KR102187197B1

KR102187197B1 - 복합 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR102187197B1
Application number: KR1020157026795A
Authority: KR
Inventors: 다이지 이케다; 요시히로 아사미
Original assignee: 다이셀폴리머 주식회사; 주식회사 다이셀
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2020-12-04
Also published as: EP2979836A4; MX2015013674A; US20190263035A1; WO2014156989A1; EP3248750B1; TWI532556B; TW201442810A; JP5701414B1; TW201622863A; JP2015142960A; US11267171B2; EP2979836B1; US20160046050A1; CN105073376B; TWI655049B; CN105073376A; US10322535B2; EP2979836A1; KR20150135322A; EP3248750A1

Abstract

가공 속도를 높일 수 있고, 또한 상이한 방향의 접합 강도도 높일 수 있는 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다. 금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서, 상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정, 전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 사출 성형하는 공정, 또는 전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분과 상기 수지 성형체가 되는 수지를 접촉시킨 상태에서 압축 성형하는 공정을 가지고 있는, 복합 성형체의 제조 방법.

Description

복합 성형체의 제조 방법{COMPOSITE MOLDED BODY PRODUCTION METHOD}

본 발명은 금속 성형체와 수지 성형체로 이루어지는 복합 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.

각종 부품의 경량화의 관점에서, 금속 대체품으로서 수지 성형체가 사용되고 있지만, 모든 금속 부품을 수지로 대체하는 것은 어려운 경우도 많다. 그러한 경우에는, 금속 성형체와 수지 성형체를 접합 일체화함으로써 새로운 복합 부품을 제조하는 것을 생각할 수 있다.

그렇지만, 금속 성형체와 수지 성형체를 공업적으로 유리한 방법으로, 또한 높은 접합 강도로 접합 일체화할 수 있는 기술은 실용화되어 있지 않다.

일본 특허 제4020957호 공보에는, 금속 표면에 대하여, 하나의 주사 방향으로 레이저 스캐닝하는 공정과, 그것에 크로스하는 주사 방향으로 레이저 스캐닝하는 공정을 포함하는, 이종 재료(수지)와 접합하기 위한 금속 표면의 레이저 가공 방법의 발명이 기재되어 있다.

일본 특개 2010-167475호 공보에는, 일본 특허 제4020957호 공보의 발명에 있어서, 또한 복수회 중첩적으로 레이저 스캐닝하는 레이저 가공 방법의 발명이 개시되어 있다.

그렇지만, 일본 특허 제4020957호 공보, 일본 특개 2010-167475호 공보의 발명은, 반드시 크로스하는 2개의 방향에 대하여 레이저 스캐닝할 필요가 있기 때문에, 가공 시간이 지나치게 오래 걸린다고 하는 점에서 개선의 여지가 있다.

또한 크로스 방향으로의 레이저 스캐닝에 의해 충분한 표면 조면화 처리를 할 수 있는 점에서, 접합 강도는 높게 할 수 있는 것을 생각할 수 있지만, 표면 거칠기 상태가 균일하게 되지 않아, 금속과 수지의 접합 부분의 강도의 방향성이 안정되지 않을 우려가 있다고 하는 문제가 있다.

예를 들면, 1개의 접합체는 X축 방향으로의 전단력이나 인장 강도가 가장 높지만, 다른 접합체는 X축 방향과는 상이한 Y축 방향으로의 전단력이나 인장 강도가 가장 높고, 또 다른 접합체는 X축 및 Y축 방향과는 상이한 Z축 방향으로의 전단력이나 인장 강도가 가장 높아진다고 하는 문제가 발생할 우려가 있다.

제품에 따라서는(예를 들면, 일방향으로의 회전체 부품이나 일방향으로의 왕복운동 부품), 특정 방향으로의 높은 접합 강도를 갖는 금속과 수지의 복합체가 요구되는 경우가 있지만, 일본 특허 제4020957호 공보, 일본 특개 2010-167475호 공보의 발명에서는 상기의 요망에는 충분히 응할 수 없다.

또한 접합면이 복잡한 형상이나 폭이 가는 부분을 포함하는 형상의 것인 경우(예를 들면, 별형, 삼각형, 덤벨형)에는, 크로스 방향으로 레이저 스캐닝하는 방법에서는, 부분적으로 표면 조면화 처리가 불균일하게 되는 결과, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는 것도 생각할 수 있다.

일본 특개 평10-294024호 공보에는, 금속 표면에 레이저광을 조사하여 요철을 형성하고, 요철 형성 부위에 수지, 고무 등을 사출 성형하는 전기전자 부품의 제조 방법이 기재되어 있다.

실시형태 1∼3에서는, 금속 장척 코일 표면에 레이저 조사하여 요철을 형성하는 것이 기재되어 있다. 그리고, 단락번호 10에서는, 금속 장척 코일 표면을 스트라이프 형상이나 배껍질 형상으로 거칠게 하는 것, 단락번호 19에서는, 금속 장척 코일 표면을 스트라이프 형상, 점선 형상, 파선 형상, 널링 형상, 배껍질 형상으로 거칠게 하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 단락번호 21, 22의 발명의 효과에 기재되어 있는 바와 같이, 레이저 조사를 하는 목적은, 금속 표면에 미세하고 불규칙한 요철을 형성하고, 그것에 의해 앵커 효과를 높이기 위해서이다. 특히 처리 대상이 금속 장척 코일인 점에서, 어떠한 요철을 형성한 경우에도, 필연적으로 미세하고 불규칙한 요철이 될 것으로 생각된다.

따라서, 일본 특개 평10-294024호 공보의 발명은, 일본 특허 제4020957호 공보, 일본 특개 2010-167475호 공보의 발명과 같이 크로스 방향으로 레이저 조사하여 표면에 미세한 요철을 형성하는 발명과 같은 기술적 사상을 개시하고 있는 것이다.

국제공개 2012/090671호는 금속 성형체와 수지 성형체로 이루어지는 복합 성형체의 제조 방법의 발명이다. 금속 성형체의 접합면에 대하여, 일방향 또는 상이한 방향으로 직선 및/또는 곡선으로 이루어지는 마킹을 형성하도록 레이저 스캐닝하는 공정으로서, 각 직선 및/또는 각 곡선으로 이루어지는 마킹이 서로 교차하지 않도록 레이저 스캐닝하는 공정을 가지고 있다. 도 6 내지 도 9에는, 사각형, 원형, 타원형, 삼각형의 마킹 패턴이 도시되어 있다.

종래기술의 방법은 모두 레이저를 펄스파(비연속파)로 조사하는 방법이므로, 가공 속도가 늦어진다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 가공 속도를 높일 수 있고, 또한 상이한 방향의 접합 강도도 높일 수 있는 복합 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 과제의 해결 수단으로서,

금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로,

상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정,

전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 사출 성형하는 공정을 가지고 있는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 과제의 다른 해결 수단으로서,

전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 적어도 상기 접합면과 상기 수지 성형체가 되는 수지를 접촉시킨 상태에서 압축 성형하는 공정을 가지고 있는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 복합 성형체의 제조 방법에 의하면, 가공 속도를 높일 수 있고, 그 결과, 가공 시간을 단축할 수 있으며, 또한 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도도 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 복합 성형체의 두께 방향의 단면도(부분 확대도를 포함함)이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태인 복합 성형체의 두께 방향의 단면도이다.
도 3은 레이저광의 연속 조사 패턴의 설명도이다.
도 4는 다른 실시형태인 레이저광의 연속 조사 패턴의 설명도이다.
도 5는 또 다른 실시형태인 레이저광의 연속 조사 패턴의 설명도이다.
도 6은 1 실시형태인 레이저광의 연속 조사 패턴의 설명도이다.
도 7은 (a)는 도 6에 도시하는 D-D 간의 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도, (b)는 도 6에 도시하는 D-D 간의 화살표 방향으로 보았을 때의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 8은 (a)는 도 6에 도시하는 A-A 간의 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도, (b)는 도 6에 도시하는 B-B 간의 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도, (c)는 도 6에 도시하는 C-C 간의 화살표 방향으로 보았을 때의 단면도이다.
도 9는 사출 성형을 실시할 때의 복합 성형체의 제조 방법의 설명도이다.
도 10은 실시예 1에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체 표면의 SEM 사진이다.
도 11은 실시예 2에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 12는 실시예 3에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 13은 실시예 4에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 14는 실시예 5에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 15는 실시예 6에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 16은 비교예 2에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 17은 접합면에 평행 방향으로 잡아당겼을 때의 전단 접합 강도(S1)를 측정하기 위한 측정 방법의 설명도이다.
도 18은 사출 성형을 실시할 때의 복합 성형체의 제조 방법의 설명도이다.
도 19는 제조된 복합 성형체의 사시도이다.
도 20의 복합 성형체의 인장 접합 강도(S2)의 측정 방법의 설명도이다.
도 21은 압축 성형을 실시할 때의 복합 성형체의 제조 방법의 설명도이다.
도 22는 압축 성형으로 제조된 복합 성형체의 사시도이다.
도 23은 접합면에 수직 방향으로 잡아당겼을 때의 인장 접합 강도(S2)를 측정하기 위한 측정 방법의 설명도이다.
도 24는 실시예 10에서 얻은 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 25는 실시예 11에서 얻은 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 26은 실시예 12에서 얻은 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 27은 실시예 15에서 얻은 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 28은 실시예 16에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 29는 실시예 16에서 얻은 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 30은 실시예 17에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 31은 실시예 21에서 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.
도 32는 실험예 1의 에너지 밀도와 홈 깊이의 관계를 나타내는 그래프와, 복합 성형체의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 33은 실험예 1의 에너지 밀도와 홈 폭과의 관계를 나타내는 그래프와, 레이저를 연속 조사한 후의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진이다.

본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 복합 성형체(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)가 금속 성형체의 접합면(12)에서 접합된 것이다.

이하, 복합 성형체(1)의 제조 방법을 공정마다 설명한다.

최초의 공정에서는 금속 성형체(10)의 접합면(12)에 대하여 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사한다.

이 공정에서는 접합면(12)에 대하여 높은 조사 속도로 레이저광을 연속 조사함으로써 극히 단시간에 접합면(12)을 조면으로 할 수 있다. 도 1의 접합면(12)(부분 확대도)은 조면으로 된 상태가 과장되어 도시되어 있다.

연속파 레이저의 조사 속도는 2000∼20,000mm/sec가 바람직하고, 2,000∼18,000mm/sec가 보다 바람직하고, 2,000∼15,000mm/sec가 더욱 바람직하다.

연속파 레이저의 조사 속도가 상기 범위이면, 가공 속도를 높일 수 있고(즉 가공 시간을 단축할 수 있고), 접합 강도도 높은 레벨로 유지할 수 있다.

이 공정에서는 하기 요건 (A), (B)일 때의 가공 시간이 0.1∼30초의 범위가 되도록 레이저광을 연속 조사하는 것이 바람직하다.

(A) 레이저광의 조사 속도가 2000∼15000mm/sec

(B) 금속 성형체의 접합면의 면적이 100mm²

요건 (A), (B)일 때의 가공 시간을 상기 범위 내로 할 때, 접합면(12)의 전체면을 조면으로(조면화) 할 수 있다.

레이저광의 연속 조사는, 예를 들면, 다음과 같은 방법을 적용할 수 있지만, 접합면(12)을 조면화할 수 있는 방법이면 특별히 제한되는 것은 아니다.

(I) 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 접합면(예를 들면, 장방형으로 함)(12)의 1변(단변 또는 장변)측으로부터 반대측의 변을 향하여 1개의 직선 또는 곡선이 형성되도록 연속 조사하고, 이것을 반복하여 복수개의 직선 또는 곡선을 형성하는 방법.

(II) 접합면의 1변측으로부터 반대측의 변을 향해 연속적으로 직선 또는 곡선이 형성되도록 연속 조사하고, 이번은 역방향으로 간격을 둔 직선 또는 곡선이 형성되도록 연속 조사하는 것을 반복하는 방법.

(III) 접합면의 1변측으로부터 반대측의 변을 향하여 연속 조사하고, 이번은 직교하는 방향에 대하여 연속 조사하는 방법.

(IV) 접합면에 대하여 랜덤하게 연속 조사하는 방법.

(I)∼(IV)의 방법을 실시할 때, 레이저광을 복수회 연속 조사하여 1개의 직선 또는 1개의 곡선을 형성할 수도 있다.

동일한 연속 조사 조건이면, 1개의 직선 또는 1개의 곡선을 형성하기 위한 조사 회수(반복 회수)가 증가한 만큼 접합면(12)에 대한 조면화의 정도가 커진다.

(I), (II)의 방법에 있어서, 복수개의 직선 또는 복수개의 곡선을 형성할 때, 각각의 직선 또는 곡선이 0.005∼1mm의 범위(도 3에 도시하는 b1의 간격)에서 동일한 간격으로 형성되도록 레이저광을 연속 조사할 수 있다.

이 때의 간격은 레이저광의 빔 직경(스폿 직경)보다도 커지도록 할 수 있으며, 또한 이 때의 직선 또는 곡선의 개수는 금속 성형체(10)의 접합면의 면적에 따라 조정할 수 있다.

(I), (II)의 방법에 있어서, 복수개의 직선 또는 복수개의 곡선을 형성할 때, 각각의 직선 또는 곡선이 0.005∼1mm의 범위(도 3, 도 4에 도시하는 b1의 간격)에서 동일한 간격으로 형성되도록 레이저광을 연속 조사할 수 있다.

그리고, 이들 복수개의 직선 또는 복수개의 곡선을 1군으로 하여, 이것을 복수군 형성할 수 있다.

이 때의 각 군의 간격은 0.01∼1mm의 범위(도 4에 도시하는 b2의 간격)에서 동일한 간격이 되도록 할 수 있다.

또한, 도 3, 도 4에 도시하는 연속 조사 방법 대신에, 도 5에 도시하는 바와 같이, 연속 조사 개시로부터 연속 조사 종료까지 동안, 중단하지 않고 연속 조사하는 방법도 실시할 수 있다.

레이저광의 연속 조사는, 예를 들면, 다음과 같은 조건으로 실시할 수 있다.

출력은 4∼4000W가 바람직하고, 50∼2500W가 보다 바람직하고, 100∼2000W가 더욱 바람직하고, 250∼2000W가 더욱 바람직하다.

빔 직경(스폿 직경)은 5∼200㎛가 바람직하고, 5∼100㎛가 보다 바람직하고, 10∼100㎛가 더욱 바람직하고, 11∼80㎛가 더욱 바람직하다.

또한 출력과 스폿 직경의 조합의 바람직한 범위는 레이저 출력과 레이저 조사 스폿 면적(π×[스폿 직경/2]²)으로부터 구해지는 에너지 밀도(W/㎛²)로부터 선택할 수 있다.

에너지 밀도(W/㎛²)는 0.1W/㎛² 이상이 바람직하고, 0.2∼10W/㎛²가 보다 바람직하고, 0.2∼6.0W/㎛²가 더욱 바람직하다.

에너지 밀도(W/㎛²)가 같을 때, 출력(W)이 큰 쪽이 보다 큰 스폿 면적(㎛²)에 대하여 레이저 조사할 수 있게 되기 때문에, 처리 속도(1초당의 레이저 조사 면적; mm²/sec)가 커져, 가공 시간도 짧게 할 수 있다.

파장은 300∼1200nm가 바람직하고, 500∼1200nm가 보다 바람직하다.

초점 위치는 -10∼+10mm가 바람직하고, -6∼+6mm가 보다 바람직하다.

연속파 레이저의 조사 속도, 레이저 출력, 레이저 빔 직경(스폿 직경) 및 에너지 밀도와의 바람직한 관계는 연속파 레이저의 조사 속도가 2,000∼15,000mm/sec이고, 레이저 출력이 250∼2000W, 레이저 빔 직경(스폿 직경)이 10∼100㎛이며, 상기 레이저 출력과 스폿 면적(π×[스폿 직경/2]²)으로부터 구해지는 에너지 밀도(W/㎛²)가 0.2∼10W/㎛²의 범위이다.

금속 성형체(10)의 금속은 특별히 제한되는 것은 아니고, 용도에 따라 공지의 금속으로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 철, 각종 스테인리스, 알루미늄 또는 그 합금, 구리, 마그네슘 및 그것들을 포함하는 합금으로부터 선택되는 것을 들 수 있다.

금속 성형체(10)의 접합면(12)은, 도 1에 도시하는 바와 같은 평면이어도 되고, 도 2에 도시하는 바와 같은 곡면이어도 되며, 평면과 곡면 양쪽을 가지고 있는 것이어도 된다.

연속파 레이저는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면, YVO4 레이저, 파이버 레이저, 엑시머 레이저, 탄산가스 레이저, 자외선 레이저, YAG 레이저, 반도체 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, He-Ne 레이저, 질소 레이저, 킬레이트 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다.

본 발명의 복합 성형체의 제조 방법에서는, 금속 성형체의 접합면(12)에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하고 있기 때문에, 레이저광이 연속 조사된 부분은 조면화된다.

이 때의 금속 성형체의 접합면(12)의 상태의 1 실시형태를 도 6∼도 8에 의해 설명한다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 레이저광(예를 들면, 스폿 직경 11㎛)을 연속 조사하여 다수의 선(도면에서는 3개의 선(61∼63)을 나타내고 있다. 각 선의 간격은 50㎛ 정도.)을 형성함으로써 조면화할 수 있다. 1개의 직선에 대한 조사 회수는 1∼10회가 바람직하다.

이 때, 조면화된 접합면(12)을 포함하는 금속 성형체(10)의 표층부는 도 7(a), 도 8(a)∼(c)에 도시하는 바와 같이 되어 있다. 또한, 「금속 성형체(10)의 표층부」는 표면으로부터 조면화에 의해 형성된 개방 구멍(줄기 구멍 또는 가지 구멍)의 깊이 정도까지의 부분이다.

또한, 1개의 직선에 대한 조사 회수가 10회를 초과하는 회수일 경우에는, 조면화의 레벨을 보다 높일 수 있고, 복합 성형체(1)에서 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합 강도를 향상시킬 수 있지만, 합계 조사 시간이 길어진다. 이 때문에, 목적으로 하는 복합 성형체(1)의 접합 강도와 제조 시간의 관계를 고려하여, 1개의 직선에 대한 조사 회수를 정하는 것이 바람직하다. 1개의 직선에 대한 조사 회수가 10회를 초과하는 회수일 때, 바람직하게는 10회 초과∼50회 이하, 보다 바람직하게는 15∼40회, 더욱 바람직하게는 20∼35회이다.

조면화된 접합면(12)을 포함하는 금속 성형체(10)의 표층부는, 도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 접합면(12)측에 개구부(31)가 있는 개방 구멍(30)을 가지고 있다.

개방 구멍(30)은 두께 방향에 형성된 개구부(31)를 갖는 줄기 구멍(32)과, 줄기 구멍(32)의 내벽면으로부터 줄기 구멍(32)과는 상이한 방향에 형성된 가지 구멍(33)으로 이루어진다. 가지 구멍(33)은 1개 또는 복수개 형성되어 있어도 된다.

또한, 복합 성형체(1)에서 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합 강도를 유지할 수 있는 것이면, 개방 구멍(30)의 일부가 줄기 구멍(32)만으로 이루어지고, 가지 구멍(33)이 없는 것이어도 된다.

조면화된 접합면(12)을 포함하는 금속 성형체(10)의 표층부는, 도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 접합면(12)측에 개구부가 없는 내부 공간(40)을 가지고 있다.

내부 공간(40)은 터널 접속로(50)에 의해 개방 구멍(30)과 접속되어 있다.

조면화된 접합면(12)을 포함하는 금속 성형체(10)의 표층부는, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 복수의 개방 구멍(30)이 하나로 된 개방 공간(45)을 가지고 있어도 되고, 개방 공간(45)은 개방 구멍(30)과 내부 공간(40)이 하나로 되어 형성된 것이어도 된다. 하나의 개방 공간(45)은 하나의 개방 구멍(30)보다도 내용적이 큰 것이다.

또한, 다수의 개방 구멍(30)이 하나로 되어 홈 형상의 개방 공간(45)이 형성되어 있어도 된다.

도시하지 않지만, 도 8(a)에 도시하는 바와 같은 2개의 내부 공간(40)끼리가 터널 접속로(50)에서 접속되어 있어도 되고, 도 7(b)에 도시하는 바와 같은 개방 공간(45)과, 개구 구멍(30), 내부 공간(40), 다른 개방 공간(45)이 터널 접속로(50)에서 접속되어 있어도 된다.

내부 공간(40)은 모두가 개방 구멍(30) 및 개방 공간(45)의 일방 또는 양방과 터널 접속로(50)에서 접속되어 있는 것이지만, 복합 성형체(1)에 있어서 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합 강도를 유지할 수 있는 것이라면, 내부 공간(40) 중 일부가 개방 구멍(30) 및 개방 공간(45)과 접속되어 있지 않은 폐색 상태의 공간이어도 된다.

이와 같이 레이저광을 연속 조사했을 때에 도 7, 도 8에서 도시되는 바와 같은 개방 구멍(30), 내부 공간(40) 등이 형성되는 상세한 것은 불분명하지만, 소정의 속도 이상으로 레이저광을 연속 조사했을 때, 금속 성형체 표면에 일단은 구멍이나 홈이 형성되지만, 용융된 금속이 쌓여 덮거나, 둑을 형성하거나 하는 결과, 개방 구멍(30), 내부 공간(40), 개방 공간(45)이 형성되는 것으로 생각된다.

또한 마찬가지로 개방 구멍(30)의 가지 구멍(33)이나 터널 접속로(50)가 형성되는 상세도 불분명하지만, 일단 형성된 구멍이나 홈의 바닥부 부근에 체류한 열에 의해, 구멍이나 홈의 측벽 부분이 용융되는 결과, 줄기 구멍(32)의 내벽면이 용융되어 가지 구멍(33)이 형성되고, 또한 가지 구멍(33)이 연장되어 터널 접속로(50)가 형성되는 것으로 생각된다.

또한, 연속파 레이저 대신 펄스 레이저를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 접합면에는 개방 구멍이나 홈이 형성되지만, 개구부를 가지고 있지 않은 내부 공간과, 상기 개방 구멍과 상기 내부 공간을 접속하는 접속 통로는 형성되지 않는다.

다음 공정에서는 조면화된 금속 성형체(10)의 접합면(12)을 포함하는 부분과 수지 성형체(20)를 일체화시킨다.

이 공정에서는

전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 사출 성형하는 공정, 또는

전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 적어도 상기 접합면과 상기 수지 성형체가 되는 수지를 접촉시킨 상태에서 압축 성형하는 공정,

중 어느 하나의 방법을 적용할 수 있다.

그 외에, 열가소성 수지 및 열경화성 수지의 성형 방법으로서 사용되는 공지의 성형 방법도 적용할 수 있다.

열가소성 수지를 사용한 경우에는, 용융한 수지에 압력 등을 가함으로써 금속 성형체에 형성된 구멍이나 홈이나 터널 접속로 내로 수지를 깊숙이 들어가게 한 후, 수지를 냉각 고화시킴으로써 복합 성형체를 얻을 수 있는 방법이면 된다. 사출 성형이나 압축 성형 이외에, 사출 압축 성형 등의 성형 방법도 사용할 수 있다.

열경화성 수지를 사용한 경우에는, 액상 또는 용융 상태의 수지에 압력 등을 가함으로써 금속 성형체에 형성된 구멍이나 홈이나 터널 접속로 내에 수지를 깊숙이 들어가게 한 후, 수지를 열경화시킴으로써 복합 성형체를 얻을 수 있는 성형 방법이면 된다. 사출 성형이나 압축 성형 이외에, 트랜스퍼 성형 등의 성형 방법도 사용할 수 있다.

압축 성형법을 적용할 때는, 예를 들면, 형틀 내에 접합면(12)이 노출된 상태에서(접합면이 표면측이 된 상태에서) 금속 성형체(10)를 배치하고, 거기에 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 열경화성 수지(단, 프리폴리머)를 넣은 후에, 압축하는 방법을 적용할 수 있다.

또한, 사출 성형법과 압축 성형법에서 열경화성 수지(프리폴리머)를 사용했을 때는, 후공정에서 가열 등을 함으로써 열경화시킨다.

이 공정에서 사용하는 수지 성형체의 수지는 열가소성 수지, 열경화성 수지 이외에, 열가소성 엘라스토머도 포함된다.

열가소성 수지는 용도에 따라 공지의 열가소성 수지로부터 적당하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 폴리아마이드계 수지(PA6, PA66 등의 지방족 폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드), 폴리스타이렌, ABS 수지, AS 수지 등의 스타이렌 단위를 포함하는 공중합체, 폴리에틸렌, 에틸렌 단위를 포함하는 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 단위를 포함하는 공중합체, 그 밖의 폴리올레핀, 폴리염화바이닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리에스터계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지를 들 수 있다.

열경화성 수지는 용도에 따라 공지의 열경화성 수지로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 요소 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조시놀 수지, 에폭시 수지, 폴리유레테인, 바이닐유레테인을 들 수 있다.

열가소성 엘라스토머는 용도에 따라 공지의 열가소성 엘라스토머로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 스타이렌계 엘라스토머, 염화비닐계 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 유레테인계 엘라스토머, 폴리에스터계 엘라스토머, 나이트릴계 엘라스토머, 폴리아마이드계 엘라스토머를 들 수 있다.

이들 열가소성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 엘라스토머에는 공지의 섬유상 충전재를 배합할 수 있다.

공지의 섬유상 충전재로서는 탄소 섬유, 무기 섬유, 금속 섬유, 유기 섬유 등을 들 수 있다.

탄소 섬유는 주지의 것으로, PAN계, 피치계, 레이온계, 리그닌계 등의 것을 사용할 수 있다.

무기 섬유로서는 유리 섬유, 현무암 섬유, 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 질화 붕소 섬유, 질화 규소 섬유 등을 들 수 있다.

금속 섬유로서는 스테인리스, 알루미늄, 구리 등으로 이루어지는 섬유를 들 수 있다.

유기 섬유로서는 폴리아마이드 섬유(전방향족 폴리아마이드 섬유, 다이아민과 다이카복실산의 어느 일방이 방향족 화합물인 반방향족 폴리아마이드 섬유, 지방족 폴리아마이드 섬유), 폴리바이닐알코올 섬유, 아크릴 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리옥시메틸렌 섬유, 폴리테트라플루오르에틸렌 섬유, 폴리에스터 섬유(전방향족 폴리에스터 섬유를 포함함), 폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리이미드 섬유, 액정 폴리에스터 섬유 등의 합성 섬유나 천연 섬유(셀룰로오스계 섬유 등)나 재생 셀룰로오스(레이온) 섬유 등을 사용할 수 있다.

이들 섬유상 충전재는 섬유 직경이 3∼60㎛의 범위의 것을 사용할 수 있지만, 이것들 중에서도, 예를 들면, 금속 성형체(10)의 접합면(12)이 조면화되어 형성되는 개방 구멍(30) 등의 개구 직경보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유 직경은 보다 바람직하게는 5∼30㎛, 더욱 바람직하게는 7∼20㎛이다.

이러한 개방 구멍(30) 등의 개구 직경보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 개방 구멍(30) 등의 내부에 섬유상 충전재의 일부가 채워진 상태의 복합 성형체가 얻어져, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도를 높일 수 있으므로 바람직하다.

열가소성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 엘라스토머 100질량부에 대한 섬유상 충전재의 배합량은 5∼250질량부가 바람직하다. 보다 바람직하게는 25∼200질량부, 더욱 바람직하게는 45∼150질량부이다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 복합 성형체(1)는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같은 금속 성형체(10)가 가지고 있는 개방 구멍(30), 내부 공간(40), 터널 접속로(50), 개방 공간(45) 내로 수지 성형체(20)를 형성하는 수지가 깊숙이 들어간 상태에서 일체로 되어 있다.

개방 구멍(30)(줄기 구멍(32)과 가지 구멍(33))과 개방 공간(45)의 내부에는, 각각의 개구 부분으로부터 수지가 깊숙이 들어가 있고, 내부 공간(40)의 내부에는, 개방 구멍(30)이나 개방 공간(45)의 개구부로부터 깊숙이 들어간 수지가 터널 접속로(50)를 통하여 깊숙이 들어가 있다.

이 때문에, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 복합 성형체(1)는, 개방 구멍(30)이나 개방 공간(45) 내에만 수지가 깊숙이 들어간 복합 성형체와 비교하면, 도 1에서 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합면(12)에 대하여, 금속 성형체(10)의 끝부를 고정한 상태에서 수지 성형체(20)를 평행 방향(도 1의 X 방향)으로 잡아당겼을 때의 전단 접합 강도(S1)와, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합면(12)에 대하여 수직 방향(도 1의 Y 방향)으로 잡아당겼을 때의 인장 접합 강도(S2)의 모두가 높아진다.

실시예

실시예 1∼6, 비교예 1∼3

실시예 및 비교예는, 도 9에 도시되는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)의 전체면(40mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 레이저광을 연속 조사했다.

실시예 1∼5, 비교예 1∼3은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 연속 조사하고, 실시예 6은 도 4에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 연속 조사했다.

다음에 처리 후의 금속 성형체를 사용하여, 하기의 방법으로 사출 성형하여 실시예 및 비교예의 도 17에 도시하는 복합 성형체를 얻었다.

도 10은 실시예 1의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배, 700배, 2500배)이다. 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 11은 실시예 2의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 12는 실시예 3의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 13은 실시예 4의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 14는 실시예 5의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 15는 실시예 6의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 접합면이 조면화되어, 작은 오목부가 형성된 상태를 확인할 수 있었다.

도 16은 비교예 2의 연속파 레이저에 의한 연속 조사 후에 있어서의 금속 성형체의 접합면의 SEM 사진(100배, 500배이다). 조사 속도가 1000mm/sec이므로, 접합면의 조면화가 충분히 이루어지지 않았다.

<사출 성형>

수지: GF 60% 강화 PA66 수지(플라스트론 PA66-GF60-01(L7): 다이셀폴리머(주)제), 유리 섬유의 섬유 길이: 11mm

수지 온도: 320℃

금형 온도: 100℃

사출 성형기: 파낙제 ROBOSHOT S2000i100B)

[인장 시험]

실시예 및 비교예의 도 17에 도시하는 복합 성형체를 사용하여, 인장 시험을 행하여 전단 접합 강도(S1)를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

인장 시험은, 금속 성형체(10)측의 끝부를 고정한 상태에서, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)가 파단될 때까지 도 17에 도시하는 X 방향(도 1의 X 방향으로, 접합면(12)에 대하여 평행 방향)으로 잡아당긴 경우의 접합면(12)이 파괴될 때까지의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

실시예 1과 비교예 1의 대비로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1에서는 1/50의 가공 시간에서, 보다 높은 접합 강도의 복합 성형체가 얻어졌다.

공업적 규모에서 대량 생산하는 것을 고려하면, 가공 시간의 단축을 할 수 있는(즉 제조에 요하는 에너지도 저감할 수 있는) 실시예 1의 제조 방법의 공업적 가치는 대단히 큰 것이다.

실시예 1과 실시예 2, 3의 대비로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 2, 3과 같이 레이저 조사의 반복 회수를 증가시킴으로써 접합 강도를 높일 수 있지만, 그 경우이어도, 비교예 1∼3과 비교하면 가공 시간을 단축할 수 있었다.

실시예 1∼3과 실시예 4∼6의 대비로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 4∼6과 같이 레이저의 조사 속도를 높였을 때에는 보다 전단 접합 강도(S1)(도 1, 도 17의 X 방향으로의 접합 강도)를 향상시킬 수 있었다.

실시예 7∼9, 비교예 4∼6

실시예 및 비교예는, 도 18에 도시하는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)의 전체면(90mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 2에 나타내는 조건으로 레이저광을 연속 조사했다.

그 후에 실시예 1∼6, 비교예 1∼3과 마찬가지로 실시하여, 도 19에 도시하는 복합 성형체를 얻었다.

얻어진 복합 성형체에 대하여, 도 1에서 도시하는 Y 방향(도 20의 Y 방향)에 상당하는 인장 접합 강도(S2)를 다음 방법으로 측정했다.

인장 시험은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 금속 성형체(10)측의 지그(70)로 고정한 상태에서, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)가 파단될 때까지 도 20의 Y 방향(도 1의 Y 방향으로, 접합면(12)에 대하여 수직 방향)으로 잡아당긴 경우의 접합면(12)이 파괴될 때까지의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

표 2의 실시예 7∼9(접합면(12)의 면적 90mm²)는 표 1의 실시예 1∼3(접합면(12)의 면적 40mm²)에 대응하는 것이지만, 접합면(12)의 면적이 2.25배로 되어 있다.

그러나, 표 2의 비교예 4∼6과의 대비로부터 알 수 있는 바와 같이, 본원 발명의 제조 방법을 적용함으로써, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합면(12)(면적 90mm²)에 대해 수직 방향(도 1의 Y 방향)으로 잡아당겼을 때의 인장 접합 강도(S2)도 높게 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 10∼15, 비교예 7∼9

실시예 및 비교예는, 도 21에 도시하는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)의 전면(40mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 3에 나타내는 조건으로 레이저를 연속 조사했다.

실시예 10∼14, 비교예 8, 9는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 연속 조사하고, 실시예 15는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 연속 조사하고, 비교예 7은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 레이저광을 연속 조사했다.

다음에 처리 후의 금속 성형체를 사용하여, 하기의 방법으로 압축 성형하여, 실시예 및 비교예의 복합 성형체를 얻었다.

<압축 성형>

금속 성형체(10)를 접합면(12)이 위가 되도록 형틀 내(테플론제)에 배치하고, 접합면(12) 위에 수지 펠릿을 가했다. 그 후, 형틀을 철판으로 끼우고, 하기 조건으로 압축하여, 도 22에 도시하는 복합 성형체를 얻었다.

수지 펠릿: PA66 수지(2015B, 우베코산(주)제)

온도: 285℃

압력: 1MPa(예열시), 10MPa

시간: 2분간(예열시), 3분간

성형기: 도요세키세사쿠쇼제 압축기(mini test press-10)

[인장 시험]

실시예 및 비교예의 복합 성형체를 사용하여, 인장 시험을 행하고 인장 접합 강도(S2)를 평가했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

인장 시험은 다음과 같이 하여 실시했다.

도 23에 도시하는 바와 같이, 복합 성형체의 수지 성형체(20)의 노출면에 대하여, 알루미늄판(72a)과 그 면에 대하여 수직 방향으로 고정된 인장부(73a)로 이루어지는 지그(74a)를 접착제(71a)에 의해 고착했다.

마찬가지로, 도 23에 도시하는 바와 같이, 복합 성형체의 금속 성형체(10)의 노출면에 대하여, 알루미늄판(72b)과 그 면에 대하여 수직 방향으로 고정된 고정부(73b)로 이루어지는 지그(74b)를 접착제(71b)에 의해 고착했다.

고정부(73b)를 고정한 상태에서, 하기 조건으로 인장부(73a)를 잡아당긴 경우의 접합면(12)이 파괴될 때까지의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 텐실론

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 16mm

[내부 공간의 관찰 방법]

개구부를 갖지 않는 내부 공간의 유무를 확인했다. 이하에 그 방법을 나타낸다.

복합 성형체의 접합면(12)을 포함하는 접합부에 있어서, 레이저 조사 방향에 대하여 수직 방향(도 6의 A-A, B-B, C-C 방향)으로 랜덤하게 3개소 절단하고, 각각의 표층부의 단면부를 주사형 전자현미경(SEM)으로 무작위로 3점 관찰했다.

SEM 관찰 사진(500배)에서 내부 공간의 유무를 확인할 수 있었을 경우, 그 개수를 카운트했다. 또한, 내부 공간의 최대 직경이 10㎛ 이하의 것은 제외했다.

내부 공간의 개수(9개소에서의 평균값)를 나타냈다(표 3).

또한 내부 공간을 미소부 X선 분석(EDX)으로 분석하고, 수지가 내부 공간까지 침입해 있는 것을 확인했다.

SEM: 히타치 하이테크놀러지즈사제 S-3400N

EDX 분석 장치: 아메텍(구에닥스·재팬)사제 Apollo XP

또한 도 2와 같이 복합 성형체의 금속면이 곡면인 경우에는, 곡면의 접선에 대하여 수직 방향으로 샘플을 절단함으로써, 동일한 측정이 가능하다.

또한, 현미 레이저 라만 분광 측정 장치를 사용해도 수지가 내부 공간까지 침입해 있는 것을 확인할 수 있다.

실시예 10∼15는, 금속 성형체(10)의 접합면(12)에 대하여, 각각 실시예 1∼6과 동일하게 하여 레이저광을 연속 조사한 것이므로, 금속 성형체(10)의 접합면(12)의 표면은 각각 실시예 1∼6에서 나타낸 SEM 사진(도 10∼도 15)과 동일한 것이 된다.

도 24는 실시예 10의 복합 성형체의 두께 방향으로의 단면의 SEM 사진이다(도 6의 A∼C의 단면도).

상대적으로 희게 보이는 부분이 금속 성형체(10)이며, 상대적으로 검게 보이는 부분이 수지 성형체(20)이다.

도 24로부터는 두께 방향에 형성된 복수의 구멍과, 복수의 독립된 공간을 확인할 수 있고, 그것들은 모두 검게 보이므로, 수지가 침입해 있는 것을 확인할 수 있다.

두께 방향으로 형성된 구멍은 개방 구멍(30)의 줄기 구멍(32)에 상당하는 구멍으로 확인된다.

독립된 공간은 줄기 구멍(32)의 내벽면으로부터 줄기 구멍(32)의 형성 방향과는 상이한 방향으로 연장된 가지 구멍(33)의 단면이거나, 내부 공간(40)인 것으로 확인된다.

그리고, 내부 공간(40)이라고 하면, 내부에 수지가 침입해 있으므로, 개방 구멍(30)과 터널 접속로(50)에서 접속되어 있는 것으로 생각된다.

이 때문에, 실시예 10의 복합 성형체는 접합면(12)에 대하여 수직 방향으로 잡아당겼을 때(도 1의 Y 방향)의 인장 접합 강도(S2)가 높아져 있다.

도 25는 실시예 11의 복합 성형체의 두께 방향으로의 단면의 SEM 사진이다(도 6의 A∼C의 단면도).

도 25로부터는 두께 방향에 형성된 복수의 구멍과, 복수의 독립된 공간을 확인할 수 있고, 그것들은 모두 검게 보이므로, 수지가 침입해 있는 것을 확인할 수 있다.

두께 방향에 형성된 구멍은 개방 구멍(30)의 줄기 구멍(32)에 상당하는 구멍으로 확인된다.

이 때문에, 실시예 11의 복합 성형체는 접합면(12)에 대하여 수직 방향으로 잡아당겼을 때(도 1의 Y 방향)의 인장 접합 강도(S2)가 높아져 있다.

도 26은 실시예 12의 복합 성형체의 두께 방향으로의 단면의 SEM 사진이다(도 6의 A∼C의 단면도).

도 26으로부터는 두께 방향에 형성된 복수의 구멍과, 복수의 독립된 공간을 확인할 수 있고, 그것들은 모두 검게 보이므로, 수지가 침입해 있는 것을 확인할 수 있다.

이 때문에, 실시예 12의 복합 성형체는 접합면(12)에 대하여 수직 방향으로 잡아당겼을 때(도 1의 Y 방향)의 인장 접합 강도(S2)가 높아져 있다.

도 27은 실시예 15의 복합 성형체의 두께 방향으로의 단면의 SEM 사진이다.

금속 성형체(10)에는 다수의 개방 구멍(30)이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이 때문에, 실시예 15의 복합 성형체는 접합면(12)에 대하여 수직 방향으로 잡아당겼을 때(도 1의 Y 방향)의 인장 접합 강도(S2)가 높아져 있다.

실시예 16∼18

실시예 7∼9(표 2)와 동일하게 하여, 도 18에 도시하는 금속 성형체(표 4에 나타내는 금속)의 접합면(12)의 전체면(90mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 4에 나타내는 조건으로 레이저광을 연속 조사했다.

그 후에 실시예 1∼6, 비교예 1∼3과 동일하게 실시하여, 도 19에 도시하는 복합 성형체를 얻었다.

얻어진 복합 성형체에 대하여, 도 1에서 나타내는 Y 방향(도 20의 Y 방향)에 상당하는 인장 접합 강도(S2)를 다음 방법으로 측정했다.

인장 시험은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 금속 성형체(10)측의 지그(70)에 의해 고정한 상태에서, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)가 파단할 때까지 도 20의 Y 방향(도 1의 Y 방향이며, 접합면(12)에 대하여 수직 방향)으로 잡아당긴 경우의 접합면(12)이 파괴될 때까지의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

실시예 19∼21

도 21에 도시하는 금속 성형체(표 4에 나타내는 금속)의 접합면(12)의 전체면(40m²의 넓이 범위)에 대하여, 표 4에 나타내는 조건으로 레이저를 연속 조사했다.

레이저광은 도 3에 도시하는 바와 같이 연속 조사했다.

다음에 처리 후의 금속 성형체를 사용하여, 실시예 10∼15와 동일하게 압축 성형하여 복합 성형체를 얻었다.

인장 시험과 내부 공간의 관찰 방법은 실시예 10∼15와 동일하게 실시했다.

실시예 16은 표 2의 실시예 7∼9와 비교하면, 반복 회수가 많기 때문에, 가공 시간은 길어졌지만, 인장 접합 강도(S2)는 높아졌다(도 28, 도 29).

실시예 17(SUS304)은, 표 2의 실시예 9(알루미늄)와 비교하면, 레이저 조사 속도를 느리게 하여 가공 시간은 길어졌지만, 인장 접합 강도(S2)는 높아졌다(도 30).

실시예 18(SUS 304, GF 함유 PP)은, 실시예 17(SUS 304, GF 함유 PA)과 비교하면, 동일 조건이지만, 인장 접합 강도(S2)는 낮아졌다.

실시예 19는, 표 3의 실시예 10∼12와 비교하면, 반복 회수가 많기 때문에, 가공 시간은 길어졌지만, 인장 접합 강도(S2)는 높아졌다.

실시예 20(SUS 304), 실시예 21(SUS 304; 도 31)은, 표 3의 실시예 13(알루미늄)과 비교하면, 레이저 조사 속도를 느리게 하여 반복 회수를 증가시켰기 때문에, 가공 시간은 길어졌지만, 인장 접합 강도(S2)는 높아졌다.

실험예 1

실시예 1과 동일하게 하여, 알루미늄 표면에 레이저 조사했을 때의 에너지 밀도와 홈의 깊이의 관계(도 32), 에너지 밀도와 홈의 폭의 관계(도 33)를 시험했다.

그 결과, 에너지 밀도가 0.3W/㎛² 부근에서, 명확한 차이가 확인되었다.

실시예 22∼35

실시예 7∼9(표 2)와 동일하게 하여, 도 18에 도시하는 금속 성형체(표 5에 나타내는 금속)의 접합면(12)의 전체면(90mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 5에 나타내는 조건으로 레이저광을 연속 조사했다.

그 후, 실시예 1∼6, 비교예 1∼3과 동일하게 실시하여, 도 19에 도시하는 복합 성형체를 얻었다.

인장 시험은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 금속 성형체(10)측의 지그(70)에 의해 고정한 상태에서, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)가 파단될 때까지 도 20의 Y 방향(도 1의 Y 방향이며, 접합면(12)에 대하여 수직 방향)으로 잡아당긴 경우의 접합면(12)이 파괴될 때까지의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

실시예 36∼42

실시예 7∼9(표 2)와 동일하게 하여, 도 18에 도시하는 금속 성형체(표 6에 나타내는 금속)의 접합면(12)의 전체면(90mm²의 넓이 범위)에 대하여, 표 6에 나타내는 조건으로 레이저광을 연속 조사했다.

그 후에 실시예 1∼6, 비교예 1∼3과 동일하게 실시하여, 도 19에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

1 복합 성형체
10 금속 성형체
12 접합면
20 수지 성형체

Claims

금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서,
상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정,
전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하여, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 사출 성형하는 공정을 포함하고,
상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정이,
복수개의 직선, 복수개의 곡선 또는 이것들의 조합으로 이루어지는 선이 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정이며,
상기 복수개의 직선, 또는 상기 복수개의 곡선이 각각 0.005∼1mm의 범위의 간격으로 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정인, 복합 성형체의 제조 방법.
금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서,
상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정,
전공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 적어도 상기 접합면과 상기 수지 성형체가 되는 수지를 접촉시킨 상태에서 압축 성형하는 공정을 포함하고,
상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정이,
복수개의 직선, 복수개의 곡선 또는 이것들의 조합으로 이루어지는 선이 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정이며,
상기 복수개의 직선, 또는 상기 복수개의 곡선이 각각 0.005∼1mm의 범위의 간격으로 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정인, 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수개의 직선, 또는 상기 복수개의 곡선이 각각 0.005∼1mm의 범위에서 동일한 간격으로 형성된 것을 1군으로 하여, 각 군의 간격이 0.01∼1mm의 범위에서 동일한 간격이 되도록 복수군 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 레이저광을 연속 조사하는 공정이 하기 요건 (A), (B)일 때의 가공 시간이 0.1∼30초의 범위가 되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
(A) 레이저광의 조사 속도가 2000∼15000mm/sec
(B) 금속 성형체의 접합면의 면적이 100mm²
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 레이저광을 연속 조사하는 공정이,
연속파 레이저의 조사 속도가 2,000∼15,000mm/sec이고,
레이저 출력이 250∼2000W, 레이저 빔 직경(스폿 직경)이 10∼100㎛이며,
상기 레이저 출력과 스폿 면적(π×[스폿 직경/2]²)으로부터 구해지는 에너지 밀도(W/㎛²)가 0.2∼10W/㎛²의 범위가 되도록 레이저광을 연속 조사하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 금속 성형체의 접합면이 평면 또는 곡면인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
금속 성형체의 표면에 대하여, 연속파 레이저를 사용하여 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 것으로 상기 금속 성형체의 표면을 조면화하는 금속 성형체의 조면화 방법으로서,
상기 금속 성형체의 표면에 대하여, 2000mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사할 때,
복수개의 직선, 복수개의 곡선 또는 이것들의 조합으로 이루어지는 선이 형성되도록 레이저광을 연속 조사하고,
상기 복수개의 직선, 또는 상기 복수개의 곡선이 각각 0.005∼1mm의 범위의간격으로 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는, 금속 성형체의 조면화 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 복수개의 직선, 또는 상기 복수개의 곡선이 각각 0.005∼1mm의 범위에서 동일한 간격으로 형성된 것을 1군으로 하여, 각 군의 간격이 0.01∼1mm의 범위에서 동일한 간격이 되도록 복수군 형성되도록 레이저광을 연속 조사하는 것을 특징으로 하는 금속 성형체의 조면화 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 레이저광을 연속 조사할 때, 하기 요건 (A), (B)일 때의 가공 시간이 0.1∼30초의 범위가 되도록 레이저광을 연속 조사하는 것을 특징으로 하는 금속 성형체의 조면화 방법.
(A) 레이저광의 조사 속도가 2000∼15000mm/sec
(B) 금속 성형체의 표면의 면적이 100mm²
제 7 항에 있어서,
상기 레이저광을 연속 조사할 때,
연속파 레이저의 조사 속도가 2,000∼15,000mm/sec이고,
레이저 출력이 250∼2000W, 레이저 빔 직경(스폿 직경)이 10∼100㎛이며,
상기 레이저 출력과 스폿 면적(π×[스폿 직경/2]²)으로부터 구해지는 에너지 밀도(W/㎛²)가 0.2∼10W/㎛²의 범위가 되도록 레이저광을 연속 조사하는 것을 특징으로 하는 금속 성형체의 조면화 방법.
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