JP6022970B2 - 金属部材と樹脂部材との接合方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材と樹脂部材とを接合する方法に関する。
金属部材と樹脂部材との接合方法の具体例として、特許文献１，２に記載の方法がある。
これらの文献に記載された方法においては、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせた状態において、回転ツールを回転させながら金属部材の表面に押し付けることにより摩擦熱を発生させる。その際、前記摩擦熱により、樹脂部材のうち、金属部材に対面接触する部分を溶融させる。このため、金属部材に対して樹脂部材を融着させた態様で接合させることができる。このような構成によれば、接着剤を用いて接合させる場合と比較すると、作業性がよい。
また、特許文献１には、前記した接合を行なう前の予備作業として、金属部材の表面にたとえばエッチング処理を施し、金属部材の表面を凹凸状に形成する手段も記載されている。このような手段によれば、金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることが可能である。
これらの文献に記載された方法においては、金属部材と樹脂部材とを重ね合わせた状態において、回転ツールを回転させながら金属部材の表面に押し付けることにより摩擦熱を発生させる。その際、前記摩擦熱により、樹脂部材のうち、金属部材に対面接触する部分を溶融させる。このため、金属部材に対して樹脂部材を融着させた態様で接合させることができる。このような構成によれば、接着剤を用いて接合させる場合と比較すると、作業性がよい。
また、特許文献１には、前記した接合を行なう前の予備作業として、金属部材の表面にたとえばエッチング処理を施し、金属部材の表面を凹凸状に形成する手段も記載されている。このような手段によれば、金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることが可能である。
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地がある。
第１に、摩擦熱を利用して加熱溶融させる対象は、樹脂部材であるが、従来では、回転ツールを金属部材に押し当てて摩擦熱を発生させている。このため、金属部材からの放熱量は多い。金属部材は熱導伝性がよいために、金属部材の略全体が放熱部となり、摩擦熱の放熱ロスはかなり多いものとなる。したがって、樹脂部材に有効に伝達する熱量の割合は少なく、樹脂部材の加熱効率、および作業全体のエネルギ効率は、余り良好ではない。
第２に、金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることを目的として、金属部材の表面を予め凹凸状に形成する場合、この作業は、金属部材と樹脂部材との接合作業とは全く別の作業として行なう必要がある。このため、その作業は煩雑である。したがって、生産性を高め、かつ作業コストを低減する観点からも未だ改善の余地がある。
第１に、摩擦熱を利用して加熱溶融させる対象は、樹脂部材であるが、従来では、回転ツールを金属部材に押し当てて摩擦熱を発生させている。このため、金属部材からの放熱量は多い。金属部材は熱導伝性がよいために、金属部材の略全体が放熱部となり、摩擦熱の放熱ロスはかなり多いものとなる。したがって、樹脂部材に有効に伝達する熱量の割合は少なく、樹脂部材の加熱効率、および作業全体のエネルギ効率は、余り良好ではない。
第２に、金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることを目的として、金属部材の表面を予め凹凸状に形成する場合、この作業は、金属部材と樹脂部材との接合作業とは全く別の作業として行なう必要がある。このため、その作業は煩雑である。したがって、生産性を高め、かつ作業コストを低減する観点からも未だ改善の余地がある。
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、作業工程の合理化やエネルギ効率の向上を図りつつ、金属部材と樹脂部材との接合を適切に行なうことが可能な金属部材と樹脂部材との接合方法を提供することを、その課題としている。
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
本発明により提供される金属部材と樹脂部材との接合方法は、金属部材および樹脂部材を重ね合わせた状態において、前記樹脂部材に対して回転ツールを回転させながら押し付けることにより摩擦熱を発生させ、前記樹脂部材を溶融させながら前記回転ツールを前記金属部材側に進行させていく工程と、前記回転ツールが前記樹脂部材を貫通して前記金属
部材の片面に到達した後に、前記回転ツールの先端部に設けられている刃部、または前記回転ツールに付属して設けられた金属用加工ツールを利用して、前記金属部材の片面に凹凸面部を形成する工程と、前記凹凸面部を形成した後に前記回転ツールを前記樹脂部材から引き抜き、溶融樹脂を前記凹凸面部上に流動させてから固化させる工程と、を有していることを特徴としている。
部材の片面に到達した後に、前記回転ツールの先端部に設けられている刃部、または前記回転ツールに付属して設けられた金属用加工ツールを利用して、前記金属部材の片面に凹凸面部を形成する工程と、前記凹凸面部を形成した後に前記回転ツールを前記樹脂部材から引き抜き、溶融樹脂を前記凹凸面部上に流動させてから固化させる工程と、を有していることを特徴としている。
このような構成によれば、樹脂部材の溶融固化した部分が金属部材に接合することとなり、樹脂部材と金属部材とを適切に接合させることが可能である。加えて、次のような効果が得られる。
第１に、樹脂部材を加熱溶融させるための手段として、回転ツールを樹脂部材に押し付けて回転させているために、摩擦熱によって樹脂部材を直接的に加熱することができる。回転ツールを金属部材に押し付けて回転させていた従来技術と比較すると、金属部材からの放熱ロスは大幅に少なくなり、樹脂部材を加熱溶融させる際のエネルギ効率がよい。したがって、省エネ、および省エネによるランニングコストの低減化を好適に図ることができる。また、樹脂部材を加熱溶融するための作業時間も短縮可能であり、生産性向上にも寄与する。
第２に、金属部材に形成された凹凸面部に樹脂部材の一部が噛み込んだ状態の接合構造が得られ、このことにより金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることが可能である。本発明では、金属部材に凹凸面部を形成する作業は、回転ツールを利用して樹脂部材の一部を加熱溶融させた後であって、回転ツールを樹脂部材から引き続くまでの期間中において行なわれる。したがって、接合作業の開始前に、この接合作業とは全く別の作業として金属部材の表面を凹凸状に処理していた従来技術と比較すると、合理的であり、作業の煩雑さが解消される。したがって、生産性をより高め、作業コストなどの低減化を一層促進することができる。
第１に、樹脂部材を加熱溶融させるための手段として、回転ツールを樹脂部材に押し付けて回転させているために、摩擦熱によって樹脂部材を直接的に加熱することができる。回転ツールを金属部材に押し付けて回転させていた従来技術と比較すると、金属部材からの放熱ロスは大幅に少なくなり、樹脂部材を加熱溶融させる際のエネルギ効率がよい。したがって、省エネ、および省エネによるランニングコストの低減化を好適に図ることができる。また、樹脂部材を加熱溶融するための作業時間も短縮可能であり、生産性向上にも寄与する。
第２に、金属部材に形成された凹凸面部に樹脂部材の一部が噛み込んだ状態の接合構造が得られ、このことにより金属部材と樹脂部材との接合強度を高めることが可能である。本発明では、金属部材に凹凸面部を形成する作業は、回転ツールを利用して樹脂部材の一部を加熱溶融させた後であって、回転ツールを樹脂部材から引き続くまでの期間中において行なわれる。したがって、接合作業の開始前に、この接合作業とは全く別の作業として金属部材の表面を凹凸状に処理していた従来技術と比較すると、合理的であり、作業の煩雑さが解消される。したがって、生産性をより高め、作業コストなどの低減化を一層促進することができる。
本発明において、好ましくは、前記回転ツールまたは前記回転ツール用の動作機構には、前記樹脂部材を溶融させながら前記回転ツールを前記金属部材側に進行させていく際に生じる抵抗力を検出するための圧力センサを設けておき、この圧力センサによって所定以上の圧力が検出されたときには、前記回転ツールが前記金属部材の片面に到達したものと判断する。
このような構成によれば、樹脂部材を溶融させながら回転ツールを金属部材側に進行させていく際に、回転ツールが金属部材の片面に到達すると、その旨を正確に、かつ迅速に察知することができる。したがって、たとえば回転ツールが金属部材の片面に到達しているにも拘わらず、その後も回転ツールを不必要に回転させ続けるといった無駄を無くし、直ちに、次の作業工程に移行することができる。したがって、作業性をより良好なものとすることが可能である。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１に示す実施形態の接合方法では、接合装置Ａ１が用いられる。同図（ａ）を参照して、接合装置Ａ１の構成をまず説明する。
接合装置Ａ１は、回転ツール１、金属用加工ツール２、および押さえ部材３を備えている。
図１に示す実施形態の接合方法では、接合装置Ａ１が用いられる。同図（ａ）を参照して、接合装置Ａ１の構成をまず説明する。
接合装置Ａ１は、回転ツール１、金属用加工ツール２、および押さえ部材３を備えている。
回転ツール１は、略円筒状に形成されており、たとえば硬質の金属製である。この回転ツール１は、昇降機構６０および回転機構６１に駆動連結されており、昇降動作および回転動作が可能である。昇降機構６０または回転ツール１には、圧力センサ６２が付属して設けられている。この圧力センサ６２は、回転ツール１を下降させていく際の抵抗力を検出するのに利用される。
金属用加工ツール２は、金属部材４の表面に後述する凹凸面部４０を形成するためのものであり、回転ツール１の孔部内に配されている。この金属用加工ツール２は、昇降機構６５および回転機構６６に駆動連結されており、回転ツール１や押さえ部材３とは独立して昇降および回転動作が可能である。この金属用加工ツール２の下端先端面には、金属切削用の複数の刃部２０が設けられており、金属用加工ツール２を回転させながら刃部２０を金属部材４の表面に押し当てることにより、金属部材４の表面に複数の凹溝を形成することが可能である。
押さえ部材３は、後述するように溶融樹脂を押さえるための部材であり、たとえば中空円板状である。この押さえ部材３は、回転ツール１に対して相対摺動可能に外嵌され、かつ昇降機構６７に駆動連結されており、回転ツール１や金属用加工ツール２とは独立して昇降可能である。
次に、本実施形態の金属部材と樹脂部材との接合方法を説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、金属部材４上に樹脂部材５を重ね合わせた状態において、回転ツール１を高速で回転させながら下降させていき、同図（ｂ）に示すように、回転ツール１を樹脂部材５の表面に押し付ける。このことにより、摩擦熱を発生させ、樹脂部材５を溶融させながら、回転ツール１を順次下降させていく。
回転ツール１の下降は、図１（ｃ）に示すように、回転ツール１の下端部が金属部材４の片面に到達するまで実行させ、到達後には、回転ツール１の下降動作を停止させる。回転ツール１が金属部材４の片面に到達した際には、圧力センサ６２による検出値が急激に上昇し、所定値を超えることとなるため、圧力センサ６２の検出値に基づき、回転ツール１が金属部材４の片面に到達した旨を正確に察知することが可能である。図１（ｃ）において、回転ツール１の周囲に位置する樹脂は、溶融樹脂となっている。
回転ツール１が金属部材４の片面まで到達した後には、図１（ｄ）に示すように、金属用加工ツール２を回転させながら下降させ、金属部材４の片面に凹凸面部４０を形成する。次いで、同図（ｅ）,（ｆ）に示すように、回転ツール１および金属用加工ツール２を上昇させ、これらを樹脂部材５から引き抜く。その際、押さえ部材３については上昇のタイミングを遅らせ、この押さえ部材３によって溶融樹脂部分の上側を押さえるようにする。同図（ｆ）に示すように、回転ツール１および金属用加工ツール２の引き抜きを終えた後には、溶融樹脂が金属部材４の凹凸面部４０上を覆うように流動し、かつその後に固化することとなる。したがって、最終的には、樹脂部材５の一部が金属部材４の凹凸面部４０と噛み合うようにして金属部材４に融着した状態の接合構造が得られ、金属部材４と樹脂部材５とを高強度に接合することが可能である。
前記した接合方法によれば、回転ツール１を樹脂部材５に押し付けて回転させているた
めに、摩擦熱によって樹脂部材５を直接かつ効率よく加熱することができる。たとえば、回転ツール１を金属部材４に押し付ける場合と比較すると、放熱ロスは相当に少なく、加熱効率、エネルギ効率がよい。また、金属部材４に凹凸面部４０を形成する作業は、金属部材４と樹脂部材５との接合作業途中で行なわれ、効率よく迅速に実行することができる。接合作業の開始前に金属部材４の表面を凹凸状に形成する必要はないため、全体の作業性がよく、作業コストなどの低減化を好適に図ることが可能である。
めに、摩擦熱によって樹脂部材５を直接かつ効率よく加熱することができる。たとえば、回転ツール１を金属部材４に押し付ける場合と比較すると、放熱ロスは相当に少なく、加熱効率、エネルギ効率がよい。また、金属部材４に凹凸面部４０を形成する作業は、金属部材４と樹脂部材５との接合作業途中で行なわれ、効率よく迅速に実行することができる。接合作業の開始前に金属部材４の表面を凹凸状に形成する必要はないため、全体の作業性がよく、作業コストなどの低減化を好適に図ることが可能である。
〔第２の実施形態〕
図２に示す実施形態の接合方法では、接合装置Ａ２が用いられる。なお、図２において、図１に示した第１の実施形態と同一または類似の構成要素には、第１の実施形態と同一の符号を用いている。
図２に示す実施形態の接合方法では、接合装置Ａ２が用いられる。なお、図２において、図１に示した第１の実施形態と同一または類似の構成要素には、第１の実施形態と同一の符号を用いている。
接合装置Ａ２においては、回転ツール１Ａがたとえば円柱状とされており、その先端部には、複数の刃部２０Ａが設けられている。これらの刃部２０Ａは、たとえば図１に示した金属用加工ツール２の刃部２０Ａと同様な構造であり、金属部材４の表面を切削して凹凸面部４０を形成するのに役立つ。
本実施形態の接合方法では、前記実施形態と同様に、図２（ｂ）に示すように、回転ツール１Ａを回転させながら下降させていくことにより、この回転ツール１Ａと樹脂部材５との摩擦熱を利用して樹脂部材５を適切に加熱溶融させることが可能である。回転ツール１Ａが樹脂部材５の表面に当接した直後においては、刃部２０Ａによって樹脂部材５のごく一部は切削されるものの、その後は、回転ツール１Ａの下降速度を適切に制御することにより、刃部２０Ａによって樹脂部材５が切削されるよりも前に樹脂部材５を摩擦熱によって溶融させることが可能である。樹脂部材５が切削され続けるといったことは適切に回避される。図２（ｂ）において、回転ツール１Ａの周囲は、溶融樹脂である。
図２（ｃ）に示すように、回転ツール１Ａが金属部材４の片面に到達した後においては、回転ツール１Ａの先端部の刃部２０Ａを利用して金属部材４に凹凸面部４０を形成する。圧力センサ６２を利用して、回転ツール１Ａが金属部材４の片面に到達した時期を適切に検出すれば、金属部材４に凹凸面部４０を形成する際の凹部の切削深さなどを所定の寸法に正確に規定することが可能である。なお、金属部材４に凹凸面部４０を形成する場合と、樹脂部材５との間で摩擦熱を発生させる場合とでは、回転ツール１Ａの回転速度や下降速度を相違させてもよいことは勿論である。
その後は、図２（ｄ），（ｅ）に示すように、押さえ部材３によって溶融樹脂を押さえながら、回転ツール１Ａを上昇させて樹脂部材５から引き抜く。このことにより、図１に示した実施形態と同様に、溶融樹脂を凹凸面部４０上に流動させてから固化させ、樹脂部材５と金属部材４とを高強度に接合することができる。
本実施形態によれば、前記実施形態の金属用加工ツール２を用いないために、接合装置Ａ２の構造を簡素にすることができる利点が得られる。
本実施形態によれば、前記実施形態の金属用加工ツール２を用いないために、接合装置Ａ２の構造を簡素にすることができる利点が得られる。
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る金属部材と樹脂部材との接合方法の各作業工程の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に変更自在である。
接合対象となる金属部材および樹脂部材の具体的な材質、形状、サイズなどは限定されない。
接合対象となる金属部材および樹脂部材の具体的な材質、形状、サイズなどは限定されない。
１，１Ａ 回転ツール
２ 金属用加工ツール
４ 金属部材
５ 樹脂部材
２０，２０Ａ 刃部
４０ 凹凸面部
６２ 圧力センサ
２ 金属用加工ツール
４ 金属部材
５ 樹脂部材
２０，２０Ａ 刃部
４０ 凹凸面部
６２ 圧力センサ
Claims (2)
- 金属部材および樹脂部材を重ね合わせた状態において、前記樹脂部材に対して回転ツールを回転させながら押し付けることにより摩擦熱を発生させ、前記樹脂部材を溶融させながら前記回転ツールを前記金属部材側に進行させていく工程と、
前記回転ツールが前記樹脂部材を貫通して前記金属部材の片面に到達した後に、前記回転ツールの先端部に設けられている刃部、または前記回転ツールに付属して設けられた金属用加工ツールを利用して、前記金属部材の片面に凹凸面部を形成する工程と、
前記凹凸面部を形成した後に前記回転ツールを前記樹脂部材から引き抜き、溶融樹脂を前記凹凸面部上に流動させてから固化させる工程と、
を有していることを特徴とする、金属部材と樹脂部材との接合方法。 - 請求項１に記載の金属部材と樹脂部材との接合方法であって、
前記回転ツールまたは前記回転ツール用の動作機構には、前記樹脂部材を溶融させながら前記回転ツールを前記金属部材側に進行させていく際に生じる抵抗力を検出するための圧力センサを設けておき、
この圧力センサによって所定以上の圧力が検出されたときには、前記回転ツールが前記金属部材の片面に到達したものと判断する、金属部材と樹脂部材との接合方法。
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