JP2016132182A - 接合構造体の製造方法及び接合構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに接合される第１部材及び第２部材を、接圧治具等の押圧装置を用いずに押圧させて接合できる接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供する。
【解決手段】第１部材２と、第２部材３と、が接合領域ＢＦで接合され、第２部材３には、第１部材２と係合させることによって第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合部３０が備えられた接合構造体１の製造方法であって、第１部材２の表面と第２部材３とを隣接配置させるとともに、押圧係合部３０によって第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合工程と、第１部材２における、第２部材３によって押圧された領域にレーザを照射して、第１部材２と第２部材３とを互いに接合する接合工程と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、接合構造体の製造方法及び接合構造体に関する。

従来、異なる材料からなる第１部材および第２部材が接合された接合構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、レーザ光に対して透過特性を有する熱可塑性樹脂と、吸収特性を有する熱可塑性樹脂と、を接圧治具で挟み込む工程と、両樹脂の表面を接圧治具で押圧して位置決めする工程と、透過特性を有する熱可塑性樹脂側からレーザ光を照射して、吸収特性を有する熱可塑性樹脂を加熱することによって、これらの両樹脂を溶着して接合する接合工程と、を備えた接合方法が開示されている。

特開２００４−２２３７１９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された接合方法では、両樹脂を接合工程によってレーザで接合する前に、両樹脂を接圧治具で挟み込んで、両樹脂の表面を接圧治具で押圧する必要がある。そのため、例えば、両樹脂の表面に構造物が形成されている場合や、両樹脂の表面の形状が接圧治具で押圧できない形状である場合等は、接圧治具によって両樹脂を押圧することができないため、両樹脂を接合することが困難であった。

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、互いに接合される第１部材及び第２部材を、接圧治具等の押圧装置を用いずに押圧させて接合できる接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供することにある。

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。

本発明に係る接合構造体の製造方法は、第１部材と、第２部材と、が接合領域で接合された接合構造体の製造方法であって、前記第１部材の表面と前記第２部材とを隣接配置させるとともに、前記第２部材に設けられた押圧係合部によって、前記接合領域で前記第２部材を前記第１部材に押圧させる押圧係合工程と、前記接合領域にレーザを照射して、前記第１部材と前記第２部材とを互いに接合する接合工程と、が備えられたことを特徴とする。

なお、本明細書では、便宜上、押圧係合工程において第１部材と第２部材とを隣接配置した際に、第１部材における第２部材と対峙する面を表面とし、その反対面を裏面とする。

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、前記押圧係合部が挿入される貫通孔が備えられており、前記押圧係合工程では、前記貫通孔に前記押圧係合部を挿入させることによって、前記第２部材と前記第１部材とを係合させてもよい。

また、上記接合構造体の製造方法であって、前記押圧係合部は、前記第１部材の裏面外周部と当接して係合させるものであり、前記押圧係合工程では、前記押圧係合部を前記第１部材の裏面外周部に当接させることによって、前記第２部材と前記第１部材とを係合させてもよい。

また、上記接合構造体の製造方法であって、前記押圧係合工程の前に、前記第１部材の前記接合領域に、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たていてもよい。

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。

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。

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。

また、上記接合構造体の製造方法であって、前記押圧係合部は、前記第２部材から突設されており、前記押圧係合部において、前記第２部材からの突設位置から前記第１部材の裏面と接触される位置までの長さは、前記第１部材の厚みよりも短く設計されていてもよい。

また、上記接合構造体の製造方法であって、前記押圧係合部が前記第１部材の裏面と接触している領域の領域長は、前記接合領域の領域長と、略等しく設計されていてもよい。

また、本発明に係る接合構造体は、上記接合構造体の製造方法で製造されたことを特徴とする。

本発明によれば、互いに接合される第１部材及び第２部材を、接圧治具等の押圧装置を用いずに押圧させて接合できる接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供できる。

本発明に係る接合構造体の製造方法における押圧係合工程の第１実施形態を説明する説明図である。 本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程の第１実施形態を説明する説明図である。 本発明に係る接合構造体の第１実施形態を示す図であって、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、平面図、（ｃ）は、底面図である。 本発明に係る接合構造体おける押圧係合部の変形例を示す断面図である。 本発明に係る接合構造体おける押圧係合部の他の変形例を示す断面図である。 本発明に係る接合構造体の第１実施形態の実施例を示す図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図である。 本発明に係る接合構造体の製造方法における押圧係合工程の第２実施形態を説明する説明図である。 本発明に係る接合構造体の製造方法における接合工程の第２実施形態を説明する説明図である。 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。 本発明に係る接合構造体の第２実施形態の実施例を示す図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図である。

（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１〜６を参照しながら説明する。

図１は、押圧係合工程を説明する説明図、図２は、接合工程を説明する説明図、図３は、接合構造体の第１実施形態を示す図であって、（ａ）は、断面図、（ｂ）は、平面図、（ｃ）は、底面図、図４は、接合構造体おける押圧係合部の変形例を示す断面図、図５は、接合構造体おける押圧係合部の他の変形例を示す断面図、図６は、接合構造体の第１実施形態の実施例を示す図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図である。なお、断面図おいては、図面の見易さを考慮して断面のハッチングを省略する。

−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。

本実施形態の接合構造体１は、第１部材２と、第２部材３と、が接合領域ＢＦで接合され、第２部材３には、第１部材２と係合させることにより、接合領域ＢＦで、第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合部３０が備えられている（例えば、図３（ａ）〜（ｃ）参照）。

第１部材２は金属であり、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。

第１部材２（金属）には、貫通孔２３が形成されている（例えば、図１参照）。貫通孔２３の開口径の大きさは、後述する第２部材３（可撓性の樹脂）の押圧係合部３０を挿入させることが可能な程度である。また、貫通孔２３の形状は、押圧係合部３０が挿入されて第２部材３を第１部材２に押圧させるため、押圧力を均等にする観点から円形状が好ましいが、この形状に限られるものではない。

第１部材２の表面の貫通孔２３の周囲は、接合領域ＢＦとされており、接合領域ＢＦには、開口を有する凹状部２１が複数形成されている（例えば、図３（ａ）、（ｂ）参照）。図示例では、凹状部２１は、断面的に見てほぼ円形の非貫通孔であるが、この形状に限定されるものではない。

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。

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。

凹状部２１には、後述する第２部材３が充填されることにより、第１部材２と第２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に第２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第１部材２と第２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。

第２部材３は、レーザを透過する可撓性の樹脂であり、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。

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。

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。

第２部材３には、第１部材２と係合させることにより、接合領域ＢＦで第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合部３０が備えられている（例えば図１参照）。本実施形態では、押圧係合部３０が、第２部材３の中央付近に突設されているが、押圧係合部３０が突設されている位置は、この例に限られない。また、押圧係合部３０の数も１個に限られるものではなく、複数形成されていてもよい。

押圧係合部３０は、第１部材２と係合する鉤部３２と、鉤部３２と第２部材３とを結ぶ連結部３１と、から構成されている。

鉤部３２は、押圧係合部３０を貫通孔２３に挿入する際に、挿入しやすくガイドするものであり、図示例では、円錐形状である（図３（ａ）参照）。また、図示例の鉤部３２の長さＬＦは、接合領域ＢＦの領域長と、略等しく設計されている。すなわち、押圧係合部３０が第１部材２の裏面と接触している領域の領域長は、接合領域ＢＦの領域長と、略等しく設計されている。

鉤部３２の角部ｒは丸角とされている。このように、鉤部３２の角部ｒを丸角とすることにより、角部が鋭角である場合と比較して、角部のバリの影響、成型制度の影響（角部の形状出来栄え、つまり均等な押圧に必要な平面度に関する精度）等による押圧ばらつきを減少することができる。すなわち、後述する接合構造体１の製造方法の押圧係合工程において、第２部材３を第１部材２に押圧させやすくすることができる。

連結部３１は、貫通孔２３と密着するものであり、図示例では、円柱形状である。連結部３１の長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されている（例えば、図１参照）。すなわち、押圧係合部３０における、第２部材３からの突設位置から第１部材２の裏面と接触される位置までの長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されている。

なお、押圧係合部３０の形状は、図４に示すように押圧係合部３０の中央部が割れている割ピン形状や、図５に示すように鉤部３２が平頭のリベット形状であってもよい。

なお、本実施形態では、第１部材２を、金属として説明したが、この例に限られず、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂としてもよい。第１部材２に熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂を用いた場合は、後述する接合構造体１の製造方法の接合工程において、接合領域ＢＦに向けてレーザを照射した際に、第１部材２及び第２部材３が互いに溶融されて接合されるため、第１部材２に凹状部２１を設けなくても第１部材２と第２部材３とを接合することができる。なお、第１部材２に熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂を用いた場合であっても凹状部２１を設けてもよく、凹状部２１に突出部２２を設けた場合は、アンカー効果により、より強固に第１部材２と第２部材３とを接合することができる。

−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。

本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧係合工程と、接合工程と、を備える。以下、各工程について説明する。

・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、第１部材２の表面の接合領域ＢＦに、第２部材３が充填される凹状部２１を形成する工程である。なお、本実施形態では、第１部材２を金属とし、第２部材３を樹脂として説明する。

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。

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、断面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、第１部材２の表面に複数形成される（例えば、図３（ｂ）参照）。

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又は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。

具体的には、第１部材２にレーザが照射されると、第１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、溶融された第１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、溶融された第１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。

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。

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。

・押圧係合工程
押圧係合工程は、第１部材２の表面と第２部材３とを隣接配置させるとともに、押圧係合部３０によって第２部材３を第１部材２に押圧させる工程である。

具体的には、第１部材２に設けられた貫通孔２３に、押圧係合部３０の鉤部３２を弾性変形させながら挿入する。ここで、上述したとおり、本実施形態（図２参照）では、長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されており、押圧係合部３０を貫通孔２３に挿入すると、第２部材３の上面が凹面となるように撓んで弾性変形されるので、長さｌと厚みｔの差分に起因する押圧力を、第２部材３は第１部材２に対して掛けることができる。

なお、押圧係合部３０の鉤部の長さＬＦは、接合領域ＢＦの領域長と、略等しい。

以上により、第２部材３と第１部材２とを押圧係合させることができる。

・接合工程
接合工程は、接合領域ＢＦにレーザを照射して、第１部材２と第２部材３とを互いに接合する工程である。具体的には、配置工程において、第１部材２と第２部材３とを押圧して接触させた後、接合用のレーザを第１部材２の表面に向けて照射する。

ここで、レーザ照射は、第２部材３（樹脂）がレーザ透過性を有する場合は、第２部材３側からレーザを照射してもよいし、第１部材２（金属）側からレーザを照射してもよい。一方で、第２部材３（樹脂）がレーザ透過性を有しない場合は、第１部材２（金属）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。

レーザを第１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第１部材２で熱に変換され、第１部材２の表面の温度が高くなる。これにより、第１部材２の表面近傍の第２部材３が溶融され、その第２部材３が凹状部２１に充填される。これとともに、前述した押圧係合工程で弾性変形している第２部材３は、第２部材３の溶融により弾性変形が緩和される。すなわち、第２部材３の上面の凹面形状が緩和される。

その後、第２部材３が固化されることにより、第２部材３が第１部材２に接合された接合構造体１を製造できる（図３（ａ）参照）。

ここで、第１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、第１部材２の温度が上昇し、より効果的に第２部材３と第１部材２とを接合することができる。

なお、本実施形態では、第１部材２を、金属として説明したが、この例に限られず、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂としてもよい。第１部材２に熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂を用いた場合は、接合工程において接合領域ＢＦに向けてレーザを照射した際に、第１部材２及び第２部材３が互いに溶融して接合されるため、第１部材２に凹状部２１を設けなくても第１部材２と第２部材３とを接合することができる（すなわち、凹状部形成工程を行わなくてもよい）。なお、第１部材２に凹状部２１を設けた場合（すなわち、凹状形成工程を行った後に、押圧係合工程及び接合工程を行った場合）は、アンカー効果により、より強固に第１部材２と第２部材３とを接合することができる。

−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６を参照しながら説明する。

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を実施例１−１及び１−２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。

なお、第１部材及び第２部材の大きさは、互いに長さ１００ｍｍ、幅２９ｍｍ、厚み３ｍｍとしたが、第１部材の材質及び第２部材の材質は、後述する表１に示すとおりである。

また、第１部材がＳＵＳ３０４で、第２部材がＰＭＭＡ（三菱レイヨン製のアクリライト（登録商標））の場合に、接合工程に用いたレーザは、半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、レーザ出力は３０Ｗ、焦点径は４ｍｍ、走査速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。

また、第１部材がＰＢＴ（ウィンテックポリマー製のジェラネックス（登録商標）３３１６）で、第２部材がＰＭＭＡの場合に、接合工程に用いたレーザは、半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、レーザ出力は１Ｗ、焦点径は４ｍｍ、走査速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。

また、第１部材がＳＵＳ３０４の場合に、凹状部形成工程で用いたレーザは、ファイバレーザであり、波長が１０６２ｎｍ、発振モードはパルス発振（周波数１０ｋＨｚ）、レーザ出力は３．８Ｗ、走査速度は６５０ｍｍ／ｓｅｃ、走査回数は２０回、照射間隔は６５μｍ、サブパルス数は２０個とした。

また、第１部材がＰＢＴの場合に、凹状部形成工程で用いたレーザは、ファイバレーザであり、波長が１０６２ｎｍ、発振モードはパルス発振（周波数１０ｋＨｚ）、レーザ出力は３．８Ｗ、走査速度は６５０ｍｍ／ｓｅｃ、走査回数は２０回、照射間隔は６５μｍ、サブパルス数は２０個とした。

また、接合状態の評価は、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、剥離方向（垂直方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、試験後に第１部材と第２部材とが剥離したものを合否判定×、第１部材と第２部材とが剥離しなかったものを合否判定○として評価した。評価結果を表１に示す。

［比較例１−１］
比較例１−１の接合構造体は、第１部材をＳＵＳ３０４とし、第２部材をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材には押圧係合部を設けていない。

また、凹状部形成工程において第１部材に凹状部を形成し、接合工程において接合領域にレーザを照射することにより、第１部材の凹状部に第２部材を充填させて、第１部材と第２部材とを接合させた。

この接合構造体を、剥離方向（垂直方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材と第２部材とが剥離した。

［比較例１−２］
比較例１−２の接合構造体は、第１部材をＰＢＴとし、第２部材をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材には押圧係合部を設けていない。

また、凹状部形成工程において第１部材に凹状部を形成し、接合工程においてレーザを照射することにより、第１部材の凹状部に第２部材を充填させて、第１部材と第２部材とを接合させた。

この接合構造体を、剥離方向（垂直方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材と第２部材とが剥離した。

［実施例１−１］
実施例１−１の接合構造体１００は、第１部材２００をＳＵＳ３０４とし、第２部材３００をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第１部材２００に貫通孔（φ５ｍｍ）を２箇所形成し、貫通孔に対応させて第２部材３００に押圧係合部３１０を設けた。

また、凹状部形成工程において第１部材２００に凹状部を形成し、押圧係合工程によって第２部材３００を第１部材２００に押圧させ、接合工程において接合領域ＢＦ１にレーザを照射することにより、第１部材２００の凹状部に第２部材３００を充填させて、第１部材２００と第２部材３００とを接合領域ＢＦ１で接合させた。

この接合構造体１００について押圧係合部３１０の鉤部３２０を切除した後に、接合構造体１００を剥離方向（垂直方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材２００と第２部材３００とは剥離しなかった。

［実施例１−２］
実施例１−２の接合構造体１００は、第１部材２００をＳＵＳ３０４とし、第２部材３００をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第１部材２００に貫通孔を２箇所形成し、貫通孔に対応させて第２部材３００に押圧係合部３１０を設けた。

また、凹状部形成工程において第１部材２００に凹状部を形成し、押圧係合工程によって第２部材３００を第１部材２００に押圧させ、接合工程において接合領域ＢＦ１にレーザを照射することにより、第１部材２００の凹状部に第２部材３００を充填させて、第１部材２００と第２部材３００とを接合領域ＢＦ１で接合させた。

この接合構造体１００について押圧係合部３１０の鉤部３２０を切除した後に、接合構造体１００を剥離方向（垂直方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材２００と第２部材３００とは剥離しなかった。

以上、説明したとおり、第２部材３００には、押圧係合部３１０が備えられているので、押圧係合工程により、第２部材３００を第１部材２００に押圧させることができ、その後の接合工程によって、接合領域ＢＦ１にレーザを照射して第１部材２００と第２部材３００とが互いに位置決めされた状態で接合することができる。これにより、従来技術と異なり、接圧治具等の押圧装置を用いずに、第２部材３００と第１部材２００とを押圧させた状態で精度よく第１部材２００と第２部材３００とを接合することができる。

また、本実施形態では、押圧係合工程により、第１部材２００の貫通孔に、第２部材３００の押圧係合部３１０を挿入するだけで、第２部材３００を第１部材２００に押圧させることができるので、押圧係合工程を容易に行うことができる。

（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の製造方法について図７〜１０を参照しながら説明する。

図７は、接合構造体の製造方法における押圧係合工程の第２実施形態を説明する説明図、図８は、接合構造体の製造方法における接合工程の第２実施形態を説明する説明図、図９は、本発明に係る接合構造体の第２実施形態の断面図、図１０は、接合構造体の第２実施形態の実施例を示す図であって、（ａ）は、斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大断面図である。

なお、本実施形態は、接合構造体１の押圧係合部の構成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。

−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。

本実施形態の接合構造体１は、第１部材２と、第２部材３と、が接合領域ＢＦで接合され、第２部材３には、第１部材２と係合させることにより、接合領域ＢＦで、第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合部３０´が備えられた接合構造体１であって、本実施形態では、押圧係合部３０´は、第１部材２の裏面外周部と当接して係合させるものである。

第１部材２は金属であり、第１部材２の外周端部（第１部材２の表面の接合領域ＢＦ）には、第１部材２の表面に開口を有する凹状部２１が形成されている（例えば、図９参照）。図示例では、凹状部２１は、断面的に見てほぼ円形の非貫通孔であるが、この形状に限定されるものではない。

第２部材３は、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂であり、第１部材２と係合させることにより、接合領域ＢＦで第２部材３を第１部材２に押圧させる押圧係合部３０´が備えられている。本実施形態では、第２部材３の外周端部に押圧係合部３０´が形成されている。

押圧係合部３０´は、第１部材２と係合する鉤部３２´と、鉤部３２´と第２部材３とを結ぶ連結部３１´と、から構成されている。

鉤部３２´は、第１部材２の裏面外周部と当接するものである（図７及び図９参照）。図示例の鉤部３２´の長さＬＦは、接合領域ＢＦの領域長と、略等しく設計されている。すなわち、押圧係合部３０´が第１部材２の裏面と接触している領域の領域長は、接合領域ＢＦの領域長と、略等しく設計されている。

連結部３１´は、第１部材２の側面と当接するものである（図７及び図９参照）。図示例では、連結部３１´の長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されている。すなわち、押圧係合部３０´における、第２部材３からの突設位置から第１部材２の裏面と接触される位置までの長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されている。

なお、本実施形態では、第１部材２を、金属として説明したが、この例に限られず、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂としてもよい。第１部材２に熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂を用いた場合は、後述する接合構造体の製造方法の接合工程において、第１部材２及び第２部材３の接合領域ＢＦに向けてレーザを照射した場合、第１部材２及び第２部材３が互いに溶融されて接合されるため、第１部材２に凹状部２１を設けなくても第１部材２と第２部材３とを接合することができる。なお、第１部材２に凹状部２１を設けた場合は、アンカー効果により、より強固に第１部材２と第２部材３とを接合することができる。

−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。

本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧係合工程と、接合工程と、を備える。以下、各工程について説明する。

・凹状部形成工程
凹状部形成工程により、第１部材２の接合領域ＢＦに、第２部材３が充填される凹状部２１を形成する。上述したとおり、本実施形態では、凹状部２１は、第１部材２の表面の外周端部に形成する。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。

・押圧係合工程
押圧係合工程により、第１部材２の表面と第２部材３とを隣接配置させるとともに、押圧係合部３０によって第２部材３を第１部材２に押圧させる。

具体的には、鉤部３２´を弾性変形させながら第１部材２の裏面の外周端部に当接させる。ここで、上述したとおり、本実施形態（図８参照）では、長さｌは、第１部材２の厚みｔよりも短く設計されており、押圧係合部３０´を第１部材２の裏面の外周端部に当接させると、第２部材３の上面が凸面となるように撓んで弾性変形されるので、長さｌと厚みｔの差分に起因する押圧力を、第２部材３は第１部材２に対して掛けることができる。

以上により、第２部材３と第１部材２とを押圧係合させることができる。

・接合工程
接合工程により、接合領域ＢＦにレーザを照射して、第１部材２と第２部材３とを互いに接合する。

レーザを第１部材２の接合領域ＢＦに照射することにより、第１部材２の表面近傍の第２部材３が溶融され、その第２部材３が凹状部２１に充填される。これとともに、前述した押圧係合工程で弾性変形している第２部材３は、第２部材３の溶融により弾性変形が緩和される。すなわち、第２部材３の上面の凸面形状が緩和される。

その後、第２部材３が固化されることにより、第２部材３が第１部材２に接合された接合構造体１を製造できる（図９参照）。

なお、本実施形態では、第１部材２を、金属として説明したが、この例に限られず、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化樹脂としてもよい。第１部材２に熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂を用いた場合は、接合工程において、第１部材２及び第２部材３の接合領域ＢＦに向けてレーザを照射した際に、第１部材２及び第２部材３が互いに溶融して接合されるため、第１部材２に凹状部２１を設けなくても第１部材２と第２部材３とを接合することができる（すなわち、凹状部形成工程を行わなくてもよい）。なお、第１部材２に凹状部２１を設けた場合（すなわち、凹状形成工程を行った後に、押圧係合工程及び接合工程を行った場合）は、アンカー効果により、より強固に第１部材２と第２部材３とを接合することができる。

−接合構造体の実験例−
次に、上記した第２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１０を参照しながら説明する。

この実験例では、第２実施形態に対応する接合構造体の実施例を実施例２−１及び２−２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。

なお、第１部材及び第２部材の大きさは、互いに長さ１００ｍｍ、幅２９ｍｍ、厚み３ｍｍとしたが、第１部材の材質及び第２部材の材質は、表２に示すとおりである。

また、第１部材がＳＵＳ３０４で、第２部材がＰＭＭＡ（三菱レイヨン製のアクリライト（登録商標））の場合に、接合工程に用いたレーザは、半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、レーザ出力は３０Ｗ、焦点径は４ｍｍ、走査速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。

また、第１部材がＰＢＴ（ウィンテックポリマー製のジェラネックス（登録商標）３３１６）で、第２部材がＰＭＭＡの場合に、接合工程に用いたレーザは、半導体レーザであり、波長が８０８ｎｍ、発振モードは連続発振、レーザ出力は１Ｗ、焦点径は４ｍｍ、走査速度は１ｍｍ／ｓｅｃとした。

また、第１部材がＳＵＳ３０４の場合に、凹状部形成工程で用いたレーザは、ファイバレーザであり、波長が１０６２ｎｍ、発振モードはパルス発振（周波数１０ｋＨｚ）、レーザ出力は３．８Ｗ、走査速度は６５０ｍｍ／ｓｅｃ、走査回数は２０回、照射間隔は６５μｍ、サブパルス数は２０個とした。

また、第１部材がＰＢＴの場合に、凹状部形成工程で用いたレーザは、ファイバレーザであり、波長が１０６２ｎｍ、発振モードはパルス発振（周波数１０ｋＨｚ）、レーザ出力は３．８Ｗ、走査速度は６５０ｍｍ／ｓｅｃ、走査回数は２０回、照射間隔は６５μｍ、サブパルス数は２０個とした。

また、接合状態の評価は、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（水平方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、試験後に第１部材と第２部材とが剥離したものを合否判定×、第１部材と第２部材とが剥離しなかったものを合否判定○として評価した。評価結果を表２に示す。

［比較例２−１］
比較例２−１の接合構造体は、第１部材をＳＵＳ３０４とし、第２部材をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材には押圧係合部を設けていない。

また、凹状部形成工程において第１部材に凹状部を形成し、接合工程において接合領域にレーザを照射することにより、第１部材の凹状部に第２部材を充填させて、第１部材と第２部材とを接合させた。

この接合構造体を、せん断方向（水平方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材と第２部材とが剥離した。

［比較例２−２］
比較例２−２の接合構造体は、第１部材をＰＢＴとし、第２部材をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材には押圧係合部を設けていない。

また、凹状部形成工程において第１部材に凹状部を形成し、接合工程においてレーザを照射することにより、第１部材の凹状部に第２部材を充填させて、第１部材と第２部材とを接合させた。

この接合構造体を、せん断方向（水平方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材と第２部材とが剥離した。

［実施例２−１］
実施例２−１の接合構造体１００´は、第１部材２００´をＳＵＳ３０４とし、第２部材３００´をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材３００´には、第１部材２００´と係合させることによって第２部材を第１部材に押圧させる押圧係合部３１０´（幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍ）が設けられている。

また、凹状部形成工程において第１部材２００´に凹状部を形成し、押圧係合工程によって第２部材３００´を第１部材２００´に押圧させ、接合工程において接合領域ＢＦ２にレーザを照射することにより、第１部材２００´の凹状部に第２部材３００´を充填させて、第１部材２００´と第２部材３００´とを接合領域ＢＦ２で接合させた。

この接合構造体１００´を、せん断方向（水平方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材２と第２部材３とは剥離しなかった。

［実施例２−２］
実施例２−２の接合構造体１００´は、第１部材２００´をＰＢＴとし、第２部材３００´をＰＭＭＡ樹脂とするとともに、第２部材３００´には、第１部材２００´と係合させることによって第２部材３００´を第１部材２００´に押圧させる押圧係合部３１０´（幅５ｍｍ、長さ１５ｍｍ）が設けられている。

また、凹状部形成工程において第１部材２００´に凹状部を形成し、押圧係合工程によって第２部材３００´を第１部材２００´に押圧させ、接合工程において接合領域ＢＦ２にレーザを照射することにより、第１部材２００´の凹状部に第２部材３００´を充填させて、第１部材２００´と第２部材３００´とを接合領域ＢＦ２で接合させた。

この接合構造体１００´を、せん断方向（水平方向）に引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った結果、第１部材２００´と第２部材３００´とは剥離しなかった。

以上、説明したとおり、第２部材３００´には、押圧係合部３１０´が備えられているので、押圧係合工程により、第２部材３００´を第１部材２００´に押圧させることができ、その後の接合工程によって、接合領域ＢＦ２にレーザを照射して第１部材２００´と第２部材３００´とが互いに位置決めされた状態で接合することができる。これにより、従来技術と異なり、接圧治具等の押圧装置を用いずに、第２部材３００´と第１部材２００´とを押圧させた状態で精度よく第１部材２００´と第２部材３００´とを接合することができる。

また、第２部材３００´の押圧係合部３１０´は、第１部材２００´の裏面外周部と当接して係合させるものであるので、押圧係合工程により、第１部材２００´の裏面外周部に、第２部材３００´の押圧係合部３１０´を当接させるだけで、第２部材３００´を第１部材２００´に押圧させることができる。したがって、押圧係合工程を容易に行うことができる。

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。

１、１００、１００´ 接合構造体
２、２００、２００´ 第１部材
２１ 凹状部
２２ 突出部
２３ 貫通孔
３、３００、３００´ 第２部材
３０、３０´、３１０ 押圧係合部
３１、３１´ 連結部
３２、３２´ 鉤部
ｒ 角部
ＢＦ、ＢＦ１、ＢＦ２ 接合領域

Claims (10)

1. 第１部材と、第２部材と、が接合領域で接合された接合構造体の製造方法であって、
   前記第１部材の表面と前記第２部材とを隣接配置させるとともに、前記第２部材に設けられた押圧係合部によって、前記接合領域で前記第２部材を前記第１部材に押圧させる押圧係合工程と、
   前記接合領域にレーザを照射して、前記第１部材と前記第２部材とを互いに接合する接合工程と、
   が備えられたことを特徴とする接合構造体の製造方法。
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、
   前記第１部材には、前記押圧係合部が挿入される貫通孔が備えられており、
   前記押圧係合工程では、前記貫通孔に前記押圧係合部を挿入させることによって、前記第２部材と前記第１部材とを係合させることを特徴とする接合構造体の製造方法。
3. 請求項１に記載された接合構造体の製造方法であって、
   前記押圧係合部は、前記第１部材の裏面外周部と当接して係合させるものであり、
   前記押圧係合工程では、前記押圧係合部を前記第１部材の裏面外周部に当接させることによって、前記第２部材と前記第１部材とを係合させることを特徴とする接合構造体の製造方法。
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、
   前記押圧係合工程の前に、前記第１部材の前記接合領域に、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たことを特徴とする接合構造体の製造方法。
5. 請求項４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。
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。
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。
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であって、
   前記押圧係合部は、前記第２部材から突設されており、
   前記押圧係合部において、前記第２部材からの突設位置から前記第１部材の裏面と接触される位置までの長さは、前記第１部材の厚みよりも短く設計されていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
9. 請求項１〜８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、
   前記押圧係合部が前記第１部材の裏面と接触している領域の領域長は、前記接合領域の領域長と、略等しく設計されていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法で製造された接合構造体。

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