JP2014051041A - 複合成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合強度の高い複合成形体の製造方法の提供。
【解決手段】金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する第１工程、前記凹部または溝が形成された金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する第２工程、その後、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る第３工程、を有している複合成形体の製造方法
【選択図】なし
【解決手段】金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する第１工程、前記凹部または溝が形成された金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する第２工程、その後、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る第３工程、を有している複合成形体の製造方法
【選択図】なし
Description
本発明は、金属成形体と樹脂成形体からなる複合成形体の製造方法に関する。
各種部品の軽量化の観点から、金属代替品として樹脂成形体が使用されているが、全ての金属部品を樹脂で代替することは難しい場合も多い。そのような場合には、金属成形体と樹脂成形体を接合一体化することで新たな複合部品を製造することが考えられる。
しかしながら、金属成形体と樹脂成形体を工業的に有利な方法で、かつ高い接合強度で接合一体化できる技術は実用化されていない。
しかしながら、金属成形体と樹脂成形体を工業的に有利な方法で、かつ高い接合強度で接合一体化できる技術は実用化されていない。
特許文献１には、金属表面に対して、一つの走査方向にレーザースキャニングする工程と、それにクロスする走査方向にレーザースキャニングする工程を含む、異種材料（樹脂）と接合するための金属表面のレーザー加工方法の発明が記載されている。
特許文献２には、特許文献１の発明において、さらに複数回重畳的にレーザースキャニングするレーザー加工方法の発明が開示されている。
特許文献２には、特許文献１の発明において、さらに複数回重畳的にレーザースキャニングするレーザー加工方法の発明が開示されている。
しかしながら、特許文献１、２の発明は、必ずクロスする２つの方向に対してレーザースキャンする必要があるため、加工時間が長く掛かりすぎるという点で改善の余地がある。
さらにクロス方向へのレーザースキャンにより十分な表面粗し処理ができることから、接合強度は高くできることが考えられるが、表面粗さ状態が均一にならず、金属と樹脂との接合部分の強度の方向性が安定しないおそれがあるという問題がある。
例えば、１つの接合体はＸ軸方向への剪断力や引張強度が最も高いが、他の接合体は、Ｘ軸方向とは異なるＹ軸方向への剪断力や引張強度が最も高く、さらに別の接合体は、Ｘ軸およびＹ軸方向とは異なるＺ軸方向への剪断力や引張強度が最も高くなるという問題が発生するおそれがある。
製品によっては（例えば、一方向への回転体部品や一方向への往復運動部品）、特定方向への高い接合強度を有する金属と樹脂の複合体が求められる場合があるが、特許文献１、２の発明では前記の要望には十分に応えることができない。
さらにクロス方向へのレーザースキャンにより十分な表面粗し処理ができることから、接合強度は高くできることが考えられるが、表面粗さ状態が均一にならず、金属と樹脂との接合部分の強度の方向性が安定しないおそれがあるという問題がある。
例えば、１つの接合体はＸ軸方向への剪断力や引張強度が最も高いが、他の接合体は、Ｘ軸方向とは異なるＹ軸方向への剪断力や引張強度が最も高く、さらに別の接合体は、Ｘ軸およびＹ軸方向とは異なるＺ軸方向への剪断力や引張強度が最も高くなるという問題が発生するおそれがある。
製品によっては（例えば、一方向への回転体部品や一方向への往復運動部品）、特定方向への高い接合強度を有する金属と樹脂の複合体が求められる場合があるが、特許文献１、２の発明では前記の要望には十分に応えることができない。
また接合面が複雑な形状や幅の細い部分を含む形状のものである場合（例えば星形、三角形、ダンベル型）には、クロス方向にレーザースキャンする方法では、部分的に表面粗し処理が不均一になる結果、充分な接合強度が得られないことも考えられる。
特許文献３には、金属表面にレーザー光を照射して凹凸を形成し、凹凸形成部位に樹脂、ゴム等を射出成形する電気電子部品の製造方法が記載されている。
実施形態１〜３では、金属長尺コイル表面にレーザー照射して凹凸を形成することが記載されている。そして、段落番号１０では、金属長尺コイル表面をストライプ状や梨地状に荒らすこと、段落番号１９では、金属長尺コイル表面をストライプ状、点線状、波線状、ローレット状、梨地状に荒らすることが記載されている。
しかし、段落番号２１、２２の発明の効果に記載されているとおり、レーザー照射をする目的は、金属表面に微細で不規則な凹凸を形成し、それによりアンカー効果を高めるためである。特に処理対象が金属長尺コイルであることから、どのような凹凸を形成した場合でも、必然的に微細で不規則な凹凸になるものと考えられる。
よって、特許文献３の発明は、特許文献１、２の発明のようにクロス方向にレーザー照射して表面に微細な凹凸を形成する発明と同じ技術的思想を開示しているものである。
実施形態１〜３では、金属長尺コイル表面にレーザー照射して凹凸を形成することが記載されている。そして、段落番号１０では、金属長尺コイル表面をストライプ状や梨地状に荒らすこと、段落番号１９では、金属長尺コイル表面をストライプ状、点線状、波線状、ローレット状、梨地状に荒らすることが記載されている。
しかし、段落番号２１、２２の発明の効果に記載されているとおり、レーザー照射をする目的は、金属表面に微細で不規則な凹凸を形成し、それによりアンカー効果を高めるためである。特に処理対象が金属長尺コイルであることから、どのような凹凸を形成した場合でも、必然的に微細で不規則な凹凸になるものと考えられる。
よって、特許文献３の発明は、特許文献１、２の発明のようにクロス方向にレーザー照射して表面に微細な凹凸を形成する発明と同じ技術的思想を開示しているものである。
特許文献４には、金属部材と繊維強化高分子材料部を有する複合成形品の製造方法として、金属部材表面に対してブラスト処理をした後でエッチング処理をする方法が記載されている（実施形態９）。
特許文献５には、金属とプラスチックからなる複合部材の製造方法として、特定のパルス継続時間をもつレーザーを用いて、ナノ構造によって重畳されたマイクロ構造を有するように表面構造を形成する工程を具備する発明が記載されている。
特許文献５には、金属とプラスチックからなる複合部材の製造方法として、特定のパルス継続時間をもつレーザーを用いて、ナノ構造によって重畳されたマイクロ構造を有するように表面構造を形成する工程を具備する発明が記載されている。
本発明は、接合強度を高めた複合成形体を得ることができる、複合成形体の製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する第１工程、
前記凹部または溝が形成された金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する第２工程、
その後、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る第３工程、
を有している複合成形体の製造方法を提供する。
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する第１工程、
前記凹部または溝が形成された金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する第２工程、
その後、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る第３工程、
を有している複合成形体の製造方法を提供する。
本発明の複合成形体の製造方法によれば、金属成形体と樹脂成形体の接合強度を高めることができる。
本発明の製造方法で得られる複合成形体は、例えば図１、図２に示すようなものである。
図１の複合成形体１は、平板状の金属成形体１０と平板状の樹脂成形体２０が接合面１２において接合一体化されているものである。
図２（ａ）、（ｂ）の複合成形体１は、丸棒状の金属成形体１０と丸棒状の樹脂成形体２０が接合面１２において接合一体化されているものである。
本発明の複合成形体で使用する金属成形体の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウムまたはその合金、亜鉛、マグネシウム、銅、鉛、錫およびそれらを含む合金から選ばれるものを挙げることができる。
本発明の複合成形体で使用する金属成形体の成形方法は特に制限されるものではなく、金属の種類に応じて公知の各種成形法を適用して製造することができものであり、例えばダイカスト法で製造したものを使用することができる。
図１の複合成形体１は、平板状の金属成形体１０と平板状の樹脂成形体２０が接合面１２において接合一体化されているものである。
図２（ａ）、（ｂ）の複合成形体１は、丸棒状の金属成形体１０と丸棒状の樹脂成形体２０が接合面１２において接合一体化されているものである。
本発明の複合成形体で使用する金属成形体の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウムまたはその合金、亜鉛、マグネシウム、銅、鉛、錫およびそれらを含む合金から選ばれるものを挙げることができる。
本発明の複合成形体で使用する金属成形体の成形方法は特に制限されるものではなく、金属の種類に応じて公知の各種成形法を適用して製造することができものであり、例えばダイカスト法で製造したものを使用することができる。
以下、本発明の製造方法を工程ごとに説明する。
本発明は第１、第２および第３工程をこの順序で具備するものであるが、本発明の課題を解決できる範囲であれば、各工程の前において他の工程を付加することができる。
例えば、各工程の前において、金属成形体の接合面を清浄にする処理工程を設けることができる。
本発明は第１、第２および第３工程をこの順序で具備するものであるが、本発明の課題を解決できる範囲であれば、各工程の前において他の工程を付加することができる。
例えば、各工程の前において、金属成形体の接合面を清浄にする処理工程を設けることができる。
＜第１工程＞
第１工程は、金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する。
凹部または溝は、接合面の全体に形成してもよいし、目的とする接合強度が得られるのであれば、接合面の一部に形成してもよい。
第１工程は、金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する。
凹部または溝は、接合面の全体に形成してもよいし、目的とする接合強度が得られるのであれば、接合面の一部に形成してもよい。
凹部（孔）を形成するときは、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、好ましくは30〜1000μm、最大深さが10〜1000μm、好ましくは50〜1000μmの凹部（孔）を形成する。
凹部は、多数の凹部が規則的にまたはランダムに分散するように形成することができ、多数の凹部が点線状に形成され、かつ直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された凹部が複数箇所で交差するように形成することもできる。
凹部は、多数の凹部が規則的にまたはランダムに分散するように形成することができ、多数の凹部が点線状に形成され、かつ直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された凹部が複数箇所で交差するように形成することもできる。
金属成形体の接合面に溝を形成するときは、開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、好ましくは30〜1000μm、最大深さが10〜1000μm、好ましくは50〜1000μmの溝を形成する。
溝は、多数の溝が直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された溝が複数箇所で交差するように形成することもできる。
なお、第１工程では、金属成形体の接合面に対して、凹部と溝の両方を形成することができる。
溝は、多数の溝が直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された溝が複数箇所で交差するように形成することもできる。
なお、第１工程では、金属成形体の接合面に対して、凹部と溝の両方を形成することができる。
第１工程の処理方法としては、凹部または溝を形成するときにはレーザー光の照射、プレス加工、転造加工および切削加工から選ばれる手段を使用することができる。転造加工は特に溝の形成に適している。
レーザー光を照射する方法を使用するときには、公知のレーザーを使用することができる。例えば、ＹＶＯ4レーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。
レーザーの照射条件、例えば、波長、ビーム径、細孔の間隔、周波数などは、接合対象となる金属成形体の種類に応じて、前記範囲の平均開口径（Ｄｂ）または前記範囲の平均幅（Ｗｂ）を形成できるように決定するが、第２工程でレーザー光の照射をする場合よりも強い照射条件となる。例えば、第２工程と同じレーザー光の照射条件であるが、第２工程によりもスキャン回数を多くすることができる。
レーザーの照射条件、例えば、波長、ビーム径、細孔の間隔、周波数などは、接合対象となる金属成形体の種類に応じて、前記範囲の平均開口径（Ｄｂ）または前記範囲の平均幅（Ｗｂ）を形成できるように決定するが、第２工程でレーザー光の照射をする場合よりも強い照射条件となる。例えば、第２工程と同じレーザー光の照射条件であるが、第２工程によりもスキャン回数を多くすることができる。
第１工程としてレーザー光の照射を使用するときの条件は、例えば次のようにすることができる。
出力は４〜４００Ｗが好ましい。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１０７０ｎｍがより好ましい。
１スキャンのパルス幅（１スキャンのレーザー光の照射時間）は１〜１００,０００nsecが好ましく、１〜１００nsecがより好ましい。
周波数は１〜１００kHzが好ましい。
ビーム径は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、５〜５０μmがさらに好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。
加工速度は１〜１０,０００ｍｍ／secが好ましく、５〜１０,０００ｍｍ／secがより好ましく、１０〜１０,０００ｍｍ／secがさらに好ましい。
スキャン回数は１〜２０回が好ましく、１〜１０回がより好ましい。
出力は４〜４００Ｗが好ましい。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１０７０ｎｍがより好ましい。
１スキャンのパルス幅（１スキャンのレーザー光の照射時間）は１〜１００,０００nsecが好ましく、１〜１００nsecがより好ましい。
周波数は１〜１００kHzが好ましい。
ビーム径は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、５〜５０μmがさらに好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。
加工速度は１〜１０,０００ｍｍ／secが好ましく、５〜１０,０００ｍｍ／secがより好ましく、１０〜１０,０００ｍｍ／secがさらに好ましい。
スキャン回数は１〜２０回が好ましく、１〜１０回がより好ましい。
プレス加工は、所定の大きさの凹部を形成できるような針状の加工具、または所定の大きさの溝を形成できるような刃を有する加工具を使用する方法を適用することができる。
転造加工は、図２に示すような丸棒状の金属成形体１０の表面を加工する方法として適しており、例えば雄ねじ状の溝を形成することができる。
切削加工は、転造加工と同様に図２に示すような丸棒状の金属成形体１０の表面を加工する方法として適しており、さらに凹部を形成する加工にも適用することができる。
転造加工は、図２に示すような丸棒状の金属成形体１０の表面を加工する方法として適しており、例えば雄ねじ状の溝を形成することができる。
切削加工は、転造加工と同様に図２に示すような丸棒状の金属成形体１０の表面を加工する方法として適しており、さらに凹部を形成する加工にも適用することができる。
次に、第１工程における実施形態を図面により説明する。
図３（ａ）は、第１工程にて円形の凹部（孔）をあけた状態を示す平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）の厚さ方向への断面図（深さ方向の形状）を示している。
図３（ｂ）では、孔の深さ方向の形状は三角形になっている。
図３（ａ）は、第１工程にて円形の凹部（孔）をあけた状態を示す平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）の厚さ方向への断面図（深さ方向の形状）を示している。
図３（ｂ）では、孔の深さ方向の形状は三角形になっている。
孔は、開口部の形状が図４（ａ）〜（ｆ）に示す形状から選ばれるものであり、深さ方向の形状が図５（ａ）〜（ｃ）に示す形状から得られるものの組み合わせにすることができる。
孔の開口部の形状は特に制限されるものではなく、図４（ａ）の円形、図４（ｂ）のイチョウの葉形、図４（ｃ）のブーメラン形、図４（ｄ）の楕円形、図４（ｅ）の四角形、図４（ｆ）の多角形のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
孔の深さ方向の形状は特に制限されるものではなく、図５（ａ）の三角形、図５（ｂ）の四角形、図５（ｃ）の台形のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
孔の開口部の形状は特に制限されるものではなく、図４（ａ）の円形、図４（ｂ）のイチョウの葉形、図４（ｃ）のブーメラン形、図４（ｄ）の楕円形、図４（ｅ）の四角形、図４（ｆ）の多角形のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
孔の深さ方向の形状は特に制限されるものではなく、図５（ａ）の三角形、図５（ｂ）の四角形、図５（ｃ）の台形のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
図６（ａ）は、第１工程にて溝を形成した状態を示す平面図であり、図６（ｂ）は（ａ）の厚さ方向への断面図（深さ方向の形状）を示している。
金属成形体１０の接合面１２は、第２工程の処理により微細な孔が多数形成されて表面が粗くされた（処理前よりも粗面化された）状態になっており、そこに多数の溝が均等間隔で形成されている。
図６（ｂ）では、溝の深さ方向の形状は三角形になっている。
金属成形体１０の接合面１２は、第２工程の処理により微細な孔が多数形成されて表面が粗くされた（処理前よりも粗面化された）状態になっており、そこに多数の溝が均等間隔で形成されている。
図６（ｂ）では、溝の深さ方向の形状は三角形になっている。
溝は、開口部の形状（平面形状）が図７（ａ）〜（ｄ）に示す形状から選ばれるものであり、深さ方向の形状が図８（ａ）〜（ｅ）に示す形状から得られるものの組み合わせにすることができる。
溝の開口部の形状（平面形状）は特に制限されるものではなく、図７（ａ）の直線の組み合わせ、図７（ｂ）の（ａ）とは直交する方向でより幅の細い直線の組み合わせ、図７（ｃ）の曲線の組み合わせ、図７（ｄ）の格子状の直線の組み合わせのようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
溝の深さ方向の形状は特に制限されるものではなく、図８（ａ）の三角形、図８（ｂ）の四角形、図８（ｃ）の台形、図８（ｄ）の（ｃ）とは逆向きの台形、図８（ｅ）の（ｄ）の台形が丸みを帯びた形状のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
溝の開口部の形状（平面形状）は特に制限されるものではなく、図７（ａ）の直線の組み合わせ、図７（ｂ）の（ａ）とは直交する方向でより幅の細い直線の組み合わせ、図７（ｃ）の曲線の組み合わせ、図７（ｄ）の格子状の直線の組み合わせのようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
溝の深さ方向の形状は特に制限されるものではなく、図８（ａ）の三角形、図８（ｂ）の四角形、図８（ｃ）の台形、図８（ｄ）の（ｃ）とは逆向きの台形、図８（ｅ）の（ｄ）の台形が丸みを帯びた形状のようにすることができ、図示したもの以外の形状にすることもできる。
＜第２工程＞
第２工程では、第１工程にて凹部または溝を形成した金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する。
第２工程では、第１工程にて凹部または溝を形成した金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する。
金属成形体の接合面に凹部（孔）を形成するときは、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μm、好ましくは0.1〜50μm、さらに好ましくは1.0〜50μmの凹部（孔）を形成する。
金属成形体の表面状態によっては、第１工程にて凹部または溝が形成されていない接合面には微細な凹凸が存在することも考えられるが、そのような場合であっても、前記範囲の凹部を形成するための処理をする。このとき、前記接合面は処理前と比べると、より多くの凹凸が形成され、より粗面化された状態になっている。
凹部は、多数の凹部が規則的にまたはランダムに分散するように形成することができ、多数の凹部が点線状に形成され、かつ直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された凹部が複数箇所で交差するように形成することもできる。
金属成形体の表面状態によっては、第１工程にて凹部または溝が形成されていない接合面には微細な凹凸が存在することも考えられるが、そのような場合であっても、前記範囲の凹部を形成するための処理をする。このとき、前記接合面は処理前と比べると、より多くの凹凸が形成され、より粗面化された状態になっている。
凹部は、多数の凹部が規則的にまたはランダムに分散するように形成することができ、多数の凹部が点線状に形成され、かつ直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された凹部が複数箇所で交差するように形成することもできる。
金属成形体の接合面に溝を形成するときは、開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μm、好ましくは0.1〜50μm、さらに好ましくは1.0〜50μmの溝を形成する。
溝は、多数の溝が直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された溝が複数箇所で交差するように形成することもできる。
第２工程では、金属成形体の接合面に対して、凹部と溝の両方を形成することができる。
なお、第２工程にて凹部または溝を形成するときは、第１工程にて形成された凹部の内部または溝の内部にも凹部または溝を形成することができる。金属成形体と樹脂成形体との接合強度を高めるためには、第２工程において、第１工程にて形成された凹部の内部または溝の内部にも凹部または溝内にも凹部または溝を形成して粗面化することが好ましい。
溝は、多数の溝が直線、曲線または図形（円、多角形、不定形など）をなすように形成することができ、複数の直線、曲線または図形をなすように形成された溝が複数箇所で交差するように形成することもできる。
第２工程では、金属成形体の接合面に対して、凹部と溝の両方を形成することができる。
なお、第２工程にて凹部または溝を形成するときは、第１工程にて形成された凹部の内部または溝の内部にも凹部または溝を形成することができる。金属成形体と樹脂成形体との接合強度を高めるためには、第２工程において、第１工程にて形成された凹部の内部または溝の内部にも凹部または溝内にも凹部または溝を形成して粗面化することが好ましい。
第２工程の処理方法としては、凹部を形成するときにはレーザー光の照射、エッチング処理、プレス加工およびブラスト加工から選ばれる手段を使用することができ、溝を形成するときは、レーザー光の照射、エッチング処理およびプレス加工から選ばれる手段を使用することができる。
レーザー光を照射する方法を使用するときには、公知のレーザーを使用することができる。例えば、ＹＶＯ4レーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。
レーザーの照射条件、例えば、波長、ビーム径、細孔の間隔、周波数などは、接合対象となる金属成形体の種類に応じて、前記範囲の平均開口径（Ｄｓ）または前記範囲の平均幅（Ｗｓ）を形成できるように決定するが、第１工程でレーザー光の照射をする場合よりも緩和な条件で実施する。例えば、第１工程と同じレーザー光の照射条件であるが、第１工程によりもスキャン回数を少なくすることができる。
レーザーの照射条件、例えば、波長、ビーム径、細孔の間隔、周波数などは、接合対象となる金属成形体の種類に応じて、前記範囲の平均開口径（Ｄｓ）または前記範囲の平均幅（Ｗｓ）を形成できるように決定するが、第１工程でレーザー光の照射をする場合よりも緩和な条件で実施する。例えば、第１工程と同じレーザー光の照射条件であるが、第１工程によりもスキャン回数を少なくすることができる。
エッチング加工は、金属に応じた周知のエッチング液とマスキング部材を組み合わせて使用する方法を適用することができる。
プレス加工は、所定の大きさの凹部を形成できるような針状の加工具、または所定の大きさの溝を形成できるような刃を有する加工具を使用する方法を適用することができる。
ブラスト加工としては、ショットブラスト加工、サンドブラスト加工などを使用することができる。
プレス加工は、所定の大きさの凹部を形成できるような針状の加工具、または所定の大きさの溝を形成できるような刃を有する加工具を使用する方法を適用することができる。
ブラスト加工としては、ショットブラスト加工、サンドブラスト加工などを使用することができる。
＜第３工程＞
第３工程は、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る。
本発明の複合成形体で使用する樹脂成形体の樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のほか、熱可塑性エラストマーも含まれる。
第３工程は、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る。
本発明の複合成形体で使用する樹脂成形体の樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のほか、熱可塑性エラストマーも含まれる。
熱可塑性樹脂は、用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。例えば、ポリアミド系樹脂（ＰＡ６、ＰＡ６６等の脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。
熱硬化性樹脂は、用途に応じて公知の熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンを挙げることができる。
熱可塑性エラストマーは、用途に応じて公知の熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。
これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。
これらの繊維状充填材は、繊維径が３〜６０μmの範囲のものを使用することができる
が、これらの中でも、例えば金属成形体１０の接合面１１に対して形成されるマーキングパターンの幅（細孔の開口部の大きさ、または溝の幅）より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μｍ、さらに望ましくは７〜20μmである。
このようなマーキングパターンの幅より小さな繊維径の繊維状充填材を使用したときには、金属成形体のマーキングパターン内に繊維状充填材の一部が張り込んだ状態の複合成形体が得られ、金属成形体と樹脂成形体の接合強度が高められるので好ましい。
が、これらの中でも、例えば金属成形体１０の接合面１１に対して形成されるマーキングパターンの幅（細孔の開口部の大きさ、または溝の幅）より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μｍ、さらに望ましくは７〜20μmである。
このようなマーキングパターンの幅より小さな繊維径の繊維状充填材を使用したときには、金属成形体のマーキングパターン内に繊維状充填材の一部が張り込んだ状態の複合成形体が得られ、金属成形体と樹脂成形体の接合強度が高められるので好ましい。
さらにこれらの繊維状充填材は、樹脂成形体の機械的強度を高め、金属成形体との機械的強度差を小さくすることで金属成形体と樹脂成形体との接合強度を高めるため、成形後の樹脂成形体中に含まれる重量平均繊維長が、好ましくは０．１〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．１〜４．０ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜３．０ｍｍ、もっとも好ましくは０．５〜２．５ｍｍにできるような長さのものを製造原料として使用することが好ましい。
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー１００質量部に対する繊維状充填材の配合量は５〜２５０質量部が好ましい。より望ましくは、２５〜２００質量部、さらに望ましくは４５〜１５０質量部である。
実施例１
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（ステンレス：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してプレス加工することで、開口部の平均直径（Ｄｂ）が５００μmの孔を形成した。プレス加工手段として、電磁式ドットマーキング（株式会社出石、ＭＵＬＴＩ４）を使用した。
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（ステンレス：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してプレス加工することで、開口部の平均直径（Ｄｂ）が５００μmの孔を形成した。プレス加工手段として、電磁式ドットマーキング（株式会社出石、ＭＵＬＴＩ４）を使用した。
＜第２工程＞
第１工程で凹部を形成した金属成形体の接合面１２に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Ｄｓ）が１６．４μmの孔をあけることで、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
第１工程で凹部を形成した金属成形体の接合面１２に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Ｄｓ）が１６．４μmの孔をあけることで、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
（レーザー光の照射条件）
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：6.0
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：1
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：6.0
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：1
＜第３工程＞
樹脂として、GF60%強化PA66樹脂（プラストロンPA66−GF60−01（L9）：ダイセルポリマー（株）製，ガラス繊維の繊維長１１ｍｍ）を使用した。
金型内に第１工程および第２工程の処理をした金属成形体１０の接合面１２を含む面を入れ、次の条件でインサート成形して、図１０に示す複合成形体を得た。
樹脂温度：３２０℃
金型温度：１００℃
射出成形機：FUNAC ROBOSHOT S−2000i−100B
樹脂として、GF60%強化PA66樹脂（プラストロンPA66−GF60−01（L9）：ダイセルポリマー（株）製，ガラス繊維の繊維長１１ｍｍ）を使用した。
金型内に第１工程および第２工程の処理をした金属成形体１０の接合面１２を含む面を入れ、次の条件でインサート成形して、図１０に示す複合成形体を得た。
樹脂温度：３２０℃
金型温度：１００℃
射出成形機：FUNAC ROBOSHOT S−2000i−100B
実施例２
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（アルミニウム：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Db）が１１０μｍの穴を形成した。
（レーザー光の照射条件）
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：5.5
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：30
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（アルミニウム：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Db）が１１０μｍの穴を形成した。
（レーザー光の照射条件）
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：5.5
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：30
＜第２工程＞
実施例１と同様にして、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
＜第３工程＞
実施例１と同様にして、図１０に示す複合成形体を得た。
実施例１と同様にして、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
＜第３工程＞
実施例１と同様にして、図１０に示す複合成形体を得た。
実施例３
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（アルミニウム：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Db）が１７０μｍの穴を形成した。
（レーザー光の照射条件）
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：5.5
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：45
＜第１工程＞
図９に示す形状の金属成形体１０（アルミニウム：ＳＵＳ３０４）の接合面１２（実際の金属成形体と樹脂成形体の接触面の一部面）に対してレーザー光を照射して開口部の平均直径（Db）が１７０μｍの穴を形成した。
（レーザー光の照射条件）
レーザーの種類：YVO4
出力（Ｗ）：5.5
波長（nm）：1064
パルス幅（nsec）：<40
周波数（kHz）：50
焦点位置（±mm）：0
ビーム径（μm）：30
加工速度（mm／sec）：500
スキャン回数：45
＜第２工程＞
実施例１と同様にして、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
＜第３工程＞
実施例１と同様にして、図１０に示す複合成形体を得た。
実施例１と同様にして、前記接合面１２の表面（第１工程で凹部は形成されていない面と、前記凹部の内表面）により多くの凹凸を形成することで粗面化した。
＜第３工程＞
実施例１と同様にして、図１０に示す複合成形体を得た。
比較例１
実施例１の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
図１１（ａ）は、実施例１と同じ第１工程を実施した後の接合面のＣＣＤ写真であり、図１１（ｂ）は拡大写真である。
実施例１の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
図１１（ａ）は、実施例１と同じ第１工程を実施した後の接合面のＣＣＤ写真であり、図１１（ｂ）は拡大写真である。
比較例２
実施例２の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
実施例２の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
比較例３
実施例３の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
実施例３の第１工程のみを実施して、図１０に示す複合成形体を得た。
（平均直径の測定方法）
＜第一工程＞平均直径（Dｂ）または平均幅（Wｂ）の測定方法
第１工程の処理をした金属接合面の上から、CCD（キーエンス社製のデジタル顕微鏡VHX、レンズVH‐Z450）を用いて、レンズ倍率１００倍で凹凸の上面に焦点が合う状態で像を撮影した（図１１（ａ）参照）。画像上で焦点が合っている部分の開口部の直径、幅の寸法を１５点測定し、平均直径（Db）、平均幅（Wb）を算出した。
図１１（a）の開口部の直径は、開口部の最も長い曲線部を含むように円を描き、その円の直径を測定した。
＜第一工程＞平均直径（Dｂ）または平均幅（Wｂ）の測定方法
第１工程の処理をした金属接合面の上から、CCD（キーエンス社製のデジタル顕微鏡VHX、レンズVH‐Z450）を用いて、レンズ倍率１００倍で凹凸の上面に焦点が合う状態で像を撮影した（図１１（ａ）参照）。画像上で焦点が合っている部分の開口部の直径、幅の寸法を１５点測定し、平均直径（Db）、平均幅（Wb）を算出した。
図１１（a）の開口部の直径は、開口部の最も長い曲線部を含むように円を描き、その円の直径を測定した。
＜第二工程＞平均直径（Dｓ）または平均幅（Wｓ）の測定方法
第２工程の処理をした金属を切断し、表面部を断面方向からULV-SEM（Caral ZEISS製の極低加速電圧走査電子顕微鏡、ULTRA55）を用いて、レンズ倍率５００倍で（SEM）写真を撮影し、撮影した写真上において、凹凸部を横切る任意の位置に２本の線を引き、線と交差するすべての開口部の直径、幅の寸法を測定して平均直径（Ds）、平均幅（Ws）を算出した。但し、線と交差する開口部の数（ｎ）が１０以上になるようにした。
第２工程の処理をした金属を切断し、表面部を断面方向からULV-SEM（Caral ZEISS製の極低加速電圧走査電子顕微鏡、ULTRA55）を用いて、レンズ倍率５００倍で（SEM）写真を撮影し、撮影した写真上において、凹凸部を横切る任意の位置に２本の線を引き、線と交差するすべての開口部の直径、幅の寸法を測定して平均直径（Ds）、平均幅（Ws）を算出した。但し、線と交差する開口部の数（ｎ）が１０以上になるようにした。
〔引張試験〕
実施例および比較例１の各複合成形体を用い、引張試験を行って接合強度を評価した。結果を表１に示す。
なお、複合成形体の樹脂成形体中のガラス繊維の繊維長（重量平均繊維長）は０．８５ｍｍであった。平均繊維長は、成形品から約３ｇの試料を切出し、６５０℃で加熱・灰化させてガラス繊維を取り出した。取り出した繊維の一部（５００本）から重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開２００６−２７４０６１号公報の〔００４４〕、〔００４５〕を使用した。
引張試験は、金属成形体側を固定した状態で、金属成形体と樹脂成形体が破断するまで図１０に示すＸ１方向に引っ張った場合の最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：テンシロンUCT−1T
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm
実施例および比較例１の各複合成形体を用い、引張試験を行って接合強度を評価した。結果を表１に示す。
なお、複合成形体の樹脂成形体中のガラス繊維の繊維長（重量平均繊維長）は０．８５ｍｍであった。平均繊維長は、成形品から約３ｇの試料を切出し、６５０℃で加熱・灰化させてガラス繊維を取り出した。取り出した繊維の一部（５００本）から重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開２００６−２７４０６１号公報の〔００４４〕、〔００４５〕を使用した。
引張試験は、金属成形体側を固定した状態で、金属成形体と樹脂成形体が破断するまで図１０に示すＸ１方向に引っ張った場合の最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：テンシロンUCT−1T
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm
１ 複合成形体
１０ 金属成形体
１２ 接合面
２０ 樹脂成形体
１０ 金属成形体
１２ 接合面
２０ 樹脂成形体
Claims (4)
- 金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｂ）が1.0〜1000μm、最大深さが10〜1000μmの溝を形成する第１工程、
前記凹部または溝が形成された金属成形体の接合面に対して、開口部の平均直径（Ｄｓ）が0.01〜50μmの凹部、または開口部の平均幅（Ｗｓ）が0.01〜50μmの溝を形成する第２工程、
その後、金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体となる樹脂を使用してインサート成形して複合成形体を得る第３工程、
を有している複合成形体の製造方法。 - 前記第１工程が、レーザー光の照射、プレス加工、転造加工および切削加工から選ばれる手段により実施されるものであり、
前記第２工程が、レーザー光の照射、エッチング処理、プレス加工およびブラスト加工から選ばれる手段により実施されるものである、請求項１記載の複合成形体の製造方法。 - 前記金属成形体がダイカスト成形法で製造されたものである、請求項１または２記載の複合成形体の製造方法。
- 前記金属成形体の前記樹脂成形体との接合面が平面または曲面である、請求項１〜３のいずれか１項記載の複合成形体の製造方法。
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