複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置
複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置は、電源（１１）と、複数のインダクタ（１３）と、複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するために電源（１１）を複数のインダクタ（１３）のそれぞれに選択的に接続するための配電システム（１２）とを備える。配電システム（１２）は、（１）複数のインダクタのそれぞれに接続することのできる接続アーム、（２）複数のインダクタのそれぞれに接続することができる複数の接続ケーブル、または（３）電源（１１）を複数のインダクタ（１３）のそれぞれに電気的に接続するためのソリッド・ステート・スイッチ・システムを有する配電装置（２１）備えることができる。あるいは、配電システム（１２）は、絶縁体によって分離されている第１および第２の導電体と、各インダクタを配電バス（５２）に選択的に接続するために複数のインダクタ（１３）にそれぞれ関連付けられた複数のスイッチ（５３）とを備える、配電バス（５２）を備えることができる。第１および第２の導電体は、第１および第２の平坦かつ平面の導電体プレート（５２ａ、５２ｂ）を備えることができ、絶縁体は、第１および第２の導電体プレート（５２ａ、５２ｂ）の間に配置された平坦かつ平面の絶縁体プレート（５２ｃ）を備えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、金属構成要素（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を変形させるための磁気パルス成形技術（ｍａｇｎｅｔｉｃｓ ｐｕｌｓｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、および金属構成要素を恒久的に接合するための磁気パルス溶接技術に関する。より詳細には、本発明は、電磁インダクタ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）が様々な物理的位置で順次付勢される、複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための改善された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気パルス成形および磁気パルス溶接は、自動車のフレーム構成要素などの金属構成要素を変形させ、または恒久的に接合するために用いることができる良く知られた方法である。通常、磁気パルス形成または溶接動作は、まず、第１および第２の構成要素の部分を互いに重ねて置くことによって実施される。電磁インダクタまたはコイルが、第１および第２の構成要素の重なった部分の内側または周囲に磁界を発生させるために形成される。これが生じると、第１および第２の構成要素の一方に大きな圧力がかかり、それを第１および第２の構成要素のもう一方に向かって動かす。電磁インダクタがこの２つの構成要素の外部の周りに配置される場合、外側の構成要素が内側に変形されて内側の構成要素と係合する。逆に、電磁インダクタが２つの構成要素の内部の内側に配置される場合、内側の構成要素が外側に変形されて外側の構成要素と係合する。
【０００３】
電磁パルス形成プロセスを実施するために、再形成することが望ましい構成要素は、金属材料製である（他方の構成要素は、それが通常、金属構成要素がそれに接して変形されるマンドレル（ｍａｎｄｒｅｌ）またはダイ（ｄｉｅ）の機能を果たす限り、いかなる所望の材料製とすることもできる）。磁気パルス成形プロセスにおいてインダクタは、金属構成要素を変形させてもう一方の構成要素と係合させることによってこれを所望の構成に再形成するのに十分な強さを有する磁界を発生させるように、付勢される。一方、磁気パルス溶接プロセスを実施するためには、（２つの構成要素が同じ金属材料製である必要はないが）両方の構成要素が金属製となる。磁気パルス溶接プロセスでは、インダクタは、金属構成要素を変形して他方の構成要素に係合させるためだけではなく他方の構成要素に比較的高速で衝突させるのに十分な強さを有する磁界を発生させるように、付勢される。これが生じると、（かつその他の条件が満たされると、）第１および第２の金属構成要素を互いに恒久的に接合または溶接することができる。
【０００４】
磁気パルス成形および溶接プロセスは、互いに隣接する導電体の周りにそれぞれ対向する磁界が形成されると、それらの間に反発力が発生するという原理に基づいて動作する。より具体的には、電流がインダクタを通過することにより、その周りに一次磁場が発生する。この一次磁場は、第１の金属構成要素内に渦電流を誘導する。こうした渦電流は、第１の金属構成要素の周りに、インダクタにより発生された一次磁場と対向する二次磁場を発生させる。こうして、インダクタによって第１の金属構成要素に対する反発力が発生され、第１の構成要素をインダクタから遠ざけ、第２の構成要素に係合させる。その結果、第１の構成要素は、変形されて第２の構成要素に係合し、上記のように、そこに恒久的に接合または溶接される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのプロセスは効果的に機能してきたが、いくつかの例、特に、複数の金属構成要素が複数の異なる位置で変形または互いに接合される場合に用いることが多少困難であることが分かってきた。こうした例はたとえば、互いに接合された様々な構成要素が自動車のフレーム構成要素であり、複数の磁気パルス成形または溶接動作の実施を必要とするときに生じる。効率を最高にするために、これらの磁気パルス成形または溶接動作をそれぞれ、できるだけ迅速に行うことが望ましい。しかし、磁気パルス形成および溶接動作を実施するための知られている構造は、複数のこのような動作を様々な物理的位置で比較的迅速なやり方で実施するのに容易に適合されない。したがって、複数の物理的位置における複数の磁気パルス成形および溶接動作の実施を容易にする、改善された方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、２つの金属構成要素を変形し、または恒久的に接合するために複数の電磁インダクタを順次付勢する、磁気パルス成形または溶接動作を実施するための改善された方法および装置に関する。この装置は、電源と、複数のインダクタと、複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するために、電源を複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続する配電システムとを備える。この配電システムは、（１）複数のインダクタそれぞれに接続することができる接続アーム、（２）複数のインダクタのそれぞれに接続することができる複数の接続ケーブル、または（３）電源を複数のインダクタのそれぞれに電気的に接続するためのソリッド・ステート・スイッチ・システムを備える配電装置を備えることができる。あるいは、この配電システムは、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体と、インダクタをそれぞれ配電バスに選択的に接続するための、複数のインダクタにそれぞれ関連付けられた複数のスイッチとを備える配電装置を備えることができる。第１および第２の導電体は、第１および第２の平坦かつ平面の導電体プレートを含むことができ、絶縁体は、第１および第２の導電体プレートの間に配置される平坦かつ平面の絶縁体プレートを含むことができる。
【０００７】
本発明の様々な目的および利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面に照らして読めことにより、当技術分野の技術者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで図面を参照すると、図１に、１０でその全体が示され、本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を迅速かつ効率的なやり方で実施するための、装置のブロック図が示されている。磁気パルス成形／溶接装置１０は、電源１１、配電システム（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１２、および複数のインダクタ１３を備える。電源１１は、当技術分野で一般的なものであり、配電システム１２を通じて各インダクタ１３へと電気エネルギーを供給するようになされる。以下で詳細に説明するように、配電システム１２は上記のように複数の磁気パルス成形または溶接動作を行うために、電源１１を選択的かつ順次に各インダクタ１３へと接続する。配電システム１２は、以下で同様に説明する様々な構造で実施することができる。
【０００９】
図２は、全体を２０で示す、図１に示す装置１０の配電システム１２の第１の実施形態の概略的な上面図である。説明のために、装置１０の動作を、１対のサイド・レール１５および複数のクロス・メンバ１６など複数の自動車フレーム構成要素を固定して自動車フレーム・アセンブリを形成するための、複数の磁気パルス溶接動作を実施する文脈において説明する。ただし、本発明の方法および装置は、磁気パルス成形動作を実施するために使用することができ、さらにいかなる所望のタイプの構造物を製造するために使用することもできることが理解されるであろう。
【００１０】
図２に示すように、様々な構成要素１５および１６は、互いに接合される前に通常、こうした構成要素１５および１６を互いに正確な向きに配置するための従来の取付具（図示せず）上で支持される。この向きで、クロス・メンバ１６の端部がサイド・レール１５の部分に挿入され、それぞれの接合部を形成する。これらの接合部の１つを以下で詳細に説明する。さらに、インダクタ１３のいくつかまたは全てを固定具上で、互いに接合される構成要素１５および１６に対して定位置に支持することができる。あるいは、インダクタ１３を、固定具とは別の離れた１つまたは複数の取付構造（図示せず）上で支持することもできる。それとは関係なく、以下で詳細に示すようにして、装置１０はその後すべての構成要素１５および１６を互いに所望の構成で恒久的に固定するように動作させられる。
【００１１】
配電システム１２の第１の実施形態２０では、１つまたは複数の配電装置２１が、電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示した実施形態では、このような配電装置２１が２つ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置２１をこれより多くまたは少なく設けることができる。各配電装置２１は、電源１１に電気的に接続されており、固定具上で支持された構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して、いかなる所望の方向にも移動させることができる。各配電装置２１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３と整列され電気的に接続され得る、接続アーム２２を備える。これを実現するために、配電装置２１をまず、図２に示す位置に動かし、２つの接続アーム２２をインダクタ１３の第１の対と整列させ、それを第１のクロス・メンバ１６と整列させる。あるいは、このように整列させるために、固定具を配電装置２１に対して動かすこともできる。いずれの場合も、接続アーム２２は、インダクタ１３の第１の対に係合し電気的に接続されるように引き延ばされる。接続アーム２２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。次いで接続アーム２２は、図３に示すように、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３の第１の対がそれぞれ挿入されるようにさらに引き延ばされる。必要に応じて、インダクタ１３をまず構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに電気的に接続されるように接続アーム２２を引き延ばすことができる。どちらの場合も、各インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。
【００１２】
図４を参照すると、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の端部のうち１つとの間の接合部の、代表的な実施形態が示されている。サイド・レール１５は、上部フランジおよび下部フランジがそこから延びる中央ウェブを備える。ウェブの一部分は、クロス・メンバ用取付突起を画成する開口を形成するために内側に変形されている。取付突起は好ましくは、クロス・メンバ１６の端部をその中に受け、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の間の接合部を形成するようにサイズ決めされる。図示の実施形態において、取付用突起はほぼ円筒形であり、クロス・メンバ端部のほぼ円筒形に対応している。ただし、取付突起、およびクロス・メンバ端部は、所望のいかなる形状とすることもできることが理解されよう。取付突起は、比較的直径が大きい第１の部分および比較的直径が小さい第２の部分を有するように形成することができる。図４に示すように、取付突起の比較的直径が大きい部分はクロス・メンバ端部の外径よりいくぶん直径が大きく、したがって、それらの間に比較的大きい環状の隙間が形成される。取付突起の比較的直径が小さい部分は、クロス・メンバ１６の端部の外径より直径がほんのわずか大きいのみであり、したがって、それらの間には比較的小さい環状の隙間が形成される。
【００１３】
インダクタ１３は、当技術分野で一般的なものであり、接続アーム２２の端部で担持される電磁コイル（図示せず）を備える。コイルは、そこから電源１１へと延びる１対のリード線を有する導電体の巻線からなる。電源１１が作動されると、電流がインダクタ１３のコイル内を流れ、その周りに極めて強い磁界を発生させる。この磁界の存在により、クロス・メンバ１６の端部が高速で外側に広がり、サイド・レール１５の取付突起に係合する。このように高速に係合することによって、図５に示すようにサイド・レール１５のいくつかの部分とクロス・メンバ１６の端部とが互いに溶接または分子的に結合され、その間に恒久的な接合部を形成する。
【００１４】
サイド・レール１５と第１のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部が形成された後、電源１１は不作動にされ、インダクタ１３のコイル内を電流が流れるのを停止させる。次いで、接続アーム２２を図２に示した位置へと後退させ、インダクタ１３の第１の対から電気的に切断することができる。次に、配電装置２１は、固定具上で支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して相対的に、図６に示した位置へと移動され、２つの接続アーム２２がインダクタ１３の第２の対と整列され、それが第２のクロス・メンバ１６と整列される。上記と同じ順序の動作を実行して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部を形成することができる。
【００１５】
図７は、全体を３０で示す、図１に示した装置１０の配電システム１２の第２の実施形態の概略上面図である。配電システム１２の第２の実施形態３０では、１つまたは複数の配電装置３１が、電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示の実施形態では、そのような配電装置３１が１つだけ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置３１をこれより多く設けることができる。配電装置３１は電源１１に電気的に接続されており、固定具上に支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して定位置に固定されている。配電装置３１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３に電気的に接続することができる、接続ケーブル３２を備える。これを実現するために、接続ケーブル３２は、図７に示すように、インダクタ１３のうち１つに電気的に接続される。接続ケーブル３２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。したがって接続ケーブル３２は、上記と同様にして、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３が挿入されるように、さらに引き延ばされる。必要に応じて、まずインダクタ１３を構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに接続ケーブル３２を電気的に接続することができる。いずれの場合も、インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。上記と同じ順序の動作を実施して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部の間に恒久的な接合部を形成することができる。
【００１６】
図８は、全体を４０で示す、図１に示した装置１０の配電システム１２の第３の実施形態の概略上面図である。配電システム１２の第３の実施形態４０では、１つまたは複数の配電装置４１が電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示の実施形態では、このような配電装置４１が１つだけ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置４１をこれより多く設けることができる。配電装置４１は電源１１に電気的に接続されており、固定具上に支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して定位置に固定されている。配電装置４１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３に電気的に接続することができる複数の接続ケーブル４２を備える。これを実現するために、各接続ケーブル４２は、図８に示すように、インダクタ１３のうち１つに電気的に接続される。接続ケーブル３２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。したがって接続ケーブル４２は、上記と同様にして、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３が挿入されるように、さらに引き延ばされる。必要に応じて、まずインダクタ１３を構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに接続ケーブル３２を電気的に接続することができる。どちらの場合も、インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。上記と同じ順序の動作を実施して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部を形成することができる。必要に応じて、すべてのインダクタ１３を同時に付勢して、２つのサイド・レール１５とすべてのクロス・メンバ１６の端部との間のすべての接合部を同時に形成することができる。しかし、インダクタ１３を順次付勢して、２つのサイド・レール１５とすべてのクロス・メンバ１６の端部との間のすべての接合部を順次形成することが好ましい。このような順次の動作は、配電装置４１または電源１１内の、適切なスイッチ機構（図示せず）によって実現することができる。
【００１７】
ここで図９を参照すると、全体を５０で示す、本発明に従って迅速かつ効率的なやり方で複数の磁気パルス動作を実施するための、改変された装置のブロック図が示されている。改変された磁気パルス溶接装置５０は、電源５１、全体を５２で示す配電バス、全体を５３で示す複数のスイッチ、および複数のインダクタ５４を備える。電源５１は、当技術分野で一般的なものであり、配電バス５２および各スイッチ５３を通じて、各インダクタ５４に電気エネルギーを供給するようになされている。以下で詳細に説明するようにして、配電バス５２およびスイッチ５３は、複数の磁気パルス溶接動作を実施するように、電源５１を選択的かつ順次に各インダクタ５４に接続する。
【００１８】
図１０は、動作の第１段階にある、図９に示した改変された装置５０の概略正面斜視図である。上記のように、様々な構成要素１５および１６を、互いに接合する前に、これらの構成要素を互いに正確な向きに配置するために、従来の固定具（図示せず）上で支持することができる。さらに、いくつかまたはすべてのインダクタ５４を固定具上で、互いに接合される構成要素に対して定位置に支持することができる。あるいは、インダクタ５４を、固定具とは別の離れた１つまたは複数の取付用構造（図示せず）上で支持することができる。これとは関係なく、改変された装置５０はその後、以下で詳細に説明するようにして、すべての構成要素１５および１６を互いに所望の構成で恒久的に固定するように作動される。
【００１９】
改変された装置５０の配電バス５２は、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体を備える。図１０に示すように、図示した第１および第２の導電体は、それぞれ導電性材料製の、平坦かつ平面の導電体プレート５２ａおよび５２ｂとして実施され、図示した絶縁体は、導電体プレート５２ａと５２ｂの間に配置される電気絶縁材料製の平坦かつ平面の絶縁体プレート５２ｃとして実施される。しかし、第１および第２の導電体、および絶縁体は、たとえば同軸ケーブルなどいかなる所望の幾何学形状で実施することもできることを理解されたい。電源５１は、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂにそれぞれ接続される、第１および第２の端子を備える。したがって、電源５１が作動されると、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂは、荷電される。ただし、このような導電体プレート５２ａおよび５２ｂは、絶縁体プレート５２ｃによって互いに分離されているので開回路が形成され、そこに電流は流れない。
【００２０】
図示の実施形態では、各スイッチ５３は、インダクタ５４のうち関連付けられた１つをその上に支持するが、これは必須ではない。スイッチ５３およびインダクタ５４は、好ましくは、固定具上で支持されている構成要素１５および１６、ならびに配電バス５２に対して、相対的に所望のいかなる方向にも動けるように支持される。これを実現するためには、各スイッチ５３は、こうした相対移動のために１つまたは複数のアクチュエータ（図示せず）上に支持され、あるいは、そうでなければ１つまたは複数のアクチュエータに係合される。このような移動を実現するために、たとえば油圧式または空気式アクチュエータを使用することができる。
【００２１】
次に、改変された装置５０の動作を説明する。初めに、上記のように、様々な構成要素１５および１６を互いに正確な向きに配置するためにそれらを固定具上で支持し、図１０に示すように、互いに接合される構成要素１５および１６内に各インダクタ５４を位置合せする。これはまず、構成要素１５および１６を固定具上で支持する前にインダクタ５４を前もって位置決めするように、様々なアクチュエータを動作させることによって実現することができる。あるいは、最初に構成要素１５および１６を固定具上で支持し、次いでインダクタ５４をそれに対して位置決めするように様々なアクチュエータを動作させることもできる。いずれの場合も、次に、図１１に示すように、各インダクタ５４が互いに接合される構成要素１５および１６内に配置されるように、アクチュエータを動作させてスイッチ５３およびインダクタ５４を動かす。（わかりやすくするためにスイッチ５３は図１１では省略してある）。
【００２２】
同時に、スイッチ５３を、配電バス５２に選択的に係合するように配置する。配電バス５２に対してそのような相対位置にある１つのスイッチ５３の構造を、図１２および図１３に示す。そこに示すように、スイッチ５３は、インダクタ５４をそこで支持するハウジング５３ａを備える。上記のように、インダクタ５４は当分野で一般的なものであり、１対のリード線がそこから延びる導電体の巻線からなる電磁コイル（図示せず）を備える。図示の実施形態では、コイルのリード線は、ハウジング５３ａに支持される第１および第２の接触子６０および６１に電気的に接続される。第１のおよび第２の接触子６０および６１はそれぞれ導電性材料製であり、絶縁体材料製の中間スペーサ６２によって互いに分離されている。必要な場合は、以下で説明する目的のために、中間スペーサ６２上に突出リブ６２ａを設けることができる。
【００２３】
スイッチ５３はさらに、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａをインダクタ５４のコイルの第１の接触子６０に選択的に電気接続させ、配電バス５２の第２の導電体プレート５２ｂをインダクタ５４のコイルの第２接触子の６１に選択的に電気接続させるための、スイッチ機構を備える。図示の実施形態では、このスイッチ機構は、それぞれ導電性材料製である第１および第２のコネクタ６３および６４を備える。第１のコネクタ６３は、スイッチ５３のハウジング５３ａ上に支持された押圧装置６５の可動ラム上に支持されている。押圧装置６５は、従来の油圧式また空気式アクチュエータなどの、第１のコネクタ６３を動かすように力を加えるための従来のいかなる装置として実施することもできる。第１のコネクタ６３は、以下で説明する目的のために、中間スペーサ６２上に設けられた突出リブ６２ａと整列される凹んだ領域６３ａを有するように形成することができる。第２のコネクタ６４は、スイッチ５３のハウジング５３ａの固定された支持部上で支持されている。押圧装置６５は、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４から離れて上方に動かされる開位置（図１２および図１３に示す）と、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に向かって下方に動かされる閉位置（図１４に示す）との間で第１のコネクタ６３を動かすようになされる。
【００２４】
初めに、押圧装置６５を作動させて、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に対して間隔をおいた位置へと上方に動かされる図１２および図１３に示す開位置へと、第１のコネクタ６３を動かす。これによって、同じく図１２および図１３で示すように、配電バス５２がスイッチ５３の第１および第２のコンタクト６３および６４の間で受けられるように、スイッチ５３をアクチュエータによって配置することが可能になる。好ましくは、スイッチ５３の中間スペーサ６２は、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂの最も外側部分の間で受けられるが、これは必須ではない。この初期位置において、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａは、スイッチ５３の第１のコネクタ６０と横方向に整列され、配電バス５２の絶縁体プレート５２ｃは、スイッチ５３の中間スペーサ６２と横方向に整列され、配電装置５２の第２の導電体プレート５２ｂは、スイッチ５３の第２のコネクタ６１と横方向に整列される。
【００２５】
次に、押圧装置６５を作動させて、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に向かって下方に動かされる、図１４に示す閉位置へと第１のコネクタ６３を動かす。このような動きによって、第１のコネクタ６３が、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａの隣接端部、およびスイッチ５３の第１のコネクタ６０に、堅く係合される。同時に、このような動きによって、第２のコネクタ６４が、配電バス５２の第２の導電体プレート５２ｂの隣接端部、およびスイッチ５３の第２のコネクタ６１に、堅く係合される。好ましくは、押圧装置６５は、コネクタ６０および６０がそれぞれ、配電バス５２およびスイッチ５３の関連部分に堅くしっかりと係合することを保証するように、かなり大きい力を加える。その結果、インダクタ５４が、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂに電気的に接続される。続いて電源５１が作動されると、インダクタ５４のコイルに電流が流れ、極めて強い電磁界がその周りに発生される。結果的に、上記のように、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の間に恒久的な接合部が形成される。
【００２６】
よく知られているように、上記それぞれの磁気パルス溶接を実行するためには、比較的大きな電気エネルギーが必要とされる。こうしたそれぞれの磁気パルス溶接動作を実施するために必要となるこのような電気エネルギー量を最低限に抑えるために、使用時に装置に生じるインダクタンスの大きさを低減することが望ましい。特に、使用時の配電バス５２に生じるインダクタンスの大きさを低減することが望ましい。かなり大きいインダクタンスが存在すると損失が生じ、したがって、これらの磁気パルス溶接動作をそれぞれ実施するのに必要とされる電気エネルギー量が増大する。一般的に、配電バス５２のインダクタンスは、いくつかの方法で最小化することができる。第１に、電源５１からスイッチ５４の間の配電バス５２の長さを最短にすることができる。第２に、導電体プレート５２ａおよび５２ｂの断面積を最大にすることができる。第３に、導電体プレート５２ａと５２ｂを分離する距離を最短にすることができる。
【００２７】
図示した配電バス５２では、電源５１から各スイッチ５４の間の配電バス５２の長さは、こうしたスイッチ５４それぞれの位置によってそれぞれ異なっていてよいことがわかる。その結果、配電バス５２のインダクタンスの大きさは、各スイッチ５４においてそれぞれ異なることがある。これを補償するために、電源５１によって各スイッチ５４に供給される電気エネルギーの量を、これらのスイッチ５４それぞれにかかるインダクタンスの大きさに応じて調節することが望ましい。すなわち、電源５１によって各スイッチ５４に供給される電気エネルギーの量は、作動されるスイッチ５４の位置によって決まる。
【００２８】
あるいは、各磁気パルス溶接動作の実行に必要となる電気エネルギーの量は一定でないことがあるため、様々な要因（たとえば、形成される接合部の幾何学形状、ならびに、構成要素１５および１６を形成するために使用される材料などを含む）に応じて、電源５１によって供給される電気エネルギーの量を一定のレベルに保ち、各スイッチ５４を、それぞれの位置で磁気パルス溶接動作を実行するために必要となる電気エネルギーの量を実現できるようにように配置することが望ましい場合がある。
【００２９】
図示したそれぞれの実施形態において、機械的な機構を配電装置および機構に使用してきた。しかし、上記のように、電源をインダクタに選択的に接続するために、所望のいかなる機械的および電気的構造を使用することもできる。たとえば、図１を再び参照すると、配電システム１２を、ソリッド・ステートまたは、電源１１を各インダクタ１３に選択的に接続するための他の電子スイッチ・システムとして実施することができる。このようなソリッド・ステートまたは電子スイッチ・システムは、当技術分野で知られており、磁気パルス成形／溶接装置１０のための特定の用途で使用するようになされる。
【００３０】
特許法の規定に従って、本発明の動作の原則およびモードを、その好ましい実施形態において説明および図示してきた。ただし、本発明は、その精神および範囲から逸脱することなく、具体的に説明し図示した以外にも実施することができることが理解されなくてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置のブロック図である。
【図２】自動車フレーム・アセンブリを形成するために複数の自動車フレーム構成要素を互いに接合するための動作の第１段階にある、図１に示した装置の配電システムの第一実施形態を示す概略上面図である。
【図３】動作の第２段階にある、図２に示した配電システムの第１の実施形態を示す概略上面図である。
【図４】図２および図３に示した２つの自動車フレーム構成要素間の、接合前の接合部を示す側断面図である。
【図５】自動車フレーム構成要素が互いに接合された後の、図４に示した接合部を示す側断面図である。
【図６】動作の第３段階にある、図２に示した配電システムの第１の実施形態を示す概略上面図である。
【図７】本発明による、図１に示した装置の配電システムの第２の実施形態を示す概略上面図である。
【図８】本発明による、図１に示した装置の配電システムの第３の実施形態を示す概略上面図である。
【図９】本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための、改変された装置のブロック図である。
【図１０】動作の第１段階にある、図９に示す改変された装置を示す概略正面斜視図である。
【図１１】動作の第２段階にある、図９および図１０に示す改変された装置の概略正面斜視図である（わかりやすくするためにスイッチを省略してある）。
【図１２】開状態にある、図１０および図１１に示す改変された装置のスイッチの１つを示す拡大側面図である。
【図１３】開状態にある、図１２に示すスイッチの一部を示すさらなる拡大側面図である。
【図１４】スイッチが閉状態にある、図１３と同様の拡大側面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、金属構成要素（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を変形させるための磁気パルス成形技術（ｍａｇｎｅｔｉｃｓ ｐｕｌｓｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、および金属構成要素を恒久的に接合するための磁気パルス溶接技術に関する。より詳細には、本発明は、電磁インダクタ（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｏｒ）が様々な物理的位置で順次付勢される、複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための改善された方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気パルス成形および磁気パルス溶接は、自動車のフレーム構成要素などの金属構成要素を変形させ、または恒久的に接合するために用いることができる良く知られた方法である。通常、磁気パルス形成または溶接動作は、まず、第１および第２の構成要素の部分を互いに重ねて置くことによって実施される。電磁インダクタまたはコイルが、第１および第２の構成要素の重なった部分の内側または周囲に磁界を発生させるために形成される。これが生じると、第１および第２の構成要素の一方に大きな圧力がかかり、それを第１および第２の構成要素のもう一方に向かって動かす。電磁インダクタがこの２つの構成要素の外部の周りに配置される場合、外側の構成要素が内側に変形されて内側の構成要素と係合する。逆に、電磁インダクタが２つの構成要素の内部の内側に配置される場合、内側の構成要素が外側に変形されて外側の構成要素と係合する。
【０００３】
電磁パルス形成プロセスを実施するために、再形成することが望ましい構成要素は、金属材料製である（他方の構成要素は、それが通常、金属構成要素がそれに接して変形されるマンドレル（ｍａｎｄｒｅｌ）またはダイ（ｄｉｅ）の機能を果たす限り、いかなる所望の材料製とすることもできる）。磁気パルス成形プロセスにおいてインダクタは、金属構成要素を変形させてもう一方の構成要素と係合させることによってこれを所望の構成に再形成するのに十分な強さを有する磁界を発生させるように、付勢される。一方、磁気パルス溶接プロセスを実施するためには、（２つの構成要素が同じ金属材料製である必要はないが）両方の構成要素が金属製となる。磁気パルス溶接プロセスでは、インダクタは、金属構成要素を変形して他方の構成要素に係合させるためだけではなく他方の構成要素に比較的高速で衝突させるのに十分な強さを有する磁界を発生させるように、付勢される。これが生じると、（かつその他の条件が満たされると、）第１および第２の金属構成要素を互いに恒久的に接合または溶接することができる。
【０００４】
磁気パルス成形および溶接プロセスは、互いに隣接する導電体の周りにそれぞれ対向する磁界が形成されると、それらの間に反発力が発生するという原理に基づいて動作する。より具体的には、電流がインダクタを通過することにより、その周りに一次磁場が発生する。この一次磁場は、第１の金属構成要素内に渦電流を誘導する。こうした渦電流は、第１の金属構成要素の周りに、インダクタにより発生された一次磁場と対向する二次磁場を発生させる。こうして、インダクタによって第１の金属構成要素に対する反発力が発生され、第１の構成要素をインダクタから遠ざけ、第２の構成要素に係合させる。その結果、第１の構成要素は、変形されて第２の構成要素に係合し、上記のように、そこに恒久的に接合または溶接される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらのプロセスは効果的に機能してきたが、いくつかの例、特に、複数の金属構成要素が複数の異なる位置で変形または互いに接合される場合に用いることが多少困難であることが分かってきた。こうした例はたとえば、互いに接合された様々な構成要素が自動車のフレーム構成要素であり、複数の磁気パルス成形または溶接動作の実施を必要とするときに生じる。効率を最高にするために、これらの磁気パルス成形または溶接動作をそれぞれ、できるだけ迅速に行うことが望ましい。しかし、磁気パルス形成および溶接動作を実施するための知られている構造は、複数のこのような動作を様々な物理的位置で比較的迅速なやり方で実施するのに容易に適合されない。したがって、複数の物理的位置における複数の磁気パルス成形および溶接動作の実施を容易にする、改善された方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、２つの金属構成要素を変形し、または恒久的に接合するために複数の電磁インダクタを順次付勢する、磁気パルス成形または溶接動作を実施するための改善された方法および装置に関する。この装置は、電源と、複数のインダクタと、複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するために、電源を複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続する配電システムとを備える。この配電システムは、（１）複数のインダクタそれぞれに接続することができる接続アーム、（２）複数のインダクタのそれぞれに接続することができる複数の接続ケーブル、または（３）電源を複数のインダクタのそれぞれに電気的に接続するためのソリッド・ステート・スイッチ・システムを備える配電装置を備えることができる。あるいは、この配電システムは、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体と、インダクタをそれぞれ配電バスに選択的に接続するための、複数のインダクタにそれぞれ関連付けられた複数のスイッチとを備える配電装置を備えることができる。第１および第２の導電体は、第１および第２の平坦かつ平面の導電体プレートを含むことができ、絶縁体は、第１および第２の導電体プレートの間に配置される平坦かつ平面の絶縁体プレートを含むことができる。
【０００７】
本発明の様々な目的および利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面に照らして読めことにより、当技術分野の技術者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
ここで図面を参照すると、図１に、１０でその全体が示され、本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を迅速かつ効率的なやり方で実施するための、装置のブロック図が示されている。磁気パルス成形／溶接装置１０は、電源１１、配電システム（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）１２、および複数のインダクタ１３を備える。電源１１は、当技術分野で一般的なものであり、配電システム１２を通じて各インダクタ１３へと電気エネルギーを供給するようになされる。以下で詳細に説明するように、配電システム１２は上記のように複数の磁気パルス成形または溶接動作を行うために、電源１１を選択的かつ順次に各インダクタ１３へと接続する。配電システム１２は、以下で同様に説明する様々な構造で実施することができる。
【０００９】
図２は、全体を２０で示す、図１に示す装置１０の配電システム１２の第１の実施形態の概略的な上面図である。説明のために、装置１０の動作を、１対のサイド・レール１５および複数のクロス・メンバ１６など複数の自動車フレーム構成要素を固定して自動車フレーム・アセンブリを形成するための、複数の磁気パルス溶接動作を実施する文脈において説明する。ただし、本発明の方法および装置は、磁気パルス成形動作を実施するために使用することができ、さらにいかなる所望のタイプの構造物を製造するために使用することもできることが理解されるであろう。
【００１０】
図２に示すように、様々な構成要素１５および１６は、互いに接合される前に通常、こうした構成要素１５および１６を互いに正確な向きに配置するための従来の取付具（図示せず）上で支持される。この向きで、クロス・メンバ１６の端部がサイド・レール１５の部分に挿入され、それぞれの接合部を形成する。これらの接合部の１つを以下で詳細に説明する。さらに、インダクタ１３のいくつかまたは全てを固定具上で、互いに接合される構成要素１５および１６に対して定位置に支持することができる。あるいは、インダクタ１３を、固定具とは別の離れた１つまたは複数の取付構造（図示せず）上で支持することもできる。それとは関係なく、以下で詳細に示すようにして、装置１０はその後すべての構成要素１５および１６を互いに所望の構成で恒久的に固定するように動作させられる。
【００１１】
配電システム１２の第１の実施形態２０では、１つまたは複数の配電装置２１が、電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示した実施形態では、このような配電装置２１が２つ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置２１をこれより多くまたは少なく設けることができる。各配電装置２１は、電源１１に電気的に接続されており、固定具上で支持された構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して、いかなる所望の方向にも移動させることができる。各配電装置２１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３と整列され電気的に接続され得る、接続アーム２２を備える。これを実現するために、配電装置２１をまず、図２に示す位置に動かし、２つの接続アーム２２をインダクタ１３の第１の対と整列させ、それを第１のクロス・メンバ１６と整列させる。あるいは、このように整列させるために、固定具を配電装置２１に対して動かすこともできる。いずれの場合も、接続アーム２２は、インダクタ１３の第１の対に係合し電気的に接続されるように引き延ばされる。接続アーム２２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。次いで接続アーム２２は、図３に示すように、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３の第１の対がそれぞれ挿入されるようにさらに引き延ばされる。必要に応じて、インダクタ１３をまず構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに電気的に接続されるように接続アーム２２を引き延ばすことができる。どちらの場合も、各インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。
【００１２】
図４を参照すると、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の端部のうち１つとの間の接合部の、代表的な実施形態が示されている。サイド・レール１５は、上部フランジおよび下部フランジがそこから延びる中央ウェブを備える。ウェブの一部分は、クロス・メンバ用取付突起を画成する開口を形成するために内側に変形されている。取付突起は好ましくは、クロス・メンバ１６の端部をその中に受け、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の間の接合部を形成するようにサイズ決めされる。図示の実施形態において、取付用突起はほぼ円筒形であり、クロス・メンバ端部のほぼ円筒形に対応している。ただし、取付突起、およびクロス・メンバ端部は、所望のいかなる形状とすることもできることが理解されよう。取付突起は、比較的直径が大きい第１の部分および比較的直径が小さい第２の部分を有するように形成することができる。図４に示すように、取付突起の比較的直径が大きい部分はクロス・メンバ端部の外径よりいくぶん直径が大きく、したがって、それらの間に比較的大きい環状の隙間が形成される。取付突起の比較的直径が小さい部分は、クロス・メンバ１６の端部の外径より直径がほんのわずか大きいのみであり、したがって、それらの間には比較的小さい環状の隙間が形成される。
【００１３】
インダクタ１３は、当技術分野で一般的なものであり、接続アーム２２の端部で担持される電磁コイル（図示せず）を備える。コイルは、そこから電源１１へと延びる１対のリード線を有する導電体の巻線からなる。電源１１が作動されると、電流がインダクタ１３のコイル内を流れ、その周りに極めて強い磁界を発生させる。この磁界の存在により、クロス・メンバ１６の端部が高速で外側に広がり、サイド・レール１５の取付突起に係合する。このように高速に係合することによって、図５に示すようにサイド・レール１５のいくつかの部分とクロス・メンバ１６の端部とが互いに溶接または分子的に結合され、その間に恒久的な接合部を形成する。
【００１４】
サイド・レール１５と第１のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部が形成された後、電源１１は不作動にされ、インダクタ１３のコイル内を電流が流れるのを停止させる。次いで、接続アーム２２を図２に示した位置へと後退させ、インダクタ１３の第１の対から電気的に切断することができる。次に、配電装置２１は、固定具上で支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して相対的に、図６に示した位置へと移動され、２つの接続アーム２２がインダクタ１３の第２の対と整列され、それが第２のクロス・メンバ１６と整列される。上記と同じ順序の動作を実行して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部を形成することができる。
【００１５】
図７は、全体を３０で示す、図１に示した装置１０の配電システム１２の第２の実施形態の概略上面図である。配電システム１２の第２の実施形態３０では、１つまたは複数の配電装置３１が、電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示の実施形態では、そのような配電装置３１が１つだけ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置３１をこれより多く設けることができる。配電装置３１は電源１１に電気的に接続されており、固定具上に支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して定位置に固定されている。配電装置３１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３に電気的に接続することができる、接続ケーブル３２を備える。これを実現するために、接続ケーブル３２は、図７に示すように、インダクタ１３のうち１つに電気的に接続される。接続ケーブル３２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。したがって接続ケーブル３２は、上記と同様にして、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３が挿入されるように、さらに引き延ばされる。必要に応じて、まずインダクタ１３を構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに接続ケーブル３２を電気的に接続することができる。いずれの場合も、インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。上記と同じ順序の動作を実施して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部の間に恒久的な接合部を形成することができる。
【００１６】
図８は、全体を４０で示す、図１に示した装置１０の配電システム１２の第３の実施形態の概略上面図である。配電システム１２の第３の実施形態４０では、１つまたは複数の配電装置４１が電源１１と各インダクタ１３との間に設けられる。図示の実施形態では、このような配電装置４１が１つだけ設けられている。ただし必要に応じて、このような配電装置４１をこれより多く設けることができる。配電装置４１は電源１１に電気的に接続されており、固定具上に支持されている構成要素１５および１６、ならびにインダクタ１３に対して定位置に固定されている。配電装置４１は、電源１１からインダクタ１３に電気エネルギーを供給するために各インダクタ１３に電気的に接続することができる複数の接続ケーブル４２を備える。これを実現するために、各接続ケーブル４２は、図８に示すように、インダクタ１３のうち１つに電気的に接続される。接続ケーブル３２は、これを実現するために、所望のいかなる機械的および電気的構造として実施することもできる。したがって接続ケーブル４２は、上記と同様にして、互いに接合される構成要素１５および１６内にインダクタ１３が挿入されるように、さらに引き延ばされる。必要に応じて、まずインダクタ１３を構成要素１５および１６内で支持することができ、そこに接続ケーブル３２を電気的に接続することができる。どちらの場合も、インダクタ１３は、互いに接合される構成要素１５および１６内に配置される。上記と同じ順序の動作を実施して、サイド・レール１５と第２のクロス・メンバ１６の端部との間に恒久的な接合部を形成することができる。必要に応じて、すべてのインダクタ１３を同時に付勢して、２つのサイド・レール１５とすべてのクロス・メンバ１６の端部との間のすべての接合部を同時に形成することができる。しかし、インダクタ１３を順次付勢して、２つのサイド・レール１５とすべてのクロス・メンバ１６の端部との間のすべての接合部を順次形成することが好ましい。このような順次の動作は、配電装置４１または電源１１内の、適切なスイッチ機構（図示せず）によって実現することができる。
【００１７】
ここで図９を参照すると、全体を５０で示す、本発明に従って迅速かつ効率的なやり方で複数の磁気パルス動作を実施するための、改変された装置のブロック図が示されている。改変された磁気パルス溶接装置５０は、電源５１、全体を５２で示す配電バス、全体を５３で示す複数のスイッチ、および複数のインダクタ５４を備える。電源５１は、当技術分野で一般的なものであり、配電バス５２および各スイッチ５３を通じて、各インダクタ５４に電気エネルギーを供給するようになされている。以下で詳細に説明するようにして、配電バス５２およびスイッチ５３は、複数の磁気パルス溶接動作を実施するように、電源５１を選択的かつ順次に各インダクタ５４に接続する。
【００１８】
図１０は、動作の第１段階にある、図９に示した改変された装置５０の概略正面斜視図である。上記のように、様々な構成要素１５および１６を、互いに接合する前に、これらの構成要素を互いに正確な向きに配置するために、従来の固定具（図示せず）上で支持することができる。さらに、いくつかまたはすべてのインダクタ５４を固定具上で、互いに接合される構成要素に対して定位置に支持することができる。あるいは、インダクタ５４を、固定具とは別の離れた１つまたは複数の取付用構造（図示せず）上で支持することができる。これとは関係なく、改変された装置５０はその後、以下で詳細に説明するようにして、すべての構成要素１５および１６を互いに所望の構成で恒久的に固定するように作動される。
【００１９】
改変された装置５０の配電バス５２は、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体を備える。図１０に示すように、図示した第１および第２の導電体は、それぞれ導電性材料製の、平坦かつ平面の導電体プレート５２ａおよび５２ｂとして実施され、図示した絶縁体は、導電体プレート５２ａと５２ｂの間に配置される電気絶縁材料製の平坦かつ平面の絶縁体プレート５２ｃとして実施される。しかし、第１および第２の導電体、および絶縁体は、たとえば同軸ケーブルなどいかなる所望の幾何学形状で実施することもできることを理解されたい。電源５１は、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂにそれぞれ接続される、第１および第２の端子を備える。したがって、電源５１が作動されると、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂは、荷電される。ただし、このような導電体プレート５２ａおよび５２ｂは、絶縁体プレート５２ｃによって互いに分離されているので開回路が形成され、そこに電流は流れない。
【００２０】
図示の実施形態では、各スイッチ５３は、インダクタ５４のうち関連付けられた１つをその上に支持するが、これは必須ではない。スイッチ５３およびインダクタ５４は、好ましくは、固定具上で支持されている構成要素１５および１６、ならびに配電バス５２に対して、相対的に所望のいかなる方向にも動けるように支持される。これを実現するためには、各スイッチ５３は、こうした相対移動のために１つまたは複数のアクチュエータ（図示せず）上に支持され、あるいは、そうでなければ１つまたは複数のアクチュエータに係合される。このような移動を実現するために、たとえば油圧式または空気式アクチュエータを使用することができる。
【００２１】
次に、改変された装置５０の動作を説明する。初めに、上記のように、様々な構成要素１５および１６を互いに正確な向きに配置するためにそれらを固定具上で支持し、図１０に示すように、互いに接合される構成要素１５および１６内に各インダクタ５４を位置合せする。これはまず、構成要素１５および１６を固定具上で支持する前にインダクタ５４を前もって位置決めするように、様々なアクチュエータを動作させることによって実現することができる。あるいは、最初に構成要素１５および１６を固定具上で支持し、次いでインダクタ５４をそれに対して位置決めするように様々なアクチュエータを動作させることもできる。いずれの場合も、次に、図１１に示すように、各インダクタ５４が互いに接合される構成要素１５および１６内に配置されるように、アクチュエータを動作させてスイッチ５３およびインダクタ５４を動かす。（わかりやすくするためにスイッチ５３は図１１では省略してある）。
【００２２】
同時に、スイッチ５３を、配電バス５２に選択的に係合するように配置する。配電バス５２に対してそのような相対位置にある１つのスイッチ５３の構造を、図１２および図１３に示す。そこに示すように、スイッチ５３は、インダクタ５４をそこで支持するハウジング５３ａを備える。上記のように、インダクタ５４は当分野で一般的なものであり、１対のリード線がそこから延びる導電体の巻線からなる電磁コイル（図示せず）を備える。図示の実施形態では、コイルのリード線は、ハウジング５３ａに支持される第１および第２の接触子６０および６１に電気的に接続される。第１のおよび第２の接触子６０および６１はそれぞれ導電性材料製であり、絶縁体材料製の中間スペーサ６２によって互いに分離されている。必要な場合は、以下で説明する目的のために、中間スペーサ６２上に突出リブ６２ａを設けることができる。
【００２３】
スイッチ５３はさらに、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａをインダクタ５４のコイルの第１の接触子６０に選択的に電気接続させ、配電バス５２の第２の導電体プレート５２ｂをインダクタ５４のコイルの第２接触子の６１に選択的に電気接続させるための、スイッチ機構を備える。図示の実施形態では、このスイッチ機構は、それぞれ導電性材料製である第１および第２のコネクタ６３および６４を備える。第１のコネクタ６３は、スイッチ５３のハウジング５３ａ上に支持された押圧装置６５の可動ラム上に支持されている。押圧装置６５は、従来の油圧式また空気式アクチュエータなどの、第１のコネクタ６３を動かすように力を加えるための従来のいかなる装置として実施することもできる。第１のコネクタ６３は、以下で説明する目的のために、中間スペーサ６２上に設けられた突出リブ６２ａと整列される凹んだ領域６３ａを有するように形成することができる。第２のコネクタ６４は、スイッチ５３のハウジング５３ａの固定された支持部上で支持されている。押圧装置６５は、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４から離れて上方に動かされる開位置（図１２および図１３に示す）と、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に向かって下方に動かされる閉位置（図１４に示す）との間で第１のコネクタ６３を動かすようになされる。
【００２４】
初めに、押圧装置６５を作動させて、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に対して間隔をおいた位置へと上方に動かされる図１２および図１３に示す開位置へと、第１のコネクタ６３を動かす。これによって、同じく図１２および図１３で示すように、配電バス５２がスイッチ５３の第１および第２のコンタクト６３および６４の間で受けられるように、スイッチ５３をアクチュエータによって配置することが可能になる。好ましくは、スイッチ５３の中間スペーサ６２は、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂの最も外側部分の間で受けられるが、これは必須ではない。この初期位置において、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａは、スイッチ５３の第１のコネクタ６０と横方向に整列され、配電バス５２の絶縁体プレート５２ｃは、スイッチ５３の中間スペーサ６２と横方向に整列され、配電装置５２の第２の導電体プレート５２ｂは、スイッチ５３の第２のコネクタ６１と横方向に整列される。
【００２５】
次に、押圧装置６５を作動させて、第１のコネクタ６３が第２のコネクタ６４に向かって下方に動かされる、図１４に示す閉位置へと第１のコネクタ６３を動かす。このような動きによって、第１のコネクタ６３が、配電バス５２の第１の導電体プレート５２ａの隣接端部、およびスイッチ５３の第１のコネクタ６０に、堅く係合される。同時に、このような動きによって、第２のコネクタ６４が、配電バス５２の第２の導電体プレート５２ｂの隣接端部、およびスイッチ５３の第２のコネクタ６１に、堅く係合される。好ましくは、押圧装置６５は、コネクタ６０および６０がそれぞれ、配電バス５２およびスイッチ５３の関連部分に堅くしっかりと係合することを保証するように、かなり大きい力を加える。その結果、インダクタ５４が、配電バス５２の導電体プレート５２ａおよび５２ｂに電気的に接続される。続いて電源５１が作動されると、インダクタ５４のコイルに電流が流れ、極めて強い電磁界がその周りに発生される。結果的に、上記のように、サイド・レール１５とクロス・メンバ１６の間に恒久的な接合部が形成される。
【００２６】
よく知られているように、上記それぞれの磁気パルス溶接を実行するためには、比較的大きな電気エネルギーが必要とされる。こうしたそれぞれの磁気パルス溶接動作を実施するために必要となるこのような電気エネルギー量を最低限に抑えるために、使用時に装置に生じるインダクタンスの大きさを低減することが望ましい。特に、使用時の配電バス５２に生じるインダクタンスの大きさを低減することが望ましい。かなり大きいインダクタンスが存在すると損失が生じ、したがって、これらの磁気パルス溶接動作をそれぞれ実施するのに必要とされる電気エネルギー量が増大する。一般的に、配電バス５２のインダクタンスは、いくつかの方法で最小化することができる。第１に、電源５１からスイッチ５４の間の配電バス５２の長さを最短にすることができる。第２に、導電体プレート５２ａおよび５２ｂの断面積を最大にすることができる。第３に、導電体プレート５２ａと５２ｂを分離する距離を最短にすることができる。
【００２７】
図示した配電バス５２では、電源５１から各スイッチ５４の間の配電バス５２の長さは、こうしたスイッチ５４それぞれの位置によってそれぞれ異なっていてよいことがわかる。その結果、配電バス５２のインダクタンスの大きさは、各スイッチ５４においてそれぞれ異なることがある。これを補償するために、電源５１によって各スイッチ５４に供給される電気エネルギーの量を、これらのスイッチ５４それぞれにかかるインダクタンスの大きさに応じて調節することが望ましい。すなわち、電源５１によって各スイッチ５４に供給される電気エネルギーの量は、作動されるスイッチ５４の位置によって決まる。
【００２８】
あるいは、各磁気パルス溶接動作の実行に必要となる電気エネルギーの量は一定でないことがあるため、様々な要因（たとえば、形成される接合部の幾何学形状、ならびに、構成要素１５および１６を形成するために使用される材料などを含む）に応じて、電源５１によって供給される電気エネルギーの量を一定のレベルに保ち、各スイッチ５４を、それぞれの位置で磁気パルス溶接動作を実行するために必要となる電気エネルギーの量を実現できるようにように配置することが望ましい場合がある。
【００２９】
図示したそれぞれの実施形態において、機械的な機構を配電装置および機構に使用してきた。しかし、上記のように、電源をインダクタに選択的に接続するために、所望のいかなる機械的および電気的構造を使用することもできる。たとえば、図１を再び参照すると、配電システム１２を、ソリッド・ステートまたは、電源１１を各インダクタ１３に選択的に接続するための他の電子スイッチ・システムとして実施することができる。このようなソリッド・ステートまたは電子スイッチ・システムは、当技術分野で知られており、磁気パルス成形／溶接装置１０のための特定の用途で使用するようになされる。
【００３０】
特許法の規定に従って、本発明の動作の原則およびモードを、その好ましい実施形態において説明および図示してきた。ただし、本発明は、その精神および範囲から逸脱することなく、具体的に説明し図示した以外にも実施することができることが理解されなくてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置のブロック図である。
【図２】自動車フレーム・アセンブリを形成するために複数の自動車フレーム構成要素を互いに接合するための動作の第１段階にある、図１に示した装置の配電システムの第一実施形態を示す概略上面図である。
【図３】動作の第２段階にある、図２に示した配電システムの第１の実施形態を示す概略上面図である。
【図４】図２および図３に示した２つの自動車フレーム構成要素間の、接合前の接合部を示す側断面図である。
【図５】自動車フレーム構成要素が互いに接合された後の、図４に示した接合部を示す側断面図である。
【図６】動作の第３段階にある、図２に示した配電システムの第１の実施形態を示す概略上面図である。
【図７】本発明による、図１に示した装置の配電システムの第２の実施形態を示す概略上面図である。
【図８】本発明による、図１に示した装置の配電システムの第３の実施形態を示す概略上面図である。
【図９】本発明に従って複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための、改変された装置のブロック図である。
【図１０】動作の第１段階にある、図９に示す改変された装置を示す概略正面斜視図である。
【図１１】動作の第２段階にある、図９および図１０に示す改変された装置の概略正面斜視図である（わかりやすくするためにスイッチを省略してある）。
【図１２】開状態にある、図１０および図１１に示す改変された装置のスイッチの１つを示す拡大側面図である。
【図１３】開状態にある、図１２に示すスイッチの一部を示すさらなる拡大側面図である。
【図１４】スイッチが閉状態にある、図１３と同様の拡大側面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置であって、
電源と、
複数のインダクタと、
複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するために前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するための配電システムと、
を備える装置。
【請求項２】
前記配電システムが、前記複数のインダクタのそれぞれに接続することができる接続アームを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記配電装置は、前記接続アームが前記複数のインダクタのそれぞれに接続されるように、前記複数のインダクタに対して相対的に移動可能である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記配電システムが、前記複数のインダクタのそれぞれに接続することができる１本の接続ケーブルを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記配電システムが、前記複数のインダクタにそれぞれ接続することができる複数の接続ケーブルを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記配電システムが、前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するためのソリッド・ステート・スイッチ・システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記配電システムが、前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するための電子スイッチ・システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記配電システムが配電バスを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記配電バスが、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の導電体が、第１および第２の平坦かつ平面の導電体プレートを備え、前記絶縁体が、前記第１および第２の導電体プレートの間に配置された平坦かつ平面の絶縁体プレートを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記配電システムがさらに、前記インダクタをそれぞれ前記配電バスに選択的に接続するための、前記複数のインダクタにそれぞれ関連付けられた複数のスイッチを備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のスイッチがそれぞれ、前記配電バスに対する相対移動のために支持される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数のスイッチがそれぞれ、前記関連するインダクタに接続され前記配電バスに選択的に接続されるようになされた第１および第２の接触子を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記スイッチの前記第１および第２の接触子を、前記配電バスに選択的に接続するための手段をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記選択的に接続するための手段が、可動ラムを有する押圧装置を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１】
複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するための装置であって、
電源と、
複数のインダクタと、
複数の磁気パルス成形または溶接動作を実施するために前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するための配電システムと、
を備える装置。
【請求項２】
前記配電システムが、前記複数のインダクタのそれぞれに接続することができる接続アームを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記配電装置は、前記接続アームが前記複数のインダクタのそれぞれに接続されるように、前記複数のインダクタに対して相対的に移動可能である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記配電システムが、前記複数のインダクタのそれぞれに接続することができる１本の接続ケーブルを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記配電システムが、前記複数のインダクタにそれぞれ接続することができる複数の接続ケーブルを有する配電装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記配電システムが、前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するためのソリッド・ステート・スイッチ・システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記配電システムが、前記電源を前記複数のインダクタのそれぞれに選択的に接続するための電子スイッチ・システムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記配電システムが配電バスを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記配電バスが、絶縁体によって分離された第１および第２の導電体を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２の導電体が、第１および第２の平坦かつ平面の導電体プレートを備え、前記絶縁体が、前記第１および第２の導電体プレートの間に配置された平坦かつ平面の絶縁体プレートを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記配電システムがさらに、前記インダクタをそれぞれ前記配電バスに選択的に接続するための、前記複数のインダクタにそれぞれ関連付けられた複数のスイッチを備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のスイッチがそれぞれ、前記配電バスに対する相対移動のために支持される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数のスイッチがそれぞれ、前記関連するインダクタに接続され前記配電バスに選択的に接続されるようになされた第１および第２の接触子を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記スイッチの前記第１および第２の接触子を、前記配電バスに選択的に接続するための手段をさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記選択的に接続するための手段が、可動ラムを有する押圧装置を含む、請求項１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００７−５２４５１１（Ｐ２００７−５２４５１１Ａ）
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１７７１７（Ｐ２００６−５１７７１７）
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０６２２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００５０７０
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（５００１８７０６３）デーナ、コーポレイション (23)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２０６２２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００５０７０
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（５００１８７０６３）デーナ、コーポレイション (23)
【Ｆターム（参考）】
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