JP2014530107A - プレートのための磁気パルス溶接および成形 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 ２つのワークピースを互いに溶接する方法が記述されている。パルス回路と電気的に通じるコンダクタが設けられる。第２ワークピースの一部分が該コンダクタに隣接して置かれる。該２つのワークピースも一緒に置かれる。一方のワークピースの一部分または全体が、パルス電流を該ワークピースの一方に加えることによって、他方に溶接される。パルス電流を用いてワークピースを動かして所望の形状にする、ワークピースを成形する方法が開示されている。【選択図】 図５

Description

この出願は、参照により全体が組み込まれる、２０１１年１０月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／５４５，３２４号の優先権を主張する。

本発明は、磁気パルス溶接および成形に関し、特に、バッテリープレートなどのプレートを結合させるための磁気パルス溶接の使用、あるいはプレートを成形するための磁気パルス成形の使用に関する。

バッテリー用のプレートなどのプレート同士を結合させる様々な方法がある。バッテリープレート同士を結合させる普通の方法は、溶接によるものである。使用される溶接の１つのタイプは超音波溶接である。超音波溶接は、良く知られていて、容易に利用可能であってコスト効率が良いけれども、特にバッテリープレートのためには不利な点を有する。

しばしば、バッテリープレートの超音波溶接は、溶接完了時に該プレートのうちの１つ以上が溶接位置で著しく変形するという結果になる。この永久的変形は、該プレートにダメージを与えあるいは該プレートを台無しにして、該プレートを使用不能あるいは役に立たなくしてしまうことがあり得る。従って、結合されたプレートに永久的ダメージを与える結果をもたらさない、プレート同士を結合させる異なる方法が必要である。

プレート、またはプレートの部分を所望の形状に成形する方法もいろいろある。プレスおよびダイが良く使われるけれども、所望の形状に応じて、該形状を作成するためのサイクルタイムが望ましくないことがあり得る。更に、プレス／ダイを用いて或る形状を作成するのは困難であることがあり得る。代わりに、迅速で正確な方法で、プレートまたはプレートの部分を成形するプロセスを持つことが望ましいであろう。

２つのワークピース同士を溶接する方法が提供される。本方法は、第１ワークピースと、該第１ワークピースに溶接されるべき第２ワークピースとを設けることを含む。第２ワークピースは、該第２ワークピースに形成されたエンボス部分を持ち得る。パルス回路と電気的に通じるコンダクタが設けられる。第２ワークピースのエンボス部分が設けられる場合には、それはコンダクタに隣接して置かれる。第１ワークピースは、第２ワークピースに相対して配置される。拘束部材がワークピースのうちの１つに接触して置かれる。パルス電流が、第２ワークピースを第１ワークピースに溶接するために該第２ワークピースに加えられる。

パルス電流を用いる、ワークピースの部分を成形する方法も開示される。本方法は、ワークピースを設けることを含む。ワークピースはコンダクタに隣接して置かれる。ワークピースは、拘束部材にも隣接して置かれる。拘束部材は、その中に所望の形状を形成され得る。ワークピースを該拘束部材形状に接触させて成形するためにパルス電流がワークピースに加えられる。

本発明の上記の、および他の利点は、添付図面に照らして考慮されれば以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろう。

パルス溶接システムの略図である。 部分的な第１プレートの平面図である。 部分的な第２プレートの平面図である。 該システムの１コンポーネントの切り欠き略側面図である。 該システムの切り欠き略側面図である。 該システムの切り欠き略側面図である。 該システムの切り欠き略側面図である。 パルス成形システムの切り欠き略側面図である。 図８のパルス成形システムの切り欠き略側面図である。 パルス溶接システムの他の１つの実施態様の切り欠き略側面図である。 初期配置における２プレートおよび構造の切り欠き略側面図である。 その後の方向における図１１のプレートおよび構造の切り欠き略側面図である。 初期配置における２プレートおよび構造の切り欠き略側面図である。 その後の方向における図１３のプレートおよび構造の切り欠き略側面図である。 初期配置における２プレートの切り欠き略側面図である。 その後の方向における該プレートの切り欠き略側面図である。 他の１つの実施態様の切り欠き略側面図を描く。 図１７の実施態様の部分的平面図である。

特別に反対に明示された場合を除いて、本発明は様々な代わりの方向およびステップシーケンスをとり得るということが理解されるべきである。添付図面に示され、次の明細書に記載されている特定のデバイスおよびプロセスは本書において定義されている発明概念の代表的実施態様に過ぎないということも理解されるべきである。従って、開示される実施態様に関連する特定の寸法、方向または他の物理的特徴は、特に別様に述べられていない限り、限定をするものと解されるべきでない。

図１は、１つの実施態様に従う、第１ワークピース１２（図２に示されている）を第２ワークピース１４（図２に示されている）に溶接するためのパルス溶接システム１０を示す。

パルス溶接システム１０は、第１端子１６、近接コンダクタ１８、拘束部材２０、およびパルス回路２２を含む。図１に示されているように、第１端子１６及び近接コンダクタ１８はワーク面２４に隣接して取り付けられることができ、拘束部材２０はワーク面２４の上に可動に取り付けられる。代わりに、拘束部材２０は、第１端子１６及び近接コンダクタ１８に隣接してワーク面２４に可動に取り付けられても良い。第１端子１６及び近接コンダクタ１８はパルス回路２２と電気的に通じている。

ワーク面２４が設けられているけれども、本発明は該面が無くても同様に良好に働く。ワーク面は、上で示唆されたように、本書に記載されているコンポーネントを支持することができ、および／または、ここで言及されるコンポーネント並びに論じられない他のコンポーネントを収容し囲むことができる。

図２に示されているように、第１ワークピース１２は第１バッテリープレート（部分的に示されている）の一部分である。しかし、第１ワークピース１２は他の任意の物体の一部分であり得ることが分かる。第１ワークピース１２は、アルミニウム、もしくはアルミニウム合金、シートメタル、または銅、もしくは銅合金、シートメタルなどの金属から形成される。しかし、第１ワークピース１２は他の任意のシートメタルから形成され得ることが分かる。一実施態様では、第１ワークピース１２は実質的に矩形の形状を有していて実質的に平らである。しかし、第１ワークピース１２は他の任意の形状であり得ることが分かる。

第１ワークピース１２は、平坦な上面１２Ａおよび平坦な下面１２Ｂを有することができる。面１２Ａ、１２Ｂは、実質的に一定の厚さにより互いから離されることができる。

図３に示されているように、第２ワークピース１４は第２バッテリープレート（部分的に示されている）の一部分である。しかし、第２ワークピース１４は他の任意の物体の一部分であり得ることが分かる。第２ワークピース１４はアルミニウム、もしくはアルミニウム合金、シートメタル、または銅、銅合金、シートメタル等の金属から形成される。しかし、第２ワークピース１４は他の任意のシートメタルから形成され得ることが分かる。一実施態様では、第２ワークピース１４は実質的に矩形の形状を有し、実質的に平らな部分２６およびエンボス部分２８を含む。好ましくは、第１ワークピース１２および第２ワークピース１４が異なる金属から形成される場合、第２ワークピース１４は第１ワークピース１２の電気抵抗率より小さい値の電気抵抗率を有する。

第２ワークピース１４の実質的に平らな部分２６は、第２ワークピース１４の非エンボス部分である。図３に示されているように、実質的に平らな部分２６はエンボス部分２８を囲む。しかし、実質的に平らな部分２６はエンボス部分に隣接することができ、あるいは実質的に平らな部分２６はエンボス部分２８を部分的に囲むことができる。

エンボス部分２８を除いて、第２ワークピース１４は平坦な上面１４Ａおよび平坦な下面１４Ｂを有することができる。面１４Ａ、１４Ｂは実質的に一定の厚さにより互いから離されることができる。

エンボス部分２８は第２ワークピース１４を上型および下型の間でプレス加工することによって形成され得る。図３に示されているように、エンボス部分２８はオブラウンドな対称性を有する外周により画定される。しかし、エンボス部分２８は、楔、プリズム、部分的球、部分的楕円体、角錐台形状、あるいは円錐台形状など、他の任意の形状であり得ることが分かる。エンボス部分２８は、平らな部分２６から下方に延び、断面が半球形あるいは部分的半球形であり得る。しかし、エンボス部分２８の形状およびボリュームは、第２ワークピース１４および第１ワークピース１２を結合させる、結果としての溶接部と、磁気パルス溶接プロセスの間に生じるジェッティング動作との一方または両方を最適化するように構成され得ることが分かり、その両方が以下で記述される。

更に、"エンボス部分"という用語は、第２ワークピース１４の、実際にはエンボシングによって形成されるのではない部分を指すこともあり得る。代わりに、該部分は、プレートの一部分を他から動かす任意の既知方法により形成され得る。そのような方法は、押抜き、プレス加工、冷間成形および／または加圧成形を含むが、これらに限定はされない。

ワーク面２４は好ましくは非導電材料から形成される。しかし、任意の材料が用いられ得るのであり、その場合にはワーク面２４は第１端子１６および近接コンダクタ１８の少なくとも一方から電気的に絶縁されることが分かる。ワーク面２４は、実質的に平坦であり、該ワーク面２４を貫通して形成される端子アパーチャ３０を含む。図１に示されているように、端子アパーチャ３０はワーク面２４を貫通して延びる。ワーク面２４は、可動ユニットの一部分、固定ユニットの一部分、組み立てラインの一部分、あるいはパルス溶接システム１０と関連する任意の物体の一部分であり得る。

第１端子１６は、ワーク面２４の端子アパーチャ３０内に配置されたコンダクタである。第１端子１６は、任意の在来の結合手段を用いてワーク面２４に関して堅く取り付けられることができる。本書において上で言及されたように、第１端子１６は好ましくはワーク面２４から電気的に絶縁される。

第１端子１６は中空のシリンダであり得て、接触端部３２および回路端部３４を有する。しかし、第１端子１６は、矩形の細長い部材などの、任意の他の形状であり得ることが分かる。好ましくは、第１端子１６は、接触端部３２から回路端部３４まで連続的で単一構造である。

下で規定されていることを除いて、接触端部３２は実質的に平坦であって、ワーク面２４から間隔を置いている。回路端部３４は、パルス回路２２と電気的に通じるように構成される。

接触端部３２は接点３２Ａを有する。接点３２Ａは接触端部３２と一体であり得、あるいは別々に形成されてそれに取り付けられ得る。接点３２Ａは、接触端部３２と同じ幅を持つことができて、図１に示されているように、接触端部３２に沿って延びることができ、あるいは異なる幅を持つことができる。

接点３２Ａは好ましくは接触端部３２から上に延びる。接点３２Ａは接触端部３２に沿って任意の位置にあることができ、図には一つの接点３２Ａが示されているけれども、２個以上あっても良い。図１に示されているように、単一の接点３２Ａがあり、該接点３２Ａは、下記の近接コンダクタ接点と向かい合うかあるいは部分的に向かい合うことが好ましい。

近接コンダクタ１８は、ワーク面２４の端子アパーチャ３０内に配置されている。更に、図１に示されているように、近接コンダクタ１８は第１端子１６の中に配置されている。好ましくは、近接コンダクタ１８は第１端子１６の中の中心に置かれる。

近接コンダクタ１８は、任意の在来の結合手段を用いてワーク面２４に関して堅く取り付けられることができる。近接コンダクタ１８は第１端子１６及びワーク面２４から電気的に絶縁される。近接コンダクタ１８は、接触端部３６、回路端部３８、および磁界生成部分４０を有する。

接触端部３６は、ワーク面２４および回路端部３８から間隔を置くことができる。例えば、接触端部３６およびワーク面２４の間には一定寸法の間隙があり得、あるいは該間隙はワーク面２４と接触端部３６との間で延びながら変化することができる。

回路端部３８はパルス回路２２と電気的に通じるように構成される。好ましくは、近接コンダクタ１８は一体的に形成されるけれども、近接コンダクタ１８は互いに電気的に通じる複数のコンポーネントを含むことができることが分かる。

磁界生成部分４０および接触端部３６は少なくとも部分的に回路端部３８へ"Ｌ"形状を成して延びる。しかし磁界生成部分４０および接触端部３６は他の形状を形成し得ることが分かる。

ワーク面２４の近くで、図５に示されているように、接触端部３６は逆Ｓ形状を有することができる。該Ｓ形状は、近接コンダクタ１８、磁界生成部分４０および接点３６Ａにより画定される。これらのコンポーネントの他の形状も許される。

磁界生成部分４０は近接コンダクタ１８から横に延びる。好ましい実施態様では、磁界生成部分４０は近接コンダクタ１８に対して約９０度の角を成して延びる。磁界生成部分４０は近接コンダクタ１８の上で片持ちされている。

磁界生成部分４０の近接コンダクタ１８への結合の反対側で、接点３６Ａが部分４０上に置かれている。接点３６Ａは磁界生成部分４０と一体であり得、あるいは別々に形成されてこれに取り付けられ得る。

接点３６Ａは、好ましくは磁界生成部分４０から上に延びる。接点３６Ａは磁界生成部分４０に沿う任意の位置にあることができ、一つの接点３６Ａが図に示されているけれども２つ以上あっても良い。図１に示されているように、単一の接点３６Ａがあって接点３６Ａが接点３２Ａと向かい合うかあるいは部分的に向かい合うことが好ましい。

図４に示されている、磁界生成部分４０の好ましい横断面形状は、第１の一対の平行な面４２、第２の一対の平行な面４４、および第３の一対の面４６を有する六角柱である。第３の一対の面４６は、第１の一対の平行な面４２と、面４４のうち一方との間の面取り部を形成する。

図１および５に示されているように、拘束部材２０は、第１端子１６の接点３２Ａ、近接コンダクタ１８の磁界生成部分４０、および近接コンダクタ１８の接点３６Ａに隣接して可動に取り付けられた細長い部材である。拘束部材２０は、１つ以上の機械的ファスナーによって選択的に取り付けられ得る。

図１に示されている拘束部材２０はワーク面２４に平行に向けられている。しかし、或る用途では拘束部材２０はワーク面２４に対して斜めに向けられ得ることが分かる。拘束部材２０に結合されたアクチュエータ（示されていない）は拘束部材２０をワーク面２４の方へあるいはワーク面２４から遠ざけて動かし、図５に示されているように第１ワークピース１２と第２ワークピース１４とをその間に位置させることを可能にする。あるいは、拘束部材２０はワーク面２４に取り外し可能に取り付けられても良い。

図１に概略的に示されているように、パルス回路２２はインバータ４８、コンデンサーバンク５０、および大電流スイッチ５２を含む。インバータ４８の入力（示されていない）は、交流電流電源（示されていない）と電気的に通じている。インバータ４８の直流電流出力（示されていない）はコンデンサーバンク５０と電気的に通じてコンデンサーバンク５０を充電する。大電流スイッチ５２は、大電流スイッチ５２が閉鎖位置にあるときにコンデンサーバンク５０の第１端子と回路端部３８とを電気的に通じさせるように構成される。回路端部３４はコンデンサーバンク５０の第２端子（示されていない）と電気的に通じている。代わりに、大電流スイッチ５２は、大電流スイッチ５２が閉鎖位置にあるときにコンデンサーバンク５０の第１端子と回路端部３４とを電気的に通じさせるように構成され得、回路端部３８はコンデンサーバンク５０の第２端子（示されていない）と電気的に通じ得る。

使用時に、パルス溶接システム１０は、パルス溶接システム１０の制御システム（示されていない）あるいはオペレーターの一方により指示されたとおりに、大電流スイッチ５２によって第１端子１６または近接コンダクタ１８の一方に供給されるパルス電流を用いて第２ワークピース１４を第１ワークピース１２に結合させるために使用される。

パルス電流が印加される前に、第１ワークピース１２および第２ワークピース１４は、図５に示されているように、拘束部材２０と第１端子１６および近接コンダクタ１８の接点３２Ａ、３６Ａとの間に固定される。通例、オペレーターまたは制御システムにより指示されると、拘束部材２０は、オペレーターまたは自動装置（示されていない）が第２ワークピース１４を接点３２Ａ、３６Ａ上に置くことを許す所定距離だけワーク面２４から遠ざけられる。第２ワークピース１４のエンボス部分２８は接点３２Ａ、３６Ａの間に配置され、エンボス部分２８は近接コンダクタ１８の磁界生成部分４０に実質的に平行であって該部分から間隔を置いている。より具体的には、平らな部分２６は接点３２Ａ、３６Ａに坐し、エンボス部分２８は接点３２Ａ、３６Ａの間で下方に延びる。

エンボス部分２８は近接コンダクタ１８の磁界生成部分４０から離間しており、その間に絶縁体４１が配置されている。しかし、エアーギャップが十分な絶縁を提供し得るものと理解されたい。第２ワークピース１４の配置と同時にあるいはその後に、第１ワークピース１２は第２ワークピース１４の実質的に平らな部分２６に対して当接するように配置される。より具体的には、第１ワークピース１２の下面１２Ｂは第２ワークピースの上面１４Ａの平らな部分２６と接触して置かれる。図５に示されているように、第１ワークピース１２および第２ワークピース１４の各々の外周縁は位置合わせされている。しかし、第１ワークピース１２は第２ワークピース１４のエンボス部分２８を覆う限り、どのように配置してもよいことが分かる。

いったん第１ワークピース１２が第２ワークピース１４と相対して配置されると、拘束部材２０は、オペレーターまたは制御システムによる指示があると拘束部材２０が第１ワークピース１２に接触するまでワーク面２４の方へ動かされる。制御システムは拘束部材２０で所定量の力を第１ワークピース１２に加えるように構成されることができ、あるいは拘束部材２０は第１ワークピース１２および第２ワークピース１４を接点３２Ａ、３６Ａと拘束部材２０との間に拘束するために所定距離移動するように構成され得る。第１ワークピース１２および第２ワークピース１４を接点３２Ａ、３６Ａおよび拘束部材２０の間に拘束することにより第２ワークピース１４は第１端子１６の接点３２Ａおよび近接コンダクタ１８の接点３６Ａと電気的に通じさせられる。より具体的には、接点３２Ａは第２ワークピース１４の一端の下面１４Ｂと直接物理的に接触して置かれ、接点３６Ａは第２ワークピース１４の反対端の下面１４Ｂと直接物理的に接触して置かれる。

オペレーターまたは制御システムによる指示で、コンデンサーバンク５０はインバータ４８を用いて充電される。オペレーターまたは制御システムにより決定されたように所定充電レベルに達すると、大電流スイッチ５２が閉じられ、第１端子１６および近接コンダクタ１８の一方にパルス電流を供給する。該パルス電流は約１００ｋＡから約３００ｋＡまでの範囲の振幅を持ち得る。該パルス電流は、図５に破線で示されているように、第１端子１６を通り、接点３２Ａを通り、第２ワークピース１４を第１方向に通り、接点３６Ａを通り、更に近接コンダクタ１８を第２方向に通って進行する。該第１および第２の方向は実質的に互いに逆である。

該パルス電流は近接コンダクタ１８および第２ワークピース１４の間に１つ以上の磁界を生成し、第２ワークピース１４のエンボス部分２８の急加速および第１ワークピース１２との衝突を引き起こす。あるいは、該パルス電流は近接コンダクタ１８、第２ワークピース１４を通り、第１端子１６を通って進行し得ることが分かる。このような条件下での磁気パルス溶接は、成形されるべきワークピースが磁気パルス回路の一部分を形成しない"誘導磁気パルス溶接"に対して"直接磁気パルス溶接"と称され得る。

図６に示されているように、磁界は磁界生成部分４０に最も近い個所でエンボス部分２８に加速を開始させ、エンボス部分２８を内方に第１ワークピース１２の方へ"潰れ"させる。エンボス部分２８が内方へ"潰れる"とエンボス部分２８の少なくとも一部分が第１ワークピース１２にある角でぶつかり、空気が第１ワークピース１２とエンボス部分２８との間からキュムラティブジェット（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｊｅｔ）として排出される。該角はゼロから９０度までであり得る。該キュムラティブジェットは第１ワークピース１２の一部分およびエンボス部分２８から表面酸化物および汚染物質を除去し、これは第１ワークピース１２の第２ワークピース１４への溶接を容易にする条件である。しかし、本発明を実施する上で該ジェットは必要ではないことに留意されたい。エンボス部分２８および第１ワークピース１２の衝撃が生じると、第２ワークピース１４は第１ワークピース１２に結合される。結果として生じる、第１ワークピース１２と第２ワークピース１４を結合させる溶接部は、図７に示されている。溶接されたエリア全体が平坦であり得、あるいはその一部分だけが平坦であり得る。

図７から、溝Ｃが第１および第２のワークピース１２、１４の間に形成され得ることが分かる。溝Ｃは連続的または不連続的であり得る。それらは平行または非平行であり得る。それらは直線状または非直線状であり得る。それらは互いに通じ得るか、あるいは互いから離れ得る。磁界生成部分４０は、溝Ｃの所望のデザインに応じて成形され位置させられ得る。

少なくとも部分的に、ある角でのエンボス部分２８の加速および移動方向は、磁界生成部分４０の形状の結果であり、更に部分４０のエンボス部分２８に関しての位置の結果でもあり得る。図６および７に描かれているように、部分４０は第２ワークピース１４の、第１ワークピース１２に溶接されることが望まれているエリアの下に配置される。より具体的には、上面４４は、溶接されることが望まれているエリアの真下に配置される。図７において溶接された部分は上面４４の幅に或る程度比例することに留意されたい。

図８および９は本発明の代替実施態様を示し、上で論じられ図１−７で使用された同様の参照番号が同様のフィーチャのために再度使用される。図８および９は磁気パルス成形方法および装置を描いている。

拘束部材２０'が設けられ、これは、凹部４８が形成されていることを除いて部材２０と同じである。図８において、凹部４８は１つの形状および寸法を有するが、本発明は、描かれた形状または寸法に限定されない。代わりに、凹部４８は任意の形状または寸法であり得る。更に、本発明は凹部に限定されない。代わりに、部材２０'は、代わりに、あるいは他に、外方に延びる部分（示されていない）を持つことができる。凹部または外方への延びのいずれの場合にも、部材２０'の形状は第１ワークピース１２の全体または部分に望まれる形状を含む。

第１ワークピース１２は、次のステップに従って成形され得る。拘束部材２０'は、オペレーターまたは制御システムの指示があると、拘束部材２０'が第１ワークピース１２に接触するまでワーク面２４の方へ動かされる。制御システムは拘束部材２０'で所定量の力を第１ワークピース１２に加えるように構成されることができ、あるいは拘束部材２０は第１ワークピース１２を接点３２Ａ、３６Ａおよび拘束部材２０'の間に拘束するために所定距離移動するように構成されることができる。第１ワークピース１２が接点３２Ａ、３６Ａと拘束部材２０'との間に拘束されることにより、第１ワークピース１２は第１端子１６の接点３２Ａおよび近接コンダクタ１８の接点３６Ａと電気的に通じさせられる。

接点３２Ａは第１ワークピース１２の一端の下面１２Ｂと直接物理的に接触して置かれ、接点３６Ａは第１ワークピース１２の反対端の下面１２Ｂと直接物理的に接触して置かれる。

オペレーターまたは制御システムによる指示があると、コンデンサーバンク５０はインバータ４８を用いて充電される。オペレーターまたは制御システムにより決定されたように所定充電レベルに達すると、大電流スイッチ５２は閉じられ、パルス電流を第１端子１６および近接コンダクタ１８の一方に供給する。該パルス電流は約１００ｋＡから約３００ｋＡの範囲の振幅を有し得る。該パルス電流は、第１端子１６を通り、接点３２Ａを通り、第１ワークピース１２を第１方向に通り、接点３６Ａを通り、近接コンダクタ１８を第２方向に通って進行する。該第１および第２の方向は実質的に互いに逆である。

該パルス電流は近接コンダクタ１８と第１ワークピース１２との間に１つ以上の磁界を生成し、磁界生成部分４０に隣接する第１ワークピース１２の、拘束部材２０'の凹部４８の中への急加速を引き起こす。図９に見られるように、第１ワークピース１２は凹部４８の形状を持つようになる。

部材２０'が外方に延びる部分を持っていたとすれば、第１ワークピース１２がその外方に延びる部分の形状に従って同様に成形されるであろうということは容易に分かる。

図１０は、前は単一のピースであった第２ワークピースが２つのピースに代わっている他の実施態様を描いている。明瞭性を目的として、第２ワークピースの２つのピースは第１フライヤ５４および第２フライヤ５６と称される。２つのフライヤが描かれているけれども、追加のフライヤが許容され得ることが理解されるべきである。

第１フライヤ５４は上面５８、下面６０、平坦部分６２およびエンボス部分６４を有する。平坦部分６２は、本実施態様では、エンボス部分６４を囲む。エンボス部分６４は、第２ワークピース１４の上記の実施態様に関して上で記述された特徴を有し得る。図１０に示されているように、下面６０は絶縁体４１と接触して置かれ得る。

第２フライヤ５６は上面６８、下面７０、平坦部分７２およびエンボス部分７４を有する。平坦部分７２は、本実施態様では、エンボス部分７４を囲む。エンボス部分７４は、第２ワークピース１４の上記の実施態様に関して上で記述された特徴を有し得る。図１０に示されているように、下面７０は絶縁体４１に接触して置かれ得る。

図１０の絶縁体４１は第１フライヤ５４および第２フライヤ５６の下で延びている。絶縁体４１は直立部分７８を有し得る。直立部分７８は、形状、寸法または位置が任意であってよい。描かれている実施態様では、直立部分７８は、重ねられた平坦部分６２、７２の下に密着するような形状および位置を与えられる。より具体的には、直立部分７８は、重ねられた平坦部分６２、７２の寸法、形状および位置と一致し得る。直立部分７８は、平坦部分６２、７２を支持し位置決めする。

直立部分７８に存在するフライヤ５４、５６のエッジ部分６６、７６は、一方が他方の上に直接乗るように互いに重なり得る。描かれている実施態様では、第１フライヤ５４が第２フライヤ５６の上に乗っているけれども、反対の方向も許容され得る。

磁界生成部分４０は絶縁体４１の下に延びている。描かれている実施態様では、部分４０はエンボス部分６４、７４の全長に沿ってその下に延びている。

接点３２は第１フライヤ５４の平坦部分６２に接触し、接点３６は第２フライヤ５６の平坦部分７２に接触する。如上から、パルス電流は、接点３２へと流れ、フライヤ５４を通り、フライヤ５４の重なりを通ってフライヤ５６へ、更に接点３６へ、第１方向に流れることが分かる。該パルス電流は第１方向とは反対の第２方向に部分４０を通って流れて、２つのエンボス部分６４、７４を第１ワークピース１２へ駆動する磁界を生成する。

第１ワークピース１２は１または２ピースであり得、もし２ピースであるならば、それらは互いに結合され得る。第１ワークピース１２は好ましくは完全に第１および第２のフライヤ５４、５６の上に延びる。

図１１は、第２ワークピース１４のエンボスエリア２８内に構造８０が置かれている他の１つの実施態様を描いている。構造８０はエンボスエリア２８内のどこに置かれても良い。それは、図示されている位置に限定されない。構造８０は、図１１に示されているように第１および第２のワークピース１２、１４と接触して置かれることができ、あるいは構造８０は１つのワークピースと接触して置かれることができる。構造８０はチューブ等であってよいが、中空またはそれ以外の任意の形状のものをエンボスエリア２８内に配置するとしてよい。更に、２つ以上の構造８０がエンボスエリア２８内に置かれ得る。２つ以上の構造８０があるならば、それらは互いと接触するか、あるいは互いから間隔を置くことができる。該構造８０はまっすぐであり得、あるいはそれらは曲がっていて良い。

その間に構造８０が置かれている間に第２ワークピース１４を動かして第１ワークピース１２と接触させるために上記のプロセスが用いられ得る。図１２から分かるように、第２ワークピース１４は第１ワークピースに溶接されるなどして固定されるだけではなく、第２ワークピース１４は構造８０の周りにも成形される。構造８０および使用されるパルス電流の寸法に応じて、第２ワークピース１４は構造８０に溶接されあるいは単にその周りに成形され得る。とにかく、第２ワークピース１４は構造８０と相補的な形状を持つようになる。描かれている実施態様では、第２ワークピース１４は構造８０の形状の大部分を持つようになる。これは、溶接部と構造８０とが直接熱接触するという利点を有する。構造８０が熱伝達フィーチャなどであるときには、直接接触している構造８０と溶接部との間に結果として生じる熱伝達は非常に効率的である。該熱除去フィーチャは、流体がその中を流れる加熱溝または冷却溝のようなものであり得る。上記のプロセスは、バッテリープレートなどの２つのワークピース１２、１４の間に流体溝などの溝を形成するために使用され得る。

構造８０と、第１または第２のワークピース１２、１４のいずれかまたは両方とが電解腐食に起因して正常に対化されなければ、構造８０ならびに第１および／または第２のワークピース１２、１４は誘電体コーティングなどの絶縁体によって互いから絶縁され得る。

図１３および図１４は、構造８０'が第２ワークピース１２のエンボスエリア２８に置かれる本発明の他の１つの実施態様を描いている。構造８０'は平らなプレートである。該平らなプレートは、単一のピースであるか、あるいは２つ以上のピースから構成され得る。該平らなプレートは、第１ワークピース１２または第２ワークピース１４の材料とは異なる材料から構成され得る。

上記の溶接プロセスは、第２ワークピース１４、従って構造８０'、を第１ワークピース１２と、それらの各々を互いに溶接することなどにより、確実に接触する状態に至らせるために使用され得る。第２ワークピース１４を構造８０'の周りに成形するとともに第１ワークピース１２に溶接して、それらを互いに固定することも許容され得る。

図１５および１６は、第１ワークピース１２'が平坦でない形状を有する本発明の他の１つの実施態様を示す。描かれている実施態様では、第１ワークピース１２'は第１セクション８２、第２セクション８４および第３セクション８６を有する。図１５および１６は３つのセクションを成す第１ワークピース１２'を描いているけれども、これは単に模範を目的としていて、本発明はそれらに限定されない。代わりに、第１ワークピース１２'は、平坦でない形状を有する単一の一体的セクションを含む、任意の数のセクションから構成され得る。

描かれている実施態様では、第１および第３のセクション８２、８６は互いに平行に描かれているけれども、これらは平行でなくても良い。第２セクション８４は、第１および第３セクション８２、８６を互いに結合させ得る。描かれている実施態様では、第２セクション８４は第１および第３セクション８２、８６に対して傾斜しているとしてよい。第１ワークピース１２'は拘束部材２０'により支持され得る。該支持は、拘束部材２０'が第１ワークピース１２'と同じかあるいはそれに近い形状を有することから生じ得る。

第２ワークピース１４'は、図１６に示されているように、第１ワークピース１２'に近い形状を持ち得、あるいは、これらは同じであり得る。第１ワークピース１２'の場合と同じく、第２ワークピース１４'は２つ以上のセクションから、あるいは単一のセクションから、構成され得る。

接点３２は第１セクション８２と電気的に接触させられて置かれる。絶縁体４１'が第２ワークピース１４'と磁界生成部分４０'との間に置かれる。絶縁体４１'は、第２ワークピース１４'の形状に近い形状を有するか、あるいはそれは同じであり得る。接点３６は第３セクション８６と電気的に接触して置かれる。

磁界生成部分４０'は接点３６から絶縁体４１'の下に延びる。部分４０'は第２ワークピース１４'の形状と相補的な形状を有し得る。

パルス電流は接点３２へ供給され、第２ワークピース１４'を通り接点３６を通って進行する。該電流は、第２ワークピース１４'を通るときの方向とは反対の、あるいは実質的に反対の方向に部分４０'を通って進行する。この反対方向の電流は、第２ワークピース１４'を第１ワークピース１２'へ駆動してこれらを図１６に示されているように溶接する磁界を生成する。従って、上記のように２つの平坦でないワークピース１２'、１４'が互いに溶接され得ることが分かる。ワークピース１２'、１４'の隣接する表面の全体が溶接され得ること、あるいは２つのワークピース１２'、１４'の選択されたセクションまたはエリアだけが互いに溶接され得るということも理解されるべきである。

図１７および１８は、第１および第２ワークピース１２、１４の間にセンサ８８が置かれる他の１つの実施態様を描いている。センサ８８は、溶接されたエリアまたは溶接されていないエリアを含む、ワークピース１２、１４間のどこにでも置かれ得る。好ましい実施態様では、センサ８８は溶接エリア９０に置かれる。

図１７は溶接エリア９０に置かれたセンサ８８を描いており、ここでそれは実質的に第１ワークピース１２の下面１２Ｂと第２ワークピース１４の上面１４Ａとの中心に置かれる。しかし、センサ８８を２つのワークピース１２、１４の間の任意の位置に置くことが許容され得る。

図１８は溶接エリア９０内の中心に置かれたセンサ８８を描いているけれども、センサ８８はエリア９０内の中心に置かれなくても良い。センサ８８は、溶接エリア９０の中に、部分的にエリア９０の中に、あるいは完全に溶接エリア９０の外に、あり得る。センサ８８が溶接によって固定される場合には、センサ８８をワークピース１２、１４の間に固定するための二次的ステップは不要である。代わりに、上記の１ステップ溶接プロセスによれば、センサ８８は好ましい位置および方向に置かれ固定される。

センサ８８は、音響、音声もしくは振動、化学、電気、磁気もしくは無線、湿気もしくは湿度、フローもしくは流体速度、位置、角度、変位、距離、速度もしくは加速度、光学、光もしくは結像、圧力、力、密度、サーマル、熱もしくは温度など、任意の用途のためのものであり得る。

一実施態様では、センサ８８は、バッテリープレートであり得る２つのワークピース１２、１４の間に置かれて使用され得る電圧監視センサなどであり得る。電圧監視センサなどの或るセンサは静止したままであることを好む。電圧監視センサを少なくとも部分的に溶接エリア９０に置くことにより、該センサは位置が固定されたままに留まる。センサ８８は熱電対などでもあり得る。

図１７および１８は単一のセンサを描いているけれども、追加のセンサも許容され得る。該センサは同じであり得、あるいは異なるタイプのものであり得る。

該図は、センサ８８からワークピース１２、１４を通って延びるワイヤ９２を描いている。ワイヤ９２の位置および方向は、図に描かれているものに限定されない。代わりに、ワイヤ９２はどんな位置または方向から延びても良く、２本以上のワイヤがあっても良い。

ワイヤ９２は、センサ８８がコンピュータなどのデータ収集デバイス（示されていない）と通信することを許す通信ワイヤなどであり得る。通信メッセージがワイヤ９２に沿ってセンサ８８に送られることができ、通信メッセージがセンサ８８からデータ収集デバイスへ送られることができる。

代わりに、あるいは更に、センサ８８は無線でデータ収集デバイスと通信することができても良い。その場合、特にワークピース１２、１４が非磁性材料から成る場合、ワイヤは不要であり得ることが分かる。センサ８８は、センサ８８が置かれているエリアに流体が出入りできないように、溶接エリア９０に完全に囲まれかつ封入され得る。

特許法の規定に従って、本発明は、それの好ましい実施態様を表すと考えられるものについて記述された。しかし、本発明は、その趣旨あるいは範囲から逸脱することなく、具体的に図示され記述されたもの以外の態様で実施され得ることに留意するべきである。

Claims (28)

1. 実質的に平らな第１ワークピースを設けることと、
   実質的に平らな部分と、前記実質的に平らな部分内に形成されたエンボス部分とを有する第２ワークピースを設けることと、
   パルス回路と電気的に通じるコンダクタを設けること；
   前記第２ワークピースの前記エンボス部分を前記コンダクタに隣接させて置くことであって、前記第２ワークピースは前記パルス回路および前記コンダクタと電気的に通じる、前記置くことと、
   前記第１ワークピースを前記第２ワークピースの前記実質的に平らな部分に対して当接させて配置することと、
   パルス電流を前記第２ワークピースに加えることによって前記第２ワークピースの前記エンボス部分を前記第１ワークピースに溶接することと、
   を含む、２つのワークピースを互いに溶接する方法。
2. 前記パルス電流は前記第２ワークピースを通って第１方向に進行し、更に前記パルス電流は前記コンダクタを通って第２方向に進行し、前記第１方向は前記第２方向に対して実質的に反対である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１ワークピースおよび前記第２ワークピースを拘束部材に対して拘束することを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記エンボス部分はオブラウンド形状の外周と半球の形状とを有する、請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記第２ワークピースの前記実質的に平らな部分は前記第１ワークピースに接触し、前記エンボス部分は前記第１ワークピースから離れて延びる、請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
6. 絶縁体が前記コンダクタを前記第２ワークピースの前記エンボス部分から分離する、請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
7. 第１端子上の接点は前記第１端子から上に延びて前記第２ワークピースの第１端部分に接触する、請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
8. 前記コンダクタ上の接点は前記コンダクタから上に延びて前記第２ワークピースの第２端部分に接触する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１ワークピースおよび前記第２ワークピースは、拘束部材と、前記第１端子上の接点および前記コンダクタ上の接点との間に固定される、請求項８に記載の方法。
10. 前記エンボス部分は、前記第１端子上の接点と前記コンダクタ上の接点との間に位置する、請求項９に記載の方法。
11. 前記パルス電流は接点に供給されて前記接点を通り、前記第２ワークピースを通り、更に前記コンダクタを通って流れる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記パルス電流は前記コンダクタと前記第２ワークピースとの間に磁界を生成し、前記磁界は前記エンボス部分を加速して前記第１ワークピースと溶接接触させる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記磁界は、前記エンボス部分を前記第１ワークピースの方へある角で潰れさせる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記パルス電流は前記第２ワークピースから、前記コンダクタ上の接点を通り、前記コンダクタを通って前記第２ワークピースの下を流れる、請求項１から１３の何れか１項に記載の方法。
15. 前記コンダクタは、前記第２ワークピースに影響を及ぼす磁界を生成する片持ち部分を含み、前記片持ち部分は前記第２ワークピースの方へ次第に細くなる面を有する、請求項１から１４の何れか１項に記載の方法。
16. 第１ワークピースを設けることと、
    エンボス部分が形成されている第２ワークピースを設けることと、
    前記エンボス部分が前記第１ワークピースから延びるように前記第１ワークピースを前記第２ワークピースに接触させて置くことと、
    前記エンボス部分をコンダクタに隣接させて置くことと、
    前記エンボス部分を通してパルス電流を加えることによって前記第２ワークピースの前記エンボス部分を前記第１ワークピースに溶接することと
    を含む、ワークピースを互いに溶接する方法。
17. 前記コンダクタは、前記エンボス部分を前記第１ワークピースへ溶接する磁界を形成する形状を持つ片持ち磁界生成部分を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記片持ち磁界生成部分は、前記パルス電流が前記第２ワークピースを通った後に、前記パルス電流を受け取る、請求項１７に記載の方法。
19. 前記片持ち磁界生成部分は前記コンダクタを横断して延びるとともに、前記第２ワークピースの端から前記パルス電流を受け取る直立接点を有する、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記エンボス部分は前記片持ち磁界生成部分上の前記直立接点と第１端子接点との間に位置する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１ワークピースは、前記第２ワークピースと向かい合って置かれる拘束部材によって、動かないようにされる、請求項１６から２０の何れか１項に記載の方法。
22. 前記第２ワークピースと電気的に通じる第３ワークピースを設けることを更に含む、請求項１６から２１の何れか１項に記載の方法。
23. 前記第２ワークピースおよび前記第３ワークピースの下に延びる磁界生成部分を設けることを更に含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記第２ワークピースが前記第１ワークピースに溶接されるとともに構造の周りに置かれるように、前記第１ワークピースと前記第２ワークピースとの間に前記構造を置くことを更に含む、請求項１６から２３の何れか１項に記載の方法。
25. 前記構造は流体を運ぶためのチューブである、請求項２４に記載の方法。
26. 前記構造は、熱電対センサ、電圧センサ、および温度センサのグループから選択されたセンサである、請求項２４または２５に記載の方法。
27. 第１ワークピースを設けることと、
    前記第１ワークピースを第１電気接点直接接触させて置くとともに前記第１ワークピースを、磁界生成部分と電気的に通じる第２電気接点と直接接触させて置くこととと、
    前記第１ワークピースを第１方向に通って前記第２電気接点へ進行するパルス電流を前記第１電気接点を通して加えることと、
    前記パルス電流を前記第１方向とは反対の第２方向に前記磁界生成部分を通して送ることによって磁界を生成することと、
    前記第１ワークピースに隣接して置かれた拘束部材の少なくとも一部分の形に前記第１ワークピースを成形することと
    を含む、ワークピースを成形する方法。
28. 第１の平坦でないワークピースを設けることと、
    第２の平坦でないワークピースを設けることと、
    前記第１の平坦でないワークピースに対して相補的な形状を有する拘束部材を前記第１の平坦でないワークピースに隣接させて置くことと、
    前記第２の平坦でないワークピースに対して相補的な形状を有する磁界生成部分を前記第２の平坦でないワークピースに隣接させて置くことと、
    前記磁界生成部分と前記第２の平坦でないワークピースとの間に絶縁体を置くことと、
    前記第２の平坦でないワークピースを通して第２接点へ第１方向にパルス電流を供給するための第１接点を設けることと
    を含み、
    前記パルス電流は、前記磁界生成部分を通って前記第１方向とは反対の第２方向に延びて、前記第２の平坦でないワークピースを駆動して前記第１の平坦でないワークピースの少なくとも一部分と溶接接触させる磁界を生じさせる２つのワークピースを張り付ける方法。

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