JP2002001522A - Ultrasonic soldering method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波ソルダリン
グ方法の改良、特に、ハンダの流出や飛び散りを防止
し、超音波振動子に対する無駄なエネルギーの供給をな
くして安定した品質のハンダ付け作業を行うための改良
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in an ultrasonic soldering method, and more particularly, to a soldering operation of a stable quality which prevents the outflow and scattering of solder and eliminates unnecessary energy supply to the ultrasonic vibrator. Related to improvements.
【０００２】[0002]
【従来の技術】接合部にハンダを挿入したワークを相互
に加圧しつつ接合部を加熱し、少なくとも一方のワーク
に超音波振動を印加してハンダ付け作業を行う超音波ソ
ルダリング方法が、例えば、特開平５−１８５２７号，
特開平９−２３９５３１号，特開平１０−１５６５２５
号等として既に提案されている。2. Description of the Related Art An ultrasonic soldering method is known in which a work in which solder is inserted into a joint is heated while applying pressure to each other, and ultrasonic vibration is applied to at least one of the works to perform a soldering operation. JP-A-5-18527,
JP-A-9-239531, JP-A-10-156525
Has already been proposed.
【０００３】これらの方法は、いずれも、ワークの接合
部を加圧および加熱した状態で完全にハンダを溶融させ
てから何れか一方のワークに超音波振動を印加する構成
であった。In each of these methods, the solder is completely melted in a state where the joint of the work is pressed and heated, and then ultrasonic vibration is applied to one of the works.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ハンダが完全
に溶融した状態で超音波振動の印加を開始すると、ワー
クに作用する振動等によって接合部から外部にハンダが
流れ出してしまうという問題があった。However, when the application of ultrasonic vibration is started in a state where the solder is completely melted, there is a problem that the solder flows out of the joint portion to the outside due to vibrations acting on the work. .
【０００５】また、超音波振動の印加を開始するタイミ
ングを制御する方法としては、タイマ等を利用した時間
制御が一般的であるが、このような時間制御では、超音
波振動の印加を開始する時のハンダの温度を一定に保つ
ことが困難になるといった欠点があった。As a method of controlling the timing of starting the application of the ultrasonic vibration, time control using a timer or the like is generally used. In such a time control, the application of the ultrasonic vibration is started. There is a disadvantage that it is difficult to keep the temperature of the solder constant at that time.
【０００６】例えば、図７に示されるように、ワーク接
合部の加熱開始後、固形ハンダの温度がＫ１℃まで上昇
したときに超音波振動の印加を開始しようとする場合、
加熱開始前のワークの温度や外気温が低い場合では比較
的長いＴ２秒の加熱時間を必要とし、また、加熱開始前
のワークの温度や外気温が高い場合には比較的短いＴ１
秒の加熱時間で必要とする加熱が完了してしまうといっ
た問題があり、加熱時間の制御のみで超音波振動の印加
開始時点におけるハンダの温度を一定に保つことはでき
ない。For example, as shown in FIG. 7, when the application of ultrasonic vibration is to be started when the temperature of the solid solder has risen to K1 ° C. after the start of heating of the workpiece joint,
A relatively long heating time of T2 seconds is required when the temperature of the work or the outside air temperature before the start of the heating is low, and a relatively short T1 when the temperature or the outside air temperature of the work before the start of the heating is high.
There is a problem that the required heating is completed in a heating time of seconds, and the temperature of the solder at the time of starting the application of the ultrasonic vibration cannot be kept constant only by controlling the heating time.
【０００７】この結果、加熱開始後の経過時間に基くタ
イミング制御自体を精密に行ったとしても、外気温等の
環境の違いが災いして、超音波振動の印加を開始するタ
イミングとその時のハンダの温度との相関関係、つま
り、ハンダ付けの作業条件が様々に変動してしまい、ハ
ンダ付けの品質が一定に保たれなくなるといった問題が
生じる。As a result, even when the timing control itself based on the elapsed time after the start of heating is precisely performed, the timing of starting the application of ultrasonic vibration and the soldering at that time are affected by a difference in environment such as the outside air temperature. In other words, there is a problem that the correlation with the temperature, that is, the soldering operation conditions fluctuate variously, and the quality of the soldering cannot be kept constant.
【０００８】特に、このような問題によってハンダが融
点を著しく越えて加熱されてしまったような場合、ワー
クに対する超音波振動の印加によってハンダが飛び散る
といった現象が生じる問題がある。[0008] In particular, when the solder is heated significantly above the melting point due to such a problem, there is a problem that the solder is scattered by the application of ultrasonic vibration to the work.
【０００９】また、これとは逆に、ハンダの温度がその
融点と比べて著しく低いような状態でワークに対する超
音波振動の印加が開始された場合、この超音波振動のエ
ネルギーのみによって固形ハンダを溶融することは不可
能である。従って、実質的なハンダ付け作業が行われな
いにも関わらず超音波振動子のみが駆動されるといった
エネルギーの無駄が発生することになる。Conversely, when the application of ultrasonic vibration to the workpiece is started in a state where the temperature of the solder is significantly lower than its melting point, the solid solder is formed only by the energy of the ultrasonic vibration. It is impossible to melt. Therefore, there is a waste of energy such that only the ultrasonic vibrator is driven even though a substantial soldering operation is not performed.
【００１０】ここで、ハンダの温度を直接的に検出して
超音波振動の印加を開始できれば理想的であるが、温度
検出に必要とされる赤外線センサや周辺装置等は高価で
あり、また、センサに対する外乱の影響を排除するため
に高度な環境管理が要求されるといった問題がある。し
かも、外部からは見えない凹凸嵌合部にハンダ付け作業
を施す必要がある場合も多く、そのような場合には、赤
外線センサの使用自体が不能となる欠点がある。Here, it is ideal if the application of ultrasonic vibration can be started by directly detecting the temperature of the solder. However, infrared sensors and peripheral devices required for detecting the temperature are expensive. There is a problem that advanced environmental management is required to eliminate the influence of disturbance on the sensor. In addition, it is often necessary to perform a soldering operation on the concave / convex fitting portion that cannot be seen from the outside, and in such a case, there is a disadvantage that the infrared sensor itself cannot be used.
【００１１】[0011]
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、前記従来技術
の欠点を解消し、ハンダの過剰な溶融による流れ出しや
飛び散り、更には、エネルギーの無駄をなくして、常に
安定した品質のハンダ付け作業を行うことのできる超音
波ソルダリング方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the above-mentioned prior art, and to prevent solder from flowing out and scattering due to excessive melting, and furthermore to eliminate waste of energy and to achieve a stable and stable soldering operation. To provide an ultrasonic soldering method capable of performing the following.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、接合部に固形
ハンダを挿入したワークを相互に加圧すると共にその接
合部を加熱し、少なくとも一方のワークに超音波振動を
印加してハンダ付け作業を行う超音波ソルダリング方法
であり、前記目的を達成するため、特に、前記接合部の
固形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温度に達した段
階で少なくとも一方のワークに対する超音波振動の印加
を開始することを特徴とした構成を有する。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a work in which solid solder is inserted into a joint is pressurized to each other, the joint is heated, and ultrasonic vibration is applied to at least one of the works to perform a soldering operation. In order to achieve the above object, in particular, the application of ultrasonic vibration to at least one of the workpieces at the stage when the temperature of the solid solder at the joint reaches a temperature below the melting point and near the melting point. It has a configuration characterized by starting.
【００１３】このように、固形ハンダの温度が融点以下
融点近傍の温度に達した段階、つまり、固形ハンダが完
全に溶融していない段階でワークに対する超音波振動を
開始することにより、過度に溶融したハンダの流れ出し
や飛び散りが未然に防止される。また、ワークの超音波
振動が開始される段階では、既に、固形ハンダの温度が
融点以下融点近傍の温度にまで上昇しているので、ワー
クの超音波振動が固形ハンダに与える振動エネルギーに
よって生じる温度上昇を利用してハンダを溶融してハン
ダ付け作業を開始することが可能となるため、超音波振
動のエネルギーが無駄になることがない。このようにし
て、超音波振動の印加を開始した時点で固形ハンダの溶
融が始まり、直ちに実質的なハンダ付け作業が開始され
るので、超音波振動の印加を開始するタイミングとその
時のハンダの温度との相関関係が常に一定に保たれ、ハ
ンダ付けの品質も常に一定に保持される。As described above, when the temperature of the solid solder reaches a temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point, that is, at a stage where the solid solder is not completely melted, the ultrasonic vibration of the work is started to cause excessive melting. Prevented solder from flowing out and splattering. Also, at the stage where the ultrasonic vibration of the work is started, the temperature of the solid solder has already risen to a temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point. Since the soldering operation can be started by melting the solder by using the ascent, the energy of the ultrasonic vibration is not wasted. In this way, when the application of the ultrasonic vibration is started, the melting of the solid solder starts, and the substantial soldering work is immediately started. Therefore, the timing of starting the application of the ultrasonic vibration and the temperature of the solder at that time Is always kept constant, and the soldering quality is always kept constant.
【００１４】接合部の固形ハンダの温度が融点以下融点
近傍の温度に達したことを確認するためには、ワーク間
に挿入された固形ハンダの変形量または変形速度を検出
し、その変形量または変形速度が設定値を超えているか
否かを判定すればよい。In order to confirm that the temperature of the solid solder at the joint has reached a temperature equal to or lower than the melting point, a deformation amount or a deformation speed of the solid solder inserted between the works is detected, and the deformation amount or the deformation speed is determined. What is necessary is just to determine whether the deformation speed exceeds the set value.
【００１５】つまり、固形ハンダの温度が融点以下融点
近傍の温度に達すると、一定の加圧力を受けた固形ハン
ダの押圧変形が急激に進むので、固形ハンダの変形量の
増大を検出することによって目標温度の達成を確認する
ことができる。また、固形ハンダの温度が融点に近づく
と、結果的に、単位時間当たりの固形ハンダの変形量つ
まり固形ハンダの変形速度も増大するので、変形量の検
出に代えて固形ハンダの変形速度を検出することによっ
ても同様の目的を達成することができる。That is, when the temperature of the solid solder reaches a temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point, the pressing deformation of the solid solder which has been subjected to a constant pressing force progresses rapidly, so that an increase in the deformation amount of the solid solder is detected. The achievement of the target temperature can be confirmed. Also, when the temperature of the solid solder approaches the melting point, as a result, the deformation amount of the solid solder per unit time, that is, the deformation speed of the solid solder increases, so the deformation speed of the solid solder is detected instead of detecting the deformation amount. By doing so, the same purpose can be achieved.
【００１６】固形ハンダの変形量や固形ハンダの変形速
度は、ワーク間の相対的な離間距離に相当する物理量の
変化によって検出するようにすればよい。The deformation amount of the solid solder and the deformation speed of the solid solder may be detected by a change in a physical quantity corresponding to a relative separation distance between the works.
【００１７】固形ハンダの変形量や固形ハンダの変形速
度自体を直接的に検出することは困難であるが、ワーク
間の相対的な離間距離の変化を検出することによって固
形ハンダの変形量や固形ハンダの変形速度を間接的に検
出することができる。一方のワークを固定して他方のワ
ークを押圧装置等で一方のワークに向けて加圧するよう
な構成においては、前記他方のワークの絶対位置の変化
を検出してもよい。ワーク間の相対的な離間距離の変化
も前記他方のワークの絶対位置の変化も、最終的には、
ワーク間の相対的な離間距離の変化に相当する物理量の
変化である。Although it is difficult to directly detect the deformation amount of the solid solder and the deformation speed itself of the solid solder, it is possible to detect the deformation amount of the solid solder and the solid deformation by detecting a change in the relative separation distance between the works. The deformation speed of the solder can be indirectly detected. In a configuration in which one work is fixed and the other work is pressed toward the one work by a pressing device or the like, a change in the absolute position of the other work may be detected. Both the change in the relative separation distance between the works and the change in the absolute position of the other work, ultimately,
This is a change in a physical quantity corresponding to a change in a relative separation distance between works.
【００１８】更に、超音波振動の印加開始から設定時間
経過後に超音波振動の印加を停止できるような構成とす
ることが望ましい。Further, it is desirable that the application of the ultrasonic vibration can be stopped after a lapse of a set time from the start of the application of the ultrasonic vibration.
【００１９】前述したように、超音波振動の印加を開始
するタイミングとその時のハンダの温度との相関関係を
常に一定に保つことが可能となるため、超音波振動の印
加時間を調整することにより、ハンダの溶融開始時点を
起点とする時間制御によってハンダ付けの品質を適切に
制御することができるようになる。As described above, since the correlation between the timing of starting the application of the ultrasonic vibration and the temperature of the solder at that time can be kept constant, the application time of the ultrasonic vibration can be adjusted. In addition, the quality of soldering can be appropriately controlled by controlling the time from the start of melting of the solder.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について詳細に説明する。まず、図１を参照し
て、固形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温度に達し
たか否かを判定するための方法について説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a method for determining whether or not the temperature of the solid solder has reached a temperature equal to or lower than the melting point will be described with reference to FIG.
【００２１】図１は、２つのワークの間に固形ハンダを
挿入して一方のワークを作業台の上に固定し、その上に
位置する他方のワークを押圧装置により一定の加圧力で
前記一方のワークに押圧しつつワークの接合部の周辺に
設けたヒータで接合部の固形ハンダを加熱したときの他
方のワークの上下位置の変化について示した実験結果の
図である。但し、この実験ではワークに対する超音波振
動の印加は行っていない。FIG. 1 shows that one of the works is fixed on a worktable by inserting a solid solder between two works, and the other work located on the work table is pressed by a pressing device at a constant pressure. FIG. 9 is a diagram of experimental results showing a change in the vertical position of the other work when the solid solder at the joint is heated by a heater provided around the joint of the work while pressing against the work. However, in this experiment, no ultrasonic vibration was applied to the work.
【００２２】図１において縦軸は固形ハンダの温度を示
し、また、横軸は上側に位置する他方のワークの上下位
置を示している。なお、他方のワークの上下位置に関し
ては、押圧装置による加圧力で固形ハンダが馴染んだ状
態、つまり、加圧力による固形ハンダの変形が停止した
状態で、他方のワークの上下位置を検出するゲージの読
みをリセットし、その後の他方のワークの上下位置の変
化を記載している。ヒータに対する通電を開始するタイ
ミングは、ゲージの読みをリセットするタイミングと同
一である。無論、加熱手段としてはヒータの他にもガス
バーナー，高周波加熱器等を利用することができるが、
ここでは一例としてヒータを使用する場合について述べ
る。In FIG. 1, the vertical axis indicates the temperature of the solid solder, and the horizontal axis indicates the vertical position of the other work located on the upper side. As for the vertical position of the other work, a gauge that detects the vertical position of the other work in a state where the solid solder is adapted by the pressing force of the pressing device, that is, in a state where the deformation of the solid solder due to the pressing force is stopped. The reading is reset, and the subsequent change in the vertical position of the other workpiece is described. The timing to start energizing the heater is the same as the timing to reset the gauge reading. Of course, a gas burner, a high-frequency heater or the like can be used as the heating means in addition to the heater.
Here, a case where a heater is used will be described as an example.
【００２３】図１に示されるように、ヒータによる加熱
開始後、固形ハンダの温度が融点以下融点近傍のある温
度Ｋ２℃に達するまでは、固形ハンダの硬度が一定の値
に保たれており、固形ハンダに変形が生じないので、他
方のワークの下降は認められない（図１のＡの区間）。As shown in FIG. 1, after the heating by the heater is started, the hardness of the solid solder is kept at a constant value until the temperature of the solid solder reaches a temperature K2 ° C. below the melting point and near the melting point. Since the solid solder is not deformed, the other workpiece does not descend (section A in FIG. 1).
【００２４】そして、固形ハンダの温度が融点以下融点
近傍のある温度、例えば、Ｋ２℃に達すると、固形ハン
ダの硬度が急激に低下し、押圧装置の加圧力と固形ハン
ダの変形によって他方のワークの下降が始まるため、固
形ハンダの変形に伴って他方のワークが徐々に下降して
いく（図１のＢの区間）。When the temperature of the solid solder reaches a certain temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point, for example, K2 ° C., the hardness of the solid solder rapidly decreases, and the pressing force of the pressing device and the deformation of the solid solder cause the other work to harden. , The other work gradually descends along with the deformation of the solid solder (section B in FIG. 1).
【００２５】そして、最終的に、固形ハンダの温度が融
点に達すると、固形ハンダは完全に溶融し、他方のワー
クが一方のワークに対して底突きしたかたちとなり、他
方のワークの下降が停止する（図１のＣの区間）。Finally, when the temperature of the solid solder reaches the melting point, the solid solder is completely melted, the other work is in a shape of bottoming against one work, and the lowering of the other work is stopped. (Section C in FIG. 1).
【００２６】このように、他方のワークが下降する図１
のＢの区間では、他方のワークの上下位置の変化と固形
ハンダの温度との関係が一対一に保たれて略線形的に変
化するので、ゲージをリセットした位置０からの他方の
ワークの上下位置変化量Ｓを指定することによって、Ｋ
２＋ｔの温度、つまり、Ｋ２℃から融点までの間の任意
の温度を自由に特定することが可能となる。As shown in FIG. 1, the other work descends.
In the section B, since the relationship between the change in the vertical position of the other work and the temperature of the solid solder is maintained in a one-to-one relationship and changes substantially linearly, the vertical movement of the other work from the position 0 where the gauge is reset is performed. By specifying the position change amount S, K
The temperature of 2 + t, that is, any temperature between K2 ° C. and the melting point can be freely specified.
【００２７】以上が、固形ハンダの温度が融点以下融点
近傍の任意の指定温度Ｋ２＋ｔに達したか否かを判定す
るための方法の概略である。The above is an outline of the method for determining whether or not the temperature of the solid solder has reached an arbitrary specified temperature K2 + t below the melting point and in the vicinity of the melting point.
【００２８】このような方法によれば、固形ハンダの硬
度の低下、つまり、固形ハンダが融点以下融点近傍の温
度に達したことが、上側に位置する他方のワークの移動
によってワークの初期温度や外気温の影響を受ける加熱
所要時間とは無関係に直接的に検出される。According to such a method, the decrease in the hardness of the solid solder, that is, the fact that the temperature of the solid solder has reached a temperature equal to or lower than the melting point, is determined by the movement of the other work located on the upper side. It is directly detected regardless of the required heating time affected by the outside air temperature.
【００２９】しかも、赤外線センサ等のような温度検出
手段とは違って別の熱源による外乱の影響を受けること
がなく、また、外部からは見えない凹凸嵌合部に挿入さ
れた固形ハンダの温度も適切に検出することができるよ
うになる。In addition, unlike a temperature detecting means such as an infrared sensor, it is not affected by disturbance by another heat source, and the temperature of the solid solder inserted into the concave / convex fitting portion which cannot be seen from the outside. Can also be properly detected.
【００３０】更に、固形ハンダの硬度が低下を開始する
温度、つまり、図１におけるＫ２の温度は、固形ハンダ
の種類によって決まる略一定の値であり、Ｋ２を起点と
する温度の増分ｔはワークの移動量Ｓによって自由に特
定できるので、移動量Ｓを適切な値に設定することによ
り、Ｋ２から融点に至る間の温度の範囲内で任意の温度
Ｋ２＋ｔを選択し、固形ハンダがこの選択温度Ｋ２＋ｔ
に到達したことを的確に確認することが可能となる。Further, the temperature at which the hardness of the solid solder starts to decrease, that is, the temperature of K2 in FIG. 1 is a substantially constant value determined by the type of the solid solder, and the temperature increase t starting from K2 is the work t. Since the movement amount S can be freely specified by setting the movement amount S to an appropriate value, an arbitrary temperature K2 + t is selected within a temperature range from K2 to the melting point. K2 + t
Can be accurately confirmed.
【００３１】次に、この判定方法を適用した超音波ソル
ダリングによって二輪車のウォーターポンプを構成する
アルミケースと鉄パイプとの接合を行う場合の一実施形
態について説明する。Next, an embodiment will be described in which an aluminum case and an iron pipe constituting a water pump of a motorcycle are joined by ultrasonic soldering to which this determination method is applied.
【００３２】なお、アルミケースや鉄パイプの形状およ
び寸法に関しては格別な制約はないので、ここでは、２
つのワークであるアルミケースと鉄パイプの形状を簡略
化し、その接合状態を示すにとどめる。There are no particular restrictions on the shape and dimensions of the aluminum case and the iron pipe.
The shapes of the aluminum case and the iron pipe, which are two workpieces, are simplified and their joint states are only shown.
【００３３】図２（ａ）は、二輪車のウォーターポンプ
を構成するアルミケース１と鉄パイプ２を接合して超音
波ソルダリングを実施するときの段取り状態について示
した部分断面図である。FIG. 2A is a partial cross-sectional view showing a setup state when ultrasonic welding is performed by joining an aluminum case 1 and an iron pipe 2 constituting a water pump of a motorcycle.
【００３４】図２（ａ）に示されるように、ワーク置台
４上に載置されたアルミケース１の上端面には上側に位
置する鉄パイプ２を嵌合するための周溝１ａが設けら
れ、この周溝１ａの内側にリング状の固形ハンダ３が挿
入された後、更に、固形ハンダ３に先端部を押し付ける
ようにして鉄パイプ２が差し込まれ、鉄パイプ２の上端
部が、超音波振動子を内蔵した超音波ホーン５を介して
図示しない押圧装置によって上方から加圧されるように
なっている。なお、実際には、超音波ホーン５は押圧装
置の昇降機構の下端面に一体的に取り付けられており、
この昇降機構と共に上下移動するようになっている。As shown in FIG. 2 (a), a circumferential groove 1a for fitting the iron pipe 2 located on the upper side is provided on the upper end surface of the aluminum case 1 mounted on the work table 4. As shown in FIG. After the ring-shaped solid solder 3 is inserted into the inside of the circumferential groove 1a, the iron pipe 2 is further inserted into the solid solder 3 by pressing the tip thereof, and the upper end of the iron pipe 2 Pressure is applied from above by a pressing device (not shown) via an ultrasonic horn 5 having a built-in vibrator. In addition, actually, the ultrasonic horn 5 is integrally attached to the lower end surface of the lifting mechanism of the pressing device,
It moves up and down together with this lifting mechanism.
【００３５】実施形態におけるアルミケース１の材質は
ＡＤＣ１２、鉄パイプ２はＳＴＫＭ１１ＡにＣｕメッキ
を施したものであり、固形ハンダ３は、１．４ｍｍ径の
Ｚｎ５％Ａｌ，ＪＩＳ ＡＨ−Ｚ９５Ａのリングハンダ
を上下に２重に設置して利用している。In the embodiment, the material of the aluminum case 1 is ADC12, the iron pipe 2 is made of STKM11A plated with Cu, and the solid solder 3 is a ring solder of 1.4 mm diameter Zn5% Al, JIS AH-Z95A. Are installed and used twice in the vertical direction.
【００３６】そこで、まず、図２（ａ）の状態で押圧装
置を作動させ、押圧装置の昇降機構と超音波ホーン５を
下降させて１５Ｋｇｆの力で鉄パイプ２の上端部を加圧
し、固形ハンダ３を周溝１ａの底面と鉄パイプ２の下端
面に馴染ませる。この加圧作業によって固形ハンダ３が
変形し、その厚みが２．８ｍｍ（１．４ｍｍ×２）の初
期値から２．５ｍｍにまで変化する。Therefore, first, the pressing device is operated in the state shown in FIG. 2A, the lifting mechanism of the pressing device and the ultrasonic horn 5 are lowered, and the upper end of the iron pipe 2 is pressurized with a force of 15 Kgf to solidify the solid. The solder 3 is adapted to the bottom surface of the circumferential groove 1a and the lower end surface of the iron pipe 2. The solid solder 3 is deformed by this pressing operation, and its thickness changes from an initial value of 2.8 mm (1.4 mm × 2) to 2.5 mm.
【００３７】この段階で、押圧装置の昇降機構に設けら
れているゲージの読みをリセットして０点調整を実施
し、アルミケース１の外周部を包囲するようにして配備
されている図示しないヒータへの通電を始め、アルミケ
ース１と鉄パイプ２との接続部に位置する固形ハンダ３
の加熱を開始する。At this stage, the gauge reading provided in the lifting mechanism of the pressing device is reset to perform zero point adjustment, and a heater (not shown) provided so as to surround the outer peripheral portion of the aluminum case 1. The solid solder 3 located at the connection between the aluminum case 1 and the iron pipe 2
Start heating.
【００３８】そして、固形ハンダ３の温度が上昇し、融
点以下融点近傍のある温度、例えば、図１に示されるよ
うなＫ２℃に達すると、押圧装置の加圧力と硬度の低下
した固形ハンダ３の変形によって、アルミケース１に対
する鉄パイプ２の接近、つまり、押圧装置の昇降機構と
超音波ホーン５の下降が始まる。When the temperature of the solid solder 3 rises and reaches a certain temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point, for example, K2 ° C. as shown in FIG. 1, the pressing force of the pressing device and the hardness of the solid solder 3 reduced. , The approach of the iron pipe 2 to the aluminum case 1, that is, the lowering of the lifting / lowering mechanism of the pressing device and the ultrasonic horn 5 starts.
【００３９】本実施形態においては、固形ハンダ３の融
点よりも３０℃ほど低い温度で超音波ホーン５の振動を
開始させるようにしており、この温度に相当する鉄パイ
プ２の下降移動量が１ｍｍ（図1のＳに相当する値）で
あることが予め実験により分かっている。In the present embodiment, the vibration of the ultrasonic horn 5 is started at a temperature lower than the melting point of the solid solder 3 by about 30 ° C., and the downward movement of the iron pipe 2 corresponding to this temperature is 1 mm. (A value corresponding to S in FIG. 1) is known in advance by experiments.
【００４０】従って、図２（ｂ）に示されるように、昇
降機構に設けられているゲージの読みが１ｍｍを記録し
た時点で超音波ホーン５のスイッチを入れて駆動を開始
し、鉄パイプ２に対して振幅約５０μｍの超音波振動の
印加を開始すると共に、超音波振動の印加時間を計測す
るためのストップウォッチの作動を開始させる。Therefore, as shown in FIG. 2 (b), when the reading of the gauge provided in the lifting mechanism has recorded 1 mm, the ultrasonic horn 5 is turned on to start driving, and the iron pipe 2 is driven. , The application of ultrasonic vibration having an amplitude of about 50 μm is started, and the operation of a stopwatch for measuring the application time of ultrasonic vibration is started.
【００４１】また、アルミケース１と鉄パイプ２の超音
波ソルダリングに最も適した超音波振動の印加時間が５
秒前後であることが図６に示されるような実験結果から
明らかとなっているので、超音波振動の印加を開始して
から５秒が経過した時点で超音波ホーン５の駆動を停止
させるようにしている。The ultrasonic vibration application time most suitable for ultrasonic soldering of the aluminum case 1 and the iron pipe 2 is 5 minutes.
Since it is clear from the experimental results as shown in FIG. 6 that the time is about two seconds, the drive of the ultrasonic horn 5 is stopped when five seconds have elapsed since the start of the application of the ultrasonic vibration. I have to.
【００４２】このように、固形ハンダ３の温度が目標値
に達して溶融が始まった時点と正確に同期させて超音波
振動の印加時間の測定を開始することが可能となるの
で、過度の加熱や過剰な超音波振動の印加による固形ハ
ンダ３の化学的な組成変化等の異常を生じることなく、
品質の安定したハンダ付け作業を実施することができ
る。As described above, the measurement of the application time of the ultrasonic vibration can be started in accurate synchronization with the time when the temperature of the solid solder 3 reaches the target value and the melting is started. And abnormalities such as chemical composition change of the solid solder 3 due to application of excessive ultrasonic vibration,
Soldering work of stable quality can be performed.
【００４３】前述した材質および寸法によるアルミケー
ス１と鉄パイプ２および固形ハンダ３の組み合わせに対
する超音波ソルダリングに関しては先に述べたような実
施条件で最高の結果を得られるが、一般に、ワークに対
する超音波振動の印加を開始するタイミングは、固形ハ
ンダの温度が融点よりも３０℃ほど低い段階から融点に
到達するまでの間とすることが望ましい。固形ハンダの
温度が低過ぎると超音波振動のエネルギーが固形ハンダ
の溶融に関与せずにエネルギーの無駄となるからであ
る。また、固形ハンダの温度が低過ぎると、超音波振動
の印加開始タイミングと固形ハンダの溶融開始タイミン
グとの相関性が一定に保たれなくなってしまうため、タ
イマの作動開始タイミングと固形ハンダの溶融開始タイ
ミングとが一致しなくなり、固形ハンダの溶融開始後の
超音波振動の印加時間のタイマ制御自体が無意味となる
からである。一方、固形ハンダの温度が高すぎると、溶
融した固形ハンダが飛び散ったり、固形ハンダの組成変
化等によって接合不良が生じる可能性があるためであ
る。With respect to the ultrasonic soldering for the combination of the aluminum case 1, the iron pipe 2 and the solid solder 3 having the above-mentioned materials and dimensions, the best result can be obtained under the above-described working conditions. It is desirable to start the application of the ultrasonic vibration from the stage at which the temperature of the solid solder is lower than the melting point by about 30 ° C. to the point at which the temperature reaches the melting point. If the temperature of the solid solder is too low, the energy of the ultrasonic vibration does not contribute to the melting of the solid solder, and the energy is wasted. If the temperature of the solid solder is too low, the correlation between the ultrasonic vibration application start timing and the solid solder melting start timing cannot be kept constant, so that the timer operation start timing and the solid solder melting start This is because the timing does not match, and the timer control itself of the application time of the ultrasonic vibration after the start of melting of the solid solder becomes meaningless. On the other hand, if the temperature of the solid solder is too high, there is a possibility that the molten solid solder may be scattered or a composition change of the solid solder may cause poor bonding.
【００４４】また、一般的な超音波振動の印加時間とし
ては、超音波振動の振幅を４０μｍ、ワークに対する加
圧力を１０Ｋｇｆ以上とした場合、０．５秒から１０秒
の範囲が適当である。Further, as a general application time of the ultrasonic vibration, when the amplitude of the ultrasonic vibration is 40 μm and the pressure applied to the work is 10 kgf or more, the range of 0.5 seconds to 10 seconds is appropriate.
【００４５】次に、前記と同様の超音波ソルダリングの
工程を完全な自動制御によって行う場合の一実施形態に
ついて図３から図５のフローチャートを参照して簡単に
説明する。Next, an embodiment in which the same ultrasonic soldering process as described above is performed by completely automatic control will be briefly described with reference to the flowcharts of FIGS.
【００４６】超音波ホーン５を昇降させるための手段と
しては、少なくとも上下方向の移動自由度を備えた位
置，速度およびトルク制御可能なサーボモータ式の産業
用ロボットとその制御装置を利用し、作業開始の段階に
おいては、超音波ホーン５がワーク置台４から相当な間
隙をあけて上方に退避しているものとする。As means for raising and lowering the ultrasonic horn 5, a servo motor type industrial robot capable of controlling at least a position, a speed and a torque having a degree of freedom of vertical movement and a control device thereof are used. At the start stage, it is assumed that the ultrasonic horn 5 is retracted upward from the work table 4 with a considerable gap.
【００４７】ワーク置台４上に載置されたアルミケース
１とその上に位置する鉄パイプ２および固形ハンダ３の
段取り作業に関しては前述した図２（ａ）のものと同様
である（但し、超音波ホーン５の下端面は鉄パイプ２の
上端面から上方に離れた位置にある）。なお、この段取
り作業の工程は、ハンドリング機能を備えた別の産業用
ロボットで実施することも可能である。The setup work of the aluminum case 1 placed on the work table 4 and the iron pipe 2 and the solid solder 3 located thereon is the same as that of FIG. The lower end surface of the sonic horn 5 is located upward away from the upper end surface of the iron pipe 2). Note that the step of the setup work can be performed by another industrial robot having a handling function.
【００４８】このような段取り作業が完了した後、超音
波ホーン駆動用の産業用ロボットを起動すると、ロボッ
ト制御装置は、まず、超音波振動実行開始記憶フラグＦ
をリセットして初期化し（ステップｓ１）、産業用ロボ
ットに対して所定量のホーン下降指令を出力して（ステ
ップｓ２）、サーボモータに作用している反動トルクＴ
ｒ、より具体的には、サーボアンプの駆動電流値Ｔｒを
読み込んで（ステップｓ３）、その値が設定値に達して
いるか否かを判別する（ステップｓ４）。When the industrial robot for driving the ultrasonic horn is started after the completion of such a setup operation, the robot controller firstly sets the ultrasonic vibration execution start storage flag F
Is reset and initialized (step s1), a predetermined amount of horn lowering command is output to the industrial robot (step s2), and the reaction torque T acting on the servomotor is reduced.
r, more specifically, the drive current value Tr of the servo amplifier is read (step s3), and it is determined whether or not the value has reached a set value (step s4).
【００４９】そして、反動トルクＴｒが設定値に達して
いなければ、ロボット制御装置は、前記と同様にしてス
テップｓ１〜ステップｓ４の処理を繰り返し実行する。If the reaction torque Tr has not reached the set value, the robot controller repeats the processing of steps s1 to s4 in the same manner as described above.
【００５０】ここでいう設定値とは、固形ハンダ３をア
ルミケース１の周溝１ａの底面と鉄パイプ２の下端面に
馴染ませるために必要とされる加圧力に相当する値であ
り、図２（ａ）の例では１５Ｋｇｆである。The set value referred to here is a value corresponding to the pressing force required to adapt the solid solder 3 to the bottom surface of the circumferential groove 1a of the aluminum case 1 and the lower end surface of the iron pipe 2. In the example of 2 (a), it is 15 kgf.
【００５１】反動トルクＴｒが設定値に達するまでの
間、ロボット制御装置から産業用ロボットに対して所定
量のホーン下降指令が所定周期毎に繰り返し出力される
ので、超音波ホーン５は等速度での下降を続けることに
なる。Until the reaction torque Tr reaches the set value, a predetermined amount of horn lowering command is repeatedly output from the robot controller to the industrial robot at predetermined intervals, so that the ultrasonic horn 5 is driven at a constant speed. Will continue to fall.
【００５２】そして、超音波ホーン５の下端部が図２
（ａ）に示されるようにして鉄パイプ２の上端部に接す
る位置まで下降すると、超音波ホーン５の下降動作が鉄
パイプ２の干渉によって阻害されてサーボモータに負荷
が作用する結果、反動トルクＴｒの値が徐々に増大して
いく。なお、超音波ホーン５の下降動作がホーン下降指
令に追従しなくなる結果としてサーボアンプ内の位置ル
ープ偏差の値（エラーレジスタの値）も増大することに
なるので、ステップｓ４の判別処理においては、サーボ
アンプの駆動電流値Ｔｒに代えて位置ループのエラーレ
ジスタの値を判定するようにすることも可能である。The lower end of the ultrasonic horn 5 is shown in FIG.
When the ultrasonic horn 5 is lowered to a position in contact with the upper end of the iron pipe 2 as shown in (a), the lowering operation of the ultrasonic horn 5 is hindered by the interference of the iron pipe 2 and a load is applied to the servomotor. The value of Tr gradually increases. Note that, as a result of the lowering operation of the ultrasonic horn 5 not following the horn lowering command, the value of the position loop deviation in the servo amplifier (the value of the error register) also increases. It is also possible to determine the value of the error register of the position loop instead of the drive current value Tr of the servo amplifier.
【００５３】そして、最終的に、反動トルクＴｒの値が
設定値に達すると、鉄パイプ２の上端部が超音波ホーン
５によって設定加圧力、例えば、１５Ｋｇｆで押さえ付
けられることになり、この段階で、ステップｓ４の判定
結果が偽となる。Finally, when the value of the reaction torque Tr reaches the set value, the upper end of the iron pipe 2 is pressed by the ultrasonic horn 5 with the set pressing force, for example, 15 kgf. Thus, the determination result of step s4 becomes false.
【００５４】そこで、ロボット制御装置は、垂直移動軸
の現在位置記憶レジスタの値を参照し、超音波ホーン５
の現在位置Ｐを読み込んで（ステップｓ５）、その値を
初期位置記憶レジスタＲに記憶する（ステップｓ６）。
図２(ａ)の例では固形ハンダ３が２．５ｍｍに押し潰さ
れたときの超音波ホーン５の上下位置が記憶されること
になる。Therefore, the robot controller refers to the value of the current position storage register of the vertical movement axis, and
Is read (step s5), and its value is stored in the initial position storage register R (step s6).
In the example of FIG. 2A, the vertical position of the ultrasonic horn 5 when the solid solder 3 is crushed to 2.5 mm is stored.
【００５５】なお、ここでいう現在位置記憶レジスタと
は、産業用ロボットの各軸に対応して配備される現在位
置記憶手段であり、産業用ロボットの各軸に設けられた
パルスコーダ等の信号を受けて、産業用ロボットの各軸
の位置を産業用ロボットの機械座標原点を基準としてリ
アルタイムで更新記憶する機能を備える。Here, the current position storage register is a current position storage means provided corresponding to each axis of the industrial robot, and stores a signal of a pulse coder or the like provided on each axis of the industrial robot. Then, a function is provided for updating and storing the position of each axis of the industrial robot in real time with reference to the machine coordinate origin of the industrial robot.
【００５６】次いで、ロボット制御装置は、アルミケー
ス１の外周部を包囲するようにして配備されている図示
しないヒータへの通電を始め、アルミケース１と鉄パイ
プ２との接続部に位置する固形ハンダ３の加熱を開始す
る（ステップｓ７）。Next, the robot control device starts energizing a heater (not shown) provided so as to surround the outer peripheral portion of the aluminum case 1, and the solid-state heater located at the connection portion between the aluminum case 1 and the iron pipe 2. The heating of the solder 3 is started (step s7).
【００５７】次いで、ロボット制御装置は、超音波振動
実行開始記憶フラグＦがセットされているか否かを判別
する（ステップｓ８）。この段階では超音波振動実行開
始記憶フラグＦはセットされていないので、ロボット制
御装置は、再び垂直移動軸の現在位置記憶レジスタを参
照して超音波ホーン５の現在位置Ｐを読み込み（ステッ
プｓ９）、初期位置記憶レジスタＲの値と現在位置Ｐと
の間の偏差、つまり、固形ハンダ３が２．５ｍｍに押し
潰されてからの超音波ホーン５のインクリメンタルな移
動量の値｜Ｒ−Ｐ｜を求め、この値が設定値に達してい
るか否かを判別する（ステップｓ１０）。Next, the robot controller determines whether or not the ultrasonic vibration execution start storage flag F has been set (step s8). At this stage, since the ultrasonic vibration execution start storage flag F is not set, the robot controller reads the current position P of the ultrasonic horn 5 again by referring to the current position storage register of the vertical movement axis (step s9). , The deviation between the value of the initial position storage register R and the current position P, that is, the value of the incremental movement amount | RP- of the ultrasonic horn 5 after the solid solder 3 is crushed to 2.5 mm. Is determined, and it is determined whether or not this value has reached a set value (step s10).
【００５８】ここでいう設定値とは、固形ハンダ３の温
度が融点以下融点近傍の目標値Ｋ２＋ｔに達したことを
確認するための鉄パイプ２の下降移動量であり、図１に
おけるＳ、また、図２（ａ）の例では１ｍｍに相当する
値である。The set value here is the amount of downward movement of the iron pipe 2 for confirming that the temperature of the solid solder 3 has reached the target value K2 + t below the melting point and in the vicinity of the melting point. In the example of FIG. 2A, the value is 1 mm.
【００５９】超音波ホーン５のインクリメンタル移動量
｜Ｒ−Ｐ｜の値が設定値に達していない場合は固形ハン
ダ３の温度が目標値Ｋ２＋ｔに達していないことを意味
する。このような場合、ロボット制御装置は、再び、サ
ーボモータに作用している反動トルクＴｒの値を読み込
み（ステップｓ１１）、その値が例えば１５Ｋｇｆの加
圧力に達しているか否かを判別する（ステップｓ１
２）。このような処理を行うのは、ヒータの加熱によっ
て固形ハンダ３の温度が上昇してその硬度が低下する
と、超音波ホーン５の下降動作が容易に許容されてホー
ン下降指令に追従するようになるため、鉄パイプ２に作
用する加圧力が設定値である１５Ｋｇｆを下回る可能性
があるためである。If the value of the incremental movement amount | RP− of the ultrasonic horn 5 has not reached the set value, it means that the temperature of the solid solder 3 has not reached the target value K2 + t. In such a case, the robot controller again reads the value of the reaction torque Tr acting on the servomotor (step s11), and determines whether or not the value has reached, for example, a pressing force of 15 kgf (step s11). s1
2). When such a process is performed, when the temperature of the solid solder 3 increases due to the heating of the heater and the hardness thereof decreases, the lowering operation of the ultrasonic horn 5 is easily permitted and follows the horn lowering command. Therefore, the pressing force acting on the iron pipe 2 may fall below the set value of 15 kgf.
【００６０】ここで、反動トルクＴｒの値が設定値を下
回ったことが確認された場合には、ロボット制御装置は
再び産業用ロボットに対して所定量のホーン下降指令を
出力して超音波ホーン５を下降させ、鉄パイプ２からの
反力を得て、加圧力が設定値に達するように制御する
（ステップｓ１３）。つまり、前述したエラーレジスタ
の値を必要とされる加圧力に相当する一定の値に保持し
てサーボモータに一定の駆動電流（駆動トルク）を印加
するのである。一方、反動トルクＴｒの値が設定値を下
回っていなければ、ロボット制御装置は現状を維持し、
現時点で作用している設定加圧力、つまり、１５Ｋｇｆ
の加圧力を保持する。Here, when it is confirmed that the value of the reaction torque Tr is less than the set value, the robot controller outputs a predetermined amount of horn lowering command to the industrial robot again to output the ultrasonic horn. 5 is lowered to obtain the reaction force from the iron pipe 2 and control the pressure so as to reach the set value (step s13). In other words, a constant drive current (drive torque) is applied to the servomotor while maintaining the value of the error register at a constant value corresponding to the required pressing force. On the other hand, if the value of the reaction torque Tr is not less than the set value, the robot control device maintains the current state,
Set pressure acting at present, that is, 15 kgf
Is maintained.
【００６１】その後、ロボット制御装置は、超音波ホー
ン５のインクリメンタル移動量｜Ｒ−Ｐ｜の値が設定値
に達してステップｓ１０の判別結果が偽となるまでの
間、前記と同様にして、ステップｓ８〜ステップｓ１３
またはステップｓ８〜ステップｓ１２の処理を繰り返し
実行し、鉄パイプ２に作用する加圧力を例えば１５Ｋｇ
ｆの設定値に保持する。Thereafter, the robot control device operates in the same manner as described above until the value of the incremental movement amount | RP− of the ultrasonic horn 5 reaches the set value and the determination result in step s10 becomes false. Step s8 to step s13
Alternatively, the processing of step s8 to step s12 is repeatedly executed, and the pressure applied to the iron pipe 2 is reduced to, for example, 15 kg.
It is kept at the set value of f.
【００６２】このようにして、鉄パイプ２に作用する加
圧力が設定値に保持された状態で、最終的に、超音波ホ
ーン５のインクリメンタル移動量｜Ｒ−Ｐ｜の値が設定
値である１ｍｍの値に達したことがステップｓ１０の判
別処理で検出されると、ロボット制御装置は、超音波ホ
ーン５に駆動指令を出力して鉄パイプ２に対する超音波
振動の印加を開始させ（ステップｓ１４）、超音波振動
印加時間計測タイマＴをリスタートさせて超音波振動の
印加時間の計測を開始すると共に（ステップｓ１５）、
超音波振動実行開始記憶フラグＦをセットして超音波振
動の印加を開始したことを記憶する（ステップｓ１
６）。In this manner, while the pressure acting on the iron pipe 2 is kept at the set value, the value of the incremental movement amount | RP− of the ultrasonic horn 5 is finally the set value. When it is detected in step s10 that the value reaches 1 mm, the robot controller outputs a drive command to the ultrasonic horn 5 to start applying ultrasonic vibration to the iron pipe 2 (step s14). ), The ultrasonic vibration application time measuring timer T is restarted to start measuring the ultrasonic vibration application time (step s15),
The ultrasonic vibration execution start storage flag F is set to store that the application of ultrasonic vibration has started (step s1).
6).
【００６３】次いで、ロボット制御装置は、ステップｓ
８の判別処理に移行し、超音波振動実行開始記憶フラグ
Ｆがセットされているか否かを判別することになるが、
この段階では既に超音波振動実行開始記憶フラグＦがセ
ットされているので、ロボット制御装置は、超音波振動
印加時間計測タイマＴの計測値が例えば５秒の設定値に
達しているか否かを判別し（ステップｓ１７）、タイマ
Ｔの計測値が設定値に達していなければ、前記と同様に
して、ステップｓ８，ステップｓ１７およびステップｓ
１１〜ステップｓ１３またはステップｓ１１〜ステップ
ｓ１２の処理を繰り返し実行して、鉄パイプ２に作用す
る加圧力を例えば１５Ｋｇｆの設定値に保持する。Next, the robot control device proceeds to step s
Then, the process proceeds to the determination process at 8 to determine whether or not the ultrasonic vibration execution start storage flag F is set.
At this stage, since the ultrasonic vibration execution start storage flag F has already been set, the robot control device determines whether the measurement value of the ultrasonic vibration application time measurement timer T has reached the set value of, for example, 5 seconds. If the measured value of the timer T has not reached the set value (step s17), steps s8, s17 and
The processing of Steps 11 to s13 or Steps s11 to s12 is repeatedly executed, and the pressure applied to the iron pipe 2 is maintained at, for example, a set value of 15 kgf.
【００６４】そして、このような処理を繰り返し実行す
る間に、超音波振動印加時間計測タイマＴの計測値が設
定値に達したことがステップｓ１７の判別処理で検出さ
れると、ロボット制御装置は、超音波ホーン５に動作停
止指令を出力して鉄パイプ２に対する超音波振動の印加
を停止させ（ステップｓ１８）、ヒータへの通電を停止
してアルミケース１と鉄パイプ２との接続部に対する過
熱を終了させて（ステップｓ１９）、産業用ロボットに
退避位置復帰指令を出力して超音波ホーン５を初期の退
避位置に戻し（ステップｓ２０）、超音波ソルダリング
に関連した一連の作業工程を終了する。If it is determined in step s17 that the measured value of the ultrasonic vibration application time measuring timer T has reached the set value during the execution of such processing repeatedly, the robot control device proceeds to step S17. Then, the operation stop command is output to the ultrasonic horn 5 to stop the application of the ultrasonic vibration to the iron pipe 2 (step s18), the power supply to the heater is stopped, and the connection between the aluminum case 1 and the iron pipe 2 is stopped. After the overheating is completed (step s19), a retract position return command is output to the industrial robot to return the ultrasonic horn 5 to the initial retract position (step s20), and a series of work steps related to ultrasonic soldering is performed. finish.
【００６５】この段階で超音波ホーン５とヒータおよび
産業用ロボットが初期状態に復帰するので、改めて次の
アルミケース１と鉄パイプ２および固形ハンダ３の段取
り作業を行うことにより、前記と全く同様にして、次の
アルミケース１と鉄パイプ２に対する超音波ソルダリン
グを実施することができる。At this stage, the ultrasonic horn 5, the heater, and the industrial robot return to the initial state, so that the next aluminum case 1, iron pipe 2, and solid solder 3 are set up again. Then, the ultrasonic soldering for the next aluminum case 1 and iron pipe 2 can be performed.
【００６６】既に述べた通り、段取り作業自体を別の産
業用ロボットで行うことも可能であり、その場合は、超
音波ホーン５を昇降動作させる超音波ソルダリング用の
産業用ロボットと段取り用の産業用ロボットとの間で動
作完了信号の遣り取りを実施することで、多数のアルミ
ケース１と鉄パイプ２に対する超音波ソルダリング作業
を全自動で連続的に実施することができるようになる。As described above, the setup operation itself can be performed by another industrial robot. In this case, an industrial robot for ultrasonic soldering that moves the ultrasonic horn 5 up and down and an industrial robot for setup are used. By exchanging the operation completion signal with the industrial robot, the ultrasonic soldering operation for a large number of the aluminum cases 1 and the iron pipes 2 can be continuously performed fully automatically.
【００６７】以上、一実施形態として、固形ハンダ３の
変形量を鉄パイプ２または超音波ホーン５の下降移動量
から間接的に検出することによって固形ハンダ３の温度
を確認するようにした実施形態について述べたが、固形
ハンダ３の変形量は時間との関数でもあるので、固形ハ
ンダ３の変形量に代えて固形ハンダ３の変形速度に基い
て固形ハンダ３の温度を確認することも可能である。As described above, in one embodiment, the temperature of the solid solder 3 is confirmed by indirectly detecting the amount of deformation of the solid solder 3 from the amount of downward movement of the iron pipe 2 or the ultrasonic horn 5. However, since the deformation amount of the solid solder 3 is also a function of time, the temperature of the solid solder 3 can be confirmed based on the deformation speed of the solid solder 3 instead of the deformation amount of the solid solder 3. is there.
【００６８】図１から明らかなように区間Ａおよび区間
Ｃでは固形ハンダ３は全く変形せず変形速度は０であっ
て、その変形速度が０以上となるのは図１におけるＢの
区間に限定される。従って、固形ハンダ３の温度が融点
以下融点近傍のある温度Ｋ２℃に達した段階で超音波振
動の印加を開始するような設定を行う場合には、固形ハ
ンダ３の変形速度が０を越えた段階で超音波振動の印加
を開始すればよいことになる。As is apparent from FIG. 1, in the sections A and C, the solid solder 3 is not deformed at all and the deformation speed is 0, and the deformation speed becomes 0 or more only in the section B in FIG. Is done. Therefore, when the setting is made such that the application of ultrasonic vibration is started when the temperature of the solid solder 3 reaches a certain temperature K2 ° C. which is equal to or lower than the melting point, the deformation speed of the solid solder 3 exceeds 0. It is sufficient to start applying the ultrasonic vibration at the stage.
【００６９】固形ハンダ３の変形速度を検出する最も簡
単な方法は、図４に示したフローチャートにおけるステ
ップｓ１１とステップｓ１２の間に、初期位置記憶レジ
スタＲに現在位置Ｐの値を代入するための工程ｓ１１’
を設け、ステップｓ１０の処理において１処理周期分の
移動量｜Ｒ−Ｐ｜、つまり、単位時間当たりの移動量で
ある変形速度を求め、その値が速度の設定値を越えなけ
ればステップｓ１１の処理に移行させる一方、その値が
速度の設定値を越えた場合にはステップｓ１４の処理に
移行させるようにすればよい。The simplest method for detecting the deformation speed of the solid solder 3 is to substitute the value of the current position P into the initial position storage register R between steps s11 and s12 in the flowchart shown in FIG. Step s11 ′
Is obtained, and in the process of step s10, the movement amount | RP− for one processing cycle, that is, the deformation speed, which is the movement amount per unit time, is obtained. On the other hand, if the value exceeds the set value of the speed, the process may proceed to step s14.
【００７０】また、一般に、固形ハンダ３の変形速度は
その温度が融点に接近するにつれて速まるので、前述し
たステップｓ１０の処理で判定に使用する速度の設定値
を適切に選択することにより、Ｋ２から融点に至る温度
の範囲内で任意の温度Ｋ２＋ｔを選択し、固形ハンダが
この選択温度Ｋ２＋ｔに到達したことを確認することも
可能である。In general, the deformation speed of the solid solder 3 increases as its temperature approaches the melting point. Therefore, by appropriately selecting the set value of the speed used for the judgment in the above-described step s10, the deformation speed of K2 can be reduced. It is also possible to select an arbitrary temperature K2 + t within the range of the temperature reaching the melting point, and confirm that the solid solder has reached the selected temperature K2 + t.
【００７１】[0071]
【発明の効果】本発明の超音波ソルダリング方法は、固
形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温度に達した段
階、つまり、ハンダが完全に溶融していない段階でワー
クの超音波振動を開始してハンダ付け作業を行うように
したので、溶融したハンダの流れ出しと飛び散りを防止
することができる。また、ワークの超音波振動が開始さ
れる段階では固形ハンダの温度が既に融点以下融点近傍
の温度にまで上昇しているので、ワークの超音波振動が
固形ハンダに与える振動エネルギーによって生じる温度
上昇を利用してハンダを溶融することが可能となり、超
音波振動のエネルギーを無駄なく利用することができる
ようになる。更に、超音波振動の印加を開始した時点で
固形ハンダの溶融が始まり、直ちに実質的なハンダ付け
作業が開始されるので、超音波振動の印加を開始するタ
イミングとその時のハンダの温度との相関関係が常に一
定のものとなり、ハンダ付けの品質も常に一定に保持さ
れる。According to the ultrasonic soldering method of the present invention, the ultrasonic vibration of the work is started when the temperature of the solid solder reaches a temperature equal to or lower than the melting point, that is, when the solder is not completely melted. Since the soldering operation is performed in this manner, it is possible to prevent the molten solder from flowing out and scattering. At the stage where the ultrasonic vibration of the work is started, the temperature of the solid solder has already risen to a temperature below the melting point and in the vicinity of the melting point. The solder can be used to melt the solder, and the energy of the ultrasonic vibration can be used without waste. Further, when the application of the ultrasonic vibration is started, the melting of the solid solder starts, and the actual soldering work is immediately started. Therefore, the correlation between the timing of starting the application of the ultrasonic vibration and the temperature of the solder at that time. The relationship is always constant and the quality of the solder is always kept constant.
【００７２】また、ワーク間に挿入された固形ハンダの
変形量または変形速度をワーク間の相対的な離間距離に
相当する物理量の変化によって検出し、その変形量また
は変形速度が設定値を越えているか否かによって接合部
の固形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温度に達して
いるかどうかを判定するようにしたため、ワークの初期
温度や外気温の影響を受ける加熱所要時間とは無関係に
固形ハンダの溶融開始時点を的確に検出することがで
き、しかも、赤外線センサ等のような温度検出手段とは
違って別の熱源による外乱の影響を受けることがなく、
また、外部からは見えない凹凸嵌合部に介装された固形
ハンダの温度も適切に検出することができるようにな
る。Further, the deformation amount or the deformation speed of the solid solder inserted between the works is detected by a change in the physical amount corresponding to the relative separation distance between the works, and the deformation amount or the deformation speed exceeds the set value. It is determined whether the temperature of the solid solder at the joint has reached the temperature below the melting point or near the melting point depending on whether or not there is a solid solder, regardless of the initial temperature of the work or the required heating time affected by the outside air temperature. Melting start time can be accurately detected and, unlike temperature detecting means such as an infrared sensor, is not affected by disturbance by another heat source,
Further, the temperature of the solid solder interposed in the concave-convex fitting portion that cannot be seen from the outside can be appropriately detected.
【００７３】更に、超音波振動の印加を開始するタイミ
ングとその時のハンダの温度との相関関係を常に一定に
保った状態で超音波振動の印加時間を調整することがで
きるため、過剰な加熱や過剰な超音波振動の印加による
ハンダの特性変化等の弊害を生じることなく高品質のハ
ンダ付け作業が実施できるようになった。Further, the application time of the ultrasonic vibration can be adjusted while keeping the correlation between the timing of starting the application of the ultrasonic vibration and the temperature of the solder at that time constant. High quality soldering work can be performed without adverse effects such as a change in solder characteristics due to excessive application of ultrasonic vibration.
【図１】固形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温度に
達したか否かを判定するための方法について簡略化して
示した図である。FIG. 1 is a simplified diagram showing a method for determining whether or not the temperature of a solid solder has reached a temperature equal to or lower than the melting point and in the vicinity of the melting point.
【図２】図２（ａ）は二輪車のウォーターポンプを構成
するアルミケースと鉄パイプを接続して超音波ソルダリ
ングを実施するときの段取り状態について示した部分断
面図、図２（ｂ）は超音波振動の印加開始タイミングに
おける鉄パイプの状態を示した部分断面図である。FIG. 2A is a partial cross-sectional view showing a setup state when ultrasonic welding is performed by connecting an aluminum case and an iron pipe constituting a water pump of a motorcycle, and FIG. It is the fragmentary sectional view which showed the state of the iron pipe in the application start timing of ultrasonic vibration.
【図３】超音波ソルダリングの工程を完全な自動制御に
よって行う場合の処理の概略について示したフローチャ
ートである。FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a process when the ultrasonic soldering process is performed by completely automatic control.
【図４】超音波ソルダリングの工程を完全な自動制御に
よって行う場合の処理の概略について示したフローチャ
ートの続きである。FIG. 4 is a continuation of a flowchart showing an outline of a process when the ultrasonic soldering process is performed by completely automatic control.
【図５】超音波ソルダリングの工程を完全な自動制御に
よって行う場合の処理の概略について示したフローチャ
ートの続きである。FIG. 5 is a continuation of the flowchart showing an outline of a process when the ultrasonic soldering process is performed by completely automatic control.
【図６】アルミケースと鉄パイプの超音波ソルダリング
における超音波振動印加時間と不良発生率との相関関係
を示したグラフである（実験結果）。FIG. 6 is a graph showing a correlation between an ultrasonic vibration application time and a defect occurrence rate in ultrasonic soldering of an aluminum case and an iron pipe (experimental results).
【図７】加熱開始前のワークの温度や外気温が固形ハン
ダの溶融所要時間に与える影響について示した概念図で
ある（従来技術の問題点）。FIG. 7 is a conceptual diagram showing the influence of the temperature of the workpiece and the outside air temperature before the start of heating on the melting time of the solid solder (problems of the prior art).
１ アルミケース １ａ 周溝 ２ 鉄パイプ ３ 固形ハンダ ４ ワーク置台 ５ 超音波ホーン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Aluminum case 1a Groove 2 Iron pipe 3 Solid solder 4 Work table 5 Ultrasonic horn
Claims (4)
相互に加圧すると共にその接合部を加熱し、少なくとも
一方のワークに超音波振動を印加してハンダ付け作業を
行う超音波ソルダリング方法であって、 前記接合部の固形ハンダの温度が融点以下融点近傍の温
度に達した段階で前記少なくとも一方のワークに対する
超音波振動の印加を開始することを特徴とした超音波ソ
ルダリング方法。1. An ultrasonic soldering method in which a work in which solid solder is inserted into a joint portion is mutually pressurized, the joint portion is heated, and ultrasonic vibration is applied to at least one of the works to perform a soldering operation. An ultrasonic soldering method, wherein the application of ultrasonic vibration to at least one of the workpieces is started when the temperature of the solid solder at the joint reaches a temperature equal to or lower than the melting point.
変形量または変形速度を検出し、その変形量または変形
速度が設定値を超えたことを以って前記固形ハンダの温
度が融点以下融点近傍の温度に達したものと判定して超
音波振動の印加を開始することを特徴とした請求項１記
載の超音波ソルダリング方法。2. A deformation amount or a deformation speed of the solid solder inserted between the workpieces is detected, and when the deformation amount or the deformation speed exceeds a set value, the temperature of the solid solder is lower than a melting point. The ultrasonic soldering method according to claim 1, wherein it is determined that the temperature has reached a nearby temperature, and application of ultrasonic vibration is started.
する物理量の変化によって前記固形ハンダの変形量また
は変形速度を検出することを特徴とした請求項２記載の
超音波ソルダリング方法。3. The ultrasonic soldering method according to claim 2, wherein a deformation amount or a deformation speed of the solid solder is detected by a change in a physical quantity corresponding to a relative separation distance between the works.
後に超音波振動の印加を停止することを特徴とした請求
項１，請求項２または請求項３記載の超音波ソルダリン
グ方法。4. The ultrasonic soldering method according to claim 1, wherein the application of the ultrasonic vibration is stopped after a lapse of a set time from the start of the application of the ultrasonic vibration.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011075186A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Daikin Industries Ltd | Laminated type heat exchanger and method of manufacturing the laminated type heat exchanger |
| JP2011092994A (en) * | 2009-09-30 | 2011-05-12 | Daikin Industries Ltd | Soldering device for lamination type heat exchanger, and method for producing lamination type heat exchanger |
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2000
- 2000-06-26 JP JP2000191299A patent/JP3861569B2/en not_active Expired - Lifetime
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