JP7005081B1

JP7005081B1 - 接合体及び接合体の製造方法

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Publication number: JP7005081B1
Application number: JP2021529353A
Authority: JP
Inventors: 聖一斎
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Current assignee: Mutsuki Electric KK
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Filing date: 2021-02-12
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Abstract

接合強度の高い接合体及びその製造方法を提供する。本発明の接合体１０は、アンカ部３４が設けられた第１接合面３２を有する第１部材３０と、第２接合面２２を有する第２部材２０とを備え、第１接合面３２に第２接合面２２を接合した接合体１０において、アンカ部３４は、第１接合面３２から突出し、第１方向Ｘに沿って並んで設けられた複数の突起３５を備え、複数の突起３５は、第１方向Ｘに垂直な方向である第２方向Ｙの両側にアンダーカット部３５ｃを有し、頂部３５ｄを含む第１方向Ｘに沿った断面形状が、第１接合面３２側において第１方向Ｘに沿った長さが最も長くなるように、第１接合面３２に近づくほど第１方向Ｘに広がる形状をなしているものである。

Description

本発明は、接合体及び接合体の製造方法に関する。

同一あるいは異なる材料からなる部材同士を接合した接合体では、接合強度を高めるため、一方の部材の表面に凹凸形状のアンカ部を形成することがある。

例えば、下記特許文献１では、一方の部材の接合面に金属粉末を付着させた後、金属粉末の付着した面にレーザクラッディングを施すことで、略球体の金属粉末を接合面に接合してアンカ部を形成する方法が提案されている。

接合面にアンカ部を形成して高いアンカ効果を得るためには、接合面に付着するアンカ部（金属粉末）がアンカ効果を発揮しやすい形状を保持しつつ、接合面に対するアンカ部の接合強度を高めることが重要である。

しかし、特許文献１の方法では、接合面に対するアンカ部の接着強度を向上させようとすると、金属粉末が溶融してアンカ効果を発揮しにくい形状に変形する。また、アンカ効果を発揮しやすい形状を保持しようとすると、金属粉末が溶融しにくくなり、接合面に対するアンカ部の接着強度が低くなる。

特開２０１６－１３０００３号公報

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、アンカ効果を発揮しやすい形状を有するとともに、接合面に対する接合強度の高いアンカ部を形成し、接合体の接合強度を向上することを目的とする。

本実施形態によれば、下記［１］～［１２］の態様が提供される。

［１］アンカ部が設けられた第１接合面を有する第１部材と、第２接合面を有する第２部材とを備え、前記第１接合面に前記第２接合面を接合した接合体において、前記アンカ部は、前記第１接合面から突出し、第１方向に沿って並んで設けられた複数の突起を備え、前記複数の突起は、前記第１方向に垂直な方向である第２方向の両側にアンダーカット部を有し、頂部を含む前記第１方向に沿った断面形状が、前記第１接合面側において前記第１方向に沿った長さが最も長くなるように、前記第１接合面に近づくほど前記第１方向に広がる形状をなしている接合体。

［２］前記複数の突起は、前記第１接合面から突出し前記第１方向に沿って延びる凸条部と、前記凸条部の上部に設けられ前記凸条部より前記第２方向へ広がった膨張部とを備える上記［１］に記載の接合体。

［３］前記複数の突起の少なくとも一部は、前記第１方向に隣接する前記凸条部が繋がっている上記［２］に記載の接合体。

［４］前記複数の突起の頂部を含む前記第１方向に沿った断面が、頂部から前記第１接合面に近づくほど前記第１方向の長さが長くなる形状をなしている上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の接合体。

［５］前記第２部材は前記第２接合面に前記第１方向に沿って延びる溝を備え、前記溝に前記複数の突起が嵌まっている上記［１］～［４］のいずれか１項に記載の接合体。

［６］前記溝に充填された第３部材を備える上記［５］に記載の接合体。

［７］前記第１部材が、前記第２部材より硬度が高い上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の接合体。

［８］前記アンカ部の表面に金属酸化物が設けられている上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の接合体。

［９］アンカ部が設けられた第１部材の第１接合面に第２部材の第２接合面を接合した接合体の製造方法において、前記第１接合面から突出し、複数の突起を有するアンカ部を形成するアンカ形成工程と、前記アンカ形成工程後、前記第２部材を前記複数の突起に接触させながら加圧して、前記複数の突起を前記第２部材に入り込ませて前記第１接合面を前記第２接合面に接触させる接合工程とを備え、前記アンカ形成工程は、前記第１接合面に対してパルスレーザ光を第１方向へ走査しながら照射することで、前記第１方向に垂直な方向である第２方向の両側にアンダーカット部を有し、頂部を含む前記第１方向に沿った断面形状が、前記第１接合面側において前記第１方向に沿った長さが最も長くなるように、前記第１接合面に近づくほど前記第１方向に広がる形状をなしている複数の突起を、前記第１方向に沿って並べて設ける接合体の製造方法。

［１０］前記接合工程が、前記第２部材の前記第２接合面側を軟化させる軟化工程を備える上記［９］に記載の接合体の製造方法。

［１１］前記第２接合面に前記第１方向に沿って延びる溝を形成する溝形成工程を備え、前記接合工程において前記溝に前記複数の突起を嵌める上記［９］に記載の接合体の製造方法。

［１２］前記溝形成工程が、前記溝に第３部材を充填する工程を備え、前記接合工程が、前記第３部材を軟化させる軟化工程を備える上記［１１］に記載の接合体の製造方法。

本発明では、アンカ効果を発揮しやすい形状を有するとともに、接合面に対する接合強度の高いアンカ部を形成することができ、接合強度の高い接合体が得られる。

本発明の第１実施形態に係る接合体の概略構成を示す断面図図１の接合体を構成する第１部材の第１接合面の概略構成を示す平面図図２のＡ－Ａ断面図図２のＢ－Ｂ断面図本発明の第１実施形態に係る接合体の製造方法の軟化工程を示す図本発明の第１実施形態に係る接合体の製造方法の加圧工程を示す図本発明の第２実施形態に係る接合体の製造方法の軟化工程を示す図本発明の第２実施形態に係る接合体の製造方法の加圧工程を示す図本発明の実施例における金属部材の金属接合面のＳＥＭ写真本発明の実施例における金属部材を第１方向に切断した断面のＳＥＭ写真本発明の実施例における金属部材を第２方向に切断した断面のＳＥＭ写真

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明のために部材の大きさなどが誇張されて書かれている場合がある。

（１）接合体１０
まず、本実施形態の接合体１０について説明する。この接合体１０は、図１に示すように、金属からなる第１部材（以下、「金属部材」ということがもある）３０と、熱可塑性樹脂からなる第２部材（以下、「合成樹脂部材」ということもある）２０とを備える。金属部材３０はその表面にアンカ部３４が形成された第１接合面（以下、「金属接合面」ということがある）３２を有している。合成樹脂部材２０はその表面に第２接合面（以下、「樹脂接合面」ということがある）２２を有している。接合体１０は、金属接合面３２に樹脂接合面２２を接合して金属部材３０及び合成樹脂部材２０を一体化したものである。

（２）合成樹脂部材２０
合成樹脂部材２０は、熱可塑性樹脂をブロック状、板状、又は線状等の所定形状に成形した部材である。また、合成樹脂部材２０は、熱可塑性樹脂の塗膜や、熱可塑性樹脂製の接着剤からなる接着層であってもよい。合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂として、具体例を挙げると、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ樹脂）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ樹脂）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、ナイロン６６等（ＰＡ６６）のポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）、エポキシ樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ樹脂）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ）、リアクター型軟質ポリプロピレン系樹脂（メタロセン系リアクター型ＴＰＯ樹脂）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などである。また、合成樹脂部材２０は、上記のような熱可塑性樹脂に炭素繊維が配合された炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）や、上記のような熱可塑性樹脂にガラス繊維、タルクなどの補強材や難燃化材や劣化防止剤やエラストマー成分などが配合されたものでもよい。

（３）金属部材３０
金属部材３０は、金属をブロック状、板状、又は線状等の所定形状に成形した部材である。金属部材３０を構成する金属としては、特に限定されず種々の金属を用いることができる。例えば、金属部材３０を構成する金属として銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等を用いることができる。また、金属部材３０は、銅合金、鉄合金（鉄鋼材）、アルミニウム合金、ステンレス、チタン合金、ニッケル合金、クロム合金等の２種以上の金属からなる合金から構成されてもよい。

なお、金属部材３０は、常温（２５℃）において合成樹脂部材２０より硬度が高いことが好ましい。また、金属部材３０と合成樹脂部材２０とを接合する際に、金属部材３０の硬度が合成樹脂部材２０より高いことが好ましい。なお、金属部材３０と合成樹脂部材２０とを接合する際に、金属部材３０の硬度が合成樹脂部材２０より高く、接合した後常温下において金属部材３０より合成樹脂部材２０の硬度が高くなってもよい。ここで常温下における硬度とは、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定されるビッカース硬度であり、金属部材３０と合成樹脂部材２０とを接合する際に金属部材３０と合成樹脂部材２０が高温下にある場合、硬度とは、ＪＩＳＺ２２５２に準拠して測定される高温ビッカース硬度である。

金属部材３０の形状は、用途等に応じて所望の形状とすることができる。金属部材３０の成形方法は、任意の方法を適用することができ、所望の形状の型に溶融した金属等を流し込む鋳造や、工作機械等による切削加工や、プレス機械等による打ち抜き加工等を用いてもよい。

また、金属部材３０は、金属接合面３２や後述するアンカ部３４に酸化膜（金属酸化物）が形成されていてもよい。酸化膜は、金属の表面に自然に形成された自然酸化膜であってもよい。また、酸化膜は、酸化剤による表面処理、陽極酸化による電解処理、プラズマ酸化処理、酸素含有気体中での加熱酸化処理等により金属部材３０の表面に形成されたものであってもよい。

好ましい態様として、酸化膜は、空気中などの酸素含有気体の雰囲気下において、金属部材３０の表面を急速に加熱して金属部材３０の表面に形成されたものであってもよい。急速に加熱する際の１分間あたりの金属部材３０の表面の上昇温度は、金属部材３０を構成する金属の融点温度以上であることが好ましい。このように金属部材３０の表面を急速に加熱することで、金属部材３０の表面に緻密な酸化膜を形成することができる。しかも、金属部材３０の表面を急速に加熱することで、酸化膜の表面にマイクロクラックが発生し、合成樹脂部材２０との接合面積が大きくなる。

なお、レーザ加熱、誘導加熱又は抵抗加熱など種々の方法によって金属部材３０の表面を急速に加熱することができるが、加熱時の昇温速度が速く、温度制御が容易であることから、レーザ光の照射によって金属部材３０の表面を加熱して酸化膜を形成することが好ましい。

また、金属部材３０の金属接合面３２には、粗面化処理が施され、アンカ部３４が設けられている。

（４）アンカ部３４
金属接合面３２に形成されたアンカ部３４は、図２～図３に示すように、金属接合面３２から突出する突起３５を複数備える。複数の突起３５は、所定方向（以下、この方向を第１方向という）Ｘに沿って並んで設けられている。

なお、本実施形態では、図２に示すように、金属接合面３２に５つのアンカ部３４が第１方向Ｘに垂直な方向（以下、この方向を第２方向）Ｙに間隔をあけて設けられているが、金属接合面３２に１つのアンカ部３４を設けてもよく、金属接合面３２に複数のアンカ部３４を第２方向２に間隔をあけて設けてもよい。また、金属接合面３２に複数のアンカ部３４を設ける場合、図２に示すように一のアンカ部３４が、他のアンカ部３４と平行に設けられてもよく、他のアンカ部３４に対して傾斜するように設けられてもよい。

アンカ部３４を構成する各突起３５は、第１接合面３２から突出する凸条部３５ａと、凸条部３５ａの上部に設けられた膨張部３５ｂとを備える。

凸条部３５ａは第１方向Ｘに延びる細幅の凸条状をなしている。好ましい態様として、凸条部３５ａは、第１方向Ｘに隣接する突起３５の凸条部３５ａと繋がっていてもよい。凸条部３５ａは、図２及び図３に示すようにアンカ部３４を構成する全ての突起３５を連結するように一続きに繋がっていてもよく、また、一部の凸条部３５ａが第１方向Ｘに隣接する突起３５の凸条部３５ａと連結されず、凸条部３５ａが第１方向Ｘの途中で分断されていてもよい。

凸条部３５ａの上部に設けられた膨張部３５ｂは、凸条部３５ａより第２方向Ｙの両方へ広がった形状をなしている。これにより、各突起３５は膨張部３５ｂの下方に設けられた凸条部３５ａにおいて第２方向Ｙに細くくびれ、突起３５の第２方向Ｙの両側にアンダーカット部３５ｃが設けられている。なお、膨張部３５ｂは、略球体や、略楕円体や、複数の略球体を連結した立体など種々の形状とすることができる。

このようなアンカ部３４を構成する各突起３５は、図３に示すような突起３５の頂部３５ｄを含む第１方向Ｘに沿った断面（以下、「第１方向断面」ということもある）の形状が、金属接合面３２側（つまり、金属接合面３２との接触部分）の第１方向Ｘに沿った長さが最も長くなるように、金属接合面３２に近づくほど第１方向Ｘに広がる形状をなしている。

つまり、アンカ部３４を構成する各突起３５は、第１方向Ｘから見ると付け根部分（金属接合面３２側の部分）が細くくびれ（図４参照）、第２方向Ｙから見ると付け根部分が第１方向Ｘに広がっている（図３参照）。

アンカ部３４を構成する複数の突起３５の各種寸法の一例を挙げると、金属接合面３２から突起３５の頂部３５ｄまでの長さ（突起３５の突出高さ）を５０μｍ～２００μｍ、凸条部３５ａの第２方向Ｙの長さを１０μｍ～１００μｍ、膨張部３５ｂの第２方向Ｙの長さを５０μｍ～２００μｍ、凸条部３５ａの第１方向Ｘの長さを５０μｍ以上、第１方向Ｘに隣接する突起３５の間隔を１μｍ～５００μｍとすることができる。なお、凸条部３５ａの第１方向Ｘの長さはアンカ部３４の第１方向Ｘの長さと等しくてもよい。

好ましい態様として、アンカ部３４を構成する各突起３５は、図３に示すような第１方向断面における金属接合面３２との接触部分の長さＬｘが、図４に示すような頂部３５ｄを含む第２方向Ｙに沿った断面（以下、「第２方向断面」ということもある）における金属接合面３２との接触部分の長さＬｙより長くなっている。

なお、アンカ部３４を構成する各突起３５の第１方向断面は、突起３５－１のように頂部３５ｄから金属接合面３２に近づくほど第１方向Ｘの長さが漸次長くなる形状であってもよく、また、突起３５－２のように第１方向Ｘに細くくびれた部分を有し、このくびれた部分の金属接合面３２側が第１方向Ｘに最も長くなるように第１方向Ｘへ広がった形状であってもよい（図３参照）。

（５）接合体１０の製造方法
次に、接合体１０の製造方法について説明する。

まず、所定形状に成形した合成樹脂部材２０と金属部材３０を準備する。そして、金属部材３０の金属接合面３２にアンカ部３４を形成するアンカ形成工程を実行する。その後、アンカ部３４を形成した金属接合面３２に合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２を接合する接合工程を行う。これにより、金属部材３０の金属接合面３２に合成樹脂部材２０が接合された接合体１０が得られる。以下、アンカ形成工程及び接合工程について詳述する。

（５－１）アンカ形成工程
アンカ形成工程では、金属部材３０のうち合成樹脂部材２０が接合される金属接合面３２に、下記式（１）で表される係数Ｒが０．１以上１．０以下を満たすパルス状のレーザ光を第１方向Ｘへ移動（走査）させながら照射することが好ましい。

式（１）中、ｈはレーザ光の周波数）、ｋは金属部材３０を構成する金属材料の熱拡散係数（ｍ^２／ｓｅｃ）、ｔはレーザ光のパルス幅（ｓｅｃ）、ｖはレーザ光を走査させる走査速度（ｍ／ｓｅｃ）を表す。

上記の係数Ｒが０．１以上１．０以下のパルス状のレーザ光を金属接合面３２に照射すると、第１方向Ｘから見ると付け根部分が細くくびれ、第２方向Ｙから見ると付け根部分が第１方向Ｘに広がっている突起３５が、第１の方向Ｘに沿って並んで設けられる。

なお、酸素含有気体中において上記のようにレーザ光を照射してアンカ部３４を形成すると、アンカ部３４の表面に金属酸化物が形成される。

また、複数のアンカ部３４を第２方向Ｙに間隔をあけて形成する場合、第２方向Ｙに所定間隔をあけた位置においてパルス状のレーザ光を第１方向Ｘへ走査させながら金属接合面３２に照射する。

なお、金属部材３０の金属接合面３２にパルス状のレーザ光を照射してアンカ部３４を形成する前に、金属接合面３２においてアンカ部３４を形成する箇所にレーザ光を照射し、金属接合面３２に付着する不純物を除去する前処理を行ってもよい。

（５－２）接合工程
接合工程では、金属部材３０及び合成樹脂部材２０を加熱することで、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側を軟化させる軟化工程を実行する。その後、樹脂接合面２２を複数の突起３５に接触させながら合成樹脂部材２０を金属部材３０へ加圧することで、複数の突起３５を合成樹脂部材２０に入り込ませて金属接合面３２を樹脂接合面２２に加圧しながら接触させる加圧工程を実行する。これにより、金属接合面３２に樹脂接合面２２が接合された接合体１０が得られる。本実施形態では、図５及び図６に示すような接合装置５０を用いて軟化工程及び加圧工程を行い、接合体１０を製造する。

接合装置５０は、金属部材３０が載置されるステージ５１と、ステージ５１に載置された金属部材３０を誘導加熱する加熱装置５２と、合成樹脂部材２０を金属部材３０に加圧接合するプレス装置５３とを備える。

ステージ５１には、アンカ部３４を設けた金属接合面３２が合成樹脂部材２０と対向するように金属部材３０が載置される。

加熱装置５２は、電源装置（不図示）に接続された誘導加熱コイルを備え、電源装置から駆動電源が入力されると誘導加熱コイルから磁界を発生させてステージ５１に載置された金属部材３０の金属接合面３２を誘導加熱する。

プレス装置５３は、セラミックス等の絶縁体で形成されたロッド５４と、ロッド５４を移動させて合成樹脂部材２０を金属部材３０の金属接合面３２に押し当てる加圧部５５とを備える。ロッド５４は、図５に示すように、加熱装置５２が有する誘導加熱コイルの中空部分に挿入され、合成樹脂部材２０と対向するように配置されていてもよい。加圧部５５は、電空レギュレータにより制御された空圧式シリンダや、スプリング式加圧器などを備え、ロッド５４とともに合成樹脂部材２０を移動させる速度と、合成樹脂部材２０を金属部材３０に押し当てる時の圧力を制御できることが好ましい。

接合装置５０を用いて接合体１０を製造するには、まず、気体が存在する雰囲気において、アンカ部３４を設けた金属接合面３２がこの後にセッティングする合成樹脂部材２０と対向するように、ステージ５１の上に金属部材３０を載置する。

次いで、樹脂接合面２２がステージ５１に載置した金属部材３０の金属接合面３２と間隔をあけて対向するように合成樹脂部材２０を配置する。金属部材３０の金属接合面３２と合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２との間隔は、例えば、０．００１ｍｍ～１０ｍｍに設定される。

次いで、合成樹脂部材２０を挟んで金属部材３０の金属接合面３２に対向するように加熱装置５２を配置する。図５に示す場合では、加熱装置５２を合成樹脂部材２０の上方に配置し、加熱装置５２と金属部材３０との間に合成樹脂部材２０を配置する。

次いで、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２を第１の温度Ｔ１に加熱した気体に曝す軟化工程を実行する。

具体的には、加熱装置５２に駆動電源を供給して、加熱装置５２に設けられた誘導加熱コイルから磁界を発生させて金属部材３０の金属接合面３２を加熱する。その際、金属部材３０の金属接合面３２が第１の温度Ｔ１になるように、加熱装置５２に供給する駆動電源や加熱装置５２に設けられた誘導加熱コイルの位置等を調整する。

上記のような金属部材３０の加熱に伴って、金属部材３０と合成樹脂部材２０との間にある気体が第１の温度Ｔ１に加熱される。これにより、金属部材３０の金属接合面３２に対向する合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２が、第１の温度Ｔ１に加熱された気体に曝され、樹脂接合面２２が第１の温度Ｔ１になる。そして、加熱装置５２は、金属部材３０の金属接合面３２を所定時間Ｓ１（例えば、１～１０秒間）加熱して合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側が軟化する軟化工程を実行し、その後、軟化工程を終了して加圧工程へ移行する。

軟化工程が終了すると、引き続き加圧工程を実行するため、加熱装置５２は、金属部材３０の加熱を停止又は加熱量を低減して、樹脂接合面２２、金属接合面３２及びその周囲（金属部材３０と合成樹脂部材２０との間の気体）の温度が第２の温度Ｔ２になるまで降温（冷却）する。そして、第２の温度Ｔ２で合成樹脂部材２０と金属部材３０とを接合する。

つまり、加圧工程では、第１の温度Ｔ１より低い温度（第２の温度Ｔ２）において、プレス装置５３が、合成樹脂部材２０を所定の速度Ｖで移動させて金属部材３０に衝突させる。このとき、合成樹脂部材２０は、ロッド５４の先端に対応した位置が金属部材３０に強く押し付けられ、所定の圧力Ｐで金属部材３０に押し付けられる。これにより、金属接合面３２に設けた複数の突起３５が合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側に入り込み、樹脂接合面２２が金属接合面３２に加圧状態で接触してすること接合体１０が得られる。そして、第２工程を終了する。

ここで、第１の温度Ｔ１とは、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度Ｔｆ以上の温度とすることができる。なお、合成樹脂部材２０が、熱可塑性樹脂に炭素繊維やガラス繊維やタルク等の補強材が配合された樹脂からなる場合、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度Ｔｆとは、補強材を含まない熱可塑性樹脂の１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度Ｔｆである。

第１の温度Ｔ１の上限値は、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の分解温度以下、つまり、熱可塑性樹脂が気化し始める温度より低い温度とすることができる。一例を挙げると、第１の温度Ｔ１の上限値を１０００℃としてもよい。好ましくは、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の融点Ｔｍより２０℃高い温度に第１の温度Ｔ１の上限値を設定することができる。

また、第２の温度Ｔ２は、第１の温度Ｔ１より低い温度であればよいが、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度Ｔｆ以上であることが好ましい。第２の温度Ｔ２は、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の融点Ｔｍより低い温度であることが好ましい。第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２との温度差は１℃以上２０℃以下であることが好ましい。

なお、本明細書において、熱可塑性樹脂の融点Ｔｍは、ＪＩＳＫ７１２１に準じて、示差走査熱量測定器を用いて、昇温速度毎分１０℃で測定した値である。代表的な熱可塑性樹脂の融点を挙げると、ポリプロピレン樹脂は１６８℃、ナイロン６６は２６５℃、ポリブチレンテレフタレート樹脂は２３２～２６７℃、ポリフェニレンサルファイド樹脂は２８０℃である。

また、熱可塑性樹脂の荷重たわみ温度Ｔｆは、ＪＩＳＫ７１９１に準じた方法で測定した１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度である。代表的な熱可塑性樹脂の１．８ＭＰａの荷重を加えたときの荷重たわみ温度Ｔｆを挙げると、ポリプロピレン樹脂は５７～６５℃、ナイロン６６は６６～６８℃、ポリブチレンテレフタレート樹脂は５８℃、ポリフェニレンサルファイド樹脂は１０５℃である。

なお、軟化工程は、空気などの酸素含有気体中で実行されることが好ましい。つまり、酸素含有気体の雰囲気において金属接合面３２及び樹脂接合面２２を第１の温度Ｔ１に加熱し、金属接合面３２及び樹脂接合面２２を第１の温度Ｔ１に加熱された酸素含有気体に曝すことが好ましい。

酸素含有気体の雰囲気で軟化工程を実行すれば、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２が、酸素含有気体に含まれている酸素と反応することで、塩基性または両性の酸化物と中和反応して化学的に結合しうる官能基が合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２に生成される。

通常、金属部材３０の表面は、酸化され金属酸化物からなる酸化膜に被覆されているため、樹脂接合面２２に生成された官能基が金属部材３０の金属接合面３２に存在する金属酸化物とファンデルワールス力や水素結合によって接合する。加えて、合成樹脂部材２０と金属部材３０とを加熱及び加圧状態で接合することで、樹脂接合面２２の官能基が金属部材３０の金属酸化物と中和反応（脱水縮合）による共有結合を形成する。

樹脂接合面２２に生成される官能基の一例を挙げると、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の酸化分解により生成されたカルボキシル基（－ＣＯＯＨ）、カルボニル基（－ＣＯ－）、ヒドロキシ基（－ＯＨ）の少なくともいずれか１つを有している。合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のようなイオウ原子（ヘテロ原子）を含む樹脂では、樹脂接合面２２が有する官能基としてはカルボキシル基、カルボニル基、ヒドロキシ基に加えて、スルホン基（－ＳＯ_３Ｈ）、スルホニル基（－ＳＯ_２－）、スルファニル基（－ＳＨ）、ジスルフィド基（－ＳＳ－）等のようなヘテロ原子を含む官能基を含んでもよい。

金属部材３０と合成樹脂部材２０の接合により生じる中和反応の一例を挙げると、樹脂接合面２２が官能基としてカルボキシル基（Ｒ－ＣＯＯＨ）を有しており、金属部材３０が２価の金属から構成されている場合、下記式（２）のような中和反応が生じる。
２（Ｒ－ＣＯＯＨ）＋ＭｅＯ＝２（Ｒ－ＣＯＯ）－Ｍｅ＋Ｈ_２Ｏ↑・・・（２）
なお、式（２）中、Ｒは合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の主鎖、Ｍｅは金属部材３０を構成する金属である。

また、酸素含有気体の雰囲気で軟化工程を実行する場合、第２の温度Ｔ２は、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２が有する官能基と、金属部材３０の金属接合面３２に形成された金属酸化物とが中和反応による共有結合を形成しうる温度であることが好ましい。また、第２の温度Ｔ２は、中和反応により発生した水が反応系から除去される温度であることが好ましい。第２の温度Ｔ２は、官能基及び金属酸化物の種類により変わるため、一概に規定することが困難であるが、中和反応により発生した水が除去されやすいことから１００℃以上であることがより好ましい。

また、軟化工程において、金属部材３０及び合成樹脂部材２０の全体が第１の温度Ｔ１になるように金属部材３０及び合成樹脂部材２０を加熱してもよいが、樹脂接合面２２を第１の温度Ｔ１に加熱された気体に曝し、少なくとも金属接合面３２及び樹脂接合面２２が第１の温度Ｔ１になるように金属部材３０及び合成樹脂部材２０を加熱してもよい。これにより合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側が軟化して、加圧工程において突起３５が合成樹脂部材２０へ入り込みやすくなるとともに合成樹脂部材２０が変形するのを抑えることができる。合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側が金属部材３０より硬度が低くなるように軟化工程を行うことが好ましい。

また、加圧工程において、合成樹脂部材２０を金属部材３０に押し当てる時の圧力Ｐは、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂の圧縮降伏応力以上の圧力であることが好ましい。この圧力Ｐは、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂により変わるため、一概に規定することが困難であるが、１０～１００ＭＰａであることが好ましい。

また、本実施形態では、プレス装置５３が金属部材３０へ向けて合成樹脂部材２０を移動する場合について説明したが、金属部材３０を合成樹脂部材２０へ向けて移動させてもよい。

また、本実施形態のように金属部材３０と合成樹脂部材２０を局所的に接合する場合、接合箇所の平面形状は点状、線状、面状など任意の形状であってもよい。

また、加圧工程において、金属接合面３２に設けたアンカ部３４全体が加圧されるように合成樹脂部材２０を金属部材３０へ押し付けてもよく、また、アンカ部３４の一部が加圧されるように合成樹脂部材２０を局所的（スポット的）に金属部材３０へ押し付けてもよい。

また、本実施形態において、合成樹脂部材２０を金属部材３０に押し付けている間、合成樹脂部材２０、金属部材３０及びその周囲の温度を第２の温度Ｔ２に保持してもよい。あるいはまた、合成樹脂部材２０、金属部材３０及びその周囲の温度が所定温度以下に冷却されるまで、合成樹脂部材２０を金属部材３０に加圧状態で接触させ続けても良い。その場合、合成樹脂部材２０、金属部材３０及びその周囲の温度が、合成樹脂部材２０を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以下に冷却されるまで、合成樹脂部材２０を金属部材３０に加圧状態で接触させることが好ましい。

また、本実施形態では、接合工程として、予め所定形状に成形した合成樹脂部材２０を加熱しながら金属部材３０に圧着する場合について説明したが、アンカ部３４が形成された金属部材３０を射出成形型内にインサートし、溶融した合成樹脂材料を射出成形型内で金属接合面３２へ向けて射出することで、金属部材３０に合成樹脂部材２０を接合してもよい。

（６）効果
本実施形態の接合体１０では、アンカ部３４を構成する複数の突起３５の第２方向Ｙの両側にアンダーカット部３５ｃが設けられているため、合成樹脂部材２０と金属部材３０との接合強度を高めることができる。

また、複数の突起３５は、第１方向断面の形状が、金属接合面３２側において第１方向Ｘに沿った長さが最も長くなるように、金属接合面３２に近づくほど第１方向Ｘに広がる形状をなしている。そのため、アンカ効果を発揮しやすい形状を保持しつつ、金属接合面３２に対する複数の突起３５の接合強度を高めたり、合成樹脂部材２０の接合時や接合後に突起３５自体が破損しにくくなり、その結果、接合体１０の接合強度を向上することができる。

しかも、アンカ部３４を構成する複数の突起３５が第１方向Ｘに沿って並んで設けられているため、金属接合面３２上に適度な間隔をあけつつ多数の突起３５を設けることができ、接合体１０の接合強度を向上することができる。

本実施形態において第１方向Ｘに隣接する突起３５の凸条部３５ａが繋がっている場合、金属接合面３２に対する突起３５の接合強度を更に向上することができる。

本実施形態において突起３５の第１方向断面が、突起３５のように頂部３５ｄから金属接合面３２に近づくほど第１方向Ｘの長さ漸次長くなる形状である場合、金属接合面３２に対する突起３５の接合強度を更に向上することができる。

本実施形態において、金属部材３０の硬度が合成樹脂部材２０より高い場合、金属部材３０に設けた複数の突起３５を合成樹脂部材２０へ入り込ませやすくなるとともに、複数の突起３５が破損しにくくなり高いアンカ効果が得られる。

本実施形態において、アンカ部３４の表面に金属酸化物が形成されている場合、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２が有する官能基が、アンカ部３４の金属酸化物と双極子相互作用によって接合する。加えて、樹脂接合面２２の官能基が金属酸化物と中和反応（脱水縮合）による共有結合を形成する。そのため、接合体１０の接合強度を向上することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図７及び図８に参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の構成のものについては同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。

本実施形態では、樹脂接合面２２に第１方向Ｘに沿って延びる溝２３が形成されている。この溝２３は、金属部材３０に設けられたアンカ部３４を構成する複数の突起３５に対応する位置に設けられている。接合工程において金属接合面３２に設けられた複数の突起３５が溝２３に嵌まり、接合体１００が得られる。

なお、樹脂接合面２２に設けた溝２３に第３部材（以下、「充填部材」ということもある）２４を充填する充填工程を行うことが好ましい。充填部材２４を構成する材料としては、任意の材料を用いることができるが、金属部材３０と合成樹脂部材２０とを接合する際に金属部材３０より硬度が低い材料であることが好ましく、金属部材３０と合成樹脂部材２０とを接合した後に加熱硬化する材料を用いることがより好ましい。充填部材２４としてエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。

このような第２実施形態の接合体１００は、金属部材３０及び充填部材２４を加熱することで、充填部材２４を軟化させる軟化工程を実行する。その後、充填部材２４を複数の突起３５に接触させながら合成樹脂部材２０を金属部材３０へ加圧することで、複数の突起３５を充填部材２４に入り込ませて金属接合面３２を樹脂接合面２２に加圧しながら接触させる加圧工程を実行する。これにより、金属接合面３２に樹脂接合面２２が接合された接合体１００が得られる。

本実施形態では、金属接合面３２に設けられた複数の突起３５が、樹脂接合面２２に設けられた溝２３に嵌まるため、合成樹脂部材２０に入り込みやすくなり接合工程を容易に行うことができる。

また、樹脂接合面２２に設けた溝２３に充填部材２４が充填されている場合、複数の突起３５が溝２３から抜けにくくなり接合体１００の接合強度を向上することができる。

（変更例）
本発明は上記した実施形態に限定されない。上記の各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、アンカ部３４を形成した金属部材３０と熱可塑性樹脂からなる合成樹脂部材２０とを接合する場合について説明したが、金属からなる金属部材同士を接合する場合や樹脂からなる樹脂部材同士を接合する場合にも本発明を適用することができる。

また、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、接合体１０の製造において、合成樹脂部材２０の樹脂接合面２２側を加熱によって軟化させる軟化工程を実行したが、加熱に加え、あるいは、加熱に変えて加湿などの方法によって軟化工程を行ってもよい。

（実施例）
以下、本発明の実施例及び比較例１，２を説明する。なお、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本実施例及び比較例１，２では、金属部材の金属接合面に第２方向Ｙへ０．５ｍｍ間隔毎に第１方向Ｘへ走査しながらレーザ光を照射することで、金属接合面のうち樹脂接合面と接触する箇所全体にアンカ部を形成した。そして、アンカ部を形成した金属接合面に合成樹脂部材を接合した。実施例及び比較例１，２において金属接合面に照射したレーザ光の条件は、下記表１に示した通りである。

実施例及び比較例１，２に用いた金属部材及び合成樹脂部材の詳細、金属部材の寸法、合成樹脂部材の寸法、合成樹脂部材と金属部材との接合面積（オーバラップ面積）は、以下の通りである。

・金属部材：表面にレーザ照射によって１秒間でＳＵＳ３０４の融点１４５０℃以上に加熱し酸化及び粗面化処理を施したＳＵＳ３０４
・合成樹脂部材：サスティール（登録商標）ＳＧＸ１２０
・金属部材の寸法：１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．６ｍｍ
・合成樹脂部材の寸法：１０ｍｍ×４０ｍｍ×３．０ｍｍ
・金属部材と合成樹脂部材との接合面積：１０ｍｍ×５ｍｍ
評価方法は次の通りである。

（ａ）アンカ部のＳＥＭ観察
金属接合面にアンカ部を形成した実施例及び比較例１，２の金属部材について、合成樹脂部材を接合していない状態でアンカ部のＳＥＭ観察を行った。図９～図１１は、実施例の金属部材の平面図及び断面図を示し、図９において符号Ｘは第１方向を示し、レーザ光を走査した方向、符号Ｙは第２方向を示す。

図９に示すように、実施例の金属部材の金属接合面には、複数の突起が第１方向Ｘに沿って並んで設けられていた。金属接合面に設けられた複数の突起は、図１０に示すように、複数の突起の第１方向断面が突起の頂部から金属接合面に近づくほど第１方向Ｘの長さが長くなる形状をなしていた。また、図１１に示すように、複数の突起は、凸条部と、その上部に凸条部より第２方向Ｙの両方へ広がった膨張部を備え、突起の第２方向Ｙの両側にアンダーカット部が設けられていた。

また、複数の突起は、頂部を含む前記第１方向に沿った断面形状が、金属接合面側において第１方向Ｘに最も長くなるように、金属接合面に近づくほど第１方向Ｘに広がる形状となり、第１方向断面における金属接合面との接触部分の長さが、第２方向断面における金属接合面３２との接触部分の長さより長くなっていた。

比較例１の金属部材の金属接合面には、第１方向Ｘに延びる複数の凸条部が第２方向Ｙに間隔をあけて設けられていたが、凸条部の上部に膨張部が形成されていなかった。

比較例２の金属部材の金属接合面には、第１方向Ｘに延びる複数の凹溝が第２方向Ｙに間隔をあけて設けられていたが、凸条部や膨張部は形成されていなかった。

（ｂ）接合強度
ＪＩＳＫ６８５０に規定された試験方法のうち、金属部材の寸法、合成樹脂部材の寸法、合成樹脂部材と金属部材との接合面積を上記の通りに変更し、その他の条件を同規格に準じて、引張試験機（島津製作所、オートグラフ AGX-V）を用い、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、測定温度２５℃で測定した。なお、実施例及び比較例１，２の試験片をそれぞれ４個ずつ作製し、４個の測定値の平均値をそれぞれの接合強度とした。

結果は、比較例１、２では、２３．７ＭＰａ及び１７．７ＭＰａに対して実施例では２９．５ＭＰａであり、実施例の接合体では、大幅に接合強度を向上させることが確認できた。

１０…接合体、２０…合成樹脂部材、２２…樹脂接合面、３０…金属部材、３２…金属接合面、３４…アンカ部、３５…突起、３５ａ…凸条部、３５ｂ…膨張部、３５ｃ…アンダーカット部、３５ｄ…頂部

Claims

アンカ部が設けられた第１接合面を有する第１部材と、第２接合面を有する第２部材とを備え、前記第１接合面に前記第２接合面を接合した接合体において、
前記アンカ部は、前記第１接合面から突出し、第１方向に沿って並んで設けられた複数の突起を備え、
前記複数の突起は、
前記第１接合面から突出し前記第１方向に沿って延びる凸条部と、前記凸条部の上部に設けられ前記凸条部より前記第１方向に垂直な方向である第２方向へ広がった膨張部と、前記凸条部の前記第２方向の両側に設けられたアンダーカット部を有し、
頂部を含む前記第１方向に沿った断面形状が、前記第１接合面側において前記第１方向に沿った長さが最も長くなるように、前記第１接合面に近づくほど前記第１方向に広がる形状をなしている接合体。
前記第１方向に隣接する前記複数の突起の前記凸条部が繋がっている請求項１に記載の接合体。
前記複数の突起の頂部を含む前記第１方向に沿った断面が、頂部から前記第１接合面に近づくほど前記第１方向の長さが長くなる形状をなしている請求項１又は２に記載の接合体。
前記第２部材は前記第２接合面に前記第１方向に沿って延びる溝を備え、前記溝に前記複数の突起が嵌まっている請求項１～３のいずれか１項に記載の接合体。
前記溝に充填された第３部材を備える請求項４に記載の接合体。
前記第１部材が、前記第２部材より硬度が高い請求項１～５のいずれか１項に記載の接合体。
前記アンカ部の表面に金属酸化物が設けられている請求項１～６のいずれか１項に記載の接合体。
アンカ部が設けられた第１部材の第１接合面に第２部材の第２接合面を接合した接合体の製造方法において、
前記第１接合面から突出し、複数の突起を有する前記アンカ部を形成するアンカ形成工程と、
前記アンカ形成工程後、前記第２部材を前記複数の突起に接触させながら加圧して、前記複数の突起を前記第２部材に入り込ませて前記第１接合面を前記第２接合面に接触させる接合工程とを備え、
前記アンカ形成工程は、前記第１接合面に対してパルスレーザ光を第１方向へ走査しながら照射することで、前記第１方向に垂直な方向である第２方向の両側にアンダーカット部を有し、頂部を含む前記第１方向に沿った断面形状が、前記第１接合面側において前記第１方向に沿った長さが最も長くなるように、前記第１接合面に近づくほど前記第１方向に広がる形状をなしている複数の突起を、前記第１方向に沿って並べて設ける接合体の製造方法。
前記接合工程が、前記第２部材の前記第２接合面側を軟化させる軟化工程を備える請求項８に記載の接合体の製造方法。
前記第２接合面に前記第１方向に沿って延びる溝を形成する溝形成工程を備え、
前記接合工程において前記溝に前記複数の突起を嵌める請求項８に記載の接合体の製造方法。
前記溝形成工程が、前記溝に第３部材を充填する工程を備え、前記接合工程が、前記第３部材を軟化させる軟化工程を備える請求項１０に記載の接合体の製造方法。