(57)【要約】【課題】金属体と樹脂体との密着性を従来に比べて向上することができる金属−樹脂複合体およびその製造方法を提供する。【解決手段】一端および他端を有し、一端から他端に向かって延びる溝７が形成され、溝７の深さ方向上部１０が開口した第１面５と、溝７の少なくとも一端が開口した第２面６とを含む外面を有する金属体２と、溝７に入り込むように金属体２の第１面５および第２面６を覆い、金属体２に付着した樹脂体３と、金属体２の溝７に配置されると共に、溝７の一端から樹脂体３の内部に連続的に繋がるように設けられた強化繊維４とを含む、金属−樹脂複合体１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端および他端を有し、前記一端から前記他端に向かって延びる溝が形成され、前記溝の深さ方向上部が開口した第１部分と、前記溝の少なくとも前記一端が開口した第２部分とを含む外面を有する金属体と、
前記溝に入り込むように前記金属体の前記第１部分および前記第２部分を覆い、前記金属体に付着した樹脂体と、
前記金属体の前記溝に配置されると共に、前記溝の前記一端から前記樹脂体の内部に連続的に繋がるように設けられた強化繊維とを含む、金属−樹脂複合体。
【請求項２】
前記金属体の前記外面は、前記溝の前記上部が開口した前記第１部分としての第１面と、前記第１面に交差しており、前記溝の前記一端が開口した前記第２部分としての第２面とを含む、請求項１に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項３】
前記強化繊維は、前記樹脂体の内部で連続して繋がっている繊維を含む、請求項１または２に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項４】
前記溝は、前記一端および前記他端の両方が前記第２部分で開口するように曲線状に延びるように形成された溝を含み、
前記強化繊維が、前記溝の前記一端から前記他端まで前記溝の内部で連続して繋がっている、請求項３に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項５】
前記溝は、径方向外側に向かって間隔を空けて広がる複数の略半環状の溝を含む、請求項４に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項６】
金属体の外面で開口する一端および他端を有し、前記一端から前記他端に向かって延びる溝を形成する工程と、
前記金属体の前記溝の内部から前記溝の前記一端を介して外側へ連続的に繋がるように強化繊維を配置しながら、前記金属体の前記外面に樹脂材料を供給することによって、内部に前記強化繊維が導入された樹脂体を前記金属体に付着する工程とを含む、金属−樹脂複合体の製造方法。
【請求項７】
前記溝を形成する工程は、前記金属体をレーザエッチングすることによって溝を形成する工程を含む、請求項６に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に強化繊維が導入された金属−樹脂複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種産業において、金属体と樹脂体とが一体化した複合部品が採用されている。たとえば、自動車部品製造業では、部品の軽量化というニーズから、従来使用されてきた金属部品が上記複合部品に置き換わりつつある。
この種の複合部品の製造方法として、たとえば、特許文献１は、アルミニウム製部品の表面をエッチング剤によって粗化処理する粗化工程と、前記粗化処理した表面に樹脂組成物を付着させる付着工程とを実施する方法であって、前記エッチング剤は、両性金属イオンと酸化剤とアルカリ源とを含むアルカリ系エッチング剤、並びに第二鉄イオン及び第二銅イオンの少なくとも一方と酸とを含む酸系エッチング剤から選ばれる一種以上である、アルミニウム−樹脂複合体の製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５２６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の金属−樹脂複合体の構造では、母材樹脂と金属との密着性（たとえば、接合強度）が、母材樹脂よりも低い場合が多く、複合体の用途範囲が限られる。そのため、たとえば自動車部品製造業では、自動車に使用される金属−樹脂複合体からなる部品の数が限られ、軽量化の効果が小さくなる傾向にある。
本発明の目的は、金属体と樹脂体との密着性を従来に比べて向上することができる金属−樹脂複合体およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の金属−樹脂複合体（１）は、一端（８）および他端（９）を有し、前記一端（８）から前記他端（９）に向かって延びる溝（７）が形成され、前記溝（７）の深さ方向上部（１０）が開口した第１部分（５，１５）と、前記溝（７）の少なくとも前記一端（８）が開口した第２部分（６，１６）とを含む外面を有する金属体（２）と、前記溝（７）に入り込むように前記金属体（２）の前記第１部分（５，１６）および前記第２部分（６，１６）を覆い、前記金属体（２）に付着した樹脂体（３）と、前記金属体（２）の前記溝（７）に配置されると共に、前記溝（７）の前記一端（８）から前記樹脂体（３）の内部に連続的に繋がるように設けられた強化繊維（４）とを含む（請求項１）。
【０００６】
この構成によれば、樹脂体が溝に入り込んでいるため、金属体と樹脂体との間をアンカー接合することができる。また、金属体の溝の内部と樹脂体の内部とを連続的に繋ぐ強化繊維によって、金属体と樹脂体との間の密着性を向上することができる。また、強化繊維が樹脂体の内部に導入されていることによって、樹脂体単体の機械的強度を向上させることもできる。
【０００７】
本発明の金属−樹脂複合体（１）では、前記金属体（２）の前記外面は、前記溝（７）の前記上部（１０）が開口した前記第１部分としての第１面（５）と、前記第１面（５）に交差しており、前記溝（７）の前記一端（８）が開口した前記第２部分としての第２面（６）とを含んでいてもよい（請求項２）。
本発明の金属−樹脂複合体（１）では、前記強化繊維（４）は、前記樹脂体の内部で連続して繋がっている繊維を含んでいてもよい（請求項３）
本発明の金属−樹脂複合体（１）では、前記溝（７）は、前記一端（８）および前記他端（９）の両方が前記第２部分（６，１６）で開口するように曲線状に延びるように形成された溝（７）を含み、前記強化繊維（４）が、前記溝（７）の前記一端（８）から前記他端（９）まで前記溝（７）の内部で連続して繋がっていてもよい（請求項４）。
【０００８】
この構成によれば、金属体の第２部分から樹脂体が離れる方向に力が加わったときに、強化繊維が溝の内面に引っ掛かる構成となるので、金属体と樹脂体との間の密着性を一層向上することができる。
本発明の金属−樹脂複合体（１）では、前記溝（７）は、径方向外側に向かって間隔を空けて広がる複数の略半環状の溝（７）を含んでいてもよい（請求項５）。
【０００９】
この構成によれば、複数の強化繊維によって金属体と樹脂体との間が繋がれるので、金属体と樹脂体との間の密着性を一層向上することができる。
本発明の金属−樹脂複合体（１）の製造方法は、金属体（２）の外面で開口する一端（８）および他端（９）を有し、前記一端（８）から前記他端（９）に向かって延びる溝（７）を形成する工程と、前記金属体（２）の前記溝（７）の内部から前記溝（７）の前記一端（８）を介して外側へ連続的に繋がるように強化繊維（４）を配置しながら、前記金属体（２）の前記外面に樹脂材料を供給することによって、内部に前記強化繊維（４）が導入された樹脂体（３）を前記金属体（２）に付着する工程とを含む（請求項６）。
【００１０】
本発明の金属−樹脂複合体（１）の製造方法では、前記溝（７）を形成する工程は、前記金属体（２）をレーザエッチングすることによって溝（７）を形成する工程を含んでいてもよい。
この方法によれば、レーザエッチング装置の条件を調整することによって、溝の構造（幅、深さ等）、パターンを簡単に制御することができる。これにより、複合体に加わる応力を樹脂体に効果的に分散できる凹凸パターン（溝のパターン）を形成することができる。
【００１１】
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る金属−樹脂複合体の模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る金属−樹脂複合体の模式的な平面図である。
【図３】図３は、前記金属−樹脂複合体の製造工程の一部を示す図である。
【図４】図４は、図３の次の工程を示す図である。
【図５】図５は、図４の次の工程を示す図である。
【図６】図６は、図５の次の工程を示す図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態に係る金属−樹脂複合体の模式的な断面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係る金属−樹脂複合体の模式的な平面図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態に係る金属−樹脂複合体の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る金属−樹脂複合体１の模式的な断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る金属−樹脂複合体１の模式的な平面図である。なお、図２は、便宜上、後述する樹脂体３の、金属体２の第１面５より上の部分（図１における破線Ｂよりも上の部分）を透視して示している。
【００１４】
金属−樹脂複合体１は、金属体と樹脂体とが一体化した複合部品として使用されるものであり、産業分野は多岐にわたる。そのような産業分野としては、たとえば、輸送用機械器具製造業、電子部品・デバイス・電子回路製造業、生産用機械器具製造業、電気機械器具製造業等が挙げられる。より具体的な用途としては、たとえば、自動車およびその附属品製造業における、たとえば、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）を構成するトルクセンサのハウジング、ラックハウジング等、また、アイドリングストップ用電動オイルポンプ（ＥＯＰ）のハウジング等の各種ハウジング部材、たとえば、電動パワーステアリング用の減速機ギヤ等の各種ギヤ、たとえば、軸受の樹脂保持器、スライドドア車のドアローラ（樹脂巻き軸受）、油圧式または電動油圧式パワーステアリング用のリザーバタンク等が挙げられる。上に列挙した、金属−樹脂複合体１の産業分野および用途は、あくまでも一例に過ぎず、本発明の金属−樹脂複合体は、多種多様な産業分野および用途に適用することができる。
【００１５】
金属−樹脂複合体１は、金属体２と、樹脂体３と、強化繊維４とを含む。
金属体２に適用可能な金属材料としては、たとえば、アルミニウム、銅、鉄鋼、マグネシウム、チタン等が挙げられる。金属体２は、この実施形態では、本発明の第１部分の一例としての第１面５と、第１面５に交差する本発明の第２部分の一例としての第２面６とを含む外面を有している。
【００１６】
第１面５と第２面６とは、たとえば図１に示すように直交していてもよいし、たとえば図１における第１面５と第２面６との間に鋭角または鈍角が形成されるように、第１面５に対して第２面６が傾斜して交差していてもよい。
また、第１面５および第２面６は、それぞれ、金属−樹脂複合体１の使用形態に合わせて、上面、下面、側面等と称してもよい。また、第１面５および第２面６は、図１では平面として形成されているが、一部または全体的に凹凸（後述する溝７とは異なる凹凸）が形成された凹凸面であってもよい。
【００１７】
金属体２には、溝７が形成されている。溝７は、一端８および他端９を有し、一端８から他端９に向かって延びるパターンで形成されている。
溝７は、図１に示すように、深さ方向上部１０が金属体２の第１面５で開口しており、少なくとも一端８が金属体２の第２面６で開口している。この実施形態では、図２に示すように、溝７は、一端８および他端９の両方が金属体２の第２面６の異なる位置で開口するように曲線状に延びるように形成されている。より具体的には、溝７は、平面視略Ｕ字形に形成され、径方向外側に向かって間隔を空けて広がる複数の略半環状の溝７を含んでいる。
【００１８】
また、溝７の幅は、たとえば、５０μｍ〜３００μｍであり、溝７の深さは、たとえば、５０μｍ〜３００μｍであってもよい。
樹脂体３に適用可能な樹脂材料としては、たとえば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等が挙げられる。樹脂体３は、溝７に入り込むように金属体２の第１面５および第２面６を覆い、金属体２に付着している。この実施形態では、樹脂体３は、金属体２の第１面５から第２面６に回り込むように第１面５および第２面６を一体的に覆っている。
【００１９】
言い換えれば、樹脂体３に選択的に凹部１１が形成されており、その凹部１１に金属体２が嵌め込まれている。金属体２の溝７の上部１０は、図１に示すように、樹脂体３の凹部１１の底部１２に接しており、金属体２の溝７の一端８および他端９は、図２に示すように、樹脂体３の凹部１１の側部１３に接している。
また、樹脂体３は、溝７を底部１４から上部１０に至るまで埋め尽くしていてもよいし、上部１０付近に選択的に埋め込まれていてもよい。なお、樹脂体３は、金属体２に付着しているという表現以外に、「金属体２に固定されている」、「金属体２に接合されている」と表現されてもよい。
【００２０】
強化繊維４に適用可能な樹脂材料としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。強化繊維４は、図２に示すように、金属体２の溝７に配置されると共に、溝７の一端８および他端９から樹脂体３の内部に連続的に繋がるように設けられている。この実施形態では、強化繊維４は、樹脂体３の内部で連続して繋がっており、また、金属体２の溝７の一端８から他端９まで溝７の内部で連続して繋がっている。
【００２１】
平面視では、図２に示すように、強化繊維４は、複数本の略Ｕ字形の溝７を通るように金属体２と樹脂体３との間を跨って、径方向外側に向かって間隔を空けて広がる複数の環状に配置されている。また、強化繊維４は、各溝７において、その深さ方向に積層されて複数本設けられていてもよい。また、強化繊維４は、各溝７において、溝７内の樹脂体３で覆われていてもよい。
【００２２】
図３〜図６は、金属−樹脂複合体１の製造工程を工程順に示す図である。
金属−樹脂複合体１を製造するには、たとえば、図３に示すように、金属体２の第１面５をレーザエッチングでパターニングすることによって、金属体２に溝７を形成する。
次に、図４に示すように、たとえば３Ｄプリンタを用いて、金属体２の第２面６に樹脂体３を順に積層させていくことによって、金属体２の外面を順に樹脂体３で覆っていく。たとえば、金属体２の第１面５の反対側から溝７の底部１４までの区間では、樹脂体３の樹脂材料のみを供給していく。
【００２３】
次に、図５に示すように、溝７の底部１４から溝７の上部１０までの区間では、金属体２の溝７の内部から溝７の一端８および他端９（図２参照）を介して外側へ連続的に繋がるように強化繊維４を配置しながら、金属体２の外面に樹脂材料を供給することによって、内部に強化繊維４が導入された樹脂体３が形成される。この際、強化繊維４の配置と樹脂体３の積層とが、たとえば３Ｄプリンタによって同時進行で行われる。したがって、溝７においては、複数の強化繊維４を積層しながら、樹脂体３が埋め込まれていく。このような工程に使用可能な３Ｄプリンタとしては、たとえば、Ｍａｒｋｆｏｒｇｅｄ社製の「Ｍａｒｋ Ｔｗｏ」等が挙げられる。
【００２４】
次に、図６に示すように、金属体２の外面にさらに樹脂体３を積層させていくことによって、金属体２の第１面５が樹脂体３で覆われる。これにより、溝７が樹脂体３で覆われ、図１および図２に示す金属−樹脂複合体１が得られる。
以上、金属−樹脂複合体１によれば、図１に示すように、樹脂体３が溝７に入り込んでいるため、金属体２と樹脂体３との間をアンカー接合することができる。また、金属体２の溝７の内部と樹脂体３の内部とを連続的に繋ぐ強化繊維４によって、金属体２と樹脂体３との間の密着性を向上することができる。また、強化繊維４が樹脂体３内部に導入されていることによって、樹脂体３単体の機械的強度を向上させることもできる。
【００２５】
特に、図１の金属−樹脂複合体１では、強化繊維４が、複数本の略Ｕ字形の溝７を通るように金属体２と樹脂体３との間を跨っている。したがって、図１に矢印Ｆで示すように、金属体２の第２面６から樹脂体３が離れる方向（たとえば、図１では、金属体２の第１面５と樹脂体３との接合界面に対するせん断方向）に力が加わったときに、強化繊維４が溝７の内面に引っ掛かる構成となる。そのため、金属体２と樹脂体３との間の密着性を一層向上することができる。
【００２６】
また、この実施形態の方法によれば、溝７をレーザエッチングで形成するので、レーザエッチング装置の条件（スキャン条件等）を調整することによって、溝７の構造（幅、深さ等）、パターンを簡単に制御することができる。これにより、金属−樹脂複合体１に加わる応力を樹脂体３に効果的に分散できる凹凸パターン（溝７のパターン）を形成することができる。たとえば、溝７を化学エッチングで形成する場合に比べて、レーザエッチングを用いることによって、パターンの精度を向上させることができる。なお、溝７は、レーザエッチングの他、たとえば、金型転写によって形成することもできる。
【００２７】
また、この実施形態の方法によれば、連続繊維からなる強化繊維４を配置可能な３Ｄプリンタを使用しているので、強化繊維４の位置、方向、量を制御することによって、金属体２の溝７から樹脂体３の内部へと、容易に、強化繊維４を連続的に繋げることができる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００２８】
たとえば、前述の実施形態では、本発明の金属体の第１部分および第２部分の一例として、それぞれ、金属体２の第１面５および第２面６を示したが、溝７の深さ方向上部１０が開口した第１部分、および溝７の少なくとも一端８が開口した第２部分は、図１のように明確に区画された面でなくてもよい。たとえば、図７に示すように、金属体２の第１面５が、平面状の第１部分１５と、当該第１部分１５の端部から傾斜した曲面状の第２部分１６とを含んでいてもよい。この場合、溝７の深さ方向上部１０が金属体２の第１部分１５で開口し、溝７の一端が金属体２の第２部分１６で開口していてもよい。
【００２９】
また、前述の実施形態では、強化繊維４は、樹脂体３の内部で連続して繋がっていたが、たとえば、図８に示すように、樹脂体３の内部で分断されていてもよい。
また、前述の実施形態では、溝７は、一端８および他端９の両方が金属体２の第２面６の異なる位置で開口するように形成されていたが、たとえば、図９に示すように、溝７の一端８が金属体２の第２面６で開口し、溝７の他端９は、金属体２の内方領域に配置されていてもよい。この場合、強化繊維４は、一端を金属体２（溝７）の内部に有し、他端を樹脂体３の内部に有しており、図２に示した形態とは異なり、完全に連続していなくてもよい。なお、図９の形態であっても、溝７の他端９が、一端８から延びる直線上に配置されておらず、溝７が曲がっているので、前述の強化繊維４の引っ掛かり効果を享受することができる。
【００３０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…金属−樹脂複合体、２…金属体、３…樹脂体、４…強化繊維、５…（金属体の）第１面、６…（金属体の）第２面、７…溝、８…（溝の）一端、９…（溝の）他端、１０…（溝の）上部、１５…（金属体の）第１部分、１６…（金属体の）第２部分
【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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