JP2014136366A - Method for manufacturing an aluminum-resin joined body and aluminum-resin joined body - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an aluminum-resin joined body having an extremely high joining strength between an aluminum substrate and a resin member; and an aluminum-resin joined body.SOLUTION: In the provided method for manufacturing an aluminum-resin joined body, an etching gas including chlorine atom-containing gas molecules and water molecules is jetted, after having been mixed with a plasma jet, onto an aluminum substrate. A thermoplastic resin is induced to infiltrate multiple valley portions included among valley and peak portions of the aluminum substrate thus formed and then is solidified so as to obtain, by forming a fitting interface of the resin member, an aluminum-resin joined body in which the aluminum substrate and resin member are joined; an aluminum-resin joined body thus obtained is also provided.

Description

この発明は、アルミ基材と樹脂部材とが一体的に強固に接合されたアルミ・樹脂接合体を製造する方法、及びアルミ・樹脂接合体に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing an aluminum / resin bonded body in which an aluminum base material and a resin member are integrally and firmly bonded together, and an aluminum / resin bonded body.

一般に自動車等を中心とした輸送機器産業では、CO2削減の理由等から、軽量であって、加工性や耐食性等に優れたアルミ基材の適用が拡大している。一方で、樹脂も軽量で成形性に優れていることから、軽量化を図る手段のひとつとして、その適用範囲が拡大している。そして、これらを一体的に接合したアルミ・樹脂接合体についても注目が集まっている。 In general, in the transportation equipment industry centering on automobiles and the like, application of an aluminum base material that is lightweight and excellent in workability, corrosion resistance, and the like is expanding for reasons such as CO 2 reduction. On the other hand, since the resin is also lightweight and excellent in moldability, its application range is expanding as one of means for reducing the weight. Further, attention is also focused on an aluminum / resin bonded body obtained by integrally bonding them.

従来、このような異種材質であるアルミ基材と樹脂とが互いに一体的に接合したアルミ・樹脂接合体を得るにあたっては、予め樹脂を成形した樹脂成形体とアルミ基材とを用いて、その間を接着剤により加圧下で接合する技術が採用されてきた。近年では、工業的に優れた接合方法として、アルミ基材を射出成形用金型内にインサートし、このインサートされたアルミ基材の表面に向けて溶融した熱可塑性樹脂を射出して、熱可塑性樹脂の射出成形により樹脂成形体を成形すると同時に、アルミ基材と樹脂成形体との間を接合する方法が知られている。   Conventionally, in order to obtain an aluminum / resin bonded body in which an aluminum base material and a resin, which are different materials, are integrally bonded to each other, a resin molded body and an aluminum base material in which resin is molded in advance are used. A technique has been adopted in which these are bonded under pressure with an adhesive. In recent years, as an industrially excellent joining method, an aluminum base material is inserted into an injection mold, and a molten thermoplastic resin is injected toward the surface of the inserted aluminum base material to provide thermoplasticity. A method is known in which a resin molded body is molded by resin injection molding, and at the same time, an aluminum substrate and a resin molded body are joined.

例えば、特許文献1では、アルミ形状体を酸水溶液でエッチング処理してその表面に凹凸部を形成し、凹凸部に起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂が進入して固化した樹脂成形体の嵌入部を形成することで、アルミ形状体と樹脂成形体とが互いに係止されたアルミ・樹脂射出一体成形品が提案されている。また、特許文献2には、Al−Si系合金鋳物部材の表面に酸系液による化学エッチング処理を施し、内面に共晶Si結晶からなる凸部を複数有する凹状部を形成したアルミ合金部材が樹脂接合性に優れることが開示されている。更に、特許文献3や特許文献4には、アンモニアやヒドラジン等の水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬させたアルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂組成物とを射出成形によって一体化した複合体が開示されている。   For example, in Patent Document 1, an aluminum shaped body is etched with an acid aqueous solution to form uneven portions on the surface, and a resin molded body in which a thermoplastic resin enters and solidifies into a plurality of recessed portions due to the uneven portions. There has been proposed an aluminum / resin injection integrated molded product in which an aluminum shaped body and a resin molded body are locked together by forming a fitting portion. Patent Document 2 discloses an aluminum alloy member in which a surface of an Al-Si alloy cast member is subjected to chemical etching treatment with an acid-based liquid, and a concave portion having a plurality of convex portions made of eutectic Si crystals is formed on the inner surface. It is disclosed that resin bondability is excellent. Furthermore, Patent Document 3 and Patent Document 4 disclose a composite in which an aluminum alloy shaped article immersed in an aqueous solution of a water-soluble amine compound such as ammonia or hydrazine and a thermoplastic resin composition are integrated by injection molding. Has been.

しかしながら、これら特許文献1〜4等に記載された湿式の表面処理では、廃液が発生するため、その処理が問題になることがあり、また、樹脂を接合したい箇所のみを処理しようとする場合には、マスキング等の工程が別途必要になり、結果としてコストアップが避けられない。   However, in the wet surface treatments described in these Patent Documents 1 to 4 and the like, waste liquid is generated, so that the treatment may be a problem, and when only trying to treat the portion where the resin is to be joined However, a process such as masking is required separately, and as a result, an increase in cost is inevitable.

一方で、乾式の表面処理として、例えば、特許文献5の実施例1には、アルゴン、酸素、窒素、CF4/酸素、エチレンを使った真空プラズマ処理で処理したアルミプレートを金型内に設置して、熱可塑性エラストマー組成物を射出成形して、樹脂・金属複合体を得たことが記載されており、射出操作において、脱型の際に樹脂成形体がアルミプレートから剥離したり、所定の位置からずれたりすることは全く起こらなかったとされている。また、アルミニウム又はアルミニウム合金のようなアルミ基材に関する処理とは異なるが、特許文献6には、シリコンのような基体の表面に有機化合物の膜を形成した上で、プラズマエッチングによりその有機化合物膜に凹凸を形成して、接着部に利用できることが記載されている。 On the other hand, as a dry surface treatment, for example, in Example 1 of Patent Document 5, an aluminum plate treated by vacuum plasma treatment using argon, oxygen, nitrogen, CF 4 / oxygen, and ethylene is installed in a mold. In addition, it is described that a resin / metal composite was obtained by injection molding of a thermoplastic elastomer composition. It is said that there was no deviation from the position. Further, although different from the treatment relating to an aluminum substrate such as aluminum or aluminum alloy, Patent Document 6 discloses that an organic compound film is formed by plasma etching after forming an organic compound film on the surface of a substrate such as silicon. It is described that it can be used for the bonding portion by forming irregularities on the surface.

しかしながら、これら特許文献5及び6に記載されたようなプラズマ処理を施しても、アルミ基材と樹脂との接合強度を十分に得ることはできず、アルミ基材と樹脂との接合界面での強度信頼性に劣るものであった。   However, even if the plasma treatment as described in Patent Documents 5 and 6 is performed, it is not possible to obtain a sufficient bonding strength between the aluminum base material and the resin, and at the bonding interface between the aluminum base material and the resin. It was inferior in strength reliability.

WO2009/151099A1パンフレットWO2009 / 151099A1 brochure 特開2010-174372号公報JP 2010-174372 A 特許第3954379号公報Japanese Patent No. 3954379 特許第4270444号公報Japanese Patent No. 4270444 特開2001-239548号公報JP 2001-239548 A 特開2003-66203号公報JP 2003-66203 A

そこで、本発明者らは、上記のような従来技術を鑑みて、プラズマ処理を用いて、アルミ基材と熱可塑性樹脂からなる樹脂部材との接合強度が極めて高いアルミ・樹脂接合体を得るための手段について鋭意検討した結果、所定のエッチングガスをプラズマジェットと混合してアルミ基材に噴射して、アルミ基材の表面を粗化処理することで、アルミ基材と樹脂部材との接合密着性を顕著に向上させたアルミ・樹脂接合体が得られることを見出し、本発明を完成させた。   Therefore, in view of the conventional technology as described above, the present inventors use plasma treatment to obtain an aluminum / resin bonded body having extremely high bonding strength between an aluminum base material and a resin member made of a thermoplastic resin. As a result of diligently examining the means, the predetermined etching gas is mixed with the plasma jet and sprayed onto the aluminum base material, and the surface of the aluminum base material is roughened to bond the aluminum base material to the resin member. The present invention has been completed by finding that an aluminum / resin bonded body having significantly improved properties can be obtained.

したがって、本発明の目的は、アルミ基材と樹脂部材との接合強度が極めて高いアルミ・樹脂接合体を得ることができるアルミ・樹脂接合体の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum / resin bonded body capable of obtaining an aluminum / resin bonded body having extremely high bonding strength between an aluminum base and a resin member.

また、本発明の別の目的は、アルミ基材と樹脂部材との接合強度が極めて高いアルミ・樹脂接合体を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an aluminum / resin bonded body having extremely high bonding strength between an aluminum base and a resin member.

すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材と熱可塑性樹脂からなる樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体を製造する方法であって、塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをプラズマジェットと混合して、得られた混合プラズマジェットをアルミ基材に噴射してアルミ基材の表面の一部又は全部を粗化処理し、粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部に起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂を進入させて固化し、樹脂部材の嵌入部を形成してアルミ基材と樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体を得ることを特徴とするアルミ・樹脂接合体の製造方法である。   That is, the present invention relates to a method for producing an aluminum / resin joined body in which an aluminum base material made of aluminum or an aluminum alloy and a resin member made of a thermoplastic resin are joined, wherein a gas molecule containing chlorine atoms and water An etching gas containing molecules is mixed with a plasma jet, and the resulting mixed plasma jet is sprayed onto an aluminum substrate to roughen part or all of the surface of the aluminum substrate, and then formed by the roughening process. An aluminum / resin joint in which a thermoplastic resin is allowed to enter and solidify into a plurality of concave portions due to the uneven portions of the aluminum base material, and a resin member fitting portion is formed to join the aluminum base material and the resin member. A method for producing an aluminum / resin bonded body characterized in that a body is obtained.

また、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材と熱可塑性樹脂からなる樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体であって、アルミ基材の表面の一部又は全部が、塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをプラズマジェットと混合して得られた混合プラズマジェットで粗化処理されており、粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部に起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂が進入して固化した樹脂部材の嵌入部が形成されて、凹状部と嵌入部とによりアルミ基材と樹脂部材とが互いに係止されていることを特徴とするアルミ・樹脂接合体である。   The present invention also relates to an aluminum / resin joined body in which an aluminum base material made of aluminum or an aluminum alloy and a resin member made of a thermoplastic resin are joined, and a part or all of the surface of the aluminum base material is chlorine. Roughening treatment is performed with a mixed plasma jet obtained by mixing an etching gas containing gas molecules containing atoms and water molecules with a plasma jet. An insertion portion of a resin member into which a thermoplastic resin has entered and solidified is formed in a plurality of resulting recess portions, and the aluminum base and the resin member are locked to each other by the recess portion and the insertion portion. This is an aluminum / resin bonded body.

本発明においては、塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをプラズマジェットと混合して、アルミ基材に噴射することで、アルミ基材の表面を粗化処理する。このような混合プラズマジェットを用いることにより、アルミ基材の表面に凹凸部が形成されるメカニズムについては必ずしも明確になってはいないが、現時点では以下のように推測している。ここでは、塩素原子を含有する気体分子がHClの場合を例に説明すると、アルミ基材との反応は次のとおりと考えられる。
HCl → H + Cl
Al + 3Cl → AlCl3
Al + Cl → AlCl
In the present invention, the surface of the aluminum base material is roughened by mixing an etching gas containing gas molecules containing chlorine atoms and water molecules with a plasma jet and spraying the mixture onto the aluminum base material. By using such a mixed plasma jet, the mechanism by which the concavo-convex part is formed on the surface of the aluminum base material is not necessarily clarified, but at present, it is presumed as follows. Here, the case where the gas molecule containing chlorine atoms is HCl will be described as an example, and the reaction with the aluminum substrate is considered as follows.
HCl → H + Cl
Al + 3Cl → AlCl 3
Al + Cl → AlCl

すなわち、HClと水分子とを含んだエッチンガスがプラズマジェットと混合されることでプラズマ化され、塩素プラズマ(Clラジカル)が発生するものと考えられる。そして、このClラジカルを含んだ混合プラズマジェットが噴射されてAl(金属アルミ)と反応し、AlCl3やAlClを形成してこれらが気化することで、凹凸部が形成されてアルミ基材の表面が粗化されるものと考えている。 That is, it is considered that an etchant gas containing HCl and water molecules is mixed with a plasma jet to be turned into plasma, and chlorine plasma (Cl radical) is generated. Then, this mixed plasma jet containing Cl radicals is jetted to react with Al (metal aluminum) to form AlCl 3 and AlCl, and these are vaporized to form uneven portions, and the surface of the aluminum substrate Is thought to be roughened.

この例ではHClを用いて説明したが、上記のようなAl(金属アルミ)との反応に必要なClラジカルを発生させることができればよく、HCl以外にも、例えば、Cl2(塩素ガス)、CCl4(四塩化炭素)、BCl3(三塩化ホウ素)等のようなCl原子を含有した気体分子を用いることができる。このうち、水溶液を形成して、水分子を含んだ状態でのエッチングガスが得られ易いことから、好ましくはHClであるのがよい。すなわち、例えば、塩酸を加温して気化させることで、塩化水素(HCl)ガスと水分子(水蒸気)とを含んだエッチングガスを容易に作り出すことができる。その際、HClの供給量を確保し易くするために、塩酸は50℃以上の温度にするのがよい。ただし、90℃を超えると塩酸加熱の危険性があることから、塩酸は90℃以下の温度にする。 Although this example has been described using HCl, it is only necessary to generate Cl radicals necessary for the reaction with Al (aluminum metal) as described above. In addition to HCl, for example, Cl 2 (chlorine gas), Gas molecules containing Cl atoms such as CCl 4 (carbon tetrachloride), BCl 3 (boron trichloride) and the like can be used. Of these, HCl is preferable because an aqueous solution is formed and an etching gas containing water molecules is easily obtained. That is, for example, by heating and vaporizing hydrochloric acid, an etching gas containing hydrogen chloride (HCl) gas and water molecules (water vapor) can be easily created. At that time, the hydrochloric acid is preferably set to a temperature of 50 ° C. or more in order to easily secure the supply amount of HCl. However, if it exceeds 90 ° C, there is a risk of heating hydrochloric acid, so hydrochloric acid is kept at a temperature of 90 ° C or lower.

また、エッチングガス中の水分子(気体)の役割については、塩素原子を含有する気体分子の濃度を希釈する働きのほか、エッチンガスがプラズマジェットと混合されることでOH-にイオン化されて、Alの一部を酸化してAl23等のアルミ酸化物を形成したり、アルミ基材の表面をヒドロキシ基で修飾する作用も見込まれる。すなわち、部分的にアルミ酸化物の結晶が生成したり、それらが離脱することによって、アルミ基材の表面の粗化に一部寄与するものと考えられる。また、ヒドロキシ基で修飾されたアルミ基材は、樹脂部材との化学的な結合をもたらして、密着強度を向上させる働きも考えられる。 As for the role of water molecules (gas) in the etching gas, in addition to the function of diluting the concentration of gas molecules containing chlorine atoms, the etchant gas is ionized to OH by mixing with the plasma jet, and Al It is expected that some of the metal oxides are oxidized to form aluminum oxide such as Al 2 O 3 or the surface of the aluminum base material is modified with hydroxy groups. That is, it is considered that a part of the surface of the aluminum base material contributes to roughening by partially forming aluminum oxide crystals or separating them. In addition, the aluminum base material modified with a hydroxy group can be considered to have a chemical bond with the resin member and improve the adhesion strength.

また、本発明において、エッチングガスと混合されるプラズマジェットを得るには、アルゴン、ヘリウム、窒素、ドライ空気等のようなプラズマ発生ガスを用いるようにすればよい。そして、エッチングガスとプラズマジェットとを混合して混合プラズマジェットを得るにあたっては、好適には、外管と内管とを備えた同軸二重管構造を有した混合ノズルを用いて、大気圧下で混合プラズマジェットを噴出させるようにするのがよい。   In the present invention, a plasma generating gas such as argon, helium, nitrogen, dry air, etc. may be used to obtain a plasma jet mixed with an etching gas. Then, when mixing the etching gas and the plasma jet to obtain a mixed plasma jet, it is preferable to use a mixing nozzle having a coaxial double tube structure having an outer tube and an inner tube, under atmospheric pressure. It is preferable to eject the mixed plasma jet.

すなわち、同軸二重管構造の混合ノズルを備えたプラズマ発生装置を使用して、混合ノズルの先端部外管側からエッチングガスが噴出されるようにし、また、その先端部内管側からプラズマジェットが噴出されるようにして、エッチングガスがプラズマジェットとダウンフロー領域で混合されるようにするのが好適である。このようにすることで、プラズマジェットの生成効率を低下させることなくエッチングガスと混合させることができる。その際、アルミ基材を混合ノズルの下流に据え付け、混合プラズマジェットをアルミ基材の表面に噴出させることで、プラズマ生成部(電極)とプロセス部(処理対象物)を離して利用できるリモート型のプラズマジェット処理が可能になる。そのため、アルミ基材へのアクセシビリティに優れ、樹脂部材を接合させたい箇所を選択的に粗化処理することができる。一般的には、大気圧プラズマジェットのサイズは数mm〜数百μmであるため、このサイズに従った処理サイズの局所的な粗化処理を必要に応じて繰り返すようにすればよい。また、大気圧下でアルミ基材の粗化処理を行うことができることから、特別な排気装置や圧力容器が不要になり、装置が簡素化できて装置コスト(処理コスト)が低減できると共に、高密度・高反応性であるため高速処理が可能となる。   That is, using a plasma generator having a coaxial double tube structure mixing nozzle, an etching gas is jetted from the outer tube side of the tip of the mixing nozzle, and a plasma jet is generated from the inner tube side of the tip. It is preferred that the etching gas be mixed with the plasma jet in the downflow region so that it is ejected. By doing in this way, it can be mixed with etching gas, without reducing the production efficiency of a plasma jet. At that time, the remote type can be used by separating the plasma generation part (electrode) from the process part (processing object) by installing the aluminum base material downstream of the mixing nozzle and ejecting the mixed plasma jet onto the surface of the aluminum base material. It becomes possible to perform plasma jet processing. Therefore, it is excellent in accessibility to the aluminum base material, and a portion where the resin member is desired to be joined can be selectively roughened. In general, the size of the atmospheric pressure plasma jet is several mm to several hundred μm, and therefore, it is only necessary to repeat the local roughening treatment of the treatment size according to this size as necessary. In addition, since the roughing treatment of the aluminum base material can be performed under atmospheric pressure, a special exhaust device or pressure vessel is not required, the device can be simplified, and the device cost (processing cost) can be reduced. High density is possible due to high density and high reactivity.

本発明においてプラズマジェットを発生させる条件については特に制限はなく、公知の条件を採用することができる。例えば、プラズマジェット生成電源として、定常動作のものでは、DC駆動、マイクロ波駆動、正弦波やパルス等の低周波駆動、RF(高周波)駆動等が挙げられる。このうち、サイズが小さくなるとプラズマ粒子の拡散や流れによる損失レートが大きくなるため、小さい体積に効率的に電力注入できるように、駆動周波数は高い方が有利となるが、特にこれらに制限されない。また、プラズマジェット生成用電極については、単極タイプ又は両極タイプのいずれでも可能であるが、アルミ基材上でのプラズマ噴射効果を促進させる観点から、粗化処理の際にはアルミ基材に電位を加えるようにするのが望ましい。そして、例えば、低周波パルス駆動の大気圧プラズマジェットを生成する場合には、放電を生じさせるために、電圧は5kV以上、周波数は1kHz以上としてパルス駆動高電圧を印加するのが望ましく、また、樹脂部材との密着性に優れた接合を得るには、少なくとも10分程度の噴射時間でアルミ基材に対して混合プラズマジェットを噴射するのが望ましい。   In the present invention, the conditions for generating the plasma jet are not particularly limited, and known conditions can be employed. For example, as a plasma jet generation power source, those with steady operation include DC drive, microwave drive, low frequency drive such as sine wave and pulse, and RF (high frequency) drive. Among these, since the loss rate due to the diffusion and flow of plasma particles increases as the size decreases, a higher drive frequency is advantageous so that power can be efficiently injected into a small volume, but is not particularly limited thereto. In addition, the plasma jet generating electrode can be either a single electrode type or a bipolar electrode type, but from the viewpoint of promoting the plasma spraying effect on the aluminum substrate, it is applied to the aluminum substrate during the roughening treatment. It is desirable to apply a potential. For example, when generating a low-frequency pulse-driven atmospheric pressure plasma jet, it is desirable to apply a pulse-driven high voltage with a voltage of 5 kV or higher and a frequency of 1 kHz or higher in order to generate discharge. In order to obtain a bond excellent in adhesiveness with the resin member, it is desirable to spray the mixed plasma jet onto the aluminum base material in an injection time of at least about 10 minutes.

また、同軸二重管構造を有した混合ノズルを用いる際には、例えば、内管側には、アルゴンやヘリウム等のプラズマ生成ガスをガス流量1000〜5000sccm程度の流量で供給してプラズマジェットを発生させ、また、外管側には、塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをアルゴン、ヘリウム、窒素等の同伴ガスと共に供給して、プラズマジェットと混合させるようにするのがよい。   When a mixing nozzle having a coaxial double pipe structure is used, for example, a plasma generating gas such as argon or helium is supplied to the inner pipe side at a gas flow rate of about 1000 to 5000 sccm. In addition, on the outer tube side, an etching gas containing gas molecules containing chlorine atoms and water molecules is supplied together with an accompanying gas such as argon, helium, nitrogen, etc., and mixed with a plasma jet. It is good.

そして、このような粗化処理によりアルミ基材に形成された凹凸部は、それに起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂が進入して固化した樹脂部材の嵌入部を形成し、アルミ基材の凹状部と樹脂部材の嵌入部とが互いに係止して、アルミ基材と樹脂部材とが一体的に結合したアルミ・樹脂接合体を得ることができる。この凹状部が形成される理由について、アルミ基材は、通常、その表面にAl23からなる薄いアルミナ表面層を有するところ、このアルミナ表面層は一部に欠陥が存在すると考えられる。そのため、先に示したようなClラジカルによる金属アルミの反応が、これらの欠陥から優先的に開始され、混合プラズマジェットが噴出されたアルミ基材の表面には、結果として凹状部が形成される。 And the uneven | corrugated | grooved part formed in the aluminum base material by such a roughening process forms the insertion part of the resin member into which the thermoplastic resin approached and solidified in the some recessed part resulting from it, and the aluminum base material of The concave portion and the fitting portion of the resin member are locked to each other, and an aluminum / resin bonded body in which the aluminum base material and the resin member are integrally coupled can be obtained. Regarding the reason why the concave portion is formed, it is considered that the aluminum base material usually has a thin alumina surface layer made of Al 2 O 3 on the surface thereof, but the alumina surface layer partially has defects. Therefore, the reaction of metal aluminum by the Cl radical as described above is preferentially started from these defects, and as a result, a concave portion is formed on the surface of the aluminum base material from which the mixed plasma jet is ejected. .

また、アルミ基材の内部の金属アルミは、欠陥での反応と同様に、アルミナ表面層よりも速く進み、その結果としてアルミナ表面層やその直下の金属アルミの反応が遅れる。そのため、この反応が遅れた部分が、アルミナ表面層の欠陥から始まった金属アルミの反応がその内部まで進んだ際に、雪庇状の突出部として残ることも考えられる。すなわち、混合プラズマジェットが噴射されたアルミ基材には、その複数の凹状部のうちの一部又は全部において、凹状部の開口縁部の一部又は全体から開口幅方向中心に向けて雪庇状に突き出した突出部が形成されることがあり、その場合には、この突出部によりアルミ基材の凹状部と樹脂部材の嵌入部とが互いに脱離不能な係止構造を形成して、より強固な接合界面が得られる。   Also, the metal aluminum inside the aluminum base material proceeds faster than the alumina surface layer, as in the reaction at the defect, and as a result, the reaction of the alumina surface layer and the metal aluminum immediately below it is delayed. For this reason, it is conceivable that the portion where the reaction is delayed remains as a snow candy-like protrusion when the reaction of the metal aluminum that has started from the defect of the alumina surface layer proceeds to the inside. That is, the aluminum base material on which the mixed plasma jet is sprayed has a snow flake shape from a part or the whole of the opening edge of the concave part toward the center in the opening width direction in part or all of the plurality of concave parts. In this case, the protruding portion may form a locking structure in which the concave portion of the aluminum base and the insertion portion of the resin member cannot be detached from each other. A strong bonding interface can be obtained.

ここで、混合プラズマジェットの噴出によるアルミ基材の粗化処理について、粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部におけるJIS規格の中心線平均粗さRa(JIS B 0601-1982)が200nm以上2000nm以下となるようにするのがよく、好ましくは中心線平均粗さRaが250nm以上1500nm以下となるようにするのがよい。Raが200nm未満であると密着性の不良が生じるおそれがあり、反対にRaが2000nmを超えると表面処理に要する時間がかかり過ぎる問題がある。   Here, regarding the roughening treatment of the aluminum base material by jetting of the mixed plasma jet, the center line average roughness Ra (JIS B 0601-1982) of the JIS standard in the uneven portion of the aluminum base material formed by the roughening treatment is 200 nm. The center line average roughness Ra is preferably 250 nm or more and 1500 nm or less, preferably 2000 nm or less. If Ra is less than 200 nm, poor adhesion may occur. Conversely, if Ra exceeds 2000 nm, there is a problem that it takes too much time for the surface treatment.

また、上述したように、凹状部において雪庇状に突き出した突出部が形成される程度までアルミ基材の粗化処理を行うことが、より強固な接合界面を得る上で好適であるが、その場合には、アルミ基材を厚み方向に切った縦断面で見た場合で、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部が、最大開口幅で1μm以上100μm以下、好ましくは2μm以上80μm以下となるようにすると共に、最深部から開口縁部までの高さで1μm以上100μm以下、好ましくは2μm以上90μm以下となるようにするのがよい。   In addition, as described above, it is preferable to perform the roughening treatment of the aluminum base material to the extent that the protruding portion protruding in the shape of a snow flake is formed in the concave portion, in order to obtain a stronger bonding interface, In this case, when the aluminum substrate is viewed in a longitudinal section cut in the thickness direction, the concave portion having a protruding portion protruding in a snow candy shape has a maximum opening width of 1 μm to 100 μm, preferably 2 μm to 80 μm. The height from the deepest part to the opening edge is 1 μm or more and 100 μm or less, preferably 2 μm or more and 90 μm or less.

そして、本発明においては、混合プラズマジェットを噴出して粗化処理されたアルミ基材については、例えば、射出成形用金型内にセットし、この金型内に溶融した熱可塑性樹脂を射出して固化させる、いわゆるアルミ基材を用いた熱可塑性樹脂との一体成形により、目的のアルミ基材と樹脂部材とのアルミ・樹脂接合体を得ることができる。あるいは、予め熱可塑性樹脂を射出成形して所定の樹脂部材を形成しておき、得られた樹脂部材を粗化処理したアルミ基材の上にレーザー溶着、振動溶着、超音波溶着、ホットプレス溶着、熱板溶着、非接触熱板溶着、又は高周波溶着等の手段を用いた熱圧着により一体的に接合することで、目的のアルミ基材と樹脂部材とのアルミ・樹脂接合体を得るようにしてもよい。これらの場合において、混合プラズマジェットが噴射された個所に対応させて、アルミ基材の一部の表面に樹脂部材が突き合わせ状態で結合されるようにしてもよく、アルミ基材の全面に樹脂部材が突き合わせ状態で結合されるようにしてもよい。   In the present invention, for the aluminum base material that has been roughened by ejecting a mixed plasma jet, for example, it is set in an injection mold, and a molten thermoplastic resin is injected into the mold. By integrally molding with a thermoplastic resin using a so-called aluminum base material, which is solidified, an aluminum / resin joined body of the target aluminum base material and the resin member can be obtained. Alternatively, a predetermined resin member is formed by injection molding of a thermoplastic resin in advance, and the obtained resin member is laser welded, vibration welded, ultrasonic welded, hot press welded on a roughened aluminum base material. By integrally joining by thermocompression using means such as hot plate welding, non-contact hot plate welding, or high frequency welding, an aluminum / resin bonded body of the target aluminum substrate and resin member is obtained. May be. In these cases, the resin member may be bonded to a part of the surface of the aluminum base material so as to correspond to the portion where the mixed plasma jet is injected. May be combined in a butted state.

ここで、アルミ基材を射出成形用金型内にセットして行う熱可塑性樹脂の射出成形の場合には、用いられる熱可塑性樹脂に求められる通常の成形条件を採用し得るものであるが、射出成形時に溶融した熱可塑性樹脂がアルミ基材の凹状部内に確実に進入して固化することが重要であり、金型温度やシリンダー温度を熱可塑性樹脂の種類や物性、更には成形サイクルの許す範囲で比較的高めに設定するのが好ましく、特に金型温度については、下限温度を90℃以上、好ましくは130℃以上にする必要があるが、上限は、使用する熱可塑性樹脂の種類に応じて、100℃から当該熱可塑性樹脂の融点又は軟化点(後述するようなエラストマー成分が添加される場合にはどちらか高い方の融点又は軟化点)より20℃程度低い温度までの範囲であるのがよい。また、下限金型温度は、熱可塑性樹脂の融点から140℃以上低くならないように設定するのが好ましい。   Here, in the case of injection molding of a thermoplastic resin performed by setting an aluminum base in an injection mold, normal molding conditions required for the thermoplastic resin used can be adopted. It is important that the thermoplastic resin melted at the time of injection molding enters into the concave part of the aluminum base material and solidifies, and the mold temperature and cylinder temperature allow the type and physical properties of the thermoplastic resin, as well as the molding cycle. It is preferable to set the temperature relatively high in the range. In particular, for the mold temperature, the lower limit temperature needs to be 90 ° C. or higher, preferably 130 ° C. or higher, but the upper limit depends on the type of thermoplastic resin used. In the range from 100 ° C. to a temperature about 20 ° C. lower than the melting point or softening point of the thermoplastic resin (when an elastomer component as described later is added, the higher melting point or softening point). It is preferable that. Further, the lower limit mold temperature is preferably set so as not to be lowered by 140 ° C. or more from the melting point of the thermoplastic resin.

本発明において、アルミ・樹脂接合体を形成するアルミ基材については特に制限されないが、具体例としては、例えば、純Al系の1000系、Al−Cu系の2000系、Al−Mn系の3000系、Al−Si系の4000系、Al−Mg系の5000系、ADC5、及びADC6、Al−Mg−Si系の6000系、Al−Zn−Mg系の7000系、Al−Fe系の8000系、Al−Si−Mg系のADC3、Al−Si−Cu系のADC10、ADC10Z、ADC12、及びADC12Z、Al−Si−Cu−Mg系のADC14等のようなアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものが挙げられる。そして、各種構造体や部品で使用されるアルミ・樹脂接合体を得るに際して、これらを適宜加工したり、更にはそれらを適宜組み合わせるなどして、所望の形状のアルミ基材とすればよい。   In the present invention, the aluminum base material forming the aluminum / resin bonded body is not particularly limited, but specific examples include, for example, pure Al 1000 series, Al-Cu 2000 series, and Al-Mn 3000 series. Series, Al-Si 4000 series, Al-Mg 5000 series, ADC5 and ADC6, Al-Mg-Si 6000 series, Al-Zn-Mg 7000 series, Al-Fe 8000 series , Al-Si-Mg-based ADC3, Al-Si-Cu-based ADC10, ADC10Z, ADC12, and ADC12Z, Al-Si-Cu-Mg-based ADC14, and the like made of aluminum or an aluminum alloy. . Then, when obtaining an aluminum / resin bonded body to be used in various structures and parts, these may be appropriately processed, or may be appropriately combined to form an aluminum base material having a desired shape.

これらのアルミ基材については、混合プラズマジェットを噴射する前に、必要に応じて、脱脂や表面調整、表面付着物・汚染物等の除去を目的として、酸水溶液による酸処理、及び/又は、アルカリ溶液によるアルカリ処理からなる前処理を施してもよい。ここで、この前処理に用いる酸水溶液としては、例えば、市販の酸性脱脂剤で調製したもの、硫酸、硝酸、フッ酸、リン酸等の鉱酸や酢酸、クエン酸等の有機酸や、これらの酸を混合して得られた混合酸等の酸試薬を用いて調製したもの等を用いることができ、また、アルカリ水溶液としては、例えば、市販のアルカリ性脱脂剤により調製したもの、苛性ソーダ等のアルカリ試薬により調製したもの、又はこれらのものを混合して調製したもの等を用いることができる。これらの酸水溶液及び/又はアルカリ水溶液を用いて行なう前処理の操作方法及び処理条件については、従来、この種の酸水溶液又はアルカリ水溶液を用いて行なわれている前処理の操作方法及び処理条件と同様でよく、例えば、浸漬法、スプレー法等の方法により行うことができる。   For these aluminum substrates, before spraying the mixed plasma jet, if necessary, for the purpose of degreasing and surface adjustment, removal of surface deposits and contaminants, acid treatment with an acid aqueous solution, and / or A pretreatment consisting of an alkali treatment with an alkali solution may be performed. Here, examples of the acid aqueous solution used for this pretreatment include those prepared with commercially available acid degreasing agents, mineral acids such as sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, and phosphoric acid, organic acids such as acetic acid and citric acid, and the like. What was prepared using acid reagents, such as a mixed acid obtained by mixing acid, can be used, and as alkaline aqueous solution, for example, what was prepared with a commercially available alkaline degreasing agent, caustic soda, etc. What was prepared with the alkali reagent, or what was prepared by mixing these things etc. can be used. About the operation method and process conditions of the pre-processing performed using these acid aqueous solution and / or alkali aqueous solution, the operation method and process conditions of the pre-processing conventionally performed using this kind of acid aqueous solution or alkali aqueous solution, and For example, it can be performed by a method such as an immersion method or a spray method.

また、アルミ基材の表面に上記の前処理を施した後や、混合プラズマジェットを噴射する粗化処理より凹凸部を形成した後には、必要により水洗処理をしてもよく、この水洗処理には工業用水、地下水、水道水、イオン交換水等を用いることができる。更に、前処理や粗化処理が施されたアルミ基材については、必要により乾燥処理が行われるが、この乾燥処理についても、室温で放置する自然乾燥でよいほか、エアーブロー、ドライヤー、オーブン等を用いて行う強制乾燥でもよい。   In addition, after the above pretreatment is performed on the surface of the aluminum base material or after the uneven portion is formed by the roughening treatment in which the mixed plasma jet is jetted, the water washing treatment may be performed if necessary. Can use industrial water, ground water, tap water, ion-exchanged water, and the like. Furthermore, the aluminum base material that has been subjected to pretreatment or roughening treatment is subjected to a drying treatment if necessary, and this drying treatment may be natural drying that is allowed to stand at room temperature, as well as an air blow, a dryer, an oven, etc. Forced drying may be performed using

一方、アルミ・樹脂接合体を形成する熱可塑性樹脂については、各種の熱可塑性樹脂を単独で用いることができるが、好ましくは、例えばポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、液晶性樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステル系樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリイミド樹脂、シンジオタクティックポリスチレン樹脂等やこれらの熱可塑性樹脂の2種以上の混合物が挙げられる。また、アルミ基材と樹脂部材との間の密着性、機械的強度、耐熱性、寸法安定性(耐変形、反り等)、電気的性質等の性能をより改善するために、これらの熱可塑性樹脂に繊維状、粉粒状、板状等の充填剤や、各種のエラストマー成分を添加するようにしてもよい。   On the other hand, as the thermoplastic resin forming the aluminum / resin bonded body, various thermoplastic resins can be used alone, but preferably, for example, polypropylene resin, polyethylene resin, acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer (ABS). ), Polycarbonate resins, polyamide resins, polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide (PPS), polyacetal resins, liquid crystalline resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polybutylene terephthalate (PBT), polyoxymethylene resins, Examples thereof include polyimide resins, syndiotactic polystyrene resins, and mixtures of two or more of these thermoplastic resins. In addition, in order to further improve performance such as adhesion between the aluminum base and the resin member, mechanical strength, heat resistance, dimensional stability (deformation resistance, warpage, etc.), electrical properties, etc., these thermoplastics You may make it add fillers, such as fibrous form, a granular form, and plate shape, and various elastomer components to resin.

ここで、熱可塑性樹脂に添加される充填剤としては、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維、アスベスト繊維、硼素繊維等の無機質繊維充填剤や、ポリアミド、フッ素樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維充填剤や、石英粉末、ガラスビーズ、ガラス粉、炭酸カルシウムをはじめとする無機粉体類等の粉状充填剤や、ガラスフレーク、タルクやマイカ等の珪酸塩類等の板状充填剤等が挙げられる。これらの添加剤を熱可塑性樹脂に添加する場合には、熱可塑性樹脂100重量部に対して250重量部以下、好ましくは20重量部以上220重量部以下、より好ましくは30重量部以上100重量部以下の範囲で添加するのが望ましい。この充填剤の添加量が250重量部を超えると流動性が低下し、アルミ基材の凹状部へ進入し難くなり良好な密着強度を得られなかったり、機械的特性の低下を招くおそれもある。   Here, as fillers added to the thermoplastic resin, inorganic fiber fillers such as glass fiber, carbon fiber, metal fiber, asbestos fiber and boron fiber, and high melting point organic fibers such as polyamide, fluororesin and acrylic resin are used. Examples include fillers, powder fillers such as quartz powder, glass beads, glass powder, and inorganic powders such as calcium carbonate, and plate fillers such as glass flakes and silicates such as talc and mica. It is done. When these additives are added to the thermoplastic resin, they are 250 parts by weight or less, preferably 20 parts by weight or more and 220 parts by weight or less, more preferably 30 parts by weight or more and 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin. It is desirable to add in the following range. When the added amount of the filler exceeds 250 parts by weight, the fluidity is lowered, and it becomes difficult to enter the concave part of the aluminum base material, and there is a possibility that good adhesion strength cannot be obtained or the mechanical properties are deteriorated. .

また、熱可塑性樹脂に添加されるエラストマー成分としては、ウレタン系、コアシェル型、オレフィン系、ポリエステル系、アミド系、スチレン系等のエラストマーが例示され、射出成形時の熱可塑性樹脂の溶融温度等を考慮して選択することができる。これらのエラストマー成分を熱可塑性樹脂に添加する場合には、熱可塑性樹脂100重量部に対して30重量部以下、好ましくは3〜25重量部の範囲であるのが望ましい。このエラストマー成分の添加量が30重量部を超えると、更なる密着強度向上効果が見られず機械的特性の低下等の問題が生じる。なお、このエラストマー成分の配合効果は、熱可塑性樹脂としてポリエステル系樹脂を用いた場合に特に顕著に現れる。   Examples of the elastomer component added to the thermoplastic resin include urethane type, core shell type, olefin type, polyester type, amide type, and styrene type elastomers. The melting temperature of the thermoplastic resin at the time of injection molding, etc. It can be selected in consideration. When these elastomer components are added to the thermoplastic resin, the amount is preferably 30 parts by weight or less, preferably 3 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin. When the added amount of the elastomer component exceeds 30 parts by weight, a further effect of improving the adhesion strength is not seen, and problems such as a decrease in mechanical properties occur. The blending effect of the elastomer component is particularly prominent when a polyester resin is used as the thermoplastic resin.

更に、本発明のアルミ・樹脂接合体を製造するための熱可塑性樹脂には、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の添加剤、すなわち難燃剤、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、可塑剤、潤滑剤、滑剤、離型剤、結晶化促進剤、結晶核剤等を、要求される性能に応じて適宜添加することができる。   Furthermore, the thermoplastic resin for producing the aluminum / resin bonded body of the present invention includes known additives generally added to thermoplastic resins, that is, flame retardants, colorants such as dyes and pigments, antioxidants, Stabilizers such as ultraviolet absorbers, plasticizers, lubricants, lubricants, mold release agents, crystallization accelerators, crystal nucleating agents, and the like can be appropriately added according to the required performance.

本発明では、所定のエッチングガスをプラズマジェットと混合して、アルミ基材の表面に噴射する方法を採用することから、湿式法のような廃液の処理が問題となるようなことはない。また、このような混合プラズマジェットを用いることで、樹脂部材の接合が必要な個所を選択的に高速で処理することができることから、マスキング等の工程を省略することができ、アルミ基材と樹脂部材との界面の密着強度が極めて高いアルミ・樹脂接合体を低コストで、容易にかつ簡便に得ることができる。   In the present invention, a method of mixing a predetermined etching gas with a plasma jet and injecting it onto the surface of the aluminum base material is adopted, so that there is no problem with waste liquid treatment as in the wet method. In addition, by using such a mixed plasma jet, it is possible to selectively process a portion where a resin member needs to be joined at a high speed, so that steps such as masking can be omitted. An aluminum / resin bonded body having extremely high adhesion strength at the interface with the member can be obtained easily and simply at low cost.

図1は、実施例で使用したアルミ基材の表面処理装置の模式説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a surface treatment apparatus for an aluminum base material used in Examples. 図2(A)はプラズマ発生装置における混合ノズルを先端及び側面から写した写真であり、図2(B)は混合ノズルを説明するための側面断面面である。FIG. 2A is a photograph showing the mixing nozzle in the plasma generator from the tip and side, and FIG. 2B is a side cross-sectional view for explaining the mixing nozzle. 図3は、実施例で使用した電源による電圧電流波形である(電圧±5.0kV、周波数5kHz、Duty比50%の場合)。FIG. 3 shows a voltage / current waveform of the power supply used in the example (in the case of voltage ± 5.0 kV, frequency 5 kHz, duty ratio 50%). 図4は、エッチングガスのプラズマ化による塩素プラズマの生成を確認するための発光分光測定に使用した装置の模式説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of an apparatus used for emission spectroscopic measurement for confirming the generation of chlorine plasma due to the plasma generation of the etching gas. 図5は、エッチングガスをプラズマ化した際の発光分光測定の結果である。FIG. 5 shows the results of emission spectroscopic measurement when the etching gas is turned into plasma. 図6は、実施例1で得られた粗化処理アルミ基材を断面観察したSEM写真である(×1000倍)。FIG. 6 is a SEM photograph (× 1000 times) of a cross-sectional observation of the roughened aluminum base material obtained in Example 1. 図7は、実施例1で得られた粗化処理アルミ基材を表面観察したSEM写真である〔(a)×1000倍、(b)×5000倍〕。FIG. 7 is a SEM photograph of the surface of the roughened aluminum base material obtained in Example 1 observed ((a) × 1000 times, (b) × 5000 times). 図8は、粗化処理アルミ基材の表面に形成された凹凸部の一部分を模式的に描いた説明図である。FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a part of the uneven portion formed on the surface of the roughened aluminum base material. 図9は、実施例で作製したアルミ・樹脂接合体を説明するための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the aluminum / resin bonded body manufactured in the example. 図10は、実施例で作製したアルミ・樹脂接合体の接合強度を評価する際に使用した評価試験方法を説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an evaluation test method used when evaluating the bonding strength of the aluminum / resin bonded body manufactured in the example. 図11は、実施例5で得た粗化処理アルミ基材の平面写真である。FIG. 11 is a plane photograph of the roughened aluminum base material obtained in Example 5. 図12は、実施例1〜6及び比較例1で得られた結果をもとに、混合プラズマジェットの噴射時間とアルミ基材の表面粗さRaとの関係をグラフにしたものである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the injection time of the mixed plasma jet and the surface roughness Ra of the aluminum base, based on the results obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1. 図13(A)は、実施例5に係る粗化処理アルミ基材の光学顕微鏡写真であり(×200倍)、図13(B)はその一部のAFM測定結果である。FIG. 13A is an optical micrograph of the roughened aluminum base material according to Example 5 (× 200 times), and FIG. 13B is a partial AFM measurement result. 図14(A)は、比較例1に係るアルミ基材の光学顕微鏡写真であり(×200倍)、図14(B)はその一部のAFM測定結果である。FIG. 14A is an optical micrograph of an aluminum substrate according to Comparative Example 1 (× 200 times), and FIG. 14B is a partial AFM measurement result. 図15(A)は、比較例2に係るアルミ基材の光学顕微鏡写真であり(×200倍)、図15(B)はその一部のAFM測定結果である。FIG. 15A is an optical micrograph of an aluminum substrate according to Comparative Example 2 (× 200 times), and FIG. 15B is a partial AFM measurement result.

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明のアルミ・樹脂接合体の製造方法を具体的に説明する。なお、以下は本発明の実施形態の一例を示すものであって、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。   Hereinafter, based on an Example and a comparative example, the manufacturing method of the aluminum resin joined body of this invention is demonstrated concretely. In addition, the following shows an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents.

〔混合プラズマジェットの生成〕
図1には、混合プラズマジェットを用いてアルミ基材の表面を粗化処理する表面処理装置の様子が模式的に示されている。このアルミ基材の表面処理装置は、外管1と内管2の同軸二重管構造の混合ノズルを有するプラズマ発生装置10と、試料ステージ11に備え付けられたアルミ基材Wがプラズマ発生装置10から噴出される混合プラズマジェットで処理される処理用チャンバー20と、ガス洗浄瓶からなり、プラズマ発生装置10における混合ノズルの外管1にエッチングガスを供給するためのエッチングガス供給装置30とから構成される。
[Generation of mixed plasma jet]
FIG. 1 schematically shows a state of a surface treatment apparatus that roughens the surface of an aluminum substrate using a mixed plasma jet. This aluminum substrate surface treatment apparatus includes a plasma generator 10 having a coaxial double tube structure mixing nozzle of an outer tube 1 and an inner tube 2, and an aluminum substrate W provided on a sample stage 11. A processing chamber 20 that is processed with a mixed plasma jet ejected from a gas cleaning bottle and an etching gas supply device 30 that supplies an etching gas to the outer tube 1 of the mixing nozzle in the plasma generator 10. Is done.

このうち、プラズマ発生装置10については、図2に示されるように、先端部の口径(内径)が2mmの石英ガラス製の内管2の一部外側を、外径15mmのガラス管からなる外管1が取り囲むような同軸二重管構造の混合ノズルを形成しており、外管1の接続口1aから供給されるエッチングガスが先端部から噴出されて、内管2の先端部から噴出されるプラズマジェットとダウンフロー領域で混合されるようになっている。また、この混合ノズルの先端部からおよそ100mmの位置には、プラズマジェット生成用の電極3として銅箔テープが内管2に巻き付けられている。そして、この表面処理装置を使ってアルミ基材の粗化処理を行うにあたっては、以下のような混合プラズマジェットの生成条件を採用した。   Among these, as shown in FIG. 2, with respect to the plasma generator 10, a part of the inner side of the quartz glass inner tube 2 having a diameter (inner diameter) of 2 mm at the tip is externally formed of a glass tube having an outer diameter of 15 mm. A mixing nozzle having a coaxial double pipe structure that surrounds the tube 1 is formed, and an etching gas supplied from the connection port 1a of the outer tube 1 is ejected from the distal end and ejected from the distal end of the inner tube 2. Is mixed in the down flow region with the plasma jet. A copper foil tape is wound around the inner tube 2 as an electrode 3 for generating a plasma jet at a position approximately 100 mm from the tip of the mixing nozzle. And when performing the roughening process of an aluminum base material using this surface processing apparatus, the production | generation conditions of the following mixed plasma jets were employ | adopted.

先ず、エッチングガス供給装置30のガス洗浄瓶に10%塩酸を入れて80℃に加温し、ガス注入口からヘリウムガスをガス流量50sccmで注入して(He-2)、外管1の接続口1aに接続されたガス出口側からHClガスとH2Oガスとを含んだエッチングガスが外管1に供給されるようにした。また、内管2にはヘリウムガスをガス流量500sccmで供給した(He-1)。このように混合ノズルの外管1と内管2にそれぞれガスをフローした状態で、電圧±7.5kV、周波数5kHz、デューティ比(Duty比)50%のパルス駆動高電圧を印加することにより、低周波パルス駆動大気圧プラズマジェットを内管2内で生成し、混合ノズル先端部の内管側より大気圧中へ噴出させて、混合ノズルの先端部外管側から噴出されるエッチングガスとダウンフロー領域で混合して、混合プラズマジェットを得るようにした。なお、電源には株式会社ハイデン研究所製SBP−10K−HF型を使用し、半導体スイッチング方式のパルス生成方式を採用して、立ち上がり時間が500ns以下、立ち下り時間が500ns以下となるようにした。また、図3には、電圧が±5.0kVの場合であるが、この電源を使用して電圧±5.0kV、周波数5kHz、デューティ比50%のパルス駆動高電圧が印加されたときの電圧電流波形が示されている。 First, 10% hydrochloric acid is put in the gas cleaning bottle of the etching gas supply device 30 and heated to 80 ° C., helium gas is injected from the gas inlet at a gas flow rate of 50 sccm (He-2), and the outer tube 1 is connected. An etching gas containing HCl gas and H 2 O gas was supplied to the outer tube 1 from the gas outlet side connected to the port 1a. Further, helium gas was supplied to the inner tube 2 at a gas flow rate of 500 sccm (He-1). By applying a pulse driving high voltage with a voltage of ± 7.5 kV, a frequency of 5 kHz, and a duty ratio (Duty ratio) of 50% in a state where the gas flows in the outer tube 1 and the inner tube 2 of the mixing nozzle as described above, A low-frequency pulse-driven atmospheric pressure plasma jet is generated in the inner tube 2 and ejected into the atmospheric pressure from the inner tube side of the mixing nozzle tip, and the etching gas ejected from the outer tube side of the mixing nozzle tip Mixing was performed in the flow region to obtain a mixed plasma jet. Note that the SBP-10K-HF type manufactured by HEIDEN LABORATORY CO., LTD. Was used as the power source, and a semiconductor switching pulse generation method was adopted so that the rise time was 500 ns or less and the fall time was 500 ns or less. . FIG. 3 shows the case where the voltage is ± 5.0 kV, and the voltage when a pulse driving high voltage of voltage ± 5.0 kV, frequency 5 kHz, duty ratio 50% is applied using this power source. The current waveform is shown.

また、エッチングガスのプラズマ化により塩素プラズマが生成することを確認するため、次のような発光分光測定を行った。ここでは、微弱な発光であるClピークを確認するために、図4に示したような単管ノズルを使用して、プラズマジェット生成用電極3より上流でHClガスとH2Oガスとを含んだエッチングガスをヘリウムガスとともに供給し、プラズマ化させるようにした。また、処理用チャンバー20内では、発光分光分析装置(OES)の受光部を試験管に挿入することで保護し、プラズマジェットの下流方向から測定を行った。これら以外については、先の表面処理装置における混合プラズマジェットの生成条件と同じにした。測定結果は図5に示されるとおりであり、エッチングガスのプラズマジェットからClピークを確認することができた(479.4nm)。このことから、先の表面処理装置における混合プラズマジェット中でも、同様にClラジカルが存在するものと考えられる。 Further, in order to confirm that chlorine plasma is generated by the plasma of the etching gas, the following emission spectroscopic measurement was performed. Here, in order to confirm the Cl peak, which is weak light emission, a single tube nozzle as shown in FIG. 4 is used to contain HCl gas and H 2 O gas upstream from the plasma jet generating electrode 3. Etching gas was supplied along with helium gas to make it plasma. Further, in the processing chamber 20, the light-receiving portion of the emission spectroscopic analyzer (OES) was protected by being inserted into a test tube, and measurement was performed from the downstream direction of the plasma jet. The other conditions were the same as the conditions for generating the mixed plasma jet in the previous surface treatment apparatus. The measurement results are as shown in FIG. 5, and a Cl peak could be confirmed from the plasma jet of the etching gas (479.4 nm). From this, it is considered that Cl radicals are also present in the mixed plasma jet in the previous surface treatment apparatus.

[実施例1]
市販のアルミニウム板材(A5052; 板厚2.0mm)から40mm×40mmの大きさのアルミ基材を切り出して、図1に示した表面処理装置の試料ステージ11に取り付けた。そして、このアルミ基材Wに対して直流バイアス450Vを印加し、処理用チャンバー20内を大気圧に保った状態で、先に説明した混合プラズマジェットの生成条件で混合プラズマジェットを1分間噴射して、アルミ基材Wを粗化処理した。このとき、混合ノズルの先端部とアルミ基材Wの表面との間隔は1cmとした。また、光学顕微鏡で確認したところによれば、アルミ基材の表面で混合プラズマジェットが噴射されたスポット径はおよそ1000μmであった。そして、このような1回の混合プラズマジェットの噴射を行った後、混合プラズマジェットの噴射位置が重ならないように、試料ステージ11におけるアルミ基材Wの取り付け位置を動かして、1回目の噴射位置のすぐ隣に上記と同様にして1分間の混合プラズマジェットの噴射を行い、これらを繰り返しながら、アルミ基材Wの表面の5mm×10mmの領域内に合計24箇所の混合プラズマジェットの噴射を行って粗化処理面を形成して、粗化処理アルミ基材を得た。
[Example 1]
An aluminum substrate having a size of 40 mm × 40 mm was cut out from a commercially available aluminum plate (A5052; plate thickness 2.0 mm) and attached to the sample stage 11 of the surface treatment apparatus shown in FIG. Then, a DC bias of 450 V is applied to the aluminum substrate W, and the mixed plasma jet is injected for 1 minute under the generation conditions of the mixed plasma jet described above with the inside of the processing chamber 20 maintained at atmospheric pressure. The aluminum substrate W was roughened. At this time, the distance between the tip of the mixing nozzle and the surface of the aluminum substrate W was 1 cm. Further, according to a confirmation with an optical microscope, the spot diameter at which the mixed plasma jet was jetted on the surface of the aluminum base was about 1000 μm. Then, after performing such a single mixed plasma jet injection, the mounting position of the aluminum substrate W on the sample stage 11 is moved so that the injection positions of the mixed plasma jet do not overlap, and the first injection position In the same manner as described above, a mixed plasma jet is ejected for 1 minute in the same manner as described above, and a total of 24 mixed plasma jets are ejected in a 5 mm × 10 mm region on the surface of the aluminum base W while repeating these steps. Thus, a roughened surface was formed to obtain a roughened aluminum base material.

上記で得られた粗化処理アルミ基材について、先ず、原子間力顕微鏡(キーエンス社製VN-8010)を用いて、粗化処理面のなかから200μm×200μmの範囲を選択してAFM(Atomic Force Microscope)による表面解析を行ったところ、中心線平均粗さRaは278.9nmであった。ここで、図6は、粗化処理アルミ基材の粗化処理面が含まれる部分を厚み方向に切って、走査型電子顕微鏡(日本電子社製JCM-5700)を用いてその断面の一部を断面観察したSEM写真である(倍率1000倍)。この断面SEM写真から分かるように、粗化処理により形成された凹凸部に起因する凹状部のなかには、プラズマ照射直下に形成された凹状部の開口縁部から開口幅方向中心に向けて雪庇状に突き出した突出部が形成されたもの〔(i)で示したもの〕や、プラズマ照射直下の周囲に形成された(i)で示した凹状部よりも微細な凹状部を有したもの〔(ii)で示したもの〕が確認できる。このうち、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部(雪庇保有凹状部)を模式的に示したものが図8である。そして、任意に選んだ雪庇保有凹状部について、その最大開口幅(穴径)dと最深部から開口縁部までの高さ(深さ)hを計測したところ、d=5.5μm及びh=6.5μmであった。なお、図6に示した断面観察では、プラズマ処理したアルミ基材の処理面に接着剤を塗布してSEM観察用の試料を作製した。   For the roughened aluminum substrate obtained above, first, using an atomic force microscope (VN-8010 manufactured by Keyence Corporation), a range of 200 μm × 200 μm was selected from the roughened surface, and AFM (Atomic When surface analysis was performed using a Force Microscope, the centerline average roughness Ra was 278.9 nm. Here, FIG. 6 shows a part of the cross section of the roughened aluminum base material, including a roughened surface, cut in the thickness direction using a scanning electron microscope (JCM-5700 manufactured by JEOL Ltd.). Is a cross-sectional SEM photograph (magnification 1000 times). As can be seen from this cross-sectional SEM photograph, in the concave portion due to the uneven portion formed by the roughening treatment, it is in the shape of a snow flake from the opening edge of the concave portion formed immediately under the plasma irradiation toward the center in the opening width direction. Projections with protruding projections (shown in (i)) or those having finer concave portions than the concave portions shown in (i) formed around the plasma irradiation [(ii )] Can be confirmed. Among these, FIG. 8 schematically shows a concave part (snow-cage holding concave part) provided with a protruding part protruding in the shape of a snow fence. And about the snow bowl holding concave part selected arbitrarily, when the maximum opening width (hole diameter) d and the height (depth) h from the deepest part to an opening edge part were measured, d = 5.5 micrometers and h = It was 6.5 μm. In the cross-sectional observation shown in FIG. 6, an adhesive was applied to the treated surface of the plasma-treated aluminum base material to produce a sample for SEM observation.

また、先の図6に示された微細な凹状部(ii)について、粗化処理面の一部を表面観察したSEM写真が図7である〔(a)は倍率1000倍、(b)は倍率5000倍〕。これらのSEM写真からも分かるように、粗化処理アルミ基材の粗化処理面には、粗化処理によって雪庇保有凹状部以外にも凹凸部が形成されたことが確認できる。   Moreover, about the fine recessed part (ii) shown by previous FIG. 6, the SEM photograph which observed the surface of a part of roughening process surface is FIG. 7 [(a) is 1000 times magnification, (b) is (5000 times magnification). As can be seen from these SEM photographs, it can be confirmed that the roughened surface of the roughened aluminum base material was formed with uneven portions other than the snow jar-containing concave portions by the roughening treatment.

そして、上記で得られた粗化処理アルミ基材を射出成形機の金型内にセットし、熱可塑性樹脂としてポリフェニレンサルファイド(PPS)(ポリプラスチックス社製商品名:フォートロン、グレード名RSF10719)を用いて、金型温度150℃、樹脂温度320℃、射出速度100mm/s、保圧50MPa、保圧時間3秒の射出成形条件でPPSの射出成形を行い、図9に示すように、5mm×10mm×30mmの大きさのPPS成形体(樹脂部材)41を成形すると共に、このPPS成形体41を粗化処理アルミ基材42の粗化処理面(5mm×10mm)で接合させて、試験用のアルミ・樹脂接合体40を作製した。   Then, the roughened aluminum base material obtained above is set in a mold of an injection molding machine, and polyphenylene sulfide (PPS) as a thermoplastic resin (trade name manufactured by Polyplastics Co., Ltd .: Fortron, grade name RSF10719) Was used for injection molding of PPS under injection molding conditions of a mold temperature of 150 ° C., a resin temperature of 320 ° C., an injection speed of 100 mm / s, a holding pressure of 50 MPa, and a holding pressure time of 3 seconds. As shown in FIG. A PPS molded body (resin member) 41 having a size of × 10 mm × 30 mm was molded, and this PPS molded body 41 was bonded to the roughened surface (5 mm × 10 mm) of the roughened aluminum base material 42 for testing. An aluminum / resin bonded body 40 was prepared.

得られた試験用アルミ・樹脂接合体40について、図10に示すように、アルミ・樹脂接合体40の粗化処理アルミ基材42を冶具44に固定し、PPS成形体41の上端にその上方から1mm/min.の速度で荷重43を印加し、粗化処理アルミ基材42とPPS成形体41との間の接合部分を破壊する方法でアルミ・樹脂接合体40の接合部のせん断強度を評価する試験を実施し、接合が破壊されるときの力(せん断破壊荷重:N)を測定した。また、その際の破断面を観察して、○:接合面の一部あるいはその大部分が樹脂の凝集破壊で破壊された場合、及び×:粗化処理アルミ基材42とPPS成形体41との界面で破壊された場合の基準で、耐久試験の前後におけるアルミ・樹脂接合体の接合強度を評価した。結果を表1に示す。   With respect to the obtained test aluminum / resin bonded body 40, as shown in FIG. 10, the roughened aluminum base material 42 of the aluminum / resin bonded body 40 is fixed to a jig 44, and the upper end of the PPS molded body 41 is positioned above it. The load 43 is applied at a speed of 1 mm / min. To break the bonded portion between the roughened aluminum base material 42 and the PPS molded body 41 and the shear strength of the bonded portion of the aluminum / resin bonded body 40 is increased. The test to evaluate was implemented and the force (shear fracture load: N) when a joint was destroyed was measured. Further, the fractured surface at that time was observed, ○: when a part or most of the joint surface was broken by cohesive failure of the resin, and x: roughened aluminum base material 42 and PPS molded body 41 The bonding strength of the aluminum / resin bonded body before and after the endurance test was evaluated based on the criteria in the case of fracture at the interface. The results are shown in Table 1.

[実施例2〜6]
1回の混合プラズマジェットの噴射時間を8分(実施例2)、6分(実施例3)、4分(実施例4)、10分(実施例5)、及び30分(実施例6)に変更した以外はそれぞれ実施例1と同様にして粗化処理アルミ基材を得た。得られた各粗化処理アルミ基材について、実施例1と同様にしてAFMによる表面解析から粗化処理面の中心線平均粗さRaを測定し、また、断面SEM観察によって、任意に選んだ雪庇保有凹状部の最大開口幅(穴径)dと最深部から開口縁部までの高さ(深さ)hを求めた。更には、得られた粗化処理アルミ基材について、それぞれ実施例1と同様にしてPPS成形体41を接合させて試験用のアルミ・樹脂接合体40を作製し、せん断破壊荷重を測定すると共に、その際の破断面からアルミ・樹脂接合体の接合強度を評価した。結果を表1にまとめて示す。
[Examples 2 to 6]
The injection time of one mixed plasma jet is 8 minutes (Example 2), 6 minutes (Example 3), 4 minutes (Example 4), 10 minutes (Example 5), and 30 minutes (Example 6). A roughened aluminum substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that About each obtained roughening process aluminum base material, centerline average roughness Ra of the roughening process surface was measured from the surface analysis by AFM like Example 1, and it selected arbitrarily by cross-sectional SEM observation. The maximum opening width (hole diameter) d and the height (depth) h from the deepest part to the opening edge of the concave part having snow ridges were determined. Further, with respect to the obtained roughened aluminum base material, a PPS molded body 41 was joined in the same manner as in Example 1 to produce a test aluminum / resin joined body 40, and the shear fracture load was measured. The bonding strength of the aluminum / resin bonded body was evaluated from the fracture surface at that time. The results are summarized in Table 1.

このうち、図11には、実施例5で得られた粗化処理アルミ基材の写真が示されている。この写真の下方中央部分に粗化処理面が表されており、1箇所あたり混合プラズマジェットを10分間噴射して、5mm×10mmの領域内の24箇所に混合プラズマジェットを噴射した様子が分かる。   Among these, FIG. 11 shows a photograph of the roughened aluminum substrate obtained in Example 5. The roughened surface is shown in the lower central portion of this photograph, and it can be seen that the mixed plasma jet is sprayed for 10 minutes per spot and the mixed plasma jet is sprayed to 24 spots in a 5 mm × 10 mm region.

[比較例1]
混合プラズマジェットによる粗化処理を行わずに、未処理のアルミ基材を用いて、実施例1と同様にしてPPS成形体41を接合させて試験用のアルミ・樹脂接合体40を作製した。ここで、実施例1と同様にして、未処理のアルミ基材の中心線平均粗さRaを測定したところ206.7nmであった。また、実施例1と同様にして、断面SEM写真による断面観察を行ったが、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部は一切観察されなかった。
[Comparative Example 1]
Without performing the roughening treatment by the mixed plasma jet, using the untreated aluminum base material, the PPS molded body 41 was joined in the same manner as in Example 1 to produce the test aluminum / resin joined body 40. Here, when the center line average roughness Ra of the untreated aluminum base material was measured in the same manner as in Example 1, it was 206.7 nm. Moreover, the cross-sectional observation by the cross-sectional SEM photograph was performed similarly to Example 1, but the concave part provided with the protrusion part protruded in the shape of a snow candy was not observed at all.

次いで、この比較例1に係るアルミ・樹脂接合体40について、実施例1と同様にしてせん断破壊荷重を測定するために、冶具44に固定した未処理のアルミ基材42に荷重43を印加しようとしたところでPPS成形体41が外れてしまい、荷重はゼロという結果であった。その際の接合面を確認したところ、未処理のアルミ基材42とPPS成形体41との界面で剥離した状態であった。   Next, in order to measure the shear fracture load of the aluminum / resin bonded body 40 according to Comparative Example 1 in the same manner as in Example 1, a load 43 is applied to the untreated aluminum base material 42 fixed to the jig 44. As a result, the PPS molded body 41 was detached and the load was zero. When the joining surface in that case was confirmed, it was in the state which peeled in the interface of the untreated aluminum base material 42 and the PPS molded object 41. FIG.

[比較例2]
エッチングガスを供給せずに、内管2にヘリウムガスをガス流量500sccmで供給して、混合ノズルの先端部からプラズマジェットのみ噴射するようにした以外は実施例1と同様にしてアルミ基材を粗化処理した。得られたアルミ基材について、プラズマジェットのみを噴射した個所の中心線平均粗さRaを実施例1と同様にして測定したところ、Raは375.0nmであった。また、実施例1と同様にして、断面SEM写真による断面観察を行ったが、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部は一切観察されなかった。
[Comparative Example 2]
An aluminum base material was prepared in the same manner as in Example 1 except that helium gas was supplied to the inner tube 2 at a gas flow rate of 500 sccm without supplying the etching gas, and only the plasma jet was injected from the tip of the mixing nozzle. Roughening treatment was performed. With respect to the obtained aluminum base material, the center line average roughness Ra of the portion where only the plasma jet was injected was measured in the same manner as in Example 1. As a result, Ra was 375.0 nm. Moreover, the cross-sectional observation by the cross-sectional SEM photograph was performed similarly to Example 1, but the concave part provided with the protrusion part protruded in the shape of a snow candy was not observed at all.

次いで、この比較例2に係るアルミ・樹脂接合体40について、実施例1と同様にしてせん断破壊荷重を測定しようとしたが、比較例1と同様、冶具44に固定したアルミ基材42に荷重43を印加しようとしたところでPPS成形体41が外れてしまい、荷重はゼロであった。その際の接合面を確認したところ、やはり、未処理のアルミ基材42とPPS成形体41との界面で剥離した状態であった。   Next, for the aluminum / resin bonded body 40 according to Comparative Example 2, an attempt was made to measure the shear fracture load in the same manner as in Example 1. However, as in Comparative Example 1, the load was applied to the aluminum base material 42 fixed to the jig 44. The PPS molded body 41 was detached when 43 was applied, and the load was zero. When the joining surface at that time was confirmed, it was still in a state of peeling at the interface between the untreated aluminum base material 42 and the PPS molded body 41.

[比較例3]
プラズマを生成させずにエッチングガスのみ噴射した以外は実施例1と同様にしてアルミ基材を粗化処理した。得られたアルミ基材について、プラズマジェットのみを噴射した個所の中心線平均粗さRaを実施例1と同様にして測定したところ、Raは210.3nmであり、表面粗さは元来のアルミ基材の値とほとんど変化しないことを確認した。また、実施例1と同様にして、断面SEM写真による断面観察を行ったが、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部は一切観察されなかった。
[Comparative Example 3]
The aluminum substrate was roughened in the same manner as in Example 1 except that only the etching gas was injected without generating plasma. About the obtained aluminum base material, when centerline average roughness Ra of the location which injected only the plasma jet was measured like Example 1, Ra was 210.3 nm and surface roughness was the original aluminum. It was confirmed that there was almost no change from the value of the substrate. Moreover, the cross-sectional observation by the cross-sectional SEM photograph was performed similarly to Example 1, but the concave part provided with the protrusion part protruded in the shape of a snow candy was not observed at all.

次いで、この比較例3に係るアルミ・樹脂接合体40について、実施例1と同様にしてせん断破壊荷重を測定しようとしたが、比較例1と同様、冶具44に固定したアルミ基材42に荷重43を印加しようとしたところでPPS成形体41が外れてしまい、荷重はゼロであった。その際の接合面を確認したところ、やはり、未処理のアルミ基材42とPPS成形体41との界面で剥離した状態であった。   Next, for the aluminum / resin bonded body 40 according to Comparative Example 3, an attempt was made to measure the shear fracture load in the same manner as in Example 1. However, as in Comparative Example 1, the load was applied to the aluminum base material 42 fixed to the jig 44. The PPS molded body 41 was detached when 43 was applied, and the load was zero. When the joining surface at that time was confirmed, it was still in a state of peeling at the interface between the untreated aluminum base material 42 and the PPS molded body 41.

上記で得られた実施例1〜6及び比較例1の結果をもとに、エッチングガスとプラズマジェットとを混合した混合プラズマジェットの1回あたりの噴射時間と粗化処理後のアルミ基材の表面粗さRaとの関係をグラフにすると図12のようになる。この図12のグラフから分かるように、混合プラズマジェットの噴射時間の増加に伴い、アルミ基材の表面粗さRaが比例関係で上昇する。この結果から計算される粗化処理速度は約34nm/minであった。   Based on the results of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 obtained above, the injection time per one time of the mixed plasma jet obtained by mixing the etching gas and the plasma jet and the aluminum base material after the roughening treatment FIG. 12 is a graph showing the relationship with the surface roughness Ra. As can be seen from the graph of FIG. 12, the surface roughness Ra of the aluminum base material increases in proportion to the increase in the injection time of the mixed plasma jet. The roughening treatment speed calculated from this result was about 34 nm / min.

更に、上記実施例5で得た粗化処理アルミ基材について、粗化処理面の一部を倍率200倍の光学顕微鏡で観察した光学顕微鏡写真を図13(A)に示す。また、この実施例5で得た粗化処理アルミ基材の粗化処理面から200μm×200μmの範囲を選択して、原子間力顕微鏡で表面解析したAFM測定結果を図13(B)に示す。加えて、比較参照のため、上記比較例1の未処理のアルミ基材について、同様の光学顕微鏡写真とAFM測定結果を図14(A)と図14(B)に、また、上記比較例2でヘリウムのプラズマジェットのみを噴射したアルミ基材について、同様の光学顕微鏡写真とAFM測定結果を図15(A)と図15(B)に、それぞれ示す。   Furthermore, FIG. 13A shows an optical microscope photograph of a part of the roughened surface of the roughened aluminum substrate obtained in Example 5 observed with an optical microscope with a magnification of 200 times. Further, FIG. 13B shows the AFM measurement result obtained by selecting the range of 200 μm × 200 μm from the roughened surface of the roughened aluminum base material obtained in Example 5 and analyzing the surface with an atomic force microscope. . In addition, for comparison and reference, the same optical micrographs and AFM measurement results for the untreated aluminum substrate of Comparative Example 1 are shown in FIGS. 14A and 14B, and Comparative Example 2 is used. 15A and 15B show similar optical micrographs and AFM measurement results for the aluminum substrate on which only the helium plasma jet was injected.

このうち、図14(B)及び図15(B)のAFM測定結果と図13(B)のAFM測定結果とを比べて明らかなように、HClガスとH2Oガスとを含んだエッチングガスとプラズマジェットとを混合した混合プラズマジェットを用いることで、アルミ基材の表面粗さが大きく向上していることが分かる。ここで、ヘリウムのプラズマジェットのみを噴射した比較例2の場合においても、比較例1における未処理のアルミ基材に比べて表面粗さRaが増しているが、これは、プラズマジェットにより大気中の酸素や水分が作用してアルミ基材の表面を酸化し、その酸化物の結晶が生成したり、これらが離脱するなどして粗化された可能性が考えられる。なお、ここでは光学顕微鏡写真やAFM測定結果を添付していないが、プラズマを生成させずに、HClガスとH2Oガスとを含んだエッチングガスを直接アルミ基材に10分間吹き付けた比較例3の場合では、アルミ基材の表面に変化は認められなかった。 Among these, as is clear from comparison between the AFM measurement results of FIGS. 14B and 15B and the AFM measurement result of FIG. 13B, an etching gas containing HCl gas and H 2 O gas. It can be seen that the surface roughness of the aluminum base material is greatly improved by using a mixed plasma jet obtained by mixing the plasma jet and the plasma jet. Here, even in the case of Comparative Example 2 in which only the helium plasma jet was injected, the surface roughness Ra was increased as compared with the untreated aluminum substrate in Comparative Example 1, but this was caused by the plasma jet in the atmosphere. Oxygen and moisture act on the surface to oxidize the surface of the aluminum base material, and the oxide crystal may be formed or may be roughened by detachment. In Comparative here is not attached an optical micrograph and AFM measurements, without generating a plasma, was laden etching gas and HCl gas and the H 2 O gas blowing directly to the aluminum substrate for 10 minutes Example In the case of 3, no change was observed on the surface of the aluminum substrate.

1:混合ノズル外管、1a:接続口、2:混合ノズル内管、3:電極、10:プラズマ発生装置、11:試料ステージ、20:処理用チャンバー、30:エッチングガス供給装置、40:アルミ・樹脂接合体、41:PPS成形体(樹脂部材)、42:粗化処理アルミ基材、43:荷重、44:冶具、W:アルミ基材。 1: Outer tube of mixing nozzle, 1a: Connection port, 2: Inner tube of mixing nozzle, 3: Electrode, 10: Plasma generator, 11: Sample stage, 20: Chamber for processing, 30: Etching gas supply device, 40: Aluminum Resin bonded body, 41: PPS molded body (resin member), 42: roughened aluminum base material, 43: load, 44: jig, W: aluminum base material.

Claims (11)

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材と熱可塑性樹脂からなる樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体を製造する方法であって、
塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをプラズマジェットと混合して、
得られた混合プラズマジェットをアルミ基材に噴射してアルミ基材の表面の一部又は全部を粗化処理し、
粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部に起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂を進入させて固化し、樹脂部材の嵌入部を形成してアルミ基材と樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体を得ることを特徴とするアルミ・樹脂接合体の製造方法。
A method for producing an aluminum / resin joined body in which an aluminum base material made of aluminum or an aluminum alloy and a resin member made of a thermoplastic resin are joined,
An etching gas containing gas molecules containing chlorine atoms and water molecules is mixed with a plasma jet,
The resulting mixed plasma jet is jetted onto an aluminum substrate to roughen part or all of the surface of the aluminum substrate,
The thermoplastic resin is allowed to enter and solidify into a plurality of concave portions due to the uneven portions of the aluminum base material formed by the roughening treatment, and the aluminum base material and the resin member are joined by forming a fitting portion of the resin member. A method for producing an aluminum / resin bonded body, characterized in that an aluminum / resin bonded body is obtained.
外管と内管との同軸二重管構造を有する混合ノズルの先端部外管側から噴出されるエッチングガスを、先端部内管側から噴出されるプラズマジェットとダウンフロー領域で混合して、混合プラズマジェットを得る請求項1に記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   Etching gas ejected from the outer tube side of the tip of the mixing nozzle having a coaxial double tube structure of the outer tube and inner tube is mixed in the downflow region with the plasma jet ejected from the inner tube side of the tip The method for producing an aluminum / resin bonded body according to claim 1, wherein a plasma jet is obtained. 混合プラズマジェットが大気圧プラズマジェットである請求項1又は2に記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   The method for producing an aluminum / resin bonded body according to claim 1, wherein the mixed plasma jet is an atmospheric pressure plasma jet. エッチングガスが、塩酸を加温して気化させたHClと水分子とを含んだものである請求項1〜3のいずれかに記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   The method for producing an aluminum / resin bonded body according to any one of claims 1 to 3, wherein the etching gas contains HCl vaporized by heating hydrochloric acid and water molecules. アルミ基材には、その複数の凹状部のうちの一部又は全部において、凹状部の開口縁部の一部又は全体から開口幅方向中心に向けて雪庇状に突き出した突出部が形成されて、この突出部によりアルミ基材の凹状部と樹脂部材の嵌入部とが互いに脱離不能な係止構造を形成する請求項1〜4のいずれかに記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   In the aluminum base material, in a part or all of the plurality of concave portions, a protruding portion is formed that protrudes in the shape of a snow flake from a part or the whole of the opening edge of the concave portion toward the center in the opening width direction. The method for producing an aluminum / resin bonded body according to any one of claims 1 to 4, wherein the protruding portion forms a locking structure in which the concave portion of the aluminum base and the insertion portion of the resin member cannot be detached from each other. アルミ基材を厚み方向に切った縦断面で見た場合、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部は、最大開口幅が1μm以上100μm以下であると共に、最深部から開口縁部までの高さが1μm以上100μm以下である請求項5に記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   When the aluminum base material is viewed in a longitudinal section cut in the thickness direction, the concave portion having a protrusion protruding in a snow candy shape has a maximum opening width of 1 μm to 100 μm, and from the deepest portion to the opening edge. The method for producing an aluminum / resin bonded body according to claim 5, wherein the height is 1 μm or more and 100 μm or less. 粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部は、AFMで測定した場合の表面粗さRaが200nm以上2000nm以下である請求項1〜6のいずれかに記載のアルミ・樹脂接合体の製造方法。   The unevenness part of the aluminum base material formed by the roughening treatment has a surface roughness Ra when measured by AFM of 200 nm or more and 2000 nm or less. Method. アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材と熱可塑性樹脂からなる樹脂部材とが接合されたアルミ・樹脂接合体であって、
アルミ基材の表面の一部又は全部が、塩素原子を含有する気体分子と水分子とを含んだエッチングガスをプラズマジェットと混合して得られた混合プラズマジェットで粗化処理されており、
粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部に起因する複数の凹状部内に熱可塑性樹脂が進入して固化した樹脂部材の嵌入部が形成されて、凹状部と嵌入部とによりアルミ基材と樹脂部材とが互いに係止されていることを特徴とするアルミ・樹脂接合体。
An aluminum / resin joined body in which an aluminum base material made of aluminum or an aluminum alloy and a resin member made of a thermoplastic resin are joined,
Part or all of the surface of the aluminum base material is roughened with a mixed plasma jet obtained by mixing an etching gas containing gas molecules containing chlorine atoms and water molecules with a plasma jet,
Insertion portions of a resin member into which a thermoplastic resin has entered and solidified are formed in a plurality of concave portions due to the uneven portions of the aluminum base material formed by the roughening treatment, and the aluminum base material is formed by the concave portions and the insertion portions. An aluminum / resin bonded body wherein the resin member and the resin member are locked together.
アルミ基材には、その複数の凹状部のうちの一部又は全部において、凹状部の開口縁部の一部又は全体から開口幅方向中心に向けて雪庇状に突き出した突出部が形成されて、この突出部によりアルミ基材の凹状部と樹脂部材の嵌入部とが互いに脱離不能な係止構造を形成している請求項8に記載のアルミ・樹脂接合体。   In the aluminum base material, in a part or all of the plurality of concave portions, a protruding portion is formed that protrudes in the shape of a snow flake from a part or the whole of the opening edge of the concave portion toward the center in the opening width direction. 9. The aluminum / resin bonded body according to claim 8, wherein the protruding portion forms a locking structure in which the concave portion of the aluminum base and the insertion portion of the resin member cannot be detached from each other. アルミ基材を厚み方向に切った縦断面で見た場合、雪庇状に突き出した突出部を備えた凹状部は、最大開口幅が1μm以上100μm以下であると共に、最深部から開口縁部までの高さが1μm以上100μm以下である請求項9に記載のアルミ・樹脂接合体。   When the aluminum base material is viewed in a longitudinal section cut in the thickness direction, the concave portion having a protrusion protruding in a snow candy shape has a maximum opening width of 1 μm to 100 μm, and from the deepest portion to the opening edge. The aluminum / resin bonded body according to claim 9, wherein the height is 1 μm or more and 100 μm or less. 粗化処理により形成されたアルミ基材の凹凸部は、AFMで測定した場合の表面粗さRaが200nm以上2000nm以下である請求項8〜10のいずれかに記載のアルミ・樹脂接合体。   11. The aluminum / resin bonded body according to claim 8, wherein the unevenness portion of the aluminum base material formed by the roughening treatment has a surface roughness Ra of 200 nm to 2000 nm when measured by AFM.
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