JP6826056B2 - 複合部材の製造方法及び複合部材 - Google Patents

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Description

本発明の一側面及び実施形態は、複合部材の製造方法及び複合部材に関する。
特許文献１は、複合部材の製造方法を開示する。この方法では、樹脂部材が金属部材上にインサート成形で直接接合されることにより、金属部材と樹脂部材とが複合化された複合成形部材が製造される。金属部材の接合面は、物理的処理又は化学的処理により粗面処理が施されている。特許文献２は、同様に、複合部材の製造方法を開示する。金属部材の接合面は、レーザ加工により粗面処理が施されている。特許文献１，２には、金属部材の接合面が粗面処理されることにより金属部材と樹脂部材との接合強度が改善されることが記載されている。
特開２０１５−０１６６８２号公報 特開２０１０−１６７４７５号公報
しかしながら、特許文献１，２は、金属部材の接合面の形態が接合強度に与える影響を開示していない。本技術分野では、優れた接合強度を有する複合部材の製造方法、及び、優れた接合強度を有する複合部材が望まれている。
本発明の一側面に係る複合部材の製造方法は、母材と樹脂部材とを接合した複合部材の製造方法であって、母材の表面に、マイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を形成する表面処理工程と、表面処理工程により形成された凹凸を有する母材の表面に、樹脂部材を射出成形により直接接合する接合工程と、を備える。
この製造方法では、樹脂部材と直接接合する母材の表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸が形成される。樹脂部材がマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸に入り込んで硬化することにより、ミリオーダーの凹凸の場合と比べて強いアンカー効果が生じる。このため、この製造方法は、優れた接合強度を有する複合部材を製造することができる。
表面処理工程において凹凸が形成された母材の表面の算術平均傾斜は、０．１７〜０．５０としてもよい。算術平均傾斜とは、測定曲線を一定間隔で横方向に区切り、各区間内における測定曲線の終始点を結ぶ線分の傾き（角度）の絶対値を求め、各区間の絶対値を平均したものである。また、表面処理工程において凹凸が形成された母材の表面の二乗平均平方根傾斜は、０．２７〜０．６０としてもよい。二乗平均平方根傾斜は定義した領域のすべての点における傾斜の二乗平均平方根により算出される。二乗平均平方根傾斜とは、測定曲線を一定間隔で横方向に区切り、各区間内における測定曲線の終始点を結ぶ線分の傾き（角度）の二乗値の平均を求め、その値の平方根である。このように、狭い空間にどれだけ傾斜があるかを示すパラメータを制御することで、優れた接合強度を有する複合部材を製造することができる。
表面処理工程は、ブラスト加工により凹凸を形成する工程でもよい。この場合、部材を接合するための他の表面処理手法に比べて、接合面の表面構造を定量的に制御可能であり、低コスト及び短時間で表面加工を行うことができる。
ブラスト加工における噴射圧力は、０．５〜２．０ＭＰａとしてもよい。ブラスト加工における噴射材の粒子径は、３０〜３００μｍとしてもよい。このようなブラスト加工の条件によって、最適なマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を母材の表面に形成することができる。
また、母材の材料は、金属、ガラス、セラミックス又は樹脂としてもよい。母材の表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を形成することで、母材の材料が金属、ガラス、セラミックス又は樹脂の何れかであっても、優れた接合強度を有する複合部材を製造することができる。
本発明の他の側面に係る複合部材は、その表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を有する母材と、母材の表面に直接接触する樹脂部材と、を備える。
この複合部材は、母材の表面のマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸に樹脂部材が直接接触しているため、ミリオーダーの凹凸を有する母材の場合と比べて強いアンカー効果が生じる。このため、この複合部材は、優れた接合強度を有する。
母材の表面の算術平均傾斜は、０．１７〜０．５０でもよい。また、母材の表面の二乗平均平方根傾斜は、０．２７〜０．６０でもよい。この複合部材は、狭い空間にどれだけ傾斜があるかを示すパラメータが制御された凹凸が形成されているので、優れた接合強度を有する。
母材の材料は、金属、ガラス、セラミックス又は樹脂であってもよい。母材の表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸が形成されているので、母材の材料が金属、ガラス、セラミックス又は樹脂の何れかであっても、複合部材は優れた接合強度を有する。
以上説明したように、本発明の一側面および実施形態によれば、優れた接合強度を有する複合部材の製造方法、及び、優れた接合強度を有する複合部材が提供される。
実施形態に係る複合部材を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った複合部材の断面図である。 実施形態に係る複合部材の製造方法に用いるブラスト加工装置の概念図である。 実施形態に係る複合部材の製造方法に用いるブラスト加工装置の構成を説明する図である。 図４の噴射ノズルの断面図である。 射出成形に用いられる金型の上面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った金型の断面図である。 実施形態に係る複合部材の製造方法のフローチャートである。 ブラスト加工の概念図である。 ブラスト加工の走査を説明する図である。 剪断応力の評価装置の概略断面図である。
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本実施形態における「接合強度」は「剪断強度」として説明する。
［複合部材］
図１は、実施形態に係る複合部材１を示す斜視図である。図１に示されるように、複合部材１は、複数の部材が接合により一体化された部材である。例えば、複合部材１は、樹脂部材と、樹脂部材に対する異種部材とを接合させた部材である。樹脂部材に対する異種部材とは、熱膨張率、熱伝達率、強度などが樹脂部材に対して異なる性質を有する材料で形成された部材である。
複合部材１は、母材２及び樹脂部材３を備える。母材２は、一例として板状の部材である。樹脂部材３は、母材２の表面に直接接触している。図１では、樹脂部材３は、母材２の表面の一部（母材２の接触面４）に直接接触しており、重ね継手構造を有する。母材２の材料は、金属、ガラス、セラミックス又は樹脂である。樹脂部材３の材料は、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニルサルファイド、ポリアミド、液晶ポリマー、ポリプロピレン、アクリルニトリルブタジエンスチレンなどの樹脂である。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った複合部材１の断面図である。図２に示されるように、母材２は、その表面２ａの一部（接触面４）に凹凸２ｂを有する。凹凸２ｂは、マイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸である。マイクロオーダーの凹凸とは、１μｍ以上１０００μｍ未満の高低差を有する凹凸である。ナノオーダーの凹凸とは、１ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の高低差を有する凹凸である。より具体的な一例として、表面２ａの一部（接触面４）において、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に規定される算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、及び、十点平均粗さＲｚは、それぞれ０．２〜５．０μｍ、１．０〜３０．０μｍ、１．０〜２０．０μｍとしてもよい。算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、及び、十点平均粗さＲｚのそれぞれが上記範囲内であれば、凹凸２ｂは、樹脂部材３に対するアンカー効果を十分に奏する。したがって、母材２と樹脂部材３との接合強度が高くなる。
また、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に規定される算術平均傾斜ＲΔａを制御した場合、より高い接合強度が得られることが見出された。具体的な一例として、算術平均傾斜ＲΔａを０．１７〜０．５０としてもよい。算術平均傾斜ＲΔａが小さくなるほど接合強度は小さくなる。算術平均傾斜ＲΔａが０．１７よりも小さい場合、実用的な接合強度を得ることが困難となる。また、算術平均傾斜ＲΔａが大きくなるほど凹凸２ｂを形成するための加工条件をより高い次元で制御する必要がある。このため、算術平均傾斜ＲΔａが０．５０より大きい場合、生産性が低下するおそれがある。特に、このような凹凸２ｂを後述するブラスト加工により形成した場合は、０．５０を超える算術平均傾斜ＲΔａとなるように加工することは困難である。
さらに、算術平均傾斜ＲΔａに加えて二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを制御した場合、より高い接合強度が得られることが見出された。具体的な一例として、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを０．２７〜０．６０としてもよい。二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが小さくなるほど接合強度は小さくなる。二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．２７よりも小さい場合、実用的な接合強度を得ることが困難となる。また、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが大きくなるほど凹凸２ｂを形成するための加工条件をより高い次元で制御する必要がある。このため、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．６０より大きい場合、生産性が低下するおそれがある。特に、このような凹凸２ｂを後述するブラスト加工により形成した場合は、０．６０を超える二乗平均平方根傾斜ＲΔｑとなるように加工することは困難である。
樹脂部材３は、その一部が凹凸２ｂに入り込んだ状態で、母材２に接合されている。このような構造は、後述する金型２０を用いた射出成形により形成される。
以上、本実施形態に係る複合部材１は、母材２の表面２ａのマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸に樹脂部材３が直接接触しているため、ミリオーダーの凹凸を有する母材の場合と比べて強いアンカー効果が生じる。このため、この複合部材は、優れた接合強度を有する。
［複合部材の製造方法］
複合部材１の製造方法に用いる装置概要を説明する。最初に、母材２の表面にブラスト加工を行う装置を説明する。ブラスト加工装置は、重力式（吸引式）のエアブラスト装置、直圧式（加圧式）のエアブラスト装置、遠心式のブラスト装置、等何れのタイプを用いてもよい。本実施形態に係る製造方法は、一例として、いわゆる直圧式（加圧式）のエアブラスト装置を用いる。図３は、複合部材１の製造方法に用いるブラスト加工装置１０の概念図である。ブラスト加工装置１０は、処理室１１、噴射ノズル１２、貯留タンク１３、加圧室１４、圧縮気体供給機１５及び集塵機（不図示）を備える。
処理室１１の内部には、噴射ノズル１２が収容されており、処理室１１にてワーク（ここでは母材２）に対してブラスト加工が行われる。噴射ノズル１２にて噴射された噴射材は、粉塵とともに処理室１１の下部に落下する。落下した噴射材は、貯留タンク１３に供給され、粉塵は集塵機へ供給される。貯留タンク１３に貯留された粉塵は加圧室１４に供給され、圧縮気体供給機１５により加圧室１４が加圧される。加圧室１４に貯留された噴射材は、圧縮気体ととともに噴射ノズル１２に供給される。このように、噴射材を循環させながらワークがブラスト加工される。
図４は、実施形態に係る複合部材１の製造方法に用いるブラスト加工装置１０の構成を説明する図である。図４に示されるブラスト加工装置１０は、図３に示された直圧式のブラスト装置である。図４では、処理室１１の壁面を一部省略して示している。
図４に示されるように、ブラスト加工装置１０は、圧縮気体供給機１５が接続され密閉構造に形成された噴射材の貯留タンク１３及び加圧室１４と、加圧室１４内に貯留タンク１３と連通する定量供給部１６と、定量供給部１６に連接管１７を介して連通する噴射ノズル１２と、噴射ノズル１２の下方にワークを保持しながら可動する加工テーブル１８と、制御部１９とを備える。
制御部１９は、ブラスト加工装置１０の構成要素を制御する。制御部１９は、一例として表示部及び処理部を含む。処理部は、ＣＰＵ及び記憶部などを有する一般的なコンピュータである。制御部１９は、設定された噴射圧力及び噴射速度に基づいて貯留タンク１３及び加圧室１４へ圧縮気体を供給する圧縮気体供給機１５のそれぞれの供給量を制御する。また、制御部１９は、設定されたワークとノズルとの間の距離、及び、ワークの走査条件（速度、送りピッチ、走査回数など）に基づいて、噴射ノズル１２の噴射位置の制御をする。具体的な一例として、制御部１９は、ブラスト加工処理前に設定された走査速度（Ｘ方向）と送りピッチ（Ｙ方向）とを用いて噴射ノズル１２の位置を制御する。制御部１９は、ワークを保持する加工テーブル１８を移動させることにより、噴射ノズル１２の位置を制御する。
図５は、図４の噴射ノズル１２の断面図である。噴射ノズル１２は、本体部である噴射管ホルダー１２０を有する。噴射管ホルダー１２０は、内部に噴射材及び圧縮気体を通過させる空間を有する筒状部材である。噴射管ホルダー１２０の一端は、噴射材導入口１２３であり、その他端は噴射材吐出口１２２である。噴射管ホルダー１２０の内部には、噴射材導入口１２３側から噴射材吐出口１２２に向けて先細りした内壁面が形成されており、傾斜角度を有する円錐形状の収束加速部１２１が構成されている。噴射管ホルダー１２０の噴射材吐出口１２２側には、円筒形状の噴射管１２４が連通して設けられている。収束加速部１２１は、噴射管ホルダー１２０の円筒形部の中間から噴射管１２４に向けて先細りしている。これにより、圧縮気体流１１５が形成される。
噴射ノズル１２の噴射材導入口１２３には、ブラスト加工装置１０の連接管１７が接続されている。これにより、貯留タンク１３、加圧室１４内の定量供給部１６、連接管１７、及び、噴射ノズル１２が順次連接された噴射材経路を形成している。
このように構成されたブラスト加工装置１０は、制御部１９により制御された供給量の圧縮気体が圧縮気体供給機１５から貯留タンク１３及び加圧室１４に供給される。そして、一定の圧流力によって、貯留タンク１３内の噴射材は、加圧室１４内の定量供給部１６で定量され、連接管１７を介して噴射ノズル１２に供給され、噴射ノズル１２の噴射管よりワークの加工面に噴射される。これにより、常に一定の噴射材がワークの加工面に噴射される。そして、噴射ノズル１２のワークの加工面への噴射位置が制御部１９により制御され、ワークがブラスト加工される。
また、噴射された噴射材とブラスト加工で生じた切削粉は、図示しない集塵機により吸引される。処理室１１から集塵機に向かう経路には図示しない分級機が配置されており、再使用可能な噴射材とその他微粉（再使用できないサイズとなった噴射材やブラスト加工で生じた切削粉）とに分離される。再利用可能な噴射材は貯留タンク１３に収容され、再び噴射ノズル１２に供給される。微粉は集塵機にて回収される。
次に、射出成形について説明する。射出成形は、ここではインサート成形が用いられる。インサート成形では、所定の金型にインサートを装着し、樹脂を注入して所定時間保持して硬化させる。その後、熱処理により樹脂の残留応力を取り除く。図６は、射出成形に用いられる金型の上面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った金型の断面図である。図６，図７に示されるように、金型２０は、金型本体２１（上金型２１ａ及び下金型２１ｂ）を備える。上金型２１ａと下金型２１ｂとの間には、インサート（ここでは母材２）を装着するための空間２２及び樹脂が注入される空間２３を備えている。上金型２１ａの上面には、樹脂注入口が設けられている。樹脂注入口は、スプルー２４、ランナー２５及びゲート２６を介して空間２３に連通している。空間２３には、圧力センサ２７及び温度センサ２８が設けられており、空間２３の圧力及び温度が検出される。圧力センサ２７及び温度センサ２８の検出結果に基づいて、図示しない成形機のパラメータが調整され成形品が製造される。パラメータには、金型温度、充填時の樹脂温度、充填圧力、射出率、保持時間、保持時の圧力、熱処理温度、熱処理時間などが含まれる。金型２０で成形された成形品は、所定面積で接合する重ね継手構造となる。
次に、複合部材１の製造方法の一連の流れを説明する。図８は、実施形態に係る複合部材１の製造方法のフローチャートである。図８に示されるように、最初に、準備工程（Ｓ１０）として、所定の噴射材がブラスト加工装置１０に充填される。噴射材の粒子径は、例えば３０〜３００μｍである。粒子径が小さくなるほど、質量が小さくなるため、慣性力が低くなる。このため、粒子径が３０μｍより小さい場合には所望の形状の凹凸２ｂを形成することが困難となる。粒子径が大きくなるほど、質量が大きくなるため、慣性力が高くなる。このため、母材２との衝突により噴射材が粉砕され易くなる。その結果、（１）衝突のエネルギーが凹凸２ｂの形成以外に分散されることから加工効率が悪い（２）噴射材の損耗が激しく、経済的でない、等の問題が発生する。このような問題は、粒子径が３００μｍを越えた場合に顕著となる。
ブラスト加工装置１０の制御部１９は、準備工程（Ｓ１０）として、ブラスト加工条件を取得する。制御部１９は、ブラスト加工条件を、オペレータの操作又は記憶部に記憶された情報に基づいて取得する。ブラスト加工条件には、噴射圧力、噴射速度、ノズル間距離、ワークの走査条件（速度、送りピッチ、走査回数）などが含まれる。噴射圧力は、例えば０．５〜２．０ＭＰａである。噴射圧力が小さくなるほど、慣性力が低くなる。このため、噴射圧力が０．５ＭＰａより小さい場合には所望の形状の凹凸２ｂを形成することが困難となる。噴射圧力が大きくなるほど、慣性力が高くなる。このため、母材２との衝突により噴射材が粉砕され易くなる。その結果、（１）衝突のエネルギーが凹凸２ｂの形成以外に分散されることから加工効率が悪い（２）噴射材の損耗が激しく、経済的でない、等の問題が発生する。このような問題は、噴射圧力が２．０ＭＰａを越えた場合に顕著となる。制御部１９は、ブラスト加工条件を管理することで、母材２の表面２ａの凹凸２ｂの大きさや深さ、密度などをマイクロオーダー又はナノオーダーで精密にコントロールする。なお、ブラスト加工条件には、ブラスト加工対象領域を特定する条件が含まれていてもよい。この場合、選択的な表面処理が可能となる。
次に、ブラスト加工装置１０は、ブラスト加工工程（Ｓ１２：表面処理工程）として、以下の一連の処理を行う。まず、ブラスト加工対象となる母材２が処理室１１内の加工テーブル１８上にセットされる。次に、制御部１９は、図示しない集塵機を作動させる。集塵機は、制御部１９の制御信号に基づいて、処理室１１の内部を減圧して負圧状態とする。次に、噴射ノズル１２は、制御部１９の制御信号に基づいて、噴射圧力０．５〜２．０ＭＰａの範囲で、噴射材を圧縮空気の固気二相流として噴射する。次いで、制御部１９は、加工テーブル１８を作動させ、母材２を固気二相流の噴射流中（図４では噴射ノズルの下方）に移動させる。図９は、ブラスト加工の概念図である。図９に示されるように、噴射ノズル１２から母材２の表面２ａの一部領域２ｃへ噴射材が噴射される。ここで、制御部１９は、加工テーブル１８の作動を継続させて、母材２に対して噴射流が予め設定された軌跡を描くように作動させる。図１０は、ブラスト加工の走査を説明する図である。図１０に示されるように、制御部１９は、加工テーブル１８を送りピッチＰで走査する軌跡Ｌに従って動作させる。これにより、母材２の表面に所望のマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸２ｂが形成される。
粒子径３０〜３００μｍの噴射材を用いて、噴射圧力０．５〜２．０ＭＰａの範囲でブラスト加工をすることにより、母材２の表面２ａに所望のマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸２ｂ（例えば、算術平均傾斜ＲΔａ及び二乗平均平方根傾斜ＲΔｑがそれぞれ０．１７〜０．５０、０．２７〜０．６０に制御された凹凸２ｂ）が形成される。ブラスト加工装置１０の作動を停止した後、母材２を取り出し、ブラスト加工が完了する。
次に、図示しない成形機は、接合工程（Ｓ１４）として、上述した金型２０を用いて成形を行う。まず、金型２０が型開きされ、ブラスト加工された母材２が空間２２に装着されて、金型２０が型閉じされる。そして、生成機は、設定された樹脂温度を有する溶解した樹脂を樹脂注入口から金型２０の内部に注入する。注入された樹脂は、スプルー２４、ランナー２５及びゲート２６を通り、空間２３に充填される。生成機は、圧力センサ２７の検出結果に基づいて樹脂の充填圧力や射出率を制御する。生成機は、温度センサ２８の検出結果に基づいて、金型温度が設定値になるように制御する。また、生成機は、圧力センサ２７の検出結果に基づいて、設定された保持時間の間、圧力が設定値となるように制御する。その後、生成機は、設定された熱処理温度及び熱処理時間に基づいて、熱処理を行う。その後、生成機は、金型２０を型開きして、母材２及び樹脂部材３が一体化された複合部材１を取り出す。接合工程（Ｓ１４）が終了すると、図８に示されたフローチャートが終了する。
以上説明したように、本実施形態に係る製造方法では、樹脂部材３と直接接合する母材２の表面２ａにマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸２ｂが形成される。樹脂部材３がマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸２ｂに入り込んで硬化することにより、ミリオーダーの凹凸の場合と比べて強いアンカー効果が生じる。このため、本実施形態に係る製造方法は、優れた接合強度を有する複合部材１を製造することができる。
また、ブラスト加工により、母材２の表面２ａにマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸２ｂを形成することで、部材を接合するための他の表面処理手法に比べて、接合面の表面構造を定量的に制御可能であり、低コスト及び短時間で表面加工を行うことができる。
例えば、他の表面処理手法としては、化学エッチング型及びレーザ加工型が知られている。化合エッチング型は、化学エッチングにより金属部材の表面に微細形状を形成し、インサート成形することにより、金属部材と樹脂部材とを接合する手法である。この手法は、一括処理できる点で処理時間が短いものの、ウェットプロセスであるため廃液処理が必要となる。また、この手法は、微細形状の定量的制御が困難である。レーザ加工型は、レーザ加工により金属部材の表面に微細形状を形成し、インサート成形することにより、金属部材と樹脂部材とを接合する手法である。この手法は、ドライプロセスであり、かつ、微細形状の定量的制御が可能である反面、レーザ光源のコストが高く、処理時間が長くなるおそれがある。これらの手法と比較して、ブラスト加工による表面処理手法は、接合面の表面構造を定量的に制御可能であり、低コスト及び短時間を実現することができる。
以上、本実施形態について説明したが、本発明は、上記本実施形態に限定されるものでなく、本実施形態以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
［母材、樹脂部材の変形例］
上記実施形態に係る母材２及び樹脂部材３として、板状部材を例として示したが、形状に限定されることはなく、互いに接触可能なあらゆる形状を採用することができる。上記実施形態に係る樹脂部材３は、母材２の表面の一部に接触していたが、母材２の表面全てに接触していてもよい。
［射出成形の変形例］
射出成形は、インサート成形に限定されるものではなく、アウトサート成形であってもよい。
［母材２］
母材２は、以下の材料を用いた。
母材Ａ：アルミニウム板（ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）：Ａ５０５２）
母材Ｂ：ポリイミド板
［ブラスト加工工程］
上記実施形態で説明したブラスト加工装置１０を用いて母材２の表面をブラスト加工した。噴射材は、酸化アルミニウムからなる噴射材と、ガラスからなる噴射材とを混合して用いた。噴射材の粒子径は、４０〜２５０μｍである。加工領域の総面積に対するブラスト加工による噴射材の打痕の占める総面積の割合であるブラスト面積密度（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）を５０％〜１００％とし、噴射材の粒子径を４０〜２５０μｍの範囲、噴射圧力を０．５〜２．０ＭＰａの範囲から適宜選択してブラスト加工を行い、母材２の表面にＲａ、Ｒｙ、Ｒｚ、ＲΔａ、ＲΔｑが制御された凹凸２ｂを形成した。
［接合工程］
上記実施形態で説明した金型２０を用いて、母材２に樹脂部材３を接合させた。樹脂部材３の材料は、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ：東レ株式会社製：１１０１Ｇ−Ｘ５４）を用いた。充填時において、金型温度は１４０℃、樹脂温度は２７０℃、充填圧力は６０ＭＰａ、射出率は６４．２ｃｍ３／ｓとした。保持時において、保持圧力は４０ＭＰａ、保持時間は８ｓとした。熱処理時において、熱処理温度は１３０℃、熱処理時間は２ｈとした。
［接合強度評価］
上記条件で作成された複合部材１の剪断強度（剪断応力）を評価した。評価装置は、ＩＳＯ ４５８７（１９９５）に準拠した剪断強度をより正確に測定できるように、測定時において複合部材１に発生する撓みを抑制させる構成を有する評価装置を用いた。
図１１は、剪断強度の評価装置３０の概略断面図である。図１１に示されるように、評価装置３０は、基台３１、母材２を把持する母材把持部３２、及び、樹脂部材３を把持する樹脂部材把持部３３を備える。母材把持部３２及び樹脂部材把持部３３は、基台３１上で対向配置される。
母材把持部３２は、把持面３２ａと押圧部材３２ｂとの間に母材２を把持する。母材把持部３２は、その底部が基台３１の固定部３１ａに固定される。樹脂部材把持部３３は、把持面３３ａと押圧部材３３ｂとの間に樹脂部材３を把持する。樹脂部材把持部３３は、その底部に車輪３３ｃを有し、母材把持部３２に対して遠近方向に移動可能である。樹脂部材把持部３３は、基台３１に設けられたモータ３４のボールねじ３４ａに接続され、母材把持部３２に対する遠近方向の移動が制御される。モータ３４を動作させることにより、母材２と樹脂部材３との間に引張力が作用する。引張力は、基台３１と母材把持部３２との間に設けられたロードセル３５で検出される。
樹脂部材把持部３３の把持面３３ａは、母材把持部３２の把持面３２ａと比べて、母材２の厚さ分だけ高くされている。これにより、引張力の作用軸と母材２と樹脂部材３との接合面とが一致するため、接合面に対して剪断力を加えることができる。また、母材把持部３２の把持面３２ａの大きさは、母材２よりも大きい。母材２の全体を把持面３２ａで支持することにより撓みの発生を抑制し、引張力の作用軸と接合面とが一致する状態を保つことができる。測定結果を表１に示す。
Figure 0006826056
 実施例１は、母材Ａを用い、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚがそれぞれ０．２〜５．０μｍ、１．０〜３０．０μｍ、１．０〜２０．０μｍの範囲となるように制御した一例であり、剪断応力が６．４ＭＰａであった。実用的な剪断応力（７ＭＰａと推定）を僅かに下回るが、凹凸２ｂのパラメータをより精密に制御することで、実用的な剪断応力が得られることが示唆された。
実施例２〜２３は、母材Ａを用い、ＲΔａ及びＲΔｑがそれぞれ０．１７〜０．５０、０．２０〜０．６０の範囲となるように制御した一例である。いずれも実用的な剪断応力を大幅に上回っており、樹脂が良好に接合していることが確認された。
実施例２４は、金属以外を母材とした場合の一例として母材Ｂを用い、ＲΔａ及びＲΔｑがそれぞれ０．１７〜０．５０、０．２０〜０．６０の範囲となるように制御した一例である。いずれも実用的な剪断応力を大幅に上回っており、母材が金属以外でも樹脂が良好に接合していることが確認された。
母材の表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を形成することで、優れた接合強度を有する複合部材を製造できることが見出された。この凹凸は、ブラスト加工でも形成することができる。ブラスト加工を利用した接合技術は、表面処理型異材直接接合に求められる最重要な３つの要件（表面構造の定量制御、処理時間及び処理コスト、ドライプロセス）を唯一満たす。また、ブラスト加工は、この凹凸を簡易に形成することができるので、環境や経済の観点から有利である。このため、ブラスト加工を利用した接合技術は、直接接合技術を大きく発展させ、産業進展を促すことが大いに期待できる。
１…複合部材、２…母材、３…樹脂部材、１０…ブラスト加工装置、１１…処理室、１２…噴射ノズル、１３…貯留タンク、１４…加圧室、１５…圧縮気体供給機、１６…定量供給部、１７…連接管、１８…加工テーブル、１９…制御部、２０…金型、２１…金型本体。

Claims (9)

  1. 母材と樹脂部材とを接合した複合部材の製造方法であって、
    前記母材の表面に、マイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を形成する表面処理工程と、
    前記表面処理工程により形成された前記凹凸を有する前記母材の表面に、前記樹脂部材を射出成形により直接接合する接合工程と、
    を備え、
    前記表面処理工程において前記凹凸が形成された前記母材の表面の算術平均傾斜は、０．１７〜０．５０である、複合部材の製造方法。
  2. 母材と樹脂部材とを接合した複合部材の製造方法であって、
    前記母材の表面に、マイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を形成する表面処理工程と、
    前記表面処理工程により形成された前記凹凸を有する前記母材の表面に、前記樹脂部材を射出成形により直接接合する接合工程と、
    を備え、
    前記表面処理工程において前記凹凸が形成された前記母材の表面の二乗平均平方根傾斜は、０．２７〜０．６０である、複合部材の製造方法。
  3. 前記表面処理工程は、ブラスト加工により前記凹凸を形成する工程である請求項１又は２に記載の複合部材の製造方法。
  4. 前記ブラスト加工における噴射圧力は、０．５〜２．０ＭＰａである請求項３に記載の複合部材の製造方法。
  5. 前記ブラスト加工における噴射材の粒子径は、３０〜３００μｍである請求項３又は４に記載の複合部材の製造方法。
  6. 前記母材の材料は、金属、ガラス、セラミックス又は樹脂である請求項１〜５の何れか一項に記載の複合部材の製造方法。
  7. その表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を有する母材と、
    前記母材の表面に直接接触する樹脂部材と、
    を備え、
    前記母材の表面の算術平均傾斜は、０．１７〜０．５０である、複合部材。
  8. その表面にマイクロオーダー又はナノオーダーの凹凸を有する母材と、
    前記母材の表面に直接接触する樹脂部材と、
    を備え、
    前記母材の表面の二乗平均平方根傾斜は、０．２７〜０．６０である、複合部材。
  9. 前記母材の材料は、金属、ガラス、セラミックス又は樹脂である請求項７又は８に記載の複合部材。
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