運動エネルギー溶接加工
【解決手段】 複数の金属板を互いに積層加工する方法が開示されており、前記方法は、（ａ）露出した表面を有する第１及び第２の概ね平坦な金属板を、互いに間隔を空けた平行な関係に配置する段階と、（ｂ）前記間隔を空けて配置した両板を決まった位置に固定する段階と、（ｃ）前記第１の板の前記露出した表面に対して、発射体を、前記第１及び第２の板の間にスポット衝突を作り出し、前記両板の間の前記発射体の衝突した点に冶金学的溶接を作り出せるだけの速度で押し出す段階と、で構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動エネルギースポット溶接によって金属板を互いに積層加工する加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板の積層加工には、従来から、金属板を重ねて一対の電極の間に入れ、電極間に大電流を短時間流して電気抵抗溶接を行う「スポット溶接」が用いられてきた。２枚の金属板の接触部間の電気抵抗が高ければ、十分な発熱があり、接触部の金属が溶け、その領域に局所的な溶接部が形成される。この加工法は各種の金属に適用可能であり、特に鋼には有効である。しかしながら、金属の中には、抵抗スポット溶接がうまく使えないものもあり、その１つがアルミニウムである。アルミニウムの場合は、強固な高抵抗の表面酸化物と低融点が組合わさっているため、この加工法はどうも巧く適用できない。また、従来型のスポット溶接は、異種金属間でも有効性に問題のあることが多い。
【０００３】
或る種の金属の積層加工には困難が伴うため、爆発溶接技法が開発されている。これは、金属板同士を広い表面積に亘って溶接する非溶融溶接加工法である。爆発溶接技法では、２枚の金属板を高速で衝突させ、接触部の間に微小溶解と冶金学的溶接を生じさせる。衝突は、一方の板の表面全体に亘って高エネルギーの粒状炸薬を爆発させることによって作り出される。その板は、爆発により所定の距離に亘って加速され、２番目の板に衝突する。この加工法は、通常、連続的な表面溶接が必要な、大きな板同士を積層加工するのに使用される。
【０００４】
連続溶接が必要ない場合には、小さな個別の炸薬によって爆発溶接を施せばスポット溶接と同じ様な外観が得られるが、この加工法は、手間が掛かり、費用も嵩み、環境的にも問題含みで、爆発の暴力的特性を受け容れるための特殊な設備と離れた工場を必要とする。爆発溶接は、自動車や航空機の組み立て工程で必要とされるような、多量のスポット溶接には適していない。従って、従来のやり方では巧く扱えない材料に適用でき、製造現場の条件にも容易に適合させることのできる、もっと単純で効果的なスポット溶接法が必要とされている。
【０００５】
従って、本発明の第１の目的は、発射体の運動エネルギーに依って必要な溶接エネルギーを作り出すスポット溶接加工法で金属板を積層加工する新規の加工法を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の新規な加工法は、積層加工する金属板を、一方を他方の上に間隔を空けて平行に配置する段階を含んでいる。次いで、平行な板を裏当て板に対して固定又は設置して、２枚の板の内の内側の１枚の位置を固定する。スポット溶接の位置が決まったら、発射体を、２枚の板の内の外側の１枚に向け発射する。発射体の運動エネルギーは、発射体の衝突によって外側の板に伝達され、それによってその板のその部分が２枚の板の間の間隔に亘って加速され、２枚の板の間に高エネルギーのスポット衝突が起き、その結果、両板がその衝突の点で冶金学的に一体に溶接される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の運動エネルギースポット溶接加工法を、図１に示す、厚さ０．０６０インチのアルミニウム板２及び４に適用する場合について説明する。一方の板４、即ち内側の板は、頑丈な裏当て板５に固定されている。第２の、即ち外側の板２は、内側の板４に対して平行に距離ｄだけ間隔を空けて固定されている。２枚の板の間の間隔ｄは、外側の板を点６で凹ませ、下面８に、２枚の板２及び４の間の所定の間隔ｄに等しい深さを有する張り出し部を形成することによって作り出される。ここに例示する加工法の板では、２枚の板を離間する間隔ｄは０．０３０インチである。
【０００８】
アルミニウム板用に選定された発射体１０は、比重０．９５のポリエチレン合成樹脂製の円筒形の散弾で、長さ１インチ、外形０．７５０インチである。発射体は、先端が、８度の傾斜が付いた円錐状の前面となっているのが好ましい。
【０００９】
発射体１０を打ち出す動力源は、銃口１４を有する１２ゲージの散弾銃である。散弾銃の弾丸には、２５粒のレッドドットの黒色火薬が充填されており、発射体は、弾丸の端部に適切に装着されている。散弾銃の銃口１４と内側の板２の間の距離は、約５フィートである。
【００１０】
散弾銃を発射すると、発射体１０が外側のアルミニウムの板２に向かって押し出され、図３に示すように、発射体の衝突したアルミニウムのスポットが、離間した間隔ｄに亘って加速され、内側のアルミニウムの板４上の相対するスポットと高エネルギーで接触することになる。発射体１０の衝突に続いて、そして発射体から伝達されたエネルギーの結果として、ここに例示する加工法の板は、加熱され、外側の板２上の発射体の衝突点の直ぐ下において、直径約０．６インチの円形で互いに溶接される。
【００１１】
ここに例示する加工法では、発射体の重量が６．１グラムであるのに対し、離間した間隔に亘って加速されるアルミニウムの板２の部分の重量は約１．０５グラムであり、発射体の質量の、加速される金属の質量に対する比は５．７である。
【００１２】
自明のことであるが、本発明の範囲は、ここに例示する加工法で設定する仕様そのものに限定されるものではない。当業者であれば、ここに示す仕様に基づいて、異なる種類の金属を含め、積層加工する他の金属に対する加工法の仕様を案出できるであろう。本発明の加工法に関する上記の実施形態では、発射体の動力源として爆燃する炸薬を充填した散弾銃を記述しているが、他の動力源を効果的に使用することもできる。２、３例を挙げれば、例えば、空圧、気体燃焼力、又は釘打ち銃などを使って発射体を打ち出すこともできる。
【００１３】
重量、寸法、延性のような発射体の機械的特性は、溶接を起こすのに必要な運動エネルギーを作り出せる動力源と結び付けて選定すべきであるが、同時に、衝突を受け止める板の表面に著しい損傷を与えないように選定すべきでもある。
【００１４】
上記加工法は、間違いなく、アルミニウムに限定されるものではなく、アルミニウム及びマグネシウムのような低密度、低融点の金属に適用するのに非常に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】積層加工しようとする内側の金属板と外側の金属板の断面図であり、外側の金属板は裏当て板で支持されており、裏当て板も断面で示している。
【図２】図１と同様の断面図であるが、発射体が、２枚の金属板の間の所望のスポット溶接位置に向かって進んでいる様子を示している。
【図３】図１及び２と同様の断面図であるが、内側の金属板と外側の金属板の衝突によって、発射された発射体の衝突点に溶接が形成されている様子を示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動エネルギースポット溶接によって金属板を互いに積層加工する加工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板の積層加工には、従来から、金属板を重ねて一対の電極の間に入れ、電極間に大電流を短時間流して電気抵抗溶接を行う「スポット溶接」が用いられてきた。２枚の金属板の接触部間の電気抵抗が高ければ、十分な発熱があり、接触部の金属が溶け、その領域に局所的な溶接部が形成される。この加工法は各種の金属に適用可能であり、特に鋼には有効である。しかしながら、金属の中には、抵抗スポット溶接がうまく使えないものもあり、その１つがアルミニウムである。アルミニウムの場合は、強固な高抵抗の表面酸化物と低融点が組合わさっているため、この加工法はどうも巧く適用できない。また、従来型のスポット溶接は、異種金属間でも有効性に問題のあることが多い。
【０００３】
或る種の金属の積層加工には困難が伴うため、爆発溶接技法が開発されている。これは、金属板同士を広い表面積に亘って溶接する非溶融溶接加工法である。爆発溶接技法では、２枚の金属板を高速で衝突させ、接触部の間に微小溶解と冶金学的溶接を生じさせる。衝突は、一方の板の表面全体に亘って高エネルギーの粒状炸薬を爆発させることによって作り出される。その板は、爆発により所定の距離に亘って加速され、２番目の板に衝突する。この加工法は、通常、連続的な表面溶接が必要な、大きな板同士を積層加工するのに使用される。
【０００４】
連続溶接が必要ない場合には、小さな個別の炸薬によって爆発溶接を施せばスポット溶接と同じ様な外観が得られるが、この加工法は、手間が掛かり、費用も嵩み、環境的にも問題含みで、爆発の暴力的特性を受け容れるための特殊な設備と離れた工場を必要とする。爆発溶接は、自動車や航空機の組み立て工程で必要とされるような、多量のスポット溶接には適していない。従って、従来のやり方では巧く扱えない材料に適用でき、製造現場の条件にも容易に適合させることのできる、もっと単純で効果的なスポット溶接法が必要とされている。
【０００５】
従って、本発明の第１の目的は、発射体の運動エネルギーに依って必要な溶接エネルギーを作り出すスポット溶接加工法で金属板を積層加工する新規の加工法を提供することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の新規な加工法は、積層加工する金属板を、一方を他方の上に間隔を空けて平行に配置する段階を含んでいる。次いで、平行な板を裏当て板に対して固定又は設置して、２枚の板の内の内側の１枚の位置を固定する。スポット溶接の位置が決まったら、発射体を、２枚の板の内の外側の１枚に向け発射する。発射体の運動エネルギーは、発射体の衝突によって外側の板に伝達され、それによってその板のその部分が２枚の板の間の間隔に亘って加速され、２枚の板の間に高エネルギーのスポット衝突が起き、その結果、両板がその衝突の点で冶金学的に一体に溶接される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の運動エネルギースポット溶接加工法を、図１に示す、厚さ０．０６０インチのアルミニウム板２及び４に適用する場合について説明する。一方の板４、即ち内側の板は、頑丈な裏当て板５に固定されている。第２の、即ち外側の板２は、内側の板４に対して平行に距離ｄだけ間隔を空けて固定されている。２枚の板の間の間隔ｄは、外側の板を点６で凹ませ、下面８に、２枚の板２及び４の間の所定の間隔ｄに等しい深さを有する張り出し部を形成することによって作り出される。ここに例示する加工法の板では、２枚の板を離間する間隔ｄは０．０３０インチである。
【０００８】
アルミニウム板用に選定された発射体１０は、比重０．９５のポリエチレン合成樹脂製の円筒形の散弾で、長さ１インチ、外形０．７５０インチである。発射体は、先端が、８度の傾斜が付いた円錐状の前面となっているのが好ましい。
【０００９】
発射体１０を打ち出す動力源は、銃口１４を有する１２ゲージの散弾銃である。散弾銃の弾丸には、２５粒のレッドドットの黒色火薬が充填されており、発射体は、弾丸の端部に適切に装着されている。散弾銃の銃口１４と内側の板２の間の距離は、約５フィートである。
【００１０】
散弾銃を発射すると、発射体１０が外側のアルミニウムの板２に向かって押し出され、図３に示すように、発射体の衝突したアルミニウムのスポットが、離間した間隔ｄに亘って加速され、内側のアルミニウムの板４上の相対するスポットと高エネルギーで接触することになる。発射体１０の衝突に続いて、そして発射体から伝達されたエネルギーの結果として、ここに例示する加工法の板は、加熱され、外側の板２上の発射体の衝突点の直ぐ下において、直径約０．６インチの円形で互いに溶接される。
【００１１】
ここに例示する加工法では、発射体の重量が６．１グラムであるのに対し、離間した間隔に亘って加速されるアルミニウムの板２の部分の重量は約１．０５グラムであり、発射体の質量の、加速される金属の質量に対する比は５．７である。
【００１２】
自明のことであるが、本発明の範囲は、ここに例示する加工法で設定する仕様そのものに限定されるものではない。当業者であれば、ここに示す仕様に基づいて、異なる種類の金属を含め、積層加工する他の金属に対する加工法の仕様を案出できるであろう。本発明の加工法に関する上記の実施形態では、発射体の動力源として爆燃する炸薬を充填した散弾銃を記述しているが、他の動力源を効果的に使用することもできる。２、３例を挙げれば、例えば、空圧、気体燃焼力、又は釘打ち銃などを使って発射体を打ち出すこともできる。
【００１３】
重量、寸法、延性のような発射体の機械的特性は、溶接を起こすのに必要な運動エネルギーを作り出せる動力源と結び付けて選定すべきであるが、同時に、衝突を受け止める板の表面に著しい損傷を与えないように選定すべきでもある。
【００１４】
上記加工法は、間違いなく、アルミニウムに限定されるものではなく、アルミニウム及びマグネシウムのような低密度、低融点の金属に適用するのに非常に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】積層加工しようとする内側の金属板と外側の金属板の断面図であり、外側の金属板は裏当て板で支持されており、裏当て板も断面で示している。
【図２】図１と同様の断面図であるが、発射体が、２枚の金属板の間の所望のスポット溶接位置に向かって進んでいる様子を示している。
【図３】図１及び２と同様の断面図であるが、内側の金属板と外側の金属板の衝突によって、発射された発射体の衝突点に溶接が形成されている様子を示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板を互いに積層加工する方法において、
少なくとも第１及び第２の、露出した表面を有する概ね平坦な金属板を、互いに間隔を空けた平行な関係に配置する段階と、
前記間隔を空けて配置した両板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板の前記露出した表面に対して発射体を押し出す段階であって、前記第１及び第２の板の間のスポット衝突が、前記両板の間の前記発射体の衝突した点に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で発射体を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項２】
前記発射体の質量と延性は、前記第１の金属板にエネルギーを伝達し、前記第１の板を前記両板の間の離間した間隔に亘って加速して、前記他方の板に、前記第１の板の表面に著しい損傷を与えること無く衝突させることができるように選定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発射体は、黒色火薬の爆発による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発射体は、空圧で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発射体は、気体の燃焼による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板を互いに積層加工する方法において、
少なくとも第１及び第２の、露出した表面を有する金属板を、互いに間隔を空けた平行な関係に配置する段階と、
前記間隔を空けて配置した両板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板の前記露出した表面に対して発射体を押し出す段階であって、前記第１及び第２の板の間のスポット衝突が、前記両板の間の前記発射体の衝突した点に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で発射体を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項２】
前記発射体の質量と延性は、前記第１の金属板にエネルギーを伝達し、前記第１の板を前記両板の間の離間した間隔に亘って加速して、前記他方の板に、前記第１の板の表面に著しい損傷を与えること無く衝突させることができるように選定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発射体は、黒色火薬の爆発による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発射体は、空圧で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発射体は、気体の燃焼による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
積層金属板を複数のスポット溶接で接合する方法において、
第１及び第２の概ね平坦な金属板を、互いに実質的に平行な間隔を空けた関係に重ね合わせる段階と、
前記第２の間隔を空けて配置した板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板に対して散弾を押し出す段階であって、前記両板の互いに対するスポット衝突が、前記両板の間の前記散弾の衝突したスポットの下に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で散弾を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項７】
前記第１の板の上面を凹ませて、下面に、前記第１及び第２の板の間の間隔を設定する突起を作り出す段階を更に含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記凹みの位置は、前記散弾が前記第１の板の前記上面と衝突する位置に設けられている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
積層金属板を複数のスポット溶接で接合する方法において、
複数の概ね平坦な金属板を、互いに実質的に平行な間隔を空けた関係に重ね合わせる段階であって、１枚の板が第１の外側の板を構成し、別の板が第２の外側の板を構成している段階と、
前記第２の外側の板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の外側の板に対して散弾を押し出す段階であって、前記複数の板が互いに対して、前記複数の板の間の前記散弾の衝突したスポットと実質的に一致する位置に冶金学的溶接領域を作り出せるだけのエネルギーで衝突するだけの速度で散弾を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項１】
複数の金属板を互いに積層加工する方法において、
少なくとも第１及び第２の、露出した表面を有する概ね平坦な金属板を、互いに間隔を空けた平行な関係に配置する段階と、
前記間隔を空けて配置した両板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板の前記露出した表面に対して発射体を押し出す段階であって、前記第１及び第２の板の間のスポット衝突が、前記両板の間の前記発射体の衝突した点に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で発射体を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項２】
前記発射体の質量と延性は、前記第１の金属板にエネルギーを伝達し、前記第１の板を前記両板の間の離間した間隔に亘って加速して、前記他方の板に、前記第１の板の表面に著しい損傷を与えること無く衝突させることができるように選定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発射体は、黒色火薬の爆発による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発射体は、空圧で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発射体は、気体の燃焼による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属板を互いに積層加工する方法において、
少なくとも第１及び第２の、露出した表面を有する金属板を、互いに間隔を空けた平行な関係に配置する段階と、
前記間隔を空けて配置した両板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板の前記露出した表面に対して発射体を押し出す段階であって、前記第１及び第２の板の間のスポット衝突が、前記両板の間の前記発射体の衝突した点に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で発射体を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項２】
前記発射体の質量と延性は、前記第１の金属板にエネルギーを伝達し、前記第１の板を前記両板の間の離間した間隔に亘って加速して、前記他方の板に、前記第１の板の表面に著しい損傷を与えること無く衝突させることができるように選定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発射体は、黒色火薬の爆発による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発射体は、空圧で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記発射体は、気体の燃焼による力で押し出される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
積層金属板を複数のスポット溶接で接合する方法において、
第１及び第２の概ね平坦な金属板を、互いに実質的に平行な間隔を空けた関係に重ね合わせる段階と、
前記第２の間隔を空けて配置した板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の板に対して散弾を押し出す段階であって、前記両板の互いに対するスポット衝突が、前記両板の間の前記散弾の衝突したスポットの下に冶金学的溶接を作り出せるだけのエネルギーを作り出せるような速度で散弾を押し出す段階と、から成る方法。
【請求項７】
前記第１の板の上面を凹ませて、下面に、前記第１及び第２の板の間の間隔を設定する突起を作り出す段階を更に含んでいる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記凹みの位置は、前記散弾が前記第１の板の前記上面と衝突する位置に設けられている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
積層金属板を複数のスポット溶接で接合する方法において、
複数の概ね平坦な金属板を、互いに実質的に平行な間隔を空けた関係に重ね合わせる段階であって、１枚の板が第１の外側の板を構成し、別の板が第２の外側の板を構成している段階と、
前記第２の外側の板を決まった位置に固定する段階と、
前記第１の外側の板に対して散弾を押し出す段階であって、前記複数の板が互いに対して、前記複数の板の間の前記散弾の衝突したスポットと実質的に一致する位置に冶金学的溶接領域を作り出せるだけのエネルギーで衝突するだけの速度で散弾を押し出す段階と、から成る方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００６−５０２００８（Ｐ２００６−５０２００８Ａ）
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４３４１５（Ｐ２００４−５４３４１５）
【出願日】平成１５年１０月６日（２００３．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１６４５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３３１４２
【国際公開日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【出願人】（５０５１３３６３０）ダイナミック・マテリアルズ・コーポレーション (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１０月６日（２００３．１０．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３１６４５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３３１４２
【国際公開日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【出願人】（５０５１３３６３０）ダイナミック・マテリアルズ・コーポレーション (1)
【Ｆターム（参考）】
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