JP2023053809A - 接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工程削減及び接合強度確保の両立を有効に図ることができる金属部材と樹脂部材との接合体の製造方法を提供する。【解決手段】接合体１の製造方法は、金属部材１１のアルミニウム合金からなる接合面１１１に、樹脂材料からなる樹脂部材１２が接合されてなる接合体１の製造方法であって、金属部材１１を成形する金属部材成形工程Ｓ１と、接合面１１１に樹脂材料を付与して樹脂部材１２を成形することにより接合体１を得る樹脂部材成形工程Ｓ３と、接合体１にベーキング処理を施すベーキング工程Ｓ４と、を備え、ベーキング工程Ｓ４で、金属部材１１の時効処理と樹脂部材１２の熱処理とを同時に行う。【選択図】図４

Description

本開示は、接合体の製造方法に関する。

従来、例えば自動車、鉄道車両、航空機等の分野では、製品及び部品の軽量化が進められている。具体的には例えば、鋼材の代替材としてアルミニウム合金材等が採用されるとともに、製品及び部品の一部を樹脂化する傾向が高まっている。そして、金属部材と樹脂部材との接合体の高強度化や高剛性化、生産性の向上を実現させる技術の開発が望まれている。

特許文献１には、アルミ合金基材を５００～６００℃及び１～２０時間の条件で溶体化処理し、次いで冷却した後に１５０～３００℃及び１～２０時間の条件で時効処理を行って、アルミ合金基材にＭｇ_２Ｓｉ金属間化合物を生成させ、得られた溶体化処理及び時効処理後のアルミ合金基材にエッチング処理を施して表面に極微細な凹凸構造の表面処理層を付与する樹脂接合用Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系アルミ合金部材の製造方法が記載されている。

特許文献２には、アルミニウム合金基材を非酸化性雰囲気中で加熱処理し、加熱処理後のアルミニウム合金基材のアルカリ交流電解酸化皮膜上に熱可塑性樹脂を射出成形することにより熱可塑性樹脂成形体を接合する接合体の製造方法が開示されている。

特許文献３には、アルミニウム合金基材の表面の少なくとも一部に、酸化皮膜からなる第１の皮膜を形成する第１皮膜形成工程を備えたアルミニウム合金材の製造方法及び当該方法により製造されたアルミニウム合金材を、接着プレコート層を介して樹脂材と接合させる接合工程を備える接合体の製造方法が開示されている。

特許５９９４２９０号公報 特開２０１８－０６９５４０号公報 特開２０１７－０４８４５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、アルミニウム合金材の時効処理を樹脂材との接合前に行う必要がある。また、特許文献２に記載の方法では、熱可塑性樹脂を射出成形する前に、アルミニウム合金基材を非酸化性雰囲気中で加熱処理する必要がある。さらに、特許文献３に記載された方法では、アルミニウム合金基材の表面に第１の皮膜を形成する際に加熱処理が必要となる。これらの方法では、アルミニウム合金材の熱処理後に、樹脂材の成形及び熱処理を行うため、樹脂材の成形の前後で、熱処理工程が２回必要となり、手間及び時間を要するという問題があった。

また、金属部材及び樹脂部材の強度向上に加えて、金属部材と樹脂部材との接合強度のさらなる向上を図るという観点から、従来技術には改善の余地があった。

そこで本開示では、工程削減及び接合強度確保の両立を有効に図ることができる金属部材と樹脂部材との接合体の製造方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本開示の一実施形態に係る接合体の製造方法は、第１部材のアルミニウム合金からなる接合面に、樹脂材料からなる第２部材が接合されてなる接合体の製造方法であって、前記第１部材を成形する第１部材成形工程と、前記接合面に前記樹脂材料を付与して前記第２部材を成形することにより前記接合体を得る第２部材成形工程と、前記接合体にベーキング処理を施すベーキング工程と、を備え、前記ベーキング工程で、前記第１部材の時効処理と前記第２部材の熱処理とを同時に行うことを特徴とする。

第２部材を成形後に、第１部材の時効処理と第２部材の熱処理とを同時に行うことにより、第１部材のアルミニウム合金部分において形成された共晶組織が第１部材の接合面に露出し、微細凹凸の形成が促進される。そうして、第１部材と第２部材との接合強度が向上する。また、第２部材の成形前に第１部材の時効処理を行う必要がないから、接合体の製造工程における工程を削減できる。そうして、接合体の接合強度確保及び工程削減の両立を有効に図ることができる。

前記第１部材成形工程後であり且つ前記第２部材成形工程前に、前記第１部材における前記接合面の少なくとも一部に凹凸化表面処理を施す表面処理工程をさらに備えることが好ましい。

表面処理工程をさらに備えることにより、第１部材の接合面の凹凸化をさらに促進できる。そうして、接合体の接合強度をさらに向上できる。また、時効処理前の第１部材に対して表面処理工程を施すから、凹凸化表面処理の加工容易性が向上する。

前記凹凸化表面処理により、前記第１部材の接合面にアンダーカット形状を有する凹凸構造を形成することが好ましい。

第１部材の接合面にアンダーカット形状を有する凹凸構造を形成することにより、接合面におけるアンカー効果が向上し、接合体の接合強度を向上できる。なお、本明細書において、「アンダーカット形状」とは、凹部の形状が、表面の開口部よりも内部が広くえぐれた形状であるとともに、凸部の形状が、先端側よりも基端側が幅狭でくびれた形状であることをいう。

前記凹凸化表面処理は、エッチング処理であることが好ましい。

本構成によれば、アンダーカット形状の凹凸構造を効果的に形成できる。

前記第１部材成形工程で、前記第１部材は成形後２００℃以下の温度まで冷却されることが好ましい。

第１部材の成形後、冷却、好ましくは急冷し、第１部材の温度を上記温度まで低下させることにより、ベーキング工程においてより微細な共晶組織が形成されるから、接合面に、より微細な凹凸を形成できる。

前記樹脂材料は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。

ベーキング処理により、樹脂材料を硬化させて、第２部材の強度を高めるとともに、接合体の接合強度を効果的に向上できる。

前記樹脂材料は、フェノール樹脂であることが好ましい。

本構成によれば、樹脂部材の十分な強度、耐熱性等を確保できる。

前記ベーキング工程における加熱温度は、１５０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。

本構成により、ベーキング工程において、第１部材の時効処理と第２部材の熱処理とを効果的に行うことができる。

前記接合体は、シリンダブロック用の部材であることが好ましい。

本構成によれば、シリンダブロック用の部材の一部を樹脂化することにより、シリンダブロックの軽量化、低コスト化を図ることができる。

以上述べたように、本開示によると、第１部材と第２部材とが接合されてなる接合体において、接合強度確保及び工程削減の両立を有効に図ることができる。

接合体の一例及びその接合面の構造を示す図である。 接合体の一例であるアッパブロックの模式的な斜視図である。 図２のＡ－Ａ線における断面図である。 一実施形態に係る接合体の製造方法の工程を示すフローチャートである。 実施例、比較例及び参考例の試験片の形状を示す図である。 実施例の試験片の製造時における温度履歴を示すグラフである。 実施例及び比較例の試験片におけるせん断密着強度を示すグラフである。 実施例の試験片の断面ＳＥＭ写真である。 比較例の試験片の断面ＳＥＭ写真である。 参考例の試験片の断面ＳＥＭ写真である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

＜接合体＞
図１に示すように、接合体１は、金属部材１１（第１部材）の接合面１１１に、樹脂部材１２（第２部材）が接合されてなる金属－樹脂接合体である。

－金属部材－
金属部材１１は、少なくとも接合面１１１を形成するアルミニウム合金部分を含む。金属部材１１は、全体がアルミニウム合金製であってもよいし、アルミニウム合金以外の金属製の部分を含んでもよい。言い換えると、金属部材１１の接合面１１１を含む一部がアルミニウム合金製であり、その他の部分は、当該一部と同種又は異種のアルミニウム合金製であってもよいし、例えば亜鉛、マグネシウム、銅、チタン及びこれらの合金、鋼等のアルミニウム合金とは異なる材質の金属製であってもよい。

アルミニウム合金としては、時効硬化性を有する熱処理型の材料であれば特に限定されるものではなく、展伸用、鋳物・ダイカスト用等の一般的な材料を採用できる。具体的には例えば、展伸材であれば、Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系合金（２０００系）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（６０００系）、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金（７０００系）等が挙げられる。また、鋳物用であれば、ＡＣ１Ｂ材、ＡＣ２Ａ材、ＡＣ２Ｂ材、ＡＣ４Ａ材、ＡＣ４Ｃ材、ＡＣ４ＣＨ材、ＡＣ４Ｂ材、ＡＣ４Ｄ材、ＡＣ５Ａ材、ＡＣ８Ａ材、ＡＣ８Ｂ材、ＡＣ８Ｃ材、ＡＣ９Ａ材、ＡＣ９Ｂ材等、ダイカスト用であればＡＤＣ３材、ＡＤＣ１０材、ＡＤＣ１０Ｚ材、ＡＤＣ１２材、ＡＤＣ１２Ｚ材、ＡＤＣ１４材等が挙げられる。

接合体１の用途は、特に限定されるものではなく、例えば車両部品、工業部品、工業製品、建材、電子機器、家電製品、家具、日用品等の部品や製品全般である。なお、車両部品としては、具体的には例えば、サスタワー、ミッションケース、クラッチハウジング、ロアアーム、シリンダヘッド、シリンダブロック、リアハブサポート等が挙げられる。

－樹脂部材－
樹脂部材１２を構成する樹脂材料としては、金属部材１１との接合に用いられるものであれば特に限定されるものではなく、接合体の用途に応じて従来から公知の樹脂を適宜選択して用いることができる。樹脂材料の樹脂成分としては、具体的には例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。

熱硬化性樹脂の具体例としては、フェノール樹脂、不飽和イミド樹脂、シアネート樹脂、イソシアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、オキセタン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、シリコーン樹脂、トリアジン樹脂、メラミン樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、樹脂部材の十分な強度、耐熱性等を確保する観点から、フェノール樹脂が好ましい。また、熱硬化性樹脂を採用する場合は、熱硬化性樹脂の硬化温度、好ましくは二次硬化の硬化温度が、アルミニウム合金の時効処理の温度以下であることが好ましい。

熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、アクリロニトリル・スチレン共重合樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂等が挙げられる。なお、樹脂部材１２の十分な強度、耐熱性等を確保する観点から、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミド樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂を採用する場合は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇが、アルミニウム合金の時効処理の温度以上であることが望ましい。

樹脂材料に含まれる樹脂成分としては、上記樹脂を単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。

樹脂材料には、接合体１の用途に応じて従来から公知の樹脂以外のその他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、ガラス繊維、炭素繊維等の繊維状の充填材、粒子状の充填材、離型剤、熱硬化性樹脂を硬化する硬化剤、熱硬化性樹脂の硬化を促進する硬化促進剤、無機材料の表面を改質する表面処理剤等が挙げられる。樹脂部材に含まれる樹脂以外のその他の成分の含有量は、接合体１の用途に応じて適宜設定され得る。

－接合面－
図１に示すように、接合面１１１には、凹凸構造が設けられていることが好ましい。特に、接合面１１１の凹部１１１Ａは、開口部よりも内部が広くえぐれた形状であり、凸部１１１Ｂが先端部よりも基端部が幅狭でくびれた形状であるアンダーカット形状であることが好ましい。凹凸構造のアンカー効果により、金属部材１１と樹脂部材１２との接合面１１１における接合強度が向上する。

－接合体の例－
図２は、直列４気筒エンジンのシリンダブロック用の部材であるアッパブロック３００を示している。アッパブロック３００は、接合体１の一例である。アッパブロック３００は、各気筒が形成されたシリンダ部３０２と、該シリンダ部３０２の下部に設けられ、クランクケースの一部を構成するクランクケース部３０３とを有している。このアッパブロック３００の下面にクランケースの残部を有するロアブロック（図示省略）が締結され、クランクケースが構成される。

シリンダ部３０２は、シリンダヘッド（図示省略）と締結されるガスケット面３０４と、シリンダヘッドとアッパブロック３００との締結用ヘッドボルトが挿通されるヘッドボルト孔３０５と、ガスケット面３０４に一端が開口し、ピストン（図示省略）が嵌挿されるシリンダボア３０６と、シリンダボア３０６の外壁の周囲に形成されるウォータージャケット３０７と、を備えている。ウォータージャケット３０７は上端部が開放されており、このアッパブロック３００を備えたシリンダブロックは、オープンデッキ構造である。

アッパブロック３００は、シリンダボア３０６及びウォータージャケット３０７の内壁を構成する金属部材１１と、ウォータージャケット３０７の外壁を構成する樹脂部材１２とよりなる金属－樹脂接合体である。なお、金属部材１１である各気筒の各シリンダボア３０６は、アルミニウム合金とは異なる材質の金属で構成されたシリンダライナ３０８を、アルミニウム合金で鋳包んで構成されている。

図３は、図２のＡ－Ａ線における断面図である。図３にしめすように、ヘッドボルト孔３０５の上側部分は、樹脂部材１２により構成され、ヘッドボルト孔３０５の下側部分は金属部材１１で構成されている。金属部材１１の接合面１１１を構成する部分はアルミニウム合金製である。

このように、アッパブロック３００の一部を樹脂化することにより、シリンダブロックを軽量化、低コスト化できる。

＜接合体の製造方法＞
図４に示すように、本実施形態に係る接合体１の製造方法は、金属部材成形工程Ｓ１（第１部材成形工程）と、任意の表面処理工程Ｓ２と、樹脂部材成形工程Ｓ３（第２部材成形工程）と、ベーキング工程Ｓ４と、冷却工程Ｓ５と、を備える。

－金属部材成形工程－
まず、金属部材成形工程Ｓ１において、金属部材１１を成形する。金属部材１１の成形方法としては、特に限定されるものではなく、一般的な鋳造法、鍛造法、押出法、切削加工法等の方法を採用できる。鋳造法としては、具体的には例えば、ダイカスト法、高圧鋳造法、低圧鋳造法、半凝固鋳造法等が挙げられ、好ましくはダイカスト法である。鍛造法としては、具体的には例えば、熱間鍛造法、冷間鍛造法、溶湯鍛造法等が挙げられる。切削加工法としては、フライス加工法、旋盤加工法等が挙げられる。金属部材１１の成形条件は、上記成形方法において一般的な条件とすることができる。

そして、金属部材成形工程Ｓ１を経て得られる金属部材１１は、時効処理を行うことなく次工程の表面処理工程Ｓ２又は樹脂部材成形工程Ｓ３へ供される。

詳細には、熱処理型合金では、一般的に溶体化処理を行った後、焼き入れ処理により常温近傍まで急冷して過飽和固溶体を得る。なお、鋳造・ダイカストの場合は、溶体化処理を行わず、溶湯を冷却／急冷して過飽和固溶体を得ることもできる。このようにして得られた過飽和固溶体に対し、時効処理を施して、共晶組織等の微細組織を析出させ、強度の向上を図る。本実施形態に係る金属部材１１は、焼き入れ処理又は溶湯の冷却／急冷後、時効処理前の状態で、次工程へ供される。なお、焼き入れ処理又は溶湯の冷却／急冷後、時効処理前に冷間加工等の他の工程を含んでもよい。その場合、次工程へ進む前に、時効処理以外の工程を終えておくことが望ましい。時効処理は、常温時効及び人工時効のいずれでもよいが、人工時効であることが好ましい。時効処理を含む合金の調質としては、具体的には例えばＴ３処理、Ｔ４処理、Ｔ５処理、Ｔ６処理、Ｔ７処理、Ｔ８処理、Ｔ９処理等が挙げられ、好ましくは人工時効を含むＴ５処理、Ｔ６処理、Ｔ７処理、Ｔ８処理、Ｔ９処理である。本実施形態に係る接合体１の製造方法では、これらの調質に含まれる少なくとも時効処理を、ベーキング工程Ｓ４で行う。

また、金属部材成形工程Ｓ１を経て得られる金属部材１１は、好ましくは２００℃以下、より好ましくは１００℃以上２００℃以下の温度であることが望ましい。言い換えると、次工程である任意の表面処理工程Ｓ２又は樹脂部材成形工程Ｓ３に供される金属部材１１は、上記の温度であることが好ましい。

なお、金属部材成形工程Ｓ１は、金属部材１１の成形を行う工程（Ｓ１１）と、金属部材１１を冷却する工程（Ｓ１２）とを備えてもよい。工程Ｓ１２において、金属部材１１は成形後２００℃以下、好ましくは１００℃以上２００℃以下の温度まで好ましくは冷却、より好ましくは急冷されることが望ましい。

次工程に供される金属部材１１の温度を上記範囲としておくことにより、ベーキング工程Ｓ４においてより微細な共晶組織が形成されるから、接合面１１１に、より微細な凹凸を形成できる。

－表面処理工程－
表面処理工程Ｓ２は、金属部材１１における接合面１１１の少なくとも一部に凹凸化表面処理を施す工程である。表面処理工程Ｓ２は任意の工程であるが、金属部材成形工程Ｓ１後であり且つ次の樹脂部材成形工程Ｓ３前に、当該表面処理工程Ｓ２を設けることが好ましい。

表面処理工程Ｓ２をさらに備えることにより、金属部材１１の接合面１１１の凹凸化をさらに促進できる。そうして、接合体１の接合強度をさらに向上できる。また、時効処理前の金属部材１１に対して凹凸化表面処理を施すから、加工容易性が向上する。

なお、上述のごとく、凹凸化表面処理により、接合面１１１にアンダーカット形状を有する凹凸構造を形成することが好ましい。これにより、接合面１１１におけるアンカー効果が向上し、接合体１の接合強度を向上できる。

凹凸化表面処理方法としては、特に限定されるものではなく、具体的には例えば、エッチング処理、サンドブラスト処理、機械研磨処理、レーザ加工処理等の種々の公知技術を採用することができ、特に、アンダーカット形状の凹凸構造を効果的に形成する観点から、エッチング処理を採用することが好ましい。エッチング処理では、例えば酸化還元電位がアルミニウムよりも貴な金属イオンを添加した酸性浴中に金属部材１１を浸漬すると、アルミニウムの結晶方位に沿ってエッチングされるので、接合面１１１に複数のアンダーカット形状を形成できる。

－樹脂部材成形工程－
樹脂部材成形工程Ｓ３は、接合面１１１に上述の樹脂材料を付与して樹脂部材１２を成形する工程である。これにより、ベーキング工程Ｓ４前の接合体１が得られる。

樹脂部材１２の成形方法は、特に限定されるものではなく、トランスファ成形法、インサート成形法、インジェクション成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、押出成形法、注型成形法等の通常の樹脂成形体の成形方法を採用することができる。

樹脂部材成形工程Ｓ３は、樹脂部材１２の成形を行う工程（Ｓ３１）と、樹脂部材１２を冷却する工程（Ｓ３２）とを含んでもよい。樹脂成分として熱硬化性樹脂を採用する場合は、工程Ｓ３１は、樹脂材料を金型に充填して一次硬化させる工程に相当する。工程Ｓ３１では、成形を容易にする観点から、樹脂材料を金型に充填する前に、金型及び金属部材１１の温度を好ましくは１００℃以上２００℃以下、より好ましくは１５０℃以上１９０℃以下にしておくことが好ましい。また、工程Ｓ３２では、接合体１の温度を例えば１００℃以下の温度にまで冷却させることが好ましい。

－ベーキング工程－
ベーキング工程Ｓ４は、接合体１にベーキング処理を施す工程である。本工程により、製品としての接合体１が得られる。

なお、当該ベーキング工程Ｓ４では、金属部材１１の時効処理と樹脂部材１２の熱処理とを同時に行う。

樹脂部材１２を成形後に、金属部材１１の時効処理と樹脂部材の熱処理とを同時に行うことにより、金属部材１１のアルミニウム合金部分において形成された共晶組織が金属部材１１の接合面１１１に露出し、凹凸の形成が促進される。そうして、金属部材１１と樹脂部材１２との接合強度が向上する。また、樹脂部材１２の成形前に金属部材１１の時効処理を行う必要がないから、接合体１の製造工程における工程を削減できる。そうして、接合強度確保及び工程削減の両立を有効に図ることができる。

なお、アルミニウム合金において析出する共晶組織は、アルミニウム合金の組成に応じて変化し得る。例えばダイカスト用のアルミニウム合金であれば、共晶組織としては、Ａｌ－Ｓｉ共晶、Ａｌ－Ａｌ_２Ｃｕ共晶、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ共晶等が挙げられ、共晶組織以外の組織としてはα－Ａｌ相等が挙げられる。

ベーキング工程Ｓ４における加熱温度は、上述した一般的な時効処理に使用される温度を採用できる。なお、具体的には、ベーキング工程Ｓ４において、金属部材１１の時効処理と樹脂部材１２の加熱処理とを効果的に行う観点から、加熱温度は、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下、より好ましくは１７０℃以上２３０℃以下、特に好ましくは１８０℃以上２００℃以下、さらに好ましくは１８０℃超２００℃以下である。

ベーキング工程Ｓ４における加熱時間は、一般的な時効処理において使用される時間であり、特に限定されるものではないが、例えば１時間以上５時間とすることができる。

なお、例えばＴ５処理の時効効果加熱温度は、一般的には１５５℃～１８０℃程度であるが、樹脂部材成形工程Ｓ３における樹脂材料の成形時における金属部材１１の加熱による時効硬化代を考慮して、加熱温度を高く、また、加熱時間を短くしてもよい。

樹脂部材１２の成分として熱硬化性樹脂を用いる場合には、ベーキング工程Ｓ４において樹脂部材１２の硬化、好ましくは二次硬化も行うことができる。こうして、金属部材１１及び樹脂部材１２の強度、並びに、両者の接合強度を同時に向上できる。樹脂部材１２の成分として熱可塑性樹脂を用いる場合には、ベーキング工程Ｓ４、すなわち成形後の熱処理（アニール処理）により、金属部材１１と樹脂部材１２との接合面の熱歪が緩和されるから、接合強度が向上する。

－冷却工程－
ベーキング工程Ｓ４後は、冷却工程Ｓ５により、接合体１を冷却して製品を得る。なお、冷却工程Ｓ５における接合体１の冷却方法は、温度降下を緩やかにすることで残留応力をさらに低減する観点から、自然冷却、炉冷等が望ましい。

次に、具体的に実施した実施例について説明する。

＜試験片の作製＞
－実施例－
作製した試験片の形状を図５に示す。また、試験片の製造時における温度履歴を図６に示す。

まず、金属部材成形工程Ｓ１で、アルミニウム合金としてＡＤＣ１２材を使用してダイカスト法により金属部材１１を成形した。詳細には、合金溶湯をダイカスト金型に充填し、凝固させた（Ｓ１１）。そして、金属部材１１を取出し、自然冷却及び沸騰水冷却を経て、得られた金属部材１１を１００℃以上２００℃以下の温度にまで急冷した（Ｓ１２）。

次に、金属部材１１の接合面１１１にエッチング処理による凹凸化表面処理を施した（Ｓ２）。

そして、樹脂部材成形工程Ｓ３で、金属部材１１の接合面１１１にトランスファ成形により樹脂部材１２を成形した。詳細には、溶融樹脂を金型に充填し、一次硬化させた（Ｓ３１）。なお、樹脂材料は、ガラス繊維を含むフェノール樹脂（住友ベークライト株式会社製、ＳＵＭＩＫＯＮ（登録商標） ＰＭ－９６３０ＪＴ）を使用した。金型温度及び金型内に配置された金属部材１１の温度は１７５℃、樹脂材料の射出速度は５ｍｍ／ｓ、一次硬化時間は３分、射出圧及び保圧は４０ＭＰａであった。そして、得られた接合体１の試験片を１００℃以下の温度にまで自然冷却した（Ｓ３２）。

その後、試験片に対して、加熱温度１８０℃～２００℃、加熱時間３時間のベーキング処理を行い、金属部材１１の時効硬化と樹脂部材１２の二次硬化を進行させた（Ｓ４）。そして、ベーキング処理後、試験片を自然冷却した。

－比較例－
金属部材１１の急冷（Ｓ１２）後、金属部材１１に１８０℃～２００℃で３時間保持する時効処理を施してから、凹凸化表面処理（Ｓ２）を施した以外は、実施例と同様の方法により試験片を作製した。

－参考例－
また、参考例１として、ガラス繊維を含まないフェノール樹脂を用いるとともに、凹凸化表面処理（Ｓ２）及びベーキング処理（Ｓ４）を行わなかった以外は、実施例と同様の方法により試験片を作製した。

参考例２として、ガラス繊維を含まないフェノール樹脂を用いるとともに、ベーキング処理（Ｓ４）を行わなかった以外は、実施例と同様の方法により試験片を作製した。

参考例３として、ガラス繊維を含まないフェノール樹脂を用いるとともに、凹凸化表面処理（Ｓ２）及びベーキング処理（Ｓ４）を行わなかった以外は、比較例と同様の方法により試験片を作製した。

参考例４として、ガラス繊維を含まないフェノール樹脂を用いた以外は、比較例と同様の方法により試験片を作製した。

なお、参考例１～４の試験片は２個ずつ作製した。

＜ＩＳＯせん断試験＞
実施例及び比較例の試験片をそれぞれ５個ずつ準備し、評価温度１９℃～２３℃、湿度２０～３５ＲＨ％、試験速度５ｍｍ／分で、ＩＳＯ１９０９５に準拠したせん断試験を行った。表１及び図７に結果を示す。

表１及び図７に示すように、実施例の試験片は、比較例の試験片に比べて、せん断密着強度が強いという結果が得られた。

＜走査型電子顕微鏡観察＞
－実施例及び比較例－
図５に示す切断箇所で実施例及び比較例の試験片を切断し、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。実施例及び比較例の断面ＳＥＭ写真をそれぞれ図８及び図９に示す。

比較例の図９に比べ、実施例の図８では、金属部材１１の接合面１１１及びその近傍に共晶組織が多く観察された。

－参考例－
図５に示す切断箇所で参考例の試験片を切断し、断面をＳＥＭにより観察した。断面ＳＥＭ写真を図１０に示す。

参考例１及び参考例３の断面ＳＥＭ写真を比較すると、時効処理により、接合面１１１に線状又は棒状の共晶組織が析出していることが判った。

また、参考例２及び参考例４の断面ＳＥＭ写真を比較すると、時効処理を行わない場合、表面処理により共晶組織が接合面に析出し、結果として接合面１１１の凹凸が激しい箇所が比較的多く観察された。また、時効処理を行ってから表面処理を行った場合には、共晶組織及び共晶組織以外の組織が同等に削られ、凹凸が緩やかな箇所が多く観察された。

＜考察＞
実施例、比較例及び参考例の実験結果から、以下の事項が考察される。

すなわち、本開示に係る接合体１の製造方法では、金属部材１１を成形後、時効処理を行わない状態で、樹脂部材１２を成形し、ベーキング処理を施す。これにより、ベーキング処理により共晶組織が接合面１１１に析出し、接合面１１１に共晶組織に由来する微小凹凸が形成されると同時に、当該微小凹凸の形成に追従して樹脂材料も変形して固まる。そうして、微小凹凸のアンカー効果により、接合面１１１における接合強度が向上すると考えられる。特に、金属部材１１を成形後、表面処理を施す場合には、表面処理により形成された凹凸構造の接合面１１１にベーキング工程Ｓ４で共晶組織が析出することにより、上記凹凸構造の中にさらに微細凹凸が形成され、接合強度がさらに向上すると考えられる。

一方、金属部材１１を成形後、時効処理を行ってから、樹脂部材１２を成形する場合は、樹脂部材１２の成形前に金属部材１１の時効処理が完了しているから、金属部材１１には共晶組織がすでに十分に形成されている。そうすると、ベーキング工程Ｓ４では共晶組織の接合面１１１への析出は生じ難いと考えられる。特に、金属部材１１の時効処理後に表面処理を施す場合には、共晶組織及び共晶組織以外の組織が同等に削られることになるから、接合面１１１における共晶組織に由来する微小凹凸の形成が生じ難くなると考えられる。

以上の理由により、実施例の試験片では、比較例の試験片に比べて、接合強度が向上したと考えられる。

本開示は、工程削減及び接合強度確保の両立を有効に図ることができる金属部材と樹脂部材との接合体の製造方法を提供することができるので、極めて有用である。

１ 接合体
１１ 金属部材（第１部材）
１２ 樹脂部材（第２部材）
１１１ 接合面
３００ アッパブロック（シリンダブロック用の部材）
Ｓ１ 金属部材成形工程（第１部材成形工程）
Ｓ２ 表面処理工程
Ｓ３ 樹脂部材成形工程（第２部材成形工程）
Ｓ４ ベーキング工程

Claims (9)

1. 第１部材のアルミニウム合金からなる接合面に、樹脂材料からなる第２部材が接合されてなる接合体の製造方法であって、
   前記第１部材を成形する第１部材成形工程と、
   前記接合面に前記樹脂材料を付与して前記第２部材を成形することにより前記接合体を得る第２部材成形工程と、
   前記接合体にベーキング処理を施すベーキング工程と、を備え、
   前記ベーキング工程で、前記第１部材の時効処理と前記第２部材の熱処理とを同時に行う
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記第１部材成形工程後であり且つ前記第２部材成形工程前に、前記第１部材における前記接合面の少なくとも一部に凹凸化表面処理を施す表面処理工程をさらに備えた
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
3. 請求項２において、
   前記凹凸化表面処理により、前記第１部材の接合面にアンダーカット形状を有する凹凸構造を形成する
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
4. 請求項２又は請求項３において、
   前記凹凸化表面処理は、エッチング処理である
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記第１部材成形工程で、前記第１部材は成形後２００℃以下の温度まで冷却される
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
   前記樹脂材料は、熱硬化性樹脂である
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
   前記樹脂材料は、フェノール樹脂である
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
   前記ベーキング工程における加熱温度は、１５０℃以上２５０℃以下である
   ことを特徴とする接合体の製造方法。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
   前記接合体は、シリンダブロック用の部材である
   ことを特徴とする接合体の製造方法。

Images