JP6424665B2 - 接合構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、金属部材の外側面と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法に関する。
従来から、金属部材と樹脂部材とからなる接合構造体が記載された文献として、特許文献１が知られている。
特許文献１には、表面に有機樹脂層を有する塗装金属素形材（金属部材）と、前記塗装金属素形材の表面に接合された熱可塑性樹脂組成物の成形体（樹脂部材）と、を有する複合体を製造する方法であって、前記有機樹脂層の表面に、前記熱可塑性樹脂組成物の成形体を加熱圧着によって接合する工程を含む複合体の製造方法が開示されている。
この方法によれば、金属部材と、樹脂部材とを熱圧着プレス機内にセットした後に、これらの金属部材および樹脂部材に熱および圧力を加えることによって、金属部材と樹脂部材とが接合された接合構造体を製造できる。
しかしながら、特許文献１に開示された製造方法は、熱圧着プレス機内に、金属部材と樹脂部材とをセットし、熱圧着プレス機を一方向に稼働させて熱圧着させる方法であるため、金属部材と樹脂部材との接合面を１つとする接合構造体の製造はできるものの、例えば、金属部材の周囲に樹脂部材を接合させる接合面を複数とする接合構造体を製造することはできなかった。
さらに、接合面を複数として金属部材と樹脂部材との接合を行う場合は、金属部材と樹脂部材との接合面に対する熱と圧力の印加ばらつきが生じ易く、均質な接合を実現することができなかった。
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面を複数とする場合でも、金属部材と樹脂部材との接合に接合ばらつきを抑制する接合構造体の製造方法を提供することにある。
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
本発明に係る接合構造体の製造方法は、金属部材の外側面と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、前記金属部材における前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、前記金属部材の外側面を取り囲むように前記樹脂部材の表面から膨出された膨出部を押圧させることによって前記金属部材に前記樹脂部材を前記接合領域で接触させる押圧工程と、前記膨出部を含む樹脂部材を溶融するとともに、前記金属部材の凹状部に前記樹脂部材を充填して接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記膨出部は、前記樹脂部材の押圧方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記押圧工程では、前記樹脂部材の表面に対して垂直方向に、前記膨出部の傾斜面を押圧することによって、前記金属部材と前記樹脂部材とを接触させ、前記接合工程における前記樹脂部材の溶融は、前記樹脂部材が前記金属部材を押圧する際に行われていてもよい。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記膨出部は、前記樹脂部材の押圧方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記押圧工程では、前記樹脂部材の表面に対して水平方向に、前記膨出部の傾斜面を押圧することによって、前記金属部材と前記樹脂部材とを接触させ、前記接合工程における前記樹脂部材の溶融は、前記樹脂部材が前記金属部材を押圧する際に行われていてもよい。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記接合工程では、前記金属部材を加熱することによって、前記金属部材と接触される前記樹脂部材の膨出部を溶融してもよい。
また、本発明に係る接合構造体の製造方法は、金属部材の外側面と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、前記金属部材における前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、前記金属部材の外周面を取り囲む前記樹脂部材を、前記金属部材側に向けて押圧する押圧工程と、前記金属部材の外側面を取り囲むとともに前記樹脂部材の表面から膨出された膨出部にレーザを照射して前記膨出部を含む樹脂部材を溶融するとともに、前記金属部材の凹状部に前記膨出部を含む樹脂部材を充填して接合する接合工程と、を備えたことを特徴とする。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記凹状部形成工程では、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によって前記凹状部を形成してもよい。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記樹脂部材には貫通孔が設けられており、前記貫通孔の周囲に前記膨出部が形成されるとともに、該貫通孔に前記金属部材が挿通されていてもよい。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記金属部材には、前記押圧工程時に前記樹脂部材を支持する支持部が備えられ、前記樹脂部材には、前記支持部と係合する係合部が備えられ、前記押圧工程における押圧時に、前記支持部と前記係合部とが係合されていてもよい。
また、上記接合構造体の製造方法であって、前記押圧工程における押圧は、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式のいずれかによって行われていてもよい。
本発明によれば、金属部材と樹脂部材とを３次元で接合する場合でも、金属部材と樹脂部材との接合に接合ばらつきを抑制する接合構造体の製造方法を提供できる。
［第１実施形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の接合構造体の接合前の斜視図、図２は、第１実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図、図３は、第１実施形態の接合構造体の模式図、図４Ａは、第１実施形態の接合構造体の要部断面図、図４Ｂは、第１実施形態の変形例の接合構造体の要部断面図である。なお、断面図おいては、図面の見易さを考慮して断面のハッチングを省略する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の接合構造体の接合前の斜視図、図２は、第１実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図、図３は、第１実施形態の接合構造体の模式図、図４Ａは、第１実施形態の接合構造体の要部断面図、図４Ｂは、第１実施形態の変形例の接合構造体の要部断面図である。なお、断面図おいては、図面の見易さを考慮して断面のハッチングを省略する。
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第１実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体１は、金属部材２ａの外側面と樹脂部材３ａとが接合された複数の接合領域ＢＦ１を有する。
まず、本発明の第１実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体１は、金属部材２ａの外側面と樹脂部材３ａとが接合された複数の接合領域ＢＦ１を有する。
金属部材２ａ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、粉末冶金などであってもよい。
本実施形態の金属部材２ａは、直方体形状であるが、金属部材２ａの形状は、この例に限られず、円柱形状であってもよい。金属部材２ａは、本体部２１ａと、後述する接合構造体の製造方法における押圧工程時に樹脂部材３ａを支持する支持部２２ａを備えている。本実施形態では直方体形状の本体部２１ａにおける支持部２２ａ側の外側面の四面を接合領域ＢＦ１としている。
金属部材２ａの接合領域ＢＦ１には、金属部材２ａの表面に開口を有する凹状部ｏが形成されている。凹状部ｏは、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２ａの表面に複数形成されている。なお、凹状部ｏの形状は、断面が凹形状であれば、例えば、溝状であってもよい。
凹状部ｏの開口径は、３０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。これは、開口径が３０μｍを下回ると、後述する接合工程において凹状部ｏ内に樹脂部材３ａを十分に閉じ込められず、凹状部ｏへの充填性が悪くなるためである。一方、開口径が１００μｍを上回ると、単位面積あたりの凹状部ｏの数が減少して所望の接合効果が得られない場合があるためである。また、凹状部ｏの深さは、１０μｍ以上であることが好ましい。これは、深さが１０μｍを下回ると、凹状部ｏへの充填性が悪くなるためである。
また、凹状部ｏの間隔（所定の凹状部ｏの中心と、所定の凹状部ｏと隣接する凹状部ｏの中心との距離）は、２００μｍ以下であることが好ましい。これは、凹状部ｏの間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの凹状部ｏの数が減少して、所望の接合効果が得られない場合があるためである。なお、凹状部ｏの間隔の下限の一例としては、凹状部ｏが重畳して潰れない距離である。また、凹状部ｏの間隔は等間隔であることが好ましい。これは、凹状部ｏが等間隔であると、接合工程時に樹脂部材３ａの熱分布が等方的になるためである。
凹状部ｏには、後述する樹脂部材３ａが充填されることにより、金属部材２ａと樹脂部材３ａとが接合される。ここで、本実施形態の凹状部ｏには、内側に突出する突出部ｔが形成されている（例えば、図４Ａ参照）。このように凹状部ｏの内周面に、内側に突出する突出部ｔが形成されている場合は、凹状部ｏに樹脂部材３ａが充填されると、突出部ｔによるアンカー効果によって金属部材２ａと樹脂部材３ａとの接合強度を高めることができる。なお、凹状部ｏに突出部ｔが形成されていなくてもよい（例えば、図４Ｂ参照）。
樹脂部材３ａは、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であり、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、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。
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、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、無機塩類など）、金属系充填剤、有機系充填剤、および、炭素繊維などが挙げられる。
樹脂部材３ａには、貫通孔ｈ、係合部３３ａ、膨出部３１ａ、が設けられている（図１及び図２参照）。
貫通孔ｈは、金属部材２ａの本体部２１ａが挿入されるものであり、金属部材２ａの形状に対応しており、本実施形態では、平面視四角形状である。
係合部３３ａは、貫通孔ｈ内に備えられており、後述する押圧工程時に金属部材２ａの支持部２２ａと係合するものである。
膨出部３１ａは、貫通孔ｈの周囲四面に備えられており、樹脂部材３ａの表面から膨出されている。膨出部３１ａは、後述する押圧工程における樹脂部材３ａの押圧方向に対して傾斜する傾斜面３２ａを有している。この傾斜面３２ａは、貫通孔ｈと反対側の膨出部３１ａの側面に形成されており、後述する押圧工程を行うために、傾斜角度θ１を１００°〜１７０°とすることが好ましい。
−接合構造体の製造方法−
次に、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。本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
次に、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。本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、金属部材２ａにおける接合領域ＢＦ１に、開口を有する凹状部ｏを形成する工程である。
凹状部形成工程は、金属部材２ａにおける接合領域ＢＦ１に、開口を有する凹状部ｏを形成する工程である。
凹状部ｏは、レーザ加工処理、ブラスト処理、サンドペーパ処理、陽極酸化処理、放電加工処理、エッチング処理、およびプレス加工処理等の方法で形成される。本実施形態では、レーザ加工処理によって凹状部ｏを形成する方法について詳述する。
凹状部ｏを形成する加工用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。凹状部ｏは、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２ａの表面に複数形成される。
凹状部ｏ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ＭＸＺ２０００またはＭＸ−Ｚ２０５０を挙げることができる。このファイバレーザマーカでは、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が可能である。このため、レーザのエネルギーを深さ方向に集中させやすいので、凹状部ｏを形成するのに好適である。
具体的には、金属部材２ａにレーザが照射されると、金属部材２ａが局部的に溶融されることにより凹状部ｏ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２ａが飛散されにくく、凹状部ｏの近傍に堆積されやすい。そして、凹状部ｏの形成が進行すると、溶融された金属部材２ａが凹状部ｏの内部に堆積されることにより、凹状部ｏの内周面に、内側に突出する突出部ｔが形成される（図４Ａ参照）。なお、レーザが複数の単パルスで構成されている場合は、突出部ｔが形成されない（図４Ｂ参照）。
なお、上記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ーが拡散しやすくなり、突出部ｔを有する凹状部ｏを形成しにくくなるためである。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、上記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、突出部ｔを有する凹状部ｏを形成しにくくなるためである。
・押圧工程
押圧工程は、スリーブ５１を用いて金属部材２ａに樹脂部材３ａを接合領域ＢＦ１で接触させる工程である（図２参照）。
押圧工程は、スリーブ５１を用いて金属部材２ａに樹脂部材３ａを接合領域ＢＦ１で接触させる工程である（図２参照）。
スリーブ５１は、金属部材２１ａの本体部２１ａが入り込む開口５１ｂが形成されており、開口端５１ａによって樹脂部材３ａの膨出部３１ａを金属部材２ａに押圧させるものである。
スリーブ５１には、スリーブ５１を昇降させる昇降手段と、樹脂部材３ａを加熱溶融させるための加熱手段と、が備えられている。昇降手段としては、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式等が挙げられる。また、スリーブ５１の開口端５１ａは、樹脂部材３ａの膨出部３１ａの傾斜面３２ａに対応して傾斜されている。
本実施形態の押圧工程では、上述したスリーブ５１を用いて金属部材２ａに樹脂部材３ａを接合領域ＢＦ１で接触させる。
具体的に詳述すると、まず、樹脂部材３ａの貫通孔ｈに金属部材２ａの本体部２１ａを挿通させて（図１参照）、金属部材２ａの支持部２２ａと樹脂部材３ａの係合部３３ａとを係合させる（図２参照）。そして、樹脂部材３ａの上方に配置されたスリーブ５１の加熱手段によってスリーブ５１を加熱させ、昇降手段によってスリーブ５１を樹脂部材３ａに向けて下降させる。スリーブ５１の開口端５１ａが樹脂部材３ａの膨出部３１ａを押圧すると、膨出部３１ａの傾斜面３２ａにより金属部材２ａに向かう方向の押圧力が大きくなり、樹脂部材３ａは、金属部材２ａに向けて押圧される。従って、押圧が掛かる方向を効果的に変えるために、傾斜角θ１は、１００°〜１７０°とすることが好ましい。
ここで、樹脂部材３ａには係合部３３ａが設けられているので、当該押圧工程によりスリーブ５１で樹脂部材３ａを押圧しても、係合部３３ａと支持部２２ａとを係合させて効果的に押圧させることができる。なお、樹脂部材３ａの位置を固定することができる場合は、樹脂部材３ａに係合部３３ａを設けなくてもよい。
・接合工程
接合工程は、膨出部３１ａを含む接合領域ＢＦ１付近の樹脂部材３ａを溶融するとともに、金属部材２ａの凹状部ｏに樹脂部材３ａを充填して接合する工程である。
接合工程は、膨出部３１ａを含む接合領域ＢＦ１付近の樹脂部材３ａを溶融するとともに、金属部材２ａの凹状部ｏに樹脂部材３ａを充填して接合する工程である。
本実施形態では、スリーブ５１が加熱手段によって加熱されているので、スリーブ５１を樹脂部材３ａに接触させることにより、膨出部３１ａを含む樹脂部材３ａが溶融する。この溶融された樹脂部材３ａが、金属部材２ａの凹状部ｏに充填される。その後、樹脂部材３ａが固化されることにより、樹脂部材３ａが金属部材２ａに接合された接合構造体１を製造できる（図３参照）。
本実施形態では、凹状部ｏの内周面に、内側に突出する突出部ｔが形成されているので、凹状部ｏに樹脂部材３ａが充填されると、突出部ｔによるアンカー効果によって金属部材２ａと樹脂部材３ａとの接合強度を高めることができる（図４Ａ参照）。
以上、説明したとおり、本実施形態に係る接合構造体１の製造方法によれば、金属部材２ａと樹脂部材３ａとを複数の接合面で接合する場合でも、押圧工程によって、樹脂部材３ａの膨出部を押圧させて、接合工程によって、樹脂部材３ａと金属部材２ａとを接合させることができるので、金属部材２ａと樹脂部材３ａとの接合に接合ばらつきを抑制することができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図である。なお、本実施形態は、接合構造体の製造方法における押圧工程において、押圧接合装置５２を用いる点が異なるので、以下、その相違点に関連する事項について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の第２実施形態について図５を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図である。なお、本実施形態は、接合構造体の製造方法における押圧工程において、押圧接合装置５２を用いる点が異なるので、以下、その相違点に関連する事項について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第２実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体は、金属部材２ｂの外側面と樹脂部材３ｂとが接合された複数の接合領域ＢＦ２を有する。
まず、本発明の第２実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体は、金属部材２ｂの外側面と樹脂部材３ｂとが接合された複数の接合領域ＢＦ２を有する。
金属部材２ｂの接合領域ＢＦ２は、前述の第１実施形態と比較して広く設計されており、これに伴って、凹状部ｏの数も第１実施形態よりも多く形成されている。
樹脂部材３ｂの膨出部３１ｂは、前述の第１実施形態よりもさらに膨出されている。これにより、樹脂部材３ｂにおける膨出部３１ｂの傾斜面３２ｂの面積は、第１実施形態よりもさらに広く設計されている。
この傾斜面３２ｂは、後述する接合構造体の製造方法における押圧工程を行うために、傾斜角θ２を９０°〜１７０°とすることが好ましい。
−接合構造体の製造方法−
次に、本実施形態に係る接合構造体の製造方法について説明する。本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
次に、本実施形態に係る接合構造体の製造方法について説明する。本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
・押圧工程
押圧工程は、押圧接合装置５２を用いて金属部材２ｂに樹脂部材３ｂを接合領域ＢＦ２で接触させる工程である（図５参照）。
押圧工程は、押圧接合装置５２を用いて金属部材２ｂに樹脂部材３ｂを接合領域ＢＦ２で接触させる工程である（図５参照）。
押圧接合装置５２は、直方体形状の金属部材２ｂを４方向から挟むように配置されており、水平方向（図５の白抜き矢印方向）に移動させて、膨出部３１ｂを金属部材２ｂに向けて押圧させる押圧手段と、樹脂部材３ｂを加熱溶融させるための加熱手段と、が備えられている。押圧手段としては、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式等が挙げられる。また、押圧接合装置５２における樹脂部材３ｂと接触させる接触面５２ａは、樹脂部材３ｂの膨出部３１ｂの傾斜面３２ｂに対応して傾斜されている。
本実施形態の押圧工程では、上述した押圧接合装置５２を用いて金属部材２ｂに樹脂部材３ｂを接合領域ＢＦ２で接触させる。
具体的に詳述すると、まず、樹脂部材３ｂの貫通孔ｈに金属部材２ｂの本体部２１ｂを挿通させ、金属部材２ｂの支持部２２ｂと樹脂部材３ｂの係合部３３ｂとを係合させる。次に、押圧接合装置５２の加熱手段によって押圧接合装置５２を加熱させるとともに、押圧接合装置５２をそれぞれ、金属部材２ｂに向けて水平方向に移動させて、樹脂部材３ｂの膨出部３１ｂを押圧する。押圧接合装置５２が樹脂部材３ｂの膨出部３１ｂを押圧することにより、樹脂部材３ｂが、金属部材２ｂに向けて押圧される。
ここで、仮に、膨出部３１ｂの傾斜角θ２を９０°よりも小さい角度とした場合は、後述する接合工程において、溶融された樹脂部材３ｂが押圧接合装置５２の接触面５２ａに沿って押圧接合装置５２の外方に流出されることとなる。従って、膨出部３１ｂの傾斜面３２ｂの傾斜角θ２は、９０°〜１７０°とすることが好ましい。
・接合工程
接合工程は、膨出部３１ｂを含む接合領域ＢＦ２付近の樹脂部材３ｂを溶融するとともに、金属部材２ｂの凹状部ｏに樹脂部材３ｂを充填して接合する工程である。
接合工程は、膨出部３１ｂを含む接合領域ＢＦ２付近の樹脂部材３ｂを溶融するとともに、金属部材２ｂの凹状部ｏに樹脂部材３ｂを充填して接合する工程である。
本実施形態では、押圧接合装置５２が加熱手段によって加熱されているので、押圧接合装置５２を樹脂部材３ｂに接触させることにより、膨出部３１ｂを含む樹脂部材３ｂが溶融する。この溶融された樹脂部材３ｂが、金属部材２ｂの凹状部ｏに充填される。その後、樹脂部材３ｂが固化されることにより、樹脂部材３ｂが金属部材２ｂに接合された接合構造体を製造できる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図である。なお、本実施形態は、接合構造体の製造方法における押圧工程において、押当装置５３及び加熱装置５４を用いる点が異なるので、以下、その相違点に関連する事項について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の第３実施形態について図６を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図である。なお、本実施形態は、接合構造体の製造方法における押圧工程において、押当装置５３及び加熱装置５４を用いる点が異なるので、以下、その相違点に関連する事項について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第３実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体１は、傾斜面３２ｃの傾斜角θ３を除いて、第１実施形態又は第２実施形態の接合構造体１の構造と同様である。なお、傾斜面３２ｃは、後述する押圧工程において樹脂部材３ｃが金属部材２ｃを押圧することが可能であれば、傾斜角θ３は何度でもよい。
まず、本発明の第３実施形態の接合構造体について説明する。本実施形態の接合構造体１は、傾斜面３２ｃの傾斜角θ３を除いて、第１実施形態又は第２実施形態の接合構造体１の構造と同様である。なお、傾斜面３２ｃは、後述する押圧工程において樹脂部材３ｃが金属部材２ｃを押圧することが可能であれば、傾斜角θ３は何度でもよい。
−接合構造体の製造方法−
次に、本実施形態に係る接合構造体の製造方法について説明する。本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
次に、本実施形態に係る接合構造体の製造方法について説明する。本実施形態に係る接合構造体の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
・押圧工程
押圧工程は、押当装置５３を用いて金属部材２ｃに樹脂部材３ｃを接合領域ＢＦ３で接触させる工程である（図６参照）。
押圧工程は、押当装置５３を用いて金属部材２ｃに樹脂部材３ｃを接合領域ＢＦ３で接触させる工程である（図６参照）。
押当装置５３は、直方体形状の金属部材２ｃを４方向から挟むように配置されており、水平方向（図６の白抜き矢印方向）に移動させて、膨出部３１ｃを金属部材２ｃに向けて押圧させる押圧手段が備えられている。押圧手段としては、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式等が挙げられる。また、押当装置５３における樹脂部材３ｃと接触させる接触面５３ａは、樹脂部材３ｃの膨出部３１ｃの傾斜面３２ｃに対応して傾斜されている。なお、押当装置５３の押圧手段は、樹脂部材３ｃの表面と垂直の方向に下降させて、膨出部３１ｃの傾斜面３２ｃを金属部材２ｃに向けて押圧させてもよい。
本実施形態の押圧工程では、上述した押当装置５３を用いて金属部材２ｃに樹脂部材３ｃを接合領域ＢＦ３で接触する。
具体的に詳述すると、まず、樹脂部材３ｃの貫通孔ｈに金属部材２ｃの本体部２１ｃを挿通させ、金属部材２ｃの支持部２２ｃと樹脂部材３ｃの係合部３３ｃとを係合させる。そして、対向配置された押当装置５３をそれぞれ、水平方向に移動させて、樹脂部材３ｃの膨出部３１ｃを金属部材２ｃに向けて押圧する。押当装置５３が樹脂部材３ｃの膨出部３１ｃを押圧すると、樹脂部材３ｃは、金属部材２ｃに向けて押圧される。
・接合工程
接合工程は、加熱装置５４を用いて金属部材２ｃと樹脂部材３ｃとを接合する工程である。
接合工程は、加熱装置５４を用いて金属部材２ｃと樹脂部材３ｃとを接合する工程である。
加熱装置５４は、金属部材２ｃのみを加熱可能な装置であり、本実施形態では、金属部材２ｃの周囲に、金属部材２ｃを高周波誘導加熱が可能な誘導コイルが配置されている。なお、金属部材２ｃを加熱可能な装置は、この例に限定されるものではない。
本実施形態の接合工程では、上述した加熱装置５４を用いて金属部材２ｃと樹脂部材３ｃとを接合させる。
具体的に詳述すると、まず、加熱装置５４の誘導コイルに電流を流して、加熱装置５４によって金属部材２ｃを加熱する。金属部材２ｃの加熱により、押圧工程によって金属部材２ｃと接触されている位置の樹脂部材３ｃが加熱されて、膨出部３１ｃを含む樹脂部材３ｃが溶融する。この溶融された樹脂部材３ｃが、金属部材２ｃの凹状部ｏに充填される。その後、樹脂部材３ｃが固化されることにより、樹脂部材３ｃが金属部材２ｃに接合された接合構造体を製造できる（図６参照）。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について図７〜１０Ｂを参照しながら説明する。図７は、第４実施形態の接合構造体の接合前の斜視図、図８は、第４実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図、図９は、第４実施形態の接合構造体の模式図、図１０Ａは、第４実施形態の接合構造体の要部断面図、図１０Ｂは、第４実施形態の変形例の接合構造体の要部断面図である。なお、以下の本実施形態の説明では、前述の実施形態との相違点について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
本発明の第４実施形態について図７〜１０Ｂを参照しながら説明する。図７は、第４実施形態の接合構造体の接合前の斜視図、図８は、第４実施形態の接合構造体の製造方法を説明する説明図、図９は、第４実施形態の接合構造体の模式図、図１０Ａは、第４実施形態の接合構造体の要部断面図、図１０Ｂは、第４実施形態の変形例の接合構造体の要部断面図である。なお、以下の本実施形態の説明では、前述の実施形態との相違点について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
−接合構造体の構成−
まず、本発明の第４実施形態の接合構造体１について説明する。本実施形態の接合構造体１は、金属部材２ｄの外側面と樹脂部材３ｄとが接合された複数の接合領域ＢＦ４を有する（図７参照）。
まず、本発明の第４実施形態の接合構造体１について説明する。本実施形態の接合構造体１は、金属部材２ｄの外側面と樹脂部材３ｄとが接合された複数の接合領域ＢＦ４を有する（図７参照）。
本実施形態の金属部材２ｄは、直方体形状であり、本体部２１ｄと、後述する押圧工程時に樹脂部材３ａを支持する支持部２２ａと、本体部２１ｄと支持部２２ｄとを結ぶ接続部２３とが備えられている。なお、金属部材２ｄの形状は、例えば、円柱形状であってもよい。
接合領域ＢＦ４には、金属部材２ｄの表面に開口を有する凹状部ｏが形成されている。凹状部ｏは、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、金属部材２ｄの表面に複数形成されている。
本実施形態の凹状部ｏには、内側に突出する突出部ｔが形成されている（例えば、図１０Ａ参照）が、凹状部ｏに突出部ｔが形成されていなくてもよい（例えば、図１０Ｂ参照）。
樹脂部材３ｄには、金属部材２ｄが挿入される貫通孔ｈ、貫通孔ｈに金属部材２ｄが挿通されたときに金属部材２ｄの支持部２２ｄと係合する係合部３３ｄが設けられている（図８参照）。さらに、貫通孔ｈの周囲４辺にはそれぞれ、樹脂部材３ｄの表面から膨出され、断面視円弧形状の膨出部３１ｄが形成されている（図７及び図８参照）。
−接合構造体の製造方法−
次に、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。本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
次に、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。本実施形態に係る接合構造体１の製造方法は、凹状部形成工程と、押圧工程と、接合工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
・凹状部形成工程
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
凹状部形成工程は、第１実施形態で説明したとおりであるので、説明を省略する。
・押圧工程
押圧工程は、押当装置５６を用いて金属部材２ｄに樹脂部材３ｄを接合領域ＢＦ４で接触させる工程である（図８参照）。
押圧工程は、押当装置５６を用いて金属部材２ｄに樹脂部材３ｄを接合領域ＢＦ４で接触させる工程である（図８参照）。
押当装置５６には、樹脂部材３ｄの上方から樹脂部材３ｄを垂直方向に押圧する押圧手段が備えられている。押圧手段としては、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式等が挙げられる。
本実施形態の押圧工程では、上述した押当装置５６を用いて金属部材２ｄに樹脂部材３ｄを接合領域ＢＦ４で接触させる。
具体的に詳述すると、まず、樹脂部材３ｄの貫通孔ｈに金属部材２ｄの本体部２１ｄを挿通させ（図７参照）、金属部材２ｄの支持部２２ｄと樹脂部材３ｄの係合部３３ｄとを係合させる（図８参照）。そして、押当装置５６を樹脂部材３ｄに向けて垂直方向に下降させて、樹脂部材３ｄを金属部材２ｄに向けて押圧する。
・接合工程
接合工程は、レーザ加熱装置５５を用いて金属部材２ｄと樹脂部材３ｄとを接合する工程である。
接合工程は、レーザ加熱装置５５を用いて金属部材２ｄと樹脂部材３ｄとを接合する工程である。
レーザ加熱装置５５は、樹脂部材３ｄを溶融させることができる装置であり、例えばファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザである。
本実施形態の接合工程では、上述したレーザ加熱装置５５を用いて金属部材２ｄと樹脂部材３ｄとを接合させる（図８参照）。
具体的に詳述すると、レーザ加熱装置５５からのレーザを樹脂部材３ｄの膨出部３１ｄに向けて照射することにより、膨出部３１ｄを含む樹脂部材３ｄが溶融する。この溶融された樹脂部材３ｄが、金属部材２ｄの凹状部ｏに充填される。その後、樹脂部材３ｄが固化されることにより、樹脂部材３ｄが金属部材２ｄに接合された接合構造体１を製造できる（図９参照）。
本実施形態では、レーザ加熱装置５５からのレーザを膨出部３１ｄに向けて精度よく局所的に照射することができるので、不必要に樹脂部材３ｄを溶融させることを抑制することができる。また、膨出部３１ｄは、樹脂部材３ｄにおいて厚みが比較的に厚いので、溶融体積を稼ぐことができる。
なお、上記に示した本発明の実施形態はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
１ 接合構造体
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 金属部材
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 本体部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 支持部
２３ 接続部
ｏ 凹状部
ｔ 突出部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 樹脂部材
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 膨出部
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 傾斜面
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 係合部
ｈ 貫通孔
ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４ 接合領域
５１ スリーブ
５１ａ 開口端
５２ 押圧接合装置
５２ａ、５３ａ 接触面
５４ 加熱装置
５３、５６ 押当装置
５３ａ 接触面
５５ レーザ加熱装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 金属部材
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 本体部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 支持部
２３ 接続部
ｏ 凹状部
ｔ 突出部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 樹脂部材
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 膨出部
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 傾斜面
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 係合部
ｈ 貫通孔
ＢＦ１、ＢＦ２、ＢＦ３、ＢＦ４ 接合領域
５１ スリーブ
５１ａ 開口端
５２ 押圧接合装置
５２ａ、５３ａ 接触面
５４ 加熱装置
５３、５６ 押当装置
５３ａ 接触面
５５ レーザ加熱装置
Claims (9)
- 金属部材の外側面と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、
前記金属部材における前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、
前記金属部材の外側面を取り囲むように前記樹脂部材の表面から膨出された膨出部を押圧させることによって前記金属部材に前記樹脂部材を前記接合領域で接触させる押圧工程と、
前記膨出部を含む樹脂部材を溶融するとともに、前記金属部材の凹状部に前記樹脂部材を充填して接合する接合工程と、を備えたこと
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記膨出部は、前記樹脂部材の押圧方向に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記押圧工程では、前記樹脂部材の表面に対して垂直方向に前記膨出部の傾斜面を押圧することによって、前記金属部材と前記樹脂部材とを接触させ、
前記接合工程における前記樹脂部材の溶融は、前記樹脂部材が前記金属部材を押圧する際に行われること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記膨出部は、前記樹脂部材の押圧方向に対して傾斜する傾斜面を有し、
前記押圧工程では、前記樹脂部材の表面に対して水平方向に前記膨出部の傾斜面を押圧することによって、前記金属部材と前記樹脂部材とを接触させ、
前記接合工程における前記樹脂部材の溶融は、前記樹脂部材が前記金属部材を押圧する際に行われること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記接合工程では、前記金属部材を加熱することによって、前記金属部材と接触される前記樹脂部材の膨出部を溶融すること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 金属部材の外側面と樹脂部材とが接合された接合領域を有する接合構造体の製造方法であって、
前記金属部材における前記接合領域に、開口を有する凹状部を形成する凹状部形成工程と、
前記金属部材の外周面を取り囲む前記樹脂部材を、前記金属部材側に向けて押圧する押圧工程と、
前記金属部材の外側面を取り囲むとともに前記樹脂部材の表面から膨出された膨出部にレーザを照射して前記膨出部を含む樹脂部材を溶融するとともに、前記金属部材の凹状部に前記膨出部を含む樹脂部材を充填して接合する接合工程と、を備えたこと
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記凹状部形成工程では、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によって前記凹状部を形成すること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記樹脂部材には貫通孔が設けられており、
前記貫通孔の周囲に前記膨出部が形成されるとともに、該貫通孔に前記金属部材が挿通されること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１〜７のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記金属部材には、前記押圧工程時に前記樹脂部材を支持する支持部が備えられ、
前記樹脂部材には、前記支持部と係合する係合部が備えられ、
前記押圧工程における押圧時に、前記支持部と前記係合部とが係合されること
を特徴とする接合構造体の製造方法。 - 請求項１〜８のいずれか１項に記載された接合構造体の製造方法であって、
前記押圧工程における押圧は、プレス方式、圧縮エア方式、加重方式、及び、メカニカル方式のいずれかによって行われること
を特徴とする接合構造体の製造方法。
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| JP2015028879A JP6424665B2 (ja) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | 接合構造体の製造方法 |
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| JP2015028879A JP6424665B2 (ja) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | 接合構造体の製造方法 |
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