JPS62107876A - 部材の接合方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ｎに接合
させる部Ｈの接合方法および装置に関する。

〔従来技術とモの問題点〕

一般に、金属部材を利用して構）Δ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、
内部に発生するジュール熱をもって、金属部材を変形可
能状態または溶隔状態まで加熱し、この金属部材を適当
な方法で１＆合方向に加圧して接合すべき金属部１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、例えば抵抗溶
接、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ｄ用の整流子１のフ
ック２に回転予巻￥Ａ３を接合する熱圧着の一種である
じュージングについて説明する。

第６図に示すように、フック２は調合金製の板を略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【ノられている。

ヒユージングは、先ず、このフック２に回転子巻線３を
通し、次に通電用の一方の電極５をフック２の上部に一
定の加圧力をもって当接させ、他方の電極６を整流子１
のＩＩ！！端部に当接ざゼる。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。これによりフック２は内
部に発生したジュール熱によって加熱され、変形可能状
態になり、電極５の加圧力によってＵ字状開口部を閉じ
る方向すなわち整流子１０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って、フック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＞に示すようにフック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ｆｎＤだ
け変位すると、同図（ｂ）に示すように両市ＶＭ５．６
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とフック２とで挟持し、整流子１
、フック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がノック２
および整流子１より後退さけられ、次の新たなフック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った。

ザなわら、両電極５，６間への通電時間（Ｔ。

〜工１〉を、通電ｌ；ｌ始時Ｔｏにおけるフック２の変
（０品を答としその後フック２の変位量が所定値りに達
するまでの時間としている。そのため、電極５は複数の
フック２のヒユージングを行なうと、待機中であっても
高温状態にあり、この電極５を次の新た４ｊフツク２に
当接さＵるとともに初期加圧力を加えると、そのフック
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。そしてその後火にフック２は所定値りだけ変位させ
られることとなり、結局フック２は６０分だけ深く変位
してにユージングされることとなる。また、両電極５，
６問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
ック２．２を均一状態にしてヒユージングすることがで
きず、またフック２に過度の歪が発生するおそれがあっ
た。また、フック２に通される回転子４の本数は１〜３
木と異なるものであり、フック２毎のヒユージングのば
らつぎが生じることがいなめなかった。更に、両電極５
，６間へ一定の電流を流ずのみであるから、第７図（ａ
）に示すように、フック２の変位量の傾が急であり、フ
ック２が急速に潰れて回転予巻１３を焼き切ってしまう
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５ａの先端に、フック２に当接する接
点ど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５ｂを埋設するようにしてろうイ・」シてい
るが、そのろう何部が雷Ｉｆ１５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
あった。

（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ｔｊ′３よび
装置を提供することを目的どする。

〔発明の概要］ 本発明の第一の発明であるｆｆＵ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
に加圧して変形さけ、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、所定変位量に達した時に前記一定の
電圧を有する゛電流を連断づ−ることにより、前記金属
部材と金属部材よたは非金属部材とを相Ｈに接合ざ往る
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（Ａ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ｂ）を検出する
変位検出センサと、前記金属部材へ一定の電流と一定の
電圧を有する電流とを切換通電自在であるとともにそれ
ぞれの電流通電時における金属部材の変位量が所定値に
）ヱした時に通電を遮断する通電制御装置とをもって形
成したことを特徴とする。

本発明の第三の発明である通電制１２ｉＩ装首は、接合
すべき金属部材へ電極を通して行なう通電状態を制御す
る通電制御装置において、通電時間を前部と後部にとに
分けて独立的に制御２＋＋するタイマ部を設け、前部と
後部とに分けられた各通電時間中の通電状態をそれぞれ
定電流、定電圧および定電力に切換自在とするモード切
換器とを設りたことを特徴とする。

〔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図はブロック的な詳細を示し
ている。

図中、符号１１は溶接トランスであり、その−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く同図では上下方
向）に加圧するどとちに金属部材へ通電を行なう；ｌ１
２＋４１３．１４が接続されている。また、二次側には
溶接電流を測定する゛上流検出コイル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１
７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１ｑら
れる各検出１＋ｎに基づいてサイリスタ１２へ指令を送
って、二次側すなわら金属部材への通電状ｆぶを制御す
る通電制御装置１８が設けられている。この通電制（７
１Ｉ装請１８による１、１１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Ｊ
３いて（ニー・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。

更に説明リ−ると、本実廠例においては第４図（ｂ）に
示すように、接合時にＪ３けるフック２の必要十分な変
位ωをＤとした場合、先ずＤ−△Ｄ分のＡ点までを一定
の電流を流して急速に変（Ωさけ、残りのΔＤ分を一定
の電圧の電流を流して援速に変位させて極めて良好な）
３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、通電制拷ｌ）１置１８
はタイマ部１つと変位測定部２０とを合している。

このタイマ部１９は第４図（Ｃ）のタイムスケジコール
に従って構成各部を動作させるものである。このタイム
スケジコールは、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４ノイクル数を基準と
して進行させられる。

づなわら、交流電源２１より同期信号検出回路２２によ
って同期信号を検出し、サイクル計測回路２３によって
交流電源２１のサイクル数を求め、その］ノイクル数が
シーケンス制御回路２４によっ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１−ランス１１の二次側にシーケン
スＩ１１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２６、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によって決定
される。初期加圧タイマ設定器２６は電ＶＭ１３，１４
によっ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のサイクル数をもって設
定ザる。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、たとえばフック２をヒユージングする場合にはフッ
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
数をもって設定する。冷却タイマ設定器２８は一定のＩ
Ｂ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（ヴが確実にＡ点に達するようにする。

この冷」時間は金属部材によって異なるが、交流電源２
１の′＋Ｊ゛イクル数で０〜２サイクル位いにするとよ
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１ｆ！１３．１
４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Ｈ
のＡ点までの変位（Ｄ−ΔＤ）を行なうまで時間および
変位△Ｄ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　、ｒ３Ｊ：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；Ω定器２９による通電時間の終明が指示される。

また、二次側に流れる溶接電流と、両電極１３゜１４間
に流れる電圧はフィードバックによって一定１ｆｉに保
持される。一方の電流制御は次のようにして行なわれる
。ずなわら、設定器３１ａ。

３１ｂの何れか一方と電流レンジ３２とによって両者の
＊＃ｉの乗算値として電流を設定する。電流検出コイル
１５によって二次側の電流を検出し、波形復元回路３３
によって電流の波形を求め、この電流ｆｌｒＩを電流演
鈴回路３１Ｉによって半サイクル毎に求める。そして、
この８１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９イリ
スク１２ヘフイードバツクし、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Ｚ３６ａ、３６ｂの何れか一方と電圧レンジ３７と
によっ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Ｊ：って電極１３．１４間の電圧を
検出し、電圧演偉回路３８によって電圧値を半サイクル
毎に求める。そして、この計３１１１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υイクスタ１２ヘフィードバックし
、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ａ３いては、各設定器
３１　ａ、３１　ｂ、３６ａ、３６ｂはモード切換器３
９およびモード切換器４０によってそれぞれ電圧、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＋ａ　２においてそれぞれ自由な
通電を行なって、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Ｅ
３１ａ。

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
３３１ｂ、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Ｚ３１ｂ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１
）、これが設定値に対すると通電を遮断さける。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４２によって設定する。変位検出センサ］７
によって検出した信号から変（り溜筒回路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１Ｆ３いて設定変位ΔＤど比
較する。この比較回路４５による比較の結果が測定変位
が設定変位へ〇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
ス制罪四′１８２４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と下
限判定設定器４８とによって設定された下限と上限の判
定値と測定変位と比較し、その結果をパイロットランプ
等からなる判定表示器４９ａ、４９ｂ。

４９ｃによって下限に満たない、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のフック２の
ヒユージングを第４図（Ｃ）のタイムスケジュールに従
っ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によって設定した初期
加圧時間で各電極１３．１４の一方の電ｔｉｉ／ｌを整
流子１に当接さぜ、使方の電極１３をフック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２！ｉ２７によって設定した溶
接１時間の間一定の電流を溶接トランス１１の二次側す
なわちフック２に流す。この場合シーケンス制御回路２
４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、これと同りに、電
流検出］イル１５によって二次側の溶接電流を検出し、
波形復元回路３３によって波形復元し、雷流演惇回路３
４によって半サイクル毎に電流値を算出し、設定器３１
ａによる設定電流値と前記５１側電流（ぽｌとを位相変
換回路３５によって比較し、実際の電流値を設定電流値
に補正するＪ：うに点弧パルス発生回路２５を通してサ
イリスタ１２にフィードバックさせ、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、フック２は内部で発生するジコー
ル熱によって加圧され、変形可能状態となり、電極１３
による加圧力によって第４図（ｂ）線に沿ってΔ魚に近
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ック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時間は予めとュージングの実験を行なって決定してお
くとよい。またこのフック２の変位を変位測定部２０の
変位検出セン量す１７によって検出し、変位演９７回路
４３にＪ：って算出した変位がＡ点の変位に達すると比
較回路４５およびシーケンス７ｉ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Ｏリイクルに設定し
ている。

次に、溶接２タイマ設定器２９にＪ：って設定した溶接
２時間のｊｌｊ一定の電圧を右ケる電流を両１ａ極１３
，１４の間すなわらフック２に流す。この場合前記と同
様に、シーケンス制６１１回路２４が作時に測定されて
いる。すなわち、変位検出センサ１７によって検出され
た変位は変位演算回路４３によって口出され、停止距離
設定器４２によって設定された設定変位ΔＤと前記胴側
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けられ、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によって設定した保持部間
だ【ノミ極１３がフック２の加圧を継続してＪ５つ、フ
ック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はフック２および整流子１か
ら雌される。

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によってｆｌ動を遅延されていた
比較回路４５および変位演算回路４３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ッ
ク２の最終変位を０出し、その算出値を変位距離表示器
４４によって変ｔ／距離としてディジタル式に表示し、
比較回路４５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によって設定した１・限値および
１−限舶と比較し、変位距離が下限偵を割れば判定表示
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（直を越えれば判定表示器・１９Ｃを点
灯させる。

以上のヒユージング動作を、１〜３箇所のフック２に７
４１．で繰返して施し、電極１３を暖めた後、溶ＪＨ１
および溶接２にお【）る設定電流ｆ＋ｒｉと設定電ＩＩ
値を条件２の設定器３１ｂＪ５よび設定器３６ｂによっ
て設定した伯に切換えて、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Ｊ３いては、最初に一定の電流を
流すことにより、フック２自身を早期に所定位首△まＣ
変位さけ、その後一定の電圧の電流を流すことによりフ
ック２を低速で変位さＵるので、フック２は常にヒユー
ジングに必要十分な吊りだ（）確実に変位させられるこ
ととなり、フック２の形状、回転子谷線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、フック２および電１ｆｉ１３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り材（共に図示せず）へ
のろう何部の加熱にＪ、る酸化を防止することができる
。従って、多数のフック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
Ｊ′３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り一タにおける整流子の
ｄへ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。

また、モード切換器３つおよびモード切換器４０によっ
て、溶接１および溶接２のモードを、接合すべき部材の
性質、接合目的、接合条件等に応じて、電圧、電流、電
力の何れかにＥ、ｌＪ換えて使用すれば、すべての接合
についてＩｄも適切な通電状態を提供することができる
。

なお、前記実施例は熱溶着の一種であるヒユージングに
ついて説明したが、本発明は金属部材同志を接合部にお
いて相互に溶融して接合さける抵抗溶接にも同様にして
適用することができる。また、金属部材をかしめること
により非金属部材と接合させる場合、例えば点火プラグ
の磁器製部材を金属製基材にかしめ結合する場合等にも
極めて良好に適用することができる。

〔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、）り合部の金属部材や電殉
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けだけ早期に変位させること
ができ、効率よく確実に、しかち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
Ｉζすべで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（まブロック図、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ュールをそれ
ぞれ示している線図、第５図はヒユージングするフック
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Ｖｌ　−Ｖｌ線に沿った斯面図、第７
図（ａ）、（ｂ）は従来方法によるヒユージング１１の
変位Ｊ３よび通電状態をそれぞれ示す線図である。 ２・・・フック、３・・・回転子巻線、１１・・・溶接
１〜ランス、１２・・・サイリスタ、１３．１４・・・
市軸１．１７・・・変位検出センサ、１８・・・通電制
御装置、１つ・・・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、３
１ｂ・・・設定器、３２・・・電流レンジ、３６ａ、３
６ｂ・・・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。 出願人代理人　　中　尾　俊　輔 第　　１　　図 第　　２　　図 第４図 時間→

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、所定変位量に達した時に
   前記一定の電圧を有する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
   流すまでの時間の長さを、接合条件に応じて調節するこ
   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、前記金属部材へ一定の電流
   と一定の電圧を有する電流とを切換通電自在であるとと
   もにそれぞれの電流通電時における金属部材の変位量が
   所定値に達した時に通電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。 ５）接合すべき金属部材へ電極を通して行なう通電状態
   を制御する通電制御装置において、通電時間を前部と後
   部にとに分けて独立的に制御するタイマ部を設け、前部
   と後部とに分けられた各通電時間中の通電状態をそれぞ
   れ定電流、定電圧および定電力に切換自在とするモード
   切換器とを設けたことを特徴とする通電制御装置。 ６）タイマ部は、通電時間中における金属部材の変位量
   に応じて、通電時間を前部と後部とに分けることを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の通電制御装置。