JP6722617B2 - Metal surface roughening method - Google Patents
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Description
本発明は、金属表面の粗面化方法に関するものである。 The present invention relates to a method for roughening a metal surface.
従来より、金属材料とフッ素ゴムとの接着性を向上させるために、フッ素ゴムに接触する金属材料の表面を粗面化する技術が広く知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, in order to improve the adhesiveness between a metal material and fluororubber, a technique for roughening the surface of the metal material in contact with the fluororubber is widely known.
例えば、特許文献１には、金属成形体の粗面化対象部に連続波レーザーを用いてレーザー光を連続照射することにより、厚さ方向に設けられた幹孔、及び幹孔と異なる方向に設けられた枝孔からなる開放孔を有する多孔構造を粗面化対象部の表層部に形成する、金属成形体の粗面化方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1, by continuously irradiating a roughening target portion of a metal molded body with laser light using a continuous wave laser, a trunk hole provided in the thickness direction and a direction different from the trunk hole are provided. Disclosed is a method for roughening a surface of a metal molded body, in which a porous structure having open holes formed of branch holes provided is formed in a surface layer portion of a roughening target portion.
ところで、上記特許文献１に開示された金属成形体の粗面化方法では、好ましくはシングルモードファイバーレーザーを用いており、エネルギー密度を高めるために、集光径がシングルモードファイバーレーザーで集光可能な最小直径である１０μｍ程度になっている。この場合、金属成形体の粗面化方法では、レーザー加工で一般的な光学系を用いると、焦点距離が１００ｍｍ程度になるので、ガルバノミラーによる加工範囲が狭くなってしまう。ここで、ガルバノミラーによる加工範囲は、シングルモードファイバーレーザーから出射されるレーザー光の集光径を大きくすれば、広くなるものの、焦点距離に対して集光径が敏感に変動したり、集光レンズが高価になったりする、という問題がある。 By the way, in the surface roughening method for a metal molded body disclosed in Patent Document 1, a single mode fiber laser is preferably used, and in order to increase the energy density, a focused diameter can be focused by a single mode fiber laser. The minimum diameter is about 10 μm. In this case, in the surface roughening method of the metal formed body, when a general optical system is used for laser processing, the focal length becomes about 100 mm, so that the processing range by the galvano mirror becomes narrow. Here, the processing range by the galvano mirror becomes wider if the converging diameter of the laser light emitted from the single mode fiber laser is increased, but the converging diameter sensitively changes with respect to the focal length, or There is a problem that the lens becomes expensive.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to easily widen a processing range by a galvano mirror in roughening a metal surface by irradiating a laser beam, and a fluororubber. To ensure the adhesiveness of.
上記目的を達成するために、本発明に係る金属表面の粗面化方法は、金属材料の表面にパルス発振のレーザー光を該金属材料の表面に沿う第１の方向に走査しながら照射して、上記金属材料の表面を上記第１の方向に交差する上記金属材料の表面に沿う第２の方向に所定ピッチで１走査単位ずつ粗面化する金属表面の粗面化方法であって、パルス幅が８０ｎｓｅｃ〜１２０ｎｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、ビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであり、上記第１の方向に走査する速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃであり、上記所定ピッチが３０μｍ〜１００μｍであり、上記１走査単位における走査回数が１回〜２０回であるように、上記レーザー光を照射して、上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを２０μｍ〜２００μｍにすることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a method for roughening a metal surface according to the present invention comprises irradiating a surface of a metal material with pulsed laser light while scanning in a first direction along the surface of the metal material. A surface roughening method of a metal surface for roughening the surface of the metal material in units of one scanning unit at a predetermined pitch in a second direction along the surface of the metal material intersecting the first direction, the method comprising: The width is 80 nsec to 120 nsec, the pulse repetition frequency is 20 kHz to 50 kHz, the beam diameter is 20 μm to 30 μm, the scanning speed in the first direction is 50 mm/sec to 200 mm/sec, and the predetermined pitch is set. Is 30 μm to 100 μm, and the number of scans in one scan unit is 1 to 20 times, and the laser beam is irradiated to the roughness curve element along the second direction on the surface of the metal material. The average roughness Rc is set to 20 μm to 200 μm.
上記の方法によれば、金属材料の表面に照射されるパルス発振のレーザー光のビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであるので、シングルモードファイバーレーザーを用いた場合よりも、レーザー光の焦点距離が２〜３倍程度長くなる。これにより、高価の集光レンズを用いることなく、レーザー光の焦点距離が長くなるので、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすることができる。また、上述したレーザー光を照射する際の諸条件により、粗面化された金属材料の表面において、レーザー光を走査する第１の方向に交差する第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが２０μｍ〜２００μｍになるので、粗面化された金属材料の表面とフッ素ゴムとが深く嵌め合った状態で接着されることにより、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。したがって、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。 According to the above method, since the beam diameter of the pulsed laser light with which the surface of the metal material is irradiated is 20 μm to 30 μm, the focal length of the laser light is 2 to 2 as compared with the case of using the single mode fiber laser. It is about 3 times longer. As a result, the focal length of the laser light becomes long without using an expensive condenser lens, so that the processing range by the galvano mirror can be easily widened. In addition, depending on the above-mentioned conditions when irradiating the laser beam, the average of roughness curve elements along the second direction intersecting the first direction in which the laser beam is scanned on the surface of the roughened metal material. Since the roughness Rc is 20 μm to 200 μm, the surface of the roughened metal material and the fluororubber are adhered to each other in a deeply fitted state, whereby the adhesiveness with the fluororubber can be secured. Therefore, in the roughening of the metal surface by the irradiation of the laser beam, the processing range by the galvano mirror can be easily widened and the adhesiveness with the fluororubber can be secured.
上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを−２〜０にしてもよい。 The skewness Rsk of the roughness curve along the second direction on the surface of the metal material may be set to −2 to 0.
上記の方法によれば、粗面化された金属材料の表面において、レーザー光を走査する第１の方向に交差する第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが−２〜０であるので、粗面化された金属材料の表面では、凸部よりも凹部が多くなる。 According to the above method, on the surface of the roughened metal material, the skewness Rsk of the roughness curve along the second direction intersecting the first direction for scanning the laser light is −2 to 0. On the roughened surface of the metal material, the number of concave portions is larger than the number of convex portions.
また、本発明に係る金属表面の粗面化方法は、金属材料の表面にパルス発振のレーザー光を該金属材料の表面に沿う第１の方向に走査しながら照射して、上記金属材料の表面を上記第１の方向に交差する上記金属材料の表面に沿う第２の方向に所定ピッチで１走査単位ずつ粗面化する金属表面の粗面化方法であって、パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚであり、平均出力が１００Ｗ〜２００Ｗであり、ピーク出力が１０５０Ｗ〜１５００Ｗであり、最大パルスエネルギーが１０Ｊ〜１５Ｊであり、ビーム直径が１５μｍ〜２５μｍであり、上記第１の方向に走査する速度が０．２ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃであり、上記所定ピッチが３０μｍ〜１００μｍであるように、上記レーザー光を照射して、上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを１００μｍ〜５００μｍにすることを特徴とする。 Further, the metal surface roughening method according to the present invention includes irradiating a surface of a metal material with a pulsed laser beam while scanning in a first direction along the surface of the metal material, and thereby irradiating the surface of the metal material. Is a surface roughening method for roughening a metal surface in a second direction along a surface of the metal material intersecting the first direction at a predetermined pitch by one scanning unit, and a pulse repetition frequency is 10 Hz to 1000 Hz. The average output is 100 W to 200 W, the peak output is 1050 W to 1500 W, the maximum pulse energy is 10 J to 15 J, the beam diameter is 15 μm to 25 μm, and the scanning speed in the first direction is 0.2 m/sec to 10 m/sec, the predetermined pitch is 30 μm to 100 μm, and the laser beam is applied to the roughness curve element along the second direction on the surface of the metal material. The average roughness Rc is set to 100 μm to 500 μm.
上記の方法によれば、金属材料の表面に照射されるパルス発振のレーザー光のビーム直径が１５μｍ〜２５μｍであるので、シングルモードファイバーレーザーを用いた場合よりも、レーザー光の焦点距離が１．５倍〜２．５倍程度長くなる。これにより、高価の集光レンズを用いることなく、レーザー光の焦点距離が長くなるので、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすることができる。また、上述したレーザー光を照射する諸条件により、粗面化された金属材料の表面において、レーザー光を走査する第１の方向に交差する第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが１００μｍ〜５００μｍになるので、粗面化された金属材料の表面とフッ素ゴムとが深く嵌め合った状態で接着されることにより、フッ素ゴムとの接着性を確保するができる。したがって、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。 According to the above method, since the beam diameter of the pulsed laser light with which the surface of the metal material is irradiated is 15 μm to 25 μm, the focal length of the laser light is 1. It becomes 5 to 2.5 times longer. As a result, the focal length of the laser light becomes long without using an expensive condenser lens, so that the processing range by the galvano mirror can be easily widened. Further, the average roughness of the roughness curve elements along the second direction intersecting the first direction for scanning the laser light on the surface of the metal material roughened by the above-mentioned various conditions for irradiating the laser light. Since the Rc is 100 μm to 500 μm, the surface of the roughened metal material and the fluororubber are deeply fitted to each other and adhered to each other, whereby the adhesiveness to the fluororubber can be secured. Therefore, in the roughening of the metal surface by the irradiation of the laser beam, the processing range by the galvano mirror can be easily widened and the adhesiveness with the fluororubber can be secured.
上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを０〜＋２にしてもよい。 The skewness Rsk of the roughness curve along the second direction on the surface of the metal material may be 0 to +2.
上記の方法によれば、粗面化された金属材料の表面において、レーザー光を走査する第１の方向に交差する第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが０〜＋２であるので、粗面化された金属材料の表面では、凹部よりも凸部が多くなる。 According to the above method, on the surface of the roughened metal material, the skewness Rsk of the roughness curve along the second direction intersecting the first direction in which the laser light is scanned is 0 to +2. On the surface of the roughened metal material, there are more protrusions than recesses.
本発明によれば、パルス幅が８０ｎｓｅｃ〜１２０ｎｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、ビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであり、第１の方向に走査する速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃであり、第１の方向に交差する第２の方向のピッチが３０μｍ〜１００μｍであり、１走査単位における走査回数が１回〜２０回であるように、パルス発振のレーザー光を照射して、金属材料の表面における第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを２０μｍ〜２００μｍにするので、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。 According to the present invention, the pulse width is 80 nsec to 120 nsec, the pulse repetition frequency is 20 kHz to 50 kHz, the beam diameter is 20 μm to 30 μm, and the scanning speed in the first direction is 50 mm/sec to 200 mm/sec. And the pitch of the second direction intersecting the first direction is 30 μm to 100 μm, and the number of scans in one scanning unit is 1 to 20 times. Since the average roughness Rc of the roughness curve element along the second direction on the surface of the metal material is set to 20 μm to 200 μm, in the roughening of the metal surface by laser light irradiation, the processing range by the galvano mirror can be easily widened. In addition, the adhesiveness with the fluororubber can be secured.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.
《第１の実施形態》
図１〜図２２は、本発明に係る金属表面の粗面化方法の第１の実施形態を示している。ここで、図１は、本実施形態の金属表面の粗面化方法を示す平面図である。
<<First Embodiment>>
1 to 22 show a first embodiment of a metal surface roughening method according to the present invention. Here, FIG. 1 is a plan view showing the roughening method of the metal surface of the present embodiment.
本実施形態の金属表面の粗面化方法では、図１に示すように、加工ステージ（不図示）上に載置された金属材料１０の一部の表面Ｓに対して、ｎｓｅｃのパルス発振のレーザー光のビームＢをガルバノミラー（不図示）でＸ方向に走査しながら照射することにより、金属材料１０の表面ＳをＹ方向に所定ピッチＰで１走査単位ずつ粗面化する。ここで、図１に示すように、Ｘ方向は、金属材料１０の表面Ｓに沿う第１の方向であり、Ｙ方向は、金属材料１０の表面Ｓに沿う第２の方向であり、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに直交する。なお、本実施形態では、Ｘ方向とＹ方向とが直交する方法を例示したが、Ｘ方向及びＹ方向は、９０°以外の角度で交差してもよい。 In the roughening method of the metal surface of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a pulse oscillation of nsec is generated for a part of the surface S of the metal material 10 placed on the processing stage (not shown). By irradiating the beam B of the laser light while scanning it in the X direction with a galvanometer mirror (not shown), the surface S of the metal material 10 is roughened in the Y direction at a predetermined pitch P for each scanning unit. Here, as shown in FIG. 1, the X direction is the first direction along the surface S of the metal material 10, the Y direction is the second direction along the surface S of the metal material 10, and the X direction. And the Y direction are orthogonal to each other. In addition, in this embodiment, the method in which the X direction and the Y direction are orthogonal to each other has been illustrated, but the X direction and the Y direction may intersect at an angle other than 90°.
金属材料１０としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属部材を用いることができる。 As the metal material 10, for example, a metal member such as aluminum, aluminum alloy, or stainless can be used.
なお、切断等の一般的なレーザー加工では、レーザー光の照射で溶融した溶融物を飛散させるために、アルゴンガス等の希ガスを吹き付けるものの、本実施形態の金属表面の粗面化方法では、希ガスを吹き付けないことにより、金属材料１０の表面Ｓの粗面化を促進させる。 Incidentally, in general laser processing such as cutting, in order to scatter the molten material melted by the irradiation of laser light, although a rare gas such as argon gas is sprayed, in the roughening method of the metal surface of the present embodiment, Roughening of the surface S of the metal material 10 is promoted by not blowing the rare gas.
金属材料１０の表面Ｓに照射するパルス発振のレーザー光は、パルス幅が８０ｎｓｅｃ〜１２０ｎｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、ビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであり、Ｘ方向に走査する速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃであり、所定ピッチＰが３０μｍ〜１００μｍであり、１走査単位における走査回数が１回〜２０回である。 The pulsed laser light with which the surface S of the metal material 10 is irradiated has a pulse width of 80 nsec to 120 nsec, a pulse repetition frequency of 20 kHz to 50 kHz, a beam diameter of 20 μm to 30 μm, and a scanning speed in the X direction. Is 50 mm/sec to 200 mm/sec, the predetermined pitch P is 30 μm to 100 μm, and the number of scans in one scanning unit is 1 to 20 times.
上述したレーザー光の照射条件により、金属材料１０の表面ＳにおけるＹ方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを２０μｍ〜２００μｍにすると共に、金属材料１０の表面ＳにおけるＹ方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを−２〜０とすることができる。 The average roughness Rc of the roughness curve element along the Y direction on the surface S of the metal material 10 is set to 20 μm to 200 μm under the irradiation conditions of the laser light described above, and the roughness along the Y direction on the surface S of the metal material 10 is set. The skewness Rsk of the curve can be set to −2 to 0.
なお、本実施形態では、金属材料１０の表面Ｓにパルス発振のレーザー光だけを照射する金属表面の粗面化方法を例示したが、パルス発振のレーザー光を照射する前に、例えば、８００ｎｍ帯の半導体レーザーを用いて、マルチモードの連続発振のレーザー光を照射することにより、金属材料１０の表面Ｓを補助的に加熱してもよい。 In the present embodiment, the surface roughening method of the metal surface in which the surface S of the metal material 10 is irradiated with only the pulsed laser light has been described as an example. The surface S of the metal material 10 may be supplementarily heated by irradiating the multimode continuous wave laser light with the semiconductor laser of.
次に、具体的に行った実験について説明する。ここで、図２は、本実施形態の金属表面の粗面化方法の実施例１〜６における処理条件及び結果を示す表である。また、図３〜図８は、実施例１〜６の金属表面の光学顕微鏡の観察写真である。なお、図３〜図８、後述する図１２〜図１６、図１８〜図２１及び図２４〜図３０の観察写真では、金属表面の深く掘られている部分が濃く黒色になっている。また、図９は、実施例４〜６における繰り返し回数、表面粗さ及び剥離強さの関係を示すグラフである。また、図１０は、実施例４〜６における繰り返し回数、表面粗さ及びスキューネスの関係を示すグラフである。また、図１１は、本実施形態の金属表面の粗面化方法の比較例１〜５における処理条件及び結果を示す表である。また、図１２〜図１６は、比較例１〜５の金属表面の光学顕微鏡の観察写真である。また、図１７は、本実施形態の金属表面の粗面化方法の比較例６〜９の処理条件及び結果を示す表である。また、図１８〜図２１は、比較例６〜９の金属表面の光学顕微鏡の観察写真である。また、図２２は、比較例６〜９における繰り返し回数、表面粗さ及びスキューネスの関係を示すグラフである。 Next, a concrete experiment conducted will be described. Here, FIG. 2 is a table showing processing conditions and results in Examples 1 to 6 of the method for roughening a metal surface of the present embodiment. 3 to 8 are optical microscope observation photographs of the metal surfaces of Examples 1 to 6. In the observation photographs of FIGS. 3 to 8 and FIGS. 12 to 16, which will be described later, FIGS. 18 to 21, and 24 to 30, deeply dug portions of the metal surface are dark black. Further, FIG. 9 is a graph showing the relationship among the number of repetitions, surface roughness and peel strength in Examples 4 to 6. Further, FIG. 10 is a graph showing the relationship among the number of repetitions, surface roughness and skewness in Examples 4 to 6. FIG. 11 is a table showing the processing conditions and results in Comparative Examples 1 to 5 of the metal surface roughening method of the present embodiment. 12 to 16 are optical microscope observation photographs of the metal surfaces of Comparative Examples 1 to 5. In addition, FIG. 17 is a table showing the processing conditions and results of Comparative Examples 6 to 9 of the metal surface roughening method of the present embodiment. 18 to 21 are optical microscope observation photographs of the metal surfaces of Comparative Examples 6 to 9. Further, FIG. 22 is a graph showing the relationship among the number of repetitions, surface roughness and skewness in Comparative Examples 6 to 9.
＜実施例１〜６＞
まず、厚さ２ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ６０ｍｍのアルミニウム板の一方の表面に対して、図２の表に示す条件（パルス幅、パルス繰り返し周波数、ビーム直径、走査速度、ピッチ及び繰り返し回数）でパルス発振のレーザー光を照射することにより、アルミニウム板の表面を粗面化した。ここで、レーザー装置は、ＩＰＧ製のパルス発振−ファイバーレーザ（ＹＬＰ−１／１００／２０）を用いた。なお、ＹＬＰ−１／１００／２０は、動作モードがパルス発振であり、１パルス当たりのエネルギーが１ｍＪであり、偏光がランダムであり、中心波長が１０６０ｎｍ〜１０７０ｎｍであり、パルス波長幅が３ｎｍ以内であり、パルス（時間）幅が１００ｎｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、平均出力が２０Ｗであり、出力調整が１０％〜１００％であり、長期出力安定性が５％以内であり、ビーム品質Ｍ２が１．６である。また、粗面化したアルミニウム板の表面をオリンパス株式会社製の３Ｄ測定レーザー顕微鏡（ＬＥＸＴ ＯＬＳ４１００）を用いて、１０倍レンズの線粗さ解析モードで表面粗さを解析することにより、算術平均粗さＲａ、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃ、最大高さ粗さＲｚ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ及び粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍを求めた。なお、上述した粗さデータは、レーザー光の走査方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向に沿う粗さデータを３ライン分測定し、３ライン分を平均したものである。
<Examples 1 to 6>
First, on one surface of an aluminum plate having a thickness of 2 mm, a width of 25 mm, and a length of 60 mm, under the conditions shown in the table of FIG. The surface of the aluminum plate was roughened by irradiating a pulsed laser beam. Here, as the laser device, a pulse oscillation-fiber laser (YLP-1/100/20) manufactured by IPG was used. The YLP-1/100/20 has an operation mode of pulse oscillation, an energy per pulse of 1 mJ, random polarization, a central wavelength of 1060 nm to 1070 nm, and a pulse wavelength width of 3 nm or less. The pulse (time) width is 100 nsec, the pulse repetition frequency is 20 kHz to 50 kHz, the average output is 20 W, the output adjustment is 10% to 100%, and the long-term output stability is within 5%. And the beam quality M 2 is 1.6. In addition, the surface of the roughened aluminum plate was analyzed using a 3D measuring laser microscope (LEXT OLS4100) manufactured by Olympus Co., Ltd. in a line roughness analysis mode of a 10× lens to calculate the arithmetic mean roughness. The roughness Ra, the average roughness Rc of the roughness curve element, the maximum height roughness Rz, the skewness Rsk of the roughness curve, and the average length Rsm of the roughness curve element were obtained. The roughness data described above is obtained by measuring the roughness data along the Y direction orthogonal to the scanning direction (X direction) of the laser light for three lines and averaging the three lines.
続いて、アルミニウム板の粗面化した表面に、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２に基づいて、厚さ６ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ１２０ｍｍのヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオリド−テトラフルオロエチレン共重合体を主成分とする含フッ素エラストマー組成物シートを１６５℃で１０分間加圧プレスして加硫することにより、アルミニウム板の粗面化した表面にフッ素ゴムが接着された試験片を作製した。なお、試験片において、加硫後のフッ素ゴムの硬度は、タイプＡデュロメータで７０程度である。 Subsequently, a hexafluoropropylene-vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer having a thickness of 6 mm x a width of 25 mm x a length of 120 mm was used as a main component on the roughened surface of the aluminum plate based on JIS K6256-2. The fluorinated elastomer composition sheet was subjected to pressure pressing at 165° C. for 10 minutes to be vulcanized to prepare a test piece in which fluororubber was adhered to the roughened surface of the aluminum plate. In the test piece, the hardness of the fluorinated rubber after vulcanization is about 70 with a type A durometer.
その後、作製した試験片に対して、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２に基づいて、剥離強さを測定して、剥離試験を行った。 After that, the peel strength was measured and the peel test was performed on the manufactured test piece based on JIS K6256-2.
実験結果としては、図２の表に示すように、ピッチＰが５０μｍで走査速度が２００ｍｍ／ｓｅｃで繰り返し回数を１回から１０回に増やしていくと、図９のグラフに示すように、平均粗さＲｃが大きくなることが確認された。ここで、実施例６では、基板の温度が少し高くなったので、金属表面の粗面化には、パルスの高エネルギーの照射と、熱的要因とが関係することが推察された。また、実施例６では、レーザー光の走査を１０回繰り返しているので、平均出力２０Ｗの１０倍の２００Ｗのエネルギーがあれば、金属表面の粗面化に十分であると考えられた。また、実施例６の光学顕微鏡の観察写真では、図８に示すように、レーザー光により溶融したアルミニウムが飛散して、付着することにより、粗面化が進行したと考えられる。 As a result of the experiment, as shown in the table of FIG. 2, when the pitch P is 50 μm, the scanning speed is 200 mm/sec, and the number of repetitions is increased from 1 to 10, as shown in the graph of FIG. It was confirmed that the roughness Rc was increased. Here, in Example 6, since the temperature of the substrate became slightly higher, it was speculated that the roughening of the metal surface is related to the irradiation of high energy pulse and a thermal factor. Further, in Example 6, since the laser beam scanning was repeated 10 times, it was considered that the energy of 200 W, which is 10 times the average output of 20 W, is sufficient for roughening the metal surface. Further, in the observation photograph of the optical microscope of Example 6, as shown in FIG. 8, it is considered that the aluminum which has been melted by the laser light is scattered and adhered, whereby the roughening is promoted.
また、剥離試験については、実施例４〜６において、図９のグラフに示すように、１３０Ｎ／２５ｍｍ以上の高水準の剥離強さが得られ、金属表面とフッ素ゴムとの間の界面での剥離が確認されずにフッ素ゴム自体の破壊が確認されたので、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２による剥離強さがフッ素ゴムの材料破壊強度よりも高いと言える。 Regarding the peeling test, in Examples 4 to 6, as shown in the graph of FIG. 9, a high level of peeling strength of 130 N/25 mm or more was obtained, and at the interface between the metal surface and the fluororubber. Since peeling was not confirmed and breakage of the fluororubber itself was confirmed, it can be said that the peel strength according to JIS K6256-2 is higher than the material breaking strength of fluororubber.
また、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋについては、実施例４〜６において、図１０のグラフに示すように、−２〜０になったので、金属材料の粗面化された表面では、凹部よりも凸部が多いことが分かった。これにより、実施例４のように、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが比較的小さくても、高水準の剥離強さが得られると考えられる。 Regarding the skewness Rsk of the roughness curve, as shown in the graph of FIG. 10 in Examples 4 to 6, the skewness Rsk was −2 to 0, so that the roughened surface of the metal material is more than the concave portion. It turns out that there are many convex parts. As a result, it is considered that a high level of peel strength can be obtained even if the average roughness Rc of the roughness curve element is relatively small as in Example 4.
＜比較例１〜５＞
まず、厚さ２ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ６０ｍｍのアルミニウム板の一方の表面に対して、図１１の表に示す条件（ビーム直径（３０μｍ）、走査速度、ピッチ及び繰り返し回数）で連続発振のレーザー光を照射することにより、アルミニウム板の表面を粗面化した。ここで、レーザー装置は、ＩＰＧ製の連続発振−ファイバーレーザ（ＹＬＲ−２００ＡＣ）を用いた。また、粗面化したアルミニウム板の表面について、実施例１〜６と同様に、粗算術平均粗さＲａ、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃ、最大高さ粗さＲｚ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ及び粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍを求めた。
<Comparative Examples 1 to 5>
First, a continuous wave laser was radiated on one surface of an aluminum plate having a thickness of 2 mm, a width of 25 mm and a length of 60 mm under the conditions (beam diameter (30 μm), scanning speed, pitch and number of repetitions) shown in the table of FIG. The surface of the aluminum plate was roughened by irradiating with light. Here, as the laser device, a continuous wave-fiber laser (YLR-200AC) manufactured by IPG was used. Further, with respect to the surface of the roughened aluminum plate, the rough arithmetic average roughness Ra, the average roughness Rc of the roughness curve elements, the maximum height roughness Rz, and the skewness of the roughness curve, as in Examples 1 to 6. The Rsk and the average length Rsm of the roughness curve element were determined.
さらに、実施例１〜６と同様に、アルミニウム板の粗面化した表面にフッ素ゴムが接着された試験片を作製した後に、作製した試験片に対して、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２に基づいて、剥離強さを測定して、剥離試験を行った。 Further, similarly to Examples 1 to 6, after producing a test piece in which fluororubber was adhered to the roughened surface of the aluminum plate, the produced test piece was peeled based on JIS K6256-2. The strength was measured and a peel test was performed.
実験結果としては、ビーム直径が３０μｍの比較例１〜５では、図１１の表に示すように、レーザー光の走査速度を下げたり、繰り返し回数を増やしたりしても、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが３０μｍ以下の低水準であり、剥離試験についても接着しないものもあり、低水準の剥離強さであった。 As an experimental result, in Comparative Examples 1 to 5 in which the beam diameter is 30 μm, as shown in the table of FIG. 11, even if the scanning speed of the laser light is decreased or the number of repetitions is increased, the average roughness curve elements are averaged. The roughness Rc was a low level of 30 μm or less, and there were some that did not adhere even in the peel test, and the peel strength was a low level.
＜比較例６〜９＞
まず、厚さ２ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ６０ｍｍのアルミニウム板の一方の表面に対して、図１７の表に示す条件（出力、波長、ビーム直径（１１μｍ）、走査速度、ピッチ及び繰り返し回数）で連続発振のレーザー光を照射することにより、アルミニウム板の表面を粗面化した。ここで、レーザー装置は、ＩＰＧ製の連続発振−シングルモードファイバーレーザ（ＹＬＲ３００−ＳＭ（ＣＷ））を用いた。また、粗面化したアルミニウム板の表面について、実施例１〜６と同様に、粗算術平均粗さＲａ、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃ、最大高さ粗さＲｚ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ及び粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍを求めた。
<Comparative Examples 6 to 9>
First, on one surface of an aluminum plate having a thickness of 2 mm, a width of 25 mm, and a length of 60 mm, under the conditions (output, wavelength, beam diameter (11 μm), scanning speed, pitch and number of repetitions) shown in the table of FIG. The surface of the aluminum plate was roughened by irradiating continuous wave laser light. Here, as the laser device, a continuous oscillation-single mode fiber laser (YLR300-SM(CW)) manufactured by IPG was used. Further, with respect to the surface of the roughened aluminum plate, the rough arithmetic average roughness Ra, the average roughness Rc of the roughness curve elements, the maximum height roughness Rz, and the skewness of the roughness curve, as in Examples 1 to 6. The Rsk and the average length Rsm of the roughness curve element were determined.
さらに、実施例１〜６と同様に、アルミニウム板の粗面化した表面にフッ素ゴムが接着された試験片を作製した後に、作製した試験片に対して、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２に基づいて、剥離強さを測定して、剥離試験を行った。 Further, similarly to Examples 1 to 6, after producing a test piece in which fluororubber was adhered to the roughened surface of the aluminum plate, the produced test piece was peeled based on JIS K6256-2. The strength was measured and a peel test was performed.
実験結果としては、ビーム直径が１１μｍの比較例６〜９では、図１７の表、及び図２２のグラフに示すように、繰り返し回数を１回から１０回に増やしていくと、平均粗さＲｃが大きくなり、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋが正から負に変わることが確認された。また、剥離試験については、比較例８及び９において、１３０Ｎ／２５ｍｍ以上の高水準の剥離強さが得られた。しかしながら、ビーム直径が１１μｍであるので、ガルバノミラーによる加工範囲が狭くなるという問題がある。 As an experimental result, in Comparative Examples 6 to 9 in which the beam diameter is 11 μm, as shown in the table of FIG. 17 and the graph of FIG. 22, when the number of repetitions is increased from 1 to 10, the average roughness Rc is increased. Was increased, and it was confirmed that the skewness Rsk of the roughness curve changes from positive to negative. Regarding the peel test, in Comparative Examples 8 and 9, a high level peel strength of 130 N/25 mm or more was obtained. However, since the beam diameter is 11 μm, there is a problem that the processing range by the galvano mirror becomes narrow.
なお、本実施形態では、フッ素ゴムとして、ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオリド−テトラフルオロエチレン共重合体を主成分とする含フッ素エラストマー組成物を加硫したものを例示したが、ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフルオリド共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルエーテル共重合体等を主成分とする含フッ素エラストマー組成物を加硫したものであってもよい。 In addition, in the present embodiment, as the fluororubber, one obtained by vulcanizing a fluorine-containing elastomer composition having a hexafluoropropylene-vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer as a main component is exemplified, but hexafluoropropylene-vinylidene is used. It may be a vulcanized fluoroelastomer composition containing a fluoride copolymer, a tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl ether copolymer, etc. as a main component.
以上説明したように、本実施形態の金属表面の粗面化方法によれば、金属材料１０の表面Ｓに照射されるパルス発振のレーザー光のビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであるので、シングルモードファイバーレーザーを用いた場合よりも、レーザー光の焦点距離が２〜３倍程度長くなる。これにより、高価の集光レンズを用いることなく、レーザー光の焦点距離が長くなるので、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすることができる。また、レーザー光を照射する際の諸条件により、粗面化された金属材料１０の表面Ｓにおいて、レーザー光を走査するＸ方向に直交するＹ方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが２０μｍ〜２００μｍになるので、粗面化された金属材料１０の表面Ｓとフッ素ゴムとが深く嵌め合った状態で接着されることにより、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。したがって、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。 As described above, according to the metal surface roughening method of the present embodiment, since the beam diameter of the pulsed laser light with which the surface S of the metal material 10 is irradiated is 20 μm to 30 μm, the single mode fiber The focal length of the laser light is about 2-3 times longer than when a laser is used. As a result, the focal length of the laser light becomes long without using an expensive condenser lens, so that the processing range by the galvano mirror can be easily widened. Further, the average roughness Rc of the roughness curve element along the Y direction orthogonal to the X direction scanning the laser light on the surface S of the roughened metal material 10 depending on various conditions when irradiating the laser light. Since the thickness is 20 μm to 200 μm, the surface S of the roughened metal material 10 and the fluororubber are adhered to each other in a deeply fitted state, so that the adhesiveness with the fluororubber can be secured. Therefore, in the roughening of the metal surface by the irradiation of the laser beam, the processing range by the galvano mirror can be easily widened and the adhesiveness with the fluororubber can be secured.
《第２の実施形態》
図２３〜図３２は、本発明に係る金属表面の粗面化方法の第２の実施形態を示している。なお、以下の実施形態において、図１〜図２２と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
<<Second Embodiment>>
23 to 32 show a second embodiment of the metal surface roughening method according to the present invention. In the following embodiments, the same parts as those in FIGS. 1 to 22 will be assigned the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
上記第１の実施形態では、金属材料にｎｓｅｃのパルス発振のレーザー光を照射する金属表面の粗面化方法を例示したが、本実施形態では、金属材料にｍｓｅｃのパルス発振のレーザー光を照射する金属表面の粗面化方法を例示する。 In the first embodiment, the metal surface is roughened by irradiating the metal material with a pulsed laser beam of nsec. However, in the present embodiment, the metal material is irradiated with a pulsed laser beam of msec. A method for roughening the surface of the metal will be illustrated.
本実施形態の金属表面の粗面化方法では、加工ステージ上に載置された金属材料１０の一部の表面Ｓに対して、ｍｓｅｃのパルス発振のレーザー光のビームＢをガルバノミラーでＸ方向に走査しながら照射することにより、金属材料１０の表面ＳをＹ方向に所定ピッチＰで１走査単位ずつ粗面化する（図１参照）。 In the roughening method of the metal surface of the present embodiment, the beam B of the laser light of the pulse oscillation of msec is applied to the surface S of the metal material 10 placed on the processing stage in the X direction by the galvanometer mirror. By irradiating while scanning, the surface S of the metal material 10 is roughened in the Y direction at a predetermined pitch P for each scanning unit (see FIG. 1).
金属材料１０の表面Ｓに照射するパルス発振のレーザー光は、パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚであり、平均出力が１００Ｗ〜２００Ｗであり、ピーク出力が１０５０Ｗ〜１５００Ｗであり、パルスエネルギーが１０Ｊ〜１５Ｊであり、ビーム直径が１５μｍ〜２５μｍであり、Ｘ方向に走査する速度が０．２ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃであり、所定ピッチＰが３０μｍ〜１００μｍである。 The pulsed laser light with which the surface S of the metal material 10 is irradiated has a pulse repetition frequency of 10 Hz to 1000 Hz, an average output of 100 W to 200 W, a peak output of 1050 W to 1500 W, and a pulse energy of 10 J to 15 J. The beam diameter is 15 μm to 25 μm, the scanning speed in the X direction is 0.2 m/sec to 10 m/sec, and the predetermined pitch P is 30 μm to 100 μm.
上述したレーザー光の照射条件により、金属材料１０の表面ＳにおけるＹ方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを１００μｍ〜５００μｍにすると共に、金属材料１０の表面ＳにおけるＹ方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを０〜＋２とすることができる。 The average roughness Rc of the roughness curve element along the Y direction on the surface S of the metal material 10 is set to 100 μm to 500 μm under the irradiation conditions of the laser light described above, and the roughness along the Y direction on the surface S of the metal material 10 is set. The skewness Rsk of the curve can be set to 0 to +2.
なお、本実施形態では、金属材料１０の表面Ｓにｍｓｅｃのパルス発振のレーザー光を照射する金属表面の粗面化方法を例示したが、パルス繰り返し周波数が低く、間欠的にしかレーザー光を照射することができないので、ガルバノミラーによるＸ方向への走査を間欠的に停止等してもよい。具体的には、パルス幅が１０ｍｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚである場合、レーザー光が出射される１０ｍｓｅｃにおいて所定の速度で走査するステップと、レーザー光が出射されない残りの９０ｍｓｅｃにおいて走査を停止する又は他の対象物に対して走査するステップとを繰り返す。また、パルス幅が１ｍｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が１００Ｈｚである場合、レーザー光が出射される１ｍｓｅｃにおいて所定の速度で走査するステップと、レーザー光が出射されない残りの９ｍｓｅｃにおいて走査を停止する又は他の対象物に対して走査するステップとを繰り返す。また、パルス幅が０．２ｍｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が５００Ｈｚである場合、レーザー光が出射される０．２ｍｓｅｃにおいて所定の速度で走査するステップと、レーザー光が出射されない残りの１．８ｍｓｅｃにおいて走査を停止する又は他の対象物に対して走査するステップとを繰り返す。 In the present embodiment, the surface roughening method of the metal surface in which the surface S of the metal material 10 is irradiated with the pulsed laser light of msec is exemplified, but the pulse repetition frequency is low and the laser light is irradiated only intermittently. Therefore, the scanning in the X direction by the galvanometer mirror may be stopped intermittently. Specifically, when the pulse width is 10 msec and the pulse repetition frequency is 10 Hz, the step of scanning at a predetermined speed in 10 msec when the laser light is emitted and the scanning is stopped in the remaining 90 msec in which the laser light is not emitted. Or scan for other objects. Further, when the pulse width is 1 msec and the pulse repetition frequency is 100 Hz, the step of scanning at a predetermined speed in 1 msec when the laser light is emitted and the scanning is stopped in the remaining 9 msec in which the laser light is not emitted or And the step of scanning the object is repeated. When the pulse width is 0.2 msec and the pulse repetition frequency is 500 Hz, the step of scanning at a predetermined speed in 0.2 msec when the laser light is emitted and the remaining 1.8 msec in which the laser light is not emitted. The steps of stopping the scanning or scanning for another object are repeated.
次に、具体的に行った実験について説明する。ここで、図２３は、本実施形態の金属表面の粗面化方法の実施例７〜１３における処理条件及び結果を示す表である。また、図２４〜図３０は、実施例７〜１３の金属表面の光学顕微鏡の観察写真である。また、図３１は、実施例９、１１〜１３におけるピーク出力、表面粗さ及び剥離強さの関係を示すグラフである。また、図３２は、実施例９、１１〜１３における繰り返し回数、表面粗さ及びスキューネスの関係を示すグラフである。 Next, a concrete experiment conducted will be described. Here, FIG. 23 is a table showing processing conditions and results in Examples 7 to 13 of the metal surface roughening method of the present embodiment. 24 to 30 are optical microscope observation photographs of the metal surfaces of Examples 7 to 13. Further, FIG. 31 is a graph showing the relationship between the peak output, surface roughness, and peel strength in Examples 9, 11 to 13. Further, FIG. 32 is a graph showing the relationship among the number of repetitions, surface roughness, and skewness in Examples 9 and 11 to 13.
＜実施例７〜１３＞
まず、厚さ２ｍｍ×幅２５ｍｍ×長さ６０ｍｍのアルミニウム板の一方の表面に対して、図２３の表に示す条件（平均出力、ピーク出力、パルス幅、ビーム直径（２０μｍ）、走査速度、ピッチ及び繰り返し回数）でパルス発振のレーザー光を照射することにより、アルミニウム板の表面を粗面化した。ここで、レーザー装置は、ＩＰＧ製のシングルモード準連続発振イッテルビウムファイバーレーザ（ＹＬＭＰ−１５０／１５００−ＱＣＷ）を用いた。なお、ＹＬＭＰ−１５０／１５００−ＱＣＷは、波長が１０７０±５ｎｍであり、動作モードがパルス発振／連続発振であり、変調周波数が０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、最大平均出力（ＣＷ／ＱＣＷ）が２５０Ｗ／１５０Ｗであり、最大ピーク出力が１５００Ｗであり、最大パルスエネルギーが１５Ｊであり、パルス幅が０．０５ｍｓｅｃ〜５０ｍｓｅｃであり、出力調整が１０％〜１００％であり、出力安定性が±０．１％以内であり、ビーム品質Ｍ２が１．０５である。また、粗面化したアルミニウム板の表面について、実施例１〜６と同様に、粗算術平均粗さＲａ、粗さ曲線要素の平均粗さＲｃ、最大高さ粗さＲｚ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ及び粗さ曲線要素の平均長さＲｓｍを求めた。
<Examples 7 to 13>
First, for one surface of an aluminum plate having a thickness of 2 mm, a width of 25 mm, and a length of 60 mm, the conditions shown in the table of FIG. 23 (average output, peak output, pulse width, beam diameter (20 μm), scanning speed, pitch) And the number of repetitions), the surface of the aluminum plate was roughened by irradiating a pulsed laser beam. Here, as the laser device, a single mode quasi-continuous oscillation ytterbium fiber laser (YLMP-150/1500-QCW) manufactured by IPG was used. The YLMP-150/1500-QCW has a wavelength of 1070±5 nm, an operation mode of pulse oscillation/continuous oscillation, a modulation frequency of 0 kHz to 50 kHz, and a maximum average output (CW/QCW) of 250 W/. 150W, maximum peak output is 1500W, maximum pulse energy is 15J, pulse width is 0.05msec to 50msec, output adjustment is 10% to 100%, output stability is ±0.1. %, and the beam quality M 2 is 1.05. Further, with respect to the surface of the roughened aluminum plate, the rough arithmetic average roughness Ra, the average roughness Rc of the roughness curve elements, the maximum height roughness Rz, and the skewness of the roughness curve, as in Examples 1 to 6. The Rsk and the average length Rsm of the roughness curve element were determined.
さらに、実施例１〜６と同様に、アルミニウム板の粗面化した表面にフッ素ゴムが接着された試験片を作製した後に、作製した試験片に対して、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２に基づいて、剥離強さを測定して、剥離試験を行った。 Further, similarly to Examples 1 to 6, after producing a test piece in which fluororubber was adhered to the roughened surface of the aluminum plate, the produced test piece was peeled based on JIS K6256-2. The strength was measured and a peel test was performed.
実験結果としては、走査速度が０．５ｍｍ／ｓｅｃである実施例９、１１〜１３を比較すると、図３１のグラフに示すように、ピーク出力を６４３Ｗから１５５０Ｗに上げていくと、平均粗さＲｃが大きくなることが確認された。また、剥離試験については、実施例９において、図３１のグラフに示すように、１３０Ｎ／２５ｍｍ以上の高水準の剥離強さが得られ、金属表面とフッ素ゴムとの間の界面での剥離が確認されずにフッ素ゴム自体の破壊が確認されたので、ＪＩＳ Ｋ６２５６−２による剥離強さがフッ素ゴムの材料破壊強度よりも高いと言える。 As a result of the experiment, when Examples 9, 11 to 13 in which the scanning speed is 0.5 mm/sec are compared, as shown in the graph of FIG. 31, when the peak output is increased from 643 W to 1550 W, the average roughness is increased. It was confirmed that Rc was increased. Regarding the peeling test, in Example 9, as shown in the graph of FIG. 31, a high level of peeling strength of 130 N/25 mm or more was obtained, and peeling at the interface between the metal surface and the fluororubber was observed. Since the fracture of the fluororubber itself was confirmed without being confirmed, it can be said that the peeling strength according to JIS K6256-2 is higher than the material fracture strength of the fluororubber.
また、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋについては、実施例９、１１〜１３において、図１０に示すように、０〜＋２になったので、金属材料の粗面化された表面では、凸部よりも凹部が多いことが分かった。 The skewness Rsk of the roughness curve is 0 to +2 as shown in FIG. 10 in Examples 9 and 11 to 13, so that the roughened surface of the metal material is more prominent than the convex portion. It was found that there were many recesses.
なお、本実施形態では、１走査単位における走査回数（繰り返し回数）が１回である金属表面の粗面化方法を例示したが、繰り返し回数は、複数回であってもよい。 In the present embodiment, the method of roughening the metal surface has been described in which the number of scans (the number of repetitions) in one scanning unit is one, but the number of repetitions may be plural.
以上説明したように、本実施形態の金属表面の粗面化方法によれば、金属材料１０の表面Ｓに照射されるパルス発振のレーザー光のビーム直径が１５μｍ〜２５μｍであるので、シングルモードファイバーレーザーを用いた場合よりも、レーザー光の焦点距離が１．５倍〜２．５倍程度長くなる。これにより、高価の集光レンズを用いることなく、レーザー光の焦点距離が長くなるので、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすることができる。また、上述したレーザー光を照射する諸条件により、粗面化された金属材料１０の表面Ｓにおいて、レーザー光を走査するＸ方向に交差するＹの方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃが１００μｍ〜５００μｍになるので、粗面化された金属材料１０の表面Ｓとフッ素ゴムとが深く嵌め合った状態で接着されることにより、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。したがって、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができる。 As described above, according to the metal surface roughening method of the present embodiment, since the beam diameter of the pulsed laser light with which the surface S of the metal material 10 is irradiated is 15 μm to 25 μm, the single mode fiber The focal length of the laser light is about 1.5 times to 2.5 times longer than when a laser is used. As a result, the focal length of the laser light becomes long without using an expensive condenser lens, so that the processing range by the galvano mirror can be easily widened. Further, the average roughness Rc of the roughness curve element along the Y direction intersecting the X direction for scanning the laser light on the surface S of the metal material 10 roughened by the above-mentioned various conditions for irradiating the laser light. Is 100 μm to 500 μm, the surface S of the roughened metal material 10 and the fluororubber are adhered to each other in a deeply fitted state, whereby the adhesiveness with the fluororubber can be secured. Therefore, in the roughening of the metal surface by the irradiation of the laser beam, the processing range by the galvano mirror can be easily widened and the adhesiveness with the fluororubber can be secured.
《その他の実施形態》
上記各実施形態では、フッ素ゴムと接着する金属表面の粗面化方法を例示したが、本発明は、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−ゴム等のその他のゴムと接着する金属表面の粗面化方法にも適用することができる。
<<Other Embodiments>>
In each of the above embodiments, the roughening method of the metal surface to be bonded with the fluororubber is exemplified, but the present invention is, for example, a roughening method of the metal surface to be bonded to other rubber such as acrylonitrile-butadiene-rubber. Can also be applied.
また、上記各実施形態では、金属表面を連続的に粗面化する方法を例示したが、本発明は、金属表面を断続的に粗面化する方法にも適用することができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the method of continuously roughening the metal surface has been illustrated, but the present invention can also be applied to the method of intermittently roughening the metal surface.
以上説明したように、本発明は、レーザー光の照射による金属表面の粗面化において、ガルバノミラーによる加工範囲を容易に広くすると共に、フッ素ゴムとの接着性を確保することができるので、例えば、半導体製造装置のゲートシール等について有用である。 As described above, in the present invention, in the roughening of the metal surface by the irradiation of the laser beam, it is possible to easily widen the processing range by the galvano mirror and to secure the adhesiveness with the fluororubber. It is useful for gate seals of semiconductor manufacturing equipment.
Ｂ レーザー光のビーム
Ｐ ピッチ
Ｓ 金属材料の表面
Ｘ 第１の方向
Ｙ 第２の方向
１０ 金属材料
B Beam of Laser Light P Pitch S Surface of Metal Material X First Direction Y Second Direction 10 Metal Material
Claims (4)
パルス幅が８０ｎｓｅｃ〜１２０ｎｓｅｃであり、パルス繰り返し周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚであり、ビーム直径が２０μｍ〜３０μｍであり、上記第１の方向に走査する速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃであり、上記所定ピッチが３０μｍ〜１００μｍであり、上記１走査単位における走査回数が１回〜２０回であるように、上記レーザー光を照射して、上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを２０μｍ〜２００μｍにすることを特徴とする金属表面の粗面化方法。 The surface of the metal material is irradiated with a pulsed laser beam while scanning in a first direction along the surface of the metal material, so that the surface of the metal material intersects with the surface of the metal material. A roughening method of a metal surface for roughening one scanning unit at a predetermined pitch in a second direction along
The pulse width is 80 nsec to 120 nsec, the pulse repetition frequency is 20 kHz to 50 kHz, the beam diameter is 20 μm to 30 μm, and the scanning speed in the first direction is 50 mm/sec to 200 mm/sec. The roughness curve along the second direction on the surface of the metal material is irradiated with the laser light so that the pitch is 30 μm to 100 μm and the number of scans in one scan unit is 1 to 20 times. A method for roughening a metal surface, wherein the average roughness Rc of the element is set to 20 μm to 200 μm.
上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを−２〜０にすることを特徴とする金属表面の粗面化方法。 The method for roughening a metal surface according to claim 1,
A method for roughening a metal surface, wherein the skewness Rsk of the roughness curve along the second direction on the surface of the metal material is set to −2 to 0.
パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚであり、平均出力が１００Ｗ〜２００Ｗであり、ピーク出力が１０５０Ｗ〜１５００Ｗであり、パルスエネルギーが１０Ｊ〜１５Ｊであり、ビーム直径が１５μｍ〜２５μｍであり、上記第１の方向に走査する速度が０．２ｍ／ｓｅｃ〜１０ｍ／ｓｅｃであり、上記所定ピッチが３０μｍ〜１００μｍであるように、上記レーザー光を照射して、上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線要素の平均粗さＲｃを１００μｍ〜５００μｍにすることを特徴とする金属表面の粗面化方法。 The surface of the metal material is irradiated with a pulsed laser beam while scanning in a first direction along the surface of the metal material, so that the surface of the metal material intersects with the surface of the metal material. A roughening method of a metal surface for roughening one scanning unit at a predetermined pitch in a second direction along
The pulse repetition frequency is 10 Hz to 1000 Hz, the average output is 100 W to 200 W, the peak output is 1050 W to 1500 W, the pulse energy is 10 J to 15 J, and the beam diameter is 15 μm to 25 μm. Direction is 0.2 m/sec to 10 m/sec, and the predetermined pitch is 30 μm to 100 μm so that the laser beam is applied to the surface of the metal material in the second direction. A method for roughening a metal surface, characterized in that the average roughness Rc of the roughness curve elements along the line is 100 μm to 500 μm.
上記金属材料の表面における上記第２の方向に沿う粗さ曲線のスキューネスＲｓｋを０〜＋２にすることを特徴とする金属表面の粗面化方法。
The method for roughening a metal surface according to claim 3,
A method for roughening a metal surface, wherein the skewness Rsk of the roughness curve along the second direction on the surface of the metal material is set to 0 to +2.
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