JP2016168598A - Processing method, manufacturing method of junction structure, and junction structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工方法、接合構造体の製造方法および接合構造体に関する。 The present invention relates to a processing method, a manufacturing method of a bonded structure, and a bonded structure.
従来、金属材料の表面に凹凸形状を形成する加工方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, the processing method which forms uneven | corrugated shape in the surface of a metal material is known (for example, refer patent document 1).
特許文献1の加工方法では、レーザスキャニング加工を繰り返し行うことにより、金属材料の表面に凹凸形状が形成される。そして、この加工方法によって得られた金属材料に異種材料が接合される場合には、異種材料が凹状部に入り込むことにより、アンカー効果が発揮されるので、金属材料と異種材料とを強固に安定した状態で接合することが可能である。
In the processing method of
しかしながら、特許文献1に記載された加工方法では、レーザスキャニング加工を繰り返し行う必要があることから、加工時間が長くなりやすいという問題点がある。
However, the processing method described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、加工時間の短縮を図ることが可能な加工方法、接合構造体の製造方法および接合構造体を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a processing method, a manufacturing method of a bonded structure, and a bonded structure capable of reducing the processing time. That is.
本発明による加工方法は、金属部材の表面に凹状部を形成する加工方法であり、加熱装置により金属部材を予熱する工程と、予熱された金属部材の表面にレーザ加工装置によりレーザを照射することによって凹状部を形成する工程とを備える。 The processing method according to the present invention is a processing method for forming a concave portion on the surface of a metal member, a step of preheating the metal member with a heating device, and irradiating a laser on the surface of the preheated metal member with a laser processing device. And a step of forming a concave portion.
上記加工方法において、加熱装置は、抵抗加熱、誘導加熱、レーザ加熱または赤外線加熱により金属部材を予熱するようにしてもよい。 In the above processing method, the heating device may preheat the metal member by resistance heating, induction heating, laser heating, or infrared heating.
上記加工方法において、金属部材の表面が予め設定された温度範囲になるように金属部材が予熱されていてもよい。なお、予め設定された温度範囲は、たとえば、下限値が金属部材の溶融温度に0.2を乗じた値であり、上限値が金属部材の溶融温度に0.8を乗じた値である。 In the above processing method, the metal member may be preheated so that the surface of the metal member is in a preset temperature range. The preset temperature range is, for example, a lower limit value obtained by multiplying the melting temperature of the metal member by 0.2, and an upper limit value obtained by multiplying the melting temperature of the metal member by 0.8.
上記加工方法において、レーザ加工装置により金属部材の表面に照射されるレーザは、1パルスが複数のサブパルスで構成されていてもよい。 In the above processing method, the laser irradiated on the surface of the metal member by the laser processing apparatus may be configured such that one pulse includes a plurality of subpulses.
本発明による接合構造体の製造方法は、金属部材および樹脂部材が接合された接合構造体の製造方法であり、加熱装置により金属部材を予熱する工程と、予熱された金属部材の表面にレーザ加工装置によりレーザを照射することによって凹状部を形成する工程と、金属部材の凹状部に樹脂部材を充填して固化させる工程とを備える。 The method for manufacturing a bonded structure according to the present invention is a method for manufacturing a bonded structure in which a metal member and a resin member are bonded, and includes a step of preheating the metal member with a heating device and laser processing on the surface of the preheated metal member. The method includes a step of forming a concave portion by irradiating a laser with an apparatus, and a step of filling the concave portion of the metal member with a resin member and solidifying the resin member.
本発明による接合構造体は、上記した接合構造体の製造方法によって製造されている。 The joint structure according to the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing a joint structure.
本発明の加工方法、接合構造体の製造方法および接合構造体によれば、加工時間の短縮を図ることができる。 According to the processing method, the manufacturing method of the bonded structure, and the bonded structure of the present invention, the processing time can be shortened.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態による接合構造体100について説明する。
First, with reference to FIG. 1, the
接合構造体100は、図1に示すように、金属部材1および樹脂部材2を備え、金属部材1および樹脂部材2が接合されている。なお、図1では、見やすさを考慮してハッチングを省略した。
As shown in FIG. 1, the
金属部材1の材料の一例としては、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。
As an example of the material of the
金属部材1の表面11には、接合領域(加工領域)Rに穿孔部12が形成され、その穿孔部12には、樹脂部材2が充填されて固化されている。これにより、金属部材1と樹脂部材2とがアンカー効果によって機械的に接合されている。なお、穿孔部12は、本発明の「凹状部」の一例である。
On the
穿孔部12は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材1の接合領域Rに複数形成されている。穿孔部12の内周面には、内側に突出する突出部13が形成されている。突出部13は、周方向における全長にわたって形成されており、環状に形成されている。なお、接合領域R(図3参照)は、たとえば平面的に見て矩形状に形成されている。
The
具体的には、穿孔部12は、深さ方向において表面11側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面11側から底部に向けて開口径が小さくなる縮径部とが連なるように形成されている。拡径部は、表面11側に配置され、曲線状に拡径するように形成されている。縮径部は、底部側に配置され、曲線状に縮径するように形成されている。すなわち、拡径部により突出部13が構成されている。
Specifically, the
穿孔部12の開放端の開口径は、30μm以上、100μm以下が好ましい。これは、開口径が30μmを下回ると、樹脂部材2の充填性が悪化してアンカー効果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、単位面積あたりの穿孔部12の数が減少してアンカー効果が低下する場合があるためである。
The opening diameter of the open end of the
また、穿孔部12の間隔(所定の穿孔部12の中心と、所定の穿孔部12と隣接する穿孔部12の中心との距離)は、200μm以下であることが好ましい。これは、穿孔部12の間隔が200μmを上回ると、単位面積あたりの穿孔部12の数が減少してアンカー効果が低下する場合があるためである。
Moreover, it is preferable that the space | interval (distance of the center of the
この穿孔部12は、たとえば加工用のレーザL1(図2参照)によって形成されている。なお、レーザL1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、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。
The
このような穿孔部12は、1パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザL1によって形成される。このレーザL1では、エネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部12を形成するのに好適である。このようなレーザL1を照射可能なレーザ加工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MX−Z2000またはMX−Z2050を挙げることができる。
Such a
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が拡散しやすくなり、穿孔部12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。
As processing conditions by the fiber laser marker, it is preferable that one period of the sub-pulse is 15 ns or less. This is because when one period of the sub-pulse exceeds 15 ns, energy is easily diffused due to heat conduction and it is difficult to form the
また、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、穿孔部12を形成しにくくなるためである。
Further, the number of subpulses of one pulse is preferably 2 or more and 50 or less. This is because when the number of subpulses exceeds 50, the output per unit of subpulses becomes small and it becomes difficult to form the
樹脂部材2は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であり、金属部材1の表面11に設けられるとともに、穿孔部12に充填されている。
The
上記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。 Examples of the thermoplastic resin include PVC (polyvinyl chloride), PS (polystyrene), AS (acrylonitrile styrene), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PMMA (polymethyl methacrylate), PE (polyethylene), PP (Polypropylene), PC (polycarbonate), m-PPE (modified polyphenylene ether), PA6 (polyamide 6), PA66 (polyamide 66), POM (polyacetal), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PSF ( Polysulfone), PAR (polyarylate), PEI (polyetherimide), PPS (polyphenylene sulfide), PES (polyethersulfone), PEEK (polyetheretherketone), PA (Polyamide-imide), LCP (liquid crystal polymer), PVDC (polyvinylidene chloride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), and include PVDF (poly (vinylidene fluoride)) it is. TPE (thermoplastic elastomer) may also be used, and examples of TPE include TPO (olefin-based), TPS (styrene-based), TPEE (ester-based), TPU (urethane-based), TPA (nylon-based), And TPVC (vinyl chloride type) is mentioned.
上記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。 Examples of the thermosetting resin include EP (epoxy), PUR (polyurethane), UF (urea formaldehyde), MF (melamine formaldehyde), PF (phenol formaldehyde), UP (unsaturated polyester), and SI (silicone). ). Further, it may be FRP (fiber reinforced plastic).
なお、樹脂部材2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。
Note that a filler may be added to the
−接合構造体の製造方法−
次に、図1〜図3を参照して、本実施形態による接合構造体100の製造方法について説明する。なお、接合構造体100の製造方法には、金属部材1の加工方法が含まれている。
-Manufacturing method of bonded structure-
Next, with reference to FIGS. 1-3, the manufacturing method of the
まず、図2に示すように、高周波誘導加熱装置により金属部材1を予熱する。具体的には、高周波誘導加熱装置のコイル52に高周波の交流電流を流すことにより、金属部材1で渦電流が発生し、その渦電流によるジュール熱で金属部材1が加熱される。すなわち、誘導加熱により金属部材1が予熱される。
First, as shown in FIG. 2, the
この高周波誘導加熱装置は、金属部材1の表面11が予め設定された温度範囲になるように制御される。予め設定された温度範囲は、たとえば、下限値が金属部材1の溶融温度に0.2を乗じた値であり、上限値が金属部材1の溶融温度に0.8を乗じた値である。これは、金属部材1の表面11の温度が下限値を下回ると、後述する加工用のレーザL1が照射されたときにそのエネルギが熱拡散されやすくなり、金属部材1の表面11の温度が上限値を上回ると、加工用のレーザL1が照射されたときに溶融層の形成範囲が広がりやすくなって穿孔部12を形成しにくくなるためである。
This high-frequency induction heating device is controlled so that the
なお、予め設定された温度範囲は、より好ましくは、下限値が金属部材1の溶融温度に0.4を乗じた値であり、上限値が金属部材1の溶融温度に0.6を乗じた値である。すなわち、予め設定された温度範囲は、金属部材1の溶融温度よりも低い温度である。
The preset temperature range is more preferably a lower limit value obtained by multiplying the melting temperature of the
コイル52は、金属部材1に対して表面11側に配置される。また、図3に示すように、コイル52の内側に接合領域Rが配置される。なお、高周波誘導加熱装置は、本発明の「加熱装置」の一例である。
The
そして、高周波誘導加熱装置により金属部材1が予め設定された温度範囲に予熱された状態で、レーザ加工装置のヘッド51から金属部材1の表面11の接合領域R(図1参照)にレーザL1を照射する。なお、このレーザL1の照射は、複数回走査される。これにより、金属部材1の接合領域Rに穿孔部12を形成するとともに、その内周面に突出部13を形成する。このレーザL1は、たとえばファイバレーザであり、1パルスが複数のサブパルスで構成されている。
Then, with the
その後、金属部材1の穿孔部12に樹脂部材2を充填し、その樹脂部材2を固化させる。これにより、金属部材1および樹脂部材2がアンカー効果により機械的に接合され、接合構造体100(図1参照)が形成される。なお、樹脂部材2は、たとえば、射出成形、熱板溶着、レーザ溶着、注型硬化、超音波溶着、または、振動溶着によって接合される。
Thereafter, the
−効果−
本実施形態では、上記のように、高周波誘導加熱装置により金属部材1の表面11を予熱した状態で、レーザ加工装置により金属部材1の表面11にレーザL1を照射することによって穿孔部12を形成する。このように構成することによって、加工用のレーザL1が照射されたときにそのエネルギが金属部材1で熱拡散されにくいので、レーザ加工時のエネルギロスを低減することができる。すなわち、レーザ加工の初期段階からレーザエネルギを穿孔部12の形成に寄与させることができる。これにより、金属部材1を予熱しない場合に比べて、レーザL1の走査回数を減らしても、穿孔部12を形成することができる。その結果、加工時間の短縮を図ることができる。また、金属部材1を予熱することにより、接合領域R内におけるレーザ加工時(特に、加工初期時)の温度ばらつきを抑制することができるので、エネルギロスのばらつきに起因する加工形状(たとえば、穿孔部12の深さ)のばらつきを抑制することができる。
-Effect-
In the present embodiment, as described above, the perforated
また、金属部材1を予熱することにより、低出力のレーザ加工装置を用いて穿孔部12を形成することができる。なお、本実施形態の加工方法は、金属部材1の材料が銅やアルミニウムなどの熱伝導率が高いものである場合に、特に有効である。
Further, by preheating the
また、本実施形態では、高周波誘導加熱装置により金属部材1を加熱することによって、金属部材1の表面11を直接加熱するとともに、その加熱される領域を容易に設定することができる。なお、接合領域Rを含む領域を加熱領域として設定してもよいし、接合領域R内の一部を加熱領域として設定して熱伝導により接合領域R全体を加熱するようにしてもよい。
Moreover, in this embodiment, while heating the
また、本実施形態では、穿孔部12に突出部13を形成することによって、アンカー効果の向上を図ることができる。
Moreover, in this embodiment, the anchor effect can be improved by forming the protruding
−予熱方法の変形例−
次に、図4〜図7を参照して、金属部材1を予熱する予熱方法の変形例について説明する。
-Modification of preheating method-
Next, a modified example of the preheating method for preheating the
図4は、本実施形態の第1変形例による予熱方法を説明するための図である。図4に示すように、金属部材1の表面11とは反対側の面に接触するようにプレートヒータ53を配置し、そのプレートヒータ53により金属部材1を予熱するようにしてもよい。すなわち、抵抗加熱(間接抵抗加熱)により金属部材1を予熱してもよい。なお、プレートヒータ53は、本発明の「加熱装置」の一例である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a preheating method according to a first modification of the present embodiment. As shown in FIG. 4, a
図5は、本実施形態の第2変形例による予熱方法を説明するための図である。図5に示すように、レーザ加熱装置のヘッド54から金属部材1の表面11に加熱用のレーザL2を照射することによって金属部材1を予熱するようにしてもよい。このレーザL2は、たとえば、ファイバレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザまたはエキシマレーザであり、連続発振であってもよいしパルス発振であってもよい。レーザL2の出力は、金属部材1の材料やそのレーザ吸収性などに応じて適宜設定可能である。また、加熱用のレーザL2の焦点径を加工用のレーザL1の焦点径よりも大きくし、レーザL2の焦点にレーザL1の焦点が含まれる状態でレーザL1およびL2を並走するようにしてもよいし、レーザL1とは無関係にレーザL2を走査するようにしてもよい。すなわち、レーザ加熱により金属部材1を予熱してもよい。なお、レーザ加熱装置は、本発明の「加熱装置」の一例である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a preheating method according to a second modification of the present embodiment. As shown in FIG. 5, the
図6は、本実施形態の第3変形例による予熱方法を説明するための図である。図6に示すように、ヒータロッド55aを内蔵する治具55により金属部材1を保持し、その治具55(ヒータロッド55a)により金属部材1を予熱するようにしてもよい。すなわち、抵抗加熱により金属部材1を予熱してもよい。なお、治具55は、本発明の「加熱装置」の一例である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a preheating method according to a third modification of the present embodiment. As shown in FIG. 6, the
図7は、本実施形態の第4変形例による予熱方法を説明するための図である。図7に示すように、金属部材1の表面11とは反対側の面に離間するように赤外線ヒータ56を配置し、その赤外線ヒータ56により金属部材1を予熱するようにしてもよい。すなわち、赤外線加熱により金属部材1を予熱してもよい。なお、赤外線ヒータ56は、本発明の「加熱装置」の一例である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a preheating method according to a fourth modification of the present embodiment. As shown in FIG. 7, an
−実験例−
次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行った実験例1および2について説明する。
-Experimental example-
Next, Experimental Examples 1 and 2 performed to confirm the effect of the above-described embodiment will be described.
[実験例1]
この実験例1は、予熱による加工時間の短縮効果を確認するために行った。具体的には、実施例1〜5および比較例1による加工方法によって金属部材に多数(たとえば数千)の穿孔部を形成し、その多数の穿孔部の中から選択した10個の穿孔部の深さが40μm以上になるのに要した走査回数を計測した。その結果を表1に示す。
[Experiment 1]
This Experimental Example 1 was performed in order to confirm the effect of shortening the processing time by preheating. Specifically, a large number (for example, several thousand) of perforations are formed in a metal member by the processing methods according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, and ten perforations selected from the many perforations are used. The number of scans required for the depth to be 40 μm or more was measured. The results are shown in Table 1.
まず、実施例1による加工方法について説明する。 First, the processing method by Example 1 is demonstrated.
実施例1では、金属部材の材料としてアルミニウム(A5052)を用いた。この金属部材は、板状に形成されており、長さが45mmであり、幅が15mmであり、厚みが3mmである。なお、この金属部材の溶融温度は、600〜660℃程度である。 In Example 1, aluminum (A5052) was used as the material of the metal member. This metal member is formed in a plate shape, has a length of 45 mm, a width of 15 mm, and a thickness of 3 mm. In addition, the melting temperature of this metal member is about 600-660 degreeC.
そして、高周波誘導加熱装置を用いて金属部材を加熱した。なお、この加熱は、金属部材の加工領域を含む領域に対して行った。また、加熱条件は、周波数を400kHzとし、金属部材の表面が所定温度になるように設定されている。なお、所定温度は、たとえば金属部材の溶融温度に0.5を乗じた値(300〜330℃)である。すなわち、加工用のレーザを照射する前に、金属部材が所定温度で維持されるように予熱される。 And the metal member was heated using the high frequency induction heating apparatus. In addition, this heating was performed with respect to the area | region containing the process area | region of a metal member. The heating conditions are set so that the frequency is 400 kHz and the surface of the metal member is at a predetermined temperature. The predetermined temperature is, for example, a value (300 to 330 ° C.) obtained by multiplying the melting temperature of the metal member by 0.5. That is, before irradiating the processing laser, the metal member is preheated so as to be maintained at a predetermined temperature.
そして、金属部材の表面の加工領域に加工用のレーザを照射して多数の穿孔部を形成した。なお、加工領域は、長さが12mmで幅が2mmの線状領域である。このレーザの照射は、オムロン製のファイバレーザマーカMX−Z2000を用いて行った。レーザの照射条件は、以下のとおりである。 Then, a machining laser was irradiated to the machining area on the surface of the metal member to form a large number of perforations. The processed region is a linear region having a length of 12 mm and a width of 2 mm. This laser irradiation was performed using an Omron fiber laser marker MX-Z2000. The laser irradiation conditions are as follows.
<加工用のレーザ照射条件>
レーザ:ファイバレーザ(波長1062nm)
周波数:10kHz
出力:2.5W
走査速度:650mm/sec
照射間隔:65μm
焦点径:0.05mm
サブパルス数:20
なお、周波数は、複数(この例では20)のサブパルスによって構成されるパルスの周波数である。つまり、この照射条件では、1秒間に650mm移動しながら65μmの間隔で1万回レーザ(パルス)を照射し、そのパルスが20のサブパルスによって構成されている。
<Laser irradiation conditions for processing>
Laser: Fiber laser (wavelength 1062nm)
Frequency: 10kHz
Output: 2.5W
Scanning speed: 650mm / sec
Irradiation interval: 65 μm
Focal diameter: 0.05mm
Number of subpulses: 20
The frequency is a frequency of a pulse constituted by a plurality (20 in this example) of sub-pulses. That is, under this irradiation condition, laser (pulse) is irradiated 10,000 times at intervals of 65 μm while moving 650 mm per second, and the pulse is composed of 20 sub-pulses.
そして、加工領域に形成される数千の穿孔部のうち、10個の穿孔部の深さが40μm以上になるまで、レーザを複数回走査した。なお、この10個の穿孔部は、加工領域の中央近傍に配置された穿孔部である。また、走査回数は、レーザが同じ箇所に繰り返し照射される回数である。 Then, the laser was scanned a plurality of times until the depth of 10 perforations at a depth of 40 μm or more among thousands of perforations formed in the processing region. In addition, these ten perforations are perforations arranged near the center of the machining area. The number of scans is the number of times the laser is repeatedly irradiated to the same location.
次に、実施例2〜5および比較例1による加工方法について説明する。 Next, processing methods according to Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 will be described.
実施例2の加工方法では、上記した第1変形例のようにプレートヒータを用いて金属部材の予熱を行った。実施例3の加工方法では、上記した第2変形例のようにレーザ加熱装置を用いて金属部材の予熱を行った。なお、レーザ加熱装置では、波長が808nmの半導体レーザを用い、出力を30Wにするとともに、焦点径を0.6mmにして、加工用のレーザの走査方向における前方で、加熱用のレーザが並走するように走査した。 In the processing method of Example 2, the metal member was preheated using a plate heater as in the first modification described above. In the processing method of Example 3, the metal member was preheated using the laser heating device as in the second modification described above. In the laser heating apparatus, a semiconductor laser having a wavelength of 808 nm is used, the output is set to 30 W, the focal diameter is set to 0.6 mm, and the heating laser runs in parallel in the scanning direction of the processing laser. Scanned to do.
実施例4の加工方法では、上記した第3変形例のようにヒータロッドが内蔵された治具を用いて金属部材の予熱を行った。実施例5の加工方法では、上記した第4変形例のように赤外線ヒータを用いて金属部材の予熱を行った。比較例1の加工方法では、金属部材に対して予熱を行わなかった。なお、実施例2〜5および比較例1のその他の点については実施例1と同様である。 In the processing method of Example 4, the metal member was preheated using a jig with a built-in heater rod as in the third modification described above. In the processing method of Example 5, the metal member was preheated using an infrared heater as in the fourth modification described above. In the processing method of Comparative Example 1, the metal member was not preheated. The other points of Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 are the same as those of Example 1.
表1に示すように、実施例1〜5では、10個の穿孔部の深さが40μm以上になるのに要する加工用レーザの走査回数が、比較例1に比べて少なくなっている。すなわち、実施例1〜5では、比較例1に比べて、加工時間を短縮することができた。これは、実施例1〜5では、金属部材を予熱することにより、加工用のレーザが照射されたときに、そのエネルギが熱拡散されにくいので、加工用のレーザのエネルギロスを低減できるためであると考えられる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 5, the number of scanning times of the processing laser required for the depth of the 10 punched portions to be 40 μm or more is smaller than that in Comparative Example 1. That is, in Examples 1-5, the processing time could be shortened as compared with Comparative Example 1. This is because in Examples 1 to 5, by preheating the metal member, when the laser for processing is irradiated, the energy is not easily diffused, so that the energy loss of the laser for processing can be reduced. It is believed that there is.
[実験例2]
この実験例2は、予熱による加工形状のばらつき抑制効果を確認するために行った。具体的には、実施例6〜10および比較例2による加工方法によって金属部材に多数(たとえば数千)の穿孔部を形成し、その多数の穿孔部の中から選択した10個の穿孔部の深さを計測した。その結果を表2に示す。
[Experiment 2]
This Experimental Example 2 was performed in order to confirm the effect of suppressing variation in the processing shape due to preheating. Specifically, a large number (for example, several thousand) of perforations are formed in a metal member by the processing methods according to Examples 6 to 10 and Comparative Example 2, and ten perforations selected from the many perforations are used. The depth was measured. The results are shown in Table 2.
この実験例2では、実験例1と異なり、加工用のレーザの走査回数を20回とした。すなわち、実施例6〜10および比較例2の走査回数を同じに設定した。また、加工領域に形成される数千の穿孔部のうち、加工領域の外縁から中央に向けて直線状に配置される10個の穿孔部を選択し、その10個の穿孔部の深さを測定した。その他の加工条件は実験例1と同様である。 In Experimental Example 2, unlike in Experimental Example 1, the number of times of machining laser scanning was set to 20. That is, the scans of Examples 6 to 10 and Comparative Example 2 were set to be the same. Further, out of thousands of perforations formed in the machining area, 10 perforations are arranged linearly from the outer edge of the machining area toward the center, and the depth of the 10 perforations is set. It was measured. Other processing conditions are the same as in Experimental Example 1.
なお、実施例6は高周波誘導加熱装置で予熱し、実施例7はプレートヒータで予熱し、実施例8はレーザ加熱装置で予熱し、実施例9はヒータロッドを内蔵する治具で予熱し、実施例10は赤外線ヒータで予熱し、比較例2では予熱しなかった。 In addition, Example 6 is preheated with a high frequency induction heating device, Example 7 is preheated with a plate heater, Example 8 is preheated with a laser heating device, Example 9 is preheated with a jig incorporating a heater rod, Example 10 was preheated with an infrared heater, and Comparative Example 2 was not preheated.
表2に示すように、実施例6〜10では、比較例2に比べて穿孔部の深さのばらつきが抑制されている。すなわち、実施例6〜10では、比較例2に比べて、加工領域内における穿孔部の加工形状のばらつきが抑制されている。これは、実施例6〜10では、金属部材を予熱することにより、加工領域内におけるレーザ加工時(特に、加工初期時)の温度ばらつきを抑制することができるので、加工用のレーザ照射時のエネルギロスのばらつきを抑制できたためであると考えられる。 As shown in Table 2, in Examples 6 to 10, variations in the depth of the perforated part are suppressed as compared with Comparative Example 2. That is, in Examples 6 to 10, as compared with Comparative Example 2, variations in the machining shape of the drilled portion in the machining area are suppressed. In Examples 6 to 10, by preheating the metal member, it is possible to suppress temperature variations during laser processing (particularly at the initial stage of processing) in the processing region. This is considered to be because the variation in energy loss could be suppressed.
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
-Other embodiments-
In addition, embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It does not become a basis of limited interpretation. Therefore, the technical scope of the present invention is not interpreted only by the above-described embodiments, but is defined based on the description of the scope of claims. Further, the technical scope of the present invention includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
たとえば、本実施形態では、金属部材1および樹脂部材2を接合するために、金属部材1に穿孔部12を加工する加工方法に本発明を適用する例を示したが、これに限らず、金属部材に印字などをマーキングする加工方法に本発明を適用してもよい。
For example, in this embodiment, in order to join the
また、本実施形態では、穿孔部12内の突出部13が表面11側に設けられる例を示したが、これに限らず、突出部が穿孔部の深さ方向において入り込んだ位置に設けられていてもよい。
Further, in the present embodiment, an example in which the protruding
また、本実施形態では、穿孔部12に突出部13が形成される例を示したが、これに限らず、穿孔部に突出部が形成されていなくてもよい。たとえば、穿孔部が円筒状またはすり鉢状に形成されていてもよい。
Moreover, although the example in which the
また、本実施形態では、凹状部の一例として平面的に見て円形の穿孔部12を示したが、これに限らず、凹状部として溝部が形成されていてもよい。
In the present embodiment, the circular
また、本実施形態では、高周波誘導加熱装置のコイル52が金属部材1の表面11側に配置される例を示したが、これに限らず、高周波誘導加熱装置のコイルが金属部材の裏面側に配置されていてもよい。
In the present embodiment, the example in which the
また、本実施形態では、予熱された状態の金属部材1に対して加工用のレーザL1を照射する例を示したが、これに限らず、予熱後の金属部材に対して加工用のレーザを照射するようにしてもよい。
In the present embodiment, an example in which the
また、本実施形態の第1変形例では、プレートヒータ53により金属部材1を予熱する例を示したが、これに限らず、バンドヒータまたはリボンヒータにより金属部材を予熱するようにしてもよい。
Moreover, although the example which preheats the
また、本実施形態の第2変形例では、金属部材1の表面11に加熱用のレーザL2を照射する例を示したが、これに限らず、金属部材の裏面に加熱用のレーザを照射するようにしてもよい。すなわち、加熱用のレーザが加工用のレーザとは反対側から照射されていてもよい。
Further, in the second modification of the present embodiment, the example in which the
また、本実施形態の第2変形例において、加熱用のレーザL2の吸収性を向上させるために、金属部材1の表面11に粗し処理が施されていてもよい。
In the second modification of the present embodiment, the
また、本実施形態では、接合領域Rが平面的に見て矩形状である例を示したが、これに限らず、接合領域が矩形以外のその他の形状であってもよい。 Further, in the present embodiment, the example in which the bonding region R is rectangular when viewed in plan is shown, but the present invention is not limited thereto, and the bonding region may have other shapes other than the rectangle.
本発明は、金属部材の表面に凹状部を形成する加工方法、接合構造体の製造方法および接合構造体に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a processing method for forming a concave portion on the surface of a metal member, a manufacturing method for a bonded structure, and a bonded structure.
1 金属部材
2 樹脂部材
11 表面
12 穿孔部(凹状部)
51 ヘッド(レーザ加工装置)
52 コイル(加熱装置)
53 プレートヒータ(加熱装置)
54 ヘッド(加熱装置)
55 治具(加熱装置)
56 赤外線ヒータ(加熱装置)
100 接合構造体
DESCRIPTION OF
51 head (laser processing equipment)
52 Coil (heating device)
53 Plate heater (heating device)
54 Head (Heating device)
55 Jig (heating device)
56 Infrared heater (heating device)
100 joint structure
Claims (6)
加熱装置により前記金属部材を予熱する工程と、
予熱された前記金属部材の表面にレーザ加工装置によりレーザを照射することによって前記凹状部を形成する工程とを備えることを特徴とする加工方法。 A processing method for forming a concave portion on the surface of a metal member,
Preheating the metal member with a heating device;
And a step of forming the concave portion by irradiating the surface of the preheated metal member with a laser by a laser processing apparatus.
前記加熱装置は、抵抗加熱、誘導加熱、レーザ加熱または赤外線加熱により前記金属部材を予熱することを特徴とする加工方法。 The processing method according to claim 1,
The said heating apparatus preheats the said metal member by resistance heating, induction heating, laser heating, or infrared heating, The processing method characterized by the above-mentioned.
前記金属部材の表面が予め設定された温度範囲になるように前記金属部材が予熱されることを特徴とする加工方法。 The processing method according to claim 1 or 2,
The metal member is preheated so that the surface of the metal member is in a preset temperature range.
前記レーザ加工装置により前記金属部材の表面に照射されるレーザは、1パルスが複数のサブパルスで構成されていることを特徴とする加工方法。 In the processing method as described in any one of Claims 1-3,
The laser irradiating the surface of the metal member by the laser processing apparatus has one pulse composed of a plurality of sub-pulses.
加熱装置により前記金属部材を予熱する工程と、
予熱された前記金属部材の表面にレーザ加工装置によりレーザを照射することによって凹状部を形成する工程と、
前記金属部材の凹状部に前記樹脂部材を充填して固化させる工程とを備えることを特徴とする接合構造体の製造方法。 A method for manufacturing a joined structure in which a metal member and a resin member are joined,
Preheating the metal member with a heating device;
Forming a concave portion by irradiating the surface of the preheated metal member with a laser processing apparatus; and
And a step of filling and solidifying the resin member in the concave portion of the metal member.
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