通电加热接合用夹具及使用其的通电加热接合装置的制作方法

本发明涉及一种通电加热接合用夹具及使用其的通电加热接合装置。

背景技术：

以往，在汽车部件或电气设备等多个领域中，要求保持高强度、高刚性，同时使其轻量化。因此，使由金属构成的部件的一部分采用树脂，从而要将金属部件和树脂部件接合。

这样的接合方法有各种方式，通过将金属部件和树脂部件以接合面抵接且加压、并且对该接合面进行加热来接合的通电加热接合也是其中之一(例如参照专利文献1)。通电加热接合方法具有金属部件和树脂部件的材质不受限定且热影响也较小的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-166349

技术实现要素：

然而，在该接合所使用的现有的通电加热接合装置中，由于加热部分的形状是一定的，所以存在无法进行与被接合部件或接合面等的形状相适配的加热，从而使接合面的接合力较弱或无法接合的问题。此外，为了根据被接合部件来变更加热部分的形状，就需要卸下或更换装置的电极单元，存在该作业麻烦且花费很多时间的问题。

本发明是鉴于上述现有技术问题而完成的，其目的在于提供一种通电加热接合用夹具及使用其的通电加热接合装置，能够根据被接合部件或接合面等的形状而容易地变更加热部分的形状，并且能够高效地加热被接合部件。

为了实现上述目的，本发明提供一种通电加热接合用夹具，其在将被接合部件彼此以接合面进行接合的通电加热接合中用于对该接合面进行加热，上述通电加热接合用夹具的特征在于，具备：抵接部件，其具有与上述被接合部件抵接的抵接面；以及加热部件，其包括具有能够装卸上述抵接部件的装卸部的发热电阻部件、以及一对电极，能够通过在该电极间通电来加热上述发热电阻部件。

在这种情况下，上述抵接部件优选以能够与上述装卸部紧贴的方式形成。此外，上述抵接部件优选具有能够与上述被接合部件紧贴的形状。

此外，优选还具备冷却部件，其用于冷却上述电极和上述发热电阻部件中的任一方或双方。

此外，优选具备温度传感器，其检测上述被接合部件的接合面附近的温度。

此外，本发明提供一种通电加热接合装置，其通过将多个被接合部件以接合面抵接，并对该接合面进行加压且进行加热来接合所述多个被接合部件，上述通电加热接合装置的特征在于，具备：上述的本发明的通电加热接合用夹具；电源，其向上述通电加热接合用夹具的电极供给电流；以及加压部，其利用上述接合面按压上述被接合部件彼此。

在这种情况下，优选具备压力传感器，其检测上述接合面的压力。此外，通电加热接合装置优选具备：控制部，其对上述接合面的温度和/或压力进行控制。

本发明的通电加热接合用夹具及使用其的通电加热接合装置，能够根据被接合部件或接合面等的形状而容易地变更作为加热部分的抵接部件的形状，从而能够高效地加热被接合部件。

此外，由于发热电阻部件3具有能够容易地装卸抵接部件2的装卸部，所以能够根据被接合部件的形状而容易地更换抵接部件2。

附图说明

图1是表示本发明的通电加热接合用夹具的立体图。

图2是表示本发明的通电加热接合用夹具的主视图。

图3是表示本发明的通电加热接合用夹具的侧视图。

图4是表示本发明的通电加热接合用夹具的截面立体图。

图5是表示本发明的通电加热接合装置的局部截面图。

附图标记说明

1：通电加热接合用夹具

2：抵接部件

3：发热电阻部件

4：电极

5：底座部件5

7：电源

8：加压部

21：抵接面

31：装卸部

41：电源连接部

51：绝缘体

61：流路

62：冷却块

81：加压部件

82：驱动源

83：滚珠丝杠机构

84：弹性施力部件

84a：弹簧

84b：块体

W1：金属部件

W2：树脂部件

S：接合面

具体实施方式

下面，使用图1～图4，对本发明的通电加热接合用夹具1进行说明。本发明的通电加热接合用夹具1在将被接合部件彼此以接合面进行接合的通电加热接合中用于对该接合面进行加热，所述通电加热接合用夹具1主要包括：抵接部件2，其具有与被接合部件抵接的抵接面21；以及加热部件，其包括发热电阻部件3和一对电极4，通过在该电极4间进行通电而能够加热发热电阻部件3，所述发热电阻部件3具有能够装卸抵接部件2的装卸部31。

抵接部件2用于与被接合部件抵接，经由其抵接面21来加热被接合部件的接合面。因此，抵接部件2的抵接面21根据被接合部件或接合面等的形状来形成为相同的形状。此外，从热传递的观点出发，抵接部件2优选为具有能够与被接合部件紧贴的形状，例如形成为镜面。另外，抵接部件2优选构成为与被接合部件中的任一个接触，但不与其他被接合部件接触。在图1中，抵接部件2的截面形成为凸状的圆板。

加热部件主要包括发热电阻部件3和一对电极4，用于加热抵接部件2。

发热电阻部件3具有能够装卸抵接部件2的装卸部31。由此，能够简易地装卸根据被接合部件来形成的形状按被接合部件而不同的抵接部件2。用于进行装卸的构造只要能够相对于发热电阻部件3简易地装卸抵接部件2即可，可以是任意构造，例如可以如图1所示那样采用能够将抵接部件2和发热电阻部件3嵌合的凹凸构造。在图1中，形成有能够嵌合圆盘状的抵接部件2的凹部。这样，仅通过将抵接部件2嵌合于发热电阻部件3就能够进行设置，因此能够根据被接合部件的形状容易地更换抵接部件2。

此外，从热传递的观点出发，发热电阻部件3和抵接部件2优选能够紧贴的形状，例如可以形成为镜面。此外，发热电阻部件3采用经通电而发热的材质、例如电阻值较大的金属(导体)、碳或碳复合材料、碳化硅、导电性陶瓷等形成。

电极4分别设置在至少隔着发热电阻部件3的装卸部31地相向的部分，以使发热电阻部件3的装卸部31可以发热。在图1中，在板状的发热电阻部件3的两端下部设置有电极4。此外，在电极4形成有用于经由线缆与电源7(参照图5)连接的电源连接部41。作为电源连接部41，例如可以形成用于插入线缆的插头的孔。通过采用这样的结构，能够在电极间通电来加热发热电阻部件3。电极4的材质能够采用例如铜、钼、钨等金属。此外，电极4隔着绝缘体51由固定件固定于底座部件5。在图4的截面图中，电极4隔着采用电木构成的绝缘体51配置在底座部件5上，隔着陶瓷颜料(绝缘体51)由螺栓紧固。

此外，本发明的通电加热接合用夹具1还可以具有用于冷却电极4和发热电阻部件3中的任一方或双方的冷却部件。作为冷却部件，只要能够冷却电极4或发热电阻部件3即可，可以是任意部件，例如能够采用使自来水等冷却流体在流路61中循环的结构。该流路61可以设置在发热电阻部件3或电极4自身，也可以将形成有流路61的冷却块62与发热电阻部件3或电极4紧贴配置。图1所示的通电加热接合用夹具1中，将冷却块62和发热电阻部件3的与形成有装卸部31的面相向一侧的面紧贴地配置，而在电极4自身形成有流路61。

此外，虽然未图示，但本发明的通电加热接合用夹具1还可以具有用于检测被接合部件的接合面或其附近的温度的温度传感器。作为温度传感器，例如可以使用红外线放射温度计等非接触式传感器、或者与被接合部件接触来测量温度的热电偶等接触式传感器。此外，也可以同时使用非接触式传感器和接触式传感器。

此外，温度传感器可以进行反馈控制，即，在检测温度超过设定温度Ts时使从电源7向电极4的通电关断，在检测温度为设定温度Ts以下时使从电源7向电极4的通电开启。由此，由于从温度传感器直接向电源7输出信号，所以能够使金属部件W1的温度T尽快恢复为设定温度Ts。因此，能够使金属部件W1的温度T始终维持在设定温度Ts。

接着，使用图5，对具备本发明的通电加热接合用夹具1的通电加热接合装置10进行说明。另外，在该说明中，对与前述的通电加热接合用夹具1的相同结构部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

本发明的通电加热接合装置10是将多个被接合部件以接合面S抵接，通过对该接合面S进行加压的同时进行加热来接合所述多个被接合部件的装置，主要包括上述的本发明的通电加热接合用夹具1、经由插头71将电流供给到通电加热接合用夹具1的一对电极4的电源7、以及利用接合面S按压被接合部件彼此的加压部8。

作为要接合的被接合部件的主要组合，是包含金属的金属部件W1和包含树脂的树脂部件W2。但是，也能够将树脂部件彼此接合。此外，也能够经由树脂将金属部件彼此接合。

金属部件W1只要是能够通电的金属即可，其材质没有特别限定。例如，能够列举不锈钢等钢铁材料、铜、铝、锌等单体非铁金属、包含铝、镍、铬、钛、铜等的各种合金等金属材料。

树脂部件W2只要是树脂即可，其材质没有特别限定。例如能够列举包含聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)的各种合成树脂或天然树脂。

在图5中，设金属部件W1呈圆盘形状、树脂部件W2呈圆筒形状来进行说明。将树脂部件W2抵接在金属部件W1上。该抵接部分成为接合面S。另外，金属部件W1、树脂部件W2的接合面S优选为粗糙面，但也可以是镜面。

这里，电源7是逆变器控制脉冲电源。该电源7构成为，具备包括整流电路、二极管或晶闸管的逆变器，所产生的脉冲的脉冲波形、脉冲宽度、脉冲间隔、电流、电压等特性要素能够由未图示的控制部进行变更。

加压部8是用于利用接合面S按压金属部件W1和树脂部件W2的部件。加压部8的结构只要是用于利用接合面S按压金属部件W1和树脂部件W2的结构即可，可以是任意结构，例如可以采用下述结构，其包括：与通电加热接合用夹具1的抵接部件2一起夹持金属部件W1和树脂部件W2的加压部件81、用于驱动加压部件81的驱动源82、以及传递驱动源82的驱动力而使加压部件81上下移动的滚珠丝杠机构83。

这里，加压部件81为了具有通用性而形成为大致圆柱状，但是也可以根据被接合部件的形状来形成，也可以将与被接合部件的形状匹配的中间部件夹在中间。作为加压部件81的材质，只要具有对应于加压力的刚性即可，可以是任意材质，例如可以使用不锈钢、铜、钼、钨等金属。

另外，虽然未图示，但是加压部件81可以具有用于冷却被接合部件的冷却部件。作为冷却部件，只要能够冷却被接合部件即可，可以是任意部件，例如能够采用使自来水等冷却流体在流路中循环的结构。该流路可以设置在加压部件81自身，也可以将形成有流路的冷却块与加压部件81紧贴地配置。

这里，驱动源82是带减速器的伺服电动机。伺服电动机中附设有编码器，配置在未图示的架台上。

滚珠丝杠机构83包括沿上下方向延伸且在外周面形成有螺纹槽的丝杠轴、在内周面形成有螺纹槽的螺母、以及被收容在这些螺纹槽间的多个滚珠。螺母经由由电木等构成的绝缘体及压力传感器(未图示)被固定于加压部件81的上部。丝杠轴经由减速器与伺服电动机的旋转轴连接。通过伺服电动机进行旋转驱动，丝杠轴旋转，螺母进而加压部件81相对于丝杠轴相对地上下移动。此外，当使伺服电动机的驱动停止时，加压部件81的位置被维持。此时，加压部8限制树脂部件W2的位移，对接合面S施加压力。

此外，虽然未图示，加压部8也可以具有用于检测接合面S的压力的压力传感器。压力传感器例如是用于测量上下方向的压力的单轴的测力传感器，但是也可以使用多轴的压力传感器。利用压力传感器，能够间接地检测被施加于金属部件W1、树脂部件W2的接合面S的压力。

此外，加压部8还可以具备对金属部件W1和树脂部件W2的接合面S施加弹力的弹性施力部件84。例如，在通电加热接合用夹具1的底座部件5与通电加热接合装置10的基台9之间配置弹性施力部件84。作为弹性施力部件84，例如包括弹簧84a、以及用于在其与底座部件5之间将弹簧84a限制为比自由长度短的预先设定的长度的块体84b。另外，从被弹性施力部件84上推的底座部件5作用于金属部件W1的压力根据树脂部件W2的材质、形状而不同，例如是5～100N。并且，该压力能够通过更换弹簧84a来变更。通过采用这样的结构，即使被接合部件产生热膨胀或热收缩，也能够缓和作用于接合面S的压力的急剧变化。

另外，作为加压部8对如上所述的结构进行了说明，但是加压部8只要用于利用接合面S按压被接合部件彼此即可，也可以是其他结构。例如，也能够使用仅将重物放置在树脂部件W2上而将树脂部件W2向金属部件W1按压的部件。

此外，虽然未图示，但是本发明的通电加热接合装置10还可以具有用于控制接合面S(或被接合部件)的温度、施加于接合面S的压力的控制部。控制部例如包括CPU、ROM、RAM、I/O等，操作部及显示部被电气连接。这里，操作部包括起动开关、开动开关等各种操作开关、包括触控面板等的输入板等。从操作部输入的信息被发送到控制部。

此外，从编码器、压力传感器及温度传感器向控制部输入检测信号。控制部基于这些检测信号、从操作部输入的信息、以及存储在其存储部中的设定压力Ps、下限设定压力Ps1、设定温度Ts、设定保持时间Hs等控制信息，向电源7及伺服电动机输出控制信号。

这里，设定温度Ts是树脂部件W2的软化温度或比树脂部件W2的软化温度高出1℃～几十℃左右的规定温度的温度，预先通过试行实验等来适当设定。但是，设定温度Ts低于树脂部件W2的熔融温度，更优选是大幅低于树脂部件W2的熔融温度的温度。

此外，控制部与显示部电气连接。这里，显示部包括数字显示面板、灯等。显示部从控制部接收基于对控制部的输入或控制部的运算结果的信息，并显示该信息。