KR100727377B1

KR100727377B1 - 금속부재 접합방법 및 리플로 납땜방법

Info

Publication number: KR100727377B1
Application number: KR1020010014338A
Authority: KR
Inventors: 모로쿄우지
Original assignee: 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2007-06-12
Also published as: JP2001259859A; JP4426693B2; US6552293B2; KR20010092698A; US20010027962A1; CN1314226A; EP1136170A1

Abstract

교류파형의 전류를 쓰는 금속부재의 접합 또는 리플로 납땜에 있어서 설정통전시간의 종료전에 정규통전을 정지해야만 하는 사태가 생겼을 때는 교류파형의 도중이라도 그 시점에서 즉시 정규통전을 멈춘다. 제어부(32)는, 설정통전시간을 구성하는 복수의 단위통전기간중, 홀수번째의 각 단위통전기간에서는 부극측의 스위칭소자(24, 28)를 오프상태에 유지한 채로 정극측의 스위칭소자(22,26)만을 인버터주파수로 연속적으로 스위칭동작시켜, 짝수번째의 각 단위통전기간에서는 정극측의 스위칭소자(22,26)를 오프상태에 유지한 채로 부극측의 스위칭소자(24, 28)만을 인버터주파수로 연속적으로 스위칭동작시킨다. 이것에 의해, 전원장치의 2차측회로에서는, 대략 직사각형의 전류파형을 갖는 2차전류 I2가, 홀수번째의 각 단위통전기간에서는 정극방향에, 짝수번째의 각 단위통전기간에서는 부극방향에 흐른다. 이러한 정규통전이 한창 진행중에 통전정지신호(WS)가 입력되었을 때는, 그 시점에서 제어부(32)는 인버터(16)의 스위칭제어를 멈추고, 즉시 정규통전을 중지한다.

금속부재, 리플로 납땜, 접합방법

Description

금속부재 접합방법 및 리플로 납땜방법{Metal unite method and solder method}

도 1은 본발명의 일실시형태에 의한 휴징가공 또는 저항용접용의 교류파형 인버터식전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 실시형태의 전원장치에 있어서의 1회의 가공 시퀀스의 타이밍 또는 파형을 나타내는 도이다.

도 3은 실시형태에 있어서의 통전제어를 위한 제어부의 처리순서를 나타내는 플로 챠트도이다.

도 4는 실시형태에 있어서의 인버터제어방식을 나타내는 각부의 파형도이다.

도 5는 실시형태의 통전제어에 포함되는 통전정지처리의 순서를 나타내는 플로 챠트도이다.

도 6은 실시형태에 있어서 통전정지처리가 행하여지는 경우(제1의 경우)의 각부 파형을 나타내는 도이다.

도 7 는 실시형태에 있어서 통전정지처리가 행하여지는 경우(제2 ∼4의 경우)의 각부 파형을 나타내는 도이다.

도 8은 실시형태에 있어서 잔류자기소거용 소전류 im에 관한 파형을 나타태

는 도이다.

도 9는 본 발명의 일실시형태에 의한 리플로 납땜용의 교류파형 인버터식전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 10는 실시형태에 있어서의 리플로 납땜의 가공예를 게시하는 도이다.

도 11은 휴징가공의 일례를 나타내는 도이다.

도 12은 휴징가공에 종래 사용되고 있는 단상교류형전원장치의 회로구성을 나타내는 블록도이다.

도 13는 종래의 단상교류형전원장치내의 전압 및 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.

도 14은 종래의 휴징가공방법에 있어서 통전을 중지할 때의 불량을 나타내는 파형도이다.

<부호의 설명>

6, 8 전극 10 전원부

l4 정류회로 16 인버터

l8 트랜스 22∼28 스위칭소자

32 제어회로 34 가압장치

40 변위계 50 클럭생성회로

52 입력부 54 표시부

70 히터칩

본발명은, 교류파형의 전류를 사용하여 금속부재의 접합 또는 리플로 납땜을 하는 방법에 관한다.

도 11에, 금속부재의 접합방법의 하나인 휴징가공의 일례를 나타낸다.

이 가공은, 피복선(2)과 예를들면 동 또는 동합금으로 이루어지는 판형상의 단자(4)를 전기적이고 또한 물리적으로 접합하는 것이다.

우선, 도 11(A)에 나타내는 바와같이, 단자(4)의 훅부 또는 절곡부(4a)의 내측에 피복선(2)을 넣은 것을 피가공물(W)로 하고, 이 피가공물(W)를 한 쌍(예를들면 상부 및 하부)의 전극(6,8)사이에 삽입하여, 하부전극(8)에 의해 전극 훅부(4a)의 하면을 정위치로 지지하면서, 상부전극(6)을 단자 훅부(4a)의 표면으로 밀어 부쳐 가압장치(도시하지 않음)에 의해 소정의 가압력(F)으로 밀어 내린다. 이와 동시에, 전원장치(도시하지 않음)로부터 소정의 전압을 양전극(6,8)사이에 인가한다.

그렇다면, 우선, 단자 훅부(4a)를 전류경로로서 양전극(6,8)사이에 전류(I)가 흐르고, 단자 훅부(4a)에서 쥴열이 발생한다. 이것에 의해, 도 10(B)에 나타내는 바와같이, 피복선(2)의 절연체(2a)가 쥴열로 녹아 도체(2b)에서 벗어진다.

절연체(2a)가 제거되면, 도 l1의(C)에 나타내는 바와같이, 전류(I)는 피복선(2)의 도체(일반적으로 동)(2b)를 통하여 양전극(6,8)사이를 흐른다. 통전기간 동안은 양전극(6,8)간에 가압력(F)도 계속하여 가해지기 때문에, 쥴열과 가압력(F)으로 단자 훅부(4a) 및 피복선 도체(2b)는 일체적으로 압착 되거나 짓눌린다. 이것에 의해서, 피복선(2)과 단자(4)의 양자는 전기적이고 또한 물리적으로 단단히 접속된다. 또, 피복선(2)의 도체(2b)와 단자(4)의 저항은 대단히 작기 때문에, 양자간에 너겟(용접접합)은 생기지 않는다.

도 12에, 상기와 같은 휴징가공에 종래 쓰이고 있는 단상교류형 전원장치의 회로구성을 나타낸다. 도 13에, 상기 전원장치내의 전압 및 전류의 파형을 나타낸다.

상기 전원장치에 있어서, 입력단자(100,102)에 입력된 상용주파수의 단상 교류전압(V)은, 한 쌍의 사이리스터(l04,106)로 이루어지는 콘택터를 통하여 강압 트랜스(l08)의 1차 코일에 공급된다.

트랜스(108)의 2차 코일에 발생한 교류의 유도기전력(2차측전압)이 2차도체 및 상기전극(6, 8)을 통하여 피가공물(W) (2,4)에 인가되며, 2차측회로에서 1차전류(i1)보다도 큰 전류치로 2차전류(i2)가 상기 휴징용전류(I)로서 흐른다.

휴징용용전류(I(i2))의 크기(실효치)는, 통전각에 의해서 결정되지만, 점호각과 통전각과의 사이에는 거의 일정한 관계가 있기 때문에, 점호각에 의해서 결정된다고 할 수도 있다.

상기 전원장치에서는, 제어부(l10)가 점호회로(l12)를 통하여 사이리스터(104,106)의 점호각(점호 타이밍)(θ)을 제어함으로써, 휴징용전류(I)(i2)의 실효치를 제어한다.

제어부(ll0)는, 예를들면 피가공물(W)(2,4)에 관계하는 반송로봇등의 외부장치(도시하지 않음 )로부터 기동신호를 입력하여, 상기 가압장치에 가압동작을 개시시키고, 소정시간(초기 가압시간)의 경과후에 미리 설정된 통전시간에 걸쳐 상기와 같은 사이리스터 점호제어를 실행하여, 통전시간이 종료했으면 소정시간(보호유지시간)의 경과후에 상기 가압장치에 가압을 해제시킨다.

상기와 같은 휴징가공에서는, 쥴열과 가압력으로 피가공물(W)(2,4)을 열압착하도록 하고 있지만, 이 열압착이 도를 넘으면, 가공품으로서의 형상을 현저히 손상시키거나, 파손 또는 손상등을 가져올 우려도 있다. 그래서, 가압방향에서의 상부전극(6)의 변위를 검출하여 피가공물(W) (2,4)의 열압착의 정도를 감시하는 모니터장치를 구비하고, 상부전극(6)의 변위가 소정치(한계치)에 달했을 때 모니터장치로부터 통전정지신호를 발생시키며, 그 신호에 따라 제어부(ll0)가 통전을 정지하도록 하고 있다.

그렇지만, 종래에는, 상기와 같은 사이리스터 점호제어방식이며, 도 14에 나타내는 바와같이, 사이리스터(104,106)를 점호 또는 턴온시킨 후는 전류제어능력을 잃어버리며, 해당 반사이클(50Hz의 경우는 10ms)이 종료할 때까지 통전을 멈출 수 없다. 그러나, 그동안에 피가공물(W) (2,4)의 열압착이 너무 진행되어, 통전정지 시간의 지연이 치명적인수 가 있다.

본발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 교류파형의 전류를 사용는 금속부재의 접합 또는 리플로 납땜에 있어서 설정통전시간의 종료전에 통전을 정지해야 할 사태가 생겼을 때는 교류파형의 도중이라도 그 시점에서 즉시 통전(정규통전)을 멈추도록 하여, 양호한 가공품질을 얻도록 한 금속부재접합방법 및 리플로 납땜방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본발명은, 통전중에 정지신호가 들어 간 시점에서 즉시 정규통전을 멈 춤과 동시에, 정지신호입력시의 통전상태(경과시간이나 극성)에 따라서, 접합이나 납땜에 영향이 없는 크기의 소전류를 흘림으로써 트랜스의 편자 또는 자기포화를 초래하지 않도록 하여 전원부의 보호없이 신뢰성을 보증하도록 한 금속부재접합방법 및 리플로 납땜방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기위해서, 본 발명의 금속부재접합방법은, 금속부재에 전극을 밀어 부치면서 상기전극을 통하여 교류파형의 전류를 흘려보내고, 상기 금속부재에서 발생하는 쥴열을 이용하여 상기 금속부재를 접합하는 금속부재접합방법에 있어서, 상용주파수의 교류전압을 정류회로에 의해서 직류전압으로 변환하는 단계와, 상기 정류회로로부터 출력된 직류전압을 인버터에 의해 고주파수의 펄스전압으로 변환하는 단계와, 상기 인버터로부터 출력된 상기 고주파 펄스전압을 트랜스에 통과시키고, 상기 트랜스의 2차측으로 정류하는 일없이 상기전극을 통하여 상기 금속부재에 인가하는 단계와, 1회의 접합을 위한 통전시간을 복수의 단위통전기간으로 분할하고, 홀수번째의 각 단위통전기간에서는 한쪽 극성으로, 짝수번째의 각 단위통전기간에서는 다른쪽의 극성으로, 설정된 전류치를 갖는 교류파형전류가 상기 트랜스의 2차측으로 흐르도록, 상기 인버터를 상기 고주파수로 스위칭제어하는 단계와, 상기 통전시간중에 정규통전을 정지시켜야되는 소정의 사상 또는 조건이 발생 또는 성립했을 때는, 상기 인버터의 스위칭동작을 멈추고 정규통전을 중지하는 단계를 갖는다.

본 발명의 리플로 납땜방법은, 금속부재의 피 납땜부를 땜납하고, 상기 금속 부재에 저항발열형의 히터칩을 밀어 부치면서 상기 히터칩에 교류파형의 전류를 흘려보내고, 상기 히터칩에서 발생하는 쥴열을 이용하여 상기 금속부재의 상기 납땜부를 땜납하는 리플로 납땜방법에 있어서, 상용주파수의 교류전압을 정류회로에 의해서 직류전압으로 변환하는 단계와, 상기 정류회로로부터 출력된 직류전압을 인버터에 의해 고주파수의 펄스전압으로 변환하는 단계와, 상기 인버터로부터 출력된 상기고주파 펄스전압을 트랜스에 통과시키고, 상기 트랜스의 2차측으로 정류하는 일없이 상기 히터칩에 인가하는 단계와, 1회의 납땜을 위한 통전시간을 복수의 통전기간으로 분할하고, 홀수번째의 각 통전기간에서는 한쪽의 극성으로, 짝수번째의 각 통전기간에서는 다른쪽의 극성으로, 설정된 전류치를 갖는 교류파형전류가 상기 트랜스의 2차측으로 흐르도록, 상기 인버터를 상기고주파수로 스위칭제어하는 단계와, 상기 통전시간중에 정규통전을 정지시켜야하는 소정의 사상 또는 조건이 발생 또는 성립했을 때는, 상기 인버터의 스위칭동작을 멈추고 정규통전을 중지하는 단계를 갖는다.

본 발명에서는, 트랜스의 일차측에 구비한 인버터를 고주파수로 스위칭제어함과 동시에, 소정의 주기로 인버터의 극성 즉 전류의 극성을 반전함으로써, 2차측으로 교류파형의 전류를 흘려보내고, 상기 교류파형전류를 사용하여 금속부재의 접합 또는 리플로 납땜을 한다. 인버터는 상기 고주파수로 스위칭동작하기 때문에, 최대 1사이클의 시간지연으로 순식간에 통전을 정지할 수가 있다. 따라서, 2차측의 전류가 교류파형 중이더라도, 임의의 시점에서 정규의 통전을 정지하거나 종료시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는, 상기 통전중지시의 단위통전기간의 경과시간과 극성에 따라서, 상기 트랜스의 2차측으로 잔류자기소거용의 전류가 흐르도록, 상기 인버터를 스위칭제어하는 단계를 더욱 가져도 좋다. 이 경우, 상기 잔류자기소거용의 전류가 상기 금속부재의 접합에 실질적인 영향을 주지 않는 전류치를 갖는 것이 바람직하다.

이하, 도 l ∼도 10을 참조하여 본발명의 실시형태를 설명한다.

도 1에, 본발명의 한 실시형태에 의한 휴징가공용의 교류파형 인버터식전원장치의 구성을 나타낸다.

상기 전원장치의 전원부(10)는, 3상정류회로(14), 인버터(16)및 강압형의 트랜스(l8)를 갖고 있다. 3상정류회로(14)는, 예를들면 6개의 다이오드를 3상 브릿지결선하여 이루어지며, 3상교류전원단자(12)로부터 입력하는 상용주파수의 3상 교류전압(R,S,T)을 전(全)파정류하여 직류전압으로 변환한다. 3상정류회로(14)로부터 출력된 직류전압은, 콘덴서(20)로 평활화되고 나서 인버터(l6)의 입력단자(La,Lb)에 인가된다.

인버터(16)는, GTR(쟈이언트·트랜지스터)또는 IGBT (절연게이트·바이폴라트랜지스터)등으로 이루어지는 4개의 트랜지스터·스위칭소자(22,24,26,28)를 갖고 있다.

이들 4개의 스위칭소자(22∼28)중, 제1 세트(정극측)의 스위칭소자(22,26)는 구동회로(30)를 통하여 제어부(32)로부터의 동상의 인버터제어신호(Gl,G3)에 의해 소정의 인버터주파수(예를들면 1kHz)로 동시에 스위칭(온·오프)제어되며, 제2 세트(부극측)의 스위칭소자(24,28)는 구동회로(30)를 통하여 제어부(32)로부터의 동상의 인버터제어신호(G2,G4)에 의해 상기 인버터주파수로 동시에 스위칭 제어되고 있다.

인버터(16)의 출력단자[Ma,Mb]는 트랜스(l8)의 일차측 코일의 양단에 각각 전기적으로 접속되어 있다.

트랜스(18)의 2차측 코일의 양단에는 한 쌍의 전극 예를들면, 도 11 전극(6,8)이 정류회로를 통하지 않고서 2차측 도체만을 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

전극(6,8)은, 동합금이나 저항치가 높은 금속 예를들면 몰리브덴 또는 텅스텐으로 이루어지며, 가압장치(34)의 전극지지부재(36,38)에 착탈가능하게 설치된다. 가압장치(34)는, 예를들면 에어 실린더를 갖는 가압구동부(도시하지 않음)를 내장하고 있으며, 제어부(32)로부터의 가압제어신호(FC)에 따라서, 예를들면 상부전극 지지부재(36)를 구동하며, 하부전극(8)상에 세트된 피가공물(W)(2,4)에 위로부터 상부전극(6)을 가압하도록 구성되어 있다.

본 실시형태에서는, 휴징가공에 있어서 피가공물(W)(2,4)의 가라앉는 상태를 감시하기 위한 모니터장치로서, 변위계(40)가 구비된다. 이 변위계(40)는, 상부전극 지지부재(36)내지 상부전극(6)의 높이 방향의 변위를 검출하는 위치센서를 갖고 있으며, 통전시간의 시작시의 기준위치로부터 상부전극(6)이 수직아래쪽으로 변위하는 량을 감시하고, 그 변위량이 설정치에 달했을 때는, 그 시점에서 통전정지신 호(WS)를 발생하도록 구성되어 있다. 변위계(40)로부터의 통전정지신호(WS)는 제어부(32)에 전달된다.

제어부(32)는, 마이크로 컴퓨터로 이루어지며, CPU, ROM (프로그램메모리), RAM(데이터메모리), 인터페이스회로등을 포함하고 있으며, 전원장치내의 일체의 제어 예를들면, 통전제어(특히 인버터제어)나 각종 용접조건의 설정없이 표시처리등을 할 뿐만아니라, 가압장치(34),변위계(40)그 밖의 외부관련장치와도 소요의 신호를 주고받기한다. 클럭생성회로(50)는, 인버터(16)의 스위칭제어를 위한 기본 또는 단위 사이클(tc)을 규정하는 클럭신호(CKtc)를 제어부(32)에 보낸다.

입력부(52)는,상기 전원장치의 조작파넬(도시하지 않음)에 구비된 키보드 또는 키스위치들을 포함하며,각종조건의 설정입력에 사용된다. 표시부(54)는, 이 조작 패널에 구비된 디스플레이예를들면 액정디스플레이를 포함하며, 제어부(32)의 제어하에서 각종조건의 설정치나 측정치등을 표시한다.

상기 전원장치에서는, 통전제어에 있어서 전류 피이드 백을 행할 수 있도록, 전원부(l0)의 일차측회로의 도체(2차측으로도 가능)에 예를들면 커렌트·트랜스로 이루어지는 전류센서(56)를 설치하며,상기 전류센서(56)의 출력신호로부터 전류측정회로(58)가 일차전류(I1)또는 2차전류(I2)의 측정치(예를들면 실효치, 평균치 또는 피이크치)를 아날로그의 전류측정신호 (SI)로서 구하며, 그 전류측정신호(SI)를 A/D 변환기(60)로 디지털신호로 변환하여 제어부(32)에 전달하고 있다.

도 2에,상기 전원장치에 있어서 제어부(32),입력부(52)및 표시부(54)를 사용하여 설정되는 1회의 휴징 가공 시퀀스 타이밍 또는 파형을 나타낸다. l 회의 휴징 가압 시퀀스를 규정하는 주된 파라메터는, 초기가압시간(SQ), 통전시간(WE), 보호유지시간(HOLD) 및 전류치(Is) (도시의 예는 피이크치)이다. 통전시간(WE)는, 2차측 교류주파수의 반 사이클에 상당하는 단위통전기간(Ts/2)의 정수배(보통은 짝수배)로서 설정된다. 2차측 교류주파수는,트랜스(l8)의 정격주파수에 맞추는 것이 바람직하고, 보통은 상용주파수 또는 그 부근의 값으로 선택된다.

다음에, 본실시형태에 있어서의 작용을 설명한다.

도 11 휴징가공을 예를 들어 설명한다.

본실시형태에서도, 도l1의(A)에 나타내는 바와같이, 단자(4)의 훅부(4a)의 안쪽에 피복선(2)을 넣어 이루어지는 피가공물(W)을 상부전극(6)과 하부전극(8)의 사이에 삽입하여, 하부전극(8)에 의해 전극 훅부(4a)의 하면을 정위치로 지지한다. 이 피가공물(W)의 세팅이 종료한 후에 소정의 외부장치로부터 기동신호(EN)(H레벨)가 제어부(32)에 전달된다.

제어부(32)는, 기동신호(EN)를 입력하면, 도 2에 나타내는 것과 같은 시퀀스 타이밍으로 각부를 제어한다. 우선, 가압제어신호(FC)를 액티브(H레벨)하게 하여, 가압장치(34)에 가압동작을 개시시킨다. 가압장치(34)는, 상부전극 지지부재(36)를 하강시켜, 상부전극(6)을 하부전극(8)상에 세트되어 있는 피가공물(W)(2,4)로 눌러 가압한다. 이 가압력이 소정치에 달한 후에 소정의 타이밍으로, 즉 가압동작개시부터 초기가압시간(SQ)의 경과후에, 전원부(10)에 있어서 통전시간(WE)의 정규 또는 본 통전을 시작한다.

도 3에, 본실시형태에 있어서의 통전제어순서를 나타낸다.

우선, 해당 통전시간(WE)의 통전에 관련되는 요구조건의 설정치, 예를들면 통전시간(WE), 전류설정치(Is), 설정 사이클수(Ns), 단위통전기간(Ts/2)등을 각각 소정의 레지스터로 세트한다(스텝Al). 또한, 이 통전초기화에 있어서, 최초의 단위통전기간에 있어서의 인버터의 극성이나 각 단위통전기간에 있어서의 최초의 고주파펄스의 펄스폭등의 초기치도 세트하여도 좋다.

다음에, 제어부(32)는, 최초의 단위통전기간(Ts/2)에 있어서 소정의 극성 예를들면, 정극측을 선택하고, 인버터(16)의 정극측(제1 세트)의 스위칭소자(22,26)에 구동회로(30)를 통하여 초기 펄스폭을 갖는 스위칭제어신호(Gl,G3)를 공급하고, 이들 스위칭소자(22,26)를 온으로 한다 (스텝A2).

부극측(제2 세트)의 스위칭소자(24,28)는 오프상태로 유지해 둔다.

상기 최초의 스위칭·사이클에서 용접전류(I)(2차전류 I2)및 일차전류(I1)가 용접 트랜스(18)의 2차측 및 일차측 회로에서 각각 흐르면, 전류센서(56)에 의해 1차전류(I1)의 순간값을 나타내는 전류검출신호가 출력되며, 전류측정회로(58)로부터 상기 스위칭·사이클에 있어서의 일차전류(I1)또는 2차전류(I2)의 전류측정치(실효치, 평균치 또는 피이크값)(SI)가 얻어진다.

제어부(32)는, 전류측정회로(58)로부터의 전류측정치(SI)를 A/D 변환기(60)를 통하여 받아들이고(스텝A3),이 전류측정치(SI)를 전류설정치(Is)와 비교하여, 그 비교오차를 기초로 다음 스위칭·사이클에 있어서의 펄스폭(스위칭·온시간)(tp)을 결정한다 (스텝A4).

그리고, 두번째의 스위칭·사이클에서는, 펄스폭(tp)을 갖는 스위칭 제어신 호(Gl,G3)을 인버터(16)의 정극측의 스위칭소자(22,26)에 공급하고, 이들 스위칭소자(22,26)를 온으로 한다(스텝A7,A2).

이렇게 하여,l회째의 단위통전기간(Ts/2)중은, 피이드 백식의 펄스폭제어에 의해 인버터(16)의 정극측의 스위칭소자(22,26)만을 고주파수(lkHz)로 연속적으로 스위칭한다(스텝A2∼A7). 그 사이, 부극측의 스위칭소자(24,28)는 오프상태로 유지된다. 이것에 의해서, 용접 트랜스(18)의 2차측 회로에는 전류설정치(Is)와 거의 일치하도록 정전류제어된 약 직사각형 2차전류(I2)(휴징용전류I)가 정극방향으로 흐른다(도4).

1회째의 단위통전기간(Ts/2)이 종료하면, 제어부(32)는, 인버터의 극성 플래그를 부극측으로에 반전시키고 (스텝A8,A9), 2회째의 단위통전기간(Ts/2)의 제어로 옮긴다(스텝A7).

2회째의 단위통전기간(Ts/2)에서는, 인버터(16)의 정극측의 스위칭소자(22,26)를 오프상태로 유지한 채로, 피이드 백식의 펄스폭제어로 부극측의 스위칭소자(24,28)만을 고주파수(lkHz)로 연속적으로 스위칭한다(스텝A2∼A7). 이것에 의해서, 용접 트랜스(18)의 2차측 회로에는 전류설정치(Is)에 거의 일치하도록 정전류제어된 대략 직사각형의 2차전류(I2)(휴징용전류I)가 부극방향으로 흐른다(도4).

이와 같이, 제어부(32)는, 전통전시간(WE)을 구성하는 짝수개의 단위통전기간(Ts/2)중, 홀수번째의 각 단위통전기간에서는 부극측의 스위칭소자(24,28)를 오프상태에 유지한 채로 정극측의 스위칭소자(22,26)만을 인버터주파수로 연속적으로 스위칭동작시켜, 짝수번째의 각 단위통전기간에서는 정극측의 스위칭소자(22,26)를 오프상태에 유지한 채로 부극측의 스위칭소자(24,28)만을 인버터주파수로 연속적으로 스위칭동작시킨다. 이것에 의해, 전원장치의 2차측회로에서는, 대략 직사각형의 전류파형을 갖는 2차전류(I2)즉 휴징용전류(I)가, 홀수번째의 각 단위통전기간(Ts/2)에서는 정극방향으로, 짝수번째의 각 통전기간(Ts/2)에서는 부극방향으로 흐른다.

이와 같이 각 단위통전기간(Ts/2)에서 대략 직사각형의 전류파형을 갖는 하우징용 전류(I)가 전극(6,8)사이에서 흐르기 때문에, 발열효율이 높고, 비교적 낮은 전류 피이크치(Is)라도 충분한 열 에너지를 피가공물(W)에 공급할 수 있다. 이 때문에, 피가공물(W), 특히 단자 훅부(4a)에서 히트 쇼크를 방지하면서 피복선(2)의 절연체(2a)를 녹이는 데 충분한 쥴열을 발생시킬 수 있다.

본실시형태에서도, 절연체(2a)가 제거된 후는, 도 11(C)에 나타내는 바와같이, 전류(I)가 피복선(2)의 도체(2b)를 통하여 양전극(6,8)사이를 흐르고, 단자(4)와 피복선(2)의 쌍방으로 쥴열을 발생시킨다. 이 쥴열과 가압장치(34)로부터의 가압력(F)에 의해 단자 훅부(4a) 및 피복선도체(2b)는 일체적으로 압착 또는 짓눌린다.

제어부(32)는, 통전시간(WE)이 경과한 시점에서 인버터(16)를 완전정지시켜 통전제어의 일체를 종료시킨다(스텝Al1). 그리고, 보호유지시간(HOLD)의 경과후에, 가압장치(34)에 가압력 (F)을 해제시킨다.

그러나, 상기와 같은 휴징가공에 있어서, 통전시간(WE)의 정규통전 도중 피 가공물(W)의 가라앉음이 설정치에 달했을 때는, 그 시점에서 변위계(40)로부터 통전정지신호(WS) (H레벨)이 출력된다. 제어부(32)는, 상기와 같은 인버터(16)에 대한 스위칭제어가 한창일 때 이 통전정지신호(WS)를 입력하면, 다음의 스위칭·사이클에 들어가는 것을 중지하고(스텝A5),통전중지처리가 루틴(스텝Al0)하게 들어 간다.

도 5에, 본실시형태에 있어서의 통전중지처리(Al0) 순서를 나타낸다.

본실시형태에서는, 인버터(16)의 스위칭동작을 멈출뿐 만 아니라, 통전정지시의 상황에 따라서 조건적으로 정규통전 또는 본통전의 정지직후에 트랜스(18)의 잔류자기를 소거하기 위한 소전류(im)를 흘려보내고 있다.

우선, 통전정지신호(WS)를 입력했을 때의 인버터(16)의 극성 또는 전류(I)의 극성을 판정한다(스텝Bl). 정극인 경우, 즉 정규통전중지시의 극성이 통전시작시의 극성과 같았을 경우는, 이하와 같은 처리없이 제어한다.

통전정지신호(WS)를 입력했을 때의 단위통전기간(Ts/2)에 있어서의 경과시간(Te)이 설정치(Tj)를 넘었느냐 아니냐를 판정한다(스텝 B2). 여기서, 설정치(Tj)는 잔류자기소거용의 소전류(im)를 흘려보내야 할지 말지를 결정하기 위한 기준치이며, 예를들면 단위통전기간(Ts/2)의 30∼60%의 범위내에 설정되어도 좋다.

경과시간(Te)이 기준치(Tj)를 넘지 않았을 때는, 잔류자기소거용의 소전류(im)를 흘릴 필요는 없다고 판단하여 이번의 통전중지처리를 종료하고(스텝 B3), 인버터(16)의 스위칭동작을 완전히 정지한다(스텝All). 인버터(16)는,클럭(CKtc)의 주기로 스위칭동작하기 때문에, 통전정지가 입력되면 늦어도 수 클럭이내에 완전정지할 수가 있다. 이 경우의 2차전류의 파형을 도7(A)에 나타낸다.

경과시간(Te)이 기준치(Tj)를 넘었을 때는, 인버터의 극성 플래그를 부극측으로 반전시키고(스텝 B4),편자방지용 소전류(im)를 위한 전류설정치(Im) 및 통전시간(Tm)을 세트한 뒤에(스텝B5),그들의 설정조건에 따라서 인버터(16)를 다시 스위칭 제어하고 (스텝B6, B7, B8),통전시간(Tm)의 경과후에(스텝 B7), 인버터(l6)의 스위칭동작을 완전히 멈춘다(스텝 Al1).

도 6에, 상기 일련의 처리(스텝 B 2∼B8)에 해당하는 경우의 각부의 파형을 나타낸다. 잔류자기소거용의 소전류(im)는, 본 통전에 있어서의 2차측 교류파형전류(I2)(I)를 도중에 멈추는 것으로 트랜스(18)에 잔류자기가 생기는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 소전류(im)의 전류설정치(Im)는, 피가공물(W)에 실질적인 영향(쥴열에 의한 열적영향)을 주지 않을 정도의 크기로 선택하면 된다. 한편, 이 소전류(im)의 통전시간(Tm)은, 본통전을 중지했을 때의 단위통전기간(Ts/2)의 경과시간(Te)에 비례한 값으로 설정된다.

통전정지시의 극성이 부극인 경우, 즉 통전중지시의 극성이 통전시작할 때의 극성과 반대인 경우는, 통전정지시의 단위통전기간(Ts/2)의 경과시간(Te)이 설정치(Tk)이내인가 아닌가를 판정한다(스텝B9). 이 설정치(Tk)는, 상기 정극측의 기준치(Tj)와 같은 의미를 갖는 부극측의 기준치로서, 예를들면 단위통전기간(Ts/2)의 30∼60%의 범위내로 설정되어도 좋다.

경과시간(Te)이 기준치(Tk)를 넘었을 때는, 잔류자기소거용의 소전류(im)를 흘려보낼 필요는 없다고 판단하고 이번의 통전중지처리를 종료하고(스텝 Bl0), 인버터(16)의 스위칭동작을 완전히 멈춘다(스텝 A11). 이 경우의 2차전류의 파형을 도 7(C)에 나타낸다.

경과시간(Te)이 기준치(Tk)보다도 작을 때는, 인버터의 극성(부극)은 그대로, 잔류자기소거용소전류(im)를 위한 전류설정치(Im) 및 통전시간(Tm)을 세트한 뒤에(스텝 Bl1, B5),그들의 설정조건에 따라서 인버터(16)를 다시 스위칭제어하고(스텝B6,B7,B8),통전시간(Tm)의 경과후에(스텝 B7), 인버터(16)의 스위칭동작을 완전히 멈춘다(스텝 Al1). 이 경우의 2차전류의 파형을 도 7(B)에 나타낸다. 또, 이 경우의 소전류(im)의 통전시간(Tm)은, 본통전을 중지했을 때의 단위통전기간(Ts/2)의 경과시간(Te)에 역비례한 값으로 설정된다.

이와 같이, 본실시형태에서는, 2차측에 교류파형의 전류(I2)(I)를 흘려보내는 본 통전을 소정의 통전정지입력(WS)에 따라 중도에서 정지시킬 때, 통전중지시의 단위통전기간(Ts/2)의 경과시간과 극성에 따라서, 제어부(32)가 조건적으로, 인버터(l6)를 스위칭제어하며, 트랜스(18)의 2차측으로 적절한 극성으로 적절한 크기의 소전류(im)를 적절한 시간만 흘려 보내는 것에 의해, 해당 휴징가공의 종료후에 트랜스(l8)에 잔류자기가 남지 않도록 하고 있다. 이것에 의해, 트랜스(18)의 편자 또는 자기포화를 방지하여, 인버터(16)의 스위칭소자(22∼28)를 안전하게 유지할 수 있다.

상기 실시예에 있어서, 잔류자기소거용 소전류im은 제 8도에서 표시하듯이 점점 감소하는 교류파형의 전류가 있어도 좋다. 이 경우, 잔류자기를 소거하는 극 성편(제8도에 있어서 음극편)에, 또 한편의 극성편(제 8도에 있어서 전극편) 보다 큰 전류를 통하게 된다. 이 교류파형의 사이클 또는 주파수는 정규통전의 사이클 또는 주파수와 같은 것도 되고, 달라도 된다.

또, 트랜스(18)의 편자 또는 자기포화를 방지하기 위한 별도의 방법으로서, 본통전의 정지시에 상기와 같은 통전중지처리(Al0)를 하지 않고 해당 휴징가공을 종료하고, 그 대신, 다음번의 휴징가공의 본통전에 있어서 부극측에서 인버터(l6)의 스위칭제어를 시작하는 방법도 가능하다.

상기한 실시형태의 교류파형 인버터식전원장치는 휴징가공에 관계되는 것이였다.

그러나, 예를들면 프로젝션 용접과 같이 접합시에 피가공물이 상당히 변위되는 저항용접 의 어플리케이션에도 이 교류파형 인버터식 전원장치를 그대로 적용할 수 있고, 상기와 같은 작용효과가 얻어진다. 또한, 피가공물의 접합면에 납땜도금 또는 주석도금을 하고, 저항용접의 경우와 같은 통전에 의해 접합면을 납땜으로 접합하는 어플리케이션에도 적용가능하다.

또한, 본발명은 리플로 납땜방법에도 적용가능하다.

도 9에, 본발명의 일실시형태에 의한 리플로 납땜용의 교류파형 인버터식 전원장치의 구성을 나타낸다. 상기한 휴징가공 또는 저항용접용의 전원장치(도l)와 실질적으로 같은 구성 및 기능을 갖는 부분에는 동일의 부호를 붙인다.

도 9에 있어서, 트랜스(18)의 2차측 코일의 양단에는 히터칩(70)의 양단자(70a, 70b)가 정류회로를 통하지 않고 2차측 도체(72)만을 통하여 접속되어 있다.

히터칩(70)은, 고발열성의 금속저항체 예를들면 몰리브덴으로 이루어지며, 양단자(70a,70b) 간에 전류가 흐르면, 저항발열로 발열한다. 히터칩(70)의 인두끝단부(70c)의 근방 예를들면 측면에는 온도센서로서 열전대(74)가 설치되어 있으며, 인두 끝(70c)부근의 온도를 나타내는 전기신호(온도검출신호)(St)가 열전대(74)로부터 출력되고 있다.

히터칩(70)은, 가압장치(34)의 클립지지부재(76)에 착탈 가능하게 설치된다. 가압장치(34)는, 제어부(32)로부터의 가압제어신호(FC)에 따라서 클립지지부재(76)를 구동하고, 히터칩(70)을 워크(W)에 플러시 가압하도록 구성되어 있다. 변위계(40)는, 클립지지부재(76)없이 히터칩(70)의 높이 방향의 변위를 감시하고, 리플로 납땜가공시의 변위량이 설정치에 달했을 때는, 그 시점에서 통전정지신호(WS)를 발생하게 된다.

상기 전원장치에서는,히터칩(70)의 발열온도를 피이드백 제어하기위해서, 히터칩(70)에 설치되어 있는 열전대(74)로부터의 아날로그 온도검출신호(St)를 신호증폭회로(78)로 증폭한 후 A/D변환기(80)로 디지털신호로 변환하여 제어부(32)에 인가하도록 하고 있다.

상기 전원장치에서도, 상기한 휴징가공 또는 저항용접용의 전원장치(도1)와 같이, 제어부(32)등의 활동에 의해 도 2와 같은 가압/통전 시퀀스가 설정되며, 통전시간(WE)의 정규통전에서는 도 3과 같은 순서로 통전제어가 행해져도 좋다.

통전시간중, 히터칩(70)은, 저항발열로 발열하고, 도 9에 나타내는 바와같 이, 그 인두끝부(70 c)에서 워크(W)(82,84)의 피납땜부를 가압하면서 가열한다. 피납땜부(H)의 접합면에는 미리 크림땜납이 칠해져 있으며, 히터칩(70)으로부터의 가압과 가열을 받아 크림땜납이 용융한다. 통전이 종료하고,또한 나중에 가압도 해제되면, 땜납이 응고하고, 응고한 땜납을 통하여 워크(W)(82,84)의 피납땜부(H)가 물리적이고 또한 전기적으로 접합된다.

도 9의 가공예에 있어서, 워크(W)의 한쪽 부재(82)는 코일, 다른쪽 부재(84)는 단자이다. 또한, 볼트(86,88)로 히터칩(70)의 양단자(70a,70b)에 결합되는 클립지지부재(76)의 하단부는 도전성 부재 예를들면 동으로 이루어지며, 전원부(10)에 있어서의 2차측 도체(72)의 일부를 겸하고 있다. 2차측 도체(72)의 양측의 도전성부재(72a,72b)는 절연재(90)에 의해 전기적으로 절연되어 있다.

상기와 같은 리플로 납땜가공에 있어서, 워크(W), 특히 코일(82)이 너무 변형되어 히터칩(70)의 변위량이 설정치에 달했을 때는, 그 시점에서 변위계(40)로부터 통전정지신호(WS)가 출력되며, 이 신호(WS)에 따라 제어부(32)가 도 5와 같은 순서로 통전중지 처리를 하여도 좋다.

상기한 실시형태에서는 변위계(40)로부터 출력되는 통전정지신호(WS)에 따라 본통전을 중지하도록 했지만, 다른 외부장치 예를들면 전압모니터장치, 전류모니터장치 또는 온도 모니터장치등으로부터 같은 통전정지신호가 주어지도록 하더라도 좋다. 또한, 이들의 모니터 또는 검출장치는 전원장치에 내장되어 있더라도 좋다.

상기한 실시형태에서는 상용주파수의 3상교류를 직류로 변환하여 인버터(16)에 공급하고 있지만, 상용주파수의 단상교류를 직류로 변환하더라도 좋다. 인버터(16)의 회로구성도 일례이며, 여러가지의 변형이 가능하다. 각 단위통전기간에 있어서의 전류의 파형도 상기 실시예와 같은 직사각형의 파형으로 한정되는 것이 아니라, 임의의 전류파형으로 제어할 수도 있다.

또, 상기실시형태에 있어서의 통전제어에서는 피이드 백식의 정전류제어에 PWM(펄스폭변조)방식을 사용하였지만, 다른 방식 예를들면 인버터주파수의 각 사이클마다 전류 피이크치를 설정치로 구비하여 전류 피이크값제어 또는리믹제어방식을 사용할 수 도 있다.

이상 설명한 바와같이, 본발명의 금속부재접합 또는 리플로 납땜방법에 의하면, 교류파형의 전류를 사용하는 금속부재의 접합 또는 리플로 납땜에 있어서 설정통전시간의 종료전에 정규통전을 정지해야 하는 사태가 생겼을 때는 교류파형 도중이라도 그 시점에서 즉시 정규통전을 정지함으로써, 양호한 가공품질을 얻을 수 있다. 또한, 그와 같이 교류파형 도중에 정규통전을 멈추더라도 트랜스의 편자 또는 자기포화를 초래하지 않게하여 전원부의 보호없이 신뢰성을 보증할 수가 있다.

Claims

금속부재에 전극을 밀어 부치면서 상기 전극을 통하여 교류파형의 전류를 흘려보내고, 상기 금속부재에서 발생하는 쥴열을 이용하여 상기 금속부재를 접합하는 금속부재접합방법에 있어서,

상용주파수의 교류전압을 정류회로에 의해서 직류전압으로 변환하는 단계와,

상기 정류회로로부터 출력된 직류전압을 인버터에 의해 고주파수의 펄스전압으로 변환하는 단계와,

상기 인버터로부터 출력된 상기 고주파 펄스전압을 트랜스에 통과시켜, 상기 트랜스의 2차측으로 정류하는 일없이 상기 전극을 통하여 상기 금속부재에 인가하는 단계와,

1회의 접합을 위한 통전시간을 복수의 단위통전기간에 분할하여, 홀수번째의 각 단위통전기간에서는 한쪽 극성으로, 짝수번째의 각 단위통전기간에서는 다른쪽의 극성으로, 설정된 전류치를 갖는 교류파형전류가 상기 트랜스의 2차측으로 흐르도록, 상기 인버터를 상기고주파수로 스위칭제어하는 단계와,

상기 통전시간중에 상부전극의 변위량이 설정치에 달했을 때는, 상기 인버터의 스위칭동작을 멈추고 정규통전을 중지하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 금속부재 접합방법.
제 1 항에 있어서,

상기 통전중지시의 단위통전기간에 있어서의 경과시간과 극성에 따라서, 상기 트랜스의 2차측으로 잔류자기소거용의 전류가 흐르도록, 상기 인버터를 스위칭 제어하는 단계를 더욱 가지는 것을 특징으로 하는 금속부재접합방법.
제 2 항에 있어서,

상기 잔류자기소거용의 전류는, 상기 금속부재의 접합에 영향을 주지 않는 전류치를 갖는 것을 특징으로 하는 금속부재접합방법.
금속부재의 피납땜부에 땜납을 개재시키고, 상기 금속부재에 저항발열형의 히터칩을 밀어 부치면서 상기 히터칩에 교류파형의 전류를 흘려보내고, 상기 히터칩에서 발생하는 쥴열을 이용하여 상기 금속부재의 상기 납땜부를 땜납하는 리플로 납땜방법에 있어서,

상용주파수의 교류전압을 정류회로에 의해서 직류전압으로 변환하는 단계와,

상기 정류회로로부터 출력된 직류전압을 인버터에 의해 고주파수의 펄스전압으로 변환하는 단계와,

상기 인버터로부터 출력된 상기 고주파 펄스전압을 트랜스에 통과시키고, 상기 트랜스의 2차측으로 정류하는 일없이 상기 히터칩에 인가하는 단계와,

1회의 납땜을 위한 통전시간을 복수의 통전기간으로 분할하고, 홀수번째의 각 통전기간에서는 한쪽의 극성으로, 짝수번째의 각 통전기간에서는 다른쪽 극성으로, 설정된 전류치를 갖는 교류파형전류가 상기 트랜스의 2차측으로 흐르도록, 상기 인버터를 상기 고주파수로 스위칭제어하는 단계와,

상기 통전시간중에 히터칩의 변위량이 설정치에 달했을 때는, 즉시 상기 인버터의 스위칭동작을 정지시켜 정규통전을 중지하는 단계를 갖는것을 특징으로 하는 리플로 납땜방법.
제 4 항에 있어서,

상기 통전중지시의 단위통전기간의 경과시간과 극성에 따라서, 상기 트랜스의 2차측으로 잔류자기소거용의 전류가 흐르도록, 상기 인버터를 스위칭제어하는 단계를 더욱 갖는 것을 특징으로 하는 리플로 납땜방법.
제 5 항에 있어서,

상기 잔류자기소거용의 전류는, 상기 금속부재의 납땜에 영향을 주지 않는 전류치를 갖는 것을 특징으로 하는 리플로 납땜방법.