CN102892545B - 波束焊接方法、真空包装方法及用该真空包装方法制造的真空隔热材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的波束焊接方法,具有金属箔层积工序、紧密接合工序和焊接熔断工序。在金属箔层积工序,将第一金属箔和重叠在第一金属箔上的第二金属箔分别载置于支承台的相互邻接的主载置面及从载置面。在紧密接合工序中,在将载置于从载置面的第一及第二金属箔的部分释放的状态下,沿着焊接假定线,使载置于主载置面的第一及第二金属箔的部分相互紧密接合。焊接熔断工序在紧密接合工序后,在预定的真空环境下,利用电子束的集中照射来加热第一及第二金属箔,从而一边沿着焊接假定线将载置于主载置面的第一及第二金属箔的部分相互焊接,一边将载置于从载置面的第一及第二金属箔的部分切离。
Description
技术领域
本发明涉及利用波束的照射将多片金属箔相互焊接的波束焊接方法、真空包装夹设物的真空包装方法、以及用该真空包装方法制造的真空隔热材料。
背景技术
已往,提出了利用电子束焊接机的加工法,其中,将多片薄板一边加压一边叠合而构成层积体,朝着薄板重叠的方向对层积体照射电子束,从而将各薄板熔断并在各薄板的熔剖面将其熔敷,同时进行各薄板的熔断和熔敷(例如参见专利文献1)。
另外,已往也提出了用高能波束焊接的方法,其中,将多片钢板的被焊接部位相互叠合,用夹具加压约束而使其紧密接合,并且,朝着大致直角方向对该被焊接部位照射高能波束(激光、电子束),进行切断,形成了焊接接头后,从大致水平方向对该焊接接头的对接面照射高能波束,进行焊接(例如见专利文献2)。
另外,已往也提出了真空隔热材料的制造方法,其中,在耐热性夹设物插入金属制的一对板体间的状态下,沿各板体的整周将板体相互焊接接合后,对被各板体包围的空间内进行真空处理。在该已往的真空隔热材料的制造方法中,从设在一方板体上的贯通孔进行抽真空后,用盖封住贯通孔,这样,进行各板体所包围的空间内的真空处理。另外,为了在各板体相互叠合的状态下在内侧产生空间,使板体的中央区域凹陷地预先成形各板体。这样,即使在把耐热性夹设物配置在被各板体包围的空间内的状态下,板体的周缘部之间也易于没有间隙地接触,可更加切实地进行板体周缘部之间的焊接接合(例如参见专利文献3)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭49-83643号公报
专利文献2:日本特开昭59-47083号公报
专利文献3:日本特开2006-17165号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,在专利文献1公开的用电子束焊接机的加工法中,在薄板的熔断时,为了防止在熔断部分的两侧发生彼此活动,要对各薄板加压。因此,在薄板的熔断部分,会因产生热变形等而导致薄板弯曲,从而不能进行各薄板间的稳定的熔敷。
另外,在专利文献2公开的用高能波束焊接的方法中,利用高能波束的照射进行钢板的切断并形成焊接接头后,朝大致水平方向对焊接接头的对接面照射高能波束,所以,焊接的工序多,生产性恶化。另外,在钢板的厚度薄的情况下,要对准焊接接头的对接面照射高能波束,本身就是一件很困难的事,而且在焊接时焊接接头会因热变形等而弯曲,从而不能稳定地进行焊接。
另外,在专利文献3公开的真空隔热材料的制造方法中,将各板体的整周焊接后,进行各板体所包围的空间内的真空处理,所以,必须分别独立地进行板体之间的焊接和各板体所包围的空间内的真空处理。另外,在进行板体之间的焊接、真空处理前,必须将各板体成形为预定的形状。因此,工序多,真空隔热材料的生产性下降。另外,在各板体的成形时进行拉深加工的情形下,当各板体的厚度薄时,板体在深冲部分容易裂纹,从而导致真空隔热材料的生产性进一步降低。
本发明是为了解决上述课题而作出的,其目的是提供能切实且容易地将金属箔相互焊接的波束焊接方法、真空包装方法、以及用该真空包装方法制造的真空隔热材料。
解决课题的技术方案
本发明的波束焊接方法具有:金属箔层积工序、紧密接合工序和焊接熔断工序;在上述金属箔层积工序中,将第一金属箔和重叠在第一金属箔上的第二金属箔分别载置于支承台的相互邻接的主载置面及从载置面,以沿着第一及第二金属箔重叠的方向看支承台时设定在主载置面与从载置面之间的焊接假定线横穿上述第一及第二金属箔的平面的方式,配置第一及第二金属箔;在紧密接合工序中,在将载置于从载置面的第一及第二金属箔的部分释放的状态下,沿着焊接假定线,使载置于主载置面的第一及第二金属箔的部分相互紧密接合;焊接熔断工序在紧密接合工序之后,在预定的真空环境下,利用波束的集中照射来加热第一及第二金属箔,从而一边沿着焊接假定线将载置于主载置面的第一及第二金属箔的部分相互焊接,一边将载置于从载置面的第一及第二金属箔的部分切离。
本发明的真空包装方法,具有:插入工序、紧密接合工序和焊接熔断工序;在插入工序中,将夹设物插入第一及第二金属箔之间;紧密接合工序在插入工序后,在沿着第一及第二金属箔相向的方向看夹设物时的夹设物的周围设定焊接假定线,仅在比焊接假定线靠近夹设物的位置,在预定的真空环境下,使第一及第二金属箔相互紧密接合;焊接熔断工序在紧密接合工序后,在预定的真空环境下,利用波束的集中照射,沿焊接假定线将第一及第二金属箔加热,从而一边沿着焊接假定线将比焊接假定线靠夹设物一侧的覆盖区域内的第一及第二金属箔相互焊接,一边将比焊接假定线远离夹设物的剩余区域内的第一及第二金属箔的部分切离。
发明效果
在本发明的波束焊接方法中,把第一金属箔和重叠在第一金属箔上的第二金属箔分别载置在主载置面和从载置面上后,在把载置在从载置面上的第一及第二金属箔的部分释放的状态下,沿着焊接假定线,使载置在主载置面上的第一及第二金属箔的部分相互紧密接合,用波束的集中照射来加热第一及第二金属箔,从而一边沿着焊接假定线把载置在主载置面上的第一及第二金属箔的部分相互焊接,一边把载置在从载置面上的第一及第二金属箔的部分切离,所以,可以同时进行第一及第二金属箔的焊接和熔断。因此,可以减少焊接时的工序数,可容易地进行第一及第二金属箔的相互焊接。另外,由于一边由焊接假定线两侧的主载置面和从载置面支承第一及第二金属箔,一边进行第一及第二金属箔的焊接和熔断,所以,载置在从载置面上的第一及第二金属箔的部分可因熔断而一边吸收热变形一边脱离,可更加确保载置在主载置面上的第一及第二金属箔部分的相互紧密接合状态。因此,载置在主载置面上的第一及第二金属箔部分的相互焊接接合可更加切实地进行。
在本发明的真空包装方法中,在预定的真空环境下,用波束的集中照射,沿着焊接假定线将第一及第二金属箔加热,从而沿着焊接假定线一边把比焊接假定线靠夹设物侧的覆盖区域内的第一及第二金属箔相互焊接,一边把比焊接假定线远离夹设物的剩余区域内的第一及第二金属箔的部分切离,所以,可以同时进行第一及第二金属箔的相互焊接和被第一及第二金属箔包围空间内的真空处理。另外,即使第一及第二金属箔之间不是完全地紧密接合,也能切实地将第一及第二金属箔相互焊接,所以,不需要用拉深加工将第一及第二金属箔预先成形的作业。因此,可以减少用于制造真空包装体的工序数,同时,也能避免因拉深加工而在第一及第二金属箔上产生裂纹。因此,可以提高真空包装体的生产性。
附图说明
图1是表示实施本发明实施方式1的波束焊接方法时的金属箔设置状态的示意俯视图。
图2是沿图1的II-II线的剖面图。
图3是表示用本发明实施方式1的波束焊接方法制造的真空隔热材料的剖面图。
图4是表示实施比较例1的波束焊接方法时的金属箔设置状态的剖面图。
图5是表示实施比较例2的波束焊接方法时的金属箔设置状态的剖面图。
图6是表示用本发明实施方式4的真空包装方法制造的真空包装体的剖面图。
图7是表示为了制造图6的真空包装体的真空包装加工时的设置状态的俯视图。
图8是沿图7的VIII-VIII线的剖面图。
图9是表示本发明实施方式5的真空包装加工时的设置状态的俯视图。
图10是沿图9的X-X线的剖面图。
图11是表示本发明实施方式6的真空包装体的剖面图。
附图标记的说明
1…第一金属箔,2…第二金属箔,3、37…支承台,6…波束槽,7…主载置面,8…从载置面,10、42…被照射部,11、43…焊接假定线,21、31…真空包装体(真空隔热材料),22、32…收容体,23、33…夹设物(芯材)。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示实施本发明实施方式1的波束焊接方法时的金属箔设置状态的示意俯视图。图2是沿图1的II-II线的剖面图。图中,第一金属箔1和第二金属箔2利用金属箔焊接装置而被焊接。金属箔焊接装置具有真空腔室(未图示)、设置在真空腔室内的支承台3、使第一金属箔1及第二金属箔2彼此在支承台3上相互紧密接合的按压装置4、以及一边将第一金属箔1及第二金属箔2相互焊接一边将其熔断的波束发生装置(加热装置)5(图2)。
支承台3通过安装于真空腔室内的移动台(未图示)而被设置在真空腔室内。另外,支承台3可相对于真空腔室朝预定方向水平移动。在支承台3的上面设有沿着支承台3的移动方向的波束槽6。这样,在支承台3的上面,隔着波束槽6形成了相互邻接的主载置面7及从载置面8。第一金属箔1及第二金属箔2,在相互重叠的状态下,一部分载置在主载置面7上,另一部分载置在从载置面8上。这样,第一金属箔1及第二金属箔2以相互重叠的状态配置在覆盖波束槽6的位置。
按压装置4具有能与支承台3一起相对于真空腔室移动的按压部件9。在沿着第一及第二金属箔1、2重叠的方向看支承台3时,按压部件9配置在主载置面7的区域内。另外,按压部件9沿着波束槽6的长度方向配置。在把第一及第二金属箔1、2夹在按压部件9与主载置面7之间的状态下,按压装置4朝着主载置面7推压按压部件9。第一及第二金属箔1、2在受到按压部件9的按压力的部分相互紧密接合。当第一及第二金属箔1、2受到按压装置4的按压力时,载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分彼此被释放,而载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分彼此沿着波束槽6的长度方向相互紧密接合。
波束发生装置5相对于真空腔室是固定的。另外,波束发生装置5,如图2所示,从支承台3的上方朝下方集中照射电子束。因此,来自波束发生装置5的电子束被集中地照射到第一及第二金属箔1、2之中的重叠在上侧的第二金属箔2上。第二金属箔2受到电子束照射的部分成为电子束的被照射部10。
从波束发生装置5照射的电子束的光轴与波束槽6交叉。支承台3及按压部件9一边保持着电子束的光轴与波束槽6交叉的状态,一边朝波束槽6的长度方向移动。
第一及第二金属箔1、2在被照射部10受到电子束的照射而被加热,从而相互间被焊接同时又被熔断。被照射部10借助支承台3的移动,相对于第一及第二金属箔1、2朝波束槽6的长度方向移动。被照射部10相对于第一及第二金属箔1、2移动的路径,与焊接用的基准线即焊接假定线11一致。因此,第一及第二金属箔1、2被电子束照射而相互焊接的部分(金属箔焊接部)12沿着焊接假定线11形成。如图1所示,从支承台3上方看第一及第二金属箔1、2时,焊接假定线11被设定在波束槽6的宽度范围内。
下面,说明焊接第一及第二金属箔1、2的波束焊接方法。首先,把第一金属箔1载置在支承台3的上面。这时,第一金属箔1的一部分载置在主载置面7上,第一金属箔1的另一部分载置在从载置面8上。然后,把第二金属箔2重叠在第一金属箔1上。即,把第一金属箔1、和重叠在第一金属箔1上的第二金属箔2载置在主载置面7及从载置面8上。
这时,从上方看支承台3时(即,沿着第一及第二金属箔1、2重叠的方向看支承台3时),以使波束槽6和焊接假定线11横穿第一及第二金属箔1、2的平面(范围)的方式配置第一及第二金属箔1、2。这样,第一及第二金属箔1、2被划分为比焊接假定线11靠主载置面7一侧的有效区域(覆盖区域)和比焊接假定线11靠从载置面8一侧的剩余区域(金属箔层积工序)。
然后,用按压部件9仅按压主载置面7及从载置面8之中的载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分。即,在把第一及第二金属箔1、2夹在按压部件9与主载置面7之间的状态下,对主载置面7推压按压部件9。这样,载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分彼此沿着焊接假定线11相互紧密接合。这时,按压部件不按压被载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分。因此,载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分成为被释放的状态(紧密接合工序)。
然后,把安装着第一金属箔1、第二金属箔2和按压部件9的支承台3设置在真空腔室内后,将真空腔室密闭。然后,将真空腔室内减压,把真空腔室内的环境形成为大致5Pa左右的预定真空环境。
然后,一边从波束发生装置5照射电子束,一边使支承台3与第一金属箔1、第二金属箔2及按压部件9一起沿着波束槽6的长度方向移动。这样,被照射部10在焊接假定线11上移动,第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线11被加热。
第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线11被加热时,以焊接假定线11的位置为界被熔断。这时,载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的各部分被释放,所以,一边吸收热变形一边从载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的各部分脱离。另外,这时,载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分彼此借助按压部件9而紧密接合,所以,相互溶入而沿着焊接假定线11被焊接。即,第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线11被加热,从而载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分彼此沿着焊接假定线11被焊接,同时,载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分吸收热变形并被切离(焊接熔断工序)。
然后,使真空腔室内的压力恢复到大气压,从而第一及第二金属箔1、2相互的焊接完成。
下面,说明用本发明实施方式1的波束焊接方法制造的真空隔热材料。图3是表示用本发明实施方式1的电子束焊接方法制造的真空隔热材料的剖面图。图中,真空隔热材料21具有收容体22和收容在收容体22内的芯材23。
收容体22具有彼此相向的第一金属箔1及第二金属箔2。第一及第二金属箔1、2的周缘部用本发明实施方式1的波束焊接方法的焊接而相互接合。即,在收容体22,将第一及第二金属箔1、2相互接合的金属箔焊接部12,沿着第一及第二周缘部形成。被第一及第二金属箔1、2所包围的空间借助第一及第二金属箔1、2的周缘部相互接合而被密封。另外,被第一及第二金属箔1、2所包围的空间形成为预定的真空状态(例如5Pa左右以下的真空状态)。
芯材23插入于第一金属箔1与第二金属箔2之间。另外,芯材23具有构成为层积状的纤维片24。作为纤维片24例如可采用玻璃纤维片等。
将芯材23插入第一金属箔1与第二金属箔2之间后,在预定的真空环境下,用上述波束焊接方法,将芯材23周围的第一及第二金属箔1、2部分相互焊接,从而可得到真空隔热材料21。
另外,在制造真空隔热材料21时,也可以用焊接将第一及第二金属箔1、2的周缘部彼此部分地接合,预先制作成一部分开放的金属箔袋。例如,在制造四边形的真空隔热材料21时,用上述波束焊接方法,只把四边形的第一及第二金属箔1、2周缘部的四个边之中的三个边焊接接合,制作成金属箔袋。
这时,把插入了芯材23的金属箔袋设置在真空腔室内,把真空腔室内的环境形成为预定的真空环境(例如5Pa左右以下的真空环境)后,用按压部件9的按压使金属箔袋开放口处的第一及第二金属箔1、2相互紧密接合。然后,用上述波束焊接方法将金属箔袋的开放口接合而使之封闭,从而制造出真空隔热材料21。
实施例1
按照30μm、50μm和80μm的顺序改变相互重叠着的两片金属箔(第一及第二金属箔1、2)各自的厚度,用上述波束焊接方法进行了金属箔的焊接熔断试验。在该例中,第一及第二金属箔1、2的材料是同种金属(不锈钢(SUS304))。另外,第一及第二金属箔1、2是纵向尺寸为150mm、横向尺寸为100mm的四边形的金属箔。
结果,在不锈钢箔的厚度为30μm、50μm和80μm时都被确认为稳定的焊接熔断。例如,在不锈钢箔的厚度是50μm时,在电子束的输出电流为4.5mA~6.0mA的范围,被确认为稳定的焊接熔断。另外,在不锈钢箔的厚度不同时,被确认为稳定的焊接熔断时的电子束的输出电流、使被照射部10沿焊接假定线11移动时的移送速度也不同。为此,考虑到对金属箔的供热量,用以下关系式(1),考察上述焊接熔断工序时的设定条件。
a1≤I/(t·v)≤a2……(1)
式中,I[A]是电子束的输出电流,t[mm]是第一及第二金属箔1、2的各自厚度的平均值,v[m/min]是使被照射部10沿焊接假定线11移动时的移送速度。
这时,由于热传导率、熔点等因材料而有所不同,所以,实现稳定的焊接熔断时的固有的合适的供热量存在于每种材料中。因此,关系式(1)中的a1及a2的各值相应于构成第一及第二金属箔1、2的金属种类而决定。
为此,改变构成第一及第二金属箔1、2的金属的种类,用上述波束焊接方法实施焊接试验,分别确定与金属种类对应的固有的金属类别下限值P及金属类别上限值Q,把金属类别下限值P作为a1的值,把金属类别上限值Q作为a2的值,这样,确定a1及a2的各值。
在焊接试验中,把不锈钢及铁系金属、铜系金属、铝系金属、钛系金属作为构成第一及第二金属箔1、2的材料。另外,在焊接试验中,第一及第二金属箔1、2的厚度相同。结果,对每种金属的种类,可更加明确地确定金属类别下限值P及金属类别上限值Q。即,第一及第二金属箔1、2的各金属种类,在是不锈钢及铁系时,P=5、Q=15;在是铜系时,P=100、Q=175;在是铝系时,P=5、Q=30;在是钛系时,P=2.5、Q=45。从该结果可知,不锈钢和铁系金属可作为同种金属对待。
即,第一及第二金属箔1、2的各自材料是同种金属时,把与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类对应的金属类别下限值P及金属类别上限值Q,作为上述关系式(1)的a1及a2的值,用满足作为a1=P、a2=Q而设定的关系式(1)的条件进行上述焊接熔断工序,这样,可实现稳定的焊接熔断。
另外,在焊接试验中,从上方看支承台3时的按压部件9与焊接假定线11的间隔约为5mm。如果按压部件9与焊接假定线11的间隔超过了10mm,则来自电子束的供热使金属箔变形,导致焊接的稳定性降低。另外,考虑到把金属箔设置在移动台上时的批量加工时的配置可能性,把第一及第二金属箔1、2的边缘部与焊接假定线11的间隔设为约为5mm。
另外,关于上述金属,例如不锈钢系是不锈钢、镍钢等,铜系是铜、黄铜、磷青铜等,铝系是铝、杜拉铝等,钛系是钛、钛合金,铁系是一般构造用的轧制钢材、轧制的普通铸铁等。
下面,说明与实施方式1的波束焊接方法进行比较的比较例。
比较例1
在比较例1中,用厚度50μm的与实施例1同样的不锈钢箔作为第一及第二金属箔1、2。另外,在比较例1中,不仅仅使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,而且也使载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,在该状态下,用电子束照射进行焊接熔断工序。
即,图4是表示实施比较例1的波束焊接方法时的金属箔设置状态的剖面图。在比较例1中,使第一及第二金属箔1、2紧密接合的按压装置101的构造与实施方式1的按压装置4不同。即,按压装置101具有第一按压部件102和第二按压部件103。第一按压部件102使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分相互紧密接合。第二按压部件103使载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分相互紧密接合。
第一按压部件102和第二按压部件103沿波束槽6的长度方向平行地配置。因此,在比较例1中,不仅仅使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,而且也使载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合。其它的构造与实施方式1相同。
在比较例1中,使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,同时,也使载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,在该状态下进行焊接熔断工序。结果,在比较例1中,在焊接熔断工序,改变电子束及被照射部10的移送速度等的条件,试验了第一及第二金属箔1、2的相互接合,结果是接合部不连续或者材料过分溶入而产生空洞,从而不能实现稳定的焊接熔断。
比较例2
在比较例2中,采用与比较例1同样的不锈钢箔作为第一及第二金属箔1、2。另外,在比较例2中,去掉了设置着从载置面8的支承台的部分,只留下设置着主载置面7的支承台的部分,在将第一及第二金属箔1、2的一部分载置在主载置面7上而第一及第二金属箔1、2的另一部分不受到来自下方的支承的状态下,用电子束照射进行焊接熔断工序。
即,图5是表示实施比较例2的波束焊接方法时的金属箔设置状态的剖面图。在比较例2中,支承台104的构造与实施方式1的支承台3不同。即,在支承台104的上面只设有主载置面7。因此,在本应载置在从载置面上的第一及第二金属箔1、2部分的下方没有支承台,成为空间。其它的构造与实施方式1相同。
在比较例2中,使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分沿焊接假定线相互紧密接合,本应载置在从载置面上的第一及第二金属箔1、2的部分并未受到支承,在该状态下进行焊接熔断工序。结果,在比较例2中,在焊接熔断工序,改变电子束及被照射部10的移送速度、按压部件9的位置等条件,试验了第一及第二金属箔1、2的相互接合,但是,即使将按压部件9接近焊接假定线达几mm的距离,也不能实现稳定的焊接熔断。
在该波束焊接方法中,把第一金属箔1和重叠在第一金属箔1上的第二金属箔2,载置在主载置面7及从载置面8上后,将载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分释放,在该状态下,使载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分沿着焊接假定线11相互紧密接合,通过用波束的集中照射而加热第一及第二金属箔1、2,从而使得载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线11相互焊接,同时,将载置在从载置面8上的第一及第二金属箔1、2的部分切离,所以,能够同时进行第一及第二金属箔1、2的焊接和熔断。因此,能够减少焊接时的工序数,能够易于将第一及第二金属箔1、2相互焊接。另外,用焊接假定线11两侧的主载置面7和从载置面8支承第一及第二金属箔1、2地进行第一及第二金属箔1、2的焊接和熔断,所以,通过用从载置面8支承第一及第二金属箔1、2的剩余区域的部分,更加切实地确保载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2的部分相互紧密接合的状态。这样,能够更加切实地进行载置在主载置面7上的第一及第二金属箔1、2部分彼此的焊接接合。
另外,在主载置面7与从载置面8之间设有波束槽6,沿着第一及第二金属箔1、2重叠的方向看支承台3时,焊接假定线11位于波束槽6的宽度范围内,所以,可以将第一及第二金属箔1、2的加热部分的下方形成为空间。这样,即使将第一及第二金属箔1、2熔断的波束照射到支承台3上而使支承台3熔化,也能防止第一及第二金属箔1、2与支承台3接合。
另外,由于集中照射到第一及第二金属箔1、2上的波束是电子束,所以,可容易且更加切实地照射用于加热第一及第二金属箔1、2的波束。
另外,对于第一及第二金属箔1、2的各自厚度来说,至少任一方在100μm以下,所以,可更加切实且容易地进行已往很难实现的厚度薄的金属箔彼此的焊接。因此,可以应用于已往所不能做到的电子设备的接合、真空隔热材料的包装材料的接合等,可以扩大用途。
另外,与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类对应地预先确定金属类别下限值P及金属类别上限值Q,在第一及第二金属箔1、2的各自材料是同种金属时,把与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类对应的金属类别下限值P及金属类别上限值Q作为上述关系式(1)的a1值及a2值,所以,可以以与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类相应的适当条件,进行焊接熔断工序。因此,对第一及第二金属箔1、2可进行更加稳定的焊接熔断。
另外,金属的种类是不锈钢及铁系时,P=5、Q=15;是铜系时,P=100、Q=175;是铝系时,P=5、Q=30;是钛系时,P=2.5、Q=45。所以,构成第一及第二金属箔1、2的金属种类是不锈钢及铁系、铜系、铝系以及钛系时,可以将波束焊接方法的焊接条件明确化,可更加切实地进行第一及第二金属箔1、2的焊接熔断。
另外,在上述的真空隔热材料21中,用本发明实施方式1的波束焊接方法将第一及第二金属箔1、2焊接,制作成收容体22,所以,可容易地制作焊接缺陷少的收容体22。另外,可容易减小收容体22的第一及第二金属箔1、2的厚度。例如,可以用50μm的金属箔制作收容体22。这样,可提高真空隔热材料21的隔热性能。即,如果制作收容体22的金属箔的厚度大,则易于产生热一边在收容体22的金属箔中传递一边绕入芯材23的外侧移动的所谓热桥的现象。但是,通过减小收容体22的第一及第二金属箔1、2的厚度,可以抑制热桥产生的移动热流,可提高真空隔热材料的隔热性能。另外,已往的真空隔热材料是采用由高分子薄膜和铝箔或蒸镀薄膜构成的一般的叠层片来制作收容体。与该已往的真空隔热材料不同,本发明是将第一及第二金属箔1、2相互焊接来制作收容体22,所以,通过采用由耐热性高的纤维(例如玻璃纤维、陶瓷纤维等)构成的芯材23,可得到具有高耐热性(例如超过300℃的耐热性)的真空隔热材料21。
实施方式2
在实施方式1中,第一及第二金属箔1、2的各自材料是同种金属。但实施方式2中,第一及第二金属箔1、2的各自材料是不同种金属。金属箔焊接装置的构造及波束焊接方法的顺序与实施方式1相同。
即,构成第一及第二金属箔1、2的材料是不同种金属时,改变金属种类的组合,用上述波束焊接方法实施焊接试验,观察实现稳定焊接熔断时的焊接熔断工序的焊接条件。焊接试验的金属与实施例1同样地,采用不锈钢及铁系金属、铜系金属、铝系金属、以及钛系金属。另外,在焊接试验中,照射到第一及第二金属箔1、2上的波束是电子束,第一及第二金属箔1、2的各厚度相同。
结果,将与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类分别对应的各金属类别下限值P、以及各金属类别下限值P的平均值之中的任一值,设定为上述关系式(1)中的a1值;并且,将与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类分别对应的各金属类别上限值Q、以及各金属类别上限值Q的平均值之中的任一值,设定为上述关系式(1)中的a2值,以满足设定了a1、a2各值的关系式(1)的条件进行焊接熔断工序,从而实现了稳定的焊接熔断。另外,由于金属类别下限值P及金属类别上限值Q是对应于金属种类被确定的固有的值,所以,对于不锈钢及铁系金属、铜系金属、铝系金属、及钛系金属,是与实施例1同样的值。
至于是否把各金属类别下限值P以及各金属类别下限值P的平均值中的任一值作为a1值设定,要根据构成第一及第二金属箔1、2的各金属种类的组合来决定。即,在与各金属种类分别对应的各金属类别下限值P间的差小时(例如不锈钢箔和铝箔的组合等时),与构成直接接受电子束照射的第二金属箔2的金属种类对应的金属类别下限值P被设定为a1值。另外,在与各金属种类分别对应的各金属类别下限值P间的差大时(例如铜箔和铝箔的组合等时),与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类分别对应的各金属类别下限值P的平均值被设定为a1值。
至于是否把各金属类别上限值Q以及各金属类别上限值Q的平均值中的任一值作为a2值设定,也要根据构成第一及第二金属箔1、2的各金属种类的组合来决定。即,在与各金属种类分别对应的各金属类别上限值Q间的差小时(例如不锈钢箔和铝箔的组合等时),与构成直接接受电子束照射的第二金属箔2的金属种类对应的金属类别上限值Q被设定为a1值。另外,在与各金属种类分别对应的各金属类别上限值Q间的差大时,与构成第一及第二金属箔1、2的金属种类分别对应的各金属类别上限值Q的平均值被设定为a2值。
这样,即使第一及第二金属箔1、2的各材料是不同种金属时,通过适当地设定上述关系式(1)的a1及a2值,可以更加切实且容易地进行第一及第二金属箔1、2彼此的焊接和熔断。因此,本发明也能适用于例如铜系金属和铝系金属混合的热交换器、电子设备的散热板的焊接等,可以扩大用途。
实施方式3
在实施方式1中,在焊接熔断工序中,将电子束的照射量保持为一定,使电子束的被照射部10沿着焊接假定线11移动。而在实施方式3中,在焊接熔断工序中,一边减少电子束的照射量,一边使电子束的被照射部10沿焊接假定线11移动。金属箔焊接装置的构造及波束焊接方法的顺序与实施方式1相同。
即,第一及第二金属箔1、2的材料是热传导率比不锈钢那样的金属高的金属(例如铝系、铜系的金属等),在焊接距离长的情形下,在利用电子束照射的焊接开始时和焊接进行了时,金属箔的温度有所不同。因此,如果来自电子束的供热量一定,则焊接状态会不稳定。
这里,用厚度10μm的纯铜箔,以焊接距离为250mm,进行了焊接试验。输出电流值被设定为1.2mA,以输出电流值保持为一定、电子束的移送速度是0.8m/min为条件进行了焊接,随着焊接的进行,凹凸不平渐多,焊接变得不稳定。
为此,在实施方式3的波束焊接方法中,在焊接熔断工序中,一边减少电子束的照射量,一边使被照射部10沿焊接假定线11移动。具体地说,实施了斜坡输出控制,将电子束的输出电流值,在焊接开始时设定为1.2mA,在焊接结束时设定为1.0mA。结果,从电子束的照射开始到结束,都实现了稳定的焊接熔断。
在该波束焊接方法中,在焊接熔断工序中,一边减少波束的照射量,一边使波束的被照射部10沿焊接假定线11移动,所以,即使在焊接距离长时,也能更加切实且容易地进行第一及第二金属箔1、2彼此的焊接熔断。因此,对于已往很困难的铜箔的焊接,也能容易地进行。这样,可以将本发明也应用于例如锂电池的电极材料等,用途可更加扩大。
另外,第一及第二金属箔1、2各自的厚度不必相同,但是,第一及第二金属箔1、2中任一方的厚度优选被设定为另一方厚度的10倍以下。更优选的是,一方厚度被设定为另一方厚度的3倍以下。另外,对第一及第二金属箔1、2进行照射的波束不限于电子束,例如也可以是激光束等。
另外,在上述各实施方式中,金属箔的片数是第一及第二金属箔1、2这两片,但是金属箔的片数也可以是三片以上。
实施方式4
图6是表示用本发明实施方式4的真空包装方法制造的真空包装体的剖面图。图中,真空包装体31具有收容体32和收容在收容体32内的夹设物33。收容体32具有彼此相向的第一外覆盖材料34及第二外覆盖材料35。
第一及第二外覆盖材料34、35分别由具有预定厚度的金属箔(金属板)构成。另外,第一及第二外覆盖材料34、35的形状相同。该例中,第一及第二外覆盖材料34、35由厚度为80μm的矩形不锈钢箔(SUS304)构成。
夹设物33被插入第一外覆盖材料34与第二外覆盖材料35之间。第一及第二外覆盖材料34、35的周缘部用焊接相互接合。即,在收容体32上,沿着第一及第二外覆盖材料34、35的周缘部,形成了将第一及第二外覆盖材料34、35相互接合的焊接部36。由于第一及第二外覆盖材料34、35的周缘部在焊接部36相互接合,所以,第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间是密封的。
第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间形成为预定的真空状态(该例中,是0.1Pa~15Pa范围的真空状态)。这样,配置在由第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间内的夹设物33不容易与大气接触。例如,把与大气接触而促进劣化的电子零件作为夹设物33时,由于夹设物33被密封在成为预定真空状态的收容体32内,所以,可抑制夹设物33的劣化的发展,可长期保存夹设物33。另外,在把进行物理吸附而使用的吸附剂、例如干燥剂、脱氧剂作为夹设物33时,可以以未吸附状态保持性能,所以,制造后可长期保管。
下面,说明用于制造真空包装体31的真空包装。图7是表示用于制造图6的真空包装体的真空包装加工时的设置状态的俯视图。图8是沿图7的VIII-VIII线的剖面图。真空包装装置具有真空腔室(未图示)、设置在真空腔室内的支承台37、使第一金属箔1及第二金属箔2(图8)在支承台37上部分相互紧密接合的按压装置38、以及将第一金属箔1及第二金属箔2一边相互焊接一边熔断的波束发生装置(加热装置)39(图3)。
支承台37的构造与实施方式1的支承台3构造相同。即,支承台37可相对于真空腔室朝预定方向水平移动。在支承台37的上面,如图8所示,设有沿支承台37的移动方向的波束槽6。这样,在支承台37的上面,隔着波束槽6形成了相互邻接的主载置面7及从载置面8。第一金属箔1及第二金属箔2,在相互重叠的状态下,一部分载置在主载置面7上,另一部分载置在从载置面8上。这样,第一金属箔1及第二金属箔2以相互重叠的状态配置在覆盖波束槽6的位置。
按压装置38具有可与支承台37一起相对于真空腔室移动的内侧按压部件40、和相对于波束发生装置39不移动的外侧按压部件41。内侧按压部件40及外侧按压部件41分别经由第一及第二金属箔1、2按压在支承台37上。第一及第二金属箔1、2在受到来自内侧按压部件40及外侧按压部件41的按压力的部分相互紧密接合。
内侧按压部件40及外侧按压部件41配置在波束槽6的宽度方向两侧。另外,内侧按压部件40及外侧按压部件41,如图7所示,分别沿着波束槽6的长度方向配置。
内侧按压部件40,相对于支承台37的移动,没有相对变化地移动,而相对于外侧按压部件41,朝波束槽6的长度方向平行地移动。因此,在电子束的照射位置的前方,内侧按压部件40和外侧按压部件41夹着波束槽6的宽度方向地位于彼此相向的位置。而在照射位置的后方、即焊接后的部分,只有内侧按压部件40存在,在与其相向的位置没有外侧按压部件41。
波束发生装置39的构造与实施方式1的波束发生装置5的构造相同。即,波束发生装置39,如图8所示,从支承台37的上方朝下方集中照射电子束。波束发生装置39中的电子束照射部被固定在真空腔室内。从波束发生装置39照射的电子束的光轴与波束槽6交叉。支承台37及内侧按压部件40一边保持着电子束的光轴与波束槽6交叉的状态,一边相对于电子束的光轴及外侧按压部件41朝波束槽6的长度方向移动。
另外,波束发生装置39对重叠在支承台37上的第一及第二金属箔1、2之中的重叠在上侧的一方金属箔集中照射电子束。这样,第一及第二金属箔1、2在电子束的光轴与各金属箔1、2相交的部分(被照射部)42分别被加热。支承台37相对于电子束的光轴移动,从而被照射部42相对于第一及第二金属箔1、2朝波束槽6的长度方向移动。第一及第二金属箔1、2受到电子束的照射而被加热,从而在被照射部42一边相互焊接一边被熔断。因此,被照射部42相对于第一及第二金属箔1、2移动的路径是用于进行焊接的基准线即焊接假定线43,从上方看支承台37时,位于波束槽6的宽度的内侧范围。
下面,说明制造真空包装体31的真空包装方法。在制造真空包装体31时,用焊接将第一及第二金属箔1、2的周缘部彼此部分地接合,预先制成为一部分开放的金属箔袋。该例中,第一及第二金属箔1、2的形状分别是矩形,只将第一及第二金属箔1、2的周缘部的四个边之中的三个边用焊接接合,制成金属箔袋。
然后,把夹设物33从开放口插入金属箔袋内。这样,夹设物33被插入第一金属箔1与第二金属箔2之间,形成在金属箔袋内收容着夹设物33的包装中间体(插入工序)。
然后,把包装中间体(即夹设物33被插入第一及第二金属箔1、2之间的物体)配置在支承台37上。这时,使第一及第二金属箔1、2在上下方向相向地将包装中间体横卧配置。另外,这时,当从上方看支承台37时,包装中间体相对于支承台37设置在波束槽6横穿金属箔袋的开放口与夹设物33之间的位置。这样,第一金属箔1和重叠在第一金属箔1上的第二金属箔2载置在主载置面7及从载置面8上。由此,相对于包装中间体的焊接假定线43,如图7所示,位于金属箔袋的开放口与夹设物33之间。另外,这时,包装中间体相对于支承台37被配置成,当沿着第一及第二金属箔1、2重叠的方向看支承台37时,夹设物33存在于主载置面7的区域。这样,第一及第二金属箔1、2被划分为比焊接假定线43靠夹设物33一侧的区域(覆盖区域)和比焊接假定线43远离夹设物33的剩余区域(金属箔层积工序)。
然后,将真空腔室内减压,使包装中间体成为预定的真空压力。本例中,减压到0.1Pa~15Pa的范围。然后,保持着包装中间体配置在预定真空环境下的状态,在比焊接假定线43靠近夹设物33的位置,用内侧按压部件40使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合,在比焊接假定线43远离夹设物33的位置,用外侧按压部件41使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合。这时,外侧按压部件41和内侧按压部件40,相对于波束槽6的长度方向,位于彼此相向的位置(紧密接合工序)。
然后,一边从波束发生装置39的照射部照射电子束,一边使支承台37与内侧按压部件40一起沿着波束槽6的长度方向移动。这样,被照射部42在焊接假定线43上移动,沿着焊接假定线43将第一及第二金属箔1、2加热。
这时,外侧按压部件41在保持着与被照射部42之间的位置关系的状态下,相对于第一及第二金属箔1、2移动。即,第一及第二金属箔1、2借助外侧按压部件41相互紧密接合的范围,随着被照射部42相对于第一及第二金属箔1、2的移动而变化。这样,只在与第一及第二金属箔1、2相互未被焊接的未焊接部分对应的范围,第一及第二金属箔1、2借助外侧按压部件41相互紧密接合。
第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线43被加热,从而覆盖区域(即比焊接假定线43靠夹设物33一侧的区域)内的第一及第二金属箔1、2沿着焊接假定线43被焊接,同时,第一及第二金属箔1、2以焊接假定线43的位置为界被熔断。结果,剩余区域(即比焊接假定线43远离夹设物33的区域)内的第一及第二金属箔1、2的各自部分,从覆盖区域内的第一及第二金属箔1、2的各自部分上被切离。留在覆盖区域内的第一及第二金属箔1、2成为第一及第二外覆盖材料34、35(图6)(焊接熔断工序)。
然后,将真空腔室内的压力恢复到大气压状态。这样,完成具有夹设物33、第一外覆盖材料34及第二外覆盖材料35的真空包装体31。由于第一及第二外覆盖材料34、35相互焊接而密封,所以,由第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间内保持为预定的真空状态。
在本真空密封方法之前,先进行了评价实验。该评价实验用于评价相互重叠的两片金属板彼此焊接而形成的密封状态。在实验中,将相互重叠的两片金属板水平配置,从上方照射电子束,将金属板相互焊接。
比较例3
首先用不熔断就焊接的已往的重叠焊接方法进行了两片金属板相互的接合。在比较例3中,作为两片金属板,采用厚度为80μm、纵横向尺寸分别为200mm的矩形不锈钢箔。另外,在比较例3中,先把两片不锈钢箔单纯地重叠,在夹着焊接假定线的两侧的两个部位使不锈钢箔相互无间隙地紧密接合,然后,保持着不锈钢箔相互紧密接合的部位,用电子束的集中照射而将不锈钢箔相互焊接。不锈钢箔相互的紧密接合是通过将宽度为10mm的按压部件按压在不锈钢箔上而进行的。另外,在比较例3中,在0.8mA~3.0mA的范围内改变电子束电流的条件,并且,在1.0m/min~3.0m/min范围内改变加工速度(支承台37的移动速度)的条件,在压力为4.0Pa的真空环境下进行不锈钢箔的相互焊接。结果,在电子束电流的条件设定为1.5mA~2.0mA的范围内且加工速度的条件设定为1.5m/min~2.0m/min的范围内时,焊接后的密封状态良好。
但是,实际上,由于夹设物33插入各不锈钢箔之间,在并未利用各不锈钢箔的成形加工预先形成空间时,需要一边弯曲各不锈钢箔一边使不锈钢箔的周缘部相互紧密接合。因此,要将各不锈钢箔整周的周缘部完全紧密接合是很困难的。曾尝试把厚度为10mm、纵横向尺寸分别为100mm的长方体的夹设物33插入到预先将三个边焊接密封的两片不锈钢箔之间后,在夹着设定剩余一个边的焊接假定线的两侧的两个部位,用按压部件按压不锈钢箔彼此,但是,在各不锈钢箔的周缘部之间产生了约30μm左右的多个间隙。
为此,有意地使得在各不锈钢箔间产生50μm的间隙,用与上述相同的电子束电流及加工速度的各条件进行了焊接试验。结果,未找出利用焊接的密封状态良好时的电子束电流及加工速度的各条件。这是因为,例如接受电子束的被照射部的温度条件由于因焊接导致的温度上升而渐渐变化、在不锈钢箔内在焊接时产生的热应力无处散发等原因,在不锈钢箔上容易产生气孔。
另外,为了预先制作能收容夹设物33的空间,曾尝试用拉深加工成形80μm厚度的不锈箔,但是,由于伴随拉深部分的拉伸而导致的薄壁化,在不锈钢箔上产生裂纹,所以,确认到用拉深加工进行不锈钢箔的成形是困难的。
实施例2
接着,用一边焊接一边熔断的本实施方式的方法进行了两片金属板的相互接合。在实施例2中,与比较例同样地,作为两片金属板,采用厚度为80μm的不锈钢箔。
在实施例2中,在比焊接假定线靠近夹设物33的位置,用内侧按压部件40使两片不锈钢箔相互紧密接合,同时,在比焊接假定线远离夹设物33的位置,用外侧按压部件41使不锈钢箔相互紧密接合,一边使不锈钢箔相对于电子束的光轴移动,一边将电子束集中照射到不锈钢箔上。这时,内侧按压部件40以与接受电子束的被照射部相同的速度移动,而外侧按压部件41在与电子束相同的位置相对于电子束不动。这样,一边沿着焊接假定线将不锈钢箔相互焊接,一边以焊接假定线为界将不锈钢箔熔断。
另外,在实施例2中,在焊接假定线的位置处的两片不锈钢箔间有意地产生50μm的间隙的状态下,进行了不锈钢箔的相互焊接。另外,在实施例2中,为了将两片不锈钢箔一边焊接一边熔断,将不锈钢箔相互焊接时的电子束电流及加工速度的各条件设定为比较例3的2倍以上。这里,电子束电流是7.0mA,加工速度是9.0m/min。
结果,在实施例2中,即使在两片不锈钢箔间产生50μm的间隙,不锈钢箔相互焊接所形成的密封状态也良好。这是因为,在比焊接假定线远离夹设物33的区域内的不锈钢箔被切离,从而焊接时产生热应力被适度分散,并且多余的热从已被切离的不锈钢箔适度地发散到外部。
另外,详细地观察了实施例2的焊接部的完成形态,其焊接部剖面与所谓对接焊接的焊接部的完成形态是大致相同形态。
通常,如果是1mm左右以上厚度的两片金属板,由于各金属板不容易弯曲,所以,例如向沿着金属板板面的方向(与金属板的厚度剖面垂直的方向)照射TIG、等离子等,可进行将各金属板的接触端面焊接的对接焊接。但是,金属板的厚度为100μm以下时,由于金属板容易弯曲,所以,很难将等离子、激光等的照射位置对准各金属板的接触端面。但是,根据该实施例2,即使各金属板的厚度在100μm以下,也确认到焊接部的完成形态与对接焊接的焊接部是同样的形态。
在该真空包装方法中,在预定的真空环境下,用波束的集中照射沿着焊接假定线43将第一及第二金属箔1、2加热,从而沿着焊接假定线43,一边将第一及第二金属箔1、2相互焊接一边以焊接假定线43的位置为界将第一及第二金属箔1、2熔断,所以,能够同时进行第一及第二金属箔1、2的相互焊接、和第一及第二金属箔1、2所包围空间的真空处理。这样,可以减少用于制造真空包装体31的工序数,可以提高真空包装体31的生产性。另外,第一及第二金属箔1、2的熔断产生的多余的热适度地发散到外部,所以,即使第一及第二金属箔1、2不是完全地紧密接合,也能将第一及第二金属箔1、2更切实地相互焊接。因此,不需要用拉深加工将第一及第二金属箔1、2预先成形的作业,可更加减少工序数。另外,也可以消除因拉深加工在第一及第二金属箔1、2上产生裂纹的之虞。这样,更加提高真空包装体31的生产性。
另外,在焊接熔断工序中,外侧按压部件41的位置与被照射部42一起相对地固定,从外观上看,被照射部42及外侧按压部件41相对于第一及第二金属箔1、2移动,所以,可以适度地分散在第一及第二金属箔1、2上产生的热应力,可以更加切实地将第一及第二金属箔1、2相互焊接。
另外,由于第一及第二金属箔1、2是100μm以下厚度的不锈钢箔,所以,可以易于将第一及第二金属箔1、2边相互焊接边熔断,从而更加切实地提高真空包装体31的生产性。
实施方式5
在实施方式4中,在比焊接假定线43靠近夹设物33的位置,用内侧按压部件40的按压使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合,在比焊接假定线43远离夹设物33的位置,用外侧按压部件41的按压使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合。但是,也可以去掉外侧按压部件41而只用内侧按压部件40的按压使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合。
即,图9是表示用本发明实施方式5的真空包装加工时的设置状态的俯视图。图10是沿图9的X-X线的剖面图。按压装置38不具有外侧按压部件41,却具有与实施方式4同样的内侧按压部件40。其它的真空包装加工时的设置状态的构成与实施方式4相同。
另外,关于真空包装方法,在紧密接合工序中,只在比焊接假定线43靠近夹设物33的位置,用内侧按压部件40的按压使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合。另外,在紧密接合工序中,在比焊接假定线43远离夹设物33的剩余区域内的第一及第二金属箔1、2不被加压紧密接合,而是成为被释放的状态。
在焊接熔断工序中,在预定的真空环境下,在剩余区域内的第一及第二金属箔1、2被释放的状态下,沿着焊接假定线43加热第一及第二金属箔1、2。其它的顺序与实施方式4相同。
实施例3
接着,为了评价相互重叠的两片金属板相互焊接所形成的密封状态,在实施例3中,用本实施方式的方法,将厚度为80μm的不锈钢箔相互接合。在实施例3中,只在比焊接假定线靠近夹设物33的位置,用内侧按压部件40使两片不锈钢箔相互紧密接合,一边使不锈钢箔相对于电子束的光轴移动,一边将电子束集中照射到不锈钢箔上。将电子束集中照射到不锈钢箔上时,不按压比焊接假定线远离夹设物33的金属箔的部分,而是将其释放。这样,在焊接假定线的位置,一边使不锈钢箔相互焊接,一边以焊接假定线为界将不锈钢箔熔断。
另外,在实施例3中,与实施例2同样地,在焊接假定线位置的处的两片不锈钢箔之间有意地产生50μm的间隙的状态下,进行了不锈钢箔的相互焊接。另外,在实施例3中,改变电子束电流及加工速度的各条件,反复进行了不锈钢箔的相互焊接。结果,在电子束电流的条件为5.0mA~8.0mA的范围内且加工速度的条件为5.0m/min~11.0m/min范围内时,焊接所形成的密封状态良好。另外,对于实施例3的焊接部的完成形态,确认到其成为与所谓对接焊接的焊接部的完成形态相同的形态。
实际上,在把厚度为10mm、纵横向尺寸分别为100mm的长方体夹设物33插入到预先已将三个边焊接密封的两片不锈钢箔(80μm厚的矩形不锈钢箔)之间后,在以剩余一个边为基准设定的焊接假定线的位置,用本实施方式的方法将不锈钢箔相互焊接,焊接所形成的密封状态被确认为良好。
另外,即使把厚度为10mm的夹设物33插入到两片80μm厚的矩形不锈钢箔之间来制作纵横向尺寸分别为400mm的真空包装体31时,也确认到用本实施方式的方法进行焊接的密封状态良好。
在该真空包装方法中,在焊接熔断工序中,在将剩余区域内的第一及第二金属箔1、2释放的状态下,沿着焊接假定线43加热第一及第二金属箔1、2,所以,能更加切实地分散焊接时产生的热应力。这样,可以扩大焊接所形成的密封状态良好的、电子束电流及加工速度的各设定条件的范围,可更加提高真空包装体31的生产性。另外,在剩余区域内,由于不必确保使第一及第二金属箔1、2相互紧密接合的空间,所以,可以减少第一及第二金属箔1、2的浪费,可以降低成本。
另外,在实施方式4及5中,在把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间之前,用焊接只将第一及第二金属箔1、2周缘部的四个边中的三个边接合而预先制成金属箔袋。但并不限定于此,也可以在把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间之前,完全不接合第一及第二金属箔1、2的周缘部,在把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间后,在预定的真空环境下,一边将第一及第二金属箔1、2的整周焊接一边熔断。另外,也可以在把夹设物33插入将一片金属箔折返而形成的第一及第二金属箔1、2间后,在预定的真空环境下,一边将第一及第二金属箔的剩余三个边焊接一边熔断。即,可以仅在沿着第一及第二金属箔1、2相向的方向看夹设物33时的夹设物33周围的一部分,预先将第一及第二金属箔1、2彼此接合,在把夹设物33插入了第一及第二金属箔1、2间后,在夹设物33周围的除了第一及第二金属箔1、2相互接合的部分之外的剩余部分设定焊接假定线;也可以在把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间之前,完全不接合第一及第二金属箔1、2彼此,在把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2之间后,在包围夹设物33的整周设定焊接假定线。
另外,在上述各实施方式中,将电子束集中照射到第一及第二金属箔1、2之中的重叠在上侧的一方金属箔上,但是,也可以将电子束集中照射到第一及第二金属箔1、2之中的重叠在下侧的另一方金属箔上。这时,电子束从支承台37的下方朝上方照射,支承台3、37避开电子束的光轴配置。
另外,在上述各实施方式中,用电子束的照射来加热第一及第二金属箔1、2。但是,并不限定于电子束,例如也可以是激光束。这时,激光焊接机(波束发生装置)设置在真空腔室外,透过激光束的例如玻璃等设置于真空腔室。这样,可以把从激光焊接机通过了玻璃的激光集中照射到真空腔室内的第一及第二金属箔1、2的任一方上,可以将第一及第二金属箔1、2加热。
另外,在把激光焊接机设置在真空腔室外时,也可以使激光焊接机相对于真空腔室固定而使支承台37移动,也可以使支承台37相对于真空腔室固定而使激光焊接机移动。另外,也可以把激光焊接机设置在真空腔室内。激光束的种类,例如有YAG(钇·铝·石榴石)激光、碳酸气体激光等。
另外,真空包装夹设物33的真空包装方法也可以是如下方法:用实施方式1~3的波束焊接方法将第一及第二金属箔1、2相互焊接,从而将插入在第一及第二金属箔1、2间的夹设物33真空包装。即,也可以是具有把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间的插入工序、以及在该插入工序后进行的实施方式1~3的金属箔层积工序、紧密接合工序和焊接熔断工序的真空包装方法。在此情况下,在实施方式1~3的波束焊接方法的金属箔层积工序中,以沿着第一及第二金属箔1、2重叠的方向看支承台3时夹设物33存在于主载置面7的区域的方式,将第一及第二金属箔1、2配置在支承台3上。这样,把实施方式1~3的波束焊接方法应用于真空包装夹设物33的真空包装方法,则可以使第一及第二金属箔1、2相互焊接的完成形态更加良好,可以使第一及第二金属箔1、2相互焊接而得到的收容体32内的夹设物33的密闭状态更加良好。
实施方式6
图11是表示本发明实施方式6的真空包装体的剖面图。图中,夹设物33被设为具有朝着第一及第二外覆盖材料34、35彼此相向的方向(即真空包装体31的厚度方向)重叠有的多个纤维片51的芯材。纤维片51是由无机材料(例如玻璃等)构成的纤维所形成的片。构成纤维片51的纤维被设为0.8μm~15μm左右范围的单一直径纤维或直径彼此不同的混合纤维。纤维片51的厚度被设为0.2mm~3.0mm左右。即,真空包装体31被设为把具有多个纤维片51的夹设物33作为芯材的真空隔热材料。由真空隔热材料的第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间被设为0.1Pa~3.0Pa范围的真空环境。
在真空隔热材料中移动的热有经由芯材移动的热、和一边在包围芯材的第一及第二外覆盖材料34、35中传递一边绕入芯材外侧移动的热。若第一及第二外覆盖材料34、35的厚度增加,则如上所述绕入芯材外侧移动的热流增大,所以,真空隔热材料整体的隔热性能显著降低。因此,第一及第二外覆盖材料34、35的厚度越薄,越能提高真空隔热材料的隔热性能。
一般的真空隔热材料的外覆盖材料是铝叠层片。构成铝叠层片的铝箔的厚度,通常,最薄的是约6μm。如果把热传导率比铝小的不锈钢作为真空隔热材料的外覆盖材料的材料,则与把铝作为真空隔热材料的外覆盖材料的材料时相比,可以加大外覆盖材料的厚度。因此,为了得到具有与6μm厚铝箔同等以上的热传导性能,不锈钢箔的厚度在80μm程度以下即可。
该例中,第一及第二外覆盖材料34、35是由80μm厚的不锈钢箔构成的。因此,真空包装体(真空隔热材料)31的隔热性能是与一般的高性能真空隔热材料同等的隔热性能。
实际上,把厚度为0.5mm、纵横向尺寸分别为400mm的玻璃纤维片重叠30片而制作成芯材后,将芯材插入预先将三个边焊接好的厚度为80μm的两片不锈钢箔之间,在1.0Pa的真空环境下,将剩余的1边焊接密封,由此试制成真空隔热材料。试制中的真空包装方法采用了实施方式2的方法。
对试制的真空隔热材料的热传导率进行了测定,得到0.0025W/mK的值。由此确认到试制的真空隔热材料的隔热性能是与高性能真空隔热材料同等的隔热性能。
这样,通过把具有重叠着多个纤维片51的芯材作为夹设物33,可以把真空包装体31作为真空隔热材料使用。
另外,在一般的真空隔热材料中,由于水分、空气随着时间的推移容易从铝叠层片的熔敷部侵入,所以,必须把气体吸附剂插入到真空隔热材料的内部。而在本实施方式的真空隔热材料中,由于构成第一及第二外覆盖材料34、35的不锈钢箔的焊接所形成的密封状态良好,所以,可更加切实地防止空气、水分侵入到由第一及第二外覆盖材料34、35所包围的空间内,从而不需要气体吸附剂。
另外,由于第一及第二外覆盖材料34、35是由不锈钢箔构成的,所以,与用铝叠层片构成第一及第二外覆盖材料时相比,可更加提高第一及第二外覆盖材料34、35的耐热性能。因此,在芯材由玻璃纤维构成时,可以将真空隔热材料整体的隔热性能提高到玻璃纤维的耐热性能的程度。即,在第一及第二外覆盖材料采用铝叠层片时,由于铝叠层片的耐热温度低,所以,真空隔热材料的最高可使用温度是100℃左右以下。而用不锈钢箔构成第一及第二外覆盖材料时,可以将真空隔热材料的最高可使用温度提高到玻璃纤维的耐热温度即300℃左右。另外,如果不用玻璃纤维而用陶瓷纤维构成芯材,则可以将真空隔热材料的最高可使用温度提高到500℃左右。
在上述实施方式4~6中示出了如下例子:事先把矩形金属箔的三个边焊接成袋形状,从剩余的开口部将夹设物33插入后,进行真空密封。然后,将真空腔室向大气开放时,整个收容体受到约1atm的压力,所以,包装材料、事前的焊接部位容易变形,成为裂纹产生的原因。因此,为了保护事前的焊接部位,从上下方向例如用加压板等夹住至少夹持夹设物33的第一金属箔1和第二金属箔2及事前焊接部位,可以防止上述问题。
另外,真空隔热材料(真空包装体)31也可以用采用实施方式1~3的波束焊接方法的真空包装方法来制作。即,也可以用具有把夹设物33插入第一及第二金属箔1、2间的插入工序、在该插入工序后进行的实施方式1~3的金属箔层积工序、紧密接合工序、及焊接熔断工序的真空包装方法,制作真空隔热材料31。这样,可以使第一及第二金属箔1、2相互焊接的完成形态更加良好,可以使通过第一及第二金属箔1、2的相互焊接而得到的收容体32内的芯材33的密闭状态更加良好。因此,可更加提高真空隔热材料31的隔热性能。
Claims (11)
1.一种波束焊接方法,其特征在于,该波束焊接方法具有:金属箔层积工序、紧密接合工序和焊接熔断工序;
在上述金属箔层积工序中,将第一金属箔和重叠在第一金属箔上的第二金属箔分别载置于支承台的相互邻接的主载置面及从载置面,以沿着上述第一及第二金属箔重叠的方向看上述支承台时设定在上述主载置面与上述从载置面之间的焊接假定线横穿上述第一及第二金属箔的平面的方式,配置上述第一及第二金属箔;
在上述紧密接合工序中,在将载置于上述从载置面的上述第一及第二金属箔的部分释放的状态下,沿着上述焊接假定线,使载置于上述主载置面的上述第一及第二金属箔的部分相互紧密接合;
上述焊接熔断工序在上述紧密接合工序之后,在预定的真空环境下,利用波束的集中照射来加热上述第一及第二金属箔,从而一边沿着上述焊接假定线将载置于上述主载置面的上述第一及第二金属箔的部分相互焊接,一边将载置于上述从载置面的上述第一及第二金属箔的部分切离。
2.如权利要求1所述的波束焊接方法,其特征在于,在上述主载置面与上述从载置面之间设有波束槽;
沿着上述第一及第二金属箔重叠的方向看上述支承台时,上述焊接假定线位于上述波束槽的宽度的范围内。
3.如权利要求1所述的波束焊接方法,其特征在于,上述第一及第二金属箔是厚度为100μm以下的不锈钢箔。
4.如权利要求1所述的波束焊接方法,其特征在于,上述波束是电子束。
5.如权利要求4所述的波束焊接方法,其特征在于,
设上述电子束的输出电流是I[A]、上述第一及第二金属箔的厚度的平均值是t[mm]、使上述电子束的被照射部沿上述焊接假定线移动时的移送速度是v[m/min]时,以满足由a1≤I/(t·v)≤a2所表示的关系式的条件,进行上述焊接熔断工序;
与构成上述第一及第二金属箔的金属种类对应地分别确定金属类别下限值P及金属类别上限值Q;
在上述第一及第二金属箔的各材料是同种金属时,将与构成上述第一及第二金属箔的金属种类对应的上述金属类别下限值P作为上述a1值,将与构成上述第一及第二金属箔的金属种类对应的上述金属类别上限值Q作为上述a2值。
6.如权利要求4所述的波束焊接方法,其特征在于,
设上述电子束的输出电流是I[A]、上述第一及第二金属箔的厚度的平均值是t[mm]、使上述电子束的被照射部沿上述焊接假定线移动时的移送速度是v[m/min]时,以满足由a1≤I/(t·v)≤a2所表示的关系式的条件,进行上述焊接熔断工序;
与构成上述第一及第二金属箔的金属种类对应地分别确定金属类别下限值P及金属类别上限值Q;
在上述第一及第二金属箔的各材料是不同种金属时,将与构成上述第一及第二金属箔的金属种类分别对应的各上述金属类别下限值P以及各上述金属类别下限值P的平均值中的任一值,作为上述a1值,将与构成上述第一及第二金属箔的金属种类分别对应的各上述金属类别上限值Q以及各上述金属类别上限值Q的平均值中的任一值,作为上述a2值。
7.如权利要求5或6所述的波束焊接方法,其特征在于,上述金属种类是不锈钢及铁系时,P=5、Q=15;上述金属种类是铜系时,P=100、Q=175;上述金属种类是铝系时,P=5、Q=30;上述金属种类是钛系时,P=2.5、Q=45。
8.如权利要求1至6中任一项所述的波束焊接方法,其特征在于,在上述焊接熔断工序中,一边减少上述波束的照射量,一边使上述波束的被照射部沿上述焊接假定线移动。
9.一种真空包装方法,其特征在于,具有:插入工序、紧密接合工序和焊接熔断工序;
在上述插入工序中,将夹设物插入第一及第二金属箔之间;
上述紧密接合工序在上述插入工序后,在沿着上述第一及第二金属箔相向的方向看上述夹设物时的上述夹设物的周围设定焊接假定线,仅在比上述焊接假定线靠近上述夹设物的位置,使上述第一及第二金属箔在预定的真空环境下相互紧密接合;
上述焊接熔断工序在上述紧密接合工序后,在上述预定的真空环境下,利用波束的集中照射,沿上述焊接假定线将上述第一及第二金属箔加热,从而一边沿着上述焊接假定线将比上述焊接假定线靠上述夹设物一侧的覆盖区域内的上述第一及第二金属箔相互焊接,一边将比上述焊接假定线远离上述夹设物的剩余区域内的上述第一及第二金属箔的部分切离。
10.一种真空包装方法,其特征在于,利用权利要求1至8中任一项记载的波束焊接方法,将上述第一及第二金属箔相互焊接,从而真空包装已插入上述第一及第二金属箔之间的夹设物;
在上述金属箔层积工序中,以沿着上述第一及第二金属箔重叠的方向看上述支承台时上述夹设物存在于上述主载置面的区域的方式,配置上述第一及第二金属箔。
11.一种真空隔热材料,其特征在于,该真空隔热材料是用权利要求9或10记载的真空包装方法将上述夹设物真空包装而得到的真空隔热材料;
该真空隔热材料具有芯材和收容体;上述芯材是具有纤维片的上述夹设物;上述收容体具有已相互焊接的上述第一及第二金属箔,在上述芯材被插入上述第一及第二金属箔之间的状态下将上述芯材密闭。
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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