JP2018094777A - シール方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属成形体と開口部を樹脂成形体によりシールするシール方法の提供。【解決手段】金属成形体の開口部を樹脂成形体によりシールするシール方法であって、前記金属成形体が、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された開口部を有するものであり、前記金属成形体の開口部の周囲の接合面に対して、エネルギー密度１ＭＷ／ｃｍ2以上で、照射速度２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上でレーザー光を照射して粗面化する工程と、前工程において粗面化された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置し、樹脂を射出成形して形成した樹脂成形体により前記開口部をシールする工程を有しており、前記粗面化された金属成形体の接合面が、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に孔が形成された多孔構造を有している、シール方法。【選択図】なし

Description

本発明は、金属成形体の開口部を樹脂成形体によりシールするシール方法に関する。
金属成形体と樹脂成形体からなる複合成形体を製造するとき、金属成形体の表面を粗面化した後で一体化させる技術が知られている。
特許文献１には、金属成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで前記金属成形体の表面を粗面化す
る、金属成形体の粗面化方法（請求項１）が記載されている。
特許文献１の発明の粗面化方法を実施した後、樹脂成形体と接合して得た複合成形体は、金属成形体と樹脂成形体が高い接合強度で接合されている（特許文献２）。
特許第５７７４２４６号公報 特許第５７０１４１４号公報
本発明は、金属成形体と樹脂成形体を接合することで金属成形体の開口部をシールするシール方法であって、金属成形体と樹脂成形体の接合部分のシール性、および金属成形体同士の樹脂成形体による接合部分のシール性を高くすることができるシール方法を提供することを課題とする。
本発明は、金属成形体の開口部を樹脂成形体によりシールするシール方法であって、
前記金属成形体が、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された開口部を有するものであり、
前記金属成形体の開口部の周囲の接合面に対して、エネルギー密度１ＭＷ／ｃｍ2以上で、照射速度２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上でレーザー光を照射して粗面化する工程と、
前工程において粗面化された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置し、樹脂を射出成形または圧縮成形して形成した樹脂成形体により前記開口部をシールする工程を有しており、
前記粗面化された金属成形体の接合面が、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に孔が形成された多孔構造を有している、シール方法を提供する。
本発明のシール方法によれば、樹脂成形体によって、金属成形体の開口部、および金属成形体同士の接続部分の隙間などを高いシール性によりシールすることができる。
（ａ）〜（ｃ）は本発明のシール方法を説明する図であり、（ａ）は金属成形体の斜視図、（ｂ）は（ａ）の金属成形体の平面図と、樹脂成形体の平面図、（ｃ）は樹脂成形体でシール後の金属成形体（複合成形体）の平面図。 （ａ）は、図１と異なる金属成形体の斜視図で、内部が見えるように一部が切り取られた状態で示されており、（ｂ）は、図１と異なる実施形態のシール後の金属成形体（複合成形体）の斜視図。 本発明の金属成形体の粗面化方法を実施するときの一実施形態のレーザー光の照射状態を示す図。 図３に示す実施形態のレーザー光の照射パターンを示す図であり、（ａ）は同方向の照射パターン、（ｂ）は双方向の照射パターン。 （ａ）、（ｂ）は、図３に示す実施形態とは異なる実施形態におけるレーザー光の照射工程を説明するための図。 （ａ）〜（ｃ）は、図１、図２とは異なる実施形態のシール方法を説明する断面図であり、（ｃ）は樹脂成形体で隙間がシールされた２つの金属成形体（複合成形体）の断面図。 図１、図２、図６とは異なる実施形態の樹脂成形体でシール後の金属成形体（複合成形体）の断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、図１、図２、図６、図７とは異なる実施形態のシール方法を説明する断面図であり、いずれも二本の金属管同士の異なる接続形態が外側からシールされた状態を示す軸方向断面図。 （ａ）〜（ｂ）は、実施例と比較例におけるシール性の試験方法の説明図であり、（ａ）は平面図と断面図、（ｂ）は平面図と断面図、（ｃ）は断面図である。
（１）図１および図２に示すシール方法
本発明のシール方法は、金属成形体の樹脂成形体との接合面（シール面）に対して、エネルギー密度１ＭＷ／ｃｍ2以上で、照射速度２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上でレーザー光を照射して粗面化する工程を有している。
前記粗面化工程では、粗面化された金属成形体の接合面が、表面から深さ１０〜７０μmの範囲に孔（溝も含む）が形成された多孔構造を有するように調整する。
本発明で使用する金属成形体の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。
例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウム、亜鉛、チタン、銅、黄銅、クロムめっき鋼、マグネシウムおよびそれらを含む合金、タングステンカーバイド、クロミウムカーバイドなどのサーメットから選ばれるものを挙げることができ、これらの金属に対して、アルマイト処理、めっき処理などの表面処理を施したものに適用できる。
本発明で使用する金属成形体は、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された開口部を有しており、射出成形により前記開口部が閉塞できるものであれば、形状、厚さ、構造および大きさは特に制限されるものではない。
図１（ａ）は、本発明で使用する金属成形体の一実施形態を示すものである。筒状の金属成形体１０は、第１端面１１、反対側の第２端面１２、周面１３を有し、さらに空間部となる貫通孔１４を有している。貫通孔１４は、第１端面１１側に第１開口部１４ａ、第２端面１２側に第２開口部１４ｂを有している。
図１（ａ）に示す筒状の金属成形体１０を使用して、第１開口部１４ａを閉塞しようとするとき、第１端面１１の第１開口部１４ａを包囲する環状接合面１５に対してレーザー光を照射して粗面化する。なお、第１端面１１の全体が接合面であるときは、第１端面１１の全体にレーザー光を照射する。
図２（ａ）は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものである。
金属成形体３０は、天面３１、反対側の底面３２、四つの側面３３〜３６を有し、さらに内部には中空部３７を有している。天面３１には中空部３７と接続された開口部３８を有している。
図２（ａ）に示す箱状の金属成形体３０を使用して、開口部３８を閉塞使用とするときは、天面３１の開口部３８を包囲する環状接合面３９に対してレーザー光を照射して粗面化する。
レーザー光照射して粗面化する工程におけるレーザー光の照射方法としては、
（I）粗面化対象となる金属成形体の接合面に対して直線、曲線または直線と曲線の組み合わせになるようにレーザー光を連続的に照射する方法（第１のレーザー光照射方法）と、
（II）粗面化対象となる金属成形体の表面に対して、直線、曲線または直線と曲線の組み合わせになるようにレーザー光を照射するとき、レーザー光の照射部分と非照射部分が交互に生じるように照射する方法（第２のレーザー照射方法）のいずれかのレーザー照射方法を使用することができる。
＜第１のレーザー照射方法＞
第１のレーザー照射方法は公知であり、特許第５７７４２４６号公報、特許第５７０１４１４号公報、特許第５８６０１９０号公報、特許第５８９００５４号公報、特許第５９５９６８９号、特開２０１６−４３４１３号公報、特開２０１６−３６８８４号公報、特開２０１６−４４３３７号公報に記載されたレーザー光の連続照射方法と同様にして実施することができる。
但し、エネルギー密度は１ＭＷ/cm2以上にする必要がある。レーザー光の照射時のエネルギー密度は、レーザー光の出力（Ｗ）と、レーザー光（スポット面積（ｃｍ2）（π・〔スポット径／２〕2）から求められる。レーザー光の照射時のエネルギー密度は、２〜１０００ＭＷ/cm2が好ましく、１０〜８００ＭＷ/cm2がより好ましく、１０〜７００ＭＷ/cm2がさらに好ましい。
レーザー光の照射速度は２，０００〜２０，０００mm／secが好ましく、２，０００〜１８、０００mm／secがより好ましく、３，０００〜１５、０００mm／secがさらに好ましい。
レーザー光の出力は４〜４０００Ｗが好ましく、５０〜２５００Ｗがより好ましく、１５０〜２０００Ｗがさらに好ましい。他のレーザー光の照射条件が同一であれば、出力が大きいほど孔（溝）深さは深くなり、出力が小さいほど孔（溝）深さは浅くなる。
波長は５００〜１１，０００ｎｍが好ましい。
ビーム径（スポット径）は５〜８０μmが好ましい。
焦点はずし距離は、-５〜+５ｍｍが好ましく、−１〜＋１ｍｍがより好ましく、−０．５〜+０．１ｍｍがさらに好ましい。焦点はずし距離は、設定値を一定にしてレーザー照射しても良いし、焦点はずし距離を変化させながらレーザー照射しても良い。例えば、レーザー照射時に、焦点はずし距離を小さくしていくようにしたり、周期的に大きくしたり小さくしたりしても良い。焦点はずし距離が−であると、孔深さは深くなる。
以上のレーザー光の照射条件によるレーザー光の照射と共に、レーザー光を照射するときの繰り返し回数を調整することで、粗面化された金属成形体の接合面が、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に孔（溝）が形成された多孔構造を有するように調整することができる。
繰り返し回数（一つの孔または溝を形成するための合計のレーザー光の照射回数）は、１〜９回が好ましく、２〜５回がより好ましい。同一のレーザー照射条件であれば、繰り返し回数が多いほど孔（溝）深さが深くなり、繰り返し回数が少ないほど孔（溝）深さが浅くなる。
粗面化された金属成形体の接合面の平均孔（溝）深さは、表面から平均深さ１０〜６５μm以下の範囲が好ましく、平均深さ１０〜５０μm未満の範囲にすることもできる。
＜第２のレーザー照射方法＞
第２のレーザー照射方法において、レーザー光の照射部分と非照射部分が交互に生じるように照射するとは、図３に示すように照射する実施形態を含んでいる。
図３は、レーザー光の照射部分101と隣接するレーザー光の照射部分101の間にあるレーザー光の非照射部分102が交互に生じて、全体として点線状に形成されるように照射した状態を示している。
このとき、繰り返して照射して、図３に示すように外観上１本の点線にすることもできる。繰り返し回数は、例えば１〜２０回にすることができる。
複数回照射するときは、レーザー光の照射部分を同じにしてもよいし、レーザー光の照射部分を異ならせる（レーザー光の照射部分をずらす）ことで、金属片全体が粗面化されるようにしてもよい。
レーザー光の照射部分を同じにして複数回照射したときは点線状に照射されるが、レーザー光の照射部分をずらして、即ち、最初はレーザー光の非照射部分であった部分にレーザー光の照射部分が重なるようにずらして照射することを繰り返すと、点線状に照射した場合であっても、最終的には実線状態に照射されることになる。
金属成形体に対して連続的にレーザー光を照射すると、照射面の温度が上昇することから、厚さの小さい成形体ではそりなどの変形が生じるおそれもあるため、冷却するなどの対策が必要になる場合がある。
しかし、図３に示すように点線状にレーザー照射すると、レーザー光の照射部分101とレーザー光の非照射部分102が交互に生じ、レーザー光の非照射部分102では冷却されていることになるため、レーザー光の照射を継続した場合、厚さの小さい成形体でもそりなどの変形が生じ難くなるので好ましい。このとき、上記のようにレーザー光の照射部分を異ならせた（レーザー光の照射部分をずらせた）場合でも、レーザー光の照射時には点線状に照射されているため、同様の効果が得られる。
レーザー光の照射方法は、金属成形体110の表面に対して、図４（ａ）に示すように一方向に照射する方法、または図４（ｂ）に示す点線のように双方向から照射する方法を使用することができる。その他、レーザー光の点線照射部分が交差するように照射する方法でもよい。
照射後の各点線の間隔ｂ１は、金属成形体の照射対象面積などに応じて調整することができるものであるが、例えば、０．０１〜５ｍｍの範囲にすることができる。
図３に示すレーザー光の照射部分101の長さ（Ｌ１）とレーザー光の非照射部分102の長さ（Ｌ２）は、Ｌ１／Ｌ２＝１／９〜９／１の範囲になるように調整することができる。
レーザー光の照射部分101の長さ（Ｌ１）は、複雑な多孔構造に粗面化するためには０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１〜１０ｍｍがより好ましく、０．３〜７ｍｍがさらに好ましい。
第２のレーザー照射方法では、レーザーの駆動電流を直接変換する直接変調方式の変調装置をレーザー電源に接続したファイバーレーザー装置を使用し、デューティ比（duty ratio）を調整してレーザー照射する。
レーザーの励起には、パルス励起と連続励起の２種類があり、パルス励起によるパルス波レーザーは一般にノーマルパルスと呼ばれる。
連続励起であってもパルス波レーザーを作り出すことが可能であり、ノーマルパルスよりパルス幅（パルスＯＮ時間）を短くして、その分ピークパワーの高いレーザーを発振させるＱスイッチパルス発振方法、ＡＯＭやＬＮ光強度変調機により時間的に光を切り出すことでパルス波レーザーを生成させる外部変調方式、レーザーの駆動電流を直接変調してパルス波レーザーを生成する直接変調方式によりパルス波レーザーを作り出すことができる。
上記した好ましい実施形態では、レーザーの駆動電流を直接変換する直接変調方式の変調装置をレーザー電源に接続したファイバーレーザー装置を使用することで、レーザーを連続励起させてパルス波レーザーを作り出したものであり、第１のレーザー照射方法で使用した連続波レーザーとは別のものである。
但し、エネルギー密度、レーザー光の照射速度、レーザー光の出力、波長、ビーム径（スポット径）、焦点はずし距離は、第１のレーザー照射方法と同様に実施する。
デューティ比は、レーザー光の出力のＯＮ時間とＯＦＦ時間から次式により求められる比である。
デューティ比（％）＝ＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）×１００
デューティ比は、図３に示すＬ１／Ｌ２に対応するものであるから、１０〜９０％の範囲から選択することができる。
デューティ比を調整してレーザー光を照射することで、図３に示すような点線状に照射することができる。デューティ比が大きいと粗面化工程の効率は良くなるが、冷却効果は低くなり、デューティ比が小さいと冷却効果は良くなるが、粗面化効率は悪くなる。目的に応じて、デューティ比を調整する。
第２のレーザー照射工程では、粗面化対象となる金属成形体の表面上に、間隔をおいてレーザー光を通過させないマスキング材を配置した状態でレーザーを連続照射する方法を適用できる。マスキング材は、金属成形体に直接接触しても接触していなくとも良い。複数回照射するときは、マスキング材の位置を変化させることで、金属成形体全体を粗面化させることができる。
この実施形態は、図５（ａ）のように金属成形体110の上に間隔をおいて複数枚のマスキング材111を配置した状態で、レーザーを連続照射する。マスキング材としては、熱伝導率の小さい金属などを使用することができる。
その後、マスキング材111を取り去ると、図５（ｂ）に示すとおり、図３と同様にレーザー光の照射部分と非照射部分が交互に生じた点線が形成されている。
図５（ａ）、（ｂ）に示す実施形態の場合にも、マスキング材111の部分では冷却されていることになるため、レーザー光の照射を継続した場合、厚さの小さい成形体でもそりなどの変形が生じ難くなるので好ましい。
レーザー光の照射部分101の長さ（Ｌ１）とレーザー光の非照射部分102の長さ（Ｌ２）は、Ｌ１／Ｌ２＝１／９〜９／１の範囲になるように調整することができる。
レーザー光の照射部分101の長さ（Ｌ１）は、複雑な多孔構造に粗面化するためには０．０５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．３〜７ｍｍがより好ましい。
第１のレーザー照射方法と第２レーザー照射方法で使用するレーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー（シングルモードファイバーレーザー、マルチモードファイバーレーザー）、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。
レーザー光照射して粗面化する工程において、第１のレーザー照射方法または第２レーザー照射方法を実施したときは、上記したエネルギー密度と照射速度を満たすように金属成形体にレーザー光を照射すると、金属成形体の表面は溶融しながら一部が蒸発されることから、複雑な構造の多孔構造が形成される。
このときに形成される多孔構造は、特許第５７７４２４６号公報の図７、図８、特許第５７０１４１４号公報の図７、図８に示されるものと同じ複雑な多孔構造か、類似する多孔構造である。
一方、上記したエネルギー密度と照射速度を満たさない場合には、金属成形体の表面は昇華して孔が形成されるか（通常のパルスレーザー照射により形成される孔）、または溶融（レーザー溶接）してしまい、複雑な構造の孔は形成されない。
次の工程にて、前工程において粗面化された金属成形体の開口部を含む接合面を金型内に配置して、前記樹脂成形体となる樹脂を射出成形して前記開口部をシールする。
前工程において、図１（ａ）の金属成形体１０の第１端面１１の第１開口部１４ａを包囲する環状接合面１５に対してレーザー光を照射して粗面化したときは、第１端面１１側を金型内に配置して、環状接合面１５を含む円と同じ形状および同じ大きさの円になるように射出成形または圧縮成形して樹脂成形体２０を形成させ、第１開口部１４ａをシールして複合成形体１を得る。
射出成形時において粗面化された環状接合面１５の多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、金属成形体１０の第１端面１１の環状接合面１５と樹脂成形体２０の間が強い接合力で一体化されており、高いシール性を有している。
このため、第１開口部１４ａは樹脂成形体２０により閉塞されており、複合成形体１の第２開口部１４ｂから圧力を加えた状態で空気や水を流しても、第１開口部１４ａ側からの空気漏れや水漏れが生じることはない。
前工程において、図２（ａ）の金属成形体３０の天面３１の開口部３８を包囲する環状接合面３９に対してレーザー光を照射して粗面化したときは、天面３１側を金型内に配置して、環状接合面３９を含む円と同じ形状および同じ大きさの円になるように射出成形または圧縮成形して樹脂成形体４０を形成させて、開口部３８をシールして複合成形体２を得る。
射出成形時において粗面化された環状接合面３９の多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、金属成形体３０の天面３１の環状接合面３９と樹脂成形体４０が強い接合力で一体化されて、高いシール性を有している。
このため、開口部３８は樹脂成形体４０により閉塞されており、複合成形体２を高温および高湿度雰囲気中に長期間保存しても、開口部３８から湿気が侵入することはない。
樹脂成形体に使用する樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のほか、熱可塑性エラストマーも含まれる。
熱可塑性樹脂は、用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。例えば、ポリアミド系樹脂（ＰＡ６、ＰＡ６６等の脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。
熱硬化性樹脂は、用途に応じて公知の熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンを挙げることができる。
熱可塑性エラストマーは、用途に応じて公知の熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。
これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。
これらの繊維状充填材は、繊維径が３〜６０μmの範囲のものを使用することができるが、これらの中でも、例えば金属成形体１０の接合面１２が粗面化されて形成される開放孔３０などの開口径より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μm、さらに望ましくは７〜20μmである。
（２）図６および図７に示すシール方法
図６（ａ）は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものであり、第１金属成形体５０と第２金属成形体６０の二つの金属成形体を使用する。
第１金属成形体５０は、外側環状壁部５１、外側環状壁部５１と同一方向に伸ばされた内側環状壁部５２、外側環状壁部５１と内側環状壁部５２の間を接続する環状面部５３を有している。外側環状壁部５１と内側環状壁部５２は、外側環状壁部５１の長さ＞内側環状壁部５２の長さの関係を有している。
外側環状壁部５１の環状面部５３に対向する部分は大開口部５４を有しており、内側環状壁部５２の大開口部５４に対向する部分は小開口部５５を有している。
第２金属成形体６０は筒状のものであり、第１端面６１、反対側の第２端面６２、周面６３、貫通孔６４、第１端面６１側の第１開口部６４ａ、第２端面６２側の第２開口部６４ｂを有している。
レーザー照射工程では、第１金属成形体５０の小開口部５５の内側環状壁部５２の内側面５２ａ（長さＬ11）と、筒状の第２金属成形体６０の第１端面６１から第２端面６２側の長さＬ11の周面６３に対してレーザー光を照射して、粗面化する。
レーザー光の照射方法は、上記した第１のレーザー光照射方法または第２のレーザー光照射方法を適用する。
この粗面化工程によって、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に複雑な多孔構造が形成される。
次に、図６（ｂ）に示すように、第１金属成形体５０の内側環状壁部５２の中心軸と第２金属成形体６０の中心軸が一致し、かつ第１金属成形体５２の小開口部５５と第２金属成形体６０の第１端面６１が一致するようにして、第１金属成形体５０と第２金属成形体６０を金型内に配置する。
その後、樹脂を射出成形して樹脂成形体６９を形成させて小開口部５５と第２金属成形体６０の隙間をシールして、図６（ｃ）に示す複合成形体３を得る。
射出成形時において粗面化された第１金属成形体５０の内側環状壁部５２の内側面５２ａ（長さＬ11）と、筒状の第２金属成形体６０の第１端面６１から第２端面６２側の長さＬ11の周面６３のそれぞれに形成された多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、第１金属成形体５０と第２金属成形体６０が樹脂成形体６９を介して強い接合力で一体化されており、高いシール性を有している。
即ち、本発明のシール方法を実施することによって、樹脂成形体６９により第１金属成形体５０と第２金属成形体６０を接続することができると共に、第１金属成形体５０と樹脂成形体６９との接合面、第２金属成形体６０と樹脂成形体６９との接合面の間を完全にシールすることができる。
このため、第１金属成形体５０と第２金属成形体６０の樹脂成形体６９との接続部分から、気体や液体が浸入することがない。
なお、レーザー光の照射工程を実施せずにシール工程のみを実施した場合でも、図６（ｃ）に示す複合成形体３と同様のものを製造することができるが、内側および外側から圧力が加えられる状態で使用を継続すると、第１金属成形体５０と樹脂成形体６９との接合面、第２金属成形体６０と樹脂成形体６９との接合面の間に隙間が生じてシールができなくなるおそれがある。
図７は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものであり、図６と同じ第１金属成形体５０、第２金属成形体６０に加えて、第２金属成形体６０と同形状の第３金属成形体７０を使用している。
第３金属成形体７０は、第２金属成形体６０と同じ筒状のものであり、第１端面７１、反対側の第２端面７２、周面７３、貫通孔７４、第１端面７１側の第１開口部７４ａ、第２端面７２側の第２開口部７４ｂを有している。
レーザー照射工程では、第１金属成形体５０の小開口部５５の内側環状壁部５２の内側面５２ａ（長さＬ11）、筒状の第２金属成形体６０の第１端面６１から第２端面６２側の長さＬ11の周面６３、および第３金属成形体７０の第１端面７１から第２端面７２側の長さＬ11の周面７３に対してレーザー光を照射して、粗面化する。
レーザー光の照射方法は、上記した第１のレーザー光照射方法または第２のレーザー光照射方法を適用する。
この粗面化工程によって、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に複雑な多孔構造が形成される。
次に図６（ｂ）と同様にして、第１金属成形体５０の内側環状壁部５２の間に第２金属成形体６０と第３金属成形体７０が等間隔になるように金型内に配置する。
その後、樹脂を射出成形して樹脂成形体６９を形成させて小開口部５５と第２金属成形体６０、第３金属成形体の隙間をシールして、図７に示す複合成形体４を得る。
射出成形時において粗面化された第１金属成形体５０の内側環状壁部５２の内側面５２ａ（長さＬ11）、筒状の第２金属成形体６０の第１端面６１から第２端面６２側の長さＬ11の周面６３および筒状の第３金属成形体７０の第１端面７１から第２端面７２側の長さＬ11の周面７３のそれぞれに形成された多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、第１金属成形体５０、第２金属成形体６０および第３金属成形体７０が樹脂成形体６９を介して強い接合力で一体化されており、高いシール性を有している。
即ち、本発明のシール方法を実施することによって、樹脂成形体６９により第１金属成形体５０、第２金属成形体６０および第３金属成形体７０を接続することができると共に、第１金属成形体５０と樹脂成形体６９との接合面、第２金属成形体６０と樹脂成形体６９との接合面、第３金属成形体７０と樹脂成形体６９との接合面の間を完全にシールすることができる。
このため、第１金属成形体５０、第２金属成形体６０および第３金属成形体７０の樹脂成形体６９との接続部分から、気体や液体が浸入することがない。
なお、レーザー光の照射工程を実施せずにシール工程のみを実施した場合でも、図７に示す複合成形体４と同様のものを製造することができるが、内側および外側から圧力が加えられる状態で使用を継続すると、第１金属成形体５０と樹脂成形体６９との接合面、第２金属成形体６０と樹脂成形体６９との接合面、第３金属成形体７０と樹脂成形体６９との接合面の間に隙間が生じてシールができなくなるおそれがある。
（３）図８に示すシール方法
図８（ａ）は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものであり、第１金属管120と第２金属管130の二つの金属管を使用する。
第１金属管120は一端開口部側に第１フランジ部121を有しており、第２金属管130は一端開口部側に第２フランジ部122を有している。
第１金属管120と第２金属管130は、第１フランジ部121と第２フランジ部131が当接された状態で、ボルトとナットの組み合わせなどの締め付け手段で接続されている。
レーザー照射工程では、第１金属管120の第１フランジ部121を含む外表面と、第２金属管130の第２フランジ部131を含む外表面に対してレーザー光を照射して、粗面化する。
レーザー光の照射方法は、上記した第１のレーザー光照射方法または第２のレーザー光照射方法を適用する。
この粗面化工程によって、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に複雑な多孔構造が形成される。
シール工程では、第１金属管120の第１フランジ部121と第２金属管130の第２フランジ部131の接続部分を含む粗面化された部分を金型内に配置した状態で樹脂を射出成形して樹脂成形体135を形成させて、第１金属管120と第２金属管130の接続部分を外側からシールする。
図８（ａ）に示す従来の接続形態では、第１フランジ部121と第２フランジ部131の当接部分にシールテープを配置した状態で接続されているが、継続して内側から加えられる液体圧や気体圧によるシールテープの劣化によって、例えば数ヶ月経過後には、液漏れや気体漏れが発生するおそれがあった。
しかし、図８（ａ）のように外側から樹脂成形体135で覆ってシールすると、第１金属管120と第２金属管130の粗面化された多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、第１金属管120、第２金属管130および樹脂成形体135が強い接合力で一体化できるため、高いシール性を付与することができる。
このため、従来技術のシールテープを使用する方法と比べると、はるかに長い期間、接続部分から液体漏れや気体漏れが発生することが防止される。
なお、図８（ａ）に示す実施形態では、樹脂成形体135を破壊すれば、第１金属管120と第２金属管130を分離することができる。
図８（ｂ）は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものであり、第１金属管140と第２金属管150の二つの金属管を使用する。
第１金属管140は、第２金属管150との接続端部側の外表面にねじ部を有している。
第２金属管150は、第１金属管140との接続端部側に拡径部151を有しており、拡径部151の内表面にねじ部を有している。
第１金属管140と第２金属管150は、第１金属管140の端部を第２金属管150の拡径部151の内側にねじ込むことで接続されている。
レーザー照射工程では、第１金属管140端部のねじ部を除いた外表面と第２金属管130端部の拡径部151を含む外表面に対してレーザー光を照射して、粗面化する。
レーザー光の照射方法は、上記した第１のレーザー光照射方法または第２のレーザー光照射方法を適用する。
この粗面化工程によって、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に複雑な多孔構造が形成される。
シール工程では、第１金属管140と第２金属管150の接続部分を含む粗面化された部分を金型内に配置した状態で樹脂を射出成形して樹脂成形体155を形成させて、第１金属管140と第２金属管150の接続部分を外側からシールする。
図８（ｂ）に示す従来の接続形態では、第１フランジ部140のねじ部と第２フランジ部150のねじ部の間にシールテープを配置した状態で接続されているが、継続して内側から加えられる液体圧や気体圧によるシールテープの劣化によって、例えば数ヶ月経過後には、液体漏れや気体漏れが発生するおそれがあった。
しかし、図８（ｂ）のように外側から樹脂成形体155で覆ってシールすると、第１金属管140と第２金属管150の粗面化された多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、第１金属管140、第２金属管150および樹脂成形体155を強い接合力で一体化できるため、高いシール性を付与することができる。
このため、従来技術のシールテープを使用する方法と比べると、はるかに長い期間、接続部分から液体漏れや気体漏れが発生することが防止される。
なお、図８（ｂ）に示す実施形態では、樹脂成形体155を破壊すれば、第１金属管140と第２金属管150を分離することができる。
図８（ｃ）は、本発明で使用する金属成形体の別実施形態を示すものであり、第１金属管160と第２金属管170の二つの金属管を使用する。
第１金属管160と第２金属管170は、それぞれが一本の管であり、図８（ａ）、（ｂ）に示すようなフランジ部やねじ部などの接続手段は有していない。
レーザー照射工程では、第１金属管160端部の外表面と第２金属管170端部の外表面に対してレーザー光を照射して、粗面化する。
レーザー光の照射方法は、上記した第１のレーザー光照射方法または第２のレーザー光照射方法を適用する。
この粗面化工程によって、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に複雑な多孔構造が形成される。
シール工程では、第１金属管160の第１端面161と第２金属管170の第１端面171を当接させた状態で金型内に配置し、樹脂を射出成形して樹脂成形体175を形成させて、第１金属管160と第２金属管170を接続する共に接続部分を外側からシールする。
従来、二本の金属管を接続するためには、図８（ａ）に示すような、第１フランジ部12のある第１金属管120と第２フランジ部131のある第２金属管130の組み合わせを使用するか、図８（ｂ）に示すような、互いにねじ部を有している第１金属管140と第２金属管150の組み合わせを使用する必要があった。
しかし、本発明のシール方法を使用して、図８（ｃ）のように外側から樹脂成形体175で覆って接続してシールすると、第１金属管160と第２金属管170の粗面化された多孔構造内部に溶融状態の樹脂が入り込んだ後で固まることで、図８（ａ）、（ｂ）に示すフランジ部（ボルトとナットを含む）やねじ部などの接続手段を使用することなく、樹脂成形体175を介して第１金属管160と第２金属管170を接続できると共に、高いシール性を付与することができる。このため、非常に長い期間、接続部分から液体漏れや気体漏れが発生することが防止される。
なお、図８（ｃ）に示す実施形態では、樹脂成形体175を破壊すれば、第１金属管160と第２金属管170を分離することができる。
実施例１〜６、比較例１〜４
図９（ａ）に示す形状および寸法の金属成形体（アルミニウムA5052あるいはステンレスSUS304）200の環状接合面201（392.5mm2の広さ範囲）に対して、表１に示す条件でレーザー光を照射して（第１のレーザー光照射方法）、レーザー光照射面を粗面化した。
なお、照射パターンは図４（ｂ）と同じ双方向であるが、第１のレーザー光照射方法（レーザー光の連続照射）であるから、図４（ｂ）と同じ照射パターンで、かつ実線で示される照射パターンになる。
レーザー装置は次のものを使用した。
発振機：IPG-Ybファイバー；YLR−300−SM
集光系：fc=80mm／ｆθ＝100mm
焦点はずし距離：±０ｍｍ（一定）
次に、粗面化処理後の金属成形体200を使用して、下記の方法で射出成形して、金属成形体200の穴202を樹脂成形体210で閉塞した（図９（ｂ））。
＜射出成形＞
ＧＦ35％強化PPS樹脂（DURAFIDE 1135MF1：ポリプラスチックス（株）製），ＧＦ（ガラス繊維）
樹脂温度：３２０℃
金型温度：１５０℃
射出成形機：ファナック製ROBOSHOT S2000i100B）
（溝深さ）
溝（孔）深さは、レーザー光照射後の面（392.5mm2の広さ範囲）をデジタルマイクロスコープVHX-900（（株）キーエンス製）で測定した。平均溝（孔）深さは、レーザー照射面の全体に均等間隔で分散させた１０箇所を測定して平均値とした。
（シール性）
シール性は、次のように試験した。
図９（ｃ）に示す金属製の試験用容器220の開口部に図９（ｂ）で示す金属成形体200と樹脂成形体210の複合成形体を固定した。金属製の試験用容器220と金属成形体200は溶接固定した。
その後、試験用容器220内に複合成形体が完全に浸漬するまで水230を入れた。
この状態で、室温環境下、試験用容器220の側面から内部空間221内に空気を０．５MPaで３分間送ったときに空気漏れがあるかどうか（水230に泡が発生するかどうか）で評価した。
Figure 2018094777
実施例１〜３と比較例１、２、実施例４〜６と比較例３、４のシール性の対比から明らかなとおり、本発明のシール方法を適用することで高いシール性能が得られた。
本発明のシール方法は、金属成形体と樹脂成形体の接続部分のシール性が優れているため、通常の管、三つ叉管などの一部開口部のシール、吸湿防止のための容器（複数の部品が収容されたハウジングなど）開口部のシール、金属管同士の接続およびシールなどに利用することができる。
１、２、３、４ 複合成形体
１０、５０、６０、７０ 金属成形体
２０、４０、６９ 樹脂成形体

Claims (7)

  1. 金属成形体の開口部を樹脂成形体によりシールするシール方法であって、
    前記金属成形体が、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された開口部を有するものであり、
    前記金属成形体の開口部の周囲の接合面に対して、エネルギー密度１ＭＷ／ｃｍ2以上で、照射速度２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上でレーザー光を照射して粗面化する工程と、
    前工程において粗面化された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置し、樹脂を射出成形または圧縮成形して形成した樹脂成形体により前記開口部をシールする工程を有しており、
    前記粗面化された金属成形体の接合面が、表面から平均深さ１０〜７０μmの範囲に孔が形成された多孔構造を有している、シール方法。
  2. 前記金属成形体が、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された複数の開口部を有するもの、または
    前記金属成形体が、内部に空間部を有し、前記空間部と接続された一つの開口部を有するものであり、
    前記レーザー光の照射工程が、前記開口部の周辺部に対してレーザー光を照射して粗面化する工程であり、
    前記シール工程が、前記粗面化された開口部を含む部分を金型内に配置し、樹脂を射出成形または圧縮成形して形成した樹脂成形体により複数の開口部の内の一部の開口部をシールするか、または前記金属成形体の一つの開口部をシールするものである、請求項１記載のシール方法。
  3. 前記金属成形体が、第１金属成形体と１または複数の他の金属成形体からなるものであり、
    前記第１金属成形体が内部に空間部を有し、前記空間部と接続された１または複数の開口部を有するものであり、
    前記レーザー光の照射工程が、前記第１金属成形体の接合面となる開口部の面と前記１または複数の他の金属成形体の接合面となる部分に対してレーザー光を照射して粗面化する工程であり、
    前記シール工程が、前記第１金属成形体の開口部内に前記１または複数の他の金属成形体のそれぞれの粗面化された部分を配置し、樹脂を射出成形して形成した樹脂成形体により前記接続部分をシールする工程である、請求項１記載のシール方法。
  4. 前記金属成形体が複数本の金属管からなるものであり、
    前記レーザー光の照射工程が、前記複数本の金属管の開口部同士の接続部分の外表面に対してレーザー光を照射して粗面化する工程であり、
    前記シール工程が、前記粗面化された金属管の接続部分を金型内に配置し、樹脂を射出成形して形成した樹脂成形体により前記接続部分を外側からシールする工程である、請求項１記載のシール方法。
  5. 前記レーザー光を照射して粗面化する工程が、粗面化対象となる金属成形体の接合面に対して直線、曲線または直線と曲線の組み合わせになるようにレーザー光を照射するとき、レーザー光を連続照射する工程である、請求項１〜４のいずれか１項記載のシール方法。
  6. 前記レーザー光を照射して粗面化する工程が、粗面化対象となる金属成形体の表面に対して、直線、曲線または直線と曲線の組み合わせになるようにレーザー光を照射するとき、レーザー光の照射部分と非照射部分が交互に生じるように照射する工程である、請求項１〜４のいずれか１項記載のシール方法。
  7. 前記レーザー光の照射工程が、レーザーの駆動電流を直接変換する直接変調方式の変調装置をレーザー電源に接続したファイバーレーザー装置を使用し、デューティ比を調整してレーザー照射する工程である、請求項６記載のシール方法。
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