JPS61249740A - 異種材料の機械的接合方法 - Google Patents

異種材料の機械的接合方法

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JPS61249740A
JPS61249740A JP60092579A JP9257985A JPS61249740A JP S61249740 A JPS61249740 A JP S61249740A JP 60092579 A JP60092579 A JP 60092579A JP 9257985 A JP9257985 A JP 9257985A JP S61249740 A JPS61249740 A JP S61249740A
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JP
Japan
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synthetic resin
joining
hole
resin material
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JP60092579A
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English (en)
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Toshihisa Terasawa
寺沢　利久
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、異種材料の機械的接合方法に関し、さらに詳
しくは、異種の合成樹脂材料同志または合成樹脂材料と
異種材料を重ね合わせ、合成樹脂材料の方向からレーザ
光を照射して、その溶融物で両材料を機械的に接合する
方法に係るものである。
〔従来の技術〕
従来、合成樹脂材料と合成樹脂材料とを接合する際には
、熱を加えて溶着する物理的接合方法と接着剤を用いて
接、着する化学的接合方法が広く利用されている。。
すなわち、前者の物理的接合方法は、接合しようとする
合成樹脂材料が同種の場合には両合成樹脂材料に超音波
や振動を付与して溶着して接合する不法であり、異種の
場合には接合しようとする合成樹脂材料の接合面でメタ
ルメツ、シュ等の発熱体を発熱させて両者の合成樹脂材
料の接合面を溶融させつつ加圧・冷却し、両合成樹脂材
料を接合する方法である。また、後者の化学的接合方法
は、接合しようとする合成樹脂材料の接合面にホントメ
ルト等の接着剤を介在させ、一方の合成樹脂材料の表面
から高周波または超音波を付与させて接着剤を加熱・溶
融させた後、両者の合成樹脂材料を加圧しつつ冷却し、
両合成樹脂材料を接合する方法である。
しかし、前者の物理的接合方法においては、同種の合成
樹脂材料を接合する際には接合しようとする両者の合成
樹脂材料の溶融温度が同一であるとともに、相溶性を有
するので、両合成樹脂材料の接合には適しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には両者の合成樹脂材料
の溶融温度が異なるとともに、相溶性が悪いことから、
両合成樹脂材料の接合は困難である。また、後者の化学
的接合方法においては、同種の合成樹脂材料を接合する
際には前者の物理的接合方法と同様に適しているが、異
種の合成樹脂材料を接合する際には合成樹脂材料の材質
によって接着剤の接着力が低下し、両合成樹脂材料を強
固に接合することば困難である。
上述のようなことから、異種の場合はいうまでもなく、
同種の場合においても合成樹脂材料を接合する際には、
機械的接合方法が多く利用されている。その代表例を第
６図に示すポリプロピレン樹脂とポリエチレン樹脂の接
合方法によって説明する。
第６図においては、５１はポリプロピレン樹脂からなる
板部材であって、この板部材５１の下部にはポリエチレ
ン樹脂からなる板部材５２が配設されており、このポリ
エチレン樹脂の板部材５２とポリプロピレン樹脂の板部
材５１とは互いに対向する部位に貫通孔５３ａ、５３ｂ
が形成されている。そして、両板部材５１．５２の貫通
孔５３ａ、５３ｂには上方からパツキン５４を介在して
螺子５５が蝮合され、両板部材５１．５２が接合されて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような機械的接合方法においては、
両板部材５１．５２に貫通孔５３ａ、５３ｂを形成し、
螺子５５を蝙合しなければならず、前記の物理的接合方
法および化学的接合方法に比較して接合作業が煩雑とな
ることはもとより、両板部材５１．５２に貫通孔５３ａ
、５３ｂを形成する必要があることから、両板部材５１
．５２の強度が低下する不具合がある。
従って、この発明は、上記の不具合を解消するためにな
されたもので、上部に配設する合成樹脂材料をレーザ光
に対して非透過性とし、下部に配設する材料に貫通孔を
形成せしめ、両材料を重ね合わせ、合成樹脂材料の方向
からレーザ光を照射して溶融し、その溶融物を下部の材
料の貫通孔から押し出すことによって、接合しようとす
る材料の強度を低下させることなく、容易に、しかも強
固に接合させることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、この発明に係る異種材料の機械的接合方法に
おいては、異種の合成樹脂材料同志または合成樹脂材料
と異種材料とを重ね合わせ、両材料を接合するにあたり
、重ね合わされる材料のうち、上部に配設される材料を
レーザ光に対して非透過性の合成樹脂材料とし、下部に
配設される材料に貫通孔を形成せしめ、この両者の材料
を重ね合わせた後、上部に配設された合成樹脂材料の方
向からレーザ光を照射して溶融させるとともに、その溶
融部位に荷重を加えて該溶融物を下部に配設された材料
の貫通孔から押し出すようにしたものである。
そして、上部に配設されるレーザ光に対して非透過性の
合成樹脂材料としては、カーボンブラック等の補助材料
が添加されたポリプロピレン樹脂、ガラス繊維で強化さ
れ、かつカーボンブラックが添加されたスチレン−アク
リロニトリル共重合体等の合成樹脂材料を挙げることが
できる。
また、下部に配設される異種材料または合成樹脂材料と
しては、ステンレス、鉄、銅、真鍮、ニッケル、アルミ
ニウム等の金属材料もしくはガラス、セメント等のオー
ルドセラミックスあるいは人工的に合成した窒化ケイ素
、炭化ケイ素等を原料として成形、焼成したニューセラ
ミックス、さらには熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の合
成樹脂材料を挙げることができる。そして、下部の材料
に形成される貫通孔の大きさは、特に限定されるもので
はなく、適宜大きさの貫通孔を選択して開設することが
できる。
また、合成樹脂材料の方向から照射されるレーザとして
は、ガラス：ネオジウム３＋レーザ、ＹＡＧ：ネオジウ
ム１＋レーザ、ルビーレーザ、ヘリウム−ネオンレーザ
、クリプトンレーザ、アルゴンレーザ、Ｈ２レーザ、Ｎ
、レーザ等を挙げることができる。
また、レーザの波長としては、溶融する合成樹脂材料の
波長が必要であり、これは、合成樹脂材料のもつ吸収不
ベクトル特性によって決る。例えば、ガラス繊維で強化
され、かつカーボンブラックが添加されたスチレン−ア
クリロニトリル共重合体からなる板部材と鉄板とからな
る組み合わせにおいては、ＹＡＧ：ネオジウム３＋レー
ザの発振波号である。１．０６μｍが適している。
また、ｋ−ザの出力においては、合成樹脂材料を溶融す
るに十分な出力が必要であって、適宜選択して決定され
る。この時、出力が大きすぎると溶融しようとする合成
樹脂材料が蒸発して接合が不可能となるので考慮する必
要がある。例えば、ＹＡＧ　：ネオジウム３＋レーザに
よる際の目安としては、５ないし１００Ｗ程度が適して
いる。
また、異種の合成樹脂材料同志または合成樹脂材料と異
種材料を重ね合わせる際には、レーザ光に対して非透過
性の合成樹脂材料が上部に配設することが必要であり、
逆に配置した際はレーザ光のエネルギを蓄積することが
できなくなって、接合が不可能となる。さらに、合成樹
脂材料の溶融物に荷重を加える夕、イミングは、合成樹
脂材料にレーザ光を照射する以前、同時またはそれ以降
であればいずれであってもよい。
〔実施例〕
以下、本発明に係る異種材料の機械的接合方法の一実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、この実施例で利用されるｙ　Ａ　ｃ、　、：ネオ
ジウムル−ザ光シ１装置を第４図および第５図に示して
説明する。
第４図および第５図において、ｌは金属材料から円筒状
に形成されている筒状本体であって、この筒状本体１は
上部ケースｌａと下部ケ−７１’ｂの二つに分割されて
お、す、下部乞−ス１ｂに上部ケース１ａが螺設され、
両ケースｌａ、、１ｂは内径が同一とされている。まな
、件の筒状本体１を構成している上部ケース真そ９上端
部にはＹＡＧ：ネオジウｈ−２＋レーザ発振器（例示せ
ず）に接続されている光ファイバ２が接続されており、
ＹＡＧ：ネオジウム３＋レーザ発振器から伝送されたＹ
ＡＧレーザ光Ｍが光ファイバ２の芯材３内で反射しなが
ら筒状本体１内に人、射されるようになっている。　　
　　　　　　、、。
また、筒状本体１の内部（こは三つの光学レンズ４ａ、
４ｂ、４．Ｃが間隔を有して、配設されている。
すなわち、第１の光学レンズ４ａは凸レンズであって、
１上部ケースｌａの下端、近、傍に配設されており、第
２の光学レンズ４ｂは凸ルンズであって、下部ケースｌ
ｂの略中央部に配設されている。。また、第３の光学レ
ンズ４Ｃは隼１の光学レンズ４ａと同様に凸レンズであ
って、下部ケース１ｂの下端近傍←配設されている。　
　　、 そして、光ファイバ２か、ら入射したＹ、ＡＧレーザ光
Ｍは上部ケース１ａの入射部から広がり角θの角度を有
したＹ　、Ａ　、Ｇレーザ光Ｍａとなり、第１の光学レ
ンズ４ａに入射する。また、第１の光学レレズ４ａにへ
射したＹ、ＡＧレーザ光Ｍ、ａは平行なＹＡＧレニザ晃
Ｍｂとなって第２の光学レンズ４ｂに入射し、再びある
焦点に集享する球面のＹＡＧレーザ光Ｍｃとなっそ第３
の光学レンズ４ｃに入射する。さらに、第３の光学°レ
ンズ４Ｃに入射した球面のＹＡＧレーザ光Ｍ−ｃは再び
一行なＹＡＧレーザ光Ｍ’ｄとなって出射される。そし
て、第２の光学レンズ４ｂと第３の光学レンズ４ｃとの
組み合わせにまり、出射するＹ’Ａ　Ｇレーザ’ＩＭｄ
のｉを任意に変更することができる。
また、筒状本体１を構外している下部ケース１ｂには金
属材料からなる照射ノズル５が設けられている。この照
射ノズル５は上端部、にフランジ５ａが形成キ紅でおり
、そのフランジ５．ａ部が下部ケースｌｂのｙ端部に当
接され、固定金具６１設によって保持されている。さら
に、照射ノズル５の下端部蓮傍には第４．の光学レンズ
４ｄが配設されており、この第４の光学レンズ４ｄは第
２の光学レンズ４ｂと同様に凸レンズであって、第３の
光学レンズ４Ｃから出射された平行なＹＡＧレーザ光Ｍ
ｄが照射ノズル５にガイドされて第４の光学レンズ４ｄ
に達し、再度ある焦点に集光する球面のＹＡＧレーザ光
Ｍｅとなって出射するようになっている。
また、照射ノズル５の先端部には石英ガラス、結晶ガラ
ス等の耐熱および耐衝撃性に優れた材料からなるプロー
ブ７が固着されている。そして、このプローブ７は中実
となっており、その上方は照射ノズル５の内径と同一と
されている。また、プローブ７は第５図の拡大断面図に
示すように段階的に小径に形成されており、上方の段部
の円周方向には下方に開放する半球状の溝７ａが形成さ
れ、その下方の段部と最下端部は平坦面７ｂ、７Ｃに形
成されている。さらに、第４の光学レンズ４ｄとプロー
ブ７との間の照射ノズル５には複数個の貫通孔８が形成
されており、アシストガスの供給管９が接続されている
。
そして、照射ノズル５の第４の光学レンズ４ｄから出射
されたＹＡＧレーザ光Ｍｅはプローブ７に達し、その状
態でプローブ７内を透過して出射されるようになってい
る。
次に、異種材料のｍ核的接合方法を第１図ないし第５図
に従って説明する。
第１図ないし第３図において、２１はガラス繊維が２０
重量％、カーボンブラックが０．１重量％の割合で添加
されたスチレン−アクリロニトリル共重合体（ＡＳＧ）
からなる１０ｗｍ厚の板部材であって、この板部材２１
の原材料色はカーボンブランクが混合されて黒色となっ
ており、１．０６μｍ以下のレーザ光に対しては非透過
性の性質を有している。
また、板部材２Ｉの下部には厚さが１．５１の鉄材から
なる板部材２２であって、この板部材２２には貫通孔２
３が形成されており、その大きさは照射ノズル５の先端
に固着されているプローブ７の最先端部が通過し、かつ
最先端部との間に間隔を形成する大きさとされている。
そして、第２図のように重ね合わされた両板部材２１．
２２を接合する際には、第１図の（ａｌに示すようにス
チレン−アクリロニトリル共重合体からなる板部材２１
の上面で、しかも鉄材からなる板部材２２の貫通孔２３
の上方にＹＡＧ　：ネオジウム３＋レーザ光照射装置の
プローブ７の先端を当接するとともに、照射ノズル５か
ら波長１．０６μｍ１出力２０ｗのＹＡＧレーザ光Ｍｆ
をプローブ７に通過させて板部材２１に照射する。
その際、ＹＡＧレーザ光Ｍｆは、その波長と合成樹脂材
料の組成および色差によって、スチレン−アクリロニト
リル共重合体からなる板部材２１にエネルギとして蓄積
される。そして、板部材２１に蓄積されたエネルギによ
って、その部位の板部材２１が加熱されて溶融される。
この時、照射ノズル５のプローブ７からＹＡＧレーザ光
Ｍｆを照射しつつ、第１図の（ｂｌに示すように照射ノ
ズル５によって矢印Ｂ方向から荷重を加えて、スチレン
−アクリロニトリル共重合体からなる板部材２１の溶融
物２１ａを押し付ける。
その際、一部の溶融物２１ａは上方に盛り上がり、他の
溶融物２ｔａは下部の板部材２２の貫通孔２３の方向に
押し出される。
そして、さらに荷重を加えると第１図の（Ｃ）に示すよ
うに上方に盛り上がった溶融物２１ａはプローブ７の溝
７ａによって押し付けられて食み出しが防止されるとと
もに、下方に進むプローブ７によって貫通孔２３に達し
て押し出される。そして、プローブ７の先端部がさらに
下方に進むにつれて溶融物２１ａの連続膜が破れて板部
材２２の貫通孔２３の下面周囲に広がる。さらに、プロ
ーブ７が進むと表面張力の作用で溶融物２１ａは下面周
囲に廻り込む。
そして、所定の押し付けが完了すると同時に、ＹＡＧレ
ーザ光Ｍｆの照射を停止するとともに、矢印Ｂ方向から
の荷重を停止する。その後、照射ノズル５に設けられて
いる供給管９からアシストガスを第４の光学レンズ４ｄ
とプローブとの間隔に供給して板部材２１の溶融部位を
冷却する。
その後、第１図のｌｄｌに示すように照射ノズル５を上
方に引き上げる。その際、スチレンーアクリロニトリル
共重合体からなる板部材２１は段付き部２１ｂと表面に
凹部２１ｃを形成し、その裏面では貫通孔２３の周囲に
食み出した溶融物２１ａが自然硬化する。
これによって、第３図に示すようにスチレン−アクリロ
ニトリル共重合体からなる板部材２１と鉄材からなる板
部材２２とが溶融物２１ａを介在して強固に接合される
。
〔発明の構成〕
以上説明したように、本発明に係乞異種材料の機械的接
合方法においては、上部に配設゛する合成樹脂材料をレ
ーザ光に対して非透過性とし、下部に配設する材料に貫
通孔を形成せしめ、両材料を重ね合わせ、合成樹脂材料
の方向からレーザ光を照射して溶融し、その溶融物を下
部の材料の貫通孔から押し出すようにしたから、接合”
しようとする材料の強度を低下させることなく、強固に
接合することができる効果がある。
また、本発明においては、合成ｉ脂材料の方向からレー
ザ光を照射することによって、両材料が接合されるので
、従来の機械的接合方法に比較して、再接合材料の接合
を容易に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る異種材料の機械的接合方法を説明
する概略断面図である。 第２図は本発明に係る異種材料の機械的接合方法による
接合前の拡大断面図である。 第３図は本発明に係る異種材料の機械的接合方法による
接合後の拡大断面図である。 第４図は本発明の機械的接合方法に利用されるレーザ光
照射装置の断面面である。 第５図は第４図のＡ部円内牽拡大した断面図である。　
　　　　　　　　　　−パ 第６図は従来の機械的接合方法を説明する拡大断面図で
ある。 ２１・−一一一一板部材 ２１　ａ　−−−−・−溶融物 ２２−−−−−一板部材　　　　　　“２３−−−−一
貫通孔 ４　ｄ　−−−−−一第４の光学レンズ５−・・−照射
ノズル ？　−−−−−−プローブ ７ａ・−−−−一溝 Ｍｄ、Ｍｅ、Ｍｆ−−−−−ＹＡＧレーザ光出願人　　
トヨタ自動車株式会社 、ＩＮ へ１（Ｎｕ 国 第６図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 異種の合成樹脂材料同志または合成樹脂材料と異種材料
    とを重ね合わせ、両材料を接合するにあたり、前記重ね
    合わされる材料のうち、上部に配設される材料をレーザ
    光に対して非透過性の合成樹脂材料とし、下部に配設さ
    れる材料に貫通孔を形成せしめ、この両者の材料を重ね
    合わせた後、前記上部に配設された合成樹脂材料の方向
    からレーザ光を照射して溶融させるとともに、その溶融
    部位に荷重を加えて該溶融物を下部に配設された材料の
    貫通孔から押し出すことを特徴とする異種材料の機械的
    接合方法。
JP60092579A 1985-04-29 1985-04-29 異種材料の機械的接合方法 Pending JPS61249740A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2983768A1 (fr) * 2011-12-08 2013-06-14 Renault Sa Embout de bridage equipe d'un accessoire de bridage pour un dispositif d'assemblage deux pieces par soudage laser par transparence et procede de remplacement d'un tel accessoire
KR20160068490A (ko) * 2014-12-05 2016-06-15 주식회사 성우하이텍 이종 소재 접합체 및 접합방법
ITUB20160447A1 (it) * 2016-01-21 2017-07-21 Julight S R L Dispositivo di acciaccatura per la deformazione di parti costruttive, in particolare in materiale termoplastico e metodo di acciaccatura

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FR2983768A1 (fr) * 2011-12-08 2013-06-14 Renault Sa Embout de bridage equipe d'un accessoire de bridage pour un dispositif d'assemblage deux pieces par soudage laser par transparence et procede de remplacement d'un tel accessoire
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ITUB20160447A1 (it) * 2016-01-21 2017-07-21 Julight S R L Dispositivo di acciaccatura per la deformazione di parti costruttive, in particolare in materiale termoplastico e metodo di acciaccatura

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