特開 2024-9596 溝形成方法及び接合方法

(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】P2024009596

(43)【公開日】2024-01-23

(54)【発明の名称】溝形成方法及び接合方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/364 20140101AFI20240116BHJP

   B29C 65/16 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

B23K26/364

B29C65/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022111244

(22)【出願日】2022-07-11

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 慎一

(72)【発明者】

【氏名】宮内 貴章

【テーマコード（参考）】

4E168

4F211

【Ｆターム（参考）】

4E168AD01

4E168DA28

4E168FB05

4E168FC04

4E168JA02

4E168JA03

4F211AD03

4F211AD28

4F211AG03

4F211TA01

4F211TC03

4F211TD02

4F211TD11

4F211TH17

4F211TH24

4F211TN27

4F211TQ01

(57)【要約】

【課題】溝の形状精度を高めることが可能な溝形成方法及び接合方法を提供すること。
【解決手段】金属からなる第１ワークＷ１の表面ｓ１３にレーザによって溝を形成する溝形成方法であって、第１ワークＷ１の表面ｓ１３にレーザヘッド１００からレーザを照射するとともに、レーザヘッド１００から離間した位置から表面ｓ１３に対するレーザの照射方向とは異なる向きに第１ワークＷ１に対してガスを噴射することにより、第１ワークＷ１のうちレーザにより溶融した部位を除去しながら第１ワークＷ１の表面ｓ１３に溝１２を形成する溝形成工程を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属からなる第１ワークであって、樹脂を含む第２ワークに接合される前記第１ワークの表面にレーザによって溝を形成する溝形成方法であって、
前記第１ワークの前記表面にレーザヘッドから前記レーザを照射するとともに、前記レーザヘッドから離間した位置から前記表面に対する前記レーザの照射方向とは異なる向きに前記第１ワークに対してガスを噴射することにより、前記第１ワークのうち前記レーザにより溶融した部位を除去しながら前記第１ワークの前記表面に前記溝を形成する溝形成工程を備える、溝形成方法。

【請求項2】

前記溝形成工程では、前記表面に、前記第１ワークの厚み方向と直交する方向における前記第１ワークの一方側の端面から他方側の端面に向かってライン状に延びる前記レーザを照射するとともに、前記一方側の端面から前記他方側の端面に向かうように前記ガスを噴射する、請求項１に記載の溝形成方法。

【請求項3】

前記溝形成工程では、前記表面にスポット状に前記レーザを照射するとともに、前記表面のうち前記レーザの照射部の周囲の部位に前記ガスを噴射する、請求項１に記載の溝形成方法。

【請求項4】

金属からなる第１ワークと、樹脂を含む第２ワークと、を準備する準備工程と、
前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で前記第１ワーク及び前記第２ワークをレーザによって互いに接合する接合工程と、を備え、
前記準備工程では、前記第１ワークとして請求項１に記載された溝形成方法によって形成されたものを準備し、
前記接合工程では、前記溝が前記第２ワークと対向するように前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で、前記第１ワークの外表面のうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を前記レーザによって加熱することにより、前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する、接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溝形成方法及び接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２０１４－１６６６９３号公報には、樹脂成形体と接合される金属成形体の表面にレーザー光の照射によって細孔を形成する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１６６６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特開２０１４－１６６６９３号公報に記載されるような方法において、溝の形状精度を高めたいというニーズがある。

【0005】

本開示の目的は、溝の形状精度を高めることが可能な溝形成方法及び接合方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一局面に従った溝形成方法は、金属からなる第１ワークであって、樹脂を含む第２ワークに接合される前記第１ワークの表面にレーザによって溝を形成する溝形成方法であって、前記第１ワークの前記表面にレーザヘッドから前記レーザを照射するとともに、前記レーザヘッドから離間した位置から前記表面に対する前記レーザの照射方向とは異なる向きに前記第１ワークに対してガスを噴射することにより、前記第１ワークのうち前記レーザにより溶融した部位を除去しながら前記第１ワークの前記表面に前記溝を形成する溝形成工程を備える。

【0007】

本開示の一局面に従った接合方法は、金属からなる第１ワークと、樹脂を含む第２ワークと、を準備する準備工程と、前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で前記第１ワーク及び前記第２ワークをレーザによって互いに接合する接合工程と、を備え、前記準備工程では、前記第１ワークとして前記溝形成方法によって形成されたものを準備し、前記接合工程では、前記溝が前記第２ワークと対向するように前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で、前記第１ワークの外表面のうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を前記レーザによって加熱することにより、前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、溝の形状精度を高めることが可能な溝形成方法及び接合方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一実施形態における溝形成方法を概略的に示す斜視図である。

【図2】平面視における第１ワークに対するガスの噴射範囲を概略的に示す図である。

【図3】側面視における第１ワークに対するガスの噴射範囲を概略的に示す図である。

【図4】第１ワークと第２ワークとが互いに重ね合わされた状態を概略的に示す図である。

【図5】図４に示される第１ワーク及び第２ワークの正面図である。

【図6】第１ワーク及び第２ワークが互いに接合された状態を概略的に示す断面図である。

【図7】第１ワークに形成される溝の変形例を概略的に示す図である。

【図8】第１ワークに形成される溝の変形例を概略的に示す図である。

【図9】溝形成工程の変形例を概略的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0011】

図１は、本開示の一実施形態における溝形成方法を概略的に示す斜視図である。本溝形成方法は、金属からなる第１ワークＷ１の表面にレーザによって溝１２を形成する方法である。

【0012】

第１ワークＷ１は、金属（鉄、アルミニウム等）からなる。第１ワークＷ１は、平板状に形成されている。第１ワークＷ１は、樹脂を含む第２ワークＷ２（図４を参照）に接合される。図１に示されるように、第１ワークＷ１は、一対の第１端面ｓ１１と、一対の第２端面ｓ１２と、対向面ｓ１３と、外表面ｓ１４と、を有している。

【0013】

第１端面ｓ１１は、第１ワークＷ１の厚み方向（図１におけるＺ方向）と直交する方向（図１におけるＸ方向）における端部に形成されている。第２端面ｓ１２は、第１ワークＷ１の厚み方向及び一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向の双方と直交する方向（図１におけるＹ方向）における端部に形成されている。

【0014】

対向面ｓ１３は、第１ワークＷ１の一対の主面（表面）のうち第２ワークＷ２と対向する面である。外表面ｓ１４は、第１ワークＷ１の一対の主面のうち第１ワークＷ１の厚み方向に対向面ｓ１３と反対側に形成された面である。

【0015】

本実施形態における溝形成方法は、溝形成工程を含んでいる。溝形成工程では、第１ワークＷ１の表面（本実施形態では対向面ｓ１３）にレーザヘッド１００からレーザを照射するとともに、レーザヘッド１００から離間した位置から前記表面に対するレーザの照射方向とは異なる向きに第１ワークＷ１に対してガスを噴射することにより、第１ワークＷ１のうちレーザにより溶融した部位を除去しながら第１ワークＷ１の前記表面に溝１２を形成する。

【0016】

図１に示されるように、本実施形態における溝形成工程では、載置台２と、レーザヘッド１００と、ガス噴射部２００と、が用いられる。

【0017】

載置台２は、第１ワークＷ１が載置される台である。載置台２の表面は、平坦に形成されている。

【0018】

レーザヘッド１００は、第１ワークＷ１の表面に沿って移動可能である。レーザヘッド１００は、ライン状（直線状）に延びるレーザや、スポット状（ピンホール状）のレーザを照射可能である。レーザヘッド１００は、例えば、シングルモードファイバーレーザを照射可能である。レーザヘッド１００は、レーザの出力を８００ｋＮ～１２５０ｋＮの範囲で調整可能に構成されている。なお、レーザヘッド１００は、レーザの照射部からシールドガス（例えば、空気）を噴射してもよい。

【0019】

ガス噴射部２００は、第１ワークＷ１のうちレーザにより溶融した部位が除去されるように第１ワークＷ１に対してガスを噴射可能である。ガス噴射部２００から噴射されるガスは、溝１２内における第１ワークＷ１の溶融部を除去するためのものであり、レーザヘッド１００から噴射されるシールドガスとは目的ないし作用が異なるガスである。ガス噴射部２００から噴射されるガスは、例えば、窒素、酸素、二酸化炭素及びアルゴンの混合ガスである。ガス噴射部２００は、レーザヘッド１００から離間した位置に配置されている。ガス噴射部２００は、第１ワークＷ１に対して任意の方向からガスを噴射可能である。ガス噴射部２００は、ガスの流量を２５Ｌ／ｍｉｎ～３０Ｌ／ｍｉｎの範囲で調整可能に構成されている。

【0020】

図１に示されるように、レーザヘッド１００が一方側の第１端面ｓ１１から他方側の第１端面ｓ１１に向かってライン状に延びるレーザを照射する場合、ガス噴射部２００は、一方側の第１端面ｓ１１から他方側の第１端面ｓ１１に向けてガスを噴射することが好ましい。

【0021】

この場合、図２に示されるように、平面視における第１ワークＷ１に対するガスの噴射方向は、第１端面ｓ１１と直交しかつ溝１２を通る直線Ｌに対して一方側に第１角度θ１だけ傾斜した向き（矢印ＡＲ１で示される向き）と、直線Ｌに対して他方側に第１角度θ１だけ傾斜した向き（矢印ＡＲ２で示される向き）と、の間の範囲に設定されることが好ましい。第１角度θ１は、例えば、２２．５度であってもよい。

【0022】

また、図３に示されるように、側面視における第１ワークＷ１に対するガスの噴射方向は、第１ワークＷ１の表面（対向面ｓ１３）と平行な向き（矢印ＡＲ３で示される向き）と、この向きから第１ワークＷ１の表面に向けて第２角度θ２だけ傾斜した向き（矢印ＡＲ４で示される向き）と、の間の範囲に設定されることが好ましい。第２角度θ２は、例えば、４５度であってもよい。

【0023】

本実施形態における溝形成工程では、一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向（図１におけるＸ方向）に直線状に延びる形状を有する溝１２を形成する。ただし、溝形成工程では、一対の第２端面ｓ１２同士を結ぶ方向に延びる形状を有する溝１２が形成されてもよいし、第１端面ｓ１１と第２端面ｓ１２とを結ぶように延びる形状を有する溝１２が形成されてもよい。また、溝１２は、直線状に延びる形状に限らず、部分的ないし全体的に湾曲する形状に形成されてもよい。溝形成工程で形成される溝１２と対向面ｓ１３とのなす角θ（図５を参照）は、例えば、１０度程度に設定されてもよい。

【0024】

続いて、図４～図７を参照しながら、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを互いに接合する接合方法について説明する。この接合方法は、準備工程と、接合工程と、を含んでいる。

【0025】

準備工程は、上記溝形成方法によって形成された第１ワークＷ１と、樹脂を含む第２ワークＷ２と、を準備する工程である。図４に示されるように、第２ワークＷ２は、例えば平板状に形成される。第２ワークＷ２は、炭素繊維やガラス繊維等を含んでいてもよい。

【0026】

接合工程は、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされた状態で第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２をレーザによって互いに接合する工程である。接合工程では、まず、図４及び図５に示されるように、溝１２が第２ワークＷ２と対向するように第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされる。このとき、溝１２と第２ワークＷ２とで囲まれる空間Ｓ（図５を参照）が第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２外に連通するように第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされる。図４に示される例では、一対の第１端面ｓ１１同士を結ぶ方向における第１ワークＷ１の長さが同方向における第２ワークＷ２の長さと同じ形状に設定されており、空間Ｓは、第１ワークＷ１の第１端面ｓ１１に開口している。そして、接合工程では、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが互いに重ね合わされた状態で、第１ワークＷ１の外表面ｓ１４のうち第１ワークＷ１の厚み方向に溝１２と重なる部位をレーザによって加熱することにより、第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部を溝１２内に入り込ませながら第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とを接合する。接合工程では、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２のうちレーザによって加熱された部位が加圧されることが好ましい。図６は、この接合工程の終了後の状態を示している。

【0027】

なお、接合工程で照射されるレーザは、溝形成工程で照射されるレーザと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0028】

以上に説明したように、本実施形態における溝形成方法では、レーザヘッド１００から離間した位置からレーザの照射方向とは異なる向きに第１ワークＷ１に対してガスを噴射することにより、第１ワークＷ１のうちレーザにより溶融した部位が除去されるため、溝１２の形状精度が高まる。

【0029】

また、本実施形態における接合方法では、接合工程において、第１ワークＷ１の外表面ｓ１４のうち第１ワークＷ１の厚み方向に溝１２と重なる部位がレーザによって加熱されることにより、第２ワークＷ２を構成する樹脂の一部が第１ワークＷ１に形成された溝１２内に入り込むとともに、樹脂の溶融時に発生するガスが溝１２を通じて第１ワークＷ１外に排出されるため、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２の接合強度が向上する。

【0030】

なお、図７及び図８に示されるように、溝形成工程では、深さ方向（図７及び図８における上下方向）の途中にくびれ部１２ａを有する溝１２が形成されてもよい。

【0031】

また、上記実施形態では、レーザヘッド１００がライン状（直線状）に延びるレーザを照射する例が示されたが、図９に示されるように、レーザヘッド１００は、第１ワークＷ１の表面にスポット状（ピンホール状）のレーザを照射してもよい。この場合、溝形成工程では、第１ワークＷ１の表面のうちレーザの照射部の周囲の部位、すなわち、照射部から所定距離だけ離間した部位（図９において斜線で示された部位）にガス噴射部２００からガスを噴射してもよい。この場合における前記部位に対するガスの噴射方向は、第１ワークＷ１の表面に対して直交する向きと、この向きから第１ワークＷ１の表面に向けて第３角度だけ傾斜した向きと、の間の範囲に設定されることが好ましい。第３角度は、例えば、４５度であってもよい。

【0032】

上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0033】

［態様１］
金属からなる第１ワークであって、樹脂を含む第２ワークに接合される前記第１ワークの表面にレーザによって溝を形成する溝形成方法であって、
前記第１ワークの前記表面にレーザヘッドから前記レーザを照射するとともに、前記レーザヘッドから離間した位置から前記表面に対する前記レーザの照射方向とは異なる向きに前記第１ワークに対してガスを噴射することにより、前記第１ワークのうち前記レーザにより溶融した部位を除去しながら前記第１ワークの前記表面に前記溝を形成する溝形成工程を備える、溝形成方法。

【0034】

この溝形成方法では、レーザヘッドから離間した位置からレーザの照射方向とは異なる向きに第１ワークに対してガスを噴射することにより、第１ワークのうちレーザにより溶融した部位が除去されるため、溝の形状精度が高まる。

【0035】

［態様２］
前記溝形成工程では、前記表面に、前記第１ワークの厚み方向と直交する方向における前記第１ワークの一方側の端面から他方側の端面に向かってライン状に延びる前記レーザを照射するとともに、前記一方側の端面から前記他方側の端面に向かうように前記ガスを噴射する、態様１に記載の溝形成方法。

【0036】

［態様３］
前記溝形成工程では、前記表面にスポット状に前記レーザを照射するとともに、前記表面のうち前記レーザの照射部の周囲の部位に前記ガスを噴射する、態様１に記載の溝形成方法。

【0037】

［態様４］
金属からなる第１ワークと、樹脂を含む第２ワークと、を準備する準備工程と、
前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で前記第１ワーク及び前記第２ワークをレーザによって互いに接合する接合工程と、を備え、
前記準備工程では、前記第１ワークとして態様１に記載された溝形成方法によって形成されたものを準備し、
前記接合工程では、前記溝が前記第２ワークと対向するように前記第１ワークと前記第２ワークとが互いに重ね合わされた状態で、前記第１ワークの外表面のうち前記第１ワークの厚み方向に前記溝と重なる部位を前記レーザによって加熱することにより、前記第２ワークを構成する樹脂の一部を前記溝内に入り込ませながら前記第１ワークと前記第２ワークとを接合する、接合方法。

【0038】

この接合方法では、接合工程において、第１ワークの外表面のうち第１ワークの厚み方向に溝と重なる部位がレーザによって加熱されることにより、第２ワークを構成する樹脂の一部が第１ワークに形成された溝内に入り込むとともに、樹脂の溶融時に発生するガスが溝を通じて第１ワーク外に排出されるため、第１ワーク及び第２ワークの接合強度が向上する。

【0039】

なお、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0040】

２ 支持台、１２ 溝、１００ レーザヘッド、２００ ガス噴射部、ｓ１１ 第１端面、ｓ１２ 第２端面、ｓ１３ 対向面、ｓ１４ 外表面、Ｗ１ 第１ワーク、Ｗ２ 第２ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】