JP3852823B2 - Electromagnetic welding machine - Google Patents
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Description
【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電磁溶接機に関するものであって、特に溶接電流の通電部分に関する。
【0002】
【従来の技術】
製品の軽量化の要請に対してアルミニウムが多用されるようになってきている。金属板材を接合する場合、電気抵抗溶接機を使用してスポット溶接あるいはシーム溶接するのが一般的であるが、アルミニウムの電気抵抗溶接機による溶接は困難であった。すなわち、アルミニウムは溶融温度が低いのにかかわらず熱伝導度、電気伝導率が高いため、溶接に際して大きな電流を流す必要があり、また、溶融したアルミニウムが電極に溶着しやすいという問題があった。さらに、シーム溶接の場合には、既に溶接された部分に電流が分流して引き続き溶接するべき隣接部分の溶接を困難にしていた。
【0003】
このような問題を解決するため、本願発明者の1名は平板状のコイルに瞬間的に大電流を流し、電磁力により金属薄板を瞬間的に溶接する特開平11−192562のような金属薄板の電磁溶接法を考え、実用化を進めているところである。この特開平11−192562の金属薄板の電磁溶接法は、溶接しようとする金属薄板を重ねて平板状コイルの間におき、平板状コイルに大電流を流して溶接するものである。平板状コイルの少なくとも上下のいずれかには電流が集中して流れる集中部が設けられており、上下の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ために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平板状コイルに放電するようにしている。
【0004】
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秒以下というものである。この溶接方法を電磁溶接機として具体化するためには、短時間に大きな電流を流すために平板状コイルの回路のインダクタンスを小さなものとするとともに、被溶接物の装着、取り出しが容易にできるものとする必要がある。また、瞬間的ではあっても大きな電流が流れ、平板状コイルにも大きな力が加わることから平板状コイルと支持部材はこれに耐えるものとする必要がある。さらに、大きな力が加わる平板状コイルの特に集中部は変形し、損傷を受けるので容易に交換できるようにする必要がある。これらの条件をすべて満足することは困難であり、まだ実用的な電磁溶接機として具体化できるには到っていなかった。
【0005】
【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、上部平板状コイルを移動可能なものとし、被溶接物の装着、取り出しが容易にできるものとするとともに上下の平板状コイルの交換を容易にして実用に供し得る電磁溶接機を提供するためになされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、下部平板状コイルを絶縁材により絶縁して固定した機台に上部平板状コイルを固定した可動枠を開閉動可能に枢着し、下部平板状コイルと上部平板状コイルにはそれぞれ電流が集中して流れる集中部を設け、可動枠を閉じた状態で下部平板状コイルの集中部と上部平板状コイルの集中部とが対向するようにしたことを特徴とする本発明の電磁溶接機によって解決できる。
また、可動枠に放電ギャップスイッチを構成する一方の放電電極を取り付け、該放電電極に上部平板状コイルの一端を接続すること、下部平板状コイルと上部平板状コイルの集中部は硬度を強化した銅合金から構成し、下部平板状コイルと上部平板状コイルの集中部を除く部分は電気伝導度の高い銅合金から構成すること、あるいは、硬度と引張り強度の高い銅合金を中心部に配し、周囲に電気伝導度の高い銅合金又はアルミニウム合金を配した材料により下部平板状コイルと上部平板状コイルの集中部を構成することにより具体化できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電磁溶接機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及び図2に示す実施の形態のものでは、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。この可動枠6の開く角度は90度乃至120度とするのが好ましく、可動枠6を閉じた状態で上部平板コイル4が露出しないものとしてある。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の後端にねじ止めして接続してある。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。
【0008】
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る。
【0009】
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。接触子14の下部平板状コイル2と上部平板状コイル4の前端の端面に接する面には、銀めっきあるいは金めっきを施すことが好ましく、それにより接触抵抗を低減することができる。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が、可動枠6の開閉動、接触子14の前後動はエアシリンダ、電動機等により行うようにすることが可能である。以上の構成のものでは上部平板状コイル4の後端は放電電極12と放電電極13とにより回路が形成されるので、開閉動する上部平板状コイル4の後端とコンデンサ8の他極とを直接接続する必要がないという利点がある。放電電極12、13の材質は銅タングステン合金、銀タングステン合金等とするのが耐久性の点から好ましく、交換を要するときは可動枠6を開いた状態で露出されるので容易に着脱、交換が可能である。
【0010】
図3は下部平板状コイル2の外観を示し、図4は下部平板状コイル2及び上部平板状コイル4の集中部10、11の断面の構成例を示すものであって、芯部17と外装部18からなるものである。芯部17は硬度と引張り強度の高い銅合金、アルミニウム合金、鉄合金、チタン等の材料により構成し、外装部18は電気伝導度の高い銅合金、アルミニウム合金、銀合金等の材料により構成する。Aに示すものは芯部17の全周を外装部18により覆ったもので導電性に優れ、Bに示すものは芯部17の全周を外装部18により覆ったものであるが外装部18を一部接合したもので製作が容易であり、Cに示すものは芯部17が外装部18から一部露出したもので強度に優れたものである。このように構成した集中部10は図2に示す下部平板状コイル2の接合部19において蝋付け等の手段により接合するものであって、集中部11も上部平板状コイル4に対し同様に接合する。
【0011】
前記のように構成した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9上に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9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9、11との間には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。
【0012】
図5は下部平板状コイル2と上部平板状コイル4の別の構成を示すものである。この下部平板状コイル2と上部平板状コイル4の前端には放電ギャップスイッチを構成する放電電極20、21をそれぞれ設けている。下部平板状コイル2の後端は前記図1に示すものと同様コンデンサ8の接地側極に接続し、上部平板状コイル4の後側はコンデンサ8の他極に接続するわけであるが、上部平板状コイル4は可動枠6に固定されて開閉動するため、可動枠6が開いたとき解離可能なものとする。下部平板状コイル2の放電電極20にはトリガー電極22を取り付ける。トリガー電極22を上部平板状コイル4の放電電極21に取り付けることも可能であるが、開閉動しない下部平板状コイル2の放電電極20に取り付けるのがトリガー電極22に電線を接続する上からは好ましい。集中部10、11を接合部19において蝋付け等の手段により接合することは図3に示すものと同じである。下部平板状コイル2と上部平板状コイル4をこの図5に示すようなものとした場合には、接触子15を設ける必要がなく、したがって接触子15を操作する必要がないという利点がある。放電電極20、21の材質を銅タングステン合金、銀タングステン合金等とするのが好ましいのは前記図2に示すものと同様であるが、下部平板状コイル2、上部平板状コイル4との接合を蝋付けあるいはねじ止めとして交換可能としている。
【0013】
この下部平板状コイル2と上部平板状コイル4を図5に示す構成としたものについても同様に、可動枠6を開いて下部平板状コイル2の集中部10上に被溶接物の溶接すべき部分を載せ、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した後コンデンサ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22に電圧を与えると放電電極20、21の間で放電が始まって放電ギャップスイッチが導通し、コンデンサの電荷は上部平板状コイル4、放電電極21、放電電極20、下部平板状コイル2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。
【0014】
なお、前記実施の形態においては枢着部7を機台1の後部に設けて可動枠6を枢着し、前後に開閉動可能なものとしていたが、これを機台1の側面に設けて可動枠6を枢着し、横方向に開閉自在としてもよいことは言うまでもない。
【0015】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、可動枠を開閉動させるようにしたので上下の平板状コイルの集中部の位置合わせが正確にでき、上下の平板状コイル及び放電電極の交換が容易にできる利点がある。またこれにより被溶接物の装着、取り出しが容易にできることとなり、実用に供し得る電磁溶接機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】本発明の実施の形態を示す側面図である。
【図2】本発明の実施の形態を示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態における下部平板コイルの平面図及び側面図である。
【図4】本発明の実施の形態における下部平板コイル及び上部平板コイルの集中部の断面図である。
【図5】本発明の別の実施の形態における上部平板コイル及び下部平板コイルの側面図と平面図及び底面図である。
【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 集中部
11 集中部
12 放電電極
13 放電電極
14 接触子
15 移動機構
16 把手
17 芯部
18 外装部
19 接合部
20 放電電極
21 放電電極
22 トリガー電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic welding machine for welding a thin metal plate by electromagnetic force, and more particularly to a current-carrying portion of a welding current.
[0002]
[Prior art]
Aluminum is increasingly used to meet the demand for lighter products. When joining metal sheets, spot welding or seam welding is generally performed using an electric resistance welder, but welding with an aluminum electric resistance welder has been difficult. That is, since aluminum has high thermal conductivity and electrical conductivity regardless of its melting temperature, it is necessary to flow a large current during welding, and there is a problem that molten aluminum is likely to be deposited on the electrode. Further, in the case of seam welding, the current is diverted to the already welded portion, making it difficult to weld adjacent portions that should be subsequently welded.
[0003]
In order to solve such a problem, one of the inventors of the present application instantaneously applies a large current to a flat coil, and instantaneously welds the thin metal plate by electromagnetic force, such as Japanese Patent Laid-Open No. 11-192562. Considering the electromagnetic welding method, the practical application is being promoted. In this method of electromagnetic welding of thin metal plates disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-192562, the thin metal plates to be welded are stacked and placed between flat plate coils, and a large current is passed through the flat plate coils for welding. At least one of the upper and lower sides of the flat coil is provided with a concentrating portion through which current flows. The thin metal plate, which is an object to be welded sandwiched between the upper and lower flat coils, faces the concentrating portion. Welded in position. In order to flow a large current through the flat coil, a capacitor is charged by a DC high voltage power supply device, and the electric charge stored in the capacitor is instantaneously discharged to the flat coil through a switch.
[0004]
The voltage of the DC high-voltage power supply device required here is, for example, 5 to 15 kV, the capacitance of the capacitor is 50 to 200 μF, the peak value of the discharge current thereby reaches 100 kA or more, and the discharge time is 100 μsec or less. In order to embody this welding method as an electromagnetic welding machine, in order to flow a large current in a short time, the inductance of the flat coil circuit is made small, and attachment and removal of the work piece can be easily performed. It is necessary to. In addition, even if instantaneous, a large current flows and a large force is applied to the flat coil, so that the flat coil and the support member must be able to withstand this. Furthermore, since the concentrated portion of the flat coil to which a large force is applied is deformed and damaged, it must be easily replaced. It is difficult to satisfy all these conditions, and it has not yet been realized as a practical electromagnetic welding machine.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above problems, makes the upper plate coil movable, makes it easy to mount and take out the workpiece, and makes it easy to replace the upper and lower plate coils for practical use. It was made in order to provide the electromagnetic welding machine which can be provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is that the movable frame having the upper plate coil fixed to the machine base in which the lower plate coil is insulated and fixed by an insulating material is pivotally mounted so that the lower plate coil and the upper plate coil can be opened and closed. The electromagnetic wave according to the present invention is characterized in that a concentrated portion in which current flows is provided so that the concentrated portion of the lower flat coil and the concentrated portion of the upper flat coil face each other with the movable frame closed. Can be solved by a welding machine.
Also, one discharge electrode constituting the discharge gap switch is attached to the movable frame, and one end of the upper plate coil is connected to the discharge electrode, and the concentrated portion of the lower plate coil and the upper plate coil has enhanced hardness. Consists of copper alloy, except for the lower flat coil and the concentrated part of the upper flat coil are made of copper alloy with high electrical conductivity, or a copper alloy with high hardness and tensile strength is placed in the center. Further, it can be realized by forming a concentrated portion of the lower flat coil and the upper flat coil with a material in which a copper alloy or an aluminum alloy having a high electrical conductivity is arranged around.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the electromagnetic welding machine of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a lower
[0008]
Further, the end surfaces of the front ends of the lower
[0009]
A
[0010]
FIG. 3 shows an appearance of the lower
[0011]
When the
[0012]
FIG. 5 shows another configuration of the lower
[0013]
Similarly, the lower plate-
[0014]
In the above embodiment, the
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, since the movable frame is opened and closed, the concentrated portions of the upper and lower flat coils can be accurately aligned, and the upper and lower flat coils and the discharge electrodes can be easily replaced. There is. In addition, this makes it easy to mount and take out the workpiece, and it contributes to the industry as an electromagnetic welder that can be put to practical use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a side view of a lower plate coil according to the embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a cross-sectional view of concentrated portions of a lower plate coil and an upper plate coil in the embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are a side view, a plan view, and a bottom view of an upper plate coil and a lower plate coil according to another embodiment of the present invention. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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