(57)【要約】【課題】金属部材と樹脂部材とのレーザ接合時に照射されたレーザエネルギーが小さい場合でも、金属部材の熱拡散を抑制して樹脂部材の熱溶融性を高め、金属部材と樹脂部材との接合性が良好な接合構造体及びこの接合構造体の製造方法を提供する。【解決手段】金属部材２と樹脂部材３とが接合された接合領域ＢＦを有する接合構造体１であって、金属部材２の表面の接合領域ＢＦには、開口を有する凹状部２１が形成されるとともに、金属部材２の凹状部２１には、樹脂部材３が充填されており、金属部材２には、接合領域ＢＦと、接合領域ＢＦと隣接する隣接領域ＮＦと、を包含する領域内に、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３が設けられている。【選択図】図３
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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が接合された接合領域を有する接合構造体であって、
前記金属部材の前記接合領域には、当該金属部材の表面に開口を有する凹状部が形成されるとともに、前記金属部材の凹状部には、前記樹脂部材が充填されており、
前記金属部材には、前記接合領域と、該接合領域と隣接する隣接領域と、を包含する領域内に、前記金属部材の厚みが薄くされた薄厚部が設けられていることを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
請求項１に記載された接合構造体であって、
前記薄厚部は、前記接合領域内に形成されていることを特徴とする接合構造体。
【請求項３】
請求項１に記載された接合構造体であって、
前記薄厚部は、少なくとも前記隣接領域を含む領域内に形成されていることを特徴とする接合構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された接合構造体であって、
前記薄厚部には、断熱材が備えられていることを特徴とする接合構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載された接合構造体であって、
前記薄厚部には、前記金属部材を補強する補強部が備えられていることを特徴とする接合構造体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載された接合構造体であって、
前記凹状部の内周面には、内側に突出する突出部が形成されていることを特徴とする接合構造体。
【請求項７】
金属部材と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、
前記金属部材において、前記接合領域と、該接合領域と隣接する隣接領域と、を包含する領域内に、前記金属部材の厚みが薄くされた薄厚部を形成する薄厚部形成工程と、
前記金属部材の表面の前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、
前記金属部材の表面と前記樹脂部材とを隣接配置する配置工程と、
前記樹脂部材側から前記金属部材の接合領域にレーザを照射することにより、前記金属部材の前記凹状部に前記樹脂部材を充填して接合させる接合工程と、
を備えることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記接合工程では、前記金属部材の接合領域にレーザを照射する際に、前記接合領域内においてレーザを走査させるとともに、前記走査を同一軌跡で複数回行うことを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記凹状部形成工程では、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により、前記凹状部を形成することを特徴とする接合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体及び接合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂同士が接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法として特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１には、レーザ光を透過する透過性熱可塑性樹脂から構成される第１の部材と、レーザ光を吸収する吸収性熱可塑性樹脂から構成される第２の部材とを接触させ、レーザ光で接触面を溶融して接合する熱可塑性樹脂部材のレーザ溶着方法であって、第１の部材と第２の部材とを減圧雰囲気下で接触させ、第１の部材側から前記２つの部材の接触面に前記レーザ光を照射する熱可塑性樹脂部材のレーザ溶着方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１によれば、レーザ光を透過する透過性熱可塑性樹脂から構成される第１の部材と、レーザ光を吸収する吸収性熱可塑性樹脂から構成される第２の部材とを接触させ、レーザ光を透過する第１の部材側からレーザ光を照射すると、レーザ光はレーザ光を透過しない第２の部材の表面でエネルギーが蓄積されて発熱する。レーザ光をさらに照射すると発熱量は大きくなり、接触面を通して第１の部材との接触面も同時に加熱され、２つの部材の接触面が溶融し、２つの部材が溶着される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１１９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、樹脂同士の接合に関する発明であるが、この発明を、樹脂部材と金属部材との接合に用いた場合は、以下に記載する課題が生じていた。
【０００７】
樹脂部材と金属部材とを減圧雰囲気下でレーザを照射して接合させた場合、減圧により樹脂側への熱拡散が生じにくいことに加え、熱伝導度の違いから金属部材側への熱拡散が圧倒的に大きいので、樹脂部材の熱溶融が生じにくかった。そのため、樹脂部材の熱溶融を生じさせて、樹脂部材と金属部材とを接合させるためには、レーザの照射エネルギーを上げる必要があった。このように、レーザの照射エネルギーを上げることは、省エネルギー化の観点から好ましくない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属部材と樹脂部材とのレーザ接合時に照射されたレーザエネルギーが小さい場合でも、金属部材の熱拡散を抑制して樹脂部材の熱溶融性を高め、金属部材と樹脂部材との接合性が良好な接合構造体及びこの接合構造体の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
【００１０】
本発明に係る接合構造体は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体であって、前記金属部材の前記接合領域には、当該金属部材の表面に開口を有する凹状部が形成されるとともに、前記金属部材の凹状部には、前記樹脂部材が充填されており、前記金属部材には、前記接合領域と、該接合領域と隣接する隣接領域と、を包含する領域内に、前記金属部材の厚みが薄くされた薄厚部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記接合構造体であって、前記薄厚部は、前記接合領域内に形成されていてもよい。
【００１２】
また、上記接合構造体であって、前記薄厚部は、少なくとも前記隣接領域を含む領域内に形成されていてもよい。
【００１３】
また、上記接合構造体であって、前記薄厚部には、断熱材が備えられていてもよい。
【００１４】
また、上記接合構造体であって、前記薄厚部には、前記金属部材を補強する補強部が備えられていてもよい。
【００１５】
また、上記接合構造体であって、前記凹状部の内周面には、内側に突出する突出部が形成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る接合構造体の製造方法は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、前記金属部材において、前記接合領域と、該接合領域と隣接する隣接領域と、を包含する領域内に、前記金属部材の厚みが薄くされた薄厚部を形成する薄厚部形成工程と、前記金属部材の表面の前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、前記金属部材の表面と前記樹脂部材とを隣接配置する配置工程と、前記樹脂部材側から前記金属部材の接合領域にレーザを照射することにより、前記金属部材の前記凹状部に前記樹脂部材を充填して接合させる接合工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記接合工程では、前記金属部材の接合領域にレーザを照射する際に、前記接合領域内においてレーザを走査させるとともに、前記走査を同一軌跡で複数回行うこととしてもよい。
【００１８】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記凹状部形成工程では、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により、前記凹状部を形成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、金属部材と樹脂部材とのレーザ接合時に照射されたレーザエネルギーが小さい場合でも、金属部材の熱拡散を抑制して樹脂部材の熱溶融性を高め、金属部材と樹脂部材との接合性が良好な接合構造体及びこの接合構造体の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る接合構造体の製造方法において、配置工程を説明する説明図である。
【図２】図２は、本発明に係る接合構造体の製造方法において、接合工程を説明する説明図である。
【図３】図３は、本発明に係る接合構造体の第１実施形態の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に係る接合構造体の第１実施形態の変形例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に係る接合構造体の第１実施形態の他の変形例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明に係る接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例の断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に係る接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例の斜視図である。
【図８】図８は、本発明に係る接合構造体の第２実施形態の断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明に係る接合構造体の第２実施形態の変形例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明に係る接合構造体の第２実施形態の他の変形例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明に係る接合構造体の第２実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る接合構造体の第３実施形態の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る接合構造体の第３実施形態の変形例の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る接合構造体の第３実施形態の他の変形例の斜視図である。
【図１３】図１３は、第１実施形態の接合構造体の実施例を模式的に説明した説明図である。
【図１４】図１４は、第３実施形態の接合構造体の実施例を模式的に説明した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態の接合構造体１及びこの接合構造体１の製造方法について図１〜７を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、接合構造体の製造方法において、配置工程を説明する説明図、図２は、接合構造体の製造方法において、固化工程を説明する説明図、図３は、接合構造体の第１実施形態の断面図、図４Ａ〜４Ｃは、それぞれ、接合構造体の第１実施形態の変形例を示す断面図、図５は、接合構造体の第１実施形態の他の変形例の断面図、図６は、接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例の斜視図、図７は、接合構造体の第１実施形態のさらに他の変形例の斜視図である。
【００２３】
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第１実施形態の接合構造体１について説明する。
【００２４】
本実施形態の接合構造体１は、金属部材２と樹脂部材３とがレーザによって接合された接合構造体１であって、金属部材２と樹脂部材３とが接合された接合領域ＢＦを有している。
【００２５】
金属部材２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、金属成型体であってもよく、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。
【００２６】
金属部材２の接合領域ＢＦには、金属部材２の表面に開口を有する凹状部２１が形成される。凹状部２１は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２の表面に複数形成されている。なお、凹状部の形状は、非貫通孔に限定されず、断面が凹形状であれば、例えば、溝状であってもよい。
【００２７】
凹状部２１の開口径は、３０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。これは、開口径が３０μｍを下回ると、後述する接合工程において照射された接合用のレーザが凹状部２１内に十分に閉じ込められず、接合用のレーザのエネルギーを熱に変換する変換効率が低下する場合があるためである。一方、開口径が１００μｍを上回ると、単位面積あたりの凹状部２１の数が減少して、接合用のレーザのエネルギーを熱に変換する変換効率が低下する場合があるためである。また、凹状部２１の深さは、１０μｍ以上であることが好ましい。これは、深さが１０μｍを下回ると、接合用のレーザのエネルギーを熱に変換する変換効率が低下する場合があるためである。
【００２８】
また、凹状部２１の間隔（所定の凹状部２１の中心と、所定の凹状部２１と隣接する凹状部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、凹状部２１の間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの凹状部２１の数が減少して、接合用のレーザのエネルギーを熱に変換する変換効率が低下する場合があるためである。なお、凹状部２１の間隔の下限の一例としては、凹状部２１が重畳して潰れない距離である。また、凹状部２１の間隔は等間隔であることが好ましい。これは、凹状部２１が等間隔であると、接合用のレーザが照射される際の熱の分布が等方的になるためである。
【００２９】
凹状部２１には、後述する樹脂部材３が充填されることにより、金属部材２と樹脂部材３とが接合される。ここで、本実施形態の凹状部２１には、内側に突出する突出部２２が形成されている。このように凹状部２１の内周面に、内側に突出する突出部２２が形成されている場合は、凹状部２１に樹脂部材３が充填されると、突出部２２によるアンカー効果によって金属部材２と樹脂部材３との接合強度を高めることができる。なお、凹状部２１に突出部２２が形成されていなくてもよい。
【００３０】
金属部材２のうちの、接合領域ＢＦと、接合領域ＢＦと隣接する隣接領域ＮＦと、を包含する領域内には、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３が設けられている（図３参照）。図示例では、金属部材２の裏面に孔が形成されて薄厚部２３とされている。なお、金属部材２の裏面加工の形状は、孔形状に限られず、例えば、溝形状でもよい。すなわち、金属部材２が薄厚とされていればどのような形状でもよい。
【００３１】
また、図示例では、薄厚部２３は、接合領域ＢＦ内に形成されているが、凹状部２１が接合領域ＢＦと隣接する隣接領域ＮＦに亘って形成されていてもよい。ここで、隣接領域ＮＦは、後述する接合工程において、レーザを金属部材２の接合領域ＢＦに照射しても、レーザの照射方向（金属部材２の厚み方向）への熱拡散を少なくすることができる程度の領域とする。
【００３２】
なお、薄厚部２３の形状は、図３の形状に限定されるものではなく、図４Ａのように、接合領域ＢＦの中央から接合領域ＢＦの領域端に向けて徐々に薄厚にした形状や、図４Ｂのように、金属部材２の裏面の接合領域ＢＦを断面視で台形状に刳り貫いて加工して薄厚にした形状や、図４Ｃのように金属部材２の裏面の接合領域ＢＦを断面視で円弧状に刳り貫いて加工して薄厚にした形状であってもよい。
【００３３】
また、薄厚部２３には、断熱材２５が備えられていてもよい（図５参照）。断熱材２５の一例としては、発泡樹脂からなる断熱材が挙げられる。このように、薄厚部２３に断熱材２５が備えられている場合は、後述する接合構造体１の製造方法における接合工程において、接合領域ＢＦにレーザを照射させて金属部材２と樹脂部材３とを接合させた場合、接合領域ＢＦ内に熱を閉じ込める効果を高めることができる。
【００３４】
また、薄厚部２３には、金属部材２を補強する補強部２４を備えていてもよい（図６及び図７参照）。補強部２４は、図６に示すように、金属部材２の裏面に形成された溝内に互いに対角を結ぶように配置されていてもよいし、図７に示すように、溝内の間隙を結ぶように平行に複数配置されていてもよい。このように、薄厚部２３に金属部材２を補強する補強部２４が備えられている場合は、金属部材２の強度を高めることができる。
【００３５】
樹脂部材３は、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であり、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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、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。
【００３８】
−接合構造体の製造方法−
次に、本実施形態に係る接合構造体１の製造方法について説明する。
【００３９】
本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、薄厚部形成工程と、凹状部形成工程と、配置工程と、接合工程と、を備える。以下、各工程について説明するが、本実施形態に係る接合構造体の製造方法の工程の順番は、説明する順番に限定されるものではない。
【００４０】
・薄厚部形成工程
薄厚部形成工程は、金属部材２において、接合領域ＢＦと、接合領域ＢＦと隣接する隣接領域ＮＦと、を包含する領域内に、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３を形成する工程である。
【００４１】
薄厚部２３の形成には、金属部材２をレーザ加工する方法や、予め、薄厚部２３を形成するための金型を用いて、当該金型によって薄厚部２３を有する金属部材２を形成する方法等が挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。
【００４２】
なお、薄厚部２３の形状は、図３の形状に限定されるものではなく、図４Ａ〜図４Ｃに示した形状であってもよい。また、薄厚部２３には、断熱材２５を形成してもよい（図５参照）。また、薄厚部２３には、金属部材２を補強する補強部２４を形成してもよい（図６及び図７）。
【００４３】
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、金属部材２の表面の接合領域ＢＦに、開口を有する凹状部２１を形成する工程である。
【００４４】
凹状部２１は、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、およびプレス加工処理等の公知の方法で形成される。本実施形態では、レーザ加工処理によって凹状部２１を形成する方法について詳述する。
【００４５】
凹状部２１を形成する加工用レーザの種類としては、パルス発振が可能なものが好ましく、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。凹状部２１は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２の表面に複数形成される。
【００４６】
凹状部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ＭＸＺ２０００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、レーザのエネルギーを深さ方向に集中させやすいので、凹状部２１を形成するのに好適である。
【００４７】
具体的には、金属部材２にレーザが照射されると、金属部材２が局部的に溶融されることにより凹状部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２が飛散されにくく、凹状部２１の近傍に堆積されやすい。そして、凹状部２１の形成が進行すると、溶融された金属部材２が凹状部２１の内部に堆積されることにより、凹状部２１の内周面に、内側に突出する突出部２２が形成される。
【００４８】
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ーが拡散しやすくなり、突出部２２を有する凹状部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。
【００４９】
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を有する凹状部２１を形成しにくくなるためである。
【００５０】
なお、凹状部形成工程は、コストの観点から薄厚部形成工程後に行うことが好ましいが、凹状部形成工程後に上述した薄厚部形成工程を行ってもよい。
【００５１】
・配置工程
配置工程は、金属部材２の表面と樹脂部材３とを隣接配置する工程である（図１参照）。隣接配置する際に、金属部材２及び樹脂部材３を加圧することにより、後述する固化工程によって接合しやすくすることができる。
【００５２】
なお、金属部材２および樹脂部材３が隣接配置されたときに、金属部材２の表面または樹脂部材３の表面にレーザ吸収層（図示省略）が設けられていてもよい。このレーザ吸収層としては、接合用のレーザの波長に対して吸収性を有する顔料系または染料系のレーザ吸収材などを適宜選択して用いることができる。このように構成すれば、接合用のレーザのエネルギーを熱に変換する変換効率の向上を図ることができる。なお、レーザ吸収層の厚みは、金属部材２の凹状部２１への充填性を確保するために１０μｍ以下が好ましい。また、樹脂部材３が要求されるレーザの透過性を満たす範囲内において、樹脂部材３にレーザ吸収材が配合されていてもよい。
【００５３】
・接合工程
接合工程は、樹脂部材３側から金属部材２の接合領域ＢＦにレーザを照射することにより、金属部材２の凹状部２１に樹脂部材３を充填して接合させる工程である。
【００５４】
具体的には、配置工程において、金属部材２と樹脂部材３とを加圧して接触させた後、接合用のレーザを金属部材２の表面に向けて照射する。
【００５５】
ここで、レーザ照射は、樹脂部材３がレーザ透過性を有する場合は、樹脂部材３側からレーザを照射してもよいし、金属部材２側からレーザを照射してもよい。一方で、樹脂部材３がレーザ透過性を有しない場合は、金属部材２側からレーザを照射する。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、エキシマレーザが選択できる。
【００５６】
レーザを金属部材２の接合領域ＢＦに照射することにより、レーザのエネルギーが金属部材２の内部で熱に変換され、金属部材２の表面の温度が高くなる。これにより、金属部材２の表面近傍の樹脂部材３が溶融され、その樹脂部材３が凹状部２１に充填される。本実施形態では、薄厚部２３が接合領域ＢＦ内に形成されているので、レーザを金属部材２の接合領域ＢＦに照射しても、レーザの照射方向（金属部材２の厚み方向）への熱拡散を抑制することができる。
【００５７】
その後、樹脂部材３が固化されることにより、樹脂部材３が金属部材２に接合された接合構造体１を製造できる（図３参照）。
【００５８】
ここで、金属部材２の接合領域ＢＦにレーザを照射する際に、接合領域ＢＦ内においてレーザを走査させるとともに、前記走査を同一軌跡で複数回行ってもよい。この場合は、レーザの走査を同一軌跡で複数回行われるため、金属部材２の温度が上昇し、より効果的に樹脂部材３と金属部材２とを接合することができる。
【００５９】
以上、説明したとおり、本実施形態の接合構造体１の製造方法によれば、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３を形成する薄厚部形成工程を備えるため、その後の接合工程において金属部材２と樹脂部材３とを接合させる際に、熱拡散を抑制して少ないレーザエネルギーで金属部材２と樹脂部材３とを接合させることができる。
【００６０】
−接合構造体の実験例−
次に、上記した第１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図１３を参照しながら説明する。図１３は、接合構造体の実施例を模式的に説明した説明図である。
【００６１】
この実験例では、第１実施形態に対応する接合構造体の実施例１−１〜１−５並びに比較例１−１及び１−２による接合構造体を作製した。
【００６２】
なお、各実施例及び各比較例に用いた金属部材は、材質がＳＵＳ３０４であり、長さ１００ｍｍ、幅２９ｍｍ、厚み３ｍｍである。また、樹脂部材は、ＰＭＭＡ樹脂であり、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚み３ｍｍである。また、金属部材２と樹脂部材３との接合領域ＢＦは、幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍと設定した（図１３参照）。
【００６３】
さらに、接合工程における金属部材２と樹脂部材３との接合に用いたレーザは、半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、焦点径は４ｍｍ、走査速度は２ｍｍ／ｓｅｃ、金属部材２と樹脂部材３との密着圧力は０．６ＭＰａと設定した。
【００６４】
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、接合強度を評価した。評価結果を表１に示す。
【００６５】
【表１】
2016132156.tif 000003
【００６６】
［比較例１−１］
比較例１−１の接合構造体は、金属部材に薄厚部を設けずに、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材と樹脂部材とを接合領域で接合させた。
【００６７】
この接合構造体の接合強度は５．６ＭＰａであった。
［比較例１−２］
比較例１−２の接合構造体は、金属部材に薄厚部を設けずに、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材と樹脂部材とを接合領域で接合させた。
【００６８】
この接合構造体の接合強度は７．２ＭＰａであった。
【００６９】
［実施例１−１］
実施例１−１の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´に、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの孔（すなわち、接合領域ＢＦ´と略等しい面積を有する孔）を形成して薄厚部とし、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【００７０】
この接合構造体１００の接合強度は１１．８ＭＰａであった。
【００７１】
［実施例１−２］
実施例１−２の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´に、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの孔（すなわち、接合領域ＢＦ´と略等しい面積を有する孔）を形成して薄厚部とし、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【００７２】
この接合構造体１００の接合強度は１２．３ＭＰａであった。
【００７３】
［実施例１−３］
実施例１−３の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´に、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの孔（すなわち、接合領域ＢＦ´と略等しい面積を有する孔）を形成して薄厚部とするとともに、孔内に断熱材を設け、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【００７４】
この接合構造体１００の接合強度は１２．４ＭＰａであった。
【００７５】
［実施例１−４］
実施例１−４の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´に、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの孔（すなわち、接合領域ＢＦ´と略等しい面積を有する孔）を形成して薄厚部とするとともに、孔内に互いに対角線を結ぶように形成された補強部２４が備えられており、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【００７６】
この接合構造体１の接合強度は１１．５ＭＰａであった。
【００７７】
［実施例１−５］
実施例１−５の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´に、長さ２０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍの孔（すなわち、接合領域ＢＦ´と略等しい面積を有する孔）を形成して薄厚部とするとともに、孔内に互いに対角線を結ぶように形成された補強部２４が備えられており、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【００７８】
この接合構造体１の接合強度は１１．３ＭＰａであった。
【００７９】
以上の接合強度の評価結果から、薄厚部が備えられていない比較例１−１及び１−２の接合構造体の接合強度は、薄厚部が備えられた実施例１−１〜１−５の接合構造体１００の接合強度よりも低い結果が得られた。
【００８０】
これにより、本実施形態の接合構造体によれば、接合領域ＢＦ´にレーザを照射させて金属部材２００と樹脂部材３００とを接合させると、薄厚部が接合領域ＢＦ´内に形成されているので、レーザの照射方向への熱拡散を抑制することができる。従って、レーザ出力を抑制しながら金属部材２００と樹脂部材３００との接合強度を向上させることができる。
【００８１】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態の接合構造体１及びこの接合構造体１の製造方法にについて図８及び９を参照しながら説明する。図８は、接合構造体の第２実施形態の断面図、図９Ａ〜９Ｃは、それぞれ、接合構造体の第２実施形態の変形例を示す図である。
【００８２】
なお、本実施形態は、接合構造体１の薄厚部２３に樹脂部材３が収容されて接合されている点が異なるだけであるので、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第２実施形態の接合構造体１について説明する。
【００８４】
本実施形態の接合構造体１は、金属部材２の表面側を加工して薄厚部２３が設けられている（図８参照）。図示例では、薄厚部２３は、接合領域ＢＦ内に形成されている。
【００８５】
薄厚部２３には、凹状部２１が形成されており、この凹状部２１に樹脂部材が充填されることにより、金属部材２と樹脂部材３とが接合される。なお、凹状部２１には、内側に突出する突出部２２が形成されているが、突出部２２が形成されていなくてもよい。
【００８６】
なお、薄厚部２３の形状は、図８の形状に限定されるものではなく、図９Ａのように、接合領域ＢＦの表面において、中央部が接合領域ＢＦの表面と面一とならない程度に隆起させて断面視凸形状として薄厚にした形状や、図９Ｂのように、金属部材２の表面の接合領域ＢＦを断面視で台形状に刳り貫いて加工して薄厚にした形状や、図９Ｃのように、金属部材２の表面の接合領域ＢＦを断面視で円弧状に刳り貫いて加工して薄厚にした形状であってもよい。
【００８７】
樹脂部材３は、図８及び９Ａ〜９Ｃに示すとおり、接合領域ＢＦの大きさと略同一の大きさ（つまり、薄厚部２３に相当する溝内に収容される程度の大きさ）とされているが、この例に限られない。すなわち、樹脂部材３を金属部材２と同程度の大きさとし、樹脂部材３の表面が、薄厚部２３に相当する溝内に収容される程度に膨出されていてもよい。
【００８８】
−接合構造体の製造方法−
次に、本実施形態に係る接合構造体１の製造方法について説明する。
【００８９】
・薄厚部形成工程
薄厚部形成工程により、金属部材２の表面を加工して薄厚部２３とする。なお、薄厚部２３の形状は、図８の形状に限定されるものではなく、図９Ａ〜９Ｃに示した形状であってもよい。
【００９０】
・凹状部形成工程
凹状部形成工により、金属部材２の薄厚部２３に凹状部２１を形成する。このとき、レーザが複数のサブパルスで構成されている場合は、凹状部２１の内周面に、内側に突出する突出部２２を形成できる。
【００９１】
・配置工程及び接合工程
配置工程により、金属部材２の表面と樹脂部材３とを隣接配置する。そして、金属部材２と樹脂部材３とを加圧して接触させた後、接合用のレーザを金属部材２の表面に向けて照射する。これにより、金属部材２の表面近傍の樹脂部材３が溶融され、その樹脂部材３が凹状部２１に充填される。
【００９２】
その後、樹脂部材３が固化されることにより、樹脂部材３が金属部材２に接合された接合構造体１を製造できる。
【００９３】
以上、説明したとおり、本実施形態の接合構造体１の製造方法によっても、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３が形成されるため、金属部材２と樹脂部材３とを接合させる際に、少ないレーザエネルギーで金属部材２と樹脂部材３とを接合させることができる。
【００９４】
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態の接合構造体及びこの接合構造体の製造方法にについて図１０〜１２を参照しながら説明する。
【００９５】
図１０は、接合構造体の第３実施形態の断面図、図１１は、接合構造体の第３実施形態の変形例の断面図、図１２は、接合構造体の第３実施形態の他の変形例の斜視図である。
【００９６】
なお、本実施形態は、接合構造体１の薄厚部２３の構造が異なるだけであるので、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００９７】
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第３実施形態の接合構造体１について説明する。
【００９８】
本実施形態の接合構造体１は、金属部材２の裏面にスリットを形成して薄厚部２３が形成されている（図１０参照）。
【００９９】
薄厚部２３は、図示例では、少なくとも隣接領域ＮＦを含む領域内に２つ形成されている。なお、薄厚部２３の数は、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、薄厚部２３は、隣接領域ＮＦを含む領域に亘って接合領域ＢＦ内に形成されていてもよい。
【０１００】
凹状部２１は、金属部材２の表面における接合領域ＢＦに形成されている。この凹状部２１に樹脂部材３が充填されることにより、金属部材２と樹脂部材３とが接合される。なお、凹状部２１には、内側に突出する突出部２２が形成されているが、突出部２２が形成されていなくてもよい。
【０１０１】
なお、薄厚部２３には、断熱材２５が備えられていてもよいし（図１１参照）、金属部材２を補強する補強部２４が備えられていてもよい（図１２参照）。また、補強部２４は、スリットの間隙を結ぶように平行に配置されていてもよいし、スリット内に対角状に配置されていてもよい。
【０１０２】
−接合構造体の製造方法−
次に、本実施形態に係る接合構造体１の製造方法について説明する。
【０１０３】
・薄厚部形成工程
薄厚部形成工程により、金属部材２の裏面にスリットを形成して薄厚部２３とする。なお、薄厚部２３には、断熱材２５を形成してもよいし（図１１参照）、金属部材２を補強する補強部２４を形成してもよい。
【０１０４】
・凹状部形成工程
凹状部形成工程により、金属部材２の表面における接合領域ＢＦに、凹状部２１を形成する。このとき、レーザが複数のサブパルスで構成されている場合は、凹状部２１の内周面に、内側に突出する突出部２２を形成できる。
【０１０５】
・配置工程及び接合工程
配置工程により、金属部材２の表面と樹脂部材３とを隣接配置する。そして、金属部材２と樹脂部材３とを加圧して接触させた後、接合工程により、接合用のレーザを金属部材２の表面に向けて照射する。
【０１０６】
レーザを金属部材２の接合領域ＢＦに照射することにより、金属部材２の表面近傍の樹脂部材３が溶融され、その樹脂部材３が凹状部２１に充填される。
【０１０７】
本実施形態では、薄厚部２３は、少なくとも隣接領域ＮＦを含む領域内に形成されているので、接合領域ＢＦにレーザを照射しても、薄厚部２３を介して接合領域ＢＦから外部に熱拡散することを抑制できる。すなわち、薄厚部２３が形成されていることにより、接合領域ＢＦ内にレーザエネルギーを留めることができる。
【０１０８】
その後、樹脂部材３が固化されることにより、樹脂部材３が金属部材２に接合された接合構造体１を製造できる。
【０１０９】
以上、説明したとおり、本実施形態の接合構造体１の製造方法によっても、金属部材２の厚みが薄くされた薄厚部２３が形成されるため、金属部材２と樹脂部材３とを接合させる際に、少ないレーザエネルギーで金属部材２と樹脂部材３とを接合させることができる。
【０１１０】
−接合構造体の実験例−
次に、上記した第３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図１４を参照しながら説明する。図１４は、第３実施形態の接合構造体の実施例を模式的に説明した説明図である。
【０１１１】
この実験例では、第３実施形態に対応する接合構造体の実施例２−１〜２−５並びに比較例２−１及び２−２による接合構造体を作製した。
【０１１２】
なお、各実施例及び各比較例に用いた金属部材２は、材質がＳＵＳ３０４であり、長さ１００ｍｍ、幅２９ｍｍ、厚み３ｍｍである。また、樹脂部材３は、ＰＭＭＡ樹脂であり、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚み３ｍｍである。また、金属部材２と樹脂部材３との接合領域ＢＦは、幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍと設定した。
【０１１３】
さらに、接合工程における金属部材２と樹脂部材３との接合に用いたレーザは半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、焦点径は４ｍｍ、走査速度は２ｍｍ／ｓｅｃ、金属部材と樹脂部材との密着圧力は０．６ＭＰａと設定した。
【０１１４】
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、接合強度を評価した。評価結果を表２に示す。
【０１１５】
【表２】
2016132156.tif 000004
【０１１６】
［比較例２−１］
比較例２−１の接合構造体は、金属部材に薄厚部を設けずに、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材と樹脂部材とを接合領域で接合させた。
【０１１７】
この接合構造体の接合強度は５．６ＭＰａであった。
【０１１８】
［比較例２−２］
比較例２−２の接合構造体は、金属部材に薄厚部を設けずに、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材と樹脂部材とを接合領域で接合させた。
【０１１９】
この接合構造体の接合強度は７．２ＭＰａであった。
【０１２０】
［実施例２−１］
実施例２−１の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´を取り囲む領域（隣接領域ＮＦ´）に、幅０．２ｍｍ、深さ２．５ｍｍのスリットを形成して薄厚部とし、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【０１２１】
この接合構造体１の接合強度は１０．５ＭＰａであった。
【０１２２】
［実施例２−２］
実施例２−２の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´を取り囲む領域（隣接領域ＮＦ´）に、幅０．２ｍｍ、深さ２．５ｍｍのスリットを形成して薄厚部とし、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【０１２３】
この接合構造体１の接合強度は１１．２ＭＰａであった。
【０１２４】
［実施例２−３］
実施例２−３の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´を取り囲む領域（隣接領域ＮＦ´）に、幅０．２ｍｍ、深さ２．５ｍｍのスリットを形成して薄厚部とするとともに、各スリット内に断熱材を設け、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【０１２５】
この接合構造体１の接合強度は１１．４ＭＰａであった。
【０１２６】
［実施例２−４］
実施例２−４の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´を取り囲む領域（隣接領域ＮＦ´）に、幅０．２ｍｍ、深さ２．５ｍｍのスリットを形成して薄厚部とするとともに、各スリット内の間隙を結ぶように補強部を設け、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を１５Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【０１２７】
この接合構造体１の接合強度は１０．４ＭＰａであった。
【０１２８】
［実施例２−５］
実施例２−５の接合構造体１００は、金属部材２００の裏面の接合領域ＢＦ´を取り囲む領域（隣接領域ＮＦ´）に、幅０．２ｍｍ、深さ２．５ｍｍのスリットを形成して薄厚部とするとともに、各スリット内の間隙を結ぶように補強部を設け、接合工程において、上述した半導体レーザの出力を２０Ｗと設定して、金属部材２００と樹脂部材３００とを接合領域ＢＦ´で接合させた。
【０１２９】
この接合構造体１の接合強度は１０．７ＭＰａであった。
【０１３０】
以上の評価結果から、薄厚部が備えられていない比較例２−１及び２−２の接合構造体の接合強度は、薄厚部２３が備えられた実施例２−１〜２−５の接合構造体１の接合強度よりも低い結果が得られた。
【０１３１】
これにより、本実施形態の接合構造体１によれば、薄厚部２３が、少なくとも隣接領域ＮＦを含む領域内に形成されているので、接合領域ＢＦにレーザを照射して金属部材２と樹脂部材３とを接合させると、接合領域ＢＦから薄厚部２３を介して外部に熱拡散することを抑制することができる。これにより、少ないレーザエネルギーで接合領域ＢＦ内にレーザのエネルギーを閉じ込めて、金属部材２と樹脂部材３とを接合させることができる。
【０１３２】
なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【符号の説明】
【０１３３】
１、１００    接合構造体
２、２００    金属部材
２１          凹状部
２２          突出部
２３          薄厚部
２４          補強部
２５          断熱材
３、３００    樹脂部材
ＢＦ、ＢＦ´  接合領域
ＮＦ、ＮＦ´  隣接領域
【図１】
2016132156.tif 000005
【図２】
2016132156.tif 000006
【図３】
2016132156.tif 000007
【図４Ａ】
2016132156.tif 000008
【図４Ｂ】
2016132156.tif 000009
【図４Ｃ】
2016132156.tif 000010
【図５】
2016132156.tif 000011
【図６】
2016132156.tif 000012
【図７】
2016132156.tif 000013
【図８】
2016132156.tif 000014
【図９Ａ】
2016132156.tif 000015
【図９Ｂ】
2016132156.tif 000016
【図９Ｃ】
2016132156.tif 000017
【図１０】
2016132156.tif 000018
【図１１】
2016132156.tif 000019
【図１２】
2016132156.tif 000020
【図１３】
2016132156.tif 000021
【図１４】
2016132156.tif 000022