JP6455410B2

JP6455410B2 - 冷却器

Info

Publication number: JP6455410B2
Application number: JP2015231908A
Authority: JP
Inventors: 嘉泰光崎
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP2017094383A

Description

本発明は、溶接に用いられる冷却器に関する。

従来、溶接において、溶接部の割れ防止および溶接変形の抑制をするため、非溶接部に当てて溶接熱を吸収する冷却治具が用いられる。また、特許文献１に記載のような、溶接熱を吸収する冷却効果を高めるために、冷却水を供給する冷却器が溶接機に装着されている。

特開２０１５−０８３３１４号公報

特許文献１の構成では、溶接機の溶接電極本体に冷却器が装着されている。溶接部の割れを防止するおよび溶接変形を抑制する効果を更に高めるために、冷却器が冷却治具を備えることが考えられる。しかしながら、特許文献１の構成では、例えば、コイルエンドのように溶接部が狭小スペースである場合、冷却器に冷却治具を装着することはスペースが狭いため困難であると考えられる。このため、冷却器に冷却治具を装着するには、冷却治具を小型にしなければならない。

また、冷却治具には、作業効率を上げるため、溶接部を支持するクランプ機構を設けることが考えられる。しかしながら、クランプ機構がある場合、冷却治具を小型にすると、強度が小さくなってしまい、クランプ機構のクランプ荷重によって冷却器が破損する虞がある。そこで、冷却器にクランプ機構付き冷却治具を装着するためには、小型で、且つ、強度を確保する必要がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、クランプ荷重に対する冷却治具の強度を確保し、小型化可能な冷却器を提供することにある。

本発明は、熱エネルギーにより第１ワーク（５１）および第２ワーク（５２）を溶融状態にして接合する溶接機（９０）に用いられる冷却器である。
冷却器は、第１冷却治具（１０）、第２冷却治具（６０）およびクランプ部（７０）を備える。第１ワークおよび第２ワークを溶接する面を溶接面（５１５、５２５）とし、溶接面の反対側の面を背面（５１１、５２１）とする。

第１冷却治具は、第１ワークの背面（５１１）を支持し、且つ、冷却媒体が流動可能であり、第１ワークの背面に沿う流路である第１背面冷却部（２４）を含む第１冷却流路（２０）を内部に有する。
第２冷却治具は、第２ワークの背面（５２１）を支持し、且つ、冷却媒体が流動可能であり、第２ワークの背面に沿う流路である第２背面冷却部（６４）を含む第２冷却流路（６０）を内部に有する。

クランプ部は、溶接面同士を当接させる方向であるクランプ荷重方向に対して第１冷却治具および第２冷却治具に荷重を付加する
第１冷却流路は、少なくとも第１背面冷却部に、第１冷却流路の基準内壁（２３）および対向内壁（２３１）の間を支える複数の第１支柱（２０１〜２０６）が設けられている。
第２冷却流路は、少なくとも第２背面冷却部に、第２冷却流路の基準内壁（４３）および対向内壁（４３１）の間を支える複数の第２支柱（６０１〜６０６）が設けられている。

本発明の冷却器は、第１冷却流路および第２冷却流路が少なくとも第１冷却部および第２冷却部に複数の第１支柱および第２支柱が設けられている。これにより、複数の支柱が支持材となり、冷却器の強度が向上する。冷却器の強度向上のため、クランプ荷重によって生じる冷却器の破損を防ぎ、冷却器を小型化することができる。

本発明の第１実施形態における冷却器の側面図。本発明の第１実施形態における冷却器の上面図。図２のＩＩＩ部拡大断面図。図３のＶＩ−ＶＩ線断面図。図２のＶ部拡大断面図。本発明の第２実施形態における第１冷却流路の断面図。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。本発明の第３実施形態における第１冷却流路の断面図。本発明の第４実施形態における第１冷却流路の断面図。その他実施形態における冷却器の上面図。

以下、本発明の実施形態による溶接機９０および冷却器１を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明する。また、「本実施形態」という場合、第１から第４実施形態を包括する。これらの実施形態の冷却器は、例えば、アーク溶接に用いられる。また、冷却媒体として冷却水が用いられる。

（第１実施形態）
冷却器１が用いられる溶接機９０について図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すように、溶接機９０は、アーク放電で発生する熱エネルギーによって２つの第１ワーク５１および第２ワーク５２を溶融状態にして接合可能にする。溶接機９０は、溶接電極９１、溶接電源９２およびアース電極９３、９４を備える。

溶接電極９１は、溶接トーチ９５に保持されており、例えば、タングステンが用いられる。溶接トーチ９５には、ガス供給機９６からシールドガスが供給される。供給されたシールドガスは、溶接電極９１の周囲から第１ワーク５１および第２ワーク５２に向かって吹き出される。また、シールドガスは、アルゴンが用いられる。

溶接電源９２は、溶接電極９１、第１ワーク５１および第２ワーク５２の間に電圧を印加する。溶接電源９２は、直流の溶接電流を流す直流式溶接電源である。溶接電源９２には、商用電源から三相交流の電力が供給され、三相交流を整流して直流に変換する。溶接電源は、例えば、直流インバータ式溶接電源が用いられる。

アース電極９３、９４は、第１ワーク５１および第２ワーク５２に電気的接続がされている。第１ワーク５１および第２ワーク５２は、例えば、コイルエンドの導線で、銅で形成されている。第１ワーク５１および第２ワーク５２が互いに対向する溶接面５１５、５２５が溶接される。

図１、２に示すように、冷却器１は、第１冷却治具１０、第２冷却治具４０およびクランプ部７０を備える。冷却器１の幅方向をｘ軸方向とし、冷却器１の長手方向をｙ軸方向とし、冷却器１の厚さ方向をｚ軸方向とする。

第１冷却治具１０は、Ｌ字型形状を組み合わせた形に形成され、第１ワークの溶接面５１５の反対側の背面５１１に当接し、第１ワーク５１を支持している。また、第１冷却治具１０は、内部に第１入口流路１１から第１出口流路１２に向かって冷却水が流動可能に形成される第１冷却流路２０を有する。第１冷却治具１０は、例えば、銅、ステンレス鋼または高炭素クロム軸受鋼等の金属で形成されている。

第１冷却流路２０は、円筒状に形成され、複数の第１支柱２０１〜２０６を含む。第１入口流路２１は、第１冷却治具１０のｚ軸方向の一端面１６に形成され、第２出口流路２２は、第１冷却治具１０のｚ軸方向の他端面１７に形成されている。
第１支柱２０１〜２０６は、第１ワーク５１の背面５１１、側面５１２および第２ワーク５２の側面５２２に沿う第１冷却流路２０内である第１背面冷却部２４に形成されている。

図３、４に示すように、第１支柱２０１〜２０６は、ｙ軸方向と同一方向に向いて、等間隔に配置されている。また、第１支柱２０１〜２０６は、板状に形成され、中央でくびれており、長手方向の辺が楕円弧状に形成されている。さらに、第１支柱２０１〜２０６は、第１冷却流路２０の基準内壁２３および対向内壁２３１の両端で支持される両端固定梁である。

第２冷却治具４０は、第１冷却治具１０と同様の金属で形成され、第１冷却流路２０に囲まれるように配置され、第２ワーク５２の背面５２１を支持している。また、第２冷却治具４０は、内部に第２入口流路４１から第２出口流路４２に冷却水が流動可能に形成される第２冷却流路６０を有する。

第２冷却流路６０は、円筒状に形成され、複数の第２支柱６０１〜６０６を含む。第２入口流路４１は、第２冷却治具４０のｚ軸方向の一端面４６に形成され、第２出口流路４２は、第２冷却治具４０のｚ軸方向の他端面４７に形成されている。
第２支柱６０１〜６０６は、第１ワーク５１の側面５１３、第２ワーク５２の側面５２３および第２ワーク５２の背面５２１に沿う第２冷却流路６０内である第２背面冷却部６４に形成されている。

図５に示すように、第２支柱６０１〜６０６は、第１支柱２０１〜２０６と同様に、ｙ軸方向と同一方向に向いて等間隔に配置されている。また、第２支柱６０１〜６０６は、第１支柱２０１〜２０６と同様の形状に形成され、第２冷却流路６０の基準内壁４３および対向内壁４３１の両端で支持される両端固定梁である。

クランプ部７０は、クランプスプリング７１の一端７１１が第１冷却治具１０の内側面１４に接合され、他端７１２が第２冷却治具４０の外側面４４に接合されている。クランプスプリング７１のバネ力によって、溶接面５１５、５２５同士を当接させる方向であるクランプ荷重方向に対して荷重を負荷可能に形成されている。クランプ部７０は、第１冷却治具１０および第２冷却治具４０に荷重が付加されることによって、溶接面５１５、５２５が当接可能になる。

クランプ部７０によって、第２冷却治具４０はｙ軸方向に往復移動可能である。クランプスプリング７１のバネ力が第２冷却治具４０を付勢し、押し当てることによって第２冷却治具４０が背面５２１と当接し第２ワーク５２を支持している。また同時に、第１冷却治具１０が背面５１１と当接し第１ワーク５１を支持している。

溶接機９０および冷却器１の作用について説明する。
クランプ部７０によって、ｙ軸方向に荷重をかけ第１ワーク５１および第２ワーク５２を支持する。溶接電源９２が溶接電極９１と支持された第１ワーク５１および第２ワーク５２との間に電圧を印加する。電圧が印加され電流が流れるとき、溶接電極９１、第１ワーク５１および第２ワーク５２の間にアークが発生する。発生したアークによって生じる熱エネルギーによって第１ワーク５１および第２ワーク５２が溶融する。溶融した第１ワーク５１および第２ワーク５２が互いに一体となり、冷却凝固して接合し溶接される。

第１ワーク５１および第２ワーク５２が溶接されるとき、第１冷却治具１０および第２冷却治具４０が溶接するときの溶接熱を吸収する。溶接熱を吸収することで、溶接された第１ワーク５１および第２ワーク５２の溶接割れを防止し、溶接変形を抑制する。また、第１冷却流路２０および第２冷却流路６０が溶接熱を効率よく吸収することができるため、溶接割れ防止および溶接変形抑制効果が高まる。

（効果）
従来では、溶接割れを防止するおよび溶接変形を抑制する効果を高めるため、冷却器に冷却治具を装着することは、第１ワーク５１および第２ワーク５２を溶接するときスペースが狭いため困難であった。このため、冷却器に冷却治具を装着するには、冷却治具を小型にする必要がある。しかしながら、冷却治具を小型にする場合、作業効率を高めるため、クランプ機構を設けるとき、冷却器の強度が確保されず、冷却器が破損する虞があった。

（１）そこで、本実施形態では、第１冷却流路２０が第１支柱２０１〜２０６を含み、第２冷却流路６０が第２支柱６０１〜６０６を含む。このような構成することによって、第１支柱２０１〜２０６および第２支柱６０１〜６０６が支持材となり、第１冷却流路２０および第２冷却流路６０の強度が向上し、冷却器１の強度が向上する。このため、冷却器１の破損を防ぎ、冷却器１を小型化可能になる。
（２）また、本実施形態では第１支柱２０１〜２０６および第２支柱６０１〜６０６がクランプ荷重方向と同一のｙ軸方向に向いているため、クランプ荷重方向の強度が向上し、より小型化可能になる。

第２、第３実施形態の構成では、第１支柱および第２支柱の形態を除き、第１実施形態の構成と同様である。
（第２実施形態）
図６、７に示すように、第１支柱２１１〜２１６は、ｙ軸方向と同一方向に向いて、等間隔に配置されており、円柱状に形成されている。第２支柱は、図示はしないが、第１支柱２１１〜２１６と同様に形成されている。第２実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
図８に示すように、第１支柱２２１〜２２６は、第２実施形態と同様に配置され、四角柱状に形成されている。第２支柱は、第１支柱２２１〜２２６と同様に形成されている。また、第１支柱および第２支柱は、多角柱状にしてもよい。第３実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第４実施形態）
第４実施形態の構成では、第１背面冷却部および第２背面冷却部の形態を除き、第１実施形態の構成と同様である。
図９に示すように、第１背面冷却部２５は、冷却水が流れる流動方向に沿って流路径が縮小する。第１ワーク５１側の第１背面冷却部２５の内壁２５１が背面５１１と平行になるように形成されている。また、第１ワーク５１および第２ワーク５２の反対側に位置し、内壁２５１に対向する対向内壁２５２は、冷却水が流れる方向に対して傾斜するように形成され、流路径が縮小する。

入口側の流路径をＤ１とし、出口側の流路径をＤ２とする。第１背面冷却部２５は、流路径Ｄ１が流路径Ｄ２より大きくなる、すなわち、Ｄ１＞Ｄ２となるように形成されている。また、対向内壁２５２と内壁２５１の平行線Ｈとのなす角度をθとし、角度θは、０＜θ＜９０の関係となるように形成される。角度θは任意に設定される。
第２冷却部は、第１背面冷却部２５と同様に形成されている。第４実施形態において、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第４実施形態では、流路径が縮小されるため、冷却水の流速が向上し、冷却効果が向上する。

（その他の実施形態）
（ア）図１０に示すように、冷却器２のクランプ部１７０は、クランプスプリング１７１の付勢力によって、第１ワーク５１および第２ワーク５２を第１冷却治具１２０の内側面１２１および第２冷却治具１４０の内側面１４１によって挟むことによって支持してもよい。第１実施形態と同様の効果を奏する。

（イ）第１支柱は、第１入口流路から第１出口流路にかけて第１冷却流路に配置してもよい。また、第２支柱は、第２入口流路から第２出口流路にかけて第２冷却流路に配置してもよい。第１実施形態と同様の効果を奏する。
（ウ）冷却媒体として、冷却オイルまたは冷却ガスを用いてもよい。
（エ）本発明の冷却器は、アーク溶接に限定されず、高エネルギービーム溶接または抵抗溶接に用いてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

５１・・・第１ワーク、
５２・・・第２ワーク、
９０・・・溶接機、
５１１・・・（第１ワークの）背面、
５２１・・・（第２ワークの）背面、
５１５・・・（第１ワークの）溶接面、
５２５・・・（第２ワークの）溶接面、
１０・・・第１冷却治具、
２０・・・第１冷却流路、
２０１〜２０６・・・第１支柱、
２４・・・第１背面冷却部、
４０・・・第２冷却治具、
６０・・・第２冷却流路、
６０１〜６０６・・・第２支柱、
６４・・・第２背面冷却部、
７０・・・クランプ部。

Claims

熱エネルギーにより第１ワーク（５１）および第２ワーク（５２）を溶融状態にして接合する溶接機（９０）に用いられる冷却器（１）であって、
前記第１ワークおよび前記第２ワークが接合される面を溶接面（５１５、５２５）とし、
前記溶接面の反対側の面を背面（５１１、５２１）とすると、
前記第１ワークの背面（５１１）を支持し、且つ、冷却媒体が流動可能であり、前記第１ワークの背面に沿う流路である第１背面冷却部（２４）を含む第１冷却流路（２０）を内部に有する第１冷却治具（１０）と、
前記第２ワークの背面（５２１）を支持し、且つ、冷却媒体が流動可能であり、前記第２ワークの背面に沿う流路である第２背面冷却部（６４）を含む第２冷却流路（６０）を内部に有する第２冷却治具（４０）と、
前記溶接面同士を当接させる方向であるクランプ荷重方向に前記第１冷却治具および第２冷却治具を付勢する荷重を付加するクランプ部（７０）と、
を備え、
前記第１冷却流路は、少なくとも前記第１背面冷却部に、前記第１冷却流路の基準内壁（２３）および対向内壁（２３１）の間を支える複数の第１支柱（２０１〜２０６）が設けられ、
前記第２冷却流路は、少なくとも前記第２背面冷却部に、前記第２冷却流路の基準内壁（４３）および対向内壁（４３１）の間を支える複数の第２支柱（６０１〜６０６）が設けられている冷却器。
複数の前記第１支柱および前記第２支柱は、前記クランプ荷重方向と同一方向に向いて設けられている請求項１に記載の冷却器。
複数の前記第１支柱および前記第２支柱は、板状で、中央がくびれた形状である請求項１または２に記載の冷却器。
複数の前記第１支柱および前記第２支柱は、円柱状である請求項１または２に記載の冷却器。
複数の前記第１支柱および前記第２支柱は、多角柱状である請求項１または２に記載の冷却器。
前記第１背面冷却部および前記第２背面冷却部は、前記冷却媒体の流動方向に対して、前記第１ワークおよび前記第２ワークの反対側に位置する内壁（２５２）が、流路径が小さくなるように傾斜する請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却器。