(57)【要約】  本出願は、構成部品（１２）を加工物（１４）の表面（１６）の上に下降させ、電流（Ｉ）をオンにするステップと、構成部品（１２）を加工物（１４）から持ち上げ、その結果、実質的に長手方向（２１）に配向されたアーク（２４）が発生するステップと、長手方向（２１）に対して一般磁場角で配向され、かつ、軸方向成分（ＢA）及び／又は半径方向成分（ＢR）を有する磁場（２７）を用いてアーク（２４）に影響を与えるステップと、構成部品（１２）を加工物（１４）の上に下降させて、溶接接続部を確立するステップとを含み、アーク継続時間にわたって少なくとも一度、半径方向成分（ＢR）及び／又は前記軸方向成分（ＢA）の数学記号を変化させることによって、アーク継続時間にわたって磁場角（２８）を変更し、アーク（２４）に動的に影響を与える、構成部品（１２）を加工物（１４）の表面（１６）に溶接するためのスタッド溶接方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品（１２）を加工物（１４）の表面（１６）に溶接するためのスタッド溶接方法であって、
前記構成部品（１２）を前記加工物（１４）の前記表面（１６）の上に下降させ、電流（Ｉ）をオンにするステップと、
前記構成部品（１２）を前記加工物（１４）から持ち上げ、その結果、実質的に長手方向（２１）に配向されたアーク（２４）が発生するステップと、
前記長手方向（２１）に対して一般磁場角（２８）で配向され、かつ、軸方向成分（ＢA）及び／又は半径方向成分（ＢR）を有する磁場（２７）を用いて前記アーク（２４）に影響を与えるステップと、
前記構成部品（１２）を前記加工物（１４）の上に下降させて、溶接接続部を確立するステップと、
を含み、
アーク継続時間にわたって少なくとも一度、前記半径方向成分（ＢR）及び／又は前記軸方向成分（ＢA）の数学記号を変化させることによって、前記アーク継続時間にわたって前記一般磁場角（２８）を変更し、前記アーク（２４）に動的に影響を与えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記一般磁場角（２８）は、前記軸方向成分（ＢA）及び／又は前記半径方向成分（ＢR）において左右対称であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記一般磁場角は、１８０°だけ回転されることを特徴とする、請求項１〜請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記アーク（２４）は交流電流（Ｉ）によって生成され、この交流電流の極性は、溶接工程中に少なくとも一度変更され、前記一般磁場角（２８）は、前記極性の変化に同調して変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記アーク（２４）は直流電流（Ｉ）によって生成され、前記一般磁場角（２８）は、磁場生成装置（２６）の部分の位置を変更することによって変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記磁場生成装置（２６）の前記部分は、前記長手方向に対して平行に移動されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記磁場は、永久磁石を有する磁場生成装置によって生成されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記磁場は、電気コイルを有する磁場生成装置によって生成され、前記一般磁場角は、前記コイルの極性が反転されること又は前記コイルのスイッチオン状態を変化させることによって変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記アーク（２４）の電荷担体は、前記磁場（２７）の前記半径方向成分（ＢR）のために前記長手方向の周りで回転運動を実行し、前記一般磁場角は、前記回転の方向が保持されるように変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記磁場のために前記アーク（２４）の電荷担体が集束又は拡散され、前記磁場角（２８）は、前記アーク継続時間にわたって前記集束又は前記拡散が保持されるように変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記磁場（２７）のために、前記アーク（２４）の電荷担体が集束又は拡散され、前記磁場角（２８）は、前記アーク継続時間にわたる前記集束又は前記拡散が、前記磁場角（２８）の変化と共に周期的に交番するように変更されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
構成部品（１２）を保持することができる構成部品ホルダ（１８）と、
前記構成部品ホルダ（１８）を、前記構成部品ホルダ上に保持される構成部品と共に長手方向（２１）に移動させることができるリニアモータ（２０）と、
溶接電流源（２２）を接続するための電流源接続部と、
磁場（２７）を生成するための磁場生成装置（２６）と、
を有し、前記磁場によって前記構成部品（１２）と前記加工物（１４）との間で燃焼しているアーク（２４）に影響を与えることが可能であり、前記磁場（２７）は、前記長手方向（２１）に対して一般磁場角で配向され、軸方向成分（ＢA）及び／又は半径方向成分（ＢR）を有している、特に請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の方法を実施するための、構成部品（１２）を加工物（１４）の上にスタッド溶接するための装置（１０）であって、
前記磁場生成装置（２６）は、アーク継続時間にわたって少なくとも一度、前記半径方向成分（ＢR）及び／又は前記軸方向成分（ＢA）の数学記号を変化させることによって、前記長手方向（２１）に対する前記磁場（２７）の前記一般磁場角（２８）を変更し、前記アーク（２４）に動的に影響を与えるように設計されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記磁場生成装置（２６）は少なくとも１つの電気コイル（５０、５２）を有し、前記コイルの極性を反転させて前記磁場角（２８）を変更することが可能であることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記磁場生成装置（２６）の少なくとも１つの部分の位置をオフセットさせて、前記磁場角（２８）を変更することができることを特徴とする、請求項１２〜請求項１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記位置をオフセットさせることができる前記磁場生成装置（２６）の前記部分は、前記構成部品ホルダ（１８）、又は溶接工程中に前記アーク（２４）の周りに配置されるマウスピース（３４）にしっかりと接続されることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記磁場生成装置（２６）は永久磁石（３６）を有することを特徴とする、請求項１２〜請求項１５のいずれか、又は請求項１２の前提部分に記載の装置。
【請求項１７】
前記構成部品（１２）は環状であり、前記磁場生成装置（２６）の少なくとも１つの部分は、前記構成部品（１２）の環状開口部内に突出することを特徴とする、請求項１２〜請求項１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記磁場生成装置（２６）の少なくとも１つの部分は、前記アーク（２４）の半径方向外方に配置されることを特徴とする、請求項１２〜請求項１７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部品を加工物の表面上に下降させ、電流をオンにするステップと、構成部品を加工物から持ち上げ、その結果、実質的に長手方向に配向されたアークを発生させるステップとを含み、長手方向に対して一般磁場角で配向され、かつ、軸方向成分及び／又は半径方向成分を有する磁場を用いてアークに影響を与え、最後に、構成部品を加工物上に下降させ、溶接接続部を確立するステップを含む、構成部品を加工物の表面に溶接するためのスタッド溶接方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、構成部品を保持することができる構成部品ホルダと、構成部品ホルダを、該構成部品ホルダ上に保持される構成部品と共に長手方向に移動させることができるリニアモータと、溶接電流源を接続するための電流源接続部と、磁場を生成するための磁場生成装置とを含み、磁場により構成部品と加工物との間で燃焼しているアークに影響を与えることが可能であり、磁場は、長手方向に対して一般磁場角で配向され、軸方向成分及び／又は半径方向成分を有する、特に上述の方法を行うための構成部品を加工物の上にスタッド溶接するための装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
この種のスタッド溶接方法及び対応する装置が、特許文献１に開示される。この文書は、電気コイルと、スタッドに対して同心状に配置され、磁場形成器の形態のヨークとを有する磁場生成装置を用いてアークに影響を与える、アークにより回転対称のスタッドピンを加工物の上に溶接することを開示する。磁場形成器の環状開口部とスタッドとの間に空隙が形成され、磁場が、この空隙におけるアークに影響を与える。この例においては、磁場ベクトルが長手方向軸に対して斜めに配向され、従って、磁場の半径方向成分及び軸方向成分がアークに作用するように、磁場形成器が配置される。アークは、半径方向成分によって回転するようにされる。アークは、軸方向成分によって収束するようにされる。
類似の方法が、特許文献２に開示される。
【０００４】
さらに、特許文献３は、細長い溶接面を有する構成部品を加工物上に溶接することを開示し、ここで、磁場生成装置は、細長い溶接面に沿って前後に移動し、アークが端面の端部に達したときに、磁場の極性が反転される。
【０００５】
磁気回路が構成部品によって閉になるため、構成部品が、例えばアルミニウムのような非磁性材料から成る場合には、導入部において言及した日本の特許文献１を用いることはできない。
【０００６】
アルミニウム又は別の非磁性材料から成る構成部品が対応する加工物の上に溶接される、導入部において言及された種類のスタッド溶接方法においては、上述の方法に用いられる直流の代わりに、交流を用いてアークを発生させることが周知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭３９−２７５２６号公報
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００９  ０５４  ３６５  Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２  ５３  ４１５  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
こうした背景に対比して、本発明の目的は、改善されたスタッド溶接方法及び改善されたスタッド溶接装置を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１によれば、アーク継続時間にわたって少なくとも一度、半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させることによって、アーク継続時間にわたって一般磁場角を意図的に変更し、アークに動的に影響を与える、導入部において言及された種類のスタッド溶接方法によって達成される。
【００１０】
上の目的は、磁場生成装置が、アーク継続時間にわたって少なくとも一度、半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させることによって、長手方向に対する磁場の一般磁場角を変更し、アークに動的に影響を与えるように設計される、導入部において言及された種類の装置によって達成される。
【００１１】
この例において、アークに動的に影響を与えることは、構成部品を加工物上に溶接する過程において、アークに影響を与えることを意味すると理解され、影響を与えることは、アークの回転方向、集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）（収束）及び拡散（ｄｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）の両方にも関連し得る。影響を与えることはまた、アークのタイプ、又はアークにおける電荷担体のタイプにも関連し得る。
【００１２】
「一般磁場角」という用語は、この例においては、以下のように理解されるものとする。アークに影響を与える磁場は均一ではないので、磁場角は、アークの期間にわたって見られるように一定ではない。しかしながら、それぞれの磁場角を定める磁場強度のベクトルは、好ましくは、各々が同じ数学記号を有する半径方向成分及び／又は軸方向成分を有する。好ましくは、個々のベクトルの半径方向成分及び／又は軸方向成分の大きさのみが異なる。特定的には、一般磁場角は、中間磁場角を意味すると理解することができる。
【００１３】
「磁場角」という用語は、以下の本文に用いられる場合、一般磁場角に関するものであることが意図される。
磁場角は、電気的手段及び／又は機械的手段を用いて変更することができる。
【００１４】
この例において、構成部品は、好ましくは、例えば円形断面を有するスタッドなどの実質的に回転対称の構成部品、又は環状断面を有するナットなどの環状の構成部品を意味すると理解される。従って、構成部品の溶接面は実質的に円形又は実質的に環状とすることができ、環状形状は、必ずしも連続的である必要はない。溶接面の外形は、必ずしも円形である必要はなく、どちらかと言えば、多角形であってもよい。
【００１５】
本発明による溶接方法は、金属から成るいずれの種類の構成部品にも適している。しかしながら、この例においては、この溶接方法を、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等のような非磁性材料又は僅かに磁性の材料から成る構成部品と共に用いることが可能であることが特に重要である。
【００１６】
アークを発生させるのに用いられる電流は直流とすることができるが、交流であることが好ましい。従って、本発明による溶接方法は非常に可変性が高く、スタッド溶接の様々なパラメータ、境界条件、及びプロセス実行に適合させることができる。
【００１７】
アークに影響を与える磁場は、好ましくは、アークの長手方向軸に対して概ね斜めに配向され、従って、半径方向成分及び軸方向成分を有する。
【００１８】
半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させた結果として、磁場ベクトルを、アークの長手方向に対して又はアークの長手方向を横断する平面に対して傾斜させることができ、半径方向成分の数学記号、軸方向成分の数学記号、又は両方の成分の数学記号を変化させることができる。
【００１９】
この例においては、一般磁場角は、軸方向成分及び／又は半径方向成分において左右対称であることが特に有利である。
一般磁場角を１８０°回転させることも可能である。
【００２０】
溶接電流が例えば直流である場合、半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させることによって、集束から拡散へ及びその逆へと、アークの電荷担体に影響を与えることができる。
【００２１】
この例においては、回転対称構成部品の場合、集束は対称的に行われることが好ましく、すなわち、アークは、周囲全体にわたって半径方向内方に向けられる（集束される）か、又は半径方向外方に向けられる（拡散される）ことが好ましい。集束及び拡散は、アークを形成する電荷担体における変化のタイプによって決まる。電荷担体は、イオン及び電子とすることができる。イオンは、正に荷電された粒子である。電子は負に荷電されており、材料アルミニウム内のイオンと比較すると５００，０００分の１の質量を有する。アークはまた、特にアルミニウム又はアルミニウム合金（以下の本文において一般的に「アルミニウム」と呼ぶ）の場合には、主として電子のみを含むことができる。
【００２２】
アークを形成するために、どのタイプの電荷担体が重要であるか判断できることが好ましい。この例においては、集束又は拡散は、意図的な方法で確立することができる。これは、例えば、電荷担体が、酸化物層から逃れるか又は溶融部から直接逃れるかどうかに依存する。
【００２３】
一般に、少なくとも、アルミニウム製構成部品を溶接する場合、アーク電流が実質的に電子のみを含むように溶接工程の境界条件を定めることが好ましい。このために、アーク電流の方向（すなわち、このアーク電流の極性）及びアークにおける磁場ベクトルの方向（それぞれの磁場角）は重要である。例えば、直流によるスタッド溶接中に軸方向成分の数学記号が変化した場合、電荷担体の回転方向は保持される。しかしながら、電荷担体の集束及び拡散は、磁場ベクトルの軸方向成分の数学記号が変化するたびに変化する。この数学記号の変化は、好ましくは、アーク長の変化（溶接中の持ち上げ距離の変化）によってもたらされ得る。
【００２４】
磁場ベクトルの半径方向成分は、電荷担体の回転方向に影響を与え、従って、この電荷担体の集束又は拡散も定める。
【００２５】
磁場の軸方向成分は、アークの集束／拡散に影響を与える。電荷担体は、正に荷電する（イオン）又は負に荷電する（電子）ことができるので、軸方向成分を有する特定の磁場において、正に荷電した電荷担体の集束を負に荷電した電荷担体の拡散と共に行うこと又はその逆が常に達成される。
【００２６】
交流電流がアークを発生させるための電流として用いられる場合、これは、アーク継続時間にわたって少なくとも一度、電流の数学記号が変化し（好ましくは、あらゆる先行する洗浄ステップを除いて）、依然として、アークに影響を与える比較的多種多様の選択肢が存在することを意味する。
【００２７】
第１に、溶接電流の極性が変化すると、アークの回転方向が変化し、一般磁場角は一定のままである。
【００２８】
アークが交流電流によって発生することは特に好ましく、この交流電流の極性は、溶接工程中少なくとも一度変化し、一般磁場角は、極性の変化に応じて、特定的には、極性の変化に同調して変更される。
磁場角は、交流電流の極性が変化するのと同時に変更されることが好ましい。
【００２９】
例えば、交流によるスタッド溶接中、アーク電流の極性の変化に同調して磁場ベクトルの半径方向成分の数学記号が変化した場合、電荷担体の回転方向及び集束又は拡散が保持される。
【００３０】
第２に、磁場角及び／又は交流の極性に影響を与えることはまた、回転方向を意図的に反転させること、及び／又は集束と拡散との間で切り換えることを可能にする。
【００３１】
このように、広範囲にわたってスタッド溶接工程に影響を与え、最終的に良好な溶接結果を達成することができる。
【００３２】
更に別の好ましい実施形態によれば、アークが直流電流により発生し、磁場生成装置のある部分の位置を変更することにより、一般磁場角が変更される。
【００３３】
磁場生成装置の部分の位置を変更すること又はその位置をオフセットすることにより、磁場角に影響を与えることができる。このことは、半径方向平面を超えて又はこの平面に対して直角の軸を超えて、磁場角を傾斜させることにより実行されることが好ましい。このように、平面を超えて又は長手方向軸を超えて傾斜させることにより、磁場の半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号の変化をもたらすことができる。換言すれば、磁場ベクトルは、スタッド軸に向かって又はスタッド軸から離れるように傾斜される。
【００３４】
磁場生成装置の部分は、例えば永久磁石などの磁場源とすることができる。しかしながら、磁場生成装置の部分は、磁気ヨーク又は磁場形成器とすることもできる。磁場生成装置の部分の位置を変更することによって磁場角が変更される場合、比較的単純な機械的装置により、半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させることができる。
【００３５】
この実施形態においては、いつでも又は例えばアーク電流などの他の溶接パラメータに応じて、回転方向は同じままで、調整された磁場角の変化により、溶接結果を最適化することができる。
【００３６】
磁場生成装置の部分の位置をオフセットすることにより磁場角を変更することは、例えば、永久磁石のような極性反転の選択肢を示さない、磁場源の使用が可能であることを意味する。
【００３７】
この例においては、磁場生成装置の部分が長手方向に対して平行に移動されることが特に有利である。
【００３８】
特定的には、スタッド溶接の場合、軸方向の移動が他の構成部品（例えば、スタッドのホルダ）に対しても確立されるので、磁場生成装置の部分を長手方向に対して平行に移動させることも構造上比較的簡単である。
【００３９】
全体的に、磁場が、永久磁石を磁場源として有する磁場生成装置によって生成されることも好ましい。言うまでもなく、磁場生成装置は、複数の永久磁石を有することもできる。長手方向に対して平行な配向を有する、特定的には、アークの長手方向軸に対して同心状の永久磁石を使用することが特に好ましい。
【００４０】
一般に、磁場を形成する磁場ベクトルの方向を１８０°、例えば、半径方向内方に向けられた磁場ベクトルから半径方向外方に向けられた磁場ベクトルに変化させることも可能である。
【００４１】
さらに、全体的に、電気コイルを有する磁場生成装置によって磁場を生成し、コイルの極性を反転することによって又はコイルのスイッチオン状態を変化させることによって、一般磁場角が変更されることが好ましい。
【００４２】
磁場の半径方向成分及び軸方向成分の数学記号を同時に変化させることは、磁場源として働く電気コイルの極性を反転させること、又はスイッチオン状態を変化させること（オンからオフへ又はその逆）によって達成することができる。結果として、例えば、回転方向を保持し、かつ、工程において、例えばイオンの集束から拡散へ及びその逆への変化を強いるために、溶接電流源（交流の場合）の極性の変化を補償することができる。さらに、言うまでもなく、磁場生成装置はまた、永久磁石と、極性を反転させることができるコイルとを有することもできる。特に、極性を反転させることができるコイルと、さらに、位置を機械的に変更させることができる磁場生成装置の部分とを有することができる磁場生成装置も実現可能である。
【００４３】
更に別の好ましい実施形態において、アークの電荷担体は、磁場の半径方向成分のために、長手方向の周りで回転運動を行い、一般磁場角は、回転方向が保持されるように変更される。
【００４４】
結果として、例えば、磁場角を変化させることによって、アークの回転方向は同じのままで、アークの集束の影響付与と拡散の影響付与との間で切り換えを行うことができる。
【００４５】
代替案として、溶接電流が交流である場合も、回転方向は同じままであり得る。この例においては、溶接電流の極性が変化するとき、回転方向が同じままになるように、この極性の変化に同調して、磁場角を変更することができる。
【００４６】
さらに、全体的に、磁場のために、アークの電荷担体が集束又は拡散されること、及び、アーク継続時間にわたって集束又は拡散が保持されるように、磁場角が変更されることが好ましい。
【００４７】
上述のように、この実施形態を、アークの電荷担体の回転方向が保持される実施形態と組み合わせることができる。
【００４８】
代替的な実施形態によれば、磁場のために、アークの電荷担体が集束又は拡散され、磁場角の変化と共に、アーク継続時間にわたる集束又は拡散が周期的に交番するように、磁場角が変更される。
【００４９】
この方策の結果として、構成部品が溶接される加工物の表面の相対的に広い面積を部分的に溶融するように、アークに影響を与えることができる。
【００５０】
本発明によるスタッド溶接装置において、磁場生成装置が少なくとも１つの電気コイルを有し、この電気コイルの極性を反転させて、磁場角を変更できることが好ましい。
【００５１】
半径方向成分及び軸方向成分を有する磁場の場合、コイルの極性を反転させることは、同時に、磁場の半径方向及び軸方向成分を変更することができ、その結果として、例えば、回転方向を同じ方向に保持し、かつ、工程において、例えばイオンの集束から拡散へ及びその逆への変化をもたらすために、溶接電流源の極性の変化を補償することができる。
【００５２】
更に別の実施形態によれば、磁場生成装置の少なくとも１つの部分の位置をオフセットして、磁場角を変更することができる。
【００５３】
磁場生成装置の部分の位置をオフセットすることは、例えば、磁場の軸方向成分の数学記号の変化をもたらし、それにより、アークの回転方向及び集束／拡散に影響を与えることができる。
【００５４】
この磁場生成装置の部分は、磁場源とすることができる。しかしながら、この磁場生成装置の部分はヨークとすることもでき、これにより、磁場源と空隙との間の磁気回路が閉になり、この空隙内でアークが燃焼する。
【００５５】
特に好ましい実施形態によれば、位置をオフセットすることができる磁場生成装置の部分は、構成部品ホルダに、又は溶接工程中アークの周りに配置されるマウスピースにしっかりと接続される。
【００５６】
本実施形態においては、一般的なタイプのスタッド溶接装置の場合、スタッド溶接工程を実行できるように、どんな場合でも構成部品ホルダを長手方向に移動させることができなければならないという事実を利用することができる。従って、構成部品ホルダの持ち上げ距離（アークの長さに対応する）を変更して、磁場角を変更することができる。
【００５７】
スタッド溶接方法の好ましい変形において、マウスピースがさらに設けられ、このマウスピースは、外部からの影響（保護ガス・カバーの干渉又はブローイングの影響）を低減させるために、溶接工程中アークの周りに配置される。この実施形態においては、位置をオフセットすることができる磁場生成装置の部分を、マウスピースに結合することもできる。
全体的に、磁場生成装置が永久磁石を有することも有利である。
【００５８】
この実施形態は、スタッド溶接装置又はスタッド溶接方法により、アーク継続時間にわたって磁場角の変更ができるかどうかに関係なく、別個の発明であると考えられる。
【００５９】
従来技術においてはコイルが一般に磁場源として用いられたが、永久磁石を用いることが極めて有利である。これは、特に永久磁石が希土類元素から製造される場合、永久磁石は、著しく小さい取り付け空間において、著しく高い磁束密度をもたし得るためである。
【００６０】
構成部品自体が非磁性であるか又は僅かにしか磁性でなく、従って、連続的に存在する永久磁石の磁場が構成部品に対して影響を及ぼさない場合、この実施形態は特に好ましい。この例においては、アルミニウムから成る構成部品が特に好ましい。
【００６１】
さらに別の好ましい実施形態によれば、構成部品は環状であり、磁場生成装置の少なくとも１つの部分が、構成部品の環状開口部内に突出する。
【００６２】
この実施形態において、磁場は、構成部品の環状溶接面の周囲全体にわたって実質的に半径方向の配向（加えて、場合によっては小さい軸方向成分）を有するように設計することができるので、対称的な方法でアークに影響を与えることができる。この例においては、磁場は、環状溶接面の半径方向内方の部分から環状溶接面の半径方向外方の部分に延び、従って、磁場生成装置の少なくとも１つの部分は、アークの半径方向外方に配置されることが好ましい。
【００６３】
構成部品の環状開口部内に突出する磁場生成装置の部分はまた、環状開口部を通って延びることもでき、従って、隣接する空隙における磁場は、それほどではないにせよ、構成部品の形状に影響を受ける。
【００６４】
この例においては、構成部品の環状開口部内に突出する又はこの環状開口部を通って延びる磁場生成装置の部分が永久磁石の形態であることは特に有利である。
【００６５】
結果的に、本発明を用いて、半径方向成分及び／又は軸方向成分の数学記号を変化させることにより、磁場ベクトルを、アーク燃焼区域において外部から長手方向に対して対称的に生成される磁場の長手方向軸に向かって又はこれから離れるように案内するように傾斜させることが可能である。結果として、アークにおける電荷担体の対称的な集束／拡散を強いることができる。さらに、溶接電流の極性が変化した場合に、集束から拡散への変化を回避することができる。そうした極性の変化の場合に回転方向の変化を回避することも可能である。
永久磁石及び／又は電磁コイルは、磁場源として用いることができる。
【００６６】
磁場生成装置の半径方向外側部分を用いる実施形態はまた、構成部品が中実スタッドである実施形態においても有利であり得る。
【００６７】
溶接工程のシーケンスは、磁場生成装置の所定の構成において、溶接電流の極性が変化する場合に磁場生成装置に対して作用することなく、イオン流を恒久的に対称的に集束させることができるように実行することができる。
【００６８】
さらに、本発明は、アーク継続時間にわたる溶接電流の極性の変化と合わせて又はこれに同調して、長手方向に変位させ得る支持足部及び／又は保護ガス用マウスピースを移動させ、溶接工程全体にわたって極性が変化する場合にイオン流が恒久的に集束されることを保証することを可能にする。
【００６９】
さらに、電気コイル（ソレノイド）の電流の方向の極性を反転させて、溶接工程全体にわたって溶接電流の極性が変化する場合にイオン流の対称的な集束を恒久的に保持することができる。
【００７０】
交番する対称的な集束／拡散にもかかわらず、極性が頻繁に変化する場合及び実質的に電子から成るアーク電流の場合に、非常に良好な溶接結果を達成するために、一定の強さの一方向磁場を用いることも可能である。
【００７１】
構成部品は、通常のフランジ又は環状フランジを有するスタッドとすることができる。構成部品はまた、環状の溶接ナットとすることができる。構成部品は、非磁性材料、特定的にはアルミニウム（例えば、亜鉛、マグネシウム等と合金にされたアルミニウム合金を含む）から製造されることが特に好ましい。
【００７２】
一例として、場合によっては他の非鉄材料も有するアルミニウムの場合、溶接工程中、酸化被膜が溶接工程に影響を与えることがある。
【００７３】
溶接工程中、構成部品が最終的に下降させられるまで、この酸化被膜が実質的に完全な状態のままであった場合、アークは実質的に電子によって形成される。このことは、本発明による方法を適切に適用することにより達成することができる。さらに、実施形態に応じて、本発明により以下の不利な点を回避することができ、第１に、ブローイングの影響を回避するために、持ち上げ高さを過度に低くしなければならないことを回避することができる。また、過度に低い持ち上げ高さを回避することが可能であり、その結果として、短絡を防止することができる。
【００７４】
さらに、相対的に低い電流、頻繁な極性の変化、及び／又は相対的に長い溶接時間を用いて溶接方法を実施し、合金の成分の蒸発温度より高い溶融部の過熱を回避することができる。アークが、均一に円形に形成されず、又は半径方向位置にとどまり、その後、非対称的な溶融を生じさせる状況を回避することもできる。
【００７５】
本発明は、直流技術及び交流技術の両方を用いて実施することができる。例えば、磁場生成装置の部分の位置のオフセットと併せて、磁場角を永久磁石により変更することができる。代替案として、電磁コイルを永久磁石と共に用いることができ、この例では、例えば、コイルをオン及びオフすること又はコイルの極性を反転させることによって、磁場角を変化させることができる。２つの電磁コイルを用いて、磁場を確立することも可能である。
【００７６】
一般に、本方法は、アーク持続時間にわたって、磁場生成装置の部分、従って、場合によっては構成部品自体の連続的な持ち上げ運動をもたらすことができる。しかしながら、持ち上げ運動は、加工物との短絡をもたらさないように行われることが好ましい。
【００７７】
言うまでもなく、上述の特徴及び以下の本文においてこれから説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれの示された組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせ、又はそれ自体で用いることもできる。
【００７８】
本発明の例示的な実施形態は、以下の説明により詳細に述べられ、図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明によるスタッド溶接装置の実施形態を通る長手方向断面の概略図を示す。
【図２】本発明によるスタッド溶接装置の更に別の実施形態の概略的な側面図を示す。
【図２ａ】図２の装置の磁場源の極性が反転された場合の磁場ベクトルを示す。
【図３】位置がオフセットされ、磁場角が変更された磁場源を有する図２の装置を示す。
【図４】本発明によるスタッド溶接方法の第１の実施形態を示すためのタイミング図を示す。
【図５】本発明によるスタッド溶接方法の第２の実施形態を説明するためのタイミング図を示す。
【図６】本発明によるスタッド溶接装置の更に別の実施形態を通る長手方向断面図を示す。
【図７】位置がオフセットされた永久磁石を有する図６のスタッド溶接装置を示す。
【図８】集束されたアークを説明するための概略図である。
【図９】拡散されたアークを説明するための、図８に対応する図である。
【図１０】本発明によるスタッド溶接装置の更に別の実施形態を通る長手方向断面の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
本発明によるスタッド溶接装置の第１の実施形態が、図１において全体が１０で示される。スタッド溶接装置１０は、この例において溶接スタッドの形態である構成部品１２を加工物１４に接合するように働く。具体的には、構成部品１２は、加工物１４の後面からのアクセス性を必要とせずに、加工物１４の表面１６の上に溶接される。
【００８１】
構成部品１２は、この例においては、円形面の形態である溶接面１３を有する。さらに、図示のように、僅かに円錐状に先細になるように溶接面１３を設計することができる。構成部品１２は回転対称であり、加工物１４は、例えば金属板などである。
【００８２】
スタッド溶接装置１０は、溶接工程中に構成部品１２を保持する、概略的に示される構成部品ホルダ１８も含む。構成部品ホルダ１８は、２０で示されるリニアモータ２０（例えば、電気リニアモータ）によって、前後に移動させることができる。構成部品ホルダ１８は、構成部品１２の長手方向軸２１に対して平行に移動し、この長手方向軸は、スタッド溶接工程の長手方向又は長手方向軸をさらに定める。
【００８３】
スタッド溶接装置１０は電流源２２も含み、これにより、構成部品１２と加工物１４との間に電圧を印加することができ、その結果、溶接電流Ｉが流れることができる。
【００８４】
図示されるスタッド溶接装置１０を用いて、スタッド溶接方法を実行することができ、このスタッド溶接方法は、以下のステップを含む。：すなわち、構成部品ホルダ１８を移動させることにより、最初に構成部品１２を加工物１４の表面１６の上に下降させ、その結果、構成部品１２の持ち上げ距離Ｈがゼロに等しくなるようにする。次に電流源２２をオンにし、その結果、構成部品１２と加工物１４との間に電流が流れる。次に、構成部品１２を表面１６から持ち上げ、その結果、アークが発生し、このアークは、図１において複数の平行な矢印によって概略的に示される。矢印の方向は電流Ｉの方向によって決まる。
【００８５】
溶接面１３、及び加工物１４の表面１６の対向する部分が部分的に溶融するとすぐに、構成部品１２が、再び加工物１４の上に下降させられる。これにより短絡が発生し、電流源２２がオフにされる。溶融部全体が固化し、その結果、構成部品１２が加工物１４に密着接続される。
【００８６】
磁場生成装置２６を設けてアークに影響を与え、この磁場生成装置が、図１に概略的に示される。磁場生成装置２６は、磁場をアーク２４の少なくとも１つの部分に結合させるように設計される。磁場生成装置によって生成された磁場２７は、長手方向軸２１に関して対称であることが好ましい。
【００８７】
磁場２７は均一であってもよいが、非均一であってもよい。以下の本文において、非均一の磁場もまた、中間全磁場ベクトルＢGを定めると考えられる。全磁場ベクトルＢGは、半径方向成分ＢR及び軸方向成分ＢAで構成される。
【００８８】
半径方向成分ＢRは、アーク軸に対して平行に移動するアーク２４の電荷担体にローレンツ力を発生させ、このローレンツ力は、電荷担体及び結果として形成されたアーク２４を回転させるように指向される。負のスタッド極性の場合の回転方向が、図１にＤで概略的に示される。
【００８９】
軸方向成分ＢAは、長手方向軸２１に対して平行に移動しない電荷担体への力の影響により、アーク２４の収束（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）及び拡散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）を引き起こし得る。全磁場ベクトルＢGは、長手方向軸２１と磁場角２８を形成する。磁場角２８がゼロである場合、磁場は、軸方向成分のみで構成される。磁場角２８が９０°である場合、磁場は、半径方向成分のみを含む。半径方向成分ＢR及び軸方向成分ＢAは、示されるように、すなわち、半径方向内方又は軸方向下方に向けることができるが、各々が反対の方向を示すこともできる。
【００９０】
磁場生成装置２６は、構成部品１２が磁気回路の構成部分ではないように形成される。構成部品１２は、非鉄金属、特定的には、アルミニウム、ステンレス鋼等のような磁化可能若しくは磁性でない、又は僅かに磁化可能若しくは磁性である材料から製造されることが好ましい。
【００９１】
構成部品１２は好ましくは回転対称であり、示されるように、スタッドの形態とすることができるが、環状要素とすることもでき、この例では、溶接面１３は円形ではなく環状である。この例において、磁場生成装置２６の一部分を、構成部品１２内に半径方向に配置し、従って、磁場生成装置２６の半径方向内方部分と磁場生成装置２６の半径方向外方部分との間に磁場を確立することもできる（図７を参照されたい）。
【００９２】
１つの実施形態において、磁場生成装置２６により、一定の磁場角２８が確立される。さらに、この実施形態において、電流源２２は、交流電流源の形態である。この例においては、溶接工程中に電流源２２の極性が変化するたびに、回転方向は反転される。それにもかかわらずアーク電流の完全な３６０°の回転を達成するために、交流Ｉの周波数は、この例においては、アーク２４における電荷担体の速度によって決まる。
【００９３】
しかしながら、磁場生成装置２６が、磁場角２８を変更するように設計されていることが、特に好ましい。このことは、電気的な方法で又は機械的手段を用いて実行することができる。
【００９４】
全磁場ベクトルＢGの磁場角２８を、半径方向面を超えて又は長手方向を超えて回転させ、磁場角の大きさが好ましくは僅かしか変化しなかった場合、半径方向成分ＢR及び／又は軸方向成分ＢAの数学記号が変化する。結果として、極性の変化に同調して磁場角２８を変更することにより、交流電流源２２の極性が変化しても、回転の方向Ｄを一定に保持することが可能である。さらに、磁場角２８を変更することによって、アーク２４の電荷担体の集束及び拡散に影響を与えることができ、この工程においては、特定的にはアルミニウム製構成部品１２の場合のアーク２４は、イオン及び電子、又は主として電子のみを含み得ることに留意すべきである。従って、どのタイプの電荷担体が主にアーク２４を形成するかを知り、磁場角２８を変更することによって、アーク２４の集束及び拡散、及び／又はこのアークの回転方向に影響を与えることができることが好ましい。
【００９５】
更に別の図２乃至図１０は、設計及び動作方法に関して図１のスタッド溶接装置１０に概ね対応するスタッド溶接装置の更に別の実施形態を示す。従って、同一の要素は同じ参照符号によって示される。本質的に、以下の文において違いが説明される。
【００９６】
図２及び図３は、磁場生成装置２６’が、構成部品１２の周りに回転対称となるような軸方向の配向を有する磁場源によって形成された、スタッド溶接装置１０’の第１の実施形態を示す。これは、構成部品１２と加工物１４との間のアーク２４の領域において軸方向成分ＢA及び半径方向成分ＢRを有する磁場２７を確立し、その結果、全磁場ベクトルＢGが形成され、この全磁場ベクトルは、図２において長手方向軸２１から斜め下方に向けられる。図２に３０で概略的に示されるように、磁場源２６’の極性を反転させることによって、全磁場ベクトルＢGを１８０°回転させることができ、その結果、半径方向成分ＢR及び軸方向成分ＢAの両方の方向及び数学記号が変化する。このことは、図２ａに示される。この例において、磁場角２８の大きさは一定であるが、磁場角２８の数学記号は変化する。例えば、正の磁場角２８が図２に示され、負の磁場角２８が図２ａに示される。
【００９７】
例えば、磁場源が電気コイルによって形成される場合、電気的な方法で磁場源の極性を反転させることができる。しかしながら、一般に、磁場源を機械的に回転させることも可能である。
【００９８】
図３は、磁場源２６’は回転されないが、この磁場源の位置が長手方向軸２１に対して平行にオフセットされている更に別の実施形態を示す。このことは、軸方向成分ＢAの数学記号は図２と比較すると同じままであるが、半径方向成分ＢRの数学記号は図２と比較すると変化するように、磁場角２８を変化させる。位置オフセット装置３２を用いて、磁場生成装置２６又はこの磁場生成装置の部分を、軸方向に長手方向軸２１に対して平行に移動させることができる。
【００９９】
図２は、溶接電流Ｉが負であること、すなわち、構成部品１２から加工物１４に流れることを示す。図３は、溶接電流Ｉの極性が変化したことを示す。全磁場ベクトルＢGの少なくとも一方の成分ＢRの数学記号の変化に伴う溶接電流Ｉの極性の変化の結果として、溶接工程中、アーク２４の回転方向Ｄ及び電荷担体の集束又は拡散の両方とも同じままであり得る。図２及び図３は、磁場２７が構成部品１２を通って延びることができることを示す。非磁性構成部品の例において、磁場２７はまた、構成部品１２の外周の外側に沿って延び、かつ、構成部品１２の下面におけるアーク２４の領域内に偏向することもできる。
【０１００】
図２及び図３は、本質的に、溶接工程全体にわたって、アークの回転方向及び電荷担体の集束又は拡散を一定に保持するために、接合区域におけるアーク電流の極性の変化に同調して、どのように磁場ベクトルを変化させる必要があるかを示すのに役立つ。
【０１０１】
図２及び図３のスタッド溶接装置はまた、図４に示されるようなスタッド溶接方法を実施することもできる。図４において、溶接電流Ｉ、アーク２４の回転方向Ｄ、全磁場ベクトルの半径方向成分ＢR、及びこの全磁場ベクトルの軸方向成分ＢAが、ある時間にわたってプロットされる。
【０１０２】
この例において、図４は、溶接電流Ｉをオンにした後に、構成部品１２が加工物１４から持ち上げられた時間ｔ1から始まる工程を示す。このとき、少量の溶接前電流が最初に時間ｔ2まで流れ、この溶接前電流は、時間ｔ2から時間ｔ3において正の溶接電流Ｉに変わる。時間ｔ3において極性の変化があり、ｔ3からｔ4において負の溶接電流Ｉが流れる。
【０１０３】
磁場生成装置は、時間ｔ3において磁場の半径方向成分ＢRの数学記号を変更し、一方、軸方向成分ＢAはｔ1からｔ4までの期間全体にわたって数学記号を保持する。これは、例えば、図２の図から図３の図への全磁場ベクトルの変化に対応する。
【０１０４】
この方法により、溶接電流の極性の変化にもかかわらず、ｔ1からｔ4までの期間全体にわたって、アークの回転方向Ｄ及び電荷担体の集束又は拡散は一定のままとなる。時間ｔ4において、構成部品１２が加工物１４の上に下降させられ、その結果、短絡が発生する。このようにして溶接工程が終了する。
【０１０５】
図５は、スタッド溶接工程の代替的な実施形態を示す。図５において、溶接電流Ｉ、構成部品１２の持ち上げ距離Ｈ、アークの回転方向Ｄ、軸方向成分ＢA、及び半径方向成分ＢRが、ある時間にわたってプロットされる。
【０１０６】
図４の例におけるように、工程は時間ｔ1で開始する。少量の溶接前電流が時間ｔ2まで流れ、次いでこの溶接前電流は、時間ｔ2から時間ｔ4まで連続して負の溶接電流に変わる。従って、図４とは対照的に、図５による方法は、溶接電流のような直流で実行される。
【０１０７】
図５の実施形態において、磁場生成装置２６を、この磁場生成装置の少なくとも１つの部分が構成部品と平行に軸方向に移動されるように作動させ、時間ｔ3において、一定の溶接電流により構成部品の持ち上げ距離Ｈが変更される。この実施形態において、磁場生成装置２６は、持ち上げ距離Ｈを変化させることによって、軸方向成分ＢAの数学記号を変更するように設計される。しかしながら、半径方向成分ＢRの数学記号は、時間ｔ1から時間ｔ4までの期間全体にわたって一定のままであり、その結果、以下でさらに詳細に説明されるように、時間ｔ3において、持ち上げ距離Ｈの変化により、アーク２４の集束から拡散への転換が行われる。この実施形態においては、半径方向成分ＢRが一定のままなので、回転方向は変更されない。
【０１０８】
図６及び図７は、特定的には、図５の方法を実施するように設計された、本発明によるスタッド溶接装置１０’’の更に別の実施形態を示す。図６及び図７に示されるスタッド溶接装置１０’’の例においては、環状構成部品１２’’が加工物の表面１６の上に溶接される。構成部品１２’’は、例えば、溶接ナットの形態とすることができ、環状溶接面１３’’を有することができる。
【０１０９】
磁場生成装置２６’’は、長手方向軸２１に対して同心状に配置された棒磁石の形態の永久磁石３６を有する。具体的には、永久磁石３６の少なくとも一部分が、構成部品１２’’の環状開口部を通って延びる。図６はまた、マウスピース３４（例えば、保護ガスを供給するための）がアークの周りに半径方向外側に配置されていることも示す。
【０１１０】
磁場生成装置２６’’はまた、磁化可能材料から製造され、かつ、永久磁石３６の上端部に接続された第１のヨーク要素３８も有する。第１のヨーク要素３８は、第１の絶縁部分４０内に埋め込まれる。
【０１１１】
磁場生成装置２６’’はまた、マウスピース３４内に統合された第２のヨーク要素４２も含む。第２のヨーク要素４２は、磁場形成器の形態であり、アーク領域に向かって半径方向に延びる突出部を有する。第２のヨーク要素４２は、第２の絶縁部分４４によって半径方向内方に磁気的に絶縁される。言うまでもなく、第２の絶縁部分４４は、半径方向の突出部の領域内に飛び出し得る。
【０１１２】
第１のヨーク要素３８及び第２のヨーク要素４２は、互いに磁気的に結合され、その結果、磁気回路が形成され、この磁気回路は、第２のヨーク要素（磁場形成器）４２の突出部と棒磁石３６の下端部との間に空隙を有する。
【０１１３】
図６はまた、環状溶接面１３’’と加工物１４の表面１６との間のアーク軸４６が、長手方向軸２１に対して平行にオフセットされていることを示す。磁気回路の空隙は、この領域を通って延びる。この例においては、一例として、内方に向けられた半径方向成分ＢRと、上方に向けられた軸方向成分ＢAとを有する磁場が確立され、その結果、斜め上方に向けられた全磁場ベクトルＢGが生成される。
【０１１４】
永久磁石３６、及び場合によっては第１のヨーク要素３８が、構成部品ホルダ１８’’に固定して結合される。持ち上げ距離Ｈが低減するように構成部品ホルダ１８’’を移動させることによって、空隙における磁場２７は、軸方向成分ＢAの数学記号が変化し、そのため、全磁場ベクトルＢGが半径方向斜め下方に向けられるように変更される（図７）。
【０１１５】
結果として、図６及び図７の比較により示されるように、磁場角２８を変更することができる。結果的に、例えば図５に示されるように持ち上げ距離Ｈを変更することによって、方法を実行することができる。
【０１１６】
この代替案として、図４におけるように、交流が溶接電流として用いられる。この例においては、軸方向成分ＢAの数学記号の変化を用いて、溶接電流の極性が変化する場合に、回転方向Ｄが一定のままであることを保証することができる。これの代替案として、この軸方向成分ＢAの数学記号の変化を用いて、アークの集束と拡散との間で切り換えることができる。
【０１１７】
集束されるアーク２４が図８に示され、この集束されるアークの場合、アーク２４の方向は、アーク軸４６に対して半径方向内方に向けられる。拡散が図９に示され、この拡散の場合、アークの方向は、アーク軸４６に対して半径方向外方に向けられる。
【０１１８】
集束されるアークと拡散されるアークとの間で切り換えることによって、加工物１４の表面１６の部分的に溶融した部分のサイズを増大させることができる。随意的に、アークが、主として溶接面１３’及び対向する表面１６の半径方向内部領域でのみ溶融するのを防止することも可能である。
【０１１９】
図１０は、図２及び図３に概略的に示されるアークに影響を与えるための好ましい解決法を表す、本発明によるスタッド溶接装置１０’’’の更に別の実施形態を示す。スタッド溶接装置１０’’’は、第１のコイル５０（又は永久磁石）と、第２のコイル５２とをもつ磁場生成装置２６’’’を有する。第１のコイル５０は、軸方向に見られるように上部に配置され、第２のコイル５２は、軸方向に見られるように底部に、具体的には好ましくはマウスピース３４又は支持足部３４の外側に配置される。
【０１２０】
この実施形態において、構成部品１２は再び、ほぼ円形の溶接面１３を有するスタッドである。
【０１２１】
第１のコイル５０は、接合区域におけるヨーク要素４２’’’及び３４にわたって磁場を発生させ、この磁場は、図２におけるように、磁場ベクトルＢGを有し、この磁場ベクトルの軸方向成分ＢAは加工物１４の方向に向けられ、この磁場の半径方向成分ＢRはアークの長手方向軸２１の方向に向けられる。溶接電流の極性が変化すると、第１のコイルがオフにされ、第２のコイル５２がオンにされる。これによって、接合区域におけるヨーク要素４２’’’及び３４にわたって磁場が生成され、この磁場において、半径方向成分ＢRの方向が１８０°変化する（この半径方向成分の数学記号が変化した）。このことは、溶接電流の極性が変化したときに、アークの回転方向及び電荷担体の集束は変更しないという効果をもたらす。
【０１２２】
この効果はまた、第１のコイル５０を永久磁石に置き換えることによって達成することもできる。第２のコイル５２は、今や、接合区域において半径方向成分ＢRを発生させる役目をこなし、この半径方向成分ＢRは非常に強いので、接合区域において永久磁石によって生じる半径方向成分の作用の方向を１８０°回転させることができる。しかしながら、これにより図１０の磁気回路の幾何学的及び磁気的設計が幾分異なるものになり得る。
【０１２３】
図１０に示される実施形態の利点は、どの電荷担体がアークを構成するかにかかわらず、片側からしか加工物にアクセスすることができず、かつ、スパッタなしのスタッド溶接が可能である場合に、大きい表面積の加工物へのスタッド溶接が可能であることである。
【０１２４】
図１０はまた、特定の寸法、特定的には、溶接面の直径５４、第２のコイル５２と長手方向軸２１との間の半径方向距離５６、位置オフセット装置３２’’’によって軸方向にオフセットすることができるヨーク要素４２’’’の持ち上げ距離５８、第１のコイル５０の軸方向高さ６０、及び磁場形成器４２’’’と構成部品１２の外周との間の半径方向距離６２も示す。
【０１２５】
上述の寸法は、以下のように関連し得る。例えば、持ち上げ距離Ｈは、直径５４より小さくすること、特定的には、直径５４の半分より小さくすることができる。さらなる持ち上げ距離５８は、例えば、持ち上げ距離Ｈより大きくすること、具体的には、持ち上げ距離Ｈの２倍の高さにすることができる。溶接工程中、第２のコイル５２を、最大持ち上げ距離Ｈとほぼ同じレベルに配置することができる。第１のコイル５０の高さ６０は、最大持ち上げ距離Ｈの少なくとも３倍の高さ、多くとも、最大持ち上げ距離Ｈの約５倍の高さとすることができる。
【０１２６】
半径方向距離６２は、溶接面直径５４の半分の大きさのオーダーのものであることが好ましい。半径方向距離５６は、溶接面直径５４の約２倍であることが好ましい。
【０１２７】
好ましくは各々をオン及びオフにすることができる２つのコイル５０、５２を設け、さらに好ましくはコイルの各々の極性を切り換えることを可能にすることによって、アーク２４に影響を与えることに関する高レベルの可変性を達成することができる。
【０１２８】
例えば、具体的には、溶接工程全体にわたって回転方向が同じままであり、かつ、溶接電流の極性が変化するこの種の２つのコイルを用いて、長手方向軸２１に対して対称的に拡散された電子及び長手方向軸２１に対して対称的に集束されたイオンのアーク電流を生成することができる。
【０１２９】
この例において、イオンの集束が、溶接スパッタを防止することが可能である。このことは、例えば、具体的には、溶接電流Ｉの極性の変化に同調して、コイル５０、５２を交互にオンオフすることにより達成される。磁場生成装置２６が永久磁石３６を１つしか有していない場合（図６及び図７）、及び、溶接電流の極性の変化に同調して持ち上げ距離Ｈが変更される場合にも、同様の方法を達成することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０、１０’、１０’’、１０’’’：スタッド溶接装置
１２、１２’’：構成部品
１３、１３’’：溶接面
１４：加工物
１６：加工物の表面
１８、１８’’：構成部品ホルダ
２０：リニアモータ
２１：構成部品の長手方向軸
２２：電流源
２４：アーク
２６、２６’、２６’’、２６’’’：磁場生成装置
２７：磁場
２８：磁場角
３２、３２’’’：位置オフセット装置
３４：マウスピース
３６：永久磁石
３８：第１のヨーク要素
４０：第１の絶縁部分
４２、４２’’’：第２のヨーク要素
４６：アーク軸
５０：第１のコイル
５２：第２のコイル
５４：溶接面直径
５６：第２のコイルと長手方向軸との間の半径方向距離
５８：ヨーク要素４２’’’の持ち上げ距離
６０：第１のコイルの軸方向高さ
６２：磁場形成器４２’’’と構成部品１２の外周との間の半径方向距離
Ｉ：溶接電流
Ｈ：持ち上げ距離
ＢG：全磁場ベクトル
ＢR：半径方向成分
ＢA：軸方向成分
Ｄ：回転方向
【図１】
2014526382.tif 000003
【図２】
2014526382.tif 000004
【図２ａ】
2014526382.tif 000005
【図３】
2014526382.tif 000006
【図４】
2014526382.tif 000007
【図５】
2014526382.tif 000008
【図６】
2014526382.tif 000009
【図７】
2014526382.tif 000010
【図８】
2014526382.tif 000011
【図９】
2014526382.tif 000012
【図１０】
2014526382.tif 000013
【国際調査報告】
2014526382.tif 000014
2014526382.tif 000015
2014526382.tif 000016