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

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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.