(57)【要約】【課題】コスト低減を図る。【解決手段】金属と樹脂の接合体Ａは、金属部材１０と、金属部材１０に溶着により接合された樹脂部材２０と、金属部材１０における樹脂部材２０との接合面１１に形成され、凹部１４を有する粗面領域１３と、樹脂部材２０に形成され、溶着過程において加圧されることにより変形しながら粗面領域１３に溶着された溶着部２２と、樹脂部材２０における粗面領域１３と非対応の領域に形成され、金属部材１０に突き当たることで溶着完了時における金属部材１０と樹脂部材２０との位置関係を規定する位置決め部２６とを備えている。【選択図】図２
2016175389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、
前記金属部材に溶着により接合された樹脂部材と、
前記金属部材における前記樹脂部材との接合面に形成され、凹部又は凸部を有する粗面領域と、
前記樹脂部材に形成され、溶着過程において加圧されることにより変形しながら前記粗面領域に溶着された溶着部と、
前記樹脂部材における前記粗面領域と非対応の領域に形成され、前記金属部材に突き当たることで溶着完了時における前記金属部材と前記樹脂部材との位置関係を規定する位置決め部とを備えていることを特徴とする金属と樹脂の接合体。
【請求項２】
前記位置決め部における前記金属部材への突当面には、断熱部材が配されていることを特徴とする請求項１記載の金属と樹脂の接合体。
【請求項３】
前記樹脂部材のうち前記溶着部に連なり、且つ前記金属部材と対向するように配された隣接部と、
溶着過程で前記隣接部が前記粗面領域から遠ざかるように変形することを抑制する変形抑制部とを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属と樹脂の接合体。
【請求項４】
前記変形抑制部が、前記樹脂部材に一体に形成されていることを特徴とする請求項３記載の金属と樹脂の接合体。
【請求項５】
前記変形抑制部の一部が前記位置決め部に形成されていることを特徴とする請求項４記載の金属と樹脂の接合体。
【請求項６】
溶着工程において、前記溶着部がレーザー光の照射によって加熱されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の金属と樹脂の接合体。
【請求項７】
金属部材と樹脂部材とを接合する方法であって、
前記金属部材における前記樹脂部材との接合面に、凹部又は凸部を有する粗面領域を形成し、
前記樹脂部材における前記粗面領域と非対応の領域に位置決め部を形成した上で、
溶着過程では、前記樹脂部材の溶着部を加圧して変形させながら前記粗面領域に溶着し、
溶着完了時には、前記位置決め部を前記金属部材に突き当てることで、前記金属部材と前記樹脂部材との位置関係を規定することを特徴とする金属と樹脂の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と樹脂の接合体及びその接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属部材の表面に多数の微細凹部を形成し、この微細凹部が形成されている表面に樹脂を射出して成形し、成形された樹脂部材と金属部材とを接合する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の接合体は、溶融樹脂を射出成形するための大掛かりな金型設備が必要となるため、製造コストが高くなる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、コスト低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る金属と樹脂の接合体は、
金属部材と、
前記金属部材に溶着により接合された樹脂部材と、
前記金属部材における前記樹脂部材との接合面に形成され、凹部又は凸部を有する粗面領域と、
前記樹脂部材に形成され、溶着過程において加圧されることにより変形しながら前記粗面領域に溶着された溶着部と、
前記樹脂部材における前記粗面領域と非対応の領域に形成され、前記金属部材に突き当たることで溶着完了時における前記金属部材と前記樹脂部材との位置関係を規定する位置決め部とを備えているところに特徴を有する。
【０００６】
第２の発明に係る金属と樹脂の接合方法は、
金属部材と樹脂部材とを接合する方法であって、
前記金属部材における前記樹脂部材との接合面に、凹部又は凸部を有する粗面領域を形成し、
前記樹脂部材における前記粗面領域と非対応の領域に位置決め部を形成した上で、
溶着過程では、前記樹脂部材の溶着部を加圧して変形させながら前記粗面領域に溶着し、
溶着完了時には、前記位置決め部を前記金属部材に突き当てることで、前記金属部材と前記樹脂部材との位置関係を規定するところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、成形済みの樹脂部材を金属部材に溶着によって接合するので、溶融樹脂を射出成形するための大掛かりな金型設備が不要である。したがって、製造コストを低減することができる。
また、溶着過程において、加圧された溶着部が粗面領域に対して過剰に押し付けられた場合や、粗面領域に対する溶着部の押し付けが不足した場合には、溶着完了時に溶着部と粗面領域との溶着状態が不良となることが懸念される。しかし、本発明によれば、溶着工程において、位置決め部が金属部材に突き当たるまで樹脂部材を金属部材に接近させるようにすれば、溶着完了時には、樹脂部材と金属部材を適正な位置関係で位置決めすることができる。これにより、粗面領域に対して溶着部を適正に溶着することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１において金属部材と樹脂部材の溶着を開始した直後の状態をあらわす部分拡大断面図
【図２】金属部材と樹脂部材の溶着過程をあらわす部分拡大断面図
【図３】金属部材と樹脂部材の溶着が完了した状態をあらわす部分拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（ａ）第１及び第２の発明は、
前記位置決め部における前記金属部材への突当面には、断熱部材が配されていてもよい。
この構成によれば、溶着工程で金属部材が加熱されても、金属部材から位置決め部への伝熱が抑制されるので、位置決め部の加熱に起因する変形が防止される。したがって、位置決め部による位置決め機能の信頼性に優れている。
【００１０】
（ｂ）第１及び第２の発明は、
前記樹脂部材のうち前記溶着部に連なり、且つ前記金属部材と対向するように配された隣接部と、
溶着過程で前記隣接部が前記粗面領域から遠ざかるように変形することを抑制する変形抑制部とを備えていてもよい。
溶着過程では、加圧された溶着部が粗面領域に押し付けられるのに伴い、溶着部に連なる隣接部が粗面領域から遠ざかるように変形しようとする。もし隣接部が変形すると、その分、粗面領域に対する溶着部の押し付け力が低下するため、溶着部と粗面領域との溶着状態が不良となることが懸念される。しかし本発明では、隣接部の変形を変形抑制部で抑制しているので、粗面領域に対する溶着部の押し付け力が保たれ、溶着部と粗面領域とを良好に密着させることができる。
【００１１】
（ｃ）第１及び第２の発明は、（ｄ）において、
前記変形抑制部が、前記樹脂部材に一体に形成されていてもよい。
この構成によれば、金属部材の形状を簡素化することができる。
【００１２】
（ｄ）第１及び第２の発明は、（ｃ）において、
前記変形抑制部の一部が前記位置決め部に形成されていてもよい。
この構成によれば、位置決め部と変形抑制部とを互いに独立した形態で形成する場合に比べると、樹脂部材の形状を簡素化することができる。
【００１３】
（ｅ）第１及び第２の発明は、
溶着工程において、前記溶着部がレーザー光の照射によって加熱されていてもよい。
この構成によれば、溶着部を集中的に加熱できるので、加熱に要する時間を短縮できる。
【００１４】
＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図３を参照して説明する。本実施例の金属と樹脂の接合体Ａは、板状をなす金属部材１０と、金属部材１０よりも面積の小さい板状をなす樹脂部材２０とを溶着により接合して製造したものである。
【００１５】
金属部材１０の表面のうち樹脂部材２０が接合される領域は、接合面１１となっている。接合面１１の外周縁部は、平面状の受圧領域１２となっている。接合面１１のうち受圧領域１２で包囲された領域は、樹脂部材２０を溶着させるための粗面領域１３となっている。粗面領域１３は、金属部材１０の成形時点で平面であった接合面１１に、レーザー加工やエッチング処理等によって複数の凹部１４を形成して構成されている。尚、便宜上、図１〜３における凹部１４は、金属部材１０の厚さ寸法に比べて、大きさ（深さと、粗面領域１３における開口面積）を誇張して描いている。
【００１６】
樹脂部材２０における金属部材１０との対向面２１のうち粗面領域１３と対応する領域は、溶着工程において、樹脂部材２０の融点以上の温度に加熱される溶着部２２となっている。樹脂部材２０が金属部材１０に溶着されていない状態において、溶着部２２の表面（金属部材１０と対向する面）は平面状である。樹脂部材２０における金属部材１０との対向面２１のうち、溶着部２２を全周に亘って包囲する枠状領域は、溶着部２２に連なる隣接部２３となっている。樹脂部材２０が金属部材１０に溶着されていない状態において、隣接部２３の表面（金属部材１０と対向する面）は、溶着部２２の表面と面一状に連続する平面状をなしている。
【００１７】
樹脂部材２０における金属部材１０との対向面２１のうち、隣接部２３を全周に亘って包囲する枠状領域には、対向面２１を溝状に凹ませた形態の逃がし凹部２４が形成されている。尚、図１〜３において、逃がし凹部２４の大きさは、樹脂部材２０の厚さ寸法に比べて、誇張して描いている。逃がし凹部２４は隣接部２３の外周縁に隣接しており、隣接部２３の外周面は逃がし凹部２４内に臨んでいる。つまり、隣接部２３の外周部が逃がし凹部２４を区画している。
【００１８】
逃がし凹部２４の内面のうち、隣接部２３の外周面に対し溶着部２２とは反対側（外周縁側）から対向する領域は、第１抑止面２５ａ（請求項に記載の変形抑制部）となっている。また、逃がし凹部２４の内面のうち金属部材１０と対向する領域（逃がし凹部２４の奥端面）は、第２抑止面２５ｂ（請求項に記載の変形抑制部）となっている。第２抑止面２５ｂは、隣接部２３の外周面に対しては鋭角をなし、第１抑止面２５ａに対しては鈍角をなしている。
【００１９】
樹脂部材２０の外周縁部（逃がし凹部２４の外周縁に沿った枠状領域）は、逃がし凹部２４を全周に亘って包囲する位置決め部２６となっている。尚、図１〜〜３において、位置決め部２６の大きさは、樹脂部材２０の厚さ寸法に比べて、誇張して描いている。位置決め部２６は、金属部材１０に向かってリブ状に突出した形態である。位置決め部２６と隣接部２３は、逃がし凹部２４を介して離間している。つまり、位置決め部２６は逃がし凹部２４を区画している。位置決め部２６の内周面は、上記第１抑止面２５ａとなっている。
【００２０】
位置決め部２６のうち金属部材１０と対向する面は、平面状の突当面２７となっている。突当面２７は、金属部材１０と樹脂部材２０を接合した状態において、金属部材１０の接合面１１（受圧領域１２）と平行をなす。図１に示すように、突当面２７は、溶着前における溶着部２２及び隣接部２３の表面２９に比べると、金属部材１０の接合面１１から退避した位置に設定されている。突当面２７は、第１抑止面２５ａに対しほぼ直角に繋がっている。
【００２１】
突当面２７には、板状をなす断熱部材２８が固着されている。断熱部材２８は、熱伝導率が金属部材１０及び樹脂部材２０よりも低い材料からなる。断熱部材２８は、樹脂部材２０と同等又はそれよりも高い剛性を有している。また、断熱部材２８の耐熱温度（断熱部材２８が変形せずに形状を保つことのできる許容温度）は、樹脂部材２０よりも高く、溶着過程における金属部材１０の最高到達温度よりも高い。
【００２２】
次に、接合体Ａの製造工程を説明する。製造に際しては、図１に示すように、金属部材１０の下向きの接合面１１に対し、下方から樹脂部材２０を当接させる。このとき、溶着部２２を粗面領域１３に面当たり状態で当接させるとともに、隣接部２３を受圧領域１２に面当たり状態で当接させる。また、溝状の逃がし凹部２４の開口部は受圧領域１２と対向し、位置決め部２６（断熱部材２８）は、受圧領域１２に対し所定の間隔を空けて対向する。
【００２３】
この状態で、金属部材１０の上方（つまり、樹脂部材２０とは反対側）からレーザー光３０を照射するとともに、金属部材１０と樹脂部材２０を互いに密着するように加圧する。レーザー光３０の照射により、樹脂部材２０の溶着部２２の表面２９が、樹脂部材２０の融点より高い温度まで加熱される。このとき、隣接部２３の表面２９も、レーザー光３０によって直接、加熱される。しかし、位置決め部２６は、溶着部２２及び隣接部２３の表面２９よりも後退した位置（金属部材１０から遠い位置）にあるので、レーザー光３０によって直接、加熱されることはない。したがって、樹脂部材２０のうち第１抑止面２５ａ及び第２抑止面２５ｂを含む領域は、表面２９よりも低い温度に保たれる。
【００２４】
溶着部２２は、加熱されながら加圧されて粗面領域１３に押圧されるので、溶着部２２の一部が凹部１４内に押し込まれていく。同時に、溶着部２２のうち凹部１４に入り込まない部分は、接合面１１に強く押し付けられるので、その反力が、溶着部２２の外周縁に連なる隣接部２３に作用する。すると、図２に示すように、隣接部２３が、接合面１１に沿うように（接合面１１と略平行に）外周側に向かって膨らみながら変形する。尚、図２において、隣接部２３の変形量は、樹脂部材２０の厚さ寸法に比べて、誇張して描いている。
【００２５】
膨らむように変形した隣接部２３は、逃がし凹部２４の内部に収容される。この逃がし凹部２４の内面は、隣接部２３の外周面と対向する第１抑止面２５ａと、隣接部２３の外周面と鋭角に連なる第２抑止面２５ｂとを有している。したがって、膨らむように変形した隣接部２３の外周面は、第１抑止面２５ａと第２抑止面２５ｂに当接し、この当接作用により、隣接部２３の外周側（溶着部２２とは反対側）への変位（膨らみ）が抑制される。隣接部２３の外周側への膨らみが抑制されると、溶着部２２で生じた反力は、溶着部２２を凹部１４内に押し込む力として有効に作用する。したがって、凹部１４内には、溶着部２２が殆ど隙間なく深く入り込み、強いアンカー効果が得られる。
【００２６】
溶着工程が進むと図３に示すように、位置決め部２６の突当面２７に設けた断熱部材２８が、金属部材１０の受圧領域１２に当接する。つまり、位置決め部２６が断熱部材２８を介して金属部材１０の受圧領域１２に突き当たる。位置決め部２６は、溶着部２２に比べて温度が低いので、金属部材１０の受圧領域１２に押し付けられても、殆ど変形を生じない。これにより、位置決め部２６が断熱部材２８を介して金属部材１０に突き当たると、加圧方向（接合方向）において、金属部材１０と樹脂部材２０の位置が、適正な位置関係に定められる。そして、溶着部２２と隣接部２３の変形が停止する。
【００２７】
つまり、金属部材１０（粗面領域１３）に対する溶着部２２の押し付けが、適正より不足したり、適正よりも過度になったりすることがなく、適正となる。したがって、溶着部２２や隣接部２３を含む樹脂部材２０全体が不正な変形を生じることもない。また、位置決め部２６が金属部材１０に突き当たる時点では、溶着部２２が凹部１４内に適正に充填されている。以上により、溶着工程が終了し、金属部材１０と樹脂部材２０の接合（即ち、接合体Ａの製造）が完了する。
【００２８】
上述のように本実施例の接合体Ａは、金属部材１０と、金属部材１０に溶着により接合された樹脂部材２０と、金属部材１０における樹脂部材２０との接合面１１に形成され、凹部１４を有する粗面領域１３と、樹脂部材２０に形成され、溶着過程において加圧されることにより変形しながら粗面領域１３に溶着された溶着部２２と、樹脂部材２０における粗面領域１３と非対応の領域に形成され、金属部材１０に突き当たることで溶着完了時における金属部材１０と樹脂部材２０との位置関係を規定する位置決め部２６とを備えている。
【００２９】
このように本実施例の接合体Ａは、成形済みの樹脂部材２０を金属部材１０に溶着によって接合するので、溶融樹脂を射出成形するための大掛かりな金型設備が不要である。したがって、製造コストを低減することができる。また、溶着過程において、加圧された溶着部２２が粗面領域１３に対して過剰に押し付けられた場合や、粗面領域１３に対する溶着部２２の押し付けが不足した場合には、溶着完了時に溶着部２２と粗面領域１３との溶着状態が不良となることが懸念される。しかし、本実施例１によれば、溶着工程において、位置決め部２６が金属部材１０に突き当たるまで樹脂部材２０を金属部材１０に接近させるようにすれば、溶着完了時には、樹脂部材２０と金属部材１０を適正な位置関係で位置決めすることができる。これにより、粗面領域１３に対して溶着部２２を適正に溶着することができる。
【００３０】
また、位置決め部２６における金属部材１０への突当面２７には断熱部材２８が配されているので、溶着工程で金属部材１０が加熱されていても、金属部材１０から位置決め部２６への伝熱が抑制される。これにより、位置決め部２６の加熱に起因する変形が防止される。したがって、位置決め部２６による位置決め機能の信頼性に優れている。
【００３１】
また、本実施例１の接合体Ａは、樹脂部材２０のうち溶着部２２に連なり、且つ金属部材１０と対向するように配された隣接部２３と、溶着過程で隣接部２３が粗面領域１３から遠ざかるように変形することを抑制する第１抑止面２５ａ及び第２抑止面２５ｂとを備えている。この構成の技術的意義は、次の通りである。
【００３２】
溶着過程では、加圧された溶着部２２が粗面領域１３に押し付けられるのに伴い、溶着部２２に連なる隣接部２３が粗面領域１３から遠ざかるように変形しようとする。もし隣接部２３が変形すると、その分、粗面領域１３に対する溶着部２２の押し付け力が低下するため、溶着部２２と粗面領域１３との溶着状態が不良となることが懸念される。しかし、隣接部２３の変形を第１抑止面２５ａ及び第２抑止面２５ｂで抑制しているので、粗面領域１３に対する溶着部２２の押し付け力が保たれ、溶着部２２と粗面領域１３とを良好に密着させることができる。
【００３３】
また、第１抑止面２５ａと第２抑止面２５ｂは、金属部材１０にではなく、樹脂部材２０に形成されているので、金属部材１０の形状を簡素化することができる。また、第１抑止面２５ａ（隣接部２３の不正な変形を抑制するための変形抑制部の一部）は、位置決め部２６に形成されている。つまり、位置決め部２６が第１抑止面２５ａを構成している。この構成によれば、位置決め部と変形抑制部を互いに独立した形態で形成する場合に比べると、樹脂部材の形状を簡素化することができる。
【００３４】
また、溶着工程においては、溶着部２２がレーザー光３０の照射によって加熱されている。レーザー光３０を用いれば、溶着部２２を集中的に加熱できるので、加熱に要する時間を短縮できる。また、樹脂部材２０のうち第１抑止面２５ａの形成領域（位置決め部２６）及び第２抑止面２５ｂの形成は、殆ど加熱させずに済むので、第１抑止面２５ａ、第２抑止面２５ｂ及び位置決め部２６が、加熱を原因として変形する虞がない。
【００３５】
＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、位置決め部に断熱部材を設けたが、位置決め部に断熱部材を設けない形態としてもよい。
（２）上記実施例では、位置決め部が変形抑制部としての機能を兼ね備えているが、位置決め部は、変形抑制部としての機能を有しなくてもよい。
（３）上記実施例では、位置決め部を樹脂部材の外周縁に沿うように形成したが、位置決め部は、樹脂部材の外周縁とは異なる位置に形成したもよい。
（４）上記実施例では、位置決め部が金属部材に向かって突出する突起状をなしているが、金属部材や樹脂部材の形状によっては、位置決め部が突起状以外の形状（例えば、段差状）であってもよい。
（５）上記実施例では、変形抑制部を樹脂部材のみに形成したが、変形抑制部は、金属部材のみに形成してもよく、樹脂部材と金属部材の両方に形成してもよい。
（６）上記実施例では、レーザー光によって溶着部を加熱したが、発熱体を樹脂部材の近傍に配置して溶着部を加熱してもよく、高周波（マイクロ波）を用いた誘電加熱により溶着部を加熱してもよく、発熱体を金属部材に接触させて金属部材を介して溶着部を加熱してもよい。
（７）上記実施例では、粗面領域が、接合面に凹部を形成した形態であるが、粗面領域は、接合面に複数の凸部を形態した形態でもよく、複数の凹部と複数の凸部を混在させた形態であってもよい。
（８）上記実施例では、金属部材を板状としたが、金属部材はブロック状であってもよい。
（９）上記実施例では、樹脂部材を板状としたが、樹脂部材はブロック状であってもよい。
（１０）上記実施例では、樹脂部材における金属部材との対向面の面積を、金属部材の全面積より小さくしたが、樹脂部材の面積は、金属部材と同じでもよく、金属部材より大きくてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ…接合体
１０…金属部材
１１…接合面
１３…粗面領域
１４…凹部
２０…樹脂部材
２２…溶着部
２３…隣接部
２５ａ…第１抑止面（変形抑制部）
２５ｂ…第２抑止面（変形抑制部）
２６…位置決め部
２７…突当面
２８…断熱部材
３０…レーザー光
【図１】
2016175389.tif 000003
【図２】
2016175389.tif 000004
【図３】
2016175389.tif 000005