(57)【要約】【課題】溶接される部位の温度計測を安定させて溶接のムラをなくすこと。【解決手段】高周波電流を通電することにより金属部材同士を溶接する高周波溶接装置（１）であって、高周波電流を金属部材（１１）に通電する通電部（２）と、通電部により通電された金属部材の温度を計測する温度センサ（３）と、温度センサにより計測される温度が所定の範囲に収まるように通電部により通電される電流を調節する制御部（７）と、を備え、温度センサは、金属部材同士の溶接部位（１２）から所定距離離れた位置の温度を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電流を通電することにより金属部材同士を溶接する高周波溶接装置であって、
高周波電流を前記金属部材に通電する通電部と、
前記通電部により通電された前記金属部材の温度を計測する温度センサと、
前記温度センサにより計測される温度が所定の範囲に収まるように前記通電部により通電される電流を調節する制御部と、を備え、
前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から所定距離離れた位置の温度を計測することを特徴とする高周波溶接装置。
【請求項２】
前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から一方の金属部材側に０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ離れた位置の温度を計測することを特徴とする請求項１に記載の高周波溶接装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から一方の金属部材側に０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ離れた位置の温度を計測することを特徴とする請求項２に記載の高周波溶接装置。
【請求項４】
前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位の色温度を計測することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の高周波溶接装置。
【請求項５】
溶接時における前記金属部材の温度低下をユーザに報知する報知部を備え、
前記制御部は、前記温度センサにより計測された前記金属部材の温度が予め設定した所定値を下回った場合に、前記報知部を動作させることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の高周波溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電流を通電することにより金属部材同士を溶接する高周波溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接対象となる金属部材に高周波電流を通電し、その際に発生する抵抗熱で金属部材同士を溶接する高周波溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
高周波溶接装置は、例えば、円筒状に成形された鋼板の端部同士を溶接して鋼管を製造する際などに用いられている。
高周波溶接装置においては、高い品質で溶接を行うため、溶接される部位の温度を計測し、計測した温度の変化に応じて高周波電流の通電量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、横断面形状が軸線方向に一定である円筒状の鋼管においては、成形時に決まった型が用いられており、成形された管状の鋼板はほぼ同じ形状である。
しかし、横断面形状が軸線方向に異なる鋼管（例えば、テーパ管）においては、成形された管状の鋼板はそれぞれ形状が異なることが多い。具体的には、鋼板の両端縁のなす角度が異なり、両端縁間の隙間が異なることがある。そのため、成形された管状の鋼板の端部が本来あるべき位置にない場合があり、溶接される部位の適切な温度計測ができない。その結果、計測された温度が安定せず、高周波電流の通電量の制御が困難となり、高品質な溶接を行うことができない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、溶接される部位の温度計測を安定させて溶接のムラをなくすことができる高周波溶接装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、高周波電流を通電することにより金属部材同士を溶接する高周波溶接装置であって、高周波電流を前記金属部材に通電する通電部と、前記通電部により通電された前記金属部材の温度を計測する温度センサと、前記温度センサにより計測される温度が所定の範囲に収まるように前記通電部により通電される電流を調節する制御部と、を備え、前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から所定距離離れた位置の温度を計測することを特徴とする。
【０００７】
また、前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から一方の金属部材側に０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ離れた位置の温度を計測することが好ましい。
【０００８】
また、前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位から一方の金属部材側に０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ離れた位置の温度を計測することが好ましい。
【０００９】
また、前記温度センサは、前記金属部材同士の溶接部位の色温度を計測することが好ましい。
【００１０】
また、溶接時における前記金属部材の温度低下をユーザに報知する報知部を備え、前記制御部は、前記温度センサにより計測された前記金属部材の温度が予め設定した所定値を下回った場合に、前記報知部を動作させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶接される部位の温度計測を安定させて溶接のムラをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】高周波溶接装置を正面から見た概略図である。
【図２】温度センサ近傍を拡大視した斜視図である。
【図３】スクイズローラの配置を示す概略図である。
【図４】高周波溶接装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】鋼板の端部からの距離毎に鋼板の温度を縦軸にとり、溶接後の経過時間を横軸にとって描いたグラフである。
【図６】鋼板の外面、内面及び内部に対して鋼板の溶接時に溶接の熱によって７５０℃を超えて加熱される溶接位置からの距離（加熱幅）を縦軸にとり、溶接速度を横軸にとって描いたグラフである。
【図７】計測された鋼板の温度を縦軸にとり、鋼板の端部からの距離を横軸にとって描いたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態は一つの例示であり、本発明の範囲において、種々の形態をとり得る。
【００１４】
＜高周波溶接装置＞
図１は、高周波溶接装置を正面から見た概略図である。図２は、温度センサ近傍を拡大視した斜視図である。図３は、スクイズローラ近傍を拡大視した平面図である。図４は、高周波溶接装置の制御系を示すブロック図である。
図１に示すように、高周波溶接装置１は、鋼管１０の製造ライン上に設けられている。鋼管１０の製造は、最初にドラムから引き出された鋼板１１の端部１２を整えた後、成形ライン（例えば、プレス成形ラインやロール成形ライン等）において管状に成形し、次に外力を加えて鋼板１１の端部１２同士を突き合せつつ、高周波溶接装置１によって突き合わせた端部１２同士を溶接し、溶接時に発生したカスを除去することにより行われる。溶接によって鋼板１１の端部１２が接合されてできる鋼管１０は、そのまま検査ラインに搬送され、検査終了後、所定の長さにカットされて製品となる。
【００１５】
高周波溶接装置１は、溶接対象となる鋼板１１の両端部１２に高周波電流を通電し、その際に発生する抵抗熱で鋼板１１の端部１２同士を溶接して鋼管１０を製造するものである。
高周波溶接装置１は、コンタクトチップ２と、温度センサ３と、スクイズローラ４と、プレッシャローラ５と、切削バイト６と、ブザー７と、制御部８とを備えている。
【００１６】
コンタクトチップ２は、成形ラインから搬送されてくる管状に成形された鋼板１１に高周波電流を通電する通電部としての機能を有する。コンタクトチップ２は、例えば、油圧シリンダ等の駆動機構により管状の鋼板１１に接近及び離間自在とされており、電極部分が鋼板１１の両端部１２に接触することで鋼板１１に通電する。コンタクトチップ２は、制御部８が駆動機構の動作を制御することによって、搬送経路上の管状の鋼板１１に対して接近及び離間する。
【００１７】
温度センサ３は、コンタクトチップ２により通電された鋼板１１の端部１２同士の溶接部位から所定距離離れた位置の温度を計測する。具体的には、温度センサ３は、溶接部位から鋼板１１の搬送方向に直交する方向に沿って０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内で距離をおいた位置の温度を計測する。特に、鋼板１１の端部１２から温度センサ３による測定位置（温度センサ３の焦点）までの距離を１ｍｍとすることが好ましい。温度センサ３は、コンタクトチップ２に対して鋼板１１の搬送方向下流側に隣接して設けられており、温度センサ３の下端部（先端部）から鋼板１１の表面までの距離（高さ）は、例えば、１０ｍｍである。温度センサ３は、溶接部位とほぼ同時に加熱された鋼板１１の温度を色温度で計測し、計測された温度情報は制御部８に送信される。
【００１８】
スクイズローラ４は、コンタクトチップ２で通電された管状の鋼板１１の端部１２同士を突き合わせるために、管状の鋼板１１の両側から鋼板１１を互いに接近する方向に向けて押し付ける。図２，図３に示すように、スクイズローラ４は、２つ設けられ、管状に成形された鋼板１１の搬送経路を挟み込むように互いに対向して配置されている。スクイズローラ４は、温度センサ３に対して鋼板１１の搬送方向下流側に隣接して設けられている。スクイズローラ４の表面は、製造される鋼管１０の外周面の曲率に合わせて湾曲形成されている。スクイズローラ４は、例えば、モータ等の駆動源により軸線回りに回転自在に構成されている。スクイズローラ４は、制御部８が駆動源の駆動を制御することによって、軸線回りに回転する。
【００１９】
プレッシャローラ５は、スクイズローラ４で鋼板１１の端部１２同士が突き合わされた溶接部位を上方から押さえ付けて接合を促進する。図２に示すように、プレッシャローラ５は、鋼板１１の溶接ラインの上方に設けられており、温度センサ３に対して鋼板１１の搬送方向下流側に隣接して設けられている。プレッシャローラ５は、その回転中心の直下位置、すなわち、溶接する鋼板１１の端部１２への当接部から温度センサ３の温度計測部（センサ焦点）までの距離が、例えば、７０ｍｍとなる位置に設けられている。
管状に成形された鋼板１１は、スクイズローラ４によりその両側方が押さえ付けられ、プレッシャローラ５によりその上方が押さえ付けられる。すなわち、スクイズローラ４の軸線方向とプレッシャローラ５の軸線方向は、互いに直交する。プレッシャローラ５は、例えば、モータ等の駆動源により軸線回りに回転自在に構成されている。プレッシャローラ５は、制御部８が駆動源の駆動を制御することによって、軸線回りに回転する。
【００２０】
切削バイト６は、溶接されることにより形成された鋼管１０の溶接部位に付着している溶接カスを削り取る。図１に示すように、切削バイト６は、その刃先が鋼板１１の溶接ライン上に位置するとともに鋼管１０の搬送方向上流側に向けて配置されている。切削バイト６は、スクイズローラ４及びプレッシャローラ５に対して鋼板１１の搬送方向下流側に隣接して設けられている。切削バイト６は、例えば、油圧シリンダ等の駆動機構により鋼管１０に接近及び離間自在とされている。切削バイト６は、制御部８が駆動機構の動作を制御することによって、搬送経路上の鋼管１０に対して接近及び離間する。
【００２１】
ブザー７は、溶接時における鋼板１１の溶接部位の温度低下をユーザに報知する報知部として機能する。ブザー７は、温度センサ３により計測された鋼板１１の温度が予め設定した所定値を下回った場合に、制御部８によって鳴動され、ユーザに知らされる。
なお、報知部としては、聴覚的に報知するブザー７に限られず、操作盤のディスプレイに警告表示をするような視覚的に報知するものであってもよい。
【００２２】
制御部８は、図４に示すように、コンタクトチップ２、スクイズローラ４、プレッシャローラ５、切削バイト６及びブザー７の駆動を制御するとともに、温度センサ３から受信した温度情報に基づいて、コンタクトチップ２から鋼板１１に通電する電流の電流値を調節する。
制御部８は、温度センサ３により計測される温度が所定の範囲に収まるようにコンタクトチップ２により通電される電流の電流値を調節するものである。これにより、溶接をほぼ一定の温度で行うことができ、溶接を高品質で行うことができる。
【００２３】
＜温度センサによる温度計測の適正位置の決定＞
温度センサ３による鋼板１１の温度の計測位置を鋼板１１の端部１２（溶接部位）から一方の鋼板１１側に０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ、好ましくは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ離れた位置としたことについて説明する。
図５は、鋼板１１の端部１２からの距離毎に鋼板１１の温度を縦軸にとり、溶接後の経過時間を横軸にとって描いたグラフである。図６は、鋼板１１の外面、内面及び内部に対して鋼板１１の溶接時に溶接の熱によって７５０℃を超えて加熱される溶接位置からの距離（加熱幅）を縦軸にとり、溶接速度を横軸にとって描いたグラフである。図７は、計測された鋼板の温度を縦軸にとり、鋼板の端部からの距離を横軸にとって描いたグラフである。
【００２４】
図５に示すように、鋼板１１の端部１２（溶接部位）から１ｍｍ離れた位置においては、溶接から１秒後には温度が急激に上昇しており、その後急激に冷却する。鋼板１１の端部１２から３ｍｍ離れた位置においては、鋼板１１の端部１２から１ｍｍの位置よりも遅れて溶接から２秒後には温度が急激に上昇するが、それほど高い温度まで上昇することなく、その後冷却する。鋼板１１の端部１２（溶接部位）から１２ｍｍ離れた位置においては、鋼板１１の端部１２から３ｍｍの位置よりも遅れて温度が緩やかに上昇しており、急激な温度上昇は確認できない。
また、図６に示すように、高周波溶接のように、溶接速度が１．０ｍ／ｓまでの溶接においては、溶接部位（鋼板１１の端部１２）から５ｍｍまでの幅であれば、鋼板１１の外面は７５０℃以上であり、溶接の熱による影響が十分に現れている範囲であることがわかる。
【００２５】
これらのグラフから、コンタクトチップ２が鋼板１１に通電して鋼板１１が加熱されると、その熱が鋼板１１の端部１２に近いところから順次当該端部１２から離れる方向に向かって拡散することが確認できる。また、溶接から温度上昇までにタイムラグが生じる場所においては、溶接の状態を正しく把握できないため、好ましくない。逆に、鋼板１１の端部１２にあまりにも近すぎると、鋼板１１の端部１２処理や成形に誤差があった場合に温度センサ３が鋼板１１の端部１２間にできた隙間の温度を計測してしまうおそれがある。
したがって、これらの事情を考慮すると、温度センサ３は、鋼板１１に多少の誤差があっても鋼板１１の温度を計測でき、かつ、できるだけ鋼板１１の端部１２に近い位置、すなわち、鋼板１１の端部１２から鋼板１１の搬送方向に直交する方向に沿って０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内で距離をおいた位置の温度を計測することが好ましい。
また、図７に示すように、鋼板１１の端部１２からの距離が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内では、計測された温度が特に高いことから、より好ましくは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内で距離をおいた位置の温度を計測することが好ましい。その中でも特に、鋼板１１の端部１２からほぼ１．０ｍｍの距離をおいて温度を計測することが最適であることがわかる。
【００２６】
＜作用、効果＞
以上のような高周波溶接装置１によれば、温度センサ３は、成形された鋼板１１の両端部１２の溶接部位の温度を測定するのではなく、鋼板１１の両端部１２から所定距離離れた位置の温度を計測するように配置されているので、鋼板１１の成形時に端部１２の位置がずれていても、溶接の状態を把握できる位置で温度を計測することができる。これにより、溶接部位近傍の温度を安定して計測することができ、高周波電流の通電量の制御が困難になることもなく、ムラのない高品質な溶接を行うことができる。その結果、高品質の鋼管１０を製造することができる。
また、温度センサ３は、鋼材１１の端部１２から０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ離れた位置、より好ましくは、０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ離れた位置の温度を計測することにより、溶接部位と温度がほとんど変わらない位置で温度計測を安定して行うことができ、溶接部位の状態を的確に把握することができる。
また、温度センサ３は、溶接部位の色温度を計測するので、溶接部位に非接触で温度を計測することができる。
また、制御部８は、温度センサ３により計測された鋼板１１の温度が予め設定した所定値を下回った場合に、ブザー７を鳴動させてユーザに知らせることができるので、溶接に異常が発生した際にもユーザが即座に対応することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  高周波溶接装置
２  コンタクトチップ（通電部）
３  温度センサ
４  スクイズローラ
５  プレッシャローラ
６  切削バイト
７  ブザー（報知部）
８  制御部
１０  鋼管
１１  鋼板
１２  端部（溶接部位）
【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７】
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