JP2023006400A - 複合体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂部と金属部とが相互に対向する接合面で接合された複合体において、樹脂部と金属部との密着性をより向上し得る複合体を提供する。【解決手段】この複合体１は、金属部１０が、その接合面１１にそれぞれ開口する一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂを有する。そして、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂは、金属部１０内で相互に近づく傾斜構造を構成しており、樹脂部２０は、金属部１０の接合面１１に一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの溝内部を充填した状態で接合されている。【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体に関する。

軽量化且つ低コスト化を目的に、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の複合体として、例えば、金属部（メタルシート）上に、樹脂部として炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）からなる補強部材（リブ）をプレス形成する自動車部品が検討されている。これらの複合体による部品は、加熱した熱可塑性樹脂とメタルシートとを金型内で一体形成することで製造される。

特許第５８４３７５０号公報

しかし、この種の複合体において、相互に対向する接合面の密着性を十分に維持できないと、自動車部品の構造体として必要な強度を発揮できないという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体において、樹脂部と金属部との相互に対向する接合面の密着性（垂直引張強度）をより向上（密着性の改善）させ得る複合体および複合体の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合体は、樹脂部と金属部とが相互に対向する接合面で接合された複合体であって、前記金属部は、当該金属部の接合面にそれぞれ開口する一対の傾斜溝を有するとともに、該一対の傾斜溝が、当該金属部内で相互に近づく傾斜構造を構成しており、前記樹脂部の接合面は、前記金属部の接合面に前記一対の傾斜溝の溝内部を充填した状態で接合されている。

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合体の製造方法は、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合して複合体を製造する方法であって、前記金属部の接合面に、当該接合面にそれぞれ開口するとともに当該金属部内で相互に近づく一対の傾斜溝を形成する溝形成工程と、前記溝形成工程で前記金属部に形成された前記一対の傾斜溝の内部を充填するように前記樹脂部の接合面を前記金属部の接合面に接合する接合工程と、を含む。

本発明によれば、樹脂部と金属部との相互に対向する接合面の密着性をより向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の第一態様の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図、（ｃ）は（ａ）でのＢ－Ｂ'断面図である。 図１（ｂ）に示すトンネル構造部分の要部拡大図であり、同図では第一態様の金属部に樹脂部を積層した複合体の状態を示している。 第一実施形態に係る複合体における金属部の第一態様の溝構造の製造方法の一例を説明する模式的斜視図である（工程１）。 第一実施形態に係る複合体における金属部の第一態様の溝構造の製造方法の一例の説明図（工程２）であり、同図（ａ）は工程２を示す模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図、（ｃ）は（ａ）でのＢ－Ｂ'断面図である。 第一実施形態に係る複合体における金属部の第一態様の溝構造の製造方法の一例の説明図（工程３）であり、同図（ａ）は工程３を示す模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図、（ｃ）は（ａ）でのＢ－Ｂ'断面図である。 従来例、本発明の第一実施形態、第二実施形態、および比較例のシミュレーション結果を示すグラフであって、各図は、垂直引張強度（ａ）、せん断引張強度（ｂ）、溝側面の表面積あたりの垂直引張強度（ｃ）をそれぞれ比較して示している。 本発明の第二実施形態に係る複合体における金属部の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図である。 比較例として示す複合体の金属部の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図である。 本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の溝構造の他の態様の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図である。 本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の溝構造の他の態様の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図である。 本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の溝構造の他の態様の説明図であり、同図（ａ）は、その模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図、（ｃ）は（ａ）でのＢ－Ｂ'断面図である。 本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の溝構造において、Ｖ字溝の形成角度の異なる例（（ａ）～（ｃ））を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る複合体における金属部の溝構造において、Ｖ字溝を形成するレーザの照射角度と垂直引張強度との関係（ａ）、およびレーザの照射角度と溝の長さとの関係（ｂ）を示すグラフである。 製作した各複合体の試験片における断面写真であり、同図（ａ）は図２に対応するトンネル構造の断面を示し、以下、（ｂ）は図１（ｃ）の傾斜構造の断面に対応し、（ｃ）は図７（ｂ）の断面に対応し、（ｄ）は図８（ｂ）の断面に対応し、（ｅ）は図１５（ｂ）の断面に対応し、（ｆ）は図１５（ｃ）の断面に対応している。なお、同図の例は、ＩＳＯ１９０９５に準拠した試験片を３ｍｍの短冊に切断してＸ線ＣＴにより断面構造を確認したものである。 従来の複合体の一例の説明図であり、同図（ａ）は、従来の複合体を構成する金属部の模式的斜視図、（ｂ）は（ａ）でのＡ－Ａ'断面図、（ｃ）は（ａ）でのＢ－Ｂ'断面図、（ｄ）は要部拡大図であり、同図では金属部に樹脂部を積層した複合体の状態を示している。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。実施形態の複合体は、金属部と樹脂部とが相互に対向する接合面で接合された複合体である。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態ないし実施態様は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし実施態様に特定するものではない。

［複合体］
まず、本発明の第一実施形態に係る複合体とその金属部の第一態様について説明する。
図１に示すように、第一態様の金属部１０は、例えば板厚が１ｍｍ程度のアルミ合金製（例えばＡ５０５２）のメタルシートである。
この金属部１０は、同図のＸ方向に沿って、接合面１１に垂直に複数個所に形成された第一の垂直溝４０と、同図のＹ方向に沿って複数個所に形成されて、接合面１１にそれぞれ開口する一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂと、を有する。

第一の垂直溝４０、および、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂは、金属部１０の裏面側には貫通しないように、金属部１０の厚さ方向の途中部分の位置までパルスレーザ処理により格子状をなすように形成されている。
同図の例では、パルスレーザ処理により形成される溝幅Ｗは、第一の垂直溝４０、および、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂともに例えば５０μｍである。また、第一の垂直溝４０の厚さ方向Ｚでの溝深さｄ１は、例えば５０μｍであり、また、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの厚さ方向Ｚでの溝深さｄ２は、例えば５０μｍである。

ここで、第一態様金属部１０において、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂは、同図（ｂ）に示すように、金属部１０の厚さ方向Ｚであって溝の延在方向と直交する方向に沿った断面視において、金属部１０の表面側に向かって広がるＶ字形状に形成されてＶ字溝３１を構成している。
特に、第一態様での一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂは、第一の垂直溝４０との交差部において、金属部１０内で相互に連通してトンネル構造Ｔを構成している。これにより、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの間の部分に、逆三角形状をなす引掛部（アンカ）６０が形成されている。

また、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂは、図１（ｃ）のＢ－Ｂ'断面に示すように、第一の垂直溝４０との交差部以外の部分では、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ相互は連通しておらず、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの組によって、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂそれぞれが、５０μｍの深さで形成され金属部１０内で相互に近づく傾斜構造を構成している。

そして、第一実施形態の複合体１は、図２に示すように、第一態様の金属部１０に形成された一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂが構成する、Ｖ字溝３１のトンネル構造Ｔの内部を充填するように樹脂部２０の接合面２１が金属部１０の接合面１１に接合されている。第一実施形態の複合体１を構成する樹脂部２０としては、例えば炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）を好適に用いることができる。なお、同図中の符号ｈは、レーザ処理で金属が溶融または昇華した後に凝固した盛り上がり部分を示している（他の図において同様）。

［複合体の製造方法］
次に、上記第一実施形態に係る複合体１の製造方法について説明する。
第一実施形態に係る複合体１を製造するには、まず、金属部１０の接合面１１に対して凹凸形成加工をレーザ処理で行う。第一実施形態に係る複合体１においては、金属部１０としてアルミ（Ａ５０５２）製の薄板材を用いている。

また、第一実施形態に係る複合体１においては、パルスレーザ処理によって、上記金属部１０の接合面１１に、少なくとも、当該接合面１１にそれぞれ開口するとともに当該金属部１０内で相互に近づく一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂを形成する（溝形成工程）。

なお、パルスレーザ処理の条件としては、例えば、レーザ装置としてキーエンス製レーザマーカＭＤ－Ｆ５２００（波長：１０９０ｎｍ、出力：３０Ｗから５０Ｗ、パルス周波数：６０ｋＨｚ以上）を用いることができる。

ここで、第一実施形態に係る複合体１の製造方法では、まず、金属部１０の接合面１１に対して第一の垂直溝４０を複数条形成する。第一の垂直溝４０は、図３に示すように、パルスレーザの走査方向をＸ方向とし、このＸ方向において、パルスレーザ処理によって溝幅Ｗが５０μｍで、溝深さ５０μｍをねらい目とするとともに、隣接する他の第一の垂直溝４０とのＹ方向での離隔ピッチＰを例えば２００μｍとして複数条形成する（垂直溝形成工程）。

次いで、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂのうち、まず、一方の傾斜溝３０ａを金属部１０の接合面１１に形成する。一方の傾斜溝３０ａは、図４に示すように、パルスレーザの走査方向をＹ方向とするとともに、パルスレーザの照射軸線の方向を斜め（例えばθ＝４５°）に設定する。
そして、パルスレーザ処理によって、このＹ方向での斜め照射により、一方の傾斜溝３０ａを、溝幅Ｗが５０μｍであって溝深さｄ１が５０μｍをねらい目とするとともに、隣接する他の傾斜溝３０ａとのＸ方向での離隔ピッチＰを例えば４００μｍとして複数条形成する。

続いて、図５に示すように、他方の傾斜溝３０ｂについても、一方の傾斜溝３０ａと同様にして、溝幅Ｗが５０μｍであって溝深さｄ１が５０μｍをねらい目とするとともに、隣接する他の傾斜溝３０ｂとの離隔ピッチＰを例えば４００μｍとして金属部１０の接合面１１に複数条形成する（傾斜溝形成工程）。

但し、他方の傾斜溝３０ｂにおいて、パルスレーザの照射軸線の傾斜方向は、上記一方の傾斜溝３０ａに対して金属部１０内で相互に近づくように、垂直な中心線を挟んで傾斜溝３０ａとは対称となる照射位置にて、反対の側から斜め（例えばθ＝４５°）にパルスレーザ処理を行えるように設定する。

これにより、図５（ｃ）に網掛けで示すように、本実施形態に係る複合体の製造方法により、図１（ｃ）のＢ－Ｂ'断面にも示したように、第一の垂直溝４０との交差部以外の部分（図１の符号Ｓの箇所）では、金属部１０内で相互に近づく傾斜構造を構成するように、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂがそれぞれ５０μｍの深さで形成される。

そして、図５（ｂ）に網掛けで示すように、本実施形態に係る複合体の製造方法により、図１（ｂ）のＡ－Ａ'断面にも示したように、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂと横溝４０との交差部（図１の符号Ｃの箇所）では、先に形成されている深さｄ１の５０μｍの横溝４０の部分にて、更に５０μｍの深さｄ２でパルスレーザが照射される。

そのため、更に５０μｍの深さに彫り込まれて、都合１００μｍほどの深さの溝が形成される。これにより、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ相互が連通するトンネル構造Ｔが形成されるとともに、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ同士の間の位置に、Ｖ字溝３１による逆三角形状をなす引掛部（アンカ）６０が形成される。

換言すると、図５において、第一実施形態に係る複合体１の製造方法では、Ａ－Ａ'断面の位置では、Ｂ－Ｂ'断面の位置よりも５０μｍ深い位置で斜めに溝が掘られるので一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ同士が相互に連通する。
これにより、第一実施形態に係る複合体１の製造方法では、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂを形成しつつ、引掛部６０を形成することによって垂直方向での引張強度を増すことができる金属部１０の表面加工を効率良く行うことができる。

特に、第一実施形態に係る複合体１の製造方法では、このような複数段階のパルスレーザの照射手順によって、第一の垂直溝４０との交差部以外の部分では、図５（ｃ）に示すように、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ同士が金属部１０内でつながらないように肉を残すことができる。そのため、第一の垂直溝４０と一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂとの協働によるＶ字溝３１および引掛部６０の形成時に、金属部１０の接合面１１から引掛部６０を外さずに残すことができる。

次いで、上記溝形成工程で金属部１０に形成されたＶ字溝３１のトンネル構造Ｔおよび一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの傾斜構造の溝内部を充填するように樹脂部２０の接合面２１を金属部１０の接合面１１に接合する（接合工程）。本実施形態の複合体１の接合工程では、加熱した樹脂部２０と上記金属部１０とを不図示の射出成形機によってその金型内で一体形成することで製造される。

上記接合工程で樹脂部２０として接合（被覆）する樹脂材としては、例えばＰＡ６＋ＣＦ長繊維（カーボン繊維）４０ｗｔ％、ダイセルポリマー製プラストロン、を例示できる。また、上記接合工程で樹脂部２０の射出成形による接合（被覆）条件としては、射出圧：１１７ＭＰａ、金型温度：１４０℃、射出スクリュー温度（樹脂温度）：２８０℃を例示できる。
これにより、図２に示したように、樹脂部２０は、上記金属部１０に形成されたトンネル構造Ｔの内部を充填した状態で一体化される。以下、トンネル構造Ｔの内部に充填された樹脂を充填樹脂２２とも呼称する。

なお、第一実施形態の複合体１において、金属部１０の接合面１１に形成する溝の態様として、例えば、各溝の溝幅（Ｗ）は２５０μｍ以下程度に設定でき、各溝の溝深さ（ｄ１，ｄ２）は５０μｍ～２５０μｍ程度または金属部１０の板厚の２４％以下程度に設定できる。また、溝幅と溝深さとの比（Ｗ／ｄ１ ｏｒ ｄ２）は０．１～５．５程度に設定でき、隣り合う溝と溝との間隔Ｐは２００μｍ～４００μｍ程度に設定できる。

また、例えば、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ若しくは第一の垂直溝４０の溝の延在パターン（パルスレーザの走査パターン）は、一の方向（Ｘ）およびこれとは交差する他の方向（Ｙ）に沿って形成される場合に、単純な直線パターンに限定されず、曲線的なパターンや直線と曲線とを組み合わせたパターンを採用できる。

また、直線的なパターンの列についても互いに並行に限らず、斜めのものを含むパターンであってもよい。また、一の方向（Ｘ）とこれとは交差する他の方向（Ｙ）との溝の交差する角度についても直角に限らず、例えば、４５°～９０°程度の範囲で適宜に設定できる。他の実施形態若しくは他の態様において同様である。

［作用効果］
次に、第一実施形態に係る複合体１の作用効果について説明する。
ここで、図１５に従来型の一例を示すように、従来、金属部１１０と樹脂部１２０との複合体１００では、接合面の密着性（垂直引張強度）を向上させるために、金属部１１０の接合面１１１に、接合面１１１に対して面直の縦溝１５０と面直の横溝１４０とを交差させて格子状に形成している。
このような従来の構成では、金属部１０と樹脂部２０相互の密着性を十分に維持できなければ、例えば自動車部品の構造体として必要な強度を発揮できない。そのため、垂直方向での引張強度が低い金属部１１０と樹脂部１２０との密着性を向上（密着性の改善）する上で未だ検討の余地がある。

このような課題に対し、本願発明者らは、この種の複合体では、接合面の垂直方向への引張時に、金属部の接合面およびその近傍において溝壁面での摩擦力（同図（ｄ）の下向きの白抜き矢印）が支配的に作用する点に着目した。つまり、現状、この摩擦力による接合強度が垂直方向の力Ｆｃに対して不足しており、これを増やすことで接合面の密着性（垂直引張強度）をより向上（密着性の改善）させ得る。

しかし、溝壁面での摩擦力を向上させる方策として、横溝１４０や縦溝１５０の溝深さを深くすれば摩擦力は増やせるもののその分のレーザ処理時間も大きく増加する。溝間隔を狭くして溝の形成数を増やす等の方策においても同様である。また、単に溝の深さを深くする方策では、金属部の板厚の制限から溝の深さも自ずと制限される。

これに対し、上述したように、第一実施形態の複合体１およびその製造方法では、図１（ｃ）に示したように、金属部１０の接合面１１にそれぞれ開口する一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂを設け、樹脂部２０の接合面２１を、金属部１０の接合面１１に一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂの溝内部を充填樹脂２２で充填した状態で接合している［技術１、技術１０］。

第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、金属部１０と樹脂部２０相互の接合面に、少なくとも、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによる傾斜構造の溝を設けたので、後述するシミュレーションでの対比にも示すように、垂直溝のみによる構成と比較して、少なくとも、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂが金属部１０内で相互に近づく傾斜構造の係合効果により、垂直方向への引張時に、剥離に対する抵抗力をより向上（垂直引張強度の一層の向上）させることができる。

特に、第一実施形態の複合体１では、図１（ｂ）に示したように、金属部１０は、その接合面１１にそれぞれ開口する一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂが、当該金属部１０内で相互に連通するトンネル構造Ｔを構成している［技術２］。

また、第一実施形態の複合体１の製造方法によれば、金属部１０の接合面１１に対し、溝形成工程でのパルスレーザ処理により、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによるＶ字溝３１が連通するトンネル構造Ｔを形成し、さらに、接合工程において、樹脂部２０をトンネル構造Ｔの内部を充填樹脂２２で充填した状態で接合している［技術１１］。

これにより、第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、金属部１０と樹脂部２０相互の接合面に、逆三角形状の引掛部（アンカ）６０を設けることで、トンネル構造Ｔによるアンカ効果により、接合面の垂直方向への引張時に、剥離に対する抵抗力をより一層向上（垂直引張強度のより一層の向上）させることができる。そのため、金属部１０からの樹脂部２０の剥離をより確実に防止または抑制できる。よって、金属部１０と樹脂部２０との密着性をより一層向上できる。

さらに、第一実施形態の複合体１およびその製造方法において、トンネル構造Ｔは、金属部１０の厚さ方向Ｚに沿った断面形状において、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂが接合面１１の表面側に向かって広がるＶ字形状に形成されたＶ字溝をなしている［技術３］。
そのため、第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、パルスレーザ加工による照射軸を斜めに設定するだけで、所望のＶ字溝およびトンネル構造を容易に形成できる。

また、第一実施形態の複合体１およびその製造方法において、上記トンネル構造Ｔは、金属部１０の接合面１１での一の方向（Ｘ）に沿って当該接合面１１に面直に形成された第一の垂直溝４０と、一の方向（Ｘ）とは交差する他の方向（Ｙ）に沿ってＶ字形状をなして形成された一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂと、の交差する部分によってＶ字溝３１からなるトンネル構造Ｔを他の方向（Ｙ）に離隔して複数の箇所に形成している［技術４、技術１２］。

第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂと第一の垂直溝４０との交差部に、相互の協働による段階的な溝加工手順によって、効率良く所望の引掛部（アンカ）６０を形成できる（図１（ｂ）のＡ－Ａ'断面）。さらに、第一の垂直溝４０との交差部以外の部分では、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂ同士は連通しない非連通部を上記傾斜構造として同時に形成できる。

よって、第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによるＶ字溝３１の連通構造を形成時に、引掛部６０を金属部１０の接合面１１から外さずに残す非連通構造を同時形成できる（図１（ｂ）のＢ－Ｂ'断面）。
したがって、パルスレーザ処理での複数の溝によるトンネル構造Ｔを形成しつつ、引掛部６０を金属部１０の接合面１１から外さずに残すように加工する上で好適であり、引掛部（アンカ）６０により、垂直引張強度を向上させるための複合体およびその製造方法として好適である。

また、第一実施形態の複合体１およびその製造方法によれば、Ｖ字溝３１で形成されるトンネル構造Ｔが、第一の垂直溝４０の底部よりも深い位置に形成されるため、引掛部（アンカ）６０のアンカ効果をより確実に発揮させて、垂直引張強度をより向上させる上で好適である。

なお、第一実施形態の複合体１およびその製造方法に示したように、Ｙ方向において、レーザ加工による照射角を斜めにして接合面１１に形成された左右一対の斜溝３０ａ、３０ｂに対し、Ｘ方向の第一の垂直溝４０が接合面１１に面直に形成されていることが好ましい。このような構成であれば、金属部１０と樹脂部２０との密着性をより向上させつつ、せん断引張強度を維持し且つ処理時間の増加を抑制する上で好適である。

［対比検討試験の結果］
次に、トンネル構造Ｔによる引掛部のアンカ効果の見積もり（対比検討試験）について図６を参照しつつ説明する。
なお、同図において、［従来例］とは、図１５に示した上述の態様に基づく試験結果である。同様に、［本発明 第一実施形態］は図１の第一態様の試験結果であり、［本発明 第二実施形態］は図７の第二態様の試験結果、［比較例］は図８に示す態様での試験結果にそれぞれ対応している。比較する各例の溝幅や溝深さは同じとしている。

ここで、各複合体の対比検討のポイントについて説明する。
対比検討の骨子は、各複合体の金属部での単位面積当たりに形成された複数条の溝の構成の差異と、その差異による垂直引っ張り強度およびせん断強度を比較すること、および、その強度を得るために形成する複数条の溝の形成時間とを対比検討することにある。なお、ここでは定性把握を目的とするので、計算の詳細な式や複合体の構成材料の仔細なせん断強度や破断強度および係数等を含む製品情報に係る説明は省略する。

対比する構成の概要は、［従来例］では、同図１５（ａ）に示すように、単位面積当たりに、縦・横に格子状の９条の垂直溝が形成されている点である。また、［本発明 第一実施形態］では、図１（ａ）に示すように、単位面積当たりに、縦・横に格子状の９条の溝が形成され、うち４条の横溝が垂直溝、５条の縦溝が傾斜構造＋トンネル構造を構成する傾斜溝の点である。

同様に、［本発明 第二実施形態］では、図７（ａ）に示すように、縦・横に交差する７条の溝が形成され、うち２条の横溝が垂直溝、５条の縦溝が傾斜構造のみを構成する傾斜溝の点である。さらに、［比較例］では、図８（ａ）に示すように、縦・横に交差する７条の垂直溝が形成されている点である。
このような溝の構成において、９条の溝を形成する時間に対する７条の溝の形成時間は約７７％となる。また、垂直溝の形成時間に対する傾斜溝の形成時間は約１２０％を要する。ただし、傾斜溝の形成時間に、レーザヘッドまたは処理対象部品を斜めに設置する作業時間は含まない。

以上の溝の構成に鑑み図６（ａ）を参照すると、［従来例］と比べて、［本発明 第一実施形態］では、同じ９条の溝数において、垂直引張強度が大幅に向上することがわかる。また、溝数を７条に減らした場合、［比較例］では垂直引張強度が大きく低下するのに対し、［本発明 第二実施形態］では、［従来例］に近い垂直引張強度が維持されていることがわかる。

同様に、図６（ｂ）を参照すると、［従来例］と比べて、［本発明 第一実施形態］では、縦・横（０°、９０°）ともに、［従来例］と同程度のせん断引張強度を維持できることがわかる。また、溝数を７条に減らした場合、［比較例］ではせん断引張強度が大きく低下するのに対し、［本発明 第二実施形態］では、［比較例］よりもせん断引張強度が高いことがわかる。

同様に、図６（ｃ）を参照すると、溝側面の表面積当たりに換算した垂直引張強度を対比すると、［従来例］と比べて、［本発明 第一実施形態］が大幅に向上することは勿論、［比較例］は［従来例］と同等であるのに対し、［本発明 第二実施形態］では、［従来例］よりも大きく向上していることがわかる。

このように、［本発明 第一実施形態］においては、トンネル構造Ｔの引掛部６０のアンカ効果による接合面の密着性（垂直引張強度）の向上がはっきりと認められる。また、せん断引張強度と処理時間について、従来の複合体と本発明に係る複合体とで、せん断方向での引張強度に有意差はほとんどなく、また、レーザ加工による処理時間の差も小さい（１．２倍程度）といえる。

また、［本発明 第二実施形態］においては、トンネル構造Ｔを有しないことから、［本発明 第一実施形態］には及ばないものの、少なくとも傾斜構造を有することによって、［比較例］よりも、垂直引張強度およびせん断引張強度をいずれも高くできるといえる。

以上説明したように、第一実施形態に係る複合体１によれば、金属部１０と樹脂部２０との密着性を改善（密着性の更なる向上）できる。なお、本発明に係る樹脂部と金属部との複合体およびその製造方法は、上記第一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。

例えば、第一実施形態に係る複合体１の製造方法では、金属部１０の接合面１１への溝加工方法として、パルスレーザ処理を用いた例を示したが、これに限らず、本発明の作用効果を奏する溝加工が可能であれば、種々の加工方法を採用できる。
例えば、レーザ処理についてもパルスレーザ処理に限定されない。但し、本発明の作用効果を奏するようなトンネル構造若しくは傾斜溝構造を形成する上では、パルスレーザ処理を用いて金属部１０の接合面１１に溝加工を施すことが好ましい。但し、例えば化成処理を施す場合、接合面以外には処理痕跡を形成しないで、金属部１０の接合面１１のどの場所でも所期性能が安定するように溝を加工する上では、本発明の例で示したような直交する格子状の溝や４５°のＶ字溝の加工は不可能であり、意図した形状を処理効率良く加工することは極めて困難である。

また、例えば、トンネル構造Ｔおよびその形成方法は、上述した［技術４、技術１２］の例に限定されない。
例えば金属部１０の溝構造の他の態様として、図９に示すように、金属部１０の接合面１１での一の方向（Ｘ）に沿って接合面１０に面直に形成された第一の垂直溝４０を設け、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによるＶ字溝３１は、一の方向（Ｘ）とは交差する他の方向（Ｙ）に沿って第一の垂直溝４０の形成位置には形成することなく他の方向に離隔して複数箇所に形成できる［技術５］。

このような構成であれば、各Ｖ字溝３１のトンネル構造Ｔが一の方向（Ｘ）において分割されて複数の箇所に形成されると共に、一の方向（Ｘ）に交差する他の方向（Ｙ）には第一の垂直溝４０が形成される。そのため、このような構成であっても、パルスレーザ処理による各Ｖ字溝３１の形成時に、トンネル構造Ｔの引掛部６０を金属部１０の接合面１１から脱落させないように残すことができる。

また、例えば、金属部１０の溝構造の他の態様として、図１０に示すように、トンネル構造Ｔは、金属部１０の接合面１１での一の方向（Ｘ）に沿って当該一の方向（Ｘ）に離隔してＶ字形状をなして複数箇所に形成された左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによる第一のＶ字溝３１と、一の方向（Ｘ）とは交差する他の方向（Ｙ）に沿って第一のＶ字溝３１の形成位置には形成されることなく他の方向（Ｙ）に離隔してＶ字形状をなして複数箇所に形成された左右一対の傾斜溝４１ａ、４１ｂによる第二のＶ字溝４２と、によって形成できる［技術６］。

このような構成であっても、パルスレーザ処理による各Ｖ字溝３１、４２の形成時に、引掛部６０を金属部１０の接合面１１から外さずに残すことができる。そして、各Ｖ字溝３１、４２の引掛部６０のアンカ効果により、垂直引張強度を向上させることができる。

さらに、図１１に示すように、同図の実施形態に係る複合体の金属部では、第一実施形態の構成に加えて、Ｖ字溝３１のトンネル構造Ｔの延在方向（Ｙ）に沿って、更に、第二の垂直溝５０を形成した点が相違する［技術７］。
このような構成であれば、一の方向とこれに交差する他の方向の両方ともに垂直溝が形成されるので、垂直引張強度を向上させるとともに、第二の垂直溝５０の部分でレーザ処理時間の短縮と、アンカ効果による強度の発現程度とを適宜に調節できる。よって、処理時間の短縮と垂直引張強度の向上とを両立させる上で好適である。

また、上記第一の実施形態に係る複合体１では、第一の垂直溝４０とＶ字溝３１とは、金属部１０の接合面１１において相互に直交して格子状に設けられる例を示したがこれに限定されない。但し、第一の垂直溝４０とＶ字溝３１とが、金属部１０の接合面１１において８０°～１００°の範囲内の角度で交差して形成されることは好ましい［技術８］。

第一の垂直溝４０とＶ字溝３１とを略直交（８０°～１００°の範囲内の角度）に交差させれば、複合体を効率良く製造するとともに、金属部１０と樹脂部２０との接合面全体に亘って均一に垂直引張強度を向上させる上で好適である。

また、例えば第一実施形態に係る複合体１では、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによりＶ字溝３１を形成した例を示したが、これに限らず、一対の溝が、金属部内で相互に連通するトンネル構造を構成していれば、種々の態様を採用できる。また、金属部内で相互に近づく傾斜構造において同様である。
例えば、左右一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによりＶ字溝３１を形成する場合にあっても、上記第一の実施形態に係る複合体１では、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによるＶ字溝３１のＶの内角が、θ＝４５°（±５％）に形成されている例を示したがこれに限定されない。但し、一対の傾斜溝３０ａ、３０ｂによるＶ字溝３１のＶの内角（θ）が、４０°～５０°の範囲内の角度に形成されていることは好ましい［技術９］。

つまり、図１２に示すＶ字溝部分の模式図において、同図（ｂ）に示すように、Ｖ字形状のトンネル構造ＴにおけるＶの角度（θ）が、略４５°（±５％）に形成されていれば、垂直引張強度を向上させる上で好適である。また、見積もりによると、θ＝４５°（±５％）であれば、溝の長さの制約を受けずに垂直引張強度を向上させることができる。

これに対し、図１２（ａ）に示すように、Ｖ字形状のトンネル構造ＴにおけるＶの角度（θ）が４０°よりも小さくなると、引掛部６０の角度が浅くなり、引っ掛かりによる抵抗力が弱くなり、図１３に示すように、垂直引張強度を向上させる上で不十分になるおそれがある。なお、図１２（ａ）の例は、θ＝３５°の例である。
また、図１２（ｃ）に示すように、Ｖ字形状のトンネル構造ＴにおけるＶの角度（θ）が５０°よりも大きくなると、引掛部（アンカ）６０の角度が急になり、レーザ加工の処理時間がより長くかかる。また、金属部１０の板厚が１ｍｍ程度以下の薄板の場合には、図１３（ｂ）に示すように、溝の深さが深く、金属部１０の裏面にレーザが貫通するおそれがあり、また、レーザが貫通しない場合であっても金属部１０の強度が弱くなるおそれがある。なお、図１２（ｃ）の例は、θ＝６０°の例である。
なお、図１３の垂直引張強度の向上代が図６と一致しないのは、Ｖ字溝の部分のみをシミュレーションしているためと考えている。いいかえると、他に、溝を斜めにすることで、Ｖ字溝を形成しなくても、垂直引張時に溝側面で引っ掛かりが生じて、強度の向上効果を期待できる。図１３では、この他の効果を考慮していないためである。

１ 複合体
１０ 金属部
１１ （金属部の）接合面
２０ 樹脂部
２１ （樹脂部の）接合面
２２ 充填樹脂
３０ａ、３０ｂ 傾斜溝
３１ 第一のＶ字溝
４０ 第一の垂直溝
４１ａ、４１ｂ 傾斜溝
４２ 第二のＶ字溝
５０ 第二の垂直溝
６０ 引掛部（アンカ）
１００ 従来の複合体
Ｔ トンネル構造
Ｘ 一の方向
Ｙ 他の方向
Ｚ 厚さ方向

Claims (12)

1. 樹脂部と金属部とが相互に対向する接合面で接合された複合体であって、
   前記金属部は、当該金属部の接合面にそれぞれ開口する一対の傾斜溝を有するとともに、該一対の傾斜溝が、当該金属部内で相互に近づく傾斜構造を構成しており、
   前記樹脂部の接合面は、前記金属部の接合面に前記一対の傾斜溝の溝内部を充填した状態で接合されていることを特徴とする複合体。
2. 前記一対の傾斜溝は、前記金属部内で相互に連通するトンネル構造を構成している請求項１に記載の複合体。
3. 前記トンネル構造は、前記金属部の厚さ方向に沿った断面形状において、前記一対の傾斜溝が前記金属部の接合面の表面側に向かって広がるＶ字形状に形成されたＶ字溝をなしている請求項２に記載の複合体。
4. 前記トンネル構造は、前記金属部の接合面での一の方向に沿って当該接合面に垂直に形成された第一の垂直溝と、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って形成された前記Ｖ字溝と、の交差する部分に、前記他の方向に離隔して複数の箇所に形成されている請求項３に記載の複合体。
5. 前記金属部の接合面での一の方向に沿って当該接合面に垂直に形成された第一の垂直溝を有し、
   前記トンネル構造は、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って前記第一の垂直溝の形成位置には形成されることなく前記他の方向に離隔する複数の前記Ｖ字溝によって形成されている請求項３に記載の複合体。
6. 前記トンネル構造を構成する前記Ｖ字溝は、前記金属部の接合面での一の方向に沿って当該一の方向に離隔して複数の箇所に形成された第一のＶ字溝と、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って前記第一のＶ字溝の形成位置には形成されることなく前記他の方向に離隔して複数の箇所に形成された第二のＶ字溝と、によって形成されている請求項３に記載の複合体。
7. 前記金属部の接合面での前記他の方向に沿って当該接合面に垂直に形成された第二の垂直溝を更に有する請求項４～６のいずれか一項に記載の複合体。
8. 前記第一の垂直溝と前記Ｖ字溝とは、前記金属部の前記接合面において８０°～１００°の範囲内の角度で交差している請求項４または５に記載の複合体。
9. 前記Ｖ字溝のＶの内角は、４０°～５０°の範囲内の角度に形成されている請求項３～８のいずれか一項に記載の複合体。
10. 樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合して複合体を製造する方法であって、
    前記金属部の接合面に、当該接合面にそれぞれ開口するとともに当該金属部内で相互に近づく一対の傾斜溝を形成する溝形成工程と、
    前記溝形成工程で前記金属部に形成された前記一対の傾斜溝の内部を充填するように前記樹脂部の接合面を前記金属部の接合面に接合する接合工程と、を含むことを特徴とする複合体の製造方法。
11. 前記溝形成工程は、前記金属部内で前記一対の傾斜溝を相互に連通させてなるトンネル構造を形成する請求項１０に記載の複合体の製造方法。
12. 前記溝形成工程は、
    前記金属部の接合面での一の方向に沿って当該接合面に垂直な垂直溝を形成する垂直溝形成工程と、
    該垂直溝形成工程の後に、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って且つ前記他の方向に離隔して複数の箇所に前記一対の傾斜溝を形成する傾斜溝形成工程と、
    を含む請求項１１に記載の複合体の製造方法。

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