JP2019150832A - 亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極および亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極外周部の熱伝導性と電極の冷却性が向上され、亜鉛メッキ鋼板用シーム溶接の品質を向上させることができる亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極および亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置を提供する。【解決手段】亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極において、シーム溶接の電極本体部を円盤形状からなるモリブデン又はタングステン材とし、この円盤形状の電極本体部の少なくとも外周端縁側の両側面に平板状外周面を備え、該平板状外周面にクロム又はニッケル系の被膜層を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極および亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置に関する。

従来、メッキ鋼板のシーム溶接電極の材料を銅に替えてタングステンやモリブデンを使うことについては公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、電極割れ防止のため電極芯材をタングステンやモリブデンの粉末を焼結させて製造した燒結合金で作り、それをローラに埋設して一体化し、その芯材を銅製の電極本体で取り囲んだ二重構造としていた。
また、従来、電極当接面から電極外周への熱伝導を補助するため、電極取付軸に冷却水通路を設け、ローラ電極の表面と裏面の両面を内部冷却水路から水を循環させて冷やすことも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２６０７１８号公報 特許第３９０９１９３号公報

特許文献１の様に、タングステンやモリブデンの燒結合金の芯材を銅製の電極本体で取り囲んだ二重構造とすることで、電極本体の銅がとけて亜鉛メッキ鋼板の母材である鉄の中に溶け込んで合金化する現象、所謂、「銅差し」の発生を防止しながら銅の熱伝導性を利用して冷却性が高められるが、燒結製芯材と銅電極の両方が使用時に擦り減った場合は全体を交換せざるを得ないため、ランニングコストが高くなる。
特許文献２の様に、ローラ電極の表面と裏面の両面を内部冷却水で冷やす場合は、ローラ電極の電極部であり、電極の当接面に近いため電極外周縁部は熱が高く冷却が不足し易い。また電極材として銅以外の電極材とする場合は冷却不足や酸化層による溶接電流の減少などの溶接品質維持のための課題を有していた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電極外周部の熱伝導性と電極の冷却性が向上され、亜鉛メッキ鋼板用シーム溶接の品質を向上させることができる亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極およびシーム溶接装置を提供することを目的とする。

本発明は、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極において、シーム溶接の電極本体部（２１、２２）を円盤形状からなるモリブデン又はタングステン材とし、この電極本体部（２１、２２）の少なくとも外周端縁（２１ａ、２２ａ）側の両側面に平板状外周面（２１ｂ、２２ｂ）を備え、該平板状外周面（２１ｂ、２２ｂ）にクロム又はニッケル系の被膜層（２３、２４）を備えたことを特徴とする。

上記発明において、前記被膜層（２３、２４）は、クロムに窒素を飽和させたクロム膜であっても良い。

また、上記発明において、前記電極本体部（２１、２２）の径方向中央側に取付部（２１ｄ、２２ｄ）を有し、前記電極本体部（２１、２２）より熱伝導率の高い導電部材（３１、４１）を当接させた状態で、前記電極本体部（２１、２２）と前記導電部材（３１、４１）とを結合及び分離可能としても良い。

また、上記発明において、前記電極本体部（２１、２２）の径方向内周側に環状凹部（２２ｅ、１２２ｅ）を形成しても良い。

本発明は、プレス成形してなる亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置において、ローラ電極（２１、２２）の外周部（２１ｂ、２２ｂ）の両側面に被膜層（２３、２４）を設け、この被膜層（２３、２４）の上から冷却媒体で冷却して溶接可能としたことを特徴とする。

上記発明において、前記冷却媒体を冷却水とし、前記亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）を挟んだ両側から冷却水を電極先端部に向け噴射させてローラ電極（２１、２２）及び鋼板を同時に冷却しても良い。

また、上記発明において、前記ローラ電極（２１、２２）の電極回転方向に沿って切削手段（５２、７２）を往復振動させ前記切削手段（５２、７２）が当接する前記ローラ電極（２１、２２）の当接面（２１ａ、２２ａ）をドレッシングしながら溶接を行っても良い。

また、上記発明において、前記ローラ電極（２１、２２）と冷却媒体噴射手段（１０）と前記切削手段（５２、７２）を溶接ユニット（５）の基台（２０）に一体化しても良い。

また、上記発明において、前記ローラ電極（２１、２２）のうち、一方のローラ電極（２１）の板厚をｔ１として外径をｄ１とし、他方のローラ電極（２２）の板厚をｔ２として外径をｄ２とする場合に、下記の関係式ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２を満たすように、ｔ１、ｄ１、ｔ２、ｄ２が設定されていても良い。

本発明に係る亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極は、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極において、シーム溶接の電極本体部を円盤形状からなるモリブデン又はタングステン材とし、この電極本体部の少なくとも外周端縁側の両側面に平板状外周面を備え、該平板状外周面にクロム又はニッケル系の被膜層を備えている。この構成によれば、電極外周部の熱伝導性と電極の錆付きによる溶接電流の減少をなくすことが出来、水冷化が可能となり、亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接の品質を向上させることができる。

上記発明において、前記被膜層は、クロムに窒素を飽和させたクロム膜であっても良い。この構成によれば、クロム層に窒素が飽和していることで、高熱状態での剥離強度を向上でき電極の耐久性を向上させることができる。

また、上記発明において、前記電極本体部の径方向中央側に取付部を有し、前記電極本体部より熱伝導率の高い導電部材を当接させた状態で、前記電極本体部と前記導電部材とを結合及び分離可能としても良い。この構成によれば、電極の径方向中央側に前記電極より熱伝導率の高い導電部材を当接させて結合分離可能とするので、熱の冷却性を向上させることができる。

また、上記発明において、前記電極本体部の径方向内周側に環状凹部を形成しても良い。この構成によれば、環状凹部により電極本体部と導電部材との当接面の面積を増やすことができ電極の熱を熱伝導率の高い保持部材に伝え、電極の熱応力による割れを防止することができる。

本発明に係る亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置は、プレス成形してなる亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置において、ローラ電極の外周部の両側面に被膜層を設け、この被膜層の上から冷却媒体で冷却して溶接可能とした。この構成によれば、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部に当接した状態の電極に対して、電極の被膜層の外側から冷却媒体を噴射して電極と接合フランジ部を冷却するので、冷却媒体による電極の腐食を防止しながら冷却でき、冷却効率を向上できるとともに、プレス成形された鋼板の熱変形を防止できる。

上記発明において、前記冷却媒体を冷却水とし、前記亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部を挟んだ両側から冷却水を電極先端部に向け噴射させてローラ電極及び鋼板を同時に冷却しても良い。この構成によれば、接合フランジ部を挟んだ両側から冷却水を電極先端部に向け噴射して電極とフランジ部を冷却するのでプレス成形された鋼板の熱変形をさらに防止でき、かつ、電極の冷却性もさらに向上し溶接品質と電極の耐久性が向上する。

また、上記発明において、前記ローラ電極の電極回転方向に沿って切削手段を往復振動させ前記切削手段が当接する前記ローラ電極の当接面をドレッシングしながら溶接を行っても良い。この構成によれば、切削手段を振動させて電極外周面を削り取ることで、電極に塊として付着した付着物の除去と電極の表面平滑化を効率よく行うことができ、溶接品質をさらに向上できる。

また、上記発明において、前記ローラ電極と冷却媒体噴射手段と前記切削手段を溶接ユニットの基台に一体化しても良い。この構成によれば、亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置のコンパクト化を図ることができる。

また、上記発明において、前記ローラ電極のうち、一方のローラ電極の板厚をｔ１として外径をｄ１とし、他方のローラ電極の板厚をｔ２として外径をｄ２とする場合に、下記の関係式ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２を満たすように、ｔ１、ｄ１、ｔ２、ｄ２が設定されていても良い。この構成によれば、電流密度のバランスが確保されるので、シーム溶接の電流値幅を広くすることができ溶接品質が向上する。

本発明に係る第１の実施の形態のシーム溶接装置の説明図である。 溶接ユニットの正面図である。 大ローラ電極を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 小ローラ電極を示す図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 大ローラ電極の板厚と小ローラ電極の板厚との関係の説明図である。 本発明に係る第２の実施の形態の小ローラ電極の断面図である。 本発明に係る実施形態に供される燃料タンクの分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施の形態について説明する。なお、説明中、左右および上下といった方向の記載は、特に記載がなければ図面に対する方向と同一とする。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のシーム溶接装置１の説明図である。
ここで、本シーム溶接装置１に供されるワーク１００として、自動二輪車（不図示）に備えられる、燃料タンク（ワーク）１００を例示する。
燃料タンク１００は、図７に示すように、一組で容器形状をなすお椀状の半体１０１、１０２により構成される。半体１０１、１０２は、亜鉛（Ｚｎ）メッキ処理がされた銅（Ｃｕ）板により構成されている。半体１０１、１０２は、銅板がプレス成形されることによりお椀状に形成される。各半体１０１、１０２の開放端には、フランジ状の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａが形成されている。
接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを対向させて重ね合わせることにより容器形状の燃料タンク１００に仮組される。仮組された燃料タンク１００の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａが、図１に示すように、シーム溶接されることにより、半体１０１、１０２が一体となって燃料タンク１００が形成される。なお、シーム溶接される燃料タンクは、図７に示す形状の燃料タンク１００に限定されない。

シーム溶接装置１は、図１に示すように、プレス成形してなる亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部をシーム溶接する装置である。
シーム溶接装置１は、シーム溶接前の仮組されたワーク１００を把持する把持ロボット２と、把持ロボット２で把持されたワーク１００をシーム溶接する溶接ロボット３と、を備える。

把持ロボット２は、複数のアーム２ａが軸で回動可能に構成された多関節ロボットである。また、溶接ロボット３は、複数のアーム３ａが軸で回動可能に構成された多関節ロボットである。ロボット２、３のアーム２ａ、３ａは、それぞれが有する制御ユニット２ｂ、３ｂにより、その位置や姿勢が制御される。
把持ロボット２の制御ユニット２ｂと、溶接ロボット３の制御ユニット３ｂとは、通信回線６で接続されている。把持ロボット２は、アーム２ａの先端に支持されたクランプユニット４を備え、クランプユニット４はワーク１００を把持する。溶接ロボット３は、アーム３ａの先端に支持された溶接ユニット５を備え、溶接ユニット５はワーク１００に対するシーム溶接を行う。把持ロボット２は、ワーク１００の姿勢を制御し、それと協働して、溶接ロボット３は、ワーク１００に対して、シーム溶接を行う。

把持ロボット２のクランプユニット４は、一対のクランプアーム４ａ、４ｂと、位置決め部４ｃと、を備える。把持ロボット２は、一対のクランプアーム４ａ、４ｂで仮組された燃料タンク１００の外面をクランプする。また、把持ロボット２は、半体１０１に設けられた給油口１０１ｃに位置決め部４ｃを挿入して、クランプアーム４ａ、４ｂに挟まれた燃料タンク１００の位置を出す。

溶接ロボット３の溶接ユニット５には、一対のローラ電極２１、２２が支持されている。なお、図１では、ローラ電極２１、２２を見やすいようにドット柄を付している。ローラ電極２１、２２は円盤状に形成されている。ローラ電極２１、２２は電極軸３０、４０に支持される。電極軸３０、４０は回転可能に支持されている。電極軸３０、４０には、軸駆動手段２５、２６から駆動力が伝達されて回転駆動し、各ローラ電極２１、２２が設定された速度で回転する。
ローラ電極２１、２２は、対向する電極先端部分が接近離間可能に構成されており、ローラ電極２１、２２で燃料タンク１００の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを挟んで回転する。

把持ロボット２および溶接ロボット３は、ローラ電極２１、２２が接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを挟み、且つ、ローラ電極２１、２２が接合フランジ部１０１ａ、１０２ａに沿って一定の方向に燃料タンク１００（以下ワーク１００と称する場合がある。）が移動するのに対応する様にアーム２ａ、３ａの位置や向きを制御する。

溶接ロボット３には、冷却装置７が取り付けられている。
冷却装置７は、冷却水（冷却媒体）を貯留するメインタンク８を備える。メインタンク８には、アーム３ａに沿って延びるホース９が接続されている。ホース９は、アーム３ａ先端に向かって延び、溶接ユニット５の冷却水噴射装置（冷却媒体噴射手段）１０に接続されている。
冷却装置７は、不図示の高圧ポンプにより冷却水をメインタンク８から冷却水噴射装置１０に供給し、冷却水噴射装置１０に冷却水を噴射させる。冷却装置７により、ローラ電極２１、２２や、接合フランジ部１０１ａ、１０２ａが冷却される。
シーム溶接装置１は、シーム溶接中に、ローラ電極２１、２２や、接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを冷却する。

図２は、溶接ユニット５の正面図である。
溶接ユニット５は、溶接ロボット３のアーム３ａに支持される基台２０を備える。
基台２０には、大小のローラ電極２１、２２が回転可能に支持されている。径の大きい大ローラ電極２１は電極軸３０を介して駆動力が伝達され、矢印Ａ１で示す方向に回転する。径の小さい小ローラ電極２２は電極軸４０を介して駆動力が伝達され、矢印Ａ２で示す方向に回転する。
図７及び図１に二点鎖線で説明用として示すように、小ローラ電極２２の径はワーク１００の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａの曲率の大きい部分の内周部１０２ｂに収まる大きさとすることにより、二次元曲面状に延びる接合フランジ部１０１ａ、１０２ａの形状に追随できる。また、電極の大きさは両方とも同じ径とすることもできるが、本実施の形態の様に、大ローラ電極２１と小ローラ電極２２とで接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを挟む様にすることも可能である。

電極軸３０、４０は溶接用の電源（不図示）に電気的に接続されており、ローラ電極２１、２２間には電極軸３０、４０を介して電流が流れる。大ローラ電極２１と小ローラ電極２２が圧接する溶接位置Ｐで、燃料タンク１００の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａが加圧されながら電流がながれるときの抵抗熱で溶けて亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａ同士が溶けることでシーム溶接される。

本実施の形態では、ローラ電極（電極本体部）２１，２２は円盤形状からなるモリブデンまたはモリブデン合金のモリブデン（Ｍｏ）材で構成される。ただし、ローラ電極２１，２２は、モリブデン材に代えて、タングステンまたはタングステン合金のタングステン（Ｗ）材でも良い。ローラ電極２１、２２に、モリブデンまたはタングステンを使用することにより、亜鉛めっき鋼板を銅電極で溶接する場合に銅が亜鉛めっき鋼板に溶け出して進入する問題、いわゆる、銅差しを解消することができる。

円盤板状のローラ電極２１，２２の外表面には、被膜層２３、２４が形成されている。被膜層２３、２４は、ローラ電極２１，２２の外表面全体に形成される。ただし、外表面全体ではなく、外周面（外周端縁）２１ａ、２２ａ側の両側の側面部である外周部（平板状外周面）２１ｂ、２２ｂに被膜層２３、２４が形成されれば良い。
因みに、ローラ電極２１、２２の圧接面である外周面（外周端縁）２１ａ、２２ａ上には被膜層２３、２４が形成されていても使用時には溶けて無くなる。また、電極使用前は、被膜層２３、２４が有ることで、防錆膜となり、保管時の防錆処理が不要となる。
被膜層２３、２４は、乾式被膜である。乾式被膜としては、窒素（Ｎ）を過飽和に固有したクロム（Ｃｒ）膜が好適である。このクロム膜は、処理温度２００〜３００℃のスパッタリング処理により形成される。このクロム膜は、組織は固容体（Ｃｒ＋Ｎ）＋Ｃｒ_ｘＮ_ｙであり、Ｈｖ硬さが１５００〜２０００、ルビーボールによる摩擦係数が０．２０〜０．３０である。被膜層２３、２４は、厚さが３〜４μｍが好適である。

乾式被膜は、割れや剥離の出にくい密着性の高い被膜であるため、乾式被膜の被膜層２３、２４により、ローラ電極２１、２２の使用時の傷や割れを防止できる。また、ローラ電極２１、２２が外部から保護されるため、冷却水によるローラ電極２１、２２の酸化を防止し、酸化層による溶接電流の減少を防止できる。
また、被膜層２３、２４は、３〜４μｍの乾式被膜であり薄いため、ローラ電極２１、２２の外部冷却を阻害することなく、ローラ電極２１、２２の広い面積を万遍なく冷却できる。さらに、被膜層２３、２４でローラ電極２１、２２が覆われるため、冷却水に含まれる塩分などに対する耐食性も向上する。
特に、被膜層２３、２４は、クロム層に窒素が飽和していることで、高熱状態での剥離強度を向上でき電極の耐久性を向上させることができる。

被膜層２３、２４は、クロム系の被膜層の場合について説明したが、ニッケル系の被膜層でも良い。乾式被膜を形成する乾式メッキ処理としては、スパッタリングや真空蒸着などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理が可能である。乾式被膜層の成分は、クロム、ニッケルでも良い。

基台２０には、冷却水噴射装置（冷却媒体噴射手段）１０が支持されている。冷却水噴射装置１０は、溶接位置Ｐよりも、接合フランジ部１０１ａ、１０２ａの進行方向（矢印Ａ３方向）の上流側に配置されている。接合フランジ部１０１ａ、１０２ａの進行方向とは、溶接ユニット５に対する相対的な進行方向である。
冷却水噴射装置１０は、メインタンク８（図１参照）から延びるホース９（図１参照）に接続されたサブタンク１１と、サブタンク１１に設けられた一対の噴射ノズル１２、１３とを備える。噴射ノズル１２、１３は、接合フランジ部１０１ａ、１０１ｂの移動する位置を挟んで両側に一対配置されている。一側の噴射ノズル１２は、一側（図１の上側）から溶接位置Ｐに向けて冷却水Ｗ１を噴射する。他側の噴射ノズル１３は、他側（図１の下側）から溶接位置Ｐに向けて冷却水Ｗ２を噴射する。

冷却装置７の冷却水噴射装置１０はシーム溶接を開始した場合に、噴射ノズル１２、１３の弁（不図示）を開いて噴射ノズル１２、１３から冷却水Ｗ１、Ｗ２を噴射し、抵抗熱が生じた接合フランジ部１０１ａ、１０１ｂを冷却すると共に、ローラ電極２１、２２を冷却する。冷却装置７の冷却水噴射装置１０はシーム溶接が終了した場合に、噴射ノズル１２、１３の弁（不図示）を閉じて冷却水の噴射を停止する。
ローラ電極２１、２２は、被膜層２３、２４の外側から冷却水Ｗ１、Ｗ２で冷却されるため、シーム溶接装置１では、ローラ電極２１、２２の腐食を防止しながら冷却でき、ローラ電極２１、２２の耐食性が向上している。また、プレス成形された鋼板は、熱により、プレス前の状態に戻る特性があるが、接合フランジ部１０１ａ、１０１ｂが冷却水Ｗ１、Ｗ２で冷却されるため、プレス成形された燃料タンク１００の熱変形を防止でき、溶接品質と電極の耐久性が向上する。なお、ローラ電極２１、２２は、外周部に被膜層２３、２４があればよく、外周部は平板状でなくても良い。

基台２０には、ドレッシングユニット５０が支持されている。ドレッシングユニット５０は、溶接位置Ｐに対して、大ローラ電極２１の回転方向（矢印Ａ１方向）の下流側に配置されている。ドレッシングユニット５０は、振動アクチュエータ（高周波加振装置）５１と、振動アクチュエータ５１に支持された加振バイト（切削手段）５２と、加振バイト５２に対して大ローラ電極２１の回転方向の下流側に配置されたガイドローラ５３と、を備える。振動アクチュエータ５１は、大ローラ電極２１の回転時に高周波で振動する。振動アクチュエータ５１は、大ローラ電極２１の周方向に振動する。

加振バイト５２は、刃先５２ａを備えた工具であり、刃先５２ａが大ローラ電極２１の外周面２１ａに所定圧で接触している。加振バイト５２は、振動アクチュエータ５１の振動により大ローラ電極２１の外周面２１ａの周方向に沿って振動し外周面２１ａを削り、大ローラ電極２１のドレッシングをする。また、大ローラ電極２１に付着した溶接スパッタ１０３などの付着物を除去する。
ガイドローラ５３は、大ローラ電極２１の外周面２１ａに接触して、加振バイト５２の位置決めをする。ガイドローラ５３は、加振バイト５２よりも大ローラ電極２１の回転方向の下流側に配置されている。ガイドローラ５３は、ドレッシング後の大ローラ電極２１に接触しているため、位置決め精度が向上している。ガイドローラ５３は、加振バイト５２で電極の外周面２１ａに付着したスパッタ１０３を除去した後の外周面２１ａを押圧して切削による凹凸を平たくならす整形機能を備えている。

基台２０には、スライドテーブル６０が支持されている。スライドテーブル６０には、小ローラ電極２２が電極軸４０を介して支持されている。電極軸４０は軸駆動手段２６（図２参照）と共にスライドテーブル６０に支持されている。スライドテーブル６０は、スライドレール６１を介して大ローラ電極２１に対して接近、離間可能（矢印Ａ４方向）に支持されている。

スライドテーブル６０を接近離間させることにより、大ローラ電極２１と小ローラ電極２２との間の隙間Ｐ１を調節可能であり、大ローラ電極２１と小ローラ電極２２が接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを加圧する力を変えることが可能である。スライドテーブル６０には、不図示の圧力シリンダが接続されており、溶接の開始終了時および開閉時に圧力シリンダが制御され、スライドテーブル６０が圧力シリンダの圧力で移動し、ローラ電極２１、２２間の開閉及び溶接時の加圧が行われる。

スライドテーブル６０には、ドレッシングユニット７０が支持されている。ドレッシングユニット７０は、溶接位置Ｐに対して小ローラ電極２２の回転方向（矢印Ａ２方向）の下流側に配置されている。ドレッシングユニット７０は、小ローラ電極２２をドレッシングする点以外は、大ローラ電極２１のドレッシングユニット５０と同様に構成される。ドレッシングユニット７０の振動アクチュエータ（高周波加振装置）７１、加振バイト（切削手段本体）７２、ガイドローラ７３は、ドレッシングユニット５０の振動アクチュエータ５１、加振バイト５２、ガイドローラ５３と同様に機能し、小ローラ電極２２に対して機能する。ドレッシングユニット７０は小ローラ電極２２と一体的にスライドする。

シーム溶接装置１では、ローラ電極２１、２２がシーム溶接をしながら回転する際に、電極回転方向に沿って高速で加振バイト５２、７２を往復振動させ、外周面２１ａ、２２ａをドレッシングしながら、ローラ電極２１、２２で溶接を行う。
モリブデンの融点は、鉄に比べて高いため、溶接スパッタ１０３が、モリブデン製のローラ電極２１、２２に解け込まずに塊として外周面２１ａ、２２ａに付着し易いが、加振バイト５２、７２を振動させて、ローラ電極２１、２２の外周面２１ａ、２２ａを削り取ることで、付着物の除去と表面平滑化を図ることができる。
ローラ電極２１、２２は円盤形状であり外周部２１ｂ、２２ｂの板厚が一定である。外周面２１ａ、２２ａをドレッシングしても接合フランジ部１０１ａ、１０２ａに当接する面積が変わり難く、維持が容易になっている。

上述の通り、溶接ユニット５は、基台２０を備え、基台２０には、ローラ電極２１、２２と、冷却水噴射装置１０と、加振バイト５２、７２を備えるドレッシングユニット５０、７０とが支持され、一体にユニット化されている。ユニット化されているため、亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置１のコンパクト化を図ることができる。

図３は、大ローラ電極２１を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、小ローラ電極２２を示す図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
ローラ電極２１、２２の径方向中央側には板厚方向に貫通した複数の取付孔（取付部）２１ｄ、２２ｄが形成され、ローラ電極２１、２２の径方向中央には板厚方向に貫通した空洞部２１ｃ、２２ｃが形成されている。空洞部２１ｃ、２２ｃに保持部材（導電部材）３１、４１が進入した状態で、取付孔２１ｄ、２２ｄに挿通された固定ボルト３８、４８により保持部材３１、４１が取り付けられる。
保持部材３１、４１は、ローラ電極２１、２２よりも熱伝導率の高い導電部材である。保持部材３１、４１の材質としては、銅または銅合金が好適である。ローラ電極２１、２２は、保持部材３１、４１を介して電極軸３０、４０に支持されるため、ローラ電極２１、２２に生じる熱の冷却性を向上させることができる。

図３に示すように、大ローラ電極２１では、保持部材３１は、電極軸３０に支持される円環板状の基部３２と、基部３２に支持される円環板状の押さえ部３３とを備える。基部３２および押さえ部３３は、大ローラ電極２１を挟んで当接し、大ローラ電極２１を軸方向両側から保持する。大ローラ電極２１は軸方向両側から保持部材３１で挟まれており、高熱伝導且つ高導電性を有する保持部材３１が密着状態で取り付けられている。基部３２と押さえ部３３は、大ローラ電極２１の外径ｄ１よりも小さい同一の外径ｄ３１に設定されている。大ローラ電極２１の外径ｄ１の方が大きいため、基部３２および押さえ部３３に挟まれた大ローラ電極２１では、外周面２１ａ、外周部（露出冷却部）２１ｂは外側に露出する。

基部３２は、電極軸３０に接触する円環板状の本体部３２ａと、大ローラ電極２１の空洞部２１ｃに挿入される円環板状の挿入部３２ｂと、を備える。挿入部３２ｂの外径ｄ３２ｂは、空洞部２１ｃの内径ｒ１に合わせられており、挿入部３２ｂが空洞部２１ｃに挿入され空洞部２１ｃの内周部に接触する。
挿入部３２ｂの厚さｔ３２ｂは、大ローラ電極２１の板厚ｔ１と同一に設定されており、挿入部３２ｂは大ローラ電極２１の軸方向の側面と、面一状の面３４を構成し、押さえ部３３と面３４が面全体で接触し易くなっている。
基部３２には、挿入部３２ｂの位置に対応して、板厚方向に貫通する複数の固定孔３２ｃが形成されている。固定孔３２ｃには、固定ボルト３７が挿入される。固定ボルト３７は、電極軸３０の先端面に直止めされ、基部３２が電極軸３０に固定される。

押さえ部３３および基部３２には、大ローラ電極２１の取付孔２１ｄと互いに連通する取付孔３３ｄ、３２ｄが形成されている。取付孔２１ｄ、３３ｄ、３２ｄは同一の円周上に複数形成されており、取付孔２１ｄ、３３ｄ、３２ｄに固定ボルト３８が挿通されている（図２参照）。固定ボルト３８は、先端部がナット３９で締結される。保持部材３１と大ローラ電極２１が一体にされ、組立電極３６が構成される。組立電極３６は、固定ボルト３７で電極軸３０に着脱可能に構成されている。大ローラ電極２１、基部３２、押さえ部３３、固定ボルト３８およびナット３９により、組立電極３６が構成される。

押さえ部３３の内径ｒ３３は、挿入部３２ｂの外径ｄ３２ｂよりも小さく、固定孔３２ｃの配置された円周上の径ｄ３２ｃよりも大きい。
押さえ部３３の内径ｒ３３は挿入部３２ｂの外径ｄ３２ｂよりも小さいため、押さえ部３３が挿入部３２ｂに接触して、高熱伝導且つ高導電性を確保し易い。
また、押さえ部３３の内径ｒ３３は、固定孔３２ｃが形成された円周の径ｄ３２ｃよりも大きいため、押さえ部３３を大ローラ電極２１から取り外すことなく、固定ボルト３７に対する作業が可能であり、電極軸３０に対して着脱可能である。

ローラ電極２１、２２では、電極内部に熱膨張の差に起因する熱応力が発生する。孔状の空洞部２１ｃ、２２ｃがあることにより、ローラ電極２１、２２の本体部分と空洞部２１ｃ、２２ｃとの長さの割合、すなわち、外径ｄ１、ｄ２と、内径ｒ１、ｒ２の割合を調節して、電極の割れを抑制し、電極の耐久性を向上できる。
また、ローラ電極２１，２２に割れなどが生じたとしても、固定ボルト３７、３８等で組みつけられているため、簡易に交換可能である。

小ローラ電極２２では、図４に示すように、保持部材４１は、電極軸４０に支持される円板状の基部４２と、基部４２に支持される円板状の押さえ部４３とを備える。基部４２および押さえ部４３は、小ローラ電極２２を挟んで当接し、小ローラ電極２２を軸方向両側から保持する。小ローラ電極２２は軸方向両側から保持部材４１で挟まれており、高熱伝導且つ高導電性を有する保持部材４１を密着状態で取り付けられている。基部４２と押さえ部４３は、小ローラ電極２２の外径ｄ２よりも小さい同一の外径ｄ４１に設定されている。小ローラ電極２２の外径ｄ２の方が大きいため、基部４２および押さえ部４３に挟まれた小ローラ電極２２では、外周面２２ａ、外周部（露出冷却部）２２ｂは外側に露出する。

小ローラ電極２２の基部４２は、電極軸４０に接触する円板状の本体部４２ａを備える。本体部４２ａの電極軸４０側には、円環状の突出リブ４２ｅが形成されている。突出リブ４２ｅは電極軸４０に向かって突出しており、電極軸４０の先端面に設けられた円環状の凹溝４０ａに嵌っている。突出リブ４２ｅが凹溝４０ａに嵌ることにより、位置決めされると共に、接触面積が増大する。
本体部４２ａの押さえ部４３側には、円環板状の凸部４２ｆが形成されている。凸部４２ｆは、小ローラ電極２２の内周側に設けられた円環状の凹部（環状凹部）２２ｅに対応して形成されており、凹部２２ｅに嵌る。凹部２２ｅは小ローラ電極２２の板厚ｔ２を薄くする方向に凹んでいる。凸部４２ｆが凹部２２ｅに嵌まって接触することにより、小ローラ電極２２と保持部材４１の基部４２との当接面の面積を増やすことができ、小ローラ電極２２に生じた熱を、熱伝導率の高い保持部材４１に伝え易く、電極の熱応力による割れを防止することができる。

凸部４２ｆの押さえ部４３側には、小ローラ電極２２の空洞部２２ｃに挿入される円板状の挿入部４２ｂが形成されている。挿入部４２ｂの外径ｄ４２ｂは、空洞部２２ｃの内径ｒ２に合わせられており、挿入部４２ｂが空洞部２２ｃに挿入されると空洞部２２ｃの内周部に接触する。
挿入部４２ｂの厚さｔ４２ｂは、小ローラ電極２２の空洞部２２ｃの軸方向の長さｔ２２ｃと同一に設定されており、挿入部３２ｂは大ローラ電極２１の軸方向の側面と、面一状の面４４を構成し、面４４が押さえ部４３と面全体で接触し易くなっている。

押さえ部４３および基部４２には、小ローラ電極２２の取付孔２２ｄに互いに連通する取付孔４３ｄ、４２ｄが形成されている。取付孔２２ｄ、４３ｄ、４２ｄは同一の円周上に複数形成されており、取付孔２２ｄ、４３ｄ、４２ｄに固定ボルト４８が挿通されている（図２参照）。固定ボルト４８は、電極軸４０の先端面に直止めされ、小ローラ電極２２および保持部材４１が電極軸４０に固定される。
小ローラ電極２２および保持部材４１により構成される電極体４６でも、大ローラ電極２１および保持部材３１と同様の作用効果が得られる。

図５は、大ローラ電極２１の板厚ｔ１と、小ローラ電極２２の板厚ｔ２との関係の説明図である。
外径ｄ２の小ローラ電極２２の板厚ｔ２は、外径ｄ１の大ローラ電極２１の板厚ｔ１よりも厚く形成される。
各ローラ電極２１、２２の板厚ｔ１、ｔ２は、大ローラ電極２１が接合フランジ部１０１ａに接触する接触面積Ｓ１と、小ローラ電極２２が接合フランジ部１０１ｂに接触する接触面積Ｓ２とが同じになるように設定される。
符号は数値も示すものとする。ローラ電極２１、２２の板厚ｔ１、ｔ２は、ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２の関係式に基づいて設定される。板厚ｔ１、ｔ２、外径ｄ１、ｄ２は、０．１ｍｍオーダーよりも高い精度で設定することが好適である。

上記関係式について説明する。
溶接位置Ｐでは、大ローラ電極２１と小ローラ電極２２とが、接合フランジ部１０１ａ、１０２ａをそれぞれ加圧して接触している。接合フランジ部１０１ａ、１０２ａは、微小な厚さδだけ圧縮されていると考えてよい。

ここで、大ローラ電極２１の中心をＣとし、大ローラ電極２１が接合フランジ部１０１ａに接触する周方向の両端をＡ、Ｂとする。そして、中心Ｃから線ＡＢに垂線をひき、円周との交点をＤ、線ＡＢとの交点をＥとする。
同様に、小ローラ電極２２の中心をＨとし、小ローラ電極２２が接合フランジ部１０２ａに接触する周方向の両端をＦ、Ｇとする。そして、中心Ｈから線ＦＧに垂線をひき、円周との交点をＩ、線ＦＧとの交点をＪとする。
以下、位置Ａと位置Ｂとを結ぶ長さをＡＢのように表すものとする。

大ローラ電極２１の接触面積Ｓ１は、ＡＢと板厚ｔ１の積（Ｓ１＝ＡＢ・ｔ１）である。
ＡＢは、ＡＢ＝ＡＥ＋ＥＢ＝２・ＡＥであり、三平方の定理より、ＡＢ＝２・｛ＡＣ^２−ＣＥ^２｝^１／２＝２・｛ＡＣ^２−（ＣＤ−δ）^２｝^１／２である。ＡＣ＝ＣＤ＝ｄ１／２であるため、ＡＢ＝２・［（ｄ１／２）^２−｛（ｄ１／２）−δ｝^２］^１／２＝２・｛２・（ｄ１／２）・δ−δ^２｝^１／２である。
よって、Ｓ１＝ＡＢ・ｔ１＝２・｛２・（ｄ１／２）・δ−δ^２｝^１／２・ｔ１である。
同様に、小ローラ電極２２の接触面積Ｓ２については、Ｓ２＝ＦＧ・ｔ２＝２・｛２・（ｄ２／２）・δ−δ^２｝^１／２・ｔ２である。

接触面積Ｓ１と接触面積Ｓ２とが等しくなる場合、Ｓ１＝Ｓ２が条件であり、２・｛２・（ｄ１／２）・δ−δ^２｝^１／２・ｔ１＝２・｛２・（ｄ２／２）・δ−δ^２｝^１／２・ｔ２である。δが０に近いため高次の微小量を無視すると、ｄ１^１／２・ｔ１＝ｄ２^１／２・ｔ２となる。
よって、ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２の関係式が得られる。

モリブデンのローラ電極２１、２２は銅よりも熱伝導性が低く、ローラ電極２１，２２の熱が引き難い。小ローラ電極２２の板厚ｔ２を増すことで、大ローラ電極２１と小ローラ電極２２の電流密度のバランスが確保され、母材が局部的に過熱されて溶融飛散する散りがローラ電極２１、２２に発生することを抑制し、溶接に用いる電流値幅を広くすることが可能である。よって、シーム溶接の品質精度が向上する。

以上説明したように、本発明を適用した第１の実施の形態では、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａをシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極において、シーム溶接のローラ電極２１，２２を円盤形状からなるモリブデン又はタングステン材とし、このローラ電極２１，２２の少なくとも外周面２１ａ、２２ａ側の両側面に平板状の外周部２１ｂ、２２ｂとし、外周部２１ｂ、２２ｂにクロム又はニッケル系の被膜層２３、２４を備えている。この構成によれば、ローラ電極２１，２２の外周部２１ｂ、２２ｂの熱伝導性と電極の錆付きによる溶接電流の減少をなくすことが出来、水冷化が可能となり、亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接の品質を向上させることができる。

第１の実施の形態では、被膜層２３、２４は、クロムに窒素を飽和させたクロム膜であっても良い。この構成によれば、クロム層に窒素が飽和していることで、高熱状態での剥離強度を向上でき電極の耐久性を向上させることができる。

また、第１の実施の形態では、ローラ電極２１，２２の径方向中央側に取付孔２１ｄ、２２ｄを有し、ローラ電極２１，２２より熱伝導率の高い保持部材３１、４１を当接させた状態で、ローラ電極２１，２２と保持部材３１、４１とを結合及び分離可能とした。したがって、ローラ電極２１，２２の径方向中央側にローラ電極２１，２２より熱伝導率の高い保持部材３１、４１を当接させて結合分離可能とするので、熱の冷却性を向上させることができる。

また、第１の実施の形態では、ローラ電極２１，２２の径方向内周側に環状凹部２２ｅを形成した。環状凹部２２ｅによりローラ電極２１，２２と保持部材３１、４１との当接面の面積を増やすことができローラ電極２１，２２の熱を熱伝導率の高い保持部材３１、４１に伝え、ローラ電極２１，２２の熱応力による割れを防止することができる。

第１の実施の形態では、プレス成形してなる亜鉛メッキ鋼板の燃料タンク１００の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａをシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置１において、ローラ電極２１，２２の外周面２１ａ，２２ａ側の両側面を構成する外周部２１ｂ、２２ｂに被膜層２３、２４を設け、この被膜層２３、２４の上から冷却水で冷却して溶接可能とした。したがって、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａに当接した状態のローラ電極２１、２２に対して、ローラ電極２１、２２の被膜層２３、２４の外側から冷却水を噴射してローラ電極２１、２２と接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを冷却するので、冷却水によるローラ電極２１、２２の腐食を防止しながら冷却でき、冷却効率を向上できるとともに、プレス成形された鋼板の熱変形を防止できる。

また、第１の実施の形態では、冷却媒体を冷却水とし、亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部１０１ａ、１０２ａを挟んだ両側から冷却水を電極先端部がある溶接位置Ｐに向け噴射させて、ローラ電極２１、２２及び鋼板である燃料タンク１００を同時に冷却した。したがって、プレス成形された鋼板である燃料タンク１００の熱変形をさらに防止でき、かつ、ローラ電極２１、２２の冷却性もさらに向上し溶接品質とローラ電極２１、２２の耐久性が向上する。

また、第１の実施の形態では、ローラ電極２１、２２の電極回転方向に沿って加振バイト５２、７２を往復振動させ加振バイト５２、７２が当接するローラ電極２１、２２の当接面をドレッシングしながら溶接を行った。したがって、加振バイト５２、７２を振動させてローラ電極２１、２２の外周面２１ａ、２２ａを削り取ることで、ローラ電極２１、２２に塊として付着した付着物の除去とローラ電極２１、２２の表面平滑化を効率よく行うことができ、溶接品質をさらに向上できる。

また、第１の実施の形態では、ローラ電極２１、２２と冷却水噴射装置１０と加振バイト５２、７２を溶接ユニット５の基台２０に一体化した。したがって、亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置１のコンパクト化を図ることができる。

また、第１の実施の形態では、ローラ電極２１、２２のうち、一方のローラ電極２１の板厚をｔ１として外径をｄ１とし、他方のローラ電極２２の板厚をｔ２として外径をｄ２とする場合に、関係式ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２を満たすように、ｔ１、ｄ１、ｔ２、ｄ２が設定される。したがって、電流密度のバランスが確保されるので、シーム溶接の電流値幅を広くすることができ溶接品質が向上する。

＜第２の実施の形態＞
図６は本発明に係る第２の実施の形態の小ローラ電極１２２の断面図である。
第２の実施の形態の説明では、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態における小ローラ電極２２と、保持部材４１の押さえ部４３と、に代えて、小ローラ電極１２２と、押さえ部１４３と、を備える。
第１の実施の形態では軸方向の片側のみ凹部２２ｅと凸部４２ｆとが設けられているが、第２の実施の形態における小ローラ電極１２２の内周側には、押さえ部１４３側にも円環状の凹部（環状凹部）１２２ｅが形成されている。凹部１２２ｅは小ローラ電極１２２の板厚ｔ２を薄くする方向に凹んでいる。
凹部１２２ｅには、押さえ部１４４に形成された円板状の凸部１４３ｆが嵌る。凸部１４３ｆが凹部１２２ｅに嵌まって接触する。

第２の実施の形態では、軸方向の両側に凹部２２ｅ、１２２ｅと凸部４２ｆ、１４３ｆとが、それぞれ、設けられており、さらに小ローラ電極１２２と保持部材４１の当接面の面積を増やして、電極の熱応力による割れを防止し易くなっている。

上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
小ローラ電極２２、１２２の環状凹部２２ｅ、１２２ｅや環状凸部は無くても良い。
小ローラ電極２２、１２２に環状凸部が形成され、保持部材４１、１４１に環状凹部が設けられた構成でも良い。

５ 溶接ユニット
１０ 冷却媒体噴射手段
２０ 基台
２１、２２ 電極本体部、ローラ電極
２１ａ、２２ａ 外周端縁、当接面
２１ｂ、２２ｂ 平板状外周面、外周部
２１ｄ、２２ｄ 取付部
２２ｅ、１２２ｅ 環状凹部
２３、２４ 被膜層
３１、４１ 導電部材
５２、７２ 切削手段
１０１ａ、１０２ａ 接合フランジ部

Claims (9)

1. 亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極において、
   シーム溶接の電極本体部（２１、２２）を円盤形状からなるモリブデン又はタングステン材とし、この電極本体部（２１、２２）の少なくとも外周端縁（２１ａ、２２ａ）側の両側面に平板状外周面（２１ｂ、２２ｂ）を備え、該平板状外周面（２１ｂ、２２ｂ）にクロム又はニッケル系の被膜層（２３、２４）を備えたことを特徴とする亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極。
2. 前記被膜層（２３、２４）は、クロムに窒素を飽和させたクロム膜であることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極。
3. 前記電極本体部（２１、２２）の径方向中央側に取付部（２１ｄ、２２ｄ）を有し、前記電極本体部（２１、２２）より熱伝導率の高い導電部材（３１、４１）を当接させた状態で、前記電極本体部（２１、２２）と前記導電部材（３１、４１）とを結合及び分離可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極。
4. 前記電極本体部（２１、２２）の径方向内周側に環状凹部（２２ｅ、１２２ｅ）を形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の亜鉛メッキ鋼板の溶接用電極。
5. プレス成形してなる亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）をシーム溶接する亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置において、
   ローラ電極（２１、２２）の外周部（２１ｂ、２２ｂ）の両側面に被膜層（２３、２４）を設け、この被膜層（２３、２４）の上から冷却媒体で冷却して溶接可能としたことを特徴とする亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置。
6. 前記冷却媒体を冷却水とし、前記亜鉛メッキ鋼板の接合フランジ部（１０１ａ、１０２ａ）を挟んだ両側から冷却水を電極先端部に向け噴射させてローラ電極（２１、２２）及び鋼板を同時に冷却することを特徴とする請求項５に記載の亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置。
7. 前記ローラ電極（２１、２２）の電極回転方向に沿って切削手段（５２、７２）を往復振動させ前記切削手段（５２、７２）が当接する前記ローラ電極（２１、２２）の当接面（２１ａ、２２ａ）をドレッシングしながら溶接を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置。
8. 前記ローラ電極（２１、２２）と冷却媒体噴射手段（１０）と前記切削手段（５２、７２）を溶接ユニット（５）の基台（２０）に一体化したことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置。
9. 前記ローラ電極（２１、２２）のうち、一方のローラ電極（２１）の板厚をｔ１として外径をｄ１とし、他方のローラ電極（２２）の板厚をｔ２として外径をｄ２とする場合に、下記の関係式
   ｔ１・ｄ１^１／２＝ｔ２・ｄ２^１／２
   を満たすように、ｔ１、ｄ１、ｔ２、ｄ２が設定されていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか一項に記載の亜鉛メッキ鋼板のシーム溶接装置。
   

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