JP6057850B2 - シーム溶接装置及びシーム溶接方法 - Google Patents

Description

この発明は、一対のローラ電極間にワークを挟持し、前記ローラ電極を回転させながら加圧通電し前記ワークを接合しようとする仮想線（溶接教示線という。）に沿って連続的に溶接するシーム溶接装置及びシーム溶接方法に関する。

例えば、車両の燃料タンク等の密閉封止が必要な容器は、プレス成形された２つの部材の外周端部を重ね合わされてシーム溶接装置により溶接されて形成される。

このシーム溶接装置では、運転により各ローラ電極が消耗して、各ローラ電極の径が経時的に減少する。

特許文献１には、各ローラ電極の径が小さくなると、各ローラ電極とワークとの接触面積が小さくなる結果、溶接電流密度が上昇して、正常なナゲットの形成が困難になり、クラックの発生までも惹起するおそれがあると開示されている（特許文献１の（２）欄１４行〜（３）欄６行）。

この問題を解決するために、特許文献１に係るシーム溶接装置では、各ローラ電極の消耗に従いワークとの接触面積の減少に伴う電流密度の上昇率の補正を実験的に予め行い、正常なナゲットを形成するのに必要な溶接電流制御用の設定値を、各ローラ電極の径の消耗量との関係において予め制御装置に記憶させている（特許文献１の（７）欄２行〜９行）。

そして、溶接作業によって各ローラ電極が消耗し、ワークとの接合部の接触面積が小さくなった場合、前記制御装置によって前記接合部における電流密度が一定になるように維持することで、ワークの接合部に正常なナゲットを形成できると開示されている（特許文献１の（７）欄１０行〜１６行）。

特開昭５８−１００９８０号公報

特許文献１に開示されているように、シーム溶接では、各ローラ電極の径が経時的に減少し、各ローラ電極とワークとの接触面積が減少しても、溶接電流密度が一定になるように溶接電流値を減少させることで、ワーク間に正常なナゲットを形成することができる。

しかしながら、特許文献１に係るシーム溶接装置では、ローラ電極の幅（ローラ電極は円柱形状であるので、円柱の高さを意味する。）の変更やワークの厚みの変更等の溶接条件の変更が発生した場合には、正常なナゲットを形成するために、その都度、変更後のシーム溶接装置に合致する、溶接電流制御用の設定値を、各ローラ電極の径の消耗量との関係において実験的に求めて予め制御装置に記憶させる必要があるので、管理工数コストが上昇するという課題がある。

この発明は、上記の技術及び課題に関連してなされたものであり、ワークに対するシーム溶接中、あるいはワークに対するシーム溶接処理の前後に、各ローラ電極とワーク間の接触面積を容易に算出することを可能するシーム溶接装置及びシーム溶接方法を提供することを目的とする。

この発明に係るシーム溶接方法は、積層した２枚のワークを、一対のローラ電極間に加圧挟持し、前記ローラ電極を回転させながら前記ワークを前記ローラ電極に対して相対的に移動させ、前記ワークを介して前記ローラ電極間に電流を流して抵抗溶接を行うシーム溶接方法において、各ローラ電極の加圧通電による前記ワークの厚み減少量を検知するワーク厚検知工程と、各ローラ電極の径を検知するローラ径検知工程と、それぞれ検知された前記ワークの厚み減少量と各ローラ電極の径から前記ワーク間の接触面積を算出する接触面積算出工程と、算出された前記ワーク間の接触面積に基づき溶接電流値を決定する溶接電流値決定工程と、を備えることを特徴とする。

また、この発明に係るシーム溶接装置は、積層した２枚のワークを、一対のローラ電極間に加圧挟持し、前記ローラ電極を回転させながら前記ワークを前記ローラ電極に対して相対的に移動させ、前記ワークを介して前記ローラ電極間に電流を流して抵抗溶接を行うシーム溶接装置において、各ローラ電極の加圧通電による前記ワークの厚み減少量を検知するワーク厚検知手段と、各ローラ電極の径を検知するローラ径検知手段と、それぞれ検知された前記ワークの厚み減少量と各ローラ電極の径から前記ワーク間の接触面積を算出する接触面積算出部と、算出された前記ワーク間の接触面積に基づき溶接電流値を決定する溶接電流値決定部と、を備えることを特徴とする。

この発明に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法によれば、各ローラ電極の径と、各ローラ電極の加圧通電により減少する前記ワークの厚み減少量とから接触面積を算出することができるので、溶接電流値を容易に最適な溶接電流値に設定することができる。

この発明に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法によれば、各ローラ電極の径と、各ローラ電極の加圧通電により減少する前記ワークの厚み減少量とから接触面積を算出することができるので、溶接電流値を容易に最適な溶接電流値に設定することができる。

この結果、ローラ電極の径変更、加圧力の変更、ワークの厚みや強度の変更等の溶接条件の変更が発生した場合には、正常なナゲットを形成するために、特許文献１のように、その都度、変更後のシーム溶接装置に合致する、溶接電流制御用の設定値を、各ローラ電極の径の消耗量との関係において実験的に求めて予め制御装置に記憶させる必要がなく、容易に最適な溶接電流値に変更することができ、管理工数コストが上昇することがないという効果が達成される。

この実施形態に係るシーム溶接装置を示す正面図である。 シーム溶接装置で溶接されるワークの一例を示す斜視図である。 上下ローラ電極間の軸間距離減少量と下ローラ電極の径の減少量を計測する機構の模式的説明図である。 上下ローラ電極間の軸間距離減少量及び上下ローラ電極の径の減少量の経時的な変化を説明するための模式的説明図である。 図１に示すシーム溶接装置の要部ブロック図である。 上下ローラ電極間にワークのフランジ部を挟持して溶接（加圧通電）している状態を説明する一部省略正面図である。 接触面積の算出処理の説明に供される模式的な一部斜視説明図である。 接触面積の算出処理の説明に供される模式的な一部側面説明図である。 溶接速度に対する基準溶接電流値の関係の一例を示す特性図である。

以下、この発明に係るシーム溶接装置及びシーム溶接方法の実施形態を図１〜図９を参照しながら説明する。

この実施形態に係るシーム溶接装置１０は、図１に示すように、例えば２枚のプレス成形部材（金属部材）を重ねたワーク１２（ワーク１２ａ、ワーク１２ｂ）を一対のローラ電極１４（上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂ）間に加圧挟持し抵抗溶接する装置である。

ここで、シーム溶接装置１０によって溶接されるワーク１２の一例について説明する。

図２に示すように、ワーク１２は、例えば二輪車用の燃料タンクであり、それぞれ周囲にフランジ部１６を有する２つの上ワーク１２ａと下ワーク１２ｂを、各フランジ部１６を重ね合わせて組み付けることによって構成されている。フランジ部１６には、シーム溶接をする際の基準として参照される溶接教示線ＴＬ（一点鎖線参照）が設定される。溶接教示線ＴＬの情報は、フランジ部１６の端面の情報と共に、三次元ＣＡＤ上で設定されるものであって、例えばフランジ部１６の端面に関する多数の頂点データと、溶接教示線ＴＬに関する多数の頂点データとがそれぞれ対応付けされて配列されたマップ情報として例えば図示しないメモリ（記憶装置）に記憶される。なお、シーム溶接装置１０で溶接されるワーク１２としては、二輪車用や四輪車用等の車両用の燃料タンク以外にも、缶容器や電機機器等、各種工業製品を挙げることができる。

そして、このシーム溶接装置１０は、図１に示すように、本体部２２と、該本体部２２のテーブル２４上に設けられるコラム２８と、を備える。

コラム２８は、上ローラ電極１４ａを有する上部電極機構２６ａと、下ローラ電極１４ｂを有する下部電極機構２６ｂと、煩雑となるのを避けるために図１中には図示していない径計測機構４８と、距離計測機構４２と、上部電極機構２６ａ、下部電極機構２６ｂ及び径計測機構４８並びに距離計測機構４２等を制御する電極制御部３０と、を支持する。

上部電極機構２６ａは、電極制御部３０からの指示に従って、上ローラ電極１４ａを上下に移動し、さらにモータ４３ａにより回転制御する上部電極駆動部３６ａと、上部電極駆動部３６ａに片持ち式で上ローラ電極１４ａを支持する第１アーム部材３８ａと、第１アーム部材３８ａの中心部分に軸方向に設置され、上部電極駆動部３６ａの駆動力を上ローラ電極１４ａに伝える第１駆動軸４０ａとを有する。

同様に、下部電極機構２６ｂは、電極制御部３０からの指示に従って、下ローラ電極１４ｂを上下に移動し、さらにモータ４３ｂにより回転制御する下部電極駆動部３６ｂと、下部電極駆動部３６ｂに片持ち式で下ローラ電極１４ｂを支持する第２アーム部材３８ｂと、第２アーム部材３８ｂの中心部分に軸方向に設置され、下部電極駆動部３６ｂの駆動力を下ローラ電極１４ｂに伝える第２駆動軸４０ｂとを有する。

従って、上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂを互いに接近する方向に移動駆動することで、上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂとの間に挟持されたワーク１２のフランジ部１６を加圧することとなるが、電極制御部３０からの指示によってその加圧力が調節できるようになっている。特に、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂを、コラム２８によって、テーブル２４上に支持するようにしているため、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂのワーク１２のフランジ部１６に対する相対的な移動、例えばフランジ部１６の幅方向（フランジ部１６の端面から上下ワーク１２ａ、１２ｂの本体部に向かう方向）の移動を同期させることができる。

上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂを上下に移動する機構としては、例えばシリンダとピストンとを有するアクチュエータや圧電素子を用いたアクチュエータ等を用いることができる。また、上ローラ電極１４ａ並びに下ローラ電極１４ｂを回転駆動するモータ４３ａ、４３ｂとしては、例えばサーボモータを用いることができる。

なお、前記アクチュエータによる上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂ間の加圧力は、上部電極駆動部３６ａ及び下部電極駆動部３６ｂに設けられたロードセル等の圧力センサ４１ａ、４１ｂにより検出され、電極制御部３０に取り込まれる。

距離計測機構４２は、図３の模式図にも示すように、上部電極駆動部３６ａに一体的に支持されたセンサ本体部４２ａと、先端部が下部電極駆動部３６ｂに当接し下部電極駆動部３６ｂの上下動に応じて伸縮する、下方への弾性力が付与されたプローブ部４２ｂとから構成されている。センサ本体部４２ａは、差動変圧器、ポテンショメータあるいは磁気スケール等により構成され、距離計測機構４２は、その出力が電極制御部３０に取り込まれる。距離計測機構４２は、上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂ間の軸間距離減少量ΔＤａｘを検知し、電極制御部３０は、軸間距離減少量ΔＤａｘを算出する。

径計測機構４８は、図３の模式図に示すように、下部電極駆動部３６ｂに一体的に支持されたセンサ本体部５６と、下ローラ電極１４ｂの中心を通る水平軸４９上で下ローラ電極１４ｂ円周（円柱側面）に接触（当接）して回転するローラ５８と、このローラ５８を支持し下ローラ電極１４ｂ側への弾性力が付与されて下ローラ電極１４ｂの径の減少に応じて下ローラ電極１４ｂ側に伸びる支持軸５４と、から構成されている。水平軸４９上に、下ローラ電極１４ｂの中心とローラ５８の中心がある。

センサ本体部５６は、差動変圧器、ポテンショメータあるいは磁気スケール等により構成され、径計測機構４８は、その出力が電極制御部３０に取り込まれる。径計測機構４８は、ローラ５８が下ローラ電極１４ｂに当接した位置からの支持軸５４の伸び量を、下ローラ電極１４ｂの径φＤの減少量ΔφＤとして検知し、電極制御部３０は、下ローラ径減少量ΔφＤを算出する。

ここで、上ローラ電極１４ａのローラ径（上ローラ径という。）φＵ及び、下ローラ電極１４ｂのローラ径（下ローラ径という。）φＤの電極制御部３０による算出処理について説明する。なお、上ローラ径φＵ及び下ローラ径φＤは、電極の消耗、電極のドレスにより経時的に減少する。

図４は、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂの経時的な減少前後の模式的な説明図であり、上ローラ電極１４ａは、図４中、左側に示す初期上ローラ径（基準上ローラ径ともいう。）φＵ０から右側に示す上ローラ径φＵに経時的に減少する。同様に、下ローラ電極１４ｂは、初期下ローラ径（基準下ローラ径ともいう。）φＤ０から下ローラ径φＤに経時的に減少する。

上下ローラ電極１４ａ、１４ｂは、Ｘ軸方向には移動しないので、図３及び図４を参照すれば、下ローラ径φＤは、電極制御部３０により次の（１）式によりリアルタイムに算出されることが分かる。
φＤ＝φＤ０−ΔφＤ …（１）
φＤ：下ローラ径
φＤ０：初期下ローラ径
ΔφＤ：径計測機構４８により計測される下ローラ径減少量

一方、上ローラ径φＵは、初期上ローラ径φＵ０から上ローラ径減少量ΔφＵを減じた次の（２）式により算出される。
φＵ＝φＵ０−ΔφＵ …（２）

ここで、上ローラ径減少量ΔφＵは、距離計測機構４２により計測される軸間距離減少量ΔＤａｘ（図３参照）が、上ローラ径減少量ΔφＵと下ローラ径減少量ΔφＤとの加算値（ΔＤａｘ＝ΔφＵ＋ΔφＤ）になっていることを考慮すれば、（２）式は、（３）式に示すように変更でき、その（３）式により上ローラ径φＵが電極制御部３０によりリアルタイムに算出されることが分かる。
φＵ＝φＵ０−（ΔＤａｘ−ΔφＤ） …（３）
φＵ：上ローラ径
φＵ０：初期上ローラ径
ΔＤａｘ：軸間距離減少量（距離計測機構４２に基づいて計測）
ΔφＤ：下ローラ径減少量（径計測機構４８に基づいて計測）

なお、図４において、上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂの加圧通電による上ワーク１２ａのフランジ部１６の厚み減少量αと、下ワーク１２ｂの厚み減少量βの計測（ワーク厚検知工程）については後述する。

上述したように、上ローラ径減少量ΔφＵと、下ローラ径減少量ΔφＤとは、シーム溶接時における上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂの消耗量に相当し、また、ドレス時における上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂのドレス量に相当する点に留意する。

図１に示すように、シーム溶接装置１０は、さらに、ワーク１２を保持して上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂ間に送るロボット５０と、ロボット５０を含む装置全体を総合的に制御するコントローラである制御装置５２とを備える。制御装置５２と電極制御部３０とは、相互間で通信する。

以下では、上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂをまとめてローラ電極１４として図示及び説明することがある。

ロボット５０は、プログラム動作により駆動される公知の産業用多関節型ロボットであり、アーム７０の先端に設けたワーク保持治具７２を介して、ワーク１２を保持して任意の位置に且つ任意の姿勢に移動させることができる。

この場合、制御装置５２は、電極制御部３０との連係制御下に、ロボット５０を、予め設定されたティーチングに従い、溶接点Ｐｗ（図１参照）においてワーク１２のフランジ部１６を常に図１中、紙面と直交する方向（水平方向）に送るように駆動制御される。溶接点Ｐｗは、ローラ電極１４の上下ローラ径減少量ΔφＵ、ΔφＤによってＺ軸方向（鉛直方向）に移動するので、その分、ロボット５０により溶接点ＰｗをＺ軸方向に補正する。

すなわち、この実施形態では、図５のブロック図に示すように、シーム溶接時において、距離計測機構４２により軸間距離減少量ΔＤａｘを検知すると共に、径計測機構４８により下ローラ径減少量ΔφＤを検知することにより、電極制御部３０及び制御装置５２の連係制御下に、溶接点Ｐｗにおける上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂの周速が常に等しい速度になるようにモータ４３ａとモータ４３ｂの回転速度Ｎａ、Ｎｂを制御すると共に、ローラ電極１４の上下ローラ径減少量ΔφＵ、ΔφＤに応じて、溶接点ＰｗをＺ軸方向（鉛直方向）にロボット５０を通じて補正するようにしている。

この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、その動作及び作用効果について説明する。

溶接工程においては、まず、ワーク１２を、ワーク保持治具７２を介してロボット５０のアーム７０に保持させる。

これにより、アーム７０を駆動すればワーク１２を所定の姿勢に容易に変位させることができ、該ワーク１２を予め教示された（ティーチングされた）溶接教示線ＴＬ（図２参照）に沿ってローラ電極１４間に適切に送ることができる（図１及び図２参照）。この場合、制御装置５２の制御下に、電極制御部３０を通じて上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂによる上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂの回転駆動によるワーク１２の送り動作と、アーム７０によるワーク１２の送り動作とが同期するように設定される。

上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂは、例えば、制御装置５２から電極制御部３０を通じて出力されるモータ用制御信号によってモータ４３ａ、４３ｂの回転速度Ｎａ、Ｎｂを制御する。制御装置５２には、ワーク１２の溶接教示線ＴＬ等に対応する所望の数値制御情報等が予め入力されており、ロボット５０は、制御装置５２から出力されるロボット用制御信号に基づいて各種の動作が制御される。

次に、図６に示すように、ロボット５０のアーム７０の動作によって上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂとの間にワーク１２のフランジ部１６を挟持させる。

上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂは、上部電極機構２６ａ及び下部電極機構２６ｂによって予め所定間隔離間した状態にあり、電極制御部３０からの指令に基づいて上部電極駆動部３６ａ及び下部電極駆動部３６ｂが第１アーム部材３８ａ及び第２アーム部材３８ｂを互いに接近する方向に変位することにより、上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂとの間にワーク１２のフランジ部１６（溶接スタート位置）が挟持され、上部電極駆動部３６ａ及び下部電極駆動部３６ｂによる上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂの加圧（押圧）作用によってフランジ部１６に所定の加圧力が付与される。この加圧力は、図６中のＺ軸に沿う方向（鉛直方向）で付与される。

続いて、制御装置５２の制御下に、図示しない電源装置によってワーク１２のフランジ部１６を挟持した上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂに対する通電が行われる。同時に、上ローラ電極１４ａ及び下ローラ電極１４ｂが回転駆動されることで、ワーク１２のフランジ部１６が溶接教示線ＴＬに沿ってシーム溶接され接合される。

図７の模式的な一部斜視図及び図８の模式的な一部側面図に示すように、このシーム溶接中（加圧通電且つ所定周速（溶接速度）でワーク１２の送り中）に、上ローラ径φＵと下ローラ径φＤが経時的に減少する。なお、図７及び図８において、実際上、ローラ電極１４ａ、１４ｂが通過した部分の上ワーク１２ａと下ワーク１２ｂ間のワーク間の隙間はなくなる。

上ローラ径φＵと下ローラ径φＤが減少すると、上ワーク１２ａと下ワーク１２ｂとの間でナゲットが形成される部分の接触面積Ｓが変化する。

この実施形態では、電極制御部３０が、接触面積Ｓを算出し、算出した接触面積Ｓに基づき、次の（４）式に示すように、電極制御部３０により溶接電流値Ｉｏｕｔを決定している。
Ｉｏｕｔ＝Ｉｒｅｆ×（Ｓ／Ｓ０） …（４）
Ｉｏｕｔ：溶接電流値
Ｉｒｅｆ：初期溶接電流値（基準溶接電流値）
Ｓ：接触面積
Ｓ０：初期接触面積（基準接触面積）

なお、接触面積Ｓは、接触長さＬとローラ電極１４ａ（１４ｂ）の幅（ローラ電極１４を円柱であるとした場合、その高さを意味する。）Ｈを乗算した長方形（稀に正方形）の面積になる。

すなわち、接触面積Ｓは、Ｓ＝Ｌ×Ｈで算出される。

公知のように、単位体積当たりの発熱量Ｑは、次の（５）式で表現される。
Ｑ＝０．２４×δ²×Ｔ …（５）
Ｑ：発熱量
δ：溶接電流密度
Ｔ：通電時間

ここで、通電時間Ｔは、接触長さＬを、周速、すなわち溶接速度Ｗｓ（単位は、例えば、［ｍ／ｍｉｎ］）で除算した値で算出される。

溶接電流密度δは、溶接電流値Ｉｏｕｔを接触面積Ｓで除算した値として得られ、次の（６）式で表現される。
δ＝Ｉｏｕｔ／Ｓ＝Ｉｒｅｆ／Ｓ０ …（６）

この（６）式から、シーム溶接では、各ローラ電極１４ａ、１４ｂのローラ径φＵ、φＤが経時的に減少し、各ローラ電極１４ａ、１４ｂとワーク１２との接触面積Ｓが減少しても、溶接電流密度δが一定（δ＝一定）になるように溶接電流値Ｉｏｕｔを減少させることで、ワーク１２間に正常なナゲットを形成することができることが分かる。

この場合、まず、初期上ローラ径φＵ０及び初期下ローラ径φＤ０でワーク１２を加圧通電したときの接触面積（初期接触面積又は基準接触面積という。）Ｓ０下の条件において、溶接速度Ｗｓに応じて、正常なナゲットを形成することができる溶接電流値（初期溶接電流値又は基準溶接電流値という。）Ｉｒｅｆを予め求めておく。

この場合、溶接電流密度δは、次の（７）式で表現することができる。
δ＝Ｉｒｅｆ／Ｓ０ …（７）

この溶接電流密度δを、シーム溶接の開始時から終了時まで一定に制御する（（６）式参照）ことで正常なナゲットを形成することができる。

（６）式と（７）式を等しいとおいて、溶接電流値Ｉｏｕｔで解けば、上記した以下に再掲する（４）式が得られる。
Ｉｏｕｔ＝Ｉｒｅｆ×（Ｓ／Ｓ０） …（４）

すなわち、接触面積Ｓの減少に比例して溶接電流値Ｉｏｕｔを減少させれば、ワーク１２のフランジ部１６に対するシーム溶接の全期間において、溶接電流密度δが（７）式に示す一定値に保持されることが分かる。

ここで、図９の基準溶接電流値Ｉｒｅｆの特性９０に示すように、基準溶接電流値Ｉｒｅｆは、初期接触面積Ｓ０下において、溶接速度Ｗｓ１〜Ｗｓ３と増加しても、基準溶接電流値Ｉｒｅｆ＝Ｉ０１と一定であり、溶接速度Ｗｓ４以降、溶接速度Ｗｓ４、Ｗｓ５、Ｗｓ６との増加に伴って、基準溶接電流値Ｉ０２、Ｉ０３、Ｉ０４と増加させればよいことが分かった。

溶接速度Ｗｓが決定されると、基準溶接電流値Ｉｒｅｆを図９の特性９０から決定することができる。

次に加圧通電時（シーム溶接時）における上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂの電極制御部３０による接触面積Ｓの算出の仕方について説明する。

接触面積Ｓは、接触長さＬ（図７、図８参照）に接触幅Ｈ´を乗算することで算出される。接触幅Ｈ´は、ローラ幅Ｈより僅かに小さい値となるが、ローラ幅Ｈで近似することができるので、接触面積Ｓは、（８）式で表すことができる。
Ｓ＝Ｌ×Ｈ …（８）

ローラ幅Ｈは、一定であるので、接触長さＬが求められれば、接触面積Ｓを求めることができる。

図８に示すように、加圧通電時には、上ワーク１２ａ及び下ワーク１２ｂに対し、ワーク１２ａ、１２ｂの（各フランジ部１６）の厚み減少量α、βが発生する。

この厚み減少量α、βは、図１において矢印Ｊの方向からカメラで撮像することにより求めることができる。この場合、図６に示すようにコラム２８に支持軸１０２の根本を取付け、支持軸１０２の先端にカメラ１０４の撮像部がワーク１２のフランジ部１６の端部側に向くようにカメラ１０４を取り付け、且つ支持軸１０２が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成すれば、カメラ１０４による撮像画像（図８の中央部分を撮像した画像）から厚み減少量α、βが、電極制御部３０に取り込まれる。

厚み減少量α、βは、また、上部電極駆動部３６ａと下部電極駆動部３６ｂのいずれかに鉛直方向の移動距離センサを設け、上ローラ電極１４ａと下ローラ電極１４ｂとでワーク１２のフランジ部１６を挟持した位置からの加圧通電時における前記移動距離センサによる減り込み量（減り込み距離）と、距離計測機構４２による軸間距離減少量ΔＤａｘとから求めることができる。なお、厚み減少量α、βは、図２例の燃料タンクの場合には、実験によりそれぞれ一定値（略同値）となることが確かめられた。

以上のように、厚み減少量α、βは、既知の値となる。

そこで、図８において、上ローラ電極１４ａとワーク１２ａの上方の表面で形成される弦の長さを２Ｌａとおき、下ローラ電極１４ｂとワーク１２ｂの下方の表面で形成される弦の長さを２Ｌｂとおくと、接触長さＬは、長さ２Ｌａ及び長さ２Ｌｂをそれぞれ上底、下底とした台形の中線の長さに等しいことが分かる。

つまり、接触長さＬは、ワーク１２ａ、１２ｂの板厚が等しい（厚みが同一）ことを考慮すれば、Ｌ＝（２Ｌａ＋２Ｌｂ）／２＝Ｌａ＋Ｌｂにより算出することができる。

各弦の半分の長さＬａ、Ｌｂは、それぞれ三平方の定理から次の（９）式及び（１０）式で算出することができる。但し、ｕはφＵの半径（φＵ＝２×ｕ）、ｄはφＤの半径（φＤ＝２×ｄ）である。
Ｌａ＝（ｕ²−（ｕ−α）²）^1/2 …（９）
Ｌｂ＝（ｄ²−（ｄ−β）²）^1/2 …（１０）

よって、接触長さＬは、次の（１１）式で算出することができ、接触面積Ｓは、次の（１２）式で算出することができる。
Ｌ＝Ｌａ＋Ｌｂ＝（φＵ・α−α²）^1/2＋（φＤ・β−β²）^1/2 …（１１）
Ｓ＝Ｌ×Ｈ＝（（φＵ・α−α²）^1/2＋（φＤ・β−β²）^1/2）・Ｈ
…（１２）

（１１）式又は（１２）式において、上ローラ径φＵ及び下ローラ径φＤが、それぞれ（３）式及び（１）式によりリアルタイムに算出できるので、電極制御部３０により接触長さＬ又は接触面積Ｓは、リアルタイムに算出することができる。

従って、上記（４）式により溶接電流値Ｉｏｕｔをリアルタイムに算出することができる。なお、初期溶接電流値Ｉｒｅｆは、図９の特性９０から既知である。

なお、２Ｌａ、２Ｌｂの長さは、カメラ１０４の画像により電極制御部３０で算出することもできる。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態に係るシーム溶接方法及びシーム溶接装置１０は、積層した２枚のワーク１２（１２ａ、１２ｂ）を、一対の上下ローラ電極１４ａ、１４ｂ間に加圧挟持し、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂを回転させながらワーク１２を上下ローラ電極１４ａ、１４ｂに対して相対的に移動させ、ワーク１２を介して上下ローラ電極１４ａ、１４ｂ間に電流を流して抵抗溶接を行うシーム溶接方法及びシーム溶接装置１０である。

まず、ワーク厚検知工程では、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂの加圧通電によるワーク１２の厚み減少量α、βを、例えばカメラ１０４と電極制御部３０により検知する。ワーク厚検知手段は、例えばカメラ１０４と電極制御部３０により構成される。

次に、ローラ径検知工程では、距離計測機構４２により検知される軸間距離減少量ΔＤａｘと、径計測機構４８により検知される下ローラ径減少量ΔφＤから上記（３）式及び（１）式によりそれぞれ上下ローラ径φＵ、φＤを検知する。ローラ径検知手段は、距離計測機構４２と径計測機構４８と電極制御部３０とにより構成される。

次いで、接触面積算出工程では、それぞれ検知されたワーク１２の厚み減少量α、βと各ローラ電極１４ａ、１４ｂのローラ径φＵ、φＤから（１２）式により接触面積Ｓを算出する。接触面積算出手段は、距離計測機構４２と径計測機構４８と電極制御部３０とにより構成される。

さらに、溶接電流値決定工程では、算出されたワーク１２間の接触面積Ｓに基づき溶接電流値Ｉｏｕｔを（４）式に基づき決定する。溶接電流値決定手段は、電極制御部３０により構成される。

この実施形態に係るシーム溶接方法及びシーム溶接装置１０によれば、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂのローラ径φＵ、φＤと、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂの加圧通電により減少するワーク１２の厚み減少量α、βとから接触面積Ｓを算出することができるので、溶接電流値Ｉｏｕｔを容易に最適な溶接電流値Ｉｏｕｔに設定することができる。

この結果、上下ローラ電極１４ａ、１４ｂの径変更、加圧力の変更、ワーク１２の厚みや強度の変更等の溶接条件の変更が発生した場合には、正常なナゲットを形成するために、特許文献１のように、その都度、変更後のシーム溶接装置に合致する、溶接電流制御用の設定値を、各ローラ電極の径の消耗量との関係において実験的に求めて予め制御装置に記憶させる必要がなく、容易に最適な溶接電流値Ｉｏｕｔに変更することができ、管理工数コストが上昇することがないという効果が達成される。

３個のワーク１２に対するシーム溶接結果において、溶接教示線ＴＬと実際の溶接線との間の軌跡ずれは、ワーク１２のフランジ部１６の長さが１０［ｍｍ］の部位では、５［ｍｍ］±１［ｍｍ］の範囲に収まり、ワーク１２のフランジ部１６の長さが１２［ｍｍ］の部位（図２中、奥側、自動二輪車上ではリア側）では、８［ｍｍ］±１［ｍｍ］の範囲に収めることができた。また、外観、気密検査は、良好であった。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…シーム溶接装置 １２（１２ａ、１２ｂ）…ワーク
１４…ローラ電極 １４ａ…上ローラ電極
１４ｂ…下ローラ電極 １６…フランジ部
３０…電極制御部 ４２…距離計測機構
４８…径計測機構 １０４…カメラ

Claims (3)

1. 積層した２枚のワークを、一対のローラ電極間に加圧挟持し、前記ローラ電極を回転させながら前記ワークを前記ローラ電極に対して相対的に移動させ、前記ワークを介して前記ローラ電極間に電流を流して抵抗溶接を行うシーム溶接方法において、
   各ローラ電極の加圧通電による前記ワークの厚み減少量を検知するワーク厚検知工程と、
   各ローラ電極の径を検知するローラ径検知工程と、
   それぞれ検知された前記ワークの厚み減少量と各ローラ電極の径から前記ワーク間の接触面積を算出する接触面積算出工程と、
   算出された前記ワーク間の接触面積に基づき溶接電流値を決定する溶接電流値決定工程と、
   を備える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、
   前記接触面積算出工程では、
   前記一対のワークの各ワークの厚みが同一であって、一方のローラ電極の径をφＵ、他方のローラ電極の径をφＤ、一方のローラ電極に接触するワークの厚み減少量をα、及び他方のローラ電極に接触するワークの厚み減少量をβ、各ローラ電極のワークとの接触幅をＨ、及び前記接触面積をＳとしたとき、前記接触面積Ｓは、
   Ｓ＝（（φＵ・α−α²）^1/2＋（φＤ・β−β²）^1/2）・Ｈ
   として算出する
   ことを特徴とするシーム溶接方法。
3. 積層した２枚のワークを、一対のローラ電極間に加圧挟持し、前記ローラ電極を回転させながら前記ワークを前記ローラ電極に対して相対的に移動させ、前記ワークを介して前記ローラ電極間に電流を流して抵抗溶接を行うシーム溶接装置において、
   各ローラ電極の加圧通電による前記ワークの厚み減少量を検知するワーク厚検知手段と、
   各ローラ電極の径を検知するローラ径検知手段と、
   それぞれ検知された前記ワークの厚み減少量と各ローラ電極の径から前記ワーク間の接触面積を算出する接触面積算出部と、
   算出された前記ワーク間の接触面積に基づき溶接電流値を決定する溶接電流値決定部と、
   を備えることを特徴とするシーム溶接装置。

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