JPWO2009031632A1 - 金属樹脂複合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
而して、各種金属合金の表面処理に用いられている一般的なエッチングを行ったからといって金属と樹脂の接合力は必ずしも向上せず、また、陽極酸化等の方法によって表面積を増大させたからといって金属と樹脂の接合力は必ずしも向上しないという結論に達した。
第1条件は、化学エッチング手法によって1〜10μmの周期の凹凸でその凹凸高低差がその周期の半分程度まで、即ち0.5〜5μmまでの粗い粗面になっていることである。ただ実際には前記粗面で全表面を覆うことはバラツキのある化学反応では難しく、具体的には、粗度計で見た場合に0.2〜20μm範囲の不定期な周期の凹凸でかつその最大高低差が0.2〜5μmの範囲である粗度曲線が描けること、または、最新型の走査型プローブ顕微鏡で走査解析してJIS規格(JISB0601:2001)でいう平均周期、すなわち山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μm、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmである粗度面であれば、前記で示した粗度条件を実質的に満たすものと考えられる。理想とする粗面の凹凸周期は前記のように1〜10μmであるので、これを「ミクロンオーダーの粗度ある表面」と称する。
これらを使用して一般の射出成形機、射出成形金型で射出接合できるが、この過程を「新NMT」理論に従って説明する。
このような状況において、金属合金と樹脂とを一体化接合する際に、「NMT」理論や「新NMT」理論による接続特性をもとにし、さらに実際の装置の製作において精度を要する金型の製作というような煩雑な過程を含まない簡易で実用的な接合方法が望まれるという課題があった。本発明はインサート成形用の精密な金型を製作することなく、樹脂成形品と金属合金形状品を別工程で製造し、それらを接着剤不使用で接合することの可能な接合方法を提供することを目的とするものである。
すなわち、本発明に係る金属樹脂複合体の製造方法は、硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、金属合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に5〜500nmの周期の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層とする表面処理工程と、前記表面処理工程を経た金属合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、前記融点より高い温度に加熱された状態の金属合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程とを含むことを特徴とする。
〔A〕本発明による金属樹脂複合体の製造方法の概要
「新NMT」理論による金属合金と樹脂との接合方法として、金型内にインサートされた金属合金部品に対し金型内に溶融樹脂を射出し成形することにより金属合金部品と樹脂部品とが一体化された金属樹脂複合体を形成する射出接合法がまず実現されていたのであるが、本発明における接合方法は、「新NMT」理論によりつつも、精度を要する金型製作を必要としない金属合金部品と樹脂部品との接合方法として、「新NMT」理論に従って表面処理した金属合金部品を形成し、一方、「新NMT」理論による過程において使用する射出接合能を改善したPBT、PPS系樹脂等だけでなく通常のPBT、PPSで射出成形した樹脂部品を別途用意し、これらの樹脂の融点は既知のものとして、金属合金部品をホットプレートや熱風乾燥機を使用して樹脂部品をなす樹脂の融点より若干高温にした上で、この高温にした金属部品の所定の箇所に樹脂部品を押し付けることにより接合を行うものである。
(1)金属合金部品
a)金属合金部品の条件
本発明でいう金属合金部品、すなわち「新NMT」で使用する金属合金種には理論上で特に制限がない。全金属種としても良いのだが、実際に意味を有しているのは硬質で実用的な金属種、合金種である。即ち、水銀は当然ながら液状だから本発明に関係しないが鉛など軟質金属種も本発明者の考える金属種からは除外されている。当然だが、化学的には存在するが大気中で活発に反応するアルカリ金属種、アルカリ土類金属種(マグネシウムを除いて)も基本的には除外の対象である。本発明者らは、実質的に「新NMT」が役立つ金属合金種として、マグネシウム、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼、鉄等やこれらを主成分とする合金種を考えている。それゆえ、以下はこれらについて説明する。しかしあくまでも「新NMT」理論は金属種を限定していないし、さらに言えば金属であること自体も限定していない。
化学エッチングは、金属合金表面にミクロンオーダーの粗度を形成することを主な目的とする(前述した(1)の条件)。腐食には全面腐食、孔食、疲労腐食など種類があるが、その金属合金に対して全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。例えば「化学工学便覧(化学工学協会編集)」では、アルミニウム合金は塩基性水溶液、マグネシウム合金は酸性水溶液、ステンレス鋼や一般鋼材全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、これらの塩、等の水溶液で全面腐食すると記載されている。また、耐食性の強い銅合金は、強酸性とした過酸化水素などの酸化剤によって全面腐食させられるし、チタン合金は蓚酸や弗化水素酸系の特殊な酸で全面腐食させられることが専門書や特許文献では散見される。
それゆえ、耐食性に優れた合金では、前記したような文献にあるものから選択した酸塩基類や特定の化学物質を使っても目標とする化学エッチングができない場合もよくある。要するに、前記した酸塩基類、特定化学薬品の使用は基本であって、実際には使用する酸塩基水溶液の濃度、液温度、浸漬時間、場合によっては添加物を工夫しつつ試行錯誤して適正な化学エッチングを行うことになる。
微細エッチングは、金属合金表面に超微細凹凸を形成することを主な目的とする(前述した(2)の条件)。また、表面硬化処理は、その金属合金表面をなす表層部分を、金属酸化物又は金属リン酸化物等の薄層、即ち硬質のセラミック質とすることを主な目的とする(前述した(3)の条件)。金属合金種によっては、前記の化学エッチングを行っただけで、併せてナノオーダーの微細エッチングもなされている場合がある。即ち、化学エッチングを施すことによって前述した(1)及び(2)の条件を具備する金属合金種がある。さらに、その金属合金種の中には化学エッチングによって、表面の自然酸化層が元よりも厚くなって表面硬化処理も併せて行われる金属合金種もある。この場合、化学エッチングのみを施すことで、前述した(1)〜(3)の条件を具備することになる。例えば、純チタン系のチタン合金は化学エッチングのみを施すことで、微細エッチングと表面硬化処理が完了している場合がある。
アルミニウム合金においては、化学エッチングは必須の処理ではない。しかしながら、化学エッチングを行うことで熱可塑性樹脂組成物との接合に効果がある。特に1000番系アルミニウム合金(純アルミニウム合金系)以外のアルミニウム合金では有効である。アルミニウム合金表面に、次の微細エッチング工程での効果が十分出るように予め加工するのがこの化学エッチング工程の目的であり、所謂、必須工程の前処理にあたる。アルミニウム合金をまず塩基性水溶液に浸漬し、その後にアルミニウム合金を水洗する。塩基性水溶液に使う塩基としては、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)等の水酸化アルカリ金属類の水酸化物、又はこれらが含まれた安価な材料であるソーダ灰(Na2CO3、無水炭酸ナトリウム)、アンモニア等が使用できる。また、水酸化アルカリ土類金属(Ca,Sr,Ba,Ra)類も使用できるが、実用上は安価で効能のよい前者の群から選べばよい。水酸化ナトリウム使用の場合は0.1〜数%濃度の水溶液、ソーダ灰使用の場合も0.1〜数%が好ましく、浸漬時間は常温かやや高い温度、例えば20〜50℃で数十秒〜数分浸漬し、アルミニウム合金の表面を溶かして更新する役目を行う。塩基性水溶液に浸漬することにより、アルミニウム合金の表面は水素を放ちつつアルミン酸イオンになって溶解しアルミニウム合金表面は削られて新しい面が出る。この浸漬処理後、水洗する。
マグネシウム合金は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を除くのが好ましい。具体的には、市販のマグネシウム用脱脂材を薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意しこれに浸漬し水洗するのが好ましい。通常の市販品では、濃度5〜10%として液温を50〜80℃とし5〜10分浸漬する。
AZ31Bの表面処理を行った。詳細には、AZ31Bを、市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社(日本国東京都)製)」の水溶液(温度65℃、濃度7.5%)に5分浸漬した後、水洗し、次いで、温度40℃とした1%濃度の水和クエン酸水溶液に4分浸漬した後、水洗した。次いで、温度30℃で市販アルミニウム合金用の脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%濃度を溶かした懸濁液9リットルを用意し、ドライアイス総量500gをゆっくり投入して炭酸ガスを吸収させた。この液を浸漬槽に移し65℃に昇温して用意しておいた。ここへ先ほどのAZ31Bを5分浸漬し、水洗した。次に、温度65℃とした15%濃度の苛性ソーダ水溶液に5分浸漬した後、水洗し、次いで、過マンガン酸カリを3%、酢酸を1%、水和酢酸ナトリウムを0.5%含む、温度45℃とした水溶液に1.5分間浸漬し、この後に15秒水洗し、更に温度90℃にした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。このときの表面は、5〜20nm径で20〜200nm長さの棒状物が無数に錯綜した形で表面を覆っている、超微細凹凸形状が観察された。
また、条件を異ならせてAZ31Bの表面処理を行った。詳細には、第1の槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤である「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」を水とともに投入して65℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記のAZ31Bマグネシウム合金板材を5分間浸漬しよく水洗した。続いて別の第2の槽に40℃とした1%濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記のAZ31Bマグネシウム合金板材を6分間浸漬してよく水洗した。次いで別の第3の槽に65℃とした1%濃度の炭酸ナトリウムと1%濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を用意し、前記のAZ31Bマグネシウム合金板材を5分間浸漬してよく水洗した。続いて別の第4の槽に65℃とした15%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記のAZ31Bマグネシウム合金板材を5分間浸漬し水洗した。次いで別の第5の槽に40℃とした0.25%濃度の水和クエン酸水溶液に1分間浸漬して水洗した。次いで45℃とした過マンガン酸カリを2%、酢酸を1%、水和酢酸ナトリウムを0.5%含む水溶液に1分間浸漬し、15秒水洗し、90℃にした温風乾燥機に15分間入れて乾燥した。乾燥後、AZ31Bマグネシウム合金板材を電子顕微鏡観察したところ、5〜20nm径で10〜30nmの長さの棒状突起を表面に有する直径80〜120nmの球状物が積み重なった形の超微細凹凸形状で覆われていることが判明した。棒状の突起が直径100nm前後の球状物から生えたような形態となっており、これが不規則に積み重なって超微細凹凸を構成している。又、別の1個のAZ31Bマグネシウム合金板材を走査型プローブ顕微鏡で走査して粗度観測を行ったところ、JISによる山谷平均間隔、即ち凹凸周期の平均値(RSm)が2〜3μmで、最大粗さ高さ(Rz)が1〜1.5μmであった。
さらに、同様に条件を異ならせてAZ91Dの表面処理を行った。詳細には、AZ91Dを、市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」の水溶液(温度65℃、濃度7.5%)に5分浸漬した後、水洗し、次いで、温度40℃とした1%濃度のマロン酸水溶液に2分浸漬した後、水洗し、次いで、1%濃度の炭酸ナトリウムと1%濃度の炭酸水素ナトリウムの両方を含む、温度65℃とした水溶液に5分浸漬した後、水洗した。次に、温度65℃とした15%濃度の苛性ソーダ水溶液に5分浸漬した後、水洗し、次いで、温度40℃とした0.25%濃度の水和クエン酸の水溶液に1分浸漬した後、水洗し、次いで、過マンガン酸カリを2%、酢酸を1%、水和酢酸ナトリウムを0.5%含む、温度45℃とした水溶液に1分浸漬した後、15秒水洗し、更に温度90℃にした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。このときの表面は、直径20〜40nmの粒径物や不定多角形状物が積み重なった形状、言わば、溶岩台地の斜面のデコボコな地面のような超微細凹凸形状で、ほぼ全面が覆われていることが分かった。又、走査型プローブ顕微鏡で走査して表面粗さの測定を行ったところ、日本工業規格(JIS)、及び国際標準機構(ISO)で定義する、表面粗さ平均長さ(RSm)が4.5μm、最大高さ粗さ(Rz)が1.8μmであった。要するに、5〜20nm直径の棒状物が認められない場合には、このような溶岩台地の表面のような形状になることが多く、組成的にはアルミニウム含量の多い場合である。
銅合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂をその表面から除去するのが好ましい。具体的には、市販の銅合金用脱脂材を薬剤メーカーの指定通りの濃度で水に投入して水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましいが、市販の鉄用、ステンレス用、アルミ用等の脱脂剤、更には工業用、一般家庭用の中性洗剤を溶解した水溶液も使用できる。具体的には、市販脱脂剤や中性洗剤を数%〜5%濃度で水に溶解し、50〜70℃とし5〜10分浸漬し水洗するのが好ましい。
上記表面処理を施した銅合金(C1100タフピッチ)表面を電子顕微鏡で観察した。詳細には、C1100タフピッチ銅板材を、市販のアルミ合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」水溶液(温度60℃、濃度7.5%)に5分浸漬した後、水洗し、次いで、40℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液に1分浸漬した後、水洗し、予備塩基洗浄した。次いで、銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社(日本国)製)」を20%、及び30%過酸化水素を20%含む水溶液を、エッチング液として用意し、25℃にしたこのエッチング液に、前述の処理をした銅合金を10分浸漬した後、これを水洗した。次に、別の槽に苛性ソーダを10%、亜塩素酸ナトリウムを5%含む水溶液を酸化用水溶液として用意し、65℃としてから前述した銅合金を1分浸漬してよく水洗した。次に、再び先ほどのエッチング用水溶液に1分浸漬した後に水洗し、再度、酸化用水溶液に1分浸漬し水洗した。これを90℃とした温風乾燥機に、15分入れて乾燥した。その表面を走査型プローブ顕微鏡を使用して粗度を測定したところ、JISで言う山谷平均間隔(RSm)は3.6μm、最大粗さ高さ(Rz)は3.5μmであった。実際の粗度実測曲線は、細かい山谷の高低差は0.1μmもないなだらかなものであり、その一方で大きな谷が5〜10μm周期で存在する表面形状であった。この大きな割れ目は結晶粒界の跡のようにみられた。この走査型顕微鏡での走査解析で得たRSm値(粗さ曲線の平均長さ)は実態を表しておらず、真のRSmは6〜10μmの間の数値であることが予想できる。その一方、最大粗さ高さRzは、正しい実測値を示していた。それ故、旧来の粗さ計で再度測定したところ、長さ500μm測定でのRSmは8.1μmと出た。同じ物を1万倍と10万倍の電子顕微鏡観察したところ、多数の開口部(凹部)がある比較的なだらかな丘形状が観察される。この開口部は、円形の直径、又は楕円状の長径、短径の平均が10〜150nmであり、その開口部の存在周期は30〜300nmである。この開口部が超微細凹凸に当たる。
また、C1020無酸素銅板材の表面処理を行った。詳細には、C1020無酸素銅板材を、市販のアルミ合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」水溶液(温度60℃、濃度7.5%)に5分浸漬した後、水洗し、次いで、25℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液に1分浸漬した後、水洗し、予備塩基洗浄した。次いで、銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を20%含む水溶液をエッチング液として用意し、これに前述した銅合金を15分浸漬し、水洗した。次いで、別の槽に苛性ソーダを10%、亜塩素酸ナトリウムを5%含む水溶液を酸化用水溶液として用意し、65℃としてから前記の銅合金を1分浸漬してよく水洗した。次に、再び先ほどのエッチング用水溶液に1分浸漬して水洗し、再度、酸化用水溶液に1分浸漬し水洗した。これを90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。その表面を電子顕微鏡観察した結果、凹部よりも凸部が目立ち、直径が10〜200nmの粒状の凸部が混ざり合って全面に存在する超微細凹凸形状であった。又、走査型プローブ顕微鏡で測った粗度に関する数値、即ちJISで言う山谷平均間隔(RSm)は1.0μm、最大粗さ高さ(Rz)は0.38μmであった。ただし、この数値は実態を表していなかった。即ち、プローブ顕微鏡による粗度曲線図では、Rzの値は図中にある約10μm周期の大きくなだらかな谷の為す深さを示しており、一方の山谷平均間隔のRSmは細かい周期も拾った中途半端な数字であった。大きくなだらかな谷で区切られた周期を求めれば7〜13μmというところである。これも旧来の粗度計で図り直してRSmを計算したところ10μmであり、Rzは0.4μmであった。
また、JISリン青銅2種(C5191)板材の表面処理をおこなった。詳細には、C5191板材を、市販のアルミ合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」水溶液(温度60℃、濃度7.5%)に5分浸漬した後、水洗し、次いで、25℃とした銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液をエッチング液として用意し、これに前述した銅合金を15分浸漬し、水洗した。次いで別の槽に苛性ソーダを10%、亜塩素酸ナトリウムを5%含む水溶液を酸化用水溶液として用意し、65℃としてから前記の銅合金を1分浸漬してよく水洗した。次に、再び先ほどのエッチング液に1分浸漬し水洗した。次いで先ほどの酸化用水溶液に1分浸漬し、よく水洗した。次いで90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。その表面を、電子顕微鏡で観察したところ、直径10〜150nmの粒径物又は不定多角形状物が連なり一部融け合って積み重なった形状の超微細凹凸形状でほぼ全面が覆われていた。
チタン合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を取り除くのが好ましい。特殊なものは必要でなく、具体的には、市販の鉄用脱脂剤、ステンレス用脱脂剤、アルミニウム合金用脱脂材、マグネシウム合金用脱脂剤等の一般的な脱脂剤を、その薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましい。更には、市販されている工業用中性洗剤で、数%濃度の水溶液を作成し、この温度を60℃前後にして浸漬した後、これを水洗するのも好ましい。次に、塩基性水溶液に浸漬して水洗し、予備塩基洗浄することが好ましい。
市販の純チタン型チタン合金JIS1種である「KS40(株式会社 神戸製鋼所(日本国)製)」1mm厚板材を入手し、切断して45mm×18mmの長方形片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤である「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記チタン合金板材であるKS40を5分間浸漬して脱脂し、よく水洗した。続いて別の槽に60℃とした1水素2弗化アンモニウムを40%含む万能エッチング材である「KA−3(株式会社 金属化工技術研究所(日本国東京都)製)」を2%含む水溶液を用意し、これに前記のKS40を3分間浸漬しイオン交換水でよく水洗した。次いで3%濃度の硝酸水溶液に1分間浸漬し水洗した。90℃とした温風乾燥機に15分間入れて乾燥した。乾燥後、このうち1個のKS40を切断して、電子顕微鏡、及び走査型プローブ顕微鏡による観察を行った。電子顕微鏡での観察から、その表面は、高さ及び幅が10〜350nm、長さが10nm以上の山状又は連山(山脈)状凸部が10〜350nm周期で、全表面に存在する非常に特異な超微細凹凸形状が示された。又、走査型プローブ顕微鏡の観察で、表面は山谷平均間隔(RSm)が3〜4μmで、最高粗さ高さ(Rz)が1〜2μmであり、個々の凹凸の高低差は0.5〜1.5μmが大部分であった。又、XPSによる分析から表面には酸素とチタンが大量に観察され、又少量の炭素が観察された。これらから表層は酸化チタンが主成分であることが判明し、しかも暗色であることから3価のチタンの酸化物と推定された。
市販のα−β型チタン合金である「KSTi−9(株式会社 神戸製鋼所製)」の1mm厚の板材を切断して45mm×18mmの長方形片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤である「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記のKSTi−9を5分間浸漬して脱脂し、よく水洗した。次いで別の槽に40℃とした苛性ソーダ1.5%濃度の水溶液を用意し、1分間浸漬して水洗した。次いで別の槽に、市販汎用エッチング試薬である「KA−3(株式会社 金属化工技術研究所製)」を2重量%溶解した水溶液を60℃にして用意し、これに前記のKSTi−9を3分間浸漬しイオン交換水でよく水洗した。黒色のスマットが付着していたので40℃とした3%濃度の硝酸水溶液に3分間浸漬し、次いで超音波を効かしたイオン交換水に5分間浸漬してスマットを落とし、再び3%硝酸水溶液に0.5分間浸漬し水洗した。次いで90℃とした温風乾燥機に15分間入れて乾燥した。処理されたKSTi−9に金属光沢はなく暗褐色であった。乾燥後、このうち1個のKSTi−9を、電子顕微鏡及び走査型プローブ顕微鏡で観察した。ここには、10μm角の面積内にチタン合金らしい超微細凹凸がない綺麗な山か丘の斜面状部分(ドーム状部分)も観察されるが、植物の枯葉のような形状の特異な形状が観察された。しかしながら、この表面が円滑なドーム状部分は別として、枯葉形状部は薄くて湾曲しており、ナノオーダーであるから超微細凹凸として機能する。又、XPSによる分析から表面は、チタンとアルミニウムを含む金属酸化物薄層であることが分かった。
各種ステンレス鋼は、耐食性を向上すべく開発されたものであるから耐薬品性は明確に記録されている。腐食には全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類があるが全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。文献の記録(例えば「化学工学便覧」、第6版、化学工学会編、丸善 (1999))によれば、ステンレス鋼全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、ハロゲン化金属塩等の水溶液で、全面腐食するとの記録がある。多くの薬剤に耐食性があるステンレス鋼の残された弱点は、ハロゲン化物に腐食されることであるが、炭素含有量を減らしたステンレス鋼、モリブデンを添加したステンレス鋼等ではその弱点が小さくなっている。
市販の1mm厚のステンレス鋼SUS304板材を入手し、切断して45mm×18mmの長方形片を多数作成した。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤である「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記のステンレス鋼SUS304板材を5分間浸漬して脱脂し、よく水洗した。続いて別の槽に60℃とした98%硫酸を10%含む水溶液を用意し、これに前記のステンレス鋼SUS304板材を5分間浸漬しイオン交換水でよく水洗した。次いで40℃とした5%濃度の過酸化水素水溶液に5分間浸漬して水洗した。90℃とした温風乾燥機に15分間入れて乾燥した。乾燥後、このうち1個のステンレス鋼SUS304板材を切断して、電子顕微鏡、及び走査型プローブ顕微鏡による観察を行った。電子顕微鏡観察から、表面は直径20〜70nmの粒径物や不定多角形状物が積み重なった形状、言わば溶岩台地斜面ガラ場状、の超微細凹凸形状で覆われており、且つその被覆率は約90%であった。同時に走査型プローブ顕微鏡の走査解析で、表面は山谷間隔が2〜6μmで、山谷平均間隔(RSm)が4μm前後であった。又、その高低差は0.2〜1μmであった。更に別の1個のステンレス鋼SUS304板材をXPS分析にかけた。XPSでは表面の約1nm深さより浅い部分の元素情報が得られる。このXPS分析から表面には酸素と鉄が大量に、又、少量のニッケル、クロム、炭素、ごく少量のモリブデン、珪素が観察された。これらから表層は金属酸化物が主成分であることが判明した。この分析パターンはエッチング前のステンレス鋼SUS304と殆ど同じであった。
鉄鋼材料の腐食には、全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類が知られているが、全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。各種文献の記録(例えば、「化学工学便覧(化学工学協会編集)」)によれば、鉄鋼材全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、これらの塩、等の水溶液で全面腐食するとの記載がある。炭素、クロム、バナジウム、モリブデン、その他の少量添加物の添加量次第で、その腐食速度や腐食形態は変化するが、基本的には前述した水溶液で全面腐食を起こす。従って、基本的には鉄鋼材料の種類によって、その浸漬条件を変化させればよい。
前述した化学エッチングの後に水洗して乾燥し、電子顕微鏡写真で観察すると、高さ及び奥行きが50〜500nmで、幅が数百〜数千nmの階段が無限段に続いた形状の超微細凹凸形状でほぼ全面が覆われていることが多い。具体的には、前記の化学エッチング工程で硫酸水溶液を適当な条件で使用したとき、大きなうねりに相当する凹凸面が得られると同時に、微細で不思議な階段状の超微細凹凸形状を有する表面も同時に形成されることが多い。このようにミクロンオーダーの粗度と、超微細凹凸形状の作成が一挙に為される場合、前記エッチング後の水洗は特に十分行ってから水を切り、温度90〜100℃以上の高温で急速乾燥させたものは、そのまま本発明の被着材として使用できる。表面に変色した錆は出ず、綺麗な自然酸化層となる。
前述の化学エッチングの後で水洗し、引き続いてアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬し、水洗し、乾燥する。アンモニア等の広義のアミン系物質は、前記エッチング工程後の鋼材に残存することが分かっている。正確に言えば、乾燥後の鋼材をXPSで分析すると窒素原子が確認される。それ故に、アンモニアやヒドラジンを含む広義のアミン類が、鋼材表面に化学吸着しているものだと理解したが、10万倍電子顕微鏡観察の結果で言えば、表面に薄い膜状の異物質が付着しているように見えるので、鉄のアミン系錯体が生じているのかもしれない。
前述した化学エッチングの後で水洗し、引き続いてクロム、マンガン、亜鉛等を含む酸や塩の水溶液に浸漬して水洗することで、鋼材表面がクロム、マンガン、亜鉛等の金属酸化物や金属リン酸化物で覆われて耐食性が向上することが知られている。これは、鉄合金、鋼材の耐食性向上の方法としてよく知られている方法であり、この方法も利用できる。ただ、真の目的は、実用上で完全と言えるような耐食性の確保ではなく、接着工程までに少なくとも支障を生じることがなく、接着後も一体化物に対してそれなりの耐食処理、例えば塗装等をしておけば、接着部分に経時的な支障を生じ難いレベルにすることである。要するに、化成皮膜を厚くした場合には、耐食性の観点からは好ましいだろうが、接合力で言えば好ましくないのである。化成皮膜は必要であるが、厚過ぎると接合力は逆に弱くなる、というのが本発明者等の見解である。
SPHC(熱間圧延鋼)板材を、アルミニューム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」水溶液(温度60℃、濃度7.5%)に5分間浸漬して公共の水道水(日本国群馬県太田市)で水洗した。 次いで、別の槽に40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分間浸漬し水洗した。次いで65℃とした98%硫酸を10%含む水溶液を用意し、これに前記鉄鋼材を5分浸漬し、水洗した。次いで25℃とした1%濃度のアンモニア水に1分間浸漬して水洗した。次いで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%濃度の水和酢酸ナトリウムを含む水溶液に1分浸漬してよく水洗した。90℃にした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。その表面を、電子顕微鏡及び走査型プローブ顕微鏡で観察した。高さが80〜150nm、奥行きが80〜500nmで、幅が数百〜数千nmの階段が無限に続いた形状の超微細凹凸形状でほぼ全面がなっており、表面は酸化マンガンの薄皮で覆われていることが分かった。一方、走査型プローブ顕微鏡による走査解析結果から、平均長さRSmが3〜4μm、最大高さ粗さRzが2〜3μm程度の粗度曲線が観察された。
SAPH(自動車用熱間圧延鋼)440板材を、SPHC板材に代えて使用した他は、上記鉄鋼材の表面処理例1と全く同様に実験を行った。鋼板片の電子顕微鏡写真から、SAPH440では、階段状の周期がSPHC、SPCCなどよりずっと細かく、高さ50〜100nm、奥行きが80〜200nmで、幅が数百〜数千nmの階段が無限に続いた形状の超微細凹凸形状が元にあり、これが酸化マンガンの薄皮で覆われている様子が観察された。一方、走査型プローブ顕微鏡による走査解析結果から、平均長さRSmが1.8〜3.4μm、最大高さ粗さRzが2.5〜3.0μm程度の粗度曲線が観察された。
a)樹脂組成物
本発明における樹脂組成物として、硬質の高結晶性熱可塑性樹脂が使用できる。具体的にはポリブチレンテレフタレート樹脂(以下、「PBT」という。)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下、「PPS」という。)、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(以下、「PEEK」という。)、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル、等である。「NMT」理論、「新NMT」理論にて開発された、急冷時の結晶化速度を遅くできたとみられるPPS、PBT、芳香族ポリアミド系の樹脂組成物、すなわち後述する改良樹脂組成物も使用に好ましいが、単純なPPS等、すなわち、ガラス繊維などの充填材のみを含むPPS、PBT、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー類等が十分使用できる。
前記のPBT、PPS、ポリアミド樹脂、PEEK、液晶ポリマー、ポリエーテルニトリル、等を主成分とする樹脂組成物を使用して樹脂成形部品を形成する。成形法は特に限られるものでなく射出成形機を使用した通常の射出成形法で十分である。射出成形においても、射出温度、射出圧力、金型温度、その他の射出成形条件にて特段注意すべきこともない。
図2は、このボスを作製したときの射出成形金型の要部(ボス底部が水平でない金型形状)を示したものである。
本発明における圧融着実験に使用する金属合金部品は(1)金属合金部品において説明した方法で形成されるものであり、本発明で使用した金属合金部品の板片の形状を図3に示す。板片の寸法例は、s=60mm、t=40mmとなる。このうち「NMT理論」によるアルミニウム合金部品はアルミ箔のような揮発ガスを発生しない包材で包んで保管し、「新NMT」理論による金属合金部品は湿気を遮断できるポリエチレン袋等で包んで保管する。これらの包材を解いて金属合金部品を取り出し、使用する樹脂成形品をなす熱可塑性樹脂の溶融温度より5〜10℃(好ましくは10℃以上)高く加熱したホットプレートの上に載せ1分〜10分加熱するのが好ましい。加熱した金属合金部品をホットプレート等の加熱場所から外し、ベークライト板やゴム板などの断熱性に優れた材料製の受け治具上に移し、時間をおかずに樹脂成形品を押し付けるのが好ましい。
以下、本発明の実施例について説明する。実施例での測定等に使用した機器類は以下に示したものである。
<X線表面観察(XPS観察)>
数μm径の表面を深さ1〜2nmまでの範囲で構成元素を観察する形式のESCA「AXIS−Nova(クレイトス アナリティカル リミテッド(英国)/株式会社 島津製作所(日本国京都府)製)」を使用した。
<電子線表面観察(EPMA観察)>
数μm径の表面を深さ数μmまでの範囲で構成元素を観察する形式の電子線マイクロアナライザー「EPMA1600(株式会社 島津製作所製)」を使用した。
<電子顕微鏡観察>
SEM型の電子顕微鏡「JSM−6700F(日本電子株式会社(日本国東京都)製)」を使用し1〜2KVにて観察した。
<走査型プローブ顕微鏡観察>
「SPM−9600(株式会社 島津製作所製)」を使用した。
<複合体の接合強度の測定>
引っ張り試験機「モデル1323(アイコーエンジニアリング株式会社(日本国大阪府)製)」を使用し、引っ張り速度10mm/分で引き抜き破断力を測定した。
以下では、金属部品の表面処理、樹脂成形部品、圧融着試験に分けてそれぞれの実験例について説明する。
[実験例1](アルミニウム合金の表面処理)
市販の1.6mm厚A5052板材を入手し、切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を水に投入して60℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記アルミニウム合金板材を7分浸漬し十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を1分浸漬して十分に水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、先ほどの合金板材を2分浸漬して十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした3%濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記合金板材を1分浸漬し水洗した。
市販の3mm厚A7075板材を入手し、切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を水に投入して60℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記アルミニウム合金板材を7分浸漬し十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の塩酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を1分浸漬して十分に水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、先ほどの合金板材を4分浸漬して十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした3%濃度の硝酸水溶液を用意し、これに前記合金板材を1分浸漬し水洗した。
市販の1mm厚AZ31B板材を入手し、切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」を水に投入して65℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を5分浸漬し十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度の水和クエン酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を6分浸漬して十分に水洗した。次いで別の槽に65℃とした1%濃度の炭酸ナトリウムと1%濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を用意し、先ほどの合金板材を5分浸漬して十分に水洗した。続いて別の槽に65℃とした15%濃度の苛性ソーダ水溶液を用意し、これに前記合金板材を5分浸漬し水洗した。
鋳造用マグネシウム合金AZ91Dのダイカスト品から機械加工で1mm×45mm×18mmの多数の長方形板状片を削り出した。槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」を水に投入して65℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を5分浸漬し十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした1%濃度のマロン酸水溶液を用意し、これに前記の合金板材を2.25分浸漬して十分に水洗した。次いで別の槽に65℃とした1%濃度の炭酸ナトリウムと1%濃度の炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を用意し、先ほどの合金板材を5分浸漬して十分に水洗した。
市販の1mm厚の純銅系銅合金であるタフピッチ銅(C1100)板材を入手し、切断して多数の45mm×18mmの長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%含む水溶液を60℃として5分浸漬して水洗し、次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分浸漬して水洗し予備塩基洗浄した。次いで25℃とした銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液を用意し、これに前記銅合金片を10分浸漬し水洗した。
市販の0.8mm厚のリン青銅(C5191)板材を購入し18mm×45mmの長方形片に切断し、金属板1である銅合金片とした。槽に市販のアルミ合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。ここへ前記銅合金板材を5分浸漬して脱脂し、よく水洗した。続いて別の槽に25℃とした銅合金用エッチング材「CB−5002(メック株式会社製)」を20%、30%過酸化水素を18%含む水溶液を用意し、これに前記銅合金片を15分浸漬し水洗した。
市販の0.7mm厚の鉄含有銅合金「KFC(株式会社 神戸製鋼所製)」板材を入手し、切断して多数の45mm×18mmの長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%含む水溶液を60℃として5分浸漬して水洗し、次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分浸漬して水洗し予備塩基洗浄した。
市販の0.5mm厚の特殊銅合金「KLF5(株式会社 神戸製鋼所製)」板材を入手し、切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%含む水溶液を60℃として5分浸漬して水洗し、次いで40℃とした1.5%濃度の苛性ソーダ水溶液に1分浸漬して水洗し予備塩基洗浄した。
市販の純チタン型チタン合金JIS1種「KS40(株式会社 神戸製鋼所製)」1mm厚板材を入手し、切断して45mm×18mmの長方形片多数とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記チタン合金板材を5分浸漬して脱脂し、十分に水洗した。
市販のα−β型チタン合金「KSTI−9(株式会社 神戸製鋼所製)」の1mm厚板材を切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記チタン合金板材を5分浸漬して脱脂してよく水洗した。
市販のステンレス鋼SUS304の1mm厚板材を入手し、切断して45mm×18mmの多数の長方形片とした。槽に市販のアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」を7.5%含む水溶液を60℃として脱脂用水溶液とした。前記水溶液に前記ステンレス鋼板材を5分浸漬して脱脂してよく水洗した。続いて別の槽に60℃とした98%硫酸を10%含む水溶液を用意し、これに前記ステンレス鋼片を5分浸漬しイオン交換水でよく水洗した。次いで40℃とした5%濃度の過酸化水素水溶液に5分浸漬して水洗した。90℃とした温風乾燥機に15分入れて乾燥した。乾燥後、アルミ箔で前記ステンレス鋼板材をまとめて包み、さらにこれをポリ袋に入れて封じ保管した。
市販の厚さ1.6mmの冷間圧延鋼材「SPCCブライト」板材を購入し、切断して大きさ18mm×45mmの多数の長方形の鋼材片とした。この鋼材片の端部に穴を開け、十数個に対し塩化ビニルでコートした銅線を通し、鋼材片同士が互いに重ならないように銅線を曲げて加工し、全てを同時にぶら下げられるようにした。槽にアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%を含む水溶液を60℃とし、鋼材片を5分浸漬して水道水(日本国群馬県太田市)で水洗した。次いで別の槽に40℃とした1.5%苛性ソーダ水溶液を用意し、これの鋼材片を1分浸漬し水洗した。
[実験例13](樹脂成形部品)
PBT樹脂「トレコン1100S(東レ株式会社(日本国)製)」を二軸押出機「TEM−35B(東芝機械株式会社(日本国静岡県)製)」に供給し、同時に平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91(日本板硝子株式会社(日本国東京都)製)」をサイドフィーダーから添加量が30部となるように供給してシリンダー温度270℃で溶融混練し、ペレット化したPBT樹脂組成物を得た。140℃で3時間乾燥しPBT系樹脂組成物(1)とした。
アジピン酸とヘキサメチレンジアミンからなるナイロン66成分として12%、テレフタル酸とヘキサメチレンジアミンからなるナイロン6T成分として62%、イソフタル酸とヘキサメチレンジアミンからなるナイロン6I成分として26%からなるポリマーを通常の方法で合成した。得られた樹脂の粘度数は85ml/gであり、溶融粘度はフローテスター「CFT−500(株式会社 島津製作所製)」にての温度300℃、荷重10kgの条件下にて360ポイズであった。二軸押出機「TEM−35B」に供給し、同時に平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91」をサイドフィーダーから添加量が30部となるように供給してシリンダー温度300℃で溶融混練し、ペレット化した半芳香族ポリアミド樹脂組成物を得た。80℃で10時間乾燥しポリアミド系樹脂組成物(1)とした。
[実験例15](圧融着試験:アルミニウム合金)
金属合金部品は図3に示すようなものであり、板厚1.6mmのA5052アルミニウム合金板を切断して60mm×40mmとし、さらに9箇所に穴を開けた板片としてある。これを実験例1と全く同様に処理し、まとめてアルミ箔に包み、さらにポリ袋に入れて保管した。1週間後、包材を解いた。
一方、板厚1.6mmのA5052アルミニウム合金板を切断して60mm×40mmの板片とし、さらに9箇所に穴を開けて図3に示す形状の板片とした。実験例1と同じ脱脂槽を使って脱脂工程だけを行った。具体的には脱脂剤水溶液に7分浸漬し水洗して乾燥した物を用意した。
このアルミニウム合金板片を使用して実験例15と同様にPBT系樹脂組成物(1)、(2)及びポリアミド系樹脂(1)製の成形ボスに圧融着試験を行ったが、図1に示す圧着治具から取り出した途端に剥がれてしまった。
実験例2〜12で使用したA7075アルミニウム合金、マグネシウム合金2種、銅合金4種、チタン合金2種、ステンレス鋼、一般鋼材につき、同じ原料板材から60mm×40mmの長方形片を切り出し(AZ91Dマグネシウム合金については削り出し)、図3に示すように9箇所の穴を開け、実験例2〜12に示したのと全く同じ液処理をした。
一方、実験例2〜12と同様にA7075アルミニウム合金、マグネシウム合金2種、銅合金4種、チタン合金2種、SUS304、SPCCの金属合金片を処理するが、マグネシウム合金とSPCCを除いては脱脂工程までとし、具体的には脱脂材水溶液に7分浸漬し水洗して乾燥した物を用意し、これらから実験例14〜26と同様にPBT系樹脂組成物(1)、(2)及びポリアミド系樹脂製の成形ボスを圧融着しての試料を得た。更に実験例14〜26と同様に引っ張り試験機で破断し引き抜き破断力を測定した。その結果を表1に示した。
AZ31B、及びAZ91Dの1mm×60mm×40mmの長方形片に図3のような穴を開けた物から以下の処理をした。すなわち、槽に市販のマグネシウム合金用脱脂剤「クリーナー160(メルテックス株式会社製)」を水に投入して65℃、濃度7.5%の水溶液とした。これに前記マグネシウム合金板材を5分浸漬し十分に水洗した。続いて別の槽に40℃とした市販のマグネシウム合金エッチング材「マグトリートE5109(メルテックス株式会社製)」の10倍希釈液を用意し、これに前記の合金板材を6分浸漬して十分に水洗した。
市販の厚さ1.6mmの冷間圧延鋼材「SPCCブライト」板材を購入し、大きさ60mm×40mmの長方形片に切断し、さらに図3のように9箇所の穴を開け、鋼材片とした。槽にアルミニウム合金用脱脂剤「NE−6(メルテックス株式会社製)」7.5%を含む水溶液を60℃とし、鋼材片を5分浸漬して水道水(日本国群馬県太田市)で水洗した。
このSPCC鋼材片を使用し、実施例26と全く同様にPBT系樹脂組成物(1)、(2)及びポリアミド系樹脂組成物(1)製の成形ボスを圧融着し試料を得んとした。しかしながら、圧着治具を開いた途端にボスはSPCC板片から剥がれてしまった。
ガラス繊維40%を含むPPS樹脂「サスティールGS−40(東ソー株式会社(日本国)製)」を用 意した。ガラス繊維20%に加えて、ポリオレフィン系樹脂、及び相溶化剤を含むと言われ、「新NMT」での射出接合では非常に効力あったPPS系樹脂「サスティールSGX120(東ソー株式会社製)」を用意した。
市販の液晶ポリマー「ベクトラA460(ポリプラスチックス株式会社製)」を入手した。これを使用し、図1に示すボス状物を射出成形で製作した。ただし、これを製造した金型は図2に示すように、ボス底の中央部が金型上で0.2mm膨らむ形状にしておいた。得られた成形品は、その底がほぼ水平となった。なお、射出温度は310℃で金型温度は120℃とした。成形品が得られた後、ボスに繋がる導入路部分はニッパーで切断した。
市販のナイロン6「B3EG7(BASFジャパン株式会社製)」、ナイロン66「A3HG7(BASFジャパン株式会社製)」を入手した。これを使用し、図1に示すボス状物を射出成形で製作した。ただし、これを製造した金型は図2に示すように、ボス底の中央部が金型上で0.2mm膨らむ形状にしておいた。得られた成形品は、その底がほぼ水平となった。なお、射出温度は280℃で金型温度は120℃とした。成形品が得られた後、ボスに繋がる導入路部分はニッパーで切断した。
Claims (17)
- 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
金属合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に5〜500nmの周期の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た金属合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の金属合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
アルミニウム合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に10〜100nmの径で同等の深さ又は高さの凹部又は凸部からなる超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をナトリウムイオンを含まない厚さ2nm以上の酸化アルミニウム薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たアルミニウム合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のアルミニウム合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
マグネシウム合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に5〜20nm径で20〜200nm長さの棒状物が錯綜した形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たマグネシウム合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のマグネシウム合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
マグネシウム合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に5〜20nm径で10〜30nmの長さの棒状突起を表面に有する直径80〜120nmの球状物が積み重なった形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たマグネシウム合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のマグネシウム合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
マグネシウム合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に20〜40nmの粒径物又は不定多角形状物が積み重なった形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たマグネシウム合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のマグネシウム合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
銅合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に10〜150nm径の孔開口部又は凹部が30〜300nmの間隔で存在する超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主として酸化第2銅からなる薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た銅合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の銅合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
銅合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に10〜200nm径の凸部からなる超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主として酸化第2銅からなる薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た銅合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の銅合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
銅合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に10〜150nm径の粒径物又は不定多角形状物が連なり、一部融け合って積み重なった形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主として酸化第2銅からなる薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た銅合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の銅合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
銅合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に10〜20nm径の粒径物と50〜150nm径の不定多角形状物が混ざり合って積み重なった形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主として酸化第2銅からなる薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た銅合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の銅合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
チタン合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に高さ及び幅が10〜350nm、長さが10nm以上の凸部が10〜350nm周期で存在する超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主としてチタン及びアルミニウムを含む金属酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たチタン合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のチタン合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
α−β型チタン合金部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上の10μm角の面積内に円滑なドーム状形状と枯葉状形状の双方が存在する超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を主としてチタン及びアルミニウムを含む金属酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たα−β型チタン合金部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のα−β型チタン合金部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
ステンレス鋼部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に20〜70nm径の粒径物又は不定多角形状物からなる超微細凹凸を形成し、且つ、その表層を金属酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経たステンレス鋼部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態のステンレス鋼部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
鋼材製部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に高さ50〜100nm、奥行きが80〜200nmで幅が数百〜数千nmの階段が連続した形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物、クロム酸化物、又は亜鉛リン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た鋼材製部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の鋼材製部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
鋼材製部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に高さ80〜150nm、奥行きが80〜500nmで幅が数百〜数千nmの階段が連続した形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物、クロム酸化物、又は亜鉛リン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た鋼材製部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の鋼材製部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 硬質結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂組成物を使用し、射出成形により樹脂成形部品を作製する樹脂成形部品作成工程と、
鋼材製部品に化学エッチングを行って、その表面を山谷平均間隔(RSm)が0.8〜10μmであり、最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmであるミクロンオーダーの粗度を有する面とし、且つ、その表面上に高さ及び奥行きが50〜500nmで幅が数百〜数千nmの階段が連続した形の超微細凹凸を形成し、且つ、その表層をマンガン酸化物、クロム酸化物、又は亜鉛リン酸化物の薄層とする表面処理工程と、
前記表面処理工程を経た鋼材製部品を前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱する加熱工程と、
前記融点より高い温度に加熱された状態の鋼材製部品の表面に前記樹脂成形部品を押し付けて圧融着する圧融着工程と、
を含むことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。 - 請求項1ないし15から選択されるいずれか1項に記載した金属樹脂複合体の製造方法において、前記硬質結晶性熱可塑性樹脂が、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、液晶ポリマー、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂から選択される1種以上からなることを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。
- 請求項1ないし16から選択されるいずれか1項に記載した金属樹脂複合体の製造方法において、前記加熱工程における金属合金部品の加熱温度は、前記硬質結晶性熱可塑性樹脂の融点より10℃以上高いことを特徴とする金属樹脂複合体の製造方法。
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