JP2006220652A - 電気回路の接合部及び接触部を品質認定するための方法 - Google Patents

電気回路の接合部及び接触部を品質認定するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電気接合部又は接触部を持つ電気回路を品質認定するための方法を提供する。
【解決手段】欠陥の無い電気回路の熱電電圧対時間の基準関数を規定し、次いで品質認定すべき電気回路を少なくとも1つの測定用電気インパルスによって加熱して、電気回路の熱電電圧対時間データを取得し、この取得したデータを基準関数と比較して、取得したデータと基準関数との間の差に基づいて電気回路を品質認定する。本発明の別の面では、電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるために、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の生じ得る異なる位置についての熱電電圧対時間の基準関数を規定し、少なくとも1つの測定用電気インパルスによる電気回路の加熱の後に電気回路の熱電電圧対時間データを取得し、取得したデータと基準関数との間の類似性により接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止める。
【選択図】図7

Description

本発明は製造プロセス中に及び製造プロセスの終わりに電気回路の接合部及び接触部を品質認定するための方法に関するものである。本発明は更に電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法に関するものである。
電極と工作物との間の熱電電圧(熱起電力による電圧)を測定することをスポット溶接品質認定の基礎としているスポット溶接方法が知られている。
米国特許第5399827号には、スポット溶接された接合部の温度を決定する方法及び装置、並びにスポット溶接さたれ接合部の品質を評価する方法が開示されている。溶接作業の完了後、溶接電流が切断され、そこで互いに異なる金属で構成されている溶接電極と工作物とが熱電対として作用する。測定された熱電電圧から温度対時間曲線が決定される。スポット溶接部の品質は温度対時間の経過から評価される。
米国特許第5721415号には、スポット溶接後の評価時間間隔内での温度の変化に基づいてスポット溶接部の品質を評価するための評価時間間隔を突き止める方法及び装置が記述されている。品質の良好なスポット溶接部の温度経過は、或る領域ではほぼ直線的であり、また中央領域では僅かに上向きの膨らみを持ち、それは、スポット溶接部の凝固熱によって引き起こされる温度低下の遅延のためと考えられ得る。
上記両特許の方法は、接合作業すなわちスポット溶接によって生成される熱を使用しており、熱は熱電電圧を誘起する。この電圧は工作物と溶接電極との間に発生される。
米国特許第5399827号 米国特許第5721415号
製造プロセス後に電気回路の幾つかの接合部及び接触部を品質認定し、またクリンプ加工及びボルト締めのようにその製造の際に有意な熱を生成しない接合部の欠陥を検出すると共に、スイッチ又はコネクタの欠陥も検出するための方法が特に要望されている。品質認定は素早く且つ信頼性がよくなければならない。更に、欠陥のある電気回路内の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法も要望されている。
本発明の模範的な一実施形態では、少なくとも1つの電気接合部又は接触部を持つ電気回路を品質認定するための方法を提供する。欠陥の無い電気回路の熱電電圧対時間の基準関数を規定する。次いで、品質認定すべき電気回路を少なくとも1つの測定用電気インパルスによって加熱する。次の段階で、電気回路の熱電電圧対時間データを取得する。その後の段階では、取得した熱電電圧対時間データを基準関数と比較し、取得したデータと基準関数との間の差に基づいて電気回路を品質認定する。
本発明の別の面の模範的な一実施形態では、電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法を提供する。電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の生じ得る異なる位置についての熱電電圧対時間の基準関数を規定する。その後、電気回路を少なくとも1つの測定用電気インパルスによって加熱し、次いで電気回路の熱電電圧対時間データを取得する。次に、取得した熱電電圧対時間データを基準関数と比較する。取得したデータと基準関数との間の類似性に従って、電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止める。
これらの方法を使用すると、従来技術に対してい幾つかの利点がある。幾つかの接合部及び接触部を持つ電気回路の品質認定は、製造プロセス後に行うこともできる。クリンプ加工、プレス加工、ボルト締めのような、顕著な熱生成を伴わずに製造される機械的接合部、並びにコネクタやスイッチのような接触部もまた品質認定することができる。電気回路又は機械内の潜在的な電気接触の欠陥もまた検出することができ、且つその位置を突き止めることができる。
以下に、本発明を添付の図面を参照して説明する。
先ず図1について説明すると、測定装置10と品質認定すべき電気回路2との接続を示している。電気回路2は接合部5及び接触部6を含んでおり、また該回路は測定ワイヤ3によって測定装置の接続レール4に接続されている。電気回路2及び測定ワイヤ3は試験回路1を形成する。接合部の中で、「電気接合部」が、溶接、ハンダ付け、或いはクリンプ加工やプレス加工のような機械的形成によって作られることを理解されたい。しかし、コネクタ及びスイッチのような取外し可能な電気接合部は「接触部(コンタクト)」と呼ばれる。測定装置10は、電気測定用インパルスを発生するためのインパルス発生器と、電気回路2を測定装置に接続するための接続手段(本実施形態では、測定ワイヤ3)と、熱電電圧対時間データを取得するためのデータ取得ボードと、欠陥の無い電気回路についての基準関数を規定するための基準関数ユニットと、電気回路2の取得された熱電電圧対時間データと規定された基準関数とを比較するための比較ユニットと、取得されたデータと基準関数との間の差に基づいて電気回路2を品質認定するための品質認定ユニットとを有する。接続手段の接触部が試験回路1の一部であるので、接続手段に欠陥があると、すなわち、この実施形態では測定ワイヤ3に欠陥があると、その結果として電気回路2について悪い品質認定がなされることになる。データ取得中における電気的干渉を避けるため、試験回路1をスイッチ8によってインパルス発生器から切り離すことができる。
品質認定すべき電気回路2は異なる金属部品で作られている。電気回路内で接合された異なる金属部品は熱電対を形成する。本発明では、2つの金属部品は、それらが測定可能である熱電電圧を再生可能に誘起する場合、すなわち、時間につれて実質的に同じ大きさ及び形状の熱電電圧が繰返し得られる場合、異なる種類であると見なされる。試験回路1を短い測定用電流パルスで加熱したとき、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の一領域が熱くなり、この接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部での熱電対が熱電電圧を誘起する。この場合、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の該領域は、接触抵抗の増大した範囲内に位置している少量の材料である。
加熱の後、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部は冷却していく。熱電対過渡電圧、すなわち、熱電電圧対時間が測定され、この測定されたデータが記憶される。接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置及び種類に依存して、熱電電圧対時間データは異なる。基準の熱電電圧対時間データが欠陥の無い電気回路から記録され、或いは、測定用電気インパルスによる加熱及びその後の冷却の間における欠陥の無い電気回路の挙動をモデル化することによって基準関数が規定される。基準関数をモデル化した結果、データ・セット又は数式又は少なくとも1つの数値が得られる。取得した熱電電圧対時間データを基準関数と比較して、もし基準関数と測定した熱電電圧との間に所定の差が存在すれば、電気回路は欠陥のある回路として品質認定される。
電気回路内の接合部又は接触部の数は該回路内の熱電対の数を決定する。電気回路内で異なる金属材料が接合され又は接触する数が多くなれば、熱電対の数も多くなる。1つ以上の短い測定用電気インパルスを電気回路に印加したとき、この短い電流インパルスによって励起される接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の領域が熱くなって、その接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部における熱電対が熱電電圧を誘起する。熱電電圧対時間線図の形状は、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置に依存して異なる。熱電電圧対時間の基準データ・セットが接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の生じ得る異なる位置に割り当てられる。欠陥のある電気回路についての取得した熱電電圧対時間データの形状は、接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の異なる位置に割り当てられた基準データ・セットと比較される。接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置は、取得した熱電電圧対時間データの形状と基準データ・セットの内の1つの形状との類似性に従って決定される。
図2は、黄銅ワイヤと亜鉛メッキしたシュー(shoe)との間の接触が不良である電気回路の熱電電圧対時間線図を示している。線図では2つの測定用インパルスが示されている。第1の相対的に短い測定用インパルスの立下りの後に、熱電電圧は幾分かの変動を示し、初期電圧値とほぼ同じ値を取る。電気回路を第2の測定用インパルスにより加熱すると、黄銅ワイヤと亜鉛メッキしたシューとの間の不良な接触点の領域が熱くなり、次いで冷却していく。第2の測定用インパルスの立下りの後、熱電電圧は負のピークを示し、黄銅ワイヤと亜鉛メッキしたシューとの間の不良な接触領域の冷却曲線を示す。
以下に、本発明をフィラメント・ランプ回路の例で説明する。フィラメント・ランプの産業用及び家庭用の通常の要件に加えて、自動車産業では装着されたフィラメント・ランプの品質に関して特別な要件を有している。自動車の大量生産プロセスでは欠陥のあるランプにより余分なコストがかかるのに加え、接触不良の、点滅する又は寿命短縮されたランプは自動車の運転の安全性を危険にさらす。
フィラメント・ランプの品質を改善するために様々な努力がなされてきた。製造プロセス中に幾つかのチェック・ポイントが導き出され、またランプの欠陥の無い動作の検査が製造プロセスの終わりに連続的に実行されている。
このような努力にも拘わらず、接触不良の又は点滅するランプの検出を達成するには未だ問題がある。現在知られている方法は、フィラメント・ランプ電気回路を品質認定するための重要なパラメータとして、冷たい又は加熱したときの電気抵抗値を使用している。
ここで図3について説明すると、フィラメント・ランプ製造プロセスにおけるフィラメント・ランプ回路と測定装置との接続を示している。この図は図1と同様であるが、電気回路2がフィラメント・ランプ回路に置き換えられている点が異なる。電極31とフィラメント32との間の接合部の形成後、フィラメント・ランプ回路内の接合部についての品質認定を実行すべきである。導入線33に接合している電極31がホルダ34内に固定されている。導入線33は、接続レール36及び測定ワイヤ37を介してインパルス発生器及びデータ取得ボードに接続される。この場合、試験すべき電気回路35は、フィラメント32と、電極31と、導入線33と、ホルダ34と、測定ワイヤ37と、それらの間の接続用の接合部とで構成される。電極31と導入線33を溶接する段階で、又はフィラメント・ランプ製造プロセスの重要な点の任意の段階で同様な測定回路を構築することができる。
ここで図4及び図5について説明すると、品質の良好な(点滅していない)フィラメント・ランプ回路と点滅(flashing)しているフィラメント・ランプ回路の熱電電圧対時間線図を示している。
図4では、熱電電圧対時間データのグラフは、一連の接合部において接触抵抗が増大していないこと、すなわち、測定用電気インパルスの電流によって加熱されていないことを示している。接合部によって形成されたどの熱電対からも何ら熱電電圧が生じないので、グラフは本質的に一定であり、一定の線に重畳した電磁的外乱のみ見ることができる。
図5では、点滅しているフィラメント・ランプ回路の熱電電圧対時間を示している。測定用インパルスの電流によりフィラメント・ランプ電気回路が瞬時に熱くなった。測定用電気インパルスの終了後、接触不良の接合部の領域の自然冷却が生じた。接触不良の接合部での熱電対によって生成された熱電電圧を測定してグラフに描いた。
電気回路内の接合部及び接触部を品質認定するための方法は、製造プロセスの早期段階で、重要な時点で、又は終了時に使用することができる。フィラメント・ランプ製造プロセスの早期段階では、フィラメント・ランプ回路は、一緒に接合された2つの金属部品と、これらの金属部品を固定し且つそれらを接合装置に接続する2つのホルダとで構成される。けれども、製造プロセスの終了時では、フィラメント・ランプ電気回路は、フィラメントと、フィラメントを外部コネクタに接続する追加の部品と、ランプ製品の最終試験機械の収集ブラシとで構成される。測定装置が最終試験機械の収集ブラシに接続される。用語「試験回路」は本書では、全体として、フィラメント・ランプを測定装置に接続するためのコネクタ又はコレクタを含む電気回路に関係する。
次に図6について説明すると、製造プロセスの最終試験の際の測定装置とフィラメント・ランプとの配置構成を示している。
図6は図3と同様であるが、僅かに異なっている。その相違は、ランプについての従来の最終試験の際にフィラメント・ランプ回路を品質認定することである。製造プロセスの終わりに、フィラメント・ランプは最終試験プロセスに進む。製造ラインからの検査すべきランプ63が通常の最終試験機械の炭素ブラシ62に接続される。従来の接触試験に加えて、フィラメント・ランプ回路の接合部及び接触部についての評価が行われる。試験機械の炭素ブラシ62は測定用ワイヤ64及びレール61を介してインパルス発生器及びデータ取得ボードに接続されている。この場合、試験すべき回路60は、フィラメント・ランプ63と、炭素ブラシ62と、測定用ワイヤ64と、レール61と、それらの間の接触する接合部とで構成される。フィラメント・ランプに欠陥があるか、又はランプと測定装置との間の接続が不完全である場合、フィラメント・ランプ回路に欠陥があると思われる。
次に図7について説明すると、フィラメント・ランプ電気回路の接合部及び接触部を品質認定するための方法のブロック図を示している。
このブロック図の左側のブロックから始まって、1つ以上の測定用電気インパルスが、電気回路内の接触した部品及び接合された部品へ導かれる。測定用インパルスの振幅は1〜14Vの範囲内にあり、その長さは5〜30msである。接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部(ある場合)の領域が熱くなる。測定は製造プロセスの環境内で実行されるべきであるので、電気的干渉を避けるために電気インパルスの立下りの後に試験回路をインパルス発生器から切り離すのが好ましい。
データ取得ボードが熱電電圧対時間データを取得する。データ取得ボードは産業用コンピュータと一体にするのが好ましい。サンプリング周波数は1kHzよりも高く、データ取得の電圧範囲は0.5〜5mVである。
品質の良好な電気回路に属する基準データ・セット又は基準関数は測定装置内にディジタル式に記憶される。基準データ・セット又は基準関数はディジタル又はアナログ電子装置によって取得データと比較される。このディジタル又はアナログ電子装置は産業用コンピュータ内に一体にするのが好ましい。取得した熱電電圧対時間データと前に記録された基準熱電電圧対時間データ・セット又は基準関数との比較は、2つのデータ・セットにおける差の検査に基づいて行うか、或いは、該比較は、取得した熱電電圧対時間データ及び基準関数について描かれたグラフの形状における差に基づいて行う。
比較の結果により、電気回路は品質の良好な回路として又は欠陥のある回路として品質認定される。欠陥のある電気回路は印を付けるか又は製造プロセスから除去する。
ここで図8及び図9について説明すると、欠陥の無い電気回路と欠陥のある電気回路との熱電電圧対時間線図を示しており、両回路はH7型フィラメント・ランプを備えた自動車用反射器に属している。図8における欠陥の無い電気回路の線図では、各測定用インパルスの後にベース電圧に電気的外乱のみが重畳している。図9では、第1の加熱用インパルスの効果は顕著ではないが、相対的に長い第2のインパルスの立下りの後に現れる熱電電圧の時間的変化によって接触不良の点の自然冷却を認識することができる。
次に図10について説明すると、電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法のブロック線図を示している。この図のブロック線図は図7のブロック線図と類似する。相違点も存在し、それらは次の通りである。すなわち、基準関数が電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の生じ得る異なる位置に割り当てられて、取得したデータ・セットと比較される。異なる位置の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部を持つ欠陥のある電気回路を測定することにより、これらの基準関数が規定される。欠陥のある接触部の位置は、取得した熱電電圧対時間データの形状と、異なる欠陥のある位置に割り当てられた基準関数の内の1つの基準関数の形状との類似性に従って決定される。換言すると、電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置の突き止めは、取得した熱電電圧対時間データと基準関数との電圧グラフの形状が類似していることに基づいて行われる。接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置に関する情報は、製造品質及び信頼性を改善するために使用することができる。
図11はH7型フィラメント・ランプの電気回路の構造を示している。導入線11が箔12に接続されている。箔12の役割は、ランプ・バルブのガラスを通り抜けて電流を導くことである。箔12はモリブデン電極13に接続され、モリブデン電極13はモリブデン管15,16に溶接されている。タングステンの螺旋状フィラメント14の2つの端部がモリブデン管15,16の中に、これらの管の壁をプレスすることによって固定されている。
図12は欠陥の無いH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図を示している。この線図で見ることができるように、相対的に短い測定用インパルス及び相対的に長い測定用インパルスのいずれもフィラメント電気回路に何ら熱を生じさせない。別のランプ構成で部品の順序が対象でない場合、例えば、フィラメントとモリブデン電極の1つとの間に追加の部品がある場合、欠陥の無いフィラメント回路の基準関数は一定電圧対時間曲線から異なる。
図13〜図17は異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図を示している。
図13では、第1及び第2のインパルスの立下りの後の熱電電圧の時間的変化は、モリブデン管15, 16とタングステン・フィラメント14の端部との間の欠陥のある電気接触部によることを示している。
図14では、インパルスの立下りの後の熱電電圧の時間的変化は、モリブデン管15とモリブデン電極13との間の溶接接合部が弱い又は不良であることを示している。
図15では、熱電電圧が第1及び第2のインパルスの立下りの後にそれぞれ異なる大きさを持っている。これらの異なる大きさは、モリブデン管16とモリブデン電極13との間の溶接接合部に不完全な接触があることを示している。
図16及び図17は、モリブデン箔12内の同じ欠陥によって引き起こされる熱電電圧の時間的変化を示している。これらの2つの線図の差は、ランプが試験回路に異なる極性で接続されていることである。第1の相対的に短い測定用インパルスの立下りの後に特徴のある熱電電圧の変化が生じるが、第2の相対的に長いインパルスは図16の線図上では顕著な効果を生じなかった。相対的に短い測定用インパルスと相対的に長 い測定用インパルスとの使用により、潜在的な欠陥のあるランプを見いだすことができると共に、ランプ内の接触の弱い又は接触不良の接合部の位置を突き止めることができる。
本発明は図示し且つ開示した実施形態に制限されず、その他の要素、改良及び変形も本発明の範囲内にある。当業者にとって明らかなように、電気回路を品質認定し且つ電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法は、自動車及び機械内の電気回路のような異なる金属材料で作られた任意の電気回路を試験し又は品質認定するために使用することができる。接触の弱い又は接触不良の接合部を検出することに制限されず、回路内の部品の欠如を検出するのに適合可能である。例えば、炭素ブラシのない発電機の閉じた電気回路は、炭素ブラシを所定の場所に持つ同様な回路と区別されなければならない。また、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
品質認定すべき接合部を持つ電気回路と測定装置との接続を示す略図である。 黄銅ワイヤと亜鉛メッキしたシューとの間の接触が不良である電気回路の熱電電圧対時間線図である。 製造プロセスにおけるフィラメント・ランプ回路と測定装置との接続を示す略図である。 欠陥の無いフィラメント・ランプ回路の熱電電圧対時間線図である。 欠陥のあるフィラメント・ランプ回路の熱電電圧対時間線図である。 製造プロセスにおける最終試験の際の測定装置とフィラメント・ランプとの接続を示す略図である。 電気回路の接合部及び接触部を品質認定するための方法を示すブロック図である。 H7型フィラメント・ランプを備えた自動車用反射器の欠陥の無い電気回路の熱電電圧対時間線図である。 欠陥のあるH7型フィラメント・ランプを備えた自動車用反射器の電気回路の熱電電圧対時間線図である。 電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法を示すブロック図である。 H7型フィラメント・ランプの電気回路の構造を示す略図である。 欠陥の無いH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。 異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。 異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。 異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。 異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。 異なる欠陥のある接合部を持つH7型フィラメント・ランプの熱電電圧対時間線図である。
符号の説明
1 試験回路
2 電気回路
3 測定ワイヤ
4 接続レール
5 接合部
6 接触部
8 スイッチ
10 測定装置
11 導入線
12 箔
13 モリブデン電極
14 タングステンの螺旋状フィラメント
15、16 モリブデン管
31 電極
32 フィラメント
33 導入線
34 ホルダ
35 試験すべきは電気回路
36 接続レール
37 測定用ワイヤ
60 試験すべき回路
61 レール
62 炭素ブラシ62
63 フィラメント・ランプ
64 測定用ワイヤ

Claims (10)

  1. 少なくとも1つの電気接合部又は接触部を持つ電気回路を品質認定するための方法であって、
    欠陥の無い電気回路の熱電電圧対時間の基準関数を規定する段階と、
    前記電気回路を少なくとも1つの測定用電気インパルスによって加熱する段階と、
    前記電気回路の熱電電圧対時間データを取得する段階と、
    前記取得した熱電電圧対時間データを前記基準関数と比較する段階と、
    前記取得したデータと前記基準関数との間の差に基づいて前記電気回路を品質認定する段階と、
    を有している方法。
  2. 前記基準関数は、前記測定用電気インパルスによる加熱及びその後の冷却の間の前記欠陥の無い電気回路の挙動をモデル化することによって規定される、請求項1記載の方法。
  3. 前記基準関数は、前記測定用電気インパルスによる加熱及びその後の冷却の間の前記欠陥の無い電気回路の測定によって規定される、請求項1記載の方法。
  4. 異なる長さの2つ以上の測定用電気インパルスが前記電気回路に印加される、請求項1記載の方法。
  5. 前記電気回路の品質認定が、前記取得した熱電電圧対時間データ及び前記基準関数を描いたグラフの形状の差異に基づいてなされる、請求項1記載の方法。
  6. 電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止めるための方法であって、
    前記電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の生じ得る異なる位置についての熱電電圧対時間の基準関数を規定する段階と、
    前記電気回路を少なくとも1つの測定用電気インパルスによって加熱する段階と、
    前記電気回路の熱電電圧対時間データを取得する段階と、
    前記取得した熱電電圧対時間データを前記基準関数と比較する段階と、
    前記取得したデータと前記基準関数との間の類似性に従って前記電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置を突き止める段階と、
    を有している方法。
  7. 前記基準関数は、前記接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部を異なる位置に持つ欠陥のある電気回路の測定によって規定される、請求項6記載の方法。
  8. 2つ以上の測定用電気インパルスが前記電気回路に印加される、請求項6記載の方法。
  9. 前記測定用電気インパルスは異なる長さを持つ、請求項8記載の方法。
  10. 前記電気回路の接触の弱い又は接触不良の接合部又は接触部の位置の突き止めは、前記取得した熱電電圧対時間データ及び前記基準関数を描いたグラフの形状の類似性に基づいて行われる、請求項6記載の方法。
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