JP2012223786A - 導線溶接用チューブ及び接合導線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接における接合部の肥大化をより効果的に抑制すること。
【解決手段】２つの導線２０の端部同士の溶接において溶接部分を覆う導線溶接用チューブ１０である。モース硬度が８以上の材料により、２つの導線２０を両側から挿入可能な中空部１２を有する筒状に形成されている。
【選択図】図３

Description

導線の端部同士を溶接する技術に関する。

電線の製造過程において、導線を後工程に連続供給するため、連続しない導線の端部同士を接続することがある。導線の端部同士の接続には、アプセット溶接等の突き合わせ抵抗溶接が採用されることがある。突き合わせ抵抗溶接においては、各導線端部を突き合わせて通電させると共に突き合わせ方向に加圧することにより溶接する。この際、導線同士の接合部においては、加圧により導線の断面の肥大化（据込み（アプセット）ともいう）が生じる。

上記のようにように連続供給される導線は、電線の製造過程において、クロスヘッドダイ等における導線押し出し用のダイス（ポイント治具）を通じて押し出される（引き出される）。この場合、溶接により肥大化した接合部がダイスを通過する際に引っ掛かって、導線が断線する恐れがある。

上記問題に対して、溶接時に肥大化が生じる導線端部を、ステアタイト（ＭｇＯＳｉＯ₂）等のセラミックチューブ内に挿入した状態で溶接を行い、肥大化を抑制する工法も考えられる。

しかしながら、ステアタイト製のチューブを用いても、接合部が大きく肥大化してしまうことがあり、肥大化を有効に抑制することが困難であった。

そこで、本発明は、接合部の肥大化を抑制することを目的とする。

第１の態様は、２つの導線の端部同士の溶接において溶接部分を覆う導線溶接用チューブであって、モース硬度が８以上の材料により、前記２つの導線を両側から挿入可能な中空部を有する筒状に形成されている。

第２の態様は、第１の態様に係る導線溶接用チューブであって、セラミックスにより形成されている。

第３の態様は、第２の態様に係る導線溶接用チューブであって、アルミナ系セラミックスにより形成されている。

第４の態様は、第２又は３の態様に係る導線溶接用チューブであって、気孔率が０％に設定されている。

第５の態様は、２つの導線の端部同士を溶接した接合導線の製造方法であって、（ａ）前記２つの導線の端部を、第１〜第４のいずれか一態様に係る導線溶接用チューブの中空部内に挿入して突き合わせる工程と、（ｂ）前記２つの導線の突き合わせ部分に電圧を印加する工程とを備える。

第１の態様に係る導線溶接用チューブによると、モース硬度が８以上の材料により、２つの導線を両側から挿入可能な中空部を有する筒状に形成されているため、その内部で導線の端部同士を溶接することにより、接合部の肥大化を抑制することができる。

第２の態様に係る導線溶接用チューブによると、セラミックスにより形成されているため、耐熱性に優れると共に、比較的破壊しやすく溶接後の除去作業性を向上させることができる。

第３の態様に係る導線溶接用チューブによると、アルミナ系セラミックスにより形成されているため、硬度、耐熱性、破壊性のバランスがよい。

第４の態様に係る導線溶接用チューブによると、気孔率が０％に設定されているため、より高い硬度を得ることができ、溶接における接合部の肥大化をより効果的に抑制することができる。

第５の態様に係る接合導線の製造方法によると、２つの導線の端部を導線溶接用チューブの中空部内に挿入して突き合わせ、２つの導線の突き合わせ部分に電圧を印加することにより溶接を行っている。これにより、導線における導線溶接用チューブの中空部内で溶融する部分の外周側への広がりを抑制して、接合部の肥大化を抑制して接合導線を製造することができる。

導線溶接用チューブを示す斜視図である。 導線を溶接する工程を示す図である。 導線を溶接する工程を示す図である。 導線の接合部を示す図である。 導線溶接用チューブを用いて製造した接合導線の工程能力指数を示す表である。

実施形態に係る導線溶接用チューブ１０について説明する（図１参照）。この導線溶接用チューブ１０は、導線２０同士を突き合わせ抵抗溶接する際の接合部の肥大化を抑制するための部材である。

ここで、溶接対象となる導線２０は、アルミニウム（又はアルミニウム合金）、銅（又は銅合金）等により形成されている単芯線又は複数の芯線を縒り合わせて圧縮した導線である。ここでは、導線２０が、延在方向に直交する断面視において略円形に形成されている例で説明する。

＜導線溶接用チューブ＞
導線溶接用チューブ１０は、溶接時に、溶接される２つの導線２０の端部を覆う部材である。この導線溶接用チューブ１０は、２つの導線２０を両側から挿入可能な中空部１２を有する筒状に形成されている（図１参照）。この中空部１２は、導線２０の外形に対応した形状であり、内側に略円柱状空間を有している。ここでは、中空部１２は、導線２０の外形より僅かに大きく形成されている。より具体的には、中空部１２は、内部で２つの導線２０が溶接されて形成される接合部１２２が、引き抜き又は押し出し用ダイスを断線等なく通過可能な大きさ（径）の断面形状に設定されている。すなわち、中空部１２は、導線２０を挿入可能で且つダイスを通過可能な最大の大きさ（径）と同じ又はそれより小さい大きさの内部形状に形成されている。また、ここでは、導線溶接用チューブ１０は、全体として円筒状に形成されている。

例えば、導線溶接用チューブ１０は、軸方向寸法を６ｍｍ、外径を６ｍｍ（又は９ｍｍ）に設計すると共に、直径０．７５ｍｍの導線２０に対して中空部１２の内径を０．９±０．０１ｍｍに設計して形成することができる。

この導線溶接用チューブ１０は、モース硬度が８以上のセラミックス材料により形成されている。ここでは、導線溶接用チューブ１０の材料として、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系セラミックスが採用されている。ここで、導線溶接用チューブ１０の材料として採用されるアルミナ系セラミックスは、耐熱性及び硬度の向上のため、緻密化により気孔率が０％に設定されて形成されている。なお、気孔率０％とは、０％を目標値として形成する上で不可避的に生ずる誤差範囲も含むものとする。ここで、気孔率とは、容積中に占める気孔総容積の割合をいい、緻密化とは、セラミック粉体の成形体が焼成等の熱処理又は焼結によって密度を向上させ気孔が消滅する現象をいう。

もっとも、導線溶接用チューブ１０は、上記材料により形成されるものに限られるものではない。すなわち、導線溶接用チューブは、モース硬度が８以上の材料で形成されていれば、アルミナ系セラミックス以外のセラミックス材料等、又は、気孔率が０％より大きい材料を採用してもよい。もっとも、気孔率が低い緻密なものが採用されることが好ましい。

また、導線溶接用チューブ１０は、円筒状に限られるものではない。例えば、導線溶接用チューブは、略円柱状空間を有する中空部１２を有すると共に、外形が中空部１２の貫通方向に直交する断面視において多角形状に形成されていてもよい。

＜接合導線の製造方法＞
次に、上記導線溶接用チューブ１０を用いた接合導線１２０の製造方法について説明する（図２〜図４参照）。

まず、溶接対象の２つの導線２０の端部を、導線溶接用チューブ１０の中空部１２内に挿入して突き合わせる（図２参照）。より具体的には、各導線２０を、それぞれ導線溶接用チューブ１０の両側から中空部１２内に挿入する。すなわち、各導線２０は、端面同士が接触し、中心軸が略同軸上に位置する形態で突き合わされる。ここで、端部同士の突き合わせ部分は、接触する向きに加圧された状態となっている。

導線２０を突き合わせた状態で、その突き合わせ部分に電圧を印加する（図３参照）。より具体的には、各導線２０における導線溶接用チューブ１０の両側から伸び出る部位間に電圧を印加する。これにより、導線２０の突き合わせ部分は、導線２０の端部同士の接触抵抗及び導線２０の固有抵抗（主として導線２０の端部同士の接触抵抗）により発熱して溶融する。

電圧を印加した状態で、２つの導線２０を突き合わせ方向に相対近接移動させていき、該導線２０の突き合わせ部分をさらに加圧する（図３参照）。この作業は、導線２０の突き合わせ部分が導線溶接用チューブ１０内に位置する状態で行う。そして、中空部１２内に押し込まれる導線２０により、導線２０における溶融した部分（以下、溶融部分）が外周側に押し広げられ、中空部１２の内周面に押し付けられる。すなわち、高い硬度を有する導線溶接用チューブ１０の中空部１２により溶融部分の逃げ道が規制され、形成される接合部１２２の形状が規制される。なお、図３では、導線２０における溶融部分にハッチングを付している。

そして、電圧の印加が解除されて温度低下した溶融部分が凝固することにより、導線２０同士の接合部１２２が形成される。すなわち、この接合部１２２は、導線溶接用チューブ１０の中空部１２の形状に沿った形状（略同じ断面形状）である。その後、導線溶接用チューブ１０を接合部１２２の外周位置から除去する（図４参照）。より具体的には、導線溶接用チューブ１０を破壊して除去する。以上の工程により、２つの導線２０の端部同士を溶接した接合導線１２０が製造される。なお、図４では、導線溶接用チューブ１０がない場合の肥大化した突き合わせ部分の形状を、２点鎖線で示している。

上記作業は、専用の機器によって行ってもよい。例えば、導線２０を把持可能であると共に該導線２０に電圧を印加可能に溶接電源に接続された一対の電極ダイ５０を、相対近接離間移動可能に支持する構成を採用することができる（図３参照）。すなわち、２つの導線２０を各電極ダイ５０によりそれぞれ把持して、その各端部を導線溶接用チューブ１０の中空部１２内に挿入して突き合わせ、一対の電極ダイ５０間に電圧を印加すると共に導線２０を相対近接移動させて溶接する。

もっとも、導線２０の溶接は、導線２０同士の突き合わせ部分に電圧を印加しつつ、導線２０を突き合わせ方向に近接移動させればよく、工程としては、導線２０を近接移動させる向きに力を作用させてから突き合わせ部分に電圧を印加してもよいし、電圧の印加と導線２０の近接移動を同時に行ってもよい。

また、ここでは、アプセット溶接を例に挙げて説明したが、接合部１２２の肥大化が生じ得るフラッシュ溶接等の突き合わせ抵抗溶接でも、導線溶接用チューブ１０を適用することができる。

上記実施形態に係る導線溶接用チューブ１０によると、モース硬度が８以上の材料により、２つの導線２０を両側から挿入可能な中空部１２を有する筒状に形成されているため、その内部で導線２０の端部同士を溶接することにより、接合部１２２の肥大化を抑制することができる。

また、導線溶接用チューブ１０がセラミックスにより形成されていることにより、耐熱性に優れると共に、比較的破壊し易く溶接後の除去作業性を向上させることができる。さらに、アルミナ系セラミックスが採用されているため、硬度、耐熱性、破壊性に優れている。

また、導線溶接用チューブ１０が気孔率が０％に設計されていることにより、より高い硬度を得ることができ、溶接における接合部１２２の肥大化をより効果的に抑制することができる。

また、導線溶接用チューブ１０を用いた接合導線１２０の製造方法によると、２つの導線２０の端部を導線溶接用チューブ１０の中空部１２内に挿入して突き合わせ、２つの導線２０の突き合わせ部分に電圧を印加することにより溶接を行っている。これにより、導線２０における導線溶接用チューブ１０の中空部１２内で溶融する部分の外周側への広がりを抑制して、接合部１２２の肥大化を抑制して接合導線１２０を製造することができる。また、製造される接合導線１２０における接合部１２２の外径及び破断強度の個体ごとのばらつきを抑制することもできる。

＜実施例＞
次に、導線溶接用チューブ１０の材料の選定について説明する。ここでは、導線２０の接合部１２２における外径値及び破断強度の工程能力指数（Ｃｐｋ値）を評価対象として、材料の選定を行った。

本実験では、アルミ線（直径０．７５ｍｍ）である導線２０を溶接対象としている。そして、接合部１２２における外径の狙い値０．９０ｍｍに対する上限値を０．９２ｍｍとし、破断強度の狙い値１２０ＭＰａに対する下限値を１００ＭＰａとしている。また、実験においては、上記のように導線溶接用チューブ１０を用いて製造される接合導線１２０のデータ数（Ｎ）を３０個とし、選定基準を工程能力指数１．３３以上を満たすものとしている。

図５には、モース硬度が８であるアルミナ系セラミックスを材料とする導線溶接用チューブ１０を用いて製造した接合導線１２０の接合部１２２における外径値及び破断強度の工程能力指数を示している。すなわち、この接合部１２２における外径値の工程能力指数は１．８８９、破断強度の工程能力指数は２．６３１であり、選定基準の工程能力指数１．３３以上となっている。

すなわち、モース硬度８以上の導線溶接用チューブ１０を用いることにより、溶接時の導線２０の突き合わせ部分の肥大化を効果的に抑制することができ、製造される接合導線１２０の接合部１２２の外径値及び破断強度の各狙い値に対するばらつきを抑制することができる。以上の結果より、導線溶接用チューブ１０の材料としてモース硬度８以上の材料を採用するとよいことを判断した。

１０ 導線溶接用チューブ
１２ 中空部
２０ 導線
５０ 電極ダイ
１２０ 接合導線
１２２ 接合部

Claims (5)

1. ２つの導線の端部同士の溶接において溶接部分を覆う導線溶接用チューブであって、
   モース硬度が８以上の材料により、前記２つの導線を両側から挿入可能な中空部を有する筒状に形成されている、導線溶接用チューブ。
2. 請求項１に記載の導線溶接用チューブであって、
   セラミックスにより形成されている、導線溶接用チューブ。
3. 請求項２に記載の導線溶接用チューブであって、
   アルミナ系セラミックスにより形成されている、導線溶接用チューブ。
4. 請求項２又は請求項３に記載の導線溶接用チューブであって、
   気孔率が０％に設定されている、導線溶接用チューブ。
5. ２つの導線の端部同士を溶接した接合導線の製造方法であって、
   （ａ）前記２つの導線の端部を、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の導線溶接用チューブの中空部内に挿入して突き合わせる工程と、
   （ｂ）前記２つの導線の突き合わせ部分に電圧を印加する工程と、
   を備える、接合導線の製造方法。

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