(57)【要約】【課題】金属−樹脂複合体において、樹脂成形体にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体が変形しないようにする。【解決手段】金属−樹脂複合体５を、金属部材１と、樹脂成形体２と、金属部材と樹脂成形体とを接合する接合部３とを備えるものとし、接合部を、樹脂成形体の側に第１表面粗化部３０Ａを有し、第１表面粗化部に樹脂成形体の樹脂材料が埋め込まれて樹脂成形体と接合されている金属接合層３０と、樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなり、金属接合層と金属部材とを接合する低融点接合層３１とを備えるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、
樹脂成形体と、
前記金属部材と前記樹脂成形体とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、
前記樹脂成形体の側に第１表面粗化部を有し、前記第１表面粗化部に前記樹脂成形体の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂成形体と接合されている金属接合層と、
前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなり、前記金属接合層と前記金属部材とを接合する低融点接合層とを備えることを特徴とする金属−樹脂複合体。
【請求項２】
前記低融点接合層は、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層であり、
前記金属接合層は、前記樹脂接合層の側に第２表面粗化部を有し、前記第２表面粗化部に前記樹脂接合層の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂接合層と接合されており、
前記金属部材は、表面粗化部を有し、前記表面粗化部に前記樹脂接合層の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂接合層と接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項３】
前記低融点接合層は、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層であることを特徴とする、請求項１に記載の金属−樹脂複合体。
【請求項４】
金属部材と樹脂成形体とを接合部を介して接合して金属−樹脂複合体を製造する方法であって、
前記接合部となる金属接合層の一方の側に設けられた第１表面粗化部に前記樹脂成形体を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして前記金属接合層が接合された樹脂成形体を形成する工程と、
前記接合部となる、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなる低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程とを含むことを特徴とする金属−樹脂複合体の製造方法。
【請求項５】
前記低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程において、前記低融点接合層としての、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層の樹脂材料が、前記金属接合層の他方の側に設けられた第２表面粗化部、及び、前記金属部材の表面粗化部に埋め込まれるようにして、前記樹脂接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合することを特徴とする、請求項４に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【請求項６】
前記低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程において、前記低融点接合層としての、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層で、前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合することを特徴とする、請求項４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、金属−樹脂複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属と樹脂の複合部品を作製する場合、金属を金型内に配置し、そこに樹脂を射出するインサート成形が用いられている。
また、金属材料からなる第１部材と樹脂材料からなる第２部材とを接合して中空体を成形する場合に、第１部材のフランジ部と第２部材のフランジ部とを覆うように樹脂材料からなる接合部材を形成し、第２部材と接合部材を溶着する技術もある。
【０００３】
また、樹脂部材と金属部材とを接合した複合型中空容器を製造する場合に、熱可塑性樹脂層付き金属部材と樹脂部材とを突き合わせつつ、熱可塑性樹脂層と樹脂部材との突合せ部に熱を発生させて溶着する技術もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１２９２２４号公報
【特許文献２】特開２００１−２７７２８４号公報
【特許文献３】特開２０１４−７９９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、金属部材と樹脂成形体を接合して金属−樹脂複合体を製造する場合に、樹脂成形体を溶着によって接合すると、樹脂成形体は、接合部近傍では加熱されるのに対し、その他の部分ではほとんど加熱されない。このため、樹脂成形体内には温度分布が生じ、熱膨張差に起因したひずみや残留応力が発生する。この結果、ある時間経過後に接合部で剥離が生じたり、樹脂成形体に割れ等が発生したりする場合がある。
【０００６】
また、樹脂成形体を溶着によって接合する場合に、接合部近傍が加熱された状態で加圧されると、樹脂成形体が軟化して変形してしまうおそれがある。
そこで、樹脂成形体にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体が変形しないようにしたい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本金属−樹脂複合体は、金属部材と、樹脂成形体と、金属部材と樹脂成形体とを接合する接合部とを備え、接合部は、樹脂成形体の側に第１表面粗化部を有し、第１表面粗化部に樹脂成形体の樹脂材料が埋め込まれて樹脂成形体と接合されている金属接合層と、樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなり、金属接合層と金属部材とを接合する低融点接合層とを備える。
【０００８】
本金属−樹脂複合体の製造方法は、金属部材と樹脂成形体とを接合部を介して接合して金属−樹脂複合体を製造する方法であって、接合部となる金属接合層の一方の側に設けられた第１表面粗化部に樹脂成形体を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして金属接合層が接合された樹脂成形体を形成する工程と、接合部となる、樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなる低融点接合層で樹脂成形体に接合された金属接合層と金属部材とを接合する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００９】
したがって、本金属−樹脂複合体及びその製造方法によれば、樹脂成形体にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体が変形しないようにすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態にかかる金属−樹脂複合体の構成を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｇ）は、第１実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図３】第１実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】金属−樹脂複合体の課題を説明するための模式的断面図である。
【図５】金属−樹脂複合体の課題を説明するための模式的断面図である。
【図６】金属−樹脂複合体の課題を説明するための模式的断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態にかかる金属−樹脂複合体の構成を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１２】
本実施形態にかかる金属−樹脂複合体は、金属部材と樹脂成形体が接合された金属−樹脂複合体であって、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように、金属部材１と、樹脂成形体２と、金属部材１と樹脂成形体２とを接合する接合部３とを備える。なお、金属部材１を金属部品ともいう。また、複合体を複合部品ともいう。
本実施形態では、例えば、樹脂成形体２は、ベース部２Ａと枠状側壁部２Ｂとを有する蓋状樹脂成形体であり、中空部４が形成されるように枠状側壁部２Ｂの端部が接合部３を介して金属部材１に接合されている。
【００１３】
このようにして、蓋状樹脂成形体２の枠状側壁部２Ｂの端部が接合部３を介して金属部材１に接合された金属−樹脂複合体５は、中空部４を有するものとなる。このような中空部４を有する金属−樹脂複合体５は、例えばＣＰＵなどの発熱部品を冷却するための水冷クーリングプレートとして用いられる。この場合、金属−樹脂複合体５を構成する金属部材１は、例えばＣＰＵなどの発熱部品に熱的に接続される。そして、中空部４を冷却水が流れることによって、金属部材１を介して、例えばＣＰＵなどの発熱部品の冷却が行なわれることになる。一般に、例えばＣＰＵなどの発熱部品を冷却するための水冷クーリングプレートは、例えば銅等の熱伝導率の良い金属材料からなるが、このような金属−樹脂複合体５を用い、冷却性能に影響しない部分を樹脂材料で代替することで、軽量化を図ることができる。
【００１４】
なお、ＣＰＵなどの発熱部品は例えば半導体パッケージ等に備えられる。このため、水冷クーリングプレートは、例えば半導体パッケージ等に備えられる発熱部品を冷却するために用いられる。また、発熱部品を発熱電子部品ともいう。
ここで、金属部材１は、例えば銅等の金属材料からなる。
また、樹脂成形体２は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料からなる。ここで、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の融点（溶融温度）は約２８０℃である。
【００１５】
また、接合部３は、金属接合層３０と、低融点接合層３１とを備える。
そして、金属接合層３０は、樹脂成形体２の側に第１表面粗化部３０Ａを有し、第１表面粗化部３０Ａに樹脂成形体２の樹脂材料が埋め込まれて樹脂成形体２と接合されている。つまり、金属接合層３０の第１表面粗化部３０Ａに形成されている微小な凹凸に樹脂成形体２の樹脂材料が埋め込まれて、いわゆるアンカー効果によって、金属接合層３０と樹脂成形体２とが良好な強度で接合（アンカー接合）されるようになっている。なお、図１（Ａ）では第１表面粗化部３０Ａは図示していない。
【００１６】
また、低融点接合層３１は、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い材料からなり、金属接合層３０と金属部材１とを接合するようになっている。
本実施形態では、低融点接合層３１は、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層３１Ｘである。つまり、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料の融点は、樹脂成形体２の樹脂材料の融点よりも低くなっている。なお、樹脂成形体２の樹脂材料の融点は、金属部材１や金属接合層３０を構成する金属材料の融点よりも低い。
【００１７】
このため、金属接合層３０は、樹脂接合層３１Ｘの側に第２表面粗化部３０Ｂを有し、第２表面粗化部３０Ｂに樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が埋め込まれて樹脂接合層３１Ｘと接合されている。つまり、金属接合層３０の第２表面粗化部３０Ｂに形成されている微小な凹凸に樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が埋め込まれて、いわゆるアンカー効果によって、金属接合層３０と樹脂接合層３１Ｘとが良好な強度で接合されるようになっている。
【００１８】
また、金属部材１は、表面粗化部１Ａを有し、表面粗化部１Ａに樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が埋め込まれて樹脂接合層３１Ｘと接合されている。ここでは、金属部材１は、樹脂成形体２（ここでは枠状側壁部２Ｂの端部）が接合部３を介して接合される領域（樹脂成形体接合領域）、即ち、樹脂接合層３１Ｘとの接合部分に、表面粗化部１Ａを有する。そして、金属部材１の表面粗化部１Ａに形成されている微小な凹凸に樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が埋め込まれて、いわゆるアンカー効果によって、金属部材１と樹脂接合層３１Ｘとが良好な強度で接合されるようになっている。
【００１９】
このように、本実施形態では、低融点接合層３１が樹脂接合層３１Ｘであり、金属接合層３０の上下両面、及び、金属部材１の上面（ここでは樹脂成形体接合領域）が粗化されて、微小な凹凸を有する表面粗化部３０Ａ、３０Ｂ、１Ａ（粗化表面部；金属粗化面）になっている。これにより、樹脂成形体２と金属接合層３０、金属接合層３０と樹脂接合層３１Ｘ、樹脂接合層３１Ｘと金属部材１のそれぞれの界面（各接合面）において、表面粗化部３０Ａ、３０Ｂ、１Ａに樹脂材料が埋め込まれることで、いわゆるアンカー効果によって、良好な強度で接合されるようになっている。これにより、例えば水冷クーリングプレートに用いた場合などに、良好な接合強度と水密性を実現することができる。
【００２０】
ここで、金属接合層３０は、例えば銅（Ｃｕ）、銅合金（黄銅、青銅等）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄鋼材料（炭素鋼、合金鋼等）等の金属材料からなる金属板（金属フィルム）によって構成される。なお、金属部材１は、熱伝導率が高い材料を用いるのに対し、金属接合層３０は、必ずしも熱伝導率が高い材料を用いなくても良く、表面粗化部３０Ａ、３０Ｂを形成しうる材料であれば良い。そして、金属接合層３０を構成する金属板は、例えばエッチング液を用いたディップ処理によって表面粗化処理が施されて、両面が粗化されている。また、金属接合層３０の厚さは、できるだけ薄くするのが望ましいが、表面粗化部３０Ａ、３０Ｂの凹凸の高さ以上の厚さは必要であるため、例えば約１０μｍから約１０００μｍ程度である。また、金属接合層３０の表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａは、約０．５μｍから約１０μｍ程度である。なお、金属接合層３０の表面粗さは、ディップ時間で調整することができる。
【００２１】
また、樹脂接合層３１Ｘは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂材料からなる。ここで、ポリプロピレン（ＰＰ）の融点は約１６５℃である。このように、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料は樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点の低い材料を使用する。また、樹脂接合層３１Ｘの厚さは、例えば約１０μｍから約１０００μｍ程度である。
また、金属部材１は、例えば、表面粗化部１Ａとする領域のみが開口され、それ以外の領域がマスキングされた状態で、エッチング液を用いたディップ処理によって表面粗化処理が施されて、表面粗化部１Ａが設けられている。また、金属部材１の表面粗化部１Ａの表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａは、約０．５μｍから約１０μｍ程度である。なお、表面粗さは、ディップ時間で調整することができる。
【００２２】
なお、ここでは、金属接合層３０の両面、及び、金属部材１の上面を粗化する方法、即ち、表面粗化方法として、ディップ処理を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、サンドブラスト、レーザエッチング、放電加工などを用いることもできる。例えば、サンドブラストによって表面粗化する場合、表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａは、約０．１μｍ〜２０μｍ程度である。また、例えば、レーザエッチングによって表面粗化する場合、表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａは、約０．１μｍ〜２０μｍ程度である。また、例えば、放電加工によって表面粗化する場合、表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａは、約１μｍ〜５０μｍ程度である。
【００２３】
ところで、上述のような構成を採用しているのは、以下の理由による。
樹脂材料は金属材料と比較して比重が小さく、金属材料からなるものの一部を樹脂材料で代替することによって軽量化を図ることができる。本実施形態のように、金属−樹脂複合体を用いることで一部を樹脂化して軽量化を図った水冷クーリングプレートでは、内部に冷却水の流路となる中空部を有するため、水圧に耐える良好な強度と水密性が得られるように樹脂と金属を接合することが必要になる。
【００２４】
金属と樹脂の複合部品を作製する場合、金属を金型内に配置し、そこに樹脂を射出するインサート成形が用いられることがあるが、特に、本実施形態のように、中空部（空洞部分）を有する金属−樹脂複合体では、上述のようなインサート成形が困難である。
また、金属部材と樹脂成形体が接合された金属−樹脂複合体を製造する場合に、樹脂成形体を溶着によって接合すると、樹脂成形体は、接合部近傍では加熱されるのに対し、その他の部分ではほとんど加熱されないため、樹脂成形体内には温度分布が生じ、熱膨張差に起因したひずみや残留応力が発生する。この結果、ある時間経過後に接合部で剥離が生じたり、樹脂成形体に割れ等が発生したりする場合がある。
【００２５】
また、樹脂成形体を溶着によって接合すると、接合部近傍が加熱された状態で加圧されると、樹脂成形体が軟化して変形してしまうおそれがある。
また、成形済みの樹脂成形体と金属部材を熱圧着によって接合して一体化することで金属−樹脂複合体とすることが考えられる。
この場合、例えば図４に示すように、金属部材１０１上に樹脂成形体１００を配置し、ヒータ１０３によって金属部材１０１を加熱し、加圧治具１０３によって樹脂成形体１００をある荷重で金属部材１０１に押し付ける（プレスする）。これにより、樹脂成形体１００と金属部材１０１を熱圧着接合することができる。
【００２６】
しかしながら、このような熱圧着接合の際に、樹脂成形体１００は、その接合部（金属部材１０１と接触する部分）の近傍ではその樹脂材料の溶融温度近傍又はそれ以上に加熱されるに対し、その他の部分（例えば加圧治具１０３が接触する部分）ではほとんど加熱されない。このため、樹脂成形体１００内には温度分布が発生し、熱膨張差に起因したひずみや残留応力（残留内部応力）が発生する。このようなひずみや残留応力によって金属−樹脂複合体は、ある時間経過後に接合部で剥離が生じたり、樹脂成形体１００に割れ等が発生したりする場合がある。
【００２７】
この場合、樹脂成形体１００内に温度分布が発生しないように、例えば図５に示すように、金属部材１０１上に樹脂成形体１００を配置し、樹脂成形体１００の全体が均一に加熱されるようにしながら、上下の加圧治具１０３で樹脂成形体１００を金属部材１０１に押し付けて加圧することが考えられる。
しかしながら、樹脂成形体１００は、その樹脂材料の溶融温度近傍又はそれ以上に加熱され、その状態でプレスされるため、樹脂成形体が軟化して変形してしまうおそれがある。
【００２８】
このため、樹脂成形体の接合部のみが溶融して接合されるようにするのが望ましい。
そこで、例えば図６に示すように、樹脂成形体１００を、融点の異なる２種類以上の樹脂材料から形成することが考えられる。つまり、樹脂成形体１００を、金属部材１０１との接合部分を比較的低融点の樹脂材料１００Ａによって形成し、その他の部分を比較的高融点の樹脂材料１００Ｂによって形成することが考えられる。そして、比較的低融点の樹脂材料１００Ａの融点以上、かつ、比較的高融点の樹脂材料１００Ｂの融点未満の温度で、樹脂成形体１００の全体を均一に加熱し、その状態でプレスして、熱圧着接合することが考えられる。
【００２９】
この場合、比較的低融点の樹脂材料１００Ａのみが溶融され、金属部材１０１と接合されることになる。このようにして、樹脂成形体１００の全体を均一に加熱して熱圧着接合することで、樹脂成形体１００内に温度分布が発生しないようにすることができる。つまり、樹脂成形体１００内に発生した温度分布に起因するひずみや残留応力を発生させずに熱圧着接合することが可能となる。また、このようにして、樹脂成形体１００を構成する比較的低融点の樹脂材料１００Ａのみが溶融して熱圧着接合されるようにすることで、樹脂成形体１００が軟化して変形しないようにすることができる。
【００３０】
しかしながら、樹脂成形体１００を２種類以上の樹脂材料を接合して形成する場合、異なる樹脂材料の接合において、良好な接合強度が得られない場合がある。例えば、樹脂材料の組合せによっては、接合強度が低くなってしまう場合があり、また、接合できない場合もある。
そこで、樹脂成形体にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体が変形しないようにしながら、良好な接合強度が得られるように、上述のような構成を採用している。
【００３１】
次に、本実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法について、図２及び図３を参照しながら説明する。
本実施形態の金属−樹脂複合体の製造方法は、図２、図３に示すように、金属部材１と樹脂成形体２とを接合部３を介して接合して金属−樹脂複合体５を製造する方法であって、金属接合層３０が接合された樹脂成形体２を形成する工程と、低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程とを含む。
【００３２】
ここで、金属接合層３０が接合された樹脂成形体２を形成する工程では、接合部３となる金属接合層３０の一方の側に設けられた第１表面粗化部３０Ａに樹脂成形体２を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして金属接合層３０が接合された樹脂成形体２を形成する。
また、低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程では、接合部３となる、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い材料からなる低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する。
【００３３】
本実施形態では、金属接合層３０が接合された樹脂成形体２を形成する工程において、樹脂成形体２として、ベース部２Ａと枠状側壁部２Ｂとを有し、接合部３となる金属接合層３０の一方の側に設けられた第１表面粗化部３０Ａに樹脂成形体２を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして枠状側壁部２Ｂの端部に金属接合層３０が接合された蓋状樹脂成形体を形成する。
【００３４】
また、低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程において、中空部４が形成されるように枠状側壁部２Ｂの端部に接合された金属接合層３０と金属部材１とを低融点接合層３１で接合する。
また、本実施形態では、低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程において、低融点接合層３１としての、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が、金属接合層３０の他方の側に設けられた第２表面粗化部３０Ｂ、及び、金属部材１の表面粗化部１Ａに埋め込まれるようにして、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する。
【００３５】
特に、本実施形態では、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程は、金属接合層３０に接合された樹脂接合層３１Ｘを形成する工程と、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程とを含む。
ここで、金属接合層３０に接合された樹脂接合層３１Ｘを形成する工程では、樹脂成形体２に接合された金属接合層３０の他方の側に設けられた第２表面粗化部３０Ｂに樹脂接合層３１Ｘを形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして金属接合層３０に接合された樹脂接合層３１Ｘを形成する。
【００３６】
また、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程では、金属部材１の表面粗化部１Ａに樹脂接合層３１Ｘが接するように、樹脂接合層３１Ｘ及び金属接合層３０が設けられた樹脂成形体２を金属部材１上に載せ、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料が金属部材１の表面粗化部１Ａに埋め込まれるように、樹脂成形体２の樹脂材料の融点未満、かつ、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料の融点以上の温度で加熱しながら加圧して、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する。
【００３７】
以下、より具体的に説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、金属部材１と樹脂成形体２とを接合する接合層３に備えられる金属接合層３０となる金属板の両面を粗化して、第１表面粗化部３０Ａと第２表面粗化部３０Ｂを有する金属板３０を準備する。
ここでは、金属板３０は、樹脂成形体２の金属部材１に接合される端部の形状と同等の形状になっている。本実施形態では、樹脂成形体２の枠状側壁部２Ｂの端部が金属部材１に接合されるようになっているため、金属板３０は、矩形枠状の形状となっている。また、金属板３０の厚さは、例えば約１０μｍから約１０００μｍ程度である。
【００３８】
そして、例えばエッチング液を用いたディップ処理によって、金属板３０の両面を粗化している。ここでは、ディップ時間を調整することによって、金属板３０の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａが約０．５μｍから約１０μｍ程度になるようにしている。
次に、図２（Ｂ）に示すように、樹脂成形体２を成形するための金型１０内に、上述のようにして両面粗化された金属板３０を配置する。そして、図２（Ｃ）に示すように、金型１０内に、樹脂成形体２を形成するための樹脂材料（例えばＰＰＳ）を射出し、いわゆるインサート成形によって、金型１０内に配置された金属板３０の一方の表面粗化部（第１表面粗化部３０Ａ）上に樹脂成形体２を形成する。この際、金属板３０の一方の表面粗化部（第１表面粗化部３０Ａ）に形成されている微小な凹凸に樹脂成形体２を形成するための樹脂材料が流れ込むことによって、いわゆるアンカー効果によって、金属接合層となる金属板３０と樹脂成形体２が良好な強度で接合されることになる。
【００３９】
次に、図２（Ｄ）に示すように、金属接合層となる金属板３０が接合された樹脂成形体２（成形品）を金型１０から取り出し、これを、図２（Ｅ）に示すように、金属部材１と樹脂成形体２とを接合する接合層３に備えられる樹脂接合層３１Ｘ（低融点接合層３１）を形成するための金型１１内に配置する。
次に、図２（Ｆ）に示すように、金型１１内に、樹脂接合層３１Ｘを形成するための樹脂材料（例えばＰＰ）を射出し、いわゆるインサート成形によって、金属接合層となる金属板３０の他方の表面粗化部（第２表面粗化部３０Ｂ）上に樹脂接合層３１Ｘを形成する。この際、金属板３０の他方の表面粗化部（第２表面粗化部３０Ｂ）に形成されている微小な凹凸に樹脂接合層３１Ｘを形成するための樹脂材料が流れ込むことによって、いわゆるアンカー効果によって、金属接合層となる金属板３０と樹脂接合層３１Ｘが良好な強度で接合されることになる。
【００４０】
次に、図２（Ｇ）に示すように、樹脂接合層３１Ｘ及び金属接合層（金属板）３０が設けられた樹脂成形体２（成形品；樹脂部品）を金型１１から取り出す。
次に、図３に示すように、このようにして得られた、接合部３として金属接合層３０及び樹脂接合層３１Ｘが設けられた樹脂成形体２と金属部材１とを熱圧着接合する。
つまり、まず、金属部材１の表面を粗化して、樹脂成形体２を接合する領域（ここでは樹脂接合層３１Ｘを接合する領域）に表面粗化部１Ａを有する金属部材１を準備する。
【００４１】
ここでは、金属部材１は、例えば、表面粗化部１Ａとする領域のみが開口され、それ以外の領域がマスキングされた状態で、エッチング液を用いたディップ処理によって表面粗化している。また、ディップ時間を調整することによって、金属部材１の表面粗化部１Ａの表面粗さ（算術表面粗さ）Ｒａが約０．５μｍから約１０μｍ程度になるようにしている。
【００４２】
次に、金属接合層３０及び樹脂接合層３１Ｘが設けられた樹脂成形体２、及び、金属部材１を、互いの接合面が当接するように、プレス機１２内に配置する。つまり、樹脂成形体２に設けられた樹脂接合層３１Ｘと金属部材１に設けられた表面粗化部１Ａとが当接するように、樹脂成形体２を金属部材１上に載せてプレス機１２内に配置する。
ここでは、プレス機１２は、加熱スペースを有しており、加熱スペース内を雰囲気加熱可能となっている。そして、金属接合層３０及び樹脂接合層３１Ｘが設けられた樹脂成形体２、及び、金属部材１は、加熱スペース内で雰囲気加熱されることによって全体を均一に加熱される。これにより、加熱時に樹脂成形体２内に温度分布が発生しないようにすることができる。このため、熱膨張差に起因するひずみや残留応力が発生しないようにすることができ、接合面の剥離や樹脂成形体２の割れ等の発生を抑制することが可能である。
【００４３】
ここで、加熱温度は、樹脂成形体２の樹脂材料の融点未満、かつ、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料の融点以上である。例えば、樹脂成形体２の樹脂材料がＰＰＳ、樹脂接合層３１Ｘの樹脂材料がＰＰの場合、約１７０℃から約１８０℃の温度で加熱する。このように、加熱温度が樹脂成形体２の樹脂材料の融点未満になっているため、樹脂成形体２が軟化して変形してしまうことがなく、良好な金属−樹脂複合体５を製造することが可能となる。
【００４４】
このような温度で加熱した状態で、金属部材１上に載せられた樹脂成形体２を上下方向からプレス（加圧）する。ここで、プレスの加圧力は、接合部に対して例えば約０．２ＭＰａである。
このようにして、プレス機１２で加熱しながら加圧することで、樹脂接合層３１Ｘで樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とが接合され、接合部３である金属接合層３０及び樹脂接合層３１Ｘを介して樹脂成形体２と金属部材１が熱圧着接合される。
【００４５】
この際、樹脂接合層３１Ｘを構成する樹脂材料が溶融し、その一部が金属部材１の表面粗化部１Ａに形成されている微小な凹凸に流れ込むことによって、いわゆるアンカー効果によって、金属部材１と樹脂接合層３１Ｘが良好な強度で接合されることになる。
このようにして、金属部材１と樹脂成形体２を熱圧着接合することで、金属−樹脂複合体５を製造することができる。このようにして製造された金属−樹脂複合体５は、金属と樹脂の各接合界面がアンカー効果によって直接接合されているため、接合強度が強く、かつ、水密性を有する良好な接合状態となっている。
【００４６】
したがって、本実施形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法によれば、樹脂成形体２にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体２が変形しないようにすることができるという利点がある。
［第２実施形態］
まず、第２実施形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法について、図７〜図９を参照しながら説明する。
【００４７】
本実施形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法は、上述の第１実施形態のものに対し、低融点接合層３１の構成が異なる。
つまり、本実施形態にかかる金属−樹脂複合体５では、低融点接合層３１は、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層３１Ｙである。
【００４８】
なお、金属接合層３０の第２表面粗化部３０Ｂ及び金属部材１の表面粗化部１Ａは設けられていなくても良い。この場合、金属接合層３０を構成する金属板は、少なくとも片面が粗化されていれば良いことになる。なお、ここでは、金属接合層３０の第２表面粗化部３０Ｂは設けられており、金属部材１の表面粗化部１Ａは設けられていない場合を例に挙げて示している。
【００４９】
ここで、低融点金属接合層３１Ｙは、例えば、スズ‐銀‐銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金等のはんだ材料からなる。ここで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだの融点は約２２０℃である。このように、低融点金属接合層３１Ｙのはんだ材料は、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点の低い材料を使用する。この場合、金属接合層３０と金属部材１は、低融点金属接合層３１Ｙとしてのはんだ材料によって接合（はんだ接合）されることになる。また、低融点金属接合層３１Ｙの厚さは、例えば約１０μｍから約１０００μｍ程度である。
【００５０】
このように、本実施形態では、低融点接合層３１が低融点金属接合層３１Ｙであり、金属接合層３０の少なくとも片面が粗化されて、微小な凹凸を有する表面粗化部（粗化表面部；金属粗化面）３０Ａになっている。これにより、樹脂成形体２と金属接合層３０の界面（接合面）において、表面粗化部３０Ａに樹脂材料が埋め込まれることで、いわゆるアンカー効果によって、良好な強度で接合されるようになっている。また、金属接合層３０と金属部材１が低融点金属接合層３１Ｙを介して金属接合（はんだ接合）によって良好な強度で接合されるようになっている。つまり、金属接合層３０と低融点金属接合層３１Ｙ、低融点金属接合層３１Ｙと金属部材１が、金属接合（はんだ接合）によって、良好な強度で接合されるようになっている。これにより、例えば水冷クーリングプレートに用いた場合などに、良好な接合強度と水密性を実現することができる。
【００５１】
また、本実施形態にかかる金属−樹脂複合体の製造方法では、低融点接合層３１で樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する工程において、低融点接合層３１としての、樹脂成形体２の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層３１Ｙで、樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とを接合する。
【００５２】
具体的には、上述の第１実施形態の場合と同様に、図８（Ａ）〜図８（Ｄ）に示すように、金属接合層（金属板）３０が接合された樹脂成形体２を形成する。
次に、このようにして得られた、接合部３として金属接合層３０が設けられた樹脂成形体２と金属部材１とを、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料によって、はんだ接合する。
【００５３】
つまり、まず、図９（Ａ）に示すように、金属部材１上の樹脂成形体２を接合する領域（ここでは樹脂成形体２に設けられた金属接合層３０を接合する領域）に、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料を配置する。
ここで、例えばスクリーン印刷によってはんだペーストを金属部材１上に塗布することによって、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料を金属部材１上に配置する。なお、所定の形状に加工されたはんだシートを金属部材１上に配置することによって、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料を金属部材１上に配置しても良い。ここで、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料の厚さは、例えば約１０μｍから約１０００μｍ程度である。
【００５４】
次に、図９（Ｂ）に示すように、金属部材１上に配置された低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料の上に、上述のようにして得られた、金属接合層３０が設けられた樹脂成形体２を載せて、これを、図９（Ｃ）に示すように、加熱炉１３内に配置し、加熱する。つまり、樹脂成形体２に設けられた金属接合層３０と、金属部材１上に配置された低融点金属接合層３１Ｙとが当接するように、樹脂成形体２を金属部材１上に載せて加熱炉１３内に配置し、加熱する。
【００５５】
ここでは、加熱温度は、樹脂成形体２の樹脂材料の融点未満、かつ、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料の融点以上の温度である。例えば、樹脂成形体２の樹脂材料がＰＰＳ（融点約２８０℃）、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだ（融点約２２０℃）の場合、約２３０℃から約２４０℃の温度で加熱する。また、加熱時間は、例えば約１分から約１０分程度である。
【００５６】
このようにして加熱することで、図９（Ｄ）に示すように、樹脂成形体２に接合された金属接合層３０と金属部材１とが、低融点金属接合層３１Ｙとなるはんだ材料によってはんだ接合され、接合部３である金属接合層３０及び低融点金属接合層３１Ｙを介して樹脂成形体２と金属部材１が接合される。
このようにして、金属部材１と樹脂成形体２を接合することで、金属−樹脂複合体５を製造することができる。このようにして製造された金属−樹脂複合体５は、金属接合層３０と樹脂成形体２の接合界面がアンカー効果によって接合されており、さらに、金属接合層３０と金属部材１が低融点金属接合層３１Ｙによって金属接合されているため、接合強度が強く、かつ、水密性を有する良好な接合状態となっている。
【００５７】
また、上述のように、加熱温度が樹脂成形体２の樹脂材料の融点未満になっており、また、上述の第１実施形態の熱圧着接合のような加圧工程がないため、樹脂成形体２が軟化して変形してしまうことがなく、良好な金属−樹脂複合体５を製造することができる。
なお、その他の詳細は上述の第１実施形態の場合と同様である。
したがって、本実施形態にかかる金属−樹脂複合体及びその製造方法によれば、樹脂成形体２にひずみや残留応力が発生しないようにし、また、樹脂成形体２が変形しないようにすることができるという利点がある。
［付記］
以下、上述の各実施形態に関し、更に、付記を開示する。
【００５８】
（付記１）
金属部材と、
樹脂成形体と、
前記金属部材と前記樹脂成形体とを接合する接合部とを備え、
前記接合部は、
前記樹脂成形体の側に第１表面粗化部を有し、前記第１表面粗化部に前記樹脂成形体の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂成形体と接合されている金属接合層と、
前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなり、前記金属接合層と前記金属部材とを接合する低融点接合層とを備えることを特徴とする金属−樹脂複合体。
【００５９】
（付記２）
前記低融点接合層は、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層であり、
前記金属接合層は、前記樹脂接合層の側に第２表面粗化部を有し、前記第２表面粗化部に前記樹脂接合層の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂接合層と接合されており、
前記金属部材は、表面粗化部を有し、前記表面粗化部に前記樹脂接合層の樹脂材料が埋め込まれて前記樹脂接合層と接合されていることを特徴とする、付記１に記載の金属−樹脂複合体。
【００６０】
（付記３）
前記低融点接合層は、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層であることを特徴とする、付記１に記載の金属−樹脂複合体。
（付記４）
前記樹脂成形体は、ベース部と枠状側壁部とを有する蓋状樹脂成形体であり、中空部が形成されるように前記枠状側壁部の端部が前記接合部を介して前記金属部材に接合されていることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の金属−樹脂複合体。
【００６１】
（付記５）
金属部材と樹脂成形体とを接合部を介して接合して金属−樹脂複合体を製造する方法であって、
前記接合部となる金属接合層の一方の側に設けられた第１表面粗化部に前記樹脂成形体を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして前記金属接合層が接合された樹脂成形体を形成する工程と、
前記接合部となる、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い材料からなる低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程とを含むことを特徴とする金属−樹脂複合体の製造方法。
【００６２】
（付記６）
前記低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程において、前記低融点接合層としての、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い樹脂材料からなる樹脂接合層の樹脂材料が、前記金属接合層の他方の側に設けられた第２表面粗化部、及び、前記金属部材の表面粗化部に埋め込まれるようにして、前記樹脂接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合することを特徴とする、付記５に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【００６３】
（付記７）
前記樹脂接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程は、
前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層の他方の側に設けられた第２表面粗化部に前記樹脂接合層を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして前記金属接合層に接合された前記樹脂接合層を形成する工程と、
前記金属部材の表面粗化部に前記樹脂接合層が接するように、前記樹脂接合層及び前記金属接合層が設けられた前記樹脂成形体を前記金属部材上に載せ、前記樹脂接合層の樹脂材料が前記金属部材の表面粗化部に埋め込まれるように、前記樹脂成形体の樹脂材料の融点未満、かつ、前記樹脂接合層の樹脂材料の融点以上の温度で加熱しながら加圧して、前記樹脂接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程とを含むことを特徴とする、付記６に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【００６４】
（付記８）
前記低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程において、前記低融点接合層としての、前記樹脂成形体の樹脂材料よりも融点が低い低融点金属材料からなる低融点金属接合層で、前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合することを特徴とする、付記５に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【００６５】
（付記９）
前記金属接合層が接合された前記樹脂成形体を形成する工程において、前記樹脂成形体として、ベース部と枠状側壁部とを有し、前記接合部となる金属接合層の一方の側に設けられた第１表面粗化部に前記樹脂成形体を形成するための樹脂材料が埋め込まれるようにして前記枠状側壁部の端部に前記金属接合層が接合された蓋状樹脂成形体を形成し、
前記低融点接合層で前記樹脂成形体に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを接合する工程において、中空部が形成されるように前記枠状側壁部の端部に接合された前記金属接合層と前記金属部材とを前記低融点接合層で接合することを特徴とする、付記５〜８のいずれか１項に記載の金属−樹脂複合体の製造方法。
【符号の説明】
【００６６】
１  金属部材
１Ａ  表面粗化部
２  樹脂成形体
２Ａ  ベース部
２Ｂ  枠状側壁部
３  接合部
４  中空部
５  金属−樹脂複合体
１０、１１  金型
１２  プレス機
１３  加熱炉
３０  金属接合層（金属板）
３０Ａ  第１表面粗化部
３０Ｂ  第２表面粗化部
３１  低融点接合層
３１Ｘ  樹脂接合層
３１Ｙ  低融点金属接合層
【図１】
2016078283.tif 000003
【図２】
2016078283.tif 000004
【図３】
2016078283.tif 000005
【図４】
2016078283.tif 000006
【図７】
2016078283.tif 000007
【図８】
2016078283.tif 000008
【図９】
2016078283.tif 000009
【図５】
2016078283.tif 000010
【図６】
2016078283.tif 000011