特開 2024-126434 接合体及び接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126434

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】接合体及び接合方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/16 20060101AFI20240912BHJP

   B29C 65/44 20060101ALI20240912BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20240912BHJP

   B32B 37/04 20060101ALI20240912BHJP

   B23K 26/352 20140101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

B29C65/16

B29C65/44

B32B15/08 M

B32B37/04

B23K26/352

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034808

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】000241496

【氏名又は名称】豊田鉄工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106781

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 稔也

(72)【発明者】

【氏名】鈴森 理生

【テーマコード（参考）】

4E168

4F100

4F211

【Ｆターム（参考）】

4E168AB01

4E168CB02

4E168DA42

4E168JA03

4F100AB01A

4F100AK01B

4F100BA02

4F100DD04A

4F100DD05B

4F100EC032

4F100EJ521

4F100JB16B

4F211AA04

4F211AA11

4F211AD03

4F211AD24

4F211AG03

4F211TA01

4F211TC02

4F211TD02

4F211TD11

4F211TH17

4F211TN27

(57)【要約】

【課題】金属部材と樹脂部材との接合強度を向上できる接合体及び接合方法を提供する。
【解決手段】接合体１１は、金属部材１２の接合面１３に熱可塑性の樹脂部材１４を溶着することによって接合されたものである。接合面１３には、レーザの照射により、２つの第１溝１５が間隔を置いて並んで形成されるとともに、第１溝１５の両隣の位置に接合面１３から隆起した隆起部１６がそれぞれ形成されている。隣合う２つの第１溝１５同士の間には、隣合う２つの第１溝１５の内側に隣接するそれぞれの隆起部１６と当該隆起部１６同士の間に位置するレーザが未照射の領域の接合面１３とにより第２溝１９が形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属部材の接合面に熱可塑性の樹脂部材を溶着することによって接合された接合体であって、
前記接合面には、レーザの照射により、少なくとも２つの第１溝が間隔を置いて並んで形成されるとともに、前記第１溝の両隣の位置に前記接合面から隆起した隆起部がそれぞれ形成され、
隣合う２つの前記第１溝同士の間には、隣合う２つの前記第１溝の内側に隣接するそれぞれの前記隆起部と当該隆起部同士の間に位置する前記レーザが未照射の領域の前記接合面とにより第２溝が形成されていることを特徴とする接合体。

【請求項2】

前記隆起部は、括れ部を有した形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の接合体。

【請求項3】

金属部材の接合面に熱可塑性の樹脂部材を溶着することによって接合する接合方法であって、
連続発振レーザの照射により前記接合面に溝を形成する表面処理工程と、
前記接合面に前記樹脂部材を接触させた状態で、前記金属部材における前記接合面側とは反対側の面に前記連続発振レーザを照射して前記接合面を加熱することにより前記接合面に前記樹脂部材を溶着する溶着工程と、
を備えることを特徴とする接合方法。

【請求項4】

前記表面処理工程において、前記連続発振レーザの照射により前記金属部材の前記接合面に前記溝としての第１溝を複数並ぶように間隔を置いて形成することによって前記第１溝の並び方向の両側に前記接合面から隆起した隆起部を形成し、隣合う２つの前記第１溝同士の間で隣合う前記隆起部同士の間に位置する前記連続発振レーザが未照射の領域の前記接合面と当該領域の前記接合面を挟む前記隆起部同士とで第２溝を形成することを特徴とする請求項３に記載の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属部材と樹脂部材との接合体及び接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の接合体として、例えば特許文献１に示すものが知られている。こうした接合体は、一の面に平滑部と凹部及び凸部をそれぞれ複数有する凹凸部とを有した金属部材と、上記一の面に接合された樹脂部材とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／２３０１９８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述のような接合体では、金属部材の表面にレーザで凹凸を形成することによって粗面化するとともに、この粗面化した部分に樹脂部材を成形することにより金属部材と樹脂部材との接合強度の向上を図っている。しかし、金属部材と樹脂部材との接合強度を向上させる上では、改善の余地を残すものとなっている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する接合体は、金属部材の接合面に熱可塑性の樹脂部材を溶着することによって接合された接合体であって、前記接合面には、レーザの照射により、少なくとも２つの第１溝が間隔を置いて並んで形成されるとともに、前記第１溝の両隣の位置に前記接合面から隆起した隆起部がそれぞれ形成され、隣合う２つの前記第１溝同士の間には、隣合う２つの前記第１溝の内側に隣接するそれぞれの前記隆起部と当該隆起部同士の間に位置する前記レーザが未照射の領域の前記接合面とにより第２溝が形成されている。

【0006】

上記課題を解決する接合方法は、金属部材の接合面に熱可塑性の樹脂部材を溶着することによって接合する接合方法であって、連続発振レーザの照射により前記接合面に溝を形成する表面処理工程と、前記接合面を前記樹脂部材に接触させた状態で、前記金属部材における前記接合面側とは反対側の面に前記連続発振レーザを照射して前記接合面を加熱することにより前記接合面に前記樹脂部材を溶着する溶着工程と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態の接合体における金属部材と樹脂部材との接合部分を示す断面模式図である。

【図2】図１の接合体における金属部材と樹脂部材との接合部分を示す側面図である。

【図3】金属部材の接合面の電子顕微鏡写真である。

【図4】金属部材と樹脂部材との接合工程を示すブロック図である。

【図5】金属部材の接合面の表面処理工程を示す断面模式図である。

【図6】金属部材と樹脂部材との溶着工程を示す断面模式図である。

【図7】図６の平面図である。

【図8】変更例における金属部材と樹脂部材との溶着工程を示す平面模式図である。

【図9】別の変更例における金属部材と樹脂部材との溶着工程を示す平面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、接合体の一実施形態を図面に従って説明する。
＜接合体１１＞
図１及び図２に示すように、接合体１１は、直方体状の金属部材１２の一端面である接合面１３に直方体状の樹脂部材１４の一端面を溶着することによって接合された構成になっている。金属部材１２は、例えばアルミニウムによって構成される。樹脂部材１４は、例えばポリプロピレンやポリエチレンなどの熱可塑性の樹脂によって構成される。

【0009】

＜接合面１３＞
図１及び図３に示すように、金属部材１２の接合面１３には、短辺方向Ｙに直線状に延びる２つの第１溝１５が長辺方向Ｘに間隔を置いて並んで形成されている。第１溝１５は、シングルモードの連続発振レーザを照射することによって金属部材１２を熱で溶かして形成される。このため、第１溝１５の両隣には、第１溝１５の形成によって溶けた金属部材１２によって構成される隆起部１６がそれぞれ形成される。

【0010】

隆起部１６は、第１溝１５の形成により、接合面１３から隆起した複数の隆起体１７が第１溝１５に沿って並んだものである。すなわち、隆起部１６は、第１溝１５に沿って直線状に一列に並ぶ複数の隆起体１７によって構成される。したがって、１つの第１溝１５の両側には、隆起部１６が１つずつ配置される。すなわち、１つの第１溝１５は、一対の隆起部１６同士の間に配置される。隆起部１６を構成する各隆起体１７は、基端部に括れ部１８を有した略球体形状をなしている。

【0011】

２つの第１溝１５同士の間には、２つの第１溝１５の内側に隣接するそれぞれの隆起部１６と当該隆起部１６同士の間に位置する上記連続発振レーザが未照射の領域の接合面１３とにより第２溝１９が形成されている。第２溝１９は、第１溝１５に沿って直線状に延びている。第２溝１９の深さは、第１溝１５の深さよりも浅くなっている。第２溝１９の深さは、接合面１３からの隆起部１６の高さと一致している。第２溝１９の幅は、第１溝１５の幅よりも若干広くなっている。

【0012】

次に、金属部材１２と樹脂部材１４との接合方法を実施形態の作用として説明する。
＜金属部材１２と樹脂部材１４との接合方法＞
図４に示すように、金属部材１２の接合面１３への樹脂部材１４の接合は、表面処理工程及び溶着工程を順に経ることによって行われる。

【0013】

図５に示すように、表面処理工程では、金属部材１２の接合面１３にシングルモードの連続発振レーザ（図５に矢印で示す）を照射することによって短辺方向Ｙに延びる２つの第１溝１５を長辺方向Ｘに間隔を置いて並ぶように形成する。このとき、各第１溝１５の並び方向である長辺方向Ｘの両側に接合面１３から隆起した隆起部１６が形成される。

【0014】

これにより、２つの第１溝１５同士の間で隣合う２つの隆起部１６同士の間に位置する連続発振レーザが未照射の領域の接合面１３と当該領域の接合面１３を挟む２つの隆起部１６同士とで第２溝１９が形成される。このように、表面処理工程では、金属部材１２の接合面１３に連続発振レーザを照射することによって接合面１３が粗面化される。

【0015】

図６に示すように、溶着工程では、まず、表面処理工程で粗面化された金属部材１２の接合面１３を樹脂部材１４に上側から接触させた状態にする。この状態で、金属部材１２における接合面１３側とは反対側の面にシングルモードの連続発振レーザを照射して接合面１３を加熱する。このとき、連続発振レーザは、図７の太線で示すように、短辺方向Ｙに直線状に移動させながら照射する。

【0016】

これにより、樹脂部材１４における接合面１３と対応する部分が溶融するので、金属部材１２の自重により隆起部１６が溶融した樹脂部材１４内に進入するとともに、溶融した樹脂部材１４が第１溝１５内、第２溝１９内、及び括れ部１８内に進入する。その後、溶融した樹脂部材１４が冷えて固化することによって金属部材１２の接合面１３に樹脂部材１４が溶着される。これにより、図１に示す接合体１１が製造される。

【0017】

なお、図７の太線は、連続発振レーザの照射位置が移動した軌跡であって金属部材１２の接合面１３に樹脂部材１４を溶着した後に金属部材１２に形成される連続発振レーザによる溶融痕２０を示している。

【0018】

このように、接合体１１においては、金属部材１２の隆起部１６が樹脂部材１４内に進入するとともに、樹脂部材１４が金属部材１２の第１溝１５内、第２溝１９内、及び括れ部１８内にそれぞれ進入している。このため、接合体１１における金属部材１２と樹脂部材１４との接合部分においてより高いアンカー効果が得られる。したがって、金属部材１２と樹脂部材１４との接合強度が効果的に向上される。

【0019】

＜実施形態の効果＞
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）接合体１１は、金属部材１２の接合面１３に熱可塑性の樹脂部材１４を溶着することによって接合されたものである。接合面１３には、連続発振レーザの照射により、２つの第１溝１５が間隔を置いて並んで形成されるとともに、第１溝１５の両隣の位置に接合面１３から隆起した隆起部１６がそれぞれ形成される。２つの第１溝１５同士の間には、２つの第１溝１５の内側に隣接するそれぞれの隆起部１６と当該隆起部１６同士の間に位置する連続発振レーザが未照射の領域の接合面１３とにより第２溝１９が形成されている。

【0020】

上記構成によれば、金属部材１２の接合面１３には、２つの第１溝１５の間に１つの第２溝１９が隣合うように形成されている。このため、接合面１３に第２溝１９が形成されない場合に比べて隆起部１６の数が多くなるので、隆起部１６による樹脂部材１４に対するアンカー効果を好適に得ることができる。したがって、金属部材１２と樹脂部材１４との接合強度を向上できる。

【0021】

（２）接合体１１において、隆起部１６は、括れ部１８を有した形状をなしている。
上記構成によれば、隆起部１６が括れ部１８を有した形状をなすことで、隆起部１６の樹脂部材１４に対するアンカー効果をより一層向上できる。

【0022】

（３）金属部材１２の接合面１３に熱可塑性の樹脂部材１４を溶着することによって接合する接合方法は、表面処理工程と溶着工程とを備えている。表面処理工程は、連続発振レーザの照射により金属部材１２の接合面１３に第１溝１５を２つ並ぶように間隔を置いて形成することによって第１溝１５の並び方向の両側に接合面１３から隆起した隆起部１６を形成する。さらに、表面処理工程は、２つの第１溝１５同士の間で隣合う隆起部１６同士の間に位置する連続発振レーザが未照射の領域の接合面１３と当該領域の接合面１３を挟む隆起部１６同士とで第２溝１９を形成する。溶着工程は、接合面１３に樹脂部材１４を接触させた状態で、金属部材１２における接合面１３側とは反対側の面に連続発振レーザを照射して接合面１３を加熱することにより接合面１３に樹脂部材１４を溶着する。

【0023】

上記方法によれば、表面処理工程と溶着工程とで使用されるレーザが共に連続発振レーザであるため、表面処理工程と溶着工程とで異なるレーザを使用する場合に比べてレーザの設備を簡素化できる。加えて、金属部材１２の接合面１３に第１溝１５を２つ並んで形成すると２つの第１溝１５同士の間に第２溝１９が隣合うように形成される。このため、第２溝１９が形成されない場合に比べて隆起部１６の数を多くすることができるので、隆起部１６による樹脂部材１４に対するアンカー効果を好適に得ることができる。したがって、金属部材１２と樹脂部材１４との接合強度を向上できる。

【0024】

＜変更例＞
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0025】

・溶着工程において、金属部材１２における接合面１３側とは反対側の面への連続発振レーザの照射は、図８の太線で示すように、短辺方向Ｙにループを描くように移動させながら行う、所謂ウォブリング照射であってもよい。

【0026】

・溶着工程において、金属部材１２における接合面１３側とは反対側の面への連続発振レーザの照射は、図９の太線で示すように、短辺方向Ｙにジグザグに移動させながら行う、所謂ウィービング照射であってもよい。

【0027】

・表面処理工程では、連続発振レーザの照射により接合面１３に第２溝１９が形成されないように溝を形成するようにしてもよい。
・隆起部１６は、必ずしも括れ部１８を有した形状をなす必要はない。

【0028】

・接合体１１において、金属部材１２の接合面１３には、Ｎ個（Ｎは４以上の自然数）の第１溝１５と、隣合う２つの第１溝１５同士の間に位置するＮ－１個の第２溝１９とを形成するようにしてもよい。

【0029】

・金属部材１２の接合面１３に形成される第１溝１５及び第２溝は、長辺方向Ｘに延びるようにしてもよい。
・金属部材１２の接合面１３に形成される第１溝１５及び第２溝は、波状やジグザグに延びていてもよいし、波状やジグザグに延びる部分の一部に直線状に延びる部分が混在していてもよい。

【符号の説明】

【0030】

１１…接合体
１２…金属部材
１３…接合面
１４…樹脂部材
１５…第１溝
１６…隆起部
１７…隆起体
１８…括れ部
１９…第２溝
２０…溶融痕
Ｘ…長辺方向
Ｙ…短辺方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】