(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる金属基材と、この金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより形成された酸素を含有する酸素含有皮膜と、この酸素含有皮膜の上に接合され、熱可塑性樹脂組成物で形成された樹脂成形体とを有し、
前記熱可塑性樹脂組成物が、前記酸素含有皮膜と反応する官能基を有する添加剤化合物を含有し、
前記添加剤化合物が、カルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の官能基を有し、
前記添加剤化合物の官能基が、熱可塑性樹脂組成物中に０．５〜１５０μmol/gの割合で含有されていることを特徴とする金属樹脂接合体。
【請求項２】
前記添加剤化合物が、α-オレフィン由来の構成単位とα,β-不飽和酸のグリシジルエステル由来の構成単位とを含むオレフィン系共重合体である請求項１に記載の金属樹脂接合体。
【請求項３】
前記添加剤化合物が、更に（メタ）アクリル酸エステル由来の構成単位を含むオレフィン系共重合体であるオレフィン系共重合体である請求項１又は２に記載の金属樹脂接合体。
【請求項４】
樹脂成形体が接合される前の表面に酸素含有皮膜を有する金属基材は、その最表面から３μmの深さまでの表層においてＥＰＭＡで測定された酸素含有率が０．１〜５０重量%の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属樹脂接合体。
【請求項５】
酸素含有皮膜の上に樹脂成形体を接合する接合方法が、射出成形又は熱圧着による方法であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属樹脂接合体。
【請求項６】
酸素含有皮膜が形成される金属基材が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属樹脂接合体。
【請求項７】
皮膜形成処理で得られた酸化物皮膜の厚さが０．０６μm以上２μm以下の酸化物皮膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属樹脂接合体。
【請求項８】
金属からなる金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素含有皮膜を形成する皮膜形成工程と、この皮膜形成工程で得られた表面処理済金属基材の酸素含有皮膜の上に、熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を形成する樹脂成形工程とを有し、
前記酸素含有皮膜を介して金属基材と樹脂成形体とが接合された金属樹脂接合体を製造する金属樹脂接合体の製造方法であり、
前記熱可塑性樹脂組成物が、酸素含有皮膜と反応する官能基を有する添加剤化合物を含有し、
前記添加剤化合物が、カルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の官能基を有することを特徴とする金樹脂接合体の製造方法。
【請求項９】
酸素含有皮膜が形成される金属基材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材であることを特徴とする請求項８に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１０】
皮膜形成工程では、水酸化アルカリ（MOH）と亜鉛イオン（Zn2+）とを重量比（MOH／Zn2+）１〜１００の割合で含む亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中にアルミ基材を浸漬する皮膜形成処理により、このアルミ基材の表面に亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜を形成することを特徴とする請求項９に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１１】
亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中のアルカリ源が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化リチウムからなる群から選ばれたいずれか1種又は２種以上の水酸化アルカリであることを特徴とする請求項９又は１０に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１２】
亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中の亜鉛イオン源が、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、過酸化亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、及び硝酸亜鉛からなる群から選ばれたいずれか1種又は２種以上の亜鉛塩であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１３】
皮膜形成工程では、アルミ基材の表面に、導電率が０．０１mS/m以上２０mS/m以下であって９１℃以上１００℃以下の熱水を用いた皮膜形成処理により、厚さが０．１μm以上１μm以下の水和酸化物皮膜を形成することを特徴とする請求項９に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１４】
皮膜形成工程では、アルミ基材の表面に、導電率が０．０１mS/m以上２０mS/m以下であって６０℃以上９０℃以下の温水を用いた皮膜形成処理により、厚さが０．１μm以上１μm以下の水和酸化物皮膜を形成することを特徴とする請求項９に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１５】
皮膜形成工程では、アルミ基材の表面付近を加熱するレーザー処理を施す皮膜形成処理により酸化物皮膜を形成することを特徴とする請求項９に記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【請求項１６】
熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂が、ポリアリーレンスルフィド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、液晶ポリマー、サルフォン系樹脂、ポリフェニレンオキサイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、及びポリプロピレン系樹脂からなる群から選ばれたいずれか１種又は２種以上の樹脂であることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載の金属樹脂接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属からなる金属基材と熱可塑性樹脂製の樹脂成形体とが、熱可塑性樹脂の射出成形又は熱圧着により、一体的に強固に接合された金属樹脂接合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の各種センサー部品、家庭電化製品部品、産業機器部品等の分野では、放熱性や導電性が非常に高い銅又は銅合金からなる銅基材や、放熱性が高く、かつ、他金属と比較し、軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材と、絶縁性能が高く、軽量でしかも安価である熱可塑性樹脂製の樹脂成形体とを一体に接合した金属樹脂接合体が幅広く用いられるようになり、また、その用途が拡大している。【０００３】
そして、従来においては、このような異種材質である金属基材と樹脂成形体とを互いに一体的に接合した金属樹脂接合体としては、金属基材と樹脂成形体との間を接着剤により加圧下に接合したものが用いられていた。しかるに、昨今、工業的により好適な接合方法として、金属基材を射出成形用金型内にインサートし、このインサートされた金属基材の表面に向けて溶融した熱可塑性樹脂を射出し、熱可塑性樹脂の射出成形により樹脂成形体を成形する際に同時に金属基材と樹脂成形体との間を接合する方法が開発され、金属基材と樹脂成形体との間の接合をより安価に、また、接合強度をより向上させるための幾つかの方法が提案されている。そして、このような提案の多くは、金属基材の表面に適切な表面処理を施すというものである。【０００４】
例えば、本発明者らは、既にアルミ材の凹状部と熱可塑性樹脂の嵌入部とによりアルミ形状体と樹脂成形体とが互いに係止されていることを特徴とするアルミ・樹脂射出一体成形品を提案し（特許文献１）、また、シリコン結晶からなる凸部を有することを特徴とする樹脂接合性に優れたアルミニウム合金部材を提案している（特許文献２）。【０００５】
また、例えば、アンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する前処理を経て得られたアルミニウム合金物と熱可塑性樹脂組成物とを射出成形によって一体化する技術（特許文献３、４）や、トリアジンジチオール類の水溶液、又は種々の有機溶剤を溶媒とした溶液を電着溶液として用い、金属の電気化学的表面処理を行った後、この表面処理後の金属とゴム又はプラスチックとを接合する技術（特許文献５）が提案されており、更には、金属板上に接着剤を塗布し、あるいは、表面処理して有機皮膜を形成し、その後に射出成形により金属と樹脂とを一体化する技術（特許文献６）や、金属の表面を酸又はアルカリで処理した後にシランカップリング剤で処理し、その後に射出成形により樹脂と接合させる技術（特許文献７）がそれぞれ提案されている。【０００６】
更に、微多孔質の水酸基含有皮膜が形成された金属の表面に、熱可塑性樹脂を射出し、上記皮膜を介して金属と熱可塑性樹脂とを一体化する技術（特許文献８）や、ポリアリーレンサルファイド樹脂を主体とし、これに特定のオレフィン系共重合体及び無機充填剤を配合した樹脂材料を用いて金属端子等をインサートして接合させる技術（特許文献９）がそれぞれ提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】WO2009-151,099号公報
【特許文献２】特開2010-174,372号公報
【特許文献３】特許第3,954,379号公報
【特許文献４】特許第4,270,444号公報
【特許文献５】特公平05-051,671号公報
【特許文献６】特許3,016,331号公報
【特許文献７】特開2003-103,562号公報
【特許文献８】特開2008-162,115号公報
【特許文献９】特開平04-211,916号公報
【０００８】
ここで、特許文献３、４に記載されたアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミン化合物を利用した方法においては、処理後から射出成形までの時間に制限があるため、安定した表面状態を維持できる時間が短いという問題がある。また、特許文献５に記載の処理方法においては、処理が複雑であるという問題があり、また、特許文献６や７に記載された方法についても、工程の複雑さや処理コストが高いといった問題がある。【０００９】
ところで、特許文献１や特許文献２に記載の通り、本発明者らは、これまでも主としてアンカー効果の嵌合に基づく物理的な接合を提案し、その手法として処理浴にハロゲンイオンを含む特殊なエッチング処理による方法を提案してきた。これらの方法は、接合強度や接合部分の気密性といった性能に問題はないものの、このエッチング処理中にハロゲンに由来するガスが発生し、周辺の金属部品や装置を腐食させず、また、周辺の環境を汚染させないための対策を講じなければならないという別の課題があった。【００１０】
また、特許文献８に多孔質の水酸基含有皮膜のアンカー効果と化学的な作用と、熱可塑性エラストマーを添加した熱可塑性樹脂組成物を使用する効果が記載され、特許文献９にはポリアリーレンサルファイド樹脂にオレフィン系共重合体等を配合した樹脂材料と金属との密着性について記載されているが、金属の表面処理と樹脂組成物の官能基の組合せによる接合強度や密着性への効果ついては不明であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明者らは、金属基材と熱可塑性樹脂製の樹脂成形体との間を接合するに際し、周辺の設備や環境に問題がなく、簡単な操作かつ低コストで、しかも、長期に亘って優れた接合強度を達成し得る方法を開発すべく鋭意検討した結果、金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素を含有する酸素含有皮膜を形成し、この酸素含有皮膜の上に熱可塑性樹脂組成物で形成された樹脂成形体を接合するに際し、この熱可塑性樹脂組成物中に酸素含有皮膜と反応する特定の官能基を有する添加剤化合物を添加することにより、金属基材と樹脂成形体との間の射出成形又は熱圧着による接合（金属−樹脂間接合）の際に、金属基材表面の酸素含有皮膜と樹脂成形体との間に長期に亘って強固な接合が形成されることを見出し、本発明を完成した。【００１２】
従って、本発明の目的は、優れた金属−樹脂間の接合強度を発現すると共に耐久試験後に強度低下を起こさず、長期に亘って優れた金属−樹脂間の接合強度を維持し得る金属樹脂接合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明は、金属からなる金属基材と、この金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより形成された酸素を含有する酸素含有皮膜と、この酸素含有皮膜の上に接合され、熱可塑性樹脂組成物で形成された樹脂成形体とを有し、
前記熱可塑性樹脂組成物が、酸素含有皮膜と反応する官能基を有する添加剤化合物を含有し、
前記添加剤化合物が、カルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1 
種の官能基を有し、
前記添加剤化合物の官能基が、熱可塑性樹脂組成物中に０．５〜１５０μmol/gの割合で含有されていることを特徴とする金属樹脂接合体である。
【００１４】
また、金属からなる金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素含有皮膜を形成する皮膜形成工程と、この皮膜形成工程で得られた表面処理済金属基材の酸素含有皮膜の上に、熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を形成する樹脂成形工程とを有し、
前記酸素含有皮膜を介して金属基材と樹脂成形体とが接合された金属樹脂接合体を製造する金属樹脂接合体の製造方法であり、
前記熱可塑性樹脂組成物が、酸素含有皮膜と反応する官能基を有する添加剤化合物を含有し、前記添加剤化合物が、カルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の官能基を有することを特徴とする金樹脂接合体の製造方法である。【００１５】
更に、本発明の前記金属樹脂接合体については、金属からなる金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素含有皮膜を形成する皮膜形成工程と、熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を形成する樹脂成形工程と、前記皮膜形成工程で得られた表面処理済金属基材の酸素含有皮膜の上に、前記樹脂成形工程で得られた樹脂成形体を射出成形又は熱圧着により接合する金属樹脂接合工程とを有し、
前記熱可塑性樹脂組成物として、酸素含有皮膜と反応する官能基を有する添加剤化合物を含有し、かつ、この添加剤化合物がカルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物である熱可塑性樹脂組成物を用いる方法によっても製造することができる。
【００１６】
本発明において、素地となる金属基材については、銅又は銅合金からなる銅基材や、鉄又は鉄合金からなる鉄基材や、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ基材等、特には制限されるものではなく、これを用いて形成される金属樹脂接合体の用途やその用途に要求される強度、耐食性、加工性等の種々の物性に基づいて決めることができる。また、アルミ基材の材質や形状等についても、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであれば特には制限されず、これを用いて形成されるアルミ樹脂接合体の用途やその用途に要求される強度、耐食性、加工性等の種々の物性に基づいて決めることができる。【００１７】
また、このような金属基材の表面に皮膜形成工程で形成される酸素含有皮膜については、金属基材との密着性が良好であれば特に限定されるものではないが、金属基材が銅基材である場合には、例えば黒化処理で得られた酸素含有皮膜や、レーザー処理で得られた酸素含有皮膜（熱酸化皮膜）を例示することができ、また、金属基材が鉄基材である場合には、例えば亜鉛めっき処理で得られた亜鉛皮膜由来の酸素含有皮膜等を挙げることができ、更に、金属基材がアルミ基材である場合には、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用いた皮膜形成処理で得られた亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜や、９１℃以上１００℃以下の熱水を用いた皮膜形成処理で、又は、６０℃以上９０℃以下の温水を用いた皮膜形成処理で得られた水和酸化物皮膜や、アルミ基材の表面にレーザー処理を施す皮膜形成処理で得られた酸化物皮膜等を例示することができる。【００１８】
ここで、アルミ基材の表面に酸素含有皮膜として亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜を形成するための皮膜形成処理については、アルミ基材の表面に亜鉛元素と共に酸素を酸化亜鉛（ZnO）、酸化亜鉛鉄（ZnFeO）、酸化亜鉛アルミ（ZnAlO）等の形で含有する皮膜を形成することができればよく、熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を成形する際に、あるいは、この熱可塑性樹脂組成物を成形して得られた樹脂成形体との熱圧着により、この酸素含有皮膜の上に形成される樹脂成形体との間に強固なアルミ−樹脂間の接合強度が達成される。【００１９】
そして、この亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用いる皮膜形成処理については、好ましくは、水酸化アルカリ（MOH）と亜鉛イオン（Zn2+）とを重量比（MOH／Zn2+）１以上１００以下の割合、好ましくは２以上２０以下の割合、より好ましくは３以上１０以下の割合で含む亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用い、この亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を常温でアルミ基材の表面に接触させることにより、アルミ基材の表面に酸素を含む亜鉛含有皮膜を形成するのがよい。この水酸化アルカリ（MOH）と亜鉛イオン（Zn2+）との重量比（MOH／Zn2+）が１より小さい（MOH＜Zn2+）と、亜鉛が十分に溶解しないのでその効果が十分に発揮されず、反対に、１００より大きい（MOH＞100 Zn2+）と、亜鉛の置換析出よりもアルミ基材の溶解が速くなり、このアルミ基材の表面に亜鉛が析出し難くなる。【００２０】
ここで、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中のアルカリ源については、好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化リチウムから選ばれたいずれか1種以上が用いられ、また、この亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中の亜鉛イオン源としては、好ましくは酸化亜鉛、水酸化亜鉛、過酸化亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、及び硝酸亜鉛から選ばれたいずれか1種以上が用いられる。【００２１】
そして、この亜鉛イオン含有アルカリ水溶液において、水酸化アルカリ濃度については、１０g/L以上１０００g/L以下、好ましくは５０g/L以上３００g/L以下であるのがよく、また、亜鉛イオン濃度については、１g/L以上２００g/L以下、好ましくは１０g/L以上１００g/L以下であるのがよい。亜鉛イオン含有アルカリ水溶液の組成を上記の範囲内にすることにより、アルミ基材の表面ではアルミニウムと亜鉛イオンとが置換反応を起こし、アルミニウムは溶解し、また、亜鉛イオンは微細粒として析出し、その結果としてアルミ基材の表面に酸素元素と亜鉛元素を含有する酸素含有皮膜（亜鉛含有皮膜）が形成される。すなわち、アルミニウムは凹部を形成しながら溶解し、この凹部内に亜鉛が析出し、亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜が形成される。ここで、水酸化アルカリ濃度が１０g/L未満では亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜の形成が不十分になるという問題があり、反対に、１０００g/Lを超えるとアルカリによるアルミの溶解速度が速く亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜が形成されないという問題が生じる。また、亜鉛イオン濃度が１g/L未満では亜鉛含有皮膜の形成に時間がかかるという問題があり、反対に、２００g/Lを超えると亜鉛析出速度が制御できず不均一な表面になるという問題が生じる。【００２２】
また、アルミ基材の表面に酸素含有皮膜として水和酸化物皮膜を形成するための皮膜形成処理については、先ず、導電率が０．０１mS/m以上２０mS/m以下、好ましくは０．０１mS/m以上１０mS/m以下であって９１℃以上１００℃以下の熱水を用い、この熱水中にアルミ基材を通常０．５分以上３０分以下、好ましくは１分以上１０分以下浸漬して水和酸化物皮膜を形成するか、あるいは、導電率が０．０１mS/m以上２０mS/m以下、好ましくは０．０１mS/m以上１０mS/m以下であって６０℃以上９０℃以下の温水を用い、この熱水中にアルミ基材を通常０．５分以上３０分以下、好ましくは１分以上１０分以下浸漬して水和酸化物皮膜を形成する。この水和酸化物皮膜を形成するための皮膜形成処理に使用する熱水や温水は純水であるのが好ましい。この水和酸化物皮膜を形成するための皮膜形成処理に使用する熱水や温水の導電率が０．０１mS/m未満であると、超純水の領域になるため，純水製造コストが高くなり過ぎて実用化や工業化が困難になり、反対に、２０mS/mを超えると、水和酸化物皮膜が形成されないことがあるほか、皮膜形成速度が極端に遅くなり、また、不純物の存在により水和皮膜の皮膜欠陥が生じ易くなるという問題もある。【００２３】
このアルミ基材の表面に形成される水和酸化物皮膜について、Ｘ線回折により確認したところ、９１℃以上１００℃以下の熱水を用いた皮膜形成処理では、ベーマイト(boehmite)又は擬ベーマイト(pseudoboehmite)を主体としたブロードのピークが認められる皮膜であり、また、６０℃以上９０℃以下の温水を用いた皮膜形成処理では、結晶性成分に由来するピークが認められない主に非晶質(amorphous)を主体とした皮膜である。【００２４】
なお、水和酸化物皮膜についてのＸ線回折の測定は、皮膜形成処理によりアルミ基材の表面に酸素含有皮膜として水和酸化物皮膜を形成した後の表面処理済みアルミ基材から、３０mm×３０mmにして測定用試料を作製し、この試料をＸ線回析装置〔(株)リガク社製：RAD-rR〕のガラス試料板（試料部２４mm角・貫通）に固定し、Ｘ線源：Ｃu回転対陰極ターゲット（使用Ｘ線及び波長：CuKα 1.5418Å）、Ｘ線出力：５０ｋV、２００mA、検出器：シンチレーション検出器、光学系属性：Bragg-Brentano光学系（集中法）、発散スリット１°、散乱スリット１°、及び受光スリット０．３mmの条件で測定し、含有成分を同定し、次に、検出された各相を代表するピークのうち、強度が高くて他成分に由来するピークと重複しない１ピークについて、積分回析強度を算出して求めた。【００２５】
更に、皮膜形成工程で行われるアルミ基材の表面に酸素含有皮膜として酸化物皮膜を形成するためのレーザー処理については、アルミ基材の表面付近を、好ましくは表面付近のみを部分的に、アルミ基材の溶融温度以上まで加熱して酸化し、アルミ基材の表面付近に酸化アルミニウム（Al2O3）を析出させてこの酸化アルミニウム（Al2O3）を含む酸素含有皮膜を形成することができればよく、例えばレーザーエッチング装置等を用いて行うことができる。【００２６】
このようにして上記皮膜形成工程でアルミ基材の表面に酸素含有皮膜を形成して得られた表面処理済アルミ基材については、その最表面から３μmの深さまでの表層において、ＥＰＭＡで測定される酸素含有率が０．１重量%以上５０重量%以下、好ましくは１．０重量%以上３０重量%以下であるのがよい。この表面処理済アルミ基材の表層における酸素含有率が０．１重量%より低いと、皮膜が薄過ぎてアルミ基材と樹脂成形体との間の十分なアルミ−樹脂間の接合強度を達成するのが困難になる場合があり、反対に、酸素含有率を５０重量%を超えて高くすると、皮膜が厚過ぎて皮膜凝集破壊が生じ、充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない。【００２７】
また、この皮膜形成工程でアルミ基材の表面に形成された酸素含有皮膜の厚さについては、通常０．０６μm以上２μm以下であるのがよく、好ましくは０．１μm以上１μm以下であるのがよい。この酸素含有皮膜の皮膜厚さが０．０６μm未満であると、皮膜が薄すぎて充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合があり、反対に、２μmを超えると、皮膜が厚過ぎて皮膜凝集破壊が生じ、充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合がある。【００２８】
そして、９１℃以上１００℃以下の熱水を用いた皮膜形成処理でアルミ基材の表面に形成された水和酸化物皮膜の厚さについては、通常０．1μm以上１μm以下であるのがよく、好ましくは０．２μm以上０．５μm以下であるのがよい。この酸素含有皮膜の皮膜厚さが０．1μm未満であると、皮膜が薄すぎて充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合があり、反対に、1μmを超えると、皮膜が厚過ぎて皮膜凝集破壊が生じ、充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合がある。【００２９】
また、６０℃以上９０℃以下の温水を用いた皮膜形成処理でアルミ基材の表面に形成された水和酸化物皮膜の厚さについては、通常０．1μm以上１μm以下であるのがよく、好ましくは０．２μm以上０．５μm以下であるのがよい。この酸素含有皮膜の皮膜厚さが０．1μm未満であると、皮膜が薄すぎて充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合があり、反対に、１μmを超えると、皮膜が厚過ぎて皮膜凝集破壊が生じ、充分なアルミ−樹脂間の接合強度が得られない場合がある。【００３０】
本発明において、上記皮膜形成工程で得られた表面に酸素含有皮膜を有する表面処理済アルミ基材については、その酸素含有皮膜の上に熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を一体的に接合する樹脂成形工程でアルミ樹脂接合体を製造するか、あるいは、熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂成形体を形成する樹脂成形工程と、得られた樹脂成形体を表面処理済アルミ基材の酸素含有皮膜の上にレーザー溶着、振動溶着、超音波溶着、ホットプレス溶着、熱板溶着、非接触熱板溶着、又は高周波溶着等の手段を用いた熱圧着により一体的に接合するアルミ樹脂接合工程とでアルミ樹脂接合体を製造する。【００３１】
そして、本発明においては、上記の樹脂成形工程で用いる熱可塑性樹脂組成物として、具体的には、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等のポリアリーレンスルフィド系樹脂やサルフォン系樹脂等の硫黄元素を含有する樹脂、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂や、液晶ポリマー、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂等の酸素原子を含有する樹脂、例えばポリアミド（ＰＡ）、ＡＢＳ、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の窒素原子を含有する熱可塑性樹脂等からなる樹脂組成物が挙げられ、中でも、金属樹脂接合体のニーズが大きい自動車部品では耐熱性及び剛性の観点で、また、電機・電子部品では剛性の観点で、ＰＰＳ、ＰＢＴ、液晶ポリマー、ポリアセタール等のエンジニアリングプラスチックが特に好ましい。【００３２】
また、上記の樹脂成形工程で用いる熱可塑性樹脂組成物としては、酸素含有皮膜と反応する特定の官能基を有する添加剤化合物を含有する樹脂組成物が用いられる。ここで、前記添加剤化合物とは、熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂以外の物質をいい、また、熱可塑性樹脂組成物中に添加して用いられるものであれば、特に制限されるものではなく、熱可塑性樹脂組成物の製造、熱可塑性樹脂組成物の成形性及び加工性、熱可塑性樹脂組成物を成形して得られる樹脂成形体の特性等を考慮して様々な目的で添加される、例えば、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、帯電防止剤、染料、顔料、滑剤、シランカップリング剤、フィラー、エラストマー等の種々の添加剤を例示することができ、中でも、線膨張差に起因して発生する金属・樹脂間の歪みを緩和する観点から、添加剤としては特にエラストマーが好ましい。【００３３】
ここで、前記添加剤化合物としては、カルボキシル基及びその塩及びそのエステル、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、カルボジイミド基、アミノ基及びその塩、並びに、酸無水物基及びそのエステルからなる群の中から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物であるのがよく、中でも、グリシジル基を有する化合物であることが特に好ましい。前記添加剤化合物としては、α-オレフィン由来の構成単位とα,β-不飽和酸のグリシジルエステル由来の構成単位とを含むオレフィン系共重合体であることが好ましく、また、更に(メタ)アクリル酸エステル由来の構成単位を含むオレフィン系共重合体であることがより好ましい。なお、以下、(メタ)アクリル酸エステルを(メタ)アクリレートともいう。例えば、(メタ)アクリル酸グリシジルエステルをグリシジル(メタ)アクリレートともいう。また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸とメタクリル酸との両方を意味し、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートとの両方を意味する。【００３４】
α-オレフィンとしては、特に限定されず、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン等が挙げられ、特にエチレンが好ましい。α-オレフィンは、１種単独で使用することも、２種以上を併用することもできる。【００３５】
前記添加剤化合物がα-オレフィン由来の構成単位を含むことで、樹脂成形体には可撓性が付与され易い。この可撓性の付与により、樹脂成形体が軟らかくなり、優れた金属−樹脂間の接合強度が発現すると共に耐久試験後の強度低下が防止され、長期に亘る優れた金属−樹脂間の接合強度が維持され易い。【００３６】
α,β-不飽和酸のグリシジルエステルとしては、特に限定されず、例えば、アクリル酸グリシジルエステル、メタクリル酸グリシジルエステル、エタクリル酸グリシジルエステル等が挙げられ、特にメタクリル酸グリシジルエステルが好ましい。α,β-不飽和酸のグリシジルエステルは、１種単独で使用することも、２種以上を併用することもできる。前記添加剤化合物がα,β-不飽和酸のグリシジルエステルを含むことで、金属−樹脂間の接合強度が向上する効果が得られる。【００３７】
(メタ)アクリル酸エステルとしては、特に限定されず、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸-ｎ-プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸-ｎ-ブチル、アクリル酸-ｎ-ヘキシル、アクリル酸-ｎ-オクチル等のアクリル酸エステル；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸-ｎ-プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸-ｎ-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸-ｎ-アミル、メタクリル酸-ｎ-オクチル等のメタクリル酸エステルが挙げられる。中でも、特にアクリル酸メチルが好ましい。(メタ)アクリル酸エステルは、１種単独で使用することも、２種以上を併用することもできる。(メタ)アクリル酸エステル由来の構成単位は、金属−樹脂間の接合強度の向上に寄与する。【００３８】
α-オレフィン由来の構成単位とα,β-不飽和酸のグリシジルエステル由来の構成単位とを含むオレフィン系共重合体、及び、更に(メタ)アクリル酸エステル由来の構成単位を含むオレフィン系共重合体は、従来公知の方法で重合することにより製造することができる。例えば、通常よく知られたラジカル重合反応により共重合を行うことによって、上記共重合体を得ることが出来る。共重合体の種類は特に問われず、例えば、ランダム共重合体であっても、ブロック共重合体であってもよい。また、このオレフィン系共重合体に、例えばポリメタアクリル酸メチル、ポリメタアクリル酸エチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸-２エチルヘキシル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリル酸ブチル・スチレン共重合体等が、分岐状に又は架橋構造的に化学結合したオレフィン系グラフト共重合体であってもよい。【００３９】
本発明に用いるオレフィン系共重合体は、本発明の効果を害さない範囲で、他の共重合成分由来の構成単位を含有することができる。【００４０】
また、前記添加剤化合物の官能基については、熱可塑性樹脂組成物中に０．５〜１５０μmol/g、好ましくは０．５〜５０μmol/g、更に好ましくは２〜２５μmol/gの割合で含有される。この熱可塑性樹脂組成物中における官能基の割合が０．５μmol/gより低いと金属−樹脂間の接合強度が低下し易く、反対に１５０μmol/gより高くなると樹脂材料としての特性、特に流動性、引張強度や曲げ強度等の機械的強度、及び剛性に悪影響を与え易いという点で好ましくない。【００４１】
ここで、熱可塑性樹脂組成物中における官能基の割合は、この熱可塑性樹脂組成物中に添加する添加剤化合物における“官能基１個当りの分子量”をＭとした場合、この添加剤化合物中の官能基の量は１／Ｍ（mol/g）となるので、この添加剤化合物を熱可塑性樹脂組成物中に例えば１質量%の割合で添加すると、（１／Ｍ）×（１／１００）＝１／１００Ｍ（mol/g）と計算される。なお、前記“官能基１個当りの分子量”Ｍは、もし添加剤化合物が複数、例えば２個の官能基を有する場合には、添加剤化合物それ自体の分子量Ｍwの１／２になる。【００４２】
また、本発明においては、素地となる金属基材の表面全体に酸素含有皮膜を形成し、得られた表面処理済金属基材の必要な個所にのみ射出成形により、又は、熱圧着により樹脂成形体を接合してもよく、あるいは、コスト性を考慮して、金属基材の表面の一部又は必要な個所のみに酸素含有皮膜を形成し、得られた表面処理済金属基材の必要な個所に射出成形により、又は、熱圧着により樹脂成形体を接合してもよい。そして、金属基材の表面の一部又は必要な個所のみに酸素含有皮膜を形成する際には、酸素含有皮膜を形成する部分以外の部分を、例えばマスキングテープ等でマスキングした後に酸素含有皮膜を形成するための処理を行い、次いでこのマスキングした部分のマスキングテープ等を除去すればよい。【００４３】
本発明における金属樹脂接合体の製造方法においては、必要により上記酸素含有皮膜を形成する皮膜形成工程に先駆けて、金属基材の表面の前処理として、脱脂処理、エッチング処理、デスマット処理、粗面化処理、化学研磨処理、及び電解研磨処理から選ばれたいずれか1種又は２種以上の処理を行ってもよい。【００４４】
上記前処理として行う脱脂処理については、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、界面活性剤等からなる通常の脱脂浴を用いて行うことができ、処理条件としては、通常、浸漬温度が１５℃以上５５℃以下、好ましくは２５℃以上４０℃以下であって、浸漬時間が１分以上１０分以下、好ましくは３分以上６分以下である。【００４５】
また、上記前処理として行うエッチング処理については、通常、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液、又は、硫酸−リン酸混合水溶液等の酸水溶液が用いられる。そして、アルカリ水溶液を用いる場合には、濃度２０g/L以上２００g/L以下、好ましくは５０g/L以上１５０g/L以下のものを用い、浸漬温度３０℃以上７０℃以下、好ましくは４０℃以上６０℃以下、及び処理時間０．５分以上５分以下、好ましくは１分以上３分以下の処理条件で浸漬処理を行うのがよい。また、酸水溶液である硫酸−リン酸混合水溶液を用いる場合には、硫酸濃度１０g/L以上５００g/L以下、好ましくは３０g/L以上３００g/L以下、及びリン酸濃が１０g/L以上１２００g/L以下、好ましくは３０g/L以上５００g/Lのものを用い、浸漬温度３０℃以上１１０℃以下、好ましくは５５℃以上７５℃以下、及び浸漬時間０．５分以上１５分以下、好ましくは１分以上６分以下の処理条件で浸漬処理を行うのがよい。【００４６】
更に、上記前処理として行うデスマット処理については、例えば１〜３０%濃度の硝酸水溶液からなるデスマット浴を用い、浸漬温度１５℃以上５５℃以下、好ましくは２５℃以上４０℃以下、及び浸漬時間１分以上１０分以下、好ましくは３分以上６分以下の処理条件で浸漬処理を行うのがよい。【００４７】
更にまた、上記前処理として行う粗面化処理については、例えば、アルミ基材の前処理後に、酸性フッ化アンモニウムを主成分とする処理液（日本シーヒーケミカル製商品名：JCB-3712）中に浸漬する方法等を例示することができる。この処理により，Ｓiを合金中に含むＡl材についてもＳiを残存させずに溶解除去することが可能となるため、その後に酸素含有皮膜を付けても欠陥等の問題が生じることがなく、良好な接合強度を得ることが可能となる。
なお、上記前処理として行う化学研磨処理や電解研磨処理については、従来公知の方法を採用することができる。【００４８】
本発明における金属基材と樹脂成形体との間の接合の原理については、未だ不明な点も多いが、金属基材と樹脂成形体との接合後に金属基材の表面に形成した酸素含有皮膜が破壊されずに残存しており、また、次のような検証結果から、概ね以下のように考えている。【００４９】
例えば、金属がアルミ基材の場合、アルミ基材の表面に酸素含有皮膜を有する複数の表面処理済アルミ基材を形成し、一部の表面処理済アルミ基材については、その表面にグリシジル基を有するポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)の射出成形によりＰＰＳ成形体を接合してアルミＰＰＳ接合体とした。また、残りの表面処理済アルミ基材については、先ず、１００℃に保持した電気炉中でステアリン酸を揮発させ、その中に表面処理済アルミ基材を２４時間暴露し、酸素含有皮膜の上にステアリン酸の単分子膜を有するステアリン酸処理済アルミ基材とし、このステアリン処理済アルミ基材の表面にグリシジル基を有するＰＰＳの射出成形によりＰＰＳ成形体を接合してステアリン酸処理アルミＰＰＳ接合体とした。
そして、これらアルミＰＰＳ接合体とステアリン酸処理アルミＰＰＳ接合体との間における接合強度の違いを測定したところ、結果は、ステアリン処理有アルミＰＰＳ接合体における接合強度は、アルミＰＰＳ接合体の接合強度に比べて、明確に低下していた。【００５０】
ステアリン酸は親水基であるカルボキシル基(COOH)と疎水基であるアルキル基(C17H35)とを併せ持ち、1分子の厚みをもつ単分子膜を形成する性質がある。ステアリン酸処理アルミＰＰＳ接合体においては、そのアルミ基材の酸素含有皮膜とステアリン酸のカルボキシル基側が化学結合してしまい、アルキル基側がＰＰＳ成形体と接触するかたちとなるため、その結果として、アルミ基材とＰＰＳ成形体の化学結合が阻害され、アルミＰＰＳ接合体の接合強度に比べて接合強度が低下したものと考えられる。【００５１】
また、ステアリン酸処理前後の表面処理済アルミ基材について、その表面を観察して比較検討したが、ステアリン酸単分子膜の有無により表面の構造に違いは見られなかった。一方、ステアリン酸処理後の表面処理済アルミ基材について、液滴を垂らし、その接触角を測定すると、接触角は１８０°に近くなり、液滴はほぼ球形になった。このことは、ステアリン酸のアルキル基側がアルミ基材の最表層側に偏在していることを裏付ける結果である。【００５２】
以上から、本発明の金属樹脂接合体における表面処理済金属基材とグリシジル基を有する樹脂成形体との間において、酸素含有皮膜の酸素と樹脂中のグリシジル基との間に化学的な結合が生じ、この化学的な結合による作用が金属基材と樹脂成形体との間の接合強度を高くする効果を発現しているものと考えられる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の金属樹脂接合体は、金属基材の表面を、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素含有皮膜で被覆し、また、熱可塑性組成物として酸素含有皮膜と反応する特定の官能基を有する添加剤化合物を含有する樹脂組成物を用い、この熱可塑性樹脂組成物の射出成形により、又は、この熱可塑性樹脂組成物の射出成形で得られた樹脂成形体の熱圧着により、金属基材表面の酸素含有皮膜の上に樹脂成形体を接合して得られるものであり、酸素含有皮膜を介して金属基材と樹脂成形体とが強固に接合されるだけでなく、長期に亘って優れた金属−樹脂間の接合強度を維持し得るものである。【００５４】
また、本発明の金属樹脂接合体の製造方法によれば、金属基材の表面に、意図的に酸素含有量を増やす処理を施すことにより酸素含有皮膜を形成する皮膜形成工程において、ガス発生等もないほか常温での操作も可能であり、周辺の設備や環境に問題がなく、簡単な操作かつ低コストで、長期に亘って優れた金属−樹脂間の接合強度を発揮し得る金属樹脂接合体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の実施例１で作成された金属樹脂接合体を説明するための説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１で実施された金属−樹脂間の接合強度の評価試験の方法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の金属樹脂接合体及びその製造方法を具体的に説明する。
１．以下の実施例及び比較例において、前処理として行われた粗面化処理及び酸素含有皮膜を形成する皮膜形成処理は以下の通りである。【００５７】
〔粗面化処理〕
先ず、前処理として、アルミ基材を、３０質量%に調整した硝酸水溶液中に室温、０．５分間の条件で浸漬し、その後、５質量%に調整した水酸化ナトリウム水溶液中に５０℃、０．５分間の条件で浸漬し、更に、３０質量%に調整した硝酸水溶液中に室温、０．５分間の条件で浸漬した後、次いで、前処理後のアルミ基材を濃度２０質量%に調整した酸性フッ化アンモニウムを主成分とする処理液（日本シービーケミカル製：JCB-3712）中に温度４０℃、１０分間の条件で浸漬し、粗面化処理済のアルミ基材を作製した。【００５８】
〔酸素含有皮膜の皮膜形成処理〕
(1)  処理法Ａ（亜鉛含有皮膜の形成）
皮膜形成処理剤として水酸化ナトリウム濃度１００g/L及び酸化亜鉛濃度２５g/L（Zn2+として20g/L）の亜鉛イオン含有ナトリウム水溶液(NaOH-Zn2+溶液)を調製した。次に、この亜鉛イオン含有ナトリウム水溶液中にアルミ基材を室温下に１分間浸漬し（注：比較例１の場合のみ５分間の浸漬を行った。）、その後水洗し、表面に酸素含有皮膜として亜鉛元素を含有する亜鉛含有皮膜が形成された試験用の表面処理済アルミ基材を作製した。【００５９】
(2)  処理法Ｂ（熱水による水和酸化物皮膜の形成）
アルミ基材を９１〜１００℃の熱水（純水）中に０．５〜３０分間浸漬し、表面に酸素含有皮膜としてベーマイトあるいは擬ベーマイトを主体とする水和酸化物皮膜が形成された試験用の表面処理済アルミ基材を作製した。【００６０】
(3)  処理法Ｃ（温水による水和酸化物皮膜の形成）
温度６０〜８０℃の温水（純水）を用い、浸漬時間を１〜５分間に変更した以外は、処理法Ｂ（熱水による水和酸化物皮膜の形成）と同様にして、アルミ基材の表面に酸素含有皮膜として非晶質成分を主体とする水和酸化物皮膜が形成された試験用の表面処理済アルミ基材を作製した。【００６１】
(4)  処理法Ｄ（レーザー処理による酸化物皮膜の形成）
レーザーエッチング処理（装置名：ミヤチテクノス／ML-7112A；レーザー光波長:1064nm、スポット径：50〜60μm、発振方式：Ｑスイッチパルス、周波数：10kHz）において、アルミ基材の表面にピッチ幅５０μm間隔で同一方向にレーザー照射を行い、アルミ基材の表層に酸素含有皮膜として酸化物皮膜(Al2O3)が形成された試験用の表面処理済アルミ基材を作製した。【００６２】
２．以下の実施例及び比較例において、使用された樹脂組成物中の樹脂種及び添加剤化合物は以下の通りである。
〔樹脂組成物中の樹脂種〕
ＰＰＳ(1)：ＰＰＳ系樹脂組成物〔ポリプラスチックス(株)製商品名：ジュラファイド(登録商標)ＲＳＦ−１０７１９；後述する添加剤化合物ａ及びｂと、無機系充填材料５０%を含む。〕
ＰＰＳ(2)：ＰＰＳ樹脂〔(株)クレハ製商品名：フォートロンＫＰＳ Ｗ２０３Ａ{溶融粘度：30Pa・s（せん断速度：1216sec-1、310℃）}〕
ＰＢＴ：ＰＢＴ樹脂〔ウィンテックポリマー(株)製商品名：ＴＲＢ−ＣＰ〕
ＰＰ：ＰＰ系樹脂組成物〔(株)プライムポリマー製商品名：Ｒ−３５０Ｇ〕
ＰＯＭ：ＰＯＭ樹脂〔トリオキサン９６．７質量%と1,3-ジオキソラン３．３質量%とを共重合させて得られたポリアセタール共重合体であり、メルトインデックス(190℃、荷重2160gで測定)：９g/10min〕
ＬＣＰ：芳香族ポリエステル液晶樹脂〔融点:280℃、溶融粘度(300℃):50.1Pa・s〕【００６３】
なお、上記の芳香族ポリエステル液晶樹脂(LCP)は、次のようにして製造されたものである。
攪拌機、留出管、ガス導入管、排出孔等を備えた反応器を用い、p-ヒドロキシ安息香酸３４５重量部(73mol%)、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸１７５重量部(27mol%)、酢酸カリウム０．０２重量部、及び無水酢酸３５０重量部を反応器内に仕込み、この反応器内を十分に窒素で置換した後、常圧下で１５０℃まで温度を上げ、攪拌を開始した。１５０℃で３０分攪拌し、更に徐々に温度を上昇させ、副生する酢酸を留去した。温度が３００℃に達したところで徐々に反応器内を減圧し、５Torr(即ち、665Pa)の圧力で１時間攪拌を続け、目標の攪拌トルクに達した時点で、反応器下部の排出孔を開け、窒素圧を使って生成した樹脂をストランド状に押し出して取り出した。取り出されたストランドをペレタイザーで粒子状に成形した。【００６４】
〔樹脂組成物中の添加剤化合物〕
添加剤化合物ａ：グリシジル基含有エラストマー〔日油(株)製商品名：モディパーＡ４３００〕
添加剤化合物ｂ：官能基を含有しないエラストマー〔ダウ・ケミカル日本(株)製商品名：Engage ８４４０〕
添加剤化合物ｃ：グリシジル基を含有するエラストマー〔住友化学(株)製商品名：ボンドファースト７Ｌ〕
添加剤化合物ｄ：イソシアネート化合物〔デグサジャパン(株)製商品名：Vestanat Ｔ１８９０／１００〕
添加剤化合物ｅ：エポキシ系化合物〔三菱化学(株)製商品名：エピコート ＪＥＲ１００４Ｋ〕
添加剤化合物ｆ：エステル系エラストマー〔日本ユニカー(株)製商品名：ＮＵＣ−６５７０〕
添加剤化合物ｇ：ジシアンジアミド〔日本カーバイド工業(株)製商品名：ジシアンジアミドＧ〕
添加剤化合物ｈ：カルボジイミド化合物〔ラインケミージャパン(株)製商品名：スタバックゾールＰ４００〕
添加剤化合物ｉ：グリシジル基含有エラストマー〔住友化学(株)製商品名：ボンドファーストＥ〕【００６５】
３．以下の実施例及び比較例において、アルミ基材の表面に形成された酸素含有皮膜の「酸素含有率」及び「皮膜厚さ」と、「アルミ樹脂接合体の皮膜厚さ」は、以下のようにして測定した。
〔酸素含有皮膜の酸素含有率の測定〕
アルミ樹脂接合体の製造過程で得られた表面処理済アルミ基材について、ＥＰＭＡ（島津製：EPMA 1610）を用い、照射径が４０μm/stepで縦横方向にそれぞれ５１２step測定するマッピング分析を実施した。ここで、測定面積は２０．４８mm×２０．４８mmであり、１stepのサンプリングタイムは２０msであって、加速電圧は１５kVであり、酸素の深さ方向の分解能は３μm以下である。次に、検出された酸素強度を事前に作成した検量線から重量百分率（wt%）として算出した。なお、検量線は、Al2O3標準試料（酸素含有率：４８wt%）の酸素強度と高純度Al箔の酸素強度の２点から算出し作成したものを使用した。【００６６】
〔酸素含有皮膜の皮膜厚さの測定〕
アルミ樹脂接合体と、このアルミ樹脂接合体の製造過程で得られた表面処理済アルミ基材とについて、それぞれ、型集束イオンビーム加工装置（ＦＥＩ社製：Quanta３Ｄ型）を用い、試料表面に集束イオンビームを当てて表面の原子をはじきとばすことにより観察部位を摘出すると共に、厚さ約１００nmの薄膜状に加工して観察試料を作製した。観察は、透過電子顕微鏡(TEM)（ＦＥＩ製：Tecnai G2 F20 S-TWIN）を用い、加速電圧２００kVの条件で実施した。【００６７】
〔実施例１〕
(1)  表面処理済アルミ基材の作製
市販のアルミニウム板材（Ａ５０５２;板厚２．０mm）から５０mm×２５mmの大きさのアルミ基材を切り出した。次に、上記の処理法Ａ（亜鉛含有皮膜の形成）により、表面に亜鉛元素を含有する酸素含有皮膜が形成された試験用の表面処理済アルミ基材を作製した。
得られた表面処理済アルミ基材について、その酸素含有皮膜における酸素含有量測定、酸素強度測定、及び皮膜厚測定を行った。
結果を表１に示す。【００６８】
(2)  樹脂組成物
熱可塑性樹脂組成物として、表１に示す添加剤化合物ａ及び添加剤化合物ｂと、無機系充填材料５０%を含むＰＰＳ系樹脂組成物〔PPS(1)〕を用いた。このＰＰＳ系樹脂組成物〔PPS(1)〕は溶融粘度が２３０Pa・s(310℃、1000s-1）の樹脂組成物である。【００６９】
(3)  アルミ樹脂接合体の作製
上で得られた樹脂組成物を射出成形機に導入後、試験用表面処理済アルミ基材射出成形機の金型内にセットし、金型温度１６０℃、シリンダー温度３２０℃、射出速度７０mm/s、保圧８０MPa、保圧時間５秒の射出成形条件で樹脂の射出成形を行い、図１に示す試験用のアルミ樹脂接合体１を作製した。
このアルミ樹脂接合体１は、厚さ２mmの表面処理済アルミ基材２と、先端に５mm×５mm×１０mmの大きさの先端接合部４を有すると共にこの先端接合部４以外の厚さが４mmのアルミ樹脂接合体１とが前記先端接合部４で接合されたもので、５０mm2の接合部面積を有し、また、先端接合部４の部分には１．５mmφのピンゲート５が形成されている。【００７０】
〔アルミ樹脂接合体の接合強度の評価試験〕
このアルミ樹脂接合体１について、下記の方法でそのアルミ−樹脂間の接合強度の評価試験を行った。
図２に示すように、アルミ樹脂接合体１の表面処理済アルミ基材２を冶具６に固定し、ＰＰＳ成形体３の上端にその上方から１mm/minの速度で荷重７を印加し、表面処理済アルミ基材２と樹脂成形体３との間の接合部分を破壊する試験を実施した。その後、破断面のアルミ側について目視判断により樹脂凝集破壊率を判定した。
結果を表１に示す。【００７１】
〔実施例２〜４７〕
アルミ基材、酸素含有皮膜の皮膜形成処理、酸素含有皮膜、樹脂組成物、及び樹脂成形条件についてはそれぞれ表１〜表８に示す通りであり、実施例１と同様にして接合強度の評価試験を行った。
また、実施例２９は３０wt%ＨＮＯ3溶液を用い、実施例３０においては、０．１ＭのＮaＯＨ水を用いて熱水の導電率を表５に示す数値に調整した。【００７２】
なお、実施例３、４、１２〜１４、１８、２３、２４、２９〜３４、４２、４３、４５、及び４６においては、実施例１と同じＰＰＳ系樹脂組成物〔PPS(1)〕を用いた。また、ＰＰＳ樹脂〔PPS(2)〕を用いた実施例２においては、樹脂組成物中に４０質量%のガラス系充填材料が添加されており、また、ＰＢＴを用いた実施例５〜９、１５〜１７、１９〜２２、２５〜２８、３５、３６、４４、及び４７、並びに、ＰＰを用いた実施例１０及び１１においては、樹脂組成物中に３０質量%のガラス系充填材料が添加されており、更に、ＰＯＭを用いた実施例３７〜４０においては、２５質量%のガラス系充填材料が添加されており、更にまた、ＬＣＰを用いた実施例４１においては、５０質量%のガラス系充填材料が添加されている。【００７３】
また、実施例３及び２７においては、耐久性評価試験として、接合強度の評価試験に用いたアルミ−樹脂接合体と同様の試験片を用い、下記の冷熱衝撃試験を実施し、この冷熱衝撃試験後の接合強度を評価した。【００７４】
〔冷熱衝撃試験〕
冷熱衝撃試験機（エスペック(株)製）を用い、所定のサイクル条件で冷熱衝撃試験を行い、１００サイクル後に取り出して、実施例１と同様にして接合強度の評価試験を行い、耐久性を評価した。
上記のサイクル条件は、実施例３では、１６０℃、１．５時間の加熱後に、−４０℃に降温して１．５時間冷却し、その後再び１６０℃に昇温する加熱−冷却過程を１サイクルとし、また、実施例２７では、１４０℃、１．５時間の加熱後に、−４０℃に降温して１．５時間冷却し、その後再び１４０℃に昇温する加熱−冷却過程を１サイクルとした。
結果を表１〜表８に示す。【００７５】
〔比較例１〜１８〕
アルミ基材、酸素含有皮膜の皮膜形成処理、酸素含有皮膜、樹脂組成物、及び樹脂成形条件についてはそれぞれ表９〜表１１に示す通りであり、実施例１と同様にして接合強度の評価試験を行った。【００７６】
なお、比較例４及び７〜１０においては、実施例１と同じＰＰＳ系樹脂組成物〔PPS(1)〕を用いた。また、ＰＰＳ樹脂〔PPS(2)〕を用いた比較例１、１１、１７及び１８においては、樹脂組成物中に４０質量%のガラス系充填材料が添加されており、また、ＰＢＴを用いた比較例２、５、１２及び１６、並びに、ＰＰを用いた比較例３、６及び１５においては、樹脂組成物中に３０質量%のガラス系充填材料が添加されており、また、ＰＯＭを用いた比較例１３においては、２５質量%のガラス系充填材料が添加されており、更にまた、ＬＣＰを用いた比較例１４においては、３０質量%のガラス系充填材料が添加されている。【００７７】
また、比較例４〜６においては前処理としての粗面化処理と酸素含有皮膜を形成する皮膜形成処理（表面処理）を行わずに、また、比較例９及び１０については酸素含有皮膜を形成する皮膜形成処理（表面処理）を行わずに、それぞれアルミ基材を用いた以外は、上記の実施例と同様にしてアルミ樹脂接合体を作製し、実施例１と同様にして接合強度の評価試験を行った。
また、比較例７、８においては、０．１ＭのＮaＯＨ水を用いて熱水の導電率を表１０に示す数値に調整した。
結果を表９〜表１１に示す。【００７８】
〔酸素含有皮膜の皮膜形成処理の参考例〕
実施例１と同じアルミ基材に対して、導電率２５mS/mの水道水を用い、９５℃で１分間の条件で熱水による皮膜形成処理を行った。
結果は、アルミ基材の表面に形成された酸素含有皮膜はその厚さがバラついているが０．０２〜０．０５μmに過ぎなかった。【００７９】
【表１】
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【００８０】
【表２】
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【００８１】
【表３】
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【００８２】
【表４】
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【００８３】
【表５】
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【００８４】
【表６】
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【００８５】
【表７】
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【００８６】
【表８】
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【００８７】
【表９】
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【００８８】
【表１０】
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【００８９】
【表１１】
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【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の金属樹脂接合体は、耐久試験の前後において共に優れた接合強度を有するため、自動車用各種センサーの部品、家庭電化製品の部品、産業機器の部品等の各種部品の製造に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１…アルミ樹脂接合体、２…表面処理済アルミ基材、３…ＰＰＳ成形体（樹脂成形体）、４…先端接合部、５…ピンゲート、６…冶具、７…荷重。
【図１】
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【図２】
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