JP4525768B2

JP4525768B2 - ヒュージング制御方法およびヒュージング装置

Info

Publication number: JP4525768B2
Application number: JP2008033342A
Authority: JP
Inventors: 禎川越; 和義鈴木; 一伏本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2028-02-14
Also published as: JP2009190060A; US20090206061A1

Description

本発明は、折曲ターミナルに被膜電線を挟みこんで溶接するヒュージングを行うに当たり、ターミナルにメッキを施していなくても、安定した溶接を可能とした、ヒュージング制御方法およびヒュージング装置に関するものである。

従来、固体同士を接合する固相接合には、ヒュージングがある。ヒュージングは、圧接した被膜導線と端子との間に通電することで抵抗発熱が生じて、被膜が除去され、その後、露出した導線に通電された状態で加熱圧接され、導線と端子とが接合されるという、熱かしめをいう。このヒュージングは、絶縁被膜が、炭化温度が例えば３７０℃のような耐熱被膜で、はんだ付けが不可能な場合に適した金属間接合の方法であるといえる。

ところで、特許文献１には、抵抗溶接の品質管理方法、抵抗溶接方法、抵抗溶接装置に関するものが開示されている。
すなわち特許文献１では、一対の電極間の電圧を測定して、この電圧に基づいて、溶接される芯線が発生した発熱量を算出し、この発熱量に基づいて芯線が互いに溶接された電線の溶接品質の良否を判定するとしている。

特開２００１−１３８０６４号公報

一方、特許文献２では、被覆電線の被覆除去方法、被覆電線端部の処理方法について開示している。
すなわち、特許文献２は、電線中間部において、被覆部材を除去するためのもので、環状スリット形成装置と直線スリット形成装置をそれぞれのタイミングで制御して被覆部材を芯線から除去するというものである。

特開２００７−１６６８７１号公報

さらに特許文献３では、折曲ターミナルにおける割れの発生を防止するために、ターミナルの連結部の温度を検出して、溶接電流を制御するようにしている。

特開２００５−１２５３５０号公報

ところで、安定したヒュージングを行うためには、ターミナルにメッキを施すのが一般的であるが、メッキを施す工程が増えることから、製品の製造コストアップは避けられない。
しかし、メッキを施さずに、これまでなされてきた方法でのヒュージングを行うと、接合強度がばらつくために、不良品が増加し、歩留りの低下を招いている。
そこで、本出願人は、ヒュージングのプロセスを被膜剥離と熱かしめに分離し、それぞれのプロセスにおいて、対応する制御を実行することで、接合強度が安定したヒュージングを実現するに至った。
すなわち、被膜剥離プロセスにおいては、被膜電線に使用される絶縁材は３００〜４００℃くらいで炭化し、それ以上の受熱により昇華し、ヒュームとなることで被膜が除去されることに着目した。
一方、熱かしめプロセスでは、ワークに投入される熱量を最適化すれば、安定した接合強度が得られることに着目した。
この２つのプロセスをそれぞれ最適に制御することで、メッキを施していないターミナルを、ヒュージングしても接合強度が安定し、製品のコストダウンとの両立が可能となることを見出した。
本発明は、以上のような観点から提案されたものであって、ヒュージングのプロセスを被膜剥離と熱かしめに分離し、それぞれのプロセスにおいて、対応する制御を実行することで、接合強度が安定したヒュージングを実現し、製品の製造コストダウンとの両立を図る、ヒュージング制御方法およびヒュージング装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、折曲ターミナル（２）に被膜電線（３）を挟みこんでなるワーク（Ｗ）に対し、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に通電して溶接する際、前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視し、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行う被膜剥離プロセスと、前記ワーク（Ｗ）に生ずる熱量を監視して、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行う熱かしめプロセスとを実行するヒュージング制御方法であって、前記被膜剥離プロセスにおいて、前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視して、温度が一旦、下降してから、再度上昇していくタイミングを検出して、前記被膜電線（３）における被膜が昇華して、被膜が剥離されたとして、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行うことを特徴とする。

これにより、これら２つのプロセスをそれぞれ、最適な制御で実行することで、メッキを施していないターミナル（２）を用いてヒュージングを実行しても、接合強度が安定し、製造コストの抑制が図られる。また、これにより、高精度な被膜剥離プロセスを実行することができる。

さらに請求項２記載の発明では、折曲ターミナル（２）に被膜電線（３）を挟みこんで溶接するヒュージングを行うヒュージング装置であって、折曲ターミナル（２）に被膜電線（３）を挟み込んでなるワーク（Ｗ）を挟持する、対をなす電極（４）と、これら電極（４）に通電する溶接電源（５）と、折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を検出する温度計測器（６）と、電極（４）に通電する電流を検知する電流センサ（７）と、温度計測器（６）により折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視して、温度が一旦、下降してから、再度上昇していくタイミングを検出して、溶接電源（５）に対し、制御信号を出力し、折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電を行う被膜剥離プロセスと、折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を積算して、投入される熱量を求め、その熱量が予め設定された熱量に到達した時点で、通電を停止する制御信号を出力する制御装置（８）とを具備することを特徴とする。

これにより、温度計測器（６）による折曲ターミナル（２）の検出温度と、電流センサ（７）により検知された電流とに基づいて、溶接電源（５）に対し、制御信号を出力することで、メッキを施していないターミナルをヒュージングしても、接合強度が安定化すると共に、製品の製造コストの抑制も達成される。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

図１にヒュージング装置１を示す。
ヒュージング装置１は、ワークＷとして折曲ターミナル２に被膜電線３を挟み込んだものを溶接する、ヒュージングを行うものである。
すなわち、ヒュージング装置１は、折曲ターミナル２に被膜電線３を挟み込んで構成するワークＷを挟持して、所定の加圧手段による加圧下に通電を行う、対をなす電極４を具備している。
また、ヒュージング装置１は、これら電極４に通電用導線Ｌを介して通電する溶接電源５と、折曲ターミナル２の温度を検出する温度計測器６と、通電用導線Ｌに設けた、電極４に通電する電流を検知する電流センサ７とを備えている。
さらに、ヒュージング装置１は、対をなす電極４に通電されたこと、温度計測器６による折曲ターミナル２の検出温度と、電流センサ７により検知された電流に基づいて、溶接電源５に対し、通電指令その他の制御指令を出力する制御装置８とを具備する。

折曲ターミナル２は、導電性の金属（Ｃｕ等）の薄板であり、内側に被膜電線３を挟み込むように、適宜な加圧手段（図示省略）により、対を成す電極４を介して押圧している。電極４は例えばタングステン等からなる円筒体形状のもので、後述する溶接電源５から通電用導線Ｌを介して溶接電流を受けるようになっている。

被膜電線３には表面に、周知の耐熱性の絶縁被膜ｍが形成されている。

溶接電源５には、例えば交流式、インバータ式等、出力波形の制御が可能なものを用いることができる。すなわち、溶接電源５は、後述の制御装置８による通電指令その他の制御指令により、制御された通電時間、および出力波形を制御して、所望の溶接電流とすることで、休止時間のない、連続的な通電制御が可能であり、連続的に溶接部の温度を上昇させるので熱効率がよい。

温度計測器６には、例えば非接触型の赤外線温度センサを用いることができ、被膜電線３を挟み込んだ折曲ターミナル２の折り曲げ位置の温度を検知するように配置されている。温度計測器６は、その検知温度に対応した電圧信号を後述する制御装置８に出力するようにしている。

電流センサ７には、クランプ式交流電流センサ（カレントトランス）を用いることができる。または、ホール素子利用のホール電流センサも可能である。この電流センサ７は、電極４に供給される溶接電流に対応する電圧信号を制御装置８に出力するようになっている。

そして、制御装置８は、周知のハード構成（Ｉ／Ｏインタフェース、ＣＰＵ、メモリ等）で、温度計測器６および電流センサ７からの検知信号を取り込み、信号処理、所定のデータ処理を行い、予め設定されたプログラムを基に、演算、判定処理を行い、対応する通電指令その他の制御指令を、溶接電源５へ発信する。

次に、以上のようなヒュージング装置１において、図７に示すフローチャートを基に、ヒュージング手順を説明する。
先ず、ヒュージングすべき被膜電線３を、折曲ターミナル２の折り曲げ位置に挟みこみ、対をなす電極４間に挟持し、所定の加圧手段により電極４を介して加圧する（図２参照）。
ヒュージング装置１を起動し、溶接電源５から通電用導線Ｌを介し、対をなす電極４を通じて通電する（図３参照）。
この際、当初、電流はターミナル２を通じて流れる。これにより、双方の電極４先端とターミナル２が発熱し、ターミナル２に挟まれている被膜電線３も発熱していく。

被膜電線３が発熱していくと、表面を覆う被膜ｍが軟化し、ターミナル２から押出されて被膜ｍの剥離状態となり、ターミナル２と被膜電線３との当接面が直接接触して電気的に導通状態となる（図４参照）。
ところで、以上のプロセスは、当初の設定されたプログラムにより被膜剥離プロセスとして進行する（図７参照）。すなわち、ヒュージング装置１における温度計測器６は、折曲ターミナル２の表面温度を監視している（図１参照、ステップＳ１）。ここで、温度計測器６により、温度が下降したことが捉えられると（ステップＳ２）、上述のように、表面を覆う被膜ｍが軟化し、ターミナル２から押出されて被膜ｍが剥離状態となっていると把握することができる。すなわち、被膜ｍが剥離状態となる際に、被膜ｍに熱が奪われることから温度が一旦、下降する。なお、温度が下降するのは、被膜ｍに熱が奪われるだけでなく、ターミナル２と被膜電線３とが電気的に導通状態となるところから、電流密度が低下することにも起因しているといえる。

さらに、温度計測器６は、折曲ターミナル２の表面温度を監視していくことで（ステップＳ３）、表面温度が上昇したことが捉えられると（ステップＳ４）、被膜電線３における被膜ｍが昇華して、被膜ｍが剥離されたとして、設定されたプログラムにより被膜剥離プロセスから熱かしめプロセスに移行する。制御装置８は、折曲ターミナル２を介して被膜電線３に対し、対応する通電制御を行う。
この場合、ターミナル２と被膜電線３とが電気的に導通状態となって、許容電流が増大することから、通電量を増加するべく制御装置８から、溶接電源５に制御指令を送出する。

これにより、熱かしめプロセスである、ターミナル２と被膜電線３との溶接が進行する（図５参照）。
制御装置８では、熱量計測が実行される（ステップＳ５）。熱量計測は、例えば電流と電極間電圧を計測して求めることができる。すなわち、電流センサ７によって検知された、電極４に通電する電流と、対をなす電極４間の電圧から、例えばメモリに格納しているデータテーブルから、熱量にかかるデータを抽出したり、電極４に通電する電流と、対をなす電極４間の電圧から、所定の演算を行い、ジュール熱として求めることができる。

次いで、制御装置８では、熱量計測で求められた熱量の積算値から、予め設定された設定熱量に達したか否か（接合が完了するに要する熱量に達したか）が判定される（ステップＳ６）。
熱量の積算値が、予め設定された設定熱量を超えたと判定した場合には、接合が完了したとして（図６参照）、制御装置８から溶接電源５に対し、通電停止指令を送出する（ステップＳ７）。

上述のヒュージング装置１によれば、ヒュージングのプロセスを被膜剥離と熱かしめに分離し、それぞれのプロセスにおいて、対応する制御を実行することで、接合強度が安定したヒュージングを実現することができる。
すなわち、熱かしめプロセスでは、予め設定した熱量に達したか否かを監視して、設定熱量を超えたことで、通電停止とするようにしたので、ワークに投入される熱量を最適化することができ、安定した接合強度を得ることができる。

このように、ヒュージング装置１は、２つのプロセスをそれぞれ最適に実行することで、メッキを施していないターミナルをヒュージングしても、接合強度が安定化すると共に、製品の製造コストの抑制も達成される。

ここで、以上のヒュージング装置１において、図７の制御手順に基づいて実行された被膜剥離プロセスおよび熱かしめプロセスの有効性について検証して見る。
図８は、上記制御手順に基づくプロセスと、従来のプロセスで実行された溶接の結果得られたワークの厚み（ｍｍ）を、溶接ごと計測した計測値を示している。
図８からも、容易に諒解されるように、上記制御手順に基づくプロセスで実行された溶接では、溶接回数を重ねた結果、ワークの厚みのばらつき（σ＝０．０１７３）は、従来のプロセスによるもの（σ＝０．１５３５）と比較して極小であり、上記制御手順に基づくプロセスで実行することで、安定した溶接が可能となることがわかる。

図９では、溶接毎の溶接箇所の引張り強度（Ｎ）を示している。
図９から明らかなように、上記制御手順に基づくプロセスで実行された溶接は、溶接強度のばらつき（σ＝３．４０）は、従来のプロセスによるもの（σ＝１１．７）と比較して極小であり、上記制御手順に基づくプロセスで実行された溶接は、溶接強度の安定度が格段に高いことがわかる。

図１０では、通電電流を変動させた場合のワークの厚みの変動を示している。
この場合においても、図１０から明らかであるように、上記制御手順に基づくプロセスで実行された溶接によるワーク厚みの変動は小さく、上記制御手順に基づくプロセスで実行することで、安定した溶接が可能となることがわかる。

本発明にかかるヒュージングを行うためのヒュージング装置の一例を示した、模式的な構成説明図である。ヒュージング工程において、被膜電線をターミナルに挟んだ状態で加圧したところを示す、模式図である。ヒュージング工程において、被膜電線をターミナルに挟んだ状態で加圧し、通電開始したところを示す、模式図である。ヒュージング工程において、通電によってターミナルに発生した熱により、皮膜剥離が進行したところを示す、模式図である。ヒュージング工程において、皮膜剥離によってターミナルと電線が直に接触し、ターミナルと共に電線にも通電されたところを示す、模式図である。ヒュージングの工程において溶接完了時の、模式図である。本発明にかかるヒュージング制御方法を示した、フローチャートである。本発明にかかるヒュージング制御方法と従来のヒュージングによりなされた、溶接毎のワーク厚みの計測値のばらつきを比較したグラフである。本発明にかかるヒュージング制御方法と従来のヒュージングによりなされた、溶接毎の溶接強度のばらつきを比較したグラフである。本発明にかかるヒュージング制御方法と従来のヒュージングによりなされた、通電電流を変えたときのワーク厚みの変動を比較したグラフである。

符号の説明

１ヒュージング装置
２折曲ターミナル
３被膜電線
４電極
５溶接電源
６温度計測器
７電流センサ
８制御装置
Ｌ通電用導線
ｍ絶縁被膜

Claims

折曲ターミナル（２）に被膜電線（３）を挟みこんでなるワーク（Ｗ）に対し、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に通電して溶接する際、前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視し、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行う被膜剥離プロセスと、前記ワーク（Ｗ）に生ずる熱量を監視して、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行う熱かしめプロセスとを実行するヒュージング制御方法であって、
前記被膜剥離プロセスにおいて、前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視して、温度が一旦、下降してから、再度上昇していくタイミングを検出して、前記被膜電線（３）における被膜が昇華して、被膜が剥離されたとして、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電制御を行うことを特徴とするヒュージング制御方法。
折曲ターミナル（２）に被膜電線（３）を挟みこんで溶接するヒュージングを行うヒュージング装置であって、
前記折曲ターミナル（２）に前記被膜電線（３）を挟み込んでなるワーク（Ｗ）を挟持する、対をなす電極（４）と、
これら電極（４）に通電する溶接電源（５）と、
前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を検出する温度計測器（６）と、
前記電極（４）に通電する電流を検知する電流センサ（７）と、
前記温度計測器（６）により前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を監視して、温度が一旦、下降してから、再度上昇していくタイミングを検出して、前記溶接電源（５）に対し、制御信号を出力し、前記折曲ターミナル（２）を介して被膜電線（３）に対し、対応する通電を行う被膜剥離プロセスと、前記折曲ターミナル（２）の折り曲げ位置の表面温度を積算して、投入される熱量を求め、その熱量が予め設定された熱量に到達した時点で、通電を停止する制御信号を出力する制御装置（８）と、
を具備することを特徴とするヒュージング装置。