(57)【要約】【課題】本発明は、溶接対象ワークに対して低電流の通電且つ低加圧の挟持で済み、更には溶接速度を上げるシーム溶接を実現することを目的とする。【解決手段】シーム溶接に用いられる上側電極（２）において、上側電極の外周面には、上側電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部（２２）が形成されている。これにより、上側電極と薄板（４）との接触面積が小さく、溶接箇所が小さな範囲となるため、上側電極は薄板及び厚板（５）に対して低電流の通電で済み、且つ、薄板に対する加圧力も低くて済み、更には溶接速度を上げることもできる。一方で、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の有効凸部幅がある程度大きな幅となるので、所定以上の溶接強度を保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーム溶接に用いられる電極において、
当該電極の外周面には、前記電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部が形成されていることを特徴とするシーム溶接用電極。
【請求項２】
前記凸部は、前記電極と溶接対象ワークとの接触面積を一定に保つ形状であることを特徴とする請求項１に記載のシーム溶接用電極。
【請求項３】
前記凸部の蛇行は、周期的に変化することを特徴とする請求項１又は２に記載のシーム溶接用電極。
【請求項４】
シーム溶接方法において、
電極の外周面に前記電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部が形成されたシーム溶接用電極を用いてシーム溶接する際に、前記凸部と溶接対象ワークとの接触面積の変化に対し、前記電極の前記溶接対象ワークに対する加圧力が接触位置にかかわらず一定となるように制御する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、シーム溶接用電極及びシーム溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シーム溶接方法が知られている。シーム溶接方法は、複数枚の金属板の接合技術に関するもので、シーム溶接用電極から金属板に通電すると共に金属板を加圧し、金属板を溶融させて接合する。
【０００３】
特許文献１には、溶接対象ワークに対して両側から２つのローラ電極を当接させ、一方のローラ電極を他方のローラ電極に向けて加圧してシーム溶接を行うもので、一方のローラ電極を、当該一方のローラ電極の接線方向が溶接曲線の接線方向に沿うように回転させる技術が開示されている。
この特許文献１の技術によると、一方のローラ電極を回転させない場合に比して、大きな力を要することなく、２つのローラ電極を回転させることができ、手作業で行う場合の作業者の負担軽減、溶接対象ワークの変形防止を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６７８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、燃料タンク等にシーム溶接を施す場合には、ローラ電極の走行中に接合部に歪みが生じ難い場所であるので、通常のシーム溶接を行うことが可能である。しかし、車両のボディー等にシーム溶接を実施しようとすると、ローラ電極の走行中に接合部に歪みが生じ易いので、接合強度を確保するためにローラ電極の幅を広くして幅広の接合幅を持たせるシーム溶接を行う必要があった。このため、従来の幅広の接合幅を持たせるシーム溶接には、溶接対象ワークに対する大電流の通電及び高加圧の挟持が必要であった。これは、電力消費の増大及び設備の大型化につながり、経済的でない。また、溶接強度を上げるためにできるだけゆっくりと溶接して行く必要があり溶接速度が遅くなるものであった。
【０００６】
本発明は、溶接対象ワークに対して低電流の通電且つ低加圧の挟持で済み、更には溶接速度を上げることが可能なシーム溶接を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明であるシーム溶接用電極は、シーム溶接に用いられる電極（例えば、上側電極２，２ａ）において、当該電極の外周面には、前記電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部（例えば、凸部２２，２ａ２）が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によると、シーム溶接に用いられる電極は、外周面の凸部が溶接対象ワークに接触することになる。この凸部の電極の進行方向に対して直交する幅（実行凸部幅）は、電極の外周面の幅に比して小さくなる。これにより、電極と溶接対象ワークとの接触面積が小さく、溶接箇所が小さな範囲となるため、電極は単位面積あたり所定の電流を供給するために溶接対象ワークに対して低電流の通電で済み、且つ、単位面積あたり所定の加圧力を付与するために溶接対象ワークに対する加圧力も低くて済み、更には溶接速度を上げることもできる。よって、電力消費を増大する必要がなく、設備を大型化する必要がなく、経済的となる。
一方で、凸部は、電極の進行方向に対して蛇行して連続している。このため、凸部の電極の進行方向に対して直交する幅（実行凸部幅）は小さいが、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅（有効凸部幅）は大きくなる。これにより、凸部を設け電極の溶接対象ワークに対する接触面積を単に小さくしたものとは異なり、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅（有効凸部幅）がある程度大きな幅となるので、所定以上の溶接強度を保つことができる。
【０００９】
前記凸部は、前記電極と溶接対象ワーク（例えば、薄板４、厚板５）との接触面積を一定に保つ形状であることが好ましい。
【００１０】
本発明によると、凸部の形状により、電極と溶接対象ワークとの接触面積が一定に保たれるので、通電状態や加圧力が一定でよく、通電状態や加圧力の調整が不要となり、シーム溶接の制御が容易となる。
【００１１】
前記凸部の蛇行は、周期的に変化することが好ましい。
【００１２】
本発明によると、凸部の蛇行が周期的に変化するので、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅が一定幅になる。これによって、所定以上に維持される安定した溶接強度を保つことができる。
【００１３】
第２の本発明であるシーム溶接方法は、シーム溶接方法において、電極（例えば、上側電極２，２ａ）の外周面に前記電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部（例えば、凸部２２，２ａ２）が形成されたシーム溶接用電極を用いてシーム溶接する際に、前記凸部と溶接対象ワーク（例えば、薄板４、厚板５）との接触面積の変化に対し、前記電極の前記溶接対象ワークに対する加圧力が接触位置にかかわらず一定となるように制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明によると、シーム溶接に用いられる電極は、外周面の凸部が溶接対象ワークに接触することになる。この凸部の電極の進行方向に対して直交する幅（実行凸部幅）は、電極の外周面の幅に比して小さくなる。これにより、電極と溶接対象ワークとの接触面積が小さく、溶接箇所が小さな範囲となるため、電極は単位面積あたり所定の電流を供給するために溶接対象ワークに対して低電流の通電で済み、且つ、単位面積あたり所定の加圧力を付与するために溶接対象ワークに対する加圧力も低くて済み、更には溶接速度を上げることもできる。よって、電力消費を増大する必要がなく、設備を大型化する必要がなく、経済的となる。
一方で、凸部は、電極の進行方向に対して蛇行して連続している。このため、凸部の電極の進行方向に対して直交する幅（実行凸部幅）は小さいが、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅（有効凸部幅）は大きくなる。これにより、凸部を設け電極の溶接対象ワークに対する接触面積を単に小さくしたものとは異なり、凸部が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅（有効凸部幅）がある程度大きな幅となるので、所定以上の溶接強度を保つことができる。
また、凸部と溶接対象ワークとの接触面積が変化すると、電極の溶接対象ワークに対する加圧力に変動を及ぼしてしまう。そうすると、溶接が不安定になるため、溶接速度を遅くするといった対応が必要となる。これに対し本発明によると、凸部と溶接対象ワークとの接触面積が変化しても、電極の溶接対象ワークに対する加圧力が接触位置にかかわらず一定となるので、安定した溶接が行えることから、溶接速度を上げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶接対象ワークに対して低電流の通電且つ低加圧で済み、更には溶接速度を上げるシーム溶接を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係るシーム溶接装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る他の例のシーム溶接装置を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る他の例のシーム溶接装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る凸部の幅及び周期的変化と溶接強度との対応関係を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るシーム溶接装置を示す図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る上側電極の回転位置とその回転位置から求まる凸部の接触面積との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る凸部の接触面積と凸部のワークに対する加圧力を一定にする上側電極がもたらす押圧力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
以下に、図１〜図４を参照して実施形態１を説明する。図１は、本発明の実施形態１に係るシーム溶接装置を示す図である。図２は、本発明の実施形態１に係る他の例のシーム溶接装置を示す図である。図３は、本発明の実施形態１に係る他の例のシーム溶接装置を示す図である。図４は、本発明の実施形態１に係る凸部の幅及び周期的変化と溶接強度との対応関係を模式的に示す図である。
図１に示すシーム溶接装置１は、上側電極２と下側電極３との間で溶接対象ワークである２枚の薄板４及び厚板５を挟み込み、電源６に接続された上側電極２と下側電極３との間で薄板４及び厚板５に通電すると共に、上側電極２がもたらす押圧力等で薄板４及び厚板５を加圧し、通電及び加圧された薄板４及び厚板５を溶融させて溶接するものである。溶接対象ワークである２枚の薄板４及び厚板５としては、例えば、鋼材、アルミニウム合金材等の金属材が用いられる。なお、上側電極２側に薄板４を配置するのは、接合位置が上側電極２側に近いほど、溶接強度が向上するためである。
【００１８】
上側電極２は、中心に回転軸２１が設けられ進行方向に回転可能な円柱状のローラ電極となっている。上側電極２であるローラ電極の外周面には、この上側電極２であるローラ電極の進行方向に対して蛇行して連続する凸部２２が形成されている。これにより、上側電極２は、凸部２２によって薄板４に接触し、凸部２２から薄板４に通電すると共に加圧力を付与する。
【００１９】
凸部２２は、上側電極２であるローラ電極と薄板４との接触面積を一定に保つ形状である。つまり、凸部２２の上側電極２の進行方向に直交する幅（以下、実行凸部幅という）が一定である。このため、上側電極２は、薄板４に対し、どの回転位置であっても接触面積が一定となり、凸部２２から薄板４への通電状態や加圧力が一定で済むようにしている。これにより本実施の形態では、通電状態や加圧力の調整が不要となり、シーム溶接の制御が容易となる。また、上側電極２の外周面の加工が容易となる。
また、凸部２２の蛇行は、同一周波数的に周期的に変化する。このため、凸部２２が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡の振り幅（以下、有効凸部幅という）が一定幅になる。これによって、単に一直線に溶接を行うのに比して溶接部位を増大させることができ、所定以上に維持された安定した溶接強度を保つことができる。
【００２０】
本実施形態によると、シーム溶接に用いられる上側電極２としてのローラ電極は、外周面の凸部２２が溶接対象ワークである薄板４に接触することになる。この凸部２２の実行凸部幅は、上側電極２の外周面の幅に比して小さい。これにより、上側電極２と溶接対象ワークである薄板４との接触面積が小さく、溶接箇所が小さな範囲となるため、上側電極２は単位面積あたり所定の電流を供給するために薄板４及び厚板５に対して低電流の通電で済み、且つ、単位面積あたり所定の加圧力を付与するために薄板４に対する加圧力も低くて済み、更には溶接速度を上げることもできる。よって、電力消費を増大する必要がなく、設備を大型化する必要がなく、経済的となる。
一方で、凸部２２は、上側電極２の進行方向に対して蛇行して連続している。このため、凸部２２の実行凸部幅は小さいが、凸部２２が蛇行して形成される溶接箇所の軌跡である有効凸部幅は大きくなる。これにより、凸部を設け電極の溶接対象ワークに対する接触面積を単に小さくしたものとは異なり、有効凸部幅がある程度大きな幅となるので、所定以上の溶接強度を保つことができる。
【００２１】
図４は、凸部２２の幅及び周期的変化と溶接強度との対応関係を模式的に示す図である。図４に示すように、凸部２２の実行凸部幅が小さければ、凸部の周期的変化を細かく高周波にでき、有効凸部幅である溶接箇所の軌跡が実質的に太幅の溶接領域に相当するので、溶接強度を高くできる。一方、凸部２２の実行凸部幅が大きくなると、凸部２２の周期的変化が大きく低周波になることから、有効凸部幅である溶接箇所の軌跡が実質的に凸部２２の実行凸部幅に限定されてしまうので、溶接強度が低下する。このため、凸部２２の実行凸部幅は、有効凸部幅の２分の１以下であることが好ましく、凸部２２の周期的変化の波長は、有効凸部幅の４倍以下であることが好ましい。凸部２２の実行凸部幅が、有効凸部幅の２分の１よりも大きくなると、蛇行する凸部２２を設けたことによる低電流の通電、低加圧、溶接速度高速化の効果が低減されてしまう。一方、凸部２２の周期的変化の波長が、有効凸部幅の４倍よりも長いと、有効凸部幅が減少して溶接強度が低下してしまう。
【００２２】
一方、下側電極３は、裏当ての固定電極である。このため、本実施の形態のシーム溶接としては、下側電極３上に２枚の薄板４及び厚板５を治具により固定し、上側電極２を薄板４側に数十〜数百ｋｇｆの荷重で加圧し、上側電極２と下側電極３との間で薄板４及び厚板５を挟み込み、通電及び加圧により薄板４と厚板５とを溶接し、上側電極２であるローラ電極を回転させて行き、連続して溶接を行っていく。
【００２３】
また、図２に示すシーム溶接装置１ａのように、下側電極３ａとして、中心に回転軸３ａ１が設けられ進行方向に回転可能な円柱状のローラ電極であってもよい。この図２の例では、下側電極３ａであるローラ電極には、凸部が設けられていない。この場合であっても、溶接対象ワークは、上側電極２側に薄板４が配置され、下側電極３ａ側に厚板５が配置される。この場合のシーム溶接としては、上側電極２と下側電極３ａとの間で２枚の薄板４及び厚板５を挟み込み、通電及び加圧により薄板４と厚板５とを溶接し、上側電極２及び下側電極３ａである２つのローラ電極を回転させて行き、挟持する上側電極２と下側電極３ａとの回転力で薄板４及び厚板５を送り出して行き、連続して溶接を行っていく。
また、図３に示すシーム溶接装置１ｂのように、下側電極３ｂとして、中心に回転軸３ｂ１が設けられ進行方向に回転可能な円柱状のローラ電極であり、通電接触面に凸部３ｂ２が設けられたものあってもよい。この図３の例では、下側電極３ｂであるローラ電極には、上側電極２と同様な凸部３ｂ２が設けられ、上側電極２と下側電極３ｂとは、同期がとられそれぞれの対向する凸部２２，３ｂ２同士で溶接対象ワークを挟むようにしている。この場合には、溶接対象ワークは、上側電極２と下側電極３ｂのどちら側に薄板４と厚板５とのどちらが配置されてもよい。この場合のシーム溶接としては、図２に示すシーム溶接装置１ａと同様な方法が採用できる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、凸部２２は、薄板４との接触面積を一定に保つ形状であったが、これに限られない。凸部２２は、薄板４との接触面積が変化する形状であってもよい。また、凸部２２の蛇行は、周期的に変化するものであったが、これに限られない。凸部２２の蛇行は、非周期的に変化するものでもよい。また、上記実施形態では、凸部２２が設けられる上側電極２をローラ電極として説明したが、上側電極２はローラ電極に限られず、他のシーム溶接用電極であってもよい。
【００２５】
（実施形態２）
以下に、図５〜図７を参照して実施形態２を説明する。なお、本実施形態では、上記実施形態で説明した事項については説明を省略する。図５は、本発明の実施形態２に係るシーム溶接装置を示す図である。図６は、本発明の実施形態２に係る上側電極の回転位置とその回転位置から求まる凸部の接触面積との関係を示す図である。図７は、本発明の実施形態２に係る凸部の接触面積と凸部のワークに対する加圧力を一定にする上側電極がもたらす押圧力との関係を示す図である。
【００２６】
図５に示すシーム溶接装置１ｃの上側電極２ａの外周面に設けられる凸部２ａ２は、上側電極２ａであるローラ電極と薄板４との接触面積が変化する形状である。つまり、凸部２ａ２の上側電極２ａの進行方向に対して直交する幅（実行凸部幅）の太さが変化する。このため、凸部２ａ２と溶接対象ワークである薄板４との接触面積が変化するので、上側電極２ａの薄板４に対する加圧力に変動が生じる。よって、溶接が不安定になり、溶接速度を遅くするといった対応が必要となる可能性があった。
このため、本実施形態では、凸部２ａ２と薄板４との接触面積の変化に対し、上側電極２ａの薄板４に対する加圧力が接触位置にかかわらず一定となるように制御するようにした。
【００２７】
具体的には、上側電極２ａの回転位置を検出する回転位置検出センサ７を設ける。回転位置検出センサ７は、上側電極２ａであるローラ電極の回転軸２ａ１等に設けられた、磁気エンコーダや磁気センサ等の回転位置検出センサを例示することができる。
また、回転位置検出センサ７によって検出された上側電極２ａの回転位置に対応して、シーム溶接中の凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積を導出するマップを備える制御部８を設ける。制御部８に備えられたマップは、図６に示すように、上側電極２ａの回転位置と凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積との関係を予め求めたものである。
また、制御部８は、図６に示すマップから導出される凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積に応じて、上側電極２ａの薄板４に対する加圧力が上側電極２ａの凸部２ａ２の接触位置にかかわらず一定となるように制御する。この制御は、図７に示すように、凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積から、凸部２ａ２の薄板４への加圧力が一定となる上側電極２ａがもたらす押圧力を変換して求めて行われる。図７に示す関係も、制御部８が予めマップ等として備える。
上側電極２ａには、制御部８の制御に応じて上側電極２ａがもたらす押圧力を調整する不図示の調整機構が設けられる。
以上の構成を具備することにより、回転位置検出センサ７によって検出された上側電極２ａの回転位置に対応して、図６に示すマップによってシーム溶接中の凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積を導出する。そして、導出された凸部２ａ２の薄板４に対する接触面積に応じて、図７に示すように、凸部２ａ２の薄板４への加圧力が一定となる上側電極２ａがもたらす押圧力を変換して求め、調整機構で制御部８の求めた押圧力に調整して上側電極２ａで押圧を行う。
【００２８】
本実施形態によると、凸部２ａ２と溶接対象ワークである薄板４との接触面積が変化しても、凸部２ａ２の薄板４に対する加圧力が凸部２ａ２の接触位置にかかわらず一定となるので、安定したシーム溶接が行えることから、溶接速度を上げることができる。
また、本実施形態にあっても、上記の実施形態と同様に、凸部２ａ２の実行凸部幅は、上側電極２ａの外周面の幅に比して小さくなるので、上側電極２ａは単位面積あたり所定の電流を供給するために薄板４及び厚板５に対して低電流の通電で済み、且つ、単位面積あたり所定の加圧力を付与するために薄板４に対する加圧力も低くて済み、更には溶接速度を上げることもできる。よって、電力消費を増大する必要がなく、設備を大型化する必要がなく、経済的となる。一方で、凸部２ａ２は、上側電極２ａの進行方向に対して蛇行して連続しているため、凸部２ａ２が蛇行して形成される有効凸部幅がある程度大きな幅となるので、所定以上の溶接強度を保つことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は、凸部２ａ２と溶接対象ワークである薄板４との接触面積の変化に対し、凸部２ａ２の薄板４に対する加圧力が接触位置にかかわらず一定となるように制御する一例を挙げたに過ぎない。よって、他の手法を用いて、同様な制御を行うものでもよい。
また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３０】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…シーム溶接装置
２，２ａ…上側電極（電極）
３，３ａ，３ｂ…下側電極
３ｂ１…凸部
４…薄板（溶接対象ワーク）
５…厚板（溶接対象ワーク）
６…電源
７…回転位置検出センサ
８…制御部
２１，２ａ１…回転軸
２２，２ａ２…凸部
【図１】
2013035023.tif 000003
【図２】
2013035023.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013035023.tif 000008
【図７】
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