JP2011194453A - シーム溶接方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３枚以上のワークが積層され、且つその最外に厚みが最も小さい最薄ワークが配置された積層体に対してシーム溶接を施す際、前記最薄ワークと、該最薄ワークに隣接するワークとの間にナゲットを十分に成長させる。
【解決手段】シーム溶接機１６は、積層体２６中の最上の最薄ワーク３２に当接するとともに互いに逆の極性である第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４と、最下の金属板２８に当接するとともに電流分岐用ローラ電極２４と同極性である第２ローラ電極２２とを具備する。第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４の合計加圧力Ｆ１、Ｆ２は、第２ローラ電極２２の加圧力Ｆ３と均衡するように制御される。この状態で、交流電源６０から電流が供給され、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２に向かう電流ｉ１と、第１ローラ電極２０から最薄ワーク３２内を通過して電流分岐用ローラ電極２４に向かう分岐電流ｉ２とが流れる。
【選択図】図５

Description

本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うシーム溶接方法及びその装置に関する。

シーム溶接は、金属板同士を接合する手法として広汎に知られている。特許文献１、２に記載されるように、シーム溶接では、積層された金属板（積層体）が１組のローラ電極によって挟持された後、該ローラ電極同士の間に通電がなされる。すなわち、積層体中に、その積層方向に沿う電流経路が形成される。勿論、プラス電極を出発した電流は、該プラス電極が接触した金属板、金属板同士が互いに接触して形成される接触面、マイナス電極が接触した金属板を順次通過し、マイナス電極に到達する。

この通電の最中、前記接触面近傍の部位に抵抗発熱が起こる。これにより、該部位が溶融する。

その後、前記ローラ電極に対して積層体が移動されることにより電流経路が移動し、結局、積層体における抵抗発熱が起こる部位が移動する。すなわち、移動前に溶融していた部位から電流が遠ざかり、このため、該部位の抵抗発熱が終了する。その結果、該部位の温度が低下し、これにより該部位が凝固して固相となる。この凝固部位は、主にナゲットと呼称される。

一方、新たな電流経路に対応する部位では、上記と同様に、金属板同士が互いに接触して形成される接触面近傍の部位が溶融する。

以降は、上記した現象が逐次的に繰り返されることにより、金属板同士が連続的に接合される。

特開２００７−１６７８９６号公報 実用新案登録第３１２４０３３号公報

場合によっては、３枚以上の金属板同士を接合することが求められることもある。ここで、金属板は互いに同一厚みであるとは限らず、寧ろ、互いに相違することが大半である。すなわち、複数枚の金属板の中には、厚みが最も小さいワーク（以下、最薄ワークとも表記する）が含まれる。

このような最薄ワークを積層体の最外に配置してシーム溶接を行った場合、この最薄ワークと、該最薄ワークに隣接する別のワークとの間のナゲットが十分に成長しないことがある。この理由は、最薄ワークの厚みが最小であるために固有抵抗が最小となることに起因して、十分な抵抗発熱が起こらなくなるためであると推察される。

最薄ワーク近傍のナゲットを大きく成長させるべく、電流値を大きくすることも想起される。しかしながら、この場合、ワークが溶融して飛散する、いわゆるスパッタが惹起され易くなるという不具合を招く。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、積層体中の最外に配置された最薄ワークと該最薄ワークに隣接するワークとの間にナゲットを十分に成長させることが可能であり、しかも、スパッタが発生する懸念を払拭し得るシーム溶接方法及びその装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
前記積層体を第１ローラ電極及び第２ローラ電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに当接した前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極を前記最薄ワークに当接させる工程と、
前記第１ローラ電極、第２ローラ電極及び前記電流分岐用電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極の間に通電を行うことで前記積層体に対してシーム溶接を施すとともに、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流を流す工程と、
を有することを特徴とする。

すなわち、この場合、第１ローラ電極及び第２ローラ電極で積層体を挟持するのみでなく、最薄ワークに対して電流分岐用電極を当接させて通電を行う。該電流分岐用電極とともに前記最薄ワークに当接した第１ローラ電極は、この電流分岐用電極とは逆の極性であるので、第１ローラ電極から電流分岐用電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流のいずれか一方が分岐して生じる。この分岐電流が最薄ワークの内部を流れることにより、この最薄ワークと、該最薄ワークに隣接するワークとの界面が十分に加熱される。

このように分岐電流による加熱がなされることにより、前記界面に十分な大きさのナゲットが成長する。これにより、接合強度に優れた接合部が得られる。

しかも、この場合、残余のワーク内を流れる電流値が、第１ローラ電極及び第２ローラ電極のみで積層体を挟持して通電を行う通常のシーム溶接に比して小さくなる。このため、前記界面に形成されたナゲットが十分な大きさに成長する間にスパッタが起こる懸念が払拭される。

以上のように、本発明によれば、積層体中の最外に配置された最薄ワークと、該最薄ワークに隣接するワークとの間にナゲットを十分に成長させることが可能となる。その上、スパッタが発生する懸念をも払拭し得る。

なお、上記の工程を行う間、残余のワーク同士の界面にナゲットが形成されない場合や、十分に成長しない場合には、電流分岐用電極のみを最薄ワークから離間させるか、又は、電流分岐用電極と電源との間の電気経路のみを切断した上で、第１ローラ電極と第２ローラ電極の間の通電を続行すればよい。電流分岐用電極と電源との間の電気経路を切断するには、例えば、電流分岐用電極と電源との間にスイッチを介装し、このスイッチをオフ（切）状態とすればよい。

この離間又は電気経路の切断に伴って分岐電流が消失するので、最薄ワークにおけるジュール熱に基づく発熱量が小さくなり、その結果、最薄ワークとそれに隣接するワークとの間に形成されたナゲットの成長速度が小さくなる。その一方で、残余のワークに流れる電流値が大きくなり、該残余のワークではジュール熱に基づく発熱量が大きくなる。これにより残余のワーク同士の界面においてナゲットが形成され、且つ十分に成長する。

また、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
前記積層体を第１ローラ電極及び第２ローラ電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに対し、前記第１ローラ電極が当接した部位とは別の部位に加圧用部材を当接させ、前記加圧用部材によって前記最薄ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
前記第１ローラ電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２ローラ電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させた状態で、前記第１ローラ電極、第２ローラ電極及び前記電流分岐用電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記第１ローラ電極と第２ローラ電極の間に通電を行う工程と、
を有することを特徴とする。

第１ローラ電極と加圧用部材との合計加圧力が第２ローラ電極の加圧力と均衡することから、第１ローラ電極の加圧力は、第２ローラ電極に比して小さくなる。従って、第１ローラ電極側と、該第１ローラ電極に略対向する第２ローラ電極との間では、加圧力は、第１ローラ電極側から第２ローラ電極に向かうにつれて作用範囲が広がるように分布する。このため、最薄ワークとそれに隣接するワークとの界面に作用する力は、残余のワーク同士の界面に作用する力に比して小さくなる。

このような分布が生じる結果、最薄ワークとそれに隣接するワークとの接触面積が残余のワーク同士の接触面積に比して小さくなる。従って、最薄ワークとそれに隣接するワークとの界面の接触抵抗を大きくすることができ、これにより、ジュール熱に基づく発熱量を大きくすることができる。従って、該界面に生成するナゲットを大きく成長させることが可能となり、結局、最薄ワークとこれに隣接するワークとの接合強度を確保することができる。

しかも、加圧用部材によって最薄ワークが押圧されるので、最薄ワークがこれに隣接するワークから離間することが抑制される。従って、軟化した溶融部が最薄ワークとこれに隣接するワークとの離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。

なお、加圧用部材を、第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極で構成し、前記通電を行う際、第１ローラ電極から電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、電流分岐用電極から第１ローラ電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。

さらに、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うためのシーム溶接装置であって、
前記最薄ワークに当接する第１ローラ電極と、
前記第１ローラ電極とともに前記積層体を挟持する第２ローラ電極と、
前記最薄ワークに当接し、且つ前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極と、
を備え、
シーム溶接を施すために前記積層体を挟持した前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極との間で通電を行う際、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流を流すことを特徴とする。

このような構成とすることにより、シーム溶接時に、最薄ワーク内を流れて該最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面を十分に加熱し得る分岐電流、すなわち、第１ローラ電極から電流分岐用電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流を生じさせることができるようになる。その結果、上記したように、この界面に十分な大きさのナゲットを成長させることができる。

しかも、分岐電流を発生させるためには、電流分岐用電極と、該電流分岐用電極を変位させるための変位機構を必要に応じて設けるのみでよい。従って、電流分岐用電極を設けたことに伴って装置構成が複雑になることもない。また、動作制御も簡素である。

残余のワーク同士の界面にナゲットが形成されない場合や、十分に成長しない場合には上記したように、電流分岐用電極のみを最薄ワークから離間させるか、又は、電流分岐用電極と電源との間の電気経路のみを切断した上で、第１ローラ電極と第２ローラ電極の間の通電を続行すればよい。

電流分岐用電極と電源との間の電気経路のみを切断する第１の構成として、第１ローラ電極、第２ローラ電極及び電流分岐用電極に対して共通の電源を電気的に接続し、且つ前記電流分岐用電極と前記電源との間に、該電流分岐用電極と該電源との間の電気経路のみを接続又は停止するスイッチを設けることが挙げられる。

また、第２の構成として、第１ローラ電極及び第２ローラ電極に対して第１電源を電気的に接続する一方、第１ローラ電極及び電流分岐用電極に第２電源を電気的に接続することが挙げられる。勿論、第１電源と第２電源は、個別に電流を供給又は供給停止することが可能である。

さらにまた、本発明は、３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うためのシーム溶接装置であって、
前記最薄ワークに当接する第１ローラ電極と、
前記第１ローラ電極とともに前記積層体を挟持する第２ローラ電極と、
前記最薄ワークにおける前記第１ローラ電極が当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最薄ワーク側から加圧するための加圧用部材と、
を具備し、
さらに、前記加圧用部材に対して前記積層体を加圧する加圧力を付与する加圧機構と、前記加圧機構を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極との間に通電が行われる際、前記第１ローラ電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２ローラ電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させることを特徴とする。

このような構成とすることにより、第１ローラ電極及び第２ローラ電極による積層体に対する加圧力を、第１ローラ電極（最薄ワーク）側から第２ローラ電極に向かって作用範囲が大きくなるように分布させることができる。その結果、最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面の接触抵抗を大きくすることができ、該界面を十分に加熱して適切な大きさのナゲットを成長させることができる。これにより、最薄ワークとこれに隣接するワークとの接合強度を大きくすることができる。

また、第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極で加圧用部材を構成し、前記通電を行う際、第１ローラ電極から電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、電流分岐用電極から第１ローラ電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせるようにしてもよい。上記したように、この場合、第１ローラ電極から電流分岐用電極に向かう電流、又はその逆方向に流れる電流によって、最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面が十分に加熱されるので、前記界面に十分な大きさのナゲットを成長させ、接合強度に一層優れた接合部を得ることができるようになる。

本発明によれば、積層体を挟持する第１ローラ電極及び第２ローラ電極の他、前記積層体の最外に配置された最薄ワークに当接する電流分岐用電極を用い、この電流分岐用電極と、該電流分岐用電極とともに前記最薄ワークに当接した前記第１ローラ電極との間に、前記最薄ワークを経由する電流を流すか、又は、第１ローラ電極と第２ローラ電極で積層体を挟持することに加え、積層体の最外に配置された最薄ワークを加圧用部材（好適には電流分岐用電極）で加圧し、この状態でシーム溶接を行うようにしている。

このようにしてシーム溶接を行うことにより、前記最薄ワークとこれに隣接するワークとの界面を十分に加熱することができるようになる。従って、この界面に十分な大きさのナゲットを成長させることができるようになり、その結果、最薄ワークとこれに隣接するワークとが十分な接合強度で接合する。

第１実施形態に係るシーム溶接装置の概略全体側面図である。 前記シーム溶接装置を構成するシーム溶接機の一部横断面斜視図である。 前記シーム溶接機の一部断面側面図である。 前記シーム溶接機の要部概略正面図である。 前記シーム溶接機において通電を開始した状態を示す一部断面側面図である。 積層体中を流れる電流と、最上の金属板中を流れる電流（分岐電流）の各通電時間を模式的に示したパルス設定説明図である。 前記シーム溶接機において分岐電流が停止した状態を示す一部断面側面図である。 前記積層体中にナゲットが形成された状態を示す一部断面側面図である。 前記積層体の移動方向に沿うナゲットの形成位置を示す断面側面図である。 図２のシーム溶接機とは別構成のシーム溶接機の一部横断面斜視図である。 図１０のシーム溶接機の一部断面側面図である。 図１０及び図１１のシーム溶接機の要部概略正面図である。 図４に示される電気的配線とは別構成の電気的配線を示す電気関係説明図である。 積層体中を流れる電流と、最上の金属板中を流れる電流（分岐電流）の各通電時間を模式的に示した別のパルス設定説明図である。 図１４に示されるようにして電流供給を行った場合の積層体中の移動方向に沿うナゲットの形成位置を示す断面側面図である。 積層体中を流れる電流と、最上の金属板中を流れる電流（分岐電流）の各通電時間を模式的に示したさらに別のパルス設定説明図である。 図１５に示されるようにして電流供給を行った場合の積層体中の移動方向に沿うナゲットの形成位置を示す断面側面図である。

以下、本発明に係るシーム溶接方法につき、これを実施するシーム溶接装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係るシーム溶接装置１０の概略全体側面図である。このシーム溶接装置１０は、多関節ロボット１２と、該多関節ロボット１２の先端アーム１４に支持されたシーム溶接機１６とを有する。多関節ロボット１２とシーム溶接機１６とをこのように組み合わせて構成されるシーム溶接装置１０は、前記特許文献１、２にも記載されるように公知であるため、この構成についての詳細な説明は省略する。

一部横断面斜視図である図２、及び一部断面側面図である図３に示すように、シーム溶接機１６は、先端アーム１４にマウント１８（図１参照）を介して支持された第１ローラ電極２０、第２ローラ電極２２、及び電流分岐用ローラ電極２４（電流分岐用電極）を具備し、この中の第２ローラ電極２２が積層体２６の下方に位置するとともに、第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４が積層体２６の上方に位置する。すなわち、シーム溶接機１６は、第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４と、第２ローラ電極２２とで積層体２６を挟持する。

先ず、溶接対象である積層体２６につき若干説明する。この場合、積層体２６は、３枚の金属板２８、３０、３２が下方からこの順序で積層されることによって構成される。この中の金属板２８、３０の厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、金属板３２の厚みはＤ１に比して小寸法のＤ２（例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ）に設定される。すなわち、金属板２８、３０の厚みは同一であり、金属板３２はこれら金属板２８、３０に比して薄肉である。以下においては、金属板３２を最薄ワークと呼称することもある。

なお、金属板２８、３０は、例えば、ＪＡＣ５９０、ＪＡＣ７８０又はＪＡＣ９８０（いずれも日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能高張力鋼板）からなり、最薄ワーク３２は、例えば、ＪＡＣ２７０（日本鉄鋼連盟規格に規定される高性能絞り加工用鋼板）からなる。

一方、前記マウント１８にはガイドレール３４が敷設されるとともに、第１ローラ電極２０を第２ローラ電極２２に対して接近又は離間する方向に変位させるための第１シリンダ、第１ローラ電極２０を回転付勢するための第１回転用モータ、第２ローラ電極２２を第１ローラ電極２０に対して接近又は離間する方向に変位させるための第２シリンダ、第２ローラ電極２２を回転付勢するための第２回転用モータが支持される。このような構成は公知であり（例えば、特許文献１参照）、従って、図示及び詳細な説明を省略する。なお、第１シリンダ及び第２シリンダに代替してサーボモータ等を採用するようにしてもよい。

ガイドレール３４の凸部３６には、第１ローラ電極２０を支持した第１移動テーブル３８の凹部４０と、第２ローラ電極２２を支持した第２移動テーブル４２の凹部４４とが摺動自在に係合される。第１移動テーブル３８は前記第１シリンダの図示しない第１ロッドに連結されるとともに、第２移動テーブル４２は前記第２シリンダの図示しない第２ロッドに連結される。

すなわち、第１ローラ電極２０は、第１シリンダの第１ロッドが進退動作することに伴って第２ローラ電極２２に対して接近又は離間する方向（矢印Ｙ２、Ｙ１方向）に変位する。その一方で、第２ローラ電極２２は、第２シリンダの第２ロッドが進退動作することに伴って第１ローラ電極２０に対して接近又は離間する方向（矢印Ｙ１、Ｙ２方向）に変位する。

第１ローラ電極２０と第１移動テーブル３８との間には、第１中実軸４６が介在する。この第１中実軸４６が、前記第１回転用モータの作用下に回転動作することにより、第１ローラ電極２０が回転動作する。同様に、第２ローラ電極２２は、前記第２回転用モータの作用下に第２中実軸４８が回転動作することに伴って回転動作する。

ここで、第１移動テーブル３８は、ガイドレールとして機能する。すなわち、第１移動テーブル３８の一端面に突出形成された凸部５０には、前記第３シリンダの図示しない第３ロッドが連結された第３移動テーブル５２の凹部５３が摺動自在に係合される。従って、電流分岐用ローラ電極２４は、前記第３ロッドが進退動作することに伴って、第２ローラ電極２２に対して接近又は離間する方向（矢印Ｙ２、Ｙ１方向）に変位することが可能である。

電流分岐用ローラ電極２４と第３移動テーブル５２との間には、中空軸５４が介在する。また、電流分岐用ローラ電極２４には、その厚み方向に沿って貫通孔５６が形成されている。第１中実軸４６は、中空軸５４に通されるとともに、先端部が電流分岐用ローラ電極２４の貫通孔５６から露呈する。

第１ローラ電極２０と電流分岐用ローラ電極２４の間には、所定のクリアランスが形成される（特に、図１及び図３参照）。従って、第１ローラ電極２０と電流分岐用ローラ電極２４が互いに摺接することはない。

要部概略正面図である図４に示すように、第１実施形態においては、第１リード線５８を介して第１ローラ電極２０が交流電源６０の正極に電気的に接続されるとともに、第２リード線６２を介して第２ローラ電極２２が前記交流電源６０の負極に電気的に接続され、さらに、第２リード線６２から分岐するようにして該第２リード線６２に接続された第３リード線６４を介して電流分岐用ローラ電極２４が交流電源６０の負極に電気的に接続される。このことから諒解される通り、第１ローラ電極２０と電流分岐用ローラ電極２４はともに、積層体２６を構成する最薄ワーク３２に当接するものの、その極性は互いに逆である。

ここで、第３リード線６４にはＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６が介装される。このＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６の入／切を切り替えることにより、電流分岐用ローラ電極２４に対し、第１ローラ電極２０及び第２ローラ電極２２とは別個に、電流を供給又は供給停止することが可能である。

以上の構成において、前記第１〜第３シリンダ、第１〜第３回転用モータ、交流電源６０、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、制御手段としての制御ユニット６８（図１参照）に電気的に接続されている。すなわち、これら第１〜第３シリンダ、第１〜第３回転用モータ、交流電源６０、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６の動作ないし付勢・滅勢は、制御ユニット６８によって制御される。

第１実施形態に係るシーム溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるシーム溶接機１６を具備するものであり、次に、その作用効果につき、第１実施形態に係るシーム溶接方法との関係で説明する。

積層体２６に対してシーム溶接を行う際、すなわち、金属板２８、３０同士を接合するとともに金属板３０、３２同士を接合する際には、先ず、前記ロボットが、第１ローラ電極２０と第２ローラ電極２２の間に積層体２６が配置されるように前記先端アーム１４、すなわち、シーム溶接機１６を移動させる。

その後、制御ユニット６８の作用下に前記第１シリンダ及び前記第２シリンダが付勢され、これに伴って前記第１ロッド及び前記第２ロッドが前進動作を開始する。すなわち、第２ローラ電極２２が第１ローラ電極２０に対して接近するように矢印Ｙ１方向に向かって変位し、且つ第１ローラ電極２０が第２ローラ電極２２に対して接近するように矢印Ｙ２方向に向かって変位する。その結果、第１ローラ電極２０と第２ローラ電極２２の間に積層体２６が挟持される。

その一方で、制御ユニット６８によって第３シリンダが付勢される。これに伴って第３ロッドが矢印Ｙ２方向に向かって前進動作し、その結果、第１ローラ電極２０と第２ローラ電極２２によって積層体２６が挟持されるのと同時、又はその前後に、電流分岐用ローラ電極２４が最薄ワーク３２に当接する。図５には、このときの模式的な側面断面図が示されている。

なお、図５では、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６の図示を省略しているが、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６を入として交流電源６０の負極に電気的に接続された状態を、記号「−（マイナス）」によって示している。

制御ユニット６８は、最薄ワーク３２に対する第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４の合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）が、金属板２８に対する第２ローラ電極２２の加圧力（Ｆ３）と均衡するように、前記第１シリンダ及び前記第３シリンダの第１ロッド、第３ロッドの各推進力と、前記第２シリンダの第２ロッドの推進力とを制御する。この制御により、積層体２６に対する矢印Ｙ１方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）と、矢印Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ３）とが略同等となる。

すなわち、このとき、Ｆ１＜Ｆ３が成り立つ。従って、積層体２６が第１ローラ電極２０と第２ローラ電極２２から受ける力は、第２ローラ電極２２から第１ローラ電極２０に向かうにつれて作用範囲が広くなる（大きくなる）ように分布する。このため、金属板３０、３２の界面に作用する力は、金属板２８、３０の界面に作用する力に比して小さくなる。

一方、電流分岐用ローラ電極２４を用いずにＦ１＝Ｆ３とした場合、積層体２６が第１ローラ電極２０と第２ローラ電極２２から受ける力は、第２ローラ電極２２から第１ローラ電極２０にわたって均等である。換言すれば、金属板３０、３２の界面に作用する力と、金属板２８、３０の界面に作用する力とが等しくなる。

このように、力が作用する範囲は、Ｆ１＜Ｆ３であるときの方がＦ１＝Ｆ３であるときに比して狭い。このことは、Ｆ１＜Ｆ３であるときには、Ｆ１＝Ｆ３であるときに比して最薄ワーク３２が金属板３０に対して押圧される範囲が狭いこと、換言すれば、接触面積が小さいことを意味する。

このように第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２に至るまでの加圧力を分布させ、金属板３０に対する最薄ワーク３２の接触面積を小さくしたことに伴い、積層体２６から第１ローラ電極２０に向かう反力が生じる。第１実施形態では、この反力を電流分岐用ローラ電極２４で受けている。

次に、制御ユニット６８は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６を入状態とするとともに、積層体２６に対する交流電源６０からの通電を開始する。上記したように、第１ローラ電極２０、第２ローラ電極２２の各々が交流電源６０の正極、負極に接続されているため、図３〜図５に示すように、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２に向かう電流ｉ１が流れる。

上記したように、最薄ワーク３２には電流分岐用ローラ電極２４も当接しており、この電流分岐用ローラ電極２４の極性は負である。従って、第１ローラ電極２０からは、上記した電流ｉ１と同時に、電流分岐用ローラ電極２４に向かう分岐電流ｉ２が出発する。

制御ユニット６８は、例えば、図６に示すように、電流ｉ１の通電時間よりも電流ｉ２の通電時間が短くなるように、交流電源６０のパルス設定を行うとともに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６の入／切の切替を行う。この間、電流ｉ１に基づくジュール熱により、金属板２８、３０の間、及び金属板３０、３２の間がそれぞれ加熱され、図５に示すように、各々の部位に加熱領域が形成される。

ここで、Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３（Ｆ１＜Ｆ３）であるときの最薄ワーク３２と金属板３０との接触面積は、上記したように、Ｆ１＝Ｆ３（Ｆ２＝０）であるときの最薄ワーク３２と金属板３０との接触面積に比して小さい。このため、金属板３０、３２の界面における接触抵抗及び電流密度は、Ｆ１＜Ｆ３であるときの方がＦ１＝Ｆ３であるときに比して大きくなる。このため、Ｆ１＜Ｆ３であるときには、Ｆ１＝Ｆ３であるときに比してジュール熱の発生量、すなわち、抵抗発熱量が大きくなる。従って、金属板２８、３０の界面に生成する加熱領域７０と、金属板３０、３２の界面に生成する加熱領域７２とが略同等の大きさに成長する。

この間、最薄ワーク３２は、電流分岐用ローラ電極２４で金属板３０側に押圧されている。この押圧により、低剛性の最薄ワーク３２が通電（加熱）に伴って反ること、すなわち、金属板３０から離間することが抑制される。このため、軟化した溶融部が最薄ワーク３２と金属板３０との離間箇所からスパッタとして飛散することを防止することができる。

そして、電流ｉ１が流れる当初、第１ローラ電極２０からは、電流分岐用ローラ電極２４に向かう分岐電流ｉ２が出発する。このように、第１実施形態においては、最下の金属板２８に流れず、少なくとも最薄ワーク３２に流れる分岐電流ｉ２が発生する。この結果、第１ローラ電極２０及び第２ローラ電極２２のみを使用する一般的なシーム溶接に比して最薄ワーク３２の内部を通過する電流値が大きくなる。

従って、この場合、最薄ワーク３２の内部に、前記加熱領域７２とは別の加熱領域７４が形成される。加熱領域７４は、時間の経過とともに拡大して加熱領域７２と一体化する。金属板３０、３２の界面には、このようにして一体化した加熱領域７２、７４の双方から熱が伝達される。

以上のようにして形成された加熱領域７０によって金属板２８、３０の界面が加熱されるとともに、加熱領域７２、７４によって、金属板３０、３２の界面が加熱される。その結果、両界面の温度が十分に上昇して溶融するに至る。

その後、制御ユニット６８の作用下にＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６が切状態に切り替えられる。これに伴って分岐電流ｉ２が消失するため、図７に示すように、最薄ワーク３２には、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２へ向かう電流ｉ１のみが流れるようになる。従って、加熱領域７４（図５参照）が消失する。

なお、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６を切り替えることに代替し、前記第３シリンダの第３ロッドを矢印Ｙ１方向に向かって後退動作させることで電流分岐用ローラ電極２４を最薄ワーク３２から離間させ、これにより分岐電流ｉ２を消失させるようにしてもよい。

その一方で、金属板２８、３０、３２においては、通常のシーム溶接時と同様の状態が形成される。すなわち、厚みが大きい金属板２８、３０ではジュール熱による発熱量が増加し、その結果、加熱領域７０が広がるとともにその温度が一層上昇する。金属板２８、３０の界面は、この温度上昇した加熱領域７０に加熱され、これにより、該界面近傍の温度が十分に上昇してさらに溶融する。

その後、積層体２６が移動するか、又は、先端アーム１４（図１参照）が移動することに伴い、第１ローラ電極２０、第２ローラ電極２２及び電流分岐用ローラ電極２４に対して積層体２６が相対的に移動され、これにより電流経路が移動する。すなわち、溶融した部位から電流が遠ざかり、このため、該部位におけるジュール熱の発生が終了する。

従って、該部位の温度が低下し、図８に示すように、最終的に凝固して金属板２８、３０の間、金属板３０、３２の間にナゲット７６、７８がそれぞれ形成される。これにより金属板２８、３０同士、金属板３０、３２同士が互いに接合された接合品が得られるに至る。

なお、電流ｉ１、分岐電流ｉ２の通電時間が図６に示されるように制御される第１実施形態において、積層体２６の移動方向では、ナゲット７６、７８は図９に示すように形成される。場合によっては、ナゲット７６、７８が連続的に連なることもある。

上記したように、金属板３０、３２の界面は、加熱領域７２、７４が形成されることにより十分に加熱される。このため、この界面は、抵抗発熱が大きい金属板２８、３０の界面と略同程度に溶融して強固なナゲット７８を形成する。このため、得られた接合品においては、金属板２８、３０同士の接合強度と同様に、金属板３０、３２同士の接合強度も優れる。上記したように金属板３０、３２の界面に十分なジュール熱が発生したことに伴って、金属板３０、３２の間のナゲット７８が十分に成長しているからである。

以上のように、第１実施形態によれば、スパッタが生成することを回避しつつ、金属板３０、３２の間に、金属板２８、３０の間のナゲット７６と略同程度の大きさのナゲット７８を成長させることができ、これにより、金属板３０、３２同士の接合強度が優れた接合品を得ることができる。

しかも、上記から諒解される通り、第１実施形態に係るシーム溶接装置１０を構成するに際しては、電流分岐用ローラ電極２４と、該電流分岐用ローラ電極２４を変位させるための変位機構（シリンダ又はサーボモータ等）とを設ければよい。従って、電流分岐用ローラ電極２４を設けることに伴ってシーム溶接装置１０の構成が複雑化することもない。

なお、上述の実施形態は、第１ローラ電極２０及び電流分岐用ローラ電極２４の合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）と、金属板２８に対する第２ローラ電極２２の加圧力（Ｆ３）とを均衡させる場合を例示して説明しているが、分岐電流ｉ２を流す第１実施形態では、このような均衡を図る必要は特にない。

ところで、この第１実施形態では、電流分岐用ローラ電極２４を加圧用部材として用いるようにしているが、第２実施形態として、電極の機能を有しない単なる加圧用部材（例えば、長尺棒形状のロッドや、円環形状のリング体等）を用いる態様を挙げることもできる。

第２実施形態においては、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２のみに通電を行いながら、第１ローラ電極２０と同じく最薄ワーク３２側に配置された加圧用部材で最薄ワーク３２を押圧する。この際、制御ユニット６８は、最薄ワーク３２に対する第１ローラ電極２０及び加圧用部材の合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）が、最下の金属板２８に対する第２ローラ電極２２の加圧力（Ｆ３）と均衡するように、第１〜第３シリンダの第１〜第３ロッドの推進力を制御する。

このように、加圧用部材を用いた上で積層体２６を挟持する際の加圧力を均衡させる第２実施形態においては、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２に向かう電流ｉ１のみを流すことにより、金属板２８、３０の間に形成されるナゲット７６と、金属板３０、３２の間に形成されるナゲット７８とを互いに同程度の大きさとすることができる。

ここで、第１実施形態に係るシーム溶接装置１０の構成において、例えば、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６を常時切に設定する等して電流分岐用ローラ電極２４と交流電源６０とを電気的に絶縁すれば、第２実施形態に係るシーム溶接方法を実施することができる。すなわち、第１実施形態に係るシーム溶接装置１０の構成によれば、電流分岐用ローラ電極２４に対して電流を流す・流さないを選択することにより、第１実施形態に係るシーム溶接方法・シーム溶接装置１０、又は第２実施形態に係るシーム溶接方法・シーム溶接装置のいずれを実施ないし構成するかを選択することができる。「電極の機能を有しない単なる加圧用部材」には、このように、電極として機能させないものを含む。

また、第１実施形態及び第２実施形態のいずれにおいても、図１０及び図１１に示すように、第１中実軸４６と中空軸５４を互いに離間して配置し、図１２に示すように、第１ローラ電極２０の側方に電流分岐用ローラ電極２４を位置させるようにしてもよい。勿論、この場合、中空軸５４ではなく中実軸で電流分岐用ローラ電極２４を支持するようにしてもよい。

さらに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６に代替して、図１３に示すように、第３リード線６４に対し、交流電源６０とは別の交流電源８０を介装するようにしてもよい。この場合、該交流電源８０のパルス設定（電流供給時間）を交流電源６０に比して短くすることによって、図６に示すように電流ｉ１、分岐電流ｉ２を流すことができる。

さらにまた、図４又は図１３に示す電気的構成のいずれにおいても、図１４に示すようなパルス設定で電流ｉ１、分岐電流ｉ２を流すようにしてもよい。この場合、積層体２６の流れ方向に沿って図１５に示すようにナゲット７６、７８が点在する。又は、ナゲット７６、７８が連続することもある。

又は、図１６に示すように、電流ｉ１が継続して流れるように設定するとともに、分岐電流ｉ２にパルス設定を行うようにしてもよい。この場合、金属板２８、３０の接触界面に対して連続的な通電がなされる一方、最薄ワーク３２の内部に分岐電流ｉ２が間欠的に流れる。このため、図１７に示すように、金属板２８、３０の接触界面に、積層体２６の相対的な移動方向に沿って直線的に延在するナゲット７６が形成され、且つ金属板３０、３２の接触界面に、複数個のナゲット７８が点在して形成される。すなわち、金属板２８、３０同士は線接合され、金属板３０、３２同士は点接合される。

このように接合状態を相違させることにより、金属板２８、３０、３２の金属種や厚みに応じて適切な接合強度を得ることが可能となる。

そして、上記した実施形態とは逆に、最下の金属板２８に当接した第２ローラ電極２２から、最上の最薄ワーク３２に当接した第１ローラ電極２０に向かう電流を流すようにしてもよい。この場合にも、最薄ワーク３２に当接した電流分岐用ローラ電極２４の極性を第１ローラ電極２０と逆にする。すなわち、第２ローラ電極２２及び電流分岐用ローラ電極２４を交流電源６０の正極に電気的に接続する一方、第１ローラ電極２０を交流電源６０の負極に電気的に接続する。これにより、第２ローラ電極２２から第１ローラ電極２０に向かう電流ｉ１と、電流分岐用ローラ電極２４から第１ローラ電極２０に向かう分岐電流ｉ２とが発生する。

加えて、４枚以上の金属板で積層体２６を構成するようにしてもよいことは勿論である。

第１実施形態及び第２実施形態のいずれにおいても、最薄ワーク３２のみならず、その直下の金属板３０にも分岐電流ｉ２が流れるようにしてもよい。

１０…シーム溶接装置 １２…多関節ロボット
１６…シーム溶接機 ２０…第１ローラ電極
２２…第２ローラ電極 ２４…電流分岐用ローラ電極
２６…積層体 ２８、３０、３２…金属板
６０、８０…交流電源 ６６…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
６８…制御ユニット ７０、７２、７４…加熱領域
７６、７８…ナゲット ｉ１…電流
ｉ２…分岐電流

Claims (9)

1. ３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
   前記積層体を第１ローラ電極及び第２ローラ電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに当接した前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極を前記最薄ワークに当接させる工程と、
   前記第１ローラ電極、第２ローラ電極及び前記電流分岐用電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極の間に通電を行うことで前記積層体に対してシーム溶接を施すとともに、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流を流す工程と、
   を有することを特徴とするシーム溶接方法。
2. 請求項１記載の溶接方法において、前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極の間に通電を行う最中、電流分岐用電極のみを最薄ワークから離間させるか、又は、前記電流分岐用電極と電源との間の電気経路のみを切断することで前記分岐電流を停止することを特徴とするシーム溶接方法。
3. ３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
   前記積層体を第１ローラ電極及び第２ローラ電極で挟持するとともに、前記最薄ワークに対し、前記第１ローラ電極が当接した部位とは別の部位に加圧用部材を当接させ、前記加圧用部材によって前記最薄ワーク側から前記積層体を加圧する工程と、
   前記第１ローラ電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２ローラ電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させた状態で、前記第１ローラ電極、第２ローラ電極及び前記電流分岐用電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記第１ローラ電極と第２ローラ電極の間に通電を行う工程と、
   を有することを特徴とするシーム溶接方法。
4. 請求項３記載の溶接方法において、前記加圧用部材を、前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極で構成し、前記通電を行う際、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするシーム溶接方法。
5. ３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うためのシーム溶接装置であって、
   前記最薄ワークに当接する第１ローラ電極と、
   前記第１ローラ電極とともに前記積層体を挟持する第２ローラ電極と、
   前記最薄ワークに当接し、且つ前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極と、
   を備え、
   シーム溶接を施すために前記積層体を挟持した前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極との間で通電を行う際、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流を流すことを特徴とするシーム溶接装置。
6. 請求項５記載の装置において、前記第１ローラ電極、前記第２ローラ電極及び前記電流分岐用電極に電気的に接続された１個の電源を有し、且つ前記電流分岐用電極と前記電源との間に、該電流分岐用電極と該電源との間の電気経路のみを接続又は停止するスイッチが設けられたことを特徴とするシーム溶接装置。
7. 請求項５記載の装置において、前記第１ローラ電極及び前記第２ローラ電極に電気的に接続された第１電源と、前記第１ローラ電極及び前記電流分岐用電極に電気的に接続された第２電源とを有し、前記第１電源と前記第２電源は、個別に電流を供給又は供給停止することが可能であることを特徴とするシーム溶接装置。
8. ３枚以上のワークを積層するとともに、前記ワーク中、厚みが最小である最薄ワークを最外に配置して形成した積層体に対してシーム溶接を行うためのシーム溶接装置であって、
   前記最薄ワークに当接する第１ローラ電極と、
   前記第１ローラ電極とともに前記積層体を挟持する第２ローラ電極と、
   前記最薄ワークにおける前記第１ローラ電極が当接した部位とは別の部位に当接し、前記積層体を前記最薄ワーク側から加圧するための加圧用部材と、
   を具備し、
   さらに、前記加圧用部材に対して前記積層体を加圧する加圧力を付与する加圧機構と、前記加圧機構を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記第１ローラ電極と前記第２ローラ電極との間に通電が行われる際、前記第１ローラ電極及び前記加圧用部材による前記積層体に対する加圧力と、前記第２ローラ電極による前記積層体に対する加圧力とを均衡させることを特徴とするシーム溶接装置。
9. 請求項８記載の装置において、前記加圧用部材が、前記第１ローラ電極とは逆の極性である電流分岐用電極であり、前記通電を行う際、前記第１ローラ電極から前記電流分岐用電極に向かう分岐電流、又は、前記電流分岐用電極から前記第１ローラ電極に向かう分岐電流のいずれかを生じさせることを特徴とするシーム溶接装置。

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