JP5597370B2 - 金網の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金網の接合方法に関する。さらに詳しくは、帯状のまま、または広い面積の接合物から型抜きして目的物に加工される、金網と金網との接合物、金網と金属板との接合物の改良された接合方法に関する。

従来、金網同士または金網と金属板とを接合する技術としては、重ね抵抗溶接（シーム溶接）法および焼結法が実用化されている。重ね抵抗溶接法では、接合する二種類の薄い金属体を対向する一対の電極ロールの間に挟み、両者を加圧しながら電極に通電して連続的に接合する溶接技術である。この方法で接合する際に、接合部分の強度を向上させるために電極ロール間の加圧力を高めると、加圧力により金網の潰れ、金網の変形、針金の溶断などの不都合が起こり易い。また、重ね抵抗溶接法によると、接合されたものの表面に焼けが生じて外観が悪くなり、酸洗浄などの後処理が必要なことがあった。

焼結法は、接合する二種類の金属体を材料金属の溶融温度以下の温度で接触させ、原子の相互拡散作用を活用して接合する技術である。この方法で接合する場合は、二種類の金属体の表面が溶融する温度に加熱し、この温度で両者が接合する程度に加圧すればよいので、二種類の金属体の潰れ、変形、切断などの不都合は生じない。しかし、例えば長さが１０ｍもの長尺の金属体を接合する場合には、焼結する界面に均一な荷重を負荷することができないので、長尺のものは接合できないという不都合がある。この焼結法で長尺のものを得ようとすると、まず、長尺のものを同じ寸法幅の短冊状に切断して焼結したものを複数個準備し、ついで、焼結した短冊状物の長さ方向端部を溶接して長尺のものにするという作業が必要であり、煩雑であった。

特開２００２−１０３２６４号公報

本発明者は、かかる状況にあって、従来技術に存在していた諸欠点を排除した接合技術を提供すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の目的は次のとおりである。
１．重ね抵抗溶接機の電極ロール間の加圧力により金網が潰れ難く、金網の変形、針金溶解、針金の溶断などの不都合が起こり難い接合方法を提供すること。
２．長尺の二種類の金属体の不都合のない接合方法を提供すること。

上記課題を解決するために、本発明では、断面が真円状であって直径０．０２〜２．０ｍｍの金網同士、またはこの金網と厚さ０．０５〜１．００ｍｍの金属薄板を重ねて接合するにあたり、接合される二種類の金属体として溶融温度差が３００℃以内のもの同士の組合せとし、まず、重ね抵抗溶接法によって両者をある程度接合する第一工程と、ついで、焼結法によって両者の接合を完結する第二工程とを含み、第一工程の重ね抵抗溶接法を、電流１ＫＡ〜５０ＫＡ、一対のロールによる加圧力０．５〜１０ＫＮ、送り速度１〜１０ｍ／ｍｉｎの条件で行ない、第二工程の焼結を、金網または金属薄板を構成する金属体の溶融温度が低い側の金属の溶融温度の７割までの温度で、０．５〜５．０時間行い、第一工程の重ね抵抗溶接によって溶接した後に常温に冷却した後の剥離強度が、第二工程終了後に得られる接合体についての常温での剥離強度の０．１％以上の強度を発揮するように調節する、ことを特徴とする金網の接合方法を提供する。

本発明は、以下に詳細に説明するとおりであり、次のような効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る接合方法によれば、強度を向上させるために二種類の金属体に高い圧力を負荷する必要がないので、二種類の金属体の変形、切断が起こり難い。
２．本発明に係る接合方法によれば、第一工程で接合されたものの表面に焼けが生じても、第二工程の雰囲気を調節することによって除去することができるので、酸洗浄などの後処理が不要である。
３．本発明に係る接合方法によれば、従来のように広幅のものを同じ寸法幅の短冊状に切断し溶接して長尺にするという作業なしで、長尺のものが接合できるので、極めて能率的である。

第１図は、本発明に係る接合方法の第一工程を説明する一例の、側面略図である。 本発明に係る接合方法によって得られた金属板と金網との接合体の一例の、部分拡大断面図である。 従来法によって接合された接合体の部分拡大断面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明に係る接合方法は、金網同士または金網と金属薄板など、二種類の金属体を重ねて接合する際に適用される。金網と薄板を構成する金属は同種であってもよいが、異種のものを組合せると、二種類の金属体の特性を生かすことができるので好ましい。金網調製用金属線の金属の種類としては、鉄、鋳鉄、軟鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金、銅合金、アルミニウム合金などが挙げられる。金属線の断面形状は、長さ方向に直角に切断した断面が真円形状、楕円形状、長方形、正方形などが挙げられ、金属線の調製の難易、金属線からの金網調製の難易、最終的に得られる接合体の用途などに依存するが、断面が真円形状のものが好適である。

金網を構成する金属線は断面が真円形状の場合、その直径は０．０２〜２．００ｍｍの範囲で選ぶのが好ましい。直径が０．０２ｍｍ未満であると、金属線の調整が困難であり、直径が２．０ｍｍを超えると、金網調製が困難となり、いずれも好ましくない。上記範囲で特に好ましいのは、０．１〜１．０ｍｍである。

上記金属線による金網の織り方には特に制限はなく、平織り、綾織り、たたみ織り、綾たたみ織りなどであってよく、最終的に得られる接合体の用途によって選ぶことができる。金網の網の目（メッシュ）の粗さは、網の目が細かすぎると、重ね抵抗溶接法で接合する際に網の目が潰れ、網の目が粗すぎると、重ね抵抗溶接法で接合する際に加圧力を高めて金属線を潰さないと接合できないので、金属線の直径に応じて（比例させて）適宜選ぶことができる。金網の長さには特に制限はなく、長尺の場合はロール状に巻回することができるので、接合作業ができる範囲の長さにすることができる。金網の幅は、第一工程で重ね抵抗溶接法で接合するので、この方法で採用する装置に制約される。現在実用化されている機種では１００ｍｍ幅が限度であるが、この幅に限定されるものではない。

金属薄板を構成する金属の種類は、金網調製用の金属線を構成する金属と同種、または同系統の合金が好適である。金属薄板の厚さは、最終的に得られる接合体の用途によって０．０５〜１．００ｍｍの範囲で選ぶことができる。金属薄板の厚さが小さすぎると、重ね抵抗溶接法で接合する際に凹凸が生じ易く、金属薄板の厚さが大きすぎると、重ね抵抗溶接法による接合に適さない。直径が小さい金属線には薄い金属板を組合せ、直径が大きい金属線には厚い金属板を組合せるのが好ましい。上記範囲で特に好ましいのは、０．１〜０．５０ｍｍの範囲である。金属薄板の長さおよび幅は、上記の金網と同等とするのが好ましい。

接合される二種類の金属材料の組合せは、溶融温度差が３００℃以内のもの同士を組合せるのが好ましい。二種類の金属材料の溶融温度差を３００℃以内とするのが好ましいのは、次の理由による。一般に二種類の金属材料を焼結する際の温度は、金属材料の溶融温度の８割程度の温度である。例えば鉄の場合、溶融温度は１５３８℃であり、鉄より溶融温度の高い金属材料と組合わせて焼結する際の温度差は、１５３８℃×０．２（割）＝３０８℃が限度であるので、温度差を３００℃以内とし、二種類の金属材料のうち溶融温度が低い金属材料の溶融温度の７割までの温度とするのが好ましい。二種類の金属材料を焼結する際の温度差が３００℃を超えると、第二工程の焼結法によって接合する際に、溶融温度が低い金属材料の金網または金属板の変形が著しく、接合後の製品の品質が優れない。さらに、溶融温度が低い金属材料製の金網または金属板溶融して著しく変形しても、溶融温度が高い金属材料が溶融しないことがあり、好ましく接合することができない。接合時の温度は、溶融温度が低い金属材料の７割までの温度とし、加熱時間は、二種類の金属体の金属の種類と形態、第二工程で焼結する際の焼結炉の設定温度などに依存するが、０．５〜５．０時間の範囲で選ぶことができる。

本発明に係る接合方法によるときは、最終的に得られる接合体を二工程で製造する。二工程で接合することによって、前記した従来技術に存在していた不具合を排除することができる。第一工程での重ね抵抗溶接（シーム溶接）法は、接近・離間可能とされ、一方から通電可能にした一対のロールの間で接合される二種類の素材を挟み、ロール間に通電して接合する溶接方法である。使用される重ね抵抗溶接（シーム溶接）機は、直径１００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲で、銅、ベリリウム銅合金などによって調製された一対のロールを装備し、このロール部分に安全カバーを装備したものが好ましい。一対のロールを接近・離間させ、およびロール間に挟んだ素材に圧力を加えるための機構は、一対のロールの一方または双方に、バネ機構、ネジ機構などを設ければよい。

第一工程の重ね抵抗溶接（シーム溶接）機による接合条件は、ロールの間で接合される二種類の素材の金属の種類、接合される二種類の組合せ形態（金網同士か、金網と金属薄板か）、金網を構成する金属線の直径、金網の目（メッシュ）の粗密の程度、金属板の厚さなどにより変るが、次の条件の中で適宜選択できる。一対のロール間に適用できる電流の強さは１ＫＡ〜５０ＫＡの範囲、一対のロール間に適用できる圧力は０．０５〜１０ＫＮの範囲、ロール間の素材の送り速度は１〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲などである。

第一工程では、重ね抵抗溶接（シーム溶接）法によって、金網同士または金網と金属薄板をある程度接合する。ここで「ある程度接合」とは、少なくとも、第二工程の焼結工程に移行する際、および焼結工程に移行したあと焼結中に接合部分が剥離しない程度を意味する。接合程度の決定（判定）は、事前の実験で最適条件を確認し、この最適条件を設定して接合することができる。接合程度は、素材に対する印加電流、印加電圧、送り速度、ロールで負荷する圧力などを選ぶことによって調節できるこの第一工程での溶接部の温度は、１４００℃以下とするのが好ましい。一対のロールによって溶接する部分には安全カバーを取り付け、カバー内の雰囲気に不活性ガスを存在させることもできる。第一工程の重ね抵抗溶接によって溶接したものを常温に冷却した後の剥離強度が、第二工程終了後に得られる接合製品についての常温での剥離強度の０．１％以上の強度を発揮するようにするのが好ましい。

第二工程では、第一工程から移送された接合が未完のものを、主に回分式焼結法によって接合を完結する。ここで「接合を完結する」とは、接合される二種類の素材を変形、切断、破損させずに、第一工程のみの接合強度よりも高い接合強度を発揮するように接合することをいう。二種類の素材の接合を完結したか否かは、焼結条件を変えた事前の実験によって、外観（金網の変形の有無、切断の有無、表面に焼けなどの有無など）を目視観察し、接合強度を測定して、確認することができるので、最適条件を選び出すことは容易である。第二工程における焼結は、焼結炉で行うことができる。焼結温度は、金網を構成する金属線の直径、金網の目（メッシュ）の粗密の程度、金属板の厚さ、焼結時間、第一工程における接合の程度、などにより異なるが、溶融温度が低い金属材料の７割程度の温度を最低温度とし、１４００℃を最高温度とする温度範囲で選ばれる。焼結時間は、主として焼結温度に依存するが、１〜４時間の範囲で選ばれる。目的とした接合体（最終製品）を製造するには、事前の実験によって確認された最適条件を設定して製造すればよい。

本発明の実施態様例を、図面に基づいて説明する。第１図は、本発明に係る接合方法の第一工程を説明する一例の側面略図である。図１において、１はロール状に巻かれた金属薄板、２はロール状にされた金網である。３と４はガイドロール、５と６は電極ロール、８は第一工程で得られた接合体である。ロール状にされた金属板１と金網２とを巻き戻し、ガイドロール３と４によって緊張させた状態で、電極ロール５と６よって構成される重ね抵抗溶接（シーム溶接）機に移送する。重ね抵抗溶接機は、電極ロール５と６の一方または双方に、接合される素材に圧力を加えるための機構（図示されていない）が設けられ、電極ロール５と６の双方を、カバー７によって覆うことができることは前記したとおりである。得られた接合体８は、図1に示したようにロール状、または一定の長さに切断して、積み重ねられる。

第一工程で得られた接合体８は、第二工程を行う焼結炉に移送し、回分式で焼結し、接合を完結する。第２図は、本発明に係る接合方法によって得られた金属板と金網との接合体の一例の、部分拡大断面図である。図２において、２１は金属板、２２は金網を構成する針金である。図３は、第一工程の重ね抵抗溶接（シーム溶接）の際に、過熱および／または高圧によって、金網が潰れた、好ましくない接合体の部分拡大断面図である。図３において、３１は金属板、３２は金網を構成する針金である。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。

［実施例１］
＜金網と金属薄板とを接合した例＞
この例で使用した金網は、ｓｕｓ３１６製で、直径が０．１ｍｍの針金によって平織した、目の粗さが１００メッシュであって、幅が８．１ｍｍ、長さが５０ｍｍのものである。使用した金属薄板は、ｓｕｓ３１６製で、厚さが０．３ｍｍ、幅が８．１ｍｍ、長さが５０ｍのものである。

＜第一工程の接合条件＞
使用した重ね抵抗溶接（シーム溶接）機は、クロム銅合金製のロールであって、ロール直径が２５０ｍｍ、ロールの長さが２０ｍｍのものを装備した試作機である。一対のロールの間に、上記金網と金属板を重ねた状態で、ロールの加圧力を１．３ＫＮ、送り速度を３ｍ／分、パルスを５０回／秒の間隔で、ロール間に６Ｖ×４ＫＡの電力を印加する条件によって、接合した。

＜接合強度の測定＞
上記第一工程で接合を完結し常温まで冷却した１０個の接合体を、長さ方向端部において強制的に剥がし、剥がした端部をクランプで保持し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した強度測定器（オリエンテック社製、型式：ＲＴＣ−１２５０Ａ）によって、常温で、剥離強度を測定した。剥離強度は最低値０．０７ｋｇ／ｃｍ、最大値０．４ｋｇ／ｃｍで、１０個の接合体の平均値は０．２５ｋｇ／ｃｍであった。

＜第二工程の接合条件＞
試作した焼結装置（真空炉内部の高さ２５０ｍｍ、幅２５０ｍｍ、奥行７５０ｍｍ）をを使用し、真空度を１０^−３ｔｏｒｒ、加熱温度を１２００℃、加熱時間を２．５時間という条件によって、接合を完結した。

＜接合強度の測定＞
第二工程で接合を完結し常温まで冷却した接合体につき、第一工程で得た接合体と同様に長さ方向端部において強制的に剥がし、上に記載したのと同様の手法で、剥離強度を測定した。１０個の接合体はいずれも１２ｋｇ／ｃｍ以上の力で引張っても接合部は剥離せず、接合されていない金網が切断した。

［実施例２］
＜金網と金網を接合した例＞
この例で使用した二枚の金網は、純チタン製で、直径が０．１ｍｍの針金によって、平織りした目の粗さが１００メッシュであって、幅が８．１ｍｍ、長さが１０ｍｍのものである。

＜第一工程の接合条件＞
二枚の金網を重ねた状態で、実施例１で使用したのと同じ重ね抵抗溶接機（試作機）を使用し、ロールの加圧力を０．１１ＫＮ、送り速度を４ｍ／分、パルスを５０回／秒の間隔で、ロール間に６Ｖ×４ＫＡの電力を印加する条件によって接合し、同様に接合した接合体を１０個作成した。

＜接合強度の測定＞
上記第一工程で接合を完結し常温まで冷却した１０個の接合体につき、上に記載したのと同様の手法で、剥離強度を測定した。剥離強度は、最低値０．０７ｋｇ／ｃｍ、最大値０．３ｋｇ／ｃｍで、１０個の接合体の平均値は０．２０ｋｇ／ｃｍであった。

＜第二工程の接合条件＞
実施例１で使用したのと同じ焼結装置を使用し、真空度を７．５×１０^−６ｔｏｒｒ、加熱温度を１２００℃、加熱時間を３時間という条件によって、接合を完結した。

＜接合強度の測定＞
上記第二工程で接合を完結し常温まで冷却した接合体につき、上に記載したのと同様の手法で、剥離強度を測定した。１０個の接合体はいずれも１６ｋｇ／ｃｍ以上の力で引張っても接合部は剥離せず、接合されていない部分が切断した。

本発明に係る接合方法によって得られた製品の用途は、例えば次のような機器、構造物、すなわち、蒸留塔、反応器、反応塔、反応槽、撹拌槽、セパレーター、プレス抜き成形の場合のフープ（帯筋）材、各種フィルター部材として使用することができる。

１、２１、３１、４１：金属薄板
２、２２、３２、４２：金網
３、４：ガイドロール
５、６：電極ロール
７：カバー
８：接合体

Claims (1)

1. 断面が真円状であって直径０．０２〜２．０ｍｍの金網同士、またはこの金網と厚さ０．０５〜１．００ｍｍの金属薄板とを重ねて接合するにあたり、接合される二種類の金属体を溶融温度差が３００℃以内のもの同士の組合せとし、まず、重ね抵抗溶接法によって両者をある程度接合する第一工程と、ついで、焼結法によって両者の接合を完結する第二工程とを含み、第一工程の重ね抵抗溶接法を、電流１ＫＡ〜５０ＫＡ、一対のロールによる加圧力０．５〜１０ＫＮ、送り速度１〜１０ｍ／ｍｉｎの条件で行ない、第二工程の焼結を、金網または金属薄板を構成する金属体の溶融温度が低い側の金属の溶融温度の７割までの温度で、０．５〜５．０時間行い、第一工程の重ね抵抗溶接によって溶接した後に常温に冷却した後の剥離強度が、第二工程終了後に得られる接合体についての常温での剥離強度の０．１％以上の強度を発揮するように調節する、ことを特徴とする金網の接合方法。

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