特開 2022-43567 拡散接合のための積層装置及び積層方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022043567

(43)【公開日】2022-03-16

(54)【発明の名称】拡散接合のための積層装置及び積層方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20220309BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 310P

B23K20/00 310A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020148898

(22)【出願日】2020-09-04

(71)【出願人】

【識別番号】519231201

【氏名又は名称】株式会社Ｕ・Ｍ・Ｒ

(71)【出願人】

【識別番号】303004532

【氏名又は名称】ナカヤマ精密株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】上村 誠

(72)【発明者】

【氏名】安宅 榮治

(72)【発明者】

【氏名】中山 愼一

(72)【発明者】

【氏名】前田 浩二

(72)【発明者】

【氏名】中村 佳佑

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167BA02

4E167CA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】板材の拡散接合に必要な温度及び圧力を低減することが可能な積層装置及び積層方法の提供。
【解決手段】拡散接合のための積層装置１は、拡散接合により接合する板材１０を複数枚積層する積層部３と、積層した板材に超音波を付与して、積層した板材同士を摺り合わせる摺動処理部６と、積層する板材にポリッシング（研磨）を施すための表面加工部２と、複数のピン２３を用いて板材を位置決めするための位置決め部４と、板材が斜めに積層されるのを抑制するために、板材を吸引して板材の姿勢を補正するための吸引装置５を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

拡散接合により接合する板材を複数枚積層する積層部と、
積層した前記板材に超音波を付与して、積層した前記板材同士を摺り合わせる摺動処理部と、を備える、拡散接合のための積層装置。

【請求項2】

積層する前記板材にポリッシングを施す表面加工部を備える、請求項１に記載の拡散接合のための積層装置。

【請求項3】

複数のピンを用いて前記板材を位置決めする位置決め部を備える、請求項１又は２に記載の拡散接合のための積層装置。

【請求項4】

前記板材が斜めに積層されるのを抑制するために、前記板材を吸引して前記板材の姿勢を補正する吸引装置を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の拡散接合のための積層装置。

【請求項5】

拡散接合により接合する板材を複数枚積層するステップと、
積層した前記板材に超音波を付与して、積層した前記板材同士を摺り合わせるステップと、を含む、拡散接合のための積層方法。

【請求項6】

前記板材を複数枚積層する前に、積層する前記板材にポリッシングを施すステップを含む、請求項５に記載の拡散接合のための積層方法。

【請求項7】

積層した前記板材に超音波を付与する前に、複数のピンを用いて前記板材を位置決めするステップを含む、請求項５又は６に記載の拡散接合のための積層方法。

【請求項8】

前記板材が斜めに積層されるのを抑制するために、吸引装置を用いて前記板材を吸引して前記板材の姿勢を補正するステップを含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の拡散接合のための積層方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拡散接合のための積層装置及び積層方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、接合する材料同士を密着させて加圧、加熱して、接合面に生じる原子の拡散を利用して接合する、拡散接合と称される技術が公知である（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１において、２以上の被接合物を重ね、この重ねられた複合体の両側から加圧して被接合物同士を接合する。特許文献１においては、加圧と同時に加熱を行なう。また、特許文献１においては、加圧、加熱の同時作業を接合治具と複合体との熱膨張量差にて行なう。さらに、特許文献１においては、接合治具は複合体を挟む上下の押え板と、各押え板の複数箇所の穴を通す複数の拘束ボルトと、拘束ボルトの両端に螺合されるナットとを備えてなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６３－２１００７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の拡散接合の技術においては、板材の拡散接合に必要な温度及び圧力が比較的高く、この点につき改良の余地があった。

【0006】

そこで、本発明は、板材の拡散接合に必要な温度及び圧力を低減することができる拡散接合のための積層装置及び積層方法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】

【0007】

本発明の一態様に係る拡散接合のための積層装置は、拡散接合により接合する板材を複数枚積層する積層部と、積層した板材に超音波を付与して、積層した板材同士を摺り合わせる摺動処理部と、を備える。

【0008】

本発明の一態様に係る拡散接合のための積層方法は、拡散接合により接合する板材を複数枚積層するステップと、積層した板材に超音波を付与して、積層した板材同士を摺り合わせるステップと、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、板材の拡散接合に必要な温度及び圧力を低減することができる拡散接合のための積層装置及び積層方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る積層装置の概略的な斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る積層装置の要部を示す分解斜視図である。

【図3】積層する板材の概略的な平面図である。

【図4】超音波によるマイクロ摺動処理を行う前の板材の模式的な拡大断面図である。

【図5】超音波によるマイクロ摺動処理を行った後の板材の模式的な拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

【0012】

［拡散接合のための積層装置］
図１及び図２に示すように、積層装置１は、表面加工部２と、積層部３と、位置決め部４と、吸引装置５と、摺動処理部６と、を備える。

【0013】

なお、図１において、板材１０の搬送方向を矢印Ｘ方向で表す。

【0014】

積層装置１は、拡散接合する板材１０（図３参照）に対して、超音波によるマイクロ摺動処理を行うことを目的とする装置である。

【0015】

拡散接合する板材１０には、位置決めのための位置決め穴１１が形成されている。板材１０は、例えば平面視において矩形状に形成され、位置決め穴１１は、板材１０の長手方向に沿って形成される第一スリット１１ａと、板材１０の短手方向に沿って形成される第二スリット１１ｂとを有してＬ字状に形成される（図３参照）。

【0016】

表面加工部２は、積層する板材１０にポリッシング（研磨）を施すためのものである。

【0017】

表面加工部２には、板材１０の搬送方向Ｘの上流側から順に、第一コンベア１２と、第一加工部１３と、第二コンベア１４と、第二加工部１５とが配置されている。

【0018】

第一加工部１３は、上下方向で一対の第一ローラー１６，１６を有している。上側の第一ローラー１６が、例えばバフローラーであり、下側の第一ローラー１６が、例えば送りローラーである。

【0019】

上側の第一ローラー１６がバフローラーであり、下側の第一ローラー１６が送りローラーである場合、第一加工部１３においては、板材１０の上面に対してポリッシングが施される。

【0020】

第二加工部１５は、上下方向で一対の第二ローラー１７，１７を有している。上側の第二ローラー１７が、例えば送りローラーであり、下側の第二ローラー１７が、例えばバフローラーである。

【0021】

上側の第二ローラー１７が送りローラーであり、下側の第二ローラー１７がバフローラーである場合、第二加工部１５においては、板材１０の下面に対してポリッシングが施される。

【0022】

なお、表面加工部２よりも板材１０の搬送方向Ｘの上流側に、図示しないフィーダーを配置して、このフィーダーにより、板材１０を１枚ずつ、表面加工部２の第一コンベア１２に供給するようにしてもよい。

【0023】

表面加工部２よりも板材１０の搬送方向Ｘの下流側には、ベースブロック１８及びベースプレート１９を有する積層部３が配置されている。

【0024】

ベースプレート１９は、平面視において矩形状に形成されている。ベースプレート１９には、複数の通気穴２０が貫通形成されている。

【0025】

ベースプレート１９の一対の長辺部分の一方に、後述する押え部材２５が入り込む切欠き部１９ａが形成され、一対の長辺部分の他方が、固定部材２１によりベースブロック１８に対して固定される。

【0026】

その一方、ベースプレート１９の一対の短辺部分の一方にも、後述する押え部材２６が入り込む切欠き部１９ｂが形成され、一対の短辺部分の他方が、固定部材２２によりベースブロック１８に対して固定される。

【0027】

位置決め部４は、複数のピン２３を用いて板材１０を位置決めするためのものである。

【0028】

位置決め部４には、板材１０の位置決め穴１１に挿通される複数のピン２３と、表面加工部２を通過した板材１０を位置決め部４（ピン２３）へと案内するためのガイド部２４とが形成されている。ガイド部２４は、板材１０の搬送方向Ｘに沿って延びている一対の第一ガイド片２４ａ，２４ａと、これら一対の第一ガイド片２４ａ，２４ａの先端同士を接続する第二ガイド片２４ｂとを有して平面視においてＵ字状に形成されている。

【0029】

位置決め部４には、一対の押え部材２５，２６が配置されており、これらの押え部材２５，２６が、位置決め穴１１にピン２３が挿通された板材１０を所定の位置に移動させるようになっている。各押え部材２５，２６は、押え部材２５，２６を移動可能に保持するシャフト２７と、押え部材２５，２６をベースプレート１９側へと付勢するバネ２８とを有している。

【0030】

吸引装置５は、板材１０が斜めに積層されるのを抑制するために、板材１０を吸引して板材１０の姿勢を補正するためのものである。

【0031】

吸引装置５は、ベースブロック１８に形成される空気流路２９と、この空気流路２９に連結されるバキュームポンプ等の吸引機構３０とを有している。空気流路２９の末端が、ベースプレート１９の通気穴２０と連通している。

【0032】

摺動処理部６は、積層した板材１０に超音波を付与して、積層した板材１０同士を摺り合わせるためのものである。

【0033】

摺動処理部６は、積層した板材１０の内、最も上層の板材１０の上面に押し当てられる超音波ヘッド３１を有している（図４参照）。

【0034】

［拡散接合のための積層方法］
次に、本実施形態に係る積層方法について説明する。

【0035】

先ず、板材１０を複数枚積層する前に、積層する板材１０にポリッシングを施す。

【0036】

図１に示す積層装置１においては、表面加工部２が積層する板材１０にポリッシングを施すように構成されている。

【0037】

次に、拡散接合により接合する板材１０を複数枚（２枚～３枚程度）積層する。

【0038】

図１に示す積層装置１においては、拡散接合により接合される板材１０が積層部３において積層されるように構成されている。

【0039】

また、積層した板材１０に超音波を付与する前に、複数のピン２３を用いて板材１０を位置決めする。

【0040】

図１に示す積層装置１においては、板材１０が位置決め部４において所定の位置に位置決めされるようになっている。

【0041】

また、板材１０が斜めに積層されるのを抑制するために、吸引装置５を用いて板材１０を吸引して板材１０の姿勢を補正する。

【0042】

図１に示す積層装置１においては、吸引装置５の吸引機構３０が板材１０を吸引して板材１０全体がベースプレート１９と接するように姿勢を補正するようになっている。

【0043】

そして、積層した板材１０に超音波を付与して、積層した板材１０同士を摺り合わせる。

【0044】

図１に示す積層装置１においては、摺動処理部６の超音波ヘッド３１が板材１０に超音波を付与して、積層した板材１０同士を摺り合わせるようになっている。

【0045】

具体的には、図４に示すように、超音波ヘッド３１が最も上層の板材１０の上面に押し当てられて、この超音波ヘッド３１から積層した板材１０に対して、極めて短時間（０．５秒程度）だけ超音波が付与される。

【0046】

超音波ヘッド３１による超音波の付与は超音波接合を目的としていないので、積層した板材１０同士が超音波接合されないように、極めて短時間（０．５秒程度）であることが好ましい。

【0047】

積層した板材１０同士を摺り合わせることにより、図５に示されるように、板材１０の不動態膜（酸化被膜）１０ａを破壊すると同時に、板材１０の接合面に新生面１０ｂを形成して、板材１０同士の接触面積を微視的に増やすことが可能になる。

【0048】

１枚ずつの積層工程を採用することにより、板材１０の積層可能層数に限界がない。

【0049】

また、超音波接合のように過度な表面加工をしないので、パーティクル等の発生がほとんどないクリーンな積層が可能であり、また、板材１０には残留歪みもない。このため、超音波によるマイクロ摺動処理を採用することにより、板材１０の多層の積層が可能になる。

【0050】

以下、本実施形態による作用効果を説明する。

【0051】

（１）拡散接合のための積層装置１は、拡散接合により接合する板材１０を複数枚積層する積層部３と、積層した板材１０に超音波を付与して、積層した板材１０同士を摺り合わせる摺動処理部６と、を備える。

【0052】

積層した板材１０に対して超音波によるマイクロ摺動処理を行うことにより、板材１０の不動態膜１０ａを破壊すると同時に、板材１０の接合面に新生面１０ｂを形成して、板材１０同士の接触面積を微視的に増やすことが可能になる。このため、板材１０の拡散接合に必要な温度及び圧力を低減することが可能になる。

【0053】

（２）積層装置１は、積層する板材１０にポリッシングを施す表面加工部２を備える。

【0054】

積層装置１が表面加工部２を備えることにより、積層した板材１０に対して超音波によるマイクロ摺動処理を行う際に、複数枚の板材１０を適切に積層することが可能になる。

【0055】

（３）積層装置１は、複数のピン２３を用いて板材１０を位置決めする位置決め部４を備える。

【0056】

積層装置１が位置決め部４を備えることにより、積層した板材１０に対して超音波によるマイクロ摺動処理を行う際に、複数枚の板材１０を適切に積層することが可能になる。

【0057】

（４）積層装置１は、板材１０が斜めに積層されるのを抑制するために、板材１０を吸引して板材１０の姿勢を補正する吸引装置５を備える。

【0058】

積層装置１が吸引装置５を備えることにより、積層した板材１０に対して超音波によるマイクロ摺動処理を行う際に、複数枚の板材１０を適切に積層することが可能になる。

【0059】

ところで、本発明の拡散接合のための積層装置及び積層方法は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

【符号の説明】

【0060】

１ 積層装置
２ 表面加工部
３ 積層部
４ 位置決め部
５ 吸引装置
６ 摺動処理部
１０ 板材
２３ ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】