(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の溶接用電極輪で被溶接物を挟んで溶接を行う溶接方法において、
前記溶接用電極輪は、軸断面形状が円形をなす電極本体の外周の軸方向中間部に、円周方向に沿って連続して延在する凹部と、前記凹部の両側に設けられた凸部とを有し、
前記凸部に前記被溶接物が接触するようにして前記一対の溶接用電極輪で前記被溶接物を挟んで相対向する前記凸部の間に通電することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記溶接用電極輪の前記凹部に溜まっためっき金属を切削工具によって切削することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記切削工具が前記めっき金属を切削する状態で上記切削工具の先端と前記凹部の底部との間に隙間を設けたことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき鋼板をシーム溶接する際に用いる溶接用電極輪を用いた溶接方法に係り、特に、溶接時に溶融しためっき金属の処理を確実かつ容易に行うことができ、溶接品質を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば車両用燃料タンクを製造する場合には、めっき鋼板をプレス成形して燃料タンクを上下に半割りにしたプレス成形材を製造し、２つのプレス成形材のフランジを互いに重ね合わせてシーム溶接するようにしている。図５は、そのようなシーム溶接を行うための溶接装置を示すものである。図５に示すように、この溶接装置は、上下に対向配置した銅製の電極輪１，２でプレス成形材のフランジ３，３を挟み、電極輪１，２間に通電して抵抗溶接しながらフランジ３，３を送るようになっている。図５において符号４はナールであり、ナール４は、同図（Ｂ）に示すように、電極輪２（１）の断面略半円状をなす外周にほぼ一致するように略鼓状をなしている。ナール４は、電極輪２（１）の外周を加圧することによって、溶接時の熱で溶融しためっき金属を外側へ押し出すとともに、フランジ３を加圧することにより変形する電極輪２（１）の外周の形状を鍛圧整形する。また、ナール４の一側にはギア４ａが形成され（図中（Ａ）にのみ示す）、このギア４ａによって電極輪２（１）との摩擦抵抗を高めて電極輪１（２）を回転させるようになっている。
【０００３】
ところで、燃料タンク用の鋼板の表面処理は、従来、Ｐｂ−Ｓｎめっきが主流であったが、近年、Ｐｂの有害性への配慮から代替表面処理として、Ａｌめっき、Ｚｎ系合金めっき、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｐｂめっき等が採用されている。ところが、このような代替表面処理に用いられる金属は、銅との冶金的な反応性が高いためナールによる溶融めっき金属の押出しが困難となる。すなわち、溶接時の熱で溶融しためっき金属が電極輪と合金化、酸化物化し（以下、これらを反応物と総称する）、電極輪の外周面に堆積する。このため、電極輪どうしの間の電気抵抗値が増加して被溶接物の加熱が不充分となる。また、堆積した反応物が電極輪からの加圧力や温度変化によって剥離し、その際にスパッタが発生したり電極輪の外周面に凹凸が生じたりして、局所的な通電不良に伴う溶接不良が生じる。
【０００４】
このように、上記のような代替表面処理を行うようになった結果、溶融しためっき金属が電極輪の外周に堆積することにより、溶接が不充分かつ不安定となり、溶接品質が低下するという問題があった。特に、車両用燃料タンクをシーム溶接する場合には、燃料の蒸気圧の上昇による高い内圧を密閉する必要があることから、溶接ナゲットが途切れずに連続して形成されることが不可欠である。このため、従来の燃料タンクのシーム溶接では、シーム溶接を所定長さ行った後に電極輪を取り替え、使用後の電極輪の外周をドレッシングするようにしていた。そこで、そのような煩雑で非効率的な作業を回避するために、特開平１０−２０２３６９号公報では、図６に示すように、銅と合金化して電極輪の外周面に堆積した反応物層６をバイト５で切削することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係る技術では、電極輪の外周面に堆積した反応物層をバイトで削り取るだけであるため、反応物層を完全に除去することができず、よって、電気抵抗が増加することの解決とはならなかった。また、バイトによって反応物層のみならず電極輪の外周も切削することが考えられるが、この方法では連続的にシーム溶接をするうちに電極輪の外径が小さくなる。このため、電極輪や被溶接物の位置を定期的にあるいは常時修正する必要があるが、その位置修正が不充分であると電極輪と被溶接物との接触状態が変化し、スパッタが発生し易くなる等溶接不良の原因になり易い。さらに、いずれにしても切削により発生する切屑が電極輪の外周面に付着することが考えられ、切屑を除去する装置が必要になる。
【０００６】
また、図７に示すように、電極輪１，２の外周とフランジ３，３との間に、銅または銅合金からなるワイヤ７を供給するワイヤシーム溶接を適用することも考えられる。このワイヤシーム溶接では、電極輪１，２の通電箇所に常に新しいワイヤ７が供給されるため、溶融しためっき金属による上記のような不具合を解消することができる。しかしながら、ワイヤシーム溶接では、ワイヤ７を送るための別のフィード機構が必要になるため設備コストが割高になるとともに、ワイヤ７を消費するため製造コストも割高になる。また、フランジ３，３に対するワイヤ７の接触幅は、電極輪１，２が直接接触する場合よりも幾分狭くなる。このため、溶接ナゲット幅が狭く、よって、燃料タンクのシーム溶接に適用するには密閉性が不充分である。さらに、ワイヤ７およびフランジ３間のみならず、ワイヤ７および電極輪１，２間にもスパッタが発生する可能性があるため、スパッタ発生による一時的かつ局所的な通電不良が生じ易く、溶接不良が発生し易くなる。
よって、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、設備コストや製造コストを増加させることなく溶接時に溶融しためっき金属を確実に処理することができ、溶接品質を向上させかつ安定させることができる溶接用電極輪およびそれを用いた溶接装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の溶接用電極輪を用いた溶接方法は、一対の溶接用電極輪で被溶接物を挟んで溶接を行う方法であって、溶接用電極輪は、軸断面形状が円形をなす電極本体の外周の軸方向中間部に、円周方向に沿って連続して延在する凹部と、凹部の両側に設けられた凸部とを有し、凸部に被溶接物が接触するようにして一対の溶接用電極輪で被溶接物を挟んで相対向する凸部の間に通電することを特徴としている。
【０００８】
溶接時に溶融しためっき金属は、その表面張力によって比表面積を小さくするように凝集しようとする。上記構成の溶接用電極輪（以下、単に電極輪と称する）にあっては、溶接時に溶融しためっき金属が凹部で凝集するから、これが合金化、酸化物化して凹部に堆積しても電極輪間の電気抵抗値には影響を与えない。よって、電極輪どうしの間の電気抵抗値の増加が防止される。なお、凹部に堆積した反応物層が剥離したとしても、通電不良が生じないことは勿論である。また、電極輪の外周が凹部によって複数の接触部に分割されるから、溶接ナゲットが２条以上形成される。このため、ある溶接ナゲットにスパッタ等によって溶接不良個所が生じたとしても、他の溶接ナゲットにより密閉性が確保される。したがって、溶接品質を向上させかつ安定させることができ、しかも、それを電極輪の単純な加工で達成することができるので製造コストの増加は極めて僅かである。
【０００９】
凹部の断面形状としては、三角形状、矩形状、台形状、半円状など任意の形状を選定することができ、凹部は電極輪の外周に１または２以上設けることができる。また、凹部によって分割された外周の接触部は、被溶接物に対して平行であることが望ましいが、凹部に向かって下り勾配で傾斜するように形成することもできる。さらに、電極輪の端面（外周と直交する面）と接触部との境界となる角部には、４５゜あるいは円弧状の面取を形成することができ、端面に対してやや傾斜するテーパ面を形成することもできる。
【００１０】
本発明の溶接方法は、上記電極輪の凹部に溜まっためっき金属を切削工具によって切削することを特徴としている。このような溶接方法にあっては、電極輪の凹部で堆積した反応物層を切削工具で切削するから、溶接品質を向上させかつ安定させることができるのは勿論のこと、長時間に亘る連続溶接が可能となる。この場合、切削工具が反応物層を切削する状態で、切削工具の先端と凹部の底部との間に隙間を設けることが望ましい。このように構成することにより、凹部で凝集した溶融めっき金属は、凹部の内壁間で溶融状態もしくはそれに準じる低粘度状態で保持される。このため、切削された反応物層の切屑が電極輪の外周に落下した場合であっても、切屑の少なくとも一部は溶融めっき金属に捕捉される。これにより、切屑が凹部から排出され難くなり、切屑が接触部へ付着し難くなる。なお、切削工具による反応物層の切削は溶接中に常時行っても良く、断続的に行っても良い。
【００１１】
また、本発明の溶接方法はナールを備え、ナールによって電極輪の外周を鍛圧整形するとともに、電極輪の外周に残存した溶融めっき金属を凹部に押し出すようにすると好適である。ナールの外周は、電極輪の接触部およびその周縁部とほぼ一致した形状とするが、凹部の底部に対して隙間が生じるように形成し、ナールが凹部内の溶融めっき金属に干渉しないようにすることが望ましい。また、ナールの外周に凹部内に突出する凸部を設け、この凸部と凹部の側面との間に隙間を設けると良い。このように構成することにより、凹部に押し出された溶融めっき金属が凹部の側面を伝わって凹部の底部側に集まり、溶融めっき金属を凹部に確実に集めることができる。
【００１２】
本発明を適用することができる表面処理材料としては、融点が４００℃未満という低融点のＳｎめっきやＳｎ合金めっきを施しためっき鋼板が好適であり、めっき金属のＳｎ含有率が７０〜１００％のものが良い。また、めっき鋼板の表面処理した側に、クロメート等の有機ないし無機およびそれらの複合被膜を２μｍ未満の厚さでコーティングしたものであっても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
Ａ．実施形態の構成
図１（Ａ），（Ｂ）は、従来技術における電極輪１（２）およびナール４を示す断面図であり、同図（Ｃ）は、実施形態の電極輪（電極本体）１０およびナール１５を示す断面図である。これらの図に示すように、従来の電極輪１（２）の外周が断面略円形または楕円形で１条の溶接ナゲットを形成するものであるのに対し、本実施形態の電極輪１０は、２条の溶接ナゲットを形成するように構成されている。そして、本実施形態の溶接装置は、電極輪１０とナール１５およびバイト（切削工具）を図６（Ａ）のように配置して構成される。なお、ナール１５とバイトの位置を入れ替えることもできる。
【００１４】
電極輪１０の外周の中央部には、断面台形状をなす凹部１１が円周方向の全域に亘って連続して形成されている。また、電極輪１０の角部には、４５゜の面取１２が形成されており、面取１２よりも内側の円筒曲面をなす部分が被溶接物と接触する接触部１３とされている。一方、ナール１５は、外観略鼓状をなし、その外周の軸方向両側には、電極輪の面取１２および接触部１３と接触する溝１６が形成されている。また、ナール１５の外周の軸方向中央部には、電極輪１０の凹部１１へ少し突出する略台形状の凸部１７が形成され、凸部１７と凹部１１の側面１１ａとの間には隙間１１ｃが形成されている。このナール１５は、電極輪１０の外周を加圧することによって、電極輪１０の外周の形状を鍛圧整形するとともに、電極輪１０の外周に残存した溶融めっき金属を内側の凹部１１内へ押し出すようになっている。また、ナール１５の一側にはギア（図示略）が形成され、このギアによって電極輪１０との摩擦抵抗を高めて電極輪１０を回転させるようになっている。
【００１５】
次に、図２（Ａ）は、電極輪１０に対してバイト１８を配置した状態を示す断面図である。バイト１８の形状は、電極輪１０の凹部１１とほぼ相似形をなしている。バイト１８の側縁１８ａは、凹部１１の側面１１ａに殆ど接触するくらいに近接して配置されている。これにより、溶融しためっき金属が凹部１１の側面１１ａで合金化して堆積すると、バイト１８の側縁１８ａによって切削される。一方、バイト１８の先端縁（先端）１８ｂは、凹部１１の底面（底部）１１ｂから離間させられており、先端縁１８ｂと底面１１ｂとの間の隙間に、溶融しためっき金属が凝集して溜まるようになっている。
【００１６】
Ｂ．実施形態の作用・効果
上記構成の電極輪および溶接装置では、例えば車両用燃料タンクを構成するプレス成形材のフランジを互いに重ね合わせて２つの電極輪１０で挟み、電極輪１０間に通電しながらフランジを送ってプレス成形材の全周に亘って溶接する。この場合、溶接時に溶融しためっき金属は凹部１１で凝集して堆積し、凹部１１の側面１１ａに堆積した反応物は、バイト１８によって切削される。また、凹部１１の底面１１ｂに溜まった溶融めっき金属の量が多くなると、バイト１８の先端縁１８ｂによって掻き出される。
【００１７】
この実施形態の電極輪および溶接装置では、溶接時に溶融しためっき金属が凹部１１に集められるから、これが合金化、酸化物化して凹部１１に堆積しても、電極輪１０間の電気抵抗値には影響を与えない。よって、電極輪１０どうしの間の電気抵抗値の増加が防止される。なお、凹部１１に堆積した反応物が剥離したとしても、電極輪１０間の通電不良が生じないことは勿論である。
【００１８】
また、電極輪１０の外周が凹部１１によって２つの接触部１３に分割されているから、溶接ナゲットが２条形成される。このため、一方の溶接ナゲットにスパッタ等によって溶接不良個所が生じたとしても、他方の溶接ナゲットにより密閉性が確保される。さらに、バイト１８が反応物層を切削する際に発生する切屑が電極輪１０の外周に落下した場合であっても、その切屑の少なくとも一部は、凹部１１の底面に溜まった溶融めっき金属に捕捉される。これにより、切屑が凹部１１から排出され難くなり、切屑が接触部１３へ付着し難くなる。
【００１９】
このように、実施形態の溶接装置では、溶接品質を向上させかつ安定させることができ、しかも、そのような溶接を長時間に亘って連続して行うことができる。さらに、電極輪１０に凹部１１を加工するだけの改良で済むから、製造コストの増加は極めて僅かである。特に、上記実施形態では、ナール１５の外周中央部に、凹部１１へ突出する凸部１７を形成し、凸部１７と凹部１１の側面１１ａとの間に隙間１１ｃを設けているから、凸部１７に集まった溶融めっき金属が凹部１１の側面１１ａを伝わって底面１１ｂの方へ流れ易く、溶融めっき金属を凹部１１に確実に集めることができるという効果が得られる。
【００２０】
Ｃ．変更例
次に、本発明の実施の形態の変更例を説明する。図１（Ｄ）は、電極輪２０の凹部２１の断面形状を三角形状にするとともに、ナール２５の外周の中央部を平坦にした例を示すものである。また、図２（Ｂ）は電極輪に対してバイト２８を配置した状態を示すもので、バイト２８の形状は、凹部２１と相似形をなす三角形状とされている。このバイト２８は、凹部２１の全域に対して殆ど接触するくらいに近接して配置される。したがって、この変更例では、バイト２８は、凹部２１に体積した反応物層を切削するとともに、凹部２１の底部に溜まった溶融めっき金属を掻き出すように作用する。
【００２１】
次に、図２（Ｃ）は、電極輪３０の凹部３１を丸みを帯びた台形状に形成するとともに、バイト３８を凹部３１とほぼ相似形をなす形状にした例を示すものである。この変更例では、バイト３８の側縁３８ａは、凹部３１の側面３１ａに殆ど接触するぐらいに近接して配置されるが、先端縁３８ｂは凹部の底面３１ｂから離間させられ、そこに溶融めっき金属が溜まるようになっている。また、図２（Ｄ）は、電極輪４０の凹部４１を矩形状に形成するとともに、バイト４８を凹部４１と相似形をなす矩形状にした例を示すものである。この変更例では、バイト４８の配置を適宜設定することにより、バイト４８を凹部４１の全域に対して殆ど接触するぐらいに近接して配置するか、バイト４８の先端縁４８ｂを凹部４１の底面４１ｂから離間して配置するかを選択することができる。
【００２２】
ここで、電極輪の断面の角部の形状は、上記のような４５゜の面取に限定されることはなく任意の形状を採用することができる。図３は、電極輪の角部を、４５゜の面取（１）、シャープエッジのある直角（２）、シャープエッジのある鋭角または円弧状の面取を施した鋭角（３）、電極輪の端面に対してやや傾斜したテーパ（４）に形成した例と、凹部を、三角形状（Ａ）、丸みを帯びた略台形状（Ｂ）、台形状（Ｃ）、矩形状（Ｄ）に形成した例との組合せを示すものである。なお、図３のＢの列では、丸みを帯びた略台形状の上半部が円弧状であっても良いことを示している。電極輪の角部も図３のような形状に限定されることはなく、任意の形状を採用することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
Ｓｎ９２％−Ｚｎ８％合金めっきを片面に３０ｍｇ／ｍ２の付着量で施しためっき鋼板を用意し、２枚のめっき鋼板のめっきが施されていない面を重ね合わせて溶接した。溶接は、図３のＡ１，Ａ２，Ａ３で示す電極輪を用い、凹部に堆積した反応物層をバイトで切削しながら連続溶接が可能な距離を測定した。また、比較例として、図４（Ｂ）で示す断面形状の電極輪を用い、反応物層の切削を行わずに連続溶接が可能な距離を測定した。その結果を表１に示す。なお、「連続溶接が可能な距離」とは、溶接を開始してからスパッタが発生するまでの溶接距離を意味する。
【００２４】
【表１】
0003745917.tif 000002
【００２５】
表１から判るように、本発明の電極輪Ａ１，Ａ２では５０００ｍ弱という極めて長い連続溶接が可能である。なお、本発明例Ａ３では、電極輪の接触部がめっき鋼板に対して傾斜しているため、溶融しためっき金属が凹部に集まり難く、このために連続溶接距離は比較的短かった。これに対して比較例では僅か１５０ｍの溶接でスパッタが発生した。比較例では、スパッタ発生後も溶接を継続し、溶接ナゲットを観察した。その結果を図４（Ａ）に示す。この図に示すように、比較例では、スパッタの発生した部分で溶接ナゲットが幅方向へ突出している。前述のように、スパッタが発生すると局所的な通電不良が生じて溶接不良が生じる。また、比較例では、２００ｍの溶接で溶接ナゲットが安定した。これは、反応物が電極輪の外周に均一に堆積した結果であるが、溶接が２５０ｍになると反応物層が厚くなり過ぎて溶接ナゲットが途切れ、完全な溶接不良となった。これに対して本発明による電極輪では、比較例での２００ｍの溶接で見られるような均一な溶接ナゲットが形成された。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、電極輪の外周の軸方向中間部に、円周方向に沿って連続して延在する凹部を設けているので、設備コストや製造コストを増加させることなく溶接時に溶融しためっき金属を確実に処理することができ、溶接品質を向上させかつ安定させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電極輪およびナールを示す断面図であって、（Ａ），（Ｂ）は従来例、（Ｃ），（Ｄ）は本発明の実施形態である。
【図２】  本発明の実施形態における電極輪およびバイトを示す断面図であ。
【図３】  実施形態の電極輪の凹部と角部の例を示す図である。
【図４】  （Ａ）は比較例における溶接ナゲットを示す図であり、（Ｂ）は比較例の電極輪を示す断面図である。
【図５】  （Ａ）は従来の溶接装置の一例を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視である。
【図６】  （Ａ）は従来の溶接装置の他の例を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視である。
【図７】  （Ａ）は従来の溶接装置のさらに他の例を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０…電極輪（電極本体）、
１１，２１，３１，４０…凹部、１１ｂ…底面（底部）、１１ｃ…隙間、
１３…接触部、１５，２５…ナール、１７…凸部、
１８，２８，３８，４８…バイト（切削工具）、１８ｂ…先端縁（先端）。
【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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