JP2022133716A - 金属構造体および複合部材、ならびに複合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属構造体と樹脂との接合強度を精密にコントロールして最適化する。【解決手段】複合部材１は、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体１０と、金属構造体１０の表面を覆う樹脂部２０を備える。金属構造体１０の第１面１１と第２面１２は、樹脂部２０に接合される。第１面１１には多数の第１形状１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２形状１５が規則的に配列される。第１形状１４と第２形状１５は孔である。第１形状１４と第２形状１５の孔形状および配置は、３Ｄプリンタにより精密にコントロールされる。第１面１１における第１形状１４の単位面積当たりの孔数を、第２面１２における第２形状１５の単位面積当たりの孔数よりも少なくすることにより、接合される樹脂の成形収縮率の差を補う量のアンカー部１６を形成できる。従って、接合面１３の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂に接合される金属構造体、および、金属構造体に樹脂を接合した複合部材ならびにその製造方法に関する。

車両、飛行機、船舶等の部品として、金属に樹脂を接合した複合部材が用いられている。例えば、部品の軽量化のため金属製から樹脂製への変更を行うにあたって、樹脂の軟化点、融点、あるいはそれ以上の熱源が近くにあって樹脂製では必要な耐熱性を確保できない場合に、金属に樹脂を接合した複合部材が用いられている。この種の複合部品は、例えば、金属製のインサート部材（金属構造体）を金型内に配置して射出成形を行うインサート成形により製造される。

金属と樹脂とを接合した複合部材は、金属と樹脂の熱膨張率の違いから、温度変化により金属と樹脂との接合強度が低下するという問題がある。例えば、数百度の熱が断続的に加わるような場合に、単純なインサート成形では、金属と樹脂との密着度を確保しながら、複合部材を冷却することは困難である。

金属と樹脂との接合強度を高めるために、従来から、金属構造体における樹脂との接合面に微細な凹凸を形成する粗面化処理を行い、接合面の凹凸に樹脂が入り込むことによってアンカー効果を発揮させることが行われている。特許文献１には、この種の複合部材（金属樹脂接合体）が記載される。特許文献１の金属樹脂接合体は、金属と樹脂との接合強度を高めるために、ブラスト処理、研磨処理、エッチング処理等によって金属の表面に微細な凹凸を形成して粗面化している。

また、特許文献２には、多孔質の金属部材と樹脂とをインサート部材によって一体化させて複合部材を製造することが記載される。多孔質金属の表面の孔に樹脂が入り込むことによってアンカー効果が発揮され、金属と樹脂との接合強度が高まる。

国際公開第２０１９／１１６８７９号 特開２００１－３４７５４０号公報

ブラスト処理、研磨処理、エッチング処理等の従来の粗面化方法は、微細な凹凸の形状や配置を精密にコントロールすることが難しい。また、多孔質金属を製造する場合も、従来の製造方法では、微細な孔の形状や配置を精密にコントロールすることは難しい。そのため、金属と樹脂との接合強度を最適化できず、狙った補強効果を得られない場合がある。

例えば、インサート成形では、金型に充填した樹脂が冷却される際の収縮率（成形収縮率）は、部位や条件によって異なることが知られており、金型内を樹脂が流れる方向（ＭＤ）の成形収縮率よりも、樹脂が流れる方向と直交する方向（ＴＤ）の成形収縮率の方が大きい。そのため、金型内に配置する金属構造体の表面を単に均一に粗面化するのでは、金属と樹脂の成形収縮率の違いにより、金属と樹脂との接合強度に差ができてしまう。そのため、部分的に接合強度が低下して補強効果が低下するという問題がある。

また、金属構造体の形状が複雑である場合は、ブラスト処理、研磨処理、エッチング処理等が困難な部位ができてしまい、表面を均一に粗面化することが困難である。そのため、部分的に接合強度が低下して補強効果が低下するという問題がある。

さらに、アルミ等の加工が容易な金属は従来の方法で粗面化が可能であるが、チタン、ＳＵＳ、インコネル（登録商標）、銅等の材質は表面加工が難しく、従来行われている方法で粗面化することが困難である。従って、熱伝導性の低さなどの理由でチタン、インコネル（登録商標）等の金属を選択してインサート部材として用いる金属構造体を製造しようとしても、表面を粗面化して樹脂との接合強度を高めることが困難である。

上記の点に鑑みて、本発明の課題は、金属構造体と樹脂との接合強度を精密にコントロールして金属構造体と樹脂との接合強度を最適化することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の金属構造体は、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体であって、樹脂に接合される接合面を備え、前記接合面は、第１面、および、前記第１面とは異なる方向を向く第２面を備え、前記第１面には、前記樹脂との結合強度を高めるための第１形状が規則的に配列され、前記第２面には、前記樹脂との結合強度を高めるための第２形状が規則的に配列され、前記第１形状と前記第２形状は、孔または凸部であり、前記第１形状と第２形状は、３次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする。

本発明によれば、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体が樹脂との接合面を備えており、接合面は、第１形状が規則的に配列される第１面と、第２形状が規則的に配列される第２面を備えている。従って、樹脂との接合面の部位に応じて、第１面および第２面に形成される微細な孔または微細な凸部の３次元形状および単位面積当たりの数を、３Ｄプリンタによって精密にコントロールすることができる。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を精密にコントロールすることができるので、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる負荷や設置条件等が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

また、本発明によれば、３Ｄプリンタを用いることによって、従来は粗面化処理が困難であった金属によって金属構造体を製造することができるとともに、従来は粗面化処理が困難であった部位を粗面化できる。

本発明において、前記接合面は、インサート成形により前記樹脂に接合され、前記第１面に接合される樹脂の成形収縮率が、前記第２面に接合される樹脂の成形収縮率よりも小さい場合には、前記第１面における第１形状の単位面積当たりの数が前記第２面における前記第２形状の単位面積当たりの数よりも少ないことが好ましい。このようにすると、接合される樹脂の成形収縮率が大きい部位では、多くの形状に樹脂が入り込むので、アンカー効果が増大する。従って、樹脂の成形収縮率の違いに応じてアンカー部の密度を最適化できるので、各面における樹脂との接合強度を最適化できる。

例えば、前記第１面は、前記インサート成形に用いる金型内に樹脂材料が充填されるときの前記樹脂材料の流れ方向であるＭＤ方向に沿う面であり、前記第２面は、前記ＭＤ方向と交差する面である。このようにすると、インサート成形の際の樹脂の成形収縮率の違いに応じて微細な孔または微細な凸部の分布を最適化できる。

また、この場合に、前記第１形状は、前記ＭＤ方向の径が前記ＭＤ方向と交差する方向の径よりも小さい形状であることが好ましい。このようにすると、ＭＤ方向に沿う面の孔形状を最適化することができる。すなわち、成形収縮率が大きい方向は、成形収縮率が小さい方向よりも、微細な孔または微細な凸部が密に配置されるようになるので、樹脂との密着性を均一化することができる。

本発明において、前記第１形状と前記第２形状は、断面形状がアンダーカット形状の孔であることが好ましい。このようにすると、各形状に樹脂が入り込むことによるアンカー効果が高まる。従って、樹脂との接合強度を高めることができる。

本発明において、前記第１形状および前記第２形状の径は、１μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。

本発明において、前記接合面の裏側に設けられた中空部または凹部と、前記中空部または前記凹部に配置される構造体と、を備え、前記構造体は、ラティス構造体、ハニカム構造体、およびリブ構造体のいずれかである構成を採用することができる。このようにすると、金属構造体の軽量化を図りつつ、強度を確保できる。また、接合面の裏側に空気層ができるので、断熱性を高めることができる。あるいは、接合面の裏側に放熱性が高い構造を配置できるので、放熱性を高めることができる。従って、接合面に接合される樹脂の温度上昇を抑制できるので、熱による樹脂への悪影響を抑制できる。

次に、本発明の複合部材は、上記の金属構造体と、インサート成形により前記金属構造体と一体化された樹脂部と、を備え、前記第１形状と前記第２形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなるアンカー部を備え、前記第１形状と前記第２形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする。

また、本発明の複合部材の製造方法は、上記の金属構造体を３Ｄプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹脂部を成形するインサート成形工程と、を行うことを特徴とする。

本発明の複合部材およびその製造方法は、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化することにより、軽量化を図ることができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、金属構造体は３Ｄプリンタによって製造されるので、樹脂との接合面に形成される微細な孔または微細な凸部の３次元形状および単位面積当たりの数を、接合面の部位ごとに精密にコントロールすることができる。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる外力が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

本発明の複合部材において、前記樹脂部はウエルド部を備え、前記ウエルド部に前記金属構造体が接合されることが好ましい。このようにすると、樹脂部にウエルド部が発生することによる複合部材の強度低下を抑制できる。

本発明によれば、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体が樹脂との接合面を備えており、接合面は、第１形状が規則的に配列される第１面と、第２形状が規則的に配列され
る第２面を備えている。従って、樹脂との接合面の部位に応じて、第１面および第２面に形成される微細な孔または微細な凸部の３次元形状および単位面積当たりの数を、３Ｄプリンタによって精密にコントロールすることができる。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を精密にコントロールすることができるので、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる負荷や設置条件等が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

本発明を適用した実施形態１の金属構造体の斜視図および部分断面図である。 図１の金属構造体を備える複合部材の断面図である。 図２の複合部材の製造方法の説明図である。 変形例の第１形状が形成された第１面の部分拡大図である。 実施形態２の金属構造体の斜視図および部分断面図である。 図５の金属構造体を備える複合部材の断面図である。 図６の複合部材の製造方法の説明図である。 実施形態３の金属構造体の斜視図および断面図である。 図９の金属構造体を備える複合部材の製造方法の説明図である。 実施形態４の金属構造体の斜視図および部分断面図である。 変形例の第１形状および第２形状を備える接合面の部分断面図である。

以下に説明する複合部材の実施形態は、いずれも、車両、飛行機、船舶など移動体の部品である。この種の移動体は駆動部を備えており、複合部材は、高温になる部位に使用される。例えば、複合部材は、オーバーヒート時に数百度になることが想定される部位に使用される。そのため、複合部材は、数百度で所定時間強度を保つように設計される。より具体的には、モーターなどの熱源回りの部品（例えば、ギアボックス）、排気ダクト、ハンドルレバー、ディスクブレーキキャリバーなどが想定される。なお、本発明を適用した複合部材は、車両、飛行機、船舶などの部品に限定されるものではなく、他の用途での使用も可能である。

本発明を適用した複合部材は、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体と、インサート成形により金属構造体に接合され一体化される樹脂部を備える。金属構造体は、例えば、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。なお、他の金属によって金属構造体を形成してもよい。以下、図面を参照して、金属構造体および複合部材の実施形態を説明する。

＜実施形態１＞
図１（ａ）は、本発明を適用した実施形態１の金属構造体１０の斜視図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、金属構造体１０の部分断面図である。図２は、図１の金属構造体１０を備える複合部材１の断面図である。図２に示すように、本発明を適用した複合部材１は、金属構造体１０と、金属構造体１０の表面を覆う樹脂部２０を備える。

本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向である。図１、図２の上下に合わせて、Ｚ方向を便宜的に上下方向とする。なお、実際の複合部材１の使用態様では、Ｚ方向と上下方向（鉛直方向）とが一致していなくてもよい。図１（ａ）に示すように、金属構造体１０の表面は、第１面１１と、第１面１１とは異なる方向を向く第２面１２を備える。実施形態１では、第１面１１は、金属構造体１０の側面であり、第２面１２は、金属構造体１０の上面（天面）である。第１面１１は、第２面１２の各辺から第
２面１２と交差する方向に延びている。図１（ａ）に示す金属構造体１０は、第２面１２が矩形であるため、第１面１１を４面備える。第１面１１は平坦面であるが、第２面１２は、上方に向かって僅かに膨らむ形状に湾曲している。

第１面１１と第２面１２は、樹脂部２０に接合される接合面１３である。本形態では、４面の第１面１１が全て樹脂に接合される。接合面１３は、樹脂との接合強度を高めるための凹凸形状を備える。第１面１１には多数の第１形状１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２形状１５が規則的に配列される。第１形状１４および第２形状１５は、微細な孔である。従って、接合面１３は多孔質の面である。

図１（ｂ）は、第１面１１の拡大断面図であり、図１（ｃ）は、第２面１２の拡大断面図である。実施形態１では、第１形状１４と第２形状１５は同一形状の孔である。図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、第１形状１４と第２形状１５の断面形状は、開口部の径Ｄ１よりも内径の最大値Ｄ２の方が大きいアンダーカット形状である。図２に示すように、第１形状１４および第２形状１５に樹脂部２０を構成する樹脂が入り込んでアンカー部１６が形成される。

図１（ａ）に示すように、第１形状１４と第２形状１５は、いずれも等間隔で並んでいる。図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、第１面１１における第１形状１４の配置間隔Ｐ１は、第２面１２における第２形状１５の配置間隔Ｐ２よりも大きい。従って、金属構造体１０は、第２面１２の方が第１面１１よりも微細孔が密に配置されており、第２面１２の方が第１面１１よりも単位面積当たりの孔数が多い。上記のように、第１形状１４の形状と第２形状１５の孔形状は同一であるため、第１面１１における第１形状１４の単位面積当たりの開口面積（開口率）は、第２面１２における第２形状１５の単位面積当たりの開口面積（開口率）よりも小さい。

微細孔が密に配置される面、言い換えれば、単位面積当たりの孔数が大きい面の方が、多くのアンカー部１６が形成され、単位面積当たりのアンカー部１６の数が多いため、樹脂との接合強度が高い。従って、第１面１１よりも第２面１２の方が樹脂との接合強度が高い。

図２に示すように、複合部材１の側面１ａは第１面１１を樹脂で覆った面であり、複合部材１の上面（天面）１ｂは、第２面１２を樹脂で覆った面である。上面１ｂは単位面積当たりのアンカー部１６の数が多く、金属構造体１０と樹脂との接合強度が高い部位である。従って、複合部材１は、上面１ｂを摺動面とする用途で使用するのに適している。また、側面１ａは単位面積当たりのアンカー部１６の数が少なく、金属構造体１０と樹脂との接合強度が低い部位である。従って、複合部材１は、側面１ａを圧縮圧力がかかる面として使用するのに適している。

（金属構造体の製造方法）
金属構造体１０は、３Ｄプリンタを用いて製造される。３Ｄプリンタの造形方式は、パウダーベット方式、もしくは、バインダージェット方式である。パウダーベット方式では、金属粉末を成形台に１層分敷き詰めてレーザーや電子ビームを照射して必要な部分を溶かして固化させる工程を多層分繰り返して行う。これにより、固化した金属を積層して立体形状の金属構造体を造形する。バインダージェット方式では、金属粉末の層にバインダー（液体結合剤）を噴射して結合させながら積層して立体形状の金属構造体を造形し、造形後にバインダーを除去する。なお、パウダーベット方式もしくはバインダージェット方式以外の造形方式の３Ｄプリンタを用いて金属構造体１０を製造することもできる。

３Ｄプリンタによる金属構造体１０の製造には、金属構造体１０の３次元形状データを
使用するが、その際、第１面１１における第１形状１４の３次元形状および配置と、第２面１２における第２形状１５の３次元形状および配置を設定して３次元形状データを作成する。第１形状１４および第２形状１５の３次元形状は、上記のように、アンダーカット形状に設定される。第１形状１４と第２形状１５の３次元形状および配置は、３Ｄプリンタによって精密にコントロールされる。第１形状１４の孔径および第２形状１５の孔径（開口径）は、１μｍ以上５００μｍ以下の範囲で設定することができる。

金属構造体１０の３次元形状データを設定する際、第１形状１４および第２形状１５の配置は、第１形状１４と第２形状１５の孔形状が決まっていれば、各面における単位面積当たりの孔数をパラメータとして設定することにより決まる。あるいは、第１形状１４の配置間隔Ｐ１、および、第２形状１５の配置間隔Ｐ２をパラメータとして設定してもよいし、単位面積当たりの開口面積（開口率）を設定してもよい。単位面積当たりの開口面積（開口率）をパラメータとして設定する場合、２％から９８％の範囲で設定することができる。なお、第１形状１４と第２形状１５の孔形状および配置を設定するためのパラメータは、上記以外のパラメータであってもよく、適宜変更可能である。

（複合部材の製造方法）
図３は、図２の複合部材１の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型３０に金属構造体１０を位置決めした状態を模式的に示す図である。インサート成形用の金型３０は、第１型３１および第２型３２を備える。第１型３１と第２型３２の間には、キャビティＣが形成される。図３に示す金型３０の例では、キャビティＣに樹脂材料を充填するためのゲートＧが第１型３１に設けられている。ゲートＧは、第２面１２と対向する。

金属構造体１０は、第２面１２とは反対側を向く平坦な第３面１７を備える。インサート成形工程では、図３に示すように、金属構造体１０をキャビティＣに配置し、第３面１７をゲートＧに対向する型面３３に当接させる。しかる後に、ゲートＧから樹脂材料をキャビティＣに充填し、硬化させて樹脂部２０を成形する。このとき、第１形状１４および第２形状１５に樹脂材料が入り込み、アンカー部１６が形成される。これにより、第１面１１および第２面１２（すなわち、接合面１３）が樹脂部２０に接合される。

図３に示す例では、第１型３１と第２型３２は、Ｚ方向に対向する。金属構造体１０の第１面１１はＸＺ平面もしくはＹＺ平面に平行である。第２面１２はＸＹ平面に沿う湾曲面であって、ゲートＧと対向する。ここで、ゲートＧからキャビティＣに樹脂材料が充填されるときの樹脂の流れ方向をＭＤ（Machine Direction）方向、樹脂の流れに直角な方向をＴＤ（Transverse Direction）方向とするとき、ＭＤ方向はＺ方向であり、Ｘ方向およびＹ方向はＴＤ方向である。従って、図３に示す例では、第１面１１はＭＤ方向に沿う面であり、第２面１２は、ＭＤ方向に直交する面である。

射出成形において、ＭＤ方向の成形収縮率は、ＴＤ方向の成形収縮率よりも小さい。従って、図３に示す金型３０によってインサート成形を行う場合には、第２面１２に接合される樹脂は、第１面１１に接合される樹脂よりも成形収縮率が大きい。金属構造体１０は、上記のように、第２面１２の方が、第１面１１よりも微細孔が密に配置されていて単位面積当たりの孔数が多く、アンカー部１６が密に形成される。つまり、金属構造体１０は、インサート成形時の樹脂の成形収縮率の大小に対応する量のアンカー部１６が形成されるように、各面に形成される微細孔の孔数が設定されている。言い換えれば、金属構造体１０は、樹脂の成形収縮率の違いに起因する樹脂の密着度の違いをアンカー部１６の量によって補うことができるように、微細孔の孔数が最適化されている。

（実施形態１の主な作用効果）
以上のように、実施形態１の金属構造体１０は３Ｄプリンタにより製造されるため、樹
脂との接合面１３の一部である第１面１１に、形状の揃った微細孔（第１形状１４）を規則的に配列できる。また、樹脂との接合面の一部である第２面１２に、形状の揃った微細孔（第２形状１５）を規則的に配列できる。３Ｄプリンタにより製造することで、第１形状１４および第２形状１５の３次元形状および単位面積当たりの孔数を精密にコントロールすることができる。

また、３Ｄプリンタにより製造することで、従来の粗面化処理が困難であった熱伝導性が低い金属によってインサート部材として使用する金属構造体１０を製造できる。従って、複合部材１の耐熱性を高めることができる。また、金属と樹脂との接合強度が高いことが要求される用途に使用できる複合部材１を提供できる。

実施形態１では、第１面１１と第２面１２は、面の向きおよび位置が異なるので、各面の向きや位置に応じて、微細孔の孔形状および単位面積当たりの孔数の少なくとも一方を異なる構成として、樹脂との接合強度を最適化している。

例えば、インサート成形によって各面に接合される樹脂の成形収縮率の差に対応する接合強度となるように、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境に対応する接合強度となるように、各面における微細孔の孔形状および単位面積当たりの孔数を最適化する。これにより、金属構造体１０を樹脂と接合する場合に、樹脂と接合面１３との接合強度を最適化でき、補強効果を高めることができる。

具体的には、複合部材１の上面１ｂを摺動面とする場合には、第２面１２と樹脂との接合強度を高めるため、第２形状１５の単位面積当たりの数が多くなるように３次元形状データを設定して、アンカー部１６の量を増大させる。また、側面１ａに圧縮圧力がかかるような状態で複合部材１を使用する場合には、第１面１１と樹脂との接合強度は摺動面ほど大きくする必要がないので、第１面１１における第１形状１４の単位面積当たりの孔数が少なくなるように３次元形状データを設定して、アンカー部１６の量を少なくする。

また、図３に示すような金型３０を使用して、第２面１２に対向するゲートＧから樹脂を充填する場合には、第１面１１は、樹脂材料の流れ方向であるＭＤ方向に沿う面であり、第２面１２は、ＭＤ方向と交差する面になるため、第１面１１に接合される樹脂の成形収縮率が、第２面１２に接合される樹脂の成形収縮率よりも小さくなる。そこで、第１面１１における微細孔（第１形状１４）の単位面積当たりの孔数が、第２面１２における微細孔（第２形状１５）の孔数よりも少なくなるように、３次元形状データを設定する。これにより、接合される樹脂の成形収縮率の差を補うようにアンカー部１６の量を設定できる。

実施形態１では、第１形状１４および第２形状１５は、その断面形状が、開口部の径よりも孔の内径の最大値の方が大きいアンダーカット形状の孔である。従って、各孔に入り込んだ樹脂によって各孔の開口部から抜け難い形状のアンカー部１６が形成されるので、樹脂との接合強度を高めることができる。

（変形例）
（１）第１形状１４と第２形状１５は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すような深さ方向に長い楕円形の断面形状の孔に限定されるものではない。例えば、円形の断面形状の孔であってもよく、円形よりもさらに浅い断面形状の孔であってもよい。また、第１形状１４と第２形状１５は、三角形や矩形、あるいは、５角形などの多角形の平面形状の孔であってもよい。３Ｄプリンタによって製造することにより、孔形状を精密にコントロールすることができる。

（２）第１形状１４と第２形状１５は、孔形状が異なっていてもよい。例えば、第１形状１４と第２形状１５を、大きさが異なる相似形としてもよい。あるいは、第１形状１４と第２形状１５は、開口部の大きさが同一で、深さが異なる孔形状であってもよい。結合強度が高いアンカー部１６を形成できる孔形状にすれば、孔数は同一でも、樹脂との結合強度を高めることができる。従って、単位面積当たりの孔数を面によって異ならせる代わりに、第１形状１４と第２形状１５を異なる孔形状とし、単位面積当たりの孔数を同一にしてもよい。あるいは、第１形状１４と第２形状１５の孔形状と単位面積当たりの孔数の両方が異なっていてもよい。

（３）金属構造体１０の外形は、図１に示す形状に限定されるものではない。すなわち、樹脂との接合面が、異なる方向を向く面を少なくとも２面備え、１つの面に第１形状１４が形成され、他の面に第２形状１５が形成される構成であってもよい。また、３以上の面を備え、各面が異なる形状あるいは単位面積当たりの孔数の微細孔が形成される構成であってもよい。

（第１形状の変形例）
実施形態１では、第１形状１４および第２形状１５は、いずれも平面形状が円形の孔であるが、樹脂が流れる方向による成形収縮率の違いを考慮して、孔の平面形状を設定することもできる。図４は、変形例の第１形状１８が形成された第１面１１の部分拡大図である。第１面１１は、ＸＺ面に平行な平面、もしくは、ＹＺ面に平行な平面である。変形例の第１形状１８は、第１面１１において、Ｚ方向およびＸ方向（Ｙ方向）に等間隔で規則的に配列される。第１形状１８は、Ｚ方向の孔径Ｄ３がＸ方向の孔径Ｄ４よりも小さく、Ｘ方向（Ｙ方向）に長い長孔形状である。

第１面１１において、Ｚ方向はＭＤ方向（樹脂の流れに沿う方向）であり、Ｘ方向およびＹ方向は、ＭＤ方向に直交する方向（ＴＤ方向）である。従って、第１形状１８は、ＭＤ方向の孔径Ｄ３がＭＤ方向と直交する方向の孔径Ｄ４よりも小さい形状であるため、第１面１１の面内では、ＭＤ方向（Ｚ方向）の第１形状１８の密度よりも、ＭＤ方向と直交する方向（Ｘ方向）の第１形状１８の密度の方が大きい。従って、第１面１１の面内では、成形収縮率が大きい方向の方が、成形収縮率が小さい方向よりも第１形状１８の密度が大きく、アンカー部１６の密度が高められている。よって、第１面１１の平面内で樹脂との接合強度を均一化できるように、第１形状１８の形状を最適化することができる。

なお、第１形状１８を長孔形状にする代わりに、ＴＤ方向の第１形状１８の配置間隔を、ＭＤ方向の第１形状１８の配置間隔よりも短く設定することもできる。このようにした場合も、ＴＤ方向の第１形状１８の密度を、ＭＤ方向の第１形状１８の密度よりも大きくすることができる。

＜実施形態２＞
図５（ａ）は、本発明を適用した実施形態２の金属構造体１０Ａの斜視図であり、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、金属構造体１０Ａの部分断面図である。図６は、図１の金属構造体１０Ａを備える複合部材２の断面図である。図６に示すように、本発明を適用した複合部材２は、金属構造体１０Ａと、金属構造体１０Ａに接合される樹脂部２０Ａを備える。

金属構造体１０Ａは、樹脂部２０Ａに接合される接合面１３を備える。接合面１３は、第１面１１と、第１面１１とは異なる方向を向く第２面１２を備える。第１面１１は、金属構造体１０のＸ方向の側面である。第２面１２は、金属構造体１０Ａの上面（天面）であり、Ｚ方向を向いている。図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、第１面１１には多数の第１形状１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２形状１５が規則的に配列
される。図６に示すように、複合部材２の側面２ａは、第１面１１を樹脂で覆った面であり、複合部材２の上面（天面）２ｂは、第２面１２を樹脂で覆った面である。第１形状１４および第２形状１５は、微細な孔である。第１形状１４と第２形状１５の断面形状は、実施形態１と同様にアンダーカット形状である。

金属構造体１０Ａは、第２面１２とは反対側に開口する凹部４１と、凹部４１に配置される構造体４２を備える。また、金属構造体１０Ａは、Ｙ方向の側面である第３面４３と、第２面１２とは反対側を向く第４面４４を備えており、凹部４１は、第３面４３および第４面４４に開口する。第３面４３および第４面４４は、樹脂に接合されない面である。図５、図６に示すように、構造体４２は格子状のラティス構造体である。従って、凹部４１の内側には構造体４２の隙間に空気層が設けられている。

金属構造体１０Ａは、実施形態１と同様に、３Ｄプリンタによって製造される。金属構造体１０Ａの製造に用いる３次元形状データは、凹部４１と、凹部４１に配置される構造体４２の３次元形状データを含む。実施形態１と同様に、第１形状１４と第２形状１５は同一形状に設定され、第１形状１４の配置間隔Ｐ１は、第２形状１５の配置間隔Ｐ２よりも大きく設定される。従って、第１面１１の方が、第２面１２よりも単位面積当たりの孔数が少ない。

図７は、図６の複合部材２の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型３０Ａに金属構造体１０Ａを位置決めした状態を模式的に示す図である。金型３０Ａは、第１型３１および第２型３２と、スライド型３４を備える。第１型３１には、キャビティＣに樹脂材料を充填するためのゲートＧが設けられている。実施形態１と同様に、第２面１２は、金型３０Ａに充填される樹脂材料の流れ方向（ＭＤ方向）と直交する面であり、第１面１１は、ＭＤ方向に沿う面である。金属構造体１０Ａの第４面４４はゲートＧに対向する型面３３に当接し、スライド型３４は金属構造体１０Ａの第３面４３に当接する。従って、凹部４１には樹脂材料が流入せず、構造体４２が樹脂で覆われることはない。

（実施形態２の主な作用効果）
実施形態２の金属構造体１０Ａは、実施形態１と同様に、３Ｄプリンタにより製造されており、第１面１１と第２面１２は、実施形態１と同様に、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境に対応する接合強度となるように、各面における微細孔の密度（単位面積当たりの孔数）が最適化される。従って、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

実施形態２の複合部材２は、実施形態１と同様に、上面２ｂが摺動面であり、側面２ａが圧縮圧力を受ける面として使用できる。また、図７に示す金型３０Ａによってインサート成形を行う場合には、金属構造体１０Ａの第１面１１はＭＤ方向に沿う面となり、第２面１２は、ＭＤ方向と交差する面となる。従って、第１面１１における第１形状１４の密度（単位面積当たりの孔数）を、第２面１２における第２形状１５の密度よりも少なく設定することにより、成形収縮率の差を補うようにアンカー部１６の量が最適化されることになる。

実施形態２の金属構造体１０Ａは、樹脂に接合される接合面１３の裏側に凹部４１が形成され、凹部４１に格子状の構造体４２が配置される。つまり、複合部材２は、樹脂が接合される面が製品輪郭面であり、裏面は軽量化のための構造を備えている。３Ｄプリンタにより製造することで、このような形状の金属構造体１０Ａを製造可能である。凹部４１を設けることにより、金属構造体１０Ａを軽量化できる。また、凹部４１に構造体４２を配置することにより、金属構造体１０Ａの強度を確保できる。

また、金属構造体１０Ａは、樹脂が接合される接合面１３の裏側に空気層ができているので、高温下で使用される場合に、裏側からの断熱性を高めることができる。また、樹脂側からの熱によって複合部材２の温度が上昇した場合には、構造体４２から放熱できるので、放熱性を高めることができる。例えば、凹部４１に流体を流すことにより、構造体４２から放熱でき、放熱性を高めることができる。従って、樹脂部２０Ａの温度上昇を抑制でき、熱による樹脂部２０Ａへの悪影響を抑制できる。

実施形態２の構造体４２は、格子状のラティス構造体とは異なる構成であってもよい。例えば、リブ構造体もしくはハニカム構造体であってもよい。構造体４２がラティス構造体でなく、リブ構造体やハニカム構造体である場合も、同様の作用効果が得られる。

なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、第１形状１４が第２形状１５とは異なる構成を採用することができる。また、図４に示した第１形状１８を採用することができる。

また、金属構造体１０Ａの外形は、図５に示す形状に限定されるものではない。すなわち、樹脂との接合面が、異なる方向を向く面を少なくとも２面備え、１面に第１形状１４が形成され、別の面に第２形状１５が形成され、接合面の裏側に構造体４２を配置した凹部４１が設けられていればよい。

＜実施形態３＞
図８（ａ）は、本発明を適用した実施形態３の金属構造体１０Ｂの斜視図であり、図８（ｂ）は、金属構造体１０Ｂの断面図（図８（ａ）のＡ－Ａ位置で切断した断面図）である。図８（ｃ）は第１面１１の部分断面図であり、図８（ｄ）は第２面１２の部分断面図である。金属構造体１０Ｂは、樹脂との接合面１３を構成する第１面１１および第２面１２を備える。

金属構造体１０Ｂでは、第１面１１は、金属構造体１０のＸ方向の両端に設けられた半円状の湾曲面である。第１面１１の中央には、排出孔４５が形成されている。第２面１２は、金属構造体１０ＡのＺ方向の両端に設けられており、ＸＹ平面に沿う平坦面である。また、金属構造体１０は、Ｙ方向を向く第３面４６を備える。第３面４６はＸＺ平面に沿う平坦面である。実施形態１、２と同様に、第１面１１には多数の第１形状１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２形状１５が規則的に配列される。第１形状１４および第２形状１５は、微細な孔である。第１形状１４と第２形状１５の断面形状は、アンダーカット形状である。

金属構造体１０Ｂは、第１面１１、第２面１２、および第３面４６を備える金属製の外殻部４７と、外殻部４７の内側に形成される中空部４８と、中空部４８の内側に配置される金属製の構造体４９を備える。排出孔４５は、外殻部４７を貫通し、中空部４８に連通する。排出孔４５は、３Ｄプリンタによって金属構造体１０Ｂを製造する金属構造体製造工程において、中空部４８から成形材料である金属粉末を排出するための孔である。構造体４９は、格子状のラティス構造体である。なお、構造体４９は、リブ構造体、あるいは、ハニカム構造体であってもよい。

図９は、図８の金属構造体１０Ｂを備える複合部材の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型３０Ｂに金属構造体１０Ｂを位置決めした状態を模式的に示す図である。金型３０Ｂは、第１型３１および第２型３２と、スライドピン３５を備える。第１型３１および第２型３２には、それぞれ、キャビティＣに樹脂材料を充填するためのゲートＧが設けられている。すなわち、金型３０Ｂは、金属構造体１０Ｂに対して反対側の２箇所にゲートＧを備えている。金属構造体１０Ｂは、第１面１１および第２面１２がキャビテ
ィＣに面しており、第３面４６には図示しないスライド型が当接している。第１面１１にはスライドピン３５がＸ方向に当接して排出孔４５を塞ぐ。

２箇所のゲートＧは、それぞれ、金属構造体１０Ｂの第２面１２とＺ方向に対向する。ゲートＧは、第２面１２のＸ方向の中央に位置する。排出孔４５は、金属構造体１０ＢのＸ方向の両端に位置しており、ゲートＧから最も離れている。従って、樹脂材料の流れの末端に排出孔４５が位置する。スライドピン３５の先端と、排出孔４５の縁とが当接する当接部には、樹脂材料から発生するガスは通過可能で、且つ、樹脂材料は通過できない程度の隙間が存在する。従って、金属構造体１０Ｂを金型３０Ｂ内に配置して樹脂材料を充填するインサート成形工程において、樹脂材料から発生するガスを中空部４８に逃がすことができる。

インサート成形工程により、金属構造体１０Ｂと、金属構造体１０Ｂの接合面１３に接合される樹脂部（図示省略）を備える複合部材（図示省略）が製造される。インサート成形工程において、キャビティＣに樹脂材料を充填して樹脂部（図示せず）を成形した後に、金型３０Ａから複合部材を取り外す。完成した複合部材の樹脂部は、スライドピン３５の反転形状である穴を備える形状となる。

（実施形態３の主な作用効果）
実施形態３の金属構造体１０Ｂは、実施形態１、２と同様に、３Ｄプリンタにより製造されており、樹脂に接合される第１面１１と第２面１２は、第１形状１４と第２形状１５の単位面積当たりの孔数が異なる。従って、実施形態１、２と同様に、各面の樹脂との接合強度を、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境に対応する接合強度とすることができる。例えば、図９に示す金型３０Ｂによってインサート成形を行う場合には、第２面１２は、ＭＤ方向と直交する面になるので、第２面１２における第２形状１５の単位面積当たりの孔数を、第１面１１における第１形状１４の単位面積当たりの孔数よりも多く設定することにより、成形収縮率の違いに応じて樹脂との接合強度を最適化することができる。

なお、実施形態３においても、実施形態１、２と同様に、第１形状１４が第２形状１５とは異なる構成を採用することができる。例えば、第２形状１５を、第１形状１４によって形成されるアンカー部よりも結合強度の高いアンカー部が形成される孔形状にすることができる。

実施形態３の金属構造体１０Ｂは、樹脂に接合される外殻部４７の裏側（内側）に中空部４８が形成され、中空部４８に格子状の構造体４２が配置される。３Ｄプリンタを用いることにより、このような形状の金属構造体１０Ｂを製造可能である。金属構造体１０Ｂは、中空部４８を備えているので、軽量である。また、中空部４８に配置される構造体４２によって金属構造体１０Ｂの強度が確保される。

また、実施形態３の金属構造体１０Ｂは、３Ｄプリンタによる製造工程で金属材料の排出に用いられる排出孔４５を利用し、中空部４８に樹脂ガスを逃がすことができるので、気泡等の成形不良を抑制できる。また、排出孔４５は、ゲートＧから最も遠い樹脂材料の流れの末端位置に配置されるので、排出孔４５から中空部４８に樹脂材料が入り込み難い。よって、中空部４８が樹脂材料によって塞がれることを避けることができる。従って、インサート成形により製造した複合部材を高温下で使用するときに、排出孔４５から中空部４８に流体を流して冷却することが可能である。あるいは、金属構造体１０Ｂを備える複合部材を移動体の部品にする場合には、排出孔４５を移動方向に向けることにより、中空部４８を流体が流れる構造にすることができる。これにより、樹脂部の温度上昇を抑制することができ、熱による樹脂部への悪影響を抑制できる。

ここで、実施形態３の金属構造体１０Ｂにおいて、排出孔４５から中空部４８に異物が入ることを防止するため、排出孔４５にメッシュ構造体などの細かい孔を備える部材を配置することもできる。メッシュ構造体の開口幅は、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にすることができる。

＜実施形態４＞
図１０（ａ）は、本発明を適用した実施形態４の金属構造体１０Ｃの斜視図である。図１０（ａ）では、金属構造体１０Ｃの一部を切断してその断面構成を示している。金属構造体１０Ｃは、樹脂との接合面１３を構成する第１面１１および第２面１２を備える。図１０（ｂ）は第１面１１の部分断面図であり、図１０（ｃ）は第２面１２の部分断面図である。

金属構造体１０Ｃは、断面形状が矩形の筒部５１と、筒部５１の内側に設けられた中空部５２を備える。樹脂に接合される接合面１３は、筒部５１の外周面である。接合面１３は、第１面１１と、第１面１１と交差する第２面１２を備える。実施形態１－３と同様に、第１面１１には多数の第１形状１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２形状１５が規則的に配列される。第１形状１４および第２形状１５は、微細な孔である。図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すように、第１形状１４と第２形状１５の断面形状は、アンダーカット形状である。

金属構造体１０Ｃを金型内に配置してインサート成形を行うことにより、金属構造体１０Ｃと、金属構造体１０Ｃの接合面１３に接合される樹脂部（図示省略）を備える複合部材が製造される。インサート成形工程では、筒部５１の端面５３を型面に当接させ、第２面１２に対向する位置に設けられたゲートから樹脂を充填する。あるいは、ゲートの位置は、端面５３と同じ側から樹脂が流入するように設定してもよい。これにより、第１面１１および第２面１２に接合される樹脂部（図示省略）が形成される。筒部５１の端面５３および中空部５２の内周面は、樹脂に接合されない面である。

金属構造体１０Ｃは、筒部５１の外周面（接合面１３）を構成する金属層と、中空部５２の内周面を構成する金属層との間に挟まれる多孔質部５４を備える。多孔質部５４は外部に露出していない。

（実施形態４の主な作用効果）
実施形態４の金属構造体１０Ｃは、実施形態１－３と同様に、３Ｄプリンタにより製造されており、樹脂に接合される第１面１１と第２面１２は、第１形状１４と第２形状１５の単位面積当たりの孔数が異なる。従って、実施形態１、２と同様に、各面の樹脂との接合強度を、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境等に対応する接合強度とすることができる。

なお、実施形態４においても、実施形態１－３と同様に、第１形状１４が第２形状１５とは異なる構成を採用することができる。例えば、第２形状１５を、第１形状１４によって形成されるアンカー部よりも結合強度の高いアンカー部が形成される孔形状にすることができる。

実施形態４の金属構造体１０Ｃは、金属層によって多孔質部５４を挟んだ構造であるため、軽量であり、且つ、断熱性が高い。従って、第１面１１および第２面１２に接合される樹脂部に伝わる熱を少なくすることができ、樹脂部の温度上昇を抑制できる。また、中空部５２を備えているので、中空部５２に流体を流すことができ、中空部５２から放熱することも可能である。

金属構造体１０Ｃは、実施形態１－３と同様に、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。従って、接合面１３に接合される樹脂部への熱伝導を減らすことができ、樹脂部の温度上昇を抑制できる。

（その他の変形例）
（１）実施形態１－４において、樹脂との結合強度を高めるための第１形状１４および第２形状１５は、いずれも孔であるが、凸部であってもよい。図１１は、変形例の第１形状６１および第２形状６２を備える接合面１３の部分断面図である。図１１（ａ）は、第１面１１の部分断面図であり、図１１（ｂ）は、第２面１２の部分断面図である。また、図１１（ｃ）は、第１面１１に樹脂部２０が接合された状態を示す部分断面図であり、図１１（ｄ）は、第２面１２に樹脂部２０が接合された状態を示す部分断面図である。

第１形状６１および第２形状６２は、いずれも凸部であり、実施形態１－４の第１形状１４および第２形状１５の反転形状である。従って、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、第１形状６１および第２形状６２は、接合面１３に接続される基端部の径Ｗ１よりも、外径の最大値Ｗ２の方が大きい形状である。３Ｄプリンタを用いることにより、このような表面形状を備えた金属構造体１０を製造することができる。

インサート成形により金属構造体１０を樹脂部２０に接合すると、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、第１形状１４および第２形状１５が樹脂部２０に食い込んだ状態になる。従って、アンカー効果が発揮され、金属構造体１０と樹脂部２０との接合強度を高めることができるので、上記各形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、第１形状６１および第２形状６２の３次元形状および単位面積当たりの数は、上記各形態と同様に、第１面１１と第２面１２の樹脂との接合強度を最適化するように、適宜設定することができる。

（２）実施形態１－４において、樹脂部にウエルド部が形成される場合に、ウエルド部と金属構造体との接合強度を高めることが好ましい。例えば、実施形態３のように複数のゲートＧから樹脂材料を充填する場合、樹脂材料の合流部にウエルド部が形成される。ウエルド部に接合される面には、上記各形態の第２面１２のように、他の面よりも微細孔の孔数を多く設定するか、あるいは、微細孔の孔形状を、結合強度が高いアンカー部を形成できる形状にする。これにより、ウエルド部の補強効果を高めることができる。

１…複合部材、１ａ…側面、１ｂ…上面、２…複合部材、２ａ…側面、２ｂ…上面、１０、１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ…金属構造体、１１…第１面、１２…第２面、１３…接合面、１４…第１形状、１５…第２形状、１６…アンカー部、１７…第３面、１８…第１形状、２０、２０Ａ…樹脂部、３０、３０Ａ、３０Ｂ…金型、３１…第１型、３２…第２型、３３…型面、３４…スライド型、３５…スライドピン、４１…凹部、４２…構造体、４３…第３面、４４…第４面、４５…排出孔、４６…第３面、４７…外殻部、４８…中空部、４９…構造体、５１…筒部、５２…中空部、５３…端面、５４…多孔質部、６１…第１形状、６１…第２形状、Ｃ…キャビティ、Ｇ…ゲート

上記の課題を解決するために、本発明の金属構造体は、樹脂部に接合される金属構造体であって、前記樹脂部に接合される接合面を備え、前記接合面は、第１面、および、前記第１面とは異なる方向を向く第２面を備え、前記第１面には、同一寸法の第１形状が規則的に配列され、前記第２面には、同一寸法の第２形状が規則的に配列され、前記第１形状と前記第２形状は、前記樹脂部に設けられたアンカー部が入り込んで前記樹脂部との接合強度を高める孔または前記樹脂部に食い込んで前記樹脂部との接合強度を高める凸部であり、前記第１形状および前記第２形状が前記孔である場合は、前記孔の開口径が１μｍ以
上５００μｍ以下であり、前記第１形状および前記第２形状が前記凸部である場合は、前記凸部の基端部の径が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記第１形状と第２形状は、３次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする。

本発明によれば、金属構造体が樹脂との接合面を備えており、接合面は、第１形状が規則的に配列される第１面と、第２形状が規則的に配列される第２面を備えている。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を精密にコントロールすることができるので、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる負荷や設置条件等が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

本発明において、前記第１形状と前記第２形状は、断面形状がアンダーカット形状の前記孔、または、前記基端部の径が外径の最大値よりも大きい前記凸部であることが好ましい。このようにすると、各形状に樹脂が入り込むことによるアンカー効果が高まる。従って、樹脂との接合強度を高めることができる。

本発明において、前記接合面の裏側に設けられた中空部または凹部と、前記中空部または前記凹部に配置される構造体と、を備え、前記構造体は、ラティス構造体、ハニカム構造体、およびリブ構造体のいずれかである構成を採用することができる。このようにすると、金属構造体の軽量化を図りつつ、強度を確保できる。また、接合面の裏側に空気層ができるので、断熱性を高めることができる。あるいは、接合面の裏側に放熱性が高い構造を配置できるので、放熱性を高めることができる。従って、接合面に接合される樹脂の温度上昇を抑制できるので、熱による樹脂への悪影響を抑制できる。

次に、本発明の複合部材は、上記の金属構造体と、前記接合面に接合されることにより前記金属構造体と一体化された樹脂部と、を備え、前記第１形状と前記第２形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなる前記アンカー部を備え、前記第１形状と前記第２形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする。

また、本発明の複合部材の製造方法は、上記の金属構造体を３Ｄプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹脂部を成形するインサート成形工程と、を行うことを特徴とする。

本発明の複合部材およびその製造方法は、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化することにより、軽量化を図ることができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、樹脂との接合面に形成される微細な孔または微細な凸部の３次元形状および単位面積当たりの数を、接合面の部位ごとに精密にコントロールすることができる。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる外力が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

本発明の複合部材において、前記樹脂部はウエルド部を備え、前記第１面および前記第２面のうちで前記孔または前記凸部の単位面積当たりの数が多い面は、前記ウエルド部に接合されることが好ましい。このようにすると、樹脂部にウエルド部が発生することによる複合部材の強度低下を抑制できる。

本発明の複合部材の製造方法において、前記インサート成形工程では、前記第２面が前記金型に前記樹脂材料を充填するゲートと対向し、前記第１面が前記金型内に樹脂材料が充填されるときの前記樹脂材料の流れ方向であるＭＤ方向に沿う面となるように、前記金属構造体を前記金型内に位置決めすることが好ましい。このようにすると、インサート成形の際の樹脂の成形収縮率の違いに応じて微細な孔または微細な凸部の分布を最適化できる。

本発明の複合部材の製造方法において、前記第１形状は、前記ＭＤ方向の径が前記ＭＤ方向と交差する方向の径よりも小さい形状であることが好ましい。このようにすると、ＭＤ方向に沿う面の孔形状を最適化することができる。すなわち、成形収縮率が大きい方向は、成形収縮率が小さい方向よりも、微細な孔または微細な凸部が密に配置されるようになるので、樹脂との密着性を均一化することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の金属構造体は、第１面、および、前記第１面とは異なる方向を向く第２面を備える表面を有し、前記第１面には、同一寸法の第１形状が規則的に配列され、前記第２面には、同一寸法の第２形状が規則的に配列され、前記第１形状と前記第２形状は、断面形状がアンダーカット形状の孔または基端部の径が外径の最大値よりも大きい凸部であり、前記第１形状および前記第２形状が前記孔である場合は、前記孔の開口径が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記第１形状および前記第２形状が前記凸部である場合は、前記凸部の基端部の径が１μｍ以上５００μｍ以下であり、前記第１形状と第２形状は、３次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする。

次に、本発明の複合部材は、上記の金属構造体と、前記金属構造体と一体化された樹脂部と、を備え、前記第１面および前記第２面は、前記樹脂部と接合される接合面であり、前記第１形状と前記第２形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなるアンカー部を備え、前記第１形状と前記第２形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする。

本発明によれば、金属構造体が樹脂との接合面を備えており、接合面は、第１形状が規則的に配列される第１面と、第２形状が規則的に配列される第２面を備えている。これにより、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を精密にコントロールすることができるので、接合面の部位ごとに、樹脂との接合強度を最適化できる。例えば、接合される樹脂の成形収縮率が第１面と第２面で異なる場合や、接合される樹脂に加わる負荷や設置条件等が第１面と第２面で異なる場合に、各面における樹脂との接合強度を最適化することができる。よって、狙った補強効果を得ることができる。

Claims (10)

1. ３Ｄプリンタにより製造される金属構造体であって、
   樹脂に接合される接合面を備え、
   前記接合面は、第１面、および、前記第１面とは異なる方向を向く第２面を備え、
   前記第１面には、前記樹脂との結合強度を高めるための第１形状が規則的に配列され、
   前記第２面には、前記樹脂との結合強度を高めるための第２形状が規則的に配列され、
   前記第１形状と前記第２形状は、孔または凸部であり、
   前記第１形状と第２形状は、３次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする金属構造体。
2. 前記接合面は、インサート成形により前記樹脂に接合され、
   前記第１面に接合される樹脂の成形収縮率が、前記第２面に接合される樹脂の成形収縮率よりも小さく、
   前記第１面における第１形状の単位面積当たりの数が前記第２面における前記第２形状の単位面積当たりの数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の金属構造体。
3. 前記第１面は、前記インサート成形に用いる金型内に樹脂材料が充填されるときの前記樹脂材料の流れ方向であるＭＤ方向に沿う面であり、
   前記第２面は、前記ＭＤ方向と交差する面であることを特徴とする請求項２に記載の金属構造体。
4. 前記第１形状は、前記ＭＤ方向の径が前記ＭＤ方向と交差する方向の径よりも小さい形状であることを特徴とする請求項３に記載の金属構造体。
5. 前記第１形状と前記第２形状は、断面形状がアンダーカット形状の孔であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の金属構造体。
6. 前記第１形状および前記第２形状の径は、１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の金属構造体。
7. 前記接合面の裏側に設けられた中空部または凹部と、
   前記中空部または前記凹部に配置される構造体と、を備え、
   前記構造体は、ラティス構造体、ハニカム構造体、およびリブ構造体のいずれかであることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の金属構造体。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の金属構造体と、
   インサート成形により前記金属構造体と一体化された樹脂部と、を備え、
   前記第１形状と前記第２形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなるアンカー部を備え、
   前記第１形状と前記第２形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする複合部材。
9. 前記樹脂部はウエルド部を備え、
   前記ウエルド部に前記金属構造体が接合されることを特徴とする請求項８に記載の複合部材。
10. 請求項１から７の何れか一項に記載の金属構造体を３Ｄプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、
    前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹
    脂部を成形するインサート成形工程と、を行うことを特徴とする複合部材の製造方法。

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