(57)【要約】【課題】レーザ加工においてエネルギー損失を抑制することができるレーザ装置及び、このレーザ装置を用いて製造された接合構造体、並びにこの接合構造体の製造方法を提供する。【解決手段】第１部材（金属部材２）に第２部材（樹脂部材３）を対峙させて接合する接合工程を備えた接合構造体の製造方法であって、接合工程を行う前に、第１部材における接合面ＢＰに第２部材が充填される凹状部ｏを形成する凹状部形成工程が備えられており、凹状部形成工程は、第１部材（金属部材２）に凹状部ｏを形成する加工用レーザ１１ａの照射方向に対して、第１部材（金属部材２）の接合面ＢＰが垂直となるように、第１部材（金属部材２）を回転させて行われる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材に第２部材を対峙させて接合する接合工程を備えた接合構造体の製造方法であって、
前記接合工程を行う前に、前記第１部材における接合面に前記第２部材が充填される凹状部を形成する凹状部形成工程が備えられており、
前記凹状部形成工程は、前記第１部材に凹状部を形成する加工用レーザの照射方向に対して、前記第１部材の接合面が垂直となるように、前記第１部材を回転させて行われることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記レーザ照射は、前記第１部材の接合面に対して焦点位置を調整しながら行われることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記接合工程は、前記第１部材と前記第２部材とを接合させる接合用レーザの照射方向に対して、前記接合面が垂直となるように、前記第１部材及び前記第２部材を回転させて行われることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【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の製造方法であって、
前記第１部材における前記第２部材と対峙される面は、凸形状であることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【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って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。
【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の製造方法であって、
前記第１部材には、金属、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂が用いられていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記第２部材には、レーザを透過する樹脂が用いられてい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１〜７のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法によって製造された接合構造体。
【請求項９】
被照射部材に向けてレーザ光を照射するレーザと、
前記レーザの照射方向に対して前記被照射部材が垂直となるように、前記被照射部材を回転させる回転手段と、
が備えられており、
前記レーザは、１パルスが複数のサブパルスを照射することを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合構造体の製造方法、接合構造体、及びレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、三次元レーザ加工機が記載された文献として、特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１には、被加工物に照射されるレーザ光の焦点位置を所定位置に設定することにより、被加工物に高精度なレーザ加工を施す三次元レーザ加工機であって、被加工物の三次元形状を測定する三次元形状測定器が備えられており、三次元形状測定器によって測定した被加工物の三次元形状データに基づいて、レーザ光の焦点位置を設定する三次元レーザ加工機が開示されている。
【０００４】
この三次元レーザ加工機によれば、三次元形状測定器によって測定した被加工物の三次元形状データに基づいて、レーザ光と被加工物との間の距離を設定してレーザ加工を施すことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１３３２４８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、特許文献１の三次元レーザ加工機で被加工物をレーザ加工すると、次のような不都合があった。以下、この点について図１５Ａ及び図１５Ｂを参照しながら説明する。図１５Ａは、従来のレーザ加工方法を示す模式図、図１５Ｂは、従来のレーザ加工方法で加工された被加工物を説明する説明図である。
【０００７】
特許文献１のレーザ加工方法では、被加工物２００におけるレーザ照射面が例えば凸面２１０である場合、加工用レーザＬからのレーザ光を被加工物２００に向けて照射すると、凸面２１０によって反射光Ｒが生じる。このように反射光Ｒが発生すると、反射光Ｒに相当するエネルギー損失が生じるため、被加工物２００の凹状部２２０の加工深さが設定よりも浅く加工される問題があった。
【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、レーザ加工においてエネルギー損失を抑制することができるレーザ装置及び、このレーザ装置を用いて製造された接合構造体、並びにこの接合構造体の製造方法を提供することにある。
【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の製造方法は、第１部材に第２部材を対峙させて接合する接合工程を備えた接合構造体の製造方法であって、前記接合工程を行う前に、前記第１部材における接合面に前記第２部材が充填される凹状部を形成する凹状部形成工程が備えられており、前記凹状部形成工程は、前記第１部材に凹状部を形成する加工用レーザの照射方向に対して、前記第１部材の接合面が垂直となるように、前記第１部材を回転させて行われることを特徴とする。
【００１１】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記レーザ照射は、前記第１部材の接合面に対して焦点位置を調整しながら行われてもよい。
【００１２】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記接合工程は、前記第１部材と前記第２部材とを接合させる接合用レーザの照射方向に対して、前記接合面が垂直となるように、前記第１部材及び前記第２部材を回転させて行われてもよい。
【００１３】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記第１部材における前記第２部材と対峙される面は、凸形状であってもよい。
【００１４】
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って前記凹状部を形成してもよい。
【００１５】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記第１部材には、金属、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂が用いられていてもよい。
【００１６】
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記第２部材には、レーザを透過する樹脂が用いられていてもよい。
【００１７】
本発明に係る接合構造体は、上記接合構造体の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係るレーザ装置は、被照射部材に向けてレーザ光を照射するレーザと、前記レーザの照射方向に対して前記被照射部材が垂直となるように、前記被照射部材を回転させる回転手段と、が備えられており、前記レーザは、１パルスが複数のサブパルスを照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、レーザ加工においてエネルギー損失を抑制することができるレーザ装置及び、このレーザ装置を用いて製造された接合構造体、並びにこの接合構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るレーザ装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る接合構造体の製造方法における凹状部形成工程を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る接合構造体の製造方法における凹状部形成工程を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図５】本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図７】本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図８】本発明に係る接合構造体の斜視図である。
【図９】本発明に係る他の接合構造体の製造方法における凹状部形成工程を説明する説明図である。
【図１０】本発明に係る他の接合構造体の製造方法における凹状部形成工程を説明する説明図である。
【図１１】本発明に係る他の接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図１２】本発明に係る他の接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図１３】本発明に係る他の接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図である。
【図１４】本発明に係る他の接合構造体の斜視図である。
【図１５Ａ】従来のレーザ加工方法を示す模式図である。
【図１５Ｂ】従来のレーザ加工方法で加工された被加工物を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るレーザ装置の実施形態を説明した後に、当該レーザ装置を用いた接合構造体の製造方法の実施形態について説明する。なお、本発明に係る接合構造体の説明は、接合構造体の製造方法の説明を以ってこれに代える。
【００２２】
図１は、レーザ装置の構成を説明する説明図、図２及び図３は、凹状部形成工程を説明する説明図、図４〜図７は、接合工程を説明する説明図、図８は、接合構造体の斜視図である。
【００２３】
［レーザ装置］
本発明に係るレーザ装置１０は、被照射部材に向けてレーザ照射するレーザと、走査手段１２と、位置調整手段１３と、回転手段１４と、が備えられている（図１参照）。
【００２４】
被照射部材は、例えば、後述する本発明に係る接合構造体の場合では、第１部材（金属部材２）又は第２部材（樹脂部材３）である。
【００２５】
レーザは、一例として、金属部材２を加工する加工用レーザ１１ａが挙げられる。加工用レーザ１１ａ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。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。さらに、金属部材２の加工形状に応じて、パルス発振可能なレーザであってもよく、さらには、１パルスが複数のサブパルスで構成されていてもよい。
【００２６】
走査手段１２は、加工用レーザ１１ａから照射されたレーザ光を被照射部材（金属部材２又は樹脂部材３）の照射面に対して水平方向（図１のＸ方向及びＹ方向）に走査させるものである。一例として、ガルバノミラーとテレセントリックｆθレンズを用いて被照射部材の水平方向に走査させる手段が挙げられる。すなわち、ガルバノミラーを動作させることによって、レーザ光をガルバノミラーで走査可能な走査範囲Ａ（図１参照）内で反射させるとともに、コリメーションレンズにより、被照射部材における照射面に対して垂直にレーザ光を照射させることができる。なお、レーザの走査は、後述するとおり位置調整手段１３によって行われてもよい。
【００２７】
位置調整手段１３は、加工用レーザ１１ａからのレーザ光の焦点位置を調整するものである。本実施形態では、後述するステージ１４ａを鉛直方向に動作させることによってレーザ光の焦点位置を調整させている。また、位置調整手段１３は、鉛直動作に限定されず、ステージ１４ａを水平方向に動作させてもよい。これにより、ガルバノミラーの走査範囲Ａを超える範囲であっても、被照射部材における照射面に対して垂直にレーザ光を照射させることができる。なお、位置調整手段１３の前述の形態に限られず、加工用レーザ１１ａ自体を鉛直又は水平方向に動作させてもよい。
【００２８】
回転手段１４は、加工用レーザ１１ａから照射されたレーザ光の照射方向に対して被照射部材（金属部材２又は樹脂部材３）が垂直となるように、被照射部材を回転させるものであり、被照射部材を載置するステージ１４ａと、ステージ１４ａを回転させる回転軸１４ｂと、が備えられている（図１参照）。回転軸１４ｂは、図示例において、Ｘ軸周りに回転させることができるとともに、Ｙ軸周りに回転させることも可能である。なお、回転手段１４及び位置調整手段１３は、上述した走査手段１２の走査速度と同期させて所望の位置にレーザを照射してレーザ加工するように制御されていてもよい。
【００２９】
以上、本発明に係るレーザ装置１０として、レーザが加工用レーザ１１ａとする実施形態（図１）について説明したが、レーザの変形例として加工用レーザ１１ａに代えて、接合用レーザ１１ｂであってもよい（図５参照）。この場合、接合用レーザ１１ｂは、例えば、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、エキシマレーザとする。
【００３０】
［接合構造体の製造方法］
本発明に係る接合構造体の製造方法について２つの実施形態を説明する。
【００３１】
−第１実施形態−
本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、第１部材に第２部材を対峙させて接合する接合構造体の製造方法であって、凹状部形成工程と、接合工程と、を備えている。
【００３２】
第１部材は、金属部材２であり、金属の一例としては、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。
【００３３】
第１部材（金属部材２）における後述する第２部材（樹脂部材３）と対峙される面は、凸形状である。本実施形態の凸形状は、湾曲面とされている。
【００３４】
第２部材は、レーザを透過する可撓性の樹脂部材３であり、熱可塑性樹脂、又は、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、第２部材（樹脂部材３）は、後述する接合工程において、樹脂部材３の上方からレーザ光を照射する場合は、レーザ光を透過する材料が好ましく、その透過率は、厚みが３ｍｍのときに１５％以上であることが好ましい。一方、後述する接合工程において、樹脂部材３の下方からレーザ光を照射する場合は、樹脂部材３はレーザ透過性を有していなくてもよい。
【００３８】
樹脂部材３における金属部材２と対峙される面（接合面ＢＰ）は、前述した金属部材２の湾曲面に対応した凹面形状である。
【００３９】
以下、本実施形態に係る接合構造体の製造方法の各工程について説明する。
【００４０】
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、金属部材２における接合面ＢＰに、樹脂部材３が充填される凹状部ｏを形成する工程であり、加工用レーザ１１ａを備えたレーザ装置１０を用いて行われる。加工用レーザ１１ａの一例としては、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸＺ２０００又はＭＸ−Ｚ２０５０を挙げることができる。
【００４１】
まず、金属部材２をステージ１４ａに載置する（図１参照）。そして、本実施形態では、まず最初に、走査手段１２の走査範囲Ａを超える位置における金属部材２の接合面ＢＰに凹状部ｏを形成するため、位置調整手段１３によって、凹状部ｏを形成する位置が走査範囲Ａ内に入るように、ステージ１４ａを移動させる。
【００４２】
次に、回転軸１４ｂによって、金属部材２の接合面ＢＰに対して垂直に加工用レーザ１１ａからのレーザ光が照射されるように、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させる（図２参照）。
【００４３】
次に、位置調整手段１３によって、加工用レーザ１１ａから照射されるレーザ光の焦点位置を、金属部材２の接合面ＢＰに位置調節する。すなわち、ステージ１４ａを上下動させる。
【００４４】
そして、金属部材２における凹状部ｏを形成する位置に加工用レーザ１１ａからのレーザ光としてパルス光（好ましくはサブパルス光）を照射する。
【００４５】
ここで、オムロン製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光を照射することが可能である。このため、レーザ光のエネルギーを深さ方向に集中させやすいので、凹状部ｏを形成するのに好適である。
【００４６】
具体的には、金属部材２にレーザ光が照射されると、金属部材２が局部的に溶融されることにより凹状部ｏの形成が進行する。このとき、レーザ光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ｏの近傍に堆積されやすい。そして、凹状部ｏの形成が進行すると、溶融された金属部材２が凹状部ｏの内部に堆積されることにより、凹状部ｏの内周面に、内側に突出する突出部ｔが形成される。
【００４７】
本実施形態では、突出部ｔの形成位置は、凹状部ｏの開口近傍位置であるが、上記ファイバレーザマーカによる加工条件により、開口端に形成されていてもよいし、凹状部ｏの底部近傍位置に形成されていてもよい。
【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ｔを有する凹状部ｏ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ｔを有する凹状部ｏを形成しにくくなるためである。
【００５０】
凹状部ｏ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、照射された接合用レーザ１１ｂ（図４参照）からのレーザ光が凹状部ｏ内に十分に閉じ込められず、レーザ光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ｏの数が減少して、レーザ光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。
【００５１】
また、凹状部ｏ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、後述する接合用レーザ１１ｂからのレーザ光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。本実施形態では、凹状部ｏの加工深さは４３μｍ〜４５μｍとする。
【００５２】
１つ目の凹状部ｏを形成後、金属部材２に２つ目の凹状部ｏを形成する。ここで、２つ目の凹状部ｏの形成する位置が、走査範囲Ａ内に入っている場合は、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏの形成を行う。一方、走査範囲Ａ内に入っていない場合は、位置調整手段１３によって、ステージ１４ａを走査範囲Ａ内に移動させた後に、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏの形成を行う。
【００５３】
上述した工程を、凹状部ｏを形成する個数分、繰り返し行う（図３は、３つ目の凹状部ｏを形成している状態を模式的に説明している。）
ここで、凹状部ｏの間隔（所定の凹状部ｏの中心と、所定の凹状部ｏと隣接する凹状部ｏ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ｏの間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの凹状部ｏの数が減少して、後述する接合用レーザ１１ｂからのレーザ光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ｏの間隔の下限の一例としては、凹状部ｏが重畳して潰れない距離である。また、凹状部ｏの間隔は等間隔であることが好ましい。これは、凹状部ｏ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。
【００５４】
以上説明したとおり、凹状部形成工程では、凹状部形成工程では、金属部材２におけるレーザ光の照射面（接合面ＢＰ）に対して垂直方向にレーザを照射することができるので、図１５Ｂに示した従来技術と異なり、反射光に相当するエネルギー損失を抑制して金属部材２を加工することができる。
【００５５】
なお、本実施形態において、金属部材２の接合面ＢＰに対して垂直とは、接合面ＢＰとレーザ光とのなす角度が厳密に９０°である必要はなく、８０°から１００°の範囲にあればよい。上記範囲であれば、反射光に相当するエネルギー損失を低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態の凹状部形成工程によれば、位置調整手段１３によって焦点位置が調節されるため、焦点距離のずれによる加工ばらつきを低減することができる。
【００５７】
なお、凹状部形成工程における加工用レーザの加工条件の一例を以下に記載する。
【００５８】
＜加工用レーザにおける加工条件＞
レーザ：ファイバレーザ（波長１０６２ｎｍ）
周波数：１０ｋＨｚ
出力：３．８Ｗ
走査速度：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
走査回数：４０回
照射間隔：６５μｍ
サブパルス数：２０
【００５９】
・接合工程
接合工程は、金属部材２と樹脂部材３とを互いに接合する工程であり、上述した接合用レーザ１１ｂを備えたレーザ装置を用いて行われる。
【００６０】
なお、本実施形態では、金属部材２と樹脂部材３とをレーザ接合させる形態を説明するが、この形態に限られず、樹脂部材３をヒータ等で加熱溶融させて接合させる方法や、金属部材２を収容する金型を用いてインサート成形させる方法等を用いてもよい。
【００６１】
また、金属部材２と樹脂部材３とのレーザ接合の方法としては、金属部材２を接合用レーザ１１ｂにより加熱させることによって、金属部材２と接触している樹脂部材３に熱が伝わり、樹脂部材３を溶融させて接合させる方法と、樹脂部材３自体を接合用レーザ１１ｂにより加熱溶融させて金属部材２と接合させる方法が挙げられる。
【００６２】
本実施形態では、接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を、透光性の樹脂部材３と金属部材２との接合面ＢＰに照射させ、金属部材２を加熱させることにより金属部材２と接触している樹脂部材３に熱を伝え、樹脂部材３を溶融させて接合させる方法について説明する。
【００６３】
まず、ステージ１４ａに載置された金属部材２の接合面ＢＰに、樹脂部材３を載置する（図４参照）。まず最初に、走査手段１２の走査範囲Ａ（図５参照）を超える位置における金属部材２の凹状部ｏに樹脂部材３を充填するため、位置調整手段１３によって、凹状部ｏが形成された位置が走査範囲Ａ内に入るように、ステージ１４ａを移動させる。
【００６４】
次に、回転軸１４ｂによって、金属部材２の接合面ＢＰに対して垂直に接合用レーザ１１ｂからのレーザ光が照射されるように、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させる（図６参照）。
【００６５】
次に、位置調整手段１３によって、接合用レーザ１１ｂから照射されるレーザ光の焦点位置を、金属部材２の接合面ＢＰに位置調節する。すなわち、ステージ１４ａを上下動させる。
【００６６】
そして、金属部材２における凹状部ｏを形成する位置に接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を連続発振によって照射する。
【００６７】
樹脂部材３と金属部材２との接合面ＢＰにレーザ光を照射することにより、レーザ光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ｏに充填される。本実施形態では、接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を走査手段１２によって走査させるとともにレーザ光を連続発振させているので、金属部材２内の熱が拡散されて温度低下することを防ぎ、効率よく金属部材２を蓄熱させて温度を高めることができる。
【００６８】
１つ目の凹状部ｏに樹脂部材３を充填した後、２つ目の凹状部ｏに樹脂部材３を充填する。ここで、２つ目の凹状部ｏの位置が、走査範囲Ａ内に入っている場合は、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させさせるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏに樹脂部材３を充填する。一方、走査範囲Ａ内に入っていない場合は、位置調整手段１３によってステージ１４ａを走査範囲Ａ内に移動させた後に、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏに樹脂部材３を充填する。
【００６９】
上述した工程を、凹状部ｏの個数分、繰り返し行う（図７は、３つ目の凹状部ｏに樹脂部材３を充填している状態を模式的に説明している。）
このようにして、接合工程では、凹状部形成工程において接合面ＢＰに対して垂直方向に形成された凹状部ｏ内に、樹脂部材３を充填することによって金属部材２と樹脂部材３とを反射光によるエネルギー損失を抑制して接合させた接合構造体１（図８参照）を製造することができる。
【００７０】
また、凹状部ｏに樹脂部材３を充填している間も位置調整手段１３によってレーザ光の焦点位置が調節されるため、焦点距離のずれによる接合ばらつきが低減された接合構造体１を製造することができる。
【００７１】
また、接合面ＢＰに対して垂直方向に形成された凹状部ｏ内に、樹脂部材３が充填されるので、図１５Ｂの従来技術のような凹状部ｏが形成されている方向が一方向に揃っているものと比較してアンカー効果を高めることできる。従って、金属部材２と樹脂部材３との接合強度を向上させた接合構造体１を製造することができる。これについては、第１実施形態の実験例にて詳述する。
【００７２】
なお、接合工程における接合用レーザの照射条件の一例を以下に記載する。
【００７３】
＜接合用レーザ照射条件＞
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
【００７４】
−第１実施形態の実験例−
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接合強度の評価について、本発明に係る実施例と、比較例とを比較しながら説明する。なお、実施例の接合構造体及び比較例の接合構造体ともに、樹脂部材の材料はＰＭＭＡとし、金属部材の材料はＳＵＳ３０４とした。
【００７５】
本発明に係る実施例では、上述した凹状部形成工程及び接合工程を行って接合構造体を製造した（例えば図６参照）。
【００７６】
また、比較例では、上述した凹状部形成工程において、金属部材における接合面に対して垂直に加工用レーザを照射していない（例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂ参照）。すなわち、比較例の接合構造体は、図１５Ａ及び図１５Ｂで説明したとおり、金属部材に対してレーザ光を照射すると反射光Ｒが発生しており、この反射光Ｒに相当するレーザ光のエネルギー分の損失が生じるため、金属部材の凹状部が設定よりも浅く加工されている。
【００７７】
また、比較例の接合構造体では、各凹状部が形成される方向が一方向に揃っている。すなわち、金属部材において接合面に対して凹状部の形成角度が一定となっていない。
【００７８】
上述した実施例に係る接合構造体及び比較例に係る接合構造体の接合強度の評価は、エスペック製の冷熱衝撃装置ＴＳＤ−１００による熱衝撃試験によって評価した。具体的には、−４０℃の環境下で３０分、８５℃の環境下で３０分という１サイクル１時間の熱衝撃を、接合界面が剥離に至るまで実施例および比較例に加え続けた。
【００７９】
接合界面が剥離に至った否かの確認は、１００、２５０、５００、７５０、１０００、１５００サイクル（回）の熱衝撃を加えた後にそれぞれ行った。そして、或るサイクルで接合界面が剥離に至った場合には、その前の接合界面の剥離が確認されなかったサイクルを熱衝撃試験耐性として採用した。例えば、接合界面の剥離が１０００回の熱衝撃を加えた後に確認された場合には、その前の７５０回を熱衝撃試験耐性とした。実施例および比較例について得られた熱衝撃試験耐性を表１に示す。
【００８０】
【表１】
2016165746.tif 000003
【００８１】
上記評価結果より、本発明に係る実施例の接合構造体は、冷熱衝撃試験を１５００サイクル行った後に剥離が確認されたので、冷熱衝撃試験耐性は１０００サイクルであった。
【００８２】
一方で、比較例の接合構造体は、冷熱衝撃試験を５００サイクル行った後に剥離が確認されたので、冷熱衝撃試験耐性は２５０サイクルであった。
【００８３】
以上により、本発明に係る接合構造体は、従来技術と比較して、冷熱衝撃試験耐性が向上していることを確認することができた。
【００８４】
−第２実施形態−
接合構造体の製造方法の第２実施形態を図９〜１４を参照しながら説明する。図９及び図１０は、接合構造体の製造方法における凹状部形成工程を説明する説明図、図１１〜図１３は、接合構造体の製造方法における接合工程を説明する説明図、図１４は、接合構造体の斜視図である。
【００８５】
本実施形態は、前述した第１実施形態と、金属部材及び樹脂部材の形状が異なるだけであるので、以下、その相違点に関連する事項について説明し、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。
【００８６】
本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、第１部材に第２部材を対峙させて接合する接合構造体の製造方法であって、凹状部形成工程と、接合工程と、を備えている。
【００８７】
第１部材（金属部材２´）における後述する第２部材（樹脂部材３´）と対峙される面（接合面ＢＰ´）は、凸形状であり、本実施形態の凸形状は、中央部が膨出された方形状の膨出部Ｂ´を備えている。また、膨出部Ｂ´の側周面は、傾斜面ＴＰ´とされている。
【００８８】
樹脂部材３´における金属部材２´と対峙される面は、前述した金属部材２´の膨出部Ｂ´に対応した凹形状である。
【００８９】
以下、本実施形態に係る接合構造体の製造方法の各工程について説明する。
【００９０】
・凹状部形成工程
まず、金属部材２´を回転手段１４のステージ１４ａに載置する。そして、本実施形態では、まず最初に、走査手段１２の走査範囲Ａを超える位置における金属部材２´の接合面ＢＰ´に凹状部ｏを形成するため、位置調整手段１３によって、凹状部ｏを形成する位置が走査範囲Ａ内に入るように、ステージ１４ａを移動させる。
【００９１】
次に、回転軸１４ｂによって、金属部材２´の接合面ＢＰに対して垂直に加工用レーザ１１ａからのレーザ光が照射されるように、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させる（図９参照）。本実施形態では、まず最初に、金属部材２´の略水平面に凹状部ｏを形成するため、金属部材２´に対して垂直にレーザ光が照射されるように、ステージ１４ａを回転軸１４ｂによって微調整する。
【００９２】
次に、位置調整手段１３によって、加工用レーザ１１ａから照射されるレーザ光の焦点位置を、金属部材２´の接合面ＢＰ´に位置調節する。すなわち、ステージ１４ａを上下動させる。
【００９３】
そして、金属部材２´における凹状部ｏを形成する位置に加工用レーザ１１ａからのレーザ光としてパルス光（好ましくはサブパルス光）を照射する。
【００９４】
１つ目の凹状部ｏを形成後、金属部材２´に２つ目の凹状部ｏを形成する。ここで、２つ目の凹状部ｏの形成する位置が、走査手段の走査範囲内に入っている場合は、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏの形成を行う。一方、走査範囲内に入っていない場合は、位置調整手段１３によって、ステージ１４ａを走査範囲内に移動させた後に、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏの形成を行う。
【００９５】
上述した工程を、凹状部ｏを形成する個数分、繰り返し行う（図１０は、２つ目の凹状部ｏを形成している状態を模式的に説明している。）
【００９６】
・接合工程
接合工程は、金属部材２´と樹脂部材３´とを互いに接合する工程であり、上述した接合用レーザ１１ｂを備えたレーザ装置を用いて行われる。
【００９７】
本実施形態では、接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を、透光性の樹脂部材３´と金属部材２´との接合面ＢＰ´に照射させ、金属部材２´を加熱させることにより金属部材２´と接触している樹脂部材３´に熱を伝え、樹脂部材３´を溶融させて接合させる方法について説明する。
【００９８】
まず、ステージ１４ａに載置された金属部材２´の接合面ＢＰ´に、樹脂部材３´を載置する（図１１参照）。まず最初に、走査手段１２の走査範囲を超える位置における金属部材２´の凹状部ｏに樹脂部材３´を充填するため、位置調整手段１３によって、凹状部ｏが形成された位置が走査範囲内に入るように、ステージ１４ａを移動させる。
【００９９】
次に、回転軸１４ｂによって、金属部材２´の接合面ＢＰ´に対して垂直に接合用レーザ１１ｂからのレーザ光が照射されるように、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させる。本実施形態では、まず最初に、金属部材２´の略水平面の凹状部ｏに樹脂部材３´を充填するため、樹脂部材３´に対して垂直にレーザ光が照射されるように、ステージ１４ａを回転軸１４ｂによって微調整する（図１２参照）。
【０１００】
次に、位置調整手段１３によって、接合用レーザ１１ｂから照射されるレーザ光の焦点位置を、金属部材２´の接合面ＢＰ´に位置調節する。すなわち、ステージ１４ａを上下動させる。
【０１０１】
そして、金属部材２´における凹状部ｏを形成する位置に接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を連続発振によって照射する。
【０１０２】
樹脂部材３´と金属部材２´との接合面ＢＰ´に接合用レーザ１１ｂからのレーザ光を照射することにより、レーザ光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ｏに充填される。
【０１０３】
１つ目の凹状部ｏに樹脂部材３´を充填した後、２つ目の凹状部ｏに樹脂部材３´を充填する。ここで、２つ目の凹状部ｏの位置が、走査手段の走査範囲内に入っている場合は、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させさせるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏに樹脂部材３を充填する。一方、走査範囲内に入っていない場合は、位置調整手段１３によってステージ１４ａを走査範囲内に移動させた後に、上述したとおり、回転軸１４ｂによってステージ１４ａを回転させるとともに位置調整手段１３によって昇降させて、凹状部ｏに樹脂部材３´を充填する。
【０１０４】
上述した工程を、凹状部ｏの個数分、繰り返し行う（図１３は、２つ目の凹状部ｏに樹脂部材３´を充填している状態を模式的に説明している。）
【０１０５】
以上により、接合工程では、凹状部形成工程において接合面ＢＰ´に対して垂直方向に形成された凹状部ｏ内に、樹脂部材３´を充填することによって金属部材２´と樹脂部材３´とを接合した接合構造体１´を製造することができる（図１４参照）。
【０１０６】
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。例えば、第１部材を熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂とし、第２部材を金属としてもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１０    レーザ装置
１１ａ  加工用レーザ
１１ｂ  接合用レーザ
１２    走査手段
１３    位置調整手段
１４    回転手段
１４ａ  ステージ
１４ｂ  回転軸
２      金属部材
３      樹脂部材
Ｏ      凹状部
ｔ      突出部
ＢＰ    接合面
Ｂ      膨出部
ＴＰ    傾斜面
【図１】
2016165746.tif 000004
【図２】
2016165746.tif 000005
【図３】
2016165746.tif 000006
【図４】
2016165746.tif 000007
【図５】
2016165746.tif 000008
【図６】
2016165746.tif 000009
【図７】
2016165746.tif 000010
【図８】
2016165746.tif 000011
【図９】
2016165746.tif 000012
【図１０】
2016165746.tif 000013
【図１１】
2016165746.tif 000014
【図１２】
2016165746.tif 000015
【図１３】
2016165746.tif 000016
【図１４】
2016165746.tif 000017
【図１５Ａ】
2016165746.tif 000018
【図１５Ｂ】
2016165746.tif 000019