(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の集中部を設けた２枚の平板状のコイルの間に、金属薄板からなる２枚の被溶接物を絶縁フィルムで挟んで置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物は材質の異なるものとし、２枚の被溶接物の一方とその外側の前記絶縁フィルムとの間に、他方の被溶接物と同一材質の金属薄板からなる当て板を、一方の被溶接物との間に絶縁フィルムを挟んで重ねて溶接することを特徴とする金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項２】
他方の被溶接物と重ねる当て板が非磁性であることを特徴とする請求項１に記載の金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項３】
電流の集中部を設けた２枚の平板状のコイルの間に、金属薄板からなる２枚の被溶接物を絶縁フィルムで挟んで置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物の両側とそれらの外側の前記絶縁フィルムとの間に、非磁性の当て板を各被溶接物との間に絶縁フィルムを挟んで重ね、被溶接物を挟みこんで溶接することを特徴とする金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項４】
２枚の被溶接物の材質が異なるものであることを特徴とする請求項３に記載の金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項５】
２枚の被溶接物の材質が同一であることを特徴とする請求項３に記載の金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項６】
電流の集中部を設けた平板状のコイル上に絶縁フィルムを挟んで金属薄板からなる２枚の被溶接物を置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物のうちコイルに近い側の被溶接物を非磁性とし、他方の被溶接物に非磁性の金属薄板からなる当て板を重ねたうえ圧接保持して溶接することを特徴とする金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【請求項７】
２枚の被溶接物と当て板との間に、絶縁フィルムを挟んで溶接することを特徴とする請求項６に記載の金属薄板の積層式電磁溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属薄板を電磁力によって溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来困難とされたアルミニウムの溶接が可能であり、また、アルミニウムと鉄のような異種金属の溶接も可能な電磁溶接法が本願発明者の１名により考えられ、実用化が進められているところである。この電磁溶接法は特開平１１−１９２５６２に示されるように、被溶接物の金属薄板を重ねて平板状コイルの間に置き、コイルに大電流を流して溶接するものである。被溶接物を挟む平板状コイルの少なくとも一方には電流が集中して流れる集中部が設けられており、平板状コイル間に重ねて挟まれた被溶接物である金属薄板は集中部に対向する位置で溶接される。平板状コイルに大電流を流す手段としては、直流高圧電源装置によってコンデンサを充電し、コンデンサに蓄えられた電荷をスイッチを通して瞬間的にコイルに放電する方法が用いられている。
【０００３】
ここで要する直流高圧電源装置の電圧は例えば５〜１５ｋＶ、コンデンサの容量は５０〜２００μＦであり、これによる放電電流の波高値は１００ｋＡ以上に達し、その放電時間は１００μ秒以下である。この電磁溶接法で金属薄板を溶接する場合、溶接しようとする材料に応じてコイルに流す電流値、電流波形等の溶接条件を設定するわけであるが、異種金属を溶接する場合にはその設定が難しいという問題があった。すなわち、２種の金属を溶接する場合には、その何れかの材料に合わせて溶接条件を設定していたが、電流が大きすぎれば溶け過ぎ、電流が不足すれば変形するだけで接合せず、充分な接合強度を持った溶接を行なうことができなかった。特に溶接条件が著しく異なる材料を溶接することは不可能であった。また、同種の金属であっても溶接が困難なものがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決し、溶接条件の著しく異なる異種金属や溶接の困難な金属を溶接することができ、電磁溶接後の被溶接物の変形を少なくできる金属薄板の積層式電磁溶接方法を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するためになされた請求項１の発明は、電流の集中部を設けた２枚の平板状のコイルの間に、金属薄板からなる２枚の被溶接物を絶縁フィルムで挟んで置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物は材質の異なるものとし、２枚の被溶接物の一方とその外側の前記絶縁フィルムとの間に、他方の被溶接物と同一材質の金属薄板からなる当て板を、一方の被溶接物との間に絶縁フィルムを挟んで重ねて溶接することを特徴とするものである。この請求項１の発明では、他方の被溶接物と重ねる当て板が非磁性であることが好ましい。
【０００６】
また、同一の問題を解決するためになされた請求項３の発明は、電流の集中部を設けた２枚の平板状のコイルの間に、金属薄板からなる２枚の被溶接物を絶縁フィルムで挟んで置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物の両側とそれらの外側の前記絶縁フィルムとの間に、非磁性の当て板を各被溶接物との間に絶縁フィルムを挟んで重ね、被溶接物を挟みこんで溶接することを特徴とするものである。この請求項３の発明では、２枚の被溶接物の材質を異なるものとすること、あるいは、２枚の被溶接物の材質を同一のものとすることができる。
【０００７】
さらに、同一の問題を解決するためになされた請求項６の発明は、電流の集中部を設けた平板状のコイル上に絶縁フィルムを挟んで金属薄板からなる２枚の被溶接物を置き、コイルに大電流を流して２枚の被溶接物を溶接する金属薄板の積層式電磁溶接方法において、２枚の被溶接物のうちコイルに近い側の被溶接物を非磁性とし、他方の被溶接物に非磁性の金属薄板からなる当て板を重ねたうえ圧接保持して溶接することを特徴とするものである。
請求項６の発明においても、２枚の被溶接物と当て板との間に、絶縁フィルムを挟んで溶接することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の金属薄板の積層式電磁溶接方法の実施形態について、図を参照しながら具体的に説明する。
図１ないし図３は本発明の請求項１ないし５の発明の金属薄板の積層式電磁溶接方法に使用する電磁溶接機の例を示すもので、箱型の機台１上に下部平板状コイル２が絶縁材３により絶縁して固定してある。下部平板状コイル２の上面には上部平板状コイル４を絶縁材５により固定した可動枠６が設けてあり、該可動枠６の後側は機台１の後部に枢着部材７を設けて枢着し、前部を開閉動可能としてある。機台１の後側にはコンデンサ８が設けてあり、該コンデンサ８の接地側極は接続板９により下部平板状コイル２の後端に接続してある。下部平板状コイル２には図３に示すように中間に集中部１０が設けてあり、上部平板状コイル４にも同様に集中部１１が設けてある。下部平板状コイル２の集中部１０と上部平板状コイル４の集中部１１とは、可動枠６を下部平板状コイル２上に閉じたとき対向するようにしてある。
【０００９】
また、下部平板状コイル２と上部平板状コイル４の前端の端面は可動枠６を閉じたとき同一平面になるようにしてあり、上部平板状コイル４の後端は可動枠６に固定した放電ギャップスイッチを構成する一方の放電電極１２に接続してある。機台１の後部には可動枠６を下部平板状コイル２上に閉じたときに放電電極１２と対向して放電ギャップスイッチを構成する他方の放電電極１３が機台１から絶縁して取り付けてあり、該放電電極１３はコンデンサ８の他極に接続してある。さらに、放電電極１２には図示しないトリガー電極が付設してあり、機台１の前部には接触子１４が移動機構１５により前後動自在に機台１から絶縁して取り付けてある。該接触子１４は、可動枠６を下部平板状コイル２上に閉じたときに移動させ、同一平面になっている下部平板状コイル２と上部平板状コイル４の前端の端面に接触して導通させるためのものである。１６は可動枠６を開閉する際に把持するための把手である。
【００１０】
前記のような構成の電磁溶接機の可動枠６を開き、下部平板状コイル２の集中部１０上に２枚の被溶接物の溶接すべき部分を載せ、可動枠６を閉じると、被溶接物の溶接すべき部分は集中部１０と集中部１１に挟まれることとなる。このとき、被溶接物と集中部１０、１１との間にはそれぞれ絶縁シートを挟んでおく。接触子１５を移動させて下部平板状コイル２と上部平板状コイル４の前端の間を導通させ、コンデンサ８を図示しない直流高圧電源装置により充電する。コンデンサ８の充電を待って充電を停止させ、図示しない制御装置からトリガー電極に電圧を与えると放電電極１２、１３の間で放電が始まって放電ギャップスイッチが導通し、コンデンサ８の電荷は放電電極１３、放電電極１２、上部平板状コイル４、接触子１５、下部平板状コイル２、接続板９の回路を通って放電し、集中部１０、１１の間に挟まれた被溶接物が溶接されるものである。
【００１１】
請求項１又は２の発明では、図４に示すように下部平板状コイル２の集中部１０の上に絶縁フィルム３１、第１の被溶接物４１、第２の被溶接物４２、絶縁フィルム３２、第１の被溶接物４１と同一材質の金属薄板からなる当て板５１、絶縁フィルム３３を順次重ね、上部平板状コイル４の集中部１１を臨ませる。第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２とは通常の電磁溶接方法では溶接できない材質のものである。この状態で第１の被溶接物４１と同一材質の金属薄板を溶接するに必要な電流を集中部１０、１１に流すと、第２の被溶接物４２の両面から第１の被溶接物４１と当て板５１が押し付けられ、溶接面に圧縮力が加わって第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２とが溶接される。第２の被溶接物４２の両面から加わる力はほぼ等しく、これにより溶接時の変形が少ない利点がある。第２の被溶接物４２と当て板５１との間に絶縁フィルム３２を挿入しない場合には、第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２とが溶接され、さらにこれに当て板５１として配置した金属薄板が同時に溶接される。第１の被溶接物４１としては例えばアルミニウムＡ１０５０のような非磁性で導電率の高い金属が好ましく、第２の被溶接物４２としては鉄ＳＰＣＥ、銅Ｃ１１００、マグネシウム合金ＡＺ３１、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４等が適する。また、アルミニウムＡ５０５２、ニッケル、燐青銅、チタン等も溶接可能である。
【００１２】
アルミニウムと鉄とを通常の方法で電磁溶接しようとして集中部１０、１１に電流を流すと、鉄材には渦電流と磁化電流とが流れる。鉄材に侵入する磁束が大きいと渦電流は増加するが、磁性体である鉄材は磁気飽和して磁化電流が流れなくなる。また、表皮効果の深さも増大し、電流密度が低下する。その結果、電流による接合面の加熱効率が低下し、接合に必要な温度まで上昇しないこととなって溶接できない。ここで、図４に示すようにアルミニウムの当て板５１を置いた場合には、当て板５１の厚さや電流波形すなわち磁束の変化速度を適切に選ぶことにより鉄材に侵入する磁束を制御でき、溶接中に鉄材が飽和しないようにすることで表皮効果の深さを浅くすることができる。これにより、渦電流及び磁化電流による接合面の過熱を効率よく行なうことができ、溶接できることとなる。鉄材は融点が高く、しかも硬いのでアルミニウム材と溶接するためには上記のように鉄材の表面だけを集中的に加熱することが好ましく、同時に、アルミニウム材の第１の被溶接物４１と当て板５１により充分な電磁力による圧縮力を加えることが好ましい。
【００１３】
請求項３ないし５の発明では、図５に示すように下部平板状コイル２の集中部１０の上に絶縁フィルム３１、当て板５１、絶縁フィルム３２、第１の被溶接物４１、第２の被溶接物４２、絶縁フィルム３３、当て板５２、絶縁フィルム３４を順次重ね、上部平板状コイル４の集中部１１を臨ませる。第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２とは通常の電磁溶接方法では溶接が困難あるいは溶接できない材質のものである。この状態で当て板５１、５２と同一材質の金属薄板を溶接するに必要な電流を集中部１０、１１に流すと、第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２には両面から当て板５１と当て板５２が押し付けられ、溶接面に圧縮力が加わって第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２とが溶接される。第１の被溶接物４１と第２の被溶接物４２の両面から加わる力はほぼ等しく、これにより溶接時の変形が少ない利点がある。溶接する金属薄板の材質が異なる場合の第１の被溶接物４１、第２の被溶接物４２の材質として好ましいものは請求項１又は２の発明の場合と同様であり、アルミニウムＡ５０５２と銅Ｃ１１００との溶接も可能である。
【００１４】
また、例えば銅Ｃ１１００、アルミニウムＡ５０５２のような同種で溶接が困難な金属薄板もこの方法で溶接が可能となる。すなわち、銅Ｃ１１００の場合にはアルミニウムＡ１０５０に比べて大電流を必要とするものが当て板５１、５２としてアルミニウムＡ１０５０を置くことによりアルミニウムＡ１０５０の溶接条件と同等の電流で溶接可能となる。アルミニウムＡ５０５２の場合には周波数の高い大電流を流すことにより溶接可能であるが、当て板５１、５２としてアルミニウムＡ１０５０を置くことによりアルミニウムＡ１０５０の溶接条件と同等の電流で溶接可能となる。このように当て板５１、５２を置くことにより、第１の被溶接物４１、第２の被溶接物４２に加わる磁界が制御され、溶接が困難あるいは溶接できない材質の異種金属あるいは同種金属が溶接可能となるものである。このように請求項３ないし５の発明によれば、通常の溶接条件では溶接が困難な金属薄板も、極端な大電流や高い周波数の電流を流すことなく溶接することができ、コンデンサの変更、充電電源の変更等を要しない利点がある。
【００１５】
図６及び図７は本発明の請求項６の発明の金属薄板の積層式電磁溶接方法に使用する電磁溶接機の例を示すもので、箱型の機台１上に導電板１７が絶縁材１８により絶縁して固定してある。導電板１７の上面には絶縁板１９を介して平板状コイル２０が設けてあり、該平板状コイル２０には集中部２１が設けてある。機台１の後側にはコンデンサ８が設けてあり、該コンデンサ８の接地側極は接続板９により導電板１７の後端に接続してある。平板状コイル２０の後端は放電ギャップスイッチを構成する一方の放電電極１２に接続してあり、放電ギャップスイッチを構成する他方の放電電極１３はコンデンサ８の他極に接続してある。さらに、放電電極１２には図示しないトリガー電極が付設してある。平板状コイル２０の上方には支持板２２が昇降自在に設けてあり、該支持板の下面は絶縁性と耐熱性のある材質で構成したものとし、図示しない昇降機構により上下動されるようにしてある。
【００１６】
請求項６の発明では、図８に示すように平板状コイル２０の集中部２１の上に絶縁フィルム３１、第１の被溶接物４１、第２の被溶接物４２を順次重ね、支持板２２を下降させて第２の被溶接物４２に当接させる。この状態で第１の被溶接物４１を溶接するに必要な電流を集中部２１を流すと、集中部２１で発生した磁束は第１の被溶接物４１に侵入して減衰し、減衰した低密度の磁束が第２の被溶接物４２に侵入する。例えば、第１の被溶接物４１をアルミニウム、第２の被溶接物４２を鉄材とした場合には、第２の被溶接物４２である鉄材に侵入する磁束が減衰していることから溶接中に飽和することがなく、表皮効果の深さを浅くすることができる。これにより、渦電流及び磁化電流は鉄材表面のごく薄い、狭い範囲に流れることとなるので鉄材接合面の過熱が効率よく行なわれる。さらに、コイル側から接合面に働く電磁力と鉄材側から接合面に働く機械的な力とにより圧接され、渦電流と磁化電流とで効率よく加熱されたアルミニウム材と鉄材の接合面は充分な溶接強度を持って溶接される。この請求項６の発明による場合には、被溶接物を平板状コイルの間に挟む必要がないので、電磁溶接機の構造が簡単になり、また、溶接操作も容易になる利点がある。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、直接電磁溶接することが困難あるいは不可能な異種金属あるいは同種金属の溶接が可能であり、特にアルミニウムと鉄の溶接においても、充分な溶接強度が得られるものである。また、電磁溶接後の被溶接物の変形が少なく、３層の溶接を同時に１工程でできる利点がある。さらに、平板状コイルにより挟むことなくコイルの片側に被溶接物を置いて溶接することもでき、より多様な溶接を実現できる金属薄板の積層式電磁溶接方法を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用する電磁溶接機の例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施に使用する電磁溶接機の例を示す平面図である。
【図３】平板状コイルの形状を示す外観図である。
【図４】被溶接物の配置の例を示す概念図である。
【図５】被溶接物の配置の別の例を示す概念図である。
【図６】本発明の実施に使用する電磁溶接機の別の例を示す側面図である。
【図７】本発明の実施に使用する電磁溶接機の別の例を示す平面図である。
【図８】被溶接物の配置の別の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１  機台
２  下部平板状コイル
３  絶縁材
４  上部平板状コイル
５  絶縁材
６  可動枠
７  枢着部材
８  コンデンサ
９  接続板
１０、１１  集中部
１２、１３  放電電極
１４  接触子
１５  移動機構
１６  把手
１７  導電板
１８  絶縁材
１９  絶縁板
２０  平板状コイル
２１  集中部
２２  支持板
３１、３２、３３、３４  絶縁フィルム
４１  第１の被溶接物
４２  第２の被溶接物
５１、５２  当て板
【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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