JP2005100888A - 抵抗発熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 抵抗発熱体の熱的エネルギーを利用した接合方法では、抵抗発熱体の抵抗値を一定に制御することによって、抵抗発熱体の温度あるいはその分布を一定に制御できる抵抗発熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 被加工物を加熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に通電する電源を備え、前記通電状態から抵抗発熱体の抵抗値を算出する抵抗算出器と、前記算出された抵抗値と目標とする抵抗値との差から目標抵抗値に近づける制御を前記電源に対して行う制御器を設け、抵抗発熱体の抵抗値をあらかじめ設定した所定値に制御することによって、抵抗発熱体の温度あるいはその分布を一定に制御することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、抵抗発熱体を用いて加熱する加熱装置において、抵抗発熱体の抵抗値を測定し、制御することによって、加熱状態を一定範囲に制御できる抵抗発熱装置に関するものである。

電線と銅の電極等の被接合物を抵抗発熱体により加圧し、更に加熱することによって接合を行う熱圧着接合において、被接合物の接合品質を管理するためには抵抗発熱体の温度の一定化が重要な要因となっている。従来は、抵抗発熱体の温度を管理するために、抵抗発熱体に熱電対を取り付けて温度を直接測定する方法や、通電する電流値と通電時間を記録して条件管理を行うことで、抵抗発熱体の温度管理を行い、被接合物の接合品質の管理を行っていた（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１０９７２０号公報

従来の接合では、熱電対を使用する方式においては、抵抗発熱体での加圧動作を繰り返す間に、熱電対と接続線が疲労により破断を起こしたり、または熱電対の取り付け方により測定温度が大幅に変わってしまい、接合品質がばらつく不具合が発生した。また特に通電電流と通電時間により条件管理を行う手法では、周囲温度や冷却水温度あるいは周囲からの空気の流れなどにより抵抗発熱体の温度にばらつきが発生し、接合品質に影響を及ぼすことがあった。

本発明の目的は、安定した接合品質を得られる抵抗発熱装置を提供するものである。

上記目的を達成するため本発明は、抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電力を供給する電源部と、前記抵抗発熱体の状態を検出する検出部と、前記検出部の信号を設定値と比較する比較部と、前記比較部の信号に基づいて電源部を制御する制御部を備えたものである。

本発明によれば、被加工物を加熱する抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に通電する電源を備え、前記通電状態から抵抗発熱体の抵抗値を算出する抵抗算出器と、前記算出された抵抗値と目標とする抵抗値との差から目標抵抗値に近づける制御を前記電源に対して行う制御器を設け、抵抗発熱体の抵抗値をあらかじめ設定した所定値に制御することによって、抵抗発熱体の温度あるいはその分布を一定に制御することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１、２を用いて説明する。

図１において、１は電線と電極等の被加工物を加圧し、更に加熱する抵抗発熱体、２は前記抵抗発熱体１に電力を供給し発熱させる電源部、３、４は前記抵抗発熱体１の電圧値と電流値を検出する電流検出部と電圧検出部、５は前記電流検出部３、電圧検出部４で検出した電圧と電流を用いて前記抵抗発熱体１の抵抗値を算出する抵抗算出部、６は検出された信号と比較するための設定値を予め設定する抵抗設定部、７は算出した抵抗値等の信号を設定値と比較する比較部、８は前記比較部７の信号に基づいて電源部２を制御する制御部である。

以上のように構成された熱圧着装置について、その動作を説明する。まず加工される電線や電極等を重ね合わせ加工点を決める。予め経験や設定表により設定された加圧力、あるいは加工される電線や電極の寸法を設定することで自動的に最適値となるように求められた加圧力となるように、抵抗発熱体１にて加工点を加圧する。

加圧力が予め設定した値以上となるか、あるいは予め設定された加圧が安定するのに充分と思われる時間後に電源部２から抵抗発熱体１に通電を行い発熱させる。

同時に電流検出部３、電圧検出部４により抵抗発熱体１の電圧値と電流値を検出する。抵抗算出部５では検出された電圧値と電流値より抵抗発熱体１の抵抗値を算出する。抵抗設定部６には加工に必要な加熱温度より経験的に求められた抵抗値や設定表により求められた抵抗値あるいは加工される電線や電極の寸法を設定することで自動的に最適値となるように求められた電流値、電圧値あるいは抵抗値記憶等が記憶されている。

図２は制御を行った場合の動作の一例を示す。図中、電源部２からの通電電流値、算出された抵抗値、及び別途測定した抵抗発熱体１の温度の変化を時刻毎に示す。図に示すように、時刻Ａにて通電を開始すると、抵抗発熱体１は発熱し始め温度が上昇する、抵抗発熱体１の抵抗値は、素材の固有抵抗値の温度曲線に沿って、温度と共に上昇する。抵抗値が抵抗設定部６に設定された上限値である比較レベル１以上に達すると制御部８は通電を停止する。通電を止めた後は抵抗発熱体１の温度は低下し始める。この時に抵抗発熱体１の測定個所により時間遅れが発生することもある。このように抵抗発熱体１の温度が低下する場合は、上昇時と同様に抵抗値が低下する。抵抗値が抵抗設定部６に設定された下限値である比較レベル２以下に達すると、制御部８は通電を開始する。この制御を繰り返すことで抵抗発熱体１の温度をリプル内の温度に設定することができる。

なお、電流検出部３、電圧検出部４に代えて抵抗発熱体の温度、あるいは抵抗発熱体の温度を推定できる物理量を検出する検出部を用いても良く、検出値の微分値を使っても良い。

なお、抵抗設定部６として、加工に必要な温度を入力すると内部の換算式にて抵抗値等の値に変換するものを用いても良い。また電流値は高電流と低電流に限るものではなく、複数の値を持っても、アナログ的に変化しても良い。

また、制御はニューロやファジィを用いて実施しても良い。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、測定した抵抗発熱体１の電流値、電圧値、あるいは電流値と電圧値から算出した抵抗値等の物理量を用いることで抵抗発熱体１の温度状態および接合品質を容易に管理可能となる効果が得られる。

更に、測定した抵抗発熱体１の電流値、電圧値、あるいは電流値と電圧値から算出した抵抗値等の物理量を設定値と比較し、比較結果を用いて通電電流値と通電時間を制御して、抵抗発熱体１の温度を一定に制御することが可能となり、その結果、安定した接合品質を得られる効果がある。
（実施の形態２）
本実施の形態においては実施の形態１と同様の構成にて実施されるので、同じ構成の部分については同じ符号を用い、その説明を省略する。図３には抵抗発熱体１に通電する電流の通電方法を示す。図３において予め設定した高電流にて通電を開始する。通電後に抵抗値が比較レベル１以上となった場合に通電を停止せず、予め設定した１Ａ以上でかつ高電流以下の低電流にて通電する。この場合は通電を停止しないために抵抗値の減少は緩やかであり、更に抵抗発熱体１の温度変化も緩やかとなるために、抵抗発熱体１の温度リップルが、電流を停止する方法と比較して少なくなる。その後、抵抗値が比較レベル２以下となった場合に、高電流にて通電するところは実施の形態１と同様である。

なお、制御部８に通電する電流値を設定する電流設定部を設けて前記高電流と低電流の値を設定しても良く、更に電流下限値設定部を設けて、通電される電流値の下限値を設定すると共に、通電電流値を下限値以下とならないように制御しても良い。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、抵抗発熱体１に通電する電流値を制御する際に、電流値を０とすることなく通電を継続するために、抵抗発熱体１の温度変化を減少させることができる。その結果、安定した接合品質を得られる効果がある。
（実施の形態３）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。図４において、前記電流検出部３、電圧検出部４で検出された信号や、抵抗算出部５で算出された値や制御信号を表示する表示部９を備えている。この表示部９では、実施の形態１と２で示した制御にて制御の有無に関わらず検出値、比較値、比較結果、通電する電流値、通電した時間、高電流と低電流を通電したそれぞれの時間、高電流と低電流を通電したそれぞれの時間比率、高電流と低電流の比率のいずれかを表示する。なお、表示は数字、記号あるいは波形でも良い。

またなお、表示は下限電流、高電流、低電流、高電流と低電流を通電したそれぞれの時間比率、高電流と低電流の比率のいずれかの設定値に対して、必要な調整量を表示しても良い。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、表示された測定値を確認することで作業者は容易に抵抗発熱体１の温度を管理することができると共に、表示値を参照し電流値や通電時間等の通電条件を調整することで、抵抗発熱体１の温度をより精度良く制御することができ、安定した接合品質を得られる効果がある。
（実施の形態４）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。図５において、前記電流検出部３、電圧検出部４で検出された信号や抵抗算出部５で算出された値、比較部７にて比較された結果、高電流と低電流を通電する時間、制御量のいずれかを記憶する記憶部１０を備えている。

記憶部１０には通電する以前からの電流検出部３や電圧検出部４で検出された信号、抵抗算出部５で算出された値、比較部７にて比較された結果、高電流と低電流を通電する時間、制御量のいずれかを単位時間毎に記憶する。通電終了後のいずれかのタイミングで、記憶部１０に記憶した値を用いて、時間毎の波形を表示する、あるいは統計的な処理を行い、その値を用いて制御を実施する。あるいは、記憶値により高電流、低電流、それぞれの通電時間、高電流と低電流を通電したそれぞれの時間比率、高電流と低電流の比率、下限電流などの設定値のいずれかを調整する。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、抵抗発熱体１の温度をより精度良く制御することができ、安定した接合品質を得られる効果を得ることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。図６において、高電流、低電流あるいは下限電流を通電する通電時間を測定する計時部１１を備えている。

図７は通電を実施した場合の、高電流と低電流の関係と測定する時間を示す。図中、Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３が高電流の通電時間、ＴＬ１、ＴＬ２が低電流の通電時間を示す。計時部１１により測定した通電時間により、測定値と予め設定した値を比較して、下限電流、高電流、低電流、高電流と低電流を通電したそれぞれの時間比率、高電流と低電流の比率をいずれかを調整する。

また高電流と低電流は電流値を変化させるのみでなく、高電流と低電流を通電する割合を変化させて、抵抗発熱体１の発熱調整を実施しても良い。図８に高電流と低電流を通電する割合を変化させた場合の波形を示す。高電流を通電する時間間隔Ｔｉ１が小さい場合は高電流に相当する高電流域となり、逆に高電流を通電する時間間隔Ｔｉ２が大きい場合は低電流に相当する低電流域となる。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、抵抗発熱体１の温度をより精度良く制御することができ、安定した接合品質を得られる効果を得ることができる。
（実施の形態６）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同じ番号を付してその説明を省略する。図９において、加工に必要な抵抗発熱体１の温度あるいは被加工物の寸法を入力すると高電流、低電流あるいは下限電流を設定する自動設定部１２を備えている。

加工に必要な抵抗発熱体１の温度あるいは被加工物の寸法を入力し、内部に記憶しているこれまでの経験や実験あるいは作業者の勘を元にして設定された条件表から予め与えられている電極形状、材料を用いて高電流、低電流あるいは下限電流を設定する自動設定部１２を備えている。

なお、加工に必要な抵抗発熱体１の温度あるいは被加工物の寸法以外にも被加工物や抵抗発熱体１の大きさ、材質、固有抵抗、比熱などの物性値を入力しても良い。

またなお、設定はニューロやファジィを用いて実施しても良い。

以上のように構成するこの実施の形態によれば、抵抗発熱体の温度をより精度良く制御することができ、安定した接合品質を得られる効果を得ることができる。

本発明の抵抗発熱装置によれば、抵抗発熱体の温度あるいはその分布を一定に制御することができるので、例えばプリント基板への被覆線の接続や、電子機器への被覆線の接続に有用である。

本発明の実施の形態１における抵抗発熱装置のブロック図 本発明の実施の形態１における動作を説明する図 本発明の実施の形態２における動作を説明する図 本発明の実施の形態３における抵抗発熱装置のブロック図 本発明の実施の形態４における抵抗発熱装置のブロック図 本発明の実施の形態５における抵抗発熱装置のブロック図 本発明の実施の形態５における動作を説明する図 本発明の実施の形態５における動作を説明する図 本発明の実施の形態６における抵抗発熱装置のブロック図

符号の説明

１ 抵抗発熱体
２ 電源部
３ 電流検出部
４ 電圧検出部
５ 抵抗算出部
６ 抵抗設定部
７ 比較部
８ 制御部

Claims (25)

1. 抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電力を供給する電源部と、前記抵抗発熱体の状態を検出する検出部と、前記検出部の信号を設定値と比較する比較部と、前記比較部の信号に基づいて電源部を制御する制御部を設けた抵抗発熱装置。
2. 検出部は、抵抗発熱体に印加する電圧を検出する請求項１記載の抵抗発熱装置。
3. 検出部は、抵抗発熱体に流す電流を検出する請求項１または２記載の抵抗発熱装置。
4. 検出部は、抵抗発熱体の温度を検出する請求項１から３のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
5. 制御部は、検出部で検出した値が設定値よりも低い場合に高電流を抵抗発熱体に流す制御を行い、検出部で検出した値が設定値よりも高い場合に前記高電流よりも低い低電流を抵抗発熱体に流す制御を行う請求項１から４のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
6. 高電流の値と低電流の値を設定する電流設定部を設けた請求項５記載の抵抗発熱装置。
7. 抵抗発熱体に流す電流値の下限値を設定する電流下限値設定部を設けた請求項１から６のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
8. 検出部で検出した検出値の微分値を算出する微分値算出部を設け、微分値算出部の信号を制御部に入力する請求項１から７のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
9. 検出部は、抵抗発熱体に流す電流と、抵抗発熱体に印加する電圧を検出し、これらの検出値から抵抗発熱体の抵抗値を算出する演算部を設けた請求項１から８のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
10. 通電中の抵抗発熱体の抵抗値を記憶する記憶部を設けた請求項９記載の抵抗発熱装置。
11. 抵抗発熱体の抵抗値を設定値と比較する抵抗値比較部を設けた請求項１０に記載の抵抗発熱装置。
12. 表示部を設け、抵抗発熱体の抵抗値に基づいて予め定めた表示形式で表示部に信号を出力する表示制御部を設けた請求項１０または１１記載の抵抗発熱装置。
13. 高電流と低電流を記憶する記憶部を備えた請求項５または６に記載の抵抗発熱装置。
14. 高電流あるいは低電流の少なくとも一つを通電した時間を測定する計時部を備えた請求項５または６に記載の抵抗発熱装置。
15. 記憶された高電流あるいは低電流の通電時間を、予め設定した値と比較することで高電流あるいは低電流を調整する請求項１３記載の抵抗発熱装置。
16. 記憶された高電流あるいは低電流の通電時間を統計的手法により処理することで高電流あるいは低電流を調整する請求項１３記載の抵抗発熱装置。
17. 下限電流値を記憶する記憶部を備えた請求項７記載の抵抗発熱装置。
18. 下限電流を通電した時間を測定する計時部を備えた請求項７記載の抵抗発熱装置。
19. 記憶された下限電流の通電時間を、予め設定した値と比較することで下限電流を調整する請求項１８記載の抵抗発熱装置。
20. 記憶された下限電流の通電時間を統計的手法により処理することで下限電流を調整する請求項１８記載の抵抗発熱装置。
21. 加工に必要な抵抗発熱体の温度を入力すると高電流と低電流の値を算出する自動設定部を備えた請求項１から６のいずれかに記載の抵抗発熱装置。
22. 加工に必要な抵抗発熱体の温度を入力すると下限電流を算出する自動設定部を備えた請求項７記載の抵抗発熱装置。
23. 被加工物の寸法を入力すると高電流と低電流の値を算出する自動設定部を備えた請求項６記載の抵抗発熱装置。
24. 被加工物の寸法を入力すると設定値を調整する自動調整部を備えた請求項１から５、１１、１５の何れかに記載の抵抗発熱装置。
25. 高電流と低電流を通電する時間をそれぞれ制御する時間設定部を備えた請求項１から２４のいずれかに記載の抵抗発熱装置。

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