CN105290616B - 金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器，当经由粘合层在金属材料粘贴有树脂材料等不同的材料的情况下，该不同的材料难以从金属材料剥离。该金属材料的表面处理方法如下，在利用激光使金属材料的表面粗糙化的表面处理方法中，通过各个激光照射而形成为圆状的各粗糙化区域中的邻接的粗糙化区域(110)的各自的外圈接近，在金属材料(10)的表面处理方法中，当将基于各个激光照射而形成的各粗糙化区域的外圈的直径设为a，将基于各个激光照射而形成的粗糙化区域(110)的邻接的中心间距设为d时，以成为0.5a＜d＜1.5a的方式在金属材料(10)的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部(100)。

Description

金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器

技术领域

本发明涉及使金属材料的表面粗糙化以可靠地粘合树脂部件等的金属材料的处理方法及使用该方法的力传感器。

背景技术

作为在金属部件的表面形成粗糙面来提高金属部件与树脂部件的密合性的现有技术，公知有喷砂(使细砂碰撞于金属面来使表面粗糙化的技术)。

在进行喷砂时，首先，在金属面粘贴遮蔽胶带(Masking tape)，并且通过喷砂使上述金属面的所期望的部分活化(粗糙化)。接下来，除去喷砂所使用的磨料、金属废料，剥掉遮蔽胶带。最后，清洗包括金属面在内的整体。此时，磨料、金属废料的一部分残留于金属面，从而在将树脂部件等粘合于金属部件的情况下，容易产生如下不良情况：上述磨料、金属废料的一部分被判断为粘合层的异物而成为工序内的成品率原因，妨碍粘合而使粘合强度降低最差的情况下使两者剥离。

另一方面，作为不使用这种喷砂的金属材料的表面处理方法，公知有例如专利文献1及专利文献2所记载的使用激光的技术。

根据使用激光的技术，能够以激光照射的精度仅瞄准欲活化的部位，从而将喷砂置换为激光加工，由此不需要遮蔽胶带，能够省略遮蔽工序、进行喷砂后的金属面的清洗工序。此外，由于无需清洗工序，从而不会产生喷砂的磨料、金属废料的一部分所引起的树脂部件与金属部件的粘合力降低等的不良模式。

专利文献1：日本特开2013-111881号公报

专利文献2：日本专利第4020957号公报

对于专利文献1所记载的发明而言，照射连续的激光形成为线状，该形成的激光照射痕迹的间隔为250μm以下。该发明是利用激光在金属部件的表面形成粗糙面来提高金属部件与树脂部件的密合性的技术。具体而言，是将邻接的粗糙面的间隔(影线(hatching)宽度)调整为250μm以下并将形成粗糙面的凹凸的深度调整为50μm以下的方法。而且，针对更加优选的影线宽度的范围，如该文献的段落(0025)所记载的那样，为100μm以上且250μm以下。此外，针对上述的专利文献1所记载的发明的激光的照射范围，如该文献的段落(0030)所记载的那样，优选圆的直径为200μm以下，最优选为60～130μm。也就是说，在本发明中，各个激光的照射范围相当宽。

在金属部件的表面形成这种激光的照射范围较宽且影线宽度也较大的状态的粗糙面部，通常适用于使用将树脂以高压填充于金属模具的注射成型技术来将树脂部件固定在金属部件的粗糙面部的情况。因此，在代替使用注射成型技术而在该金属部件经由粘合剂等粘合层粘贴有树脂部件的情况下，金属部件表面的未经激光加工的基体区域残留较宽，因此导致产生粘合层从该未加工区域的剥离，从而无法充分地保持粘合力强度。

此外，专利文献2所记载的发明是利用激光加工技术来接合金属部件与异种部件的技术，在具有与异种部件接合的接合部的金属部件中，在沿某扫描方向进行了激光扫描加工后，沿与扫描方向交差的其他扫描方向进行激光扫描加工，从而形成上述接合部。

而且，专利文献2所记载的发明以使用于注射成型为前提。在这种前提条件下，有目的地使通过激光而破坏了的金属表面隆起，使邻接者彼此架桥，由此树脂基于注射成型时的压力而进入该桥梁的下方凝固，由此，具有锚固效应(anchor effect)的作用。但是，在经由粘合剂等粘合层将树脂部件粘贴于金属部件的情况下，无法利用注射成型时的压力，从而如图8所示那样粘合剂等无法进入至桥梁的下方，所以导致在本应发挥锚固效应的桥梁的下方及其附近形成空气层。其结果是，即使在该金属部件经由粘合剂等粘合层粘贴有树脂部件，粘合层紧密贴合于金属部件的表面的面积也相当小，从而无法充分地确保粘合强度，而导致树脂部件容易从金属部件剥离。

发明内容

本发明的目的在于提供当经由粘合层在金属材料粘贴有树脂材料等不同的材料的情况下该不同的材料难以从金属材料剥离的金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器。

为了解决上述的课题，本发明的技术方案1所记载的金属材料的表面处理方法如下，在利用激光使金属材料的表面粗糙化的表面处理方法中，通过各个激光照射而形成为圆状的各粗糙化区域中的邻接的粗糙化区域的各自的外圈接近，

上述金属材料的表面处理方法的特征在于，

当将基于各个激光照射而形成的各粗糙化区域的外圈的直径设为a，将基于各个激光照射而形成的粗糙化区域的邻接的中心间距设为d时，以成为0.5a＜d＜1.5a的方式在上述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

此外，在技术方案1所记载的金属材料的表面处理方法的基础上，技术方案2所涉及的金属材料的表面处理方法的特征在于，

以上述各粗糙化区域的外圈的直径a与上述粗糙化区域的邻接的中心间距d的关系成为a＝d的方式，在上述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

此外，在技术方案1或2所记载的金属材料的表面处理方法的基础上，技术方案3所涉及的金属材料的表面处理方法的特征在于，

以上述一个粗糙化区域的外圈的周围与四个粗糙化区域的外圈分别接近的方式，在上述金属材料的表面的所期望的部位形成上述粗糙面粘合部。

此外，在技术方案1或2所记载的金属材料的表面处理方法的基础上，技术方案4所涉及的金属材料的表面处理方法的特征在于，

以上述一个粗糙化区域的外圈的周围与六个粗糙化区域的外圈分别接近的方式，在上述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

此外，技术方案5所记载的力传感器的特征在于，

在由金属材料构成的应变体的、通过技术方案1～4的金属材料的表面处理方法而加工成的上述粗糙面粘合部，经由粘合材料粘贴固定有应变片。

根据本发明，能够提供当经由粘合层在金属材料粘贴有树脂材料等不同的材料的情况下该不同的材料难以从金属材料剥离的金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器。

附图说明

图1是使用本发明的一实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法的力传感器的简要立体图。

图2是以将图1所示的力传感器的金属部分与树脂部分分离的方式表示的侧视图。

图3是表示通过激光照射而被粗糙化的邻接的粗糙化区域的尺寸关系的说明图。

图4是以放大的方式表示本发明的实施方式所涉及的粗糙面粘合部的一部分的俯视图。

图5是对本发明的实施例进行说明的说明图。

图6是对本发明的实施例的评价试验结果进行说明的说明图。

图7是以放大的方式表示与图4不同的粗糙面粘合部的一部分的俯视图。

图8是对现有的基于激光照射金属部件与树脂部件经由粘合层粘合时的不良情况进行说明的说明图。

符号说明

1…力传感器；10…应变体；10a…上表面；21、22(20)…应变片；21a、22a…粘合层；21c、22c…电线；100-1…试验片；100-2…试验片；100-3…试验片；101、102(100)…粗糙面粘合部；100’…粗糙面粘合部；110…粗糙化区域；150、160…非粗糙化区域；A1～A3…实质的粘合部分；S1～S5…空间。

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法及使用该方法的力传感器进行说明。首先，对本实施方式所涉及的力传感器的简要结构进行说明。图1是使用本发明的一实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法的力传感器的简要立体图。此外，图2是以将图1所示的力传感器的金属部分与树脂部分分离的方式表示的侧视图。

本实施方式所涉及的力传感器1例如由应变体10与应变片21、22(20)等构成，其中，上述应变体10具有长方体形状且两侧面被贯通并具有沿上表面的长度方向分别隔开间隔地形成的粗糙面粘合部101、102(100)(参照图2)，上述应变片21、22(20)粘合于应变体10的粗糙面粘合部100。

应变体10由金属形成，能够根据所测量的负载，适当地选择铝合金、铁、不锈钢等金属材料。两应变片20分别由聚酰亚胺等树脂形成，在内部具备电阻值与对应变体10施加负载的情况相应地变化的应变片元件(未图示)。从各应变片21、22导出电线21c、22c，上述电线21c、22c用于获取与作用于应变体10的负载对应的信号。此外，在两应变片21、22的底面形成有由粘合剂等形成的粘合层21a、22a，上述粘合层21a、22a用于将应变片21、22分别粘贴于应变体10的上表面10a的规定部位(参照图2)。

在应变体10的上表面10a的与供上述粘合层21a、22a粘贴的区域对应的部位，形成有粗糙面粘合部101、102(100)。另外，在本实施方式中，粗糙面粘合部100取代现有的喷砂法而通过本实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法来形成。

接着，对用于形成上述的粗糙面粘合部100的本实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法进行说明。本实施方式所涉及的金属材料的表面处理方法为通过激光使铝合金、铁、不锈钢等金属材料的表面粗糙化的表面处理方法，该金属材料的表面处理方法的特征在于，通过各个激光照射而形成的邻接的圆状粗糙化区域(表面加工区域)的外周(外圈)分别相互接近。

即，本实施方式所涉及的粗糙面粘合部101、102通过在金属材料(金属部件)即应变体10的上表面10a的预定的部位相互以极小的间隔密接地形成多个具有极小的直径的圆状的粗糙化区域110，而被构成。

图3是表示通过激光照射而被粗糙化的邻接的粗糙化区域110的尺寸关系的说明图。另外，图3中上侧的两个圆是俯视表示邻接的粗糙化区域110的图，以实线及虚线表示左侧的圆X的粗糙化区域110，以假想线(双点划线)表示右侧的圆Y的粗糙化区域110。此外，在左下侧以省略剖面影线的方式表示沿着通过中心部的径向而剖切的剖视图，其中，该中心部成为与左侧的圆X的粗糙化区域110对应的激光照射L的焦点Lf。

对于本实施方式的情况下的尺寸关系而言，当将基于激光照射而形成的粗糙化区域110的外圈的直径设为a，将基于激光照射而形成的粗糙化区域110的邻接的中心间距设为d时，以所有的邻接的圆形状的粗糙化区域彼此的尺寸关系成为a＝d的方式形成粗糙面粘合部100。

另外，在图3中，b是粗糙化区域110中的高度最高的环状部分的直径，c是从照射激光前的金属表面的高度观察的粗糙化区域110的最深的谷部分的深度。另外，在本实施方式中，a≈20μm，d≈20μm，c≈5μm。

图4是以放大的方式表示本实施方式所涉及的粗糙面粘合部100的一部分的俯视图。在本实施方式的情况下，以一个圆状的粗糙化区域110的外圈与四个圆状的粗糙化区域110的外圈接触的方式形成粗糙面粘合部100。而且由四个圆状的粗糙化区域110包围的小面积的部分并未通过激光照射而被粗糙化(活化)，而是成为保持原有的平坦的金属基体的状态的非粗糙化区域150。

实施例

接着，为了确认本发明的实用性而进行了评价试验，因此对该评价试验的内容及评价试验结果进行说明。在该实施例中，制作了多个具有使邻接的激光照射部的间距细微地变化的粗糙面粘合部的试验片，在该粗糙面粘合部经由粘合剂粘合有由聚酰亚胺(PI)构成的树脂板，测量与各粗糙面粘合部对应的树脂板的剥离力。另外，针对粗糙面粘合部的粗糙程度，测量算术平均粗糙度Ra(μm)，针对剥离力，测量剥离力(N)(Peel force(N))。

图5是以放大的方式表示本实施例中多个进行了评价的试验片中的作为代表性的试验片的三个粗糙面粘合部的图，中央所示的(2)试验片(100-2)是以具有与上述的实施方式对应的尺寸关系的方式配置粗糙化区域的试验片。此外，(3)所示的试验片(100-3)是使邻接的粗糙化区域的中心间距大于上述的实施方式的试验片。此外，(1)所示的(100-1)是使邻接的粗糙化区域的各中心间距小于上述的实施方式的试验片。在该情况下，成为邻接的各粗糙化区域的外圈彼此局部相交的配置方式。也就是说，成为各粗糙化区域的外周缘部分局部相互干涉的方式。另外，这些试验片的评价试验结果与图6所示的(100-1)至(100-3)的相应部位处所绘制出的试验值对应。

图6示出了本发明的实施例的评价试验结果。根据该评价试验结果可知，算术平均粗糙度Ra(μm)与剥离力(N)之间存在密切的相关关系，并且针对用于形成具有用于成为本发明的目的的粘合力提高的表面粗糙度的粗糙面粘合部的最佳尺寸关系，最优选如下情况：如在上述的实施方式中说明的那样，当将通过激光照射而形成的圆状的粗糙化区域110的外圈设为a，将邻接的粗糙化区域110的中心间距设为d时，以成为a＝d的方式进行配置(参照图5及图6的(100-2))。但是，若从能够发挥本发明的效果的观点考察，则可知即使该粗糙化区域110的直径a与邻接的粗糙化区域110的中心间距d的关系成为0.5a＜d＜1.5a，也能够在粗糙面粘合部确保足够的粘合力(参照图5及图6的(100-1)及(100-3))。

以下，对上述的本发明的作用进行说明。根据本发明，在代替激光照射而通过喷砂形成粗糙面粘合部的情况下，不需要“首先，在金属面粘贴遮蔽胶带，并且进行喷砂之后除去喷砂并剥掉遮蔽胶带”这样的以往所需的多余的工序，从而能够提高粘合工序的作业效率。并且，不产生如下不良情况：在对包括金属面在内的整体进行清洗时，喷砂残留于粘合层，由此在将树脂部件粘合于金属部件的情况下，剥离力降低。

此外，通过以本发明那样的尺寸关系对作为金属部件的应变体进行激光照射，从而能够阻止在现有技术中成为问题的如下不良情况的产生：“当在金属部件(应变体)的表面形成有激光的照射范围较宽且影线宽度也较大的状态的粗糙面部的情况下，金属部件表面的未通过激光而粗糙化的未加工的基体区域(平坦区域)较宽地残留，即使在该金属部件经由粘合剂粘贴有树脂部件，也产生粘合层从该未加工区域剥离，从而无法充分地确保粘合力强度”。

此外，能够阻止在现有技术中成为问题的“当在注射成型时产生锚固效应的金属部件经由粘合剂等粘合层粘贴有树脂材料的情况下所发生的不良情况的产生”。即，当在现有技术中以用于注射成型为前提进行激光照射的情况下，如图8所示那样通过利用激光有目的且相当程度地损坏金属表面而使其极端地隆起，由此使邻接者彼此架桥，通过其桥梁B的下方发挥锚固效应的作用，但在经由粘合剂等粘合层将树脂部件粘贴于金属部件的情况下，由于粘合剂等无法进入至桥梁B的下方，导致在本应发挥锚固效应的桥梁B的下方及其附近形成空气层(参照图8的形成有空气层的空间S1～S5)。因此，在使用应变体10作为金属部件的情况下，如图8所示那样，即使在应变体10经由粘合剂等粘合层21a(22a)粘贴有应变片20，粘合层21a(22a)紧密贴合于应变体10的表面的面积也相当小，从而无法充分地确保粘合力强度，而导致应变片20容易从应变体10剥离(参照图8的实质的粘合部分A1～A3的面积)。但是，在本发明的情况下，能够阻止上述的不良情况的产生。

另外，如在上述的实施方式中所说明的那样，邻接的粗糙化区域110的尺寸关系最优选以所有的邻接的圆形状的粗糙化区域彼此的尺寸关系成为a＝d的方式形成粗糙面粘合部100，但根据上述的实施例的评价试验结果可知，本发明所涉及的尺寸关系不限定于该实施方式的尺寸关系。

即，根据评价试验结果可知，即使以基于激光照射而形成的所有的粗糙化区域110的外圈直径a与基于激光照射而形成的粗糙化区域110的邻接的中心间距d成为0.5a＜d＜1.5a的方式形成粗糙面粘合部，也能够充分地发挥本发明的作用。

此外，本发明所涉及的粗糙面粘合部的方式无需限定为图4所示的本实施方式那样的方式。即，也可以如图7所示的粗糙面粘合部100’那样，配置为基于激光照射而形成的一个圆状的粗糙化区域110的外圈周围与六个圆状的粗糙化区域110的外圈接近。通过如上那样配置而形成各粗糙化区域110，从而具有如下优点：对于应变体10的粗糙面粘合部100的非粗糙化区域(未通过激光照射而粗糙化的平坦的基体区域)而言，和一个粗糙面粘合部100的外圈的周围与四个粗糙面粘合部100的外圈接近的情况(参照图4的非粗糙化区域150)相比，一个粗糙面粘合部100的外圈的周围与六个粗糙面粘合部100接近的情况(参照图6的非粗糙化区域160)能够缩小非粗糙化区域面积，通过与此相应地减少无益于提高粘合力的非粗糙化区域的总面积，由此能够提高耐剥离性。

另外，在上述的本发明的说明中，对在由金属构成的应变体经由由粘合剂等构成的粘合层而粘贴有由聚酰亚胺树脂板构成的力传感器的情况进行了说明，但未必限定于此，也可以适用于在例如由金属构成的支承体粘合有由对金属箔进行图案化而得的树脂板构成的温度传感器的情况。

即便在上述的情况下，也能够凭借本发明的金属材料的表面处理方法在支承体形成粗糙面粘合部，由此解决根据基于现有的喷砂方法的粗糙面粘合部的形成方法例如因两者的热膨胀率的不同而使温度传感器容易从支承体剥离的不良情况。

Claims (5)

1.一种金属材料的表面处理方法，在利用激光使金属材料的表面粗糙化的表面处理方法中，通过各个激光照射而形成为圆状的各粗糙化区域中的邻接的粗糙化区域的各自的外圈接近，

所述金属材料的表面处理方法的特征在于，

当将基于各个激光照射而形成的各粗糙化区域的外圈直径设为a，将基于各个激光照射而形成的粗糙化区域的邻接的中心间距设为d时，以成为0.5a<d<1.5a的方式在所述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

2.根据权利要求1所述的金属材料的表面处理方法，其特征在于，

以所述各粗糙化区域的外圈直径a与所述粗糙化区域的邻接的中心间距d的关系成为a＝d的方式，在所述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

3.根据权利要求1或2所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，

以所述一个粗糙化区域的外圈的周围与四个粗糙化区域的外圈分别接近的方式，在所述金属材料的表面的所期望的部位形成所述粗糙面粘合部。

4.根据权利要求1或2所述的金属材料表面处理方法，其特征在于，

以所述一个粗糙化区域的外圈的周围与六个粗糙化区域的外圈分别接近的方式，在所述金属材料的表面的所期望的部位形成粗糙面粘合部。

5.一种力传感器，其特征在于，

在由金属材料构成的应变体的、通过权利要求1～4的任意一项所述的金属材料的表面处理方法而加工成的所述粗糙面粘合部，经由粘合材料粘贴固定有应变片。