TW201436916A - 金屬元件之製造方法以及複合成形體 - Google Patents

Abstract

〔課題〕提供以雷射於金屬元件表面形成粗面，提升金屬元件與樹脂元件之密著性的技術，進一步提升金屬元件與樹脂元件之密著性的同時，亦可提升於高溫環境下或低溫環境下可長期穩定地持續密著性之長期耐久性之技術。〔解決手段〕以雷射使粗面在金屬表面排列形成，在於製造樹脂元件與接合之金屬元件的方法，邊調整相鄰之粗面間隔，亦調整形成粗面之凹凸深度X與上述凹凸之寬度Y比X/Y。具體而言，將相鄰粗面的間隔調整為250μm以下，將比X/Y調整為0.5~5.5。將凹凸深度調整為50μm以上為佳。

Description

金屬元件之製造方法以及複合成形體

本發明係關於與樹脂元件接合之金屬元件之製造方法，及以該製造方法製造之金屬元件與樹脂元件之複合成形體。

由金屬或合金等所構成之金屬元件，與熱塑性樹脂組合物所構成之樹脂元件一體化而成之複合成形體，由先前，使用於使用於中控盤周圍的置物箱等的汽車內裝構件或引擎周圍元件，內裝元件、數位相機或行動電話等的電子機器之界面連接部、電源接頭部等與外界接觸的元件。

將金屬元件與樹脂元件一體化的方法，係於金屬元件側之接合面形成微小的凹凸以錨定效果接合的方法，使用接著劑或雙面膠帶接著的方法，於金屬元件及/或樹脂元件設置折返片或爪等的固定構件，使用該固定構件使兩者固著的方法，使用螺絲等接合之方法等。該等之中，使用於金屬元件形成微小凹凸的方法或接著劑的方法，於設計複合成形體之自由度方面有效。

特別是，將金屬元件的表面加工形成微小凹凸的方法，在不使用高價的接著劑之點有利。將金屬元件的表面加工形成微小凹凸的方法，可舉例如，記載於專利文獻1之方法。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2010-167475號公報

記載於上述專利文獻1之方法，係以雷射於金屬元件的表面形成粗面，故可於上述表面之所期望的範圍形成粗面，作業簡便，而為有效的方法之一。

然而，金屬元件與樹脂元件一體化而成之複合成形體，亦使用於例如，包括導電性發熱部、絕緣部及導電性放熱部，由導電性發熱部經由絕緣部對導電性放熱部傳熱而進行放熱之放熱構造體。在於如此之用途，複合成形體，不單只是要求金屬元件與樹脂元件之密著性，亦要求在於高溫環境下或低溫環境下，亦可長期穩定地持續密著性之長期耐久性。

本發明之目的，係在於以雷射於金屬元件表面形成粗面，提升金屬元件與樹脂元件之密著性的技術，進一步提升金屬元件與樹脂元件之密著性的同時，亦可提升於高溫環境下或低溫環境下可長期穩定地持續密著性之長期耐久性之技術。

本發明者們，為解決上述課題專心反覆研究。結果，發現以雷射使粗面在金屬表面排列形成，在於製造樹脂元件與接合之金屬元件的方法，調整相鄰之粗面間隔，及形成粗面的凹凸深度與上述凹凸之寬度比，與樹脂元件與金屬元件之 密著性及即使在高溫環境下或低溫環境下長期穩定持續密著性之長期耐久性之間有相關關係，而達至完成本發明。更具體而言，本發明係提供如下者。

(1)一種金屬元件之製造方法，以雷射於金屬表面，使粗面排列地形成粗面，製造與樹脂元件接合之金屬元件，其特徵在於：相鄰粗面的間隔係250μm以下，形成上述粗面之凹凸深度X與上述凹凸寬Y之比X/Y為0.5~5.5。

(2)根據(1)之金屬元件之製造方法，其中上述凹凸之深度為50μm以上。

(3)根據(1)或(2)之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件，係由以熱塑性樹脂之熔點為+20℃以上、熱塑性樹脂之熔點為+30℃以下的溫度所測定，於剪速度1000/秒之熔融黏度為500Pa．s以下之熱塑性樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸之深度為50μm以上250μm以下。

(4)根據(1)至(3)中任一項之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件係由聚苯硫醚樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸的深度為50μm以上250μm以下。

(5)根據(1)至(3)中任一項之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件係由液晶性樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸的深度為50μm以上250μm以下。

(6)一種複合成形體，包括：金屬元件，其係以(1)至(5)中任一項之金屬元件之製造方法製造之金屬元件；及樹脂元件，其係形成在包含上述粗面之上述金屬元件之表面之至少一部分。

藉由本發明之製造方法所得之金屬元件，則與樹脂元件一體化時，與樹脂元件的密著性可非常提高的同時，上述長期耐久性優良。

第1圖係對金屬表面照射雷射的方法之具體例。

第2圖係示意表示於實施例及比較例所使用之複合成形體(插入成形體)之圖，(a)係分解立體圖，(b)係立體圖、(c)係只有金屬部之圖。

第3圖係示意表示於實施例所進行之測定樹脂部與金屬部之間的接合強度之方法之圖。

以下，說明本發明之實施形態。再者，本發明並非限定於以下的實施形態。

<金屬元件之製造方法>

本發明之製造方法，以雷射於金屬表面，使粗面排列地形成粗面。然後，將於金屬表面形成粗面之條件，調整為相鄰粗面的間隔係250μm以下，形成上述粗面之凹凸深度X與上述凹凸寬Y之比X/Y為0.5~5.5之條件。

首先，說明形成粗面前之金屬元件。構成金屬元件之金屬材料，可例示，鋁、鎂、不鏽鋼等。此外，金屬元件，亦可由金屬合金構成。此外，於金屬材料的表面，亦可施有陽極氧化處理等的表面處理或塗漆。

於本發明，可按照用途使用成形為所期望形狀之金屬元件。例如，藉由將熔融的金屬等灌入所期望形狀之模具，可得所期望形狀之金屬元件。此外，為將金屬元件形成為所期望的形狀，亦可使用藉由機床等之切削加工等。

於如上述所得之金屬元件表面，使用雷射，形成粗面。形成粗面的位置，或粗方的範圍的大小，可考慮形成樹脂元件之位置等而決定。

於本發明使用雷射於金屬表面形成粗面。具體而言，將雷射照射，以將金屬表面挖溝加工及熔融再凝固之條件作粗面加工。本實施形態，由於係以照射脈衝波雷射光之情形為例說明，故如第1圖(a)所記載的雷射光係照射於金屬表面。於照射雷射的部分形成粗面。再者，第1圖中的白色箭頭，係表示雷射的掃描方向。

此外，第1圖(a)，係表示用於形成粗面排列地形成之雷射照射方法。第1圖(a)所記載的照射方法之情形，兩個粗面大致平行排列。在於粗面排列的方向之脈衝中心間距離，係相鄰粗面之間隔(在於本說明書，有將相鄰之粗面間隔稱為「影線寬幅」之情形)。在於第1圖(a)所示情形，影線寬幅一定，於本發明，將影線寬幅成調整於250μm以下。影線寬幅超過250μm，則難以提升金屬元件與樹脂元件之密著性。影線寬幅的範圍以50μm以上250μm以下更佳。影線寬幅在50μm以上，則粗面狀態容易變得更良好者。

再者，如第1圖(b)所示，亦可不以大致平行照射雷射。第1圖(b)所示情形，雖然影線寬幅度不會一定，惟只要 影線寬幅之至少一部分在250μm以下即可。即使是一部分，只要影線寬幅在於上述範圍，藉由調整於後述之凹凸之深度與凹凸之寬度比之組合，在於影線寬幅在於250μm以下的部分，提升金屬元件與樹脂元件之密著性，以全體提升金屬元件與樹脂元件之密著性。惟，為使上述密著性為非常優秀者，將上述影線寬幅之最大值調整為250μm以下為佳。

此外，如第1圖(c)所示，亦可不將雷射光以直線狀照射。此時，與第1圖(b)之情形同樣地，影線寬幅不會一定，惟只要影線寬幅之至少一部分在250μm以下即可之點，影線寬幅度的最大值在250μm以下為佳之點與第1圖(b)之情形相同。

此外，粗面之數量亦無特別限定。粗面之數為3以上時，任意一個相鄰之粗面之影線寬幅度之至少一部分為250μm以下即可。

此外，只要粗面如上所述地排列形成，則亦可如第1圖(d)所示，複數粗面交叉。

如上所述，對金屬表面照射雷射光，惟在於本發明更佳的照射方法，係如第1圖(e)所示，使既定方向排列形成之粗面，及以與上述既定方向不同的方向排列之粗面交叉之雷射光的照射方法。最佳的照射方法，係上述交叉角成大致90°的照射方法。此外，雷射光的光徑(雷射光的照射範圍係如第1圖所示之圓時，表示照射範圍之圓之直徑)，以200μm以下為佳，以40~130μm更佳。

形成上述粗面時，將形成粗面之凹凸之深度X與上述凹凸之寬幅Y之比X/Y調整為0.5~5.5。比X/Y未滿0.5， 則金屬元件與樹脂元件之密著性或上述長期耐久性容易降低。比X/Y超過5.5，則有增加雷射光的操作次數的趨勢，不容易在短時間有效率地形成粗面，容易降低在於製造金屬元件之生產性。

將比X/Y調整為0.5~5.5之方法，可舉調整凹凸的深度X、凹凸的寬幅Y或該等的雙方的方法。調整凹凸的深度X、凹凸的寬幅Y或該等的雙方的方法，對一度照射雷射光的位置，雙重、三重重複照射雷射光(掃描次數的調整)、調整雷射光的光徑、調整雷射光的輸出功率、調整雷射光的頻率或調整雷射光的掃描速度等方法。關於具體的條件，根據構成金屬元件之金屬材料的種類而異，可按照金屬材料的種類，適宜採用較佳的條件。

所謂凹凸深度及寬幅，係採用使用雷射顯微鏡所測定之值。此外，如上所述，雷射光以交叉照射時，此時交叉的部分較未交叉的部分相比，形成較深的凹凸。有如此之交叉部分時，對交叉的部分以外，以上述方法測定凹凸的深度。再者，為明確的決定凹凸寬度，對如上所述之交叉的部分以外，以上述方法測定凹凸寬度。

形成上述的粗面時，進一步，將形成於粗面之凹凸的深度調整為50μm以上為佳，調整為50~250μm更佳，進一步調整為50~150μm為佳。上述凹凸深度在50μm以上，則容易穩定的得到金屬元件與樹脂元件之優良的密著性，亦容易提升上述長期耐久性。上述凹凸之深度在250μm以下，則有抑制雷射光的操作次數之增加的趨勢，容易以短時間有效地形成 粗面，容易提升製造金屬元件之生產性。凹凸深度的調整方法，其具體條件等之細節，係如在於調整比X/Y之值之方法之說明所述。此外，形成粗面之凹凸之寬度，只要是比X/Y成為0.5~5.5的範圍，並無特別限定，調整為10~100μm為佳。

如上所述，於本發明，將影線寬幅、及比X/Y調整於特定範圍為佳，進一步將凹凸的深度調整於特定的範圍。

<複合成形體之製造方法>

本發明之複合成形體，係使用以如上方法所製造之金屬元件製造。本發明之複合成形體，包括：上述金屬元件；及形成於金屬元件的表面的至少一部分之樹脂元件。

首先，簡單說明關於樹脂元件。構成樹脂元件之材料，並無特別限定，可使用包含先前習知之熱塑性樹脂之熱塑性組合物。再者，於熱塑性樹脂組合物，亦包含於熱塑性樹脂以外僅包含微量的雜質等，實質上係以熱塑性樹脂構成之情形場合。

熱塑性樹脂，可舉例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯/苯乙烯樹脂(AS)、丙烯/丁二烯/苯乙烯樹脂(ABS)、甲基丙烯樹脂(PMMA)、氯乙烯(PVC)，熱塑性樹脂(泛用工程樹脂)，可舉例如，聚醯胺(PA)、聚縮醛(POM)、超高分子量聚乙烯(UHPE)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、GF強化聚對苯二甲酸乙二醇酯(GF-PET)、聚甲基戊烯(TPX)、聚碳酸酯(PC)、變性聚苯醚(PPE)，熱塑性樹脂(超級工程樹脂)，可舉例如，聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶性樹脂(LCP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚芳酯化合物(PAR)、聚 碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚醯胺醯亞胺(PAI)，熱硬化性樹脂，可舉例如酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯、醇酸樹脂、環氧樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯，彈性體，可舉例如，熱塑性彈性體或橡膠、例如，苯乙烯．丁二烯系、聚烯烴系、尿烷系、聚酯系、聚醯胺系、1,2-聚丁二烯、聚氯乙烯系、離聚物等。再者，可舉對熱塑性樹脂添加玻璃纖維者，或聚合物混合體等。

此外，在不大大地傷及本發明之效果的範圍，為賦予所期望的物性，亦可係含有，以上述玻璃纖維所代表之先前習知之各種無機．有機填充劑、難燃劑、紫外線吸收劑、熱穩定劑、光安定劑、著色劑、碳黑、脫模劑、可塑劑等的添加劑。

熱塑性樹脂組合物之中，為得更佳的密著性，使用以熱塑性樹脂之熔點為+20℃以上、熱塑性樹脂之熔點為+30℃以下的溫度所測定，於剪速度1000/秒之熔融黏度為500Pa．s以下之熱塑性樹脂組合物為佳。再者，此時，以比X/Y係0.5~5.5，凹凸之深度為50μm以上250μm以下為佳。上述熱塑性樹脂組合物，於熱塑性樹脂以外，亦可包含先習知之填充劑及/或添加劑。

於上述之點，聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶性樹脂(LCP)等，係較佳的熱塑性樹脂，特別是可良好的使用聚苯硫醚(PPS)、液晶性樹脂(LCP)。

複合成形體之製造方法之具體步驟，並無特別限定，只要藉由使熔融的熱塑性樹脂組合物進入粗面的凹凸，使樹脂元件與金屬元件一體化者即可。

可舉例如，將形成粗面之金屬元件，配置於射出成形用金屬模內，將熔融狀態的熱塑性樹脂組合物對射出成形用金屬模內射出，製造樹脂元件與金屬元件之複合成形體之方法。射出成形之條件，並無特別限定，按照熱塑性樹脂組合物的物性，適宜設定較佳的條件。此外，使用傳遞模塑法、壓縮成形等的方法，亦係形成樹脂元件與金屬元件之複合成形體之有效的方法。

其他的例，可舉預先以射出成形法等的一般的成形方法製造樹脂元件，將形成粗面的金屬元件與上述樹脂元件，以所期望的位置抵接，藉由對該抵接面加熱，使樹脂元件之該抵接面附近熔融，製造樹脂元件與金屬元件之複合成形體之方法。

<複合成形體>

本發明之複合成形體，係如上所述，包括金屬元件與樹脂元件。由於形成於金屬元件表面的凹凸，調整為可提與高樹脂元件之密著性，故於本發明之複合成形體之樹脂元件與金屬元件之密著性強。

如上所述，樹脂元件與金屬元件之密著性優良的同時，由於即使在於高溫環境下與低溫環境下密著性可長期穩定地持續之長期耐久性亦優良，故本案發明之複合成形體，可良好地使用於要求在高溫環境下可長期穩定地持續優良的密著性。例如，本發明之複合成形體，可用於包括導電性發熱部、絕緣部、及導電性放熱部，由導電性發熱部經由絕緣部及導電性放熱部將熱傳遞進行放熱之放熱構造體。在此，在於本發明 之複合成形體之樹脂元件及金屬元件，分別對應於放熱構造體之絕緣部及導電性放熱部，導電性發熱部，可舉例如，電子元件等。更具體而言，本發明之複合成形體，係在於具有收納於內部包括樹脂製之螺絲孔及保持構件等的框體之導電性發熱部之電器．電子機器，有用於作為放熱構造體之一部分。在此，電器．電子機器，於行動電話以外，可舉照相機、攝影機、數位相機等的行動影像電子機器、筆記型電腦、攜帶式電腦、計算機、電子手冊、PDC、PHS、行動電話等的行動資訊或通信終端機、MD、隨身聽、收音機等的攜帶音響電子機器、液晶TV．顯示器、電話、傳真、掌上型掃描器等的家用電器等。

[實施例]

以下，表示實施例及比較例，具體說明本發明，惟本發明不應限定於該等實施例。

<插入成形體之製造方法>

於第2圖表示用於實施例及比較例之複合成形體(插入成形體)之示意圖。(a)係分解立體圖、(b)係立體圖、(c)係只有金屬部之圖。將插入成形體以如下方法製造。再者，圖中的尺寸單位係mm。

構成樹脂部之熱塑性樹脂組合物1，使用聚苯硫醚系樹脂組合物(包含35質量%玻璃纖維作為填充材料，熱塑性樹脂之熔點為280℃，以熱塑性樹脂之熔點+30℃的溫度測定之剪速度1000/秒之熔融黏度為160Pa．s之樹脂組合物，Polyplastic(股)公司製之「FORTRON(註冊商標)1135MF1」)。

此外，構成樹脂部之熱塑性樹脂組合物2，使用液晶性樹 脂組合物(包含30質量%玻璃纖維作為填充材料，熱塑性樹脂之熔點為330℃，以熱塑性樹脂之熔點+20℃的溫度測定之剪速度1000/秒之熔融黏度為43Pa．s之樹脂組合物，Polyplastic(股)公司製的「VECTRA(註冊商標)E130i」)。

再者，熔點及熔融黏度之測定方法係如下所示。

[熔點]

以示差掃描熱量分析裝置(PerkinElmer公司製DSC)，由室溫以20℃/分的升溫條件測定熱塑性樹脂之熔點。如上述所示，包含於熱塑性樹脂組合物1之熱塑性樹脂之熔點為280℃，包含於熱塑性樹脂組合物2之熱塑性樹脂之熔點為330℃。

[熔融黏度]

使用東洋精機(股)製毛細管流變儀，毛細管使用1mm ψ×20mmL/平模，以既定的機筒溫度，以剪速度1000/秒測定熔融黏度。上述機筒溫度，對熱塑性樹脂組合物1係設定於310℃(相當於熱塑性樹脂之熔點+30℃)，對熱塑性樹脂組合物2設定於350℃(相當於熱塑性樹脂之熔點+20℃)。

金屬部，使用以鋁(A5052，厚度2mm)所構成，如下形成粗面之板狀物。該等板狀的金屬部，於第2圖(a)以斜線表示的部分具有接合面。

<粗面之形成>

使用雷射刻印機MD-V9900(Keyence公司製，雷射類型：YVO₄雷射，發射波長：1064nm，最大額定輸出：13W(平均))，以輸出90%、影線寬幅0.2mm、頻率40kHz、掃描速度1000mm/s、掃描次數0~1000次(具體而言，第1表或第2表所 示之次數)之條件，於2處接合預定面之金屬表面，使在於既定方向大致平行排列之複數粗面，與以與上述既定方向旋轉90°的方向大致平行排列之複數粗面交叉，形成網眼狀粗面。再者，雷射光的光徑調製為50μm。

此外，在於粗面交叉的部分以外，將形成粗面之凹凸之深度X及寬幅Y，以雷射顯微鏡(株式會社Keyence公司製之「VK-9510」)測定。將深度X、寬幅Y及比X/Y之測定結果示於第1表及第2表。

將該等金屬部分別配置於金屬模具，進行一體化步驟。成形條件如下所示。複合成形體之形狀如第2圖所示。

[成形條件]

．關於熱塑性樹脂組合物1

成形機：SODICK TR-40VR(縱型射出成形機)

料管溫度：320℃

金屬模具溫度：150℃

射出速度：100mm/s

保壓力：49MPa×5秒

．關於熱塑性樹脂組合物2

成形機：SODICK TR-40VR(縱型射出成形機)

料管溫度：380℃

金屬模具溫度：175℃

射出速度：70mm/s

保壓力：80MPa×5秒

<評估>

對以上述方法製作之複合成形體，評估接合部分的接合強度及剝離後之破斷形態。具體評估方法表示如下。

[接合強度]

接合強度之評估，係將第2圖所示形狀之複合成形體之金屬部之中央，以垂直於長邊方向裁切而分割成2個，使用TENSILON UTA-50kN(ORIENTEC公司製)作為測定機器，以測定速度是1mm/分的條件進行。此外，評估係如第3圖所示，將複合成形體配置於台座上，藉由將樹脂部向箭頭方向押剝測定接合強度。將結果示於第1表(3次平均)。

[破斷形態]

於接合強度測定後，以目視觀察接合部分的區域，評估破斷發生在金屬部與樹脂部的界面(界面破斷)，或發生在金屬部或樹脂部中(主要材料破斷)。將結果示於第1表及第2表。

[長期耐熱試驗1：熱老化(HA)]

將以上述方法製作之複合成形體，放置在設定於120℃的烘箱中，於經過1000小時後取出，對該複合成形體，以上述方法，評估接合測定強度，及破斷形態。將結果示於第1表及第2表。

[長期耐熱試驗2：熱衝擊(HS)]

對以上述方法製作之複合成形體，使用冷熱衝擊試驗機，將以120℃加熱2小時之後，降溫至-40℃冷卻2小時之後，進一步升溫至120℃的過程，作為1個循環之耐衝擊試驗，進行1000循環之後，以上述方法，測定接合強度，評估破斷形態。將結果示於第1表及第2表。

如第1表及第2表所示，藉由使凹凸的深度X與寬幅Y之比X/Y為0.5~5.5，確認可以較少的雷射掃描次數而有效而顯著地提升樹脂部與金屬部之接合強度。上述接合強度，與初期比較，於HA之後及HS之後亦沒有下降。因此，確認亦提升即使在高溫環境下或低溫環境下，密著性可長期穩定地持續之長期耐久性。

Claims (6)

1. 一種金屬元件之製造方法，以雷射於金屬表面，使粗面排列地形成粗面，製造與樹脂元件接合之金屬元件，其特徵在於：相鄰粗面的間隔係250μm以下，形成上述粗面之凹凸深度X與上述凹凸寬Y之比X/Y為0.5~5.5。
2. 根據申請專利範圍第1項之金屬元件之製造方法，其中上述凹凸之深度為50μm以上。
3. 根據申請專利範圍第1項之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件，係由以熱塑性樹脂之熔點為+20℃以上、熱塑性樹脂之熔點為+30℃以下的溫度所測定，於剪速度1000/秒之熔融黏度為500Pa．s以下之熱塑性樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸之深度為50μm以上250μm以下。
4. 根據申請專利範圍第1項之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件係由聚苯硫醚樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸的深度為50μm以上250μm以下。
5. 根據申請專利範圍第1項之金屬元件之製造方法，其中上述樹脂元件係由液晶性樹脂組合物所構成，上述比X/Y係0.5~5.5，上述凹凸的深度為50μm以上250μm以下。
6. 一種複合成形體，包括：金屬元件，其係以申請專利範圍第1至5項中任一項之金 屬元件之製造方法製造；及樹脂元件，其係形成在包含上述粗面之上述金屬元件之表面之至少一部分。