半導体レーザによる異種材料接合法の開発とマイクロ機能部品製作への適用

开发使用半导体激光器连接不同材料的方法及其在微型功能部件生产中的应用

基本信息

批准号：
15760079
负责人：
早川伸哉
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

レーザ光の波長に対して透明な樹脂と不透明な樹脂を重ね合わせて透明樹脂側からレーザ光を照射すると,透明樹脂を透過したレーザ光が不透明樹脂の表面で吸収されて樹脂が発熱するため,2枚の樹脂が接合界面で局所的に溶融し接合される.この技術はレーザ接合法と呼ばれ利用が年々拡大しているが,その適用は熱的特性が等しい同種の熱可塑性樹脂の接合に限定されている.本研究はこれを異種材料の接合に応用することを目的としており,とくに金属と熱可塑性樹脂との接合を試みている.前年度までに行った実験により,金属側接合面をサンドペーパーなどによって処理して凹凸を付与することで金属と樹脂のレーザ接合が可能になることがわかった.この表面処理には,金属表面におけるレーザ光吸収率を増大させて十分な温度上昇を得る作用と,アンカー効果によって金属と樹脂を機械的に締結する作用があると考えられる.そこで本年度は,サンドペーパーなどによって前処理した面の状態を定量的に評価し,レーザ光吸収率や接合強度との関係を明らかにすることを目的とした.実験には波長820nm,最大出力15Wの半導体レーザを使用し,接合試料にはスズおよびアクリルを用いた.サンドペーパー,サンドブラストおよび放電加工によって前処理したスズ表面の状態を表面粗さ計を用いて測定し,十点平均粗さRzと算術平均傾斜Δaから溝ピッチを2Rz/tan(Δa)のように定義してレーザ光吸収率との関係を整理した.その結果,溝ピッチが小さいほどレーザ光吸収率が大きくなることがわかった.また,算術平均傾斜と接合強度の関係を整理した結果,算術平均傾斜が大きく溝の断面形状が鋭いほど接合強度が大きくなることがわかった.

当透明的树脂和不透明的树脂与激光光的波长重叠，并用透明树脂侧的激光照射光照时，已经通过透明树脂的激光被不透明的树脂表面吸收，并加热了树脂，因此，两种树脂均融合了粘合和粘合的固定界面。该技术称为激光键合法，逐年增加，但其应用仅限于与具有相同热性能的相同类型的热塑性树脂连接。这项研究旨在将其应用于不同材料的键合，并特别试图粘结金属和热塑性树脂。直到上一年进行的实验表明，可以通过用砂纸处理金属侧键表面来实现金属之间的激光键合，从而提供不平衡，从而使金属和树脂成为可能。这种表面处理的作用是增加激光光吸收率对金属表面以获得足够的温度升高，并且锚固效应用于创建金属对牙。人们认为它具有机械固定树脂的作用。因此，今年的目的是定量评估用砂纸等预处理的表面状态，并阐明激光光吸收和粘结强度之间的关系。在实验中，使用了波长为820 nm且最大输出为15W的半导体激光器，并将锡和丙烯酸用于键合样品。使用砂纸预处理的锡表面的状态，使用表面粗糙度计测量砂纸和电气排放加工，并将凹槽螺距定义为10点平均粗糙度RZ的2RZ/TAN（ΔA），并将弧度平均坡度和算术平均斜率ΔA定义为激光吸收速率之间的关系。结果，发现凹槽螺距越小，激光吸收率越大。此外，发现算术平均斜率和粘结强度之间的关系表明，算术平均斜率越大，凹槽的横截面形状更加尖锐。