JP5377763B2 - ビーム溶接方法、真空包装方法、及びその真空包装方法により製造した真空断熱材 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1によるビーム溶接方法を実施するときの金属箔の設置状態を示す模式的な上面図である。また、図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。図において、第1の金属箔1及び第2の金属箔2は、金属箔溶接装置により溶接される。金属箔溶接装置は、真空チャンバ(図示せず)と、真空チャンバ内に設置される支持台3と、第1の金属箔1及び第2の金属箔2同士を支持台3上で密着させる押さえ装置4と、第1の金属箔1及び第2の金属箔2同士を溶接しながら溶断するビーム発生装置(加熱装置)5(図2)とを有している。
互いに重ねられた2枚の金属箔(第1及び第2の金属箔1,2)のそれぞれの厚さを30[μm]、50[μm]及び80[μm]の順に変えながら、上記のビーム溶接方法による金属箔の溶接溶断を試みた。この例では、第1及び第2の金属箔1,2のそれぞれの材料を同種の金属(ステンレス(SUS304))とした。また、第1及び第2の金属箔1,2を、縦寸法が150[mm]、横寸法が100[mm]の四角形の金属箔とした。
比較例1では、厚さが50[μm]の実施例1と同様のステンレス箔を第1及び第2の金属箔1,2として用いた。また、比較例1では、主載せ面7に載せられた第1及び第2の金属箔1,2の部分同士だけでなく、従載せ面8に載せられた第1及び第2の金属箔1,2の部分同士も、溶接想定線に沿って密着させた状態で、電子ビームの照射による溶接溶断工程を行った。
比較例2でも、比較例1と同様のステンレス箔を第1及び第2の金属箔1,2として用いた。また、比較例2では、従載せ面8が設けられた支持台の部分をなくして、主載せ面8が設けられた支持台の部分のみを残し、第1及び第2の金属箔1,2の一部を主載せ面7に載せ、第1及び第2の金属箔1,2の他の一部を下からの支えがない状態として、電子ビームの照射による溶接溶断工程を行った。
なお、実施の形態1では、第1及び第2の金属箔1,2のそれぞれの材料が同種の金属とされているが、実施の形態2では、第1及び第2の金属箔1,2のそれぞれの材料を異種の金属としている。金属箔溶接装置の構成及びビーム溶接方法の手順については実施の形態1と同様である。
実施の形態1では、溶接溶断工程において電子ビームの照射量を一定としたまま、電子ビームの被照射部10を溶接想定線11に沿って移動させているが、実施の形態3では、溶接溶断工程において電子ビームの照射量を減らしながら、電子ビームの被照射部10を溶接想定線11に沿って移動させている。金属箔溶接装置の構成及びビーム溶接方法の手順は実施の形態1と同様である。
図6は、この発明の実施の形態4による真空包装方法によって製造された真空包装体を示す断面図である。図において、真空包装体31は、収容体32と、収容体32に収容された介在物33とを有している。収容体32は、互いに対向する第1の外被材34及び第2の外被材35を有している。
まず、溶断させずに溶接する従来の重ね溶接方法で2枚の金属板同士の接合を行った。比較例3では、2枚の金属板として、厚さが80μmで縦横の寸法がそれぞれ200mmの矩形状のステンレス箔を用いた。また、比較例3では、まず、2枚のステンレス箔を単純に重ね、溶接想定線を挟んで両側の2箇所でステンレス箔同士を隙間なく密着させた後、ステンレス箔同士のそれぞれの密着箇所を維持したまま、電子ビームの集中照射によりステンレス箔同士を溶接した。ステンレス箔同士の密着は、幅10mmの押さえ部材をステンレス箔に押圧することにより行った。また、比較例3では、ビーム電流の条件を0.8mA〜3.0mAの範囲内で変えるとともに、加工速度(支持台37の移動速度)の条件を1.0m/min〜3.0m/minの範囲内で変えながら、圧力4.0Paの真空環境下でステンレス箔同士の溶接を行った。この結果、ビーム電流の条件が1.5mA〜2.0mAの範囲内で、かつ、加工速度の条件が1.5m/min〜2.0m/minの範囲内に設定した場合に、溶接による封止状態が良好となった。
次に、溶接しながら溶断させる本実施の形態の方法で2枚の金属板同士の接合を行った。実施例2では、2枚の金属板として、比較例と同様に、80μmの厚さを持つステンレス箔を用いた。
実施の形態4では、溶接想定線43よりも介在物33に近い位置で第1及び第2の金属箔1,2同士を内側押さえ部材40の押圧により密着させ、溶接想定線43よりも介在物33から離れた位置で第1及び第2の金属箔1,2同士を外側押さえ部材41の押圧により密着させるようになっているが、内側押さえ部材41の押圧によってのみ第1及び第2の金属箔1,2同士を密着させるようにし、外側押さえ部材41をなくしてもよい。
次に、互いに重ねられた2枚の金属板同士の溶接による封止状態を評価するために、実施例3では、本実施の形態の方法で、80μmの厚さを持つステンレス箔同士を接合した。実施例3では、溶接想定線よりも介在物33に近い位置でのみ内側押さえ部材40により2枚のステンレス箔同士を密着させ、電子ビームの光軸に対してステンレス箔を移動させながら、ステンレス箔に電子ビームを集中照射した。ステンレス箔に電子ビームを集中照射しているときには、溶接想定線よりも介在物33から離れた金属箔の部分を押さえずに解放したままとした。このようにして、溶接想定線の位置でステンレス箔同士を溶接しながら、溶接想定線を境界としてステンレス箔を溶断させた。
図11は、この発明の実施の形態6による真空包装体を示す断面図である。図において、介在物33は、第1及び第2の外被材34,35が互いに対向する方向(即ち、真空包装体31の厚さ方向)へ積層された複数の繊維シート51を有する芯材とされている。繊維シート51は、無機材料(例えばガラス等)により構成された繊維からなるシートである。繊維シート51を構成する繊維は、0.8μm〜15μm程度の範囲の単一径繊維又は互いに異なる径の混合繊維とされている。繊維シート51の厚さは、0.2mm〜3.0mm程度とされている。即ち、真空包装体31は、複数の繊維シート51を有する介在物33を芯材とする真空断熱材とされている。真空断熱材の第1及び第2の外被材34,35で囲まれる空間は、0.1Pa〜3.0Paの範囲の真空状態とされている。
Claims (11)
- 第1の金属箔と、第1の金属箔上に重ねた第2の金属箔とを、支持台の互いに隣り合う主載せ面及び従載せ面のそれぞれに載せ、上記第1及び第2の金属箔が重なる方向に沿って上記支持台を見たときに、上記主載せ面と上記従載せ面との間に設定された溶接想定線が上記第1及び第2の金属箔の平面を横切るように上記第1及び第2の金属箔を配置する金属箔積層工程、
上記従載せ面に載せられた上記第1及び第2の金属箔の部分を解放した状態で、上記主載せ面に載せられた上記第1及び第2の金属箔の部分同士を上記溶接想定線に沿って密着させる密着工程、及び
上記密着工程後、所定の真空環境下で、ビームの集中照射によって上記第1及び第2の金属箔を加熱することにより、上記主載せ面に載せられた上記第1及び第2の金属箔の部分同士を上記溶接想定線に沿って溶接しながら、上記従載せ面に載せられた上記第1及び第2の金属箔の部分を切り離す溶接溶断工程
を備えていることを特徴とするビーム溶接方法。 - 上記主載せ面と上記従載せ面との間には、ビーム溝が設けられ、
上記溶接想定線は、上記第1及び第2の金属箔が重なる方向に沿って上記支持台を見たときに上記ビーム溝の幅の範囲内に位置していることを特徴とする請求項1に記載のビーム溶接方法。 - 上記第1及び第2の金属箔は、100μm以下の厚さを持つステンレス箔であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のビーム溶接方法。
- 上記ビームは、電子ビームであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のビーム溶接方法。
- 上記電子ビームの出力電流をI[A]、上記第1及び第2の金属箔のそれぞれの厚さの平均値をt[mm]、上記電子ビームの被照射部を上記溶接想定線に沿って移動させるときの送り速度をv[m/min]としたときに、
a1≦I/(t・v)≦a2
で表される関係式を満たす条件で上記溶接溶断工程を行うようになっており、
上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類に対応させて金属種別下限値P及び金属種別上限値を個別に特定し、
上記第1及び第2の金属箔のそれぞれの材料が同種の金属である場合に、上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類に対応する上記金属種別下限値Pを上記a1の値とし、上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類に対応する上記金属種別上限値Qを上記a2の値とすることを特徴とする請求項4に記載のビーム溶接方法。 - 上記電子ビームの出力電流をI[A]、上記第1及び第2の金属箔のそれぞれの厚さの平均値をt[mm]、上記電子ビームの被照射部を上記溶接想定線に沿って移動させるときの送り速度をv[m/min]としたときに、
a1≦I/(t・v)≦a2
で表される関係式を満たす条件で上記溶接溶断工程を行うようになっており、
上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類に対応させて金属種別下限値P及び金属種別上限値Qを個別に特定し、
上記第1及び第2の金属箔のそれぞれの材料が異種の金属である場合に、上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類にそれぞれ対応する各上記金属種別下限値P、及び各上記金属種別下限値Pの平均値のいずれかの値を上記a1の値とし、上記第1及び第2の金属箔を構成する金属の種類にそれぞれ対応する各上記金属種別上限値Q、及び各上記金属種別上限値Qの平均値のいずれかの値を上記a2の値とすることを特徴とする請求項4に記載のビーム溶接方法。 - 上記金属の種類がステンレス及び鉄系である場合にP=5、Q=15、銅系である場合にP=100、Q=175、アルミニウム系である場合にP=5、Q=30、チタン系である場合にP=2.5、Q=45とすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のビーム溶接方法。
- 上記溶接溶断工程では、上記電子ビームの照射量を減らしながら、上記電子ビームの被照射部を上記溶接想定線に沿って移動させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のビーム溶接方法。
- 第1及び第2の金属箔間に介在物を挿入する挿入工程、
上記挿入工程後、上記第1及び第2の金属箔が対向する方向に沿って上記介在物を見たときの上記介在物の周囲に溶接想定線を設定し、上記溶接想定線よりも上記介在物に近い位置でのみ、上記第1及び第2の金属箔同士を所定の真空環境下で密着させる密着工程、及び
上記密着工程後、上記所定の真空環境下で上記第1及び第2の金属箔をビームの集中照射によって上記溶接想定線に沿って加熱することにより、上記溶接想定線よりも上記介在物側の被覆領域内における上記第1及び第2の金属箔同士を上記溶接想定線に沿って溶接しながら、上記溶接想定線よりも上記介在物から離れた余剰領域内における上記第1及び第2の金属箔の部分を切り離す溶接溶断工程
を備えていることを特徴とする真空包装方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のビーム溶接方法によって上記第1及び第2の金属箔同士を溶接することにより、上記第1及び第2の金属箔間に挿入された介在物を真空包装する真空包装方法であって、
上記金属箔積層工程では、上記第1及び第2の金属箔が重なる方向に沿って上記支持台を見たときに、上記介在物が上記主載せ面の領域に存在するように上記第1及び第2の金属箔を配置することを特徴とする真空包装方法。 - 請求項9又は請求項10に記載の真空包装方法によって上記介在物が真空包装されることにより得られる真空断熱材であって、
繊維シートを有する上記介在物である芯材、及び
互いに溶接された上記第1及び第2の金属箔を有し、上記芯材が上記第1及び第2の金属箔間に挿入された状態で上記芯材を密閉する収容体
を備えていることを特徴とする真空断熱材。
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