JPH05277745A - 密封容器類の溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 真空、ガス等の気体要素又は水、油、アルコ
ール等の流体要素を容器内に密封する際、密封容器の溶
接による封止を自動化して、能率、品質等を向上させ
る。 【構成】 加圧中心線上で相対向する電極２，３に、溶
接すべき端栓Ｗ１と容器Ｗ２とを各々クランプし、端栓
を取り付けた一方の電極２を前進させ他方の電極先端に
取付けた気体又は流体等の加圧チャンバ２３の内部に端
栓を挿入し、端栓と容器との端面間に形成された僅かな
隙間を含む突合せ溶接区域をチャンバ内で密閉し、チャ
ンバを介して容器内に気体又は流体等を充填した後、一
方の電極を前進させて端栓と容器との突合せ端部を密閉
し、この端部に必要な加圧力と溶接電流を与えて容器を
密封する。クランプ電極を兼ねるチャック機構には、加
圧シリンダの駆動軸と同軸上にチャック駆動用アクチュ
エータ７，７′を組込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空、ガス等の気体要
素又は水、油、アルコール等の流体要素を、容器内に密
封する溶接方法及び装置に関し、特に金属製の容器から
空気を排気してその内圧を一定の真空度に保持した後、
又はその容器内に前記流体要素を充填した後、容器の開
口端を端栓で塞ぎ、最後にこの端栓と容器とを可動側電
極と固定側電極とによりプロジェクション溶接する密封
容器類の溶接方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートパイプの真空封止容器，緩
衝器の流体封入容器，核燃料棒のガス封入容器等の密封
容器類を製造する場合、一般に、容器を封止する側の開
口端から真空引きし、所望の真空度まで内圧が減少した
後、容器内に気体又は流体要素を供給し、その後封止部
分を加熱し、ろう材を溶かして完全密閉するか、又は封
止部分を熱かしめ、アーク溶接，スポット溶接等の手段
によって容器を封止することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
容器を封止する方法は、ヒートパイプの場合、容器の端
を押し潰しているため、押し潰した部分には流体圧要素
が伝わらず、エネルギー効率を低下させる大きな要因と
なっている。また、緩衝器のようにろう材を使用する封
止方法やアーク溶接による封止方法は、経験則や熟練を
必要とし、しかも生産性の良い自動化が難しい。また、
核燃料棒のガス封入容器類をスポット溶接にて密封する
方法は、ワークの形状、大きさがある程度限定されてお
り、電極は溶接物の圧縮方向に加圧通電するものが一般
的であって、密封容器には薄肉パイプが使用され、しか
もパイプの直径，肉厚及び長さが多種に亘るものが多
く、さらにプロジェクション形状が薄肉パイプの端面を
使用する場合等、広範囲に亘る溶接条件に対応する必要
があり、溶接作業も一定条件の環境中で行われるため、
その条件に応じた設備の実用化が望まれていた。本発明
は、このような実情に鑑みなされたもので、密封容器の
溶接による封止を自動化でき、能率向上，コスト低減，
溶接品質の向上を図ることのできる密封容器類の溶接方
法及び装置を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の密封容器類の溶接方法は、加圧中心線上で相
対向する電極に、溶接すべき端栓と容器とをそれぞれク
ランプし、次に端栓を取付けた一方の電極を他方の電極
へ前進させて他方の電極先端に取付けた気体又は流体等
の加圧チャンバの内部に端栓を挿入し、端栓と容器との
端面間に形成された僅かな隙間を含む突合せ溶接区域を
前記チャンバ内で密閉し、次いで前記チャンバを介して
容器内に気体又は流体を充填した後、一方の電極を前進
させて端栓と容器との突合せ端部を密閉し、然る後この
突合せ端部に必要な加圧力と溶接電流を与えて容器を密
封することを特徴とする。

【０００５】本発明の密封容器類の溶接装置は、溶接す
べき端栓と容器とを加圧中心線上で相対向して保持する
可動側電極及び固定側電極と、可動側電極を固定側電極
に移動しワークを所定の位置に位置決めする駆動源と、
可動側電極の加圧シリンダと、両電極間に接続された溶
接電源部と、前記固定側電極の先端に取付けられ端栓と
容器との突合せ溶接区域を気密に保持する加圧チャンバ
とから成り、前記可動側電極及び固定側電極には、先端
に導電部材からなるチャックを取付けたチャックロッド
と、このロッド上を同心にピストンロッドが移動するチ
ャック駆動用アクチュエータとを有し、前記チャック駆
動用アクチュエータのピストンロッドの先端にはチャッ
クホルダが取付けられ、このチャックホルダは前記チャ
ックと同心的に重なり、前記チャック駆動用アクチュエ
ータのピストン運動でチャックのワーク保持と開放時の
開閉動作を行うようになされているものである。

【０００６】

【作用】上記本発明の密封容器類の溶接方法によると、
パイプ形状の容器の一方の開口端を押し潰す必要がな
く、常に原形をとどめたまま製品にすることができ、ヒ
ートパイプの場合、パイプ先端までエネルギー効率を高
めることができる。また容器と端栓のプロジェクション
溶接により接合するため、ワークの位置決め精度出しが
簡単にできると共に自動化を容易に推進することがで
き、生産性の向上，コスト低減，溶接品質の向上を図る
ことができる。

【０００７】また、本発明の密封容器類の溶接装置は、
可動側電極と固定側電極としてクランプ電極を兼ねるチ
ャック機構には、加圧シリンダの駆動軸と同軸上にチャ
ック駆動用アクチュエータを組込んであるため、形状が
シンプルなシリンダ内蔵方式を選定することができ、従
ってコンパクトな設計構造になり、溶接機全体を短くす
ることができる。そして上記の溶接方法を円滑に且つ確
実，容易に行うことができる。

【０００８】

【実施例】本発明の密封容器類の溶接方法及び装置の実
施例を図によって説明する。

【０００９】図１は本発明の溶接方法を具体的に実施す
るための設備として、たとえば核燃料棒のガス封入容器
を封止する場合の抵抗溶接装置全体を示す組立図であ
り、図２はその平面図であり、図３は図１における電極
要部を示す拡大断面図である。

【００１０】この装置は核燃料要素の構成部品である図
３に示す端栓Ｗ１とパイプ形状の容器Ｗ２を各々の電極
にてクランプし、その接合すべき突合せ端から容器内の
空気を排気して、Ｈｅガスを給入した後、両電極間に所
定の加圧力を与え、さらに電極間に溶接電流を流し、端
栓と容器の固有抵抗及び突合せ面での接触抵抗により発
生するジュール熱によりプロジェクション溶接するもの
である。

【００１１】図１中の符号１は溶接機本体を取付ける架
台、図１，２，３中の符号２は可動側電極を示し、３は
固定側電極を示す。可動側電極２は、次のように構成さ
れている。すなわち、先端に端栓Ｗ１をクランプする導
電部材から作られたチャック４が、チャックロッド５の
先端に設けたネジ穴６に取付けられていて、このチャッ
クロッド５の外周上にチャック駆動用アクチュエータ７
の管状のピストンロッド８が同心に嵌合されていて、こ
のピストンロッド８の先端に絶縁材１６により絶縁され
た二次導体２９を介してボルトＢ１で取付けられたチャ
ックホルダ９が前記チャック４に同心に嵌合されて取付
けられている。前記チャック４には端栓Ｗ１を確実に掴
むためにスプリング力を作用させる複数条のすり割り
（図示省略）を形成してあり、チャック４の外周にはチ
ャックホルダ９の内周に設けたテーパ状の加圧面ａと係
合するクサビ面ｂが形成され、このクサビ面ｂに作用す
る前記アクチュエータ７の推力の分力が、チャック４の
軸心に対し直角方向に働いて前記チャック４の内面を端
栓Ｗ１に密着して締付けるようになっている。したがっ
て、チャック４のワーク保持と開放時の開閉動作は、前
記アクチュエータ７のピストン運動で行うため、溶接加
圧軸であるチャックロッド５へのモーメント発生を防ぐ
ことができる。

【００１２】前記チャックホルダ９には、廻り止め機構
として、チャックロッド５に平行なガイド棒１１をアク
チュエータ７側のヘッドフランジに設けたリニアブッシ
ュ１０を貫通してピストンロッド８の先端に取り付けて
ある。

【００１３】溶接加圧に必要な加圧シリンダ１２はエア
ーを駆動源とするもので、チャック４のチャックロッド
５と加圧シリンダ１２のピストン軸１３との間には、電
極加圧時の応答性を良くするために、フォローアップス
プリング１４と、加圧力をモニタリングするためのロー
ドセル１５とをベアリンドガイド上に組み込んである。

【００１４】前記のようなユニット構造からなる可動側
電極２は、位置決め用の油圧シリンダ（図示省略）によ
り架台１のリニアガイドレール１７を移動する移動台１
８の上に固定されたリニアガイドレール１９の上に搭載
されていて、一方の固定側電極３に対向して移動するよ
うになっている。

【００１５】前記固定側電極３は加圧中心線に対し直角
方向、つまり図１の紙面に対し垂直方向に配置された架
台１上のベアリングガイドレール２０にそってシフトす
る移動台２１に搭載されている。

【００１６】固定側電極３のチャッキング構造は前述し
た可動側電極２と基本的に同一である。すなわち、容器
Ｗ２をクランプする導電部材から作られたチャック４′
は、チャックロッド５′の先端に設けたネジ穴６′に取
付けられていて、前記チャックロッド５′は中空とし、
その内部に容器Ｗ２の後部をバックアップする移動調整
可能なバックアップロッド２２を設けてある。

【００１７】チャック駆動用アクチュエータ７′の管状
のピストンロッド８′は前記チャックロッド５′の外周
上に同心に嵌合されていて、このピストンロッド８′の
先端に絶縁材１６′により絶縁された二次導体２９′を
介してボルトＢ２で取付けられたチャックホルダ９′が
前記チャック４′に同心に嵌合されて取付けられてい
る。前記チャック４′には端栓Ｗ１を確実に掴むために
スプリング力を作用させる複数条のすり割り（図示省
略）を形成してあり、チャック４′の外周にはチャック
ホルダ９′の内周に設けたテーパ状の加圧面ａと係合す
るクサビ面ｂが形成され、このクサビ面ｂに作用する前
記アクチュエータ７′の推力の分力が、チャック４′の
軸心に対し直角方向に働いて前記チャック４′の内面を
容器Ｗ２の外周に密着して締付けるようになっている。
したがって、チャック４′のワーク保持と開放時の開閉
動作は、前記アクチュエータ７′のピストン運動で行う
ため、溶接加圧軸であるチャックロッド５′へのモーメ
ント発生を防ぐことができる。

【００１８】前記チャックホルダ９′には、廻り止め機
構として、チャックロッド５′に平行なガイド棒１１′
をアクチュエータ７′側のヘッドフランジに設けたリニ
アブッシュ１０′を貫通してピストンロッド８′の先端
に取り付けてある。

【００１９】前記固定側電極３は加圧中心線に対して直
角方向にシフトさせることができ、短いワークの場合に
可動側電極２の方向からのセット及び取り外しが可能に
なる。

【００２０】固定側電極３のチャックホルダ９′の先端
には加圧チャンバ２３が絶縁材１６″を介してボルトＢ
３で締め付けられ、前記チャンバ２３とチャックホルダ
９′の先端との間にＯリング２４が挿入され、気密性が
保たれている。端栓Ｗ１を挿入するシール部分２５の貫
通穴２６には、端栓Ｗ１の周囲を気密にシールするＯリ
ング２７を嵌め込んである。

【００２１】前記加圧チャンバ２３は、端栓Ｗ１と容器
Ｗ２の端面との間に僅かな距離を隔て突合わせた区域を
包囲する容積を有し、かつこの容積部には空気を外部に
排気して容器Ｗ２の内圧を一定に保つ吸引口と、真空に
した後の容器Ｗ２内にＨｅガスを供給する給入口とを兼
用する通路２８が設けられている。前記端栓Ｗ１を挿入
するシール部分２５の部品は端栓Ｗ１の太さにより変換
できるようになっている。

【００２２】可動側電極２及び固定側電極３の各々のチ
ャック４，４′は、種々のワークの太さにより交換でき
る配慮がなされている。その交換方法はチャックホルダ
９，９′を取り付けている二次導体２９，２９′との接
続ボルトＢ１，Ｂ２を外し、チャック４，４′をチャッ
クロッド５，５′より外し、太さにあったチャックを交
換する。

【００２３】二次導体２９，２９′は、可動側電極２及
び固定側電極３と溶接トランス（図示省略）の各端子と
を連結し、電極部に給電する給電機能と共にワーク位置
決め等の移動時に電極部と共に移動する移動機能と架台
を貫通する絶縁シール機能を有するもので、移動機能を
必要とする部分にはフレキシブルなオンス銅板（可撓
板）を、またシール機能を要求する貫通部には銅製の丸
棒が使用される。

【００２４】可動側電極２の端栓Ｗ１と固定側電極３の
容器Ｗ２との各チャック４，４′からの突き出し代ｅ，
ｅ′の設定器は図面上では省略したが、一般的にゲージ
バーを相対向する電極２，３の前面から差し込んで、こ
のゲージバーに突き当てて位置を決めるか、又はセンサ
を用いて電気的に突き出し代ｅ，ｅ′を検出して決める
等、任意の手段を選択的に使用できる。

【００２５】次に上記構成の溶接装置を用いる本発明の
密封容器類の溶接方法の実施例を説明する。図４〜図１
０は動作順序を示す。図１，２に示す抵抗溶接装置の加
圧シリンダ１２，チャック駆動用アクチュエータ７，シ
フトシリンダ等のエアー圧と、位置決め用の油圧シリン
ダの油圧は、それぞれの戻り側の作動室に印加し、可動
側電極２を固定側電極３から引き離し、かつ各チャック
４，４′を開いた状態ですべての駆動部を原位置に戻し
待機させる。

【００２６】次に、固定側電極３のチャック４′に図４
に示すように容器Ｗ２を挿入する。このとき、チャック
４′からの突き出し代ｅ′を所定位置に設けたゲージバ
ー或いは任意の検出器によって電気的に検出し、チャッ
ク４′を所定位置で停止すると同時にチャック駆動用ア
クチュエータ７′を作動し、チャックホルダ９′を前進
して該ホルダ９′の加圧面ａをチャック４′のクサビ面
ｂに押圧し、そのクサビ作用で容器Ｗ２の軸心方向にチ
ャック４′の内径を縮小し、図５に示すように容器Ｗ２
の外周に押しつけてクランプし、容器Ｗ２を保持する。

【００２７】次に、端栓Ｗ１を可動側電極２のチャック
４に挿入し、端栓Ｗ１の突き出し代ｅを所定位置に設け
たゲージバー或いは任意の検出器によって電気的に検出
し、チャック４を所定の位置で停止すると同時にチャッ
ク駆動用アクチュエータ７を作動し、チャックホルダ９
を前進して該ホルダ９の加圧面ａをチャック４のクサビ
面ｂに押圧し、そのクサビ作用で端栓Ｗ１の軸心方向に
チャック４の内径を縮小し、図５に示すように端栓Ｗ１
の外周に押しつけてクランプし、端栓Ｗ１を保持する。
かくして可動側電極２と固定側電極３との加圧中心線上
で相対向するワークの溶接準備が完了する。

【００２８】次に、位置決め用の油圧シリンダを作動
し、可動側電極２を所定位置まで前進させ、図６に示す
ように端栓Ｗ１の先端を前記加圧チャンバ２３に差し込
む。これにより端栓Ｗ１の先端と容器Ｗ２の先端との間
に形成された僅かな間隔をもつ突き合わせ区域は、前記
加圧チャンバ２３にて気密に包囲される。そして、真空
排気が行われ、チャンバ２３内の空気は通路２８から排
気され、容器Ｗ２内の気圧が一定の真空度に達するまで
数秒間で引かれる。このように真空引きした後、チャン
バ２３内に通路２８からＨｅガスが給入され、容器Ｗ２
内に一定量のＨｅガスが充填される。ガスの充填量はセ
ンサにより元圧を検出することによって決められる。

【００２９】容器Ｗ２へのＨｅガスの所定の給入が終わ
ると、その信号により直ちに加圧シリンダ１２が作動
し、可動側電極２が前進せしめられ、図７に示すように
容器Ｗ２の端面との突合わせ部に所定の加圧力が発生
し、続いて電極２，３の間に溶接電流が一定時間供給さ
れ、溶接端面同志が溶融・軟化されて加圧接合される。
この溶接は前記加圧チャンバ２３内にてシールされた状
態で行われるため、溶接品質が向上する。

【００３０】溶接完了後は、可動側電極２のチャック駆
動用アクチュエータ７（図１，２参照）を戻し側に作動
し、図８に示すように可動側電極２のチャック４のクラ
ンプ力を端栓Ｗ１から開放すると共に、加圧シリンダ１
２及び位置決め用油圧シリンダを戻し側に作動し、図９
に示すように可動側電極２を原位置に引き戻す。そし
て、固定側電極３のチャック駆動用アクチュエータ７′
を戻し側に作動し、図１０に示すようにチャック４′が
容器Ｗ２を開放することによって、溶接製品を取り出す
ことができる。そして、次の溶接作業に備える。

【００３１】なお、容器Ｗ２が短尺の場合は、加圧シリ
ンダ１２（図１，２参照）を原位置に引き下げ、チャッ
ク４に端栓Ｗ１をセットし、固定側電極３全体は可動側
電極２の加圧中心線上に対し直角方向へシフトさせて、
可動側電極２の方向から容器Ｗ２をチャック４′にセッ
トし、セット完了後、固定側電極３をシフトさせて元の
位置に戻すと良い。

【００３２】また、容器Ｗ２が長尺の場合は、端栓Ｗ１
のセットを短尺容器の場合と同じ要領でセットするが、
容器Ｗ２は固定側電極３の後方よりチャック４′の内部
を通してチャック４′にセットすると良い。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の密封容
器類の溶接方法は、パイプ形状の容器の一方の開口端を
押し潰す必要がなく、常に原形をとどめたまま製品にす
ることができ、ヒートパイプの場合、パイプ先端までエ
ネルギー効率を高めることができる。また容器と端栓の
プロジェクション溶接により接合するため、ワークの位
置決め精度出しが簡単にできると共に自動化を容易に推
進することができ、生産性の向上、コスト低減、溶接品
質の向上を図ることができる。

【００３４】また本発明の密封容器類の溶接装置は、可
動側電極と固定側電極としてクランプ電極を兼ねるチャ
ック機構には、加圧シリンダの駆動軸と同軸上にチャッ
ク駆動用アクチュエータを組込んであるため、形状がシ
ンプルなシリンダ内蔵方式を選定することができ、従っ
て溶接機全体を短くするコンパクトな設計構造にするこ
とができる。そして上記の溶接方法を円滑に且つ確実、
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密封容器類の溶接方法を実施するため
の抵抗溶接装置全体の組立図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の抵抗溶接装置の電極要部を示す拡大断面
図である。

【図４〜図１０】本発明の溶接装置の動作順序を示す説
明図である。

【符号の説明】

１ 架台 ２ 可動側電極 ３ 固定側電極 ４，４′ チャック ５，５′ チャックロッド ６，６′ ネジ穴 ７，７′ チャック駆動用アクチュエータ ８，８′ ピストンロッド ９，９′ チャックホルダ １０，１０′ リニアブッシュ １１，１１′ ガイド棒 １２ 加圧シリンダ １３ ピストン軸 １４ フォローアップスプリング １５ ロードセル １６，１６′，１６″ 絶縁材 １７ リニアガイドレール １８ 移動台 １９ リニアガイドレール ２０ ベアリングガイドレール ２１ 移動台 ２２ バックアップロッド ２３ 加圧チャンバ ２４ Ｏリング ２５ シール部分 ２６ 貫通穴 ２７ Ｏリング ２８ 通路 ２９，２９′ 二次導体 Ｗ１ 端栓 Ｗ２ 容器 ａ 加圧面 ｂ クサビ面 ｅ，ｅ′ 突き出し代 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 正之 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (72)発明者 西山 元邦 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (72)発明者 上村 勝一郎 茨城県那珂郡東海村大字村松４番地33 動 力炉・核燃料開発事業団 東海事業所内 (72)発明者 中瀬 毅 東京都江東区南砂２丁目４番25号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 小保方 貞夫 神奈川県川崎市多摩区桝形１丁目23番１号 株式会社電元社製作所内 (72)発明者 谷口 淳一 神奈川県川崎市多摩区桝形１丁目23番１号 株式会社電元社製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧中心線上で相対向する電極に、溶接
   すべき端栓と容器とをそれぞれクランプし、次に端栓を
   取り付けた一方の電極を他方の電極へ前進させて他方の
   電極先端に取付けた気体又は流体等の加圧チャンバの内
   部に端栓を挿入し、端栓と容器との端面間に形成された
   僅かな隙間を含む突合せ溶接区域を前記チャンバ内で密
   閉し、次いで前記チャンバを介して容器内に気体又は流
   体等を充填した後、一方の電極を前進させて端栓と容器
   との突合せ端部を密閉し、然る後この突合せ端部に必要
   な加圧力と溶接電流を与えて容器を密封することを特徴
   とする密封容器類の溶接方法。
2. 【請求項２】 溶接すべき端栓と容器とを加圧中心線上
   で相対向して保持する可動側電極及び固定側電極と、可
   動側電極を固定側電極に移動しワークを所定の位置に位
   置決めする駆動源と、可動側電極の加圧シリンダと、両
   電極間に接続された溶接電源部と、前記固定側電極の先
   端に取付けられ端栓と容器との突合せ溶接区域を気密に
   保持する加圧チャンバとから成り、前記可動側電極及び
   固定側電極には、先端に導電部材からなるチャックを取
   付けたチャックロッドと、このロッド上を同心にピスト
   ンロッドが移動するチャック駆動用アクチュエータとを
   有し、前記チャック駆動用アクチュエータのピストンロ
   ッドの先端にはチャックホルダが取付けられ、このチャ
   ックホルダは、前記チャックと同心的に重なり、前記チ
   ャック駆動用アクチュエータのピストン運動でチャック
   のワーク保持と開放時の開閉動作を行うようになされて
   いる密封容器類の溶接装置。
3. 【請求項３】 可動側電極及び固定側電極の各チャック
   に、複数条のすり割りを形成してスプリング力が作用す
   るようになすと共にその外周にチャックホルダの内周に
   設けたテーパ状の加圧面と係合するクサビ面を設け、こ
   のクサビ面に作用する前記アクチュエータの推力の分力
   を各チャックの軸心に対し直角方向に作用させて前記端
   栓と容器とをチャックの内面で締付け密着するようにし
   たことを特徴とする請求項２記載の密封容器類の溶接装
   置。
4. 【請求項４】 加圧シリンダと端栓を保持するチャック
   の出力軸との間にフォローアップスプリング及び加圧力
   を検出するロードセルを組込んだことを特徴とする請求
   項２又は３記載の密封容器類の溶接装置。
5. 【請求項５】 固定側電極のチャックロッドを中空とな
   し、その内部に容器の後部をバックアップする移動調整
   可能のバックアップロッドを設けたことを特徴とする請
   求項２又は３若しくは４記載の密封容器類の溶接装置。