JP2013188763A - シーム溶接方法及びシーム溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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十分な大きさのナゲットを形成することが可能であり、しかも、チリが発生する懸念を払拭し得るシーム溶接方法及びシーム溶接装置を提供する。
【解決手段】複数のワークＷ１〜Ｗ３を積層すると共に、該ワークＷ１〜Ｗ３中、厚みが最小である最薄ワークＷ３を最外に配置して形成した積層体１００を第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とで挟持してシーム溶接を行うシーム溶接装置１０において、最薄ワークＷ３に接触する第２ローラ電極２８が、第１ローラ電極２６よりも溶接進行方向に沿って先行して配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のワークを積層すると共に、前記ワーク中、厚みが最小の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シーム溶接装置に関する。

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（例えば、特許文献１参照）。シーム溶接では、積層された金属板（積層体）が一対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。プラス電極から流れ出した電流は、該プラス電極が接触した金属板、金属板同士の接触部、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。

この通電の最中に、前記金属板同士の接触部に抵抗発熱（ジュール熱）が発生する。これにより、該部位が溶融する。

その後、前記一対のローラ電極に対して積層体が相対的に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、主にナゲットと称呼される。

一方、新たな電流経路に対応する部位では、上記と同様に、金属板同士の接触部が溶融する。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

ところで、積層体として、厚みの異なる複数の金属板を積層して構成することがある。そして、厚みが最も小さいワーク（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定されるが、この場合、ワークが溶融して飛散する、いわゆるスパッタ（チリ）が惹起され易くなるという不具合を招く。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、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十分な大きさのナゲットを形成することが可能であり、しかも、チリが発生する懸念を払拭し得るシーム溶接方法及びシーム溶接装置を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係るシーム溶接方法は、複数のワークを積層すると共に、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を一対のローラ電極で挟持してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、前記最薄ワークに接触する前記一方のローラ電極を前記他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行させた状態で、前記一対のローラ電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら該一対のローラ電極間に通電を行うことを特徴とする。

本発明に係るシーム溶接方法によれば、最薄ワークに接触する一方のローラ電極を他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行させているので、積層体には、一方のローラ電極から他方のローラ電極に向かうに従って、溶接進行方向とは逆方向に傾斜する電流経路が形成される。そうすると、ある時点Ｔ１では、前記電流経路上において、最薄ワークと該最薄ワークに隣接するワークとの接触部位（第１部位）に抵抗発熱が起こる。そして、一対のローラ電極が積層体に対して相対移動した時点Ｔ２になると、前記第１部位の溶接進行方向に隣接する第２部位が発熱すると共に、該第１部位の前記他方のローラ電極側に隣接する第３部位が発熱することになる。このとき、すでに発熱している第１部位は、第２部位と第３部位とによってさらに加熱されるため、前記第１部位には十分な大きさのナゲット（均整の取れたナゲット）が形成される。これにより、接合強度に優れた接合が得られる。

また、一方のローラ電極を他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行させた場合、一対のローラ電極の溶接進行方向の位置を揃えた場合と比較して、各ローラ電極の積層体に対する接触面積が大きくなると共に、ワーク間の接触面積が大きくなる。これにより、電流経路の電流密度が比較的小さくなるので、一対のローラ電極間に流す電流値を増大した場合であっても、チリの発生を好適に抑えることができる。

［２］ 上記のシーム溶接方法において、前記最薄ワークの厚みに対する前記積層体の厚みの比率を算出する算出工程と、前記算出工程にて算出された前記比率に応じて、前記積層体の積層方向に沿った線分に対する前記各ローラ電極の回転軸を通る線分の溶接進行方向に沿った傾斜角度を設定する設定工程とを行ってもよい。

このような方法によれば、最薄ワークの厚みに対する積層体の厚みの比率に応じて、傾斜角度を設定するので、前記積層体に十分な大きさのナゲットを効率的に形成することができる。

［３］ 上記のシーム溶接方法において、前記設定工程では、前記傾斜角度を５°以下に設定してもよい。このような方法によれば、傾斜角度が５°以下に設定されるため、一対のローラ電極が離間し過ぎることを抑えることができる。よって、積層体に十分な大きさのナゲットを一層効率的に形成することができる。

［４］ 本発明に係るシーム溶接装置は、複数のワークを積層すると共に、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を一対のローラ電極で挟持してシーム溶接を行うシーム溶接装置であって、前記最薄ワークに接触する前記一方のローラ電極が、前記他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行して配置されていることを特徴とする。

本発明に係るシーム溶接装置によれば、最薄ワークに接触する一方のローラ電極を他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行して配置するので、上述したシーム溶接方法と同様の効果を奏する。

［５］ 上記のシーム溶接装置において、前記最薄ワークの厚みに対する前記積層体の厚みの比率を算出する比率算出手段と、前記比率算出手段にて算出された比率に基づいて、前記積層体の積層方向に沿った線分に対する前記各ローラ電極の回転軸を通る線分の溶接進行方向に沿った傾斜角度を設定する傾斜角度設定手段とをさらに備えてもよい。

このような装置によれば、比率算出手段にて算出された比率に基づいて傾斜角度を設定するので、積層体に十分な大きさのナゲットを効率的に形成することができる。

［６］ 上記のシーム溶接装置において、前記傾斜角度設定手段は、前記傾斜角度を５°以下に設定してもよい。このような装置によれば、傾斜角度が５°以下に設定されるため、一対のローラ電極が離間し過ぎることを抑えることができる。よって、積層体に十分な大きさのナゲットを一層効率的に形成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、最薄ワークに接触する一方のローラ電極を他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行させているので、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十分な大きさのナゲットを形成することができる。しかも、各ローラ電極の積層体に対する接触面積とワーク間の接触面積を大きくすることができるので、チリが発生する懸念を払拭し得る。

本発明の一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。 図１に示すシーム溶接機の斜視図である。 前記シーム溶接機の模式的一部正面図である。 本発明の一実施形態に係るシーム溶接方法を説明するためのフローチャートである。 積層体のうち第１ローラ電極と第２ローラ電極によって挟持された部位が撓んでいる状態を説明するための説明図である。 第１ローラ電極の第１ワークに対する接触面積と第２ローラ電極の第３ワークに対する接触面積を説明するための模式的説明図である。 図７Ａは時点Ｔ１における積層体の発熱部位を示した説明図であり、図７Ｂは、時点Ｔ１よりも進んだ時点Ｔ２における積層体の発熱部位を示した説明図であり、図７Ｃは、時点Ｔ２よりも進んだ時点Ｔ３における積層体の発熱部位を示した説明図である。 本発明の一実施例に係るシーム溶接装置の模式図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。 図８の実施例の実験結果を示したグラフである。 本発明の変形例に係るシーム溶接方法を説明するための説明図である。

以下、本発明に係るシーム溶接方法について、それを実施するためのシーム溶接装置との関係において、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係るシーム溶接装置１０は、溶接対象物である積層体１００をシーム溶接するためのものであって、多関節ロボット１２と、前記多関節ロボット１２の先端アーム１４に支持されたシーム溶接機１６と、入力部１７と、制御ユニット１８とを備える。

先ず、前記積層体１００の構成について説明する。本実施形態に係る積層体１００は、例えば、自動車のドア開口部に用いられるものであって、３枚のワーク（金属板）Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が積層されることにより形成される。

ワークＷ１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、いわゆるハイテン材）からなり、積層体１００の一方の最外層（最外面）を構成する。ワークＷ２は、例えば、前記ワークＷ１と同様の材料（ハイテン材）からなり、積層体１００の中間層を構成する。ワークＷ３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、いわゆる軟鋼材）からなり、積層体１００の他方の最外層（最外面）を構成する。

そのため、本実施形態の積層体１００は、軟鋼材であるワークＷ３が、ハイテン材であるワークＷ１及びワークＷ２と比較して、固有抵抗が低く且つ熱伝導率が高いため比較的発熱し難い特性を有する。

図３から諒解されるように、ワークＷ１の厚みとワークＷ２の厚みはＤ１（例えば、約１ｍｍ〜約２ｍｍ）に設定され、ワークＷ３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、ワークＷ３は、積層体１００の最薄ワークとなる。なお、ワークＷ１の厚みとワークＷ２の厚みは、同一ではなく異なっていてもよい。

多関節ロボット１２は、いわゆる産業用ロボットとして構成されており、制御ユニット１８の作用下で、シーム溶接機１６を任意の位置で且つ任意の姿勢に移動可能である（図１参照）。

シーム溶接機１６は、多関節ロボット１２の先端アーム１４に対してマウント部１９を介して固定されたガイドレール２０と、ガイドレール２０に設けられた第１駆動機構２２と第２駆動機構２４と、第１駆動機構２２に設けられた第１ローラ電極２６と、第２駆動機構２４に設けられた第２ローラ電極２８とを有する。

ガイドレール２０は、直方体状に構成されており、先端アーム１４が位置する側とは反対側の面の幅方向（図２のＺ方向）略中央には、全長に亘って凸部３０が形成されている。

第１駆動機構２２は、ガイドレール２０の延在方向（矢印Ｙ方向）に沿って該ガイドレール２０に対して移動可能に設けられた第１移動テーブル３２と、第１移動テーブル３２に設けられて第１ローラ電極２６が固定された第１回転軸３４とを含む。

第１移動テーブル３２には、ガイドレール２０の凸部３０に摺動可能に係合する凹部３６が形成されている。第１移動テーブル３２は、例えば、ガイドレール２０に設けられた図示しない第１シリンダと第１ロッドによって、ガイドレール２０の延在方向に沿って該ガイドレール２０に対して移動可能となっている。

第１回転軸３４は、ガイドレール２０の厚み方向（矢印Ｙ方向と矢印Ｚ方向とに直交する方向）に沿って延在しており、第１移動テーブル３２に設けられた図示しない第１回転用モータによって回転可能となっている。

第２駆動機構２４は、ガイドレール２０の延在方向（矢印Ｙ方向）に沿って該ガイドレール２０に対して移動可能に設けられた第２移動テーブル３８と、ガイドレール２０の幅方向（図２の矢印Ｚ方向）に沿って該第２移動テーブル３８に対して移動可能に設けられた第３移動テーブル４０と、第３移動テーブル４０に設けられて第２ローラ電極２８が固定された第２回転軸４２とを含む。

第２移動テーブル３８には、ガイドレール２０の凸部３０に摺動可能に係合する凹部４４が形成されている。第２移動テーブル３８は、例えば、ガイドレール２０に設けられた図示しない第２シリンダと第２ロッドによって、ガイドレール２０の延在方向に沿って該ガイドレール２０に対して移動可能となっている。第２移動テーブル３８における前記凹部４４が形成された面とは反対側の面には、ガイドレール２０の幅方向に沿って全長に亘って凸部４６が形成されている。

第３移動テーブル４０には、第２移動テーブル３８の凸部４６に摺動可能に係合する凹部４８が形成されている。第３移動テーブル４０は、例えば、第２移動テーブル３８に設けられた図示しない第３シリンダと第３ロッドによって、ガイドレール２０の幅方向（矢印Ｚ方向）に沿って該第２移動テーブル３８に対して移動可能となっている。

第２回転軸４２は、第１回転軸３４に対して平行配置された状態で第３移動テーブル４０に設けられた図示しない第２回転用モータによって回転可能となっている。

第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８の各々は、円板状に形成されている。図２及び図３から諒解されるように、第１ローラ電極２６の外周面は、積層体１００（ワークＷ１）の一方の面に接触し、第２ローラ電極２８の外周面は、積層体１００（ワークＷ３）の他方の面に接触する。第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８は、同一構成であってもよいし、その径方向の寸法や幅方向の寸法が異なるように構成してもよい。

シーム溶接機１６は、溶接電源部５０と、溶接電源部５０の負極と第１ローラ電極２６とを電気的に接続する第１リード線（電力線）５２と、溶接電源部５０の正極と第２ローラ電極２８とを電気的に接続する第２リード線（電力線）５４とをさらに有する（図１及び図３参照）。

溶接電源部５０は、交流電源と溶接トランス等を含んで構成されるものであって、第１リード線５２と第２リード線５４を介して第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８間に通電を行う。

入力部１７は、制御ユニット１８に対して積層体１００を構成する各ワークＷ１〜Ｗ３の板厚等の情報を入力することができる。

制御ユニット１８は、ロボット制御部５８、板厚比率算出部５９、傾斜角度設定部６０、及び溶接機制御部６２を有する。ロボット制御部５８は、多関節ロボット１２を駆動制御する。

板厚比率算出部５９は、入力部１７から入力された各ワークＷ１〜Ｗ３の板厚情報等に基づいて、ワーク（最薄ワーク）Ｗ３の厚みＤ２に対する積層体１００の厚みＤ０の比率（板厚比率Ｒ＝Ｄ２／Ｄ０）を算出する。

傾斜角度設定部６０は、板厚比率算出部５９にて算出された板厚比率Ｒに基づいて、積層体１００の積層方向（矢印Ｙ方向）に沿った線分Ａに対する第１ローラ電極２６の回転軸線ＣＬ１と第２ローラ電極２８の回転軸線ＣＬ２とを結ぶ線分Ｂの溶接進行方向に沿った傾斜角度θを設定する（図３参照）。具体的には、傾斜角度設定部６０は、前記板厚比率Ｒが大きくなるほど、大きい傾斜角度θに設定する。このように傾斜角度θを設けることにより、第２ローラ電極２８は、第１ローラ電極２６よりも溶接進行方向に先行して配置されることとなる。

本実施形態では、傾斜角度設定部６０は、例えば、傾斜角度θを７°以下、好ましくは５°以下に設定する。このように設定することにより、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８が離間し過ぎることを抑えることができるからである。

また、傾斜角度設定部６０は、板厚比率Ｒが５よりも大きい場合に、傾斜角度θを３°≦θ≦５°の範囲に設定し、板厚比率Ｒが３以下の場合に、傾斜角度θを１°程度に設定することが好ましい。

傾斜角度θが小さ過ぎると、ワークＷ２とワークＷ３との接触部位を十分に加熱することが難しくなり、傾斜角度θが大き過ぎると、積層体１００に形成される電流経路が長くなり過ぎ（第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８との間隔が広くなり過ぎ）、シーム溶接に必要な溶接電流値が過大になるからである。

溶接機制御部６２は、前記第１〜第３シリンダ、前記第１及び第２回転用モータ、及び溶接電源部５０を駆動制御する。

本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ものであり、次に、その作用効果につき、この実施形態に係るシーム溶接方法との関係において説明する。

先ず、板厚比率算出部５９は、各ワークＷ１〜Ｗ３の厚み寸法の情報を取得して板厚比率Ｒを算出する（図４のステップＳ１）。各ワークＷ１〜Ｗ３の厚み寸法は、作業者等が入力部１７に入力することにより取得してもよいし、制御ユニット１８の記憶部等に予め記憶しておいたワーク情報（各ワークの厚み寸法等の情報）から取得してもよい。

続いて、傾斜角度設定部６０は、算出された板厚比率Ｒに基づいて傾斜角度θを設定する（ステップＳ２）。すなわち、傾斜角度設定部６０は、前記板厚比率Ｒが大きくなるほど、傾斜角度θを大きく設定する。このとき、例えば、傾斜角度設定部６０は、３°≦θ≦５°の範囲となるように該傾斜角度θを設定する。

次に、設定された傾斜角度θとなるように第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８の相対位置を調整する（ステップＳ３）。具体的には、溶接機制御部６２は、第３シリンダ内の圧力を制御して第３移動テーブル４０を矢印Ｚ方向に移動することにより、第２ローラ電極２８を第１ローラ電極２６よりも溶接進行方向に移動させて、傾斜角度θを設定値にする。

その後、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とで積層体１００を挟持する（ステップＳ４）。具体的には、先ず、ロボット制御部５８は、多関節ロボット１２を制御して、積層体１００の溶接開始点近傍にシーム溶接機１６を移動させて、ワークＷ１側に第１ローラ電極２６が位置すると共にワークＷ３側に第２ローラ電極２８が位置するように該シーム溶接機１６の姿勢を調整する。そして、溶接機制御部６２は、第１及び第２シリンダ内の圧力を制御して、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とを互いに近接させる。これにより、第１ローラ電極２６の外周面がワークＷ１の一方の面に接触すると共に第２ローラ電極２８の外周面がワークＷ３の他方の面に接触する。

これにより、積層体１００は、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とによって加圧挟持される。そうすると、積層体１００のうち第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とにより挟持された部分が各ローラ電極２６、２８の形状に対応した形状に撓むため（図５参照）、各ローラ電極２６、２８を溶接進行方向の位置を揃えて配置した場合と比較して、第１ローラ電極２６のワークＷ１に対する接触面積Ｓ１が溶接進行方向及び該第１ローラ電極２６の幅方向に沿って増大すると共に、第２ローラ電極２８のワークＷ３に対する接触面積Ｓ２が溶接進行方向の逆方向及び該第２ローラ電極２８の幅方向に沿って増大することになる（図６参照）。

続いて、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８を回転（転動）させながら通電することによりシーム溶接を行う（ステップＳ５）。すなわち、ロボット制御部５８が多関節ロボット１２を制御してシーム溶接機１６を移動させながら、溶接機制御部６２が第１回転用モータを駆動して第１ローラ電極２６を回転すると共に第２回転用モータを駆動して第２ローラ電極２８を回転する。これと略同時に、溶接機制御部６２は、溶接電源部５０を駆動して第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８の間に通電を行う。

そうすると、積層体１００には、第２ローラ電極２８から第１ローラ電極２６に向かうに従って、溶接進行方向とは逆方向に傾斜する電流経路が形成されることになる。そのため、図７Ａに示すように、ある時点Ｔ１では、前記電流経路上において、ワークＷ２とワークＷ３との接触部位（第１部位）Ｈ１ａと、ワークＷ２における該接触部位Ｈ１ａよりもやや後方の部位Ｈ１ｂと、前記部位Ｈ１ｂのやや後方であってワークＷ１とワークＷ２との接触部位Ｈ１ｃとに、抵抗発熱が起こる。

そして、図７Ｂに示すように、前記時点Ｔ１よりも進んだ時点Ｔ２では、積層体１００に対して第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とが溶接進行方向に若干移動しているため、前記接触部位Ｈ１ａから溶接進行方向に若干ずれた接触部位（第２部位）Ｈ２ａと、前記部位Ｈ１ｂから溶接進行方向に若干ずれた部位（第３部位）Ｈ２ｂと、前記接触部位Ｈ１ｃから溶接進行方向に若干ずれた接触部位Ｈ２ｃとに抵抗発熱が起こる。このとき、すでに発熱している前記接触部位Ｈ１ａは、前記接触部位Ｈ２ａと前記部位Ｈ２ｂとによってさらに加熱されることになる。

そして、図７Ｃに示すように、前記時点Ｔ２よりも進んだ時点Ｔ３では、時点Ｔ２の場合と同様に、前記接触部位Ｈ２ａから溶接進行方向に若干ずれた接触部位Ｈ３ａと、前記部位Ｈ２ｂから溶接進行方向に若干ずれた部位Ｈ３ｂと、前記接触部位Ｈ２ｃから溶接進行方向に若干ずれた接触部位Ｈ３ｃとに抵抗発熱が起こる。

このとき、前記接触部位Ｈ３ｃは、ワークＷ３よりも厚みが大きく且つ固有抵抗の大きいワークＷ１とワークＷ２との接触部位であるため、十分な抵抗発熱が起きる。

このように、第２ローラ電極２８を第１ローラ電極２６よりも先行して配置した状態でシーム溶接を行うことにより、加熱不足になり易いワークＷ２とワーク（最薄ワーク）Ｗ３との接触部位Ｈ１ａが十分に加熱溶融されるため、ワークＷ２とワークＷ３との接触部位に十分に大きなナゲットを形成することができる。

また、本実施形態では、前記接触部位Ｈ３ｃに形成されるナゲットがワークＷ２とワークＷ３との接触部位にまで成長するため、全体として均整の取れた大きなナゲットを得ることができる。これにより、ワークＷ１とワークＷ２とが強固に接合されると共にワークＷ２とワークＷ３とが強固に接合されるに至る。

その後、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８が溶接終了点に達した時点で、シーム溶接を終了する（ステップＳ６）。具体的には、溶接機制御部６２は、溶接電源部５０を制御して第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８の通電を停止して、第１及び第２シリンダ内の圧力を調整することにより第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８を積層体１００から離間させる。この段階で、今回のシーム溶接が終了する。

本実施形態によれば、ワーク（最薄ワーク）Ｗ３に接触する第２ローラ電極２８を第１ローラ電極２６よりも溶接進行方向に沿って先行させているので、積層体１００には、第２ローラ電極２８から第１ローラ電極２６に向かうに従って、溶接進行方向とは逆方向に傾斜する電流経路が形成される。そうすると、ある時点Ｔ１では、前記電流経路上において、ワークＷ３と該ワークＷ３に隣接するワークＷ２との接触部位（第１部位）Ｈ１ａに抵抗発熱が起こる。そして、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８が積層体１００に対して相対移動した時点Ｔ２になると、前記第１部位Ｈ１ａの溶接進行方向に隣接する第２部位Ｈ２ａが発熱すると共に、該第１部位Ｈ１ａの前記第１ローラ電極２６側に隣接する第３部位Ｈ２ｂが発熱することになる。このとき、すでに発熱している第１部位Ｈ１ａは、第２部位Ｈ２ａと第３部位Ｈ２ｂとによってさらに加熱されるため、前記第１部位Ｈ１ａには十分な大きさのナゲットが形成される。これにより、接合強度に優れた接合が得られる。

また、本実施形態では、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８を溶接進行方向に位置を揃えて配置した場合と比較して、第１ローラ電極２６のワークＷ１に対する接触面積Ｓ１と第２ローラ電極２８のワークＷ３に対する接触面積Ｓ２とを大きくすることができる。これにより、電流経路の電流密度が比較的小さくなるので、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８の間に通電する電流値を増大しても、チリの発生を好適に抑えることができる。

さらに、本実施形態によれば、ワークＷ３の厚みＤ２に対する積層体１００の厚みＤ０の板厚比率Ｒに応じて、傾斜角度θを設定しているので、前記積層体１００に十分な大きさのナゲットを効率的に形成することができる。しかも、前記傾斜角度θを５°以下に設定しているので、第１ローラ電極２６と第２ローラ電極２８とが離間し過ぎることを抑えることができる。よって、積層体１００に十分な大きさのナゲットを一層効率的に形成することができる。

以下に本発明に係る実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

本実施例では、図８及び図９に示すように、上述したシーム溶接装置１０と同様の構成を有するシーム溶接装置２００を用いて溶接対象物としての積層体２０２にシーム溶接をした後、せん断強度試験を行った。

積層体２０２としては、板厚が０．６５ｍｍのワーク（ＪＡＣ２７０Ｆ）Ｗ１０と、板厚が１．８０ｍｍのワーク（ＪＳＣ５９０Ｒ）Ｗ２０と、板厚が１．４０ｍｍのワーク（ＪＳＣ５９０Ｒ）Ｗ３０とをこの順番で積層したものを使用した。すなわち、この積層体２０２の板厚比率Ｒは、Ｒ＝（１．４０＋１．８０＋０．６５）／０．６５の算出式より、約５．９であり５よりも大きい。

本実施例に係るシーム溶接装置２００では、ワーク（最薄ワーク）Ｗ１０側に第１ローラ電極２０４を配設し、ワークＷ３０側に第２ローラ電極２０６を配設した。

第１ローラ電極２０４と第２ローラ電極２０６の各々は、銅クロム合金（ＣｒＣｕ）で構成された水冷式のローラ電極を用いた。また、第１ローラ電極２０４の厚みｔ１を１０ｍｍに設定し、その外周面の曲率半径ｒ１を１５ｍｍに設定した。第２ローラ電極２０６の厚みｔ２を１０ｍｍに設定し、その外周面の曲率半径ｒ２を１００ｍｍに設定した。

本実施例の溶接条件としては、溶接速度を４ｍ／ｍｉｎ、加圧力を４５０ｋｇｆ、通電時間６ｍｓｅｃと休止時間６ｍｓｅｃの通電サイクル、アップスロープ時間を１５０ｍｓｅｃとした。

本実施例に係る実験結果を図１０に示す。図１０において、横軸は溶接電流を示し、縦軸は傾斜角度を示している。この図１０では、◎はチリの発生がなく母材破断したものを、○はチリの発生がなく界面破断したものを、△はチリの発生があり母材破断したものを、×はチリの発生がなく剥がれが生じたものをそれぞれ示している。すなわち、◎及び○で示した部分では、各ワークＷ１０、Ｗ２０、Ｗ３０の入熱バランスが良好であることを意味する。

この実験結果によれば、第２ローラ電極２０６が第１ローラ電極２０４よりも先行している場合（傾斜角度が−１度及び−３度の場合）は、傾斜角度が０度の場合と比較して、○である溶接電流幅が狭くなった。

傾斜角度が＋１度の場合は、傾斜角度が０度の場合と比較して、○である溶接電流幅は同一であったが、○の領域が高電流側にシフトした。傾斜角度が＋３度の場合は、傾斜角度が＋１度の場合と比較して、○の領域がさらに高電流側にシフトすると共に一部に◎の結果を得ることができた。傾斜角度が＋５度の場合は、傾斜角度が＋３度の場合と比較して、◎である溶接電流幅が広くなった。なお、傾斜角度が＋７度の場合は、○及び◎の結果を得ることはできなかった。

このように、板厚比率Ｒが５よりも大きい場合に、傾斜角度が０°＜θ≦５°の範囲では、傾斜角度が０度の場合よりも溶接性が向上することが証明された。また、傾斜角度が３°≦θ≦５°の範囲では、溶接性が一層向上することが証明された。

本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、本発明に係るシーム溶接方法は、３枚のワークＷ１、Ｗ２、Ｗ３を積層して構成された積層体１００に対してシーム溶接を行う例に限定されない。例えば、図１１に示すように、２枚のワークＷ１、Ｗ３を積層して構成された積層体１０２に対してシーム溶接を行う場合であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏する。また、４枚以上のワークを積層して構成された積層体に対してシーム溶接を行う場合も同様である。

１０、２００…シーム溶接装置 １２…多関節ロボット
１６…シーム溶接機 １８…制御ユニット
２６、２０４…第１ローラ電極 ２８、２０６…第２ローラ電極
５９…板厚比率算出部 ６０…傾斜角度設定部
１００、１０２、２０２…積層体 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３…ワーク

Claims (6)

1. 複数のワークを積層すると共に、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を一対のローラ電極で挟持してシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
   前記最薄ワークに接触する前記一方のローラ電極を前記他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行させた状態で、前記一対のローラ電極を前記積層体に対して相対的に移動させながら該一対のローラ電極間に通電を行うことを特徴とするシーム溶接方法。
2. 請求項１記載のシーム溶接方法において、
   前記最薄ワークの厚みに対する前記積層体の厚みの比率を算出する算出工程と、
   前記算出工程にて算出された前記比率に応じて、前記積層体の積層方向に沿った線分に対する前記各ローラ電極の回転軸を通る線分の溶接進行方向に沿った傾斜角度を設定する設定工程とを行うことを特徴とするシーム溶接方法。
3. 請求項２記載のシーム溶接方法において、
   前記設定工程では、前記傾斜角度を５°以下に設定することを特徴とするシーム溶接方法。
4. 複数のワークを積層すると共に、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を一対のローラ電極で挟持してシーム溶接を行うシーム溶接装置であって、
   前記最薄ワークに接触する前記一方のローラ電極が、前記他方のローラ電極よりも溶接進行方向に沿って先行して配置されていることを特徴とするシーム溶接装置。
5. 請求項４記載のシーム溶接装置において、
   前記最薄ワークの厚みに対する前記積層体の厚みの比率を算出する比率算出手段と、
   前記比率算出手段にて算出された比率に基づいて、前記積層体の積層方向に沿った線分に対する前記各ローラ電極の回転軸を通る線分の溶接進行方向に沿った傾斜角度を設定する傾斜角度設定手段とをさらに備えることを特徴とするシーム溶接装置。
6. 請求項５記載のシーム溶接装置において、
   前記傾斜角度設定手段は、前記傾斜角度を５°以下に設定することを特徴とするシーム溶接装置。

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