(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材に電極を押し当てながら前記電極を介して交流波形の電流を流し、前記金属部材で発生するジュール熱を利用して前記金属部材を接合する金属部材接合方法であって、
商用周波数の交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換する第１のステップと、
前記整流回路より出力された直流電圧をインバータにより高周波数のパルス電圧に変換する第２のステップと、
前記インバータより出力された前記高周波パルス電圧をトランスに通し、前記トランスの二次側で整流することなく前記電極を介して前記金属部材に印加する第３のステップと、
１回の接合のための通電時間を複数の単位通電期間に分割し、奇数番目の各単位通電期間では一方の極性で、偶数番目の各単位通電期間では他方の極性で、設定された電流値を有する交流波形電流が前記トランスの二次側で流れるように、前記インバータを前記高周波数でスイッチング制御する第４のステップと、
前記通電時間中に正規通電を停止させるべき所定の事象または条件が発生または成立したときは、前記インバータのスイッチング動作を止めて正規通電を中止する第５のステップと、
前記正規通電中止時の単位通電期間における経過時間と極性とに応じて、前記トランスの二次側で残留磁気消去用の電流が流れるように、前記インバータをスイッチング制御する第６のステップと
を有し、
前記残留磁気消去用電流の極性を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は、前記正規通電中止時の極性と反対の極性に選び、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は、前記正規通電中止時の極性と同じ極性に選び、
前記残留磁気消去用電流の電流値を前記金属部材に実質的な影響を与えない大きさに選び、
前記残留磁気消去用電流を流す通電時間を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に比例した値に選定し、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に逆比例した値に選定する、
ことを特徴とする金属部材接合方法。
【請求項２】
金属部材の被ハンダ付部にハンダを介在させ、前記金属部材に抵抗発熱型のヒータチップを押し当てながら前記ヒータチップに交流波形の電流を流し、前記ヒータチップで発生するジュール熱を利用して前記金属部材の前記ハンダ付部をハンダ付するリフローハンダ付方法であって、
商用周波数の交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換する第１のステップと、
前記整流回路より出力された直流電圧をインバータにより高周波数のパルス電圧に変換する第２のステップと、
前記インバータより出力された前記高周波パルス電圧をトランスに通し、前記トランスの二次側で整流することなく前記ヒータチップに印加する第３のステップと、
１回のハンダ付のための通電時間を複数の通電期間に分割し、奇数番目の各通電期間では一方の極性で、偶数番目の各通電期間では他方の極性で、設定された電流値を有する交流波形電流が前記トランスの二次側で流れるように、前記インバータを前記高周波数でスイッチング制御する第４のステップと、
前記通電時間中に正規通電を停止させるべき所定の事象または条件が発生または成立したときは、直ちに前記インバータのスイッチング動作を止めて正規通電を中止する第５のステップと、
前記正規通電中止時の単位通電期間の経過時間と極性とに応じて、前記トランスの二次側で残留磁気消去用の電流が流れるように、前記インバータをスイッチング制御する第６のステップと
を有し、
前記残留磁気消去用電流の極性を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は、前記正規通電中止時の極性と反対の極性に選び、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は、前記正規通電中止時の極性と同じ極性に選び、
前記残留磁気消去用電流の電流値を前記金属部材に実質的な影響を与えない大きさに選び、
前記残留磁気消去用電流を流す通電時間を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に比例した値に選定し、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に逆比例した値に選定する、
ことを特徴とするリフローハンダ付方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流波形の電流を用いて金属部材の接合またはリフローハンダ付を行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に、金属部材の接合方法の一つであるヒュージング加工の一例を示す。この加工は、被覆線２とたとえば銅または銅合金からなる板片状の端子４とを電気的かつ物理的に接合するものである。
【０００３】
先ず、図１０の（Ａ）に示すように、端子４のフック部または折曲部４ａの内側に被覆線２を入れたものを被加工物Ｗとし、この被加工物Ｗを一対（たとえば上部および下部）の電極６，８の間に挿入して、下部電極８により電極フック部４ａの下面を定位置で支持しつつ、上部電極６を端子フック部４ａの上面に押し当てて加圧装置（図示せず）により所定の加圧力Ｆで押し下げる。これと同時に、電源装置（図示せず）より所定の電圧を両電極６，８間に印加する。
【０００４】
そうすると、先ず、端子フック部４ａを電流経路として両電極６，８間に電流Ｉが流れ、端子フック部４ａでジュール熱が発生する。これにより、図１０の（Ｂ）に示すように、被覆線２の絶縁体２ａがジュール熱で溶けて導体２ｂから剥がれる（除去される）。
【０００５】
絶縁体２ａが除去されると、図１０の（Ｃ）に示すように、電流Ｉは被覆線２の導体（一般に銅）２ｂを通って両電極６，８間を流れる。通電期間中は両電極６，８間に加圧力Ｆも継続して加えられるため、ジュール熱と加圧力Ｆとで端子フック部４ａおよび被覆線導体２ｂは一体的に圧着または押し潰されてかしめられる。これによって、被覆線２と端子４の両者は電気的かつ物理的に固く接続される。なお、被覆線２の導体２ｂと端子４の抵抗は非常に小さいため、両者の間にナゲット（溶接接合）は生じない。
【０００６】
図１１に、上記のようなヒュージング加工に従来用いられている単相交流型電源装置の回路構成を示す。図１２に、この電源装置内の電圧および電流の波形を示す。
【０００７】
この電源装置において、入力端子１００，１０２に入力された商用周波数の単相交流電圧Ｖは、一対のサイリスタ１０４，１０６からなるコンタクタを介して降圧トランス１０８の一次コイルに供給される。トランス１０８の二次コイルに発生した交流の誘導起電力（二次側電圧）が二次導体および上記電極６，８を介して被加工物Ｗ（２，４） に印加され、二次側回路で一次電流ｉ1よりも大きな電流値で二次電流ｉ2が上記ヒュージング用電流Ｉとして流れる。
【０００８】
ヒュージング用電流Ｉ（ｉ2） の大きさ（実効値）は、通電角によって決まるが、点弧角と通電角との間にはほぼ一定の関係があるので、点弧角によって決まるともいえる。この電源装置では、制御部１１０が点弧回路１１２を介してサイリスタ１０４，１０６の点弧角（点弧タイミング）θを制御することによって、ヒュージング用電流Ｉ（ｉ2）の実効値を制御する。
【０００９】
制御部１１０は、たとえば被加工物Ｗ（２，４）に関係する搬送ロボット等の外部装置（図示せず）より起動信号を入力して、上記加圧装置に加圧動作を開始させ、所定時間（初期加圧時間）の経過後に予め設定された通電時間にわたり上記のようなサイリスタ点弧制御を実行し、通電時間が終了したなら所定時間（保持時間）の経過後に上記加圧装置に加圧を解除させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなヒュージング加工では、ジュール熱と加圧力とで被加工物Ｗ（２，４）を熱圧着するようにしているが、この熱圧着が度を超すと、加工品としての形状を著しく損ねたり、破損または損傷等を来すおそれもある。そこで、加圧方向における上部電極６の変位を検出して被加工物Ｗ（２，４）の熱圧着の度合いを監視するモニタ装置を設け、上部電極６の変位が所定値（限界値）に達したときは該モニタ装置より通電停止信号を発生させ、その信号に応答して制御部１１０が通電を停止するようにしている。
【００１１】
しかしながら、従来は、上記のようなサイリスタ点弧制御方式であり、図１３に示すように、サイリスタ１０４，１０６を点弧またはターンオンさせた後は電流制御能力を失い、当該半サイクル（５０Ｈｚの場合は１０ｍｓ）が終了するまで通電を止めることができない。しかし、その間に被加工物Ｗ（２，４）の熱圧着が進行し過ぎて、通電停止の時間遅れが致命的になることがある。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、交流波形の電流を用いる金属部材の接合またはリフローハンダ付において設定通電時間の終了前に通電を停止すべき事態が生じたときは交流波形の途中でもその時点で直ちに通電（正規通電）を止めるようにして、良好な加工品質を得るようにした金属部材接合方法及びリフローハンダ付方法を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、通電中に停止信号が入った時点で直ちに正規通電を止めるとともに、停止信号入力時の通電状態（経過時間や極性）に応じて、接合やハンダ付に影響のない大きさの小電流を流すことで、トランスの偏磁または磁気飽和を来さないようにして電源部の保護ないし信頼性を保証するようにした金属部材接合方法及びリフローハンダ付方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の金属部材接合方法は、金属部材に電極を押し当てながら前記電極を介して交流波形の電流を流し、前記金属部材で発生するジュール熱を利用して前記金属部材を接合する金属部材接合方法であって、商用周波数の交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換する第１のステップと、前記整流回路より出力された直流電圧をインバータにより高周波数のパルス電圧に変換する第２のステップと、前記インバータより出力された前記高周波パルス電圧をトランスに通し、前記トランスの二次側で整流することなく前記電極を介して前記金属部材に印加する第３のステップと、１回の接合のための通電時間を複数の単位通電期間に分割し、奇数番目の各単位通電期間では一方の極性で、偶数番目の各単位通電期間では他方の極性で、設定された電流値を有する交流波形電流が前記トランスの二次側で流れるように、前記インバータを前記高周波数でスイッチング制御する第４のステップと、前記通電時間中に正規通電を停止させるべき所定の事象または条件が発生または成立したときは、前記インバータのスイッチング動作を止めて正規通電を中止する第５のステップと、前記正規通電中止時の単位通電期間における経過時間と極性とに応じて、前記トランスの二次側で残留磁気消去用の電流が流れるように、前記インバータをスイッチング制御する第６のステップとを有し、前記残留磁気消去用電流の極性を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は、前記正規通電中止時の極性と反対の極性に選び、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は、前記正規通電中止時の極性と同じ極性に選び、前記残留磁気消去用電流の電流値を前記金属部材に実質的な影響を与えない大きさに選び、前記残留磁気消去用電流を流す通電時間を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に比例した値に選定し、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に逆比例した値に選定することを特徴とする。
【００１５】
本発明のリフローハンダ付方法は、金属部材の被ハンダ付部にハンダを介在させ、前記金属部材に抵抗発熱型のヒータチップを押し当てながら前記ヒータチップに交流波形の電流を流し、前記ヒータチップで発生するジュール熱を利用して前記金属部材の前記ハンダ付部をハンダ付するリフローハンダ付方法であって、商用周波数の交流電圧を整流回路によって直流電圧に変換する第１のステップと、前記整流回路より出力された直流電圧をインバータにより高周波数のパルス電圧に変換する第２のステップと、前記インバータより出力された前記高周波パルス電圧をトランスに通し、前記トランスの二次側で整流することなく前記ヒータチップに印加する第３のステップと、１回のハンダ付のための通電時間を複数の通電期間に分割し、奇数番目の各通電期間では一方の極性で、偶数番目の各通電期間では他方の極性で、設定された電流値を有する交流波形電流が前記トランスの二次側で流れるように、前記インバータを前記高周波数でスイッチング制御する第４のステップと、前記通電時間中に正規通電を停止させるべき所定の事象または条件が発生または成立したときは、直ちに前記インバータのスイッチング動作を止めて正規通電を中止する第５のステップと、前記正規通電中止時の単位通電期間の経過時間と極性とに応じて、前記トランスの二次側で残留磁気消去用の電流が流れるように、前記インバータをスイッチング制御する第６のステップとを有し、前記残留磁気消去用電流の極性を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は、前記正規通電中止時の極性と反対の極性に選び、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は、前記正規通電中止時の極性と同じ極性に選び、前記残留磁気消去用電流の電流値を前記金属部材に実質的な影響を与えない大きさに選び、前記残留磁気消去用電流を流す通電時間を、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に比例した値に選定し、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は前記通電中止時の単位通電期間における経過時間に逆比例した値に選定することを特徴とする。
【００１６】
本発明では、トランスの一次側に設けたインバータを高周波数でスイッチング制御するとともに、所定の周期でインバータの極性つまり電流の極性を反転することにより、二次側で交流波形の電流を流し、この交流波形電流を用いて金属部材の接合またはリフローハンダ付を行う。インバータは上記高周波数でスイッチング動作するため、最大１サイクルの時間遅れで瞬時に通電を停止することができる。したがって、二次側の電流が交流波形の途中であっても、任意の時点で正規の通電を停止し、かつ終了させることができる。
【００１７】
さらに、本発明においては、正規通電中止時の単位通電期間における経過時間と極性とに応じて、トランスの二次側で残留磁気消去用の電流が流れるように、インバータをスイッチング制御する。ここで、前記残留磁気消去用電流の極性は、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は、前記正規通電中止時の極性と反対の極性に選ばれ、前記正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は、前記正規通電中止時の極性と同じ極性に選ばれる。また、残留磁気消去用電流の電流値は、金属部材に実質的な影響を与えない大きさに選ばれる。そして、残留磁気消去用電流を流す通電時間は、正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と同じであった場合は通電中止時の単位通電期間における経過時間に比例した値に選定され、正規通電中止時の極性が正規通電開始時の極性と反対であった場合は通電中止時の単位通電期間における経過時間に逆比例した値に選定される。このことにより、残留磁気消去のために金属部材（被加工物）に実質的な影響つまりジュール熱による熱的な影響を与えずにトランスの残留磁気を消去して、トランスの偏磁または磁気飽和を来さないようにし、電源部の保護ないし信頼性を保証することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態によるヒュージング加工用の交流波形インバータ式電源装置の構成を示す。
【００２０】
この電源装置の電源部１０は、三相整流回路１４、インバータ１６および降圧型のトランス１８を有している。三相整流回路１４は、たとえば６個のダイオードを三相ブリッジ結線してなり、三相交流電源端子１２より入力する商用周波数の三相交流電圧（Ｒ，Ｓ，Ｔ）を全波整流して直流電圧に変換する。三相整流回路１４より出力された直流電圧は、コンデンサ２０で平滑されてからインバータ１６の入力端子［Ｌa，Ｌb］に与えられる。
【００２１】
インバータ１６は、ＧＴＲ（ジャイアント・トランジスタ)またはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）等からなる４つのトランジスタ・スイッチング素子２２，２４，２６，２８を有している。
【００２２】
これら４つのスイッチング素子２２〜２８のうち、第１組（正極側）のスイッチング素子２２，２６は駆動回路３０を介して制御部３２からの同相のインバータ制御信号Ｇ1，Ｇ3 により所定のインバータ周波数（たとえば１ｋＨｚ）で同時にスイッチング（オン・オフ）制御され、第２組（負極側）のスイッチング素子２４，２８は駆動回路３０を介して制御部３２からの同相のインバータ制御信号Ｇ2，Ｇ4 により上記インバータ周波数で同時にスイッチング制御されるようになっている。
【００２３】
インバータ１６の出力端子［Ｍa ，Ｍb］はトランス１８の一次側コイルの両端にそれぞれ電気的に接続されている。トランス１８の二次側コイルの両端には一対の電極たとえば図１０の電極６，８が整流回路を介さずに二次側導体だけを介して電気的に接続されている。
【００２４】
電極６，８は、銅合金や抵抗値の高い金属たとえばモリブデンまたはタングステンからなり、加圧装置３４の電極支持部材３６，３８に着脱可能に取付される。加圧装置３４は、たとえばエアシリンダを有する加圧駆動部（図示せず）を内蔵しており、制御部３２からの加圧制御信号ＦＣにしたがって、たとえば上部電極支持部材３６を駆動し、下部電極８上にセットされた被加工物Ｗ（２，４）に上から上部電極６を押し当てて加圧するように構成されている。
【００２５】
本実施形態では、ヒュージング加工において被加工物Ｗ（２，４）の沈み込みの度合いを監視するためのモニタ装置として、変位計４０が設けられる。この変位計４０は、上部電極支持部材３６ないし上部電極６の高さ方向の変位を検出する位置センサを有しており、通電時間の開始時の基準位置から上部電極６が垂直下方に変位する量を監視し、その変位量が設定値に達したときは、その時点で通電停止信号ＷＳを発生するように構成されている。変位計４０からの通電停止信号ＷＳは制御部３２に与えられる。
【００２６】
制御部３２は、マイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ、ＲＯＭ（プログラムメモリ）、ＲＡＭ（データメモリ）、インタフェース回路等を含んでおり、電源装置内の一切の制御たとえば通電制御（特にインバータ制御）や各種溶接条件の設定ないし表示処理等を行うほか、加圧装置３４、変位計４０その他の外部関連装置とも所要の信号をやりとりする。クロック生成回路５０は、インバータ１６のスイッチング制御のための基本または単位サイクルｔｃを規定するクロック信号ＣＫｔｃを制御部３２に与える。
【００２７】
入力部５２は、この電源装置の操作パネル（図示せず）に設けられたキーボードまたはキー・スイッチ群を含み、各種条件の設定入力に用いられる。表示部５４は、該操作パネルに設けられたディスプレイたとえば液晶ディスプレイを含み、制御部３２の制御の下で各種条件の設定値や測定値等を表示する。
【００２８】
この電源装置では、通電制御において電流フィードバックを行なえるように、電源部１０の一次側回路の導体（二次側でも可能）にたとえばカレント・トランスからなる電流センサ５６を取り付け、この電流センサ５６の出力信号から電流測定回路５８が一次電流Ｉ1または二次電流Ｉ2の測定値（たとえば実効値、平均値またはピーク値）をアナログの電流測定信号ＳＩとして求め、その電流測定信号ＳＩをＡ／Ｄ変換器６０でディジタル信号に変換して制御部３２に与えるようにしている。
【００２９】
図２に、この電源装置において制御部３２、入力部５２および表示部５４を用いて設定される１回のヒュージング加工シーケンスのタイミングまたは波形を示す。１回のヒュージング加工シーケンスを規定する主なパラメータは、初期加圧時間ＳＱ、通電時間ＷＥ、保持時間ＨＯＬＤおよび電流値Ｉs（図示の例はピーク値）である。通電時間ＷＥは、二次側交流周波数の半サイクルに相当する単位通電期間Ｔs／２の整数倍（通常は偶数倍）として設定される。二次側交流周波数は、トランス１８の定格周波数に合わせるのが好ましく、通常は商用周波数またはその近辺の値に選ばれる。
【００３０】
次に、本実施形態における作用を説明する。一例として、図１０のヒュージング加工を行うものとする。
【００３１】
本実施形態でも、図１０の（Ａ）に示すように、端子４のフック部４ａの内側に被覆線２を入れてなる被加工物Ｗを上部電極６と下部電極８の間に挿入して、下部電極８により電極フック部４ａの下面を定位置で支持する。この被加工物Ｗのセッティングが終了した後に所定の外部装置より起動信号ＥＮ（Ｈレベル）が制御部３２に与えられる。
【００３２】
制御部３２は、起動信号ＥＮを入力すると、図２に示すようなシーケンスのタイミングで各部を制御する。先ず、加圧制御信号ＦＣをアクティブ（Ｈレベル）にして、加圧装置３４に加圧動作を開始させる。加圧装置３４は、上部電極支持部材３６を下降させて、上部電極６を下部電極８上にセットされている被加工物Ｗ（２，４）に押し付けて加圧する。この加圧力が所定値に達した後に所定のタイミングで、つまり加圧動作開始から初期加圧時間ＳＱの経過後に、電源部１０において通電時間ＷＥの正規または本通電を開始する。
【００３３】
図３に、本実施形態における通電制御手順を示す。
【００３４】
先ず、当該通電時間ＷＥの通電に関連する所要の条件設定値、たとえば通電時間ＷＥ、電流設定値Ｉs、設定サイクル数Ｎs、単位通電期間Ｔs／２等をそれぞれ所定のレジスタにセットする（ステップＡ1）。また、この通電初期化において、最初の単位通電期間におけるインバータの極性や各単位通電期間における最初の高周波パルスのパルス幅等の初期値もセットしてよい。
【００３５】
次に、制御部３２は、最初の単位通電期間Ｔs／２において所定の極性たとえば正極側を選択し、インバータ１６の正極側（第１組）のスイッチング素子２２，２６に駆動回路３０を介して初期パルス幅を有するスイッチング制御信号Ｇ1，Ｇ3 を供給し、それらのスイッチング素子２２，２６をオンにする（ステップＡ2 ）。負極側（第２組）のスイッチング素子２４，２８はオフ状態に保持しておく。
【００３６】
この最初のスイッチング・サイクルで溶接電流Ｉ（二次電流Ｉ2）および一次電流Ｉ1 が溶接トランス１８の二次側および一次側回路でそれぞれ流れると、電流センサ５６により一次電流Ｉ1 の瞬時値を表す電流検出信号が出力され、電流測定回路５８よりこのスイッチング・サイクルにおける一次電流Ｉ1または二次電流Ｉ2の電流測定値（実効値、平均値またはピーク値）ＳＩが得られる。
【００３７】
制御部３２は、電流測定回路５８からの電流測定値ＳＩをＡ／Ｄ変換器６０を介して取り込んで（ステップＡ3 ）、この電流測定値ＳＩを電流設定値Ｉsと比較し、その比較誤差を基に次のスイッチング・サイクルにおけるパルス幅（スイッチング・オン時間）ｔp を決定する（ステップＡ4 ）。
【００３８】
そして、２回目のスイッチング・サイクルでは、パルス幅ｔp を有するスイッチング制御信号Ｇ1 ，Ｇ3をインバータ１６の正極側のスイッチング素子２２，２６に供給し、それらのスイッチング素子２２，２６をオンにする（ステップＡ7 ，Ａ2 ）。
【００３９】
このようにして、１回目の単位通電期間Ｔs／２中は、フィードバック式のパルス幅制御によりインバータ１６の正極側のスイッチング素子２２，２６だけを高周波数（１ｋＨｚ）で連続的にスイッチングする（ステップＡ2 〜Ａ7 ）。この間、負極側のスイッチング素子２４，２８はオフ状態に維持される。これによって、溶接トランス１８の二次側回路には電流設定値Ｉsにほぼ一致するように定電流制御された略台形波の二次電流Ｉ2（ヒュージング用電流Ｉ）が正極方向に流れる（図４）。
【００４０】
１回目の単位通電期間（Ｔs／２）が終了すると、制御部３２は、インバータの極性フラグを負極側に反転させ（ステップＡ8，Ａ9）、２回目の単位通電期間Ｔs／２の制御に移る（ステップＡ7）。
【００４１】
２回目の単位通電期間Ｔs／２では、インバータ１６の正極側のスイッチング素子２２，２６をオフ状態に保持したまま、フィードバック式のパルス幅制御で負極側のスイッチング素子２４，２８だけを高周波数（１ｋＨｚ）で連続的にスイッチングする（ステップＡ2 〜Ａ7 ）。これによって、溶接トランス１８の二次側回路には電流設定値Ｉsにほぼ一致するように定電流制御された略台形波の二次電流Ｉ2（ヒュージング用電流Ｉ）が負極方向に流れる（図４）。
【００４２】
このように、制御部３２は、全通電時間ＷＥを構成する偶数個の単位通電期間Ｔs／２のうち、奇数番目の各単位通電期間では負極側のスイッチング素子（２４，２８）をオフ状態に保ったまま正極側のスイッチング素子（２２，２６）だけをインバータ周波数で連続的にスイッチング動作させ、偶数番目の各単位通電期間では正極側のスイッチング素子（２２，２６）をオフ状態に保ったまま負極側のスイッチング素子（２４，２８）だけをインバータ周波数で連続的にスイッチング動作させる。これにより、電源装置の二次側回路においては、略台形状の電流波形を有する二次電流Ｉ2つまりヒュージング用電流Ｉが、奇数番目の各単位通電期間Ｔs／２では正極方向に、偶数番目の各通電期間Ｔs／２では負極方向に流れる。
【００４３】
このように各単位通電期間Ｔs／２で略台形状の電流波形を有するヒュージング用電流Ｉが電極６，８間で流れるため、発熱効率が高く、比較的低い電流ピーク値Ｉsでも十分な熱エネルギーを被加工物Ｗに供給できる。このため、被加工物Ｗ、特に端子フック部４ａにおいてヒートショックを防止しつつ被覆線２の絶縁体２ａを溶かすのに十分なジュール熱を発生させることができる。
【００４４】
本実施形態でも、絶縁体２ａが除去された後は、図１０の（Ｃ）に示すように、電流Ｉが被覆線２の導体２ｂを通って両電極６，８間を流れ、端子４と被覆線２の双方でジュール熱を発生させる。このジュール熱と加圧装置３４からの加圧力Ｆとで端子フック部４ａおよび被覆線導体２ｂは一体的に圧着または押し潰してかしめられる。
【００４５】
制御部３２は、通電時間ＷＥが経過した時点でインバータ１６を完全停止させて通電制御の一切を終了させる（ステップＡ1１）。そして、保持時間ＨＯＬＤの経過後に、加圧装置３４に加圧力Ｆを解除させる。
【００４６】
しかし、上記のようなヒュージング加工において、通電時間ＷＥの正規通電の途中で被加工物Ｗにおける沈み込みが設定値に達したときは、その時点で変位計４０より通電停止信号ＷＳ（Ｈレベル）が出力される。制御部３２は、上記のようなインバータ１６に対するスイッチング制御の最中にこの通電停止信号ＷＳを入力すると、次のスイッチング・サイクルに入ることを中止して（ステップＡ5）、通電中止処理のルーチン（ステップＡ10）に入る。
【００４７】
図５に、本実施形態における通電中止処理（Ａ10）の手順を示す。本実施形態では、インバータ１６のスイッチング動作を止めるだけでなく、通電停止時の状況に応じて条件的に正規通電または本通電の停止直後にトランス１８の残留磁気を消去するための小電流ｉmを流すようにしている。
【００４８】
先ず、通電停止信号ＷＳを入力した時のインバータ１６の極性または電流Ｉの極性を判定する（ステップＢ1）。正極であった場合、つまり正規通電中止時の極性が通電開始時の極性と同じであった場合は、以下のような処理ないし制御を行う。
【００４９】
通電停止信号ＷＳを入力した時の単位通電期間Ｔs／２における経過時間Ｔｅが設定値Ｔjを越えているか否かを判定する（ステップＢ2）。ここで、設定値Ｔjは残留磁気消去用の小電流ｉmを流すべきか否かを決定するための基準値であり、たとえば単位通電期間Ｔs／２の３０〜６０％の範囲内に設定されてよい。
【００５０】
経過時間Ｔｅが基準値Ｔjを越えていないときは、残留磁気消去用の小電流ｉmを流す必要はないと判断して今回の通電中止処理を終了し（ステップＢ3）、インバータ１６のスイッチング動作を完全に止める（ステップＡ11）。インバータ１６は、クロックＣＫｔcの周期でスイッチング動作するため、通電停止入力から遅くても数クロック以内に完全停止することができる。この場合の二次電流の波形を図７の（Ａ）に示す。
【００５１】
経過時間Ｔｅが基準値Ｔjを越えているときは、インバータの極性フラグを負極側に反転させ（ステップＢ4）、偏磁防止用小電流ｉmのための電流設定値Ｉmおよび通電時間Ｔｍをセットしたうえで（ステップＢ5）、それらの設定条件にしたがってインバータ１６をあらためてスイッチング制御し（ステップＢ6，Ｂ7，Ｂ8）、通電時間Ｔｍの経過後に（ステップＢ7）、インバータ１６のスイッチング動作を完全に止める（ステップＡ11）。
【００５２】
図６に、上記の一連の処理（ステップＢ2〜Ｂ8）が該当する場合の各部の波形を示す。残留磁気消去用の小電流ｉmは、本通電における二次側交流波形電流Ｉ2（Ｉ）を途中で止めたことでトランス１８に残留磁気が生じるのを防止するためのものである。この小電流ｉmの電流設定値Ｉmは、被加工物Ｗに実質的な影響（ジュール熱による熱的影響）を与えないような大きさに選ばれてよい。一方、この小電流ｉmの通電時間Ｔｍは、本通電を中止した時の単位通電期間Ｔs／２の経過時間Ｔeに比例した値に選定される。
【００５３】
通電停止時の極性が負極であった場合、つまり通電中止時の極性が通電開始時の極性と反対であった場合は、通電停止時の単位通電期間Ｔs／２の経過時間Ｔｅが設定値Ｔk以内であるか否かを判定する（ステップＢ9）。この設定値Ｔkは、上記正極側の基準値Ｔjと同様の意味を有する負極側の基準値であり、たとえば単位通電期間Ｔs／２の３０〜６０％の範囲内に設定されてよい。
【００５４】
経過時間Ｔｅが基準値Ｔkを越えているときは、残留磁気消去用の小電流ｉmを流す必要はないと判断して今回の通電中止処理を終了し（ステップＢ10）、インバータ１６のスイッチング動作を完全に止める（ステップＡ11）。この場合の二次電流の波形を図７の（Ｃ）に示す。
【００５５】
経過時間Ｔｅが基準値Ｔkよりも小さいときは、インバータの極性（負極）はそのままで、残留磁気消去用小電流ｉmのための電流設定値Ｉmおよび通電時間Ｔｍをセットしたうえで（ステップＢ11，Ｂ5）、それらの設定条件にしたがってインバータ１６をあらためてスイッチング制御し（ステップＢ6，Ｂ7，Ｂ8）、通電時間Ｔｍの経過後に（ステップＢ7）、インバータ１６のスイッチング動作を完全に止める（ステップＡ11）。この場合の二次電流の波形を図７の（Ｂ）に示す。なお、この場合の小電流ｉmの通電時間Ｔｍは、本通電を中止した時の単位通電期間Ｔs／２の経過時間Ｔeに逆比例した値に選定される。
【００５６】
このように、本実施形態では、二次側に交流波形の電流Ｉ2（Ｉ）を流す本通電を所定の通電停止入力ＷＳに応動して途中で停止させるときは、通電中止時の単位通電期間Ｔs／２の経過時間と極性とに応じて、制御部３２が条件的に、インバータ１６をスイッチング制御して、トランス１８の二次側で適切な極性で適度な大きさの小電流ｉmを適度な時間だけ流すことにより、当該ヒュージング加工の終了後にトランス１８に残留磁気が残らないようにしている。これにより、トランス１８の偏磁または磁気飽和を防止し、インバータ１６のスイッチング素子２２〜２８を安全に保つことができる。
【００５７】
なお、トランス１８の偏磁または磁気飽和を防止するための別の方法として、本通電の停止時に上記のような通電中止処理（Ａ10）を行うことなく当該ヒュージング加工を終了し、その代わり、次回のヒュージング加工の本通電に際して負極側からインバータ１６のスイッチング制御を開始する方法も可能である。
【００５８】
上記した実施形態の交流波形インバータ式電源装置はヒュージング加工に係わるものであった。しかし、たとえばプロジェクション溶接のように接合の際に被加工物が相当変位するような抵抗溶接のアプリケーションにもこの交流波形インバータ式電源装置をそのまま適用でき、上記と同様の作用効果が得られる。また、被加工物の接合面にハンダメッキまたはスズメッキを施し、抵抗溶接の場合と同様の通電により接合面をハンダ付で接合するアプリケーションにも適用可能である。
【００５９】
また、本発明はリフローハンダ付方法にも適用可能である。図８に、本発明の一実施形態によるリフロー式ハンダ付用の交流波形インバータ式電源装置の構成を示す。上記したヒュージング加工または抵抗溶接用の電源装置（図１）と実質的に同じ構成および機能を有する部分には同一の符号を付してある。
【００６０】
図８において、トランス１８の二次側コイルの両端にはヒータチップ７０の両端子７０ａ，７０ｂが整流回路を介さずに二次側導体７２だけを介して接続されている。
【００６１】
ヒータチップ７０は、高発熱性の金属抵抗体たとえばモリブデンからなり、両端子７０ａ，７０ｂ間で電流が流れると、抵抗発熱で発熱する。ヒータチップ７０のコテ先部７０ｃの近傍たとえば側面には温度センサとして熱電対７４が取付されており、コテ先部７０ｃ付近の温度を表す電気信号（温度検出信号）Ｓtが熱電対７４より出力されるようになっている。
【００６２】
ヒータチップ７０は、加圧装置３４のチップ支持部材７６に着脱可能に取付される。加圧装置３４は、制御部３２からの加圧制御信号ＦＣにしたがってチップ支持部材７６を駆動し、ヒータチップ７０をワークＷに押し当てて加圧するように構成されている。変位計４０は、チップ支持部材７６ないしヒータチップ７０の高さ方向の変位を監視し、リフローハンダ付け加工における変位量が設定値に達したときは、その時点で通電停止信号ＷＳを発生するようになっている。
【００６３】
この電源装置では、ヒータチップ７０の発熱温度をフィードバック制御するために、ヒータチップ７０に取付されている熱電対７４からのアナログの温度検出信号Ｓtを信号増幅回路７８で増幅したのちＡ／Ｄ変換器８０でディジタル信号に変換して制御部３２に与えるようにしている。
【００６４】
この電源装置でも、上記したヒュージング加工または抵抗溶接用の電源装置（図１）と同様に、制御部３２等の働きにより図２と同様の加圧／通電シーケンスが設定され、通電時間ＷＥの正規通電では図３と同様の手順で通電制御が行われてよい。
【００６５】
通電時間中、ヒータチップ７０は、抵抗発熱で発熱し、図９に示すように、そのコテ先部７０ｃにてワークＷ（８２，８４）の被ハンダ付部Ｈを加圧しながら加熱する。被ハンダ付部Ｈの接合面には予めクリームハンダが塗られており、ヒータチップ７０からの加圧と加熱を受けてクリームハンダが溶融する。通電が終了し、しかる後に加圧も解除されると、ハンダが凝固し、凝固したハンダを介してワークＷ（８２，８４）の被ハンダ付部Ｈが物理的かつ電気的に接合される。
【００６６】
図９の加工例において、ワークＷの一方の部材８２はコイル、他方の部材８４は端子である。また、ボルト８６，８８でヒータチップ７０の両端子７０ａ，７０ｂに結合されるチップ支持部材７６の下端部は導電性の部材たとえば銅からなり、電源部１０における二次側導体７２の一部を兼ねている。二次側導体７２の両側の導電性部材７２ａ，７２ｂは絶縁材９０により電気的に絶縁されている。
【００６７】
上記のようなリフローハンダ付け加工において、ワークＷ、特にコイル８２が変形し過ぎてヒータチップ７０の変位量が設定値に達したときは、その時点で変位計４０より通電停止信号ＷＳが出力され、この信号ＷＳに応動して制御部３２が図５と同様の手順で通電中止の処理を行ってよい。
【００６８】
上記した実施形態では変位計４０より出力される通電停止信号ＷＳに応動して本通電を中止するようにしたが、他の外部装置たとえば電圧モニタ装置、電流モニタ装置あるいは温度モニタ装置等から同様の通電停止信号が与えられるようにしてもよい。また、これらのモニタまたは検出装置は電源装置に内蔵されていてもよい。
【００６９】
上記した実施形態では商用周波数の三相交流を直流に変換してインバータ１６に供給しているが、商用周波数の単相交流を直流に変換してもよい。インバータ１６の回路構成も一例であり、種々の変形が可能である。各単位通電期間における電流の波形も上記実施例におけるような台形波形に限定されるものではなく、任意の電流波形に制御することが可能である。
【００７０】
また、上記実施形態における通電制御ではフィードバック式の定電流制御にＰＷＭ（パルス幅変調）方式を用いたが、他の方式たとえばインバータ周波数の各サイクル毎に電流ピーク値を設定値に揃え電流ピーク値制御またはリミッタ制御方式を用いることも可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の金属部材接合またはリフローハンダ付方法によれば、交流波形の電流を用いる金属部材の接合またはリフローハンダ付において設定通電時間の終了前に正規通電を停止すべき事態が生じたときは交流波形の途中でもその時点で直ちに正規通電を止めるようにして、良好な加工品質を得ることができる。また、そのように交流波形の途中で正規通電を止めてもトランスの偏磁または磁気飽和を来さないようにして電源部の保護ないし信頼性を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるヒュージング加工または抵抗溶接用の交流波形インバータ式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態の電源装置における１回の加工シーケンスのタイミングまたは波形を示す図である。
【図３】実施形態における通電制御のための制御部の処理手順を示すフローチャート図である。
【図４】実施形態におけるインバータ制御方式を示す各部の波形図である。
【図５】実施形態の通電制御に含まれる通電停止処理の手順を示すフローチャート図である。
【図６】実施形態において通電停止処理が行われる場合（第１の場合）の各部の波形を示す図である。
【図７】実施形態において通電停止処理が行われる場合（第２〜４の場合）の各部の波形を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるリフローハンダ付用の交流波形インバータ式電源装置の構成を示すブロック図である。
【図９】実施形態におけるリフローハンダ付の加工例を示す図である。
【図１０】ヒュージング加工の一例を示す図である。
【図１１】ヒュージング加工に従来用いられている単相交流型電源装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の単相交流型電源装置内の電圧および電流の波形を示す波形図である。
【図１３】従来のヒュージング加工方法において通電を中止する際の不具合を示す波形図である。
【符号の説明】
６，８    電極
１０    電源部
１４    整流回路
１６    インバータ
１８    トランス
２２〜２８    スイッチング素子
３２    制御回路
３４    加圧装置
４０    変位計
５０    クロック生成回路
５２    入力部
５４    表示部
７０    ヒータチップ
【図１】
0004426693.tif 000002
【図２】
0004426693.tif 000003
【図３】
0004426693.tif 000004
【図４】
0004426693.tif 000005
【図５】
0004426693.tif 000006
【図６】
0004426693.tif 000007
【図７】
0004426693.tif 000008
【図８】
0004426693.tif 000009
【図９】
0004426693.tif 000010
【図１０】
0004426693.tif 000011
【図１１】
0004426693.tif 000012
【図１２】
0004426693.tif 000013
【図１３】
0004426693.tif 000014