KR20140095514A

KR20140095514A - 복합 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140095514A
Application number: KR1020147014049A
Authority: KR
Inventors: 아리미치 오쿠무라; 요시히로 아사미; 유키 키타가와
Original assignee: 주식회사 다이셀; 다이셀폴리머 주식회사
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-08-01
Also published as: CN103946005A; WO2013077277A1; JP5848104B2; JP2013107273A

Abstract

금속 성형체와 수지 성형체와의 접합강도가 높아진 복합 성형체가 얻어지는 제조 방법의 제공. 금속 성형체의 접합면에 대하여, 도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하는 공정과, 도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서, 레이저 조사 공정에서 1개의 구멍을 형성할 때, 상기 구멍의 개구부 직경(D)과 상기 구멍의 깊이(dep)의 비(dep/D)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는 복합 성형체의 제조 방법.

Description

복합 성형체의 제조 방법{COMPOSITE MOLDING MANUFACTURING 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 접합강도로 접합 일체화할 수 있는 기술은 실용화되어 있지 않다.

일본 특허 제4020957호 공보에는, 금속 표면에 대하여, 하나의 주사 방향으로 레이저 스캐닝 하는 공정과, 그것에 크로스하는 주사 방향으로 레이저 스캐닝 하는 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, 더욱 복수회 중첩적으로 레이저 스캐닝하는 레이저 가공 방법의 발명이 개시되어 있다.

그렇지만, 일본 특허 제4020957호 공보, 일본 특개 2010-167475호 공보의 발명은 반드시 크로스 하는 2개의 방향에 대하여 레이저 스캔할 필요가 있기 때문에, 가공시간이 지나치게 길게 걸린다고 하는 점에서 개선의 여지가 있다.

또한 크로스 방향으로의 레이저 스캔에 의해 충분한 표면 조면 처리를 할 수 있으므로, 접합강도는 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.

또한 접합면이 복잡한 형상이나 폭이 미세한 부분을 포함하는 형상이 것인 경우(예를 들면, 별형, 삼각형, 덤벨형)에는, 크로스 방향으로 레이저 스캔하는 방법에서는, 부분적으로 표면 조면 처리가 불균일하게 되는 결과, 충분한 접합강도가 얻어지지 않는 경우도 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 할 목적은 금속 표면에 미세하고 불규칙한 요철을 형성하고, 그것에 의해 앵커 효과를 높이기 위해서이다. 특히 처리대상이 금속 장척 코일이므로, 어떤 요철을 형성한 경우에도, 필연적으로 미세하고 불규칙한 요철로 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.

본 발명은 금속 성형체의 접합면에 대한 레이저 조사 면적을 작게 하고, 표면 조면 가공의 정도를 억제한 뒤에, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합강도를 높일 수 있는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, 과제의 해결 수단으로서,

금속 성형체의 접합면에 대하여, 도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하는 공정과,

도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,

레이저 조사 공정에서 1개의 구멍을 형성할 때, 상기 구멍의 개구부 직경(D)과 상기 구멍의 깊이(dep)와의 비(dep/D)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 과제의 다른 해결 수단으로서,

금속 성형체의 접합면에 대하여, 복수의 구멍으로 이루어지는 홈이 형성되도록 레이저 조사하는 공정과,

상기 홈이 형성된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,

레이저 조사 공정에서 상기 홈을 형성할 때, 상기 홈의 폭(W)과 상기 홈의 깊이(dep)와의 비(dep/W)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 과제의 또 다른 해결 수단으로서,

금속 성형체의 접합면에 대하여, 복수의 독립된 볼록부를 형성하도록 레이저 조사하는 공정과,

상기 복수의 볼록부를 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,

레이저 조사 공정에서 독립된 볼록부를 형성할 때, 인접하는 볼록부끼리의 거리(Dis)와 볼록부의 높이(h)와의 비(h/Dis)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는, 복합 성형체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제조 방법에 의하면,

레이저 조사 공정에서 형성된 1개의 구멍의 개구부 직경(D)과 깊이(d)와의 비(d/D),

레이저 조사 공정에서 형성된 홈의 폭(W)과 깊이(d)와의 비(d/W) 또는

레이저 조사 공정에서 형성된 복수의 볼록부의 인접하는 볼록부끼리의 거리(Dis)와 볼록부의 높이(h)와의 비(h/Dis),

를 소정 범위로 조정함으로써, 레이저 조사(레이저 스캔) 범위를 종래보다도 좁게 한 경우이어도(즉, 금속 성형체의 표면 조면 가공의 정도를 억제한 경우이어도), 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합강도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 레이저 조사 공정에서의 도트 형상의 독립된 구멍의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 레이저 조사 공정에서의 도트 형상의 독립된 구멍을 포함하는 금속 성형체의 두께쪽으로의 단면도이다.
도 3(a)는 본 발명의 레이저 조사 공정에서의 홈의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이며, 도 3(b)는 (a)와는 레이저 조사의 피치가 상이한 홈의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 레이저 조사 공정에서의 홈의 평면도, 도 4(b)는 (a)의 홈을 포함하는 금속 성형체의 두께 방향으로의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 레이저 조사 공정에서의 볼록부의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6(a)는 도 5에서 형성한 볼록부의 폭방향 단면도이며, 도 6(b)는 다른 실시형태의 폭방향 단면도이다.
도 7은 실시예에서의 금속 성형체로의 레이저 조사 방법의 설명도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 금속 성형체에의 레이저 조사 방법의 설명도이다.
도 9는 복합 성형체에 대한 인장시험 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 실시예 4에서 레이저 스캔 후의 금속 성형체 표면의 현미경 사진(450배)을 도시하는 도면이다.
도 11은 실시예 4에서 레이저 스캔 후의 금속 성형체 단면의 주사형 전자현미경 사진(50배)을 도시하는 도면이다. 도면 중, 10은 금속 성형체, 11은 구멍, 21-28은 구멍, 30은 홈, 41은 볼록부를 각각 나타낸다.

본 발명의 복합 성형체의 제조 방법은 금속 성형체 표면으로의 레이저 조사 공정의 차이에 의해,

도트 형상의 독립된 구멍을 형성하도록 레이저 조사하는 공정을 갖는 제조 방법(제 1 제조 방법)과,

복수의 구멍으로 이루어지는 홈이 형성되도록 레이저 조사하는(즉, 레이저 스캔하는) 공정을 갖는 제조 방법(제 2 제조 방법)과,

복수의 독립된 볼록부가 형성되도록 레이저 조사하는(즉, 레이저 스캔하는) 공정을 갖는 제조 방법(제 3 제조 방법)으로 나눌 수 있다.

(1) 제 1 제조 방법

<레이저 조사 공정>

제 1 제조 방법에 있어서의 레이저 조사 공정은, 수지 성형체와의 접합면이 되는 금속 성형체(10)의 표면에 대하여, 도트 형상의 독립된 다수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하는 공정이다.

이 레이저 조사 공정에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 독립된 다수의 구멍(11)(11a, 11b, 11c 등)을 형성한다.

도트 형상의 독립된 다수의 구멍(11)은 도 1과 같이 소정 간격(피치)을 두고 형성한다.

도트 형상의 독립된 다수의 구멍(11)(11a, 11b, 11c……)끼리의 피치(P1, P2……)는 수지 성형체와의 접합강도를 향상시키기 위하여, 30∼300㎛인 것이 바람직하고, 50∼150㎛인 것이 바람직하다. 피치(P1, P2)의 거리는 인접하는 구멍(11a)과 구멍(11b), 구멍(11b)과 구멍(11c)끼리의 중심점 간의 거리이다.

피치(P1, P2)의 거리는 동일하게 설정하는 것이 바람직하지만, 부분적으로 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 정방형의 면에 레이저 스캔할 때, 각 변을 따라 도트 형상의 구멍을 직선 형상으로 형성할 때는 동일한 간격의 피치로 하고, 코너부를 따라 레이저 조사할 때는 피치를 좁게 할 수 있다.

도트 형상의 독립된 다수의 구멍(11)은, 예를 들면, 도 2(a)∼(d)에 도시하는 바와 같은 단면 형상을 갖는 것이다.

1개의 구멍(11)은 구멍의 개구부 직경(D)과 구멍의 깊이(dep)와의 비(dep/D)가 1.0∼10의 범위의 것이며, 바람직하게는 1.2∼8.0, 보다 바람직하게는 1.5∼5.0의 범위의 것이다.

(dep/D)를 상기 범위로 조정함으로써 레이저 조사 범위를 종래보다도 좁게 한 경우에도, 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합강도를 높일 수 있게 된다.

구멍(11)의 개구부 직경(D)은 30∼200㎛가 바람직하고, 50∼150㎛가 바람직하다. 구멍(11)의 깊이(dep)는 금속 성형체(10)의 강도를 유지하기 위하여, 금속 성형체(10)의 두께의 50% 이내가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

레이저 조사 공정에서 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같은 1개의 구멍(11)(11a∼11c)을 형성할 때, 1개의 독립된 구멍(11)을 형성하기 위하여 1∼400쇼트의 펄스 레이저를 조사하는 것이 바람직하고, 1∼200쇼트의 펄스 레이저를 조사하는 것이 보다 바람직하다.

또한 레이저 조사 위치를 변경하면서 조사함으로써 구멍(11)의 개구부 직경(D)을 넓힐 수도 있다.

레이저 조사 공정에서 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같은 1개의 구멍(11)(11a∼11c)을 형성할 때, 조사하는 레이저의 빔 직경을 동일하게 해도 되고, 1회의 쇼트마다 또는 복수회의 쇼트마다 다르게 해도 된다.

도 1(a)의 구멍(11)의 경우에는, 레이저의 빔 직경을 동일하게 하여 조사한다.

도 1(b)의 구멍(11)의 경우에는, 레이저의 빔 직경을 조금씩 작게 하여 조사한다.

도 1(c)의 구멍(11)의 경우에는, 레이저의 빔의 조사 각도를 변경하여 조사함으로써 얻을 수 있다.

도 1(d)의 구멍(11)의 경우에는, 처음에는 동일 직경의 빔으로 조사한 후, 작은 직경의 빔으로 조사한다.

레이저 조사하는 공정에서는 금속 성형체의 접합면에 대하여 도트 형상의 독립된 다수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하지만, 전체적으로 직선(점선), 곡선(점선으로 이루어지는 곡선), 직선 및/또는 곡선으로 이루어지는 도형 등을 형성하도록 하여 마킹할 수 있다.

예를 들면, 단면이 원형인 환봉의 단면(금속 성형체의 접합면)에 레이저 조사할 때, 직경이 상이한 복수의 동심원을 형성하도록 레이저 조사하거나, 소용돌이를 형성하도록 레이저 조사하거나, 다수의 물방울 모양으로 레이저 조사하거나 할 수 있다.

그 외에, 금속 성형체의 접합면의 형상(삼각형, 사각형, 육각형, 타원형, 부정형 등)에 따라, 상기한 원형의 것과 동일하게 하여 레이저 조사할 수 있다.

제 1 제조 방법에서, 레이저 조사 공정을 적용하는 금속 성형체는 특별히 제한되는 것은 아니고, 용도에 따라 공지의 금속으로 이루어지는 성형체를 적당하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 철, 각종 스테인리스, 알루미늄 또는 그 합금, 구리, 마그네슘 및 그것들을 포함하는 합금으로부터 선택되는 성형체를 들 수 있다.

제 1 제조 방법의 레이저 조사 공정에서는 공지의 레이저를 사용할 수 있고, 예를 들면, YAG 레이저, 반도체 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, He-Ne 레이저, 질소 레이저, 킬레이트 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다.

<인서트 성형 공정>

제 1 제조 방법에 있어서의 인서트 성형 공정은 다수의 도트 형상의 독립된 구멍을 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정이다.

인서트 성형 방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 금형 내에 용융 상태의 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 열경화성 수지(프리폴리머)를 사출하는 방법, 금속 성형체와 수지 성형체를 가열 프레스 하는 방법 등을 적용할 수 있다. 또한, 열경화성 수지(프리폴리머)를 사용했을 때에는 후경화 처리를 한다.

열가소성 수지는 용도에 따라 공지의 열가소성 수지로부터 적당하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 폴리아미드계 수지(PA6, PA66 등의 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드), 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, 폴리에스테르계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지를 들 수 있다.

열경화성 수지는 용도에 따라 공지의 열경화성 수지로부터 적당하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 요소 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레소르시놀 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 비닐우레탄을 들 수 있다.

열가소성 엘라스토머는 용도에 따라 공지의 열가소성 엘라스토머로부터 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 스티렌계 엘라스토머, 염화비닐계 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 니트릴계 엘라스토머, 폴리아미드계 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 등의 것을 사용할 수 있지만, PAN계, 피치계의 것이 바람직하다.

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

금속 섬유로서는 스테인리스, 알루미늄, 구리 등으로 이루어지는 섬유를 들 수 있지만, 스테인리스 섬유가 바람직하다.

유기 섬유로서는 폴리아미드 섬유(전방향족 폴리아미드 섬유, 디아민과 디카르복실산의 어느 일방이 방향족 화합물인 반방향족 폴리아미드 섬유, 지방족 폴리아미드 섬유), 폴리비닐알코올섬유, 아크릴 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리옥시메틸렌 섬유, 폴리테트라플루오르에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유(전방향족 폴리에스텔 섬유를 포함함), 폴리이미드 섬유, 액정 폴리에스테르 섬유, 폴리페닐렌술피드 섬유, 셀룰로오스 섬유, 재생 셀룰로오스 섬유를 사용할 수 있지만, 이것들 중에서도 전방향족 폴리아미드 섬유(아라미드 섬유)나 셀룰로오스 섬유, 재생 셀룰로오스 섬유가 보다 바람직하다.

이들 섬유상 충전재는 섬유 직경이 3∼60㎛의 범위인 것을 사용할 수 있지만, 이것들 중에서도, 예를 들면, 금속 성형체(1)의 접합면(1a)에 대하여 형성되는 마킹 패턴(5)의 구멍의 개구부 직경(D)보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 마킹 패턴(5)의 구멍의 개구부 직경(D)보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 마킹 패턴(5)의 구멍 내부에 섬유상 충전재의 일부가 들어간 상태의 복합 성형체가 얻어져, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합강도를 높일 수 있으므로 바람직하다.

열가소성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 엘라스토머 100질량부에 대한 섬유상 충전재의 배합량은 5∼250질량부가 바람직하다.

<제 2 제조 방법>

제 2 제조 방법에 있어서의 레이저 조사 공정은, 수지 성형체와의 접합면이 되는 금속 성형체(10)의 표면에 대하여, 복수의 구멍으로 이루어지는 홈이 형성되도록 레이저 조사(레이저 스캔)하는 공정이다.

이 레이저 스캔 공정에서는 도 3(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 다수의 구멍(21∼28) 등이 서로 중복하도록 형성함으로써, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 전체로서 홈(30)을 형성하는 공정이다. 도 3(a)와 도 3(b)는 구멍끼리의 간격(피치)이 상이한 예이며, 도 3(b)쪽의 피치가 크게 되어 있다. 여기에서 피치는 도 1에 도시하는 P1, P2와 동일하며, 인접하는 구멍끼리의 중심 간의 거리이다.

홈(30)은, 예를 들면, 도 4(b)에 도시하는 바와 같은 단면 형상을 갖는 것이다.

홈(30)은 홈의 폭(W)과 홈의 깊이(dep)와의 비(dep/W)가 1.0∼10의 범위의 것이고, 바람직하게는 1.2∼8.0, 보다 바람직하게는 1.5∼5.0의 범위의 것이다.

(W/dep)를 상기 범위로 조정함으로써 레이저 조사 범위를 종래로보다도 좁게 한 경우이어도, 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합강도를 높일 수 있게 된다.

홈(30)의 폭은 30∼200㎛가 바람직하고, 50∼150㎛가 바람직하다. 구멍(11)의 깊이는 금속 성형체(10)의 강도를 유지하기 위하여, 금속 성형체(10)의 두께의 50% 이내가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

레이저 스캔 속도는 레이저 출력에 따라 선택할 수 있고, 일반적으로는 0.1∼20000mm/sec의 범위에서 선택 가능하고, 1∼12000mm/sec가 바람직하고, 5∼2000mm/sec가 보다 바람직하고, 10∼1000mm/sec가 더욱 바람직하다.

인접하는 홈끼리의 거리(인접하는 홈의 폭 중간점끼리의 거리)는 30∼300㎛가 바람직하고, 40∼150㎛가 보다 바람직하다.

레이저 스캔 공정에서는 금속 성형체의 접합면에 대하여 홈을 형성하도록 레이저 조사하지만, 전체로서 직선, 곡선, 직선 및/또는 곡선으로 이루어지는 도형 등을 형성하도록 하여 마킹할 수 있다.

예를 들면, 단면이 원형인 환봉의 끝면(금속 성형체의 접합면)에 레이저 조사할 때, 직경이 상이한 복수의 동심원을 형성하도록 레이저 조사하거나, 소용돌이를 형성하도록 레이저 조사하거나, 다수의 물방울 모양으로 레이저 조사하거나 할 수 있다.

제 2 제조 방법에 있어서의 레이저 스캔 공정을 적용하는 금속 성형체는 특별히 제한되는 것은 아니고, 용도에 따라 공지의 금속으로 이루어지는 성형체를 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 철, 각종 스테인리스, 알루미늄 또는 그 합금, 구리, 마그네슘 및 그것들을 포함하는 합금으로부터 선택되는 성형체를 들 수 있다.

제 2 제조 방법의 레이저 스캔 공정에서는 공지의 레이저를 사용할 수 있고, 예를 들면, YAG 레이저, 반도체 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, He-Ne 레이저, 질소 레이저, 킬레이트 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다.

제 2 제조 방법의 인서트 성형 공정은 제 1 제조 방법과 동일한 방법을 적용할 수 있다.

수지 성형체의 성형 재료로서 섬유상 충전제를 사용했을 때는 섬유 직경이 3∼60㎛의 범위의 것을 사용할 수 있다. 이것들 중에서도, 예를 들면, 금속 성형체(1)의 접합면(1a)에 대하여 형성되는 마킹 패턴(5)의 홈의 폭(W)보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 마킹 패턴(5)의 홈의 폭(W)보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 마킹 패턴(5)의 홈 내부에 섬유상 충전재의 일부가 들어간 상태의 복합 성형체가 얻어져, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합강도가 높아지므로 바람직하다.

<제 3 제조 방법>

제 3 제조 방법에 있어서의 레이저 조사 공정은, 금속 성형체의 접합면에 대하여, 복수의 독립된 볼록부를 형성하도록 레이저 조사(레이저 스캔)하는 공정이다.

이 레이저 스캔 공정에서는 수지 성형체와의 접합면이 되는 금속 성형체(10)의 표면에 대하여, 도 5에 도시하는 바와 같은 복수의 독립된 볼록부(41)가 형성되도록 레이저 조사한다.

이러한 복수의 독립된 볼록부(41)를 형성하기 위해서는, 볼록부(41)를 형성하지 않는 금속 성형체(10)의 표면에 대하여 레이저 스캔하여 오목부(홈)를 포함하는 금속 제거면(42)을 형성한다.

이러한 소정 높이의 볼록부(41)(및 금속 제거면(42))를 형성하기 위해서는, 금속 성형체(10)의 접합면에 대하여, 복수회 레이저 스캔하는 방법을 적용할 수 있다.

스캔 회수를 증가시키면 볼록부 높이(h)가 상대적으로 높아지고, 스캔 회수를 감소시키면 볼록부 높이(h)가 상대적으로 낮아진다.

독립된 복수의 볼록부(41)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 인접하는 볼록부(41)끼리의 사이에 소정 간격을 두고 형성한다.

인접하는 볼록부(41)끼리의 거리(Dis)는 40∼250㎛가 바람직하고, 80∼200㎛가 바람직하다.

인접하는 볼록부(41)끼리의 거리(Dis)는 동일하게 설정하는 것이 바람직하지만, 부분적으로 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 정방형의 면에 레이저 스캔할 때는, 각 변을 따라 도트 형상의 구멍을 직선 형상으로 형성할 때는 동일한 간격의 피치로 하고, 코너부를 따라 레이저 조사할 때는, 피치를 좁게 할 수 있다.

인접하는 볼록부(41)끼리의 간격(W)은 30∼200㎛가 바람직하고, 50∼150㎛가 보다 바람직하다.

볼록부(41)의 폭은, 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 볼록부(41)의 평면 형상이 정방형일 때는, 폭(1변의 길이)은 30∼200㎛가 바람직하고, 50∼150㎛가 보다 바람직하다.

독립된 볼록부(41)는, 예를 들면, 도 6(a), (b)에 도시하는 바와 같은 단면 형상을 갖는 것이다.

볼록부(41)의 높이(h)는, 금속 성형체(10)의 강도를 유지하기 위하여, 금속 성형체(10)의 두께의 50% 이내가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

복수의 독립된 볼록부(41)는 인접하는 볼록부(41)끼리의 거리(Dis)와 볼록부(41)의 높이(h)와의 비(h/Dis)가 1.0∼10의 범위의 것이며, 바람직하게는 1.2∼8, 보다 바람직하게는 1.5∼5의 범위의 것이다.

(h/Dis)를 상기 범위로 조정함으로써 레이저 조사 범위를 종래보다도 좁게 한 경우이어도, 금속 성형체와 수지 성형체와의 접합강도를 높일 수 있게 된다.

레이저 조사하는 공정에서는 금속 성형체(10)의 접합면에 대하여 독립된 다수의 볼록부를 형성하도록 레이저 조사하지만, 볼록부 전체로서 직선(점선), 곡선(점선으로 이루어지는 곡선), 직선 및/또는 곡선으로 이루어지는 도형 등을 형성하도록 하여 마킹할 수 있다.

예를 들면, 단면이 원형인 환봉의 끝면(금속 성형체의 접합면)에 레이저 조사할 때, 볼록부 전체로서 직경이 상이한 복수의 동심원을 형성하도록 레이저 조사하거나, 볼록부 전체로서 소용돌이를 형성하도록 레이저 조사하거나, 볼록부 전체로서 다수의 물방울 모양으로 레이저 조사하거나 할 수 있다.

제 3 제조 방법에 있어서의 레이저 스캔 공정을 적용하는 금속 성형체는 특별히 제한되는 것은 아니고, 용도에 따라 공지의 금속으로 이루어지는 성형체를 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 철, 각종 스테인리스, 알루미늄 또는 그 합금, 구리, 마그네슘 및 그것들을 포함하는 합금으로부터 선택되는 성형체를 들 수 있다.

제 3 제조 방법의 레이저 스캔 공정에서는 공지의 레이저를 사용할 수 있고, 예를 들면, YAG 레이저, 반도체 레이저, 유리 레이저, 루비 레이저, He-Ne 레이저, 질소 레이저, 킬레이트 레이저, 색소 레이저를 사용할 수 있다.

제 3 제조 방법의 인서트 성형 공정은 제 1 제조 방법과 동일한 방법을 적용할 수 있다.

수지 성형체의 성형 재료로서 섬유상 충전제를 사용했을 때는, 섬유 직경이 3∼60㎛의 범위의 것을 사용할 수 있다. 이것들 중에서도, 예를 들면, 금속 성형체(10)의 접합면에 대하여 형성되는 볼록부끼리의 간격(W)보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 마킹 패턴(5)의 볼록부끼리의 간격(W)보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 마킹 패턴(5)의 볼록부끼리 사이에 섬유상 충전재의 일부가 들어간 상태의 복합 성형체가 얻어져, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합강도가 높아지므로 바람직하다.

(실시예)

<측정 방법>

(1) 구멍 직경(D), 홈폭(W) 및 볼록부끼리의 거리(Dis)

레이저 조사하여 가공한 금속 접합면의 위로부터, CCD(키엔스사제의 디지털 현미경 VHX, 렌즈 VH-Z450)를 사용하고, 렌즈 배율 450배로 요철의 상면에 초점이 맞는 상태에서 이미지를 촬영했다.

구멍 직경(D)에 대해서는, 화상 위에서 초점이 맞은 부분의 D의 치수를 15점 측정하고, 그 평균값을 구했다.

홈 폭(W)에 대해서는, 마찬가지로 W의 치수를 15점 측정하고, 그 평균값을 구했다.

볼록부끼리의 거리(Dis)에 대해서도 마찬가지로 Dis의 간격을 15점 측정하고, 그 평균값을 구했다. 측정에 사용한 현미경 사진의 일례를 도 10에 나타낸다.

(2) 구멍의 깊이(Dep), 홈의 깊이(Dep) 및 볼록부의 높이(h)

복합 성형체를 다이아몬드 와이어 쏘우(메이와포시스(주)제의 DWS3242)로 절단했다.

절단은 다이아몬드 와이어 쏘우의 칼날(원형의 칼날)을 18°씩 회전시켜 절단함으로써 합계로 10개의 시험편으로 절단했다.

각각의 시험편의 절단면을 에폭시 수지로 메워 넣은 후에, 단면을 연마기(무사시노덴시제의 MA-200D)로 연마했다.

그 후, 연마한 단면을 주사형 전자현미경((주)히타치 하이테크놀러지즈사제의 S-3400N)으로 50배의 배율로 관찰하여 단면 화상을 얻었다.

각각의 단면 화상에 대하여, 2mm 이상의 시야에서 볼록부의 바닥면(오목부)의 2점 이상을 지나는 선(1)을 긋고, 볼록부의 정점을 2점 이상 통과하고 또한 선(1)에 대하여 평행하게 되도록 선(2)을 그었다.

선(1)과 선(2) 사이의 간격을 측정하고, 그 중에서 가장 간격이 큰 것을 구멍의 깊이(Dep), 홈의 깊이(Dep) 및 볼록부의 높이(h)로 했다. 측정에 사용한 현미경 사진의 일례(실시예 4)를 도 11에 나타낸다.

실시예 1, 2(제 1 제조 방법)

금속판(SUS304) 또는 알루미늄판(AL A5052)과 폴리아미드 66으로 이루어지는 복합 성형체를 제조했다.

도 7에 도시하는 금속판(SUS304 또는 AL(A5052))(폭 15mm, 길이 60mm, 두께 1mm)이 나타내는 레이저 조사 에리어(접합면)(15)(40mm²[4mm×10mm])에 대하여, YAG 레이저를 사용하여, 금속판(10)의 접합면(15)에 대하여 90도의 각도로(바로 위에서) 레이저 조사했다. 레이저 조사 조건은 표 1에 나타내는 바와 같다. 다수의 구멍으로 이루어지는 마킹 패턴은 도 8(a)이다.

금속판(10)의 접합면(15)에 레이저 조사한 후, 하기의 방법으로 인서트 성형하고, 도 9에서 나타내는 금속판(10)과 수지 성형체(20)가 접합 일체화된 복합 성형체(30)를 얻었다. 단 도 9는 인장시험용의 스페이서(40)(스페이서(40)는 본 발명의 방법으로 얻어지는 복합 성형체에는 포함되지 않음)를 부착한 상태로 나타내고 있다.

<인서트 성형(사출 성형)>

수지: GF60% 강화 PA66 수지(플라스트론 PA66-GF60-01(L9): 다이셀폴리머(주)제)

수지 온도: 320℃

금형 온도: 100℃

사출 성형기: FUNAC ROBOSHOT S-2000i-100B

도 9에서 나타내는 복합 성형체(30)를 사용하여, 인장시험을 행했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

<인장시험 조건>

시험기: 텐실론 UCT-1T

인장속도: 5mm/min

척 간 거리: 50mm

인장 방향: 도 7∼도 9에 나타내는 백색 화살표 방향. 시험은 n수 5로 행하고, 그것들의 평균값을 구했다.

실시예 3(제 2 제조 방법), 비교예 1, 2

실시예 1의 방법에 준하여, 표 2에 나타내는 레이저 조사 조건으로 레이저 스캔했다.

그 후, 실시예 1과 동일하게 하고 인서트 성형하여 도 9에서 나타내는 복합 성형체(30)(인장시험용의 스페이서(40) 부착)를 성형하고, 또한 실시예 1과 동일하게 인장시험을 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예 1, 2는 간단하게 벗겨졌기 때문에, 측정할 수 없었다.

실시예 3과 비교예 1, 2의 인장강도의 대비로부터, dep/W비를 제어함으로써 금속 성형체와 수지 성형체의 접합강도를 높일 수 있는 것이 확인되었다. 이 사실은, 스캔 범위가 동일한 경우이면, 본 발명의 제조 방법(레이저 스캔 공정)을 실시함으로써 접합강도를 높일 수 있는 것을 나타내고 있다.

실시예 4∼7(제 3 제조 방법)

도 7에 나타내는 금속판(AL(A5052))(폭 15mm, 길이 60mm, 두께 1mm)이 나타내는 레이저 조사 에리어(접합면)(15)(40mm²[4mm×10mm])에 대하여, YVO₄ 레이저(바나듐 레이저)를 사용하여, 금속판(10)의 접합면(15)에 대하여 90도의 각도로(바로 위에서) 레이저 스캔 했다. 레이저 스캔 조건은 표 3에 나타내는 바와 같다. 다수의 볼록부로 이루어지는 마킹 패턴은 도 5이다. 볼록부는 바닥면이 1변이 70㎛의 정방형인 4각 기둥으로 하고, W가 70㎛가 되도록 조건 설정했다. 그 밖의 상세 조건 설정은 표 3에 나타낸다. 레이저 가공 설정 조건과 실제로 형성된 볼록부의 치수 형상은 약간 상이하고, 그 치수에 대해서는, CCD 디지털 현미경(도 10; 실시예 4)이나 주사형 전자현미경 관찰(도 11; 실시예 4)에 의해 측정했다.

그 후, 실시예 1과 동일하게 하고 인서트 성형하여 도 9에서 나타내는 복합 성형체(30)(인장시험용의 스페이서(40) 부착)를 성형하고, 또한 실시예 1과 동일하게 인장시험을 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

Claims

금속 성형체의 접합면에 대하여, 도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하는 공정과,
도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,
레이저 조사 공정에서 1개의 구멍을 형성할 때, 상기 구멍의 개구부 직경(D)과 상기 구멍의 깊이(dep)와의 비(dep/D)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (dep/D)가 1.2∼8.0의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구멍의 개구부 직경(D)이 30∼200㎛이고, 구멍의 깊이(dep)가 금속 성형체의 두께의 50% 이내인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 조사하는 공정이 금속 성형체의 접합면에 대하여 도트 형상의 독립된 복수의 구멍을 형성하도록 레이저 조사하여, 상기 복수의 구멍으로 형성되는 직선, 곡선 및 그것들로 이루어지는 원하는 형상으로 마킹하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
금속 성형체의 접합면에 대하여, 복수의 구멍으로 이루어지는 홈이 형성되도록 레이저 조사하는 공정과,
상기 홈이 형성된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,
레이저 조사 공정에서 상기 홈을 형성할 때, 상기 홈의 폭(W)과 상기 홈의 깊이(dep)와의 비(dep/W)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 (dep/W)가 1.2∼8.0의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 홈의 폭(W)이 30∼200㎛이고, 홈의 깊이(dep)가 금속 성형체의 두께의 50% 이내인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 조사하는 공정이 금속 성형체의 접합면에 대하여 홈을 형성하도록 레이저 스캔하고, 상기 홈으로 이루어지는 직선, 곡선 및 그것들로 이루어지는 원하는 형상으로 마킹하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
금속 성형체의 접합면에 대하여, 복수의 독립된 볼록부를 형성하도록 레이저 조사하는 공정과,
상기 복수의 독립된 볼록부를 형성한 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 공정을 갖는 복합 성형체의 제조 방법으로서,
레이저 조사 공정에서 볼록부를 형성할 때, 인접하는 볼록부끼리의 거리(Dis)와 볼록부의 높이(h)와의 비(h/Dis)가 1.0∼10의 범위가 되도록 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 (h/Dis)가 1.2∼8.0의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 인접하는 볼록부끼리의 거리(Dis)가 40∼250㎛이고, 볼록부의 높이(h)가 금속 성형체의 두께의 50% 이내인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 조사하는 공정이 금속 성형체의 접합면에 대하여 복수의 독립된 볼록부를 형성하도록 레이저 조사하여, 상기 복수의 독립된 볼록부로 형성되는 직선, 곡선 및 그것들로 이루어지는 원하는 형상으로 마킹하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.