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WO2016027775A1 - 接合構造体および接合構造体の製造方法 - Google Patents

接合構造体および接合構造体の製造方法 Download PDF

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WO2016027775A1
WO2016027775A1 PCT/JP2015/073040 JP2015073040W WO2016027775A1 WO 2016027775 A1 WO2016027775 A1 WO 2016027775A1 JP 2015073040 W JP2015073040 W JP 2015073040W WO 2016027775 A1 WO2016027775 A1 WO 2016027775A1
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WO
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perforated
laser
structure according
joined
bonded structure
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/073040
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English (en)
French (fr)
Inventor
和義 西川
彰朗 角谷
聡 廣野
博田　知之
裕滋 上松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2016544197A priority patent/JPWO2016027775A1/ja
Priority to KR1020177003223A priority patent/KR20170029559A/ko
Priority to US15/504,160 priority patent/US10449698B2/en
Priority to EP15833480.5A priority patent/EP3184295B1/en
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    • B32B2310/0806—Treatment by energy or chemical effects by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B32B2310/0843—Treatment by energy or chemical effects by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using laser

Definitions

  • the enlarged diameter portion protrudes inward in the perforated portion, so that the enlarged diameter portion and the second member filled in the perforated portion are engaged in the peeling direction, thereby
  • the joint strength can be improved. Thereby, it is possible to improve the bonding strength in the peeling direction in addition to the shearing direction.
  • the opening diameter of the surface of the perforated part may be 30 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the perforated portion may be formed so that the axis is inclined with respect to the surface.
  • the enlarged diameter portion protrudes inward in the perforated portion, so that the enlarged diameter portion and the second member filled in the perforated portion are engaged in the peeling direction, thereby
  • the joint strength can be improved. Thereby, it is possible to improve the bonding strength in the peeling direction in addition to the shearing direction.
  • the first member is a metal
  • the second member is a thermoplastic resin or a thermosetting resin
  • the first member is formed in the perforated portion of the first member under an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere.
  • Two members may be filled and solidified.
  • the reduced-pressure atmosphere includes a case where a reduced-pressure atmosphere is formed from the atmosphere and a case where a reduced-pressure atmosphere is formed after introducing an inert gas.
  • FIG. 10 is a view for explaining a manufacturing method of a bonded structure according to a third embodiment of the present invention, and when forming a perforated portion in the first member, the first member is arranged in the chamber and the chamber is not used. It is the schematic which showed the example made into active gas atmosphere.
  • the metal examples include iron metal, stainless steel metal, copper metal, aluminum metal, magnesium metal, and alloys thereof.
  • a metal molding may be sufficient and zinc die-casting, aluminum die-casting, powder metallurgy, etc. may be sufficient.
  • thermoplastic resin examples include PVC (polyvinyl chloride), PS (polystyrene), AS (acrylonitrile styrene), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PMMA (polymethyl methacrylate), PE (polyethylene), PP (Polypropylene), PC (polycarbonate), m-PPE (modified polyphenylene ether), PA6 (polyamide 6), PA66 (polyamide 66), POM (polyacetal), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PSF ( Polysulfone), PAR (polyarylate), PEI (polyetherimide), PPS (polyphenylene sulfide), PES (polyethersulfone), PEEK (polyetheretherketone), P I (polyamideimide), LCP (liquid crystal polymer), PVDC (polyvinylidene chloride), PTFE (polyteth
  • the perforated part 11 is a substantially circular non-through hole when seen in a plan view, and a plurality of perforated parts 11 are formed on the surface 13 of the first member 10.
  • the opening diameter R1 of the surface 13 of the perforated part 11 is preferably 30 ⁇ m to 100 ⁇ m. This is because when the opening diameter R1 is less than 30 ⁇ m, the filling property of the second member 20 is deteriorated and the anchor effect may be reduced. On the other hand, if the opening diameter R1 exceeds 100 ⁇ m, the number of the perforated portions 11 per unit area may be reduced, and the anchor effect may be lowered, and the protruding portion 12 is difficult to form.
  • the perforated part 11 of the first embodiment includes an enlarged diameter part 111 whose opening diameter increases from the surface 13 side toward the bottom part 113 in the depth direction (Z direction), and a bottom part from the surface 13 side in the depth direction. It is formed so that the reduced diameter portion 112 whose opening diameter becomes smaller toward 113 is connected.
  • the enlarged diameter portion 111 is formed so as to increase in diameter in a curved shape, and the reduced diameter portion 112 is formed so as to reduce in diameter in a curved shape.
  • the reduced diameter portion 112 is an example of the “first reduced diameter portion” in the present invention.
  • the 2nd member 20 is joined to the surface 13 of the 1st member 10 in which the perforated part 11 was formed.
  • the second member 20 is joined to the first member 10 by, for example, injection molding, hot plate welding, laser welding, cast hardening, ultrasonic welding, or vibration welding. Thereby, the 2nd member 20 is solidified in the state with which the perforated part 11 was filled.
  • the perforated part 11 is formed on the surface 13 of the first member 10, and the protruding part 12 is formed on the inner peripheral surface of the perforated part 11.
  • the perforated part 11 and the protruding part 12 are formed by irradiating a laser in which one pulse is composed of a plurality of sub-pulses.
  • it is formed using the fiber laser marker MX-Z2000 or MX-Z2050 described above.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a first member 10c according to a third modification of the first embodiment.
  • the some protrusion part 121c and 122c may be formed in the punching part 11c. That is, the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion may be formed to be continuous, and a plurality of sets of the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion may be formed in the depth direction.
  • This perforated part 11c can be formed, for example, by changing the laser output condition and irradiating the same part with the laser.
  • protrusion part 121c and 122c there are two protruding portions 121c and 122c, but three or more protruding portions may be formed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a first member 10d according to a fourth modification of the first embodiment.
  • one perforated part 11d may be formed by multiple times of laser irradiation whose positions are shifted. That is, one perforated part 11d may be formed by overlapping a part of the perforated part formed by laser irradiation.
  • a protruding portion 12d protruding inward is formed on the inner peripheral surface of the perforated portion 11d.
  • Example 1 In Experimental Example 1, a bonded structure 500 (see FIG. 8) according to Example 1 corresponding to the first embodiment and a bonded structure according to Comparative Example 1 were produced, and bonding evaluation was performed on each. In addition, as joint evaluation, while joining strength was measured about the thing which has not performed the thermal shock test, joining strength was measured about the thing after a thermal shock test, and the pass / fail determination was performed based on the measurement result. The results are shown in Table 1.
  • the first member 501 is formed in a plate shape, has a length of 100 mm, a width of 29 mm, and a thickness of 3 mm.
  • a perforated part is formed in the predetermined region R on the surface of the first member 501, and a protruding part is formed on the surface side of the perforated part. Is formed. That is, as shown in Table 1, a perforated portion having a larger opening diameter R2 (see FIG. 1) at the boundary portion between the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion than the surface opening diameter R1 (see FIG. 1) is obtained. I was able to.
  • the 2nd member 502 was joined to the surface of the 1st member 501 by insert molding.
  • PBT Japanese trademark
  • J35EL3 made from Japan Steel Works was used for the molding machine. The molding conditions are as follows.
  • the second member 502 is formed in a plate shape, has a length of 100 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 3 mm.
  • the same material as that of Example 1 was used as the material for the first member and the second member, and the molding conditions were set to be the same.
  • the perforated part was formed using the fiber laser without a pulse control function. That is, the perforated portion was formed by irradiating a laser in which one pulse is not composed of a plurality of subpulses. For this reason, a mortar-shaped (conical) perforated portion was formed in the first member of Comparative Example 1. That is, as shown in Table 1, the first member of Comparative Example 1 is not formed with a protruding portion that protrudes inward from the inner peripheral surface, and has a shape corresponding to the opening diameter R2 of Example 1. Not.
  • the bonding strength was measured using an electromechanical universal testing machine 5900 manufactured by Instron. Specifically, the shear direction is tested at a tensile rate of 5 mm / min, and the peel direction (vertical direction) is tested at a push-in speed of 2 mm / min in a three-point bending test method to break or bond the second member. The test was terminated when the interface broke. And the maximum intensity
  • thermal shock test was performed using a thermal shock apparatus TSD-100 manufactured by Espec. Specifically, low temperature exposure at ⁇ 40 ° C. for 30 minutes and high temperature exposure at 85 ° C. for 30 minutes were repeated 100 times.
  • the bonding strength before the thermal shock test can be maintained at 90% or more even after the thermal shock test.
  • the joint strength is greatly reduced after the thermal shock test. Therefore, as in the bonded structure 500 of Example 1, the projecting portion was formed on the inner peripheral surface of the perforated portion, thereby improving the durability under the heat cycle environment.
  • Example 2 In Experimental Example 2, a bonded structure according to Example 2 corresponding to the first embodiment and a bonded structure according to Comparative Example 2 were produced, and bonding evaluation was performed on each. The bonding evaluation was performed in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 2.
  • Experimental Example 2 the material of the first member and the laser irradiation conditions were changed from Experimental Example 1. Specifically, in the joint structure of Example 2, PPS (Fortron (registered trademark) 1140 made of Polyplastics) was used as the material of the first member.
  • the laser irradiation conditions were as follows.
  • the joined structure 200 is obtained by joining the first member 30 and the second member 20 made of different materials.
  • a perforated part 31 having an opening is formed on the surface 33 of the first member 30, and a projecting part 32 projecting inward is formed on the inner peripheral surface of the perforated part 31.
  • the perforated portion 31 of the first member 30 is filled with the second member 20 and solidified.
  • the diameter-reduced part 311, diameter-expanded part 312 and diameter-reduced part 313 are arrange
  • the reduced diameter portion 311 is disposed closer to the surface 33 than the expanded diameter portion 312.
  • the opening diameter (inner diameter) R4 of the boundary part between the reduced diameter part 311 and the enlarged diameter part 312 is the opening diameter R3 of the surface 33 and the enlarged diameter part 312 and the reduced diameter part 313. It is smaller than the opening diameter R5 of the boundary portion. That is, the reduced diameter portion 311 and the enlarged diameter portion 312 in the depth direction of the perforated portion 31 are formed as the protruding portions 32.
  • the protruding portion 32 is formed by the reduced diameter portion 311 and the enlarged diameter portion 312. Thereby, it arrange
  • the protrusion 32 is formed over the entire length in the circumferential direction, and is formed in an annular shape.
  • the other configuration of the first member 30 is the same as that of the first member 10 described above.
  • the protruding portion 32 (the enlarged diameter portion 312) protruding inward on the inner peripheral surface of the perforated portion 31, the protruding portion 32 and the second member 20 filled in the perforated portion 31 are separated in the peeling direction.
  • Z direction By being engaged in (Z direction), it is possible to improve the bonding strength in the peeling direction.
  • the bonding strength in the peeling direction in addition to the shearing direction.
  • joining strength can be maintained. That is, it is possible to improve durability under a heat cycle environment.
  • the perforated part 31 is formed on the surface 33 of the first member 30, and the protruding part 32 is formed on the inner peripheral surface of the perforated part 31.
  • the perforated part 31 and the protruding part 32 are formed by irradiating a laser in which one pulse is composed of a plurality of sub-pulses.
  • it is formed using the fiber laser marker MX-Z2000 or MX-Z2050 described above.
  • the protruding portion 32 is disposed at a position where it enters the bottom portion 314 side. Such a difference may be caused by, for example, the material of the first member 30 or laser irradiation conditions. Due to such differences.
  • the second member 20 is filled in the perforated part 31 of the first member 30, and the second member 20 is solidified. Thereby, the 1st member 30 and the 2nd member 20 are joined, and joined structure 200 (refer to Drawing 9) is formed.
  • the second member 20 is joined by, for example, injection molding, hot plate welding, laser welding, cast hardening, ultrasonic welding, or vibration welding.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a first member 30a according to a first modification of the second embodiment.
  • a raised portion 34 that protrudes upward from the surface 33 may be formed around the opening of the perforated portion 31.
  • the raised portion 34 is formed so as to surround the perforated portion 31 and is formed in a substantially circular shape when seen in a plan view.
  • the raised portion 34 is formed, for example, by depositing the melted first member 30a when a laser including one pulse composed of a plurality of sub-pulses is irradiated. If comprised in this way, since the anchor effect will generate
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a first member 30b according to a second modification of the second embodiment.
  • the axial center of the perforated part 31 b may be formed to be inclined with respect to the surface 33.
  • a projecting portion 32b projecting inward is formed on the inner peripheral surface of the perforated portion 31b.
  • the perforated part 31b is formed, for example, by making the laser irradiation direction oblique to the surface 33 (45 ° or more and less than 90 °). Thereby, even if the obstacle at the time of irradiating a laser exists above the area
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a first member 30c according to a third modification of the second embodiment.
  • a plurality of protruding portions 321c and 322c may be formed in the perforated portion 31c. That is, the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion may be formed to be continuous, and a plurality of sets of the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion may be formed in the depth direction.
  • This perforated part 31c can be formed, for example, by changing the laser output conditions and irradiating the same part with the laser. If comprised in this way, while the surface area of the perforated part 31c becomes large and the some protrusion part 321c and 322c are formed, joining strength can be improved more.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing a first member 30d according to a fourth modification of the second embodiment.
  • one perforated part 31d may be formed by multiple times of laser irradiation whose positions are shifted. That is, one perforated part 31d may be formed by overlapping a part of the perforated part formed by laser irradiation.
  • a projecting portion 32d projecting inward is formed on the inner peripheral surface of the perforated portion 31d.
  • Experimental Example 3 the material of the first member and the laser irradiation conditions were changed from Experimental Example 1. Specifically, in the joint structure of Example 3, SUS304 was used as the material for the first member.
  • the laser irradiation conditions were as follows.
  • a laser beam composed of a plurality of sub-pulses per pulse forms a perforated portion on the surface of the first member, and a position that enters from the surface of the perforated portion.
  • a protrusion is formed on the surface. That is, as shown in Table 3, the opening diameter R4 (see FIG. 9) is smaller than the opening diameter R3 (see FIG. 9) and the opening diameter R5 (see FIG. 9) on the surface.
  • the first member of Comparative Example 3 is formed with a mortar-shaped (conical) perforated portion, and the shape corresponding to the opening diameters R4 and R5 of Example 3 is not formed.
  • Example 3 As shown in Table 3 above, before the thermal shock test, the bonded structure of Example 3 had higher bonding strength in the shear direction and the peeling direction than the bonded structure of Comparative Example 3. Furthermore, it was found that the joint structure of Example 3 can maintain the joint strength before the thermal shock test at 90% or more even after the thermal shock test. That is, it has been found that the same result as in Experimental Example 1 can be obtained in Experimental Example 3. In other words, even when the protruding portion is disposed at a position where it enters the bottom side, it is possible to improve the bonding strength and improve the durability in a thermal cycle environment.
  • the laser irradiation interval in each joint structure is changed by changing the scanning speed while the frequency is constant (10 kHz).
  • the laser irradiation interval is the interval between the perforations (center-to-center distance).
  • the laser irradiation interval is short.
  • the perforated part was overlapped to form a groove.
  • the perforated part interval of Example 3-1 is 54 ⁇ m
  • the perforated part interval of Example 3-2 is 65 ⁇ m
  • the perforated part interval of Example 3-3 is 200 ⁇ m.
  • the interval between the perforations was 250 ⁇ m.
  • the laser irradiation conditions common to each bonded structure are as follows.
  • the opening diameter R3 of the surface of the perforated portion in each joint structure is changed by changing the laser irradiation conditions.
  • Reference Example 3-4 a mortar-shaped perforated portion is formed. As shown in Table 5, the opening diameter R3 of Example 3-4 was 30 ⁇ m, the opening diameter R3 of Example 3-5 was 58 ⁇ m, and the opening diameter R3 of Example 3-6 was 100 ⁇ m. On the other hand, the opening diameter R3 of Reference Example 3-3 was 28 ⁇ m, and the opening diameter R3 of Reference Example 3-4 was 120 ⁇ m. Further, the laser irradiation conditions common to each bonded structure are as follows.
  • the joint strength before the thermal shock test could be maintained at 90% or more even after the thermal shock test.
  • the bonding strength retention after the thermal shock test was lower than 90%. Therefore, the opening diameter R3 on the surface of the perforated part is preferably 30 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the joint strength itself is low. Durability under a heat cycle environment can be ensured.
  • Example 3-3 the depth of the perforated portion in each joint structure is changed by changing the laser irradiation condition.
  • Reference Example 3-5 a mortar-shaped perforated portion is formed. As shown in Table 6, the depth of Example 3-7 was 30 ⁇ m, the depth of Example 3-8 was 60 ⁇ m, and the depth of Example 3-9 was 300 ⁇ m. On the other hand, the depth of Reference Example 3-5 was 24 ⁇ m, and the depth of Reference Example 3-6 was 340 ⁇ m.
  • the laser irradiation conditions common to each bonded structure are as follows.
  • the depth of the perforated part 11 is preferably 30 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the first member is a metal
  • the second member is a thermoplastic resin or a thermosetting resin that is transmissive to the laser.
  • the other structure of the joining structure body of 3rd Embodiment is the same as that of 1st or 2nd embodiment mentioned above.
  • the step of forming the perforated portion on the surface of the first member by irradiating the surface of the first member made of metal with the laser is performed in an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. If comprised in this way, since formation of the excessive oxide film in the 1st member surface by laser irradiation can be suppressed, durability in a heat cycle environment can be improved more.
  • the injection nozzle 51 is not directed toward the perforated part forming region Ra.
  • the active gas G By injecting the active gas G, a perforated portion (not shown) is formed in the first member 40 under an inert gas atmosphere.
  • the inert gas G include nitrogen gas, carbon dioxide gas (carbon dioxide gas), argon gas, and helium gas. Note that the injection amount of the inert gas G is, for example, 2 L / min.
  • the temperature of the inert gas G injected from the injection nozzle 51 may be adjustable. This is because if the injection amount of the inert gas G is large (for example, 50 L / min), the surface of the first member 40 may be cooled and the processing characteristics of the laser L1 may be deteriorated. This is because by adjusting the temperature, it is possible to suppress the deterioration of the processing characteristics when the injection amount is large.
  • the metal first member 40 is disposed in the chamber 52, the inside of the chamber 52 is set to an inert gas atmosphere, and the laser marker head is formed in the perforated portion forming region Ra of the first member 40.
  • the laser L1 may be irradiated from 50.
  • the chamber 52 is a transparent acrylic sealed container, for example, and is provided with an inert gas inlet (not shown) and an outlet (not shown). In this case, since the inert gas is not sprayed on the surface of the first member 40, the processing characteristics are not deteriorated due to cooling.
  • the metal first member 40 and the laser marker head 50 are arranged in a chamber 53, and the inside of the chamber 53 is evacuated by a vacuum pump 54 so that the perforated portion of the first member 40 is formed.
  • the formation region Ra may be irradiated with the laser L1 from the head 50.
  • the decompression condition is, for example, 500 mm / Hg (666.6 hPa) or less.
  • a reduced pressure atmosphere may be formed from the atmosphere, or a reduced pressure atmosphere may be formed after the chamber 53 is filled with an inert gas. When the pressure is reduced after filling with an inert gas, the oxidation of the first member 40 can be further suppressed.
  • the chamber 53 is a sealed container having pressure resistance, for example.
  • the laser L1 is composed of a plurality of subpulses, and is irradiated using, for example, the fiber laser marker MX-Z2000 or MX-Z2050 described above. For this reason, as in the first and second embodiments, a perforated portion is formed in the first member 40, and a protruding portion (not shown) is formed on the inner peripheral surface of the perforated portion.
  • the first member and the second member are bonded together by stacking the first member and the second member and irradiating the laser from the second member side toward the surface of the first member.
  • the step of performing is performed under an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. If comprised in this way, since formation of the excessive oxide film in the 1st member surface by laser irradiation can be suppressed, durability in a heat cycle environment can be improved more.
  • the bonding laser L2 is, for example, a semiconductor laser. Further, instead of injecting the inert gas G to the contact interface F between the first member 40 and the second member 41, the first member 40 and the second member 41 in a chamber under an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere May be joined by a laser L2.
  • an inert gas atmosphere or a reduced-pressure atmosphere may be used both when the perforated part is formed and when the first member and the second member are joined.
  • Either an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere may be used when either the first member or the second member is joined.
  • the first member has a higher temperature when the perforated part is formed than when the first member and the second member are joined. For this reason, when the perforated part is formed, the effect of suppressing the oxide film due to the inert gas atmosphere or the reduced pressure atmosphere is greater than when the first member and the second member are joined.
  • Example 4 a bonded structure according to the reference example and the bonded structures according to Examples 4 to 11 were produced, and the thermal shock test resistance of them was measured. The results are shown in Table 7.
  • the joined structures of Examples 4 to 11 correspond to the third embodiment, whereas the joined structures of the reference examples do not correspond to the third embodiment.
  • Examples 4 to 11 and the reference example correspond to the first or second embodiment.
  • a perforated portion is formed in the first member, and an inner peripheral surface of the perforated portion. A protrusion is formed on the surface.
  • tough pitch copper (C1100) was used as the material of the first member.
  • the first member is formed in a plate shape, has a length of 100 mm, a width of 29 mm, and a thickness of 0.5 mm.
  • a processing laser is irradiated to a predetermined region on the surface of the first member.
  • the predetermined area is an area where the bonded structure is bonded, and is 12.5 mm ⁇ 20 mm.
  • this laser irradiation was performed using a fiber laser marker MX-Z2000 manufactured by OMRON.
  • the irradiation conditions of the processing laser are as follows.
  • laser irradiation for processing was performed in an air atmosphere. That is, laser irradiation was performed in a state where inert gas was not sprayed or decompressed.
  • Laser Fiber laser (wavelength 1062nm) Frequency: 10kHz Output: 3.8W Scanning speed: 650mm / sec Number of scans: 40 times Irradiation interval: 65 ⁇ m Number of subpulses: 20
  • a perforated portion is formed in a predetermined region on the surface of the first member, and a protruding portion is formed on the inner peripheral surface of the perforated portion. It is formed.
  • the second member was laminated in a predetermined region of the first member.
  • PMMA Adrylite (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Rayon) was used as the material of the second member.
  • the second member is formed in a plate shape, has a length of 100 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 3 mm.
  • a laser for joining is irradiated from the second member side toward a predetermined region of the first member.
  • the laser irradiation conditions for bonding are as follows.
  • laser irradiation for bonding was performed in an air atmosphere.
  • Laser Semiconductor laser (wavelength 808 nm) Oscillation mode: Continuous oscillation Output: 30W Focal diameter: 4mm Scanning speed: 1mm / sec Contact pressure: 0.6 MPa
  • the first member is heated by the laser irradiation, and the second member is melted by the heat. Then, after the melted second member is filled in the perforated portion, the second member is solidified. Thereby, the 1st member and the 2nd member are joined.
  • Example 4 as shown in Table 7 above, an inert gas was injected toward a predetermined region of the first member when the processing laser was irradiated. Nitrogen gas was used as the inert gas, and the flow rate was 2 L / min. That is, a perforated portion was formed in the first member under an inert gas atmosphere.
  • Nitrogen gas was used as the inert gas, and the flow rate was 2 L / min. That is, a perforated portion was formed in the first member under an inert gas atmosphere.
  • the other points of the fourth embodiment are the same as those of the reference example.
  • Example 5 a processing laser was irradiated in a reduced pressure atmosphere. That is, a perforated part was formed in the first member under a reduced pressure atmosphere.
  • the other points of the fifth embodiment are the same as those of the reference example.
  • Example 6 an inert gas (nitrogen gas) was sprayed toward the contact interface between the first member and the second member when the bonding laser was irradiated. That is, the first member and the second member were joined in an inert gas atmosphere.
  • the other points of the sixth embodiment are the same as those of the reference example.
  • Example 7 a laser for bonding was irradiated under a reduced pressure atmosphere. That is, the first member and the second member were joined in a reduced pressure atmosphere.
  • the remaining points of Example 7 are the same as those of the reference example.
  • Example 8 a perforated portion was formed in the first member under an inert gas atmosphere, and the first member and the second member were joined under an inert gas atmosphere.
  • the remaining points of Example 8 are the same as those of the reference example.
  • Example 9 a perforated portion was formed in the first member under an inert gas atmosphere, and the first member and the second member were joined under a reduced pressure atmosphere.
  • the remaining points of Example 9 are the same as those of the reference example.
  • Example 10 a perforated portion was formed in the first member under a reduced pressure atmosphere, and the first member and the second member were joined under an inert gas atmosphere.
  • the remaining points of Example 10 are the same as those of the reference example.
  • Example 11 a perforated portion was formed in the first member under a reduced pressure atmosphere, and the first member and the second member were joined under a reduced pressure atmosphere.
  • the remaining points of Example 11 are the same as those of the reference example.
  • the durability of the bonded structures of Examples 4 to 11 and the reference example with respect to the thermal shock test was evaluated.
  • This thermal shock test was performed using a thermal shock apparatus TSD-100 manufactured by ESPEC. Specifically, a low temperature exposure at ⁇ 40 ° C. for 30 minutes and a high temperature exposure at 85 ° C. for 30 minutes were taken as one cycle, and the cycle was repeated. And it was confirmed at the time of 100, 250, 500, 750, 1000, and 1500 cycles whether the joining interface peeled in each joining structure.
  • the bonding interface peeled off at the time of 500 cycles, and no peeling occurred until 250 cycles. That is, the reference example was resistant to the thermal shock test for at least 250 cycles.
  • Examples 5 to 7 and 11 were resistant to the thermal shock test for at least 500 cycles. Also, Examples 4, 9 and 10 were resistant to the thermal shock test for at least 750 cycles. In Example 8, the sample was resistant to the thermal shock test for at least 1000 cycles.
  • the resistance to the thermal shock test could be improved as compared with the reference example. This is presumably because the oxide film formed on the surface of the first member could be suppressed by using an inert gas atmosphere or a reduced-pressure atmosphere at least during processing and during bonding.
  • the surface 13 may be flat or curved.
  • the enlarged diameter portion 111 and the reduced diameter portion 112 are formed to be continuous.
  • the present invention is not limited to this, and the depth direction is provided between the enlarged diameter portion and the reduced diameter portion.
  • a straight extending portion may be formed. The same applies to the second embodiment.
  • the present invention is not limited thereto, and the first member and the second member 41 are joined by hot press molding.
  • Two members may be joined.
  • an inert gas may be sprayed from the injection nozzle to the joint interface between the first member and the second member during hot press molding, or in a chamber under an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. You may make it carry out hot press molding.
  • the 1st member and the 2nd member may be joined by insert molding. In this case, after disposing the first member on the mold, the inert gas may be sprayed before the mold is clamped.
  • the second member may not be transparent to the laser.
  • the present invention can be used for a joined structure in which a first member and a second member made of different materials are joined, and a method for manufacturing the joined structure.

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Abstract

　接合構造体は、第１部材と第２部材とが接合された接合構造体であり、第１部材の表面には開口を有する穿孔部が形成されるとともに、第１部材の穿孔部には第２部材が充填されている。そして、穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部とを有し、拡径部が表面側に形成され、第１縮径部が底部側に形成されている。

Description

接合構造体および接合構造体の製造方法
　本発明は、接合構造体および接合構造体の製造方法に関する。
　従来、異なる材料からなる第１部材および第２部材が接合された接合構造体が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
　特許文献１には、金属材料に樹脂などの異種材料を接合させる技術が開示されている。具体的には、金属材料の表面に、クロス状にレーザースキャニング加工が施されることにより、その表面に多数の突起（凹凸部）が形成される。そして、その突起が形成された金属材料に異種材料が接合された場合には、異種材料が凹状部に入り込むことにより、アンカー効果が発揮されるので、金属材料と異種材料との接合強度が向上される。
特許第４０２０９５７号公報
　ここで、上記のように、金属材料の表面に突起を形成すれば、凹状部に異種材料が入り込むことにより、せん断方向（接合界面に沿ってずれる方向）に対する接合強度を向上させることが可能であるが、剥離方向（接合界面に対する垂直方向）については接合強度の向上を図ることが困難である。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、せん断方向に加えて剥離方向についても接合強度の向上を図ることが可能な接合構造体および接合構造体の製造方法を提供することである。
　本発明による接合構造体は、第１部材と第２部材とが接合された接合構造体であり、第１部材の表面には開口を有する穿孔部が形成されるとともに、第１部材の穿孔部には第２部材が充填されている。そして、穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部とを有し、拡径部が表面側に形成され、第１縮径部が底部側に形成されている。
　このように構成することによって、拡径部が穿孔部内において内側に突出することから、拡径部と穿孔部に充填された第２部材とが剥離方向において係合されることにより、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、せん断方向に加えて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。
　上記接合構造体において、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第２縮径部を有し、第２縮径部が拡径部よりも表面側に形成されていてもよい。
　上記接合構造体において、穿孔部は、第１部材の表面に複数形成されており、隣接する穿孔部の間隔（中心間距離）が２００μｍ以下であってもよい。
　上記接合構造体において、穿孔部の表面の開口径は、３０μｍ～１００μｍであってもよい。
　上記接合構造体において、穿孔部の深さは、３０μｍ～３００μｍであってもよい。
　上記接合構造体において、第１部材は、金属、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であってもよい。
　上記接合構造体において、第２部材は、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であってもよい。
　上記接合構造体において、穿孔部の開口の周囲には、表面から上方に隆起する隆起部が設けられていてもよい。
　上記接合構造体において、穿孔部は、軸心が表面に対して傾斜するように形成されていてもよい。
　上記接合構造体において、拡径部および第１縮径部は、連なるように形成され、深さ方向に複数組形成されていてもよい。
　本発明による接合構造体の製造方法は、第１部材と第２部材とが接合された接合構造体の製造方法であり、第１部材の表面に開口を有する穿孔部を形成する工程と、第１部材の穿孔部に第２部材を充填して固化させる工程とを備える。穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部とを有し、拡径部が表面側に形成され、第１縮径部が底部側に形成される。
　このように構成することによって、拡径部が穿孔部内において内側に突出することから、拡径部と穿孔部に充填された第２部材とが剥離方向において係合されることにより、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、せん断方向に加えて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。
　上記接合構造体の製造方法において、第１部材は金属であり、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で第１部材の表面にレーザを照射することにより、穿孔部を形成するようにしてもよい。
　上記接合構造体の製造方法において、第１部材は金属であり、第２部材は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であり、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で第１部材の穿孔部に第２部材を充填して固化させるようにしてもよい。なお、減圧雰囲気には、大気から減圧雰囲気を形成する場合と、不活性ガスを導入した後に減圧雰囲気を形成する場合とが含まれる。
　本発明の接合構造体および接合構造体の製造方法によれば、せん断方向に加えて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。
本発明の第１実施形態による接合構造体の断面の模式図である。 図１の接合構造体の第１部材に穿孔部が形成された状態を示した模式図である。 第１実施形態の第１変形例による第１部材を示した模式図である。 第１実施形態の第２変形例による第１部材を示した模式図である。 第１実施形態の第３変形例による第１部材を示した模式図である。 第１実施形態の第４変形例による第１部材を示した模式図である。 実施例の接合構造体の第１部材を示した斜視図である。 実施例の接合構造体を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による接合構造体の断面の模式図である。 図９の接合構造体の第１部材に穿孔部が形成された状態を示した模式図である。 第２実施形態の第１変形例による第１部材を示した模式図である。 第２実施形態の第２変形例による第１部材を示した模式図である。 第２実施形態の第３変形例による第１部材を示した模式図である。 第２実施形態の第４変形例による第１部材を示した模式図である。 本発明の第３実施形態による接合構造体の製造方法を説明するための図であって、第１部材に穿孔部を形成する際に噴射ノズルから不活性ガスを噴射する例を示した概略図である。 本発明の第３実施形態による接合構造体の製造方法を説明するための図であって、第１部材に穿孔部を形成する際に、チャンバ内に第１部材を配置してそのチャンバを不活性ガス雰囲気にする例を示した概略図である。 本発明の第３実施形態による接合構造体の製造方法を説明するための図であって、第１部材に穿孔部を形成する際に、チャンバ内に第１部材を配置してそのチャンバを減圧雰囲気にする例を示した概略図である。 本発明の第３実施形態による接合構造体の製造方法を説明するための図であって、第１部材と第２部材とを接合する際に噴射ノズルから不活性ガスを噴射する例を示した概略図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態による接合構造体１００について説明する。
　接合構造体１００は、図１に示すように、異なる材料からなる第１部材１０および第２部材２０が接合されたものである。第１部材１０の表面１３には、開口を有する穿孔部１１が形成され、その穿孔部１１の内周面には、内側に突出する突出部１２が形成されている。そして、第１部材１０の穿孔部１１には、第２部材２０が充填されて固化されている。なお、図１は、第１部材１０および第２部材２０の接合界面を拡大して模式的に示した図であり、実際には穿孔部１１が複数設けられているが、図１では１つだけ示した。
　第１部材１０の材料は、金属、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であり、第２部材２０の材料は、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂である。
　上記金属の一例としては、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。
　上記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。
　上記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、上記した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。
　穿孔部１１は、平面的に見てほぼ円形の非貫通孔であり、第１部材１０の表面１３に複数形成されている。穿孔部１１の表面１３の開口径Ｒ１は、３０μｍ～１００μｍであることが好ましい。これは、開口径Ｒ１が３０μｍを下回ると、第２部材２０の充填性が悪化してアンカー効果が低下する場合があるためである。一方、開口径Ｒ１が１００μｍを上回ると、単位面積あたりの穿孔部１１の数が減少してアンカー効果が低下する場合があり、また、突出部１２を形成しにくくなるためである。
　また、穿孔部１１の深さは、３０μｍ～３００μｍであることが好ましい。これは、穿孔部１１の深さが３０μｍを下回ると、突出部１２を形成しにくくなるためである。一方、穿孔部１１の深さが３００μｍを上回ると、開口径Ｒ１が小さくなりやすいため、第２部材２０の充填性が悪化するためである。なお、穿孔部１１では、開口径Ｒ１に対する深さの比率（深さ／開口径Ｒ１）は０．３～１０が好ましく、より好ましくは０．６～３．７である。
　また、穿孔部１１の間隔（所定の穿孔部１１の中心と、所定の穿孔部１１と隣接する穿孔部１１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１１の間隔が２００μｍを上回ると、単位面積あたりの穿孔部１１の数が減少してアンカー効果が低下する場合があるためである。なお、穿孔部１１の間隔の下限の一例としては、穿孔部１１が重畳して潰れない距離である。すなわち、隣接する穿孔部１１の間隔（中心間距離）は、穿孔部１１の開口径Ｒ１以上であることが好ましい。また、穿孔部１１の間隔は同じであることが好ましい。これは、穿孔部１１が等間隔であると、せん断方向の接合強度が等方的になるためである。
　ここで、第１実施形態の穿孔部１１は、深さ方向（Ｚ方向）において表面１３側から底部１１３に向けて開口径が大きくなる拡径部１１１と、深さ方向において表面１３側から底部１１３に向けて開口径が小さくなる縮径部１１２とが連なるように形成されている。拡径部１１１は、曲線状に拡径するように形成され、縮径部１１２は、曲線状に縮径するように形成されている。なお、縮径部１１２は、本発明の「第１縮径部」の一例である。
　そして、拡径部１１１が表面１３側に配置されるとともに、縮径部１１２が底部１１３側に配置されている。このため、穿孔部１１において、拡径部１１１と縮径部１１２との境界部分の開口径（内径）Ｒ２が最も大きくなっており、開口径Ｒ１が開口径Ｒ２よりも小さくなっている。すなわち、穿孔部１１の深さ方向における拡径部１１１の部分が突出部１２として形成されている。つまり、拡径部１１１によって突出部１２が形成されている。これにより、突出部１２の頂点が第１部材１０の表面１３側に配置されている。この突出部１２は、たとえば、周方向における全長にわたって形成されており、環状に形成されている。
　このように、穿孔部１１の内周面に内側に突出する突出部１２（拡径部１１１）を形成することによって、突出部１２と穿孔部１１に充填された第２部材２０とが剥離方向（Ｚ方向）において係合されることにより、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、せん断方向に加えて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。さらに、熱サイクル環境下において、第１部材１０および第２部材２０の線膨張係数差に起因する剥離応力が発生しても、接合強度を維持することができる。すなわち、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができる。
　この穿孔部１１は、たとえば、レーザ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観点から、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。なお、レーザの出力は、レーザの照射径、第１部材１０の材料の種類、第１部材１０の形状（たとえば厚み）などを考慮して設定される。たとえば、レーザの出力上限は４０Ｗが好ましい。これは、レーザの出力が４０Ｗを超えると、エネルギが大きく、突出部１２を有する穿孔部１１を形成することが困難であるためである。
　穿孔部１１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ＭＸ－Ｚ２０００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、レーザのエネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部１１を形成するのに好適である。具体的には、第１部材１０にレーザが照射されると、第１部材１０が局部的に溶融されることにより穿孔部１１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、溶融された第１部材１０が飛散されにくく、穿孔部１１の近傍に堆積されやすい。そして、穿孔部１１の形成が進行すると、溶融された第１部材１０が穿孔部１１の内部に堆積されることにより、突出部１２が形成される。なお、レーザの照射方向は、たとえば、表面１３に対して垂直方向であり、穿孔部１１の軸心が表面１３に対して垂直になる。
　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が拡散しやすくなり、突出部１２を有する穿孔部１１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１２を有する穿孔部１１を形成しにくくなるためである。
　そして、第２部材２０は、穿孔部１１が形成された第１部材１０の表面１３に接合されている。この第２部材２０は、たとえば、射出成形、熱板溶着、レーザ溶着、注型硬化、超音波溶着、または、振動溶着によって第１部材１０に接合されている。これにより、第２部材２０が穿孔部１１に充填された状態で固化されている。
　このような接合構造体１００は、たとえば、光電センサの金属ケース（図示省略）に樹脂カバー（図示省略）を接合させる場合に適用可能である。この場合には、金属ケースが第１部材１０に相当し、樹脂カバーが第２部材２０に相当する。
　－接合構造体の製造方法－
　次に、図１および図２を参照して、第１実施形態による接合構造体１００の製造方法について説明する。
　まず、第１部材１０の表面１３に穿孔部１１を形成するとともに、その穿孔部１１の内周面に突出部１２を形成する。この穿孔部１１および突出部１２は、たとえば、図２に示すように、１パルスが複数のサブパルスで構成されたレーザを照射することによって形成される。具体例としては、上記したファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００またはＭＸ－Ｚ２０５０を用いて形成する。
　その後、第１部材１０の穿孔部１１に第２部材２０を充填し、その第２部材２０を固化させる。これにより、第１部材１０および第２部材２０が接合され、接合構造体１００（図１参照）が形成される。なお、第２部材２０は、たとえば、射出成形、熱板溶着、レーザ溶着、注型硬化、超音波溶着、または、振動溶着によって接合される。
　－第１部材の変形例－
　次に、図３～図６を参照して、第１部材１０の変形例について説明する。
　図３は、第１実施形態の第１変形例による第１部材１０ａを示した模式図である。図３に示す第１部材１０ａのように、穿孔部１１の開口の周囲に表面１３から上方に隆起する隆起部１４が形成されていてもよい。隆起部１４は、穿孔部１１の周囲を取り囲むように形成されており、平面的に見てほぼ円形に形成されている。この隆起部１４は、たとえば、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザが照射される際に、溶融された第１部材１０ａが堆積されることによって形成される。このように構成すれば、隆起部１４によってもアンカー効果が発生するので、接合強度をより向上させることができる。
　図４は、第１実施形態の第２変形例による第１部材１０ｂを示した模式図である。図４に示す第１部材１０ｂのように、穿孔部１１ｂの軸心が表面１３に対して傾斜するように形成されていてもよい。穿孔部１１ｂの内周面には内側に突出する突出部１２ｂが形成されている。この穿孔部１１ｂは、たとえば、レーザの照射方向を表面１３に対して斜め（４５°以上９０°未満）にすることにより形成される。これにより、穿孔部１１ｂを形成する領域の上方に、レーザを照射する際の障害物が存在する場合であっても、穿孔部１１ｂを形成することができる。
　図５は、第１実施形態の第３変形例による第１部材１０ｃを示した模式図である。図５に示す第１部材１０ｃのように、穿孔部１１ｃに複数の突出部１２１ｃおよび１２２ｃが形成されていてもよい。すなわち、拡径部および縮径部を連なるように形成するとともに、その拡径部および縮径部を深さ方向に複数組形成してもよい。この穿孔部１１ｃは、たとえば、レーザの出力条件を変更して、レーザを同じ箇所に照射することにより形成することが可能である。このように構成すれば、穿孔部１１ｃの表面積が大きくなるとともに、複数の突出部１２１ｃおよび１２２ｃが形成されることにより、接合強度をより向上させることができる。なお、図５では突出部は１２１ｃおよび１２２ｃの２箇所であるが、３箇所以上形成されていてもよい。
　図６は、第１実施形態の第４変形例による第１部材１０ｄを示した模式図である。図６に示す第１部材１０ｄのように、位置をずらした複数回のレーザ照射により１つの穿孔部１１ｄを形成するようにしてもよい。すなわち、レーザ照射によって形成される穿孔部の一部が重畳されることにより、１つの穿孔部１１ｄが形成されるようにしてもよい。穿孔部１１ｄの内周面には内側に突出する突出部１２ｄが形成されている。
　なお、上記した第１～第４変形例を適宜組み合わせるようにしてもよい。
　－実験例－
　次に、図７および図８を参照して、上記した第１実施形態の効果を確認するために行った実験例１および２について説明する。
　［実験例１］
　この実験例１では、第１実施形態に対応する実施例１による接合構造体５００（図８参照）と、比較例１による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価としては、熱衝撃試験を行っていないものについて接合強度を測定するとともに、熱衝撃試験後のものについて接合強度を測定し、その測定結果に基づいて合否判定を行った。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　まず、実施例１による接合構造体５００の作製方法について説明する。
　実施例１の接合構造体５００では、第１部材５０１の材料としてＡｌ（Ａ５０５２）を用いた。この第１部材５０１は、図７に示すように、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が２９ｍｍであり、厚みが３ｍｍである。
　そして、第１部材５０１の表面の所定領域Ｒにレーザを照射する。この所定領域Ｒは、接合構造体５００が接合される面積であり、１２．５ｍｍ×２０ｍｍとした。また、このレーザの照射は、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００を用いて行った。レーザの照射条件は、以下のとおりである。
　＜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：３．０Ｗ
　走査速度：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：２０回
　照射間隔：６５μｍ
　サブパルス数：２０
　なお、周波数は、複数（この例では２０）のサブパルスによって構成されるパルスの周波数である。つまり、この照射条件では、１秒間に６５０ｍｍ移動しながら６５μｍの間隔で１万回レーザ（パルス）を照射し、そのパルスが２０のサブパルスによって構成されている。なお、走査回数は、レーザが同じ箇所に繰り返し照射される回数である。
　このように、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り、第１部材５０１の表面の所定領域Ｒには穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の表面側に突出部が形成される。すなわち、表１に示すように、表面の開口径Ｒ１（図１参照）に比べて、拡径部と縮径部との境界部分の開口径Ｒ２（図１参照）が大きい穿孔部を得ることができた。
　そして、インサート成形により、第１部材５０１の表面に第２部材５０２を接合した。実施例１の接合構造体５００では、第２部材５０２の材料としてＰＢＴ（ウィンテックポリマー製のジュラネックス（登録商標）３３１６）を用いた。また、成形機は、日本製鋼所製のＪ３５ＥＬ３を用いた。成形条件は以下のとおりである。
　＜成形条件＞
　予備乾燥：１２０℃×５時間
　金型温度：１２０℃
　シリンダ温度：２７０℃
　保圧：１００ＭＰａ
　このようにして、実施例１の接合構造体５００を作製した。なお、第２部材５０２は、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が２５ｍｍであり、厚みが３ｍｍである。
　次に、比較例１による接合構造体の作製方法について説明する。
　比較例１の接合構造体では、第１部材および第２部材の材料として実施例１と同じものを用いるとともに、成形条件も同じ設定にした。そして、比較例１の接合構造体では、パルスコントロール機能のないファイバレーザを用いて穿孔部を形成した。すなわち、１パルスが複数のサブパルスで構成されていないレーザを照射することにより穿孔部が形成された。このため、比較例１の第１部材には、すり鉢状（円錐状）の穿孔部が形成された。つまり、表１に示すように、比較例１の第１部材には、内周面から内側に突出する突出部が形成されておらず、実施例１の開口径Ｒ２に対応する形状が形成されていない。
　そして、実施例１の接合構造体５００および比較例１の接合構造体についての接合評価を行った。
　なお、接合強度は、インストロン製の電気機械式万能試験機５９００を用いて測定した。具体的には、せん断方向については引張速度５ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、剥離方向（垂直方向）については３点曲げ試験方式の押し込み速度２ｍｍ／ｍｉｎで試験を行い、第２部材の破断または接合界面の破断で試験を終了した。そして、その試験での最大強度を接合強度として採用した。
　また、熱衝撃試験は、エスペック製の冷熱衝撃装置ＴＳＤ－１００を用いて行った。具体的には、－４０℃で３０分間の低温さらしと、８５℃で３０分間の高温さらしとを１００回繰り返し行った。
　そして、熱サイクル環境下での信頼性を判断するために、以下の基準で合否判断を行った。
　合格（○）：「熱衝撃試験後の接合強度」／「熱衝撃試験前の接合強度」≧９０％
　不合格（×）：「熱衝撃試験後の接合強度」／「熱衝撃試験前の接合強度」＜９０％
　上記した表１に示すように、熱衝撃試験前では、実施例１の接合構造体５００は、比較例１の接合構造体に比べて、せん断方向および剥離方向の接合強度が高くなっていた。これにより、実施例１の接合構造体５００のように、穿孔部の内周面に突出部を形成することにより、接合強度が向上することが判明した。なお、熱衝撃試験後においても、実施例１の接合構造体５００は、比較例１の接合構造体に比べて、せん断方向および剥離方向の接合強度が高くなっていた。
　さらに、実施例１の接合構造体５００では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持できることが判明した。これに対して、比較例１の接合構造体では、熱衝撃試験後に接合強度が大幅に低下している。したがって、実施例１の接合構造体５００のように、穿孔部の内周面に突出部を形成することにより、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができた。
　［実験例２］
　この実験例２では、第１実施形態に対応する実施例２による接合構造体と、比較例２による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価は実験例１と同様に行った。その結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　この実験例２では、第１部材の材料とレーザ照射条件とを実験例１から変更した。具体的には、実施例２の接合構造体では、第１部材の材料としてＰＰＳ（ポリプラスチックス製のフォートロン（登録商標）１１４０）を用いた。また、レーザ照射条件を以下のようにした。
　＜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：１．１Ｗ
　走査速度：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：３回
　照射間隔：６５μｍ
　サブパルス数：３
　上記した表２に示すように、熱衝撃試験前では、実施例２の接合構造体は、比較例２の接合構造体に比べて、せん断方向および剥離方向の接合強度が高くなっていた。さらに、実施例２の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持できることが判明した。すなわち、実験例２では、実験例１と同様の結果が得られることが判明した。つまり、第１部材の材料として、樹脂であるＰＰＳを用いた場合であっても、突出部を有する穿孔部を形成することにより、接合強度の向上を図るとともに、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができた。
　（第２実施形態）
　次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態による接合構造体２００について説明する。
　接合構造体２００は、図９に示すように、異なる材料からなる第１部材３０および第２部材２０が接合されたものである。第１部材３０の表面３３には、開口を有する穿孔部３１が形成され、その穿孔部３１の内周面には、内側に突出する突出部３２が形成されている。そして、第１部材３０の穿孔部３１には、第２部材２０が充填されて固化されている。
　第２実施形態の穿孔部３１は、深さ方向（Ｚ方向）において表面３３側から底部３１４に向けて開口径が小さくなる縮径部３１１と、深さ方向において表面３３側から底部３１４に向けて開口径が大きくなる拡径部３１２と、深さ方向において表面３３側から底部３１４に向けて開口径が小さくなる縮径部３１３とが連なるように形成されている。縮径部３１１は、直線状に縮径するように形成され、拡径部３１２は、曲線状に拡径するように形成され、縮径部３１３は、曲線状に縮径するように形成されている。なお、縮径部３１１は、本発明の「第２縮径部」の一例であり、縮径部３１３は、本発明の「第１縮径部」の一例である。
　そして、表面３３側から底部３１４側に向けて順に、縮径部３１１、拡径部３１２および縮径部３１３が配置されている。すなわち、縮径部３１１が拡径部３１２よりも表面３３側に配置されている。このため、穿孔部３１において、縮径部３１１と拡径部３１２との境界部分の開口径（内径）Ｒ４が、表面３３の開口径Ｒ３、および、拡径部３１２と縮径部３１３との境界部分の開口径Ｒ５よりも小さくなっている。すなわち、穿孔部３１の深さ方向における縮径部３１１および拡径部３１２の部分が突出部３２として形成されている。つまり、縮径部３１１および拡径部３１２によって突出部３２が形成されている。これにより、突出部３２の頂点が底部３１４側に入り込んだ位置に配置されている。この突出部３２は、たとえば、周方向における全長にわたって形成されており、環状に形成されている。
　なお、第１部材３０のその他の構成は、上記した第１部材１０と同様である。
　このように、穿孔部３１の内周面に内側に突出する突出部３２（拡径部３１２）を形成することによって、突出部３２と穿孔部３１に充填された第２部材２０とが剥離方向（Ｚ方向）において係合されることにより、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、せん断方向に加えて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。さらに、熱サイクル環境下において、第１部材３０および第２部材２０の線膨張係数差に起因する剥離応力が発生しても、接合強度を維持することができる。すなわち、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができる。
　－接合構造体の製造方法－
　次に、図９および図１０を参照して、第２実施形態による接合構造体２００の製造方法について説明する。
　まず、第１部材３０の表面３３に穿孔部３１を形成するとともに、その穿孔部３１の内周面に突出部３２を形成する。この穿孔部３１および突出部３２は、たとえば、図１０に示すように、１パルスが複数のサブパルスで構成されたレーザを照射することによって形成される。具体例としては、上記したファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００またはＭＸ－Ｚ２０５０を用いて形成する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、突出部３２が底部３１４側に入り込んだ位置に配置されるが、このような違いは、たとえば、第１部材３０の材料やレーザ照射条件などの違いに起因する。
　その後、第１部材３０の穿孔部３１に第２部材２０を充填し、その第２部材２０を固化させる。これにより、第１部材３０および第２部材２０が接合され、接合構造体２００（図９参照）が形成される。なお、第２部材２０は、たとえば、射出成形、熱板溶着、レーザ溶着、注型硬化、超音波溶着、または、振動溶着によって接合される。
　－第１部材の変形例－
　次に、図１１～図１４を参照して、第１部材３０の変形例について説明する。
　図１１は、第２実施形態の第１変形例による第１部材３０ａを示した模式図である。図１１に示す第１部材３０ａのように、穿孔部３１の開口の周囲に表面３３から上方に隆起する隆起部３４が形成されていてもよい。隆起部３４は、穿孔部３１の周囲を取り囲むように形成されており、平面的に見てほぼ円形に形成されている。この隆起部３４は、たとえば、１パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザが照射される際に、溶融された第１部材３０ａが堆積されることによって形成される。このように構成すれば、隆起部３４によってもアンカー効果が発生するので、接合強度をより向上させることができる。
　図１２は、第２実施形態の第２変形例による第１部材３０ｂを示した模式図である。図１２に示す第１部材３０ｂのように、穿孔部３１ｂの軸心が表面３３に対して傾斜するように形成されていてもよい。穿孔部３１ｂの内周面には内側に突出する突出部３２ｂが形成されている。この穿孔部３１ｂは、たとえば、レーザの照射方向を表面３３に対して斜め（４５°以上９０°未満）にすることにより形成される。これにより、穿孔部３１ｂを形成する領域の上方に、レーザを照射する際の障害物が存在する場合であっても、穿孔部３１ｂを形成することができる。
　図１３は、第２実施形態の第３変形例による第１部材３０ｃを示した模式図である。図１３に示す第１部材３０ｃのように、穿孔部３１ｃに複数の突出部３２１ｃおよび３２２ｃが形成されていてもよい。すなわち、拡径部および縮径部を連なるように形成するとともに、その拡径部および縮径部を深さ方向に複数組形成してもよい。この穿孔部３１ｃは、たとえば、レーザの出力条件を変更して、レーザを同じ箇所に照射することにより形成することが可能である。このように構成すれば、穿孔部３１ｃの表面積が大きくなるとともに、複数の突出部３２１ｃおよび３２２ｃが形成されることにより、接合強度をより向上させることができる。なお、図１３では突出部は３２１ｃおよび３２２ｃの２箇所であるが、３箇所以上形成されていてもよい。
　図１４は、第２実施形態の第４変形例による第１部材３０ｄを示した模式図である。図１４に示す第１部材３０ｄのように、位置をずらした複数回のレーザ照射により１つの穿孔部３１ｄを形成するようにしてもよい。すなわち、レーザ照射によって形成される穿孔部の一部が重畳されることにより、１つの穿孔部３１ｄが形成されるようにしてもよい。穿孔部３１ｄの内周面には内側に突出する突出部３２ｄが形成されている。
　なお、上記した第１～第４変形例を適宜組み合わせるようにしてもよい。
　－実験例－
　次に、上記した第２実施形態の効果を確認するために行った実験例３について説明する。
　この実験例３では、第２実施形態に対応する実施例３による接合構造体と、比較例３による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価は実験例１と同様に行った。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　この実験例３では、第１部材の材料とレーザ照射条件とを実験例１から変更した。具体的には、実施例３の接合構造体では、第１部材の材料としてＳＵＳ３０４を用いた。また、レーザ照射条件を以下のようにした。
　＜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：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：２０回
　照射間隔：６５μｍ
　サブパルス数：２０
　実施例３の接合構造体では、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り、第１部材の表面には穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の表面から入り込んだ位置に突出部が形成される。すなわち、表３に示すように、開口径Ｒ４（図９参照）が、表面の開口径Ｒ３（図９参照）および開口径Ｒ５（図９参照）よりも小さくなっている。なお、比較例３の第１部材には、すり鉢状（円錐状）の穿孔部が形成されており、実施例３の開口径Ｒ４およびＲ５に対応する形状が形成されていない。
　上記した表３に示すように、熱衝撃試験前では、実施例３の接合構造体は、比較例３の接合構造体に比べて、せん断方向および剥離方向の接合強度が高くなっていた。さらに、実施例３の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持できることが判明した。すなわち、実験例３では、実験例１と同様の結果が得られることが判明した。つまり、突出部が底部側に入り込んだ位置に配置されていても、接合強度の向上を図るとともに、熱サイクル環境下における耐久性の向上を図ることができた。
　－穿孔部の間隔について－
　次に、隣接する穿孔部の間隔（中心間距離）の好ましい範囲を確認するために行った実験例３－１について説明する。
　この実験例３－１では、実施例３－１～３－３による接合構造体と、参考例３－１および３－２による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価は実験例１と同様に行った。その結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  
　この実験例３－１では、周波数を一定（１０ｋＨｚ）にした状態で、走査速度を変更することにより、各接合構造体におけるレーザの照射間隔が変更されている。なお、実施例３－１～３－３および参考例３－２では、レーザの照射間隔が穿孔部の間隔（中心間距離）であるが、参考例３－１では、レーザの照射間隔が短く、穿孔部が重畳されて溝状になっていた。表４に示すように、実施例３－１の穿孔部間隔が５４μｍであり、実施例３－２の穿孔部間隔が６５μｍであり、実施例３－３の穿孔部間隔が２００μｍであり、参考例３－２の穿孔部間隔が２５０μｍであった。また、各接合構造体において共通のレーザ照射条件は以下のとおりである。
　＜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
　走査回数：２０回
　サブパルス数：２０
　上記した表４に示すように、実施例３－１～３－３の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持することができた。これに対して、参考例３－１および３－２では、熱衝撃試験後の接合強度保持率が９０％より低かった。したがって、隣接する穿孔部の間隔は、重畳して潰れない距離であって、２００μｍ以下であることが好ましい。なお、実施例３－３の接合構造体では、実施例３－１および３－２に比べて、穿孔部の数が少ないため、接合強度自体が低くなっているが、熱サイクル環境下における耐久性は確保することができている。
　－穿孔部の表面の開口径について－
　次に、穿孔部の表面の開口径Ｒ３の好ましい範囲を確認するために行った実験例３－２について説明する。
　この実験例３－２では、実施例３－４～３－６による接合構造体と、参考例３－３および３－４による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価は実験例１と同様に行った。その結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
  
　この実験例３－２では、レーザの照射条件が変更されることにより、各接合構造体における穿孔部の表面の開口径Ｒ３が変更されている。なお、参考例３－４では、すり鉢状の穿孔部が形成されている。表５に示すように、実施例３－４の開口径Ｒ３が３０μｍであり、実施例３－５の開口径Ｒ３が５８μｍであり、実施例３－６の開口径Ｒ３が１００μｍであった。一方、参考例３－３の開口径Ｒ３が２８μｍであり、参考例３－４の開口径Ｒ３が１２０μｍであった。また、各接合構造体において共通のレーザ照射条件は以下のとおりである。
　＜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：１２００ｍｍ／ｓｅｃ
　照射間隔：１２０μｍ
　上記した表５に示すように、実施例３－４～３－６の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持することができた。これに対して、参考例３－３および３－４では、熱衝撃試験後の接合強度保持率が９０％より低かった。したがって、穿孔部の表面の開口径Ｒ３は、３０μｍ～１００μｍであることが好ましい。なお、実施例３－４～３－６の接合構造体では、上記した実施例３－１および３－２に比べて、穿孔部の数が少ないため、接合強度自体が低くなっているが、熱サイクル環境下における耐久性は確保することができている。
　－穿孔部の深さについて－
　次に、穿孔部の深さの好ましい範囲を確認するために行った実験例３－３について説明する。
　この実験例３－３では、実施例３－７～３－９による接合構造体と、参考例３－５および３－６による接合構造体とを作製し、それぞれについての接合評価を行った。なお、接合評価は実験例１と同様に行った。その結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
  
　この実験例３－３では、レーザの照射条件が変更されることにより、各接合構造体における穿孔部の深さが変更されている。なお、参考例３－５では、すり鉢状の穿孔部が形成されている。表６に示すように、実施例３－７の深さが３０μｍであり、実施例３－８の深さが６０μｍであり、実施例３－９の深さが３００μｍであった。一方、参考例３－５の深さが２４μｍであり、参考例３－６の深さが３４０μｍであった。また、各接合構造体において共通のレーザ照射条件は以下のとおりである。
　＜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：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　照射間隔：６５μｍ
　上記した表６に示すように、実施例３－７～３－９の接合構造体では、熱衝撃試験前の接合強度を熱衝撃試験後においても９０％以上維持することができた。これに対して、参考例３－５および３－６では、熱衝撃試験後の接合強度保持率が９０％より低かった。したがって、穿孔部１１の深さは、３０μｍ～３００μｍであることが好ましい。
　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態による接合構造体について説明する。この第３実施形態では、穿孔部を形成する際と、第１部材および第２部材を接合する際との少なくともいずれか一方を行うときに、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気にしている。
　第３実施形態の接合構造体では、第１部材が金属であり、第２部材がレーザに対して透過性を有する熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である。なお、第３実施形態の接合構造体のその他の構成は、上記した第１または第２実施形態と同様である。
　－接合構造体の製造方法－
　次に、図１５～図１８を参照して、第３実施形態による接合構造体の製造方法について説明する。
　第３実施形態では、金属からなる第１部材の表面にレーザを照射することにより、第１部材の表面に穿孔部を形成する工程を、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で行う。このように構成すれば、レーザの照射による第１部材表面での過度な酸化膜の形成を抑制することができるので、熱サイクル環境下における耐久性をより向上させることができる。
　たとえば、図１５に示すように、金属製の第１部材４０の穿孔部形成領域Ｒａにレーザマーカのヘッド５０からレーザＬ１を照射する際に、その穿孔部形成領域Ｒａに向けて噴射ノズル５１から不活性ガスＧを噴射することにより、不活性ガス雰囲気下で第１部材４０に穿孔部（図示省略）が形成される。不活性ガスＧの一例としては、窒素ガス、二酸化炭素ガス（炭酸ガス）、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが挙げられる。なお、不活性ガスＧの噴射量は、たとえば２Ｌ／分である。
　また、噴射ノズル５１から噴射される不活性ガスＧの温度を調節可能に構成されていてもよい。これは、不活性ガスＧの噴射量が多い（たとえば、５０Ｌ／分）には、第１部材４０の表面が冷却され、レーザＬ１による加工特性が低下するおそれがあるが、不活性ガスＧの温度を調整することにより、噴射量が多い場合における加工特性の低下を抑制するためである。
　また、図１６に示すように、金属製の第１部材４０をチャンバ５２内に配置し、そのチャンバ５２内を不活性ガス雰囲気にして、第１部材４０の穿孔部形成領域Ｒａにレーザマーカのヘッド５０からレーザＬ１を照射するようにしてもよい。なお、チャンバ５２は、たとえば透明なアクリル製の密封容器であり、不活性ガスの導入口（図示省略）および排出口（図示省略）が設けられている。この場合には、第１部材４０の表面に不活性ガスが噴き付けられないので、冷却による加工特性の低下が発生しない。
　また、図１７に示すように、金属製の第１部材４０およびレーザマーカのヘッド５０をチャンバ５３内に配置し、そのチャンバ５３内を真空ポンプ５４により減圧雰囲気にして、第１部材４０の穿孔部形成領域Ｒａにヘッド５０からレーザＬ１を照射するようにしてもよい。減圧条件は、たとえば５００ｍｍ／Ｈｇ（６６６．６ｈＰａ）以下である。なお、大気から減圧雰囲気を形成してもよいし、チャンバ５３内に不活性ガスを充填した後に減圧雰囲気を形成するようにしてもよい。不活性ガスを充填してから減圧する場合には、第１部材４０の酸化をより抑制することが可能である。また、チャンバ５３は、たとえば耐圧性を有する密封容器である。
　なお、レーザＬ１は、１パルスが複数のサブパルスで構成され、たとえば上記したファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００またはＭＸ－Ｚ２０５０を用いて照射される。このため、上記第１および第２実施形態と同様に、第１部材４０に穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の内周面に突出部（図示省略）が形成される。
　また、第３実施形態では、第１部材と第２部材とを積層して第２部材側から第１部材の表面に向けてレーザを照射することにより、第１部材と第２部材とを接合する工程を、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で行う。このように構成すれば、レーザの照射による第１部材表面での過度な酸化膜の形成を抑制することができるので、熱サイクル環境下における耐久性をより向上させることができる。
　たとえば、図１８に示すように、第２部材４１側から第１部材４０の表面に接合用のレーザＬ２を照射する際に、第１部材４０と第２部材４１との接触界面Ｆに向けて噴射ノズル５５から不活性ガスＧを噴射することにより、不活性ガス雰囲気下で第１部材４０と第２部材４１とが接合される。具体的には、第１部材４０の穿孔部に第２部材４１が充填され、その後第２部材４１が固化される。なお、図１８では、第１部材４０と第２部材４１との接触界面Ｆに形成される微小な隙間を模式的に拡大して示している。
　なお、接合用のレーザＬ２は、たとえば半導体レーザである。また、第１部材４０と第２部材４１との接触界面Ｆに不活性ガスＧを噴き付ける代わりに、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下のチャンバ内で第１部材４０と第２部材４１とをレーザＬ２で接合するようにしてもよい。
　ここで、上記のように、穿孔部を形成するときと、第１部材および第２部材を接合するときとの両方で、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気にするようにしてもよいし、穿孔部を形成するときと、第１部材および第２部材を接合するときとのいずれか一方で、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気にするようにしてもよい。なお、穿孔部を形成するときの方が、第１部材および第２部材を接合するときに比べて、第１部材が高温になる。このため、穿孔部を形成するときの方が、第１部材および第２部材を接合するときに比べて、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気にすることによる酸化膜の抑制効果が大きくなる。
　－実験例－
　次に、上記した第３実施形態の効果を確認するために行った実験例４について説明する。
　この実験例４では、基準例による接合構造体と、実施例４～１１による接合構造体とを作製し、それらについての熱衝撃試験耐性を測定した。そして、その結果を表７に示す。なお、実施例４～１１の接合構造体は、第３実施形態に対応するものであるのに対し、基準例の接合構造体は、第３実施形態に対応しないものである。また、実施例４～１１および基準例は、第１または第２実施形態に対応するものであり、後述するように、第１部材に穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の内周面に突出部が形成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
  
　まず、基準例による接合構造体の作製方法について説明する。
　基準例の接合構造体では、第１部材の材料としてタフピッチ銅（Ｃ１１００）を用いた。この第１部材は、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が２９ｍｍであり、厚みが０．５ｍｍである。
　そして、第１部材の表面の所定領域に加工用のレーザを照射する。この所定領域は、接合構造体が接合される面積であり、１２．５ｍｍ×２０ｍｍとした。また、このレーザの照射は、オムロン製のファイバレーザマーカＭＸ－Ｚ２０００を用いて行った。加工用のレーザの照射条件は、以下のとおりである。ここで、基準例では、大気雰囲気下で加工用のレーザ照射を行った。すなわち、不活性ガスの噴き付けや減圧をしていない状態でレーザの照射を行った。
　＜加工用のレーザ照射条件＞
　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：６５０ｍｍ／ｓｅｃ
　走査回数：４０回
　照射間隔：６５μｍ
　サブパルス数：２０
　このように、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り、第１部材の表面の所定領域には穿孔部が形成されるとともに、その穿孔部の内周面に突出部が形成される。
　その後、第１部材の所定領域に第２部材を積層した。この第２部材の材料としてＰＭＭＡ（三菱レイヨン製のアクリライト（登録商標））を用いた。第２部材は、板状に形成されており、長さが１００ｍｍであり、幅が２５ｍｍであり、厚みが３ｍｍである。
　そして、第２部材側から第１部材の所定領域に向けて接合用のレーザを照射する。接合用のレーザの照射条件は、以下のとおりである。ここで、基準例では、大気雰囲気下で接合用のレーザ照射を行った。
　＜接合用のレーザ照射条件＞
　レーザ：半導体レーザ（波長８０８ｎｍ）
　発振モード：連続発振
　出力：３０Ｗ
　焦点径：４ｍｍ
　走査速度：１ｍｍ／ｓｅｃ
　密着圧力：０．６ＭＰａ
　このレーザの照射により、第１部材を加熱し、その熱により第２部材を溶融する。そして、溶融された第２部材が穿孔部に充填された後に、第２部材が固化される。これにより、第１部材と第２部材とが接合される。
　このようにして、基準例の接合構造体を作製した。
　次に、実施例４～１１の接合構造体の作製方法について説明する。
　実施例４では、上記した表７に示すように、加工用のレーザの照射時に、第１部材の所定領域に向けて不活性ガスを噴射した。不活性ガスとして窒素ガスを用い、その流量を２Ｌ／分とした。すなわち、不活性ガス雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成した。なお、実施例４のその他の点については基準例と同様である。
　実施例５では、減圧雰囲気下で加工用のレーザを照射した。すなわち、減圧雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成した。なお、実施例５のその他の点については基準例と同様である。
　実施例６では、接合用のレーザの照射時に、第１部材および第２部材の接触界面に向けて不活性ガス（窒素ガス）を噴射した。すなわち、不活性ガス雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例６のその他の点については基準例と同様である。
　実施例７では、減圧雰囲気下で接合用のレーザを照射した。すなわち、減圧雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例７のその他の点については基準例と同様である。
　実施例８では、不活性ガス雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成するとともに、不活性ガス雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例８のその他の点については基準例と同様である。
　実施例９では、不活性ガス雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成するとともに、減圧雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例９のその他の点については基準例と同様である。
　実施例１０では、減圧雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成するとともに、不活性ガス雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例１０のその他の点については基準例と同様である。
　実施例１１では、減圧雰囲気下で第１部材に対して穿孔部を形成するとともに、減圧雰囲気下で第１部材および第２部材を接合した。なお、実施例１１のその他の点については基準例と同様である。
　そして、実施例４～１１および基準例の接合構造体の熱衝撃試験に対する耐久性の評価を行った。この熱衝撃試験は、エスペック製の冷熱衝撃装置ＴＳＤ－１００を用いて行った。具体的には、－４０℃で３０分間の低温さらしと、８５℃で３０分間の高温さらしとを１サイクルとし、そのサイクルを繰り返し行った。そして、各接合構造体において接合界面が剥離したか否かを、１００、２５０、５００、７５０、１０００および１５００サイクルの時点で確認した。
　上記した表７に示すように、基準例の接合構造体では、５００サイクルの時点で接合界面が剥離しており、２５０サイクルまでは剥離が生じていなかった。すなわち、基準例では、少なくとも２５０サイクルまでは熱衝撃試験に対する耐性があった。
　これに対して、実施例５～７および１１では、少なくとも５００サイクルまでは熱衝撃試験に対する耐性があった。また、実施例４、９および１０では、少なくとも７５０サイクルまでは熱衝撃試験に対する耐性があった。また、実施例８では、少なくとも１０００サイクルまでは熱衝撃試験に対する耐性があった。
　したがって、実施例４～１１では、基準例に比べて、熱衝撃試験に対する耐性を向上させることができた。これは、加工時および接合時の少なくともいずれか一方で、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気にすることにより、第１部材の表面に形成される酸化膜を抑制できたためであると考えられる。
　なお、実施例４および６の結果から、加工時または接合時のいずれかを不活性ガス雰囲気にする場合には、加工時に不活性ガス雰囲気にした方が熱衝撃試験に対する耐性が高くなった。また、実施例４および５の結果と、実施例８および１１の結果とから、減圧雰囲気よりも不活性ガス雰囲気にした方が熱衝撃試験に対する耐性が高くなった。
　（他の実施形態）
　なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　たとえば、第１実施形態において、表面１３が、平坦であってもよいし、湾曲されていてもよい。なお、第２実施形態についても同様である。
　また、第１実施形態では、拡径部１１１と縮径部１１２とが連なるように形成される例を示したが、これに限らず、拡径部と縮径部との間に深さ方向に真っ直ぐ延びる部分が形成されていてもよい。なお、第２実施形態についても同様である。
　また、第３実施形態では、接合用のレーザＬ２の照射により第１部材４０と第２部材４１とが接合される例を示したが、これに限らず、熱プレス成形により第１部材と第２部材とが接合されていてもよい。この場合には、熱プレス成形時に第１部材と第２部材との接合界面に噴射ノズルから不活性ガスを噴き付けるようにしてもよいし、不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下のチャンバ内で熱プレス成形をするようにしてもよい。また、インサート成形により第１部材と第２部材とが接合されていてもよい。この場合には、金型に第１部材を配置した後に、型締めまでの間に不活性ガスを噴き付けるようにしてもよい。なお、熱プレス成形およびインサート成形する場合には、第２部材がレーザに対して透過性を有していなくてもよい。
　本発明は、異なる材料からなる第１部材および第２部材が接合された接合構造体およびその製造方法に利用可能である。
　１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、４０　第１部材
　１１、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ　　　　　　　　穿孔部
　１２、１２ｂ、１２１ｃ、１２２ｃ、１２ｄ　　突出部
　１３　　　　表面
　１４　　　　隆起部
　２０、４１　第２部材
　３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ　　　　第１部材
　３１、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ　　　　　　　　穿孔部
　３２、３２ｂ、３２１ｃ、３２２ｃ、３２ｄ　　突出部
　３３　　　　表面
　３４　　　　隆起部
　１００　　　接合構造体
　１１１　　　拡径部
　１１２　　　縮径部（第１縮径部）
　１１３　　　底部
　２００　　　接合構造体
　３１１　　　縮径部（第２縮径部）
　３１２　　　拡径部
　３１３　　　縮径部（第１縮径部）
　３１４　　　底部

Claims (13)

  1. 　第１部材と第２部材とが接合された接合構造体であって、
    　前記第１部材の表面には開口を有する穿孔部が形成されるとともに、前記第１部材の穿孔部には前記第２部材が充填されており、
    　前記穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部とを有し、
    　前記拡径部が表面側に形成され、前記第１縮径部が底部側に形成されていることを特徴とする接合構造体。
  2. 　請求項１に記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第２縮径部を有し、
    　前記第２縮径部が前記拡径部よりも表面側に形成されていることを特徴とする接合構造体。
  3. 　請求項１または２に記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部は、前記第１部材の表面に複数形成されており、
    　隣接する穿孔部の間隔が２００μｍ以下であることを特徴とする接合構造体。
  4. 　請求項１～３のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部の表面の開口径は、３０μｍ～１００μｍであることを特徴とする接合構造体。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部の深さは、３０μｍ～３００μｍであることを特徴とする接合構造体。
  6. 　請求項１～５のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記第１部材は、金属、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であることを特徴とする接合構造体。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記第２部材は、熱可塑性樹脂、または、熱硬化性樹脂であることを特徴とする接合構造体。
  8. 　請求項１～７のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部の開口の周囲には、表面から上方に隆起する隆起部が設けられていることを特徴とする接合構造体。
  9. 　請求項１～８のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記穿孔部は、軸心が表面に対して傾斜するように形成されていることを特徴とする接合構造体。
  10. 　請求項１～９のいずれか１つに記載の接合構造体において、
    　前記拡径部および前記第１縮径部は、連なるように形成され、深さ方向に複数組形成されていることを特徴とする接合構造体。
  11. 　第１部材と第２部材とが接合された接合構造体の製造方法であって、
    　前記第１部材の表面に開口を有する穿孔部を形成する工程と、
    　前記第１部材の穿孔部に前記第２部材を充填して固化させる工程とを備え、
    　前記穿孔部は、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面側から底部に向けて開口径が小さくなる第１縮径部とを有し、
    　前記拡径部が表面側に形成され、前記第１縮径部が底部側に形成されることを特徴とする接合構造体の製造方法。
  12. 　請求項１１に記載の接合構造体の製造方法において、
    　前記第１部材は金属であり、
    　不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で前記第１部材の表面にレーザを照射することにより、前記穿孔部を形成することを特徴とする接合構造体の製造方法。
  13. 　請求項１１または１２に記載の接合構造体の製造方法において、
    　前記第１部材は金属であり、前記第２部材は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂であり、
    　不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気下で前記第１部材の穿孔部に前記第２部材を充填して固化させることを特徴とする接合構造体の製造方法。
     
     
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