常温接合装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、センサ部品や微小機械の組み立て等、精密、高精度の接合に適用される常温接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構造物の接合には、ティグ溶接，ミグ溶接が、また、最近ではレーザ溶接等が用いられている。
【０００３】一方、近年ではセラミックスや複合材料あるいは異種金属材料の接合方法として、真空ろう付、拡散接合技術に関する研究が盛んになり、一部で実用化されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで前述のような従来の方法は、いずれも高温下での熱を利用した接合方法であり、被接合物は、融点の１／２以上の高温に加熱される。
【０００５】したがって、センサ部品や微小機械の組み立て等、被接合物の温度上昇や変形を許容されない精密かつ高精度が要求される製品の接合には適用出来ない不具合がある。
【０００６】本発明は上記不具合点を解決した新たな常温接合装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するための構成として本発明の常温接合装置は、真空容器内において常温で金属又は非金属材料同士を接合する常温接合装置において、該装置が、被接合物を保持したホルダーの両端を支持して、水平軸中心に回転させる機構と、上記機構を、上下並列に配置し、相互の間隔を圧縮バネで保持する機構と、さらにこれらを鉛直方向に摺動させる機構と、上記各々の回転機構に独立して回転動力を伝達するフレキシブルシャフトと、上記フレキシブルシャフトを電動モータにより、複数歯車の構成で同時に回転させる駆動機構と、被接合物の接合面を水平方向から垂直方向に回転位置決めする際の位置検出のための光電スイッチと、接合の際、垂直方向に被接合物同士を押し当て加圧する油圧方式等のプレス機構と、さらに、被接合物の接合面にアルゴンイオンビームを照射して、清浄化処理する水平に配したイオン銃とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
【作用】上記のように構成した本発明の常温接合装置により金属又は非金属材料同士を接合する際、真空容器中にて、常温（室温）状態で遠隔操作により接合する。
【０００９】被接合物同士を常温で直接接合する為に必要な接合面の清浄化は、アルゴンイオンビームの照射により処理する。
【００１０】そのため、予め大気中で研磨を行った被接合物の接合面に対して真空容器内において真空度１０-4〜１０-6Ｔｏｒｒの雰囲気で、アルゴンイオンビームを３０〜３００ｓｅｃ間照射することによりアルゴンイオンの衝撃で表面の不純原子が除去されることで清浄化され、常温での直接接合が可能となる。
【００１１】被接合物をまず水平姿勢で水平方向からアルゴンイオンビームの照射後、直ちに垂直姿勢として、垂直方向からプレスにより被接合物同士を押し付け加圧する。
【００１２】被接合物の回転は、曲折，偏心状態で回転・伝動可能なフレキシブルシャフトを介して電動モータの回転動力を伝達する様に構成した。
【００１３】被接合物への回転伝動にフレキシブルシャフトを用いることにより固定化した電動モータによる駆動部からイオンビーム照射時及びプレスによる加圧接合時において水平から垂直へ姿勢変更する回転機構部への伝動、さらに、上下摺動によって生じる回転機構部との偏心量の変化を吸収して連結することができる。
【００１４】上記の機構を採用したことにより、装置の小型化、機構の簡素化を図ることができる。
【００１５】さらに、装置全体を、プレス機構を有する真空容器内に設置することが出来、容器外との取合が容易となり、遠隔操作化を図ることができる。
【００１６】
【実施例】以下図面により本発明の１実施例について説明する。図１は本発明の１実施例に係る常温接合装置の正面図、図２は同装置の平面図、図３は図１におけるＡ矢視図、図４は図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００１７】これらの図において、接合を行う１対の被接合物１は真空容器内において、上下に対向配置したホルダーＡ２及びホルダーＢ１６に各々、ボールプランジャ２８にて押さえ保持されている。そして該ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６は、両端を軸受ケース４に内蔵した軸受３で回転可能に支持されている。
【００１８】この時ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６は、図２に示すように共に軸受３とは着脱可能な様にはめ込み構造とし、図４に示すボールプランジャ２８により押さえている。
【００１９】また軸受ケース４は、各々鉛直方向に摺動可能なように、並列に配したガイドレール５を介して、ベースＡ６上に固定された向かい合う１対のブラケット７に取付けられている。
【００２０】軸受ケース４には、各々初期の状態で、被接合物１間の間隔が、ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６が軸受３を軸中心として回転しても干渉しないすき間となるよう自重力以上の力を有する圧縮バネＡ１３及び圧縮バネＢ１４を間に設けている。
【００２１】また、同じベースＡ６上に、電動モータ８及び回転動力を伝動するため上下にかみ合せ配置した歯車Ａ９，歯車Ｂ１０，歯車Ｃ３１から構成される駆動機構を設けている。
【００２２】さらに、ホルダーＡ２側の軸受３と歯車Ｂ１０を、ホルダーＢ１６側の軸受３と歯車Ｃ３１を、各々偏心，曲折可能なフレキシブルシャフト１１で連結している。
【００２３】そして電動モータ８の駆動により歯車Ａ９，歯車Ｂ１０，歯車Ｃ３１及び各フレキシブルシャフト１１を介して上下の軸受３に各々回転伝動され、同時に独立して相反する方向に回転する。
【００２４】これらの上記機構をベースＢ２１上に搭載し、また同じベースＢ２１上に図３に示すように直角位置方向に、照射口を被接合物１に向けたアルゴンイオン銃１８をホルダＣ１９を介して水平姿勢で固定している。なお３０はアルゴンイオン銃１８より照射されるイオンビームである。
【００２５】ベースＢ２１，ベースＣ２２，ベースＤ２３は、上下に重ね相互にキー２５，２５′で位置決めされボルト２６により、水平に前後左右に摺動するよう構成され、直上に設けられた加圧プレスのプレスロッド１５の先端と、ホルダーＡ２の受け面の位置決め調整、心出しができるようにしている。
【００２６】そしてこれらを真空容器内のベースＥ２４上に搭載し、いずれも真空容器内に内蔵する。
【００２７】またホルダーＢ１６の下には適当な間隔をあけ、加圧時の当て座として受けブロック１７をベースＡ６上に配置し、またアルゴンイオンビーム３０の照射時に被接合物１以外の部分に当たらないように保護する遮へい板２０をホルダー側部に設けている。
【００２８】つぎに本装置の作動について説明すると、例えば真空度が１０-4〜１０-6Ｔｏｒｒの状態で常温（室温）の真空容器内において、図３に示す様に、まず、電動モータ８を駆動してフレキシブルシャフト１１を介してホルダーＡ２及びホルダーＢ１６を水平軸中心に回転し、被接合物１を水平姿勢とし該被接合物１の接合面をアルゴンイオン銃１８の照射口側に向ける。
【００２９】そして、アルゴンイオン銃１８によりイオンビーム３０を接合面に例えば３０〜３００ｓｅｃ間照射する。
【００３０】照射後、直ちに、図４に示す様に、電動モータ８を駆動して被接合物を保持する各ホルダーを回転し、被接合物１を垂直姿勢とし２つの接合物１の接合面を向かい合わせる。
【００３１】この回転動作の回転端、方向検出として歯車Ａ９の回転部に光電スイッチ１２を設けている。
【００３２】さらに、正確に位置決めする為に図２に示すようにインデックスプランジャ２７のピンで固定される。インデックスプランジャ２７のセットにより回転動作の機械的ストッパーとなり、この時の負荷の変化で電動モータ８に流れる電流の増大を利用して過負荷電流検知として電動モータ８を停止させる。
【００３３】ついで加圧プレスを作動し、プレスロッド１５を下降していくと該プレスロッドの先端はホルダーＡ２に当たりホルダーＡ２を押し下げていく。
【００３４】そして、圧縮バネＡ１３及び圧縮バネＢ１４は押し付け力に負けて縮んでいく。
【００３５】被接合物１の対向する接合面が当たりさらに押し下げていくとホルダーＢ１６の背面が固定した受けブロック１７に当たり、接合面に加圧力（例えば１０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）が発生する。この状態で数分保持することで接合が完了する。
【００３６】接合作業完了後プレスロッド１５を上昇して無負荷にすると、圧縮バネＢ１４の復元力でホルダーＢ１６が上昇し、元の状態に復帰する。
【００３７】同様に圧縮バネＡ１３も復元し、ホルダーＡ２も元の状態まで上昇する。
【００３８】被接合物１の取り外しは、真空容器を大気開放したのちボールプランジャ２８を緩め、被接合物１のホルダーＡ２及びホルダーＢ１６による保持力を緩め、図４に示す押しねじ２９の回転により押し出してホルダーＡ２及びホルダーＢ１６より外す。
【００３９】以上本発明の１実施例につき縷々説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく本発明の技術思想の範囲内において種々設計変更が可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に属する。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように本発明の常温接合装置によれば、センサ部品やマイクロマシン等の微小機械の組み立てならびにセラミックスや複合材料、超伝導線等、被接合物の温度上昇や変形を許容されない精密、高精度な接合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る常温接合装置の正面図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１ 被接合物
２ ホルダーＡ
３ 軸受
４ 軸受ケース
５ ガイドレール
６ ベースＡ
７ ブラケット
８ 電動モータ
９ 歯車Ａ
１０ 歯車Ｂ
１１ フレキシブルシャフト
１２ 光電スイッチ
１３ 圧縮バネＡ
１４ 圧縮バネＢ
１５ プレスロッド
１６ ホルダーＢ
１７ 受けブロック
１８ アルゴンイオン銃
１９ ホルダーＣ
２０ 遮へい板
２１ ベースＢ
２２ ベースＣ
２３ ベースＤ
２４ ベースＥ
２５，２５′ キー
２６ ボルト
２７ インデックスプランジャ
２８ ボールプランジャ
２９ 押しねじ
３０ イオンビーム
３１ 歯車Ｃ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、センサ部品や微小機械の組み立て等、精密、高精度の接合に適用される常温接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、構造物の接合には、ティグ溶接，ミグ溶接が、また、最近ではレーザ溶接等が用いられている。
【０００３】一方、近年ではセラミックスや複合材料あるいは異種金属材料の接合方法として、真空ろう付、拡散接合技術に関する研究が盛んになり、一部で実用化されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで前述のような従来の方法は、いずれも高温下での熱を利用した接合方法であり、被接合物は、融点の１／２以上の高温に加熱される。
【０００５】したがって、センサ部品や微小機械の組み立て等、被接合物の温度上昇や変形を許容されない精密かつ高精度が要求される製品の接合には適用出来ない不具合がある。
【０００６】本発明は上記不具合点を解決した新たな常温接合装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するための構成として本発明の常温接合装置は、真空容器内において常温で金属又は非金属材料同士を接合する常温接合装置において、該装置が、被接合物を保持したホルダーの両端を支持して、水平軸中心に回転させる機構と、上記機構を、上下並列に配置し、相互の間隔を圧縮バネで保持する機構と、さらにこれらを鉛直方向に摺動させる機構と、上記各々の回転機構に独立して回転動力を伝達するフレキシブルシャフトと、上記フレキシブルシャフトを電動モータにより、複数歯車の構成で同時に回転させる駆動機構と、被接合物の接合面を水平方向から垂直方向に回転位置決めする際の位置検出のための光電スイッチと、接合の際、垂直方向に被接合物同士を押し当て加圧する油圧方式等のプレス機構と、さらに、被接合物の接合面にアルゴンイオンビームを照射して、清浄化処理する水平に配したイオン銃とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
【作用】上記のように構成した本発明の常温接合装置により金属又は非金属材料同士を接合する際、真空容器中にて、常温（室温）状態で遠隔操作により接合する。
【０００９】被接合物同士を常温で直接接合する為に必要な接合面の清浄化は、アルゴンイオンビームの照射により処理する。
【００１０】そのため、予め大気中で研磨を行った被接合物の接合面に対して真空容器内において真空度１０-4〜１０-6Ｔｏｒｒの雰囲気で、アルゴンイオンビームを３０〜３００ｓｅｃ間照射することによりアルゴンイオンの衝撃で表面の不純原子が除去されることで清浄化され、常温での直接接合が可能となる。
【００１１】被接合物をまず水平姿勢で水平方向からアルゴンイオンビームの照射後、直ちに垂直姿勢として、垂直方向からプレスにより被接合物同士を押し付け加圧する。
【００１２】被接合物の回転は、曲折，偏心状態で回転・伝動可能なフレキシブルシャフトを介して電動モータの回転動力を伝達する様に構成した。
【００１３】被接合物への回転伝動にフレキシブルシャフトを用いることにより固定化した電動モータによる駆動部からイオンビーム照射時及びプレスによる加圧接合時において水平から垂直へ姿勢変更する回転機構部への伝動、さらに、上下摺動によって生じる回転機構部との偏心量の変化を吸収して連結することができる。
【００１４】上記の機構を採用したことにより、装置の小型化、機構の簡素化を図ることができる。
【００１５】さらに、装置全体を、プレス機構を有する真空容器内に設置することが出来、容器外との取合が容易となり、遠隔操作化を図ることができる。
【００１６】
【実施例】以下図面により本発明の１実施例について説明する。図１は本発明の１実施例に係る常温接合装置の正面図、図２は同装置の平面図、図３は図１におけるＡ矢視図、図４は図１におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【００１７】これらの図において、接合を行う１対の被接合物１は真空容器内において、上下に対向配置したホルダーＡ２及びホルダーＢ１６に各々、ボールプランジャ２８にて押さえ保持されている。そして該ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６は、両端を軸受ケース４に内蔵した軸受３で回転可能に支持されている。
【００１８】この時ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６は、図２に示すように共に軸受３とは着脱可能な様にはめ込み構造とし、図４に示すボールプランジャ２８により押さえている。
【００１９】また軸受ケース４は、各々鉛直方向に摺動可能なように、並列に配したガイドレール５を介して、ベースＡ６上に固定された向かい合う１対のブラケット７に取付けられている。
【００２０】軸受ケース４には、各々初期の状態で、被接合物１間の間隔が、ホルダーＡ２及びホルダーＢ１６が軸受３を軸中心として回転しても干渉しないすき間となるよう自重力以上の力を有する圧縮バネＡ１３及び圧縮バネＢ１４を間に設けている。
【００２１】また、同じベースＡ６上に、電動モータ８及び回転動力を伝動するため上下にかみ合せ配置した歯車Ａ９，歯車Ｂ１０，歯車Ｃ３１から構成される駆動機構を設けている。
【００２２】さらに、ホルダーＡ２側の軸受３と歯車Ｂ１０を、ホルダーＢ１６側の軸受３と歯車Ｃ３１を、各々偏心，曲折可能なフレキシブルシャフト１１で連結している。
【００２３】そして電動モータ８の駆動により歯車Ａ９，歯車Ｂ１０，歯車Ｃ３１及び各フレキシブルシャフト１１を介して上下の軸受３に各々回転伝動され、同時に独立して相反する方向に回転する。
【００２４】これらの上記機構をベースＢ２１上に搭載し、また同じベースＢ２１上に図３に示すように直角位置方向に、照射口を被接合物１に向けたアルゴンイオン銃１８をホルダＣ１９を介して水平姿勢で固定している。なお３０はアルゴンイオン銃１８より照射されるイオンビームである。
【００２５】ベースＢ２１，ベースＣ２２，ベースＤ２３は、上下に重ね相互にキー２５，２５′で位置決めされボルト２６により、水平に前後左右に摺動するよう構成され、直上に設けられた加圧プレスのプレスロッド１５の先端と、ホルダーＡ２の受け面の位置決め調整、心出しができるようにしている。
【００２６】そしてこれらを真空容器内のベースＥ２４上に搭載し、いずれも真空容器内に内蔵する。
【００２７】またホルダーＢ１６の下には適当な間隔をあけ、加圧時の当て座として受けブロック１７をベースＡ６上に配置し、またアルゴンイオンビーム３０の照射時に被接合物１以外の部分に当たらないように保護する遮へい板２０をホルダー側部に設けている。
【００２８】つぎに本装置の作動について説明すると、例えば真空度が１０-4〜１０-6Ｔｏｒｒの状態で常温（室温）の真空容器内において、図３に示す様に、まず、電動モータ８を駆動してフレキシブルシャフト１１を介してホルダーＡ２及びホルダーＢ１６を水平軸中心に回転し、被接合物１を水平姿勢とし該被接合物１の接合面をアルゴンイオン銃１８の照射口側に向ける。
【００２９】そして、アルゴンイオン銃１８によりイオンビーム３０を接合面に例えば３０〜３００ｓｅｃ間照射する。
【００３０】照射後、直ちに、図４に示す様に、電動モータ８を駆動して被接合物を保持する各ホルダーを回転し、被接合物１を垂直姿勢とし２つの接合物１の接合面を向かい合わせる。
【００３１】この回転動作の回転端、方向検出として歯車Ａ９の回転部に光電スイッチ１２を設けている。
【００３２】さらに、正確に位置決めする為に図２に示すようにインデックスプランジャ２７のピンで固定される。インデックスプランジャ２７のセットにより回転動作の機械的ストッパーとなり、この時の負荷の変化で電動モータ８に流れる電流の増大を利用して過負荷電流検知として電動モータ８を停止させる。
【００３３】ついで加圧プレスを作動し、プレスロッド１５を下降していくと該プレスロッドの先端はホルダーＡ２に当たりホルダーＡ２を押し下げていく。
【００３４】そして、圧縮バネＡ１３及び圧縮バネＢ１４は押し付け力に負けて縮んでいく。
【００３５】被接合物１の対向する接合面が当たりさらに押し下げていくとホルダーＢ１６の背面が固定した受けブロック１７に当たり、接合面に加圧力（例えば１０ｋｇｆ／ｍｍ2 ）が発生する。この状態で数分保持することで接合が完了する。
【００３６】接合作業完了後プレスロッド１５を上昇して無負荷にすると、圧縮バネＢ１４の復元力でホルダーＢ１６が上昇し、元の状態に復帰する。
【００３７】同様に圧縮バネＡ１３も復元し、ホルダーＡ２も元の状態まで上昇する。
【００３８】被接合物１の取り外しは、真空容器を大気開放したのちボールプランジャ２８を緩め、被接合物１のホルダーＡ２及びホルダーＢ１６による保持力を緩め、図４に示す押しねじ２９の回転により押し出してホルダーＡ２及びホルダーＢ１６より外す。
【００３９】以上本発明の１実施例につき縷々説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく本発明の技術思想の範囲内において種々設計変更が可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に属する。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように本発明の常温接合装置によれば、センサ部品やマイクロマシン等の微小機械の組み立てならびにセラミックスや複合材料、超伝導線等、被接合物の温度上昇や変形を許容されない精密、高精度な接合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る常温接合装置の正面図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１ 被接合物
２ ホルダーＡ
３ 軸受
４ 軸受ケース
５ ガイドレール
６ ベースＡ
７ ブラケット
８ 電動モータ
９ 歯車Ａ
１０ 歯車Ｂ
１１ フレキシブルシャフト
１２ 光電スイッチ
１３ 圧縮バネＡ
１４ 圧縮バネＢ
１５ プレスロッド
１６ ホルダーＢ
１７ 受けブロック
１８ アルゴンイオン銃
１９ ホルダーＣ
２０ 遮へい板
２１ ベースＢ
２２ ベースＣ
２３ ベースＤ
２４ ベースＥ
２５，２５′ キー
２６ ボルト
２７ インデックスプランジャ
２８ ボールプランジャ
２９ 押しねじ
３０ イオンビーム
３１ 歯車Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 真空容器内において常温で金属又は非金属材料同士を接合する常温接合装置において、該装置が、被接合物を保持したホルダーの両端を支持して、水平軸中心に回転させる機構と、上記機構を、上下並列に配置し、相互の間隔を圧縮バネで保持する機構と、さらにこれらを鉛直方向に摺動させる機構と、上記各々の回転機構に独立して回転動力を伝達するフレキシブルシャフトと、上記フレキシブルシャフトを電動モータにより、複数歯車の構成で同時に回転させる駆動機構と、被接合物の接合面を水平方向から垂直方向に回転位置決めする際の位置検出のための光電スイッチと、接合の際、垂直方向に被接合物同士を押し当て加圧する油圧方式等のプレス機構と、さらに、被接合物の接合面にアルゴンイオンビームを照射して、清浄化処理する水平に配したイオン銃とを具備したことを特徴とする常温接合装置。
【請求項１】 真空容器内において常温で金属又は非金属材料同士を接合する常温接合装置において、該装置が、被接合物を保持したホルダーの両端を支持して、水平軸中心に回転させる機構と、上記機構を、上下並列に配置し、相互の間隔を圧縮バネで保持する機構と、さらにこれらを鉛直方向に摺動させる機構と、上記各々の回転機構に独立して回転動力を伝達するフレキシブルシャフトと、上記フレキシブルシャフトを電動モータにより、複数歯車の構成で同時に回転させる駆動機構と、被接合物の接合面を水平方向から垂直方向に回転位置決めする際の位置検出のための光電スイッチと、接合の際、垂直方向に被接合物同士を押し当て加圧する油圧方式等のプレス機構と、さらに、被接合物の接合面にアルゴンイオンビームを照射して、清浄化処理する水平に配したイオン銃とを具備したことを特徴とする常温接合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許番号】特許第３３１６３２０号（Ｐ３３１６３２０）
【登録日】平成１４年６月７日（２００２．６．７）
【発行日】平成１４年８月１９日（２００２．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−２７７１６１
【出願日】平成６年１０月１８日（１９９４．１０．１８）
【公開番号】特開平８−１１８０４３
【公開日】平成８年５月１４日（１９９６．５．１４）
【審査請求日】平成１２年２月１５日（２０００．２．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【参考文献】
【文献】特開 昭６２−２８２７８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−８１０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１０１０８５（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１４年６月７日（２００２．６．７）
【発行日】平成１４年８月１９日（２００２．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成６年１０月１８日（１９９４．１０．１８）
【公開番号】特開平８−１１８０４３
【公開日】平成８年５月１４日（１９９６．５．１４）
【審査請求日】平成１２年２月１５日（２０００．２．１５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【参考文献】
【文献】特開 昭６２−２８２７８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−８１０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１０１０８５（ＪＰ，Ａ）
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