JP7065478B2 - Metal sheet metal joining device - Google Patents

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JP7065478B2 JP2017211815A JP2017211815A JP7065478B2 JP 7065478 B2 JP7065478 B2 JP 7065478B2 JP 2017211815 A JP2017211815 A JP 2017211815A JP 2017211815 A JP2017211815 A JP 2017211815A JP 7065478 B2 JP7065478 B2 JP 7065478B2
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Description

この発明は、金属薄板接合装置に係り、特に、複数枚の薄いSUS板等を拡散接合する技術に関する。 The present invention relates to a metal thin plate joining apparatus, and more particularly to a technique for diffusing and joining a plurality of thin SUS plates and the like.

現在、薄いSUS等の金属板(金属箔)を接合する方法の一つとして、拡散接合(熱圧着)技術が実用化されている。
これは、金属板同士を真空中で所定の温度まで加熱した状態で接合面を加圧し、しばらく保持すると金属の拡散現象により接合されるというものであり、接着剤等の介在物に頼らずに、接合面を確実に接合させることができる技術である(非特許文献1参照)。
この拡散接合を実現するためには、接合面の清浄性や平坦性が求められるのは勿論であるが、接合面における均熱性も不可欠となる。
Currently, diffusion bonding (thermocompression bonding) technology has been put into practical use as one of the methods for joining thin metal plates (metal foils) such as SUS.
In this method, the metal plates are heated to a predetermined temperature in a vacuum, the joint surface is pressurized, and when the metal plates are held for a while, the metal plates are joined by the diffusion phenomenon of the metal, without relying on inclusions such as adhesives. , A technique capable of reliably joining joint surfaces (see Non-Patent Document 1).
In order to realize this diffusion bonding, it goes without saying that the cleanliness and flatness of the bonded surface are required, but the heat equalization property on the bonded surface is also indispensable.

図11は、従来の拡散接合の原理を説明するための模式図であり、真空槽80内において、SUS材等よりなる複数枚の金属薄板を積層した接合対象物20を、プレスロッド12及び上側の押し板82と、ベースロッド18及び下側の押し板82との間に配置して加圧する様子が描かれている。
各押し板82は、何れも耐熱材よりなる。
接合対象物20である各金属薄板は、赤外線ヒータ84による輻射熱により、約800℃まで加熱される。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the principle of conventional diffusion bonding, in which a bonding object 20 in which a plurality of thin metal plates made of SUS material or the like are laminated in a vacuum chamber 80 is placed on a press rod 12 and an upper side. It is depicted that the pressure plate 82 is placed between the base rod 18 and the lower push plate 82 to pressurize.
Each push plate 82 is made of a heat-resistant material.
Each metal thin plate, which is the object to be joined 20, is heated to about 800 ° C. by the radiant heat of the infrared heater 84.

拡散接合(熱圧着)とはインターネットURL:http://www.yama-tech.com/kakusan/検索日:2017年10月17日What is diffusion bonding (thermocompression bonding)? Internet URL: http://www.yama-tech.com/kakusan/ Search date: October 17, 2017

このように、従来は赤外線ヒータ84からの輻射熱によって複数の金属薄板を間接的に加熱する方式であるため、接合対象物20以外の部分(プレスロッド12、上側の押し板82、ベースロッド18、下側の押し板82)にも熱が伝わってしまい、接合対象物20が拡散接合温度に到達するのに時間を要するという問題があった。
また、高温のまま金属薄板を取り出すと輪郭部が酸化するため、250℃以下にまで冷却する必要があるが、この冷却にも長時間を要することとなる。
As described above, since the conventional method is to indirectly heat a plurality of thin metal plates by the radiant heat from the infrared heater 84, the parts other than the object to be joined 20 (press rod 12, upper push plate 82, base rod 18, There is a problem that heat is also transferred to the lower push plate 82), and it takes time for the bonding object 20 to reach the diffusion bonding temperature.
Further, if the thin metal plate is taken out at a high temperature, the contour portion is oxidized, so that it is necessary to cool it to 250 ° C. or lower, but this cooling also takes a long time.

例えば、所定の条件下において、厚さ100μmの複数枚のSUS薄板が約800℃の拡散接合温度に到達するのに約30分、加圧接合に要する時間として約15分、真空中から取り出すための冷却時間として約60分、合計で約105分を要している。 For example, under predetermined conditions, it takes about 30 minutes for a plurality of SUS thin plates having a thickness of 100 μm to reach a diffusion bonding temperature of about 800 ° C., and about 15 minutes as a time required for pressure bonding, for taking out from the vacuum. It takes about 60 minutes for the cooling time, and about 105 minutes in total.

この発明は、このような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、加熱対象の熱容量をできるだけ小さくすることにより、拡散接合に要する時間を短縮化できる技術の提供を目的としている。 The present invention has been devised to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a technique capable of shortening the time required for diffusion bonding by reducing the heat capacity of the object to be heated as much as possible. It is supposed to be.

上記の目的を達成するため、請求項1に記載した金属薄板接合装置は、複数枚の金属薄板を積層させた接合対象物を載置する加工台と、上記接合対象物に圧力を加える加圧部材と、上記加工対象物の一面及び反対面に当接される一対の加熱板と、一方の加熱板と加工台との間、及び他方の加熱板と加圧部材との間に介装される一対の断熱材と、上記加工台、加圧部材、加熱板及び断熱材を収納する真空槽と、この真空槽の外部に配置された誘導加熱用のコイルと、上記コイルに高周波電流を供給する電源を備え、上記の各加熱板は、誘導加熱可能な金属材より構成されることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the metal thin plate joining apparatus according to claim 1 has a processing table on which a joining object in which a plurality of metal thin plates are laminated is placed, and a pressure applied to the joining target. It is interposed between the member, a pair of heating plates that are in contact with one surface and the opposite surface of the object to be processed, between one heating plate and the processing table, and between the other heating plate and the pressurizing member. A pair of heat insulating materials, a vacuum chamber for accommodating the processing table, the pressurizing member, the heating plate and the heat insulating material, an induction heating coil arranged outside the vacuum chamber, and a high-frequency current being supplied to the coils. Each of the above heating plates is characterized by being composed of a metal material capable of induction heating.

また、請求項2に記載した金属薄板接合装置は、請求項1の装置であって、さらに、上記加熱板にスリットを形成することにより、加熱板が複数の発熱セルに区分されていることを特徴としている。 Further, the metal thin plate joining device according to claim 2 is the device according to claim 1, and further, by forming a slit in the heating plate, the heating plate is divided into a plurality of heat generating cells. It is a feature.

請求項3に記載した金属薄板接合装置は、請求項1または2の装置であって、さらに、上記加熱板の表面温度を計測する温度センサと、この温度センサから出力される加熱板の表面温度の値が、所定の上限値を越えた時点で上記コイルへの電源供給をOFFすると共に、所定の下限値を下回った時点で上記コイルへの電源供給をONする制御手段を備えたことを特徴としている。 The metal thin plate joining device according to claim 3 is the device according to claim 1 or 2, further, a temperature sensor for measuring the surface temperature of the heating plate, and the surface temperature of the heating plate output from the temperature sensor. It is characterized by having a control means for turning off the power supply to the coil when the value of exceeds a predetermined upper limit value and turning on the power supply to the coil when the value falls below a predetermined lower limit value. It is supposed to be.

請求項4に記載した金属薄板接合装置は、請求項1または2の装置であって、さらに、上記加熱板の表面温度を計測する温度センサと、この温度センサから出力される加熱板の表面温度の値が、所定の上限値を越えた時点で上記コイルに供給する電力量を低減させると共に、所定の下限値を下回った時点で上記コイルに供給する電力量を増加させる制御手段を備えたことを特徴としている。 The metal thin plate joining device according to claim 4 is the device according to claim 1 or 2, further, a temperature sensor for measuring the surface temperature of the heating plate, and the surface temperature of the heating plate output from the temperature sensor. It is provided with a control means for reducing the amount of power supplied to the coil when the value of exceeds a predetermined upper limit value and increasing the amount of power supplied to the coil when the value falls below a predetermined lower limit value. It is characterized by.

請求項5に記載した金属薄板接合装置は、請求項1~4の装置であって、さらに、上記の各加熱板と接合対象物との間に、比較的熱伝導性に優れた絶縁材よりなる融着防止板を介装させたことを特徴としている。 The metal thin plate joining device according to claim 5 is the device according to claims 1 to 4, further, from an insulating material having relatively excellent thermal conductivity between each of the above heating plates and the object to be joined. It is characterized by interposing a fusion prevention plate.

請求項6に記載した金属薄板接合装置は、請求項1~5の装置であって、さらに、所定の周期で、上記コイルを上下に往復移動させる機構を備えたことを特徴としている。 The metal thin plate joining device according to claim 6 is the device according to claims 1 to 5, further comprising a mechanism for reciprocating the coil up and down in a predetermined cycle.

請求項1に記載した金属薄板接合装置にあっては、高周波誘導加熱(IH/induction heating)の原理により、接合対象物を加熱板によって加熱する方式であり、また加工台と加圧手段との間に断熱材が配置されているため、加熱対象を接合対象物に絞り込むことができる。
この結果、極めて短時間の中に、複数の金属薄板間を拡散接合することが可能となる。
The metal thin plate joining device according to claim 1 is a method of heating an object to be joined by a heating plate based on the principle of high frequency induction heating, and also has a processing table and a pressurizing means. Since the heat insulating material is arranged between them, the heating target can be narrowed down to the joining target.
As a result, it becomes possible to perform diffusion bonding between a plurality of metal thin plates in an extremely short time.

請求項2に記載した金属薄板接合装置にあっては、各加熱板がスリットの形成によって複数の発熱セルに区分されているため、表皮効果による発熱ムラが解消され、各金属薄板の全面を満遍なく接合することが可能となる。
また、スリットの形成パターンを異ならせた複数の加熱板を用意しておき、接合するワークに合わせて加熱板を適宜交換することにより、当該ワークに最適化された温度分布パターンを簡単に実現可能となる。
In the metal thin plate joining device according to claim 2, since each heating plate is divided into a plurality of heat generating cells by forming slits, heat generation unevenness due to the skin effect is eliminated, and the entire surface of each metal thin plate is evenly covered. It becomes possible to join.
In addition, by preparing multiple heating plates with different slit formation patterns and replacing the heating plates appropriately according to the workpiece to be joined, it is possible to easily realize a temperature distribution pattern optimized for the workpiece. It becomes.

請求項3及び4に記載した金属薄板接合装置の場合、加熱板の温度変化に応じてコイルに供給される電力量が制御されるため、加熱板の温度を拡散接合に最適なレベルに安定化させることが可能となる。 In the case of the metal thin plate joining apparatus according to claims 3 and 4, since the amount of electric power supplied to the coil is controlled according to the temperature change of the heating plate, the temperature of the heating plate is stabilized to the optimum level for diffusion joining. It is possible to make it.

請求項5に記載した金属薄板接合装置の場合、加熱板と接合対象物との間に比較的熱伝導性に優れた絶縁材よりなる融着防止板を介装させたことにより、加熱板による熱を均一化して接合対象物に伝えることが可能となり、ムラのない接合が実現される。 In the case of the metal thin plate joining apparatus according to claim 5, a fusion prevention plate made of an insulating material having relatively excellent thermal conductivity is interposed between the heating plate and the object to be joined, so that the heating plate is used. It is possible to make the heat uniform and transfer it to the object to be joined, and even joining is realized.

請求項6に記載した金属薄板接合装置によれば、コイルを上下に往復移動させることによって各加熱板を満遍なく発熱させることが可能となり、ひいては金属薄板同士をムラなく拡散接合することが可能となる。 According to the metal thin plate joining device according to claim 6, by reciprocating the coil up and down, it is possible to generate heat evenly in each heating plate, and by extension, it is possible to diffusely join the metal thin plates evenly. ..

図1は、この発明に係る第1の拡散接合装置10の基本構造を説明する模式図であり、ガラス製の真空槽11内に配置されたプレスロッド12と、プレスロッド12の下端に装着された断熱材14と、断熱材14の下面に配置された加熱板16と、ベースロッド18と、ベースロッド18の上端に装着された断熱材14と、断熱材14の上面に配置された加熱板16とを備えている。
また、上側の加熱板16と下側の加熱板16の間には、厚さ100μm程度のSUS材等よりなる複数枚の金属薄板を積層させた接合対象物20が配置されている。
上記断熱材14は、比較的熱伝導率の低い絶縁材よりなる。
上記加熱板16は、高周波誘導加熱による被加熱体となり得る鉄やステンレス鋼等の金属材よりなり、厚さは1mm程度に設定されている。
FIG. 1 is a schematic view illustrating the basic structure of the first diffusion joining device 10 according to the present invention, which is attached to a press rod 12 arranged in a glass vacuum chamber 11 and a lower end of the press rod 12. The heat insulating material 14, the heating plate 16 arranged on the lower surface of the heat insulating material 14, the base rod 18, the heat insulating material 14 attached to the upper end of the base rod 18, and the heating plate arranged on the upper surface of the heat insulating material 14. It has 16 and.
Further, between the upper heating plate 16 and the lower heating plate 16, a joining object 20 in which a plurality of thin metal plates made of SUS material or the like having a thickness of about 100 μm are laminated is arranged.
The heat insulating material 14 is made of an insulating material having a relatively low thermal conductivity.
The heating plate 16 is made of a metal material such as iron or stainless steel that can be a heated body by high frequency induction heating, and its thickness is set to about 1 mm.

真空槽11の外部における接合対象物20の周りには、高周波誘導加熱(IH)用の円形コイル22と、セラミック製の円筒カバー24が配置されている。
円形コイル22は、円筒カバー24の外周面に固定されている。
A circular coil 22 for high frequency induction heating (IH) and a ceramic cylindrical cover 24 are arranged around the object to be joined 20 outside the vacuum chamber 11.
The circular coil 22 is fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical cover 24.

ここで、図示しない高周波電源のスイッチをONし、円形コイル22に高周波電流(例えば400KHz)を流すと、上側の加熱板16及び下側の加熱板16の内部に渦電流が発生し、その結果、両加熱板16が発熱し、接合対象物20を加熱する。
同時に、プレスロッド12によって接合対象物20を所定時間・所定圧力で加圧することにより、金属薄板間の当接面が熱圧着される。
Here, when a switch of a high-frequency power supply (not shown) is turned on and a high-frequency current (for example, 400 KHz) is passed through the circular coil 22, eddy currents are generated inside the upper heating plate 16 and the lower heating plate 16 as a result. , Both heating plates 16 generate heat and heat the object to be joined 20.
At the same time, the contact surface between the metal thin plates is thermocompression-bonded by pressurizing the object 20 to be joined with the press rod 12 for a predetermined time and at a predetermined pressure.

このように、接合対象物20に接する上側の加熱板16及び下側の加熱板16自体が発熱源となり、またプレスロッド12及びベースロッド18との間に断熱材14が配置されているため、加熱対象が接合対象物20にほぼ限定されることとなり、加熱効率を飛躍的に向上させることが可能となる。 In this way, the upper heating plate 16 in contact with the object to be joined 20 and the lower heating plate 16 itself serve as heat sources, and the heat insulating material 14 is arranged between the press rod 12 and the base rod 18. The heating target is almost limited to the bonding target 20, and the heating efficiency can be dramatically improved.

図2は、高周波誘導加熱時における加熱板16の状態を示すために、プレスロッド12を外して上方から撮影した平面写真であり、上側の加熱板16の周辺部分に四角い枠状の高温発熱帯30が発生している(実際にはオレンジ色に発光している)。
このように、上側の加熱板16の周辺部分のみが高温に加熱され、その中央部分は比較的低温のまま残されるのは、交流電流の表皮効果及びコイルの近接効果によるものである。
FIG. 2 is a plan photograph taken from above with the press rod 12 removed in order to show the state of the heating plate 16 at the time of high frequency induction heating. 30 is occurring (actually it glows orange).
As described above, only the peripheral portion of the upper heating plate 16 is heated to a high temperature, and the central portion thereof is left at a relatively low temperature due to the skin effect of the alternating current and the proximity effect of the coil.

この結果、当然ながら接合対象物20内の各金属薄板も、上記高温発熱帯30の形状パターンに従って拡散接合されることとなり、それぞれの中央部分は未接合のまま残されることとなる。
拡散接合の目的によっては、上記のように各金属薄板の周辺部分のみを四角い枠状に接合することで事足りる場合もある。
As a result, as a matter of course, each metal thin plate in the object to be joined 20 is also diffusion-bonded according to the shape pattern of the high-temperature tropical 30 and the central portion of each is left unbonded.
Depending on the purpose of diffusion bonding, it may be sufficient to join only the peripheral portion of each metal sheet in a square frame shape as described above.

これに対し、金属薄板の当接面全体を拡散接合させるには、加熱板16の形状を工夫することで対応できる。
例えば図3に示すように、上側及び下側の各加熱板16に、表面から裏面に貫通する複数のスリット32を形成することにより、発熱領域を複数のセルに細分化することが該当する。
On the other hand, in order to diffusely join the entire contact surface of the thin metal plate, the shape of the heating plate 16 can be devised.
For example, as shown in FIG. 3, it corresponds to subdividing the heat generating region into a plurality of cells by forming a plurality of slits 32 penetrating from the front surface to the back surface in each of the upper and lower heating plates 16.

ここでは、加熱板16の上辺に所定間隔で2本の比較的長い縦スリット32a, 32cが下辺に向けて形成されると共に、両者の中間に1本の比較的短いスリット32bが形成されている。
また、加熱板16の下辺には、所定間隔で2本の比較的短い縦スリット32d, 32fが上辺に向けて形成されると共に、両者の中間に1本の比較的長いスリット32eが形成されている。
また、加熱板16の左辺には、所定間隔で4本の比較的短い横スリット32g~32jが、右辺に向けて形成されている。
同様に、加熱板16の右辺には、所定間隔で4本の比較的短い横スリット32k~32nが、左辺に向けて形成されている。
Here, two relatively long vertical slits 32a and 32c are formed on the upper side of the heating plate 16 at predetermined intervals toward the lower side, and one relatively short slit 32b is formed in the middle of the two. ..
Further, on the lower side of the heating plate 16, two relatively short vertical slits 32d and 32f are formed at predetermined intervals toward the upper side, and one relatively long slit 32e is formed in the middle of the two. There is.
Further, on the left side of the heating plate 16, four relatively short horizontal slits 32g to 32j are formed at predetermined intervals toward the right side.
Similarly, on the right side of the heating plate 16, four relatively short lateral slits 32k to 32n are formed at predetermined intervals toward the left side.

以上の結果、加熱板16は破線で囲まれた発熱セル34A~34Rに区画される。
各発熱セル34の面積が小さいと拾う磁束量が少なくなり、発熱が少なくなる。逆に大きいと、発熱量は大きくなるが表皮効果により、温度ムラが大きくなる。
このため、円形コイル22による磁束密度を考慮して、各発熱セルの大きさが調整される。
As a result of the above, the heating plate 16 is divided into heat generating cells 34A to 34R surrounded by a broken line.
If the area of each heat generating cell 34 is small, the amount of magnetic flux picked up is small, and heat generation is reduced. On the contrary, if it is large, the calorific value increases, but the temperature unevenness increases due to the skin effect.
Therefore, the size of each heat generating cell is adjusted in consideration of the magnetic flux density of the circular coil 22.

例えば、加熱板16の四隅については円形コイル22に近接するため、発熱セル34D, 34E, 34Q, 34Rのように、一辺が比較的短く設定される。
これに対し、加熱板16の中央部については磁束数が少なくなるため、発熱セル34G及び34Kの一辺は比較的長く設定される。
For example, since the four corners of the heating plate 16 are close to the circular coil 22, one side is set relatively short as in the heating cells 34D, 34E, 34Q, 34R.
On the other hand, since the number of magnetic fluxes is small in the central portion of the heating plate 16, one side of the heat generating cells 34G and 34K is set relatively long.

図4は、図2に示した平板状の加熱板16に代えて、スリット32を形成した加熱板16を配置して高周波誘導加熱を行った際の平面写真であり、ほぼ全面に亘って発熱している様子が見て取れる(実際には全体がオレンジ色に発光している)。
これは、複数のスリット32によって電流通路が分散化され、加熱板16が複数の発熱セルに区画されたことによる。
FIG. 4 is a plan photograph in which a heating plate 16 having a slit 32 formed is arranged instead of the flat plate-shaped heating plate 16 shown in FIG. 2 to perform high-frequency induction heating, and heat is generated over almost the entire surface. You can see how it is doing (actually, the whole glows orange).
This is because the current passages are dispersed by the plurality of slits 32, and the heating plate 16 is divided into a plurality of heat generating cells.

上記円形コイル22に対し高周波電力を供給するに際し、温度センサ(図示省略)で両加熱板16の温度を監視しておき、所定の上限温度に達した時点で電源をOFFし、所定の下限温度に達した時点で電源をONする機能を備えた制御装置を設けることにより、加熱板16の温度を必要なレベルに安定させることが可能となる。 When supplying high-frequency power to the circular coil 22, the temperature of both heating plates 16 is monitored by a temperature sensor (not shown), the power is turned off when the predetermined upper limit temperature is reached, and the predetermined lower limit temperature is reached. By providing a control device having a function of turning on the power when the temperature reaches the limit, the temperature of the heating plate 16 can be stabilized to a required level.

図5は、縦軸に加熱板16の温度を、横軸に経過時間を表したグラフであり、図中の円で囲った部分が電源のON/OFFを切替えた期間に当たる。
このように、加圧・接合区間において複数のON/OFF切替え期間を設けることにより、加熱板16の温度を拡散接合に最適なレベルに安定化させることが可能となる。
なお、電源のON/OFFを繰り返す代わりに、加熱板16の温度に応じて電源の出力を加減する制御を行うことにより、加熱板16の定温化を実現することもできる。
FIG. 5 is a graph showing the temperature of the heating plate 16 on the vertical axis and the elapsed time on the horizontal axis, and the portion surrounded by a circle in the figure corresponds to the period in which the power is turned on / off.
In this way, by providing a plurality of ON / OFF switching periods in the pressurizing / joining section, it is possible to stabilize the temperature of the heating plate 16 to the optimum level for diffusion joining.
It is also possible to realize constant temperature of the heating plate 16 by controlling the output of the power supply according to the temperature of the heating plate 16 instead of repeatedly turning the power on and off.

図6は、加熱時間の経過と加熱板16の発熱状態との対応関係を示すものであり、加熱板16は、電源スイッチをONして加熱を開始してから3秒後に同図(a)の状態になる。図示の通り、この段階では上側加熱板の周縁及びスリットに沿った狭い領域のみが高温となり、温度分布にムラが見られる。
同図(b)は、加熱開始から5秒後の状態を示しており、加熱板のほぼ全域が発熱してはいるが、それでも温度分布に若干のムラが見られる。
これに対し同図(c)は、加熱開始から8秒経過し、電源スイッチをOFFした直後の状態を示しており、上側加熱板の全領域が満遍なく高温に発熱し、温度分布のムラがほとんど生じていないことが見て取れる。
なお、同図(b)から(c)の間には、電源スイッチのON/OFF切替え制御が実行されている。
FIG. 6 shows the correspondence between the passage of the heating time and the heat generation state of the heating plate 16, and the heating plate 16 is shown in the figure (a) 3 seconds after the power switch is turned on and heating is started. It becomes the state of. As shown in the figure, at this stage, only the peripheral edge of the upper heating plate and the narrow region along the slit become hot, and the temperature distribution is uneven.
The figure (b) shows the state 5 seconds after the start of heating, and although almost the entire area of the heating plate generates heat, the temperature distribution still shows some unevenness.
On the other hand, the figure (c) shows the state immediately after 8 seconds have passed from the start of heating and the power switch is turned off. It can be seen that it has not occurred.
The ON / OFF switching control of the power switch is executed between (b) and (c) in the figure.

図7は、この発明に係る第2の拡散接合装置40を示すものであり、上側の加熱板16と接合対象物20との間、及び下側の加熱板16と接合対象物20との間に、それぞれ熱伝導性に優れた絶縁材よりなる融着防止板(離型板)42を介装した点に特徴を有している。
この融着防止板42としては、例えば窒化アルミ板や炭化珪素板、グラファイト板、アモルファスカーボン板等が用いられる。
FIG. 7 shows a second diffusion joining device 40 according to the present invention, between the upper heating plate 16 and the joining object 20, and between the lower heating plate 16 and the joining object 20. In addition, it is characterized in that a fusion prevention plate (separation plate) 42 made of an insulating material having excellent thermal conductivity is interposed.
As the fusion prevention plate 42, for example, an aluminum nitride plate, a silicon carbide plate, a graphite plate, an amorphous carbon plate, or the like is used.

このように、加熱板16と接合対象物20との間に融着防止板42を配置したことにより、まず、拡散接合後における接合対象物20の取り出しが容易となる利点が生じる。 By arranging the fusion prevention plate 42 between the heating plate 16 and the object to be bonded 20 in this way, there is an advantage that the object to be bonded 20 can be easily taken out after diffusion bonding.

また、図8(a)に示すように、スリット32を形成した加熱板16を高周波誘導加熱しても、スリット32の形成箇所は当然ながら発熱することはないし、スリット32よって区切られた各発熱セルは、面積が等しくても磁束分布により拾う磁束量に差がでるため、発熱量に違いが生じる。同じ発熱セル内でも、表皮効果によって微妙に温度ムラが生じる。
これに対し、加熱板16の表面に熱伝導性に優れた絶縁材よりなる融着防止板42を配置すると、図8(b)に示すように、融着防止板42はスリット32の形成箇所も含め、全体が満遍なく高温に加熱されることとなり、結果的に接合対象物20をムラ無く加熱することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 8A, even if the heating plate 16 having the slit 32 formed is subjected to high frequency induction heating, the formed portion of the slit 32 does not naturally generate heat, and each heat generated separated by the slit 32 is generated. Even if the cells have the same area, the amount of heat generated differs depending on the magnetic flux distribution. Even within the same heat-generating cell, the skin effect causes slight temperature unevenness.
On the other hand, when the fusion prevention plate 42 made of an insulating material having excellent thermal conductivity is arranged on the surface of the heating plate 16, the fusion prevention plate 42 has the slit 32 formed as shown in FIG. 8 (b). The whole body including the above is heated to a high temperature evenly, and as a result, the object 20 to be bonded can be heated evenly.

なお、図8(b)においては加熱板16に形成されたスリット32の存在を示すために敢えて小さめの融着防止板42を用いているが、実際には加熱板16と同程度の面積を備えた融着防止板42が用いられる。 In FIG. 8B, a small fusion prevention plate 42 is intentionally used to show the existence of the slit 32 formed in the heating plate 16, but the area is actually about the same as that of the heating plate 16. The provided fusion prevention plate 42 is used.

図9は、この発明に係る第3の拡散接合装置50を示すものであり、プレスロッド12及びベースロッド18の間に、上側の断熱材14、上側の加熱板16、第1の融着防止板42a、第1の接合対象物20a、第2の融着防止板42b、第2の接合対象物20b、第3の融着防止板42c、第3の接合対象物20c、第4の融着防止板42d、下側の加熱板16、下側の断熱材14を介装している。
すなわち、この第3の拡散接合装置50は、4枚の融着防止板42a~42dによって区分けされた3つの接合対象物20a~20cを一度に拡散接合することができる。
融着防止板42の数を増やすことにより、さらに多くの接合対象物20を一度に拡散接合することもできる。
FIG. 9 shows a third diffusion joining device 50 according to the present invention, in which an upper heat insulating material 14, an upper heating plate 16, and a first fusion prevention are shown between the press rod 12 and the base rod 18. Plate 42a, 1st bonding object 20a, 2nd fusion prevention plate 42b, 2nd bonding object 20b, 3rd fusion prevention plate 42c, 3rd bonding object 20c, 4th fusion A prevention plate 42d, a lower heating plate 16, and a lower heat insulating material 14 are interposed.
That is, the third diffusion joining device 50 can diffusely join the three joining objects 20a to 20c separated by the four fusion prevention plates 42a to 42d.
By increasing the number of welding prevention plates 42, it is possible to perform diffusion bonding of a larger number of bonding objects 20 at one time.

この場合、図示のように、上下移動機構52の可動部54を円筒カバー24に接続することが望ましい。
この可動部54は、上下移動機構52内のモータの作用により、所定の速度で円形コイル22を上下に往復移動させることができ、円形コイル22が最上位置に達した際に上側の加熱板16に最接近し、最下位置に達すると下側の加熱板16に最接近する。
この結果、上側の加熱板16と下側の加熱板16における発熱を均一化することが可能となる。
In this case, it is desirable to connect the movable portion 54 of the vertical movement mechanism 52 to the cylindrical cover 24 as shown in the figure.
The movable portion 54 can reciprocate the circular coil 22 up and down at a predetermined speed by the action of the motor in the vertical movement mechanism 52, and when the circular coil 22 reaches the uppermost position, the upper heating plate 16 When it reaches the lowest position, it comes closest to the lower heating plate 16.
As a result, it is possible to make the heat generation in the upper heating plate 16 and the lower heating plate 16 uniform.

加熱板16に設けるスリット32の形成パターン(形成数や寸法、位置、角度等)を工夫することにより、金属薄板間の接合パターンを任意の形状に調整することが可能となる。 By devising the formation pattern (number of formations, dimensions, positions, angles, etc.) of the slit 32 provided in the heating plate 16, it is possible to adjust the joining pattern between the metal thin plates to an arbitrary shape.

例えば図10(a)に示すように、加熱板16の上辺、下辺、左辺及び右辺の中央部に、一辺の3分の1程度の長さのスリット32を形成し、4つの発熱セルに区画した場合、発熱時には各発熱セルの周縁部分に高温発熱帯30が発生する。
したがって、このスリットパターンの加熱板16を用いて拡散接合を行うと、高温発熱帯30に沿って各金属薄板間が接合されると共に、各発熱セルの中央部分及び加熱板16の中央部分を繋いだ略「X」字状の未接合部位を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 10A, slits 32 having a length of about one-third of one side are formed in the central portions of the upper side, the lower side, the left side, and the right side of the heating plate 16, and are divided into four heat generating cells. If this is the case, high-temperature tropical 30 will occur at the periphery of each heat-generating cell during heat generation.
Therefore, when diffusion bonding is performed using the heating plate 16 of this slit pattern, the metal thin plates are bonded along the high temperature tropical 30 and the central portion of each heat generating cell and the central portion of the heating plate 16 are connected. An almost "X" -shaped unjoined portion can be obtained.

あるいは図10(b)に示すように、加熱板16の4つの角を2等分するスリット32を追加し、8つの発熱セルに区画した場合も、発熱時には各発熱セルの周縁部分に高温発熱帯30が発生する。
したがって、このスリットパターンの加熱板16を用いて拡散接合を行うと、高温発熱帯30に沿って各金属薄板間が接合されると共に、各発熱セルの中央部分及び加熱板16の中央部分を繋いだ略「井」字状の未接合部位を得ることができる。
Alternatively, as shown in FIG. 10B, even when a slit 32 that divides the four corners of the heating plate 16 into two equal parts is added and divided into eight heat generating cells, high temperature is generated at the peripheral portion of each heat generating cell during heat generation. Tropical 30 occurs.
Therefore, when diffusion bonding is performed using the heating plate 16 of this slit pattern, the metal thin plates are bonded along the high temperature tropical 30 and the central portion of each heat generating cell and the central portion of the heating plate 16 are connected. It is possible to obtain an unjoined part in the shape of a "well".

上記においては、「加工台」としてのベースロッド18上に接合対象物20を載置すると共に、「加圧部材」としてのプレスロッド12によって接合対象物20が加圧される例を説明したが、ベースロッド18側からも接合対象物20に対して圧力を加えるように構成してもよい。 In the above, an example has been described in which the joining object 20 is placed on the base rod 18 as a "processing table" and the joining object 20 is pressurized by the press rod 12 as a "pressurizing member". , The pressure may be applied to the object to be joined 20 from the base rod 18 side as well.

この発明に係る第1の拡散接合装置の基本構造を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the basic structure of the 1st diffusion joining apparatus which concerns on this invention. 高周波誘導加熱時における加熱板の状態を示す平面写真である。It is a plane photograph which shows the state of a heating plate at the time of high frequency induction heating. 加熱板に複数本のスリットを形成した様子を示す平面図である。It is a top view which shows the appearance that a plurality of slits were formed in a heating plate. 複数本のスリットを形成した加熱板を用いて高周波誘導加熱を行った際の平面写真である。It is a plane photograph when high frequency induction heating was performed using the heating plate which formed a plurality of slits. 縦軸に加熱板の温度を、横軸に経過時間を表したグラフである。The vertical axis is the temperature of the heating plate, and the horizontal axis is the elapsed time. 加熱時間の経過と加熱板の発熱状態との対応関係を示す写真である。It is a photograph showing the correspondence relationship between the passage of heating time and the heat generation state of a heating plate. この発明に係る第2の拡散接合装置の基本構造を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the basic structure of the 2nd diffusion joining apparatus which concerns on this invention. 熱伝導性に優れた融着防止板の有無による発熱状態の対比を示す写真である。It is a photograph showing the comparison of the heat generation state with and without the fusion prevention plate having excellent thermal conductivity. この発明に係る第3の拡散接合装置の基本構造を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the basic structure of the 3rd diffusion joining apparatus which concerns on this invention. 加熱板に形成されたスリットのパターンと発熱パターンとの対応を示す写真である。It is a photograph showing the correspondence between the pattern of the slit formed in the heating plate and the heat generation pattern. 従来の拡散接合装置の基本構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic structure of the conventional diffusion joining apparatus.

10 第1の拡散接合装置
11 真空槽
12 プレスロッド
14 断熱材
16 加熱板
18 ベースロッド
20 接合対象物
22 円形コイル
24 円筒カバー
30 高温発熱帯
32 スリット
34 発熱セル
40 第2の拡散接合装置
42 融着防止板
50 第3の拡散接合装置
52 上下移動機構
54 可動部
10 First diffusion joining device
11 Vacuum tank
12 press rod
14 Insulation
16 heating plate
18 Base rod
20 Object to be joined
22 Circular coil
24 Cylindrical cover
30 High temperature tropical
32 slit
34 Fever cell
40 Second diffusion joining device
42 Anti-fusing plate
50 Third diffusion joining device
52 Vertical movement mechanism
54 Moving parts

Claims (6)

複数枚の金属薄板を積層させた接合対象物を載置する加工台と、
上記接合対象物に圧力を加える加圧部材と、
上記加工対象物の一面及び反対面に当接される一対の加熱板と、
一方の加熱板と加工台との間、及び他方の加熱板と加圧部材との間に介装される一対の断熱材と、
上記加工台、加圧部材、加熱板及び断熱材を収納する真空槽と、
この真空槽の外部に配置された誘導加熱用のコイルと、
上記コイルに高周波電流を供給する電源を備え、
上記の各加熱板は、誘導加熱可能な金属材より構成されることを特徴とする金属薄板接合装置。
A processing table on which an object to be joined, which is a stack of multiple thin metal plates, is placed.
A pressurizing member that applies pressure to the object to be joined,
A pair of heating plates that come into contact with one side and the other side of the object to be processed,
A pair of heat insulating materials interposed between one heating plate and the processing table and between the other heating plate and the pressurizing member.
A vacuum tank that houses the processing table, pressure member, heating plate, and heat insulating material,
A coil for induction heating placed outside this vacuum chamber,
Equipped with a power supply that supplies high-frequency current to the above coil,
Each of the above heating plates is a metal thin plate joining device characterized by being composed of a metal material capable of induction heating.
上記加熱板にスリットを形成することにより、加熱板が複数の発熱セルに区分されていることを特徴とする請求項1に記載の金属薄板接合装置。 The metal thin plate joining apparatus according to claim 1, wherein the heating plate is divided into a plurality of heat generating cells by forming a slit in the heating plate. 上記加熱板の表面温度を計測する温度センサと、
この温度センサから出力される加熱板の表面温度の値が、所定の上限値を越えた時点で上記コイルへの電源供給をOFFすると共に、所定の下限値を下回った時点で上記コイルへの電源供給をONする制御手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の金属薄板接合装置。
A temperature sensor that measures the surface temperature of the heating plate and
When the value of the surface temperature of the heating plate output from this temperature sensor exceeds a predetermined upper limit value, the power supply to the coil is turned off, and when the value falls below a predetermined lower limit value, the power supply to the coil is turned off. The metal thin plate joining device according to claim 1 or 2, further comprising a control means for turning on the supply.
上記加熱板の表面温度を計測する温度センサと、
この温度センサから出力される加熱板の表面温度の値が、所定の上限値を越えた時点で上記コイルに供給する電力量を低減させると共に、所定の下限値を下回った時点で上記コイルに供給する電力量を増加させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の金属薄板接合装置。
A temperature sensor that measures the surface temperature of the heating plate and
When the value of the surface temperature of the heating plate output from this temperature sensor exceeds a predetermined upper limit value, the amount of electric power supplied to the coil is reduced, and when the value falls below a predetermined lower limit value, the power is supplied to the coil. The metal thin plate joining device according to claim 1 or 2, wherein the control means for increasing the amount of electric power is provided.
上記の各加熱板と接合対象物との間に、窒化アルミ板、炭化珪素板、グラファイト板、アモルファスカーボン板の何れかよりなる融着防止板を介装させたことを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の金属薄板接合装置。 Claim 1 is characterized in that a fusion prevention plate made of any one of an aluminum nitride plate, a silicon carbide plate, a graphite plate, and an amorphous carbon plate is interposed between each of the above heating plates and an object to be joined. The metal thin plate joining device according to any one of 4 to 4. 所定の周期で、上記コイルを上下に往復移動させる機構を備えたことを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の金属薄板接合装置。 The metal thin plate joining device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a mechanism for reciprocating the coil up and down in a predetermined cycle.
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