JP4928649B1 - マッシュシーム溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

板厚が２ｍｍを超える金属板のマッシュシーム溶接において、接合強度を安定化させ、接合部の段差を低減し、高い接合強度と信頼性を確保し、以て板厚が４．５ｍｍを超える金属板の接合をも可能とする。
２枚の金属板（５，６）をそれぞれ第１および第２把持装置（７，８）で把持し、２枚の金属板（５，６）の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部（Ｌ）を上下一対の電極輪（１，２）で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、２枚の金属板を接合する。重ね合わせ部（Ｌ）を溶接電流を流しながら連続的に溶接している間、重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように上下の電極輪（１，２）に付与する加圧力を制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、板厚の厚い２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法および装置に関する。

マッシュシーム溶接は、２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせた部分を一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接すると同時に、高温状態に加熱され軟化した接合部を電極輪で圧延することにより、接合部厚みを低減する溶接方式である。

板厚の厚い金属板を接合するマッシュシーム溶接装置の従来技術として、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されたものがある。

特許文献１では、板厚の厚い金属板を接合する場合の課題として、特許文献１の図１３に示すように、金属板（被溶接材）をかなり極端に曲げなければならず、クランプ装置にかなり大きな力がかかり、クランプ装置が変形ならびに破損する問題を提起している。特許文献１は、その解決手段として、金属板と第１および第２のクランプ装置のクランプ位置までの距離を調整可能とする第１および第2のクランプ位置調整手段を設け、金属板の板厚が厚い場合は、接合部とクランプとの距離を大きく設定することにより、金属板の曲げ曲率を小さくし、クランプ装置に作用する力を低減し、クランプ装置の破損を防止している。

特許文献２では、高強度鋼板を接合する場合の課題として、特許文献２の図８を参照して、電極加圧力を高くする必要がありかつ上金属板の角部（特許文献２の図８の２０）と電極輪が接触するため、電極輪に対する損傷ダメージが大きいこと、更には下金属板の角部（特許文献２の図８の２１）に溶接電流が集中するため、溶接チリ（角部が過剰な電流密度となり溶融飛散し、そのスパッタが金属板上に残存する現象）が発生し、良好な溶接結果を得ることができない問題を提起している。金属板の板厚が厚いものを接合する場合も、接合部の体積が増加することから電流を高くする必要があり、また金属板の剛性が高くなることから電極輪の押圧力を増やさなければならず、高強度鋼板を接合する場合と同じ原理で同様の課題が生じる。特許文献２は、そのような問題に対し、金属板の重ね合わせ部分を押し潰す第１の加圧ロールを設け、この第１の加圧ロールで金属板の重ね合わせ部分を押し潰した後に、電極輪をその押し潰した重ね合わせ部分に接触させて通電し、溶接を行うことで、電極輪の疵付きや溶接チリの発生を抑えている。

特開平２−５２１７９号公報 特開２００６−１１０５７７号公報

従来のマッシュシーム溶接では、特許文献２に課題として述べられているように、溶接チリ発生と電極輪の疵付きの問題から、最大接合板厚は３．２ｍｍ程度が限界であると言われていた。

また、引用文献１および２では、溶接チリ発生と電極輪の疵付きを低減することで、板厚３．２ｍｍ以上の金属板を接合することが可能となる。

すなわち、特許文献１記載の技術では、金属板の板厚が厚い場合は、接合部とクランプとの距離を大きく設定することにより、金属板の曲げ曲率を小さくし、クランプ装置に作用する力を低減してクランプ装置の破損を防止しているが、これは、結果的に、金属板の曲げ曲率を小さくすることで、重ね合わせ部分における上金属板の接触面積を増大させることになり、これにより電流密度が低減し溶接チリの発生が抑えられると考えられる。

特許文献２の技術では、上記のように、加圧ロールで金属板の重ね合わせ部分を押し潰した後に、電極輪をその押し潰した重ね合わせ部分に接触させて通電し、溶接を行うことで、電極輪の疵付きや溶接チリの発生を抑えている。

しかし、これらの技術を適用したとしても、マッシュシーム溶接機の最大接合板厚は４．５ｍｍ程度が限界であることが分かった。その理由は次のようである。

まず、従来のマッシュシーム溶接におけるクランプ装置と電極輪の位置関係について述べる。特許文献１の図１３および特許文献２の図３および図８に示すように、従来は、下電極輪外周部の上端位置はクランプ装置の材料把持部下面（以下パスラインと称す）に一致するように設定される。溶接中は下電極輪のその設定位置（高さ）を固定し、上電極輪を油圧シリンダ或いは空圧シリンダ等の加圧装置で押圧することで、重ね合わせ部分は上電極輪により押圧される。下電極輪は電極輪外周面の損耗により、定期的に表面を改削され、その結果電極輪直径が小さくなるが、改削量に相当する量をウォームジャッキ等で下電極輪の高さ位置を修正し、下電極輪外周部の上端位置がパスライン位置を維持するように設定される。

クランプ装置および電極輪の位置を保守管理する際には、下電極輪外周部上端とクランプのパスラインとが一致するようにすればよく、保守性の面からも本位置関係とする理由があった。

ところで、金属板の厚みが例えば２ｍｍ以下の比較的薄い場合は、上記のように下電極輪外周部の上端位置を設定したとしても、上電極輪の加圧装置で押圧されると重ね合わせ部の金属板は平行化するようにたわみ変形するので、余り問題となることはなかった。

しかし、４．５ｍｍを超えるような板厚が厚い材料を溶接する場合には、金属板の剛性が高いため、上電極輪の押圧力では上下の金属板が平行化するまで、たわみ変形できなくなる。その結果、この状態で溶接電流を流しながら溶接する場合は、満足な接合強度が得られずかつ接合部の片側の段差が増大するという問題が生じる。

すなわち、上下の金属板の重ね合わせ部分において、上下の金属板が平行化するまでたわみ変形していない場合は、重ね合わせ部分における電極輪通過開始から終了までの溶接過程の初期段階において、下金属板角部（特許文献２の図３の１６および図８の２１）に電流が集中する。更には、上下の金属板が平行化するまでたわみ変形しない場合の金属板の重ね合わせ部分には、上金属板の角部（端面）と下金属板との間に大きな隙間が形成されることから、重ね合わせ部分の溶融ならびに変形は重ね合わせ部分の中心からではなく、下金属板角部が位置する部分から開始する。この部分の接合後、上金属板の角部は下金属板と接触することになるが、上記のように上金属板の角部は、接合開始時点では下金属板との間に隙間を持つため、材料間の接触抵抗発熱が遅れる。そして、上金属板角部は下金属板角部側の溶融および変形が進行した後に、下金属板と接触する。したがって、上金属板角部近傍の接合領域は下金属板角部近傍の接合領域と比較すると、相対的に入熱量が少なく、電極輪に高温で押圧される時間も短くなる。

ここで、マッシュシーム溶接では、接合部中央部に溶融凝固部（ナゲット）が生成し、ナゲットを挟み点対称の位置、すなわち下金属板角部とナゲット、上金属板角部とナゲットをそれぞれ結ぶ接合部境界に固相接合部が形成される。金属板の厚みが厚い場合の溶接では、前述の如く、下金属板角部側の溶接が先行する結果、下金属板角部側の固相接合部の長さが短く、かつ電極輪に押圧される時間が長いことから固相接合強度が高くなる。更には、下金属板角部近傍は高温での変形が進み、上金属板角部近傍の接合と比較し、接合部の段差が小さくなる。逆に、上金属板角部側の固相接合部は長さが長く、入熱量も劣るため接合強度が低くなると共に、高温変形が進まず、接合部の段差が大きくなる。

これらにより、接合部の形状は上下非対称になると共に、上金属板角部近傍には応力集中係数の高い大きな段差が形成され、またこの段差と連なる固相接合部は接合強度が低く、溶接継手の最弱部となる。

マッシュシーム溶接では、一般に母材の１１０〜１６０％程度にまで接合部の厚みが増加するため、金属板の厚みが厚くなるほど増厚量絶対値も増加する傾向にある。したがって、金属板の厚みが厚くなる程、接合部の上下非対称性が顕著となり、接合強度が著しく低下することになる。

また、上記の如く、下電極輪外周部の上端位置をパスラインに設定し、溶接中の重ね合わせ部分の位置を固定にした場合は、接合部形状は非対称となり、接合部の溶接強度は低下する。そこで、事前に接合部厚みを予測し、下電極輪外周部の上端位置を接合部の下面に合わせて設定することが考えられる。

しかし、接合部の厚みは接合部への入熱条件ならびに押圧力、クランプ間距離等多数のパラメータから決まり、接合後の接合部厚みは接合条件により変動するため、事前に接合部厚みを精度良く予測することは困難である。その上、クランプ装置で把持された金属板の接合部中心に対し、下電極輪外周部の上端位置が接合部の下面に接触し上下電極輪が対称になる加圧方向の位置はピンポイントにしか存在しない。したがって、接合時の上下電極輪が接合部中心に対して対称に位置するように上下電極輪の加圧方向位置を精度良く設定し、接合部の形状を上下対称にすることは困難である。

このような理由から、従来のマッシュシーム溶接では、板厚を３．２ｍｍ以下、最大でも４．５ｍｍ以下に制限を設けて接合せざるを得なかった。

本発明の目的は、板厚が２ｍｍを超える金属板のマッシュシーム溶接において、接合強度を安定化させ、接合部の段差を低減し、高い接合強度と信頼性を確保し、以て板厚が４．５ｍｍを超える金属板の接合をも可能とするマッシュシーム溶接方法および装置を提供することである。

上述した課題を解決する第１の発明は、２枚の金属板をそれぞれ第１および第２把持装置で把持し、前記２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法において、前記上下一対の電極輪が前記重ね合わせ部の接合端面に接触した後、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は位置制御で送り、他方の電極輪は加圧力制御で送って前記重ね合わせ部の接合端面を接合し、前記重ね合わせ部の接合端面の接合後、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とも加圧力制御に切り換え、かつこの加圧力制御において、前記重ね合わせ部を前記溶接電流を流しながら連続的に溶接している間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記上下の電極輪に付与する加圧力を制御することを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明は、第１の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記２枚の金属板の厚みを２ｍｍ以上としたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明は、第１または第２の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は加圧力制御に切り換え、他方の電極輪は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行うことを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明は、第１または第２の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は、加圧力で電極輪の支持部を機械固定端に押し付けることにより電極輪の位置を保持した状態で、電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触した後は、位置制御で前記電極輪の位置を制御しながら溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は前記重ね合わせ部に一定の押圧力を付与する加圧力制御に切り換え、他方の電極輪は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行うことを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明は、第１〜第４の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記重ね合わせ部と前記第１および第２把持装置間のそれぞれの距離を同一とし、前記金属板の厚みに応じて前記距離を調整することを特徴とする。

上述した課題を解決する第６の発明は、第１〜第５の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記上下一対の電極輪を積極的に駆動させ、かつ前記金属板の厚みに応じて前記電極輪の駆動トルクを変化させるトルク制御を行うことを特徴とする。

上述した課題を解決する第７の発明は、第１〜第６の発明に係わるマッシュシーム溶接方法において、前記２枚の金属板を接合した後、前記金属板の接合部を上下一対の加圧ローラで圧延する圧延工程を備え、前記圧延工程において、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記接合部の接合線に直交する直線に対して水平面内で傾斜させ、前記一対の加圧ローラを積極的に駆動しながら前記接合部の段差を前記加圧ローラの進行方向に圧延することを特徴とする。

上述した課題を解決する第８の発明は、２枚の金属板をそれぞれ第１および第２把持装置で把持し、前記２枚の金属板の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部を上下一対の電極輪で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接装置において、前記上下の電極輪のそれぞれに加圧力を付与する上下の加圧装置と、前記上下一対の電極輪が前記重ね合わせ部の接合端面に接触した後、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は位置制御で送り、他方の電極輪は加圧力制御で送って前記重ね合わせ部の接合端面を接合し、前記重ね合わせ部の接合端面の接合後、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とも加圧力制御に切り換え、かつこの加圧力制御において、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記上下の加圧装置が前記上下の電極輪に付与する加圧力を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

上述した課題を解決する第９の発明は、第８の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記上下の加圧装置は、油圧または空圧シリンダ装置であることを特徴とする。

上述した課題を解決する第１０の発明は、第８または第９の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記重ね合わせ部と前記第１および第２把持装置間のそれぞれの距離を調整する距離調整機構を更に備え、前記重ね合わせ部と前記第１および第２把持装置間のそれぞれの距離を同一とし、前記金属板の厚みに応じて前記距離を調整することを特徴とする。

上述した課題を解決する第１１の発明は、第８〜第１０の発明に係わるマッシュシーム溶接装置において、前記２枚の金属板を接合した後、前記金属板の接合部を上下一対の加圧ローラで圧延する加圧ローラ用加圧装置を備え、前記一対の加圧ローラの軸芯を前記接合部の接合線に直交する直線に対して互いに水平面内で傾斜させたことを特徴とする。

第１および第８の発明によれば次の効果が得られる。

２枚の金属板の板厚を２ｍｍ以上とした場合、重ね合わせ部で変形しながら接触する上下の金属板は、自身の剛性で上下で対称に変形しようとする。このような重ね合わせ部の上下の金属板に対し、本発明の制御を適用した場合、重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるため、重ね合わせ部における上下の金属板は電極輪で加圧された後も、上下対称のたわみ形状を維持しようとする。その結果、上金属板角部と下金属板との隙間は小さくなり、上下の金属板の接触面積が増大し、電流密度が減少する。これにより溶接チリの発生を抑制しつつ溶接電流を増大し、入熱量を増大することが可能となる。また、重ね合わせ部の金属板のたわみ形状が上下対称であるため、重ね合わせ部の中央付近から溶融が開始され、この溶融が点対称に進行する。これにより重ね合わせ部の中心付近にナゲットが形成され、固相接合部も上下対称に形成され、上下の固相接合部の長さも均等となる。

このように上下で接合条件を均等化させることで、溶接電流を増大させて入熱量を増大させ、かつ固相接合部を上下対称に形成することが可能となり、固相接合強度を安定化させることができる。また、上下で接合条件を均等化させることで、接合部の段差形状が対称化し、接合部の段差を低減し、接合部段差部の応力集中係数の増大を抑制できる。

これにより接合強度を安定化させ、接合部の段差を低減し、高い接合強度と信頼性を確保することができる。また、その結果、板厚が４．５ｍｍを超える金属板の接合をも可能となる。
また、第３及び第４の発明で説明するように、接合端面が溶接され、所望の材料剛性が得られるまでは一方の電極輪を位置制御とすることで、材料を突き上げることなく、接合を開始することが可能となり、接合端面が溶接され２枚の金属板の一部が接合された後は電極輪鉛直方向の剛性が必要十分となるため、上下電極輪共に加圧力制御とし接合することで、接合開始から終了まで安定して高品質の接合ができる。

第２の発明によれば次の効果が得られる。
マッシュシーム溶接では一般に母材の１１０〜１６０％程度にまで接合部の厚みが増加する。接合材（金属板）の厚みが厚くなるほど増厚量絶対値も増加する傾向にある。したがって、接合材が厚くなると一方の電極輪の加圧方向位置の設定値に対する偏差も大きくなり、また接合材の剛性により前記偏差生成分、把持装置への加圧力支持分担量が大幅に増加する。これにより、上下電極輪の上下の押圧力の差が著しく増加し、押圧力が低い側の接合強度が著しく低下する課題があった。

従来、マッシュシーム溶接では接合厚みを３．２ｍｍ以下、最大でも４．５ｍｍ以下に制限を設けて接合してきた原因のひとつが、この接合条件の上下非対称性を容易に回避する有効な手段がなかったことが一因と考える。

第２の発明において、板厚が２ｍｍ以上の金属板の接合に本発明を適用することで、接合材料厚みが２ｍｍ以上の剛性の高い材料の場合に特に問題とされる接合部の非対称性に伴う強度低下を抑制し、材料厚みの厚い材料の接合部強度を向上させることができる。また、電極輪位置が接合部中心に対し対称化するため、金属板の重ね合わせ部の強制たわみが従来金属板の厚み相当であったものに対し、金属板の厚みの２分の１にすることができ、第１および第２把持装置に作用する金属板の曲げ反力を大幅に低減することができる。

第３および第４の発明によれば次の効果が得られる。
接合条件の上下非対称性を回避する目的で、重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように加圧力制御した場合に想定される課題としては、接合開始時点で未接合の材料を上下電極輪で加圧すると、上下方向の電極輪位置が定まらず、接合材料が突き上げられ、接合を開始できないケースが生じることである。この問題は、剛性の低い薄い材料の場合に特に顕著となる。

第３および第４の発明においては、そのような課題に対し、
接合端面が溶接され、所望の材料剛性が得られるまでは一方の電極輪を位置制御とすることで、材料を突き上げることなく、接合を開始することが可能となり、接合端面が溶接され２枚の金属板の一部が接合された後は電極輪鉛直方向の剛性が必要十分となるため、上下電極輪共に加圧力制御とし接合することで、接合開始から終了まで安定して高品質の接合ができる。

また、第４の発明においては、機械固定端に電極輪の支持部を押し当てるように加圧した状態で接合を開始することで、初期荷重を電極輪に付与することが出来るため、上下電極輪が重ね合わせ部の金属板を挟み込み、押圧力が重ね合わせ部に作用する前後で、加圧力による位置制御で電極輪における重ね合わせ部に作用する荷重変動を大幅に抑えることができ、溶接開始時点の電極輪位置設定精度を確保できる。更には、上下の電極輪で重ね合わせ部を把持した直後に、上下電極輪加圧力が吊り合った時点で、機械固定端に押し付けられた電極輪の支持部は、力のつりあいにより、機械固定端を離れ、上下電極輪加圧力が自動調整されることで、接合開始端面の溶接完了後は、溶接開始時点から重ね合わせ部に作用する上下の押圧力を均等化することができ、接合強度が向上すると共に、接合部の信頼性が向上する。

第５および第１０の発明によれば次の効果が得られる。
重ね合わせ部と第１および第２把持装置間の距離が異なる場合は、一方の把持装置と他方の把持装置のモーメントアームが異なり、重ね合わせ部分の接触角、すなわち金属板のたわみ角が異なり、重ね合わせ部の隙間が大きくなり、溶接チリが発生しやすくなる問題が生じる。

剛性の高い厚みの厚い同士の材料を重ねる場合、下電極輪の加圧方向位置をパスラインに設定すると材料厚みに相当する矯正変位を上金属板が受ける。上下電極輪の加圧方向位置を接合部中心に対し、対称に配置した場合には、材料厚みの2分の１の強制変位を低減することが可能となるが、把持装置との距離によっては、クランプ付け根部分から塑性変形する問題がある。また、塑性変形しない場合でも、電極輪押圧時、重ねあわせ部の傾斜角度が大きくエッジで電極輪に疵付く課題、あるいは電極輪の押圧力で接合部上下面を平行化しようとしても、材料剛性により平行化出来ない問題がある。

第５および第１０の発明においては、重ね合わせ部と第１および第２把持装置間のそれぞれの距離を同一とし、金属板の厚みに応じて前記距離を調整することで、重ねあわせ部の形状を対称化することが出来、また２ｍｍ以上の剛性の高い厚みの厚い金属板同士を重ねる際でも、重ね合わせによる材料の強制変位に対し、塑性変形が起こらないように設定できる。また、少ない電極輪への押圧力で接合部上下面を平行化できる。

これにより、接合強度を安定化させ、接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保できる。

第６の発明によれば次の効果が得られる。
金属板の厚みが厚くなった場合には、上下電極輪による圧下量が増えるため、電極輪に必要とされる駆動トルクが金属板の厚みに応じて増加する。通常、電極輪には、エアーモータ等によるトルク駆動により、一定のトルクを補助的に供給する。しかしながら、接合する金属板の板厚範囲が広い場合には、板厚に応じて供給するトルクを変更しなければ、接合に必要な電極輪駆動トルクに過不足が生じる。

第６の発明においては、上下一対の電極輪を積極的に駆動させ、金属板の厚みに応じて電極輪の駆動トルクを制御する。これにより接合部上下面に所望の圧延動力を与えることが可能となり、駆動力不足による接合不良や接合部強度が低下する問題を解決し、接合部の信頼性を向上させることが出来る。また、電極輪の摩耗などの問題を解決できる。

第７および第１１の発明によれば次の効果が得られる。
接合する金属板の厚みが厚くなるに従い、接合部と母材間の段差が大きくなる。段差寸法が大きくなるに従い、これらの段差は応力集中箇所となり、溶接継手強度弱める課題があった。

第７および第１１の発明においては、溶接後の接合部を上下一対の加圧ローラの軸芯を接合線に直交する直線に対して水平面内で傾斜させ、一対の加圧ローラを積極的に駆動しながら接合部の段差を圧延するので、接合線直角方向に剪断変形により接合部の増厚量を減らし、かつ段差を平滑化或いは段差勾配を低減し、高い接合強度を確保出来る。

また、金属板の接合部の段差を平滑化或いは段差勾配を低減することで、接合部の応力集中係数を低減し、高い接合強度を確保出来る。

本発明の一実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置の構成の概略を示す図である。 第１および第２把持装置を接合進行方向から見た側面図である。 図１に示したマッシュシーム溶接装置の制御系の概略を示す図である。 従来のマッシュシーム溶接方法で２枚の金属板を溶接する場合の接合工程を示す図であって、電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、接合開始端面に電極輪が到達し、重ね合わせ部の金属板が下電極輪によって押されて上昇した状態での電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、接合開始直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、接合完了時の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 本発明のマッシュシーム溶接方法で２枚の金属板を溶接する場合の接合工程を示す図であって、電極輪が重ね合わせ部の金属板を挟み込んだ溶接開始前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、溶接開始直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、溶接中の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同、溶接完了直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、接合された金属板の接合部の状態を示す図である。 本発明の第１の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図である。 同じく、その一連の工程を示すフローチャートである。 同じく、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、上電極輪が基準位置に下降しときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 本発明の第２の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図である。 同じく、その一連の工程を示すフローチャートである。 同じく、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、上下電極輪が金属板の接合開始端面との接触位置に下降したときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、上下電極輪が金属板の接合開始端面を押圧後の溶接開始直前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 本発明の第３の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図である。 同じく、その一連の工程を示すフローチャートである。 同じく、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、上電極輪が基準位置に下降したときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 同じく、上下電極輪が金属板の接合開始端面を押圧後の溶接開始直前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示す図である。 本発明の第３の実施例を金属板の板厚が２ｍｍ以下の剛性の低い薄板に適用した場合の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係であって、上下の電極輪１，２が待機位置にあるとき位置関係を示す図である。 同じく、上下の電極輪１，２が金属板との接触位置にあるときの位置関係を示す図である。 薄板の金属板の接合に第１実施例の接合方法を適用した場合の図１５Ａと同様な図である。 同じく、図１５Ｂと同様な図である。 同じく、図５Ｃと同様な図である。 同じく、図５Ｄと同様な図である。 同じく、図５Ｅと同様な図である。 金属板の材質を軟鋼と仮定し、材料が降伏しない接合板厚と第１および第２把持装置間距離Ｌの相関を示す。 加圧ローラの軸芯の傾斜角度を任意の角度に変更可能とする加圧ローラ傾斜機構を示す図である。 加圧ローラの軸芯を傾斜して接合部を圧延する場合の接触孤長内でのメタルフローを示す図であり、一例として、上加圧ローラの場合を示す図である。 一対の加圧ローラの進行方向部分が水平面内で、加圧ローラが最初に接触する金属材料が係わる金属板の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラの軸芯を溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、圧延する場合の加圧ローラ圧延初期状態を示す図である。 図２０Ａのように圧延した場合の加圧ローラ圧延終了状態を示す図である。 図２０Ａと比較し、加圧ローラを逆向きに傾斜させた場合、すなわち一対の加圧ローラの進行方向部分が水平面内で、加圧ローラが最初に接触する金属材料が係わる金属板の存在する方向を向くように、一対の加圧ローラの軸芯を溶接線に直交する直線に対して、各々傾斜させ、圧延する場合の加圧ローラ圧延初期状態を示す図である。 図２１Ａのように圧延した場合の加圧ローラ圧延終了状態を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係わる金属板のマッシュシーム接合装置の構成の概略を示す図である。

図１において、本実施の形態に係わるマッシュシーム溶接装置は、上下一対の電極輪１，２、上下一対の加圧ローラ３，４、第１および第２把持装置７，８、キャリッジフレーム９、上下電極輪加圧装置１０ａ，１０ｂおよび上下加圧ローラ加圧装置１１ａ，１１ｂを備えている。上下電極輪加圧装置１０ａ，１０ｂおよび上下加圧ローラ加圧装置１１ａ，１１ｂは例えば油圧または空圧のシリンダ装置である。上電極輪１と上加圧ローラ３はそれぞれ上電極輪加圧装置１０ａおよび加圧ローラ加圧装置１１ａを介してキャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａに支持され、下電極輪２と下加圧ローラ４はそれぞれ上電極輪加圧装置１０ｂおよび加圧ローラ加圧装置１１ｂを介してキャリッジフレーム９の下水平フレーム９ｂに支持されている。上下一対の加圧ローラ３，４はキャリッジフレーム９内で上下一対の電極輪１，２に隣接して配置されている。

上下電極輪加圧装置１０ａ，１０ｂは、上下電極輪１，２をそれぞれ上下に可動させ、２枚の重ね合わせた金属板５，６をマッシュシーム溶接する際に重ね合わせ部Ｌに必要な押圧力を付与する。

上下電極輪加圧装置１０ａ，１０ｂは、加圧装置制御システム２００（後述）により、電極輪の位置、マッシュシーム溶接に必要な金属板に付与する押圧力を制御する。加圧装置１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、本実施の形態では、油圧または空圧のシリンダ装置としたが、電動サーボモータ等でも良い。

一方、下電極輪２は、電極輪使用限界に至るまで、溶接による電極輪表面への疵付きおよび電極輪表面の偏摩耗による接合不良を抑制するために定期的に改削される。この改削により電極輪直径は小さくなることで、下電極輪２の上面位置は未改削時の上面位置とは異なり下降する。この下降した上面位置を未改削時の上面位置と合わせるようにするために、下電極輪加圧装置１０ｂの下部に高さ調整を行なうウォームジャッキ１２０が配置されている。

また、下加圧ローラ４も溶接後の接合部の段差の平滑化による表面への疵付きおよび表面の偏摩耗による段差の平滑化不良を抑制するために、定期的に改削される。この結果生じる下加圧ローラの上面位置の変化に対応するため、電極輪と同様に下加圧ローラ加圧装置１１ｂの下部に、高さ調整を行なうウォームジャッキ１２１が配置されている。

このウォームジャッキ１２０，１２１の高さ調整（ウォーム軸の回転）は、手動または電動モータ・エアーモータ（図示なし）などを駆動源として行われる。

キャリッジフレーム９は底部に支持ローラ５４を備え、支持ローラ５４を介して台板５５上を接合する２枚の金属板５，６に直交する方向（溶接方向）に移動可能である。第１および第２把持装置７，８は、それぞれ、上下一対のクランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂと、上下の押圧シリンダ装置７ｃ，７ｄ；８ｃ，８ｄと、支持フレーム７ｅ；８ｅを有し、クランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂは支持フレーム７ｅ；８ｅ内で上下の押圧シリンダ装置７ｃ，７ｄ；８ｃ，８ｄを介して支持され、支持フレーム７ｅ；８ｅは台板５５上に支持されている。

金属板の接合装置は、また、上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２と、上下一対の加圧ローラ回転駆動用の電動モータ６３，６４を備えている。上下一対の電極輪回転駆動用の電動モータ６１，６２は、それぞれ、電極輪用加圧装置１０ａ，１０ｂの側面に取り付けられ、例えばチェーンおよびスプロケット機構６７により電極輪１，２の回転軸に連結され、電動モータ６１，６２の回転動力が電極輪１，２に伝達される。上下一対の加圧ローラ回転駆動用の電動モータ６３，６４も、同様に、それぞれ、加圧ローラ用加圧装置１１ａ，１１ｂの側面に取り付けられ、例えばチェーンおよびスプロケット機構６８により加圧ローラ３，４の回転軸に連結され、電動モータ６３，６４の回転動力が加圧ローラ３，４に伝達される。

図２は、第１および第２把持装置７，８を接合進行方向から見た図である。第１および第２把持装置７，８の一方、例えば第２把持装置８は、クランプ板８ａ，８ｂで把持した金属板６の先端を上下方向に可動とするため、把持装置８の支点であるピン１０１を中心に上下方向に回動させる把持装置傾斜装置１１０を備えている。また、第１および第２把持装置７，８は、クランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂで把持した金属板５，６の先端の重ね合わせ部Ｌの長さを調整するため、クランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂで把持した金属板５，６の先端を接合進行方向と直角方向に移動させる把持装置移動装置１１１ａ，１１１ｂを備えている。

把持装置傾斜装置１１０は、架台１０２ｂに設けられ、下クランプ板８ｂを支持するホルダ１０３ｂをピン１０１を中心に回動させる油圧または空圧のシリンダ装置１０４を有している。把持装置移動装置１１１ｂは、ベース１０５ｂに設けられ、架台１０２ｂを接合進行方向と直角方向に駆動する油圧または空圧のシリンダ装置１０６ｂを有し、把持装置移動装置１１１ａも、同様に、ベース１０５ａに設けられ、下クランプ板７ｂを支持するホルダ１０３ａと一体の架台１０２ａを接合進行方向と直角方向に駆動する油圧または空圧のシリンダ装置１０６ａを有している。

ここで、把持装置移動装置１１１ａ，１１１ｂは、クランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂの接合進行方向と直角方向の位置を調整し、重ね合わせ部Ｌとクランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂ間のそれぞれの距離を調整する距離調整機構を兼ねている。後述する如く、重ね合わせ部Ｌとクランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂ間のそれぞれの距離は同一に設定され、かつその距離は金属板５，６の厚みに応じて調整される。

図３は、図１に示したマッシュシーム溶接装置の制御系の概略を示す図である。金属板接合装置の制御装置は、上位制御装置７１と、キャリッジフレーム駆動制御装置７２、マッシュシーム制御装置７３および加圧ローラ制御装置７４、クランプ制御装置７６を有している。上位制御装置７１はキャリッジフレーム駆動制御装置７２、マッシュシーム制御装置７３および加圧ローラ制御装置７４、クランプ制御装置７６の制御を統括する。キャリッジフレーム駆動制御装置７２はキャリッジフレーム９の駆動用のシリンダ装置５７の油圧回路（図示せず）に作動指令を与え、シリンダ装置５７の駆動を制御する。マッシュシーム制御装置７３は電極輪用加圧装置（シリンダ装置）１０ａ，１０ｂの油圧回路（図示せず）および電動モータ６１，６２に作動指令を与え、これらの駆動を制御する。加圧ローラ制御装置７４は加圧ローラ用加圧装置（シリンダ装置）１１ａ，１１ｂの油圧回路（図示せず）および電動モータ６３，６４に作動指令を与え、これらの駆動を制御する。クランプ制御装置７６は、第１および第２把持装置７，８の駆動用のシリンダ装置１０４，１０６ａ，１０６ｂの油圧回路（図示せず）に作動指令を与え、シリンダ装置１０４，１０６ａ，１０６ｂの駆動を制御する。

また、キャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａには上電極輪１に隣接してレーザ距離計７５が設けられ、マッシュシーム制御装置７３および加圧ローラ制御装置７４はレーザ距離計７５の検出信号を入力し、その信号に基づいて金属板５，６の重ね合わせ部分の端部がレーザ距離計７５の真下に来たタイミングを検出する。また、マッシュシーム制御装置７３および加圧ローラ制御装置７４にはレーザ距離計と電極輪１，２および加圧ローラ３，４間の距離と、キャリッジフレーム９の移動速度が予め入力されており、金属板５，６の重ね合わせ部分の端部がレーザ距離計７５の真下に来たタイミングとそれらの距離および移動速度に基づいて電極輪１，２および加圧ローラ３，４が金属板５，６の重ね合わせ部分の端部を挟み込むタイミングを演算し、そのタイミングの前後で、上下加圧ローラ３，４の接触に関する上述した設定状態（第１設定か第２設定か）に応じて電極輪用加圧装置１０ａ，１０ｂおよび電動モータ６１，６２および加圧ローラ用加圧装置１１ａ，１１ｂおよび電動モータ６３，６４を適宜制御する。

図４Ａ〜図４Ｄに従来のマッシュシーム溶接方法で２枚の金属板を溶接する場合の接合工程を示す。図４Ａは、電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図４Ｂは、接合開始端面に電極輪が到達し、重ね合わせ部の金属板が下電極輪によって押されて上昇した状態での電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図４Ｃは、接合開始直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図４Ｄは接合完了時の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示している。

図４Ａに示すように、２枚の金属板５，６を、第１および第２の把持装置７，８でそれぞれ把持し、重ね合わせる。このとき、下電極輪２の外周部の上端位置は、パスライン（把持装置の材料把持部下面の延長線）上に設定され、重ね合わせた金属板５，６の下面と接触する位置に固定される。このため、図４Ｂに示すように、電極輪１，２が金属板５，６の接合開始端面まで移動して金属板５，６と接触するとき、金属板５，６は押し上げられ、上金属板６の角部Ｅ２と下金属板５との間に大きな隙間Ｇが形成される。上電極輪１は、重ね合わせ部Ｌを溶接する際に、上電極輪加圧装置１０ａにより下降し、重ね合わせ部Ｌに所望の押圧力を作用させる構造となる。すなわち、溶接中は、上電極輪１の加圧装置１０ａのみで重ね合わせ部Ｌに作用する押圧力を、接合に必要な所望の値に制御する。

ところで、金属板の厚みが例えば２ｍｍ以下の比較的薄い場合は、上記のように下電極輪外周部の上端位置をパスラインに設定したとしても、上電極輪１の加圧装置１０ａで押圧されると重ね合わせ部Ｌの金属板５，６は平行化するようにたわみ変形するので、余り問題となることはなかった。

しかし、４．５ｍｍを超えるような板厚が厚い材料を溶接する場合には、金属板の剛性が高いため、上電極輪１の押圧力では上下の金属板５，６が平行化するまで、たわみ変形できなくなる。その結果、この状態で溶接電流を流しながら溶接する場合は、満足な接合強度が得られずかつ接合部の段差が増大するという問題が生じる。

すなわち、上下の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌにおいて、上下の金属板５，６が平行化するまでたわみ変形していない場合は、重ね合わせ部分Ｌにおける電極輪通過開始から終了までの溶接過程の初期段階において、上金属板６と接触する下金属板角部Ｅ１に電流が集中する。更には、上下の金属板５，６が平行化するまでたわみ変形しない場合の金属板５，６の重ね合わせ部分Ｌには、上金属板の角部Ｅ２と下金属板５との間に大きな隙間Ｇが形成されることから、重ね合わせ部分Ｌの溶融ならびに変形は重ね合わせ部分Ｌの中心からではなく、図４ＣにＮ０で示すように、下金属板角部Ｅ１が位置する部分から開始する。この部分の接合後、上金属板の角部Ｅ２は下金属板５と接触することになるが、上記のように上金属板の角部Ｅ２は、接合開始時点では下金属板５と間に隙間Ｇを持つため、材料間の接触抵抗発熱が遅れる。そして、上金属板角部Ｅ２は下金属板角部Ｅ１側の溶融および変形が進行した後に、下金属板５と接触する。したがって、上金属板角部Ｅ２近傍の接合領域は下金属板角部Ｅ１近傍の接合領域と比較すると、相対的に入熱量が少なく、電極輪１に高温で押圧される時間も短くなる。

ここで、マッシュシーム溶接では、接合部中央部に溶融凝固部（ナゲット）Ｎが生成し、ナゲットＮを挟み点対称の位置、すなわち下金属板角部Ｅ１とナゲットＮ、上金属板角部Ｅ２とナゲットＮを結ぶ接合部境界に固相接合部Ｂ１，Ｂ２が形成される。図４Ｄに示すように、金属板の厚みが厚い場合の溶接では、前述の如く、下金属板角部Ｅ１側の溶接が先行する結果、下金属板角部Ｅ１側の固相接合部Ｂ１の長さが短く、かつ電極輪２に押圧される時間が長いことから固相接合強度が高くなる。更には、下金属板角部Ｅ１近傍は高温での変形が進み、上金属板角部Ｅ２近傍の接合と比較し、接合部の段差が小さくなる。逆に、上金属板角部Ｅ２側の固相接合部は長さが長く、入熱量も劣るため接合強度が低くなると共に、高温変形が進まず、接合部の段差が大きくなる。

これらにより、接合部の形状は上下非対称となると共に、上金属板角部Ｅ２近傍には応力集中係数の高い大きな段差が形成され、またこの段差と連なる固相接合部Ｂ２は接合強度が低く、溶接継手の最弱部となる。

マッシュシーム溶接では、一般に母材の１１０〜１６０％程度にまで接合部の厚みが増加するため、金属板の厚みが厚くなるほど増厚量絶対値も増加する傾向にある。したがって、金属板の厚みが厚くなる程、接合部の上下非対称性が顕著となり、接合強度が著しく低下することになる。

本発明者等は、上述した現象（第１および第２把持装置で把持された材料の中心位置と溶接時に形成されるナゲットの中心位置が一致せず、上下の固相接合部の長さが異なって接合強度に差ができ、その結果、接合状態の不安定化および接合強度の低下すること、および接合部の上金属板側の段差が増大すること）を試験で確認した。

また、この現象は、材料の剛性が高い場合に顕著に現れることを確認した。

更に、従来から接合強度を低下させる問題として挙がっている金属板の角部による電極輪表面への溝状の疵つきも、材料の剛性が高くなるにしたがい、深くなる傾向も合わせて確認した。

これは、重ね合わせた材料の変形が上下で非対称になることで発生する。この非対称を解消するためには、下電極輪の位置が接合部増厚量の１／２分、材料把持基準位置よりも低くなければ、解消することはできない。

また、上下の固相接合部Ｂ１，Ｂ２の非対称性は、接合部と第１および第２把持装置間の距離にも起因することを試験で確認をした。

上述した課題を解決する本実施の形態の特徴を図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。図５Ａは電極輪が重ね合わせ部の金属板を挟み込んだ溶接開始前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図５Ｂは溶接開始直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図５Ｃは溶接中の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図５Ｄは、溶接完了直後の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図５Ｅは、接合された金属板の接合部の状態を示す図である。

本実施の形態では、２枚の金属板５，６をそれぞれ第１および第２把持装置７，８で把持し、２枚の金属板５，６の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部Ｌを上下一対の電極輪１，２で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、２枚の金属板５，６を接合する。そして、重ね合わせ部Ｌを溶接電流を流しながら連続的に溶接している間、重ね合わせ部Ｌに作用する上下の押圧力が等しくなるように加圧装置１０ａ，１０ｂが上下の電極輪１，２に付与する加圧力を制御する。

金属板の板厚を２ｍｍ以上とした場合、重ね合わせ部Ｌとクランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂ間のそれぞれの距離を同一に設定しかつその距離を金属板５，６の厚みに応じた適切な値に調整することで、重ね合わせ部Ｌで変形しながら接触する上下の金属板５，６は、自身の剛性で上下で対称に変形しようとする。このような重ね合わせ部Ｌの上下の金属板５，６に対し、本発明では上記のように重ね合わせ部Ｌに作用する上下の押圧力が等しくなるように制御されるため、重ね合わせ部Ｌにおける上下の金属板５，６は、図５Ａに示すように、電極輪１，２で加圧された後も、上下対称のたわみ形状を維持しようとする。その結果、上金属板角部Ｅ２と下金属板５との隙間は小さくなり、上下の金属板５，６の接触面積が増大し、電流密度が減少する。これにより溶接チリの発生を抑制しつつ溶接電流を増大し、入熱量を増大することができる。また、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６のたわみ形状が上下対称であるため、図５ＢにＮ０で示すように、重ね合わせ部Ｌの中央付近から溶融が開始され、図５Ｂ〜図５Ｄに示すように、その溶融が点対称に進行する。これにより図５Ｄおよび図５Ｅに示すように、重ね合わせ部Ｌの中心付近にナゲットＮが形成され、固相接合部Ｂ１，Ｂ２も上下対称に形成され、上下の固相接合部Ｂ１，Ｂ２の長さも均等となる。

このように上下で接合条件を均等化させることで、溶接電流を増大させて入熱量を増大させ、かつ固相接合部Ｂ１，Ｂ２を上下対称に形成することが可能となり、固相接合強度を安定化させることができる。また、上下で接合条件を均等化させることで、図５Ｅに示すように、接合部Ｊの段差形状が対称化し、接合部Ｊの段差を低減し、接合部段差部の応力集中係数の増大を抑制できる。

前述した課題を解決する本発明の第１の実施例におけるマッシュシーム溶接方法を図６〜図８Ｂと図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。

図６は、第１の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図であり、図７はその一連の工程を示すフローチャートである。図８Ａは、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図８Ｂは上電極輪が基準位置に下降したときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示している。

２枚の金属板５，６はそれぞれ、第１および第２の把持装置７，８のクランプ板７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂにより把持される。金属板５，６を把持後、把持装置傾斜装置１１０により、一方の金属板６の先端を上方に持ち上げて、その状態を維持したまま、金属板６の先端を他方の金属板５の先端の上表面に重ね合わせる位置になるように把持装置移動装置１１１ａまたは１１１ｂで移動する。移動完了後、把持装置傾斜装置１１０により、上方に持ち上げた金属板６の先端を下降させて、他方の金属板５の上表面に重ね合わせる。このとき、２枚の金属板５，６の先端部分を重ね代は、金属板の材種、板厚、板幅などによって、上位制御装置７１からの情報により、クランプ制御装置７６にて事前に決定される。

マッシュシーム溶接開始前は、図６のＳＴＥＰ１および図８Ａに示すように、上下電極輪１，２は待機位置にある（図７のＳＴＥＰ１）。上電極輪１の待機位置は、金属板５，６に接触しない位置である。一方、下電極輪２の待機位置は、下電極輪２の外周部の上端（以下、適宜電極輪上面という）をパスラインに合わせる位置である。

上位制御装置７１の溶接開始の指令に基づき、キャリッジフレーム駆動制御装置７２により、キャリッジフレーム９を接合進行方向へ移動することで、上下電極輪１，２を接合進行方向へ移動する。上電極輪１は、接合進行方向へキャリッジフレーム９を移動すると同時に、図６のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に示すように、上電極輪１の外周部の下端（以下、適宜電極輪下面という）を待機位置から基準位置に下降させる（図７のＳＴＥＰ１〜２）。このとき、接合開始端面において上電極輪１の下面が金属板表面と接触するように下降速度を調整する。基準位置は金属板５，６の材種および板厚によって、マッシュシーム溶接制御装置７３で予め定めておく。この基準位置は、下金属板５の上面位置から、重ね合わせた上部の金属板の板厚の１／２から接合部材料増厚量の１／２の範囲内に決定される。

上電極輪１が基準位置に到達した時点では、電極輪１，２はまだ金属板５，６の接合開始端面に接触していない。このときの送り方向の位置を中間位置という。

一方、図８Ｂに示すように、下電極輪２は、電極輪２の上面をパスラインに合わせた位置に保持されている。このとき、上電極輪１の下面と下電極輪２の上面は接触せず、隙間が存在する。また、図６のＳＴＥＰ２に示すように、上電極輪１が基準位置に到達すると、その基準位置を保持する制御に切替え（図７のＳＴＥＰ２）、この状態で、図６のＳＴＥＰ２〜３に示すように、キャリッジフレーム９を更に接合開始端面まで移動する（図７のＳＴＥＰ２〜３）。

上下の電極輪１，２が接合開始端面に到達後、次のようなタイミングで加圧力制御へ切り換える。

上電極輪１の下面と下電極輪２の上面は、図６のＳＴＥＰ３に示すように、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６の接合部開始端面において、重ね合わせた金属板５，６を挟み込むような形で接触する。上電極輪１は、電極輪１と金属板５，６が接触すると同時あるいはその直後に、重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図７のＳＴＥＰ３）。下電極輪２は、このときも電極輪２の上面をパスラインに合わせた位置に保持する。図６のＳＴＥＰ３〜４において、重ね合わせ部Ｌに加圧装置１０ａが上電極輪１を加圧することによる押圧力を作用させながら溶接（通電）を開始し、接合開始端面を溶接する（図７のＳＴＥＰ３〜４）。この間、上電極輪１は加圧力制御により押圧力バランス位置へと移動する。図６のＳＴＥＰ４において、接合開始端面の溶接が完了すると、下電極輪２も重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図７のＳＴＥＰ４）。このとき、マッシュシーム溶接制御装置７３により、金属板５，６への押圧力を上下均等でかつマッシュシーム溶接に必要な押圧力になるように、加圧装置１０ａ，１０ｂが上下の電極輪１，２に付与する加圧力を制御する。

以後は、図６のＳＴＥＰ４〜５および図５Ａ〜図５Ｅに示すように、上下電極輪１，２は、加圧力制御の状態で、接合部終了端面（マッシュシーム溶接終了位置）まで溶接を継続する（図７のＳＴＥＰ４〜５）。この間の制御は本実施の形態の特徴として前述した通りであり、上下の電極輪１，２は押圧力バランス位置を取りながら、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６を上下対称に溶接する。図６のＳＴＥＰ５において、マッシュシーム溶接終了位置に到達する直前に、その時点での上下電極輪の位置を保持する位置保持制御に切替え、マッシュシーム溶接終了位置を通過させるように制御する（図７のＳＴＥＰ５）。

これにより、前述したように、接合部の上下で接合条件が均等化され、接合部の形状を対称化し、接合部段差部の応力集中係数の増大を抑制できる。また、接合部中心に対し点対称位置に形成される固相接合部Ｂ１，Ｂ２への入熱量を均等化させることができ、接合強度を向上させると共に、接合部の信頼性を向上することができる。

ここで、本発明のように、上電極輪１に加え、下電極輪２も加圧力制御で上下方向に移動するようにし、金属板５，６への押圧力を上下均等でかつマッシュシーム溶接に必要な押圧力になるように加圧力制御することで、新たな課題が発生する。

新たな課題は、金属板の剛性に対し、設定する押圧力が充分大きな場合には、接合開始時点で上下電極輪加圧位置が決まらず、接合材料が突き上げられ、接合を開始できないことである。この課題は、特に金属板の板厚が薄い場合に顕著になる。本実施例では、このような新たな課題を解決するために、接合開始端面の溶接時は下電極輪は位置保持制御として溶接を完了し、所望の材料剛性を得ることができた後に、金属板への押圧力を上下均等でかつマッシュシーム溶接に必要な押圧力になるように加圧力制御を行うこととした。これにより接合開始時点で上下電極輪加圧位置が決まらず、接合材料が突き上げられ、接合を開始できなくなる事態を防止できる。また、接合開始端面近傍の溶接が行われることで、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６の上下方向位置が定まるため、その後の溶接を安定して行うことができる。

上述した過程を以下のように要約する。
上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）を、電極輪の外周部の前記重ね合わせ部（Ｌ）側の端部位置が前記第１および第２把持装置の前記一方の電極輪（２）側の金属板把持面の延長面近傍の第１位置（パスライン位置）に設定し、他方の電極輪（１）を、電極輪の外周部の前記重ね合わせ部（Ｌ）側の端部位置が前記第１および第２把持装置の前記他方の電極輪（１）側の金属板把持面の延長面から離れた第２位置（待機位置）に設定し、前記上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）は、前記第１位置を保持する位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部（Ｌ）の接合端面に接触させて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は加圧力制御に切り換え、他方の電極輪（１）は、前記第２位置から前記重ね合わせ部（Ｌ）の金属板を加圧可能な位置（基準位置）に位置制御で移動しながら送り、更に、その位置を保持する位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪（２）と前記他方の電極輪（１）とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行う。

前述した課題を解決する本発明の第２の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の溶接過程を図９〜図１１Ｃと図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。

図９は、第２の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図であり、図１０はその一連の工程を示すフローチャートである。図１１Ａは、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図１１Ｂは、上下電極輪が金属板の接合開始端面との接触位置に下降したときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図１１Ｃは、上下電極輪が金属板の接合開始端面を押圧後の溶接開始直前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示している。

マッシュシーム溶接開始前は、図９のＳＴＥＰ１および図１１Ａに示すように、上下電極輪１，２は待機位置にある（図１０のＳＴＥＰ１）。上下電極輪１，２の待機位置は、共に、金属板５，６に接触しない位置である。図示しないが、下電極輪２の待機位置は、金属板５，６の材種および板厚によって、電極輪２の上面が、下金属板５の下面から、マッシュシーム溶接制御装置７３で予めた、重ね合わせた上部の金属板の板厚の１／２から接合部材料増厚量の１／２の範囲内となる位置（基準位置）であってもよい。

上位制御装置７１の溶接開始の指令に基づき、キャリッジフレーム駆動制御装置７２により、キャリッジフレーム９を接合進行方向に移動することで、上下電極輪１，２を接合進行方向へ移動する。上電極輪１は、接合進行方向へキャリッジフレーム９を移動すると同時に、図９のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に示すように、上電極輪１の下面を待機位置から下降させ、金属板５，６の接合開始端面において上電極輪１の下面が金属板表面と接触するように下降速度を調整する（図１０のＳＴＥＰ１〜２）。同時に、下電極輪２は、電極輪２の上面を待機位置から上昇させ、金属板５，６の接合開始端面において下電極輪２の上面が金属板表面と接触するように上昇速度を調整する。この上下電極輪１，２の速度調整は加圧装置１０ａ，１０ｂによる加圧力を変化させ電極輪１，２の位置を制御することにより行う。この状態で、キャリッジフレーム９を待機位置から接合開始端面まで移動する。これにより、接合開始端面における金属板による電極輪への傷つきや電極輪の摩耗を減少させることが可能となる。

上下の電極輪１，２が接合開始端面に到達後、次のようなタイミングで加圧力制御へ切り換える。

上電極輪１の下面と下電極輪２の上面は、図９のＳＴＥＰ２および図１１Ｂに示すように、接合部開始端面において、重ね合わせた金属板５，６を挟み込むような形で接触する。上電極輪１は、電極輪１と金属板５，６が接触すると同時あるいはその直後に、重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図１０のＳＴＥＰ２）。このとき、下電極輪２は、位置制御を継続するが、上昇速度が遅くなるよう位置制御の増分が変更される。図９のＳＴＥＰ２〜３および図１１Ｃに示すように、重ね合わせ部Ｌに加圧装置１０ａが上電極輪１を加圧することによる押圧力を作用させながら溶接（通電）を開始し、接合開始端面を溶接する（図１０のＳＴＥＰ２〜３）。この間、上電極輪１は加圧力制御により押圧力バランス位置へと移動する。下電極輪２は、基準位置（下金属板５の下面から、重ね合わせた上部の金属板の板厚の１／２から接合部材料増厚量の１／２の範囲内となる位置）へと移動する。

図９のＳＴＥＰ３において、接合開始端面の溶接が完了すると、下電極輪２も重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図１０のＳＴＥＰ３）。このとき、マッシュシーム溶接制御装置７３により、金属板５，６への押圧力を上下均等でかつマッシュシーム溶接に必要な押圧力になるように、加圧装置１０ａ，１０ｂが上下の電極輪１，２に付与する加圧力を制御する。

以後は、図９のＳＴＥＰ３〜４および図５Ａ〜図５Ｅに示すように、上下電極輪１，２は、加圧力制御の状態で、接合部終了端面（マッシュシーム溶接終了位置）まで溶接を継続する（図１０のＳＴＥＰ３〜４）。この間の制御の詳細は本実施の形態の特徴として前述した通りであり、上下の電極輪１，２は押圧力バランス位置を取りながら、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６を上下対称に溶接する。図９のＳＴＥＰ４において、マッシュシーム溶接終了位置に到達する直前に、その時点での上下電極輪の位置を保持する位置保持制御に切替え、マッシュシーム溶接終了位置を通過させるように制御する（図１０のＳＴＥＰ４）。

これにより、前述したように、接合部の上下で接合条件が均等化され、接合部の形状を対称化し、接合部段差部の応力集中係数の増大を抑制できる。また、接合部中心に対し点対称位置に形成される固相接合部Ｂ１，Ｂ２への入熱量を均等化させることができ、接合強度を向上させると共に、接合部の信頼性を向上することができる。

また、接合開始時点で上下電極輪加圧位置が決まらず、接合材料が突き上げられ、接合を開始できなくなる事態を防止できるとともに、接合開始端面近傍の溶接が行われることで、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６の上下方向位置が定まるため、その後の溶接を安定して行うことができる。

上述した過程を以下のように要約する。
上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）を、電極輪の外周部の前記重ね合わせ部（Ｌ）側の端部位置が前記第１および第２把持装置の前記一方の電極輪（２）側の金属板把持面の延長面から離れた第１位置（待機位置）に設定し、他方の電極輪（１）を、電極輪の外周部の前記重ね合わせ部（Ｌ）側の端部位置が前記第１および第２把持装置の前記他方の電極輪（１）側の金属板把持面の延長面から離れた第２位置（待機位置）に設定し、前記上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）は、電極輪を前記第１位置から加圧方向に移動させながら位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は加圧力制御に切り換え、他方の電極輪（１）は、電極輪を前記第１位置から加圧方向に移動させながら位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪（２）と前記他方の電極輪（１）とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行う。

前述した課題を解決する本発明の第３の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の溶接過程を図１２〜図１４Ｃと図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。

図１２は、第３の実施例におけるマッシュシーム溶接方法の電極輪待機位置から接合完了までの一連の工程を示す工程図であり、図１３はその一連の工程を示すフローチャートである。図１４Ａは、上下電極輪が待機位置にあるときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図１４Ｂは、上電極輪が基準位置に下降したときの電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図１４Ｃは、上下電極輪が金属板の接合開始端面を押圧後の溶接開始直前の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示している。

マッシュシーム溶接開始前は、図１２のＳＴＥＰ１および図１４Ａに示すように、上下電極輪１，２は待機位置にある（図１３のＳＴＥＰ１）。上電極輪１の待機位置は、金属板５，６に接触しない位置である。一方、下電極輪２の待機位置は、下電極輪２の支持部が下電極輪加圧装置であるシリンダ装置１０ｂのストロークエンド（機械固定端）に押し当てられた位置である。ここで、下電極輪２の上面位置は、下電極輪２の直径によって変化する。電極輪は、電極輪使用限界に至るまで、溶接による電極輪表面への疵付きおよび電極輪表面の偏摩耗による接合不良を抑制するために定期的に改削される。この改削により電極輪直径は小さくなる。図示の例は、下電極輪２の改削が少ない場合のものであり、電極輪直径が比較的大きく、その結果、下電極輪２の上面位置はパスラインを超えてその上方に突出している。下電極輪２の上面位置は、下電極輪２の支持部をシリンダ装置１０ｂのストロークエンド（機械固定端）に押し当てられることで、パスラインを超えた位置が保持されている。

但し、下電極輪２の改削に伴う電極輪直径の変化による下電極輪２の上面位置の変化を、シリンダ装置１０ｂの下部に備えたウォームジャッキ１２０（図１及び図２参照）で、常時補正することで、シリンダ装置１０ｂのストロークエンドに押し当てられた状態で、下電極輪２の上面位置を所望の位置、例えばパスライン位置に保持するようにしても良い。

上位制御装置７１の溶接開始の指令に基づき、キャリッジフレーム駆動制御装置７２により、キャリッジフレーム９を接合進行方向へ移動することで、上下電極輪１，２を接合進行方向へ移動する。上電極輪１は、接合進行方向へキャリッジフレーム９を移動すると同時に、図１２のＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に示すように、上電極輪１の下面を待機位置から基準位置に下降させる（図１３のＳＴＥＰ１〜２）。このとき、接合開始端面において上電極輪１の下面が金属板表面と接触するように下降速度を調整する。基準位置は、前述したとおり、下金属板５の上面位置から、重ね合わせた上部の金属板の板厚の１／２から接合部材料増厚量の１／２の範囲内の位置である。

上電極輪１が基準位置に到達した時点では、電極輪１，２はまだ金属板５，６の接合開始端面に接触していない。このときの送り方向の位置を中間位置という。

一方、図１４Ｂに示すように、下電極輪２においては、加圧力で電極輪２の支持部を機械固定端に押し付けることにより電極輪の上面位置が保持されている。また、図１２のＳＴＥＰ２に示すように、上電極輪１が基準位置に到達すると、その基準位置を保持する制御に切替え（図１３のＳＴＥＰ２）、この状態で、図１２のＳＴＥＰ２〜３に示すように、キャリッジフレーム９を更に接合開始端面まで移動する（図１３のＳＴＥＰ２〜３）。

上下の電極輪１，２が接合開始端面に到達後、次のようなタイミングで加圧力制御へ切り換える。

上電極輪１の下面と下電極輪２の上面は、図１２のＳＴＥＰ３に示すように、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６の接合部開始端面において、重ね合わせた金属板５，６を挟み込むような形で接触する。上電極輪１は、電極輪１と金属板５，６が接触すると同時あるいはその直後に、重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図１３のＳＴＥＰ３）。下電極輪２は、このとき、下電極輪２は、下電極輪２の支持部が機械固定端から押し下げられる位置制御に切替えられる。図１２のＳＴＥＰ３〜４および図１４Ｃに示すように、重ね合わせ部Ｌに加圧装置１０ａが上電極輪１を加圧することによる押圧力を作用させながら溶接（通電）を開始し、接合開始端面を溶接する（図１３のＳＴＥＰ３〜４）。この間、上電極輪１は加圧力制御により押圧力バランス位置へと移動する。下電極輪２は、位置制御で、基準位置（下金属板５の下面から、重ね合わせた上部の金属板の板厚の１／２から接合部材料増厚量の１／２の範囲内となる位置）へと移動する。

図１２のＳＴＥＰ４において、接合開始端面の溶接が完了すると、下電極輪２も重ね合わせ部Ｌに一定の押圧力を作用させる加圧力制御に切替える（図１３のＳＴＥＰ４）。このとき、マッシュシーム溶接制御装置７３により、金属板５，６への押圧力を上下均等でかつマッシュシーム溶接に必要な押圧力になるように、加圧装置１０ａ，１０ｂが上下の電極輪１，２に付与する加圧力を制御する。

以後は、図１２のＳＴＥＰ４〜５および図５Ａ〜図５Ｅに示すように、上下電極輪１，２は、加圧力制御の状態で、接合部終了端面（マッシュシーム溶接終了位置）まで溶接を継続する（図１３のＳＴＥＰ４〜５）。この間の制御の詳細は本実施の形態の特徴として前述した通りであり、上下の電極輪１，２は押圧力バランス位置を取りながら、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６を上下対称に溶接する。図１２のＳＴＥＰ５において、マッシュシーム溶接終了位置に到達する直前に、その時点での上下電極輪の位置を保持する位置保持制御に切替え、マッシュシーム溶接終了位置を通過させるように制御する（図１３のＳＴＥＰ５）。

これにより、前述したように、接合部の上下で接合条件が均等化され、接合部の形状を対称化し、接合部段差部の応力集中係数の増大を抑制できる。また、接合部中心に対し点対称位置に形成される固相接合部Ｂ１，Ｂ２への入熱量を均等化させることができ、接合強度を向上させると共に、接合部の信頼性を向上することができる。

また、接合開始時点で上下電極輪加圧位置が決まらず、接合材料が突き上げられ、接合を開始できなくなる事態を防止できるとともに、接合開始端面近傍の溶接が行われることで、重ね合わせ部Ｌの金属板５，６の上下方向位置が定まるため、その後の溶接を安定して行うことができる。

更に、第３の実施例においては、機械固定端（ストロークエンド）に下電極輪２の支持部を押し当てるように加圧した状態で接合を開始することで、初期荷重を電極輪２に付与することが出来るため、上下電極輪１，２が重ね合わせ部Ｌの金属板を挟み込み、上電極輪１からの押圧力が重ね合わせ部Ｌに作用する前後で、加圧力による位置制御で下電極輪２における重ね合わせ部Ｌに作用する荷重変動を大幅に抑えることができ、溶接開始時点の電極輪位置設定精度を確保できる。更には、接合開始端面の溶接が完了した直後に、下電極輪２側も加圧力制御に切替えられ、機械固定端に押し付けられた下電極輪２の支持部は、力のつりあいにより、機械固定端を離れ、上下電極輪加圧力が自動調整されることで、接合開始端面の溶接完了後は、溶接開始時点から重ね合わせ部Ｌに作用する上下の押圧力を均等化することができ、接合強度が向上すると共に、接合部の信頼性が向上する。

次に、本発明のマッシュシーム溶接方法を金属板の板厚が２ｍｍ以下の剛性の低い薄板に適用した場合について図１５Ａおよび図１５Ｂを用いて説明する。図１５Ａおよび図１５Ｂは上述した第３の実施例を金属板の板厚が２ｍｍ以下の剛性の低い薄板に適用した場合の電極輪と重ね合わせ部の金属板との位置関係を示し、図１５Ａは、上下の電極輪１，２が待機位置にあるときのもの、図１５Ｂは、上下の電極輪１，２が金属板との接触位置にあるときのものである。

前述したように、電極輪は、電極輪使用限界に至るまで、溶接による電極輪表面への疵付きおよび電極輪表面の偏摩耗による接合不良を抑制するために定期的に改削される。この改削により電極輪直径は小さくなり、それに応じて下電極輪２の上面の位置は下方に移動する。電極輪直径が小さくなり、下電極輪２の上面位置が下方に移動しても、溶接時に金属板に押圧力を付与できる位置を保持するために、未改削時の下電極輪２の上面位置をパスラインから金属板側に突出する位置にしておく必要がある。図１５Ａは、下電極輪２が未改削あるいは改削が少ない場合の上面位置を示したものであり、下電極輪２の加圧力制御でかつ電極輪２の支持部を機械固定端に押し付けることにより電極輪２の上面の位置は、金属板把持面の延長面から金属板側に突出する構成となる。

金属板の剛性が低い（薄板）場合には、前記の状態で、キャリッジフレーム駆動制御装置７２により、キャリッジフレーム９を接合進行方向へ移動することで、上下電極輪１，２を接合進行方向へ移動すると、図１５Ｂに示すように、接合開始端面において、下電極輪２で金属板を突き上げるなどの強制変位を付与することになり、金属板のたわみ量が大きく、材料の重ね代が十分取れずに、接合不良を発生させる要因となる。

したがって、接合する金属板の板厚が２ｍｍ以下のような剛性が低い（薄板）場合には、第３の実施例以外の接合方法を適用することが好適であり、特に、第１実施例の接合方法を適用することが好適である。

但し、下電極輪２の改削に伴う電極輪直径の変化による下電極輪２の上面位置の変化を、シリンダ装置１０ｂの下部に備えたウォームジャッキ１２０（図１及び図２参照）で、常時補正することで、シリンダ装置１０ｂのストロークエンドに押し当てられた状態で、下電極輪２の上面位置を所望の位置、例えばパスライン位置に保持するようにすれば、第３実施例も適用可能である。

図１６Ａ〜図１６Ｅは、薄板の金属板の接合に第１実施例の接合方法を適用した場合の図１５Ａ、図１５Ｂ、図５Ｃ〜図５Ｅと同様な図である。これらの図から分かるように、金属板が薄板の場合であっても、本発明を適用して好適に金属板を接合することができる。

なお、金属板が薄板の場合は、下電極輪については、マッシュシーム溶接開始後もパスライン位置を保持する位置制御の状態で、マッシュシーム溶接終了位置を通過させても、マッシュシーム溶接は可能である。

次に、２枚の金属板の板厚と、接合部と第１および第２の把持装置間の距離ＣＬとの関係について説明する。

剛性の高い厚みの厚い同士の材料を重ねる場合、下電極輪の加圧方向位置をパスラインに設定すると材料厚みに相当する強制変位を上金属板が受ける。上下電極輪の加圧方向位置を接合部中心に対し、対称に配置した場合には、材料厚みの2分の１の強制変位を低減することが可能となるが、把持装置との距離によっては、クランプ付け根部分から塑性変形する問題がある。また、塑性変形しない場合でも、電極輪押圧時、重ねあわせ部の傾斜角度が大きくエッジで電極輪に疵付く課題、あるいは電極輪の押圧力で接合部上下面を平行化しようとしても、材料剛性により平行化出来ない問題がある。

本発明者等は、重ね合わせ部と第１および第２の把持装置間の距離に着目し、検討を進め、数値解析および試験により、２枚の金属板の板厚に応じた重ね合わせ部と第１および第２の把持装置間の距離を確認し、上記課題を解決するに至った。なお、本明細書において、「重ね合わせ部と第１および第２の把持装置間の距離」とは、重ね合わせ部Ｌの中心と第１の把持装置７のクランプ板７ａ，７ｂ間の距離、および重ね合わせ部Ｌの中心と第２の把持装置８のクランプ板８ａ，８ｂ間の距離を意味するものとして使用する。

金属板の板厚と、重ね合わせ部と第１および第２の把持装置間距離との相関を、金属板の把持状態を、片持ち梁でモデル化して解いた。図１７は、その結果を示すものであり、金属板の材質を軟鋼と仮定し、材料が降伏しない金属板の板厚と重ね合わせ部と第１および第２把持装置間距離ＣＬの相関を示すものである。

図１７に示すように、板厚が厚い範囲までマッシュシーム溶接する場合には、重ね合わせ部と把持装置間の距離を長く取れば良い。これにより剛性の高い厚みの厚い金属板同士を重ねる際に、金属板の厚みの2分の１の強制変位を受けた場合でも、把持装置で把持している部分から塑性変形が起こらない。その結果として、接合強度を安定化させ、接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保できる。接合試験により確認した結果、好適には、金属板の厚みが２ｍｍ以上３ｍｍ未満で距離は６０ｍｍ以上、３ｍｍ以上４ｍｍ未満で９０ｍｍ以上、４ｍｍ以上６ｍｍ以下で１２０ｍｍ以上であれば、接合強度が安定化することを確認した。

以上の検討結果に基づき、本実施の形態では、重ね合わせ部Ｌと第１および第２把持装置７，８間のそれぞれの距離ＣＬを同一とし、金属板５，６の厚みに応じて前記距離ＣＬを調整する。これにより重ねあわせ部Ｌの形状を対称化することが出来、また２ｍｍ以上の剛性の高い厚みの厚い金属板同士を重ねる際でも、重ね合わせによる材料の強制変位に対し、塑性変形が起こらないように設定できる。また、少ない電極輪１，２への押圧力で接合部上下面を平行化できる。

これにより、接合強度を安定化させ、接合部の段差勾配を低減し、高い接合強度を確保できる。

次に、２枚の金属板の板厚と電極輪の駆動トルクとの関係について説明する。
金属板の厚みが厚くなった場合には、上下電極輪による圧下量が増えるため、電極輪に必要とされる駆動トルクが金属板の厚みに応じて増加する。通常、電極輪には、エアーモータ等によるトルク駆動により、一定のトルクを補助的に供給する。しかしながら、接合する金属板の板厚範囲が広い場合には、板厚に応じて供給するトルクを変更しなければ、接合に必要な電極輪駆動トルクに過不足が生じる。

本実施の形態では、上下一対の電極輪１，２を電動モータ６３，６４で積極的に駆動させ、金属板５，６の厚みに応じて、電動モータ６３，６４の駆動トルクを制御する。これにより、接合部上下面に所望の圧延動力を与えることが可能となり、駆動力不足による接合不良や接合部強度が低下する問題を解決し、接合部の信頼性を向上させることが出来る。また、電極輪の摩耗などの問題を解決できる。

次に、上下の加圧ローラを互いに傾斜（クロス）して接合部を加圧するクロス圧延技術について説明する。

接合する金属板の厚みが厚くなるに従い、接合部と母材間の段差が大きくなる。段差寸法が大きくなるに従い、これらの段差は応力集中箇所となり、溶接継手強度弱める問題がある。

前述したように、本発明では、重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように制御することで、接合部の段差を低減し、高い接合強度と信頼性を確保することができる。しかし、接合する金属板の厚みが厚くなるに従い、ある程度、接合部の厚みが厚くなることは避けられない。本実施の形態では、上下の加圧ローラ３，４を互いに傾斜（クロス）して接合部を加圧することで、接合部の段差を平滑化し、段差を更に低減することができる。

まず、傾斜角度の設定について説明する。

加圧ローラ３，４の軸芯の傾斜角度は固定でもよいが、好ましくは任意の角度に変更可能とする。図１８は、その場合の加圧ローラの傾斜装置を示す図である。なお、図示の煩雑さを避けるため、加圧ローラを回転駆動する電動モータおよびチェーンおよびスプロケット機構の図示は省略している。

図１８において、加圧ローラ用加圧装置１１ａには傾斜装置２７が設けられ、傾斜装置２７を作動させることで加圧ローラ３の軸芯の傾斜角度は水平面内で任意の角度に設定可能である。傾斜装置２７は種々の方式を取り得るが、図示の例では、電動駆動方式である。すなわち、傾斜装置２７は、加圧ローラ用加圧装置１１ａの上端に設けられ、キャリッジフレーム９の上水平フレーム９ａに回転可能に挿入された回転軸８１と、この回転軸８１をピニオン８２，８３を介して回転駆動する電動モータ８４とを備え、電動モータ８４は傾斜角度制御装置８５により制御される。図示はしないが、傾斜装置２７は設定後の傾斜角を保持するためのロック装置を備えている。

また、傾斜装置２７は、加圧ローラ３の傾斜角度を検知するための角度センサ８６を備え、傾斜角度制御装置８５は接合開始前に上位制御装置７１から平滑化すべき段差量に応じて角度情報を入手して設定し、角度センサ８６の信号を用いて加圧ローラ３の傾斜角度が設定角度に一致するように電動モータ８４を駆動制御する。その場合、段差量と加圧ローラ３の傾斜角度との関係は、事前に接合する材料の厚みから制御モデルを構築しておき、これら制御モデルから上位制御装置７１においてデータベースを構成し、上位制御装置７１から設定すべき角度を随時与える。これにより段差量に応じ、適宜最適な傾斜角を容易に設定出来るとともに、接合材料の異厚範囲の広い接合装置を提供出来る。角度センサ８６は図示の如く回転軸８１の回転角度を検出するものであってもよいし、電動モータ８４の回転角度を検出するエンコーダであってもよい。

図示はしないが、下加圧ローラ４の加圧装置１１ｂ側も、同様の構成を備えている。

なお、段差量は、電極輪１，２による溶接後に例えば前述したレーザ距離計７５等の検出手段で計測し、この段差量の計測値からデータベースの設定情報に基づいて設定すべき角度を与え、リアルタイムで傾斜角度を制御してもよい。

上下一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させることにより、溶接線直角方向の塑性流動（メタルフロー）が促進される作用の詳細を図１９を用いて説明する。

図１９は、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜して接合部Ｊを圧延する場合の接触孤長内でのメタルフローを示す図であり、一例として、上加圧ローラ３の場合を示している。

図中、Ａは加圧ローラ３の進行方向（圧延方向）を示す矢印であり、Ｘは進行方向Ａ上にある接合部Ｊの溶接線（接合線）を仮想的に示す直線であり、Ｙは溶接線Ｘに直交する直線である。また、４５は加圧ローラ３の軸芯直角方向の幅方向中央部を通る直線であり、αは加圧ローラ３の傾斜角度（溶接線Ｘと上加圧ローラ３の軸芯直角方向の直線４５とのなす角度）である。更に、４６は加圧ローラ３が接合部Ｊに接触する接触孤長部分であり、Ｒは接触孤長部分４６における加圧ローラ３の速度ベクトルであり、Ｒ１は速度ベクトルＲの溶接線Ｘの方向の成分であり、Ｒ２は速度ベクトルＲの溶接線Ｘに直角方向の成分である。

図１９に示すように加圧ローラ３の軸芯１５を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して水平面内で傾斜させて加圧ローラ３を接合部Ｊに押し付けながら積極的に回転駆動すると、加圧ローラ３と接合部Ｊ間の押圧力および摩擦係数により、接合部Ｊとの接触孤長部分４６に溶接線Ｘに直角方向の速度ベクトル成分Ｒ２に対応した摩擦力が作用し、接合部Ｊにはその摩擦力に対応した溶接線Ｘに直交する方向の剪断力１４（図２０Ａ〜２６Ｂ参照）が作用し、接合部Ｊに速度ベクトル成分Ｒ１の方向（溶接線Ｘに平行な方向）のメタルフローだけではなく速度ベクトル成分Ｒ２の方向（溶接線Ｘに直角方向）のメタルフロー、すなわち剪断力１４による剪断変形による溶接線Ｘに直角方向の塑性流動が生じる。この溶接線Ｘに直角方向の剪断変形ないしは塑性流動により接合部Ｊの段差Ｓを平滑化することが出来る。

上下一対の加圧ローラ３，４を傾斜させる角度αの向きは２種類設定可能である。
第１の設定方法は、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５，６の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる場合である。言い換えれば、金属板５，６の接合部Ｊの内、接合部Ｊの段差Ｓを起点として厚みが厚い側（接合部Ｊのうち加圧ローラ３，４が最初に接触する材料部分）に位置する加圧ローラ３，４の軸端が接合部Ｊの圧延方向Ａに向くよう、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させる。この場合は、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓから加圧ローラ３，４が最初に接触した金属材料が係わる金属板５，６の存在する方向に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながら段差部を圧延し平滑化する。なお、このとき、接合部Ｊから加圧ローラ３，４には剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。言い換えれば、接合部Ｊにスラスト力１３の反力が剪断力１４として作用する。

第２の設定方法は、図２１Ａおよび図２１Ｂに示すように、第１の設定方法と比較し、加圧ローラ３，４を逆向きに傾斜させることである。すなわち、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５，６の存在する方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる場合である。言い換えれば、金属板５，６の接合部（マッシュシーム溶接部）Ｊの内、接合部Ｊの段差Ｓを起点として厚みが薄い側（接合部Ｊのうち加圧ローラ３，４が最初に接触しない材料部分）に位置する加圧ローラ３，４の軸端が接合部Ｊの圧延方向Ａに向くよう、加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を傾斜させる。この場合は、金属板５，６の接合部Ｊの段差Ｓから加圧ローラ３，４が最初に接触した金属材料が係わる金属板５，６の存在する方向と反対方向に上記速度ベクトル成分Ｒ２に対応した剪断力１４が作用し、同方向の溶接線直角方向に剪断変形を付与しながら段差部を圧延し平滑化する。このときも、接合部Ｊから加圧ローラ３，４には剪断力１４と反対方向の力がスラスト力１３として作用する。

本実施の形態では第１の設定方法を採用する。その理由は下記の通りである。

上下一対の加圧ローラ３，４を第２の設定方法により傾斜させても段差Ｓは剪断力１４により塑性流動を受け、平滑化することが出来る。しかし、この場合は、図２１Ｂに示すように段差Ｓの部分が母材に折り込まれ、段差Ｓが亀裂状に母材に埋没する新たなる課題が発生する。単に接合部Ｊの表面性状が平滑のものが必要であり、かつ強度を必要としない部位に適用する場合は問題ないが、応力が作用する部位に適用する場合並びにテーラードブランクのようにプレス成形されるような塑性加工用途では、埋没した段差の先端部が特異応力場となり、破損の原因になる。したがって、好適には加圧ローラ３、４を傾斜させる向きは、図２０Ａおよび図２０Ｂに示すとおり、一対の加圧ローラ３，４の進行方向部分３Ａ，４Ａが水平面内で、加圧ローラ３，４が最初に接触する金属材料が係わる金属板５，６の存在する方向と反対方向を向くように、一対の加圧ローラ３，４の軸芯１５，１６を溶接線Ｘに直交する直線Ｙに対して、各々傾斜させる向きであり、この場合は図２０Ｂに示すように段差Ｓを亀裂状に母材に埋没させることなく接合部段差を平滑化することが出来、接合部の品質が向上する。

加圧ロール３，４の軸芯１５，１６の傾斜角度αは段差Ｓの大きさ（段差量）に応じて設定する。定性的には、段差量が小さい場合には傾斜角度αを小さく設定し、段差量が大きくなるほど傾斜角度αを大きく設定する。図１９に示したように、上加圧ロール３の軸芯１５の傾斜による剪断変形は上加圧ローラ３と材料間の接触孤長部分４６内で、傾斜角度αにより支配されるため、平滑化すべき段差量に応じて設定する傾斜角度αを適宜調整する。金属板５，６の厚みの異なる材料を接合した場合には、マッシュシーム溶接部Ｊの段差量は表裏面で異なるが、上述の如く段差量に見合った上加圧ロール３の傾斜角度αに設定することで、段差を平滑化することが出来る。図を用いて説明はしないが、傾斜角度αを付与した下加圧ローラ４による圧延状態も同様であり、下加圧ローラ４の傾斜角度αを下側の段差量に応じて設定する。

１：上電極輪
２：下電極輪
３：上加圧ローラ
４：下加圧ローラ
５：金属板
６：金属板
７：入側クランプ装置
８：出側クランプ装置
９：キャリッジフレーム
１０ａ，１０ｂ：電極輪加圧装置
１１ａ，１１ｂ：加圧ローラ加圧装置
１３：剪断力
１４：スラスト力
１５：上加圧ローラ軸芯
１６：下加圧ローラ軸芯
２７：加圧ローラ傾斜装置
４５：加圧ローラ軸芯直角方向直線
４６：接触孤長部分
５４：支持ローラ
５５：台板
５７：キャリッジフレーム駆動用のシリンダ装置
６１，６２：電動モータ
６３，６４：電動モータ
６７，６８：チェーンおよびスプロケット機構
７１：上位制御装置
７２：キャリッジフレーム駆動制御装置
７３：マッシュシーム制御装置
７４：加圧ローラ制御装置
７５：レーザ距離計
７５：クランプ制御装置
８１：回転軸
８２，８３：ピニオン
８４：電動モータ
８５：傾斜角度制御装置
８６：角度センサ
１０１：ピン（支点）
１０２ａ，１０２ｂ：架台
１０３ａ，１０３ｂ：ホルダ
１０４：シリンダ装置
１０５ａ，１０５ｂ：ベース
１０６ａ，１０６ｂ：シリンダ装置
１１０：把持装置傾斜装置
１１１ａ，１１１ｂ：把持装置移動装置
１２０，１２１：ウォームジャッキ
ＣＬ：重ね合わせ部と第１および第２把持装置間距離
Ｇ：隙間
Ｌ：重ね合わせ部
Ｊ：接合部
Ａ：進行方向（圧延方向）
Ｘ：溶接線（接合線）
Ｙ：溶接線直角方向
Ｒ：接触孤長部分における加圧ローラの速度ベクトル
Ｒ１：速度ベクトルＲの溶接線Ｘの方向の成分
Ｒ２：速度ベクトルＲの溶接線Ｘに直角方向の成分
α：傾斜角度

Claims (11)

1. ２枚の金属板（５，６）をそれぞれ第１および第２把持装置（７，８）で把持し、前記２枚の金属板（５，６）の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部（Ｌ）を上下一対の電極輪（１，２）で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接方法において、
   前記上下一対の電極輪が前記重ね合わせ部の接合端面に接触した後、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は位置制御で送り、他方の電極輪は加圧力制御で送って前記重ね合わせ部の接合端面を接合し、
   前記重ね合わせ部の接合端面の接合後、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とも加圧力制御に切り換え、かつこの加圧力制御において、
   前記重ね合わせ部（Ｌ）を前記溶接電流を流しながら連続的に溶接している間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記上下の電極輪（１，２）に付与する加圧力を制御することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
2. 請求項１に記載のマッシュシーム溶接方法において、前記２枚の金属板（５，６）の厚みを２ｍｍ以上としたことを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
3. 請求項１または２に記載のマッシュシーム溶接方法において、
   前記上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させて溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は加圧力制御に切り換え、
   他方の電極輪（１）は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、
   前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪（２）と前記他方の電極輪（１）とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行うことを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
4. 請求項１または２に記載のマッシュシーム溶接方法において、
   前記上下一対の電極輪（１，２）のうちの一方の電極輪（２）は、加圧力で電極輪の支持部を機械固定端に押し付けることにより電極輪の位置を保持した状態で、電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触した後は、位置制御で前記電極輪の位置を制御しながら溶接を開始し、前記接合端面が溶接された後は前記重ね合わせ部に一定の押圧力を付与する加圧力制御に切り換え、
   他方の電極輪（１）は、位置制御で電極輪を送って前記重ね合わせ部の接合端面に接触させ、電極輪が前記接合端面に接触すると同時或いはその直後に加圧力制御に切り替えて溶接を開始し、
   前記接合端面が溶接された後は、前記一方の電極輪（２）と前記他方の電極輪（１）とを同期して送り、かつその送りの間、前記重ね合わせ部に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記加圧力制御を行うことを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマッシュシーム溶接方法において、
   前記重ね合わせ部（Ｌ）と前記第１および第２把持装置（７，８）間のそれぞれの距離を同一とし、前記金属板（５，６）の厚みに応じて前記距離を調整することを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマッシュシーム溶接方法において、
   前記上下一対の電極輪（１，２）を積極的に駆動させ、かつ前記金属板（５，６）の厚みに応じて前記電極輪（１，２）の駆動トルクを変化させるトルク制御を行うことを特徴とするマッシュシーム溶接方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のマッシュシーム溶接方法において、
   前記２枚の金属板（５，６）を接合した後、前記金属板の接合部（Ｊ）を上下一対の加圧ローラ（３，４）で圧延する圧延工程を備え、
   前記圧延工程において、前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合部（Ｊ）の接合線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して水平面内で傾斜させ、前記一対の加圧ローラを積極的に駆動しながら前記接合部の段差（Ｓ）を前記加圧ローラ（３，４）の進行方向（Ａ）に圧延することを特徴とする金属板の接合方法。
8. ２枚の金属板（５，６）をそれぞれ第１および第２把持装置（７，８）で把持し、前記２枚の金属板（５，６）の端部を重ね合わせ、その重ね合わせ部（Ｌ）を上下一対の電極輪（１，２）で加圧し、溶接電流を流しながら連続的に溶接し、前記２枚の金属板を接合するマッシュシーム溶接装置において、
   前記上下の電極輪（１，２）のそれぞれに加圧力を付与する上下の加圧装置（１０Ａ，１０Ｂ）と、
   前記上下一対の電極輪が前記重ね合わせ部の接合端面に接触した後、前記上下一対の電極輪のうちの一方の電極輪は位置制御で送り、他方の電極輪は加圧力制御で送って前記重ね合わせ部の接合端面を接合し、前記重ね合わせ部の接合端面の接合後、前記一方の電極輪と前記他方の電極輪とも加圧力制御に切り換え、かつこの加圧力制御において、前記重ね合わせ部（Ｌ）に作用する上下の押圧力が等しくなるように前記上下の加圧装置が前記上下の電極輪に付与する加圧力を制御する制御装置（７３）とを備えることを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
9. 請求項８に記載のマッシュシーム溶接装置において、
   前記上下の加圧装置（１０Ａ，１０Ｂ）は、油圧または空圧シリンダ装置であることを特徴とするマッシュシーム溶接装置。
10. 請求項８または９に記載の記載のマッシュシーム溶接装置において、
    前記重ね合わせ部（Ｌ）と前記第１および第２把持装置（７，８）間のそれぞれの距離を調整する距離調整機構（１１１ａ，１１１ｂ）を更に備え、
    前記重ね合わせ部（Ｌ）と前記第１および第２把持装置（７，８）間のそれぞれの距離を同一とし、前記金属板（５，６）の厚みに応じて前記距離を調整することを特徴とするマッシュシーム機。
11. 請求項８〜１０に記載のマッシュシーム溶接装置において、
    前記２枚の金属板（５，６）を接合した後、前記金属板の接合部（Ｊ）を上下一対の加圧ローラ（３，４）で圧延する加圧ローラ用加圧装置（１１）を備え、
    前記一対の加圧ローラ（３，４）の軸芯（１５，１６）を前記接合部（Ｊ）の接合線（Ｘ）に直交する直線（Ｙ）に対して互いに水平面内で傾斜させたことを特徴とするマッシュシーム溶接装置。

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