(57)【要約】【課題】溶接不良の発生を抑制できるシーム溶接装置を提供する。【解決手段】シーム溶接装置１０は、第１の回転軸２１を中心に回転する第１のローラ電極１１と、第２の回転軸２２を中心に回転する第２のローラ電極１２と、ローラ電極１１，１２に電圧を印加する溶接電源１３と、ワークＷ１を保持する保持機構１４と、ローラ電極１１，１２の円周先端部分１１ａ，１２ａをワークＷ１に押圧する加圧機構１５などを含んでいる。第１のローラ電極１１と第２のローラ電極１２の円周先端部分１１ａ，１２ａに、それぞれ、第１円弧部３１と第２円弧部３２が形成されている。第１円弧部３１は、ワークＷ１の接合面Ｓが回転軸２１，２２と平行となるように配置された状態において、ワークＷ１に接する。第２円弧部３２は、ワークＷ１の接合面Ｓが回転軸２１，２２と平行な線分Ｍに対して傾いた状態において、ワークＷ１に接する。【選択図】図３
2012121029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸を中心に回転する第１のローラ電極と、
前記第１のローラ電極と対向し第２の回転軸を中心に回転する第２のローラ電極と、
前記第１および第２のローラ電極を互いに近付ける方向に付勢する加圧手段と、
前記第１および第２のローラ電極に電気的に接続され前記第１および第２のローラ電極に電圧を印加する溶接電源と、
を有するシーム溶接装置であって、
前記第１および第２のローラ電極のそれぞれの円周先端部分に、
前記第１および第２のローラ電極間に配置されたワークの接合面が前記第１および第２の回転軸と平行な状態において前記ワークに接する第１円弧部と、
前記接合面が前記第１および第２の回転軸と平行な線分に対し傾いた状態において前記ワークに接する第２円弧部とを有したことを特徴とするシーム溶接装置。
【請求項２】
前記第１のローラ電極の前記第１円弧部の曲率半径が、前記第２のローラ電極の前記第１円弧部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のシーム溶接装置。
【請求項３】
前記ワークが、第１の板と、該第１の板よりも厚さが大きくかつ第１の板に一方の面が重なる第２の板と、前記第１の板よりも厚さが大きくかつ前記第２の板の他方の面に重なる第３の板とからなり、前記第１のローラ電極が前記第１の板と接する側に配置され、前記第２のローラ電極が前記第３の板と接する側に配置されることを特徴とする請求項２に記載のシーム溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の板からなるワークの接合面をシーム溶接するためのシーム溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の板からなるワークの接合面をシーム溶接するためのシーム溶接装置は、例えば下記の特許文献１，２に示されるように，第１の回転軸を中心に回転する第１のローラ電極と、第１のローラ電極と対向して配置され第２の回転軸を中心に回転する第２のローラ電極と、これらローラ電極に電圧を印加する溶接電源などを備えている。そしてワークの接合面が前記第１および第２の回転軸と平行となるように、前記ワークが第１および第２のローラ電極の間に配置される。すなわち前記ワークは、接合面が各ローラ電極に対して垂直な姿勢となるように、ロボットアーム等の保持機構によって保持される。この状態のもとで、第１および第２のローラ電極を回転させつつ、溶接電源から供給される電流をワークの接合面に流すことにより、抵抗熱によって接合面に溶接ナゲットを形成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７６７７号公報
【特許文献２】特開２００７−１６７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のシーム溶接装置は、ワークの接合面がローラ電極の回転軸と平行となるように、すなわちローラ電極に対してワークの接合面が垂直となるように、保持機構によってワークが保持されている。ワークが単純な形状の場合には、ワークの垂直度を保つことは困難ではないが、例えば自動車のボディの一部をなす骨格部材のフランジ部のように、複雑でかつ三次元的な立体形状をなしているワークの接合面をシーム溶接することを想定した場合に、ワークの形状ばらつきや、ロボットのティーチング再現精度の限界などから、ローラ電極に対するワークの垂直度を保つことができない状況も考えられる。
【０００５】
従来のシーム溶接装置では、ローラ電極に対してワークを垂直に保持することが前提となっているため、一般的なローラ電極は、ワークと接する箇所（ローラ電極の円周先端部分）が平坦面となっている。その場合、第１のローラ電極の円周先端部分の平坦面と、第２のローラ電極の円周先端部分の平坦面との間に電流経路が形成される。
【０００６】
このため、例えば図７に示す従来例のように、何らかの理由によりローラ電極１００，１０１に対してワークＷ１が傾いた状態になったとき、ローラ電極１００，１０１の円周先端部分の平坦面１０２，１０３の角部がワークＷ１に片当りし、ワークＷ１の電流経路１０５の幅が極端に狭くなることによって電流密度が過剰となり、溶接品質が低下するおそれがあった。
【０００７】
また、ワークが３枚の板からなる場合もありえる。例えば図８に示すように、薄い第１の板Ｔ１と、第１の板Ｔ１よりも厚さが大きくかつ第１の板Ｔ１に一方の面が重なる第２の板Ｔ２と、第１の板Ｔ１よりも厚さが大きくかつ第２の板Ｔ２の他方の面に重なる第３の板Ｔ３とからなるワークＷ２もありえる。このようなワークＷ２を、従来のローラ電極１００，１０１によってシーム溶接すると、各板Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３間の電流経路１１０の幅がほぼ一定となる。このため、厚い第２の板Ｔ２と第３の板Ｔ３との接合面Ｓ２には溶接ナゲットＮが形成されるが、薄い第１の板Ｔ１と厚い第２の板Ｔ２との間の接合面Ｓ１は発熱が小さいことにより、溶接ナゲットが形成されにくいことがあった。
【０００８】
従って本発明の目的は、複数の板を重ねてシーム溶接する場合に溶接品質の低下を抑制できるシーム溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１の回転軸を中心に回転する第１のローラ電極と、前記第１のローラ電極と対向し第２の回転軸を中心に回転する第２のローラ電極と、前記第１および第２のローラ電極を互いに近付ける方向に付勢する加圧手段と、前記第１および第２のローラ電極に電気的に接続され前記第１および第２のローラ電極に電圧を印加する溶接電源とを有するシーム溶接装置であって、前記第１および第２のローラ電極のそれぞれの円周先端部分の断面形状（ローラ電極の幅方向の断面）に関し、第１円弧部と第２円弧部とが形成されている。第１円弧部は、前記第１および第２のローラ電極間に配置されたワークの接合面が前記第１および第２の回転軸と平行となるように保持された状態において、ワークに接する。第２円弧部は、前記接合面が前記第１および第２の回転軸と平行な線分に対し傾いた状態において、ワークに接する。このワークは、例えばロボットアーム等に設けられた保持手段によって保持される。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、前記第１のローラ電極の前記第１円弧部の曲率半径が、前記第２のローラ電極の前記第１円弧部の曲率半径よりも小さくてもよい。また前記ワークが、薄い第１の板と、厚い第２の板および第３の板とからなる場合には、前記第１のローラ電極が前記第１の板と接する側に配置され、前記第２のローラ電極が前記第３の板と接する側に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の板からなるワークのシーム溶接を第１および第２のローラ電極を用いて行なうシーム溶接装置において、ローラ電極に対するワークの垂直度のばらつき等に影響されることなく、溶接ナゲットを形成するのに必要な電流密度を生じさせる電流経路を得ることができ、所望の溶接品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシーム溶接装置を模式的に示す正面図。
【図２】図１に示されたシーム溶接装置の一部を模式的に示す側面図。
【図３】図１に示されたシーム溶接装置のローラ電極の一部とワークの一部の断面を拡大して示す正面図。
【図４】図３に示されたローラ電極に対してワークが傾いた状態を示す正面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るシーム溶接装置を模式的に示す正面図。
【図６】図５に示されたシーム溶接装置のローラ電極の一部とワークの一部の断面を拡大して示す正面図。
【図７】従来のローラ電極の一部とこのローラ電極に対してワークが傾いた状態の断面を示す正面図。
【図８】従来のローラ電極の一部と３枚の板からなるワークの断面を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の第１の実施形態に係るシーム溶接装置について、図１から図４を参照して説明する。  
図１と図２は、それぞれシーム溶接装置１０を模式的に示す正面図と側面図である。このシーム溶接装置１０は、第１のローラ電極１１と、第２のローラ電極１２と、これらローラ電極１１，１２に電圧を印加する溶接電源１３と、ワークＷ１を保持するための保持手段として機能する保持機構１４と、加圧手段として機能する加圧機構１５と、ローラ電極１１，１２を回転させる機構（図示せず）などを備えている。
【００１４】
第１のローラ電極１１は、第１の回転軸２１を中心に回転する。第２のローラ電極１２は、第２の回転軸２２を中心に回転する。第１の回転軸２１と第２の回転軸２２は互いに平行である。ローラ電極１１，１２は導電材料からなり、それぞれ円盤形をなし、それぞれ円周先端部分１１ａ，１２ａを有している。円周先端部分１１ａ，１２ａの形状は、ローラ電極１１，１２の全周にわたって一定である。
【００１５】
加圧機構１５は、ばね、エアシリンダ等の流体圧シリンダ、電動アクチュエータなどのように加圧力を発生することが可能な加圧手段として機能し、ローラ電極１１，１２を互いに近付ける方向に付勢することにより、ローラ電極１１，１２の円周先端部分１１ａ，１２ａをワークＷに押付けるようになっている。
【００１６】
ワークＷ１の形態は問わないが、例えば自動車のボディの一部をなす骨格部材のように、複数の金属板（パネル部材）のフランジ部どうしを溶接することによって袋状の閉断面を構成するものが挙げられる。図１〜図４に示すワークＷ１の一例は、２枚の金属製の板ｔ１，ｔ２からなる複合材であり、板ｔ１，ｔ２のフランジ部を互いに重ね合わせた状態において、ロボットアーム等に設けた保持機構１４によって保持される。
【００１７】
ワークＷ１の接合面Ｓがローラ電極１１，１２間に配置され、加圧機構１５によってローラ電極１１，１２の円周先端部分１１ａ，１２ａがワークＷ１に加圧された状態のもとで、溶接電源１３から供給される電流がローラ電極１１，１２間を流れる。この状態のもとで、ローラ電極１１，１２を回転させることにより、ワークＷ１を連続的に相対移動させるようにしている。
【００１８】
図３と図４は、ローラ電極１１，１２の円周先端部分１１ａ，１２ａと、ワークＷ１の一部の断面を拡大した正面図である。第１のローラ電極１１と第２のローラ電極１２の構成は互いに共通であるため、以下に第１のローラ電極１１を代表して説明する。
【００１９】
ローラ電極１１の円周先端部分１１ａは、前記回転軸２１，２２を含む平面で切断したときの断面形状、すなわちローラ電極１１，１２の幅方向（厚さ方向）の断面に関し、第１円弧部３１と第２円弧部３２とを有している。第１円弧部３１と第２円弧部３２は必ずしも真円の一部である必要はなく、例えば楕円の一部あるいは長円の一部であってもよい。第１円弧部３１の曲率半径Ｒ１（図３と図４に示す）は、第２円弧部３２の曲率半径Ｒ２（図４に示す）以上である。第２円弧部３２は、第１円弧部３１の両側において第１円弧部３１に連なっている。
【００２０】
図３に示すように第１円弧部３１は、ワークＷ１の接合面Ｓが前記回転軸２１，２２と平行な線分Ｍに対して平行となるように配置された状態において、ワークＷ１と接する。すなわちワークＷ１の接合面Ｓがローラ電極１１，１２の径方向の線分Ｈに対して垂直な状態のとき、第１円弧部３１がワークＷ１に接する。
【００２１】
図４に示すように第２円弧部３２は、ワークＷ１の接合面Ｓが前記回転軸２１，２２と平行な線分Ｍに対して傾いたとき、すなわちワークＷ１の接合面Ｓがローラ電極１１，１２の径方向の線分Ｈに対して垂直な姿勢から傾いたときに、第２円弧部３２がワークＷ１と接する。
【００２２】
シーム溶接時には、加圧機構１５によってローラ電極１１，１２がワークＷ１に加圧されるため、ワークＷ１の一部すなわちローラ電極１１，１２の円周先端部分１１ａ，１２ａと接する箇所がある程度変形する。よって、ローラ電極１１，１２のそれぞれの第１円弧部３１または第２円弧部３２がワークＷ１に面接触する。
【００２３】
例えば図３に示すように、前記線分Ｍ（回転軸２１，２２と平行な線分Ｍ）に対してワークＷ１の接合面Ｓが平行な状態において、第１のローラ電極１１と第２のローラ電極１２間に溶接電流が供給されると、第１のローラ電極１１の第１円弧部３１と第２のローラ電極１２の第１円弧部３１との間に電流経路４０が形成され、板ｔ１，ｔ２の接合面Ｓが電気抵抗によって発熱することにより、溶接ナゲットＮが形成される。この状態でローラ電極１１，１２を回転させ、ローラ電極１１，１２とワークＷ１とを相対移動させることにより、溶接ナゲットＮが連続的に形成され、ワークＷ１がシーム溶接される。
【００２４】
ワークＷ１によっては、フランジ部等の接合面Ｓが複雑な三次元形状（立体形状）をなしていることがある。その場合、回転軸２１，２２と平行な線分Ｍに対してワークＷ１の接合面Ｓが平行とならずに、ワークＷ１が傾くことがある。言い換えると、ローラ電極１１，１２の径方向の線分Ｈに対してワークＷ１の接合面Ｓが垂直にならず、垂直度がばらつくことがある。
【００２５】
図４に示すようにワークＷ１が傾くと、第１のローラ電極１１と第２のローラ電極１２のそれぞれの第２円弧部３２がワークＷ１に接する。このときローラ電極１１，１２は互いの距離が大きくなる方向に僅かに移動する必要があるが、この方向の動きは加圧機構１５によって許容されるため、ワークＷ１の傾きが許容される。
【００２６】
ワークＷ１が傾くと、第２円弧部３２がワークＷ１に面接触することにより、第１のローラ電極１１の第２円弧部３２と第２のローラ電極１２の第２円弧部３２と間に電流経路４０が形成される。このため電流経路４０が極端に狭くなってしまうことが回避され、ナゲットＮを形成するのに必要な電流密度を生じさせる電流経路４０が得られることにより、溶接品質を確保できる。
【００２７】
本実施形態において、第１円弧部３１の曲率半径Ｒ１と第２円弧部３２の曲率半径Ｒ２とが互いに等しくてもよいが、溶接条件によって第１円弧部３１の曲率半径Ｒ１は、第２円弧部３２の曲率半径Ｒ２よりも大きくなりえるし、小さくもなりえる。
【００２８】
図５と図６は、本発明の第２の実施形態に係るシーム溶接装置１０´を示している。この実施形態の場合、第１のローラ電極１１の第１円弧部３１ａ（図６に示す）の曲率半径Ｒ３を、第２のローラ電極１２の第１円弧部３１ｂの曲率半径Ｒ１よりも小さくしている。ワークＷ２は、板厚が小さい第１の板Ｔ１と、第１の板Ｔ１よりも厚さが大きくかつ一方の面が第１の板Ｔ１に重なる第２の板Ｔ２と、第１の板Ｔ１よりも厚さが大きくかつ第２の板Ｔ２の他方の面に重なる第３の板Ｔ３とからなる。
【００２９】
この第２の実施形態のシーム溶接装置１０´の場合、第１のローラ電極１１が第１の板Ｔ１と接する側に配置され、第２のローラ電極１２が第３の板Ｔ３と接する側に配置される。そしてローラ電極１１，１２間に溶接電流を供給するとともに、ローラ電極１１，１２を回転させながらワークＷ２を相対移動させることにより、各板Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３間の接合面Ｓ１，Ｓ２がシーム溶接される。それ以外の構成は第１の実施形態のシーム溶接装置１０と共通であるため、両者に共通の部分に共通の符号を付して説明を省略する。
【００３０】
このように構成された第２の実施形態のシーム溶接装置１０´によれば、第１のローラ電極１１の第１円弧部３１ａの曲率半径Ｒ３が第２のローラ電極１２の第１円弧部３１ｂの曲率半径Ｒ１よりも小さいため、加圧機構１５によってローラ電極１１，１２がワークＷ２に加圧された状態において、第１の板Ｔ１と第２の板Ｔ２との間の接合面Ｓ１における電流経路５０ａの幅が、第２の板Ｔ２と第３の板Ｔ３との接合面Ｓ２における電流経路５０ｂの幅よりも小さくなる。
【００３１】
このため、第１の板Ｔ１と第２の板Ｔ２との間の接合面Ｓ１の電流密度を、第２の板Ｔ２と第３の板Ｔ３との間の接合面Ｓ２の電流密度よりも大きくすることができ、薄い第１の板Ｔ１側の接合面Ｓ１の発熱量を、厚い第３の板Ｔ３側の接合面Ｓ２の発熱量よりも大きくすることが可能となる。よって、２箇所の接合面Ｓ１，Ｓ２に同時に所望の溶接ナゲットＮ１，Ｎ２を形成させることができ、溶接品質を確保できるものである。
【００３２】
なお本発明を実施するに当たり、シーム溶接装置の一部をなすローラ電極をはじめとして、各部材の具体的な形状や配置、保持手段、加圧手段、ワーク等の具体的な態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また本発明のシーム溶接装置は、車両以外のワークの溶接に適用することも勿論可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，１０´…シーム溶接装置
１１…第１のローラ電極
１２…第２のローラ電極
１３…溶接電源
１４…保持機構
１５…加圧機構
２１…第１の回転軸
２２…第２の回転軸
３１，３１ａ，３１ｂ…第１円弧部
３２…第２円弧部
【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】
2012121029.tif 000008
【図７】
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【図８】
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