(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成形体の粗面化対象部に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで、前記粗面化対象部の表層部を多孔構造にする工程を有しており、
前記粗面化対象部の表層部に形成された多孔構造が、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有する幹孔と、幹孔の内壁面から幹孔とは異なる方向に形成された枝孔からなる開放孔を有しているものであり、
前記粗面化対象部の表層部が、金属成形体の表面からの開放孔の深さまでの５０〜５００μmの深さ範囲のものである、金属成形体の粗面化方法。
【請求項２】
金属成形体の粗面化対象部に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで、前記粗面化対象部の表層部を多孔構造にする工程を有しており、
前記粗面化対象部の表層部に形成された多孔構造が、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有する幹孔と、幹孔の内壁面から幹孔とは異なる方向に形成された枝孔からなる開放孔と、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有していない内部空間を有しており、さらに前記開放孔と前記内部空間を接続するトンネル接続路を有しているものであり、
前記粗面化対象部の表層部が、金属成形体の表面からの開放孔の深さまでの５０〜５００μmの深さ範囲のものである、金属成形体の粗面化方法。
【請求項３】
前記レーザー光を連続照射する工程が、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π・〔スポット径／２〕2）から求められるエネルギー密度Ｅ１（Ｗ／μm2）が０．２〜１０Ｗ／μm2の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程である、請求項１または２記載の金属成形体の粗面化方法。
【請求項４】
前記レーザー光を連続照射する工程が、
出力(Ｗ）が２０〜９５０Ｗであり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであるとき、
下記式からもとめられる、1回のスキャンで単位面積あたりの金属に与えるエネルギー量であるエネルギー密度Ｅ２（Ｊ／μm2）が１×１０-7≦Ｅ２≦４×１０-5の範囲になるようにレーザー照射する工程である、請求項１または２記載の金属成形体の粗面化方法。
Ｅ２＝（出力〔Ｗ〕）／（スポット径〔μm〕×照射速度〔mm／sec〕×1000）
【請求項５】
前記レーザー光を連続照射する工程が、
出力（Ｗ）が２０〜９５０Ｗであり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
パス回数が５〜２０回であるとき、
下記式から求められる、１回以上のスキャンで単位面積あたりの金属に与えるエネルギー積算量であるエネルギー密度Ｅ３（Ｊ／μm2）が５×１０-7≦Ｅ３≦８×１０-4の範囲になるようにレーザー照射することにより１本の線（溝）の長さ方向に直交する方向の断面形状を制御する、請求項１または２項記載の金属成形体の粗面化方法。
Ｅ３＝Ｅ２×パス回数
［式中、Ｅ２＝（出力〔Ｗ〕）／（スポット径〔μm〕×照射速度〔mm／sec〕×1000）］
【請求項６】
前記の積算エネルギー密度Ｅ３を所定範囲にすることによって、１本の線（溝）の長さ方向に直交する方法の断面形状が次の（ａ）〜（ｄ）の断面形状を含み、前記（ａ）〜（ｄ）の断面形状の合計数の内、（ａ）鍵穴溝と（ｂ）独立穴の合計数が５０％以上になるように制御する、請求項５記載の金属成形体の粗面化方法。
（ａ）鍵穴溝
開口部幅Ｄ１、第１内部幅Ｄ２、および第２内部幅Ｄ３の大小関係が、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３、Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２、Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ１およびＤ３＞Ｄ１＞Ｄ２から選ばれるいずれかを満たす断面形状部分（但し、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３は含まれない）
（ｂ）独立穴
見かけ上は独立した穴であるが、溝の側壁部の一端側または両端側が熱溶融して幅方向に突き出され、開口部に橋が架けられて蓋がされたような構造になっているもの。
（ｃ）Ｗ字溝
溝の底部または底部と側壁部が熱溶融して形成された突起が、溝の長さ方向に突き出された構造になっているものであり、前記突起を含む断面形状がＷ字形状になっているもの。
（ｄ）Ｖ字溝
断面形状がＶ字形状の溝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属成形体の粗面化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属成形体の表面を粗面化する方法としてサンドブラストが汎用されており、例えば、特許文献１の請求項２、特許文献２の請求項１７、特許文献３の請求項６などには、粗面化方法としてサンドブラストを使用することが記載されている。
また金属成形体の表面を粗面化する他の方法として、例えば、特許文献１の請求項２、特許文献４の請求項３には、レーザーエッチングが記載されている。
特許文献１、４には、レーザーエッチングの詳細についての記載はないが、特許文献５の段落番号００５２、特許文献６の段落番号０１００には、レーザーエッチングがパルスレーザーを使用したものであることが記載されている。
【０００３】
サンドブラストによる粗面化方法では、例えば、凹凸や角部の多い金属成形体のような場合には、均一状態で粗面化ができない場合がある。
パルスレーザーを使用したレーザーエッチングでは、金属成形体の単位面積当たりの加工時間が長くなり、工業的規模の実施では生産性が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-71453号公報
【特許文献２】特開2010-50539号公報
【特許文献３】特開2009-246320号公報
【特許文献４】特開2014-516805号公報
【特許文献５】特開2014-107533号公報
【特許文献６】特開2004-163498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、処理対象となる金属成形体の表面形状に関係なく均一に粗面化することができ、加工時間も短縮することができる、金属成形体の粗面化方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属成形体の粗面化対象部に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで、前記粗面化対象部の表層部を多孔構造にする工程を有しており、
前記粗面化対象部の表層部に形成された多孔構造が、厚さ方向に形成された、表面側に開口部を有する幹孔と、幹孔の内壁面から幹孔とは異なる方向に形成された枝孔からなる開放孔を有しているものであり、
前記粗面化対象部の表層部が、金属成形体の表面からの開放孔の深さまでの５０〜５００μmの深さ範囲のものである、金属成形体の粗面化方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の金属成形体の粗面化方法によれば、金属成形体の形状に拘わらず、短時間で所望部分を粗面化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の粗面化方法を適用すする金属成形体（平板）の斜視図。
【図２】本発明の粗面化方法を適用する金属成形体（円柱）の斜視図。
【図３】本発明の粗面化方法を適用する金属成形体（三角錐）の斜視図。
【図４】レーザー光の連続照射パターンの説明図。
【図５】別実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。
【図６】さらに別実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。
【図７】一実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。
【図８】（ａ）は図７に示すＤ−Ｄ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｂ）は図７に示すＤ−Ｄ間の矢印方向から見たときの別実施形態の断面図。
【図９】（ａ）は図７に示すＡ−Ａ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｂ）は図７に示すＢ−Ｂ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｃ）は図７に示すＣ−Ｃ間の矢印方向から見たときの断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、レーザー光を線状に連続照射したときの長さ方向に直交する断面形状を示した図であり、（ａ）〜（ｄ）の断面形状の溝が混在していることを示している。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、図１０の（ａ）〜（ｄ）の平面図。
【図１２】図１０の（ｃ）、図１１の（ｃ）の長さ方向の断面図。
【図１３】実施例において本発明の粗面化方法を適用した金属成形体の平面図。
【図１４】実施例１でレーザーを連続照射した後の金属成形体表面のＳＥＭ写真。
【図１５】実施例２でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図１６】実施例３でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図１７】実施例４でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図１８】実施例５でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図１９】実施例６でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図２０】比較例２でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図２１】別の実施例において本発明の粗面化方法を適用した金属成形体の平面図。
【図２２】別の実施例において本発明の粗面化方法を適用した金属成形体の平面図。
【図２３】圧縮成形で製造された複合成形体の斜視図。
【図２４】実施例１０で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図２５】実施例１１で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図２６】実施例１２で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図２７】実施例１５で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図２８】実施例１６でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図２９】実施例１６で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図３０】実施例１７でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図３１】実施例２１でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図３２】実験例１のエネルギー密度と溝深さとの関係を示すグラフと、複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。
【図３３】実験例１のエネルギー密度と溝幅との関係を示すグラフと、レーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。
【図３４】実施例４３においてレーザー照射後の金属成形体（アルミニウム板）の表面のＳＥＭ写真。パスは繰り返し回数を示している。
【図３５】図３４において、２０パスの表面状態を画像処理して示した図。
【図３６】実施例４３におけるＸ線ＣＴ画像の撮影方法の説明図。
【図３７】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数５パスの計１０枚の１〜３枚のＸ線静止画。
【図３８】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数５パスの計１０枚の４〜６枚のＸ線静止画。
【図３９】（ａ）〜（ｄ）は、レーザー照射回数５パスの計１０枚の７〜１０枚のＸ線静止画。
【図４０】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数１０パスの計１０枚の１〜３枚のＸ線静止画。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数１０パスの計１０枚の４〜６枚のＸ線静止画。
【図４２】（ａ）〜（ｄ）は、レーザー照射回数１０パスの計１０枚の７〜１０枚のＸ線静止画。
【図４３】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数２０パスの計１０枚の１〜３枚のＸ線静止画。
【図４４】（ａ）〜（ｃ）は、レーザー照射回数２０パスの計１０枚の４〜６枚のＸ線静止画。
【図４５】（ａ）〜（ｄ）は、レーザー照射回数２０パスの計１０枚の７〜１０枚のＸ線静止画。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の粗面化方法は、金属成形体の粗面化対象部に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する。
このように粗面化対象部に対して高い照射速度でレーザー光を連続照射することで、ごく短時間で粗面化対象部を粗面にすることができる。
【００１０】
本発明の粗面化方法を適用する金属成形体の粗面化対象部は、粗面化対象面と前記面の一部の両方を含む意味である。
本発明の粗面化方法を適用する金属成形体の粗面化対象部は特に制限されず、例えば、平面、曲面、２つの平面の境界部分の角部、３つ以上の平面からなる尖端部、平面と曲面が組み合わされた面、前記各面が凹凸を有している面、これらの一部分などである。
【００１１】
本発明の粗面化方法を適用する金属成形体の粗面化対象部の例について、図１〜図３に示す金属成形体で説明する。
図１は、面１１１に３つの凹部１１２、１１３、１１４と凹部間の凸部１１５、１１６を有している平板１００である。平板１００では、各平面のほか、凹凸部分も粗面化対象部となる。
図２は、大径の円柱１２１と小径の円柱１２２が一体化された円柱１２０である。円柱１２０では、大径の円柱１２１の周面１２２、端面１２３、周面１２２と端面１２３の境界部、小径の円柱１２２の周面１２４、端面１２５、周面１３４と端面１２５の境界部、大径の円柱１２１と小径の円柱１２２の段差面１２６などが粗面化対象部となる。
図３は、三角錐１３０である。三角錐１３０では、面１３１、面１３２などの平面、面１３１と面１３２の境界部１３３、３つの面の境界部である尖端部１３４などが粗面化対象部となる。
また、リング、筒、半球、球、立体格子や木の枝のような複雑な形状のもの、針、ワイヤのような細いものの全ての面を粗面化対象部とすることができる。
【００１２】
前記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、亜鉛、チタン、銅、マグネシウムおよびそれらを含む合金、タングステンカーバイド、クロミウムカーバイドなどのサーメットから選ばれるものを挙げることができ、これらの金属に対して、アルマイト処理、めっき処理などの表面処理を施したものに適用できる。
【００１３】
金属成形体の粗面化対象部に照射するときの連続波レーザーの照射速度は、２０００〜２０，０００mm／secが好ましく、２，０００〜１８，０００mm／secがより好ましく、２，０００〜１５，０００mm／secがさらに好ましい。
連続波レーザーの照射速度が前記範囲であると、加工速度を高めることができるため、加工時間を短縮することができる。
【００１４】
連続波レーザーの照射は、例えば、（Ａ）、（Ｂ）であるときの加工時間が０．１〜３０秒の範囲になるようにレーザー光を連続照射することが好ましい。
（Ａ）レーザー光の照射速度が２０００〜１５０００mm／sec
（Ｂ）金属成形体の接合面の面積が１００mm2
要件（Ａ）、（Ｂ）であるときの加工時間を上記範囲内にするとき、粗面化対象部の全面を粗面化することができる。
【００１５】
レーザー光の連続照射は、例えば次のような方法を適用することができるが、粗面化対象部を粗面化できる方法であれば特に制限されるものではない。
（I）図４、図５に示すように、粗面化対象部（例えば長方形の面とする）の一辺（短辺または長辺）側から反対側の辺に向かって１本の直線または曲線が形成されるように連続照射し、これを繰り返して複数本の直線または曲線を形成する方法。
（II）前記粗面化対象部の一辺側から反対側の辺に向かって連続的に直線または曲線が形成されるように連続照射し、今度は逆方向に間隔をおいての直線または曲線が形成されるように連続照射することを繰り返す方法。
（III）前記粗面化対象部の一辺側から反対側の辺に向かって連続照射し、今度は直交する方向に対して連続照射する方法。
（IV）前記粗面化対象部に対してランダムに連続照射する方法。
【００１６】
（I）〜（IV）の方法を実施するとき、レーザー光を複数回連続照射して１本の直線または１本の曲線を形成することもできる。
同じ連続照射条件であれば、１本の直線または１本の曲線を形成するための照射回数（繰り返し回数）が増加するほど粗面化対象部に対する粗面化の程度が大きくなる。
【００１７】
（I）、（II）の方法において、複数本の直線または複数本の曲線を形成するとき、それぞれの直線または曲線が０．００５〜１ｍｍの範囲（図４に示すｂ１の間隔）で等間隔に形成されるようにレーザー光を連続照射することができる。
このときの間隔は、レーザー光のビーム径（スポット径）よりも大きくなるようにする、また、このときの直線または曲線の本数は、金属成形体の粗面化対象部の面積に応じて調整することができる。
【００１８】
（I）、（II）の方法において、複数本の直線または複数本の曲線を形成するとき、それぞれの直線または曲線が０．００５〜１ｍｍの範囲（図４、図５に示すｂ１の間隔）で等間隔に形成されるようにレーザー光を連続照射することができる。
そして、これらの複数本の直線または複数本の曲線を１群として、これを複数群形成することができる。
このときの各群の間隔は０．０１〜１ｍｍの範囲（図５に示すｂ２の間隔）で等間隔になるようにすることができる。
なお、図４、図５に示す連続照射方法に代えて、図６に示すように、連続照射開始から連続照射終了までの間、中断することなく連続照射する方法も実施することができる。
【００１９】
レーザー光の連続照射は、例えば次のような条件で実施することができる。
出力は４〜４０００Ｗが好ましく、５０〜２５００Ｗがより好ましく、１００〜２０００Ｗがさらに好ましく、２５０〜２０００Ｗがさらに好ましい。
ビーム径（スポット径）は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、１０〜１００μmがさらに好ましく、１１〜８０μmがさらに好ましい。
さらに出力とスポット径の組み合わせの好ましい範囲は、レーザー出力とレーザー照射スポット面積（π・〔スポット径／２〕2）から求められるエネルギー密度Ｅ１（Ｗ／μm2）より選択することができる。
エネルギー密度Ｅ１（Ｗ／μm2）は、０．１Ｗ／μm2以上が好ましく、０．２〜１０Ｗ／μm2がより好ましく、０．２〜６．０Ｗ／μm2がさらに好ましい。
エネルギー密度Ｅ１（Ｗ／μm2）が同じであるとき、出力（Ｗ）が大きい方がより大きなスポット面積（μm2）に対してレーザー照射できることになるため、処理速度（１秒当たりのレーザー照射面積；mm2／sec）が大きくなり、加工時間も短くすることができる。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１２００ｎｍがより好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。
【００２０】
連続波レーザーの照射速度、レーザー出力、レーザービーム径（スポット径）およびエネルギー密度Ｅ１との好ましい関係は、連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、前記レーザー出力とスポット面積（π・〔スポット径／２〕2）から求められるエネルギー密度Ｅ１（Ｗ／μm2）が０．２〜１０Ｗ／μm2の範囲である。
【００２１】
連続波レーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー（好ましくはシングルモードファイバーレーザー）、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、ＹＡＧレーザー、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。これらの中でもエネルギー密度が高められることから、ファイバーレーザーが好ましく、特にシングルモードファイバーレーザーが好ましい。
【００２２】
本発明の粗面化方法では、金属成形体の粗面化対象部に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射しているため、レーザー光が連続照射された部分は粗面化される。
このときの金属成形体の粗面化対象部の状態の一実施形態を図７〜図９により説明する。
図７に示すとおり、レーザー光（例えば、スポット径１１μm）を連続照射して多数の線（図面では３本の線６１〜６３を示している。各線の間隔は５０μm程度。）を形成することで粗面化することができる。１本の直線への照射回数は１〜１０回が好ましい。
【００２３】
１本の直線への照射の繰り返し回数（パス回数）が１０回を超える回数である場合には、粗面化のレベルをより高めることができるが、合計照射時間が長くなる。このため、目的とする粗面化のレベルを考慮して、１本の直線への照射回数を決めることが好ましい。
１本の直線への照射の繰り返し回数（パス回数）が１０回を超える回数であるとき、好ましくは１０回超〜５０回以下、より好ましくは１５〜４０回、さらに好ましくは２０〜３５回である。
１本の直線に繰り返し照射するときは、双方向照射と一方向照射を選択することができる。
双方向放射は、１本のライン（溝）を形成するとき、ライン（溝）の第１端部から第２端部に連続波レーザーを照射した後、第２端部から第１端部に連続波レーザーを照射して、その後は、第１端部から第２端部、第２端部から第１端部というように繰り返し連続波レーザーを照射する方法である。
一方向照射は、第１端部から第２端部への一方向の連続波レーザー照射を繰り返す方法である。
【００２４】
このとき、粗面化された粗面化対象部を含む金属成形体の表層部は、図８（ａ）、図９（ａ）〜（ｃ）に示すようになっている。なお、「金属成形体の表層部」は、金属成形体の表面から粗面化により形成された開放孔（幹孔または枝孔）の深さ程度までの部分であり、金属成形体の表面からの深さが５０〜５００μmまで程度の範囲である。
【００２５】
粗面化された粗面化対象部を含む金属成形体の表層部は、図８、図９に示すように、粗面化対象部（粗面化対象面）１２側に開口部３１のある開放孔３０を有している。
開放孔３０は、厚さ方向に形成された開口部３１を有する幹孔３２と、幹孔３２の内壁面から幹孔３２とは異なる方向に形成された枝孔３３からなる。枝孔３３は、１本または複数本形成されていてもよい。
【００２６】
粗面化された粗面化対象部１２を含む金属成形体の表層部は、図８、図９に示すように、粗面化対象部（粗面化対象面）１２側に開口部のない内部空間４０を有している。
内部空間４０は、トンネル接続路５０により開放孔３０と接続されている。
【００２７】
粗面化された粗面化対象部１２を含む金属成形体の表層部は、図８（ｂ）に示すように、複数の開放孔３０が一つになった開放空間４５を有していてもよいし、開放空間４５は、開放孔３０と内部空間４０が一つになって形成されたものでもよい。一つの開放空間４５は、一つの開放孔３０よりも内容積の大きなものである。
なお、多数の開放孔３０が一つになって溝状の開放空間４５が形成されていてもよい。
【００２８】
図示していないが、図９（ａ）に示すような２つの内部空間４０同士がトンネル接続路５０で接続されていてもよいし、図８（ｂ）に示すような開放空間４５と、開口孔３０、内部空間４０、他の開放空間４５がトンネル接続路５０で接続されていてもよい。
【００２９】
内部空間４０は、全てが開放孔３０および開放空間４５の一方または両方とトンネル接続路５０で接続されているものであるが、内部空間４０のうちの一部が開放孔３０および開放空間４５と接続されていない閉塞状態の空間であってもよい。
【００３０】
このようにレーザー光を連続照射したときに図８、図９で示されるような開放孔３０、内部空間４０などが形成される詳細は不明であるが、所定速度以上でレーザー光を連続照射したとき、金属成形体表面に一旦は孔や溝が形成されるが、溶融した金属が盛り上がって蓋をしたり、堰き止めたりする結果、開放孔３０、内部空間４０、開放空間４５が形成されるものと考えられる。
また、同様に開放孔３０の枝孔３３やトンネル接続路５０が形成される詳細も不明であるが、一旦形成された孔や溝の底部付近に滞留した熱によって、孔や溝の側壁部分が溶融する結果、幹孔３２の内壁面が溶融して枝孔３３が形成され、さらに枝孔３３が延ばされてトンネル接続路５０が形成されるものと考えられる。
なお、連続波レーザーに代えてパルスレーザーを使用したときには、金属成形体の粗面化対象部には開放孔や溝が形成されるが、開口部を有していない内部空間と、前記開放孔と前記内部空間を接続する接続通路は形成されない。
【００３１】
本発明の金属成形体の粗面化方法は、金属成形体の粗面化対象面１２に対するレーザー光を連続照射する工程においては、下記式からもとめられる、１回のスキャンで単位面積あたりの金属に与えるエネルギー量であるエネルギー密度Ｅ２（Ｊ／μm2）が１×１０-7≦Ｅ２≦４×１０-5の範囲になるようにレーザー光を連続照射することができる。
また本発明の金属成形体の粗面化方法は、下記式から求められる、１回以上のスキャンで単位面積あたりの金属に与えるエネルギー積算量であるエネルギー密度Ｅ３（Ｊ／μm2）が５×１０-7≦Ｅ３≦８×１０-4の範囲になるようにレーザー照射することにより１本の線（溝）の長さ方向に直交する方向の断面形状を制御することができる。
Ｅ２＝（出力〔Ｗ〕）／（スポット径〔μm〕×照射速度〔mm／sec〕×1000）
Ｅ３＝Ｅ２×パス回数
（式中、
出力（Ｗ）が２０〜９５０Ｗであり、
スポット径（μm）が５〜１００μmであり、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
パス回数が５〜２０回である。）
【００３２】
本発明の金属成形体の粗面化方法は、金属成形体の粗面化対象面１２に対するレーザー光を連続照射する工程において、積算エネルギー密度Ｅ３を調整することによって、１本の線（溝）の長さ方向に直交する方法の断面形状が次の（ａ）〜（ｄ）の断面形状を含み、前記（ａ）〜（ｄ）の断面形状の合計数の内、（ａ）鍵穴溝と（ｂ）独立穴の合計数が５０％以上になるように制御することができる。
前記（ａ）〜（ｄ）の断面形状の合計数の内、（ａ）鍵穴溝と（ｂ）独立穴の合計数は、６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、７５％以上であることがさらに好ましい。
また、前記（ａ）〜（ｄ）の断面形状の合計数の内、（ａ）鍵穴溝の数は、２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがさらに好ましい。
このようにして（ａ）〜（ｄ）の断面形状の割合を調整することで、用途に応じた粗面化状態になるように制御することができるようになる。
（ａ）〜（ｄ）の断面形状のそれぞれの割合は、実施例に記載の測定方法により求めることができる。
【００３３】
（ａ）鍵穴溝
図１０（ａ）、図１１（ａ）は、粗面化対象面１２に形成された断面形状が鍵穴に類似した形状の溝（鍵穴溝）２０１である。開口部幅Ｄ１、第１内部幅Ｄ２、第２内部幅Ｄ３の大小関係は、図１０（ａ）に示すＤ１＝Ｄ２＜Ｄ３の関係に限定されない。第１内部幅Ｄ２は、中間付近の深さ位置の幅であり、溝幅が最小または最大になる部分の幅である。
第２内部幅Ｄ３は、第１内部幅Ｄ２から底面までの間の幅であり、第１内部幅Ｄ２が溝幅の最大値であるときはＤ２＞Ｄ３の関係となり、第１内部幅Ｄ２が最小径であるときは、Ｄ３＞Ｄ２の関係となる。
開口部幅Ｄ１、第１内部幅Ｄ２および第２内部幅Ｄ３の大小関係は、Ｄ１＝Ｄ２＜Ｄ３のほか、図１２（ａ）に示すＤ１＞Ｄ３＞Ｄ２、図１２（ｂ）に示すＤ２＞Ｄ３＞Ｄ１および図１２（ｃ）に示すＤ３＞Ｄ１＞Ｄ２から選ばれるいずれかを満たしているものでもよい。但し、Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３は含まれない。
【００３４】
（ｂ）独立穴
図１０（ｂ）は、粗面化対象面１２に形成された見かけ上は独立した穴（独立穴）２０２である。
独立穴２０２は、図１１（ｂ）に示すように、粗面化対象面１２に形成された溝の側壁部の一端側または両端側が熱溶融して幅方向に突き出された結果、橋が架けられたような構造（蓋がされたような構造）になっているものである。
図１０（ｂ）は、図１１（ｂ）において実線で示す位置の矢印方向からの断面図である。
【００３５】
（ｃ）Ｗ字溝
図１０（ｃ）は、粗面化対象面１２に形成された見かけ上はＷ字形状の溝（Ｗ字溝）２０３である。
Ｗ字溝は、図１１（ｂ）、図１２（ｄ）に示すように、底部または底部と側壁部が熱溶融して形成された突起２１１が、溝の長さ方向に突き出された構造になっているものであり、前記突起を含む断面形状がＷ字形状になっているものである。
図１０（ｃ）は、図１１（ｃ）および図１２（ｄ）において実線で示す位置の矢印方向からの断面図である。
【００３６】
（ｄ）Ｖ字溝
図１０（ｄ）、図１１（ｄ）は、粗面化対象面１２に形成された断面形状がＶ字形状の溝（Ｖ字溝）２０４である。開口部径（Ｄ11）が最大で、内部径Ｄ12は開口部径Ｄ11よりも小さくなっている。
【００３７】
本発明の金属成形体の粗面化方法は、サンドブラストやパルスレーザーエッチングの代替法として使用することができる。
本発明の金属成形体の粗面化方法は、サンドブラストでは充分に粗面化できないような形状の金属成形体面またはその部分に対しても使用することができるほか、粗面化するときにはマスキングも不要になる。
本発明の金属成形体の粗面化方法は、金属成形体の滑り止め加工、艶消し加工（反射防止加工）のほか、触り心地を改善するための加工などにも適用することができる。
本発明の金属成形体の粗面化方法は、所望の文字、数字、図形、模様、商標、氏名、名称またはこれらの組み合わせなどを分散させて形成することで粗面化することもできるため、上記加工による各効果に加えて、さらに見た目の美しさも付与することができる。
本発明の金属成形体の粗面化方法を適用して表層部に上記したような（図８、図９に示すような）多孔構造を形成させたとき、粘度の小さい粘着剤を塗布して多孔構造部分内に侵入保持させることで、長期間粘着力を有する粘着面にすることができる上、表面が微細な凹凸を有しているため、貼り付けたものは剥がし易くなる。
本発明の金属成形体の粗面化方法を適用して表層部に上記したような（図８、図９に示すような）多孔構造を形成させたとき、前記多孔構造部分に水、各種有機溶媒、各種薬剤を含む水溶液または有機溶媒溶液、各種香料を含む水溶液または有機溶媒溶液などを保持させた状態にして、水、各種有機溶媒を少しずつ蒸発させるようにすることができ、さらに前記薬剤中の薬効成分（例えば、室温で揮発性の薬効成分）、香料（例えば、室温で揮発性の香料）を少しずつ放出させるようにすることができる。
【実施例】
【００３８】
実施例１〜６、比較例１〜３
実施例および比較例は、図１３に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の粗面化対象部１２の全面（40mm2の広さ範囲）に対して、表１に示す条件でレーザー光を連続照射した。
実施例１〜５、比較例１〜３は図４に示すようにレーザー光を連続照射し、実施例６は図５に示すようにレーザー光を連続照射した。
【００３９】
図１４は、実施例１の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍、700倍、2500倍）である。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１５は、実施例２の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１６は、実施例３の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１７は、実施例４の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１８は、実施例５の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１９は、実施例６の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図２０は、比較例２の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。照射速度が１０００mm／secであることから、粗面化対象部の粗面化が十分になされていなかった。
【００４０】
【表１】
0006510296.tif 000002
【００４１】
実施例１〜６と比較例１との対比から確認できるとおり、連続波レーザーを使用することで、パルス波レーザーを使用した場合と比べて、加工時間を大きく短縮できた。
工業的規模で大量生産することを考慮すれば、加工時間の短縮ができること、即ち、製造に要するエネルギーも低減できることによる工業的価値は非常に大きなものである。
【００４２】
実施例７〜９、比較例４〜６
実施例および比較例は、図２１に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の粗面化対象部１２の全面（90mm2の広さ範囲）に対して、表２に示す条件でレーザー光を連続照射した。
【００４３】
【表２】
0006510296.tif 000003
【００４４】
実施例７〜９と比較例４との対比から確認できるとおり、連続波レーザーを使用することで、パルス波レーザーを使用した場合と比べて、加工時間を大きく短縮できた。
【００４５】
実施例１０〜１５、比較例７〜９
実施例および比較例は、図２２に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の粗面化対象部１２の全面（40mm2の広さ範囲）に対して、表３に示す条件でレーザーを連続照射した。
実施例１０〜１４、比較例８、９は図４に示すようにレーザー光を連続照射し、実施例１５は図５に示すようにレーザー光を連続照射し、比較例７は図６に示すようにレーザー光を照射した。
【００４６】
【表３】
0006510296.tif 000004
【００４７】
実施例１０〜１５は、金属成形体１０を粗面化対象部１２に対して、それぞれ実施例１〜６と同様にしてレーザー光を連続照射したものであるから、金属成形体１０の粗面化対象部１２の表面は、それぞれ実施例１〜６において示したＳＥＭ写真（図１４〜図１９）と同様のものとなる。
実施例１０〜１５と比較例７との対比から確認できるとおり、連続波レーザーを使用することで、パルス波レーザーを使用した場合と比べて、加工時間を大きく短縮できた。
【００４８】
次に、処理後の金属成形体を使用して、下記の方法で圧縮成形して複合成形体を得た。複合成形体にすることで、粗面化された面の厚さ方向の断面構造（多孔構造）が確認し易くなる。
＜圧縮成形＞
金属成形体１０を粗面化対象部１２が上になるように型枠内（テフロン製）に配置し、粗面化対象部１２上に樹脂ペレットを加えた。その後、型枠を鉄板で挟みこみ、下記条件で圧縮して、図２３に示す複合成形体を得た。
樹脂ペレット：PA66樹脂（2015B，宇部興産（株）製）
温度：２８５℃
圧力：１MPa（予熱時）、１０MPa
時間：２分間（予熱時）、３分間
成形機：東洋精機製作所製圧縮機（mini test press-10）
【００４９】
〔内部空間の観察方法〕
開口部を有していない内部空間の有無を確認した。以下にその方法を示す。
複合成形体の粗面化対象部１２を含む接合部において、レーザー照射方向に対して垂直方向（図７のA-A、B-B、C-C方向）にランダムに３箇所切断し、それぞれの表層部の断面部を走査型電子顕微鏡（SEM）で無作為に３点観察した。
SEM観察写真（５００倍）において内部空間の有無を確認できた場合、その個数を数えた。なお、内部空間の最大径が10μm以下のものは除外した。
内部空間の個数（９箇所での平均値）を示した（表３）。
また、内部空間を微小部X線分析（EDX）で分析し、樹脂が内部空間まで侵入していることを確認した。
SEM：日立ハイテクノロジーズ社製  S-3400N
EDX分析装置：アメテック（旧エダックス・ジャパン）社製  Apollo  XP
なお、顕微レーザラマン分光測定装置を用いても樹脂が内部空間まで侵入していることを確認できる。
【００５０】
図２４は、実施例１０の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図７のＡ〜Ｃの断面図）。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
図２４からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
【００５１】
図２５は、実施例１１の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図７のＡ〜Ｃの断面図）。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
図２５からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
【００５２】
図２６は、実施例１２の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図７のＡ〜Ｃの断面図）。
図２６からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
【００５３】
図２７は、実施例１５の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
金属成形体１０には、多数の開放孔３０が形成されていることが確認できる。
【００５４】
実施例１９〜２１
図２２に示す金属成形体（表４に示す金属）の粗面化対象部１２の全面（40mm2の広さ範囲）に対して、表４に示す条件でレーザーを連続照射した。レーザー光は図４に示すように連続照射した。
次に、処理後の金属成形体を使用して、実施例１０〜１５と同様に圧縮成形して複合成形体を得た。複合成形体にすることで、粗面化された面の厚さ方向の断面構造（多孔構造）が確認し易くなる。
引張試験と内部空間の観察方法は、実施例１０〜１５と同様に実施した。
【００５５】
【表４】
0006510296.tif 000005
【００５６】
図２８は、実施例１６の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図２９は、実施例１６の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図７のＡ〜Ｃの断面図）。
図３０は、実施例１７の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図３１は、実施例２１の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の粗面化対象部のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。粗面化対象部が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
【００５７】
実験例１
実施例１と同様にして、アルミニウム板表面にレーザー照射したときのエネルギー密度と溝の深さの関係（図３２）、エネルギー密度と溝の幅の関係（図３３）を試験した。
その結果、エネルギー密度が０．２Ｗ／μm2付近において、明確な違いが認められた。
【００５８】
実施例２２〜３５
実施例７〜９（表２）と同様にして、図２１に示す金属成形体（表５に示す金属）の粗面化対象部１２の全面（90mm2の広さ範囲）に対して、表５に示す条件でレーザー光を連続照射した。
【００５９】
【表５】
0006510296.tif 000006
【００６０】
実施例３６〜４２
実施例７〜９（表２）と同様にして、図２１に示す金属成形体（表６に示す金属）の粗面化対象部１２の全面（90mm2の広さ範囲）に対して、表６に示す条件でレーザー光を連続照射した。
【００６１】
【表６】
0006510296.tif 000007
【００６２】
実施例４３
鋼板（３３０×４００×１２ｍｍ）の上に３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍのアルミニウム（A5052）板を置き、アルミニウム板の露出面の２０×６ｍｍの範囲に対して、表３に示すレーザー照射条件にて連続照射した。
表３に示すレーザー照射条件のとき、Ｅ２は2.5×10-6（J/μm2）である。
Ｅ３の範囲は、
下限値が（274Ｗ×１回）／（11μm×10000mm/sec×1000）＝2.5×10-6（J/μm2）、
上限値が（274Ｗ）×２０回）／（11μm×10000mm/sec×1000）＝5.0×10-5（J/μm2）
の範囲となる。
図３４に、実施例４３の異なるパス数（繰り返し回数）のレーザー照射後の金属成形体（アルミニウム板）の表面のＳＥＭ写真を示した。
図３５に図３４の２０パスの表面状態を画像処理して示した図を示す。図３４と図３５からも、溝の長さ方向に直交する方向の断面形状が異なっていることが確認できる。
【００６３】
【表７】
0006510296.tif 000008
【００６４】
次に、実施例４３のレーザー照射後の粗面化された面について、図３６に示すようにして、溝の長さ方法に直交する方向（矢印の方向）からの断面形状のＸ線静止画を撮影した。Ｘ線静止画は、幅０．２１ｍｍの間隔にて１０枚を撮影した。
図３７〜図３９に５パスの計１０枚のＸ線静止画を示し、図４０〜図４２に１０パスの計１０枚のＸ線静止画を示し、図４３〜図４５に２０パスの計１０枚のＸ線静止画を示した。
パスごとの１０枚のＸ線静止画から、それぞれの鍵穴溝２０１、独立穴２０２、Ｗ字溝２０３、Ｖ字溝２０４の数を全て計測し、合計数中のそれぞれの割合（％）を求めた。結果を表７に示す。
なお、開口率は、２．１ｍｍ×２．１ｍｍの面積における各孔の開口部の面積の割合（％）である。
【００６５】
＜Ｘ線画像撮影条件＞
Ｘ線ＣＴ：ＭｉｃｒｏＸＣＴ−４００（Xradia社製）
測定倍率：１０倍（分解能２．５μm）
測定エリア：２．１×２．１×２．１ｍｍ
【００６６】
【表８】
0006510296.tif 000009
【００６７】
表８に示すとおり、エネルギー密度Ｅ２の合計量が増減することで、（ａ）〜（ｄ）の断面形状の割合が変化しており、パス回数が５〜２０回では、（ａ）の鍵穴溝と（ｂ）の独立穴の合計割合が高くなっていることが確認できた。
金属成形体の表層部において、（ａ）の鍵穴溝と（ｂ）の独立穴の合計割合が高くなっていると、例えば、国際公開２０１４／１５６９８９号の特許請求の範囲に記載されている発明のように、金属成形体と樹脂成形体の複合成形体を製造したとき、金属成形体と樹脂成形体との接合強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１００、１２０、１３０  金属成形体
【図１】
0006510296.tif 000010
【図２】
0006510296.tif 000011
【図３】
0006510296.tif 000012
【図４】
0006510296.tif 000013
【図５】
0006510296.tif 000014
【図６】
0006510296.tif 000015
【図７】
0006510296.tif 000016
【図８】
0006510296.tif 000017
【図９】
0006510296.tif 000018
【図１０】
0006510296.tif 000019
【図１１】
0006510296.tif 000020
【図１２】
0006510296.tif 000021
【図１３】
0006510296.tif 000022
【図１４】
0006510296.tif 000023
【図１５】
0006510296.tif 000024
【図１６】
0006510296.tif 000025
【図１７】
0006510296.tif 000026
【図１８】
0006510296.tif 000027
【図１９】
0006510296.tif 000028
【図２０】
0006510296.tif 000029
【図２１】
0006510296.tif 000030
【図２２】
0006510296.tif 000031
【図２３】
0006510296.tif 000032
【図２４】
0006510296.tif 000033
【図２５】
0006510296.tif 000034
【図２６】
0006510296.tif 000035
【図２７】
0006510296.tif 000036
【図２８】
0006510296.tif 000037
【図２９】
0006510296.tif 000038
【図３０】
0006510296.tif 000039
【図３１】
0006510296.tif 000040
【図３２】
0006510296.tif 000041
【図３３】
0006510296.tif 000042
【図３４】
0006510296.tif 000043
【図３５】
0006510296.tif 000044
【図３６】
0006510296.tif 000045
【図３７】
0006510296.tif 000046
【図３８】
0006510296.tif 000047
【図３９】
0006510296.tif 000048
【図４０】
0006510296.tif 000049
【図４１】
0006510296.tif 000050
【図４２】
0006510296.tif 000051
【図４３】
0006510296.tif 000052
【図４４】
0006510296.tif 000053
【図４５】
0006510296.tif 000054