JP2024009599A - 接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合強度を向上させることが可能な接合方法を提供すること。
【解決手段】金属からなる第１ワークＷ１と樹脂を含む第２ワークＷ２とを互いに接合する接合方法であって、第１ワークのうち第２ワークと対向する面に溝を形成する溝形成工程と、溝と第２ワークとで囲まれる空間が第１ワーク及び第２ワーク外に連通するように第１ワークと第２ワークとを互いに重ね合わせる重ね合わせ工程と、第１ワークのうち第１ワークの厚み方向に溝と重なる部位を加熱ユニットによって加熱した後、第１ワーク及び第２ワークのうち加熱ユニットによって加熱された部位を加圧することによって第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部を溝内に入り込ませながら第１ワークと第２ワークとを接合する接合工程と、を備える。
【選択図】図４

Description

本開示は、接合方法に関する。

例えば、特開２００４－３５８５２９号公報には、フランジの長手方向に沿って移動しながらフランジにレーザを照射するレーザヘッドと、レーザヘッドの移動方向における後方に設けられた加圧ローラと、を備えるレーザ溶接装置が開示されている。

特開２００４－３５８５２９号公報

特開２００４－３５８５２９号公報に記載されるようなワークの接合では、ワークの接合強度を高めたいというニーズがある。

本開示の目的は、接合強度を向上させることが可能な接合方法を提供することである。

本開示の一局面に従った接合方法は、金属からなる第１ワークと樹脂を含む第２ワークとを互いに接合する接合方法であって、前記第１ワークのうち前記第２ワークと対向する面に溝を形成する溝形成工程と、前記溝と前記第２ワークとで囲まれる空間が前記第１ワーク及び前記第２ワーク外に連通するように前記第１ワークと前記第２ワークとを互いに重ね合わせる重ね合わせ工程と、前記第１ワークのうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を加熱ユニットによって加熱した後、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱された部位を加圧することによって前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する接合工程と、を備える。

本開示によれば、接合強度を向上させることが可能な接合方法を提供することができる。

本開示の一実施形態における接合方法での接合対象となるワークを概略的に示す斜視図である。 図１に示されるワークの正面図である。 溝形成工程を概略的に示す図である。 接合成工程を概略的に示す図である。 図４において実線Ｖで示される範囲の拡大図である。 接合工程の変形例を概略的に示す図である。 溝の変形例を概略的に示す図である。 溝の変形例を概略的に示す図である。 第１ワーク及び第２ワークの重ね合わせ方の変形例を概略的に示す斜視図である。

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の一実施形態における接合方法での接合対象となるワークを概略的に示す斜視図である。ワークＷは、第１ワークＷ１と、第２ワークＷ２と、を有している。

第１ワークＷ１は、金属（鉄、アルミニウム等）からなる。第１ワークＷ１は、平板状に形成されている。図１に示されるように、第１ワークＷ１は、一対の第１端面ｓ１１と、一対の第２端面ｓ１２と、対向面ｓ１３と、外表面ｓ１４と、を有している。

第１端面ｓ１１は、第１ワークＷ１の厚み方向（図１におけるＺ方向）と直交する方向（図１におけるＸ方向）における端部に形成されている。第２端面ｓ１２は、第１ワークＷ１の厚み方向及び一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向の双方と直交する方向（図１におけるＹ方向）における端部に形成されている。

対向面ｓ１３は、第１ワークＷ１の一対の主面のうち第２ワークＷ２と対向する面である。外表面ｓ１４は、第１ワークＷ１の一対の主面のうち第１ワークＷ１の厚み方向に対向面ｓ１３と反対側に形成された面である。

図１及び図２に示されるように、第１ワークＷ１には、溝１２が形成されている。溝１２は、第１ワークＷ１の厚み方向と直交する方向における第１ワークＷ１の端面に至るように延びる形状を有している。本実施形態では、溝１２は、一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向（図１におけるＸ方向）に直線状に延びる形状を有している。なお、溝１２は、一対の第２端面ｓ１２同士を結ぶ方向に延びていてもよいし、第１端面ｓ１１と第２端面ｓ１２とを結ぶように延びていてもよい。また、溝１２は、直線状に延びる形状に限らず、部分的ないし全体的に湾曲する形状に形成されてもよい。

第２ワークＷ２は、樹脂を含む材料からなる。第２ワークＷ２は、炭素繊維やガラス繊維等を含んでいてもよい。第２ワークＷ２は、第１ワークＷ１の対向面ｓ１３と接触するように配置される。

続いて、図２～図５を参照しながら、本実施形態における接合方法について説明する。この接合方法は、溝形成工程と、重ね合わせ工程と、接合工程と、を含んでいる。

溝形成工程は、第１ワークＷ１に溝１２を形成する工程である。図３に示されるように、溝形成工程では、レーザヘッド５０が用いられる。具体的に、溝形成工程では、レーザヘッド５０から第１ワークＷ１の対向面ｓ１３に向けてレーザが照射されることによって第１ワークＷ１に溝１２が形成される。溝形成工程では、例えば、一対の溝１２が形成される。図１及び図２に示されるように、一対の溝１２は、第１ワークＷ１の対向面ｓ１３から深くなるにしたがって互いに近づくように対向面ｓ１３に対して傾斜している。

重ね合わせ工程では、溝１２と第２ワークＷ２とで囲まれる空間Ｓ（図２を参照）が第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２外に連通するように第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされる。本実施形態では、一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向における第１ワークＷ１の長さが同方向における第２ワークＷ２の長さと同じ形状に設定されており、空間Ｓは、第１ワークＷ１の第１端面ｓ１１に開口している。

接合工程では、第１ワークＷ１のうち第１ワークＷ１の厚み方向に溝１２と重なる部位を加熱ユニットによって加熱した後、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち加熱ユニットによって加熱された部位を加圧することによって第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部を溝１２内に入り込ませながら第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを接合する。

図４に示されるように、本実施形態における接合工程では、加熱ユニットとしてレーザヘッド１が用いられている。レーザヘッド１は、第１ワークＷ１の外表面ｓ１４に沿って移動可能である。ただし、加熱ユニットは、レーザヘッド１に限定されず、熱風等であってもよい。

第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち加熱ユニットによって加熱された部位は、図４において矢印Ｆで示されるように、後方ローラ３によって加圧される。後方ローラ３は、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち加熱ユニットの移動方向における後方の部位を厚み方向に支持台２に向けて加圧しながら前記移動方向に移動することが可能である。後方ローラ３は、レーザヘッド１と一体的に移動可能である。後方ローラ３は、その軸方向（図３において紙面と直交する方向）における一端側の端部から他端側の端部に至る全域にわたって一定半径の外周面を有している。

例えば、接合工程では、第１ワークＷ１のうち厚み方向に溝１２と重なる部位を溝１２の長手方向（溝１２の延びる方向）に沿って加熱ユニットによって移動しながら連続的に加熱するとともに、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち前記移動方向における加熱ユニットの後方の部位を加圧することによって第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部を溝１２内に連続的に入り込ませながら第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを接合する。

図４に示されるように、接合工程では、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち加熱ユニットによって加熱される部位よりも移動方向における前方の部位が前方ローラ４によって加圧されてもよい。前方ローラ４は、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうちの前記前方の部位を厚み方向に支持台２に向けて加圧しながら移動方向に移動することが可能である。前方ローラ４は、レーザヘッド１と一体的に移動可能である。前方ローラ４は、その軸方向における一端側の端部から他端側の端部に至る全域にわたって一定半径の外周面を有している。

図５に示されるように、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２が後方ローラ３によって加圧されることにより、溝１２内に第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部が入り込む。

なお、接合工程では、第１ワークＷ１のうち厚み方向に溝１２と重なる部位が加熱されるのであれば、レーザヘッド１及び各ローラ３，４の移動方向は、溝１２の長手方向と平行であってもよいし、溝１２の長手方向と交差していてもよい。

以上に説明したように、本実施形態における接合方法では、接合工程において、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうち加熱ユニットによって加熱された部位が加圧されることにより、第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部が第１ワークＷ１に形成された溝１２内に入り込むとともに、樹脂の溶融時に発生するガスが溝１２を通じてワークＷ外に排出されるため、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２の接合強度が向上する。

なお、図６に示されるように、支持台２が省略され、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２が一対の後方ローラ３によって挟み込まれるとともに、一対の前方ローラ４によって挟み込まれてもよい。

また、図７及び図８に示されるように、溝１２は、深さ方向（図７及び図８における上下方向）の途中にくびれ部１２ａを有していてもよい。

また、図９に示されるように、溝１２と第２ワークＷ２とで囲まれる空間Ｓが第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２外に連通するように第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされるのであれば、溝１２は、第１ワークＷ１の端面まで至るように延びていなくてもよいし、また、溝１２の長手方向と平行な方向における第１ワークＷ１の長さが同方向における第２ワークＷ２の長さと異なっていてもよい。

上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

［態様１］
金属からなる第１ワークと樹脂を含む第２ワークとを互いに接合する接合方法であって、
前記第１ワークのうち前記第２ワークと対向する面に溝を形成する溝形成工程と、
前記溝と前記第２ワークとで囲まれる空間が前記第１ワーク及び前記第２ワーク外に連通するように前記第１ワークと前記第２ワークとを互いに重ね合わせる重ね合わせ工程と、
前記第１ワークのうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を加熱ユニットによって加熱した後、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱された部位を加圧することによって前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する接合工程と、を備える、接合方法。

この接合方法では、接合工程において、第１ワーク及び第２ワークのうち加熱ユニットで加熱された部位を加圧することにより、第２ワークを構成する樹脂の一部が第１ワークに形成された溝内に入り込むとともに、樹脂の溶融時に発生するガスが溝を通じてワーク外に排出されるため、第１ワーク及び第２ワークの接合強度が向上する。

［態様２］
前記溝形成工程で前記第１ワークに形成される前記溝は、前記厚み方向と直交する方向における前記第１ワークの端面に至るように延びる形状を有する、態様１に記載の接合方法。

この態様では、溝の長手方向と平行な方向における第１ワークの長さが同方向における第２ワークの長さと同じ場合においても、溝と第２ワークとで囲まれる空間がワーク外に連通する。

［態様３］
前記接合工程では、前記第１ワークのうち前記厚み方向に前記溝と重なる部位を前記溝に沿ってあるいは前記溝と交差するように前記加熱ユニットによって移動しながら連続的に加熱するとともに、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットの移動方向における前記加熱ユニットの後方の部位を加圧することによって前記第２ワークを構成する前記樹脂の一部を前記溝内に連続的に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する、態様１又は２に記載の接合方法。

［態様４］
前記接合工程では、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱される部位よりも前記移動方向における後方の部位を前記厚み方向に加圧しながら前記移動方向に移動することが可能な後方ローラによって前記第１ワークと前記第２ワークとを前記厚み方向に加圧する、態様３に記載の接合方法。

［態様５］
前記接合工程では、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱される部位よりも前記移動方向における前方の部位を前記厚み方向に加圧しながら前記移動方向に移動することが可能な前方ローラによって前記第１ワークと前記第２ワークとを前記厚み方向に加圧する、態様４に記載の接合方法。

この態様では、加熱ユニットによるワークの加熱前にワークが固定されるとともに、第１ワーク及び第２ワークが互いに密着するため、接合強度が高まる。

なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

１ レーザヘッド、２ 支持台、３ 後方ローラ、４ 前方ローラ、１２ 溝、ｓ１１ 第１端面、ｓ１２ 第２端面、ｓ１３ 対向面、ｓ１４ 外表面、Ｗ１ 第１ワーク、Ｗ２ 第２ワーク。

Claims (5)

1. 金属からなる第１ワークと樹脂を含む第２ワークとを互いに接合する接合方法であって、
   前記第１ワークのうち前記第２ワークと対向する面に溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝と前記第２ワークとで囲まれる空間が前記第１ワーク及び前記第２ワーク外に連通するように前記第１ワークと前記第２ワークとを互いに重ね合わせる重ね合わせ工程と、
   前記第１ワークのうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を加熱ユニットによって加熱した後、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱された部位を加圧することによって前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する接合工程と、を備える、接合方法。
2. 前記溝形成工程で前記第１ワークに形成される前記溝は、前記厚み方向と直交する方向における前記第１ワークの端面に至るように延びる形状を有する、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記接合工程では、前記第１ワークのうち前記厚み方向に前記溝と重なる部位を前記溝に沿ってあるいは前記溝と交差するように前記加熱ユニットによって移動しながら連続的に加熱するとともに、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットの移動方向における前記加熱ユニットの後方の部位を加圧することによって前記第２ワークを構成する前記樹脂の一部を前記溝内に連続的に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する、請求項１又は２に記載の接合方法。
4. 前記接合工程では、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱される部位よりも前記移動方向における後方の部位を前記厚み方向に加圧しながら前記移動方向に移動することが可能な後方ローラによって前記第１ワークと前記第２ワークとを前記厚み方向に加圧する、請求項３に記載の接合方法。
5. 前記接合工程では、前記第１ワーク及び前記第２ワークのうち前記加熱ユニットによって加熱される部位よりも前記移動方向における前方の部位を前記厚み方向に加圧しながら前記移動方向に移動することが可能な前方ローラによって前記第１ワークと前記第２ワークとを前記厚み方向に加圧する、請求項４に記載の接合方法。

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