KR102603133B1 - 접합 구조체, 및 그 접합 구조체를 구비하는 스위치, 광전 센서 및 근접 센서 - Google Patents

접합 구조체, 및 그 접합 구조체를 구비하는 스위치, 광전 센서 및 근접 센서 Download PDF

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Abstract

내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 가진 접합 구조체를 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에 관한 접합 구조체는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료인 제1 부재와, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 독립된 복수의 구멍이 형성된, 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지인, 제3 부재와, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지인, 제2 부재를 구비한다.

Description

접합 구조체, 및 그 접합 구조체를 구비하는 스위치, 광전 센서 및 근접 센서
본 발명은 접합 구조체 및 그 이용에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 제1 성형체인 금속 성형체의 접합면에 대해, 연속파 레이저를 사용하여 200mm/sec 이상의 조사 속도로 레이저광을 연속 조사하는 공정, 이전 공정에서 레이저광이 조사된 금속 성형체의 접합면에 접착제층을 형성하는 공정, 이전 공정에서 접착제를 도포한 제1 성형체인 금속 성형체의 접합면에 제2 성형체를 접착하는 공정을 가진, 복합 성형체의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 관한 복합 성형체의 제조 방법에 의하면, 접합면에 대해 평행 방향으로 인장되었을 때의 인장 강도와, 접합면에 대해 수직 방향으로 인장되었을 때의 인장 강도의 양쪽 모두가 뛰어난 복합 성형체를 제공할 수 있다고 여겨지고 있다.
그렇지만, 특허문헌 1에 관한 발명은, 제2 성형체에는 가공이 되어 있지 않기 때문에, 열충격 등에 의한 팽창 수축력이 가해졌을 때에, 제2 성형체측의 접합 강도를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다. 또한, 제1 성형체의 접합면을 연속파 레이저로 조면(粗面)화함으로써, 제1 성형체의 접합면은 불균일한 형상이다. 그에 의해, 열충격 등에 의한 팽창 수축력이 가해졌을 때에, 제1 성형체는 응력 집중점을 갖기 때문에, 접합 강도의 향상에는 아직 개선의 여지가 있다.
따라서, 본건 발명자는, 종래의 방법에서는, 내유성(耐油性) 및 내약품성을 가진 접착제를 이용했다고 하여도, 내열 충격성을 가진 접합 강도가 뛰어난 복합 성형체를 얻는 것은, 곤란한 것을 알았다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 공보 2015-213961호 공보
본 발명은, 일 측면에서는, 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 나타내는 접합 구조체를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 관한 접합 구조체는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료인 제1 부재와, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 독립된 복수의 구멍이 형성된, 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지인, 제3 부재와, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지인, 제2 부재를 구비한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 가진 접합 구조체를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 2는, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 3은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 4는, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 5는, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 6은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 7은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 8은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 9는, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 10은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 11은, 실시예 1에서의 접합 구조체의 제조 공정을 모식적으로 나타낸다.
도 12는, 비교예 1에서의 접합 구조체의 제조 공정을 모식적으로 나타낸다.
도 13은, 실시예 5에서의 접합 구조체의 제조 공정을 모식적으로 나타낸다.
도 14는, 비교예 1에서의 접합 구조체의 단면을 모식적으로 나타낸다.
도 15는, 비교예 2에서의 접합 구조체의 단면을 모식적으로 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 측면에 관한 실시의 형태(이하, 「본 실시형태」라고도 표기함)를, 도면에 기초하여 설명한다.
§1　적용예
우선, 도 1을 이용하여, 본 발명의 일 태양에 관한 접합 구조체의 개요를 설명한다. 도 1은, 실시형태에 관한 접합 구조체의 단면의 일 예를 모식적으로 예시한다.
도 1에서는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료인 제1 부재(1)와, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된, 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지인, 제3 부재(3)와, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지인, 제2 부재(2)를 구비하는 접합 구조체가 예시되어 있다. 다시 말하면, 제1 부재(1)와 제3 부재(3)는, 제2 부재(2)를 개재하여 접합되어 있다. 또, 도 1에서는, 구멍의 깊이 방향에 평행한 단면이 도시되어 있다.
제1 부재(1) 및 제3 부재(3)에 형성된 구멍내에 경화성 수지인 제2 부재(2)가 충전되어, 경화되기 때문에, 물리적으로 강고한 앵커(anchor) 효과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 나타내는 접합 구조체를 얻을 수 있다. 또한, 제1 부재(1) 및 제3 부재(3)의 표면에 구멍을 형성하는 표면 가공을 행함으로써, 표면의 불순물이 제거되어, 접착 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 부재(1) 및 제3 부재(3)의 표면에 복수의 구멍이 형성되어 있음으로써, 접합부에 관한 응력이 분산하여, 응력 집중을 회피한 접합 구조체를 제공할 수 있다.
또, 경화성 수지로는, 금속에는 접착하기 쉽지만 수지에는 접착하기 어려운 접착제도 존재한다. 그 때문에, 제1 부재 및 제3 부재가 서로 다른 재료인 경우, 화학적인 결합에만 의한 접착에서는, 접착제의 선정에 제약이 생길 수 있다. 그러나, 상기 접합 구조체에서는, 상기 앵커 효과에 의한 물리적인 결합을 더 가짐으로써, 접착제의 선택지가 확대되어, 내유성 및 내약품성을 가진 접착제를 선택하는 것이 가능해진다. 결과적으로, 내유성 및 내약품성을 가지며, 또 내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 나타내는 접합 구조체를 얻을 수 있다.
§2 구성예
＜제1 부재＞
상기 제1 부재는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료이다. 상기 금속 재료의 일 예로는, 철계 금속, 스테인리스계 금속, 구리계 금속, 알루미늄계 금속, 마그네슘계 금속, 및, 그들의 합금을 들 수 있다. 또한, 금속 재료는, 금속 성형체여도 되고, 아연 다이캐스트, 알루미늄 다이캐스트, 분말야금 등이어도 된다.
＜제3 부재＞
상기 제3 부재는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지이다. 상기 제3 부재로서 이용되는 금속 재료의 일 예로는, 제1 부재로 이용되는 금속 재료로 예시한 금속 재료를 들 수 있다. 제3 부재는, 제1 부재와 같은 금속 재료여도 되고, 다른 금속 재료여도 된다.
상기 열가소성 수지의 일 예로는, PVC(폴리염화비닐), PS(폴리스틸렌), AS(아크릴로니트릴·스틸렌 공중합체), ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스틸렌 공중합체), PMMA(폴리 메틸 메타크릴레이트), PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PC(폴리카보네이트), m-PPE(변성 폴리페닐렌 에테르), PA6(폴리아미드 6), PA66(폴리아미드 66), POM(폴리아세탈), PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PBT(폴리부틸렌 테레프탈레이트), PSF(폴리설폰), PAR(폴리아릴레이트), PEI(폴리에테르 이미드), PPS(폴리페닐렌 설파이드), PES(폴리에테르 설폰), PEEK(폴리에테르 에테르케톤), PAI(폴리아미드 이미드), LCP(액정 폴리머), PVDC(폴리 염화 비닐리덴), PTFE(폴리 테트라 플루오르 에틸렌), PCTFE(폴리 클로로트리 플루오르에틸렌), 및, PVDF(폴리 불화 비닐리덴)를 들 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지는, TPE(열가소성 엘라스토머)여도 되고, TPE의 일 예로는, TPO(올레핀계), TPS(스틸렌계), TPEE(에스테르계), TPU(우레탄계), TPA(나일론계), 및, TPVC(염화 비닐계)를 들 수 있다.
＜제2 부재＞
상기 제2 부재는, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지이다.
상기 경화성 수지는 반응성 경화성 수지여도 된다. 상기 반응성 경화성 수지로는, 예를 들어, 가열에 의해 가교 구조를 형성하여 경화되는 열강화성 수지, 및 광을 조사함으로써 가교 구조를 형성하여 경화되는 광경화성 수지 등을 들 수 있다.
상기 반응성 경화성 수지의 일 예로는, 에폭시(EP) 수지, 폴리우레탄(PUR) 수지, 우레아 포름알데히드(UF) 수지, 멜라민 포름알데히드(MF) 수지, 페놀 포름알데히드(PF) 수지, 불포화 폴리에스테르(UP) 수지, 및 실리콘(SI) 수지, 아크릴 수지를 들 수 있다. 또한, 반응성 경화성 수지는, 섬유강화 플라스틱(FRP)이어도 된다.
또한, 상기 경화성 수지는, 에폭시 수지여도 된다. 내유성, 내약품성 및 내열 충격성을 균형있게 양립시키는 관점에서, 상기 반응성 경화성 수지는, 에폭시 수지가 바람직하다.
상기 제2 부재에는, 충전제가 더 첨가되어 있어도 된다. 상기 충전제의 일 예로는, 무기계 충전제(유리 섬유, 무기 염류 등), 금속계 충전제, 유기계 충전제, 및, 탄소 섬유 등을 들 수 있다.
상기 경화성 수지의 경화전의 점도는, 25℃에서, 바람직하게는 10,000~300,000mPa·s, 더 바람직하게는 25,000~90,000mPa·s, 더욱 바람직하게는 50,000~75,000mPa·s이다. 경화성 수지의 경화전의 점도가 상기 범위내인 경우, 구멍에 경화성 수지가 충전되기 쉽기 때문에, 앵커 효과가 발휘되기 쉬워서, 접합 강도가 향상된다는 효과를 나타낸다. 상기 점도(mPa·s)는, 예를 들어, 25℃에서, 회전 점도계(브룩필드계)(에코정기(英弘精機)사 제)를 이용함으로써 측정 가능하다.
상기 경화성 수지의 경화후의 쇼어 D 경도는, 바람직하게는 30~90, 더 바람직하게는 50~90, 더욱 바람직하게는 70~90이다. 경화성 수지의 경화후의 쇼어 D 경도가 상기 범위인 경우, 내열 충격성과 더불어, 내유성 및 내약품성까지도 확보할 수 있다. 또, 쇼어 D 경도는, JIS K 6253에 준거하여 측정된다.
＜구멍＞
상기 구멍의 개구 지름은, 바람직하게는 30~100㎛이다.
상기 구멍은, 서로 독립되어 있다. 즉, 구멍이 형성된 표면에 수직인 방향에서 보았을 경우에, 구멍의 개구부가 중첩되어 있지 않고, 구멍들의 경계선이 명확하다. 따라서, 상기 구멍은, 연속하는 홈과는 다르다. 상기 구멍이 서로 독립되어 있음으로써, 제1 부재 및 제3 부재의 표면적이 확대된다. 이에 의해, 제1 부재 및 제3 부재와, 제2 부재가 접하는 면적이 확대되기 때문에, 물리적인 접합 강도가 향상된다는 효과를 나타낸다.
상기 구멍의 개구부의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 원형이어도 되고, 다각형이어도 된다. 개구부의 형상이 원형이면, 구멍을 형성하기 쉽다. 또한, 예를 들어, 상기 구멍의 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 개구부로부터 깊이 방향을 향해 일정해도 되고, 개구부로부터 깊이 방향을 향해 커지다가, 이어서 작아져도 되고, 또는 개구부로부터 깊이 방향을 향해 작아져도 된다. 바람직하게는, 상기 구멍의 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 개구부로부터 깊이 방향을 향해 커지다가, 이어서 작아지게 되어 있다. 다시 말하면, 구멍의 형상은, 깊이 방향으로 잘록한 부분을 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제2 부재가 로크(lock)되는 효과가 발현한다. 즉, 구멍의 깊이 방향에 평행한 힘이 작용했을 경우, 구멍 내부에서 경화된 제2 부재가 구멍 외부로 인출되기 힘들어져서, 물리적인 접합 강도가 향상된다는 효과를 나타낸다. 구멍의 깊이 방향에 수직인 단면의 지름의, 개구부로부터 깊이 방향을 향하는 변화는, 곡선적이어도 되고, 직선적이어도 된다.
상기 구멍의 피치는, 특별히 한정되지 않고, 구멍의 개구 지름, 제1 부재 및 제3 부재의 부피 등에 따라, 적당히 변경할 수 있다. 단, 상기 구멍의 피치의 하한값은, 구멍이 중첩되지 않는 거리로 한다. 예를 들어, 구멍의 피치는, 바람직하게는 50~200㎛, 더 바람직하게는 50~150㎛, 더욱 바람직하게는 50~80㎛이다. 상기 구멍의 피치는, 예를 들어, 레이저 조사의 조사 간격을 제어함으로써, 조정 가능하다.
구멍의 깊이는, 특별히 한정되지 않고, 구멍의 개구 지름, 제1 부재 및 제3 부재의 부피 등에 따라, 적당히 변경할 수 있다. 예를 들어, 구멍의 깊이는, 바람직하게는 30~100㎛이다.
제1 부재와 제3 부재에서의 구멍의 형상은, 같아도 된다. 예를 들어, 상술한 도 1에 나타낸 바와 같이, 개구부가 원형이며, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상의 구멍이 형성된 제1 부재(1)와, 제1 부재(1)와 마찬가지로, 개구부가 원형이며, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상의 구멍이 형성된 제3 부재(3)를, 제2 부재(2)를 개재하여 접합시켜도 된다.
구멍은, 도 2 내지 도 10에 나타내는 형상이어도 된다. 도 2 내지 도 10은, 각각, 실시형태에 관한 접합 구조체의, 구멍의 깊이 방향에 평행한 단면의 일 예를 모식적으로 나타낸다.
구멍의 형상은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 개구부가 원형이며, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향하여 곡선적으로 커지다가, 이어서 작아지는 형상이어도 되고, 도 3에 나타낸 바와 같이 원추 형상이어도 된다.
혹은, 제1 부재와 제3 부재에서의 구멍의 형상은, 서로 달라도 된다. 예를 들어, 도 4에 나타낸 바와 같이, 원추 형상의 구멍이 형성된 제1 부재(1)와, 개구부가 원형이며, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 커지다가, 이어서 작아지는 형상의 구멍이 형성된 제3 부재(3)를, 제2 부재(2)를 개재하여 접합시켜도 된다.
또한, 제1 부재 및 제3 부재에서의 구멍의 피치는, 같아도 되고, 서로 달라도 된다. 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)와 제3 부재(3)의 선팽창 계수가 대체로 같지만, 제1 부재(1)의 부피가, 제3 부재(3)의 부피보다 큰 경우, 제1 부재(1)에서의 구멍의 피치가, 제3 부재(3)에서의 구멍의 피치보다 작아도 된다. 선팽창 계수가 가까운 재료들의 접착이어도, 그러한 재료의 부피가 다르면, 열충격에 의한 팽창 수축량의 차가 커질 수 있다. 상기 구성에 의하면, 열충격에 의한 팽창 수축량의 차를 작게 할 수 있고, 또한 내유성, 내약품성 및 내열 충격성을 양립한, 접합 구조체를 얻을 수 있다.
또한, 제1 부재 및 제3 부재에서의 구멍의 깊이는, 같아도 되고, 서로 달라도 된다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)와 제3 부재(3)의 선팽창 계수가 대체로 같지만, 제1 부재(1)의 부피가, 제3 부재(3)의 부피보다 큰 경우, 제1 부재(1)에서의 구멍의 깊이가, 제3 부재(3)에서의 구멍의 깊이보다 깊어도 된다. 상기 구성에 의해, 열충격에 의한 팽창 수축량의 차를 작게 할 수 있고, 또한 내유성, 내약품성 및 내열 충격성을 양립한, 접합 구조체를 얻을 수 있다.
또한, 제1 부재 및 제3 부재에서의 구멍의 피치 및 구멍의 깊이의 양쪽 모두가, 제1 부재와 제3 부재에서 서로 달라도 된다. 예를 들어, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)의 부피가, 제3 부재(3)의 부피보다 큰 경우, 제1 부재(1)에서의 구멍의 피치가, 제3 부재(3)에서의 구멍의 피치보다 작고, 제1 부재(1)에서의 구멍의 깊이가, 제3 부재(3)에서의 구멍의 깊이보다 깊어도 된다.
혹은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 구멍이 형성된 표면 이외의 면에서도 제1 부재(1) 및 제3 부재(3)가, 제2 부재(2)를 개재하여 접합되어 있어도 된다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)에, 제3 부재(3)와 더불어 다른 부재(7)가, 제2 부재(2)를 개재하여 접합되어 있어도 된다. 다른 부재(7)의 표면에도 상술한 구멍이 형성될 수 있다. 또한, 다른 부재(7)는, 제1 부재 또는 제3 부재로서 예시된 금속 재료 또는 열가소성 수지여도 된다. 또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 제3 부재(3)가, 제1 부재(1)와 접합되어 있는 면과는 다른 면에서, 다른 접착제(8)를 개재하여, 다른 부재(7)와 접합되어 있어도 된다. 제3 부재(3)의 제1 부재(1)와 접합되어 있는 면과는 다른 면에도 상술한 구멍이 형성될 수 있다. 다른 접착제(8)는, 제2 부재로서 예시된 경화성 수지여도 된다.
＜접합 구조체의 제조 방법＞
상기 접합 구조체는, 예를 들어, 상기 제2 부재를 개재하여, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 공정을 포함하는 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 구멍은, 레이저 조사에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 상기 구멍을 형성하기 위한 레이저의 종류로는, 광섬유 레이저, YAG 레이저, YVO4 레이저, 반도체 레이저, 탄산가스 레이저, 엑시머 레이저 등을 선택할 수 있으며, 레이저의 파장을 고려하면, 광섬유 레이저 등이 바람직하다.
예를 들어, 제1 부재의 구멍이 형성된 표면, 제3 부재의 구멍이 형성된 표면, 또는 그 양쪽 모두에, 제2 부재를 도포하고, 이어서 제1 부재의 구멍이 형성된 표면에, 제3 부재의 구멍이 형성된 표면이 접하도록 서로 겹친다. 여기서, 제1 부재와 제3 부재를 서로 겹친 영역을 가압해도 된다. 그 후, 제2 부재를 경화시킴으로써, 접합 구조체를 얻을 수 있다.
또한, 제2 부재를 도포하기 전에 자외선 조사 등에 의해, 제2 부재 중의 OH기가 노출되도록 처리해도 된다. 혹은, 제2 부재를 도포중 및/또는 도포한 후에, 가열 또는 진공 형성을 행해도 된다. 이러한 처리에 의해, 구멍에 제2 부재가 충전될 때의 표면 장력이 저감되어, 구멍에 제2 부재가 충전되기 쉬워진다. 제2 부재의 경화의 방법은, 제2 부재가 충분히 경화되면, 특별히 한정되지 않는다.
＜접합 구조체의 이용＞
상기 접합 구조체는, 예를 들어, 스위치, 광전 센서 및 근접 센서에 이용할 수 있다.
일반적으로, 광전 센서는, 기판 등의 내부 부품이, 금속 케이스에 의해 봉지된 구조이다. 종래, 금속 케이스에 의해 봉지하는 경우, 용접하거나, 또는 표면을 가공하지 않고 접착제에 의해 접합시키고 있었다. 그러나, 용접에서는, 기판 등의 내부 부품이 열에 의해 손상될 우려가 있었다. 또, 표면을 가공하지 않고 접착제에 의해 접합시키는 방법에서는, 벗겨지기 쉬워서, 접합 강도에 개선의 여지가 있었다. 또한, 스위치, 광전 센서, 및 근접 센서에서, 금속들의 접합 이외에, 금속과 수지의 접합을 필요로 하는 부분이 있으며, 종래, 금속과 수지를 직접적으로 접합시키고 있었다. 그러나, 이러한 방법에서는, 금속과 수지가 벗겨지기 쉬운 경향이 있다.
상기 접합 구조체를 구비하는 스위치, 광전 센서 또는 근접 센서에서는, 높은 접합 강도를 가지며, 또한 내부 부품이 받는 열 손상이 경감될 수 있다.
본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하며, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적당히 조합하여 얻을 수 있는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
〔요약〕
본 발명의 일 측면에 관한 접합 구조체는, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료인 제1 부재와, 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 독립된 복수의 구멍이 형성된, 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지인, 제3 부재와, 상기 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지인, 제2 부재를 구비한다.
경화성 수지는, 가교 반응에 의해 경화될 수 있다. 상기 구성에서는, 구멍이 형성된 표면들에 경화성 수지를 도포, 경화함으로써, 경화성 수지가 구멍내에 충전되어, 물리적으로 강고한 앵커 효과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 내열 충격성이 뛰어난, 높은 접합 강도를 나타내는 접합 구조체를 얻을 수 있다. 또한, 표면에 구멍을 형성하는 표면 가공을 행함으로써, 부재의 표면의 불순물이 제거되어, 접착 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 구멍이 형성되어 있음으로써, 접합부에 관한 응력이 분산되어, 응력 집중을 회피한 접합 구조체를 제공할 수 있다. 상기 구멍의 개구 지름은, 금속 재료의 표면에서의 구멍의 개구부의 최대 지름으로서 측정할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 경화성 수지는, 반응성 경화성 수지여도 된다. 반응성 경화성 수지는, 외부로부터의 에너지에 의해 가교 구조를 형성하여, 경화될 수 있다. 그 구성에 의해, 용접보다 낮은 온도에서 제1 부재와 제3 부재를 접합할 수 있으며, 접합 구조체에 포함되는 부재에의 열 손상을 경감할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 반응성 경화성 수지는, 에폭시 수지여도 된다. 그 구성에 의하면, 내열 충격성과 더불어, 내유성 및 내약품성까지도 확보할 수 있다. 에폭시 수지는, 적어도 하나의 에폭시기를 함유할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 경화성 수지의 경화전의 점도는, 25℃에서, 25,000~90,000mPa·s이어도 된다. 그 구성에 의하면, 구멍에 경화성 수지가 충전되기 쉽기 때문에, 앵커 효과가 발휘되기 쉬워서, 접합 강도가 향상된다는 효과를 나타낸다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 경화성 수지의 경화후의 쇼어 D 경도는, 30~90이면 된다. 그 구성에 의하면, 내열 충격성과 더불어, 내유성 및 내약품성까지도 확보할 수 있다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 구멍의 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 개구부로부터 깊이 방향을 향해 커지다가, 이어서 작아져도 되고, 또는 개구부로부터 깊이 방향을 향해 작아져도 된다. 그 구성에 의하면, 앵커 효과가 발휘되기 쉽기 때문에, 내열 충격성의 안정성이 확보된다.
상기 일 측면에 관한 접합 구조체에서, 상기 구멍의 피치는 50~200㎛이면 된다. 단, 구멍의 피치의 하한은 구멍이 중첩되지 않는 거리로 한다. 그 구성에 의하면, 구멍이 규칙적으로 나열되기 때문에, 접합부에 관한 응력이 균일하게 분산되어, 응력 집중을 회피하기 쉽다. 상기 구멍의 피치는, 구멍의 중심으로부터, 그 구멍에 서로 인접하는 구멍의 중심까지의 거리로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 스위치는, 상기 접합 구조체를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 관한 광전 센서는, 상기 접합 구조체를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 관한 근접 센서는, 상기 접합 구조체를 구비한다.
[실시예]
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세히 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
〔실시예 1〕
도 11은, 실시예 1에서의 접합 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 도 11의 공정(1001)은, 제1 부재(1) 및 제3 부재(3)의 표면에 구멍(4)을 형성하는 공정을 나타낸다. 제1 부재(1)로서 SUS304(50mm×25mm, 두께 3mm), 제3 부재(3)로서 SUS304(50mm×25mm, 두께 1mm), 제2 부재(2)로서 열강화성 에폭시 접착제(경화전의 점도　35,000mPa, 쇼어 D 경도　80)를 이용했다. 제1 부재(1)의 길이 방향의 일단으로부터 2mm×21mm의 범위, 및 제3 부재(3)의 길이 방향의 일단으로부터 5mm×21mm의 범위에, 광섬유 레이저 마커 MX-Z2000H(오므론 주식회사제)를 이용하여 펄스 레이저 조사를 행함으로써, 각 부재의 표면에 복수의 구멍(4)을, 구멍의 피치가 65㎛가 되도록 형성했다.
도 11의 공정(1002)은, 제1 부재(1)의 구멍이 형성된 표면과, 제3 부재(3)의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 공정을 나타낸다. 제1 부재(1)의 구멍(4)이 형성된 표면에, 제2 부재(2)를 도포하여, 도 11의 공정(1002)에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)의 구멍(4)이 형성된 표면에, 제3 부재(3)의 구멍(4)이 형성된 표면이 접하도록 서로 겹쳐서 가압했다. 이어서, 오븐 내에서, 70℃에서 90분간 가열하여, 제2 부재(2)를 경화시킴으로써, 접합 구조체를 제작했다. 구멍을 형성할 때의 펄스 레이저 조사 조건을 표 1에 나타낸다. 실시예 1의 접합 구조체는 도 1에 나타내는 구조였다.
〔실시예 2~4〕
구멍을 형성할 때의 펄스 레이저 조사 조건을 각각 변경한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법으로 3개의 접합 구조체를 제작했다. 구멍을 형성할 때의 펄스 레이저 조사 조건을 표 1에 나타낸다. 실시예 2~4의 접합 구조체는, 각각 도 2 내지 도 4에 나타내는 구조였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
대상 부재 제1부재 제3부재 제1부재 제3부재 제1부재 제3부재 제1부재 제3부재
접합 표면
처리 방법		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)
레이저
조사

조건		 출력 1.6W 1.6W 1.6W 1.6W 1.6W
주파수 10kHz 10kHz 10kHz 10kHz 10kHz
주사 속도 650mm/s 650mm/s 650mm/s 650mm/s 650mm/s
주사 횟수 55회 20회 210회 210회 20회
서브 펄스수 4 20 2 2 20
조사 간격 0.065mm 0.065mm 0.065mm 0.065mm 0.065mm
구멍의

형상		 개구 지름 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛
깊이 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛ 40~60㎛

형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 커지다가, 이어서 작아지는 형상		 중첩되지 않음
원추 형상		 중첩되지 않음
원추 형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 커지다가, 이어서 작아지는 형상
〔비교예 1〕
도 12는, 비교예 1에서의 접합 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 도 12의 공정(1003)은, 제1 부재(1) 및 제3 부재(3)의 표면에 구멍을 형성하는 공정을 나타낸다. 실시예 1의 구멍 형성 대신에, YAG 레이저 ML-2150A(미야치 테크노스제)를 이용하여 레이저 조사를 행하고, 도 12의 공정(1003)에 나타낸 바와 같이 오목부(5)의 폭이 0.4mm, 서로 인접하는 오목부(5) 사이의 볼록부(6)의 폭이 0.15mm가 되도록, 연속파 가공에 의해 부재의 접합 표면에 요철 형상을 형성했다. 즉, 홈 형상을 형성했다.
도 2의 공정(1004)은, 제1 부재의 요철 형상이 형성된 표면과, 제3 부재의 요철 형상이 형성된 표면을 접합시키는 공정을 나타낸다.
제1 부재(1)의 요철 형상이 형성된 표면에, 제2 부재(2)를 도포하고, 도 12의 공정(1004)에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)의 요철 형상이 형성된 표면에, 제3 부재(3)의 요철 형상이 형성된 표면이 접하도록 서로 겹쳐서 가압했다. 이어서, 오븐내에서, 70℃에서 90분간 가열하여, 제2 부재(2)를 경화시킴으로써, 접합 구조체를 제작했다. 레이저 조사의 조건을 표 2에 나타낸다. 비교예 1의 접합 구조체는 도 14에 나타내는 구조였다. 또, 도 14는, 오목부의 깊이 방향 및 오목부의 길이 방향에 평행한 단면을 나타낸다.
〔비교예 2〕
실시예 1의 구멍 형성 대신에, 샌드 블라스트에 의해 표면 처리한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법으로 접합 구조체를 제작했다. 샌드 블라스트의 조건을 표 2에 나타낸다. 여기서, 샌드 블라스트는, 표면 조도를 나타내는 중심선 평균 조도(Ra)가 5~10㎛가 되는 조건으로 행했다. 비교예 2의 접합 구조체는 도 15에 나타내는 구조였다. 또, 도 15는, 오목부의 깊이 방향에 평행한 단면을 나타낸다.
비교예 1 비교예 2
대상 부재 제1 부재 제3 부재 제1 부재 제3 부재
접합 표면
처리 방법		 YAG 레이저(λ=1070nm) 샌드 블라스트
(Ra 5~10㎛)
레이저
조사
조건		 출력 1.6W -
주파수 의사(擬似)적 연속파 -
주사 속도 5mm/s -
주사 횟수 5회 -
서브 펄스수 - -
조사 간격 0.3mm -
오목부의
형상		 오목부의 폭 0.4mm -
깊이 50~100㎛ 5~10㎛
형상 중첩된 선형의 요철 요철
〔실시예 5〕
도 13은, 실시예 5에서의 접합 구조체의 제조 공정을 나타내는 도면이다. 제1 부재(1)로서 SUS304(50mm×25mm, 두께 3mm), 제3 부재(3)로서 유리 필러를 30 중량% 포함하는 PBT판(50mm×25mm, 두께 3mm), 제2 부재(2)로서 열강화성 에폭시 접착제(경화전의 점도　35,000mPa, 쇼어 D 경도 80)를 이용했다. 여기서, 제1 부재의 선팽창 계수는, 제2 부재 및 제3 부재의 2분의 1이었다.
제1 부재(1)의 길이 방향의 일단으로부터 2mm×21mm의 범위, 및 제3 부재(3)의 길이 방향의 일단으로부터 5mm×21mm의 범위에, 광섬유 레이저 마커　MX-Z2000H(오므론 주식회사제)를 이용하여 펄스 레이저 조사를 행함으로써, 각 부재의 표면에, 제1 부재에서는 구멍의 피치가 65㎛가 되도록, 제3 부재에서는 구멍의 피치가 130㎛가 되도록, 복수의 구멍(4)을 형성했다.
도 13의 공정(1006)은, 제1 부재의 구멍이 형성된 표면과, 제3 부재의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 공정을 나타낸다. 실시예 1과 같이 하여, 제1 부재(1)의 구멍(4)이 형성된 표면에, 제2 부재(2)를 도포하고, 도 13의 공정(1006)에 나타낸 바와 같이, 제1 부재(1)의 구멍(4)이 형성된 표면에, 제3 부재(3)의 구멍(4)이 형성된 표면이 접하도록 서로 겹쳐서 가압했다. 이어서, 오븐내에서, 70℃에서 90분간 가열하여, 제2 부재를 경화시킴으로써, 접합 구조체를 제작했다. 구멍을 형성할 때의 펄스 레이저 조사 조건을 표 3에 나타낸다.
〔실시예 6〕
펄스 레이저 조사의 조건을 변경한 것 이외에는, 실시예 5와 같은 방법으로 접합 구조체를 제작했다. 구멍을 형성할 때의 펄스 레이저 조사 조건을 표 3에 나타낸다.
실시예 5 실시예 6
대상 부재 제1 부재 제3 부재 제1 부재 제3 부재
접합 표면
처리 방법		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)		 광섬유 레이저
(λ=1064nm)


레이저
조사
조건		 출력 1.6W 1.6W 1.6W 1.6W
주파수 10kHz 10kHz 10kHz 10kWz
주사 속도 650mm/s 1300mm/s 650mm/s 1300mm/s
주사 횟수 55회 10회 210회 10회
서브 펄스수 4 5 2 5
조사 간격 0.065mm 0.130mm 0.065mm 0.130mm

구멍의
형상		 개구 지름 40~60㎛ 60~80㎛ 40~60㎛ 60~80㎛
깊이 40~60㎛ 60~80㎛ 40~60㎛ 60~80㎛



형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상

중첩되지 않음
원추 형상		 중첩되지 않음
개구부가 원형이고, 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 깊이 방향을 향해 곡선적으로 작아지는 형상
〔접합성 평가〕
상술한 실시예 1~6의 접합 구조체 및 비교예 1~2의 접합 구조체를 이용하여, 접합성 평가를 이하의 방법으로 행했다.
열충격 시험전과 열충격 시험 100사이클 후에, 얻어진 접합 구조체의 인장 시험을 행하고, 그에 따른 접합부의 파괴 상태를 평가했다. 여기서, 열충격 시험은,－40℃에서 30분 처리한 후, 70℃에서 30분 처리하는 것을 1사이클로 하고, 그 외의 조건은 JIS　C　60068－2－14에 기초하여 행했다. 또한, 인장 시험은, 인스트론사 제의 전기기계식 만능 시험기 5900을 이용해서 행했다. 구체적으로는, 전단 방향으로 인장 속도 5mm/min으로 시험을 행하고, 제2 부재가 파된한 시점, 또는 제1 부재 및/또는 제3 부재의 표면으로부터 제2 부재가 완전하게 박리된 시점(접합 계면이 파단한 시점)에서, 시험을 종료했다.
결과를, 표 4에 나타낸다. 표 중, ○ 및 Х는, 각각 이하의 상태를 나타낸다.
○: 제1 부재 및/또는 제3 부재의 표면으로부터 제2 부재가 박리되지 않고, 제2 부재의 파괴가 생겼을 경우.
×: 제1 부재 및/또는 제3 부재의 표면으로부터 제2 부재가 박리된 경우(제1 부재 및/또는 제3 부재의 표면으로부터 제2 부재가 박리되고, 또한 제2 부재의 파괴도 발생한 상태를 포함함).
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 실시예5 실시예6
열충격
시험전		 ○ ○ ○ ○ ○ Х ○ ○
열충격 시험 100사이클후
○
○
○
○
Х
Х
○
○
실시예 1~6의 접합 구조체는, 열충격 시험전의 인장 시험 및 열충격 시험 100 사이클후의 인장 시험 중 어느 것에서도, 접합 계면 박리는 관찰되지 않았다.
한편, 비교예 2의 접합 구조체는, 열충격 시험전의 인장 시험 및 열충격 시험 100사이클후의 인장 시험의 양쪽 모두에서, 접합 계면 박리가 관찰되었다. 비교예 1의 접합 구조체는, 열충격 시험전의 인장 시험에서, 접합 계면 박리는 관찰되지 않았지만, 열충격 시험 100사이클후의 인장 시험에서, 접합 계면 박리가 관찰되었다.
본 발명의 일 태양은, 접착제를 이용하여 금속 케이스에 봉지되는 제품 전반에 이용할 수 있다.
1...제1 부재
2...제2 부재
3...제3 부재
4...구멍

Claims (10)

  1. 표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된 금속 재료인 제1 부재와,
    표면에 개구 지름이 30~100㎛인 복수의 구멍이 형성된, 상기 제1 부재와 같거나 혹은 다른 금속 재료 또는 열가소성 수지인, 제3 부재와,
    상기 제1 부재의 상기 복수의 구멍이 형성된 표면과 상기 제3 부재의 상기 복수의 구멍이 형성된 표면을 접합시키는 경화성 수지인, 제2 부재를 구비하며,
    상기 경화성 수지의 경화후의 쇼어 D 경도는, 30~90인 접합 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화성 수지가 반응성 경화성 수지인 접합 구조체.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 경화성 수지가 에폭시 수지인 접합 구조체.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 경화성 수지의 경화전의 점도는, 25℃에서, 25,000~90,000mPa·s인 접합 구조체.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 복수의 구멍의 깊이 방향에 수직인 단면의 지름이, 개구부로부터 깊이 방향을 향해 커지다가, 이어서 작아지는, 또는 개구부로부터 깊이 방향으로 작아지는 접합 구조체.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 복수의 구멍의 피치의 하한은 상기 복수의 구멍이 중첩되지 않는 거리이며, 상한은 200㎛인 접합 구조체.
  8. 청구항 1 또는 2에 기재된 접합 구조체를 구비하는 스위치.
  9. 청구항 1 또는 2에 기재된 접합 구조체를 구비하는 광전 센서.
  10. 청구항 1 또는 2에 기재된 접합 구조체를 구비하는 근접 센서.
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