(57)【要約】【課題】互いに材質の異なる板材同士を接合することのできる接合方法を提供する。【解決手段】本発明に係る接合方法は、互いに重ね合わせた一方の板材１と他方の板材２とを接合するための方法であって、一方の板材１に第一の熱源３を当てて溶融させることで、溶融部７を周囲に流動させるステップＳ１，Ｓ２と、他方の板材２に第一の熱源３とは異なる温度の第二の熱源５を当てて、他方の板材２を溶融させることで凹部１０を形成するステップＳ３，Ｓ４と、第一の熱源３を一方の板材１の流動部９に当てることで、流動部９を再溶融して、他方の板材２の凹部１０に流し込むステップＳ５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】
互いに重ね合わせた一方の板材と他方の板材とを接合するための方法であって、
前記一方の板材に第一の熱源を当てて溶融させることで、溶融部を周囲に流動させるステップと、
前記他方の板材に前記第一の熱源とは異なる温度の第二の熱源を当てて、前記他方の板材を溶融させることで凹部を形成するステップと、
前記第一の熱源を前記一方の板材の流動部に当てることで、前記流動部を再溶融して、前記他方の板材の凹部に流し込むステップとを備えた接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法に関し、特に互いに材質の異なる板材同士を接合するのに好適な接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鋼板同士を接合するための方法として、レーザー接合技術が採用されている。これは、互いに重ね合わせた複数の鋼板のうち一方の鋼板側からレーザーを照射して、一方の鋼板及びこれに隣接する他方の鋼板を共に溶融させることで、溶融凝固部を形成するものである（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１５８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種のレーザー接合技術は、通常、鋼板同士など同材質ないし同種材質（鋼板とめっき鋼板など）の組合わせに係る板組みに適用されているが、例えば金属板と樹脂板など、材質が異なる板材同士の接合には、以下の理由から適用することが難しい。
【０００５】
すなわち、一般に、金属と樹脂とでは、その溶融温度が大きく異なるため、例えば樹脂板の材質に応じた出力でレーザーを照射した場合、金属板を溶融させることができない。金属板の材質に応じた出力でレーザーを照射すれば、金属板を溶融させることはできるものの、融点が相対的に低い樹脂板に同じ出力のレーザーを照射すると、樹脂板の気化を招く。そのため、単純な出力の変更では、従来のレーザー接合技術を異種材間の接合に適用することは難しい。
【０００６】
以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、例えば金属板と樹脂板など、互いに材質の異なる板材同士を接合することのできる接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題の解決は、本発明に係る接合方法によって達成される。すなわち、この接合方法は、互いに重ね合わせた一方の板材と他方の板材とを接合するための方法であって、一方の板材に第一の熱源を当てて溶融させることで、溶融部を周囲に流動させるステップと、他方の板材に第一の熱源とは異なる温度の第二の熱源を当てて、他方の板材を溶融させることで凹部を形成するステップと、第一の熱源を一方の板材の流動部に当てることで、流動部を再溶融して、他方の板材の凹部に流し込むステップとを備えた点をもって特徴付けられる。
【０００８】
上記方法によれば、まず一方の板材を気化させることなく、他方の板材を溶融させて凹部を形成することができる。他方の板材に凹部を形成した状態で、一方の板材のうち溶融して周囲に流動した部分（流動部）を再溶融させて他方の板材の凹部に流し込むことで、流れ込んだ再溶融部が他方の板材の凹部を埋めるように貯留される。よって、この再溶融部が固化することで、凹部と嵌合する凸部をなし、これにより一方の板材と他方の板材との間に機械的接合部を形成することができる。従って、金属と樹脂など、材質の異なる材質の板材同士であっても、これら板材同士を接合することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、例えば金属板と樹脂板など、互いに材質の異なる板材同士であっても、これら板材同士を接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合方法の流れを示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合方法の一工程であって、一方の板材に第一の熱源を当てて溶融させるステップを示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接合方法の一工程であって、一方の板材を溶融させることで溶融部を周囲に流動させるステップを示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る接合方法の一工程であって、他方の板材に第二の熱源を当てて溶融させるステップを示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る接合方法の一工程であって、他方の板材を溶融させることで凹部を形成するステップを示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る接合方法の一工程であって、一方の板材の流動部を再溶融して他方の板材の凹部に流し込むステップを示す要部拡大断面図である。
【図７】一方の板材と他方の板材との間に形成された接合部を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る接合方法の内容を図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、便宜的に、重ね合わせた複数の板材のうち一方の板材の側を上側、他方の板材の側を下側と規定する。もちろん、この方向の規定は本発明の実施を何ら規制するものではない。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る接合方法は、図１に示すように、（Ｓ１）互いに重ね合わせた複数の板材のうち一方の板材に第一の熱源を当てて溶融させるステップと、（Ｓ２）第一の板材の溶融部を周囲に流動させるステップと、（Ｓ３）他方の板材に第二の熱源を当てて溶融させるステップと、（Ｓ４）溶融により他方の板材に凹部を形成するステップと、（Ｓ５）一方の板材の流動部を再溶融して他方の板材の凹部に流し込むステップとを備える。本実施形態では、上記ステップＳ１〜Ｓ５のうち、第一溶融ステップＳ１と流動ステップＳ２とが連続的に実施されると共に、第二溶融ステップＳ３と凹部形成ステップＳ４とが連続的に実施される。
【００１３】
ここで、接合対象となる一方の板材１と他方の板材２はそれぞれ、本実施形態では、樹脂（例えばＰＰ、ＳＭＣ、ＣＦＲＰなど）製と、鋼（例えばＳＰＣ２７０など）製である。この場合、例えば一方の板材１と、他方の板材２とが互いに重なり合う領域を例えばスポット状に接合する。
【００１４】
また、これら双方の板材１，２間の接合に用いる第一の熱源は、本実施形態ではレーザー（第一のレーザー３）であり、例えば図２に示すように、一方の板材１の上方に配置されたレーザー照射装置（第一のレーザー照射装置４）から、一方の板材１の表面１ａに向けて第一のレーザー３を照射し、かつ一方の板材１の表面１ａを所定の態様で走査可能に構成されている。第二の熱源についても同様に、本実施形態ではレーザー（第二のレーザー５）であり、例えば後述する図４に示すように、一方の板材１の上方に配置されたレーザー照射装置（第二のレーザー照射装置６）から、他方の板材２の表面２ａに向けて第二のレーザー５を照射し、かつ他方の板材２の表面２ａを所定の態様で走査可能に構成されている。また、この場合、各レーザー３，５の色の一例として、第一のレーザー３が緑色、第二のレーザー５が赤色の組み合わせを挙げることができる。
【００１５】
ここで、各レーザー照射装置４，６は、対応する各レーザー３、５の発生源である発振器と、集光レンズ（何れも図示は省略）とを少なくとも有する。この場合、発振器は、発生させるレーザー３、５の種類（炭酸ガスレーザー、ＹＡＧレーザーなど）に応じて適宜選定される。また、この際、照射されるレーザー３、５は、連続光であってもよいし、パルス光であってもよい。また、各レーザー３、５の出力は、対応する板材１，２の材質や厚み、レーザー３、５の走査速度、及び必要とされる各板材１，２の加熱度合い等によって後述の如く調整される。なお、大気中での作業性を考慮して、各レーザー３、５の周囲にシールドガスを発生させるためのシールドガス発生装置（図示は省略）を配設してもよい。以下、各工程の詳細を説明する。
【００１６】
（Ｓ１）第一溶融ステップ
まず、互いに重ね合わせた一方の板材１と他方の板材２のうち、一方の板材１の側に配置した第一のレーザー照射装置４から、一方の板材１の表面１ａに向けて第一のレーザー３を照射し、被照射領域を溶融させる（図２）。この際、第一のレーザー３の出力は、このレーザー３の照射により一方の板材１が溶融し、かつ気化しない程度に加熱可能な範囲に調整される。本実施形態では、一方の板材１は樹脂（熱可塑性樹脂）製であるから、例えば一般に当該樹脂の融点（融解温度範囲）以上でかつ沸点未満の温度に加熱できる程度に第一のレーザー３の出力（エネルギー密度）を調整する。
【００１７】
（Ｓ２）溶融部の流動ステップ
このようにして一方の板材１を溶融したら、その溶融部７を周囲に流動させて一方の板材１に溶融穴８を形成する（図３）。ここで、溶融部７を周囲に流動させるための手法として、例えば一方の板材１の表面１ａの法線方向に伸びる回転軸線Ｘ１まわりに第一のレーザー照射装置４を回転させながら第一のレーザー３を照射して一方の板材１を溶融していく手法が一例として挙げられるこのように第一のレーザー３を照射することで、溶融部７が例えば遠心力を受けて周囲に流動し、溶融穴８が形成される。また、その周囲には環状の隆起部９が形成される。なお、この際、第一のレーザー照射装置４の回転半径Ｒ１を徐々に大きくしていくことで、溶融部７の周囲への流動性を高めることも可能である。
【００１８】
（Ｓ３）第二溶融ステップ
次に、一方の板材１の側に配置した第二のレーザー照射装置６から、他方の板材２の表面２ａに向けて第二のレーザー５を照射し、被照射領域を溶融させる（図４）。この際、第二のレーザー５の出力は、少なくとも第二のレーザー５の照射により他方の板材２が溶融可能な程度にまで加熱可能な範囲に調整される。本実施形態では、他方の板材２は金属（鋼）製であるから、例えば一般に鋼の融点以上に加熱できる程度に第二のレーザー５の出力（エネルギー密度）を調整する。
【００１９】
（Ｓ４）凹部形成ステップ
また、この際、他方の板材２に対する第二のレーザー５の照射条件をさらに調整することで、他方の板材２に凹部１０を形成する（図５）。本実施形態では、図５に示すように、第二のレーザー照射装置６を他方の板材２の表面２ａの法線方向に伸びる回転軸線Ｘ２まわりに回転させながら第二のレーザー５を照射することで、溶融部１１に遠心力を与えて周囲に流動させることで凹部１０を形成する。この際、第一のレーザー照射装置６の回転半径Ｒ２を徐々に大きくしていくことで、凹部１０の表面積を増大させるようにしてもよい。なお、この際、第二のレーザー５をパルス発振により照射することで、凹部１０の表面に微小な凹凸１２を形成することも可能である。上述したステップＳ３は、ステップとＳ４を同時に進行させてもよい。
【００２０】
（Ｓ５）再溶融による流し込みステップ
このようにして他方の板材２に凹部１０が形成されたら、ステップＳ２で一方の板材１に形成した流動部としての隆起部９に第一のレーザー３を照射して隆起部９を再溶融し、中心側に位置する一方の板材１の溶融穴８に向けて流し込む（図６）。これにより、溶融穴８のさらに下方に位置する他方の板材の凹部１０に再溶融部１３が流れ込み、凹部１０を埋めた状態で固化する（図７）。このようにして一方の板材１に形成された下向きの凸部１４と、他方の板材２に形成された凹部１０とが互いに嵌合した状態で、一方の板材１と他方の板材２とが一体化される。この凸部１４と凹部１０とが各板材１，２の平面方向で係合し合う、機械的接合部１５を構成する。
【００２１】
このように、本発明では、一方の板材１を溶融して周囲に流動させる（隆起部９を形成する）と共に、他方の板材２に凹部１０を形成した後、隆起部９を再溶融して他方の板材２の凹部１０に流し込むようにした。この方法によれば、まず一方の板材１を気化させることなく、他方の板材２に凹部１０を形成することができる。他方の板材２に凹部１０を形成した状態で、一方の板材１のうち溶融して周囲に流動した部分（隆起部９）を再溶融させて他方の板材２の凹部１０に流し込むことで、流れ込んだ再溶融部１３が他方の板材２の凹部１０を埋めるように貯留される。よって、この再溶融部１３が固化することで、凹部１０と嵌合する凸部１４をなし、これにより一方の板材１と他方の板材２との間に機械的接合部１５を形成することができる。従って、金属と樹脂など、互いに材質の異なる板材１，２同士であっても、これら板材１，２同士を接合することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態では、溶融穴８の周囲に流動部としての隆起部９を環状に形成したので、凹部形成ステップＳ４の後、第一のレーザー照射装置４を所定の回転軸線Ｘ３まわりに回転させながら第一のレーザー３を隆起部９に照射するだけで、再溶融した隆起部９（再溶融部１３）を容易にその中心側に位置する凹部１０に流し込むことができる。よって、上記一連のステップＳ１〜Ｓ５を効率よく実施することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、他方の板材２に第二のレーザー５を照射して凹部１０を形成するに当たり、第二のレーザー５をパルス発振により照射することで、凹部１０の表面に微小な凹凸１２を形成するようにした。これによれば、一方の板材１の再溶融部１３が凹部１０に向けて流れ込む際、再溶融部１３が凹部１０の表面に形成された微小な凹凸１２（特に微小凹部）に入り込むので、凸部１４と凹部１０との食付き（係合面積）をさらに良くすることができる。従って、機械的接合部１５の接合強度をさらに高めることが可能となる。
【００２４】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、機械的接合部１５としてスポット状の接合部を形成する場合を説明したが、もちろん機械的接合部１５の形状はこれに限られない。例えば図示は省略するが、スポット状の機械的接合部１５に代えて、ライン状の機械的接合部を形成することも可能である。すなわち、ステップＳ１，Ｓ２において、第一のレーザー３をライン状に走査して、ライン状の溶融部を形成すると共に、この溶融部を走査方向に直交する向きに流動させて、ビード状の隆起部を形成する。この場合、一方の板材１には第一のレーザー３の走査方向に伸びる溶融溝が形成される。そして、ステップＳ３，Ｓ４において、第二のレーザー５をライン状に操作して、ライン状の溶融部を形成すると共に、この溶融部を気化させて溝状の凹部を形成する。最後に、ステップＳ５において、ビード状の隆起部を第一のレーザー３で再溶融して、溝状の凹部に流し込むことで、凹部と同じ方向に伸びる下向きの凸条部が形成され、この凸条部と溝状凹部とで機械的接合部が形成される。
【００２６】
また、上記実施形態では、第一及び第二のレーザー３，５を一方の板材１の表面１ａに対して垂直（表面１ａの法線方向に平行）に照射した場合を例示したが、もちろん傾斜させた状態で照射することも可能である。また、その際の回転軸線Ｘ１，Ｘ２の位置も任意である。また、上述したレーザー３，５の傾斜角や回転軸線Ｘ１，Ｘ２の位置は照射中に変化させることも可能である。
【００２７】
また、上記実施形態では、第一のレーザー３と第二のレーザー５を別個の照射装置（第一のレーザー照射装置４と第二のレーザー照射装置６）で照射する場合を例示したが、もちろん照射態様はこれに限られない。すなわち、上記実施形態のように、互いに出力の異なる第一のレーザー３と第二のレーザー５を同時に照射することがない照射態様であれば、双方のレーザー３，５を共通のレーザー照射装置で照射し分ける（途中で出力を変更する）ことで対応することも可能である。
【００２８】
また、以上の説明では、第一の熱源及び第二の熱源をレーザー３，５とした場合を例示したが、もちろん、本発明はこれ以外の熱源を使用することも可能である。例えば図示は省略するが、温度制御がなされた高温当接体を一方の板材１及び他方の板材２に当接させることによって、上述したステップＳ１〜Ｓ５と同一の内容を実施するようにしてもかまわない。
【００２９】
また、以上の説明では、第一の熱源及び第二の熱源を用いて一方の板材１及び他方の板材２を溶融等することで機械的接合部１５を形成し、これにより一方の板材１と他方の板材２との間に所要の接合強度を付与する場合を例示したが、もちろんこれ以外の構造（方法）を付加して、更なる接合強度の向上を図るようにしてもかまわない。例えば上記例示の材質の組合わせ（鋼と樹脂）の場合、機械的接合部１５に加えて、接着構造を付加してもかまわない。
【００３０】
また、上記実施形態では、一方の板材１と他方の板材２として、それぞれ金属（鋼）製と樹脂製のものを例示したが、もちろん本発明は樹脂以外の非金属材で形成された板材にも適用可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では、二枚の板材（一方の板材１、他方の板材２）を互いに重ね合わせて接合する場合を例示したが、本発明は三枚以上の板材を互いに重ね合わせて接合する場合にも適用可能である
【００３２】
また、適用対象となる板材についても、接合対象となる部位が少なくとも板状をなすもの（一部に板状の部位を含む部材）であればよく、さらにいえば一方の板材１のみが接合対象部位を板状としているものであればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１      一方の板材
２      他方の板材
３      第一のレーザー
４      第一のレーザー照射装置
５      第二のレーザー
６      第二のレーザー照射装置
７，１１  溶融部
９      隆起部
１０    凹部
１２    微小な凹凸
１３    再溶融部
１４    凸部
１５    機械的接合部
Ｒ１，Ｒ２  回転半径
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３  回転軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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