TWI700316B

TWI700316B - 金屬樹脂接合方法

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Publication number: TWI700316B
Application number: TW108111256A
Authority: TW
Inventors: 猪瀬幸太郎; 松本直幸; 置田大記; 木村健士郎; 山岡弘人
Original assignee: 日商Ｉｈｉ股份有限公司
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-08-01
Also published as: TW202035533A

Abstract

係為將金屬構件(10)和藉由纖維強化樹脂複合材料所形成的複合材料構件(20)作接合之金屬樹脂接合方法，並具備有：塗布工程，係在金屬構件(10)與複合材料構件(20)之間之第1區域(50a、50b)處，塗布身為熱硬化性接著劑之第1接著劑(30a、30b)，並在金屬構件(10)與複合材料構件(20)之間之第2區域(50c)處，塗布身為熱硬化性接著劑之第2接著劑(30c)；和暫定接著工程，係對於與第1區域(50a、50b)相對向之金屬構件(10)之第1照射區域(46a、46b)照射雷射光，而加熱第1接著劑(30a、30b)並使其硬化，以使金屬構件(10)和複合材料構件(20)作暫定接著；和正式接著工程，係在暫定接著工程之後，使第2接著劑(30c)硬化，並使金屬構件(10)與複合材料構件(20)作接著。

Description

金屬樹脂接合方法

本發明，係有關於金屬樹脂接合方法。

於先前技術中，在船舶上部工、橋樑、搬運機、產業機械等之構造物中，係使用有鋼材等之藉由金屬材料所形成的柱構造體等。相對於此，例如，為了謀求構造體之更進一步的輕量化，係存在有在一部分處使用較鋼材而更為輕量之纖維強化樹脂複合材料(FRP)來形成構造體之技術。在日本特開2008-213156號公報(專利文獻1)中，係關連於此種構造體，而揭示有將藉由金屬材料所形成的金屬構件和藉由FRP所形成的複合材料構件作接合之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2008-213156號公報

[發明所欲解決之課題]

例如，當金屬構件或複合材料構件之至少其中一者係為大型的情況時，想要將金屬構件和複合材料構件一次地對位於所期望的接合位置處一事係並非容易。此時，當雖然進行了第1次之接合但是接合位置係從所期望之位置而有所偏移的情況時，係有必要一旦將構件彼此拉離並進行定位，之後再度將構件彼此接合。但是，在日本特開2008-213156號公報中所揭示之接合技術，由於係將複合材料構件藉由雷射光來加熱，並藉由使其之一部分熔融，來接合於金屬構件處，因此，就算是僅進行了一次的接合處理，也會對於特別是複合材料構件側而帶來大的狀態變化。故而，在日本特開2008-213156號公報中所揭示之接合技術，在想定為如同上述一般之進行複數次之重新接合的情況時，係難以採用。

因此，本發明，例如，其目的，係在於提供一種對於將金屬構件和複合材料構件容易地作接合一事而言為有利的金屬樹脂接合方法。 [用以解決課題之手段]

本發明之其中一個態樣，係為將金屬構件和藉由纖維強化樹脂複合材料所形成的複合材料構件作接合之金屬樹脂接合方法，並具備有：塗布工程，係在金屬構件與複合材料構件之間之第1區域處，塗布身為熱硬化性接著劑之第1接著劑，並在金屬構件與複合材料構件之間之第2區域處，塗布身為熱硬化性接著劑之第2接著劑；和暫定接著工程，係對於與第1區域相對向之金屬構件之第1照射區域照射雷射光，而加熱第1接著劑並使其硬化，以使金屬構件和複合材料構件作暫定接著；和正式接著工程，係在暫定接著工程之後，使第2接著劑硬化，並使金屬構件與複合材料構件作接著。

上述之金屬樹脂接合方法，係亦可構成為，係包含有：暫時接著工程，係在暫定接著工程之前，對於第1照射區域或者是與第2區域相對向之金屬構件之第2照射區域照射雷射光，而加熱第1接著劑或第2接著劑並使其硬化，以使金屬構件和複合材料構件暫時性地作接著，在暫定接著工程中，當在暫時接著工程之後而金屬構件與複合材料構件之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將金屬構件與複合材料構件拉離，並在作了定位之後，使該些作暫定接著。係亦可構成為，在正式接著工程中，係對於與第2區域相對向之金屬構件之第2照射區域照射雷射光，而加熱第2接著劑並使其硬化。係亦可構成為，在暫定接著工程和正式接著工程中，第1接著劑或第2接著劑之種類、加熱溫度或加熱時間之至少1者係為相異。係亦可構成為，當第1接著劑和第2接著劑係為同一種類的情況時，第1接著劑之加熱時間和第2接著劑之加熱時間係為相異。係亦可構成為，當第1接著劑和第2接著劑係為相異種類的情況時，第1接著劑之加熱溫度和第2接著劑之加熱溫度係為相異。係亦可構成為，第2接著劑，係能夠以常溫固化(curing)來硬化，在正式接著工程中，係以常溫固化來使第2接著劑硬化。係亦可構成為，在正式接著工程中，當在暫定接著工程之後而金屬構件與複合材料構件之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將金屬構件與複合材料構件拉離，並在作了定位之後，使該些作正式接著。係亦可構成為，在金屬構件與複合材料構件之間之接合面處，第1區域和第2區域，係基於在相對於接合面而平行之方向上所施加之剪應力之大小而被規定。 [發明之效果]

若依據本發明，則例如，係能夠提供一種對於將金屬構件和複合材料構件容易地作接合一事而言為有利的金屬樹脂接合方法。

以下，參考圖式，針對本發明之實施形態作詳細說明。於此，在實施形態中所示之尺寸、材料、其他之具體性之數值等，係僅為例示，除了特別強調的情況以外，係並非為對於本發明作限定者。又，針對實質性具備有相同之功能以及構成的要素，係藉由附加相同之元件符號來省略重複之說明，關於與本發明之間並未有直接關連之要素，係將圖示省略。進而，在以下之各圖中，係取鉛直方向為Z軸，並在與Z軸相垂直之水平面內，取X軸以及與X軸相垂直之Y軸。

在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，係將藉由金屬材料所形成的金屬構件、和藉由纖維強化樹脂複合材料(FRP)所形成的複合材料構件，藉由使用有熱硬化性接著劑之接著來作接合。藉由此接合方法所接合的金屬構件與複合材料構件之接合體，例如，係可作為在船舶上部工、橋樑、搬運機、產業機械等之構造物中所被使用的柱構造體或樑構造體等來採用之。此種構造體，由於係於一部分之中包含有FRP，因此，相較於全部為由金屬製者，例如在輕量化上係為有利。

圖1，係為對於身為由本實施形態之金屬樹脂接合方法所致的接合對象之金屬構件10以及複合材料構件20和雷射加熱裝置40之構成作展示之立體圖。另外，金屬構件10以及複合材料構件20，作為其中一例，係分別設為以X方向作為長邊方向之平板構件。又，金屬構件10和複合材料構件20，係設為藉由相互之主平面之一部分彼此來作了接合者。亦即是，金屬構件10和複合材料構件20之接合體，係成為所謂的重疊接合。

金屬構件10，係藉由碳鋼或不鏽鋼等之鋼材所形成。金屬構件10，係可藉由一般性之鋼材之機械加工來形成之。但是，形成金屬構件10之材料，係並不被限定於鋼材(鐵系合金)，而亦可為鋁材料(鋁合金等)、鈦材料(鈦合金等)、鎳材料(鎳合金等)等之金屬材料。

複合材料構件20，係藉由包含有強化纖維和母體樹脂之纖維強化樹脂複合材料而被形成。在強化纖維中，例如，係可使用碳纖維、醯胺纖維等之有機纖維、玻璃纖維等。在母體樹脂中，例如，係可使用環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、乙烯基酯樹脂等之熱硬化性樹脂或熱可塑性樹脂。複合材料構件20，係能夠藉由一般性之纖維強化樹脂複合材料之成形方法來成形。作為此成形方法，例如，係可適用在將預浸物作了層積之後藉由熱壓釜(autoclave)等來進行樹脂硬化成形之方法。或者是，係亦可適用將藉由織物所形成的預形物裝入至模具中並對此預形物進行樹脂含浸而使其硬化的RTM(Resin Transfer Molding)法等。

熱硬化性接著劑30，例如，係身為由環氧樹脂等之合成樹脂所成之接著劑，並具備有若是不加熱則不會交聯之性質。又，在熱硬化性接著劑30中，係亦包含有具備雖然會藉由加熱而使交聯被促進但是亦能夠藉由常溫固化來進行交聯之性質者。

雷射加熱裝置40，係在使金屬構件10之至少一部分和複合材料構件20之至少一部分包夾著熱硬化性接著劑30地而被作了重疊時，對於位於接合部50上之金屬構件10之表面10a上而照射雷射光41。若是藉由雷射光41之照射而使金屬構件10被加熱，則藉由金屬構件10之導熱，熱硬化性接著劑30係被加熱。

雷射加熱裝置40，例如，係包含有震盪雷射光41之雷射震盪器42、和被內藏有集光光學系43之雷射炬(laser torch)44、和將從雷射震盪器42所震盪的雷射光41導引至雷射炬44處之光纖45。雷射光41之種類，只要是能夠將熱硬化性接著劑30加熱至會使熱硬化性接著劑30硬化的程度、亦即是能夠對於金屬構件10之表面10a上進行加熱者，則係並不特別作限定。例如，作為雷射光41，係可採用波長880nm之半導體雷射。另外，在圖1中，雷射光41，係設為使焦點一致於照射區域46上之所謂的對焦束(just focus beam)。相對於此，雷射光41，係亦可為焦點並非為一致於照射區域46上之所謂的失焦束(defocus beam)。

又，雷射加熱裝置40，係可將雷射光41之照射區域46設定於金屬構件10之表面10a上的任意之區域處。此時，雷射加熱裝置40，係可藉由使雷射炬44相對於金屬構件10之表面10a來作平行移動，而變更照射區域46，亦可藉由使雷射炬44朝向的方向作改變，來變更照射區域46。

接著，針對熱硬化性接著劑30之塗布位置作說明。圖2，係為用以對於熱硬化性接著劑30之塗布位置作說明之複合圖。

圖2中之中段圖，係為對於將金屬構件10和複合材料構件20藉由使用有熱硬化性接著劑30之貼附來作接合的接合部50作展示之側面圖。在中段圖中，熱硬化性接著劑30，係遍佈金屬構件10和複合材料構件20所相互對向之區域全體，並且已完成了硬化。於此，如同圖中以留白箭頭所示一般，針對金屬構件10和複合材料構件20，係想定為在與接合面相平行之方向上施加有拉張之荷重。

圖2中之上段圖，係為對於在如同上述一般地施加有拉張荷重時所可能發生的關於拉張方向之在接合面處的拉張剪應力之分布作展示之圖表。上段圖之橫軸，係為沿著拉張方向之以接合部50之金屬構件10之端部作為基準的距離L。於此情況，距離L ₀之位置，係相當於在接合部50處之金屬構件10側之端部，距離L ₄之位置，係相當於在接合部50處之複合材料構件20側之端部。另一方面，上段圖之縱軸，係為剪應力S。關於拉張方向之剪應力S之分布，係成為以身為金屬構件10側之端部和複合材料構件20側之端部之間的中間位置的距離L ₂之位置作為頂點並以各者之端部作為最大點的曲線狀。

於此，針對如同以下所例示一般之想要藉由僅在接合部50內之特定之部位處塗布熱硬化性接著劑30來將金屬構件10和複合材料構件20作暫定接著並進行定位的情況作考慮。剪應力S，係若是其之值越大，則越可能會成為金屬構件10和複合材料構件20從被作接合之狀態起而引起位置偏移的重要因素。因此，從對於位置偏移作抑制之觀點而言，相較於在接合部50處將用以進行暫定接著之熱硬化性接著劑30塗布於剪應力S之值為小之區域處並作接合，係以塗布在剪應力S之值為大的區域處並作接合為更有效。

圖2中之下段圖，係為對於在接合部50被想定為剪應力S之值會變大之2個場所的第1區域50a、50b和被想定為剪應力S之值會成為較第1區域50a、50b而更小的第2區域50c作了規定的平面圖。第1區域50a，係身為接合部50中之接近金屬構件10側之端部的區域，具體而言，係指從上段圖之距離L ₀之位置起直到距離L ₁之位置為止的範圍之區域。又，第1區域50b，係身為接合部50中之接近複合材料構件20側之端部的區域，具體而言，係指從上段圖之距離L ₃之位置起直到距離L ₄之位置為止的範圍之區域。於此，在距離L ₁以及距離L ₃處之剪應力S ₂，係較在距離L ₂處之剪應力S ₁而更大，並較在距離L ₀以及距離L ₄處之剪應力S ₃而更小。特別是，距離L ₁以及距離L ₃，係基於剪應力S之大小及其之容許值而被決定。

接著，針對本實施形態的金屬樹脂接合方法之具體性之流程作說明。圖3A～圖3C，係為對於在金屬樹脂接合方法中所包含的從熱硬化性接著劑30之塗布工程起直到暫時接著工程為止之各工程作說明之立體圖。

圖3A，係為對於熱硬化性接著劑30之塗布工程作說明之圖。在塗布工程中，於成為接合部50之複合材料構件20之表面20a上，係被塗布有熱硬化性接著劑30。於此，在本實施形態中，係配合於基於剪應力S之值而被規定的第1區域50a、50b以及第2區域50c，來將熱硬化性接著劑30之種類設為可變。以下，如同於圖2之下段圖中所例示一般，將配合於第1區域50a而被塗布在表面20a上的熱硬化性接著劑30，標記為第1接著劑30a。同樣的，將配合於第1區域50b而被塗布在表面20a上的熱硬化性接著劑30，標記為第1接著劑30b。又，係將配合於第2區域50c而被塗布在表面20a上的熱硬化性接著劑30，標記為第2接著劑30c。另外，關於第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c之種類或組合等，係於後再述。在熱硬化性接著劑30之塗布工程之後，係實施暫時接著工程。

暫時接著工程，係為藉由對在塗布工程中所被塗布的第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c之至少一部分進行加熱並使其硬化，來將金屬構件10和複合材料構件20暫時性地作接著之工程。暫時接著工程，例如，係包含第1重疊工程和第1照射工程。

圖3B，係為對於第1重疊工程作說明之圖。在第1重疊工程中，藉由使被塗布在複合材料構件20之表面20a上的熱硬化性接著劑30與金屬構件10之至少一部分作接觸，金屬構件10和複合材料構件20係被重疊。此時，由於熱硬化性接著劑30係並不會立即硬化，因此，金屬構件10係能夠相對於複合材料構件20而位移。在第1重疊工程之後，係實施第1照射工程。

圖3C，係為對於第1照射工程作說明之圖。在第1照射工程中，雷射加熱裝置40係對於金屬構件10之表面10a上照射雷射光41。但是，在第1照射工程中，由於係將第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c之至少一部分進行加熱並使其硬化，因此，表面10a上之照射區域46，係成為對應於想要使其硬化之接著劑所存在之區域的部分。於此，作為其中一例，係設為使位於第1區域50a、50b之第1接著劑30a、30b的至少一部分硬化。

於此情況，雷射加熱裝置40係對於與第1區域50a相對應之第1照射區域46a照射雷射光41a。同樣的，雷射加熱裝置40係對於與第1區域50b相對應之第1照射區域46b照射雷射光41b。藉由此，第1照射區域46a、46b係被加熱。所被施加之熱，係經由金屬構件10之內部，而被傳導至最為接近第1照射區域46a之第1接著劑30a和最為接近第1照射區域46b之第1接著劑30b處。其結果，主要是第1接著劑30a、30b會硬化，距離照射區域46而為遠之第2接著劑30c係幾乎不會硬化。故而，在第1照射工程結束的階段處，金屬構件10和複合材料構件20，係成為藉由一部分之熱硬化性接著劑30、亦即是藉由第1接著劑30a、30b而被暫時性地作接著的狀態。於此，所謂藉由一部分之熱硬化性接著劑30而被暫時性地作接著之狀態，係包含藉由使由雷射照射所致之加熱時間或第1接著劑30a、30b之溫度減少來使第1接著劑30a、30b之雙方被半硬化的狀態。或者是，所謂藉由一部分之熱硬化性接著劑30而被暫時性地作接著之狀態，係亦包含僅使第1接著劑30a、30b之雙方中之各別的至少一部分之區域被加熱而硬化的狀態。

於此，第1照射工程，係緊接於身為第1次之重疊的第1重疊工程之結束而立即被實施。故而，例如，若是金屬構件10係為小型，則想要將其以良好精確度來對位於複合材料構件20上之所期望之位置處一事係並不困難。但是，若是金屬構件10係為大型，則想要藉由一次的重疊來以良好精確度而對位於複合材料構件20上之所期望之位置處一事係並非容易。因此，為了進行以下之說明，在圖3C中，係想定為得知了金屬構件10從所期望之位置而偏移地來被重疊在複合材料構件20上，其結果，係於產生有朝向Y方向之偏移量G的狀態下而被作了暫時接著的情況。另外，在圖中，偏移量G係為了易於理解而作了誇張記載。在暫時接著工程之後，係實施暫定接著工程。

暫定接著工程30，係身為在以成為所期望之接合位置的方式而作了定位之後，將金屬構件10和複合材料構件20作暫定接著之工程。於此，所謂暫定接著，係指金屬構件10和複合材料構件20基本上係成為不會相互移動之程度的接著狀態。暫定接著工程，例如，係包含拉離工程和第2重疊工程以及第2照射工程。

圖4A～圖4C，係為對於在金屬樹脂接合方法中所包含的暫定接著工程作說明之立體圖。

圖4A，係為對於拉離工程作說明之圖。在拉離工程中，係為了對於偏移量G作修正，而從暫時接著之狀態起來將金屬構件10從複合材料構件20一旦拉離。在上述之暫時接著之例中，金屬構件10和複合材料構件20係僅使用第1接著劑30a、30b之至少一部分來作了接著。故而，此時，作業者，相較於金屬構件10和複合材料構件20為在接合部50內之接合面全體處被塗布有熱硬化性接著劑30並被作接合的情況，係成為能夠容易地將金屬構件10拉離。在拉離工程之後，係實施第2重疊工程。

圖4B，係為對於第2重疊工程作說明之圖。在第2重疊工程中，係從產生有偏移量G之狀態起，一面相對於複合材料構件20而將金屬構件10以會成為所期望之位置的方式來作對位，一面與第1重疊工程相同的，使金屬構件10和複合材料構件20被作重疊。於此，第1接著劑30a、30b，係藉由之前之第1照射工程而被硬化。因此，就算是僅藉由在第2重疊工程中之重疊，相對於複合材料構件20之金屬構件10的定位狀態亦係被作某種程度的維持。另外，之前之拉離工程和第2重疊工程，係分別均不被限定於1次，亦可作複數次之反覆進行直到金屬構件10在所期望之位置處而被與複合材料構件20作重疊為止。如此這般，在使金屬構件10在所期望之位置處而被與複合材料構件20作了重疊之後，第2照射工程係被實施。

圖4B，係為對於第2照射工程作說明之圖。在第2照射工程中，雷射加熱裝置40係對於金屬構件10之表面10a上照射雷射光41。於此，在之前之第1照射工程中，係設為藉由雷射光41之照射來使位於第1區域50a、50b之第1接著劑30a、30b的至少一部分硬化。相對於此，在被包含於暫定接著工程中之第2照射工程中，係使第1接著劑30a、30b之全體硬化。

具體而言，雷射加熱裝置40，係對於第1照射區域46a之全體而照射雷射光41a。同樣的，雷射加熱裝置40，係對於第1照射區域46b之全體而照射雷射光41b。另外，作為對於第1照射區域46a、46b之各者而照射雷射光41之順序，係不論何者為先均可。又，當雷射加熱裝置40為具備有複數之雷射炬44等的情況時，係亦可對於第1照射區域46a、46b而同時照射雷射光41。

在第2照射工程中，第1照射區域46a、46b之全體係藉由雷射光41a、41b而被加熱。所被施加之熱，係經由金屬構件10之內部，而被傳導至最為接近第1照射區域46a之第1接著劑30a和最為接近第1照射區域46b之第1接著劑30b處。其結果，主要是第1接著劑30a、30b會硬化，距離第1照射區域46a、46b而為遠之第2接著劑30c係幾乎不會硬化。故而，在第2照射工程結束的階段處，金屬構件10和複合材料構件20，係成為藉由一部分之熱硬化性接著劑30、亦即是藉由第1接著劑30a、30b而被暫定接著的狀態。在暫定接著工程之後，係實施正式接著工程。

另外，在上述之暫時接著工程以及暫定接著工程中，係設為在進行金屬構件10與複合材料構件20之間之接合時，判別是否產生有偏移量G，並當產生有偏移量G的情況時，於進行了包含有拉離工程之定位之後，進行暫定接著。但是，例如，若是金屬構件10係為小型，則由於將其對位於複合材料構件20上之所期望之位置處一事係並不困難，因此，在初始之接著工程中，係能夠並不使偏移量G產生地而將各構件作接合。因此，當根據金屬構件10等之大小等的條件而能夠預先判斷出係難以產生偏移量G的情況時，係亦可將上述之暫時接著工程省略。於此情況，在暫定接著工程中之第2重疊工程以及第2照射工程，係成為被定義為將金屬構件10和複合材料構件20最初作接著之工程。

正式接著工程，係為使熱硬化性接著劑30中之身為未硬化狀態之接著劑硬化並將金屬構件10和複合材料構件20正式接著之工程。於此，所謂正式接著，係指藉由上述之工程所製造出的金屬構件10和複合材料構件20之間之接合體為相對於設計荷重而使強度和剛性滿足所期望之值的接著狀態。作為正式接著工程，例如，係能夠採用以下一般之工程。

首先，作為第1正式接著工程，係亦可採用使身為未硬化狀態之接著劑與第1照射工程以及第2照射工程同樣地藉由以雷射光41之照射所致之加熱來硬化並作接著之第3照射工程。

圖5，係為對於第3照射工程作說明之圖。在第3照射工程中，與第1照射工程等相同的，雷射加熱裝置40係對於金屬構件10之表面10a上照射雷射光41。但是，在第3照射工程中，表面10a上之照射區域46，係至少身為對應於第2區域50c之部分。具體而言，雷射加熱裝置40係對於與第2區域50c相對應之第2照射區域46c照射雷射光41c。

在第3照射工程中，第2照射區域46c係藉由雷射光41c而被加熱。所被施加之熱，係經由金屬構件10之內部，而被傳導至最為接近第2照射區域46c之第2接著劑30c處。其結果，由於第2接著劑30c係硬化，因此，金屬構件10和複合材料構件20，係藉由亦包含有第1接著劑30a、30b之存在於接合面全體之所有的熱硬化性接著劑30之硬化，而成為被作了正式接著之狀態。

接著，作為第2正式接著工程，若是所採用之熱硬化性接著劑30係身為能夠進行由常溫固化所致之硬化者，則係亦能夠使身為未硬化狀態之接著劑並非藉由加熱來硬化而是藉由常溫固化來使其硬化。藉由由常溫固化所致之第2接著劑30c之硬化，金屬構件10和複合材料構件20，係使亦包含有第1接著劑30a、30b之存在於接合面全體之所有的熱硬化性接著劑30硬化，而成為被作了正式接著之狀態。

進而，作為第3正式接著工程，例如，當接合體係為小型的情況時，係亦可藉由將暫定接著工程後之接合體送入至加熱爐中並進行加熱，來使第2接著劑30c硬化。藉由使用有加熱爐之第2接著劑30c之硬化，金屬構件10和複合材料構件20，係使亦包含有第1接著劑30a、30b之存在於接合面全體之所有的熱硬化性接著劑30硬化，而成為被作了正式接著之狀態。

另外，係亦可考慮有在一旦結束了暫定接著工程的階段處而更進而確認到偏移量G之存在的情況。於此情況，係亦可構成為再度反覆進行與暫定接著工程相同之工程，之後再進行正式接著工程。

接著，針對在第1照射工程、第2照射工程以及第3照射工程中之接合條件作說明。在本實施形態中，若是亦包含作為正式接著工程之第3照射工程，則係存在有3個的藉由雷射照射來使熱硬化性接著劑30硬化之照射工程。特別是，第2照射工程，係關連於金屬構件10和複合材料構件20之間之暫定接著。另一方面，第3照射工程，係關連於金屬構件10和複合材料構件20之間之正式接著。因此，係能夠配合於暫定接著和正式接著之各性質來如同下述一般地規定接著條件。

在使用有圖3A～圖5之例示中，係構成為在第1區域50a、50b以及第2區域50c處，使用有第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c。因此，係基於是將在第1區域50a、50b處所使用之第1接著劑30a、30b和在第2區域50c處所使用之第2接著劑30c的種類設為相同或者是相異，來將第2照射工程或第3照射工程中之接著條件設為相異。

第1，假設係將熱硬化性接著劑30中之第1接著劑30a、30b以及第2接著劑30c全部設為相同種類。若是身為相同種類之熱硬化性接著劑，則硬化溫度亦為相同。因此，係以使在第2照射工程中之第1接著劑30a、30b之加熱溫度和在第3照射工程中之第2接著劑30c之加熱溫度會成為相同溫度的方式，來調整雷射加熱裝置40之雷射輸出。並且，在第2照射工程和第3照射工程中，係分別使由雷射照射所致之熱硬化性接著劑30之加熱時間相異。特別是，在第2照射工程中，由於其係身為用以進行暫定接著之工程，因此，係只要對於與第1區域50a、50b相對應之第1照射區域46a、46b照射雷射光41即可。於此，在本實施形態之例中，第1照射區域46a、46b之面積，係較第2照射區域46c之面積而更窄。因此，加熱時間係亦可設為較第3照射工程時而更短。換言之，在第3照射工程中，加熱時間係亦可設為較第2照射工程時而更長。

第2，假設係將熱硬化性接著劑30中之採用於第1接著劑30a、30b者以及採用於第2接著劑30c者設為相異之種類。若是身為相異種類之熱硬化性接著劑，則硬化溫度亦為相異。因此，係以使在第2照射工程中之第1接著劑30a、30b之加熱溫度和在第3照射工程中之第2接著劑30c之加熱溫度會成為與成為硬化對象之熱硬化性接著劑30之種類相配合之溫度的方式，來調整雷射加熱裝置40之雷射輸出。於此情況，在第2照射工程和第3照射工程中，係並非絕對需要使加熱時間相異。又，特別是作為在第2照射工程中所被使用的被採用於第1接著劑30a、30b中之熱硬化性接著劑，係能夠使用具備有使暫定接著被達成之程度的較弱之接著強度者。相對於此，作為在第3照射工程中所被使用的被採用於第2接著劑30c中之熱硬化性接著劑，由於係必須要達成正式接著，因此，係能夠使用具備有相較於被採用於第1接著劑30a、30b中之熱硬化性接著劑而更強之接著強度者。

接著，針對藉由以雷射照射來對於熱硬化性接著劑30間接性地加熱一事來將金屬構件10和複合材料構件20作接合的有效性進行說明。圖6A以及圖6B，係為針對當對於將金屬構件10和複合材料構件20作了接合的接合體而進行了拉張剪斷接著強度之試驗時的條件作說明之圖。

圖6A，係為對於作為供試材料之接合體作展示之側面圖。金屬構件10之材質，係為碳鋼(SS400(日本工業規格))。金屬構件10之尺寸，係為長度為100(mm)、寬幅為25(mm)以及厚度m ₁為3.2(mm)。複合材料構件20之材質，係為碳纖維強化塑膠(CFRP)。複合材料構件20之尺寸，係為長度為100(mm)、寬幅為25(mm)以及厚度m ₂為3.4(mm)。接合部50之拉張方向之長度m ₃，係為25(mm)。將身為金屬構件10之一部分的從接合部50之複合材料構件20側之端部起而離開了距離m ₄之位置，作為用以計測想定為熱硬化性接著劑30之溫度的在接合面處之溫度之溫度計測位置，在此位置處，係被設置有熱電偶10b。距離m ₄，係為5(mm)。被照射至金屬構件10之表面10a上的雷射光，係設為波長為880(nm)之半導體雷射。

圖6B，係為針對相對於雷射照射時間t(min)之藉由熱電偶10b所計測到的接合部50之接合面處之溫度T(°C)作展示的圖表。在圖表中，係展示有由雷射照射所致之加熱時間H。

圖7，係為對於拉張剪斷接著強度之試驗的結果作展示的圖表。於此，係藉由對應於本實施形態之第1試驗條件、和作為比較例之第2試驗條件，此2個的條件，來進行了試驗。

首先，作為第1試驗條件，作為熱硬化性接著劑30，係採用了二液混合型環氧系接著劑I。另外，在本試驗中，由於係身為對於在將熱硬化性接著劑30藉由雷射照射來間接性地加熱的情況時之有效性作確認者，因此，所使用之熱硬化性接著劑30，於此係為單一種類，並被塗布在接合部50之接合面全體上。又，係將在接合面處之推測溫度設為80～100(°C)。進而，係將加熱溫度設為30(分鐘)。其結果，拉張剪斷接著強度係為21.2(MPa)。

接著，作為第2試驗條件，作為熱硬化性接著劑30，係採用了二液混合型環氧系接著劑II。於此，二液混合型環氧系接著劑II，相較於作為第1試驗條件所採用了的二液混合型環氧系接著劑I，其交聯率係為低。另外，在本試驗中，亦同樣的，所使用之熱硬化性接著劑30，係為單一種類，並被塗布在接合部50之接合面全體上。又，於此，係並不進行如同本實施形態一般之由雷射照射所致之加熱，而僅單純藉由進行2個月以上的常溫固化來使熱硬化性接著劑30作了硬化。其結果，拉張剪斷接著強度係為3.2(MPa)。

如同若是對於由上述之2個的試驗條件所致之結果作比較便可得知一般，就算是作為將熱硬化性接著劑30藉由雷射照射來間接性地加熱並使其硬化者，也能夠得到良好的拉張剪斷接著強度之值。亦即是，可以說，在金屬構件10和複合材料構件20之間之接合中採用本實施形態之金屬樹脂接合方法一事係為有效。特別是，在被包含於本實施形態之金屬樹脂接合方法中的上述之各照射工程中，當藉由雷射照射來對熱硬化性接著劑30作加熱時，較理想，係對於由雷射照射所致之加熱時間H和正被加熱時之熱硬化性接著劑30之溫度作管理。於此，作為熱硬化性接著劑30之溫度，如同於上所例示一般，係能夠參照藉由熱電偶10b所計測到的接合部50之接合面處之溫度T(°C)來算出之。

接著，針對由本實施形態所致的效果作說明。

首先，本實施形態之金屬樹脂接合方法，係將金屬構件10和藉由纖維強化樹脂複合材料所形成的複合材料構件20作接合。金屬樹脂接合方法，係包含在金屬構件10和複合材料構件20之間之第1區域50a、50b處塗布身為熱硬化性接著劑之第1接著劑30a、30b之塗布工程。又，在塗布工程中，係於金屬構件10和複合材料構件20之間之第2區域50c處塗布身為熱硬化性接著劑之第2接著劑30c。金屬樹脂接合方法，係包含有對於與第1區域50a、50b相對向之金屬構件10之第1照射區域46a、46b照射雷射光41a、41b來加熱第1接著劑30a、30b而使其硬化，並將金屬構件10和複合材料構件20作暫定接著之暫定接著工程。又，金屬樹脂接合方法，係在暫定接著工程之後，包含有使第2接著劑30c硬化並將金屬構件10和複合材料構件20作接著之正式接著工程。

例如，當金屬構件10或複合材料構件20之至少其中一者係為大型的情況時，也可能會有在無法將金屬構件10和複合材料構件20一次地對位於所期望的接合位置處的狀態下而相互作了接合的情形。於此種情況時，若依據本實施形態，則係成為能夠容易地實現「一旦在暫定接著工程中將金屬構件10和複合材料構件20拉離，之後，定位於所期望之接合位置處，之後，於正式接著工程中使其作接合」的構成。特別是，在本實施形態中，由於係於金屬構件10和複合材料構件20之間之接合中使用熱硬化性接著劑30，因此，係成為能夠進行在常溫下的拉離和重疊，在此點上，係為有利。又，在暫定接著工程中，由於係僅使熱硬化性接著劑30之一部分硬化，因此，係使拉離成為更加容易。又，若依據本實施形態，則由於係將熱硬化性接著劑30藉由雷射光41a、41b、41c之照射來進行加熱，因此，係並不需要使用加熱爐，就算是在金屬構件10和複合材料構件20之間之接合體成為大型的情況時，也能夠作適用，而不會受到尺寸上的限制。

進而，當在暫定接著工程中而成為接著區域之第1區域50a、50b係較在正式接著工程中而成為接著區域之第2區域50c而更窄的情況時，係代表著能夠相應於此而迅速地進行暫定接著。故而，假設就算是在暫定接著工程中並不需要進行包含拉離工程之定位的情況時，亦同樣的，無關於在正式接著工程中之接著手法，在接合施工上而言均有可能變得更為有利。

如此這般，若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則係能夠提供一種對於將金屬構件10和複合材料構件20容易地作接合一事而言為有利的金屬樹脂接合方法。

又，本實施形態之金屬樹脂接合方法，係在暫定接著工程之前，包含有對於照射區域照射雷射光41而加熱第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c並使其硬化，而將金屬構件10和複合材料構件20作暫時性接著之暫時接著工程。於此，所謂照射區域，係為第1照射區域46a、46b或第2照射區域46c，而亦可為此些之中之更進而一部分之區域。在暫定接著工程中，當在暫時接著工程之後而金屬構件10與複合材料構件20之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將金屬構件10與複合材料構件20拉離，並在作了定位之後，使該些作暫定接著。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則由於係從將金屬構件10和複合材料構件20最初作接合之暫時接著工程之階段起便使用與暫定接著工程同樣的手法，因此，係能夠更為容易地將金屬構件10和複合材料構件20作接合。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，在正式接著工程中，係對於與第2區域50c相對向之金屬構件10之第2照射區域46c照射雷射光41c，而加熱第2接著劑30c並使其硬化。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則由於係在從暫時接著工程起直到正式接著工程為止之各個的工程中使用同樣的手法，因此，係能夠更為容易地將金屬構件10和複合材料構件20作接合。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，在暫定接著工程和正式接著工程中，第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c之種類、加熱溫度或加熱時間之至少1者係為相異。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則特別是能夠將在暫定接著工程中之金屬構件10和複合材料構件20之間之拉離適宜調整為更加容易進行之狀態。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，當第1接著劑30a、30b和第2接著劑30c係為同一種類的情況時，第1接著劑30c、30b之加熱時間和第2接著劑30c之加熱時間係為相異。或者是，當第1接著劑30a、30b和第2接著劑30c係為相異種類的情況時，第1接著劑30a、30b之加熱溫度和第2接著劑30c之加熱溫度係為相異。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則藉由對此些之條件適宜作變更，係成為能夠配合於作為第1接著劑30a、30b或第2接著劑30c所採用的熱硬化性接著劑30之性質，來將接合時間或硬化時間調整為所期望之時間。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，第2接著劑30c，係能夠以常溫固化來硬化，在正式接著工程中，係以常溫固化來使第2接著劑30c硬化。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則並非絕對需要使在正式接著工程中之硬化手法與在從暫時接著工程起直到暫定接著工程為止之各個的工程相互配合，而成為能夠配合於熱硬化性接著劑30之特性來作變更。特別是，於此情況，若是在直到完全硬化為止的常溫固化中所需要之時間係為可容許的範圍，則在正式接著工程中係成為不需要使用雷射加熱裝置40。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，在正式接著工程中，當在暫定接著工程之後而金屬構件10與複合材料構件20之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將金屬構件10與複合材料構件20拉離，並在作了定位之後，進行正式接著。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則由於係能夠適宜反覆進行定位，因此，係成為能夠以更良好的精確度來將金屬構件10和複合材料構件20作接合。

又，在本實施形態之金屬樹脂接合方法中，在金屬構件10與複合材料構件20之間之接合面處，第1區域50a、50b和第2區域50c，係基於在相對於接合面而平行之方向上所施加之剪應力S之大小而被規定。

若依據本實施形態之金屬樹脂接合方法，則特別是能夠將第1區域50a、50b設定為作為被使用在暫定接著中之區域而更為有效的區域。

另外，在上述之說明中，係構成為將接合部50區分為3個的區域、亦即是區分為第1區域50a、50b以及第2區域50c，並配合於各個的區域之形狀，來塗布第1接著劑30a等。但是，在本發明中，熱硬化性接著劑30之塗布的形態，係並不被限定於上述所例示者。

圖8A～圖8C，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態作例示之平面圖。另外，圖8A～圖8C，係為準據於圖2之下段圖所描繪者。

圖8A，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第1例作展示之圖。例如，被塗布在第1區域50a、50b處之第1接著劑32a、32b，係並非為被塗布在第1區域50a、50b之區域的全面，而亦可在各個的區域內之任意之位置處，而被塗布為點狀。另一方面，在第2區域50c處，係與上述所例示之第2接著劑30c同樣的，在第2區域50c之全面處被塗布有第2接著劑32c。被塗布在第1區域50a、50b處之熱硬化性接著劑32，在初始之階段中主要係為了進行暫定接著而被作使用。因此，例如，為了使拉離工程時之拉離的容易性提昇，並作為其結果而使金屬構件10和複合材料構件20之間之定位成為容易，藉由以點狀來塗布第1接著劑32a、32b而使接著面積減少一事亦為有效。另外，在圖8A所示之例中，第1接著劑32a、32b，雖係設為在各區域內而被塗布於3個的任意之位置處者，但是，係亦可構成為塗布在3個以外之複數之位置或者是塗布在1個的位置處者。

圖8B，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第2例作展示之圖。例如，被塗布在第1區域50a、50b或第2區域50c處之第1接著劑34a、34b或第2接著劑34c，係亦可並非為相互獨立，而是作為一體地來被塗布。如同作為在各照射工程中之接著條件而作了說明一般，第1接著劑34a、34b以及第2接著劑34c係亦可能會有全部身為相同種類的情況。於此情況，係並不存在有將各接著劑於各區域之每一者而相互獨立地進行塗布的必要性，在塗布工程中之塗布亦成為容易。另一方面，就算是採用於第1接著劑34a、34b中者以及採用於第2接著劑34c者係分別身為相異之種類的熱硬化性接著劑，各接著劑在結束了正式接著的階段處也會成為一體。因此，在硬化前之階段、亦即是例如在塗布工程之階段處，第1接著劑34a和第2接著劑34c、或者是第1接著劑34b和第2接著劑34c，係亦可分別作接觸並作為全體而成為一體。

圖8C，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第3例作展示之圖。第1區域50a、50b以及第2區域50c，係如同使用圖2而作了說明一般，為基於針對拉張方向之剪應力S之分布來作了規定者。相對於此，例如，當基於金屬構件10或複合材料構件20為較為小型等之理由而難以想定有大的偏移量G之發生時，也可能會有並非絕對需要對於剪應力S之分布作考慮的情況。於此情況，例如，係亦可僅在接合部50之中央區域處以點狀來塗布第1接著劑36a，並在接合部50之中央區域以外之區域的全面處，塗布第2接著劑36b。於此，第1接著劑36a，係為在暫定接著工程中所被使用的熱硬化性接著劑。另一方面，第2接著劑36b，係為在正式接著工程中所被使用的熱硬化性接著劑。

又，在上述說明中，身為接合對象之金屬構件10以及複合材料構件20雖係均設為平板構件，但是，係亦可分別為具有複雜之形狀者。

以上，雖係針對本發明之理想的實施形態作了說明，但是，本發明係並非被限定於此些之實施形態，在其之要旨的範圍內，係可作各種之變形以及變更。

10:金屬構件 20:複合材料構件 30；熱硬化性接著劑 30a、30b:第1接著劑 30c:第2接著劑 41a、41b、41c:雷射光 46a、46b:第1照射區域 46c:第2照射區域 50a、50b:第1區域 50c:第2區域

[圖1] 圖1，係為對於本發明之實施形態中的接合對象和雷射加熱裝置之構成作展示之圖。 [圖2] 圖2，係為對於熱硬化性接著劑之塗布位置作說明之圖。 [圖3A] 圖3A，係為對於本發明之實施形態中的塗布工程作說明之圖。 [圖3B] 圖3B，係為對於在本發明之實施形態中之暫時接著工程中所包含的第1重疊工程作說明之圖。 [圖3C] 圖3C，係為對於在本發明之實施形態中之暫時接著工程中所包含的第1照射工程作說明之圖。 [圖4A] 圖4A，係為對於在本發明之實施形態中之暫定接著工程中所包含的拉離工程作說明之圖。 [圖4B] 圖4B，係為對於在本發明之實施形態中之暫定接著工程中所包含的第2重疊工程作說明之圖。 [圖4C] 圖4C，係為對於在本發明之實施形態中之暫定接著工程中所包含的第2照射工程作說明之圖。 [圖5] 圖5，係為對於本發明之實施形態中的正式接著工程作說明之圖。 [圖6A] 圖6A，係為對於作為被使用在拉張剪斷接著強度之試驗中的供試材料之接合體作展示之側面圖。 [圖6B] 圖6B，係為對於在拉張剪斷接著強度之試驗中的相對於雷射照射時間之接合部之接合面處之溫度作展示的圖表。 [圖7] 圖7，係為對於拉張剪斷接著強度之試驗結果作展示的圖表。 [圖8A] 圖8A，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第1例作展示之圖。 [圖8B] 圖8B，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第2例作展示之圖。 [圖8C] 圖8C，係為對於在其他實施形態中之熱硬化性接著劑之塗布之形態的第3例作展示之圖。

10:金屬構件

10a:表面

20:複合材料構件

30a、30b:第1接著劑

30c:第2接著劑

41a、41b:雷射光

46a、46b:第1照射區域

G:偏移量

Claims

一種金屬樹脂接合方法，係為將金屬構件和藉由纖維強化樹脂複合材料所形成的複合材料構件作接合之金屬樹脂接合方法，其特徵為，係具備有：塗布工程，係在前述金屬構件與前述複合材料構件之間之第1區域處，塗布身為熱硬化性接著劑之第1接著劑，並在前述金屬構件與前述複合材料構件之間之第2區域處，塗布身為熱硬化性接著劑之第2接著劑；和暫定接著工程，係對於與前述第1區域相對向之前述金屬構件之第1照射區域照射雷射光，而加熱前述第1接著劑並使其硬化，以使前述金屬構件和前述複合材料構件作暫定接著；和正式接著工程，係在前述暫定接著工程之後，使前述第2接著劑硬化，並使前述金屬構件與前述複合材料構件作接著。
如申請專利範圍第1項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，係包含有：暫時接著工程，係在前述暫定接著工程之前，對於前述第1照射區域或者是與前述第2區域相對向之前述金屬構件之第2照射區域照射雷射光，而加熱前述第1接著劑或前述第2接著劑並使其硬化，以使前述金屬構件和前述複合材料構件暫時性地作接著，在前述暫定接著工程中，當在前述暫時接著工程之後而前述金屬構件與前述複合材料構件之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將前述金屬構件與前述複合材料構件拉離，並在作了定位之後，使該些作暫定接著。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，在前述正式接著工程中，係對於與前述第2區域相對向之前述金屬構件之第2照射區域照射雷射光，而加熱前述第2接著劑並使其硬化。
如申請專利範圍第3項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，在前述暫定接著工程和前述正式接著工程中，前述第1接著劑或前述第2接著劑之種類、加熱溫度或加熱時間之至少1者係為相異。
如申請專利範圍第4項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，當前述第1接著劑和前述第2接著劑係為同一種類的情況時，前述第1接著劑之加熱時間和前述第2接著劑之加熱時間係為相異。
如申請專利範圍第4項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，當前述第1接著劑和前述第2接著劑係為相異種類的情況時，前述第1接著劑之加熱溫度和前述第2接著劑之加熱溫度係為相異。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，前述第2接著劑，係能夠以常溫固化(curing)來硬化，在前述正式接著工程中，係以常溫固化來使前述第2接著劑硬化。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，在前述正式接著工程中，當在前述暫定接著工程之後而前述金屬構件與前述複合材料構件之間之接合位置為有所偏移的情況時，係將前述金屬構件與前述複合材料構件拉離，並在作了定位之後，使該些作正式接著。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之金屬樹脂接合方法，其中，在前述金屬構件與前述複合材料構件之間之接合面處，前述第1區域和前述第2區域，係基於在相對於前述接合面而平行之方向上所施加之剪應力之大小而被規定。