JP2019177704A - Method for joining metal component and resin, and integral molding of metal component and resin - Google Patents

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五十嵐 信弥
Shinya Igarashi
信弥 五十嵐
勉 林田
Tsutomu Hayashida
勉 林田
裕康 隠岐
Hiroyasu Oki
裕康 隠岐
啓人 大貫
Hiroto Onuki
啓人 大貫
御田 護
Mamoru Onda
護 御田
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Abstract

To provide a method for joining a metal component and a resin which can suppress deterioration of a bond strength between a metal component and a resin even when a heat shock is applied, and can comparatively easily join the metal component and the resin due to an anchor effect, and to provide an integral molding of the metal component and the resin.SOLUTION: A method for joining a metal component and a resin which is a method for joining a metal component and a resin for integrating the metal component and the resin includes: forming a recess on the surface of the metal component; forming a porous plating film having micropores on the surface of the metal component containing the recess; flowing the resin into the recess and the micropores of the porous plating film; and joining the metal component and the resin.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品に関する。   The present invention relates to a method for joining a metal part and a resin and an integrally molded product of the metal part and the resin.

金属部品と樹脂の一体成形品は、例えば、金属部品の表面に溶融樹脂を射出することにより製造される。金属部品と樹脂の接合を強固なものとするために、溶融樹脂の射出に先立ち、金属部品の表面に微細な凹凸を形成する方法が提案されている。特許文献1では、微細な凹凸を形成した金型を用いてプレス加工により金属表面にミクロンレベルの凹凸を形成している。特許文献2では、化学処理(ケミカルエッチング)により金属表面にナノレベルの微細孔を形成している。特許文献3では、金属表面をレーザスキャニング加工して多数の突起(凹凸部)を形成している。これらの方法により形成された微細な凹部に溶融樹脂を充填することで、アンカー効果(投鋲効果)により金属・樹脂界面の密着性を高めることができる。   An integrally molded product of a metal part and a resin is manufactured, for example, by injecting a molten resin onto the surface of the metal part. In order to strengthen the bonding between the metal part and the resin, a method of forming fine irregularities on the surface of the metal part prior to the injection of the molten resin has been proposed. In Patent Document 1, micron-level irregularities are formed on a metal surface by pressing using a mold having fine irregularities formed thereon. In Patent Document 2, nano-level micropores are formed on a metal surface by chemical treatment (chemical etching). In Patent Document 3, a metal surface is laser-scanned to form a large number of protrusions (uneven portions). By filling molten resin into fine recesses formed by these methods, the adhesion at the metal / resin interface can be enhanced by the anchor effect (throwing effect).

特許文献4には、アンカー効果による金属と樹脂の接合強度をバラツキが少なく所望の接合強度とするために、金属基材表面に軸線が金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している複数の傾斜穴を形成し、傾斜孔に樹脂組成物を充填する方法が提案されている。   In Patent Document 4, in order to obtain a desired bonding strength with little variation in the bonding strength between the metal and the resin due to the anchor effect, the axis of the metal substrate surface is inclined at a predetermined angle with respect to the normal of the metal substrate surface. A method of forming a plurality of inclined holes and filling the inclined holes with a resin composition has been proposed.

特開2012‐64880号公報JP 2012-64880 A 特許第4903881号公報Japanese Patent No. 4903881 特許第4020957号公報Japanese Patent No. 4020957 特開2009‐51131号公報JP 2009-51131 A

特許文献1は、プレスにより金属表面を粗化し、樹脂との接触面積の拡大、接触角のランダム化などにより、金属と樹脂の食いつきを高めて接合するものであるが、特許文献2や特許文献3のようなアンカー効果による機械的接合ではないため、引きはがし方向への接合力が課題となる。さらに、プレス金型にミクロンレベルの微細な凹凸を形成させる必要があり、金型製作の複雑化や複製困難、金型の劣化とその見極めが課題となる。   In Patent Document 1, the metal surface is roughened by pressing, the contact area between the resin and the contact angle is increased, and the contact angle is randomized to increase the bite between the metal and the resin. Since it is not mechanical joining by the anchor effect like 3, the joining force in the peeling direction becomes a problem. Furthermore, it is necessary to form microscopic irregularities on the press mold, which complicates the manufacture of the mold, makes it difficult to duplicate, and deteriorates and determines the mold.

特許文献2および3に記載のように、ミクロンレベルの微細な凹凸やナノレベルの微細孔を金属表面に形成し、アンカー効果を持たせた場合、初期の接着強度は高いものが得られるが、これらの微細な凹凸や微細孔によるアンカー効果は、金属部品と樹脂の一体成型品がヒートサイクルなどの熱的、機械的繰返し応力を受けた場合、微細樹脂部の破断や、樹脂クリープによる微細アンカー部の機能喪失などにより劣化することが想定される。例えば、金属と樹脂は、線膨張率が異なるので、両者の界面では、温度変化により大きな熱応力が発生する。一般に樹脂は、金属より線膨張率が大きいために、温度変化を伴う環境下では、金属との間の線膨張率の差に起因する熱応力が大きくなる。このために、ヒートショックによって金属部品表面と樹脂間の界面剥離が生じる可能性がある。   As described in Patent Documents 2 and 3, when micron-level fine irregularities and nano-level micropores are formed on the metal surface and have an anchor effect, the initial adhesive strength is high, The anchor effect due to these fine irregularities and fine holes is that when an integrally molded product of metal parts and resin is subjected to thermal and mechanical repeated stress such as heat cycle, the fine anchor due to breakage of the fine resin part or resin creep It is assumed that it will deteriorate due to loss of function of the part. For example, since a metal and a resin have different linear expansion coefficients, a large thermal stress is generated at the interface between the two due to a temperature change. In general, since a resin has a larger linear expansion coefficient than that of a metal, thermal stress resulting from a difference in the linear expansion coefficient between the resin and the metal increases in an environment with a temperature change. For this reason, there is a possibility that interface peeling between the surface of the metal part and the resin occurs due to heat shock.

また、インサート成形の際に、溶融樹脂が微細な凹凸や微細孔に十分に流れ込まない場合、接合力の低下や劣化が想定される。そこで、微細な凹凸や微細孔に樹脂を流れ込み易くするために、インサート成型時の溶融樹脂温度の高温化や射出圧力の増加など、特殊な成型条件が要求される。これにより、製造コストの増加、装置機能の追加、樹脂バリの発生や形状精度の劣化などが課題と成り得る。   In addition, when the molten resin does not sufficiently flow into fine irregularities and fine holes during insert molding, it is assumed that the bonding force is reduced or deteriorated. Therefore, special molding conditions are required such as increasing the temperature of the molten resin and increasing the injection pressure during insert molding in order to facilitate the flow of the resin into fine irregularities and fine holes. As a result, an increase in manufacturing cost, addition of device functions, generation of resin burrs, deterioration of shape accuracy, and the like can be problems.

さらに、特許文献2では、金属表面に対して、化学的なウエット工程(エッチング工程)及びその前処理工程が必要であり、コスト、リードタイム、環境負荷などが課題となる。また、エッチング処理後樹脂成型までの保管期間にも制約があることなどの課題を有する。   Furthermore, in patent document 2, a chemical wet process (etching process) and its pre-processing process are required with respect to a metal surface, and cost, lead time, environmental impact, etc. become a subject. In addition, there is a problem that the storage period from the etching process to the resin molding is limited.

特許文献4では、開口径が0.05〜1mm、深さ0.5〜5mm程度の傾斜孔を形成している。特許文献4では、ヒートサイクルを受けた場合、樹脂と金属との間には線膨張率の差に起因する熱応力が発生するが、特許文献1〜3に記載の微細な凹凸や微細孔と異なり、金属部品表面の傾斜孔と傾斜孔に充填される樹脂によるアンカー効果は劣化しにくいと考えられる。   In Patent Document 4, an inclined hole having an opening diameter of about 0.05 to 1 mm and a depth of about 0.5 to 5 mm is formed. In Patent Document 4, when subjected to a heat cycle, thermal stress is generated between the resin and the metal due to the difference in linear expansion coefficient. Unlikely, it is considered that the anchoring effect by the resin filled in the inclined hole and the inclined hole on the surface of the metal part is hardly deteriorated.

しかしながら、特許文献4では孔によりアンカー効果を得るようにしているため、金属と樹脂の所望の接合強度を得るには多数の傾斜孔を形成する必要がある。特許文献4では、安定した接合を得るために、傾斜方向が異なる傾斜孔を多数形成しており、例えば、それぞれ傾斜方向が異なる傾斜孔を金属部品表面に環状に形成している。このような傾斜方向が異なる多数の傾斜孔を容易に形成することは難しい。また、傾斜孔は閉塞孔なので、樹脂を確実に充填するのは困難である。閉塞孔内に空気層が残ることにより、温度変化による剥離の発生も懸念される。   However, in Patent Document 4, since the anchor effect is obtained by the holes, it is necessary to form a large number of inclined holes in order to obtain a desired bonding strength between the metal and the resin. In Patent Document 4, in order to obtain stable bonding, a large number of inclined holes having different inclination directions are formed. For example, inclined holes having different inclination directions are formed in an annular shape on the surface of the metal part. It is difficult to easily form a large number of inclined holes having different inclination directions. Further, since the inclined hole is a closed hole, it is difficult to reliably fill the resin. Due to the air layer remaining in the blocking hole, there is a concern about the occurrence of peeling due to temperature change.

本発明の目的は、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能な金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品を提供することにある。   An object of the present invention is to make it difficult for the bonding strength between a metal part and a resin to deteriorate even when subjected to a heat shock, and to relatively easily bond the metal part and the resin by an anchor effect. An object of the present invention is to provide a method for joining resin and resin and an integrally molded product of metal part and resin.

本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法は、金属部品と樹脂とを一体化する金属部品と樹脂の接合方法であって、金属部品の表面に凹部を形成し、凹部を含む金属部品の表面に微細孔を有する多孔質めっき膜を形成し、凹部および多孔質めっき膜の微細孔に樹脂を流し込み、金属部品と樹脂とを接合することを特徴とする。   The metal part-resin joining method according to the present invention is a metal part-resin joining method for integrating a metal part and a resin, wherein a recess is formed on the surface of the metal part, and the surface of the metal part including the recess A porous plating film having micropores is formed in the resin, and a resin is poured into the recesses and the micropores of the porous plating film to join the metal part and the resin.

また、本発明に係る金属部品と樹脂の一体成形品は、金属部品と樹脂の一体成形品であって、金属部品の表面に形成された凹部と、凹部を含む金属部品の表面に形成された微細孔を有する多孔質めっき膜と、多孔質めっき膜の表面に形成された樹脂と、を有し、樹脂が、凹部と、多孔質めっき膜の微細孔に充填されて接合されていることを特徴とする。   In addition, the metal part and resin integral molded product according to the present invention is a metal part and resin integral molded product, and is formed on the surface of the metal part including the concave part and the concave part formed on the surface of the metal part. A porous plating film having micropores and a resin formed on the surface of the porous plating film, and the resin is filled and bonded to the concave portions and the micropores of the porous plating film. Features.

本発明によれば、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能になる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, even when subjected to a heat shock, the bonding strength between the metal part and the resin is not easily deteriorated, and the metal part and the resin can be bonded relatively easily by the anchor effect. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 図1のX部分の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a portion X in FIG. 1. 図1のY部分の拡大図である。It is an enlarged view of the Y part of FIG. 多孔質めっき膜の表面の写真である。It is a photograph of the surface of a porous plating film. 金属部品、下地膜および多孔質めっき膜の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of a metal part, a base film, and a porous plating film. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 多孔質めっき膜における微細孔同士の連通を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating communication of the micropores in a porous plating film. 本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法によって形成する凹部の形状例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of a shape of the recessed part formed with the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面(多孔質膜形成後)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section (after porous film formation) at the time of forming a porous plating film in a rectangular recessed part. 矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面(樹脂形成後)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section (after resin formation) at the time of forming a porous plating film in a rectangular recessed part. 本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の他の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows another example of the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 金属部品と樹脂の一体成形品の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the integrally molded product of a metal component and resin. 金属部品と樹脂の一体成形品の他の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically another example of the integrally molded product of a metal component and resin. 金属部品1に形成された凹部の一部分の第一の例を模式的に示す斜視図である。2 is a perspective view schematically showing a first example of a part of a recess formed in a metal part 1. FIG. 金属部品に形成された凹部の一部分の第二の例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 2nd example of a part of recessed part formed in the metal component. 金属部品に形成された凹部の一部分の第三の例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 3rd example of a part of recessed part formed in the metal component. 金属部品の一部に溝を形成した態様の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the aspect which formed the groove | channel in some metal components. 図21Aの金属部品に樹脂を形成した態様を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the aspect which formed resin in the metal component of FIG. 21A.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[金属部品と樹脂の接合方法]
まず、本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法について説明する。図1は、本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。図1では、金属部品1、多孔質めっき膜3および樹脂4の断面を示している。図1に示すように、本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法は、金属部品1の表面に凹部2を形成し(工程(a))、凹部2を含む金属部品1の表面に微細孔(後述する図2〜11Aにおいて詳述する。)を有する多孔質めっき膜3を形成し(工程(b))、凹部2および多孔質めっき膜3の微細孔に樹脂4を流し込み、金属部品1と樹脂4とを接合して金属部品と樹脂の一体成形品5を作製する(工程(c))。
[Method of joining metal parts and resin]
First, a method for joining a metal part and a resin according to the present invention will be described. FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for joining a metal part and a resin according to the present invention. FIG. 1 shows a cross section of the metal part 1, the porous plating film 3 and the resin 4. As shown in FIG. 1, the metal part and resin joining method according to the present invention forms a recess 2 on the surface of the metal part 1 (step (a)), and micropores on the surface of the metal part 1 including the recess 2. (Detailed in FIGS. 2 to 11A described later) is formed (step (b)), the resin 4 is poured into the micropores of the recess 2 and the porous plating film 3, and the metal part 1 And the resin 4 are joined to produce an integrally molded product 5 of the metal part and the resin (step (c)).

図2は図1のX部分の拡大図であり、図3は図1のY部分の拡大図である。図2および3に示すように、多孔質めっき膜3は、多孔質めっき膜3の膜厚方向に伸びる多数の微細孔8を有しており、この微細孔8に樹脂4が流し込まれる。すなわち、本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法では、凹部2によって形成された金属部品1の表面の比較的マクロな凹凸構造(深さ:数十μm〜数mm、以下「マクロ凹凸構造」と称する。)と、多孔質めっき膜3が有する微細孔8によって形成された比較的ミクロな凹凸構造(孔径:1〜10μm程度、深さ:孔径の3〜5倍程度、以下「ミクロ凹凸構造」と称する。)の2種類の凹凸構造を形成し、この2種類の凹凸構造によるアンカー効果によって金属部品と樹脂との高い密着性を実現している。マクロ凹凸構造は、主に引き剥がし方向に垂直な方向(図3に示すx方向)の剥離に対して抵抗力を発生し、ミクロ凹凸構造は、主に引き剥がし方向(図3に示すy方向)の剥離に対して抵抗力を発生する。また、微細孔は、一般にガラスフィラー(直径:数μm〜数十μm)を含むエンジニアリングプラスチックを樹脂として用いる場合、このフィラーが多孔質めっき膜3の微細孔に保持され、接合力を向上することが可能となる。   2 is an enlarged view of a portion X in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion Y in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the porous plating film 3 has a large number of fine holes 8 extending in the film thickness direction of the porous plating film 3, and the resin 4 is poured into the fine holes 8. That is, in the method for joining a metal part and a resin according to the present invention, a relatively macro uneven structure (depth: several tens μm to several mm, hereinafter referred to as “macro uneven structure”) on the surface of the metal part 1 formed by the recess 2. And a relatively micro uneven structure (pore diameter: about 1 to 10 μm, depth: about 3 to 5 times the hole diameter, hereinafter referred to as “micro uneven structure”. 2), and the high adhesion between the metal part and the resin is realized by the anchor effect of the two types of uneven structure. The macro concavo-convex structure generates resistance against peeling in the direction perpendicular to the peeling direction (x direction shown in FIG. 3), and the micro concavo-convex structure is mainly used in the peeling direction (y direction shown in FIG. 3). ) Resistance to peeling. Further, in the case of using an engineering plastic containing a glass filler (diameter: several μm to several tens μm) as a resin, the fine hole is generally held in the fine hole of the porous plating film 3 to improve the bonding force. Is possible.

本発明の「多孔質めっき膜」は、めっき処理によって作製される無数の微細孔を有する膜を意味するものとし、成膜後に化学エッチング等によって微細孔を作製した多孔質膜(ポーラス膜)とは異なるものである。   The “porous plating film” of the present invention means a film having innumerable micropores produced by plating treatment, and a porous film (porous film) in which micropores are produced by chemical etching or the like after film formation. Are different.

通常のめっき処理では、微細孔が形成されないように行われるものである。本発明におけるめっき処理は、微細孔を有する多孔質めっき膜を形成するようにしている。このような多孔質めっき膜の形成は、例えば、特開2010‐121194号公報、特開2008‐50673号公報、特開2009‐74147号公報などに記載されている。   In a normal plating process, fine holes are not formed. In the plating treatment in the present invention, a porous plating film having fine pores is formed. The formation of such a porous plating film is described in, for example, JP 2010-121194 A, JP 2008-50673 A, JP 2009-74147 A, and the like.

多孔質めっき膜3の組織の一例について詳述する。図1の工程(a)および工程(b)を実施して金属部品に多孔質めっき膜を形成し、レーザ顕微鏡によって微細構造の観察を行った。図4は多孔質めっき膜の表面の写真である。また、図5は金属部品、下地膜および多孔質めっき膜の断面写真であり、図6〜11Aは図5の部分拡大図である。多孔質めっき膜3(多孔質ニッケルめっき膜)は、特開2010‐121194号公報などに記載の電気めっきによって作製した。めっき浴の組成は、硫酸ニッケル(NiSO・6HO):200〜380g/L、塩化ニッケル(NiCl・6HO):30〜70g/L、ホウ酸:(HBO):30〜45g/Lおよび、ドデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド:0.03mol/Lとした。また、めっき条件は、pH:3.0〜4.8、浴温:40〜70℃および陰極電流密度:0.5〜10A/dmとし、2μmのめっき厚となるように多孔質めっき膜3を作製した。なお、2μmのめっき厚となるようにめっき条件を調整しても、微細孔が多数形成されることから、後述の図7〜11Aから明らかなように厚さが5μm程度の多孔質めっき膜が形成される。また、断面観察は、試料を切断後、表面研磨して行った。なお、この表面研磨の際に研磨剤が微細な孔に入り込んでいる可能性があり、実際にはもっと多くの微細孔が形成されているものと推測される。また、図5〜11Aは金属部品と多孔質めっき膜との間に後述する素地膜(下地膜)を形成した場合の写真であるが、多孔質めっき膜の組織は下地層の有無によって変わるものではない。 An example of the structure of the porous plating film 3 will be described in detail. Steps (a) and (b) in FIG. 1 were performed to form a porous plating film on the metal part, and the microstructure was observed with a laser microscope. FIG. 4 is a photograph of the surface of the porous plating film. 5 is a cross-sectional photograph of the metal part, the base film and the porous plating film, and FIGS. 6 to 11A are partially enlarged views of FIG. The porous plating film 3 (porous nickel plating film) was produced by electroplating described in JP 2010-121194 A and the like. The composition of the plating bath is nickel sulfate (NiSO 4 .6H 2 O): 200 to 380 g / L, nickel chloride (NiCl 2 .6H 2 O): 30 to 70 g / L, boric acid: (H 3 BO 3 ): 30 to 45 g / L and dodecyldimethylbenzylammonium chloride: 0.03 mol / L. The plating conditions were pH: 3.0 to 4.8, bath temperature: 40 to 70 ° C., and cathode current density: 0.5 to 10 A / dm 2. Porous plating film so as to have a plating thickness of 2 μm. 3 was produced. Even if the plating conditions are adjusted so that the plating thickness is 2 μm, a large number of micropores are formed, so that a porous plating film having a thickness of about 5 μm is evident from FIGS. 7 to 11A described later. It is formed. The cross section was observed by cutting the sample and then polishing the surface. Note that the polishing agent may have entered the fine holes during the surface polishing, and it is assumed that more fine holes are actually formed. FIGS. 5 to 11A are photographs in the case where a base film (undercoat film) described later is formed between the metal part and the porous plating film. The structure of the porous plating film changes depending on the presence or absence of the underlayer. is not.

図7〜11Aに示すように、多孔質めっき膜3は、その膜厚方向に伸びる微細孔8を有し、微細孔8の中に樹脂4が充填されていることが確認できる(図10および図11A)。このように膜厚方向に伸びる微細孔は、多孔質めっき膜に特有のものである。金属表面に対して化学エッチングによって微細孔を作製しても、化学エッチングは本来的に微細孔の長さ(深さ)を大きくすると微細孔が消えて平面的になるので、多孔質めっき膜のような長い微細孔(例えば5μm以上の微細孔)は得られない。   As shown to FIGS. 7-11A, the porous plating film 3 has the micropore 8 extended in the film thickness direction, and it can confirm that the resin 4 is filled in the micropore 8 (FIG. 10 and). FIG. 11A). Thus, the micropores extending in the film thickness direction are unique to the porous plating film. Even if micropores are created on the metal surface by chemical etching, chemical etching inherently increases the length (depth) of the micropores so that the micropores disappear and become flat. Such long fine holes (for example, fine holes of 5 μm or more) cannot be obtained.

また、多孔質めっき膜3の底部(下地膜6との界面部分)において、複数の微細孔8が連通して形成された連通孔を有する箇所がある(図9〜図11A)。これを図11Bに示す概念図で説明する。図11Bにおける矢印は流し込む樹脂の流れる方向を示す。隣接する微細孔の一方が出口8Aとなり、他方が出口8Bとなる。多孔質めっき膜3の底部には連通孔8Cが形成される。連通孔8Cは多孔質めっき膜を形成する際に形成される。そして、例えば、射出シリンダー圧により射出された熱可塑性溶融樹脂の温度は通常200℃以上であり、多孔質めっき膜の表面に射出されると、界面ずり応力を受けながら多孔質めっき膜表面に入り込む。このずり応力は、多孔質めっき膜表面で部分的に異なるので、ずり応力の小さな界面は早く溶融樹脂が流動し、ずり応力が大きな界面では溶融樹脂の侵入が遅れる。この時間的な遅れによって溶融樹脂の出口8B、入口8Aが生じる。入口8Aから流入する溶融樹脂により押し出された微細孔内の空気は連通孔8Cを介して出口8Bから空気が抜けるようになる。これによって満遍なく溶融樹脂が微細孔8に入り込むことができる。このように、本発明に係る多孔質めっき膜3は、樹脂4を微細孔8に流し込む(圧入する)際に、この連通孔8Cから空気が抜けることによって樹脂が微細孔の奥(下地膜6側)まで浸透し、金属部品(下地膜)と樹脂との接合強度が向上するという効果を得ることができる。このような連通孔8Cも多孔質めっき膜に特有のものであり、化学エッチングによって形成した多孔質膜には形成されないものである。   Further, at the bottom of the porous plating film 3 (interface portion with the base film 6), there is a portion having a communication hole in which a plurality of fine holes 8 are formed in communication (FIGS. 9 to 11A). This will be described with reference to the conceptual diagram shown in FIG. 11B. The arrow in FIG. 11B indicates the direction in which the poured resin flows. One of the adjacent fine holes becomes the outlet 8A, and the other becomes the outlet 8B. A communication hole 8 </ b> C is formed at the bottom of the porous plating film 3. The communication hole 8C is formed when the porous plating film is formed. For example, the temperature of the thermoplastic molten resin injected by the injection cylinder pressure is usually 200 ° C. or higher, and when injected onto the surface of the porous plating film, it enters the surface of the porous plating film while receiving interfacial shear stress. . Since this shear stress is partially different on the surface of the porous plating film, the molten resin flows quickly at the interface where the shear stress is small, and the penetration of the molten resin is delayed at the interface where the shear stress is large. Due to this time delay, an outlet 8B and an inlet 8A for the molten resin are generated. The air in the fine holes pushed out by the molten resin flowing from the inlet 8A can be released from the outlet 8B through the communication holes 8C. As a result, the molten resin can uniformly enter the fine holes 8. Thus, in the porous plating film 3 according to the present invention, when the resin 4 is poured (press-fitted) into the fine holes 8, the air is removed from the communication holes 8C, so that the resin is deep inside the fine holes (the base film 6). Side) and the bonding strength between the metal part (base film) and the resin is improved. Such communication holes 8C are also unique to the porous plating film and are not formed in the porous film formed by chemical etching.

以下に、図1の工程(a)〜(c)について詳述する。まず始めに、工程(a)では金属部品1の表面に凹部2を形成する。金属部品1の材質としては、特に限定は無く、金属部品と樹脂の一体成形品の用途に応じて選択することができるが、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)等を用いることができる。図12は本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法によって形成する凹部の形状例を模式的に示す断面図である。図12に示すように、凹部の断面形状に特に限定は無く、図1に示す楔形状(2a)の他にも、単純な矩形状(2b)、金属部品1の中心部に向かって幅が狭くなるすり鉢状(2c)または半球状(クレーター状)(2d)など、種々の形状を適用することができる。図13および図14は矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面を模式的に示す図である。図13および14に示すように、凹部が矩形状であっても、微細孔8が引き剥がし方向(図14のy方向)の剥離に対して抵抗力を発生し、図2および図3に示す楔形状の場合と同様に、金属部品と樹脂との高い密着性を実現することができる。   Hereinafter, steps (a) to (c) in FIG. 1 will be described in detail. First, in the step (a), the recess 2 is formed on the surface of the metal part 1. The material of the metal part 1 is not particularly limited and can be selected according to the use of the integrally molded product of the metal part and the resin. For example, copper (Cu), iron (Fe), aluminum (Al), etc. Can be used. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of a recess formed by the method for joining a metal part and a resin according to the present invention. As shown in FIG. 12, the cross-sectional shape of the recess is not particularly limited, and besides the wedge shape (2 a) shown in FIG. 1, a simple rectangular shape (2 b) has a width toward the center of the metal part 1. Various shapes can be applied, such as a narrower mortar shape (2c) or a hemispherical shape (crater shape) (2d). 13 and 14 are diagrams schematically showing a cross section when a porous plating film is formed in a rectangular recess. As shown in FIGS. 13 and 14, even if the recess is rectangular, the fine holes 8 generate a resistance against peeling in the peeling direction (y direction in FIG. 14), and are shown in FIGS. As in the case of the wedge shape, high adhesion between the metal part and the resin can be realized.

また、凹部2は、後述する図16〜21Bに示すように、金属部品の長さ方向または幅方向に伸びる溝であってもよい。溝の形成態様としては、金属部品の表面に複数の平行な溝が形成されていてもよいし、溝同士が直交するように形成されていてもよい。さらに、多数の溝が不規則な方向に伸びているように形成されていてもよい。溝の配置が複雑であるほど多方向に抵抗力を生じ、金属部品と樹脂との高い密着性を実現することができる。   Moreover, the recessed part 2 may be a groove | channel extended in the length direction or width direction of a metal component, as shown to FIGS. 16-21B mentioned later. As a formation mode of the grooves, a plurality of parallel grooves may be formed on the surface of the metal part, or the grooves may be formed so as to be orthogonal to each other. Furthermore, a large number of grooves may be formed so as to extend in an irregular direction. As the arrangement of the grooves is more complicated, resistance is generated in multiple directions, and high adhesion between the metal part and the resin can be realized.

凹部2の形成方法は、特に限定は無く、切削加工、塑性加工(プレス加工など)またはレーザ光照射による表面粗化などによって形成することができる。この中でも、特にプレス加工が好ましい。プレス加工の場合、プレス機の金型の上下運動を用いることによって凹部を形成することができる。順送金型では、順送工程の一工程として組み込むことが可能であり、コスト削減に寄与することができる。さらに、プレス加工で楔形状の溝を形成する場合、図1に示すようにオーバーハング量Oのオーバーハング部7が形成される。このオーバーハング部7により大きなアンカー効果が得られる。さらに、金属部品表面に形成されたプレス溝のオーバーハング部7を、上方から下方へ押し込むようにプレス加工を行うことが好ましい。このようにプレス加工を行うことによって、プレス溝に袋状の空間が形成され、より高いアンカー効果を得ることができる。   The method for forming the recess 2 is not particularly limited, and the recess 2 can be formed by cutting, plastic working (such as pressing), or surface roughening by laser light irradiation. Among these, press working is particularly preferable. In the case of press working, the concave portion can be formed by using the vertical movement of the die of the press machine. The progressive die can be incorporated as a step in the progressive step, which can contribute to cost reduction. Further, when the wedge-shaped groove is formed by pressing, an overhang portion 7 having an overhang amount O is formed as shown in FIG. A large anchor effect can be obtained by the overhang portion 7. Furthermore, it is preferable to perform press work so that the overhang portion 7 of the press groove formed on the surface of the metal part is pushed downward from above. By performing press working in this way, a bag-like space is formed in the press groove, and a higher anchor effect can be obtained.

凹部2の深さとしては、特に限定は無いが、金属部品の片面に形成する場合、金属部品の厚さの10〜50%であることが好ましい。例えば、金属部品1してコネクタ端子(厚さ0.2mm)を用いてプレス溝を形成する場合のサイズの一例を挙げると、凹部2の深さ:30μm、幅:30μm、長さ:0.5〜5mmとなる。   The depth of the recess 2 is not particularly limited, but when formed on one side of the metal part, it is preferably 10 to 50% of the thickness of the metal part. For example, when an example of the size in the case of forming a press groove using a connector terminal (thickness: 0.2 mm) as the metal part 1, the depth of the recess 2: 30 μm, width: 30 μm, length: 0. 5 to 5 mm.

工程(b)における多孔質めっき膜3の作製方法としては、特に限定は無いが、電気めっきが好適である。多孔質膜の組成は、ニッケル(Ni)が好ましく、他には金属部品1がCuである場合にはCu系合金が好ましく、Feである場合にはFe系合金が好ましく、Alである場合にはAl系合金が好ましい。電気めっきのめっき浴の組成は、多孔質膜を構成する金属を含む化合物を用い、適宜添加剤を使用する。めっき浴の種類は公知のものを用いることができる。Niめっき浴としては、例えば、ワット浴、スルファミン酸浴、クエン酸浴、ウッド浴などが挙げられ、Cuめっき浴としては、例えばピロリン酸銅浴などが挙げられる。めっき条件としては、多孔質膜を形成する際の一般的な条件を用いることができる。めっき浴およびめっき条件の一例は、上述したとおりである。多孔質めっき膜3の膜厚は、微細孔の孔径をどの程度にするかに依存する。すなわち、微細孔の深さは、樹脂の微細孔への入り込みを考慮すると、樹脂の粘性にもよるが、微細孔の孔径の5倍以下が望ましい。それよりも深いと樹脂が十分に入り込まなくなる可能性があるからである。また、微細孔の最も深い孔の深さは多孔質めっき膜の厚さと同程度である。これらのことから、多孔質めっき膜の厚さは微細孔の孔径に依存して設定される。一方、微細孔の孔径は、めっき条件や多孔質めっき膜3の膜厚によって変えられる。   Although there is no limitation in particular as a preparation method of the porous plating film 3 in a process (b), electroplating is suitable. The composition of the porous film is preferably nickel (Ni). Otherwise, when the metal part 1 is Cu, a Cu-based alloy is preferable, when it is Fe, an Fe-based alloy is preferable, and when it is Al. Is preferably an Al-based alloy. As the composition of the electroplating bath, a compound containing a metal constituting the porous film is used, and additives are appropriately used. Known types of plating baths can be used. Examples of the Ni plating bath include a Watt bath, a sulfamic acid bath, a citric acid bath, and a wood bath. Examples of the Cu plating bath include a copper pyrophosphate bath. As plating conditions, general conditions for forming a porous film can be used. An example of the plating bath and the plating conditions are as described above. The film thickness of the porous plating film 3 depends on how large the pore diameter is. That is, the depth of the fine holes is preferably 5 times or less the diameter of the fine holes, although it depends on the viscosity of the resin, considering the penetration of the resin into the fine holes. This is because if it is deeper than that, the resin may not sufficiently enter. Moreover, the depth of the deepest hole is the same as the thickness of the porous plating film. For these reasons, the thickness of the porous plating film is set depending on the diameter of the micropores. On the other hand, the hole diameter of the fine holes can be changed depending on the plating conditions and the thickness of the porous plating film 3.

工程(c)における樹脂4の充填方法としては、特に限定は無いが、溶融樹脂の射出成形が好ましい。樹脂の流し込みは、通常の射出成形と同様に、金型に凹部2および多孔質めっき膜3を形成した金属部品1をインサートして金型に樹脂を射出して行うことができる。樹脂4としては、通常の射出成形に適用可能な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または熱可塑性エラストマーなどを用いることができる。より詳細には、一般の射出成形で用いられる汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック類、これらを混合したポリマーアロイ類や、フィラーとしてガラス繊維などの無機繊維、アラミド繊維などの有機繊維、炭素繊維、金属繊維類、あるいはシリカ、タルクなどの無機物などを含んだ物も用いることができる。熱可塑性樹脂としてはポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)などが好ましい。   Although there is no limitation in particular as the filling method of the resin 4 in a process (c), injection molding of molten resin is preferable. The resin can be poured by inserting the metal part 1 in which the concave portion 2 and the porous plating film 3 are formed in a mold and injecting the resin into the mold in the same manner as in normal injection molding. As the resin 4, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a thermoplastic elastomer, or the like applicable to normal injection molding can be used. More specifically, general-purpose plastics, engineering plastics and super engineering plastics used in general injection molding, polymer alloys mixed with these, inorganic fibers such as glass fibers as fillers, organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers Metal fibers, or materials containing inorganic materials such as silica and talc can also be used. As the thermoplastic resin, polyphenylene sulfide resin (PPS resin) and the like are preferable.

図15は本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。図15では、多孔質めっき膜を形成する工程(b2)の前に、下地膜6(素地膜)(b1)を形成する工程を有している点が図1に示す方法と異なる点である。多孔質めっき膜を、直接、金属部品の表面にめっき処理した場合、金属部品が腐食環境に置かれると、多孔質めっき膜は金属部品の表面を保護し得ないので、金属部品の表面に下地膜を形成するのが望ましい。このため、本実施例では、下地膜は微細孔を有しないめっき膜としている。すなわち、通常の電気めっき処理で形成しためっき膜を金属正面に下地膜として形成する。また、このように、凹部2と多孔質めっき膜3との間に下地膜6を設けることで、金属部品1と多孔質めっき膜3との密着性が向上し、金属部品と樹脂の一体成形品5´の耐食性を向上することができる。下地膜としては、特に限定は無いが、多孔質めっき膜と同様に、金属部品1の組成に合わせてCu系合金、Fe系合金またはAl系合金を用いてもよく、Niを用いることも好ましい。下地膜6の膜厚は、1〜6μmが好ましい。   FIG. 15 is a flowchart showing an example of a method for joining a metal part and a resin according to the present invention. 15 is different from the method shown in FIG. 1 in that a step of forming a base film 6 (base film) (b1) is provided before the step (b2) of forming a porous plating film. . If the surface of the metal part is plated directly with the porous plating film, the porous plating film cannot protect the surface of the metal part if the metal part is placed in a corrosive environment. It is desirable to form a formation. For this reason, in this embodiment, the base film is a plating film having no fine holes. That is, a plating film formed by a normal electroplating process is formed as a base film on the metal front. In addition, by providing the base film 6 between the recess 2 and the porous plating film 3 in this way, the adhesion between the metal part 1 and the porous plating film 3 is improved, and the metal part and the resin are integrally formed. The corrosion resistance of the product 5 ′ can be improved. Although there is no limitation in particular as a base film, Cu-type alloy, Fe-type alloy, or Al-type alloy may be used according to the composition of the metal component 1 like a porous plating film, and it is also preferable to use Ni. . The film thickness of the base film 6 is preferably 1 to 6 μm.

上述の実施例では、マクロ凹凸構造とミクロ凹凸構造によるアンカー効果により金属部品と樹脂とを一体化させている。以下に、樹脂に充填されるフィラーとマクロ凹凸構造やミクロ凹凸構造との関係に注目して金属部品と樹脂の接続性の向上について説明する。   In the above-described embodiment, the metal part and the resin are integrated by the anchor effect by the macro uneven structure and the micro uneven structure. Hereinafter, the improvement in the connectivity between the metal part and the resin will be described by paying attention to the relationship between the filler filled in the resin and the macro uneven structure or the micro uneven structure.

金属部品と樹脂の一体成形においては、特に金属と樹脂の密着性が重要とされるが、実際には多くの射出成形用の熱可塑性樹脂は、金属との化学的結合性を有しない。エポキシ樹脂などの熱硬化型の樹脂では、未硬化のエポキシ樹脂官能基と金属を射出成形時に化学結合させ、射出成形後に加熱し硬化させて、金属と樹脂の接着と樹脂の機械的強度の向上を両立させる手法が用いられる。しかしながら、熱可塑性樹脂は、基本的に化学的官能基を持たず、温度を上げることで溶融し、温度を下げることで固化する樹脂である。このため、熱可塑性樹脂ではその過程で何ら化学的な金属と溶融樹脂の結合は得られない。したがって、アンカー効果と称するメカニカルロッキングにより、金属と樹脂界面の密着を上げる以外に方法が無いのが実状である。このメカニカルロッキングを最大限に生かすには、金属と樹脂界面の構造制御が最も重要であることを発明者らは見出した。金属と熱可塑性樹脂を一体成形するインサート成形においては、熱可塑性樹脂に数種類のフィラーが充填される。温度サイクルにおける熱応力を小さくするために、熱可塑性樹脂の線膨張率を金属の線膨張率に近づける、線膨張率制御用フィラーにはガラス繊維が多用されている。
ガラス繊維は、繊維の配列方向の線膨張率を下げる作用を有する。一方、方向性なく樹脂の線膨張率を金属と整合させるフィラーとしては石英粉末がある。ガラス繊維フィラーは、通常太さが5〜10μmのものが用いられている。通常はガラス繊維の太さの10倍程度の長さである。しかし、ガラス繊維フィラーのみでは、線膨張率の方向性があるために、粉末状のフィラーも一緒に熱可塑性樹脂に充填される。粉末状フィラーの場合、例えば石英フィラーでは、1〜3μmの径(平均粒径)である。この粉末状フィラーは、金属の凹凸部にも入り込むことができるので、金属と熱可塑性樹脂界面の線膨張率も低下させることができる。この他、樹脂用フィラーには、電磁波吸収用のフェライトフィラー、熱伝導性付与用のAl2O3(アルミナ)、AlN(窒化アルミ)、BN(ボロンナイトライド)などのフィラー、導電性付与のカーボンフィラー、抗菌用のゼオライトフィラー、しゅう動性付与の硫化モリブデンフィラーなど多くあるが、これらは1〜10μmの径(平均粒径)の粉末フィラーである。このため、金属と熱可塑性樹脂の界面にこれらの微粉末フィラーも入り込めることが好ましい。
In the integral molding of the metal part and the resin, the adhesion between the metal and the resin is particularly important. However, in fact, many thermoplastic resins for injection molding do not have chemical bondability with the metal. In thermosetting resins such as epoxy resins, uncured epoxy resin functional groups and metals are chemically bonded during injection molding, and heated and cured after injection molding to improve the adhesion between the metal and resin and the mechanical strength of the resin. A technique for achieving both is used. However, a thermoplastic resin is basically a resin that does not have a chemical functional group, melts when the temperature is raised, and solidifies when the temperature is lowered. For this reason, in the thermoplastic resin, no bond between the chemical metal and the molten resin can be obtained in the process. Therefore, the actual situation is that there is no method other than increasing the adhesion between the metal and the resin interface by mechanical locking called the anchor effect. The inventors have found that the structural control of the metal-resin interface is the most important in making the most of this mechanical locking. In insert molding in which a metal and a thermoplastic resin are integrally molded, the thermoplastic resin is filled with several kinds of fillers. In order to reduce the thermal stress in the temperature cycle, glass fiber is frequently used as a filler for controlling the linear expansion coefficient that brings the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin close to that of the metal.
Glass fiber has the effect | action which reduces the linear expansion coefficient of the arrangement direction of a fiber. On the other hand, there is quartz powder as a filler that matches the linear expansion coefficient of the resin with the metal without orientation. As the glass fiber filler, one having a thickness of 5 to 10 μm is usually used. Usually, the length is about 10 times the thickness of the glass fiber. However, since only the glass fiber filler has a direction of linear expansion coefficient, the powdery filler is also filled into the thermoplastic resin together. In the case of a powder filler, for example, a quartz filler has a diameter (average particle diameter) of 1 to 3 μm. Since this powdery filler can also enter into the metal irregularities, the linear expansion coefficient at the interface between the metal and the thermoplastic resin can also be reduced. Other fillers for resin include ferrite fillers for absorbing electromagnetic waves, fillers such as Al2O3 (alumina), AlN (aluminum nitride) and BN (boron nitride) for imparting thermal conductivity, carbon fillers for imparting conductivity, There are many antibacterial zeolite fillers, slidable molybdenum sulfide fillers, etc., and these are powder fillers having a diameter (average particle diameter) of 1 to 10 μm. For this reason, it is preferable that these fine powder fillers also enter the interface between the metal and the thermoplastic resin.

すなわち、凹部はガラス繊維などのフィラーが入り込むことが可能な寸法とし、また微細孔には、粉末フィラーが入り込める寸法に形成することが望ましい。このように凹部や微細孔を構成することにより、微細孔にも粉末フィラーが侵入することで、微細孔に侵入した熱可塑性樹脂の線膨張率も金属に近い値に維持しつつ、凹部はガラス繊維フィラーの侵入で、金属と整合した線膨張率とすることができる。溶融樹脂は一般に粘性が高く粉末フィラーを入れることで粘性が低下する。特に射出成形機の射出シリンダーの吐出圧は、フィラーを入れることでチクソトロピー性が生じ動的粘弾性が低下する。フィラー混合によって、チクソ指数が大きく上昇することで、動的粘弾性が低下して微細孔に溶融樹脂が流動しやすくなる。発明者らはこの点に着目し、微細孔の寸法形状を粉末フィラーの入りやすい寸法にすることが望ましいことを見出した。具体的には、微細孔の径は1〜10μmが好ましい。また微細孔の深さは、樹脂の入り込みを考慮すると微細孔の径の5倍以下の深さが好ましく、また微細孔は互いに連通していることが好ましい。連通させることで、溶融樹脂の入り口と出口が自然に生ずるので、より熱可塑性樹脂が微細孔に入り込みやすくなる。発明者らは図10などに示すように、微細孔を連通させることで、溶融樹脂が侵入しやすくなることを見出した。図11Aに溶融樹脂が入り込んだ拡大画像を示すように、隣接する微細孔は互いに連通しており、溶融樹脂の出入口を形成しているのがわかる。連通孔のモデルを図11Bに示す。図の矢印は溶融樹脂の入口、出口を示している。射出シリンダー圧により射出された熱可塑性溶融樹脂の温度は通常200℃以上であり、金属部品の表面に射出されると、界面ずり応力を受けながら金属表面に入り込む。このずり応力は、金属表面で部分的に異なるので、ずり応力の小さな界面は早く溶融樹脂が流動し、ずり応力が大きな界面では溶融樹脂の侵入が遅れる。この時間的な遅れによって溶融樹脂の出口、入口が生じて満遍なく溶融樹脂が微細孔に入り込むことができる。また凹部においては、ガラス繊維フィラーも入り込める寸法とすることで、ガラス繊維フィラーが凹部に入り込むことができる。凹部の幅寸法はガラス繊維が侵入できる100μm程度が好ましい。   In other words, it is desirable that the recess has a dimension that allows a filler such as glass fiber to enter, and that the micropore has a dimension that allows the powder filler to enter. By configuring the recesses and micropores in this way, the powder filler also enters the micropores, so that the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin that has entered the micropores is maintained at a value close to that of the metal, while the recesses are made of glass. With the invasion of the fiber filler, the linear expansion coefficient matched with the metal can be obtained. Molten resin generally has high viscosity, and the viscosity is lowered by adding a powder filler. In particular, as for the discharge pressure of the injection cylinder of the injection molding machine, thixotropy is generated by inserting a filler, and dynamic viscoelasticity is lowered. By mixing the filler, the thixo index increases significantly, so that the dynamic viscoelasticity is lowered and the molten resin easily flows into the micropores. The inventors focused on this point and found that it is desirable to make the size and shape of the micropores easy to enter the powder filler. Specifically, the diameter of the fine holes is preferably 1 to 10 μm. Further, the depth of the fine holes is preferably 5 times or less the diameter of the fine holes in consideration of the penetration of the resin, and the fine holes are preferably communicated with each other. By communicating, the inlet and outlet of the molten resin are naturally generated, so that the thermoplastic resin is more likely to enter the micropores. As shown in FIG. 10 and the like, the inventors have found that the molten resin easily enters by connecting the fine holes. As shown in the enlarged image of FIG. 11A in which the molten resin has entered, it can be seen that the adjacent micropores communicate with each other and form an inlet / outlet for the molten resin. A model of the communication hole is shown in FIG. 11B. The arrows in the figure indicate the molten resin inlet and outlet. The temperature of the thermoplastic molten resin injected by the injection cylinder pressure is usually 200 ° C. or higher, and when injected onto the surface of the metal part, it enters the metal surface while receiving interfacial shear stress. Since this shear stress is partially different on the metal surface, the molten resin flows quickly at the interface where the shear stress is small, and the penetration of the molten resin is delayed at the interface where the shear stress is large. Due to this time delay, an outlet and an inlet of the molten resin are generated, and the molten resin can uniformly enter the fine holes. Moreover, in a recessed part, a glass fiber filler can enter a recessed part by setting it as the dimension which a glass fiber filler can also enter. The width dimension of the recess is preferably about 100 μm into which the glass fiber can enter.

特許文献2では金属表面に5〜500nm周期の微細凹凸形成としているが、このように微細な凹凸では、粉末フィラーが侵入できないので、温度サイクルにおいて微細な凹凸に侵入した熱可塑性樹脂や接着剤の線膨張率は、金属より大きいので、特に低温側がマイナス20からマイナス65℃となる温度サイクル試験条件では、樹脂の収縮による剥離が生ずる。特許文献2が自動車部品などの金属樹脂一体化製品に使用ができない状況はこの理由によっている。   In Patent Document 2, fine irregularities having a period of 5 to 500 nm are formed on the metal surface. However, since the powder filler cannot penetrate into such fine irregularities, the thermoplastic resin or adhesive that has entered the fine irregularities in the temperature cycle is used. Since the linear expansion coefficient is larger than that of metal, peeling occurs due to shrinkage of the resin, particularly under temperature cycle test conditions where the low temperature side is minus 20 to minus 65 ° C. This is the reason why Patent Document 2 cannot be used for metal resin integrated products such as automobile parts.

上述したように、凹部や微細孔の大きさを樹脂に充填されるフィラーが侵入できる大きさとすることにより、ヒートショックに強い金属部品と樹脂の接合を実現することができる。この特徴は、微細孔について着目すれば、必ずしも金属部品に凹部を形成する必要がない。すなわち、表面が平面の金属部品に多孔質めっき膜を形成し、微細孔を樹脂に充填される粉末フィラーが侵入できる大きさに形成することにより、金属部品と樹脂の接続性を向上させることができる。例えば、所定のめっき条件で形成した多孔質めっき膜の微細孔の孔径をレーザ顕微鏡などで確認し、確認した微細孔の孔径よりも小さい平均粒径を有するフィラーを充填した樹脂を用いるようにする。例えば、微細孔径が1μm程度であれば平均粒径が1μmのフィラーを用いる。フィラーの粒度分布における1μmよりも小さいフィラーが微細孔に入り込み、微細孔内の樹脂と金属部品の線膨張率の差を小さくすることができる。   As described above, by setting the size of the recesses and the fine holes so that the filler filled in the resin can enter, it is possible to realize the bonding between the metal component and the resin that is resistant to heat shock. If this feature pays attention to a fine hole, it is not always necessary to form a recess in a metal part. In other words, by forming a porous plating film on a metal part with a flat surface and forming fine pores in a size that allows the powder filler filled in the resin to enter, the connectivity between the metal part and the resin can be improved. it can. For example, the diameter of the micropores of the porous plating film formed under predetermined plating conditions is confirmed with a laser microscope or the like, and a resin filled with a filler having an average particle size smaller than the pore diameter of the confirmed micropores is used. . For example, if the fine pore diameter is about 1 μm, a filler having an average particle diameter of 1 μm is used. A filler smaller than 1 μm in the particle size distribution of the filler can enter the micropores, and the difference in linear expansion coefficient between the resin in the micropores and the metal part can be reduced.

[金属部品と樹脂の一体成形品]
次に、上述した本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法を用いて作製した金属部品と樹脂の一体成形品について説明する。図16および図17は金属部品と樹脂の一体成形品の一例を模式的に示す斜視図である。図16および図17では図面の見やすさを考慮して多孔質めっき膜の図示を省略している。図16は金属部品1に凹部2として断面が楔形状の溝を形成した場合を示し、図17は金属部品1に凹部2として断面が矩形状の溝を作製した場合を示している。
[Metal parts and resin integrated molding]
Next, an integrally molded product of a metal part and a resin manufactured using the above-described method for joining a metal part and a resin according to the present invention will be described. 16 and 17 are perspective views schematically showing an example of an integrally molded product of a metal part and a resin. In FIG. 16 and FIG. 17, the illustration of the porous plating film is omitted in consideration of the visibility of the drawings. FIG. 16 shows a case where a groove having a wedge-shaped cross section is formed as the recess 2 in the metal part 1, and FIG. 17 shows a case where a groove having a rectangular cross section is formed as the recess 2 in the metal part 1.

図18〜図20は金属部品1に形成された凹部2の一部分の例を模式的に示す斜視図である。図18に示すように、凹部2は、金属部品1の片面に形成されていてもよいし、図19に示すように両面に形成されていてもよい。また、図20に示すように、複数の楔形状の溝が直交するように形成されていてもよい。   18 to 20 are perspective views schematically showing an example of a part of the recess 2 formed in the metal part 1. As shown in FIG. 18, the recessed part 2 may be formed in the single side | surface of the metal component 1, and may be formed in both surfaces, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 20, a plurality of wedge-shaped grooves may be formed so as to be orthogonal to each other.

図21Aは金属部品の一部に溝を形成した態様の一例を模式的に示す斜視図であり、図21Bは図21Aの金属部品に樹脂を形成した態様を模式的に示す斜視図である。このように、金属部品の一部分にのみ凹部を形成し、この凹部上に樹脂4が位置するように形成してもよい。   FIG. 21A is a perspective view schematically showing an example in which a groove is formed in a part of a metal part, and FIG. 21B is a perspective view schematically showing an aspect in which a resin is formed on the metal part in FIG. 21A. Thus, a recess may be formed only in a part of the metal part, and the resin 4 may be formed on the recess.

本発明は、種々の用途、形状を持った金属部品・樹脂一体成形品に適用可能であり、産業機器、自動車、航空機器、民生品、家電品など種々の用途に使用される電気的あるいは機械的な機構部品に適用可能である。例えば、金属製の導電端子を内装する樹脂製の電子回路保護ケース部材、部分的に金属による電磁シールド・放熱板などを有する樹脂製カバーなどがあげられる。   The present invention can be applied to metal parts and resin integrated molded products having various uses and shapes, and can be used for various applications such as industrial equipment, automobiles, aircraft equipment, consumer products, and household appliances. It is applicable to typical mechanical parts. For example, a resin-made electronic circuit protective case member having a metal conductive terminal therein, a resin-made cover partially having a metal electromagnetic shield, a heat radiating plate, and the like.

以上、上述したように、本発明によればヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能な金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品を提供することができることが示された。   As described above, according to the present invention, even when subjected to a heat shock, the bonding strength between the metal part and the resin is hardly deteriorated, and the metal part and the resin are bonded relatively easily by the anchor effect. It has been shown that it is possible to provide a metal part-resin joining method and a metal part-resin integral molding product.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included.
For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…金属部品、2…凹部、3…多孔質めっき膜、4…樹脂、5…金属部品と樹脂の一体成形品、6…下地膜、7…オーバーハング部、8…微細孔。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal component, 2 ... Recessed part, 3 ... Porous plating film, 4 ... Resin, 5 ... Integrated molding of metal component and resin, 6 ... Base film, 7 ... Overhang part, 8 ... Micropore.

本発明は、金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品に関する。  The present invention relates to a method for joining a metal part and a resin and an integrally molded product of the metal part and the resin.

金属部品と樹脂の一体成形品は、例えば、金属部品の表面に溶融樹脂を射出することにより製造される。金属部品と樹脂の接合を強固なものとするために、溶融樹脂の射出に先立ち、金属部品の表面に微細な凹凸を形成する方法が提案されている。特許文献1では、微細な凹凸を形成した金型を用いてプレス加工により金属表面にミクロンレベルの凹凸を形成している。特許文献2では、化学処理(ケミカルエッチング)により金属表面にナノレベルの微細孔を形成している。特許文献3では、金属表面をレーザスキャニング加工して多数の突起(凹凸部)を形成している。これらの方法により形成された微細な凹部に溶融樹脂を充填することで、アンカー効果(投鋲効果)により金属・樹脂界面の密着性を高めることができる。  An integrally molded product of a metal part and a resin is manufactured, for example, by injecting a molten resin onto the surface of the metal part. In order to strengthen the bonding between the metal part and the resin, a method of forming fine irregularities on the surface of the metal part prior to the injection of the molten resin has been proposed. In Patent Document 1, micron-level irregularities are formed on a metal surface by pressing using a mold having fine irregularities formed thereon. In Patent Document 2, nano-level micropores are formed on a metal surface by chemical treatment (chemical etching). In Patent Document 3, a metal surface is laser-scanned to form a large number of protrusions (uneven portions). By filling molten resin into fine recesses formed by these methods, the adhesion at the metal / resin interface can be enhanced by the anchor effect (throwing effect).

特許文献4には、アンカー効果による金属と樹脂の接合強度をバラツキが少なく所望の接合強度とするために、金属基材表面に軸線が金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している複数の傾斜穴を形成し、傾斜孔に樹脂組成物を充填する方法が提案されている。  In Patent Document 4, in order to obtain a desired bonding strength with little variation in the bonding strength between the metal and the resin due to the anchor effect, the axis of the metal substrate surface is inclined at a predetermined angle with respect to the normal of the metal substrate surface. A method of forming a plurality of inclined holes and filling the inclined holes with a resin composition has been proposed.

特開2012‐64880号公報JP 2012-64880 A 特許第4903881号公報Japanese Patent No. 4903881 特許第4020957号公報Japanese Patent No. 4020957 特開2009‐51131号公報JP 2009-51131 A

特許文献1は、プレスにより金属表面を粗化し、樹脂との接触面積の拡大、接触角のランダム化などにより、金属と樹脂の食いつきを高めて接合するものであるが、特許文献2や特許文献3のようなアンカー効果による機械的接合ではないため、引きはがし方向への接合力が課題となる。さらに、プレス金型にミクロンレベルの微細な凹凸を形成させる必要があり、金型製作の複雑化や複製困難、金型の劣化とその見極めが課題となる。  In Patent Document 1, the metal surface is roughened by pressing, the contact area between the resin and the contact angle is increased, and the contact angle is randomized to increase the bite between the metal and the resin. Since it is not mechanical joining by the anchor effect like 3, the joining force in the peeling direction becomes a problem. Furthermore, it is necessary to form microscopic irregularities on the press mold, which complicates the manufacture of the mold, makes it difficult to duplicate, and deteriorates and determines the mold.

特許文献2および3に記載のように、ミクロンレベルの微細な凹凸やナノレベルの微細孔を金属表面に形成し、アンカー効果を持たせた場合、初期の接着強度は高いものが得られるが、これらの微細な凹凸や微細孔によるアンカー効果は、金属部品と樹脂の一体成型品がヒートサイクルなどの熱的、機械的繰返し応力を受けた場合、微細樹脂部の破断や、樹脂クリープによる微細アンカー部の機能喪失などにより劣化することが想定される。例えば、金属と樹脂は、線膨張率が異なるので、両者の界面では、温度変化により大きな熱応力が発生する。一般に樹脂は、金属より線膨張率が大きいために、温度変化を伴う環境下では、金属との間の線膨張率の差に起因する熱応力が大きくなる。このために、ヒートショックによって金属部品表面と樹脂間の界面剥離が生じる可能性がある。  As described in Patent Documents 2 and 3, when micron-level fine irregularities and nano-level micropores are formed on the metal surface and have an anchor effect, the initial adhesive strength is high, The anchor effect due to these fine irregularities and fine holes is that when an integrally molded product of metal parts and resin is subjected to thermal and mechanical repeated stress such as heat cycle, the fine anchor due to breakage of the fine resin part or resin creep It is assumed that it will deteriorate due to loss of function of the part. For example, since a metal and a resin have different linear expansion coefficients, a large thermal stress is generated at the interface between the two due to a temperature change. In general, since a resin has a larger linear expansion coefficient than that of a metal, thermal stress resulting from a difference in the linear expansion coefficient between the resin and the metal increases in an environment with a temperature change. For this reason, there is a possibility that interface peeling between the surface of the metal part and the resin occurs due to heat shock.

また、インサート成形の際に、溶融樹脂が微細な凹凸や微細孔に十分に流れ込まない場合、接合力の低下や劣化が想定される。そこで、微細な凹凸や微細孔に樹脂を流れ込み易くするために、インサート成型時の溶融樹脂温度の高温化や射出圧力の増加など、特殊な成型条件が要求される。これにより、製造コストの増加、装置機能の追加、樹脂バリの発生や形状精度の劣化などが課題と成り得る。  In addition, when the molten resin does not sufficiently flow into fine irregularities and fine holes during insert molding, it is assumed that the bonding force is reduced or deteriorated. Therefore, special molding conditions are required such as increasing the temperature of the molten resin and increasing the injection pressure during insert molding in order to facilitate the flow of the resin into fine irregularities and fine holes. As a result, an increase in manufacturing cost, addition of device functions, generation of resin burrs, deterioration of shape accuracy, and the like can be problems.

さらに、特許文献2では、金属表面に対して、化学的なウエット工程(エッチング工程)及びその前処理工程が必要であり、コスト、リードタイム、環境負荷などが課題となる。また、エッチング処理後樹脂成型までの保管期間にも制約があることなどの課題を有する。  Furthermore, in patent document 2, a chemical wet process (etching process) and its pre-processing process are required with respect to a metal surface, and cost, lead time, environmental impact, etc. become a subject. In addition, there is a problem that the storage period from the etching process to the resin molding is limited.

特許文献4では、開口径が0.05〜1mm、深さ0.5〜5mm程度の傾斜孔を形成している。特許文献4では、ヒートサイクルを受けた場合、樹脂と金属との間には線膨張率の差に起因する熱応力が発生するが、特許文献1〜3に記載の微細な凹凸や微細孔と異なり、金属部品表面の傾斜孔と傾斜孔に充填される樹脂によるアンカー効果は劣化しにくいと考えられる。  In Patent Document 4, an inclined hole having an opening diameter of about 0.05 to 1 mm and a depth of about 0.5 to 5 mm is formed. In Patent Document 4, when subjected to a heat cycle, thermal stress is generated between the resin and the metal due to the difference in linear expansion coefficient. Unlikely, it is considered that the anchoring effect by the resin filled in the inclined hole and the inclined hole on the surface of the metal part is hardly deteriorated.

しかしながら、特許文献4では孔によりアンカー効果を得るようにしているため、金属と樹脂の所望の接合強度を得るには多数の傾斜孔を形成する必要がある。特許文献4では、安定した接合を得るために、傾斜方向が異なる傾斜孔を多数形成しており、例えば、それぞれ傾斜方向が異なる傾斜孔を金属部品表面に環状に形成している。このような傾斜方向が異なる多数の傾斜孔を容易に形成することは難しい。また、傾斜孔は閉塞孔なので、樹脂を確実に充填するのは困難である。閉塞孔内に空気層が残ることにより、温度変化による剥離の発生も懸念される。  However, in Patent Document 4, since the anchor effect is obtained by the holes, it is necessary to form a large number of inclined holes in order to obtain a desired bonding strength between the metal and the resin. In Patent Document 4, in order to obtain stable bonding, a large number of inclined holes having different inclination directions are formed. For example, inclined holes having different inclination directions are formed in an annular shape on the surface of the metal part. It is difficult to easily form a large number of inclined holes having different inclination directions. Further, since the inclined hole is a closed hole, it is difficult to reliably fill the resin. Due to the air layer remaining in the blocking hole, there is a concern about the occurrence of peeling due to temperature change.

本発明の目的は、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能な金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品を提供することにある。  An object of the present invention is to make it difficult for the bonding strength between a metal part and a resin to deteriorate even when subjected to a heat shock, and to relatively easily bond the metal part and the resin by an anchor effect. An object of the present invention is to provide a method for joining resin and resin and an integrally molded product of metal part and resin.

本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法は、金属部品と樹脂とを一体化する金属部品と樹脂の接合方法であって、金属部品の表面に微細孔を有する多孔質めっき膜を形成し、樹脂として微細孔の孔径以下のフィラーを充填した樹脂を用い、該樹脂を多孔質めっき膜上に流し込み、金属部品と樹脂とを接合することを特徴とする。  The metal part and resin joining method according to the present invention is a metal part and resin joining method that integrates a metal part and a resin, and a porous plating film having micropores is formed on the surface of the metal part, A resin filled with a filler having a pore diameter equal to or smaller than the pore size is used as the resin, and the resin is poured onto a porous plating film to join the metal part and the resin.

また、本発明に係る金属部品と樹脂の一体成形品は、金属部品の表面に形成された微細孔を有する多孔質めっき膜と、多孔質めっき膜の表面に形成された樹脂と、を有し、樹脂が、多孔質めっき膜の微細孔に充填されて接合されていることを特徴とする。  In addition, an integrally molded product of a metal part and a resin according to the present invention includes a porous plating film having micropores formed on the surface of the metal part, and a resin formed on the surface of the porous plating film. The resin is filled in the micropores of the porous plating film and bonded.

本発明によれば、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能になる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。  According to the present invention, even when subjected to a heat shock, the bonding strength between the metal part and the resin is not easily deteriorated, and the metal part and the resin can be bonded relatively easily by the anchor effect. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 図1のX部分の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a portion X in FIG. 1. 図1のY部分の拡大図である。It is an enlarged view of the Y part of FIG. 多孔質めっき膜の表面の写真である。It is a photograph of the surface of a porous plating film. 金属部品、下地膜および多孔質めっき膜の断面写真である。It is a cross-sectional photograph of a metal part, a base film, and a porous plating film. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 図5の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 多孔質めっき膜における微細孔同士の連通を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating communication of the micropores in a porous plating film. 本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法によって形成する凹部の形状例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of a shape of the recessed part formed with the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面(多孔質膜形成後)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section (after porous film formation) at the time of forming a porous plating film in a rectangular recessed part. 矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面(樹脂形成後)を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section (after resin formation) at the time of forming a porous plating film in a rectangular recessed part. 本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の他の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows another example of the joining method of the metal component which concerns on this invention, and resin. 金属部品と樹脂の一体成形品の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the integrally molded product of a metal component and resin. 金属部品と樹脂の一体成形品の他の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically another example of the integrally molded product of a metal component and resin. 金属部品1に形成された凹部の一部分の第一の例を模式的に示す斜視図である。2 is a perspective view schematically showing a first example of a part of a recess formed in a metal part 1. FIG. 金属部品に形成された凹部の一部分の第二の例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 2nd example of a part of recessed part formed in the metal component. 金属部品に形成された凹部の一部分の第三の例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 3rd example of a part of recessed part formed in the metal component. 金属部品の一部に溝を形成した態様の一例を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically an example of the aspect which formed the groove | channel in some metal components. 図21Aの金属部品に樹脂を形成した態様を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the aspect which formed resin in the metal component of FIG. 21A.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[金属部品と樹脂の接合方法]
上述したように、本発明の金属部品と樹脂の接合方法は、金属部品の表面に微細孔を有する多孔質めっき膜を形成する。金属部品と接合する樹脂として、多孔質めっき膜の微細孔の孔径以下のフィラーを充填した樹脂を用いる。このような構成にすることで、樹脂中のフィラーが多孔質めっき膜の微細孔に保持され、樹脂と多孔質めっき膜が強固に接続し、樹脂と金属部品の高い密着性を実現することができる。本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法について、より具体的に説明する。図1は、本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。図1では、金属部品1、多孔質めっき膜3および樹脂4の断面を示している。図1では、金属部品1の表面に凹部2を形成し(工程(a))、凹部2を含む金属部品1の表面に微細孔(後述する図2〜11Aにおいて詳述する。)を有する多孔質めっき膜3を形成し(工程(b))、凹部2および多孔質めっき膜3の微細孔に樹脂4を流し込み、金属部品1と樹脂4とを接合して金属部品と樹脂の一体成形品5を作製する(工程(c))。なお、後述するように、本発明において金属部品1の表面に凹部2を形成することは、必須ではない。
[Method of joining metal parts and resin]
As described above, the metal part-resin joining method of the present invention forms a porous plating film having fine pores on the surface of the metal part. As the resin to be joined to the metal part, a resin filled with a filler having a pore diameter equal to or smaller than the fine pores of the porous plating film is used. By adopting such a configuration, the filler in the resin is held in the fine pores of the porous plating film, the resin and the porous plating film are firmly connected, and high adhesion between the resin and the metal part can be realized. it can. The method for joining a metal part and a resin according to the present invention will be described more specifically. FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for joining a metal part and a resin according to the present invention. FIG. 1 shows a cross section of the metal part 1, the porous plating film 3 and the resin 4. In FIG. 1, the recess 2 is formed on the surface of the metal part 1 (step (a)), and the surface of the metal part 1 including the recess 2 has a fine hole (described in detail in FIGS. 2 to 11A described later). The metal plating film 3 is formed (step (b)), the resin 4 is poured into the micropores of the recess 2 and the porous plating film 3, the metal part 1 and the resin 4 are joined, and the metal part and the resin are integrally formed. 5 is produced (step (c)). As will be described later, in the present invention, it is not essential to form the recess 2 on the surface of the metal part 1.

図2は図1のX部分の拡大図であり、図3は図1のY部分の拡大図である。図2および3に示すように、多孔質めっき膜3は、多孔質めっき膜3の膜厚方向に伸びる多数の微細孔8を有しており、この微細孔8に樹脂4が流し込まれる。すなわち、図1に示す金属部品と樹脂の接合方法では、凹部2によって形成された金属部品1の表面の比較的マクロな凹凸構造(深さ:数十μm〜数mm、以下「マクロ凹凸構造」と称する。)と、多孔質めっき膜3が有する微細孔8によって形成された比較的ミクロな凹凸構造(孔径:1〜10μm程度、深さ:孔径の3〜5倍程度、以下「ミクロ凹凸構造」と称する。)の2種類の凹凸構造を形成し、この2種類の凹凸構造によるアンカー効果によって金属部品と樹脂との高い密着性を実現している。マクロ凹凸構造は、主に引き剥がし方向に垂直な方向(図3に示すx方向)の剥離に対して抵抗力を発生し、ミクロ凹凸構造は、主に引き剥がし方向(図3に示すy方向)の剥離に対して抵抗力を発生する。また、微細孔は、一般にガラスフィラー(直径:数μm〜数十μm)を含むエンジニアリングプラスチックを樹脂として用いる場合、このフィラーが多孔質めっき膜3の微細孔に保持され、接合力を向上することが可能となる。  2 is an enlarged view of a portion X in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion Y in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the porous plating film 3 has a large number of fine holes 8 extending in the film thickness direction of the porous plating film 3, and the resin 4 is poured into the fine holes 8. That is, in the method for joining a metal part and a resin shown in FIG. 1, a relatively macro uneven structure (depth: several tens μm to several mm, hereinafter referred to as “macro uneven structure”) on the surface of the metal part 1 formed by the recess 2. And a relatively micro uneven structure (pore diameter: about 1 to 10 μm, depth: about 3 to 5 times the hole diameter, hereinafter referred to as “micro uneven structure”. 2), and the high adhesion between the metal part and the resin is realized by the anchor effect of the two types of uneven structure. The macro concavo-convex structure generates resistance against peeling in the direction perpendicular to the peeling direction (x direction shown in FIG. 3), and the micro concavo-convex structure is mainly used in the peeling direction (y direction shown in FIG. 3). ) Resistance to peeling. Further, in the case of using an engineering plastic containing a glass filler (diameter: several μm to several tens μm) as a resin, the fine hole is generally held in the fine hole of the porous plating film 3 to improve the bonding force. Is possible.

本発明の「多孔質めっき膜」は、めっき処理によって作製される無数の微細孔を有する膜を意味するものとし、成膜後に化学エッチング等によって微細孔を作製した多孔質膜(ポーラス膜)とは異なるものである。  The “porous plating film” of the present invention means a film having innumerable micropores produced by plating treatment, and a porous film (porous film) in which micropores are produced by chemical etching or the like after film formation. Are different.

通常のめっき処理では、微細孔が形成されないように行われるものである。本発明におけるめっき処理は、微細孔を有する多孔質めっき膜を形成するようにしている。このような多孔質めっき膜の形成は、例えば、特開2010‐121194号公報、特開2008‐50673号公報、特開2009‐74147号公報などに記載されている。  In a normal plating process, fine holes are not formed. In the plating treatment in the present invention, a porous plating film having fine pores is formed. The formation of such a porous plating film is described in, for example, JP 2010-121194 A, JP 2008-50673 A, JP 2009-74147 A, and the like.

多孔質めっき膜3の組織の一例について詳述する。図1の工程(a)および工程(b)を実施して金属部品に多孔質めっき膜を形成し、レーザ顕微鏡によって微細構造の観察を行った。図4は多孔質めっき膜の表面の写真である。また、図5は金属部品、下地膜および多孔質めっき膜の断面写真であり、図6〜11Aは図5の部分拡大図である。多孔質めっき膜3(多孔質ニッケルめっき膜)は、特開2010‐121194号公報などに記載の電気めっきによって作製した。めっき浴の組成は、硫酸ニッケル(NiSO・6HO):200〜380g/L、塩化ニッケル(NiCl・6HO):30〜70g/L、ホウ酸:(HBO):30〜45g/Lおよび、ドデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド:0.03mol/Lとした。また、めっき条件は、pH:3.0〜4.8、浴温:40〜70℃および陰極電流密度:0.5〜10A/dmとし、2μmのめっき厚となるように多孔質めっき膜3を作製した。なお、2μmのめっき厚となるようにめっき条件を調整しても、微細孔が多数形成されることから、後述の図7〜11Aから明らかなように厚さが5μm程度の多孔質めっき膜が形成される。また、断面観察は、試料を切断後、表面研磨して行った。なお、この表面研磨の際に研磨剤が微細な孔に入り込んでいる可能性があり、実際にはもっと多くの微細孔が形成されているものと推測される。また、図5〜11Aは金属部品と多孔質めっき膜との間に後述する素地膜(下地膜)を形成した場合の写真であるが、多孔質めっき膜の組織は下地層の有無によって変わるものではない。An example of the structure of the porous plating film 3 will be described in detail. Steps (a) and (b) in FIG. 1 were performed to form a porous plating film on the metal part, and the microstructure was observed with a laser microscope. FIG. 4 is a photograph of the surface of the porous plating film. 5 is a cross-sectional photograph of the metal part, the base film and the porous plating film, and FIGS. 6 to 11A are partially enlarged views of FIG. The porous plating film 3 (porous nickel plating film) was produced by electroplating described in JP 2010-121194 A and the like. The composition of the plating bath is nickel sulfate (NiSO 4 .6H 2 O): 200 to 380 g / L, nickel chloride (NiCl 2 .6H 2 O): 30 to 70 g / L, boric acid: (H 3 BO 3 ): 30 to 45 g / L and dodecyldimethylbenzylammonium chloride: 0.03 mol / L. The plating conditions were pH: 3.0 to 4.8, bath temperature: 40 to 70 ° C., and cathode current density: 0.5 to 10 A / dm 2. Porous plating film so as to have a plating thickness of 2 μm. 3 was produced. Even if the plating conditions are adjusted so that the plating thickness is 2 μm, a large number of micropores are formed, so that a porous plating film having a thickness of about 5 μm is evident from FIGS. 7 to 11A described later. It is formed. The cross section was observed by cutting the sample and then polishing the surface. Note that the polishing agent may have entered the fine holes during the surface polishing, and it is assumed that more fine holes are actually formed. FIGS. 5 to 11A are photographs in the case where a base film (undercoat film) described later is formed between the metal part and the porous plating film. The structure of the porous plating film varies depending on the presence or absence of the underlayer. is not.

図7〜11Aに示すように、多孔質めっき膜3は、その膜厚方向に伸びる微細孔8を有し、微細孔8の中に樹脂4が充填されていることが確認できる(図10および図11A)。このように膜厚方向に伸びる微細孔は、多孔質めっき膜に特有のものである。金属表面に対して化学エッチングによって微細孔を作製しても、化学エッチングは本来的に微細孔の長さ(深さ)を大きくすると微細孔が消えて平面的になるので、多孔質めっき膜のような長い微細孔(例えば5μm以上の微細孔)は得られない。  As shown to FIGS. 7-11A, the porous plating film 3 has the micropore 8 extended in the film thickness direction, and it can confirm that the resin 4 is filled in the micropore 8 (FIG. 10 and). FIG. 11A). Thus, the micropores extending in the film thickness direction are unique to the porous plating film. Even if micropores are created on the metal surface by chemical etching, chemical etching inherently increases the length (depth) of the micropores so that the micropores disappear and become flat. Such long fine holes (for example, fine holes of 5 μm or more) cannot be obtained.

また、多孔質めっき膜3の底部(下地膜6との界面部分)において、複数の微細孔8が連通して形成された連通孔を有する箇所がある(図9〜図11A)。これを図11Bに示す概念図で説明する。図11Bにおける矢印は流し込む樹脂の流れる方向を示す。隣接する微細孔の一方が入口8Aとなり、他方が出口8Bとなる。多孔質めっき膜3の底部には連通孔8Cが形成される。連通孔8Cは多孔質めっき膜を形成する際に形成される。そして、例えば、射出シリンダー圧により射出された熱可塑性溶融樹脂の温度は通常200℃以上であり、多孔質めっき膜の表面に射出されると、界面ずり応力を受けながら多孔質めっき膜表面に入り込む。このずり応力は、多孔質めっき膜表面で部分的に異なるので、ずり応力の小さな界面は早く溶融樹脂が流動し、ずり応力が大きな界面では溶融樹脂の侵入が遅れる。この時間的な遅れによって溶融樹脂の出口8B、入口8Aが生じる。入口8Aから流入する溶融樹脂により押し出された微細孔内の空気は連通孔8Cを介して出口8Bから空気が抜けるようになる。これによって満遍なく溶融樹脂が微細孔8に入り込むことができる。このように、本発明に係る多孔質めっき膜3は、樹脂4を微細孔8に流し込む(圧入する)際に、この連通孔8Cから空気が抜けることによって樹脂が微細孔の奥(下地膜6側)まで浸透し、金属部品(下地膜)と樹脂との接合強度が向上するという効果を得ることができる。このような連通孔8Cも多孔質めっき膜に特有のものであり、化学エッチングによって形成した多孔質膜には形成されないものである。  Further, at the bottom of the porous plating film 3 (interface portion with the base film 6), there is a portion having a communication hole in which a plurality of fine holes 8 are formed in communication (FIGS. 9 to 11A). This will be described with reference to the conceptual diagram shown in FIG. 11B. The arrow in FIG. 11B indicates the direction in which the poured resin flows. One of the adjacent fine holes becomes the inlet 8A, and the other becomes the outlet 8B. A communication hole 8 </ b> C is formed at the bottom of the porous plating film 3. The communication hole 8C is formed when the porous plating film is formed. For example, the temperature of the thermoplastic molten resin injected by the injection cylinder pressure is usually 200 ° C. or higher, and when injected onto the surface of the porous plating film, it enters the surface of the porous plating film while receiving interfacial shear stress. . Since this shear stress is partially different on the surface of the porous plating film, the molten resin flows quickly at the interface where the shear stress is small, and the penetration of the molten resin is delayed at the interface where the shear stress is large. Due to this time delay, an outlet 8B and an inlet 8A for the molten resin are generated. The air in the fine holes pushed out by the molten resin flowing from the inlet 8A can be released from the outlet 8B through the communication holes 8C. As a result, the molten resin can uniformly enter the fine holes 8. Thus, in the porous plating film 3 according to the present invention, when the resin 4 is poured (press-fitted) into the fine holes 8, the air is removed from the communication holes 8C, so that the resin is deep inside the fine holes (the base film 6). Side) and the bonding strength between the metal part (base film) and the resin is improved. Such communication holes 8C are also unique to the porous plating film, and are not formed in the porous film formed by chemical etching.

以下に、図1の工程(a)〜(c)について詳述する。まず始めに、工程(a)では金属部品1の表面に凹部2を形成する。金属部品1の材質としては、特に限定は無く、金属部品と樹脂の一体成形品の用途に応じて選択することができるが、例えば銅(Cu)、鉄(Fe)およびアルミニウム(Al)等を用いることができる。図12は本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法によって形成する凹部の形状例を模式的に示す断面図である。図12に示すように、凹部の断面形状に特に限定は無く、図1に示す楔形状(2a)の他にも、単純な矩形状(2b)、金属部品1の中心部に向かって幅が狭くなるすり鉢状(2c)または半球状(クレーター状)(2d)など、種々の形状を適用することができる。図13および図14は矩形状の凹部に多孔質めっき膜を形成した場合の断面を模式的に示す図である。図13および14に示すように、凹部が矩形状であっても、微細孔8が引き剥がし方向(図14のy方向)の剥離に対して抵抗力を発生し、図2および図3に示す楔形状の場合と同様に、金属部品と樹脂との高い密着性を実現することができる。  Hereinafter, steps (a) to (c) in FIG. 1 will be described in detail. First, in the step (a), the recess 2 is formed on the surface of the metal part 1. The material of the metal part 1 is not particularly limited and can be selected according to the use of the integrally molded product of the metal part and the resin. For example, copper (Cu), iron (Fe), aluminum (Al), etc. Can be used. FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of a recess formed by the method for joining a metal part and resin according to the present invention. As shown in FIG. 12, the cross-sectional shape of the recess is not particularly limited, and besides the wedge shape (2 a) shown in FIG. 1, a simple rectangular shape (2 b) has a width toward the center of the metal part 1. Various shapes can be applied, such as a narrower mortar shape (2c) or a hemispherical shape (crater shape) (2d). 13 and 14 are diagrams schematically showing a cross section when a porous plating film is formed in a rectangular recess. As shown in FIGS. 13 and 14, even if the recess is rectangular, the fine holes 8 generate a resistance against peeling in the peeling direction (y direction in FIG. 14), and are shown in FIGS. As in the case of the wedge shape, high adhesion between the metal part and the resin can be realized.

また、凹部2は、後述する図16〜21Bに示すように、金属部品の長さ方向または幅方向に伸びる溝であってもよい。溝の形成態様としては、金属部品の表面に複数の平行な溝が形成されていてもよいし、溝同士が直交するように形成されていてもよい。さらに、多数の溝が不規則な方向に伸びているように形成されていてもよい。溝の配置が複雑であるほど多方向に抵抗力を生じ、金属部品と樹脂との高い密着性を実現することができる。  Moreover, the recessed part 2 may be a groove | channel extended in the length direction or width direction of a metal component, as shown to FIGS. 16-21B mentioned later. As a formation mode of the grooves, a plurality of parallel grooves may be formed on the surface of the metal part, or the grooves may be formed so as to be orthogonal to each other. Furthermore, a large number of grooves may be formed so as to extend in an irregular direction. As the arrangement of the grooves is more complicated, resistance is generated in multiple directions, and high adhesion between the metal part and the resin can be realized.

凹部2の形成方法は、特に限定は無く、切削加工、塑性加工(プレス加工など)またはレーザ光照射による表面粗化などによって形成することができる。この中でも、特にプレス加工が好ましい。プレス加工の場合、プレス機の金型の上下運動を用いることによって凹部を形成することができる。順送金型では、順送工程の一工程として組み込むことが可能であり、コスト削減に寄与することができる。さらに、プレス加工で楔形状の溝を形成する場合、図1に示すようにオーバーハング量Oのオーバーハング部7が形成される。このオーバーハング部7により大きなアンカー効果が得られる。さらに、金属部品表面に形成されたプレス溝のオーバーハング部7を、上方から下方へ押し込むようにプレス加工を行うことが好ましい。このようにプレス加工を行うことによって、プレス溝に袋状の空間が形成され、より高いアンカー効果を得ることができる。  The method for forming the recess 2 is not particularly limited, and the recess 2 can be formed by cutting, plastic working (such as pressing), or surface roughening by laser light irradiation. Among these, press working is particularly preferable. In the case of press working, the concave portion can be formed by using the vertical movement of the die of the press machine. The progressive die can be incorporated as a step in the progressive step, which can contribute to cost reduction. Further, when the wedge-shaped groove is formed by pressing, an overhang portion 7 having an overhang amount O is formed as shown in FIG. A large anchor effect can be obtained by the overhang portion 7. Furthermore, it is preferable to perform press work so that the overhang portion 7 of the press groove formed on the surface of the metal part is pushed downward from above. By performing press working in this way, a bag-like space is formed in the press groove, and a higher anchor effect can be obtained.

凹部2の深さとしては、特に限定は無いが、金属部品の片面に形成する場合、金属部品の厚さの10〜50%であることが好ましい。例えば、金属部品1してコネクタ端子(厚さ0.2mm)を用いてプレス溝を形成する場合のサイズの一例を挙げると、凹部2の深さ:30μm、幅:30μm、長さ:0.5〜5mmとなる。  The depth of the recess 2 is not particularly limited, but when formed on one side of the metal part, it is preferably 10 to 50% of the thickness of the metal part. For example, when an example of the size in the case of forming a press groove using a connector terminal (thickness: 0.2 mm) as the metal part 1, the depth of the recess 2: 30 μm, width: 30 μm, length: 0. 5 to 5 mm.

工程(b)における多孔質めっき膜3の作製方法としては、特に限定は無いが、電気めっきが好適である。多孔質膜の組成は、ニッケル(Ni)が好ましく、他には金属部品1がCuである場合にはCu系合金が好ましく、Feである場合にはFe系合金が好ましく、Alである場合にはAl系合金が好ましい。電気めっきのめっき浴の組成は、多孔質膜を構成する金属を含む化合物を用い、適宜添加剤を使用する。めっき浴の種類は公知のものを用いることができる。Niめっき浴としては、例えば、ワット浴、スルファミン酸浴、クエン酸浴、ウッド浴などが挙げられ、Cuめっき浴としては、例えばピロリン酸銅浴などが挙げられる。めっき条件としては、多孔質膜を形成する際の一般的な条件を用いることができる。めっき浴およびめっき条件の一例は、上述したとおりである。多孔質めっき膜3の膜厚は、微細孔の孔径をどの程度にするかに依存する。すなわち、微細孔の深さは、樹脂の微細孔への入り込みを考慮すると、樹脂の粘性にもよるが、微細孔の孔径の5倍以下が望ましい。それよりも深いと樹脂が十分に入り込まなくなる可能性があるからである。また、微細孔の最も深い孔の深さは多孔質めっき膜の厚さと同程度である。これらのことから、多孔質めっき膜の厚さは微細孔の孔径に依存して設定される。一方、微細孔の孔径は、めっき条件や多孔質めっき膜3の膜厚によって変えられる。  Although there is no limitation in particular as a preparation method of the porous plating film 3 in a process (b), electroplating is suitable. The composition of the porous film is preferably nickel (Ni). In addition, when the metal part 1 is Cu, a Cu-based alloy is preferable, when it is Fe, an Fe-based alloy is preferable, and when it is Al. Is preferably an Al-based alloy. As the composition of the electroplating bath, a compound containing a metal constituting the porous film is used, and additives are appropriately used. Known types of plating baths can be used. Examples of the Ni plating bath include a Watt bath, a sulfamic acid bath, a citric acid bath, and a wood bath. Examples of the Cu plating bath include a copper pyrophosphate bath. As plating conditions, general conditions for forming a porous film can be used. An example of the plating bath and the plating conditions are as described above. The film thickness of the porous plating film 3 depends on how large the pore diameter is. That is, the depth of the fine holes is preferably 5 times or less the diameter of the fine holes, although it depends on the viscosity of the resin, considering the penetration of the resin into the fine holes. This is because if it is deeper than that, the resin may not sufficiently enter. Moreover, the depth of the deepest hole is the same as the thickness of the porous plating film. For these reasons, the thickness of the porous plating film is set depending on the diameter of the micropores. On the other hand, the hole diameter of the fine holes can be changed depending on the plating conditions and the thickness of the porous plating film 3.

工程(c)における樹脂4の充填方法としては、特に限定は無いが、溶融樹脂の射出成形が好ましい。樹脂の流し込みは、通常の射出成形と同様に、金型に凹部2および多孔質めっき膜3を形成した金属部品1をインサートして金型に樹脂を射出して行うことができる。樹脂4としては、通常の射出成形に適用可能な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂または熱可塑性エラストマーなどを用いることができる。より詳細には、一般の射出成形で用いられる汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチック類、これらを混合したポリマーアロイ類や、フィラーとしてガラス繊維などの無機繊維、アラミド繊維などの有機繊維、炭素繊維、金属繊維類、あるいはシリカ、タルクなどの無機物などを含んだ物も用いることができる。熱可塑性樹脂としてはポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)などが好ましい。  Although there is no limitation in particular as the filling method of the resin 4 in a process (c), injection molding of molten resin is preferable. The resin can be poured by inserting the metal part 1 in which the concave portion 2 and the porous plating film 3 are formed in a mold and injecting the resin into the mold in the same manner as in normal injection molding. As the resin 4, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a thermoplastic elastomer, or the like applicable to normal injection molding can be used. More specifically, general-purpose plastics, engineering plastics and super engineering plastics used in general injection molding, polymer alloys mixed with these, inorganic fibers such as glass fibers as fillers, organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers Metal fibers, or materials containing inorganic materials such as silica and talc can also be used. As the thermoplastic resin, polyphenylene sulfide resin (PPS resin) and the like are preferable.

図15は本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法の一例を示すフロー図である。図15では、多孔質めっき膜を形成する工程(b2)の前に、下地膜6(素地膜)(b1)を形成する工程を有している点が図1に示す方法と異なる点である。多孔質めっき膜を、直接、金属部品の表面にめっき処理した場合、金属部品が腐食環境に置かれると、多孔質めっき膜は金属部品の表面を保護し得ないので、金属部品の表面に下地膜を形成するのが望ましい。このため、本実施例では、下地膜は微細孔を有しないめっき膜としている。すなわち、通常の電気めっき処理で形成しためっき膜を金属正面に下地膜として形成する。また、このように、凹部2と多孔質めっき膜3との間に下地膜6を設けることで、金属部品1と多孔質めっき膜3との密着性が向上し、金属部品と樹脂の一体成形品5´の耐食性を向上することができる。下地膜としては、特に限定は無いが、多孔質めっき膜と同様に、金属部品1の組成に合わせてCu系合金、Fe系合金またはAl系合金を用いてもよく、Niを用いることも好ましい。下地膜6の膜厚は、1〜6μmが好ましい。  FIG. 15 is a flowchart showing an example of a method for joining a metal part and a resin according to the present invention. 15 is different from the method shown in FIG. 1 in that a step of forming a base film 6 (base film) (b1) is provided before the step (b2) of forming a porous plating film. . If the surface of the metal part is plated directly with the porous plating film, the porous plating film cannot protect the surface of the metal part if the metal part is placed in a corrosive environment. It is desirable to form a formation. For this reason, in this embodiment, the base film is a plating film having no fine holes. That is, a plating film formed by a normal electroplating process is formed as a base film on the metal front. In addition, by providing the base film 6 between the recess 2 and the porous plating film 3 in this way, the adhesion between the metal part 1 and the porous plating film 3 is improved, and the metal part and the resin are integrally formed. The corrosion resistance of the product 5 ′ can be improved. Although there is no limitation in particular as a base film, Cu-type alloy, Fe-type alloy, or Al-type alloy may be used according to the composition of the metal component 1 like a porous plating film, and it is also preferable to use Ni. . The film thickness of the base film 6 is preferably 1 to 6 μm.

上述の実施例では、マクロ凹凸構造とミクロ凹凸構造によるアンカー効果により金属部品と樹脂とを一体化させている。以下に、樹脂に充填されるフィラーとマクロ凹凸構造やミクロ凹凸構造との関係に注目して金属部品と樹脂の接続性の向上について説明する。  In the above-described embodiment, the metal part and the resin are integrated by the anchor effect by the macro uneven structure and the micro uneven structure. Hereinafter, the improvement in the connectivity between the metal part and the resin will be described by paying attention to the relationship between the filler filled in the resin and the macro uneven structure or the micro uneven structure.

金属部品と樹脂の一体成形においては、特に金属と樹脂の密着性が重要とされるが、実際には多くの射出成形用の熱可塑性樹脂は、金属との化学的結合性を有しない。エポキシ樹脂などの熱硬化型の樹脂では、未硬化のエポキシ樹脂官能基と金属を射出成形時に化学結合させ、射出成形後に加熱し硬化させて、金属と樹脂の接着と樹脂の機械的強度の向上を両立させる手法が用いられる。しかしながら、熱可塑性樹脂は、基本的に化学的官能基を持たず、温度を上げることで溶融し、温度を下げることで固化する樹脂である。このため、熱可塑性樹脂ではその過程で何ら化学的な金属と溶融樹脂の結合は得られない。したがって、アンカー効果と称するメカニカルロッキングにより、金属と樹脂界面の密着を上げる以外に方法が無いのが実状である。このメカニカルロッキングを最大限に生かすには、金属と樹脂界面の構造制御が最も重要であることを発明者らは見出した。金属と熱可塑性樹脂を一体成形するインサート成形においては、熱可塑性樹脂に数種類のフィラーが充填される。温度サイクルにおける熱応力を小さくするために、熱可塑性樹脂の線膨張率を金属の線膨張率に近づける、線膨張率制御用フィラーにはガラス繊維が多用されている。
ガラス繊維は、繊維の配列方向の線膨張率を下げる作用を有する。一方、方向性なく樹脂の線膨張率を金属と整合させるフィラーとしては石英粉末がある。ガラス繊維フィラーは、通常太さが5〜10μmのものが用いられている。通常はガラス繊維の太さの10倍程度の長さである。しかし、ガラス繊維フィラーのみでは、線膨張率の方向性があるために、粉末状のフィラーも一緒に熱可塑性樹脂に充填される。粉末状フィラーの場合、例えば石英フィラーでは、1〜3μmの径(平均粒径)である。この粉末状フィラーは、金属の凹凸部にも入り込むことができるので、金属と熱可塑性樹脂界面の線膨張率も低下させることができる。この他、樹脂用フィラーには、電磁波吸収用のフェライトフィラー、熱伝導性付与用のAl(アルミナ)、AlN(窒化アルミ)、BN(ボロンナイトライド)などのフィラー、導電性付与のカーボンフィラー、抗菌用のゼオライトフィラー、しゅう動性付与の硫化モリブデンフィラーなど多くあるが、これらは1〜10μmの径(平均粒径)の粉末フィラーである。このため、金属と熱可塑性樹脂の界面にこれらの微粉末フィラーも入り込めることが好ましい。
In the integral molding of the metal part and the resin, the adhesion between the metal and the resin is particularly important. However, in fact, many thermoplastic resins for injection molding do not have chemical bondability with the metal. In thermosetting resins such as epoxy resins, uncured epoxy resin functional groups and metals are chemically bonded during injection molding, and heated and cured after injection molding to improve the adhesion between the metal and resin and the mechanical strength of the resin. A technique for achieving both is used. However, a thermoplastic resin is basically a resin that does not have a chemical functional group, melts when the temperature is raised, and solidifies when the temperature is lowered. For this reason, in the thermoplastic resin, no bond between the chemical metal and the molten resin can be obtained in the process. Therefore, the actual situation is that there is no method other than increasing the adhesion between the metal and the resin interface by mechanical locking called the anchor effect. The inventors have found that the structural control of the metal-resin interface is the most important in making the most of this mechanical locking. In insert molding in which a metal and a thermoplastic resin are integrally molded, the thermoplastic resin is filled with several kinds of fillers. In order to reduce the thermal stress in the temperature cycle, glass fiber is frequently used as a filler for controlling the linear expansion coefficient that brings the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin close to that of the metal.
Glass fiber has the effect | action which reduces the linear expansion coefficient of the arrangement direction of a fiber. On the other hand, there is quartz powder as a filler that matches the linear expansion coefficient of the resin with the metal without orientation. As the glass fiber filler, one having a thickness of 5 to 10 μm is usually used. Usually, the length is about 10 times the thickness of the glass fiber. However, since only the glass fiber filler has a direction of linear expansion coefficient, the powdery filler is also filled into the thermoplastic resin together. In the case of a powder filler, for example, a quartz filler has a diameter (average particle diameter) of 1 to 3 μm. Since this powdery filler can also enter into the metal irregularities, the linear expansion coefficient at the interface between the metal and the thermoplastic resin can also be reduced. In addition, resin fillers include ferrite fillers for absorbing electromagnetic waves, fillers such as Al 2 O 3 (alumina), AlN (aluminum nitride) and BN (boron nitride) for imparting thermal conductivity, and conductivity imparting agents. There are many carbon fillers, antibacterial zeolite fillers, slidable molybdenum sulfide fillers, etc., and these are powder fillers having a diameter (average particle diameter) of 1 to 10 μm. For this reason, it is preferable that these fine powder fillers also enter the interface between the metal and the thermoplastic resin.

すなわち、凹部はガラス繊維などのフィラーが入り込むことが可能な寸法とし、また微細孔には、粉末フィラーが入り込める寸法に形成することが望ましい。このように凹部や微細孔を構成することにより、微細孔にも粉末フィラーが侵入することで、微細孔に侵入した熱可塑性樹脂の線膨張率も金属に近い値に維持しつつ、凹部はガラス繊維フィラーの侵入で、金属と整合した線膨張率とすることができる。溶融樹脂は一般に粘性が高く粉末フィラーを入れることで粘性が低下する。特に射出成形機の射出シリンダーの吐出圧は、フィラーを入れることでチクソトロピー性が生じ動的粘弾性が低下する。フィラー混合によって、チクソ指数が大きく上昇することで、動的粘弾性が低下して微細孔に溶融樹脂が流動しやすくなる。発明者らはこの点に着目し、微細孔の寸法形状を粉末フィラーの入りやすい寸法にすることが望ましいことを見出した。具体的には、微細孔の径は1〜10μmが好ましい。また微細孔の深さは、樹脂の入り込みを考慮すると微細孔の径の5倍以下の深さが好ましく、また微細孔は互いに連通していることが好ましい。連通させることで、溶融樹脂の入り口と出口が自然に生ずるので、より熱可塑性樹脂が微細孔に入り込みやすくなる。発明者らは図10などに示すように、微細孔を連通させることで、溶融樹脂が侵入しやすくなることを見出した。図11Aに溶融樹脂が入り込んだ拡大画像を示すように、隣接する微細孔は互いに連通しており、溶融樹脂の出入口を形成しているのがわかる。連通孔のモデルを図11Bに示す。図の矢印は溶融樹脂の入口、出口を示している。射出シリンダー圧により射出された熱可塑性溶融樹脂の温度は通常200℃以上であり、金属部品の表面に射出されると、界面ずり応力を受けながら金属表面に入り込む。このずり応力は、金属表面で部分的に異なるので、ずり応力の小さな界面は早く溶融樹脂が流動し、ずり応力が大きな界面では溶融樹脂の侵入が遅れる。この時間的な遅れによって溶融樹脂の出口、入口が生じて満遍なく溶融樹脂が微細孔に入り込むことができる。また凹部においては、ガラス繊維フィラーも入り込める寸法とすることで、ガラス繊維フィラーが凹部に入り込むことができる。凹部の幅寸法はガラス繊維が侵入できる100μm程度が好ましい。  In other words, it is desirable that the recess has a dimension that allows a filler such as glass fiber to enter, and that the micropore has a dimension that allows the powder filler to enter. By configuring the recesses and micropores in this way, the powder filler also enters the micropores, so that the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin that has entered the micropores is maintained at a value close to that of the metal, while the recesses are made of glass. With the invasion of the fiber filler, the linear expansion coefficient matched with the metal can be obtained. Molten resin generally has high viscosity, and the viscosity is lowered by adding a powder filler. In particular, as for the discharge pressure of the injection cylinder of the injection molding machine, thixotropy is generated by inserting a filler, and dynamic viscoelasticity is lowered. By mixing the filler, the thixo index increases significantly, so that the dynamic viscoelasticity is lowered and the molten resin easily flows into the micropores. The inventors focused on this point and found that it is desirable to make the size and shape of the micropores easy to enter the powder filler. Specifically, the diameter of the fine holes is preferably 1 to 10 μm. Further, the depth of the fine holes is preferably 5 times or less the diameter of the fine holes in consideration of the penetration of the resin, and the fine holes are preferably communicated with each other. By communicating, the inlet and outlet of the molten resin are naturally generated, so that the thermoplastic resin is more likely to enter the micropores. As shown in FIG. 10 and the like, the inventors have found that the molten resin easily enters by connecting the fine holes. As shown in the enlarged image of FIG. 11A in which the molten resin has entered, it can be seen that the adjacent micropores communicate with each other and form an inlet / outlet for the molten resin. A model of the communication hole is shown in FIG. 11B. The arrows in the figure indicate the molten resin inlet and outlet. The temperature of the thermoplastic molten resin injected by the injection cylinder pressure is usually 200 ° C. or higher, and when injected onto the surface of the metal part, it enters the metal surface while receiving interfacial shear stress. Since this shear stress is partially different on the metal surface, the molten resin flows quickly at the interface where the shear stress is small, and the penetration of the molten resin is delayed at the interface where the shear stress is large. Due to this time delay, an outlet and an inlet of the molten resin are generated, and the molten resin can uniformly enter the fine holes. Moreover, in a recessed part, a glass fiber filler can enter a recessed part by setting it as the dimension which a glass fiber filler can also enter. The width dimension of the recess is preferably about 100 μm into which the glass fiber can enter.

特許文献2では金属表面に5〜500nm周期の微細凹凸形成としているが、このように微細な凹凸では、粉末フィラーが侵入できないので、温度サイクルにおいて微細な凹凸に侵入した熱可塑性樹脂や接着剤の線膨張率は、金属より大きいので、特に低温側がマイナス20からマイナス65℃となる温度サイクル試験条件では、樹脂の収縮による剥離が生ずる。特許文献2が自動車部品などの金属樹脂一体化製品に使用ができない状況はこの理由によっている。  In Patent Document 2, fine irregularities having a period of 5 to 500 nm are formed on the metal surface. However, since the powder filler cannot penetrate into such fine irregularities, the thermoplastic resin or adhesive that has entered the fine irregularities in the temperature cycle is used. Since the linear expansion coefficient is larger than that of metal, peeling occurs due to shrinkage of the resin, particularly under temperature cycle test conditions where the low temperature side is minus 20 to minus 65 ° C. This is the reason why Patent Document 2 cannot be used for metal resin integrated products such as automobile parts.

上述したように、凹部や微細孔の大きさを樹脂に充填されるフィラーが侵入できる大きさとすることにより、ヒートショックに強い金属部品と樹脂の接合を実現することができる。この特徴は、微細孔について着目すれば、必ずしも金属部品に凹部を形成する必要がない。すなわち、表面が平面の金属部品に多孔質めっき膜を形成し、微細孔を樹脂に充填される粉末フィラーが侵入できる大きさに形成することにより、金属部品と樹脂の接続性を向上させることができる。例えば、所定のめっき条件で形成した多孔質めっき膜の微細孔の孔径をレーザ顕微鏡などで確認し、確認した微細孔の孔径よりも小さい平均粒径を有するフィラーを充填した樹脂を用いるようにする。例えば、微細孔径が1μm程度であれば平均粒径が1μmのフィラーを用いる。フィラーの粒度分布における1μmよりも小さいフィラーが微細孔に入り込み、微細孔内の樹脂と金属部品の線膨張率の差を小さくすることができる。  As described above, by setting the size of the recesses and the fine holes so that the filler filled in the resin can enter, it is possible to realize the bonding between the metal component and the resin that is resistant to heat shock. If this feature pays attention to a fine hole, it is not always necessary to form a recess in a metal part. In other words, by forming a porous plating film on a metal part with a flat surface and forming fine pores in a size that allows the powder filler filled in the resin to enter, the connectivity between the metal part and the resin can be improved. it can. For example, the diameter of the micropores of the porous plating film formed under predetermined plating conditions is confirmed with a laser microscope or the like, and a resin filled with a filler having an average particle size smaller than the pore diameter of the confirmed micropores is used. . For example, if the fine pore diameter is about 1 μm, a filler having an average particle diameter of 1 μm is used. A filler smaller than 1 μm in the particle size distribution of the filler can enter the micropores, and the difference in linear expansion coefficient between the resin in the micropores and the metal part can be reduced.

[金属部品と樹脂の一体成形品]
次に、上述した本発明に係る金属部品と樹脂の接合方法を用いて作製した金属部品と樹脂の一体成形品について説明する。図16および図17は金属部品と樹脂の一体成形品の一例を模式的に示す斜視図である。図16および図17では図面の見やすさを考慮して多孔質めっき膜の図示を省略している。図16は金属部品1に凹部2として断面が楔形状の溝を形成した場合を示し、図17は金属部品1に凹部2として断面が矩形状の溝を作製した場合を示している。
[Metal parts and resin integrated molding]
Next, an integrally molded product of a metal part and a resin manufactured using the above-described method for joining a metal part and a resin according to the present invention will be described. 16 and 17 are perspective views schematically showing an example of an integrally molded product of a metal part and a resin. In FIG. 16 and FIG. 17, the illustration of the porous plating film is omitted in consideration of the visibility of the drawings. FIG. 16 shows a case where a groove having a wedge-shaped cross section is formed as the recess 2 in the metal part 1, and FIG. 17 shows a case where a groove having a rectangular cross section is formed as the recess 2 in the metal part 1.

図18〜図20は金属部品1に形成された凹部2の一部分の例を模式的に示す斜視図である。図18に示すように、凹部2は、金属部品1の片面に形成されていてもよいし、図19に示すように両面に形成されていてもよい。また、図20に示すように、複数の楔形状の溝が直交するように形成されていてもよい。  18 to 20 are perspective views schematically showing an example of a part of the recess 2 formed in the metal part 1. As shown in FIG. 18, the recessed part 2 may be formed in the single side | surface of the metal component 1, and may be formed in both surfaces, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 20, a plurality of wedge-shaped grooves may be formed so as to be orthogonal to each other.

図21Aは金属部品の一部に溝を形成した態様の一例を模式的に示す斜視図であり、図21Bは図21Aの金属部品に樹脂を形成した態様を模式的に示す斜視図である。このように、金属部品の一部分にのみ凹部を形成し、この凹部上に樹脂4が位置するように形成してもよい。  FIG. 21A is a perspective view schematically showing an example in which a groove is formed in a part of a metal part, and FIG. 21B is a perspective view schematically showing an aspect in which a resin is formed on the metal part in FIG. 21A. Thus, a recess may be formed only in a part of the metal part, and the resin 4 may be formed on the recess.

本発明は、種々の用途、形状を持った金属部品・樹脂一体成形品に適用可能であり、産業機器、自動車、航空機器、民生品、家電品など種々の用途に使用される電気的あるいは機械的な機構部品に適用可能である。例えば、金属製の導電端子を内装する樹脂製の電子回路保護ケース部材、部分的に金属による電磁シールド・放熱板などを有する樹脂製カバーなどがあげられる。  The present invention can be applied to metal parts and resin integrated molded products having various uses and shapes, and can be used for various applications such as industrial equipment, automobiles, aircraft equipment, consumer products, and household appliances. It is applicable to typical mechanical parts. For example, a resin-made electronic circuit protective case member having a metal conductive terminal therein, a resin-made cover partially having a metal electromagnetic shield, a heat radiating plate, and the like.

以上、上述したように、本発明によればヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能な金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品を提供することができることが示された。  As described above, according to the present invention, even when subjected to a heat shock, the bonding strength between the metal part and the resin is hardly deteriorated, and the metal part and the resin are bonded relatively easily by the anchor effect. It has been shown that it is possible to provide a metal part-resin joining method and a metal part-resin integral molding product.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。  In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…金属部品、2…凹部、3…多孔質めっき膜、4…樹脂、5…金属部品と樹脂の一体成形品、6…下地膜、7…オーバーハング部、8…微細孔。  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal component, 2 ... Recessed part, 3 ... Porous plating film, 4 ... Resin, 5 ... Integrated molding of metal component and resin, 6 ... Base film, 7 ... Overhang part, 8 ... Micropore.

Claims (11)

金属部品と樹脂とを一体化する金属部品と樹脂の接合方法であって、
前記金属部品の表面に凹部を形成し、
前記凹部を含む前記金属部品の表面に微細孔を有する多孔質めっき膜を形成し、
前記凹部および前記多孔質めっき膜の前記微細孔に前記樹脂を流し込み、前記金属部品と前記樹脂とを接合することを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
A metal part-resin joining method that integrates a metal part and resin,
Forming a recess in the surface of the metal part;
Forming a porous plating film having micropores on the surface of the metal part including the recess,
A method of joining a metal part and a resin, wherein the resin is poured into the recesses and the fine holes of the porous plating film, and the metal part and the resin are joined.
請求項1に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記凹部を含む前記金属部品の表面に下地膜を形成し、
前記下地膜が形成された前記金属部品の表面に前記多孔質めっき膜を形成することを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
In the joining method of the metal component and resin of Claim 1,
Forming a base film on the surface of the metal part including the recess,
A method for joining a metal part and a resin, comprising forming the porous plating film on a surface of the metal part on which the base film is formed.
請求項1または2に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記多孔質めっき膜は、前記多孔質めっき膜の底部に複数の前記微細孔を連通する連通孔を有することを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
In the joining method of the metal component and resin of Claim 1 or 2,
The method for joining a metal part and a resin, wherein the porous plating film has a communication hole that communicates a plurality of the fine holes at the bottom of the porous plating film.
請求項1ないし3のいずれか一項に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記凹部を、切削加工、塑性加工またはレーザ光照射によって形成することを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
In the metal part and resin joining method according to any one of claims 1 to 3,
A method of joining a metal part and a resin, wherein the recess is formed by cutting, plastic working or laser light irradiation.
請求項4に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記塑性加工がプレス加工であることを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
In the joining method of the metal component and resin of Claim 4,
The metal part and resin joining method, wherein the plastic working is press working.
請求項5に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記金属部品の表面に、前記凹部として、プレス加工により前記金属部品の表面に対する垂線に対して傾斜したプレス溝を形成し、
前記プレス加工を前記プレス溝のオーバーハング部を押し込むように行うことを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
In the joining method of the metal component and resin of Claim 5,
On the surface of the metal part, as the concave part, a press groove inclined with respect to a perpendicular to the surface of the metal part is formed by pressing,
A method of joining a metal part and a resin, wherein the press working is performed so as to push in an overhang portion of the press groove.
金属部品と樹脂の一体成形品であって、
前記金属部品の表面に形成された凹部と、前記凹部を含む前記金属部品の表面に形成された微細孔を有する多孔質めっき膜と、前記多孔質めっき膜の表面に形成された前記樹脂と、を有し、
前記樹脂が、前記凹部と、前記多孔質めっき膜の前記微細孔に充填されて接合されていることを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
An integrally molded product of metal parts and resin,
A recess formed on the surface of the metal part; a porous plating film having micropores formed on the surface of the metal part including the recess; and the resin formed on the surface of the porous plating film; Have
An integrally molded article of a metal part and a resin, wherein the resin is filled and joined to the concave portion and the micropores of the porous plating film.
請求項7に記載の金属部品と樹脂の一体成形品において、
前記樹脂が、前記凹部および前記微細孔によるアンカー効果によって前記金属部品に接合されていることを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
In the integrally molded product of the metal part and the resin according to claim 7,
An integrally molded product of a metal part and a resin, wherein the resin is bonded to the metal part by an anchor effect by the concave portion and the fine hole.
請求項7または8に記載の金属部品と樹脂の一体成形品において、
前記凹部が、断面が楔形状の溝であることを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
In the integrally molded product of the metal part and the resin according to claim 7 or 8,
A metal part and resin integral molded product, wherein the recess is a groove having a wedge-shaped cross section.
請求項7ないし9のいずれか一項に記載の金属部品と樹脂の一体成形品において、
さらに、前記金属部品と前記多孔質めっき膜との間に下地膜を有することを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
In the integrally molded product of the metal part and the resin according to any one of claims 7 to 9,
Furthermore, the metal part and the resin integrally molded product characterized by having a base film between the metal part and the porous plating film.
金属部品と樹脂とを一体化する金属部品と樹脂の接合方法であって、
前記金属部品の表面に微細孔を有する多孔質めっき膜を形成し、
前記樹脂として前記微細孔の孔径以下のフィラーを充填した樹脂を用い、該樹脂を前記多孔質めっき膜上に流し込み、前記金属部品と前記樹脂とを接合することを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
A metal part-resin joining method that integrates a metal part and resin,
Forming a porous plating film having micropores on the surface of the metal part;
A resin filled with a filler having a pore diameter equal to or smaller than the pore size is used as the resin, the resin is poured onto the porous plating film, and the metal component and the resin are joined. Joining method.
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