JP2014065288A

JP2014065288A - 複合成形体とその製造方法

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Publication number: JP2014065288A
Application number: JP2012277844A
Authority: JP
Inventors: Daiji Ikeda; 大次池田; Yoshihiro Asami; 芳弘朝見
Original assignee: Daicel Corp; Daicel Polymer Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Daicel Polymer Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP5889775B2

Abstract

【課題】接合強度を高めることができる複合成形体の製造方法の提供。
【解決手段】金属成形体10の接合面に対してレーザー光を照射して細孔群を形成するとき、１スキャンで形成される細孔の深さが10〜200μｍになるようにレーザー光を照射して、断面形状が三角形またはそれに近似した形状の細孔を形成することで、細孔群の開口部の周囲の面上にバリからなる突起群を形成する工程、細孔群および突起群が形成された金属成形体10の接合面を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体20となる樹脂インサート成形する工程を有している複合成形体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属成形体と樹脂成形体からなる複合成形体と、その製造方法に関する。

各種部品の軽量化の観点から、金属代替品として樹脂成形体が使用されているが、全ての金属部品を樹脂で代替することは難しい場合も多い。そのような場合には、金属成形体と樹脂成形体を接合一体化することで新たな複合部品を製造することが考えられる。
しかしながら、金属成形体と樹脂成形体を工業的に有利な方法で、かつ高い接合強度で接合一体化できる技術は実用化されていない。

特許文献１には、金属表面に対して、一つの走査方向にレーザースキャニングする工程と、それにクロスする走査方向にレーザースキャニングする工程を含む、異種材料（樹脂）と接合するための金属表面のレーザー加工方法の発明が記載されている。
特許文献２には、特許文献１の発明において、さらに複数回重畳的にレーザースキャニングするレーザー加工方法の発明が開示されている。

しかしながら、特許文献１、２の発明は、必ずクロスする２つの方向に対してレーザースキャンする必要があるため、加工時間が長く掛かりすぎるという点で改善の余地がある。
さらにクロス方向へのレーザースキャンにより十分な表面粗し処理ができることから、接合強度は高くできることが考えられるが、表面粗さ状態が均一にならず、金属と樹脂との接合部分の強度の方向性が安定しないおそれがあるという問題がある。
例えば、１つの接合体はＸ軸方向への剪断力や引張強度が最も高いが、他の接合体は、Ｘ軸方向とは異なるＹ軸方向への剪断力や引張強度が最も高く、さらに別の接合体は、Ｘ軸およびＹ軸方向とは異なるＺ軸方向への剪断力や引張強度が最も高くなるという問題が発生するおそれがある。
製品によっては（例えば、一方向への回転体部品や一方向への往復運動部品）、特定方向への高い接合強度を有する金属と樹脂の複合体が求められる場合があるが、特許文献１、２の発明では前記の要望には十分に応えることができない。

また接合面が複雑な形状や幅の細い部分を含む形状のものである場合（例えば星形、三角形、ダンベル型）には、クロス方向にレーザースキャンする方法では、部分的に表面粗し処理が不均一になる結果、充分な接合強度が得られないことも考えられる。

特許文献３には、金属表面にレーザー光を照射して凹凸を形成し、凹凸形成部位に樹脂、ゴム等を射出成形する電気電子部品の製造方法が記載されている。
実施形態１〜３では、金属長尺コイル表面にレーザー照射して凹凸を形成することが記載されている。そして、段落番号１０では、金属長尺コイル表面をストライプ状や梨地状に荒らすこと、段落番号１９では、金属長尺コイル表面をストライプ状、点線状、波線状、ローレット状、梨地状に荒らすることが記載されている。
しかし、段落番号２１、２２の発明の効果に記載されているとおり、レーザー照射をする目的は、金属表面に微細で不規則な凹凸を形成し、それによりアンカー効果を高めるためである。特に処理対象が金属長尺コイルであることから、どのような凹凸を形成した場合でも、必然的に微細で不規則な凹凸になるものと考えられる。
よって、特許文献３の発明は、特許文献１、２の発明のようにクロス方向にレーザー照射して表面に微細な凹凸を形成する発明と同じ技術的思想を開示しているものである。

特許第４０２０９５７号公報特開２０１０−１６７４７５号公報特開平１０−２９４０２４号公報

本発明は、接合強度がより高められている複合成形体を提供することを課題とする。
また本発明は、前記複合成形体の製造方法を提供することを他の課題とする。

本発明は、
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体であって、
前記金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された独立した細孔の組み合わせからなる細孔群を有しており、
前記細孔群が、それぞれの開口部の周囲の面上に形成された突起群を有しているものであり、
前記複合成形体が、前記金属成形体が有している細孔内に樹脂が入り込み、さらに前記突起群が樹脂に埋設された状態で接合されている複合成形体と、その製造方法を提供する。

また本発明は、
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体であって、
前記金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された、独立した溝の組み合わせからなる溝群を有しており、
前記溝群が、それぞれの開口部の両側辺の面上に形成された突起群を有しているものであり、
前記複合成形体が、前記金属成形体が有している溝内に樹脂が入り込み、さらに前記突起群が樹脂に埋設された状態で接合されている複合成形体と、その製造方法を提供する。

本発明の複合成形体およびその製造方法によれば、金属成形体と樹脂成形体の接合強度を高めることができる。

本発明の複合成形体の厚さ方向の断面図（部分拡大図を含む）。本発明の他実施形態である複合成形体の直径方向の断面図であり、（ａ）は側面から見た図、（ｂ）は端面から見た図。本発明の複合成形体に形成した細孔群と溝群の形成状態を示す平面図。本発明の複合成形体に形成した細孔群（または溝群）と突起群の厚さ方向の断面図。（ａ）〜（ｈ）は本発明の複合成形体における異なる形状の細孔群（または溝群）と突起群を示す図。（ａ）、（ｂ）は本発明の複合成形体における細孔群の形成状態を示す平面図。（ａ）は、本発明の複合成形体における細孔群と突起群の形成状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の厚さ方向の部分断面図。（ａ）〜（ｈ）は、本発明の複合成形体における溝群の異なる形成パターンを示す平面図。本発明の複合成形体における溝群と突起群の形成状態を示す平面図。実施例における接合強度の測定方法を説明するための図。実施例１の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真、実施例２の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。比較例１の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。実施例１と比較例１の複合成形体の接合強度の測定方法を説明するための図。実施例３の複合成形体のＳＥＭ写真。実施例４の複合成形体のＳＥＭ写真。実施例５の複合成形体のＳＥＭ写真。実施例６の複合成形体のＳＥＭ写真。実施例７の複合成形体のＳＥＭ写真。実施例８の複合成形体のＳＥＭ写真。

＜複合成形体＞
（１）図１の複合成形体
図１の複合成形体１は、平板の金属成形体１０と平板の樹脂成形体２０が接合されて一体化されたものである。図１では、小さな円で囲んだ部分を拡大した拡大図も合わせて示している。
接合一体化される前の平板の金属成形体１０の接合面１２は、図３、図４に示すように、レーザー光の照射により形成された独立した細孔３１の組み合わせからなる細孔群３０を有しており、さらに細孔群３０（細孔３１）の開口部の周囲の面上に形成された突起群（突起）３２を有している。
複合成形体１は、金属成形体１０が有している細孔群３０（細孔３１）内に樹脂が入り込み、さらに突起群３２が樹脂に埋設された状態で接合されている。

図１の複合成形体１は、接合一体化される前の平板の金属成形体１０の接合面１２において、細孔群３０（細孔３１）の代わりに図３、図４に示すように溝群４０（溝４１）が形成されたものでもよい。
溝群４０は、レーザー光の照射により形成された独立した溝４１の組み合わせからなるものであり、さらに溝群４０（溝４１）の開口部の両側辺の面上に形成された突起群（突起）４２を有している。
複合成形体１は、金属成形体１０が有している溝群４０（溝４１）内に樹脂が入り込み、さらに突起群４２が樹脂に埋設された状態で接合されている。

図１の複合成形体１は、接合一体化される前の平板の金属成形体１０の接合面１２において、細孔群３０（細孔３１）と突起群３２の組み合わせと、溝群４０（溝４１）と突起群４２の組み合わせの両方が形成されたものでもよい。

（２）図２の複合成形体
複合成形体は、図１に示す平板同士の接合体に代えて、図２に示すように、丸棒の金属成形体１０と丸棒の樹脂成形体２０が接合されて一体化されたものにすることができる。
図２の複合成形体１は、接合一体化される前の丸棒の金属成形体１０の接合面１２において、細孔群３０（細孔３１）と突起群３２の組み合わせと、溝群４０（溝４１）と突起群４２の組み合わせの一方または両方が形成されたものを使用する。

複合成形体１において、金属成形体１０と樹脂成形体２０の形状や大きさは、用途に応じて適宜選択されるものであり、図１、図２に限定されるものではない。

図１の複合成形体１において、金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合強度（実施例に記載の引張強度で評価される強度）は、複合成形体１の用途に応じて適宜調整することができるものであり、例えば、１MPａ以上、２０MPａ以下の低接合強度にすることができ、また２０MPａを超える接合強度にすることができる。
なお、図２の複合成形体１の場合には、実施例に記載の引張試験に準じて測定することができる。
即ち、図２の複合成形体１において、金属成形体１０の端部を固定した後、実施例に記載の所定条件にて、金属成形体１０と樹脂成形体２０の中心軸方向（図１４のＸ１方向に相当する）に引っ張って測定する。

＜複合成形体の製造方法−１＞
次に図１、図２に示す複合成形体１の製造方法を説明する。
接合一体化される前の金属成形体１０の接合面１２に対してレーザー光を照射して、図３に示すように多数の細孔３１からなる細孔群３０、または多数の溝４１からなる溝群４０を形成する。
接合一体化される前の金属成形体１０の接合面１２に細孔群３０または溝群４０を形成するときは、細孔３１または溝４１はランダムに形成することもできるし、規則性を持つように形成することもできる。
接合一体化される前の金属成形体１０の接合面１２に細孔群３０（細孔３１）または溝群４０（溝４１）を形成するときは、接合面１２の全体に形成することもできるし、目的とする接合強度が得られるのであれば、接合面１２の一部に形成することもできる。

多数の細孔３１からなる細孔群３０、または多数の溝４１からなる溝群４０を形成するときは、１スキャンのレーザー光照射で形成される（穿孔される）細孔または溝の深さが１０〜２００μmになるようにする。
全スキャン後の細孔または溝の深さは、１０〜２０００μｍになるようにする。
このような多数の細孔３１からなる細孔群３０、または多数の溝４１からなる溝群４０を形成するときのレーザー光の照射条件は、次のとおりである。
出力は４〜４００Ｗが好ましい。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１０７０ｎｍがより好ましい。
１スキャンのパルス幅（１スキャンのレーザー光の照射時間）は１〜１００,０００nsecが好ましく、１〜１００nsecがより好ましい。
周波数は１〜１００kHzが好ましい。
ビーム径は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、５〜５０μmがさらに好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。
加工速度は１〜１０,０００ｍｍ／secが好ましく、１〜５,０００ｍ／secがより好ましく、１〜１,０００ｍｍ／secがさらに好ましい。
スキャン回数は１〜１０回が好ましい。
また一つずつの細孔３１または溝４１の断面形状（図１では厚さ方向に切断したときの断面形状であり、図２では直径方向に切断したときの断面形状である）は、三角形またはそれに近似した形状のものである。

複合成形体１において、金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合強度（実施例に記載の引張強度で評価される強度）の大小を調整する方法を図４により説明すると、
（I）細孔の開口径（または溝の幅）（Ｄ）と細孔（または溝）の深さ（Ｆ）の比であるＦ／Ｄ（アスペクト比）を調整する方法、
（II）細孔（または溝）の断面形状（三角形の底辺に相当する部分に対する２辺の角度）を調整してバリの高さや量を調整する方法、
を組み合わせて実施することができる。
（II）の方法において、例えば三角形の底辺に相当する部分に対する２辺の角度（鋭角）が４５°〜９０°未満（深い角度）であればバリが高くかつ多くなる傾向があり、逆に４５°未満（浅い角度）であればバリが低くかつ少なくなる傾向がある。
上記のアスペクト比が大きくなれば接合強度が大きくなり、アスペクト比が小さくなれば接合強度が小さくなる。
上記のバリの高さが大きくなり、量が多くなると、接合強度が大きくなり、バリの高さが小さくなり、量が少なくなると、接合強度が小さくなる。
ここでバリの量の多少は、例えば、図５（ａ）と図５（ｆ）を比べたとき、図５（ａ）の方がバリの量が多くなる。
なお、バリの高さが余り高すぎると途中で千切れたりするため、高さには大きな違いは生じにくい。

上記のようにしてレーザー光を照射して細孔群３０または溝群４０を形成することで、細孔群３０（細孔３１）の周囲の面（接合面１２）上にバリからなる突起３２、または溝群４０（溝４１）の開口部の両側辺の面（接合面１２）上にバリからなる突起４２が多数形成され、突起群（突起）３２または突起群（突起）４２になる。
突起群３２または突起群４２を形成するバリは、金属成形体１０の表面にレーザー光を照射して穿孔することで、穿孔により取り除かれた金属が開口部の周囲に盛り上がった状態で、接合面１２と一体になって付着しているものである。
バリからなる突起３２は、図４では分かり易いように図示しているが、例えば図５（ａ）〜（ｈ）に示すように様々な形状、大きさなどになるものである。
図５（ａ）〜（ｄ）は、開口部の周囲の全部（または大部分）にバリが形成された状態を示しており、図５（ｅ）の右側は、隣接する開口部に形成されたバリ同士が融着して一体になった状態を示しており、図５（ｆ）は、開口部の周囲の一部にバリが形成された状態を示しており、図５（ｇ）、（ｈ）は、バリが変形した状態を示している。
突起４２も図５に示すものと同様の形状になるものを含む。

接合一体化される前の金属成形体１０の接合面１２に細孔群３０（細孔３１）を形成するときは、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように規則性をもつようにして形成することができる。
図６（ａ）は、金属成形体１０の接合面１２において、開口部が四角形の細孔３１が縦方向および横方向に交互に形成されて細孔群３０が形成されたものである。
図６（ａ）では、隣接する細孔３１の開口部が辺で接することなく、角部のみで接するようにして配置されている。
図６（ａ）では、細孔３１の四角形の開口部の周辺の接合面１２にバリからなる突起３２（図７参照）が多数形成され、突起群３０が形成される。
このとき、細孔３１の四角形の開口部の四辺の全てにバリからなる突起３２が形成された場合には、図７（ａ）、（ｂ）に示すような状態になる。このときは、接合面１２を底面として、四辺のバリを側面とするカップ状の突起３２が形成されることになる。

図６（ｂ）は、金属成形体１０の接合面１２において、開口部が円形の細孔３１が、隣接する細孔３１の開口部同士が間隔をおいて接することなく形成されたものである。
図６（ｂ）では、円形の細孔３１の開口部の周囲の接合面１２上にバリからなる突起３２（図４参照）が多数形成され、突起群が形成される。
このとき、細孔３１の円形の開口部の外周の全てにバリからなる突起が形成された場合には、接合面１２を底面として、バリを壁とする通路状の突起３２が形成されることになる。

接合一体化される前の金属成形体１０の接合面１２に溝群４０（溝４１）を形成するときは、例えば、図８（ａ）〜（ｈ）に示すような様々なパタ−ンになるように形成することができる。
図８（ａ）〜（ｅ）は、間隔をおいて同一方向または異なる方向に対して直線状に形成された複数の溝からなる溝群のパターンである。
図８（ｆ）は、間隔をおいて曲線状に形成された複数の溝（波線状の溝）からなる溝群のパターンである。
溝群は、直線状の溝と曲線状の溝を組み合わせたものでもよい。
図８（ｇ）、（ｈ）は、間隔をおいて形成された円形の溝が複数組み合わされたもの（複数の同心円を組み合わせたもの）からなる溝群のパターンである。
図８（ｇ）、（ｈ）に示す円に代えて複数の多角形を組み合わせた溝群でもよいし、円と多角形を組み合わせた溝群でもよい。
溝群４０（溝４１）を形成したとき、図９に示すように溝４１の両側辺に突起４２が形成される。
２つの突起４２で挟まされた部分は、接合面１２を底面として両側に壁状の突起４２が形成された状態になる。

次の工程にて、細孔群３０が形成された金属成形体１０の接合面１２を含む部分を金型内に配置して、樹脂成形体２０となる樹脂を使用してインサート成形して、複合成形体１を得る。
このインサート成形工程によって、図１に示すように、細孔３１（細孔群３０）または溝４１（溝群４０）内に樹脂が入り込み、かつ突起群３２（４２）が樹脂中に埋設された状態の複合成形体１が得られる。
このように金属成形体１０が細孔群３０と突起群３２、または溝群４０と突起群４２を有していることから、金属成形体１０と樹脂成形体２０との接触面積が増大されると共に、細孔群３０または溝群４０内に樹脂が入り込み、突起群３２または突起群４２が樹脂内に埋設されることによるアンカー効果によって、接合強度が高められる。
さらに細孔群３０の配置状態を調整したり、溝群４０の形成パターンを調整したりすることで、所望方向への引張強度や曲げ強度が高められた複合成形体を得ることができるようなる。

本発明の複合成形体で使用する金属成形体の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウムまたはその合金、亜鉛、マグネシウム、銅、鉛、錫およびそれらを含む合金から選ばれるものを挙げることができる。
本発明の複合成形体で使用する金属成形体の成形方法は特に制限されるものではなく、金属の種類に応じて公知の各種成形法を適用して製造することができものであり、例えばダイカスト法で製造したものを使用することができる。

本発明の複合成形体で使用する樹脂成形体の樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のほか、熱可塑性エラストマーも含まれる。

熱可塑性樹脂は、用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。例えば、ポリアミド系樹脂（ＰＡ６、ＰＡ６６等の脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。

熱硬化性樹脂は、用途に応じて公知の熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンを挙げることができる。

熱可塑性エラストマーは、用途に応じて公知の熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。

これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。

これらの繊維状充填材は、繊維径が３〜６０μmの範囲のものを使用することができるが、これらの中でも、例えば金属成形体１０の接合面１１に対して形成されるマーキングパターンの幅（細孔の開口部の大きさ、または溝の幅）より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μｍ、さらに望ましくは７〜20μmである。
このようなマーキングパターンの幅より小さな繊維径の繊維状充填材を使用したときには、金属成形体のマーキングパターン内に繊維状充填材の一部が張り込んだ状態の複合成形体が得られ、金属成形体と樹脂成形体の接合強度が高められるので好ましい。
さらにこれらの繊維状充填材は、樹脂成形体の機械的強度を高め、金属成形体との機械的強度差を小さくすることで金属成形体と樹脂成形体との接合強度を高めるため、成形後の樹脂成形体中に含まれる重量平均繊維長が、好ましくは０．１〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．１〜４．０ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜３．０ｍｍ、もっとも好ましくは０．５〜２．５ｍｍにできるような長さのものを製造原料として使用することが好ましい。熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー１００質量部に対する繊維状充填材の配合量は５〜２５０質量部が好ましい。より望ましくは、２５〜２００質量部、さらに望ましくは４５〜１５０質量部である。

本発明の複合成形体の製造方法では公知のレーザーを使用することができ、例えば、ＹＶＯ4レーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザ、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。

レーザーの照射条件、例えば、波長、ビーム径、細孔の間隔、周波数などは、接合対象となる金属成形体と樹脂成形体の大きさ、質量、種類、さらには求められる接合強度等に応じて適宜決定することができる。

実施例１、２、比較例１
実施例１、２は、図１０（ａ）に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の接合面１２に対して、表１に示す条件でレーザー照射して、図１０（ｂ）に示すような状態の溝群を形成した。
金属成形体に溝群を形成した後、下記の方法でインサート成形して、実施例１、２と比較例１の複合成形体を得た。
図１１は、実施例１の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真（左側は１００倍、右側は３００倍）であり、図１２は、実施例２の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真（３００倍）であり、図１３は比較例１の複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真（左側は１００倍、右側は３００倍）である。
図１１〜図１３の対比から、実施例１、２では溝の両側にバリからなる突起が形成されており、比較例１では突起がないことが確認できる。

＜インサート成形（射出成形）＞
樹脂：GF60%強化PA66樹脂（プラストロンPA66−GF60−01（L9）：ダイセルポリマー（株）製），ガラス繊維の繊維長：１１ｍｍ
樹脂温度：３２０℃
金型温度：１００℃
射出成形機：FUNAC ROBOSHOT S−2000i−100B

〔引張試験〕
実施例１、２および比較例１の複合成形体を用い、引張試験を行って接合強度を評価した。結果を表１に示す。
なお、複合成形体の樹脂成形体中のガラス繊維の繊維長（重量平均繊維長）は０．８５ｍｍであった。平均繊維長は、成形品から約３ｇの試料を切出し、６５０℃で加熱・灰化させてガラス繊維を取り出した。取り出した繊維の一部（５００本）から重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開２００６−２７４０６１号公報の〔００４４〕、〔００４５〕を使用した。
引張試験は、金属成形体側の端部を固定した状態で、金属成形体と樹脂成形体が破断するまで図１４に示すＸ１方向に引っ張った場合の最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：テンシロンUCT−1T
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

実施例３
実施例３は、図１０（ａ）に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の接合面１２に対して、下記の条件でレーザー照射して、図１０（ｂ）に示すような状態の溝群を形成した。
金属成形体に溝群を形成した後、実施例１、２と同様にインサート成形して、実施例３の複合成形体を得た。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：１０kHz
加工速度：２０mm/sec
レーザー照射回数（繰り返し回数）：１回、３回または５回
焦点距離：−２．４mm
溝本数：２３本

図１５の上段は、実施例３の樹脂と接合する前の金属成形体の表面のＳＥＭ写真（すべて２００倍）であり、下段は、厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（左側および中央：２５０倍、右側：２００倍）である。
図１５から、実施例３のレーザー照射条件では、レーザーの照射回数（繰り返し回数）が増加した場合、開口径には殆ど変化がないが、孔の深さが大きくなることが確認できた。
図中に示している数値（単位MPa）は金属成形体と樹脂成形体の接合強度である。

実施例４
実施例３と同様にして実施例４の複合成形体を得た。レーザー照射は、次の条件で実施した。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：１０kHz
加工速度：４mm/sec、５０mm/secまたは１００mm/sec
レーザー照射回数（繰り返し回数）：１回または５回
焦点距離：−２．４mm
溝本数：２３本

図１６は、実施例４の樹脂と接合する前の金属成形体の厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（上段左側：２００倍、上段右側：２５０倍、下段左側：１５０倍、下段中央：２５０倍、下段右側３００倍）である。
図１６の上段は、レーザー照射回数が１回で、加工速度を４mm/s、50mm/sと変化（増加）させた場合であり、図１６の下段は、レーザー照射回数が５回で、加工速度を４mm/s、50mm/s、100mm/sと変化（増加）させた場合を示している。
図１６から、実施例４のレーザー照射条件では、加工速度が増加した場合、開口径が大きくなり、孔の深さが小さくなることが確認できた。
図中に示している数値（単位MPa）は金属成形体と樹脂成形体の接合強度である。

実施例５
実施例３と同様にして実施例５の複合成形体を得た。レーザー照射は、次の条件で実施した。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：５kHz、１０kHzまたは１５kHz
加工速度：２０mm/sec
レーザー照射回数（繰り返し回数）：５回
焦点距離：−２．４mm
溝本数：２３本

図１７は、実施例５の樹脂と接合する前の金属成形体の厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（上段：２００倍、下段左側：２００倍、下段右側：２５０倍）である。
図１７は、加工速度が２０mm/s又は50mm/sのときに周波数を変化（増加）させた場合を示している。
図１７から、実施例５のレーザー照射条件では、周波数が増加した場合、開口径が小さくなり、孔の深さの変化は小さいことが確認できた。
図中に示している数値（単位MPa）は金属成形体と樹脂成形体の接合強度である。

実施例６
実施例３と同様にして実施例６の複合成形体を得た。レーザー照射は、次の条件で実施した。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：１０kHz
加工速度：２０mm/sec
レーザー照射回数（繰り返し回数）：５回
焦点距離：−２．４mm
溝数：２３、３０、４０本

図１８は、実施例６の樹脂と接合する前の金属成形体の厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（上段：２００倍、下段：３０倍）である。
図１８は、溝本数を増加させたときの変化を示している。
図１８から、実施例６のレーザー照射条件では、溝本数が増加した場合、突起群同士の間隔が小さくなり、溝数４０本では、隣り合う突起群が融着して一体化した（図５（ｅ）参照）ことが確認できた。
図中に示している数値（単位MPa）は金属成形体と樹脂成形体の接合強度である。

実施例７
実施例３と同様にして実施例７の複合成形体を得た。レーザー照射は、次の条件で実施した。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：１０kHz
加工速度：２０mm/sec、５０mm/secまたは１００mm/sec、
レーザー照射回数（繰り返し回数）：２回
焦点距離：±０
溝本数：６０本

図１９は、実施例７の樹脂と接合する前の金属成形体の厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（上段：１００倍、下段：２５０倍）である。
図１９は、加工速度を増加させたときの変化を示している。
図１９から、実施例７のレーザー照射条件では、加工速度が増加するほど接合強度（図中に示している数値〔単位MPa〕）が大きくなることが確認できた。

実施例８
実施例３と同様にして実施例８の複合成形体を得た。但し、図１０（ａ）に示す金属成形体は、アルミニウム（A5052）とステンレス（SUS304）の２つを使用した。
レーザー照射は、次の条件で実施した。
（レーザー照射条件）
レーザー機種：J80-YHP70-106Q（Spectra-Physics製LD励起Qスイッチ固体レーザ）
出力：１１Ｗ
波長：１０６４nm
パルス幅：＜８０nsec
周波数：１０kHz
加工速度：２０mm/sec
レーザー照射回数（繰り返し回数）：５回（加工時間５８秒）
焦点距離：−２．４mm
溝本数：２３本

図２０は、実施例８の樹脂と接合する前の金属成形体の厚さ方向の断面のＳＥＭ写真（２００倍）である。
図２０は、金属成形体の材質を変えたときの違いを示している。
図２０から、実施例８のレーザー照射条件では、金属成形体としてアルミニウムを使用した方が、開口径と孔の深さの両方を大きくできることが確認できた。
図中に示している数値（単位MPa）は金属成形体と樹脂成形体の接合強度である。

１複合成形体
１０金属成形体
１２接合面
２０樹脂成形体

Claims

金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体であって、
前記金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された独立した細孔の組み合わせからなる細孔群を有しており、
前記細孔群が、それぞれの開口部の周囲の面上に形成された突起群を有しているものであり、
前記複合成形体が、前記金属成形体が有している細孔群内に樹脂が入り込み、さらに前記突起群が樹脂に埋設された状態で接合されている複合成形体。
前記金属成形体の接合面の細孔群の形成領域における細孔群の配置状態が、
細孔の開口部が多角形であるとき、隣接する開口部が辺で接することなく、角部のみで接するようにして配置されており、
前記多角形の開口部の各辺の周囲の面上に形成された突起群を有しているものである、請求項１記載の複合成形体。
前記細孔の開口部が四角形である、請求項２記載の複合成形体。
前記金属成形体の接合面の細孔群の形成領域における細孔群の配置状態が、
細孔の開口部が円形であるとき、隣接する開口部同士が間隔をおいて接することなく配置されており、
前記円形の開口部の周囲の面上に形成された突起群を有しているものである請求項１記載の複合成形体。
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体であって、
前記金属成形体が、レーザー光の照射により接合面に形成された、独立した溝の組み合わせからなる溝群を有しており、
前記溝群が、それぞれの開口部の両側辺の面上に形成された突起群を有しているものであり、
前記複合成形体が、前記金属成形体が有している溝群内に樹脂が入り込み、さらに前記突起群が樹脂に埋設された状態で接合されている複合成形体。
前記溝群が、間隔をおいて直線状に形成された複数の溝、間隔をおいて曲線状に形成された複数の溝またはそれらを組み合わせた溝からなるものである、請求項５記載の複合成形体。
前記溝群が、間隔をおいて形成された円形の溝が複数組み合わされたもの、間隔をおいて形成された多角形の溝が複数組み合わされたもの、またはそれらを組み合わせた溝からなるものである、請求項５記載の複合成形体。
前記金属成形体の接合面が平面または曲面である、請求項１〜７のいずれか１項記載の複合成形体。
請求項１〜４のいずれか１項記載の金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の接合面に対してレーザー光を照射して細孔群を形成するとき、
１スキャンで形成される細孔の深さが１０〜２００μｍになるようにレーザー光を照射して、断面形状が三角形またはそれに近似した形状の細孔を形成することで、前記細孔群の開口部の周囲の面上にバリからなる突起群を形成する工程、
前記細孔群および前記突起群が形成された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記樹脂成形体となる樹脂インサート成形する工程を有している、複合成形体の製造方法。
請求項５〜７のいずれか１項記載の金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の接合面に対してレーザー光を照射して溝群を形成するとき、
１スキャンで形成される溝の深さが１０〜２００μｍになるようにレーザー光を照射して、断面形状が三角形またはそれに近似した形状の溝を形成することで、前記溝群の開口部の両側辺の面上にバリからなる突起群を形成する工程、
前記の溝群および前記突起群が形成された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記樹脂成形体となる樹脂インサート成形する工程を有している、複合成形体の製造方法。
前記金属成形体の接合面が平面または曲面である、請求項９または１０記載の複後成形体の製造方法。