JP2019209333A - ロール、並びにこれを用いた溶接装置及び鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理材の重ね部分からの位置ずれを抑制することができるロールを提供する。【解決手段】ロール（１）は、側面（１２，１３）と、側面（１２，１３）に接続される外周面（１１）と、を備える。外周面（１１）は、ロール（１）の縦断面視で回転軸（Ｘ）と平行に延びる。側面（１２）は、側面本体（１２１）と、側面本体（１２１）の周囲に配置される拡径部（１２２）と、を含む。拡径部（１２２）は、外周面（１１）の周縁（１１１）に接続され、ロール（１）の縦断面視で側面本体（１２１）から外周面（１１）に向かって拡径する。側面（１３）は、側面本体（１３１）と、側面本体（１３１）の周囲に配置される垂直部（１３２）と、を含む。垂直部（１３２）は、外周面（１１）の周縁（１１２）に接続され、ロール（１）の縦断面視で外周面（１１）に垂直である。【選択図】図５

Description

本開示は、ロールに関し、より詳細には、回転軸周りに回転可能に構成され、少なくとも一部分が重なり合った板状の被処理材にロータリスウェージングを施すロールに関する。また、本開示は、このロールを用いた溶接装置及び鋼板の製造方法に関する。

例えば、鋼板同士を接合する場合、重ね抵抗溶接が利用されることがある。重ね抵抗溶接では、板状の被処理材の重ね部分を一対の電極が挟んで加圧する。そして、この状態で電極に電流が供給されることで、重ね部分に抵抗発熱が生じ、重ね部分が溶融して接合される。

重ね抵抗溶接の一種として、シーム溶接が知られている。シーム溶接は、被処理材の重ね部分に沿って円板状の電極を走行させ、重ね部分を線状に溶接するものである。シーム溶接のうち、被処理材の板端同士を重ね合わせ、重ね合わせた板端を電極で押し潰しながら通電を行うものを、マッシュシーム溶接という。

特許文献１には、マッシュシーム溶接に先立って先行板及び後行板にロータリスウェージングを施す溶接装置が記載されている。特許文献１の溶接装置は、上下の電極円板と、２組のスウェージングロールと、を備える。スウェージングロールの組は、それぞれ、片台形ロールと、フラット形ロールとで構成されている。

特許文献１において、スウェージングロールの一方の組は、後行板と重ねられていない状態の先行板を挟んで加圧する。スウェージングロールの他方の組は、先行板と重ねられていない状態の後行板を挟んで加圧する。先行板及び後行板を個別に加圧することにより、先行板の板厚と後行板の板厚とが異なる場合に、板ごとに加圧力を変更し、両板を同一の厚みに押し潰すことができる。各板の端部は、外周面の全体が傾斜面である片台形ロールにより、剣先形状に形成される。

特許文献２には、鋼帯を加圧した後に溶接を行う、マッシュシーム溶接方法が記載されている。特許文献２の溶接方法では、先行鋼帯と後行鋼帯との重ね代を調整する工程と、溶接工程との間に、鋼帯の溶接予定部（重ね部分）をロールで押し潰す工程が設けられている。

特許文献３には、マッシュシーム溶接装置が記載されている。特許文献３の溶接装置は、先行鋼板と後行鋼板との重ね部分を上下のスウェージングロールで押し潰した後、上下の電極円板によって重ね部分を溶接する。

特開平５−０６９１５１号公報 特開平３−０５２７７８号公報 特開２００６−１１０５７７号公報

特許文献２及び３に記載されているように、マッシュシーム溶接前に被処理材の重ね部分にロータリスウェージングを施し、重ね部分の合計板厚を予め低減させる技術が知られている。当該技術は、プレスウェージングと称されることがある。プレスウェージングにより、被処理材同士の密着性が向上するため、接触抵抗が低減して溶接初期の電流集中が緩和され、重ね合わされた被処理材の非対称な変形が抑制される。また、プレスウェージングにより、電極による必要加圧力が低減して、溶接時の接触面圧を容易に確保できるとともに、被処理材の重ね部分において電流が通過する面積が増加する。よって、重ね部分全体で発熱が生じ、重ね部分において厚み方向の中心にナゲットが形成されやすくなる。

マッシュシーム溶接にプレスウェージングを適用することで、溶接性を向上させることができる。ところが、被処理材の元の板厚が大きい場合、プレスウェージングを適用しても溶接不良が生じることがある。より詳細には、重ね部分の合計板厚が大きくなると、ロールで加圧したときに十分に板厚を低減させることが難しい。その結果、溶接時における発熱量が不足して、被処理材の接合面からの剥がれ等といった溶接欠陥（冷接）が生じる可能性がある。

冷接を防止するため、例えば、電極に供給される電流値、並びに電極及びロールの加圧力を増加させることが考えられる。しかしながら、電流値及び加圧力を増加させる場合、電極及びロールを備える溶接装置の改造又は取替えが必要となる。必要加圧力相当の応力を得るため、ロールの幅を全体的に小さくすることも考えられるが、この場合、ロールの周辺部品の変更が必要となり、やはり溶接装置を改造することになる。

本発明者等は、溶接装置を改造することなくロールの応力を増大させるため、まず、既存のロールを加工し、図７に示すロール９を作製した。図７は、ロール９の縦断面を示す。ロール９は、縦断面視で、外周面９１と、一対の側面９２と、を有する。側面９２は、それぞれ、傾斜部９２１を含む。この傾斜部９２１により、外周面９１は、その幅Ｌ９１がロール９の最大幅Ｌ９２よりも小さくなるように形成される。よって、ロール９によれば、外周面９１から被処理材に作用する応力を、既存のロールよりも大きくすることができる。また、ロール９の最大幅Ｌ９２は既存のロールの最大幅から変更されていないため、既存のロールが搭載されていた溶接装置にロール９をそのまま搭載することができる。

本発明者等は、ロール９を使用して被処理材のロータリスウェージングを実施した。しかしながら、ロータリスウェージング中、被処理材の重ね部分からロール９がずれるという問題が発生した。図８は、ロータリスウェージング中におけるロール９の位置を説明するための図である。

図８に示すように、被処理材Ｗ１，Ｗ２の端部同士を重ね合わせた重ね部分は、上下のロール９の間に配置される。各ロール９は、重ね部分に沿って走行する支持フレーム（図示略）に取り付けられる。上ロール９は、支持フレームに対し、シリンダ等の昇降機構（図示略）を介して上下動可能に取り付けられる。下ロール９は、上下動不能に支持フレームに固定される。各ロール９は、支持フレームの走行時において回転軸周りに回転する。

図８において一点鎖線Ｚｔは、下ロール９の幅中心線を示す。上ロール９は、本来二点鎖線で示す位置に存在し、その幅中心線は下ロール９の幅中心線Ｚｔと概ね一致する必要がある。すなわち、回転軸方向において、上ロール９の位置は、本来、下ロール９の位置と概ね一致する必要がある。しかしながら、図８において実線で示すように、回転軸方向における両ロール９の位置は、加圧が開始された後、徐々にずれていく。これは、加圧によって被処理材Ｗ１に段差部Ｕが形成され、この段差部Ｕから上ロール９の傾斜部９２１が斜め向きの荷重を受けるためである。上ロール９の傾斜部９２１では、段差部Ｕからの斜め向きの荷重を押し返す垂直抗力が発生し、その結果、回転軸方向の荷重（スラスト荷重）が発生する。よって、図８において矢印Ａで示すように、上ロール９が本来存在すべき二点鎖線で示す位置から実線で示す位置へ回転軸方向に移動し、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分から外れてしまう。すなわち、上ロール９が、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分から脱輪する。

上記の例では、上ロール９が昇降機構を介して間接的に支持フレームに取り付けられている一方、下ロール９は、支持フレームに直接固定されている。よって、上ロール９の方が下ロール９よりも回転軸方向にずれやすい。このため、図８では、上ロール９だけが位置ずれを起こした状態を示している。しかしながら、下ロール９の傾斜部９２１にも、被処理材Ｗ２の段差部からの荷重が作用していると考えられる。よって、下ロール９に関しても、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分からの位置ずれが生じ得る。

このように、図７及び図８に示す形状のロール９では、ロータリスウェージング中に被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分からの位置ずれが生じる可能性が高い。そこで、本発明者等は、さらに鋭意検討を重ね、本開示に係るロールを完成させた。

本開示は、被処理材の重ね部分からの位置ずれを抑制することができるロールを提供することを目的とする。

本開示に係るロールは、回転軸周りに回転可能に構成される。ロールは、少なくとも一部分が重なり合った板状の被処理材にロータリスウェージングを施す。ロールは、第１及び第２側面と、外周面と、を備える。第１及び第２側面は、回転軸方向から見て円形状をなす。外周面は、第１側面の外周縁と第２側面の外周縁とに接続される。外周面は、回転軸を中心とする環状を有する。外周面は、ロールの縦断面視で回転軸と平行に延びる。第１側面は、第１側面本体と、拡径部と、を含む。第１側面本体は、回転軸と交差する。拡径部は、第１側面本体の周囲に配置される。拡径部は、外周面に接続される。拡径部は、第１側面本体から外周面に向かって拡径する。第２側面は、第２側面本体と、垂直部と、を含む。第２側面本体は、回転軸と交差する。垂直部は、第２側面本体の周囲に配置される。垂直部は、外周面に接続される。垂直部は、外周面に垂直である。

本開示に係るロールによれば、被処理材の重ね部分からの位置ずれを抑制することができる。

図１は、本開示の実施形態に係る溶接装置の概略側面図である。 図２は、本開示の実施形態に係るロールの斜視図である。 図３は、図２に示すロールの一方側面図である。 図４は、図２に示すロールの他方側面図である。 図５は、図２に示すロールの縦断面図である。 図６は、図２に示すロールを用いたロータリスウェージングを説明するための図である。 図７は、本開示に係るロールに至るまでに検討したロールの縦断面図である。 図８は、図７に示すロールの、ロータリスウェージング中における位置を説明するための図である。

実施形態に係るロールは、回転軸周りに回転可能に構成される。ロールは、少なくとも一部分が重なり合った板状の被処理材にロータリスウェージングを施す。ロールは、第１及び第２側面と、外周面と、を備える。第１及び第２側面は、回転軸方向から見て円形状をなす。外周面は、第１側面の外周縁と第２側面の外周縁とに接続される。外周面は、回転軸を中心とする環状を有する。外周面は、ロールの縦断面視で回転軸と平行に延びる。第１側面は、第１側面本体と、拡径部と、を含む。第１側面本体は、回転軸と交差する。拡径部は、第１側面本体の周囲に配置される。拡径部は、外周面に接続される。拡径部は、第１側面本体から外周面に向かって拡径する。第２側面は、第２側面本体と、垂直部と、を含む。第２側面本体は、回転軸と交差する。垂直部は、第２側面本体の周囲に配置される。垂直部は、外周面に接続される。垂直部は、外周面に垂直である（第１の構成）。

第１の構成では、ロールの第１側面において、第１側面本体から外周面に向かって拡径する拡径部が設けられている。この拡径部により、第１側面本体から第２側面本体までの回転軸方向の長さよりも、外周面の回転軸方向の長さを短くすることができる。よって、外周面と被処理材との接触面積を小さくすることができ、外周面から被処理材に作用する応力を増大させることができる。

一方、ロールの第２側面には、垂直部が設けられている。垂直部は、外周面に対して垂直であるため、斜め向きの荷重が作用することはない。このため、加圧により変形した被処理材の段差部側に垂直部が位置するよう、第１の構成に係るロールを配置すれば、ロールに対してスラスト荷重が発生せず、被処理材の重ね部分からロールがずれるのを抑制することができる。

上記ロールにおいて、第１側面本体から第２側面本体までの回転軸方向の距離は、第１側面本体から垂直部までの回転軸方向の距離よりも大きくてもよい（第２の構成）。

第２の構成によれば、回転軸方向において、外周面に連続する垂直部が、第２側面本体よりも内側に位置づけられる。これにより、被処理材に対する外周面の接触面積をより確実に小さくすることができ、外周面から被処理材に作用する応力を増大させることができる。

上記第２の構成において、外周面の一方の周縁から第１側面本体までの回転軸方向の距離は、外周面の他方の周縁から第２側面本体までの回転軸方向の距離と等しくてもよい（第３の構成）。

第３の構成によれば、外周面は、回転軸方向においてロールの中央に位置づけられる。これにより、外周面の中心を被処理材の重ね部分の中心に合わせやすくなる。よって、被処理材の重ね部分をロールの外周面によって均一に押圧しやすくなる。

上記第２又は第３の構成において、外周面の回転軸方向の長さをＬ１、第１側面本体から第２側面本体までの回転軸方向の距離をＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２は、０．３以上０．８以下であることが好ましい（第４の構成）。

第４の構成によれば、被処理材に対する外周面の接触面積を小さくすることができる一方、当該接触面積の大きさをある程度確保することができる。このため、被処理材の重ね部分の押圧を容易に行うことができる。

上記ロールにおいて、拡径部は、ロールの縦断面視で外周面と鈍角をなす傾斜面であってもよい（第５の構成）。

第５の構成によれば、拡径部の構造が簡素化されるため、実施形態に係るロールを容易に作製することができる。

実施形態に係る溶接装置は、板状且つ金属製の複数の被処理材の端部を重ね合わせた重ね部分を溶接する。溶接装置は、一対のロールと、一対の電極と、を備える。ロールは、重ね部分を挟んで加圧した状態で重ね部分に沿って走行する。電極は、重ね部分を挟んだ状態で電流が供給される。一対のロールのうち少なくとも一方は、第１から第５の構成のいずれかに係るロールである。第１から第５の構成のいずれかに係るロールは、複数の被処理材のうち当該ロールに接触する被処理材において、拡径部が垂直部よりも端寄りに配置される（第６の構成）。

上記溶接装置によれば、第１から第５の構成のいずれかに係るロールによって、被処理材の重ね部分を加圧する。このため、加圧中の被処理材の重ね部分からロールがずれるのが抑制され、重ね部分の厚みを均一に低減することができる。よって、加圧後に電極を用いて溶接を行う場合、良好な溶接結果を得ることができる。

実施形態に係る鋼板の製造方法は、板状且つ鋼製の複数の被処理材を準備する工程と、複数の被処理材の端部を重ね合わせて重ね部分を形成する工程と、一対のロールで重ね部分を挟んで加圧し、ロールを重ね部分に沿って走行させる工程と、ロールで加圧された後の重ね部分を抵抗溶接する工程と、を備える。一対のロールのうち少なくとも一方は、第１から第５の構成のいずれかに係るロールである。第１から第５の構成のいずれかに係るロールは、複数の被処理材のうち当該ロールに接触する被処理材において、拡径部が垂直部よりも端寄りに配置される（第７の構成）。

上記製造方法では、第１から第５の構成のいずれかに係るロールによって、被処理材の重ね部分を加圧する。このため、加圧中の被処理材の重ね部分からロールがずれるのが抑制され、重ね部分の厚みを均一に低減することができる。よって、その後の抵抗溶接において、良好な溶接結果を得ることができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の説明において、各図において実質的に同一の構成については、同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［全体構成］
図１は、実施形態に係る溶接装置１００の概略側面図である。溶接装置１００は、被処理材Ｗ１，Ｗ２に抵抗溶接を施す。より具体的には、溶接装置１００により、被処理材Ｗ１，Ｗ２にマッシュシーム溶接が施される。

被処理材Ｗ１，Ｗ２は、それぞれ板状をなす。被処理材Ｗ１，Ｗ２は、抵抗溶接に適する金属材料で構成される。溶接装置１００による溶接に際し、被処理材Ｗ１，Ｗ２は、互いに重ね合わされる。なお、本実施形態において、図１の紙面に対して垂直な方向を被処理材Ｗ１，Ｗ２の長手方向と呼び、図１の左右方向を被処理材Ｗ１，Ｗ２の板幅方向と呼ぶ。被処理材Ｗ１，Ｗ２の長手方向の長さ、板幅方向の長さは特に問わない。

図１に示すように、溶接装置１００は、一対のロール１ａ，１ｂと、一対の電極２ａ，２ｂと、を備える。溶接装置１００は、昇降機構３，４と、切断機構５と、支持フレーム６と、をさらに備える。溶接装置１００は、ロール１ａ及び／又はロール１ｂを除き、マッシュシーム溶接に用いられる公知又は市販の溶接装置と概ね同等の構成を有する。

ロール１ａ，１ｂは、概略円板状をなす。ロール１ａ，１ｂは、溶接装置１００の側面視で、実質的に円形状である。ロール１ａ，１ｂは、それぞれ、回転軸部材Ｘａ，Ｘｂ周りに回転可能に構成されている。回転軸部材Ｘａ，Ｘｂは、ロール１ａ，１ｂに溶接等により一体的に設けられてもよいし、ロール１ａ，１ｂに設けられた貫通孔に挿入されるシャフト等、ロール１ａ，１ｂと別体の部材であってもよい。特に限定されるものではないが、ロール１ａ，１ｂの材質としては、例えば、ＪＩＳ Ｇ ４４０３（２００６）に記載されるＳＫＨ５１等を使用することができる。

ロール１ａは、ロール１ｂの上方に配置される。ロール１ａ，１ｂの間には、被処理材Ｗ１，Ｗ２が配置される。ロール１ａ，１ｂは、支持フレーム６に支持される。ロール１ａは、昇降機構３を介して支持フレーム６に取り付けられる。

上述したように、ロール１ａ及び／又はロール１ｂは、公知又は市販のマッシュシーム溶接装置のロールと異なる構成を有する。ロール１ａ及び／又はロール１ｂの構成については、後で詳しく説明する。

昇降機構３は、ロール１ａを昇降させる。昇降機構３は、一般に、流体加圧式のアクチュエータである。昇降機構３は、シリンダ３１と、ピストン３２と、ロッド３３と、を有する。シリンダ３１内には、ピストン３２が配置される。ピストン３２は、シリンダ３１内を複数の作動空間に分割する。ピストン３２は、上下方向に延びるロッド３３の上部に取り付けられている。ロッド３３の下端部には、ロール１ａが接続される。

空気等の作動流体がシリンダ３１内の作動空間に供給、又は作動空間から排出されることにより、ピストン３２がシリンダ３１内で上下に摺動する。このピストン３２とともに、ロッド３３及びロール１ａが上下に移動する。

電極２ａ，２ｂは、例えば銅系材料等、高導電性の材料で構成される。電極２ａ，２ｂは、概略円板状をなす。電極２ａ，２ｂは、溶接装置１００の側面視で、実質的に円形状である。電極２ａ，２ｂは、それぞれ、回転軸部材Ｙａ，Ｙｂ周りに回転可能に構成されている。電極２ａ，２ｂは、電源回路（図示略）から電流が供給される。

電極２ａは、電極２ｂの上方に配置される。電極２ａ，２ｂの間には、被処理材Ｗ１，Ｗ２が配置される。電極２ａ，２ｂは、支持フレーム６に支持される。電極２ａは、昇降機構４を介して支持フレーム６に取り付けられる。

昇降機構４は、電極２ａを昇降させる。昇降機構４は、昇降機構３と同様、流体加圧式のアクチュエータである。昇降機構４は、シリンダ４１と、ピストン４２と、ロッド４３と、を有する。シリンダ４１内には、ピストン４２が配置される。ピストン４２は、シリンダ４１内を複数の作動空間に分割する。ピストン４２は、上下方向に延びるロッド４３の上部に取り付けられている。ロッド４３の下端部には、電極２ａが接続される。

空気等の作動流体がシリンダ４１内の作動空間に供給、又は作動空間から排出されることにより、ピストン４２がシリンダ４１内で上下に摺動する。このピストン４２とともに、ロッド４３及び電極２ａが上下に移動する。

切断機構５は、いわゆるシャーリングマシンである。切断機構５は、刃５１，５２を有する。刃５１は、刃５２の上方に配置されている。刃５１と刃５２との間に、被処理材Ｗ１，Ｗ２が配置される。刃５１，５２は、被処理材Ｗ１，Ｗ２に向かって接近可能なよう、支持フレーム６に支持される。

支持フレーム６は、溶接装置１００の側面視において概略Ｃ字状をなす。支持フレーム６は、一対のロール１ａ，１ｂ、一対の電極２ａ，２ｂ、及び切断機構５を直接又は間接的に支持している。ロール１ａ，１ｂ、電極２ａ，２ｂ、及び切断機構５は、溶接装置１００の側面視で、支持フレーム６の開口側から閉塞側に向かってこの順で並んでいる。支持フレーム６は、図１の左右方向に移動可能に構成されている。すなわち、支持フレーム６は、被処理材Ｗ１，Ｗ２の板幅方向に移動することができる。

［ロールの構成］
図２は、実施形態に係るロール１の斜視図である。図３及び図４は、ロール１の側面図である。溶接装置１００において、ロール１ａ，１ｂ（図１）の少なくとも一方は、ロール１と同じ構成を有する。

図２を参照して、ロール１は、回転軸Ｘ周りに回転可能に構成されている。ここで、回転軸Ｘは、ロール１の回転中心となる仮想的な線を指す。回転軸Ｘが延びる方向を回転軸方向という。図２では、回転軸部材Ｘａ（Ｘｂ）が省略されている。ロール１は、外周面１１と、側面１２，１３と、を備える。

図２に示すように、外周面１１は、側面１２と側面１３との間に配置されている。外周面１１は、側面１２の外周縁と側面１３の外周縁とに接続されている。外周面１１は、回転軸Ｘを中心とする環状面である。外周面１１は、ロール１の半径方向において外向きの面である。より詳細には、外周面１１は、実質的に、回転軸Ｘを中心軸とする円筒の周面に相当する形状をなす。この外周面１１により、被処理材Ｗ１又はＷ２（図１）が押圧される。

側面１２は、回転軸方向の一方側を向いた面である。側面１３は、回転軸方向の他方側を向いた面である。すなわち、側面１２，１３は、回転軸方向において逆向きに配置されている。側面１２は、回転軸方向の一方側から見て、概ね円形状をなす。側面１３は、回転軸方向の他方側から見て、概ね円形状をなす。

図３に示すように、側面１２は、側面本体１２１と、拡径部１２２と、を含む。

側面本体１２１は、側面１２の内周部分である。側面本体１２１は、実質的に真円状をなす。側面本体１２１は、回転軸Ｘと交差する。回転軸Ｘは、側面本体１２１の中心を通過し、且つ側面本体１２１と直交する。

拡径部１２２は、側面１２の外周部分である。すなわち、拡径部１２２は、側面１２において、側面本体１２１の外周側に配置されている。拡径部１２２は、側面本体１２１を取り囲むように設けられる。

図４に示すように、側面１３は、側面本体１３１と、垂直部１３２と、連結部１３３と、を含む。

側面本体１３１は、側面１３の内周部分である。側面本体１３１は、実質的に真円状をなす。側面本体１３１は、回転軸Ｘと交差する。回転軸Ｘは、側面本体１３１の中心を通過し、且つ側面本体１３１と直交する。

垂直部１３２は、側面１３の外周部分である。すなわち、垂直部１３２は、側面１３において、側面本体１３１の外周側に配置されている。垂直部１３２は、連結部１３３を介して側面本体１３１に接続される。

図５を参照し、ロール１の構成をさらに詳しく説明する。図５は、ロール１の縦断面図である。ロール１の縦断面とは、回転軸Ｘに沿ってロール１を切断したときの断面をいう。図５において、ロール１の幅中心線Ｚを一点鎖線で示す。幅中心線Ｚは、ロール１の回転軸方向及び径方向の中心において、回転軸Ｘと直交する直線である。

図５に示すように、外周面１１は、ロール１の縦断面視で回転軸Ｘと平行である。外周面１１は、周縁１１１，１１２を有する。周縁１１１は、外周面１１において回転軸方向の一方端に位置づけられる。周縁１１２は、外周面１１において回転軸方向の他方端に位置づけられる。

ロール１の外周幅Ｌ１は、ロール幅Ｌ２よりも小さい。外周面１１は、Ｌ１／Ｌ２が０．３以上０．８以下となるように形成されることが好ましい。外周幅Ｌ１は、外周面１１の回転軸方向の長さである。言い換えると、外周幅Ｌ１は、周縁１１１から周縁１１２までの距離である。ロール幅Ｌ２は、側面本体１２１，１３１間の回転軸方向の距離である。より具体的には、ロール幅Ｌ２とは、回転軸Ｘと側面本体１２１との交点Ｐ１から、回転軸Ｘと側面本体１３１との交点Ｐ２までの長さをいう。

外周面１１の周縁１１１から側面本体１２１までの回転軸方向の距離Ｌ３は、周縁１１２から側面本体１３１までの回転軸方向の距離Ｌ４と等しいことが好ましい。この場合、外周面１１は、回転軸方向においてロール１の中央に配置される。すなわち、外周面１１の幅中心は、ロール１の幅中心線Ｚ上に位置する。

側面１２には、拡径部１２２が設けられている。拡径部１２２は、外周面１１に接続される。より詳細には、拡径部１２２は、円筒状の外周面１１の両周縁１１１，１１２のうち、一方の周縁１１１に接続されている。拡径部１２２は、側面本体１２１にも接続されている。拡径部１２２は、外周面１１と側面本体１２１とを連結する面である。

拡径部１２２は、側面本体１２１から外周面１１に向かって拡径する。言い換えると、拡径部１２２は、側面本体１２１から外周面１１に向かって回転軸Ｘからの距離（半径）が長くなる。本実施形態において、拡径部１２２は、ロール１の縦断面視で、外周面１１と鈍角をなす傾斜面である。拡径部１２２は、円すい台の周面に相当する形状を有する。すなわち、拡径部１２２は、側面本体１２１側の径が小さく、外周面１１側の径が大きいテーパ状に形成されている。

拡径部１２２と外周面１１との角度θは、好ましくは１００°以上１７０°未満であり、より好ましくは１１０°以上１４５°以下である。拡径部１２２の半径方向の長さαは、ロール１の半径ｒの０．０２倍以上０．４倍以下であることが好ましい。半径ｒは、ロール１の縦断面視で回転軸Ｘから外周面１１までの距離をいう。拡径部１２２の半径方向の長さαは、ロール１の縦断面視で、拡径部１２２と側面本体１２１とがなす角の頂点から外周面１１までの距離である。

側面１３には、垂直部１３２が設けられている。垂直部１３２は、外周面１１に接続される。より詳細には、垂直部１３２は、外周面１１の周縁１１２に接続されている。垂直部１３２は、外周面１１に実質的に垂直な面である。垂直部１３２は、ロール１の縦断面視で、外周面１１と概ね直角をなす。垂直部１３２は、ロール１の縦断面視で、幅中心線Ｚと平行に配置されている。

垂直部１３２は、回転軸方向において、側面本体１３１よりも内側に配置されている。垂直部１３２から側面本体１２１までの距離Ｌ５は、側面本体１３１から側面本体１２１までの回転軸方向の距離Ｌ２よりも小さい。垂直部１３２と側面本体１３１との間には、連結部１３３が配置されている。垂直部１３２は、連結部１３３を介して側面本体１３１と接続される。

連結部１３３は、ロール１の縦断面視で、回転軸Ｘ及び外周面１１と実質的に平行である。連結部１３３は、回転軸Ｘを中心とする円筒の周面に相当する形状を有する。連結部１３３、側面本体１３１、及び垂直部１３２により、側面１３には段差が形成されている。垂直部１３２と連結部１３３との接続部分には、応力集中緩和の観点から、Ｒ面取り加工が施されていることが好ましい。

ロール１の半径方向において、垂直部１３２の長さβは、拡径部１２２の長さαと一致していてもよい。垂直部１３２の長さβは、ロール１の縦断面視において、垂直部１３２と連結部１３３とがなす角の頂点から外周面１１までの距離である。垂直部１３２の長さβは、ロール１の加圧力、被処理材Ｗ１，Ｗ２（図１）の板厚や予想変形量等の条件に応じて適宜設定される。垂直部１３２は、ロータリスウェージング中に連結部１３３が被処理材Ｗ１，Ｗ２に接触しない程度の長さβを有することが好ましい。例えば、垂直部１３２の長さβは、ロール１の半径ｒの０．０２倍以上０．４倍以下とすることができる。

［鋼板の製造方法］
以下、溶接装置１００によって被処理材Ｗ１，Ｗ２を溶接し、鋼板を製造する方法について、図１を再度参照しながら説明する。図１に示す溶接装置１００は、例えば、溶融めっきライン等の鋼帯連続処理ラインに設置される。鋼帯連続処理ラインにおいて、溶接装置１００の下流側には、被処理材Ｗ１，Ｗ２の通板速度を調整するためのルーパ（図示略）が設置されていてもよい。

本実施形態に係る製造方法は、被処理材Ｗ１，Ｗ２を準備する工程Ｓ１と、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を形成する工程Ｓ２と、ロール１ａ，１ｂによって被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を加圧する工程Ｓ３と、電極２ａ，２ｂによって被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を溶接する工程Ｓ４と、を備える。

（準備工程Ｓ１）
鋼板の製造に際し、まず、板状で鋼製の被処理材Ｗ１，Ｗ２を準備する。被処理材Ｗ１，Ｗ２の準備工程Ｓ１は、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね合わせ工程Ｓ２の前に必要な処理を行う工程を１以上含む。溶接装置１００が鋼帯連続処理ラインに設置される場合、被処理材Ｗ１，Ｗ２は鋼帯である。鋼帯連続処理ラインにおいて、被処理材Ｗ１，Ｗ２は、所定方向に送られながら処理される。

（重ね合わせ工程Ｓ２）
図１には、被処理材Ｗ１，Ｗ２が紙面に対して垂直な方向（長手方向）に送られる例を示す。図１の例では、被処理材Ｗ１が被処理材Ｗ２に対して先行する。被処理材Ｗ１の後端部及び被処理材Ｗ２の前端部は、それぞれクランプ（図示略）によって把持され、切断機構５によって同時に切断される。その後、各クランプは、切断された被処理材Ｗ１の後端部及び被処理材Ｗ２の前端部を移動させ、被処理材Ｗ２の前端部上に被処理材Ｗ１の後端部を重ね合わせる。

（プレスウェージング工程Ｓ３）
被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分が形成された後、溶接装置１００は、昇降機構３を駆動してロール１ａを下降させ、支持フレーム６を図１における左方向に走行させる。これにより、ロール１ａ，１ｂは、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を挟んで加圧しながら、支持フレーム６とともに被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に沿って走行することとなる。すなわち、ロール１ａ，１ｂにより、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に対してロータリスウェージング（プレスウェージング）が施される。以下、説明の便宜上、プレスウェージングにおいて、支持フレーム６が走行を開始した点を溶接装置１００における原点と呼ぶ。

支持フレーム６の走行に伴い、ロール１ａ，１ｂは、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に接触しながら移動することで、それぞれ回転軸部材Ｘａ，Ｘｂ周りに回転する。すなわち、ロール１ａ，１ｂをモータ等で強制回転させる必要はない。ただし、支持フレーム６が駆動力を有しない場合等には、ロール１ａ，１ｂをモータ等で強制回転させてもよい。プレスウェージング中、電極２ａは、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分の上方に位置しており、重ね部分に接触しない。

図６は、ロール１ａ，１ｂを用いたプレスウェージングをより詳しく説明するための図である。ロール１ａは、ロール１（図５）と同じ構成を有する。ロール１ｂは、上述したロール９（図７）と同じ構成を有する。ロール１ａの外周幅Ｌ１（図５）は、ロール１ｂの外周幅Ｌ９１（図７）と等しい。図６では、回転軸部材Ｘａの中心軸を一点鎖線Ｘａとして、回転軸部材Ｘｂの中心軸を一点鎖線Ｘｂとして示す。一点鎖線Ｘａは、ロール１ａの回転中心となる線であり、一点鎖線Ｘｂは、ロール１ｂの回転中心となる線である。

図６に示すように、ロール１ａの外周面１１は、プレスウェージング中、被処理材Ｗ１の後端部の上面に接触して押圧する。被処理材Ｗ１の後端部において、ロール１ａの拡径部１２２は、ロール１ａの垂直部１３２よりも端寄りに配置される。言い換えると、ロール１ａは、被処理材Ｗ１，Ｗ２の送り方向において垂直部１３２が前向き、拡径部１２２が後ろ向きになるように配置される。プレスウェージングの間、連結部１３３は、変形する被処理材Ｗ１に接触しない。

被処理材Ｗ１の後端部は、ロール１ａの外周面１１で押圧される。これにより、被処理材Ｗ１の後端部が変形して凹み、被処理材Ｗ１に段差部が形成される。この段差部には、ロール１ａの垂直部１３２が接触する。ロール１ａの拡径部１２２は、被処理材Ｗ１に接触しない。

ロール１ｂの外周面９１は、プレスウェージング中、被処理材Ｗ２の前端部の下面に接触して押圧する。これにより、被処理材Ｗ２の前端部が凹み、被処理材Ｗ２に段差部が形成される。この段差部には、ロール１ｂの傾斜部９２１の一方が接触する。

（溶接工程Ｓ４）
図１に戻り、鋼板の製造方法の説明を続ける。溶接装置１００は、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分の一端から他端まで支持フレーム６を走行させ、重ね部分全体にロール１ａ，１ｂによるプレスウェージングを施した後、昇降機構３を作動させてロール１ａを上昇させる。次に、溶接装置１００は、支持フレーム６を原点に戻し、昇降機構３，４を作動させてロール１ａ及び電極２ａを下降させる。溶接装置１００は、支持フレーム６を図１における左方向に走行させる。電極２ａ，２ｂには、電流が供給される。

電極２ａ，２ｂは、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を挟んで加圧しながら、支持フレーム６とともに被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に沿って走行する。電極２ａ，２ｂにより、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に抵抗発熱が生じ、当該重ね部分が溶接される。

ロール１ａ，１ｂは、電極２ａ，２ｂの後を走行する。ロール１ａ，１ｂは、溶接された被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分を挟んで加圧する。これにより、溶接後の重ね部分の段差等が解消し、被処理材Ｗ１，Ｗ２の溶接面が整えられる。

溶接工程Ｓ４の後、鋼帯連続処理ラインにおける必要な工程が被処理材Ｗ１，Ｗ２に対して実施され、鋼板が完成する。

［実施形態の効果］
上記実施形態に係るロール１，１ａの側面１３には、垂直部１３２が設けられている。溶接装置１００では、プレスウェージングで変形する被処理材Ｗ１の段差部側に垂直部１３２が配置される。この垂直部１３２は、外周面１１に対して垂直であるため、被処理材Ｗ１の段差部から斜め向きの荷重を受けることがない。よって、ロール１，１ａに対してスラスト荷重が発生せず、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分からロール１，１ａがずれるのを抑制することができる。

ロール１，１ａでは、側面１２に拡径部１２２を設けたことにより、外周幅Ｌ１がロール幅Ｌ２よりも小さくなっている。これにより、外周幅がロール幅と等しい従来のロールと比較して、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分に対するロール１，１ａの外周面１１の接触面積を小さくすることができる。よって、外周面１１から被処理材Ｗ１，Ｗ２に作用する応力を増大させることができる。このため、被処理材Ｗ１，Ｗ２の合計板厚が大きい場合であっても、合計板厚を溶接前に十分に低減させることが可能となり、良好な溶接結果を得ることができる。

ロール１，１ａにおいて、垂直部１３２から側面本体１２１までの距離Ｌ５は、ロール幅Ｌ２よりも小さい。すなわち、垂直部１３２は、回転軸方向において、側面本体１３１よりも内側に配置されている。これにより、ロール１，１ａの外周面１１と被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分との接触面積をさらに小さくすることができる。よって、外周面１１から被処理材Ｗ１，Ｗ２に作用する応力を増大させることができる。

ロール１，１ａでは、側面１２の外周部分に拡径部１２２が設けられる一方、側面１３の外周部分には垂直部１３２及び連結部１３３が設けられている。拡径部１２２、垂直部１３２、及び連結部１３３により、ロール１，１ａの外周幅Ｌ１が狭小化される。ここで、外周幅Ｌ１を狭小化するだけであれば、側面１２において、拡径部１２２に代えて垂直部１３２及び連結部１３３を設け、ロール１，１ａを幅中心線Ｚに対して対称に形成することも考えられる。しかしながら、この場合、両側面１２，１３において、垂直部１３２と連結部１３３との接続部分で応力集中が生じて疲労破壊が発生し得る。そこで、本実施形態では、一方の側面１２の外周部分に拡径部１２２を設け、幅中心線Ｚに対して敢えて非対称なロール１，１ａを形成している。これにより、応力集中及び疲労破壊を抑制することができる。

このように、本実施形態に係るロール１，１ａによれば、ロータリスウェージング時の応力増大、位置ずれ抑制、及び応力集中による疲労破壊を同時に実現することができる。

ロール１，１ａは、外周幅がロール幅と等しい既存のロールの外周部分を加工し、拡径部１２２及び垂直部１３２を設けることで作製することができる。ロール１，１ａの作製に際し、既存のロールの内周部分を加工する必要はない。このため、ロール１，１ａのロール幅Ｌ２は、既存のロールのロール幅と等しい。よって、公知又は市販の溶接装置に備えられていた既存のロールをロール１，１ａに交換する場合、回転軸Ｘを支持するベアリング等の周辺部品を変更する必要がない。すなわち、ロール１，１ａによれば、溶接装置を改造することなく、プレスウェージング時の応力増大及び脱輪抑制を実現することができる。

ロール１，１ａは、好ましくは、外周面１１の周縁１１１から側面本体１２１までの距離Ｌ３が、外周面１１の周縁１１２から側面本体１３１までの距離Ｌ４と等しくなるように構成される。つまり、外周面１１は、回転軸方向においてロール１，１ａの中央に位置づけられる。これにより、外周面１１の幅中心を被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分の中心に合わせやすくなる。よって、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分をロール１，１ａの外周面１１によって均一に押圧することができる。

ロール１，１ａにおいて、外周幅Ｌ１／ロール幅Ｌ２は、０．３以上０．８以下に設定されることが好ましい。このようにすることで、被処理材Ｗ１，Ｗ２に対する外周面１１の接触面積を小さくすることができる一方、当該接触面積をある程度の大きさに確保することができる。このため、外周面１１による被処理材Ｗ１，Ｗ２の押圧を容易に行うことができる。

ロール１，１ａの拡径部１２２は、ロール１，１ａの縦断面視で外周面１１と鈍角をなす傾斜面である。これにより、拡径部１２２の構造が簡素化されるため、ロール１，１ａを容易に作製することができる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態に係るロール１において、拡径部１２２は、外周面１１と鈍角をなす傾斜面であったが、拡径部１２２の一部又は全部が曲面であってもよい。

上記実施形態に係るロール１において、垂直部１３２は、連結部１３３を介して側面本体１３１と接続されている。連結部１３３は、ロール１の縦断面視で回転軸Ｘと平行に設けられていたが、連結部１３３は、回転軸Ｘに対して傾斜する傾斜面でもよいし、曲面を含んでいてもよい。

上記実施形態に係るロール１において、垂直部１３２と側面本体１３１との間に連結部１３３がなく、垂直部１３２と側面本体１３１とが直接接続されていてもよい。すなわち、垂直部１３２が側面本体１３１と同一平面上に存在し、側面１３に段差が形成されていなくてもよい。

上記実施形態に係る溶接装置１００では、一対のロール１ａ，１ｂのうち、上側のロール１ａのみがロール１の構成を有していたが、ロール１ａ，１ｂの双方がロール１の構成を有していてもよいし、ロール１ｂのみがロール１の構成を有していてもよい。ただし、昇降機構３を介して支持フレーム６に支持されるロール（上記実施形態の場合はロール１ａ）は、被処理材Ｗ１，Ｗ２の重ね部分から脱輪しやすいため、少なくとも当該ロールにロール１の構成を持たせることが好ましい。

上記実施形態において、ロール１は、２枚の被処理材Ｗ１，Ｗ２に対してロータリスウェージングを施していたが、３枚以上重ねられた被処理材にロータリスウェージングを施すこともできる。溶接装置１００は、ロータリスウェージング後の３枚以上の被処理材を溶接することができる。

上記実施形態では、ロール１が溶接装置１００に適用される例を説明したが、溶接装置以外の装置にロール１を適用することもできる。ロール１は、ロータリスウェージングを行ういずれの装置にも取り付けることができる。

１，１ａ，１ｂ：ロール
１１：外周面
１２：第１側面
１２１：第１側面本体
１２２：拡径部
１３：第２側面
１３１：第２側面本体
１３２：垂直部
２ａ，２ｂ：電極
１００：溶接装置

Claims (7)

1. 回転軸周りに回転可能に構成され、少なくとも一部分が重なり合った板状の被処理材にロータリスウェージングを施すロールであって、
   回転軸方向から見て円形状の第１及び第２側面と、
   前記第１側面の外周縁と前記第２側面の外周縁とに接続され、前記回転軸を中心とする環状を有し、前記ロールの縦断面視で前記回転軸と平行に延びる外周面と、
   を備え、
   前記第１側面は、
   前記回転軸と交差する第１側面本体と、
   前記第１側面本体の周囲に配置され、前記外周面に接続され、前記第１側面本体から前記外周面に向かって拡径する拡径部と、
   を含み、
   前記第２側面は、
   前記回転軸と交差する第２側面本体と、
   前記第２側面本体の周囲に配置され、前記外周面に接続され、前記外周面に垂直な垂直部と、
   を含む、ロール。
2. 請求項１に記載のロールであって、
   前記第１側面本体から前記第２側面本体までの前記回転軸方向の距離は、前記第１側面本体から前記垂直部までの前記回転軸方向の距離よりも大きい、ロール。
3. 請求項２に記載のロールであって、
   前記外周面の一方の周縁から前記第１側面本体までの前記回転軸方向の距離は、前記外周面の他方の周縁から前記第２側面本体までの前記回転軸方向の距離と等しい、ロール。
4. 請求項２又は３に記載のロールであって、
   前記外周面の前記回転軸方向の長さをＬ１、前記第１側面本体から前記第２側面本体までの前記回転軸方向の前記距離をＬ２とするとき、Ｌ１／Ｌ２は、０．３以上０．８以下である、ロール。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のロールであって、
   前記拡径部は、前記ロールの前記縦断面視で前記外周面と鈍角をなす傾斜面である、ロール。
6. 板状且つ金属製の複数の被処理材の端部を重ね合わせた重ね部分を溶接する溶接装置であって、
   前記重ね部分を挟んで加圧した状態で前記重ね部分に沿って走行する一対のロールと、
   前記重ね部分を挟んだ状態で電流が供給される一対の電極と、
   を備え、
   前記一対のロールのうち少なくとも一方は、請求項１から５のいずれか１項に記載のロールであり、前記複数の被処理材のうち当該ロールに接触する被処理材において、前記拡径部が前記垂直部よりも端寄りに配置される、溶接装置。
7. 鋼板の製造方法であって、
   板状且つ鋼製の複数の被処理材を準備する工程と、
   前記複数の被処理材の端部を重ね合わせて重ね部分を形成する工程と、
   一対のロールで前記重ね部分を挟んで加圧し、前記ロールを前記重ね部分に沿って走行させる工程と、
   前記ロールで加圧された後の前記重ね部分を抵抗溶接する工程と、
   を備え、
   前記一対のロールのうち少なくとも一方は、請求項１から５のいずれか１項に記載のロールであり、前記複数の被処理材のうち当該ロールに接触する被処理材において、前記拡径部が前記垂直部よりも端寄りに配置される、製造方法。
   

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