(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合方法であって、
互いに接合される前記被接合部材の接合面を予め加熱する予備加熱工程と、
互いに接合される前記接合面同士を対向させて、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することで前記接合面同士を接合する接合工程と、を有し、
前記予備加熱工程において、前記接合面の互いに接合される部位と異なる部位同士を接触させて当該接触する部位を加熱する、接合方法。
【請求項２】
前記予備加熱工程において、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流すことによる抵抗加熱および一対の前記被接合部材を相対的に摺動させることによる摩擦加熱の少なくとも一方により前記接合面を加熱する、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記予備加熱工程の後であって前記接合工程の前に、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流すことによる抵抗加熱および一対の前記被接合部材を相対的に摺動させることによる摩擦加熱の少なくとも一方により前記接合面を加熱しつつ、当該接合面の互いに接合される部位が一致するまで一対の前記被接合部材を相対的に移動させる接合面合致工程を有する、請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記接合工程における摺動方向は、前記接合面の長尺な方向に沿う方向である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記予備加熱工程において、前記接合面の前記接合工程における摺動方向に沿う接触長さが他の部位よりも相対的に短い短尺部、若しくは対向する前記接合面の間に作用する面圧が他の部位よりも相対的に低い部位を加熱する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合方法。
【請求項６】
導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合装置であって、
前記被接合部材の一方から他方へ電流を流すための電極と、
一対の前記被接合部材を相対的に摺動させるための摺動手段と、
一対の前記被接合部材を接合面に沿う方向へ相対的に移動させて、前記接合面同士の互いに接合される部位をずらした状態または一致させた状態にするための移動手段と、を有する接合装置。
【請求項７】
前記電極および摺動手段の少なくとも一方を作動させて前記接合面を抵抗加熱または摩擦加熱により加熱しつつ、前記移動手段を作動させて前記接合面同士の互いに前記接合される部位をずらした状態から前記被接合部材同士を相対的に移動させて一致させる制御手段を更に有する、請求項６に記載の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗加熱および加振摩擦を用いた接合方法および接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対の被接合部材を密着させた状態で加振し、被接合部材同士を振動溶着する方法が知られている。特許文献１では、被接合部材のそれぞれを異なる方向に加振することで、一方向加振では接合が困難な材料からなる被接合部材を振動溶着する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５―１１６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被接合部材の接合面の形状によっては、振動溶着において、接合面の部位に応じて接合強度にばらつきが生じる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、被接合部材の接合面において、安定した接合強度を得ることが可能な接合方法および接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る接合方法は、導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合方法であり、予備加熱工程と、接合工程とを有している。予備加熱工程では、互いに接合される前記被接合部材の接合面を予め加熱する。接合工程では、互いに接合される前記接合面同士を対向させて、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させつつ、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流して抵抗加熱することで前記接合面同士を接合する。前記予備加熱工程において、前記接合面の互いに接合される部位と異なる部位同士を接触させて当該接触する部位を加熱する。
上記目的を達成する本発明に係る接合装置は、導電性を備えた一対の被接合部材を接合するための接合装置である。当該接合装置は、前記被接合部材の一方から他方へ電流を流すための電極と、一対の前記被接合部材を相対的に摺動させるための摺動手段と、一対の前記被接合部材を接合面に沿う方向へ相対的に移動させて、前記接合面同士の互いに接合される部位をずらした状態または一致させた状態にするための移動手段と、を有している。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した接合方法によれば、接合面の互いに接合される部位と異なる部位同士を接触させて当該接触する部位を予め加熱する予備加熱工程を有するため、予め軟化させて磨耗を進展しやすくすることができ、接合面の略全面において均一で安定した接合強度を得ることができる。
また、上記のように構成した接合装置によれば、一対の被接合部材を接合面に沿う方向へ相対的に移動させて、接合面同士の互いに接合される部位をずらした状態または一致させた状態にするための移動手段を有するため、被接合部材同士を接合する前に、接合面をずらした状態に移動させて、接合面の予備加熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る接合装置を示す概略正面図である。
【図２】図１の２−２線から観察した接合装置を示す概略側面図である。
【図３】第１実施形態に係る接合装置の電極近傍を示す拡大正面図である。
【図４】第１実施形態に係る接合装置の加振手段近傍を示す拡大正面図である。
【図５】図４の５−５線に沿う断面図である。
【図６】第１実施形態における被接合部材の接合面を示す平面図である。
【図７】接合面の磨耗の進展を説明するための概略図であり、（Ａ）は加振方向に長い長尺部、（Ｂ）は加振方向に短い短尺部を示す。
【図８】被接合部材の接合面同士を相対的にずらした際を示す平面図である。
【図９】図８に示す接合面の接触領域を示す平面図であり、（Ａ）は一方の被接合部材、（Ｂ）は他方の被接合部材を示す。
【図１０】被接合部材を接合する際の接合面の接触領域を示す平面図である。
【図１１】第１実施形態における接合方法を示すフローチャートである。
【図１２】第１実施形態に係る接合装置に被接合部材を設置した際を示す拡大断面図である。
【図１３】被接合部材の一方を移動手段により移動させた際を示す拡大断面図である。
【図１４】第１実施形態に係る接合装置により予備加熱工程を行う際を示す拡大断面図である。
【図１５】第１実施形態に係る接合装置により接合面合致工程および接合工程を行う際を示す拡大断面図である。
【図１６】第２実施形態における被接合部材を示す断面図である。
【図１７】第２実施形態における接合方法を示すフローチャートである。
【図１８】第３実施形態に係る接合装置の電極近傍を示す拡大断面図である。
【図１９】第３実施形態における接合方法を示すフローチャートである。
【図２０】被接合部材の他の例の接合面同士を相対的にずらした際を示す平面図である。
【図２１】図２０に示す接合面の接触領域を示す平面図であり、（Ａ）は一方の被接合部材、（Ｂ）は他方の被接合部材を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１０】
＜第１実施形態＞
Ｘ  本発明の第１実施形態に係る接合装置１０は、図１〜３に示すように、導電性を有する一対の被接合部材１ａ，１ｂを、電流による抵抗加熱および振動による摩擦加熱を利用して互いに接合させて導電接合部材を得る装置である。接合装置１０は、被接合部材１ａ，１ｂを、互いに接合させる接合面２ａ，２ｂを対向させて保持し、押圧方向Ｚ（接合面２ａ，２ｂの法線方向）に加圧しながら接合面２ａ，２ｂに沿う加振方向Ｘへ加振しつつ、抵抗加熱を行うことで被接合部材１ａ，１ｂ同士を接合する。加振方向Ｘは、接合面２ａ，２ｂの長尺方向と一致するように選択される。
【００１１】
接合装置１０は、上方の被接合部材１ａを固定するための第１固定部材２０と、下方の被接合部材１ｂを摺動可能に保持するための保持手段６０と、被接合部材１ｂを摺動方向（加振方向Ｘ）と直交する方向へスライドさせるための移動手段１００とを有している。接合装置１０は、更に、被接合部材１ａ，１ｂに電流を流すための第１電極５１および第２電極５２と、下方の被接合部材１ｂを加振するための加振装置７０とを有している。本実施形態では、加振方向Ｘが、接合面２ａ，２ｂの長尺方向と略一致するため、スライド方向Ｙは、短尺方向と一致する。したがって、移動手段１００が短尺方向に配置され、かつ被接合部材１ｂが短尺方向に移動するため、装置を省スペースに収めることができる。なお、スライド方向Ｙは、かならずしも加振方向Ｘと厳密に直交しなくてもよく、加振方向Ｘと交差すればよい。
【００１２】
保持手段６０は、下方の被接合部材１ｂを加振方向Ｘへ摺動可能に保持しつつ、被接合部材１ｂの押圧方向Ｚへの移動を規制するものである。保持手段６０は、被接合部材１ｂが固定されて被接合部材１ｂとともに加振方向Ｘへ移動する第２固定部材３０（固定部材）と、固定的に配置される枠体６１と、第２固定部材３０を被接合部材１ｂの摺動方向に沿って移動可能とする第１リニアガイド６５および第２リニアガイド６６とを有している。枠体６１は、電磁遮断カバーとしての機能をも有している。
【００１３】
移動手段１００は、被接合部材１ｂを保持する第２固定部材３０を、加振方向Ｘおよび押圧方向Ｚと直交するスライド方向Ｙへ移動可能とする第３リニアガイド１０１と、スライド方向Ｙへ第２固定部材３０を移動させるために第２固定部材３０に連結されるアクチュエータ１０２とを有している（図２参照）。移動手段１００は、被接合部材１ｂを移動させることで、被接合部材１ａおよび被接合部材１ｂの互いに接合させる接合面２ａ，２ｂを、実際に接合される部位と異なる位置で対向配置させるものである。
【００１４】
アクチュエータ１０２は、制御装置８０に接続されて、第２固定部材３０のスライド方向Ｙへの移動量を制御可能となっている。アクチュエータ１０２の構造は、第２固定部材３０の移動量を制御可能であれば特に限定されず、例えば油圧式、空気圧式、モータ等を適用できる。
【００１５】
第１固定部材２０は、被接合部材１ａが嵌合可能な嵌合孔２１を有しており、嵌合孔２１に被接合部材１ａが嵌合して固定されることで、被接合部材１ａの水平方向（接合面２ａ，２ｂに沿う加振方向Ｘおよびスライド方向Ｙ）への移動が規制される。嵌合孔２１には、上方から進退動可能な第１電極５１が貫通し、第１電極５１が被接合部材１ａの上面と当接可能となっている。第１固定部材２０は、枠体６１に絶縁部材６２を介して固定されている。
【００１６】
第２固定部材３０は、被接合部材１ｂが嵌合可能な嵌合孔３１を有しており、嵌合孔３１に被接合部材１ｂが嵌合して保持され、第２固定部材３０の加振方向Ｘへの振動によって被接合部材１ｂが加振され、かつ第２固定部材３０のスライド方向Ｙへの移動によって被接合部材１ｂが移動する構造となっている。第２固定部材３０の嵌合孔３１には、導電性の高い銅製の電極保護プレート３２が設けられており、電極保護プレート３２を介して第２固定部材３０と被接合部材１ｂが接している。第２固定部材３０の下面３３には、下方から進退動可能な第２電極５２が当接可能となっている。
【００１７】
接合装置１０は、更に、第２固定部材３０を加振する加振装置７０（加振手段、摺動手段）と、接合装置１０を制御する制御装置８０（制御手段）とを有している。
【００１８】
加振装置７０は、図４に示すように、制御装置８０により制御される駆動源としてのモータ７１と、モータ７１によって回転駆動される駆動軸７２と、駆動軸７２により加振される加振プレート７３およびカウンタプレート７４とを備えている。モータ７１は、枠体６１に固定され、駆動軸７２は、枠体６１に配置される軸受７５により回転可能に保持されている。駆動軸７２は、軸心と偏心している第１偏心部７２ａおよび第２偏心部７２ｂを有しており、第１偏心部７２ａには、第１軸受７６ａを介して加振プレート７３が連結され、第２偏心部７２ｂには、第２軸受７６ｂを介してカウンタプレート７４が連結されている。加振プレート７３は、第１リニアガイド６５を介してカウンタプレート７４に保持され、かつカウンタプレート７４は、第２リニアガイド６６を介して枠体６１に保持されている。第１リニアガイド６５および第２リニアガイド６６の摺動方向は同一であり、加振プレート７３およびカウンタプレート７４が、同一方向へ個別に振動可能となっている。
【００１９】
第１軸受７６ａは、図５に示すように、加振プレート７３の加振方向と直交する方向へ長軸を有する長円孔７７に嵌合している。このため、駆動軸７２が回転して第１偏心部７２ａが振れ回ると、長軸方向の振動は加振プレート７３に伝わらず、加振プレート７３が一方向Ｘにのみ加振される。また、第２軸受７６ｂは、カウンタプレート７４の加振方向Ｘと直交する方向へ長軸を有する長円孔７８に嵌合している（図４参照）。このため、第２偏心部７２ｂが振れ回ると、長軸方向の振動はカウンタプレート７４に伝わらず、カウンタプレート７４が一方向Ｘにのみ加振される。
【００２０】
第１偏心部７２ａおよび第２偏心部７２ｂは、偏心方向の位相が１８０度ずれており、加振プレート７３とカウンタプレート７４が逆位相で振動することで、枠体６１の振動を打ち消す構造となっている。なお、加振装置の機構は、例えば超音波振動によるものや、電磁式振動によるもの、油圧式によるもの等とすることもできる。
【００２１】
加振プレート７３には、第１リニアガイド６５および第２リニアガイド６６と直交するスライド方向Ｙへ延びる第３リニアガイド１０１を介して、第２固定部材３０が固定される。第２固定部材３０が上方から力を受けると、第３リニアガイド１０１、加振プレート７３、第１リニアガイド６５、カウンタプレート７４および第２リニアガイド６６を介して、固定的に配置される枠体６１により力が受け止められ、第２固定部材３０は下方へ移動しない。
【００２２】
第１電極５１および第２電極５２は、図１に示すように、電流を供給する電流供給装置９０と接続されており、第１電極５１と第２電極５２の間に挟まれる部材に、電流を流すことができる。
【００２３】
第１電極５１は、上方の第１加圧装置４１に連結されて進退動可能となっており、被接合部材１ａを押圧方向Ｚへ加圧することができる。第１加圧装置４１は、例えば油圧シリンダ等が組み込まれており、制御装置８０に接続されて制御されて、第１電極５１の被接合部材１ａに対する接触圧力を調整できる。
【００２４】
第２電極５２は、下方の第２加圧装置４２に連結されて進退動可能となっており、被接合部材１ｂを、第２固定部材３０を介して押圧方向Ｚへ加圧することができる。第２加圧装置４２は、例えば油圧シリンダ等が組み込まれており、制御装置８０に接続されて制御されて、第２電極５２の被接合部材１ｂに対する接触圧力を調整できる。
【００２５】
第１電極５１は、枠体６１を非接触で貫通し、第２電極５２は、加振プレート７３、カウンタプレート７４および枠体６１を非接触で貫通している。第１電極５１および第２電極５２は、内部に冷却水が循環する構造を有することが好ましい。
【００２６】
電流供給装置９０は、直流電流または交流電流を第１電極５１および第２電極５２へ供給できる装置であり、制御装置８０に接続されて、電流値および電圧値等を任意に制御可能となっている。
【００２７】
制御装置８０は、前述の第１，第２加圧装置４１，４２、加振装置７０、電流供給装置９０およびアクチュエータ１０２を統括的に制御する電子計算機である。制御装置８０は、演算部、記憶部、入力部および出力部を備えている。記憶部には、接合装置１０全体を制御するためのプログラムが格納されており、このプログラムが演算部にて実行されることで、接合装置１０に被接合部材１ａ，１ｂの接合が遂行される。この制御装置８０が設けられることで、後述する工程の全て若しくは一部（図１１参照）が、プログラムに基づいて自動的に実行される。
【００２８】
被接合部材１ａ，１ｂは、導電性を備える材料であれば特に限定されないが、本実施形態では鋳造されたアルミニウム（Ａｌ）が用いられる。被接合部材１ａ，１ｂは、一例として、図６に示すように、互いに接合させる接合面２ａ，２ｂが、長方形の内部に長方形の開口が形成された形状となっている。したがって、接合面２ａ，２ｂの加振方向に沿う接触長さは、長辺が延びる長尺部３において長さＬ１を有し、長さＬ１は、開口を挟んで加振方向の両側に形成される短尺部４における接触長さＬ２よりも長くなっている。このように、被接合部材１ａ，１ｂは、接合面２ａ，２ｂの加振方向に沿う接触長さが不均一となっている。
【００２９】
ここで、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す図のように、同一接触面積で加振方向Ｘの接触長さの異なる長尺部３’と短尺部４’とを比較した場合、磨耗の起点Ｐの数が等しいと仮定しても、起点Ｐから磨耗が加振方向Ｘに沿って進展するため、図７（Ａ）に示す加振方向Ｘに長い長尺部３’の方が、短尺部４’よりも実質的に磨耗が生じやすい。
【００３０】
したがって、図６に示すような、接触長さが不均一な接合面２ａ，２ｂを一致させて加振すると、接触長さが長い長尺部３と比較して、接触長さが短い短尺部４においては磨耗が促進され難いため、短尺部４の最終的な接合強度が、長尺部３よりも低下する。
【００３１】
そこで、本実施形態では、まず、移動手段１００により被接合部材１ｂを加振方向Ｘと直交するスライド方向Ｙへ移動させることで、図８，９に示すように、接合面２ａ，２ｂの短尺部４は極力接触した状態としつつ、長尺部３は極力接触しない状態とする。なお、図９中の斜線部が、接触領域Ａを表している。そして、この状態で第１電極５１と第２電極５２によって被接合部材１ａ，１ｂの間に電流を流すことで、接合面２ａ，２ｂの接触している部位を加熱する。なお、電流による抵抗加熱ではなしに、加振による摩擦加熱を行ってもよく、または両方を行ってもよい。
【００３２】
これにより、被接合部材１ａ，１ｂの図９にて斜線で示す、短尺部４を含む接触領域Ａが加熱されて軟化される。
【００３３】
この後、移動手段１００により被接合部材１ｂを被接合部材１ａと一致する位置へ戻し、加振しつつ電流を流すと、短尺部４が軟化されて磨耗が進展しやすくなっているため、図１０に示す接触領域Ａのように長尺部３と短尺部４の両方において磨耗が進展し、接合面２ａ，２ｂにてより均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る接合装置１０により被接合部材を接合する方法を、図１１に示すフローチャートに沿って説明する。
【００３５】
初めに、互いに接合する被接合部材１ａ，１ｂを準備し、図１２に示すように、被接合部材１ｂを第２固定部材３０の嵌合孔３１に嵌合させて設置するとともに、被接合部材１ａを第１固定部材２０の嵌合孔２１に設置する。このとき、第１電極５１は、被接合部材１ａの上面に当接しておらず、第２電極５２は、第２固定部材３０に当接していない。
【００３６】
次に、図１３に示すように、移動手段１００のアクチュエータ１０２を作動させて（図２参照）、被接合部材１ｂをスライド方向Ｙへ移動させ、図８に示したように、接合面２ａ，２ｂの短尺部４が極力接触した状態としつつ、長尺部３が極力接触しない状態とする。このような状態とするには、被接合部材１ｂの移動量を、長尺部３のスライド方向Ｙの幅Ｗ以上とすることが好ましいが、これに限定されず、被接合部材の形状に応じて適宜設定することが好ましい。
【００３７】
そして、図１４に示すように、第１加圧装置４１により第１電極５１を下降させ、第１電極５１により被接合部材１ａの上面を下方に加圧し、第２電極５２を第２加圧装置４２により上昇させて、第２固定部材３０の下面３３に第２電極５２を押し付ける。そして、第１電極５１と第２電極５２の間に電流を流し、接合面２ａ，２ｂの接触している部位を加熱する（予備加熱工程Ｓ１１）。なお、電流による抵抗加熱ではなしに、加振による摩擦加熱を行ってもよく、または両方を行ってもよい。この予備加熱工程Ｓ１１により、短尺部４を含む接触領域Ａが加熱されて軟化する。
【００３８】
次に、図１５に示すように、接合面２ａ，２ｂを抵抗加熱および加振加熱（摺動による摩擦加熱）により加熱しつつ、接合面２ａ，２ｂ同士の互いに接合される部位が一致するまで被接合部材１ｂを移動させる接合面合致工程Ｓ１２を行う。接合面合致工程Ｓ１２では、第１電極５１と第２電極５２の間に電流を流しつつ、制御装置８０により加振装置７０を駆動させ、第２固定部材３０に固定されている被接合部材１ｂを加振方向Ｘへ振動させる。加振装置７０は、制御装置８０によってモータ７１が駆動されて駆動軸７２が回転し、加振プレート７３とカウンタプレート７４が逆位相で振動する。加振プレート７３が振動すると、加振プレート７３に固定されている第２固定部材３０も振動し、第２固定部材３０に固定されている被接合部材１ｂが、加振方向Ｘへ振動する。このとき、被接合部材１ｂと接する被接合部材１ａは第１固定部材２０によって水平方向の移動が固定的に規制されているため、被接合部材１ａと被接合部材１ｂの間で摩擦が発生する。なお、本実施形態では、一方向加振を行っているが、被接合部材１ｂが接合面２ａ，２ｂに沿って公転運動するように加振することもできる。ここで公転運動とは、被接合部材１ｂが自転せずに円軌道を描くように振れ回ることを意味する。被接合部材１ｂが公転運動するように加振すれば、接合面２ａ，２ｂ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するため、加振時の振動が滑らかとなり、接合面２ａ，２ｂをより均一に磨耗させることができる。
【００３９】
そして、第１電極５１と第２電極５２の間に電流を流し、かつ被接合部材１ｂを加振方向Ｘへ振動させた状態を維持しながら、アクチュエータ１０２を作動させて、第２固定部材３０に固定された被接合部材１ｂを、被接合部材１ａと一致するまで徐々に位置させる。被接合部材１ｂが徐々に移動することで、接合面２ａ，２ｂの温度むらの発生を抑止し、磨耗をより均一に進展しやすくすることができる。そして、第１電極５１により加圧力を作用させながら加振することで、接合面２ａ，２ｂが摺動するとともに摩擦熱により加熱されて、接合面２ａ，２ｂが塑性流動により磨耗し、接合面２ａ，２ｂの間の面圧がある程度均一化される。また、被接合部材１ｂを加振しているため、スライド方向Ｙへの摩擦抵抗が低減させて、被接合部材１ｂを被接合部材１ａと接触させた状態で相対的に移動させることが容易となる。また、本実施形態では、一方の被接合部材（本実施形態では被接合部材１ｂ）のみを加振するため、被接合部材の他方（本実施形態では被接合部材１ａ）が大物の場合にも、適用することが可能である。
【００４０】
更に、接合面合致工程Ｓ１２は、摺動によりアルミニウムの表面の酸化皮膜を除去して皮膜厚さの違いによる接触抵抗のばらつきを低減させ、後の工程で抵抗加熱した際の発熱量のばらつきを抑える効果も発揮する。したがって、接合する前に、アルミニウムである被接合部材１ａ，１ｂの表面を脱脂し、更にワイヤブラシによりブラッシングして表面の酸化膜を除去する等の処置が不要となり、作業性が向上する。なお、当然、予めブラッシングを行っておいてもよい。
【００４１】
なお、接合面合致工程Ｓ１２において、抵抗加熱および加振加熱の両方を併用して加熱しているが、いずれか一方のみで加熱することもでき、または、加熱せずに被接合部材１ｂを被接合部材１ａと一致するまで位置させることも可能である。
【００４２】
接合面合致工程Ｓ１２の後には、被接合部材１ａ，１ｂ同士を抵抗加熱により加熱する第１接合工程Ｓ１３を行う。被接合部材１ａ，１ｂの接合面２ａ，２ｂの接合する部位を一致させた状態で、加振装置７０により加振しつつ、第１電極５１と第２電極５２の間に電流を流し、加振加熱および抵抗加熱の両方を併用して被接合部材１ａ，１ｂを加熱する。なお、第２固定部材３０は、枠体６１（保持手段６０）により下方への移動か規制されるように保持されているため、第２電極５２の第２固定部材３０への押し付け力は、電流を流すために必要な最低限の力とすることができ、第２電極５２の磨耗が最低限に抑制される。
【００４３】
第１接合工程Ｓ１３では、接合面２ａ，２ｂにおける電流が集中する高面圧部において抵抗加熱が大きく作用して加熱され、接合面２ａ，２ｂの酸化膜が強制的に剥離される。更に、抵抗加熱により加熱された高面圧部に加圧力と加振が作用して塑性流動および材料拡散が生じ、かつ高面圧部が磨耗して時々刻々と電流集中箇所が変化する。これにより、電流の流れが分散し、接合面２ａ，２ｂを均一に加熱し、後の工程で接合面２ａ，２ｂの全体を均一に接合することができる。なお、第１接合工程Ｓ１３において、加振装置７０のモータ７１の回転を完全に停止して、加振せずに抵抗加熱のみで加熱して最終的に接合させることも可能である。
【００４４】
第１接合工程Ｓ１３では、加振による摩擦加熱および抵抗加熱の両方を併用するため、接合面２ａ，２ｂに高い加圧力を付与する必要がなく、接合面２ａ，２ｂの面積の大きな被接合部材１ａ，１ｂであっても加熱して、後の工程で接合することができる。
【００４５】
また、接合面２ａ，２ｂの表層のみを溶融して最終的に接合するため、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、良好な接合を実現できる。
【００４６】
第１接合工程Ｓ１３の後には、第２接合工程Ｓ１４が行われる。第２接合工程Ｓ１４では、図９に示すように、電流供給装置９０による電流の供給を停止し、第２電極５２を第２固定部材３０から離間させる。さらに、加振装置７０を稼働させて、第２固定部材３０に設置された被接合部材１ｂを加振する。このように、抵抗加熱による発熱量を減少させ、かつ加振による発熱量を増加させることで、接触抵抗により材料を高温にして軟化を促進する過程から、軟化された材料を加振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。
【００４７】
第２接合工程Ｓ１４においては、通電不要のために第２固定部材３０と接する必要のなくなった第２電極５２を第２固定部材３０から離間させることで、第２電極５２および第２固定部材３０の磨耗、溶着および凝着が抑制される。
【００４８】
第２接合工程Ｓ１４を終了する際には、加振装置７０を停止させるが、被接合部材１ａ，１ｂを望ましい相対的位置で最終的に接合するために、最終的に加振装置７０によって被接合部材１ａ，１ｂを規定の位置に位置決めする。この際には、第１加圧装置４１の加圧力が大きいと位置決め精度が低下するため、加振装置７０を停止させる前に、第１加圧装置４１による加圧力を低下させてもよい。第１加圧装置４１による加圧力を低下させると、被接合部材１ａ，１ｂが望ましい相対的位置となった状態で加振装置７０を停止させることができる。なお、被接合部材１ａ，１ｂを位置決めするための他の構成を別途設けてもよい。
【００４９】
第２接合工程Ｓ１４の後には、被接合部材１ａ，１ｂを冷却する冷却工程Ｓ１５へ移行する。冷却工程Ｓ１５では、制御装置８０が、加振装置７０および電流供給装置９０を停止させ、第１加圧装置４１による加圧力を上昇させる。予め設定した時間を経過すると、冷却が終了したと判断し、第１加圧装置４１による加圧を終了させる。または被接合部材１ａ，１ｂの温度を計測する温度計（不図示）から制御装置８０へ入力される信号が所定値以下となった後、冷却が終了したと判断し、第１加圧装置４１による加圧を終了させることもできる。この後、第１電極５１を上昇させて被接合部材１ａから離間させ、接合された被接合部材１ａ，１ｂが装置から取り外される。
【００５０】
接合された被接合部材１ａ，１ｂの接合界面には、被接合部材１ａ，１ｂの材料が拡散することで接合される拡散接合面、被接合部材１ａ，１ｂの材料が塑性流動することで接合される塑性流動接合面が、混在して形成される。
【００５１】
なお、第１接合工程Ｓ１３と第２接合工程Ｓ１４の間で、電流の供給を減少させる一方で加圧力を増加させるのではなしに、第１接合工程Ｓ１３および第２接合工程Ｓ１４を１つの接合工程として実施することもできる。また、冷却工程Ｓ１５も、かならずしも設けずに省略することができる。
【００５２】
第１実施形態における接合方法は、互いに接合される接合面２ａ，２ｂを予め加熱する予備加熱工程Ｓ１１と、接合面２ａ，２ｂを対向させて相対的に摺動させつつ電流を流して抵抗加熱することで接合面同士を接合する第１，第２接合工程Ｓ１３，Ｓ１４とを有する。したがって、接合面２ａ，２ｂを予め軟化させて磨耗を進展しやすくすることができ、接合面２ａ，２ｂの略全面において均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００５３】
また、予備加熱工程Ｓ１１では、接合面２ａ，２ｂの摺動方向に沿う接触長さが相対的に短い短尺部４を予め加熱するため、磨耗が進展し難い短尺部４を予め軟化させて磨耗を進展しやすくすることができ、接合面２ａ，２ｂの略全面において均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００５４】
また、予備加熱工程Ｓ１１では、通電による抵抗加熱または摺動による摩擦加熱により加熱するため、接合面２ａ，２ｂの接触している部位を容易に加熱することができる。
【００５５】
また、予備加熱工程Ｓ１１では、接合面２ａ，２ｂの互いに接合される部位と異なる部位同士を接触させて当該接触する部位を加熱する。すなわち、被接合部材１ａ，１ｂを相対的に移動させ、短尺部４における接合面の接触を保持しつつ、長尺部３の少なくとも一部を非接触状態として短尺部４を予め加熱するため、極力短尺部４のみを加熱することができ、より均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００５６】
また、予備加熱工程Ｓ１１の後であって第１接合工程Ｓ１３の前に、接合面２ａ，２ｂを抵抗加熱および摺動による摩擦加熱の少なくとも一方により加熱しつつ、被接合部材１ａ，１ｂ同士を接合する部位が一致するまで相対的に移動させる接合面合致工程Ｓ１２を有する。このため、接合面２ａ，２ｂの温度むらの発生を抑止し、より均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００５７】
また、加振方向Ｘ（摺動方向）は、被接合部材１ａ，１ｂの接合面２ａ，２ｂの長尺な方向に沿う方向であるため、被接合部材１ｂが移動するスライド方向Ｙが短尺方向となり、装置の省スペース化を図ることができる。
【００５８】
また、第１実施形態に係る接合装置によれば、加振方向Ｘと交差する方向へ被接合部材１ａ，１ｂ同士を相対的に移動させる移動手段１００を有するため、被接合部材１ａ，１ｂ同士を接合する前に、接合面２ａ，２ｂをずらした状態に移動させて、接合面２ａ，２ｂの予備加熱を行うことができる。
【００５９】
また、電極５１，５２および加振装置７０の少なくとも一方を作動させて接合面２ａ，２ｂを加熱しつつ、接合面２ａ，２ｂ同士の互いに接合される部位をずらした状態から一致するまで接合面２ａ，２ｂに沿う方向へ被接合部材１ａ，１ｂ同士を相対的に移動させる制御装置９０を有するため、被接合部材１ａ，１ｂの接合を自動で行うことができる。
【００６０】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る接合装置は、第１実施形態と略同様であり、同一の符号を付して説明を省略するが、被接合部材５ａ，５ｂの形状が第１実施形態の被接合部材１ａ，１ｂと異なる。
【００６１】
第２実施形態における被接合部材５ａ，５ｂは、図１６に示すように、接合面６ａ，６ｂを有しており、一方の被接合部材５ａの荷重が付与される上面７と接合面６ａの形状が、荷重方向Ｚに一致しない構成となっている。したがって、上面７に第１電極５１からの荷重が作用すると、接合面６ａの上面７と重ならない（荷重方向Ｚに上面７が存在しない）張り出し部８において、上面７と重なる（荷重方向Ｚに上面７が存在する）重部９よりも、作用する面圧が低下することになる。したがって、この状態で加振による摩擦加熱を行っても、張り出し部８においては重部９よりも磨耗が生じ難く、接合強度に偏りが生じる。
【００６２】
したがって、本実施形態では、図１７に示すフローチャートの通り、まず、接合装置１０の第１電極５１および第２電極５２によって被接合部材５ａ，５ｂに電流を流し、接合面６ａ，６ｂを抵抗加熱により予備加熱する（予備加熱工程Ｓ２１）。これにより、張り出し部８が軟化されて磨耗しやすくなり、この後に第１実施形態の工程Ｓ１３〜１５と同様の第１接合工程Ｓ２３、第２接合工程Ｓ２４および冷却工程Ｓ２５を行うことで、接合面６ａ，６ｂにおいて均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００６３】
第２実施形態における接合方法によれば、互いに接合される接合面６ａ，６ｂの面圧の低い張り出し部８を予め加熱する予備加熱工程Ｓ２１を有するため、磨耗が進展し難い張り出し部８を予め軟化させて磨耗を進展しやすくすることができ、接合面６ａ，６ｂの略全面において均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００６４】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る接合装置は、第１実施形態と同様であり、説明を省略するが、第２実施形態と同様に、被接合部材をスライドさせる移動手段１００は使用しない。そして、被接合部材１５ａ，１５ｂは、図１８に示すように接合面１６ａ，１６ｂが長方形の直方体であり、第１実施形態のように接合面に長尺部および短尺部が形成されず、かつ第２実施形態のように接合面に面圧が作用し難い形状となっていない。なお、被接合部材はこれに限定されず、接触して相対的に摺動可能であれば、形状は限定されない。
【００６５】
次に、第３実施形態に係る接合装置により被接合部材１５ａ，１５ｂを接合する方法を、図１９に示すフローチャートに沿って説明する。
【００６６】
初めに、互いに接合する被接合部材１５ａ，１５ｂを準備し、被接合部材１５ｂを第２固定部材３０に設置するとともに、被接合部材１５ａを第１固定部材２０に設置する。
【００６７】
そして、第１加圧装置４１により第１電極５１を下降させ、第１電極５１により被接合部材１５ａの上面を下方に加圧し、第２電極５２を第２加圧装置４２により上昇させて、第２固定部材３０の下面３３に第２電極５２を押し付ける。このとき、接合面１６ａ，１６ｂは、第１実施形態とは異なり、実際に接合される部位同士が接している。そして、第１電極５１と第２電極５２の間に電流を流し、接合面２ａ，２ｂを加熱する（予備加熱工程Ｓ３１）。なお、電流による抵抗加熱ではなしに、加振による摩擦加熱を行ってもよく、または両方を行ってもよい。この予備加熱工程Ｓ３１により、接合面１６ａ，１６ｂの全体が加熱されて軟化する。この後、第１実施形態の工程Ｓ１３〜１５と同様の第１接合工程Ｓ３３、第２接合工程Ｓ３４および冷却工程Ｓ３５を行い、接合面１６ａ，１６ｂを接合する。
【００６８】
第３実施形態における接合方法によれば、被接合部材１５ａ，１５ｂの互いに接合される接合面１６ａ，１６ｂの全体を予め加熱する予備加熱工程Ｓ３１を有するため、接合面２ａ，２ｂの全体を予め軟化させて磨耗を進展しやすくすることができ、接合面１６ａ，１６ｂの略全面において均一で安定した接合強度を得ることができる。
【００６９】
なお、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、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、第１電極５１は、直接的に被接合部材１ａに接触しなくてもよく、第１固定部材２０を介して被接合部材１ａを押圧する構造であってもよい。また、例えば、第２電極５２は、第２固定部材３０に接触しなくてもよく、被接合部材１ｂに直接的または間接的に接触してもよい。
【００７０】
また、第１実施形態において、被接合部材１ｂがスライド移動するのではなく、被接合部材１ａがスライド移動する構造であってもよい。
【００７１】
また、第１実施形態における被接合部材は長尺部と短尺部を有する他の形態であってもよく、図２０，２１に示す他の例のように、被接合部材１１ａ，１１ｂが、長方形の内部に３つの長方形の開口を並んで有してもよい。このような形状であっても、図２１に斜線示す接触領域Ａのように、短尺部１４は極力接触した状態としつつ、長尺部１３は極力接触しない状態とすることができ、短尺部１４を含む接触領域Ａを、予め予備加熱することができる。
【００７２】
また、第１実施形態の方法および装置は、かならずしも短尺部４を備えた被接合部材１ａ，１ｂを予備加振するために使用する必要はなく、相対的にスライド移動が可能であると共に加振可能な被接合部材であれば、あらゆる被接合部材に適用が可能である。したがって、被接合部材１ａ，１ｂに、短尺部４および長尺部３が形成されなくてもよい。
【００７３】
また、第２実施形態において、第１実施形態と同様に、被接合部材を移動手段１００によりスライド移動させることで、接合面の面圧の低い部位は接触するが面圧の高い部位は少なくとも一部が接触しない状態とすることが可能であれば、被接合部材を相対的に移動させて予備加熱を行ってもよい。
【００７４】
また、可能であれば、対の被接合部材の間に、被接合部材と共晶反応する共晶反応材料からなる箔状の導電性を備えた共晶箔（中間材料）が挟んでもよい。被接合部材がアルミの場合、共晶箔には、アルミニウムと共晶反応する亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）等を用いることができる。また、被接合部材の少なくとも一方の融点よりも低い温度で液相化する材料であれば、共晶反応する材料でなくても、共晶箔の替わりに適用することもできる。被接合部材の間に共晶箔を用いた場合には、共晶箔が共晶反応により被接合部材よりも低融点で液相化し、酸素を遮断して再酸化を抑制する役割を果たす。共晶箔を用いることで、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。そして、接合された被接合部材の接合界面には、被接合部材の材料が拡散することで接合される拡散接合面、被接合部材の材料が塑性流動することで接合される塑性流動接合面、さらに共晶箔を挟んだ場合には中間材料を介在して接合される中間層介在接合面が、混在して形成される。
【符号の説明】
【００７５】
１ａ，１ｂ，５ａ，５ｂ，１１ａ，１１ｂ，１５ａ，１５ｂ    被接合部材、
２ａ，２ｂ，６ａ，６ｂ，１６ａ，１６ｂ    接合面、
３，１３    長尺部、
４，１４    短尺部、
８    張り出し部、
１０    接合装置、
５１    第１電極、
５２    第２電極、
７０    加振装置（加振手段）、
８０    制御装置（制御手段）、
１００    移動手段、
Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１    予備加熱工程、
Ｓ１２    接合面合致工程、
Ｓ１３，Ｓ２３，Ｓ３３    第１接合工程（接合工程）、
Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４    第２接合工程（接合工程）、
Ｘ    加振方向（摺動方向）、
Ｙ    スライド方向、
Ｚ    押圧方向。
【図１】
0005895421.tif 000002
【図２】
0005895421.tif 000003
【図３】
0005895421.tif 000004
【図４】
0005895421.tif 000005
【図５】
0005895421.tif 000006
【図６】
0005895421.tif 000007
【図７】
0005895421.tif 000008
【図８】
0005895421.tif 000009
【図９】
0005895421.tif 000010
【図１０】
0005895421.tif 000011
【図１１】
0005895421.tif 000012
【図１２】
0005895421.tif 000013
【図１３】
0005895421.tif 000014
【図１４】
0005895421.tif 000015
【図１５】
0005895421.tif 000016
【図１６】
0005895421.tif 000017
【図１７】
0005895421.tif 000018
【図１８】
0005895421.tif 000019
【図１９】
0005895421.tif 000020
【図２０】
0005895421.tif 000021
【図２１】
0005895421.tif 000022