし、この場合は、図２１Ｂに示すように段差Ｓの部分が母材に折り込まれ、段差Ｓが亀裂状に母材に埋没する新たなる課題が発生する。単に接合部Ｊの表面性状が平滑のものが必要であり、かつ強度を必要としない部位に適用する場合は問題ないが、応力が作用する部位に適用する場合並びにテーラードブランクのようにプレス成形されるような塑性加工用途では、埋没した段差の先端部が特異応力場となり、破損の原因になる。したがって、好適には加圧ローラ３、４を傾斜させる向きは、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すとおり、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる向きであり、この場合は図２０Ｂに示すように段差Ｓを亀裂状に母材に埋没させることなく接合部段差を平滑化することが出来、接合部の品質が向上する。【０１０５】
加圧ロール３，４の軸芯１５，１６の傾斜角度（図５の傾斜角度αに相当）は、接合部の段差Ｓの大きさ（段差量）に応じて設定する。定性的には、段差量が小さい場合には傾斜角度を小さく設定し、段差量が大きくなるほど傾斜角度を大きく設定する。すなわち、図５を用いて説明した電極輪の場合と同様、上加圧ロール３の軸芯１５の傾斜による剪断変形は上加圧ローラ３と材料間の接触孤長部分（図５の接触弧長部分４６に相当）内で、傾斜角度により支配されるため、平滑化すべき段差量に応じて設定する傾斜角度を適宜調整する。金属板５，６の厚みの異なる材料を接合した場合には、マッシュシーム溶接部Ｊの段差量は表裏面で異なるが、上述の如く段差量に見合った上加圧ロール３の傾斜角度に設定することで、段差を平滑化することが出来る。傾斜角度を付与した下加圧ローラ４による圧延状態も同様であり、下加圧ローラ４の傾斜角度を下側の段差量に応じて設定する。【０１０６】
上述の如く、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させ、一対の加圧ローラ３，４を電動モータ６３，６４で積極的に駆動しながら接合部Ｊの段差Ｓを圧延することで、接合部Ｊに溶接線直角方向の剪断力が作用し、段差Ｓが平滑化される。この剪断力は材料の変形抵抗に依存するため、変形抵抗が高いほど、金属板５，６から加圧ローラ３，４に作用するスラスト力１３が増大する。このようにスラスト力１３が増大した場合、加圧ローラ３，４及びその軸受の寿命低下や、スラスト力１３に対する保持力を設定することで装置全体が大型化する問題がある。【０１０７】
図２２は、金属板が普通鋼の場合の材料温度と変形抵抗の相関を示す図である。金属板５，６の変形抵抗は材料温度に依存し、金属板５，６が普通鋼である場合は図２２に示す温度特性を有する。スラスト力１３を低下させるために、接合部Ｊの温度を好適には３００℃以上、更に好適には５００℃以上とすることで、金属板５，６の変形抵抗値を低減し、スラスト力１３の増大を抑えることで、設備を小型化出来る。【０１０８】
本実施の形態では、上下一対の加圧ローラ３，４をキャリッジフレーム９内で上下一対の電極輪１，２に隣接して配置し、キャリッジフレーム９を溶接方向に移動させることで接合と加圧を連続して実施する。金属板５，６の板厚にもよるが、接合部近傍の温度は電極輪通過直後に１０００℃乃至１４００℃程度まで上昇し、接合部Ｊはこれ以上の温度であるものと推定される。接合と加圧を連続して実施することにより、溶接により発生した接合部Ｊの残熱を利用して加圧ローラ３，４による加圧時の接合部Ｊの温度を容易に３００℃以上或いは５００℃以上にすることが出来、設備を小型化出来る。【０１０９】
軸芯１５，１６を傾斜させた上下加圧ローラ３，４に対しては、マッシュシーム溶接開始前に図１３を用いて説明した電極輪の場合と同様の設定を行うことが出来る。すなわち、接合部Ｊの圧延開始前と圧延終了後の少なくとも一方の工程、好ましくは両方の工程で、上下加圧ローラ３，４同士を接触させる第１設定と、上下加圧ローラ３，４同士を接触させない、或いは圧延時の押圧力に比較し軽荷重で接触させる第２設定のいずれかの設定とし、前者の第１設定では、上下加圧ローラ３，４の電動モータ６３，６４による回転は非駆動又は停止とし、後者の第２設定では、上下加圧ローラ３，４の電動モータ６３，６４による回転は駆動とする。そして、第１設定では、上下加圧ローラ３，４が接合部Ｊの側端部に到達後、直ちに電動モータ６３，６４の駆動を開始し、上下加圧ローラ３，４を積極的に回転駆動する。また、第２設定では、上下加圧ローラ３，４が接合部Ｊの側端部に到達後、直ちに加圧ローラ押圧装置１１の駆動を加圧圧延時の設定に切り換え、上下加圧ローラ３，４に押圧力を付与する。これにより過大なスラスト力の生成を防止することが出来、軸受寿命を延長させると共に、上下加圧ローラの摩耗を抑制する。【０１１０】
また、本実施の形態においても、図９を用いて説明した先の実施の形態と同様の制御系を採用することが出来る。すなわち、上位制御装置と、キャリッジフレーム駆動制御装置、マッシュシーム制御装置、加圧ローラ制御装置、及びレーザ距離計を有する制御系を設け、電極輪１，２及び加圧ローラ３，４が金属板５，６の重ね合わせ部分の端部を挟み込むタイミングの前後で、上下電極輪１，２の接触に関する上述した設定状態（第１設定か第２設定か）と上下加圧ローラ３，４の接触に関する上述した設定状態（第１設定か第２設定か）に応じて異なる駆動状態となるよう、キャリッジフレーム９の駆動用のシリンダ装置５７、電極輪押圧装置１０及び電動モータ６１，６２、加圧ローラ押圧装置１１及び電動モータ６３，６４の駆動を制御することが出来る。【０１１１】
また、軸芯１５，１６を傾斜させた上下加圧ローラ３，４に対しても、図１０を用いて説明した電極輪の場合と同様の傾斜装置を設けることが出来、これにより段差量に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、接合材料の異厚範囲の広い接合装置を提供出来る。【０１１２】
なお、上記実施の形態では、同一のキャリッジフレーム９内に傾斜機構２７を有する電極輪押圧装置１０及び傾斜機構２７を有する加圧ローラ押圧装置１１を配置したが、別々のフレームにそれらを配置しても本発明の機能を損なうことはない。【０１１３】
以上述べた実施の形態によれば、先の実施の形態における上記１〜６の効果に加え、以下の効果が得られる。【０１１４】
１−Ａ．上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させ、一対の加圧ローラ３，４を電動モータ６３，６４で積極的に駆動しながら圧延するので、上下一対の電極輪１，２の軸芯１７，１８を傾斜させた場合と同様、接合部Ｊに溶接線Ｘに直交する方向の剪断力が作用し、これが接合部Ｊに剪断変形を与え、この溶接線Ｘに直交する方向の剪断流動により接合部の増厚量を著しく低減する。その結果、電極輪１，２によるマッシュシーム溶接時と加圧ローラ３，４による圧延時の両方で、溶接線Ｘに直交する方向の剪断変形により接合部Ｊの増厚量を低減し、同厚の金属板の接合では金属板の母材厚み相当まで確実に圧延しかつ段差を平滑化することが出来、異厚の金属板の接合部は段差を平滑化或いは段差勾配を大幅に低減することが出来る。その結果、電極輪１，２の軸芯のみを傾斜させた場合に比べて、より確実に応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保することが出来る。【０１１５】
また、金属板５，６の接合部Ｊの段差勾配を低減或いは接合部Ｊの段差Ｓを平滑化することで、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保出来るため、従来適用されなかった冷間圧延プロセスやテーラードブランクへのマッシュシーム溶接の適用拡大、鋼板加工ラインにおける作業ロールの傷付き防止或いは生産性及び歩留まり向上等の効果がより確実となる。【０１１６】
１−Ｂ．上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を水平面内で反対方向に傾斜させたため、加圧ローラ３，４による圧延加工時に接合部Ｊの上面側と下面側とで剪断力１４が逆方向に作用し、クランプ装置７，８に向かう力は上下で打ち消し合う。これによりクランプ装置７，８を接合部Ｊの直近に配置しなくても、板厚の薄い金属板を接合する際の金属板の座屈を防止することが出来、その結果、クランプ装置７，８と接合部Ｊ間に比較的広いスペースを確保することが出来、電極輪１，２及び加圧ローラ３，４並びにそれらに係わる設備（例えば電動モータ６１〜６４、チェーン及びスプロケット機構６７，６８、傾斜装置２７等）の配置に対する制約を緩和することが出来る。【０１１７】
２．一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させ、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓから加圧ローラ３，４が最初に接触した金属材料が係わる金属板５の存在する方向に剪断力を作用させながら圧延するので、段差部が金属板５，６の母材に折り込まれることを防止することが出来、段差部が母材に折り込まれた場合に生成する亀裂状欠陥（未溶着欠陥）を防止することが出来、接合部の品質が向上する。【０１１８】
３．マッシュシーム溶接により接合した２枚の金属板５，６の接合部Ｊを圧延する上下一対の加圧ローラ３，４を更に設け、一対の加圧ローラ３，４を、それぞれの軸芯１５，１６が溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して水平面内で傾斜するよう設置したので、２枚の金属板５，６の接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来るとともに、比較的簡単で安価な構成でマッシュシーム溶接で生成するナゲットＮを接合界面に生成して接合強度を向上させ、許容接合異厚量を拡大する製造設備を提供出来る。【０１１９】
４．一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Xに直交する直線Ｙに対し、それぞれ独立して水平面内で傾斜させる機構を設けたので、段差量に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、金属板の板厚の異厚範囲の広い接合装置を提供出来る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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