JP4171814B2 - 抵抗ロウ付け方法及び抵抗ロウ付け電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異種金属同士または熱容量の小さな同種金属同士をロウ付けする電源装置及びロウ付け方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チタン材とその他の異種金属をロウ付けする場合には直接接合することが出来ない為に、チタン材の表面に予めニッケルメッキを施し、該ニッケルメッキ層を介してロウ付けしている。図５はチタン材(イ)と金(ロ)をロウ付けする場合であるが、ロウ付けとは母材の融点より低い温度で溶けるロウを、接合部に溶融・添加して母材にぬれさせて接合する方法である。
【０００３】
この「ぬれ現象」が発生する温度条件は、同じロウ材を使用しても母材が異なると違ってくる。チタン材(イ)のぬれ現象発生温度条件は９００℃〜１２００℃であるのに対して、金(ロ)のぬれ現象発生温度条件は５８０℃〜７５０℃の範囲である。このように、ぬれ現象が発生する温度条件が異なるチタン材(イ)と金(ロ)をロウ付けする場合には次のような問題がある。
【０００４】
(１)ぬれ現象が高温で発生するチタン材(イ)に合わせるならば、ぬれ現象が低温で発生する金(ロ)は過加熱になって、ロウ(ハ)と金(ロ)間で拡散接合や溶解が起こり、接合強度の低下や接合面の変形を引き起こす。
(２)逆に、ぬれ現象が低温で発生する金(ロ)に合わせるならば、ぬれ現象が高温で発生するチタン材(イ)はロウ付けが出来ないことになる。
【０００５】
従って、チタン材(イ)と金(ロ)をロウ付けするには、異なるロウ付け温度を各接合面で同時に実現することが要求されるが、これは不可能である。そこで、従来では図６に示すように、高温でぬれ現象が発生する方の金属表面を、低温側の金属とぬれ現象が発生する温度が同じような金属にてメッキを施し、ぬれ現象発生温度条件を同じにしたところでロウ付けを行っている。
【０００６】
そこで、チタン材(イ)と金(ロ)をロウ付けする場合には、ぬれ現象発生温度が高いチタン材(イ)にニッケルメッキを施し、表面にニッケルメッキ層(ニ)を形成する。このニッケルメッキ層(ニ)のぬれ現象発生温度条件は５８０℃〜７５０℃であり、金(ロ)のぬれ現象発生温度条件と同じ温度範囲となる為に、ロウ付けが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、異種金属同士をロウ付けするにはぬれ現象発生温度条件の高い金属表面をメッキ処理しなくてはならず、その分ロウ付け工数が大きくなり、コスト高を招いてしまう。
また，同種金属同士のロウ付けにおいても、細い線材部品などの熱容量の小さな部品をロウ付けする場合は、ロウ付け部全体が過加熱になり、溶融変形や熱変形が簡単に発生するので、熱容量の小さな部品のロウ付けは困難を極めている。
本発明が解決しようとする課題はこれらの問題点であり、メッキ処理を施さないで異種金属同士をロウ付け出来る、また、熱容量の小さな部品でも変形させずにロウ付けが出来るロウ付け電源装置及びロウ付け方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明はある金属とぬれ現象発生温度条件が異なる他の金属を接合する場合に、従来のように予めぬれ現象発生温度が高い金属の表面をメッキ処理しないでロウ付けする方法であり、また、熱容量の小さな部品でも変形させずにロウ付けする方法である。接合面を含む２つの接合部品に交流成分が直流成分に対して大きく、最も振幅が大きい交流成分が８００Ｈｚ以上であるロウ付け電流を流すならば、高周波成分の表皮効果により、接合金属及び接合面の表面の電流密度が大きくなり、表面層だけにＩ^２Ｒのジュール熱が発生する。特に、接合面は接触抵抗がある為に他の部位より抵抗値が大きいために、瞬間的にぬれ現象発生温度に達する。
【０００９】
低温側金属のぬれ現象発生温度が適性温度を越えても、瞬間的に高くなるだけであってロウと金属間での拡散接合や溶解は進行しない。そしてロウ付け強度の低下や変形も発生しなく、きれいで確実なロウ付けが出来る。
これらのことは同種金属同士の熱容量の小さな部品を接合する場合も同様である。
すなわち、本発明のロウ付けは、高周波成分を含むロウ付け電流を流し、表皮効果により接合面の表面層を瞬間的に加熱してぬれ現象を発生させ、短時間でロウ付けを行うものである。以下、本発明にかかる実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
【実施例】
本発明のロウ付け電源装置を説明する前に従来の電源回路を説明するが、図１は従来の電源ブロック配線図を示している。この従来のインバータ電源は変圧器の二次側にダイオードを挿入し、片電圧方式で使用している。そしてロウ付け電流は変圧器の二次側からロウ付け治具までの配線に含まれるインダクタンス成分により、なまってしまい、図１(ｂ)に示すごとく直流に近い電流となって高周波成分は含まれない。
【００１１】
図２も従来の電源ブロック配線図を示していて、変圧器の二次側にダイオードを挿入してないので両電圧で使用することが出来るが、しかしこの場合でもインバータ回路においてスイッチング毎に電圧極性を変化させないので、変圧器にかかる電圧極性はスイッチング毎には変化しない。その為にロウ付け電流は図２（ｂ）に示すように、リップルを含む低周波の交流となり、すなわち高周波成分を含まないために本発明は該電源装置を利用することは出来ない。リップル程度では高周波成分としてのパワーが小さい。
【００１２】
そこで、本発明のロウ付け電源装置は変圧器の二次側に、交流成分が直流成分に対して大きく、最も振幅が大きい交流成分が８００Ｈｚ以上であるロウ付け電流を流せる回路構成にしている。図３は本発明の電源装置を示すブロック図であるが、特徴は次の４点にある。
(１)電源装置のインバータ回路において，スイッチング毎に電圧極性を変えて，変圧器にかかる電圧極性をスイッチング毎に変化させ，変圧器の二次側に流れる電流に含まれる高周波成分を大きくする。
(２)電源装置の変圧器のインダクタンスを出来るだけ小さくしている。すなわち、ロウ付け電源用変圧器において、変圧器の巻き線を２本以上の並列巻き線あるいはリッツ線を巻き線として使用することで変圧器のインダクタンスを小さくして大電流が流れ易くしている。
(３)変圧器の二次側から抵抗ロウ付け冶具までの配線を二本以上の並列配線またはリッツ線で構成している。
(４)インバータの波形はワンパルス幅変調が基本であるが、ツーパルス以上でもかまわないし、今回の実施例のように、正電圧‐負電圧、又は逆に負電圧‐正電圧の繰り返しでもよい。
【００１３】
従来は、高周波電流によるロウ付けでは、変圧器や配線のインダクタンスによりロウ付けに必要な大電流は流すことが出来ないと思われてきたが、本発明は上記(１)、(２)、(３) 、(４)の特徴にて構成することで高周波で大電流を流すことが出来る。
【００１４】
図３の電源装置の動作を説明すると、三相交流１を整流回路２で整流し、平滑コンデンサー３で平滑化して直流電源を作る。そして該直流電源をパワートランジスターで構成したインバータ回路４で交流に変換し、変圧器５の一次側に通電する。二次側では大電流となってロウ付け電流として利用出来る。ここで上記インバータ回路４は、入力部６で設定されて記憶部７で記憶されているインバータのスイッチング周波数、デューティ比及び通電時間を、制御回路８によって駆動回路９を通して駆動される。
【００１５】
上記入力部６はスイッチング周波数、デューティ比、通電時間等のロウ付け条件を設定する部分であり、記憶部７は上記入力部６に入力されたロウ付け条件を記憶しておく部分である。又表示部は記憶されたロウ付け条件を表示する部分である。そして制御回路８はインバータの駆動回路９へ信号を出す部分であり、入力して記憶されたスイッチング周波数、デューティ比、及び通電時間等に基づいて、インバータの駆動回路９へ駆動信号を送る。
【００１６】
駆動回路９は上記制御回路８からの駆動信号を増幅して、インバータ回路４のパワートランジスターを駆動し、変圧器５の一次側へ通電される。同図に示す１０は電流検出回路であり、変圧器５の一次側と二次側の各電流を検出して異常の有無を見極める。図４は変圧器５へ入る一次側電圧波形１１と二次側電流波形１２を示している。この電源装置はインバータ回路４で変圧器５にかかる電圧極性をスイッチング毎に切り換え、二次側のロウ付け電流をプラスとマイナスにパルス状に大きく振ることが出来る。
【００１７】
本発明のロウ付けでは周波数を一般に８００Ｈｚ以上とし、従来使用されているシーム溶接機の周波数が４００Ｈｚ程度であるのに比較すれば、極端に高い周波数の電流が流れる。そして本発明では変圧器５の巻き線、変圧器５から治具１３ａ，１３ｂまでのリード線１４(配線)の長さを短くすると共に、該リード線１４を並列配線または細い線を束にしたリッツ線で構成することで、二次側に発生した高い周波数の大電流を治具１３ａ，１３ｂまで導いてロウ付けすることが出来るようにしている。
【００１８】
以上述べたように、本発明の抵抗ロウ付け電源装置及び抵抗ロウ付け方法は高周波成分を含んだ大電流を流すことが出来るようにしたものであり、次のような効果を得ることが出来る。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のロウ付け電源装置はある金属とぬれ現象発生温度条件が異なる他の金属を接合する場合に、従来のように予めぬれ現象発生温度が高い金属の表面をメッキ処理しないでロウ付けすることが出来る。接合面を含む２つの接合部品に高周波成分を含むロウ付けに必要な電流を流すならば、高周波成分の表皮効果により、接合金属及び接合面の表面の電流密度が大きくなり、表面層だけにＩ^２Ｒのジュール熱が発生する。特に、接合面は接触抵抗がある為に他の部位より抵抗値が大きいために、瞬間的にぬれ現象発生温度に達する。
【００２０】
そこで低温側金属のぬれ現象発生温度が適性温度を越えても、瞬間的に高くなるだけであってロウと金属間での拡散接合や溶解は進行せず、ロウ付け強度の低下や変形も発生しなく、きれいで確実なロウ付けが出来る。すなわち、本発明のロウ付けは、交流成分が直流成分に対して大きく、最も振幅が大きい交流成分が８００Ｈｚ以上であるロウ付け電流を流し、表皮効果により接合面の表面層を瞬間的に加熱してぬれ現象を発生させ、短時間でロウ付けを行うことが可能となり、メッキ処理をしてロウ付けする場合に比較して作業工程は簡略され、ロウ付けコストはその分だけ安くなる。
【００２１】
また，同種金属同士のロウ付けにおいても、細い線材部品などの熱容量の小さな部品をロウ付けする場合は、ロウ付け部全体が過加熱になり、溶融変形や熱変形が簡単に発生するので、熱容量の小さな部品のロウ付けは困難であったが、本発明のロウ付けは、高周波成分を含むロウ付け電流を流し、表皮効果により接合面の表面層を瞬間的に加熱してぬれ現象を発生させ、短時間でロウ付けを行うことが可能となり、熱容量の小さな部品でも変形させずにロウ付けが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のロウ付け装置の電源回路及び電圧波形と電流波形。
【図２】 従来のロウ付け装置の電源回路及び電圧波形と電流波形。
【図３】 本発明のロウ付け電源装置のブロック図。
【図４】 変圧器の一次側電圧波形と二次側電流波形。
【図５】 チタンと金をロウ付けする場合。
【図６】 チタン表面にニッケルメッキを施してロウ付けする場合。
【符号の説明】
１ 三相交流
２ 整流回路
３ 平滑コンデンサー
４ インバータ回路
５ 変圧器
６ 入力部
７ 記憶部
８ 制御回路
９ 駆動回路
10 電流検出回路
11 一次側電圧波形
12 二次側電流波形
13 治具
14 リード線

Claims (4)

1. 直流電源を交流電源に変換した後、変圧器の一次側に接続し、該変圧器の二次側電流をロウ付け電流として用いて金属同士を所定のぬれ現象発生温度条件でロウ付けする抵抗ロウ付け方法において、前記ロウ付け電流に含まれる交流成分が直流成分よりも大きく、最も振幅が大きい交流成分の周波数が８００Ｈｚ以上であることを特徴とする抵抗ロウ付けの方法。
2. 直流電源を交流電源に変換した後、変圧器の一次側に接続し、該変圧器の二次側電流をロウ付け電流として用いて金属同士を所定のぬれ現象発生温度条件でロウ付けする抵抗ロウ付け電源装置において、前記ロウ付け電流に含まれる交流成分が直流成分よりも大きく、最も振幅が大きい交流成分の周波数が８００Ｈｚ以上であることを特徴とする抵抗ロウ付け電源装置。
3. 上記変圧器の巻き線を二本以上の並列巻き線又は各巻き線をリッツ線とした請求項２記載の抵抗ロウ付け電源装置。
4. 上記変圧器から抵抗ロウ付け冶具までの配線を二本以上の並列配線又は該配線をリッツ線とした請求項２、又は請求項３記載の抵抗ロウ付け電源装置。

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