(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状の金属部材の表面に複数の凹陥部が形成された粗面化領域に、樹脂部材が成形されてなる金属樹脂複合成形体用のインサート金属部材であって、
前記凹陥部を囲む環状壁部は、前記金属部材の溶融金属が凝固した状態で生成された環状凝固部からなり、
前記環状凝固部は、前記凹陥部の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部を備えていることを特徴とするインサート金属部材。
【請求項２】
前記複数の凹陥部には、隣り合う二つの前記凹陥部間の隔壁部が、隣り合う二つの前記環状凝固部の一部によって構成されているものが含まれており、
前記隔壁部の近傍に前記波頭状の延出部が存在していることを特徴とする請求項１に記載のインサート金属部材。
【請求項３】
前記隣り合う二つの凹陥部のうちの一つの前記凹陥部が有する前記波頭状の延出部の一部は、前記隣り合う二つの凹陥部のうちの他の前記凹陥部側から飛散した溶融金属が凝固して形成されている請求項２に記載のインサート金属部材。
【請求項４】
前記隔壁部には、前記隣り合う二つの凹陥部間を連通する連通窟が形成されている請求項２または３に記載のインサート金属部材。
【請求項５】
前記複数の凹陥部の平均直径寸法が４０μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記複数の凹陥部の平均深さ寸法が１００μｍ以上であり、
隣り合う二つの前記凹陥部の中心間の距離が、５０μｍ以上８０μｍ以下である請求項１に記載のインサート金属部材。
【請求項６】
前記金属部材が、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施されたメッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮にメッキが施されたメッキ真鍮である請求項１に記載のインサート金属部材。
【請求項７】
所定形状の金属部材の表面に複数の凹陥部が形成されてなる粗面化領域を有するインサート金属部材の前記粗面化領域に樹脂部材が成形されてなる金属樹脂複合成形体であって、
前記インサート金属部材は、前記凹陥部を囲む環状壁部が、前記金属部材の溶融金属が凝固した状態で生成された環状凝固部からなり、前記環状凝固部が前記凹陥部の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部を備えているものであり、
前記所定形状の金属部材が、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施されたメッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮にメッキが施されたメッキ真鍮であり、
前記樹脂部材がポリアセタールまたはポリフタルアミドによって形成されていることを特徴とする金属樹脂複合成形体。
【請求項８】
所定形状の金属部材の表面に複数の凹陥部が形成されてなる粗面化領域を有するインサート金属部材をインサートとして前記粗面化領域に樹脂部材がインサート成形されてなる金属樹脂複合成形体の製造方法であって
前記インサート金属部材として、前記凹陥部を囲む環状壁部が前記金属部材の溶融金属が凝固した状態で生成された環状凝固部からなり、前記環状凝固部が前記凹陥部の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部を備えているものを用い、
前記インサート金属部材を前記樹脂部材の樹脂材料の成形温度または成形温度に近い温度にしてインサート成形を実施することを特徴とする金属樹脂複合成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の表面を粗面化したインサート金属部材と、このインサート金属部材を用いた金属樹脂複合成形体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許第４０２０９５７号公報（特許文献１）には、金属表面を交差する複数の走査方向に沿ってレーザスキャニング加工することにより金属材料の表面に粗面化領域を形成する金属表面のレーザ加工方法（粗面化方法）が開示されている。この従来の粗面化方法では、複数回重畳的に交差する走査方向のレーザスキャニング加工を金属材料の表面に施すことにより、複数の交差する溝を形成している。その結果、未加工部分が複数の凸形状として残っている。この特許文献１の図１１乃至図１３には、複数の凹凸形状を示す写真が示されている。これらの写真から明らかなように、従来の方法で形成した金属材料の表面に現れている凹凸形状は頂点からなだらかに広がる山形状の凸部と、開口部から奥に向かうに従って幅寸法が小さくなるすり鉢状の凹部となる。凸部及び凹部の表面には、小さい凹凸が見られるものの、凸部の高さは、凹部の開口部の大きさと比べて小さい凹凸である。またこの公報には、該公報に示された粗面化方法を用いて粗面化されたアルミニウム、マグネシウム又はステンレス鋼からなるインサート金属材料をインサートとし、樹脂材料としてポリアセタールを含む各種の樹脂材料を用いてインサート成形をして金属樹脂複合成形体を製造することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、樹脂材料としてポリアセタールのように金属材料との接合性が悪い樹脂材料が記載され、また金属材料としてレーザ光の反射率が高いステンレス鋼が記載されている。しかしながらこれらの材料を用いて、特許文献１に示された技術を用いて金属樹脂複合成形体を製造したところ、金属材料と樹脂材料の十分な接合強度と接合面における気密性を得ることができていないことが判明した。
【０００５】
本発明の目的は、従来よりも高い接合強度を得るこができるインサート金属部材を提供することにある。
【０００６】
上記目的に加えて、本発明の他の目的は、従来よりも気密性を高くすることができるインサート金属部材を提供することにある。
【０００７】
また本発明のさらに他の目的は、従来よりも高い接合強度及び気密性を有する金属樹脂複合成形体及び金属樹脂複合成形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】
【０００８】
本発明は、所定形状の金属部材の表面に複数の凹陥部が形成された粗面化領域に、樹脂部材が成形されてなる金属樹脂複合成形体用のインサート金属部材を対象とする。本発明のインサート金属部材は、凹陥部を囲む環状壁部が、金属部材の溶融金属が凝固した状態で生成された環状凝固部からなり、環状凝固部が前記凹陥部の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部を備えている。凹陥部の開口部を狭めるように延び出る波頭状の延出部は、凹陥部に入って固化した樹脂材料に対して強いアンカーとなる。そのため従来よりも樹脂材料のインサート金属部材に対する接合強度を大幅に向上させることができる。「波頭状」とは、波の立ってくずれる形と似た形状を意味する。
【０００９】
複数の凹陥部には、隣り合う二つの凹陥部間の隔壁部が、隣り合う二つの環状凝固部の一部によって構成されているものが含まれている。この場合、隔壁部の近傍に波頭状の延出部が存在している。この隔壁部は、溶融金属の凝固物からなり、形状は複雑である。そして隔壁部周辺には溶融金属の飛散物が付着する。そのため隔壁部の近傍に波頭状の延出部が形成される確率が高く、この波頭状の延出部がアンカーとしての効果を最も発揮する。
【００１０】
隣り合う二つの凹陥部のうちの一つの凹陥部が有する波頭状の延出部の一部は、隣り合う二つの凹陥部のうちの他の凹陥部側から飛散した溶融金属が凝固して形成されている。その結果、凹陥部の開口部を狭めるように延びる大きな延出部が形成されることになる。
【００１１】
また隔壁部には隣り合う二つの凹陥部間を連通する連通窟が形成されていてもよい。このような連通窟があると、連通窟内に入って固化した樹脂材料が連通窟から抜けでない限り強力なアンカーとなる。本願明細書において、連通窟とは、隣り合う少なくとも二つの凹陥部間に位置する凝固部が形成される際に、凝固部内に形成される洞窟のような不定形の複雑な形をした空隙を意味する。本発明のインサート金属部材では、隣り合う少なくとも二つの凹陥部間に位置する凝固部内に形成された１以上の連通窟内に樹脂部材を形成するための樹脂が浸入して凝固すると、従来に無い強いアンカー効果が発生する。その結果、従来よりも樹脂材料のインサート金属部材に対する接合強度を大幅に向上させることができる。複数の凹陥部において、隣り合う二つの凹陥部でも、凹陥部間の距離が離れていたり、凹陥部形成時期が離れていると、隣り合う二つの凹陥部間の凝固部内に連通窟が形成されないものが含まれていても、連通窟が形成される限り、アンカー効果が高まることは当然である。したがって本発明は隣り合う全ての二つの凹陥部間に連通窟が形成されている場合のみを包含するものではない。
【００１２】
複数の凹陥部の平均直径寸法が４０μｍ以上１００μｍ以下であり、複数の凹陥部の平均深さ寸法が１００μｍ以上であり、隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離が、５０μｍ以上８０μｍ以下になるようにすると、従来よりも樹脂材料のインサート金属部材に対する接合強度を向上させることができる。なお各部の寸法は、実際に製造したインサート金属部材の表面及び断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大し、その画像を撮影して単位面積当たりに形成される複数の凹陥部の平面画像及び断面画像に基づいて計測してその平均値として求めた。
【００１３】
金属部材として、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施されたメッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮にメッキが施されたメッキ真鍮のように、反射率の高い金属からなるものを用いても、本発明によれば、従来よりも高い接合強度を得ることができる。
【００１４】
インサート金属部材の表面の粗面化には、所定形状の金属部材の表面に、所定のスポット径を有するレーザ光を照射することにより、複数の凹陥部を表面に形成して粗面化領域を形成する金属材料の粗面化方法を用いることができる。本発明の粗面化方法では、まず金属部材にレーザ光を照射して溶融金属を生成し、溶融金属が凝固して形成された環状凝固部により先の凹陥部を形成する第１の工程を実施する。次に先の凹陥部の環状凝固部が完全に凝固する前に、先の凹陥部から所定の距離をあけて、金属部材にレーザ光を照射して次の溶融金属を生成し、次の溶融金属が凝固して形成された次の環状凝固部により次の凹陥部を形成する第２の工程を実施する。第１の工程と第２の工程とを繰り返すことにより粗面化領域を形成する。本発明では、レーザ光のパワー、スポット径及び照射パターンを、次の溶融金属の一部が飛散して先の凹陥部を形成するための溶融金属の上に付着して凝固することにより、先の凹陥部の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部が形成されるように定める。本願明細書において「照射パターン」とは、レーザ光の照射回数、照射経路を含むレーザ光の照射条件を含むものである。したがって照射パターンによっては、１回のレーザ光の照射により前述の延出部を形成できる場合もあれば、複数回のレーザ光の照射により前述の延出部を形成できる場合もある。例えば、レーザ光のパワーが小さい場合には、一つの凹陥部を形成するために、閉ループ状の照射経路パターンに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置にレーザ光を照射することにより波頭状の延出部の生成が可能になる。本願明細書で「閉ループ状の照射経路パターン」とは、例えばレーザ光を照射する経路（またはレーザ光の照射軌跡）が、円形、楕円形、多角形等のように、閉じた形状になるパターンを意味する。なおこのパターンは、綺麗なパターンでも、また手書きのように多少乱れたパターンであってもよい。照射経路パターンが閉ループ状であれば、照射経路パターンの中心部に深さが複雑で、且つ内壁部の形状が複雑な凹陥部を形成できるだけでなく、レーザ光を照射する装置の動作をスムーズなものとすることができる。照射経路パターンに沿って、レーザ光のスポットが重なるようにレーザ光を照射すると、レーザ光の照射により溶融した溶融金属は、スポットの外側に押し出されたり、周囲に飛散して凝固する。その結果、凹陥部の開口部及び内壁部には複雑な形状の波頭状の延出部が形成される。
【００１５】
また先の凹陥部と次の凹陥部間の隔壁部が、隣り合う二つの環状凝固部の一部によって構成されており、隔壁部の近傍に波頭状の延出部が存在するように、レーザ光のパワー、スポット径及び照射パターンを定める。このようにすると隣接する凹陥部を形成する際に発生するエネルギで隔壁部が前に形成された凹陥部側に変形するとともに、飛散溶融金属が前に形成した凹陥部の開口周縁にも付着することになるため、より大きな波頭状の延出部を形成できる。したがってアンカー効果をさらに高めることができる。
【００１６】
さらに、連続して形成される二つの凹陥部間の隔壁部に二つの凹陥部間を連通する連通窟が形成されるように、レーザ光のパワー、スポット径、照射パターン及び二つの凹部の中心間の間隔を定めるのが好ましい。１つの凹陥部が形成された後に隣接して他の１つの凹陥部が形成される際に、この隣り合う二つの凹陥部間に形成される凝固部には、両凹陥部を形成するために照射されたレーザ光からのエネルギが相互に影響し合って、両凹陥部間を連通する連通窟が形成される可能性が高くなる。連通窟が形成されるメカニズムは定かではないが、ある程度の再現性を持って形成されることは、実験により確認されている。
【００１７】
具体的には、複数の凹陥部の平均直径寸法が４０μｍ以上１００μｍ以下であり、複数の凹陥部の平均深さ寸法が１００μｍ以上である場合には、隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離が、５０μｍ以上８０μｍ以下となるように、レーザ光のパワー、スポット径、照射パターン及び二つの凹部の中心間の距離を定めるのが好ましい。
【００１８】
本発明の方法を実施するためのより実用的な条件は以下の通りである。
【００１９】
所定形状の金属部材は、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施されたメッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮にメッキが施されたメッキ真鍮であり、レーザ光のパワーを２４Ｗ〜８０Ｗとし、波長を１０５４ｎｍ〜１０７４ｎｍとし、レーザ光の前記スポット径を４５μｍ〜７５μｍとし、前記照射経路パターンを直径２５μｍ〜４０μｍの円形パターンとし、照射経路パターンに沿ってパルス状にレーザ光を照射して凹陥部を形成する。そして、連続して形成される二つの凹陥部の中心間の距離を５０〜６０μｍに設定する。このような条件にすると、従来不可能であった銅等のようにレーザ光の反射率が高い金属からなる材料をインサートとして樹脂部材をインサート成形することができる。
【００２０】
本発明によれば、金属部材として、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施されたメッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮にメッキが施されたメッキ真鍮を用いた本発明のインサート金属部材をインサートとして、しかも樹脂部材がポリアセタールまたはポリフタルアミドによってインサート成形されてなる金属樹脂複合成形体において、従来の技術では得られない接合強度が得られる。
【００２１】
本発明の金属樹脂複合成形体の製造方法では、本発明のインサート金属部材を樹脂材料の成形温度または成形温度に近い温度にしてインサート成形を実施する。このようにすると凹陥部に樹脂材料が完全に充填されるまで樹脂材料の凝固または固化が始まることが無いので、凹陥部に樹脂材料を完全に充填固化させることができ、接合強度及び気密性を十分なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（Ａ）は本発明のインサート金属部材の試験用の実施の形態の一例の斜視図であり、（Ｂ）はインサート金属部材をインサートして形成される樹脂部材を単独で示す斜視図であり、（Ｃ）はインサート金属部材をインサートして樹脂部材が形成された金属樹脂複合成形体の斜視図である。
【図２】（Ａ）は粗面化した粗面化領域の実際例の拡大平面画像であり、（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡を用いて粗面化領域を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。
【図３】（Ａ）は粗面化した粗面化領域の実際例の拡大平面画像であり、（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡を用いて粗面化領域を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。
【図４】（Ａ）は粗面化した粗面化領域の実際例の拡大平面画像であり、（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡を用いて粗面化領域を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。
【図５】（Ａ）は粗面化した粗面化領域の実際例の拡大平面画像であり、（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡を用いて粗面化領域を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。
【図６】（Ａ）は凹陥部の開口部周辺の輪郭形状の例を示す模式平面図であり、（Ｂ）は熱的に影響する距離をあけて隣り合う二つの凹陥部の模式部分断面図である。
【図７】照射経路パターンを説明するための図である。
【図８】レーザ設備を説明するために用いる図である。
【図９】評価条件を説明するために用いる図である。
【図１０】（Ａ）乃至（Ｆ）は、金属材料として錫吊りメッキを施した真鍮を用い、樹脂材料としてポリアセタール（ＰＯＭ）を用いた実施例の樹脂充填後の断面図の例を示している。
【図１１】本発明の方法により表面の粗面化を行ったインサート金属部材を用いて作った金属樹脂複合成形体の実施例と比較例の試験結果を示す図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）は、閉ループ状の照射経路パターンに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置にレーザ光を照射する方法により凹陥部の中心間距離を６０μｍに設定して連続して凹陥部を形成した場合のインサート金属部材の拡大断面図とさらなる拡大断面図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、閉ループ状の照射経路パターンに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置にレーザ光を照射する方法により凹陥部の中心間距離を１００μｍ設定して連続して凹陥部を形成した場合のインサート金属部材の拡大断面図とさらなる拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の図面を参照して、本発明のインサート金属部材と、このインサート金属部材を用いた金属樹脂複合成形体及び金属材料の粗面化方法の実施の形態について詳細に説明する。図１（Ａ）は、本発明のインサート金属部材の試験用の実施の形態の一例の斜視図である。この実施の形態のインサート金属部材１は、板状の金属部材３の表面に多数の凹陥部４が形成された粗面化領域５を備えている。金属部材３としては、銅、銅合金、真鍮、銅にメッキが施された錫メッキ銅、銅合金にメッキが施されたメッキ銅合金、または真鍮に錫メッキが施されたメッキ真鍮等で、レーザ光に対する反射率の高い金属からなるものを用いている。なおアルミニウム等のレーザ光に対する反射率の低い金属からなるインサート金属部材に本発明を適用してもよいのは勿論である。
【００２４】
図１（Ｂ）は、インサート金属部材１をインサートして形成される樹脂部材７を単独で示す斜視図である。樹脂部材７には、試験用のパイプ９が一体に成形されている。そして図１（Ｃ）には、インサート金属部材１をインサートして樹脂部材７が形成された金属樹脂複合成形体１１の斜視図が示されている。
【００２５】
試験用のパイプ９は、気密性の試験のために、粗面化領域５の一部をパイプ９の内部に露出させる構造を有している。パイプ９から気体を供給したときに、粗面化領域５と樹脂部材７との間の界面から気泡が出るか否かにより、気密性の有無を確認する。またパイプ９は、インサート金属部材１を固定した状態で、パイプ９にインサート金属部材１から離れる方向（粗面化領域５と直交する方向）に所定の引き抜き力を加えたときに、樹脂部材７が粗面化領域５から部分的にまたは全部が剥がれるか否かにより、接合強度を測定するために設けられている。
【００２６】
インサート金属部材１をインサートとしてインサート成形される樹脂部材７を形成するたに用いる樹脂材料としては、種々の熱可塑性樹脂材料を用いることができるが、本実施の形態では、特に、ポリアセタール（ＰＯＭ）またはポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いる。これらの樹脂材料は、反射率の高い金属材料からなるインサート金属部材との接合強度を高めることが難しく、また接合部の気密性を高めることが難しい樹脂材料である。
【００２７】
後に詳しく説明するが、インサート金属部材１の表面の粗面化には、所定形状の金属部材の表面に、所定のスポット径を有するレーザ光を照射することにより、複数の凹陥部４（図２乃至図６参照）を表面に形成して複数の波頭状の延出部３４を備えた粗面化領域５を形成する。本発明の粗面化方法については後に説明する。
【００２８】
図２（Ａ）は、本実施の形態の粗面化方法により粗面化したインサート金属部材の粗面化領域５の実際例の拡大平面写真を示している。この実際例は、真鍮からなる金属部材に、パワーを６４Ｗとし、波長を１０６４ｎｍとし、スポット径を４５μｍとするパルス状のレーザ光を、後述する直径３０μｍの円形パターンの照射経路パターンに沿って照射して１つの凹陥部４を形成する工程と、次に形成する凹陥部と前に形成した凹陥部の中心間距離が６０μｍとなるように次の凹陥部を形成する工程とを繰り返し実施して、金属部材の表面を複数の凹陥部４と複数の波頭状の延出部３４によって粗面化したものである。この写真の倍率は７０倍である。また図２（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粗面化領域５を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。図２（Ｂ）は倍率２５０倍であり、図２（Ｃ）及び（Ｄ）は位置を変えて撮影した倍率７００倍の画像である。
【００２９】
図３（Ａ）は、本実施の形態の粗面化方法により粗面化したインサート金属部材の粗面化領域５の他の実際例の拡大平面写真を示している。この実際例は、真鍮からなる金属部材に、パワーを６４Ｗとし、波長を１０６４ｎｍとし、スポット径を４５μｍとするパルス状のレーザ光を、後述する直径４０μｍの円形パターンの照射経路パターンに沿って照射して１つの凹陥部４を形成する工程と、次に形成する凹陥部と前に形成した凹陥部の中心間距離が７０μｍとなるように次の凹陥部を形成する工程とを繰り返し実施して、金属部材の表面を複数の凹陥部４と複数の波頭状の延出部３４によって粗面化したものである。この写真の倍率は７０倍である。また図３（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粗面化領域５を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。図３（Ｂ）は倍率２５０倍であり、図３（Ｃ）及び（Ｄ）は位置を変えて撮影した倍率７００倍の画像である。
【００３０】
図４（Ａ）は、本実施の形態の粗面化方法により粗面化したインサート金属部材の粗面化領域５の他の実際例の拡大平面写真を示している。この実際例は、真鍮からなる金属部材に、パワーを６４Ｗとし、波長を１０６４ｎｍとし、スポット径を４５μｍとするパルス状のレーザ光を、後述する直径６０μｍの円形パターンの照射経路パターンに沿って照射して１つの凹陥部４を形成する工程と、次に形成する凹陥部と前に形成した凹陥部の中心間距離が８０μｍとなるように次の凹陥部を形成する工程とを繰り返し実施して、金属部材の表面を複数の凹陥部４と複数の波頭状の延出部３４によって粗面化したものである。この写真の倍率は７０倍である。また図４（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粗面化領域５を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。図４（Ｂ）は倍率２５０倍であり、図４（Ｃ）及び（Ｄ）は位置を変えて撮影した倍率７００倍の画像である。
【００３１】
図５（Ａ）は、本実施の形態の粗面化方法により粗面化したインサート金属部材の粗面化領域５の他の実際例の拡大平面写真を示している。この実際例は、真鍮からなる金属部材に、パワーを６４Ｗとし、波長を１０６４ｎｍとし、スポット径を４５μｍとするパルス状のレーザ光を、後述する直径８０μｍの円形パターンの照射経路パターンに沿って照射して１つの凹陥部４を形成する工程と、次に形成する凹陥部と前に形成した凹陥部の中心間距離が１００μｍとなるように次の凹陥部を形成する工程とを繰り返し実施して、金属部材の表面を複数の凹陥部４と複数の波頭状の延出部３４によって粗面化したものである。この写真の倍率は７０倍である。また図５（Ｂ）乃至（Ｄ）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて粗面化領域５を斜め方向から撮影したＳＥＭ画像である。図５（Ｂ）は倍率２５０倍であり、図５（Ｃ）及び（Ｄ）は位置を変えて撮影した倍率７００倍の画像である。
【００３２】
図６（Ａ）は、凹陥部４の開口部周辺の輪郭形状の例を示す模式平面図であり、図６（Ｂ）は熱的に影響する距離をあけて隣り合う二つの凹陥部４の模式部分断面図である。図２乃至図６から判るように、本発明の実施の形態のインサート金属部材は、凹陥部を囲む環状壁部が、金属部材の溶融金属が凝固した状態で生成された環状凝固部３１からなり、環状凝固部３１が凹陥部４の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部３４を備えている。波頭状の延出部３４の形状は複雑であるため、波頭状の延出部３４を数値によって正確に特定することは難しい。また波頭状の延出部３４の形状寸法は、金属材料の種類、レーザ光のパワー、波長、スポット径及び照射経路パターンによって異なってくる。しかし発明者が、拡大写真に基づいて測定した凹陥部４の開口部側に延び出る波頭状の延出部３４の長さは、１０μｍ〜３０μｍの範囲に入るものが大半であることが確認されている。
【００３３】
凹陥部４の開口部を狭めるように延び出る波頭状の延出部３４は、凹陥部４に入って固化した樹脂材料に対して強いアンカーとなる。隣り合う二つの凹陥部４，４のうちの一つの凹陥部４が有する波頭状の延出部３４の一部は、隣り合う二つの凹陥部のうちの他の凹陥部側から飛散した溶融金属が凝固して形成されている。複数の凹陥部４には、隣り合う二つの凹陥部４，４間の隔壁部３２が、隣り合う二つの環状凝固部３１の一部によって構成されているものが含まれている。隔壁部３２の近傍に波頭状の延出部３４が存在している。この隔壁部３２は、溶融金属の凝固物からなり、形状は複雑である。そして隔壁部３２周辺には溶融金属の飛散物が付着する。そのため隔壁部３２の近傍に波頭状の延出部３４が形成される確率が高く、この波頭状の延出部３４がアンカーとしての効果を最も発揮する。
【００３４】
また図６（Ｂ）に模式的に示すように、隣り合う少なくとも二つの凹陥部４，４間の間隔が短い場合には、隣り合う二つの凹陥部４，４間に位置する隔壁部を構成する環状凝固部３１の一部分内に、１以上の連通窟３３が形成される場合がある。この連通窟３３によって隣り合う凹陥部４，４が連通している。連通窟３３とは、隣り合う少なくとも二つの凹陥部４，４間に位置する環状凝固部３１が形成される際に、環状凝固部３１内に形成される洞窟のような不定形の複雑な形をした空隙である。図６（Ｂ）の例は、一例であって、実際の連通窟３３は、溶岩洞窟の内壁の形状ように複雑な三次元形状を有するものであり、複数の連通窟３３が相互に連通している場合等も含まれる。このような連通窟３３が環状凝固部３１内に形成されていることにより、樹脂部材を形成するための樹脂が連通窟３３に浸入して固化すると、従来にない強いアンカー効果が発生する。なお複数の凹陥部の全てが、必ず隣り合う他の凹陥部との間に連通窟が形成されている必要はなく、一部の複数の凹陥部間に連通窟３３が形成されていれば、連通窟３３によるアンカー効果は、延出部３４しか形成されない場合と比べて高まる。通常、距離的に及び時間的に連続して形成される二つの凹陥部間に連通窟が形成される。
【００３５】
［粗面化方法の実施の形態］
本発明の粗面化方法の一実施の形態では、インサート金属部材１の表面の粗面化を次のようにして実施する。まず所定形状の金属部材の表面に、金属部材の材質に適した所定のパワーと、波長と、スポット径を有するパルス状のレーザ光を所定の照射パターンに従って照射することにより、複数の凹陥部４を表面に形成して粗面化領域５を形成する金属材料の粗面化方法を用いる。本発明の実施の形態の粗面化方法では、まず金属部材に、レーザ光を照射して溶融金属を生成し、溶融金属が凝固して形成された環状凝固部３１により先の凹陥部４を形成する第１の工程を実施する。次に先の凹陥部４の環状凝固部３１が完全に凝固する前に、先の凹陥部から所定の距離をあけて、金属部材にレーザ光を照射して次の溶融金属を生成し、次の溶融金属が凝固して形成された次の環状凝固部３１により次の凹陥部４を形成する第２の工程を実施する。第１の工程と第２の工程とを繰り返すことにより粗面化領域５を形成する。本発明では、レーザ光のパワー、スポット径及び照射パターンを、次の溶融金属の一部が飛散して先の凹陥部を形成するための溶融金属の上に付着して凝固することにより、先の凹陥部４の開口部を狭めるように延び出る１以上の波頭状の延出部３４が形成されるように定める。前述のように、「照射パターン」とは、レーザ光の照射回数、照射経路を含むレーザ光の照射条件を含むものである。したがって照射パターンによっては、１回のレーザ光の照射により延出部３４を形成できる場合もあれば、複数回のレーザ光の照射により延出部３４を形成できる場合もある。
【００３６】
例えば、レーザ光のパワーが小さい場合には、図７に示すような閉ループ状の照射経路パターンＰＴに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置ＰＳにレーザ光を照射することにより延出部３４の生成が可能になる。図７の例では、８箇所のレーザ照射位置ＰＳを用いているが、レーザ照射位置ＰＳの数はレーザ光のスポット径ＳＲの大きさによって任意に定める。図８に示すように、本実施の形態で用いるレーザ設備１３から照射されるレーザ光は、波長が１０５４ｎｍ〜１０７４ｎｍの範囲の値（本実施の形態では１０６４ｎｍ）で、パワーが２４Ｗ〜８０Ｗ（本実施の形態では６４Ｗ）、スポット径の好ましい範囲が４５μｍ〜７５μｍ（本実施の形態では４５μｍ）であり、焦点距離は８０ｍｍである。そして図９に示すように、レーザ光Ｌを直径３０μｍの照射経路パターンＰＴに沿って、そして、次に形成する凹陥部と前に形成した凹陥部との中心間距離を５０μｍ〜８０μｍとして走査する。レーザ光Ｌのスポット径の中心を、レーザ照射位置ＰＳに合致させてレーザ光を照射する。パルス状のレーザ光を照射する周期の好ましい範囲は５μｓ〜１０μｓ（本実施の形態では１０μｓ）であり、照射経路パターンＰＴに沿って時計回りまたは半時計回り方向に１周だけレーザ光を走査する好ましい速度の範囲は、１００ｍｍ／ｓ〜１５００ｍｍ／ｓ（本実施の形態では９００ｍｍ／ｓ）である。このようにすると、レーザ光Ｌを照射経路パターンＰＴに沿って走査した結果できるレーザの軌跡外周の直径は理論的に７５μｍとなる。
【００３７】
なお図９の例では、隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離は９０μｍとなり、隣り合う二つの凹陥部間での熱的影響は小さい。二つの凹陥部の中心間の距離が７５μｍより小さくなると、隣り合う二つの凹陥部を構成する環状凝固部が一部において重なった状態で形成されることになり、隣り合う二つの凹陥部間の隔壁は溶融金属の凝固部によってのみ構成されることになる。
【００３８】
上記のように、レーザ光をレーザ照射位置ＰＳに順次照射すると、金属部材３の一部が溶融し且つ溶融した溶融金属は飛散し、飛散した溶融金属が凹陥部４の開口部に沿って付着して形成された付着物が凝固して環状凝固部３１が形成される。１つの凹陥部４を囲む環状凝固部３１の形状は、一定ではない。
【００３９】
前に形成された凹陥部４に隣り合う位置に次に形成される凹陥部４は、前に形成した凹陥部４の熱的影響を受ける距離を前の凹陥部４との間にあけて形成するのが好ましい。隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離が、５０μｍ以上８０μｍ以下になるように凹陥部４を形成すると、形成される複数の凹陥部４の平均直径寸法が７０μｍ以上１００μｍ以下となり、複数の凹陥部４の平均深さ寸法が１００μｍ以上となる。
【００４０】
図６（Ｂ）に模式的に示すように、凹陥部４を形成する環状凝固部３１は、凹陥部４の内壁面上に凹陥部４内に膨出する１以上の延出部３４を備えている。延出部３４の凹陥部４の開口縁部に添う部分の長さは、凹陥部４の開口縁部の平均周方向長さの１／１０以上になる。また前述のように隣り合って相互に熱的に影響を及ぼす位置関係にある少なくとも二つの凹陥部４、４間の環状凝固部３１内には連通窟３３が形成されている。なお凹陥部４内に延び出る延出部３４及び連通窟３３の形状については、後に説明する実施例及び比較例において断面写真を示して説明する。
【００４１】
このような連通窟３３と延出部３４が形成されると、凹陥部４の内部に樹脂部材７を形成するための樹脂材料が入り込んで固化したときに、この連通窟３３及び延出部３４が固化した樹脂材料に対して強固なアンカーとして作用する。そのため従来よりも樹脂部材７のインサート金属部材１に対する接合強度を向上させることができる。
【００４２】
本実施の形態の粗面化方法では、凹陥部４を形成する凹陥部形成工程を、レーザ光の照射により与えられる熱の影響を相互に及ぼす距離をあけて、金属部材３の表面に沿って実施することにより複数の凹陥部４を形成することにより、粗面化領域５を形成する。
【００４３】
［金属樹脂複合成形体及びその製造方法］
上記のように製造したインサート金属部材１をインサートとして所定の樹脂材料を用いてインサート成形（本実施の形態では射出成形）をすることにより樹脂部材７を成形することにより、図１（Ｃ）に示す金属樹脂複合成形体１１が製造される。特に本実施の形態では、所定形状の金属部材としてレーザの波長が１０６４ｎｍ以上のときの反射率が高い銅または真鍮に錫メッキが施されたものを用いる場合に適している。このような反射率の高い金属材料は、レーザ照射によってその表面を粗面化することが難しい材料である。そして樹脂材料としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）またはポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いる。これらの樹脂材料は、反射率の高い金属材料からなるインサート金属部材との接合強度を高めることが難しく、また接合部の気密性を高めることが難しい樹脂材料である。
【００４４】
特に本実施の形態の金属樹脂複合成形体の製造方法では、インサート金属部材１を樹脂材料の成形温度または成形温度に近い温度まで加熱（プリヒート）して（本実施の形態では２２０℃）射出成形によりインサート成形を実施する。このようにすると凹陥部４に樹脂材料が完全に充填されるまで樹脂材料の固化が始まることが無いので、凹陥部４に樹脂材料を完全に充填固化させることができ、接合強度及び気密性を十分なものとすることができる。
【００４５】
図１０（Ａ）乃至（Ｆ）は、金属材料として錫吊りメッキを施した真鍮（Ｃ２６８０Ｐ−１／２Ｈ）を用い、樹脂材料としてポリプラスッチク社が「ジュラコン（登録商標）Ｍ９０−４４」の名称で販売するポリアセタール（ＰＯＭ）を用いた実施例（ドットパターン）の樹脂充填後の断面図の例を示している。ドットパターンとは、上記粗面化方法で採用している照射経路パターンＰＴに沿って決めたレーザ照射位置ＰＳにレーザ光を照射して１つの凹陥部を形成し、この凹陥部を複数並ぶように形成したものである。図１０（Ａ）乃至（Ｆ）は、ドットパターンに樹脂を充填したものを複数の凹陥部が含まれるように切断したものである。しかしながら凹陥部の形状が一定では無く、しかも凹陥部の寸法が極めて小さいものであるため、所望の位置で切断することが困難である。そのため、図１０（Ａ）乃至（Ｆ）の断面図には、凹陥部の中心付近を切断面が通っているもの［図１０（Ｆ）］もあれば、凹陥部の中心付近から多少ずれた位置を切断面が通っているもの［図１０（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｅ）］もあれば、凹陥部の端の部分を切断面が通っているもの［図１０（Ｃ），（Ｄ）］も含まれている。これらの図から、凹陥部の内部形状が複雑であり、隣り合う二つの凹陥部間に連通窟３３が形成されていることや、凹陥部の入口部分に溶融して凝固した凝固部の一部が複雑な形になって延出部３４が存在していることが判る。この例では延出部３４によるアンカー効果に加えて、連通窟３３によるアンカー効果により、従来にない接合強度が得られている。
【００４６】
［金属樹脂複合成形体の実施例及び比較例］
図１１は、本発明の方法により表面の粗面化を行ったインサート金属部材を用いて作った金属樹脂複合成形体の実施例と比較例（特許第４０２０９５７号公報のハッチングパターンにより表面の粗面化を行ったインサート金属部材を用いて作った金属樹脂複合成形体）の試験結果を示している。実施例では、プリヒート「あり」の場合と、「なし」の場合で試験を行い、比較例ではプリヒート「なし」の場合でのみ試験を行った。試験のサンプル数はそれぞれ５つずつとした。そして平均値「ＡＶＥ」を求めた。
【００４７】
図１１の試験結果は、金属材料としてメッキを施していない真鍮とメッキを施していない銅（ＤＳＣ−３Ｎ−１／２Ｈ）を用い、樹脂材料としてデユポン社が「ザイテル（登録商標）ＨＴＮ５１Ｇ３５ＥＦ」の名称で販売しているポリフタルアミド（ＰＰＡ）と、樹脂材料としてポリプラスチック社がジュラコン（登録商標）Ｍ９０−４４の名称で販売しているポリアセタール（ＰＯＭ）用いた実施例と比較例の試験結果である。これらの試験は、レーザ加工ピッチを６０μｍとして行った。レーザ加工ピッチは、比較例においては、直線状に形成した隣り合う溝間の中心間の距離（ピッチ）を示しており、実施例においては、隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離を意味する。実施例においては、隣り合う二つの凹陥部の中心間の距離が、６０μｍになるようにした。
【００４８】
「引張強度」は、引っ張り試験機（オートグラフ）を用いて、インサート金属部材１を固定した状態で、パイプ９にインサート金属部材１から離れる方向（粗面化領域５と直交する方向）に２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り、樹脂部材７が粗面化領域５から部分的にまたは全部が剥がれたときの引張り力を「強度」として測定した。この試験結果から、真鍮に対して接合強度を高くすることが難しいとされているポリアセタール（ＰＯＭ）に対して、プリヒートが無い場合でも、比較例の４倍近くの強度が得られることが判る。また真鍮と同様に接合強度を高くすることが難しいとされる銅に対して、プリヒートが無い場合でも、比較例の１．５倍近くの強度が得られることが判る。なお、実施例におけるプリヒート「あり」の引張強度は、樹脂部材７が粗面化領域５から剥がれた結果ではなく、樹脂部材７自体の材料破壊である。
【００４９】
またパイプ９から０．４Ｍｐａの圧力で気体を供給して、水中に水没させた金属樹脂複合成形体の粗面化領域５と樹脂部材７との間の界面から気泡が出るか否かにより、気密性の有無を確認する試験では、ポリアセタール（ＰＯＭ）用いた実施例では、プリヒートを行わない場合には、気密性を確保できないものの、プリヒートを行えば、完全な気密性を得られることが確認された。またポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いた実施例では、プリヒートを行わない場合でも、一定の気密性を確保でき（試験サンプル５個中３個で気密性あり）、プリヒートを行えば、完全な気密性を得られることが確認された。比較例においては、ポリアセタール（ＰＯＭ）用いた場合及びポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いた場合のいずれでも、プリヒートを行わない場合には、気密性を確保できないことが確認された。なお比較例においては、プリヒートを行うと、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いた場合において一定の気密性が確保できる（試験サンプル５個中２個で気密性あり）ことも確認された。
【００５０】
［凹陥部間の熱的影響についての試験］
閉ループ状の照射経路パターンＰＴに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置ＰＳにレーザ光を照射することにより凹陥部４を形成する場合において、レーザ光のパワーが６４Ｗ程度のときには、連続して形成される複数の凹陥部の隣り合う二つの凹陥部間の距離が長くなると、凹陥部間相互の熱的影響がなくなって、所望の延出部が形成できないことを試験により確認した。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、前述の閉ループ状の照射経路パターンＰＴに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置ＰＳにレーザ光を照射する方法により６０μｍの間隔をあけて連続して凹陥部を形成した場合のインサート金属部材の２００倍拡大断面図と１０００倍拡大断面図である。図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、前述の閉ループ状の照射経路パターンＰＴに沿って、レーザ光のスポットが重なるように複数の照射位置ＰＳにレーザ光を照射する方法により１００μｍの間隔をあけて連続して凹陥部を形成した場合のインサート金属部材の２００倍拡大断面図と１０００倍拡大断面図である。図１２と図１３とを比較すると明らかなように、隣り合う二つの凹陥部の間隔が広がると、レーザ光のパワーが弱い場合には、凹陥部の開口部の周囲に十分なアンカーとなる延出部が得られないことが判る。なおレーザ比からのパワーが大きくなると、二つの凹陥部の間隔が広がっても、凹陥部の開口部の周囲に十分なアンカーとなる延出部が得られる。
【００５１】
上記実施の形態では、金属材料として、レーザ光の反射率が高い銅、真鍮等を用い、しかも樹脂材料として金属部材との接合強度を得難いＰＯＭまたはＰＰＡを用いたが、その他の金属材料及び樹脂材料を用いる場合に、本発明を適用してもよいのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、凹陥部の開口部を狭めるように延び出る波頭状の延出部は、凹陥部に入って固化した樹脂材料に対して強いアンカーとなるため従来よりも樹脂材料のインサート金属部材に対する接合強度を大幅に向上させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  インサート金属部材
３  金属部材
４  凹陥部
５  粗面化領域
７  樹脂部材
９  パイプ
１１  金属製樹脂成形体
１３  レーザ設備
３１  環状凝固部
３２  隔壁部
３３  連通窟
３４  延出部
【図１】
0006477673.tif 000002
【図２】
0006477673.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006477673.tif 000007
【図７】
0006477673.tif 000008
【図８】
0006477673.tif 000009
【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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