TW201442810A - 複合成形體之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可提升加工速度，且亦可提高不同方向之接合強度的複合成形體之製造方法。一種複合成形體之製造方法，其係金屬成形體與樹脂成形體接合而成的複合成形體之製造方法，其具有：對前述金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟；將包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並將成為前述樹脂成形體的樹脂射出成形之步驟，或者在使包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分與成為前述樹脂成形體的樹脂接觸的狀態下進行壓縮成形之步驟。

Description

複合成形體之製造方法
本發明係關於包含金屬成形體與樹脂成形體的複合成形體之製造方法。
基於各種零件之輕量化觀點，作為金屬替代品係使用樹脂成形體，惟亦多有難以將所有的金屬零件以樹脂取代的情況。在此種情況下，考慮藉由將金屬成形體與樹脂成形體接合成一體來製造新的複合零件。
然而，可將金屬成形體與樹脂成形體以工業上有利的方法並以高接合強度接合成一體的技術，尚未實用化。
日本專利第4020957號公報記載一種供以與不同種材料(樹脂)接合的金屬表面之雷射加工方法之發明，其包含：對金屬表面，沿一掃描方向進行雷射掃描之步驟；及沿與其交叉之掃描方向進行雷射掃描之步驟。
日本特開2010-167475號公報揭示一種在日本專利第4020957號公報之發明中，進一步重疊性地進行雷射掃描複數次的雷射加工方法之發明。
然而，日本專利第4020957號公報、日本特開2010-167475號公報之發明必須對交叉的兩方向進行雷射掃描，因此，在耗費過長加工時間方面尚有改善之空間。
再者認為，由於朝交叉方向進行雷射掃描可實施充分的表面粗化處理，故可提高接合強度，但存有以下問題：表面粗糙度狀態不均勻，而有金屬與樹脂之接合部分的強度的方向性不穩定之虞。
例如，會有一接合體其朝X軸方向的剪切力或拉伸強度為最高，但另一接合體其朝與X軸方向相異之Y軸方向的剪切力或拉伸強度為最高，且又一接合體其朝與X軸及Y軸方向相異之Z軸方向的剪切力或拉伸強度為最高的問題發生之虞。
雖視製品(例如朝一方向之旋轉體零件或朝-方向之往復運動零件)而會有要求朝特定方向具有高接合強度的金屬與樹脂之複合體的情況，惟日本專利第4020957號公報、日本特開2010-167475號公報之發明並無法充分因應前述之要求。
又，在接合面呈複雜形狀或呈包含寬度較細之部分的形狀的情況(例如星形、三角形、啞鈴型)，據認為沿交叉方向進行雷射掃描之方法，會使表面粗化處理一部分變得不均勻，結果會無法獲得充分的接合強度。
日本特開平10-294024號公報記載一種對金屬表面照射雷射光而形成凹凸，並對凹凸形成部位射出成形樹脂、橡膠等的電氣電子零件之製造方法。
在其實施形態1~3中記載，對金屬長尺寸線圈表面進行雷射照射而形成凹凸。而且，於段落編號10記載，將金屬長尺寸線圈表面粗化成條帶狀或緞紋狀；於段落 編號19記載，將金屬長尺寸線圈表面粗化成條帶狀、虛線狀、波線狀、滾紋狀、緞紋狀。
然而，如其段落編號21、22的發明之效果所記載，進行雷射照射之目的係為了在金屬表面形成微細且不規則的凹凸，藉此來提高定準效應。特別是因其處理對象為金屬長尺寸線圈，因此認為，無論在形成何種凹凸的情況下，均必然會形成微細且不規則的凹凸。
因此，日本特開平10-294024號公報之發明係揭示如日本專利第4020957號公報、日本特開2010-167475號公報之發明般，與朝交叉方向進行雷射照射而於表面形成微細的凹凸之發明相同的技術思想。
國際公開2012/090671號係一種包含金屬成形體與樹脂成形體的複合成形體之製造方法之發明。其具有對金屬成形體之接合面，以沿-方向或不同方向形成包含直線及/或曲線之標記的方式進行雷射掃描之步驟，且其係以包含各直線及/或各曲線之標記彼此未交叉的方式進行雷射掃描之步驟。其第6圖至第9圖係顯示四方形、圓形、橢圓形、三角形之標記圖案。
由於習知技術之方法均為以脈衝波(非連續波)照射雷射的方法，而有加工速度緩慢之課題。
本發明係以提供一種可提升加工速度，且亦可提高不同方向之接合強度的複合成形體之製造方法為課題。
作為課題之解決手段，本發明係提供一種複 合成形體之製造方法，其係金屬成形體與樹脂成形體接合而成的複合成形體之製造方法，其具有：對前述金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟；及將包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並將成為前述樹脂成形體的樹脂射出成形之步驟。
又，作為課題之其他解決手段，本發明係提供一種複合成形體之製造方法，其係金屬成形體與樹脂成形體接合而成的複合成形體之製造方法，其具有：對前述金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟；及將包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並在使至少前述接合面與成為前述樹脂成形體的樹脂接觸的狀態下進行壓縮成形之步驟。
根據本發明之複合成形體之製造方法，可提升加工速度，其結果，可縮短加工時間，甚至亦可提高金屬成形體與樹脂成形體之接合強度。
1‧‧‧複合成形體
10‧‧‧金屬成形體
12‧‧‧接合面
20‧‧‧樹脂成形體
第1圖為本發明複合成形體之厚度方向的剖面圖(含部分放大圖)。
第2圖為本發明其他實施形態之複合成形體之厚度方向的剖面圖。
第3圖為雷射光之連續照射圖形的說明圖。
第4圖為另一實施形態之雷射光之連續照射圖形的說明圖。
第5圖為又一實施形態之雷射光之連續照射圖形的說明圖。
第6圖為一實施形態之雷射光之連續照射圖形的說明圖。
第7圖(a)為由第6圖所示D-D間之箭號方向觀看時的剖面圖；(b)為由第6圖所示D-D間之箭號方向觀看時的另一實施形態的剖面圖。
第8圖(a)為由第6圖所示A-A間之箭號方向觀看時的剖面圖；(b)為由第6圖所示B-B間之箭號方向觀看時的另一實施形態的剖面圖；(c)為由第6圖所示C-C間之箭號方向觀看時的剖面圖。
第9圖為實施射出成形時的複合成形體之製造方法的說明圖。
第10圖為實施例1之連續照射雷射後之金屬成形體表面的SEM照片。
第11圖為實施例2之連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第12圖為實施例3之連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第13圖為實施例4之連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第14圖為實施例5之連續照射雷射後之金屬成形體 之接合面的SEM照片。
第15圖為實施例6之連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第16圖為比較例2之連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第17圖為供測定朝與接合面平行方向拉伸時之剪切接合強度(S1)之測定方法的說明圖。
第18圖為實施射出成形時之複合成形體之製造方法的說明圖。
第19圖為製造之複合成形體的立體圖。
第20圖為複合成形體之拉伸接合強度(S2)之測定方法的說明圖。
第21圖為實施壓縮成形時之複合成形體之製造方法的說明圖。
第22圖為藉壓縮成形所製造之複合成形體的立體圖。
第23圖為供測定將接合面朝垂直方向拉伸時之拉伸接合強度S2之測定方法的說明圖。
第24圖為實施例10中所得複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第25圖為實施例11中所得複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第26圖為實施例12中所得複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第27圖為實施例15中所得複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第28圖為實施例16中連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第29圖為實施例16中所得複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第30圖為實施例17中連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第31圖為實施例21中連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
第32圖為表示實驗例1之能量密度與溝深的關係的圖表、及複合成形體之厚度方向剖面的SEM照片。
第33圖為表示實驗例1之能量密度與溝寬的關係的圖表、及連續照射雷射後之金屬成形體之接合面的SEM照片。
如第1圖所示，以本發明之製造方法所得之複合成形體1係使金屬成形體10與樹脂成形體20在金屬成形體之接合面12接合而成者。
以下，按每步驟說明複合成形體1之製造方法。
在最初步驟中，係對金屬成形體10之接合面12，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光。
於此步驟中，藉由對接合面12以高照射速度連續照射雷射光，可於極短時間內使接合面12粗面化。第1圖之接合面12(部分放大圖)係誇大地圖示經粗面化之狀態。
連續波雷射之照射速度較佳為2000~20,000mm/秒，更佳為2,000~18,000mm/秒，進一步更佳為2,000~15,000mm/秒。
連續波雷射之照射速度若處於前述範圍，則可提高加工速度(即，可縮短加工時間)，亦可使接合強度維持於高程度。
於此步驟中，較佳為以使屬下述要件(A)、(B)時之加工時間成為0.1~30秒之範圍的方式連續照射雷射光。
(A)雷射光之照射速度為2000~15000mm/秒
(B)金屬成形體之接合面的面積為100mm2
使屬要件(A)、(B)時之加工時間成為上述範圍內時，可使接合面12整面呈粗面(予以粗面化)。
雷射光之連續照射係可應用例如如以下之方法，惟只要為可使接合面12粗面化之方法則不特別限制。
(I)如第3圖、第4圖所示，以從接合面(例如作成長方形)12之一邊(短邊或長邊)側朝向相反側的邊形成1條直線或曲線的方式連續照射，並予以重複而形成複數條直線或曲線之方法。
(II)重複下述之方法：以從接合面之-邊側朝向相反側的邊連續形成直線或曲線的方式連續照射，下一次朝反方向以形成隔著間隔之直線或曲線的方式連續照射。
(III)從接合面之-邊側朝向相反側的邊連續照射，下一次對正交方向連續照射之方法。
(IV)對接合面隨機地連續照射之方法。
當實施(I)~(IV)之方法時，連續照射雷射光數次亦可形成1條直線或1條曲線。
若為相同的連續照射條件，用以形成1條直線或1條曲線的照射次數(重複次數)愈多則對接合面12之粗面化的程度愈大。
於方法(I)、(II)中，在形成複數條直線或複數條曲線時，能以各直線或曲線以0.005~1mm之範圍(第3圖所示b1之間隔)等間隔地形成的方式連續照射雷射光。
此時之間隔可設成大於雷射光之束徑(點徑)，又，此時之直線或曲線的條數可依據金屬成形體10之接合面的面積來調整。
於方法(I)、(II)中，在形成複數條直線或複數條曲線時，能以各直線或曲線以0.005~1mm之範圍(第3圖、第4圖所示b1之間隔)等間隔地形成的方式連續照射雷射光。
而且，可將此等複數條直線或複數條曲線作為1群，而予以形成複數群。
此時之各群的間隔能以0.01~1mm之範圍(第4圖所示b2之間隔)等間隔地形成。
此外，如第5圖所示，亦可實施在連續照射開始至連續照射結束之間，未予中斷地連續照射之方法，來替代第3圖、第4圖所示之連續照射方法。
雷射光之連續照射能以例如以下條件來實施。
輸出功率較佳為4~4000W，更佳為50~2500W，進一步更佳為100~2000W，進一步更佳為250~2000W。
束徑(點徑)較佳為5~200μm，更佳為5~100μm，進一步更佳為10~100μm，進一步更佳為11~80μm。
更者，輸出功率與點徑之組合的較佳範圍，可選自由雷射輸出功率與雷射照射點面積(π×[點徑/2]2)所求得之能量密度(W/μm2)。
能量密度(W/μm2)較佳為0.1W/μm2以上，更佳為0.2~10W/μm2，進一步更佳為0.2~6.0W/μm2。
由於當能量密度(W/μm2)相同時，輸出功率(W)愈大者可對愈大的點面積(μm2)進行雷射照射，因此，處理速度(每秒之雷射照射面積；mm2/秒)變大，亦可縮短加工時間。
波長較佳為300~1200nm，更佳為500~1200nm。
焦點位置較佳為-10~+10mm，更佳為-6~+6mm。
連續波雷射之照射速度、雷射輸出功率、雷射束徑(點徑)及能量密度的較佳關係為連續波雷射之照射速度為2,000~15,000mm/秒、雷射輸出功率為250~2000W、雷射束徑(點徑)為10~100μm、由前述雷射輸出功率與點面積(π×[點徑/2]2)所求得之能量密度(W/μm2)為0.2~10W/μm2之範圍。
金屬成形體10之金屬不特別限制，可根據用途由周知之金屬中適當選出。可列舉例如選自鐵、各種不鏽鋼、鋁或其合金、銅、鎂及含有彼等之合金者。
金屬成形體10知接合面12可為如第1圖所示之平面 ，亦可為如第2圖所示之曲面，亦可具有平面與曲面兩者。
連續波雷射可使用周知者，可使用例如YVO4雷射、纖維雷射、準分子雷射、二氧化碳雷射、紫外線雷射、YAG雷射、半導體雷射、玻璃雷射、紅寶石雷射、He-Ne雷射、氮氣雷射、螯合物雷射、色素雷射。
本發明之複合成形體之製造方法中，由於係對對金屬成形體之接合面12，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光，因此，經雷射光連續照射的部分會被施予粗面化。
就此時之金屬成形體之接合面12的狀態的-實施形態，根據第6圖~第8圖加以說明。
如第6圖所示，藉由連續照射雷射光(例如點徑11μm)形成多數線條(圖式中示出3條線61~63；各線之間隔為50μm左右)，可施予粗面化。對1條直線之照射次數較佳為1~10次。
此時，包含經粗面化之接合面12的金屬成形體10的表層部係如第7圖(a)、第8圖(a)~(c)所示。此外，「金屬成形體10的表層部」係自表面起至經粗面化所形成之開放孔(幹孔或枝孔)的深度左右為止的部分。
再者，若為對1條直線之照射次數大於10次的次數時，可進一步提高粗面化程度，且對複合成形體1可提高金屬成形體10與樹脂成形體20之接合強度，惟合計照射時間增長。因此，係以考量目標複合成形體1之接合強度與製造時間的關係來決定對1條直線之照射次數為較佳。若 為對1條直線之照射次數大於10次的次數時，較佳為大於10次~50次以下，更佳為15~40次，進一步更佳為20~35次。
包含經粗面化之接合面12的金屬成形體10的表層部係如第7圖、第8圖所示，具備在接合面12側具有開口部31的開放孔30。
開放孔30係包含：幹孔32，係具有沿厚度方向形成的開口部31；及枝孔33，係自幹孔32的內壁面朝與幹孔32相異之方向形成。枝孔33可形成1條或複數條。
此外，在複合成形體1中只要可維持金屬成形體10與樹脂成形體20之接合強度，則可為開放孔30的一部分僅包含幹孔32而無枝孔33。
包含經粗面化之接合面12的金屬成形體10的表層部係如第7圖、第8圖所示，具備在接合面12側無開口部的內部空間40。
內部空間40係經由通道連接路50與開放孔30連接。
包含經粗面化之接合面12的金屬成形體10的表層部係如第7圖(b)所示，可具有複數個開放孔30形成一體的開放空間45，開放空間45可為使開放孔30與內部空間40呈一體地形成者。一開放空間45係較一開放孔30內容積更大。
此外，亦可使多數開放孔30呈一體地形成溝狀之開放空間45。
雖未圖示，惟如第8圖(a)所示之兩個內部空間40彼此間可經通道連接路50連接，如第7圖(b)所示之 開放空間45與開口孔30、內部空間40、其他的開放空間45亦可經通道連接路50連接。
內部空間40雖然係全部與開放孔30及開放空間45之一者或兩者經通道連接路50連接者，惟只要在複合成形體1中可維持金屬成形體10與樹脂成形體20之接合強度，則亦可為內部空間40中的一部分未與開放孔30及開放空間45連接的閉塞狀態空間。
如上述，雖然在連續照射雷射光時形成如第7圖、第8圖所示之開放孔30、內部空間40等的細節尚不明瞭，惟係認為：在以規定速度以上連續照射雷射光時，在金屬成形體表面會一度形成孔或溝，而在熔融之金屬隆起形成罩蓋、或進行攔堵的結果，便形成開放孔30、內部空間40、開放空間45。
又，同樣地，雖然形成開放孔30之枝孔33或通道連接路50的細節亦不明瞭，惟係認為：因滯留於-度形成的孔或溝之底部附近的熱，而使孔或溝之側壁部分熔融的結果，會使幹孔32之內壁面熔融而形成枝孔33，進而使枝孔33延伸而形成通道連接路50。
此外，若使用脈衝雷射來替代連續波雷射時，於金屬成形體之接合面雖會形成開放孔或溝，但不會形成不具開口部的內部空間、及連接前述開放孔與前述內部空間的連接通路。
在以下步驟中，係使包含經粗面化之金屬成形體10之接合面12的部分與樹脂成形體20一體化。
於此步驟中，可適用下述任一種方法： 將包含在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並將成為前述樹脂成形體的樹脂射出成形之步驟；或者將包含在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並使至少前述接合面與成為前述樹脂成形體的樹脂接觸的狀態下進行壓縮成形之步驟。
此外，尚可適用作為熱塑性樹脂及熱硬化性樹脂之成形方法使用的周知成形方法。
在使用熱塑性樹脂時，只要為藉由對熔融之樹脂施予壓力等，以將樹脂填入形成於金屬成形體的孔或溝或通道連接路內後，透過使樹脂冷卻固化而得到複合成形體之方法即可。除射出成形或壓縮成形外，尚可使用射出壓縮成形等的成形方法。
使用熱硬化性樹脂時，只要為藉由對液狀或熔融狀態之樹脂施予壓力等，以將樹脂填入形成於金屬成形體的孔或溝或通道連接路內後，透過使樹脂熱硬化而得到複合成形體之成形方法即可。除射出成形或壓縮成形外，尚可使用轉注成形等的成形方法。
使用壓縮成形法時，可適用例如在使接合面12露出模框內的狀態下(接合面為表側的狀態下)配置金屬成形體10，並對其填入熱塑性樹脂、熱塑性彈性體、熱硬化性樹脂(惟，係預聚物)後進行壓縮的方法。
此外，在射出成形法與壓縮成形法中使用熱硬化性樹脂(預聚物)時，係藉由在後步驟中進行加熱等使之熱 硬化。
該步驟中所使用的樹脂成形體之樹脂，除熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂外，尚包含熱塑性彈性體。
熱塑性樹脂可依據用途由周知之熱塑性樹脂中適當選出。可列舉例如聚醯胺系樹脂(PA6、PA66等脂肪族聚醯胺、芳香族聚醯胺)、聚苯乙烯、ABS樹脂、AS樹脂等含苯乙烯單元之共聚物、聚乙烯、含乙烯單元之共聚物、聚丙烯、含丙烯單元之共聚物、其他聚烯烴、聚氯乙烯、聚偏二氯乙醯、聚碳酸酯系樹脂、丙烯酸系樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚酯系樹脂、聚縮醛系樹脂、聚苯硫系樹脂。
熱硬化性樹脂可依據用途由周知之熱硬化性樹脂中適當選出。可列舉例如尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、酚樹脂、間苯二酚樹脂、環氧樹脂、聚胺甲酸酯、乙烯胺甲酸酯。
熱塑性彈性體可依據用途由周知之熱塑性彈性體中適當選出。可列舉例如苯乙烯系彈性體、氯乙烯系彈性體、烯烴系彈性體、胺甲酸酯系彈性體、聚酯系彈性體、腈系彈性體、聚醯胺系彈性體。
此等熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱塑性彈性體中可摻混周知之纖維狀填充材料。
作為周知之纖維狀填充材料，可列舉碳纖維、無機纖維、金屬纖維、有機織維等。
碳纖維為周知者，可採用PAN系、瀝青系、嫘縈系、木質系等的纖維。
作為無機纖維，可列舉玻璃纖維、玄武岩纖維、氧化矽纖維、氧化矽‧氧化鋁纖維、氧化鋯纖維、氮化硼纖維、氮化矽纖維等。
作為金屬纖維，可列舉包含不鏽鋼、鋁、銅等的纖維。
作為有機纖維，可使用聚醯胺纖維(全芳香族聚醯胺纖維、二胺與二羧酸之任一者為芳香族化合物的半芳香族聚醯胺纖維、脂肪族聚醯胺纖維)、聚乙烯醇纖維、丙烯酸纖維、聚烯烴纖維、聚甲醛纖維、聚四氟乙烯纖維、聚酯纖維(含全芳香族聚酯纖維)、聚苯硫纖維、聚醯亞胺纖維、液晶聚酯纖維等合成纖維或天然纖維(纖維素系纖維等)或再生纖維素(嫘縈)纖維等。
此等纖維狀填充材料，可使用纖維徑為3~60μm之範圍者，惟，此等當中，較佳使用例如纖維徑小於金屬成形體10之接合面12經粗面化所形成之開放孔30等的開口徑者。纖維徑更理想為5~30μm，進一步更理想為7~20μm。
在使用此種纖維徑小於開放孔30等的開口徑之纖維狀填充材料時，可得纖維狀填充材料的一部分黏入金屬成形體之開放孔30等的內部之狀態的複合成形體，可提高金屬成形體與樹脂成形體之接合強度，因而較佳。
相對於100質量份之熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱塑性彈性體，纖維狀填充材料的摻混量較佳為5~250質量份。更理想為25~200質量份，進一步更理想為45~150質量份。
依本發明之製造方法所得之複合成形體1，係在於如第7圖及第8圖所示之金屬成形體10所具有的開放孔30、內部空間40、通道連接路50、開放空間45內填入形成樹脂成形體20的樹脂之狀態下予以一體化。
於開放孔30與(幹孔32及枝孔33)開放空間45的內部，係自各開口部分填入樹脂；於內部空間40的內部，係自開放孔30或開放空間45之開口部將填入的樹脂通過通道連接路50而填入。
因此，依本發明之製造方法所得之複合成形體1，比起僅於開放孔30或開放空間45內填入樹脂的複合成形體，可提高對第1圖中金屬成形體10與樹脂成形體20之接合面12，在將金屬成形體10端部固定的狀態下將樹脂成形體20朝平行方向(第1圖之X方向)拉伸時的剪切接合強度(S1)、及對金屬成形體10與樹脂成形體20之接合面12朝垂直方向(第1圖之Y方向)拉伸時的拉伸接合強度(S2)兩者。
[實施例]
實施例1~6、比較例1~3
實施例及比較例係對第9圖所示金屬成形體(鋁：A5052)之接合面12整面(40mm2幅度範圍)，以表1所示條件連續照射雷射光。
實施例1~5、比較例1~3係如第3圖所示連續照射雷射光，實施例6係如第4圖所示連續照射雷射光。
其次，使用處理後之金屬成形體，以下述方法進行射出成形，得到實施例及比較例之第17圖所示複合成形 體。
第10圖為實施例1之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍、700倍、2500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第11圖為實施例2之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第12圖為實施例3之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第13圖為實施例4之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第14圖為實施例5之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第15圖為實施例6之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。可確認為接合面經粗面化，形成微小凹部之狀態。
第16圖為比較例2之使用連續波雷射連續照射後之金屬成形體之接合面的SEM照片(100倍、500倍)。由於照射速度為1000mm/秒，接合面之粗面化未經充分實施。
<射出成形>
樹脂：GF60%強化PA66樹脂(Plastron PA66-GF60-01 (L7)：Daicel Polymer(股)製)，玻璃纖維之纖維長：11mm
樹脂溫度：320℃
模具溫度：100℃
射出成形機：FANUC製ROBOSHOT S2000i100B
[拉伸試驗]
使用實施例及比較例之第17圖所示複合成形體，進行拉伸試驗並評定剪切接合強度(S1)。將結果示於表1。
拉伸試驗，係量測在將金屬成形體10端部固定的狀態下，予以朝第17圖所示X方向(第1圖之X方向，即對接合面12為平行方向)拉伸至金屬成形體10與樹脂成形體20斷裂為止時，至接合面12遭破壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Orientec公司製Tensilon(UCT-1T)
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：50mm
由比對實施例1與比較例1可確認，於實施例1中以1/50的加工時間，即可得到接合強度更高的複合成形體。
如考量到以工業規模大量生產，可達縮短加工時間(即，亦可減少製造所需之能量)的實施例1之製造方法的工業價值非常大。
由比對實施例1與實施例2、3可確認，如實施例2、3所示，可藉由增加雷射照射之重複次數提高接合強度，而即使在此情況下，相較於比較例1~3亦可縮短加工時間。
由比對實施例1~3與實施例4~6可確認，如實施例4~6所示，可在提高雷射之照射速度時進一步提高剪切接合強度(S1)(朝第1圖、第17圖之X方向之接合強度)。
實施例7~9、比較例4~6
實施例及比較例係對第18圖所示金屬成形體(鋁：A5052)之接合面12整面(90mm2幅度範圍)，以表2所示條件連續照射雷射光。
其後，與實施例1~6、比較例1~3同樣地實施，得到第19圖所示複合成形體。
對所得複合成形體，以下述方法量測相當於第1圖所示Y方向(第20圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
如第20圖所示，拉伸試驗係量測在利用金屬成形體10側之治具70加以固定的狀態下，予以朝第20圖之Y方向(第1圖之Y方向，即對接合面12為垂直方向)拉伸至金屬成形體10與樹脂成形體20斷裂為止時，至接合面12遭破 壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Orientec公司製Tensilon(UCT-1T)
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：50mm
表2之實施例7~9(接合面12之面積90mm2)係對應表1之實施例1~3(接合面12之面積40mm2)者，而接合面12之面積成為2.25倍。
惟，明瞭如由與表2之比較例4~6之比對般，可確認透過適用本案發明之製造方法，亦可提高朝對金屬成形體10與樹脂成形體20之接合面12(面積90mm2)為垂直方向(第1圖之Y方向)拉伸時的拉伸接合強度(S2)。
實施例10~15、比較例7~9
實施例及比較例係對第21圖所示金屬成形體(鋁：A5052)之接合面12整面(40mm2幅度範圍)，以表3所示條件連續照射雷射。
實施例10~14、比較例8、9係如第3圖所示連續照射雷射光；實施例15係如第4圖所示連續照射雷射光；比較例7則如第5圖所示連續照射雷射光。
其次，使用處理後之金屬成形體，以下述方法進行壓縮成形，得到實施例及比較例之複合成形體。
<壓縮成形>
將金屬成形體10以接合面12朝上的方式配置於模框內(Teflon製)，並於接合面12上添加樹脂粒。其後，用鐵板夾住模框，依下述條件進行壓縮，得到第22圖所示複合成形體。
樹脂粒：PA66樹脂(2015B，宇部興產(股)製)
溫度：285℃
壓力：1MPa(預熱時)、10MPa
時間：2分鐘(預熱時)、3分鐘
成形機：東洋精機製作所製壓縮機(mini test press-10)
[拉伸試驗]
使用實施例及比較例之複合成形體，進行拉伸試驗並評定拉伸接合強度(S2)。將結果示於表3。
拉伸試驗係如下實施：如第23圖所示，對複合成形體之樹脂成形體20的露 出面，將包括鋁板72a、及固定於對該面為垂直方向的拉伸部73a的治具74a利用黏著劑71a固接。
同樣地，如第23圖所示，對複合成形體之金屬成形體10的露出面，將包括鋁板72b、及固定於對該面為垂直方向的拉伸部73b的治具74b利用黏著劑71b固接。
在固定部73b經固定的狀態下，依下述條件量測拉伸拉伸部73a時之至接合面12遭破壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Tensilon
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：16mm
[內部空間之觀察方法]
確認不具開口部之內部空間之有無。以下顯示出該方法。
在包含複合成形體之接合面12的接合部上，朝對雷射照射方向為垂直方向(第6圖之A-A、B-B、C-C方向)隨機切斷3處，並以掃描式電子顯微鏡(SEM)隨意觀察3點各表層部的剖面部。
在SEM觀察照片(500倍)中可確認內部空間之有無時，計數其個數。此外，排除內部空間之最大直徑為10μm以下者。
顯示出內部空間之個數(9處之平均值)(表3)。
又，對內部空間以微小部分X射線分析(EDX)進行分析，經確認樹脂滲入至內部空間。
SEM：日立High-technologies公司製S-3400N
EDX分析裝置：AMETEK(舊EDAX JAPAN)公司製Apollo XP
此外，如第2圖所示複合成形體之金屬面為曲面時，可藉由朝對曲面之切線為垂直方向切斷試樣，而進行同樣的測定。
另外，利用顯微雷射拉曼分光測定裝置亦可確認樹脂滲入至內部空間。
實施例10~15由於係對金屬成形體10之接合面12，分別與實施例1~6同樣地連續照射雷射光者，因此，金屬成形體10之接合面12的表面係分別與於實施例1~6中所示之SEM照片(第10圖~第15圖)相同。
第24圖為朝實施例10之複合成形體之厚度方向的剖面的SEM照片(第6圖之A~C的剖面圖)。
看起來相對較白的部分為金屬成形體10，看起來相對較黑的部分為樹脂成形體20。
由第24圖可確認朝厚度方向形成的複數個孔、及複數個獨立空間；由於彼等看起來全部為黑，故可確認樹脂已滲入。
朝厚度方向形成的孔係視為相當於開放孔30之幹孔32的孔。
獨立的空間係視為自幹孔32之內壁面朝與幹孔32之形成方向相異的方向延伸之枝孔33的剖面、或者內部空間40。
而且，若設成其係內部空間40，由於樹脂滲入至內部，故認為其係與開放孔30經通道連接路50連接者。
從而，可提高將實施例10之複合成形體朝對接合面12為垂直方向拉伸時(第1圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
第25圖為朝實施例11之複合成形體之厚度方向的剖面的SEM照片(第6圖之A~C的剖面圖)。
看起來相對較白的部分為金屬成形體10，看起來相對較黑的部分為樹脂成形體20。
由第25圖可確認朝厚度方向形成的複數個孔、及複數個獨立空間；由於彼等看起來全部為黑，故可確認樹脂已滲入。
朝厚度方向形成的孔係視為相當於開放孔30之幹孔32的孔。
獨立空間係視為自幹孔32之內壁面朝與幹孔32之形成方向相異的方向延伸之枝孔33的剖面、或者內部空間40。
而且，若設成其係內部空間40，由於樹脂滲入至內部，故認為其係與開放孔30經通道連接路50連接者。
從而，可提高將實施例11之複合成形體朝對接合面12為垂直方向拉伸時(第1圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
第26圖為朝實施例12之複合成形體之厚度方向的剖面的SEM照片(第6圖之A~C的剖面圖)。
由第26圖可確認朝厚度方向形成的複數個孔、及複數個獨立空間；由於彼等看起來全部為黑，故可確認樹脂已滲入。
朝厚度方向形成的孔係視為相當於開放孔30之幹孔32的孔。
獨立空間係視為自幹孔32之內壁面朝與幹孔32之形成方向相異的方向延伸之枝孔33的剖面、或者內部空間40。
而且，若設成其係內部空間40，由於樹脂滲入至內部，故認為其係與開放孔30經通道連接路50連接者。
從而，可提高將實施例12之複合成形體朝對接合面12為垂直方向拉伸時(第1圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
第27圖為朝實施例15之複合成形體之厚度方向的剖面的SEM照片。
看起來相對較白的部分為金屬成形體10，看起來相對較黑的部分為樹脂成形體20。
可確認金屬成形體10中形成有多數個開放孔30。
從而，可提高實施例15之複合成形體朝對接合面12為垂直方向拉伸時(第1圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
實施例16~18
以與實施例7~9(表2)同樣的方式，對第18圖所示金屬成形體(表4所示金屬)之接合面12整面(90mm2幅度範圍)，以表4所示條件連續照射雷射光。
其後，與實施例1~6、比較例1~3同樣地實施，得到第19圖所示複合成形體。
對所得複合成形體，以下述方法量測相當於第1圖所示Y方向(第20圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
如第20圖所示，拉伸試驗係量測在利用金屬成形體10側之治具加以固定的狀態下，予以朝第20圖之Y方向(第1圖之Y方向，即對接合面12為垂直方向)拉伸至金屬成形體10與樹脂成形體20斷裂為止時，至接合面12遭破壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Orientec公司製Tensilon(UCT-1T)
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：50mm
實施例19~21
對第21圖所示金屬成形體(表4所示金屬)之接合面12整面(40mm2幅度範圍)，以表4所示條件連續照射雷射。
雷射光係如第3圖所示進行連續照射。
其次，使用處理後之金屬成形體，與實施例10~15同樣地進行壓縮成形而得到複合成形體。
拉伸試驗與內部空間之觀察方法係與實施例10~15同樣地實施。
實施例16，相較於表2之實施例7~9，雖由於重複次數較多，加工時間增長，惟拉伸接合強度(S2)變高了(第28圖、第29圖)。
實施例17(SUS304)，相較於表2之實施例9(鋁)，雖減慢雷射照射速度而加工時間增長，惟拉伸接合強度(S2)變高了(第30圖)。
實施例18(SUS304，加入GF之PP)，相較於實施例17(SUS304，加入GF之PA)，雖為相同條件，惟拉伸接合強度(S2)變低了。
實施例19，相較於表3之實施例10~12，雖由於重複次數較多，加工時間增長，惟拉伸接合強度(S2)變高了(第28圖、第29圖)。
實施例20(SUS304)、實施例21(SUS304；第31圖)，相較於表3之實施例13(鋁)，雖因減慢雷射照射速度並增加重複次數而加工時間增長，惟拉伸接合強度(S2)變高了。
實驗例1
以與實施例1同樣的方式，測試對鋁表面進行雷射照射時之能量密度與溝深的關係(第32圖)、能量密度與溝寬的關係(第33圖)。
其結果，在能量密度為0.3W/μm2附近，可確認明確的差異。
實施例22~35
以與實施例7~9(表2)同樣的方式，對第18圖所示金屬成形體(表5所示金屬)之接合面12整面(90mm2幅度範 圍)，以表5所示條件連續照射雷射光。
其後，與實施例1~6、比較例1~3同樣地實施，得到第19圖所示複合成形體。
對所得複合成形體，以下述方法量測相當於第1圖所示Y方向(第20圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
如第20圖所示，拉伸試驗係量測在利用金屬成形體10側之治具加以固定的狀態下，予以朝第20圖之Y方向(第1圖之Y方向，即對接合面12為垂直方向)拉伸至金屬成形體10與樹脂成形體20斷裂為止時，至接合面12遭破壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Orientec公司製Tensilon(UCT-1T)
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：50mm
實施例36~42
以與實施例7~9(表2)同樣的方式，對第18圖所示金屬成形體(表6所示金屬)之接合面12整面(90mm2幅度範圍)，以表6所示條件連續照射雷射光。
其後，與實施例1~6、比較例1~3同樣地實施，得到第19圖所示複合成形體。
對所得複合成形體，以下述方法量測相當於第1圖所示Y方向(第20圖之Y方向)的拉伸接合強度(S2)。
如第20圖所示，拉伸試驗係量測在利用金屬成形體10側之治具加以固定的狀態下，予以朝第20圖之Y方向(第1圖之Y方向，即對接合面12為垂直方向)拉伸至金屬成形體10與樹脂成形體20斷裂為止時，至接合面12遭破壞為止的最大負載。
<拉伸試驗條件>
試驗機：Orientec公司製Tensilon(UCT-1T)
拉伸速度：5mm/分鐘
夾頭間距離：50mm

Claims (9)

  1. 一種複合成形體之製造方法，其係金屬成形體與樹脂成形體接合而成的複合成形體之製造方法，其具有：對該金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟；及將包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並將成為該樹脂成形體的樹脂射出成形之步驟。
  2. 一種複合成形體之製造方法，其係金屬成形體與樹脂成形體接合而成的複合成形體之製造方法，其具有：對該金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟；及將包含有在前步驟中經雷射光照射的金屬成形體之接合面的部分配置於模具內，並在使至少該接合面與成為該樹脂成形體的樹脂接觸的狀態下進行壓縮成形之步驟。
  3. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中對該金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟係以形成包含直線、曲線及此等之組合的線的方式連續照射雷射光之步驟。
  4. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中對該金屬成形體之接合面，使用連續波雷射，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟係以形成包含直線、曲線及此等之組合的線的方式 連續照射雷射光之步驟，且該步驟為連續照射雷射光數次而形成1條直線或1條曲線之步驟。
  5. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中對該金屬成形體之接合面，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟係以形成包含複數條直線、複數條曲線及此等之組合的線的方式連續照射雷射光之步驟，且該步驟為以使該複數條直線、或該複數條曲線分別以0.005~1mm之範圍等間隔地形成的方式連續照射雷射光之步驟。
  6. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中對該金屬成形體之接合面，以2000mm/秒以上之照射速度連續照射雷射光之步驟係以形成包含複數條直線、複數條曲線及此等之組合的線的方式連續照射雷射光之步驟，且該步驟為以下述方式連續照射雷射光之步驟：將使該複數條直線、或該複數條曲線分別以0.005~1mm之範圍等間隔地形成而成者作為1群，並使各群之間隔成為0.01~1mm之範圍而等間隔地形成複數群。
  7. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中該連續照射雷射光之步驟係以使屬下述要件(A)、(B)時之加工時間成為0.1~30秒之範圍的方式連續照射雷射光之步驟；(A)雷射光之照射速度為2000~15000mm/秒， (B)金屬成形體之接合面的面積為100mm2。
  8. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中該連續照射雷射光之步驟係連續波雷射之照射速度為2,000~15,000mm/秒，雷射輸出功率為250~2000W、雷射束徑(點徑)為10~100μm，且以使由該雷射輸出功率與點面積(π×[點徑/2]2)所求得之能量密度(W/μm2)成為0.2~10W/μm2之範圍的方式連續照射雷射光之步驟。
  9. 如請求項1或2之複合成形體之製造方法，其中該金屬成形體之接合面為平面或曲面。
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