(57)【要約】【課題】接合体１０の製造方法において、樹脂部材３０および金属部材２０の接合時間を短くする。【解決手段】接合体１０を製造する接合体の製造方法であって、金属部材２０と樹脂部材３０との間に炭素繊維４０を介在させて、金属部材２０および樹脂部材３０のうち一方から他方に力を加えた状態で、炭素繊維４０から樹脂部材３０に伝達される熱によって樹脂部材３０を溶融して金属部材２０に樹脂部材３０を接合する。炭素繊維４０を用いて樹脂部材３０の端面３１に熱を伝えるため、効率的に樹脂部材３０に熱を伝えることができる。よって、樹脂部材３０の流れ性を改善することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材（２０）と、前記第１部材よりも融点が低い第２部材（３０）とを接合されてなる接合体（１０）を製造する接合体の製造方法であって、
前記第１部材および前記第２部材の間に熱伝導性を有する熱伝導性繊維（４０）を介在させる第１工程（１２０）と、
前記第１部材および前記第２部材のうち一方の部材から前記熱伝導性繊維を通して他方の部材に力を加えつつ、前記熱伝導性繊維から前記第２部材に伝達される熱によって前記第２部材を溶融して前記第１部材および前記第２部材を接合する第２工程（１２０）と、
を備える接合体の製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記第１部材および前記第２部材のうち一方の部材として、前記熱伝導性繊維の一部が埋め込まれている部材を用意する請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程では、前記熱伝導性繊維の一部が埋め込まれている前記一方の部材としての前記第１部材を用意し、
前記第２工程では、前記熱伝導性繊維の一部を前記溶融した前記第２部材に埋め込ませることにより、前記第１部材および前記第２部材を前記熱伝導性繊維を介して接合させる請求項２に記載の接合体の製造方法。
【請求項４】
前記第１部材のうち前記第２部材に接合するための接合面（２１）には、複数の凹部（２２）が設けられており、
前記第２工程では、前記熱伝導性繊維が前記複数の凹部に配置された状態で、前記溶融した第２部材を前記複数の凹部に入れて前記第１部材および前記第２部材を接合する請求項３に記載の接合体の製造方法。
【請求項５】
前記第１部材は、金属材料によって構成されており、
前記第２部材は、樹脂材料によって構成されている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
【請求項６】
前記熱伝導性繊維は、炭素繊維である請求項１ないし５のいずれか１つに記載の接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属部材と樹脂部材とが接合された接合体の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
この製造方法においては、表面に凹凸状部が形成されている金属部材の表面に樹脂部材を配置する配置工程と、予熱装置によって金属部材が予熱された状態で金属材料にレーザを照射して金属材料を加熱して、金属材料から樹脂部材に伝わる熱によって樹脂部材を溶融して凹凸状部に流し込んで金属部材と樹脂部材とを接合する接合工程とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５９５７８号公報
【特許文献２】特開２０１６−１３２１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記製造方法では、上述の如く、予熱装置によって金属部材が予熱された状態で金属材料にレーザを照射して金属材料を加熱して、金属材料から樹脂部材に伝わる熱によって樹脂部材を溶融させている。
【０００６】
しかし、金属部材および樹脂部材の間の接合界面における熱抵抗が大きく、金属材料から樹脂部材に熱が十分に伝達されない。このため、樹脂部材を十分に溶融するのに長い時間を要する。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、金属部材および樹脂部材としての第１部材および第２部材を接合するのに要する時間を短くするようにした接合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、接合体の製造方法において、第１部材（２０）と、第１部材よりも融点が低い材料によって構成されている第２部材（３０）とを接合されてなる接合体（１０）を製造する接合体の製造方法であって、
第１部材および第２部材の間に熱伝導性を有する熱伝導性繊維（４０）を介在させる第１工程（１２０）と、第１部材および第２部材のうち一方の部材から熱伝導性繊維を通して他方の部材に力を加えつつ、熱伝導性繊維から第２部材に伝達される熱によって第２部材を溶融して第１部材および第２部材を接合する第２工程（１２０）と、を備える。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、熱伝導性繊維は、熱伝導性を有するため、第２部材に熱を効率的に伝えることができる。このため、第２部材の溶融を促進することができるので、熱伝導性繊維を用いない場合に比べて、第２部材の流れ性が改善される。よって、第１部材および第２部材を接合するのに要する時間を短くすることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、第１工程では、熱伝導性繊維の一部が埋め込まれている一方の部材としての第１部材を用意し、第２工程では、熱伝導性繊維の一部を溶融した第２部材に埋め込ませることにより、第１部材および第２部材を熱伝導性繊維を介して接合させる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、第１部材および第２部材が熱伝導性繊維を介して接合されるため、第１部材および第２部材の間の接合面積（すなわち、接合部）を増大させることができる。これにより、第１部材および第２部材の間の接合強度を増大することができる。
【００１２】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における接合体の構成を示す図である。
【図２】図１中II部分の断面図である。
【図３】図１の接合体の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】図３の製造工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の接合体１０の製造方法に関する一実施形態について図１、図２等に基づいて説明する。
【００１５】
本実施形態の製造方法は、金属部材２０および樹脂部材３０を備える接合体１０の製造方法であり、例えば、樹脂製タンクを用いたラジエータ等の各種製品の製造方法に適用される。
【００１６】
金属部材２０は、鉄、アルミニウム、チタン等の金属材料によって板状に形成されている。金属部材２０のうち表面２０ａには、接合界面２１が形成されている。
【００１７】
表面２０ａは、幅方向と奥行き方向とに広がるように形成されている。接合界面２１は、幅方向の寸法に比べて奥行き方向の寸法が長い長方形に形成されている。接合界面２１は、樹脂部材３０の端面３１に接合するために、複数の凹部２２がそれぞれ幅方向および奥行き方向に亘って並べられている。
【００１８】
このことにより、接合界面２１が金属部材２０および樹脂部材３０の間の接合力を増大するアンカー部を構成することになる。
【００１９】
凹部２２における幅方向の寸法、および奥行き方向の寸法は、それぞれ、１０μｍ〜２００μｍに設定されている。
【００２０】
複数の凹部２２内には、炭素繊維４０が配置されている。炭素繊維４０のうち一部は、金属部材２０の凹部２２を構成する側壁および底部に埋め込まれ、炭素繊維４０のうち金属部材２０に埋め込まれる一部の炭素繊維以外の残りの炭素繊維は、複数の凹部２２内にて樹脂部材３０に埋め込まれている。
【００２１】
本実施形態では、炭素繊維４０が金属材料に予め埋め込まれている金属部材２０が採用されている。金属部材２０としては、炭素繊維４０がランダムに配置されたものでもよく、炭素繊維４０が連続的に配置されたものでもよい。
【００２２】
炭素繊維４０は、高い熱伝導性を有する材料であって、熱を効率的に樹脂部材３０に伝達したり、金属部材２０と樹脂部材３０とを接合する接合強度を増大させる役割を果たす。
【００２３】
本実施形態の炭素繊維４０としては、樹脂部材３０よりも熱伝導率が高いものが好ましい。
【００２４】
炭素繊維４０としては、例えば、ピッチ系炭素繊維であって、熱伝導率が３００Ｗ／ｍｋ程度であるものが用いられている。炭素繊維４０は、直径Φが７μｍ〜１０μｍで、長さが３ｍｍ程度の短繊維である。
【００２５】
樹脂部材３０は、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の樹脂材料によって板状に形成されている。
【００２６】
樹脂部材３０の端面３１は、金属部材２０の接合界面２１の複数の凹部２２に入り込んだ状態で、樹脂部材３０の端面３１が金属部材２０の接合界面２１に接合されている。
【００２７】
本実施形態の樹脂部材３０は、金属部材２０に比べて融点が低い樹脂材料によって構成されている。本実施形態の樹脂部材３０の融点は、融点１５０℃〜３００℃であり、金属部材２０の融点６００℃以上に設定されている。
【００２８】
次に、本実施形態の接合体１０の製造方法について図３、図４を参照して説明する。
【００２９】
まず、準備工程（ステップ１００）において、接合界面２１が形成されていない表面２０ａを有する金属部材（以下、界面未形成金属部材という）と樹脂部材３０とを準備する。  ここで、界面未形成金属部材は、金属材料内に炭素繊維４０を含有した板状の金属部材である。
【００３０】
次の金属表面粗化工程（ステップ１１０）において、界面未形成金属部材の表面２０ａのうち所定の長方形の領域に対してレーザ照射や化学エッチング等の粗化処理を施して粗化する。
【００３１】
このことにより、界面未形成金属部材の表面２０ａのうち所定の長方形の領域に複数の凹部２２が形成される。つまり、表面２０ａに接合界面２１を形成されてなる金属部材２０が形成されることになる（図４（ａ）参照）。
【００３２】
この際に、金属部材２０の接合界面２１には、複数の凹部２２がそれぞれ幅方向および奥行き方向に亘って並べられている。
【００３３】
複数の凹部２２内には、炭素繊維が配置されている。具体体には、炭素繊維４０のうち一部は、金属部材２０の凹部２２を構成する側壁および底部に埋め込まれ、炭素繊維４０のうち側壁および底部に埋め込まれる一部の炭素繊維以外の残りの炭素繊維は、複数の凹部２２内に露出している。つまり、炭素繊維４０は、金属部材２０によって支持されている。
【００３４】
このことにより、炭素繊維４０が凹部２２内に配置されて、かつ炭素繊維４０の一部が金属部材２０自体に埋め込まれている金属部材２０が用意されることになる。
【００３５】
次の加熱・加圧工程（ステップ１２０）において、金属部材２０の接合界面２１に樹脂部材３０の端面３１を対向させる。このことにより、金属部材２０および樹脂部材３０の間に炭素繊維４０を介在させることになる。
【００３６】
この際に金属部材２０を電気ヒータ等の加熱装置で加熱しつつ、電磁波出力装置から電磁波としてのマイクロ波を炭素繊維４０に向けて照射して炭素繊維４０を加熱する。
【００３７】
これに加えて、図４（ｂ）の矢印Ｆ１、Ｆ２の如く、金属部材２０および樹脂部材３０の間に複数の凹部２２内の炭素繊維４０を挟んだ状態で、金属部材２０および樹脂部材３０のうち一方から他方に力を加える。
【００３８】
このため、複数の凹部２２内の炭素繊維４０が樹脂部材３０の端面３１に接触された状態になる。
【００３９】
この際に、加熱装置によって加熱された金属部材２０から熱が炭素繊維４０を通して樹脂部材３０の端面３１に伝達される。一方、マイクロ波によって加熱された炭素繊維４０から熱が樹脂部材３０に伝達される。
【００４０】
このように炭素繊維４０を伝達された熱が樹脂部材３０の端面３１に伝わると、樹脂部材３０の端面３１が溶融してこの溶融した樹脂部材３０が接合界面２１の複数の凹部２２内に入り込む。このため、複数の凹部２２内の炭素繊維４０が樹脂部材３０に埋め込まれることになる。その後、樹脂部材３０および金属部材２０が冷却される。
【００４１】
このことにより、樹脂部材３０が固化されて樹脂部材３０および金属部材２０が炭素繊維４０を介して接合されている接合体１０が完成する。
【００４２】
以上説明した本実施形態によれば、金属部材２０と、この金属部材２０よりも融点の低い樹脂部材３０とを接合されてなる接合体１０を製造する接合体の製造方法であって、界面未形成金属部材の表面２０ａに対して粗化処理を施して複数の凹部２２を有する接合界面２１を表面２０ａに形成する粗化工程（ステップ１１０）と、金属部材２０および樹脂部材３０の間に熱伝導性を有する炭素繊維４０を介在させて、金属部材２０および樹脂部材３０のうち一方から炭素繊維４０を介して他方に力を加えた状態で、炭素繊維４０から樹脂部材３０に伝達される熱によって樹脂部材３０を溶融してこの溶融した樹脂部材３０を金属部材２０の接合界面２１の複数の凹部２２内に入り込ませる接合工程（ステップ１２０）とを備える。
【００４３】
以上により、炭素繊維４０は、高い熱伝導性を有しており、炭素繊維４０を樹脂部材３０に接触させる状態にすることができる。このため、炭素繊維４０から樹脂部材３０に熱を効率的に伝えることができる。したがって、樹脂部材３０の溶融を促進することができるので、炭素繊維４０を用いない場合に比べて、樹脂部材３０の流れ性が改善される。よって、樹脂部材３０が短時間で金属部材２０の複数の凹部２２内に入れることができる。よって、金属部材２０および樹脂部材３０を接合するのに要する時間を短くすることができる。
【００４４】
本実施形態では、樹脂部材３０の流れ性が改善されるので、接合工程において、金属部材２０および樹脂部材３０のうち一方の部材から炭素繊維４０を介して他方の部材に与えることが必要となる力を小さくすることができる。
【００４５】
本実施形態では、炭素繊維４０の一部が金属部材２０に埋め込まれ、炭素繊維４０のうち金属部材２０に埋め込まれた一部の炭素繊維以外の残りの炭素繊維が樹脂部材３０に埋め込まれている。これにより、金属部材２０および樹脂部材３０が炭素繊維４０を介して接合されている。
【００４６】
このため、金属部材２０および樹脂部材３０の間の接合面積（すなわち、接合部）を増大させることができる。したがって、金属部材２０および樹脂部材３０の間の分子間力、すなわち、接合強度を増大することができる。
【００４７】
本実施形態では、接合工程では、樹脂部材３０を金属部材２０の接合界面２１の複数の凹部２２内に入り込ませた状態で、樹脂部材３０および金属部材２０を接合させる。このため、樹脂部材３０および金属部材２０の間の接合強度を増大させるアンカー効果を発揮することができる。
【００４８】
本実施形態では、上述の如く、樹脂部材３０の流れ性が改善されるので、樹脂部材３０を金属部材２０の複数の凹部２２内に、隙間無く、流れ込ませることができる。このため、樹脂部材３０および金属部材２０の間の接合強度を増大させることができる。
【００４９】
本実施形態では、接合体１０の製造方法において、金属材料内に炭素繊維４０を含有した界面未形成金属部材を用意し、この界面未形成金属部材に対して粗化処理を施すことにより、炭素繊維４０の一部が凹部２２を構成する側壁および底部に埋め込まれいる金属部材２０が用意されることになる。
【００５０】
これにより、金属部材２０、樹脂部材３０、および炭素繊維４０を別々に用意する場合に比べて、部品点数を減らすことができるので、接合体１０の製造コストを低減することができる。
【００５１】
また、特許５８０３０６９号明細書では、鋼材とアルミニウム材との間の接合部の強度を担保するために、接合部を摩擦熱で効率的に加熱する手法が提案されている。
【００５２】
具体的には、鋼材とアルミニウム材を接合予定位置に位置づけ、鋼材に回転ツールを回転させながら押し当てて挿入し、鋼材を回転ツールとの摩擦熱により、アルミニウム材を摩擦熱の伝熱により、それぞれ部分的に軟化させて塑性流動化し、鋼材とアルミニウム材を回転ツールにより撹拌して摩擦撹拌接合させる。
【００５３】
この手法では、回転ツールといった専用ツールが必要となり、接合部が点である場合には、有利だが、接合部を連続的に複数形成すること難しいため、鋼材とアルミニウム材との間の接合界面が広い場合には、不利となる。
【００５４】
これに対して、本実施形態の接合体１０の製造方法では、上述の如く、金属部材２０および樹脂部材３０のうち一方から炭素繊維４０を介して他方に力を加えた状態で、炭素繊維４０から樹脂部材３０に伝達される熱によって樹脂部材３０を溶融することにより、金属部材２０および樹脂部材３０を接合する。このため、摩擦熱を発生させる回転ツールといった専用ツールが必要がなく、鋼材とアルミニウム材との間の接合界面が広い場合にも、対応可能となる。
【００５５】
（他の実施形態）
（１）上記実施形態では、炭素繊維４０を予め含有した金属部材２０を用いた例について説明したが、これに代えて、炭素繊維４０を予め含有した樹脂部材３０を用いて接合体１０を製造してもよい。
【００５６】
この場合、炭素繊維４０を予め含有した樹脂部材３０の端面３１を粗化して接合界面を形成する。接合界面は、上記実施形態の接合界面２１と同様に、複数の凹部が並べられ、複数の凹部内に炭素繊維４０が配置されることになる。
【００５７】
このため、炭素繊維４０を含有していない金属部材２０と樹脂部材３０の端面３１とを接触させることにより、金属部材２０と樹脂部材３０との間に炭素繊維４０を介在させることができる。
【００５８】
（２）上記実施形態では、炭素繊維４０を予め含有した金属部材２０を用いた例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。
【００５９】
すなわち、炭素繊維４０を含有していない樹脂部材３０と、炭素繊維４０を含有していない金属部材２０と、炭素繊維４０とを別々に用意して、樹脂部材３０と金属部材２０との間に炭素繊維４０を配置して樹脂部材３０および金属部材２０を接合してもよい。
【００６０】
この場合、複数の凹部２２を形成されていない金属部材２０と複数の凹部を形成されていない樹脂部材３０とを接合して接合体１０を製造してもよい。
【００６１】
（３）上記実施形態では、第１部材として金属部材２０を用いて、第２部材として樹脂部材３０を用いた例について説明したが、これに代えて、第１部材および第２部材において互いに融点が相違するならば、第１部材および第２部材として、それぞれ、樹脂部材を用いてもよい。
【００６２】
或いは、第１部材および第２部材において互いに融点が相違するならば、第１部材および第２部材として、それぞれ、金属部材を用いてもよい。
【００６３】
（４）上記実施形態では、熱伝導性繊維としてピッチ系炭素繊維を用いた例について説明したが、これに代えて、高い熱伝導性を有する繊維であるのであれば、ピッチ系炭素繊維以外の各種の繊維、例えば、カーボンナノチューブからなる繊維を熱伝導性繊維として用いてもよい。さらに、熱伝導性繊維としては、樹脂部材３０よりも熱伝導率が高いものが好ましい。
【００６４】
（５）上記実施形態では、熱伝導性繊維として炭素繊維４０を用いた例について説明したが、これに代えて、高い熱伝導性を有する繊維ならば、炭素繊維４０以外の繊維を用いてもよい。
【００６５】
（６）上記実施形態では、金属部材２０を電気ヒータ等の加熱装置で加熱しつつ、電磁波出力装置から電磁波としてのマイクロ波を炭素繊維４０に向けて照射して炭素繊維４０を加熱する例について説明したが、これに代えて、次の（ａ）（ｂ）のようにしてもよい。
【００６６】
（ａ）金属部材２０を加熱装置で加熱することを止めて、電磁波出力装置から電磁波としてのマイクロ波を炭素繊維４０に向けて照射して炭素繊維４０を加熱する。
【００６７】
（ｂ）電磁波出力装置から電磁波としてのマイクロ波を炭素繊維４０に向けて照射することを止めて、金属部材２０を加熱装置で加熱する。
【００６８】
（７）なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記実施形態および他の実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記実施形態および他の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００６９】
（まとめ）
上記第１実施形態、および他の実施形態の一部または全部に記載された第１の観点によれば、第１部材と、第１部材よりも融点が低い第２部材とを接合されてなる接合体を製造する接合体の製造方法であって、第１部材および第２部材の間に熱伝導性を有する熱伝導性繊維を介在させる第１工程と、第１部材および第２部材のうち一方の部材から熱伝導性繊維を通して他方の部材に力を加えつつ、熱伝導性繊維から第２部材に伝達される熱によって第２部材を溶融して第１部材および第２部材を接合する第２工程とを備える。
【００７０】
第２の観点によれば、第１工程では、第１部材および第２部材のうち一方の部材として、熱伝導性繊維の一部が埋め込まれている部材を用意する。
【００７１】
これにより、第１部材、第２部材、および熱伝導性繊維を別々に用意する場合に比べて、部品点数を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。
【００７２】
第３の観点によれば、第１工程では、熱伝導性繊維の一部が埋め込まれている一方の部材としての第１部材を用意し、第２工程では、熱伝導性繊維の一部を溶融した第２部材に埋め込ませることにより、第１部材および第２部材を熱伝導性繊維を介して接合させる。
【００７３】
これにより、第１部材および第２部材の間の接合部（すなわち、接合面積）を増やすことができるので、第１部材および第２部材を接合する接合力を増大化することができる。
【００７４】
第４の観点によれば、第１部材のうち第２部材に接合するための接合面（２１）には、複数の凹部が設けられており、第２工程では、熱伝導性繊維が複数の凹部に配置された状態で、溶融した第２部材を複数の凹部に入れて第１部材および第２部材を接合する。
【００７５】
これにより、第２部材を複数の凹部に入れた状態で第１部材および第２部材を接合することができる。このため、第１部材および第２部材を接合する接合力を増大することができる。
【００７６】
第５の観点によれば、第１部材は、金属材料によって構成されており、第２部材は、樹脂材料によって構成されている。
【００７７】
第６の観点によれば、熱伝導性繊維は、炭素繊維である。
【符号の説明】
【００７８】
１０    接合体
２０    金属部材
２１    接合界面
２２    凹部
３０    樹脂部材
４０    炭素繊維
【図１】
2018161781.tif 000003
【図２】
2018161781.tif 000004
【図３】
2018161781.tif 000005
【図４】
2018161781.tif 000006