(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属ワークピースにおける物理的変化を誘導する方法であって、前記物理的変化は前記少なくとも１つの金属ワークピースの形成、切除、穿孔、前記少なくとも１つの金属ワークピースの他の金属ワークピースへの溶接、接合の少なくとも１つを含み、前記方法は、
（ａ）少なくとも1つのパルス磁力（ＰＭＦ）エネルギを少なくとも１つのワークピースの少なくとも一部分へ移行して、該部分内に強力な磁気圧を誘導し、
（ｂ）ＰＭＦエネルギと少なくとも部分的に共通の広がりをもつ補助エネルギをワークピースの少なくとも一部分へ移行して、ＰＭＦおよび補助エネルギを結合して、物理的変化を得ることを含み、
前記補助エネルギが、前記少なくとも１つのワークピースの前記少なくとも一部分において振動を誘導する機械的エネルギである方法。
【請求項２】
前記機械的エネルギが、それと関係付けられたＰＭＦ生成コイルを振動するように誘導される振動導波管によって誘導される請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記機械的エネルギが、それと関係する流体放電（ＤＩＦ）デバイスを振動するように誘導される振動導波管によって誘導される請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記機械的エネルギが超音波エネルギ源によって誘導される請求項１記載の方法。
【請求項５】
２つの金属ワークピースを互いに溶接する方法であって、
（ａ）第１の期間中に、一次電流を一次ワーキングコイルを通して放電することによって一次パルス磁力（ＰＭＦ）を生成して、２つの金属ワークピースの第１の金属ワークピースの少なくとも一部分に強力な磁気圧を誘導して、前記部分を第２の金属ワークピースの少なくとも１つの他の一部分へ向かって移動し、衝撃を与え、
（ｂ）第２の期間中に、２つの金属ワークピースの少なくとも一方へ機械的エネルギを移行し、前記第１の期間および前記第２の期間は、前記第１または前記第２の期間の一方の少なくとも実質的な部分において互いにオーバーラップして、前記機械的エネルギをＰＭＦエネルギと組合せて、少なくとも２つの部分を互いに溶接することを含む方法。
【請求項６】
前記機械的エネルギが、一次電流の放電と同時に開始される請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記機械的エネルギが、一次電流を放電する前または後に開始される請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記機械的エネルギが、２つの金属ワークピースの少なくとも一方において迅速な動作を誘導することによって伝えられる請求項５乃至７のいずれか1項記載の方法。
【請求項９】
機械的エネルギが、導波管と関係付けられたワーキングコイルを通して電流を放電することによって生成されるＰＭＦによってワークピースの１つと接触している機械的導波管を通して加えられる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
機械的エネルギが、流体放電（ＤＩＦ）デバイス内の流体中に埋め込まれた少なくとも２つの電極間の電流の放電によって、該デバイス内で生成された衝撃波によってワークピースの１つと接触している機械的導波管を通して加えられる請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記機械的エネルギが超音波エネルギである請求項８記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの金属ワークピースにおける物理的変化を誘導する装置であって、前記物理的変化は前記少なくとも１つの金属ワークピースの形成、切除、穿孔、前記少なくとも１つの金属ワークピースの他の金属ワークピースへの溶接、接合の少なくとも１つを含み、前記装置は、
（ａ）それを通る電流を放電して、金属ワークピースの少なくとも一部分に強力な磁気圧を誘導するフォーミングコイルを備えた少なくとも1つのＰＦＭユニットと、
（ｂ）フォーミングコイルを通る電流の放電と少なくとも部分的に共通の広がりをもって、補助エネルギをワークピースの少なくとも一部分へ移行し、前記圧力および補助エネルギが相乗に作用して前記物理的変化を得る少なくとも1つの補助エネルギ源とを含み、
前記第２のエネルギ源が、前記少なくとも１つのワークピースの前記少なくとも一部分において振動を誘導する機械的エネルギ源である装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一部分の形成、切断、または穿孔の少なくとも1つか、あるいは前記少なくとも一部分を別の金属ワークピースに接合または溶接することを含む物理的変化を誘導する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のエネルギ源が、補助ＰＭＦ回路を含む請求項１２または１３記載の装置。
【請求項１５】
前記機械的エネルギ源が、機械的エネルギ波を前記ワークピースへ伝える固体部材を含むデバイスであり、前記部材が、前記部材の振動を誘導する補助ＰＭＦユニットのワーキングコイルと関係付けられている請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
前記機械的エネルギ源が、機械的エネルギ波を前記ワークピースへ伝える固体部材を含むデバイスであり、前記部材が流体放電（ＤＩＦ）デバイスと関係付けられていて、電流放電回路に接続され、該デバイス内の流体に埋め込まれた少なくとも２つの電極間で電流を放電することによって、衝撃波を生成することができる請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
２つの金属ワークピースを互いに溶接する装置であって、
装置の動作サイクルの第１の期間中に、パルス磁力（ＰＭＦ）を生成して、２つの金属ワークピースの第１の金属ワークピースの少なくとも一部分を、２つの金属ワークピースの第２の金属ワークピースの少なくとも一部分へ向かって移動させるように構成されている一次ワーキング回路をもつ一次放電回路と、
（ｉ）装置の動作サイクルの第２の期間中に機械的エネルギを生成し、（ｉｉ）この機械的エネルギを２つの金属ワークピースの少なくとも一方へ移行するように構成されているデバイスであって、前記第１の期間と前記第２の期間が前記第１または前記第２の期間の一方の少なくとも実質的な部分において互いにオーバーラップして、前記機械的エネルギがＰＭＦエネルギと組み合わされて、少なくとも２つの部分を互いに溶接するデバイスとを含む装置。
【請求項１８】
補助エネルギを生成するデバイスが、補助ＰＭＦ回路を含む請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記デバイスが、ワークピースの少なくとも一方に機械的衝撃波または振動を誘導するデバイスを含む請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
前記デバイスが機械的導波管を含む請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記デバイスが、前記導波管内の機械的波を誘導するＰＭＦに対する導波管に関係付けられたワーキングコイルを含む請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
導波管が流体放電（ＤＩＦ）デバイスと関係付けられ、ＤＩＦデバイスが流体を含んでいて、前記流体を通して電極間で電流を放電する放電電極をもつチャンバを備え；前記チャンバが導波管と接触して、電流が電極間で放電されるときに、衝撃波が、導波管へ送られる流体内で生成される請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
前記流体が水溶液である請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記アセンブリが、超音波を生成し、この超音波を２つのワークピースの少なくとも一方へ送るように構成されている請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、全体的に金属物体における物理的変化を誘導し、とくにパルス磁力（pulsed magnetic force, ＰＭＦ）エネルギを使用する方法および装置に関する。
【０００２】
従来の技術
金属物体を形成、接合、または溶接するのにＰＦＭを採用することは、当業者には知られている。このプロセスでは、電流はワークピースに近接しているコイルを通って迅速に放電される。ワークピース内の渦電流によって強力な磁気圧が生成され、この磁気圧によってワークピースの少なくとも一部分に対する加工を行うことができる。一般的に、ワークピースの一部分は、ＰＦＭ装置はワーキングコイルに近接しているワークピースの一部分は、迅速な動きを誘導され、この動きに関係する運動エネルギによって前記物理的変化が生じる。言い換えるとこの物理的変化は、物体形状の変化である。ときどき、前記一部分の迅速な動きは顕微鏡的大きさのみにおいて誘導される。例えば２つの金属ワークピースを接合または溶接する場合、その一部分は非常に近接して位置付けられ、実際には互いに接触している。しかし非常に近接しているにも関わらず、顕微鏡的な大きさのみにおいて少なくとも１つのワークピースの一部分が（明らかに非常に短い距離において）短い迅速な動きが可能であっても、２つの物体間にはいくらかの隙間が残ってしまう。これに対して運動エネルギを増強することによって、他のワークピースの一部分への衝撃を消散し、２つのワークピースを互いに接合または溶接することができる。
【０００３】
発明が解決しようとする課題
本発明は、少なくとも１つの金属ワークピースにおける物理的変化を働かせる、すなわち誘導する方法および装置に関する。“物理的変化(physical change)”という用語は、形状または形態の構造的な変化、すなわちワークピースの一部分の切除、ワークピースの穿孔、および２以上のワークピースを互いに接合するか、または２つのワークピースあるいはそれらの一部分を互いに溶接することを意味する。既におよび後述で使用した“接合(joining)”という用語は、２つのワークピースを互いにタイトに結合すること、すなわち全体的に円筒形の物体の中に管形の物体をタイトにはめ合せることを意味し；“溶接(welding)”という用語は、接合（joining）と区別して、２つの物体表面の非常にタイトな相互作用、例えば２つのワークピースの少なくとも一部分のメタラージカルボンディング(metallurgical bonding)を表わすことを意味する。
【０００４】
本発明の方法および装置はパルス磁力（pulsed magnetic force, ＰＭＦ）エネルギを使用する。本発明にしたがって、ＰＭＦエネルギは、別のエネルギ源から出力され、ＰＭＦエネルギと相乗的に作用して、物理的変化を加える別のエネルギと結合される。別のエネルギ源（本明細書では、ときどき“補助エネルギ源（auxiliary energy source）”と呼ばれる）は別のＰＭＦエネルギ、機械的エネルギ源、および他の多くのエネルギ源であってもよい。
【０００５】
本発明の第１の態様にしたがって、少なくとも１つの金属ワークピースにおける物理的変化を誘導する方法であって、
（ａ）少なくとも1つのパルス磁力（ＰＭＦ）エネルギを少なくとも１つのワークピースの少なくとも一部分へ移行して、該部分内に強力な磁気圧を誘導し、
（ｂ）ＰＭＦエネルギと少なくとも部分的に共通の広がりをもつ補助エネルギをワークピースの少なくとも一部分へ移行して、ＰＭＦおよび補助エネルギを結合して、物理的変化を得ることを含む方法を提供する。
【０００６】
本発明の別の態様にしたがって、少なくとも1つの金属ワークピースにおける物理的変化を誘導する装置であって、
（ｉ）それを通る電流を放電して、金属ワークピースの少なくとも一部分に強力な磁気圧を誘導するフォーミングコイルを備えた少なくとも1つのＰＦＭユニットと、
（ii）フォーミングコイルを通る電流の放電と少なくとも部分的に共通の広がりをもって、補助エネルギをワークピースの少なくとも一部分へ移行し、前記圧力および補助エネルギが相乗に作用して前記物理的変化を得る少なくとも1つの補助エネルギ源とを含む装置を提供する。
【０００７】
“移行エネルギ(transferring energy)”または本明細書において使用した類似の用語は、前記物理的変化を得るために少なくとも部分的に作用するエネルギへワークピースを移行することを意味する。“金属ワークピース(metal workpiece)”という用語は、本発明の方法および装置によって金属物体を表わし、この金属ワークピースは、管形または別の円筒形の物体へ接合または溶接されることになる別の円筒形の物体、形成、切断、または穿孔されることになる金属板などであってもよい。本発明は、特定の種類のワークピースに制限されず、むしろ無数の種々のワークピースに応用して、多様な種々の物理的変化を誘導できることが分かるであろう。
【０００８】
“エネルギ結合(combination of energy)”またはそれに類似する用語は、少なくとも２つのエネルギ源を時間を定めて活性化して、各エネルギを少なくとも1つのワークピースへ移行する際に、移行期間が少なくとも部分的にオーバーラップするようにして、２つのエネルギを結合した効果が、物理的変化を誘導する限り、一方のみのエネルギ源によって加えられる物理的変化よりも相当に大きくなるようにすることを意味する。本発明のエネルギ結合は、ＰＦＭのみを使用する際に種々の向上をもたらした。例えば２つの金属ワークピースを互いに溶接または接合する場合に、ＰＭＦのみの場合と比較してより低いＰＭＦエネルギで同じ結果を達成することができる。結果的に設計において、大きいＰＭＦを生成するには大きいキャパシタバンクが必要となるので、本発明の装置では全体的な大きさを小さくすることができる。
【０００９】
さらに本発明は、従来技術では達成が困難であった結果を達成した。例えば、２つの管形ワークピースを互いに溶接する場合に、一方のワークピースが他方のワークピースを封入するとき、外側のワークピースが内側のワークピースに強力な衝撃を与えるために、内側の管形のワークピースがスクイーズしたり、または押し潰されたりすることがある。しかしながら本発明では、より小さいＰＭＦパルスを使用して、同じ効果を達成することができ、このような望ましくない効果をなくしたり、または低減することができる。溶接の場合、本発明のエネルギ結合は溶接領域を増大する。
【００１０】
少なくとも溶接の場合は、オーバーラップする期間が相当に長い、言い換えると少なくとも一方のエネルギを供給する際に、そのエネルギ供給期間のほとんどにおいて、一方のエネルギ供給が他方のエネルギ供給とオーバーラップすることが好ましい。したがって、例えば両方のエネルギ供給が同時に開始および終了するか、両方のエネルギ供給が同時に開始して、引き続いて終了するか、両方のエネルギが引き続いて開始されて、同時に終了するか、一方のエネルギが供給されている期間中に他方のエネルギ供給が開始および終了するか、これらのシナリオの種々の組合せであってもよいことを意味する。
【００１１】
一方のエネルギ源は常に、ＰＦＭデバイスからのＰＭＦエネルギ源であり、なお本明細書ではときどきＰＭＦデバイスは“一次ＰＭＦエネルギ源(primary PMF energy source)”、ＰＭＦエネルギ源“一次ＰＭＦデバイス（primary PMF device）”と呼ばれるが、他方のエネルギ源は種々の異なる源から選択することができる。１つの好ましい実施形態では、他方のエネルギ源は異なる仕様の補助ＰＭＦエネルギ源である。他の実施形態では、他方のエネルギ源はワークピースにおける機械的衝撃波または機械的振動を生成するデバイス；物体内に超音波振動を生成するデバイス、例えば超音波溶接において通常使用されているデバイス；互いに溶接されることになるワークピースの一部分間のインターフェイスを通る電流を移行するための、例えば抵抗溶接に使用されるデバイス；などである。
【００１２】
既に使用され、後述で使用される“一次（primary）”という用語は、このエネルギ源が、本発明にしたがって使用される他のエネルギ源と比較して、最重要であることを意味している訳ではないことに注意すべきである。同様に、“補助（auxilary）”という用語は、二次的な重要度をもつことを意味している訳ではないことを理解すべきである。むしろ、これらの用語は単に便宜的に使用しているだけである。本発明にしたがって効果的な物理的変化を得るために、既に使用され、後述で使用されているように、一次エネルギ源および補助エネルギ源を組合せて達成されることが分かるであろう。
【００１３】
本発明にしたがって組合せて使用される一次および補助エネルギは重ね合わされ、言い換えるとこれらのエネルギは、実質的な部分が互いにオーバーラップしている期間中にエネルギを供給するように生成される。１つの実施形態では、一次ＰＭＦエネルギは補助エネルギと同時に生成される。別の実施形態では、補助エネルギは一次ＰＭＦエネルギより先に、またはその後で作動する。
【００１４】
移行されるエネルギの総量については、移行される一次エネルギの総量が移行される補助エネルギの総量よりも多いとき、両方のエネルギ総量がほぼ同じとき、または補助エネルギの総量が一次エネルギの総量を越えるときがある。
【００１５】
１つの実施形態では、補助エネルギはＰＭＦエネルギである。この実施形態の装置は２つの放電回路をもち、その一方の回路では一次ワーキングコイルを通る一次電流を放電し、他方の回路では補助補助ワーキングコイルを通る補助電流を放電し、このとき補助ワーキングコイルは一次ワーキングコイルと同じであっても、異なっていてもよい。補助電流は、一次電流の周波数と実質的に異なる（多いかまたは少ない）が、一般的に大きく、例えば５乃至１００倍大きい周波数をもつ。例えば、一次パルスは１００乃至２００秒の期間（それぞれ１万乃至５千ヘルツの周波数）をもち、一方で補助パルスの期間は約６乃至１０秒の期間をもつ。このような場合の補助パルスは一般的に、一次パルスを作動して一定期間、例えばそれぞれ約２０乃至４０秒後（一次パルスがピークに近いとき）に作動する。補助パルスは、一次パルスと相乗的に作用するように時間を定められて、前記の物理的効果を得る。
【００１６】
一次電流の振幅は一次電流よりも大きく、例えば一次電流の２乃至５０倍であるか、または時々はほとんど同じであってもよい。
【００１７】
別の実施形態では、前記補助エネルギは、２つの金属物体の少なくとも一方に迅速な動作を誘導することによって加えられる機械的エネルギである。このような動きは機械的衝撃または振動であってもよい。1つの実施形態では、機械的エネルギは、機械的導波管によって少なくとも1つの金属物体へ加えられる。導波管は電流放電回路に接続された補助ワーキングコイルと関係付けられ、ＰＭＦによって、前記導波管内に機械的振動波を生成して、この機械的振動波は金属物体へ伝えられる。その代わりに、導波管は流体放電（discharge-in-fluid, ＤＩＦ）デバイスと関係付けられて、衝撃波を生成し、衝撃波は導波管によって少なくとも1つの物体へ伝えられる。ＤＩＦデバイスは、流体チャンバを含み、この流体チャンバはその中に放電電極が与えられていて、放電電極間および流体を通して電流を放電する。電流が電極間で放電されると、流体内でプラズマが生成され、流体内で衝撃波を生成し、この衝撃波は導波管へ伝えられる。流体は一般的に水溶液である。
【００１８】
別の実施形態では、機械的エネルギは超音波エネルギである。
【００１９】
本発明は一般的に、少なくとも1つのワークピースのより効果的な物理的変化を得るのに応用されるが、とくに２つの金属ワークピースを互いに溶接するのに応用可能である（“溶接結合（welding embodiment）”）。溶接結合は本発明の好ましい実施形態である。この好ましい溶接結合において、２つの金属物体を互いに溶接する方法であって、
（ａ）第１の期間中に、一次電流を一次ワーキングコイルを通して放電することによって一次パルス磁力（ＰＭＦ）を生成して、２つの金属物体の第１の金属物体の少なくとも一部分に強力な磁気圧を誘導して、前記部分を第２の金属ワークピースの少なくとも１つの他の一部分へ向かって移動し、衝撃を与え、
（ｂ）第２の期間中に、２つの金属物体の少なくとも一方へ、前記一次ＰＭＦエネルギ以外の補助エネルギを移行し、前記第１の期間および前記第２の期間は、前記第１または前記第２の期間の一方の少なくとも実質的な部分において互いにオーバーラップして、前記補助エネルギをＰＭＦエネルギと組合せて、少なくとも２つの部分を互いに溶接することを含む方法を提供する。
【００２０】
溶接結合にしたがって、２つの金属物体を互いに溶接する装置であって、
装置の動作サイクルの第１の期間中に、パルス磁力（ＰＭＦ）を生成して、２つの金属物体の第１の金属物体の少なくとも一部分が、２つの金属物体の第２の金属物体の前記部分へ向かって移動して、衝撃を与える一次ワーキング回路をもつ一次放電回路と、
装置のワーキングサイクルの第２の期間中に補助エネルギを生成し、この補助エネルギを２つの金属物体の少なくとも一方へ移行するデバイスであって、前記第１の期間と前記第２の期間が前記第１または前記第２の期間の少なくとも実質的な部分において互いにオーバーラップして、前記補助エネルギが一次ＰＭＦエネルギと組み合わされて、２つの部分を互いに溶接するデバイスとを含む装置を提供する。
【００２１】
溶接において、ＰＭＦエネルギと上述のエネルギとの組合せは応用可能である。さらに加えて、溶接の場合に、補助エネルギは、互いに溶接されることになる２つの金属ワークピースの一部分間のインターフェイスを通り抜けるように誘導される電流であってもよい。この溶接結合には、概ね本質的に知られている抵抗溶接に従来使用されてきた電極を使用してもよい。
【００２２】
別の実施形態では、補助エネルギは、とくに溶接の場合に応用可能であるが、上述のように種々の物理変化を取扱う他の実施形態にも応用可能であり、例えば補助エネルギ源によって金属ワークピースの少なくとも一部分を加熱して物理的変化を生じることができる。このような加熱は、一般的に本質的に知られている超音波エネルギ源、同じく一般的に本質的に知られている誘導加熱、および本質的に知られている他の種々の加熱手段によって達成することができる。この場合にワーキングピースの加熱後のＰＭＦの効果は、加熱をしないときよりも明白である。
【００２３】
本発明の方法および装置において使用される補助エネルギ源は、上述の補助エネルギ源の組合せであってもよいことが分かるであろう。したがってこのような場合に、金属ワークピースに与えられるエネルギは3以上を重ね合わせたエネルギの組合せである。例えば、誘導加熱と補助ＰＭＦとの組合せである。
【００２４】
ここで本発明と、実際に本発明をどのように実行するかとを理解するために、次の詳細な記述において例示的に添付の図面を参照して本発明を開示することにする。
【００２５】
発明の実施の形態
最初に図１を参照すると、ワーキングコイル22および２つの放電回路24および26を含む本発明の装置20が示されている。放電回路24は電源30およびキャパシタバッテリ32を含み、キャパシタバッテリ32は１以上のキャパシタおよび高電流スイッチ34を含む。同様に、放電回路26は電源36、キャパシタバッテリ38、およびスイッチ40を含む。スイッチ34および40は、これらのスイッチに対するトリガを備えたイグニション回路42によって制御される。スイッチ34および40は、本質的に知られている種々の高電流スイッチの１つであり、例えばＰＣＴ出願第PCT/IL 97/00383号明細書において開示された制御式真空放電器である。
【００２６】
回路24はここでは一次回路を示し、回路26は補助回路を示す。この特定の実施形態では、回路34の一次放電電流および回路26の補助放電電流は、単一のワーキングコイル22を通って放電されることが分かるであろう。
【００２７】
図２乃至図４は、組合わされ、重ね合わされたＰＭＦ生成電流を得る一次および補助放電電流の種々の組合せを示している。一次放電回路は、図２乃至図４において上段の曲線によって表わされ、一般的に１０乃至２００キロアンペア、典型的に１００キロアンペアの振幅と、約１０乃至１００キロヘルツの初期発振周波数とをもつ。補助放電電流は、図２乃至図４の各々の中段に示したように、一般的に約５０乃至１０００キロヘルツの周波数と、約１乃至１０キロアンペアの振幅をもつ。２つの異なる電流は同時に放電される（図２参照）か、または補助電流が一次電流の後に放電される（図３参照）か、あるいは一次電流の前に放電される（図４参照）。重ね合わされた電流は、図２乃至図４の各々の下段の曲線で示した。本発明にしたがってこのような重ね合わされたＰＭＦ電流は、従来技術のＰＭＦプロセスで必要であったように電流の強度を相当に増加し、電流放電パラメータを細かく同調する必要はなく、効果的な溶接を行うことが認識された。
【００２８】
２つの異なる源から出力されたエネルギは、図５乃至図１７を参照して記載した実施形態において示したのと同様のやり方で重ね合せることができ、言い換えると両方の源は同時に、または一方の源を他方の源より遅延させて作動することができる。
【００２９】
図５および図６は、本発明の２つの他の実施形態にしたがう装置50および60の図を示している。図５および図６では、図１と同じ要素を示すのに同じ参照符号を使用した。図５の装置50が図１の装置と異なる点は、両方の回路に接続されたコイル52がフォーミングコイル54、この特定の実施形態では単一のウインドコイル（wind coil）と誘導関係にあることである。図６の装置60の場合、一次放電回路24と補助放電回路26は独立しており、コイル62および64がそれぞれフォーミングコイル66と誘導関係にある。
【００３０】
図７には、本発明の別の実施形態の装置70を示した。ここでも、図１の要素と同じ要素に対して同じ参照符号を与えた。装置70において、放電回路26には高周波数発生器72が与えられており、高周波数発生器は一般的に約１００乃至１０００キロヘルツの周波数で電流を発生することができ、これは高電圧ブレーカ74、例えばＦｅ制御式真空スイッチ(Fe-controlled vacuum switch)を介してコイル22に接続されている。
【００３１】
図１および図7では参照符号22、図５では66、図６では66、および図８では90を与えられたフォーミングコイルは、ＰＣＴ出願第WO 97/22426号明細書およびＰＣＴ出願第WO 98/23400号明細書に記載されたフォーミングコイルの設計をもっていてもよい。しかしながら本発明はこれらのタイプのコイルに制限されないことは明らかに認識されるであろう。コイルのタイプおよび設計は明らかに加工されるワークピースのタイプに依存し、円筒形物体を作る場合はリング形構造か、または円筒形、金属板を加工するためには平面形、などである。さらに、コイル設計も達成される結果に依存し、言い換えると意図される物理的な変化は形成、切断、穿孔、接合、または溶接である。
【００３２】
図８には、本発明の別の実施形態にしたがう装置80を示した。装置は、電源82、キャパシタバッテリ84、スイッチ86、トリガ回路88、一次ワーキングコイル90、および補助ワーキングコイル92を含み、補助ワーキングコイル92は機械的導波管94に関係付けられている。トリガ回路88をトリガすると、電源82によってキャパシタ84へ既に荷電された電気エネルギがコイル90および92を通して放電する。コイル90は、溶接されることになる2つの物体の一方の少なくとも一部分において高速移動を誘導し、一方でコイル92は導波管94内で振動を生成し、この振動は導波管94を通って２つの金属物体の少なくとも一方へ伝えられる。
【００３３】
図９には、本発明の実施形態における２つの管を溶接するための２つのコイルおよび導波管の構造を示した。図９では、図８に記載した要素に対応する要素に同じ参照符号を与えた。この場合に、電流はコイル90および92を通って同時に放電され、矢印96で示したように導波管94内で振動を生成し、これらの振動は矢印100で示したように金属管98へ移動する。同時にコイル90によって、金属管98の一部分102は、矢印108によって示したように金属管106の一部分104へ向かって移動し、衝撃を与える。一般的に放電電流は約１０乃至１００キロヘルツの初期周波数をもつ。これらの組み合わされた機械的な力は、２つの管を相互に溶接するのを促す。
【００３４】
図１０および図１１のそれぞれには、本発明の２つの他の実施形態にしたがう２つの装置110および120の図を示した。これらの実施形態は、図８の実施形態と類似して、一次ワーキングコイル90および補助ワーキングコイル92を含み、補助ワーキングコイル92は機械的導波管94と関係付けられている（図１０および図１１では、図８で使用した参照符号と同じ参照符号を同じ要素に対して使用している）。装置110と図８の装置80との違いは、装置110ではコイル90および92が並列接続されていて、一方で装置80の場合は同じ電流が両方のコイルにおいて放電されるが、装置110の場合には電流は2つのコイル間で分割され、コイル90と92の各インピーダンスが逆比例することである。
【００３５】
装置120の場合は、一次コイル90および補助の導波管に関係付けられたコイル92は独立回路122、124内に含まれており、独立回路122、124はそれぞれ電源125、126、キャパシタバッテリ127、128、スイッチ129、130を含み、スイッチ129、130は放電制御回路132によって制御される。
【００３６】
ここでも一次回路の構造または設計は、別々の結果および加工される金属ワークピースのタイプに依存し、既に記載したように、第WO 97/22426号明細書および第WO 98/23400号明細書において記載されたコイルであってもよいが、これらに制限されない。
【００３７】
図１２には、本発明の別の実施形態の装置140を示しており、この特定の例では、とくに２つの管142および144を溶接するのに適するように作られている。装置140は、２つの放電回路、すなわち一次放電回路146および補助放電回路148を含んでいる。一次放電回路146はコイル150、キャパシタバッテリ152、スイッチ154、および電源156を含んでいる。放電回路148はＤＩＦデバイス160、キャパシタバッテリ162、電源164、およびスイッチ166を含んでいる。スイッチ154および166は回路168によって制御される。
【００３８】
ＤＩＦデバイス160は、剛性の壁部分172と柔軟性のある壁174との間に規定されたチャンバ170を含み、チャンバ170は流体を収容しており、この流体は気体または液体であり、一般的に水溶液である。複数の対の電極176が与えられ、スイッチ166を閉じるとき、電極間で電流が（矢印178によって表わしたように）放電される。このような放電は流体内にプラズマを生成し、フレキシブルな壁174へ向かって（矢印180によって表わしたように）移動する衝撃波が得られる。壁174は機械的導波管182と接触し、衝撃波はこの導波管を通って（矢印184によって表わしたように）移動し、（矢印186によって表わしたように）テーパの付いた端部においてより高い振幅をもつ衝撃波を得るように圧縮する。
【００３９】
図１３には、本発明の別の実施形態の装置200の図を示した。装置200は一次放電回路202およびアセンブリ204を含む。一次放電回路202は、電源206、キャパシタバッテリ208、スイッチ210、および一次コイル212を含む。アセンブリ204は、超音波エネルギ生成デバイス214、電力生成デバイス216、スイッチ218を含む。この装置を使用することによって、超音波エネルギおよびＰＭＦエネルギを組合せて、物理的変化、好ましくは溶接を行うことができる。
【００４０】
図１４には、本発明の別の実施形態にしたがう溶接用の装置230を示した。装置230を使用することによって、ＰＭＦおよび抵抗の溶接プロセスを結合して溶接される。装置230は一次放電回路232およびアセンブリ234を含む。一次放電回路232はコイル236、キャパシタバッテリ238、回路242をトリガすることによって制御されるスイッチ240、および電源244を含む。アセンブリ234は、電源246および1対の抵抗溶接電極248を含む。これらの電極は、矢印250によって表わされる方向へ電流を送り、2つの金属物体254、256間のインターフェイス252において抵抗が増加すると、インターフェイス252は加熱される。当業者には知られているように、電極248は一般的に水の循環によって冷却される。装置230において、高い溶接は、ＰＭＦおよび抵抗の溶接プロセスを組合せることによって達成される。
【００４１】
図１５には、金属板を加工する装置300を示した。装置300は、中央に逆ドーム形のリセス304をもつモールド302を含む。リセス304は、環状の溝308を収容した環状のリッジ（ridge）306内に規定されている。リッジ306の周囲には、直立の壁312によって規定された肩部分310がある。リセス304の底部には垂直のボア316が規定されている。
【００４２】
装置300は、さらに平らなフォーミングコイル320を含み、コイル320は放電システム322およびコイル支持部材324に接続されている。
【００４３】
放電システム322は、原則的に図１に示した回路に類似しており、機能上同じ要素には同じ参照符号を与えており、これらの要素の機能に対する説明は図１の記述を参照されたい。
【００４４】
この装置300は、形成、切断、および穿孔されることになる金属板330を保持している。
【００４５】
電流を放電するとき、重ね合わされたＰＭＦ電流は、例えば図２乃至図４に示した形で発生される。したがって磁気圧が発生し、板330の一部分は図１６の矢印340および342によって表わした方向への迅速な移動を誘導する。その結果板の主な中央部分が再び形成されて、モールド302によって規定された全体的な形状が得られる。さらに加えて、垂直の壁312は、本質的にナイフとして機能し、その結果板は垂直の壁312によって規定されたラインに沿って切断されて、定形板330Ａと切り離されたリム部分330Ｂとが得られ、なお定形板330Ａは図１７に別個に示した。
【００４６】
垂直の壁312と同様に、ボア316のリムもナイフとして働き、定形板330Ａはリセス304の壁に衝撃を与え、ボア316の直径に対応する直径をもつ一部分348は切り離されて、図１６において矢印350によって表わしたようにボア316を迅速に移動し続ける。生成された板330Ａは中央のリセス360、周辺の環状の溝362、切断されたリム364、および穿孔部366を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一次および補助電流をワーキングコイルを通って放電して、重ね合わされたＰＭＦを得て２つの金属物体を互いに溶接する本発明の装置の実施形態を示す図。
【図２】  一次電流と補助電流を重ね合せて、重ね合わされたＰＭＦ電流を得る３つの異なる実施形態の１つを示す図。
【図３】    一次電流と補助電流を重ね合せて、重ね合わされたＰＭＦ電流を得る３つの異なる実施形態の１つを示す図。
【図４】    一次電流と補助電流を重ね合せて、重ね合わされたＰＭＦ電流を得る３つの異なる実施形態の１つを示す図。
【図５】  一次放電電流と補助放電電流を組合せて、重ね合わされたＰＭＦ形成電流を得る２つの他の実施形態の一方を示す図。
【図６】  一次放電電流と補助放電電流を組合せて、重ね合わされたＰＭＦ形成電流を得る２つの他の実施形態の一方を示す図。
【図７】  図１に示した装置の実施形態を変形した別の実施形態において、高電圧ブレーカを介してワーキングコイルに接続された高周波数発生器によって補助電流を発生することを示す図。
【図８】  本発明の別の実施形態において、関係するワーキングコイルをもつ機械的導波管によって補助エネルギを供給することを示す図。
【図９】  ２つの金属管を互いに溶接するための、図７に示した装置を実行する実施形態を示す図。
【図１０】  本発明の装置の２つの実施形態の一方において、補助エネルギが、ワーキングコイルと関係する導波管を地位捨て溶接された物体へ送られる機械的エネルギであることを示す図。
【図１１】  本発明の装置の２つの実施形態の一方において、補助エネルギが、ワーキングコイルと関係する導波管を地位捨て溶接された物体へ送られる機械的エネルギであることを示す図。
【図１２】  本発明の別の実施形態の装置であって、この特定の場合に２つの金属管を一緒に溶接するために生成された装置であり、補助エネルギが、機械的導波管を通って管の一方へ送られるＤＩＦデバイスによって生成される機械的衝撃エネルギであることを示す図。
【図１３】  補助エネルギが超音波エネルギである本発明の別の装置を示す図。
【図１４】  本発明の装置の別の実施形態において、補助エネルギが、２つの電流を送る電極間で生成される電流によって生成される抵抗加熱エネルギである本発明の装置を示す図。
【図１５】  金属板を同時に形成、切断、および穿孔する本発明の別の実施形態の装置の断面図。
【図１６】  金属板を物理的に変化させる図１５の装置のモールドを示す図。
【図１７】  図１５の装置による加工後の物理的に変化した金属板を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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