JP7061884B2 - 金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製面ファスナー、その製造方法、製造装置および金属面の接合方法に関するものである。

従来、面ファスナーによる接合技術において接合強度を向上させることを目的として、面ファスナーを金属製とした案が各種提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。図９に、従来の金属製面ファスナーの一例を示す。

しかし、一般的なプラスチック製等の面ファスナーと比較して、素材を金属製とすることで面ファスナーの凹凸加工が困難となり、製作コストが高くなるという問題があった。また、一つ一つの凹凸の寸法が大きくなる（例えば、数ｍｍ～数ｃｍオーダー）ことに伴い、凹凸のピッチに依存する接合位置の自由度が小さくなるという問題があった。

特開２０１５－２１２５５４号公報 特許第５８１６７６３号公報

ギズモード・ジャパンホームページ、「スチールでできたマジックテープ（登録商標）」、［online］、［平成２９年１２月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.gizmodo.jp/2009/09/post_6093.html＞

このため、容易かつ安価に凹凸加工でき、かつ凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーが求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易かつ安価に凹凸加工でき、かつ凹凸寸法の小さい金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る金属製面ファスナーは、金属製の基材の表面に複数の係合素子を備える一対の面ファスナー同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するように構成した金属製面ファスナーであって、複数の係合素子は、基材の表面に対するレーザー加工により微細な凹凸形状に形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーは、上述した発明において、一対の面ファスナーの互いの係合素子の間に挟み込まれ、係合素子よりも軟らかい金属箔を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーは、上述した発明において、係合素子の表面に設けられた保護層を備え、この保護層は、一対の面ファスナーの互いの係合素子を相互に係合させた場合に、係合素子の間の隙間に残って係合素子の間の緩みを吸収するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造方法は、上述した金属製面ファスナーを製造する方法であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成するステップを有することを特徴とする。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造装置は、上述した金属製面ファスナーを製造する装置であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成する手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る金属面の接合方法は、上述した金属製面ファスナーを用いて金属面同士を接合する方法であって、一対の面ファスナーによって構成される金属面同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するステップを有することを特徴とする。

本発明に係る金属製面ファスナーによれば、金属製の基材の表面に複数の係合素子を備える一対の面ファスナー同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するように構成した金属製面ファスナーであって、複数の係合素子は、基材の表面に対するレーザー加工により微細な凹凸形状に形成されたものであるので、容易かつ安価に凹凸加工でき、かつ凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを提供することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーによれば、一対の面ファスナーの互いの係合素子の間に挟み込まれ、係合素子よりも軟らかい金属箔を備えるので、凹凸形状の加工精度が低い場合でも、安定して接合することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーによれば、係合素子の表面に設けられた保護層を備え、この保護層は、一対の面ファスナーの互いの係合素子を相互に係合させた場合に、係合素子の間の隙間に残って係合素子の間の緩みを吸収するものであるので、凹凸形状の加工精度が低い場合でも、安定して接合することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造方法によれば、上述した金属製面ファスナーを製造する方法であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成するステップを有するので、凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを容易かつ安価に製造することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造装置によれば、上述した金属製面ファスナーを製造する装置であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成する手段を有するので、凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを容易かつ安価に製造することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る金属面の接合方法によれば、上述した金属製面ファスナーを用いて金属面同士を接合する方法であって、一対の面ファスナーによって構成される金属面同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するステップを有するので、金属面同士を強固に接合することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態１を示す模式図である。 図２は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態１を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は表面図、（３）は（２）のＡ－Ａ線に沿った凹凸形状の断面図である。 図３は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態１を示す詳細断面図である。 図４は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態２を示す図であり、（１）は凸部を軟金属箔に嵌入させた跡の斜視図、（２）の左上は切断斜視図、右上は表面図、下部はＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図５は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態２を示す概略断面図であり、（１）は凸部を軟金属箔に嵌入させる前の図、（２）は凸部を軟金属箔に嵌入させた状態の図である。 図６は、本発明に係る金属製面ファスナーの接合状態を示す写真図である。 図７は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態３を示す概略断面図である。 図８は、本発明に係る金属製面ファスナーの実施の形態３の応力伝達機構の説明図である。 図９は、従来の金属製面ファスナーの一例を示す図であり、（１）は特許文献１に記載の金属製面ファスナー、（２）は非特許文献１に記載の金属製面ファスナーである。

以下に、本発明に係る金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［金属製面ファスナーおよびその製造方法］
まず、本発明に係る金属製面ファスナーおよびその製造方法の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
まず、実施の形態１を説明する。
図１に示すように、本実施の形態１に係る金属製面ファスナー１００は、金属製の基材１０の表面１２に複数の係合素子１４を備える一対の面ファスナー１６、１６同士を、互いの係合素子１４を相互に係合させることにより面接合するように構成したものである。基材１０としては、例えば鋼材などの金属材料を用いることができる。複数の係合素子１４は、基材１０の表面１２（以下、金属表面ということがある。）に対するレーザースキャニング加工により微細な凹凸形状に形成されている。以下、この凹凸形状を凹凸部ということがある。

この金属製面ファスナー１００を製造する場合には、レーザースキャニング加工を用いて金属表面１２に凹凸形状の凹凸部１８を形成する。形成した凹凸部１８の例を図２および図３に示す。レーザーを格子状に照射することで金属表面に複数の溝（凹部２０）を所定の間隔で形成し、これにより、図２および図３に示したような凹凸部１８を形成する。

凹凸部１８の寸法は、レーザー加工機の能力によって決まるが、本実施の形態１では、図３に示すように凹部２０の幅Ｂ１、凸部２２の幅Ｂ２が２０～１００μｍ程度の凹凸部１８を形成した。この凹凸部１８によれば、接合位置の自由度を１００μｍピッチで実現できる。凹部２０の深さＤは、概ね凹部２０の幅Ｂ１以上に設定することが望ましい。

凹部２０の幅Ｂ１と、凸部２２の幅Ｂ２の大小関係は、「凹部の幅Ｂ１≧凸部の幅Ｂ２」に設定してもよいが、一の面ファスナー１６に形成した凹凸部の凹部２０と、他の面ファスナー１６に形成した凹凸部の凸部２２をより確実に嵌合させるために「凹部の幅Ｂ１≒凸部の幅Ｂ２」に設定することがより望ましい。面ファスナー１６、１６同士を圧着すれば凹凸部１８が形状変形して嵌合できるため、多少の寸法差は許容される。

凹部２０を形成する際にバリが発生するが、これらのバリは除去しないことが好ましい。凹凸部１８の加工精度が低い場合でもバリが塑性化して馴染んで、嵌合部分の一部となることで接合できる。

金属表面１２に凹凸部１８を形成するためのレーザースキャニング加工技術としては、例えば、上記の特許文献２に記載の技術を利用することができる。なお、この特許文献２に記載の技術では、金属材料と樹脂系材料の接合を対象とし、それらの界面気密性の向上のために凹凸部を利用している。これに対し、本実施の形態１では、金属材料同士の接合を対象としており、界面気密性でなく、凹凸部１８同士を嵌合させることで金属材料同士（面ファスナー１６同士）を接合する。

本実施の形態１によれば、金属表面に対するレーザースキャニング加工によって、金属表面に容易かつ安価に凹凸形状を形成することができる。また、凹凸寸法を小さくすることが可能なため、接合位置の自由度が高い金属製面ファスナーを実現することができる。さらに、加工時に発生したバリを除去しなくても接合することができる。また、この金属製面ファスナーは素材が金属であることから、接合強度が高い。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。
凹凸部１８同士を確実に嵌合させるためには、上記の実施の形態１のように「凹部の幅Ｂ１≒凸部の幅Ｂ２」に設定することが望ましい。しかし、凹凸部１８の加工精度が低く「凹部の幅Ｂ１＜凸部の幅Ｂ２」となった場合、圧着時に凸部２２が凹部２０に嵌合されず、安定して接合できないおそれがある。そこで、本実施の形態２では、凹凸部１８の加工精度が低い場合でも、安定して接合できる構造を説明する。

図４および図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る金属製面ファスナー２００は、一対の面ファスナー１６、１６の互いの凹凸部１８（係合素子１４）の間に挟み込まれ、凹凸部１８よりも軟らかい軟金属箔２４（金属箔）を備える。基材１０が鋼製の場合、軟金属箔２４には例えばアルミ箔などの金属箔を用いることができる。

この金属製面ファスナー２００を製造する場合には、上記の実施の形態１と同様に、まず、レーザースキャニング加工を用いて基材１０の表面に凹凸形状の凹凸部１８を形成することにより面ファスナー１６を製造する。次に、図５（１）に示すように、製造した一対の面ファスナー１６、１６を互いの凹凸部１８同士が向き合うように対向配置し、互いの凹凸部１８の間に軟金属箔２４を挟んだ後、図５（２）に示すように、面ファスナー１６、１６を圧着する。凸部２２を軟金属箔２４に嵌入させることで面ファスナー１６、１６を接合する。これにより、図６に示すような金属製面ファスナー２００からなる金属面の接合構造を得ることができる。

本実施の形態２では、面ファスナー１６の凹凸部１８の寸法について、上記の実施の形態１のように「凹部の幅Ｂ１≒凸部の幅Ｂ２」とする必要はなく、「凹部の幅Ｂ１＞凸部の幅Ｂ２」または「凹部の幅Ｂ１＜凸部の幅Ｂ２」でよい。軟金属箔２４の厚さｔは、凹部２０の溝の深さＤの２倍以上とすることが望ましい。軟金属箔２４の厚さｔを確保することで、凹部の幅Ｂ１と凸部の幅Ｂ２の寸法関係によらず、凸部２２の嵌入部を確実に確保することができる。

本実施の形態２によれば、上記の実施の形態１と同様、金属表面に対するレーザースキャニング加工によって、金属表面に容易かつ安価に凹凸形状を形成することができる。また、凹凸寸法を小さくすることが可能なため、接合位置の自由度が高い金属製面ファスナーを実現することができる。さらに、凹凸部の加工精度が低くても確実に接合することができる。また、この金属製面ファスナーは素材が金属であることから、接合強度が高い。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３を説明する。
上述したように、凹凸部１８の加工精度が低く「凹部の幅Ｂ１＜凸部の幅Ｂ２」となった場合、圧着時に凸部２２が凹部２０に嵌合されず、安定して接合できないおそれがある。また、加工時などに凹凸部１８に粉塵、錆等が付着すると凹凸部１８の嵌合を阻害する可能性がある。そこで、本実施の形態３では、こうした場合に備えて凹凸部１８を保護するとともに、安定して接合できる構造を説明する。

図７に示すように、本発明の実施の形態３に係る金属製面ファスナー３００は、凹凸部１８（係合素子１４）の表面に設けられた保護層２６を備える。この保護層２６は、図８に示すように、一対の面ファスナー１６、１６の互いの凹凸部１８を相互に係合させた場合に、凹凸部１８の間の隙間に残って凹凸部１８の間の緩みを吸収するものである。保護層２６の材料としては、例えば熱可塑性樹脂、接着剤、プラスチック等の有機系材料を用いることができる。

この金属製面ファスナー３００を製造する場合には、上記の実施の形態１、２と同様に、まず、レーザースキャニング加工を用いて基材１０の表面に凹凸形状の凹凸部１８を形成することにより面ファスナー１６を製造する。次に、図７に示すように、凹凸部１８の表面に保護層２６を設ける。次に、図８に示すように、一対の面ファスナー１６、１６を互いの凹凸部１８同士が向き合うように対向配置して圧着接合する。この接合の際には、保護層２６を加熱等することで軟化させた上で面ファスナー１６同士を圧着し、凹凸部１８を嵌合することが望ましい。

本実施の形態３によれば、凹凸部１８の嵌合部の隙間にも保護層２６の材料が残留することで、嵌合部のゆるみも吸収できる。接合面の応力伝達は、凹凸部１８の直接嵌合と保護層２６の材料の圧縮ストラットにより伝達する。

本実施の形態３では、面ファスナー１６の凹凸部１８の寸法について、上記の実施の形態１のように「凹部の幅Ｂ１≒凸部の幅Ｂ２」とする必要はなく、「凹部の幅Ｂ１＞凸部の幅Ｂ２」に設定することができる。

凹凸部１８を形成するためのレーザースキャニング加工技術としては、例えば、上記の特許文献２に記載の技術を利用することができる。この特許文献２に記載の技術は、金属材料と有機系の異種材料（樹脂系材料）との接合を対象としており、これらの接合部では、金属側で界面剥離または有機系材料の凝集破壊により接合耐力が決定する。これに対し、本実施の形態３では、凹凸部１８の直接嵌合分の接合耐力を確保できることに加え、有機系材料（保護層２６）側の耐力も特許文献２の技術と比較して向上させることができる。本実施の形態３の応力伝達機構においては、有機系材料（保護層２６）の界面剥離または凝集破壊が発生しても、凹凸部１８に有機系材料が残存しているため、荷重を維持することができ、靭性および最大耐力以降の変形能力も確保することができる。

本実施の形態３によれば、上記の実施の形態１、２と同様、金属表面に対するレーザースキャニング加工によって、金属表面に容易かつ安価に凹凸形状を形成することができる。また、凹凸寸法を小さくすることが可能なため、接合位置の自由度が高い金属製面ファスナーを実現することができる。さらに、凹凸部の加工精度が低くても確実に安定して接合することができる。また、この金属製面ファスナーは素材が金属であることから、接合強度が高い。また、保護層２６の構成材料（例えば有機系材料）が破壊しても、荷重を維持することができ、靭性および最大耐力以降の変形能力を確保することができる。

［金属製面ファスナーの製造装置］
次に、本発明に係る金属製面ファスナーの製造装置の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係る金属製面ファスナーの製造装置は、上述した金属製面ファスナー１００～３００を製造する装置である。この装置は、基材１０の表面１２に対するレーザースキャニング加工により、表面１２に微細な凹凸形状の凹凸部１８（複数の係合素子１４）を形成する手段を有する。この手段としては、例えばレーザー加工機を用いて構成することができる。この装置を用いた金属製面ファスナー１００～３００の製造方法の具体例については、上述したとおりである。したがって、本実施の形態によれば、凹凸寸法の小さい金属製面ファスナー１００～３００を容易かつ安価に製造することができる。

［金属面の接合方法］
次に、本発明に係る金属面の接合方法の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係る金属面の接合方法は、上述した金属製面ファスナー１００～３００のいずれか一つを用いて金属面同士を接合する方法である。

上記の実施の形態１の金属製面ファスナー１００を用いた接合方法では、金属面同士を一対の面ファスナー１６、１６で構成する。そして、図１および図３に示すように、面ファスナー１６、１６同士を圧着して互いの凹凸部１８を相互に係合させることにより面接合する。この方法によれば、上記の実施の形態１で説明したように、金属面同士を凹凸部１８を介して強固に接合することができる。また、凹凸部１８の加工精度が低くても確実に接合することができる。

上記の実施の形態２の金属製面ファスナー２００を用いた接合方法では、金属面同士を一対の面ファスナー１６、１６で構成する。そして、図５に示すように、互いの凹凸部１８の間に軟金属箔２４を挟んだ状態で面ファスナー１６、１６同士を圧着して互いの凹凸部１８を相互に係合させることにより面接合する。この方法によれば、上記の実施の形態２で説明したように、金属面同士を凹凸部１８、軟金属箔２４を介して強固に接合することができる。また、凹凸部１８の加工精度が低くても確実に接合することができる。

上記の実施の形態３の金属製面ファスナー３００を用いた接合方法では、金属面同士を一対の面ファスナー１６、１６で構成する。図７に示すように、凹凸部１８の表面に保護層２６を設けておく。そして、図８に示すように、面ファスナー１６、１６同士を圧着して互いの凹凸部１８を相互に係合させることにより面接合する。この方法によれば、上記の実施の形態３で説明したように、金属面同士を凹凸部１８、保護層２６を介して強固に接合することができる。また、凹凸部１８の加工精度が低くても確実に接合することができる。

以上説明したように、本発明に係る金属製面ファスナーによれば、金属製の基材の表面に複数の係合素子を備える一対の面ファスナー同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するように構成した金属製面ファスナーであって、複数の係合素子は、基材の表面に対するレーザー加工により微細な凹凸形状に形成されたものであるので、容易かつ安価に凹凸加工でき、かつ凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを提供することができる。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーによれば、一対の面ファスナーの互いの係合素子の間に挟み込まれ、係合素子よりも軟らかい金属箔を備えるので、凹凸形状の加工精度が低い場合でも、安定して接合することができる。

また、本発明に係る他の金属製面ファスナーによれば、係合素子の表面に設けられた保護層を備え、この保護層は、一対の面ファスナーの互いの係合素子を相互に係合させた場合に、係合素子の間の隙間に残って係合素子の間の緩みを吸収するものであるので、凹凸形状の加工精度が低い場合でも、安定して接合することができる。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造方法によれば、上述した金属製面ファスナーを製造する方法であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成するステップを有するので、凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを容易かつ安価に製造することができる。

また、本発明に係る金属製面ファスナーの製造装置によれば、上述した金属製面ファスナーを製造する装置であって、基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成する手段を有するので、凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを容易かつ安価に製造することができる。

また、本発明に係る金属面の接合方法によれば、上述した金属製面ファスナーを用いて金属面同士を接合する方法であって、一対の面ファスナーによって構成される金属面同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するステップを有するので、金属面同士を強固に接合することができる。

以上のように、本発明に係る金属製面ファスナー、製造方法、製造装置、金属面の接合方法は、金属同士を機械的に接合するのに有用であり、特に、凹凸加工が容易かつ安価で、かつ凹凸寸法の小さい金属製面ファスナーを実現するのに適している。

１０ 基材
１２ 表面，金属表面
１４ 係合素子
１６ 面ファスナー
１８ 凹凸部
２０ 凹部
２２ 凸部
２４ 軟金属箔（金属箔）
２６ 保護層
１００，２００，３００ 金属製面ファスナー

Claims (5)

1. 金属製の基材の表面に複数の係合素子を備える一対の面ファスナー同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するように構成した金属製面ファスナーであって、
   複数の係合素子は、基材の表面に対するレーザー加工により微細な凹凸形状に形成されたものであり、
   係合素子の表面に設けられた保護層を備え、この保護層は、一対の面ファスナーの互いの係合素子を相互に係合させた場合に、係合素子の間の隙間に残って係合素子の間の緩みを吸収するものであることを特徴とする金属製面ファスナー。
2. 金属製の基材の表面に複数の係合素子を備える一対の面ファスナー同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するように構成した金属製面ファスナーであって、
   複数の係合素子は、基材の表面に対するレーザー加工により微細な凹凸形状に形成されたものであり、
   一対の面ファスナーの互いの係合素子の間に挟み込まれ、係合素子よりも軟らかい金属箔を備えており、一対の面ファスナーの互いの係合素子を相互に係合させた場合に、係合素子が金属箔に嵌入することで面ファスナー同士を接合するものであることを特徴とする金属製面ファスナー。
3. 請求項１または２に記載の金属製面ファスナーを製造する方法であって、
   基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成するステップを有することを特徴とする金属製面ファスナーの製造方法。
4. 請求項１または２に記載の金属製面ファスナーを製造する装置であって、
   基材の表面に対するレーザー加工により、基材の表面に微細な凹凸形状からなる複数の係合素子を形成する手段を有することを特徴とする金属製面ファスナーの製造装置。
5. 請求項１または２に記載の金属製面ファスナーを用いて金属面同士を接合する方法であって、
   一対の面ファスナーによって構成される金属面同士を、互いの係合素子を相互に係合させることにより面接合するステップを有することを特徴とする金属面の接合方法。

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