JP2014159133A

JP2014159133A - 結合方法

Info

Publication number: JP2014159133A
Application number: JP2013031133A
Authority: JP
Inventors: Taiga Saito; 大賀齋藤
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】第一部材に熱可塑性を有する第二部材を簡単かつ確実に結合させる。
【解決手段】第二部材２が結合される第一部材１の結合面１ａに、当該結合面１ａ側よりも奥側の方が広い穴１ｃを形成する穴形成工程（Ｓ１）と、第一部材１の結合面１ａに第二部材２を積層する積層工程（Ｓ２）と、第一部材１の穴１ｃと対向する第二部材２の溶融対象部分Ａにレーザーを照射して溶融対象部分Ａを溶融する溶融工程（Ｓ３）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二つの部材を結合する結合方法に関する。

従来、金属製等の部材に熱可塑性を有する樹脂製の部材を結合する結合方法として、インサート成形などの射出成形や、特許文献１に記載された方法がある。

特許第４７７１３８７号公報

しかしながら、射出成形により樹脂部材と金属部材とを結合する方法は、複雑な製造工程を経る必要があるため、簡単に結合することができない。

また、特許文献１に記載された方法は、樹脂部材と金属部材との接合面をレーザーで加熱して樹脂部材と金属部材とを接合するだけであるため、樹脂部材と金属部材とが剥離しやすい。

そこで本発明は、第一部材に熱可塑性を有する第二部材を簡単かつ確実に結合させることができる結合方法を提供することを目的とする。

本発明に係る結合方法は、第一部材に熱可塑性を有する第二部材を結合する結合方法であって、第二部材が結合される第一部材の結合面に、当該結合面側よりも奥側の方が広い穴を形成する穴形成工程と、第一部材の結合面に第二部材を積層する積層工程と、穴と対向する第二部材の溶融対象部分にレーザーを照射して溶融対象部分を溶融する溶融工程と、を備える。

本発明に係る結合方法によれば、第二部材の溶融対象部分にレーザーを照射して溶融対象部分を溶融すると、この溶融した樹脂が膨張して第一部材の穴に入り込む。そして、この穴は、第二部材が積層される結合面側よりも奥側の方が広くなっているため、穴に入り込んだ樹脂は、冷却硬化することでアンカー効果により穴から抜けなくなる。これにより、第一部材に熱可塑性を有する第二部材を簡単かつ確実に結合することができる。

この場合、第二部材を、樹脂とすることが好ましい。これにより、第二部材を容易に溶融させることができるとともに、この溶融樹脂を第一部材の穴に入り込ませることができる。

また、第一部材の融点を、第二部材の融点よりも高くすることが好ましい。これにより、第一部材を溶融することなく第二部材のみを容易に溶融することができる。

また、溶融工程では、第二部材の第一部材とは反対側から溶融対象部分にレーザーを照射することが好ましい。これにより、溶融工程の作業性を向上することができる。

また、積層工程では、第二部材の第一部材とは反対側の面にレーザーが透過する透過部材を積層することが好ましい。これにより、溶融対象部分を溶融した際に、溶融樹脂が第一部材の反対側に膨張するのを防止することができるため、溶融樹脂を確実に第一部材の穴に入り込ませることができる。なお、レーザーの照射を第二部材の第一部材側から行う場合は、透過部材を用いなくてもよい。

また、穴形成工程において、穴を真円状に形成することが好ましい。これにより、第一部材に対して第二部材を回転させることができる。

本発明によれば、第一部材に熱可塑性を有する第二部材を簡単かつ確実に結合させることができる。

実施形態に係る結合方法を示すフローチャートである。穴形成工程において穴が形成された第一部材の平面図である。図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。積層工程において第一部材、第二部材及び透過部材が積層された状態を示す断面図である。溶融工程において溶融対象部分にレーザーを照射している状態を示す断面図である。溶融工程において第一部材と第二部材とが結合された状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る結合方法の好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る結合方法は、第一部材（第一層）に第二部材（第二層）を結合する結合方法である。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、実施形態に係る結合方法を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る結合方法は、第二部材が結合される第一部材の結合面に、当該結合面側よりも奥側の方が広い穴を形成する穴形成工程（Ｓ１）と、穴形成工程（Ｓ１）の後工程であって、第一部材の結合面に第二部材を積層するとともに第二部材の第一部材とは反対側の面にレーザーが透過する透過部材を積層する積層工程（Ｓ２）と、積層工程（Ｓ２）の後工程であって、第一部材の穴と対向する第二部材の溶融対象部分にレーザーを照射して溶融対象部分を溶融する溶融工程（Ｓ３）と、を備えている。

まず、穴形成工程（Ｓ１）について詳しく説明する。図２は、穴形成工程において穴が形成された第一部材の平面図である。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。

図２及び図３に示すように、第一部材１は、平板状に形成されており、第二部材と結合される結合面１ａと、当該結合面１ａと対向する非結合面１ｂと、が形成されている。そして、穴形成工程（Ｓ１）では、第一部材１の結合面１ａに、第二部材と結合するための穴１ｃを形成する。なお、第一部材１は、必ずしも平板状に形成される必要はなく、穴１ｃが形成されていれば、その形状を適宜変更することができる。

穴１ｃは、結合面１ａから非結合面１ｂ側に向けて形成し、結合面１ａ側よりも奥側の方を広くする。穴１ｃの形状としては、例えば、円錐台形状又は角錐台形状等のように結合面１ａから非結合面１ｂ側に向けて連続的に広がる形状としてもよく、結合面１ａから非結合面１ｂ側に向けて段階的に広がる形状としてもよい。また、穴１ｃの平面視における形状としては、例えば、真円形、楕円形又は多角形とすることができる。また、穴１ｃは、結合面１ａ側よりも奥側の方を広くすれば、穴１ｃは、第一部材１を貫通させてもよく、第一部材１を貫通させなくてもよい。

次に、積層工程（Ｓ２）について詳しく説明する。図４は、積層工程において第一部材、第二部材及び透過部材が積層された状態を示す断面図である。

図４に示すように、積層工程（Ｓ２）では、第一部材１の結合面１ａに第二部材２を積層し、第二部材２の第一部材１とは反対側の面に透過部材３を積層する。

第二部材２は、平板状に形成されており、第一部材１と結合される結合面２ａと、当該結合面２ａと対向する非結合面２ｂと、が形成されている。また、透過部材３は、平板状に形成されており、第二部材２と結合される当接面３ａと、当該当接面３ａと対向する非当接面３ｂと、が形成されている。そして、積層工程（Ｓ２）では、第一部材１の結合面１ａと第二部材２の結合面２ａとが密着するように、第二部材２を第一部材１に積層し、第二部材２の非結合面２ｂと透過部材３の当接面３ａとが密着するように、透過部材３を第二部材２に積層する。なお、第二部材２及び透過部材３は、必ずしも平板状に形成される必要はなく、第一部材１、第二部材２及び透過部材３を積層することができれば、その形状を適宜変更することができる。

ここで、第一部材１、第二部材２及び透過部材３の素材について詳しく説明する。

第一部材１は、如何なる素材で構成されたものであってもよい。例えば、第一部材１を、金属、ガラス、セラミック、樹脂等で構成されたものとすることができる。

第二部材２は、加熱すると溶融され冷却すると硬化する熱可塑性を有し、また、レーザーを透過することなくレーザーの照射により加熱される素材であれば、如何なる素材で構成してもよい。例えば、第二部材２を、樹脂で構成されたものとすることができる。この場合、第二部材２を構成する樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、メタクリル樹脂、アクリルポリアミド樹脂、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）樹脂、ポリカーネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアリルサルホン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。

透過部材３としては、レーザーを透過する素材であれば、如何なる素材で構成してもよい。例えば、透過部材３を構成する素材としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、メタクリル樹脂、アクリルポリアミド樹脂、エチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）樹脂、ポリカーネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアリルサルホン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー等が挙げられる。

そして、第一部材１の融点が第二部材２の融点よりも高くなるように、第一部材１と第二部材２の素材を設定することが好ましい。また、透過部材３の融点が第二部材２の融点以上となるように、第二部材２と透過部材３の素材を設定することが好ましい。

次に、溶融工程（Ｓ３）について詳しく説明する。図５は、溶融工程において溶融対象部分にレーザーを照射している状態を示す断面図である。図６は、溶融工程において第一部材と第二部材とが結合された状態を示す断面図である。

図５に示すように、溶融工程（Ｓ３）では、穴１ｃと対向する第二部材２の溶融対象部分Ａに、レーザー照射器４からレーザーを照射して溶融対象部分Ａを溶融する。溶融対象部分Ａは、平面視において穴１ｃと重なる部分をいう。この場合、平面視において、溶融対象部分Ａの中心と穴１ｃの中心とが略同一であることが好ましい。なお、溶融対象部分Ａは、平面視において、穴１ｃよりも小さくてもよく、穴１ｃと同一であってもよく、穴１ｃよりも大きくてもよい。また、溶融対象部分Ａにレーザーを照射するとは、レーザー照射器４から照射したレーザーの焦点を溶融対象部分Ａに合わせることをいう。

このとき、上述したように、第一部材１の融点を第二部材２の融点よりも高くしておくことで、第一部材１を溶融することなく第二部材２の溶融対象部分Ａのみを容易に溶融することができる。また、上述したように、透過部材３の融点を第二部材２の融点以上としておくことで、溶融対象部分Ａの溶融に伴い透過部材３が溶融するのを防止することができる。

また、レーザー照射器４によるレーザーの照射は、第二部材２の第一部材１とは反対側から、つまり、透過部材３側から行うことが好ましい。これにより、レーザーが第一部材１に照射されて第一部材１が加熱又は加熱溶融されるのが防止されるため、溶融工程の作業性を向上することができる。なお、レーザー照射器４によるレーザーの照射を第二部材２の第一部材１側から行う場合は、透過部材３を用いなくてもよい。

このようにして溶融対象部分Ａを溶融すると、図６に示すように、この溶融した樹脂２ｃが膨張して第一部材１の穴１ｃに入り込む。このとき、第二部材２の非結合面２ｂと透過部材３の当接面３ａとが密着するように第二部材２と透過部材３とが積層されているため、溶融した樹脂２ｃは、第一部材１側にのみ膨張して穴１ｃに入り込む。そして、溶融した樹脂２ｃが穴１ｃに入り込むと、レーザー照射器４からのレーザーの照射を停止し、この溶融した樹脂２ｃを冷却硬化させる。

すると、第一部材１の穴１ｃは、第二部材２が積層される結合面１ａ側よりも奥側である非結合面１ｂ側の方が広くなっているため、穴１ｃに入り込んで冷却硬化した樹脂２ｃは、アンカー効果により穴１ｃから抜けなくなる。これにより、第一部材１に対する第二部材２の結合が完了する。なお、溶融した樹脂２ｃが第一部材１の穴１ｃに入り込んだ後は、透過部材３を除去してもよく、透過部材３を第二部材２に積層した状態で保持してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る結合方法によれば、第一部材１に穴１ｃを形成し、第一部材１と第二部材２とを積層させた状態で第二部材２の溶融対象部分Ａをレーザーの照射により溶融させることで、第一部材に第二部材を簡単かつ確実に結合することができる。

また、穴１ｃを真円状に形成することで、第一部材１に第二部材２を結合させるだけでなく、第一部材１に対して第二部材２を回転させることもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、積層工程において、第二部材の第一部材とは反対側の面に透過部材を積層するものとして説明したが、レーザーの照射により溶融した樹脂を第一部材の穴に入り込ませることができれば、必ずしも透過部材を積層する必要はない。例えば、第二部材を第一部材の鉛直方向上方に積層し、溶融した樹脂を重力により鉛直方向下方に降下させることでも、この溶融した樹脂を第一部材の穴に入り込ませることができる。

１…第一部材、１ａ…結合面、１ｂ…非結合面、１ｃ…穴、２…第二部材、２ａ…結合面、２ｂ…非結合面、２ｃ…樹脂、３…透過部材、３ａ…当接面、３ｂ…非当接面、４…レーザー照射器、Ａ…溶融対象部分。

Claims

第一部材に熱可塑性を有する第二部材を結合する結合方法であって、
前記第二部材が結合される前記第一部材の結合面に、当該結合面側よりも奥側の方が広い穴を形成する穴形成工程と、
前記第一部材の前記結合面に前記第二部材を積層する積層工程と、
前記穴と対向する前記第二部材の溶融対象部分にレーザーを照射して前記溶融対象部分を溶融する溶融工程と、
を備える結合方法。
前記第二部材を、樹脂とする、
請求項１に記載の結合方法。
前記第一部材の融点を、前記第二部材の融点よりも高くする、
請求項１又は２に記載の結合方法。
前記溶融工程では、前記第二部材の前記第一部材とは反対側から前記溶融対象部分にレーザーを照射する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の結合方法。
前記積層工程では、前記第二部材の前記第一部材とは反対側の面にレーザーが透過する透過部材を積層する、
請求項４に記載の結合方法。
前記穴形成工程において、前記穴を真円状に形成する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の結合方法。