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JP2014065050A - Welding method - Google Patents

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JP2014065050A
JP2014065050A JP2012210791A JP2012210791A JP2014065050A JP 2014065050 A JP2014065050 A JP 2014065050A JP 2012210791 A JP2012210791 A JP 2012210791A JP 2012210791 A JP2012210791 A JP 2012210791A JP 2014065050 A JP2014065050 A JP 2014065050A
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welding
metal thin
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welding method
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Application number
JP2012210791A
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Japanese (ja)
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Eiji Kumagai
栄二 熊谷
Shunji Okemoto
俊二 桶本
Yoshifumi Isozaki
佳史 磯崎
Akira Ito
晃 伊藤
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding method capable of satisfactorily bringing a sheet metal into close contact with a base material, when welding the sheet metal to the welding base material.SOLUTION: A frame 1 is installed on a jig base 7 while setting an opening surface 9b downward, a sheet metal 8a is placed to close the opening surface 9a of the frame 1, and the sheet metal 8a is brought into close contact with the frame 1 by evacuating the inside of the frame 1. In this state, a laser beam 11 is applied along a welded part, and the sheet metal 8a is welded and joined to the frame 1. Even if some irregularities are present on a weld surface 2a, the sheet metal 8a is transformed after the shape and is brought into close contact therewith. A gap is eliminated in comparison with the case where the sheet metal 8a is pressed on the weld surface 2a by using a jig for pressing it down, and thereby the sheet metal 8a is prevented from being punctured by the input of welding heat.

Description

本発明は、金属薄板の溶接方法に関する。   The present invention relates to a method for welding metal sheets.

近年の金属材料の圧延技術の進歩により、例えば、数十μm程度の厚さのステンレス鋼の金属薄板が利用可能になっており、気密水密性が求められる用途などに、こうした金属薄板の溶接が用いられるようになってきている。   Due to recent advances in rolling technology for metal materials, for example, stainless steel thin plates with a thickness of about several tens of μm are available, and such thin metal plates can be welded for applications that require airtight and watertightness. It has come to be used.

膜厚が数十μm程度の金属薄板溶接において、溶接母材と金属薄膜との間に隙間が生じた状態で溶接を行うと、この隙間が生じた部分で金属薄板に入力された熱エネルギーが吸収、蓄積されてしまい、金属薄板が溶けて穴があいてしまうという課題がある。特に、気密水密性が求められる用途では、このような穴が生じると気密水密性が損なわれてしまうため、穴が生じないように溶接を行う必要がある。特許文献1には、2枚以上の金属薄板を高密度エネルギービームにより溶接する技術が開示されている。   In metal thin plate welding with a film thickness of about several tens of μm, if welding is performed with a gap between the welding base material and the metal thin film, the thermal energy input to the metal thin plate at the portion where the gap is generated There is a problem that the metal sheet is melted and absorbed, and the metal thin plate is melted and has a hole. In particular, in applications where airtight and watertightness is required, if such a hole is generated, the airtight and watertightness is impaired. Therefore, it is necessary to perform welding so that no hole is formed. Patent Document 1 discloses a technique of welding two or more metal thin plates with a high-density energy beam.

特開平1−306085号公報JP-A-1-306085

しかしながら、溶接箇所近傍だけを押圧して溶接を行うと、熱のため金属薄板にしわが生じたりして金属薄板との間に微小な隙間が発生し、この部分で入力された熱エネルギーが吸収、蓄積されて穴があいてしまい、溶接不良が生じてしまう。   However, when welding is performed by pressing only in the vicinity of the welding location, wrinkles occur in the metal thin plate due to heat and a minute gap is generated between the metal thin plate, and the heat energy input in this part is absorbed, Accumulation causes holes and poor welding.

また、溶接箇所近傍に金属薄板の溶接個所への密着を阻害するような構造物が存在する場合は、その形状に沿って金属薄板を溶接箇所に押し当てるために特別な形状を有した押さえ治具を必要とし、あるいは、形状によっては金属薄板を密着させること自体が困難な場合がある。   In addition, if there is a structure that obstructs the adhesion of the thin metal plate to the welded part in the vicinity of the welded part, a presser treatment with a special shape to press the thin metal plate against the welded part along the shape. A tool is required, or depending on the shape, it may be difficult to attach the metal thin plate itself.

本発明は、かかる実情に鑑み、溶接母材に金属薄板を溶接する際に、金属薄板を良好に母材に密着させることができる溶接方法を提供するものである。   In view of such circumstances, the present invention provides a welding method capable of satisfactorily bringing a thin metal plate into close contact with the base material when the thin metal plate is welded to the weld base material.

請求項1に記載した溶接方法は、所定の厚さ及び所定の高さを有し、開口面が平面で形成されている枠形状を有するフレームの、少なくともいずれかの開口面を金属薄板で溶接して密閉する溶接方法である。ここで、このフレームの一方の開口面を密閉し、フレームの他方の開口面を閉じるように金属薄板をフレームの溶接面に押し当てる。そして、フレームと金属薄板によって形成された空間を真空引きすることによって金属薄板をフレームの溶接面に密着させた状態で、フレームと金属薄板を溶接する。真空引きすることで、金属薄板がフレームの溶接面に良好に密着して隙間が生じることがないため、溶接によって穴が生じることを回避でき、良好な溶接を実現することができる。   The welding method according to claim 1, wherein at least one opening surface of a frame having a frame shape having a predetermined thickness and a predetermined height and having a flat opening surface is welded with a thin metal plate. It is a welding method that seals. Here, one opening surface of the frame is sealed, and a thin metal plate is pressed against the welding surface of the frame so as to close the other opening surface of the frame. Then, the space formed by the frame and the metal thin plate is evacuated to weld the frame and the metal thin plate in a state where the metal thin plate is brought into close contact with the welding surface of the frame. By evacuating, since the metal thin plate is in close contact with the welding surface of the frame and no gap is generated, it is possible to avoid the generation of holes due to welding and to realize good welding.

本発明の第1の実施形態において溶接を行う概念的な構成を模式的に示す図The figure which shows typically the notional structure which welds in the 1st Embodiment of this invention. 溶接時の概念的な状況を模式的に示す図Diagram showing the conceptual situation during welding フレームの構造を説明するための図であり、(a)は斜視図、(b)は上方向から見た平面図、(c)は(b)におけるAA線に沿った断面をV方向から見た図It is a figure for demonstrating the structure of a flame | frame, (a) is a perspective view, (b) is the top view seen from the upper direction, (c) is the cross section along the AA line in (b) seen from the V direction. Figure 溶接装置、操作部、溶接対象物を含む全体構成を示す図The figure which shows the whole structure containing a welding apparatus, an operation part, and a welding target object 溶接方法を工程順に説明するための図(その1)The figure for demonstrating the welding method to process order (the 1) 溶接方法を工程順に説明するための図(その2)The figure for explaining the welding method in order of the process (the 2) 溶接方法を工程順に説明するための図(その3)Drawing for explaining the welding method in the order of processes (No. 3) 溶接方法を模式的に示す断面図であって、図3(b)のBB線に沿った断面図に相当する図It is sectional drawing which shows a welding method typically, Comprising: The figure corresponded in sectional drawing along the BB line of FIG.3 (b) 本発明の第2の実施形態を示す図8相当図FIG. 8 equivalent view showing the second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施形態での封止対象物がフレーム厚さより厚い場合を示す図8相当図FIG. 8 equivalent view showing a case where the object to be sealed in the third embodiment of the present invention is thicker than the frame thickness. 本発明の第4の実施形態での吸引用溝を設けたフレームを模式的に示す斜視図The perspective view which shows typically the flame | frame provided with the groove | channel for suction in the 4th Embodiment of this invention. 吸引用溝を設けたフレームを溶接する状況を模式的に示す斜視図The perspective view which shows typically the condition which welds the flame | frame provided with the groove | channel for suction. 吸引用溝を設けたフレームを溶接する状況を示す図8相当図FIG. 8 equivalent view showing a situation in which a frame provided with a suction groove is welded 吸引用溝の種々の断面構造を模式的に示す図The figure which shows typically various cross-sectional structures of the groove | channel for suction. 本発明の第5の実施形態において、溶接面が斜め形状であるフレームを溶接する状況を示す図8相当図FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 8 illustrating a situation in which a frame having a welding surface having an oblique shape is welded in the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態において、溶接面と枠の内側面とで形成される稜線(角部)が丸められた形状であるフレームを溶接する状況を示す図8相当図FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 8 illustrating a situation in which a frame having a rounded ridgeline (corner portion) formed by the welding surface and the inner surface of the frame is welded in the sixth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、同一の機能、構成を有する構成要素については、同一符号を付している。図面は模式的なものであり、厚みや平面寸法、もしくはそれらの比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same function and configuration are denoted by the same reference numerals. The drawings are schematic, and thicknesses, planar dimensions, ratios thereof, and the like do not always match those of the actual ones.

(第1の実施形態)
図1、図2又は図3において、溶接母材であるフレーム1は、上下方向に開口した矩形枠形状を有しており、その枠部分の上面及び下面がそれぞれ溶接面2a及び2bとされている。それぞれの溶接面2a、2bを含む面(以下、開口面9a及び9bという)は、図3(a)、(b)、(c)に示すように、略平面になるように形成されている。フレーム1は、例えば、ステンレス鋼SUS304により形成されている。
(First embodiment)
1, 2, or 3, the frame 1 that is a welding base material has a rectangular frame shape that opens in the vertical direction, and the upper surface and the lower surface of the frame portion are the welding surfaces 2 a and 2 b, respectively. Yes. Surfaces including the respective welding surfaces 2a and 2b (hereinafter referred to as opening surfaces 9a and 9b) are formed to be substantially flat as shown in FIGS. 3 (a), (b), and (c). . The frame 1 is made of, for example, stainless steel SUS304.

図3(a)に示すように、フレーム1の側壁面3には枠の内外方向に貫通する真空引き用穴(吸引口)4を有しており、真空引き用穴4には外側から真空引き用パイプ5が接続されている。真空引き用パイプ5は、後述する真空ポンプ6(図4に図示)に接続されて、フレーム1と、後述する治具ベース7、金属薄板8a又は8bとで形成される内部空間内を真空引きする用途に用いられる。   As shown in FIG. 3A, the side wall surface 3 of the frame 1 has a vacuuming hole (suction port) 4 penetrating inward and outward of the frame, and the vacuuming hole 4 is vacuumed from the outside. A pulling pipe 5 is connected. The evacuation pipe 5 is connected to a vacuum pump 6 (shown in FIG. 4) described later, and evacuates the internal space formed by the frame 1, a jig base 7 described later, and the metal thin plate 8a or 8b. Used for applications.

図1に示すように、金属薄板8a及び8bは、それぞれフレーム1の図における上下方向から開口面9a及び9bを塞ぐように押し当てられる。図2に示すように、金属薄板8a及び8bによってフレーム1の開口面9a、9bを塞ぎ、フレーム1内を真空引きすることによって金属薄板8a及び8bをフレーム1に密着させる。この状態で溶接箇所10に沿ってレーザービーム11を照射し、フレーム1と金属薄板8a、8bを溶接接合する。このように、フレーム1、金属薄板8a及び8bで形成された密閉空間を形成することができる。金属薄板8a及び8bは、例えば、膜厚およそ30μmから100μm程度のステンレス鋼SUS304である。   As shown in FIG. 1, the thin metal plates 8a and 8b are pressed so as to close the opening surfaces 9a and 9b from the vertical direction of the frame 1 in the figure. As shown in FIG. 2, the metal thin plates 8 a and 8 b close the opening surfaces 9 a and 9 b of the frame 1, and the inside of the frame 1 is evacuated to bring the metal thin plates 8 a and 8 b into close contact with the frame 1. In this state, the laser beam 11 is irradiated along the welding location 10 to weld and join the frame 1 and the thin metal plates 8a and 8b. Thus, the sealed space formed by the frame 1 and the metal thin plates 8a and 8b can be formed. The metal thin plates 8a and 8b are, for example, stainless steel SUS304 having a film thickness of about 30 μm to about 100 μm.

この実施形態では封止対象物として熱電モジュール12を想定しているため、熱電モジュール12で発生した電流を取り出すための配線13が、フレーム1に設けられたフィールドスルー14を通じてフレーム1の枠の外部に引き出されている。   In this embodiment, since the thermoelectric module 12 is assumed as an object to be sealed, the wiring 13 for taking out the current generated in the thermoelectric module 12 is connected to the outside of the frame 1 through the field through 14 provided in the frame 1. Has been drawn to.

なお、上述した図1及び図2は本実施形態を概念的に示したものであって、実際には、後述するように、溶接面2a、2bを片面ずつ、それぞれ金属薄板8a、8bで順に溶接していく。   1 and 2 described above conceptually show the present embodiment. Actually, as will be described later, the welding surfaces 2a and 2b are arranged one by one on the thin metal plates 8a and 8b, respectively. Welding.

溶接装置は、図4に示す構成を備えている。すなわち、溶接対象物を載せる台となる治具ベース7と、治具ベース7を載せるXYステージ15と、XYステージ15の上下方向位置を調整するZ軸ステージ16を備える。治具ベース7は、例えば、アルミニウムにより形成されている。また、レーザー発振機17と、レーザー発振機17から出射したレーザービーム11をXYステージ15方向に向けるための反射ミラー18と、レーザービーム11を集光させるための集光レンズ19を備える。さらに、溶接時にフレーム1の内部空間を真空引きするための真空ポンプ6が設置されている。真空ポンプ6として、例えばロータリーポンプを用いることができる。   The welding apparatus has the configuration shown in FIG. That is, a jig base 7 serving as a stage on which the welding object is placed, an XY stage 15 on which the jig base 7 is placed, and a Z-axis stage 16 for adjusting the vertical position of the XY stage 15 are provided. The jig base 7 is made of, for example, aluminum. Further, a laser oscillator 17, a reflection mirror 18 for directing the laser beam 11 emitted from the laser oscillator 17 toward the XY stage 15, and a condensing lens 19 for condensing the laser beam 11 are provided. Furthermore, a vacuum pump 6 is provided for evacuating the internal space of the frame 1 during welding. As the vacuum pump 6, for example, a rotary pump can be used.

これらの装置は、エンクロージャー20の内部に設置されている。エンクロージャー20の外部には、XYステージ15及びZ軸ステージ16の位置調節、真空ポンプ6、レーザー発振機17の操作等をするための操作盤21が設置されている。   These devices are installed inside the enclosure 20. An operation panel 21 for adjusting the positions of the XY stage 15 and the Z-axis stage 16 and operating the vacuum pump 6 and the laser oscillator 17 is installed outside the enclosure 20.

次に、図5から図8を用いて、具体的な溶接方法を工程順に説明する。
まず、図5に示すように、フレーム1を、その開口面9bを下にして治具ベース7上に密着させるようにして設置する。次に、フレーム1の上側の開口面9aを金属薄板8aによって塞ぐように金属薄板8aを載置し、次いで、図6に示すように、押さえ治具22を金属薄板8aの端部に沿って設置する。押さえ治具22は、例えば銅によって形成されており、図示しないボルトによって治具ベース7に固定する。これにより、フレーム1は、その開口面9b、9aが、それぞれ治具ベース7、金属薄板8aにより閉鎖された状態で固定される。押さえ治具22は、金属薄板8aの位置決め固定のためと、後述する真空引き時に金属薄板8aがフレーム1の内側に引き込まれるのを防止するために使用している。
フレーム1と治具ベース7と金属薄板8aによって形成されたフレーム1の内部空間は、真空引き用パイプ5を介して真空ポンプ6に接続されている。開口面9a及び9bは概略平面であるため、治具ベース7及び金属薄板8aにほぼ隙間がない状態で接している。
Next, a specific welding method will be described in the order of steps with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5, the frame 1 is installed so as to be in close contact with the jig base 7 with the opening surface 9 b facing down. Next, the metal thin plate 8a is placed so that the upper opening surface 9a of the frame 1 is covered with the metal thin plate 8a. Then, as shown in FIG. 6, the holding jig 22 is moved along the end of the metal thin plate 8a. Install. The holding jig 22 is made of, for example, copper, and is fixed to the jig base 7 with a bolt (not shown). Thereby, the frame 1 is fixed in a state in which the opening surfaces 9b and 9a are closed by the jig base 7 and the metal thin plate 8a, respectively. The holding jig 22 is used for positioning and fixing the thin metal plate 8a and for preventing the thin metal plate 8a from being drawn into the frame 1 during vacuuming described later.
An internal space of the frame 1 formed by the frame 1, the jig base 7 and the metal thin plate 8 a is connected to a vacuum pump 6 through a vacuuming pipe 5. Since the opening surfaces 9a and 9b are substantially flat surfaces, the jig base 7 and the metal thin plate 8a are in contact with each other with almost no gap.

次に、図7に示すように、フレーム1の内部空間を、真空引き用パイプ5を介して真空ポンプ6で真空引きする。そうすると、金属薄板8aが、全面にわたってフレーム1の内部方向に引っ張られて溶接面2aに密着し、金属薄板8aと溶接面2aの間に隙間なく密着した状態を作り出すことができる。一方、フレーム1と治具ベース7は、上述のようにボルトによって固定されており、フレーム1内に形成された空間を真空引きするのに十分な密着性を有している。ここで真空とは、周囲の圧力に対して減圧された状態を意味し、治具ベース7及び金属薄板8aが、それぞれフレーム1の内部空間方向に吸引されて、フレーム1の溶接面2b及び2aに密着する用途に利用できる程度の圧力に減圧された状態を意味する。
次に、この状態で、溶接箇所10に沿ってレーザービーム11を照射し、金属薄板8aと溶接面2aを溶接して接合する。これにより、金属薄板8aと溶接面2aの間の隙間をなくすることができるため、溶接箇所に穴が生じることを防止し、良好な溶接が可能となる。
Next, as shown in FIG. 7, the internal space of the frame 1 is evacuated by the vacuum pump 6 through the evacuation pipe 5. As a result, the thin metal plate 8a is pulled in the inner direction of the frame 1 over the entire surface to be in close contact with the welding surface 2a, and a state in which the thin metal plate 8a and the welding surface 2a are in close contact with each other can be created. On the other hand, the frame 1 and the jig base 7 are fixed by bolts as described above, and have sufficient adhesion to evacuate the space formed in the frame 1. Here, the vacuum means a state in which the pressure is reduced with respect to the surrounding pressure, and the jig base 7 and the thin metal plate 8a are sucked in the direction of the internal space of the frame 1, respectively, and the welding surfaces 2b and 2a of the frame 1 are sucked. It means a state where the pressure has been reduced to a level that can be used for applications in close contact with.
Next, in this state, the laser beam 11 is irradiated along the welding location 10, and the metal thin plate 8a and the welding surface 2a are welded and joined. Thereby, since the clearance gap between the metal thin plate 8a and the welding surface 2a can be eliminated, it can prevent that a hole arises in a welding location and favorable welding is attained.

次に、金属薄板8aが溶接されたフレーム1を上下反転させ、図5、図6、図7で説明した工程と同様の工程を進めて、金属薄板8bと溶接面2bを溶接して接合する。このようにして、フレーム1は、その開口面9a、9bがそれぞれ金属薄板8a、8bにより塞がれて密閉される。封止対象物が存在する場合は、上下反転したフレーム1内に封止対象物を設置し、金属薄板8bと溶接面2bを溶接する。封止対象物が存在する場合の溶接方法については後に詳述する。   Next, the frame 1 to which the thin metal plate 8a is welded is turned upside down, and the same steps as those described in FIGS. 5, 6, and 7 are performed to weld and join the thin metal plate 8b and the welding surface 2b. . In this way, the frame 1 is hermetically sealed by the opening surfaces 9a and 9b being closed by the metal thin plates 8a and 8b, respectively. When the sealing target exists, the sealing target is installed in the frame 1 that is turned upside down, and the metal thin plate 8b and the welding surface 2b are welded. The welding method in the case where the sealing object exists will be described in detail later.

図8は、図7に示した工程、すなわち、フレーム1の内部空間を、真空引き用パイプ5を介して真空ポンプ6で真空引きし、フレーム1に金属薄板8aを密着させている状況を断面図によって示したものである。ここではフレーム1の内部に封止物が存在しない場合を示しているため、真空引き時に金属薄板8aが下方向に撓んだ形状となっている。図8において、開口面9bは治具ベース7に押圧されて密閉され、開口面9aは金属薄板8aによって閉じられている。このような状態で、フレーム1の内部空間を真空引きすると、金属薄板8a及び治具ベース7は吸引されて、それぞれフレーム1の溶接面2a及び2bに密着する。この状態でレーザービーム11を照射し、金属薄板8aと溶接面2aを溶接して接合する。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the process shown in FIG. 7, that is, the state in which the internal space of the frame 1 is evacuated by the vacuum pump 6 through the evacuation pipe 5 and the metal thin plate 8a is in close contact with the frame 1. It is shown by the figure. Here, since the case where there is no sealing material inside the frame 1 is shown, the thin metal plate 8a is bent downward during evacuation. In FIG. 8, the opening surface 9b is pressed and sealed by the jig base 7, and the opening surface 9a is closed by the thin metal plate 8a. In this state, when the internal space of the frame 1 is evacuated, the metal thin plate 8a and the jig base 7 are sucked and brought into close contact with the welding surfaces 2a and 2b of the frame 1, respectively. In this state, the laser beam 11 is irradiated, and the metal thin plate 8a and the welding surface 2a are welded and joined.

以上説明したように、本実施形態によれば、金属薄板8a、8bをフレーム1の溶接面2a、2bに真空引きによって吸着させているため、溶接面2a、2bに多少の凹凸があっても、その形状にならって金属薄板8a、8bが変形し、密着することが可能である。従って、金属薄板8a、8bを押さえつける治具を用いて溶接面に押し当てる場合に比べて隙間をなくすことが可能となり、溶接入熱により金属薄板8a、8bに穴が開くことを防止できる。   As described above, according to the present embodiment, the metal thin plates 8a and 8b are adsorbed to the welding surfaces 2a and 2b of the frame 1 by evacuation, so even if the welding surfaces 2a and 2b have some unevenness. The metal thin plates 8a and 8b can be deformed and adhere to each other according to the shape. Accordingly, it is possible to eliminate a gap as compared with a case where the metal thin plates 8a and 8b are pressed against the welding surface using a jig for pressing the metal thin plates 8a and 8b, and it is possible to prevent the metal thin plates 8a and 8b from being opened due to welding heat input.

(第2の実施形態)
図9において、フレーム1は、弾性材で形成されたシート23を介して治具ベース7に押圧されている。これは、開口面9b又は溶接面2bに凹凸が存在して平面度が不足し、フレーム1と治具ベース7との間で気密状態が達成できない場合に、補助的にシート23を用いて平面度の不足もしくは凹凸を補い、気密状態を実現するための手段として適用することができる。シート23は例えばシリコーンゴムで形成されたシートを用いることができる。
(Second Embodiment)
In FIG. 9, the frame 1 is pressed against the jig base 7 via a sheet 23 formed of an elastic material. This is because when the opening 9b or the welding surface 2b has irregularities and the flatness is insufficient and an airtight state cannot be achieved between the frame 1 and the jig base 7, the sheet 23 is used as a supplementary surface. It can be applied as a means for compensating for lack of degree or unevenness and realizing an airtight state. As the sheet 23, for example, a sheet formed of silicone rubber can be used.

(第3の実施形態)
図10は、本実施形態によって、フレーム1の中に熱電モジュール12を封止する溶接工程を断面図で示したものである。図10において、フレーム1に金属薄板8aを溶接した状態で、当該金属薄板8aと、次に溶接する金属薄板8bとによって熱電モジュール12を挟み込むように配置する。さらに、押さえ治具22によって、金属薄板8bを撓ませながら押圧し溶接面2bに固定する。ここで、熱電モジュール12の厚さがフレーム1の厚さよりも厚いのは、金属薄板8aと8bによって熱電モジュール12を挟んで固定するためである。フレーム1の厚さは、熱電モジュール12の厚さと、金属薄板8bの撓みを考慮して設定している。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a sectional view showing a welding process for sealing the thermoelectric module 12 in the frame 1 according to this embodiment. In FIG. 10, in a state where the metal thin plate 8a is welded to the frame 1, the thermoelectric module 12 is disposed between the metal thin plate 8a and the metal thin plate 8b to be welded next. Further, the metal sheet 8b is pressed while being bent by the holding jig 22 and fixed to the welding surface 2b. Here, the thickness of the thermoelectric module 12 is larger than the thickness of the frame 1 because the thermoelectric module 12 is sandwiched and fixed by the metal thin plates 8a and 8b. The thickness of the frame 1 is set in consideration of the thickness of the thermoelectric module 12 and the bending of the thin metal plate 8b.

次に、真空ポンプ6を作動させ、フレーム1内の空間を真空引きする。そうすると、金属薄板8bは真空引きによって吸引され、熱電モジュール12とフレーム1によって形成された形状にならって変形し、溶接面2b表面に密着固定される。図10はこの状態を示している。その後、溶接箇所10にレーザービーム11を照射し溶接を行う。   Next, the vacuum pump 6 is operated to evacuate the space in the frame 1. Then, the thin metal plate 8b is sucked by evacuation, deforms in accordance with the shape formed by the thermoelectric module 12 and the frame 1, and is closely fixed to the surface of the welding surface 2b. FIG. 10 shows this state. Then, the laser beam 11 is irradiated to the welding location 10 and welding is performed.

このように、封止物(ここでは熱電モジュール12)をフレーム1の厚さよりも厚く設定して、金属薄板8a及び8bで挟み込むように溶接することで、封止物をフレーム1内に固定することができる。また、このように封止すると、封止物と金属薄板8a、8bが密着し、金属薄板8a、8bを介した熱伝導効率が向上するため、例えば本実施形態のように熱電モジュール12を用いた場合に好適となる。   In this way, the sealing material (here, the thermoelectric module 12) is set to be thicker than the thickness of the frame 1, and is welded so as to be sandwiched between the metal thin plates 8a and 8b, thereby fixing the sealing material in the frame 1. be able to. Moreover, since sealing and the metal thin plates 8a and 8b are brought into close contact with each other and the heat conduction efficiency through the metal thin plates 8a and 8b is improved, the thermoelectric module 12 is used as in the present embodiment, for example. It becomes suitable when there is.

本実施形態によれば、金属薄板8bを溶接面2bに、真空引きによって吸着させているため、溶接面2b近傍に、金属薄板8bの溶接面2bへの密着を阻害するような構造物(本実施形態では、熱電モジュール12)が存在する場合でも、その形状に沿って金属薄板8bが変形し、溶接面2bに密着させることが可能である。従って、金属薄板8bを溶接面2bに密着させるための特殊な形状を有する治具を用いる必要がなく、容易に隙間をなくすことが可能となり、良好な溶接が可能となる。   According to the present embodiment, since the metal thin plate 8b is adsorbed to the welding surface 2b by evacuation, a structure that prevents the metal thin plate 8b from adhering to the welding surface 2b in the vicinity of the welding surface 2b (this book In the embodiment, even when the thermoelectric module 12) is present, the thin metal plate 8b can be deformed along its shape and brought into close contact with the welding surface 2b. Therefore, it is not necessary to use a jig having a special shape for bringing the thin metal plate 8b into close contact with the welding surface 2b, and it is possible to easily eliminate the gap and to perform good welding.

(第4の実施形態)
図11から図14は、溶接面2aもしくは2bに、吸引用の溝24を形成した場合の実施形態を示している。図11から図14に示すように、溝24は、フレーム1の溶接面2aに、一周に亘り溶接箇所10に沿ってその内側と外側に、2列に並行して形成されている。金属薄板8aが開口面9aを塞ぐように固定された状態で、溶接箇所10にレーザービームを照射して溶接する。
(Fourth embodiment)
11 to 14 show an embodiment in which a suction groove 24 is formed on the welding surface 2a or 2b. As shown in FIGS. 11 to 14, the grooves 24 are formed on the welding surface 2 a of the frame 1 in parallel in two rows on the inner side and the outer side along the welding location 10 over the entire circumference. In a state where the thin metal plate 8a is fixed so as to block the opening surface 9a, the welding spot 10 is irradiated with a laser beam and welded.

図13に示すように、溝24は、フレーム1の枠内部において真空引き用穴4に接続されている。真空引き用パイプ5を介して真空引きすると、溝24に沿って治具ベース7と金属薄板8aが吸引され、それぞれ溶接面2bと2aに密着する。このように、溶接箇所10に沿って吸引用の溝24を形成すると、溶接面2aにおいても金属薄板8aを吸引する作用が生じるため、金属薄板8aが溶接面2aの溶接箇所10に沿って密着し、さらに隙間が生じにくくなる。なお、図13において、押さえ治具22は省略している。   As shown in FIG. 13, the groove 24 is connected to the evacuation hole 4 inside the frame 1. When evacuation is performed through the evacuation pipe 5, the jig base 7 and the metal thin plate 8a are sucked along the grooves 24 and are brought into close contact with the welding surfaces 2b and 2a, respectively. Thus, when the suction groove 24 is formed along the welded portion 10, an action of sucking the thin metal plate 8a occurs also on the welded surface 2a. In addition, gaps are less likely to occur. In FIG. 13, the holding jig 22 is omitted.

図14は、本実施形態における様々な溝の形状を断面図によって示したものである。溝24は、図14(a)に示すように溶接面2a及び2bに設けても良い。また、溝24が接続する真空引き用穴4は、図14(b)に示すように、フレーム1の側壁部を貫通せず、溝24だけに接続されている構造でも良い。この場合は、フレーム1の内部空間は真空引きされることがなく、金属薄板8a、8bは溝24において局所的に吸引される。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing various groove shapes in the present embodiment. The groove 24 may be provided on the welding surfaces 2a and 2b as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 14B, the evacuation hole 4 to which the groove 24 is connected may have a structure in which only the groove 24 is connected without penetrating the side wall portion of the frame 1. In this case, the internal space of the frame 1 is not evacuated, and the thin metal plates 8 a and 8 b are sucked locally in the groove 24.

(第5実施形態)
図15において、フレーム1の溶接面2cは、枠の内側方向に向かって、フレーム高さが漸減するように傾斜した斜め形状である。金属薄板8aを開口面9aに押し当て、フレーム1と金属薄板8a及び治具ベース7で形成された空間が真空引きされることで、金属薄板8aは下方向に吸引されて図のように下側に撓んで変形するため、斜め形状の溶接面2cにおいて、形状がより一致して密着することが可能となる。
(Fifth embodiment)
In FIG. 15, the weld surface 2 c of the frame 1 has an oblique shape that is inclined so that the frame height gradually decreases toward the inner side of the frame. The metal thin plate 8a is pressed against the opening surface 9a, and the space formed by the frame 1, the metal thin plate 8a, and the jig base 7 is evacuated, so that the metal thin plate 8a is sucked downwardly as shown in the figure. Since it bends and deforms to the side, it becomes possible to make the shape of the weld surface 2c having an oblique shape more closely match with each other.

(第6実施形態)
図16において、フレーム1の溶接面2a、2bと枠の内壁面とで形成される稜線(角部)Pが丸められている。真空引きによって金属薄板8aが下方向に撓んだ状態となると、稜部の角度が鋭角の場合に、ここに応力がかかるため破れが生じやすい。しかし、上記のように稜部を丸められた形状にすることによって応力を緩和できるため、この部分での金属薄板8aの破れの発生を抑制することができる。
(Sixth embodiment)
In FIG. 16, the ridgeline (corner part) P formed by the welding surfaces 2a and 2b of the frame 1 and the inner wall surface of the frame is rounded. When the thin metal plate 8a is bent downward by evacuation, when the angle of the ridge is an acute angle, stress is applied to the ridge so that the metal plate 8a is easily broken. However, since the stress can be relieved by making the ridges rounded as described above, the occurrence of the tearing of the thin metal plate 8a at this portion can be suppressed.

(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
本実施形態では、開口面9a、9b及び溶接面2a、2bは、厳密な平面である必要はなく、概略平面であればよい。すなわち、後述する治具ベース7及び金属薄板8a又は8bが、真空引きによって内部空間方向に引っ張られた結果、フレーム1の溶接面2a又は2bに密着し、枠の内部空間を減圧するのに十分な平面度であればよい。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.
In the present embodiment, the opening surfaces 9a and 9b and the welding surfaces 2a and 2b do not have to be strict planes, but may be approximate planes. That is, the jig base 7 and the metal thin plate 8a or 8b, which will be described later, are pulled in the direction of the internal space by evacuation, so that they are in close contact with the welding surface 2a or 2b of the frame 1 and are sufficient to depressurize the internal space of the frame. Any flatness may be used.

本実施形態では、一例として、フレーム1の内部空間に熱電モジュール12を封止する実施形態を示しているが、熱電モジュール以外のデバイスや様々な部材を封止することもできる。また、封止物がない状態でも良い。   In the present embodiment, as an example, an embodiment in which the thermoelectric module 12 is sealed in the internal space of the frame 1 is shown, but devices other than the thermoelectric module and various members can be sealed. Moreover, the state without a sealing material may be sufficient.

本実施形態では、膜厚30μmから100μm程度の金属薄板を矩形枠形状のフレームに溶接する溶接方法として説明したが、金属薄板の膜厚はこの範囲の膜厚に限定されない。例えば、数μm、数百μm、もしくは数mm程度の膜厚の金属薄板であっても良い。   Although the present embodiment has been described as a welding method in which a thin metal plate having a thickness of about 30 μm to 100 μm is welded to a frame having a rectangular frame shape, the thickness of the thin metal plate is not limited to this range. For example, a thin metal plate having a thickness of about several μm, several hundred μm, or several mm may be used.

フレームは矩形枠形状に限定されない。丸型枠形状でも良いし、その他の枠形状でも良い。片方の開口面が閉じられた有底のフレームであっても良い。第5の実施形態において、一方の溶接面が斜めになった例を示したが、フレームの上下両方の溶接面が斜めになっていても良い。第6の実施形態において、一方の稜線(角部)が丸められた例を示したが、フレームの上下両方の稜線が丸められていても良い。   The frame is not limited to a rectangular frame shape. A round frame shape may be used, and other frame shapes may be used. It may be a bottomed frame in which one opening surface is closed. In the fifth embodiment, an example in which one welding surface is slanted is shown, but both the top and bottom welding surfaces of the frame may be slanted. In 6th Embodiment, although the example where one ridgeline (corner | corner part) was rounded was shown, both the upper and lower ridgelines of a flame | frame may be rounded.

本実施形態では、金属薄板8a、8b、及びフレーム1の材質として、ステンレス鋼であるSUS304を例示して説明したが、他のステンレス鋼を用いることもできる。また、ステンレス鋼に限らず、他の金属、例えば、鉄、アルミ又は銅を用いることができる。   In the present embodiment, the metal thin plates 8a and 8b and the frame 1 have been described by exemplifying SUS304, which is stainless steel. However, other stainless steels may be used. Moreover, not only stainless steel but another metal, for example, iron, aluminum, or copper, can be used.

本実施形態では、溶接手段としてレーザー溶接を適用した例を示したが、レーザー溶接に限定されず、TIG溶接(Tungsten Inert Gas溶接)又は抵抗溶接を用いることもできる。   In this embodiment, although the example which applied laser welding as a welding means was shown, it is not limited to laser welding, TIG welding (Tungsten Inert Gas welding) or resistance welding can also be used.

図面中、1はフレーム、2a、2b、2cは溶接面、3は側壁面、4は真空引き用穴(吸引口)、5は真空引き用パイプ、6は真空ポンプ、7は治具ベース、8a、8bは金属薄板、9a、9bは開口面、10は溶接箇所、23は弾性材で形成されたシート、24は吸引用の溝、である。   In the drawings, 1 is a frame, 2a, 2b and 2c are welding surfaces, 3 is a side wall surface, 4 is a vacuuming hole (suction port), 5 is a vacuuming pipe, 6 is a vacuum pump, 7 is a jig base, 8a and 8b are thin metal plates, 9a and 9b are opening surfaces, 10 is a welding location, 23 is a sheet formed of an elastic material, and 24 is a suction groove.

Claims (13)

所定の厚さ及び所定の高さを有し、開口面(9a、9b)が平面で形成されている枠形状を有するフレーム(1)の、少なくともいずれかの開口面を第1の金属薄板(8a)で溶接して密閉する溶接方法であって、
前記フレームの一方の開口面(9b)を密閉し、
前記フレームの他方の開口面(9a)を閉じるように前記第1の金属薄板を前記フレームの溶接面(2a)に押し当て、
前記フレームと前記第1の金属薄板によって形成された空間を真空引きすることによって前記第1の金属薄板を前記フレームの溶接面に密着させた状態で、
前記フレームと前記第1の金属薄板を溶接することを特徴とする溶接方法。
At least one of the opening surfaces of the frame (1) having a frame shape having a predetermined thickness and a predetermined height and having the opening surfaces (9a, 9b) formed in a plane is formed on the first metal thin plate ( 8a) a welding method for welding and sealing,
Sealing one opening surface (9b) of the frame;
Pressing the first thin metal plate against the welding surface (2a) of the frame so as to close the other opening surface (9a) of the frame;
In a state where the first metal thin plate is brought into close contact with the welding surface of the frame by evacuating the space formed by the frame and the first metal thin plate,
A welding method comprising welding the frame and the first metal thin plate.
前記フレームの側壁面(3)に吸引口(4)が設けられており、前記吸引口を通じて真空引きすることを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein a suction port (4) is provided in a side wall surface (3) of the frame, and vacuuming is performed through the suction port. 前記フレームの一方の開口面を、金属で形成された治具ベース(7)に押し当てて密閉することを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1 or 2, wherein one of the opening surfaces of the frame is pressed against a jig base (7) made of metal and sealed. 前記フレームの一方の開口面を、前記治具ベースと前記フレームの間に介在させた弾性材で形成されたシート(23)に押し当てて密閉することを特徴とする請求項3に記載の溶接方法。   The welding according to claim 3, wherein one of the opening surfaces of the frame is pressed against a sheet (23) formed of an elastic material interposed between the jig base and the frame and sealed. Method. 前記フレームの少なくとも一方の溶接面上に、溶接箇所に沿って吸引用の溝(24)が設けられており、
前記溝は、前記吸引口に接続されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の溶接方法。
On at least one welding surface of the frame, a suction groove (24) is provided along the welding location;
The welding method according to claim 2, wherein the groove is connected to the suction port.
前記フレームの一方の開口面を前記第1の金属薄板で溶接した後、前記フレームの他方の開口面を閉じるように第2の金属薄板(8b)を前記フレームの溶接面(2b)に押し当て、
前記フレームと前記第1の金属薄板と前記第2の金属薄板で形成された空間を真空引きすることによって前記第2の金属薄板を前記フレームの溶接面に密着させた状態で、
前記フレームと前記第2の金属薄板を溶接することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の溶接方法。
After welding one opening surface of the frame with the first metal thin plate, the second metal thin plate (8b) is pressed against the welding surface (2b) of the frame so as to close the other opening surface of the frame. ,
In a state where the second metal thin plate is brought into close contact with the welding surface of the frame by evacuating the space formed by the frame, the first metal thin plate, and the second metal thin plate,
The welding method according to claim 1, wherein the frame and the second thin metal plate are welded.
前記フレームと前記第1の金属薄板と前記第2の金属薄板で形成された空間内に封止する封止対象物(12)の厚さが前記フレームの高さを超えている場合、
少なくとも前記第1の金属薄板及び前記第2の金属薄板のいずれか一方が撓み、かつ、前記第1の金属薄板および前記第2の金属薄板で前記封止対象物を挟むように固定しつつ前記第2の金属薄板を前記フレームの溶接面に押し当てた状態で溶接を行うことを特徴とする請求項6記載の溶接方法。
When the thickness of the sealing object (12) sealed in the space formed by the frame, the first metal thin plate, and the second metal thin plate exceeds the height of the frame,
At least one of the first metal thin plate and the second metal thin plate is bent, and the first metal thin plate and the second metal thin plate are fixed so as to sandwich the object to be sealed with the first metal thin plate and the second metal thin plate. The welding method according to claim 6, wherein welding is performed in a state where the second metal thin plate is pressed against the welding surface of the frame.
前記フレームは矩形枠形状であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein the frame has a rectangular frame shape. 前記フレームの溶接面のうちいずれか一方の溶接面(2c)が枠内側に向かってフレーム高さが漸減するように傾斜した斜め形状であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の溶接方法。   Any one of the welding surfaces (2c) of the frame has an oblique shape inclined so that the frame height gradually decreases toward the inner side of the frame. The welding method described. 前記フレームの溶接面のうちいずれか一方の溶接面と枠の内側面とで形成される稜線が丸められた形状であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の溶接方法。   The welding method according to any one of claims 1 to 9, wherein a ridge formed by any one of the welding surfaces of the frame and an inner surface of the frame has a rounded shape. 前記フレームは、ステンレス鋼、鉄、アルミ又は銅のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein the frame is selected from any of stainless steel, iron, aluminum, and copper. 前記第1の金属薄板及び前記第2の金属薄板は、ステンレス鋼、鉄、アルミ又は銅のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein the first metal thin plate and the second metal thin plate are selected from any of stainless steel, iron, aluminum, and copper. 前記溶接の手段は、レーザー溶接、TIG溶接又は抵抗溶接のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の溶接方法。   The welding method according to claim 1, wherein the welding means is selected from laser welding, TIG welding, and resistance welding.
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