JP2003290935A

JP2003290935A - 熱圧着方法及び熱圧着装置

Info

Publication number: JP2003290935A
Application number: JP2002090764A
Authority: JP
Inventors: Akira Narizumi; 顕成住
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP4222769B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱圧着後の後処理や、圧着治具の表面処理な
どの前処理が不要で、被圧着体と圧着治具との溶着を低
コストで防止することを可能にする。【解決手段】この熱圧着装置１００は、高温加熱が可
能な炉１０１と、製品（被圧着体）１０を、上下から押
さえ、製品１０と同種の金属を用いた圧着治具１０２
と、製品１０に圧力を掛けるように圧着治具１０２を駆
動する油圧シリンダー１０３と、圧着治具１０２と製品
１０との間に挟んで使用され、圧着治具１０２と製品１
０とが溶着するのを防止する金属合い紙１０４等とを備
え、金属合い紙１０４は、炉１０１内で、１０００℃程
度に加熱することにより、その表面にアルミニウムを析
出させ、酸化アルミニウムの剥離層を形成し、各部材の
溶着を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製薄板状の積
層部材などの被圧着体を熱圧着するのに適した熱圧着方
法及び熱圧着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、インクジェット印刷装置は、そ
の印刷密度を向上させるために、微小ノズルが微小間隔
で配置されたノズル部に、微量のインキを送り込む配管
を形成した配管部が必要である。しかし、このような極
小の配管部は、パイプにより作製したのでは極小化に限
度があり、また、他に適当な方法がなかった。したがっ
て、この配管部が装置全体の小型化の妨げとなるだけで
なく、印刷密度のさらなる向上を妨げていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の配管部
は、その小型化を一層押し進めるために適当な手法がな
いために、各種装置の性能向上を妨げているが、この問
題を打開するために、熱圧着の手法を採用することが考
えられる。例えば、前述したような微量インキ供給のた
めの配管構造を微小化するためには、インキ流路などを
構成する部分を除去した薄板を積層し、熱圧着により融
着してマニフォールド化することが効果的であると考え
られる。

【０００４】しかし、この方法は、薄板を密着させるた
めに、金属の溶融温度まで加熱する必要がある。しか
も、接合すべき金属同士の溶融温度が異なっている場合
には、双方の金属の接合面が融ける前に、溶融温度の低
い方の薄板が変形してしまうので、接合すべき金属同士
は、同一の溶融温度のものでなければならない。また、
薄板の加工による孔の断面形状の粗さがそのまま配管内
面の粗さになり、インキなどの流路の摩擦抵抗を大きく
する可能性がある。

【０００５】本件出願人は、既に、材料の選択や製作が
容易で、配管内摩擦抵抗などによる内蔵微細空隙の性能
の劣化がなく、従来の製品に比べ遙に小型化が可能な、
微細空隙内蔵体とその製造方法を提案している。

【０００６】上記熱圧着方法は、熱圧着工程において、
金属製の薄板状の積層部材からなる被圧着体（以下、製
品ということがある）を、炉の中に設置した後、圧着治
具によって高温に加熱しながら、圧力をかける。このと
き、上記提案では、溶融温度を下げて熱圧着を行うこと
ができる利点がある。しかし、上記提案の前処理を行わ
ない場合には、圧着治具と被圧着体が溶着してしまうお
それがあるため、例えば、（１）粉末状の剥離材を散布
したり、（２）圧着治具に窒化チタンのコーティングや
ＤＬＣ処理などを行って、溶着が発生しないようにする
ことが考えられる。

【０００７】しかし、前者（１）の剥離材の場合には、
熱圧着工程後に、その剥離材を剥離する必要があり、通
常は、製品にバフ掛けなどを行う。このため、製品の厚
みが減り、予め削り代を考慮した設計が必要になるうえ
に、削りムラが発生する可能性がある。また、製品に微
細管などがある場合には、その管内に粉末がつまること
もある。さらに、圧着治具に、均一に粉末を散布するこ
とが難しいために、熱圧着ムラが発生しやすい。

【０００８】また、後者（２）の圧着治具に予め表面処
理を行う場合には、定期的に、表面処理を行う必要があ
り、熱圧着工程中に、治具表面に傷が入ったときは、そ
こから溶着が始まるため、圧着治具と製品が失われる危
険性がある。

【０００９】本発明の課題は、熱圧着後の後処理や、圧
着治具の表面処理などの前処理が不要で、被圧着体と圧
着治具との溶着を低コストで防止することを可能にする
熱圧着方法及び熱圧着装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、金属製の被圧着体と金属製の圧
着治具との間に金属製の剥離層を有する合いシートを挿
入する挿入工程と、前記被圧着体を前記圧着治具によっ
て熱圧着する熱圧着工程と、を備えた熱圧着方法であ
る。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の熱圧
着方法において、前記被圧着体及び前記圧着治具は、鉄
系の金属であり、前記合いシートは、アルミニウムを含
有する金属であって、前記熱圧着工程の前に、前記合い
シートを加熱してアルミニウムを析出させ、その表面に
酸化アルミニウムの剥離層を形成する剥離層形成工程を
含むこと、を特徴とする熱圧着方法である。

【００１２】請求項３の発明は、被圧着体が鉄系の金属
であり、圧着治具がアルミニウムを含有する金属であ
り、前記被圧着体を前記圧着治具で熱圧着する熱圧着方
法であって、前記圧着治具の表面を加熱してアルミニウ
ムを析出させ、その表面に酸化アルミニウムの剥離層を
形成させる剥離層形成工程と、前記被圧着体を前記圧着
治具によって熱圧着する熱圧着工程と、を備えたことを
特徴とする熱圧着方法である。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載の熱圧着方法において、前記
被圧着体を構成する複数枚の薄板状の積層部材の所定部
分に微細空隙を形成する微細空隙形成工程と、前記各積
層部材の接合面に接合材による層を形成する接合層形成
工程と、前記各積層部材を積層することにより前記微細
空隙を連通させて所定の三次元形状の微細空隙を形成す
る積層工程と、を備えることを特徴とする熱圧着方法で
ある。

【００１４】請求項５の発明は、高温に加熱可能な炉
と、前記炉内に配置され、金属製の被圧着体を加圧する
金属製の圧着治具と、前記被圧着体を圧着するように前
記圧着治具を加圧駆動する駆動手段と、前記被圧着体と
前記圧着治具との間に配置され、前記炉内で加熱するこ
とにより、剥離層を形成する金属製の合いシートと、を
備えた熱圧着装置である。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１に記載の熱圧
着方法を使用する熱圧着装置において、前記被圧着体及
び前記圧着治具は、鉄系の金属であり、前記合いシート
は、アルミニウムを含有する金属であって、前記合いシ
ートは、前記炉内で加熱されることによって、アルミニ
ウムを析出し、その表面に酸化アルミニウムの剥離層を
形成すること、を特徴とする熱圧着装置である。

【００１６】請求項７の発明は、被圧着体が鉄系の金属
であり、圧着治具がアルミニウムを含有する金属であ
り、前記被圧着体を前記圧着治具で熱圧着する熱圧着装
置であって、高温に加熱可能な炉と、前記炉内に配置さ
れ、金属製の被圧着体を加圧する金属製の圧着治具と、
前記被圧着体を圧着するように前記圧着治具を加圧駆動
する駆動手段と、を備え、前記炉内で前記圧着治具の表
面を加熱してアルミニウムを析出させ、その表面に酸化
アルミニウムの剥離層を形成させること、を特徴とする
熱圧着装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明による熱圧着装置の実施形態を示す図で
ある。この実施形態の熱圧着装置１００は、炉１０１
と、圧着治具１０２と、油圧シリンダー１０３と、金属
合い紙（合いシート）１０４等とを備えている。

【００１８】炉１０１は、熱圧着を行う高温加熱が可能
な炉であって、この実施形態では、真空中で、９００〜
１１００℃の温度を２時間程度かける。圧着治具１０２
は、製品（被圧着体）１０を、通常、上下から押さえる
部材である。この圧着治具１０２の材質は、製品１０の
伸縮に合わせるために、製品１０と同種の金属にするこ
とが望ましく、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０な
どが用いられている。油圧シリンダー１０３は、製品１
０に圧力を掛けるように圧着治具１０２を駆動する駆動
手段である。

【００１９】金属合い紙１０４は、圧着治具１０２と製
品１０との間に挟んで使用され、圧着治具１０２と製品
１０とが溶着するのを防止する部材である。この金属合
い紙１０４は、ＳＵＳにアルミニウムを含有させた析出
硬化型ステンレス鋼などの金属（例えば、日本冶金製４
３０Ａなど）であり、使用前に、炉１０１内で、１００
０℃程度に加熱することにより、その表面にアルミニウ
ムを析出させ、析出したアルミニウムが酸化アルミニウ
ム（アルミナ，Ａｌ₂Ｏ₃）の剥離層を形成し、各部材
の溶着（治具１０２と合い紙１０４の溶着、合い紙１０
４と製品１０との溶着）を防止する。

【００２０】析出硬化型ステンレス鋼としては、上述し
た日本冶金製の４３０Ａの他に、日本高周波鋼業製のＫ
ＴＡ１７−７，ＫＭＳ１８−１４，ＫＭＳ１８−１７、
日新製鋼製のＮＣＡ１、日本金属製のＳＵＳ６３１、日
本金属工業製のＮＴＫ４０５，ＮＴＫ６３１，ＮＴＫＮ
Ｙ−８０Ａ等を使用することができる。

【００２１】この金属合い紙１０４は、その熱膨張率が
製品１０や圧着治具１０２と略同じであることが好まし
い。

【００２２】製品１０は、８０μｍ〜２ｍｍ程度の厚み
を持ち、各部材にデザインに基づいたエッチングを施
し、複数枚を積層し、熱圧着することにより、流路が貫
通する等の３次元形状を作り込んだものである。図２
は、図１の装置で製造される被圧着体（製品）の一例を
構成する単位配管部品の一つを示した説明図（斜視図）
である。この製品１０は、例えば、インクジェット印刷
装置の構造部材となる微細配管の集合体であるマニフォ
ールドを例にしたものであり、薄板１１、１２、１３等
から構成されている。

【００２３】薄板１１には、表裏に貫通する貫通孔１１
ｂが開けられている。同様に、薄板１２、１３にも、別
の形状の貫通孔１２ｂ、１３ｂが開けられている。各薄
板の貫通孔１１ａ、１２ｂ、１３ｂなどがつながって、
インクなどを通す微細空隙Ｂを形成する。

【００２４】図２の微細空隙Ｂは、インクジェット印刷
装置の駆動部にインクを供給するための配管部品の例で
あり、他の同種の部品又は他の類似部品とを組み合わせ
た集合体として使用するのが一般的である。図２では、
配管となる空隙を点線で示し、これに接続されるべき外
部の配管の位置を２点鎖線で示してある。

【００２５】図２の例では、薄板１１、１２、１３の３
枚を重ねて熱圧着する。それぞれの素材となる薄板１
１、１２、１３は、厚みが８０μｍ〜０．２ｍｍ程度の
ＳＵＳ３０４の板であって、微細空隙Ｂを構成すべき所
定の箇所に、それぞれ表裏に貫通する孔１１ｂ、１２
ｂ、１３ｂが設けてある。薄板１１は最上段に、薄板１
２は中段に、薄板１３は最下段になるよう積み重ねられ
る。

【００２６】図３、図４、図５は、それぞれ薄板１１、
薄板１２、薄板１３を示す斜視図である。薄板１１、１
２、１３は、積層して加熱しながら圧着したときに、貫
通孔１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは相互につながって３次元
形状のインク供給のための配管部（微細空隙）Ｂを形成
する。

【００２７】例えば、インクジェット印刷装置は、微細
配管を必要とする装置の小型化の場合、インキ供給用の
配管構造として、インキ流路の一部となる微細空隙を作
りこんだ積層板（薄板）を積み重ね、熱圧着により融着
したマニフォールドを使用することができる。

【００２８】次に、図６及び図７を参照しながら、本実
施形態の熱圧着方法を具体的に説明する。金属合い紙１
０４は、炉１０１に入れ、１０００℃で６０分程度熱
し、図６に示すように、金属合い紙１０４の表面に、ア
ルミニウムを析出させ、そのアルミニウムが酸化した酸
化アルミニウム層（アルミナ層）である剥離層１０４ａ
を形成した。

【００２９】これと並行して、上述した流路を３次元形
状に形成した薄板１１、１２、１３は、位置決めピン
（不図示）などによって位置決めして、アーク溶接など
によって仮止めを行った。そして、図７に示すように、
仮止めされた各薄板１１、１２、１３を、金属合い紙１
０４で挟み込む形で、炉１０１に入れた。

【００３０】炉１０１内では、圧着治具１０２を介し
て、油圧シリンダー１０３によって、上下から圧力（７
０〜８０ｋｇ／ｃｍ²）を加えた。そのままの状態で、
炉１０１内を真空引きして（０．００５ＭＰａ）、溶融
温度（ＳＵＳ３０４の場合には、１０００℃程度）に設
定し、６時間加熱を行った後に、６時間除冷を行い、各
薄板１１、１２、１３の熱圧着を行った。圧着後に、圧
着治具１０２を開放して、製品１０を取り出したとこ
ろ、圧着治具１０２と製品１０とは、溶着していなかっ
た。

【００３１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、金属合い紙１０４は、ＳＵＳにアルミニウムを含有
させた金属であり、使用前に、炉１０１内で、１０００
℃程度に加熱することにより、その表面にアルミニウム
を析出させ、析出したアルミニウムが酸化アルミニウム
の剥離層１０４ａを形成するので、圧着治具１０２と金
属合い紙１０４の溶着、金属合い紙１０４と製品１０と
の溶着を防止することができる。

【００３２】上述したように溶着しない理由は、次のよ
うに考えられる。金属合い紙１０４は、部材を付ける面
（表面）を、熱圧着する前に、事前準備として、炉内１
０１で焼き固めておく。すると、表面にアルミニウムが
析出し、析出したアルミニウムが酸化して、表面に酸化
アルミニウムの膜（アルミナ層）が生成される。通常
は、ＳＵＳ同士は、２枚の部材を熱圧着させたときに、
鉄、クロム、ニッケルの成分が、お互いに行き交うこと
によって、接合部分が他の部分と変わらないようになっ
て行き、金属成分の移動速度がある速度になったとき
（均衡したとき）に、接合が完了する。

【００３３】ここで、アルミニウムの析出速度は、他の
成分（鉄やクロム）に比べて速く、析出は、アルミニウ
ム、クロム、鉄の順番となる。したがって、対向する面
に他の金属部材があるときには、アルミニウムとしか接
合できない。アルミニウムが析出されると、酸素がある
ので、すぐに、アルミナ層になる。つまり、他の金属成
分と接合する前に酸素と結合して、アルミナ層になって
しまう。このアルミナ層がある場合には、他の金属の移
動速度は、４桁くらい遅くなることが実験によって確認
されている。

【００３４】アルミニウムが析出された後に、クロムが
析出されるが、アルミナ層ができている間に、製品の熱
圧着が完了してしまう。したがって、これだけでも十分
であるが、本実施形態の場合には、さらに、クロムが析
出され、鉄という順番であるので、ＳＵＳ同士の接合
は、この３種類の成分が適当に金属結合しないと、結合
した状態にならないので、圧着治具１０２と金属合い紙
１０４の界面、金属合い紙１０４と製品１０の界面が溶
着しないと考えられる。

【００３５】本発明は、以上説明した実施形態に限定す
るものではなく、種々の変形又は変更が可能であって、
それらも本発明の均等の範囲内である。（１）被圧着体は、上述した製品の他に、次のような微
細空隙内蔵体であってもよい。例えば、図８は、微細空
隙内蔵体の微細配管の集合体であるマニフォールドをよ
り具体的に示したものであり、図中左下の楕円形で囲ん
だ部分は、マニフォールドの一部を拡大したもので、全
体の斜視図の楕円形の点線で囲んだ部分に相当する。こ
の場合には、薄板１には、表裏に貫通する貫通孔１ａ、
１ａ・・・１ａが開けられている。同様に、薄板２、３
にも、別の形状の貫通孔２ａ，３ａが開けられている。
各薄板の貫通孔１ａ、２ａ・・・３ａなどがつながっ
て、インクなどを通す微細空隙Ａを形成する。

【００３６】（２）インクジェット印刷装置の構成部品
の例で説明したが、他にも、ディスペンサー等の微小イ
ンク吐出／供給装置、燃料電池の部品、ディーゼルエン
ジンのパーティキュレート補修フィルターなどの製造に
も、本発明を適用することができる。

【００３７】（３）薄板の表裏を貫通する貫通孔は、上
述した説明では、エッチング法により作製しているが、
他の穿孔方法によっても行なってもよい。その方法によ
っては、薄板の表面処理を行った後に、貫通孔を作るた
めの加工を行ってもよい場合もある。これらの貫通孔に
よって構成される空隙は、上述した説明では、一つの入
り口に対して、複数の出口のあるマニホールドなどの配
管類について述べたが、外部に通じる開放口が一つだけ
もよく、さらに、熱交換のヒートパイプに使用される部
品のように、外部に通じる場所がなく、微細空隙内蔵体
の内部に空隙が密封されているものであってもよい。な
お、微細空隙の形状が異なるものであっても、本発明の
趣旨に沿うものであれば、そのいずれもが本発明に含ま
れる。

【００３８】（４）金属合い紙を挿入する例で説明した
が、圧着治具をアルミニウムを含む金属にして、炉内で
その表面にアルミナ層を形成して剥離層とすることもで
きる。この場合に、従来の技術で説明した前処理と異な
り、炉内でアルミナ層を形成できるうえ、アルミナ層は
次々に生成されるので、従来の技術のような不都合はな
い。

【００３９】（５）合いシートとして、セラミックシー
トを挟むことも考えられるが、高価でで、一度しか使え
ず、使い捨てとなり、コストアップになるうえ、使って
いる途中に割れが入るおそれがあるので、本発明とは異
なるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、被圧着体と熱圧着しない金属製の剥離層が形成さ
れる合いシート、又は、被圧着体と熱圧着しない金属製
の剥離層が形成される圧着治具を用いたので、熱圧着後
の後処理や圧着治具の前処理をすることなく、熱圧着を
する際に、圧着治具と合いシートの溶着若しくは合いシ
ートと被圧着体との溶着、又は、圧着治具と被圧着体の
溶着を防止することができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱圧着装置の実施形態を示す図で
ある。

【図２】本実施形態の熱圧着装置で圧着される製品の一
つを示した説明図（斜視図）である。

【図３】図２の製品の最上層の薄板を示す斜視図であ
る。

【図４】図２の製品の中間層の薄板を示す斜視図であ
る。

【図５】図２の製品の最下層の薄板を示す斜視図であ
る。

【図６】本実施形態による熱圧着方法で使用される金属
合い紙を説明する図である。

【図７】本実施形態による熱圧着方法で使用される金属
合い紙を説明する図である。

【図８】本実施形態による熱圧着装置で製造されるほか
製品をより具体的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１００熱圧着装置１０１炉１０２圧着治具１０３油圧シリンダー１０４金属合い紙（合いシート）１０４ａ剥離層（アルミナ層）１０製品１１、１２、１３薄板Ｂ微細空隙（配管）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の被圧着体と金属製の圧着治具と
の間に金属製の剥離層を有する合いシートを挿入する挿
入工程と、前記被圧着体を前記圧着治具によって熱圧着する熱圧着
工程と、を備えた熱圧着方法。
【請求項２】請求項１に記載の熱圧着方法において、前記被圧着体及び前記圧着治具は、鉄系の金属であり、
前記合いシートは、アルミニウムを含有する金属であっ
て、前記熱圧着工程の前に、前記合いシートを加熱してアル
ミニウムを析出させ、その表面に酸化アルミニウムの剥
離層を形成する剥離層形成工程を含むこと、を特徴とす
る熱圧着方法。
【請求項３】被圧着体が鉄系の金属であり、圧着治具
がアルミニウムを含有する金属であり、前記被圧着体を
前記圧着治具で熱圧着する熱圧着方法であって、前記圧着治具の表面を加熱してアルミニウムを析出さ
せ、その表面に酸化アルミニウムの剥離層を形成させる
剥離層形成工程と、前記被圧着体を前記圧着治具によって熱圧着する熱圧着
工程と、を備えたことを特徴とする熱圧着方法。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
項に記載の熱圧着方法において、前記被圧着体を構成する複数枚の薄板状の積層部材の所
定部分に微細空隙を形成する微細空隙形成工程と、前記各積層部材の接合面に接合材による層を形成する接
合層形成工程と、前記各積層部材を積層することにより前記微細空隙を連
通させて所定の三次元形状の微細空隙を形成する積層工
程と、を備えることを特徴とする熱圧着方法。
【請求項５】高温に加熱可能な炉と、前記炉内に配置され、金属製の被圧着体を加圧する金属
製の圧着治具と、前記被圧着体を圧着するように前記圧着治具を加圧駆動
する駆動手段と、前記被圧着体と前記圧着治具との間に配置され、前記炉
内で加熱することにより、剥離層を形成する金属製の合
いシートと、を備えた熱圧着装置。
【請求項６】請求項１に記載の熱圧着方法を使用する
熱圧着装置において、前記被圧着体及び前記圧着治具は、鉄系の金属であり、
前記合いシートは、アルミニウムを含有する金属であっ
て、前記合いシートは、前記炉内で加熱されることによっ
て、アルミニウムを析出し、その表面に酸化アルミニウ
ムの剥離層を形成すること、を特徴とする熱圧着装置。
【請求項７】被圧着体が鉄系の金属であり、圧着治具
がアルミニウムを含有する金属であり、前記被圧着体を
前記圧着治具で熱圧着する熱圧着装置であって、高温に加熱可能な炉と、前記炉内に配置され、金属製の被圧着体を加圧する金属
製の圧着治具と、前記被圧着体を圧着するように前記圧着治具を加圧駆動
する駆動手段と、を備え、前記炉内で前記圧着治具の表面を加熱してアルミニウム
を析出させ、その表面に酸化アルミニウムの剥離層を形
成させること、を特徴とする熱圧着装置。