JP2016132131A - 異種材料と金属材料との界面が気密性を有する異種材料接合金属材料、異種材料同士との界面が気密性を有する異種材料接合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】金属（又は樹脂）と樹脂といった、異種材料と金属材料（又は異種材料）との接合技術において、接合後に異種材料と金属材料（又は異種材料）との界面に高度な気密性を当該界面に付与する手段の提供。
【解決手段】異種材料と接合した際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合金属材料であって、
前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００となる関係を有する異種材料接合金属材料。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種材料と金属材料（異種材料）の表面とを気密に接合する技術に関し、特に、当該異種材料と当該金属材料（異種材料）との界面からの水分や湿気の侵入を防止できる技術に関する。

近年、レーザー光を用いて金属材料と樹脂材料との間を接合する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、金属成形体と樹脂成形体とが接合された複合成形体であって、金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された独立した細孔の組み合わせからなる細孔群を有しており、細孔群が、それぞれの開口部の周囲の面上に形成された突起群を有しているものであり、複合成形体が、金属成形体が有している細孔群内に樹脂が入り込み、さらに突起群が樹脂に埋設された状態で接合されている複合成形体に関する技術が開示されている。

特開２０１４−６５２８８号公報

しかしながら、上記従来技術に記載の金属・樹脂成形体においては、金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された独立した細孔群を有しているが、当該細孔群については、金属成形体の表面（未処理面を基準）からの溝深さが深く、また、金属成形体の表面からの溝幅が、金属成形体の表面から深くなっていくに従って細く（極細）なっている。従って、当該接合面に形成された細孔群においては、異種材料の充填の際に不利となることが考えられるため、金属と樹脂の界面での気密性が必ずしも十分ではないという問題がある。

そこで、本発明は、金属と樹脂といった、異種材料と金属材料との接合技術において、接合後に高度な気密性を当該界面に付与する手段を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明（１）の異種材料接合金属材料は、異種材料と接合した際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合金属材料であって、前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００
となる関係を有する異種材料接合金属材料である。
また、本発明（２）は、前記接合部の前記面積比が、１．００以上、１．８０以下であることを特徴とする、前記発明（１）の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（３）は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して上方から見た上面視において、前記複数の溝部の各々は、前記金属材料の表面上で周状に形成されており、前記周状に形成された前記溝部の始点と終点とが重なり合う閉じた形状であることを特徴とする、前記発明（１）又は（２）に記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（４）は、前記異種材料が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイである、前記発明（１）〜（３）のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（５）は、前記金属材料が、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金又はステンレス鋼である、前記発明（１）〜（４）のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（６）は、異種材料同士を接合した際に当該異種材料同士の界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合材料であって、前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００
となる関係を有する異種材料接合材料である。
また、本発明（７）は、前記発明（１）〜（５）のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料又は前記発明（６）記載の異種材料接合材料と、前記接合部を介して前記異種材料接合金属材料又は前記異種材料と接合した異種材料と、を有する複合成形体である。

本発明によれば、従来、問題となっていた接合界面の気密性確保を解消することができ、接合界面に高度な気密性を有するという効果を奏する。

気密性を有する接合部の形成方法を示す図である。 レーザー光を照射することによって形成された凹凸部を示す図（写真）である。 レーザー光を照射することによって形成される接合部の形状を示す図である。 接合部における気密性試験の構成を示す図である。 溝部周辺の面積測定方法を説明する図である。 レーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。 レーザースキャニング加工時における「溝幅」と気密性との関連を示す図（写真）である。 レーザースキャニング加工時における「バリ形状」と気密性との関連を示す図（写真）である。 レーザースキャニング加工時における「溝部形状」と気密性との関連を示す図（写真）である。 「他の金属材料」であるＡＤＣ（ダイカスト材料）とＳＵＳ（ステンレス合金）を使用した時のレーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。 「他の金属材料」である銅（Ｃ１１００）を使用した時のレーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。 機械加工時における気密性を説明する図である。 従来技術の類似形状における気密性を説明する図（写真）である。 レーザースキャニング加工時において、バリ高さを固定、「溝深さを可変」、ピッチ間隔を固定にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。 レーザースキャニング加工時において、バリ高さを固定、溝深さを固定、「ピッチ間隔を可変」にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。 レーザースキャニング加工時において、「バリ高さを可変」、溝深さを固定、ピッチ間隔を固定にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。

図１及び図２を参照しながら、本実施形態における気密性を有する接合部の形成方法を説明する。尚、本発明の技術的範囲は当該実施形態には限定されない。本発明のおける接合部は、異種材料と金属材料とが接合されることによって形成される接合部に限らず、異種材料同士（例えば、樹脂と樹脂）が接合されることによって形成される接合部でもよい。但し、以下の形態では、異種材料と金属材料とが接合されることによって形成される接合部を用いた形態を例示する。

図１は、金属材料を縦方向（上下の矢印）に切断した縦断面で見た図である（より詳しくは、金属材料は、レーザー光を照射して加工することで金属表面に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成される。図１は、金属材料の表面に形成された溝部に対して垂直方向に切断した断面図である）。図１（ａ）は、金属材料の未処理面を示した縦断面図である。図１（ｂ）は、レーザー光を照射して金属表面を加工した後の縦断面図である。図１（ｃ）は、溝幅、溝深さ、バリ高さを示す縦断面図である。なお、図１（ａ）〜（ｃ）は、複数の溝部のうち、一つの溝部における接合部を示している。

まず、「気密性」とは、一般的に理解される「気密性」と同義であり、密閉した気体が外部に洩れない、または減圧した内部に気体が流入しない性質を意味するが、多少気体が通過することを排除するものではなく、ＪＩＳの防水性規格での保護等級が等級７以上であればよい。

次に、「接合部」は、図１（ａ）の金属表面に対して、レーザー光を照射して、金属表面を溝掘加工及び溶融させ再凝固させる条件にて加工することにより形成される。例えば、ある走査方向（一方向）についてレーザースキャニング加工された後、同じ走査方向のレーザースキャニング操作が複数回（２回以上）繰り返されることにより形成される。或いは、ある走査方向についてレーザースキャニング加工された後、前記走査方向とクロスする別の走査方向についてレーザースキャニング加工されるというクロスハッチング操作が複数回（２回以上）繰り返されることにより形成される。但し、一セットとして実行される必要は必ずしも無く、一方向での回数と別方向での回数が異なっていてもよい。

レーザースキャニングの処理条件のパラメータには、出力、スキャン速度、スキャン周波数、スキャン回数、ハッチング幅（処理ピッチ）、パターニング形状等があり、これらの組み合わせで条件を設定することになる。

レーザースキャニング加工後は、図１（ｂ）に示されるように「接合部」（凹凸部）が形成される。「接合部」は、凹部と凸部から成る。凹部は、「溝部」ともいい、凸部は、「バリ」ともいう。好適には、マクロ的に見た場合に凸部（バリ）及び溝部の少なくとも一部がブリッジ形状又はオーバーハング形状をなしているとよい。ここで、「ブリッジ形状」とは、生成された凸部の頂上同士が溶融してつながりアーチ状になり下部に孔があいている形状のものを指す。尚、凸部の全てがブリッジ形状をなしておらず、一部の凸部がオーバーハングしてきのこ状・杉の木状になっていても、或いは、オーバーハングしていない単なる凸状であってもよい。

＜溝幅、バリ高さ、溝深さ、処理深さ、ピッチ間隔＞
次に、図１（ｃ）に示されるように、レーザースキャニング加工後に形成される「溝幅（Ｗ）」とは、金属材料の未処理面を基準として、レーザースキャニング加工時に形成される溝部の両側辺の面上に形成される凸部（バリ）と凸部（バリ）との間の距離をいう。「バリ高さ」とは、金属材料の未処理面を基準として、レーザースキャニング加工時に溝部から排出されて形成される凸部（バリ）の頂点までの距離をいう。「溝深さ（Ｈ）」とは、金属材料の未処理面を基準として、凹部（溝部）底辺までの距離をいう。「処理深さ」とは、溝深さ＋バリ高さを言う。溝部面積Ａは、レーザースキャニング加工時に形成される溝部の面積である。また、レーザースキャニング加工時に形成される溝部の両側辺の面上に形成される一方の凸部（バリ）面積をＢ、他方の凸部（バリ）面積をＣとする。「ピッチ間隔」とは、隣り合う凹部（溝部）同士の距離をいう。

上記のようなレーザー光を複数回照射することにより、前記接合部（凹凸部）は、微細三次元網目形状を形成することになる。このような表面構造の接合部に異種材料を接合（例えば、樹脂を射出成形で接合）させると、前記微細三次元網目形状の凸部（バリ）・凹部空孔に異種材料が入り込む結果、接合面が異種材料と接する表面積が増大すると同時に極めて高いアンカー効果が発揮される。これにより、接合後に異種材料と金属材料との界面を後加工しなくとも、安定した高度な気密性が当該界面に付与される。なお、レーザー光を「複数回」照射するとは、あるパターンを加工する際に何度もスキャンすることは勿論のこと、あるスキャン速度である周波数（周波数とはパルス波形でレーザーを照射する時間当たりの回数）で加工すると１パルスと次のパルスの重なり具合が定まるが、この際に（１）スキャン速度が低速かつ高い周波数設定で加工することによって１パルスの重なり密度が向上すること、（２）スキャン速度が高速かつ低い周波数設定することによって１パルスの重なり密度が低下すること、の双方（いわゆる１回スキャン）も広義の意味として複数回に含まれる。

レーザー光を複数回照射することによって形成された凹凸部を図２に示す。図２は、図１と同様に、前記金属材料を縦方向に切断した縦断面視において、レーザー光を照射することによって形成された接合部（凹凸部）を示す図（写真）である。図２（ａ）は、接合部（凹凸部）を示す図（写真）である。図２（ｂ）は、凸部の拡大図（写真）である。図２（ｃ）は、凹部の拡大図（写真）である。図２（ｂ）、（ｃ）から微細な網目形状になっていることが理解できる。

また、高度な気密性を付与するためには、図３に示すように、レーザー光を照射する際に、例えば金属表面上で周状に溝部を形成するとよい。より具体的には、金属材料を上方から見た（上面視）場合に、複数の溝部の一つ一つは、金属材料の表面上で周状に形成されており、周状に形成された溝部の始点と終点とが重なり合う閉じた溝形状であるとよい（図３（ｃ））。周の形状が金属表面上で始点と終点とが重なり合あっていない場合（図３（ｄ））には、漏れが生じてしまい気密性を確保することができなくなってしまう。従って、周の形状が、液体や気体が流動する方向を遮断する方向で、金属表面上で始点と終点とが重なり合う閉じた溝形状とすることで、漏れを防ぐことができ、高度な気密性を当該界面に付与することができる。閉じた溝形状とは、図３（ｃ）だけでなく、図３（ｅ）のように例えば始点からスキャンし時計回りに照射し、終点部は始点を超えてさらに軌跡上を半周移動し軌跡上で重なっている場合、つまり始点と終点とが連続線上に存在する形状も閉じた溝形状である。また図３（ｆ）のように、渦巻き状の軌跡で始点と終点が一致しない場合も、シールしたい方向での沿面距離拡大となることから擬似的には閉じた溝形状と言える。なお、周の形状は、特に限定されず、円や楕円、方形状等を挙げることができる。

＜金属材料＞
次に、本発明に係る「金属材料」は、特に限定されないが、例えば、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金又はステンレス鋼を挙げることができる。尚、携帯電話やノートパソコン等の電気・電子機器の筐体に用いる場合には、軽量化の観点から、アルミニウムやマグネシウム等の密度５ｇ／ｃｍ^３以下の軽金属の単体又はこれら軽金属を主成分とする合金を用いることが好適である。また、金属材料は、レーザー加工を阻害しない範囲において、陽極酸化処理等の表面処理、塗装或いはめっきがされていてもよい。例えば、端子表面へ金、銀、スズ、ニッケル等のめっき・表面処理がされていても、気密性向上の加工を行うことができる。

＜異種材料＞
次に、本発明に係る「異種材料」は、金属材料の融点よりも低い温度で接合可能な材料であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイを挙げることができる。更には、光硬化型樹脂のような熱以外のエネルギで硬化するものや、複数の成分を混合することにより化学的に固化させる等、熱以外で硬化する材料であってもよい。より詳細には、熱可塑性樹脂（汎用樹脂）としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル/スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、熱可塑性樹脂（汎用エンジニアリング樹脂）としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ―ＰＥＴ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、熱可塑性樹脂（スーパーエンジニアリング樹脂）としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノ-ル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート、エラストマーとしては、熱可塑性エラストマーやゴム、例えば、スチレン・ブタジエン系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、１,２−ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル系、アイオノマーを挙げることができる。更には、熱可塑性樹脂にガラスファイバーを添加したものや、ポリマーアロイ等も挙げることができる。尚、気密性を悪化させない範囲において、従来公知の各種無機・有機充填剤、難燃剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤、着色剤、カーボンブラック、離型剤、可塑剤等の添加剤を含有せしめたものであっても構わない。

また、この金属材料に異種材料（例えば樹脂）を接合するに際しては、周知の射出成形で接合を行うことが好適である。尚、射出成形としては、アウトサート成形・インサート成形のいずれでもよい。ここで、レーザブリッジ加工面をしっかり転写させる必要性の観点からは、型温・樹脂温は高めに設定し射出圧力も高めのほうが転写性に優れているため、より好適である。但し、レーザブリッジ加工面の表面粗さは、最大高さ（Ｒｍａｘ）で０．０５〜０．１位のため、無理に樹脂温度を高めに設定しなくとも、十分加工面に流すことができる。

＜用途＞
次に、このような接合部を有する金属材料の用途について説明する。この金属材料は、接合部で異種材料と強固に接合し、接合後に当該金属材料と当該異種材料との界面を後工程なくとも高度な気密性を達成できる。したがって、当該金属材料は、高レベルで防水性が求められる分野、例えば、川、プール、スキー場、風呂等での使用が想定される。水分や湿気の侵入が故障に繋がる電気又は電子機器用の部品として用いることが好適である。例えば、内部に樹脂製のボスや保持部材等を備えた、電気・電子機器用筐体として有用である。ここで、電気・電子機器用筐体としては、携帯電話の他に、カメラ、ビデオ一体型カメラ、デジタルカメラ等の携帯用映像電子機器の筐体、ノート型パソコン、ポケットコンピュータ、電卓、電子手帳、ＰＤＣ、ＰＨＳ、携帯電話等の携帯用情報あるいは通信端末の筐体、モＭＤ、カセットヘッドホンステレオ、ラジオ等の携帯用音響電子機器の筐体、液晶ＴＶ・モニター、電話、ファクシミリ、ハンドスキャナー等の家庭用電化機器の筐体、自動車に適用されるようなモータ・インバータ内の半導体装置を格納する筐体等を挙げることができる。今後は、防水コネクタ等、端子部分から内部への液体・気体を遮断することが必要なニーズが増大することが考えられる。端子部分から水や油が回路内に浸入すると機器が破損するだけでなく、車載部品などの場合は更に大きな影響となる恐れもあるからである。また、バッテリーなどの容器の液漏れ防止や、車載用センサなど過酷な環境で使用される防水部品が最も狙いとなる分野と考えられる。つまり、これまではОリングやポッテイング(樹脂埋めで防水性を確保)などで対応していた用途に、介在部品を使用せずに直接異種材料を強固に接合する分野（コストダウンも含め）がターゲットとされる。気密性確保が必要な用途の難易度としては、ＩＰ等級で規定される防水規格から、封止する液体・気体に圧力がかかる用途で使用されるもの（エアバルブ・水道関連のバルブやオイルポンプ）、さらに加圧減圧が繰り返される環境で再利用される圧力容器（ガスボンベ等）という順にニーズが拡大していくと考えられる。

＜接合部の気密性試験の構成＞
図４に、接合部の気密性試験の構成を示す。レーザー処理を行った試験片を射出成形機の金型にインサートし、溶融樹脂をレーザー処理面に充填・固化させて複合成形品（異種材料接合金属材料）を得る。図４（a）は、複合成形品（金属材料・樹脂材料）の試験片を示す。図４（ｂ）は、複合成形品（金属材料・樹脂材料）の断面を示す。図４（ｃ）は、金属材料のレーザー処理面を示す。図４（ｄ）は、漏れを生じる際に圧縮空気の流動する方向を示した図である。なお、図４（ｃ）のレーザー処理面の処理形状は図３（ｂ）のようになり、内径φ１０μｍ、外形φ１１．５μｍ、処理本数６、ハッチング間隔は０．１５ｍｍの同心円形状となっている。また後述する図１５のように可変とした事例では、本数を変えずに外形の寸法を変更して条件を合わせている。

＜金属材料と異種材料＞
金属材料としては、アルミＡ５０５６と使用し、異種材料としては、樹脂ＰＰＳ ＧＦ４０ ポリプラスチックス（株）製 ＦＯＲＴＲＯＮ１１４０を使用した。

＜試験方法＞
試験片中央孔より圧縮空気を投入し、保持した状態で金属・樹脂接合部からの漏れ量を測定した。漏れ量のデータは、３個の試験片をそれぞれ３回測定した際の平均値とする。

＜試験設備＞
コスモ計器（株） エアリークテスタＬＳ―１８１３を使い。加圧力設定は０．５ＭＰａとし、加圧保持時間を１０seｃにて単位時間あたりの漏れ量を測定した。計測単位はｍｌ／ｍiｎである。

＜溝部周辺の面積測定方法＞
図５を参照しながら、溝部周辺の面積測定方法を説明する。図５（a）は、レーザー光を照射して金属表面を加工した後の凹凸部を示す断面画像図（写真）である。図５（ｂ）は、輪郭データ化を示す図（写真）である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＣＡＤデータ化を示す図（写真）である。

溝部周辺の面積測定の手順としては、図５（ａ）のように、レーザー光を照射して金属表面を加工した後の凹凸部の断面画像を撮影し、図５（ｂ）のように撮影した断面画像の輪郭のデータ化を行い、図５（ｃ）のように輪郭についてＣＡＤデータ化とする。そして、ＣＡＤデータによって面積Ｗ×Ｈ、面積Ａ、Ｂ、Ｃの測定を行った。

＜漏れ量の判定方法＞
漏れ量の判定については、装置の検出限界である０．０１０ｍｌ／ｍｉｎ以下を良品と判断して○、それ以外のものは界面から空気が漏れだしているためリーク不良と判断して×とした。

（実施例１）
図６は、レーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍと変化させた。

＜レーザー処理条件＞
レーザー装置名称 ミヤチテクノス(株)製 ＭＬ−７３５０ＣＬ

スキャン回数を増加するに従い、溝深さが深くなり、気密性が向上していくことが分かった。また、図６から、処理深さは、１００μｍよりも深いと気密性を満たすことが確認できた。

（実施例２）
図７は、レーザースキャニング加工時における「溝幅」と気密性との関連を示す図（写真）である。ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを１００μｍと固定し、溝幅を２０μｍ、４０μｍ、６０μｍと変化させた。

図７から、溝幅は気密性に影響を与えないことが確認できた。

（実施例３）
図８は、レーザースキャニング加工時における「バリ形状」と気密性との関連を示す図（写真）である。ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを３０μｍと固定した上で、バリ高さが高い、低いと変化させた。また、ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを７０μｍと固定した上で、バリ高さが高い、低いと変化させた。

図８から、バリの高さは高く、溝深さは深い方が気密性を満たすことが確認できた。

（実施例４）
図９は、レーザースキャニング加工時における「溝部形状」と気密性との関連を示す図（写真）である。ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを５０μｍと固定した上で、溝部側壁を開いた状態と閉じた状態とした。

＜レーザー処理条件＞
レーザー装置名称 (株)キーエンス製 MD-Y9700
レーザー装置名称 (株)キーエンス製 MD-F3000

図９からは、溝部の側壁が開いた状態では、気密性を満たすことが出来ず、溝部の側壁が閉じた状態では、気密性を満たすことが確認できた。言い換えると、金属成形体の表面（未処理面を基準）からの溝幅が、金属成形体の表面から深くなっていくに従って細くなっている形状は、気密性を満たすことが出来ず、金属成形体の表面（未処理面を基準）からの溝幅が、金属成形体の表面から深くなっていくに従ってほぼ同じ幅（距離）の場合には気密性を満たしている、と言える。

（実施例５）
図１０は、金属材料がアルミではなく、「他の金属材料」であるＡＤＣ（ダイカスト材料）とＳＵＳ（ステンレス合金）を使用した時のレーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。ＡＤＣについては、ピッチ間隔を０．１５ｍｍと固定し、処理深さを４０μ、７０μ、１００μと変化させた。ＳＵＳについてもＡＤＣと同様の条件とした。

＜レーザー処理条件＞
レーザー装置名称 (株)キーエンス製 MD-Y9700
レーザー装置名称 (株)キーエンス製 MD-F3000

図１０からは、ＡＤＣやＳＵＳを使用した場合でも、気密性を満たすためには、一定以上の処理深さが必要である（ＡＤＣは１００μｍ、ＳＵＳは６０μｍ）ことが確認できた。

（実施例６）
図１１は、「他の金属材料」である銅（Ｃ１１００）を使用した時のレーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。銅については、ピッチ間隔を０．１５ｍｍとし、処理深さを８０μｍとした。銅（新）については、ピッチ間隔を０．１５ｍｍとし、処理深さを１６０μｍとした。

＜レーザー処理条件＞
レーザー装置名称 ミヤチテクノス(株)製 ML-7350CL
レーザー装置名称 ミヤチテクノス(株)製 ML-7350CL
主な変更点としては、設備的な構成を変えて照射するビーム形状を変更している。ビームスポット径として（ａ）φ１００μｍ、（ｂ）φ６０μｍである。

図１１からは、銅（新）であり、溝深さが６０μｍ（処理深さで８０μｍ）以上であれば、気密性を満たすことが確認できた。

（比較例１）
図１２は、機械加工時における気密性を説明する図である。溝深さは１００μｍとした。図１２では、機械加工のため、バリ上の隆起物はないが、溝部面積の比率が大きいため、面積比率が「０．９３５」と、１．０００に近い数値となった。しかしながら、気密性の評価としては、０．２３ｍｌ／ｍｉｎと十分な結果は得られなかった。

機械加工の場合、単純に面積比率を上げることを想定した加工を行っても、レーザー処理とは違って、溝部の側壁やバリ部のアンカー構造が生成できていないため、接合強度も得られず、結果として気密性の評価を満たすことができなかったと考えられる。

（比較例２）
図１３は、従来技術の類似形状における気密性を説明する図（写真）である。ピッチ間隔を０．１５ｍｍ、溝深さを１１１μｍ、溝幅を３０μｍとした。

従来技術における溝部形状では、面積比率が「０．８０７」であり、気密性の評価としては０．０１４ｍｌ／ｍｉｎと十分な結果が得られなかった。これは、溝部面積が少ないのと、金属成形体の表面（未処理面を基準）からの溝深さが深く、また、金属成形体の表面からの溝幅が、金属成形体の表面から深くなっていくに従って極細くなっている。このため、異種材料の充填の際に不利となり、金属と樹脂の界面での気密性の評価を満たすことができなかったと考えられる。

（実施例７）
図１４は、レーザースキャニング加工時において、バリ高さを固定、「溝深さを可変」、ピッチ間隔を固定にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。バリ高さは、２０μｍで固定し、ピッチ間隔は、０．１５μｍで固定した。その上で、溝深さを４４μｍ、７０μｍ、８６μｍと変化させた。

図１４からは、バリ高さを固定、ピッチ間隔を固定にした場合でも、溝深さが７０μｍ以上であれば、気密性を満たすことが確認できた。

（実施例８）
図１５は、レーザースキャニング加工時において、バリ高さを固定、溝深さを固定、「ピッチ間隔を可変」にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。バリ高さは、２０μｍで固定し、溝深さは、６０μｍで固定した。その上で、ピッチ間隔を０．２０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．１３ｍｍ、０．１１ｍｍと変化させた。

図１５からは、バリ高さを固定、溝深さを固定にした場合でも、ハッチング幅（ピッチ）は気密性に影響を与えないことが確認できた。

（実施例９）
図１６は、レーザースキャニング加工時において、「バリ高さを可変」、溝深さを固定、ピッチ間隔を固定にした場合と気密性との関連を示す図（写真）である。溝深さは、６５μｍで固定し、ピッチ間隔は、０．１５μｍで固定した。その上で、バリ高さを１７μｍ、３１μｍ、４４μｍと変化させた。

図１６からは、溝深さを固定、ピッチ間隔を固定に押した場合でも、バリの高さによって気密性が変化することが分かった。また、気密性を満たすためには、バリ高さがある一定の高さ以上必要（例えば、２０μｍ以上）であることが確認できた。

≪評価結果≫
表１と表２に処理条件と評価結果を示す。なお、表１と表２には、接合部を可視化するために、対応図として、図面の番号を付している。ここで注目すべきは、いずれの処理条件（溝幅、バリ高さ、溝深さ、処理深さ、溝部形状、金属材料の材質）においても、評価結果が○となったものは、金属材料を縦方向に切断した縦断面視において、レーザースキャニング加工時に形成される溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００であることが確認できた。

面積比（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）が１．００以上となると、高度な気密性を満たすことになることが確認できたが、この理由としては、まず、レーザースキャニング加工時の場合、面積比率を大きくすることにより、彫り込み量及び彫り込んだ質量部分が、溝部周辺の凸部（バリ）形状として有効活用される比率が増加することになる。これより、沿面距離の拡大、マクロ的なアンカー形状とともにミクロ的なアンカー形状の増大、成形後の樹脂が収縮することによるバリ形状部分の密着性が向上、レーザー照射により有機物等の不純物が取り除かれ、溝部とバリの濡れ性（親和性）が向上することによる、アンカー形状との相乗効果によって密着性が向上することが推察される。

なお、面積比の最大値（理論値）は、２．００となるが、最大値が２．００となると、接合部における凸部（バリ）の連続性が保てなくなり、部分的に壊れてしまうことなり、気密性が向上しないことが検証の結果、確認できた。そして、エアリークテスタによれば、接合部における凸部（バリ）の連続性を保つことの出来る面積比の上限値は、１．８０以下であることを確認した。なお、実施例１の１００μm・１５０μm設定（図６の（ｂ）、（ｃ））での面積比はそれぞれ１．１２５、１．０５３となっており、エアリークテスタでの測定では漏れ量が０．００９ｍl/ｍiｎ、０．０１０ｍl/ｍiｎであったが、この条件と同等の処理サンプルについてヘリウムリークテスタにて漏れ量を測定したところ、
ｍl/ｍiｎレベルの気密性が確保できていることがわかった。エアリークテスタレベルでの検出限界を超えてさらに高度な気密性が確保できていたことから、この結果は、例えば、車載部品として要求される、所定の環境試験に対しても満足するものである。

上記課題を解決するために、本発明（１）の異種材料接合金属材料は、異種材料と接合した際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に複数の周状の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合金属材料であって、前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
１．０２１≦（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≦１．６０７
となる関係を有する異種材料接合金属材料である。
また、本発明（２）は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して上方から見た上面視において、前記複数の周状の溝部の各々は、前記周状に形成された前記溝部の始点と終点とが重なり合う閉じた形状であることを特徴とする、前記発明（１）に記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（３）は、前記異種材料が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイである、前記発明（１）又は（２）に記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（４）は、前記金属材料が、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金又はステンレス鋼である、前記発明（１）〜（３）のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料である。
また、本発明（５）は、異種材料同士を接合した際に当該異種材料同士の界面において、レーザースキャニング加工時に複数の周状の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合材料であって、前記接合部は、前記異種材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
１．０２１≦（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≦１．６０７
となる関係を有する異種材料接合材料である。
また、本発明（６）は、前記発明（１）〜（４）のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料又は前記発明（５）記載の異種材料接合材料と、前記接合部を介して前記異種材料接合金属材料又は前記異種材料と接合した異種材料と、を有する複合成形体である。

＜接合部の気密性試験の構成＞
図４に、接合部の気密性試験の構成を示す。レーザー処理を行った試験片を射出成形機の金型にインサートし、溶融樹脂をレーザー処理面に充填・固化させて複合成形品（異種材料接合金属材料）を得る。図４（a）は、複合成形品（金属材料・樹脂材料）の試験片を示す。図４（ｂ）は、複合成形品（金属材料・樹脂材料）の断面を示す。図４（ｃ）は、金属材料のレーザー処理面を示す。図４（ｄ）は、漏れを生じる際に圧縮空気の流動する方向を示した図である。なお、図４（ｃ）のレーザー処理面の処理形状は図３（ｂ）のようになり、内径φ１０ｍｍ、外形φ１１．５ｍｍ、処理本数６、ハッチング間隔は０．１５ｍｍの同心円形状となっている。また後述する図１５のように可変とした事例では、本数を変えずに外形の寸法を変更して条件を合わせている。

（実施例６）
図１１は、「他の金属材料」である銅（Ｃ１１００）を使用した時のレーザースキャニング加工時における「処理深さ」と気密性との関連を示す図（写真）である。銅については、ピッチ間隔を０．１５ｍｍとし、処理深さを１６０μｍとした。銅（新）については、ピッチ間隔を０．１５ｍｍとし、処理深さを８０μｍとした。

Claims (7)

1. 異種材料と接合した際に当該異種材料と金属材料との界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合金属材料であって、
   前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
   （Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００
   となる関係を有することを特徴とする異種材料接合金属材料。
2. 前記接合部の前記面積比が、１．００以上、１．８０以下であることを特徴とする、請求項１に記載の異種材料接合金属材料。
3. 前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して上方から見た上面視において、前記複数の溝部の各々は、前記金属材料の表面上で周状に形成されており、前記周状に形成された前記溝部の始点と終点とが重なり合う閉じた形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種材料接合金属材料。
4. 前記異種材料が、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー又はプラスチックアロイである、請求項１〜３のいずれかに一項記載の異種材料接合金属材料。
5. 前記金属材料が、鉄、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金又はステンレス鋼である、請求項１〜４のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料。
6. 異種材料同士を接合した際に当該異種材料同士の界面において、レーザースキャニング加工時に相互に略平行となる複数の溝部を有する接合部が形成された気密性を有する異種材料接合材料であって、
   前記接合部は、前記金属材料の表面に形成された前記溝部に対して垂直方向に切断した断面視において、前記溝部における溝幅をＷ、溝深さをＨ、レーザースキャニング加工時に形成される前記溝部面積をＡ、及び、レーザースキャニング加工時に前記溝部の両側辺の面上に形成されるバリからなる凸部面積をＢ、Ｃとした場合、面積比が、
   （Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（Ｗ×Ｈ）≧１．００
   となる関係を有することを特徴とする異種材料接合材料。
7. 請求項１〜５のいずれか一項記載の異種材料接合金属材料又は請求項６記載の異種
   材料接合材料と、
   前記接合部を介して前記異種材料接合金属材料又は前記異種材料と接合した異種材
   料と、
   を有することを特徴とする複合成形体。