JP5760421B2 - 接合方法および接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電材料からなる被接合部材の接合方法および接合装置に関する。

抵抗溶接による被接合部材の接合を容易にするため、被接合部材を接触させた状態で電流を流し、抵抗加熱により表面の酸化膜を硫黄濃化層に置換した後、摺動によって硫黄濃化層を強制剥離している（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７―１１６８６８号公報

しかし、摺動は抵抗加熱後に実施されるため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した電極が磨耗したり、軟化した部位が電極に溶着することが引き起こされて、電極の交換頻度が増大する問題を有している。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、導電材料からなる被接合部材を抵抗加熱するための電極の寿命を向上させ得る接合方法および接合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一様相は、導電材料からなる３つ以上の被接合部材を同時に接合する接合方法であって、第１電極が電気的に接続された第１被接合部材と、第２電極が電気的に接続された第２被接合部材とを、１つ以上の被接合部材によって構成される中間部材に、接合するための接合工程を有する。そして、前記中間部材は、前記第１被接合部材と接触する第１接触面と、前記第２被接合部材と接触する第２接触面と、を有しており、前記接合工程においては、前記第１および第２被接合部材に対して前記第１および第２接触面を摺動させつつ、電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して、前記第２電極へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２接触面が、前記第１および第２被接合部材に接合される。

上記目的を達成するための本発明の別の様相は、導電材料からなる３つ以上の被接合部材を同時に接合する接合装置であって、第１被接合部材と第２被接合部材とを、１つ以上の被接合部材によって構成される中間部材に、接合するための接合手段を有する。前記中間部材は、前記第１被接合部材と接触する第１接触面と、前記第２被接合部材と接触する第２接触面と、を有しており、前記接合手段は、前記第１被接合部材に電気的に接続される第１電極と、前記第２被接合部材に電気的に接続される第２電極と、電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して第２電極に流すための電流供給手段と、前記第１および第２接触面に対して前記第１および第２被接合部材を相対的に静止した状態で保持する保持手段と、前記第１および第２接触面を前記第１および第２被接合部材に対して摺動させるための摺動手段と、前記摺動手段および前記電流供給手段を制御し、前記第１および第２接触面を前記第１および第２被接合部材に対して摺動させつつ、電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して、前記第２電極へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２接触面を接合するための制御手段と、を有する。

本発明に係る接合方法および接合装置よれば、抵抗加熱するための第１および第２電極は、摺動する第１および第２接触面に接触しておらず、かつ、相対的に静止している第１および第２被接合部材に電気的に接続されているため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した電極が磨耗したり、軟化した部位が電極に溶着することが引き起こされることが回避され、電極の交換頻度を低減することが可能である。つまり、導電材料からなる被接合部材を抵抗加熱するための電極の寿命を向上させ得る接合方法および接合装置を提供することができる。

実施の形態１に係る接合装置を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１に係る変形例１を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る変形例２を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る変形例３を説明するための概略図である。 実施の形態１に係る変形例４を説明するための概略図である。 実施の形態２に係る接合装置を説明するための概略図である。 実施の形態２に係る変形例１を説明するための概略図である。 実施の形態２に係る変形例２を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係る接合装置を説明するための概略図である。

実施の形態１に係る接合装置１００は、抵抗加熱および摩擦熱を利用して、導電材料からなる３つ以上の被接合部材からなるワークＷを同時に接合するために使用され、第１電極１０２、第２電極１０４、電流供給装置１１０、保持装置１２０、摺動装置（摺動手段）１３０、加圧装置１４０および制御装置１５０を有する。

ワークＷは、上方に位置する第１被接合部材１６０と、下方に位置する第２被接合部材１７０と、第１被接合部材１６０と第２被接合部材１７０との間に配置される第３被接合部材である中間部材１８０とからなり、被接合部材が直列に接合された構造を容易に形成することが可能である。中間部材１８０は、第１被接合部材１６０と接触する第１接触面１８２と、第２被接合部材と接触する第２接触面１８４と、を有する。

なお、第１および第２接触面１８２，１８４の面積は、略同一に設定されている。また、中間部材１８０は、後述される振動の方向に対して一様形状を有し、第１および第２接触面１８２，１８４の延長方向は、水平方向Ｈとなっており、中間部材が有する第１および第２接触面を振動によって容易に接合することが可能である。

被接合部材は、本実施の形態においては、アルミニウム（Ａｌ）が適用される。アルミニウムは、圧延材（例えば、Ａ５０５２）や鋳造材（例えば、ＡＤＣ１２）を利用することが可能である。被接合部材は、導電材料であれば特に限定されず、鉄（Ｆｅ）やマグネシュウム（Ｍｇ）を適用することが可能である。また、Ａｌ−Ａｌの同材同士の接合、Ａｌ−ＦｅやＡｌ−Ｍｇの異材接合に適用することも可能である。

なお、第１および第２被接合部材１６０，１７０を、相対的に低い温度で中間部材１８０に接合するため、中間部材１８０は、第１および第２被接合部材１６０，１７０を構成する導電材料より低融点の導電材料から構成されることも好ましい。

第１および第２電極１０２，１０４は、抵抗加熱によってワークＷを昇温させるための加熱手段であり、第１電極１０２は、上方に位置する第１被接合部材１６０に電気的に接続され、第２電極１０４は、下方に位置する第２被接合部材１７０に電気的に接続される。第１および第２電極１０２，１０４は、それぞれ複数の電極によって構成することも可能である。

電流供給装置１１０は、電流を、第１電極１０２から、第１被接合部材１６０、中間部材１８０および第２被接合部材１７０を経由して第２電極１０４に流すための電流供給手段であり、例えば、電流値および電圧値が調整自在に構成されている。

保持装置１２０は、第１保持部１２２および第２保持部１２４を有する。第１保持部１２２は、第１被接合部材１６０を保持し、水平方向への移動を規制することで、中間部材１８０の第１接触面１８２に対して第１被接合部材１６０（および第１電極１０２）を相対的に静止した状態で維持するために使用される。第２保持部１２４は、中間部材１８０に関して第１保持部１２２の逆側に位置し、第２被接合部材１７０を保持し、水平方向への移動を規制することで、中間部材１８０の第２接触面１８４に対して第２被接合部材１７０（および第２電極１０４）を相対的に静止した状態で維持するために使用される。

摺動装置１３０は、中間部材１８０が有する第１および第２接触面１８２，１８４を、第１および第２被接合部材１６０，１７０に対して摺動させて摩擦熱を発生させるために使用され、第１および第２接触面１８２，１８４の延長方向に対して平行である水平方向Ｈに、中間部材１８０を振動（加振）させるシャフト１３２と、シャフト１３２の駆動源であるモータ１３４と、を有する加振手段からなる。例えば、加振振幅は１００〜１０００μｍの範囲、加振周波数は１０〜１００Ｈｚの範囲で調整可能に構成されている。加振機構は、特に限定されず、例えば、超音波振動、電磁式振動、油圧式加振、カム式振動を適用することが可能である。

なお、加振方向は、第１および第２接触面１８２，１８４の延長方向に沿う１方向への往復運動であるため、第１および第２接触面１８２，１８４の形状の自由度が向上することとなる。すなわち、１方向にさえ変位可能であれば加振できるため、第１および第２接触面１８２，１８４の形状が平面である必要はなく、例えば、一方向に延びる溝に凸部が嵌合する形態とすることも可能である。

また、摺動装置１３０は、振動（加振機構）を利用する形態に限定されず、回転運動や、自転せずに円軌道を描くように振れ回る公転運動を適宜適用することも可能である。なお、公転運動の場合、振動と異なり、接触面同士の相対的な運動が停止しないことから、動摩擦係数のみが作用して摩擦係数が安定し、接触面を均一に磨耗させることが可能である。

加圧装置１４０は、上方に位置する第１加圧部１４２と下方に位置する第２加圧部１４４と、を有する。第１加圧部１４２は、第１接触面１８２に対する第１被接合部材１６０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段であり、第１電極１０２に連結され、かつ、上下方向（第１および第２接触面１８２，１８４と直交する押圧方向）Ｌに進退動可能となっている。第２加圧部１４４は、第２接触面１８４に対する第２被接合部材１７０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段であり、第２電極１０４に連結され、かつ、上下方向Ｌに進退動可能になっている。第１および第２加圧部１４２，１４４は、例えば、油圧シリンダが組み込まれており、押圧力を調整自在に構成されている。押圧力は、例えば、２〜１０ＭＰａである。

制御装置１５０は、演算部、記憶部、入力部および出力部を有するコンピュータからなる制御手段であり、電流供給装置１１０、摺動装置１３０および加圧装置１４０を統括的に制御するために使用される。制御装置１５０の各機能は、記憶装置に格納されているプログラムを演算部が実行することにより発揮される。

プログラムは、例えば、加圧装置１４０によって第１接触面１８２に対する第１被接合部材１６０の押し付け面圧と、第２接触面１８４に対する第２被接合部材１７０の押し付け面圧と、を調整した状態で、摺動装置１３０によって中間部材１８０を水平方向Ｈに振動させることによって、中間部材１８０が有する第１および第２接触面１８２，１８４を、第１および第２被接合部材１６０，１７０に対して摺動させつつ、電流供給装置１１０から供給される電流を、第１電極１０２から、第１被接合部材１６０、中間部材１８０および第２被接合部材１７０を経由して、第２電極１０４へ流して抵抗加熱することによって、第１および第２接触面１８２，１８４を接合するための手順を、制御装置１５０に実行させるためものである。

接合装置１００においては、上記のように、抵抗加熱するための第１および第２電極１０２，１０４は、摺動する第１および第２接触面１８２，１８４に接触しておらず、かつ、相対的に静止している第１および第２被接合部材１６０，１７０に電気的に接続されているため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した第１および第２電極１０２，１０４が磨耗したり、軟化した部位が第１および第２電極１０２，１０４に溶着することが引き起こされることが回避され、第１および第２電極１０２，１０４の交換頻度を低減することが可能である。つまり、導電材料からなる被接合部材を抵抗加熱するための電極の寿命を向上させ得る接合装置を提供することができる。

次に、実施の形態１に係る接合方法を説明する
図２は、実施の形態１に係る接合方法を説明するためのフローチャートである。図２に示されるフローチャートにより示されるアルゴリズムは、制御装置１５０の記憶部にプログラムとして記憶されており、制御装置１５０の演算部によって実行される。

本接合方法は、中間部材１８０が有する第１および第２接触面１８２，１８４を、第１および第２被接合部材１６０，１７０に対して摺動させつつ、電流を、第１電極１０２から、第１被接合部材１６０、中間部材１８０および第２被接合部材１７０を経由して、第２電極１０４へ流して抵抗加熱することによって、第１および第２接触面１８２，１８４を、第１および第２被接合部材１６０，１７０に接合するための接合工程を有する。

前記接合工程は、概して、接触抵抗のばらつきを低減するための予備摺動ステップ（Ｓ１１）、抵抗加熱および摩擦熱（塑性流動）を利用し、第１被接合部材１６０と中間部材１８０との接合界面および第２被接合部材１７０と中間部材１８０との接合界面の形成を開始する第１接合ステップ（Ｓ１２）、接合界面の一体化を促進する第２接合ステップ（Ｓ１３）、被接合部材１６０，１７０および中間部材１８０を冷却する冷却ステップ（Ｓ１４）を有する。

詳述すると、予備摺動ステップ（Ｓ１１）においては、中間部材１８０が第１被接合部材１６０と第２被接合部材１７０との間に配置されてなるワークＷが投入され、加圧装置１４０の第１および第２加圧部１４２，１４４が稼働され、第１および第２電極１０２，１０４を介して、第１および第２被接合部材１６０，１７０に押圧力が付与される。

その後、摺動装置１３０が駆動され、これにより、中間部材１８０の水平方向Ｈの摺動（振動）が引き起こされる。このとき、中間部材１８０と接する第１および第２被接合部材１６０，１７０は、加圧下にありかつ保持装置１２０の第１保持部１２２および第２保持部１２４によって水平方向への移動が規制されているため、中間部材１８０の第１および第２接触面１８２，１８４（および第１被接合部材１６０と第２被接合部材１７０における対応する接触面）に摩擦が生じ、接触面表面のアルミニウム酸化皮膜が除去される。

第１接合ステップ（Ｓ１２）においては、電流供給装置１１０が稼働され、電流供給装置１１０から供給される電流が、第１電極１０２から、第１被接合部材１６０、中間部材１８０および第２被接合部材１７０を経由して、第２電極１０４へ流され、抵抗加熱が生じる。これにより、第１および第２接触面１８２，１８４は、摩擦熱および抵抗加熱の両方の併用によって、摩耗，塑性流動および材料拡散が生じ、接合界面の形成が開始される。

第２接合ステップ（Ｓ１３）においては、電流供給装置１１０による電流の供給を減少させることよって抵抗加熱による発熱量が低下させられる一方、加圧装置１４０による加圧力を増加させることによって摩擦熱が増加させられる。これにより、抵抗加熱による発熱量が減少し、軟化された材料を摺動によって掻き混ぜるようにして一体化を促進する過程へ移行することになる。摩擦熱の増加は、摺動装置１３０を制御することによっても達成することが可能である。

電流供給装置１１０による電流の供給は、最終的には停止される。そして、冷却工程（Ｓ１４）に入る直前において、摺動装置１３０の稼動が停止され、中間部材１８０が所定の静止位置（最終的な接合位置）に位置決めされる。この際、位置決め精度を向上させ、かつ、位置決めを容易にするため、加圧装置１４０による加圧力を低下させることも可能である。

第１接合ステップ（Ｓ１２）および第２接合ステップ（Ｓ１３）の結果、接合界面には、導電材料が相互に拡散している拡散接合領域と、塑性流動による圧接および再結晶組織を有する塑性流動接合領域が形成されることになる。つまり、接合界面が、拡散接合領域に加えて塑性流動接合領域によって物理的に接合されているため、第１および第２被接合部材１６０，１７０、中間部材１８０の母材特性に近い強度を備えており、接合面の全体に渡って良好な接合強度および水密性を確保することが可能である。

冷却工程（Ｓ１４）においては、加圧装置１４０による加圧力が上昇させられ、所定の時間が経過すると、冷却が終了したと判断され、加圧が停止される。そして、加圧装置１４０の第１および第２加圧部１４２，１４４（第１および第２電極１０２，１０４）が、それぞれ、第１および第２被接合部材１６０，１７０から離間させられる。冷却の終了は、温度を検出することによって直接的に判断することも可能である。

その後、中間部材１８０が第１被接合部材１６０と第２被接合部材１７０との間に配置されて接合されたワークＷが取り外される。つまり、被接合部材が直列に接合された構造を容易に形成することが可能である。

なお、予備摺動ステップ（Ｓ１１）においては、接触面表面のアルミニウム酸化皮膜が除去され、皮膜厚さの違いによる接触抵抗のばらつきが低減されるため、後続の第１接合ステップ（Ｓ１２）における発熱量のばらつきが抑制される。また、予備摺動ステップ（Ｓ１１）の前において、脱脂や、ワイヤブラシによるブラッシングによってアルミニウム酸化皮膜を除去する等の前処理が不要となるため、作業性が向上する。なお、必要に応じて、前処理を実施することも可能である。

なお、予備摺動ステップ（Ｓ１１）の前あるいは予備摺動ステップ（Ｓ１１）の代わりとして、摺動装置１３０を停止させた状態で電流供給装置１１０を稼働させることによって、第１および第２接触面１８２，１８４を抵抗加熱により軟化させる予備加熱ステップを設けることも可能である。また、予備摺動ステップ（Ｓ１１）は、適宜省略することも可能である。

電流の供給を減少させず、かつ、加圧力を増加させないことにより、第２接合ステップ（Ｓ１３）を第１接合ステップ（Ｓ１２）に一体化させることも可能である。また、冷却工程（Ｓ１４）は、適宜省略することも可能である。

本接合方法においては、上記のように、抵抗加熱するための第１および第２電極１０２，１０４は、摺動する第１および第２接触面１８２，１８４に接触しておらず、かつ、相対的に静止している第１および第２被接合部材１６０，１７０に電気的に接続されているため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した第１および第２電極１０２，１０４が磨耗したり、軟化した部位が第１および第２電極１０２，１０４に溶着することが引き起こされることが回避され、第１および第２電極１０２，１０４の交換頻度を低減することが可能である。つまり、導電材料からなる被接合部材を抵抗加熱するための電極の寿命を向上させ得る接合方法を提供することができる。

また、摩擦熱および抵抗加熱の両方を併用するため、一方のみを利用する接合に比較し、高い面圧を付与する必要がないため、第１および第２接触面１８２，１８４の面積が、大きい場合でも容易に接合することが可能である。つまり、接触面に高い押圧力（面圧）を付与せずとも電流集中箇所が変化して均一に加熱されるため、接触面が大面積の場合や複雑な形状の場合であっても接合することができ、かつ低歪みの面接合が可能である。

接触面の表層のみが塑性流動（溶融）して接合するため、加熱時間を短縮でき、更に、材料内に気体を含有している鋳造品であっても、加熱により材料内の気体が膨張、噴出し難く、良好な接合を実現することが可能である。

なお、第１および第２接触面１８２，１８４の面積は、略同一に設定されているため、第１および第２接触面１８２，１８４の一方に電流が集中することが抑制され、均一に加熱することが容易である。また、第１および第２接触面１８２，１８４に電流が集中する高面圧領域が存在する場合であっても、当該領域においては、抵抗加熱が大きく作用して加熱され酸化膜が強制的に剥離され、また、押圧力（面圧）と加振が作用して塑性流動が生じて磨耗することで、刻々と電流集中箇所が変化するため、電流の流れが分散し、第１および第２接触面１８２，１８４は、均一に加熱される。

図３は、実施の形態１に係る変形例１を説明するための概略図である。

変形例１に係る接合装置１００Ａにおいては、第１接触面１８２の面積と第２接触面１８４の面積とが異なっており、第１接触面１８２の面積が、第２接触面１８４の面積より大きくなっている。この場合、第１および第２接触面１８２，１８４を均一に接合することが困難であるため、第１被接合部材１６０と中間部材１８０との間に、介在部材１９０が配置されている。

介在部材１９０は、第１被接合部材１６０および／又は中間部材１８０を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる。したがって、第１接触面１８２の面積と第２接触面１８４の面積とが異なっていても、面積が大きい方１６２に低融点の介在部材が配置されているため、均一に接合することが可能である。

介在部材１９０は、低温で第１被接合部材１６０および／又は中間部材１８０を構成する導電材料との間で液相を作る（共晶反応する）ことができる共晶反応材料からなる場合、第１被接合部材１６０および中間部材１８０をより低い温度で中間部材に接合することが可能であるため好ましい。この場合、接合界面には、拡散接合領域および塑性流動接合領域に加えて、中間材介在接合領域（介在部材１９０と、介在部材１９０を構成する導電材料が第１被接合部材１６０および中間部材１８０を構成する導電材料に拡散した拡散接合領域と、を含んでいる領域）が含まれ、かつ、拡散接合領域には、排出あるいは拡散された介在部材１９０が存在することとなる。なお、共晶反応材料の厚さは、例えば、１０〜１００μｍであるが、特にこれに限定されず、また、厚さを部位に応じ適宜変化させることも可能である。

共晶反応材料は、液相を形成し、被接合部材同士および共晶反応材料と被接合部材との間における相互拡散を促進するため、良好な接合強度を確保することが可能であり、かつ、形成される液相によって間隙が埋められるため、広い面積や曲面の接合においても良好な水密性を達成することが容易である。また、共晶反応により低融点で液相化し、酸素を遮断して再酸化を抑制する役割を果たすため、真空雰囲気と長時間が必要であった真空ろう付けに対し、大気中における短時間、低入熱での接合が可能となり、量産化が容易となる点でも好ましい。なお、アルミニウムと共晶反応する共晶反応材料は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）である。

第２接触面１８４の面積が、第１接触面１８２の面積より大きい場合は、均一に接合するために、介在部材１９０は、第２被接合部材１７０と中間部材１８０との間に配置されることが好ましい。なお、介在部材１９０は、液相を形成するろう材やはんだを適用することが可能である。また、介在部材１９０は、別体からなる形態に限定されず、第１被接合部材１６０あるいは中間部材１８０と一体化された被覆層から構成することも可能である。この場合、介在部材１９０を局所的に配置することが可能である。被覆は、めっき、クラッド材、塗布等により形成することが可能である。

図４は、実施の形態１に係る変形例２を説明するための概略図である。

変形例２に係る接合装置１００Ｂにおいては、第１被接合部材１６０と中間部材１８０との間に配置される第１介在部材１９２と、第２被接合部材１７０と中間部材１８０との間に配置される第２介在部材１９４とを有する。第１介在部材１９２は、第１被接合部材１６０および／又は中間部材１８０を構成する導電材料より低融点の導電材料からなり、第２介在部材１９４は、第２被接合部材１７０および／又は中間部材１８０を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる。

したがって、第１および第２被接合部材１６０，１７０を、低い温度で中間部材１８０に接合することが可能であり、かつ、中間部材１８０を構成する導電材料の選択の自由度が大きい。第１および第２介在部材１９２，１９４は、より低い温度での接合を実施するためには、共晶反応材料からなることが好ましい。

第１および第２介在部材１９２，１９４は、別体からなる形態に限定されず、中間部材１８０と一体化された被覆層から構成したり、第１および第２被接合部材１６０，１７０と一体化された被覆層から構成することも可能である。

図５は、実施の形態１に係る変形例３を説明するための概略図である。

変形例３に係る接合装置１００Ｃにおいては、中間部材１８０が、導電材料からなる３つの中間部材（被接合部材）１８０Ａ〜１８０Ｃからなり、第３保持部１２６と第２摺動装置１３０Ａとが追加されている。中間部材（第１中間部材）１８０Ａは、第１被接合部材１６０に相対しかつ第１接触面１８２を有する。中間部材（第２中間部材）１８０Ｃは、第２被接合部材１７０に相対しかつ第２接触面１８４を有する。中間部材（第３中間部材）１８０Ｂは、中間部材１８０Ａと中間部材１８０Ｃとの間に配置される。第３保持部１２６は、中間部材１８０Ａ，１８０Ｃに対して中間部材１８０Ｂを相対的に静止した状態で保持する第２保持手段である。第２摺動装置１３０Ａは、中間部材１８０Ａが有する第１接触面１８２を、第１被接合部材１６０に対して摺動させて摩擦熱を発生させるために使用され、摺動装置１３０は、中間部材１８０Ｃが有する第２接触面１８４を、第２被接合部材１７０に対して摺動させて摩擦熱を発生させるために使用される。

この場合、第３保持部１２６によって中央に位置する中間部材１８０Ｂの水平方向への移動を規制（中間部材１８０Ａ，１８０Ｃに対して中間部材１８０Ｂを相対的に静止した状態で保持）しながら、第１および第２摺動装置１３０，１３０Ａによって上方に位置する中間部材１８０Ａと下方に位置する中間部材１８０Ｃとを水平方向Ｈに振動（加振）させることにより、第１および第２被接合部材１６０，１７０を、中間部材１８０Ａおよび中間部材１８０Ｃに接合しつつ、中間部材１８０Ｂを中間部材１８０Ａおよび中間部材１８０Ｃに接合することが可能である。つまり、変形例３においては、５つの被接合部材からなるワークを接合することができる。なお、保持部および摺動装置をさらに追加することで、３つを越える中間部材を有する場合においても適用することが可能である。

図６は、実施の形態１に係る変形例４を説明するための概略図である。

ワークＷは、単純な形状のものに限定されず、高圧ダイカスト法（ＨＰＤＣ）が適用される複雑な形状を有する大型部品であっても適用することが可能である。

例えば、変形例４に係る接合装置１００Ｄにおいては、フランジ部１６６および半球状部１６８を有する第１被接合部材１６０Ａと、フランジ部１７６および半球状部１７８を有する第２被接合部材１７０Ａとを、中間部材１８０Ａに接合することも可能である。

この場合、大型の成形部品である第１および第２被接合部材１６０Ａ，１７０Ａの水平方向への移動を規制するため、保持装置１２０の第１保持部１２２Ａおよび第２保持部１２４Ｂは、第１および第２被接合部材１６０Ａ，１７０Ａを複数箇所で固定するように構成することが好ましい。

また、加圧装置１４０の第１および第２加圧部１４２Ａ，１４４Ｂは、第１および第２被接合部材１６０Ａ，１７０Ａと当接し、押圧力を直接付加するようにし、第１および第２電極１０２Ａ，１０４Ａは、第１および第２加圧部１４２Ａ，１４４Ｂに弾性的に連結され、第１および第２加圧部１４２Ａ，１４４Ｂからの大きな押圧力が、直接付加されないように構成することが好ましい。

以上のように、実施の形態１においては、抵抗加熱するための第１および第２電極は、摺動する第１および第２接触面に接触しておらず、かつ、相対的に静止している第１および第２被接合部材に電気的に接続されているため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した電極が磨耗したり、軟化した部位が電極に溶着することが引き起こされることが回避され、電極の交換頻度を低減することが可能である。つまり、導電材料からなる被接合部材を抵抗加熱するための電極の寿命を向上させ得る接合方法および接合装置を提供することができる。

中間部材が、第１被接合部材と第２被接合部材との間に配置される場合、被接合部材が直列に接合された構造を容易に形成することが可能である。

接合される第１および第２接触面の面積を、略同一とする場合、第１接触面および第２接触面の一方に電流が集中することが抑制されるため、均一に加熱することが容易である。

第１接触面の面積が第２接触面の面積より大きい場合は、第１被接合部材および／又は中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる介在部材を、第１被接合部材と中間部材との間に配置し、第２接触面の面積が第１接触面の面積より大きい場合は、第２被接合部材および／又は中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる介在部材を、第２被接合部材と中間部材との間に配置する場合、面積が大きい方に低融点の介在部材が配置されているため、均一に接合することが可能である。

摺動が振動からなり、中間部材の第１および第２接触面が振動の方向に対して一様形状を有する場合、第１および第２接触面を振動によって容易に接合することが可能である。

中間部材が第１および第２被接合部材を構成する導電材料より低融点の導電材料から構成される場合、第１被接合部材および／又は第２被接合部材を、低い温度で中間部材に接合することが可能である。

第１被接合部材と中間部材との間に配置され、第１被接合部材および／又は中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる第１介在部材と、第２被接合部材と中間部材との間に配置され、第２被接合部材および／又は中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる第２介在部材と、を有する場合、第１および第２被接合部材を、低い温度で中間部材に接合することが可能であり、かつ、中間部材を構成する導電材料の選択の自由度が大きい。

第１および第２介在部材を中間部材と一体化された被覆層から構成する場合、第１および第２介在部材を第１および第２接触面のみに局所的に配置することが可能である。

次に、実施の形態２を説明する。

図７は、実施の形態２に係る接合装置を説明するための概略図である。

実施の形態２は、被接合部材の一方の表面に、複数の被接合部材が並置して接合された構造を容易に形成することが可能である点で、被接合部材が直列に接合された構造を容易に形成することが可能である実施の形態１と概して異なる。

詳述すると、実施の形態２に係る接合装置２００は、ワークＷを接合するために使用され、第１電極２０２、第２電極２０４、電流供給装置２１０、保持装置２２０、摺動装置（摺動手段）２３０、加圧装置２４０および制御装置２５０を有する。

ワークＷは、上方に位置する第１および第２被接合部材２６０，２７０と、下方に位置する第３被接合部材である中間部材２８０とからなり、第１被接合部材２６０と第２被接合部材２７０とが中間部材２８０の一方の表面に並置されている。したがって、中間部材２８０は、第１被接合部材２６０と接触する第１接触面２８２と、第２被接合部材２７０と接触する第２接触面２８４と、を同一面に有する。

第１電極２０２および第２電極２０４は、上方に位置する第１および第２被接合部材２６０，２７０に電気的に接続されており、電流供給装置２１０は、電流が、第１電極２０２から、第１被接合部材２６０、中間部材２８０および第２被接合部材２７０を経由して第２電極２０４に流れるように構成されている。

保持装置２２０は、第１保持部２２２と、第１保持部２２４と並置される第２保持部２２４とを有する。第１保持部２２２は、第１被接合部材２６０を保持し、水平方向への移動を規制することで、中間部材２８０の第１接触面２８２に対して第１被接合部材２６０（および第１電極２０２）を相対的に静止した状態で維持するために使用される。第２保持部２２４は、中間部材２８０の第２接触面２８４に対して第２被接合部材２７０（および第２電極２０４）を相対的に静止した状態で維持するために使用される。第１保持部２２２および第２保持部２２４は、適宜一体化することも可能である。

摺動装置２３０は、中間部材２８０が有する第１および第２接触面２８２，２８４を、第１および第２被接合部材２６０，２７０に対して摺動させるために使用され、中間部材２８０を水平方向Ｈに振動（加振）させるシャフト２３２と、シャフト２３２の駆動源であるモータ２３４と、を有する。

加圧装置２４０は、上方に位置する第１加圧部２４２および第２加圧部２４４を有する。第１加圧部２４２は、第１接触面２８２に対する第１被接合部材２６０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段であり、第１電極２０２に連結され、かつ上下方向Ｌに進退動可能となっている。第２加圧部２４４は、第２接触面２８４に対する第２被接合部材２７０の押し付け面圧を調整するため面圧調整手段であり、第２電極２０４に連結され、かつ、上下方向Ｌに進退動可能になっている。

したがって、制御装置２５０は、加圧装置２４０によって第１接触面２８２に対する第１被接合部材２６０の押し付け面圧および第２接触面２８４に対する第２被接合部材２７０の押し付け面圧を調整した状態で、摺動装置２３０によって中間部材２８０を水平方向Ｈに振動させることによって、中間部材２８０が有する第１および第２接触面２８２，２８４を、第１および第２被接合部材２６０，２７０に対して摺動させつつ、電流供給装置２１０から供給される電流を、第１電極２０２から、第１被接合部材２６０、中間部材２８０および第２被接合部材２７０を経由して、第２電極２０４へ流して抵抗加熱することによって、第１および第２接触面２８２，２８４を、中間部材２８０の一方の面に接合することが可能である。

この際、抵抗加熱するための第１および第２電極２０２，２０４は、摺動する第１および第２接触面２８２，２８４に接触しておらず、かつ、相対的に静止している第１および第２被接合部材２６０，２７０に電気的に接続されているため、摺動によって、抵抗加熱による温度上昇によって軟化した電極２０２，２０４が磨耗したり、軟化した部位が電極２０２，２０４に溶着することが引き起こされることが回避され、電極２０２，２０４の交換頻度を低減することが可能である。

なお、実施の形態２においては、第１被接合部材２６０に対する第１接触面２８２の面積は、第２被接合部材２７０に対する第２接触面２８４の面積より大きい。したがって、第１被接合部材２６０の押し付け面圧を、第２被接合部材２７０の押し付け面圧より小さくなるように制御することが好ましい。つまり、第１接触面２８２の面積と第２接触面２８４とが異なっていても、その差異に応じて面圧を変更し接触抵抗を調整することにより、均一に加熱することが可能である。また、第１被接合部材２６０に対する第１接触面２８２の面積が、第２被接合部材２７０に対する第２接触面２８４の面積より小さい場合は、同様の観点から、第１被接合部材２６０の押し付け面圧を、第２被接合部材２７０の押し付け面圧より大きくなるように制御することが好ましい。

図８は、実施の形態２に係る変形例１を説明するための概略図である。

変形例１に係る接合装置２００Ａにおいては、第１および第２被接合部材２６０，２７０と相対する中間部材２８０の一方の面に配置される介在部材２９０を有する。介在部材２９０は、実施の形態１に係る変形例２と同様に、第１および第２被接合部材２６０，２７０を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる。したがって、第１および第２被接合部材２６０，２７０を、低い温度で中間部材２８０に接合することが可能であり、かつ、中間部材２８０を構成する導電材料の選択の自由度が大きい。介在部材２９０は、別体からなる形態に限定されず、中間部材２８０と一体化された被覆層から構成したり、第１および第２被接合部材２６０，２７０と一体化された被覆層から構成することが可能である。

図９は、実施の形態２に係る変形例２を説明するための概略図である。

変形例２に係る接合装置２００Ｂにおいては、中間部材２８０が、導電材料からなる３つの中間部材（被接合部材）２８０Ａ〜２８０Ｃからなり、第３保持部２２６と第２摺動装置２３０Ａとが追加されている。中間部材（第１中間部材）２８０Ａは、第１および第２被接合部材２６０，２７０に相対しかつ第１および第２接触面２８２，２８４を有する。中間部材（第２中間部材）２８０Ｂおよび中間部材２８０Ｃは、中間部材２８０Ａにおける第１および第２接触面２８２，２８４の逆側に位置する面に相対して配置され、中間部材２８０Ｃは、外部に面している（最下方に位置している）。第３保持部２２６は、中間部材２８０Ａ，２８０Ｃに対して中間部材２８０Ｂを相対的に静止した状態で保持する第２保持手段である。第２摺動装置２３０Ａは、中間部材２８０Ｃを、中間部材２８０Ｂに対して摺動させて摩擦熱を発生させるために使用される。なお、摺動装置２３０は、中間部材２８０Ａを、中間部材２８０Ｂに対して摺動させて摩擦熱を発生させる機能も有する。

この場合、実施の形態１に係る変形例３と同様に、第３保持部２２６によって中央に位置する中間部材２８０Ｂの水平方向への移動を規制する一方、第２摺動装置２３０Ａによって下方に位置する中間部材２８０Ｃを水平方向Ｈに振動（加振）させることにより、第１および第２被接合部材２６０，２７０を、上方に位置する中間部材２８０Ａに接合しつつ、中央に位置する中間部材２８０Ｂを中間部材２８０Ａおよび中間部材２８０Ｃに接合することが可能である。つまり、変形例３においては、５つの被接合部材からなるワークＷを接合することが可能である。なお、中間部材２８０Ｃおよび第２摺動装置２３０Ａを省略することで、２つの中間部材を有する場合に適用したり、保持部および摺動装置をさらに追加することで、３つを越える中間部材を有する場合においても適用することが可能である。

以上のように、実施の形態２においては、第１被接合部材と第２被接合部材とは、中間部材の一方の表面に並置されているため、被接合部材の一方の表面に、複数の被接合部材が並置して接合された構造を容易に形成することが可能である。

また、第１接触面の面積が第２接触面の面積より大きい場合、第１接触面に対する第１被接合部材の押し付け面圧は、第２接触面に対する第２被接合部材の押し付け面圧より小さく、第１接触面の面積が第２接触面の面積より小さい場合、第１接触面に対する第１被接合部材の押し付け面圧は、第２接触面に対する第２被接合部材の押し付け面圧より大きくする。この場合、第１および第２接触面の面積の差異に応じて面圧を変更し接触抵抗が調整されるため、均一に加熱することが可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。

例えば、第１および第２電極は、第１および第２被接合部材に直接接触する形態に限定されない。また、加圧装置の第１および第２加圧部と第１および第２電極とを独立して進退動可能に構成することも可能である。

１００，１００Ａ〜１００Ｄ 接合装置、
１０２，１０２Ａ 第１電極、
１０４，１０４Ａ 第２電極、
１１０ 電流供給装置（電流供給手段）、
１２０ 保持装置（保持手段）、
１２２，１２２Ａ 第１保持部、
１２４，１２４Ｂ 第２保持部、
１２６ 第３保持部（第２保持手段）、
１３０ 摺動装置（摺動手段）、
１３０Ａ 第２摺動装置（摺動手段）、
１３２ シャフト、
１３４ モータ、
１４０ 加圧装置、
１４２，１４２Ａ 第１加圧部（面圧調整手段）、
１４４，１４４Ｂ 第２加圧部（面圧調整手段）、
１５０ 制御装置（制御手段）、
１６０，１６０Ａ 第１被接合部材、
１６６ フランジ部、
１６８ 半球状部、
１７０，１７０Ａ 第２被接合部材、
１７６ フランジ部、
１７８ 半球状部、
１８０ 中間部材（第３被接合部材）、
１８０Ａ 中間部材（第１中間部材）、
１８０Ｂ 中間部材（第３中間部材）、
１８０Ｃ 中間部材（第２中間部材）、
１８２ 第１接触面、
１８４ 第２接触面、
１９０ 介在部材、
１９２ 第１介在部材、
１９４ 第２介在部材、
２００，２００Ａ，２００Ｂ 接合装置、
２０２ 第１電極、
２０４ 第２電極、
２１０ 電流供給装置（電流供給手段）、
２２０ 保持装置（保持手段）、
２２２ 第１保持部、
２２４ 第２保持部、
２２６ 第３保持部（第２保持手段）、
２３０ 摺動装置（摺動手段）、
２３０Ａ 第２摺動装置（摺動手段）、
２３２ シャフト、
２３４ モータ、
２４０ 加圧装置、
２４２ 第１加圧部（面圧調整手段）、
２４４ 第２加圧部（面圧調整手段）、
２５０ 制御装置（制御手段）、
２６０ 第１被接合部材、
２７０ 第２被接合部材、
２８０ 中間部材（第３被接合部材）、
２８０Ａ 中間部材（第１中間部材）、
２８０Ｂ 中間部材（第２中間部材）、
２８０Ｃ 中間部材、
２８２ 第１接触面、
２８４ 第２接触面、
２９０ 介在部材、
Ｈ 水平方向、
Ｌ 上下方向、
Ｗ ワーク。

Claims (19)

1. 導電材料からなる３つ以上の被接合部材を同時に接合する接合方法であって、
   第１電極が電気的に接続された第１被接合部材と、第２電極が電気的に接続された第２被接合部材とを、１つ以上の被接合部材によって構成される中間部材に、接合するための接合工程を有し、
   前記中間部材は、前記第１被接合部材と接触する第１接触面と、前記第２被接合部材と接触する第２接触面と、を有しており、
   前記接合工程において、前記第１および第２被接合部材に対して前記第１および第２接触面を摺動させつつ、
   電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して、前記第２電極へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２接触面を、前記第１および第２被接合部材に接合する
   ことを特徴とする接合方法。
2. 前記中間部材は、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 接合される前記第１および第２接触面の面積は、略同一であることを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
4. 前記第１接触面の面積が前記第２接触面の面積より大きい場合は、前記第１被接合部材および／又は前記中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる介在部材を、前記第１被接合部材と前記中間部材との間に配置し、
   前記第２接触面の面積が前記第１接触面の面積より大きい場合は、前記第２被接合部材および／又は前記中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる介在部材を、前記第２被接合部材と前記中間部材との間に配置する
   ことを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
5. 前記中間部材は、前記第１被接合部材に相対しかつ前記第１接触面を有する第１中間部材と、前記第２被接合部材に相対しかつ前記第２接触面を有する第２中間部材と、前記第１中間部材と前記第２中間部材との間に配置される第３中間部材とを有しており、
   前記接合工程において、前記第１および第２中間部材に対して前記第３中間部材を相対的に静止した状態で保持することにより、前記第１および第２中間部材と前記第３中間部材とを接合する
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の接合方法。
6. 前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とは、前記中間部材の一方の表面に並置されることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
7. 前記第１接触面の面積が前記第２接触面の面積より大きい場合、前記第１接触面に対する前記第１被接合部材の押し付け面圧は、前記第２接触面に対する前記第２被接合部材の押し付け面圧より小さく、
   前記第１接触面の面積が前記第２接触面の面積より小さい場合、前記第１接触面に対する前記第１被接合部材の押し付け面圧は、前記第２接触面に対する前記第２被接合部材の押し付け面圧より大きい
   ことを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
8. 前記中間部材は、前記第１および第２被接合部材に相対しかつ前記第１および第２接触面を有する第１中間部材と、前記第１中間部材における前記第１および第２接触面の逆側に位置する面に相対して配置される第２中間部材と、を有しており、
   前記接合工程において、前記第１中間部材に対して前記第２中間部材を相対的に静止した状態で保持することにより、前記第１中間部材と前記第２中間部材とを接合する
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の接合方法。
9. 前記摺動は、振動からなり、
   前記第１および第２接触面は、前記振動の方向に対して一様形状を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の接合方法。
10. 前記中間部材は、前記第１被接合部材および／又は前記第２被接合部材を構成する導電材料より低融点の導電材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
11. 前記第１被接合部材と前記中間部材との間に配置され、前記第１被接合部材および／又は前記中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる第１介在部材と、
    前記第２被接合部材と前記中間部材との間に配置され、前記第２被接合部材および／又は前記中間部材を構成する導電材料より低融点の導電材料からなる第２介在部材と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
12. 前記第１介在部材および前記第２介在部材は、前記中間部材と一体化された被覆層からなることを特徴とする請求項１１に記載の接合方法。
13. 導電材料からなる３つ以上の被接合部材を同時に接合する接合装置であって、
    第１被接合部材と第２被接合部材とを、１つ以上の被接合部材によって構成される中間部材に、接合するための接合手段を有し、
    前記中間部材は、前記第１被接合部材と接触する第１接触面と、前記第２被接合部材と接触する第２接触面と、を有しており、
    前記接合手段は、
    前記第１被接合部材に電気的に接続される第１電極と、
    前記第２被接合部材に電気的に接続される第２電極と、
    電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して第２電極に流すための電流供給手段と、
    前記第１および第２接触面に対して前記第１および第２被接合部材を相対的に静止した状態で保持する保持手段と、
    前記第１および第２接触面を前記第１および第２被接合部材に対して摺動させるための摺動手段と、
    前記摺動手段および前記電流供給手段を制御し、前記第１および第２接触面を前記第１および第２被接合部材に対して摺動させつつ、電流を、前記第１電極から、前記第１被接合部材、前記中間部材および前記第２被接合部材を経由して、前記第２電極へ流して抵抗加熱することによって、前記第１および第２接触面を接合するための制御手段と、
    を有することを特徴とする接合装置。
14. 前記中間部材は、前記第１被接合部材と前記第２被接合部材との間に配置されており、
    前記保持手段は、
    前記第１被接合部材を保持する第１保持部と、
    前記中間部材に関して前記第１保持手段の逆側に位置し、前記第２被接合部材を保持する第２保持部と、
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の被接合部材の接合装置。
15. 前記中間部材は、前記第１被接合部材に相対しかつ前記第１接触面を有する第１中間部材と、前記第２被接合部材に相対しかつ前記第２接触面を有する第２中間部材と、前記第１中間部材と前記第２中間部材との間に配置される第３中間部材と、を有しており、
    前記接合装置は、前記第１および第２中間部材に対して前記第３中間部材を相対的に静止した状態で保持する第２保持手段をさらに有し、
    前記第１および第２接触面が接合される際、前記第１および第２中間部材に対して前記第３中間部材が相対的に静止した状態で保持されることにより、前記第１および第２中間部材と前記第３中間部材とが接合される
    ことを特徴とする請求項１４に記載の被接合部材の接合装置。
16. 前記第１被接合部材と前記第２被接合部材とは、前記中間部材の一方の表面に並置されており、
    前記保持手段は、
    前記第１被接合部材を保持する第１保持部と、
    前記第１保持部と並置され、前記第２被接合部材を保持する第２保持部と、
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の被接合部材の接合装置。
17. 前記第１接触面に対する前記第１被接合部材の押し付け面圧と、前記第２接触面に対する前記第２被接合部材の押し付け面圧と、を調整するため面圧調整手段を有し、
    前記面圧調整手段は、
    前記第１接触面の面積が前記第２接触面の面積より大きい場合、前記第１被接合部材の押し付け面圧を、前記第２被接合部材の押し付け面圧より小さくなるように調整し、
    前記第１接触面の面積が前記第２接触面の面積より小さい場合、前記第１被接合部材の押し付け面圧を、前記第２被接合部材の押し付け面圧より大きくなるように制御する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の被接合部材の接合装置。
18. 前記中間部材は、前記第１および第２被接合部材に相対しかつ前記第１および第２接触面を有する第１中間部材と、前記第１中間部材における前記第１および第２接触面の逆側に位置する面に相対して配置される第２中間部材と、を有しており、
    前記接合装置は、前記第１中間部材に対して前記第２中間部材を相対的に静止した状態で保持する第２保持手段をさらに有し、
    前記第１および第２接触面が接合される際、前記第１中間部材に対して前記第２中間部材が相対的に静止した状態で保持されることにより、前記第１中間部材と前記第２中間部材とが接合される
    ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の接合装置。
19. 前記摺動手段は、前記第１および第２接触面を前記第１および第２被接合部材に対して振動させるための加振手段からなり、
    前記第１および第２接触面は、前記振動の方向に対して一様形状を有する
    ことを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の接合装置。

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