JP2020157489A - Method for manufacturing metal-resin composite structure and metal-resin composite structure - Google Patents

Method for manufacturing metal-resin composite structure and metal-resin composite structure Download PDF

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新太郎 光永
富田 嘉彦
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Abstract

To provide a method for manufacturing a metal-resin composite structure that makes it possible to confirm, in a convenient manner, whether an inorganic particle layer provided on a fine uneven shape surface formed on a metal member is uniform or not when manufacturing the metal-resin composite structure by joining the metal member to a resin member.SOLUTION: A method for manufacturing a metal-resin composite structure 106 comprises a roughening step of forming a roughened surface on a planned surface to be joined with at least a resin member 105 on a surface of a metal member 103, a base treatment step of bringing an inorganic particle dispersion liquid containing inorganic particles and a fluorescent substance into contact with the roughened surface to provide an inorganic particle layer 107, and an injection molding step for forming a resin member joined to the metal member by arranging the metal member after the base treatment step in a mold for injection molding and injecting a molten thermoplastic resin.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、金属樹脂複合構造体の製造方法および金属樹脂複合構造体に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal-resin composite structure and a metal-resin composite structure.

電気・自動車分野を中心に幅広い産業分野において、鉄系金属やアルミニウム系金属等の金属と樹脂とを一体化させる複合化技術の有用性が増している。
従来、このような金属と樹脂との接合には、接着剤を使用することが一般的であった。しかし、接着剤を使用する方法は生産工程数を増加させる。また、経時変化によって接着力が低下したり、高温下において接合強度が発現しなかったりすることもある。このため、特に自動車等の耐熱性が要求される分野への適用を難しくしていた。また、ねじ止め等の機械的な接合方法も従来から広く行われてきたが、軽量化の点で普及が限定されていた。
In a wide range of industrial fields, mainly in the fields of electricity and automobiles, the usefulness of composite technology that integrates metals such as iron-based metals and aluminum-based metals with resins is increasing.
Conventionally, it has been common to use an adhesive for joining such a metal and a resin. However, the method using an adhesive increases the number of production steps. In addition, the adhesive strength may decrease due to changes over time, or the bonding strength may not be developed at high temperatures. For this reason, it has been difficult to apply it to fields where heat resistance is required, such as automobiles. In addition, mechanical joining methods such as screwing have been widely used, but their widespread use has been limited in terms of weight reduction.

金属と樹脂を接合する新しい方法として、表面が粗化された金属部材に熱可塑性樹脂を射出成形する方法が知られている(例えば、特許文献1、2等)。 As a new method for joining a metal and a resin, a method of injection molding a thermoplastic resin on a metal member having a roughened surface is known (for example, Patent Documents 1, 2 and the like).

国際公開第2015/008847号International Publication No. 2015/008847 特開2018−164989号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-164989

一般的な射出成形では、まず、熱可塑性樹脂を金型キャビティに充填するのに充分な流動性を持つ状態になる温度まで加熱溶融し、その後、溶融樹脂を射出する。
この際、溶融樹脂の流動性は、金型キャビティへの充填の容易さを決めるだけではなく、溶融樹脂が十分に金属の表面粗化部分に浸入するかどうかを左右する重要な因子である。流動性を表す一つの指標として溶融樹脂の粘度が挙げられる。高溶融粘度タイプの熱可塑性樹脂、特に高強度および高耐熱特性の視点から有望な非晶性エンジニアリングプラスチック類を用いる場合は、溶融時の流動性に劣るため射出成形による金属樹脂接合の際には工夫が必要であった。
In general injection molding, first, the thermoplastic resin is heated and melted to a temperature at which it has sufficient fluidity to fill the mold cavity, and then the molten resin is injected.
At this time, the fluidity of the molten resin is an important factor that not only determines the ease of filling the mold cavity, but also determines whether or not the molten resin sufficiently penetrates into the surface-roughened portion of the metal. The viscosity of the molten resin can be mentioned as one index showing the fluidity. When using a high melt viscosity type thermoplastic resin, especially amorphous engineering plastics that are promising from the viewpoint of high strength and high heat resistance, the fluidity at the time of melting is inferior, so when joining metal resin by injection molding, Ingenuity was needed.

従来、溶融樹脂の流動性を高めるため、樹脂温度や金型温度を高めることが効果的であるとされてきた。しかし、高い樹脂温度や高い金型温度はエネルギー的に不利である。また、熱による樹脂分解を併発し、樹脂本来の物性を損なう場合もあった。 Conventionally, it has been considered effective to raise the resin temperature and the mold temperature in order to increase the fluidity of the molten resin. However, high resin temperature and high mold temperature are energetically disadvantageous. In addition, the resin may be decomposed by heat, which may impair the original physical properties of the resin.

これら問題点を克服するために様々な方法が提案されている。その一つが、金型温度の変更を射出成形の1サイクルの中で複数回行うことを特徴としたヒート&クール成形法である。この方法では、樹脂の射出時の金型温度を、樹脂のガラス転移温度以上に維持することをポイントとしている。しかし、この方法では、金型に熱媒と冷媒を交互に流して金型表面の加熱・冷却を繰り返す機能が備えられた特殊なシステムが必要であった。 Various methods have been proposed to overcome these problems. One of them is a heat and cool molding method characterized in that the mold temperature is changed a plurality of times in one cycle of injection molding. The point of this method is to maintain the mold temperature at the time of resin injection above the glass transition temperature of the resin. However, this method requires a special system equipped with a function of alternately flowing a heat medium and a refrigerant through the mold to repeatedly heat and cool the surface of the mold.

本発明者らは、金属樹脂複合構造体における金属部材と樹脂部材との間の接合強度をこれまで以上に高める方法、あるいは溶融粘度が高くて溶融時の流動性に乏しい熱可塑性樹脂を用いた場合であっても高い接合強度を安定的に発現する複合構造体の製造方法として、特許文献2に記載の方法を見出している。
特許文献2に記載の方法は、金属部材に形成された微細凹凸形状面上に、例えば無機物粒子分散液を用いて無機物粒子層を設け、その後に樹脂を射出して、金属部材と樹脂部材とを接合する方法である。
The present inventors used a method of increasing the joint strength between the metal member and the resin member in the metal-resin composite structure more than ever, or a thermoplastic resin having a high melt viscosity and poor fluidity at the time of melting. A method described in Patent Document 2 has been found as a method for producing a composite structure that stably exhibits high bonding strength even in some cases.
In the method described in Patent Document 2, an inorganic particle layer is provided on a fine concavo-convex shaped surface formed on a metal member, for example, using an inorganic particle dispersion liquid, and then a resin is injected to form the metal member and the resin member. Is a method of joining.

しかし、この方法では、通常無色ないし白色の金属部材上に、同様に無色ないし白色の無機物粒子分散液により、十分に均一な無機物粒子層が形成されているか(層形成されていない部分が無いか等)を確認するために、特殊な検出方法が必要であった。
例えば、無機物粒子層が形成された金属表面または断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定して反射電子像を得たり、エネルギー分散型X線分析(EDS)により組成を確認したり、といったことが必要であった。このような検出法を行うには時間と手間が必要であり、実生産ラインの品質管理や出荷検査に採用することは困難であった。
However, in this method, is a sufficiently uniform inorganic particle layer formed on the normally colorless to white metal member by the similarly colorless to white inorganic particle dispersion (whether there is a portion not formed). Etc.), a special detection method was required to confirm.
For example, the metal surface or cross section on which the inorganic particle layer is formed may be measured with a scanning electron microscope (SEM) to obtain a reflected electron image, or the composition may be confirmed by energy dispersive X-ray analysis (EDS). Was necessary. It takes time and effort to perform such a detection method, and it is difficult to adopt it for quality control and shipping inspection of an actual production line.

本発明者らは、金属部材上に十分に均一な無機物粒子層が形成されているかどうかを、SEMやEDSに頼らずに簡便に検知する方法について鋭意検討した。その結果、無機物粒子分散液の中に蛍光物質を含ませる方法が有効であることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下に示される金属樹脂複合構造体の製造方法および金属樹脂複合構造体が提供される。
The present inventors have diligently studied a method for easily detecting whether or not a sufficiently uniform inorganic particle layer is formed on a metal member without relying on SEM or EDS. As a result, they have found that the method of including a fluorescent substance in the inorganic particle dispersion is effective, and have completed the present invention.
According to the present invention, a method for producing a metal resin composite structure and a metal resin composite structure shown below are provided.

1.
樹脂部材と、前記樹脂部材と接合する金属部材とを備えた金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記金属部材表面の、少なくとも前記樹脂部材との接合予定面に、粗化面を形成する粗化工程と、
前記粗化面上に、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子分散液を接触させて無機物粒子層を設ける下地処理工程と、
前記下地処理工程後の金属部材を、射出成型用金型内に配置し、溶融状態の熱可塑性樹脂を射出することによって、前記金属部材と接合された樹脂部材を形成する射出成形工程と
を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
2.
1.に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記粗化面には微細凹凸構造が形成されており、その凹部と凸部の高低差の平均値は10nm〜200μmである金属樹脂複合構造体の製造方法。
3.
1.または2.に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂は非晶性熱可塑性樹脂を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
4.
1.〜3.のいずれか1つに記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記金属部材は、鉄系金属、アルミニウム系金属、マグネシウム系金属、銅系金属およびチタン系金属からなる群より選ばれる一種または二種以上の金属を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
5.
1.〜4.のいずれか1つに記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記無機物粒子分散液中の、前記無機物粒子の質量/前記蛍光物質の質量の値が、1〜1000の範囲にある金属樹脂複合構造体の製造方法。
6.
樹脂部材と、前記樹脂部材と接合する金属部材とを備えた金属樹脂複合構造体であって、
前記金属部材の、少なくとも前記樹脂部材と接合している面は、粗化面であり、
前記金属部材と前記樹脂部材との間に、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子層が設けられている金属樹脂複合構造体。
1. 1.
A method for manufacturing a metal-resin composite structure including a resin member and a metal member to be joined to the resin member.
A roughening step of forming a roughened surface on the surface of the metal member at least on a surface to be joined with the resin member.
A base treatment step of contacting an inorganic particle dispersion liquid containing an inorganic particle and a fluorescent substance on the roughened surface to provide an inorganic particle layer.
Includes an injection molding step of arranging the metal member after the base treatment step in an injection molding die and injecting a molten thermoplastic resin to form a resin member joined to the metal member. A method for manufacturing a metal-resin composite structure.
2. 2.
1. 1. The method for manufacturing a metal resin composite structure according to the above.
A method for producing a metal resin composite structure, wherein a fine concavo-convex structure is formed on the roughened surface, and the average value of the height difference between the concave portion and the convex portion is 10 nm to 200 μm.
3. 3.
1. 1. Or 2. The method for manufacturing a metal resin composite structure according to the above.
The thermoplastic resin is a method for producing a metal resin composite structure containing an amorphous thermoplastic resin.
4.
1. 1. ~ 3. The method for producing a metal-resin composite structure according to any one of the above.
The metal member is a method for producing a metal-resin composite structure containing one or more kinds of metals selected from the group consisting of iron-based metals, aluminum-based metals, magnesium-based metals, copper-based metals and titanium-based metals.
5.
1. 1. ~ 4. The method for producing a metal-resin composite structure according to any one of the above.
A method for producing a metal resin composite structure in which the value of the mass of the inorganic particles / the mass of the fluorescent substance in the inorganic particle dispersion is in the range of 1 to 1000.
6.
A metal-resin composite structure including a resin member and a metal member to be joined to the resin member.
At least the surface of the metal member that is joined to the resin member is a roughened surface.
A metal-resin composite structure in which an inorganic particle layer containing inorganic particles and a fluorescent substance is provided between the metal member and the resin member.

本発明によれば、金属部材と樹脂部材との間に無機物粒子層を設けるにあたって、その層を設けるための分散液に蛍光物質を含有させることにより、無機物粒子層の均一性やムラなどの可視化を可能とする。
すなわち、本発明では、無機物粒子層を設けるための分散液に、ブラックライト等により蛍光発色して可視化できる蛍光成分を配合する。そして、その分散液を用いて無機物粒子層を設けた後に紫外線を照射すると、無機物粒子層が設けられた部分が明瞭に蛍光発色し、無機物粒子層の均一性やムラの可視化が可能となる。
According to the present invention, when the inorganic particle layer is provided between the metal member and the resin member, the uniformity and unevenness of the inorganic particle layer are visualized by containing a fluorescent substance in the dispersion liquid for providing the layer. Is possible.
That is, in the present invention, a fluorescent component that can be visualized by fluorescent coloring with a black light or the like is added to the dispersion liquid for providing the inorganic particle layer. Then, when the inorganic particle layer is provided with the dispersion liquid and then irradiated with ultraviolet rays, the portion where the inorganic particle layer is provided is clearly fluorescently colored, and the uniformity and unevenness of the inorganic particle layer can be visualized.

本発明に係る実施形態の金属樹脂複合構造体の構造の一例を示した外観図である。It is an external view which showed an example of the structure of the metal resin composite structure of the embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態の金属樹脂複合構造体の接合部の構造の一例を概念的に示した断面図である。It is sectional drawing which conceptually showed an example of the structure of the joint part of the metal resin composite structure of embodiment which concerns on this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する
すべての図面は概略図であり、図面中の寸法比率と実際の寸法比率とは必ずしも一致しない。
明細書中、数値範囲の説明における「a〜b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下のことを表す。例えば、「1〜5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」を意味する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In all drawings, similar components are designated by a common reference numeral, and description thereof will be omitted as appropriate. All drawings are schematic views, and the dimensional ratios in the drawings do not always match the actual dimensional ratios.
In the specification, the notation of "a to b" in the description of the numerical range indicates a or more and b or less unless otherwise specified. For example, "1 to 5% by mass" means "1% by mass or more and 5% by mass or less".

<金属樹脂複合構造体の製造方法、金属樹脂複合構造体>
図1は、本実施形態に係る金属樹脂複合構造体106の構造の一例を示す外観図である。図2は、本実施形態に係る実施形態の金属樹脂複合構造体106の接合部の構造の一例を概念的に示した断面図である。
<Manufacturing method of metal resin composite structure, metal resin composite structure>
FIG. 1 is an external view showing an example of the structure of the metal resin composite structure 106 according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view conceptually showing an example of the structure of the joint portion of the metal resin composite structure 106 of the embodiment according to the present embodiment.

図1および図2に示されるように、金属樹脂複合構造体106は、金属部材103と、金属部材103に接合し、かつ、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物(P)により構成された樹脂部材105と、金属部材103と樹脂部材105との間に設けられ、かつ、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子層107と、を備える。
金属部材103は、通常、少なくとも樹脂部材105との接合面に、微細凹凸形状104を有する。別の言い方として、金属部材103の表面の、樹脂部材105との接合面は、粗化面となっている。
無機物粒子層107は、金属部材103の微細凹凸形状104(粗化面)の一部または全部を覆うように形成されており、金属部材103と樹脂部材105とは無機物粒子層107を介して接合している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the metal-resin composite structure 106 is a resin member bonded to the metal member 103 and the resin composition (P) which is joined to the metal member 103 and contains a thermoplastic resin. An inorganic particle layer 107 provided between the metal member 103 and the resin member 105 and containing the inorganic particles and the fluorescent substance is provided.
The metal member 103 usually has a fine concavo-convex shape 104 at least on the joint surface with the resin member 105. In other words, the joint surface of the surface of the metal member 103 with the resin member 105 is a roughened surface.
The inorganic particle layer 107 is formed so as to cover a part or all of the fine uneven shape 104 (roughened surface) of the metal member 103, and the metal member 103 and the resin member 105 are joined via the inorganic particle layer 107. are doing.

無機物粒子層107は、微細凹凸形状104に追随する形で微細凹凸形状104の形成領域の上に形成されている。したがって、無機物粒子層107の表面の三次元形状は、微細凹凸形状104の三次元形状にほぼ一致していることが予想される。 The inorganic particle layer 107 is formed on the formation region of the fine concavo-convex shape 104 so as to follow the fine concavo-convex shape 104. Therefore, it is expected that the three-dimensional shape of the surface of the inorganic particle layer 107 substantially matches the three-dimensional shape of the fine uneven shape 104.

無機物粒子層107の存在は、通常、金属−樹脂接合部断面の元素マッピング分析法、例えばイオンミリング法による接合部断面の切り出し、走査型電子顕微鏡(SEM)による反射電子像の獲得およびエネルギー分散型X線分析(EDS)を行うことによって確認することができる。
しかし、本実施形態のように、蛍光物質を用いることで、より簡便に無機物粒子層107の存在やその分布状況を検査・確認できる。例えば、無機物粒子分散液を金属部材103に接触させて無機物粒子層107を形成した後に、紫外線を照射することで、無機物粒子層107の存在やその分布状況を検査・確認できる。
検査・確認は目視により行われてもよいし、蛍光を認識するセンサーとセンサーに接続された画像処理装置等を含む検査装置により自動的に行われてもよい。
紫外線の光源としては、主波長200〜400nm長波長の紫外線を放射することのできる光源を用いることができる。光源は、例えば紫外線発光ダイオード(紫外線LED)であってもよく、蛍光管や白熱電球を用いたブラックライトなどであってもよい。蛍光物質が発色する限り、任意の光源を利用可能である。
The presence of the inorganic particle layer 107 is usually due to element mapping analysis of metal-resin junction cross-sections, such as excision of the junction cross-section by ion milling, acquisition of reflected electron images by scanning electron microscope (SEM), and energy dispersive type. It can be confirmed by performing X-ray analysis (EDS).
However, by using a fluorescent substance as in the present embodiment, the existence of the inorganic particle layer 107 and its distribution can be inspected and confirmed more easily. For example, the presence of the inorganic particle layer 107 and its distribution can be inspected and confirmed by irradiating the inorganic particle layer 107 with ultraviolet rays after contacting the inorganic particle dispersion with the metal member 103 to form the inorganic particle layer 107.
The inspection / confirmation may be performed visually, or may be automatically performed by an inspection device including a sensor that recognizes fluorescence and an image processing device connected to the sensor.
As the light source of ultraviolet rays, a light source capable of emitting ultraviolet rays having a main wavelength of 200 to 400 nm and a long wavelength can be used. The light source may be, for example, an ultraviolet light emitting diode (ultraviolet LED), or a black light using a fluorescent tube or an incandescent light bulb. Any light source can be used as long as the fluorescent material develops color.

無機物粒子等を含む分散液に蛍光物質を配合した場合、例えば、蛍光物質分子が有する極性基と無機物粒子表面の極性基(例えばシラノール基等)との相互作用により、蛍光物質分子は無機物粒子の周辺に配位すると推測される。これにより、無機物粒子が存在する場所には蛍光物質分子が同時に存在することになる。そして、蛍光発光により蛍光物質の分散状態を確認することで、無機物粒子の分散状態も同時に確認することが可能となると言える。
さらに、後述する実施例と比較例の対比などから、本発明者らは、蛍光物質(例えば、極性基を有する蛍光物質)は、分散液中の無機物微粒子の分散性を向上させる機能を併せ持つ場合があると考えている。つまり、蛍光物質を用いることで、金属部材上への無機物微粒子の均一塗布性を向上させることができるとも考えられる。
When a fluorescent substance is blended in a dispersion containing inorganic particles, for example, the fluorescent substance molecule becomes an inorganic particle due to the interaction between the polar group of the fluorescent substance molecule and the polar group on the surface of the inorganic particle (for example, silanol group). It is presumed to be coordinated to the surrounding area. As a result, the fluorescent substance molecule is simultaneously present in the place where the inorganic particle is present. Then, by confirming the dispersed state of the fluorescent substance by fluorescence emission, it can be said that the dispersed state of the inorganic particles can be confirmed at the same time.
Further, from the comparison between Examples and Comparative Examples described later, the present inventors consider a case where the fluorescent substance (for example, a fluorescent substance having a polar group) also has a function of improving the dispersibility of the inorganic fine particles in the dispersion liquid. I think there is. That is, it is also considered that the uniform coating property of the inorganic fine particles on the metal member can be improved by using the fluorescent substance.

金属樹脂複合構造体106は、以下(1)〜(3)を含む工程により製造される。
(1)金属部材表面の、少なくとも樹脂部材との接合予定面に、粗化面を形成する粗化工程
(2)上記粗化面上に、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子分散液を接触させて無機物粒子層を設ける下地処理工程
(3)上記下地処理工程後の金属部材を、射出成型用金型内に配置し、溶融状態の熱可塑性樹脂を射出することによって、前記金属部材と接合された樹脂部材を形成する射出成形工程
The metal resin composite structure 106 is manufactured by a step including the following (1) to (3).
(1) Roughing step of forming a roughened surface on at least the surface to be joined with the resin member on the surface of the metal member (2) An inorganic particle dispersion liquid containing inorganic particles and a fluorescent substance is placed on the roughened surface. Base treatment step of providing an inorganic particle layer in contact with the metal member (3) The metal member after the base treatment step is placed in an injection molding die, and a molten thermoplastic resin is injected to and the metal member. Injection molding process to form joined resin members

好ましくは、粗化面には微細凹凸構造が形成されている。この構造の凹部と凸部の高低差の平均値は10nm〜200μmである。
射出される熱可塑性樹脂は、好ましくは非晶性熱可塑性樹脂を含む。より好ましくは、熱可塑性樹脂は全体として非晶性である。
無機物粒子分散液中の、無機物粒子と蛍光物質の質量比(固形分換算での無機物粒子/固形分換算での蛍光物質)は、好ましくは1〜1000、より好ましくは10〜500、さらに好ましくは20〜300の範囲にある。この質量比は、ほぼ、無機物粒子層107中の無機物粒子と蛍光物質の質量比に対応することとなる。
Preferably, a fine uneven structure is formed on the roughened surface. The average value of the height difference between the concave portion and the convex portion of this structure is 10 nm to 200 μm.
The thermoplastic resin to be injected preferably contains an amorphous thermoplastic resin. More preferably, the thermoplastic resin is amorphous as a whole.
The mass ratio of the inorganic particles to the fluorescent substance (inorganic particles in terms of solid content / fluorescent substance in terms of solid content) in the inorganic particle dispersion is preferably 1 to 1000, more preferably 10 to 500, still more preferably. It is in the range of 20 to 300. This mass ratio substantially corresponds to the mass ratio of the inorganic particles and the fluorescent substance in the inorganic particle layer 107.

金属樹脂複合構造体106は、通常、樹脂部材105を構成する樹脂組成物(P)が、金属部材103の表面110に形成された微細凹凸形状104に侵入して金属と樹脂が接合し、金属−樹脂界面を形成することにより得られる。
微細凹凸形状104の中に樹脂組成物(P)が侵入することによって、金属部材103と樹脂部材105との間に物理的な抵抗力(アンカー効果)が効果的に発現する。そして、通常では接合が困難な金属と樹脂が強固に接合されると考えられる。
In the metal-resin composite structure 106, the resin composition (P) constituting the resin member 105 usually invades the fine uneven shape 104 formed on the surface 110 of the metal member 103, and the metal and the resin are bonded to each other to form a metal. -Obtained by forming a resin interface.
When the resin composition (P) penetrates into the fine uneven shape 104, a physical resistance force (anchor effect) is effectively exhibited between the metal member 103 and the resin member 105. Then, it is considered that the metal and the resin, which are normally difficult to join, are firmly bonded.

金属樹脂複合構造体106においては、金属部材103と樹脂部材105の界面への水分や湿気の浸入が抑制される。つまり、金属樹脂複合構造体106の接合面における気密性や水密性の向上が図られている。 In the metal-resin composite structure 106, the infiltration of moisture and moisture into the interface between the metal member 103 and the resin member 105 is suppressed. That is, the airtightness and watertightness of the joint surface of the metal resin composite structure 106 are improved.

以下、金属樹脂複合構造体106を構成する各部材について説明する。 Hereinafter, each member constituting the metal resin composite structure 106 will be described.

[樹脂部材]
樹脂部材105は、熱可塑性樹脂(A)を含む樹脂組成物(P)により構成される。樹脂組成物(P)は、樹脂成分として熱可塑性樹脂(A)と、必要に応じて充填材(B)と、含む。さらに、樹脂組成物(P)は必要に応じてその他の配合剤を含んでもよい。
以下、便宜上、樹脂部材105が熱可塑性樹脂(A)のみからなる場合であっても、樹脂部材105は熱可塑性樹脂組成物(P)により構成されると記載する。
[Resin member]
The resin member 105 is composed of a resin composition (P) containing a thermoplastic resin (A). The resin composition (P) contains a thermoplastic resin (A) as a resin component and, if necessary, a filler (B). Further, the resin composition (P) may contain other compounding agents, if necessary.
Hereinafter, for convenience, even when the resin member 105 is composed of only the thermoplastic resin (A), it is described that the resin member 105 is composed of the thermoplastic resin composition (P).

(熱可塑性樹脂(A))
熱可塑性樹脂(A)は特に限定されない。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂等のポリメタクリル系樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂等のポリアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール−ポリ塩化ビニル共重合体樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、無水マレイン酸−スチレン共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等の芳香族ポリエーテルケトン、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、スチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、アイオノマー、アミノポリアクリルアミド樹脂、イソブチレン無水マレイン酸コポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ACS、AES、AS、ASA、MBS、エチレン−塩化ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルグラフトポリマー、エチレン−ビニルアルコールコポリマー、塩素化ポリ塩化ビニル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、塩素化ポリプロピレン樹脂、カルボキシビニルポリマー、ケトン樹脂、非晶性コポリエステル樹脂、ノルボルネン樹脂、フッ素プラスチック、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ素化エチレンポリプロピレン樹脂、PFA、ポリクロロフルオロエチレン樹脂、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリパラメチルスチレン樹脂、ポリアリルアミン樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(m−PPE)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、オリゴエステルアクリレート、キシレン樹脂、マレイン酸樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリグルタミン酸樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体樹脂等が挙げられる。
(Thermoplastic resin (A))
The thermoplastic resin (A) is not particularly limited. For example, polyolefin resin, polymethacrylic resin such as polymethylmethacrylate resin, polyacrylic resin such as methylpolyacrylate resin, polystyrene resin, polyvinyl alcohol-polyvinyl chloride copolymer resin, polyvinyl acetal resin, polyvinyl butyral. Aromatic polyether ketones such as resins, polyvinyl formal resins, polymethylpentene resins, maleic anhydride-styrene copolymer resins, polycarbonate resins, polyether ether ketone resins, polyether ketone resins, polyester resins, polyamide resins, Polyamideimide resin, polyimide resin, polyetherimide resin, styrene-based elastomer, polyolefin-based elastomer, polyurethane-based elastomer, polyester-based elastomer, polyamide-based elastomer, ionomer, aminopolyacrylamide resin, isobutylene anhydride copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene Resin (ABS), ACS, AES, AS, ASA, MBS, ethylene-vinyl chloride copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl acetate-vinyl chloride graft polymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, chlorinated polyvinyl chloride resin, Chlorinated polyethylene resin, chlorinated polypropylene resin, carboxyvinyl polymer, ketone resin, amorphous copolyester resin, norbornene resin, fluoroplastic, polytetrafluoroethylene resin, fluorinated ethylene polypropylene resin, PFA, polychlorofluoroethylene resin, Ethylene tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride resin, vinyl fluoride resin, polyarylate resin, thermoplastic polyimide resin, vinylidene chloride resin, polyvinyl chloride resin, vinyl acetate resin, polysulfone resin, polyparamethylstyrene resin, poly Allylamine resin, polyvinyl ether resin, polyphenylene ether resin (PPE), modified polyphenylene ether resin (m-PPE), polyphenylene sulfide (PPS) resin, polymethylpentene resin, oligoester acrylate, xylene resin, maleic acid resin, polyhydroxybuty Examples thereof include rate resin, polysulfone resin, polylactic acid resin, polyglutamic acid resin, polycaprolactone resin, polyethersulfone resin, polyacrylonitrile resin, styrene-acrylonitrile copolymer resin and the like. ..

熱可塑性樹脂(A)は、非晶性熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
例えば、非晶性熱可塑性樹脂(A1)と、非晶性熱可塑性樹脂(A1)とは異なる種類の非晶性熱可塑性樹脂(A2)とのブレンド(アロイ);非晶性熱可塑性樹脂(A1)と結晶性熱可塑性樹脂(A3)とのブレンド(アロイ);等を用いる場合において、本実施形態に係る効果をより効果的に得ることができる。
ここで、非晶性熱可塑性樹脂(A1またはA2)とは、結晶状態をとりえないか、あるいは結晶化しても結晶化度が極めて低い熱可塑性樹脂を指す。非晶性熱可塑性樹脂は、さらに詳しくは、アモルファスポリマーとも呼ばれ、原子または分子が三次元的に規則正しい空間格子をとらずに、それらが不規則に集合した固体状態(無定形)のものである。
非晶性熱可塑性樹脂の無定形状態にはガラス状態とゴム状態があり、ガラス転移点(Tg)以下では硬いガラス状を示すが、Tg以上では軟らかいゴム状を示す特徴を持つ。上述の熱可塑性樹脂群の中では、例えば、ポリスチレン、ABS、ポリカーボネート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド等が非晶性熱可塑性樹脂に該当する。非晶性熱可塑性樹脂は、高強度および高耐熱性を示すことから多くの産業分野で注目されている樹脂である。しかし、金属表面に微細凹凸形状を形成させ樹脂を金属に物理的にアンカー効果で接合するような金属樹脂一体化接合においては、高い溶融粘度と低流動性のため、樹脂を微細凹凸形状に十分に侵入させることが困難であり、ヒート&クール成形等の特殊な成形法に頼らざるを得なかった。
The thermoplastic resin (A) preferably contains an amorphous thermoplastic resin.
For example, a blend (alloy) of an amorphous thermoplastic resin (A1) and an amorphous thermoplastic resin (A2) different from the amorphous thermoplastic resin (A1); an amorphous thermoplastic resin (alloy). When a blend (alloy) of A1) and a crystalline thermoplastic resin (A3) is used, the effect according to the present embodiment can be obtained more effectively.
Here, the amorphous thermoplastic resin (A1 or A2) refers to a thermoplastic resin that cannot take a crystalline state or has an extremely low crystallinity even if it is crystallized. Amorphous thermoplastic resins, more specifically called amorphous polymers, are solid states (amorphous) in which atoms or molecules are irregularly assembled without forming a three-dimensionally regular spatial lattice. is there.
The amorphous state of the amorphous thermoplastic resin includes a glass state and a rubber state. Below the glass transition point (Tg), it shows a hard glass-like state, but above Tg, it shows a soft rubber-like state. Among the above-mentioned thermoplastic resin groups, for example, polystyrene, ABS, polycarbonate resin, modified polyphenylene ether, polyether sulfone, polyetherimide and the like correspond to amorphous thermoplastic resins. Amorphous thermoplastic resin is a resin attracting attention in many industrial fields because it exhibits high strength and high heat resistance. However, in metal-resin integrated bonding in which a fine uneven shape is formed on the metal surface and the resin is physically bonded to the metal by an anchor effect, the resin is sufficiently formed into the fine uneven shape due to its high melt viscosity and low fluidity. It was difficult to invade the resin, and we had to rely on special molding methods such as heat and cool molding.

本実施形態によれば、ヒート&クール成形法等の特殊な成形法を用いなくても、高溶融粘度型の樹脂または樹脂組成物を用いて、十分な接合強度を有する金属樹脂複合構造体106を得ることができる。また、ヒート&クール成形等の特殊な射出成形法を組み合わせれば、接合強度をさらに飛躍的に向上させることができると考えられる。 According to the present embodiment, a metal resin composite structure 106 having sufficient bonding strength is used by using a high melt viscosity type resin or resin composition without using a special molding method such as a heat & cool molding method. Can be obtained. Further, it is considered that the bonding strength can be further dramatically improved by combining a special injection molding method such as heat & cool molding.

樹脂組成物(P)の構成成分としては、非晶性熱可塑性樹脂を単独で、または2種以上組み合わせて用いることができる。また、非晶性熱可塑性樹脂と結晶性熱可塑性樹脂を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物(P)が非晶性熱可塑性樹脂を含む場合、その量は、樹脂組成物(P)全体に対して10質量%以上、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上である。樹脂組成物(P)中の樹脂成分全てを非晶性熱可塑性樹脂としてもよい。
非晶性熱可塑性樹脂の中では、寸法安定性に優れ、成形収縮が相対的に小さく、吸水率が小さな変性ポリフェニレンエーテル(以下、m−PPEと略記する場合がある)、または、m−PPEを含有する樹脂組成物が好ましい。
As the constituent component of the resin composition (P), the amorphous thermoplastic resin can be used alone or in combination of two or more. Further, the amorphous thermoplastic resin and the crystalline thermoplastic resin may be used in combination.
When the resin composition (P) contains an amorphous thermoplastic resin, the amount thereof is 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, more preferably 30% by mass or more, based on the entire resin composition (P). Is. All the resin components in the resin composition (P) may be an amorphous thermoplastic resin.
Among amorphous thermoplastic resins, modified polyphenylene ether (hereinafter, may be abbreviated as m-PPE) or m-PPE, which has excellent dimensional stability, relatively small molding shrinkage, and low water absorption. A resin composition containing the above is preferable.

m−PPEは、ポリフェニレンエーテル100質量部に対して、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンおよびゴム補強したシンジオタクチックポリスチレンから選択される少なくとも一種を500質量部以下の範囲、好ましくは200重量部以下の範囲で加えたものであることが好ましい。ポリフェニレンエーテルとしては、汎用性と入手容易性等の視点から、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)、2,6−ジメチルフェノールと2,3,6−トリメチルフェノールとの共重合体等が好ましく用いられる。 m-PPE is at least one selected from polystyrene, high-impact polystyrene, syndiotactic polystyrene and rubber-reinforced syndiotactic polystyrene with respect to 100 parts by mass of polyphenylene ether in a range of 500 parts by mass or less, preferably 200 parts by mass. It is preferable that the amount is added in the range of parts or less. As the polyphenylene ether, from the viewpoint of versatility and availability, poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether), 2,6-dimethylphenol and 2,3,6-trimethylphenol are copolymerized. A polymer or the like is preferably used.

(充填材(B))
樹脂組成物(P)は、金属部材103と樹脂部材105との線膨張係数差の調整や、樹脂部材105の機械的強度の向上などのため、充填材(B)をさらに含んでもよい。
充填材(B)としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、炭素粒子、粘土、タルク、無機物、ミネラル、セルロース繊維からなる群から一種または二種以上を挙げることができる。これらのうち、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、タルク、ミネラルから選択される一種または二種以上である。
(Filler (B))
The resin composition (P) may further contain a filler (B) in order to adjust the difference in linear expansion coefficient between the metal member 103 and the resin member 105, improve the mechanical strength of the resin member 105, and the like.
Examples of the filler (B) include one or more types from the group consisting of glass fibers, carbon fibers, carbon particles, clay, talc, inorganic substances, minerals, and cellulose fibers. Of these, one or more selected from glass fiber, carbon fiber, talc, and minerals are preferable.

充填材(B)の形状は特に限定されない。形状は、繊維状、粒子状、板状等、どのような形状であってもよい。
充填材(B)は、最大長さが10nm〜600μmの範囲にある充填材を、数分率で5〜100%有することが好ましい。最大長さは、より好ましくは30nm〜550μm、さらに好ましくは50nm〜500μmである。また、最大長さの範囲にある充填材(B)の数分率は、好ましくは10〜100%、より好ましくは20〜100%である。
充填材(B)の最大長さが上記範囲にあることで、樹脂組成物(P)の成形時に溶融した熱可塑性樹脂(A)中を充填材(B)が比較的容易に動くことができる。よって、金属樹脂複合構造体106の製造時に、金属部材103の表面付近にも一定程度の割合で充填材(B)を存在させることが可能となる。そして、充填材(B)と相互作用する樹脂が金属部材103表面の微細凹凸形状104形成領域上の無機物粒子層107に入り込むことで、より強固な接合強度を持つことが可能となる。
The shape of the filler (B) is not particularly limited. The shape may be any shape such as a fibrous shape, a particle shape, and a plate shape.
The filler (B) preferably has a filler having a maximum length in the range of 10 nm to 600 μm in a fraction of 5 to 100%. The maximum length is more preferably 30 nm to 550 μm, still more preferably 50 nm to 500 μm. The fraction of the filler (B) in the maximum length range is preferably 10 to 100%, more preferably 20 to 100%.
When the maximum length of the filler (B) is within the above range, the filler (B) can move relatively easily in the thermoplastic resin (A) melted during molding of the resin composition (P). .. Therefore, when the metal resin composite structure 106 is manufactured, the filler (B) can be present in the vicinity of the surface of the metal member 103 at a certain ratio. Then, the resin that interacts with the filler (B) enters the inorganic particle layer 107 on the region where the fine uneven shape 104 is formed on the surface of the metal member 103, so that a stronger bonding strength can be obtained.

樹脂組成物(P)が充填材(B)を含む場合、その含有量は、熱可塑性樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは1〜100質量部、より好ましくは5〜90質量部、さらに好ましくは10〜80質量部である。 When the resin composition (P) contains the filler (B), the content thereof is preferably 1 to 100 parts by mass, more preferably 5 to 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin (A). , More preferably 10 to 80 parts by mass.

(その他の配合剤)
樹脂組成物(P)は、その他の配合剤を含んでもよい。例えば、熱安定剤、酸化防止剤、顔料、耐候剤、難燃剤、可塑剤、分散剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤等が挙げられる。
樹脂組成物(P)がその他の配合剤を含む場合、その含有量は、熱可塑性樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.0001〜5質量部、より好ましくは0.001〜3質量部である。
(Other compounding agents)
The resin composition (P) may contain other compounding agents. Examples thereof include heat stabilizers, antioxidants, pigments, weather resistant agents, flame retardants, plasticizers, dispersants, lubricants, mold release agents, antistatic agents and the like.
When the resin composition (P) contains other compounding agents, the content thereof is preferably 0.0001 to 5 parts by mass, more preferably 0.001 to 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin (A). It is 3 parts by mass.

樹脂部材105は、樹脂組成物(P)を射出成形することで得られる。下地処理工程後の金属部材103を射出成型用金型内に配置し、その金型内に溶融状態の樹脂組成物(P)を射出することで、金属樹脂複合構造体106を得ることができる。
具体的には、まず、射出成形用の金型を用意し、金型を開いて、内部に下地処理工程後の金属部材103を設置する。その後、金型を閉じ、樹脂組成物(P)の少なくとも一部が金属部材103の表面110に形成された無機物粒子層107と接するように、金型内に樹脂組成物(P)を射出する。冷却後、金型を開き離型することにより、金属樹脂複合構造体106を得ることができる。
The resin member 105 is obtained by injection molding the resin composition (P). The metal resin composite structure 106 can be obtained by arranging the metal member 103 after the base treatment step in the injection molding die and injecting the molten resin composition (P) into the die. ..
Specifically, first, a mold for injection molding is prepared, the mold is opened, and the metal member 103 after the base treatment step is installed inside. After that, the mold is closed, and the resin composition (P) is injected into the mold so that at least a part of the resin composition (P) is in contact with the inorganic particle layer 107 formed on the surface 110 of the metal member 103. .. After cooling, the metal resin composite structure 106 can be obtained by opening the mold and releasing the mold.

射出成形工程においては、公知の射出発泡成形や、金型の温度制御を射出成形の一サイクルの中で行い加熱冷却する公知のヒート&クール成形を行ってもよい。ヒート&クール成形の条件としては、射出成形金型を80〜300℃の温度に加熱し、樹脂組成物(P)の射出が完了した後、射出成形金型を冷却することが望ましい。金型を加熱する温度は、樹脂組成物(P)を構成する熱可塑性樹脂(A)の種類により適宜設定すればよい。結晶性樹脂で融点が200℃未満の熱可塑性樹脂であれば80〜200℃が好ましく、結晶性樹脂で融点が200℃以上の熱可塑性樹脂であれば120〜300℃が好ましい。非晶性樹脂を含有する樹脂組成物においては、樹脂のTg(ガラス転移温度)以上の温度で射出完了させた後、20〜180℃に金型を冷却することが好ましい。 In the injection molding step, known injection foam molding or known heat & cool molding in which the temperature of the mold is controlled in one cycle of injection molding to heat and cool may be performed. As the conditions for heat and cool molding, it is desirable to heat the injection molding die to a temperature of 80 to 300 ° C. and cool the injection molding die after the injection of the resin composition (P) is completed. The temperature for heating the mold may be appropriately set depending on the type of the thermoplastic resin (A) constituting the resin composition (P). A crystalline resin having a melting point of less than 200 ° C. is preferably 80 to 200 ° C., and a crystalline resin having a melting point of 200 ° C. or higher is preferably 120 to 300 ° C. In the resin composition containing an amorphous resin, it is preferable to cool the mold to 20 to 180 ° C. after completing the injection at a temperature equal to or higher than Tg (glass transition temperature) of the resin.

[金属部材]
金属部材103は、少なくとも樹脂部材105との接合部に微細凹凸形状104を有する。微細凹凸形状104は、後述する様々な粗化方法によって形成することができる。
粗化方法の種類によっては、微細凹凸形状104を含む領域の凹凸形状は、相対的に大きなスケールの第1凹凸形状部と、その第1凹凸形状部の表面に形成された相対的に小さなスケールの第2凹凸形状部と、により構成される場合がある。
本実施形態における微細凹凸形状104は、第1凹凸形状部のみを有する態様、第2凹凸形状部のみを有する態様および第1凹凸形状部と第2凹凸形状部の両方を有する態様を包含する語句として用いられる。
[Metal member]
The metal member 103 has a fine uneven shape 104 at least at a joint with the resin member 105. The fine uneven shape 104 can be formed by various roughening methods described later.
Depending on the type of roughening method, the uneven shape of the region including the fine uneven shape 104 is a relatively large scale first uneven shape portion and a relatively small scale formed on the surface of the first uneven shape portion. It may be composed of the second uneven shape portion of the above.
The fine concavo-convex shape 104 in the present embodiment includes a mode having only the first concavo-convex shape portion, a mode having only the second concavo-convex shape portion, and a mode having both the first concavo-convex shape portion and the second concavo-convex shape portion. Used as.

微細凹凸形状104の凹部の深さ、すなわち微細凹凸形状104の凸部と凹部の高低差の平均値は、特に限定されない。この値は、例えば10nm〜200μmである。高低差の平均値は、大きくは金属表面の粗化方法およびその条件によって決定される。例えば、後述する薬液法では10nm〜100μmに、レーザー加工では100〜200μmにすることができる。
本実施形態において、高低差の平均値とは、JIS B0601:2001に準拠して測定される十点平均粗さ(Rzjis)と同義である。
The depth of the concave portion of the fine uneven shape 104, that is, the average value of the height difference between the convex portion and the concave portion of the fine uneven shape 104 is not particularly limited. This value is, for example, 10 nm to 200 μm. The average value of the height difference is largely determined by the method of roughening the metal surface and its conditions. For example, it can be set to 10 nm to 100 μm by the chemical solution method described later, and 100 to 200 μm by laser processing.
In the present embodiment, the average value of the height difference is synonymous with the ten-point average roughness (Rz jis ) measured according to JIS B0601: 2001.

微細凹凸形状104は、例えば、間隔周期が5nm〜500μmである凸部が林立した微細凹凸形状であることが好ましい。
微細凹凸形状の間隔周期は、凸部から隣接する凸部までの距離の平均値であり、電子顕微鏡またはレーザー顕微鏡で撮影した写真、あるいは、表面粗さ測定装置を用いて求めることができる。
The fine concavo-convex shape 104 is preferably, for example, a fine concavo-convex shape in which convex portions having an interval period of 5 nm to 500 μm are forested.
The interval period of the fine uneven shape is an average value of the distances from the convex portion to the adjacent convex portion, and can be obtained by using a photograph taken with an electron microscope or a laser microscope or a surface roughness measuring device.

電子顕微鏡またはレーザー顕微鏡により測定される間隔周期は、通常500nm以下である。具体的には、以下の手順で間隔周期を測定することができる。
まず、金属部材103の接合部表面(接合予定面)を撮影する。次いで、得られた写真から、任意の凸部を50個選択し、それらの凸部から隣接する凸部までの距離をそれぞれ測定する。そして、凸部から隣接する凸部までの距離の全てを積算して50で除したものを間隔周期とする。
The interval period measured by an electron microscope or a laser microscope is usually 500 nm or less. Specifically, the interval period can be measured by the following procedure.
First, the surface of the joint portion (planned joint surface) of the metal member 103 is photographed. Next, 50 arbitrary convex portions are selected from the obtained photographs, and the distances from the convex portions to the adjacent convex portions are measured respectively. Then, the interval period is defined as the sum of all the distances from the convex portion to the adjacent convex portion and dividing by 50.

一方、500nmを超える間隔周期は、表面粗さ測定装置を用いて求められる。求められる周期は、JIS B0601:2001に準拠して測定される粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)と同義である。 On the other hand, the interval period exceeding 500 nm is obtained by using a surface roughness measuring device. The required period is synonymous with the average length (RSm) of the roughness curve elements measured in accordance with JIS B0601: 2001.

通常、金属部材103においては、接合部だけでなく金属部材103の表面全体に対して粗化処理が施されている。よって、金属部材103の接合部表面と同一面における、接合部表面以外の箇所で間隔周期を測定してもよい。 Normally, in the metal member 103, not only the joint portion but also the entire surface of the metal member 103 is roughened. Therefore, the interval period may be measured at a position other than the joint surface on the same surface as the joint surface of the metal member 103.

間隔周期は、好ましくは10nm〜300μm、より好ましくは20nm〜200μmである。
間隔周期が10nm以上であることで、微細凹凸形状の凹部に樹脂部材105を構成する樹脂組成物が十分に進入することができ、金属部材103と樹脂部材105との接合強度をより向上させることができる。
間隔周期が300μm以下であることで、金属部材103と樹脂部材105との接合部分に隙間が生じるのを抑制できる。これにより、金属部材103と樹脂部材105との界面の隙間から水分等の不純物が浸入することを抑制できる。結果、金属樹脂複合構造体106を高温・高湿下で用いた際、強度が低下することを抑制できる。
The interval period is preferably 10 nm to 300 μm, more preferably 20 nm to 200 μm.
When the interval period is 10 nm or more, the resin composition constituting the resin member 105 can sufficiently penetrate into the concave portion having a fine uneven shape, and the bonding strength between the metal member 103 and the resin member 105 can be further improved. Can be done.
When the interval period is 300 μm or less, it is possible to suppress the formation of a gap at the joint portion between the metal member 103 and the resin member 105. As a result, it is possible to prevent impurities such as water from entering through the gap at the interface between the metal member 103 and the resin member 105. As a result, when the metal resin composite structure 106 is used under high temperature and high humidity, it is possible to suppress a decrease in strength.

微細凹凸形状104の凹部には、通常、無機物粒子層107を介して、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物(P)が侵入している。本実施形態においては、凹部には、凹部の深さdの1/2以上の深さの領域まで、樹脂組成物(P)が侵入していることが好ましい。すなわち、凹部への樹脂組成物(P)の侵入深さDが、D≧d/2を満たしていることが好ましい。 The resin composition (P) containing a thermoplastic resin usually penetrates into the concave portion of the fine uneven shape 104 via the inorganic particle layer 107. In the present embodiment, it is preferable that the resin composition (P) penetrates into the recess to a depth of 1/2 or more of the depth d of the recess. That is, it is preferable that the penetration depth D of the resin composition (P) into the recess satisfies D ≧ d / 2.

金属部材103は、例えば、金属材料(M)を加工し、次いで、表面への微細凹凸形状104を形成することによって得ることができる。
金属材料(M)の種類は特に制限されない。例えば、鉄系金属(鉄、鉄合金、鉄鋼材、ステンレス鋼等)、アルミニウム系金属(アルミニウム、アルミニウム合金等)、マグネシウム系金属(マグネシウム、マグネシウム合金等)、銅系金属(銅、銅合金等)、チタン系金属(チタン、チタン合金)等を挙げることができる。これらの金属は単独で使用されてもよいし、二種以上が併用されてもよい。
The metal member 103 can be obtained, for example, by processing a metal material (M) and then forming a fine concavo-convex shape 104 on the surface.
The type of metal material (M) is not particularly limited. For example, iron-based metals (iron, iron alloys, steel materials, stainless steel, etc.), aluminum-based metals (aluminum, aluminum alloys, etc.), magnesium-based metals (magnesium, magnesium alloys, etc.), copper-based metals (copper, copper alloys, etc.) ), Titanium-based metal (titanium, titanium alloy) and the like. These metals may be used alone or in combination of two or more.

金属については、用途に応じて最適のものを選択すればよい。
例えば、ノートパソコン筐体等のように軽量性が重視される用途においては、JIS H4000に規定された合金番号1050、2014、3003、5052、6063、7075等のアルミニウム系金属、あるいは、AZ91、AZ80、AZ91D、AS21等のマグネシウム系金属を好ましく用いることができる。
別の例として、自動車等の機械特性が重要視される用途においては、SPCC、SPHC、SAPH、SPFHに代表される圧延軟鋼、ステンレス鋼に代表される鉄系金属を好ましく用いることができる。
As for the metal, the most suitable one may be selected according to the application.
For example, in applications where light weight is important, such as a notebook computer housing, aluminum-based metals such as alloy numbers 1050, 2014, 3003, 5052, 6063, and 7075 specified in JIS H4000, or AZ91, AZ80. , AZ91D, AS21 and other magnesium-based metals can be preferably used.
As another example, in applications where mechanical properties are important, such as automobiles, rolled mild steel typified by SPCC, SPHC, SAPH, SPFH, and iron-based metals typified by stainless steel can be preferably used.

金属部材103の形状は、樹脂部材105と接合できる形状であれば特に限定されない。形状は、例えば、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状等とすることができる。また、これらの組み合わせからなる構造体であってもよい。
樹脂部材105と接合する接合部表面の形状は、特に限定されず、例えば、平面、曲面等である。
The shape of the metal member 103 is not particularly limited as long as it can be joined to the resin member 105. The shape can be, for example, a flat plate, a curved plate, a rod, a cylinder, a lump, or the like. Further, the structure may be a combination of these.
The shape of the surface of the joint portion to be joined with the resin member 105 is not particularly limited, and is, for example, a flat surface, a curved surface, or the like.

金属部材103は、金属材料を、切断やプレス等による塑性加工、打ち抜き加工、切削、研磨、放電加工等の除肉加工によって所定の形状に加工した後に、粗化処理(後述)がなされたものが好ましい。要するに、任意の加工法により所望の形状に加工された金属部材103を用いることができる。 The metal member 103 is a metal material that has been roughened (described later) after being processed into a predetermined shape by plastic working such as cutting or pressing, punching, cutting, polishing, electric discharge machining, or the like. Is preferable. In short, the metal member 103 processed into a desired shape by an arbitrary processing method can be used.

金属部材103の少なくとも樹脂部材105との接合部表面に存在する微細凹凸形状104は、公知の金属表面粗化方法により形成可能である。
例えば、薬液処理法;陽極酸化法;サンドブラスト、ローレット加工、レーザー加工等の機械的切削法等が挙げられる。薬液処理法としては、例えば、酸系エッチング剤を用いる方法(国際公開第2015/008847号、特開2001−348684号、国際公開第2008/81933号等)、水和ヒドラジン、アンモニア、及び水溶性アミン化合物から選ばれる1種以上のアミン系水溶液で処理する方法(国際公開第2009/31632号、特開2005−119005号等)、酸、ベンズイミダゾール化合物及び水を含む銅表面処理剤を用いる方法(特許4242915号等)、金属めっき層を付与後に無機酸処理する方法(国際公開第2016/171128号)等を例示することができる。これらの中では、エッチングスピードと経済性の視点から、薬液処理法が好ましい。
The fine uneven shape 104 existing on the surface of the joint portion of the metal member 103 with at least the resin member 105 can be formed by a known metal surface roughness method.
For example, a chemical treatment method; an anodic oxidation method; a mechanical cutting method such as sandblasting, knurling, and laser processing can be mentioned. Examples of the chemical treatment method include a method using an acid-based etching agent (International Publication No. 2015/008847, JP-A-2001-348864, International Publication No. 2008/81933, etc.), hydrated hydrazine, ammonia, and water solubility. A method of treating with one or more amine-based aqueous solutions selected from amine compounds (International Publication No. 2009/31632, JP-A-2005-119005, etc.), a method of using a copper surface treatment agent containing an acid, a benzimidazole compound and water. (Patent No. 4242915, etc.), a method of treating with an inorganic acid after applying a metal plating layer (International Publication No. 2016/171128), and the like can be exemplified. Among these, the chemical treatment method is preferable from the viewpoint of etching speed and economy.

[無機物粒子層]
無機物粒子層107は、無機物粒子と蛍光物質とを含む。
無機物粒子層107中の、無機物粒子と蛍光物質の量比については、無機物粒子と蛍光物質の質量比(無機物粒子/蛍光物質)を1000以下とすることが好ましい。これにより、無機物粒子層107中に十二分な蛍光物質が含まれることとなり、紫外線照射により十分な蛍光を観察することができる。つまり、無機物粒子層107が適切に形成されているか否かを検査することができる。
また、無機物粒子と蛍光物質の質量比(無機物粒子/蛍光物質)を1以上とすることにより、無機物粒子の含有量が十分多くなり、金属樹脂複合構造体106の接合強度の低下を抑えやすい。
無機物粒子と蛍光物質の質量比(無機物粒子/蛍光物質)の好ましい範囲は5〜300、より好ましくは10〜100である。
[Inorganic particle layer]
The inorganic particle layer 107 contains inorganic particles and a fluorescent substance.
Regarding the amount ratio of the inorganic particles to the fluorescent substance in the inorganic particle layer 107, the mass ratio of the inorganic particles to the fluorescent substance (inorganic particles / fluorescent substance) is preferably 1000 or less. As a result, the inorganic particle layer 107 contains a sufficient amount of fluorescent substance, and sufficient fluorescence can be observed by irradiation with ultraviolet rays. That is, it is possible to inspect whether or not the inorganic particle layer 107 is properly formed.
Further, by setting the mass ratio of the inorganic particles to the fluorescent substance (inorganic particles / fluorescent substance) to 1 or more, the content of the inorganic particles becomes sufficiently large, and it is easy to suppress a decrease in the bonding strength of the metal resin composite structure 106.
The preferable range of the mass ratio of the inorganic particles to the fluorescent substance (inorganic particles / fluorescent substance) is 5 to 300, more preferably 10 to 100.

以下、無機物粒子層107が含む無機物粒子と蛍光物質の具体的態様について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the inorganic particles and the fluorescent substance contained in the inorganic particle layer 107 will be described.

(無機物粒子)
無機物粒子の一次粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜100nm、より好ましくは1〜70nm、さらに好ましくは1〜50nm、特に好ましくは1〜30nm、とりわけ好ましくは1nm超え20nm未満である。
無機物粒子は、一次粒子が複数個(数個〜数百個)凝集した二次粒子構造を含んでいてもよい。
無機物粒子層107に含まれる無機物粒子の平均粒子径は、例えば、金属部材103と樹脂部材105の接合部の断面電子顕微鏡(TEMやSEM)によって測定することができる。
(Inorganic particles)
The average particle size of the primary particles of the inorganic particles is preferably 1 to 100 nm, more preferably 1 to 70 nm, still more preferably 1 to 50 nm, particularly preferably 1 to 30 nm, and particularly preferably more than 1 nm and less than 20 nm.
The inorganic particles may include a secondary particle structure in which a plurality of (several to several hundred) primary particles are aggregated.
The average particle size of the inorganic particles contained in the inorganic particle layer 107 can be measured, for example, by a cross-sectional electron microscope (TEM or SEM) at the joint between the metal member 103 and the resin member 105.

無機物粒子の平均粒子径が1nm以上であることで、無機物粒子層107を形成する際に用いられる分散液中で無機物粒子が凝集することによる作業性低下を抑制することができる。
無機物粒子の平均粒子径が100nm以下であることで、金属部材103上の微細凹凸形状104の凹部と凸部の平均高低差が小さい(nmオーダーである)場合においても、接合強度を大きくしやすい。
無機物粒子の一次粒子の平均粒子径は、金属部材103上の微細凹凸形状104の凹部と凸部の平均高低差よりも小さいことが好ましい。
When the average particle size of the inorganic particles is 1 nm or more, it is possible to suppress a decrease in workability due to aggregation of the inorganic particles in the dispersion liquid used when forming the inorganic particle layer 107.
Since the average particle diameter of the inorganic particles is 100 nm or less, it is easy to increase the bonding strength even when the average height difference between the concave and convex portions of the fine uneven shape 104 on the metal member 103 is small (on the order of nm). ..
The average particle diameter of the primary particles of the inorganic particles is preferably smaller than the average height difference between the concave and convex portions of the fine uneven shape 104 on the metal member 103.

無機物粒子層107は、一例として、無機物粒子の凝集体(二次粒子)により形成される層である。無機物粒子層107の平均厚み(β)は、好ましくは1〜400nm、より好ましくは1〜300nm、さらに好ましくは1〜250nm、特に好ましくは1nm超え200nm未満、とりわけ好ましくは2〜100nmである。
無機物粒子層107の平均厚み(β)は、例えば、金属樹脂複合構造体106の任意の3点の接合部の断面をSEM/EDSを用いて観察し、得られた各SEM/EDS画像から測定される厚みを平均した値を採用することができる。
無機物粒子層107の平均厚み(β)が上記範囲内であると、金属樹脂複合構造体106の接合強度は一層向上する傾向がある。
無機物粒子層107の平均厚み(β)は、金属部材103上の微細凹凸形状104の凹部と凸部の平均高低差よりも薄いことが好ましい。
The inorganic particle layer 107 is, for example, a layer formed by aggregates (secondary particles) of inorganic particles. The average thickness (β) of the inorganic particle layer 107 is preferably 1 to 400 nm, more preferably 1 to 300 nm, still more preferably 1 to 250 nm, particularly preferably more than 1 nm and less than 200 nm, and particularly preferably 2 to 100 nm.
The average thickness (β) of the inorganic particle layer 107 is measured from, for example, observing the cross section of the joint portion of any three points of the metal resin composite structure 106 using SEM / EDS and obtaining each SEM / EDS image. A value obtained by averaging the thicknesses to be obtained can be adopted.
When the average thickness (β) of the inorganic particle layer 107 is within the above range, the bonding strength of the metal resin composite structure 106 tends to be further improved.
The average thickness (β) of the inorganic particle layer 107 is preferably thinner than the average height difference between the concave and convex portions of the fine uneven shape 104 on the metal member 103.

無機物粒子層107が含む無機物粒子は特に限定されない。例えば、シリカ粒子、酸化スズ粒子、ナノダイヤ粒子、ジルコニア粒子、酸化ニオブ粒子、酸化鉄粒子、アルミナ粒子、カーボンナノファイバー等を用いることができる。これらの中でもシリカ粒子が好ましい。
無機物粒子層107は、1種または2種以上の無機物粒子を含むことができる。
The inorganic particles contained in the inorganic particle layer 107 are not particularly limited. For example, silica particles, tin oxide particles, nanodiamond particles, zirconia particles, niobium oxide particles, iron oxide particles, alumina particles, carbon nanofibers and the like can be used. Among these, silica particles are preferable.
The inorganic particle layer 107 can contain one or more inorganic particles.

無機物粒子層107がシリカ粒子を含む場合、無機物粒子層107の全体を100質量%としたとき、シリカ粒子以外の無機物粒子の含有量は、例えば60質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。 When the inorganic particle layer 107 contains silica particles, the content of the inorganic particles other than the silica particles is, for example, 60% by mass or less, preferably 50% by mass or less, based on 100% by mass of the entire inorganic particle layer 107. It is preferably 30% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less.

(蛍光物質)
蛍光物質としては、紫外線照射により発光し、且つ紫外線を照射しないときには無色のものを用いることが好ましい。これにより、無機物粒子や金属部材などを着色することなく測定が可能となる。
(Fluorescent substance)
As the fluorescent substance, it is preferable to use a fluorescent substance that emits light when irradiated with ultraviolet rays and is colorless when not irradiated with ultraviolet rays. This enables measurement without coloring inorganic particles or metal members.

蛍光物質としては、下記一般式(1)〜(3)のいずれかの骨格を有する化合物の少なくとも1つを含むことが好ましい。蛍光物質としては、これらの主骨格に、水酸基、エステル基、アミノ基、アミド基、カルボニル基、酸無水物基などの極性基が置換した化合物がより好ましく用いられる。 The fluorescent substance preferably contains at least one compound having a skeleton according to any one of the following general formulas (1) to (3). As the fluorescent substance, a compound in which a polar group such as a hydroxyl group, an ester group, an amino group, an amide group, a carbonyl group, or an acid anhydride group is substituted in these main skeletons is more preferably used.

Figure 2020157489
Figure 2020157489

上記の蛍光物質以外にも、蛍光物質としては、例えば、ジフェニルエチレン系、オキサゾール系、オキサジアゾール系、チアゾール系、イソチアゾール系、イミダゾール系、イミダゾロン系、ナフタルイミド系、トリアゾール系、ピラゾール系、ピラゾロン系、フラン系、チオフェン系、カルボスチリル系、ペリジカルボン酸アミド系などの化合物等を含むことができる。 In addition to the above-mentioned fluorescent substances, examples of fluorescent substances include diphenylethylene-based, oxazole-based, oxadiazole-based, thiazole-based, isothiazole-based, imidazole-based, imidazolone-based, naphthalimide-based, triazole-based, and pyrazole-based. Compounds such as pyrazolone-based, furan-based, thiophene-based, carbostyryl-based, and peridicarboxylic acid amide-based compounds can be included.

蛍光物質としては市販品を使用してよい。例えば、Spectoronics社のSpectrolineシリーズ、BASF社製のUvitex(登録商標)シリーズ、TinopalシリーズおよびTinosorbシリーズ(シンロイヒ株式会社のロイヒマーカーシリーズ、ステファン・クーピーツ社のUV−1、LSI−1067など、マクテシム社のBRY−10シリーズ、HICKSON社のPhotine CBUSシリーズ、三井化学社のMikephorシリーズ、沈陽化工社のShining CFシリーズ、Blankophor GmbH社のBlankophorシリーズ、京仁社のSyno White CBWシリーズ、3V Sigma社のOpiblanc BTシリーズ、住友化学社のWhitex WSシリーズなどの蛍光物質または蛍光増白剤のうち、1種または2種以上を用いることができる。 A commercially available product may be used as the fluorescent substance. For example, the Fluorine series manufactured by Spectoronics, the Uvitex (registered trademark) series manufactured by BASF, the Tinopal series and the Tinosorb series (Roich marker series manufactured by Shinroihi Co., Ltd., UV-1, LSI-1067 manufactured by Stefan Coupets, etc.) BRY-10 series, Photoine CBUS series from HICKSON, Mikephor series from Mitsui Chemicals, Shining CF series from Shenyang Kako, Blancophor series from Blancophor Fluor, Syno White CBB series from Keijin, 3VSi , One or more of fluorescent substances or fluorescent whitening agents such as Sumitomo Chemical's Whitex WS series can be used.

無機物粒子層107は、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子分散液を、金属部材103の少なくとも微細凹凸形状104がある部分(粗化面)に接触させることで形成することができる。 The inorganic particle layer 107 can be formed by bringing an inorganic particle dispersion liquid containing inorganic particles and a fluorescent substance into contact with a portion (roughened surface) of the metal member 103 having at least a fine concavo-convex shape 104.

無機物粒子分散液の調製方法は特に限定されない。例えば、上記の無機物粒子および蛍光物質を、水や有機溶剤など(具体的には水、メタノール、エタノール等)の存在下で適宜混合することで調製することができる。または、無機物粒子の分散液と、蛍光物質の分散液または溶液とを混合することで無機物粒子分散液を調製してもよい。その他、無機物粒子の分散液中に固体状態の蛍光物質を配合することで調製してもよい。 The method for preparing the inorganic particle dispersion is not particularly limited. For example, it can be prepared by appropriately mixing the above-mentioned inorganic particles and fluorescent substance in the presence of water, an organic solvent or the like (specifically, water, methanol, ethanol, etc.). Alternatively, the inorganic particle dispersion may be prepared by mixing the dispersion of the inorganic particles with the dispersion or solution of the fluorescent substance. In addition, it may be prepared by blending a solid fluorescent substance in a dispersion of inorganic particles.

無機物粒子分散液を粗化面に接触させて無機物粒子層107を設ける具体的方法(下地処理工程の具体的方法)は特に限定されない。例えば、微細凹凸形状104が形成された金属部材103を、無機物粒子分散液に浸漬し、その後乾燥させることで無機物粒子層107を設けることができる。
あるいは、塗布や噴霧により、金属部材103に無機物粒子分散液を接触させ、その後乾燥させることで無機物粒子層107を設けてもよい。塗布や噴霧の具体的方法としては、バーコート、スピンコート、スプレーガンを用いた方法などを挙げることができる。乾燥は、自然乾燥であっても強制乾燥であってもよい。
The specific method (specific method of the base treatment step) for providing the inorganic particle layer 107 by bringing the inorganic particle dispersion liquid into contact with the roughened surface is not particularly limited. For example, the inorganic particle layer 107 can be provided by immersing the metal member 103 on which the fine uneven shape 104 is formed in an inorganic particle dispersion liquid and then drying the metal member 103.
Alternatively, the inorganic particle layer 107 may be provided by bringing the inorganic particle dispersion liquid into contact with the metal member 103 by coating or spraying, and then drying the metal member 103. Specific methods for coating and spraying include a bar coat, a spin coat, and a method using a spray gun. The drying may be natural drying or forced drying.

[金属樹脂複合構造体の用途]
本実施形態に係る金属樹脂複合構造体は、様々な用途に展開することが可能である。特に、高い気密性や水密性の点で、これら特性に応じた用途に好適に用いられる。
[Use of metal resin composite structure]
The metal resin composite structure according to the present embodiment can be developed for various purposes. In particular, in terms of high airtightness and watertightness, it is suitably used for applications according to these characteristics.

好適な用途としては、例えば、車両用構造部品、車両搭載用品、電子機器の筐体、家電機器の筐体、構造用部品、機械部品、種々の自動車用部品、電子機器用部品、家具、台所用品等の家財向け用途、医療機器、建築資材の部品、その他の構造用部品や外装用部品等が挙げられる。 Suitable applications include, for example, structural parts for vehicles, vehicle-mounted products, housings for electronic devices, housings for home appliances, structural parts, mechanical parts, various automobile parts, parts for electronic devices, furniture, kitchens. Examples include applications for household appliances such as supplies, medical equipment, parts for building materials, other structural parts and exterior parts.

既に説明したように、金属部材の粗化面上に無機物粒子層を設けるにあたって、無機物粒子層を形成するための分散液に蛍光物質を含めることで、無機物粒子層の均一性やムラなどを簡便に調べることができる。これにより、金属樹脂複合構造体を製造するに当たり、歩留まり向上、コスト低減などを図ることができる。
例えば、(1)まず、下地処理工程と射出成形工程との間に、無機物粒子層に紫外線を当てて無機物粒子層の状態を確認し、(2−1)十分均一な無機物粒子層が形成させていた場合には射出成形工程を行い、(2−2)無機物粒子層にムラがあったり無機物粒子層が不均一であったりした場合には射出成形工程を行わないようにすることで、歩留まりの向上を図ることができたり、樹脂組成物(P)の消費を抑えたりすることができる。
As described above, when the inorganic particle layer is provided on the roughened surface of the metal member, by including a fluorescent substance in the dispersion liquid for forming the inorganic particle layer, the uniformity and unevenness of the inorganic particle layer can be easily improved. You can look it up in. As a result, in manufacturing the metal-resin composite structure, it is possible to improve the yield and reduce the cost.
For example, (1) first, between the base treatment step and the injection molding step, the inorganic particle layer is exposed to ultraviolet rays to confirm the state of the inorganic particle layer, and (2-1) a sufficiently uniform inorganic particle layer is formed. If so, the injection molding process is performed, and (2-2) if the inorganic particle layer is uneven or the inorganic particle layer is uneven, the injection molding process is not performed, so that the yield is achieved. It is possible to improve the above, and it is possible to suppress the consumption of the resin composition (P).

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted.

以下、本実施形態を、実施例・比較例を参照して詳細に説明する。本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present embodiment is not limited to the description of these examples.

<実施例1>
(粗化工程(エッチング))
以下(1)〜(4)の手順により、粗化面が形成された、表面処理済みアルミニウム合金板を得た。
(1)JIS H 4000に規定された合金番号3003のアルミニウム合金板(45mm×18mm×2mm)を脱脂処理した。
(2)脱脂処理したアルミニウム合金板を、水酸化ナトリウム19質量%と酸化亜鉛3質量%とを含有するアルカリ系エッチング剤(30℃)が充填された処理槽1に2分間浸漬して表面処理し、その後、水洗した。
(3)水洗後のアルミニウム合金板を、硫酸4.1質量%、塩化第二鉄3.9質量%、塩化第二銅0.2質量%と、を含有する酸系エッチング水溶液が充填された処理槽2に、30℃下で5分間浸漬した。そして、アルミニウム合金板を揺動させることによってエッチングした。
(4)処理槽2からアルミニウム合金板を取り出し、超音波洗浄(水中、1分間)し、その後、30質量%硝酸水溶液に65℃下で5分間浸漬した。そして、アルミニウム合金板を硝酸水溶液から取り出して十分に洗浄し、乾燥させた。
<Example 1>
(Roughening process (etching))
A surface-treated aluminum alloy plate on which a roughened surface was formed was obtained by the following procedures (1) to (4).
(1) An aluminum alloy plate (45 mm × 18 mm × 2 mm) having an alloy number 3003 specified in JIS H 4000 was degreased.
(2) Surface treatment by immersing the degreased aluminum alloy plate in a treatment tank 1 filled with an alkaline etching agent (30 ° C.) containing 19% by mass of sodium hydroxide and 3% by mass of zinc oxide for 2 minutes. After that, it was washed with water.
(3) The aluminum alloy plate after washing with water was filled with an acid-based etching aqueous solution containing 4.1% by mass of sulfuric acid, 3.9% by mass of ferric chloride, and 0.2% by mass of cupric chloride. It was immersed in the treatment tank 2 at 30 ° C. for 5 minutes. Then, the aluminum alloy plate was shaken for etching.
(4) The aluminum alloy plate was taken out from the treatment tank 2, ultrasonically washed (in water for 1 minute), and then immersed in a 30 mass% nitric acid aqueous solution at 65 ° C. for 5 minutes. Then, the aluminum alloy plate was taken out from the aqueous nitric acid solution, thoroughly washed, and dried.

得られた表面処理済みのアルミニウム合金板の表面性状について、JIS B 0601:2001(対応ISO4287)に準拠して測定される表面粗さのうち、十点平均粗さ(Rzjis)の平均値および粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)の平均値をそれぞれ求めた。
Rzjisの平均値は25μm、RSmの平均値は122μmであった。
(「平均値」とは、測定場所を変えた6点の平均値であることを意味する。)
Regarding the surface texture of the obtained surface-treated aluminum alloy plate, among the surface roughness measured in accordance with JIS B 0601: 2001 (corresponding ISO4287), the average value of the ten-point average roughness (Rz jis ) and the average value The average value of the average length (RSm) of the roughness curve elements was obtained.
The average value of Rz jis was 25 μm, and the average value of RSm was 122 μm.
("Average value" means the average value of 6 points at different measurement locations.)

表面性状の測定装置や測定条件は以下のとおりである。
・装置:表面粗さ測定装置「サーフコム1400D」(東京精密社製)
・触針先端半径:5μm
・基準長さ:0.8mm
・評価長さ:4mm
・測定速度:0.06mm/sec
The surface texture measuring device and measuring conditions are as follows.
-Device: Surface roughness measuring device "Surfcom 1400D" (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)
・ Radius of stylus tip: 5 μm
・ Standard length: 0.8 mm
・ Evaluation length: 4 mm
-Measurement speed: 0.06 mm / sec

(下地処理工程)
まず、以下の、無機物粒子含有液と、蛍光物質含有液とを準備した。
・無機物粒子含有液:株式会社ジャパンナノコート社製の無機物含有プライマー PM−S(組成:メタノール79質量%、水20質量%、酸化スズ0.1質量%、二酸化ケイ素0.5質量%)
・蛍光物質含有液:米国Spectronics社製の水溶性蛍光物質WD−801(蛍光染料15質量%、非イオン化水85質量%)
(Base treatment process)
First, the following inorganic particle-containing liquid and fluorescent substance-containing liquid were prepared.
-Inorganic particle-containing liquid: Inorganic-containing primer PM-S manufactured by Japan Nanocoat Co., Ltd. (composition: 79% by mass of methanol, 20% by mass of water, 0.1% by mass of tin oxide, 0.5% by mass of silicon dioxide)
-Fluorescent substance-containing liquid: Water-soluble fluorescent substance WD-801 manufactured by Spectronics of the United States (fluorescent dye 15% by mass, non-ionized water 85% by mass)

上記2液を、無機物粒子と蛍光染料の質量比(固形分としての無機物粒子/固形分としての蛍光物質)が30となるように混合した。これにより、無機物粒子層形成用の無機物粒子分散液を調製した。
蛍光物質を加えた後の無機物ナノ分散液の色は、加える前と同様に、無色透明であった。
The above two liquids were mixed so that the mass ratio of the inorganic particles and the fluorescent dye (inorganic particles as solid content / fluorescent substance as solid content) was 30. As a result, an inorganic particle dispersion liquid for forming an inorganic particle layer was prepared.
The color of the inorganic nanodisperse after the addition of the fluorescent substance was colorless and transparent as before the addition.

次に、上記粗化工程で得られた表面処理済みアルミニウム合金板を、室温下で、無機物粒子層形成用の無機物粒子分散液中に室温で5分間浸漬した。その後、板を取り出して、100℃で20分間乾燥させた。 Next, the surface-treated aluminum alloy plate obtained in the roughening step was immersed in an inorganic particle dispersion for forming an inorganic particle layer at room temperature for 5 minutes at room temperature. Then, the plate was taken out and dried at 100 ° C. for 20 minutes.

乾燥後のアルミニウム合金板に、暗所にて紫外線を照射した。すると、無機物粒子分散液に浸漬した部分が全体的に鮮やかな蛍光発光を呈することが明瞭に確認された。このことより、無機物粒子がアルミニウム合金板全体にほぼ均一に分布していることを簡単に確認することができた。 The dried aluminum alloy plate was irradiated with ultraviolet rays in a dark place. Then, it was clearly confirmed that the portion immersed in the inorganic particle dispersion liquid exhibited vivid fluorescent emission as a whole. From this, it was possible to easily confirm that the inorganic particles were distributed almost uniformly over the entire aluminum alloy plate.

(射出成形工程)
上記の表面粗化工程および下地処理工程を経て得られた、無機物粒子層が形成された表面処理済みアルミニウム合金板を、日本製鋼所製の射出成型機J55−ADに装着された小型ダンベル金属インサート金型内に設置した。
(Injection molding process)
A small dumbbell metal insert obtained by mounting a surface-treated aluminum alloy plate on which an inorganic particle layer is formed, obtained through the above surface roughening step and surface treatment step, on an injection molding machine J55-AD manufactured by Japan Steel Works. Installed in the mold.

次いで、その金型内に、以下に示される樹脂組成物(P)の溶融物を、以下の射出成形条件で射出成形した。これにより、無機物粒子層が形成された表面処理済みアルミニウム合金板に樹脂部材を射出接合させ、金属樹脂複合構造体を得た。
[樹脂組成物(P)]
サビックイノベーティブプラスチックス社製の変性ポリフェニレンエーテル(ノリル(商標)CN1134、ガラス繊維20質量%含有)
[射出成形条件]
・シリンダー温度(樹脂温度) 270℃
・金型温度 110℃
・射出速度 40mm/sec
・保圧 90MPa
・保圧時間 10秒
Next, the melt of the resin composition (P) shown below was injection-molded in the mold under the following injection molding conditions. As a result, the resin member was injection-bonded to the surface-treated aluminum alloy plate on which the inorganic particle layer was formed to obtain a metal-resin composite structure.
[Resin composition (P)]
Modified polyphenylene ether manufactured by Savik Innovative Plastics (Noril ™ CN1134, containing 20% by mass of glass fiber)
[Injection molding conditions]
・ Cylinder temperature (resin temperature) 270 ° C
Mold temperature 110 ℃
・ Injection speed 40 mm / sec
・ Holding pressure 90MPa
・ Holding time 10 seconds

(評価)
上記射出成形工程で得られた金属樹脂接合構造体について、引っ張り試験により、接合部の引っ張りせん断強度を求めた。
具体的には、引っ張り試験機「モデル1323(アイコーエンジニヤリング社製)」を使用し、引張試験機に専用の冶具を取り付け、室温(23℃)にて、チャック間距離60mm、引張速度10mm/minの条件にて接合強度を測定した。破断荷重をアルミニウム合金板と樹脂部材との接合部分の面積で除することにより、接合強度を得た。接合強度は25MPaであった。
また、引っ張り試験により破断した構造体の破断面を観察したところ、界面破壊と母材破壊が混在していた。母材破壊が存在するということは、金属−樹脂界面の接合力が十分に大きかったことを表している。
(Evaluation)
With respect to the metal-resin joint structure obtained in the above injection molding step, the tensile shear strength of the joint was determined by a tensile test.
Specifically, a tensile tester "Model 1323 (manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd.)" is used, a special jig is attached to the tensile tester, and at room temperature (23 ° C), the distance between chucks is 60 mm and the tensile speed is 10 mm / The joint strength was measured under the condition of min. The joint strength was obtained by dividing the breaking load by the area of the joint portion between the aluminum alloy plate and the resin member. The bonding strength was 25 MPa.
Moreover, when the fracture surface of the fractured structure was observed by the tensile test, interfacial fracture and base metal fracture were mixed. The presence of base metal fracture indicates that the bonding force at the metal-resin interface was sufficiently large.

<比較例1>
無機物粒子分散液に蛍光物質を加えなかったこと以外は、実施例1と同様にして、無機物粒子層が形成された表面処理済みアルミニウム合金板を作成した。
得られたアルミニウム合金板に暗所にて紫外線を照射したが、発光は認められず、無機物粒子層が均一に形成されているかどうかを確認することはできなかった。
<Comparative example 1>
A surface-treated aluminum alloy plate on which the inorganic particle layer was formed was prepared in the same manner as in Example 1 except that no fluorescent substance was added to the inorganic particle dispersion.
The obtained aluminum alloy plate was irradiated with ultraviolet rays in a dark place, but no light emission was observed, and it was not possible to confirm whether or not the inorganic particle layer was uniformly formed.

比較例1においては、別途、接合部断面のSEM画像の取得、およびSEM/EDS画像の取得(元素マッピング)、EDSスペクトル分析による精密分析を行った。これらの結果、無機物粒子分散液の浸漬部全体の約5面積%に当たる部分に、無機物粒子がほとんど存在しない部分がある(すなわち、無機物粒子の分布にムラがある)ことが確認された。
蛍光物質の有無以外は実施例1と同条件にもかかわらず無機物粒子の分布にムラがあるという事実から、蛍光物質には無機物粒子の分散性等を向上させる働きがあると考えることができる。
In Comparative Example 1, separately, an SEM image of a cross section of the joint was acquired, an SEM / EDS image was acquired (element mapping), and a precise analysis was performed by EDS spectrum analysis. As a result, it was confirmed that there is a portion where the inorganic particles are hardly present (that is, the distribution of the inorganic particles is uneven) in the portion corresponding to about 5 area% of the entire immersed portion of the inorganic particle dispersion liquid.
From the fact that the distribution of the inorganic particles is uneven despite the same conditions as in Example 1 except for the presence or absence of the fluorescent substance, it can be considered that the fluorescent substance has a function of improving the dispersibility of the inorganic particles.

103 金属部材
104 微細凹凸形状
105 樹脂部材
106 金属樹脂複合構造体
107 無機物粒子層
110 表面
103 Metal member 104 Fine uneven shape 105 Resin member 106 Metal resin composite structure 107 Inorganic particle layer 110 Surface

Claims (6)

樹脂部材と、前記樹脂部材と接合する金属部材とを備えた金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記金属部材表面の、少なくとも前記樹脂部材との接合予定面に、粗化面を形成する粗化工程と、
前記粗化面上に、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子分散液を接触させて無機物粒子層を設ける下地処理工程と、
前記下地処理工程後の金属部材を、射出成型用金型内に配置し、溶融状態の熱可塑性樹脂を射出することによって、前記金属部材と接合された樹脂部材を形成する射出成形工程と
を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
A method for manufacturing a metal-resin composite structure including a resin member and a metal member to be joined to the resin member.
A roughening step of forming a roughened surface on the surface of the metal member at least on a surface to be joined with the resin member.
A base treatment step of contacting an inorganic particle dispersion liquid containing an inorganic particle and a fluorescent substance on the roughened surface to provide an inorganic particle layer.
Includes an injection molding step of arranging the metal member after the base treatment step in an injection molding die and injecting a molten thermoplastic resin to form a resin member joined to the metal member. A method for manufacturing a metal-resin composite structure.
請求項1に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記粗化面には微細凹凸構造が形成されており、その凹部と凸部の高低差の平均値は10nm〜200μmである金属樹脂複合構造体の製造方法。
The method for producing a metal-resin composite structure according to claim 1.
A method for producing a metal resin composite structure, wherein a fine concavo-convex structure is formed on the roughened surface, and the average value of the height difference between the concave portion and the convex portion is 10 nm to 200 μm.
請求項1または2に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂は非晶性熱可塑性樹脂を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
The method for producing a metal-resin composite structure according to claim 1 or 2.
The thermoplastic resin is a method for producing a metal resin composite structure containing an amorphous thermoplastic resin.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記金属部材は、鉄系金属、アルミニウム系金属、マグネシウム系金属、銅系金属およびチタン系金属からなる群より選ばれる一種または二種以上の金属を含む金属樹脂複合構造体の製造方法。
The method for producing a metal-resin composite structure according to any one of claims 1 to 3.
The metal member is a method for producing a metal-resin composite structure containing one or more kinds of metals selected from the group consisting of iron-based metals, aluminum-based metals, magnesium-based metals, copper-based metals and titanium-based metals.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記無機物粒子分散液中の、前記無機物粒子の質量/前記蛍光物質の質量の値が、1〜1000の範囲にある金属樹脂複合構造体の製造方法。
The method for producing a metal-resin composite structure according to any one of claims 1 to 4.
A method for producing a metal resin composite structure in which the value of the mass of the inorganic particles / the mass of the fluorescent substance in the inorganic particle dispersion is in the range of 1 to 1000.
樹脂部材と、前記樹脂部材と接合する金属部材とを備えた金属樹脂複合構造体であって、
前記金属部材の、少なくとも前記樹脂部材と接合している面は、粗化面であり、
前記金属部材と前記樹脂部材との間に、無機物粒子と蛍光物質とを含む無機物粒子層が設けられている金属樹脂複合構造体。
A metal-resin composite structure including a resin member and a metal member to be joined to the resin member.
At least the surface of the metal member that is joined to the resin member is a roughened surface.
A metal-resin composite structure in which an inorganic particle layer containing inorganic particles and a fluorescent substance is provided between the metal member and the resin member.
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WO2022208981A1 (en) * 2021-04-02 2022-10-06 ポリプラスチックス株式会社 Composite member and method for producing same

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