(57)【要約】【課題】エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極とワークとの間のすべりの発生を可及的に低減させるシーム溶接装置及びシーム溶接方法を提供する。【解決手段】移動するワーク３に対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極２と、回転電極２の回転速度を検出する第１エンコーダ７と、ワーク３の移動速度を検出する第２エンコーダ８と、を備える。そして制御部９は、回転電極２の回転速度をワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる。その後、制御部９は、前記割合の低下が前記所定値以内の状態が所定時間継続すると、回転電極２のワーク３に対する加圧力を減少させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動するワークに対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極と、
前記回転電極の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ワークの移動速度を検出する移動速度検出手段と、
前記回転電極の回転速度を前記ワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を増加させ、その後、前記割合の低下が前記所定値以内の状態が所定時間継続すると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を減少させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするシーム溶接装置。
【請求項２】
回転速度検出手段によって、移動するワークに対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極の回転速度を検出するステップと、
移動速度検出手段によって、前記ワークの移動速度を検出するステップと、
制御手段によって、前記回転電極の回転速度を前記ワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を増加させるステップと、
前記制御手段によって、前記割合の低下が前記所定値以内の状態が所定時間継続すると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を減少させるステップと、
を含むことを特徴とするシーム溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーム溶接装置及びシーム溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シーム溶接は、２つの回転電極間にワークを挟んで、モータにより２つの回転電極を回転させつつ通電及び加圧を行うことで溶接を実施している。
しかし、シーム溶接装置に回転電極を回転させるための駆動源としてモータを搭載すると、装置が大型化してしまい、狭部領域へアクセスし難くなり、また広いスペースが必要で周辺部に干渉し易くなってしまう。
そこで、装置を小型化し、狭部領域へアクセスし易くし、また狭いスペースしか必要なく周辺部に干渉し難いシーム溶接装置が望まれた。
その一例の装置として、特許文献１には、ロボット又は自走タイプの走行装置の先端に設けられた回転電極を用い、ワークを挟んで反対側には固定電極や支持板等を配置し、片側のみの回転電極から加圧及び通電することでシーム溶接を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第３１５８４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術であると、ワークの板厚変動や表面状態の変化、曲率半径の小さい曲線溶接等の状況で、回転電極とワークとの間ですべりが発生する場合がある。
【０００５】
このようなすべりを回避しようとするためには、一般に回転電極のワークに対する加圧力を増加させる必要がある。しかし、加圧力を増加させる場合には、安全率を加味してマージンをとるので、不必要且つ過剰な加圧を招く。またすべりにより回転電極の接触面積が減少することを回避するため電流を増大させておく場合にも、安全率を加味してマージンをとるので、不必要且つ過剰な通電を招く。これにより、エネルギーロスが多くなってしまう。
【０００６】
また、一度すべりが発生すると、回転電極に局部摩耗が生じ、その局部摩耗部分を起点としてすべりと摩耗が助長され、回転電極に変形が生じてしまう。このため、回転電極に研摩が必要となり、メンテナンス性が悪いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極とワークとの間のすべりの発生を可及的に低減させるシーム溶接装置及びシーム溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、移動するワーク（例えば、後述のワーク３）に対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極（例えば、後述の回転電極２）と、前記回転電極の回転速度を検出する回転速度検出手段（例えば、後述の第１エンコーダ７）と、前記ワークの移動速度を検出する移動速度検出手段（例えば、後述の第２エンコーダ８）と、前記回転電極の回転速度を前記ワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を増加させ、その後、前記割合の低下が前記所定値以内の状態が所定時間継続すると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を減少させる制御手段（例えば、後述の制御部９）と、を備えたことを特徴とするシーム溶接装置（例えば、後述のシーム溶接装置１）を提供することである。
【０００９】
本発明の第１の態様によると、回転電極の回転速度をワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、回転電極のワークに対する加圧力を増加させる。ここで、所定値とは、回転電極の回転速度をワークの移動速度で割った割合の低下がそれより大きいと、すべりが発生するおそれがあるため、回転電極のワークに対する加圧力を増加させる必要のある値である。これにより、すべりが発生するおそれが生じると、回転電極のワークに対する加圧力を増加させるので、すべりの発生を事前に可及的に回避し或いは仮にすべりが発生してもその直後にすべりを防止し、すべりを抑制することができる。
また、本発明の第１の態様によると、加圧力を増加した後、回転電極の回転速度をワークの移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態が所定時間継続すると、回転電極のワークに対する加圧力を減少させる。ここで、所定時間とは、回転電極の回転速度をワークの移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態がその時間継続すると、すべりが回避されているため、回転電極のワークに対する増加させた加圧力を減少させることが可能となる値である。これにより、すべりが回避されると、回転電極のワークに対する増加させた加圧力を減少させるので、エネルギーロスを抑制することができる。
つまり、本発明の第１の態様によると、すべりが発生するおそれが生じる期間だけ回転電極のワークに対する加圧力を増加させるので、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極とワークとの間のすべりの発生を可及的に低減させることができる。よって、加圧力を増加させる場合であっても、加圧力を増加させる期間をできるだけ少なくすることで、加圧力を増加させる際に安全率を加味してマージンをとっても、不必要且つ過剰な加圧や通電を継続させることがなく、エネルギーロスが多くなり過ぎない。また、すべりが発生し難くなるので、回転電極に局部摩耗が生じ難く、その局部摩耗部分を起点としてすべりと摩耗が助長されることで生じる回転電極の変形の発生が抑制されるので、回転電極の研摩があまり必要ではなく、メンテナンス性がよい。
【００１０】
本発明の第２の態様は、回転速度検出手段（例えば、後述の第１エンコーダ７）によって、移動するワーク（例えば、後述のワーク３）に対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極（例えば、後述の回転電極２）の回転速度を検出するステップと、移動速度検出手段（例えば、後述の第２エンコーダ８）によって、前記ワークの移動速度を検出するステップと、制御手段（例えば、後述の制御部９）によって、前記回転電極の回転速度を前記ワークの移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を増加させるステップと、前記制御手段によって、前記割合の低下が前記所定値以内の状態が所定時間継続すると、前記回転電極の前記ワークに対する加圧力を減少させるステップと、を含むことを特徴とするシーム溶接方法を提供することである。
【００１１】
本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様と同様な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極とワークとの間のすべりの発生を可及的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシーム溶接装置を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御タイムチャートを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る制御ロジックのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図３を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るシーム溶接装置１を示す図である。
図１に示すシーム溶接装置１は、ロボットや自走タイプの走行装置の先端に設けられた１つの回転電極２を有する。回転電極２は、円盤状の電極で回転軸に軸支されており、溶接対象のワーク３に押し付けられることで回転可能となっている。このため、回転電極２自体には、モータ等の駆動源は搭載されていない。回転電極２は、加圧装置４によりワーク３に対して加圧される。回転電極２とワーク３との間は、電源５によって通電されるようになっている。また、ワーク３は、搬送装置６に乗って移動するようになっている。搬送装置６は自身を移動させる搬送モータが内蔵されている。
このような構成により、回転電極２が加圧装置４によってワーク３に対して加圧され、搬送装置６上を移動していくワーク３に回転電極２が押し付けられて摩擦力で回転電極２が回転し、回転電極２とワーク３との間が電源５により通電されることにより、ワーク３に対してシーム溶接を実施する。
【００１５】
一方、シーム溶接装置１は、回転電極２のシャフトに配置され、回転電極２の回転速度を検出する第１エンコーダ７を有する。第１エンコーダ７は、回転速度検出手段を構成する。
また、搬送装置６に設置され、搬送装置６上を移動していくワーク３の移動速度を、搬送モータの回転速度から検出する第２エンコーダ８を有する。第２エンコーダ８は、移動速度検出手段を構成する。
さらに、加圧装置４を制御し、回転電極２のワーク３に対する加圧力を調整する制御部９を有する。制御部９は、制御手段を構成する。制御部９は、さらに電源５から回転電極２とワーク３との間に通電される電流の量を調整することができる。また、制御部９には、第１エンコーダ７と第２エンコーダ８との出力信号が入力されるようになっており、制御部９は、加圧装置４及び電源５からの電流を調整するための各種判断も行う。
【００１６】
このようなシーム溶接装置１では、ワーク３の板厚変動や表面状態の変化、曲率半径の小さい曲線溶接等の状況で、回転電極２とワーク３との間ですべりが発生する場合がある。
このようなすべりを回避しようとするためには、一般に回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる必要がある。しかし、加圧力を増加させる場合には、安全率を加味してマージンをとるので、不必要且つ過剰な加圧を招く。またすべりにより回転電極の接触面積が減少することを回避するため電流を増大させておく場合にも、安全率を加味してマージンをとるので、不必要且つ過剰な通電を招く。これにより、エネルギーロスが多くなってしまう。
また、一度すべりが発生すると、回転電極２に局部摩耗が生じ、その局部摩耗部分を起点としてすべりと摩耗が助長され、回転電極２に変形が生じてしまう。このため、回転電極２に研摩が必要となり、メンテナンス性が悪いという問題もあった。
このため、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極２とワーク３との間のすべりの発生を可及的に低減させることが望まれた。
【００１７】
そこで、本実施形態では、第１エンコーダ７で検出する回転電極２の回転速度を第２エンコーダ８で検出するワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させるように制御する。
より詳しくは、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値より大きくなると、制御部９で回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるまで、回転電極２のワーク３に対する加圧力を徐々に増加させるように制御する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る制御タイムチャートを示す図である。図２に示すように、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる際には、加圧力を徐々に増加させている。
【００１８】
ここで、所定値とは、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下がそれより大きいと、すべりが発生するおそれ（又はすべりの検出）があるため、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる必要のある値である。これにより、すべりが発生するおそれ（又はすべりの検出）が生じると、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させるので、すべりの発生を事前に可及的に回避し或いは仮にすべりが発生しても直後にすべりを防止し、すべりを抑制することができる。
また、当該加圧力の増加を、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるまで、徐々に増加させるので、不必要且つ過剰に加圧力を増加させてしまうこともない。これにより、エネルギーロスを抑制している。
なお、所定値としては、例えば上記割合が５％低下する値等に設定される。
【００１９】
また、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる際には、制御部９で、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるまで、回転電極２のワーク３に通電する電流を、回転電極２のワーク３に対する加圧力を徐々に増加させることに遅れて、徐々に増加させるように制御する。
図２に示すように、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させる際には、加圧力を徐々に増加させることに遅れて、回転電極２のワーク３に通電する電流を徐々に増加させている。
なお、加圧力や電流の増加量、加圧力の増加量と電流の増加量との関係、鋼種（変形抵抗値や固有抵抗値）毎の検量線等は、予め適正バランスを求めて制御部９に記憶されている。
【００２０】
これによると、加圧力だけでなく通電する電流も多くすることから、加圧力の増加に伴い回転電極２の通電接触面積が増加し、電流不足で溶接不良となることを回避することができる。
また、当該電流の増加を、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるまで、徐々に増加させるので、不必要且つ過剰に電流を増加させてしまうこともない。これにより、エネルギーロスを抑制している。
また、当該電流の増加を、加圧力を徐々に増加させることに遅れて行うことで、加圧力の増加に伴う回転電極２の接触面積の増加に対して電流が過剰に増加してちりが発生してしまうことを回避し、加圧力の増加に合わせて溶接に最適な電流の量を設定することができる。
【００２１】
また、加圧力を増加させた後に、第１エンコーダ７で検出する回転電極２の回転速度を第２エンコーダ８で検出するワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態が所定時間継続すると、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を減少させるように制御する。
より詳しくは、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態が所定時間継続すると、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を徐々に増加前の加圧力まで減少させるように制御する。
図２に示すように、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を減少させる際には、加圧力を徐々に増加前の加圧力まで減少させている。
【００２２】
ここで、所定時間とは、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態がその時間継続すると、すべりが回避されているため、回転電極２のワーク３に対する増加させた加圧力を減少させることが可能となる値である。これにより、すべりが回避されると、回転電極２のワーク３に対する増加させた加圧力を減少させるので、エネルギーロスを抑制することができる。
また、当該加圧力の減少を、増加前の加圧力まで徐々に減少させるので、急激な加圧力の変動による回転電極２とワーク３との間のショックを低減することができ、溶接に不具合が生じることを抑制することができる。
なお、所定時間としては、例えば、回転電極２が１回転する時間等に設定される。
【００２３】
また、制御部９で回転電極２のワーク３に対する増加された加圧力を減少させる際には、制御部９で、回転電極２のワーク３に通電する電流を、回転電極２のワーク３に対する加圧力を徐々に増加前の加圧力まで減少させることに先行して、徐々に減少させるように制御する。
図２に示すように、制御部９で回転電極２のワーク３に対する加圧力を減少させる際には、加圧力を徐々に減少させることに先行して、回転電極２のワーク３に通電する電流を徐々に減少させている。
なお、加圧力や電流の減少量、加圧力の減少量と電流の減少量との関係、鋼種（変形抵抗値や固有抵抗値）毎の検量線等は、予め適正バランスを求めて制御部９に記憶されている。
【００２４】
これによると、増加していた加圧力だけでなく通電する電流も通常状態に減少させることから、加圧力の増加に伴い回転電極２の通電接触面積が増加し、電流不足で溶接不良となることを回避するために増加していた電流を減少させることができる。
また、当該電流の減少を、加圧力を徐々に減少させることに先行して徐々に行うことで、加圧力の減少に伴う回転電極２の接触面積の減少に対して電流が過剰となりちりが発生してしまうことを回避し、減少していく加圧力に合わせて先行して溶接に最適な電流の量を設定することができる。
【００２５】
以上説明した本実施形態によると、すべりが発生するおそれが生じる期間だけ回転電極２のワーク３に対する加圧力を増加させるので、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極２とワーク３との間のすべりの発生を可及的に低減させることができる。よって、加圧力を増加させる場合であっても、加圧力を増加させる期間をできるだけ少なくすることで、加圧力を増加させる際に安全率を加味してマージンをとっても、不必要且つ過剰な加圧や通電を継続させることなく、エネルギーロスが多くなり過ぎない。また、すべりが発生し難くなるので、回転電極２に局部摩耗が生じ難く、その局部摩耗部分を起点としてすべりと摩耗が助長されることで生じる回転電極２の変形の発生が抑制されるので、回転電極２の研摩があまり必要ではなく、メンテナンス性がよい。
【００２６】
図３は、本発明の第１実施形態に係る制御ロジックのルーチンを示すフローチャートである。図３を用いて本実施形態に係る制御ロジックを説明する。図３に示すルーチンは、制御部９によって実行される。
なお、本ルーチンの実施中において、制御部９は、第１エンコーダ７によって、移動するワーク３に対して加圧されることで回転してシーム溶接を行う回転電極２の回転速度を検出すると共に、第２エンコーダ８によって、搬送装置６の搬送モータの回転速度に基づいてワーク３の移動速度を検出する。
図３に示すルーチンが実施されると、Ｓ１０１では、第１エンコーダ７で検出する回転電極２の回転速度を第２エンコーダ８で検出するワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値より大きいか否かを判別する。
Ｓ１０１で肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行する。Ｓ１０１で否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
【００２７】
Ｓ１０２では、回転電極２のワーク３に対する加圧力及び電流を徐々に増加させる。この際、加圧力を徐々に増加させることに遅れて電流を徐々に増加させる。この処理は、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるまで行う。Ｓ１０２の処理の後、Ｓ１０３へ移行する。
【００２８】
Ｓ１０３では、第１エンコーダ７で検出する回転電極２の回転速度を第２エンコーダ８で検出するワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内の状態が所定時間以上継続するか否かを判別する。
Ｓ１０３で肯定判定された場合には、Ｓ１０４へ移行する。Ｓ１０３で否定判定された場合には、Ｓ１０２へ移行し、回転電極２の回転速度をワーク３の移動速度で割った割合の低下が所定値以内となるように、回転電極２のワーク３に対する加圧力及び電流を徐々に増加させる。
【００２９】
Ｓ１０４では、回転電極２のワーク３に対する加圧力及び電流を徐々に減少させる。この際、加圧力を徐々に減少させることに先行して電流を徐々に減少させる。この処理は、増加された加圧力及び電流が通常状態に戻るまで行う。Ｓ１０４の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００３０】
以上の本ルーチンによると、すべりが発生するおそれが生じる期間だけ回転電極２のワーク３に対する加圧力及び電流を増加させるので、エネルギーロスの発生を抑制しつつ、回転電極２とワーク３との間のすべりの発生を可及的に低減させることができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に掲げる構成に限定されない。本発明は上記実施形態の種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、回転電極２のワーク３に対する加圧力に合わせて通電の電流も調整するとしたが、電流は調整しなくてもよい。また、電流の増減で電流を調整していたが、加圧力に合わせて通電休止時間を増減するようにしてもよい。通電休止時間は、加圧力に対する電流の調整と同様に、増加する加圧力に遅れて削減され、減少する加圧力に先行して増加させられる。
また、回転電極の回転速度やワークの移動速度を検出するセンサは、エンコーダに限られず、磁気センサや他の回転位置検出センサ等を用いてもよい。
また、上記実施形態は、本発明のシーム溶接装置の実施形態であると共に、本発明のシーム溶接方法の実施形態でもある。
【符号の説明】
【００３２】
１…シーム溶接装置
２…回転電極
３…ワーク
４…加圧装置
５…電源
６…搬送装置
７…第１エンコーダ（回転速度検出手段）
８…第２エンコーダ（移動速度検出手段）
９…制御部（制御手段）
【図１】
2013049064.tif 000003
【図２】
2013049064.tif 000004
【図３】
2013049064.tif 000005