JP2013169547A - シーム溶接方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２枚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シーム溶接方法及びその装置を提供する。
【解決手段】通電工程と中断工程を繰り返す際に、通電のタイミングと通電の中断のタイミングとを予熱範囲７０Ａとの関係で規定し、予熱用電極２４が最薄ワークである金属板３２上の或る位置Ｑ１（図８Ａ）に到達したとき、通電工程を開始し、予熱用電流ｉ２を流して最薄ワークである金属板３２に予熱範囲７０Ａを形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し（図８Ｂ）、その後、第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が、予熱範囲７０Ａの移動方向の略中央位置Ｑ２に到達した時（図８Ｃ）に前記通電工程を開始し主溶接電流ｉ１を流して加熱範囲７２Ａを形成し予熱範囲７０Ａに重ねる。
【選択図】図８

Description

この発明は、少なくとも２枚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に開示されるように、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（ローラ電極対）によって加圧挟持された後、該ローラ電極同士の間に通電がなされる。これにより、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。

この通電の最中に、前記接触面近傍の部位に抵抗発熱（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、前記ローラ電極対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、前記ローラ電極対の移動軌跡に沿って金属板同士、すなわち積層体が連続的に接合される。

ところで、積層体として、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。

上記の問題を解決する技術が、特許文献３に開示されている。この特許文献３に係る技術では、前記ローラ電極対の他に、前記ローラ電極の進行方向の前側方に前記最薄ワークに圧接し前記ローラ電極対と一体的に移動する補助電極を設け、前記補助電極を前記ローラ電極対の一方のローラ電極と同極性の電極とする構成を採用している（特許文献３の図１０参照）。

特開２００７−１６７８９６号公報 実用新案登録第３１２４０３３号公報 特開２０１１−１９４４５３号公報

この構成下に、特許文献３に係る技術では、一方のローラ電極と他方のローラ電極との間に電流（溶接電流という。）を流すと共に、前記他方のローラ電極と前記補助電極との間に電流（分岐電流又は補助電流という。）を流すことで、最薄ワークにおいて、十分な抵抗発熱が起こるようになると開示されているが、加熱範囲と通電タイミングとの関係については明確に規定されていなく改良の余地があり、また、補助電極とローラ電極の位置関係についても改良の余地がある。

この発明は上記した特許文献３に係る技術に関連してなされたものであって、前記ローラ電極対及び前記補助電極（この発明では、予熱用電極という。）の通電タイミングを的確に制御することにより積層体を構成する最薄ワーク（薄板ともいう。）及び前記最薄ワークより厚みの大きいその他の１又は複数のワーク（厚板ともいう。）の双方に十分なナゲットを生成することを可能とす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。

この発明に係るシーム溶接方法は、少なくとも２枚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第１及び第２ローラ電極対で挟持するとともに、前記第１及び第２ローラ電極対の移動方向の前方に設けた前記第２ローラ電極と同極性の予熱用電極を前記最薄ワークに当接し、前記予熱用電極と前記第１及び第２ローラ電極対とからなる電極組立体を前記積層体に対して相対的に移動させることで前記積層体のシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、前記電極組立体を前記積層体に対して移動させながら、前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に予熱用電流を流すと共に、前記第１及び第２ローラ電極対間に主溶接電流を流す通電工程と、前記電極組立体を前記積層体に対して移動させながら、前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に流れる前記予熱用電流と、前記第１及び第２ローラ電極対との間に流れる前記主溶接電流と、の供給を中断する通電の中断工程と、を有し、前記電極組立体を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記通電工程と前記中断工程とを繰り返すことで前記積層体の前記シーム溶接を行う際、前記予熱用電極の当接位置が、前記積層体の前記最薄ワーク上の或る位置に到達した時に前記通電工程を開始し前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に前記予熱用電流を流して前記最薄ワークに予熱範囲を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し、その後、前記第１及び第２ローラ電極対の挟持位置が、前記予熱範囲の前記移動方向の略中央位置に到達した時に前記通電工程を開始して前記第１及び第２ローラ電極対間に前記主溶接電流を流し前記積層体の加熱範囲を形成して前記予熱範囲に重ねると共に、前記積層体の前記最薄ワーク上の他の前記或る位置に前記予熱用電流を流して新たな予熱範囲を形成することを特徴とする。

この発明によれば、通電工程と中断工程を繰り返す際に、予熱用電極が最薄ワーク上の或る位置に到達したとき、通電工程を開始し、予熱用電流を流して最薄ワークに予熱範囲を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し、その後、前記第１及び第２ローラ電極対の挟持位置が、前記予熱範囲の前記移動方向の略中央位置に到達した時に前記通電工程を開始し前記主溶接電流を流して前記積層体に加熱範囲を形成して前記予熱範囲に重ねると共に、前記積層体の前記最薄ワーク上の他の或る位置に前記予熱用電流を流して新たな予熱範囲を形成するようにしたので、前記予熱用電流により最外の最薄ワークが予熱（通電）された後、予熱範囲への過入熱を回避し（通電の中断）、その後、その予熱範囲近傍が前記第１及び第２ローラ電極対間を流れる主溶接電流により加熱（通電）されるようにしたので、通電のタイミング（通電オン）と通電の中断のタイミング（通電オフ）とが適時に規定され、確実に、前記最薄ワークの予熱が行われた後に、最薄ワークが過入熱されることなく、前記最薄ワークを含む積層体に主溶接電流が流されて加熱されて、十分なナゲットを生成することができる。

具体的には、例えば、前記予熱用電極と前記最薄ワークの当接位置と、前記第１及び前記第２ローラ電極対との挟持位置との間の前記移動方向に沿う距離をＬ１とし、前記予熱用電極と前記第１及び第２ローラ電極対とからなる前記電極組立体が、前記積層体に対して相対的に移動する速度をＶ１とし、前記中断工程の開始時点から前記中断工程を終了する前記通電工程の開始時点までの通電の中断時間をＴｏｆｆとし、前記中断時間Ｔｏｆｆの間に、前記電極組立体が進む距離をＬｏｆｆとしたとき、前記距離Ｌｏｆｆが、０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜Ｌ１の範囲内に設定されているようにすればよい。

なお、上記したシーム溶接方法が適用されたシーム溶接装置もこの発明に含まれる。

この発明によれば、積層体を挟持する第１及び第２ローラ電極対の他に、前記積層体の最外に配置された最薄ワークに当接する予熱用電極を、相対移動方向の前方に設け、この予熱用電極と、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、予熱用電流を流して予備的に最薄ワークを加熱しながら、前記予熱が与えられた部位である予熱範囲に前記第１及び第２ローラ電極対により主溶接電流を流してシーム溶接を行う際に、前記予熱用電流により最外の最薄ワークを予熱（通電）して予熱範囲を形成した後、通電を中断して前記予熱範囲への過入熱を回避し、その後、その予熱範囲近傍が、前記第１及び第２ローラ電極対間に流れる前記主溶接電流により加熱（通電）されるようにしたので、通電のタイミング（通電オン）と通電の中断のタイミング（通電オフ）とが適時に規定され、確実に、前記最薄ワークの予熱が行われた後に、最薄ワークが過入熱されることなく、前記最薄ワークを含む積層体に主溶接電流が流されて加熱範囲が拡大され、十分なナゲットを生成することができる。

よって、前記最薄ワークとこれに隣接するワークとの境界面を十分に加熱することができるようになる。

このように、この境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を十分な接合強度で接合することができる。

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。 図４Ａは、予熱用電極の或る位置での通電状態における予熱範囲の説明図、図４Ｂは、前記予熱範囲への、主電極である第１及び第２ローラ電極対間に流れる電流による加熱範囲拡大の説明図である。 ＯＮ／ＯＦＦスイッチのオン（通電）オフ（通電の中断）タイミング図である。 図６Ａは、任意の位置での通電状態を示す動作説明図、図６Ｂは、さらに進んだ任意の位置での通電状態を示す動作説明図である。 図７Ａは、予熱用電極の或る位置での通電状態における予熱範囲と、前記予熱用電極と第１及び第２ローラ電極対との間の距離と所定位置との関係を示す説明図、図７Ｂは、通電の中断状態の説明図、図７Ｃは、前記予熱範囲への第１及び第２ローラ電極対間を流れる主溶接電流による加熱範囲拡大の説明図である。 図８は、２枚の金属板からなる積層体にこの出願に係る発明を適用した他の実施形態に係る説明図であり、図８Ａは、予熱用電極の或る位置での通電状態における予熱範囲と、前記予熱用電極と第１及び第２ローラ電極対との間の距離と所定位置との関係を示す説明図、図８Ｂは、通電の中断状態の説明図、図８Ｃは、前記予熱範囲への第１及び第２ローラ電極対間を流れる主溶接電流による加熱範囲拡大の説明図である。

以下、この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において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この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。

一部斜視図である図２、及び模式的一部正面図である図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、及び電流分岐用であって予熱用ローラ電極（以下、予熱用電極ともいう。）２４を具備し、この中、第２ローラ電極２２が積層体２６の下方に位置すると共に、第１ローラ電極２０及び予熱用ローラ電極２４が積層体２６の上方に位置する。

シーム溶接機１６は、基本的には、第１ローラ電極２０及び第２ローラ電極２２（第１及び第２ローラ電極対２３ともいう。）で積層体２６を挟持する。より正確には、第１ローラ電極２０及び予熱用電極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に比して小寸法の厚みＤ２（例えば、約０．５ｍｍ〜約０．７ｍｍ）に設定される。なお、金属板２８、３０の厚みは同一ではなく異なっていてもよく、最上の金属板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、いわゆるハイテン材）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、いわゆる軟鋼材）からなる。軟鋼材はハイテン材に比較して固有抵抗が低く、熱伝導が高いために、ハイテン材に比較して発熱し難い特性を有する。

一方、前記マウント１８には、ガイドレール３４が敷設されると共に、このガイドレール３４には、第１移動テーブル３８に支持された第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（不図示）、第２移動テーブル４２に支持された第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（不図示）が支持される。なお、第１移動テーブル３８には、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（不図示）が支持され、第２移動テーブル４２には、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（不図示）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共に、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軸４６が介在する。この第１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１移動テーブル３８に設けられた第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、予熱用ローラ電極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。

予熱用ローラ電極２４と第３移動テーブル５２との間には、第３軸５４が介在する。第３軸５４は、第３移動テーブル５２に設けられた第３回転用モータ（不図示）が回転動作することに伴って回転する。

第１ローラ電極２０と予熱用ローラ電極２４の間には、所定のクリアランス｛（後述する図６Ａ参照）｝が形成される。従って、第１ローラ電極２０と予熱用ローラ電極２４が互いに摺接することはない。

図３に示すように、第１リード線（電力線）５８を介して第１ローラ電極２０が交流電源６０の正極（いわゆるホット側、便宜的にプラス電極ともいう。）に電気的に接続されると共に、第２リード線（電力線）６２を介して第２ローラ電極２２が前記交流電源６０の負極（いわゆるコールド側、便宜的にマイナス電極ともいう。）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（電力線）６４を介して予熱用ローラ電極２４が交流電源６０の負極に電気的に接続される。このことから理解されるように、第１ローラ電極２０と予熱用ローラ電極２４は共に、積層体２６を構成する最薄ワーク（最外ワーク、この場合、最上ワーク）３２に当接するが、その電気的極性は互いに逆である。

ここで、第１リード線５８と第２リード線６２とには、２極のＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６が介装される。このＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６の入／切を制御ユニット６８により切り替えることにより、予熱用ローラ電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３からなる電極組立体２５に、電流を供給、いわゆる通電（オン）、又は電流の供給停止（非通電、中断、オフ）、いわゆる通電の中断をすることが可能である。なお、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６は、例えば、電力素子を利用した電子スイッチを採用することができる。

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（制御部）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。制御ユニット６８は、通電タイミング制御手段（通電タイミング制御部）としても機能する。

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、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。

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同士を接合すると共に、金属板３０、３２同士を接合する際には、先ず、多関節ロボット１２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と（第１及び第２ローラ電極対２３という。）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、予熱用ローラ電極２４が最薄ワーク３２に当接する（図３参照、予備工程終了）。

このとき、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及び予熱用ローラ電極２４の合計加圧力（Ｆ１＋Ｆ２、但し、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ロッド及び第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Ｙ２方向に沿って作用する加圧力（Ｆ１＋Ｆ２）と、矢印Ｙ１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の境界面に作用する力は、金属板２８、３０の境界面に作用する力に比して小さくなる。

なお、図３に、２点鎖線の想像線で示すように、第１ローラ電極２０の進行方向の後ろ側であって、予熱用ローラ電極２４の対称の位置に、予熱用ローラ電極２４と同径・同構成の２４´を第３移動テーブル５２に設け、加圧力Ｆ２＋Ｆ１＋Ｆ２´（Ｆ２＝Ｆ２´）が、Ｆ２＋Ｆ１＋Ｆ２´≒Ｆ３となるように調整すれば前後方向の加圧力を均一にすることができる。

次に、制御ユニット６８は、第１〜第３回転用モータを所定回転数で回転させることで図３に示すように積層体２６に対して予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５を移動方向に所定速度で移動させると共に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６を入状態（オン状態：ＯＮ状態）にして、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が交流電源６０の正極に接続され、予熱用ローラ電極２４と第２ローラ電極２２とが交流電源６０の負極に接続されているため、図３に示すように、第１ローラ電極２０から予熱用電極２４に向かう電流（予熱用電流）ｉ２が流れると共に、第１ローラ電極２０から第２ローラ電極２２に向かう電流（主溶接電流）ｉ１が流れる（通電工程）。なお、図示はしないが、電流ｉ１、ｉ２をフィードバック制御して適値に保持することにより通常、ｉ１＞ｉ２と主溶接電流ｉ１が予熱用電流（分岐電流）ｉ２より大きな値に設定される。電流ｉ１、ｉ２は、積層体２６の構成に対応して適値が設定される。

図４Ａ、図４Ｂ、及び図５は、十分なナゲットを生成することができる通電タイミングを規定した動作の説明に供される図である。

図４Ａは、時点ｔ１〜ｔ２（図５参照）間の加熱状態の説明図、図４Ｂは、時点ｔ３〜ｔ４間の加熱状態の説明図、図５は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６のオン（Ｔｏｎ）オフ（Ｔｏｆｆ）タイミングを示している。

図５中、オフ（Ｔｏｆｆ）時（中断工程の時間ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７…）には、電流ｉ１、ｉ２は共に流れない。オン（Ｔｏｎ）時（通電工程の時間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、…）には、電流ｉ１＋ｉ２（図４Ａには、理解の便宜のために電流ｉ１を図示していない。同様に、図４Ｂには、電流ｉ２を図示していない。）が流れる。この電流ｉ１＋ｉ２の値は、上述したように、制御ユニット６８により交流電源６０の電圧値（電流値）を制御、例えばフィードバック制御することにより所定値に制御することができる。

時点ｔ１〜ｔ２間では、交流電源６０から第１ローラ電極２０を通じて予熱用電極２４に電流ｉ２が流れ、この電流ｉ２に基づくジュール熱により図４Ａに示すように、金属板３２と金属板３０の間が加熱され、薄板である金属板３２が発熱し、金属板３２の固有抵抗が増加し、さらに発熱して溶融を開始することにより予熱範囲（加熱範囲）７０が形成される。

積層体２６に形成される予熱範囲７０は、電極組立体２５の移動方向（相対移動方向）上、予熱用電極２４の後方で、且つ第１及び第２ローラ電極対２３の前方に位置する。すなわち、予熱範囲７０は、移動方向上、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３の間に位置する。

この加工中にも予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５は移動方向に移動する。時点ｔ２〜ｔ３では、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６がオフ時となり、薄板である金属板３２へは、過入熱が回避される（通電の中断工程）。

次いで、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ６６がオン時となる時点ｔ３〜ｔ４において、図４Ｂに示すように、第１及び第２ローラ電極対２３により厚板である金属板３０、２８の加熱が拡大し、薄板である金属板３２の予熱範囲７０に金属板３０、２８の加熱範囲７２が概ね重ねられ、加熱範囲が拡大する。これにより、薄板である金属板３２と厚板である金属板３０、２８の双方が拡大された、加熱範囲（加熱範囲７２と予熱範囲７０で溶融し、これによりこの後、十分なナゲットが生成される。

実際上、図４Ａの過程（時点ｔ１〜ｔ２の通電工程）と、図４Ａの過程と図４Ｂの過程の中間の過程（時点ｔ２〜ｔ３の中断工程）と、図４Ｂの過程（時点ｔ３〜ｔ４の通電工程）が連続し繰り返し行われて積層体２６に対するシーム溶接が遂行される。

このため、シーム溶接での加工プロセスは、図６Ａに示す或る箇所（位置）で、オンとされ、第１及び第２ローラ電極対２３の前方に位置する予熱用電極２４により薄板の金属板３２に電流ｉ２が通電され薄板である金属板３２が加熱し予熱範囲７０が生成されると共に、第１及び第２ローラ電極対２３間を流れる電流（主溶接電流）ｉ１により厚板である金属板３０、２８も加熱される。この際、図３に示したように、第１ローラ電極２０の加圧力Ｆ１と、予熱用電極２４の加圧力Ｆ２とが分散している点に留意する。

次に、オフ時とされることで、薄板である金属板３２に対する過入熱が防止され、次いで、予熱用電極２４及び第１及び第２ローラ電極対２３がさらに前進した状態のある箇所で、時点ｔ１〜ｔ２（図５）で生成された予熱範囲７０に対して、第１及び第２ローラ電極対２３間に流れる主溶接電流ｉ１により厚板の金属板３０、２８を加熱し薄板である金属板３２の予熱範囲７０に金属板３０、２８の加熱範囲７２が重ねられる（図４Ｂ参照）。

このように、電流の分散（加圧力の分散）と厚板の金属板３０、２８への通電のタイミングを制御することにより、図６Ａ、図６Ｂに示すように、薄板、厚板双方の金属板３２、３０、２８に十分なナゲットを連続的に生成することができる。

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は、少なくとも３枚のワークである金属板３２、３０、２８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である金属板３２を最外に配置して形成した積層体２６を第１及び第２ローラ電極対２３で挟持するとともに、第１及び第２ローラ電極対（主溶接電極対）２３の移動方向の前方に設けた第２ローラ電極２２と同極性の予熱用電極（補助電極）２４を前記最薄ワークである金属板３２に当接し、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５を積層体２６に対して相対的に移動させることで積層体２６のシーム溶接を行うシーム溶接方法である。

このシーム溶接方法では、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、電極組立体２５を積層体２６に対して移動方向に相対的に移動させながら、予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間に予熱用電流ｉ２を流すと共に、第１及び第２ローラ電極対２３間に主溶接電流ｉ１を流す通電工程（図７Ａ、図５中、例えば、時点ｔ１〜ｔ２間）と、電極組立体２５を積層体２６に対して移動させながら、予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間に流れる予熱用電流ｉ２と、第１及び第２ローラ電極対２３との間に流れる主溶接電流ｉ１と、の供給を中断する通電の中断工程（図７Ｂ、図５中、例えば、時点ｔ２〜ｔ３間）と、を有し、電極組立体２５を積層体２６に対して相対的に移動させながら、前記通電工程と前記中断工程とを繰り返すことで積層体２６の前記シーム溶接を行う際、予熱用電極２４の金属板３２に対する当接位置Ｐ１が、積層体２６の最薄ワークである金属板３２上の或る位置に到達した時に前記通電工程を開始し予熱用電流ｉ２を流して最薄ワークである金属板３２に予熱範囲７０（図７Ａ）を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し（図７Ｂ、電流ｉ１、ｉ２共に流れていない点に留意する。）、その後、第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が、予熱範囲７０の前記移動方向の略中央位置に到達した時（図７Ｃ参照）に前記通電工程を開始して第１及び第２ローラ電極対２３間に主溶接電流ｉ１を流し積層体２６の加熱範囲７２を形成して予熱範囲７０に重ねると共に、積層体２６の最薄ワークである金属板３２上の他の或る位置に予熱用電流ｉ２を流して新たな予熱範囲（図７Ｃ中では図示省略）を形成するようにしている。

このように、通電工程と中断工程を繰り返す際に、通電のタイミング（通電オン：時点ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、…）と通電の中断のタイミング（通電オフ：時点ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）とを予熱範囲７０との関係で規定し、予熱用電極２４が最薄ワークである金属板３２上の或る位置Ｑ１（図７Ａ参照）に到達したとき、通電工程を開始し、予熱用電流ｉ２を流して最薄ワークである金属板３２に予熱範囲７０を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し（図７Ｂ参照）、その後、第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が、予熱範囲７０の前記移動方向の略中央位置Ｑ２に到達した時（図７Ｃ参照）に前記通電工程を開始し主溶接電流ｉ１を流して加熱範囲７２を形成し予熱範囲７０に重ねると共に、積層体２６の前記最薄ワークである金属板３２上の他の或る位置（図７Ｃで予熱用電極２４が位置する位置）に予熱用電流ｉ２を流して新たな予熱範囲｛図７Ｃでは煩雑になるので図示していないが、電流ｉ２が流れる経路上の図７Ａに示した位置と同様な予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間の位置関係を有する位置。｝を形成するようにしたので、予熱用電流ｉ２により最外の最薄ワークである金属板３２が予熱（通電：図７Ａ）された後、予熱範囲７０への過入熱を回避し（通電の中断、図７Ｂ）、その後、その予熱範囲７０近傍が第１及び第２ローラ電極対２３間を流れる主溶接電流ｉ１により加熱（通電）され加熱範囲が拡大（加熱範囲７２と予熱範囲７０）されるようにしたので（図７Ｃ）、通電のタイミング（通電オン）と通電の中断のタイミング（通電オフ）とが適時に規定され、確実に、最薄ワークである金属板３２の予熱が行われた後に、最薄ワークである金属板３２が過入熱されることなく、最薄ワークである金属板３２を含む積層体２６に主溶接電流ｉ１が流されて加熱されて、十分なナゲットを生成することができる。

通電タイミングの設定についてより具体的に説明すると、例えば、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、予熱用電極２４と前記最薄ワークである金属板３２の当接位置Ｐ１と、第１及び前記第２ローラ電極対２３との挟持位置Ｐ２との間の前記移動方向に沿う距離をＬ１とし、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５が、積層体２６に対して相対的に移動する速度をＶ１とし、前記中断工程の開始時点から前記中断工程を終了する前記通電工程の開始時点までの通電の中断時間をＴｏｆｆ（図５参照）とし、前記中断時間Ｔｏｆｆの間に、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とが進む距離をＬｏｆｆとしたとき、前記距離Ｌｏｆｆが、０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜Ｌ１の範囲内に設定されているようにすればよい。より好ましくは、０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜（Ｌ１／２）の範囲内に設定されているようにすればよい。なお、距離（発熱点距離ともいう。）Ｌｏｆｆは、例えば、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３の加圧力・電流値・電極径・電極の先端形状等のパラメータにより支配され、決定することができる。あるいは、速度Ｖ１に基づき、中断時間Ｔｏｆｆを算出し、この中断時間Ｔｏｆｆに合致するように前記パラメータを調整乃至決定してもよい。

このように、この実施形態では、通電工程と中断工程を繰り返す際に、予熱用電極２４が最薄ワークである金属板３２上の或る位置（当接位置Ｐ１を、固定の或る位置Ｑ１とする。）に到達したとき（図７Ａ）、通電工程を開始して予熱範囲７０を形成し、その後、通電工程を中断し（図７Ｂ）、その後、前記第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が予熱範囲７０の略中央位置Ｑ２に到達したときに（図７Ｃ）、通電工程を開始して（中断工程を終了して）加熱範囲を拡大（加熱範囲７２＋予熱範囲７０）すると共に、予熱用電極２４により積層体２６の前記最薄ワークである金属板３２に新たな予熱用電流ｉ２が流されるようにしている。

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。

上述の実施形態では、３枚の金属板３２、３０、２８からなる積層体２６を例として説明したが、図８Ａ〜図８Ｃの他の実施形態に示すように、２枚の金属板３２、３０からなる積層体２６Ａにも略同様に、同一のタイミングで、この発明を同様に適用することができる。積層体２６Ａ中、薄い金属板３２は、固有抵抗の低い発熱のし難い上述の軟鋼材、厚い金属板３０は、固有抵抗の高い発熱のし易い上述のハイテン材である。

他の実施形態に係るシーム溶接方法は、２枚のワークである金属板３２、３０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である金属板３２を最外に配置して形成した積層体２６Ａを第１及び第２ローラ電極対２３で挟持するとともに、第１及び第２ローラ電極対（主溶接電極対）２３の移動方向の前方に設けた第２ローラ電極２２と同極性の予熱用電極（補助電極）２４を前記最薄ワークである金属板３２に当接し、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５を積層体２６Ａに対して相対的に移動させることで積層体２６Ａのシーム溶接を行う。

このシーム溶接方法では、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、電極組立体２５を積層体２６Ａに対して移動方向に相対的に移動させながら、予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間に予熱用電流ｉ２を流すと共に、第１及び第２ローラ電極対２３間に主溶接電流ｉ１を流す通電工程（図８Ａ、図５中、例えば、時点ｔ１〜ｔ２間）と、電極組立体２５を積層体２６Ａに対して移動させながら、予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間に流れる予熱用電流ｉ２と、第１及び第２ローラ電極対２３との間に流れる主溶接電流ｉ１と、の供給を中断する通電の中断工程（図８Ｂ、図５中、例えば、時点ｔ２〜ｔ３間）と、を有し、電極組立体２５を積層体２６Ａに対して相対的に移動させながら、前記通電工程と前記中断工程とを繰り返すことで積層体２６Ａの前記シーム溶接を行う際、予熱用電極２４の金属板３２に対する当接位置Ｐ１が、積層体２６Ａの最薄ワークである金属板３２上の或る位置に到達した時に前記通電工程を開始し予熱用電流ｉ２を流して最薄ワークである金属板３２に予熱範囲（加熱範囲）７０Ａ（図８Ａ）を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し（図８Ｂ、電流ｉ１、ｉ２共に流れていない点に留意する。）、その後、第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が、予熱範囲７０Ａの前記移動方向の略中央位置に到達した時（図８Ｃ参照）に前記通電工程を開始して第１及び第２ローラ電極対２３間に主溶接電流ｉ１を流し積層体２６Ａの加熱範囲７２Ａを形成して予熱範囲７０Ａに重ねると共に、積層体２６Ａの最薄ワークである金属板３２上の他の或る位置に予熱用電流ｉ２を流して新たな予熱範囲７０Ａ（図８Ｃ中では図示省略）を形成するようにしている。

このように、通電工程と中断工程を繰り返す際に、通電のタイミング（通電オン：時点ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、…）と通電の中断のタイミング（通電オフ：時点ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５）とを予熱範囲７０Ａとの関係で規定し、予熱用電極２４が最薄ワークである金属板３２上の或る位置Ｑ１（図８Ａ参照）に到達したとき、通電工程を開始し、予熱用電流ｉ２を流して最薄ワークである金属板３２に予熱範囲７０Ａを形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し（図８Ｂ参照）、その後、第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が、予熱範囲７０Ａの前記移動方向の略中央位置Ｑ２に到達した時（図８Ｃ参照）に前記通電工程を開始し主溶接電流ｉ１を流して加熱範囲７２Ａを形成し予熱範囲７０Ａに重ねると共に、積層体２６Ａの前記最薄ワークである金属板３２上の他の或る位置（図８Ｃで予熱用電極２４が位置する位置）に予熱用電流ｉ２を流して新たな予熱範囲｛図８Ｃでは煩雑になるので図示していないが、電流ｉ２が流れる経路上の図８Ａに示した位置と同様な予熱用電極２４と第１ローラ電極２０との間の位置関係を有する位置。｝を形成するようにしたので、予熱用電流ｉ２により最外の最薄ワークである金属板３２が予熱（通電：図８Ａ）された後、予熱範囲７０Ａへの過入熱を回避し（通電の中断、図８Ｂ）、その後、その予熱範囲７０Ａ近傍が第１及び第２ローラ電極対２３間を流れる主溶接電流ｉ１により加熱（通電）され加熱範囲が拡大（加熱範囲７２Ａと予熱範囲７０Ａ）されるようにしたので（図８Ｃ）、通電のタイミング（通電オン）と通電の中断のタイミング（通電オフ）とが適時に規定され、確実に、最薄ワークである金属板３２の予熱が行われた後に、最薄ワークである金属板３２が過入熱されることなく、最薄ワークである金属板３２を含む積層体２６Ａに主溶接電流ｉ１が流されて加熱されて、十分なナゲットを生成することができる。

通電タイミングの設定については、図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明した上述の実施形態と同一であるが、念のために、説明を繰り返すと、例えば、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、予熱用電極２４と前記最薄ワークである金属板３２の当接位置Ｐ１と、第１及び前記第２ローラ電極対２３との挟持位置Ｐ２との間の前記移動方向に沿う距離をＬ１とし、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とからなる電極組立体２５が、積層体２６Ａに対して相対的に移動する速度をＶ１とし、前記中断工程の開始時点から前記中断工程を終了する前記通電工程の開始時点までの通電の中断時間をＴｏｆｆ（図５参照）とし、前記中断時間Ｔｏｆｆの間に、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３とが進む距離をＬｏｆｆとしたとき、前記距離Ｌｏｆｆが、０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜Ｌ１の範囲内に設定されているようにすればよい。より好ましくは、０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜（Ｌ１／２）の範囲内に設定されているようにすればよい。なお、距離（発熱点距離ともいう。）Ｌｏｆｆは、例えば、予熱用電極２４と第１及び第２ローラ電極対２３の加圧力・電流値・電極径・電極の先端形状等のパラメータにより支配され、決定することができる。あるいは、速度Ｖ１に基づき、中断時間Ｔｏｆｆを算出し、この中断時間Ｔｏｆｆに合致するように前記パラメータを調整乃至決定してもよい。

このように、図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明した他の実施形態では、通電工程と中断工程を繰り返す際に、予熱用電極２４が最薄ワークである金属板３２上の或る位置（当接位置Ｐ１を、固定の或る位置Ｑ１とする。）に到達したとき（図８Ａ）、通電工程を開始して予熱範囲７０Ａを形成し、その後、通電工程を中断し（図８Ｂ）、その後、前記第１及び第２ローラ電極対２３の挟持位置Ｐ２が予熱範囲７０Ａの略中央位置Ｑ２に到達したときに（図８Ｃ）、通電工程を開始して（中断工程を終了して）加熱範囲を拡大（予熱範囲７０Ａ＋加熱範囲７２Ａ）すると共に、予熱用電極２４により積層体２６Ａの前記最薄ワークである金属板３２に新たな予熱用電流ｉ２が流されるようにしている。

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…予熱用ローラ電極
２５…電極組立体
２６、２６Ａ…積層体 ２８、３０、３２…金属板
６０…交流電源 ６６…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
６８…制御ユニット ７０、７０Ａ…予熱範囲
７２、７２Ａ…加熱範囲
ｉ１…電流（主溶接電流） ｉ２…電流（分岐電流、予熱用電流）

Claims (3)

1. 少なくとも２枚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第１及び第２ローラ電極対で挟持するとともに、前記第１及び第２ローラ電極対の移動方向の前方に設けた前記第２ローラ電極と同極性の予熱用電極を前記最薄ワークに当接し、前記予熱用電極と前記第１及び第２ローラ電極対とからなる電極組立体を前記積層体に対して相対的に移動させることで前記積層体のシーム溶接を行うシーム溶接方法であって、
   前記電極組立体を前記積層体に対して移動させながら、前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に予熱用電流を流すと共に、前記第１及び第２ローラ電極対間に主溶接電流を流す通電工程と、
   前記電極組立体を前記積層体に対して移動させながら、前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に流れる前記予熱用電流と、前記第１及び第２ローラ電極対との間に流れる前記主溶接電流と、の供給を中断する通電の中断工程と、
   を有し、
   前記電極組立体を前記積層体に対して相対的に移動させながら、前記通電工程と前記中断工程とを繰り返すことで前記積層体の前記シーム溶接を行う際、
   前記予熱用電極の当接位置が、前記積層体の前記最薄ワーク上の或る位置に到達した時に前記通電工程を開始し前記予熱用電極と前記第１ローラ電極との間に前記予熱用電流を流して前記最薄ワークに予熱範囲を形成した後、前記中断工程を開始して通電を中断し、
   その後、前記第１及び第２ローラ電極対の挟持位置が、前記予熱範囲の前記移動方向の略中央位置に到達した時に前記通電工程を開始して前記第１及び第２ローラ電極対間に前記主溶接電流を流し前記積層体の加熱範囲を形成して前記予熱範囲に重ねると共に、前記積層体の前記最薄ワーク上の他の前記或る位置に前記予熱用電流を流して新たな予熱範囲を形成する
   ことを特徴とするシーム溶接方法。
2. 請求項１記載のシーム溶接方法において、
   前記予熱用電極と前記最薄ワークの当接位置と、前記第１及び前記第２ローラ電極対との挟持位置との間の前記移動方向に沿う距離をＬ１とし、
   前記予熱用電極と前記第１及び第２ローラ電極対とからなる前記電極組立体が、前記積層体に対して相対的に移動する速度をＶ１とし、
   前記中断工程の開始時点から前記中断工程を終了する前記通電工程の開始時点までの通電の中断時間をＴｏｆｆとし、
   前記中断時間Ｔｏｆｆの間に、前記電極組立体が進む距離をＬｏｆｆとしたとき、
   前記距離Ｌｏｆｆが、
   ０＜Ｌｏｆｆ＝Ｖ１×Ｔｏｆｆ＜Ｌ１
   の範囲内に設定されている
   ことを特徴とするシーム溶接方法。
3. 請求項１又は２記載のシーム溶接方法が適用されたシーム溶接装置。

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