KR20140090930A

KR20140090930A - 금속 부품의 제조방법, 및 복합 성형체

Info

Publication number: KR20140090930A
Application number: KR1020130133808A
Authority: KR
Inventors: 히데미 콘도; 다이스케 요리후지; 마사유키 사토
Original assignee: 포리프라스틱 가부시키가이샤; 야마세 일렉트릭 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-07-18
Also published as: CN103862164B; CN103862164A; JP2014117724A; TWI513531B; TW201436916A; KR101763908B1; JP5843750B2

Abstract

[과제]레이저로 금속 부품의 표면에 조면을 형성하여 금속 부품과 수지 부품의 밀착성을 향상시키는 기술에 있어서, 금속 부품과 수지 부품의 밀착성을 더욱 향상시키는 동시에, 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성도 향상시키는 기술을 제공한다.
[해결 수단]레이저로 금속 표면에 조면을 나란하게 형성시켜, 수지 부품과 접합시키는 금속 부품을 제조하는 방법에 있어서, 이웃하는 조면의 간격을 조정하면서, 조면을 형성하는 요철의 깊이(X)와 상기 요철의 폭(Y)의 비(X/Y)를 조정한다. 보다 구체적으로는, 이웃하는 조면의 간격을 250μm 이하로 조정하고, 비(X/Y)를 0.5~5.5로 조정한다. 바람직하게는, 요철의 깊이를 50μm 이상으로 조정한다.

Description

금속 부품의 제조방법, 및 복합 성형체{METHOD FOR MANUFACTURING A METAL COMPONENT, AND COMPOSITE MOLDED BODY}

본 발명은, 수지 부품과 접합되는 금속 부품의 제조방법, 및 이의 제조방법으로 제조된 금속 부품과 수지 부품을 구비하는 복합 성형체에 관한 것이다.

금속이나 합금등으로 구성되는 금속 부품과 열가소성 수지 조성물로 구성되는 수지 부품이 일체화되어 이루어지는 복합 성형체는, 종래부터 계기판(Instrument Panel) 주위의 콘솔 박스 등의 자동차의 내장 부재나 엔진 주위 부품이나, 인테리어 부품, 디지털카메라나 휴대전화 등의 전자기기의 인터페이스 접속부, 전원 단자부 등의 외계(外界)와 접촉하는 부품에 이용되고 있다.

금속 부품과 수지 부품을 일체화시키는 방법으로는, 금속 부품측의 접합면에 미소(微小)한 요철을 형성하여 앵커 효과로 접합하는 방법, 접착제나 양면 테이프를 이용하여 접착하는 방법, 금속 부품 및/또는 수지 부품에 절곡편이나 돌기 등의 고정 부재를 형성하고, 이 고정 부재를 이용하여 양자를 고착시키는 방법, 나사 등을 이용하여 접합하는 방법 등이 있다. 이 중에서도, 금속 부품에 미소한 요철을 형성하는 방법이나 접착제를 이용하는 방법은, 복합 성형체의 설계 자유도 면에서 유효하다.

특히, 금속 부품의 표면을 가공하여 미소한 요철을 형성하는 방법은, 고가의 접착제를 사용하지 않는다는 점에서 유리하다. 금속 부품의 표면을 가공하여 미소한 요철을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 방법을 들 수 있다.

1.1 일본 공개특허 2010167475호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 방법은, 레이저로 금속 부품의 표면에 조면(粗面)을 형성하기 때문에, 상기 표면의 원하는 범위에 조면을 형성할 수 있고, 작업도 간편하여 유효한 방법중 하나이다.

그런데, 금속 부품과 수지 부품이 일체화되어 이루어지는 복합 성형체는, 예를 들면, 도전성 발열부, 절연부 및 도전성 방열부를 구비하고, 도전성 발열부로부터 절연부를 통하여 도전성 방열부로 열을 전달하여 방열을 실시하는 방열 구조체에도 이용되고 있다. 이러한 용도에 있어서 복합 성형체는, 단지 금속 부품과 수지 부품의 밀착성이 요구될 뿐만 아니라, 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성도 요구된다.

본 발명의 목적은, 레이저로 금속 부품의 표면에 조면을 형성하여 금속 부품과 수지 부품의 밀착성을 향상시키는 기술에 있어서, 금속 부품과 수지 부품과의 밀착성을 더욱 향상시키는 동시에, 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성도 향상시키는 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 레이저로 금속 표면에 조면을 나란하게 형성시켜 수지 부품과 접합시키는 금속 부품을 제조하는 방법에 있어서, 이웃하는 조면의 간격을 조정해 가면서 조면을 형성하는 요철의 깊이와 상기 요철의 폭의 비를 조정하는 것과, 수지 부품과 금속 부품의 밀착성 및 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성과의 사이에 상관관계가 있음을 알아내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.

(1) 레이저로 금속 표면에 조면을, 조면이 나란하도록 형성시켜 수지 부품과 접합시키는 금속 부품을 제조하는 방법으로서, 이웃하는 조면의 간격이 250μm 이하이고, 상기 조면을 형성하는 요철의 깊이(X)와 상기 요철의 폭(Y)의 비(X/Y)가 0.5~5.5인 것을 특징으로 하는 금속 부품의 제조방법.

(2) 상기 요철의 깊이가 50μm 이상인 (1)에 기재된 금속 부품의 제조방법.

(3) 상기 수지 부품이, 열가소성 수지의 융점＋20℃ 이상 열가소성 수지의 융점＋30℃ 이하의 온도에서 측정한 전단 속도 1000/초에서의 용융 점도가 500Paㆍs 이하인 열가소성 수지 조성물로 구성되고, 상기 비(X/Y)가 0.5~5.5이며, 상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 (1) 또는 (2)에 기재된 금속 부품의 제조방법.

(4) 상기 수지 부품이 폴리페닐렌 설파이드 수지 조성물로 구성되고, 상기 비(X/Y)가 0.5~5.5이며, 상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 (1)에서 (3)의 어느 하나에 기재된 금속 부품의 제조방법.

(5) 상기 수지 부품이 액정성 수지 조성물로 구성되고, 상기 비(X/Y)가 0.5~5.5이며, 상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 (1)에서 (3)의 어느 하나에 기재된 금속 부품의 제조방법.

(6)(1)에서 (5)의 어느 하나에 기재된 방법으로 제조된 금속 부품과, 상기 조면을 포함하는 상기 금속 부품의 표면의 적어도 일부에 형성되는 수지 부품을 구비하는 복합 성형체.

본 발명의 제조방법에 의해 얻은 금속 부품은, 수지 부품과 일체화시켰을 때, 수지 부품과의 밀착성이 매우 높아지는 동시에, 상술한 장기 내구성이 우수하다.

도 1은, 금속 표면에의 레이저 조사 방법의 구체적인 예를 나타낸 도이다.
도 2는, 실시예 및 비교예에서 사용된 복합 성형체(인서트 성형체)를 모식적으로 나타낸 도이고, (a)는 분해 사시도이며, (b)는 사시도이고, (c)는 금속부만을 나타낸 도이다.
도 3은, 실시예에서 실시한 수지부와 금속부 간의 접합 강도의 측정 방법을 모식적으로 나타낸 도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

<금속 부품의 제조방법>

본 발명의 제조방법은, 금속 표면에 조면을, 조면이 나란하도록 레이저로 형성한다. 그리고, 금속 표면에 조면을 형성하는 조건은, 이웃하는 조면의 간격이 250μm 이하이고, 조면을 형성하는 요철의 깊이(X)와 상기 요철의 폭(Y)의 비(X/Y)가 0.5~5.5가 되는 조건으로 조정한다.

먼저, 조면을 형성하기 전의 금속 부품에 대하여 설명한다. 금속 부품을 구성하는 금속재료로서는, 알루미늄, 마그네슘, 스텐레스강 등을 예시할 수 있다. 또한 금속 부품은, 금속 합금으로 구성될 수 있다. 또한, 금속재료의 표면에는 양극(陽極) 산화 처리 등의 표면 처리나 도장이 실시되어 있을 수 있다.

본 발명에서는, 용도 등에 따라서 원하는 형상으로 성형한 금속 부품을 사용한다. 예를 들면, 원하는 형상의 틀에 용융시킨 금속등을 흘려 넣음으로써 원하는 형상의 금속 부품을 얻을 수 있다. 또한, 금속 부품을 원하는 형상으로 성형하기 위하여, 공작기계 등에 의한 절삭 가공등을 이용할 수 있다.

상기와 같이 하여 얻은 금속 부품의 표면에, 레이저를 이용하여 조면을 형성한다. 조면을 형성하는 위치나, 조면 범위의 크기는, 수지 부품이 형성되는 위치 등을 고려하여 결정된다.

본 발명에서는 레이저를 이용하여 금속 표면에 조면을 형성한다. 구체적으로는, 레이저를 조사하여 금속 표면을 홈 가공 및 용융시켜 재응고시키는 조건으로 조면 가공한다. 본 실시 형태에서는 펄스파의 레이저광을 조사하는 경우를 예로 설명하며, 도 1(a)에 기재한 바와 같이, 레이저 광은 금속 표면에 조사된다. 레이저가 조사된 부분에 조면이 형성된다. 도 1에서 백색 화살표는 레이저의 주사 방향을 나타낸다.

또한, 도 1(a)에는 조면을 나란하게 형성하기 위한 레이저의 조사 방법을 나타낸다. 도 1(a)에 기재된 조사 방법의 경우, 두 개의 조면이 거의 평행하게 늘어선다. 조면이 늘어서는 방향에서의 펄스의 중심간 거리가, 이웃하는 조면의 간격이다(본 명세서에서는, 이웃하는 조면의 간격을 『해칭폭』이라고 하는 경우가 있다). 도 1(a)의 경우에는 해칭폭이 일정하며, 본 발명에서는 해칭폭이 250μm 이하가 되도록 조정한다. 해칭폭이 250μm를 넘으면, 금속 부품과 수지 부품의 밀착성이 향상되기 어렵다. 보다 바람직한 해칭폭의 범위는 50μm 이상 250μm 이하이다. 해칭폭이 50μm 이상이 되면, 조면 상태가 보다 양호해지기 쉽다.

도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 평행으로 레이저를 조사하지 않아도 된다. 도 1(b)의 경우에는, 해칭폭이 일정하지는 않으나, 해칭폭의 적어도 일부가 250μm 이하이면 된다. 일부라 하더라도 해칭폭이 상기 범위에 있으면, 후술하는 요철의 깊이와 요철의 폭의 비를 조정하는 것과의 조합으로, 해칭폭이 250μm 이하인 부분에서의 금속 부품과 수지 부품의 밀착성이 향상되어, 전체적으로 금속 부품과 수지 부품과의 밀착성이 향상되기 때문이다. 다만, 상기 밀착성을 매우 우수하게 하기 위해서는, 상기 해칭폭의 최대치가 250μm 이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 도 1(c)에 나타낸 바와 같이, 레이저광이 직선 형태로 조사되지 않아도 된다. 이 경우에도, 도 1(b)의 경우와 마찬가지로, 해칭폭이 일정하지 않아도 해칭폭의 적어도 일부가 250μm 이하가 되면 된다는 점, 해칭폭의 최대치가 250μm 이하이면 바람직하다는 점은, 도 1(b)의 경우와 동일하다.

또한, 조면의 수도 특별히 한정되지 않는다. 조면의 수가 3 이상인 경우, 어느 하나의 이웃하는 조면의 해칭폭의 적어도 일부가 250μm 이하이면 된다.

또한, 상기와 같이 조면이 나란하게 형성되어 있으면, 도 1(d)에 나타낸 바와 같이, 복수의 조면이 서로 교차할 수 있다.

이상과 같이 금속 표면에 레이저광을 조사하게 되는데, 본 발명에서 보다 바람직한 조사 방법은, 도 1(e)에 나타낸 바와 같이, 소정의 방향으로 나란하게 형성되는 조면과, 상기 소정의 방향과는 다른 방향으로 늘어선 조면이 교차하도록, 레이저광을 조사하는 방법이다. 가장 바람직한 조사 방법은, 상기 교차 각도가 대략 90°가 되는 조사 방법이다. 또한, 레이저광의 스폿지름(도 1에 나타낸 바와 같은 레이저광의 조사 범위가 원인 경우의 조사 범위를 나타내는 원의 직경)은, 200μm 이하가 바람직하고, 40~130μm가 보다 바람직하다.

상기의 조면을 형성할 때, 조면을 형성하는 요철의 깊이(X)와 상기 요철의 폭(Y)의 비(X/Y)가 0.5~5.5가 되도록 조정한다. 비(X/Y)가 0.5 미만이면, 금속 부품과 수지 부품의 밀착성이나 상술한 장기 내구성이 저하되기 쉽다. 비(X/Y)가 5.5를 넘으면, 레이저광의 조작 회수가 증가하는 경향이 있고, 단시간에 효율적으로 조면을 형성하기 어려우므로 금속 부품 제조에서의 생산성이 저하되기 쉽다.

비(X/Y)를 0.5~5.5로 조정하는 방법으로는, 요철의 깊이(X), 요철의 폭(Y), 또는 이들 양쪽 모두를 조정하는 방법을 들 수 있다. 요철의 깊이(X), 요철의 폭(Y), 또는 이들 양쪽 모두를 조정하는 방법으로는, 한 번 레이저광을 조사한 위치에, 이중, 삼중으로 거듭하여 레이저광을 조사하거나(주사 회수의 조정), 레이저광의 스폿지름을 조정하거나, 레이저광의 출력을 조정하거나, 레이저광의 주파수를 조정하거나, 레이저광의 주사 속도를 조정하는 방법을 들 수 있다. 구체적인 조건에 대해서는, 금속 부품을 구성하는 금속재료의 종류 등에 따라서 다르기 때문에, 금속재료의 종류 등에 따라서 적절하게 바람직한 조건을 적용한다.

요철의 깊이 및 폭에는, 레이저 현미경을 이용하여 측정된 값을 적용한다. 또한, 상기한 바와 같이, 레이저광이 교차하도록 조사되는 경우가 있으며, 이 경우 교차하는 부분에서는 교차하지 않는 부분에 비해, 보다 깊은 요철이 형성된다. 이와 같이 교차하는 부분이 있는 경우에는, 교차하는 부분 이외에 대하여, 상기의 방법으로 요철의 깊이를 측정한다. 또한, 요철의 폭이 명확하게 정해지도록, 상기한 바와 같이 교차하는 부분 이외에 대해서는, 상기한 방법으로 요철의 폭을 측정한다.

상기의 조면을 형성할 때에는, 또한 조면을 형성하는 요철의 깊이가 50μm 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 50~250μm가 되도록 조정하는 것이 보다 바람직하며, 50~150μm가 되도록 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 요철의 깊이가 50μm 이상이면, 금속 부품과 수지 부품의 우수한 밀착성을 안정적으로 얻기가 용이하고, 상술한 장기 내구성도 향상되기 쉽다. 상기 요철의 깊이가 250μm 이하이면, 레이저광의 조작 회수의 증가가 억제되는 경향이 있고, 단시간에 효율적으로 조면을 형성하기 쉬워 금속 부품의 제조에서의 생산성이 향상되기 쉽다. 요철의 깊이의 조정 방법, 그 구체적인 조건 등의 상세는, 비(X/Y)의 값을 조정하는 방법에 대한 설명에서 상술한 바와 같다. 또한, 조면을 형성하는 요철의 폭은, 비(X/Y)가 0.5~5.5가 되는 범위이면 특별히 한정되지 않으나, 10~100μm가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명에서는 해칭폭과 비(X/Y)를 특정 범위로 조정하고, 바람직하게는, 그 위에 조면의 요철의 깊이를 특정 범위로 조정한다.

<복합 성형체의 제조방법>

본 발명의 복합 성형체는, 이상의 방법으로 제조된 금속 부품을 이용하여 제조된다. 본 발명의 복합 성형체는, 상기 금속 부품과, 금속 부품의 표면의 적어도 일부에 형성되는 수지 부품을 구비한다.

먼저, 수지 부품에 대하여 간단하게 설명한다. 수지 부품을 구성하는 재료로는, 특별히 한정되지 않으며, 종래 공지의 열가소성 수지를 포함하는 열가소성 조성물을 사용할 수 있다. 열가소성 수지 조성물에는, 열가소성 수지 이외에 미량의 불순물 밖에 포함되지 않는 등, 실질적으로 열가소성 수지로 구성되는 경우도 포함된다.

열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴/스티렌 수지(AS), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 수지(ABS), 메타크릴 수지(PMMA), 염화비닐(PVC)을, 열가소성 수지(범용 엔지니어링 수지)로서는, 예를 들면, 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 초고분자량 폴리에틸렌(UHPE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), GF강화 폴리에틸렌 테레프탈레이트(GFPET), 폴리메틸펜텐(TPX), 폴리카보네이트(PC), 변성 폴리페닐렌 에테르(PPE)를, 열가소성 수지(슈퍼 엔지니어링 수지)로서는, 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 액정성 수지(LCP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI)를, 열경화성 수지로서는, 예를 들면, 페놀 수지, 요소수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르, 알키드 수지, 에폭시 수지, 디알릴 프탈레이트를, 엘라스토머로서는, 예를 들면, 열가소성 엘라스토머나 고무, 예를 들면, 스티렌부타디엔계, 폴리올레핀계, 우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 1, 2-폴리부타디엔, 폴리염화비닐계, 아이오노머를 들 수 있다. 그리고, 열가소성 수지에 유리 섬유를 첨가한 것이나, 폴리머 알로이 등도 들 수 있다.

또한, 본 발명의 효과를 크게 저해하지 않는 범위에서, 원하는 물성 부여를 위해, 상술한 유리 섬유로 대표되는 종래 공지의 각종 무기유기 충전제, 난연제, 자외선 흡수제, 열안정제, 광안정제, 착색제, 카본 블랙, 이형제, 가소제 등의 첨가제를 함유한 것일 수 있다.

열가소성 수지 조성물중에서도, 보다 좋은 밀착성을 얻기 위하여, 열가소성 수지의 융점＋20℃ 이상 열가소성 수지의 융점＋30℃ 이하의 온도에서 측정한, 전단속도 1000/초에서의 용융 점도가 500Paㆍs 이하인 열가소성 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 비(X/Y)가 0.5~5.5이고, 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 것이 바람직하다. 상기 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 외에, 종래 공지의 충전제 및/또는 첨가제를 포함할 수 있다.

상기의 점에서, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 액정성 수지(LCP) 등은 바람직한 열가소성 수지이고, 특히 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정성 수지(LCP)가 바람직하게 이용된다.

복합 성형체의 제조방법의 구체적인 공정은 특별히 한정되지 않으며, 용융된 열가소성 수지 조성물을 조면의 요철에 주입시킴으로써 수지 부품과 금속 부품을 일체화시키는 것이면 된다.

예를 들면, 조면이 형성된 금속 부품을, 사출 성형용 금형내에 배치하고, 용융 상태의 열가소성 수지 조성물을 사출 성형용 금형내에 사출하여 수지 부품과 금속 부품의 복합 성형체를 제조하는 방법을 들 수 있다. 사출 성형의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 열가소성 수지 조성물의 물성 등에 따라서 적절히 바람직한 조건을 설정할 수 있다. 또한, 트랜스퍼 성형, 압축 성형 등을 이용하는 방법도 수지 부품과 금속 부품을 일체화시킨 복합 성형체를 형성하는 유효한 방법이다.

다른 예로는, 미리 사출 성형법 등의 일반적인 성형 방법으로 수지 부품을 제조하고, 조면이 형성된 금속 부품과 상기 수지 부품을 원하는 접합 위치에서 접촉시키고 접촉면에 열을 가함으로써, 수지 부품의 접촉면 부근을 용융시켜 수지 부품과 금속 부품의 복합 성형체를 제조하는 방법을 들 수 있다.

<복합 성형체>

본 발명의 복합 성형체는, 상기한 바와 같이, 금속 부품과 수지 부품을 구비한다. 금속 부품의 표면에 형성되는 요철이, 수지 부품과의 밀착성을 높이도록 조정되어 있기 때문에, 본 발명의 복합 성형체는 수지 부품과 금속 부품과의 밀착성이 강하다.

상술한 바와 같이, 수지 부품과 금속 부품의 밀착성이 우수한 동시에, 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성도 우수하기 때문에, 본원 발명의 복합 성형체는 고온 환경하에서 장기간에 걸쳐 안정적으로 우수한 밀착성이 요구되는 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 복합 성형체는, 도전성 발열부, 절연부, 및 도전성 방열부를 구비하고, 도전성 발열부로부터 절연부를 통하여 도전성 방열부로 열을 전달하여 방열을 실시하는 방열 구조체에 이용할 수 있다. 여기서, 본 발명의 복합 성형체에서의 수지 부품 및 금속 부품은 각각 방열 구조체에서의 절연부 및 도전성 방열부에 대응되고, 도전성 발열부로서는, 예를 들면 전자 부품 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 복합 성형체는, 내부에 수지제의 보스(boss)나 지지부재 등을 구비한 케이스에 수납된 도전성 발열부를 가지는 전기전자기기에서 방열 구조체의 일부로서 유용하다. 여기서, 전기전자기기로서는, 휴대 전화 외에, 카메라, 비디오 일체형 카메라, 디지털 카메라 등의 휴대용 영상 전자기기, 노트북 컴퓨터, 포켓 컴퓨터, 전자계산기, 전자수첩, PDC, PHS, 휴대 전화 등의 휴대용 정보 또는 통신 단말, MD, 카셋트 헤드폰 스테레오, 라디오 등의 휴대용 음향 전자기기, 액정 TV모니터, 전화, 팩시밀리, 핸드 스캐너 등의 가정용 전화(電化) 기기 등을 들 수 있다

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 나타내고, 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명이 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<인서트 성형체의 제조방법>

실시예 및 비교예에서 사용한 복합 성형체(인서트 성형체)의 모식도를, 도 2에 나타내었다. (a)는 분해 사시도이고, (b)는 사시도이며, (c)는 금속부만을 나타내는 도이다. 이러한 인서트 성형체를 이하의 방법으로 제조하였다. 도에서 치수 단위는 mm이다.

수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물 1로서, 폴리페닐렌 설파이드계 수지 조성물(충전재료로서 유리 섬유를 35질량% 포함하고, 열가소성 수지의 융점이 280℃이며, 열가소성 수지의 융점＋30℃의 온도에서 측정한, 전단 속도 1000/초에서의 용융 점도가 160Paㆍs인 수지 조성물, 폴리플라스틱스(주) 제품, 포트론(등록상표) 1135 MF1)을 이용하였다.

또한, 수지부를 구성하는 열가소성 수지 조성물 2로서, 액정성 수지 조성물(충전재료로서 유리 섬유를 30질량% 포함하고, 열가소성 수지의 융점이 330℃이며, 열가소성 수지의 융점＋20℃의 온도에서 측정한, 전단 속도 1000/초에서의 용융 점도가 43Paㆍs인 수지 조성물, 폴리플라스틱스(주) 제품, 『벡트라(등록상표) E130i』)을 이용하였다.

융점 및 용융 점도의 측정 방법은 다음과 같다.

[융점]

시차주사열량분석장치(퍼킨엘머사 제품 DSC)를 이용하여, 실온에서부터 20℃/분의 승온 조건으로 열가소성 수지의 융점을 측정하였다. 상기에 나타낸 바와 같이, 열가소성 수지 조성물 1에 포함되는 열가소성 수지의 융점은 280℃, 열가소성 수지 조성물 2에 포함되는 열가소성 수지의 융점은 330℃였다.

[용융 점도]

토요세이키(주) 제품 캐필로그라프를 이용하여, 캐필러리로서 1 mmΦ×20mmL/플랫 다이를 사용하고, 소정의 배럴 온도, 전단 속도 1000/초에서의 용융 점도를 측정하였다. 상기의 배럴 온도는, 열가소성 수지 조성물 1에 대해서는 310℃(열가소성 수지의 융점＋30℃에 해당)로 설정하고, 열가소성 수지 조성물 2에 대해서는 350℃(열가소성 수지의 융점＋20℃에 해당)로 설정하였다.

금속부로서, 알루미늄(A5052, 두께 2mm)으로 구성되고, 다음과 같이 하여 조면을 형성한 판상물을 이용하였다. 이들 판상의 금속부는, 도 2(a)에서 사선으로 나타낸 부분에 접합면을 가진다.

<조면의 형성>

레이저 마커 MD-V9900(키엔스사 제품, 레이저 타입 YV0₄ 레이저, 발신 파장1064nm, 최대정격출력13W(평균))을 이용하여, 출력 90%, 해칭폭 0.2mm, 주파수 40kHz, 주사 속도 1000mm/s, 주사 회수 0~1000회(구체적으로는, 표 1 또는 표 2에 나타낸 회수)라는 조건에서, 2개소의 접합 예정면의 금속 표면에, 소정 방향으로 대략 평행하게 늘어서는 복수의 조면과 상기 소정 방향에 대하여 90°회전한 방향으로 대략 평행하게 늘어서는 복수의 조면을 교차시켜서, 망상(網狀)이 되도록 조면을 형성하였다. 레이저광의 스폿 지름은, 50μm로 조정하였다.

또한, 조면이 교차된 부분 이외에서, 조면을 형성하는 요철의 깊이(X) 및 폭(Y)을, 레이저 현미경(주식회사 키엔스사 제품, VK9510)을 이용하여 측정하였다. 깊이(X), 폭(Y), 및 비(X/Y)의 측정 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.

이들 금속부를 각각 금형에 배치하고, 일체화 공정을 실시하였다. 성형 조건은 다음과 같다. 복합 성형체의 형상은 도 2에 나타낸 바와 같다.

[성형 조건]

ㆍ열가소성 수지 조성물 1에 대하여

성형기소딕 TR-40 VR(종형 사출 성형기)

실린더 온도: 320℃

금형 온도: 150℃

사출 속도: 100mm/s

보압력: 49MPa×5초

ㆍ열가소성 수지 조성물 2에 대하여

성형기: 소딕 TR-40 VR(종형 사출 성형기)

실린더 온도: 380℃

금형 온도: 175℃

사출 속도: 70mm/s

보압력: 80MPa×5초

<평가>

상기의 방법으로 작성한 복합 성형체에 대하여, 접합 부분의 접합 강도 및 박리 후의 파괴 형태를 평가하였다. 구체적인 평가방법은 다음과 같다.

[접합 강도]

접합 강도의 평가는, 도 2에 나타낸 형상의 복합 성형체의 금속부의 중앙을 길이 방향에 수직으로 절단함으로써 두개로 분할하고, 측정 기기로서 텐시론 UTA-50 kN(오리엔테크사 제품)을 이용하고, 측정 속도가 1mm/분의 조건으로 실시하였다. 또한, 평가는, 도 3에 나타낸 바와 같이 복합 성형체를 받침대상에 배치하고, 화살표 방향으로 수지부를 눌러 떨어지게 함으로써 접합 강도를 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타내었다(3회의 평균).

[파괴 형태]

접합 강도 측정 후에, 접합 부분이었던 영역을 육안으로 관찰하여, 파괴가 금속부와 수지부의 계면에서 발생되었는지(계면파괴), 금속부 또는 수지부중에서 발생되었는지(모재 파괴)를 평가하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.

[장기 내열시험 1열 열화(Heat aging, HA)]

상기 방법으로 작성한 복합 성형체를, 120℃로 설정한 오븐 중에 방치하고 1000시간 경과 후에 꺼내어, 이 복합 성형체에 대하여 상술한 방법으로 접합 강도를 측정하고 파괴 형태를 평가하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.

[장기 내열시험 2열 충격(Heat shock, HS)]

상기 방법으로 작성한 복합 성형체에 대하여 냉열 충격시험기를 이용하여, 120℃에서 2시간 가열 후, -40℃로 온도를 하강시켜 2시간 냉각 후, 다시 120℃로 승온하는 과정을 1사이클로 하는 내열 충격 시험을 1000 사이클 실시한 후, 상술한 방법으로 접합 강도를 측정하고 파괴 형태를 평가하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타내었다.

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 요철의 깊이(X)와 폭(Y)의 비(X/Y)를 0.5~5.5로 함으로써, 보다 적은 레이저 주사 회수로 효율적으로 수지부와 금속부의 접합 강도를 현저하게 향상시킬 수 있음이 확인되었다. 상기 접합 강도는, 초기와 비교하여, HA 후에도 HS 후에도 저하되지 않았다. 따라서, 고온 환경하에서나 저온 환경하에서도 밀착성이 장기간에 걸쳐 안정적으로 지속되는 장기 내구성도 향상되었음이 확인되었다.

Claims

레이저로 금속 표면에 조면을, 조면이 나란하도록 형성하여 수지 부품과 접합시키는 금속 부품을 제조하는 방법으로서,
이웃하는 조면의 간격이 250μm 이하이고,
상기 조면을 형성하는 요철의 깊이(X)와 상기 요철의 폭(Y)의 비(X/Y)가, 0.5~5.5인 것을 특징으로 하는 금속 부품의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 요철의 깊이가 50μm 이상인 금속 부품의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 수지 부품이, 열가소성 수지의 융점＋20℃ 이상 열가소성 수지의 융점＋30℃ 이하의 온도에서 측정한, 전단 속도 1000/초에서의 용융 점도가 500Paㆍs 이하인 열가소성 수지 조성물로 구성되고,
상기 비(X/Y)가, 0.5~5.5이며,
상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 금속 부품의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 수지 부품이 폴리페닐렌 설파이드 수지 조성물로 구성되고,
상기 비(X/Y)가, 0.5~5.5이며,
상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 금속 부품의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 수지 부품이 액정성 수지 조성물로 구성되고,
상기 비(X/Y)가 0.5~5.5이며,
상기 요철의 깊이가 50μm 이상 250μm 이하인 금속 부품의 제조방법.
제 1항에서 제 5항의 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 금속 부품과,
상기 조면을 포함하는, 상기 금속 부품의 표면의 적어도 일부에 형성되는 수지 부품을 구비하는 복합 성형체.