(57)【要約】【課題】優れた接合強度を有する樹脂チタン金属接合体とその製造法を提供する。【解決手段】樹脂チタン金属接合体の製造法は、チタン金属部材をアルカリ性の溶液で洗浄する脱脂工程と、脱脂工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、酸処理工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して電極に定電圧をかける活性化処理工程と、チタン金属部材を陽極とし、トリアジンチオール誘導体を含む酸性又はアルカリ性の溶液中で、所定の電流密度を印加して、チタン金属部材上に１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材を、水で洗浄する水洗い工程と、陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂チタン金属接合体であって、
前記チタン金属部材と前記熱可塑性樹脂部材とが、膜厚１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする樹脂チタン金属接合体。
【請求項２】
チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂チタン金属接合体であって、
前記チタン金属部材と前記熱可塑性樹脂部材とが、膜厚１０〜１０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び外部に存在させた陽極酸化被膜により接合され、前記陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする樹脂チタン金属接合体。
【請求項３】
前記陽極酸化被膜は、重量％で、Ｏが１０〜６０％、Ｓが３％以下、Ｔｉが１０〜８０％、Ｐが３％以下、Ｎが３％以下、Ｃが３％以下の成分構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂チタン金属接合体。
【請求項４】
樹脂チタン金属接合体を製造する製造法であって、
チタン金属部材をアルカリ性の溶液で洗浄する脱脂工程と、
前記脱脂工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、
前記酸処理工程後、チタン金属部材を前記酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して電極に定電圧をかける活性化処理工程と、
前記チタン金属部材を陽極とし、２０〜９０℃の溶液中で、０．５Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記チタン金属部材上に膜厚が１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、
前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材を、５℃以上、６０℃未満の水で洗浄する水洗い工程と、
前記水洗い工程後の、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、が備えられ、
前記チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とが接合されることを特徴とする樹脂チタン金属接合体の製造法。
【請求項５】
樹脂チタン金属接合体を製造する製造法であって、
チタン金属部材をアルカリ性の溶液で洗浄する脱脂工程と、
前記脱脂工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、
前記酸処理工程後、チタン金属部材を前記酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬し電極に定電圧をかける活性化処理工程と、
前記チタン金属部材を陽極とし、２０〜９０℃のトリアジンチオール誘導体を含む溶液中で、０．５Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記チタン金属部材上に膜厚が１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、
前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材を、５℃以上、６０℃未満の水で洗浄する水洗い工程と、
前記水洗い工程後の、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、が備えられ、
前記チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とが接合されることを特徴とする樹脂チタン金属接合体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂チタン金属接合体及びその製造方法に係り、より詳しくは、樹脂部材とチタン金属部材を強力に接合できる樹脂チタン金属接合体及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品の軽量化は、例えば金属部材のみで形成されていた部材を金属部材と樹脂部材の接合体とすることで行われる。特許文献１には、樹脂部材と金属部材とを接合する技術として、トリアジンチオール（硫黄有機化合物）の被膜を金属部材表面上に形成する電気・化学的な表面処理法が開示されている。金属としては、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、コバルト、錫、ステンレスがあげられている。
【０００３】
しかしながら、チタン金属部材にトリアジンチオールの被膜を形成し、チタン金属部材に樹脂部材を接合して、十分な接合強度を得ることについては具体的な開示がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平５−５１６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、樹脂部材とチタン金属部材の接合強度が向上できる樹脂チタン金属接合体と、樹脂部材とチタン金属部材の接合強度が良好な樹脂チタン金属接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による樹脂チタン金属接合体は、チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂チタン金属接合体であって、前記チタン金属部材と前記熱可塑性樹脂部材とが、膜厚１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする。
【０００７】
本発明による樹脂チタン金属接合体は、チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合してなる樹脂チタン金属接合体であって、前記チタン金属部材と前記熱可塑性樹脂部材とが、膜厚１０〜１０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び外部に存在させた陽極酸化被膜により接合され、前記陽極酸化被膜により接合されることを特徴とする。
【０００８】
前記陽極酸化被膜は、重量％で、Ｏが１０〜６０％、Ｓが３％以下、Ｔｉが１０〜８０％、Ｐが３％以下、Ｎが３％以下、Ｃが３％以下の成分構成を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明による樹脂チタン金属接合体の製造法は、樹脂チタン金属接合体を製造する製造法であって、チタン金属部材をアルカリ性の溶液で洗浄する脱脂工程と、前記脱脂工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、前記酸処理工程後、チタン金属部材を前記酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して電極に定電圧をかける活性化処理工程と、前記チタン金属部材を陽極とし、２０〜９０℃の酸性又はアルカリ性の溶液中で、０．５Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記チタン金属部材上に膜厚が１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材を、５℃以上、６０℃未満の水で洗浄する水洗い工程と、前記水洗い工程後の、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、を備えて、チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合することを特徴とする。
【００１０】
本発明による樹脂チタン金属接合体の製造法は、樹脂チタン金属接合体を製造する製造法であって、チタン金属部材をアルカリ性の溶液で洗浄する脱脂工程と、前記脱脂工程後、チタン金属部材を酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、前記酸処理工程後、チタン金属部材を前記酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して電極に定電圧をかける活性化処理工程と、前記チタン金属部材を陽極とし、２０〜９０℃のトリアジンチオール誘導体を含む酸性又はアルカリ性の溶液中で、０．５Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２未満の電流密度を印加して、前記チタン金属部材上に膜厚が１０〜１０００ｎｍの陽極酸化被膜を形成する工程と、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材を、５℃以上、６０℃未満の水で洗浄する水洗い工程と、前記水洗い工程後の、前記陽極酸化被膜が形成されたチタン金属部材に、熱可塑性樹脂をインサート成形する工程と、を備えて、前記チタン金属部材と熱可塑性樹脂部材とを接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による樹脂チタン金属接合体は、あらかじめチタン金属部材の表面に、膜厚が１０〜１０００ｎｍの酸化被膜を形成したので、樹脂部材とチタン金属部材が良好に接合でき、接合強度を３０ＭＰａ以上にできる。また、樹脂部材とチタン金属部材の間の気密性は、ヘリウムリークを使用したリークテストで、１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下にできる。
【００１２】
本発明による樹脂チタン金属接合体は、あらかじめチタン金属部材の表面に、膜厚が１０〜１０００ｎｍのトリアジンチオールを内部及び外部に存在させた酸化被膜を形成したので、樹脂部材とチタン金属部材が良好に接合できる。その接合強度は３０ＭＰａ以上で、樹脂部材とチタン金属部材の間の気密性は、ヘリウムリークを使用したリークテストで、１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下にできる。
【００１３】
陽極酸化被膜は、重量％で、Ｏが１０〜６０％、Ｓが３％以下、Ｔｉが１０〜８０％、Ｐが３％以下、Ｎが３％以下、Ｃが３％以下の成分で構成したので、すなわち硫黄（Ｓ）を含むものであり、樹脂部材とチタン金属部材を良好に接合できる。
【００１４】
本発明による第１の樹脂チタン金属接合体の製造法によれば、（ａ）浸漬してチタン金属部材表面の脂分を除く脱脂工程と、（ｂ）酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、（ｃ）酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して低電圧をかける活性化工程と、（ｄ）チタン金属部材を陽極とし、酸性又はアルカリ性の溶液中で、酸化被膜を形成する酸化被膜形成工程と、（ｅ）酸化被膜形成後、チタン金属部材を水で洗う水洗工程と、（ｆ）樹脂部材をインサート成形して、チタン金属部材に接合するインサート工程と、を設けたので、樹脂部材とチタン金属部材の接合強度を３０ＭＰａ以上にでき、気密性はヘリウムリークを使用したリークテストで１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下にできる。
【００１５】
本発明による第２の樹脂チタン金属接合体の製造法によれば、（ａ）浸漬してチタン金属部材表面の脂分を除く脱脂工程と、（ｂ）酸性又はアルカリ性の溶液で洗浄する酸処理工程と、（ｃ）酸性又はアルカリ性の溶液に浸漬して電圧をかける活性化工程と、（ｄ）チタン金属部材を陽極とし、トリアジンチオール誘導体を含む酸性又はアルカリ性の溶液中で、酸化被膜を形成する酸化被膜形成工程（ＴＲＩ電解工程と称す）と、（ｅ）酸化被膜形成後、チタン金属部材を水で洗う水洗工程と、（ｆ）樹脂部材をインサート成形して、チタン金属部材に接合するインサート工程と、を設けたので、樹脂部材とチタン金属部材の接合強度を３０ＭＰａ以上にでき、気密性は、ヘリウムリークを使用したリークテストで１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による樹脂チタン金属接合体の製造法を示すフローチャートである。
【図２】試験片としたチタン金属部材の形状を示す図である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は斜視図である。
【図３】図１に示す製造法で製作した樹脂チタン金属接合体の写真である。
【図４】チタン合金のグレートを示す表である。
【図５】酸化被膜の成分分析表である。
【図６】樹脂チタン金属接合体の接合強度を示す表である。
【図７】信頼性テストの結果を示すグラフである。
【図８】気密試験用の試験片を示す写真である。
【図９】酸化被膜の写真（倍率：５００倍）である。
【図１０】酸化被膜の写真（倍率：５０００倍）である。
【図１１】酸化被膜の写真（倍率：４００００倍）である。
【図１２】酸化被膜の写真（倍率：５００００倍）である。
【図１３】チタン金属部材の表面に形成された酸化被膜の断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明による樹脂チタン金属接合体及びその製造法を詳しく説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明による樹脂チタン金属接合体の製造法を示すフローチャートである。脱脂工程（ｓ１）は、アルカリ系列のＮＡＯＨ、ＫＯＨ、又はＮＡ２ＣＯ３に陽イオン活性剤を加えた溶液に、チタン金属部材１を１〜１０分間浸漬することで行なう。溶液の温度は、常温〜５０℃の範囲とする。これにより、チタン金属部材１の表面の脂分を除去する。酸処理工程（ｓ２）は、重量％で５〜５０％の塩酸、硫酸、リン酸又は硝酸の酸性の溶液、もしくは重量％で５〜５０％のＮＡＯＨ又はＫＯＨにＨ２Ｏ２を加えたアルカリ性の溶液に、チタン金属部材１を１〜１０分間浸漬することで行なう。溶液の温度は、常温（２０℃）〜５０℃の範囲とする。これにより、チタン金属部材１の表面を洗浄し、酸化膜等を除去する。
【００１９】
活性化工程（ｓ３）は、重量％で５〜５０％の塩酸、硫酸、リン酸、又は硝酸浴の陽極または陰極に、０．２〜５Ｖの定電圧を与えた状態で、チタン金属部材１を１〜１０分浸漬することで行なう。溶液の温度は、常温〜５０℃とする。電極には、パルス又は直流電圧が与えられる。
【００２０】
酸化被膜形成工程（ｓ４）は、ＴＲＩ電解工程と称する。チタン金属部材１を陽極として接続する。溶液は、硫酸、リン酸又は塩酸の１０〜３０％（重量％）の酸性溶液、もしくはＮＡＯＨ又はＫＯＨの５〜５０％（重量％）にリン酸ナトリウム１〜５％（重量％）と炭酸ナトリウム１〜５％（重量％）を加えたのアルカリ性の溶液に、微量のトリアジンチオール（Ｔｒｉａｚｉｎｅ  Ｔｈｉｏｌｓ）誘導体を加えたものである。溶液の温度は、常温（２０℃）〜９０℃とする。陽極と陰極間に、０．５Ａ／ｄｍ２以上で、５Ａ／ｄｍ２未満の定電流電流密度を印加する。陽極と陰極間に、電圧４〜４０Ｖを印加してもよい。１〜４０分間の電気分解により、チタン金属部材の表面に、膜厚１０〜１０００ｎｍのトリアジンチオールの酸化被膜４を形成する。酸化被膜４は、重量％で、Ｏが１０〜６０％、Ｓが３％以下、Ｔｉが１０〜８０％、Ｐが３％以下、Ｎが３％以下、Ｃが３％以下の成分構成にできる。酸化被膜４は、ＴＲＩ電解処理の前の色相、Ｒ（赤）が２００〜３００、Ｇ（緑）が２００〜３００、Ｂ（青）が２００〜３００から変化し、ＴＲＩ電解処理後は、Ｒ（赤）が１００〜２００、Ｇ（緑）が１００〜２００、Ｂ（青）が１００〜３００となる。
【００２１】
水洗い工程（ｓ５）は、表面にトリアジンチオールの酸化被膜が形成されたチタン金属部材１を、水温が５℃以上６０℃未満の水で洗浄する工程である。インサート成形工程（ｓ６）は、水洗い工程（ｓ５）後、酸化被膜が形成されたチタン金属部材１を型に装填し、樹脂部材２となる熱可塑性の樹脂を注入し、樹脂部材２とチタン金属部材１を接合して樹脂チタン金属接合体３を形成する。
【００２２】
図２は、試験片としたチタン金属部材１の形状を示す図である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は斜視図である。符号ａは直径４ｍｍの孔である。符号ｆは板厚で３ｍｍである。縦×横は、符号ｂ、ｅで示すように４０ｍｍ×１２ｍｍの板である。ｃは６ｍｍ、ｄは５ｍｍである。チタン金属部材１は、一例としてチタン合金のグレード２を使用した。
【００２３】
図３は、図１の製造法で製作した樹脂チタン金属接合体の写真である。樹脂チタン金属接合体３は、チタン金属部材１に樹脂部材２がインサート成形により一体化成形されたものである。インサート成形は、金型にチタン金属部材１を装填しておき、接合する部位に熱可塑性の樹脂を圧入することで、チタン金属部材１と樹脂部材２を一体化成形する。熱可塑性の樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用できる。チタン金属部材１と樹脂部材２の接触面積は、直線状に接合したので、約３６ｍｍ２（＝１２ｍｍ×３ｍｍ）である。図３の樹脂チタン金属接合体３は、接合強度を調べるため、引っ張り試験用の試験片３ａとして使用する。
【００２４】
図４は、チタン合金５のグレートを示す表である。数値は重量％である。グレード２のチタン合金は、Ｎが０．０３％以下、Ｃが０．１０％以下、Ｈが０．０１５以下、Ｆｅが０．２０％以下、Ｔｉ（チタン）が残り（ｒｅｍ）の数値である。他のグレードも試験に使用した。
【００２５】
図５は、酸化被膜の成分分析表である。ＴＲＩ電解処理後、酸化被膜４をスペクトル分析したもので、Ｃ（炭素）が０．５３〜１．４７重量％、Ｎ（窒素）が０．０重量％、Ｏ（酸素）が２８．３７〜４９．７８重量％、Ｐ（リン）が０．０７重量％、Ｓ（硫黄）が０．０７〜０．１６重量％、Ｔｉ（チタン）が４８．８３〜７０．９６％の成分構成を有する。この数値は、酸化被膜４が、重量％で、Ｏが１０〜６０％、Ｓが３％以下、Ｔｉが４９〜８０％、Ｐが３％以下、Ｎが３％以下、Ｃが３％以下の成分構成であることを示す。
【００２６】
図６は、樹脂チタン金属接合体３の接合強度を示す表である。試験片Ａ、Ｂは、グレードの異なるチタン合金である。試験片Ａは、７個の試験片からなり、Ｎ１〜Ｎ５の３５個を試験した。試験片Ｂも７個の試験片からなり、Ｎ１〜Ｎ５の３５個を試験した。図６に示すように、引っ張り強度は、試験片Ａのグループでは平均３０ＭＰａを確保できている。試験片Ｂのグループでは平均３３ＭＰａを確保できている。
【００２７】
図７は、信頼性テストの結果を示すグラフである。高温高湿テストは、温度が８０℃、湿度９０％、テスト時間は２００時間以上で実施した。この試験後の引っ張り強度は、図７に示すように、負荷テストをしない試験片の引っ張り強度よりも低下する。熱衝撃テストは、温度をマイナス４０℃〜８０℃間で、３０分毎に変化させ、１５０サイクルを繰り返した。この試験後の引っ張り強度は、負荷テストをしない試験片の引っ張り強度よりも上昇した。
【００２８】
図８は、気密試験用の試験片を示す写真である。気密試験用の試験片３ｂは、樹脂チタン金属接合体３の気密性及び防水性をテストするための試験片である。チタン金属部材１が、円板状の樹脂部材２を貫通して一体に接合している。筒状の容器に気密試験用の試験片３ｂを装填し、チタン金属部材１が突出した一方の側に、ヘリウムガスを圧入し、チタン金属部材１が突出した他方の側にヘリウムガスが漏れないか調べる。ヘリウムガスのリークを１０−９Ｐａｍ３／ｓ以下にできる。つまり、漏れはないといえる。
【００２９】
図９は、酸化被膜の写真（倍率：５００倍）である。図１０は、酸化被膜の写真（倍率：５０００倍）である。図１１は、酸化被膜の写真（倍率：４００００倍）である。図１２は、酸化被膜の写真（倍率：５００００倍）である。図９に示すように、表面は凸凹しており、直径が１０ｎｍ〜１μｍのふくらみが多数形成される。
【００３０】
図１３は、チタン金属部材１の表面に形成された酸化被膜の断面を示す写真である。チタン合金５の表面には、膜厚が、５４６ｎｍや５０１ｎｍの酸化被膜４が形成されている。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の樹脂チタン金属接合体及びその製造法は、金属部材と樹脂部材の一体化した接合するもので、自動車部品の軽量化に利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１    チタン金属部材
２    樹脂部材
３    樹脂チタン金属接合体
３ａ    引っ張り試験用の試験片
３ｂ    気密試験用の試験片
４    酸化被膜
５    チタン合金
ｓ１〜ｓ６    製造法の各工程
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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