(57)【要約】【課題】金属部材と樹脂部材とを強固に接合することが可能なレーザ溶着方法を提供する。【解決手段】このレーザ溶着方法は、樹脂部材１０の溶着領域Ｒに突部１２を形成する工程と、金属部材２０と樹脂部材１０とを治具により、突部１２へ均一に圧力を加えながら、突部１２に対して、金属部材２０側から溶着領域Ｒに向けてレーザＬを複数回走査して、金属部材２０と樹脂部材１０とを接合する工程とを備える。【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レーザで溶着するレーザ溶着方法において、
前記金属部材および前記樹脂部材のうち少なくとも一方の溶着領域に突部を形成する工程と、
前記金属部材と前記樹脂部材とを治具により、前記突部へ均一に圧力を加えながら、前記突部に対して、前記樹脂部材側および前記金属部材側のうち少なくとも一方から溶着領域に向けてレーザを複数回走査して、前記金属部材と前記樹脂部材とを接合する工程とを備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ溶着方法において、
前記突部を形成する工程の後に、前記突部に圧力が均一に加わるように、前記金属部材と前記樹脂部材との対面する平行度を補正する工程をさらに備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ溶着方法において、
前記金属部材の表面に開口を有する穿孔部を形成する工程をさらに備えることを特徴とするレーザ溶着方法。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ溶着方法において、
前記穿孔部を形成する工程は、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザを前記金属部材の表面に照射することにより、前記穿孔部を形成する工程であることを特徴とするレーザ溶着方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ溶着方法を用いて形成されることを特徴とする接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶着方法および接合構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ溶着方法および接合構造体が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、第１の樹脂材と第２の樹脂材とをレーザ光の照射により溶着する方法が開示されている。具体的には、上記特許文献１に記載のレーザ溶着方法では、レーザ光に対して吸収性のある第１の樹脂材と、レーザ光に対して透過性のある第２の樹脂材とを重ね合わせ又は突き合わせて、その接合部に第２の樹脂材を透過してレーザ光を照射して接合部を溶融して両樹脂材を溶着するに際して、この接合部での溶着線上におけるレーザ光の走査を２回以上行われる。
【０００４】
上記特許文献２には、吸収性樹脂材と透過性樹脂材とをレーザ光の照射により溶着する方法が開示されている。具体的には、上記特許文献２に記載のレーザ溶着方法では、レーザ光に対して吸収率が高い吸収性樹脂材と、レーザ光に対して透過率の高い透過性樹脂材とを重ね合わせて、その接合部に透過性樹脂材側からレーザ光を照射して接合部を溶融して溶着するに際して、吸収性樹脂材の透過性樹脂材と接する側に突条を設けると共に、両樹脂材を治具等により加圧した状態でレーザ光を照射して溶着線に沿って走査される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４６６９２号公報
【特許文献２】特開２００８−３０２７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のレーザ溶着方法において、レーザ接合面が平面である場合、レーザ照射時に部材間の隙間吸収効果が十分でなく、接合できている箇所と、接合できていない箇所が存在してしまう。これは、隙間吸収のばらつきが圧力の印加のばらつきを起こし、そのため、樹脂同士の拡散接合層の厚みが小さい部位ができるためである。また、材料の加圧分布が不均一な状態でレーザ接合すると、加圧力が大きい部分が局所的に変形、沈み込むため、隙間吸収効果が低く、十分な接合強度が得られない。これらのため、金属部材と樹脂部材とを強固に接合することが困難であるという問題点がある。
【０００７】
また、上記特許文献２に記載のレーザ溶着方法では、突部に複数回繰返しレーザ走査していないため、突部の変形、沈み込みによる、部材間の隙間吸収効果が低く、十分な接合強度が得られない。また、材料の加圧分布が不均一な状態でレーザ接合すると、加圧力が大きい部分が局所的に変形、沈み込むため、隙間吸収効果が低く、十分な接合強度が得られない。これらのため、金属部材と樹脂部材とを強固に接合することが困難であるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、金属部材と樹脂部材とを強固に接合することが可能なレーザ溶着方法および接合構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるレーザ溶着方法は、金属部材と樹脂部材とをレーザで溶着するレーザ溶着方法において、前記金属部材および前記樹脂部材のうち少なくとも一方の溶着領域に突部を形成する工程と、前記金属部材と前記樹脂部材とを治具により、前記突部へ均一に圧力を加えながら、前記突部に対して、前記樹脂部材側および前記金属部材側のうち少なくとも一方から溶着領域に向けてレーザを複数回走査して、前記金属部材と前記樹脂部材とを接合する工程とを備える。
【００１０】
また、上記レーザ溶着方法において、前記突部を形成する工程の後に、前記突部に圧力が均一に加わるように、前記金属部材と前記樹脂部材との対面する平行度を補正する工程をさらに備えていてもよい。
【００１１】
また、上記レーザ溶着方法において、前記金属部材の表面に開口を有する穿孔部を形成する工程をさらに備えていてもよい。
【００１２】
また、上記レーザ溶着方法において、前記穿孔部を形成する工程は、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザを前記金属部材の表面に照射することにより、前記穿孔部を形成する工程であってもよい。
【００１３】
本発明による接合構造体は、上記したいずれか１つのレーザ溶着方法によって製造されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレーザ溶着方法および接合構造体によれば、金属部材と樹脂部材とを強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ溶着方法によって溶着される金属部材および樹脂部材を示す斜視図である。
【図２】金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図３】接合構造体の断面の模式図である。
【図４】接合構造体の金属部材に穿孔部が形成された状態を示す模式図である。
【図５】押さえガラスに対して樹脂部材が傾いている状態を示す模式図である。
【図６】平行度が適正の場合を示す圧力測定シートの模式図である。
【図７】平行度が不適正の場合を示す圧力測定シートの模式図である。
【図８】押さえガラスに対して樹脂部材の向きが調整された状態を示す模式図である。
【図９】金属部材および樹脂部材が溶着された状態を示す模式図である。
【図１０】シリコーンゴムを用いたレーザ溶着方法を説明するための模式図である。
【図１１】実施例の接合構造体を示す斜視図である。
【図１２】第１変形例による金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図１３】第２変形例による金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図１４】第３変形例による金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図１５】第４変形例による金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図１６】第５変形例による金属部材および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【図１７】第６変形例による樹脂部材および金属部材の突部を示す断面図である。
【図１８】第７変形例による金属部材の突部および樹脂部材の突部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
−全体構成−
まず、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施形態によるレーザ溶着方法を用いて製造された接合構造体１００について説明する。このレーザ溶着方法では、樹脂部材１０と、金属部材２０とがレーザＬ（図８参照）により溶着されることにより、接合構造体１００が製造される。
【００１８】
樹脂部材１０は、図１に示すように、筒状に形成されており、トラック状（角丸長方形状）の開口部１３を有する。開口部１３の内周面には段差部１１が形成され、その段差部１１は内周面に沿って延びるように環状に形成されている。
【００１９】
段差部１１は、金属部材２０が溶着される溶着領域Ｒとして機能する。この段差部１１には、図１および図２に示すように、テーパ状の突部１２が形成されている。なお、突部１２は、段差部１１に複数形成されていてもよい。また、突部１２は、段差部１１から開放端側に向けて突出するように形成されている。突部１２は、環状に形成されるとともに、段差部１１に沿って延びるように（連続的に）形成されている。このため、突部１２は、レーザＬの走査方向Ｓ（図１参照）に沿って延びるように形成されている。また、突部１２は、断面が等脚台形状に形成されており、先端の幅が基端の幅に比べて狭くなるように先窄まり状に形成されている。
【００２０】
具体例としては、突部１２は、隙間吸収の観点から、少なくとも、高さが０．１０ｍｍ以上であり、下底が０．４ｍｍであり、上底が０．０３〜０．０５ｍｍである。また、段差部１１の幅は０．８ｍｍである。なお、上記の寸法は、一例であり、任意に設定可能である。なお、突部１２は連続的に形成されている必要はなく、任意の間隔で断片的に形成されていてもよい。
【００２１】
また、樹脂部材１０側と金属部材２０側の両方に突部１２を設ける場合は、樹脂部材１０側および金属部材２０側に配した突部１２が頂上部で接触しないことが好ましい。また、突部１２は、その目的からレーザＬの走査軌道上に設けられている。ただし、隙間吸収の目的を阻害しない範囲において、部品加工の都合から接合部以外に渡って突部１２を設置しても構わない。
【００２２】
金属部材２０は、図１に示すように、板状に形成されており、樹脂部材１０の開口部１３に嵌合可能なようにトラック状に形成されている。
【００２３】
そして、樹脂部材１０の開口部１３に金属部材２０が嵌め合わされる。これにより、樹脂部材１０の突部１２に対して金属部材２０が接触するように、樹脂部材１０と金属部材２０とが重ね合わされる（突き合わされる）。
【００２４】
−材料−
金属部材２０の一例としては、鉄系金属、ステンレス系金属、銅系金属、アルミ系金属、マグネシウム系金属、および、それらの合金が挙げられる。また、金属成形体であってもよく、亜鉛ダイカスト、アルミダイカスト、粉末冶金などであってもよい。
【００２５】
樹脂部材１０は、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂である。熱可塑性樹脂の一例としては、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、および、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が挙げられる。また、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマ）であってもよく、ＴＰＥの一例としては、ＴＰＯ（オレフィン系）、ＴＰＳ（スチレン系）、ＴＰＥＥ（エステル系）、ＴＰＵ（ウレタン系）、ＴＰＡ（ナイロン系）、および、ＴＰＶＣ（塩化ビニル系）が挙げられる。
【００２６】
熱硬化性樹脂の一例としては、ＥＰ（エポキシ）、ＰＵＲ（ポリウレタン）、ＵＦ（ユリアホルムアルデヒド）、ＭＦ（メラミンホルムアルデヒド）、ＰＦ（フェノールホルムアルデヒド）、ＵＰ（不飽和ポリエステル）、および、ＳＩ（シリコーン）が挙げられる。また、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であってもよい。
【００２７】
なお、上記した熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂には、充填剤が添加されていてもよい。充填剤の一例としては、無機系充填剤（ガラス繊維、無機塩類など）、金属系充填剤、有機系充填剤、および、炭素繊維などが挙げられる。
【００２８】
−穿孔部−
図３および図４に示すように、金属部材２０の表面２３には、予めレーザ加工処理、ブラスト処理、サンドペーパ処理、陽極酸化処理、放電加工処理、エッチング処理、または、プレス加工処理などにより、穿孔部２１が形成されている。
【００２９】
なお、穿孔部２１が形成されることは必須ではないが、接合性の向上の観点からは穿孔部２１が形成されている方が好ましい。
【００３０】
穿孔部２１は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２０の表面２３に複数形成されている。穿孔部２１の表面２３の開口径Ｒ１は、３０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。これは、開口径Ｒ１が３０μｍを下回ると、樹脂部材１０の充填性が悪化してアンカー効果が低下する場合があるためである。一方、開口径Ｒ１が１００μｍを上回ると、単位面積あたりの穿孔部２１の数が減少してアンカー効果が低下する場合があるためである。
【００３１】
また、穿孔部２１の間隔（所定の穿孔部２１の中心と、所定の穿孔部２１と隣接する穿孔部２１の中心との距離）は、２００μｍ以下であることが好ましい。これは、穿孔部２１の間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの穿孔部２１の数が減少してアンカー効果が低下する場合があるためである。
【００３２】
また、穿孔部２１は、深さ方向（Ｚ方向）において表面２３側から底部２１３に向けて開口径が大きくなる拡径部２１１と、深さ方向において表面２３側から底部２１３に向けて開口径が小さくなる縮径部２１２とが連なるように形成されている。拡径部２１１は、曲線状に拡径するように形成され、縮径部２１２は、曲線状に縮径するように形成されている。
【００３３】
そして、拡径部２１１が表面２３側に配置されるとともに、縮径部２１２が底部２１３側に配置されている。このため、穿孔部２１において、拡径部２１１と縮径部２１２との境界部分の開口径（内径）Ｒ２が最も大きくなっており、開口径Ｒ１が開口径Ｒ２よりも小さくなっている。これにより、突出部２２が金属部材２０の表面２３側に配置されている。この突出部２２は、たとえば、周方向における全長にわたって形成されており、環状に形成されている。
【００３４】
このように、穿孔部２１の内周面に内側に突出する突出部２２を形成することによって、突出部２２と穿孔部２１に充填された樹脂部材１０とが剥離方向（Ｚ方向）において係合されることにより、剥離方向の接合強度の向上を図ることができる。これにより、せん断方向に加えて剥離方向についても接合強度の向上を図ることができる。さらに、熱サイクル環境下において、金属部材２０および樹脂部材１０の線膨張係数差に起因する剥離応力が発生しても、接合強度を維持することができる。すなわち、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができる。
【００３５】
この穿孔部２１は、たとえば、加工用のレーザが照射されることによって形成される。レーザの種類としては、パルス発振が可能な観点から、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザが選択でき、レーザの波長を考慮すると、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＡＧレーザの第２高調波、ＹＶＯ4レーザ、半導体レーザが好ましい。なお、レーザの出力は、レーザの照射径、金属部材２０の材料の種類、金属部材２０の形状（たとえば厚み）などを考慮して設定される。たとえば、レーザの出力上限は４０Ｗが好ましい。これは、レーザの出力が４０Ｗを超えると、エネルギが大きく、突出部２２を有する穿孔部２１を形成することが困難であるためである。
【００３６】
穿孔部２１を形成する装置の一例としては、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸ−Ｚ２０００またはＭＸ−Ｚ２０５０を挙げることができる。このファイバレーザマーカでは、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザを照射することが可能である。このため、レーザのエネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部２１を形成するのに好適である。具体的には、金属部材２０にレーザが照射されると、金属部材２０が局部的に溶融されることにより穿孔部２１の形成が進行する。このとき、レーザが複数のサブパルスで構成されているため、溶融された金属部材２０が飛散されにくく、穿孔部２１の近傍に堆積されやすい。そして、穿孔部２１の形成が進行すると、溶融された金属部材２０が穿孔部２１の内部に堆積されることにより、突出部２２が形成される。なお、レーザの照射方向は、たとえば、表面２３に対して垂直方向であり、穿孔部２１の軸心が表面２３に対して垂直になる。
【００３７】
なお、上記ファイバレーザマーカによる加工条件としては、サブパルスの１周期が１５ｎｓ以下であることが好ましい。これは、サブパルスの１周期が１５ｎｓを超えると、熱伝導によりエネルギが拡散しやすくなり、突出部２２を有する穿孔部２１を形成しにくくなるためである。なお、サブパルスの１周期は、サブパルスの１回分の照射時間と、そのサブパルスの照射が終了されてから次回のサブパルスの照射が開始されるまでの間隔との合計時間である。
【００３８】
また、上記ファイバレーザマーカによる加工条件としては、１パルスのサブパルス数は、２以上５０以下であることが好ましい。これは、サブパルス数が５０を超えると、サブパルスの単位あたりの出力が小さくなり、突出部２２を有する穿孔部２１を形成しにくくなるためである。
【００３９】
−平行度の補正方法−
図５〜図１０を参照して、接合構造体１００（金属部材２０および樹脂部材１０）の平行度の補正方法について説明する。
【００４０】
金属部材２０と樹脂部材１０との接合部の均一性の観点から、金属部材２０と樹脂部材１０との対面する平行度の補正機構を設けてもよい。平行度の補正機構を設けることにより、金属部材２０と樹脂部材１０との接合面が均質に対向することになり、レーザ照射時に突部１２が等方的に変形および沈み込むため、本願の目的効果を高めることができる。
【００４１】
この方法では、たとえば、圧力測定シートを用いる方法およびシリコーンゴムを用いる方法などから適時選択することができる。
【００４２】
以下、圧力測定シートを用いた場合の平行度の補正方法について説明する。
【００４３】
圧力測定シートを用いる方法では、圧力が加わると色が変化し、圧力の大きさによって色合いが異なる。
【００４４】
たとえば、図５に示すように、圧力測定シートを治具に設置した加圧用プレートとしての押さえガラス５０に挟む。押さえガラス５０は、金属部材２０または樹脂部材１０に接して設置される。押さえガラス５０を介して圧力測定シートへ加圧を行い、圧力測定シートの色合いが均一になるように治具の平行度の補正を行う。
【００４５】
具体的には、樹脂部材１０が治具（図示省略）によって保持され、その樹脂部材１０を保持する治具が加圧装置（図示省略）により加圧される。なお、加圧装置は、たとえばエアシリンダまたはバネなどである。これにより、図５に示すように、金属部材２０が押さえガラス５０に接触された状態で、金属部材２０および樹脂部材１０が押さえガラス５０側に押圧される。なお、押さえガラス５０は、レーザＬを透過可能に構成されている。
【００４６】
ここで、図５に示すように、押さえガラス５０に対して樹脂部材１０が傾いている場合には、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧の圧力分布にばらつきが発生する。たとえば、金属部材２０の押さえガラス５０と接触する部分の下方では、突部１２との接触圧が高くなり、金属部材２０の押さえガラス５０と離間する部分の下方では、突部１２との接触圧が低くなる。このように、圧力分布にばらつきが生じている状態でレーザ溶着を行った場合には、金属部材２０が局所的に沈み込むことにより、全体として十分な沈み込み量を得ることができないおそれがあり、また、部分的に溶着不良が発生するおそれがある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧が均等になるように補正を行う。具体的には、金属部材２０と押さえガラス５０との間に圧力測定シート（図６および図７参照）を配置した状態で加圧することにより、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧を計測する。そして、その計測結果に応じて接触圧が均等になるように補正を行う。たとえば、樹脂部材１０と治具との間にシム（スペーサ）を配置することにより、押さえガラス５０に対して樹脂部材１０が垂直になる、すなわち押さえガラス５０と金属部材２０とが平行になるように、樹脂部材１０の向きを調整する。その後、接触圧が均等になるように樹脂部材１０の向きを調整した後に、圧力測定シートを取り除く。
【００４８】
なお、金属部材２０と樹脂部材１０との平行度が適正（接触圧が均等）の場合には、図６に示すように、圧力測定シートの色合い（ドット領域Ｐ）が溶着領域Ｒ（突部１２の形成されている部分）に沿って均一になる。一方、金属部材２０と樹脂部材１０との平行度が不適正（接触圧が不均等）の場合には、図７に示すように、圧力測定シートの色合い（ドット領域Ｐ）が溶着領域Ｒ（突部１２の形成されている部分）に沿って不均一になる。たとえば、図７では、左側の領域に圧力が加わっていない。
【００４９】
そして、図８に示すように、樹脂部材１０の向きを調整して加圧した状態で、光学ヘッド６０からレーザＬを照射する。すなわち、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧が均等になるようにした状態でレーザＬが照射される。このレーザＬは、金属部材２０側から樹脂部材１０の溶着領域Ｒに向けて照射され、走査方向Ｓ（図１参照）に沿って複数回走査される。たとえば、光学ヘッド６０が、溶着領域Ｒの上方において走査方向Ｓに沿って移動しながらレーザＬを溶着領域Ｒに照射することが複数回繰り返し行われる。なお、レーザＬの発振器は、たとえば、波長が８０８ｎｍの半導体レーザである。
【００５０】
これにより、図９に示すように、突部１２が溶融され、金属部材２０が樹脂部材１０に対して沈み込む。このとき、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との間にそりやひけなどに起因する隙間が部分的に形成されていたとしても、金属部材２０の沈み込みによりその隙間を吸収しながら溶着される。このようにして、樹脂部材１０および金属部材２０を接合した接合構造体１００が得られる。
【００５１】
次に、シリコーンゴムを用いた場合の平行度の補正方法について説明する。
【００５２】
一方、シリコーンゴムを用いる方法では、図１０に示すように、治具に設置された支持板５２と、治具に設置されるとともに樹脂部材１０または金属部材２０と接して取り付けられた押さえガラス５０と、支持板５２と押さえガラス５０との間に挟まれたシリコーンゴム５１とにより、シリコーンゴム５１の弾性を利用して平行度の吸収を行い、加圧分布を均一化される。
【００５３】
図１０に示すように、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧のばらつきを吸収するシリコーンゴム５１を介して圧力を印加することにより、その接触圧が均等になるようにしてもよい。具体的には、押さえガラス５０は、シリコーンゴム５１を介して支持板５２に取り付けられている。シリコーンゴム５１は、弾性変形可能である。支持板５２は、レーザＬを透過可能であり、所定の位置に固定されている。
【００５４】
このため、支持板５２に対して樹脂部材１０が傾いた状態で加圧された場合には、シリコーンゴム５１が伸縮することにより樹脂部材１０および金属部材２０の傾きに応じて押さえガラス５０が傾くようになっている。したがって、押さえガラス５０に対して樹脂部材１０が垂直、すなわち押さえガラス５０と金属部材２０とが平行になり、樹脂部材１０の突部１２と金属部材２０との接触圧が均等になるようにすることができる。
【００５５】
このように構成すれば、樹脂部材１０と金属部材２０との接触圧を計測する工程と、計測結果に応じて接触圧を補正する工程とを省略しても、接触圧の均等化を図ることが可能となる。
【００５６】
−レーザ接合−
上記のように、樹脂部材１０は、穿孔部２１が形成された金属部材２０の表面２３に接合されている。この樹脂部材１０は、たとえば、レーザ接合によって金属部材２０に接合されている。これにより、樹脂部材１０が金属部材２０の穿孔部２１に充填された状態で固化されている。
【００５７】
このような接合構造体１００は、たとえば、光電センサの金属ケース（図示省略）に樹脂カバー（図示省略）を接合させる場合に適用可能である。この場合には、金属ケースが金属部材２０に相当し、樹脂カバーが樹脂部材１０に相当する。
【００５８】
以下に、接合工程の一例として、レーザ接合について説明する。
【００５９】
レーザ接合では、金属部材２０と樹脂部材１０とを治具などで加圧して面接触させた後に、レーザ照射を行う。レーザ照射は、樹脂部材１０側（レーザ透過性を有する場合のみ）、および／または、金属部材２０側から照射する。突部１２の設置上にレーザを複数回走査させる。これにより、面精度が低い金属部材２０、および／または、樹脂部材１０を用いた場合でも、変形、沈み込みによる材料間隙間吸収ができ、金属部材２０側に吸収されたレーザエネルギーを効率的に対面する樹脂部材１０側へ伝熱させることで、強固な金属部材２０と樹脂部材１０との接合構造体１００が得られる。なお、接合用のレーザの種類としては、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、または、エキシマレーザが選択できる。
【００６０】
レーザ照射の実施例条件は、以下の通りである。
【００６１】
レーザ：半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）
発振モード：連続発振
出力：３０Ｗ
焦点径：４ｍｍ
走査速度：１ｍｍ／ｓｅｃ
密着圧力：０．６ＭＰａ
【００６２】
−レーザ走査回数−
レーザ走査回数は、同一軌跡を複数回走査する。複数回の走査を実施することにより、突部１２の変形および沈み込み量が大きくなるので、所望の隙間吸収が実現できる。その理由としては、走査回数が１回の場合、突部１２の変形および沈み込み量が小さいため、所望の隙間吸収が実現できないからである。
【００６３】
−変形例−
図１２に示すように、第１変形例による接合構造体１０１の突部１２ａの断面形状は、矩形状であってもよい。また、図１３に示すように、第２変形例による接合構造体１０２の突部１２ｂの断面形状は、三角形状であってもよい。また、図１４に示すように、第３変形例による接合構造体１０３の突部１２ｃの断面形状は、半円形状であってもよい。また、図１５に示すように、第４変形例による接合構造体１０４の突部１２ｄの断面形状は、樹脂部材１０から金属部材２０に向かって先細るように突出するとともに先端が半円形状であってもよい。また、図１６に示すように、第５変形例による接合構造体１０５の突部１２ｅの断面形状は、樹脂部材１０から金属部材２０に向かって同じ幅で突出するとともに先端が半円形状であってもよい。また、図１７に示すように、第６変形例による接合構造体１０６では、金属部材２０に突部２４を形成するとともに、樹脂部材１０には突部を形成しなくてもよい。また、図１８に示すように、第７変形例による接合構造体１０７では、金属部材２０に突部２４を形成するとともに、樹脂部材１０に突部１２を形成してもよい。
【００６４】
−実験例（接合強度の試験方法）−
次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った実験例について説明する。
【００６５】
この実験例では、本実施形態に対応する実施例１、２、３および４による接合構造体５００（図１１参照）と、比較例１、２、３および４による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。その結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2016132155.tif 000003
【００６７】
まず、表１に示す実施例１〜４による接合構造体５００の作製方法について説明する。
【００６８】
実施例１〜４の接合構造体５００は、板状に形成されており、金属部材５０１（図１１参照）は、ＳＵＳ３０４であり、長さが１００ｍｍであり、幅が２９ｍｍであり、厚みが３ｍｍである。樹脂部材５０２（図１１参照）は、ＰＭＭＡ樹脂であり、長さが１００ｍｍであり、幅が２５ｍｍであり、厚みが３ｍｍである。
【００６９】
接合強度の評価は、インストロン製の電気機械式万能試験機５９００を用いて行った。具体的には、せん断方向に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、突部１２が形成されていない接合構造体を基準（比較例）として、基準以上の接合強度が発現するものを合格（○）であると評価した。また、基準未満の接合強度が発現するものを不合格（×）であると評価した。
【００７０】
上記した表１に示すように、比較例１による接合構造体では、金属部材および樹脂部材のいずれにも突部を設置せず、レーザの走査回数を複数回（３回）とした。その結果、接合強度は１３．８Ｍｐａであった。
【００７１】
実施例１による接合構造体５００では、樹脂部材５０２に突部を設置し、突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を複数回（３回）とした。その結果、接合強度は１６．７Ｍｐａであった。
【００７２】
実施例２による接合構造体５００では、樹脂部材５０２に突部を設置し、突部の高さを０．５０ｍｍとし、レーザの走査回数を複数回（３回）とした。その結果、接合強度は１７．１Ｍｐａであった。
【００７３】
実施例３による接合構造体５００では、金属部材５０１に突部を設置し、突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を複数回（３回）とした。その結果、接合強度は１５．７Ｍｐａであった。
【００７４】
実施例４による接合構造体５００では、金属部材５０１および樹脂部材５０２のいずれにも突部を設置し、各突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を複数回（３回）とした。その結果、接合強度は１７．２Ｍｐａであった。
【００７５】
これにより、実施例１〜４の接合構造体５００は、金属部材５０１および樹脂部材５０２の少なくともいずれか一方に突部を形成することによって、突部を形成しない場合（比較例１）と比べて、接合強度が高くなっていた。
【００７６】
また、比較例２〜４による接合構造体の接合評価を行った。その結果を表２に示す。
【００７７】
【表２】
2016132155.tif 000004
【００７８】
上記した表２に示すように、比較例２による接合構造体では、樹脂部材に突部を設置し、突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を１回とした。その結果、接合強度は６．８Ｍｐａであった。
【００７９】
比較例３による接合構造体では、金属部材に突部を設置し、突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を１回とした。その結果、接合強度は５．７Ｍｐａであった。
【００８０】
比較例４による接合構造体では、金属部材および樹脂部材のいずれにも突部を設置し、突部の高さを０．１０ｍｍとし、レーザの走査回数を１回とした。その結果、接合強度は７．０Ｍｐａであった。
【００８１】
これにより、比較例２〜４の接合構造体は、レーザ走査回数を１回にすることによって、比較例１および実施例１〜４によるレーザ走査回数を複数回（３回）にする場合と比べて、接合強度が低くなっていた。言い換えると、レーザの走査回数を複数回にすることによって、接合強度が向上することが判明した。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態によるレーザ溶着方法および接合構造体１００によれば、以下に列記するような効果が得られる。すなわち、本実施形態では、上記のように、面精度が低い金属部材２０および／または樹脂部材１０を用いた場合でも、突部１２の変形および沈み込みによる材料間の隙間を吸収することができるとともに、金属部材２０と樹脂部材１０との接触面積が増加することにより金属部材２０側に吸収されたレーザエネルギーを効率的に樹脂部材１０側へ伝熱させることができる（熱伝導量が増加する）ので、金属部材２０と樹脂部材１０とを強固に接合することができる。
【００８３】
（他の実施形態）
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８４】
たとえば、上記実施形態では、突部の形状の一例としてテーパ形状等を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、金属部材および樹脂部材の少なくとも一方の表面から突出するような形状であればどのような形状であってもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、平行度の補正方法の一例として、圧力測定シートまたはシリコーンゴムを用いる方法を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、平行度の補正方法を圧力測定シートまたはシリコーンゴム以外の部材を用いることも可能である。
【００８６】
また、上記実施形態では、穿孔部に突出部が形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、穿孔部の断面形状が矩形状や半円形状であってもよい。また、穿孔部は、平面的に見て、連続して延びるような溝状であってもよいし、所定の間隔を隔てて形成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、レーザ溶着方法および接合構造体に利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  樹脂部材
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ  突部
２０  金属部材
２１  穿孔部
２４  突部
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７  接合構造体
５００  接合構造体
５０１  金属部材
５０２  樹脂部材
【図１】
2016132155.tif 000005
【図２】
2016132155.tif 000006
【図３】
2016132155.tif 000007
【図４】
2016132155.tif 000008
【図５】
2016132155.tif 000009
【図６】
2016132155.tif 000010
【図７】
2016132155.tif 000011
【図８】
2016132155.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2016132155.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2016132155.tif 000016
【図１３】
2016132155.tif 000017
【図１４】
2016132155.tif 000018
【図１５】
2016132155.tif 000019
【図１６】
2016132155.tif 000020
【図１７】
2016132155.tif 000021
【図１８】
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