JP5984109B2

JP5984109B2 - 通電加熱接合装置及び方法

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Publication number: JP5984109B2
Application number: JP2012032103A
Authority: JP
Inventors: 芳伸水野; 修栗山
Original assignee: Ｅｃｏ−Ａ株式会社
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2016-09-06
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Description

本発明は、金属からなる被接合部材と樹脂からなる被接合部材とを接合する通電加熱接合装置及び方法に関する。

自動車部品や電気機器などの多く分野において、高強度、高剛性を保ちながら、軽量化することが要求されている。そこで、金属からなる部材の一部を樹脂とするために、金属部材と樹脂部材を接合することが行われている。

例えば、金属部材を樹脂の溶融温度以上に加熱し、金属部材の表面に樹脂部材を接触させて樹脂部材の接触部分を溶解して接合する熱溶着法が知られている。

さらに、特許文献１には、金属部材と樹脂部材との接合部に、金属部材側から順に金属化合物皮膜と分子接着剤とを有し、樹脂部材が分子接着剤と接する部分に、樹脂部材が局部的に溶融した後硬化して形成される局部再硬化部を有するように接合することが記載されている。

特開２０１１−２３５５７０号公報

しかし、熱溶着法では、金属部材全体を樹脂の溶融温度以上に加熱するので、金属表面からの輻射熱で、樹脂部材の溶着部分以外の部分が変形する場合があるという問題がある。さらに、温度上昇に伴い金属部材の表面が酸化等に起因し変色する場合があるという問題がある。

一方、特許文献１に記載の接合方法は、金属部材と樹脂部材の材質が非常に限定されるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑み、金属部材と樹脂部材の材質が限定されずに、変形せずに樹脂部材を金属部材に接合することが可能な通電加熱接合装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の通電加熱接合装置は、金属からなる第１の被接合部材と樹脂からなる第２の被接合部材とを接合する通電加熱接合装置であって、前記第１の被接合部材を挟持して、前記第１の被接合部材と電気的に導通可能な複数の電極と、前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との接合面に圧力を付与する加圧部と、前記第１の被接合部材の温度を検知する温度センサと、前記温度センサが検知した温度が予め設定した温度になった後、前記予め設定した温度を維持しながら、前記接合面に圧力を継続して付与させるように前記加圧部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の通電加熱接合装置によれば、第１の被接合部材の温度が予め設定した温度になるまで、接合面に圧力を付与しないので、第２の被接合部材の温度上昇する部分は少ない。よって、第２の被接合部材には屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。

また、本発明の通電加熱接合装置において、前記電極に電流を供給する電源を備え、前記温度センサが検知した温度が前記予め設定した温度以下のとき、前記電源を作動し、前記温度センサが検知した温度が前記予め設定した温度を超えたとき、前記電源を停止させることが好ましい。

この場合、温度センサが検知した温度と予め設定した温度とを参照して、電極に電流を供給する電源の作動、停止を行うので、第１の被接合部材の温度を予め設定した温度に確実に維持することができる。

また、本発明の通電加熱接合装置において、前記接合面に付与される圧力を検知する圧力センサを備え、前記圧力センサが予め設定した圧力を超えたとき、前記制御部は、前記接合面に圧力を付与しないように前記加圧部を制御することが好ましい。

この場合、第２の被接合部材の接合面付近の部分の溶融量を制限することが可能となり、第２の被接合部材の過大な溶け込みを確実に防止することができる。

また、本発明の通電加熱接合装置において、前記接合面に圧力を付与させた後、予め設定された時間を経過したとき、前記制御部は、前記接合面に圧力を付与しないように前記加圧部を制御することが好ましい。

また、本発明の通電加熱接合装置において、前記予め設定した温度は、前記第２の被接合部材の軟化温度以上、且つ前記第２の被接合部材の溶融温度未満である。

これにより、予め設定した温度に達した第１の被接合部材から接合面を介して第２の被接合部材に伝熱されて、第２の被接合部材が軟化温度以上となって軟化して接合面に付与された圧力によって接合が可能となる。そして、第２の被接合部材は、溶融温度を超えて温度上昇しないので、過大な変形や溶け込みなどが生じない。尚、予め設定した温度は、第２の被接合部材の軟化温度又は軟化温度より十度から数十度程度高い温度であればよく、溶融温度より大幅に低い温度であることがより好ましい。

また、本発明の通電加熱接合装置において、大気雰囲気で前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材とを接合することが好ましい。

この場合、第１の被接合部材と第２の被接合部材との接合部分を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気にする必要がないので、装置を簡素化すること可能となる。尚、第２の被接合部材の溶融温度未満の温度で接合するので、接合面に酸化被膜は発生しない。

また、本発明の通電加熱接合装置において、前記加圧部は弾性体を有し、前記弾性体の弾性力によって前記接合面に圧力を付与することが好ましい。

この場合、接合面に急激に大きな圧力が付与されることが防止され、第２の被接合部材の過大な溶け込みを確実に防止することができる。

本発明の通電加熱接合方法は、金属からなる第１の被接合部材と樹脂からなる第２の被接合部材とを接合する通電加熱接合方法であって、前記第１の被接合部材と電気的に導通可能な複数の電極間に前記第１の被接合部材を挟持して通電し、前記第１の被接合部材の温度が前記第２の被接合部材の軟化温度以上、且つ前記第２の被接合部材の溶融温度未満である予め設定した温度になった後、前記予め設定した温度を維持しながら、前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との接合面に圧力を継続して付与することを特徴とする。

本発明の通電加熱接合方法によれば、第１の被接合部材の温度が予め設定した温度になるまで、接合面に圧力を付与しないので、第２の被接合部材の温度上昇する部分は少ない。よって、第２の被接合部材には屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。

本発明の第１実施形態に係る通電加熱接合装置の概略断面図。上下電極、押圧ブロック、及び被接合部材を拡大断面斜視図。通電加熱接合装置のブロック図。本発明の第１実施形態に係る通電加熱接合方法を示すフローチャート。本発明の第２実施形態に係る通電加熱接合装置の概略断面図。通電加熱接合装置のブロック図。通電加熱接合装置の押圧状態を示す概略断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態である通電加熱接合装置１について説明する。

図１から図３を参照して、通電加熱接合装置１は、金属からなる被接合部材Ｍ１と樹脂からなる被接合部材Ｍ２とを接合する装置である。通電加熱接合装置１は、電極ユニット１０、加圧ユニット２０、温度センサ３０及び制御ユニット４０を備えている。これらは図示しない架台に搭載されている。

被接合部材Ｍ１は、通電可能な金属であれば、その材質は特に限定されない。被接合部材Ｍ１の材質として、例えば、ステンレス鋼などの鉄鋼材料、銅、アルミニウム、亜鉛などの単体非鉄金属、アルミニウム、ニッケル、クロム、チタン、銅等を含む各種合金などの金属材料が挙げられる。

被接合部材Ｍ２は、樹脂であれば、その材質は特に限定されない。被接合部材Ｍ２の材質として、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）ポリアミド（ＰＡ）を含む各種合成樹脂や天然樹脂が挙げられる。

被接合部材Ｍ１は、ここでは、段差を有する円柱形状である。そして、被接合部材Ｍ２は、ここでは、内部に段差を有する円筒形状である。被接合部材Ｍ１を被接合部材Ｍ２に入れ込むことにより、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の段差同士が当接すると共に、被接合部材Ｍ１の外周面と被接合部材Ｍ２の内周面とが接触する。そして、被接合部材Ｍ１の上下両端部は、被接合部材Ｍ２から突出する。尚、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の接合面は、粗面であることが好ましいが、鏡面であってもよい。

電極ユニット１０は、上下一対の電極１１，１２と下電極１２を押し上げる押上機構１３とから構成されている。押上機構１３は、ここでは、ばね１３ａと、ばね１３ａを下電極１２との間で自由長より短い予め設定された長さに規制するためのブロック体１３ｂとから構成されている。尚、押上機構１３によって押し上げられる下電極１２から被接合部材Ｍ１に作用する圧力は、被接合部材Ｍ２の材質や形状に応じて異なるが、例えば５Ｎ乃至１００Ｎである。そして、この圧力は、ばね１３ａを交換することによって変更可能である。

上電極１１は、ここでは、銅、モリブデン、タングステンなどからなる上通電電極１１ａと、上通電電極１１ａの下部に固定された抵抗体１１ｂとからなっている。

下電極１２は、ここでは、銅、モリブデン、タングステンなどからなる下通電電極１２ａと、下通電電極１２ａの上部に固定された抵抗体１２ｂとからなり、下通電電極１２ａの下部がベークライト等からなる絶縁体１４を介して基礎台１５に固定されている。

上下通電電極１１ａ，１２ａと被接合部材Ｍ１との間に放電が生じないように、これらの間には、例えば１ｍｍ以上の隙間が設けられている。

抵抗体１１ｂ，１２ｂは、通電により発熱する材質、例えば、カーボン、カーボン複合材、炭化ケイ素、ステンレスなどからなる。そして、抵抗体１１ｂは、被接合部材Ｍ１の上面に接触するが、被接合部材Ｍ２には接触しないように構成され、ここでは、円板状に形成されている。抵抗体１２ｂは、被接合部材Ｍ１の下面に接触するが、被接合部材Ｍ２には接触しないように構成され、ここでは、円板状に形成されている。

上下電極１１，１２は、その軸線が同一線上となるように配置されており、その間に被接合部材Ｍ１が挟持される。そして、上下通電電極１１ａ，１２ａは、それぞれ図示しないケーブルを介して電源１６に接続されており、通電可能に構成されている。被接合部材Ｍ１を抵抗体１１ｂ，１２ｂで挟んだ状態で上下通電電極１１ａ，１２ａに通電することにより、被接合部材Ｍ１全体を均一に加熱することができる。

電源１６は、ここでは、インバータ制御パルス電源である。この電源１６は、整流回路、ダイオードやサイリスタを有するインバータを備えており、発生させるパルスのパルス波形、パルス幅、パルス間隔、電流、電圧等のパルス特性調整要素が制御ユニット４０により変更可能に構成されている。

加圧ユニット２０は、上通電電極１１ａが固定された加圧ブロック２１と、加圧ブロック２１を駆動させるための駆動源２２と、駆動源２２の駆動力を伝達し、加圧ブロック２１を上下動させるボールねじ機構２３とから構成されている。

加圧ブロック２１は、銅、モリブデン、タングステンなどからなり、上通電電極１１ａを固定するための図示しない固定機構を備えている。加圧ブロック２１は、ここでは、汎用性を持たせるために正方形板状に形成されているが、上通電電極１１ａの上面に合せて円板状に形成してもよい。

尚、上通電電極１１ａ及び加圧ブロック２１は、図示しない冷却機構により純水や水道水などの冷却流体が循環されて、冷却可能に構成されている。また、下通電電極１２ａも、図示しない冷却機構により純水や水道水などの冷却流体が循環されて、冷却可能に構成されている。

駆動源２２は、ここでは減速機付きのサーボモータである。サーボモータ２２には、エンコーダ２２ａが付設されており、図示しない架台に配置されている。

ボールねじ機構２３は、上下方向に延び外周面にねじ溝が形成されたねじ軸２３ａと、内周面にねじ溝が形成されたナット２３ｂと、これらのねじ溝間に収容された複数のボール２３ｃとから構成されている。ナット２３ｂは、加圧ブロック２１の上部にベークライト等からなる絶縁体２４及び圧力センサ２５を介して固定されている。ねじ軸２３ａは、サーボモータ２２の回転軸に減速機を介して接続されている。サーボモータ２２が回転駆動することにより、ねじ軸２３ａが回転して、ナット２３ｂ、ひいては加圧ブロック２１がねじ軸２３ａに対して相対的に上下移動する。

圧力センサ２５は、例えば、上下方向の圧力を測定する一軸のロードセルであるが、多軸の圧力センサを用いてもよい。圧力センサ２５により、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の接合面に付与される圧力を間接的に検知することができる。

サーボモータ２２の回転駆動力がボールねじ機構２３で上下方向の駆動力に変換され、加圧ブロック２１が上下動する。

そして、サーボモータ２２の駆動を停止させると、その後、加圧ブロック２１の位置が維持される。このとき、加圧ユニット２０は、被接合部材Ｍ２の変位を規制して接合面に圧力を付与しており、本発明の加圧部として機能する。

温度センサ３０は、被接合部材Ｍ１の温度、好ましくは被接合部材Ｍ１の接合面近傍の温度を検知する。温度センサ３０は、ここでは、赤外線放射温度計などの非接触式のものである。尚、温度センサ３０は、被接合部材Ｍ１の表面に接触させて温度を測定する熱電対等の接触式センサで代用してもよく、非接触式のものと接触式のものを併用してもよい。

制御ユニット４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等から構成されており、操作部４１及び表示部４２が電気的に接続されている。操作部４１は、ここでは、起動スイッチ、スタートスイッチ等の各種の操作スイッチ、タッチパネル等からなる入力盤などから構成されている。操作部４１から入力された情報は、制御ユニット４０に送信される。

また、制御ユニット４０には、エンコーダ２２ａ、圧力センサ２５及び温度センサ３０から検知信号が入力される。制御ユニット４０は、これら検知信号、操作部４１から入力された情報及びその記憶部に格納された設定圧力Ｐｓ、下限設定圧力Ｐｓ１、設定温度Ｔｓ、設定保持時間Ｈｓなどの制御情報に基き、電源１６及びサーボモータ２２に制御信号を出力する。尚、制御ユニット４０は、本発明の制御部に相当する。

ここで、設定温度Ｔｓは、被接合部材Ｍ２の軟化温度、又は被接合部材Ｍ２の軟化温度より１℃〜数十℃程度の所定温度高い温度であり、予め試行実験などで適宜設定される。ただし、設定温度Ｔｓは、被接合部材Ｍ２の溶融温度未満であり、より好ましくは被接合部材Ｍ２の溶融温度より大幅に低い温度である。

温度センサ３０は、検知温度が設定温度Ｔｓを超えたとき、電源１６をオフさせるオフ信号を電源１６に直接出力する。また、温度センサ３０は、検知温度が設定温度Ｔｓ以下となったとき、電源１６をオンさせるオン信号を電源１６に直接出力する。このように、制御ユニット４０を介することなく温度センサ３０から電源１６に信号を直接出力するので、被接合部材Ｍ１の温度Ｔを設定温度Ｔｓに素早く復帰させることが可能となる。従って、被接合部材Ｍ１の温度Ｔが設定温度Ｔｓに常に維持される。

また、制御ユニット４０には、表示部４２が電気的に接続されている。表示部４２は、ここでは、デジタル表示パネル、ランプなどから構成されている。表示部４２は、制御ユニット４０への入力、又は制御ユニット４０での演算結果に基く情報を制御ユニット４０から受信し、その情報を表示する。

次に、上述した通電加熱接合装置１を用いて、本発明の第１実施形態に係る通電加熱接合方法を実施する際の処理について図４を参照して説明する。尚、以下のＳ３〜Ｓ１１の処理は、制御ユニット４０により実行される。

先ず、作業者は、下電極１２の上に被接合部材Ｍ１，Ｍ２を設置する（Ｓ１）。尚、このとき、位置決めピンなどによって被接合部材Ｍ１，Ｍ２の設置を補助してもよい。

作業者により操作部４１のスタートスイッチがＯＮされると（Ｓ２：ＹＥＳ）、サーボモータ２２を駆動させて、上電極１１を下降させる（Ｓ３）。これにより、被接合部材Ｍ１が上下電極１１，１２によって挟持される。尚、このとき、上下電極１１，１２により挟持されることによって被接合部材Ｍ１に作用する圧力は、上下電極１１，１２及び被接合部材Ｍ１が互いに確実に接触する程度の圧力である。

被接合部材Ｍ１を上下電極１１，１２で挟持した状態を保ちながら、電源１６を始動させて上下電極１１，１２を通電する（Ｓ４）。これにより、被接合部材Ｍ１が加熱されて温度が上昇する。この状態では、被接合部材Ｍ２は、大きな圧力で被接合部材Ｍ１と接触しているわけではなく、被接合部材Ｍ１との接触面付近の部分も然程温度が上昇せず変形も発生しない。

その後、温度センサ３０が検知する被接合部材Ｍ１の温度Ｔが設定温度Ｔｓになったとき（Ｓ５：ＹＥＳ）、設定温度Ｔｓを維持した状態を保ちながら、サーボモータ２２を駆動させて、加圧ブロック２１を下降させて、加圧ブロック２１で被接合部材Ｍ１を所定の設定圧力Ｐｓで被接合部材Ｍ２に押し付ける（Ｓ６）。

尚、設定温度Ｔｓの維持は、温度センサ３０が、オフ信号又はオン信号を電源１６に直接出力することによって行われる。また、設定圧力Ｐｓであるか否かは、圧力センサ２５からの検知値を監視することで判断される。

そして、予め設定された所定の設定温度Ｔｓを維持した状態を保ち、且つ被接合部材Ｍ２を加圧ブロック２１で押し付けた状態を、予め設定された所定の設定保持時間Ｈｓ継続する（Ｓ７）。尚、設定保持時間Ｈｓ継続したか否かは、制御ユニット４０の図示しないタイマを参照して判断される。

この間、被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面である段差付近の部分は加熱されて温度が上昇する。尚、被接合部材Ｍ１の外周面と被接合部材Ｍ２の内周面との間には微少な隙間があり空気の断熱層となるので、被接合部材Ｍ２の内周面はほとんど加熱されず、段差付近の部分のみ加熱される。

さらに、この間、圧力センサ２５が検出した圧力Ｐが予め設定された所定の下限設定圧力Ｐｓ１未満となったか否かを監視する（Ｓ８）。下限設定圧力Ｐｓ１は、被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面付近の部分が溶融した状態での圧力Ｐであり、被接合部材Ｍ２の材質や形状等を考慮して設定すればよい。下限設定圧力Ｐｓ１を設定することにより、被接合部材Ｍ２の溶け込み量を調整することができる。

設定保持時間Ｈｓ経過後、電源１６を停止して、上下電極１１，１２の通電を終了する（Ｓ９）。圧力センサ２５が検出した圧力が下限設定圧力Ｐｓ１未満となったときは、異常終了する。そして、図示しない冷却機構により下通電電極１２ａ及び加圧ブロック２１に冷却流体が循環させて、被接合部材Ｍ１，Ｍ２を冷却する（Ｓ１０）。制御ユニット４０の図示しないタイマを参照して予め設定された冷却時間が経過したとき、冷却は終了される。尚、温度センサ３０が検出した温度が予め設定された温度未満になったとき、冷却を終了させてもよい。ただし、設定温度Ｔｓのみ、又は下限設定圧力Ｐｓ１のみで判定してもよい。

その後、サーボモータ２２を駆動させて加圧ブロック２１を上昇させて上電極１１を上昇させる（Ｓ１１）。

これにより、被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面付近の溶融した部分は温度が低下して硬化し、被接合部材Ｍ１と被接合部材Ｍ２とは強固に接合される。被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面付近以外の部分は溶融せず、軟化開始温度以上となる部分も少ないので、被接合部材Ｍ２には、歪み、屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。

その後、作業者が接合部材を取り出す（Ｓ１２）。

従来のように被接合部材Ｍ２を被接合部材Ｍ１に押圧しながら被接合部材Ｍ１を加熱すると、加熱過程における熱が被接合部材Ｍ２に流れ込むため、被接合部材Ｍ２全体の温度が上昇する。そのため、被接合部材Ｍ２は品質保障温度を超えて品質は劣化し、さらに歪み、屈曲、圧縮などの変形が生じる。

本実施形態では、被接合部材Ｍ１の温度Ｔが設定温度Ｔｓになるまで（Ｓ５：ＹＥＳ）、被接合部材Ｍ１を被接合部材Ｍ２に大きな圧力で押圧しないので、被接合部材Ｍ２の軟化開始温度以上となる部分は少なく、被接合部材Ｍ２に歪み、屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。また、被接合部材Ｍ２の品質保障温度を超える部分も少ないので、被接合部材Ｍ２の品質は良好に維持される。

さらに、本実施形態では、被接合部材Ｍ１の温度Ｔを設定温度Ｔｓに、例えば＋−１℃の精度で維持しているので、最適な条件で被接合部材Ｍ２の接合面付近の部分が軟化するので、発泡などが発生しない。そのため、接合強度は良好なものとなる。

また、被接合部材Ｍ２の溶融温度未満の温度で接合するので、接合面に酸化被膜は発生せず、通常の大気雰囲気で接合することができる。そのため、接合部分を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気にする必要がなく、装置を簡素化することが可能となる。

尚、被接合部材Ｍ１、Ｍ２の凸の角部を鋭くする一方、被接合部材Ｍ１、Ｍ２の凹の角部に丸みを帯びさせれば、被接合部材Ｍ１の角部が被接合部材Ｍ２の角部に強く押し当り、角部同士が確実に接合される。そして、この角部同士の接合は円周状に亘るので、接合した部材の気密性が良好となる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態である通電加熱接合装置１０１について説明する。

図５から図７を参照して、通電加熱接合装置１０１は、金属からなる矩形板状の被接合部材Ｍ１と樹脂からなる矩形板状の被接合部材Ｍ２とを接合する装置である。通電加熱接合装置１０１は、上述した通電加熱接合装置１と類似するので、同一又は対応する部材には同一の符号を付し、異なる箇所についてのみ説明する。

通電加熱接合装置１０１は、電極ユニット１１０、加圧ユニット１２０、温度センサ３０及び制御ユニット４０を備えている。これらは図示しない架台に搭載されている。

電極ユニット１１０は、上下一対の電極１１１，１１２と上電極１１１を上下動させる上下動機構１１３とから構成されている。上下動機構１１３は、ここでは、エアシリンダである。

上電極１１１は、ここでは、銅、モリブデン、タングステンなどからなる上通電電極１１１ａと、上通電電極１１ａの下部に固定された抵抗体１１１ｂとからなり、上通電電極１１１ａは、ベークライト等からなる絶縁体１１５を介して、エアシリンダ１１３のピストン１１３ａの下端部に固定されている。

下電極１１２は、ここでは、銅、モリブデン、タングステンなどからなる下通電電極１１２ａと、下通電電極１１２ａの上部に固定された抵抗体１１２ｂとからなり、下通電電極１１２ａの下部がベークライト等からなる絶縁体１１４を介して図示しない架台に固定されている。

上電極１１１の抵抗体１１１ｂは、被接合部材Ｍ１の上面に接触するが、被接合部材Ｍ２には接触しないように構成され、ここでは、被接合部材Ｍ１の上面の約半分に接触するような矩形板状に形成されている。

下電極１１２の抵抗体１１２ｂは、被接合部材Ｍ１の下面に接触するが、被接合部材Ｍ２には接触しないように構成され、ここでは、被接合部材Ｍ１の下面が略全面接触するような矩形板状に形成されている。

下電極１１２の下通電電極１１２ａは、その上面に、被接合部材Ｍ１の上に配置された被接合部材Ｍ２が安定的に配置されるように構成されている。具体的には、下通電電極１１２ａには、被接合部材Ｍ２の両側面を位置決めするためのガイド片１１２ｃが形成されている。また、溶融した被接合部材Ｍ２が付着しないように、接合面付近では下通電電極１１２ａは被接合部材Ｍ２と接触しないように構成されている。

上下電極１１１，１１２は、その中心軸線が偏心して配置されているが、被接合部材Ｍ１は、それぞれの上下面が抵抗体１１１ｂ，１１２ｂと面接触するので、上下電極１１１，１１２の間に安定的に挟持される。そして、被接合部材Ｍ１を抵抗体１１１ｂ，１１２ｂで挟んだ状態で上下通電電極１１１ａ，１１２ａに通電することにより、被接合部材Ｍ１の接合面を含む約半分の部分を均一に加熱することができる。

加圧ユニット１２０は、被接合部材Ｍ２と接触する加圧ブロック１２１と、加圧ブロック１２１を駆動させるための駆動源２２と、駆動源２２の駆動力を伝達し、加圧ブロック２１を上下動させるボールねじ機構２３とから構成されている。

加圧ブロック１２１は、銅、モリブデン、タングステンなどからなり、被接合部材Ｍ２の上面に面接触する加圧プレート１２１ａと、加圧プレート１２１ａと一体的に設けられたブロック体１２１ｂと、加圧プレート１２１ａとブロック体１２１ｂとの間に配置された弾性体１２１ｃとから構成されている。加圧プレート１２１ａは、被接合部材Ｍ２の上面に接触するが、被接合部材Ｍ１及び上電極１１には接触しないように構成されている。加圧プレート１２１ａは、ここでは、被接合部材Ｍ２の接合面の上方に位置する上面に接触するように矩形板状に形成されている。

弾性体１２１ｃは、加圧プレート１２１ａとブロック体１２１ｂとを離間させる方向に弾性力を作用させるものであり、ばね、例えば渦巻きばねから構成されている。尚、図示しないが、加圧プレート１２１ａとブロック体１２１ｂとはその間の最大隙間超えて離間しないように構成されている。

サーボモータ２２の回転駆動力がボールねじ機構２３で上下方向の駆動力に変換され、加圧ブロック１２１が上下動する。

そして、サーボモータ２２の駆動を停止させると、その後、加圧ブロック１２１の位置が維持される。このとき、加圧ユニット１２０は、被接合部材Ｍ２の変位を弾性体１２１ｃの弾性力より規制して接合面に圧力を付与しており、本発明の加圧部として機能する。

上述した通電加熱接合装置１０１を用いて、本発明の第２の実施形態に係る通電加熱接合方法を実施する際の処理は、上述した本発明の第１の実施形態に係る通電加熱接合方法と類似するので、図４を参照して異なる箇所についてのみ説明する。

作業者により操作部４１のスタートスイッチがＯＮされると（Ｓ２：ＹＥＳ）、エアシリンダ１１３を駆動させて、上電極１１１を下降させる（Ｓ３）。これにより、被接合部材Ｍ１が上下電極１１１，１１２によって挟持される。尚、このとき、上下電極１１１，１１２により挟持されることによって被接合部材Ｍ１に作用する圧力は、上下電極１１１，１１２及び被接合部材Ｍ１が互いに確実に接触する程度の圧力である。

そして、被接合部材Ｍ１を上下電極１１１，１１２で挟持した状態を保ちながら、電源１６を始動させて上下電極１１１，１１２を通電する（Ｓ４）。これにより、被接合部材Ｍ１が加熱されて温度が上昇する。この状態では、被接合部材Ｍ２は、単に被接合部材Ｍ１の上に載置されているだけであり、被接合部材Ｍ１との接触面付近の部分も然程温度が上昇せず変形も当然に生じない。

その後、温度センサ３０が検知する被接合部材Ｍ１の温度Ｔが設定温度Ｔｓになったとき（Ｓ５：ＹＥＳ）、設定温度Ｔｓを維持した状態を保ちながら、サーボモータ２２を駆動させて、加圧ブロック１２１を下降させて、加圧プレート１２１ａで被接合部材Ｍ２を所定の設定圧力Ｐｓで被接合部材Ｍ１に押し付ける（Ｓ６）。尚、このとき、弾性体１２１ｃの存在によって、設定圧力Ｐｓを超える大きな圧力が急激に被接合部材Ｍ２に作用することが防止される。

そして、予め設定された所定の設定温度Ｔｓを維持した状態を保ち、且つ被接合部材Ｍ２を加圧プレート１２１ａで押し付けた状態を、予め設定された所定の設定保持時間Ｈｓ継続する（Ｓ７）。さらに、この間、圧力センサ２５が検出した圧力Ｐが予め設定された所定の下限設定圧力Ｐｓ１未満となった否かを監視する（Ｓ８）。

設定保持時間Ｈｓ経過後、電源１６を停止して、上下電極１１１，１１２の通電を終了する（Ｓ９）。そして、図示しない冷却機構により下通電電極１１２ａ及び加圧ブロック１２１に冷却流体が循環させて、被接合部材Ｍ１，Ｍ２を冷却する（Ｓ１０）。

その後、サーボモータ２２を駆動させて加圧ブロック１２１を上昇させると共に、エアシリンダ１１３を駆動させて上電極１１１を上昇させる（Ｓ１１）。

これにより、被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面付近の溶融した部分は温度が低下して硬化し、被接合部材Ｍ１と被接合部材Ｍ２とは強固に接合される。被接合部材Ｍ２の被接合部材Ｍ１との接触面付近以外の部分は軟化せず、軟化開始温度以上となる部分も少ないので、被接合部材Ｍ２には、歪み、屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。

その後、作業者が接合部材を取り出す（Ｓ１２）。

これにより、本実施形態によれば、被接合部材Ｍ１の温度Ｔが設定温度Ｔｓになるまで（Ｓ５：ＹＥＳ）、被接合部材Ｍ１を被接合部材Ｍ２に押圧しないので、被接合部材Ｍ２の軟化開始温度以上となる部分は少なく、被接合部材Ｍ２に歪み、屈曲、圧縮などの変形がほとんど生じない。また、被接合部材Ｍ２の品質保障温度を超える部分も少ないので、被接合部材Ｍ２の品質は良好に維持される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被接合部材Ｍ１に対する電極の個数や設置部位などに関して限定されない。

また、上電極１１，１１１を動作させる場合について説明した。しかし、これに限定されず、下電極１２，１１２を動作させてもよく、上下電極１１，１２，１１１，１１２を共に動作させてもよい。

また、加圧ブロック２１，１２１をボールねじ機構２３で往復動作させる場合について説明した。しかし、加圧ブロック２１，１２１を往復動作させる機構は、これに限定されず、公知の機構を用いればよい。例えば、直線移動ガイド機構を用いてもよい。

また、第２の実施形態では、弾性体１２１ｃを備える場合について説明した。しかし、弾性体１２１ｃを備えることなく、加圧プレート１２１ａとブロック体１２１ｂとを一体化させて、サーボモータ２２の駆動による力をそのまま、接合面に圧力として付与してもよい。

また、通常の大気雰囲気で被接合部材Ｍ１，Ｍ２を接合する場合について説明した。しかし、これに限定されず、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の接合面を含む部分を真空雰囲気や窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気として接合してもよい。

例えば、少なくとも被接合部材Ｍ１，Ｍ２の接合面を含む部分をする真空化ユニットを通電加熱接合装置１，１０１が備えていてもよい。これにより、例え接合温度が被接合部材Ｍ１の融点近傍となっても接合面に酸化被膜が発生することが抑制され、接合が容易且つ強固となる。

真空化ユニットとしては、例えば、通電加熱接合装置１，１０１全体を取り囲むチャンバと、チャンバ内を真空化させる真空化装置と、チャンバ内の真空状態を破壊する真空破壊装置とから構成すればよい。真空化装置は、例えば、チャンバ内の気体を図示しない給排気管を介して排出する真空ポンプである。真空破壊装置は、例えば、給排気管を介してチャンバ内に気体を供給する気体供給ポンプである。真空破壊装置は、チャンバ内に外気を導入させるために、給排気管に設けたバルブなどであってもよい。

そして、チャンバ内の真空度（圧力）を検知するピラニー式などの真空センサを設置さし、チャンバの正面側に、被接合部材Ｍ１，Ｍ２を出し入れするための扉が設けることが好ましい。尚、温度センサ３０は、チャンバののぞき窓の外部に設置すればよい。

また、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の形状は、例えば、パイプ状、バルク状、厚板状、薄板状など任意の形状であってもよく、溝加工、穴開け加工など任意の加工が施されていてもよい。そして、被接合部材Ｍ１，Ｍ２の形状及びその接合部の形状や位置に応じて、上下電極１１，１２，１１１，１１２及び加圧ユニット２０，１２０を適宜構成すればよい。

また、被接合部材Ｍ１に２個以上の被接合部材Ｍ２を同時に接合するものであってもよい。

（実施例）
以下、本発明の実施例に挙げて説明する。

上述した通電加熱接合装置１０１を用いて、被接合部材Ｍ１と被接合部材Ｍ２とを接合した。被接合部材Ｍ１の材質は、アルミニウム（Ａ１０５０）、タフピッチ銅（Ｃ１１００）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、又は普通鋼板（ＳＰＣＣ）であり、被接合部材Ｍ２の材質は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリアミド（ＰＡ）６６であった。

被接合部材Ｍ１として長さ４９ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの細長片を、被接合部材Ｍ２として長さ４９ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ３ｍｍの細長片をそれぞれ用意し、これら細長片を接合面が長さ１２ｍｍ、幅１２ｍｍとなるよう配置して接合した。

設定温度Ｔｓ、設定保持時間Ｈｓ、上下電極１１１，１１２への印加電流Ｉ、設定圧力Ｐｓは、表１に示すように設定した。

接合した部材を引張剪断試験を行った結果、全ての実施例で被接合部材Ｍ２の母材が破断した。これより、接合強度は強固であることが分かった。

１，１０１…通電加熱接合装置、１０，１１０…電極ユニット、１１，１１１…上電極（電極）、１１ａ，１１１ａ…上通電電極、１１ｂ，１１１ｂ…抵抗体、１２，１１２…下電極（電極）、１２ａ，１１２ａ…下通電電極、１２ｂ，１１２ｂ…抵抗体、１３…押上機構、１３ａ…ばね、１４，１１４，１１５…絶縁体、１６…電源、２０，１２０…加圧ユニット（加圧部）、２１，１２１…加圧ブロック、２２…駆動源、サーボモータ、２２ａ…エンコーダ、２３…ボールねじ機構、２４…絶縁体、２５…圧力センサ、３０…温度センサ、４０…制御ユニット（制御部）、１１３…エアシリンダ（上下動機構）、１２１ａ…加圧プレート、１２１ｂ…ブロック体、１２１ｃ…弾性体、Ｍ１…被接合部材（第１の被接合部材）、Ｍ２…被接合部材（第２の被接合部材）。

Claims

金属からなる第１の被接合部材と樹脂からなる第２の被接合部材とを接合する通電加熱接合装置であって、
前記第１の被接合部材を挟持して、前記第１の被接合部材と電気的に導通可能な複数の電極と、
前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との接合面に圧力を付与する加圧部と、
前記第１の被接合部材の温度を検知する温度センサと、
前記温度センサが検知した温度が前記第２の被接合部材の軟化温度以上、且つ前記第２の被接合部材の溶融温度未満である予め設定した温度になった後、前記予め設定した温度を維持しながら、前記接合面に圧力を継続して付与させるように前記加圧部を制御する制御部とを備えることを特徴とする通電加熱接合装置。
前記電極に電流を供給する電源を備え、
前記温度センサが検知した温度が前記予め設定した温度以下のとき、前記電源を作動し、前記温度センサが検知した温度が前記予め設定した温度を超えたとき、前記電源を停止させることを特徴とする請求項１に記載の通電加熱接合装置。
前記接合面に付与される圧力を検知する圧力センサを備え、
前記圧力センサが予め設定した圧力を超えたとき、前記制御部は、前記接合面に圧力を付与しないように前記加圧部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の通電加熱接合装置。
前記接合面に圧力を付与させた後、予め設定された時間を経過したとき、前記制御部は、前記接合面に圧力を付与しないように前記加圧部を制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の通電加熱接合装置。
大気雰囲気で前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材とを接合することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の通電加熱接合装置。
前記加圧部は弾性体を有し、前記弾性体の弾性力によって前記接合面に圧力を付与することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の通電加熱接合装置。
金属からなる第１の被接合部材と樹脂からなる第２の被接合部材とを接合する通電加熱接合方法であって、
前記第１の被接合部材と電気的に導通可能な複数の電極間に前記第１の被接合部材を挟持して通電し、
前記第１の被接合部材の温度が前記第２の被接合部材の軟化温度以上、且つ前記第２の被接合部材の溶融温度未満である予め設定した温度になった後、前記予め設定した温度を維持しながら、前記第１の被接合部材と前記第２の被接合部材との接合面に圧力を継続して付与することを特徴とする通電加熱接合方法。