(57)【要約】【課題】放電電流の波形に与える影響を軽減して電流測定することが可能な電磁圧接装置用電流測定装置を提供する。【解決手段】電磁圧接装置１０は、接合対象となる金属が重ねて配置される電流集中部２１を有する放電回路２０と、放電回路２０に電気エネルギーを供給する電源供給回路３０とを備え、電流集中部２１に流れた電流によって磁界を発生させて接合対象となる金属同士を接触させることにより金属同士を接合するものである。電磁圧接装置用電流測定装置１は、この放電回路２０中に流れる電流を測定するものであって、放電回路２０に流れる電流を測定する電流測定機２と、一端及び他端が電流測定機２に接続された屈曲性を有する電線３とを備え、電線３は放電回路２０の周囲に巻き付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合対象となる金属が重ねて配置される電流集中部を有する放電回路と、前記放電回路に電気エネルギーを供給する電源供給回路とを備え、前記電流集中部に流れた電流によって磁界を発生させて接合対象となる金属同士を接触させることにより金属同士を接合する電磁圧接装置の前記放電回路中に流れる電流を測定する電磁圧接装置用電流測定装置であって、
前記放電回路に流れる電流を測定する電流測定機と、
一端及び他端が前記電流測定機に接続された屈曲性を有する電線と、を備え、
前記電線は、前記放電回路の周囲に巻き付けられている
ことを特徴とする電磁圧接装置用電流測定装置。
【請求項２】
巻き付けられた前記電線の輪の内側には前記電流集中部が位置している
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁圧接装置用電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁圧接装置用電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサに貯めた電気エネルギーを放電回路に放出し、放電回路中の電流集中部において磁界変化を発生させて金属に電磁力を作用させ、金属同士を衝突させることにより接合する電磁圧接装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、電磁圧接装置は、金属同士を接合するために金属に作用する電磁力や金属同士の衝突タイミングを最適化しようとしている。金属に作用する電磁力や金属同士の衝突タイミングは、放電回路中を流れる電流の時間変化、最大電流値、及び放電波形の周期等の電流波形に大きく依存する。このため、放電回路を流れる電流のモニタリングの重要度は非常に大きいものとなる。
【０００５】
また、放電回路に流れる電気エネルギーは莫大であり電流が数百ｋＡになるため、電流測定方法が限られており、ＣＴ（Current transformer）を使った測定が主となっている。このＣＴは、リング状に構成された部品であり、リング内に放電回路の一部を通す必要がある。
【０００６】
しかしながら、ＣＴのリング内に放電回路の一部を通す場合、ＣＴ自体が大きい部品でないことから、放電回路には金属接合用の電流集中部の他にリング通過用の電流集中部を設ける必要がある。ここで、電流集中部は電流が集中する部位であって、その形状から抵抗値が高い部位といえる。よって、リング通過用の電流集中部を設けた場合、抵抗値の増加により放電電流の波形周期が大きくなり、金属同士の衝突タイミングを最適化することが困難となってしまう。故に、放電電流の波形に影響を与え難い、電流の測定方法が望まれる。
【０００７】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、放電電流の波形に与える影響を軽減して電流測定することが可能な電磁圧接装置用電流測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電磁圧接装置用電流測定装置は、接合対象となる金属が重ねて配置される電流集中部を有する放電回路と、前記放電回路に電気エネルギーを供給する電源供給回路とを備え、前記電流集中部に流れた電流によって磁界を発生させて接合対象となる金属同士を接触させることにより金属同士を接合する電磁圧接装置の前記放電回路中に流れる電流を測定する電磁圧接装置用電流測定装置であって、前記放電回路に流れる電流を測定する電流測定機と、一端及び他端が前記電流測定機に接続された屈曲性を有する電線と、を備え、前記電線は、前記放電回路の周囲に巻き付けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の電磁圧接装置用電流測定装置によれば、電線は放電回路の周囲に巻き付けられているため、この電線により電磁誘導の原理を用いて放電回路近傍の磁界の変化を拾うことができ、電流測定機は磁界の変化に基づいて放電回路に流れる電流を測定することができる。特に、電線は屈曲性を有することから、どのような放電回路であっても、その周囲に容易に巻き付けることができ、新たに電流測定のために電流集中部を形成する必要が無く、放電回路の抵抗値の増加等が発生しない。従って、放電電流の波形に与える影響を軽減して電流測定することができる。
【００１０】
また、上記に記載された電磁圧接装置用電流測定装置において、巻き付けられた前記電線の輪の内側には前記電流集中部が位置していることが好ましい。
【００１１】
この電磁圧接装置用電流測定装置によれば、巻き付けられた電線の輪の内側には電流集中部が位置しているため、電流集中部が位置しない放電回路の部位に設けられる場合と比較して、電流集中部における電流をより正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放電電流の波形に与える影響を軽減して電流測定することが可能な電磁圧接装置用電流測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る電磁圧接装置用電流測定装置を示す概略構成図である。
【図２】電磁圧接装置の動作の概要を示す第１の図である。
【図３】電磁圧接装置の動作の概要を示す第２の図である。
【図４】電流測定機によって測定される電圧値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電磁圧接装置用電流測定装置を示す概略構成図である。まず、本実施形態に係る電磁圧接装置用電流測定装置（以下電流測定装置という）１を説明するのに先立って、電磁圧接装置１０を説明する。
【００１５】
電磁圧接装置１０は、電磁力により接合対象となる金属同士を接触させて接合を行うものであって、図１に示すように、放電回路２０と、電源供給回路３０とから構成されている。
【００１６】
放電回路２０は、電流が集中する電流集中部２１を備えている。電流集中部２１は、放電回路２０の他の部位よりも幅狭に形成された部位である。この電流集中部２１は、電流が流れると磁界を発生して、その厚みと幅を二等分する位置を中心とした磁束を発生させる。また、放電回路２０は、電流集中部２１から分岐した第１電極２２と第２電極２３とを備えている。第１電極２２は、接続線Ｌ１を介して後述のスイッチ３２に接続されている。また、第２電極２３についても同様に、接続線Ｌ２を介して後述のスイッチ３２に接続されている。
【００１７】
電源供給回路３０は、放電回路２０に対してコンデンサＣに蓄えられた電気エネルギーを供給するものであって、コンデンサＣと、直流電源３１と、スイッチ３２と、ギャップスイッチ３３とを備えている。コンデンサＣは、一方の電極がスイッチ３２に接続され、他方の電極がギャップスイッチ３３に接続されている。また、コンデンサＣは、瞬時的に大電流を電流集中部２１に供給すべく、容量が大きいものによって構成されている。
【００１８】
直流電源３１は、コンデンサＣに電気エネルギーを蓄積させるものであり、一端がスイッチ３２に接続され、他端がコンデンサＣとギャップスイッチ３３との接続点Ａにつながっている。
【００１９】
スイッチ３２は、直流電源３１側と、放電回路２０側とで接続の切替を行うものである。スイッチ３２が直流電源３１側に接続された場合、直流電源３１、コンデンサＣ、スイッチ３２及び直流電源３１の順で接続される閉回路が形成されることとなる。一方、スイッチ３２が放電回路２０側に接続された場合、コンデンサＣ、ギャップスイッチ３３、放電回路２０の電流集中部２１、放電回路２０の第１及び第２電極２２，２３、接続線Ｌ１，Ｌ２、スイッチ３２、並びにコンデンサＣの順で接続される閉回路が形成されることとなる。
【００２０】
ギャップスイッチ３３は、通常時は絶縁状態であるが、コンデンサＣに任意の電圧を充電後、電極間に火花を発生させることで短絡状態となるものである。このギャップスイッチ３３は、一端がコンデンサＣの他方の電極に接続され、他端が放電回路２０の電流集中部２１に接続されている。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照して、電磁圧接装置１０の動作の概要を説明する。図２は、電磁圧接装置１０の動作の概要を示す第１の図であり、図３は、電磁圧接装置１０の動作の概要を示す第２の図である。
【００２２】
まず、図２に示すように、スイッチ３２が直流電源３１側に接続される。これにより、上記したように、直流電源３１、コンデンサＣ、スイッチ３２及び直流電源３１の順で接続される閉回路が形成され、コンデンサＣには電気エネルギーが蓄えられることとなる。
【００２３】
次いで、図３に示すように、スイッチ３２が放電回路２０側に切り替えられると、コンデンサＣは、ギャップスイッチ３３を介して、蓄積した電気エネルギーを放電回路２０の電流集中部２１に供給する。ここで、電流集中部２１上には絶縁シートを介して接合対象となる金属が重ねて配置されている。この電流集中部２１に大電流が流れることにより、一方の金属に対して他方の金属に接触する力が付与されることとなり、金属同士の接合が行われることとなる。
【００２４】
なお、コンデンサＣからの電気エネルギーは、一部が放電回路２０の抵抗成分により消費され、一部が磁気エネルギーとして放電回路２０に蓄えられる。そして、コンデンサＣに蓄積された電気エネルギーを放電回路２０に供給した結果、コンデンサＣに蓄積された電気エネルギーがなくなると、今度は逆に放電回路２０に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーに変換されてコンデンサＣに供給される。
【００２５】
そして、放電回路２０に蓄積された磁気エネルギーを電気エネルギーに変換してコンデンサＣに供給した結果、放電回路２０に蓄積された磁気エネルギーがなくなると、コンデンサＣに蓄えられた電気エネルギーが放電回路２０に供給される。これが電気エネルギーがなくなるまで繰り返される。このため、電源供給回路３０は、その振幅が時間経過に応じて減衰する減衰交流電流（交流電流）を放電回路２０に流すこととなる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る電流測定装置１について説明する。電流測定装置１は、電磁圧接装置１０の放電回路２０中に流れる電流を測定するものである。この電流測定装置１は、電流測定機２と、電線３とから構成されている。
【００２７】
電流測定機２は、放電回路２０に流れる電流を測定するものであって、例えばオシロスコープを含んで構成されている。電線３は、一端及び他端が電流測定機２に接続されており、通常の電線と同様に屈曲性を有する構成となっている。また、本実施形態において電線３は、放電回路２０の周囲に巻き付けられている。よって、この電線３により電磁誘導の原理を用いて放電回路２０近傍の磁界の変化を拾うことができる。そして、電流測定機２は、磁界変化に応じた誘導電圧を検出し、この誘導電圧から放電回路２０に流れる電流を測定することとなる。
【００２８】
特に、電線３は屈曲性を有することから、どのような放電回路２０（図に示す構成に限らない）であっても、その周囲に容易に巻き付けることができ、新たに電流測定のために電流集中部を形成する必要が無く、放電回路２０の抵抗値の増加等が発生しないこととなる。
【００２９】
なお、電線３は、電流集中部２１を含む放電回路２０の周囲に巻き付けられていることが望ましい。すなわち、巻き付けられた電線３の輪の内側には電流集中部２１が位置していることが望ましい。電流集中部２１が位置しない放電回路２０の部位に設けられる場合と比較して、電流集中部２１における電流をより正確に測定することができるからである。
【００３０】
図４は、電流測定機２によって測定される電圧値を示すグラフである。上記したように、電源供給回路３０は、その振幅が時間経過に応じて減衰する減衰交流電流を放電回路２０に流す。このため、電圧値についても時間経過に応じて減衰する減衰波形となる。なお、この電圧は、巻き付けられた電線３の輪の大きさ、及び巻き数によって変化する。
【００３１】
そして、電流測定機２は、以下の式（１）から電流値（放電回路２０に流れた最大電流値）を算出する。
【数１】
2014205186.tif 000003
ここで、式中のＣはコンデンサＣの静電容量であり、ＶはコンデンサＣの充電電圧である。また、Ｔは放電波形の周期であり、Ｖ１は放電波形の第１ピーク電圧値（図４中の符号Ｖ１参照）であり、Ｖ３は放電波形の第３ピーク電圧値（図４中の符号Ｖ３参照）である。
【００３２】
電流計算機２は、上記式（１）から放電回路２０に流れる電流の最大値を算出する。そして、作業者等は、この最大電流値に基づいて金属に作用する電磁力や金属同士の衝突タイミングを調整することとなる。
【００３３】
このようにして、本実施形態に係る電流測定装置１によれば、電線３は放電回路２０の周囲に巻き付けられているため、この電線３により電磁誘導の原理を用いて放電回路２０近傍の磁界の変化を拾うことができ、電流測定機２は磁界の変化に基づいて放電回路２０に流れる電流を測定することができる。特に、電線３は屈曲性を有することから、どのような放電回路２０であっても、その周囲に容易に巻き付けることができ、新たに電流測定のために電流集中部を形成する必要が無く、放電回路２０の抵抗値の増加等が発生しない。従って、放電電流の波形に与える影響を軽減して電流測定することができる。
【００３４】
より詳細に説明すると、電磁圧接装置１０では電流の第１ピーク（スイッチ３２が放電回路２０側に接続されてから生じる電流の最初のピーク）で金属同士を衝突させることが良く、衝突までの時間と波形の第１ピークとを合わせることが好ましい。しかし、ＣＴはリング状の電流検出部に放電回路２０を通す必要があるため、放電回路２０の一部を細く形成しなければならず、放電回路２０のリアクタンス（抵抗成分）が増加してしまう。この結果、放電電流波形の周期が長くなり、必然的に第１ピークまでの時間も長くなってしまう。そして、箔導体などの軽量部材を接合する場合にはごく短い時間（数μｓｅｃ）で衝突することから、ＣＴによる電流検出を行うときには放電波形の周期が長くなり、放電電流の第１ピーク前に箔導体が衝突してしまい、良好な接合が困難となってしまう。ところが、本実施形態に係る電流測定装置１によれば、上記のような問題が生じることなく、たとえ箔導体などの軽量部材を接合する場合であっても、放電電流の第１ピークと衝突タイミングとを合わせることができる。
【００３５】
なお、従来においてＣＴを用いない場合、ギャップスイッチ部にサーチコイルを配置して、サーチコイルにて磁界変化を拾う構成も考えられる。しかし、この構成の場合、ギャップスイッチ部がむき出し状態であることが測定の条件とされる。すなわち、封止型のギャップスイッチ部を用いた場合、ギャップスイッチ部の近傍にサーチコイルを配置することができず、電流を測定することができなくなってしまう。しかし、本実施形態に係る電流測定装置１によれば、上記のような問題が生じることなく、電流を測定することができる。
【００３６】
また、本実施形態において巻き付けられた電線３の輪の内側には電流集中部２１が位置しているため、電流集中部２１が位置しない放電回路２０の部位に設けられる場合と比較して、電流集中部２１における電流をより正確に測定することができる。
【００３７】
さらに、電磁圧接装置１０は接合する金属の板厚により最適な放電電流周期が変化するが、本実施形態に係る測定方法を用いれば、放電回路２０を自由に設計できることとなり、放電電流の周期を任意に変更することができ、適用できる金属の板厚の範囲についても広くすることができる。
【００３８】
加えて、ＣＴを用いず電線３を巻き付けるだけで良いため、取付自体を容易とすることができる。
【００３９】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００４０】
例えば、本実施形態において放電回路２０は電流集中部２１から第１電極２２及び第２電極２３に分岐し、これら電極２２，２３から伸びる接続線Ｌ１，Ｌ２がスイッチ３２に接続されている。しかし、これに限らず、第１電極２２と接続線Ｌ１と有さず第２電極２３及び接続線Ｌ２のみを有する構成であってもよいし、その逆であってもよい。
【００４１】
なお、本実施形態のように第１電極２２及び第２電極２３並びに接続線Ｌ１，Ｌ２を有する構成である場合、電磁力を得やすくなると共に、放電回路２０の耐久性を高める効果がある。よって、電磁圧接装置１０は、第１電極２２及び第２電極２３並びに接続線Ｌ１，Ｌ２を有する構成であることが望ましい。
【００４２】
さらに、この構成に対応して、電線３は、電流集中部２１、第１電極２２及び第２電極２３を含む放電回路２０の周囲に設けられることが望ましい。すなわち、電線３が巻かれることによって形成される円の内側は、電流集中部２１、第１電極２２及び第２電極２３が位置していることが望ましい。ここで、電流集中部２１、第１電極２２及び第２電極２３は、電磁圧接装置１０の外部に露出していることが多く（筐体内に収められていないことが多く）、これらには電線３を巻き付けやすい。よって、特段電線３を巻き付けるにあたり工数の増加等がなく、上記の耐久性を高い放電回路に流れる電流を適切に測定することができるからである。
【符号の説明】
【００４３】
１…電磁圧接装置用電流測定装置
２…電流測定機
３…電線
１０…電磁圧接装置
２０…放電回路
２１…電流集中部
２２…第１電極
２３…第２電極
３０…電源供給回路
３１…直流電源
３２…スイッチ
３３…ギャップスイッチ
Ｃ…コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２…接続線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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