JP6628270B1 - 無機絶縁ケーブル及びその溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属シース上に固定用部品を溶接する際の溶接不良を抑制した無機絶縁ケーブル及びその溶接方法を提供する。【解決手段】導線である芯線と前記芯線を被覆する金属シースとの間に無機物の絶縁材を充填した無機絶縁ケーブルであって、前記シースの外周を囲むように溶接された固定用部品を有し、前記固定用部品は、前記シースとの境目にファイバーレーザビームが照射されることにより、溶接部が前記シースとの接触面のギャップに沿って軸方向に進むように且つ前記シースの厚さに達しないように、前記シースに合わせ面溶接された、ことを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、金属シース上に固定用部品を溶接した無機絶縁ケーブル及びその溶接方法に関する。
無機絶縁（ＭＩ）ケーブルは、銅などの導線（芯線）を、ステンレス鋼やニッケル合金などの金属シースで覆い、導線と金属シースの間に酸化マグネシウム等の無機物（絶縁材）を充填して絶縁されたケーブルである。無機絶縁ケーブルは、高温など過酷な環境に強く、信号ケーブルやシース熱電対などに使用される。無機絶縁ケーブルには、装置等に取り付けるための固定用部品（スリーブ・取付ねじ・フランジ・ボス）が溶接により取り付けられる。
無機絶縁ケーブルと固定用部品との溶接としては、例えば、無機絶縁ケーブルの側周面と固定用部品の上端面とが接合する角をプラズマやレーザで加熱してすみ肉溶接する方法がある。無機絶縁ケーブルの金属シースは薄く、シースの上に被せた固定用部品との溶接において、溶接条件を一定にしても溶接の溶け込み状態を常に同じにするのは難しく問題があった。
例えばプラズマ溶接ですみ肉溶接した場合、シールドガス（プラズマガス）等の条件により、溶接金属内に外気が巻き込まれ、ガスが凝固中に大気中に放出されず、閉じ込められて生じるブローホールの発生や溶け込み量が浅いと未溶融部が生じ溶込み不良による欠陥となるおそれがある。また、ＹＡＧレーザ溶接ですみ肉溶接した場合、プラズマ溶接より溶接幅が狭くなるので、溶接部の脚長やのど厚を大きくするためビーム出力を上げる必要があり、溶接割れを起こすおそれがある。
特許文献１に記載されているように、シースの溶け込み深さのバラツキによる溶接不良の発生を防止した無機絶縁ケーブルのコネクタ溶接法の発明も開示されている。また、特許文献２に記載されているように、溶接部品の細径化や温度センサの小型化に対応でき、かつ信頼性の高い温度センサ及びその製造方法の発明も開示されている。
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では、コネクタ端部にレーザビームを傾斜させて照射することで、溶接不良を防止しているが、溶接部が無機絶縁ケーブルの軸線方向に対して傾斜しており、深い位置まで溶接しようとすると溶け込み幅がシース厚に到達し、シース内圧により溶接部が吹き破られてブローホール等の溶接不良が発生する可能性がある。
そこで、本発明は、金属シース上に固定用部品を溶接する際の溶接不良を抑制した無機絶縁ケーブル及びその溶接方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、導線である芯線と前記芯線を被覆する金属シースとの間に無機物の絶縁材を充填した無機絶縁ケーブルであって、前記シースの外周を囲むように溶接された固定用部品を有し、前記固定用部品は、前記シースとの境目にファイバーレーザビームが垂直に照射されることにより、溶接部が前記シースとの接触面のギャップに沿って軸方向に前記シースの厚さの４倍の深さまで進むように且つ前記シースの厚さに達しないように、前記シースに合わせ面溶接された、ことを特徴とする。
さらに、本発明は、導線である芯線と前記芯線を被覆する金属シースとの間に無機物の絶縁材を充填した無機絶縁ケーブルに前記シースの外周を囲むように固定用部品を溶接する方法であって、前記固定用部品を被せた前記シースを垂立させ、前記固定用部品と前記シースの境目にファイバーレーザビームを垂直に照射し、前記シースの軸方向に溶接部を進めて前記溶接部が前記シースの厚さの４倍の深さに到達するように且つ前記シースの厚さに到達しないように合わせ面溶接する、ことを特徴とする。
また、前記無機絶縁ケーブルの溶接方法において、前記シースを回転させることで、前記アダプタと前記シースの境目に沿ってファイバーレーザビームを照射する、ことを特徴とする。
本発明によれば、無機絶縁ケーブルの金属シース上に固定用部品を溶接する際の溶接不良を抑制することができる。ファイバーレーザ溶接で金属シースと固定用部品の接触面の微小なギャップを溶かし込むように合わせ面溶接をすることで、溶接部が垂直に形成され、溶接範囲がシース厚の４倍程度の深さまで溶け込むので溶け込み不良の懸念がない。
また、溶接部が無機絶縁ケーブルの軸線方向と平行に形成されるので、溶け込み幅がシース厚に到達することがなく、金属シースを貫通する等の溶接不良の発生も抑えられる。ファイバーレーザ溶接は、ビームのスポット径がＹＡＧレーザ溶接等より小さいことから、入熱も少なく、溶接割れを起こし難い。また、溶け込みが深いので溶接強度も高い。
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
まず、本発明である無機絶縁ケーブルの溶接方法によって固定用部品を溶接した無機絶縁ケーブルについて説明する。図１は、無機絶縁ケーブルの（ａ）平面図及び（ｂ）正面図である。図２は、無機絶縁ケーブルを溶接するための溶接装置を示す図である。
図１に示すように、無機絶縁ケーブル１００は、銅などの導線である芯線２００と、芯線２００を被覆するステンレス鋼やニッケル合金などの金属製のシース３００との間に、酸化マグネシウム等の無機物からなる絶縁材４００を充填した、信号ケーブルやシース熱電対などに使用されるケーブルである。
無機絶縁ケーブル１００は、装置等に取付け固定するために、シース３００の外周を囲むように固定用部品５００が全周溶接される。固定用部品５００は、ステンレス鋼やニッケル合金などの金属製の部品であり、シース３００が貫通する孔が空いた形状である。また、固定用部品５００は、外周にねじが切ってあるものやフランジのようなものであっても良い。
シース３００の外周面と、固定用部品５００の内周面とが、僅かなギャップ５２０を介して接触しており、シース３００とアダプタ５００の接触面の端（境目）からギャップ５２０に沿って進行するように溶接部５１０が形成される。ギャップ５２０は、シース３００が固定用部品５００内をスライド移動可能な最小のギャップ寸法にする。
溶接部５１０は、シース３００の外周面と、固定用部品５００の内周面とが、それぞれ熱などで溶融されることで、接触面が一体的に接合した部分である。溶接部５１０は、シース３００を突き破るとシース３００の内圧により吹き破られてブローホール等の溶接不良が発生するので、幅がシース３００の厚さに達しないように、境目から接触面に沿って細く真っ直ぐに奥に向かって深く形成される。
図２に示すように、無機絶縁ケーブル１００の溶接装置６００は、シース３００を垂立させるための作業台であるステージ６１０、シース３００を垂立させた状態で固定するチャック６２０、シース３００と固定用部品５００を溶接するためのファイバーレーザビーム６４０を照射する溶接ヘッド６３０等を有し、ファイバーレーザビーム６４０で合わせ面溶接をするための装置である。
ファイバーレーザビーム６４０は、希土類元素を添加した光ファイバーをレーザ媒質として利用する形式のレーザビームである。ファイバーレーザビーム６４０は、ビームのスポット径が小さく、入熱量が少ないので溶接割れの発生が抑えられる。
まず、固定用部品５００を被せたシース３００を、軸方向を垂直にしてステージ６１０にセットし、固定用部品５００をチャック６２０で挟み込んで固定する。
溶接ヘッド６３０をステージ６１０の上方に配置し、シース３００と固定用部品５００の境目を狙ってファイバーレーザビーム６４０を照射する。溶接ヘッド６３０の角度は０〜３０°の間で設定し、できるだけ境目に対して垂直に当てて、溶接部６１０の溶け込みが過度に斜め方向にならないようにする。
溶接時はステージ６１０を３０〜６０ｍｍ／ｓｅｃの速さで軸を中心に回転させることで、環状の境目に沿ってファイバーレーザビーム６４０を照射すれば良い。また、ファイバーレーザビーム６４０の出力を１００〜５００Ｗの範囲で溶け込み量を調整しながら、ギャップ５２０に沿って奥まで垂直（軸方向）に溶かし込めば良い。溶接範囲の幅はシース厚に達しないように狭く、垂直方向の深さはシース厚の４倍程度まで長くなる。
図３は、（ａ）ファイバーレーザ溶接で合わせ面溶接をした溶接部、（ｂ）プラズマ溶接ですみ肉溶接をした溶接部、（ｃ）ＹＡＧレーザ溶接でレーザビームを斜めに照射して溶接した溶接部を比較した図である。図４は、ファイバーレーザ溶接で合わせ面溶接をした溶接部の断面を示す写真である。
図３（ａ）及び図４に示すように、ファイバーレーザビーム６４０でシース３００と固定用部品５００の接触面を合わせ面溶接した場合、シース３００の側周面３１０と、固定用部品５００の上端面５３０との境目にファイバーレーザビーム６４０が垂直に照射され、溶接部５１０がキャップ５２０に沿って垂直に奥まで形成される。
図３（ｂ）に示すように、プラズマ溶接でシース３００の側周面３１０と固定用部品５００の上端面５３０とをすみ肉溶接した場合、溶接部５１０ａが角まで到達せず、境目からギャップ５２０が埋まらない溶接不良５４０ａが発生するおそれがある。
図３（ｃ）に示すように、ＹＡＧレーザ溶接でレーザビームを斜めから照射してすみ肉溶接した場合、溶接部５１０ｂがシース３００の厚さに到達してシース３００を突き破る溶接不良５４０ｂが発生するおそれがある。また、ＹＡＧレーザ溶接の場合、溶接部５１０ｂの脚長及びのど厚を大きくするためにビーム出力を上げると溶接割れを起こすおそれもある。
本発明によれば、無機絶縁ケーブルの金属シース上に固定用部品を溶接する際の溶接不良を抑制することができる。ファイバーレーザ溶接で金属シースと固定用部品の接触面の微小なギャップを溶かし込むように合わせ面溶接をすることで、溶接部が垂直に形成され、溶接範囲がシース厚の４倍程度の深さまで溶け込むので溶け込み不良の懸念がない。
また、溶接部が無機絶縁ケーブルの軸線方向と平行に形成されるので、溶け込み幅がシース厚に到達することがなく、金属シースを貫通する等の溶接不良の発生も抑えられる。ファイバーレーザ溶接は、ビームのスポット径がＹＡＧレーザ溶接等より小さいことから、入熱も少なく、溶接割れを起こし難い。また、溶け込みが深いので溶接強度も高い。
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。
１００：無機絶縁ケーブル
２００：芯線
３００：シース
３１０：側周面
４００：絶縁材
５００：固定用部品
５１０：溶接部
５２０：ギャップ
５３０：上端面
５４０：溶接不良
６００：溶接装置
６１０：ステージ
６２０：チャック
６３０：溶接ヘッド
６４０：ファイバーレーザビーム
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６３０：溶接ヘッド
６４０：ファイバーレーザビーム
Claims (3)
- 導線である芯線と前記芯線を被覆する金属シースとの間に無機物の絶縁材を充填した無機絶縁ケーブルであって、
前記シースの外周を囲むように溶接された固定用部品を有し、
前記固定用部品は、前記シースとの境目にファイバーレーザビームが垂直に照射されることにより、溶接部が前記シースとの接触面のギャップに沿って軸方向に前記シースの厚さの４倍の深さまで進むように且つ前記シースの厚さに達しないように、前記シースに合わせ面溶接された、
ことを特徴とする無機絶縁ケーブル。 - 導線である芯線と前記芯線を被覆する金属シースとの間に無機物の絶縁材を充填した無機絶縁ケーブルに前記シースの外周を囲むように固定用部品を溶接する方法であって、
前記固定用部品を被せた前記シースを垂立させ、
前記固定用部品と前記シースの境目にファイバーレーザビームを垂直に照射し、
前記シースの軸方向に溶接部を進めて前記溶接部が前記シースの厚さの４倍の深さに到達するように且つ前記シースの厚さに到達しないように合わせ面溶接する、
ことを特徴とする無機絶縁ケーブルの溶接方法。 - 前記シースを回転させることで、前記固定用部品と前記シースの境目に沿ってファイバーレーザビームを照射する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無機絶縁ケーブルの溶接方法。
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| JP2019135088A JP6628270B1 (ja) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 無機絶縁ケーブル及びその溶接方法 |
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