KR102187239B1

KR102187239B1 - 복합 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR102187239B1
Application number: KR1020157005895A
Authority: KR
Inventors: 다이지 이케다; 유키 키타가와; 요시히로 아사미; 마사히코 이타쿠라
Original assignee: 다이셀폴리머 주식회사; 주식회사 다이셀
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2020-12-04
Also published as: JP5798535B2; TWI641476B; KR20150052073A; CN104602889B; WO2014038563A1; TWI661931B; CN107253311B; CN107253311A; TW201420323A; JP2014051041A; CN104602889A; TW201808595A

Abstract

본 발명은 접합 강도가 높은 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다. 금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서, 상기 금속 성형체의 상기 수지 성형체와의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Db)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Wb)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 홈을 형성하는 제1 공정, 상기 오목부 또는 홈이 형성된 금속 성형체의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Ds)이 0.01~50μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Ws)이 0.01~50μm인 홈을 형성하는 제2 공정, 그 후, 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 수지 성형체가 되는 수지를 사용하여 인서트 성형하여 복합 성형체를 얻는 제3 공정을 가지고 있는 복합 성형체의 제조 방법이다.

Description

복합 성형체의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING COMPOSITE MOLDED BODY}

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 것이 생각된다.

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

일본 특허공보 제4020957호에는, 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 공개특허공보 2010-167475호에는, 일본 특허공보 제4020957호의 발명에 있어서, 더욱 복수회 중첩적으로 레이저 스캐닝하는 레이저 가공 방법의 발명이 개시되어 있다.

그러나, 일본 특허공보 제4020957호, 일본 공개특허공보 2010-167475호의 발명은 반드시 크로스하는 2개의 방향에 대하여 레이저 스캐닝할 필요가 있기 때문에, 가공 시간이 지나치게 오래 걸린다는 점에서 개선의 여지가 있다.

또한 크로스 방향으로의 레이저 스캐닝에 의해 충분한 표면 거칠기 처리를 할 수 있는 점에서, 접합 강도는 높게 할 수 있는 것이 생각되지만, 표면 거칠기 상태가 균일하게 되지 않고, 금속과 수지와의 접합 부분의 강도의 방향성이 안정되지 않을 우려가 있다는 문제가 있다.

예를 들면, 하나의 접합체는 X축 방향으로의 전단력이나 인장강도가 가장 높지만, 다른 접합체는 X축 방향과는 상이한 Y축 방향으로의 전단력이나 인장강도가 가장 높고, 또 다른 접합체는 X축 및 Y축 방향과는 상이한 Z축 방향으로의 전단력이나 인장강도가 가장 높아진다는 문제가 발생할 우려가 있다.

제품에 따라서는(예를 들면, 일방향으로의 회전체 부품이나 일방향으로의 왕복 운동 부품), 특정 방향으로의 높은 접합 강도를 가지는 금속과 수지의 복합체가 요구되는 경우가 있지만, 일본 특허공보 제4020957호, 일본 공개특허공보 2010-167475호의 발명에서는 상기한 요망에는 충분히 부응할 수 없다.

또 접합면이 복잡한 형상이나 폭이 가는 부분을 포함하는 형상인 것인 경우(예를 들면 별형, 삼각형, 덤벨형)에는 크로스 방향으로 레이저 스캐닝하는 방법에서는 부분적으로 표면 거칠기 처리가 불균일하게 되는 결과, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는 것도 생각된다.

일본 공개특허공보 평10-294024호에는, 금속 표면에 레이저광을 조사하여 요철을 형성하고, 요철 형성 부위에 수지, 고무 등을 사출 성형하는 전기 전자 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 페어스킨 형상으로 거칠게 하는 것, 단락번호 19에서는 금속 장척 코일 표면을 스트라이프 형상, 점선 형상, 파선 형상, 널링 형상, 페어스킨 형상으로 거칠게 하는 것이 기재되어 있다.

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

따라서, 일본 공개특허공보 평10-294024호의 발명은 일본 특허공보 제4020957호, 일본 공개특허공보 2010-167475호의 발명과 같이 크로스 방향으로 레이저 조사하여 표면에 미세한 요철을 형성하는 발명과 동일한 기술적 사상을 개시하고 있는 것이다.

일본 특허공보 제4993039호 공보에는 금속 부재와 섬유 강화 고분자 재료부를 가지는 복합 성형품의 제조 방법으로서, 금속 부재 표면에 대하여 블래스트 처리를 한 후에 에칭 처리를 하는 방법이 기재되어 있다(실시형태 9).

일본 공표특허공보 2011-529404호에는 금속과 플라스틱으로 이루어지는 복합 부재의 제조 방법으로서, 특정의 펄스 계속 시간을 가지는 레이저를 사용하여, 나노 구조에 의해 중첩된 마이크로 구조를 가지도록 표면 구조를 형성하는 공정을 구비하는 발명이 기재되어 있다.

본 발명은 접합 강도를 높인 복합 성형체를 얻을 수 있는 복합 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은

금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서,

상기 금속 성형체의 상기 수지 성형체와의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Db)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Wb)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 홈을 형성하는 제1 공정,

상기 오목부 또는 홈이 형성된 금속 성형체의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Ds)이 0.01~50μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Ws)이 0.01~50μm인 홈을 형성하는 제2 공정,

그 후, 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하여, 수지 성형체가 되는 수지를 사용하여 인서트 성형하여 복합 성형체를 얻는 제3 공정

을 가지고 있는 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 복합 성형체의 제조 방법에 의하면, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 복합 성형체의 두께 방향의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 다른 실시형태의 직경 방향의 단면도이며, (a)는 측면에서 본 도면, (b)는 단면(端面)에서 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서 형성되는 오목부의 형성 상태를 설명하기 위한 평면도와 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서 형성되는 오목부의 형성 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 4의 오목부의 두께 방향으로의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서 형성되는 홈의 형성 상태를 설명하기 위한 평면도와 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제조 방법의 제1 공정에서 형성되는 홈의 형성 상태를 설명하기 위한 평면도이다.
도 8은 도 7의 홈의 두께 방향으로의 단면도이다.
도 9는 실시예 및 비교예에서 사용한 금속 성형체를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 실시예 및 비교예에서 얻은 복합 성형체와, 그 접합 강도의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 비교예 1의 수지와 접합하기 전의 금속 성형체의 상태를 설명하기 위한 CCD 사진이다. 　도면 중, 부호 1은 복합 성형체를, 부호 10은 금속 성형체를, 부호 12는 접합면을, 부호 20은 수지 성형체를 각각 나타낸다.

본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 복합 성형체는 예를 들면 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같은 것이다.

도 1의 복합 성형체(1)는 평판 형상의 금속 성형체(10)와 평판 형상의 수지 성형체(20)가 접합면(12)에 있어서 접합 일체화되어 있는 것이다.

도 2(a), (b)의 복합 성형체(1)는 둥근봉 형상의 금속 성형체(10)와 둥근봉 형상의 수지 성형체(20)가 접합면(12)에 있어서 접합 일체화되어 있는 것이다.

본 발명의 복합 성형체에서 사용하는 금속 성형체의 금속은 특별히 제한되는 것은 아니며, 용도에 따라서 공지의 금속으로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면 철, 각종 스테인레스, 알루미늄 또는 그 합금, 아연, 마그네슘, 구리, 납, 주석 및 그들을 포함하는 합금으로부터 선택되는 것을 들 수 있다.

본 발명의 복합 성형체에서 사용하는 금속 성형체의 성형 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 금속의 종류에 따라서 공지의 각종 성형법을 적용하여 제조할 수 있는 것이며, 예를 들면 다이캐스트법으로 제조한 것을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제조 방법을 공정마다 설명한다.

본 발명은 제1, 제2 및 제3 공정을 이 순서로 구비하는 것이지만, 본 발명의 과제를 해결할 수 있는 범위이면, 각 공정 앞에 다른 공정을 부가할 수 있다.

예를 들면, 각 공정 앞에, 금속 성형체의 접합면을 청정하게 하는 처리 공정을 설치할 수 있다.

<제1 공정>

제1 공정은 금속 성형체의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Db)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Wb)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm인 홈을 형성한다.

오목부 또는 홈은 접합면의 전체에 형성해도 되고, 목적으로 하는 접합 강도가 얻어지는 것이면, 접합면의 일부에 형성해도 된다.

오목부(구멍)를 형성할 때는, 개구부의 평균 직경(Db)이 1.0~1000μm, 바람직하게는 30~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm, 바람직하게는 50~1000μm인 오목부(구멍)를 형성한다.

오목부는 다수의 오목부가 규칙적으로 또는 랜덤하게 분산되도록 형성할 수 있고, 다수의 오목부가 점선 형상으로 형성되고, 또한 직선, 곡선 또는 도형(원, 다각형, 부정형 등)을 이루도록 형성할 수 있고, 복수의 직선, 곡선 또는 도형을 이루도록 형성된 오목부가 복수 개소에서 교차하도록 형성할 수도 있다.

금속 성형체의 접합면에 홈을 형성할 때는, 개구부의 평균 폭(Wb)이 1.0~1000μm, 바람직하게는 30~1000μm, 최대 깊이가 10~1000μm, 바람직하게는 50~1000μm인 홈을 형성한다.

홈은 다수의 홈이 직선, 곡선 또는 도형(원, 다각형, 부정형 등)을 이루도록 형성할 수 있고, 복수의 직선, 곡선 또는 도형을 이루도록 형성된 홈이 복수 개소에서 교차하도록 형성할 수도 있다.

또한, 제1 공정에서는, 금속 성형체의 접합면에 대하여, 오목부와 홈의 양쪽을 형성할 수 있다.

제1 공정의 처리 방법으로서는, 오목부 또는 홈을 형성할 때에는 레이저광의 조사, 프레스 가공, 전조 가공 및 절삭 가공으로부터 선택되는 수단을 사용할 수 있다. 전조 가공은 특히 홈의 형성에 적합하다.

레이저광을 조사하는 방법을 사용할 때에는, 공지의 레이저를 사용할 수 있다. 예를 들면, YVO4 레이저, YAG 레이저, 파이버 레이저, 반도체 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, He-Ne 레이저, 질소 레이저, 킬레이트 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다.

레이저의 조사 조건 예를 들면 파장, 빔 직경, 세공의 간격, 주파수 등은 접합 대상이 되는 금속 성형체의 종류에 따라 상기 범위의 평균 개구 직경(Db) 또는 상기 범위의 평균 폭(Wb)을 형성할 수 있도록 결정하는데, 제2 공정에서 레이저광의 조사를 하는 경우보다 강한 조사 조건이 된다. 예를 들면 제2 공정과 동일한 레이저광의 조사 조건이지만, 제2 공정보다 스캔 횟수를 많게 할 수 있다.

제1 공정으로서 레이저광의 조사를 사용할 때의 조건은, 예를 들면 다음과 같이 할 수 있다.

출력은 4~400W가 바람직하다.

파장은 300~1200nm가 바람직하고, 500~1070nm가 보다 바람직하다.

1스캔의 펄스 폭(1스캔의 레이저광의 조사 시간)은 1~100,000nsec이 바람직하고, 1~100nsec이 보다 바람직하다.

주파수는 1~100kHz가 바람직하다.

빔 직경은 5~200μm가 바람직하고, 5~100μm가 보다 바람직하며, 5~50μm가 더욱 바람직하다.

촛점 위치는 -10~+10mm가 바람직하고, -6~+6mm가 보다 바람직하다.

가공 속도는 1~10,000mm/sec이 바람직하고, 5~10,000mm/sec이 보다 바람직하며, 10~10,000mm/sec이 더욱 바람직하다.

스캔 횟수는 1~20회가 바람직하고, 1~10회가 보다 바람직하다.

프레스 가공은 소정의 크기의 오목부를 형성할 수 있는 것 같은 침 형상의 가공구, 또는 소정의 크기의 홈을 형성할 수 있는 것 같은 날을 가지는 가공구를 사용하는 방법을 적용할 수 있다.

전조 가공은 도 2에 나타내는 바와 같은 둥근봉 형상의 금속 성형체(10)의 표면을 가공하는 방법으로서 적합하고, 예를 들면 수나사 형상의 홈을 형성할 수 있다.

절삭 가공은 전조 가공과 마찬가지로 도 2에 나타내는 바와 같은 둥근봉 형상의 금속 성형체(10)의 표면을 가공하는 방법으로서 적합하고, 또한 오목부를 형성하는 가공에도 적용할 수 있다.

다음에, 제1 공정에 있어서의 실시형태를 도면에 의해 설명한다.

도 3(a)은 제1 공정에서 원형의 오목부(구멍)를 뚫은 상태를 나타내는 평면도이며, 도 3(b)은 (a)의 두께 방향으로의 단면도(깊이 방향의 형상)를 나타내고 있다.

도 3(b)에서는 구멍의 깊이 방향의 형상은 삼각형으로 되어 있다.

구멍은 개구부의 형상이 도 4(a)~(f)에 나타내는 형상으로부터 선택되는 것이며, 깊이 방향의 형상이 도 5(a)~(c)에 나타내는 형상으로부터 얻어지는 것의 조합으로 할 수 있다.

구멍의 개구부의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니며, 도 4(a)의 원형, 도 4(b)의 은행나무잎형, 도 4(c)의 부메랑형, 도 4(d)의 타원형, 도 4(e)의 사각형, 도 4(f)의 다각형인 것으로 할 수 있고, 도시한 것 이외의 형상으로 할 수도 있다.

구멍의 깊이 방향의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니며, 도 5(a)의 삼각형, 도 5(b)의 사각형, 도 5(c)의 사다리꼴인 것으로 할 수 있고, 도시한 것 이외의 형상으로 할 수도 있다.

도 6(a)은 제1 공정에서 홈을 형성한 상태를 나타내는 평면도이며, 도 6(b)은 (a)의 두께 방향으로의 단면도(깊이 방향의 형상)를 나타내고 있다.

금속 성형체(10)의 접합면(12)은 제2 공정의 처리에 의해 미세한 구멍이 다수 형성되어 표면이 거칠게 된(처리 전보다 조면화된) 상태로 되어 있고, 그것에 다수의 홈이 균등 간격으로 형성되어 있다.

도 6(b)에서는 홈의 깊이 방향의 형상은 삼각형으로 되어 있다.

홈은 개구부의 형상(평면 형상)이 도 7(a)~(d)에 나타내는 형상으로부터 선택되는 것이며, 깊이 방향의 형상이 도 8(a)~(e)에 나타내는 형상으로부터 얻어지는 것의 조합으로 할 수 있다.

홈의 개구부의 형상(평면 형상)은 특별히 제한되는 것은 아니며, 도 7(a)의 직선의 조합, 도 7(b)의 (a)와는 직교하는 방향에서 보다 폭이 가는 직선의 조합, 도 7(c)의 곡선의 조합, 도 7(d)의 격자 형상의 직선의 조합인 것으로 할 수 있고, 도시한 것 이외의 형상으로 할 수도 있다.

홈의 깊이 방향의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니며, 도 8(a)의 삼각형, 도 8(b)의 사각형, 도 8(c)의 사다리꼴, 도 8(d)의 (c)와는 역방향의 사다리꼴, 도 8(e)의 (d)의 사다리꼴의 둥그스름한 형상인 것으로 할 수 있고, 도시한 것 이외의 형상으로 할 수도 있다.

<제2 공정>

제2 공정에서는, 제1 공정에서 오목부 또는 홈을 형성한 금속 성형체의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Ds)이 0.01~50μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Ws)이 0.01~50μm인 홈을 형성한다.

금속 성형체의 접합면에 오목부(구멍)를 형성할 때는, 개구부의 평균 직경(Ds)이 0.01~50μm, 바람직하게는 0.1~50μm, 더욱 바람직하게는 1.0~50μm인 오목부(구멍)를 형성한다.

금속 성형체의 표면 상태에 따라서는, 제1 공정에서 오목부 또는 홈이 형성되어 있지 않은 접합면에는 미세한 요철이 존재하는 것도 생각되지만, 그러한 경우에도 상기 범위의 오목부를 형성하기 위한 처리를 한다. 이 때, 상기 접합면은 처리 전과 비교하면, 보다 많은 요철이 형성되어, 보다 조면화된 상태로 되어 있다.

금속 성형체의 접합면에 홈을 형성할 때는, 개구부의 평균 폭(Ws)이 0.01~50μm, 바람직하게는 0.1~50μm, 더욱 바람직하게는 1.0~50μm인 홈을 형성한다.

제2 공정에서는, 금속 성형체의 접합면에 대하여, 오목부와 홈의 양쪽을 형성할 수 있다.

또한, 제2 공정에서 오목부 또는 홈을 형성할 때는, 제1 공정에서 형성된 오목부의 내부 또는 홈의 내부에도 오목부 또는 홈을 형성할 수 있다. 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합 강도를 높이기 위해서는, 제2 공정에 있어서, 제1 공정에서 형성된 오목부의 내부 또는 홈의 내부에도 오목부 또는 홈 내에도 오목부 또는 홈을 형성하여 조면화하는 것이 바람직하다.

제2 공정의 처리 방법으로서는, 오목부를 형성할 때에는 레이저광의 조사, 에칭 처리, 프레스 가공 및 블래스트 가공으로부터 선택되는 수단을 사용할 수 있고, 홈을 형성할 때는 레이저광의 조사, 에칭 처리 및 프레스 가공으로부터 선택되는 수단을 사용할 수 있다.

레이저의 조사 조건, 예를 들면, 파장, 빔 직경, 세공의 간격, 주파수 등은 접합 대상이 되는 금속 성형체의 종류에 따라, 상기 범위의 평균 개구 직경(Ds) 또는 상기 범위의 평균 폭(Ws)을 형성할 수 있도록 결정하는데, 제1 공정에서 레이저광의 조사를 하는 경우보다 완화된 조건으로 실시한다. 예를 들면, 제1 공정과 동일한 레이저광의 조사 조건이지만, 제1 공정보다 스캔 횟수를 적게 할 수 있다.

에칭 가공은 금속에 따른 주지의 에칭액과 매스킹 부재를 조합하여 사용하는 방법을 적용할 수 있다.

블래스트 가공으로서는 쇼트 블래스트 가공, 샌드 블래스트 가공 등을 사용할 수 있다.

<제3 공정>

제3 공정은 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 수지 성형체가 되는 수지를 사용하여 인서트 성형하여 복합 성형체를 얻는다.

본 발명의 복합 성형체에서 사용하는 수지 성형체의 수지는 열가소성 수지, 열경화성 수지 이외에 열가소성 엘라스토머도 포함된다.

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

열경화성 수지는 용도에 따라서 공지의 열경화성 수지로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 요소 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레소시놀 수지, 에폭시 수지, 폴리유레테인, 비닐유레테인을 들 수 있다.

열가소성 엘라스토머는 용도에 따라서 공지의 열가소성 엘라스토머로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 스티렌계 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 것이며, PAN계, 피치계, 레이온계, 리그닌계 등의 것을 사용할 수 있다.

무기 섬유로서는 유리 섬유, 현무암 섬유, 실리카 섬유, 실리카·알루미나 섬유, 지르코니아 섬유, 질화붕소 섬유, 질화규소 섬유 등을 들 수 있다.

금속 섬유로서는 스테인레스, 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), 폴리비닐알코올 섬유, 아크릴 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리옥시메틸렌 섬유, 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유, 폴리에스터 섬유(전방향족 폴리에스터 섬유를 포함한다), 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 3~60μm의 범위의 것을 사용할 수 있지만, 이들 중에서도 예를 들면 금속 성형체(10)의 접합면(11)에 대하여 형성되는 마킹 패턴의 폭(세공의 개구부의 크기, 또는 홈의 폭)보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유 직경은 보다 바람직하게는 5~30μm, 더욱 바람직하게는 7~20μm이다.

이러한 마킹 패턴의 폭보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는 금속 성형체의 마킹 패턴 내에 섬유상 충전재의 일부가 붙여진 상태의 복합 성형체가 얻어지고, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도가 높아지므로 바람직하다.

또한 이들 섬유상 충전재는 수지 성형체의 기계적 강도를 높이고, 금속 성형체와의 기계적 강도차를 작게 함으로써 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합 강도를 높이기 때문에, 성형 후의 수지 성형체 중에 포함되는 중량 평균 섬유 길이가 바람직하게는 0.1~5.0mm, 보다 바람직하게는 0.1~4.0mm, 더욱 바람직하게는 0.2~3.0mm, 가장 바람직하게는 0.5~2.5mm로 할 수 있는 길이의 것을 제조 원료로서 사용하는 것이 바람직하다.

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

[실시예]

(실시예 1)

<제1 공정>

도 9에 나타내는 형상의 금속 성형체(10)(스테인레스:SUS304)의 접합면(12)(실제의 금속 성형체와 수지 성형체의 접촉면의 일부면)에 대하여 프레스 가공함으로써, 개구부의 평균 직경(Db)이 500μm인 구멍을 형성했다. 프레스 가공 수단으로서 전자식 도트 마킹(가부시키가이샤 이즈시, MULTI4)을 사용했다.

<제2 공정>

제1 공정에서 오목부를 형성한 금속 성형체의 접합면(12)에 대하여 레이저광을 조사하여 개구부의 평균 직경(Ds)이 16.4μm인 구멍을 뚫음으로써, 상기 접합면(12)의 표면(제1 공정에서 오목부는 형성되어 있지 않은 면과, 상기 오목부의 내표면)에 보다 많은 요철을 형성함으로써 조면화했다.

(레이저광의 조사 조건)

레이저의 종류:YVO4

출력(W):6.0

파장(nm):1064

펄스 폭(nsec):<40

주파수(kHz):50

촛점 위치(±mm):0

빔 직경(μm):30

가공 속도(mm/sec):500

스캔 횟수:1

<제3 공정>

수지로서 GF60% 강화 PA66 수지(플라스트론 PA66-GF60-01(L9):다이셀폴리머(주)제, 유리 섬유의 섬유 길이 11mm)를 사용했다.

금형 내에 제1 공정 및 제2 공정의 처리를 한 금속 성형체(10)의 접합면(12)을 포함하는 면을 넣고, 다음 조건으로 인서트 성형하여, 도 10에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

수지 온도:320℃

금형 온도:100℃

사출 성형기:FUNAC ROBOSHOT S-2000i-100B

(실시예 2)

<제1 공정>

도 9에 나타내는 형상의 금속 성형체(10)(알루미늄:SUS304)의 접합면(12)(실제의 금속 성형체와 수지 성형체의 접촉면의 일부면)에 대하여 레이저광을 조사하여 개구부의 평균 직경(Db)이 110μm인 구멍을 형성했다.

(레이저광의 조사 조건)

레이저의 종류:YVO4

출력(W):5.5

파장(nm):1064

펄스 폭(nsec):<40

주파수(kHz):50

촛점 위치(±mm):0

빔 직경(μm):30

가공 속도(mm/sec):500

스캔 횟수:30

<제2 공정>

실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 접합면(12)의 표면(제1 공정에서 오목부는 형성되어 있지 않은 면과, 상기 오목부의 내표면)에 보다 많은 요철을 형성함으로써 조면화했다.

<제3 공정>

실시예 1과 마찬가지로 하여, 도 10에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

(실시예 3)

<제1 공정>

도 9에 나타내는 형상의 금속 성형체(10)(알루미늄:SUS304)의 접합면(12)(실제의 금속 성형체와 수지 성형체의 접촉면의 일부면)에 대하여 레이저광을 조사하여 개구부의 평균 직경(Db)이 170μm인 구멍을 형성했다.

(레이저광의 조사 조건)

레이저의 종류:YVO4

출력(W):5.5

파장(nm):1064

펄스 폭(nsec):<40

주파수(kHz):50

촛점 위치(±mm):0

빔 직경(μm):30

가공 속도(mm/sec):500

스캔 횟수:45

<제2 공정>

<제3 공정>

(비교예 1)

실시예 1의 제1 공정만을 실시하여, 도 10에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

도 11(a)은 실시예 1과 동일한 제1 공정을 실시한 후의 접합면의 CCD 사진이며, 도 11(b)은 확대 사진이다.

(비교예 2)

실시예 2의 제1 공정만을 실시하여, 도 10에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

(비교예 3)

실시예 3의 제1 공정만을 실시하여, 도 10에 나타내는 복합 성형체를 얻었다.

(평균 직경의 측정 방법)

<제1 공정> 평균 직경(Db) 또는 평균 폭(Wb)의 측정 방법

제1 공정의 처리를 한 금속 접합면 상으로부터, CCD(키엔스사제의 디지털 현미경 VHX, 렌즈 VH-Z450)를 사용하여, 렌즈 배율 100배로 요철의 상면에 촛점이 맞는 상태에서 이미지를 촬영했다(도 11(a) 참조). 화상 상에서 촛점이 맞고 있는 부분의 개구부의 직경, 폭의 치수를 15점 측정하고, 평균 직경(Db), 평균 폭(Wb)을 산출했다.

도 11(a)의 개구부의 직경은 개구부의 가장 긴 곡선부를 포함하도록 원을 그리고, 그 원의 직경을 측정했다.

<제2 공정> 평균 직경(Ds) 또는 평균 폭(Ws)의 측정 방법

제2 공정의 처리를 한 금속을 절단하고, 표면부를 단면 방향으로부터 ULV-SEM(Caral ZEISS제의 극저가속 전압 주사 전자현미경, ULTRA55)을 사용하여, 렌즈 배율 500배로 (SEM)사진을 촬영하고, 촬영한 사진 상에 있어서, 요철부를 가로지르는 임의의 위치에 2개의 선을 긋고, 선과 교차하는 모든 개구부의 직경, 폭의 치수를 측정하여 평균 직경(Ds), 평균 폭(Ws)을 산출했다. 단, 선과 교차하는 개구부의 수(n)가 10 이상이 되도록 했다.

〔인장 시험〕

실시예 및 비교예 1의 각 복합 성형체를 사용하고, 인장 시험을 행하여 접합 강도를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 복합 성형체의 수지 성형체 중의 유리 섬유의 섬유 길이(중량 평균 섬유 길이)는 0.85mm였다. 평균 섬유 길이는 성형품으로부터 약3g의 시료를 잘라내고, 650℃에서 가열·회화(灰化)시켜 유리 섬유를 취출했다. 취출한 섬유의 일부(500개)로부터 중량 평균 섬유 길이를 구했다. 계산식은 일본 공개특허공보 2006-274061호의 〔0044〕, 〔0045〕를 사용했다.

인장 시험은 금속 성형체측을 고정한 상태에서, 금속 성형체와 수지 성형체가 파단할 때까지 도 10에 나타내는 X1 방향으로 인장한 경우의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기:텐실론 UCT-1T

인장 속도:5mm/min

척 간 거리:50mm

	제 1 공정			제 2 공정		복합 성형체의 접합 강도(MPa)
	금속의 종류	가공 수단	평균직경 (㎛)	가공 수단	평균직경 (㎛)	복합 성형체의 접합 강도(MPa)
실시예 1	SUS	프레스 가공	500	레이저 가공	16.4	15
실시예 2	Al	레이저 가공	110	레이저 가공	8.4	12
실시예 3	Al	레이저 가공	170	레이저 가공	9.4	18
비교예 1	SUS	프레스 가공	520	없음	-	0
비교예 2	Al	레이저 가공	110	없음	-	8
비교예 3	Al	레이저 가공	170	없음	-	8

Claims

금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서,
상기 금속 성형체의 상기 수지 성형체와의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Db)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 50~1000μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Wb)이 1.0~1000μm, 최대 깊이가 50~1000μm인 홈을 형성하는 제1 공정,
상기 오목부 또는 홈이 형성된 금속 성형체의 접합면에 대하여, 개구부의 평균 직경(Ds)이 0.1~50μm 또는 1~50μm인 오목부, 또는 개구부의 평균 폭(Ws)이 0.1~50μm 또는 1~50μm인 홈을 형성하는 제2 공정,
그 후, 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하여, 수지 성형체가 되는 수지를 사용하여 인서트 성형하여 복합 성형체를 얻는 제3 공정
을 가지고 있고,
상기 제1 공정이 레이저광의 조사, 프레스 가공, 전조 가공 및 절삭 가공으로부터 선택되는 수단에 의해 실시되는 것이며,
상기 제2 공정이 레이저광의 조사에 의해 실시되는 것인, 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 성형체가 다이캐스트 성형법으로 제조된 것인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 성형체의 상기 수지 성형체와의 접합면이 평면 또는 곡면인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
삭제
삭제
삭제