(57)【要約】【課題】本発明は、平板状ワンターンコイルの上面に重ね置かれた被溶接用金属薄板を溶接する電磁溶接法に関する。従来の方法では、溶接時、幅の狭いコイル中央部分に電磁反発力が働くため、コイルの耐久性能が低下する欠点があった。これを改良した構造のコイルを提供する。【手段】このコイルは、輻の狭い中央部分３Ａ、この中央部分に電流を導入する部分３Ｄおよび幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃに分解できる構造とする。このコイルを使用して被溶接用金属薄板を溶接する。中央部分３Ａの耐久性が低下した場合、この部分を連続的に移動し、これを防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅板などを加工して電源から行きの電流を流すための幅が狭く電流が集中して流れる中央部分を設け、帰りの電流を流すための幅の広い周辺部分を残りの部分に設けた、電気的に絶縁された一枚の板から構成される平板状ワンターンコイルの上面に，一組の被溶接用金属薄板を重ねて置き、これらを固定具で固定し、電源からこのコイルに通電して電磁力を発生させ、この電磁力によって被溶接用金属薄板を溶接する電磁溶接法において、
（１）非通電時、このコイルは、幅の狭い中央部分、この中央部分に電流を導入する部分および幅の広い周辺部分に分解できる構造とする。
（２）分解時、この中央部分は他の部分（電流を導入する部分および幅の広い周辺部分）に対し移動できる構造とする。
（３）組立後の通電時、この中央部分と他の部分との電気的接続は、機械的に圧力を加え、強く接触させて行う。
以上のように構成することを特徴とする電磁溶接用平板状ワンターンコイル。
【請求項２】
このコイルの板厚を１０ｍｍ程度、中央部分の電流に垂直方向の断面を長方形とし、その横幅を１〜５ｍｍ、高さ（板厚）を１０ｍｍ程度にすることを特徴とする請求項１記載の電磁溶接用平板状ワンターンコイル。
【請求項３】
このコイル中央部分を板厚０．５ｍｍ以下の銅合金板などを複数枚重ね、その横幅を１〜５ｍｍにすることを特徴とする請求項２記載の電磁溶接用平板状ワンターンコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、溶接が比較的に困難なアルミニウム、銅などの金属薄板や箔を電磁力を使って溶接する電磁溶接装置で使用する平板状ワンターンコイルに関する。
【技術背景】
【０００２】  アルミニウム、銅などの金属薄板を容易にシーム溶接する方法として、電磁溶接法（または電磁圧接法）がある（特許文献１）。この電磁溶接法は、例えば、一枚の銅合金板材をＥ字形状に加工した平板状ワンターンコイルなどを用い、板材の幅が狭く、細長い中央部分を行きの電流用、その両側の幅の広い周辺部分を帰りの電流用として、電源から大電流を往復して急激に流す。このコイル中央部分の上に被溶接用金属薄板を重ね置き、これら金属薄板に生じる渦電流加熱と電磁力による押圧でこれらをシーム溶接する方法である。
【特許文献１】特許第３７５１１５３号
【０００３】  一般的に、電磁溶接装置の電源にはコンデンサ電源が使用される。コンデンサ電源の容量は１０〜４００μＦ、充電エネルギーは数ｋＪである。コイルには最大値１００ｋＡ以上の放電大電流が、１００μｓ程度以下の短時間流れる。被溶接用金属薄板の厚さは２ｍｍ以下、シーム溶接される部分の長さは最大１ｍである。重ね置かれた被溶接用金属薄板の間に１ｍｍ程度の間隙を設けて溶接すると、これら金属薄板同士が高速で衝突し、金属ジェットが発生する。この結果、これら金属薄板の表面がクリーニングされ、エネルギー効率よく溶接される（非特許文献１）。
【非特許文献１】溶接学会誌、７７巻８号（２００８）ｐ．７１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  先ず、これまで使用されてきた従来の平板状ワンターンコイルの概略を説明する。次に、この平板状ワンターンコイルの問題点を述べる。【０００５】  図７この平板状ワンターンコイルを用いた電磁溶接用放電装置の概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はコイルの斜視図である。この放電装置の主な構成要素は、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コンデンサ電源１、スイッチ２、磁束発生用の平板状ワンターンコイル３である。平板状ワンターンコイル３は電気的に絶縁された一枚の平板からなっている。【０００６】  このコイル３は、幅が狭く、細長い中央部分３Ａ（行きの電流路）、その両側の幅の広い周辺部分３Ｂ，３Ｃ（帰りの電流路）およびこれらを片端側で接続する部分などから構成されている。図７（Ｂ）に示された○の中に×印などの記号は、電流の流れる方向を表している。【０００７】  コンデンサ電源１を数１０秒〜数分かけて充電し、スイッチ２を閉じて放電させると、平板状ワンターンコイル３に放電大電流が短時間（１００μｓ程度以下）だけ流れる。このとき、コイル中央部分３Ａと周辺部分３Ｂ，３Ｃの電流間に働く電磁力が、中央部分３Ａに対し互いに反対向きとなり、打ち消しあう構造になっている。【０００８】  実際の装置では、電源１、スイッチ２およびコイル３を接続している部分（図７（Ａ）に細い線で示されている）は、幅広い導体板で配線され、回路のインダクタンスおよび抵抗を少なくしている。【０００９】  図７に示す装置は、図８に示すように平板状ワンターンコイル３の上面に被溶接用金属薄板５Ａ、５Ｂを重ね配置し、これらを溶接する。図８で、平板状ワンターンコイル３、金属薄板５Ａ、５Ｂおよび固定具６は、締め付け器具（図示されていない）によって固定される。【００１０】  スイッチ２を閉じて平板状ワンターンコイル３に大電流を急激に流すと、このコイル３の中央部分３Ａの周りに高密度の磁束４が急激に発生する。この磁束４の一部は、下側の金属薄板５Ａに交差する。この結果、電磁誘導作用によって下側の金属薄板５Ａに渦電流と呼ばれる誘導電流が流れ、金属薄板５Ａは加熱される。同時に、金属薄板５Ａは交差する磁束の浸入を防ぐ。【００１１】  下側の金属薄板５Ａには上向きの電磁力７が働き、上側の金属薄板５Ｂへ衝突し、押圧する。この結果、金属薄板５Ａ、５Ｂはコイルの中央部分３Ａに沿って溶接される。【００１２】  下側金属薄板５Ａに働く電磁力の反作用として、大電流の流れるコイル中央部分３Ａにも同じ大きさの電磁力が下向きに働く。この電磁力を電磁反発力８と呼ぶことにする。【００１３】  前述した平板状ワンターンコイルに関する問題点を示す。【００１４】  この平板状コイルを使用した電磁溶接装置では、コイルに最大値１００ｋＡ以上の放電大電流が、短時間流れる。コイル中央部分３Ａには、大きな電磁反発力８が働く。コイル中央部分３Ａは、電流を集中させるため幅が狭く、細長く、変形しやすい。この変形を防ぎ、コイルの耐久性能を向上させることができるかが問題となっている。【００１５】  本発明者はこの問題を解決するためコイル構造を一部改良した特許を出願し（特許文献２）、実験を行った。コイルの耐久性能は約３０％向上した。
【特許文献２】特開２００４−３４２５３５号
【００１６】  また、発想を変え、コイル中央部分３Ａに働く電磁反発力８が実質的に無くなるような電磁溶接法を提案した（特許文献３、特許文献４）。これらの方法では、コイル中央部分３Ａに働く電磁反発力８が２方向（２つ）になり、２つの電磁反発力同士が打ち消しあう。コイルの耐久性能は２〜４倍程度に増加した。ただし、耐久性能には限界があり、多数回使用するとコイルを交換する必要があり、交換するのに時間を要し、不便であった。
【特許文献３】特開２０１０−１１０８１４号
【特許文献４】特願２０１１−３０２０６号
【００１７】  電流が集中するコイル中央部分３Ａだけを交換する方法も提案されている（特許文献５）。しかし、ボルトなどによる取り付け、取り外しなので、交換するのに不便であった。
【特許文献５】特開２００３−１２３９６０号
【００１８】  本発明の目的は、コイルの中央部分３Ａだけを連続的に移動させて交換できる組立式の電磁溶接用平板状ワンターンコイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  前記の目的を達成できる平板状ワンターンコイルの構造例を以下に示す。【００２０】（１）非通電時、このコイルは、幅の狭い中央部分、この中央部分に電流を導入する部分および幅の広い周辺部分に分解できる構造とする。【００２１】（２）コイル中央部分を十分に長い直線状とし、非通電時、他の部分（電流を導入する部分および幅の広い周辺部分）に対し移動できる構造とする。【００２２】（３）コイル中央部分３Ａおよび他の部分の板厚を約１０ｍｍとする。【００２３】（４）組立後の通電時、この中央部分３Ａと他の部分との電気的接続は、厚さ約１０ｍｍの部分を強く接触させて行う。強く接触させるため、板厚約１０ｍｍが必要である。【００２４】（５）このような組立式構造のコイル面上を絶縁し、面上に被溶接用金属薄板を配置、固定して溶接する。【００２５】（６）溶接回数がある回数に達したら、中央部分３Ａと他の部分との機械的な圧力を弱め、中央部分３Ａを移動（交換）する。【００２６】（７）移動後、新しい中央部分３Ａと他の部分との機械的圧力を強くし、再び溶接する。【００２７】  本発明は、以上のように、コイルの中央部分３Ａだけを連続的に移動できる組立式の平板状ワンターンコイルを提供する。
【発明の効果】
【００２８】  請求項１記載の発明による平板状ワンターンコイルを図７の平板状ワンターンコイル３に替えて使用しても、重ねた被溶接用金属薄板を同様に電磁溶接できる。溶接を繰り返しても、コイル中央部分３Ａを連続的に移動できるので、コイルの耐久性を気にしなくてよい。連続的に溶接できる回数が飛躍的に増加する。【００２９】  コンデンサ電源を充電中に、コイル中央部分３Ａを新しいものに連続的に移動（交換）できるように自動化すれば、電磁溶接装置全体の自動化を容易にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】  以下に本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３１】  図１に本発明の特徴を示す組立式の平板状ワンターンコイルの平面概略図を示す。このコイルは、幅の狭い中央部分３Ａ（行きの電流路）、この中央部分３Ａに電流を導入する部分３Ｄおよび幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃ（帰りの電流路）に分解できる。部分３Ｄと周辺部分３Ｂ、３Ｃの間は絶縁シートで電気的に絶縁される。【００３２】  コイル中央部分３Ａは十分に長い直線状とし、非通電時、他の部分（電流を導入する部分３Ｄおよび幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃ）に対し移動できる。中央部分３Ａの移動は、回転円柱９などを両側から接触させ、これらを同時に回転させて行われる。【００３３】  このコイル（図１に示す断面位置Ａ、Ｂ、Ｃ）の断面概略図を図２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示す。図２に示された○の中に×印などの記号は、断面に垂直に流れる行きまたは帰りの電流の方向を表している。【００３４】  通電するため、中央部分３Ａと他の部分との電気的接続は、図２（Ａ）および（Ｃ）のように平面に平行な方向から機械的圧力を加え、広い面積で強く接触させて行う。このため、板厚約１０ｍｍが必要である。機械的圧力は、ねじや油圧による締め付けバイス（図示されていない）などで行われる。【００３５】  必要なら、中央部分３Ａと周辺部分３Ｂ、３Ｃの間に同じ高さの強固な絶縁材を入れ、これらにも同様に機械的圧力を加える。【００３６】  中央部分３Ａに電流を導入する部分３Ｄおよび幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃに設けてある溝１０は、通電時に溝１０付近を流れる電流の流れを分散、調整するために必要である。【００３７】  通電時、コンデンサ電源１からコイル各部分に流れる電流路を図３に示す。電流は矢印の向きに流れる。【００３８】  コイルの材質、寸法例を以下に示す。【００３９】  材質はクロム銅、中央部分３Ａの全長は数ｍ、溶接に有効な部分（電流の流れる部分）の長さは１００〜４００ｍｍ、断面は長方形で、横幅１〜５ｍｍ、高さは１０ｍｍである。幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃの板厚は１０ｍｍである。中央部分３Ａに電流を導入する部分３Ｄの板厚は１０ｍｍである。中央部分３Ａと他の部分（電流を導入する部分３Ｄおよび幅の広い周辺部分３Ｂ、３Ｃ）との接触部分の長さはそれぞれ５０ｍｍである。【００４０】  中央部分３Ａと周辺部分３Ｂ、３Ｃの間隔５〜７ｍｍ、この間に入れる絶縁材（図示していない）の材質は、ガラスエポキシ樹脂である。【００４１】  図１、図２に示す平板状ワンターンコイルの上面に被溶接用金属薄板を重ね配置、固定し、これらを溶接する。溶接を繰り返す途中で、中央部分３Ａと他の部分との機械的な圧力を弱め、中央部分３Ａを移動する。移動後、新しい中央部分３Ａと他の部分との機械的圧力を強くし、再び溶接を繰り返す。
【実施例２】
【００４２】  平板状ワンターンコイル（図１）では、コイル中央部分３Ａを連続的に移動できるので、中央部分３Ａの変形を気にしなくてよい。このため、図１のコイルから図４に示すように片側（周辺部分３Ｃなど）を取り去り、この部分に同じ板厚の強固な絶縁材１１を用いて固定してもよい。【００４３】  図４の平板状ワンターンコイルを用いても、図１と同様に溶接することができる。電気的接続箇所が少なくなる。必要なら、図１の状態に戻すこともできる。組立式コイルとしての利用範囲が広がる。
【実施例３】
【００４４】  図５に本発明の平板状ワンターンコイルに関する別の平面概略図を示す。図５のコイル中央部分３Ａは、クロム銅薄板数枚を重ねてある。このため、図５のように曲げることができ、ロール状に巻いた部分（図示されていない）から供給できる。同様に回収もできる。【００４５】  このようにコイル中央部分３Ａを薄板数枚を重ねた構造にすると、材質の異なる薄板で構成することもできる。中央部分３Ａと他の部分との接触部分に生じやすい通電時の損傷をできるだけ少なくするように材質の組み合わせを選択できる。
【実施例４】
【００４６】  図６に本発明の平板状ワンターンコイルに関する別の断面概略図を示す。図２（Ｂ）と同じ位置での断面図である。このコイル中央部分３Ａは、溶接時、大きな電磁反発力が働く部分である。【００４７】  図６では、周辺部分３Ｂ、３Ｃを流れる帰りの電流路を絶縁材１１で囲まれた中央部分３Ａの下側にも設けてある。このため、溶接時、中央部分３Ａに働く電磁反発力が２方向（２つ）になり、２つの電磁反発力同士が打ち消しあう（特許文献４）。【００４８】  中央部分３Ａに働く電磁反発力が実質的に働かないので、中央部分３Ａの変形が少なく、この部分を移動（交換）する回数が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】  本発明の実施例１を示す平板状ワンターンコイルの平面概略図である。
【図２】  本発明の実施例１を示す平板状ワンターンコイルの断面概略図である。
【図３】  本発明の実施例１を示す平板状ワンターンコイルの電流路を示す図である。
【図４】  本発明の実施例２を示す平板状ワンターンコイルの平面概略図である。
【図５】  本発明の実施例３を示す平板状ワンターンコイルの平面概略図である。
【図６】  本発明の実施例４を示す平板状ワンターンコイルの断面概略図である。
【図７】  従来の平板状ワンターンコイルを用いた電磁溶接装置の概略図である。（Ａ）はコイル平面図および放電回路、（Ｂ）はコイルの斜視図である。
【図８】  図７に示すコイル上部に被溶接用金属薄板を配置し、電磁溶接する方法を示す概略図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
【００５０】  １          電源（コンデンサ電源）
２          スイッチ
３          平板状ワンターンコイル
３Ａ        平板状ワンターンコイルの中央部分（電流集中部分）
３Ｂ，３Ｃ  平板状ワンターンコイルの周辺部分（３Ａの横側）
３Ｄ        平板状ワンターンコイルの中央部分３Ａに電流を導入する部分
４          磁束
５Ａ        被溶接用金属薄板（下側）
５Ｂ        被溶接用金属薄板（上側）
６          固定具
７          電磁力
８          電磁反発力
９          回転円柱
１０        溝
１１        絶縁材
【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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