JP4636615B2 - 多点ヒーターチップ - Google Patents

Description

本発明は、樹脂部材の熱かしめの際に使用する装置に関し、詳しくは同時に複数箇所を
加熱し押圧するための多点ヒーターチップの構造に関するものである。

従来から、樹脂部材どうしあるいは樹脂部材と異種材料からなる部材との固定には、一
方の樹脂部材に突起を設け、他方の部材の前記突起と対応する位置に孔を設け、該突起を
該孔に貫通させてから突出した突起の先端に熱と押圧力を加え、軟化した先端近傍を潰す
ようにして両部材を固定する所謂熱かしめが広く行われている。

この作業には被接合部に対して熱を付与するために、電気抵抗による発熱が広く利用さ
れてきた。少量生産に適用する場合は、はんだ鏝の先端を適宜加工するなどして、樹脂か
らなる突起を１点１点かしめることが行われ、より効率を高めるためには複数の突起を一
度にかしめる工夫がなされてきた。また近年では、このかしめ作業の品質や効率の向上を
目的として、抵抗発熱を得るのにパルスヒート電源が用いられるようになってきた。

ここでパルスヒート電源とは、熱かしめに際して樹脂と直接接触するヒーターチップに
対し、瞬間的に大電流を流して急激なヒーターチップの温度上昇を得、さらに精度のよい
温度制御を行う電源であり、熱容量の比較的大きな作用部を用いて安定的に加熱する所謂
コンスタントヒート方式に用いる電源とは区別される。

そして前述したような、はんだ鏝を改造したような工具や複数の突起を一度にかしめる
装置には、主にコンスタントヒート方式の熱かしめが適用されてきた。つまり、複数の突
起を一度にかしめる場合も、熱容量の大きなブロックをヒータで加熱しておき、このブロ
ックに連通して設けられた複数の突起を熱伝導で過熱するのが一般的であった。そしてこ
のようなコンスタントヒート方式の場合は、被接合物を軟化温度以上に加熱するだけであ
り、１回の熱かしめ工程中に加熱温度を昇降させるような温度制御は不可能であった。

そのような状況の中で、特許文献１のように熱容量の小さいヒーターチップを短時間で
加熱する熱かしめ装置において複数の突起部を同時にかしめる装置の実現が試みられてい
るが、ここでは、ヒーターチップとこれに電流を供給するための一対の通電ブロックとを
ひとまとまりと捉えて、このまとまりを複数束ねて複数対の通電ブロックに電源からの配
線を接続して給電する技術が開示されている。

しかしこの方法では、小さな部品を固定するために、狭ピッチに形成された突起を熱か
しめするには構造上限界があり、また、給電ブロックを含めた前記ひとかたまりを複数必
要とし、この複数対の給電ブロックに対応して大電流を供給する配線や分配装置が必要と
なるため、装置全体として高価なものになってしまう。この事情に鑑み、出願人はパルス
ヒート方式の熱かしめにおいて、単独のヒーターチップに複数の突起を設けるようにした
。

図５に示すのが複数の突起を有するチップであり、突起先端が見える側からの斜視図で
描いてある。図５において符号８１がヒーターチップであり、略コの字型に曲折した板状
の金属部材からなる。また符号８１ａ、８１ｂは、板状のヒーターチップの両端に位置す
る固定端であり、図示しない一対の電極にこれら固定端を固定することで、ヒーターチッ
プ８１全体に電流を流す。

また符号８２、８３、８４、８５は突起であり、これらの先端である作用面が被接合物
の突起に接触し、加熱しながら押圧する。ここでこれら突起の作用面は、被接合物の突起
を押圧しやすいようにドーム状の凹所が形成されている。またこれら突起は、板状のヒー
ターチップ本体と一体的に切削により立設されているため，切削加工が容易な四角柱とな
っているが、これが他の多角柱や円柱である場合もある。

特開平９−２３４７９６号公報（第４頁、図１１、１３）

しかしながら、このようなヒーターチップを用いて熱かしめ作業を行った場合、パルス
ヒート電源による電流が流れるのはほとんど板状の本体のみであり、突起８２、８３、８
４、８５は加熱した板状の本体からの熱伝導により温度上昇しているに過ぎない。したが
って、前記板状の本体と各突起の先端とでは温度変化に時間差が生じ、瞬間的なな温度上
昇と温度コントロールを実現するパルスヒート方式のメリットが十分生かせない。また被
接合物の構造に起因して、加熱時に被接合物へ流出する熱量が各突起において均一でない
場合には、全ての被接合物の突起に対して好適な温度管理を行えない。

本発明はこのような課題に対し、被接合物の複数の突起を同時に熱かしめ可能とすると
ともに、この複数の突起に対し均一で品質の良い熱かしめ作業を行えるようにしたもので
ある。

本発明は第１の態様として、一端から他端へ中間部を介して電流を流すことで抵抗発熱を得て、この発熱により前記中間部に設けた複数の突起を加熱し、この複数の突起の先端にある作用面を被接合物に同時に接触させて加熱する多点ヒーターチップであって、
前記中間部を、板状に形成した板状部と板状部の一方の面に形成した前記複数の突起で構成し、前記板状部の他方の面側から前記突起の個々に対応した凹所を形成し、
この凹所により、少なくとも突起直下の領域の一部において前記板状部の板厚部分を空間とし、前記中間部に流れる電流を前記突起と前記板状部に分流させることを特徴とする多点ヒーターチップ。を提供するものである。

また本発明は第２の態様として、前記凹所は、前記一端から他端へ流れる電流を横切る方向に形成され、対応する突起の直下の領域を含んだスリット状の凹所であり、対応する突起直下の領域以外では、前記板状部を板厚方向に貫通したスリットとし、前記板状部に流れる電流量と前記突起に流れる電流量を前記スリットの長さで調整可能とすることを特徴とする第１の態様として記載の多点ヒーターチップを提供するものである。

さらに本発明は第３の態様として、前記凹所は、対応する突起の作用面近傍まで達し、これにより門型となった突起が、前記スリット状の凹所を前記電流の方向に跨ぐように形成することを特徴とする第２の態様として記載の多点ヒーターチップを提供するものである。

本発明の第１の態様によれば、ヒーターチップの中間部を流れる電流が、板状部に立設した突起の根元の部分の空間で遮られ、電流の一部がこの空間を迂回するために前記突起を流れるので、突起自体の抵抗発熱が生じる。つまりパルスヒート電源の出力の制御で、突起自体の抵抗発熱を制御することが可能となり、熱かしめの品質の向上に寄与する。また、同時に複数個所の熱かしめを行うのに、ヒーターチップを複数かしめ用のものに交換するだけでよく、装置のコストを抑えることができる

本発明の第２の態様によれば、ヒーターチップの板状部に形成される空間を、電流を横切る方向のスリット状にして、このスリット状の空間の長さを調整することで、板状部の電流も一部遮ることができるので、より前記突起に流す電流の調整範囲が広がる。

本発明の第３の態様によれば、ヒーターチップの板状部に形成された突起に流れる電流の流路の断面積を小さくすることができるので、前記突起に流す電流量の調整範囲が広がり、より熱かしめ時の温度制御が精密に行えるようになる。

次に添付図面を参照して本発明に係る多点ヒーターチップの実施形態を詳細に説明する
。図１は本発明の一実施形態の熱圧着装置の要部を示す側面図である。図１において１は
ヒーターチップであり、略コの字型に曲折した板状の金属からなり、その両端は一対の給
電ブロック２ａ、２ｂに固定されている。また一対の給電ブロック２ａ、２ｂは絶縁ブロ
ック３に互いが絶縁された状態で固定され、さらに絶縁ブロック３はロッド４に固定され
ており、このロッド４は図示しない制御部からの指令で駆動する駆動手段５によって上下
方向に移動する。

また一対の給電ブロック２ａ、２ｂには給電ケーブル６ａ、６ｂの一端が接続されてお
り、これらの他端はパルスヒート電源７の出力端子７ａ、７ｂに接続されている。さらに
ヒーターチップ１の中間部上面には熱電対８が固着されており、この熱電対８のリード８
ａはパルスヒート電源７の端子７ｃに接続されている。一方ロッド４と絶縁ブロック３と
を貫通して一端のノズル１１ａがヒーターチップ１に向けられたチューブ１１が設けられ
ており、このチューブ１１の他端は図示しないエア供給手段に接続されている。

ヒーターチップ１の下方には被接合部材が配置されるが、この例の場合２個の樹脂部材
９、１０が図示しないステージ上に載置された状態が示されている。一方の部材９には複
数の突起９ａ、他方の部材１０には複数の孔１０ａが形成されており、突起９ａを孔１０
ａに貫通させた状態になっている。例えばカメラ付き携帯電話の樹脂製ケースの内面側に
、カメラ用のレンズ組立を固定する場合等にこのような組立形態が見られるが、部材１０
は樹脂である場合だけでなく、全部あるいは一部が金属である場合もあり、ヒーターチッ
プ１が被接合部材に接触することによる熱の流出量が各突起で均一でない場合がある。

ここで電源７に出力指令が出されると。一対の給電ブロック２ａ、２ｂに通電が行われ
る。この通電によりヒーターチップ１の一端から他端には大電流が流れ、ヒーターチップ
１は抵抗発熱により急激に温度上昇する。このときヒーターチップ１に固着された熱電対
８が温度情報をパルスヒート電源７に還すので、パルスヒート電源７はヒーターチップ１
の温度に基づいて出力電流を帰還制御する。また、一回の接合の過程で時間の経過ととも
に最適の温度にヒーターツール１の温度を上下させるように、パルスヒート電源７は予め
設定した温度プロファイルを記憶しておき、このプロファイルに基づいた帰還制御を行う
。また、素早く温度を下降させるには、ノズル１１ａからヒーターチップ１へのエアの噴
出を利用する。

次にこの通電されたヒーターチップの電流の流れを図２を用いて説明する。図２は本発
明の第１の態様に係るヒーターチップを示すもので、本図ではこのヒーターチップを符号
１０１で示す。図２において、図２（ａ）はヒーターチップ１０１を被接合物の方向から
見て描いたもの、図２（ｂ）は図２（ａ）に示された面Ｘ−Ｘでの断面図である。図２に
おいて１０１ａはヒーターツール１０１の一端、１０１ｂは他端であり、この両者が一対
の給電ブロックに接続されて通電される。また本発明の場合、この通電による電流の正逆
方向、および直流か交流か、ならびにパルス状か否かは問わない。

ここで仮にこの瞬間において一端１０１ａから他端１０１ｂへ向かって電流が流れてい
るとし、その流れを模式的に矢印アで示す。電流は、ヒーターチップ１０１の中間部１０
１ｃを流れるが、この板状の中間部１０１ｃにおいて、図２（ａ）では点線の四角、図２
（ｂ）では符号３１、３２で示す位置に空間（凹所）が形成されている。このため、これ
を迂回する電流が突起内を流れることになる。

次に図３を用いて本発明の第２の態様について説明する。図３は本発明の第２の態様に
係るヒーターチップを被接合物の方向から見て描いたものであり、このヒーターチップを
符号１０２で示す。ここでも電流の流れを模式的に矢印イで示す。本態様では前記空間を
電流を横切る方向のスリット４１、４２、４３、４４としており、スリット４２はスリッ
ト４１、４４よりも短く、スリット４３はスリット４１、４４よりも長く形成してある。
なお、各突起の立設部（突起直下）以外の領域では、これらスリットは中間部１０２ｃを
板厚方向に貫通している。

そのため、各突起の立設部（突起直下）以外の領域のスリットの長さを変えることにより、板状部の部分的な断面積が調整されることになり突起に流れる電流量を調整する事ができる。

次に図４を用いて本発明の第３の態様について説明する。図４は本発明の第３の態様に
係るヒーターチップを示すものであり、このヒーターチップを符号１０３で示す。またこ
こでも電流の流れを矢印ウで示す。図４において図４（ａ）はヒーターチップを被接合物
の方向から見て描いたものであり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示された面Ｙ−Ｙでの断面
図である。

ここで、各突起の立設部（突起直下）以外の領域では、各スリットは前述の第２の態様と同等であるが、図４（ｂ）を見て分かるように各突起の立設部においては、スリットは突起の先端方向に深く延びて作用面近傍にまで空間を形成し、この空間により門型となった突起部は、前記スリットを電流が流れる方向に跨ぐような状態となっている。したがって、これら突起部の電流の流路の断面積を変化させることができ、コントロールする温度の範囲が広がる。また電流の変化に対して敏感な温度変化が得られるようになる。

以上本発明の実施の形態を説明したが、ヒーターチップに形成する突起は四角柱に限定
するものではなく、他の多角柱や円柱、楕円柱でもよく、突起全体の形状が多角錐や円錐
状でもよく、それらの組合わせでもよい。また、図では突起の先端を平面に描いているが
、個々の熱かしめに好適な形状に加工すればよい。さらに複数の突起は４個に限らず、２
個以上の任意の数を適用しても同様の効果を奏することは言うまでもない。

本発明の実施形態を示す要部側面図 本発明の第１の態様を示すヒーターチップの詳細図 本発明の第２の態様を示すヒーターチップの詳細図 本発明の第３の態様を示すヒーターチップの詳細図 従来の技術を示す斜視図

符号の説明

１、８１、１０１、１０２、１０３ ヒーターチップ
２ａ、２ｂ 給電ブロック
３ 絶縁ブロック
４ ロッド
５ 駆動手段
６ａ、６ｂ 給電ケーブル
７ パルスヒート電源
８ 熱電対
９、１０ 被接合物
２１〜２４、５１〜５４、８２〜８５ 突起

Claims (2)

1. 一端から他端へ中間部を介して電流を流すことで抵抗発熱を得て、この発熱により前記中間部に設けた複数の突起を加熱し、この複数の突起の先端にある作用面を被接合物に同時に接触させて加熱する多点ヒーターチップであって、
   前記中間部を、板状に形成した板状部と板状部の一方の面に形成した前記複数の突起で構成し、前記板状部の他方の面側から前記突起の個々に対応した凹所を形成し、
   この凹所により、少なくとも突起直下の領域の一部において前記板状部の板厚部分を空間とし、前記中間部に流れる電流を前記突起と前記板状部に分流させることを特徴とする多点ヒーターチップ。
2. 前記凹所は、前記一端から他端へ流れる電流を横切る方向に形成され、対応する突起の直下の領域を含んだスリット状の凹所であり、対応する突起直下の領域以外では、前記板状部を板厚方向に貫通したスリットとし、前記板状部に流れる電流量と前記突起に流れる電流量を前記スリットの長さで調整可能とすることを特徴とする請求項１に記載の多点ヒーターチップ。

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