JP6459930B2 - 接合構造体の製造方法および接合構造体 - Google Patents

Description

本発明は、接合構造体の製造方法および接合構造体に関する。

従来、樹脂材料からなる第１部材と金属材料からなる第２部材とを接合する接合方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の接合方法では、第２部材の表面に凹凸面を形成し、その凹凸面に第１部材を接触させた状態で、第１部材側から凹凸面に向けてレーザ光を照射する。これにより、第１部材および第２部材の境界面付近で第１部材が溶融され、その溶融された第１部材が凹凸面に食い込むので、アンカー効果により第１部材および第２部材が接合される。

特開２００６−１５４０５号公報

ここで、上記した接合方法のように、アンカー効果により第１部材および第２部材を接合する場合には、一般的に、第１部材および第２部材の境界面（接合面）を密着させるために外部から力が加えられる。そして、外部から加わる力を大きくすると、溶融した第１部材が凹凸面に入り込みやすくなるが、樹脂材料からなる第１部材に熱変形ひずみが生じストレスクラックが誘発されるおそれがある。

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、樹脂部材に熱変形ひずみが生じるのを抑制しながら、樹脂部材の穿孔部への充填率の向上を図ることが可能な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。

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、金属部材の表面に突部が設けられており、突部の接合領域に開口を有する穿孔部を形成する工程と、金属部材の表面に対して樹脂部材を離間させた状態で、金属部材の突部の接合領域に樹脂部材を加圧接触させる工程と、金属部材の接合領域に接触する樹脂部材を溶融させ、その溶融された樹脂部材を穿孔部に充填した後に固化させる工程とを備える。穿孔部は、平面的に見て円形に形成される。円形とはほぼ円形の場合を含む。金属部材および樹脂部材が接合された状態では、金属部材の突部が樹脂部材に接触されるとともに、金属部材の突部以外の部分が樹脂部材と離間されている。

このように構成することによって、金属部材および樹脂部材が平坦でありそれらが全面的に接触する場合に比べて、樹脂部材に加わる力が分散されるのを抑制することができる。すなわち、樹脂部材に加わる力を、接合領域を含む金属部材および樹脂部材の接触面に集中させることができる。これにより、外部から樹脂部材に加わる力が大きくなるのを抑制しながら、接合領域を含む接触面に効率的に加圧力を作用させることができる。したがって、樹脂部材に熱変形ひずみが生じるのを抑制しながら、樹脂部材の穿孔部への充填率の向上を図ることができる。

上記接合構造体の製造方法において、樹脂部材の表面に突部が設けられており、樹脂部材の突部が金属部材の突部の接合領域に加圧接触されるようにしてもよい。

上記接合構造体の製造方法において、樹脂部材の表面に凹部が設けられており、樹脂部材の凹部が金属部材の突部の接合領域に加圧接触されるようにしてもよい。

上記接合構造体の製造方法において、金属部材の突部は、平面的に見て環状に形成されていてもよい。

上記接合構造体の製造方法において、金属部材の突部は複数設けられ、各突部が分離されていてもよい。

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、金属部材の接合領域に開口を有する穿孔部を形成する工程と、樹脂部材の表面に突部が設けられており、金属部材の表面に対して樹脂部材の突部以外の部分を離間させた状態で、金属部材の接合領域に樹脂部材の突部を加圧接触させる工程と、金属部材の接合領域に接触する樹脂部材を溶融させ、その溶融された樹脂部材を穿孔部に充填した後に固化させる工程とを備える。穿孔部は、平面的に見て円形に形成される。円形とはほぼ円形の場合を含む。金属部材および樹脂部材が接合された状態では、樹脂部材の突部が金属部材に接触されるとともに、樹脂部材の突部以外の部分が金属部材と離間されている。

上記樹脂部材に突部が設けられた接合構造体の製造方法は、金属部材の表面に凹部が設けられており、その凹部に接合領域が設けられていてもよい。

上記樹脂部材に突部が設けられた接合構造体の製造方法は、樹脂部材の突部は、平面的に見て環状に形成されていてもよい。

上記樹脂部材に突部が設けられた接合構造体の製造方法は、樹脂部材の突部は複数設けられ、各突部が分離されていてもよい。

上記接合構造体の製造方法において、金属部材に第１レーザ光を照射することにより、樹脂部材を溶融させるようにしてもよい。

この場合において、第１レーザ光を複数回走査するようにしてもよい。

上記接合構造体の製造方法において、金属部材の接合領域に第２レーザ光を照射することにより、穿孔部を形成してもよい。

この場合において、第２レーザ光は、１パルスが複数のサブパルスで構成されていてもよい。

本発明による接合構造体は、金属部材および樹脂部材が接合された接合構造体である。金属部材および樹脂部材の少なくとも一方の表面に突部が設けられており、金属部材に突部が設けられている場合にはその突部に接合領域が設けられ、樹脂部材に突部が設けられている場合にはその突部と対向する位置の金属部材に接合領域が設けられている。金属部材の接合領域には、開口を有する穿孔部が形成され、穿孔部は、平面的に見て円形に形成され、金属部材の穿孔部には、樹脂部材が充填されている。円形とはほぼ円形の場合を含む。金属部材に突部が設けられている場合には、金属部材の突部が樹脂部材に接触されるとともに、金属部材の突部以外の部分が樹脂部材と離間され、樹脂部材に突部が設けられている場合には、樹脂部材の突部が金属部材に接触されるとともに、樹脂部材の突部以外の部分が金属部材と離間されている。

本発明の接合構造体の製造方法および接合構造体によれば、樹脂部材に熱変形ひずみが生じるのを抑制しながら、樹脂部材の穿孔部への充填率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図１の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 図１の接合構造体の樹脂部材を示した斜視図である。 第１実施形態の接合構造体の製造方法において、金属部材に穿孔部を形成する工程を説明するための図である。 第１実施形態の接合構造体の製造方法において、金属部材と樹脂部材とを接合する工程を説明するための図である。 本発明の第２実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図６の接合構造体の樹脂部材を示した斜視図である。 本発明の第３実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図８の接合構造体の樹脂部材を示した斜視図である。 本発明の第４実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図１０の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 本発明の第５実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図１２の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 本発明の第６実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 第６実施形態の接合構造体の製造方法において、金属部材と樹脂部材とを接合する工程を説明するための図である。 本発明の第７実施形態による接合構造体の接合部を拡大して示した模式的な断面図である。 図１６の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 実施例１の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 実施例１の接合構造体の樹脂部材を示した斜視図である。 実施例３の接合構造体の樹脂部材を示した斜視図である。 実施例７の接合構造体の金属部材を示した斜視図である。 第１実施形態の第１変形例による金属部材を示した模式的な断面図である。 第１実施形態の第２変形例による金属部材を示した模式的な断面図である。 第１実施形態の第３変形例による金属部材を示した模式的な断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による接合構造体１００について説明する。

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。

金属部材１は、図２に示すように、平坦な表面１１を有するとともに、その表面１１から突出する突部１２を有する。突部１２は、断面が矩形状であり、その端面（上端面）１３に樹脂部材２が接合される接合領域Ｒが設けられている。この突部１２は、平面的に見て矩形の環状に形成されており、その内部空間Ｓを取り囲むように設けられている。すなわち、金属部材１では、接合領域Ｒが平面的に見て矩形の環状に設けられている。なお、接合領域Ｒは、たとえば端面１３の全域に設けられている。

なお、突部１２の幅は、好ましくは０．１〜４．０ｍｍである。突部１２の幅が０．１ｍｍを下回ると、接合面積が不足して接合強度を得られないおそれがあり、突部１２の幅が４ｍｍを上回ると、接合用のレーザ光Ｌ２（図５参照）の照射径を超えるため端面１３に未接合部位が発生しやすいためである。また、突部１２の高さは、好ましくは０．０５ｍｍ以上である。突部１２の高さが０．０５ｍｍを下回ると、面精度のばらつきに埋もれるおそれがある。

図１に示すように、金属部材１の接合領域Ｒには複数の穿孔部１４が形成され、その穿孔部１４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。

穿孔部１４は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、内周面に内側に突出する突出部１４１が形成されている。突出部１４１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。

具体的には、穿孔部１４は、深さ方向において端面１３側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部と、深さ方向において端面１３側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において端面１３側から底部に向けて開口径が小さくなる第２縮径部とが連なるように形成されている。第１縮径部は、端面１３側に配置され、直線状に縮径するように形成されている。拡径部は、第１縮径部および第２縮径部の間に配置され、曲線状に拡径するように形成されている。第２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、第１縮径部および拡径部により突出部１４１が構成されている。

穿孔部１４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１４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。

また、穿孔部１４の間隔（所定の穿孔部１４の中心と、所定の穿孔部１４と隣接する穿孔部１４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１４の間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの穿孔部１４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。

この穿孔部１４は、たとえば加工用のレーザ光Ｌ１（図４参照）によって形成されている。なお、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ装置としては、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。

このような穿孔部１４は、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザ光Ｌ１によって形成される。このレーザ光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１４を形成するのに好適である。このようなレーザ光Ｌ１を照射可能なレーザ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。

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１４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、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１４を形成しにくくなるためである。

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。

樹脂部材２は、図３に示すように、平坦な表面２１を有する。この樹脂部材２は、たとえば、接合用のレーザ光Ｌ２（図５参照）に対して透過性を有する材料により形成されている。なお、レーザ光Ｌ２を出射するレーザ装置としては、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、エキシマレーザを挙げることができる。

樹脂部材２の材料の一例としては、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、フルオレン誘導体、ＥＦＥＰ（エチレン四フッ化エチレン系共重合体）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、および、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が挙げられる。また、樹脂部材２は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。

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。

そして、接合構造体１００では、図１に示すように、金属部材１の突部１２の端面１３に樹脂部材２が突き合わされており、その端面１３の接合領域Ｒで金属部材１および樹脂部材２が接合されている。このため、接合構造体１００では、金属部材１の表面１１と樹脂部材２の表面２１とが離間されている。すなわち、金属部材１における突部１２が形成されていない部分が樹脂部材２と離間している。つまり、接合領域Ｒが設けられた突部１２の端面１３のみが樹脂部材２に接触している。

−接合構造体の製造方法−
次に、図１〜図５を参照して、第１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。

まず、平坦な表面１１に突部１２を有する金属部材１（図２参照）を形成するとともに、平坦な表面２１を有する樹脂部材２（図３参照）を形成する。そして、図４に示すように、金属部材１の突部１２の接合領域Ｒに加工用のレーザ光Ｌ１を照射することにより、内周面に突出部１４１を有する穿孔部１４を形成する。なお、このレーザ光Ｌ１は、１パルスが複数のサブパルスで構成されている。また、レーザ光Ｌ１は、本発明の「第２レーザ光」の一例である。

そして、図５に示すように、金属部材１と樹脂部材２とが積層される。このとき、金属部材１の突部１２の端面１３が樹脂部材２に接触されるとともに、金属部材１の表面１１に対して樹脂部材２が離間されている。すなわち、金属部材１の接合領域Ｒが樹脂部材２に接触され、金属部材１のその他の部分が樹脂部材２と接触していない。

また、金属部材１との間で樹脂部材２を挟み込むように加圧部材５が配置される。この加圧部材５は、樹脂部材２の全面にわたって配置されており、接合用のレーザ光Ｌ２に対して高い透過性を有する材料（具体的には、透過率が９０％以上のガラスや樹脂など）からなる。そして、加圧部材５により、樹脂部材２が金属部材１側に加圧される。なお、このときの加圧力は、樹脂部材２に熱変形ひずみが生じるのを抑制するために、たとえば数ＭＰａ以下である。

このように、金属部材１の接合領域Ｒに樹脂部材２を加圧接触させた状態で、樹脂部材２側（加圧部材５側）から接合領域Ｒに向けて接合用のレーザ光Ｌ２が照射される。なお、レーザ光Ｌ２は、環状の突部１２に沿って照射され、その照射径がたとえば突部１２の幅と同じに設定される。また、レーザ光Ｌ２を複数回（たとえば、３回）走査する。このため、金属部材１および樹脂部材２の接触面付近の金属部材１が高温になり、接触面付近の樹脂部材２が溶融される。そして、その溶融された樹脂部材２が穿孔部１４に充填され、その後、溶融された樹脂部材２が固化される。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る。なお、レーザ光Ｌ２は、本発明の「第１レーザ光」の一例である。

このようにして、図１に示すような接合構造体１００が製造される。

−効果−
第１実施形態では、上記のように、金属部材１の突部１２を接合領域Ｒとしてその接合領域Ｒに穿孔部１４を形成し、金属部材１の表面１１から樹脂部材２を離間させた状態で接合領域Ｒに樹脂部材２を加圧接触させ、樹脂部材２を溶融させて穿孔部１４に充填して固化させる。このように構成することによって、金属部材および樹脂部材が平坦でありそれらが全面的に接触する場合に比べて、加圧部材５から樹脂部材２に加わる力が接触面において分散されるのを抑制することができる。すなわち、加圧部材５から樹脂部材２に加わる力を、接合領域Ｒ（金属部材１および樹脂部材２の接触面）に集中させることができる。これにより、加圧部材５から樹脂部材２に加わる力が大きくなるのを抑制しながら、接合領域Ｒ（接触面）に効率的に加圧力を作用させることができる。したがって、樹脂部材２に熱変形ひずみが生じるのを抑制しながら、樹脂部材２の穿孔部１４への充填率の向上を図ることができる。その結果、接合構造体１００の接合強度の向上を図るとともに、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができる。

また、第１実施形態では、突部１２を平面的に見て環状に形成することによって、内部空間Ｓ（図２参照）を封止することができる。

また、第１実施形態では、穿孔部１４の内周面に突出部１４１を形成することによって、アンカー効果をより向上させることができる。

また、第１実施形態では、レーザ光Ｌ２を複数回走査することによって、穿孔部１４に対する樹脂部材２の充填率をより向上させることができる。

また、第１実施形態では、突部１２に接合領域Ｒを設けることによって、接合用のレーザ照射時に熱拡散するのを抑制することができる。したがって、レーザエネルギを効率よく接合に用いるとともに、熱拡散による接合のばらつきを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２実施形態による接合構造体１００ａについて説明する。

接合構造体１００ａは、図６に示すように、金属部材１および樹脂部材２ａを備え、金属部材１および樹脂部材２ａが接合されている。

樹脂部材２ａは、図７に示すように、平坦な表面２１ａを有するとともに、その表面２１ａから突出する突部２２ａを有する。突部２２ａは、断面が矩形状であり、金属部材１の突部１２と対応するように平面的に見て環状に形成されている。

なお、樹脂部材２ａのその他の構成は、上記した樹脂部材２と同様である。

そして、接合構造体１００ａでは、図６に示すように、金属部材１の突部１２と樹脂部材２ａの突部２２ａとが突き合わされており、その突き合わされた接合領域Ｒで金属部材１および樹脂部材２ａが接合されている。このため、接合構造体１００ａでは、金属部材１の表面１１と樹脂部材２ａの表面２１ａとが離間されている。

なお、接合構造体１００ａの製造方法は、樹脂部材２ａの突部２２ａが金属部材１の突部１２の接合領域Ｒに加圧接触されること以外は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、樹脂部材２ａに突部２２ａを設けることによって、樹脂部材２ａの厚みが小さいことにより、樹脂部材２ａが接合時に熱変形しやすい場合であっても、突部２２ａにより厚みを確保して熱変形を抑制することができる。つまり、第２実施形態では、樹脂部材２ａの厚みが小さい場合（たとえば、厚みが１．０ｍｍを下回る場合）であっても、接合構造体１００ａを得ることができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図８および図９を参照して、本発明の第３実施形態による接合構造体１００ｂについて説明する。

接合構造体１００ｂは、図８に示すように、金属部材１および樹脂部材２ｂを備え、金属部材１および樹脂部材２ｂが接合されている。

樹脂部材２ｂは、図９に示すように、平坦な表面２１ｂを有するとともに、その表面２１ｂから窪んだ溝部２２ｂを有する。なお、溝部２２ｂは、本発明の「凹部」の一例である。溝部２２ｂは、断面が矩形状であり、金属部材１の突部１２と対応するように平面的に見て環状に形成されている。この溝部２２ｂは、金属部材１の突部１２が嵌め合わされるようになっている。具体的には、図８に示すように、溝部２２ｂの深さは突部１２の高さよりも小さく、溝部２２ｂの幅は突部１２の幅よりも大きい。

なお、樹脂部材２ｂのその他の構成は、上記した樹脂部材２と同様である。

そして、接合構造体１００ｂでは、金属部材１の突部１２と樹脂部材２ｂの溝部２２ｂとが嵌め合わされており、その嵌め合わされた接合領域Ｒで金属部材１および樹脂部材２ｂが接合されている。このため、接合構造体１００ｂでは、金属部材１の表面１１と樹脂部材２ｂの表面２１ｂとが離間されている。

なお、接合構造体１００ｂの製造方法は、樹脂部材２ｂの溝部２２ｂが金属部材１の突部１２の接合領域Ｒに加圧接触されること以外は、第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、樹脂部材２ｂに溝部２２ｂを設けることによって、接合領域Ｒと対応する部分の樹脂部材２ｂの厚みを小さくすることができるので、樹脂部材２ｂの厚みが大きく、接合用のレーザ光Ｌ２の透過率が低い場合であっても、レーザ光Ｌ２を透過しやすくすることができる。つまり、第３実施形態では、樹脂部材２ｂの厚みが大きく、レーザ光Ｌ２の透過率が低い場合（たとえば、厚みが１．０ｍｍを上回り、透過率が３０％を下回る場合）であっても、接合構造体１００ｂを得ることができる。

また、第３実施形態では、金属部材１の突部１２と樹脂部材２ｂの溝部２２ｂとを嵌合させることによって、接合時の位置決めを容易に行うことができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第４実施形態による接合構造体１００ｃについて説明する。

接合構造体１００ｃは、図１０に示すように、金属部材１ｃおよび樹脂部材２ａを備え、金属部材１ｃおよび樹脂部材２ａが接合されている。

金属部材１ｃは、図１１に示すように、平坦な表面１１ｃを有しており、その表面１１ｃに接合領域Ｒが設けられている。この接合領域Ｒは、樹脂部材２ａの突部２２ａと対応する位置に配置され、平面的に見て環状に設けられている。接合領域Ｒには、突出部１４１を有する穿孔部１４（図１０参照）が複数形成されている。つまり、金属部材１ｃには、第１実施形態と異なり、突部１２（図２参照）が設けられていない。

なお、金属部材１ｃのその他の構成は、上記した金属部材１と同様である。

そして、接合構造体１００ｃでは、図１０に示すように、金属部材１ｃの接合領域Ｒに樹脂部材２ａの突部２２ａが突き合わされており、その突き合わされた接合領域Ｒで金属部材１ｃおよび樹脂部材２ａが接合されている。このため、接合構造体１００ｃでは、金属部材１ｃの表面１１ｃと樹脂部材２ａの表面２１ａとが離間されている。

なお、接合構造体１００ｃの製造方法は、金属部材１ｃの表面１１ｃに対して樹脂部材２ａの突部２２ａ以外の部分を離間させた状態で、金属部材１ｃの接合領域Ｒに樹脂部材２ａの突部２２ａを加圧接触させること以外は、第１実施形態と同様である。

また、第４実施形態の効果は、第１実施形態と同様である。

（第５実施形態）
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第５実施形態による接合構造体１００ｄについて説明する。

接合構造体１００ｄは、図１２に示すように、金属部材１ｄおよび樹脂部材２ａを備え、金属部材１ｄおよび樹脂部材２ａが接合されている。

金属部材１ｄは、図１３に示すように、平坦な表面１１ｄを有するとともに、その表面１１ｄから窪んだ溝部１２ｄを有する。なお、溝部１２ｄは、本発明の「凹部」の一例である。溝部１２ｄは、断面が矩形状であり、樹脂部材２ａの突部２２ａと対応するように平面的に見て環状に形成されている。この溝部１２ｄは、樹脂部材２ａの突部２２ａが嵌め合わされるようになっている。具体的には、図１２に示すように、溝部１２ｄの深さは突部２２ａの高さよりも小さく、溝部１２ｄの幅は突部２２ａの幅よりも大きい。また、溝部１２ｄの底面には、接合領域Ｒが設けられており、その接合領域Ｒは平面的に見て環状である。接合領域Ｒには、突出部１４１を有する穿孔部１４が複数形成されている。

なお、金属部材１ｄのその他の構成は、上記した金属部材１と同様である。

そして、接合構造体１００ｄでは、金属部材１ｄの溝部１２ｄと樹脂部材２ａの突部２２ａが嵌め合わされており、その嵌め合わされた接合領域Ｒで金属部材１ｄおよび樹脂部材２ａが接合されている。このため、接合構造体１００ｄでは、金属部材１ｄの表面１１ｄと樹脂部材２ａの表面２１ａとが離間されている。

接合構造体１００ｄの製造方法は、金属部材１ｄの溝部１２ｄの接合領域Ｒに樹脂部材２ａの突部２２ａが加圧接触されること以外は、第４実施形態と同様である。

第５実施形態では、上記のように、金属部材１ｄの溝部１２ｄと樹脂部材２ａの突部２２ａとを嵌合させることによって、接合時の位置決めを容易に行うことができる。

なお、第５実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（第６実施形態）
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第６実施形態による接合構造体１００ｅについて説明する。

接合構造体１００ｅは、図１４に示すように、金属部材１および樹脂部材２ｅを備え、金属部材１および樹脂部材２ｅが接合されている。

樹脂部材２ｅは、接合用のレーザ光Ｌ２（図１５参照）に対して透過性が低い材料により形成されていてもよい。このため、樹脂部材２ｅの材料としては、第１実施形態で挙げたものの他に、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ｍ−ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、および、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）を挙げることができる。

なお、樹脂部材２ｅのその他の構成は、上記した樹脂部材２と同様である。

接合構造体１００ｅでは、金属部材１の突部１２の端面１３に樹脂部材２ｅが突き合わされており、その端面１３の接合領域Ｒで金属部材１および樹脂部材２ｅが接合されている。このため、接合構造体１００ｅでは、金属部材１の表面１１と樹脂部材２ｅの表面２１ｅとが離間されている。

接合構造体１００ｅの製造方法は、図１５に示すように、樹脂部材２ｅとの間で金属部材１を挟み込みように加圧部材５を配置し、樹脂部材２ｅとは反対側から金属部材１にレーザ光Ｌ２を照射して金属部材１を加熱すること以外は、第１実施形態と同様である。

第６実施形態では、上記したように、樹脂部材２ｅとは反対側からレーザ光Ｌ２を照射することによって、樹脂部材２ｅがレーザ光Ｌ２に対して透過性を有しない場合や、樹脂部材２ｅ側からレーザ光Ｌ２を照射しにくい場合であっても、接合構造体１００ｅを得ることができる。

なお、第６実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（第７実施形態）
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の第７実施形態による接合構造体１００ｆについて説明する。

接合構造体１００ｆは、図１６に示すように、金属部材１ｆおよび樹脂部材２を備え、金属部材１ｆおよび樹脂部材２が接合されている。

金属部材１ｆは、図１７に示すように、平坦な表面１１ｆを有するとともに、その表面１１ｆから突出する複数の突部１２ｆを有する。各突部１２ｆは、断面が矩形状であり、その端面（上端面）１３ｆに樹脂部材２が接合される接合領域Ｒが設けられている。この突部１２ｆは、第１実施形態と異なり、平面的に見て環状に形成されていない。すなわち、各突部１２ｆが分離（独立）されている。接合領域Ｒには、突出部１４１を有する穿孔部１４が複数形成されている。

なお、金属部材１ｆのその他の構成は、上記した金属部材１と同様である。

接合構造体１００ｆでは、図１６に示すように、金属部材１ｆの突部１２ｆの端面１３ｆに樹脂部材２が突き合わされており、その端面１３ｆの接合領域Ｒで金属部材１ｆおよび樹脂部材２が接合されている。このため、接合構造体１００ｆでは、金属部材１ｆの表面１１ｆと樹脂部材２の表面２１とが離間されている。

接合構造体１００ｆの製造方法は、第１実施形態と同様である。

第７実施形態では、上記のように、複数の突部１２ｆが分離されていることによって、金属部材１ｆと樹脂部材２との接触面をより小さくすることができるので、加圧力をより効率的に接合領域Ｒに作用させることができる。

なお、第７実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（実験例１）
次に、図１８〜図２１を参照して、上記した各実施形態の効果を確認するために行った実験例１について説明する。

この実験例１では、第１〜第７実施形態に対応する実施例１〜７による接合構造体と、比較例による接合構造体とを作製し、それらについての接合評価を行った。なお、接合評価としては、熱衝撃試験を行っていないものについて接合強度を測定するとともに、熱衝撃試験後のものについて接合強度を測定し、その測定結果に基づいて合否判定を行った。

−各接合構造体の作製方法−
まず、実施例１による接合構造体の作製方法について説明する。

実施例１の接合構造体では、金属部材５１０の材料としてＳＵＳ３０４を用いた。この金属部材５１０は、図１８に示すように、板状に形成されており、長さが４０ｍｍであり、幅が２０ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。この金属部材５１０の表面５１１には突部５１２が形成されている。突部５１２は、平面的に見て矩形環状に形成されており、幅が０．８ｍｍであり、高さが０．５ｍｍである。一方、樹脂部材５２０の材料としてＰＭＭＡを用いた。この樹脂部材５２０は、図１９に示すように、板状に形成されており、長さが４０ｍｍであり、幅が２０ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。

そして、金属部材５１０の突部５１２の接合領域に加工用のレーザ光を照射して穿孔部を形成した。このレーザ光の照射は、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。レーザ光の照射条件は、以下のとおりである。

＜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
走査速度：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
走査回数：２０回
照射間隔：６５μｍ
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１万回レーザ光（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。なお、走査回数は、レーザ光が同じ箇所に繰り返し照射される回数である。

このように、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザ光を照射することにより、金属部材５１０の接合領域には穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の内周面に突出部が形成される。

その後、金属部材５１０の表面５１１と樹脂部材５２０の表面５２１とが離間するとともに、金属部材５１０の突部５１２に設けられた接合領域に樹脂部材５２０を加圧接触させた状態で、樹脂部材５２０側から接合領域に接合用のレーザ光を照射することにより、金属部材５１０と樹脂部材５２０とを接合した。具体的には、レーザ光の照射により金属部材５１０が加熱され、その熱により樹脂部材５２０が溶融される。このため、その溶融された樹脂部材５２０が穿孔部に充填され、その後樹脂部材５２０が固化される。また、接合用のレーザ光の照射条件は、以下のとおりである。なお、焦点径は、接合領域を包含するように突部の幅よりも大きくした。

＜接合用のレーザ照射条件＞
レーザ：半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）
発振モード：連続発振
出力：１８Ｗ
焦点径：１ｍｍ
走査速度：３ｍｍ／ｓｅｃ
加圧力：０．３ＭＰａ
走査回数：３回
このようにして、実施例１の接合構造体を作製した。

次に、実施例２〜７および比較例の接合構造体の作製方法について説明する。

実施例２の接合構造体では、樹脂部材の形状を上記した金属部材５１０と同様にした。すなわち、樹脂部材の表面に突部を設けるとともに、その突部を金属部材の突部に突き合わせて接合した。なお、実施例２のその他の点については実施例１と同様である。

実施例３の接合構造体では、樹脂部材５３０が、図２０に示すように、板状に形成されており、長さが４０ｍｍであり、幅が２０ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。この樹脂部材５３０の表面５３１には溝部（凹部）５３２が形成されている。溝部５３２は、平面的に見て矩形環状に形成されており、幅が１．０ｍｍであり、深さが０．３ｍｍである。すなわち、溝部５３２の幅は、突部５１２の幅よりも大きく、溝部５３２の深さは、突部５１２の高さよりも小さい。そして、実施例３の接合構造体では、金属部材５１０の突部５１２と樹脂部材５３０の溝部５３２とを嵌合させて接合した。なお、実施例３のその他の点については実施例１と同様である。

実施例４の接合構造体では、樹脂部材の形状を上記した金属部材５１０と同様にするとともに、金属部材の形状を上記した樹脂部材５２０と同様にした。すなわち、実施例４では、実施例１の場合と形状を逆にし、金属部材の平坦な表面に矩形環状の接合領域を設けた。なお、実施例４のその他の点については実施例１と同様である。

実施例５の接合構造体では、樹脂部材の形状を上記した金属部材５１０と同様にするとともに、金属部材の形状を上記した樹脂部材５３０と同様にした。すなわち、実施例５では、実施例３の場合と形状を逆にし、金属部材の溝部に矩形環状の接合領域を設けた。なお、実施例５のその他の点については実施例１と同様である。

実施例６の接合構造体では、接合用のレーザ光を金属部材側から照射した。なお、実施例６のその他の点については実施例１と同様である。

実施例７の接合構造体では、図２１に示すように、金属部材５４０の表面５４１に複数の突部５４２を設けた。この突部５４２は、長さが２ｍｍであり、幅が０．８ｍｍであり、高さが０．５ｍｍである。すなわち、突部５４２が平面的に見て環状に形成されていない。なお、実施例７のその他の点については実施例１と同様である。

比較例の接合構造体では、金属部材の形状を上記した樹脂部材５２０と同様にし、金属部材の平坦な表面に接合領域を設けた。すなわち、比較例では、金属部材および樹脂部材の両方が平坦であり、突部および溝部が設けられていない。なお、比較例のその他の点については実施例１と同様である。

−接合評価−
そして、実施例１〜７の接合構造体および比較例の接合構造体についての接合評価を行い、その結果を表１に示した。

なお、樹脂充填率は、穿孔部の断面を観察し、穿孔部の断面の面積を計測するとともに、その穿孔部に充填されている樹脂部材の断面の面積を計測し、穿孔部の面積に対する樹脂部材が占める割合を計算した。

また、接合強度は、インストロン製の電気機械式万能試験機５９００を用いて測定した。具体的には、せん断方向および剥離方向（垂直方向）について引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、樹脂部材の破断または接合界面の破断で試験を終了した。そして、その試験での最大強度を接合強度として採用した。なお、せん断方向とは、接合界面に沿ってずれる方向である。

また、熱衝撃試験では、−４０℃で３０分間の低温さらしと、７０℃で３０分間の高温さらしとを５００回繰り返し行った。

そして、熱サイクル環境下での信頼性を判断するために、以下の基準で合否判定を行った。

合格（○）：「熱衝撃試験後の接合強度」／「熱衝撃試験前の接合強度」≧９０％
不合格（×）：「熱衝撃試験後の接合強度」／「熱衝撃試験前の接合強度」＜９０％
上記した表１に示すように、実施例１〜７の接合構造体では、樹脂充填率が９０％を上回っていたのに対し、比較例の接合構造体では、樹脂充填率が８０％を下回っていた。これは、実施例１〜７の接合構造体では、金属部材および樹脂部材の少なくとも一方に突部を設けることにより、レーザ接合時の加圧力を接合領域を含む接触面に集中させることができたためであると考えられる。

そして、実施例１〜７の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持できたのに対し、比較例の接合構造体では、接合強度維持率が７０％を下回っていた。したがって、実施例１〜７の接合構造体では、樹脂充填率の向上を図ることにより、アンカー効果が低下しにくいので、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができた。

（実験例２）
次に、接合用のレーザ光の走査回数と樹脂充填率との関係を確認するために行った実験例２について説明する。

この実験例２では、実施例８および９による接合構造体を作製した。実施例８では、接合用のレーザ光の走査回数を１回にし、実施例９では、接合用のレーザ光の走査回数を２回にした。なお、実施例８および９のその他の点については実施例１と同様である。また、上記したように実施例１の走査回数は３回である。そして、それらについての接合評価を行い、その結果を表２に示した。

上記した表１および表２に示すように、実施例１、８および９では、接合用のレーザ光の走査回数を増やすと、樹脂充填率が向上するとともに、接合強度維持率を向上させることができた。なお、走査回数が１回であっても、樹脂充填率が９０％を上回るとともに、接合強度維持率が９０％を上回っていた。

（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。

たとえば、第１実施形態では、穿孔部１４に突出部１４１が形成される例を示したが、これに限らず、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。また、レーザ光Ｌ１によって穿孔部１４を形成する例を示したが、これに限らず、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、エッチング処理またはプレス加工処理などにより穿孔部を形成するようにしてもよい。

また、第１実施形態では、接合用のレーザ光Ｌ２により金属部材１と樹脂部材２とを接合する例を示したが、これに限らず、熱プレス接合または超音波接合により金属部材および樹脂部材が接合されていてもよい。この場合には、樹脂部材の材料として第１実施形態で挙げたものに加えて第６実施形態で挙げたものを用いることができる。

また、第１実施形態では、接合用のレーザ光Ｌ２を複数回走査する例を示したが、これに限らず、接合用のレーザ光の走査回数が１回であってもよい。

また、第１実施形態では、金属部材１の表面１１に突部１２が設けられる例を示したが、これに限らず、図２２に示す第１変形例による金属部材１ｇのように、平坦な表面１１ｇに突部１２ｇを設けるとともに、その突部１２ｇの側方に表面１１ｇから窪んだ凹部１５ｇが設けられていてもよい。このように構成すれば、接合用のレーザ照射時に、凹部１５ｇによって熱拡散をより抑制することができる。

また、第１実施形態では、金属部材１の表面１１に断面が矩形状の突部１２が設けられる例を示したが、これに限らず、図２３に示す第２変形例による金属部材１ｈのように、表面１１ｈに断面が円弧状の突部１２ｈが設けられていてもよい。また、図２４に示す第３変形例による金属部材１ｉのように、表面１１ｉに断面が台形状の突部１２ｉが設けられていてもよい。

また、第１実施形態では、金属部材１の表面１１および樹脂部材２の表面２１が平坦である例を示したが、これに限らず、金属部材の表面および樹脂部材の表面が湾曲していてもよい。

また、第１実施形態では、加圧部材５が樹脂部材２の全面にわたって配置される例を示したが、これに限らず、接合用のレーザ光が通過しない領域のみに加圧部材が配置されていてもよい。この場合には、加圧部材が接合用のレーザ光に対して透過性を有していなくてもよい。

また、第１実施形態では、端面１３の全域に接合領域Ｒが設けられる例を示したが、これに限らず、端面の一部の領域に接合領域が設けられていてもよい。

また、第１実施形態では、突部１２が平面的に見て矩形環状に形成される例を示したが、これに限らず、突部が平面的に見て円環状に形成されていてもよい。

なお、上記した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。たとえば、第４実施形態と第７実施形態とを組み合わせて、樹脂部材の突部が複数設けられ、各突部が分離されていてもよい。

本発明は、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および接合構造体に利用可能である。

１、１ｃ、１ｄ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ 金属部材
２、２ａ、２ｂ、２ｅ 樹脂部材
１１、１１ｃ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ 表面
１２、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ 突部
１２ｄ 溝部（凹部）
１４ 穿孔部
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｅ 表面
２２ａ 突部
２２ｂ 溝部（凹部）
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ、１００ｆ 接合構造体

Claims (14)

1. 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って、
   前記金属部材の表面に突部が設けられており、前記突部の接合領域に開口を有する穿孔部を形成する工程と、
   前記金属部材の表面に対して前記樹脂部材を離間させた状態で、前記金属部材の突部の接合領域に前記樹脂部材を加圧接触させる工程と、
   前記金属部材の接合領域に接触する前記樹脂部材を溶融させ、その溶融された前記樹脂部材を前記穿孔部に充填した後に固化させる工程とを備え、
   前記穿孔部は、平面的に見て円形に形成され、
   前記金属部材および前記樹脂部材が接合された状態では、前記金属部材の突部が前記樹脂部材に接触されるとともに、前記金属部材の突部以外の部分が前記樹脂部材と離間されていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
2. 請求項１に記載の接合構造体の製造方法において、
   前記樹脂部材の表面に突部が設けられており、前記樹脂部材の突部が前記金属部材の突部の接合領域に加圧接触されることを特徴とする接合構造体の製造方法。
3. 請求項１に記載の接合構造体の製造方法において、
   前記樹脂部材の表面に凹部が設けられており、前記樹脂部材の凹部が前記金属部材の突部の接合領域に加圧接触され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つに記載の接合構造体の製造方法において、
   前記金属部材の突部は、平面的に見て環状に形成されていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の接合構造体の製造方法において、
   前記金属部材の突部は複数設けられ、各突部が分離されていることを特徴とする接合構造体の製造方法。
6. 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って、
   前記金属部材の接合領域に開口を有する穿孔部を形成する工程と、
   前記樹脂部材の表面に突部が設けられており、前記金属部材の表面に対して前記樹脂部材の突部以外の部分を離間させた状態で、前記金属部材の接合領域に前記樹脂部材の突部を加圧接触させる工程と、
   前記金属部材の接合領域に接触する前記樹脂部材を溶融させ、その溶融された前記樹脂部材を前記穿孔部に充填した後に固化させる工程とを備え、
   前記穿孔部は、平面的に見て円形に形成され、
   前記金属部材および前記樹脂部材が接合された状態では、前記樹脂部材の突部が前記金属部材に接触されるとともに、前記樹脂部材の突部以外の部分が前記金属部材と離間さ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６に記載の接合構造体の製造方法において、
   前記金属部材の表面に凹部が設けられており、その凹部に接合領域が設けられることを特徴とする接合構造体の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の接合構造体の製造方法において、
   前記樹脂部材の突部は、平面的に見て環状に形成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６または７に記載の接合構造体の製造方法において、
   前記樹脂部材の突部は複数設けられ、各突部が分離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つに記載の接合構造体の製造方法において、
    前記金属部材に第１レーザ光を照射することにより、前記樹脂部材を溶融させることを特徴とする接合構造体の製造方法。
11. 請求項１０に記載の接合構造体の製造方法において、
    前記第１レーザ光を複数回走査することを特徴とする接合構造体の製造方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の接合構造体の製造方法において、
    前記金属部材の接合領域に第２レーザ光を照射することにより、前記穿孔部を形成することを特徴とする接合構造体の製造方法。
13. 請求項１２に記載の接合構造体の製造方法において、
    前記第２レーザ光は、１パルスが複数のサブパルスで構成されることを特徴とする接合構造体の製造方法。
14. 金属部材および樹脂部材が接合された接合構造体であって、
    前記金属部材および前記樹脂部材の少なくとも一方の表面に突部が設けられており、前記金属部材に突部が設けられている場合にはその突部に接合領域が設けられ、前記樹脂部材に突部が設けられている場合にはその突部と対向する位置の前記金属部材に接合領域が設けられ、
    前記金属部材の接合領域には、開口を有する穿孔部が形成され、
    前記穿孔部は、平面的に見て円形に形成され、
    前記金属部材の穿孔部には、前記樹脂部材が充填され、
    前記金属部材に突部が設けられている場合には、前記金属部材の突部が前記樹脂部材に接触されるとともに、前記金属部材の突部以外の部分が前記樹脂部材と離間され、前記樹脂部材に突部が設けられている場合には、前記樹脂部材の突部が前記金属部材に接触されるとともに、前記樹脂部材の突部以外の部分が前記金属部材と離間されていることを特徴とする接合構造体。

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