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JP5156266B2 - Welding apparatus and welding method - Google Patents

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JP5156266B2 JP2007146598A JP2007146598A JP5156266B2 JP 5156266 B2 JP5156266 B2 JP 5156266B2 JP 2007146598 A JP2007146598 A JP 2007146598A JP 2007146598 A JP2007146598 A JP 2007146598A JP 5156266 B2 JP5156266 B2 JP 5156266B2
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  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

本発明は、高周波を利用した溶接装置および溶接方法に関する。   The present invention relates to a welding apparatus and a welding method using high frequency.

溶接とは、2つ以上の部材を分子原子レベル溶融し一体化させる作業であり、接合箇所が連続性を持つように、部材を加熱したり圧力を加えたりすることで接合部を融合させる技術である。溶接は通常母材を溶かして行われる。母材は金属であることが多いが、プラスチックやセラミックスを溶接する場合もある。   Welding is the work of fusing two or more members at the molecular atom level and integrating them, and the technology to fuse the joints by heating the members or applying pressure so that the joints have continuity It is. Welding is usually performed by melting the base material. The base material is often a metal, but plastic or ceramics may be welded.

主な溶接手法としてはアーク溶接またはスポット溶接があり、スポット溶接は自動車や薄板板金の分野でよく使われている。金属を溶かす場合かなりの高温で溶接を行わねばならず、慣れない技術者に扱わせるのは危険である。同一製品の量産には溶接ロボット等の装置が使われることが多く、多品種少量生産ではほとんどの場合、製品ごとに熟練工が溶接している。特に難易度の高い溶接は人が仕上げるほか無く、溶接技能者には高い技能レベルが要求される。   The main welding methods are arc welding or spot welding, and spot welding is often used in the field of automobiles and sheet metal. When melting metal, it must be welded at a fairly high temperature, and it is dangerous to let untrained engineers handle it. For mass production of the same product, devices such as welding robots are often used, and in most cases, high-mix, low-volume production involves skilled workers welding each product. In particular, welding with high difficulty is only completed by humans, and a high skill level is required for welding technicians.

このような溶接の技術分野において、マイクロ波が利用される場合がある(特許文献1および特許文献2参照)。特許文献1または特許文献2に記載されるプラズマ溶接法では、高周波マイクロ波源から導波管を介してマイクロ波をマイクロ波透過管に導入し、マイクロ波透過管内のプロセスガスを電極無しで点火することによってプラズマを生成し、金属製ノズルから出るプラズマのジェットで溶接を行っている。このようにして、溶接速度を大きくしている。
特表2004−523869号公報 特表2004−535937号公報
In such a technical field of welding, a microwave may be used (see Patent Document 1 and Patent Document 2). In the plasma welding method described in Patent Document 1 or Patent Document 2, a microwave is introduced into a microwave transmission tube from a high-frequency microwave source through a waveguide, and a process gas in the microwave transmission tube is ignited without an electrode. In this way, plasma is generated and welding is performed with a jet of plasma emitted from a metal nozzle. In this way, the welding speed is increased.
JP-T-2004-523869 JP-T-2004-535937

上記の特許文献に記載される装置は、アークプラズマ発生用のガスを必要とし、ガス放出のノズルやトーチを必要とする。そして、このような装置を用意するにはコストがかかる。一品種を大量に生産する場合には溶接速度が重要となり、特許文献に記載されるような装置が用いられやすいが、少量多品種の生産においては、装置の溶接速度は大きな問題とはならない。少量多品種の生産においては、溶接の制御装置を準備するとコスト的に見合わないため、溶接技術者が溶接する必要がある。   The apparatus described in the above patent document requires a gas for generating arc plasma, and requires a gas discharge nozzle and torch. And it is expensive to prepare such a device. In the case of producing a single product in large quantities, the welding speed is important, and an apparatus as described in the patent literature is easily used. However, in the production of a small variety of products, the welding speed of the apparatus is not a big problem. In the production of a small quantity and a wide variety, it is not possible to make a cost adjustment if a welding control device is prepared.

また、溶接作業には危険が伴うため溶接技術者には慣れが必要であり、特に細管のような微細構造や特殊形状を有する部材を溶接する場合には、溶接技術者には高度な技術が要求され、技術的な熟練度が必要とされる。しかしながら、そのように溶接に熟練した技術者の数は限られており、簡単に溶接の需要に対応することができない。一方で、多数の溶接技術者を擁する中小企業では、技術承継が問題となっており、今後、熟練した溶接技術者の数を増やすことは容易ではない。   In addition, the welding work involves danger, so it is necessary for the welding engineer to become accustomed. Especially when welding a member with a fine structure such as a thin tube or a special shape, the welding engineer has advanced technology. Required technical skill is required. However, the number of engineers skilled in welding is limited, and the demand for welding cannot be easily met. On the other hand, in small and medium enterprises having a large number of welding engineers, technical succession is a problem, and it is not easy to increase the number of skilled welding engineers in the future.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熟練した技能を持たない技術者であっても簡易かつ安全に溶接を行うことができる溶接装置および溶接方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a welding apparatus and a welding method capable of performing welding simply and safely even by an engineer without skilled skills. And

(1)上記の目的を達成するため、本発明に係る溶接装置は、互いに接触することなく対向して設置される一対の導電性繊維ブロックと、前記一対の導電性繊維ブロックに高周波を照射する高周波照射部と、を備え、前記一対の導電性繊維ブロックが前記高周波を照射された際に、発生する熱により前記一対の導電性繊維ブロックの間に設置された被溶接物を溶接することを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, a welding apparatus according to the present invention irradiates a pair of conductive fiber blocks placed opposite to each other without contacting each other, and the pair of conductive fiber blocks with high frequency. A high-frequency irradiation section, and welding a workpiece to be welded between the pair of conductive fiber blocks by heat generated when the pair of conductive fiber blocks are irradiated with the high frequency. It is a feature.

このように本発明の溶接装置は、互いに接触することなく対向して設置される一対の導電性繊維ブロックに高周波を照射させ、両者間に発生させた熱により溶接を行う。高温になるのは導電性繊維ブロックに挟まれた領域のみであり技術者にとって安全である。また、上記のとおり被溶接物を導電性繊維ブロックに挟んで設置することで、熟練していない技術者でも簡易かつ安全に溶接を行うことができる。たとえば、微細形状や特殊形状の部材を溶接する場合でも容易に溶接を行うことができる。また、多品種少量生産の製品について制御装置を準備する必要はなく、低コストで多様な部材を溶接することができる。   As described above, the welding apparatus of the present invention irradiates a pair of conductive fiber blocks placed facing each other without contacting each other with high frequency, and performs welding by heat generated between them. Only the region sandwiched between the conductive fiber blocks is high temperature, which is safe for engineers. Further, by placing the work piece between the conductive fiber blocks as described above, even an unskilled engineer can perform welding easily and safely. For example, welding can be easily performed even when a member having a fine shape or a special shape is welded. In addition, it is not necessary to prepare a control device for products of a wide variety and in small quantities, and various members can be welded at low cost.

(2)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックが、それぞれ板形状に形成されていることを特徴としている。これにより、一対の導電性繊維ブロックの板形状の主面間で放電を生じさせ均一に熱を発生させることができる。その結果、部材上で均一な溶接が可能となる。   (2) Further, the welding apparatus according to the present invention is characterized in that the pair of conductive fiber blocks are each formed in a plate shape. Thereby, discharge can be generated between the plate-shaped main surfaces of the pair of conductive fiber blocks, and heat can be generated uniformly. As a result, uniform welding can be performed on the member.

(3)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックが、1mm以上30mm以下の間隔を空けて配置され、前記一対の導電性繊維ブロックが前記高周波を照射された際には、前記間隔に設置された被溶接物を溶接することを特徴としている。このように本発明の溶接装置では、一対の導電性繊維ブロックが1mm以上30mm以下の間隔を空けて配置されている。これにより、導電性繊維ブロックの間に放電を発生させ溶接に必要な熱を発生させることができる。   (3) Moreover, in the welding apparatus according to the present invention, when the pair of conductive fiber blocks are arranged with an interval of 1 mm to 30 mm, and the pair of conductive fiber blocks are irradiated with the high frequency. Is characterized by welding the objects to be welded installed at the intervals. Thus, in the welding apparatus of this invention, a pair of conductive fiber block is arrange | positioned at intervals of 1 mm or more and 30 mm or less. Thereby, it is possible to generate electric discharge between the conductive fiber blocks and generate heat necessary for welding.

(4)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックが、1μm以上0.1mm以下の径を有する繊維により、隣り合う繊維の平均間隔を前記繊維の径の5倍以上20倍以下として形成されていることを特徴としている。   (4) Further, in the welding apparatus according to the present invention, the pair of conductive fiber blocks are fibers having a diameter of 1 μm or more and 0.1 mm or less, and an average interval between adjacent fibers is 5 times or more the diameter of the fibers. It is characterized by being formed as 20 times or less.

一対の導電性繊維ブロックが、1μm以上0.1mm以下の径を有する繊維により形成されているため、繊維の先端から放電を生じさせることができる。また、一対の導電性繊維ブロックが、隣り合う繊維の平均間隔を繊維の径の5倍以上20倍以下として形成されているため、断熱効果が向上し、生じた熱の伝導を防止することができる。   Since the pair of conductive fiber blocks are formed of fibers having a diameter of 1 μm or more and 0.1 mm or less, discharge can be generated from the tips of the fibers. In addition, since the pair of conductive fiber blocks are formed so that the average interval between adjacent fibers is 5 times or more and 20 times or less the diameter of the fiber, the heat insulation effect is improved and the conduction of the generated heat can be prevented. it can.

(5)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックが、カーボンフェルトまたはスチールウールにより形成されていることを特徴としている。カーボンフェルトまたはスチールウールは容易に入手できるため、安価に一対の導電性繊維ブロックを準備することができる。   (5) Moreover, the welding apparatus according to the present invention is characterized in that the pair of conductive fiber blocks are formed of carbon felt or steel wool. Since carbon felt or steel wool is easily available, a pair of conductive fiber blocks can be prepared at low cost.

(6)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックの間に、絶縁性および耐熱性を有するスペーサーを備えることを特徴としている。これにより、局所的な高温に耐えて、一対の導電性繊維ブロックをショートさせないように固定することができる。その結果、溶接を容易かつ確実に行うことができる。   (6) Moreover, the welding apparatus which concerns on this invention is equipped with the spacer which has insulation and heat resistance between said pair of conductive fiber blocks, It is characterized by the above-mentioned. Thereby, it can endure local high temperature and it can fix so that a pair of conductive fiber block may not be short-circuited. As a result, welding can be performed easily and reliably.

(7)また、本発明に係る溶接方法は、対向して設置される一対の導電性繊維ブロックの間に、前記各導電性繊維ブロックと接触させることなく、被溶接物を設置する設置工程と、前記一対の導電性繊維ブロックに高周波を照射する照射工程と、を備えることを特徴としている。   (7) Moreover, the welding method which concerns on this invention is the installation process which installs a to-be-welded object between a pair of electroconductive fiber blocks installed facing each other, without making it contact each said electroconductive fiber block, An irradiation step of irradiating the pair of conductive fiber blocks with a high frequency.

このように本発明の溶接方法は、対向して設置される一対の導電性繊維ブロックの間に被溶接物を設置し、一対の導電性繊維ブロックに高周波を照射させ、両者間に発生させた熱により被溶接物の溶接を行う。被溶接物を導電性繊維ブロックに挟んで設置するだけで溶接できるため熟練していない技術者でも簡易かつ安全に溶接を行うことができる。また、多品種少量生産の製品について制御装置を準備する必要はなく、低コストで多様な部材を溶接することができる。   Thus, in the welding method of the present invention, an object to be welded is installed between a pair of conductive fiber blocks installed opposite to each other, and the pair of conductive fiber blocks are irradiated with a high frequency to be generated between the two. The workpiece is welded by heat. Since welding can be performed simply by sandwiching an object to be welded between conductive fiber blocks, even an unskilled engineer can perform welding easily and safely. In addition, it is not necessary to prepare a control device for products of a wide variety and in small quantities, and various members can be welded at low cost.

(8)また、本発明に係る溶接装置は、前記一対の導電性繊維ブロックが、カーボンフェルトまたはスチールウールにより形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載としている。これにより、たとえば医療機器等の分野で用いられる有機物部材と金属部材との接合品を容易に製造することができる。   (8) Further, in the welding apparatus according to the present invention, the pair of conductive fiber blocks are formed of carbon felt or steel wool. Yes. Thereby, for example, a joined product of an organic material member and a metal member used in the field of medical equipment or the like can be easily manufactured.

(9)また、本発明に係る溶接装置は、前記被溶接物のそれぞれが、管形状に形成されており、前記設置工程において前記被溶接物の一方の先端に他方の先端を挿入して前記被溶接物を設置することを特徴としている。アーク溶接等により管形状の部材同士の溶接する場合には高度な技術が必要となるが、被溶接物を所定位置に設置して高周波を照射するだけで容易に溶接を行うことができる。   (9) Further, in the welding apparatus according to the present invention, each of the workpieces is formed in a tube shape, and the other tip is inserted into one tip of the workpiece in the installation step. It is characterized by installing the work piece. When welding pipe-shaped members by arc welding or the like, a high level of technology is required, but welding can be easily performed only by placing an object to be welded at a predetermined position and irradiating a high frequency.

本発明に係る溶接装置によれば、熟練していない技術者でも簡易かつ安全に溶接を行うことができる。また、多品種少量生産の製品について制御装置を準備する必要はなく、低コストで多様な部材を溶接することができることができる。   According to the welding apparatus according to the present invention, even an unskilled engineer can perform welding easily and safely. In addition, it is not necessary to prepare a control device for products of various types and small quantities, and various members can be welded at low cost.

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

図1は、溶接装置1の構成を示す断面図である。溶接装置1は、高周波照射装置10および溶接ユニット20から構成されている。高周波照射装置10は、内部に設置された対象に対して一定周波数の高周波を照射する装置である。溶接ユニット20は、被溶接物を固定しつつ、照射される高周波のエネルギーを熱に変え、被溶接物に熱を与えるユニットである。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the welding apparatus 1. The welding apparatus 1 includes a high frequency irradiation device 10 and a welding unit 20. The high-frequency irradiation device 10 is a device that irradiates a target installed inside with a high frequency of a certain frequency. The welding unit 20 is a unit that applies heat to the workpiece by changing the high-frequency energy irradiated to heat while fixing the workpiece.

高周波照射装置10は、高周波照射部11、共鳴室14を備えており、高周波照射部11は、発振器12および導波管13を備えている。発振器12は、たとえばマグネトロンにより構成され電源から供給される電力により一定の高周波を発生させる。高周波としては、たとえば2.45GHzや、13.56MHzのマイクロ波を選択することができる。ただし、高周波の周波数はこれに限定されるものではなく、導電性繊維ブロック21、22に十分に放電を発生させられる周波数であればよい。したがって、このような条件を満たせばレーザー光のような光の周波数であってもよい。導波管13は、金属の矩形の中空管であり発振器12から発振された高周波を共鳴室14に導入する。   The high-frequency irradiation device 10 includes a high-frequency irradiation unit 11 and a resonance chamber 14, and the high-frequency irradiation unit 11 includes an oscillator 12 and a waveguide 13. The oscillator 12 is composed of, for example, a magnetron and generates a certain high frequency by electric power supplied from a power source. As the high frequency, for example, 2.45 GHz or 13.56 MHz microwaves can be selected. However, the frequency of the high frequency is not limited to this, and may be any frequency as long as the conductive fiber blocks 21 and 22 are sufficiently discharged. Therefore, if such a condition is satisfied, the frequency of light such as laser light may be used. The waveguide 13 is a metal rectangular hollow tube, and introduces the high frequency oscillated from the oscillator 12 into the resonance chamber 14.

共鳴室14は、直方体の中空を取り囲む壁面により形成され、その一壁面に開閉可能な扉(図示せず)を有している。この扉を開けて溶接ユニット20を共鳴室14内部に設置して周囲を封止した後、高周波が照射される。共鳴室14の寸法は、たとえば幅300mm×奥行320mm×高さ190mmとすることができる。共鳴室14の寸法は、高周波を適度に共鳴させることができる大きさであれば特に限定されない。共鳴室14の内壁は主に金属により形成されている。   The resonance chamber 14 is formed by a wall surface surrounding the hollow of the rectangular parallelepiped, and has a door (not shown) that can be opened and closed on the one wall surface. After this door is opened and the welding unit 20 is installed inside the resonance chamber 14 and the periphery is sealed, high frequency is irradiated. The dimensions of the resonance chamber 14 can be, for example, 300 mm width × 320 mm depth × 190 mm height. The dimensions of the resonance chamber 14 are not particularly limited as long as the dimensions allow the high frequency to resonate appropriately. The inner wall of the resonance chamber 14 is mainly made of metal.

溶接ユニット20は、一対の導電性繊維ブロック21、22、スペーサー23、24およびプラズマ発生防止部材26を備えている。一対の導電性繊維ブロック21、22は、スペーサー23、24を間に挟んで配置されており、さらにスペーサー23、24は、被溶接物31、32を挟んで配置されている。   The welding unit 20 includes a pair of conductive fiber blocks 21 and 22, spacers 23 and 24, and a plasma generation preventing member 26. The pair of conductive fiber blocks 21 and 22 are disposed with the spacers 23 and 24 interposed therebetween, and the spacers 23 and 24 are disposed with the workpieces 31 and 32 interposed therebetween.

導電性繊維ブロック21、22は、それぞれ板形状に形成されている。各導電性繊維ブロック21、22は、互いに接触しないように、それぞれの主面を対向させて配置されている。これらの導電性繊維ブロック21、22の間隔は、1mm以上30mm以下であることが好ましい。間隔を1mm以上30mm以下とすることで、高周波照射時にその間隔内で放電が生じ、金属を溶接できる程度の熱が発生する。そして、その熱により被溶接物31および32を溶接することができる。   The conductive fiber blocks 21 and 22 are each formed in a plate shape. The conductive fiber blocks 21 and 22 are arranged with their main surfaces facing each other so as not to contact each other. The distance between the conductive fiber blocks 21 and 22 is preferably 1 mm or more and 30 mm or less. By setting the interval to 1 mm or more and 30 mm or less, electric discharge is generated within the interval during high-frequency irradiation, and heat that can weld metal is generated. Then, the workpieces 31 and 32 can be welded by the heat.

導電性繊維ブロックは、0.1μm以上0.1mm以下の径を有する繊維により形成され、隣り合う繊維の平均間隔は繊維の径の5倍以上20倍以下であることが好ましい。このように細い繊維で形成されているため、繊維の先端から放電を生じさせることができる。また、隣り合う繊維の平均間隔を繊維の径の5倍以上20倍以下として網目状に形成されているため、断熱効果が向上し、生じた熱の伝導を防止することができる。たとえば、導電性繊維ブロックとしてカーボンフェルトまたはスチールウールを用いることができる。カーボンフェルトまたはスチールウールは安価で比較的入手が容易である。特にカーボンフェルトは、ハサミで切ることで容易に形状を整えることができ、扱い易い。なお、導電性繊維ブロック21、22は、必ずしも繊維のブロックである必要はなく、スポンジ状の導電体であってもよい。   The conductive fiber block is formed of fibers having a diameter of 0.1 μm or more and 0.1 mm or less, and the average interval between adjacent fibers is preferably 5 to 20 times the diameter of the fibers. Since it is formed of such thin fibers, discharge can be generated from the tip of the fibers. Moreover, since it forms in mesh shape by making the average space | interval of adjacent fiber 5 times or more and 20 times or less of the diameter of a fiber, the heat insulation effect improves and it can prevent conduction | electrical_connection of the produced | generated heat. For example, carbon felt or steel wool can be used as the conductive fiber block. Carbon felt or steel wool is cheap and relatively easy to obtain. In particular, carbon felt can be easily shaped by cutting with scissors and is easy to handle. The conductive fiber blocks 21 and 22 are not necessarily fiber blocks, and may be sponge-like conductors.

導電性繊維ブロック21、22は、一対のものが互いに接触しないように対向して配置されることが必要である。したがって、両者間で放電を生じさせるためには、少なくとも2以上の導電性繊維ブロックが必要である。導電性繊維ブロックと導電性の板との間に放電を生じさせることも可能であるが、放電が弱くなりすぎることと、板が熱を逃がすことで十分な熱を発生させることができない。なお、溶接装置1は、必ずしも一対のみの導電性繊維ブロック21、22を有する必要はなく、複数の導電性繊維ブロックが複数の対を形成する溶接装置1もありうる。   The conductive fiber blocks 21 and 22 need to be arranged to face each other so that a pair of them do not contact each other. Therefore, at least two or more conductive fiber blocks are required to cause discharge between the two. Although it is possible to cause discharge between the conductive fiber block and the conductive plate, it is not possible to generate sufficient heat because the discharge becomes too weak and the plate releases heat. In addition, the welding apparatus 1 does not necessarily need to have only one pair of conductive fiber blocks 21, 22, and there may be a welding apparatus 1 in which a plurality of conductive fiber blocks form a plurality of pairs.

スペーサー23、24は、絶縁性および耐熱性を有し、一対の導電性繊維ブロックを一定間隔空けて固定する。スペーサー23、24は、被溶接物31、32の接合しようとする部分を塞がないように空けて、被溶接物31、32を押さえて固定するように配置されている。たとえば、スペーサー23、24には、環状に形成されたセラミック部材を用いて、被溶接物31、32の接合部分の周囲を押さえるように配置することができる。ただし、スペーサー23、24の形状は特に環状に限定されることはなく、板状、ペレット状等であってもよい。スペーサーの材料には耐熱性の高いアルミナ等のセラミックスを用いることが好ましい。なお、スペーサー23、24は、溶接ユニット20に必須の構成ではなく、被溶接物が絶縁性を有する物である場合には、スペーサー23、24がなくても溶接を行うことができる。特に、被溶接物のそれぞれが管形状を有する場合には、スペーサー23、24なしで溶接を行い易い。   The spacers 23 and 24 have insulating properties and heat resistance, and fix the pair of conductive fiber blocks with a predetermined interval. The spacers 23 and 24 are arranged so that the parts to be welded 31 and 32 are joined so as not to be blocked, and the workpieces 31 and 32 are pressed and fixed. For example, the spacers 23 and 24 can be arranged so as to hold the periphery of the joint portion of the workpieces 31 and 32 using an annular ceramic member. However, the shape of the spacers 23 and 24 is not particularly limited to an annular shape, and may be a plate shape, a pellet shape, or the like. It is preferable to use ceramics such as alumina having high heat resistance as the material of the spacer. Note that the spacers 23 and 24 are not essential components of the welding unit 20, and welding can be performed without the spacers 23 and 24 when the workpiece is an insulating material. In particular, when each of the workpieces has a pipe shape, it is easy to perform welding without the spacers 23 and 24.

プラズマ発生防止部材26は、絶縁性を有する部材であり、導電性繊維ブロック21、22の空気側の面を覆うように形成されている。プラズマ発生防止部材26は、高周波の照射によりプラズマが発生するのを防止する。これにより、プラズマの発生に高周波のエネルギーが取られることがなくなり、放電部分にエネルギーが十分に供給される。プラズマ発生防止部材26には、たとえばガラス板やセラミック板を用いることができる。なお、プラズマの発生を防止できるものであればよく、形状は板に限定されない。また、プラズマの影響が無視できれば、溶接装置1は必ずしもプラズマ発生防止部材26を備える必要はない。   The plasma generation preventing member 26 is an insulating member and is formed so as to cover the air-side surfaces of the conductive fiber blocks 21 and 22. The plasma generation preventing member 26 prevents plasma from being generated by high frequency irradiation. Thereby, high frequency energy is not taken for generation of plasma, and energy is sufficiently supplied to the discharge portion. As the plasma generation preventing member 26, for example, a glass plate or a ceramic plate can be used. The shape is not limited to a plate as long as it can prevent the generation of plasma. Further, if the influence of plasma can be ignored, the welding apparatus 1 does not necessarily need to include the plasma generation preventing member 26.

被溶接物31、32は、金属部材同士であってもよいし、金属部材とガラス部材、金属部材とセラミック部材、または金属部材と有機部材であってもよい。たとえば、ポリテトラフルオロエチレンの部材とステンレスの部材とを溶接することが可能である。これにより、ポリテトラフルオロエチレンのような人間に対して親和性の高い材料の部材を容易に溶接することができ、医療器具に本発明の溶接方法を応用することができる。また、エンジン等の分野においても応用の可能性が広がる。各被溶接物は、板状の部材であることが好ましいが、管状の部材、線状の部材またはこれらの組み合わせであってもよい。図1には、板状の被溶接物31、32のそれぞれの端部が重ねられている様子が示されている。高周波の照射により、この重ねられている部分が溶接される。   The workpieces 31 and 32 may be metal members, a metal member and a glass member, a metal member and a ceramic member, or a metal member and an organic member. For example, a polytetrafluoroethylene member and a stainless steel member can be welded. Thereby, a member made of a material having high affinity for humans such as polytetrafluoroethylene can be easily welded, and the welding method of the present invention can be applied to a medical instrument. In addition, the possibility of application also expands in the field of engines and the like. Each workpiece is preferably a plate-like member, but may be a tubular member, a linear member, or a combination thereof. FIG. 1 shows a state in which the respective end portions of the plate-like workpieces 31 and 32 are overlapped. The overlapped portion is welded by high frequency irradiation.

図2(a)は、板状の被溶接物31、32の平面図、図2(b)は板状の被溶接物31、32の側面図である。図2に示すように、被溶接物31、32の間には、溶加材粉末35が挟まれている。溶加材粉末35には、たとえば溶接棒を粉末に加工したものを使用することができる。溶加材粉末35を溶接部分に挟んだ状態で加熱すると、溶接が容易になる。被溶接物31、32と同じ材質の溶加材粉末35を用いる場合でも、粉末の方が板より溶けやすいため、溶加材粉末35がのりのように作用し均一に溶接することができる。   FIG. 2A is a plan view of the plate-like workpieces 31 and 32, and FIG. 2B is a side view of the plate-like workpieces 31 and 32. As shown in FIG. 2, the filler metal powder 35 is sandwiched between the workpieces 31 and 32. As the filler material powder 35, for example, a welding rod processed into powder can be used. When heating is performed with the filler powder 35 sandwiched between the welded portions, welding becomes easy. Even when the filler material powder 35 made of the same material as the workpieces 31 and 32 is used, the powder is more easily melted than the plate, so that the filler material powder 35 acts like a paste and can be welded uniformly.

このように構成される溶接装置1を用いた溶接方法を以下に示す。まず、共鳴室14の扉を開け、導電性繊維ブロック22を共鳴室14の底面に置き、その上にスペーサー24を置く。そして、図2に示すように、被溶接物31、32をその互いに溶接したい部分を接触させた状態で、スペーサー24の上に置き、その上にスペーサー23を置いて被溶接物31、32を挟む。さらに、スペーサー23の上に導電性繊維ブロック21を設置する。そして、導電性繊維ブロック21の上にプラズマ発生防止部材26を置いて導電性繊維ブロック21が空気と接触する面を覆う。   A welding method using the welding apparatus 1 configured as described above will be described below. First, the door of the resonance chamber 14 is opened, the conductive fiber block 22 is placed on the bottom surface of the resonance chamber 14, and the spacer 24 is placed thereon. Then, as shown in FIG. 2, the workpieces 31 and 32 are placed on the spacer 24 in a state where the parts to be welded are in contact with each other, and the spacer 23 is placed thereon to place the workpieces 31 and 32. Pinch. Further, the conductive fiber block 21 is installed on the spacer 23. Then, the plasma generation preventing member 26 is placed on the conductive fiber block 21 to cover the surface where the conductive fiber block 21 comes into contact with air.

このように溶接ユニット20を共鳴室14に設置した後、共鳴室14の扉を閉めて内部を封止し、高周波を溶接ユニット20に照射する。図3(a)〜(c)は、高周波が照射されたときに導電性繊維ユニット21、22に熱が生じるメカニズムを示す概略図である。図3(a)に示すように、高周波は、共鳴室14において適度に反射され、溶接ユニット20には一様に高周波が照射される。そして、図3(b)に示すように、高周波を照射された導電性繊維ユニット21、22の対向する面間で放電が生じる。図中の両方向矢印は放電を示している。放電により、図3(c)に示すように、導電性繊維ユニット21、22の対向する面間の領域Rに高温の熱が発生し、被溶接物31、32の互いの接触部分が溶接される。領域Rの温度は、1500℃程度まで上昇する。   After installing the welding unit 20 in the resonance chamber 14 in this way, the door of the resonance chamber 14 is closed to seal the inside, and the welding unit 20 is irradiated with high frequency. FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams illustrating a mechanism in which heat is generated in the conductive fiber units 21 and 22 when high-frequency waves are irradiated. As shown in FIG. 3A, the high frequency is appropriately reflected in the resonance chamber 14, and the welding unit 20 is uniformly irradiated with the high frequency. And as shown in FIG.3 (b), discharge arises between the surfaces which the electroconductive fiber units 21 and 22 irradiated with the high frequency were. Double-directional arrows in the figure indicate discharge. As shown in FIG. 3C, high-temperature heat is generated in the region R between the opposing surfaces of the conductive fiber units 21 and 22 by the discharge, and the contact portions of the workpieces 31 and 32 are welded to each other. The The temperature in the region R rises to about 1500 ° C.

なお、上記の実施形態では、板形状の被溶接物を溶接しているが、管形状の被溶接物を溶接してもよい。図4は、管形状の被溶接物41、42を示す正面図である。管形状の被溶接物41、42を溶接する場合には、一方の被溶接物41の先端を他方の被溶接物42の先端に挿入した状態で導電性繊維ブロック21、22の間に固定し、高周波の照射を行う。このようにして、たとえばセラミック管とガラス管との溶接、ステンレス管と樹脂管との溶接が可能となる。管同士を溶接する場合は、一方の先端が他方の先端に挿入され、接合部が物理的に固定されているため、溶接時の接合部の固定が容易である。   In the above embodiment, a plate-shaped workpiece is welded, but a pipe-shaped workpiece may be welded. FIG. 4 is a front view showing the pipe-shaped workpieces 41 and 42. When welding the pipe-shaped workpieces 41 and 42, they are fixed between the conductive fiber blocks 21 and 22 with the tip of one workpiece 41 inserted into the tip of the other workpiece 42. High frequency irradiation is performed. In this way, for example, welding between a ceramic tube and a glass tube and welding between a stainless tube and a resin tube are possible. When welding pipes, one end is inserted into the other end, and the joint is physically fixed, so that it is easy to fix the joint during welding.

また、線または棒形状の被溶接物を溶接することも可能である。図5は、線形状の被溶接物51、52を示す正面図である。被溶接物51、52は、溶接対象となる部分を被溶接物の細線で巻かれている。このように、線または棒形状の被溶接物を細線で巻いて、高周波の照射により高熱に曝すことで両者の溶接を行うことができる。たとえば、針金を金属の細線で巻いて溶接したり、金属棒を細線で巻いて溶接したりすることが可能となる。被溶接物は、このような形状のもの以外に階段状であってもよい。   It is also possible to weld a wire or rod-shaped workpiece. FIG. 5 is a front view showing the workpieces 51 and 52 having a linear shape. In the workpieces 51 and 52, a portion to be welded is wound with a thin wire of the workpiece. Thus, a wire or a rod-shaped workpiece can be wound with a thin wire, and both can be welded by exposing to high heat by high frequency irradiation. For example, a wire can be wound with a thin metal wire and welded, or a metal bar can be wound with a thin wire and welded. The workpieces may have a step shape other than those having such shapes.

(実験1)
上記のような溶接装置1を用いて、実験を行った。まず、幅20mm、厚さ2mmの2枚のステンレス(SUS304)板の各先端を、同一材質のステンレス粉を板間に挟んで重ね、アルミナのスペーサーに挟み、さらにカーボンフェルトに挟んだ。そして、2.45GHzのマイクロ波を700Wで50秒間、カーボンフェルトに照射した。その結果、ステンレス板の重ねた部分が溶解し、溶接により2枚のステンレス板が接合されたことを確認することができた。
(Experiment 1)
An experiment was performed using the welding apparatus 1 as described above. First, the tips of two stainless steel (SUS304) plates having a width of 20 mm and a thickness of 2 mm were stacked with stainless steel of the same material sandwiched between the plates, sandwiched between alumina spacers, and further sandwiched between carbon felts. The carbon felt was irradiated with a 2.45 GHz microwave at 700 W for 50 seconds. As a result, it was confirmed that the overlapped portions of the stainless steel plates were melted and the two stainless steel plates were joined by welding.

(実験2)
次に、外径1mmのステンレス(SUS304)管の先端を内径1mmのポリテトラフルオロエチレン管の先端に挿入して接合し、接合部近接のステンレス管部分をアルミナのスペーサーに挟み、さらにカーボンフェルトに挟んだ。そして、2.45GHzのマイクロ波を500Wで20秒間、カーボンフェルトに照射した。その結果、ステンレス管の発熱によりポリテトラフルオロエチレンが溶解し、接触部分において管同士が溶接され、人間の力では分離できない程度の接合部の強度を得ることができた。たとえば、ステンレス管とポリテトラフルオロエチレン管とを溶接したものを医療目的で用いることも可能である。
(Experiment 2)
Next, the tip of a stainless steel (SUS304) tube with an outer diameter of 1 mm is inserted and joined to the tip of a polytetrafluoroethylene tube with an inner diameter of 1 mm, the stainless steel tube portion adjacent to the joint is sandwiched between alumina spacers, and carbon felt is further attached. I caught it. The carbon felt was irradiated with a 2.45 GHz microwave at 500 W for 20 seconds. As a result, polytetrafluoroethylene was dissolved by the heat generation of the stainless steel pipe, the pipes were welded at the contact portion, and it was possible to obtain the strength of the joint that cannot be separated by human force. For example, a welded stainless tube and polytetrafluoroethylene tube can be used for medical purposes.

(実験3)
次に、外径20mmのセラミック管の先端を内径20mmのガラス管の先端に挿入して接合し、接合部をアルミナのスペーサーに挟み、さらにカーボンフェルトに挟んだ。そして、2.45GHzのマイクロ波を700Wで30秒間、カーボンフェルトに照射した。その結果、各管が接触している先端部分が溶接され、人間の力では分離できない程度の接合部の強度を得ることができた。この組み合わせの場合、ガラスの強度に合った使用目的が選ばれるため、この程度の強度で十分であると考えられる。
(Experiment 3)
Next, the tip of a ceramic tube having an outer diameter of 20 mm was inserted and joined to the tip of a glass tube having an inner diameter of 20 mm, and the joined portion was sandwiched between alumina spacers and further sandwiched between carbon felts. The carbon felt was irradiated with a 2.45 GHz microwave at 700 W for 30 seconds. As a result, the tip portion where each pipe is in contact was welded, and the strength of the joint that could not be separated by human force could be obtained. In the case of this combination, the purpose of use that matches the strength of the glass is selected, so this level of strength is considered sufficient.

(実験4)
径2mmの鉄製の2本の針金の各先端を接触させて、鉄の細線で巻いて接合し、接合部をアルミナのスペーサーに挟み、さらにカーボンフェルトに挟んだ。そして、2.45GHzのマイクロ波を700Wで40秒間、カーボンフェルトに照射した。その結果、接触させた部分の鉄が溶解し、2本の針金が溶接により接合されたことが確認できた。このように、実験により本発明の溶接方法が有効であることが実証された。
(Experiment 4)
The tips of two iron wires having a diameter of 2 mm were brought into contact with each other, wound with thin iron wires, joined, and the joint was sandwiched between alumina spacers and further sandwiched between carbon felts. The carbon felt was irradiated with a 2.45 GHz microwave at 700 W for 40 seconds. As a result, it was confirmed that the iron in the contacted portion was melted and the two wires were joined by welding. Thus, experiments proved that the welding method of the present invention is effective.

本発明の溶接装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the welding apparatus of this invention. (a)板状の被溶接物の平面図、(b)板状の被溶接物の側面図である。(A) The top view of a plate-shaped to-be-welded object, (b) The side view of a plate-shaped to-be-welded object. (a)〜(c)高周波が照射されたときに導電性繊維ユニットに熱が生じるメカニズムを示す概略図である。(A)-(c) It is the schematic which shows the mechanism in which heat | fever arises in an electroconductive fiber unit when a high frequency is irradiated. 管形状の被溶接物を示す正面図である。It is a front view which shows a tube-shaped to-be-welded object. 線形状の被溶接物を示す正面図である。It is a front view which shows a linear workpiece.

符号の説明Explanation of symbols

1 溶接装置
10 高周波照射装置
11 高周波照射部
12 発振器
13 導波管
14 共鳴室
20 溶接ユニット
21、22 導電性繊維ブロック
23、24 スペーサー
26 プラズマ発生防止部材
31、32 板状の被溶接物
35 溶加材粉末
41、42 管状の被溶接物
51、52 線状の被溶接物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding apparatus 10 High frequency irradiation apparatus 11 High frequency irradiation part 12 Oscillator 13 Waveguide 14 Resonance chamber 20 Welding unit 21, 22 Conductive fiber block 23, 24 Spacer 26 Plasma generation prevention member 31, 32 Plate-shaped to-be-welded object 35 Melting Additive powder 41, 42 Tubular workpiece 51, 52 Linear workpiece

Claims (9)

互いに接触することなく対向して設置される一対の導電性繊維ブロックと、
前記一対の導電性繊維ブロックに十分に放電を発生させられる周波数を有する電磁波として高周波を前記一対の導電性繊維ブロックに照射する高周波照射部と、を備え、
前記一対の導電性繊維ブロックが前記高周波を照射された際に、発生する熱により前記一対の導電性繊維ブロックの間に設置された被溶接物を溶接することを特徴とする溶接装置。
A pair of conductive fiber blocks installed facing each other without contacting each other;
A high frequency irradiation unit that irradiates the pair of conductive fiber blocks with a high frequency as an electromagnetic wave having a frequency capable of sufficiently generating a discharge in the pair of conductive fiber blocks ;
A welding apparatus that welds an object to be welded installed between the pair of conductive fiber blocks by heat generated when the pair of conductive fiber blocks are irradiated with the high frequency.
前記一対の導電性繊維ブロックは、それぞれ板形状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の溶接装置。   The welding apparatus according to claim 1, wherein each of the pair of conductive fiber blocks is formed in a plate shape. 前記一対の導電性繊維ブロックは、1mm以上30mm以下の間隔を空けて配置され、
前記一対の導電性繊維ブロックが前記高周波を照射された際には、前記間隔に設置された被溶接物を溶接することを特徴とする請求項1または請求項2記載の溶接装置。
The pair of conductive fiber blocks are arranged with an interval of 1 mm or more and 30 mm or less,
The welding apparatus according to claim 1 or 2, wherein when the pair of conductive fiber blocks are irradiated with the high frequency, the objects to be welded disposed at the interval are welded.
前記一対の導電性繊維ブロックは、0.1μm以上0.1mm以下の径を有する繊維により、隣り合う繊維の平均間隔を前記繊維の径の5倍以上20倍以下として形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の溶接装置。   The pair of conductive fiber blocks are formed of fibers having a diameter of 0.1 μm or more and 0.1 mm or less so that an average interval between adjacent fibers is 5 to 20 times the diameter of the fibers. The welding apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記一対の導電性繊維ブロックは、カーボンフェルトまたはスチールウールにより形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の溶接装置。   The welding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the pair of conductive fiber blocks are formed of carbon felt or steel wool. 前記一対の導電性繊維ブロックの間に、絶縁性および耐熱性を有するスペーサーを備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の溶接装置。   The welding apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a spacer having insulating properties and heat resistance between the pair of conductive fiber blocks. 対向して設置される一対の導電性繊維ブロックの間に、前記各導電性繊維ブロックと接触させることなく、被溶接物を設置する設置工程と、
前記一対の導電性繊維ブロックに十分に放電を発生させられる周波数を有する電磁波として高周波を前記一対の導電性繊維ブロックに照射する照射工程と、を備えることを特徴とする溶接方法。
Between the pair of conductive fiber blocks installed opposite to each other, without making contact with each of the conductive fiber blocks, an installation step of installing an object to be welded;
An irradiating step of irradiating the pair of conductive fiber blocks with a high frequency as an electromagnetic wave having a frequency capable of sufficiently generating a discharge in the pair of conductive fiber blocks .
前記被溶接物の一方は有機物により形成され、他方は金属により形成されていることを特徴とする請求項7記載の溶接方法。   The welding method according to claim 7, wherein one of the workpieces is formed of an organic material and the other is formed of a metal. 前記被溶接物のそれぞれは、管形状に形成されており、前記設置工程において前記被溶接物の一方の先端に他方の先端を挿入して前記被溶接物を設置することを特徴とする請求項7または請求項8記載の溶接方法。   Each of the workpieces is formed in a tube shape, and the workpiece is installed by inserting the other tip into one tip of the workpiece in the installation step. The welding method according to claim 7 or claim 8.
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