(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室（１５）を含むるつぼ部（１２）と、上面に設けた開口を介して前記反応室に通じる溶接室（３０）を有する型枠部（１４）とを備える使い捨て発熱式溶接型枠アセンブリ（１０）において、
前記型枠部（１４）が前記溶接室（３０）の上面にほぼ垂直な複数の平坦な外面（４０）を備え、前記複数の外面により形成される前記型枠部の形状は六角形、七角形または八角形であり、外面のうち少なくとも２つの面にこの面を通過して前記溶接室（３０）に通じる穴（３３、３４）を設けたことを特徴とする溶接型枠アセンブリ。
【請求項２】
該反応室（１５）が発熱物質（４２）を受け入れるため上部（１６）が開口している請求項１に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項３】
該反応室（１５）が該発熱物質（４２）の溶接室（３０）への浸入を防止するためのストッパー（１９）を備える請求項２に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項４】
該型枠部（１４）が型枠上部（２２）を備える請求項１に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項５】
該るつぼ部（１２）がさらに該反応室（１５）から該型枠上部（２２）に下に向かって突出するノズル（１７）を備える請求項４に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項６】
前記ノズル（１７）が該型枠上部（２２）に通じる先細の肩部（１８）を含む請求項５に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項７】
中空のガイドスリーブ（３６、３７）が前記の穴（３３、３４）それぞれに配置され、該溶接室（３０）から外に向かって突出する請求項１に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項８】
複数の導体（３８、３９）が該ガイドスリーブ（３６、３７）を通して型枠部内部に配置され、該導体の各端部が溶接室内部に突出している請求項７に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項９】
該型枠部（１４）の外面（４０）を平坦にすることにより該発熱式溶接型枠アセンブリ（１０）に穴を開けることができる請求項１に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項１０】
該アセンブリ（１０）が砕けやすい耐火性材料でできている請求項１に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項１１】
該砕けやすい耐火性材料がグラファイトを含む請求項１０に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項１２】
該砕けやすい耐火性材料がセラミックを含む請求項１０に記載の溶接型枠アセンブリ。
【請求項１３】
再使用可能なるつぼ（１１２）と使い捨ての型枠（１１４）とを備える発熱式溶接型枠アセンブリ（１１０）において、
前記るつぼ（１１２）は、発熱物質（１４２）を受け入れるために上部（１１６）が開口している反応室（１１５）を有し、
前記型枠（１１４）は、複数の平坦な外壁面、上面（１２２）および底面（１３２）ならびにこれら上面と底面の間の溶接室（１３０）とを有し、前記複数の平坦な外壁面は前記上面および底面にほぼ垂直であり、前記複数の外壁面により形成される前記型枠の形状は六角形、七角形または八角形であり、該溶接室は前記上面に開口して前記反応室（１１５）に通じ、
前記複数の平坦な外壁面のうち少なくとも２つの面を通過して前記溶接室（１３０）に通じる穴（１３３、１３４）が設けられ、
前記少なくとも２つの穴（１３３、１３４）には、各端部が該溶接室（１３０）内部に突出している導体（１３８、１３９）が配置されることを特徴とする発熱式溶接型枠アセンブリ。
【請求項１４】
該溶接室（１３０）と反応室（１１５）がタップホール（１２４）によって連絡可能なように接続されている請求項１３に記載の発熱式溶接型枠アセンブリ。
【請求項１５】
該反応室（１１５）が該発熱物質（１４２）のタップホール（１２４）への浸入を防止するためのストッパー（１１９）を備える請求項１４に記載の発熱式溶接型枠アセンブリ。
【請求項１６】
中空のガイドスリーブ（１３６、１３７）が前記の穴（１３３、１３４）それぞれに配置され、該溶接室（１３０）から外に向かって突出する請求項１３に記載の発熱式溶接型枠アセンブリ。
【請求項１７】
該型枠（１１４）が砕けやすい耐火性の材料でできている請求項１３に記載の発熱式溶接型枠アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に導体と導体の溶接接続部を形成するための溶接アセンブリに関し、さらに詳細に述べると発熱を利用して溶接による電気的接続をより簡単かつ効率的に行うための一度使用したら捨てる溶接型枠に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発熱式溶接アセンブリは、電線の接地棒または補強棒等への接続などの２つ以上の導体の接続に有用である。発熱式溶接部は長い間、２つ以上の導体間の接続部として優れた電気的品質を持つものと認識されてきた。発熱式溶接部は抵抗が低くて電気容量が大きく、寿命の長い信頼性のある接地接続部をもたらす。
【０００３】
従来の発熱式溶接アセンブリは一般に上部にるつぼを有し、このるつぼの底から伸張するタップホールによってその下の型枠部と内部が流体連絡する。このるつぼはある量の発熱物質を収容する１つの室を備えている。型枠部は溶接室を有し、お互いに溶接される導体の各端部が溶接室内に挿入される。このるつぼと型枠は一体ユニットあるいは２つの別々のユニットのどちらで設計してもよく、また各ユニットは使い捨てまたは再使用可能などちらで設計してもよい。
【０００４】
るつぼ内の発熱物質は着火されて、一般に数秒で完了し溶融金属を生成する化学反応を起こす。この液体金属はこのるつぼ部から、導体各端部を囲包してそれらを溶融させこれによってお互いに溶接させている型枠部の溶接室内部へ流入する。
【０００５】
溶接される導体各端部は、この溶接室が溶接アセンブリの外部と連絡することを可能にするガイド穴を通してこの溶接室内部に挿入される。一般に、これらのガイド穴は溶接アセンブリの型枠を通して溶接室内へ穴を開けることにより形成される。その用途や接合する導体の数によって多数のガイド穴を開けることができる。次に、お互いに溶接される目標導体がこのガイド穴を通して溶接室内部に挿入される。このような発熱式溶接型枠の例は米国特許第３０２０６０８号および米国特許第５７１５８８６号に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の溶接型枠は、一般に円形の構造であり、それゆえに外面が湾曲した使い捨ての一度使用したら捨てるユニットである。従来の溶接型枠アセンブリに関する問題の１つは、米国特許第５７１５８８６号に示すように溶接アセンブリの円形な表面上に溶接室に通じる必要な穴を開けることが難しいことである。そのうえ、湾曲した表面を備えた溶接アセンブリ内に正確かつ効率的に多数の穴を開けることは困難である。このため、従来の発熱式溶接アセンブリは満足できるものとは言えない。
【０００７】
【目的】
したがって、本発明の目的は、より簡単、正確かつ非常に効率的に穴開けを行うことができる平坦な外面を持つ発熱式溶接アセンブリを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
好ましくは垂直に穴を開ける平坦面ができる八角形体を有し、その結果、電線を通す穴をより簡単にかつ効率的に製作できる、導体と導体の溶接接続部形成用発熱式溶接型枠アセンブリを提供する。平坦な面を用いるので次の作業で使用される取り付け具内の位置決めをより簡単にかつ効率的に行える。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、反応室を含むるつぼ部を有する使い捨ての発熱式溶接型枠アセンブリが提供される。型枠部は内部が反応室に通じる溶接室を有する。この型枠部は複数の平坦な外面を備え、このような面のうち少なくとも２つの面のそれぞれに、この面を通して伸張しこの溶接室と内部がつながっている穴がある。このアセンブリにおいて、るつぼ部と型枠部の両方が恒久的に取り付けられ使用後に処分される一体ユニットとして設計されている。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、反応室を含む再使用可能なるつぼ部を有する発熱式溶接型枠アセンブリが提供される。このるつぼ部は反応室内に発熱物質を受け入れるため上部が開口している。また、複数の平坦な外面と、上部と、底部とを有する使い捨ての型枠部も具備している。この型枠の上部と底部の間に溶接室が配置されている。この溶接室には反応室に通じる型枠上部への開口部がある。複数の平坦な外面のうち少なくとも２つの外面を通して穴が伸張し、この溶接室とつながっている。また、導体は少なくとも２つの穴内に配置されこの導体の各端部は溶接室内部に突出している。このアセンブリにおいて、るつぼ部と型枠部の両方が、一時的に取り付けられて型枠部が使用後に処分されるのに対してるつぼ部が再使用することができるような２つの別々のユニットとして設計されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の好ましい実施形態の発熱式溶接アセンブリの外面の側面図である。平坦な表面４０内に垂直に開けられた穴３３を備えた垂直で平坦な外面４０を有し、穴３３の製作をより簡単、正確かつ効率的にする溶接アセンブリ１０が示されている。
【００１２】
図２に、本発明の発熱式溶接アセンブリの内部を示す断面図が示してある。特に、図２は接地棒と電線の間など多数の導体の間に溶接接続部を形成するのに役に立つ使い捨ての発熱式溶接アセンブリ１０を示す。この好ましい実施形態において、溶接アセンブリ１０は、フリント式点火装置を除いて発熱式溶接に必要なものはすべて備えている完全なアセンブリである。溶接アセンブリ１０は２つの主要部分、すなわち、上部の上のるつぼ１２と、このるつぼ１２の真下に配置されこれと内部がつながっている型枠１４を有している。
【００１３】
るつぼ１２は、上部開口部１６を備え一般にＵ字形をした反応室１５を備えている。この反応室１５の上部開口部１６を閉止するために蓋（図示せず）を使用してもよい。反応室１５はその底面にストッパー１９を有する。るつぼ１２は下に向かって突出し、型枠上部２２の上にぴったりはまったノズル１７の周辺の先細の肩部１８を含むノズル１７も有する。このようにして、このるつぼ１２は図２に例示するように型枠１４によって直立した位置に支持される。
【００１４】
図２の型枠１４はこのるつぼ１２の下に配置された耐火性の砕けやすい型枠であることが好ましい。型枠１４は平坦な外面（図示せず）内に垂直に開けられたガイド穴３３および３４を備えた多数の平坦な外面を備える。中央に配置された溶接室３０は、図２に示すように、ガイド穴３３および３４によって型枠１２の外部と連絡している。型枠１４はまたこの溶接室３０および型枠底部３２の真上にある型枠上部２２も具備している。好ましい実施形態において、穴３３および３４には導体を挿入する前に中空のガイドスリーブ３６および３７が装備される。ガイドスリーブは型枠１０内に挿入する前に導体の上に挿入されるかまたはまったく使用しないように意図されている。型枠１２は多数のガイド穴および溶接室３０から外に向かって突出する中空のガイドスリーブを具備することができる。接続される導体３８および３９はガイドスリーブ３６および３７を通って型枠アセンブリに入り、この導体の両端は溶接室３０内に突出した状態になる。
【００１５】
図２に示すように、ノズル１７が下に向かって反応室１５から型枠上部２２内部に突出している。反応室１５は垂直に伸張するタップホール２４によって溶接室３０と連絡可能なように接続されている。るつぼアセンブリ１２内の反応室１５は適切な量の発熱物質４２を含み、ストッパー１９によってこの物質がタップホール２４に浸入するのを防止している。開始粉末を発熱物質の上に置いてもよい。発熱物質４２に着火するためにフリントガン（図示せず）を使用することが望ましい。着火すると、反応室１５内の発熱物質は溶融金属を形成する反応を起こし、溶融金属はストッパー１９を溶かし、タップホール２４を通り、内部にある導体端部を溶融し各導体間に電気容量が大きく、抵抗の低い電気的接続を形成する溶接室３０内部へ流入する。
【００１６】
溶接を行った後，溶接アセンブリ１０は元の位置に残しておいても良いしまたは破砕して溶接された導体３８および３９から除いても良い。このため、図２の溶接アセンブリ１０の設計では、るつぼと型枠が恒久的に取り付けられ使用後に処分される一体ユニットとして設計されて使い捨てになっている。
【００１７】
図３および図４に示すように溶接アセンブリが形成され，形づくられる結果、多数の平坦で垂直な外面４０が存在する。２つの導体を収容するために少なくとも２つの平坦面を設けることが望ましい。平坦面４０に穴を開けることは湾局面に穴を開けることよりはるかに容易である。本発明の型枠は、平坦面を多数有することにより溶接アセンブリに多数の穴を簡単かつ効率的に開けることができるものである。さらにまた、本発明の溶接アセンブリによればより良くかつより正確に穴の位置決めが行える。そのうえ、確実かつ効率的に穴開けを行うことによってガイドスリーブがこの穴内に確実に挿入され、溶融金属のこの穴からの漏洩を防ぐことになる。この型枠の外面に対して有用な形状としては、三角形、四角形、七角形、六角形、八角形等がある。好ましい実施形態では、図３および図４に示すように溶接アセンブリ１０は八角形が好ましい。
【００１８】
中空ガイドスリーブの内径は、この型枠で使用する予定の導体またはケーブルの最も太いものより太くなるように選ぶことが望ましい。たとえば、単一型ないしは単一寸法の型枠で広範囲な寸法の導体を収容することができる。このガイドスリーブは適切であればどのような金属を用いてもよく、これに限定はしないが銅、アルミニウムまたは鋼などが含まれる。
【００１９】
ある好ましい実施形態に関して本発明を示し説明してきたが、本発明の他の様々な実施形態が考えられる。たとえば、本発明は一度使用したら捨てる使い捨ての型枠を再使用可能なるつぼとともに利用できるようにしようとするものである。図５は、発熱式溶接アセンブリ１１０において、多数の平坦な表面を備えた型枠１１４がＦｕｃｈｓに発行された米国特許第５７１５８８６号に開示されるるつぼのような再使用可能なるつぼアセンブリ１１２に接続できる本発明のこのような実施形態を示す。るつぼ１１２は上部るつぼ開口部１１６を具備し、好ましくはるつぼカバー１２１を具備する。このるつぼ１１２は一般に適当な量の発熱物質１４２を有するＵ字形の反応室１１５も備えている。さらに、このるつぼ１１２はこの物質がタップホール１２４へ浸入するのを防止する発熱物質ストッパー１１９を有する。
【００２０】
図５の型枠１１４はタップホール１２４によって再使用可能なるつぼ１１２と内部がつながっている。ノズル１１７は型枠上部１２２に通じる肩部１１８を有する。この実施形態において型枠１１４は、垂直に分割され好ましくは型枠の上部と側面に開口がある溶接室１３０を形成する使い捨ての、一度使用したら捨てる耐火性の砕けやすい型枠である。型枠１１４はまた型枠上部１２２、底部１３２、および平坦な外面に垂直に穴を開けたガイド穴１３３および１３４も備えている。このガイド穴１３３および１３４には溶接室１３０の両側からそれぞれ外に向かって突出するガイドスリーブ１３６および１３７が装備されている。導体１３８および１３９は、導体１３８および１３９の両端をガイドスリーブの各端から溶接室１３０内に突出させて、このガイドスリーブ１３６および１３７内に挿入される。
【００２１】
溶接が行われた後、このるつぼは取り外され、再度使用するために清浄にして再充填する。この時点で、型枠は元の位置に残しておいても良いしまたは破砕して除いても良い。このため、図５に示される発熱式溶接アセンブリ１１０において、るつぼ１１２と型枠１１４は両方が２つの別々のユニットとして設計され、それらは一時的に取り付けられ、型枠１１４が使用後に処分されるのに対してるつぼ１１２は再使用される。
【００２２】
図２の使い捨て溶接アセンブリ１０および型枠部１１４は、図５に示すように、再度使用する意図がなく、砕けやすい耐火性の材料でできている。この砕けやすい耐火性材料の構造体は、耐火粘土、砂型、接合された焼ドロマイト、グラファイト型枠およびガラス等を含むさまざまな材料で形成することができる。発熱式溶接アセンブリはグラファイトまたはセラミックの材料を含むことが望ましい。この砂型は鋳型あるいはコアの加工のように種々のやり方で形成することができる。これらには種々の粘結剤系および非焼き付け、熱硬化およびコールドボックス法粘結剤系を含めることができる。非焼き付け法およびコールドボックス法では、粘結剤は室温で硬化する。適正な溶接状態を示すいくつかの温度に対して敏感な材料を使用してもよい。
【００２３】
発熱式溶接材料は典型的には、還元剤と、この還元剤によって発熱を伴って還元される金属化合物およびこの金属化合物と反応を起こさない充填金属（米国特許第５０６２９０３号に例示される）を含む反応物の混合物である。発熱を伴って反応すると同時に，この還元剤と金属化合物が熱くなり、金属酸化物がスラグを形成、ガスを放出して溶融した溶接金属が生成される。
【００２４】
還元剤は、金属と還元される金属化合物の間の反応生成物に関して、熱力学的生成熱が大きい化合物を示すアルミニウム、マグネシウム、ジルコニウムおよびこれらと同等の金属から成る群から選択できる。
【００２５】
この金属化合物は一般に，硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）および硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、フッ素化合物、およびそれと同等の還元時に１個または複数個の元素を与えて発熱しながら還元剤との化合物を形成する物質から成る群から選択できる。金属化合物は無水物の形で使用し、反応物はすべて使用前に湿気を吸わないように保護することが望ましい。水分の混入は発熱反応を抑制する可能性がある。
【００２６】
本発明の充填金属は溶接加工で使用することが望ましいものであればどのような金属でも良い。本装置は送電の用途に利用されるため、充填金属としてはアルミニウムおよび銅が特にアルミニウムまたは銅の各製品の溶接に有用である。
【００２７】
反応物の混合物および製品の融点を下げるために、この反応物の混合物にさらにフラックスを加えることもできる。慣用的に使用されるフラックスには、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、氷晶石（Ｎａ３ＡｌＦ６）およびその他のアルカリ化合物、特にアルカリ珪酸塩、フルオロ珪酸塩等の物質がある。フラックスは、溶融充填金属が容易にスラグから分離し型枠の空洞に流入できるように、融解点を下げ、反応生成物（すなわち、「スラグ」）の流動性を増加させるために使用してもよい。
【００２８】
いくつかの実施例を伴う好ましい実施形態に関して前記の詳細な説明により本発明について述べてきたが、添付した特許請求の範囲に定義される本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であることが当業者によって理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の発熱式溶接アセンブリの側面図である。
【図２】溶接する導体を中に配置した図１の発熱式溶接アセンブリの内部を示す断面図である。
【図３】図１の発熱式溶接アセンブリの平面図である。
【図４】図１の発熱式溶接アセンブリの底面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の発熱式溶接型枠の断面図である。
【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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