WO2007029440A1 - 金属樹脂接合方法及び金属樹脂複合体、ガラス樹脂接合方法及びガラス樹脂複合体、並びにセラミック樹脂接合方法及びセラミック樹脂複合体 - Google Patents

Abstract

適用分野に制限がなく、簡易な方法で強固な接合部を形成することができる、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と樹脂材料との接合方法を提供する。金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と樹脂材料との接合方法において、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と樹脂材料とを合わせた状態で接合部の樹脂材料に好ましくは０．０１ｍｍ～５．０ｍｍの球相当直径の気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することにより接合することを特徴とする接合方法。接合部を加熱する加熱源としては、特にレーザ光源を用いる。

Description

明 細 書

金属樹脂接合方法及び金属樹脂複合体、ガラス樹脂接合方法及びガラ ス樹脂複合体、並びにセラミック樹脂接合方法及びセラミック樹脂複合体

技術分野

[0001] 本発明は、金属材料と榭脂材料の接合方法、及びカゝかる方法によって接合された 接合部を有する金属榭脂複合体に関し、特に金属材料と榭脂材料の接合部を特定 温度まで加熱することによって強固な接合部を形成できる金属材料と榭脂材料の接 合方法に関する。また、本発明は、ガラス榭脂接合方法及びガラス榭脂複合体、並 びにセラミック榭脂接合方法及びセラミック榭脂複合体に関する。

背景技術

[0002] 従来の金属材料と榭脂材料の接合に使用される方法としては、リベット締結や接着 剤を用いる方法がある。リベット締結は、金属材料と榭脂材料を貫通するように、数 m mから数十 mm程度の直径を有するリベットを打ち込んで固定する物理的な締結方 法である。一方、接着は、金属材料と榭脂材料を接着剤によって物理的吸着力及び 化学的吸着力により固定する方法である。

[0003] また、レーザを用いた接合では、金属材料同士ゃ榭脂材料同士を溶接及び溶着 することで接合する方法が実用化されて!/ヽるが、金属材料と榭脂材料との接合は行 われていない。ただ、近年、レーザ榭脂接合では，レーザ光の波長に対して透明な 材料と不透明な材料を重ね合わせて、レーザ光を透明な材料側から照射し、接合部 のみを溶融させ接合する画期的な方法が実用化されている。この方法では、接合面 積も広くとれ、さらに加熱時の樹脂の分解に基づくガスの発生を抑えることもできる（ 特許文献 1〜3、非特許文献 1参照)。

[0004] 金属材料と榭脂材料を接合する要望は非常に強 、。その理由としては、必要な部 分のみ金属材料を使用し、残りを榭脂材料に置き換えることで、榭脂材料の重量や コストが金属材料に比べていずれも半分以下であることから、大幅な重量とコストの削 減が期待でき、絶縁体の榭脂材料に優れた電気'熱特性に関する設計自由度の向 上、あるいは、それらを組み合わせることで、新しい複合機能性材料の創出など様々 なメリットが挙げられる。

特許文献 1：特開 2003— 325710号公報

特許文献 2：特開昭 60 - 214931号公報

特許文献 3 :特開 2002— 67165号公報

非特許文献 1：第 59回レーザ加工学会論文集，第 1〜7頁（2003年 9月）

[0005] し力しながら、従来の金属材料と榭脂材料の接合方法であるリベット締結や接着剤 を用いる方法では、適用分野が限定されるのが現状である。リベット締結では、締結 部にある程度の大きさ'重量があるため、部品の大型化，重量ィ匕が避けられず、設計 の自由度も低下するので、大型あるいは単純な商品あるいは部品に主に適用されて いる。一方、接着は、大型化 ·重量ィ匕することはないが、技術的な面で、接着剤が濡 れ広がるために精密なピンポイントの接合が難 、点、平面より凸凹表面の方が接着 強度は高くなるなど接着表面の制限、生産面では、硬化時間が長いため生産タクト の低下や接着剤の状態維持'管理が難しいなど課題が存在する。また、レーザを用 いた接合では、榭脂同士の接合のように、レーザ波長に対して透明な榭脂材料と不 透明な榭脂材料を使用しなければならず、材料選択に制限があることや、透明な榭 脂材料の方力もし力レーザ照射できないことによる生産技術面での課題も存在する。 このような課題は、ガラス材料と榭脂材料の接合、及びセラミック材料と榭脂材料の接 合にぉ 、ても同様に存在する。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 本発明は、力かる従来技術の課題に鑑み創案されたものであり、その目的は、適用 分野に制限がなぐ簡易な方法で強固な接合部を形成することができる、金属材料と 榭脂材料の接合方法、ガラス材料と榭脂材料の接合方法、及びセラミック材料と榭脂 材料の接合方法、並びにかかる方法によって接合された強固な接合部を有する金属 榭脂複合体、ガラス榭脂複合体、及びセラミック榭脂複合体を提供することにある。 課題を解決するための手段

[0007] 本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、以下の知見に到 達した。 金属榭脂接合方法は、金属材料と榭脂材料を合わせた状態で、接合部の金属材 料及び榭脂材料に対し、榭脂材料内部力ゝら熱分解されたガスが膨らみ、榭脂内部に 気泡を発生させる程度まで加熱する。この時、マイクロサイズ領域ではある力 気泡 発生に伴う爆発的な圧力が接合部にかかり、接合部の金属材料及び榭脂材料の温 度が高くなつていることと相まって、気泡周辺部の榭脂材料と金属材料が、アンカー 効果などの物理的な接合又は金属酸化物を通した化学的な接合を可能にする条件 を満たし接合する。さら〖こ、榭脂材料が冷え固まる際には、気泡の温度も減少するた め、気泡内部の圧力が低下し、吸着力も発生する。これらの接合力が複合した形で 金属榭脂接合が可能になる。さらに、加熱源としてレーザ光を使用することで、局所 的な急激な加熱と急激な冷却が可能になり、気泡発生にともなう圧力 ·吸着力を増加 させることができ、金属材料と榭脂材料の接合を促進させることができる。ガラス榭脂 接合方法及びセラミック榭脂接合方法も金属榭脂接合方法と同様である。

すなわち、本発明は、下記（1)〜（30)の構成力もなる。

(1) 金属材料と榭脂材料の接合方法において、金属材料と榭脂材料を合わせた状 態で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することにより接 合することを特徴とする金属榭脂接合方法。

(2) 加熱温度は榭脂の軟化温度以上でかつ金属の沸点未満であることを特徴とす る前記（1)に記載の金属榭脂接合方法。

(3) 加熱温度は接合部にお 、て 200°C〜 1500°Cであることを特徴とする前記（1) に記載の金属榭脂接合方法。

(4) 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わな 、ものであることを 特徴とする前記（1)〜（3)の ヽずれかに記載の金属榭脂接合方法。

(5) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを特 徴とする前記（1)〜 (4)の 、ずれかに記載の金属榭脂接合方法。

(6) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmである ことを特徴とする前記（1)〜 (4)の ヽずれかに記載の金属榭脂接合方法。

(7) 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする前記（1)〜（6)の 、ずれかに記載 の金属榭脂接合方法。 (8) 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする前記（1)〜（7 )の 、ずれかに記載の金属榭脂接合方法。

(9) 前記（1)〜 (8)の ヽずれかに記載の金属榭脂接合方法により金属材料と榭脂 材料が接合された接合部を有することを特徴とする金属榭脂複合体。

(10) 接合部の引張剪断強度が 5MPa以上であることを特徴とする前記（9)に記載 の金属樹脂複合体。

(11) ガラス材料と榭脂材料の接合方法において、ガラス材料と榭脂材料を合わせ た状態で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することによ り接合することを特徴とするガラス榭脂接合方法。

(12) 加熱温度は榭脂の軟ィヒ温度以上でかつガラスの沸点未満であることを特徴と する前記（11)に記載のガラス榭脂接合方法。

(13) 加熱温度は接合部にお 、て 200°C〜 1500°Cであることを特徴とする前記（ 1 1)に記載のガラス榭脂接合方法。

(14) 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わないものであることを 特徴とする前記（11)〜（13)の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

(15) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを 特徴とする前記（ 11)〜（ 14)の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

(16) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmであ ることを特徴とする前記（ 11)〜（ 14)の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

(17) 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする前記（11)〜（16)の ヽずれかに 記載のガラス榭脂接合方法。

(18) 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする前記（11)〜 (17)のいずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

(19) 前記（11)〜（18)のいずれかに記載のガラス榭脂接合方法によりガラス材料 と榭脂材料が接合された接合部を有することを特徴とするガラス榭脂複合体。

(21) セラミック材料と榭脂材料の接合方法において、セラミック材料と榭脂材料を 合わせた状態で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱する ことにより接合することを特徴とするセラミック榭脂接合方法。 (22) 加熱温度は榭脂の軟ィ匕温度以上でかつセラミックの沸点未満であることを特 徴とする前記（21)に記載のセラミック榭脂接合方法。

(23) 加熱温度は接合部において 200°C〜1500°Cであることを特徴とする前記（2 1)に記載のセラミック榭脂接合方法。

(24) 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わな 、ものであることを 特徴とする前記（21)〜（23)の 、ずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

(25) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを 特徴とする前記（21)〜（24)の ヽずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

(26) 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmであ ることを特徴とする前記（21)〜（24)の 、ずれか〖こ記載のセラミック榭脂接合方法。

(27) 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする前記（21)〜（26)の 、ずれかに 記載のセラミック榭脂接合方法。

(28) 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする前記（21)〜 (27)の 、ずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

(29) 前記（21)〜（28)の 、ずれかに記載のセラミック榭脂接合方法によりセラミツ ク材料と榭脂材料が接合された接合部を有することを特徴とするセラミック榭脂複合 体。

(30) 接合部の引張剪断強度が 5MPa以上であることを特徴とする前記（29)に記 載のセラミック榭脂複合体。

発明の効果

[0009] 本発明の接合方法は、金属材料、ガラス材料、又はセラミック材料と榭脂材料との 強固な接合を可能にする。具体的には、加熱源としてレーザ光源や電離性放射線源 などを使用し、榭脂材料内部を加熱することで榭脂に微細な気泡を発生させ気泡を 包含する構造を持たせることにより、気泡発生にともなう圧力'吸着力を増加させるこ とができ、金属材料、ガラス材料、又はセラミック材料と榭脂材料との強固な接合を促 進させることができる。

[0010] また、加熱源としてレーザ光源や電離性放射線源などを使用することで、多くの利 点が発生する。第一に、レーザ光源や電離性放射線源などは局所的に加熱すること ができるので小さな接合部を作り出すことができる。従って、リベット締結におけるリベ ットサイズの接合部やリベット自体が不要になり、接合部の大型化 ·重量ィ匕を防ぐこと ができる。第二に、接着剤を使用する接合方法では、接着剤が濡れ広がるために精 密なピンポイントの接合が難し 、が、例えばレーザ光源はミクロンオーダーまでビー ム径を絞れるので、精密で微細な接合部も可能である。第三に、榭脂材料が冷え固 まる際に発生する吸着力が平面ほど有利に働くので、接合表面の制限も軽減するこ とができる。第四に、接合のために要するレーザ光照射時間は接着剤の硬化にかか る時間よりも短ぐ生産を律速させる工程にならない。また、レーザ光で接合する場合 は接着剤で接合する場合より酸化'劣化を引き起こすことが抑制できる場合があり、 維持'管理が比較的容易である。第五に、榭脂材料を透過するレーザ光の波長ゃ電 離性放射線源を選択することで、金属材料、ガラス材料、又はセラミック材料側からも 榭脂材料側からも加熱することが可能になり、加熱源の加える方向の制約がなくなる 。これは、設計自由度'材料選択の自由度も増え、生産技術的な面でも非常に有効 である。事実、レーザ光を用いた榭脂材料同士の接合では、片方からしかレーザ光 を照射できな ヽと ヽぅ制約が存在する場合もある。

図面の簡単な説明

[図 1]実施例 1の接合方法の構成を示す。

[図 2]実施例 1の接合方法におけるレーザ照射初期での接合プロセスの概略図であ る。

[図 3]実施例 1の接合方法における気泡発生時での接合プロセスの概略図である。

[図 4]実施例 1の接合方法におけるレーザ照射直後での接合プロセスの概略図であ る。

[図 5]実施例 1の接合方法で生成した接合部を示す。

[図 6]実施例 2の接合方法の構成を示す。

[図 7]実施例 2の接合方法におけるレーザ照射初期での接合プロセスの概略図であ る。

[図 8]実施例 2の接合方法における気泡発生時での接合プロセスの概略図である。

[図 9]実施例 2の接合方法におけるレーザ照射直後での接合プロセスの概略図であ る。

[図 10]実施例 2の接合方法で生成した接合部を示す。

[図 11]実施例 3の接合方法における接合部の表面外観を示す。

[図 12]実施例 3の接合方法における接合部の引張剪断荷重を表すグラフである。

[図 13]実施例 3の接合方法における接合部の引張剪断強度を表すグラフである。

[図 14]実施例 4の接合方法における接合部の走査電子顕微鏡写真である。 符号の説明

1 ファイバーレーザ発振器

2 ファイバー

3 レーザ加工ヘッド

4 ファイバーレーザ光

5 集光レンズ

6 被加工物

7 被加工物

8 クランプ

9 熱輸送

10 被加工物 6と 7の境界部

11 気泡

12 気泡 11の発生にともなう圧力

13 吸着する力

14 接合部

15 YAGレーザ発振器

16 加工ヘッド

17 YAGレーザ光

18 集光レンズ

19 被加工物

20 被加工物

21 熱輸送 22 被力卩ェ物 19と被力卩ェ物 20の境界部

23 気泡

24 気泡 22の発生にともなう圧力

25 吸着する力

26 接合部

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下に本発明を具体的に説明する。

本発明の方法で使用する金属材料としては、鉄、アルミニウム、チタン、銅等及びそ れらの合金が挙げられる力 特に限定されない。但し、マグネシウム、アルミニウム、 及びそれらの合金のように沸点が低い金属材料は接合部に十分な熱を入力できな いおそれがあるので好ましくない。本発明においては、接合部を高い温度まで急速 加熱できる、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン合金等力もなる金属材料が特に好ましい。 金属材料は、榭脂材料との接合力を高めるための表面処理を行ったものが好ましい 。なお、オーステナイト系ステンレス鋼 SUS304の場合、表面未研磨の受入れ材で 高強度の接合部が得られ、接合される金属材料の表面の粗さは本発明者等の実験 の結果、接合部の接合強度に対してほとんど影響しない場合があることが認められた 。金属材料の厚さは特に限定されず、 0. 1mm以上、さらには lmm以上、さらには 3 mm以上の厚さの金属材料であっても構わな!/、。

[0014] 本発明の方法で使用するガラス材料としては、化学成分による分類カゝら次のような ものである。即ち、珪酸、ソーダ灰および石灰力も作られている「ソーダガラス」、珪酸 、炭酸カルシウムおよび酸ィ匕鉛力 なる「鉛ガラス」、珪酸、硼酸およびソーダ灰から なる「硼珪酸ガラス」などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。ガラス材 料の厚さは特に限定されず、 0. lmm以上、さらには lmm以上、さらには 3mm以上 の厚さのガラス材料であっても構わな 、。

[0015] 本発明の方法で使用するセラミック材料としては、組成の面力 次のようなものであ る。即ち、酸ィ匕物系としてアルミナやジルコニヤなど、炭化物系として炭化珪素など、 窒化物系として窒化珪素など、およびその他 炭酸塩系、リン酸塩系、水酸化物系、 ハロゲンィ匕物系および元素系等が挙げられる力 これらに限定されるものではない。 セラミック材料の厚さは特に限定されず、 0. 1mm以上、さらには lmm以上、さらに は 3mm以上のセラミック材料であっても構わな!/、。

[0016] 本発明の方法で使用する榭脂材料としては、熱源で流動化する榭脂及び Z又は 榭脂の前駆体であることが必要である。具体的に用いる榭脂の種類としては、例えば 、ナイロン 6 (PA6)やナイロン 66 (PA66)等のポリアミド榭脂（PA)、ポリエチレンテレ フタレート（PET)ゃポリブチレンテレフタレート（PBT)等のポリエステル榭脂、ポリ力 ーボネイト（PC)榭脂、ポリスチレンや ABS等のスチレン系榭脂、アクリル系榭脂（P MMA等)等の熱可塑性榭脂を挙げることができる。特に主鎖、側鎖及び Z又は末 端に極性基ないし金属と反応性を有する基を有する榭脂材料が好ましぐポリアミド 榭脂（PA)、ポリエステル榭脂、ポリカーボネイト（PC)や、カルボン酸基ゃスルホン酸 金属塩基などの極性基な 、し金属、ガラス又はセラミックと反応性を有する基を側鎖 及び Z又は末端に有するスチレン系榭脂、アクリル系榭脂等が好ましい。特に主鎖、 側鎖及び Z又は末端に極性基な 、し金属、ガラス又はセラミックと反応性を有する基 を有する非晶性榭脂からなる榭脂材料が好ましい。また、榭脂材料は構成原子中に 酸素が存在すると金属、ガラス又はセラミックの表面の酸ィヒ物と容易に化学結合を形 成して高い接合強度が得られるので好ましい。なお、本発明における榭脂材料には 必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維等の補強繊維や着色材、熱安定剤、光安 定剤等を添加したものを用いてもょ 、。

[0017] また、本発明の方法で使用する榭脂材料は、加熱によって、特にレーザ光源ゃ電 離性放射線源などによる加熱によって気泡を発生する榭脂材料であることが必要で ある。例えば、吸湿した榭脂材料中の水分が加熱されることによるガス発生や高温に おいて榭脂材料が分解されることによるガス発生によって気泡を発生する榭脂材料 が用いられる。榭脂材料の厚さは特に限定されず、 0. lmm以上、さらには lmm以 上、さらには 3mm以上の厚さの榭脂材料であっても構わない。

[0018] 本発明の方法では、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料とを合わ せた状態で接合部をレーザ光や電離性放射線などで加熱することにより両材料を強 固に接合することができる。接合部の加熱温度は、榭脂材料内部に微細な気泡を発 生させる温度であることが必要であり、具体的には榭脂の軟ィ匕温度以上で金属、ガラ ス又はセラミックの沸点未満であり、接合部において 200°C〜 1500°Cであることが好 ましい。また、加熱温度は、榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴うような高い温 度にしないことが好ましい。榭脂中の気泡が移動すると、接合部における気泡発生に 伴う圧力と熱による接合が期待できなくなる力 である。なお、加熱により接合部の榭 脂中に発生する気泡の球相当直径の上限は、接合強度や外観の点力 5mm以下 、好ましくは 3mm以下、さら好ましくは lmm以下、特に好ましくは 0. 5mm以下であ る。下限は接合強度の点から 0. OOOlmm以上、好ましくは 0. OOlmm以上、さら好 ましくは 0. 01mm以上である。

本発明の方法で使用する接合部の加熱源としては、レーザ光源や電離性放射線 源などが好ましい。レーザ光源としては、例えば、 YAGレーザ、ファイバーレーザ、半 導体レーザ、炭酸ガスレーザ等を用いることができる。電離性放射線源としては、例 えば、電子線、 γ線、 X線等を用いることができる力 特に電子線が好ましい。また、 これらの加熱源の照射は、連続照射又はパルス照射の 、ずれでもよ 、。

なお、レーザ光源を使用する場合は、レーザのパワー、パワー密度、加工速度 (移 動速度)や焦点はずし距離等の照射条件は、目的に応じて適宜設定可能である。例 えば、レーザのパワー密度は、 lWZmm²〜10kWZmm²が好ましい。また、金属材 料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料との接合面付近の榭脂材料のみに微 細な気泡を発生させる条件を設定することが好ましい。具体的には、レーザのパワー を大きくすると接合部が高温になり、その後の冷却も遅くなり榭脂中に発生する気泡 も大きくなり、一方、パワーを小さくすると榭脂中に気泡が発生しないか、気泡が極端 に少なくなり、接合強度は小さくなる。接合強度は、適切なサイズの気泡を急速に発 生させることにより、溶融した状態の榭脂を金属、ガラス又はセラミックの表面に密着 するようにすると、高くなる。また、レーザの焦点はずし距離を大きくすると、パワー密 度が小さくなるため、それをカバーする大きなパワーのレーザを照射することができ、 その結果広い条件範囲で良好な接合部が得られ、制御が容易である。また、レーザ の移動速度を大きくすると、好適な接合が得られるレーザパワーの範囲が広くなるの で制御が容易になる。なお、レーザの照射の方向は、金属材料、ガラス材料又はセラ ミック材料と榭脂材料とを合わせた状態でいずれの材料側から行っても強固な接合 部を形成することができる。

[0020] 本発明の方法では、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料とを合わ せた状態で、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料の接合部を加熱す ること〖こよって、榭脂材料内部力ゝら熱分解されたガスが膨らみ、榭脂内部に微細な気 泡を発生させる。原理は明確ではないが、この時マイクロサイズ領域で、気泡発生に 伴う爆発的な圧力が接合部にかかり、接合部の金属材料、ガラス材料又はセラミック 材料及び榭脂材料の温度が高くなつて ヽることと相まって、気泡周辺部の榭脂材料 と金属材料、ガラス材料又はセラミック材料が、アンカー効果などの物理的な接合力 及び Z又は金属、ガラス又はセラミックの酸ィ匕物を通した化学的な接合力で金属、ガ ラス又はセラミックと榭脂とが接合できる条件を満たし接合する。さらに、榭脂材料が 冷え固まる際には、気泡の温度も減少するため、気泡内部の圧力が低下し、吸着力 も発生する。これらの接合力が複合した形で強固な金属、ガラス又はセラミックと榭脂 との接合が可能になる。さらに、加熱源としてレーザ光を使用することで、局所的な急 激な加熱と急激な冷却が可能になり、気泡発生に伴う圧力 ·吸着力を増加させること でき、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料との接合を促進させること ができる。本発明の方法によって金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材 料とが接合された複合体は、 IMPa以上、さらには 5MPa以上、さらには lOMPa以 上の引張剪断強度を有する強固な接合部を有することができる。

実施例

[0021] 以下に実施例により本発明の方法を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施 例により何ら限定されるものではない。

[0022] 実施例において測定された金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭脂材料と の接合部の各物性について以下にその測定方法を示す。

1.接合部の温度

接合部の温度は、 R (白金'白金ロジウム： Pt— Ptl3%Rh)または K (アルメル 'クロ メル)熱電対で接合部の金属、ガラス又はセラミックの側の表面温度を実測することに よって得た。

2.接合部の気泡の球相当直径 気泡の観察と計測は、実体顕微鏡で行った。接合部を実体顕微鏡で観察し、写真 撮影 (コンピュータ画面に取り込んだ）を行った。また、基準寸法 (0. lmm, 0. 5mm 、 1mm)も観察し、コンピュータ画面に取り込み、気泡と基準寸法との比較により個々 の気泡の球相当直径を画像解析することによって測定した。

3.接合部の接合強度 (引張剪断強度および破壊状態）

板状の金属材料と榭脂材料 (それぞれ長さ 70mm X幅 30mm X厚さ (後述参照) ) を用意し、長さ 70mmのうち 20mmを引張試験用保持部として残し 50mmを重ねて 接合したものを引張剪断試験片とした。金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭 脂材料の試験用保持部のそれぞれ 10mmを引張試験機 (最大荷重 1トン)の上下の チャックではさみ、速度 5mmZ分の速度で互いに引っ張り、荷重一伸び曲線を得る とともに、最大破断荷重を計測し、これを引張剪断強度とした。また、計測時において 、破断 (破壊)が接合部以外の榭脂材料の母材で起こる (母材破壊)か、または接合 部で起こる（接合部破壊)かについても観察した。破壊が接合部以外の母材で起こる 母材破壊の場合は、接合強度が極めて高いことを示す。

〔実施例 1〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図 1は、実施例 1の金属榭脂接合方法の構成を示す図である。図 1に示すように、 ファイバーレーザ発振器 1からファイバー 2でレーザカ卩ェヘッド 3に波長 1090nmのフ アイバーレーザ光 4を導入し、焦点距離 80mmの集光レンズ 5で絞り、パワー 30Wで 焦点位置からレンズから遠ざ力る方向に 15mm離れた位置に、被力卩ェ物 6の金属材 料純チタンと被力卩ェ物 7の榭脂材料ポリカーボネイト（三菱エンジニアリングプラスチ ック社製「ノバフレックス 7025IRJ、ガラス転移点 = 150°C、 DSC¾[IS K 7121に 準拠した Tmgの値、カタログ値の荷重橈み温度 = 129°C (荷重： 1. 80MPa) /142 °C (荷重： 0. 45MPa)、 ISO 75— 1、 75— 2に準拠）とを重ね合わせて、クランプ 8 で固定し、レーザ光 4の照射中移動速度 3mmZsで移動させた。その際、集光レン ズ 5側 (加熱源側）に被力卩ェ物 7のポリカーボネイトが位置している。また、被加工物 6 の純チタンは厚さ lmmの板状であり、被力卩ェ物 7のポリカーボネイトは厚さ 0. 5mm の板状である。レーザ光 4が被加工物 7に照射されると、図 2に示すように、レーザ光 4は被力卩ェ物 7を透過し、レーザ光 4の波長に対して吸収率が高い被力卩ェ物 6の純チ タンが主に加熱され、被加工物 6から被加工物 7への熱輸送 9により、被加工物 5と被 加工物 6の境界部 10及びその周辺部が熱を持つことになる。その結果、図 3に示す ように被力卩ェ物 7のポリカーボネイト内部で、熱分解が生じ、ガスが発生することで、 気泡 11が形成される。この時、気泡 11の発生にともなう圧力 12が発生し、被加工物 6の金属材料の温度が沸点未満で、被加工物 7の榭脂材料の温度が軟化温度以上 に加熱されていることと相まって、気泡 11の周辺部において、被加工物 7の榭脂材 料と被力卩ェ物 6の金属材料とが、アンカー効果などの物理的な接合、又は金属酸ィ匕 物を通した化学的な接合を可能にする条件を満たし接合する。さらに、レーザ光 4の 照射を停止すると急激に気泡 11が冷却され、圧力 12が低下し、図 4に示すように被 加工物 6のチタンを吸着する力 13が発生する。これらの接合力が複合され、図 5に示 すように金属榭脂接合部 14が形成された。この金属榭脂接合部 14は、接合部に気 泡 11 (球相当直径約 0. 01〜： Lmm)を有することを特徴としていた。また、接合部の 接合強度及び破壊状態を調べたところ、破断は接合部以外の榭脂材料の母材部分 で起こり、引張剪断強度は 23MPaであった。

〔実施例 2〕

図 6は、実施例 2の金属榭脂接合方法の構成を示す図である。図 6に示すように、 Y AGレーザ発振器 15からファイバー 2で加工ヘッド 16に波長 1064nmの YAGレー ザ光 17を導入し、焦点距離 200mmの集光レンズ 18で絞り、パワー 1000Wで焦点 位置からレンズ力 遠ざ力る方向に 30mm離れた位置に、被力卩ェ物 19である金属材 料ステンレス鋼 SUS 304と被力卩ェ物 20である榭脂材料 PA12系非晶性ポリアミド（ 東洋紡績社製「T— 714H」、ガラス転移点 = 160°C、 DSC¾[IS K 7121に準拠 した Tmgの値、荷重橈み温度 = 130°C (荷重： 1. 80MPa) Zl45°C (荷重： 0. 45M Pa)、 ISO 75- 1, 75— 2に準拠）とを重ね合わせて、クランプ 7で固定し、レーザ光 照射中移動速度 30mmZsで移動させた。その際、集光レンズ 18側に被加工物 19 の金属材料ステンレス鋼 SUS 304が位置している。また、被力卩ェ物 19のステンレス 鋼 SUS 304は厚さが 3mmの板状であり、被力卩ェ物 20の T—714Hは厚さ 2mmの 板状である。レーザ光 17が被加工物 19に照射されると、図 7に示すように、レーザ光 17が被力卩ェ物 19のステンレス鋼 SUS 304に吸収されて発熱し、熱輸送 21〖こより、 被力卩ェ物 19と被力卩ェ物 20の境界部 22及びその周辺部が熱を持つことになる。その 結果、図 8に示すように被力卩ェ物 20の T—714H内部の発生したガスにより気泡 23 が発生する。この時、気泡 23の発生にともなう圧力 24が発生し、被力卩ェ物 19の金属 材料の温度が沸点未満で、被加工物 20の榭脂材料の温度が軟化温度以上に加熱 されていることと相まって、気泡 23周辺部の被力卩ェ物 20の榭脂材料と被力卩ェ物 19 の金属材料とが、アンカー効果などの物理的な接合又は金属酸ィ匕物を通した化学 的な接合を可能にする条件を満たし接合する。さらに、レーザ光 17の照射を停止す ると急激に気泡 23が冷却され、圧力 24が低下し、図 9に示すように被力卩ェ物 19のス テンレス鋼 SUS 304に吸着する力 25が発生する。これらの接合力が複合され、図 10に示すように金属榭脂接合部 25が形成された。この金属榭脂接合部 25は、接合 部に気泡 23 (球相当直径約 0. 01〜3mm)を有することを特徴としていた。また、接 合部の接合強度及び破壊状態を調べたところ、破断は接合部以外の榭脂材料の母 材部分で起こり、引張剪断強度は 21MPaであった。

[0025] 〔実施例 3〕

以下の条件で実施例 1と同様の方法で金属材料と榭脂材料の接合部の加熱を行 い、レーザパワーを変化した場合の接合部の表面外観と気泡の状態を観察するとと もに、接合部の引張剪断荷重と引張剪断強度を測定した。

金属材料:ステンレス鋼 SUS 304板（厚さ 2mm)

榭脂材料： PA12系非晶性ポリアミド板 (前述の東洋紡績社製 ΓΤ- 714Η] ) (厚さ 2 mm)

加熱源側の材料：榭脂材料

加熱源: YAGレーザ使用

パワー（0〜： L000Wで変化）

焦点はずし距離 20mm (ビーム径 5mm)

移動速度 lOmmZs

[0026] レーザパワーを変更した場合の接合部の表面外観（パワー 110W, 300W, 560W , 850W)を図 11に示す。図 11から明らかなように、レーザパワー 110Wで榭脂材料 の気泡が発生しはじめ、その後パワーを上昇させていくと 300W以上で 0. Olmn！〜 0. 5mmの球相当直径の気泡が発生し、その後パワーの上昇とともに気泡が肥大化 した。気泡が発生した全ての接合部において榭脂材料と金属材料の接合を確認した

[0027] また、レーザパワーを 0〜： LOOOWで変化した場合の接合部の引張剪断荷重及び 引張剪断強度をそれぞれ表すグラフを図 12及び図 13に示す。図 12及び図 13から 明らかなように、気泡の発生がほとんどな 、低 、レーザパワーでは接合部の弓 I張剪 断荷重及び引張剪断強度は 、ずれも低 、が、レーザパワーの上昇とともに適度な大 きさの気泡が発生すると接合部において極めて高い引張剪断強度が得られた。しか し、レーザパワーを高くしすぎると、気泡が肥大化してしまい、逆に引張剪断強度が 低下した。なお、図 12に示すように、引張剪断強度測定試験では適度な大きさの気 泡が発生した接合部は母材破壊を示したが、気泡の発生が不十分である接合部又 は気泡が肥大化した接合部は接合部破壊を示した。各レーザパワーにおける接合 部の引張剪断強度は表 1に示したとおりであった。

[0028] 次に、金属材料と榭脂材料の接合現象を確認するために、レーザパワーを変化さ せて接合部の温度を変更した場合の接合部の榭脂材料の状態を金属顕微鏡を用い て撮影した。接合部の表面温度が 570°Cのとき榭脂中にわずかな気泡 (球相当直径 0. 01〜0. 1mm)が確認でき、 790°Cになると榭脂中に適度な大きさの気泡（球相 当直径 0. 02〜： L 5mm)が発生し、 1200°Cになると榭脂中の気泡がさらに成長し（ 球相当直径 0. 02〜2. Omm)、ガス放出が確認された。また、これらの温度のうち 79 0°Cに加熱されたときが最も強固な接合部を形成していた（引張剪断強度 22MPa)。 従って、金属材料と榭脂材料の強固な接合部の形成にはレーザによる高温への急 速加熱とプラスチック分解による高圧の発生が必要であり、気泡を肥大化させて減圧 状態にしないことも重要であることがわかる。

[0029] [表 1] Y A Gレーザパワー （W) 110 300 560 850 接合部の温度 （°C) 570 790 1200 >1300 気泡の球相当直径 （mm) 0. 01-0. 1 0. 02-1. 5 0. 02-2. 0 0. 02-3. 0 引張剪断強度 （M P a ) 10 22 4 3

[0030] 〔実施例 4〕

以下の条件で実施例 1と同様の方法で金属材料と榭脂材料の接合部の加熱を行 い、両材料の接合部を走査型電子顕微鏡で撮影した。

金属材料:ステンレス鋼 SUS 304板（厚さ 2mm)

榭脂材料：ポリカーボネイト（前述の三菱エンジニアリングプラスチック社製「ノバフレ ックス 7025IRJ ) (厚さ 0. 5mm)

加熱源側の材料：榭脂材料

加熱源: YAGレーザ使用

ノ ヮ一 750W

焦点はずし距離 30mm (ビーム径 7mm)

移動速度 lOmmZs

接合部の樹脂の気泡： 0. 01mm〜0. 3mm (球相当直径）

接合部の弓 I張剪断強度： 20MPa

接合部の撮影写真を図 14に示す。図 14からわ力るように、レーザ光源によって金 属材料と榭脂材料の接合部を加熱して榭脂材料内部に気泡を発生させることによつ て、両材料をミクロンオーダでしつ力りと接合することができる。

[0031] 〔実施例 5〕

以下の条件で実施例 1と同様の方法で金属材料と榭脂材料の接合部の加熱を行 い、両材料の接合部の引張剪断強度を測定した。

金属材料:ステンレス鋼 SUS 304板（厚さ 2mm)

榭脂材料： PA12系非晶性ポリアミド板 (前述の東洋紡績社製 ΓΤ- 714Η] ) (厚さ 2 mm)

加熱源側の材料：榭脂材料 加熱源:半導体レーザ使用

ノ ヮ一 200W

長方ビ ~~ム形 lmm X 7mm

移動速度 2. 5mm/s (接合部幅が広くなる方向に移動） 接合部の樹脂の気泡： 0. 01mm〜0. 3mm (球相当直径）

接合部の弓 I張剪断強度： 50MPa

[0032] 〔実施例 6〕

以下の条件で実施例 1と同様の方法で金属材料と榭脂材料の加熱を行い、両材料 の接合部の気泡の発生状態と気泡の球相当直径を測定するとともに、接合部の弓 I張 剪断強度試験における破壊状態 (母材破断又は接合部破断)を観察した。その結果 を表 2に示した。

金属材料:ステンレス鋼 SUS 304板（厚さ 2mm)

榭脂材料 (厚さ 2mm)は次のものを変更して使用した：

ナイロン 6 (NY6) : 東洋紡ナイロン T— 800 (東洋紡績社製）

ナイロン 12 (NY12)： ダイアミド L1801 (ダイセル'ヒュルス社製）

ポリブチレンテレフタレート（PBT)： タフテック PBT N1000 (三菱レイヨン社製） ポリアリレート（PAR)： Uポリマー U1000 (ュ-チカ社製）

加熱源側の材料：榭脂材料

加熱源: YAGレーザ使用

ノ ヮ一 650W

焦点はずし距離 20mm (ビーム径 5mm)

移動速度 lOmmZs

[0033] 表 2に示したとおり、榭脂材料のナイロン 6、ナイロン 12、ポリブチレンテレフタレート 、ポリアリレートはいずれも適度な大きさの気泡が発生し、金属材料との接合強度が 強ぐ接合部の引張剪断強度試験において、接合部ではなく榭脂の母材部分で破 壊した。

[0034] [表 2] 樹脂材料 N Y 6 N Y 1 2 P B T P A R 気泡の発生 有 有 有 有 気泡の球相当直径 （m m ) 0. 05-1. 0 0. 01 -0. 3 0. 03-1. 0 0. 01 ~0. 5 母材 母材 母材 母材 接合部の破壊状態

破壊 破壊 破壊 破壊 〔実施例 7〕

実施例 7のガラス榭脂接合方法の構成及びプロセスを示す図は実施例 1の図 1〜5 と同様であり、これらの図に基づいて説明する。図 1に示すように、ファイバーレーザ 発振器 1からファイバー 2でレーザカ卩ェヘッド 3に波長 1090nmのファイバーレーザ 光 4を導入し、焦点距離 80mmの集光レンズ 5で絞り、パワー 30Wで焦点位置からレ ンズカも遠ざ力る方向に 5mm離れた位置に、被力卩ェ物 6のガラス材料（ソーダガラス 製フロートガラス板)と被加工物 7の榭脂材料ポリカーボネイト（三菱エンジニアリング プラスチック社製「ノバフレックス 7025IRJ、ガラス転移点 = 150°C、 DSC¾[IS K 7121に準拠した Tmgの値、カタログ値の荷重橈み温度 = 129°C (荷重： 1. 80MPa ) Z142°C (荷重： 0. 45MPa)、ISO 75— 1、 75— 2に準拠）とを重ね合わせて、ク ランプ 8で固定し、レーザ光 4の照射中移動速度 3mmZsで移動させた。その際、集 光レンズ 5側に被力卩ェ物 7のポリカーボネイトが位置している。また、被加工物 6のガ ラス材料は厚さ 3mmの板状であり、被力卩ェ物 7のポリカーボネイトは厚さ 0. 5mmの 板状である。レーザ光 4が被加工物 7に照射されると、図 2に示すように、レーザ光 4 は被力卩ェ物 7を透過し、レーザ光 4の波長に対して吸収率が高い被力卩ェ物 6のガラス 材料が主に加熱され、被力卩ェ物 6から被力卩ェ物 7への熱輸送 9により、被加工物 6と 被加工物 7の境界部 10およびその周辺部が熱を持つことになる。その結果、図 3〖こ 示すように被加工物 7のポリカーボネイト内部で、熱分解が生じ、ガスが発生すること で、気泡 11が形成される。この時、気泡 11の発生にともなう圧力 12が発生し、被カロ ェ物 6のガラス材料の温度が沸点未満で、被加工物 7の榭脂材料の温度が軟ィ匕温 度以上に加熱されていることと相まって、気泡 11の周辺部において、被加工物 7の 榭脂材料と被加工物 6のガラス材料とが、アンカー効果などの物理的な接合、または ガラス酸ィ匕物を通したィ匕学的な接合できる条件を満たし接合する。さらに、レーザ光

4の照射を停止すると急激に気泡 11が冷却され、圧力 12が低下し、図 4に示すよう に被加工物 6のガラス材料を吸着する力 13が発生する。これらの接合力が複合され 、図 5に示すようにガラス榭脂接合部 14が形成された。このガラス榭脂接合部 14は、 接合部およびその周辺部に気泡 11 (球相当直径約 0. 01〜： Lmm)を有することを特 徴としていた。また、接合部の接合強度及び破壊状態を調べたところ、破断は接合部 における榭脂材料の母材部分で起こり、引張剪断強度は 5MPa以上であった。 〔実施例 8〕

実施例 8のガラス榭脂接合方法の構成及びプロセスを示す図は実施例 2の図 6〜 1 0と同様であり、これらの図に基づいて説明する。図 6に示すように、 YAGレーザ発振 器 15力らファイバー 2でカ卩ェヘッド 16に波長 1064nmの YAGレーザ光 17を導入し 、焦点距離 200mmの集光レンズ 18で絞り、パワー 1000Wで焦点位置からレンズか ら遠ざカゝる方向に 10mm離れた位置に、被力卩ェ物 19であるガラス材料 (ソーダガラス 製フロートガラス板)と被加工物 20である榭脂材料 PA12系非晶性ポリアミド (東洋紡 績社製 T— 714H、ガラス転移点 = 160。C、 DSC¾[IS K 7121に準拠した Tmg の値、荷重橈み温度 = 130°C (荷重： 1. 80MPa) Zl45°C (荷重： 0. 45MPa)、IS O 75— 1、 75— 2に準拠）とを重ね合わせて、クランプ 7で固定し、レーザ光照射中 移動速度 30mmZsで移動させた。その際、集光レンズ 18側に被力卩ェ物 19のガラス 材料が位置している。また、被力卩ェ物 19のガラス材料は厚さが 3mmの板状であり、 被力卩ェ物 20の T—714Hは厚さ 2mmの板状である。レーザ光 17が被力卩ェ物 19に 照射されると、図 7に示すように、レーザ光 17が被力卩ェ物 19のガラス材料に吸収され て発熱し、熱輸送 21により、被力卩ェ物 19と被力卩ェ物 20の境界部 22およびその周辺 部が熱を持つことになる。その結果、図 8に示すように被力卩ェ物 20の T—714H内部 の発生したガスにより気泡 23が発生する。この時、気泡 23の発生にともなう圧力 24 が発生し、被加工物 19のガラス材料の温度が沸点未満で、被加工物 20の榭脂材料 の温度が軟ィ匕温度以上に加熱されていることと相まって、気泡 23周辺部の被加工物 20の榭脂材料と被加工物 19のガラス材料とが、アンカー効果などの物理的な接合 またはガラス酸ィ匕物を通したィ匕学的な接合できる条件を満たし接合する。さらに、レ 一ザ光 17の照射を停止すると急激に気泡 23が冷却され、圧力 24が低下し、図 9に 示すように被加工物 19のガラス材料に吸着する力 25が発生する。これらの接合力が 複合され、図 10に示すようにガラス榭脂接合部 25が形成された。このガラス榭脂接 合部 25は、接合部およびその周辺部に気泡 23 (球相当直径約 0. 01〜3mm)を有 することを特徴としていた。また、接合部の接合強度及び破壊状態を調べたところ、 破断は接合部における榭脂材料の母材部分で起こり、引張剪断強度は 5MPa以上 であった。

〔実施例 9〕

実施例 9のセラミック榭脂接合方法の構成及びプロセスを示す図は実施例 1の図 1 〜5と同様であり、これらの図に基づいて説明する。図 1に示すように、ファイバーレー ザ発振器 1からファイバー 2でレーザカ卩ェヘッド 3に波長 1090nmのファイバーレー ザ光 4を導入し、焦点距離 80mmの集光レンズ 5で絞り、パワー 30Wで焦点位置から レンズ力 遠ざ力る方向に 20mm離れた位置に、被力卩ェ物 6のセラミック材料として 酸ィ匕物系のアルミナ (Al O )製板と被加工物 7の榭脂材料ポリカーボネイト（三菱ェ

2 3

ンジニアリングプラスチック社製「ノバフレックス 7025IR」、ガラス転移点 = 150°C、 D SC¾[IS K 7121に準拠した1¾1₈の値、カタログ値の荷重撓み温度= 129°〇（荷 重： 1. 80MPa) /142°C (荷重： 0. 45MPa)、 ISO 75— 1、 75— 2に準拠）とを重 ね合わせて、クランプ 8で固定し、レーザ光 4の照射中移動速度 3mmZsで移動させ た。その際、集光レンズ 5側に被加工物 7のポリカーボネイトが位置している。また、被 加工物 6のセラミック材料は厚さ lmmの板状であり、被力卩ェ物 7のポリカーボネイトは 厚さ 0. 5mmの板状である。レーザ光 4が被力卩ェ物 7に照射されると、図 2に示すよう に、レーザ光 4は被力卩ェ物 7を透過し、レーザ光 4の波長に対して吸収率が高い被カロ ェ物 6のセラミック材料が主に加熱され、被力卩ェ物 6から被力卩ェ物 7への熱輸送 9によ り、被力卩ェ物 6と被力卩ェ物 7の境界部 10およびその周辺部が熱を持つことになる。そ の結果、図 3に示すように被力卩ェ物 7のポリカーボネイト内部で、熱分解が生じ、ガス が発生することで、気泡 11が形成される。この時、気泡 11の発生にともなう圧力 12が 発生し、被加工物 6のセラミック材料の温度が沸点未満で、被加工物 7の榭脂材料の 温度が軟化温度以上に加熱されて 、ることと相まって、気泡 11の周辺部にぉ ヽて、 被力卩ェ物 7の榭脂材料と被力卩ェ物 6のセラミック材料とが、アンカー効果などの物理 的な接合、またはセラミック酸ィ匕物を通したィ匕学的な接合できる条件を満たし接合す る。さらに、レーザ光 4の照射を停止すると急激に気泡 11が冷却され、圧力 12が低 下し、図 4に示すように被力卩ェ物 6のセラミック材料を吸着する力 13が発生する。これ らの接合力が複合され、図 5に示すようにセラミック榭脂接合部 14が形成された。こ のセラミック榭脂接合部 14は、接合部およびその周辺部に気泡 11 (球相当直径約 0 . 01〜： Lmm)を有することを特徴としていた。また、接合部の接合強度及び破壊状 態を調べたところ、破断は接合部における榭脂材料の母材部分で起こり、引張剪断 強度は 5MPa以上であった。

〔実施例 10〕

実施例 10のセラミック榭脂接合方法の構成及びプロセスを示す図は図 6〜10と同 様であり、これらの図に基づいて説明する。図 6に示すように、 YAGレーザ発振器 15 力らファイバー 2でカ卩ェヘッド 16に波長 1064nmの YAGレーザ光 17を導入し、焦点 距離 200mmの集光レンズ 18で絞り、パワー 1000Wで焦点位置からレンズから遠ざ 力る方向に 30mm離れた位置に、被力卩ェ物 19であるセラミック材料として酸ィ匕物系 のアルミナ (Al O )製板と被加工物 20である榭脂材料 PA12系非晶性ポリアミド (東

2 3

洋紡績社製 T— 714H、ガラス転移点 = 160°C、 DSC IS K 7121に準拠した T mgの値、荷重橈み温度 = 130°C (荷重： 1. 80MPa) Zl45°C (荷重： 0. 45MPa)、 ISO 75— 1、 75— 2に準拠）とを重ね合わせて、クランプ 7で固定し、レーザ光照射 中移動速度 30mmZsで移動させた。その際、集光レンズ 18側に被加工物 19のセラ ミック材料が位置している。また、被力卩ェ物 19のセラミック材料は厚さが 3mmの板状 であり、被力卩ェ物 20の T— 714Hは厚さ 2mmの板状である。レーザ光 17が被カロェ 物 19に照射されると、図 7に示すように、レーザ光 17が被力卩ェ物 19のセラミック材料 に吸収されて発熱し、熱輸送 21により、被力卩ェ物 19と被力卩ェ物 20の境界部 22およ びその周辺部が熱を持つことになる。その結果、図 8に示すように被力卩ェ物 20の T— 714H内部の発生したガスにより気泡 23が発生する。この時、気泡 23の発生にとも なう圧力 24が発生し、被力卩ェ物 19のセラミック材料の温度が沸点未満で、被加工物 20の榭脂材料の温度が軟ィ匕温度以上に加熱されていることと相まって、気泡 23周 辺部の被力卩ェ物 20の榭脂材料と被力卩ェ物 19のセラミック材料と力 アンカー効果な どの物理的な接合またはセラミック酸ィ匕物を通したィ匕学的な接合できる条件を満たし 接合する。さらに、レーザ光 17の照射を停止すると急激に気泡 23が冷却され、圧力 24が低下し、図 9に示すように被力卩ェ物 19のセラミック材料に吸着する力 25が発生 する。これらの接合力が複合され、図 10に示すようにセラミック榭脂接合部 25が形成 された。このセラミック榭脂接合部 25は、接合部およびその周辺部に気泡 23 (球相 当直径約 0. 01〜2mm)を有することを特徴としていた。また、接合部の接合強度及 び破壊状態を調べたところ、破断は接合部における榭脂材料の母材部分で起こり、 引張剪断強度は 5MPa以上であった。

産業上の利用可能性

本発明に係る接合方法を用いると、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭 脂材料との強固な接合を可能にする。また、加熱源としてレーザ光源や電離性放射 線源などを使用することによって、（1)小さな接合部を作りだすことができる、（2)ミク ロンオーダーの精密で微細な接合ができる、（3)大面積の接合もできる、（4)短時間 で接合ができる、（5)接着剤による金属の酸化'劣化が抑制できる場合がある、 (6) 金属材料、ガラス材料又はセラミック材料の側からも榭脂材料側からも加熱すること ができる、など有利な点が多ぐ設計や材料選択の自由度も増え、電子機器分野、 自動車分野などで金属、ガラス又はセラミックと榭脂の複合体を製造する上で有用で ある。特に、本発明の方法を用いると、金属材料、ガラス材料又はセラミック材料と榭 脂材料との接合力が高いので、各材料の厚さが 1. Omm以上、さらには 3. Omm以 上の厚い材料同士を接合することにも利用できる。

Claims

請求の範囲

[I] 金属材料と榭脂材料の接合方法にお!ヽて、金属材料と榭脂材料を合わせた状態 で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することにより接合 することを特徴とする金属榭脂接合方法。

[2] 加熱温度は榭脂の軟ィ匕温度以上でかつ金属の沸点未満であることを特徴とする請 求項 1に記載の金属榭脂接合方法。

[3] 加熱温度は接合部において 200°C〜1500°Cであることを特徴とする請求項 1に記 載の金属榭脂接合方法。

[4] 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わないものであることを特徴 とする請求項 1〜3のいずれかに記載の金属榭脂接合方法。

[5] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを特徴 とする請求項 1〜4のいずれかに記載の金属榭脂接合方法。

[6] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmであること を特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の金属榭脂接合方法。

[7] 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする請求項 1〜6のいずれかに記載の金 属榭脂接合方法。

[8] 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする請求項 1〜7のい ずれかに記載の金属榭脂接合方法。

[9] 請求項 1〜8のいずれかに記載の金属榭脂接合方法により金属材料と榭脂材料が 接合された接合部を有することを特徴とする金属榭脂複合体。

[10] 接合部の引張剪断強度が 5MPa以上であることを特徴とする請求項 9に記載の金 属榭脂複合体。

[I I] ガラス材料と榭脂材料の接合方法にぉ ヽて、ガラス材料と榭脂材料を合わせた状 態で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することにより接 合することを特徴とするガラス榭脂接合方法。

[12] 加熱温度は榭脂の軟ィヒ温度以上でかつガラスの沸点未満であることを特徴とする 請求項 11に記載のガラス榭脂接合方法。

[13] 加熱温度は接合部において 200°C〜1500°Cであることを特徴とする請求項 11に 記載のガラス榭脂接合方法。

[14] 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わないものであることを特徴 とする請求項 11〜 13の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

[15] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを特徴 とする請求項 11〜14の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

[16] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmであること を特徴とする請求項 11〜14の ヽずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

[17] 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする請求項 11〜16のいずれかに記載の ガラス榭脂接合方法。

[18] 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする請求項 11〜17の

V、ずれかに記載のガラス榭脂接合方法。

[19] 請求項 11〜18のいずれかに記載のガラス榭脂接合方法によりガラス材料と榭脂 材料が接合された接合部を有することを特徴とするガラス榭脂複合体。

[20] 接合部の引張剪断強度が 5MPa以上であることを特徴とする請求項 19に記載のガ ラス樹脂複合体。

[21] セラミック材料と榭脂材料の接合方法にぉ 、て、セラミック材料と榭脂材料を合わせ た状態で接合部の榭脂材料に気泡を発生させる温度まで接合部を加熱することによ り接合することを特徴とするセラミック榭脂接合方法。

[22] 加熱温度は榭脂の軟ィヒ温度以上でかつセラミックの沸点未満であることを特徴とす る請求項 21に記載のセラミック榭脂接合方法。

[23] 加熱温度は接合部にお 、て 200°C〜 1500°Cであることを特徴とする請求項 21に 記載のセラミック榭脂接合方法。

[24] 加熱温度は榭脂の気泡が接合部付近力 の移動を伴わないものであることを特徴 とする請求項 21〜23のいずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

[25] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 5mm以下であることを特徴 とする請求項 21〜24のいずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

[26] 接合部の榭脂材料に発生される気泡の球相当直径が 0. Olmm〜： Lmmであること を特徴とする請求項 21〜24のいずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

[27] 榭脂材料が熱可塑性であることを特徴とする請求項 21〜26のいずれかに記載の セラミック榭脂接合方法。

[28] 接合部を加熱する加熱源にレーザ光源を用いることを特徴とする請求項 21〜27の

Vヽずれかに記載のセラミック榭脂接合方法。

[29] 請求項 21〜28のいずれかに記載のセラミック榭脂接合方法によりセラミック材料と 榭脂材料が接合された接合部を有することを特徴とするセラミック榭脂複合体。

[30] 接合部の引張剪断強度が 5MPa以上であることを特徴とする請求項 29に記載のセ ラミック榭脂複合体。