JPH064197B2 - 電子ビームの溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子ビームを溶接開始位置まで早送りして移
動させ、溶接を開始する電子ビームの溶接方法に関す
る。

［従来の技術］ 従来より、信頼性の高い溶接を行う方法として、電子ビ
ームによる溶接が行われており、例えば、ワイヤドット
方式の印字ヘッドにおいても、この溶接方法を用いるこ
とがこの発明の発明者によって試みられてきた。この印
字ヘッドは、第８図に示すように、複数の印字ワイヤ１
の一端がそれぞれ固着された複数の直方体状のアーマチ
ュア２を備え、この複数のアーマチュア２が、板ばね３
に電子ビームによる溶接によって放射状に固定されてい
る。また、溶接箇所は、１個のアーマチュア２に対して
２箇所で行われており、放射状に配置された直方体状の
アーマチュア２の長手方向に沿って、溶接が行われてい
る。

この電子ビームによる溶接は、第７図に示すような電子
ビーム溶接装置で行われ、電子銃４から照射される電子
ビーム５を、電子ビーム５の周りに配設された４個の電
磁コイル６の励磁によりその照射方向を偏向し、電磁コ
イル６の励磁電流を制御して、照射位置を制御すると共
に、早送り速度と溶接速度とを制御している。

前記アーマチュア２と板ばね３との溶接を行う際の電子
ビーム５の照射位置の軌跡は、第８図に示すように、例
えば、前の位置の溶接を終了すると次の位置の溶接開始
位置７まで、一点鎖線の矢印Ｘで示す軌跡上を早送りさ
れる。次に、溶接開始位置７からは、太い実線で示す矢
印Ｙで示す軌跡上を溶接速度で溶接終了位置８まで移動
される。続いて、この溶接終了位置８から次の溶接開始
位置７まで、再び一点鎖線の矢印Ｘで示す軌跡上を早送
りされる。こうして、内側の円上にある溶接箇所が溶接
され、同様にして外側の円上の溶接位置についても、同
様の動作が繰り返されて、複数のアーマチュア２と板ば
ね３とが溶接されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、こうした従来の電子ビームの溶接方法で
は、矢印Ｘの軌跡上を早送りさせて、溶接開始位置７ま
で電子ビーム５の照射位置を移動させて、溶接を開始し
ている。この溶接開始位置７では、この位置座標に応じ
た励磁電流が電磁コイル６に通電されているが、電子ビ
ーム５は、溶接開始位置７でその方向を転換すると共
に、速度を早送りから溶接速度に変更する。このため、
早送りされた電子ビーム５は、溶接開始位置７で矢印Ｘ
の延長方向にオーバシュートしてしまう。この矢印Ｘ方
向にオーバシュートした電子ビーム５によって板ばね３
が溶融されて、溶接箇所（ビード）からはみ出して、溝
９が生じ溶接箇所の輪郭を崩していた。前記アーマチュ
ア２が繰り返し揺動して、繰り返し荷重が、この板ばね
３の溶接箇所に加わるが、特に外側の円上の溶接位置
は、後述するトーションバー及び曲げ板ばね部の付近に
あるため、大きな曲げ力やねじり力が作用し、最悪の場
合には、この溝９の一種の切欠きによる応力集中等によ
り、板ばね３が破損してしまう恐れがあり、溶接箇所の
信頼性が損なわれる場合があるという問題があった。

そこで本発明は上記の課題を解決することを目的とし、
溶接開始位置でオーバシュートによる溶接箇所の輪郭の
崩れの発生を防止して溶接の信頼性を向上させた電子ビ
ームの溶接方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は課題を解決するため
に次の方法を取った。即ち、 電子ビームを電磁コイルの励磁によりその照射方向を偏
向し、溶接開始位置まで早送りにより照射位置を移動す
る電子ビームの溶接方法において、 前記電子ビームを早送りして溶接開始位置に移動すると
きに、溶接開始位置の手前から溶接方向と同方向に前記
照射位置を移動することを特徴とする電子ビームの溶接
方法がそれである。

［作用］ 前記電子ビームの溶接方法は、照射位置を溶接開始位置
の手前から溶接方向と同方向に早送りし、溶接開始位置
から溶接方向に溶接速度で電子ビームを移動する。よっ
て、早送りにより生じるオーバシュートは、溶接開始位
置から溶接箇所内に向かって生じるので、オーバシュー
トによって生じた溝は、溶接によって再度溶融されてし
まい、オーバシュートによる溝によって溶接箇所の輪郭
が崩されることはない。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施例では、本発明の電子ビームの溶接方法により溶
接を行って製造したドットプリンタヘッドを例として説
明する。まず第２図ないし第４図に示すように、ヘッド
本体１１は磁性体よりなり、円柱状の凹部１２を有し、
その底壁及び円筒状外周壁によりリアヨーク１３を構成
している。この凹部１２の開口側には、４角形のフラン
ジ部１４が径方向に延出されている。また、前記凹部１
２内には、ヘッド本体１１より一体的に等間隔をおいて
突出された複数のコア１５が設けられており、このコア
１５には、コイルボビン１６を介してコイル１７が巻回
されている。

前記フランジ部１４には、その外形とほぼ等しい板状の
永久磁石１８が重ね合わされている。この永久磁石１８
は、左右対称形状をなす一対の分割片１９，２０によっ
て構成されている。この分割片１９，２０は、突き合わ
された状態でフランジ部１４に重ねられており、この状
態で凹部１２の内径と同じ形の開口２１が形成されてい
る。

また、永久磁石１８の上に、磁性材からなるスペーサ２
３を介してフロントヨーク２４が積層されており、この
フロントヨーク２４には、前記コア１５に対向する位置
に同数のスリット２５が形成されている。前記スペーサ
２３、フロントヨーク２４の外形は、永久磁石１８と同
一の４角形をなしている。また、フロントヨーク２４と
スペーサ２３との間には、各コア１５の端面にまだかる
一枚の摩耗防止用フィルム２２が配設されている。この
フィルム２２は耐熱性及び耐摩耗性を備えたポリアミド
にて構成されている。

前記フロントヨーク２４上には、第４図に示すように
（第３図では省略している。）、弾性を有する材料、例
えばマルエージング鋼からなる板ばね２６がスペーサ２
８と共に積層されている。この板ばね２６には、磁性材
よりなる、例えば珪素鋼板からなる複数のアーマチュア
３０が、後述する溶接方法によって固着されている。各
アーマチュア３０は、前記スリット２５内に収納されて
配置されており、かつアーマチュア３０の先端にはヘッ
ド本体１１の中央部において収束された状態で、プラテ
ン３１に向かって延びる印字ワイヤ３２がその基端にて
固定されている。

前記スペーサ２８に重ねられてノーズ部材３３が設けら
れており、ノーズ部材３３は、各アーマチュア３０を覆
う平板部３４と、前方へ突出した筒状のガイド部３５と
が形成されている。この平板部３４によってスペーサ２
８に当接しており、ガイド部３５には、前記各印字ワイ
ヤ３２が移動可能に挿入されている。

次に、前記板ばね２６の構造について詳細に説明する。
前記板ばね２６は、その外周に周縁部４０を備え、この
周縁部４０の内縁からその中心に向かって放射状に延び
た複数の基部４１が形成されている。この各基部４１か
ら、各アーマチュア３０の揺動中心となるトーションバ
ー４２がアーマチュア３０の長手方向と直交する方向に
延出されて、その先端が放射状に設けられた連結部４３
の両側にそれぞれ接続されている。このトーションバー
４２が接続された近傍の連結部４３の両側から、更に一
対の曲げ板ばね部４４が延出されており、この曲げ板ば
ね部４４の先端はコア１５の配列円と同心円状をなす連
結リング４５に接続されている。この連結部４３は、前
記コア１５の位置に対応して、コア１５の数だけ設けら
れており、各連結部４３には、前記アーマチュア３０が
後述する溶接方法によって、２箇所の溶接箇所４６，４
７で溶接されて固定されている。この溶接箇所４６，４
７は、アーマチュア３０の幅方向では十分な長さが取れ
ないために、アーマチュア３０の長手方向に沿って、所
定の長さの溶接ビードが形成されるようになされてい
る。尚、ノーズ部材３３の平板部３４には、この溶接箇
所４６，４７の位置に対応した位置に透孔４８が設けら
れている。

また、スペーサ２８には、この連結部４３に対応する位
置に、複数の連結部４３より大きな連通孔４９が穿設さ
れており、連結腕５０により周縁部５１と、前記板ばね
２６の連結リング４５と同心円状をなす連結リング５２
とが連結されている。そして、連結腕５０とフロントヨ
ーク２４とによって、板ばね２６の基部４１が挟持され
ると共に、連結リング５２とフロントヨーク２４とによ
って板ばね２６の連結リング４５が挟持されている。更
に、ノーズ部材３３の平板部３４とフロントヨーク２４
とによって更に両連結リング４５，５２が挟持されてい
る。

一方、前記永久磁石１８、スペーサ２３、フィルム２
２、フロントヨーク２４、板ばね２６、スペーサ２８及
びノーズ部材３３にそれぞれ２個ずつ穿設された位置決
め孔６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６に、リ
アヨーク１３に植設された２個の位置決めピン６７が嵌
合されて、各部材が位置決めされ、前記各部材が前述し
た所定の順序で重ね合わされている。

また、前記ノーズ部材３３の前面には、ばね部材よりな
る連結部材７１がその中央リング状部７２にて装着され
て、その外周にはほぼ直角状に折り曲げられた４個の突
片７３が等間隔において放射状に突出形成されている。
各突片７３の基端部両側にはノーズ部材３３の平板部３
４前面に当接する一対の弾性片７４が一体に折り曲げ形
成されると共に、各突片７３の先端には、前記リアヨー
ク１３の後面に形成した係止凹部７５に係合可能な一対
の係止片７６が一体に折り曲げ形成されている。

次に、前述したドットプリンタヘッドの作用について説
明する。

まず、各コイル１７に通電されていない状態では、第２
図の二点鎖線で示すように、永久磁石１８により、フロ
ントヨーク２４、アーマチュア３０、コア１５及びリア
ヨーク１３を通る磁路が形成され、それにより、各アー
マチュア３０がトーションバー４２を中心として揺動し
てコア１５の前端面全体に吸着されて、各印字ワイヤ３
２が後方の休止位置に配置される。これにともなって、
各トーションバー４２にねじりによる歪エネルギが蓄積
されると共に、各曲げ板ばね部４４に曲げによる歪エネ
ルギが蓄積される。

この状態で、いずれかのコイル１７に選択的に通電し
て、前記磁路の磁力を打ち消すようにコア１５が一時的
に励磁されると、トーションバー４２、曲げ板ばね部４
４の歪エネルギにより、トーションバー４２を中心とし
てアーマチュア３０が印字位置まで揺動された後、永久
磁石１８の磁力に基づいて復帰揺動されて休止位置に保
持される。このアーマチュア３０の往復揺動に伴う印字
ワイヤ３２の往復移動により、ドットプリンタヘッドと
プラテン３１との間の印字リボンを介してプラテン３１
上の印字用紙（いずれも図示しない）にドットが形成さ
れる。

このドットの集合により印字用紙には、文字や記号等が
描かれ、１文字が描かれると、印字ヘッドがプラテン３
１に沿って平行移動されて、再び前述した動作が繰り返
されて次の文字や記号等が描かれ、印字用紙上に文章等
が書き込まれる。これらの動作は、高速で繰り返し行わ
れ、従って、アーマチュア３０の揺動運動も高速で、し
かも繰り返し行われる。よって、板ばね２６のトーショ
ンバー４２や曲げ板ばね部４４及びアーマチュア３０と
板ばね２６の連結部４３との溶接箇所には、繰り返し荷
重が大きな加速度をともなって加わることになる。

次に、前述したドットプリンタヘッドを例として、板ば
ね２６とアーマチュア３０との溶接において、本発明の
電子ビームの溶接方法を適用して生産する場合について
説明する。

まず、溶接に先立って、ノーズ部材３３にスペーサ２
８、板ばね２６及びフロントヨーク２４を対応した状態
で順次積層して平板部３４に重ね合わせる。この際、位
置決め治具（図示せず）によって、各部材が位置決めさ
れた状態で仮組付けされる。次に、予め印字ワイヤ３２
が固着されたアーマチュア３０を、フロントヨーク２４
の各スリット２５に挿入すると共に、印字ワイヤ３２を
ガイド部３５内に所定間隔を開けて挿入する。そして、
この状態で、治具等を使用して、アーマチュア３０と板
ばね２６とを密着させて固定する。

この状態で、ノーズ部材３３側から透孔４８を通して電
子ビームを照射して溶接を行う。電子ビームによる溶接
を用いるのは、電子ビームはエネルギの集中度が高く、
材料への熱影響を及ぼす範囲を少なくすることができ、
溶け込み深さが深く信頼性の高い溶接を行うことができ
るからである。これにより、溶接時の熱影響により、板
ばね２６のトーションバー４２や曲げ板ばね部４４のば
ね特性や、アーマチュア３０の透磁率への影響を最小限
に押さえることができる。

この電子ビームによる溶接は、第１図に示すような軌跡
で行われる。尚、第１図では、説明のためにノーズ部材
３３を取り除いた状態で示しており、本実施例において
は、電子ビームは、ノーズ部材３３の透孔４８を通っ
て、各溶接箇所４６，４７に照射される。

まず、第７図の電子ビーム溶接装置の電磁コイル６を励
磁する電流を制御して、電子ビーム５の照射位置を方向
転換位置７９に向けて電子ビーム５を早送りする。この
方向転換位置７９は、前述した溶接箇所４６，４７を通
る溶接箇所４６，４７の溶接ビード方向の延長上に位置
する点であり、内側の溶接箇所４６の溶接開始位置８０
の手前、即ち、より中心０に近い側である。次に、この
方向転換位置７９から電子ビームの照射位置を早送りし
て移動する座標位置を、溶接開始位置８０とする制御を
行う。これにより、電子ビームの照射位置は、一点鎖線
で示す矢印Ａ上を早送りされ、次に、方向転換して一点
鎖線で示す矢印Ｂ上を溶接開始位置８０まで移動する。

この溶接開始位置８０から溶接終了位置８１までは、溶
接終了位置８１の座標が指令されて、電子ビーム５は、
矢印Ｂ上からそのまま方向を変えることなく同方向に直
進して太い実線で示す矢印Ｃ上を、早送り速度から溶接
速度に速度を変更して移動し、溶接箇所４６での溶接が
行われる。また、第５図に示すように、矢印Ｂ上を早送
りして、溶接開始位置８０から溶接速度に変更する際
に、一旦溶接開始位置８０の座標で位置決めが行われる
ために、溶接開始位置８０でも矢印Ｆの如くオーバシュ
ートが生じ、このオーバシュートによって、板ばね２６
の表面が溶融されて溝が生じる。しかし、その後の溶接
開始位置８０から溶接終了位置８１までの溶接によっ
て、この溝は溶融されてしまい、溶接箇所４６には、溝
として残らない。

次に、溶接箇所４６の溶接を終了すると、外側の溶接箇
所４７の溶接開始位置８２の座標位置まで、早送りで移
動する指令がなされて、電子ビーム５の照射位置は、一
点鎖線で示す矢印Ｄ上を早送りで移動する。この溶接開
始位置８２から溶接終了位置８３までは、溶接終了位置
８３の座標が指令されて、電子ビーム５は、矢印Ｄ上か
らそのまま方向を変えることなく同方向に直進して太い
実線で示す矢印Ｅ上を、早送り速度から溶接速度に速度
を変更して移動し、溶接箇所４７での溶接が行われる。
また、この溶接開始位置８２でも、前述した第５図に示
す如く、オーバシュートによる溶融の溝が生じるが、そ
の後の溶接によって、板ばね２６の表面には溝が残らな
い。

次に、隣の内側の溶接箇所４６を溶接するために、溶接
終了位置８３から次の方向転換位置７９まで移動する指
令がなされて、電子ビーム５は、早送りで矢印Ａ上に移
動する。前述したこれらの動作が繰り返し実行されて、
複数のアーマチュア３０が板ばね２６に溶接されて固定
される。

尚、前述した実施例では、溶接開始位置８０，８２から
溶接終了位置８１，８３までは、電子ビーム５は直線上
をまっすぐ移動する軌跡としたが、第６図に示す如く、
溶接開始位置８０ａと溶接終了位置８１ａとが同じ位置
となる矢印Ｇの如く矩形の軌跡であってもよい。この場
合でも、溶接開始位置８０ａの手前の方向転換位置７９
から矢印Ｂ上を早送りで移動して、その方向を変えるこ
となく同方向に移動して、溶接開始位置８０ａから溶接
速度に変更して溶接を行えばよい。いずれの場合も、溶
接速度で電子ビームを走査する長さ（第５図では開始位
置８０から終了位置８１までの長さ、第６図では矩形の
軌跡の長手方向一辺の長さ）は、ノーズ部材３３の透孔
４８よりも短い。

また、前述した実施例では、板ばね２６とアーマチュア
３０とを溶接する場合について説明したが、これと同時
に、フロントヨーク２４、板ばね２６、スペーサ２８を
溶接する場合には、第９図に示すような軌跡で溶接を行
ってもよい。まず電子ビーム５を早送りして、一点鎖線
で示す矢印Ｆ上を、フロントヨーク２４、板ばね２６、
スペーサ２８の内側の溶接箇所８４の溶接開始位置８５
に照射位置を移動する。次に、太い実線で示す矢印Ｇ上
を溶接終了位置８６まで溶接速度で移動させて、溶接箇
所８４の溶接を行う。そして、溶接終了位置８６から前
記方向転換位置７９に向けて早送りする。その後、前述
したと同様にして、矢印Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ上を移動させ
て、溶接箇所４６，４７の溶接を行う。続いて、電子ビ
ーム５を早送りして、溶接終了位置８３から一点鎖線で
示す矢印Ｉ上を、外側の溶接箇所８７の溶接開始位置８
８に照射位置を移動する。次に、太い実線で示す矢印Ｊ
上を溶接終了位置８９まで溶接速度で移動させて、溶接
箇所８７の溶接を行う。続いて、溶接終了位置８９から
方向転換位置７９ａに向けて一点鎖線で示す矢印Ｋ上を
早送りして、方向転換位置７９ａで方向を転換して、前
述したと同様に、溶接箇所４６，４７で溶接を行う。溶
接箇所４７の溶接終了位置８３から溶接箇所８４の溶接
開始位置８５まで、一点鎖線で示す矢印Ｆ上を早送りで
移動して、前述した溶接を繰り返す。このように、板ば
ね２６とアーマチュア３０の溶接だけでなく、フロント
ヨーク２４、板ばね２６、スペーサ２８の溶接も同時に
行ってもよい。この際、溶接開始位置８５，８８におい
て、オーバシュートにより溝が生じて、溶接箇所８４，
８７の輪郭が崩される場合があるが、この溶接箇所８
４，８７には、大きな繰り返し荷重が加わらないので、
輪郭が崩されても実用上問題はない。

前述した如く本実施例の電子ビームの溶接方法による
と、電子ビームを早送りして溶接開始位置８０，８２に
移動するときに、溶接開始位置８０，８２の手前から溶
接方向（矢印Ｃ，Ｅ）と同方向（矢印Ｂ，Ｄ）に電子ビ
ームの照射位置を移動する。

従って、溶接開始位置８０，８２の近傍にオーバシュー
ト等による溶融で、溝が残ることがないので、溶接箇所
４６，４７の輪郭が崩されることがなく、溶接箇所４
６，４７に大きな加速度の繰り返し荷重が加わっても、
溝等の発生により輪郭が崩されたことに起因する、応力
集中等によるひびや亀裂を生じさせることがない。よっ
て、信頼性の高い溶接を行うことができる。

尚、前記方向転換位置７９で、電子ビーム５の方向転換
をする際に、早送り速度から溶接速度に速度が遅くなる
と共にオーバシュートが生じる。しかし、本実施例で
は、この方向転換位置７９は透孔４８の外のノーズ部材
３３上であるために、方向転換により、板ばね２６上に
電子ビーム５により溶融された溝が生じることはない
が、ノーズ部材３３がない場合であっても、方向転換位
置７９は溶接箇所４６から離れた位置であり、溶融によ
る溝ができても、板ばね２６の強度等には影響を及ぼさ
ない。尚、方向転換位置７９をスペーサ２８の連結リン
グ５２上に置くようにしてもよい。

また、本発明はこの様な実施例に何等限定されるもので
はなく、種々なる態様で実施し得る。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の電子ビームの溶接方法は、
溶接開始位置の手前から溶接方向と同方向に照射位置を
移動するので、溶接箇所にオーバシュート等の溶融によ
る溝が残ることがなく、溶接箇所の輪郭を崩すことがな
いので、輪郭が崩れたことに起因するひびや亀裂の発生
を防ぎ、信頼性の高い溶接を行うことができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての溶接方向と照射位置
の軌跡の説明図、第２図は本実施例の印字ヘッドの一部
を破断して示す側面図、第３図は本実施例の印字ヘッド
の分解斜視図、第４図は印字ヘッドの要部を示す部分分
解斜視図、第５図は本実施例のオーバシュートによる溶
融の説明図、第６図は他の実施例としての溶接軌跡の説
明図、第７図は電子ビーム溶接装置の概略構成図、第８
図は従来の溶接方向と照射位置の軌跡の説明図、第９図
は他の実施例としての他の溶接箇所をも溶接する場合の
溶接軌跡の説明図である。 ５…電子ビーム ５…電磁コイル ２６…板ばね ３０…アーマチュア ４６，４７…溶接箇所 ７，８０，８２，８５，８８…溶接開始位置 ８，８１，８３，８６，８９…溶接終了位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームを電磁コイルの励磁によりその
   照射方向を偏向し、溶接開始位置まで早送りにより照射
   位置を移動する電子ビームの溶接方法において、 前記電子ビームを早送りして溶接開始位置に移動すると
   きに、溶接開始位置の手前から溶接方向と同方向に前記
   照射位置を移動することを特徴とする電子ビームの溶接
   方法。