JP6248382B2 - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、二つの熱電対用線材の金属線を溶接する溶接装置及び溶接方法に関する。

特許文献１には、二つの熱電対用線材の金属線の先端部同士を突き合わせた状態で溶接し、熱電対を製造する溶接装置が開示されている。

特開２００５−２３５９７４号公報

特許文献１に記載の溶接装置では、溶接部の溶接位置に熱電対用線材を誘導し、当該線材の金属線の先端部同士を目視で確認しながら突き合わせる必要がある。目視によって金属線の先端部を毎回一定位置に位置決めすることは困難であり、金属線の溶接部分の溶接品質が安定しないという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱電対用線材の金属線の溶接品質を安定させることができる溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明は、二つの熱電対用線材の先端部分の絶縁被覆を除去して所定長さだけ露出させた金属線同士を溶接する溶接装置であって、本体部と、本体部に設けられ金属線同士を溶接する溶接部と、溶接部の溶接位置に金属線を位置決めするように線材を保持する保持部材と、を備える。保持部材は、各線材が挿入される二つの大径孔と、各大径孔と連通し、絶縁被覆の進入が規制されて金属線のみが通過するように形成された小径孔と、を備え、小径孔を通過した金属線の先端部同士を溶接可能な状態で溶接位置に位置決めすることを特徴とする。

本発明によれば、熱電対用線材の先端部分の絶縁被覆を除去して金属線を所定長さだけ露出させ、これら線材を絶縁被覆が小径孔の端部に当接する位置まで大径孔に挿入することで、金属線の先端部を溶接部の溶接位置において毎回一定位置に位置決めすることができる。これにより、熱電対用線材の金属線の溶接部分の溶接品質を安定させることが可能となる。

本発明の第１実施形態による溶接装置の概略構成図である。 溶接装置を用いて製造された熱電対の模式図である。 （Ａ）は溶接装置の保持部材の側面図であり、（Ｂ）は保持部材の平面図である。 熱電対用線材の絶縁被覆を除去する工程を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は熱電対用線材を保持部材に挿入する工程を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は保持部材を溶接装置に取り付ける工程を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は保持部材から熱電対を取り出す工程を示す図である。 本発明の第２実施形態による溶接装置の保持部材の平面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は第２実施形態による溶接装置による線材溶接の各工程を示す図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態による溶接装置１００について説明する。

図１に示すように、溶接装置１００は、二つの熱電対用線材１０，２０の先端部分の絶縁被覆１１，２１を除去して露出させた金属線１２，２２同士を溶接して熱電対を製造する装置である。

図２に示すように、熱電対は、異なる二つの線材１０，２０から構成され、温度センサとして使用される。線材１０はアルメル等の金属線１２を絶縁被覆１１で被覆したワイヤであり、線材２０はクロメル等の金属線２２を絶縁被覆２１で被覆したワイヤである。溶接装置１００によって溶接された金属線１２，２２の溶接部分が温度測定部位として機能する。なお、金属線１２，２２は、極細線であって、その直径（線径）は数百ミクロン程度に設定されている。

図１に示すように、溶接装置１００は、本体部３０と、本体部３０に設けられ線材１０，２０の金属線１２，２２同士を溶接する溶接部４０と、溶接部４０の溶接位置に金属線１２，２２を位置決めするように線材１０，２０を保持する保持部材５０と、を備える。

本体部３０は、水平方向に貫通形成された挿入孔３１と、上下方向に貫通形成され挿入孔３１と外部を連通する縦孔３２と、を有している。

溶接部４０は、縦孔３２内に設けられる正電極４１と、挿入孔３１内に設けられる負電極４２と、正電極４１の初期位置を調整可能な調整ねじ４３と、を備える。

負電極４２は、本体部３０の下部位置において挿入孔３１内に固定されている。負電極４２の上端は平坦面として形成されている。負電極４２には、通電ケーブル４２Ａが接続されている。本実施形態では、負電極４２を、負電極４２の上端が挿入孔３１の内周面から突出するように配置しているが、負電極４２の上端が挿入孔３１の内周面と面一となるように配置してもよい。

正電極４１は、その下端が負電極４２の上端に対向するように、縦孔３２内に収容されている。正電極４１の下端は平坦面として形成されている。正電極４１は、縦孔３２の軸方向（上下方向）に伸縮可能な伸縮部材４４を介して、調整ねじ４３に取り付けられている。正電極４１には、通電ケーブル４１Ａが接続されている。

調整ねじ４３は、縦孔３２の内周面に形成されたねじ溝に螺合し、本体部３０の上部に固定される。調整ねじ４３の高さ位置を調整して正電極４１の初期位置を調整することで、正電極４１と負電極４２の間隔が変更可能となっている。非溶接状態での正電極４１と負電極４２の間隔は、線材１０，２０の金属線１２，２２の線径に応じて調整され、金属線１２，２２の線径が小さくなるほど狭くなるように設定される。なお、溶接時には、伸縮部材４４が伸長して正電極４１が下降し、正電極４１と負電極４２との間に挟まれた線材１０，２０の金属線１２，２２の先端部同士が溶接される。このように正電極４１と負電極４２の間が溶接部４０の溶接位置となる。

保持部材５０は、溶接位置に金属線１２，２２を位置決めするように線材１０，２０を保持するホルダであって、本体部３０に対して着脱自在に構成されている。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、保持部材５０は、上板部５１及び下板部５２から構成される上下二分割構造の板状部材である。上板部５１の下端面及び下板部５２の上端面には半円状の複数の溝が長手方向に沿って設けられており、上板部５１と下板部５２が重ね合わされた状態において、これら溝が大径孔５３、小径孔５４、及び誘導孔５５を形成する。なお、上板部５１と下板部５２を組み付けるため、下板部５２の上面には円柱状の突起５２Ａ（図７（Ｂ）参照）が形成されており、上板部５１には突起５２Ａが挿入される係合孔５１Ａが形成されている。

上記の通り、保持部材５０の内部には、線材１０，２０がそれぞれ挿入される二つの大径孔５３と、各大径孔５３に連通する小径孔５４と、各小径孔５４を通過した金属線１２，２２を溶接位置に誘導する誘導孔５５と、が設けられている。

大径孔５３は水平に延設された直線状通路であって、二つの大径孔５３は平行に設けられている。大径孔５３の一端は保持部材５０の基端側に開口しており、大径孔５３の他端は小径孔５４に接続している。大径孔５３の内径は、絶縁被覆１１，２１を含む線材１０，２０の線径よりも僅かに大きく設定されている。

小径孔５４は、水平に延設された直線状通路であって、大径孔５３に対して連接されている。小径孔５４の内径は、絶縁被覆１１，２１を含む線材１０，２０の線径よりも小さく、かつ線材１０，２０の金属線の１２，２２の線径よりも大きく設定されている。つまり、小径孔５４は、絶縁被覆１１，２１の進入が規制されて金属線１２，２２のみが通過するように構成されている。

誘導孔５５は、保持部材５０の先端側に向かって幅方向内側に傾斜する直線状通路である。誘導孔５５は、小径孔５４を通過した金属線１２，２２が挿入される通路であり、当該誘導孔５５を通過して保持部材５０の先端から外側に導出された金属線１２，２２の先端部を溶接位置に誘導する。誘導孔５５の内径は、線材１０，２０の金属線１２，２２の線径よりも大きく設定されている。

次に、図４〜図７を参照して、上述した溶接装置１００による熱電対用線材１０，２０の溶接方法について説明する。

図４に示すように、熱電対用の線材１０，２０の先端部分の絶縁被覆１１，２１を除去することで、予め定められた所定長さ（数ｍｍ〜数十ｍｍ）の金属線１２，２２を露出させる。露出させる金属線１２，２２の長さは、実験等により予め定められている。

その後、図５（Ａ）に示すように、先端部分の絶縁被覆１１，２１が除去された線材１０，２０を、保持部材５０の基端側から各大径孔５３に挿入する。保持部材５０の小径孔５４は絶縁被覆１１，２１を含む線材１０，２０の進入を規制する内径となっているので、図５（Ｂ）に示すように線材１０，２０は、先端寄りの絶縁被覆１１，２１が小径孔５４の端部に当接する位置（進入規制位置）まで挿入される。

線材１０，２０が進入規制位置まで挿入された状態では、線材１０，２０の先端部分の金属線１２，２２は、小径孔５４及び誘導孔５５を通じて、保持部材５０の先端から外側に導出される。金属線１２，２２が誘導孔５５によって誘導されることで、保持部材５０の外側に位置する当該金属線１２，２２の先端部同士はＶ字状に交差する。

線材１０，２０が挿入された保持部材５０は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、溶接装置１００の側方から挿入孔３１内に挿入され、溶接装置１００の本体部３０に固定される。保持部材５０の基端部には当該保持部材５０の幅方向に延在するフランジ部５６が形成されており、フランジ部５６の一部が溶接装置１００の本体部３０の側面に当接することで保持部材５０の先端側の挿入位置が規定される。

図６（Ｂ）に示すように、保持部材５０が本体部３０に設置された状態では、Ｖ字状に交差した金属線１２，２２の先端部が正電極４１と負電極４２の間の溶接位置に位置決めされる。このように、保持部材５０は、線材１０，２０の金属線１２，２２の先端部同士を溶接可能な状態で配置するための部材として機能する。

金属線１２，２２は、先端部同士が交差した状態で正電極４１及び負電極４２により挟まれて、抵抗溶接により溶接される。

図７（Ａ）に示すように、保持部材５０は、溶接後に溶接装置１００の本体部３０の挿入孔３１から取り出される。そして、図７（Ｂ）に示すように、下板部５２の突起５２Ａを上板部５１の係合孔５１Ａから引き抜いて保持部材５０を分解することで、溶接後の線材１０，２０、つまり図２に示したようなＶ形状の熱電対が取り出される。

上記した第１実施形態による溶接装置１００によれば、以下の効果を得ることができる。

溶接装置１００の保持部材５０において、大径孔５３は絶縁被覆１１，２１を含む線材１０，２０の通過を許容するように構成されており、小径孔５４は線材１０，２０の金属線１２，２２のみの通過を許容するように構成されている。そのため、線材１０，２０の先端部分の絶縁被覆１１，２１を除去して金属線１２，２２を所定長さだけ露出させ、絶縁被覆１１，２１が小径孔５４の端部に当接する進入規制位置まで線材１０，２０を大径孔５３に挿入することで、保持部材５０の外側に導出される金属線１２，２２の長さを常時一定とすることができる。したがって、線材１０，２０の金属線１２，２２の先端部を溶接部４０の溶接位置において毎回一定位置に位置決めすることができ、金属線１２，２２の溶接部分の溶接品質を安定させることが可能となる。

また、保持部材５０は、金属線１２，２２の先端部同士が溶接位置においてＶ字状に交差するように当該金属線１２，２２を誘導する誘導孔５５を備えるので、図２に示すようなＶ形状の熱電対を容易に製造することができる。線形状の熱電対を折り曲げてＶ形状とする場合には、折り曲げた部分において断線してしまうことがあるが、溶接装置１００では最初からＶ形状の熱電対を製造することができるので、断線等の問題を回避できる。

保持部材５０は、溶接装置１００の本体部３０に対して着脱自在に構成されるとともに、本体部３０から取り外した状態では線材１０，２０を取り出し可能な二分割構造として形成されている。したがって、線材１０，２０を溶接して製造された熱電対を傷つけることなく、容易に取り出すことが可能となる。

（第２実施形態）
図８及び図９を参照して、本発明の第２実施形態による溶接装置１００について説明する。第２実施形態による溶接装置１００は、第１実施形態とほぼ同様の溶接装置であるが、保持部材５０の構成において相違する。

第１実施形態による溶接装置１００はＶ形状の熱電対を製造するためのものであるが、第２実施形態による溶接装置１００は線形状の熱電対を制御するためのものである。したがって、図８に示すように、第２実施形態による溶接装置１００の保持部材５０では、熱電対用線材１０，２０が直線状に保持されるように二つの大径孔５３及び小径孔５４が同一線上に配置されている。

一方の大径孔５３の一端は保持部材５０の基端側に開口しており、当該大径孔５３の他端は基端側の小径孔５４に接続している。これに対して、他方の大径孔５３の一端は保持部材５０の先端側に開口しており、当該大径孔５３の他端は先端側の小径孔５４に接続している。

保持部材５０の中央位置には、上下方向に貫通する開口部５７が形成されている。つまり、保持部材５０の上板部５１及び下板部５２には開口部５７を構成する貫通孔５１Ｂ，５２Ｂが設けられている。基端側及び先端側の小径孔５４の端部は、開口部５７に臨むように開口している。

なお、第２実施形態による溶接装置１００の保持部材５０には、第１実施形態における誘導孔に相当する孔は設けられていない。

次に、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）を参照して、第２実施形態の溶接装置１００による熱電対用線材１０，２０の溶接方法について説明する。

まず、線材１０，２０の先端部分の絶縁被覆１１，２１を除去し、所定長さの金属線１２，２２を露出させる。その後、図９（Ａ）に示すように、先端部分の絶縁被覆１１が除去された線材１０を保持部材５０の基端側の大径孔５３に挿入し、先端部分の絶縁被覆２１が除去された線材２０を保持部材５０の先端側の大径孔５３に挿入する。線材１０，２０は、先端寄りの絶縁被覆１１，２１が小径孔５４の端部に当接する進入規制位置まで挿入される。線材１０，２０が進入規制位置まで挿入された状態では、金属線１２，２２は小径孔５４を通じて開口部５７に導出され、当該開口部５７において金属線１２，２２の先端部同士は突き合わされる。

図９（Ｂ）に示すように、線材１０，２０が挿入された保持部材５０は、溶接装置１００の本体部３０の側方から挿入孔３１内に挿入され、溶接装置１００の本体部３０に固定される。保持部材５０が本体部３０に設置された状態では、突き合わせ状態の金属線１２，２２の先端部は、開口部５７を介して露出しており、正電極４１と負電極４２の間の溶接位置に位置決めされる。金属線１２，２２は、このように位置決めされた状態で正電極４１及び負電極４２により挟まれて、抵抗溶接により溶接される。第２実施形態による溶接装置１００では、溶接部４０の正電極４１及び負電極４２は、保持部材５０の開口部５７を通じて金属線１２，２２を溶接するように構成されている。

保持部材５０は、溶接後に溶接装置１００の本体部３０の挿入孔３１から取り出される。そして、図９（Ｃ）に示すように下板部５２の突起５２Ａを上板部５１の係合孔５１Ａから引き抜いて保持部材５０を分解することで、図９（Ｄ）に示すように溶接後の線材１０，２０、つまり線形状の熱電対が取り出される。

上記した第２実施形態による溶接装置１００によれば、線形状の熱電対を製造する場合であっても、線材１０，２０の金属線１２，２２の先端部を溶接部４０の溶接位置において毎回一定位置に位置決めすることができ、金属線１２，２２の溶接部分の溶接品質を安定させることが可能となる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、線材１０の金属線１２と線材２０の金属線２２の組み合わせがアルメルとクロメルの組み合わせであるとしたが、金属線１２と金属線２２の組み合わせはこれに限られるものではない。線材１０の金属線１２と線材２０の金属線２２の組み合わせは、白金と白金ロジウムの組み合わせや銅とコンスタンタンの組み合わせ等、熱電対を構成可能な組み合わせが採用される。

１００ 溶接装置
１０ 線材
１１ 絶縁被覆
１２ 金属線
２０ 線材
２１ 絶縁被覆
２２ 金属線
３０ 本体部
３１ 挿入孔
４０ 溶接部
５０ 保持部材
５１ 上板部
５２ 下板部
５３ 大径孔
５４ 小径孔
５５ 誘導孔
５６ フランジ部
５７ 開口部

Claims (5)

1. 二つの熱電対用線材の先端部分の絶縁被覆を除去して所定長さだけ露出させた金属線同士を溶接する溶接装置であって、
   本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記金属線同士を溶接する溶接部と、
   前記溶接部の溶接位置に前記金属線を位置決めするように前記線材を保持する保持部材と、を備え、
   前記保持部材は、
   各線材が挿入される二つの大径孔と、
   各大径孔と連通し、前記絶縁被覆の進入が規制されて前記金属線のみが通過するように形成された小径孔と、を備え、
   前記小径孔を通過した前記金属線の先端部同士を溶接可能な状態で溶接位置に位置決めする、
   ことを特徴とする溶接装置。
2. 二つの前記大径孔は、前記保持部材の一端側から前記線材が挿入されるように構成されており、
   前記保持部材は、前記小径孔を通過した前記金属線が挿入され、前記金属線の先端部同士が溶接位置においてＶ字状に交差するように当該線材を誘導する誘導孔をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記大径孔及び前記小径孔は、同一線上に配置され、
   一方の前記大径孔は前記保持部材の一端側から前記線材が挿入されるように構成されるとともに、他方の前記大径孔は前記保持部材の他端側から前記線材が挿入されるように構成されており、
   前記保持部材は、前記小径孔を通過した前記金属線の先端部同士を溶接位置において露出させる開口部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
4. 前記保持部材は、前記本体部に対して着脱自在に構成されるとともに、前記本体部から取り外した状態において前記線材を取り出し可能な二分割構造として形成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の溶接装置。
5. 二つの熱電対用線材を溶接する溶接方法であって、
   前記線材の先端部分の金属線が所定長さだけ露出するように絶縁被覆を除去する工程と、
   前記線材を保持する保持部材に、前記絶縁被覆の進入が規制される進入規制位置まで前記線材を挿入する工程と、
   前記保持部材を溶接装置に設置する工程と、
   前記溶接装置の溶接位置に位置する前記金属線の先端部同士を溶接する工程と、
   を備えることを特徴とする溶接方法。

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