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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760079/
• 关键词: 半導体レーザ; 異種材料; 接合; 表面あらさ; 吸収率; 接合強度; レーザ溶着; 金属; 熱可塑性樹脂; 表面処理; アンカー効果

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.

レ ー ザ の light wavelength に し seaborne な て transparent resin と not transparent resin な を heavy ね わ せ て transparent resin side か ら レ ー ザ を sunlight す る と, transparent resin を through し た レ ー ザ light が opaque surface で 収 absorption resin の さ れ て resin が 発 hot す る た め, two の resin bonding interface で bureau に が melt し joint さ れ る. こ の technology は レ ー ザ joint 々 method と shout ば れ using が years company, big し て い る が, そ の applicable は thermal characteristics が し い same の hot plasticity resin の joint に qualified さ れ て い る. This study は こ れ を の dissimilar materials bonding に 応 with す る こ と を purpose と し て お り, と く に metal と hot plasticity resin と の joint を try み て い る. Line before the annual ま で に っ た be 験 に よ り, metal side joint face を サ ン ド ペ ー パ ー な ど に よ っ て 処 Richard し て bump を give す る こ と で metal と resin の レ ー ザ joint が may に な る こ と が わ か っ た. こ の surface 処 Richard に は, metal surface に お け る レ ー ザ light を 収 absorption rate raised large さ せ て very な temperature rise を る と, ア ン カ ー unseen fruit に よ っ て metal と resin を mechanical に concluded す る role が あ る と exam え ら れ る. そ こ で this year は サ ン ド ペ ー パ ー な ど に よ っ て 処 before Richard し た surface の state を に of quantitative evaluation of 価 し, レ ー ザ light 収 absorption rate や joint strength と の masato を and Ming ら か に す る こ と を purpose と し た. Be 験 に は wavelength of 820 nm, the maximum output of 15 w の semiconductor レ ー ザ を use し, joint sample に は ス ズ お よ び ア ク リ ル を with い た. サ ン ド ペ ー パ ー, サ ン ド ブ ラ ス ト お よ び edm に よ っ て 処 before Richard し た ス ズ の state を surface coarse さ meter を with い て し, ten average coarse さ Rz と arithmetic average tilt Δ a か ら ditch ピ ッ チ を 2 rz/tan (Δ a) の よ う に definition し て レ ー ザ light 収 absorption rate と の masato is を finishing し た. そ の results, ditch ピ ッ チ が small さ い ほ ど レ ー ザ が 収 absorption rate of light big き く な る こ と が わ か っ た. ま た, arithmetic average tilt と joint strength の masato is を finishing し た as a result, the arithmetic average tilt が big き く ditch の cross section shape Youdaoplaceholder0 sharp が ほ <e:1> が bonding strength が large くなる くなる とがわ とがわ った った.

项目成果

レーザを用いた部材の接合方法,レーザ光照射による接合加工物及び接合形成認識装置

使用激光接合部件的方法、通过激光束照射接合的工件以及接合形状识别装置

• 发表时间: 2004

半導体レーザによる異種材料の接合(第2報)

使用半导体激光接合异种材料（第二次报告）

• 发表时间: 2004
• 期刊: 電気加工学会全国大会(2004)講演論文集
• 作者: 早川伸哉;三浦忠司;中村 隆;糸魚川文広;長谷川達也
• 通讯作者: 長谷川達也

早川伸哉, 高嶋育美, 三浦忠司, 糸魚川文広, 中村隆, 長谷川達也: "半導体レーザによる異種材料の接合"電気加工学会全国大会(2003)講演論文集. 41-44 (2003)

Shinya Hayakawa、Ikumi Takashima、Tadashi Miura、Fumihiro Itoikawa、Takashi Nakamura、Tatsuya Hasekawa：“使用半导体激光器连接异种材料”日本电气加工学会全国会议论文集（2003 年）41-44。