(57)【要約】  上下一対の加圧ローラ３，４を、それらの軸芯１５，１６が接合部Ｊ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配置し、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。これにより接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来る。また、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６の傾斜方向は、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５，６の存在する方向と反対方向を向く方向とする。これにより段差部が金属板５，６の母材に折り込まれることを防止することが出来、応力集中係数を低減すると共に、接合部段差Ｓを平滑化することが可能となるため、接合部の品質が向上する。
2010004657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の金属板（５，６）を接合した後、前記金属板の接合部（Ｊ）を上下一対の加圧ローラ（３，４）で圧延する金属板の接合方法において、
前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合部（Ｊ）の接合線（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ながら前記接合部の段差（Ｓ）を前記加圧ローラ（３，４）の進行方向（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２】
請求項１記載の金属板の接合方法において、
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）を前記接合線（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３】
請求項１又は２記載の金属板の接合方法において、
前記接合部（Ｊ）の段差量に応じ、前記一対の加圧ローラ（３，４）を傾斜させる角度をそれぞれ設定し、前記進行方向（Ａ）に圧延すること特徴とする金属板の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記２枚の金属板（５，６）の溶接により発生した接合部（Ｊ）の残熱を利用して前記接合部の温度を３００℃以上とし、前記加圧ローラ（３，４）により、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５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記接合部（Ｊ）の圧延開始前と圧延終了後の少なくとも一方の工程では、前記一対の加圧ローラ（３，４）を接触させる第１設定と、前記一対の加圧ローラを接触させないか、前記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、前記第１設定では前記一対の加圧ローラを非駆動とし、前記第２設定では前記一対の加圧ローラを駆動することを特徴とする金属板の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記２枚の金属板（５，６）の接合をマッシュシーム溶接、レーザビーム溶接、フラッシュバット溶接、摩擦攪拌接合のいずれかで行う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）を接合する加熱接合手段（１，２）と、前記金属板の接合部（Ｊ）を圧延する上下一対の加圧ローラ（３，４）とを備えた金属板の接合装置において、
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）の接合線（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金属板の接合装置。
【請求項８】
請求項７記載の金属板の接合装置において、
前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合線（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金属板の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の金属板の接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減出来る金属板の接合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】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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出来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。【００１２】
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。【００１３】
フラッシュバット溶接若しくはレーザビーム溶接若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合も、接合部に段差が生じ、同様の問題がある。【００１４】
本発明の目的は、２枚の金属板の接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来る金属板の接合方法及び接合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
＜第１の発明＞
上述した課題を解決する第１の発明は、２枚の金属板を接合した後、前記金属板の接合部を上下一対の加圧ローラで圧延する金属板の接合方法において、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記接合部の接合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ながら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。【００１６】
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、マッシュシーム溶接の場合は、接合部の接合線に直交する方向に剪断力が作用し、その剪断力による剪断変形により接合部の増厚量を減らし、段差を平滑化或いは段差勾配を低減することが出来る。レーザビーム溶接若しくはフラッシュバット溶接若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合も同様に、前記剪断変形により段差を平滑化或いは段差勾配を低減することが出来る。また、いずれの場合も、接合部の段差を平滑化ないしは段差勾配を低減するので、接合部の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。
＜第２の発明＞
上述した課題を解決する第２の発明は、第１の発明に係わる金属板の接合方法において、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接合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。【００１７】
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又は第２の発明に係わる金属板の接合方法において、前記接合部の段差量に応じ、前記一対の加圧ローラを傾斜させる角度をそれぞれ設定し、前記進行方向に圧延すること特徴とする。【００１８】
これにより接合する金属板の厚みに応じて適切な剪断変形を付与することが出来、接合部の段差勾配を最小化することが出来る。また、厚みの異なる材料を接合し、生成する段差量が接合部の表裏面で異なる場合でも、接合部の段差量に応じて一対の加圧ローラを傾斜させる角度をそれぞれ設定して圧延することで、剪断変形量を調整し、接合部の段差勾配を最小化することが出来る。
＜第４の発明＞
上述した課題を解決する第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかに係わる金属板の接合方法において、前記２枚の金属板の溶接により発生した接合部の残熱を利用して前記接合部の温度を３００℃以上とし、前記加圧ローラにより、前記進行方向に圧延することを特徴とする。【００１９】
これにより接合部の変形抵抗値を低減し、生成するスラスト力を低減することが出来、設備を小型化出来る。また、スラスト力を低減したことで、加圧ローラの軸受寿命を延ばすと共に加圧ローラの摩耗を抑制し、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〜第４の発明のいずれかに係わる金属板の接合方法において、前記接合部の圧延開始前と圧延終了後の少なくとも一方の工程では、前記一対の加圧ローラを接触させる第１設定と、前記一対の加圧ローラを接触させないか、前記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、前記第１設定では前記一対の加圧ローラを非駆動とし、前記第２設定では前記一対の加圧ローラを駆動することを特徴とする。【００２０】
これにより上下加圧ローラへ過大なスラスト力が作用することを防止出来、上下加圧ローラ用軸受の寿命が延び、更には、上下加圧ローラの摩耗が抑制され、ランニングコストを低減出来る。
＜第６の発明＞
上述した課題を解決する第６の発明は、第１〜５のいずれかに係わる金属板の接合方法において、前記２枚の金属板の接合をマッシュシーム溶接、レーザビーム溶接、フラッシュバット溶接、摩擦攪拌接合のいずれかで行うことを特徴とする。【００２１】
これにより接合部の残熱を利用して加圧ローラで圧延出来、高効率に高強度及び高品質の接合部を提供出来る。
＜第７の発明＞
上述した課題を解決する第７の発明は、２枚の金属板を接合する加熱接合手段と、前記金属板の接合部を圧延する上下一対の加圧ローラとを備えた金属板の接合装置において、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接合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。【００２２】
これにより第１の発明に係わる金属板の接合方法において、金属板の接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減し、高強度及び高品質の接合部を提供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の発明に係わる金属板の接合装置において、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記接合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。【００２３】
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】
【００２４】
本発明によれば、溶接後の接合部を上下一対の加圧ローラの軸芯を接合線に直交する直線に対して水平面内で傾斜させ、一対の加圧ローラを積極的に駆動しながら接合部の段差を圧延するので、接合線直角方向に剪断変形により接合部の増厚量を減らし、かつ段差を平滑化或いは段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来る。【００２５】
また、本発明によれば、金属板の接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減することで、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、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。【００２６】
すなわち、本発明では、マッシュシーム溶接の接合部段差を平滑化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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
また、レーザビーム溶接若しくはフラッシュバット溶接若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合も同様に、前記剪断変形により段差を平滑化或いは段差勾配を低減することが出来るので、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。【００３０】
更に、本発明によれば、上下一対の加圧ローラの軸芯を水平面内で反対方向に傾斜させた場合は、加圧ローラによる圧延加工時に接合部の上面側と下面側とで剪断力が逆方向に作用し、クランプ装置に向かう力は上下で打ち消し合うため、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】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態であって、本発明をマッシュシーム溶接機に適用した場合の実施の形態に係わる金属板の接合装置を示す概略図である。
【図２】２枚の金属板を電極輪で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３Ａ】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３Ｂ】図３Ａ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４Ａ】図３Ａ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４Ｂ】図４Ａ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５】加圧ローラの軸芯を傾斜して接合部を圧延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、上加圧ローラの場合を示す図である。
【図６】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７】マッシュシーム溶接開始前の上下電極輪を押圧している状態と上下加圧ロールの軸芯を傾斜させ上下加圧ローラを押圧している状態を示す、図１と同様な図である。
【図８】上下加圧ローラの軸芯を傾斜させた状態で上下加圧ローラを押圧及び駆動した際の上下加圧ローラ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９】図１に示した金属板の接合装置の制御系の概略を示す図である。
【図１０】加圧ローラの軸芯の傾斜角度を任意の角度に変更可能とする加圧ローラ傾斜機構を示す図である。
【図１１】接合部に段差のある状態の応力集中箇所を示す。
【図１２Ａ】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１２Ｂ】加圧ローラ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１３】溶接機がレーザビーム溶接機である場合に本発明を適用した実施の形態における金属板の接合装置の概略図である。
【図１４】異厚の２枚の金属板をレーザビーム溶接或いはフラッシュバット溶接したとき、その後に生成される接合部Ｊの段差Ｓが点対象になっていない状態を示す。
【図１５】図１４の状態において、段差が母材に折り込まれないように、溶接後に加圧ローラを同方向に傾斜させて加圧した状態を示す。
【図１６Ａ】レーザビーム溶接部或いはフラッシュバット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１６Ｂ】加圧ローラの軸芯を傾斜させて圧延し、接合部の段差勾配を低減した場合のレーザビーム溶接部或いはフラッシュバット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。
【符号の説明】
【００３２】
１：上電極輪
２：下電極輪
３：上加圧ローラ
４：下加圧ローラ
５：金属板
６：金属板
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
２２：上作業ロール
２３：下作業ロール
２４：上加圧ローラ速度ベクトル
２５：下加圧ローラ速度ベクトル
２６：相対滑り速度
２７：加圧ローラ傾斜機構
２８：レーザビーム溶接機
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
Ｊ：接合部
Ｓ：段差
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：傾斜角度
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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。【００３４】
図１は本発明の一実施の形態に係わる金属板の接合装置の概略図である。この実施の形態は、本発明をマッシュシーム溶接機に適用した場合のものである。【００３５】
図１において、本実施の形態に係わる金属板の接合装置は、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。【００３６】
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。【００３７】
金属板の接合装置は、また、上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２と、上下一対の加圧ローラ回転駆動用の電動モータ６３，６４を備えている。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。上下一対の加圧ローラ回転駆動用の電動モータ６３，６４も、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。【００３８】
図２は、板厚の等しい２枚の金属板５，６を電極輪１，２で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３Ａ及び図３Ｂ又は図４Ａ及び図４Ｂ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。【００３９】
本実施の形態において、上下一対の加圧ローラ３，４は、図３Ａ及び図３Ｂ又は図４Ａ及び図４Ｂに示すように、それらの軸芯１５，１６が２枚の金属板５，６の接合部（マッシュシーム溶接部）Ｊ（図２の斜線部分）の溶接線或いは接合線Ｘ（図５参照）に直交する直線Ｙ（図５参照）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接合部Ｊの段差Ｓを圧延する構成となっている。加圧ローラ押圧装置１１には加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６の傾斜角度を調整するための傾斜機構２７（図１０）が設けられている。【００４０】
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、電動モータ６３，６４で加圧ローラ３，４を積極的に回転駆動しながら、金属板５，６の接合部を加圧して圧延する。【００４１】
図２に示すように、上下電極輪１，２によりマッシュシーム溶接した場合の接合部Ｊ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Ｊと母材（金属板５，６）間に段差Ｓが生成する。従来技術であるマッシュシーム溶接後の接合部を互いに平行な２軸芯まわりに回転可能な上下加圧ローラで圧延する方法では、溶接線直角方向の塑性流動量は限られ、また、該ローラ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、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。【００４２】
本実施の形態では、上述したように、上下一対の加圧ローラ３，４を、それらの軸芯１５，１６が接合部Ｊの溶接線（接合線）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、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が接合部Ｊ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Ｊの増厚量を減らし、段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減することが出来る。また、接合部Ｊの段差Ｓを平滑化ないしは段差勾配を低減するので、接合部の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。【００４３】
また、従来の軸芯を傾斜させない加圧ローラによる接合部の圧延加工においては、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。【００４４】
本実施の形態では、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ているため、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、後述する傾斜装置２７等）の配置に対する制約を緩和することが出来る。【００４５】
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（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。【００４６】
図５は、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜して接合部Ｊを圧延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、上加圧ローラ３の場合を示している。【００４７】
図中、Ａは加圧ローラ３の進行方向（圧延方向）を示す矢印であり、Ｘは進行方向Ａ上にある接合部Ｊの溶接線（接合線）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は加圧ローラ３の軸芯直角方向の幅方向中央部を通る直線であり、αは加圧ローラ３の傾斜角度（溶接線Ｘと上加圧ローラ３の軸芯直角方向の直線４５とのなす角度）である。更に、４６は加圧ローラ３が接合部Ｊに接触する接触孤長部分であり、Ｒは接触孤長部分４６における加圧ローラ３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。【００４８】
図５に示すように加圧ローラ３の軸芯１５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加圧ローラ３を接合部Ｊに押し付けながら積極的に回転駆動すると、加圧ローラ３と接合部Ｊ間の押圧力及び摩擦係数により、接合部Ｊ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に対応した摩擦力が作用し、接合部Ｊにはその摩擦力に対応した溶接線Ｘに直交する方向の剪断力１４（図３Ａ〜４Ｂ参照）が作用し、接合部Ｊ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接合部Ｊの段差Ｓを平滑化することが出来る。【００４９】
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２種類設定可能である。
第１の設定方法は、図３Ａ及び図３Ｂ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５，６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５，６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。【００５０】
第２の設定方法は、図４Ａ及び図４Ｂ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５，６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５，６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。【００５１】
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。【００５２】
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４Ｂ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３Ａ及び図３Ｂ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５，６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３Ｂ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。【００５３】
加圧ロール３，４の軸芯１５，１６の傾斜角度αは段差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αを小さく設定し、段差量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４６内で、傾斜角度α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α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αに設定することで、段差を平滑化することが出来る。図を用いて説明はしないが、傾斜角度α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αを下側の段差量に応じて設定する。【００５４】
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。【００５５】
図６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６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。【００５６】
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。【００５７】
図７は、マッシュシーム溶接開始前の上下電極輪を押圧している状態と上下加圧ロールの軸芯を傾斜させ上下加圧ローラを押圧している状態を示す、図１と同様な図である。【００５８】
図８は、上下加圧ローラの軸芯を傾斜させた状態で上下加圧ローラを押圧及び駆動した際の上下加圧ローラの速度ベクトルならびに相対滑り速度を示す図である。【００５９】
従来接合部端部から加圧ローラ３，４で加圧作業を行う場合には、図７に示す通り、接合開始前の状態で加圧ローラ３，４同士を押圧ならびに回転させ、加圧ローラ３，４が接合部Ｊの端部に到達後、そのまま上下加圧ローラ３，４により接合部Ｊの平滑化を開始させる。上下加圧ローラ軸芯１５，１６を傾斜させ、押圧ならびに転動させた場合には、図８に示す通り、上下加圧ローラ３，４のローラ速度ベクトル２４，２５が一致せず、加圧ローラ３，４の軸方向に相対滑り速度２６が生成する。この相対滑り速度２６は、加圧ローラ間の押圧力及び摩擦係数により、上下加圧ローラ３，４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加圧ローラ軸受寿命を低下させると共に、加圧ローラ３，４の摩耗を促進する。このため、本発明では、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は、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。【００６０】
図９は、図１に示した金属板の接合装置の制御系の概略を示す図である。金属板接合装置の制御装置は、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）及び電動モータ６３，６４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及び電動モータ６３，６４の制御を適宜異ならせる。【００６１】
加圧ローラ３，４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１０は、その場合の加圧ローラ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、加圧ローラ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。【００６２】
図１０において、加圧ローラ押圧装置１１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加圧ローラ３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、加圧ローラ押圧装置１１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。【００６３】
また、傾斜機構２７は、加圧ローラ３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から平滑化すべき段差量に応じて角度情報を入手して設定し、角度センサ８６の信号を用いて加圧ローラ３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、段差量と加圧ローラ３，４の傾斜角度との関係は、事前に接合する材料の厚みから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。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。【００６４】
なお、段差量は、電極輪１，２による溶接後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、この段差量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。【００６５】
図１１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１１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。加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させて圧延し、接合部Ｊの段差Ｓを平滑化させることで、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。【００６６】
図１２Ａは、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１２Ｂは、加圧ローラ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。【００６７】
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１２Ａ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、本実施の形態では加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させ、図１２Ｂに示すように接合部の段差を平滑化することで、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。【００６８】
以上の実施の形態は、接合機がマッシュシーム溶接機である場合のものであるが、接合機がレーザビーム溶接機、フラッシュバット溶接機、或いは摩擦攪拌接合機である場合も本発明は同様に適用可能である。図１３は、溶接機がレーザビーム溶接機である場合に本発明を適用した実施の形態における金属板の接合装置の概略図である。【００６９】
図１３において、金属板の接合装置は、図１に示した電極輪１，２、電極輪押圧装置１０及び電動モータ６１，６２からなるマッシュシーム溶接機の代わりにレーザビーム溶接機２８が設けられ、レーザビーム溶接機２８に隣接して、軸芯を傾斜させた上下一対の加圧ローラ３，４、加圧ローラ押圧装置１１及び電動モータ６３，６４を備えている。この場合も、上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯を傾斜させ、加圧ローラ押圧装置１１で押し付けながら電動モータ６３，６４で積極的に回転駆動しながら圧延する。これにより溶接した２枚の金属板の板厚が異なるとき、溶接後の段差部を平滑化し、段差部の勾配を緩やかとし、接合部の応力集中係数を低減させかつ高い接合強度を確保することが出来る。図示はしないが接合機がフラッシュバット溶接機或いは摩擦攪拌接合機である場合も、同様の構成となる。【００７０】
図１４は、異厚の２枚の金属板をレーザビーム溶接或いはフラッシュバット溶接したとき、その後に生成される接合部Ｊの段差Ｓが点対象になっていない状態を示す。図１５は、図１４の状態において、段差が母材に折り込まれないように、溶接後に加圧ローラを同方向に傾斜させて加圧した状態を示す。【００７１】
マッシュシーム溶接した場合の接合部の段差は図２に示す通り、接合部Ｊの中心に対し点対称の形態となるが、レーザビーム溶接及びフラッシュバット溶接で異厚の２枚の金属板５，６を接合した場合には、突合せ方式の接合であるため、図１４に示す通り接合部Ｊ（斜線部）の段差Ｓは点対象とはならない。したがって、これら段差Ｓを平滑化する場合には、上述の如く、段差Ｓが母材に折り込まれないように、上下加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６は図１５に示す如く、互いに同方向に傾斜させる。加圧ロール３，４の同方向の軸芯傾斜による剪断力の反力は接合されるべき材料のクランプ装置７，８で保持する。接合部Ｊの段差角度は上下加圧ローラ３，４の傾斜による剪断変形により緩やかになり、テーラードブランクにおけるプレス成形ならびに冷間圧延時の張力及び圧延による応力が作用した際の応力集中係数を大幅に緩和させることが可能となり、接合品質が向上すると共に、異厚量を拡大させることが出来る。また、スキンパス圧延工程での作業ロールの傷付きや冷間圧延時の作業ロールやの傷付きを防止することが出来る。【００７２】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、レーザビーム溶接部或いはフラッシュバット接合部の段差を平滑化することによりスキンパス圧延工程での作業ロールへの傷付きを防止する作用を示す図１２Ａ及び図１２Ｂと同様な図である。【００７３】
レーザビーム溶接及びフラッシュバット溶接で異厚の２枚の金属板５，６を接合した場合には、マッシュシーム溶接の場合と同様、例えばスキンパス圧延工程では、図１６Ａに示すように、接合部Ｊ（斜線部）をそのまま通過させると接合部の急峻な段差が上作業ロール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Ｊ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Ｊ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Ｊ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、本実施の形態では加圧ローラ３，４を傾斜させ、図１６Ｂに示すように所望の段差勾配に平滑化させることで、作業ロール２２，２３と接合部Ｊ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、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る。【００７４】
なお、本発明をマッシュシーム溶接機に適用した図１及び図１０の接合装置では、同一のキャリッジフレーム９内に電極輪押圧装置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。【００７５】
また、本発明をレーザビーム溶接機、フラッシュバット溶接機、或いは摩擦攪拌接合機に適用した図１３に示した実施の形態においても、同一のキャリッジフレーム９内にレーザビーム溶接機及び傾斜機構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。【００７６】
以上述べた実施の形態によれば以下の効果が得られる。【００７７】
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１５，１６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を圧延するので、マッシュシーム溶接の場合は、接合部Ｊに溶接線Xに直交する方向の剪断力が作用し、その剪断力による剪断変形により接合部Ｊの増厚量を減らすだけでなく、同厚の金属板５，６の接合では段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減することが出来、異厚の金属板５，６の接合では平滑化或いは段差勾配を低減することが出来る。レーザビーム溶接若しくはフラッシュバット溶接若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合も同様に、前記剪断変形により段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減することが出来る。また、いずれの場合も、接合部Ｊの段差Ｓを平滑化ないしは段差勾配を低減することにより接合部Ｊ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。【００７８】
また、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減し、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。【００７９】
すなわち、本実施の形態では、上記のように従来接合部の段差を平滑化出来なかったマッシュシーム溶接の接合部段差を平滑化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。【００８０】
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。【００８１】
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。【００８２】
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。【００８３】
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５，６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５，６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。【００８４】
３．接合部Ｊの段差量に応じ、一対の加圧ローラ３，４を傾斜させる角度をそれぞれ設定し圧延するので、接合する金属板５，６の厚みに応じて適切な剪断変形を付与することが出来、接合部Ｊの段差勾配を最小化することが出来る。また、厚みの異なる材料を接合し、生成する段差量が接合部の表裏面で異なる場合でも、接合部Ｊの段差量に応じて一対の加圧ローラ３，４を傾斜させる角度をそれぞれ設定して圧延することで、剪断変形量を調整し、接合部の段差勾配を最小化することが出来る。【００８５】
４．２枚の金属板５，６の溶接により発生した接合部Ｊの残熱を利用して接合部Ｊの温度を３００℃以上とし、加圧ローラ３，４により圧延するので、接合部Ｊの変形抵抗値を低減し、生成するスラスト力を低減することが出来、設備を小型化出来る。また、スラスト力を低減したことで、加圧ローラ３，４の軸受寿命を延ばすと共に加圧ローラ３，４の摩耗を抑制し、ランニングコストを低減出来る。【００８６】
５．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で、一対の加圧ローラ３，４を接触させる第１設定と、一対の加圧ローラ３，４を接触させないか、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、第１設定では一対の加圧ローラ３，４を非駆動とし、第２設定では一対の加圧ローラ３，４を駆動するので、上下加圧ローラ３，４へ過大なスラスト力が作用することを防止出来、上下加圧ローラ用軸受の寿命が延び、更には、上下加圧ローラ３，４の摩耗が抑制され、ランニングコストを低減出来る。【００８７】
６．本発明をレーザビーム溶接機、フラッシュバット溶接機、或いは摩擦攪拌接合機に適用した実施の形態においても、レーザビーム溶接若しくはフラッシュバット溶接若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合は、マッシュシーム溶接の場合と同様、接合部の残熱を利用して加圧ローラで圧延出来、高効率に高強度及び高品質の接合部を提供出来る。また、レーザビーム溶接、フラッシュバット溶接、若しくは摩擦攪拌接合で異厚の金属板を接合する場合も同様に、前記剪断変形により段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減することが出来るので、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。【００８８】
７．２枚の金属板５，６を接合する加熱接合手段１，２又は２８と、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とを設け、一対の加圧ローラ３，４を、それぞれの軸芯１５，１６が接合部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したので、上記のように金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓを平滑化或いは段差勾配を低減し、高強度及び高品質の接合部を提供する製造設備を提供出来る。【００８９】
８．一対の加圧ローラ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２７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５，６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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月28日(2009.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の金属板（５，６）を接合した後、上下一対の加圧ローラ（３，４）を前記金属板の接合部（Ｊ）の接合線（Ｘ）と同じ方向（Ａ）に進行させ、前記金属板の接合部（Ｊ）を前記上下一対の加圧ローラ（３，４）で圧延する金属板の接合方法において、
前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合部（Ｊ）の接合線（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ながら前記接合部の段差（Ｓ）を前記加圧ローラ（３，４）の進行方向（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２】
請求項１記載の金属板の接合方法において、
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）を前記接合線（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３】
請求項１又は２記載の金属板の接合方法において、
前記接合部（Ｊ）の段差量に応じ、前記一対の加圧ローラ（３，４）を傾斜させる角度をそれぞれ設定し、前記進行方向（Ａ）に圧延すること特徴とする金属板の接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記２枚の金属板（５，６）の溶接により発生した接合部（Ｊ）の残熱を利用して前記接合部の温度を３００℃以上とし、前記加圧ローラ（３，４）により、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５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記接合部（Ｊ）の圧延開始前と圧延終了後の少なくとも一方の工程では、前記一対の加圧ローラ（３，４）を接触させる第１設定と、前記一対の加圧ローラを接触させないか、前記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、前記第１設定では前記一対の加圧ローラを非駆動とし、前記第２設定では前記一対の加圧ローラを駆動することを特徴とする金属板の接合方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の金属板の接合方法において、
前記２枚の金属板（５，６）の接合をマッシュシーム溶接、レーザビーム溶接、フラッシュバット溶接、摩擦攪拌接合のいずれかで行う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）を接合する加熱接合手段（１，２）と、前記金属板の接合部（Ｊ）の接合線（Ｘ）と同じ方向（Ａ）に進行し、前記金属板の接合部（Ｊ）を圧延する上下一対の加圧ローラ（３，４）とを備えた金属板の接合装置において、
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）の接合線（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金属板の接合装置。
【請求項８】
請求項７記載の金属板の接合装置において、
前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合線（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金属板の接合装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
＜第１の発明＞
上述した課題を解決する第１の発明は、２枚の金属板を接合した後、上下一対の加圧ローラを前記金属板の接合部の接合線と同じ方向に進行させ、前記金属板の接合部を前記上下一対の加圧ローラで圧延する金属板の接合方法において、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記接合部の接合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ながら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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
これにより接合部の残熱を利用して加圧ローラで圧延出来、高効率に高強度及び高品質の接合部を提供出来る。
＜第７の発明＞
上述した課題を解決する第７の発明は、２枚の金属板を接合する加熱接合手段と、前記金属板の接合部の接合線と同じ方向に進行し、前記金属板の接合部を圧延する上下一対の加圧ローラとを備えた金属板の接合装置において、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接合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。
【国際調査報告】
2010004657.tif 000023
2010004657.tif 000024
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