KR20150139511A

KR20150139511A - 복합 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150139511A
Application number: KR1020157026791A
Authority: KR
Inventors: 다이지 이케다
Original assignee: 다이셀폴리머 주식회사; 주식회사 다이셀
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-12-11
Also published as: CN110116275A; CN105102201B; CN110116275B; WO2014156988A1; TW201825220A; CN105102201A; TWI616303B; TW201446463A; JP5932700B2; JP2014193569A; TWI676518B

Abstract

접합 강도를 높일 수 있는 복합 성형체의 제조 방법의 제공. 금속 성형체와 수지 성형체가 접합된 복합 성형체의 제조 방법으로서, 상기 금속 성형체의 접합면에 대하여, 레이저 스폿 직경 10∼200㎛의 범위의 레이저광을 조사하여 홈을 형성하여, 직경이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위의 하나의 영역을 형성하는 공정이며, 1 스캔에 의해 레이저 조사의 개시점과 종점이 연결되도록 하여 홈을 형성하고, 이것을 복수 스캔 반복하여 홈으로 둘러싸인 하나의 영역을 형성하는 제 1 공정,
상기 제 1 공정을 반복하여, 홈으로 둘러싸인 복수의 영역을 형성하는 제 2 공정,
상기 홈으로 둘러싸인 영역이 형성된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 제 3 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, 거기에 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 발명에서, 복수회 중첩적으로 더 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 있으므로, 접합 강도는 높게 할 수 있을 것이 생각되지만, 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, 또한 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 특허공개 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 할 목적은 금속 표면에 미세하고 불규칙한 요철을 형성하고, 그것에 의해 앵커 효과를 높이기 위해서이다. 특히 처리 대상이 금속 장척 코일이므로, 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 동일한 기술적 사상을 개시하고 있는 것이다.

국제공개 2012/090671은 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 공정이며, 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.

본 발명은 접합 강도가 보다 높여져 있는 복합 성형체를 제조할 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, 레이저 스폿 직경 10∼200㎛의 범위의 레이저광을 조사하여 홈을 형성하고, 직경이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위의 하나의 영역을 형성하는 공정이며, 1 스캔에 의해 레이저 조사의 개시점과 종점이 연결되도록 하여 홈을 형성하고, 이것을 복수 스캔 반복하여 홈으로 둘러싸인 하나의 영역을 형성하는 제 1 공정,

상기 제 1 공정을 반복하여, 홈으로 둘러싸인 복수의 영역을 형성하는 제 2 공정,

상기 홈으로 둘러싸인 영역이 형성된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 제 3 공정을 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 방법에서 얻어진 복합 성형체의 두께 방향의 단면도(부분 확대도를 포함함)이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태인 복합 성형체의 직경 방향의 단면도로, (a)는 측면에서 본 도면, (b)는 끝면에서 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 제조 방법의 설명도이며, 평면도(오른쪽)와 그 부분 확대도(좌측)이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 홈으로 둘러싸인 영역의 형성 패턴을 도시하는 도면이다.
도 5는 실시예에서의 제조 방법의 설명도이다.
도 6의 (a)는 실시예 1의 복합 성형체에서 사용하는 금속 성형체의 평면도의 SEM 사진, 도 6의 (b)는 도 6(a)의 확대도, 도 6의 (c)는 도 6(a)의 두께 방향 단면의 SEM 사진이다.
도 7은 비교예 1의 제조 방법의 설명도이다.
도 8은 실시예와 비교예의 복합 성형체의 접합 강도의 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1은 평판의 금속 성형체(10)와 평판의 수지 성형체(20)가 평면끼리 접합 일체화된 복합 성형체(1)의 두께 방향의 단면도(부분 확대도를 포함함)이다.

도 2(a)는 원기둥(환봉)의 금속 성형체(10)와 원기둥의 수지 성형체(20)가 곡면끼리 접합 일체화된 복합 성형체(1)의 두께(직경) 방향의 단면도이다.

도 1 및 도 2의 복합 성형체(1)는 이하의 제 1 공정, 제 2 공정 및 제 3 공정을 거쳐 제조할 수 있다.

<제 1 공정>

제 1 공정에서는, 도 3의 평면도와 부분 확대도에 나타내는 바와 같이, 접합일체화되기 전의 금속 성형체(10)의 접합면에 대하여, 레이저 스폿 직경(d)이 10∼200㎛의 범위의 레이저광을 조사하여 홈(31)을 형성하고, 직경(D)이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위의 하나의 영역을 형성한다.

또한 제 1 공정에서는 1 스캔에 의해 레이저 조사의 개시점과 종점이 연결되도록 하여 홈(31)을 형성하고, 이것을 동일한 홈(31)이 형성되도록 복수 스캔 반복하여, 홈(31)으로 둘러싸이고, 홈(31)의 내측에 볼록부(32)를 갖는 하나의 영역(원형 영역)(30)을 형성한다.

홈(31)과 볼록부(32)로 형성되는 하나의 영역(원형 영역)(30)의 직경(D)은 레이저 스폿의 외측의 접촉원의 직경으로 한다.

홈(31)은, 도 3의 부분 확대도에 나타내는 바와 같이, 1 스캔에 의해 레이저 조사의 개시점과 종점이 연결되도록 하여 형성한다. 즉 둘레 방향에 인접하는 레이저 스폿끼리 서로 중복되거나, 또는 접촉하도록 하여 레이저 조사한다.

계속해서 2회째의 스캔에서도, 1회째의 스캔과 동일하게 하여 동일한 홈(31) 위를 복수회 스캔한다. 복수회 스캔함으로써 홈(31)의 깊이(즉 볼록부(32)의 높이)를 조정한다.

제 1 공정에서 홈(31)으로 둘러싸인 하나의 영역(30)은, 도 4(a)∼(g)에 도시하는 바와 같은, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 이외에, 오각형 이상의 다각형 및 원하는 부정형으로부터 선택되는 영역으로 할 수 있고, 그 이외의 형상으로 이루어지는 영역이어도 된다.

원형 이외의 영역으로 한 경우에는, 직경(D)이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위의 하나의 영역이 되도록 한다.

레이저 스폿 직경(d)은 10∼200㎛이며, 바람직하게는 10∼100㎛, 보다 바람직하게는 10∼50㎛이다.

1개의 영역의 크기는 직경(D)이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위이고, 바람직하게는 직경(D)이 20∼500㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위이며, 보다 바람직하게는 직경(D)이 20∼300㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위이다.

1 스캔의 조사 거리는 100∼100,000㎛가 바람직하고, 100∼10,000㎛가 보다 바람직하며, 100∼1000㎛가 더욱 바람직하다. 이와 같이 1 스캔의 조사 거리를 짧게 함으로써 스캔 간의 열의 확산과 금속 온도의 저하를 억제할 수 있기 때문에, 레이저 가공의 효율(시간당의 가공량)이 좋아진다.

1 스캔의 레이저광 조사로 형성되는 홈의 깊이는 5∼300㎛가 바람직하고, 10∼300㎛가 보다 바람직하다.

전체 스캔 후의 홈의 깊이는 10∼600㎛가 바람직하고, 10∼300㎛가 보다 바람직하다.

이러한 홈으로 이루어지는 영역(30)을 형성할 때의 레이저광의 조사 조건은 다음과 같다.

출력은 4∼4000W가 바람직하다.

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

1 스캔의 펄스 폭(1 스캔의 레이저광의 조사 시간)은 1∼10,000nsec가 바람직하다.

주파수는 1∼100kHz가 바람직하다.

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

가공 속도는 10∼10,000mm/sec가 바람직하고, 100∼10,000mm/sec가 보다 바람직하고, 300∼10,000mm/sec가 더욱 바람직하다.

스캔 회수는 1∼30회가 바람직하다.

<제 2 공정>

제 2 공정에서는 제 1 공정을 반복하여, 금속 성형체(10)의 접합면(12)에 대하여, 도 4(a)∼(g)에서 도시되는 복수의 영역(30)(30a∼30g)을 형성한다.

도 4(a)∼(e)에서는 접합면(12)의 전체면에 영역(30)(30a∼30e)이 형성되어 있고, 도 4(f), (g)에서는 접합면(12)의 일부면에 영역(30)(30f, 30g)이 형성되어 있다.

도 4(a)에서는 홈(31a)과 볼록부(32a)를 갖는 원형 영역(30a)의 복수가 균등 간격으로 형성되어 있다. 복수의 원형 영역(30a)은 각각 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30a)의 홈(31a)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(b)에서는 홈(31b)과 볼록부(32b)를 갖는 타원형 영역(30b)의 복수가 균등 간격으로 형성되어 있다. 복수의 타원형 영역(30b)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30b)의 홈(31b)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(c)에서는 홈(31c)과 볼록부(32c)를 갖는 삼각형 영역(30c)의 복수가 균등 간격으로 형성되어 있다. 복수의 삼각형 영역(30c)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30c)의 홈(31c)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(d)에서는 홈(31d)과 볼록부(32d)를 갖는 사각형 영역(30d)의 복수가 균등 간격으로 형성되어 있다. 복수의 사각형 영역(30d)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30d)의 홈(31d)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(e)에서는 도 4(a)와는 상이한 배치 상태에서, 홈(31e)과 볼록부(32e)를 갖는 원형 영역(30e)의 복수가 균등 간격으로 형성되어 있다. 복수의 원형 영역(30e)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30e)의 홈(31e)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(f)에서는 도 4 (a), (e)와는 달리, 접합면(12)의 일부면에서, 홈(31f)과 볼록부(32f)를 갖는 원형 영역(30f)의 복수가 형성되어 있다. 복수의 원형 영역(30f)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30f)의 홈(31f)끼리 중복되어 있어도 된다.

도 4(f)에서는, 복수의 원형 영역(30f)은 접합면(12)의 변(12a) 측의 원형 영역(30f)의 형성 밀도가 높아지고, 반대측의 변(12b)측의 원형 영역(30f)의 형성 밀도가 낮아지도록 형성되어 있다. 이와 같이 하여 접합면(12)에서 원형 영역(30f)을 균등 배치하지 않고, 일부면에 편재시키도록 성형할 수 있다.

도 1에서 도시하는 복합 성형체(1)가 접합면(12)에 도 4(f)에 도시된 복수의 원형 영역(30f)이 형성된 것일 때, 원형 영역(30f)이 변(12a) 측에 조밀하게 되도록 형성되어 있기 때문에, 복합 성형체(1)가 도 4(f)의 화살표 방향으로 잡아당겨질 때의 항력이 커져, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접합 강도를 높일 수 있다.

도 4(g)에서는, 도 4(a), (e)와는 달리, 접합면(12)의 주위에 있어서, 홈(31g)과 볼록부(32g)를 갖는 원형 영역(30g)의 복수가 형성되어 있고, 중앙부에는 원형 영역(30g)은 형성되어 있지 않다. 복수의 원형 영역(30g)은 각각이 독립되어 있어 접촉하고 있지 않지만, 전부 또는 일부의 영역(30g)의 홈(31g)끼리 중복되어 있어도 된다.

또한, 도 4 (g)와는 반대로, 접합면(12)의 중앙부에만 복수의 원형 영역(30g)이 형성되고, 주위에는 원형 영역(30g)이 형성되지 않도록 해도 된다.

<제 3 공정>

제 3 공정에서, 복수의 영역(30)이 형성된 금속 성형체(10)의 접합면(12)을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 수지 성형체(20)가 되는 수지를 사용하여 인서트 성형하여, 복합 성형체(1)를 얻는다.

이 인서트 성형 공정에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같이, 영역(30)(홈(31)과 돌기 32)의 홈(31)내에 수지가 깊숙이 들어간 상태의 복합 성형체(1)가 얻어진다.

이와 같이 금속 성형체(10)가 영역(30)(홈(31)과 돌기 32)을 가지고 있으므로, 금속 성형체(10)와 수지 성형체(20)의 접촉 면적이 증대됨과 아울러, 홈(31) 내에 수지가 깊숙이 들어가는 것에 의한 앵커 효과에 의해, 접합 강도가 향상된다.

또한, 예를 들면, 도 4(a)∼(g)에 도시하는 바와 같이, 영역(30)의 배치 상태를 조정하거나, 형성 패턴을 조정하거나 함으로써 원하는 방향으로의 인장 강도나 휨 강도가 향상된 복합 성형체를 얻을 수 있게 된다.

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

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

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

열가소성 수지는, 용도에 따라 공지의 열가소성 수지로부터 적당히 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, 폴리염화비닐, 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, 염화바이닐계 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, 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 한쪽이 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(11)에 대하여 형성되는 마킹 패턴의 폭(미세구멍의 개구부의 크기, 또는 홈의 폭)보다 작은 섬유 직경의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유 직경은 보다 바람직하게는 5∼30㎛, 더욱 바람직하게는 7∼20㎛이다.

이러한 마킹 패턴의 폭보다 작은 섬유 직경의 섬유상 충전재를 사용했을 때에는, 금속 성형체의 마킹 패턴 내에 섬유상 충전재의 일부가 채워진 상태의 복합 성형체가 얻어져, 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도를 높일 수 있으므로 바람직하다.

또한 이들 섬유상 충전재는 수지 성형체의 기계적 강도를 높이고, 금속 성형체와의 기계적 강도차를 작게 함으로써 금속 성형체와 수지 성형체의 접합 강도를 높이기 위하여, 성형 후의 수지 성형체 내에 포함되는 중량평균 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 것과 같은 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.

본 발명의 복합 성형체의 제조 방법에서는 공지의 레이저를 사용할 수 있으며, 예를 들면, YVO4 레이저, YAG 레이저, 파이버 레이저, 엑시머 레이저, 자외선 레이저, 탄산가스 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, 미세구멍의 간격, 주파수 등은 접합 대상이 되는 금속 성형체와 수지 성형체의 크기, 질량, 종류, 나아가 요구되는 접합 강도 등에 따라 적당히 결정할 수 있다.

실시예

실시예 1

도 5에 도시하는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 레이저 조사하고, 도 4(a)에 도시하는 372개의 원형 영역(30a)을 형성했다. 또한, 레이저 발진기는 파이버 레이저(IPG제 YLP-1-50-30-30RA)를 사용했다.

도 6(a)는 실시예 1에서 사용한 금속 성형체의 평면의 SEM 사진(100배)이고, 도 6(b)는 (a)의 확대사진(200배)이며, 도 6(c)는 도 6(a)의 두께 방향 단면의 SEM 사진(100배)이다.

상기한 바와 같이 하여 금속 성형체에 원형 영역을 형성한 후, 하기의 방법으로 인서트 성형하여, 실시예 1의 복합 성형체를 얻었다.

비교예 1

도 5에 도시하는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 레이저 조사하여, 도 7에 도시하는 바와 같은 상태의 복수회 구부러진 직선으로 이루어지는 홈을 형성했다. 또한, 레이저 발진기는 파이버 레이저(IPG제 YLP-1-50-30-30RA)를 사용했다.

상기한 바와 같이 하여 금속 성형체에 직선으로 이루어지는 홈을 형성한 후, 하기의 방법으로 인서트 성형하여, 비교예 1의 복합 성형체를 얻었다.

비교예 2

도 5에 도시하는 금속 성형체(알루미늄: A5052)의 접합면(12)에 대하여, 표 1에 나타내는 조건으로 레이저 조사하고, 도 7에 도시하는 바와 같은 상태의 복수회 구부러진 직선으로 이루어지는 홈을 형성했다. 또한, 레이저 발진기는 파이버 레이저(IPG제 YLP-1-50-30-30RA)를 사용했다.

상기한 바와 같이 하여 금속 성형체에 직선으로 이루어지는 홈을 형성한 후, 하기의 방법으로 인서트 성형하고, 비교예 2의 복합 성형체를 얻었다.

<인서트 성형(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: 파낙사제 FANUC ROBOSHOT S2000i-100B

[인장 시험]

실시예 1, 비교예 1, 2의 복합 성형체를 사용하여, 인장 시험을 행하여 접합 강도를 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.

또한, 복합 성형체의 수지 성형체 내의 유리 섬유의 섬유 길이(중량평균 섬유 길이)는 0.85mm이었다. 평균 섬유 길이는 성형품으로부터 약 3g의 시료를 잘라내고, 650℃에서 가열·탄화시키고 유리 섬유를 취출했다. 취출한 섬유의 일부(500개)로부터 중량평균 섬유 길이를 구했다. 계산식은 일본 특개 2006-274061호 공보의 [0044], [0045]를 사용했다.

인장 시험은 금속 성형체측을 고정한 상태에서, 금속 성형체와 수지 성형체가 파단될 때까지 도 8에 도시하는 X1 방향으로 잡아당긴 경우의 최대 하중을 측정했다.

<인장 시험 조건>

시험기: 오리엔테크사제 텐실론(UCT-1T)

인장 속도: 5mm/min

척간 거리: 50mm

	실시예 1	비교예 1	비교예 2
출력(W)	30	30	30
파장(mm)	1070	1070	1070
펄스 폭(nsec)	50	50	50
주파수(kHz)	30	30	30
가공 속도(mm/sec)	400	400	400
레이저 스폿 직경(㎛)	45	45	45
1 스캔의 조사 거리(㎛)	628	234000	234000
스캔 회수	10	30	10
합계 스캔 시간(sec)	6	18	6
1 스캔 당의 홈 깊이(㎛)	15	4	4
합계 홈 깊이(㎛)	150	120	40
접합 강도(MPa)	34	32	10

실시예 1은, 비교예 1, 2와 비교하면 1 스캔의 조사 거리가 짧기 때문에, 열의 확산이 억제되는 점에서, 1 스캔당의 홈 깊이를 크게 할 수 있었다.

이 때문에, 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 실시예 1은 합계 스캔 시간을 짧게 할 수 있어, 비교예 1보다도 높은 접합 강도의 복합 성형체가 얻어진 것을 확인할 수 있다.

또한 실시예 1과 비교예 2를 비교하면, 동일한 합계 스캔 시간일 때에는, 3배 이상 높은 접합 강도의 복합 성형체가 얻어진 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제조 방법을 적용함으로써 레이저 가공의 효율(시간당의 가공량)을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

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, 레이저 스폿 직경 10∼200㎛의 범위의 레이저광을 조사하여 홈을 형성하고, 직경이 20∼1000㎛의 원형 또는 그것과 동일 면적 범위의 하나의 영역을 형성하는 공정이며, 1 스캔에 의해 레이저 조사의 개시점과 종점이 연결되도록 하여 홈을 형성하고, 이것을 복수 스캔 반복하여 홈으로 둘러싸인 하나의 영역을 형성하는 제 1 공정,
상기 제 1 공정을 반복하여, 홈으로 둘러싸인 복수의 영역을 형성하는 제 2 공정,
상기 홈으로 둘러싸인 영역이 형성된 금속 성형체의 접합면을 포함하는 부분을 금형 내에 배치하고, 상기 수지 성형체가 되는 수지를 인서트 성형하는 제 3 공정을 가지고 있는, 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공정에서 홈으로 둘러싸인 하나의 영역이 홈으로 형성된 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형 이상의 다각형 및 부정형으로부터 선택되는 영역인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공정이 각각이 독립된 복수의 영역을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공정이 복수의 영역의 인접하는 영역끼리의 전부 또는 일부가 중복되어 형성되는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공정이 상기 금속 성형체의 접합면의 전체에 복수의 영역을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공정이 상기 금속 성형체의 접합면의 일부에 복수의 영역을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 성형체의 접합면이 평면 또는 곡면인 것을 특징으로 하는 복합 성형체의 제조 방법.