WO2016140052A1 - 金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体 - Google Patents

Abstract

レーザ光を照射する前に、金属部材（２）の平板状の部位（２ａ）における、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部の近傍部の断面形状を、平板状の部位のままである場合と比較して、平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成する。その後、レーザ光をレーザ加工部に照射することによって、穿孔部を金属部材の表面部に形成することで、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑える。

Description

金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体

　本発明は、金属部材のレーザ加工方法および当該レーザ加工方法を用いて製造される接合構造体に関するものである。

　従来から、レーザ加工時における加工対象物の変形を抑える技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、加工対象物であるガラス基板の支持姿勢に起因する撓みを抑えるべく、ガラス基板を立てて当該ガラス基板の周辺部を固定枠にて固定し、レーザ光をガラス基板に照射するとともに、固定枠が保持されるステージを一定速度で移動させることで、ガラス基板上の膜にスクライブパターンを形成するレーザ加工装置が開示されている。

日本国特開２０１１－０８２３９８号公報

　しかしながら、上記特許文献１のレーザ加工装置のように、たとえ加工対象物を撓ませずに保持することができたとしても、加工対象物が金属部材であり、当該金属部材における厚さの薄い平板状の部位をレーザ加工する場合には、以下のような問題が生じる。

　すなわち、金属部材における厚さの薄い平板状の部位をレーザ加工する場合には、レーザ光によってレーザ加工部に熱膨張応力が発生し、かかる熱膨張応力によってレーザ加工部が膨らむことで、外装をなす加工部裏面にレーザ加工痕が浮き出てしまい、著しく外観を損なうおそれがある。そうして、このような金属部材の熱変形は、弾性回復を伴う弾性変形ではなく塑性変形であるため、一旦加工部裏面にレーザ加工痕が生じると、元の外観を取り戻すことが困難になる。

　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、金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体において、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑える技術を提供することにある。

　前記目的を達成するため、本発明に係る金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体では、金属部材の平板状の部位における、レーザ加工部またはその近傍部の剛性を高めることで、熱膨張応力によるレーザ加工部の変形を抑えるようにしている。

　具体的には、本発明は、金属部材のレーザ加工方法であって、レーザ光を照射する前に、前記金属部材の平板状の部位における、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部またはその近傍部の断面形状を、前記平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成することを特徴とするものである。

　なお、以下の説明では、「平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメント」を単に「断面二次モーメント」とも称する。

　一般に部材の剛性（変形し難さ）を高めるには、部材の弾性率（ヤング率）を高めることや、部材の断面剛性を高めることが有効であるところ、この構成によれば、レーザ加工部またはその近傍部を断面二次モーメントが大きくなるような断面形状に形成することから、レーザ加工部またはその近傍部の断面剛性を高めることができる。また、金属部材に断面二次モーメントが大きくなるような加工を施すと、金属に応力を与えた場合に塑性変形によって硬さが増す、いわゆる加工硬化現象が生じる。それ故、この構成によれば、レーザ加工部またはその近傍部の断面剛性が高まることと、加工硬化現象が生じることとが相俟って、熱膨張応力によるレーザ加工部の変形が抑制されるので、レーザ加工時に、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができる。

　なお、レーザ加工痕は、レーザ加工部の厚さが十分に厚ければ生じないが、レーザ加工痕を抑制するためだけに、本来厚さの薄い部位を厚くすることは、製品の軽量化を阻害するため好ましくない。つまり、本発明において「前記平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成する」とは、厚さを厚くすることで断面二次モーメントを大きくするのではなく、形状に工夫を凝らすことで断面二次モーメントを大きくすることを意味する。

　そうして、断面二次モーメントを大きくする態様の好適な例として、前記金属部材のレーザ加工方法では、前記レーザ加工部またはその近傍部に、折り曲げ部または凹凸部を形成することが好ましい。

　この構成によれば、折り曲げ部または凹凸部を形成することで、レーザ加工部またはその近傍部の断面二次モーメントを容易に大きくすることができ、これにより、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができる。

　前記金属部材のレーザ加工方法では、前記折り曲げ部または凹凸部は、前記レーザ加工部の加工中心からの距離が５．００ｍｍ以下の範囲に形成されていることが好ましい。

　折り曲げ部または凹凸部を形成することで、金属部材に剛性の高い部位が生じたとしても、かかる剛性の高い部位がレーザ加工部からあまりにも離れた位置に形成されていたのでは、熱膨張応力によるレーザ加工部の変形抑制に寄与し難い。この点、この構成によれば、折り曲げ部または凹凸部がレーザ加工部の加工中心からの距離が５．００ｍｍ以下の範囲に形成されていることから、熱膨張応力によるレーザ加工部の変形を効果的に抑制することができる。

　前記金属部材のレーザ加工方法では、前記金属部材における前記レーザ加工部となる部位の厚みが、０．０５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であることが好ましい。

　上述の如く、レーザ加工部の厚さが十分に厚ければレーザ加工痕が生じないところ、本発明は、金属部材におけるレーザ加工部となる部位の厚みが相対的に薄い場合、特に厚みが０．０５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下である場合に好適に用いることができる。

　また、本発明は、上記レーザ加工方法を用いて製造される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、前記金属部材には、平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるように、前記平板状の部位の一部を加工した被加工部が形成されており、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は、前記被加工部またはその近傍部にレーザ光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、断面二次モーメントが大きな被加工部を形成することにより、レーザ加工痕が加工部裏面に浮き出るのを抑えつつ、当該被加工部またはその近傍部に穿孔部を形成することができる。そうして、このように形成された穿孔部に、溶融または軟化した樹脂部材を充填することで、金属部材と樹脂部材とが強固に接合された接合構造体を実現することができる。

　以上、説明したように本発明に係る金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体によれば、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができる。

実施形態１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。 レーザ加工方法を模式的に説明する断面図である。 レーザ加工方法ないし接合構造体が適用されるバックライトの金属製板状部材および樹脂製枠体を模式的に示す斜視図である。 実施形態２に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す断面図である。 変形例１に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す断面図である。 変形例２に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す断面図である。 実施形態３に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す平面図である。 変形例３に係るレーザ加工方法が適用された金属部材を模式的に示す断面図である。 従来一般のレーザ加工方法を用いて金属部材に穿孔部を形成する状態を模式的に説明する端面図である。

　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。

　（実施形態１）
　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、本実施形態に係るレーザ加工方法を用いて加工された金属部材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の表面部には、レーザ光を照射することによって、当該金属部材２の表面で開口する穿孔部４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穿孔部４に充填された樹脂部材３が、穿孔部４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。

　－レーザ加工方法－
　上記接合構造体１における金属部材２には、図１に示すように、平板状の部位２ａに形成された穿孔部４の近傍に折り曲げ部５が設けられている。以下、平板状の部位２ａにおける穿孔部４の近傍にこのような折り曲げ部５を設ける理由について説明する。

　図１０は、従来一般のレーザ加工方法を用いて金属部材１０２における平板状の部位１０２ａに穿孔部１０４を形成する状態を模式的に説明する端面図である。金属部材１０２の表面部に穿孔部１０４を形成する場合には、図１０（ａ）に示すように、穿孔部１０４の形成予定位置であるレーザ加工部１０６にレーザ光（図１０の矢印参照）を照射する。

　ここで、図１０（ｂ）に示すように、金属部材１０２におけるレーザ加工部１０６の厚さが十分に厚い場合には、レーザ加工部１０６周辺を変形させることなく、穿孔部１０４を形成することが可能である。より詳しくは、レーザ光によってレーザ加工部１０６に熱膨張応力が発生し、かかる熱膨張応力によってレーザ加工部１０６が膨らもうとするが、レーザ加工部１０６の厚さが十分に厚ければ、レーザ加工部１０６における剛性が高いことから、熱膨張応力による変形が抑制される。

　これに対し、図１０（ｃ）に示すように、金属部材１０２におけるレーザ加工部１０６の厚さが相対的に薄い場合には、レーザ加工部１０６における剛性が低いため、熱膨張応力によってレーザ加工部１０６が膨らむ。このため、加工部裏面（図１０（ｃ）の下側面）にレーザ加工痕１０７が浮き出てしまい、著しく外観を損なうおそれがある。そうして、このような金属部材１０２の熱変形は、弾性回復を伴う弾性変形ではなく塑性変形であるため、一旦加工部裏面にレーザ加工痕１０７が浮き出ると、元の外観を取り戻すことが困難になる。

　ここで、部材の剛性（変形し難さ）を高めるには、部材の弾性率（ヤング率）を高めることや、部材の断面剛性を高めることが有効である。もっとも、部材の厚さが相対的に薄い場合には、部材の弾性率を高めても、剛性の向上には限界がある。

　そこで、本実施形態では、金属部材２の平板状の部位２ａにおけるレーザ加工部６またはその近傍部の断面剛性を高めることで、レーザ加工部６の剛性を高めるようにしている。より具体的には、本実施形態の金属部材のレーザ加工方法では、金属部材２の平板状の部位２ａにおける、レーザ光が照射されるレーザ加工部６の近傍部の断面形状を、平板状の部位２ａのままである場合と比較して、平板状の部位２ａと平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成するようにしている。ここで、「平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメント」とは、例えば、図１における平板状の部位２ａと平行なＸ軸回りの断面二次モーメントを意味する。なお、「平板状の部位と平行な軸」は、図１の左右方向に延びるＸ軸だけではなく、例えば、図１の紙面に直交する方向に延びる軸であってもよい。また、以下の説明では、「平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメント」を単に「断面二次モーメント」とも称する。

　ここで、部材の厚さを厚くすることによっても断面二次モーメントは大きくなるが、本来厚さの薄い部位を厚くすることは、製品の軽量化を阻害することになる。それ故、本実施形態では、「平板状の部位のままである場合と比較して、…断面二次モーメントが大きくなるような形状」、換言すると、厚さを変えずに形状に工夫を凝らすことで断面二次モーメントを大きくするようにしている。そうして、本実施形態では、「断面二次モーメントが大きくなるような形状」として、折り曲げ部５を採用している。

　図２は、レーザ加工方法を模式的に説明する断面図である。先ず、レーザ光の照射に先立ち、平板状の金属部材２をプレス加工することによって、図２（ａ）に示すように、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部６の近傍部に折り曲げ部（被加工部）５を形成する。この折り曲げ部５は、内側角部５ａの曲げ半径も、外側角部５ｂの曲げ半径も小さく設定されていて、内側角部５ａおよび外側角部５ｂが面取りされたような形状に形成されている。

　このような折り曲げ部５を形成することで、平板状の部位のままである場合と比較して、断面二次モーメントが大きくなることから、当該折り曲げ部５およびその近傍部が変形し難い状態となる。また、折り曲げ部５を形成することにより、金属に応力を与えた場合に塑性変形によって硬さが増す所謂加工硬化現象が生じることから、折り曲げ部５およびその近傍部が一層変形し難い状態となる。

　そうして、レーザ加工部６にレーザ光を照射して、図２（ｂ）に示すように、金属部材２の内側角部５ａ側の面で開口する穿孔部４を形成する。この際、レーザ光によってレーザ加工部６に熱膨張応力が発生するが、レーザ加工部６の近傍部の断面剛性が高められていることと、加工硬化現象が生じていることとが相俟って、熱膨張応力によるレーザ加工部６の変形が抑制される。これにより、レーザ加工時に、レーザ加工痕が金属部材２の外側角部５ｂ側の面に浮き出るのを抑えることができる。

　なお、穿孔部４は、図２（ｃ）に示すように、金属部材２の外側角部５ｂ側の面で開口するように形成してもよい。この場合にも、折り曲げ部５を設けたことによる断面剛性の向上および加工硬化現象により、レーザ加工痕が金属部材２の内側角部５ａ側の面に浮き出るのを抑えることができる。

　金属部材２におけるレーザ加工部６となる部位の厚みＴ（図１参照）は、０．０５ｍｍ以上、１．００ｍｍ以下であることが好ましい。これは、厚みＴが０．０５ｍｍ未満となると、換言すると、面積要素が小さすぎると、いくら形状に工夫を凝らしても大きな断面二次モーメントが得られず、熱膨張応力によるレーザ加工部６の変形を抑制することが困難になる場合があるからである。一方、厚みＴが１．００ｍｍを超えると、そもそも熱膨張応力によるレーザ加工部６の変形が生じ難いため、敢えて折り曲げ部５を設ける必要性が小さいからである。

　また、折り曲げ部５は、レーザ加工部６の加工中心（穿孔部４の孔軸心）からの距離Ｒ２が０．００ｍｍ以上、５．００ｍｍ以下の範囲に形成されていることが好ましい。なお、距離Ｒ２は、レーザ加工部６の加工中心と折り曲げ部５の中心との距離である。これは、距離Ｒ２が５．００ｍｍを超えると、折り曲げ部５による断面剛性向上の効果や、加工硬化現象による影響が、レーザ加工部６にまで及ばない場合があるからである。

　以上のような本実施形態の金属部材のレーザ加工方法は、金属部材における薄い平板状の部位にレーザ加工を行う様々な用途に適用できるが、以下では好適な例として、このレーザ加工方法を用いて製造される上記接合構造体１の好ましい態様について説明する。

　－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。なお、後述する他の実施形態および変形例における金属部材１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２についても、金属部材２を構成する金属材料と同じ金属材料を適用することができる。

　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。

　－穿孔部－
　穿孔部４は、例えば、加工用のレーザ光が照射されることによって形成される。レーザの種類としては、パルス発振が可能なものが好ましく、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザが選択でき、レーザ光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、半導体レーザが好ましい。

　穿孔部４は、金属部材２の表面で開口する横断面略円形の非貫通孔である。穿孔部４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未満の場合には、接合時に溶融または軟化した樹脂部材３の当該穿孔部４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４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４の間隔（或る穿孔部４の中心と、当該或る穿孔部４と隣接する穿孔部４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４の間隔が２００μｍを超えると、単位面積あたりの穿孔部４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。なお、複数の穿孔部４を、端部同士が重なるように形成して、直線状に連なる穿孔部群４，…（溝）を形成してもよい（図８参照）。

　なお、穿孔部４の加工深さは、金属部材２と樹脂部材３との線膨張係数の差に起因して生じる応力への耐性という観点から、３０μｍを超えることが好ましい。

　穿孔部４には、図１に示すように、孔壁を内側に絞ったような絞り部８を形成してもよい。このように、穿孔部４に絞り部８を形成することにより、樹脂部材３を金属部材２から剥離するような力が作用した場合でも、穿孔部４に充填された樹脂部材３に対して、絞り部８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４に樹脂部材３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。

　穿孔部４は、１パルスが複数のサブパルスから構成されるレーザ光を金属部材２の表面部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光を照射する方式は、レーザ光のエネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部４を形成するのに好適である。具体的には、金属部材２にレーザ光が照射されると、金属部材２が局部的に溶融されることにより穿孔部４の形成が進行する。このとき、レーザ光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２が飛散されにくく、穿孔部４の近傍に堆積され易い。そして、穿孔部４の形成が進行すると、溶融された金属部材２が穿孔部４の内部に堆積されることにより、絞り部８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、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、穿孔部４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、穿孔部４を形成し難くなるためである。

　－金属部材と樹脂部材との接合－
　金属部材２と樹脂部材３とを接合する際には、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の表面にレーザ光を照射して樹脂部材３を溶融または軟化させたり（レーザ照射）、金属部材２を金型（図示せず）にセットして溶融した樹脂部材３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４に充填する。そうして、穿孔部４に充填された樹脂部材３が、穿孔部４内で固化することによって、金属部材２と樹脂部材３とが接合され、図１に示すような接合構造体１が形成される。なお、金属部材２と樹脂部材３とは熱プレスによって接合してもよい。

　このような接合構造体１は、例えば、図３に示すような、スマートフォン等で用いられるバックライトの金属製板状部材９２および樹脂製枠体９３に適用可能である。この場合には、金属製板状部材９２が金属部材２に相当し、金属製板状部材９２をプレス加工することによって形成された側面部９２ｂの立ち上がり部分が折り曲げ部５に相当し、樹脂製枠体９３が樹脂部材３に相当する。この金属製板状部材９２では、図３の斜線で示す平板部９２ａの外縁部Ｒ（側面部９２ｂの立ち上がり部分の近傍部）に、レーザ光を照射することによって穿孔部４を形成し、かかる穿孔部４に樹脂製枠体９３の一部を充填し固化させることで、金属製板状部材９２と樹脂製枠体９３とが接合される。金属製板状部材９２の平板部９２ａは、例えば厚さ０．２ｍｍと薄いものであるが、側面部９２ｂを形成することにより断面剛性が高められ且つ加工硬化現象が生じている外縁部Ｒに穿孔部４を形成することで、レーザ加工痕が金属製板状部材９２の外側面に浮き出ることによる外観不良の発生が抑えられる。

　（実施形態２）
　本実施形態は、折り曲げ部１５の形状が上記実施形態１と異なるものである。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。

　図４は、本実施形態に係るレーザ加工方法が適用された金属部材１２を模式的に示す断面図である。本実施形態でも、レーザ光の照射に先立ち、板状の金属部材１２をプレス加工することによって、図４（ａ）に示すように、レーザ加工部１６の近傍部に折り曲げ部１５を形成する。この折り曲げ部１５は、内側角部１５ａの曲げ半径も、外側角部１５ｂの曲げ半径も、上記実施形態１の折り曲げ部５に比して大きく設定されている。このように、内側角部１５ａおよび外側角部１５ｂの曲げ半径が大きな折り曲げ部１５を形成することによっても、上記実施形態１のものと同様に、穿孔部４のレーザ加工時にレーザ加工痕が金属部材１２の外側角部１５ｂ側の面に浮き出るのを抑えることができるとともに、上記実施形態１のものに比して丸みのある柔らかい外観を形成することが可能となる。なお、穿孔部４は、図４（ｂ）に示すように、金属部材１２の外側角部１５ｂ側の面で開口するように形成してもよい。

　－実施形態１および２の変形例－
　次に、上記実施形態１および２の変形例について説明する。

　＜変形例１＞
　本変形例は、レーザ加工部２６，３６を挟んだ両側に折り曲げ部２５，３５が形成されている点が、上記実施形態１および２と異なるものである。以下、実施形態１および２と異なる点を中心に説明する。

　図５は、本変形例に係るレーザ加工方法が適用された金属部材２２，３２を模式的に示す断面図である。本変形例でも、上記実施形態１および２と同様に、レーザ光の照射に先立ち、板状の金属部材２２をプレス加工することによって、図５（ａ）に示すように、レーザ加工部２６の近傍部に折り曲げ部２５を形成する。もっとも、本変形例では、上記実施形態１および２と異なり、図の上側に曲がる折り曲げ部２５と、図の下側に曲がる折り曲げ部２５とでレーザ加工部２６を挟むように、折り曲げ部２５を形成している。このように、レーザ加工部２６の両側に折り曲げ部２５を形成することで、折り曲げ部２５による断面剛性の向上効果や加工硬化現象による影響が、レーザ加工部２６に重畳的に及ぶので、レーザ加工痕による外観不良が生じるのをより一層抑えることができる。

　なお、図５（ａ）に示すような内側角部２５ａおよび外側角部２５ｂが面取りされたタイプの折り曲げ部２５のみならず、図５（ｂ）に示すような内側角部３５ａおよび外側角部３５ｂの曲げ半径が大きく設定されたタイプの折り曲げ部３５についても、レーザ加工部３６を挟むように、折り曲げ部３５を形成することで、断面剛性の向上効果や加工硬化現象による影響をレーザ加工部３６に重畳的に及ぼすことが可能である。

　＜変形例２＞
　本変形例は、レーザ加工部４６，５６の近傍にＴ字状部４５，５５が形成されている点が、上記実施形態１および２と異なるものである。以下、実施形態１および２と異なる点を中心に説明する。なお、Ｔ字状部４５，５５は、厳密には「折り曲げ部」ではないが、断面二次モーメントが大きくなるようなコーナ部を有する形状の変形例として、便宜上ここで説明する。

　図６は、本変形例に係るレーザ加工方法が適用された金属部材４２，５２を模式的に示す断面図である。本変形例では、レーザ光の照射に先立ち、図６（ａ）および図６（ｂ）にそれぞれ示すように、レーザ加工部４６，５６の近傍部にＴ字状部４５，５５を形成する。このように、レーザ加工部４６，５６の近傍部にＴ字状部４５，５５を形成することで、Ｔ字状部４５，５５による断面剛性の向上効果や加工硬化現象による影響が、レーザ加工部４６，５６に及ぶので、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができる。

　なお、レーザ加工部４６，５６の近傍部にＴ字状部４５，５５を形成する場合にも、図６（ａ）に示すような角部４５ａが面取りされたタイプのＴ字状部４５、および、図６（ｂ）に示すような角部５５ａの曲げ半径が大きく設定されたタイプのＴ字状部５５のいずれをも適用することが可能である。

　（実施形態３）
　本実施形態は、レーザ加工部６６の近傍部に、折り曲げ部５，１５ではなく凹凸部６５を形成する点が、上記実施形態１および２と異なるものである。以下、実施形態１および２と異なる点を中心に説明する。

　図７は、本実施形態に係るレーザ加工方法が適用された金属部材６２を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レーザ光の照射に先立ち、板状の金属部材６２の外装面（図７（ａ）の下側面）に、例えば先端部にＲ形状がつけられたニードル（図示せず）の先端を打ち付けて窪みを設ける打痕加工によって、図７（ａ）に示すように、レーザ加工部６６の近傍部に、レーザ加工面側に膨らむ円形凹凸状の凹凸部６５を形成する。

　このような凹凸部６５によっても、平板状の部位のままである場合と比較して、断面二次モーメントが大きくなるとともに、凹凸部６５を形成することにより加工硬化現象が生じることから、凹凸部６５およびその近傍部が変形し難い状態となる。なお、凹凸部６５も、折り曲げ部５，１５と同様に、レーザ加工部６６の加工中心からの距離Ｒ３が０．００ｍｍ以上、５．００ｍｍ以下の範囲に形成されていることが好ましい。これは、距離Ｒ３が５．００ｍｍを超えると、凹凸部６５による断面剛性の向上効果や、加工硬化現象による影響が、レーザ加工部６６にまで及ばない場合があるからである。なお、距離Ｒ３は、レーザ加工部６６の加工中心と凹凸部６５の中心との距離である。

　また、凹凸部６５は、図７（ｂ）に示すように、板状の金属部材６２のレーザ加工面（図７（ｂ）の下側面）にニードルの先端を打ち付けて窪みを設けることで、外装面側に膨らむように形成してもよい。この場合にも、凹凸部６５を設けたことによる断面剛性の向上および加工硬化現象により、レーザ加工痕が金属部材６２の外装面に浮き出るのを抑えることができる。

　さらに、凹凸部６５は、穿孔部４に対し一対一の割合で形成してもよいし、複数の穿孔部４に対し当該穿孔部４の数よりも少なく形成してもよい。例えば、複数の穿孔部４の端部同士を重ねて直線状に連なる穿孔部群４，…を形成する場合には、図８（ａ）に示すように、複数の穿孔部４が連なる方向と平行に間欠的に並ぶように凹凸部６５を形成してもよいし、図８（ｂ）に示すように、複数の凹凸部６５を連続的に形成することで、穿孔部群４，…と平行に延びる溝部を形成してもよい。

　－実施形態３の変形例－
　次に、上記実施形態３の変形例について説明する。

　＜変形例３＞
　本変形例は、レーザ加工部７６に凹凸部７５が形成されている点が、上記実施形態３と異なるものである。以下、実施形態３と異なる点を中心に説明する。

　図９は、本変形例に係るレーザ加工方法が適用された金属部材７２を模式的に示す断面図である。本変形例では、金属部材７２におけるレーザ加工部７６の近傍部ではなく、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部７６自体に凹凸部７５を形成し、かかる凹凸部７５にレーザ光を照射することにより穿孔部４を形成している。

　これは、上記実施形態３における、レーザ加工部７６の加工中心からの距離Ｒ３が０．００ｍｍの場合に相当する。また、本変形例のレーザ加工方法は、本発明でいうところの「平板状の部位における、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部の断面形状を、前記平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成する」場合に相当する。

　このように、レーザ加工部７６自体に凹凸部７５を形成した場合にも、断面剛性の向上および加工硬化現象が見込めるので、穿孔部４のレーザ加工時にレーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができる。

　－実験例－
　次に、上記実施形態１、２および３に係るレーザ加工方法の効果を確認するために行った実験例について説明する。

　本実験例では、レーザ加工部の近傍部に形成された、折り曲げ部や凹凸部といった変形抑制部が、レーザ加工痕による外観不良の抑制にどの程度寄与するかを確認した。具体的には、各々ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４）からなる、長さ１２０．００ｍｍ×幅６４．００ｍｍ×厚さ０．２０ｍｍの平板状部材を４枚用意した。

　これら４枚の板状部材のうち、長手方向の端部に全幅（６４．００ｍｍ）に亘って、内側および外側角部が面取りされた折り曲げ部をプレス加工によって形成するとともに、当該折り曲げ部から０．１７ｍｍ離れた位置に下記のレーザ照射条件でレーザ光を照射することにより穿孔部を形成したものを実施例１とした（実施形態１に対応）。

　また、これら４枚の板状部材のうち、長手方向の端部に全幅に亘って、内側および外側角部の曲げ半径が大きく設定された折り曲げ部をプレス加工によって形成するとともに、当該折り曲げ部から０．１７ｍｍ離れた位置に下記のレーザ照射条件でレーザ光を照射することにより穿孔部を形成したものを実施例２とした（実施形態２に対応）。

　さらに、これら４枚の板状部材のうち、長手方向の端部に全幅に亘って、凹凸部を打痕加工によって形成するとともに、当該凹凸部から０．１７ｍｍ離れた位置に下記のレーザ照射条件でレーザ光を照射することにより穿孔部を形成したものを実施例３とした（実施形態３に対応）。

　そうして、残った板状部材に、変形抑制部を形成することなく平板状部材のままで、下記のレーザ照射条件でレーザ光を照射することにより穿孔部を形成したものを比較例とした。

　＜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：３．８Ｗ
　走査速度：１０００ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：２０回
　照射間隔：１０００μｍ
　サブパルス数：２０
　評価は、目視によってレーザ加工痕の有無を確認し、レーザ加工痕の浮き出しが確認されなかったものを「合格」とし、レーザ加工痕の浮き出しが確認されたものを「不合格」とした。実施例１、実施例２、実施例３および比較例について得られた評価結果を表１に示す。

　表１から、比較例と全く同じレーザ照射条件で穿孔部を形成したにもかかわらず、変形抑制部が形成された実施例１、実施例２および実施例３では、かかる変形抑制部が形成されなかった比較例と異なり、レーザ加工痕の浮き出しが生じないことが確認された。これにより、本発明のレーザ加工方法が、レーザ加工痕による外観不良の抑制に極めて有効であること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。

　上記各実施形態およびその変形例では、「断面二次モーメントが大きくなるような形状」として、折り曲げ部５，１５，２５，３５、Ｔ字状部４５，５５、凹凸部６５，７５を採用したが、これに限らず、様々な形状を採用してもよい。

　また、上記各実施形態およびその変形例では、絞り部８を有する穿孔部４を形成したが、これに限らず、穿孔部４の形状を、絞り部８を有しないストレート形状としてもよい。

　さらに、上記各実施形態およびその変形例では、絞り部８を穿孔部４の開口部に形成したが、これに限らず、絞り部８を穿孔部４の孔壁における開口部以外の位置に形成してもよい。

　また、上記各実施形態およびその変形例では、穿孔部４の孔壁を全周に亘って絞った絞り部８を形成したが、これに限らず、穿孔部４の孔壁の少なくとも一部を内側に突出させた突出部を形成してもよい。

　さらに、上記実施形態３および変形例３では、円形凹凸状の凹凸部６５，７５を形成したが、これに限らず、角形凹凸状の凹凸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２０１５－０４３５７７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、レーザ加工痕による外観不良が生じるのを抑えることができるので、金属部材のレーザ加工方法およびその方法を用いて製造される接合構造体に適用して極めて有益である。

１　　　　接合構造体
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２　　　　金属部材
２ａ　　　平板状の部位
３　　　　樹脂部材
４　　　　穿孔部
５，１５，２５，３５　　　　折り曲げ部
６，１６，２６，３６，４６，５６，６６，７６　　　　レーザ加工部
４５，５５　　　　Ｔ字状部
６５，７５　　　　凹凸部

Claims (5)

1. 　金属部材のレーザ加工方法であって、
   　レーザ光を照射する前に、前記金属部材の平板状の部位における、レーザ光の照射が予定されるレーザ加工部またはその近傍部の断面形状を、前記平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるような形状に形成することを特徴とする金属部材のレーザ加工方法。
2. 　請求項１に記載の金属部材のレーザ加工方法において、
   　前記レーザ加工部またはその近傍部に、折り曲げ部または凹凸部を形成することを特徴とする金属部材のレーザ加工方法。
3. 　請求項２に記載の金属部材のレーザ加工方法において、
   　前記折り曲げ部または凹凸部は、前記レーザ加工部の加工中心からの距離が５．００ｍｍ以下の範囲に形成されていることを特徴とする金属部材のレーザ加工方法。
4. 　請求項１～３のいずれか一つに記載の金属部材のレーザ加工方法において、
   　前記金属部材における前記レーザ加工部となる部位の厚みが、０．０５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であることを特徴とする金属部材のレーザ加工方法。
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、
   　前記金属部材には、平板状の部位のままである場合と比較して、前記平板状の部位と平行な軸に関する断面二次モーメントが大きくなるように、前記平板状の部位の一部を加工した被加工部が形成されており、
   　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は、前記被加工部またはその近傍部にレーザ光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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