JP2016159577A - 接合構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱衝撃に対する耐性が低下するのを抑制することが可能な接合構造体を提供する。【解決手段】接合構造体100は、表面11に穿孔部12が形成された金属部材1と、充填剤21を含む樹脂部材2とを備え、穿孔部12に樹脂部材2が充填されることにより、金属部材1および樹脂部材2が接合されている。そして、接合構造体100は、穿孔部12の内部に対する充填剤21の侵入が抑制されるように構成されている。【選択図】図1
Description
本発明は、接合構造体に関する。
従来、金属部材と樹脂部材とを備える接合構造体が知られている(たとえば、特許文献1参照)。このような接合構造体では、金属部材に形成された凹状部に樹脂部材が充填されることにより、金属部材および樹脂部材が接合されている。
特許文献1の接合構造体では、繊維状の充填剤が樹脂部材に含まれている。そして、この接合構造体は、金属部材に微細凹凸面が形成され、その微細凹凸面に充填剤が侵入可能に構成されている。これにより、金属部材および樹脂部材の接合界面において、充填剤が有する補強効果を発揮させることが可能である。
しかしながら、繊維状の充填剤では、その形状に起因して線膨張係数に異方性があることから、微細凹凸面に充填剤が侵入している場合には、接合界面に応力が集中しやすくなり、熱衝撃に対する耐性が低下することが考えられる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、熱衝撃に対する耐性が低下するのを抑制することが可能な接合構造体を提供することである。
本発明による接合構造体は、表面に凹状部が形成された金属部材と、充填剤を含む樹脂部材とを備え、凹状部に樹脂部材が充填されることにより、金属部材および樹脂部材が接合されている。そして、接合構造体は、凹状部の内部に対する充填剤の侵入が抑制されるように構成されている。
上記接合構造体において、充填剤は、繊維状、板状または針状に形成されており、金属部材の表面に対して水平方向を向くように配置されていてもよい。なお、充填剤が表面に対して水平方向を向くとは、たとえば、樹脂部材に含まれる全ての充填剤の中に、水平方向に対する傾斜が±45度以内の充填剤が60%以上あることをいう。
上記接合構造体において、金属部材の凹状部は、平面的に見て円形に形成され、充填剤は、繊維状、板状または針状に形成されており、長手方向の長さが凹状部の開口径よりも大きくてもよい。なお、この凹状部の開口径は表面の開口径である。また、充填剤の長手方向の長さが凹状部の開口径よりも大きいとは、たとえば、樹脂部材に含まれる全ての充填剤の中に、長手方向の長さが凹状部の開口径よりも大きい充填剤が80%以上あることをいう。
上記接合構造体において、金属部材の凹状部は、平面的に見て円形に形成され、その内周面に内側に突出する突出部を有していてもよい。
本発明の接合構造体によれば、熱衝撃に対する耐性が低下するのを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態による接合構造体100について説明する。
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態による接合構造体100について説明する。
接合構造体100は、図1に示すように、金属部材1および樹脂部材2を備え、その金属部材1および樹脂部材2が接合されている。
金属部材1には、表面11に複数の穿孔部12が形成されている。穿孔部12は、平面的に見て円形に形成されるとともに、その内周面が円筒状に形成されている。すなわち、穿孔部12では、深さ方向(Z方向)における開口径が同じになっている。この穿孔部12は、たとえば、開口径が50μm程度であり、深さが85μm以上である。なお、穿孔部12は、本発明の「凹状部」の一例である。
金属部材1の材料としては、鉄系金属、ステンレス系金属、銅系金属、アルミ系金属、マグネシウム系金属、および、それらの合金が挙げられる。また、金属成型体であってもよく、亜鉛ダイカスト、アルミダイカスト、粉末冶金などであってもよい。
樹脂部材2は、金属部材1の表面11に設けられるとともに、穿孔部12の内部に充填されている。これにより、金属部材1および樹脂部材2がアンカー効果により機械的に接合されている。この樹脂部材2は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂である。
上記熱可塑性樹脂の一例としては、PVC(ポリ塩化ビニル)、PS(ポリスチレン)、AS(アクリロニトリル・スチレン)、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、m−PPE(変性ポリフェニレンエーテル)、PA6(ポリアミド6)、PA66(ポリアミド66)、POM(ポリアセタール)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PSF(ポリサルホン)、PAR(ポリアリレート)、PEI(ポリエーテルイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PES(ポリエーテルサルホン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PAI(ポリアミドイミド)、LCP(液晶ポリマー)、PVDC(ポリ塩化ビニリデン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、および、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)が挙げられる。また、TPE(熱可塑性エラストマ)であってもよく、TPEの一例としては、TPO(オレフィン系)、TPS(スチレン系)、TPEE(エステル系)、TPU(ウレタン系)、TPA(ナイロン系)、および、TPVC(塩化ビニル系)が挙げられる。
上記熱硬化性樹脂の一例としては、EP(エポキシ)、PUR(ポリウレタン)、UF(ユリアホルムアルデヒド)、MF(メラミンホルムアルデヒド)、PF(フェノールホルムアルデヒド)、UP(不飽和ポリエステル)、および、SI(シリコーン)が挙げられる。また、FRP(繊維強化プラスチック)であってもよい。
また、樹脂部材2には、樹脂部材2を補強する機能を有する充填剤(フィラー)21が含まれている。この充填剤21は、繊維状、板状または針状に形成された無機系充填剤である。すなわち、充填剤21は、所定の方向に延びるように形成され、その形状に起因して線膨張係数に異方性を有する。なお、樹脂部材2には、充填剤21の他に、その他の充填剤(たとえば、有機系充填剤や球状の無機系充填剤など)が含まれていてもよい。
繊維状の無機系充填剤の一例としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アルミナ繊維および金属繊維などが挙げられる。板状の無機系充填剤の一例としては、タルク、マイカ、ガラスフレークおよび黒鉛などが挙げられる。針状の無機系充填剤の一例としては、ウォラストナイト、チタン酸カリウムおよびゾノトライトなどが挙げられる。
ここで、充填剤21は、金属部材1の表面11に対して水平方向(X方向)を向くように配置されている。すなわち、充填剤21の長手方向が表面11に沿うように配置されている。このため、穿孔部12の内部に対する充填剤21の侵入が抑制されるようになっている。なお、樹脂部材2に含まれる全ての充填剤21が厳密に水平方向を向いていなくてもよい。つまり、第1実施形態における充填剤21が表面11に対して水平方向を向くとは、たとえば、樹脂部材2に含まれる全ての充填剤21の中に、水平方向に対する傾斜が±45度以内の充填剤21が60%以上あることをいう。
また、充填剤21は、長手方向の長さが穿孔部12の開口径よりも大きくなっている。これによっても、穿孔部12の内部に対する充填剤21の侵入を抑制することが可能である。なお、長手方向の長さが穿孔部12の開口径よりも小さい充填剤21が含まれていてもよい。つまり、第1実施形態における充填剤21の長手方向の長さが穿孔部12の開口径よりも大きいとは、たとえば、樹脂部材2に含まれる全ての充填剤21の中に、長手方向の長さが穿孔部12の開口径よりも大きい充填剤21が80%以上あることをいう。
そして、深さ方向における下半分の領域まで充填剤21が侵入していない穿孔部12の割合が50%以上であることが好ましい。さらに好ましくは、充填剤21が全く侵入していない穿孔部12の割合が80%以上であることである。
−接合構造体の製造方法−
次に、図1〜図3を参照して、第1実施形態による接合構造体100の製造方法について説明する。
次に、図1〜図3を参照して、第1実施形態による接合構造体100の製造方法について説明する。
まず、図2に示すように、金属部材1の表面11に加工用のレーザL1を照射することにより、金属部材1の表面11に穿孔部12を形成する。加工用のレーザL1は、たとえばファイバレーザである。
そして、インサート成形により、金属部材1の表面11に、充填剤21を含む樹脂部材2を形成する。具体的には、溶融された樹脂部材2が穿孔部12に充填され、その後樹脂部材2が固化される。これにより、金属部材1と樹脂部材2とがアンカー効果によって機械的に接合される。ここで、インサート成形時に、溶融された樹脂部材2が金属部材1の表面11に沿って流れるため、樹脂部材2が固化されたときに充填剤21が水平方向(X方向)を向くようになる。
このようにして、図1に示す接合構造体100が製造される。
なお、金属部材1に対する樹脂部材2の接合はインサート成形以外の方法で行うようにしてもよい。たとえば、熱プレス、レーザ、超音波または電磁誘導によって樹脂部材2を金属部材1に接合するようにしてもよい。
これらの場合には、図3に示すように、穿孔部12が形成された金属部材1の表面11に樹脂部材2が配置される。このとき、樹脂部材2に含まれる充填剤21は予め水平方向を向くように配置されている。そして、樹脂部材2が溶融されることにより、その溶融された樹脂部材2が穿孔部12に充填される。その後樹脂部材2が固化される。これにより、金属部材1と樹脂部材2とがアンカー効果によって機械的に接合される。なお、充填剤21は、樹脂部材2が溶融されて固化した後も、水平方向を向いた状態でほぼ維持される。
−効果−
第1実施形態では、上記のように、穿孔部12の内部に対する充填剤21の侵入を抑制するように構成することによって、形状に起因して線膨張係数に異方性を有する充填剤21が穿孔部12内の深い領域(たとえば、下半分の領域)に配置されにくくすることができる。すなわち、穿孔部12の内部の深い領域を樹脂部材2で占めることができる。これにより、金属部材1および樹脂部材2の接合界面に応力が集中するのを抑制することができるので、熱衝撃に対する耐性が低下するのを抑制することができる。
第1実施形態では、上記のように、穿孔部12の内部に対する充填剤21の侵入を抑制するように構成することによって、形状に起因して線膨張係数に異方性を有する充填剤21が穿孔部12内の深い領域(たとえば、下半分の領域)に配置されにくくすることができる。すなわち、穿孔部12の内部の深い領域を樹脂部材2で占めることができる。これにより、金属部材1および樹脂部材2の接合界面に応力が集中するのを抑制することができるので、熱衝撃に対する耐性が低下するのを抑制することができる。
また、第1実施形態では、金属部材1の表面11に対して水平方向(X方向)を向くように充填剤21を配置することによって、穿孔部12の内部に充填剤21を侵入しにくくすることができる。
また、第1実施形態では、充填剤21の長手方向の長さを穿孔部12の開口径よりも大きくすることによって、穿孔部12の内部に充填剤21を侵入しにくくすることができる。
また、第1実施形態では、レーザL1により穿孔部12を形成することによって、ケミカルエッチングで凹凸を形成する場合に比べて、穿孔部12を精度よく形成することができるとともに、金属部材1の表面11が腐食するのを抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、図4を参照して、本発明の第2実施形態による接合構造体200について説明する。
次に、図4を参照して、本発明の第2実施形態による接合構造体200について説明する。
接合構造体200は、図4に示すように、金属部材1aおよび樹脂部材2を備え、その金属部材1aおよび樹脂部材2が接合されている。
金属部材1aには、表面11に複数の穿孔部12aが形成されている。穿孔部12aは、平面的に見て円形に形成されるとともに、その内周面に突出部13aが形成されている。この穿孔部12aは、たとえば、表面11の開口径が50μm程度であり、深さが85μm以上である。突出部13aは、周方向における全長にわたって形成されており、環状に形成されている。なお、穿孔部12aは、本発明の「凹状部」の一例である。
具体的には、穿孔部12aは、深さ方向において表面11側から底部に向けて開口径が小さくなる第1縮径部と、深さ方向において表面11側から底部に向けて開口径が大きくなる拡径部と、深さ方向において表面11側から底部に向けて開口径が小さくなる第2縮径部とが連なるように形成されている。第1縮径部は、直線状に縮径するように形成され、拡径部は、曲線状に拡径するように形成され、第2縮径部は、曲線状に縮径するように形成されている。すなわち、第1縮径部と拡径部とにより突出部13aが構成されている。
この穿孔部12aは、たとえば加工用のレーザによって形成されている。なお、レーザの種類としては、パルス発振が可能なものが好ましく、ファイバレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザが選択でき、波長を考慮すると、ファイバレーザ、YAGレーザ、YAGレーザの第2高調波、YVO4レーザ、半導体レーザが好ましい。
このような穿孔部12aは、1パルスが複数のサブパルスで構成されるレーザによって形成される。このレーザでは、エネルギを深さ方向に集中させやすいので、穿孔部12aを形成するのに好適である。このようなレーザを照射可能な加工装置の一例としては、オムロン製のファイバレーザマーカMX−Z2000またはMX−Z2050を挙げることができる。
上記ファイバレーザマーカによる加工条件としては、サブパルスの1周期が15ns以下であることが好ましい。これは、サブパルスの1周期が15nsを超えると、熱伝導によりエネルギが拡散しやすくなり、穿孔部12aを形成しにくくなるためである。なお、サブパルスの1周期は、サブパルスの1回分の照射時間と、そのサブパルスの照射が終了されてから次回のサブパルスの照射が開始されるまでの間隔との合計時間である。
また、1パルスのサブパルス数は、2以上50以下であることが好ましい。これは、サブパルス数が50を超えると、サブパルスの単位あたりの出力が小さくなり、穿孔部12aを形成しにくくなるためである。
第2実施形態では、上記のように、穿孔部12aの内部に突出部13aを形成することによって、穿孔部12a内の深い領域に充填剤21をより侵入しにくくすることができる。
なお、第2実施形態のその他の構成および効果は、第1実施形態と同様である。
(他の実施形態)
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、第1実施形態では、穿孔部12が円筒状である例を示したが、これに限らず、穿孔部がすり鉢状に形成されていてもよい。すなわち、深くなるにつれて開口径が小さくなるように穿孔部が形成されていてもよい。
また、第1実施形態では、凹状部の一例として平面的に見て円形の穿孔部12を示したが、これに限らず、凹状部として溝部が形成されていてもよい。
本発明は、充填剤を含む樹脂部材と金属部材とが接合された接合構造体に利用可能である。
1 金属部材
2 樹脂部材
11 表面
12 穿孔部(凹状部)
21 充填剤
100 接合構造体
1a 金属部材
12a 穿孔部(凹状部)
13a 突出部
200 接合構造体
2 樹脂部材
11 表面
12 穿孔部(凹状部)
21 充填剤
100 接合構造体
1a 金属部材
12a 穿孔部(凹状部)
13a 突出部
200 接合構造体
Claims (4)
- 表面に凹状部が形成された金属部材と、
充填剤を含む樹脂部材とを備える接合構造体であって、
前記凹状部に前記樹脂部材が充填されることにより、前記金属部材および前記樹脂部材が接合されており、
前記凹状部の内部に対する前記充填剤の侵入が抑制されるように構成されていることを特徴とする接合構造体。 - 請求項1に記載の接合構造体において、
前記充填剤は、繊維状、板状または針状に形成されており、前記金属部材の表面に対して水平方向を向くように配置されていることを特徴とする接合構造体。 - 請求項1または2に記載の接合構造体において、
前記金属部材の凹状部は、平面的に見て円形に形成され、
前記充填剤は、繊維状、板状または針状に形成されており、長手方向の長さが前記凹状部の開口径よりも大きいことを特徴とする接合構造体。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の接合構造体において、
前記金属部材の凹状部は、平面的に見て円形に形成され、その内周面に内側に突出する突出部を有することを特徴とする接合構造体。
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