(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部品と樹脂とを一体化する金属部品と樹脂の接合方法であって、
前記金属部品の表面にプレス加工により前記金属部品の表面に対する垂線に対して傾斜したプレス溝を形成し、前記プレス溝を形成した前記金属部品の表面に前記樹脂を流し込み、前記金属部品と前記樹脂とを接合するものであり、
前記金属部品の表面に形成された前記プレス溝のオーバーハング部を押し込むようにプレス加工を行うことを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記オーバーハング部を押し込みは、前記プレス溝の長手方向の一部を押し込むようにしたことを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の金属部品と樹脂の接合方法において、
前記オーバーハング部を押し込みは、前記オーバーハング部の先端が前記プレス溝の反対側に接触するように行うことを特徴とする金属部品と樹脂の接合方法。
【請求項４】
金属部品と樹脂の一体成形品であって、
前記金属部品と前記樹脂がアンカー効果により接合されており、
前記金属部品が前記樹脂と接合する金属部品表面に、前記金属部品表面に対する垂線に対して傾斜したプレス溝が形成され、前記プレス溝にはオーバーハング部が形成されており、
前記樹脂は前記プレス溝内に充填された充填部を有するものであり、
前記プレス溝の長手方向の一部において前記オーバーハング部が押し込まれていることを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
【請求項５】
請求項４に記載の金属部品と樹脂の一体成形品において、
前記オーバーハング部には前記金属部品表面から隆起するように隆起部が形成されていることを特徴とする金属部品と樹脂の一体成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部品と樹脂の一体成形品は、例えば、金属部品の表面に溶融樹脂を射出することにより製造される。金属部品と樹脂の接合を強固なものとするために、特許文献１や２に記載のように、溶融樹脂の射出に先立ち、金属部品の表面に微細な凹凸を形成する方法が提案されている。特許文献１では、微細な凹凸を形成した金型を用いてプレス加工により金属表面にミクロンレベルの凹凸を形成している。また、特許文献２では、化学処理（ケミカルエッチング）により金属表面にナノレベルの微細孔を形成している。これらの方法により形成された微細な凹部に溶融樹脂を充填することで、アンカー効果（投鋲効果）により金属・樹脂界面の密着性を高めることができる。
【０００３】
特許文献３には、アンカー効果による金属と樹脂の接合強度をバラツキが少なく所望の接合強度とするために、金属基材表面に軸線が金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している複数の傾斜穴を形成し、傾斜孔に樹脂組成物を充填する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６４８８０号公報
【特許文献２】特許第４９０３８８１号公報
【特許文献３】特開２００９−５１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、プレスにより金属表面を粗化し、樹脂との接触面積の拡大、接触角のランダム化などにより、金属と樹脂の食いつきを高めて接合するものであるが、特許文献２や特許文献３のようなアンカー効果による機械的接合ではないため、引きはがし方向への接合力が課題となる。さらに、プレス金型にミクロンレベルの微細な凹凸を形成させる必要があり、金型製作の複雑化や複製困難、金型の劣化とその見極めが課題となる。
【０００６】
特許文献２に記載のように、ミクロンレベルの微細な凹凸やナノレベルの微細孔を金属表面に形成し、アンカー効果を持たせた場合、初期の接着強度は高いものが得られるが、これらの微細な凹凸や微細孔によるアンカー効果は、金属部品と樹脂の一体成型品がヒートサイクルなどの熱的、機械的繰返し応力を受けた場合、微細樹脂部の破断や、樹脂クリープによる微細アンカー部の機能喪失などにより劣化することが想定される。例えば、金属と樹脂は、線膨張率が異なるので、両者の界面では、温度変化により大きな熱応力が発生する。一般に樹脂は、金属より線膨張率が大きいために、温度変化を伴う環境下では、金属との間の線膨張率の差に起因する熱応力が大きくなる。このために、ヒートショックによって金属部品表面と樹脂間の界面剥離が生じる可能性がある。
【０００７】
また、インサート成形の際に、溶融樹脂が微細な凹凸や微細孔に十分に流れ込まない場合、接合力の低下や劣化が想定される。そこで、微細な凹凸や微細孔に樹脂を流れ込み易くするために、インサート成型時の溶融樹脂温度の高温化や射出圧力の増加など、特殊な成型条件が要求される。これにより、製造コストの増加、装置機能の追加、樹脂バリの発生や形状精度の劣化などが課題と成り得る。
【０００８】
さらに、金属表面に対して、化学的なウエット工程（エッチング工程）及びその前処理工程が必要であり、コスト、リードタイム、環境負荷などが課題となる。また、エッチング処理後樹脂成型までの保管期間にも制約があることなどの課題を有する。
【０００９】
特許文献３では、開口径が０．０５〜１ｍｍ、深さ０．５〜５ｍｍ程度の傾斜孔を形成している。特許文献３では、ヒートサイクルを受けた場合、樹脂と金属との間には線膨張率の差に起因する熱応力が発生するが、特許文献１や２に記載の微細な凹凸や微細孔と異なり、金属部品表面の傾斜孔と傾斜孔に充填される樹脂によるアンカー効果は劣化しにくいと考えられる。
【００１０】
しかしながら、特許文献３では孔によりアンカー効果を得るようにしているため、金属と樹脂の所望の接合強度を得るには多数の傾斜孔を形成する必要がある。特許文献３では、安定した接合を得るために、傾斜方向が異なる傾斜孔を多数形成しており、例えば、それぞれ傾斜方向が異なる傾斜孔を金属部品表面に環状に形成している。このような傾斜方向が異なる多数の傾斜孔を容易に形成することは難しい。また、傾斜孔は閉塞孔なので、樹脂を確実に充填するのは困難である。閉塞孔内に空気層が残ることにより、温度変化による剥離の発生も懸念される。
【００１１】
本発明の目的は、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能な金属部品と樹脂の接合方法及び金属部品と樹脂の一体成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、金属部品表面にプレス加工により金属部品表面に対する垂線に対して傾斜したプレス溝を形成し、プレス溝を形成した金属部品表面に樹脂を流し込み、金属部品と樹脂とを接合し、金属部品表面に形成されたプレス溝のオーバーハング部を押し込むようにプレス加工を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能になる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の概念を説明するための金属部品と樹脂の接合断面の模式図。
【図２】本発明におけるプレス溝の形成方法の一例を説明する図。
【図３】本発明におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図４】本発明におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図５】本発明におけるプレス溝の形成状況を説明する金属部品の斜視図。
【図６】本発明におけるプレス溝の形成方法の他の一例を説明する図。
【図７】本発明におけるプレス溝の形状の例を説明する図。
【図８】本発明におけるプレス溝の形状の例を説明する図。
【図９】本発明の他の実施例におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図１０（Ａ）】本発明の他の実施例におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図１０（Ｂ）】本発明の他の実施例におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図１０（Ｃ）】本発明の他の実施例におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図１０（Ｄ）】本発明の他の実施例におけるプレス溝の形成状況を説明する図。
【図１１】本発明の他の実施例におけるプレス溝に形成する押し込み部の形状例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。  
樹脂は、基本的には金属部材との化学的結合性を有しておらず、金属部品と樹脂間に発生する熱応力および振動などの機械的応力によって両者の界面は容易に剥離する。このため、アンカー効果により金属部品表面と樹脂とを強固に一体化する方法が求められる。本発明は、ヒートショックなどの繰返し応力を受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくく、また、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことを可能とするものである。
【実施例１】
【００１７】
実施例１に基づき本発明の概念を説明する。図１〜図９に基づき実施例１を説明する。
【００１８】
本実施例では、金属部品（アルミニウムなどの金属部品）の表面にプレス加工により金属部品表面に対する垂線に対して傾斜したプレス溝を形成し、プレス溝を形成した金属部材表面に樹脂（通常の射出成形に用いられる熱可塑性樹脂組成物、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）など）を流し込み、金属部品と樹脂とを接合する。なお、樹脂の流し込みは、通常の射出成形と同様に、金型にプレス溝を形成した金属部品をインサートして金型に樹脂を射出して行う。
【００１９】
本実施例では、アンカー効果により樹脂を金属部品の表面に固定するため、金属部品の表面にプレス加工により傾斜したプレス溝を形成している。図１に示すように、金属部品１の表面に傾斜したプレス溝１ｇを後述のようにプレス加工により形成し、金属部品表面に樹脂を流し込み、傾斜したプレス溝１ｇに樹脂充填部３ｆを形成する。プレス溝１ｇが傾斜しているので、プレス溝１ｇにはオーバーハング量Ｏのオーバーハング部５が形成される。このオーバーハング部５によりアンカー効果が得られる。このアンカー効果は後述のようなプレス加工により形成されるプレス溝１ｇの特有の構成により効果的に発揮できる。
【００２０】
図２に傾斜したプレス溝１ｇの形成方法を示す。図３及び図４に傾斜したプレス溝１ｇの形成状況の拡大模式図を示す。  
図２に示すように、溝付け刃（プレスツール）２を金属部品１の表面に対して傾斜させて打ち込む。  
具体的には、図３に示すように、金属部品表面１ｓに対する垂線１ｐに対して傾斜角度αで、溝付け刃２を金属部品１の表面に打ち込む。溝付け刃２を金属部品１の表面に打ち込むと、オーバーハング部は隆起し（捲り上がり）、隆起部（出っ張り）１ｒが形成される。この隆起部１ｒはオーバーハング量Ｏを大きくし、アンカー効果を高める。また、隆起部１ｒが樹脂３と金属部品表面１ｓとの間の相対移動を防止する効果を有する。
【００２１】
また、溝付け刃（プレスツール）２は多少でも弾性を有するので、図４に示すように、金属部品に打ち込んだ際に、溝付け刃先端部２ｔが弾性変形する。図４における点線で図示した溝付け刃２は溝付け刃先端部２ｔが弾性変形していない場合を示すが、実際には、図４における実線で図示するように、溝付け刃２は溝付け刃先端部２ｔが金属部品の表面側に弾性変形する。これにより溝付け刃先端部２ｔがＭの長さ分だけ隆起部１ｒ側に位置することになる。従って、オーバーハング量Ｏがより大きくなることを意味する。また、形成されるプレス溝１ｇの傾斜角度も大きくなる。また、隆起部１ｒの隆起の大きさもより大きくなる。これらにより、アンカー効果がより効果的に得られる。
【００２２】
従来、プレス加工で形成した溝では、袋状（壺状）のアンカー部を形成することは困難であり、プレス加工によりアンカー部を形成することは困難と考えられていたが、本発明者らの検討によれば、このように、プレス加工により傾斜した溝を形成することにより、アンカー効果が得られるということを見出した。
【００２３】
また、特許文献１や２に記載の微細な凹凸や微細孔と異なり、傾斜したプレス溝１ｇは大きなアンカー部（凹部）となるので、樹脂を確実にプレス溝１ｇに流し込むことができ、また、微細な構造と異なり、ヒートショックを受けてもその構造が保たれる。従って、本実施例のアンカー構造は、ヒートショックに強く、ヒートショックを受けても金属部品と樹脂との接合強度が劣化しにくい。
【００２４】
なお、傾斜したプレス溝１ｇは、例えば、金属部品１の板厚が０．４ｍｍ程度の場合、溝深さＤが０．２ｍｍ程度、溝の入り口幅Ｗが０．２ｍｍ程度の大きさに形成される。また、溝付け刃（プレスツール）２の先端の角度βは３０度程度のものが用いられ、傾斜角度αが３５〜５５度程度で溝付け刃２が金属部品に打ち込まれる。傾斜角度αが大きいと金属によっては溝付け刃２が金属部品表面１ｓに対して上滑りする可能性があり、小さいと十分なアンカー効果が得られない。なお、これらは例示であり、これらに本発明が限定されるものではない。
【００２５】
図５にこのようにして形成された傾斜したプレス溝１ｇを表面に有する金属部品１を示す。図５に示すように、十分なアンカー効果を得るために、プレス溝１ｇの溝長さＬ２を十分に大きくする。例えば、金属部品１の表面の長さＬ１に対してプレス溝１ｇの長さＬ２は少なくとも半分程度とする。これにより、傾斜孔と異なり、比較的簡単な作業により所望の接合強度を得るためのアンカー部を形成することができ、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を比較的に容易に行うことが可能になる。
【００２６】
また、図５に示すような溝長さを有するプレス溝には、傾斜孔の場合と異なり、確実にまた容易に樹脂を充填することができ、また、プレス溝内に空気層も残らないので、アンカー効果による金属部品と樹脂との接合を容易に強固なものとすることができる。
【００２７】
なお、図５では一対の平行なプレス溝１ｇを金属部品１の表面に形成しているが、これに限定されない。アンカー効果を効果的に得るためには複数の傾斜したプレス溝を形成するのが好ましく、また、複数の傾斜したプレス溝は、平行な関係にあるプレス溝の他に、例えば、互いに直交するプレス溝、斜めの関係にあるプレス溝、ランダムに形成したプレス溝などが考えられる。また、プレス溝１ｇは溝長さ方向に直線状ではなく曲線状に形成したものでも良い。
【００２８】
また、図２では、溝付け刃２を金属部品表面に対して斜めに移動（直線状に移動）させるようにしてプレス溝１ｇを形成しているが、図６に示すように、溝付け刃回転中心２ｃを回転中心として溝付け刃２を円弧状に移動させて金属部品表面に対して打ち付けるようにしても良い。この場合、隆起部（出っ張り）１ｒがより立ち上がる。これにより、隆起部１ｒによる樹脂３と金属部品表面１ｓとの間の相対移動を防止する効果が向上する。このような移動防止の効果は、プレス溝１ｇが図５に示すように、孔と異なり長さを有することにより、より効果的なものとなる。傾斜孔ではこのような効果は殆ど期待できない。
【００２９】
なお、図２及び図６に示す実施例では、二つの溝付け刃２を金属部品表面に対して同時に打ち込んでいる。また、二つの溝付け刃２の斜めに打ち込む方向が互いに対向する（水平方向の移動成分が対向する）ようにしている。このようにすることにより、溝付け刃２を金属部品表面に対して打ち込む際に、金属部品１の移動、すなわち、溝付け刃２に対して金属部品１のズレを抑制することが可能となり、傾斜したプレス溝１ｇを確実にプレス成形することができる。
【００３０】
図７及び図８に、様々なプレス溝の形状の例を示す。  
上述の例では、傾斜したプレス溝１ｇが互いに対向するようにしているが（溝が内向きに形成）、図７（ａ）に示すように傾斜したプレス溝１ｇが互いに離間する方向に形成しても良い（溝が外向きに形成）。図７（ｂ）は（ａ）同様に外向きプレス溝１ｇを形成したもので、溝が近接した例を示す。但し、このようなプレス溝を同時に形成することが難しく、二つのプレス溝を内向きに形成する方が加工性に優れる。図７（ｃ）は内側に外向きのプレス溝１ｇ１を形成し、それらの外側に内向きのプレス溝１ｇ２を形成したものである。このように、多くのプレス溝を形成することによりアンカー効果がより確実なものとなる。
【００３１】
図８に他のプレス溝の形状例を示す。  
プレス溝の先端（底部）は任意の形状とすることができ、例えば、図８（ａ）に示すように平面としたり、図８（ｂ）に示すように曲面としたりしても良い。要するに、オーバーハング部が形成されるように傾斜したプレス溝をプレス成形すれば良い。また、図８（ｃ）に示すように、二つのプレス溝の傾斜角を異ならせても良い。また、図８（ｄ）に示すように、金属部品１の表面を平面ではなく金属部品突出部１０を設けたものとしても良い。すなわち、任意の形状で良く、板状以外の形状、折り曲げた板、別加工による形状などが考えられる。図８（ｄ）では溝付け刃２を打ち込みやすくするために、打ち込み方向に直行する溝形成面１１を設けている。なお、この場合の垂線の基準となる金属部品表面は溝形成面１１ではなく、符号１ｓで示すものである。図８（ｅ）は金属部品の両面にプレス溝１ｇＴ，１ｇＵを作成して両面にそれぞれ樹脂３Ｔ，３Ｕを接合したものである。
【００３２】
本実施例のプレス溝１ｇの形成を行うプレス作業は、エッチングなどによる微細孔の形成とことなり、金属部品のプレス工程（順送金型プレス工程など）の曲げ、抜きなどの工程の一つとして組み込むことが可能であり、順送金型プレス工程へのインライン化が可能である。
【実施例２】
【００３３】
図９〜図１１に基づき本発明の他の実施例を説明する。本実施例は実施例１をベースとするもので、実施例１で説明した内容は説明を省略する。
【００３４】
本実施例は、実施例１において形成した傾斜したプレス溝１ｇにおけるオーバーハング部５（隆起部１ｒ）を潰す（押し込む）ことにより、プレス溝１ｇに袋状の空間を形成するようにしたものである。具体的には、金属部品表面に形成されたプレス溝１ｇを押し潰すようにプレス溝１ｇの長手方向と交差する方向にプレス加工（押し込み加工）を行うようにしている。
【００３５】
図９，図１０(Ａ)，図１０(Ｂ)，図１０(Ｃ)，図１０(Ｄ)に本実施例におけるプレス溝１ｇの形成方法を示す。図１０(Ａ)は溝付け刃を斜めに打ち込みを行った後のプレス溝１ｇの形状を示し、図１０(Ｂ)はプレス溝１ｇの隆起部１ｒを上方より押し込んでいる状態を示し、図１０(Ｃ)は押し込み後のプレス溝の形状例を示し、図１０(Ｄ)は押し込み部を拡大して示している。
【００３６】
図９（ａ）及び図１０(Ａ)は実施例１と同様に溝付け刃２によりプレス加工を行い、プレス溝１ｇを形成した状態を示す。このとき、上述したように、隆起部１ｒ（オーバーハング部５）が形成される。この隆起部１ｒ（オーバーハング部５）を図１０（Ｂ）に示すように、押し込み部形成ツール（プレスツール）４を用いて、上から下方に押し込む。図９（ｃ）〜（ｅ）に押し込みの状況を示す。
【００３７】
隆起部１ｒ（オーバーハング部５）の押し込みは、図９（ｃ）や（ｄ）の状態で止めてもよく、また、図９（ｅ）に示すように、オーバーハング部５の先端が溝の反対側に接触するまで押し込むようにしても良い。金属表面よりも深く押し込めば、アンカー効果の高い袋状の空間がプレス溝に形成される。
【００３８】
図１０（Ｃ）は押し込み部１ｄが形成された状態を示し、図１０（Ｄ）はその要部拡大して示している。この例では、ピンポイントで一地点のみ押し込み、押し込みは金属表面と同じ高さまでとしている。このように、プレス溝１ｇの長手方向の一部を押し潰し、押し込み部１ｄを形成している。この押し込み部１ｄの周囲に袋状の空間が形成される。
【００３９】
図９（ｄ）に示すように、オーバーハング部５の先端が溝の反対側に接触しない状況で押し込みを止める場合、溝幅ｗは例えば３０μｍ程度になるように押し込み量を調整する。
【００４０】
図９（ｅ）に示すように、オーバーハング部５の先端が溝の反対側に接触するまで押し込む場合、押し込んで潰す箇所が溝の長さに対して部分的であるため、開口部が広いところから樹脂が流れ込むので袋状の空間への樹脂の充填という観点では特に問題がなく、一方、アンカー効果の向上が期待できる。
【００４１】
図１１に、プレス溝に形成する押し込み部の形状例を示す。  
図１１（ａ）は、押し込み部ｄを一点としたもので、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）に示したものと同じである。図１１（ｂ）は押し込み部を数点にしたものである。押し込み部は多ければアンカー効果がより向上する。図１１（ｃ）はプレス溝１ｇの長手方向の一部分を押し込んだものであり、図１１（ｄ１）は全部分を押し込んだものである。なお、図１１（ｄ）の場合、袋状の空間に樹脂を流し込むために、図１１（ｄ２）に示すように、空隙部（開口部）１ａが形成されるように押し込み量を調節する。一方、押し込み部が部分的な場合には、図１１（ｅ）のように途中で押し込みを止める他に、図１１（ｅ２）のようにオーバーハング部の先端を溝の反対側に接触するようにしても良い。図１１（ｅ２）のようにさらに押し込んで空隙がなくなっても、つぶしの周辺域で空隙部（開口部）１ａが確保できていればよい。
【００４２】
本発明は、種々の用途、形状を持った金属部品・樹脂一体成形品に適用可能であり、産業機器、自動車、航空機器、民生品、家電品など種々の用途に使用される電気的あるいは機械的な機構部品に適用可能である。例えば、金属製の導電端子を内装する樹脂製の電子回路保護ケース部材、部分的に金属による電磁シールド・放熱板などを有する樹脂製カバーなどがあげられる。
【００４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・金属部品、１ａ・・・空隙部、１ｄ・・・押し込み部、１ｇ，１ｇ１，１ｇ２，１ｇＴ，１ｇＵ・・・プレス溝、１ｐ・・・垂線、１ｒ・・・隆起部、１ｓ・・・金属部品表面、２・・・溝付け刃（プレスツール）、２ｔ・・・溝付け刃先端部、２ｃ・・・溝付け刃回転中心、３，３Ｔ，３Ｕ・・・樹脂、３ｆ・・・樹脂充填部、４・・・押し込み部形成ツール（プレスツール）、５・・・オーバーハング部、１０・・・金属部品突出部、１１・・・溝形成面。
【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（Ａ）】
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【図１０（Ｂ）】
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【図１０（Ｃ）】
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【図１０（Ｄ）】
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【図１１】
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