JP2018012200A - ヒータチップ及び接合装置及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の加工ポイントに対して熱カシメまたはハンダ付けによる同時の接合加工を可能とし、さらには熱カシメまたはハンダ付けの加工品質および信頼性の向上を可能とすること。【解決手段】このヒータチップ１０のコテ部１２は、一対の接続端子部１４Ｌ，１４Ｒの間で延びる第１および第２のコテ発熱部１６，１８と、複数の加工ポイント（図示せず）とそれぞれ対向するように両コテ発熱部１６，１８に設けられる複数のコテ先部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４と、両コテ発熱部１６，１８の長手方向の中心部にて両コテ発熱部１６，１８の間に延在する中間介在部２０とを有し、熱電対２４は中間介在部２０の上に取り付けられる。両コテ発熱部１６，１８の間には、その対向する方向において隣接する加工ポイントの間隔に応じた空きスペースが設けられる。【選択図】 図２

Description

本発明は、熱カシメおよびリフローハンダ付けの接合加工に用いるヒータチップ、接合装置および接合方法に関する。

熱カシメは、樹脂部材と異種材料（たとえば、金属、ガラス等）の板状部材とを接合する用途でよく用いられている。このような接合用途において、熱カシメの工法は、典型的には、樹脂部材および異種材料の部材の合わせ面または対向面に同一の配置パターンで多数のボス（またはリベット）および貫通孔をそれぞれ形成し、各ボスが各対応する貫通孔を貫通するようにして両部材を重ね合わせ、ボスに上方から加熱と加圧を同時にかける。そうすると、ボスの貫通孔の上に突出している部分が太く広がるように塑性変形して、樹脂部材に異種材料の板状部材がかしめられる。

従来より、樹脂の熱カシメの一工法として、ヒータチップ方式が用いられている。ヒータチップ方式は、タングステンやモリブデン等の高融点金属からなる通電発熱型の治具またはヒータチップを樹脂部材のボスに押し当てて加熱と加圧を与え、ボスが所定の形状に塑性変形した頃合いで通電を止めて冷却し、ヒータチップを引き離すようにしている。ヒータチップ方式の接合装置は、赤外線方式の接合装置や超音波方式の接合装置と比べて装置構成が簡便であり、また、上記のような樹脂の熱カシメだけでなく、リフローのハンダ付けにもよく用いられている。

特開２０１５−５１６０３号公報

熱カシメやリフローハンダ付けに用いられている従来のヒータチップは、一時に１つの加工ポイントでしか接合加工を行うことができないチップ構造および機能になっている。しかしながら、熱カシメやリフローハンダ付けの接合加工においては、被加工部材またはワークに多数の加工ポイント（被カシメ部、被ハンダ付け部等）が設けられるのが普通である。このため、１つのワークにたとえば８箇所の加工ポイントが設けられた場合は、ヒータチップによる加熱・加圧動作（ヒータチップを通電発熱させ、１つの加工ポイントに押し当て、所定時間後に通電を止めて引き離す動作）を８箇所の加工ポイントについて合計８回繰り返さなければならず、接合加工タクトの低いことが課題となっている。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数の加工ポイントに対して熱カシメまたはハンダ付けによる同時の接合加工を可能とし、さらには熱カシメまたはハンダ付けの加工品質および信頼性の向上を可能とするヒータチップおよびこれを用いる接合装置ならびに接合方法を提供する。

本発明の第１の観点におけるヒータチップは、複数の加工ポイントに対する熱カシメまたはハンダ付けの接合加工を行うためのヒータチップであって、前記接合加工時に前記複数の加工ポイントに熱と圧力を与えるためのコテ部と、ヒータ電源からの給電用導体との物理的かつ電気的な接続をとるために、前記コテ部と一体的にその左右両端から対称または非対称に延びる一対の接続端子部と、前記コテ部の温度を測定するための熱電対とを有し、前記コテ部は、前記一対の接続端子部の間で平行に延びる第１および第２のコテ発熱部と、前記複数の加工ポイントとそれぞれ対向するように前記第１および第２のコテ発熱部に設けられる複数のコテ先部と、前記第１および第２のコテ発熱部の長手方向の中心部にて両コテ発熱部の間に延在する中間介在部とを有し、前記熱電対は前記中間介在部の上に取り付けられる。

上記構成のヒータチップを通電させると、一方の接続端子部→コテ部（第１および第２のコテ発熱部）→他方の接続端子部の経路またはその逆向きの経路でヒータ電源（図示せず）からの電流が流れる。このようにコテ部内では電流が分岐して第１および第２のコテ発熱部を流れ、両コテ発熱部内で発生したジュール熱の一部は複数のコテ先部を介して複数の加工ポイントに同時に供給される。一方で、両コテ発熱部内で発生したジュール熱の他の一部が中心部の中間介在部に集まって、この中間介在部を介して熱電対に伝わり、熱電対よりコテ温度の測定値を表す電気信号が得られる。中間介在部には、電流はほとんど流れず、熱だけが流れる。かかる構成および作用により、ヒータチップの消費電力の低減、急速発熱（昇温）／急速冷却等を実現できるとともに、熱電対の応答性ないし感度を良くすることもできる。

本発明の好適な形態においては、本発明の上記作用効果を一層高めるために、上記の基本構成に加えて、
(ａ) 中間介在部が、コテ先部側から見て第１および第２のコテ発熱部の背面付近に設けられる構成、
(ｂ) 第１および第２のコテ発熱部が、両コテ発熱部の背面付近で互いに最も近接し、上記複数のコテ先部側に向かって次第に離間距離が大きくなる構成、
(ｃ) 第１および第２のコテ発熱部が両者合わさってハ字状の縦断面形状を有するような構成、
(ｄ) 第１および第２のコテ発熱部が、その長手方向において、断面積が変化し、中心部で最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなる構成、
(ｅ) 第１および第２のコテ発熱部は、その長手方向において、縦方向のサイズが変化し、中心部で最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなる構成、
(ｆ) 複数のコテ先部が、第１および第２のコテ発熱部において熱電対の取付位置を中心点として点対象の位置に設けられる構成、
(ｇ) 接続端子部が、外部の導体に着脱可能に結合されるための端子部と、この端子部とコテ部の両端部とを接続するコテ接続部とを有し、コテ接続部が、端子部からコテ部に向かってアーム状に延びる主接続部と、この主接続部から２つに分岐して第１および第２のコテ発熱部に接続する分岐接続部とを有する構成、
(ｈ) 主接続部が端子部の板厚方向において端子部より小さな板厚を有し、分岐接続部が主接続部よりも小さな断面積を有する構成、
のいずれか一つまたは複数が採られる。

本発明の接合装置は、本発明のヒータチップと、前記ヒータチップを支持し、複数の加工ポイントに対する熱カシメまたはハンダ付けの接合加工を同時に行う際に、前記複数のコテ先部を前記複数の加工ポイントにそれぞれ加圧接触させるヒータヘッドと、前記ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源とを有する。

本発明の第１の接合方法は、本発明の接合装置を用いて、樹脂部材の複数の被カシメ部について熱カシメの接合加工を行う接合方法であって、前記樹脂部材の前記複数の被カシメ部に前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ当てる第１の工程と、前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップを前記樹脂部材に所定の加圧力で押し付ける第２の工程と、前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップを通電し、各々の前記コテ部からの加熱と加圧により各々の前記被カシメ部を塑性変形させる第３の工程と、前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップの通電を所定のタイミングで停止し、所定時間後に前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップの前記複数のコテ先部を前記樹脂部材の前記複数の被カシメ部から同時に引き離す第４の工程とを有する。

本発明の第２の接合方法は、本発明の接合装置を用いて、複数の第１の金属部材と複数の第２の金属部材とのハンダ付けを行う接合方法であって、前記複数の第１の金属部材にハンダを介してそれぞれ対応する前記複数の第２の金属部材を重ねる第１の工程と、前記ヒータヘッドを制御して、前記複数の第２の金属部材に前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ当てて所定の加圧力を加える第２の工程と、前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップを通電し、前記コテ部からの加熱により前記ハンダを溶かす第３の工程と、前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップの通電を所定のタイミングで停止し、所定時間後に前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ前記複数の第２の金属部材から同時に引き離す第４の工程とを有する。

本発明の第２の観点におけるヒータチップは、ヒータ電源からの給電用導体との物理的かつ電気的な接続をとるための平板状の一対の端子部と、各々の前記端子部から前記端子部の板面と平行な一方向に延びる主接続部と、各々の前記主接続部から分岐して延びる第１および第２の分岐接続部と、一方の前記端子部に一方の前記主接続部を介して繋がっている一方の前記第１の分岐接続部と、他方の前記端子部に他方の前記主接続部を介して繋がっている前記第１の分岐接続部との間に延在する他方の第１のコテ発熱部と、一方の前記端子部に一方の前記主接続部を介して繋がっている一方の前記第２の分岐接続部と、他方の前記端子部に他方の前記主接続部を介して繋がっている他方の前記第２の分岐接続部との間に延在する第２のコテ発熱部と、前記第１および前記第２のコテ発熱部にそれぞれ一体的に設けられている第１および第２のコテ先部とを有する。

本発明のヒータチップによれば、上記のような構成および作用により、複数の加工ポイントに対して熱カシメまたはハンダ付けによる同時接合加工を可能とすることが可能であり、さらには熱カシメまたはハンダ付けの加工品質および信頼性を向上させることもできる。

また、本発明の接合装置または接合方法によれば、本発明のヒータチップを用いることにより、多数の加工ポイントを有する被加工物に対する熱カシメまたはハンダ付けの接合加工においてタクトの向上および品質向上をはかることができる。

本発明のヒータチップの要部の基本構成を示す分解斜視図である。 比較例の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態におけるヒータチップの外観構成を示す斜視図である。 上記ヒータチップの正面図、側面図および下面図である。 図３のＡ−Ａ線についての断面図である。 図３のＢ−Ｂ線についての一部断面上面図である。 上記実施形態における接合装置の全体構成を示す図である。 上記接合装置を用いて樹脂部材に異種材質の部材を熱カシメで接合する加工の一実施例の様子を示す斜視図である。 上記熱カシメ接合加工の各段階を示す一部断面正面図である。 通電中の上記ヒータチップにおける熱電対回りの熱の流れを模式的に示す図である。 上記接合加工において、一組の加工ポイントに対する一括的な熱カシメの加工が済んだ直後の状態を示す斜視図である。 上記接合加工において、すべての加工ポイントに対する熱カシメの加工が終了したときの状態を示す斜視図である。 第２の実施形態におけるヒータチップの外観構成を示す斜視図である。 上記実施形態における接合装置を用いて導線を端子部材にリフローのハンダ付けで接合する一例の被加工物を示す平面図である。 上記リフローハンダ付けの各段階を示す一部断面正面図である。

［本発明の基本構成および作用］

図１Ａに、本発明のヒータチップの要部の基本構成を示す。図示のように、本発明のコテ部２は、一対の接続端子部４Ｌ，４Ｒの間で延びる第１および第２のコテ発熱部６，８と、複数の加工ポイント（図示せず）とそれぞれ対向するように両コテ発熱部６，８に設けられる複数（たとえば４個）のコテ先部ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３，ｍ_４と、両コテ発熱部６，８の長手方向の中心部にて両コテ発熱部６，８の間に延在する中間介在部５とを有し、熱電対９は中間介在部５の上に取り付けられる。両コテ発熱部６，８の間には、その対向する方向（長手方向と直交する横方向）において隣接する加工ポイントの間隔に応じた空きスペースＳが設けられる。

このヒータチップの通電中は、一方側の接続端子部４Ｌ→コテ部２（コテ発熱部６，８）→他方の接続端子部４Ｒの経路またはその逆向きの経路でヒータ電源（図示せず）からの電流Ｉが流れる。ここで、両コテ発熱部６，８の形状およびサイズが同じであるとすると、両コテ発熱部６，８には分岐電流Ｉ／２，Ｉ／２がそれぞれ流れる。両コテ発熱部６，８内で発生したジュール熱の一部はコテ先部ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３，ｍ_４を介して複数の加工ポイントに同時に供給される。一方で、コテ発熱部６，８内で発生したジュール熱の他の一部が中心部の中間介在部５に集まって、この中間介在部５を介して熱電対９に伝わり、熱電対９よりコテ温度の測定値を表す電気信号が得られる。中間介在部５には、電流はほとんど流れず、熱だけが流れる。

図１Ｂに、比較例として、コテ部２をコテ発熱部６，８に２分割しないで単体とする構成を示す。上記空きスペースＳの形状および体積が各コテ発熱部６，８の形状および体積に等しいと仮定すると、この比較例の構成においてコテ部２内の各部に本発明のものと同一の電流密度を得ようとすれば、ヒータ電源より１．５倍の電流（１．５Ｉ）を供給しなくてはならない。この比較例においては、消費電力が多いことや、コテ部２のボリュームが大きいため急速発熱（昇温）／急速冷却を実現することが難しいことや、通電中のヒータチップより周囲に与える誘導磁界が大きいこと等の課題がある。さらには、上記空きスペースＳを埋めた中間部（７）から熱電対９に流れる熱の影響により熱電対９とコテ先部ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３，ｍ_４との間の熱の流れの感度が相対的に弱められるため、熱電対９の応答性ないし感度がよくない。本発明によれば、そのような比較例の課題が上手に解決される。

［本発明の好適な実施形態］

以下、図２〜図１０を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図２、図３および図４Ａ，図４Ｂに、本発明の第１の実施形態におけるヒータチップの構成を示す。図２は、このヒータチップの外観構成を示す斜視図である。図３は、このヒータチップの正面図、右側面図および下面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、図３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線についての断面図である。

この実施形態におけるヒータチップ１０は、たとえば４ｍｍ程度の厚さを有する硬い板状の高融点金属たとえば圧延加工タングステンまたは焼結タングステンからなり、たとえばワイヤ放電加工により図示のような正面視で略凹状の一体物（モノシリック体）に製作されている。

このヒータチップ１０は、通常使用形態の姿勢において最下端に位置する横長のコテ部１２と、このコテ部１２と一体的にその上部の左右両端部から上方に対称（または非対称）に延びる左右一対の接続端子部１４Ｌ，１４Ｒとを有している。

コテ部１２は、左右一対の接続端子部１４Ｌ，１４Ｒの間で平行にまっすぐ延びる棒状または板状の第１および第２のコテ発熱部１６，１８と、これらのコテ発熱部１６，１８の作用面（下面）１６ａ，１８ａの左右両端部にそれぞれ設けられる複数個たとえば４個のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４と、両コテ発熱部１６，１８の長手方向（左右方向）の中心部にて両コテ発熱部１６，１８の間に延在する中間介在部２０とを有している。この中間介在部２０の上に突部２２を介して熱電対２４が取り付けられる。

両コテ発熱部１６，１８は、縦方向において、それらの背面（上面）１６ｂ，１８ｂ付近が中間介在部２０を介して最近接し、作用面（下面）１６ａ，１８ａ側に向かって両者の離間距離が次第に大きくなる形体を有し、側面視では両者合わさってハ字状の断面形状を有している。また、長手方向（左右方向）においては、縦方向のサイズが中心部で最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなるような形状（正面視で二等辺三角形の形状）を有している。両コテ発熱部１６，１８の断面積も、長手方向（左右方向）の中心部が最も大きく、両端部にいくほど小さくなっている。中間介在部２０は、この二等辺三角形の頂部付近に局在して設けられている。この構成においては、通電中に電流がほとんど流れず専らコテ発熱部から熱電対２４への熱の伝達に寄与する中間介在部２０のボリュームを可及的に小さくすることができる。

接続端子部１４Ｌ，１４Ｒは、ボルト通し孔２６Ｌ，２６Ｒが形成されている幅広で平板状の端子部２８Ｌ，２８Ｒと、これらの端子部２８Ｌ，２８Ｒとコテ部１２の両端部とを接続するコテ接続部３０Ｌ，３０Ｒとを有している。これらのコテ接続部３０Ｌ，３０Ｒは、側面視で逆さＹ字状の形体を有しており、端子部２８Ｌ，２８Ｒからコテ部１２に向かってアーム状に平行に延びる主接続部３２Ｌ，３２Ｒと、この主接続部３２Ｌ，３２Ｒから端子部２８Ｌ，２８Ｒの板厚方向に分岐して延びて第１および第２のコテ発熱部１６，１８に接続する一対の分岐接続部３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６Ｒとを有している。

図３に示すように、端子部２８Ｌ，２８Ｒの厚みの寸法Ｄ_２８は、コテ部１２全体の幅方向の寸法Ｄ_１２と略同じである。逆さＹ字状のコテ接続部３０Ｌ，３０Ｒにおいて、主接続部３２Ｌ，３２Ｒの厚みの寸法（板厚）Ｄ_３２は端子部２８Ｌ，２８Ｒの厚みの寸法（板厚）Ｄ_２８よりも格段に小さく（約１／３）、端子部２８Ｌ，２８Ｒと主接続部３２Ｌ，３２Ｒとの間には下に向かって板厚が次第に小さくなるテーパ部２９が形成されている。また、分岐接続部３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６Ｒの厚みの寸法Ｄ_３４，Ｄ_３６は、主接続部３２Ｌ，３２Ｒの厚みの寸法Ｄ_３２よりもさらに小さい（約１／２〜２／３）。つまり、分岐接続部３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６の断面積は、主接続部３２Ｌ，３２Ｒの断面積よりもさらに一段と小さい。

この実施形態において、分岐接続部３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６Ｒは、両コテ発熱部１６，１８の長手方向における中心部と略同一の断面形状を有しており（図３の右側面図、図４Ｂ）、実質的に両コテ発熱部１６，１８の一部つまり両端部をなしている。

コテ部１２において、４個のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４は、図３（コテ部１２の下面図）および図４Ａ（コテ部１２の上面図）に示すように、中間介在部２０の中心位置（熱電対２４の取付位置）を基準（中心）点として点対象の位置であるコテ発熱部１６，１８の両端部（４箇所）にそれぞれ設けられている。つまり、熱電対２４の取付位置と各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４との距離は実質的に同一または均等である。ヒータチップ１０を通電すると、熱電対２４とコテ発熱部１６，１８の両端部（コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）との間の４つのコテ部区間で実質的に同一または均一の熱伝達特性が得られるようになっている。

なお、この実施形態におけるコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４は、矩形の横断面積と平坦な先端面を有し、コテ発熱部１６，１８の作用面１６ａ，１８ａから少しだけ（たとえば１ｍｍ程度）突出しているが、このようなコテ先部の形状・プロファイルは一例であり、任意の断面形状、突出形状、先端面形状、配置形態を採ることができる。別の実施例として、コテ発熱部１６，１８の平坦な作用面１６ａ，１８ａをコテ先部として用いることも可能である。

図５に、この実施形態における接合装置４０の全体構成を示す。この接合装置４０は、上述した構成を有するヒータチップ１０と、このヒータチップ１０を支持し、被加工物を接合する際にヒータチップ１０の複数（４個）のコテ先部（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）を被加工物上の複数（４箇所）の加工ポイントに加圧接触させるヒータヘッド７０と、ヒータチップ１０に抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源４２と、装置内の各部および全体の動作を制御する制御部５６とを備えている。

ヒータ電源４２は、交流波形インバータ式の電源回路を用いている。この電源回路におけるインバータ４４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４６，４８，５０，５２を有している。

これら４つのスイッチング素子４６〜５２のうち、第１組（正極側）のスイッチング素子４６，５０はドライブ回路５４を介して制御部５６からの同相の駆動パルスＧ₁，Ｇ₃ により所定のインバータ周波数（たとえば４ｋＨｚ）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４８，５２はドライブ回路５４を介して制御部５６からの同相（駆動パルスＧ₁，Ｇ₃ とは逆相）の駆動パルス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。

インバータ４４の入力端子（Ｌ₀ ，Ｌ₁）は三相整流回路５８の出力端子に接続されている。三相整流回路５８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（Ｒ，Ｓ，Ｔ）より入力する商用周波数の三相交流電圧を全波整流して直流電圧に変換する。三相整流回路５８より出力された直流電圧は、コンデンサ６０で平滑されてからインバータ４４の入力端子［Ｌ₀ ，Ｌ₁］に与えられる。

インバータ４４の出力端子（Ｎ₀ ，Ｎ₁）は、溶接トランス６２の一次側コイルの両端にそれぞれ接続されている。溶接トランス６２の二次側コイルの両端は、整流回路を介さずに二次側導体７２Ｌ，７２Ｒを介してヒータチップ１０の接続端子部１４Ｌ，１４Ｒにそれぞれ接続されている。

制御部５６は、マイクロコンピュータを含んでおり、ヒータ電源４２内の一切の制御たとえば通電制御（特にインバータ制御）や各種ヒート条件の設定ないし表示処理等を行うほか、ヒータヘッド７０に対しても所要の制御を行う。

このヒータ電源４２では、ヒータチップ１０のコテ部１２に取り付けられている熱電対２４より、ヒータチップ１０のコテ部１２の温度（より正確には、コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の温度に比例対応した温度）を表す電気信号（コテ温度測定信号）がケーブル３５を介して制御部５６に与えられる。電流フィードバック制御を行う場合は、一次側回路の導体にたとえばカレント・トランスからなる電流センサ６４が取り付けられる。この電流センサ６４の出力信号から電流測定回路６６において一次電流または二次電流の測定値（たとえば実効値、平均値またはピーク値）が求められ、その電流測定信号が制御部５６に与えられる。

この接合装置４０は、インバータ式ヒータ電源４２の高速かつ精細な通電制御機能により、ヒータチップ１０の有する急速発熱／急速冷却機能を最大限に発揮させることができる。

［樹脂熱カシメの接合加工に関する実施例］

次に、図６〜図９Ｂを参照して、上記構成の接合装置４０を用いて樹脂部材と異種材料の部材たとえば金属部材とを熱カシメで接合する一実施例を説明する。

図６において、ヒータヘッド７０は、ヒータ電源４２（図５）の出力端子に通じる一対の給電用導体７２Ｌ，７２Ｒの一側面にボルト７４Ｌ，７４Ｒでヒータチップ１０の左右接続端子１４Ｌ，１４Ｒを物理的かつ電気的にそれぞれ結合しており、給電用導体７２Ｌ，７２Ｒを介してヒータチップ１０を上下に移動させる昇降機構やワークＷに向けて押圧する加圧機構（図示せず）を有している。給電用導体７２Ｌ，７２Ｒの間には両者を電気的に分離するための絶縁体７６が挟まれている。

この実施例におけるワークＷは、板状の樹脂部材８０の上に板状の金属部材８２を熱カシメによって接合固定するものであり、熱カシメのために、金属部材８２の周縁部に複数個（図示の例では８個）の貫通孔Ｈ_１〜Ｈ_８が形成されるとともに、樹脂部材８０の上面には貫通孔Ｈ_１〜Ｈ_８とそれぞれ対応する位置（８箇所）にボスＢ_１〜Ｂ_８が一体的に形成されている。金属部材８２を樹脂部材８０の上に位置合わせして重ねると、図示のように、樹脂部材８０のボスＢ_１〜Ｂ_８が金属部材８２の貫通孔Ｈ_１〜Ｈ_８をそれぞれ貫通して突き出るようになっている。

樹脂部材８０は、図示のような単体の板体であってもよく、あるいはアッセンブリ（図示せず）の一部たとえば蓋体であってもよい。ボスＢ_１〜Ｂ_８のサイズは任意でよいが、携帯電子機器等に搭載される小型精密部品のワークＷにあっては、ボスＢ_１〜Ｂ_８の口径がたとえば０．３ｍｍ以下のものもめずらしくない。ヒータチップ１０においては、各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の口径がボスＢ_１〜Ｂ_８の口径より一回り大きなサイズ（たとえば０．５ｍｍ）に選ばれる。

このような小型精密部品のワークＷに対する熱カシメでは、ヒータチップ１０の各加工ポイント（熱カシメ部）に与える加熱の特性または機能に精細で再現性の高い性能が要求される。すなわち、加熱が足りないときは、ボスの軟化が不十分で破損することがあり、加熱が過大であるときは、ボスが溶けて糸引きやバリを起こしやすい。ワークＷ上に存在する複数のボスＢ_１〜Ｂ_８の一箇所でも熱カシメ加工に不良があれば、ワークＷ全体が不良品になる。

この実施形態における接合装置４０は、以下に詳しく述べるように、熱カシメ加工のタクトの大幅な向上を実現できるだけでなく、各加工ポイントに対して精細で信頼性および再現性の高い熱カシメ加工を施すことが可能であり、接合加工の歩留まりを向上させることもできる。

なお、図６において、ワークＷ上の加工ポイントＢ_１／Ｈ_１〜Ｂ_８／Ｈ_８の配置パターンと、ヒータチップ１０におけるコテ先部Ｍ_１〜Ｍ_４の配置パターンとの間には所定の対応関係がある。すなわち、ヒータチップ１０の４個のコテ先部（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）は、ワークＷの一方（遠方側）の端部に設けられている４箇所の加工ポイント（Ｂ_１／Ｈ_１，Ｂ_２／Ｈ_２，Ｂ_３／Ｈ_３，Ｂ_４／Ｈ_４）とそれぞれ１対１で向き合える関係にあるとともに、ワークＷの他方（手前側）の端部に設けられている４箇所の加工ポイントＢ_５／Ｈ_５，Ｂ_６／Ｈ_６，Ｂ_７／Ｈ_７，Ｂ_８／Ｈ_８ともそれぞれ１対１で向き合える関係に設定されている。

ワークＷは、たとえばＸＹテーブル（図示せず）上に固定されている。図６および図７の（ａ）に示すように、ワークＷの４個一組の加工ポイント（Ｂ_１／Ｈ_１，Ｂ_２／Ｈ_２，Ｂ_３／Ｈ_３，Ｂ_４／Ｈ_４）がヒータチップ１０のコテ先部（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）の真下に位置するように位置合わせが行われる。

位置合わせの後に接合装置４０（図５）を起動させると、最初にヒータヘッド７０が作動する。ヒータヘッド７０は、ヒータチップ１０を降ろして、図７の（ｂ）に示すようにコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の先端をワークＷの４個の被カシメ部つまりボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４の頂部にそれぞれ当てる。次に、ヒータ電源４２（図５）が作動してヒータチップ１０の通電を開始するとともに、ヒータヘッド７０がヒータチップ１０を通じてボスＭ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４に所定の圧力または荷重を加える。

通電が開始されると、ヒータチップ１０においては、左側の接続端子部１４Ｌ→コテ発熱部１６，１８→右側の接続端子部１４Ｒの経路またはその逆向きの経路でヒータ電源４２からの電流Ｉが流れ、電流Ｉが流れる各部（特にコテ発熱部１６，１８内の各部）で電流Ｉの実効値の自乗に比例してジュール熱が発生する。この場合、ヒータチップ１０の各部の材質は同じで電気抵抗率は一定であるから、上記経路上で断面積（電流Ｉの経路と直交する面積）の小さい箇所ほど、電流が集中して、ジュール熱が多く発生する。

このヒータチップ１０においては、コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４が設けられているコテ発熱部１６，１８の両端部（分岐接続部３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６も含まれる）付近の断面積が最も小さく、これらの部位でジュール熱が最も多く発生する。これにより、コテ発熱部１６，１８の両端部から直近のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を介してボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４に熱が効率よく供給されるとともに、コテ発熱部１６，１８の中心部に位置している中間介在部２０にも四方から熱が集まって中間介在部２０上の熱電対２４に吸収される。

この実施例では、ヒータチップ１０上で熱電対２４はコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４に対して点対象の中心点に位置しており、熱電対２４によって検出されるコテ温度（測定温度）と各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の実際の温度（加熱温度）との間に均一かつ高精度の対応関係が得られる。しかも、ハ字状の断面構造を有する両コテ発熱部１６，１８の長手方向の中心部（頂部付近）に中間介在部２０が設けられ、この中間介在部２０の上に熱電対２４が取り付けられているので、図８に矢印Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，Ｆ_４で示すように、コテ発熱部１６，１８の両端部（４領域）からの熱が均等かつ最短の伝熱ルートでスムーズに熱電対２４に集まるため、熱電対２４の応答性が非常に良い。

こうして、ワークＷ上では、樹脂部材８０のボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４が、ヒータチップ１０のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４より加熱と加圧を同時に受けて軟化し、図７の（ｃ）に示すように、各ボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４の先端部分が金属部材８２の上で太く広がるように塑性変形する。

制御部５６は、熱電対２４の出力信号（コテ温度測定値）をモニタし、コテ温度測定値が設定値に達したタイミングで（この時、各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の温度（加熱温度）はほぼ均一に所定値に達している）、ヒータチップ１０の通電を止める。すると、ヒータチップ１０の各部で抵抗発熱が止み、それまで最も高温に発熱していた熱容量の小さいコテ発熱部１６，１８の両端部から熱容量の大きい比較的低温の端子部２８Ｌ，２８Ｒ側へ主接続部３２Ｌ，３２Ｒを介してコテ部の熱が瞬時に移動し、これによってコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４が急速かつ均一に冷やされ、ひいてはボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４の塑性変形部［Ｂ_１］，［Ｂ_２］，［Ｂ_３］，［Ｂ_４］も急速かつ均一に冷やされる。

この急速かつ均一の冷却効果により、ヒータチップ１０の通電を止めた後直ぐにヒータヘッド７０がヒータチップ１０を引き上げてよく、図７の（ｄ）に示すように、ボスＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４の塑性変形部［Ｂ_１］，［Ｂ_２］，［Ｂ_３］，［Ｂ_４］のいずれからも糸引きを起こさずにコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を引き離すことができる。

こうして、ワークＷに対し、ヒータチップ１０を用いる１回の加熱・加圧動作により、図９Ａに示すように４箇所の加工ポイントで熱カシメの加工を同時に行うことができる。

なお、ヒータチップ１０のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を被カシメ部（ボス）Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４に加圧接触させたまま、ヒータチップ１０の通電（オン・オフ）を複数回繰り返してから完全な通電の停止（終了）を行うことも可能であり、この場合も加熱動作は１回である。

上記のようにして４個一組の加工ポイント（Ｂ_１／Ｈ_１，Ｂ_２／Ｈ_２，Ｂ_３／Ｈ_３，Ｂ_４／Ｈ_５）に対する熱カシメが済んだ後は、ＸＹテーブルが作動して、ワークＷの他の４個一組の加工ポイント（Ｂ_５／Ｈ_５，Ｂ_６／Ｈ_６，Ｂ_７／Ｈ_７，Ｂ_８／Ｈ_８）がヒータチップ１０のコテ先部（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）の真下にそれぞれ位置するように、位置合わせが行われる。次いで、それら４個一組の加工ポイント（Ｂ_５／Ｈ_５，Ｂ_６／Ｈ_６，Ｂ_７／Ｈ_７，Ｂ_８／Ｈ_８）に対して、ヒータチップ１０を用いる１回の加熱・加圧動作が上記と全く同じ手順および条件の下で行われる。この結果、２回のヒータチップ加熱・加圧動作により、図９Ｂに示すように、樹脂部材８０の上に金属部材８２を接合固定する熱カシメ加工が終了する。

上述したように、この実施形態においては、ワークＷに対してヒータチップ１０を用いる１回の加熱・加圧動作により複数（上記の例では４箇所）の加工ポイントで熱カシメの加工を同時に行うことにより、熱カシメ加工の生産タクトを大幅に向上させることができる。また、上記のように、ヒータチップ１０に取り付けられる熱電対２４の応答性および測定精度も優れており、複数の加工ポイントに対して急速加熱および急速冷却の熱カシメ加工を施すことができ、小型精密部品に対する樹脂熱カシメ加工の信頼性および再現性の向上もはかれる。

なお、上述した実施例は樹脂部材に対する熱カシメに係るものであったが、この実施形態におけるヒータチップ１０および接合装置４０は他の材質の部材に対する熱カシメにも適用可能である。

［他の実施形態又は変形例］

以下、図１０〜図１２を参照して、本発明のヒータチップに係る他の実施形態または変形例を説明する。

図１０に、本発明の第２の実施形態におけるヒータチップ１０Ｐの構成を示す。このヒータチップ１０Ｐは、上述した第１の実施形態におけるヒータチップ１０と同様に、コテ部１２を第１および第２のコテ発熱部１６，１８に二分割し、両コテ発熱部１６，１８の間に挟まりまたは跨って延在する中間介在部２０を有し、この中間介在部２０の上に熱電対２４を取り付ける。

ただし、この実施形態では、接続端子部１４Ｌ，１４Ｒ（端子部２８Ｌ，２８Ｒ、コテ接続部３０Ｌ，３０Ｒ）の板厚は上端から下端まで均一であり、両コテ発熱部１６，１８の側面または板面は接続端子部１４Ｌ，１４Ｒの板面と平行かつ面一である。また、両コテ発熱部１６，１８の離間距離は左右方向および上下方向のいずれの方向でも均一である。このため、中間介在部２０のボリュームは上述した第１の実施形態のものより大きくなる。

この第２の実施形態におけるヒータチップ１０Ｐを用いても、１回の加熱・加圧動作により複数（たとえば４箇所）の加工ポイントで熱カシメの加工を同時に行うことが可能であり、熱カシメ加工の生産タクトを従来技術に比して大幅に向上させることができる。また、熱カシメ加工の信頼性および再現性の向上もはかれる。

もっとも、熱電対２４の応答性ひいてはヒータ電源４２の温度制御機能等の面では、第２の実施形態のヒータチップ１０Ｐよりも，上述した第１の実施形態のヒータチップ１０の方が優位であることが実験で確認されている。

図１１および図１２に、上記実施形態の接合装置４０およびヒータチップ１０を用いて多数の導線Ｊ_１，Ｊ_２，‥‥をセラミック基板８６上の多数の端子部材（配線導体）Ｋ_１，Ｋ_２，‥‥にリフローのハンダ付けで接合する一実施例を説明する。一般に、この種の端子部材Ｋの材質は銀または銀合金である。

この場合、端子部材Ｋの表面には、あらかじめクリーム状のハンダまたはメッキのハンダ８８が塗布される。各導線Ｊ_ｉ（i=1，2, ‥‥）の先端部を各対応する端子部材Ｋ_ｉの上に載せ、図１１および図１２の（ａ）に示すようにヒータチップ１０のコテ先部（Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４）の真下にワークＷ上の４個一組の加工ポイントたとえば（Ｊ_１／Ｋ_１，Ｊ_２／Ｋ_２，Ｊ_３／Ｋ_３，Ｊ_４／Ｋ_４）が位置するように位置合わせを行ってから、ヒータヘッド７０（図５）によりヒータチップ１０を下ろす。

そうすると、図１２の（ｂ）に示すように、ヒータチップ１０のコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４が端子部材Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３，Ｋ_４上の導線Ｊ_１，Ｊ_２，Ｊ_３，Ｊ_４にそれぞれ適度な加圧力で接触する。この加圧状態の下で、ヒータ電源４２（図５）がオンしてヒータチップ１０に電流Ｉを供給すると、ヒータチップ１０の各部（特にコテ発熱部１６，１８の両端部が最も多く）に発熱し、コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を介して加工ポイントＪ_１／Ｋ_１，Ｊ_２／Ｋ_２，Ｊ_３／Ｋ_３，Ｊ_４／Ｋ_４に熱を供給する。これによって、各導線Ｊ_１，Ｊ_２，Ｊ_３，Ｊ_４の絶縁被膜が熱で溶けて剥がれ、各導線Ｊ_１，Ｊ_２，Ｊ_３，Ｊ_４の周囲でハンダ８８が速やかに溶ける。溶けたハンダ８０は、図１２の（ｃ）に示すように、各導線Ｊ_１，Ｊ_２，Ｊ_３，Ｊ_４の露出した導体の周面に沿って這い上がるように幾らか盛り上がる。

制御部５６は、熱電対２４の出力信号（コテ温度測定値）をモニタし、各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の温度（加熱温度）をオン・オフ制御方式またはフィードバック制御方式によって制御し、所定のタイミングでヒータチップ１０の通電を完全に止める。そして、通電終了から一定時間（保持時間）経過後にヒータヘッド７０が図１２の（ｄ）に示すようにヒータチップ１０を上昇させてコテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４を加工ポイントＪ_１／Ｋ_１，Ｊ_２／Ｋ_２，Ｊ_３／Ｋ_３，Ｊ_４／Ｋ_４からそれぞれ引き離す。そうすると、ハンダ８８が凝固して、加工ポイントＪ_１／Ｋ_１，Ｊ_２／Ｋ_２，Ｊ_３／Ｋ_３，Ｊ_４／Ｋ_４がハンダ付けによって結合する。

この実施例でも、ヒータチップ１０の加熱動作において、各コテ先部Ｍ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４について高速かつ均一な昇温、安定した定温度制御および急速の冷却を行うことができるので、リフローハンダ付け加工のタクトおよび品質を向上させることができる。

別の実施形態または変形例として、図示省略するが、ヒータチップ１０のコテ部１２において、コテ発熱部１６，１８の形状または断面積を長手方向で任意の変化させる構成、コテ発熱部１６，１８の中間部または中心部にコテ先部を設ける構成、第１および第２のコテ発熱部１６，１８の他に第３のコテ発熱部を備える構成等も可能である。

１０ ヒータチップ
１２ コテ部
１４Ｌ，１４Ｒ 端子接続部
１６，１８ コテ発熱部
２０ 中間介在部
２４ 熱電対
２８Ｌ，２８Ｒ 端子部
３０Ｌ，３０Ｒ コテ接続部
３２Ｌ，３２Ｒ 主接続部
３４Ｌ／３６Ｌ，３４Ｒ／３６Ｒ 分岐接続部
４０ 接合装置
４２ ヒータ電源
７０ ヒータヘッド
８０ 樹脂部材
８２ 金属部材
Ｂ_１〜Ｂ_８ ボス
Ｈ_１〜Ｈ_８ 貫通孔
Ｊ_１，Ｊ_２，‥‥ 導線
Ｋ_１，Ｋ_２，‥‥ 端子部材

Claims (17)

1. 複数の加工ポイントに対する熱カシメまたはハンダ付けの接合加工を行うためのヒータチップであって、
   前記接合加工時に前記複数の加工ポイントに熱と圧力を与えるためのコテ部と、
   ヒータ電源からの給電用導体との物理的かつ電気的な接続をとるために、前記コテ部と一体的にその左右両端部から対称または非対称に延びる一対の接続端子部と、
   前記コテ部の温度を測定するための熱電対と
   を有し、
   前記コテ部は、前記一対の接続端子部の間で延びる第１および第２のコテ発熱部と、前記複数の加工ポイントとそれぞれ対向するように前記第１および第２のコテ発熱部に設けられる複数のコテ先部と、前記第１および第２のコテ発熱部の長手方向の中心部にて両コテ発熱部の間に延在する中間介在部とを有し、
   前記熱電対は、前記中間介在部の上に取り付けられる、
   ヒータチップ。
2. 前記中間介在部は、前記コテ先部側から見て前記第１および第２のコテ発熱部の背面付近に設けられる、請求項１に記載のヒータチップ。
3. 前記第１および第２のコテ発熱部は、前記背面付近で互いに最も近接し、前記複数のコテ先部側に向かって次第に離間距離が大きくなる、請求項２に記載のヒータチップ。
4. 前記第１および第２のコテ発熱部は、両者合わさってハ字状の縦断面形状を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒータチップ。
5. 前記第１および第２のコテ発熱部は、その長手方向において、断面積が変化し、中心部で最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒータチップ。
6. 前記第１および第２のコテ発熱部は、その長手方向において、縦方向のサイズが変化し、中心部で最も大きく、両端部に向かって次第に小さくなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒータチップ。
7. 前記複数のコテ先部は、前記第１および第２のコテ発熱部において前記熱電対の取付位置を中心点として点対象の位置に設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒータチップ。
8. 前記コテ先部は、前記第１および第２のコテ発熱部の長手方向の両端部にそれぞれ設けられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のヒータチップ。
9. 前記第１および第２のコテ発熱部の前記加工ポイントと対向する作用面は平坦であり、
   前記コテ先部は、前記第１および第２のコテ発熱部の前記作用面から突出している、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒータチップ。
10. 前記接続端子部は、外部の導体に着脱可能に結合されるための端子部と、この端子部と前記コテ部の両端部とを接続するコテ接続部とを有し、
    前記コテ接続部は、前記端子部から前記コテ部に向かってアーム状に延びる主接続部と、この主接続部から２つに分岐して前記第１および第２のコテ発熱部に接続する分岐接続部とを有する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒータチップ。
11. 前記主接続部は、前記端子部の板厚方向において前記端子部より小さな板厚を有し、
    前記分岐接続部は、前記主接続部よりも小さな断面積を有する、
    請求項１０に記載のヒータチップ。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヒータチップと、
    前記ヒータチップを支持し、複数の加工ポイントに対する熱カシメまたはハンダ付けの接合加工を同時に行う際に、前記複数のコテ先部を前記複数の加工ポイントにそれぞれ加圧接触させるヒータヘッドと、
    前記ヒータチップに抵抗発熱用の電流を供給するヒータ電源と
    を有する接合装置。
13. 請求項１２に記載の接合装置を用いて、樹脂部材の複数の被カシメ部について熱カシメの接合加工を行う接合方法であって、
    前記樹脂部材の前記複数の被カシメ部に前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ当てる第１の工程と、
    前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップを前記樹脂部材に所定の加圧力で押し付ける第２の工程と、
    前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップを通電し、各々の前記コテ部からの加熱と加圧により各々の前記被カシメ部を塑性変形させる第３の工程と、
    前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップの通電を所定のタイミングで停止し、所定時間後に前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップの前記複数のコテ先部を前記樹脂部材の前記複数の被カシメ部から同時に引き離す第４の工程と
    を有する接合方法。
14. 請求項１２に記載の接合装置を用いて、複数の第１の金属部材と複数の第２の金属部材とのハンダ付けを行う接合方法であって、
    前記複数の第１の金属部材にハンダを介してそれぞれ対応する前記複数の第２の金属部材を重ねる第１の工程と、
    前記ヒータヘッドを制御して、前記複数の第２の金属部材に前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ当てて所定の加圧力を加える第２の工程と、
    前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップを通電し、前記コテ部からの加熱により前記ハンダを溶かす第３の工程と、
    前記ヒータ電源を制御して前記ヒータチップの通電を所定のタイミングで停止し、所定時間後に前記ヒータヘッドを制御して前記ヒータチップの前記複数のコテ先部をそれぞれ前記複数の第２の金属部材から同時に引き離す第４の工程と
    を有する接合方法。
15. ヒータ電源からの給電用導体との物理的かつ電気的な接続をとるための平板状の一対の端子部と、
    各々の前記端子部から前記端子部の板面と平行な一方向に延びる主接続部と、
    各々の前記主接続部から分岐して延びる第１および第２の分岐接続部と、
    一方の前記端子部に一方の前記主接続部を介して繋がっている一方の前記第１の分岐接続部と、他方の前記端子部に他方の前記主接続部を介して繋がっている他方の前記第１の分岐接続部との間に延在する第１のコテ発熱部と、
    一方の前記端子部に一方の前記主接続部を介して繋がっている一方の前記第２の分岐接続部と、他方の前記端子部に他方の前記主接続部を介して繋がっている他方の前記第２の分岐接続部との間に延在する第２のコテ発熱部と、
    前記第１および前記第２のコテ発熱部にそれぞれ一体的に設けられている第１および第２のコテ先部と
    を有するヒータチップ。
16. 前記主接続部と第１および第２の分岐接続部とは、側面視で逆さＹ字状の形体をなしている、請求項１５に記載のヒータチップ。
17. 前記第１のコテ発熱部と前記第２のコテ発熱部との間に中間介在部が設けられ、
    前記中間介在部の上に熱電対が取り付けられる、
    請求項１５または請求項１６に記載のヒータチップ。

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