特開 2024-170918 固相接合装置および不純物の除去方法

(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】P2024170918

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】固相接合装置および不純物の除去方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20241204BHJP

【ＦＩ】

B23K20/00 350

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087685

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤井 英俊

(72)【発明者】

【氏名】森貞 好昭

(72)【発明者】

【氏名】相原 巧

(72)【発明者】

【氏名】宮内 貴章

(72)【発明者】

【氏名】上山 智之

(72)【発明者】

【氏名】田中 利幸

【テーマコード（参考）】

4E167

【Ｆターム（参考）】

4E167AA02

4E167AA06

4E167BB02

4E167CA01

(57)【要約】

【課題】表面処理がされた金属において表面の不純物を除去することが可能な固相接合装置および固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法を提供する。
【解決手段】表面処理された金属からなる第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０を厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸１１，１２と、一対の加圧軸１１，１２の周囲にそれぞれ配置された一対の電極２１，２２と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に第１荷重を作用させ、次に一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷し、次に一対の電極２１，２２に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面処理された金属からなる第１ワークおよび第２ワークを厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸と、
前記一対の加圧軸の周囲にそれぞれ配置された一対の電極と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記一対の加圧軸を制御することによって前記第１ワークおよび前記第２ワークの各々に第１荷重を作用させ、
次に前記一対の加圧軸を制御することによって前記第１ワークおよび前記第２ワークに対して前記第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷し、
次に前記一対の電極に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去する、固相接合装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記一対の加圧軸が前記第１ワークおよび前記第２ワークと接触しない位置に移動した状態で前記一対の電極に電流を通電する、請求項１に記載の固相接合装置。

【請求項3】

前記一対の加圧軸および前記一対の電極を駆動させる駆動源をさらに備え、
前記制御装置は、前記駆動源を制御することによって前記一対の加圧軸を移動させつつ、前記一対の電極を移動させる、請求項１または請求項２に記載の固相接合装置。

【請求項4】

前記制御装置は、金属表面の不純物を除去した後に、前記一対の加圧軸を制御することによって前記第１ワークおよび前記第２ワークの各々に前記第１荷重よりも大きな第３荷重を作用させながら、前記一対の電極に電流を通電する、請求項１または請求項２に記載の固相接合装置。

【請求項5】

表面処理された金属からなる第１ワークおよび第２ワークを厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸と、
前記一対の加圧軸の周囲にそれぞれ配置された一対の電極と、
制御装置とを備えた固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法であって、
前記制御装置は、
前記一対の加圧軸を制御することによって前記第１ワークおよび前記第２ワークの各々に第１荷重を作用させるステップと、
次に前記一対の加圧軸を制御することによって前記第１ワークおよび前記第２ワークに対して前記第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷するステップと、
次に前記一対の電極に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去するステップとを実行する、不純物の除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固相接合装置および固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

国際公開第２０２１／１８２４４４号（特許文献１）には、押圧部と、一対の溶接電極とを備える固相点接合装置が開示されている。押圧部は、２枚の金属板材を当該金属板材と直交する方向に押圧可能である。一対の溶接電極は、２枚の金属板材をその厚み方向における両側から挟持した状態で両金属板材に通電することにより、各金属板材を加熱する。本明細書においては、金属を溶融させずに低温域の固相状態で接合することによって、大電流による金属の溶融による強度低下等を防ぐ国際公開第２０２１／１８２４４４号（特許文献１）のような接合方法を「固相接合」と呼ぶ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１８２４４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

国際公開第２０２１／１８２４４４号（特許文献１）は、表面がメッキ等により処理された金属の接合については考慮されていない。表面処理がされた金属の接合においては、金属表面のメッキ層等が接合時に不純物となることによって接合時の品質が低下してしまい、高い接合品質を維持することが難しいことがある。表面処理がされた金属の接合においては、不純物を除去した上で接合することが望ましい。

【0005】

本開示の目的は、表面処理がされた金属において表面の不純物を除去することが可能な固相接合装置および固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一局面の固相接合装置は、表面処理された金属からなる第１ワークおよび第２ワークを厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸と、一対の加圧軸の周囲にそれぞれ配置された一対の電極と、制御装置とを備える。制御装置は、一対の加圧軸を制御することによって第１ワークおよび第２ワークの各々に第１荷重を作用させ、次に一対の加圧軸を制御することによって第１ワークおよび第２ワークに対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷し、次に一対の電極に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去する。

【0007】

本開示の一局面の不純物の除去方法は、表面処理された金属からなる第１ワークおよび第２ワークを厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸と、一対の加圧軸の周囲にそれぞれ配置された一対の電極と、制御装置とを備えた固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法に関する。制御装置は、一対の加圧軸を制御することによって第１ワークおよび第２ワークの各々に第１荷重を作用させるステップと、次に一対の加圧軸を制御することによって第１ワークおよび第２ワークに対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷するステップと、次に一対の電極に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去するステップとを実行する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、表面処理がされた金属において表面の不純物を除去することが可能な固相接合装置および固相接合装置を用いた金属表面の不純物の除去方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態の固相接合装置において電流の通電工程を概略的に示す図である。

【図2】本開示の一実施形態の固相接合装置において金属表面の不純物の除去を含む接合工程を説明するための図である。

【図3】荷重の違いにおける通電の様子を概略的に示す図である。

【図4】時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化を示す図である。

【図5】制御装置が実行する制御内容を示すフローチャートである。

【図6】変形例における時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態の固相接合装置１において電流の通電工程を概略的に示す図である。固相接合装置１は、互いに重ね合わされた複数のワークＷ１０，Ｗ２０に通電することによって複数のワークＷ１０，Ｗ２０の界面に軟質化領域を形成しつつ、当該軟質化領域を塑性変形させることによって複数のワークＷ１０，Ｗ２０同士を溶融させずに固相状態のまま接合する装置である。

【0012】

複数のワークＷ１０，Ｗ２０は、第１ワークＷ１０と、第２ワークＷ２０とを含む。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、鉄やアルミニウム等の金属からなる。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、例えば平板状に形成されている。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、金属表面がメッキ等により処理されている。

【0013】

図１に示されるように、固相接合装置１は、一対の加圧軸１１，１２と、一対の電極２１，２２と、制御装置３０と、センサ４０とを備えている。

【0014】

一対の加圧軸１１，１２は、第１ワークＷ１０と第２ワークＷ２０とを板状のワークを重ねた厚み方向における両側から加圧することが可能である。一対の加圧軸１１，１２は、図示略の駆動源（サーボプレス機等）によって駆動される。一対の加圧軸１１，１２は、第１加圧軸１１と、第２加圧軸１２とを有している。

【0015】

第１加圧軸１１は、一方向（図１における矢印Ｆの方向）に長く延びる形状を有している。第１加圧軸１１は、第１ワークＷ１０が塑性変形するように第１ワークＷ１０を押圧可能である。具体的に、第１加圧軸１１は、第１ワークＷ１０に突起Ｗ１１が形成されるように第１ワークＷ１０を押圧可能である。第１加圧軸１１は、例えばタングステンカーバイドからなる。本実施形態では、第１加圧軸１１は、円柱状に形成されている。第１加圧軸１１は、第１ワークＷ１０を押圧する押圧面１１ａを有している。押圧面１１ａは、第１加圧軸１１の端面である。押圧面１１ａは、円形に形成されている。

【0016】

第２加圧軸１２は、第１加圧軸１１の構成と同じ構成を有している。第２加圧軸１２は、当該第２加圧軸１２の中心軸が第１加圧軸１１の中心軸の延長線上に位置し、かつ、第２加圧軸１２の押圧面１２ａが第１加圧軸１１の押圧面１１ａと対向する姿勢で配置されている。なお、第１加圧軸１１および第２加圧軸１２は、円柱状以外の形状であってもよい。

【0017】

センサ４０は、例えば第１加圧軸１１に設けられている。本実施形態では、センサ４０として、ロードセルが用いられている。なお、センサ４０の設置場所は、第１加圧軸１１に限られない。

【0018】

一対の電極２１，２２は、第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に接触した状態で第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に通電させることが可能である。一対の電極２１，２２には、図示略の電源部から電圧および電流が供給されている。一対の電極２１，２２は、第１電極２１と、第２電極２２とを有している。

【0019】

第１電極２１は、第１ワークＷ１０のうち第１加圧軸１１により加圧される部位の周囲の部位に接触することが可能である。本実施形態では、第１電極２１は、第１加圧軸１１を包囲する円筒状に形成されている。第１電極２１の内周面と第１加圧軸１１の外周面との間には、隙間が設けられている。第１電極２１は、例えば銅からなる。第１電極２１は、第１ワークＷ１０に接触する接触面２１ａを有している。接触面２１ａは、円環状に形成されている。なお、接触面２１ａの形状は、円環状に限られない。

【0020】

第２電極２２は、第１電極２１の構成と同じ構成を有している。第２電極２２は、第２ワークＷ２０のうち第２加圧軸１２により加圧される部位の周囲の部位に接触することが可能である。第２電極２２は、当該第２電極２２の中心軸が第１電極２１の中心軸の延長線上に位置し、かつ、第２電極２２の接触面２２ａが第１電極２１の接触面２１ａと対向する姿勢で配置されている。

【0021】

制御装置３０は、ＣＰＵ３１（Central Processing Unit）と、メモリ３２（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、各種信号を入出力するための図示しない入出力装置等を含んで構成される。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する処理回路（processing circuitry）として機能する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置３０の処理手順が記されたプログラムである。制御装置３０は、これらのプログラムに従って、各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

【0022】

制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２および一対の電極２１，２２を制御する。具体的に、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に作用する荷重と、一対の電極２１，２２から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に作用する荷重と、一対の電極２１，２２へ印可する電圧と、一対の加圧軸１１，１２および一対の電極２１，２２の押し込み量とを制御する。制御装置３０は、一対の電極２１，２２へ印可する電圧を制御することによって一対の電極２１，２２に供給する電流を制御する。

【0023】

制御装置３０は、第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に互いに接触する突起Ｗ１１，Ｗ２１が形成されるように一対の加圧軸１１，１２から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に荷重Ｆ（図１を参照）を作用させる操作を行う。制御装置３０は、第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に通電する操作も行う。具体的には、制御装置３０が、一対の加圧軸１１，１２から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して荷重Ｆを作用させ、かつ、第１ワークＷ１０のうち第１加圧軸１１により加圧される部位の周囲の部位に第１電極２１の接触面２１ａを接触させ、第２ワークＷ２０のうち第２加圧軸１２により加圧される部位の周囲の部位に第２電極２２の接触面２２ａを接触させた状態で、第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に通電する操作を行う。制御装置３０は、一対の電極２１，２２の間を各突起Ｗ１１，Ｗ２１を介して破線で示す電流Ｘが流れるように制御する。

【0024】

各突起Ｗ１１，Ｗ２１は、電流Ｘが流れることによって軟質化する。本実施形態では、制御装置３０は、電流Ｘを流し各突起Ｗ１１，Ｗ２１を軟質化させつつ第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して荷重Ｆを作用させる。これによって、本実施形態では、第１ワークＷ１０と第２ワークＷ２０とを各突起Ｗ１１，Ｗ２１の位置において接合することができる。

【0025】

次に、金属表面の不純物の除去を含む接合工程について説明する。なお、不純物とは、表面処理がされた金属鋼板のメッキ層などである。図２は、本開示の一実施形態の固相接合装置１において金属表面の不純物の除去を含む接合工程を説明するための図である。制御装置３０は、図２（Ａ）～（Ｆ）の順に接合工程を実行する。なお、図２（Ａ）に示すように、一対の電極２１，２２は、一対の加圧軸１１，１２に対してバネ５０により固定されている。バネ５０の付勢力は、一対の電極２１，２２を介して各ワークＷ１０，Ｗ２０へ作用する。図２（Ｂ）以降の図においてバネ５０の図示は省略している。

【0026】

図２（Ａ）に示すように、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ向けて移動させる。このとき、各ワークＷ１０，Ｗ２０は、一対の電極２１，２２により挟持されている。各ワークＷ１０，Ｗ２０には、バネ５０による付勢力として例えば１［ｋＮ］の接触荷重が作用している。一対の電極２１，２２は、一対の加圧軸１１，１２よりも約１［ｍｍ］、各ワークＷ１０，Ｗ２０へ向けて飛び出した位置に付勢されている。一対の加圧軸１１，１２および一対の電極２１，２２は、図示略の１つの駆動源（サーボプレス機等）により全体が駆動する機構である。

【0027】

図２（Ａ）の状態から、図２（Ｂ）に示すように、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ向けて移動させ、微少突起Ｗ１１’，２１’を形成するように押し込み荷重を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ加える。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、押し込み荷重が加えられることにより各ワークＷ１０，Ｗ２０の接触面積が小さい微少突起Ｗ１１’，２１’が形成される。

【0028】

次いで、制御装置３０は、図２（Ｃ）に示すように、一対の加圧軸１１，１２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対して押し込み荷重よりも小さな荷重が作用するように一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する。「除荷」とは、各ワークＷ１０，Ｗ２０に作用させる荷重の少なくとも一部を除去することを意味する。図２（Ｃ）においては一対の加圧軸１１，１２による加圧力が０［ｋＮ］に除荷される。なお、一対の電極２１，２２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対しては、１［ｋＮ］の接触荷重が維持されている。

【0029】

制御装置３０は、図２（Ｃ）のように一対の加圧軸１１，１２による加圧力が除荷された状態において一対の電極２１，２２の間を各微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’を介して電流が流れるように制御する。各微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’に電流が流れることによって、表面処理がされた各ワークＷ１０，Ｗ２０の表面に残留する不純物を除去することができる。

【0030】

次いで、制御装置３０は、図２（Ｄ）に示すように、一対の加圧軸１１，１２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対して押し込み荷重よりも大きな突起形成荷重が作用するように一対の加圧軸１１，１２による加圧力を増加させる。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、突起形成荷重が加えられることにより各突起Ｗ１１，Ｗ２１が形成される。各突起Ｗ１１，Ｗ２１は、各微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’よりも各ワークＷ１０，Ｗ２０への接触面積が大きい突起である。

【0031】

次いで、制御装置３０は、図２（Ｅ）に示すように、一対の加圧軸１１，１２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対して突起形成荷重よりも小さな荷重が作用するように一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する。図２（Ｅ）においては一対の加圧軸１１，１２による加圧力が０［ｋＮ］に除荷される。一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷することによって、突起Ｗ１１，Ｗ２１同士の接触面積を小さくすることができる。なお、一対の電極２１，２２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対しては、１［ｋＮ］の接触荷重が維持されている。

【0032】

制御装置３０は、図２（Ｅ）のように一対の加圧軸１１，１２による加圧力が除荷された状態において一対の電極２１，２２の間を各突起Ｗ１１，Ｗ２１を介して電流が流れるように制御する。各突起Ｗ１１，Ｗ２１に電流が流れることによって、各突起Ｗ１１，Ｗ２１が軟質化する。

【0033】

次いで、制御装置３０は、図２（Ｆ）に示すように、一対の加圧軸１１，１２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対して突起形成荷重よりも大きな接合荷重が作用するように一対の加圧軸１１，１２による加圧力を増加させる。各ワークＷ１０，Ｗ２０は、接合荷重が加えられることによりワークＷ１０，Ｗ２０同士が突起Ｗ１１，Ｗ２１の位置において接合する。具体的に、各突起Ｗ１１，Ｗ２１のうち軟質化した領域（ワークＷ１０およびワークＷ２０の接触部界面を含む領域）が塑性変形しつつその領域が固相状態のまま接合される。

【0034】

次に、荷重を除荷しなかった場合の比較例と荷重を除荷した本開示の実施の形態との違いについて説明する。図３は、荷重の違いにおける通電の様子を概略的に示す図である。図３（Ａ）は荷重を除荷しなかった場合の通電の様子を示す図であり、図３（Ｂ）は荷重を除荷しなかった場合の通電時の状況を説明するための図であり、図３（Ｃ）は荷重を除荷しなかった場合の通電後の接合状態を示す図である。図３（Ｄ）は荷重を除荷した場合の通電の様子を示す図であり、図３（Ｅ）は荷重を除荷した場合の通電時の状況を説明するための図であり、図３（Ｆ）は荷重を除荷した場合の通電後の接合状態を示す図である。

【0035】

図３（Ａ）に示すように、比較例における電流Ｘは、微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’のうち中央部よりも外側に近い位置において流れる。それに対し、図３（Ｄ）に示すように本開示の実施の形態における電流Ｘは、微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’のうち中央部に近い位置において流れる。

【0036】

具体的に、比較例では図３（Ｂ）に示すように、各ワークＷ１０，Ｗ２０の接触面積Ｓが広範囲であるのに対し、本開示の実施の形態では図３（Ｅ）に示すように、各ワークＷ１０，Ｗ２０の接触面積Ｓが比較例よりも小さい範囲となっている。一対の電極２１，２２を通電する電流Ｘは、一対の電極２１，２２の間の各微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’における最短経路を流れる。これによって、図３（Ｂ）の比較例では、一対の加圧軸１１，１２が押し当てられたままの中央部は電流が流れ難く低発熱領域Ｂとなり、低発熱領域Ｂの外側の部分が電流が流れやすい高発熱領域Ａとなる。一方、図３（Ｅ）の本開示の実施の形態では、一対の加圧軸１１，１２の荷重が除荷されることによって中央部が高発熱領域Ａとなる。

【0037】

比較例では図３（Ｃ）に示すように、中央部に電流Ｘが流れに難いことによって金属表面のメッキ処理による不純物が中央部に残存してしまう。それに対し、本開示の実施の形態では図３（Ｆ）に示すように、中央部に電流Ｘが流れることによって金属表面のメッキ処理による不純物が中央部から周囲に向けて排出され、中央部への不純物の残留を防ぐことができる。

【0038】

次に、時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化をグラフを用いて説明する。図４は、時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化を示す図である。なお、図４におけるストロークは、加圧軸１１および加圧軸１２が同じストローク量で動作していることを示し、図４における荷重は、加圧軸１１および加圧軸１２が同じ荷重で作用していることを示している。

【0039】

図４に示すように、制御装置３０は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１まで固相接合装置１の先端部を各ワークＷ１０，Ｗ２０に近づかせ、時刻Ｔ１において固相接合装置１の先端部と各ワークＷ１０，Ｗ２０との間の距離であるストロークを０［ｍｍ］とする。時刻Ｔ１においては、一対の電極２１，２２と各ワークＷ１０，Ｗ２０とが接触している。制御装置３０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて一対の電極２１，２２から各ワークＷ１０，Ｗ２０に対して接触荷重を加圧する。このとき、ストロークおよび電流は変化しないが、荷重は、一対の電極２１，２２と各ワークＷ１０，Ｗ２０とが接触するときの接触荷重１［ｋＮ］分増加する。

【0040】

次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ２からＴ３にかけて一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ０．３［ｍｍ］押し込むことにより微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’を形成する。このとき、ストロークが変化するとともに、一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ押し込む際の押し込み荷重が３［ｋＮ］となる。時刻Ｔ２からＴ３にかけて電流は変化しない。

【0041】

次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する。これによって、ストロークは０［ｍｍ］に変化するとともに、荷重は接触荷重の１［ｋＮ］だけとなる。このとき、制御装置３０は、微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’に４［ｋＡ］の電流を流し金属表面の不純物を中央部から周囲に向けて排出する。これによって、固相接合装置１は、表面処理がされた金属において表面の不純物を除去することができる。

【0042】

次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５にかけて一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ１．４［ｍｍ］押し込むことにより突起Ｗ１１，Ｗ２１を形成する。このとき、ストロークが変化するとともに、一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ押し込む際の突起形成荷重が３５［ｋＮ］となる。制御装置は、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６にかけて突起形成荷重による加圧を維持する。なお、時刻Ｔ４から時刻Ｔ６にかけて電流は変化しない。

【0043】

次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７にかけて一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する。これによって、ストロークは０［ｍｍ］に変化するとともに、荷重は接触荷重の１［ｋＮ］だけとなる。このとき、制御装置３０は、突起Ｗ１１，Ｗ２１に１１［ｋＡ］の電流を流し各突起Ｗ１１，Ｗ２１を軟質化させる。

【0044】

次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８にかけて一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ２．４［ｍｍ］押し込むことにより突起Ｗ１１，Ｗ２１同士を接合する。このとき、ストロークが変化するとともに、一対の加圧軸１１，１２を各ワークＷ１０，Ｗ２０へ押し込む際の接合荷重が４０［ｋＮ］となる。制御装置は、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８にかけて各突起Ｗ１１，Ｗ２１に１１［ｋＡ］の電流を流し続ける。これによって、各突起Ｗ１１，Ｗ２１のうち軟質化した領域が塑性変形しつつその領域を固相状態のまま接合することができる。次いで、制御装置３０は、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９にかけてストロークおよび荷重を減少させるとともに、電流を０［ｋＡ］に維持する。

【0045】

次に、制御装置３０が実行する処理について具体的に説明する。図５は、制御装置３０が実行する制御内容を示すフローチャートである。図５のフローチャートの処理は、制御装置３０の制御におけるメインルーチンから、サブルーチンとして繰返し呼び出されて実行される。制御装置３０は、まずステップＳ（以下、単に「Ｓ」と示す）１において、一対の加圧軸１１，１２を第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に向けて移動する。

【0046】

次いで、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に接触したか否かを判定する（Ｓ２）。例えば、制御装置３０は、センサ４０の検出値を取得し、検出値が増加したことに基づいて一対の加圧軸１１，１２が第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に接触したと判定する。制御装置３０は、Ｓ２において接触位置を基準位置として記憶する。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に接触してないと判定した場合（Ｓ２のＮＯ）、Ｓ１の処理へ戻る。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に接触している判定した場合（Ｓ２のＹＥＳ）、Ｓ３の処理へ移行する。

【0047】

制御装置３０は、Ｓ３において一対の加圧軸１１，１２を第１突起としての微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’の形成位置まで押し込む。次いで、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する（Ｓ４）。次いで、制御装置３０は、金属表面のメッキ等の不純物を除去するための微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’に電流を通電する処理を実行する（Ｓ５）。

【0048】

次いで、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を第２突起としての突起Ｗ１１，Ｗ２１の形成位置まで押し込む（Ｓ６）。次いで、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第２突起の形成位置まで到達したか否かを判定する（Ｓ７）。制御装置３０は、例えば、Ｓ２において記憶された接触位置から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に突起Ｗ１１，Ｗ２１が形成される第２突起の形成位置まで一対の加圧軸１１，１２が移動したか否かを判定すればよい。制御装置３０は、Ｓ７において第２突起の形成位置を基準位置として記憶する。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第２突起の形成位置まで到達していないと判定した場合（Ｓ７のＮＯ）、Ｓ６の処理へ戻る。

【0049】

制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第２突起の形成位置まで到達したと判定した場合（Ｓ７のＹＥＳ）、Ｓ８の処理へ移行する。制御装置３０は、Ｓ８の処理において、一対の加圧軸１１，１２による加圧力を除荷する。

【0050】

次いで、制御装置３０は、接合のための通電を実行しつつ、一対の加圧軸１１，１２を接合位置まで押し込む（Ｓ９）。次いで、制御装置３０は、センサ４０の検出値に基づいて第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０における各突起Ｗ１１，Ｗ２１が軟質化したか否かを判定する（Ｓ１０）。制御装置３０は、例えば、センサ４０の検出値が予め定めた閾値以下であるか否かによって各突起Ｗ１１，Ｗ２１が軟質化したか否を判定する。制御装置３０は、各突起Ｗ１１，Ｗ２１が軟質化していないと判定した場合（センサ４０の検出値が閾値より大きい場合）、Ｓ９に戻る。制御装置３０は、各突起Ｗ１１，Ｗ２１が軟質化していると判定した場合（センサ４０の検出値が閾値以下の場合）、Ｓ１１の処理へ移行する。

【0051】

制御装置３０は、Ｓ１１において一対の加圧軸１１，１２が接合位置まで到達したか否かを判定する。制御装置３０は、例えば、Ｓ７おいて記憶された第２突起の形成位置から第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０が接合される接合位置まで一対の加圧軸１１，１２が移動したか否かを判定すればよい。

【0052】

制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が接合位置まで到達していないと判定した場合（Ｓ１１のＮＯ）、Ｓ９の処理へ戻る。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が接合位置まで到達したと判定した場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、処理をサブルーチンからメインルーチンに戻す。

【0053】

図５に示すように、本実施の形態の固相接合装置１は、Ｓ４，Ｓ５において微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１’が形成された後に除荷を実行し通電する。これによって、微少突起Ｗ１１’，Ｗ２１の中央部に電流を通電させることができ、表面処理がされた金属において表面の不純物を効果的に除去することができる。

【0054】

次に、一対の加圧軸１１，１２と、一対の電極２１，２２とが別々の駆動源（サーボプレス機等）により駆動する変形例の場合の時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化をグラフを用いて説明する。制御装置３０は、例えば、第１の駆動源によって一対の加圧軸１１，１２の移動を制御し、第２の駆動源によって一対の電極２１，２２の移動を制御する。図６は、変形例における時間に対する電流の変化、荷重の変化、およびストロークの変化を示す図である。

【0055】

図６においてストロークおよび電流については、図４と同じであるため説明を省略する。荷重については、一対の加圧軸１１，１２に対応する加圧軸荷重（実線）と、一対の電極２１，２２に対応する電極接触荷重（破線）とが同じグラフ上に示されている。電極接触荷重は、図６に示すように、時刻Ｔ０から時刻Ｔ３まで０［ｋＮ］であり、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて１［ｋＮ］となる。その後、電極接触荷重は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ６にかけて０［ｋＮ］となり、時刻Ｔ６から時刻Ｔ８にかけて１［ｋＮ］となった後、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９において０［ｋＮ］となる。

【0056】

このように、電極接触荷重は、０［ｋＮ］と１［ｋＮ］とのうちいずれかの値をとる。電流は、電極接触荷重が１［ｋＮ］である時刻Ｔ３から時刻Ｔ４，時刻Ｔ６から時刻Ｔ８において流れるようになっている。なお、電極が別々のアクチュエーターで動いている場合も電極接触荷重は、０［ｋＮ］または１［ｋＮ］となる。具体的に、ばね式の場合、フローティング機構を採用することによって、電極接触荷重を０［ｋＮ］または１［ｋＮ］とすることができる。

【0057】

加圧軸荷重は、図６に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで１［ｋＮ］であり、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて３［ｋＮ］となる。その後、加圧軸荷重は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて除荷のため０［ｋＮ］となる。その後、加圧軸荷重は、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５にかけて３５［ｋＮ］まで向上し、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６にかけて３５［ｋＮ］の荷重が維持される。その後、加圧軸荷重は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７にかけて除荷のため０［ｋＮ］となる。その後、加圧軸荷重は、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８にかけて４０［ｋＮ］まで向上し、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９にかけて荷重が減少する。

【0058】

図６に示すように、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２と、一対の電極２１，２２とが別々の駆動源により駆動する場合であっても一対の加圧軸１１，１２と、一対の電極２１，２２とが１つの駆動源により駆動する場合と同様に電流、荷重、およびストロークを変化させることができる。

【0059】

上記実施形態では、センサ４０としてロードセルの検出値を用いたが、ロードセルとは異なるセンサにより各ワークＷ１０，Ｗ２０の軟質化が検知されてもよい。このようなセンサとして、突起Ｗ１１，Ｗ２１同士の接触部を撮影可能なカメラが用いられてもよい。この場合、制御装置３０は、接触部の輝度に基づいて各ワークＷ１０，Ｗ２０が軟質化したか否かを判定する。このようなセンサとして、接触式または非接触式の温度計を用いてもよい。制御装置３０は、接触部の温度に基づいて各ワークＷ１０，Ｗ２０が軟質化したか否かを判定してもよい。あるいは、制御装置３０は、予め取得された各ワークＷ１０，Ｗ２０の熱量計算の結果と、電源のタイマと、に基づいて各ワークＷ１０，Ｗ２０が軟質化したか否を判定してもよい。

【0060】

＜まとめ＞
（１） 本開示の固相接合装置１は、表面処理された金属からなる第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０を厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸１１，１２と、一対の加圧軸１１，１２の周囲にそれぞれ配置された一対の電極２１，２２と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に第１荷重を作用させ、次に一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷し、次に一対の電極２１，２２に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去する。

【0061】

（２） （１）の固相接合装置１において、制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２が第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０と接触しない位置に移動した状態で一対の電極２１，２２に電流を通電する。

【0062】

（３） （１）または（２）の固相接合装置１において、一対の加圧軸１１，１２および一対の電極２１，２２を駆動させる駆動源をさらに備える。制御装置３０は、駆動源を制御することによって一対の加圧軸１１，１２を移動させつつ、一対の電極２１，２２を移動させる。

【0063】

（４） （１）から（３）のいずれかの固相接合装置１において、金属表面の不純物を除去した後に、一対の加圧軸２１，２２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に第１荷重よりも大きな第３荷重を作用させながら、一対の電極２１，２２に電流を通電する。

【0064】

（５） 本開示の不純物の除去方法は、表面処理された金属からなる第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０を厚み方向における両側から押圧する一対の加圧軸１１，１２と、一対の加圧軸１１，１２の周囲にそれぞれ配置された一対の電極２１，２２と、制御装置３０とを備えた固相接合装置１を用いた金属表面の不純物の除去方法に関する。制御装置３０は、一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に第１荷重を作用させるステップと、次に一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷するステップと、次に一対の電極２１，２２に電流を通電することによって金属表面の不純物を除去するステップとを実行する。

【0065】

本開示の固相接合装置１および固相接合装置１を用いた金属表面の不純物の除去方法によれば、第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０の各々に第１荷重を作用させた後に、一対の加圧軸１１，１２を制御することによって第１ワークＷ１０および第２ワークＷ２０に対して第１荷重よりも小さな第２荷重が作用するように加圧力を除荷し、一対の電極２１，２２に電流を通電する。これによって、表面処理がされた金属の中央部に電流を流すことができ、金属の表面の不純物を除去することが可能となる。

【0066】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0067】

１ 固相接合装置、１１，１２ 加圧軸、１１ａ，１２ａ 押圧面、２１，２２ 電極、２１ａ，２２ａ 接触面、３０ 制御装置、３１ ＣＰＵ、３２ メモリ、４０ センサ、５０ バネ、Ａ 高発熱領域、Ｂ 低発熱領域、Ｆ 荷重、Ｘ 電流、Ｓ 接触面積、Ｗ１０，Ｗ２０ ワーク、Ｗ１１，Ｗ２１ 突起、Ｗ１１’，Ｗ２１’ 微少突起。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】