JPH0254194B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属部材と金属部材または非金属部材
とを金属部材へ通電するとともに加圧力を作用さ
せて相互に接合させるようにして、部材の接合、
特に熱かしめ、熱圧接またはヒユージングを行な
う方法および装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

一般に、金属部材を利用して構造物を製するた
めには、金属部材と金属部材または非金属部材と
を接合することが不可欠である。

この接合を行なうために従来から、金属部材に
通電し、内部に発生するジユール熱をもつて、金
属部材を変形可能状態または溶融状態まで加熱
し、この金属部材を適当な方法で接合方向に加圧
して接合すべき金属部材等を相互に接合させてい
る。

このような接合方法を利用したものには、例え
ば熱圧着、かしめ結合等がある。

従来の接合方法を第５図に示す電動機用の整流
子１のフツク２に回転子巻線３を接合する熱圧着
の一種であるヒユージングについて説明する。

第６図に示すように、フツク２は銅合金製の板
を略Ｕ字状に形成したものであり、整流子１の回
転子４側端部に設けられている。

ヒユージングは、先ず、このフツク２に回転子
巻線３を通し、次に通電用の一方の電極５をフツ
ク２の上部に一定の加圧力をもつて当接させ、他
方の電極６を整流子１の他端部に当接させる。次
に、両電極５，６間に溶接トランス（図示せず）
より、第７図ｂに示すように一定の電流Ｉを通電
する。これによりフツク２は内部に発生したジユ
ール熱によつて加熱され、変形可能状態になり、
電極５の加圧力によつてＵ字状開口部を閉じる方
向すなわち整流子１の表面に近接する方向に変位
して行く。この変位が進行して行くに従つて、フ
ツク２の表面を被覆していた絶縁物の数10％が除
去されて回転子巻線３と電気的に接続可能状態と
なる。そして、第７図ａに示すようにフツク２が
整流子１の表面と当接するとともに相互に熱圧着
されるに十分な変位量Ｄだけ変位すると、同図ｂ
に示すように両電極５，６への一定の電流Ｉの通
電が遮断される。これにより、回転子巻線３を整
流子１とフツク２とで挟持し、整流子１、フツク
２および回転子巻線３が相互に接合され、ヒユー
ジングが終了する。その後、両電極５，６がフツ
ク２および整流子１より後退させられ、次の新た
なフツク２のヒユージングのために待機させられ
る。

ところが、前記した従来のヒユージングにおい
ては、次のような問題点があつた。

すなわち、両電極５，６間への通電時間（T₀
〜T₁）を、通電開始時T₀におけるフツク２の変
位量を零としその後フツク２の変位量が所定値Ｄ
に達するまでの時間としている。そのため、電極
５は複数のフツク２のヒユージングを行なうと、
待機中であつても高温状態にあり、この電極５を
次の新たなフツク２に当接させるとともに初期加
圧力を加えると、そのフツク２は加熱されて接合
方向にΔDだけ変位させられてしまう。そしてそ
の後更にフツク２は所定値Ｄだけ変位させられる
こととなり、結局フツク２はΔD分だけ深く変位
してヒユージングされることとなる。また、両電
極５，６間へ一定の電流を流すのみであるから、
電極５の赤熱状態は過熱状態になることも考えら
れるので、多数のフツク２，２を均一状態にして
ヒユージングすることができず、またフツク２に
過度の歪が発生するおそれがあつた。また、フツ
ク２に通される回転子巻線３の本数は１〜３本と
異なるものであり、フツク２毎のヒユージングの
ばらつきが生じることがいなめなかつた。更に、
両電極５，６間へ一定の電流を流すのみであるか
ら、第７図ａに示すように、フツク２の変位量の
傾が急であり、フツク２が急速に潰れて回転子巻
線３を焼き切つてしまうおそれがある。また、電
極５の中には、クロム、銅等の合金からなる基材
５ｂの先端に、フツク２に当接する接点として高
温に耐え得るタングステンやモリブデンで製した
接触子５ａを埋設するようにしてろう付している
が、そのろう付部が電極５の過熱により酸化して
劣化し、ヒユージング不良を起こす原因となるお
それがあつた。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、接合部の金属部材や電極を過加熱することも
なく、しかもその金属部材の変位速度を適正に保
持したまま効率よく確実にかつ均一に接合するこ
とができ、信頼性の極めて高い接合を施すことの
できる部材の接合方法および装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の第一の発明である部材の接合方法は、
金属部材と金属部材または非金属部材とを、金属
部材を変形させて相互に接合させる部材の接合方
法において、前記金属部材に一定の電流を流して
加熱するとともに接合方向に加圧して変形させ、
その後前記金属部材に一定の電圧を有する電流を
流して加熱するとともに接合方向に加圧して更に
変形させ、前記一定の電圧を有する電流を流し始
めた時からの前記金属部材の変位が所定量に達し
た時に前記電流を遮断することにより、前記金属
部材と金属部材または非金属部材とを相互に接合
させることを特徴とする。

本発明の第二の発明である部材の接合装置は、
接合すべき金属部材と金属部材または非金属部材
とを接合方向に加圧するとともに前記金属部材へ
通電を行なう電極と、接合過程における前記金属
部材の変位量を検出する変位検出センサと、通電
時間を任意に設定でき、一定の電流を流した後一
定の電圧を有する電流を流し、前記一定の電圧を
有する電流を流し始めた時からの前記金属部材の
変位が所定量に達した時に前記電流を遮断する通
電制御装置とを有することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第４図につ
いて説明する。

第１図から第３図は第二および第三の本発明装
置の一実施例を示している。

第１図は概要を示し、第２図はブロツク的な詳
細を示している。

図中、符号１１は溶接トランスであり、その一
次側には二次側に流れる溶接電流を調節するサイ
リスタ１２が接続されている。その二次側には接
合すべき金属部材と金属部材または非金属部材と
を接合方向（同図では上下方向）に加圧するとと
もに金属部材へ通電を行なう電極１３，１４が接
続されている。また、二次側には溶接電流を測定
する電流検出コイル１５が設けられているととも
に、各電極１３，１４間の電圧を測定する電圧検
出センサ１６が設けられている。また、電極１３
の近傍には金属部材の変位量を測定する変位検出
センサ１７が設けられている。そして、電流検出
コイル１５、電圧検出センサ１６および変位検出
センサ１７から得られる各検出値に基づいてサイ
リスタ１２へ指令を送つて、二次側すなわち金属
部材への通電状態を制御する通電制御装置１８が
設けられている。この通電制御装置１８による制
御内容は、金属部材への通電時間を前部と後部と
に分け、先ず前部の通電時間においては一定の電
流を流して金属部材が所定量変位したら通電を遮
断し、後部の通電時間においては一定の電圧の電
流を流して金属部材が更に所定量変位したら通電
を遮断する内容とされている。

更に説明すると、本実施例においては第４図ｂ
に示すように、接合時におけるフツク２の必要十
分な変位量をＤとした場合、先ずＤ−ΔD分のＡ
点までを一定の電流を流して急速に変位させ、残
りのΔD分を一定の電圧の電流を流して緩速に変
位させて極めて良好な接合を行なうようにしてい
る。

このような制御を行なうために、通電制御装置
１８はタイマ部１９と変位測定部２０とを有して
いる。

このタイマ部１９は第４図ｃのタイムスケジユ
ールに従つて構成各部を動作させるものである。
このタイムスケジユールは、第２図における溶接
トランス１１の一次側に送給される交流電源２１
のサイクル数を基準として進行させられる。すな
わち、交流電源２１より同期信号検出回路２２に
よつて同期信号を検出し、サイクル計測回路２３
によつて交流電源２１のサイクル数を求め、その
サイクル数がシーケンス制御回路２４によつて決
定されている数値になると信号が点弧パルス発生
回路２５へ送られ、この点弧パルス発生回路２５
がシーケンス制御回路２４による指令に応じた通
電状態を形成するようにサイリスタ１２へ指令を
送り、溶接トランス１１の二次側にシーケンス制
御回路２４が指令する内容の電流が流される。こ
のシーケンス制御回路２４によるシーケンス制御
の内容は、第３図に示す初期加圧タイマ設定器２
６、溶接１タイマ設定器２７、冷却タイマ設定器
２８、溶接２タイマ設定器２９および保持タイマ
設定器３０によつて決定される。初期加圧タイマ
設定器２６は電極１３，１４によつて金属部材に
接合方向へ加圧してから通電を開始するまでの時
間を交流電源２１のサイクル数をもつて設定す
る。溶接１タイマ設定器２７は一定の電流を流す
時間すなわち第４図ｂの変位がＡ点に達するまで
の時間、たとえばフツク２をヒユージングする場
合にはフツク２が完全に折れ曲がるに要する時間
を同様のサイクル数をもつて設定する。冷却タイ
マ設定器２８は一定の電流を遮断した後の通電停
止時間を設定するものであり、金属部材の変位が
確実にＡ点に達するようにする。この冷却時間は
金属部材によつて異なるが、交流電源２１のサイ
クル数で０〜２サイクル位にするとよい。溶接２
タイマ設定器２９は一定の電圧の電流を流す時
間、すなわち第４図ｂの変位ΔDに達する時間を
同様のサイクル数で設定する。保持タイマ設定器
３０は接合部が早く冷えるように、通電終了後も
電極１３，１４による加圧力を加えておく時間
を、同様のサイクル数で設定する。なお、溶接１
タイマ設定器２７および溶接２タイマ設定器２９
による時間の設定は、予め金属部材のＡ点までの
変位（Ｄ−ΔD）を行なうまで時間および変位
ΔDを行なうまでの時間を測定して決定してお
き、その後の同一の金属部材の接合に適用すると
よい。また、実際には変位検出センサ１７および
変位測定部２０を介して溶接１タイマ設定器２７
および溶接２タイマ設定器２９による通電時間の
終期が指示される。

また、二次側に流れる溶接電流と、両電極１
３，１４間に流れる電圧はフイードバツクによつ
て一定値に確保される。一方の電流制御は次のよ
うにして行われる。すなわち、設定器３１ａ，３
１ｂの何れか一方と電流レンジ３２とによつて両
者の数値の乗算値として電流を設定する。電流検
出コイル１５によつて二次側の電流を検出し、波
形復元回路３３によつて電流の波形を求め、この
電流値を電流演算回路３４によつて半サイクル毎
に求める。そして、この計測電流値と設定電流値
とを比較し、位相変換回路３５および点弧パルス
発生回路２５等を通してサイリスタ１２へフイー
ドバツクし、半サイクル毎に補正して設定した一
定の電流を流すようにしている。他方の電圧制御
は、同様に次のようにして行なわれる。すなわ
ち、設定器３６ａ，３６ｂの何れか一方と電圧レ
ンジ３７とによつて両者の数値の乗算値として電
圧を設定する。電圧検出センサ１６によつて電極
１３，１４間の電圧を検出し、電圧演算回路３８
によつて電圧値を半サイクル毎に求める。そし
て、この計測電圧値と設定電圧値とを比較し、位
相変換回路３５および点弧パルス発生回路２５等
を通してサイリスタ１２へフイードバツクし、半
サイクル毎に補正して設定した一定の電圧の電流
を流すようにしている。本実施例においては、各
設定器３１ａ，３１ｂ，３６ａ，３６ｂはモード
切換器３９およびモード切換器４０によつてそれ
ぞれ電圧、電流電力を切換設定自在に形成されて
いる。これは溶接１および溶接２においてそれぞ
れ自由な通電を行なつて、より適正な接合を施す
ことができるようにするためである。なお、本実
施例においては、モード切換器３９を電流位置
に、モード切換器４０を電圧位置にそれぞれ切換
え設定しておいて、本発明方法を実施できるよう
にしている。なお、第３図左側上下の設定器３１
ａ，３６ａは接合開始後１〜３箇所の接合を行な
う時の電流値、電圧値を条件１として設定し、同
図右側上下の設定器３１ｂ，３６ｂはその後の接
合を継続して行なう時の電流値、電圧値を条件２
として設定する。第３図中、設定器３１ｂの右隣
りのスロープ設定器４１は第４図ａの電流値のス
ロープ部Ｂすなわち一定値までの立ち上がりサイ
クル数を設定する。

変位測定部２０は金属材料の接合方向への変位
を検出し、これが設定値に対すると通電を遮断さ
せる。また、本実施例においては、一定の電圧の
電流を流した後の金属部材の変位を表示するとと
もに、上下限の範囲内にあるか否かを判定し、表
示するように形成されている。すなわち、第４図
ｂのＡ点以後の設定変位ΔDを停止距離設定器４
２によつて設定する。変位検出センサ１７によつ
て検出した信号から変位演算回路４３において変
位を求め、これを変位距離表示器４４において表
示するとともに比較回路４５において設定変位
ΔDと比較する。この比較回路４５による比較の
結果が測定変位が設定変位ΔDに達するとシーケ
ンス制御回路４６に信号が送られ、このシーケン
ス制御回路４６からシーケンス制御回路２４に向
けて通電停止の信号が送られる。また、比較回路
４５は変位の下限判定設定器４７と上限判定設定
器４８とによつて設定された下限と上限の判定値
と測定変位と比較し、その結果をパイロツトラン
プ等からなる判定表示器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ
によつて下限に満たない、適正、上限オーバーの
内容を表示する。

次に、本実施例の作用を本発明方法に基づいて
説明する。

本実施例では、接合の一例として整流子１のフ
ツク２のヒユージングを第４図ｃのタイムスケジ
ユールに従つて行なう場合を説明する。

最初に初期加圧タイマ設定器２６によつて設定
した初期加圧時間で各電極１３，１４の一方の電
極１４を整流子１に当接させ、他方の電極１３を
フツク２に当接させるとともに接合方向へ加圧す
る。

次に、溶接１タイマ設定器２７によつて設定し
た溶接１時間の間一定の電流を溶接トランス１１
の二次側すなわちフツク２に流す。この場合シー
ケンス制御回路２４が作動して、サイクル計測回
路２３および点弧パルス発生回路２５を通じてサ
イリスタ１２により一定の電流を流させるように
シーケンス制御し、これと同時に、電流検出コイ
ル１５によつて二次側の溶接電流を検出し、波形
復元回路３３によつて波形復元し、電流演算回路
３４によつて半サイクル毎に電流値を算出し、設
定器３１ａによる設定電流値と前記計測電流値と
を位相変換回路３５によつて比較し、実際の電流
値を設定電流値に補正するように点弧パルス発生
回路２５を通してサイリスタ１２にフイードバツ
クさせ、第４図ａに示すように一定の電流を流す
ようにする。この一定の電流の通電が継続する
と、フツク２は内部で発生するジユール熱によつ
て加圧され、変形可能状態となり、電極１３によ
る加圧力によつて第４図ｂ線に沿つてＡ点に近ず
くように急速に変形して行く。そして、設定した
溶接１時間が経過するとフツク２が丁度Ａ点まで
変位しており、その時に一定の電流の通電が遮断
される。この溶接１時間は予めヒユージングの実
験を行なつて決定しておくとよい。またこのフツ
ク２の変位を変位測定部２０の変位検出センサ１
７によつて検出し、変位演算回路４３によつて算
出した変位がＡ点の変位に達すると比較回路４５
およびシーケンス制御回路４６を通じてシーケン
ス制御回路２４へ通電停止の指令を出すようにし
てもよい。

次の冷却時間は本実施例においては０サイクル
に設定している。

次に、溶接２タイマ設定器２９によつて設定し
た溶接２時間の間一定の電圧を有する電流を両電
極１３，１４の間すなわちフツク２に流す。この
場合前記と同様に、シーケンス制御回路２４が作
動して、サイクル計測回路２３および点弧パルス
発生回路２５を通じてサイリスタ１２により一定
の電圧の電流を流させるようにシーケンス制御
し、これと同時に、電圧検出センサ１６によつて
両電極１３，１４の電圧を検出し、電圧演算回路
３８によつて半サイクル毎に電圧値を算出し、設
定器３６ａによる設定電圧値と前記計測電流値と
を位相変換回路３５によつて比較し、実際の電圧
値を設定電圧値に補正するように点弧パルス発生
回路２５を通してサイリスタ１２にフイードバツ
クさせ、第４図ａに示すように一定の電圧の電流
を流すようにする。この一定の電圧の電流の通電
が継続すると、フツク２は一定の電流の通電時に
比べてジユール熱の発生が低く抑えられるためそ
の変位量の増加率すなわち第４図ｂ線のＡ点以後
の傾きを小さく抑えられて変位して行く。Ａ点以
後のフツク２の変位は、溶接２の開始と同時にシ
ーケンス制御回路２４から変位測定部２０のシー
ケンス制御回路４６へ測定開始指令が発せられる
ことにより、その変位測定部２０によつて同時に
測定されている。すなわち、変位検出センサ１７
によつて検出された変位は変位演算回路４３によ
つて算出され、停止距離設定器４２によつて設定
された設定変位ΔDと前記計測変位とを比較回路
４５において比較し、実際の変位が設定変位ΔD
に達するとシーケンス制御回路４６を通してシー
ケンス制御回路２４へ通電停止指令が発せられ、
一定の電圧の電流の通電が半サイクル後に応答性
よく停止される。

次に、保持タイマ設定器３０によつて設定した
保持時間だけ電極１３がフツク２の加圧を継続し
ており、フツク２のヒユージング部を早く冷却さ
せる。この保持時間経過後両電極１３，１４はフ
ツク２および整流子１から離される。

そして、この保持時間経過すると、それまでの
時間をシーケンス制御回路４６によつて作動を遅
延されていた比較回路４５および変位演算回路４
３が再作動する。すなわち、変位演算回路４３は
ヒユージング終了後のフツク２の最終変位を算出
し、その算出値を変位距離表示器４４によつて変
位距離としてデイジタル式に表示し、比較回路４
５はその変位距離を下限判定設定器４７および上
限判定設定器４８によつて設定した下限値および
上限値と比較し、変位距離が下限値を割れば判定
表示器４９ａを点灯させ、適正であれば判定表示
器４９ｂを点灯させ、上限値を越えれば判定表示
器４９ｃを点灯させる。

以上のヒユージング動作を、１〜３箇所のフツ
ク２に対して繰返して施し、電極１３を暖めた
後、溶接１および溶接２における設定電流値と設
定電圧値を条件２の設定器３１ｂおよび設定器３
６ｂによつて設定した値に切換えて、その後のヒ
ユージングを継続する。

このように本実施例においては、最初に一定の
電流を流すことにより、フツク２自身を早期に所
定位置Ａまで変位させ、その後一定の電圧の電流
を流すことによりフツク２を低速で変位させるの
で、フツク２は常にヒユージングに必要十分な量
Ｄだけ確実に変位させられることとなり、フツク
２の形状、回転子巻線３の本数等に応じて微調整
を行ないつつ極めて精度の高いヒユージングを高
効率のもとで行なうことができる。また、一定の
電流の通電から一定の電圧の電流の通電へ切換え
ることにより、フツク２および電極１３自身が過
加熱状態になることを防止することができ、回転
子巻線３の断線を防止することができ、電極１３
のタングステン、モリブデン等の合金からなる接
触子の基材（共に図示せず）へのろう付部の加熱
による酸化を防止することができる。従つて、多
数のフツク２，２を剥離等を起すことがないよう
に均一にヒユージングすることができ、整流子１
および回転子４の性能をも向上させることがで
き、信頼性の高いものとなる。

なお、このヒユージングは大型モータにおける
整流子の溝内に回転子巻線を嵌入してヒユージン
グする場合にはも通用することができ汎用性もあ
る。

〔発明の効果〕

このように本発明の部材の接合方法および装置
は構成され作用するものであるから、接合部の金
属部材や電極を過加熱することなく、その金属部
材の変位速度を適正に保持しながら必要十分な量
だけ早期に変位させることができ、効率よく確実
に、しかも多数の接合部を均一に接合することが
でき、接合部の信頼性も極めて高く、またすべて
の接合条件に応じた適切な通電制御を行なうこと
ができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明装置の一実施例を示
し、第１図は全体の概略図、第２図はブロツク
図、第３図は正面図、第４図は本発明装置により
ヒユージングを行なう場合の通電状態、変位およ
びタイムスケジユールをそれぞれ示している線
図、第５図はヒユージングするフツク部分を示す
斜視図、第６図は従来方法によるヒユージングを
示す第５図の−線に沿つた断面図、第７図
ａ，ｂは従来方法によるヒユージング時の変位お
よび通電状態をそれぞれ示す線図である。 ２……フツク、３……回転子巻線、１１……溶
接トランス、１２……サイリスタ、１３，１４…
…電極、１７……変位検出センサ、１８……通電
制御装置、１９……タイマ部、２０……変位測定
部、２４……シーケンス制御回路、２７……溶接
１タイマ設定器、２９……溶接２タイマ設定器、
３１ａ，３１ｂ……設定器、３２……電流レン
ジ、３６ａ，３６ｂ……設定器、３７……電圧レ
ンジ、３９，４０……モード切換器、４６……シ
ーケンス制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属部材と金属部材または非金属部材とを、
   金属部材を変形させて相互に接合させる部材の接
   合方法において、前記金属部材に一定の電流を流
   して加熱するとともに接合方向に加圧して変形さ
   せ、その後前記金属部材に一定の電圧を有する電
   流を流して加熱するとともに接合方向に加圧して
   更に変形させ、前記一定の電圧を有する電流を流
   し始めた時からの前記金属部材の変位が所定量に
   達した時に前記電流を遮断することにより、前記
   金属部材と金属部材または非金属部材とを相互に
   接合させることを特徴とする部材の接合方法。 ２ 一定の電流の遮断から、一定の電圧を有する
   電流を流すまでの時間を接合条件に応じて任意に
   調節することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の部材の接合方法。 ３ 金属部材への通電および金属部材の加圧は電
   極をもつて行なうことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の部材の接合方法。 ４ 接合すべき金属部材と金属部材または非金属
   部材とを接合方向に加圧するとともに前記金属部
   材へ通電を行なう電極と、 接合過程における前記金属部材の変位量を検出
   する変位検出センサと、 通電時間を任意に設定でき、一定の電流を流し
   た後一定の電圧を有する電流を流し、前記一定の
   電圧を有する電流を流し始めた時からの前記金属
   部材の変位が所定量に達した時に前記電流を遮断
   する通電制御装置 とを有することを特徴とする部材の接合装置。