(57)【要約】【課題】接着剤やボルト締結を用いずに金属パイプとプラスチックパイプを直接接合する製造方法を提供すること。【解決手段】金属パイプの予定接合面にらせん状に重畳的微粒子構造を形成し、金属パイプを加熱しながらプラスチックパイプを回転挿入することで重畳的微粒子構造に溶融したプラスチックが浸透固化し接合を可能とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤を用いることなく行う、金属製パイプの外周面とプラスチックの内周面の重ね合わせ接合する接合方法であって、重ね合わされて接合面となる前記金属製パイプの外周面の一部に重畳的微細構造を形成する工程と、当該プラスチック製パイプの溶融温度まで加熱された前記金属製パイプ若しくはプラスチック製パイプのいずれか一方又は双方を、同軸上に位置する他方に向け、金属製パイプを内側として前記接合面の長さにわたり挿入する工程と、前期挿入工程後、前記金属製パイプと前記プラスチックパイプを冷却する工程とを、この手順にて含み、前記プラスチック製パイプは前期挿入工程による膨張が抑制されるように、前記接合面に相対する当該プラスチックの外周面の一部及至全部が保持されており、前記重畳的微粒子構造は、クラッディングによる隆起形状上に形成された微細凹凸形状面に、更に微細凹凸形状が重畳的に形成された微細構造である接合方法。
【請求項２】
前記挿入工程は、回転を伴う回転挿入であって、前記金属製パイプの外周と前記プラスチック製パイプの内周のうち、少なくとも前記接合面部分の内周は円型である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重畳的微細粒子構造は、前記金属製パイプの外周面に沿って、前記接合面の一部にらせん状に形成されている請求項１または２の何れかに記載の接合方法。
【請求項４】
前記金属製パイプの外周直径は、当該金属製パイプの先端から所定の長さにわたり、当該先端に向けて細くなる、請求項２または３の何れかに記載の接合方法。
【請求項５】
前記挿入工程の前に、皮膜化成剤を用いた浸漬により酸化ジルコニウム薄膜を前記重畳的微細構造上に形成した請求項１及至4の何れかに記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属とプラスチック間の機械的結合による直接接合に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプ形状を有する金属とプラスチックの複合部材の製作において、両部材の締結部は接着剤若しくはボルト締結又は嵌合による接合する手法が用いられる。
【０００３】
このうち、接着剤を用いることなく金属とプラスチックを直接接合させる一般的方法としては、ボルト締結や嵌合接合による場合、又は特許文献1に記載の方法、すなわち金属等の他の部品に予めセレーション加工を施し、相対する繊維強化プラスチック製パイプにこのセレーションパターンを十分に喰い込ませることで捻じり強度などを強化する方法が開示されている。
【０００４】
しかし、ボルト締結や嵌合接合による場合、部品点数の増加による重量の増加、回転方向のゆるみや引き抜き方向の接合強度不足により構造材としての利用が困難になる等の課題がある。
【０００５】
また、特許文献1に記載の技術であっても、金属セレーション加工により形成される連続凹凸パターンが、その加工方法ゆえの規則的な凹凸パターンであり、剥離方向への機械的な締結力を発揮できない。
【０００６】
他方、セレーション加工と類似した方法として、金属表面に微細構造を形成し、溶融したプラスチックが繊維構造内部に浸透、凝固し締結する方法がある。特許文献２に記載された技術は、レーザクラッディングにより僅かに隆起した形状の上に形成された重畳的粒子微細構造にプラスチック製プレートを押圧の上、レーザ光を照射し、プラスチック製プレートを溶融させ、重畳的微細粒子構造と接合する技術が開示されている。
【０００７】
金属表面に微細構造を形成する場合にはエッチングや陽極酸化処理などにより、金属の内部方向に微細構造を形成する方法が知られているが、この重畳的粒子微細構造の形成方法は、任意に、局所的な微細構造を形成する方法であり、レーザクラッディングにより、金属混合粉体を付した金属表面にレーザを照射し、重畳的微細構造を形成する手法である。
【０００８】
しかし、特許文献2に記載の技術は、平面状の部品同士を押圧とレーザ照射により接合する方法であり、金属製パイプとプラスチック製パイプの接合強度を高めるための技術が開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３５３６
【特許文献２】特開２０１６−１３０００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、接着剤を用いることなく、金属製部品の接合面に予め重畳的微粒子構造を形成して行う、金属製部品とプラスチック製パイプの接合を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第1の発明は、接着剤を用いることなく行う、金属製パイプの外周面とプラスチック製パイプの内周面の重ね合わせ接合する接合方法であって、重ね合わされて接合面となる前記金属製パイプの外周面の一部に重畳的微粒子構造を形成する工程と、前記プラスチック製パイプと、当該プラスチック製パイプの溶融温度に加熱された前記金属性パイプのいずれか一方又は双方を、同軸上に位置する他方に向け、金属製パイプを内側として前記接合面の長さにわたり挿入する工程と、前記挿入工程後、前記金属製パイプと前記プラスチック製パイプを冷却する工程とをこの順にて含み、前記プラスチック製パイプは、前記挿入工程による膨張が抑止される様に、前記接合面に相対する当該プラスチック製パイプの外周面の一部及至全部が保持されており、前記重畳的微粒子構造はクラッディングにより隆起形状上に形成された微細凹凸形状面に、更に微細凹凸形状が重畳的に形成された微細構造である接合方法である。
【００１２】
金属製パイプとプラスチックパイプの形状は、予定接合面が円型断面であれば部品形状はパイプ形状に限定されるものではない。
【００１３】
重畳的隆起微細構造を有する金属面とプラスチックを重ね合わせ、金属側からプラスチックの融点温度以上に加熱する。プラスチックは固定治具で抑え込み、膨張を防ぐ構造とする。金属が加熱された時点で押圧することで接合予定部位にのみ外面及び内面の両方向から圧力が掛るようにする。
【００１４】
第2の発明は、第1の発明において前記挿入工程が回転を伴う回転挿入であって、前記金属製パイプの外周と前記プラスチック製パイプの内周のうち、少なくとも前記接合面部分の内周は円型である接合方法である。
【００１５】
第3の発明は、第1又は第2の発明において前記重畳的微細粒子構造が、前記金属製パイプの外周面に沿って、前記接合面の一部にらせん状に形成されている接合方法である。
【００１６】
前記金属パイプ外周部にらせん状に形成した重畳的粒子微細構造は、らせん状につらなった櫛場形状でも良い。
【００１７】
第4の発明は第2または第3の何れかの発明において、前記金属製パイプの外周直径が、当該金属パイプの先端から所定の長さにわたり、当該先端に向けて細くなる接合方法である。
【００１８】
プラスチックパイプ内部をテーパー形状にする場合には開口部側に向かって広がる形状を用いてもよい。
【００１９】
第５の発明は、第1から第4の何れかの発明において、前記挿入工程の前に皮膜化成剤を用いた浸漬により酸化ジルコニウム薄膜を前記重畳的粒子微細構造上に形成した、接合方法である。
【００２０】
なお、重畳的隆起微細構造はサブμｍから数百μmの複合的な凹凸形状が密集した構造を有しており、その凹凸部に溶融したプラスチックが含浸することを利用して行う接合である。第5の発明では表面凹凸を無くしてしまうコーティングの場合、接合ができなくなる為、接合が可能な酸化ジルコニウムの薄膜形成を施した。
【００２１】
酸化ジルコニウム形成用薬液には株式会社ケミコートの防錆処理を目的とした皮膜化成剤である浸漬用ジルコニウム皮膜剤ZR-600型薬液を用いた。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば重畳的隆起微細構造を有する金属と繊維強化プラスチックの強固な接合はもとより、プラスチックパイプと金属部材との接合でも、両部材の接合後の全方位への移動に抗する方法で接合が可能となる。加えて絶縁膜をコーティングすることにより電位差に起因する電蝕を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】アルミ表面に形成した重畳的微粒子構造表面写真
【図２】金属パイプとプラスチックパイプの接合装置（プラスチックパイプ回転挿入方式）の概念図である。
【図３】らせん状重畳的微粒子構造で接合した金属とプラスチックパイプの断面概念図
【図４】アルミと炭素繊維強化プラスチックの破断後の接合層表面写真
【図５】金属パイプとプラスチックパイプの接合装置（プラスチックパイプ押込み、金属パイプ回転方式）の概念図
【図６】重畳的微粒子構造の表面に酸化ジルコニウム薄膜形成方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態をステップに分けて図とともに説明する。尚、本明細書において特に詳細に言及していない事項については、当該分野に於ける従来技術に基づく当業者の設計事項として任意に実施できる。
【実施例】
【００２５】
S1)  金属基材の用意
本実施例においては金属基材1として、φ20mm、長さ10ｍｍ、厚さ1mmのアルミ合金（A5052)のパイプを用意した。この金属基材の長さ方向の1端から10mmの位置までを接合面とした。
【００２６】
なお、金属基材としてはアルミニウム合金以外のアルミダイキャスト、ステンレススチール、SPCC、マグネシウム等の他の金属材料からなる基材を用いることが出来る。
【００２７】
S2)重畳的粒子微細構造形成用材料の用意
重畳的粒子微細構造形成の為の金属粉末として輝創株式会社のPMS処理剤を用いた。
【００２８】
S3)金属表面への重畳的粒子微細構造の形成
PMS剤を塗付幅1mm、塗付間隔５ｍｍにて金属パイプにらせん状に供給し、供給部分にレーザを照射して重畳的粒子微細構造を形成した。らせん状に形成する為に金属パイプを一定速度で回転させ（１ｒｐｍ）、等速度（毎分5mm）でパイプの長さ方向にレーザ照射位置をずらした。
【００２９】
図１にアルミ表面に形成した重畳的微粒子構造の光学顕微鏡観察写真を示す。
【００３０】
S4)プラスチックパイプの用意
プラスチックパイプは外径φ22mm、内径φ20mmで長さ100mmのナイロン製プラスチックパイプを用意した。
【００３１】
プラスチックパイプはフィラー混入のプラスチックでも、炭素繊維強化プラスチックでも良い。
【００３２】
S5)金属パイプとプラスチックパイプの接合
図２に金属パイプとプラスチックパイプの接合装置の図を示す。プラスチックパイプ  １  は一方の端面を固定治具  ３  で固定できるようにし、回転機構を設けた。金属パイプは固定治具  ６  で固定する方法とし、固定治具  ６  をヒーターにより加熱できるようにした。固定治具には熱電対を取り付けておりプラスチックの溶融温度まで加熱できるようにした。
装置はプラスチックパイプを回転、押し込む方法とした。
【００３３】
S６)プラスチックパイプは、金属との接合部外周を固定治具  ３  で全周固定し、円周方向に膨張しないようにした。
【００３４】
S７)金属パイプ  10  をヒーターによる通電加熱によりプラスチックの融点220℃以上の230℃まで加熱した。
【００３５】
S8)プラスチックパイプを毎分1回転の速度で回転させながら、1回転で５ｍｍの移動速度で押し込み、押込み長さ10mmに達したところで、回転及び押込みを停止した。
【００３６】
S9)接合パイプの取り外し
自然冷却により金属表面温度が180℃以下になった時点で、金属並びにプラスチックパイプの固定を解き、接合したパイプを取り外す。
【００３７】
図３に金属パイプとプラスチックパイプがらせん状に形成された重畳的微粒子構造で接合されたパイプの断面概念図を示す。
【００３８】
取り外し温度はプラスチックの溶融温度以下であれば良いため、プラスチックの種類により変更する、設計事項となる。
【００３９】
設定温度から取り外し温度に至る冷却方法は自然冷却、強制冷却等何れの冷却方法を用いても良い。
【００４０】
S10)接合したパイプの接合面は重畳的微粒子構造の内部に溶融樹脂が浸透、固化した状態になって接合ができている。プラスチックにフィラー等の強化剤を混入した場合でも、重畳的微粒子構造にフィラー等が絡まった状態で接合ができている。図４に炭素繊維強化プラスチックとアルミ基材を接合したものの破断後の両部材の表面観察写真を示す。
【００４１】
図５にはパイプを押込みのみとし、金属部品を回転させる場合の装置図を示す。
【００４２】
S１１)金属表面への酸化ジルコニウム薄膜形成
金属の防錆処理や絶縁性向上を目的として酸化ジルコニウム薄膜を形成する。ウォーターバスに50℃の温水をつくり、株式会社ケミコート社のZR-600液に重畳的粒子微細構造を形成した金属部品を浸漬させて、当該温水温度にて15分間保持した。
浸漬後に表面の薬液を乾燥させることで、金属表面に酸化ジルコニウム薄膜の形成が可能となる。
【００４３】
図５に酸化ジルコニウム薄膜形成装置の図を示す。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の実施により接着剤を利用しない金属パイプとプラスチックパイプの複合パイプを作ることが出来る。プラスチックに繊維強化プラスチックを用いることで高強度で軽量な構造材用パイプを作成でき、自動車用補強材、建築用軽量部材、などへの利用が期待できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  プラスチックパイプ
2  プラスチックパイプ接合面
3  プラスチックパイプ固定・回転治具
4  らせん状に形成した重畳的微粒子構造
5  金属パイプ
6  金属パイプ固定治具及び加熱装置
7  熱電対
8  プラスチックパイプ
9  らせん状に形成した重畳的微粒子構造
１０  金属パイプ
１１  アルミ上に形成した重畳的微粒子構造に絡まったプラスチック及び炭素繊維
１２  炭素繊維強化プラスチックの接合破断面
１３  プラスチックパイプ
１４  プラスチックパイプ固定治具
１５  らせん状に形成した重畳的微粒子構造
１６  金属パイプ
１７  金属パイプ固定治具及び加熱装置
１８  金属パイプ回転治具
１９  熱電対
２０  金属部品
２１  酸化ジルコニウム薄膜形成用処理薬液
２２  温水
２３  ウォーターバス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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