(57)【要約】【課題】アンカー効果を利用して樹脂部材と金属部材とを複数の接合箇所で接合する場合であっても、各接合箇所において両部材を高い接合強度で接合させる。【解決手段】金属部材と樹脂部材とを含む接合部材であって、樹脂部材は弾性変形可能に構成され且つ金属部材と接合される樹脂側接合部を有し、金属部材は樹脂側接合部と接合される金属側接合面と、金属側接合面の少なくとも一部に形成された凹部とを有し、金属部材及び樹脂部材は互いに嵌合するように構成され、金属部材及び樹脂部材は互いに嵌合した状態且つ樹脂側接合部が溝部に浸透した状態で溶着することにより接合されるように構成され、樹脂側接合部は金属部材及び樹脂部材が互いに嵌合しているときに、対向する金属側接合面に密着して弾性変形することにより該金属側接合面に押し付けられる形状を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と樹脂部材とを含む接合部材であって、
前記樹脂部材は、弾性変形可能に構成され且つ前記金属部材と接合される樹脂側接合部を有し、
前記金属部材は、前記樹脂側接合部と接合される金属側接合面と、前記金属側接合面の少なくとも一部に形成された凹部と、を有し、
前記金属部材及び前記樹脂部材は、前記金属側接合面及び前記樹脂側接合部を介して互いに嵌合するように構成され、
前記金属部材及び前記樹脂部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材が互いに嵌合した状態且つ前記樹脂側接合部が前記凹部に浸透した状態で溶着することにより接合されるように構成され、
前記樹脂側接合部は、前記金属部材及び前記樹脂部材が互いに嵌合しているときに、対向する前記金属側接合面に密着して弾性変形することにより該金属側接合面に押し付けられる形状を有するように構成されている、接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂部材と金属部材とが接合された接合構造体が公知である（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の接合構造体では、金属部材における樹脂部材との接合面が凹凸面状に加工されており、その金属部材の凹凸面に樹脂部材を押さえ圧により密着させた状態でレーザ光を照射し、樹脂部材を凹凸面に食い込ませるように溶着させることにより、樹脂部材と金属部材とが接合されている。特に、特許文献１に記載の接合構造体では、樹脂部材が凹凸面に食い込むことで、いわゆるアンカー効果が発揮され、その結果、両部材の接合強度が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７４２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、斯かる接合方法を用いて、一つの接合箇所だけではなく、複数の接合箇所で樹脂部材及び金属部材を接合させる場合において、各接合箇所に対して一カ所ずつレーザ光を照射して溶着させる場合が想定される。この場合、一つの接合箇所で両部材が接合された後に、残る未接合の接合箇所に対してレーザ光を照射したとしても、その接合箇所において、樹脂部材が金属部材の凹凸面に十分に食い込まず、両部材が十分な接合強度で接合されないことがある。
【０００５】
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、アンカー効果を利用して樹脂部材と金属部材とを複数の接合箇所で接合する場合であっても、各接合箇所において両部材を高い接合強度で接合させることができる接合部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の要旨は、以下の通りである。
【０００７】
（１）金属部材と樹脂部材とを含む接合部材であって、前記樹脂部材は、弾性変形可能に構成され且つ前記金属部材と接合される樹脂側接合部を有し、前記金属部材は、前記樹脂側接合部と接合される金属側接合面と、前記金属側接合面の少なくとも一部に形成された凹部と、を有し、前記金属部材及び前記樹脂部材は、前記金属側接合面及び前記樹脂側接合部を介して互いに嵌合するように構成され、前記金属部材及び前記樹脂部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材が互いに嵌合した状態且つ前記樹脂側接合部が前記凹部に浸透した状態で溶着することにより接合されるように構成され、前記樹脂側接合部は、前記金属部材及び前記樹脂部材が互いに嵌合しているときに、対向する前記金属側接合面に密着して弾性変形することにより該金属側接合面に押し付けられる形状を有するように構成されている、接合部材。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、アンカー効果を利用して樹脂部材と金属部材とを複数の接合箇所で接合する場合に、各接合箇所において両部材を高い接合強度で接合させることができる接合部材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第一実施形態に係る接合部材の全体構成を例示する図である。
【図２】図２は、第一実施形態に係る接合部材の接合工程の例を説明するための図である。
【図３】図３は、第一実施形態に係る接合部材の接合工程の例を説明するための図である。
【図４】図４は、第一実施形態に係る接合部材の接合工程の例を説明するための図である。
【図５】図５は、第二実施形態に係る接合部材の全体構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１１】
＜第一実施形態＞
≪全体構成≫
図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて、本実施形態に係る接合部材の全体構成を説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）には、金属部材１０及び樹脂部材２０を含む接合部材１が示されている。図１（ａ）には、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに接合されていない状態の接合部材１が示されている。また、図１（ｂ）には、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに接合された状態の接合部材１が示されている。
【００１２】
図１（ａ）に示されるように、本実施形態では、金属部材１０は、金属部材１０の表面１６に対して窪んで構成された金属側凹型構造部１１を有する。なお、本実施形態では、金属部材１０は、例えば、低コスト化の観点からアルミダイカストで構成される。しかしながら、金属部材１０は、その他の金属材料又は金属成型体で構成されてもよい。
【００１３】
金属側凹型構造部１１は、底面１２と、複数の金属側接合面１３と、凸部１４と、凹部１５と、を有する。各金属側接合面１３は、樹脂部材２０の各樹脂側接合部２３と接合される面であり、金属側凹型構造部１１の内側面に位置する。本実施形態では、各金属側接合面１３は、底面１２に対して傾斜して形成される。しかしながら、各金属側接合面１３は、底面１２に対して垂直に形成されてもよい。
【００１４】
凸部１４は、各金属側接合面１３から突出するように形成される。各凸部１４の内表面には、複数の微細孔を有する凹部１５が設けられている。従って、凹部１５は、各金属側接合面１３の少なくとも一部に形成されているといえる。凹部１５は、例えば、凸部１４に微細孔加工用のレーザ光を照射することにより形成される。なお、この微細孔加工用のレーザ光を出射するレーザ装置としては、例えば、半導体レーザやファイバレーザ等が用いられる。
【００１５】
樹脂部材２０は、樹脂部材２０の表面２５から突出して構成された樹脂側凸型構造部２１を有する。本実施形態では、樹脂部材２０は、例えば、透明なアクリル樹脂で構成される。しかしながら、樹脂部材２０は、接合用のレーザ光に対して透過性を有し、且つ弾性係数が比較的大きい他の材料で構成されてもよい。なお、接合用のレーザ光を出射するレーザ装置としては、例えば、半導体レーザやファイバレーザ等が用いられる。
【００１６】
樹脂側凸型構造部２１は、先端部２２と、樹脂側接合部２３と、を有する。先端部２２における金属側凹型構造部１１側の面（以下、「先端面」という）は、例えば四角形状に構成される。
【００１７】
各樹脂側接合部２３は、各金属側接合面１３に接合されるように構成される。各樹脂側接合部２３は、先端部２２の端部から樹脂部材２０の表面２５側に向かって延出して構成されている。
【００１８】
金属部材１０及び樹脂部材２０（特に、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１）は、金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３を介して互いに嵌合するように構成されている。
【００１９】
各樹脂側接合部２３は、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに嵌合しているときに、対向する金属側接合面１３に密着して弾性変形することにより、その弾性復元力により、金属側接合面１３に押し付けられる形状を有するように構成される。具体的には、本実施形態では、各樹脂側接合部２３は、例えば板ばね形状を有するように構成される。そのため、樹脂側凸型構造部２１が金属側凹型構造部１１に向かって押し込められると、各樹脂側接合部２３は、対向する各金属側接合面１３の凸部１４と当接して各凸部１４から押圧力を受け、先端部２２の端部を支点として、対向する金属側接合面１３側とは反対側に弾性変形する。また、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１は、金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３を介して互いに嵌合する。その結果、各樹脂側接合部２３は、その弾性復元力により各凸部１４に押し付けられた状態で密着する。
【００２０】
図１（ａ）に示されるように、金属側凹型構造部１１の第一凹部１５Ａにおいて最も下方に配置された微細孔と第二凹部１５Ｂにおいて最も下方に配置された微細孔との間の距離をＤ１とし、金属側凹型構造部１１の第一凹部１５Ａにおいて最も上方に配置された微細孔と第二凹部１５Ｂにおいて最も上方に配置された微細孔との間の距離をＤ２とし、樹脂側凸型構造部２１の先端部２２の先端面の両端部間の距離をＤ３とし、第一樹脂側接合部２３Ａにおける第一金属側接合面１３Ａとの接合面（第一樹脂側接合面２４Ａ）における樹脂部材２０側の端部と第一樹脂側接合部２３Ａ側とは反対側に形成された第二樹脂側接合部２３Ｂにおける第二金属側接合面１３Ｂとの接合面（第二樹脂側接合面２４Ｂ）における樹脂部材２０側の端部との間の距離をＤ４とする。このとき、本実施形態では、Ｄ１＞Ｄ３且つＤ４＞Ｄ２を満たすように、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１が構成される。
【００２１】
図１（ａ）に示されるように、第一金属側接合面１３Ａと第二金属側接合面１３Ｂとがなす角度をθ１とし、第一樹脂側接合面２４Ａと第二樹脂側接合面２４Ｂとがなす角度をθ２とする。このとき、本実施形態では、θ１＞θ２を満たすように、各金属側接合面１３及び各樹脂側接合部２３が構成される。
【００２２】
図１（ａ）に示されるように、先端部２２の先端面と第一樹脂側接合面２４Ａとがなす角度をθ３とし、先端部２２の先端面と第二樹脂側接合面２４Ｂとがなす角度をθ４とし、第一樹脂側接合面２４Ａにおける金属部材１０側の端部と樹脂部材２０側の端部との間の距離をＤ５とし、第二樹脂側接合面２４Ｂにおける金属部材１０側の端部と樹脂部材２０側の端部との間の距離をＤ６とする。このとき、本実施形態では、θ３＝θ４且つＤ５＝Ｄ６を満たすように、樹脂側凸型構造部２１が構成されることが好ましい。しかし、これに限定されず、θ３及びθ４並びにＤ５及びＤ６はそれぞれ異なっていてもよい。
【００２３】
≪接合工程≫
図２乃至図４を用いて、第一実施形態に係る接合部材の接合工程の例を説明する。まず、図２に示されるように、樹脂部材２０の樹脂側凸型構造部２１が金属部材１０の金属側凹型構造部１１に向けて押し込まれると、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１が各金属側接合面１３及び各樹脂側接合部２３を介して互いに嵌合し、各樹脂側接合部２３が対向する金属側接合面１３側とは反対側に弾性変形する。その結果、各樹脂側接合部２３は、その弾性復元力により各金属側接合面１３（特に、各凸部１４）に押し付けられた状態で密着する。
【００２４】
次に、樹脂側凸型構造部２１の金属側凹型構造部１１への押し込みによる押さえ圧により樹脂側接合部２３を凸部１４に密着させた状態で、図３に示されるように、第一凹部１５Ａが設けられた第一凸部１４Ａに向けてレーザ光が照射される。その結果、第一凸部１４Ａがレーザ光を吸収して局所的に高温になり、その周囲の第一樹脂側接合部２３Ａが溶融して第一凹部１５Ａに浸透する。その後、第一樹脂側接合部２３Ａが第一凹部１５Ａに十分に浸透した状態で固化される。その結果、第一金属側接合面１３Ａ（特に、第一凸部１４Ａ）及び第一樹脂側接合部２３Ａがアンカー効果によって接合される。
【００２５】
一方で、第二樹脂側接合部２３Ｂは、第一凸部１４Ａ及び第一樹脂側接合部２３Ａの接合後であっても、その弾性復元力により、第二凸部１４Ｂに押し付けられる。従って、第二金属側接合面１３Ｂ（特に、第二凸部１４Ｂ）及び第二樹脂側接合部２３Ｂは、互いに密着した状態を維持することができる。
【００２６】
次に、図４に示されるように、第二凹部１５Ｂが設けられた第二凸部１４Ｂに向けてレーザ光が照射される。その結果、第一樹脂側接合部２３Ａの場合と同様に、第二樹脂側接合部２３Ｂが溶融して第二凹部１５Ｂに浸透し、固化される。その結果、第二金属側接合面１３Ｂ（特に、第二凸部１４Ｂ）及び第二樹脂側接合部２３Ｂがアンカー効果によって接合される。以上により、金属部材１０及び樹脂部材２０が、複数の接合箇所（本実施形態では二つの接合箇所）でアンカー効果によって接合されることになる。
【００２７】
≪作用及び効果≫
次に、上述したような構成を有する接合部材１によって奏される作用及び効果について説明する。
【００２８】
上述したように、本実施形態では、複数の接合箇所の各々に対して一カ所ずつレーザ光を照射することにより、金属部材１０及び樹脂部材２０が複数の接合箇所でアンカー効果によって接合される。斯かるアンカー効果により、金属部材１０と樹脂部材２０との接合強度が高められている。
【００２９】
しかし、仮に樹脂部材２０が弾性変形しない場合、一つの接合箇所で両部材が接合されると、その接合箇所で金属部材１０及び樹脂部材２０が固定されてしまい、残る未接合の接合箇所において樹脂部材２０を金属部材１０に押し付けることができなくなる。そのため、残る未接合の接合箇所において、両部材が十分に密着しない場合がある。このように密着が不十分な状態で、残る未接合の接合箇所に対してレーザ光を照射したとしても、樹脂側接合部２３が凹部１５に十分に浸透せず、両部材が十分な接合強度で接合されなくなる。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、上述したように、各樹脂側接合部２３は、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに嵌合しているときに、対向する金属側接合面１３に密着して弾性変形することにより該金属側接合面１３に押し付けられる形状を有するように構成される。本構成によると、一つの接合箇所で両部材が接合された後も、他の未接合の接合箇所において、各樹脂側接合部２３がその弾性復元力によって対向する金属側接合面１３の凸部１４に押し付けられるため、凸部１４及び樹脂側接合部２３が十分に密着する。従って、斯かる未接合の接合箇所に対してレーザ光を照射した場合であっても、樹脂側接合部２３が凹部１５に十分に浸透した状態で溶着する。従って、本実施形態によると、アンカー効果を利用して金属部材１０と樹脂部材２０とを複数の接合箇所で接合する場合であっても、各接合箇所において両部材を高い接合強度で接合させることが可能となる。
【００３１】
また、上述したように、本実施形態では、複数の金属側接合面１３の各々が互いに対して角度を有するように構成される。そして、接合部材１は、このように異なる角度を有する複数の金属側接合面１３の各々が複数の樹脂側接合部２３の各々にアンカー効果によって接合されるように構成されている。ここで、斯かるアンカー効果を利用して接合された接合箇所では、引張方向の接合強度は比較的低いが剪断方向の接合強度は比較的高い。本構成によると、各接合箇所における引張方向の接合強度を他の接合箇所における剪断方向の各接合強度で補うことができ、接合部材１の全体の接合強度が高められる。
【００３２】
上述したように、本実施形態では、接合部材１が凸部１４を有することにより、樹脂側凸型構造部２１が金属側凹型構造部１１に向けて押し込まれたときに、金属側接合面１３と樹脂側接合部２３とが密着しやすくなり、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１が互いに嵌合しやすくなる。特に、本実施形態では、金属側接合面１３に凸部１４が形成されている。この場合、凸部１４と樹脂側接合部２３とを接合させるためには、凸部１４にのみ凹部１５が形成されればよいため、金属側接合面１３において凹部１５を広範囲に形成する必要性が低減される。
【００３３】
上述したように、本実施形態では、Ｄ１＞Ｄ３且つＤ４＞Ｄ２を満たすように、金属側凹型構造部１１及び樹脂側凸型構造部２１が構成される。或いは、本実施形態では、θ１＞θ２を満たすように、各金属側接合面１３及び各樹脂側接合部２３が構成される。そのため、樹脂部材２０の樹脂側凸型構造部２１が金属部材１０の金属側凹型構造部１１に向けて押し込まれたときに、各凸部１４において凹部１５が形成されている箇所と各樹脂側接合部２３とを確実に接触させることが可能となる。その結果、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに嵌合しているときに、各樹脂側接合部２３が対向する金属側接合面１３側とは反対側に確実に弾性変形するようになる。そのため、第一凸部１４Ａ及び第一樹脂側接合部２３Ａの接合後においても、第二樹脂側接合部２３Ｂがその弾性復元力により未接合の第二凸部１４Ｂに押し付けられて密着するようになる。
【００３４】
≪変形例≫
本実施形態では、各金属側接合面１３に凸部１４が形成されているが、各金属側接合面１３に凸部１４を形成せずに、各樹脂側接合部２３に凸部を形成してもよい。この場合、各金属側接合面１３の少なくとも一部に凹部１５を形成し、樹脂側凸型構造部２１が金属側凹型構造部１１に向けて押し込まれたときに各樹脂側接合部２３に形成した凸部が金属側接合面１３において凹部１５が形成されている箇所と接触するように、金属部材１０及び樹脂部材２０が構成されればよい。
【００３５】
或いは、接合部材１は凸部１４を有さなくてもよい。この場合、各金属側接合面１３の少なくとも一部に凹部１５を形成し、樹脂側凸型構造部２１が金属側凹型構造部１１に向けて押し込まれたときに樹脂側接合部２３が金属側接合面１３において凹部１５が形成されている箇所と接触するように、金属部材１０及び樹脂部材２０が構成されればよい。
【００３６】
また、本実施形態では、金属部材１０が複数の金属側接合面１３を有するように構成されるとともに樹脂部材２０が複数の樹脂側接合部２３を有するように構成されている。しかし、これに限定されず、金属部材１０が単一の金属側接合面１３を有するように構成されるとともに樹脂部材２０が単一の樹脂側接合部２３を有するように構成されてもよい。この場合、例えば、金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３（両者のいずれかが上記凸部を有する場合には、その凸部）は環状の単一の面を有するように構成されればよい。そして、金属部材１０及び樹脂部材２０がこの単一の金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３を介して嵌合されているときに、金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３が複数の接合箇所で接合されればよい。
【００３７】
また、本実施形態では、金属部材１０及び樹脂部材２０は２つの接合箇所で接合されているが、これに限定されず、３つ以上の接合箇所で接合されていてもよい。この場合、接合部材１は、例えば、３つ以上の金属側接合面１３及び樹脂側接合部２３を有するように構成されればよい。
【００３８】
＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態に係る接合部材について説明する。第二実施形態に係る接合部材の構成は、基本的に第一実施形態に係る接合部材の構成と同様である。以下では、第一実施形態に係る接合部材の構成と異なる部分を中心に説明する。
【００３９】
図５は、第二実施形態に係る接合部材の全体構成を例示する。図５（ａ）には、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに接合されていない状態の接合部材１が示されている。また、図５（ｂ）には、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに接合された状態の接合部材１が示されている。
【００４０】
図５（ａ）に示されるように、本実施形態に係る接合部材１では、金属部材１０は、金属部材１０の表面１６から突出して構成された金属側凸型構造部１７を有する。金属側凸型構造部１７は、複数の金属側接合面１３と、凸部１４と、凹部１５と、頂面１８と、を有する。また、本実施形態では、樹脂側接合部２３は、先端部２２の端部から樹脂部材２０の表面２５とは反対側に向かって延出して構成されている。本実施形態では、各金属側接合面１３は、頂面１８に対して傾斜して形成される。しかしながら、各金属側接合面１３は、頂面１８に対して垂直に形成されてもよい。
【００４１】
本実施形態では、θ１＜θ２を満たすように、各金属側接合面１３及び各樹脂側接合部２３が構成される。また、図５（ａ）に示されるように、第一樹脂側接合面２４Ａにおける金属部材１０側の端部と第二樹脂側接合面２４Ｂにおける金属部材１０側の端部との間の距離をＤ７とすると、本実施形態では、Ｄ１＞Ｄ７＞Ｄ２を満たすように、金属部材１０及び樹脂部材２０が構成される。さらに、本実施形態では、樹脂部材２０の樹脂側凸型構造部２１が金属部材１０の金属側凸型構造部１７に向けて押し込まれたときに、各樹脂側接合面２４の下端部が各凸部１４の凹部１５において最も上方に配置された微細孔よりも下に到達するように、各金属側接合面１３における凸部１４の位置と各樹脂側接合部２３におけるＤ５及びＤ６とが構成される。
【００４２】
図５（ａ）に示されるように、本実施形態では、樹脂部材２０の樹脂側凸型構造部２１が金属部材１０の金属側凸型構造部１７に向けて押し込まれる。このとき、各樹脂側接合面２４の下端部が各凹部１５の微細孔よりも下に到達するため、各凸部１４と各樹脂側接合部２３とが確実に接触する。その結果、金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに嵌合しているときに、各樹脂側接合部２３が対向する金属側接合面１３側とは反対側に確実に弾性変形する。
【００４３】
その後、第一実施形態と同様にして、金属部材１０及び樹脂部材２０が複数の接合箇所を介してアンカー効果により接合される。上述したように金属部材１０及び樹脂部材２０が互いに嵌合しているときに各樹脂側接合部２３が弾性変形しているため、接合の際に、第一凸部１４Ａ及び第一樹脂側接合部２３Ａの接合後においても、第二樹脂側接合部２３Ｂがその弾性復元力により未接合の第二凸部１４Ｂに押し付けられて密着するようになる。この結果、両接合部において、凸部１４と樹脂側接合部２３とを高い接合強度で接合させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１    接合部材
１０    金属部材
１１    金属側凹型構造部
１３    金属側接合面
１４    凸部
１５    凹部
１７    金属側凸型構造部
２０    樹脂部材
２１    樹脂側凸型構造部
２３    樹脂側接合部
【図１】
2020179601.tif 000003
【図２】
2020179601.tif 000004
【図３】
2020179601.tif 000005
【図４】
2020179601.tif 000006
【図５】
2020179601.tif 000007