(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能とされる少なくとも一つのローラ電極と、当該ローラ電極と対をなす他の電極と、前記ローラ電極及び他の電極をそれぞれ支持する装置本体とを備え、ローラ電極と他の電極間に、溶接対象である重ね合わされた二枚の金属製薄板端部を挟み、前記両電極で加圧と通電を行いつつ、前記ローラ電極を回転させて前記薄板端部に沿って相対移動させ、二枚の薄板をシーム溶接するシーム溶接装置において、
前記装置本体が、溶接対象となる二枚一組の薄板を複数組所定間隔で並列に配置される状態に保持し、
前記他の電極が、前記薄板の溶接対象箇所と略同じ長さに連続する平面状の電極面を有すると共に当該電極面を含む部分を前記薄板各組の並列間隔より小さい厚みに形成される固定電極とされ、前記電極面で溶接対象の二枚のうち一方の薄板における溶接対象箇所に当接し、
前記ローラ電極が、前記薄板表面に対し所定角度傾斜した中心軸周りに回転する略円板状体とされると共に、当該略円板状体における中心軸軸方向の一端面に隣接する外周縁部分を、前記所定角度の円錐母線角をなす略円錐面状の電極面とされ、且つ前記一端面を前記電極面に対する円錐底面とされ、また、前記一端面の表面を電気的絶縁状態とされ、電極面の円錐頂部側が薄板端部寄りとなる配置で電極面を溶接対象の二枚のうち他方の薄板における溶接対象箇所へ当接可能とされてなることを特徴とするシーム溶接装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のシーム溶接装置において、
前記ローラ電極の相対移動方向の前方側及び／又は後方側の所定箇所でローラ電極と共に前記薄板及び固定電極に対し相対移動可能且つ固定電極の電極面に対し少なくとも薄板厚さ二枚分の間隔を空ける配置として配設され、ローラ電極とは電気的絶縁状態とされてローラ電極の当接する薄板に当接する一又は複数のガイド部を備えることを
特徴とするシーム溶接装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載のシーム溶接装置において、
前記ローラ電極が、前記電極面の円錐頂部側に隣接して電極面より円錐母線角の大きい円錐面を形成されることを
特徴とするシーム溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属薄板を一体にシーム溶接するシーム溶接装置に関し、特に、金属薄板が複数並列に配置される場合に干渉等もなく金属薄板同士をシーム溶接で一体化できるシーム溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温流体と低温流体との間で熱の授受（熱交換）を行わせる熱交換器の使用にあたり、熱伝達率を大きくして熱交換性能を高めたい場合には、従来からプレート式の熱交換器が多く用いられていた。このプレート式の熱交換器は、複数の略板状の伝熱部（プレート）を平行に所定間隔で重ね合せ、各伝熱部間をそれぞれ流路として、各流路には伝熱部一枚おきに高温流体と低温流体を交互に流して、各伝熱部を介して熱交換させる構造である。
【０００３】
このような従来のプレート式の熱交換器では、伝熱部間を一定間隔に保つと共に流体の通路部として区画する弾性素材製のパッキンが各伝熱部間に配設されている。ただし、各伝熱部間を流れる各熱交換用流体の圧力が高い場合、流体圧力でパッキンが変形し、流体同士の隔離を維持できなくなったり、伝熱部間隔が変ったりして熱交換を有効に行えなくなる危険性があるため、パッキンの耐えうる圧力範囲でしか熱交換用流体を用いることができないという問題があった。
このため、近年、パッキン等を用いず、所定間隔で配置された金属薄板製の各伝熱部端部を互いにろう付けで直接接合して、各伝熱部の表裏両側に通路部を形成しつつ伝熱部を一体化する構成のプレート式熱交換器が実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱交換器は以上のように構成されており、ろう付けで伝熱部を接合した熱交換器では、パッキンを用いるものよりも高い流体圧力に耐えられるものの、伝熱部同士を接合する金属ろう部分がその接合機構及び材質の特性から金属薄板部分に比べて低強度であるため、熱交換器はこの伝熱部接合部分で強度が著しく劣る構造となっており、伝熱部表裏を流れる各熱交換用流体間に大きな圧力差があり、且つろう付けで接合された伝熱部間に高圧側の熱交換用流体が通る場合、ろう付け部分が破損して高圧側から低圧側へ流体が漏れる危険性もあり、依然として高圧の熱交換用流体を利用しにくいという課題を有していた。
【０００５】
このような密封性を重視する金属薄板の接合では、接合部分が十分な強度を有して連続し且つ高圧にも耐えうるシーム溶接が望ましいが、こうした熱交換器の場合、伝熱部としての金属薄板が極狭い間隔で並列する形態となるため、従来のシーム溶接装置では、溶接対象の薄板と並列に配置された他の薄板が溶接装置各部と干渉してしまい、溶接対象の薄板を挟む状態に溶接用電極を配置できず、シーム溶接を行うことができなかった。
【０００６】
本発明は前記課題を解消するためになされたもので、金属薄板が狭い間隔で並列状態とされている場合でも、溶接対象の金属薄板のみに溶接用電極を当接させて金属薄板同士を確実に溶接でき、強度的に優れる接合部位とすることができるシーム溶接装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシーム溶接装置は、回動可能とされる少なくとも一つのローラ電極と、当該ローラ電極と対をなす他の電極と、前記ローラ電極及び他の電極をそれぞれ支持する装置本体とを備え、ローラ電極と他の電極間に、溶接対象である重ね合わされた二枚の金属製薄板端部を挟み、前記両電極で加圧と通電を行いつつ、前記ローラ電極を回転させて前記薄板端部に沿って相対移動させ、二枚の薄板をシーム溶接するシーム溶接装置において、前記装置本体が、溶接対象となる二枚一組の薄板を複数組所定間隔で並列に配置される状態に保持し、前記他の電極が、前記薄板の溶接対象箇所と略同じ長さに連続する平面状の電極面を有すると共に当該電極面を含む部分を前記薄板各組の並列間隔より小さい厚みに形成される固定電極とされ、前記電極面で溶接対象の二枚のうち一方の薄板における溶接対象箇所に当接し、前記ローラ電極が、前記薄板表面に対し所定角度傾斜した中心軸周りに回転する略円板状体とされると共に、当該略円板状体における中心軸軸方向の一端面に隣接する外周縁部分を、前記所定角度の円錐母線角をなす略円錐面状の電極面とされ、且つ前記一端面を前記電極面に対する円錐底面とされ、また、前記一端面の表面を電気的絶縁状態とされ、電極面の円錐頂部側が薄板端部寄りとなる配置で電極面を溶接対象の二枚のうち他方の薄板における溶接対象箇所へ当接可能とされてなるものである。
【０００８】
このように本発明においては、略円錐面状の電極面を外周縁部分に有するローラ電極が溶接対象の薄板表面に対し回転中心軸を傾斜させて支持されると共に、平面状の電極面部分の厚みを小さく形成される固定電極が配設され、複数組の薄板をそれぞれ互いに溶接して一体化する場合など、溶接される二枚の薄板が複数組所定間隔で並列配置される状態でも、溶接対象の一方の薄板表面に対しローラ電極を斜め向きとしてその電極面を当接させる一方、他方の薄板に面する隙間に固定電極を挿入して薄板表面に固定電極の電極面を当接させることにより、ローラ電極及び固定電極と溶接対象以外の薄板との干渉が避けられ、ローラ電極と固定電極で溶接対象の薄板を確実に挟んで加圧しつつ通電してシーム溶接を行えることとなり、強度の高い薄板接合構造を得ることができる。
【０００９】
また、ローラ電極の電極面に対して円錐底面側となる一端面部分を電極面とは電気的に絶縁された状態とし、この一端面部分に溶接電流が一切流れないことにより、溶接対象以外の薄板と接触しやすい状態にあるローラ電極の一端面がこうした他の薄板と接触しても短絡などの不具合を生じずにローラ電極でそのまま溶接作業を継続でき、確実にシーム溶接を行えて溶接部分の密封性及び強度を確保できる。
【００１０】
また、本発明に係るシーム溶接装置は必要に応じて、前記ローラ電極の相対移動方向の前方側及び／又は後方側の所定箇所でローラ電極と共に前記薄板及び固定電極に対し相対移動可能且つ固定電極の電極面に対し少なくとも薄板厚さ二枚分の間隔を空ける配置として配設され、ローラ電極とは電気的絶縁状態とされてローラ電極の当接する薄板に当接する一又は複数のガイド部を備えるものである。このように本発明においては、ローラ電極の相対移動方向前方側や後方側にローラ電極の当接する薄板に当接するガイド部を配設し、ガイド部で二枚の薄板が互いに離反しないよう押えられることにより、薄板端部が歪んで湾曲したりしていても二枚の薄板をローラ電極による加圧とは別にあらかじめ確実に密着させることができ、ローラ電極で薄板同士をずれなく正確な位置関係で溶接可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るシーム溶接装置は必要に応じて、前記ローラ電極が、前記電極面の円錐頂部側に隣接して電極面より円錐母線角の大きい円錐面を形成されるものである。このように本発明においては、ローラ電極における電極面の円錐頂部側に別の円錐面を形成し、ローラ電極を中心側から外周側へ向うほど厚みがより小さくなる形状とすることにより、ローラ電極全体を薄板に与える加圧力に耐える十分な強度としつつ、ローラ電極外縁部を薄板間の隙間に挿入し易くなり、ローラ電極の溶接対象以外の薄板との干渉を起りにくくして溶接作業の能率を高められる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係るシーム溶接装置の側面図、図２は本実施の形態に係るシーム溶接装置の平面図、図３は本実施の形態に係るシーム溶接装置の正面図、図４は本実施の形態に係るシーム溶接装置に支持される薄板の並列配置状態説明図、図５は本実施の形態に係るシーム溶接装置の要部拡大図である。
【００１３】
前記各図において本実施の形態に係るシーム溶接装置１は、溶接する金属製の薄板５０の二枚一組を複数組所定間隔で並列させた状態でまとめて支持する装置本体１０と、この装置本体１０に薄板５０端部と平行に所定範囲移動可能に支持され、且つ薄板５０に対し所定角度傾斜した中心軸周りに回転可能とされる円板状のローラ電極２０と、このローラ電極２０移動方向と平行をなす平面状の電極面３１を有して装置本体１０に固定支持される固定電極３０と、装置本体１０に対してローラ電極２０の移動方向前方側及び後方側の二箇所でローラ電極２０と共に移動可能に配設され、ローラ電極２０の当接する薄板５０に当接して固定電極３０側へ押付ける二つのガイド部４０とを備える構成である。
【００１４】
前記ローラ電極２０は、外周縁部分を円錐面状とされる円板状体で形成され、円錐面状の外周縁部分を電極面２１とされてなり、公知の直線運動案内装置１１を介して装置本体１０に平行移動可能に支持された移動機構部１２の一部として回動自在に配設される仕組みである。移動機構部１２は、ローラ電極２０を冷却ブロック２３と共に複数のボルト１３ａで軸先端部に一体に取付けられる電極回転軸１３と、この電極回転軸１３を回転自在に軸支すると共にローラ電極２０駆動用のモータ２４を支持する電極ヘッド１４と、この電極ヘッド１４をヒンジ１４ａを介して揺動可能に支持する基台部１５と、ばね加圧方式を利用してローラ電極２０を必要に応じて薄板５０に所定押圧力で当接させる加圧機構１６とを備える構成である。
【００１５】
このローラ電極２０を含む移動機構部１２は、前記固定電極３０と平行に配置された軌道レール１１ａ及びこの軌道レール１１ａ上に摺動自在に係合配設された移動ブロック１１ｂからなる公知の直線運動案内機構１１に対し、基台部１５を移動ブロック１１ｂに固定されることで、移動ブロック１１ｂと共に薄板５０の溶接される端部と平行に移動可能とされる仕組みである。
また、電極ヘッド１４はヒンジ１４ａを中心に揺動可能に支持され、電極ヘッド１４先端のローラ電極２０を固定電極３０に対し近接、離隔させられる仕組みとなっている。そして、加圧機構１６は、電極ヘッド１４から突出するブラケット１４ｂにヒンジ１７ａを介して揺動自在に支持されるスプリングケース１７と、このスプリングケース１７に内蔵されるスプリング（図示を省略）と、このスプリングに連結されるロッド１８と、基台部１５にヒンジ１９ａを介して揺動自在に支持されるハンドル１９とを備える構成であり、ロッド１８とも連結されているハンドル１９を操作することで溶接に必要な加圧力のためのトグル作用を発生させて電極ヘッド１４を動かし、ローラ電極２０の加圧・開放動作を行う仕組みである。
【００１６】
ローラ電極２０の電極面２１は、ローラ電極２０の回転中心線の薄板５０に対する傾き角度と同じ円錐母線角をなす円錐面状に形成され、円錐頂部側を薄板５０端部寄りとする配置とされ、装置本体１０に支持された溶接対象の各薄板５０二枚組のうち装置本体１０から離れている方の薄板５０の溶接対象部分となる端辺部と接触可能とされてなる構成である。ローラ電極２０の回転中心線の薄板５０に対する傾き角度及び電極面２１の円錐母線角は、ローラ電極２０の薄板５０溶接部位への当接状態でローラ電極２０が他の薄板５０と干渉しない範囲に設定される。特に、ローラ電極２０の回転中心線が、電極面２１の加圧する薄板５０表面に対し約３５°の傾斜角をなす状態となるのが好ましい。
【００１７】
さらに、ローラ電極２０における電極面２１の円錐頂部側には、電極面２１より円錐母線角の大きい円錐面が形成され、ローラ電極２０は全体の強度を確保しつつ外周部の厚みを薄型化した形状となっている。一方、ローラ電極２０の電極面２１に対し円錐底面側となる部位は表面を絶縁性材料で覆われ、電極面２１とは電気的に絶縁状態とされる構成である。
加えて、ローラ電極２０、電極回転軸１３、及び冷却ブロック２３の内部には、連続する冷却孔７０が穿設され、この冷却孔７０には冷却水供給用のパイプ７１が挿入されている。このパイプ７１内から冷却孔７０奥端部に冷却水を供給し、さらにパイプ７１外側の冷却孔７０を通して冷却水を孔外へ導き、ローラ電極２０内部で冷却水を循環させることで、溶接時の抵抗発熱によるローラ電極２０温度の上昇を抑制する仕組みである。電極回転軸２７、ローラ電極２０、及び冷却ブロック２３のそれぞれの接触面における冷却孔７０周囲には、水密を保持するためのＯリング８０が挿入されている。
【００１８】
前記固定電極３０は、薄板５０端辺部の溶接対象箇所と略同じ長さに連続する平面状の電極面３１を有し、且つ、この電極面３１を含む部分を支持状態の薄板５０の組の並列間隔より小さい厚みとされる構成であり、薄板５０各組間の隙間５５に挿脱自在とされ、電極面３１に面する薄板５０の溶接対象箇所となる端辺近傍部位に当接する仕組みである。この固定電極３０及びローラ電極２０には、それぞれケーブル３２、２２を介して溶接用電源（図示を省略）が接続されている。
前記ガイド部４０は、装置本体１０に対しローラ電極２０と連動して移動可能な基台部１５からそれぞれ突出する二つの略軸状体であり、ローラ電極２０とは絶縁状態とされ、薄板５０のローラ電極２０の当接する側に軸状体周側面を当接させて薄板５０を押える構成であり、ローラ電極２０と固定電極３０間で溶接対象の二枚の薄板５０同士の離反を防いで薄板５０の密着状態を維持する仕組みである。
【００１９】
次に、本実施の形態に係るシーム溶接装置による薄板溶接工程について説明する。前提として、溶接する薄板５０は、熱交換ユニットの伝熱部として、あらかじめ所定のプレス装置（図示を省略）で矩形状の略中央部分に熱伝達用に最適化された凹凸形状の伝熱面５１を成型されると共に、伝熱面５１を囲む外周各辺に各々平坦部５２、５３を成型されたものである。この薄板５０は、あらかじめ他の薄板５０と二つ重ね合され、薄板５０短辺方向の両端位置でこれら端部の平坦部５３同士を公知の一般的なシーム溶接装置でそれぞれ水密にシーム溶接されて単位ユニット６０として組合わされ、同様に組合わされた他の複数の単位ユニット６０とさらに重ね合されてまとめられた状態で装置本体１０に支持されることとなる。そして、重ねられた各単位ユニット６０における各薄板５０の長辺方向端部で互いに重なり合って密着する平坦部５２同士が溶接対象箇所となっている。
【００２０】
溶接工程では、まず、所定の重なり合う薄板５０の組における装置本体１０寄り側の薄板５０に面する隙間５５に固定電極３０を挿入し、電極面３１を薄板５０に当接させた状態とすると共に、装置本体１０上でローラ電極２０を移動範囲の溶接開始端に位置させ、ローラ電極２０の電極面２１を他方の薄板５０に当接させる。ローラ電極２０の前後に配置されるガイド部４０は、薄板５０をローラ電極２０と接触する位置の前後で固定電極３０に押付けて、二枚の薄板５０同士を確実に重ね合せて当接した状態とする。
【００２１】
ローラ電極２０による加圧・通電を開始したら、モータ２４が電極回転軸１３を介してローラ電極２０を駆動する。駆動されたローラ電極２０は回転して薄板５０上を転動する状態となり、それにつれて移動機構部１２全体が軌道レール１１ａに沿って薄板５０端辺と平行な向きに自走していき、移動するローラ電極２０の電極面２１と固定電極３０の電極面３１との間で二枚の薄板５０がシーム溶接されていく。円錐面状の電極面２１を有するローラ電極２０を斜めに薄板５０に当接させ、且つ固定電極３０の電極面３１部分を薄型に形成していることから、この溶接中の薄板５０以外の各薄板とローラ電極２０及び固定電極３０との干渉が避けられ、ローラ電極２０と固定電極３０とで二枚の薄板５０を確実に加圧しつつシーム溶接が行える。ローラ電極２０が移動範囲の溶接終了端に達したら、ローラ電極２０による加圧・通電を終了し、ローラ電極２０の電極面２１を薄板５０から離隔させ、溶接動作の一行程を終える。
【００２２】
溶接終了した薄板５０の組から固定電極３０も離隔させたら、装置本体１０における薄板５０各組の保持位置をずらして溶接対象となる別の二枚の薄板５０を溶接可能位置に位置させ、この新たな二枚の薄板５０を挟むようにローラ電極２０及び固定電極３０を再配置すると前記一連の溶接動作を繰返すことができる。溶接対象の薄板５０同士を全て溶接し、薄板５０からなる各単位ユニット６０を熱交換ユニット（図示を省略）として一体化したら、この熱交換ユニットをなす薄板５０全体を装置本体１０から取外し、一連の溶接工程を終了する。こうして得られた熱交換ユニットは、各薄板５０端部同士がシーム溶接されているため、強度的に優れ、流体の高い圧力に耐える。
【００２３】
このように、本実施の形態に係るシーム溶接装置においては、略円錐面状の電極面２１を外周縁部分に有するローラ電極２０が溶接対象の薄板５０表面に対し回転中心軸を傾斜させて支持されると共に、平面状の電極面３１部分の厚みを小さく形成される固定電極３０が配設され、重ね合された一方の薄板５０表面に対しローラ電極２０を斜め向きとして電極面２１を当接させる一方、他方の薄板５０に面する隙間に固定電極３０を挿入して薄板５０表面に固定電極３０の電極面３１を当接させることから、薄板５０が複数組所定間隔で並列配置される状態でもローラ電極２０及び固定電極３０と溶接対象以外の薄板５０との干渉が避けられ、ローラ電極２０と固定電極３０で溶接対象の薄板５０を挟んで確実にシーム溶接を行える。また、ローラ電極２０の電極面２１に対して円錐底面側となる端面部分を電極面２１とは絶縁された状態としていることから、ローラ電極２０の端面が溶接対象以外の薄板５０と接触しても短絡などの不具合を生じずにローラ電極２０でそのまま溶接作業を継続でき、適切なシーム溶接作業が行える。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、略円錐面状の電極面を外周縁部分に有するローラ電極が溶接対象の薄板表面に対し回転中心軸を傾斜させて支持されると共に、平面状の電極面部分の厚みを小さく形成される固定電極が配設され、複数組の薄板をそれぞれ互いに溶接して一体化する場合など、溶接される二枚の薄板が複数組所定間隔で並列配置される状態でも、溶接対象の一方の薄板表面に対しローラ電極を斜め向きとしてその電極面を当接させる一方、他方の薄板に面する隙間に固定電極を挿入して薄板表面に固定電極の電極面を当接させることにより、ローラ電極及び固定電極と溶接対象以外の薄板との干渉が避けられ、ローラ電極と固定電極で溶接対象の薄板を確実に挟んで加圧しつつ通電してシーム溶接を行えることとなり、強度の高い薄板接合構造を得ることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明によれば、ローラ電極の電極面に対して円錐底面側となる端面部分を電極面とは電気的に絶縁された状態とし、この端面部分に溶接電流が一切流れないことにより、溶接対象以外の薄板と接触しやすい状態にあるローラ電極の端面がこうした他の薄板と接触しても短絡などの不具合を生じずにローラ電極でそのまま溶接作業を継続でき、確実にシーム溶接を行えて溶接部分の密封性及び強度を確保できるという効果を有する。
【００２６】
また、本発明によれば、ローラ電極の相対移動方向前方側や後方側にローラ電極の当接する薄板に当接するガイド部を配設し、ガイド部で二枚の薄板が互いに離反しないよう押えられることにより、薄板端部が歪んで湾曲したりしていても二枚の薄板をローラ電極による加圧とは別にあらかじめ確実に密着させることができ、ローラ電極で薄板同士をずれなく正確な位置関係で溶接可能となるという効果を有する。
【００２７】
また、本発明によれば、ローラ電極における電極面の円錐頂部側に別の円錐面を形成し、ローラ電極を中心側から外周側へ向うほど厚みがより小さくなる形状とすることにより、ローラ電極全体を薄板に与える加圧力に耐える十分な強度としつつ、ローラ電極外縁部を薄板間の隙間に挿入し易くなり、ローラ電極の溶接対象以外の薄板との干渉を起りにくくして溶接作業の能率を高められるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシーム溶接装置の側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るシーム溶接装置の平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るシーム溶接装置の正面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るシーム溶接装置に支持される薄板の並列配置状態説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るシーム溶接装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
１          シーム溶接装置
１０        装置本体
１１        直線運動案内装置
１１ａ      軌道レール
１１ｂ      移動ブロック
１２        移動機構部
１３        電極回転軸
１３ａ      ボルト
１４        電極ヘッド
１４ａ      ヒンジ
１４ｂ      ブラケット
１５        基台部
１６        加圧機構
１７        スプリングケース
１７ａ      ヒンジ
１８        ロッド
１９        ハンドル
１９ａ      ヒンジ
２０        ローラ電極
２１        電極面
２２        ケーブル
２３        冷却ブロック
２４        モータ
３０        固定電極
３１        電極面
３２        ケーブル
４０        ガイド部
５０        薄板
５１        伝熱面
５２、５３  平坦部
６０        単位ユニット
７０        冷却孔
７１        パイプ
８０        Ｏリング
【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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