JP2001047254A - 可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空ポンプを小型化し、局部真空室を高真空
に保ちつつ摺動可能であり、溶接材の長さに制限なく連
続的な電子ビーム溶接を可能とする。 【解決手段】 電子ビーム溶接を行う真空室１０を備
え、この真空室１０は連続した複数個の分室１，２，３
に分けられ、この真空室１０の周縁部下面に摩擦係数の
小さい低摩耗性ガスケット４１，４２が全周に渡って配
置される。各分室１，２，３は、電子ビーム溶接が行わ
れる分室３の真空度が最も高く、電子ビーム溶接が行わ
れない分室１，２は、各分室１，２，３の真空度が、溶
接箇所から溶接下流側に離れるに従い段階的に低い値に
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子ビーム溶接
に係わり、特に、大型構造物において、溶接距離に制限
なく連続的な電子ビーム溶接を可能とする可搬型電子ビ
ーム溶接機用局部真空室に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大型構造物の電子ビーム溶接に用
いられる局部真空室は、ゴム製ガスケットを用いてお
り、このゴム製ガスケットを溶接材に密着させると摺動
不可能となるので、摺動摩擦力を軽減するためにローラ
に圧力を持たせ、ゴム製ガスケットには圧力がかからな
いようにしていた。このために溶接部とガスケットとの
間に大きな空気漏れが生じるので、大型真空ポンプが使
われている。この可搬型電子ビーム溶接機を用いて長い
距離にわたって溶接する場合、溶接材の突き合わせ目に
金属テープを張り、テープごと溶接していた。

【０００３】また、溶接箇所に局部真空室を設置し、そ
の局部真空室内で電子ビームを掃引し、局部真空室を断
続的に移動して溶接を行う方法も提案されている。（S.
Susei, S.Matsui, M.Kutsuna and H.Nagai: Proc. Int
ern. Conf. on Welding Research in the 1980’s, 27-
29 Oct., Osaka, p.79）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の局部真空室の前
者の場合、摺動を容易にするためにローラに圧力を持た
せていたため、ガスケットの気密が低減し、さらに溶接
ビードとガスケットとの間には大きな空気漏れが生ずる
という問題があった。しかも、このために大型真空ポン
プが必要となり、溶接機が可搬性に欠けるという欠点が
あった。また、上記従来の技術の後者の場合、真空室を
大きくしないと溶接作業の効率が悪い上に、溶接動作が
間欠的となり、作業性および作業効率が極めて劣るもの
であった。

【０００５】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みてなされたもので、真空ポンプを小型化し、局部真空
室を高真空に保ちつつ摺動可能であり、溶接材の長さに
制限なく連続的に電子ビーム溶接ができる可搬型電子ビ
ーム溶接機用局部真空室を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の可搬型電子ビ
ーム溶接機用局部真空室は、電子ビーム溶接を行う真空
室を備え、この真空室は連続した複数個の分室に分けら
れ、この真空室の周縁部下面にＰＴＦＥ（Polytetraflu
oroethlene）やその他の摩擦係数の小さい低摩耗性ガス
ケットが全周に渡って配置されている。そして、上記各
分室は、上記電子ビーム溶接が行われる上記分室の真空
度が最も高く、電子ビーム溶接が行われない分室は、各
分室の真空度が、溶接箇所から溶接下流側に離れるに従
い段階的に低い値になっている可搬型電子ビーム溶接機
用局部真空室である。

【０００７】上記ガスケットの外側に空気漏れを防ぐ銅
箔等の金属箔を設け、上記ガスケットと溶接ビードとの
間の空気漏れをこの金属箔で封鎖しているものである。
また、上記分室は、各々真空装置により別々に排気され
ている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて、図面に基づいて説明する。図１〜図７は、この
発明の一実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空
室を示す。この実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用局
部真空室は、溶接材５の上面を溶接部位に沿って走行す
る局部真空室１０を備え、この局部真空室１０は、下面
が開口した中空状に形成され、その下面が溶接材５に密
接して摺動可能に設けられている。

【０００９】局部真空室１０は、互いに連続して形成さ
れた３個の第１分室１，第２分室２，第３分室３に分け
られている。図２に示すように、この局部真空室１０の
上方には小型電子銃６が取り付けられ、電子ビームによ
る溶接が第３分室３内で行われる。電子銃６には、電子
ビームの制御コイルとしてレンズコイル６１と偏向コイ
ル６２が設けられている。そして、第２分室２が第３分
室３に連接し、第１分室１が第２分室２に連接してい
る。なお、制御コイル６１，６２は、電子ビームの集束
および電子ビームの偏向による電子銃６の保護のために
用いられる。

【００１０】局部真空室１０の各分室１，２，３には、
図１，図２に示すように、各々独立に排気用の真空ポン
プが接続され、例えば、第１分室１には油回転真空ポン
プによる吸気口１１が設けられ、第２分室２には例えば
機械式ブースター真空ポンプの吸気口２１が形成されて
いる。さらに、溶接室である第３分室３には、複数のタ
ーボ分子真空ポンプ３３がゲートバルブ３２を介して吸
気口３１に接続されている。各ターボ分子真空ポンプ３
３には、補助ポンプ吸気口３４が設けられ、図示しない
補助ポンプによりさらに吸気される。

【００１１】局部真空室１０の下面には、図３に示すよ
うに、その外周にフランジ部４がＵ字形に設けられ、局
部真空室１０の下面開口部外周を囲むように形成されて
いる。さらに、Ｕ字状のフランジ部４の解放部にフラン
ジ部４７が設けられ、各分室１，２，３の間にも、対向
するフランジ部４をつなぐようにして、フランジ部４と
下面が面一に２本のフランジ部４８が設けられている。
さらにフランジ部４，４７，４８の下面には、各分室
１，２，３を取り囲む角溝４５が各々形成されている。
図３，図４に示すように、Ｕ字状のフランジ部４に沿っ
てＵ字形に角溝４５が形成され、角溝４５には、クッシ
ョン作用をするゴム４３が底部に嵌入されてＵ字形にガ
スケット４１が装着されている。

【００１２】第１分室１の外側の直線形のフランジ部４
７に形成された角溝４５には、図５，図６に示すよう
に、クッション作用をするゴム４４が底部に嵌入されて
直線形のガスケット４２が角溝４５に嵌入されている。
そして、このガスケット４２が溶接ビード５１に接触す
る部位には、図３に示すように、逃がし溝４６が設けら
れている。その逃がし溝４６により起こる空気漏れを防
止するために、10μm程度の薄い銅箔４９をフランジ４
７とガスケット４２と溶接材５との間に設ける。そし
て、第１分室１の油回転ポンプにより吸気口１１から空
気を排気することにより、銅箔４９がフランジ部４７の
下面、ガスケット４２及び溶接材５に密着し、気密を保
つ。なお、このガスケット４１，４２の素材には、柔軟
性があり、摩擦係数が小さくかつ低摩耗性に優れた、Ｐ
ＴＦＥ（例えばテフロン（登録商標））等の材料を用い
る。

【００１３】また、第１分室１と第２分室２との間と、
および第２分室２と第３分室３との間のフランジ４８の
各直線形の角溝４５には、図７に示すように、30μｍ程
度の厚い銅箔６０と、この銅箔６０を保持するためのゴ
ム４４が挿嵌されている。この銅箔６０で仕切られてい
る各分室１，２，３は、図示しない独立の真空ポンプで
ある油回転真空ポンプ、機械式ブースター真空ポンプお
よび小型のターボ分子真空ポンプ３３により排気されて
いる。従って、各分室１，２，３は各真空ポンプにより
差動排気され、溶接室である分室３を1Pa以下の高真空
に維持可能である。

【００１４】溶接材５の裏面には、溶接中の溶接部の大
気圧による変形を防止するため、溶接室３に対向する裏
面に簡易な補助局部真空室７が位置し、溶接部位裏面に
大気圧がかからないようにしている。また、溶接前の溶
接材５の突き合わせ目には、その合わせ目からの空気漏
れを防止するために、図示しないシールテープにより封
鎖し、溶接の進行とともにそのテープを順次除去する。

【００１５】この実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用
局部真空室は、局部真空室１０を分割して各分室１，
２，３において段階的に真空度を高めるようにし、溶接
室となる分室３での真空度が最も高くなるようにしてあ
る。また、連続的な溶接を可能とするために、局部真空
室１０の周囲は低摩耗性のＰＴＦＥ等のガスケット４
１，４２により封止され、気密が保たれるようにすると
ともに摺動性を良好なものとしている。また、溶接ビー
ド５１に当接する部分は、逃がし溝４６によりガスケッ
ト４２には当接しないようにし、その隙間を金属箔４９
により封鎖している。金属箔４９は大気圧により溶接ビ
ード５１とガスケット４２及びフランジ部４７等に密着
し、確実に気密性を確保している。

【００１６】この実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用
局部真空室によれば、溶接箇所の真空度を高くすること
ができ、しかも真空ポンプの負担を軽減することがで
き、装置全体として小型化を図ることができる。特に、
分室１の直線形のガスケット４２の逃がし溝４６と溶接
ビード５１との間の空気漏れを、銅箔４９で封鎖して、
分室１の真空気密性を確保し、真空ポンプの負担を軽減
することにより、真空ポンプを軽量化することができ
る。

【００１７】

【実施例】次にこの発明の一実施例について説明する。
ここで、ガスケット材の候補の一つに鉛が考えるので、
比較のためPTFEと鉛の物性値を表１に示す。表１からわ
かように、PTFEは摩擦係数が非常に小さいので、強い圧
力を加えても容易に滑らかに摺動できる。また、曲げ弾
性率が小さいので緩やかな起伏面に順応して真空気密を
保つことができ、引張り強さが大きいので耐久性に優れ
ている。以上のことを考慮してガスケットの素材にテフ
ロン（登録商標）を選んだ。

【００１８】

【表１】 図３に示す局部真空室１０のフランジ部４，４７，４８
に設けられたガスケット４１，４２は、例えば、Ｕ字形
ガスケット４１の幅が160mm、その直線部分の長さは220
mmである。Ｕ字形ガスケット４１の断面形状は、図４に
示すように、略断面台形状の２ヶ所の鋭角部分を約１ｍ
ｍ幅に互いに平行に切除して、六角形状に形成されてい
る。この１ｍｍ幅の部分が溶接材５とフランジ４の溝面
に圧接し、大気圧によって加わる圧力は5.3MＰa（53気
圧）となる。ガスケット４１と溝面の間には、ゴム４３
を挟んで真空気密性をさらに高める。

【００１９】直線形ガスケット４２の断面形状も、図５
に示すように、上面および下面が互いに平行に１mm幅に
切除されて六角形に形成されている。直線形ガスケット
４２の中央部には溶接ビード５１を避けるための逃がし
溝４６が形成され、溶接ビード５１の上部との隙間を1.
5mm以下とする。図６に示すように、銅箔４９は溶接ビ
ード５１で持ち上げられるが、銅箔４９が十分に薄く、
溶接ビード５１の面が滑らかであるので、その段差に確
実に密着する。また、銅箔４９は、段差によるストレス
で破断しないように、どこにも固定されていない。

【００２０】図３〜図５に示すように、直線形ガスケッ
ト４２は削除部位の斜面を内側に向け、Ｕ字形ガスケッ
ト４１は削除部位の斜面を外側に向けて配置し、両ガス
ケットを突き合わせた箇所に隙間ができないようにす
る。また、図６に示すように、第１分室１と第２分室２
との間、および第２分室と溶接室３との間の仕切り部の
中で、特に分室３側の仕切り部は最も高温になるので、
厚さ30μmの銅箔６０をフランジ４の角溝から垂らし、
その弾力により溶接材５の上面に密着させる。銅箔６０
の溶接ビード５１の位置には、溶接ビード５１に密接す
る程度の溝６４を設けて、銅箔６０全体の歪みを避け
る。各分室１，２，３相互間の空気流による銅箔６０に
及ぼす圧力は無視できる。

【００２１】この実施例による実験結果を以下に示す。
局部真空室に真空試験装置を取り付け、フランジ４の下
面にアルミニュウムの粗面板を当て、第１分室１には排
気速度3m^３/minの油回転ポンプを、第２分室２には排気
速度10 m^３/minの機械式ブースターポンプを、溶接室３
には真空試験装置を通じて実効排気速度36 m^３/minのタ
ーボ分子ポンプを装着して排気した。そして、アルミニ
ュウム板を100℃まで加熱し、熱変形させてPTFEを密着
させた。この状態で、直線形ガスケット４２の逃がし溝
４５、溶接ビード５１，銅箔４９の態様を変えて、第１
分室１，第２分室２、溶接室３の各真空度p_１，p_２，p
_３を測定した結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】 では、外枠のガスケット４１，４２が完全密封の状態
にあり、PTFEの気密性が十分に良好であることが確かめ
られた。

【００２３】では、直線形ガスケット４２の逃がし溝
４６として5mm×2mmの角溝が設けられた状態である。
に状態に比べてp_１が100倍に増加するのに対して、p_３
は10倍の増加であり、空気漏れが大きいとき、差動排気
の効果が大きいことが確かめられた。この段階でp_３の
目標値である1Paを凌駕した。

【００２４】では、溶接ビード５１を取り付けること
により、直線形ガスケット４２の逃がし溝４６との間隔
が減少したために真空度が良くなったことを示す。

【００２５】では、銅箔４９を吸引させ、実際に電子
ビーム溶接を行う状態にある。この状態でアルミニュウ
ム板を摺動するとp_３は0.15Paから0.3Paに上昇したが、
十分に良い真空度である。

【００２６】この実施例では、ガスケットに低摩耗性素
材であるＰＴＦＥを使用することにより、高真空を維持
しつつ局部真空室を摺動することを可能にした。摺動時
に維持できる真空度は、従来の１〜10Paの値を１桁低い
0.1〜１Paに改善することができるので、大型構造物の
電子ビーム溶接の質が向上する。

【００２７】また、溶接部とガスケットの間に起こる大
きな空気漏れを、金属箔を吸引させて封鎖することによ
り真空ポンプの著しい小型化を可能にした。従来の局部
真空室は例えば、10ｍ³／minの油回転ポンプが用いられ
ていたが、この実施例の場合、1.5ｍ³／minの油回転ポ
ンプで十分であり、油回転ポンプの重量は1000kgから30
0kgに減量することができる。

【００２８】また、図２に示すごとく、局部真空室１０
に小型ターボ分子ポンプ３３、小型の電子銃６および付
属の制御コイル６１，６２を搭載して可搬性の高い可搬
型電子ビーム溶接機を構成することができる。

【００２９】なお、この発明の金属箔は、銅箔以外に他
の金属のアルミニウムや鉄その他の合金等の箔または、
金属と樹脂との積層構造のものを含む。

【００３０】

【発明の効果】この発明の局部真空室を使用することに
より、大型構造物の電子ビーム溶接が可能となるばかり
でなく、工場内生産でも大気中で電子ビーム溶接作業が
でき、真空排気時間を短縮でき、生産性を飛躍的に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の可搬型電子ビーム溶接
機用局部真空室の概略を示す斜視図である。

【図２】この実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用局部
真空室を使用した可搬型電子ビーム溶接機の概略を示す
正面図である。

【図３】この実施形態の可搬型電子ビーム溶接機用局部
真空室のフランジ部の底面図である。

【図４】図３の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室の
フランジ部のＡ−Ａ拡大断面図である。

【図５】図３の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室の
フランジ部のＢ−Ｂ拡大断面図である。

【図６】図３の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室の
フランジ部のＣ−Ｃ拡大断面図である。

【図７】図３の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室の
フランジ部のＤ−Ｄ拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 第１分室 ２ 第２分室 ３ 第３分室（溶接室） ４，４７，４８ フランジ部 ５ 溶接材 ６ 電子銃 １０ 局部真空室 ４１，４２ ガスケット ４６ 逃がし溝 ４９，６０ 銅箔 ５１ 溶接ビード

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビーム溶接を行う真空室を備え、こ
   の真空室は連続した複数個の分室に分けられ、この真空
   室の周縁部下面に低摩耗性ガスケットが全周に渡って配
   置され、上記各分室は上記電子ビーム溶接が行われる分
   室の真空度が最も高く、電子ビーム溶接が行われない上
   記分室は各分室の真空度が、溶接箇所から離れるに従い
   低い値になっていることを特徴とする可搬型電子ビーム
   溶接機用局部真空室。
2. 【請求項２】 上記ガスケットの外側に、上記溶接材の
   溶接ビードに摺接し空気漏れを防ぐ金属箔を設け、上記
   真空室の気密を維持させることを特徴とする請求項１記
   載の可搬型電子ビーム溶接機用局部真空室。
3. 【請求項３】 上記分室は、各々真空装置により別々に
   排気されることを特徴とする請求項１または２記載の可
   搬型電子ビーム溶接機用局部真空室。