JPWO2018230637A1 - スパッタ飛散防止装置及び該スパッタ飛散防止装置を備えたフラッシュバット溶接機 - Google Patents

Abstract

飛散したスパッタの除去等の必要がなくメンテナンスを容易にできるスパッタ飛散防止装置及び該スパッタ飛散防止装置を備えたフラッシュバット溶接機を提供する。本発明に係るスパッタ飛散防止装置１は、溶接を行う際に生じるスパッタが周囲に飛散することを防止するための水膜を、前記溶接の行われる位置の近傍の空中に形成するよう構成されていることを特徴とするものである。また、溶接の行われる位置の側方における一方の側と、溶接の行われる位置の側方における前記一方の側に対向する側である他方の側とに水膜を形成するよう構成されていることを特徴とするものである。

Description

本発明は、フラッシュバット溶接によって発生するスパッタの飛散を防止するためのスパッタ飛散防止装置及び該スパッタ飛散防止装置を備えたフラッシュバット溶接機に関する。

フラッシュバット溶接は、二つの被溶接部材をそれぞれの電極で把持し、被溶接部材の端面同士を圧接させて電極間で大電流を流し、上記端面における発熱により被溶接部材を溶融させ、端面全体を溶接する。

かかるフラッシュバット溶接の際、被溶接部材の端面同士が当接する溶接部から放射状にスパッタが飛散する。このスパッタは作業環境を悪くするだけでなく、周囲の装置にも付着して定期的な清掃が必要となる等、種々の観点から飛散を防止することが求められる。
スパッタの飛散を防止する装置として、例えば特許文献１に開示された「フラッシュ溶接におけるスパッタ回収装置」がある。

特許文献１に開示のスパッタ回収装置は、「二つの被溶接部材をそれぞれ電極で把持し該被溶接部材の端面同士を当接してフラッシュ溶接する際に溶接部位から飛散するスパッタを回収する装置において、被溶接部材の当接方向を軸線として溶接部位を軸線方向及び半径方向に延びる内壁面で覆う保護カバーを設け、該保護カバーは上記軸線方向に延びる内壁面が被溶接部材から半径方向に所定間隔をもって上記軸線を中心とする円筒状内面として形成され、該保護カバーには上記円筒状内面へ接線方向に開口する水噴射口と排出口が設けられていることを特徴とする（特許文献１の請求項１参照）」ものである。

特開平９−９４６７５号公報

特許文献１のものは内面に水膜を形成した保護カバーによってスパッタの飛散を防止し、保護カバーの内面で捕獲したスパッタを水膜によって洗い流すというものである。
しかし、水膜によってスパッタを完全に洗い流すことはできないので、保護カバーに付着したスパッタの滓を除去しなければならず、掃除等のメンテナンスが必要となり、煩雑であるという問題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、飛散したスパッタの除去等の必要がなくメンテナンスを容易にできるスパッタ飛散防止装置及び該スパッタ飛散防止装置を備えたフラッシュバット溶接機を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るスパッタ飛散防止装置は、溶接を行う際に生じるスパッタが周囲に飛散することを防止するための水膜を、前記溶接の行われる位置の近傍の空中に形成するよう構成されていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記溶接の行われる位置の側方における一方の側と、前記溶接の行われる位置の側方における前記一方の側に対向する側である他方の側とに前記水膜を形成するよう構成されていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記溶接の行われる位置の側方を四方から囲むように前記水膜を形成するよう構成されていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（２）又は（３）に記載のものにおいて、それぞれが長尺形状の流出口を有する一対のノズル対を備え、
前記ノズル対は、前記一方の側に前記水膜を形成する第１ノズルと、前記他方の側に前記水膜を形成する第２ノズルとを備えていることを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記第１ノズルは、少なくとも前記溶接の行われる位置の上方と前記一方の側における側方とに前記水膜を形成するように、前記他方の側に配置されていることを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）又は（５）に記載のものにおいて、前記ノズル対を２つ備え、
該２つのノズル対の１つである第１のノズル対は、前記第１ノズルと前記第２ノズルとを備えるものであり、
前記２つのノズル対の残りの１つである第２のノズル対は、前記第１ノズルが形成する前記水膜と前記第２ノズルが形成する前記水膜との間の２つの隙間のうち、一方の隙間を覆うように前記水膜を形成する第３ノズルと、前記２つの隙間のうちの他方の隙間を覆うように前記水膜を形成する第４ノズルとを備えていることを特徴とするものである。

（７）また、上記（４）〜（６）のいずれかに記載のものにおいて、前記ノズル対に含まれるノズルの少なくとも１つが、
貯水部と、
一端が前記貯水部に直接接続され、他端に前記流出口を有し、前記一端から前記他端へと水を導く流水路を内部に有する整流ノズル部とを備え、
前記流水路は、所定の値以上の長さを有し且つ横断面形状が全長にわたって一定であることを特徴とするものである。

（８）本発明に係るフラッシュバット溶接機は、一対の被溶接材を接触させた状態で通電及び加圧することにより前記一対の被溶接材を溶接するものであって、
（１）〜（７）のいずれかに記載のスパッタ飛散防止装置を備えることを特徴とするものである。

（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記一対の被溶接材のそれぞれに接続されて前記通電を行う一対の電極が設けられ、搬送ラインに沿って搬送されている前記一対の被溶接材の動きに合わせて移動する移動台を更に備え、前記スパッタ飛散防止装置が前記移動台に設けられていることを特徴とするものである。

本発明のスパッタ飛散防止装置においては、溶接を行う際に生じるスパッタが周囲に飛散することを防止するための水膜を、前記溶接の行われる位置の近傍の空中に形成するよう構成したことにより、スパッタを水膜と共に下方に落下させて水路等から回収することができるため、従来例のようにスパッタの飛散を防止する保護カバー等に付着したスパッタを掃除する必要性が少なくなりメンテナンスが容易となる。

本発明の一実施の形態に係るスパッタ飛散防止装置の斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るスパッタ飛散防止装置を備えたフラッシュバット溶接機の模式図である。 図１に示したスパッタ飛散防止装置の正面図である。 図１に示したスパッタ飛散防止装置における図３の矢視Ａ−Ａ断面図である。

本実施の形態に係るスパッタ飛散防止装置１は、図１に示すように、一対の被溶接材３を接触させた状態で通電及び加圧することにより溶接するフラッシュバット溶接機５（図２参照）に設けられて、溶接を行う際に生じるスパッタが周囲に飛散することを防止するための水膜を、前記溶接の行われる位置（以下、溶接位置ともいう）の近傍の空中に形成するよう構成されているものである。
本発明における溶接の行われる位置の近傍とは、溶接の行われる位置からスパッタが飛散する距離以下の範囲内である必要がある。また、溶接の行われる位置の周辺に機械装置等の周辺装置が配置されている場合には、溶接の行われる位置と周辺装置との間に水膜を形成して周辺装置へのスパッタの付着を抑制するよう構成されていることが好ましい。
水膜は、スパッタを完全に遮断できる程度の十分な厚さを有していることが好ましい。しかし、水膜がそのような十分な厚さを有しておらずにスパッタを完全に遮断できなくとも、溶接の行われる位置の近傍の空中に水膜を形成することにより、一定程度、スパッタの飛散を防止する効果は得られる。

また、上記のスパッタ飛散防止装置１が設けられる本実施の形態のフラッシュバット溶接機５は、図２に示すように、搬送ラインに沿って矢印の方向に搬送されている一対の被溶接材３の動きに合わせて移動可能に設置された移動台１３と、一対の被溶接材３の一方をクランプする移動ヘッド７と、一対の被溶接材３の他方をクランプする固定ヘッド９とを有しており、移動ヘッド７と固定ヘッド９には一対の被溶接材３のそれぞれに接続されて通電を行う一対の電極１１、１２がそれぞれ設けられている。固定ヘッド９は移動台１３に対して固定されており、移動ヘッド７は固定ヘッド９に対して油圧シリンダ１０を介して相対移動が可能に設けられている。
溶接のための通電中、フラッシュバット溶接機５の移動台１３は被溶接材３の移動に合わせて同じ速度で移動する。これにより、被溶接材３は、搬送方向に連続的に搬送されながらフラッシュバット溶接機５によって溶接されて下工程へと送られる。
溶接が完了すると、移動台１３は被溶接材３の搬送方向とは逆方向に移動され、次の溶接まで待機位置で待機する。即ち、移動台１３は、一定範囲内を往復移動可能に設置されている。このフラッシュバット溶接機としては、例えば日本特許第４２８８５５２号に記載されているもの等が好適に用いられる。
本発明のスパッタ飛散防止装置１は、この移動台１３に取り付けられており、溶接のための通電中、一対の被溶接材３の接触位置（溶接が行われる位置）がスパッタ飛散防止装置１により形成される水膜により四方及び上方を囲まれることとなる。
従って、被溶接材３を搬送しながら連続的に溶接しつつ、溶接時に発生するスパッタの飛散を防止し、フラッシュバット溶接機５の移動ヘッド７や固定ヘッド９等の周辺装置へのスパッタの付着を抑制することができる。また、水膜により捕捉されたスパッタは、水膜の水と共に下方に落下して図示しない水路から回収することができるため、これによっても清掃の手間が軽減されることとなる。

次に、スパッタ飛散防止装置１の具体的構成について説明する。
スパッタ飛散防止装置１は、図１、図３、図４に示すように、被溶接材３の軸線に平行な方向の水膜を形成する第１のノズル対１７と、被溶接材３（ビレット）の軸線に直交する方向の水膜を形成する第２のノズル対１９とを備えている。
以下、第１のノズル対１７と、第２のノズル対１９について詳細に説明する。

＜第１のノズル対＞
第１のノズル対１７は、ビレットにおける溶接の行われる位置の一方の側（図４における図中右側）に水膜を形成する第１ノズル２１と、一方の側に対向する側である他方の側（図４における図中左側）に水膜を形成する第２ノズル２３とを備えている。
水膜は、少なくとも溶接位置の側方の一面に壁状に形成すれば、その方向におけるスパッタの飛散防止の効果が得られる。しかし、上記のように溶接位置に対して対向する両側である一方の側と他方の側とに溶接位置を挟むように水膜を形成することで、この両側においてスパッタの飛散を防止することができる。これは、フラッシュバット溶接を行う場合等の、スパッタの飛散量に異方性がある場合において、飛散量の多い方向に水膜を形成するのに有効である。
特に、フラッシュバット溶接の場合には、被溶接材同士の接触面に平行な方向にスパッタが多く飛散する傾向があり、この方向の両側に水膜を形成することで効率的にスパッタの飛散を防止することができる。

《第１ノズル》
第１ノズル２１は、他方の側において、第２ノズル２３の上方に配置され、第１ノズル２１の流出口２１ｂは、図４に示すように、斜め下方に向けられている。これにより第１ノズル２１は、溶接の行われる位置の上方と一方の側における側方とに水膜を形成できるように構成されている。そのため、第１ノズル２１によって形成される水膜は、図４の２点鎖線で示すように、溶接位置の上方を他方の側から一方の側に跨るように形成される。言い換えると、第１ノズル２１によって、溶接位置の上方を覆う天井部と溶接位置の一方の側の側方を覆う側壁部との双方を有する水膜が形成されることとなる。そのため、溶接位置の側方のみならず上方へのスパッタの飛散も防止できる。

第１ノズル２１は、水膜形成用の水を供給する配水管１５に接続される貯水部２１ａと、一端が貯水部２１ａに直接接続され、他端に流出口２１ｂを有し、前記一端から前記他端へと水を導く流水路を内部に有する整流ノズル部２１ｃとを備えている。
貯水部２１ａは、配水管１５によって供給された水を一時的に貯留する機能を有するものである。
整流ノズル部２１ｃにおける流水路は、所定の値以上の長さを有し且つ横断面形状が全長にわたって一定になるように設定されている。流水路の長さは、形成する水膜の厚さ（流水路の横断面における水膜厚さ方向寸法）によって所定値が設定され、水膜の厚さを厚くしたい場合には流水路の長さを長くする。具体的には、流水路の長さは少なくとも流水路の横断面における水膜厚さ方向寸法の４０倍以上とすることが好ましい。このように構成されたノズルを用いることによって、縮流による水膜の乱れが抑えられ、溶接位置の近傍に、より確実に所望の幅の水膜を形成することができる。長さの上限は特にないものの、あまり長いと装置の規模が大きくなり過ぎる問題がある。
また、水膜の厚さは１５ｍｍ以上に設定することが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上である。水膜を１５ｍｍよりも厚くすることでスパッタを捕捉する効果が十分得られることとなる。一方、水膜を厚くするほどスパッタの捕捉効果は大きくなるが、それに応じて流す水の量が多くなる。そのため、経済性の観点からは水膜の厚さは最大でも４０ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは３０ｍｍ以下である。
また、所望の厚さと幅を有する水膜を安定して形成するためには、水膜の流速を、水膜の厚さと幅等に応じて一定の範囲内に収める必要がある。流速が遅すぎると縮流によって水膜の幅が尻すぼみとなり、逆に速すぎると拡散してしまいスパッタを捕捉する効果が十分に得られなくなってしまう。例えば、水膜の厚さを２０ｍｍ程度、幅を６０ｍｍ程度とした場合には、水膜の流速を２．０ｍ／ｓ以上３．０ｍ／ｓ以下に設定することが好ましい。 尚、水膜の幅は流水路の形状（寸法）を変えることで任意に設定することができ、所望の値に設定すればよい。例えば、ビレットの端面同士を接続するためのフラッシュバット溶接機に本発明のスパッタ飛散防止装置を適用する場合には、５０〜１００ｍｍ程度に設定すればよい。

整流ノズル部２１ｃにおける流出口２１ｂは、長尺形状を有している。長尺形状とは、水膜を形成する方向、換言すれば水膜が拡がる方向（水膜の幅方向）が水膜の厚み方向に比べて長尺になった形状のことで、本実施の形態では、扁平な矩形断面形状である。もっとも、断面形状自体は、本実施の形態のような矩形断面形状に限定されるものではない。

《第２ノズル》
第２ノズル２３は、第１ノズル２１と同様に、貯水部２３ａと、流出口２３ｂを有する整流ノズル部２３ｃとを備えており、貯水部２３ａ及び整流ノズル部２３ｃの形状は第１ノズル２１と同様である。
ただ、第２ノズル２３は、図４に示すように、水膜を鉛直下方に向かって形成するため、整流ノズル部２３ｃの下部が鉛直下方に向けて屈曲している点が第１ノズル２１と相違している。

＜第２のノズル対＞
第２のノズル対１９は、被溶接材３の軸線に直交する方向の水膜を形成するものであり、図１、図３に示すように、被溶接材３の軸線方向に所定の間隔を離して配置された第３ノズル２５と第４ノズル２７によって構成されている。

本実施の形態では、図１、図４に示されるように、第１のノズル対１７を挟むようにして第３ノズル２５と第４ノズル２７が配置されている。第３ノズル２５と第４ノズル２７は、第１のノズル対１７における整流ノズル部２１ｃ、２３ｃの幅と略等しい距離だけ離隔されている。
第３ノズル２５と第４ノズル２７が上記のように配置されることで、第１ノズル２１が形成する水膜と第２ノズル２３が形成する水膜との間の２つの隙間、本実施の形態においては被溶接材３の搬送方向における前側と後側の隙間のうち、前側を第３ノズル２５による水膜が覆い、後側を第４ノズル２７による水膜が覆うようになっている。
即ち、本実施の形態では、第１のノズル対１７と第２のノズル対１９とで溶接位置の側方を四方から囲むように水膜を形成するよう構成されている。これにより、より確実に周囲へのスパッタの飛散を防止することができる。

《第３ノズル》
第３ノズル２５は、第１ノズル２１と同様に、貯水部２５ａと、流出口２５ｂを有する整流ノズル部２５ｃとを備えており、貯水部２５ａの形状は第１ノズル２１と同様である。
整流ノズル部２５ｃは、図４に示すように、貯水部２５ａに接続される側から先端に向かって拡幅する扇形のような形状をしている。整流ノズル部２５ｃの長さは、第１ノズル２１よりも短くなっている。また、整流ノズル部２５ｃの断面形状は、貯水部２５ａから先端に向かって幅方向に拡がる形状になっている。さらに、整流ノズル部２５ｃの先端の流出口２５ｂは湾曲した長尺形状になっている。

フラッシュバット溶接時に発生するスパッタは、大部分が被溶接材３の搬送方向に直交する方向に飛散し、被溶接材３の搬送方向に沿った方向には比較的少量のスパッタしか飛散しないため、水膜の厚みを比較的薄くしても大きな影響がない。そのため、第３ノズル２５の形状をこのような形状にすることで、水膜の厚みを薄くして水の量を少なくすると共に、水膜をできるだけ広げて第１ノズル２１が形成する水膜と第２ノズル２３が形成する水膜との間の隙間を十分に覆うことができるようにしている。

《第４ノズル》
第４ノズル２７は、第３ノズル２５と同じ形状の貯水部２７ａと流出口２７ｂを有する整流ノズル部２７ｃを備えている。

以上のように構成された本実施の形態のフラッシュバット溶接機５においては、搬送ラインに沿って搬送される一対の被溶接材３が移動ヘッド７と固定ヘッド９の電極１１、１２によってクランプされ、移動ヘッド７を固定ヘッド９側に移動すると共に通電して圧接することで溶接される。このとき、スパッタ飛散防止装置１が移動ヘッド７と共に移動する移動台１３に取り付けられているので、第１のノズル対１７と第２のノズル対１９が移動台１３の動きに合わせて、即ち溶接が行われる位置の移動に合わせて移動する。

溶接のための通電中は、配水管１５から水が供給され、第１ノズル２１と第２ノズル２３によって被溶接材３の側方（一方の側と他方の側）に水膜が形成され、また、第３ノズル２５と第４ノズル２７によって被溶接材３の軸線に直交する方向に広がる水膜が形成される。
スパッタは、溶接の行われる位置から放射状に飛散するが、この溶接位置の側方を４面で囲むとともに上方を覆うように水膜が形成される。水膜に当たったスパッタは水膜の水と共に下方に落下して、図示しない水路に回収される。

上記の通り、溶接される位置から放射状に飛散するスパッタは、特に被溶接材３の軸線に直交する方向への飛散量が多く、第１のノズル対１７によって形成される膜厚が比較的大きな水膜によって飛散が防止されることになる。そして、第１のノズル対１７を構成する第１ノズル２１及び第２ノズル２３は、上述したように、整流ノズル部２１ｃ、２３ｃにおける流水路が所定の値以上の長さを有し且つ横断面形状が全長にわたって一定になるように設定されていることで、水膜が上部から下部に途切れることなく安定して形成され、スパッタの飛散を確実に防止できる。

また、被溶接材３の軸線方向に飛散するスパッタは、第２のノズル対１９によって形成される水膜によって捕獲されるが、この方向の飛散量は比較的少なく、また第２のノズル対１９によって形成される水膜が被溶接材３を横切るため、第２のノズル対１９によって形成される水膜の膜厚を薄くして、水量を少なくするのが望ましい。

以上のように、本実施の形態のスパッタ飛散防止装置１によれば、スパッタは水膜と共に下方に落下して水路等に回収されるので、従来例のようにスパッタの飛散を防止する保護カバー等に付着したスパッタを掃除等する必要性が少なくメンテナンスが容易である。

以上、本発明を実施形態を用いて説明してきたが、本発明はこの実施形態の構成には限られない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定まるものであり、その範囲内において構成要素の省略や変形、改良を施した構成の全てが本発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態においては、第１のノズル対１７と第２のノズル対１９によって、スパッタを四面から囲むようにした例を示した。しかし、上述したように、溶接される位置から被溶接材３に直交する方向へ飛散するスパッタ量が多いので、被溶接材３の軸線に沿う側方に延びるように水膜を形成する第１のノズル対１７のみであっても、一定程度、スパッタ飛散防止の効果を発揮することはできる。

１ スパッタ飛散防止装置
３ 一対の被溶接材
５ フラッシュバット溶接機
７ 移動ヘッド
９ 固定ヘッド
１０ 油圧シリンダ
１１、１２ 電極
１３ 移動台
１５ 配水管
１７ 第１のノズル対
１９ 第２のノズル対
２１ 第１ノズル
２１ａ 貯水部
２１ｂ 流出口
２１ｃ 整流ノズル部
２３ 第２ノズル
２３ａ 貯水部
２３ｂ 流出口
２３ｃ 整流ノズル部
２５ 第３ノズル
２５ａ 貯水部
２５ｂ 流出口
２５ｃ 整流ノズル部
２７ 第４ノズル
２７ａ 貯水部
２７ｂ 流出口
２７ｃ 整流ノズル部

Claims (9)

1. 溶接を行う際に生じるスパッタが周囲に飛散することを防止するための水膜を、前記溶接の行われる位置の近傍の空中に形成するよう構成されていることを特徴とするスパッタ飛散防止装置。
2. 前記溶接の行われる位置の側方における一方の側と、前記溶接の行われる位置の側方における前記一方の側に対向する側である他方の側とに前記水膜を形成するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタ飛散防止装置。
3. 前記溶接の行われる位置の側方を四方から囲むように前記水膜を形成するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載のスパッタ飛散防止装置。
4. それぞれが長尺形状の流出口を有する一対のノズル対を備え、
   前記ノズル対は、前記一方の側に前記水膜を形成する第１ノズルと、前記他方の側に前記水膜を形成する第２ノズルとを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のスパッタ飛散防止装置。
5. 前記第１ノズルは、少なくとも前記溶接の行われる位置の上方と前記一方の側における側方とに前記水膜を形成するように、前記他方の側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のスパッタ飛散防止装置。
6. 前記ノズル対を２つ備え、
   該２つのノズル対の１つである第１のノズル対は、前記第１ノズルと前記第２ノズルとを備えるものであり、
   前記２つのノズル対の残りの１つである第２のノズル対は、前記第１ノズルが形成する前記水膜と前記第２ノズルが形成する前記水膜との間の２つの隙間のうち、一方の隙間を覆うように前記水膜を形成する第３ノズルと、前記２つの隙間のうちの他方の隙間を覆うように前記水膜を形成する第４ノズルとを備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載のスパッタ飛散防止装置。
7. 前記ノズル対に含まれるノズルの少なくとも１つが、
   貯水部と、
   一端が前記貯水部に直接接続され、他端に前記流出口を有し、前記一端から前記他端へと水を導く流水路を内部に有する整流ノズル部とを備え、
   前記流水路は、所定の値以上の長さを有し且つ横断面形状が全長にわたって一定であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のスパッタ飛散防止装置。
8. 一対の被溶接材を接触させた状態で通電及び加圧することにより前記一対の被溶接材を溶接するフラッシュバット溶接機であって、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のスパッタ飛散防止装置を備えることを特徴とするフラッシュバット溶接機。
9. 前記一対の被溶接材のそれぞれに接続されて前記通電を行う一対の電極が設けられ、搬送ラインに沿って搬送されている前記一対の被溶接材の動きに合わせて移動する移動台を更に備え、
   前記スパッタ飛散防止装置が前記移動台に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のフラッシュバット溶接機。

Images