(57)【要約】【課題】本発明は、金属薄板を電磁溶接する方法及び磁束発生用コイルに関する。従来の方法でシーム溶接した場合、シーム溶接幅を、エネルギー効率良く、広げることができなかった。これを改良した電磁溶接方法及び磁束発生用コイルを提供する。【手段】高密度磁束５を、アルミニウム薄板３に、接近させ二並列に加え、金属薄板４へ高速で衝突させる。このとき発生する金属ジェット７ａ同士を衝突させる。この状態で電磁溶接すれば、エネルギー効率良く、シーム溶接幅を広げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を設けて重ねた良導電性の金属薄板に、高密度磁束を急激に加え、金属薄板に発生する渦電流と電磁力を利用して、金属薄板を高速で変形、衝突させ、発生する金属ジェットでこの部分の接合面を清浄化させながら溶接する電磁溶接方法において、
高密度磁束を接近させ、複数、並列に加え、金属薄板を複数カ所で高速衝突させ、接近して発生する金属ジェット同士を衝突させながら溶接することを特徴とする電磁溶接方法。
【請求項２】
良導電性の金属板を加工して電源から行きの電流を流すための幅が狭い電流集中部を設け、帰りの電流を流すための幅の広い部分を残りの部分に設ける電磁溶接用の板状コイルにおいて、
請求項１に記載の金属ジェット同士の衝突を実現する以下のように構成された磁束発生用コイル。
（１）電流集中部を接近させ、複数、並列に設ける。
（２）各電流集中部の幅を２〜５ｍｍとする。
（３）各電流集中部の間隔を１〜２ｍｍとする。
（４）各電流集中部の間を、ステンレス鋼、高張力鋼など電流集中部の材質に比べ導電率が悪く、耐衝撃性のある金属材で凹凸なく埋める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、アルミニウム、銅など良導電性の金属薄板へ高密度磁束を急激に加え、この金属薄板を他の各種金属薄板へ高速衝突させて電磁溶接する方法に関する。電磁溶接は金属薄板を溶かさず固相のまま溶接するので電磁圧接とも呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】  アルミニウムなど良導電性の薄板を容易に電磁溶接する方法として、本発明者が開発した電磁溶接法がある（特許文献１）。この電磁溶接法では、例えば、図４のように一枚の銅板などに２本の溝を加えＥ字状形に加工した磁束発生用コイル２を用い、銅板の幅が狭く細長い中央部分２ａを行きの電流用、その両側の幅の広い周辺部分２ｂを帰りの電流用として、電源からパルス大電流を往復して流す。コイル中央部分２ａを電流集中部とし、ここに高密度磁束を発生させる。【０００３】  高密度磁束が発生するコイル上に重ね置かれたアルミニウムなどの薄板は、発生する渦電流による発熱と発生する電磁力で、コイル中央部分２ａに沿って連続してシーム状に溶接される。コイルと薄板の間は絶縁される。溶接される部分は、コイル中央部分の幅と概ね等しい間隔の二直線状にシーム溶接される。  ただし、薄板の端部では、二直線が曲線でつながるように閉じて溶接される（非特許文献１）。【０００４】  コイル上に重ね置かれたアルミニウムなどの薄板間に約１ｍｍの間隙を設けて電磁溶接すると、両薄板は２００ｍ／ｓ以上の高速度で衝突する。  このとき，金属ジェットが二カ所に発生し接合面が清浄化され，エネルギー効率良くシーム溶接される（非特許文献１）。金属ジェットの発光は１〜３ｍｍの範囲で生じるが、金属ジェット同士は衝突しない（非特許文献１）。【０００５】  電磁溶接により二直線状にシーム溶接される各接合部分（一本）の幅（以下、シーム溶接幅）は、概ね０．５〜１ｍｍである。このシーム溶接幅を広くするには、溶接に必要な電源エネルギーを大きくすればよい。しかし、この溶接幅の増加は１ｍｍ程度で飽和状態となり、増加は非常に少ない。【０００６】  電源エネルギーが大きすぎると、アルミニウム薄板自身が溶融することもある。さらに、磁束発生用コイルに流せる電流及び使用回数には制限がある。これらの点から電源エネルギーに制限がある。【０００７】  また、両薄板が高速度で衝突するときの衝突角度が適当な範囲のときに溶接し、この角度が急に変化すると、シーム溶接幅が広くならないと考えられる。この考えは、電磁溶接される部分が、コイル中央部分（電流集中部）の幅と概ね等しい間隔の二直線状にシーム溶接されることを説明している。【０００８】  以上の理由から、電磁溶接のシーム溶接幅は概ね０．５〜１ｍｍに制限されている。この溶接幅を広くできれば、接合部分の電気抵抗を低減できるとともに機械的強度も安定する。この溶接幅を広げる新技術、工夫が求められている。【０００９】  なお、電磁溶接法では、二並列にシーム溶接することも可能である（非特許文献２、非特許文献３）。金属ジェットは四カ所に発生する。この場合も、シーム溶接幅は概ね０．５〜１ｍｍであった。ここで、金属ジェット同士を衝突させることは、報告も示唆もされていない。
【特許文献１】特許第３７５１１５３号
【非特許文献１】相沢友勝  「金属薄板の電磁シーム溶接」，溶接学会誌，７７巻８号（２００８）ｐ．７１８−７２１
【非特許文献２】相沢友勝ほか  「電磁圧接による金属薄板の並列シーム溶接」，平成２３年度塑性加工春季講演会講演論文集，（２００８）ｐ．２２５−２２６
【非特許文献３】相沢友勝ほか  「電磁圧接による導電接続用アルミニウムおよび銅薄板の並列シーム溶接」，電子情報通信学会技術研究報告，１１２巻１４３号（２０１２）ｐ．２５−３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  電磁溶接によるシーム溶接幅を広げ、接合部分の電気抵抗を低減させるとともに機械的強度を安定させる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  請求項１に示すように、電磁溶接するとき発生する金属ジェットを接近させ複数並列に発生させ、これら金属ジェット（発光する部分）７ａ同士を図１のように衝突させる。金属ジェットの衝突部分は衝突角度が比較的に緩やに変化する。この部分では、金属ジェットが比較的に長時間閉じ込められ、高温状態が続く。金属ジェットを衝突させ、以上のような状態で電磁溶接すれば、エネルギー効率良く、シーム溶接幅が広くなる。【００１２】  金属ジェット（発光する部分１〜３ｍｍ）同士を衝突させるためには請求項２に示す以下のように構成されるコイルを使用する。【００１３】（１）板厚３〜５ｍｍの銅板などを加工して電源からの行きの電流を流すための幅が狭いコイル中央部分を電流集中部として設け、帰りの電流を流すための幅の広い部分を残りの部分に設ける。【００１４】（２）電流集中部を接近させて複数並列に設ける。【００１５】（３）各電流集中部の幅を２〜５ｍｍとする。【００１６】（４）各電流集中部の間隔を１〜２ｍｍとする。【００１７】（５）電流集中部の間をステンレス鋼など電流の流れにくい金属板で凹凸なく埋める。【００１８】  本発明は、以上の手段を基に、実験を繰り返し、重ねたアルミニウムなどの金属薄板をシーム状に電磁溶接し、シーム溶接幅を、エネルギー効率良く、広くできる金属ジェット同士を衝突させることを特徴とする電磁溶接法を発明した。
【発明の効果】
【００１９】  請求項１記載の発明を利用すると、これまで困難であったシーム溶接幅を広くすることができる。条件によっては、金属ジェット７ａ近くのシーム溶接幅（二カ所）は、互いに重なり一体化し、シーム溶接幅は３〜４ｍｍになる。これらはアルミニウム、銅などシート状導電材溶接部分の電気抵抗を低減させるとともに機械的強度を安定させる効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下に本発明の実施の形態を添付図面（図１〜図３）に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】  図２は、金属ジェット同士を衝突させるため用いる請求項２に示す磁束発生用コイル１の斜視概略図である。一枚の銅合金板に３本の溝を加えた形状である。電流は、二並列で接近した幅の狭いコイル中央部分（電流集中部）１ａに流入し、幅の広い周辺部分１ｂから流出する。これらコイル中央部分１ａには、それぞれ高密度磁束５が発生する。【００２２】  典型的なコイル１の板厚は３ｍｍ、二つの電流集中部の間隔は２ｍｍ、各電流集中部の幅は３ｍｍであり、二つの電流集中部の間は同じ厚さのステンレス鋼８で埋められる。コイル中央部分１ａと周辺部分１ｂの間隔は約５ｍｍで、これらの間は同じ厚さのガラスエポキシ樹脂などの絶縁材９で埋められる。【００２３】  前記コイル１をポリイミドなどのシート１０で絶縁し、この上に、約１ｍｍの間隙を設けて重ねたアルミニウム薄板３及び金属薄板（銅薄板）４を置き、両薄板をコイル１と共に固定する。ここで、アルミニウム薄板３をコイル１側に配置する。このときの状態（断面）を図３に示す。【００２４】  静電容量２４μＦ、充電エネルギー２〜３ｋＪのコンデンサ電源から前記状態のコイル１（１ａ、１ｂ）へ放電電流を流すと、コイルには最大値２００ｋＡ以上のパルス大電流が、５０μｓ以下の短時間流れる。コイルの中央部分１ａには、高密度の磁束５が急激に発生し、アルミニウム薄板３（板厚０．２〜０．３ｍｍ）に交差する。【００２５】  この結果、アルミニウム薄板３はコイル中央部分（電流集中部）１ａに沿って強い電磁力を受け、変形しながら、図１のように金属薄板４に衝突する。衝突直後から金属ジェット７ａ、７ｂが発生する。内側で発生する金属ジェット７ａ同士は、二つの電流集中部の間隔を２ｍｍに選ぶと衝突する。図１で、コイル周辺部分１ｂ、絶縁材９、絶縁シート１０などは省略されている。【００２６】  内側で発生する金属ジェット７ａ近くのアルミニウム薄板は、衝突直後、弱い電磁力で金属薄板（銅薄板）４に接近する（移動する）。これに対し、コイル中央部分１ａから離れた外側のアルミニウム薄板は、働く電磁力が非常に弱いため、金属薄板４に接近しない（移動しない）。【００２７】  金属ジェット７ａ近くのアルミニウム薄板は、衝突時の衝突角度が比較的に緩やに変化する。この部分では、アルミニウム薄板が、衝突直後、金属薄板４に接近するので、金属ジェットが比較的に長時間閉じ込められ、高温状態が続く。以上のような状態で電磁溶接すれば、エネルギー効率良く、シーム溶接幅が広くなると言える。【００２８】  実際に並列シーム溶接された両薄板のシーム溶接方向に垂直方向断面を研磨して顕微鏡で観察した。金属ジェット７ａ近くのシーム溶接幅は、金属ジェット７ｂ近くのシーム溶接幅（従来のシーム溶接幅に等しい）に比べ約２倍以上であった。詳細については、「電磁圧接による接近並列シーム溶接」と題して溶接学会秋季全国大会（２０１２年９月）で発表される。【００２９】  二つの電流集中部の間を埋めるステンレス鋼８について追加説明する。ステンレス鋼８は電流集中部の材質（銅合金）に比べ電流が流れにくい、衝撃力に強いなどの理由で選ばれる。ステンレス鋼８を電流集中部の中央を埋めると、電流集中部全体の変形が抑えられ、��久性が増加する。ステンレス鋼の外に高張力鋼、ニッケルなどでも良い。ステンレス鋼８に換え絶縁材にすると、強い衝撃力で変形やひび割れする恐れがある。
【実施例２】
【００３０】  間隙を設けて重ねたアルミニウム薄板３同士を実施例１と同様にシーム溶接すると、電源エネルギーなどの条件により、金属ジェット７ａ近くのシーム溶接幅（二カ所）は、互いに重なり一体化する。電流集中部の間隔を２ｍｍとすると、この一体化した部分のシーム溶接幅は３〜４ｍｍである。この値は従来のシーム溶接幅（約１ｍｍ）に比べ３倍以上である。【００３１】  金属ジェット７ａ近くのシーム溶接幅（二カ所）が互いに重なり一体化する理由は、接近した金属ジェット７ａ同士が衝突するからである。比較的に融点の低いアルミニウム薄板同士で可能である。一体化した部分に溶融部分が含まれると考えられる。
【実施例３】
【００３２】  磁束発生用コイル中央部分（電流集中部）の構造を変更し、並列数を増加すれば、３並列以上のシーム溶接も可能である。金属ジェットが衝突する各部分でシーム溶接幅がそれぞれ広がる。この場合、並列するコイル中央部分の全体幅をなるべく狭くするため、電流集中部の間隔は１ｍｍ、各電流集中部の幅を２ｍｍとすると良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  アルミニウム薄板が金属薄板へ衝突した直後の状態であり、本発明の実施例１を示す断面概略図である。
【図２】  本発明の実施例１を示す磁束発生用コイルの斜視概略図である。
【図３】  アルミニウム薄板及び金属薄板をコイル上に固定した状態であり、本発明の実施例１を示す断面概略図である。
【図４】  従来の磁束発生用コイルの斜視概略図である。
【符号の説明】
【００３４】１    本発明の磁束発生用コイル
１ａ  本発明のコイル中央部分（電流集中部）
１ｂ  本発明のコイル周辺部分
２    従来の磁束発生用コイル
２ａ  従来のコイル中央部分（電流集中部）
２ｂ  従来のコイル周辺部分
３    アルミニウム薄板（被溶接材）
４    金属薄板（被溶接材）
５    磁束
６    固定板
７ａ  内側で発生する金属ジェット
７ｂ  外側で発生する金属ジェット
８    ステンレス鋼
９    絶縁材
１０  絶縁シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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