特許 5894462 レーザー接合用中間部材及びレーザー光を用いた接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5894462

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】レーザー接合用中間部材及びレーザー光を用いた接合方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/16 20060101AFI20160317BHJP

   B23K 26/32 20140101ALI20160317BHJP

   B23K 26/18 20060101ALI20160317BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160317BHJP

【ＦＩ】

   B29C65/16

   B23K26/32

   B23K26/18

   B23K26/00 G

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-40446(P2012-40446)

(22)【出願日】2012年2月27日

(65)【公開番号】特開2013-173322(P2013-173322A)

(43)【公開日】2013年9月5日

【審査請求日】2014年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】591000506

【氏名又は名称】早川ゴム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 功作

(72)【発明者】

【氏名】村上 博文

(72)【発明者】

【氏名】藤田 和也

【審査官】 山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−００７５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１４４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５６３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０９９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１８４０４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６５／００−６５／８２

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光透過性を有する第１部材と、該第１部材よりも熱伝導率の高い第２部材との間に、レーザー接合用中間部材を配置して該第１部材及び該第２部材を接合するレーザー光を用いた接合方法において、
厚さが３００μｍ以上に設定された上記レーザー接合用中間部材を上記第２部材に、超音波溶着または振動溶着により接合し、
その後、上記レーザー接合用中間部材の上記第２部材とは反対側に上記第１部材を配置して該第１部材側からレーザー光を照射して上記レーザー接合用中間部材を溶融させ、
しかる後、上記レーザー接合用中間部材を冷却することを特徴とするレーザー光を用いた接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザー光を用いて各種部材を接合する場合に用いられるレーザー接合用中間部材及びレーザー光を用いた接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、家電製品や住設製品、オフィス用品、玩具等は高い強度が必要な部分と、不要な部分とが存在し、高い強度が必要な部分には金属材が使用される一方、不要な部分には樹脂材が多用されている。また、産業機器や工業設備においても同様に高い強度が必要な部分と、不要な部分とが存在するので、金属材と樹脂材とが必要に応じて使い分けられている。

【0003】

また、コンピューターや家電製品等の電器製品には、モーターや光源等の発熱源となる部品や、ＩＣや集積回路等の熱を持つ部品が組み込まれることがある。これら部品の放熱のために熱伝導率の高い金属材が用いられている。電器製品には、金属材の他にも樹脂材からなる部品も用いられている。

【0004】

更に、例えば自動車においては、エネルギー消費量を少なくして燃費を向上させたいという要求が強く、そのために車体の軽量化が最も重要なテーマとして開発が進められている。車体の軽量化を図るためには樹脂材の利用が有効であり、これまで金属材であった各部品を樹脂化する試みが行われている。ところが、やはり強度的な問題や放熱性確保の問題等から金属材を使用せざるを得ない箇所もあり、金属材と樹脂材とが必要に応じて使い分けられている。

【0005】

上述したように、各分野において金属材と樹脂材とが使い分けられており、そうした状況では、当然、金属材と樹脂材とを接合したいという要求が存在する。一般的には、ボルト等による締結やカシメ、接着剤や粘着剤等が用いられることがある。ボルトやカシメでは各部品に加工が必要であったり、締結具が必要で手間がかかるとともに重量が嵩み、また、接着剤や粘着剤では高い接合強度を安定的に得ることが難しいという問題があった。

【0006】

これらの問題を解決する手段として、例えばレーザー光を用いた接合方法が考案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

【0007】

特許文献１は、熱可塑性樹脂材と金属材とを接合する場合に、接合する界面に熱可塑性樹脂材と相溶性がある熱可塑性フィルムを介在させ、この状態でレーザー光を照射することによって金属材を発熱させ、この金属材の熱によってフィルムを溶融させて熱可塑性樹脂材と金属材とを接合するようにしている。

【0008】

また、特許文献２は、熱可塑性樹脂材と金属材とを重ね合わせた状態で、熱可塑性樹脂材料側からレーザー光を照射して熱可塑性樹脂材と金属材とを接合するようにしている。

【0009】

また、特許文献３は、樹脂材と金属材とを接合する場合に、樹脂材と金属材との接合界面を、樹脂材の分解温度以上かつ樹脂材に気泡が発生する温度未満まで加熱するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２００９−３９９８７号公報

【特許文献2】特開２００８−２０７５４７号公報

【特許文献3】特開２０１０−４６８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１〜３のように熱可塑性樹脂材と金属材とを接合する場合にレーザー光を照射しても、金属材の熱伝導率は樹脂材に比べて大幅に高いので、レーザー光の照射によって発生した熱が金属材の接合部分以外の部分に素早く伝達してしまい、樹脂材を溶融させることのできる温度まで金属材を加熱するには多大なエネルギーが必要となり、省エネルギーの点で問題がある。特に、金属材がアルミニウム合金や銅、真鍮等の熱伝導率が高い金属材であって、かつ、体積が大きい場合にはレーザー光を照射しても金属材が全体的に発熱するのみで樹脂材を溶融することは困難である。

【0012】

また、例えば電器製品や自動車等においてレーザー光による接合方法を使用した場合、ＩＣやコンピューターが先に組み込まれている場合には、レーザー光の照射によって発生した金属材の熱がそれら部品に伝達してしまい、損傷を招く恐れがある。特に、金属材をＩＣ等の放熱部材として利用している場合にその金属材と樹脂材とを接合する場合には、この問題が顕著なものとなる。

【0013】

また、特許文献３では樹脂材を分解温度以上まで加熱することになるが、分解温度以上まで加熱された樹脂材の物理的特性は低下してしまうので、樹脂材の特性に見合っただけの接合強度は期待できない。また、樹脂材は分解しているため脆くなるという問題もある。

【0014】

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、熱伝導率の高い部材と低い部材とを効率よく接合できるようにするとともに、高い接合強度を安定して得ることができるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するために、本発明では、レーザー光の照射によって発生した熱が熱伝導率の高い部材に伝達するのを抑制するようにした。

【0016】

第１の発明は、レーザー光透過性を有する第１部材と、該第１部材よりも熱伝導率の高い第２部材との間に、レーザー接合用中間部材を配置して該第１部材及び該第２部材を接合するレーザー光を用いた接合方法において、厚さが３００μｍ以上に設定された上記レーザー接合用中間部材を上記第２部材に、超音波溶着または振動溶着により接合し、その後、上記レーザー接合用中間部材の上記第２部材とは反対側に上記第１部材を配置して該第１部材側からレーザー光を照射して上記レーザー接合用中間部材を溶融させ、しかる後、上記レーザー接合用中間部材を冷却することを特徴とするものである。

【0017】

この構成によれば、第１部材側からレーザー光を照射して熱が発生した場合、レーザー接合用中間部材が３００μｍ以上の厚さを有していることから、レーザー接合用中間部材が断熱効果を十分に発揮し、熱伝導率の高い第２部材へ熱が伝達するのを抑制することが可能になる。これにより、レーザー光のエネルギーロスが低減されてレーザー接合用中間部材を効率よく溶融させて高い接合強度が安定的に得られる。

【0018】

また、第２部材へ伝達する熱量が抑制されるので、第２部材側にＩＣやコンピューター等の熱に弱い部品が予め組み込まれていたとしても、その部品に対して熱害を与えずに済む。

【0019】

また、レーザー接合用中間部材が３００μｍよりも薄い場合には、断熱効果が低下してレーザー光の照射によって発生した熱が第２部材に伝達しやすくなり、レーザー接合用中間部材を溶融させるのが困難になるので、第１部材と第２部材とを強固に接合することができなくなる。

【発明の効果】

【0020】

第１の発明によれば、レーザー光透過性を有する第１部材と熱伝導率の高い第２部材との間に配置されるレーザー接合用中間部材の厚さを３００μｍ以上にしたので、第１部材側からレーザー光を照射して熱が発生した場合、レーザー接合用中間部材が断熱効果を十分に発揮し、第２部材へ熱が伝達するのを抑制できる。これにより、熱伝導率の高い部材を効率よく接合できるとともに、高い接合強度を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施形態にかかるレーザー接合用中間部材を使用して第１部材と第２部材とを接合した状態を示す斜視図である。

【図2】実施形態にかかるレーザー光を用いた接合方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0023】

図１は、本発明の実施形態にかかるレーザー接合用中間部材１を使用して第１部材１０と第２部材２０とを接合した状態を示す斜視図である。

【0024】

第１部材１０は、熱可塑性樹脂材で構成された板材である。熱可塑性樹脂材としては、例えば、ポリエチレン(HDPE、LDPE、LLDPE、VLDPE、ULDPE、UHDPE、Polyethylene)、ポリプロピレン(PP Co-Polymer、PP Homo-Polymer、PP Ter-Polymer)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、スチレンアクリロニトリル樹脂(SAN)、K-レジン、SBS樹脂(SBS block co-polymer)、PVDC樹脂、EVA樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド(PA、PA6、PA66、PA46、PA610、PA612、PA6/66、PA6/12、PA6T、PA12、PA1212、PAMXD6)、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフ夕レート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエチレンナフタリン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアセタール、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリチオエチルスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン及びポリエーテルイミドなどが挙げられる。

【0025】

その他、極性官能基が化学的に結合した変性樹脂も含み、具体的には、アクリル酸変性オレフィン樹脂、マレイン酸変性オレフィン樹脂、塩化変性オレフィン樹脂(CPP、CPE)、シラン変性オレフィン樹脂、アイオノマー樹脂、ナイロン変性オレフィン樹脂、エポキシ変性樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂(EVOH)、エチレンビニールアセテート樹脂、ホットメルト接着樹脂などの樹脂が挙げられ、これらと上記熱可塑性樹脂の混合物または組合物であってもよいが、これらに限られるものではない。第１部材１０を構成する樹脂材の熱伝導率は、０．１以上１．０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下に設定されている。

【0026】

第１部材１０は、レーザー光透過性を有している。レーザー光透過性とは、レーザー光を殆ど反射も吸収もせずに透過させるが、レーザー光の一部を透過及び／又は反射しても溶融することなく、残りのレーザー光を透過させることのできる性質をいい、レーザー光の全てを透過させるものも含む。また、第１部材１０のレーザー光透過性としては、第１部材１０の一部が溶融する程度であってもよい。この実施形態では、第１部材１０を無色透明としているが、着色してもよい。

【0027】

第２部材２０は、熱伝導性の高い金属材で構成された板材である。金属材としては、例えば、アルミニウム合金、銅、真鍮等が挙げられるが、これらに限られるものではない。第２部材２０を構成する金属材の熱伝導率は、１００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上に設定されており、上限は、例えば４５０Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１である。

【0028】

また、第２部材２０には、レーザー接合用中間部材１との接合強度を更に強力にするための化学的な表面処理や物理的な表面処理を施しているが、これら表面処理は必要に応じて施せば良く、省略してもよい。

【0029】

化学的な表面処理としては、例えばプライマーや酸あるいはアルカリ処理、カップリング剤、イソシアネート等を用いて行う処理がある。

【0030】

物理的な表面処理としては、陽極酸化処理や微細な凹凸をつけることによりアンカー効果を利用する処理がある。化学的な表面処理と物理的な表面処理とを組み合わせてもよい。これらの表面処理を第２部材２０に施すことにより、レーザー接合用中間部材１を第２部材２０に強固に接合することが可能になる。

【0031】

レーザー接合用中間部材１を第２部材２０に接合する方法としては、例えば超音波溶着や振動溶着、あるいは第２部材２０を成形する型内にレーザー接合用中間部材１の原料を供給して第２部材２０に接合させる同時成形、熱融着等が挙げられるが、これらに限られるものではない。

【0032】

また、第２部材２０に例えばＩＣやコンピューター等の電子部品を組み付ける場合には、これら電子部品を組み付ける前にレーザー接合用中間部材１を接合しておくのが好ましい。

【0033】

レーザー接合用中間部材１の材料は、熱可塑性樹脂材にレーザー光吸収剤及び熱可塑性エラストマーを含有させたものである。レーザー接合用中間部材１の主成分となる熱可塑性樹脂材としては、第１部材１０を構成する樹脂材と相溶性の高い樹脂材が好ましく、第１部材１０を構成する樹脂材であってもよい。レーザー接合用中間部材１を構成する樹脂材として最も好ましいのは、第１部材１０との接合時に第１部材１０を構成する樹脂材と混ざり合い、冷却後もその混ざり合った状態を維持することができる樹脂材である。このような樹脂材とすることで、高い接合強度を得ることが可能になる。

【0034】

レーザー光吸収剤としては、例えば、有機染料や有機顔料、金属酸化物、市販のレーザー光吸収剤やカーボンブラック等が挙げられるが、レーザー光を吸収してレーザー接合用中間部材１を十分に発熱させることできるものであればよく、上記したものに限られない。

【0035】

レーザー接合用中間部材１のレーザー光吸収率は、レーザー光吸収剤の種類や配合量によって任意に設定することができる。この実施形態では、レーザー接合用中間部材１のレーザー光吸収率は４０％以上に設定されているが、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上である。

【0036】

レーザー接合用中間部材１のレーザー光吸収率が４０％よりも低いと、レーザー接合用中間部材１においてレーザー光を有効に吸収できず、レーザー接合用中間部材１を十分に発熱させて第１部材１０と共に溶融させることができない場合がある。

【0037】

レーザー接合用中間部材１のレーザー光吸収率が６０％以上であると、レーザー接合用中間部材１においてレーザー光を有効に吸収させることができ、レーザー接合用中間部材１を十分に発熱させることが可能になる。その結果、後述するようにレーザー接合用中間部材１の第１部材１０側を溶融させることができるとともに、第１部材１０も溶融させることができ、両方の樹脂を混合させることができる。

【0038】

熱可塑性エラストマーとしては、常温付近でゴム弾性を示すものであればよく、例えば、スチレン系、アクリル系、ポリエステル系、オレフィン系、ウレタン系、ナイロン系等を挙げることができ、この熱可塑性エラストマーを、第１部材１０との接合強度低下を招かない程度に含有させるのが好ましい。

【0039】

熱可塑性エラストマーの含有量としては、レーザー接合用中間部材１の１０重量％以上であり、好ましくは２０重量％以上、より好ましくは３０重量％以上であるが、接合力を低下させない範囲で含有させればよいので、この範囲に限られるものではない。

【0040】

レーザー接合用中間部材１に熱可塑性エラストマーを含有させることで、レーザー接合用中間部材１に柔軟性を付与することができる。これにより、第１部材１０と第２部材２０との熱膨張率が異なる場合に温度変化させても、両部材１０，２０の間に働く剥離力をレーザー接合用中間部材１の変形によって吸収することが可能になる。

【0041】

レーザー接合用中間部材１の厚さは、後述するレーザー光の照射時に発生する熱を第２部材２０に伝達するのを抑制することができる程度の厚さであればよく、３００μｍ以上に設定されている。レーザー接合用中間部材１の厚さが３００μｍよりも薄いと、断熱効果が低く、レーザー光の照射によって発生した熱が第２部材２０に伝達しやすくなり、レーザー接合用中間部材１を溶融させるのが困難になるので、第１部材１０と第２部材２０とを強固に接合することができない。

【0042】

レーザー接合用中間部材１の厚さは、５００μｍ以上が好ましく、より好ましいのは７００μｍ以上である。レーザー接合用中間部材１の厚さを７００μｍ以上にすることで、レーザー光の焦点を第１部材１０とレーザー接合用中間部材１との界面に合わせやすくなり、レーザー接合用中間部材１の第１部材１０側を確実に加熱することが可能になる。さらに、レーザー接合用中間部材１の第１部材１０との界面よりも第２部材２０側が断熱材としての役割を十分に発揮し、これによってレーザー接合用中間部材１の第１部材１０側を十分に溶融させることができる。

【0043】

次に、上記レーザー接合用中間部材１を使用して第１部材１０と第２部材２０とを接合する要領について説明する。

【0044】

尚、この実施形態では、第２部材２０には熱に弱い電子部品が組み付けられるものであり、この第２部材２０に第１部材１０がレーザー接合用中間部材１を介して接合される。

【0045】

まず、電子部品が組み付けられていない第２部材２０にレーザー接合用中間部材１を接合する。このとき超音波溶着や振動溶着、同時成形、熱融着等を用いる。第２部材２０に電子部品が未だ組み付けられていないので、第２部材２０を振動させたり、加熱しても何ら影響はない。

【0046】

その後、第２部材２０に電子部品を組み付ける。

【0047】

しかる後、第１部材１０をレーザー接合用中間部材１の第２部材２０側に重ね、図示しないクランプ器具等を用いて厚さ方向にクランプ（加圧）する。加圧力としては、例えば５Ｎ以上が好ましく、より好ましくは１０Ｎ以上である。これにより、第１部材１０とレーザー接合用中間部材１とを十分に密着させることができる。

【0048】

次いで、図２に示すように、第１部材１０側からレーザー接合用中間部材１に向けてレーザー光Ｌを照射する。レーザー光Ｌの焦点は、レーザー接合用中間部材１の第１部材１０側の界面近傍としておく。レーザー光Ｌの種類は特に限定されないが、例えば、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザー等を利用することができる。レーザー光Ｌの波長は、８００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲が好ましい。

【0049】

レーザー光を照射すると、焦点がレーザー接合用中間部材１の第１部材１０側の界面近傍に設定されているので、レーザー接合用中間部材１の第１部材１０側が主にレーザー光を吸収して発熱する。このとき、レーザー光吸収率が４０％以上に設定されているので、レーザー接合用中間部材１を効率よく発熱させることができる。

【0050】

レーザー接合用中間部材１の厚さが３００μｍ以上あるので、レーザー接合用中間部材１の第１部材１０側が加熱された際、レーザー接合用中間部材１の第２部材２０側が断熱材として機能し、断熱効果を十分に発揮する。これにより、熱伝導率の高い第２部材２０へ熱が伝達するのを抑制することが可能になり、レーザー接合用中間部材１の温度を高めて溶融させることができるとともに、第１部材１０も溶融させることができる。レーザー接合用中間部材１及び第１部材１０が溶融すると、レーザー接合用中間部材１を構成する樹脂と第１部材１０を構成する樹脂とが混合する。

【0051】

また、上述のように第２部材２０へ熱が伝達するのをレーザー接合用中間部材１によって抑制することができるので、第２部材２０に組み付けられている電子部品の加熱が抑制され、電子部品の熱による損傷を防止できる。

【0052】

そして所定時間放置してレーザー接合用中間部材１及び第１部材１０の溶融した部分を冷却して固化させる。その後、クランプ器具を外すと、第１部材１０と第２部材２０とがレーザー接合用中間部材１により接合された状態となる。

【0053】

以上説明したように、この実施形態によれば、レーザー光透過性を有する第１部材１０と熱伝導率の高い第２部材２０との間に配置されるレーザー接合用中間部材１の厚さを３００μｍ以上にしたので、第１部材１０側からレーザー光を照射して熱が発生した場合、レーザー接合用中間部材１が断熱効果を十分に発揮し、第２部材２０へ熱が伝達するのを抑制できる。これにより、熱伝導率の高い部材を効率よく接合できるとともに、高い接合強度を安定して得ることができる。

【0054】

レーザー接合用中間部材１のレーザー光吸収率を４０％以上にしたので、レーザー接合用中間部材１を第１部材１０側の界面近傍で十分に溶融させることができる。これにより、第１部材１０と第２部材２０との接合強度をより一層高めることができる。

【0055】

また、レーザー接合用中間部材１が熱可塑性エラストマーを含有しているので、接合後に温度変化を与えた場合に第１部材１０と第２部材２０との間に働く剥離力をレーザー接合用中間部材１の変形によって吸収することができ、よって、温度変化した場合にも高い接合強度を安定して得ることができる。また、第１部材１０と第２部材２０との間に水密性や気密性が要求される場合、レーザー接合用中間部材１が柔軟性を有していることから第１部材１０と第２部材２０との間で両部材１０，２０に沿うように変形してシール材として機能し、十分な水密性及び気密性を得ることができる。

【0056】

尚、本発明は、第２部材２０に電子部品等が組み付けられない場合にも適用できる。また、第２部材２０が電子部品等の放熱部材（ヒートシンク等）として使用される場合、レーザー光Ｌの熱が電子部品等に伝達するのをレーザー接合用中間部材１によって抑制できるので、本発明は特に有用なものとなる。

【実施例】

【0057】

次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。

【0058】

（実施例１）
第１部材について
第１部材１０は、ナイロン６６（ユニチカ株式会社製 マラニールＡ２２６）の板材とした。厚さは５ｍｍで、寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍである。第１部材１０は乳白色であるがレーザー光を十分に透過することができる。また、第１部材１０の熱伝導率は、０．２３Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であった。

【0059】

第２部材について
第２部材２０は、アルミニウム合金（Ａ５０５２）の板材とした。厚さは１０ｍｍで、寸法は１００ｍｍ×１００ｍｍである。第２部材２０の表面には硬質アルマイト処理を施した。この第２部材２０の熱伝導率は、２３６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であった。

【0060】

レーザー接合用中間部材について
レーザー接合用中間部材１の主成分はナイロン６（ユニチカ株式会社製 Ａ１０３０ＢＲＬ）であり、これにカーボンブラック（エボニックデグサジャパン株式会社製 ＰＲＩＮＴＥＫ ３５）を０．５重量％、ポリアミド１２系エラストマー（宇部興産株式会社製 ＵＢＥＳＴＡＸＰＡ９０３５Ｘ１）を３０重量％加えて混練、分散してコンパウンドを作製した。このコンパウンドをテフロン（登録商標）シートで挟んで４００μｍのスペーサーを用いて成形するとともに、熱板で加熱して溶融した後、冷却して４００μｍのレーザー接合用中間部材１を得た。レーザー接合用中間部材１は、幅が１０ｍｍで、長さが１００ｍｍの帯状とした。

【0061】

このレーザー接合用中間部材１の９４０ｎｍの波長のレーザー光吸収率は６０％であった。また、レーザー接合用中間部材１の熱伝導率は、０．２３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であった。

【0062】

接合工程
まず、レーザー接合用中間部材１を第２部材２０に振動溶着等により接着する。

【0063】

その後、レーザー接合用中間部材１の第２部材２０側に第１部材１０を重ねてクランプ器具によりクランプする。加圧力は１０Ｎである。

【0064】

そして、半導体レーザー照射装置を用いてレーザー光Ｌを第１部材１０側から照射した。レーザー光Ｌの波長は９４０ｎｍであり、出力は６０Ｗである。照射部位は、レーザー接合用中間部材１の長手方向中間部であり、レーザー光Ｌの焦点は第１部材１０とレーザー接合用中間部材１との界面に設定し、走査方向はレーザー接合用中間部材１の長手方向である。また、走査距離は２５ｍｍである。走査速度は２０ｍｍ／秒である。

【0065】

引っ張り試験
レーザー接合用中間部材１を常温まで冷却した後、引っ張り試験を行った。引っ張り試験装置は島津製作所製のオートグラフＡＧ−ＩＳを使用し、第１部材１０の端部（図１の左端部）と第２部材２０の端部（図１の右端部）とをそれぞれ挟んで引っ張り試験装置に固定し、５ｍｍ／分の速度で図１の左右方向に引っ張った。この引っ張り試験は、ヒートサイクル前と、ヒートサイクル後との両方で行った。ヒートサイクルとは、−２０℃の雰囲気中に２４時間放置した後、常温雰囲気中に３時間放置し、その後、８０℃の雰囲気中に２４時間放置するというサイクルを３回繰り返す処理である。

【0066】

ヒートサイクル前の引っ張り強度は１１００Ｎであり、ヒートサイクル後の引っ張り強度は１０７０Ｎであり、共に十分な接合強度が得られていることが分かった。引っ張り試験後に観察すると、レーザー接合用中間部材１を構成する樹脂材と第１部材１０を構成する樹脂材とは十分に混ざり合っており、凝集破壊が起こっていた。

【0067】

（実施例２）
第１部材１０及び第２部材２０は実施例１と同じである。

【0068】

レーザー接合用中間部材１はカーボンブラックの添加量と、厚さが実施例１のものと異なるだけである。すなわち、カーボンブラックの添加量は、０．６重量％であり、レーザー接合用中間部材１の厚さは１０００μｍである。このレーザー接合用中間部材１の９４０ｎｍの波長のレーザー光吸収率は８５％であった。

【0069】

実施例２について引っ張り試験を行った結果、ヒートサイクル前の引っ張り強度は１３００Ｎであり、ヒートサイクル後の引っ張り強度は１２８０Ｎであり、共に十分な接合強度が得られていることが分かった。引っ張り試験後に観察すると、レーザー接合用中間部材１を構成する樹脂材と第１部材１０を構成する樹脂材とは十分に混ざり合っており、凝集破壊が起こっていた。

【0070】

（実施例３）
第１部材１０及び第２部材２０は実施例１と同じである。

【0071】

レーザー接合用中間部材１はカーボンブラックの添加量と、厚さが実施例１のものと異なっており、さらにエラストマーを添加してない点で実施例１のものとことなっている。カーボンブラックの添加量は、０．５重量％であり、レーザー接合用中間部材１の厚さは５００μｍである。このレーザー接合用中間部材１の９４０ｎｍの波長のレーザー光吸収率は６５％であった。

【0072】

実施例３について引っ張り試験を行った結果、ヒートサイクル前の引っ張り強度は１２００Ｎであり、十分な接合強度が得られていることが分かった。一方、ヒートサイクル後の引っ張り強度は５００Ｎであった。ヒートサイクル後に接合強度が低下したのは、レーザー接合用中間部材１の柔軟性が無く、第１部材１０と第２部材２０との熱膨張率の差によって両部材１０，２０の間に働く剥離力をレーザー接合用中間部材１の変形によって吸収することができなかったためである。

【0073】

（比較例）
第１部材１０及び第２部材２０は実施例１と同じである。

【0074】

レーザー接合用中間部材１はカーボンブラックの添加量と、厚さが実施例１のものと異なるだけである。すなわち、カーボンブラックの添加量は、１．０重量％であり、レーザー接合用中間部材１の厚さは２５０μｍである。このレーザー接合用中間部材１の９４０ｎｍの波長のレーザー光吸収率は７０％であった。

【0075】

比較例について引っ張り試験を行った結果、ヒートサイクル前の引っ張り強度は１５０Ｎであり、ヒートサイクル後の引っ張り強度は１４５Ｎであり、共に実施例１、２に比べて大幅に低下していた。引っ張り試験後に観察すると、レーザー接合用中間部材１を構成する樹脂材と第１部材１０を構成する樹脂材とは混ざり合っておらず、第１部材１０の界面剥離が起こっていた。これは、レーザー接合用中間部材１が３００μｍよりも薄いために断熱材としての効果を発揮せず、レーザー光の照射により発生した熱が熱伝導率の高い第２部材２０に素早く奪われていき、レーザー接合用中間部材１の溶融量が少なかったためである。

【0076】

以上のように、レーザー接合用中間部材１の厚さが３００μｍよりも薄いと極端に接合強度が低下することが分かる。

【0077】

本発明は、例えば、家電製品や住設製品、オフィス用品、玩具、自動車部品等の樹脂材と金属材とを接合する場合に広く適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0078】

以上説明したように、本発明にかかるレーザー接合用中間部材及びレーザー光を用いた接合方法は、例えば、樹脂材と金属材とを接合する場合に適用できる。

【符号の説明】

【0079】

１ レーザー接合用中間部材
１０ 第１部材
２０ 第２部材
Ｌ レーザー光

【図1】

【図2】