(57)【要約】【課題】ＴＩＧ溶接する際に、溶接アーク８の放射形状を制御することによって被接合部１０間に間隙があっても溶融した金属溶湯９が互いに連続して接合できるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供する。【解決手段】ＴＩＧ溶接機２の負極が接続される溶接トーチ３の電極４と、正極が接続される被接合物５との間に発生する溶接アーク８の放射形状を、溶接アーク８と並ぶ位置に配置した永久磁石７により発生する一定磁界のローレンツ力によって偏向し、被接合部１０の溶接線方向に所望のたまご形の放射面形状を得て、溶接線方向の入熱を増加させ、生じる金属溶湯に、偏向した溶接アーク８が有する運動量を溶接線方向に作用させて、溶接線方向に押付ける作用力を発生して２つの間隙を有して隣接する被接合部１０の金属溶湯９を互いに連続させて接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合物を溶接アークにより溶融して接合するＴＩＧ溶接方法において、
前記被接合物は、長手方向の一端部に溶融して接合する被接合部を備え、
２つの前記被接合部が間隙を有して配置され、
該間隙を有して配置される方向を溶接線方向となす導体端子であり、
前記被接合物と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、
該溶接アークの周囲に一定磁界を印加させ、
前記磁界と前記溶接アークに流れるアーク電流との電磁気的相互作用により生じる電磁力を、前記溶接アークに作用させ、
前記溶接アークの放射形状を前記被接合部の溶接線方向に偏向させて、
２つの前記被接合部を連続して接合する溶接を行うことを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＴＩＧ溶接方法において、
前記磁界は、前記磁界の磁力線が前記アーク電流に対し略直交して通過することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＴＩＧ溶接方法において、
前記磁界は、前記磁界の磁力線が、前記被接合物の２つの前記被接合部の溶接線方向に対し略直交して通過することを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のＴＩＧ溶接方法において、
前記磁界は、永久磁石を用いて前記永久磁石の両磁極を結ぶ方向と、前記電極と前記被接合部との中心軸とが略直交して印加されることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載のＴＩＧ溶接方法において、
前記被接合物が、回転電機の固定子を構成する電流導体であることを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項６】
被接合物を溶接アークにより溶融して接合するＴＩＧ溶接装置において、
前記被接合物は、長手方向の一端部に溶融して接合する被接合部を備え、
２つの前記被接合部が間隙を有して配置され、
該間隙を有して配置される方向を溶接線方向となす導体端子であり、
前記被接合物と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、
前記溶接アークと並ぶ位置に、アーク電流に対し略直交した一定磁界を発生させる永久磁石を設け、
前記永久磁石により発生させた前記磁界と前記アーク電流の電磁気的相互作用により生じる電磁力を、前記溶接アークに作用させ、
前記溶接アークの放射形状を前記被接合部の溶接線方向に偏向させて、
２つの前記被接合部を連続して接合する溶接を行うよう構成したことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項７】
請求項６に記載のＴＩＧ溶接装置において、
前記永久磁石は、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状単一磁石、または馬蹄形磁石であって、前記溶接アークと並設または挟設して配置されることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載のＴＩＧ溶接装置において、
前記永久磁石は、磁束密度の高い希土類磁石であることを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体端子等の互いに間隙を有して配置される２つの被接合部を接合するＴＩＧ溶接に際し、溶接アークを制御して２つの被接合部間を連続して接合する溶接部を形成するＴＩＧ溶接方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
従来より、導体端子間の接合方法として、導体端子をアーク放電により溶融して接合するＴＩＧ溶接方法が用いられている。このＴＩＧ溶接方法により上記導体端子を溶接する際には、導体端子の一端部にあたる被接合部をアーク放電により溶融させる。このとき、導体端子の被接合部には偏平な球状の金属溶湯が発生し、２つの被接合部が間隙なく隣接する場合は、偏平な球状の金属溶湯が互いにつながりを生じ、これが冷却されることにより導体端子間は連続して接合する溶接がなされる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
〔従来技術の不具合〕
しかし、図３に示すように、接合すべき２つの導体端子１１１の溶接線方向の間隙が無視できないほど大きい場合に、これをアーク放電によって溶接する際、それぞれの導体端子１１１の被接合部１１０に独立して溶融する金属溶湯１０９が生じて、互いに連続して溶接線方向に接合する溶接がなされない恐れがある。つまり、２つの導体端子１１１はそれぞれ独立して溶融するだけで溶け分かれを生じ、連続して接合されない溶接がなされる不具合である。
【特許文献１】特開２０００−２１８３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接合すべき２つの導体端子の間隙が大きい場合、あるいは導体端子の被接合部に面取り等が加工されて被接合部間に大きな隙間が生じる構造の被接合物を溶接する際に、溶融した金属溶湯が互いに連続して接合できるＴＩＧ溶接方法およびその装置の提供が望まれる。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、ＴＩＧ溶接する際に、溶接アークの放射形状を制御することによって被接合部間に間隙があっても溶融した金属溶湯が互いに連続して接合できるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、被接合物は、長手方向の一端部に溶融して接合する被接合部を備え、２つの被接合部が間隙を有して配置され、間隙を有して配置される方向を溶接線方向となす導体端子であり、被接合物と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、溶接アークの周囲に一定磁界を印加させ、磁界と溶接アークに流れるアーク電流との電磁気的相互作用により生じる電磁力を、溶接アークに作用させ、溶接アークの放射形状を被接合部の溶接線方向に偏向させて、２つの被接合部を連続して接合する溶接を行うことを特徴としている。
【０００７】
これにより、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる電磁力によって偏向された溶接アークは、偏向方向つまり溶接線方向にアーク放電が有する運動量の溶接線方向成分力を大きく発生させる。この運動量の溶接線方向成分力は溶接アークによって溶融された金属溶湯に強く作用して、金属溶湯を溶接線方向に押付け、２つの間隙を有して隣接する被接合部の金属溶湯を連続して接合する溶接を行うことができる。
【０００８】
また、溶接アークの放射形状を偏向させることにより、被接合部に投影される放射面形状を溶接線方向に長く、溶接線と直角方向に短いたまご形に形成することができるので、溶接線方向では長い領域の入熱または予熱が図れ、溶け込みの十分深い良好な溶接部が得られるとともに、溶接線と直角方向では幅が短いことより、必要以上の入熱または予熱を制限でき、熱影響の減少が図れる。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、磁界の磁力線がアーク電流に対し略直交して通過することを特徴としている。
【００１０】
これにより、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる大きな電磁力を得ることができ、溶接アークの放射形状を十分に偏向できる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、磁界の磁力線が、被接合物の２つの被接合部の溶接線方向に対し略直交して通過することを特徴としている。
【００１２】
これにより、溶接アークが偏向され、被接合部に投影される溶接アークの放射面形状がたまご形となる。たまご形の長軸方向が溶接線方向と一致させることが可能となって、溶接線方向では長い領域の入熱または予熱が図れ、溶け込みの十分深い良好な溶接部が得られる。また、偏向される溶接アークの有する運動量の方向変化に伴う作用力が溶接線方向に作用できるので、溶接線方向の間隙に対して効果的に金属溶湯を連続させて接合できる。
【００１３】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、磁界は、永久磁石を用いて永久磁石の両磁極を結ぶ方向と、電極と被接合部との中心軸とが略直交して印加されることを特徴としている。
【００１４】
これにより、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる大きな電磁力を得ることができ、溶接アークの放射形状を常に大きく偏向させることができる。また、大きく偏向させることにより、溶接アークの有する運動量の溶接線方向成分力を大きくすることができる。
【００１５】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段を採用するＴＩＧ溶接方法では、被接合物が、回転電機の固定子を構成する電流導体であることを特徴としている。
【００１６】
これにより、回転電機の固定子を構成する小形で精密な電流導体の溶接を、簡単、かつ良好に、また低熱影響下で実施できるので、コスト高を抑制し信頼性を向上させることが可能となる。
【００１７】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、被接合物は、長手方向の一端部に溶融して接合する被接合部を備え、２つの被接合部が間隙を有して配置され、間隙を有して配置される方向を溶接線方向となす導体端子であり、被接合物と溶接トーチの電極との間にアーク放電させて溶接アークを発生させ、溶接アークと並ぶ位置に、アーク電流に対し略直交した一定磁界を発生させる永久磁石を設け、永久磁石により発生させた磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じる電磁力を、溶接アークに作用させ、溶接アークの放射形状を被接合部の溶接線方向に偏向させて、２つの被接合部を連続して接合する溶接を行うよう構成している。
【００１８】
これにより、このＴＩＧ溶接装置を用いることにより、上記請求項１の手段で述べたと同様な作用効果が得られる。また、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状の磁束密度の高い単一の永久磁石を溶接アークと並ぶ位置に配置するのみなので、一定磁界がコンパクトに、かつ、強力に印加することが可能となり、自動車用の回転電機のような小形で精密な導体端子等の被接合物に対しても正確、かつ、良好な溶接がし易くなる。また、簡単な構造の装置となって、コスト高が抑えられる。
【００１９】
〔請求項７の手段〕
請求項７の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、永久磁石は、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状単一磁石、または馬蹄形磁石であって、溶接アークと並設または挟設して配置されることを特徴としている。
【００２０】
これにより、電極と被接合物との間の一定磁界がコンパクトな構造で印加することが可能となり、小形で精密な導体端子等の被接合物に対しても正確、かつ、迅速に溶接し易くなる。また、簡単な構造の装置となって、コスト高を抑えられる。
【００２１】
〔請求項８の手段〕
請求項８の手段を採用するＴＩＧ溶接装置では、永久磁石は、磁束密度の高い希土類磁石であることを特徴としている。これにより、一定磁界がよりコンパクトに、かつ、強力に印加でき、さらに小形で精密な導体端子等の被接合物に対しても正確、かつ、迅速に溶接し易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の最良の実施形態は、ＴＩＧ溶接装置において、ＴＩＧ溶接機の負極が接続される溶接トーチの電極と、正極が接続される被接合物との間に発生する溶接アークの放射形状を、溶接アークと並ぶ位置に配置した永久磁石により発生する一定磁界の電磁力（ローレンツ力）によって偏向し、被接合部の溶接線方向に所望のたまご形の放射面形状を得て、溶接線方向の入熱を増加させ、生じる金属溶湯に、偏向した溶接アークが有する運動量を溶接線方向に作用させ、溶接線方向に押付ける作用力を発生して、２つの間隙を有して隣接する被接合部の金属溶湯を互いに連続させて接合するものである。
この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。
【実施例１】
【００２３】
〔実施例１の構成〕
図１は本発明の電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す。
図１に示すように、ＴＩＧ溶接装置１は、ＴＩＧ溶接機２の負極が接続される溶接トーチ３の電極４と、正極が接続され、被接合物５との間にアーク放電を発生させるための電極６が配設されている。溶接トーチ３の電極４の中心軸と被接合物５の後記する被接合部１０の中心は略一致させるが、好適には被接合部１０の反溶接線方向に電極４の中心軸を僅かにオフセットして、被接合物５を電極６によって押圧し、固定させる。これにより、予め後記する溶接アーク８の偏向代を確保するとともに、電気的導通も確保している。また、同時に、被接合物５である２つの導体端子１１が互いに密着して、初期時の間隙を減少するようにしている。
【００２４】
また、電極４と被接合物５との間に生じる溶接アーク８と並び、電極４の中心軸から所定の距離だけ離れた位置に永久磁石７が両磁極を結ぶ方向を電極４の中心線と直交するように配設して、永久磁石７の生じる磁界の磁力線が電極４の中心線と直交して通過するようになっている。なお、ＴＩＧ溶接装置１には、図示しないイナートガスが溶接トーチ３と電極４との間から噴出され、溶接アーク８の表面を覆って溶接部９が酸化するのを防ぐ。
【００２５】
永久磁石７は、図１に示すように、長方形の断面を有する柱状の単一磁石であって、断面形状の長辺は溶接アーク８の円錐状の放射形状の先端部拡り幅と同等以上であり、断面形状の短辺は溶接アーク８のアーク長さ、つまり電極４と被接合部１０との間の長さと略同等である。永久磁石７の磁極は柱状の両端面に設けられ、両磁極を結ぶ方向とアーク中心軸とが直交するように、また、Ｎ極を対向して配置し、磁界の磁力線が溶接アーク８と略直交して通過するようになっている。なお、磁界の磁力線を溶接アーク８に大量に通過させることが所望の効果を得る上で重要であり、このため、永久磁石７は磁束密度の大きい希土類磁石が好適に採用される。これにより、コンパクトにして強力な一定磁界が得られる。
【００２６】
なお、単一磁石の長方形の断面形状を溶接アーク８の中心軸断面の投影形状に略同等とすることは、主に溶接アーク８のみに直交する磁界の磁力線を通過させるためで、金属溶湯９にもこの磁界が漏れて通過することもあり得るが、積極的に金属溶湯９に磁界の磁力線を通過させるものではない。また、図１では単一の永久磁石７の配置を紙面の裏側（奥）に配する例を示したが、これに限ることなく、紙面の表側（手前）に配置してもよく、このとき溶接アーク８に対向させるのはＳ極となる。
【００２７】
また、本実施例において、溶接対象である被接合物５の形状に特別な特徴がある。被接合物５は自動車用の交流発電機（オルタネータ）等の回転電機の固定子となるステータコイルのセグメントコンダクタ部品であり、導体端子１１は絶縁被膜された平角導線より構成されている。そして、セグメント一端部には絶縁被膜を除去して挿入組付がし易いように面取りした被接合部１０が備えられている。図１に示すように、２つの面取りされた導体端子１１は隣接して組合わされるが、導体端子１１は平角導線自体の曲がりやひずみによって互いに完全密着することは少なく、組合せても僅かに間隙が残ることがある。よって、導体端子１１の被接合部１０では密着せずに残った間隙と面取りによる間隙が加わって、一端部の被接合部間には無視できないほどの間隙が生じ、溶接を困難とする。ここで、この被接合物５の形状の特別な特徴とは、２つの導体端子１１の一端部である被接合部１０が、被接合部１０の溶接線方向に比較的大きな間隙を有して隣接し、しかもその間隙が必ずしも一定でなくばらつきを有することである。
【００２８】
ＴＩＧ溶接方法は、被接合物５を溶接アーク８により溶融して接合する方法である。溶接アーク８は、電極４と電極６に導通される被接合部１０との間を流れるアーク放電であり、高温のプラズマ状となった荷電粒子の流れである。アーク放電は基本的には電極４と被接合部１０との最短距離内に生じ、電極４の中心軸上に発生し易いが、アーク放電が伸びる方向に広がって円錐状の放射形状を有する。アーク放電自体はプラズマ状となった荷電粒子の流れであり、つまり電流が流れることにより、アーク放電の周りにはこの電流、つまりアーク電流により磁界が生じる。この磁界は、被接合物５の構造や形状および材質等に影響を受けて変化しやすく、アーク放電の周りの磁束密度を不均一なものとして、磁束密度の高い方へ突発的に引き寄せる不規則な変動を生じる磁気吹現象を起こすことがある。この磁気吹現象によって溶接アーク８の放射形状が変動すると、被接合部への入熱が著しく低下し、良好な溶接が得られない場合もある。
【００２９】
本実施例においては、２つの導体端子１１の被接合部１０の溶接線方向に比較的大きな間隙を有して隣接し、しかもその間隙が必ずしも一定でなくばらつくことに起因する可能性のある磁気吹現象を含めて変動する溶接アーク８を有効な手段によって強制的に固定・安定化し、さらに溶接アーク８の有する運動エネルギを有効に利用して良好な接合ができる溶接方法とするものである。つまり、従来のように、金属溶湯９に流れる電流に磁界を掛け、磁界と電流との電磁気的相互作用により生じるローレンツ力を金属溶湯９に作用させて溶接線方向に連続した接合を得るのでなく、また、溶接トーチ３の電極４と被接合部１０の中心軸を傾斜させることなく、積極的に溶接アーク８の放射形状を偏向して、偏向方向となる溶接線方向の運動量を大きく稼ぎ、この運動量の方向変化に伴い生じる作用力を溶融した金属溶湯９に押し付け、互いの金属溶湯９を連続させ接合しようとする溶接方法である。
【００３０】
図１に示すように、ＴＩＧ溶接機２の負極が接続される溶接トーチ３の電極４と、正極が接続される被接合物５との間に発生する溶接アーク８の放射形状を、溶接アーク８と並ぶ位置に配置した永久磁石７により発生する一定磁界を印加し、この磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じるローレンツ力を常時溶接アーク８に作用させ、これにより、溶接アーク８を偏向固定して、つまり、曲成溶接アーク８を形成して、被接合部１０の溶接線方向に所望のたまご形の放射面形状を得て、溶接線方向の入熱を増加させ、生じる金属溶湯９に、偏向した溶接アーク８が有する運動量を溶接線方向に作用させて、溶接線方向に押付ける作用力を発生して２つの被接合部１０の金属溶湯９を互いに連続させて接合する溶接方法である。この方法により、従来のような金属溶湯９にローレンツ力を作用して金属溶湯９を連続して接合する溶接方法よりも、より安定的に偏向された溶接アーク８の作用力によって金属溶湯９を連続させて接合できる。
【００３１】
〔実施例１の効果〕
本実施例の効果について説明する。上記ＴＩＧ溶接方法によれば、磁界とアーク電流の電磁気的相互作用により生じるローレンツ力によって偏向された溶接アーク８は、偏向方向つまり溶接線方向にアーク放電が有する運動量の溶接線方向成分力を大きく発生させる。この運動量の溶接線方向成分力は溶接アーク８によって溶融された金属溶湯９に強く作用して、金属溶湯９を溶接線方向に押付け、２つの間隙を有して隣接する被接合部１０の金属溶湯９を互いに連続して接合する溶接を行うことができる。
【００３２】
また、溶接アーク８の放射形状を偏向させることにより、被接合部１０に投影される放射面形状を溶接線方向に長く、溶接線と直角方向に短いたまご形に形成することができるので、溶接線方向では長い領域の入熱または予熱が図れ、溶け込みの十分深い良好な溶接部が得られるとともに、溶接線と直角方向では幅が短いことより、必要以上の入熱または予熱を制限でき、熱影響の減少が図れる。
【００３３】
また、両磁極を両端部に備え、断面が長方形状の柱状の磁束密度の高い単一の永久磁石７を溶接アーク８と並ぶ位置に配置するのみなので、一定磁界がコンパクトに、かつ、強力に印加することが可能となり、自動車用の回転電機のような小形で精密な導体端子１１等の被接合物５に対しても正確、かつ、良好な溶接がし易くなる。また、簡単な構造の装置となって、コスト高が抑えられる。
【実施例２】
【００３４】
〔実施例２の構成〕
本発明の実施例２を図２に示す。図２は、電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を備えたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す。
実施例１と実質的に同一構成部分に同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３５】
実施例１のＴＩＧ溶接装置１では、永久磁石７は、長方形の断面を有する柱状の磁石であって、断面形状の長辺は溶接アーク８の円錐状の放射形状の先端部拡がり幅と同等以上であり、断面形状の短辺は溶接アーク８のアーク長さ、つまり電極４と被接合部１０との間の長さと略同等であり、永久磁石７の両磁極は柱状の両端面に設けられ、両磁極を結ぶ方向とアーク中心軸とが直交するように、また、Ｎ極を対向して配置し、磁界の磁力線が溶接アーク８と略直交して通過するようにした単一の磁石である。しかし、これに限ることなく、本実施例では長方形の断面を有する馬蹄形状もしくはチャンネル形状の磁石であって、両磁極がそれぞれ両端面に対向して設けられ、溶接アーク８を両磁極内に挟設して、両磁極間に生じる磁界の磁力線がアーク電流と直交するように配置したものである。
【００３６】
実施例１との違いは永久磁石７の形状が柱状か馬蹄形状かの違いであって、両磁極間に生じる磁界の印加の仕方が異なるのみで、磁界の磁力線がアーク電流と直交して通過することは変わることなく、他の構成も変わるところはない。
【００３７】
〔実施例２の効果〕
本実施例でのＴＩＧ溶接装置１は、主に磁界を生じる永久磁石７の磁極の位置、形状の違いであり、他の構成は変わるところはなく、実施例１と同様な作用・効果が得られる。特に、本実施例のように溶接アーク８を両磁極内に挟設して、両磁極間に生じる磁界を印加させる方が高磁界を印加させ易く、より確実な偏向、固定が可能となり、逆に同じ偏向、固定が実現できるならＴＩＧ溶接装置はよりコンパクトとなり易い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】は電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（実施例１）。
【図２】は電極と被接合物との間に一定磁界を付加する永久磁石を設けたＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（実施例２）。
【図３】は電極と被接合物を対向させて配置するＴＩＧ溶接装置の概略図を示す（従来例）。
【符号の説明】
【００３９】
１      ＴＩＧ溶接装置
２      ＴＩＧ溶接機
３      溶接トーチ
４、６  電極
５      被接合物
７      永久磁石
８      溶接アーク
９      金属溶湯（溶接部）
１０    被接合部
１１    導体端子
【図１】
2008105056.tif 000003
【図２】
2008105056.tif 000004
【図３】
2008105056.tif 000005