WO2016129392A1 - 接合構造体の製造方法および接合構造体 - Google Patents

接合構造体の製造方法および接合構造体 Download PDF

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WO2016129392A1
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和義 西川
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/34—Electrical apparatus, e.g. sparking plugs or parts thereof
    • B29L2031/3481—Housings or casings incorporating or embedding electric or electronic elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a bonded structure and a bonded structure.
  • Patent Document 1 in a method for joining a metal member and a resin member, a polishing process using sand paper, a sand blast process, an electric discharge process, an etching process, a press process, and the like are performed on a boundary surface between the metal member and the resin member. It is disclosed to form irregularities by applying. According to this Patent Document 1, when a laser is applied to the boundary surface between a metal member and a resin member, the laser is absorbed by the uneven surface (boundary surface), so that the resin member around the boundary surface is melted or softened. As a result, the metal member and the resin member can be easily and reliably joined.
  • a laser is used to melt or soften a resin member around a boundary surface as in the above-mentioned Patent Document 1, for example, a surface portion of a metal member. It is also conceivable to use a laser to form a deep perforation (rather than a recess).
  • a so-called anchor effect is obtained by the resin member melted or softened biting into the concave portion.
  • a perforated portion deeper than the concave portion is formed on the surface portion of the metal member, When the softened resin member bites into the perforated portion, it is possible to obtain a larger anchor effect than when the unevenness is formed.
  • a member made of a metal material having a high laser reflectivity (hereinafter also referred to as a metal member having a high laser reflectivity) is irradiated with a laser, most of the laser is reflected and only a part is absorbed. For this reason, it is not easy to form a deep perforated portion using a laser on the surface portion of a metal member having a high laser reflectance.
  • the unevenness formed by polishing or the like is not uniform, and the laser reflectance varies depending on the site. There is a risk.
  • the laser reflectivity on the surface of the metal member varies depending on the part, it becomes difficult to form a desired perforated portion on the surface portion of the metal member using a laser, and the metal member and the resin member are joined. There may be variations in the state.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a joint structure of a metal member and a resin member, and a metal structure in a joint structure of a metal member and a resin member.
  • An object of the present invention is to provide a technique for stably forming a desired perforated portion at an arbitrary site in a surface portion of a member.
  • the present invention is a method for manufacturing a bonded structure in which a metal member and a resin member are bonded, and the surface portion of the metal member constituting the bonding surface with the resin member is irradiated with a laser.
  • a joining step of joining the metal member and the resin member is included.
  • the “concavo-convex part” is composed of a surface part (corresponding to a convex part) of a metal member and a relatively shallow concave part from which a part of the surface part of the metal member is removed.
  • “relative” means that it is compared with the processing depth of the perforated portion, and the specific processing depth of the concave portion is preferably, for example, 1.0 ⁇ m or more and 30.0 ⁇ m or less.
  • the shape of a recessed part does not have limitation in particular, For example, you may form in groove shape and may form in a dish shape.
  • the “perforated part” is a relatively deep non-through hole that opens on the surface of the metal member.
  • “relative” means that it is compared with the processing depth of the recess, and the specific processing depth of the perforated portion is preferably, for example, more than 30.0 ⁇ m.
  • the surface of the metal member is shallowed by the absorbed laser (non-reflecting laser) in the roughening process, rather than suddenly forming a perforated portion having a relatively deep processing depth on the surface of the metal member. Since it is removed, it is possible to easily form a concavo-convex portion having a relatively shallow processing depth even for a metal member having a high laser reflectance.
  • the concavo-convex portion is formed using a laser, it is selectively and selectively applied to any part of the surface portion of the metal member, unlike polishing processing using sand paper, sand blast processing, electric discharge processing, etching processing, press processing, etc. Uneven portions can be formed uniformly.
  • the laser to be irradiated is not particularly limited, and the same laser as that used in the drilling process may be used, or a laser different from the laser used in the drilling process may be used.
  • the uneven portion is formed on the surface portion of the metal member, so that the expansion of the laser irradiation area due to the increase in the surface area of the metal member and the increase in the number of times the laser strikes due to irregular reflection at the recesses are combined.
  • the reflection of the laser is suppressed.
  • grooved part is uniformly formed in the surface part of a metal member, the reflection of a laser is suppressed uniformly, without being divided according to a site
  • a desired drilled portion can be stably formed at an arbitrary site on the surface of the metal member. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of variation in the joining state between the metal member and the resin member.
  • the perforated portion can be uniformly formed at an arbitrary portion on the surface of the metal member, so that not only the metal member having a high laser reflectance but also the laser reflectance is relatively high. Therefore, it can be effectively used even for a low metal member.
  • a laser having a wavelength shorter than that of the laser irradiated in the drilling step is irradiated.
  • the shorter the laser wavelength the higher the laser absorptivity of the member.
  • a laser having a short wavelength is irradiated in the roughening step.
  • the uneven portion can be formed more easily.
  • the equipment cost tends to increase as the laser wavelength is shorter, the drilling process irradiates a laser having a longer wavelength than the laser used in the roughening process. In other words, the wavelength in the manufacturing process is shorter. Since the usage rate of the laser is reduced, the increase in equipment cost can be suppressed as much as possible. As described above, according to this configuration, it is possible to stably and more easily form a desired perforated portion at an arbitrary portion on the surface of the metal member while suppressing an increase in equipment cost.
  • the drilling step it is preferable to form a projecting portion projecting inwardly on the hole wall of the drilling portion by irradiating a laser in which one pulse includes a plurality of subpulses. .
  • the laser irradiated in the drilling step is composed of a plurality of sub-pulses, the molten metal member is difficult to be scattered and deposited inside the drilled portion. A projecting portion projecting inward can be formed. As a result, even when a force that peels the resin member from the metal member is applied, the protruding portion is pulled out and becomes a resistance against a portion on the back side of the protruding portion of the resin member filled in the perforated portion. Therefore, the bonding strength in the peeling direction can be improved.
  • the resin member in the bonding step, is preferably filled in the perforated portion by laser irradiation, injection molding, or hot pressing.
  • the present invention is also directed to a bonded structure in which a metal member and a resin member are bonded.
  • the present invention is a bonded structure in which a metal member and a resin member are bonded to each other by irradiating a laser on a surface portion of the metal member that forms a bonding surface with the resin member.
  • An uneven portion is formed, a perforated portion is formed by irradiating the uneven portion with laser, and the perforated portion is filled with the resin member.
  • a desired perforated portion is stably formed at an arbitrary portion in the surface portion of the metal member. Variations in the state can be suppressed.
  • a desired perforated portion can be stably formed at an arbitrary site on the surface of the metal member.
  • FIG.5 (a) is a perspective view which shows typically the metal member in the joining structure of an Example
  • FIG.5 (b) is a perspective view which shows typically the joining structure of an Example.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a joint portion in the joint structure 1 according to the present embodiment.
  • the joint structure 1 is obtained by joining a metal member 2 and a resin member 3.
  • the surface portion 5 of the metal member 2 constituting the bonding interface between the metal member 2 and the resin member 3 in the bonded structure 1 is formed with a relatively shallow recess 6 from which a part of the surface portion 5 is removed. Yes.
  • the surface portion 5 of the metal member 2 is formed with the uneven portion 4 including the surface portion 5 (corresponding to the convex portion) and the concave portion 6.
  • the metal member 2 is formed with a relatively deep perforated portion 7 that opens on the surface of the metal member 2.
  • the resin member 3 filled in the recess 6 and the perforated part 7 is solidified in the recess 6 and the perforated part 7 in a melted or softened state, so that the metal member 2 and the resin member 3 are joined.
  • FIG. 1 only one perforated portion 7 is shown to make the drawing easier to see, but a plurality of perforated portions 7 are actually formed.
  • the metal material which comprises the metal member 2 an iron-type metal, a stainless steel metal, a copper-type metal, an aluminum-type metal, a magnesium-type metal, and those alloys are mentioned.
  • the metal member 2 may be a metal molded body, or may be zinc die casting, aluminum die casting, powder metallurgy, or the like.
  • the resin constituting the resin member 3 is preferably a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
  • thermoplastic resins include PVC (polyvinyl chloride), PS (polystyrene), AS (acrylonitrile styrene), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PMMA (polymethyl methacrylate), PE (polyethylene), PP ( Polypropylene), PC (polycarbonate), m-PPE (modified polyphenylene ether), PA6 (polyamide 6), PA66 (polyamide 66), POM (polyacetal), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PSF (polysulfone) ), PAR (polyarylate), PEI (polyetherimide), PPS (polyphenylene sulfide), PES (polyethersulfone), PEEK (polyetheretherketone), PAI ( Riamidoimido
  • the resin member 3 may be TPE (thermoplastic elastomer), and examples of TPE include TPO (olefin-based), TPS (styrene-based), TPEE (ester-based), TPU (urethane-based), and TPA. (Nylon type) and TPVC (vinyl chloride type).
  • thermosetting resins examples include EP (epoxy), PUR (polyurethane), UF (urea formaldehyde), MF (melamine formaldehyde), PF (phenol formaldehyde), UP (unsaturated polyester) and SI (silicone). Is mentioned.
  • the resin member 3 may be FRP (fiber reinforced plastic).
  • a filler may be added to the thermoplastic resin and the thermosetting resin.
  • the filler include inorganic fillers (glass fibers, inorganic salts, etc.), metal fillers, organic fillers, and carbon fibers.
  • the metal member 2 is formed with the relatively deep perforated portion 7 that opens at the surface of the metal member 2.
  • the reason why such a perforated portion 7 is formed in the metal member 2 is to obtain a so-called anchor effect that occurs when the melted or softened resin member 3 bites into the perforated portion 7.
  • the perforated part 7 is formed by irradiating the surface part 5 of the metal member 2 with laser light (hereinafter simply referred to as laser), as will be described later.
  • the processing time may be long.
  • the uneven part 4 is formed by irradiating the surface part 5 of the metal member 2 with a laser.
  • the laser irradiation area can be increased by increasing the surface area of the metal member 2, and the number of times the laser can be hit by irregular reflection at the recess 6. Combined with the increase, the reflection of the laser is suppressed.
  • the metal member 2 is made of a metal material having a high laser reflectance, it is possible to form the perforated portion 7 using the laser on the surface portion 5 of the metal member 2 without increasing the processing time. Become.
  • a polishing process using sand paper, a sand blast process, an electric discharge process, an etching process, a press process, and the like can be considered.
  • masking or the like in order to selectively form the concavo-convex portion 4 at an arbitrary portion of the surface portion 5 of the metal member 2, masking or the like must be separately performed, and the manufacturing of the bonded structure 1 is performed.
  • the uneven portion 4 formed on the surface portion 5 of the metal member 2 has no homogeneity and the laser reflectance varies depending on the region, it is difficult to form the desired perforated portion 7.
  • the laser irradiation method is employed in the present invention.
  • the shape of the concavo-convex portion 4 (more strictly, the shape of the concave portion 6) is not particularly limited, and may be formed in a groove shape or a dot shape, for example.
  • the processing depth of the concavo-convex portion 4 (more strictly, the processing depth of the concave portion 6) is preferably 1.0 ⁇ m or more and 30.0 ⁇ m or less.
  • the planar arrangement pattern of the concavo-convex portion 4 is not particularly limited.
  • a linear pattern in which a plurality of linear grooves 6a are arranged as shown in FIG. 2A
  • An arc-shaped pattern composed of writing arc-shaped grooves 6b a polygonal pattern in which multiple rectangular grooves 6c are formed as shown in FIG. 2 (c), and a plurality of concave portions as shown in FIG. 2 (d).
  • What is necessary is just to select suitably considering the shape of a junction part and the reflection suppression of a laser, such as a dot-like pattern which arranged 6d densely.
  • the opening width (or opening diameter) of the concave portion 6 and the interval between the concave portions 6 are also different from each other. What is necessary is just to select suitably in consideration of the opening diameter R1, the space
  • the same laser as that used for forming the perforated part 7 to be described later may be used as the laser used for forming the uneven part 4.
  • the metal member 2 is made of a metal material having a high laser reflectance, it is not easy to form the perforated portion 7 on the surface portion 5 of the metal member 2 using a laser, and the uneven portion 4 is formed. It seems that there is a contradiction to using the same laser as that used to form the perforated part 7 when doing so.
  • the metal member 2 is made of a metal material having a high laser reflectivity, even if it is difficult to form the relatively deep perforated portion 7 using a laser, the relatively shallow uneven portion 4 is formed. Since it is possible to roughen the surface of the metal member 2 by doing so, both do not contradict each other.
  • the laser used when forming the concavo-convex portion 4 may have a specification (for example, different in wavelength, pulse width, etc.) from the laser used to form the perforated portion 7 described later.
  • the shorter the laser wavelength the higher the laser absorptivity of the member.
  • the metal member 2 made of a copper material because the laser absorption rate is increased particularly in the copper material.
  • the uneven portion 4 can be selectively and uniformly formed in any part of the surface portion 5 of the metal member 2. it can. Therefore, the structure or method of forming the concavo-convex portion 4 using a laser is effective not only for the metal member 2 having a high laser reflectivity but also for the metal member 2 having a relatively low laser reflectivity. Can be used.
  • the structure or method of forming the concavo-convex portion 4 using a laser has a reflectivity exceeding 90% for a long-wavelength (for example, 1000 nm or more and 1100 nm or less) laser, or a reflectivity of 80%.
  • the effect is exhibited most with respect to the metal member 2 with high laser reflectivity, such as exceeding aluminum.
  • the reflectance of copper to a long wavelength laser may be suppressed to less than 80%, or the reflectance of aluminum to a long wavelength laser may be suppressed to less than 70%. It becomes possible.
  • the bonding structure 1 has the following description: “The bonding of the surface of the metal member 2 made of copper with the unevenness portion 4 having a laser reflectance of less than 80% with respect to a long wavelength laser. “Structure 1” and “joint structure 1 in which the laser reflectivity of the surface of the metal member 2 made of aluminum is less than 70% with respect to the long-wavelength laser by forming the concavo-convex portion 4”. it can.
  • the method of forming the concavo-convex portion 4 using a laser in the present embodiment is also “the surface of the metal member 2 made of copper 2 is irradiated with a laser to form the concavo-convex portion 4 to thereby form the metal member 2.
  • the step of making the laser reflectivity of the surface of the metal member less than 80% with respect to the long-wavelength laser ”or“ the surface portion 5 of the metal member 2 made of aluminum is irradiated with laser to form the concavo-convex portion 4. It can be said that “the step of setting the laser reflectance of the surface of the member 2 to less than 70% for a long-wavelength laser”.
  • the perforated part 7 is a non-through hole having a substantially straight cross section and a substantially circular shape that opens on the surface of the metal member 2, and a plurality of perforated parts 7 are formed on the surface part 5 of the metal member 2.
  • the opening diameter R1 of the perforated part 7 is preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. This is because when the opening diameter R1 is less than 30 ⁇ m, the filling property of the resin member 3 melted at the time of joining into the perforated portion 7 is deteriorated, and the joining strength may be lowered. On the other hand, if the opening diameter R1 exceeds 100 ⁇ m, the number of perforated portions 7 per unit area may be reduced, and a desired bonding strength may not be obtained.
  • the interval between the perforated portions 7 (the distance between the center of a certain perforated portion 7 and the center of the perforated portion 7 adjacent to the certain perforated portion 7) is preferably 200 ⁇ m or less. This is because if the interval between the perforated portions 7 exceeds 200 ⁇ m, the number of perforated portions 7 per unit area may decrease and a desired bonding strength may not be obtained.
  • the processing depth of the perforated part 7 only needs to be deeper than the processing depth of the recessed part 6, and preferably exceeds 30.0 ⁇ m. This is because if the processing depth of the perforated part 7 is 30.0 ⁇ m or less, the anchor effect obtained by the resin member 3 biting into the perforated part 7 decreases, and a desired joint strength may not be obtained. It is.
  • the perforated part 7 is formed by irradiating a processing laser onto the concavo-convex part 4 formed on the surface part 5 of the metal member 2.
  • the types of laser is preferably one capable of pulse oscillation from the viewpoint of suppressed as much as possible the realization and heat affected sharp angles, fiber laser, YAG laser, YVO 4 laser, a semiconductor laser, a carbon dioxide gas laser, an excimer laser or the like
  • a fiber laser, a YAG laser, a second harmonic of a YAG laser, a YVO 4 laser, a semiconductor laser, or the like is preferable.
  • the perforated part 7 As an example of an apparatus for forming the perforated part 7, there can be mentioned a fiber laser marker MX-Z2000 or MX-Z2050 manufactured by OMRON. Note that the laser irradiation direction is, for example, a direction perpendicular to the surface of the metal member 2, and the axis of the perforated part 7 is perpendicular to the surface of the metal member 2.
  • the resin member 3 is bonded to the surface of the metal member 2 on which the perforated portion 7 is formed by, for example, laser irradiation, injection molding, or hot pressing. Specifically, the resin member 3 is joined to the metal member 2 by being melted or softened by laser irradiation or the like and solidified in a state of being filled in the perforated part 7 and the recessed part 6.
  • grooved part 4 is formed in the circumference
  • the resin member 3 to be obtained can be efficiently melted or softened.
  • grooved part 4 is formed in order to suppress the reflection of a laser, it contributes to the improvement of joining strength by filling the recessed part 6 with the molten or softened resin in a joining step. Become.
  • Such a bonded structure 1 is applicable, for example, when a resin cover (not shown) is bonded to a metal case (not shown) of a photoelectric sensor.
  • the metal case corresponds to the metal member 2
  • the resin cover corresponds to the resin member 3.
  • the surface of the metal member 2 is irradiated with a laser (see an arrow), and the uneven portion 4 is formed on the surface portion 5 of the metal member 2 as shown in FIG. Form (roughening step).
  • the uneven portion 4 is irradiated with a laser to form a perforated portion 7 on the surface portion 5 of the metal member 2 as shown in FIG. 3C (perforating step).
  • the perforated portion 7 is continuously formed after the uneven portion 4 is formed. That's fine.
  • the shorter the laser wavelength the higher the laser absorptivity of the member, while the equipment cost tends to increase. Therefore, only in the roughening process, the wavelength is shorter than the laser irradiated in the drilling process.
  • the surface of the metal member 2 is irradiated with a laser in a state where the metal member 2 and the resin member 3 are overlapped to melt the resin member 3 (laser irradiation), or the metal member 2 is molded with a mold (not shown). ) And injecting the molten resin (injection molding), the resin member 3 is filled into the perforated portion 7 and solidified. Thereby, as shown in FIG.3 (d), the metal member 2 and the resin member 3 are joined, and the joining structure 1 is formed.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view schematically showing a joint portion in the joint structure 11 according to the present embodiment.
  • the joint structure 11 is obtained by joining a metal member 12 and a resin member 13.
  • a surface portion 15 of the metal member 12 that is a bonding interface between the metal member 12 and the resin member 13 in the bonded structure 11 includes a surface portion 15 (corresponding to a convex portion) of the metal member 12 and a relatively shallow concave portion 16.
  • the concavo-convex portion 14 is formed.
  • the metal member 12 is formed with a relatively deep perforated portion 17 that opens on the surface of the metal member 12.
  • the metal member 12 and the resin member 13 are bonded together by the resin member 13 filled in the concave portion 16 and the perforated portion 17 being solidified.
  • the metal material constituting the metal member 12 is the same as the metal material constituting the metal member 2.
  • the resin constituting the resin member 13 is also the same as the resin constituting the resin member 3.
  • the concavo-convex portion 14 is also formed by irradiating the surface portion 15 of the metal member 12 with a laser similarly to the concavo-convex portion 4.
  • the perforated portion 17 is a non-through hole having a substantially circular cross section, and a plurality of perforated portions 17 are formed on the surface portion 15 of the metal member 12.
  • the opening diameter R2 of the perforated part 17 is preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, like the perforated part 7.
  • interval of the perforated part 17 is 200 micrometers or less similarly to the said perforated part 7.
  • the processing depth of the perforated part 17 exceeds 30.0 ⁇ m. This is because, if the processing depth of the perforated part 7 is 30.0 ⁇ m or less, the desired joining strength may not be obtained as in the case of the perforated part 7, and the throttle part 19 described later is formed. This is because it becomes substantially difficult.
  • the perforated portion 17 is formed with a constricted portion 19 in which the hole wall 18 is constricted inward.
  • the hole wall 18 of the perforated part 17 has a first wall part 18a that inclines inward in the depth direction (Z direction) from the surface side to the back side, and an end on the back side of the first wall part 18a.
  • the second wall portion 18b that increases in diameter as it goes from the back to the back side and the third wall portion 18c that decreases in diameter as it goes from the end on the back side of the second wall portion 18b to the back side are formed in a row.
  • the portion where the first wall portion 18a and the second wall portion 18b are connected constitutes the throttle portion 19.
  • the throttle portion 19 corresponds to the “projecting portion projecting inward” in the present invention, and the “projecting portion” is formed over the entire circumference of the hole wall 18 of the perforated portion 17 having a substantially circular cross section.
  • the dashed-two dotted line in FIG. 4 is a virtual line which shows the division of the 1st wall part 18a, the 2nd wall part 18b, and the 3rd wall part 18c.
  • the narrowed portion 19 in the perforated portion 17, even when a force that peels the resin member 13 from the metal member 12 is applied, the throttling portion of the resin member 13 filled in the perforated portion 17. Since the narrowed portion 19 is pulled out and becomes a resistance to a portion on the back side from 19, it is possible to improve the bonding strength in the peeling direction. Thereby, in addition to the improvement in the joining strength in the shearing direction by filling the perforated part 17 with the resin member 13, the joining strength in the peeling direction can also be improved. Furthermore, even if peeling stress due to a difference in linear expansion coefficient between the metal member 12 and the resin member 13 is generated in a thermal cycle environment, the bonding strength can be maintained, and thereby durability in the thermal cycle environment. Can be improved.
  • the perforated part 17 is formed by irradiating the uneven part 14 with a laser in which one pulse is composed of a plurality of sub-pulses.
  • a laser in which one pulse is composed of a plurality of sub-pulses is suitable for forming the perforated part 17 because the energy of the laser is easily concentrated in the depth direction.
  • the metal member 12 is irradiated with a laser, the metal member 12 is locally melted, so that the formation of the punched portion 17 proceeds.
  • the laser is composed of a plurality of sub-pulses, the molten metal member 12 is not easily scattered and is easily deposited in the vicinity of the perforated portion 17.
  • the melted metal member 12 is deposited inside the perforated part 17, thereby forming the throttle part 19.
  • the fiber laser marker MX-Z2000 or MX-Z2050 manufactured by OMRON can be cited.
  • one period of the sub-pulse is 15 ns or less. This is because if one period of the sub-pulse exceeds 15 ns, energy is easily diffused by heat conduction, and it becomes difficult to form the perforated part 17 having the throttle part 19.
  • one cycle of the subpulse is a total time of the irradiation time for one subpulse and the interval from the end of the irradiation of the subpulse to the start of the irradiation of the next subpulse.
  • the number of subpulses of one pulse is preferably 2 or more and 50 or less. This is because if the number of sub-pulses exceeds 50, the output per unit of sub-pulses becomes small, and it becomes difficult to form the perforated part 17 having the throttle part 19.
  • each plate is made of a copper material (C1100), a stainless steel material (SUS304), and an aluminum material (A5025) and has a length of 100 mm ⁇ width 29 mm ⁇ thickness 3 mm as shown in FIG.
  • Two metal members 22 were prepared for each material.
  • a metal member 22 made of a copper material (C1100) is irradiated with a laser having a wavelength of 1062 nm using an Omron fiber laser marker MX-Z2000, thereby forming an uneven portion in a predetermined region R of 20 mm ⁇ 20 mm.
  • Example 1-1 was designated as Comparative Example 1-1 where no irregularities were formed.
  • a metal member 22 made of stainless steel (SUS304) was irradiated with a laser with a wavelength of 1062 nm to form a concavo-convex portion in a predetermined region R of 20 mm ⁇ 20 mm as Example 2-1.
  • the portion where no part was formed was designated as Comparative Example 2-1.
  • a metal member 22 made of an aluminum material (A5025) was irradiated with a laser with a wavelength of 1062 nm to form a concavo-convex portion in a predetermined region R of 20 mm ⁇ 20 mm, and Example 3-1 was used.
  • the product in which no was formed was designated as Comparative Example 3-1.
  • a predetermined region R was irradiated with a laser having the same wavelength of 1062 nm as that used in forming the perforated part, and a spectrophotometer (UV-3150) manufactured by Shimadzu Corporation was used. Using an integrating sphere, the light absorbance (%) was measured in the range of 220 nm to 1200 nm.
  • a laser beam having a wavelength of 1062 nm was irradiated to a site corresponding to the predetermined region R, and the light absorption rate (%) was measured.
  • Example 1-1 the laser reflectivity (%) is reduced by forming the concavo-convex portion for each of Example 1-1, Example 2-1, and Example 3-1. It was.
  • the laser reflectance which was 93% (Comparative Example 1-1)
  • the laser reflectivity which was 93% (Comparative Example 1-1)
  • the laser reflectivity that was 82% (Comparative Example 3-1) was 68% (implemented). It was confirmed that it was reduced to Example 3-1) (reduction rate of about 17%).
  • Example 1-1 Example 2-1, and Example 3-1 of Experimental Example 1
  • a fiber laser marker made by OMRON is provided in a predetermined region R in which the uneven portion is formed.
  • Examples 1-2, Example 2-2, and Example 3-2 were obtained by forming a perforated portion by irradiating laser with the following laser irradiation conditions using MX-Z2000.
  • the same samples as those of Comparative Example 1-1, Comparative Example 2-1, and Comparative Example 3-1 of Experimental Example 1 are prepared, and a laser corresponding to the predetermined region R is irradiated with laser under the following laser irradiation conditions.
  • the ones with the perforated portions formed were designated as Comparative Example 1-2, Comparative Example 2-2, and Comparative Example 3-2, respectively.
  • the laser output was set to a low value of 2.1 W in order to verify the workability and homogeneity of the perforated part on the low output side.
  • the number of scans is the number of times the laser is repeatedly irradiated to the same part.
  • the number of scans is 40 times. It was.
  • the frequency is a pulse frequency constituted by a plurality of (20 in this example) sub-pulses. That is, under this irradiation condition, laser (pulse) was irradiated 10,000 times at intervals of 65 ⁇ m while moving 650 mm per second, and the pulse was composed of 20 subpulses. In this way, by irradiating a laser in which one pulse is composed of a plurality of sub-pulses, a perforated part having the throttle part 19 shown in the above-described modified example was formed on the surface part of the metal member 22.
  • Example 1-2, Example 2-2, and Example 3-2 of Experimental Example 2 were prepared, and by punching, as shown in FIG. Bonded structures 21 in which the resin member 23 is bonded to the predetermined region R in which are formed are manufactured, and these are respectively referred to as Example 1-3, Example 2-3, and Example 3-3.
  • Comparative Example 1-2, Comparative Example 2-2, and Comparative Example 3-2 in Experimental Example 1 were prepared, and the resin member 23 was joined to the portion corresponding to the predetermined region R by insert molding. Were designated as Comparative Example 1-3, Comparative Example 2-3, and Comparative Example 3-3, respectively.
  • polybutylene terephthalate (PBT) Dulanex (registered trademark) 3316 made by Wintech Polymer
  • PBT polybutylene terephthalate
  • J35EL3 made from Japan Steel Works was used for the molding machine. The molding conditions are as follows.
  • Example 1-3 using a copper material (C1100) having low workability, the bonding strength was improved by nearly three times as compared with Comparative Example 1-3.
  • the joining surface is a flat surface, but the joining surface may be a curved surface as long as the concavo-convex portions 4 and 14 can be formed.
  • the perforated part 7 having a substantially straight shape is formed, and in the modified example, the perforated part 17 having one throttle part 19 is formed.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a perforated portion having a narrowed portion 19 may be formed.
  • a desired perforated portion can be stably formed at an arbitrary site on the surface of a metal member, a method for manufacturing a joined structure of a metal member and a resin member, and the metal member and the resin member It is extremely useful when applied to a bonded structure.

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Abstract

　金属部材（２）と樹脂部材（３）とが接合された接合構造体（１）の製造方法、および、金属部材（２）と樹脂部材（３）との接合構造体（１）である。接合構造体（１）の製造方法は、金属部材（２）の表面部（５）に、レーザを照射することにより凹凸部（４）を形成する粗化工程と、凹凸部（４）にレーザを照射することにより、金属部材（２）の表面部（５）に穿孔部（７）を形成する穿孔工程と、穿孔部（７）に樹脂部材（３）を充填することにより、金属部材（２）と樹脂部材（３）とを接合する接合工程と、を含む。接合構造体（１）は、金属部材（２）の表面部（５）に、レーザを照射することにより凹凸部（４）が形成されているとともに、当該凹凸部（４）にレーザを照射することにより形成された穿孔部（７）に樹脂部材（３）が充填されている。

Description

接合構造体の製造方法および接合構造体
　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ものである。
　従来から、異種材料からなる部材（以下、異種部材ともいう）同士を接合させた接合構造体が知られている。このような接合構造体を製造する際には、レーザを用いることが多い。
　例えば、特許文献１には、金属部材と樹脂部材との接合方法において、金属部材における樹脂部材との境界面に、サンドペーパを用いた研磨処理、サンドブラスト処理、放電加工、エッチング加工、プレス加工等を施すことにより凹凸を形成することが開示されている。この特許文献１のものによれば、金属部材および樹脂部材の境界面にレーザを照射すると、レーザが凹凸面（境界面）で吸収されることから、境界面周囲の樹脂部材を溶融または軟化させることができ、その結果、金属部材と樹脂部材とを簡易かつ確実に接合させることができるとされている。
日本国特開２００６－０１５４０５号公報
　ところで、接合構造体を製造する際のレーザの用い方としては、上記特許文献１のもののように、境界面周囲の樹脂部材を溶融または軟化させるのにレーザを用いる他、例えば金属部材の表面部に（凹部よりも）深い穿孔部を形成するのにレーザを用いることも考えられる。凹凸面が形成された接合構造体では、溶融または軟化した樹脂部材が凹部に食い込むことで所謂アンカー効果が得られるところ、金属部材の表面部に凹部よりも深い穿孔部を形成すれば、溶融または軟化した樹脂部材が穿孔部に食い込むことにより、凹凸を形成した場合よりも大きなアンカー効果を得ることが可能となる。
　もっとも、例えばレーザ反射率の高い金属材料からなる部材（以下、レーザ反射率の高い金属部材ともいう）にレーザを照射しても、大半のレーザは反射し、吸収されるのは一部のみであることから、レーザ反射率の高い金属部材の表面部にレーザを用いて深い穿孔部を形成することは容易ではない。
　ここで、上記特許文献１のもののように、金属部材の表面に、サンドペーパを用いた研磨処理、サンドブラスト処理、放電加工、エッチング加工、プレス加工等（以下、研磨処理等ともいう）を施すことにより凹凸を形成する（金属部材の表面を粗くする）ことで、レーザ反射を抑制することも考えられる。
　しかしながら、研磨処理等では、金属部材の表面における任意の部位に選択的に凹凸を形成することは困難である。そのため、研磨処理等によって任意の部位に選択的に凹凸を形成しようとすれば、別途マスキング等を行わなければならず、接合構造体の製造が煩雑になるという問題がある。
　しかも、マスキング等を行うことで任意の部位に選択的に凹凸を形成することができたとしても、研磨処理等で形成された凹凸には均質性がなく、レーザ反射率が部位によって区々になるおそれがある。このように、金属部材の表面におけるレーザ反射率が部位によって区々になると、金属部材の表面部にレーザを用いて所望の穿孔部を形成することが困難となり、金属部材と樹脂部材との接合状態にばらつきが生じるおそれがある。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属部材と樹脂部材との接合構造体の製造方法、および、金属部材と樹脂部材との接合構造体において、金属部材の表面部における任意の部位に所望の穿孔部を安定的に形成する技術を提供することにある。
　前記目的を達成するため、本発明に係る接合構造体の製造方法および接合構造体では、レーザを用いた穿孔部形成の前処理として、金属部材の表面部にレーザを用いて凹凸部を形成するようにしている。
　具体的には、本発明は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体の製造方法であって、前記樹脂部材との接合面を構成する前記金属部材の表面部に、レーザを照射することにより凹凸部を形成する粗化工程と、前記凹凸部にレーザを照射することにより、前記金属部材の表面部に穿孔部を形成する穿孔工程と、前記穿孔部に前記樹脂部材を充填することにより、前記金属部材と当該樹脂部材とを接合する接合工程と、を含むことを特徴とするものである。
　本発明において「凹凸部」とは、金属部材の表面部（凸部に対応）と、金属部材の表面部の一部を除去した相対的に浅い凹部と、から構成されるものである。ここで、「相対的」とは、穿孔部の加工深さと比べてという意味であり、具体的な凹部の加工深さとしては、例えば１．０μｍ以上、３０．０μｍ以下が好ましい。なお、凹部の形状は特に限定はなく、例えば、溝状に形成してもよいし、皿状に形成してもよい。
　また、「穿孔部」とは、金属部材の表面で開口する相対的に深い非貫通孔である。ここで、「相対的」とは、凹部の加工深さと比べてという意味であり、具体的な穿孔部の加工深さとしては、例えば３０．０μｍを超えることが好ましい。
　この構成では、加工深さが相対的に深い穿孔部を、金属部材の表面部にいきなり形成するのではなく、粗化工程において、吸収されるレーザ（反射しないレーザ）によって金属部材の表面を浅く除去するので、レーザ反射率の高い金属部材に対しても、加工深さが相対的に浅い凹凸部を容易に形成することができる。また、レーザを用いて凹凸部を形成することから、サンドペーパを用いた研磨処理、サンドブラスト処理、放電加工、エッチング加工、プレス加工等とは異なり、金属部材の表面部における任意の部位に選択的かつ均質的に凹凸部を形成することができる。なお、粗化工程では、照射するレーザに特に制限はなく、穿孔工程で用いられるレーザと同じレーザを用いてもよいし、穿孔工程で用いられるレーザと異なるレーザを用いてもよい。
　このように、金属部材の表面部に凹凸部が形成されることで、金属部材の表面積の拡大によるレーザの照射面積の拡大と、凹部での乱反射によるレーザの当たる回数の増加とが相俟って、レーザの反射が抑制されることになる。しかも、金属部材の表面部に凹凸部が均質的に形成されていることから、レーザの反射が部位によって区々になることなく均質的に抑制されることになる。それ故、穿孔工程において、例えばレーザ反射率の高い金属部材に、例えば長波長のレーザを照射した場合でも、金属部材の表面における任意の部位に所望の穿孔部を安定的に形成することが可能となり、これにより、金属部材と樹脂部材との接合状態にばらつきが生じるのを抑えることができる。
　なお、本発明は、研磨処理等と異なり、金属部材の表面における任意の部位に均質的に穿孔部を形成することができるので、レーザ反射率の高い金属部材のみならず、レーザ反射率が相対的に低い金属部材に対しても効果的に用いることができる。
　上記接合構造体の製造方法において、前記粗化工程では、前記穿孔工程で照射するレーザよりも波長の短いレーザを照射することが好ましい。
　一般的にレーザの波長が短いほど部材のレーザ吸収率は高くなるところ、この構成によれば、粗化工程において、波長の短いレーザを照射することから、レーザ反射率の高い金属部材に対しても、凹凸部をより一層容易に形成することができる。また、レーザの波長が短いほど設備コストは上昇する傾向にあるが、穿孔工程では、粗化工程において用いたレーザよりも波長の長いレーザを照射することから、換言すると、製造工程における波長の短いレーザの使用割合を減らすことから、設備コストが上昇するのを可及的に抑えることができる。以上のように、この構成によれば、設備コストの上昇を抑えつつ、金属部材の表面における任意の部位に所望の穿孔部を安定的かつより一層容易に形成することができる。
　前記接合構造体の製造方法において、前記穿孔工程では、１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザを照射することにより、前記穿孔部の孔壁に内側に突出する突出部を形成することが好ましい。
　この構成によれば、穿孔工程で照射されるレーザが複数のサブパルスで構成されているため、溶融された金属部材が飛散され難く、穿孔部の内部に堆積されることから、穿孔部の孔壁に内側に突出する突出部を形成することができる。これにより、樹脂部材を金属部材から剥離するような力が作用した場合でも、穿孔部に充填された樹脂部材のうち突出部よりも奥側の部位に対して、突出部が抜け出し抵抗となることから、剥離方向の接合強度の向上を図ることができる。
　前記接合構造体の製造方法において、前記接合工程では、レーザ照射、射出成型または熱プレスにより、前記穿孔部に前記樹脂部材を充填することが好ましい。
　また、本発明は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体をも対象としている。
　具体的には、本発明は、金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体であって、前記樹脂部材との接合面を構成する前記金属部材の表面部に、レーザを照射することにより凹凸部が形成されているとともに、当該凹凸部にレーザを照射することにより穿孔部が形成されており、前記穿孔部に前記樹脂部材が充填されていることを特徴とするものである。
　この構成によれば、例えばレーザ反射率の高い金属部材に対しても、金属部材の表面部における任意の部位に所望の穿孔部が安定的に形成されるので、金属部材と樹脂部材との接合状態にばらつきが生じるのを抑えることができる。
　以上、説明したように本発明に係る接合構造体の製造方法および接合構造体によれば、金属部材の表面における任意の部位に所望の穿孔部を安定的に形成することができる。
本発明の実施形態に係る接合構造体における接合部を模式的に示す拡大断面図である。 凹凸部の平面配置パターンを模式的に例示する斜視図である。 接合構造体の製造方法を模式的に説明する端面図である。 本発明の実施形態２に係る接合構造体における接合部を模式的に示す拡大断面図である。 図５（ａ）は、実施例の接合構造体における金属部材を模式的に示す斜視図であり、図５（ｂ）は、実施例の接合構造体を模式的に示す斜視図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
　－接合構造体の全体構成－
　図１は、本実施形態に係る接合構造体１における接合部を模式的に示す拡大断面図である。この接合構造体１は、図１に示すように、金属部材２と樹脂部材３とが接合されたものである。接合構造体１における金属部材２と樹脂部材３との接合界面を構成する、金属部材２の表面部５には、当該表面部５の一部を除去した相対的に浅い凹部６が形成されている。換言すると、金属部材２の表面部５には、当該表面部５（凸部に対応）と凹部６とからなる凹凸部４が形成されている。また、金属部材２には、当該金属部材２の表面で開口する相対的に深い穿孔部７が形成されている。そうして、この接合構造体１では、溶融または軟化した状態で、これら凹部６および穿孔部７に充填された樹脂部材３が、これら凹部６および穿孔部７内で固化することで、金属部材２と樹脂部材３とが接合されている。なお、図１では、図を見易くするために、穿孔部７を１つだけ示しているが、実際には穿孔部７は複数形成されている。
　－金属部材および樹脂部材－
　金属部材２を構成する金属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、アルミニウム系金属、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、金属部材２は、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、粉末冶金等であってもよい。
　一方、樹脂部材３を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂の一例としては、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＳ（アクリロニトリル・スチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ｍ－ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、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）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）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３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。
　また、熱硬化性樹脂の一例としては、ＥＰ（エポキシ）、ＰＵＲ（ポリウレタン）、ＵＦ（ユリアホルムアルデヒド）、ＭＦ（メラミンホルムアルデヒド）、ＰＦ（フェノールホルムアルデヒド）、ＵＰ（不飽和ポリエステル）およびＳＩ（シリコーン）が挙げられる。また、樹脂部材３は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であってもよい。
　なお、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂には、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、無機塩類等）、金属系充填剤、有機系充填剤および炭素繊維等が挙げられる。
　－凹凸部－
　本実施形態では、上述の如く、金属部材２に、当該金属部材２の表面で開口する相対的に深い穿孔部７を形成している。このような穿孔部７を金属部材２に形成するのは、溶融または軟化した樹脂部材３がかかる穿孔部７に食い込むことで生じる、所謂アンカー効果を得るためである。そうして、穿孔部７は、後述するように、金属部材２の表面部５にレーザ光（以下、単にレーザという）を照射することによって形成される。
　もっとも、例えばレーザ反射率の高い金属部材にレーザを照射しても、大半のレーザは反射し、吸収されるのは一部のみであることから、金属部材２がレーザ反射率の高い金属材料からなる場合に、金属部材２の表面部５にレーザを用いて穿孔部７を形成しようとすると、加工時間が長くなる場合がある。
　そこで、本実施形態では、レーザを用いた穿孔部７の形成の前処理として、金属部材２の表面部５に、レーザを照射することにより凹凸部４を形成するようにしている。このように、凹凸部４を形成して金属部材２の表面を粗化することで、金属部材２の表面積の拡大によるレーザの照射面積の拡大と、凹部６での乱反射によるレーザの当たる回数の増加とが相俟って、レーザの反射が抑制されることになる。その結果、金属部材２がレーザ反射率の高い金属材料からなる場合にも、加工時間が長くなることなく、金属部材２の表面部５にレーザを用いて穿孔部７を形成することが可能となる。
　なお、金属部材２の表面部５に凹凸部４を形成する方法としては、サンドペーパを用いた研磨処理、サンドブラスト処理、放電加工、エッチング加工、プレス加工等も考えられる。しかしながら、これらの方法では、（１）金属部材２の表面部５における任意の部位に選択的に凹凸部４を形成するには、別途マスキング等を行わなければならず、接合構造体１の製造が煩雑になること、（２）金属部材２の表面部５に形成された凹凸部４に均質性がなく、レーザ反射率が部位によって区々になるため、所望の穿孔部７の形成が困難となり、金属部材２と樹脂部材３との接合状態にばらつきが生じることから、本発明では、レーザを照射する方法を採用している。
　凹凸部４の形状（より厳密には凹部６の形状）には特に制限はなく、例えば、溝状に形成してもよいし、ドット状に形成してもよい。ただし、レーザの反射抑制および加工時間の短縮という観点から、凹凸部４の加工深さ（より厳密には凹部６の加工深さ）は、１．０μｍ以上、３０．０μｍ以下が好ましい。これは、凹凸部４の加工深さが１．０μｍを下回ると、金属部材２の表面積の拡大および凹部６での乱反射が十分ではなく、凹凸部４の形成によるレーザの反射抑制効果が小さいためである。一方、凹凸部４の加工深さが３０．０μｍを上回ると、金属部材２の表面部５にいきなり穿孔部７を形成するのと大差なく、加工時間が長くなるためである。
　凹凸部４の平面配置パターンも特に制限はなく、例えば、図２（ａ）に示すように、直線状の溝６ａを複数条並べた直線状パターン、図２（ｂ）に示すように、一筆書きの円弧状の溝６ｂからなる円弧状パターン、図２（ｃ）に示すように、矩形状の溝６ｃを幾重も形成した多角形状パターン、図２（ｄ）に示すように、複数の凹部６ｄを密に配置したドット状パターン等、接合部の形状やレーザの反射抑制を考慮して適宜選択すればよい。また、凹凸部４は、穿孔部７を形成するためにレーザの反射を抑制するためのものであるから、凹部６の開口幅（または開口径）や凹部６同士の間隔も、穿孔部７の開口径Ｒ１や穿孔部７同士の間隔等を考慮して適宜選択すればよい。
　さらに、凹凸部４を形成する際に用いるレーザは、後述する穿孔部７を形成するのに用いるレーザと同一のものを用いてよい。ここで、金属部材２がレーザ反射率の高い金属材料からなる場合に、金属部材２の表面部５にレーザを用いて穿孔部７を形成することは容易ではないことと、凹凸部４を形成する際に穿孔部７を形成するのに用いるレーザと同一のレーザを用いることとは、矛盾するようにも思われる。しかしながら、金属部材２がレーザ反射率の高い金属材料からなる場合に、相対的に深い穿孔部７をレーザを用いていきなり形成することは困難であっても、相対的に浅い凹凸部４を形成することで金属部材２の表面を粗化することは可能であることから、両者は矛盾するものではない。
　さらに、凹凸部４を形成する際に用いるレーザは、後述する穿孔部７を形成するのに用いるレーザと異なる仕様のもの（例えば、波長、パルス幅等が異なるもの）を用いてよい。ここで、一般的にレーザの波長が短ければ短いほど部材のレーザ吸収率は高くなるところ、異なる仕様のレーザとしては、例えば、波長が６００ｎｍ以下の短波長レーザを用いることが好ましい。このように、波長が６００ｎｍ以下の短波長レーザを用いる場合、特に銅材料においてレーザ吸収率が高まることから、銅材料からなる金属部材２を用いることが好ましい。
　以上のように、本実施形態では、レーザを用いることで、研磨処理等とは異なり、金属部材２の表面部５における任意の部位に選択的に且つ均質的に凹凸部４を形成することができる。それ故、レーザを用いて凹凸部４を形成するという構造ないし手法は、レーザ反射率の高い金属部材２のみならず、レーザ反射率が相対的に低い金属部材２に対しても、効果的に用いることができる。
　もっとも、レーザを用いて凹凸部４を形成するという構造ないし手法は、長波長（例えば１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下）のレーザに対して、反射率が９０％を超える銅や、反射率が８０％を超えるアルミニウム等の、レーザ反射率の高い金属部材２に対して、最もその効果を発揮する。具体的には、後述する実施例に示すように、長波長のレーザに対する銅の反射率を８０％未満に抑えたり、長波長のレーザに対するアルミニウムの反射率を７０％未満に抑えたりすることが可能となる。それ故、本実施形態の接合構造体１は、「凹凸部４が形成されることにより、銅からなる金属部材２の表面のレーザ反射率が、長波長のレーザに対し８０％未満である接合構造体１」や、「凹凸部４が形成されることにより、アルミニウムからなる金属部材２の表面のレーザ反射率が、長波長のレーザに対し７０％未満である接合構造体１」ということができる。
　また、本実施形態における、レーザを用いて凹凸部４を形成する手法も、「銅からなる金属部材２の表面部５にレーザを照射して凹凸部４を形成することにより、当該金属部材２の表面のレーザ反射率を長波長のレーザに対し８０％未満とする工程」や、「アルミニウムからなる金属部材２の表面部５にレーザを照射して凹凸部４を形成することにより、当該金属部材２の表面のレーザ反射率を長波長のレーザに対し７０％未満とする工程」ということができる。
　－穿孔部－
　穿孔部７は、金属部材２の表面で開口する、略ストレート形状の横断面略円形の非貫通孔であり、金属部材２の表面部５に複数形成されている。穿孔部７の開口径Ｒ１は、３０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。これは、開口径Ｒ１が３０μｍ未満では、接合時に溶融した樹脂部材３の穿孔部７への充填性が悪化して接合強度が低下する場合があるからである。一方、開口径Ｒ１が１００μｍを超えると、単位面積あたりの穿孔部７の数が減少して所望の接合強度が得られない場合があるからである。
　また、穿孔部７の間隔（或る穿孔部７の中心と、当該或る穿孔部７と隣接する穿孔部７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７の間隔が２００μｍを超えると、単位面積あたりの穿孔部７の数が減少して所望の接合強度が得られない場合があるからである。
　さらに、穿孔部７の加工深さは、凹部６の加工深さと比べて深ければよく、３０．０μｍを超えることが好ましい。これは、穿孔部７の加工深さが３０．０μｍ以下であると、樹脂部材３が穿孔部７に食い込むことで得られるアンカー効果が減少し、所望の接合強度が得られない場合があるからである。
　この穿孔部７は、金属部材２の表面部５に形成された凹凸部４に加工用のレーザを照射することによって形成される。レーザの種類としては、鋭利な角度の実現や熱影響層を極力抑えるという観点から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、エキシマレーザ等を選択することができ、レーザの波長を考慮すると、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、半導体レーザ等が好ましい。穿孔部７を形成する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。なお、レーザの照射方向は、例えば、金属部材２の表面に対して垂直方向であり、穿孔部７の軸心が金属部材２の表面に対して垂直になる。
　そして、樹脂部材３は、穿孔部７が形成された金属部材２の表面に、例えば、レーザ照射、射出成形、熱プレスによって接合されている。具体的には、樹脂部材３は、レーザ照射等によって溶融または軟化されて穿孔部７および凹部６に充填された状態で固化することで、金属部材２に接合されている。なお、金属部材２の表面部５における穿孔部７の周辺には、凹凸部４が形成されていることから、例えばレーザ溶着の際にレーザ吸収率が向上するので、穿孔部７に充填されることになる樹脂部材３を効率よく溶融または軟化させることができる。また、凹凸部４は、レーザの反射抑制のために形成されているが、接合段階においては、溶融または軟化された樹脂が凹部６に充填されることで、接合強度の向上に寄与することになる。
　このような接合構造体１は、例えば、光電センサの金属ケース（図示省略）に樹脂カバー（図示省略）を接合させる場合に適用可能である。この場合には、金属ケースが金属部材２に相当し、樹脂カバーが樹脂部材３に相当する。
　－接合構造体の製造方法－
　次に、図３を参照して、本実施形態に係る接合構造体１の製造方法について説明する。
　先ず、図３（ａ）に示すように、金属部材２の表面にレーザ（矢印参照）を照射して、図３（ｂ）に示すように、金属部材２の表面部５に凹凸部４を形成する（粗化工程）。
　次いで、凹凸部４にレーザを照射して、図３（ｃ）に示すように、金属部材２の表面部５に穿孔部７を形成する（穿孔工程）。なお、凹凸部４を形成するのに用いるレーザと穿孔部７を形成するのに用いるレーザとを同一とする場合には、凹凸部４を形成した後、引き続き連続して穿孔部７を形成すればよい。また、一般的にレーザの波長が短いほど、部材のレーザ吸収率は高くなる一方、設備コストは上昇する傾向にあることから、粗化工程においてのみ、穿孔工程で照射するレーザよりも波長の短いレーザを照射するようにすれば、凹凸部４を容易に形成しつつ設備コストの上昇を可及的に抑えることができる。
　その後、例えば、金属部材２と樹脂部材３とを重ねた状態で金属部材２の表面にレーザを照射して樹脂部材３を溶融させたり（レーザ照射）、金属部材２を金型（図示せず）にセットして溶融樹脂を射出したり（射出成型）することにより、樹脂部材３を穿孔部７に充填して固化させる。これにより、図３（ｄ）に示すように、金属部材２および樹脂部材３が接合され、接合構造体１が形成される。
　なお、金属部材２の表面の状態をより均質化し、穿孔部７をより安定的に形成するために、凹凸部４の形成前または凹凸部４の形成後に、例えば、溶剤洗浄、酸洗浄、プラズマ処理、コロナ放電処理等により、金属部材２の表面を洗浄する工程（洗浄工程）を加えてもよい。
　－実施形態の変形例－
　本変形例は、穿孔部１７の形状が上記実施形態と異なるものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
　図４は、本実施形態に係る接合構造体１１における接合部を模式的に示す拡大断面図である。この接合構造体１１は、図４に示すように、金属部材１２と樹脂部材１３とが接合されたものである。接合構造体１１における金属部材１２と樹脂部材１３との接合界面となる金属部材１２の表面部１５には、当該金属部材１２の表面部１５（凸部に対応）と、相対的に浅い凹部１６と、からなる凹凸部１４が形成されている。また、金属部材１２には、当該金属部材１２の表面で開口する相対的に深い穿孔部１７が形成されている。そうして、接合構造体１１では、これら凹部１６および穿孔部１７に充填された樹脂部材１３が固化することで、金属部材１２と樹脂部材１３とが接合されている。
　なお、金属部材１２を構成する金属材料は、上記金属部材２を構成する金属材料と同じである。また、樹脂部材１３を構成する樹脂も、上記樹脂部材３を構成する樹脂と同じである。さらに、凹凸部１４も、上記凹凸部４と同様に、金属部材１２の表面部１５にレーザを照射することにより形成される。
　穿孔部１７は、横断面略円形の非貫通孔であり、金属部材１２の表面部１５に複数形成されている。穿孔部１７の開口径Ｒ２は、上記穿孔部７と同様に、３０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。また、穿孔部１７の間隔は、上記穿孔部７と同様に、２００μｍ以下であることが好ましい。
　さらに、穿孔部１７の加工深さは、３０．０μｍを超えることが好ましい。これは、穿孔部７の加工深さが３０．０μｍ以下であると、上記穿孔部７と同様に、所望の接合強度が得られない場合があることに加え、後述する絞り部１９を形成することが実質的に困難となるからである。
　この穿孔部１７には、図４に示すように、孔壁１８を内側に絞ったような絞り部１９が形成されている。換言すると、穿孔部１７の孔壁１８は、深さ方向（Ｚ方向）において、表面側から奥側に行くほど内側に傾斜する第１壁部１８ａと、第１壁部１８ａの奥側の端部から奥側に行くほど拡径する第２壁部１８ｂと、第２壁部１８ｂの奥側の端部から奥側に行くほど縮径する第３壁部１８ｃとが連なるように形成されていて、第１壁部１８ａと第２壁部１８ｂとが繋がる部分が絞り部１９を構成している。なお、絞り部１９は、本発明でいうところの「内側に突出する突出部」に相当し、「突出部」が横断面略円形の穿孔部１７の孔壁１８の全周に亘って形成された場合の一例である。なお、図４における二点鎖線は、第１壁部１８ａ、第２壁部１８ｂおよび第３壁部１８ｃの区分を示す仮想線である。
　このように、穿孔部１７に絞り部１９を形成することにより、樹脂部材１３を金属部材１２から剥離するような力が作用した場合でも、穿孔部１７に充填された樹脂部材１３のうち絞り部１９よりも奥側の部位に対して、絞り部１９が抜け出し抵抗となることから、剥離方向の接合強度の向上を図ることができる。これにより、穿孔部１７に樹脂部材１３を充填することによるせん断方向の接合強度の向上に加え、剥離方向についても接合強度の向上を図ることができる。さらに、熱サイクル環境下において、金属部材１２および樹脂部材１３の線膨張係数差に起因する剥離応力が発生しても、接合強度を維持することができ、これにより、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。
　この穿孔部１７は、１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザを凹凸部１４に照射することによって形成される。このような１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザを照射する方式は、レーザのエネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部１７を形成するのに好適である。具体的には、金属部材１２にレーザが照射されると、金属部材１２が局部的に溶融されることにより穿孔部１７の形成が進行する。このとき、レーザが複数のサブパルスで構成されているため、溶融された金属部材１２が飛散されにくく、穿孔部１７の近傍に堆積され易い。そして、穿孔部１７の形成が進行すると、溶融された金属部材１２が穿孔部１７の内部に堆積されることにより、絞り部１９が形成される。
　このような１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザを照射する装置の一例としては、上述した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。
　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、絞り部１９を有する穿孔部１７を形成し難くなるためである。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、ファイバレーザマーカによる加工条件としては、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、絞り部１９を有する穿孔部１７を形成し難くなるためである。
　－実験例－
　次に、本発明に係る接合構造体の製造方法および接合構造体の効果を確認するために行った実験例１～３について説明する。
　［実験例１］
　実験例１では、金属部材２２の表面部に形成された凹凸部によるレーザ反射抑制効果の確認を行った。
　具体的には、各々、銅材（Ｃ１１００）、ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）、アルミニウム材（Ａ５０２５）からなる、図５（ａ）に示すような長さ１００ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ３ｍｍの板状の金属部材２２を各材について２枚ずつ用意した。銅材（Ｃ１１００）からなる金属部材２２に対して、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００を用いて波長１０６２ｎｍのレーザを照射することにより、２０ｍｍ×２０ｍｍの所定領域Ｒに凹凸部を形成したものを実施例１－１とし、凹凸部を形成しなかったものを比較例１－１とした。同様に、ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）からなる金属部材２２に対して、波長１０６２ｎｍのレーザを照射することにより、２０ｍｍ×２０ｍｍの所定領域Ｒに凹凸部を形成したものを実施例２－１とし、凹凸部を形成しなかったものを比較例２－１とした。また、アルミニウム材（Ａ５０２５）からなる金属部材２２に対して、波長１０６２ｎｍのレーザを照射することにより、２０ｍｍ×２０ｍｍの所定領域Ｒに凹凸部を形成したものを実施例３－１とし、凹凸部を形成しなかったものを比較例３－１とした。
　次いで、実施例１－１～３－１については、穿孔部を形成する際に用いるレーザと同じ波長１０６２ｎｍのレーザを所定領域Ｒに照射し、島津製作所製の分光光度計（ＵＶ－３１５０）と積分球とを用いて、２２０ｎｍ～１２００ｎｍの範囲で光線吸収率（％）を測定した。同様に、比較例１－１～３－１についても、波長１０６２ｎｍのレーザを所定領域Ｒに対応する部位に照射し、光線吸収率（％）を測定した。測定した各光線吸収率（％）に基づき、レーザ反射率（％）＝１００－光線吸収率（％）という式を用いてレーザ反射率（％）を算出した結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、実施例１－１、実施例２－１、実施例３－１のいずれについても、凹凸部を形成することによりレーザ反射率（％）が低減されることを確認することができた。特に、レーザ反射率の高い金属材料である銅材（Ｃ１１００）においては、９３％（比較例１－１）であったレーザ反射率が、７９％（実施例１－１）にまで低減されること（低減率約１５％）が、また、レーザ反射率の高い金属材料であるアルミニウム材（Ａ５０２５）においては、８２％（比較例３－１）であったレーザ反射率が、６８％（実施例３－１）にまで低減されること（低減率約１７％）が確認された。
　［実験例２］
　実験例２では、レーザを用いて形成された凹凸部が、穿孔部の加工性および穿孔部の均質性に対しどのように寄与するかの確認を行った。
　具体的には、上記実験例１の実施例１－１、実施例２－１、実施例３－１と同じものを用意し、凹凸部が形成された所定領域Ｒに、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００を用いて、下記のレーザ照射条件でレーザを照射することにより、穿孔部を形成したものを、それぞれ実施例１－２、実施例２－２、実施例３－２とした。また、上記実験例１の比較例１－１、比較例２－１、比較例３－１と同じものを用意し、所定領域Ｒに対応する部位に、下記のレーザ照射条件でレーザを照射することにより、穿孔部を形成したものをそれぞれ比較例１－２、比較例２－２、比較例３－２とした。
　＜レーザ照射条件＞
　レーザ：ファイバレーザ（波長１０６２ｎｍ）
　周波数：１０ｋＨｚ
　出力：２．１Ｗ
　走査速度：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：２０回または４０回
　照射間隔：６５μｍ
　サブパルス数：２０
　なお、本実験例では、低出力側での穿孔部の加工性および均質性を検証すべく、レーザ出力を２．１Ｗと低目に設定した。また、走査回数とは、レーザが同じ箇所に繰り返し照射される回数であり、加工性が低い銅材（Ｃ１１００）を用いた実施例１－２および比較例１－２については走査回数を４０回とした。
　さらに、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とした。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（パルス）を照射し、そのパルスを２０のサブパルスによって構成した。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を照射することで、金属部材２２の表面部に上記変形例に示した絞り部１９を有する穿孔部を形成した。
　そして、穿孔部の有無を確認するとともに、オリンパス製のレーザ顕微鏡を用いて穿孔部の深さを測定し、それらを基に加工性および均質性を判定した結果を表２に示す。なお、表の判定では、穿孔部を形成できなかったもの、または、穿孔部の深さのばらつきが±２０％を超えるものを×（不合格）と表記し、穿孔部の深さのばらつきが±２０％以下のものを○（合格）と表記している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２から、実施例１－２、実施例２－２、実施例３－２のいずれについても、１０６２ｎｍという長波長のレーザを用いても、確実かつばらつきなく穿孔部を形成可能であることが分かった。これに対し、穿孔部の形成に先立ち凹凸部を形成しなかった比較例１－２、比較例２－２、比較例３－２では、いずれの場合も穿孔部が形成できなかったり、穿孔部の深さのばらつきが±２０％を超えたりした。これにより、レーザを用いて形成された凹凸部が、穿孔部の加工性および穿孔部の均質性（ばらつきの少なさ）の向上に寄与することを確認することができた。
　［実験例３］
　実験例３では、レーザを用いて形成された凹凸部により、均質的に形成された穿孔部が接合構造体２１の接合強度に対しどのように寄与するかの確認を行った。
　具体的には、上記実験例２の実施例１－２、実施例２－２、実施例３－２と同じものを用意し、インサート成形により、図５（ｂ）に示すように、穿孔部が形成された所定領域Ｒに樹脂部材２３を接合した接合構造体２１をそれぞれ作製し、これらをそれぞれ実施例１－３、実施例２－３、実施例３－３とした。また、上記実験例１の比較例１－２、比較例２－２、比較例３－２と同じものを用意し、インサート成形により、所定領域Ｒに対応する部位に樹脂部材２３を接合したものをそれぞれ比較例１－３、比較例２－３、比較例３－３とした。
　樹脂部材２３は、実施例１－３～３－３および比較例１－３～３－３とも、材料としてポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）（ウィンテックポリマー製のジュラネックス（登録商標）３３１６）を用い、長さ１００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚み３ｍｍの板状に成形した。また、成形機は、日本製鋼所製のＪ３５ＥＬ３を用いた。成形条件は以下のとおりである。
　＜成形条件＞
　予備乾燥：１２０℃×５時間
　金型温度：１２０℃
　シリンダ温度：２７０℃
　保圧：１００ＭＰａ
　以上のようにして作製した実施例１－３～３－３および比較例１－３～３－３について、インストロン製の電気機械式万能試験機５９００を用いて接合強度を測定した。具体的には、せん断方向（接合面と平行な方向）について引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、樹脂部材２３の破断または接合界面の破断（金属部材２２と樹脂部材２３との剥離）が生じたときに試験を終了した。そして、得られた最大強度を接合強度として採用した。実施例１－３～３－３および比較例１－３～３－３について得られた接合強度を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３から、実施例１－３、実施例２－３、実施例３－３のいずれについても、それぞれ比較例１－３、比較例２－３、比較例３－３よりも接合強度が向上することが確認された。特に、加工性が低い銅材（Ｃ１１００）を用いた実施例１－３では、比較例１－３に比して３倍近くも接合強度が向上した。
　以上により、本発明に係る接合構造体の製造方法および接合構造体では、凹凸部の形成によりレーザ反射を抑制することができること（実験例１）、しかもレーザを照射することで凹凸部を形成することにより、ばらつきの少ない均質的な穿孔部を形成することができること（実験例２）、さらに、均質的な穿孔部が接合強度の向上に寄与すること（実験例３）を確認することができた。
　（その他の実施形態）
　本発明は、実施形態に限定されず、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
　上記実施形態およびその変形例では、接合面を平坦面としたが、凹凸部４，１４を形成することができるのであれば、これに限らず、接合面を湾曲面としてもよい。
　また、上記実施形態では略ストレート形状の穿孔部７を、また、変形例では１つの絞り部１９を有する穿孔部１７を形成したが、これに限らず、例えば、斜めに傾斜した穿孔部や複数の絞り部１９を有する穿孔部を形成してもよい。
　このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。この出願は、日本特許出願の特願２０１５－０２３３４８号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　本発明によると、金属部材の表面における任意の部位に所望の穿孔部を安定的に形成することができるので、金属部材と樹脂部材との接合構造体の製造方法、および、金属部材と樹脂部材との接合構造体に適用して極めて有益である。
１　　　　接合構造体
２　　　　金属部材
３　　　　樹脂部材
４　　　　凹凸部
７　　　　穿孔部
１１　　　接合構造体
１２　　　金属部材
１３　　　樹脂部材
１４　　　凹凸部
１７　　　穿孔部
１９　　　絞り部（突出部）
２１　　　　接合構造体
２２　　　　金属部材
２３　　　　樹脂部材

Claims (5)

  1. 　金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体の製造方法であって、
    　前記樹脂部材との接合面を構成する前記金属部材の表面部に、レーザを照射することにより凹凸部を形成する粗化工程と、
    　前記凹凸部にレーザを照射することにより、前記金属部材の表面部に穿孔部を形成する穿孔工程と、
    　前記穿孔部に前記樹脂部材を充填することにより、前記金属部材と当該樹脂部材とを接合する接合工程と、
    を含む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、
    　前記粗化工程では、前記穿孔工程で照射するレーザよりも波長の短いレーザを照射することを特徴とする接合構造体の製造方法。
  3. 　請求項１または２に記載の接合構造体の製造方法において、
    　前記穿孔工程では、１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザを照射することにより、前記穿孔部の孔壁に内側に突出する突出部を形成す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、
    　前記接合工程では、レーザ照射、射出成型または熱プレスにより、前記穿孔部に前記樹脂部材を充填することを特徴とする接合構造体の製造方法。
  5. 　金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体であって、
    　前記樹脂部材との接合面を構成する前記金属部材の表面部に、レーザを照射することにより凹凸部が形成されているとともに、当該凹凸部にレーザを照射することにより穿孔部が形成されており、
    　前記穿孔部に前記樹脂部材が充填されていることを特徴とする接合構造体。
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