JP7071886B2 - アルミニウム合金と樹脂の複合体 - Google Patents

Description

本発明は、金属材と熱可塑性樹脂とから得られる金属と樹脂成形物を一体化した、アルミニウム合金と樹脂の複合体に関する。更に詳しくは、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクルにも耐え得るアルミニウム合金と樹脂の複合体に関する。

金属同士、又は金属と合成樹脂を強く接合する技術は、自動車、家庭電化製品、産業機器等の部品製造業等だけでなく広い産業分野において求められ、このために多くの接着剤が開発されている。このような接合技術は、あらゆる製造業において基幹となる技術である。接着剤を使用しない接合方法に関しても、従来から研究され種々提案されている。その中でも製造業に大きな影響を与えたのは、本発明者等が開発し命名した「ＮＭＴ（Nano Molding Technologyの略）」である。ＮＭＴとは、アルミニウム合金と樹脂組成物との接合技術であり、予め射出成形金型内にインサートしていたアルミニウム合金に、溶融したエンジニアリング樹脂を射出して樹脂部分を成形すると同時に、その成形品とアルミニウム合金とを接合する方法である（以下、金属など固形物を射出成形金型にインサートして熱可塑性樹脂を射出して一体化物を得ることを、略称して「射出接合」という）。

特許文献１には、特定の表面処理を施したアルミニウム合金に対し、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、「ＰＰＳ」という。）系樹脂組成物を射出接合させる技術（ＮＭＴ）が開示されている。 特許文献２には、ＮＭＴにおけるアルミニウム合金の表面処理法を改良し、射出接合力を高めた射出接合技術（本発明等が命名した「ＮＭＴ２」）が開示されている。ＮＭＴ及びＮＭＴ２においては、アルミニウム合金の表面処理の方法として、アルミニウム合金の表面にアミン系分子を化学吸着させる方法が採用されている。

アルミニウム合金以外の金属材は、アミン系分子が化学吸着し難いものが多い。しかし一方で、ＮＭＴで使用する射出接合用に好適な樹脂組成物の研究開発が進み、これら樹脂組成物を使用すれば、アミン系分子吸着物が介在しなくとも各種金属材に対して各々適切な微細凹凸面化操作を加えることだけで、各種金属材との射出接合が可能になることが判明した。即ち、アミン系分子吸着物不在の表面処理物でも、各種金属材と樹脂組成物を射出接合させることができる技術（新ＮＭＴ）を提案した。即ち、新ＮＭＴは、アルミニウム合金を含むあらゆる金属材に適用可能である。

以下、本発明でいうＮＭＴ、ＮＭＴ２、新ＮＭＴについてより詳しく説明する。
（ＮＭＴ）
アルミニウム合金使用の射出接合技術であるＮＭＴは、その成立の必要条件として以下の４又は５条件を規定した。まず、アルミニウム合金側に関しては、以下（１）及び（２）が必要条件である。なお、この２点を満足するようにアルミニウム合金表面を化学処理することを「ＮＭＴ処理」と言う。
（１）２０～５０ｎｍ径の超微細凹部で全表面が覆われていること。
（２）その表面層に水溶性アミン系化合物が化学吸着していること。
次に、射出する樹脂組成物側に関して、以下の２点又は３点が必要条件である。
（３）樹脂組成物は、高結晶性の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用すること。
（４）その高結晶性熱可塑性樹脂は、高温下でアミン系分子と化学反応すること。
（５）樹脂組成物は、従成分樹脂として、主成分樹脂に相溶し得る樹脂、又は主成分樹脂に相溶しない樹脂であっても第３成分樹脂を加えることで主成分樹脂への相溶が可能となる樹脂を含むこと。
上記（１）～（４）が必須の必要条件であり、上記（５）の条件が加われば射出接合力がより強くなる。上記（１）～（５）の条件を満たし、且つ、上記（２）のアミン系化合物として水和ヒドラジンを選択したものが、実用化されたＮＭＴ及び次のＮＭＴ２であった。

（ＮＭＴ２）
ＮＭＴは、当初ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）に関して発見され、次にＰＰＳも使用できることが確認され（特許文献１）、次にポリアミド樹脂等も使用できるものであることを確認した。このことで前記のＮＭＴ５条件が的を射ていると判断し、次は前記の条件（２）を改善すべく使用していた水溶性アミン系分子（水和ヒドラジン）の化学吸着量の適正化を図った。その結果、射出接合力が大幅に高まった（特許文献２）、この技術を「ＮＭＴ２」と本発明者等は命名した。

（新ＮＭＴ）
ＮＭＴ発見後、本発明者等は、アミン系分子の化学吸着物が不在であっても各種金属材と樹脂組成物を射出接合させることができる新ＮＭＴを開発した。その成立の必要条件として以下の５条件を規定した。まず、金属材側に関して、以下の３条件が必要条件である。この３条件を満足するように、金属材表面を化学処理することを本発明では「新ＮＭＴ処理」と称する。
（ｉ）０．８～１０μｍ周期の粗面で全表面が覆われていること。
（ii）その粗面上に、１０～３００ｎｍ周期の超微細凹凸面があること。
（iii）全表面が、金属酸化物、金属リン酸化物又はセラミック質の硬質な薄膜で覆われていること。
次に、射出する樹脂組成物側に関して、以下の２条件が必要条件である。
（iv）高結晶性の熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用すること。
（v）樹脂組成物は、従成分樹脂として、主成分樹脂に相溶し得る樹脂、又は主成分樹脂に相溶しない樹脂であっても、第３成分樹脂を加えることで主成分樹脂への相溶が可能となる樹脂を含むこと。

当然のことながら、金属の種類、合金の種類によって、その表面の具体的な処理法、即ちそれらの上記の「新ＮＭＴ処理」方法は異なる。上記「新ＮＭＴ」の５条件と前述した「ＮＭＴ」の５条件を比較すると、射出樹脂に関してはほぼ同じである一方、金属材の表面処理方法について大きく異なっている。要するに、新ＮＭＴは、射出接合用の樹脂の改良が進んだことにより、金属材の適切な表面処理により、その表面形状が好ましいものであれば、強い射出接合が実現できることを示したものだった。産業用に使用されている金属種のほぼ全てに関し、新ＮＭＴの処理方法は既に提案し、公開されている。即ち、ステンレス鋼に関し特許文献４、チタン材に関し特許文献５に記載があり、アルミニウム合金に関しても特許文献３に記載がある。それ故、アルミニウム合金を使用したＮＭＴと新ＮＭＴとを比較しながら、以下これについて説明する。

（ＮＭＴと新ＮＭＴの比較）
ＮＭＴでは、上記条件（２）に従い、アルミニウム合金表面の超微細凹部にアミン系分子が化学吸着した状態において、高温下でこのアミン系分子と化学反応しやすい射出樹脂がこの超微細凹部に侵入することで、接合力ある射出接合物の作成を可能にすると説明した。更に、射出樹脂が上記条件（５）を満たす樹脂組成物であれば、急冷時の結晶化速度が抑制されて、アルミニウム合金表面の超微細凹部への樹脂侵入がさらに容易になるとしている。これに対して、アルミニウム合金材を使った新ＮＭＴ（特許文献３）では、アルミニウム合金側の表面形状として、上記条件（i）及び上記条件（ii）の２重凹凸面形状が示されているのみで、アミン系分子の化学吸着という条件はなくなっている。一方の射出樹脂は同じ物ゆえに、ＮＭＴと比較して、アミン系分子の化学吸着がない分、射出接合物の接合力が低下することは避けられなかった。

ＷＯ２００４／０４１５３２ ＷＯ２０１２／０７０６５４ 特開２０１０－０６４４９６ ＷＯ２００８／０８１９３３ ＷＯ２００８／０７８７１４ 特願２０１８－０８１７０９

「接着耐久性の向上と評価」株式会社情報機構社発行、第１刷、２０１２、ｐ．３７２－３７４

前述した各技術は、アルミニウム合金を使用したＮＭＴ２製品、アルミニウム合金を使用した新ＮＭＴ製品、ステンレス鋼を使用した新ＮＭＴ製品等が実用化され量産されており、用途はスマートフォンや携帯電話、その他のモバイル電子機器の部品部材である。しかしながら、出願人が知る限りでは、軽量金属であるアルミニウム合金使用の射出接合物は、自動車、航空機等の移動機械用の構造部品としては使用されていない。即ち、移動機械用の部品、構造部材等の部材は軽量なだけでは採用されず、屋外で使用されるが故にその接合力に耐候性、耐湿熱性、及び、耐温度衝撃性が要求される。

本発明の目的は、耐候性、耐湿熱性があり、且つ、耐温度衝撃性のある接合構造も有する、アルミニウム合金と樹脂の複合体を提供することにある。
本発明の他の目的は、自動車、航空機、移動型ロボット等の移動機械用の部品、構造材として、アルミニウム合金と樹脂の複合体を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために次の手段を採る。
本発明１のアルミニウム合金と樹脂の複合体は、
１万倍以上の電子顕微鏡写真で観察される金属結晶粒界線が凹部の境界となった０．５～５．０μｍ周期の凹凸面形状が確認され、更に、１０万倍の電子顕微鏡写真で観察される２０～１００ｎｍ径の超微細凹部で全面が覆われている超微細凹凸面を有し、且つ、
アミン系分子が化学吸着しているアルミニウム合金材と、
ポリフェニレンサルファイドを主成分、変性ポリオレフィン系樹脂を従成分、更に相溶化材的高分子を第３成分として含む樹脂分を有し、且つ、ガラス繊維を樹脂組成物分の１０～２５％、及び炭素繊維を０～１０％含むＰＰＳ系樹脂組成物からなる樹脂形状物と
が直接的に接合したアルミニウム合金と樹脂の複合体であって、
前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が接合した前記樹脂形状物は、
前記接合部の中心部を成す樹脂成形物中心部、
前記樹脂成形物の樹脂中心部を囲み、前記樹脂中心部より肉厚が薄くなる樹脂中間部、及び、
前記樹脂成形物中心部及び前記樹脂中間部の全周囲を実質的に囲む、肉厚が０．５～１．５ｍｍで、幅５ｍｍ以上ある樹脂薄肉部とからなる。

本発明２のアルミニウム合金と樹脂の複合体は、
千倍電子顕微鏡観察で１０～１００μｍ周期の大周期の凹凸のある粗面形状があり、且つ、１万倍電子顕微鏡観察で金属結晶粒界が低部の堺となっていることが分かる０．５～５μｍ周期の凹凸面形状があり、更に、１０万倍電子顕微鏡観察で分かる１０～１００ｎｍ外径の凹部、又は陽極酸化処理による孔部が密着して全面を覆っている形の超微細凹凸面があるアルミニウム合金材と、
ポリフェニレンサルファイドを主成分、変性ポリオレフィン系樹脂を従成分、更に相溶化材的高分子を第３成分として含む樹脂分を有し、且つ、ガラス繊維を樹脂組成物分の１０～２５％、及び炭素繊維を０～１０％含むＰＰＳ系樹脂組成物からなる樹脂形状物と
が直接的に接合したアルミニウム合金と樹脂の複合体であって、
前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が接合した前記樹脂形状物は、
前記接合部の中心部を成す樹脂成形物中心部、
前記樹脂成形物の樹脂中心部を囲み、前記樹脂中心部より肉厚が薄くなる樹脂中間部、及び、
前記樹脂成形物中心部及び前記樹脂中間部の全周囲を実質的に囲む、肉厚が０．５～１．５ｍｍで、幅５ｍｍ以上ある樹脂薄肉部とからなることを特徴とする。
なお、本発明２のアルミニウム合金材は、本発明１のようにアミン系分子を化学吸着させたものであっても良い。

本発明３のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体は、本発明１又は２において、前記樹脂中間部は、肉厚が１．０～３．０ｍｍであることを特徴とする。

本発明４のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体は、本発明１又は２において、前記樹脂成形物中心部は、前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が直接接合した面積が０．５ｃｍ^２以上であることを特徴とする。

本発明５のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体は、本発明１又は２において、前記アルミニウム合金形状物と前記樹脂形状物が直接接合した部分は、平面又は曲面であることを特徴とする。

以下、本発明を上記の構成について、詳細に説明する。
［複合体］
本発明の複合体（「射出接合物」とも言う。）は、材質がアルミニウム合金であり表面処理されたアルミニウム合金材と、ポリフェニレンサルファイドを主成分、変性ポリオレフィン系樹脂を従成分とするＰＰＳ系樹脂組成物からなる樹脂形状物が一体に接合されたものである。アルミニウム合金材は、所望の形状に公知の機械加工等で加工されたものである。樹脂形状物は、射出成形等で成形されたものである。
［本発明の対象なるアルミニウム合金］
本発明の複合体で使用するアルミニウム合金、又はアルミニウム合金材とは、純アルミニウム、各種アルミニウム合金、アルミニウム鍍金鋼板、アルミニウムクラッド材等を材質とするものであり、これを素材とする金属材である。

［アルミニウム合金材の表面処理法］
本発明のアルミニウム合金材の表面処理方法は、本発明で定義される表面形状、状態、成分を備えたものであれば、いかなる処理方法でも良いが、以下に説明する方法が好ましい。前述したＮＭＴ２処理に関して処理条件を述べると、ＮＭＴで説明した「（i）２０～４０ｎｍ径の超微細凹部で全表面が覆われていること、（ii）その表面層にアミン系化合物が化学吸着していること」の２点に関し、ＮＭＴ２処理では、上記（i）は同一であるが上記（ii）が調整されており、アミン系化合物が十分に（射出接合するとき適切量に）化学吸着していることが条件となっている。そして前述したＮＭＴ、ＮＭＴ２処理共に、現実に商業化されているのは、このアミン系化合物として水和ヒドラジンが使われている。このＮＭＴ２処理をしたアルミニウム合金は本発明に使用できる。

近年、本発明者等は「ＮＭＴ７」処理法（具体的な処理方法は後述する。）を開発した。本発明２でも限定したように、ＮＭＴ７で述べている処理条件は、（ａ）電子顕微鏡千倍観察で、１０～１００μｍ周期の大きな粗面形状が観察され、更に電子顕微鏡１万倍観察で前記粗面上に０．５～５μｍ周期の凹凸のある微細凹凸面形状が観察され、更に電子顕微鏡１０万倍観察で前記粗面上に１０～１００ｎｍ周期の凹凸のある超微細凹凸面形状が観察されるアルミニウム合金表面形状にすること、場合によっては、（ｂ）その表面にアミン系化合物が射出接合に関しての適切量で化学吸着していること、の２点である。そして、ここで使用されているアミン系分子はやはり水和ヒドラジンである。又、ＮＭＴ７処理物から吸着していた水和ヒドラジンを酸化分解して除いた処理物が「ＮＭＴ７－Ｏｘｙ」処理物であり、このＮＭＴ７－Ｏｘｙ処理物にトリエタノールアミンを再度吸着させた処理物が「ＮＭＴ８」処理物である。これらの詳細は後述する実施例の記載、又は特許文献６で提案した。

上記の「ＮＭＴ－Ｏｘｙ」処理されたアルミニウム合金材は、既に吸着アミンは失われているために、吸着アミンなしでも使用可能ということになれば、元々アミン系の処理剤を全く使用しない処理法である「Ａｎｏ－７」処理品も有効であると予想し、実際に確認した上で本発明の処理方法の１つとした。即ち、「Ａｎｏ－７」処理とは、超微細凹凸面化処理までは「ＮＭＴ７」と同じ処理を行い、その後は、陽極酸化処理にて超微細孔で全面を覆うようにした処理法である。又、別の言い方をすれば、「ＮＭＴ７－Ｏｘｙ」及び「Ａｎｏ－７」処理法は、化学吸着アミンが不存在である故に、新ＮＭＴ処理法の改良版である。

本発明でいうＮＭＴ２処理品と、本発明でいう上記の新型処理物（ＮＭＴ７、ＮＭＴ７－Ｏｘｙ、Ａｎｏ－７、ＮＭＴ８処理品）の最大の違いは、端的に言えば、２０～１００μｍ周期の荒い粗面を明確に持つか否かの違いである。またＮＭＴ２処理はこの２０～１００μｍ周期の粗面形状や０．５～１０μｍ周期の微細凹凸面につき何ら言及していないが、アルミニウム合金材に付着した錆や汚れや加工油剤を軽い化学エッチング工程によって、アルミニウム合金材の表面層諸共、取り除いて綺麗な表面とする前処理工程を含むものである。この結果、意図せずともごく浅い０．５～５μｍ周期の粗面が形成される。これに対し、ＮＭＴ７処理は意図的に数十～１００μｍ周期の粗面を作り、更に、０．５～１０μｍ周期の粗面も意図的にＮＭＴ２処理品よりも強く処理した。それ以外は同様であり、即ち、２０～１００ｎｍ周期の超微細凹凸面は、双方共に持っている。具体的なＮＭＴ７処理法等の処方方法は、後述する実施例に記述した。

以上から本発明にアルミニウム合金の「ＮＭＴ２」及び「ＮＭＴ７」～「ＮＭＴ８」の処理品が使用できるが、ＰＰＳ系樹脂との射出接合力は「ＮＭＴ２」よりも後者による処理品の方が強く、且つ、処理してから射出接合までの有効保管日数（射出接合可能な期間）も後者の方が遥かに長い。ＮＭＴ２処理品は、保管日数が１週間以上と有効保管日数以上となっても接合力自体は変わらないがその耐湿熱性が保管日数として２～４日（季節により変わる）を過ぎると万全でなくなる。それに対し「ＮＭＴ７」等は、保管日数が２～４週間となっても全く支障なく大量生産による商業化に適している。

［射出接合用のＰＰＳ系樹脂］
本発明で用いる樹脂は、好適には射出接合用のＰＰＳ系樹脂であり、以下のものである。このＰＰＳ系樹脂は、組成物中の樹脂分として、主成分がＰＰＳ、従成分が変性ポリオレフィン樹脂、そして第３成分樹脂として前記両者を部分的にでも相溶化する能力のある高分子の含まれていることが必要である。更には、強化繊維フィラーとして、ガラス繊維（以下、「ＧＦ」という。）を全体の１０～２５％、ＣＦ（炭素繊維）を同０～１０％含み、ＧＦとＣＦの双方として全体の１５～３０％を含む樹脂組成物が使用できる。

具体的には、市販されている各社の射出接合用ＰＰＳ系樹脂が使用できるが、本発明者らは「（SUSTEEL（登録商標））ＳＧＸ１２０」（東ソー株式会社（本社：日本国東京都）製、以下「ＳＧＸ１２０」という。）が、最も好適に使用できる。この樹脂組成物は、樹脂分の８５％近くがＰＰＳ、１０％以上を変性ポリオレフィン、それに若干の第３成分樹脂を含み、他に全体の２０重量％にあたるＧＦを含む物である。但し、これらの成分以外の樹脂種等が添加されたものも本発明でいう射出接合樹脂に含まれる。

［射出接合工程］
本発明の複合体を得るには、一般的な射出成形で行われているインサート成形が好ましい。即ち、表面処理されたアルミニウム合金材を射出成形金型にインサートし、前述したＰＰＳ系樹脂を射出するものである。種々の形状の射出接合物を得る上において、実際には射出成形条件を微調整するが、射出成形条件の調整方法として、射出温度、射出速度は通常の射出成形の場合とほぼ同等であり、敢えて言えば射出温度と射出成形金型の温度はやや高めに設定する。具体的には、射出温度は３００℃程度、金型温度は１４０℃付近が好ましい。

使用する金属材であるアルミニウム合金材が、０．５ｋｇを超えるような大物の場合、射出成形金型にインサートして、数秒以内に樹脂射出すべきではない。後述する図１や図２に示すような小型の射出接合物（試験片）を作成するときは、インサートして射出成形金型を閉めた直後に樹脂射出が可能だが、これはインサートした金属形状物が、金型温度の約１４０℃に昇温する速度が速いからである。要するに、大型の金属形状物をインサートする場合には、その金型温度近くである適温に温度を上昇させてから成形すると良い。具体的には、金属形状物をインサートし、射出成形金型を閉じてから０．５～１分待って樹脂を射出するか、それでも１４０℃温度の近くまでの昇温に不十分と感じた場合は、予熱用温風乾燥機にて８０℃×１０分程度加熱し、これをインサートして、更に０．５～１分待って樹脂射出するのがよい。なお、ＮＭＴ７～ＮＭＴ８等の特許文献６に記載の処理法によるアルミニウム合金材、及び、新ＮＭＴ処理やその改良型処理をした金属形状物は、樹脂射出前に１４０℃×１分の熱履歴を与えられたとしても、得られる射出接合物における金属形状物と樹脂成形物間の接合物性に全く悪影響を与えないことが分っている。

[アニールの必要性]
成形された本発明の樹脂と金属の複合体は、成形して得られた射出接合物は、同日内に１７０℃温度の前後の熱風乾燥機内に、約１時間入れ加熱する「アニール」を行うことが好ましい。その技術的意味は、前述した方法で得た射出接合物は、強い接合力で離型され放冷後に、接合面に生じる内部応力を接合力で抑え込んでいる故に、その内部応力を開放するためである。この内部応力とは、１４０℃の金型温度から常温に下がる間の約１２０℃の温度低下に関し、樹脂部はその成形収縮率（「ＳＧＸ１２０」では約０．５％）で縮むが、アルミニウム合金材は、線膨張率（２．３×１０^－５℃^－１）と１２０℃の積（約０．３％）で縮むことになる。このために、複合体は、１４０℃の温度下で接合している両者間には、放冷後に本来は長さ差が生じるからである。要するに、樹脂部の方が結果的には大きく縮もうとするので、接合面の付近に内部応力が発生する。射出接合物をアニールなしのままとし、射出接合した１時間後にせん断接合強度を測定すると、その接合力は約３０ＭＰａ付近となり、本来のせん断接合強度の約４０ＭＰａより明確に低値となる。

それ故に、残存している内部応力を一旦ゼロにするのが目的で射出接合の当日内にアニールを行う。アニールを終え熱風乾燥機から出した物では既に樹脂結晶化は十分進んでおり、その後は放冷されてもアルミニウム合金材、樹脂材の双方は線膨張率だけに従って縮む。それ故に放冷後に接合面に残る応力はアニール前よりもずっと小さくなる。そしてその後の放置により内部応力はクリープにより消失する。

［本発明の射出接合物の接合構造］
自動車等の実際の移動機械用部品部材として、使用可能な小型、大型の射出接合物（後述する実施の形態の図１５～図２１で例示する。）は、どのような接合形状にすべきかにつき、本発明の射出接合物の接合構造の基本的な技術思想は、必要最低限の接合強度を保持するために、前述したＮＭＴ２レベル以上の射出接合力のある射出接合物であることが条件である。更に、移動機械用部品として、使用環境を考慮すると、後述する本発明で言う温度衝撃３,０００サイクルに耐え得るものが最高度の物とされている。この温度衝撃試験に対応できる射出接合物の形状は、如何なるものかの設問に対して出した本発明の結論は、「樹脂厚を１．５ｍｍ以下にすれば樹脂部が金属材から剥離することなく、且つ、その接合面積は自由である。」との結論に達した。

ただ、この結論のみだと、樹脂形状物に薄肉の樹脂シートを付けた複合体に過ぎない。この薄肉の樹脂シート部分は、確実にかつ強固にアルミニウム合金材に接合しているから、この部分を動かぬ止め具、即ち固着部分として設計すれば、例えば太いボス状物で、接合面積が仮に０．５ｃｍ^２以上あり樹脂高さも数ｃｍ以上あるような物でも、問題は生じない。言い換えれば、接合面積が狭くても、広くても、この接合部分を中心に、この外周を厚さ１．５ｍｍ以下のシート状物で取り巻き、アルミニウム合金材と樹脂形状物を完全一体化させて接合させる固着構造を採用すると、厳しい温度衝撃サイクル試験にも耐え得ることが判明した。

［高温高湿試験］
自動車等の機械部品の耐久性を実際に試験するには、その耐用期間と同じ１５～２０年の間を自動車部品として搭載して、実使用試験を行うのが理想的である。しかしながら、通常の耐久試験では、時間短縮のために実際には加速試験で代替されている。種々の材料での耐湿熱性の加速試験として知られているのは、８５℃温度で８５％湿度とした高温高湿試験機に、１,０００時間入れる試験法である。そこで本発明者等は、図１に示した試験片の射出接合物を、この高温高湿試験機で、１，０００時間でなく３,０００～８,０００時間晒す試験をした。この高温高湿試験を行う前の予備的な高温高湿試験として、９８℃温度の純水を入れた電気ポットに数日から数週間浸漬する方法を考案し実施した。

このような簡易的な試験方法を採用して、種々の金属とＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」の射出接合物における耐湿熱性を調べた。その試験結果を見つつ前述したＮＭＴ処理法を改善した。この結果、アルミニウム合金と「ＳＧＸ１２０」からなる射出接合物において、接合力に高い耐湿熱性を有している接合構造と方法を開発した。即ち、ＮＭＴ２処理したアルミニウム合金では、そのアルミニウム合金と「ＳＧＸ１２０」との射出接合物において、その接合力の耐湿熱性を確保することが出来た（特許文献２）。そしてその後、ＮＭＴ２を更に改良した後述するＮＭＴ７、ＮＭＴ８、及び、アミン系分子の化学吸着がない新しい提案をした。これらの新ＮＭＴ処理法による表面処理法の採用により、高い接合力を有し、かつその接合力を高温高湿性下にも耐え、しかも大量生産も確実にできる表面処理技術を開発し提案した（特許文献６）。

［温度衝撃３,０００サイクル試験］
本発明の温度衝撃試験とは以下の試験である。自動車等の移動機械用の部材として、射出接合物を使用するには、少なくともその接合力に上記耐湿熱性が要求されるが、更に、本発明で言う耐温度衝撃性が必要である。即ち、自動車では－５０℃になる厳冬期に、例えば米国のアラスカでエンジンを駆動させると、エンジン近傍はこの低温から急上昇し１５０℃にも至る。又、エンジンを停止させると今度は急冷化する。自動車等のエンジン、モーター、ランプ付きの移動機械において、寒冷地、成層圏、熱帯等も含め如何なる環境下で使用したとしても、その温度変化の厳しい条件は、下記の温度衝撃サイクル試験レベルかそれ以下であると予想し、本発明者は下記のような試験を実施した。即ち、－５０℃と＋１５０℃の各低高温室に、３０～６０分以上晒して、室間移動と温度調整用変化時間の合計が約５分とした温度衝撃サイクル試験である。本発明の試験の場合、１サイクルは合計時間が最短約７０分であり、サイクル数は自動車メーカーが行っている温度衝撃試験の標準法で３,０００サイクルである。

そこで、ＮＭＴ２処理したアルミニウム合金（Ａ５０５２）と射出接合用ＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」で作成した図１形状の試験片（但し、そのアルミニウム合金部の厚さは１．５又は１．６ｍｍ）の射出接合物を－５０℃と＋１５０℃の各低高温室に３０分晒して、室間移動と温度調整用変化時間の合計が５分とした温度衝撃３,０００サイクル試験にかけた。その結果、１,０００サイクルでは全く問題が発見できず、２,０００サイクルでは３ｍｍ厚ある樹脂部の１０ｍｍ×５ｍｍ接合面の角４カ所の内の２カ所にて僅かな剥がれが見つかり、３,０００サイクル品ではその角２カ所含む３辺にて剥がれ幅が接合面中央に向かっては０．５～１ｍｍになっていた（図示せず。）。要するに、図１に示した試験片の僅か１０ｍｍ×５ｍｍ（０．５ｃｍ^２）の接合面であっても３,０００サイクルの厳しい温度衝撃を受けて、３ｍｍ厚の樹脂部は部分的に剥がれを生じ、せん断接合強度は当初の７０～８０％に低下した。

［温度衝撃試験の必要な理由とその試験結果評価］
射出接合に使用した「ＳＧＸ１２０」には、ガラス繊維（以下「ＧＦ」という。）が２０重量％含まれている。それ故にその線膨張率は、ＧＦ等のフィラー不含品である「ＳＧＸ１００」の約１０×１０^－５℃^－１より大きく下がるものの、６×１０^－５℃^－１程度である。一方のアルミニウム合金材は、２．３×１０^－５℃^－１の線膨張率を有しており、両者の線膨張率差は４×１０^－５℃^－１程となる。それ故、上下２００℃も温度変化があれば本来２００℃×（４×１０^－５℃^－１）＝８×１０^－３＝０．８％の長さ差が温度変化毎に両材間に生じることになる。接合面では、強い接合力によりこれが押し込められており、主には樹脂部の下面層（接着面付近の樹脂層）が強制的にＡｌ材部に伸び縮みさせられる。温度衝撃的ではなく季節による気温変化のような温和な温度変化であれば、熱可塑性樹脂にはクリープという得意技があるので樹脂部は僅かな変形をして線膨張率差による内部応力の発生は収まるが、温度衝撃サイクル試験はこのクリープを許さない試験である。

それ故、上記計算値の０．８％は決して小さい値ではない。即ち、例えば、接着面積が１０ｍｍ×５ｍｍであれば最長部は１１．２ｍｍあり、その０．８％は０．０９ｍｍとなる。この僅かな長さ差値であっても２,０００サイクルまでにその末端部で剥がれが生じ、３,０００サイクルでは明らかに剥がれた面は拡大した。これでは使用できない。本発明では、温度衝撃サイクル試験で全く支障（部分的な剥がれ等）が生じていないことをパスしたと言い、僅かでも支障を生じた物は不合格と判断する。要するに、図１に示した試験片の小さな射出接合物でも、温度衝撃が繰り返されると支障を生じることが明快であり、その完全な解決策が必要となった。このような厄介な状況のあることに関し、本発明者等は非特許文献１等で既に報告しており公知の知見である。

そこで、本発明者は、アルミニウム合金とＰＰＳ系樹脂との射出接合技術を使用すれば、その強い接合力を利用して厳しい温度衝撃試験にも耐えうる射出接合物が作り出せると推論した。即ち、後述するように、樹脂側の形状物の肉厚を大きくした塊状物であれば、その温度衝撃試験で数千サイクル試験に耐えられるはずはないが、逆に薄くしてシート状にすれば耐えられるとの予測は出来る。ただ、射出接合用のＰＰＳ系樹脂は、そのまま構造体として使用される樹脂でもあり、それなりの硬度や剛性がある。金属との接合力と剛性とのバランスで、どの程度の樹脂部の肉厚まで許されるかは、実証試験する以外に確認方法がなかった。更に加えて言えば、肉厚が１ｍｍ程度であれば、温度衝撃試験に耐えるとして、その薄肉形状のみでは移動機械用の構造、又は部品用の部材として、実用範囲は限られる。そこで、後述する実施の形態で示した複合体（射出接合物）を含めた、本発明で定義される形状の実用品形状を考え出した。その形状の射出接合物を作って、同じ温度衝撃３，０００サイクル試験にかけ実証確認する必要があった。本発明の複合体を開発するために、結果は良好であるが数年を要する実験であり試験となった。以下、そこに至る基礎実験の経過を述べる。

［図１に示した試験片が温度衝撃試験で受けた破壊のメカニズム］
図１に示した試験片の温度衝撃３,０００サイクル試験の結果につき再度述べる。この温度衝撃試験では、２００℃だけ環境温度が上下する故、アルミニウム合金の線膨張率と樹脂の線膨張率の差（約４×１０^－５℃^－１）に、２００℃を乗じる計算をして算出される０．８％だけ互いの長さが異なる変化が本来は起こるべきである。しかし、強い接合力が１,０００サイクルまでは、伸縮長さに相違することなく、接合力で抑え込まれた。別の言い方をすれば、剛性ある金属材は温度変化のまま伸び縮みし、一方の樹脂部接合面側は強い接合力に引っ張られてアルミニウム合金材に付き合った。しかし２,０００サイクル前に接合面角部から遂に剥がれが生じた。推定では剥がれが生じた２角の樹脂部では、－５０℃に急冷された時点で、３ｍｍ厚ある樹脂部の接合面から最も離れた上部面では樹脂の線膨張率値に従うべく大きく縮まり、その一方で３ｍｍ厚ある樹脂部の下部面（接合面近傍部）では、アルミニウム合金の小さな縮まりに従ったのである。

この試験片の樹脂部だけについて言えば、樹脂部の最上面部が大きく縮み、樹脂部の最下面部は小さく縮んだことになる。この縮み差が最も大きく発現するのは接合面中央から最も遠い隅角部となる。そして生じる内部応力は、樹脂部を上へめくり上げる方向の力（要するに引張り接合強度に対抗する力）となる。即ち、この内部応力が繰り返し負荷されたことで、接合力（接合面隅部における金属樹脂間の引張り接合強度）に低下が生じ、接合部の樹脂の角部の剥がれを招いたと判断した。

［射出接合物の樹脂部厚さと温度衝撃サイクル試験結果の関係の検証］
金属材とＰＰＳ系樹脂組成物とが一体化した射出接合物は、厳しい温度衝撃３０００サイクル試験に耐えるようにする条件とはどのようなものかについて、以下考察する。前述した温度衝撃３,０００サイクル試験結果からその対策を考えた。即ち、前述したＮＭＴ２処理アルミニウム合金（Ａ５０５２）片と「ＳＧＸ１２０」の射出接合物（図１に示した試験片）の温度衝撃サイクル試験に関してだが、仮に、図１に示した試験片の樹脂厚さが、３ｍｍでなければ全く異なった結果が出るはずとの視点に立った。単純に言えば、接合面上の樹脂部厚さがもしも３ｍｍ厚でなく１ｍｍ厚だったら、同じ温度衝撃３,０００サイクル試験で接合面に支障は生じなかっただろうとの推測である。接合力は十分に強いから、樹脂部が薄肉であれば、樹脂部全体が金属部の伸び縮みに従い、接合面の端部等に剥がれは生じないと推論した。これが確認できれば、射出接合力がＮＭＴ２レベルであっても温度衝撃サイクル試験に対応できる射出接合物（複合体）の形状設計法を導き出すことが出来る。

［射出接合物の樹脂部形状を変える検討］
実施例に記載したが、以下の実証試験を行った。即ち、ＮＭＴ２処理アルミニウム合金（Ａ５０５２）と「ＳＧＸ１２０」による図１に示した試験片である射出接合物（但し、金属片厚さは１．６ｍｍ）を多数個作成し、その射出接合物の樹脂厚さを接合面の上部だけ削り取って１ｍｍとした形状物（図４参照）、及び、２ｍｍ厚とした形状物（図５参照）を数個ずつ作り、これらを－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験にかけた。その結果、１ｍｍ厚とした前記形状物では、全く剥がれが生じないとの結果を得、そして２ｍｍ厚とした前記形状物での結果は、３個の試験物のうち１個は剥がれが確認できなかったが、１個は１０ｍｍ×５ｍｍの接合面の隅１カ所に０．５ｍｍ幅以下の剥がれらしいもの、そして１個は接合面の隅２か所に０．５ｍｍ幅以下の剥がれらしきものを確認した。要するに、樹脂部厚さ１．５ｍｍ付近に分かれ目があり、これより薄いと金属材に付き合うが、これより厚いと剥離等の支障が出やすくなる、との判断をした。

そして、上記結果を得た後の思考実験だが、接合面が１０ｍｍ×５ｍｍの図１に示した試験片型の射出接合物でなく、接合面が１００ｍｍ×５０ｍｍの５０ｃｍ^２もある射出接合物を設定した。勿論、金属側はＮＭＴ２処理したアルミニウム合金（Ａ５０５２）板で肉厚が３ｍｍの厚板とし、樹脂部の肉厚は全面が１ｍｍ厚としたものである。これを温度衝撃３，０００サイクル試験にかけた場合の結果を考える思考試験である。面積は百倍になっているが思考実験（各部の時間変化の伸縮等の考察）の結果は支障なく成功した。要するに、樹脂部を薄くして金属部に追従するように出来れば温度変化による線膨張率差は無関係にでき、接合面積も無制限になるという判断である。机上実験の考察結果とは言え、この接合面積を無限大にすることも可能と判断したことが本発明に繋がった。

[射出接合力の向上]
ＮＭＴ２処理したアルミニウム合金よりもＮＭＴ７、８処理したアルミニウム合金の方が高接合力である。これを「ＳＧＸ１２０」使用の射出接合物で具体的に言えば、せん断接合強度はＮＭＴ発明以降全てで約４０ＭＰａでほぼ同等である。だが、引張り接合強度では、ＮＭＴで３０ＭＰａレベルがＮＭＴ２で３８～４０ＭＰａに上がり、ＮＭＴ７、８では４５ＭＰａレベルになる。要するに、引張り接合強度には未だ限界が見つからず接合強度を高くする必要性を感知した故に、ＮＭＴ２以降、試行錯誤を重ね、更に行った試験の積み重ねがＮＭＴ７等になった。

一方、前述した樹脂厚３ｍｍの図１に示した試験片で、接合面樹脂部の角部にて最初に剥がれが生じるメカニズムにつき、それが引張り接合強度の強さに直接的に関連しているとすれば、ＮＭＴ２に効果があった理由、そしてＮＭＴ７等ではより剥がれが生じ難くなることが明快に説明できる。即ち、アルミニウム合金（Ａ５０５２）使用の射出接合物を使用した前述の温度衝撃３,０００サイクル試験にて、その２,０００サイクル経過物には接合面角部に剥がれが確認されている。これは－５０℃に急冷された時点で、３ｍｍ厚ある樹脂部の接合面から最も離れた上部面では、樹脂の線膨張率値に従うべく大きく縮まり、その一方で３ｍｍ厚ある樹脂部の下部面（接合面近傍部）では、アルミニウム合金材の熱収縮に追従し、樹脂部の最上面部が大きく縮む一方で樹脂最下面部は小さく縮んだとすると、この縮み差が最も大きく発現するのは隅角部であることが理解できる。この樹脂部形状変化から生じる接合面付近での内部応力は、樹脂部を上へめくり上げる縦方向の力であり、これはこの部分の引張り接合強度に対抗する力である。

要するに引張り接合強度が非常に強いと、主に樹脂部の変形が繰り返されるだけで剥がれは生じないが、引張り接合強度が弱いと何回か樹脂部の変形が繰り返された後に、樹脂部が金属表面から剥がれることになり、端部の剥がれが生じるとそれが切欠で、温度衝撃サイクル毎に接合面積が減るという推論である。この推論であると温度衝撃サイクルはせん断接合強度にはあまり関与しない。

上記推論から、ＮＭＴ７～８による射出接合物は、ＮＭＴ２の時より引張り接合強度が高く、それ故、耐温度衝撃性が増す方向になる。それ故に、後述する図１５に示す射出接合物で示した１ｍｍ厚の薄肉部の厚さを、２ｍｍ厚や３ｍｍ厚にしても上述した温度衝撃３,０００サイクル試験に合格するかもしれない。しかしながら、本発明者の意図は異なる。即ち、この薄肉部の厚さは当初の予期通り１．５ｍｍ以下とし、同じ温度衝撃サイクル試験にて３,０００サイクルではなく４,０００、５,０００サイクル持つ半永久的に使用できる複合体の製作に貢献すべきと考えている。要するに本発明は、ＮＭＴ２に合わせてその射出接合物形状につき開示したものであるが、後述するＮＭＴ７等の新処理法を使用した場合には温度衝撃サイクル試験により強くなり、移動機械用の部品部材として使用された場合にはその安全性がより長期に確保される。即ち、自動車で言えば、１台目の車が１０年間使用されて、廃車された時点で外されて別の車に再使用されても問題なく使い続けられる部品となって欲しいという意味も含んでいる。

［本発明の接合面積］
本発明の複合体を実際の移動機械用の部品等に適用する場合、一般的には実証用の射出成形金型を作成することになる。要するに、本発明では、図１５に示した複合体の例のように、太いボス部の根元部の断面積値は０．５ｃｍ^２以上と限定している一方で、その上限値は示していない。これは射出成形金型を作成し、射出接合して実物試作品とし、その温度衝撃３,０００サイクル試験を行ってその結果をみる以外に使用可能品か否かを判断する方法がない故である。そして、実験で実証した接合面積が０．５ｃｍ^２以上の複合体を発明であるとする理由は、その発明の本質が後述する設計指針の策定そのものにあるからである。

本発明で使用したアルミニウム合金材とＰＰＳ系樹脂組成物からなる複合体は、元々、当初の接合力が８５℃温度で、８５％湿度下に数千時間置かれても僅かしか低下しない耐湿熱性がある。本発明はこの複合体を使用した上で、－５０℃／＋１５０℃の最も厳しいとされる移動機械用の温度衝撃３,０００サイクル試験に耐える為の射出接合物形状を明らかにした。従って、本発明の複合体は、屋外用機械や設備の部品部材として軽量で耐久性があり好適である。複合体の表面を塗装すれば、陽光にも海風にも影響を受けない耐候性があり、又、カバー材等があって、陽光や風雨が直接に当たらない環境に置かれれば、その表面に塗装がなくても、グリース等の油剤を塗布等するのみでもアルミニウム合金の部分の露出部は錆びず耐候性を保てる。

図１は、ＩＳＯ１９０９５記載の金属樹脂接合一体化物における金属部と樹脂部間のせん断接合強度を測定する目的の射出接合物である試験片の図面である。 図２は、ＩＳＯ１９０９５記載の金属樹脂接合一体化物における金属部と樹脂部間の引張り接合強度を測定する目的の射出接合物である試験片の図面である。 図３は、ＩＳＯ１９０９５記載の金属樹脂接合一体化物におけるせん断接合強度を測定する時に使用する補助治具の側面図である。 図４は、図１に示した試験片の樹脂部の一部を削り取りその部分の厚さを１ｍｍとした物であり、その形状図を示す。 図５は、図１に示す試験片の樹脂部の一部を削り取り、その樹脂部の厚さを２ｍｍとしたものであり、その形状図を示す。 図６は、ＮＭＴ２処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）片とＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」による射出接合物から作成した図４、図５の試験片を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験に投入した結果を示す接合面変化図である。 図７は、ＮＭＴ２処理をしたアルミニウム合金片（Ａ６０６１）とＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」による図１の射出接合物の金属部にＡ７０７５アルミニウム合金片（Ａ７０７５）を接着して作成した金属部強化の形状物と、新ＮＭＴ処理したＳＰＣＣ片とＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」による図１の射出接合物の金属部にＳＰＣＣ片を接着して作成した金属部強化の形状物とを、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験に投入した結果を示す接合面変化図である。 図８は、ＮＭＴ２処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）の電子顕微鏡写真を示す。 図９は、ＮＭＴ７処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）の電子顕微鏡写真を示す。 図１０は、ＮＭＴ７－Ｏｘｙ処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）の電子顕微鏡写真を示す。 図１１は、Ａｎｏ－７処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）の電子顕微鏡写真を示す。 図１２は、ＮＭＴ８処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）の電子顕微鏡写真を示す。 図１３は、新ＮＭＴ処理をしたＳＰＣＣの電子顕微鏡写真を示す。 図１４は、ＮＭＴ７処理をしたアルミニウム合金（Ａ６０６３）の電子顕微鏡写真を示す。 図１５は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、丈夫なアルミニウム合金平板上に大きなボスが立っている形状の基本形となるものである。 図１６は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、頑丈なアルミニウム合金の平板上に、大きなボスが立っている形状の基本形となるものであり、樹脂部の外観形状は図１５とほぼ同じだが、射出ゲート数が複数ある場合に対応するものである。 図１７は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、折れ曲がった形のアルミニウム合金板上に大きなボスが立っている形状の基本形となるものである。 図１８は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、曲面化したアルミニウム合金板上に大きなボスが立っている形状のものである。 図１９は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、半パイプ形状化したアルミニウム合金板上に大きなボスが立っている形状のものである。 図２０は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、半パイプ形状化したアルミニウム合金板上に大きなボスが立っている形状のものである。 図２１は、本発明による射出接合物の形状例の一つであり、パイプ形状のアルミニウム合金板上に樹脂部が巻き付いた形状のものである。

以下、本発明の実施の形態を具体的な射出接合物で説明する。図１５は、アルミニウム合金板に柱状の突起物である樹脂本体３を射出成形して、成形した金属と樹脂の射出接合物１の例である。射出接合物１は、アルミニウム合金板製の射出路用穴付きの金属矩形板２、及びこれと一体に接合された樹脂成形物本体部３からなる。金属板２は、縦横１００ｍｍで厚さ３ｍｍである。樹脂本体３は、中心が円柱部４であり、この外周面に等角度に４つのリブ５が円柱部４に沿って、立設されている。樹脂本体３の外周は、環状に厚さ２ｍｍで、５０ｍｍ矩形の中心台座６で支承されている。中心台座６の外周を取り巻くように環状に、外周台座７が形成されている。外周台座７は、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍで７０ｍｍの矩形に形成されている。即ち、金属と樹脂からなる射出接合物１は、樹脂中心部４、５と金属矩形板２との接合力を維持するために、中心台座６及びこれより薄肉の外周台座７が形成されている。

この射出接合物１を製作するために射出成形金型を製作し、この射出成形金型に金属矩形板２をインサートして、ＰＰＳ組成物「ＳＧＸ１２０」を射出して作成した。即ち、金属矩形板２をインサートする前に、前述したＮＭＴ２処理、及び、後述する表面処理方法であるＮＭＴ７、ＮＭＴ７－Ｏｘｙ、Ａｎｏ－７、及びＮＭＴ８処理法で、これを処理した。成形された射出接合物１は、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験にかける前後に、超音波式の非破壊検査機にて接合面部を観察し、接合面に何ら変化箇所が生じていないことを確認し、温度衝撃３，０００サイクルによる影響の有無を判定した。なお、上記の非破壊検査機は、金属樹脂間に剥がれがない箇所と剥がれがある箇所では超音波反射波強度が異なることを原理にして接合面をスキャン検査するタイプのもので、２材間に３～５μｍ以上の剥がれがあれば判別出来るものである。

［射出接合物の設計指針］
実証例である実験例Ｃ３で表面処理した射出接合物の例は、前述した図１５の複合体１である。このアルミニウム合金である金属部分は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ厚であり丈夫な金属板を意識している。これに対して樹脂部はその大きなボス部分（中央の高い部分）の床面積（接合面より３ｍｍ離れた高さでの断面積）は円柱部４とこれを４方から支える部分の接合面積は、合計で３．６ｃｍ^２である。

中央部の太い樹脂部は丈夫な樹脂の塊である。丈夫な金属部と丈夫な樹脂部がある面積で接合していると繰り返しの大きな温度衝撃によりその接合面端部から剥がれ現象が必ず生じる。これは線膨張率の差異がある限り致し方ない。例えば金属部厚さが１．５～１．６ｍｍの図１形状物は、床面積０．５ｃｍ^２で高さ３ｍｍのごくごく低い柱が単独で金属板上に立った形の接合物と理解できる。このままの低い柱であっても高さが１０ｍｍ以上ある高い柱であっても、前記した角隅部の垂直壁下の接合面には、剥離等の支障が生じる。即ち、根本部の断面積が、０．５ｃｍ^２と細く低い柱であっても、単独で立っているのであれば、－５０℃／＋１５０℃の厳しい温度衝撃を３，０００サイクル受ける前にその接合面の隅部や外周部で０．５ｍｍ幅程度の剥がれが生じるのである。

このような剥がれ（剥離）を完全皆無とするには本発明の採用が必要となる。即ち、背が高く、根本部の太さが０．５ｃｍ^２以上ある太い柱状物をアルミニウム合金材の上に射出接合するのであれば、少なくともその周囲に、樹脂厚０．５～１．５ｍｍで幅５～１０ｍｍの帯状の平野部を作り、中央部の接合面がせん断的内部応力によって移動することを押さえ込めるように仕向ける。更に言えば、中央部と帯状平野部の間に中間部（裾野部）があってもよい。これが基本的な設計指針であり本発明の芯である。

図１５で説明した形状物の実証実験の結果だけから言えば、この太い柱の床面積に関する実証試験は、０．５ｃｍ^２以上で３．６ｃｍ^２である。しかしながら、４ｃｍ^２、６ｃｍ^２、及びこれ以上の太い柱を備えた複合体の場合、射出成形金型を作り、それらによる射出接合物を作り、温度衝撃３，０００サイクル試験で支障なしと実証すればより好ましい。本発明者らの実証試験は、従来技術では可能か不可能か判断できなかった約４ｃｍ^２床面の１０ｍｍ以上高さの太いボス状物が、本発明に従えば確かな射出接合物として得られ、且つ、厳しい温度衝撃サイクル試験に十分に耐えられると示したに過ぎない。要するに、こうすれば分る、問題あれば直す方法も分かっている、との確実性ある設計指針の発案こそが本発明である。

［水平展開して得た設計指針］
図１６に示す射出接合物２０は、全体形状は図１５に示した射出接合物１０とほぼ同一である。射出接合物２０を成形するとき、射出ゲート数が複数ある場合に対応するものであり、複数のゲート８を配置すると各ゲートから射出される樹脂が合流するとき、ウェルドライン１５が現れる。その場合に生じるウェルドライン１５の両側の幅が２～５ｍｍであり、かつこの部分の樹脂厚が０．５～１．５ｍｍ（図１５の中心台座６は２ｍｍ厚）と他の部分より薄くした形状とした。ウェルドライン１５の部分は、ガス溜りとなり金属矩形板２とは接合されていないか、又は金属矩形板２との接合力が弱い。

図１５に示した形状の射出接合物は、温度衝撃３,０００サイクル試験を行うと、この途中の１,０００、２,０００サイクル経過時に、非破壊検査機で検査した。この検査で、樹脂厚２ｍｍである中心台座６のウェルドライン１５の剥離状況を見ると、温度衝撃試験にてサイクル数が大きくなると、元々剥離線があった物は剥離線幅がやや膨らんで１ｍｍ幅程度になるし、元々剥離がなかった物もサイクル数が増えると、約０．５～１ｍｍ幅のウェルドライン１５が出現する。この程度のウェルドライン１５は実害なく全く気にする必要はないが、ウェルドライン１５が全く出現しない形状が好ましい。その意味で、ウェルドライン１５の出現が明らかな箇所には、樹脂厚を１ｍｍ程度の肉厚の薄肉部１６にし、且つ、射出成形金型の設計上はウェルド発生箇所にガス抜きピンをセットして、ウェルドライン１５が温度衝撃３,０００サイクル以上の温度衝撃試験でも観察されないようにしたものである。

図１７は、実施の形態３の射出接合物３０の側面図である。射出接合物３０は、９０度近く曲げられたアルミニウム合金製の金属矩形板２の屈曲部２ａに接合されている構造例である。射出接合物３０の外周台座７は、屈曲部２ａに接合されている。この構造のように、金属矩形板２に折れ曲がった屈曲部２ａがあっても、射出接合物３０の外周台座７、及び中心台座６を屈曲部２ａに配置すると良い。即ち、前述した図１５に示した射出接合物１、及び図１６に示した射出接合物２０のように温度衝撃に耐えうる。

図１８に示す実施の形態４の射出接合物４０は、自由曲面を有するアルミニウム合金製の金属板４１に接合した例である。樹脂本体３の外周に配置した中心台座６を、及びこの中心台座６の外周に配置した外周台座７を配置すると、自由曲面を有する金属板４１に接合しても、３,０００サイクルの温度衝撃でも剥がれない。図１９に示す実施の形態５の射出接合物５０は、円弧状のアルミニウム合金製の金属板４１の内周面に接合した例である。樹脂本体３の外周に配置した中心台座６、及びこの中心台座６の外周に配置した外周台座７を配置すると、円筒の内周面に接合しても、３,０００サイクルの温度衝撃でも剥がれない。

図２０に示す実施の形態６の射出接合物６０は、円筒状のアルミニウム合金製の金属板６０の外周面に接合した例である。樹脂本体３の外周に配置した中心台座６を、及びこの中心台座６の外周に配置した外周台座７を配置すると、円筒の外周面に接合しても、３,０００サイクルの温度衝撃でも剥がれない。図２１に示す実施の形態７の射出接合物７０は、パイプであるアルミニウム合金製の円筒管６０の外周面に接合した例である。樹脂本体３の外周に配置した中心台座６を、及びこの中心台座６の外周に配置した外周台座７を管７１の全外周面に配置すると、３,０００サイクルの温度衝撃でも剥がれない。

以下、本発明の実施例を実験例で詳記し、実験より得られた複合体の評価・測定方法を説明する。
（ａ）電子顕微鏡観察
主に基材表面の観察のために電子顕微鏡を用いた。この電子顕微鏡は、走査型（ＳＥＭ）の電子顕微鏡「Ｓ－４８００（日本国東京都、日立製作所社製）」及び「ＪＳＭ－６７００Ｆ（日本国東京都、日本電子株式会社（本社：日本国東京都）製）」を使用し、１～２ｋＶにて観察した。

（ｂ）接合強度の測定
引張り試験機で射出接合物（図１）（図２）を引張り破断するときの破断力を接合強度（せん断接合強度、引張り接合強度）とした。但し、せん断接合強度の測定では図３に示した補助治具を使用した。使用した引張り試験機は、「ＡＧ－５００Ｎ／１ｋＮ（株式会社島津製作所製）」を使用し、引っ張り速度１０ｍｍ／分で測定した。この測定法はＩＳＯ１９０９５に依る。
（ｃ）非破壊検査
非破壊検査は、超音波型の非破壊検査機「ＭＳライン（現、日立建機株式会社製）」を使用した。

［実験例Ａ］金属材の表面処理
［実験例Ａ１］アルミニウム合金（Ａ５０５２）のＮＭＴ２処理
実験例Ａ１は、本発明でいうＮＭＴ２処理である。市販のアルミニウム合金（Ａ５０５２）板材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形片を機械加工で多数得た。槽にアルミニウム用脱脂剤「ＮＡ－６（メルテックス株式会社（本社：東京都））」１０％を含む水溶液を６０℃とし、これら合金片を５分間浸漬して水道水（群馬県太田市）で水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１％濃度の塩酸水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を４分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃の３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記合金を３分間浸漬し水洗した。次に、別の槽に６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに１分間浸漬し、次に、別の槽に３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に６分浸漬し水洗した。そして６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥し、アルミニウム箔で包んで保管した。

同様な処理を行なったアルミニウム合金（Ａ５０５２）片の１個を電子顕微鏡にかけた。この観察結果を写真撮影し図８に示した。図８－１に示した千倍電子顕微鏡写真からはほぼ平面状態であること、又、図８－２に示した1万倍電子顕微鏡写真からは、結晶粒界がやや化学エッチングを受けて凹部を有する結果の１～４μｍ周期の凹凸周期の浅い（低い）凹凸面が認められ、図８－３に示した１０万倍電子顕微鏡写真からは明確な２０～３０ｎｍ外径の超微細凹部で全面が覆われた形の超微細凹凸面で覆われていることが分かる。

同じ処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）片をＸＰＳ表面分析すると、分析にかかる深さ１～３ｎｍ深さまでのＡｌ原子の構成はＡｌ^＋３が７割程、Ａｌ^０が３割程であり２ｎｍ厚程度の酸化Ａｌ薄層で覆われていること（２ｎｍ厚程度のごくごく薄い自然酸化物層）で金属アルミニウム相が覆われていることが分かり、更に、１０回程度の積算分析で窒素原子が確認され、超微細エッチング処理に使用したアミン系分子（水和ヒドラジン）が化学吸着していることが確認できた。

［実験例Ａ２］アルミニウム合金（Ａ５０５２）のＮＭＴ７処理
実験例Ａ２は、本発明でいうＮＭＴ７処理である。市販のアルミニウム合金（Ａ５０５２）板材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形片を機械加工にて多数得た。槽にアルミニウム用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記アルミニウム合金片を５分間浸漬して水道水（群馬県太田市）で水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１％濃度の水和塩化アルミニウムと５％濃度の塩酸を含む水溶液を用意し、これに合金片を６分間浸漬して水洗した。

次に、別の槽に４０℃とした２％濃度の１水素２弗化アンモニウムと１０％濃度の硫酸を含む水溶液を用意し、これに合金片を４分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬し、次に、別の槽に４０℃の３％濃度の硝酸水溶液に１．５分間浸漬し水洗した。次に、別の槽に６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに１分間浸漬し、次に、別の槽に３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に６分浸漬し水洗した。そして６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて前記処理を終えたアルミニウム合金片を乾燥した。清浄なアルミニウム箔でまとめて包み保管した。

同様な処理を行なったアルミニウム合金（Ａ５０５２）片を電子顕微鏡にかけた。この観察結果を写真撮影し図９に示した。図９－１に示した千倍電子顕微鏡写真からは１０～３０μｍ径の丘状のものが観察され数十μｍ周期の荒い粗面を有することか分かる。又、図９－２に示した１万倍電子顕微鏡写真は、ＮＭＴ２処理品での図８－２に同じ凹凸周期で非常に似ているものの、コントラストが強くてその凹凸深さ（高さ）は大きいことが分る。図９－３に示した１０万倍電子顕微鏡写真からは４０～１００ｎｍ周期の超微細凹凸面で全面が覆われていると分かる。

［実験例Ａ３］アルミニウム合金（Ａ５０５２）のＮＭＴ７－Ｏｘｙ処理
実験例Ａ３は、本発明でいうＮＭＴ７－Ｏｘｙ処理である。市販のアルミニウム合金（Ａ５０５２）板材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形片を機械加工にて多数得た。その後は実験例Ａ２（ＮＭＴ７処理）と全く同じ操作をした。ＮＭＴ７処理では最後に浸漬する薬品槽が３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液の槽でありここに６分浸漬し水洗するが、その後に１．５％濃度の過酸化水素水を入れた酸化槽を用意し、ここへ１分浸漬して水洗する。そして６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れてアルミニウム合金片を乾燥した。

上記と同じ処理をしたアルミニウム合金（Ａ５０５２）片を電子顕微鏡にかけた。この観察結果を写真撮影し図１０－１から図１０－３に示した。これらは、各千倍、一万倍、十万倍の電子顕微鏡写真である。千倍電子顕微鏡写真から分かるように、１０～４０μｍ径の山塊とみられる凸部含む大周期の粗面があり、一万倍写真から分かるように１～２μｍ程度の径の結晶粒界が境界線になった山状凸を周期とする凹凸面形状が観察される。要するに数十μｍ周期の大ぶりな粗面と、１～２μｍ周期の微細凹凸面が重なった２重凹凸面形状となっている。そして十万倍電子顕微鏡写真から４０～１００ｎｍ径の超微細凹部が全面を覆っている形状も明らかである。

［実験例Ａ４］アルミニウム合金（Ａ５０５２）のＡｎｏ－７処理
実験例Ａ４は、本発明でいうＡｎｏ－Ｏｘｙ処理である。市販のアルミニウム合金（Ａ５０５２）板材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形片を機械加工にて多数得た。槽にアルミニウム用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、合金片を５分間浸漬して水道水（群馬県太田市）で水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした５％濃度の塩酸と１％濃度の水和塩化アルミニウムを含む水溶液を用意し、これに合金片を６分間浸漬して水洗した。

次に、別の槽に４０℃の２％濃度の１水素２弗化アンモニウムと１０％濃度の硫酸を含む水溶液に４分間浸漬し水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃の３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに１．５分間浸漬しよく水洗した。次に、槽に２５℃とした８％濃度の正燐酸水溶液を用意してこれを陽極酸化槽とし、銅棒を陰極、チタン板を陽極として前記のアルミニウム合金片にチタン板を押し付けて直流電源装置「ＺＸ－１６００ＬＡ（高砂製作所社）」にて２５Ｖ定電圧制御で１５分間陽極酸化した。得た陽極酸化物はイオン交換水で３０分程水洗し、６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れて乾燥し、更に９０℃にした熱風乾燥機で１５分乾燥した。清浄なアルミニウム箔でまとめて包み保管した。

同様な処理を行なったアルミニウム合金（Ａ５０５２）片を電子顕微鏡にかけた。この観察結果を写真撮影し図１１－１から図１１－３に示した。１０万倍写真である図１１－３がＮＭＴ７での１０万倍写真の図９－３と異なる。陽極酸化物では超微細凹部ではあるが凹部というよりも孔部である。又、孔部やその周辺も含めて円滑面に見えるところが水和ヒドラジン水溶液による処理物と異なる。

［実験例Ａ５］アルミニウム合金（Ａ５０５２）のＮＭＴ８処理
実験例Ａ５は、本発明でいうＮＭＴ８処理である。市販のアルミニウム合金（Ａ５０５２）板材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの長方形片を機械加工にて多数得た。その後は実験例Ａ３（ＮＭＴ７-Ｏｘｙ処理）と全く同じ操作をする。ＮＭＴ７-Ｏｘｙ処理では最後に浸漬する薬品槽が1．５％濃度の過酸化水素水の槽でありここに１分浸漬し水洗するが、その後に４０℃とした０．２％濃度のトリエタノールアミンの水溶液を入れた吸着促進槽を用意し、ここへ４分浸漬して水洗する。そして６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れてアルミニウム合金片を乾燥した。

この処理を行なったアルミニウム合金（Ａ５０５２）片の電子顕微鏡写真を図１２-１から図１２-３に示した。この表面形状は図９で示された実験例Ａ２（ＮＭＴ７処理）の物と概ね変わらない。それは化学吸着物の分解工程が実験例Ａ３にて加わり、更に本実験例で吸着分子なし構造がトリエタノールアミンの吸着物に変わったに過ぎないからである。

［実験例Ａ６］ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）の新ＮＭＴ処理（参考例）
実験例Ａ６は、本発明でいう新ＮＭＴ処理である。市販の厚さ１．６ｍｍ、及び、３．２ｍｍのＳＰＣＣ板を購入し、多数の大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．６ｍｍ厚の長方形片、及び、５０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ厚の長方形片を機械加工にて作成した。槽にアルミニウム用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、前記鋼片（ＳＰＣＣ板）を５分間浸漬して水道水（群馬県太田市）で水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに鋼片を１分間浸漬し、イオン交換水で水洗した。次に、別の槽に６０℃とした５％濃度の硫酸水溶液を用意し、これに鋼片を４分間浸漬し、イオン交換水で水洗した。次に、１％濃度のアンモニア水に鋼片を１分間浸漬し、イオン交換水で水洗した。次に、別の槽に４５℃とした２％濃度の過マンガン酸カリと１％濃度の酢酸と０．５％濃度の水和酢酸ソーダを含む水溶液を用意し、これに鋼片を５分間浸漬し、イオン交換水で水洗した。次に、超音波発振端付きの水洗槽に５分浸漬し、水洗して６７℃に設定した温風乾燥機に１５分間入れ乾燥した。清浄なアルミニウム箔でまとめて包み保管した。

同様な処理を行なったＳＰＣＣ鋼片を電子顕微鏡にかけた結果がある。これを図１３に示した。図１３－１に示した１万倍電子顕微鏡写真からは５～１０μｍ径の金属結晶による階段面形状の方向変化が示す結晶粒界が観察されると同時に、結晶粒界線部は溝のように彫り込まれたようになっている。図１３－２に示した1０万倍電子顕微鏡写真から分かるのは正に幅広階段であり、幅や高さが５０～２００ｎｍの幅広階段が全体を覆い、更にその階段面にゴミか破れた枯れ葉が付着したような不定期的な微細凸部のあることが観察される。

このようなパーライト構造による特殊な表面形状だが一応、結晶粒界の溝を深い凹部とみれば５～１０μｍ周期の凹凸面が存在し、斜めの階段形状が作る凹凸面は１００～２００ｎｍ周期の微細凹凸面、又、付着物まで含めれば数十ｎｍ周期の超微細凹凸面の存在は認められる。それ故に新ＮＭＴ処理品の条件には当てはまるとした。しかしながら、横幅長い階段形状、即ち、パーライト構造と呼ばれるこの鋼材で現れる構造は、Ａｌ材等で観察される微細凹凸面や超微細凹凸面と異なる。全体としてせん断接合強度には一定の効果は示すとみられるが、引張り接合強度を高める超微細凹凸面と言えない。

〔実験例Ａ７〕Ａ６０６３アルミニウム合金のＮＭＴ７処理
実験例Ａ７は、本発明でいうＮＭＴ７処理である。市販のＡ６０６３アルミニウム合金厚材から、大きさ１８ｍｍ×４５ｍｍ×１．５ｍｍの長方形片を機械加工にて多数得た。槽にアルミニウム用脱脂剤「ＮＡ－６」１０％を含む水溶液を６０℃とし、合金片を５分間浸漬して水道水（群馬県太田市）で水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１０％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした５％濃度の塩酸と１％濃度の水和塩化アルミニウムを含む水溶液を用意し、これに合金片を８分間浸漬して水洗した。

次に別の槽に、４０℃温度とした２％濃度の１水素２弗化アンモニウムと１０％濃度の硫酸を含む水溶液を用意し、これに合金片を４分間浸漬して水洗した。次に、別の槽に４０℃とした１．５％濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに合金片を１分間浸漬し水洗した。次に、別の槽に４０℃の３％濃度の硝酸水溶液を用意し、これに２分間浸漬しよく水洗した。次に、別の槽に６０℃とした３．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液を用意してこれに１分間浸漬し、次に、別の槽に３３℃とした０．５％濃度の水和ヒドラジン水溶液に２．５分浸漬し水洗した。そして６７℃に設定した温風乾燥機に１５分入れてアルミニウム合金片を乾燥した。上記と同じ処理をしたＡ６０６３アルミニウム合金片を電子顕微鏡にかけた。この観察結果を写真撮影し図１４に示した。

［実験例Ｂ］射出接合物の作成と接合力測定
［実験例Ｂ１］射出接合物の作成とそのせん断接合強度、引張り接合強度
実験例Ａ１～７で得た表面処理済み各種金属片を射出成形金型にインサートし、射出接合用ＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」を射出し、図１、図２形状の射出接合品を得た。この時の射出温度は３１０℃、金型温度は１４０℃とした。得られた射出接合物は１時間以内に１７０℃とした熱風乾燥機内に１時間置いてアニールした。

得られた射出接合物のせん断接合強度を表１に記載した。表１は各３個の平均値である。

得た射出接合物の引張り接合強度を表２に記載した。測定法はＩＳＯ１９０９５に従い図２形状の射出接合物を引張り試験機にかけた結果であり、各３個の平均値である。

表１から、「ＳＧＸ１２０」使用の射出接合物におけるせん断接合強度は、約４０ＭＰａで処理法による差は殆どないことが分かる。実際、今まで行った図１に示した試験片における「ＳＧＸ１２０」を使用したものは、せん断接合強度は、２３℃温度下で約４０ＭＰａ、３℃温度下で約５０ＭＰａであった。要するに、金属／熱可塑性樹脂による射出接合物でのせん断接合強度の最高値は、使用した樹脂組成物種の強度（引張り強さ）に依存しており、「ＳＧＸ１２０」を使用した物は、約４０ＭＰａであると言え、それが表１でも示された。この中でＳＰＣＣは、４０ＭＰａに達しておらず僅かだがＮＭＴ２～８処理のアルミニウム合金より低い。

表２からは、ＮＭＴ２に比較して、ＮＭＴ７～８で処理された試験片に明らかな引張接合強度の上昇が示されている。更に、新ＮＭＴ処理されたＳＰＣＣはＮＭＴ２よりもかなり低い。２種材料片同士が接合した物が有する接合力や接着力は、せん断接合強度やせん断接着強さで表されることが多いが、本来は、引張り接合強度や引張り接着強さも加えて見るべきだろう。その意味で、上限値があり既にそこに達しているせん断接合強度よりも未だ上限値が見えず高くする可能性が残された引張り接合強度の測定に重点を置くべきことが表１と２からよく分かる。要するに「ＳＧＸ１２０」使用の場合だが、ＮＭＴ２レベルの射出接合力を基準に置いたとして、ＮＭＴ７～ＮＭＴ８で処理された処理品は明らかに接合力が高いこと、又、旧型の新ＮＭＴ処理をしたＳＰＣＣではこの基準よりかなり低い接合力であることが分かる。

［実験例Ｂ２］射出接合物にせん断的外力を繰り返し与える疲労試験
本発明の発明以前に行った温度衝撃３,０００サイクル試験は、ＮＭＴ２処理されたアルミニウム合金（Ａ５０５２）と「ＳＧＸ１２０」からの図１に示した試験片の射出接合物、及び、当時の新ＮＭＴ処理を加えたＳＰＣＣと「ＳＧＸ１２０」からの図１に示した試験片の射出接合物に対してだった。その結果は、ＮＭＴ２処理したアルミニウム合金（Ａ５０５２）が、新ＮＭＴ処理したＳＰＣＣより耐久性が優れていたという単純な結果であった。当時、これら２種でのせん断接合強度が、共に約４０ＭＰａであり差異が小さいのに－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験で大差があり驚いた。図１の形状物を温度衝撃サイクル試験にかけることで、金属材と樹脂成形物の各表面にかかる力は間違いなくせん断応力的な外力であるから、温度衝撃サイクル試験が図１の形状物の射出接合物に与える負荷は、図１の形状物にせん断的外力を繰り返しかけるような動的負荷の供与試験に似ているのではないかと考えた。それ故、そのイメージの疲労試験を行うことにし、その結果が単純なせん断接合強度の測定値と異なるのではないかと予期した。

疲労試験方法は、図１に示した試験片の射出接合物を、図３に示す形状の補助治具に収納してから引張り試験機にセットし、通常試験で破断する値の７０％付近の力を３００回かけて破断するか否かを観察する方法である。具体的には、引張り試験機の運転ソフトの関係で、力の単位はｋｇ、繰り返し与えるせん断応力のセット値は、１０ｋｇ単位であったから以下のように決めた。即ち、図１に示した試験片の接合面積は、０．５ｃｍ^２であるから４１ＭＰａ（＝４１８ｋｇ／ｃｍ^２）でせん断破断するということにした（接合面々積が０．５ｃｍ^２だから引張り試験機では２０９ｋｇで破断するという意味）。使用した引張り試験機には繰り返し負荷を連続的に加える運転ソフトにより、破断力の７割程度の１４０ｋｇを最大せん断応力、そしてその半分の７０ｋｇを最低せん断応力とし、引張り速度を±１０ｍｍ／分として、連続的に３００回の負荷をかけるように運転ソフトをセットした。

このときの負荷の大きさは、その動的負荷を連続３００回かけて試料が破断しなければ、次の試験ではセット値を上げて、１０ｋｇ単位上げて、１５０ｋｇを最高負荷とし、その１/約半分の８０ｋｇを最低強度とし、そのまま３００回の動的負荷を与えるように決めた。これで破断しなければ、次は１６０ｋｇを最高強度、約半分の８０ｋｇを最低強度とし、この負荷を３００回かける。これで破断しなければ、更に最高強度を１０ｋｇ上げ、最低強度も調整して実施を続ける。要するに１個の射出接合物に引き続いてどんどん強い破断方向の力を繰り返し与えた。そして、ある値で３００回に至る前に破断するから、その前の３００回を無破断で来た最高強度のｋｇ数を動的負荷として記録した。これを表３に示した。なお、表３の試験片のＮo.８～１２の表面処理法の詳細は示していないが、Ｎo.６の試験片と類似の処理、即ち、各アルミニウム合金によって僅かに浸漬時間等が異なるＮＭＴ７の処理を行った。

表３によれば、約４０ＭＰａのせん断接合強度を有することが判明している各種アルミニウム合金材と「ＳＧＸ１２０」の射出接合物も、３００回のせん断的外力（動的負荷）を連続的に加えた。３００回のせん断的外力（動的負荷）でも耐えるその外力の大きさは、ＮＭＴ２処理方法で、３３～３４ＭＰａ、ＮＭＴ７で３５～３６ＭＰａであり、初期のＮＭＴ処理品では２９～３０ＭＰａ、そして初期の新ＮＭＴ処理したＳＰＣＣでは２５～２６ＭＰａであり、随分と差のあることが分る。

結局、この繰り返しのせん断的外力に対し耐えられる力の順は、前記した引張り接合強度の大きさ順と同じであった。不思議な符合だがせん断的外力に耐える力は、元を辿れば引張り接合強度の大きさであるとデータが示したものと思われた。何れにしても力値が１０ｋｇ単位でしか測定出来なかったので概値しか分からないのだが、射出接合物の引張り接合強度の重要性が示された実験であった。

要するに、図１に示す形状物（試験片）を温度衝撃サイクル試験にかけた場合に起こる内部応力の変化状況は、このせん断的外力を繰り返し図１に示した試験片の射出接合物に与える試験と似ていると考え実施したが、試験結果から得られたことは、引張り接合強度が高く出る表面処理法を採用した方が、温度衝撃サイクル試験で良い結果が出ると示唆している。何れにしても本発明には、ＮＭＴ２処理品よりも、ＮＭＴ７処理品の方が高引張り接合強度を持つ故に明らかに好ましい。逆に言えば、本発明はＮＭＴ２でも可能だが、自動車等の移動機械用の実用部品の部材用としては、ＮＭＴ７～ＮＭＴ８処理品を使うことで遥かに安全度が増すことが分かる。

表３の結果は、動的負荷３００回供与で破断しなかった最高値であり、分かり易く言えば、動的負荷を３００回かける前に破断した試料の場合にはその前にかけたせん断的力の値を示している。使用した引張り試験機の引張り強さの設定ソフトが１０ｋｇ単位であった為に概値になったが傾向は明らかである。

［実験例Ｃ］温度衝撃３,０００サイクル試験
［実験例Ｃ１］ＮＭＴ２処理アルミニウム合金の射出接合物で行った温度
衝撃３,０００サイクル試験（２０１２～１３年に行ったものである。結果が本文記載したように本発明の芯になっているのでその詳細をここに記す。）

ＮＭＴ２処理したアルミニウム合金（Ａ５０５２）とＰＰＳ系樹脂「ＳＧＸ１２０」による図１に示した形状物（金属片厚さ１．６ｍｍ）の射出接合物を多数作成し、その半数は３ｍｍ厚ある樹脂部の内の接合面に当たる部分の上部をリュータ―を使用して削り取り、樹脂部厚さが１ｍｍ厚となるようにした。そして同じく半数は３ｍｍ厚ある樹脂部の内の接合面に当たる部分の上部をリュータ―を使用して削り取り、樹脂部厚さが２ｍｍ厚となるようにした。このようにして得た樹脂部厚さ１ｍｍ及び２ｍｍとした２種（図４、図５）を－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験に投入した。

３，０００サイクル試験を終えて破壊し、その接合面状況を観察した。但し、樹脂部を薄くした射出接合物は、図１に示した試験片と同じように図３形状の治具に入れての引張り破断操作が出来ない。何故なら、図３形状の治具を使用して引張り破断する方法は樹脂部を押し出す圧縮型のせん断破断する方法なので樹脂部が薄くなると押し出し力が上手くかからず、実際には治具内で樹脂部が削れて千切れるなどし、綺麗な破断面を出すことが出来ない故である。又、図３形状の治具使用を止めて直接的に引張り破断するとせん断破断は起こらずに樹脂部が千切れる。それ故に結局は、全てニッパーを使用しての手作業でアルミニウム合金部から樹脂を剥がし取る作業となった。ただ、接合力が失われている箇所については金属部に樹脂粉が全く残らず綺麗に剥がれる。それ故、慎重にニッパー作業を行えば接合部と剥がれた部分とが明快に分かる。この結果を図６に示した。

図６に示したように、１ｍｍの肉厚品では全く剥がれは確認できず、２ｍｍ厚品については５個の内の２個が２カ所、１個で１カ所の剥がれが見つかった。この結果から「ＳＧＸ１２０の樹脂部厚さが１．５ｍｍ以下なら温度衝撃３,０００サイクルでも金属部から樹脂成形物が剥がれることはない」と判断した。

［実験例Ｃ２］ＮＭＴ２処理Ａ６０６１アルミニウム合金の射出接合物、及び、新ＮＭＴ処理したＳＰＣＣの射出接合物、の双方につき金属部を強化してその剛性を増やした上で行った温度衝撃３,０００サイクル試験である。（この試験は実験例Ｃ１より更に古く２０１１～１２年に行ったものである）

ＮＭＴ２処理したＡ６０６１アルミニウム合金と「ＳＧＸ１２０」とで図１に示した試験片の射出接合物を作成し、更にその図１に示した試験片のアルミニウム合金側にＮＭＴ２処理した４５ｍｍ×１８ｍｍ×３ｍｍ厚のＡ７０７５アルミニウム合金を１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０（スリーエム株式会社（本社：日本国東京都）製）」を使用して接着した物を多数作り、それを－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃サイクル試験に投入した。要するに、金属側をより厚くして温度変化に対してより忠実に金属部が、線膨張率の通りの伸び縮みをするように計らった試験である。それ故に、温度衝撃試験は、図１に示した形状物を使用した場合より、厳しい結果が出るはずであった。その接合面の結果は図７に示した。

又、新ＮＭＴ処理した厚さ１．６ｍｍのＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）片と「ＳＧＸ１２０」とで図１に示した試験片の射出接合物を作成し、更にその図１に示した試験片の鋼材側に、新ＮＭＴ処理した４５ｍｍ×１８ｍｍ×１．６ｍｍ厚のＳＰＣＣ片を１液性エポキシ接着剤「ＥＷ２０４０」を使用して接着した物を多数作り、それを－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃サイクル試験に投入した。ここも金属側をより厚くして温度変化に対してより忠実に金属部が線膨張率通りの伸び縮みをするように計らった試験である。その結果は図７に示した。

図７で分かるように、Ａ６０６１アルミニウム合金品の方は、１,０００サイクルでは、２か所の角部とこれを繋ぐ１辺部で明確な幅長さは０．５ｍｍ以下であるが剥離線が生じ、２,０００サイクルでは、更に別の２辺で剥離が明確になり、３,０００サイクルではその剥離幅が１ｍｍ近くまで広がったが残された端部側の辺は全く剥離なしであった。又、ＳＰＣＣ品の方は、５００サイクルにて図に示していないが３辺で既に剥がれが生じており、しかも山頂が牛の角のように２か所ある山の形状となった。１,０００サイクルでは角が消えて、丸っこい台形型の山になり剥がれは残りの端部辺にも進んでいた。

２,０００サイクルでは山が痩せ出し、３,０００サイクルでは中心に３ｍｍφの円形があり、その円から１辺にタイトスカートが繋がった形となった。実はこの形が不思議な形状だったので、温度衝撃試験機に残った同試料をそのままにして試験を続けた。その後、サイクル数は３,６００～３,８００の間だったがその残試料を試験機から出して接合面を調べた処、中央部に３ｍｍφの円形を残してその他は全て剥がれ面となっていた。理論的には、温度変化で２材間に本来生じるズレ長さと樹脂材のヤング率の積が接合力と等しくなるまで接合面は収縮してやがて平衡状態になる故に接合面は円形になるはずであり、この推論と完全に一致した。

前記のＮＭＴ２処理Ａ６０６１アルミニウム合金の試験結果について言えば、本文に記したＡ５０５２アルミニウム合金での温度衝撃３,０００サイクル試験での結果よりやや剥がれが速いがその変化の様子はよく似ている。やはり金属材側を厚くして高剛性にした場合には、温度衝撃サイクル試験の結果は悪化して剥がれ拡大速度がやや速くなった。しかしながら本質的な問題は大して変わらなかったと言える。即ち、温度衝撃による伸び縮みでその負担をかけられたのは、明らかに樹脂側であるとの判断は正しい。即ち、図１に示した試験片では樹脂部厚さが３ｍｍだったから剥がれが生じたのであり、問題は樹脂側にあるとの判断は正しい。

又、ＳＰＣＣ使用物の結果は余りにも厳しく、アルミニウム合金での結果との違いに驚く。即ち、ＳＰＣＣとＡ６０６１アルミニウム合金での温度衝撃サイクル試験の結果の差は金属部と樹脂部間の接合力差に依るはずだが、新ＮＭＴ処理されたＳＰＣＣと「ＳＧＸ１２０」との射出接合物の金属と樹脂成形物間のせん断接合強度は３８～３９ＭＰａ、ＮＭＴ２処理されたアルミニウム合金（Ａ６０６１）と「ＳＧＸ１２０」との射出接合物の金属と樹脂成形物間のせん断接合強度は４０～４１ＭＰａであり、前者が低いものの大差ない。それ故に、真の接合力を示すものはせん断接合強度でなく、引張り接合強度であるとの考え方を明示するものだったと言える。

［実験例Ｃ３］図１５形状物を温度衝撃３,０００サイクル試験にかける
ＮＭＴ２処理した３ｍｍ厚の各種アルミニウム合金（Ａ５０５２、Ａ６０６３、Ａ６０６１、Ａ７０７５アルミニウム合金）、及び、ＮＭＴ７処理した３ｍｍ厚の各種アルミニウム合金（Ａ２０２４、Ａ７０７５、Ａ１１００アルミニウム合金）のそれぞれをＰＰＳ系樹脂である「ＳＧＸ１２０」を使用して図１５に示した形状の射出接合物を各３個ずつ作成し、先ず超音波型非破壊検査機にかけて、アルミニウム合金と樹脂成形物の接合面がどうなっているかを検査した。その結果、ウェルド線が明確に確認できた物と、確認できなかった物があった。但し、ウェルド線が確認できた物がどの処理法によるか、又、どのアルミニウム合金で生じたかを明確にすることは出来なかった。

即ち、同種のアルミニウム合金で同じ表面処理をした３個の射出接合物でもウェルドが確認できるのとウェルドが非破壊検査機で出ないものがあり、これが結構多かった。要するに、射出接合操作は何ら途中で条件を変えずにどんどん進めて行ったとしても、人為的ではない原因でウェルドが出たり出なかったりすることはあり得る。本発明者の見方は、２つのピンゲートを使用した図１３形状物の射出接合にては、ガス抜き回路の効きが何時も全く同じとは行かず、又、樹脂自体も常に同量のガスを発しているはずはないので、僅かなその揺らぎや変化により本来はウェルドが発現すべきものが極狭いウェルド線となった故に非破壊検査機の分解能では消えた形になったと判断した。

そこでウェルドあるなし関係なしに３個の内の１個単位で取出して、その全てを一挙に温度衝撃サイクル試験機に投入し、－５０℃／＋１５０℃の温度衝撃３,０００サイクル試験にかけた。試験後に非破壊検査機にて検査した結果、全てでウェルド線の発生が確認された。又、ＮＭＴ２処理品とＮＭＴ７処理品での違いは不明確であり、具体的に言えば、全試験体にてウェルド線長さが当初より長くなりと線幅も当初より太っていたが、ウェルド線の線長さは最長でも２０ｍｍ以下、線幅は１ｍｍ以下で、実質的な影響は全くないものだった。

Claims (5)

1. １万倍以上の電子顕微鏡写真で観察される金属結晶粒界線が凹部の境界となった０．５～５．０μｍ周期の凹凸面形状が確認され、更に、１０万倍の電子顕微鏡写真で観察される２０～１００ｎｍ径の超微細凹部で全面が覆われている超微細凹凸面を有し、且つ、
   アミン系分子が化学吸着しているアルミニウム合金材と、
   ポリフェニレンサルファイドを主成分、変性ポリオレフィン系樹脂を従成分、更に相溶化材的高分子を第３成分として含む樹脂分を有し、且つ、ガラス繊維を樹脂組成物分の１０～２５％、及び炭素繊維を０～１０％含むＰＰＳ系樹脂組成物からなる樹脂形状物と
   が直接的に接合したアルミニウム合金と樹脂の複合体であって、
   前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が接合した前記樹脂形状物は、
   前記接合部の中心部を成す樹脂成形物中心部、
   前記樹脂成形物の樹脂中心部を囲み、前記樹脂中心部より肉厚が薄くなる樹脂中間部、及び、
   前記樹脂成形物中心部及び前記樹脂中間部の全周囲を実質的に囲む、肉厚が０．５～１．５ｍｍで、幅５ｍｍ以上ある樹脂薄肉部
   とからなることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。
2. 千倍電子顕微鏡観察で１０～１００μｍ周期の大周期の凹凸のある粗面形状があり、且つ、１万倍電子顕微鏡観察で金属結晶粒界が低部の堺となっていることが分かる０．５～５μｍ周期の凹凸面形状があり、更に、１０万倍電子顕微鏡観察で分かる１０～１００ｎｍ外径の凹部、又は陽極酸化処理による孔部が密着して全面を覆っている形の超微細凹凸面があるアルミニウム合金材と、
   ポリフェニレンサルファイドを主成分、変性ポリオレフィン系樹脂を従成分、更に相溶化材的高分子を第３成分として含む樹脂分を有し、且つ、ガラス繊維を樹脂組成物分の１０～２５％、及び炭素繊維を０～１０％含むＰＰＳ系樹脂組成物からなる樹脂形状物と
   が直接的に接合したアルミニウム合金と樹脂の複合体であって、
   前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が接合した前記樹脂形状物は、
   前記接合部の中心部を成す樹脂成形物中心部、
   前記樹脂成形物の樹脂中心部を囲み、前記樹脂中心部より肉厚が薄くなる樹脂中間部、及び、
   前記樹脂成形物中心部及び前記樹脂中間部の全周囲を実質的に囲む、肉厚が０．５～１．５ｍｍで、幅５ｍｍ以上ある樹脂薄肉部
   とからなることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。
3. 請求項１又は２に記載のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体において、
   前記樹脂中間部は、肉厚が１．０～３．０ｍｍである
   ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。
4. 請求項１又は２に記載のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体において、
   樹脂成形物中心部は、前記アルミニウム合金材と前記樹脂形状物が直接接合した面積が０．５ｃｍ^２以上である
   ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。
5. 請求項１又は２に記載のアルミニウム合金と樹脂の一体化複合体において、
   前記アルミニウム合金形状物と前記樹脂形状物が直接接合した部分は、平面又は曲面である
   ことを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。

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