(57)【要約】【課題】金属と樹脂とが接合された複合体の接合強度の低下を抑制することができる複合体の製造方法を提供すること。【解決手段】複合体の製造方法は、接合強度Ｆと複数の溝形状パラメータＷ、Ｒｚ、Ｄ、Ｃ、θとの予め設定された関係に対して複数の溝形状パラメータのうちの一部のパラメータＷ、Ｒｚ、Ｄの値を適用することで、複数の溝形状パラメータのうちの残りのパラメータＣ、θの値を決定する設計工程Ｓ１０と、残りのパラメータＣ、θの値に基づいて、金属部材３０の表面に複数の溝４０を形成する溝加工を実施する加工工程Ｓ２０と、複数の溝４０に樹脂が充填されるように、金属部材３０に接合した樹脂部材８０を成形する又は金属部材３０と予め成形された樹脂部材８０とを接合する接合工程Ｓ３０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属と樹脂とが接合された複合体の製造方法であって、
接合強度と複数の溝形状パラメータとの予め設定された関係に対して前記複数の溝形状パラメータのうちの一部のパラメータの値を適用することで、前記複数の溝形状パラメータのうちの残りのパラメータの値を決定する設計工程と、
前記残りのパラメータの前記値に基づいて、金属部材の表面に複数の溝を形成する溝加工を実施する加工工程と、
前記複数の溝に樹脂が充填されるように、前記金属部材に接合した樹脂部材を成形する又は前記金属部材と予め成形された樹脂部材とを接合する接合工程と、を備える複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合体の製造方法に関し、特に金属と樹脂とが接合された複合体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンカー効果により金属と樹脂を接合する方法が知られている。この方法では、金属にアンカー形状を加工し、アンカー形状に樹脂を充填することで金属と樹脂とを接合する。特許文献１は、レーザー加工により金属にアンカー形状としての細孔を形成し、金属の細孔が形成された部分を金型内に配置して射出成形を実行することで、金属と樹脂とを接合する方法を開示している。また、特許文献１は、金属にアンカー形状として溝を加工することを開示している。溝の形状を規定する溝形状パラメータとして幅及び深さが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６６６９３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、溝形状パラメータの少なくとも一つの値が加工条件においてその取れる値の範囲に制約を受ける場合、金属と樹脂の間の接合強度が低下した複合体が発生する可能性がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、接合強度が低下した複合体の発生を抑制することができる複合体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による複合体の製造方法は、金属と樹脂とが接合された複合体の製造方法であって、接合強度と複数の溝形状パラメータとの予め設定された関係に対して前記複数の溝形状パラメータのうちの一部のパラメータの値を適用することで、前記複数の溝形状パラメータのうちの残りのパラメータの値を決定する設計工程と、前記残りのパラメータの前記値に基づいて、金属部材の表面に複数の溝を形成する溝加工を実施する加工工程と、前記複数の溝に樹脂が充填されるように、前記金属部材に接合した樹脂部材を成形する又は前記金属部材と予め成形された樹脂部材とを接合する接合工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、接合強度と複数の溝形状パラメータとの予め設定された関係を用いることで、接合強度が高まるように残りのパラメータの値を決定することができる。残りのパラメータの値に基づいて溝加工を実施することにより、接合強度が低下した複合体の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１にかかる複合体の製造方法により製造される複合体の断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる複合体の製造方法のフローチャートである。
【図３】実施の形態２にかかる設計工程のフローチャートである。
【図４】アンカー形状の形状要素を説明する概略図である。
【図５】各形状要素と接合強度の関係を示すグラフである。
【図６】間隔及び角度に対する接合強度の等高線を示す図である。
【図７】各形状要素の設計値及び実測値を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる複合体の製造方法により製造される複合体を示している。複合体は、金属部材３０と、樹脂部材８０とを備える。金属部材３０は、筐体、外装パネル、補強部材、加飾部材等である。以下、金属部材３０が板状の部材である場合を説明するが、金属部材３０はブロック状の部材であってもよい。樹脂部材８０は、取付座、補強リブ等である。樹脂部材８０の材料は、例えば、ＰＰ（polypropylene）樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ＰＯＭ（Polyoxymethylene）樹脂、ＰＰＳ（Polyphenylenesulfide）樹脂、ＰＡ（polyamide）樹脂、ＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）樹脂などの熱可塑性樹脂である。
【０００９】
金属部材３０にはアンカー形状としての複数の溝４０が形成されている。樹脂部材８０の一部が複数の溝４０に配置されることで、樹脂部材８０と金属部材３０とが接合されている。複数の溝４０の形状は、金属部材３０と樹脂部材８０の間の接合強度に影響を及ぼす。
【００１０】
図２を参照して、実施の形態１にかかる複合体の製造方法を説明する。複合体の製造方法は、設計工程Ｓ１０、加工工程Ｓ２０、及び接合工程Ｓ３０を備える。設計工程Ｓ１０において、接合強度と複数の溝形状パラメータとの予め設定された関係に対して複数の溝形状パラメータのうちの一部のパラメータの値を適用することで、複数の溝形状パラメータのうちの残りのパラメータの値を決定する。
【００１１】
加工工程Ｓ２０において、設計工程Ｓ１０で決定した値に基づいて、金属部材３０の表面に複数の溝４０を形成する溝加工を実施する。接合工程Ｓ３０において、複数の溝４０に樹脂が充填されるように、金属部材３０に接合した樹脂部材８０を成形する又は金属部材３０と予め成形された樹脂部材８０とを接合する。すなわち、金属部材３０に接合した樹脂部材８０を金属板インサート成形により成形してもよく、予め成形された樹脂部材８０を熱圧着、振動溶着などで金属部材３０に接合してもよい。
【００１２】
本実施の形態によれば、接合強度と複数の溝形状パラメータとの予め設定された関係を用いることで、今回製造する複合体の接合強度が高まるように残りのパラメータの値を決定することができる。残りのパラメータの値に基づいて溝加工を実施することにより、接合強度が低下した複合体の発生を抑制することができる。また、アンカー形状で接合強度を管理することができる。
【００１３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる複合体の製造方法を説明する。ここでは、設計工程Ｓ１０の一例を詳細に説明する。以下において、実施の形態１と共通する事項の説明を省略する。
【００１４】
図３を参照して、実施の形態２にかかる設計工程Ｓ１０は、工程Ｓ１１〜Ｓ１５を備える。工程Ｓ１１において、アンカー形状としての複数の溝の形状要素を抽出及び規定する。形状要素は、溝形状パラメータと称される場合がある。形状要素は、例えば、粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの５つである。粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、及び角度θは、それぞれ、複数の溝の各溝４１の粗さ、幅、深さ、及び角度である。間隔Ｃは、複数の溝において隣り合う溝どうしの間隔である。工程Ｓ１１では、金属と樹脂との間の接合に影響を及ぼす形状要素を全て抽出及び規定することが好ましい。
【００１５】
図４を参照して、複数の溝の各溝は、奥が広い溝４２であってもよく、奥が狭い溝４３であってもよい。奥が広い溝４２では、角度θの符号が負である。奥が狭い溝４３では、角度θの符号が正である。奥が広い溝４２と奥が狭い溝４３とが混在していてもよい。
【００１６】
工程Ｓ１２において、接合させたい系（金属−樹脂）を対象として、各形状要素の水準を振って接合強度を測定する。より詳細には、各形状要素の水準を振って金属部材に複数の溝を形成し、複数の溝に樹脂が充填されるように樹脂部材を形成し、樹脂部材と金属部材との間の接合強度を測定する。これにより、各形状要素と接合強度の関係を示すデータを取得する。工程Ｓ１３において、工程Ｓ１２で取得したデータを回帰分析し、形状要素と接合強度の関係式を作成する。この関係式は、必要な接合強度から形状要素の値を決定するための基礎式である。例えば、この関係式において、接合強度Ｆは、粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの関数である。より好ましくは、下記の式（１）に示すように、接合強度Ｆは、粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの線形関数である。
【数１】
2017001317.tif 000003
【００１７】
工程Ｓ１４において、工程Ｓ１３で作成した関係式の接合強度Ｆに必要強度Ｆｍを代入して、形状要素が満たすべき関係式を作成する。この関係式は、形状要素の間の関係を規定する。工程Ｓ１５において、工程Ｓ１４で作成した関係式を満たすように、各形状要素の値を決定する。例えば、工程Ｓ１４で作成した関係式を満たすように、粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの値を順次決定する。したがって、必要強度を満たすようにアンカー形状を設計することができる。その後、加工工程Ｓ２０において、工程Ｓ１５で決定した粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの値に基づいて、金属部材３０の表面に複数の溝４０を形成する溝加工を実施する。
【００１８】
本実施の形態によれば、アンカー形状を形成するための加工方法を限定せずに形状要素の値を決定することが可能である。この場合、加工工程Ｓ２０においてアンカー形状及び材料に適した加工方法を自由に選定できるので、加工コスト低減及び加工時間短縮が可能である。尚、アンカー形状の加工方法を先に選定してから形状要素の値を決定することも可能である。
【００１９】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる複合体の製造方法を説明する。実施の形態３では、加工工程Ｓ２０で用いるべきアンカー形状の加工方法を先に選定してから形状要素の値を決定する。具体的には、金属部材３０として板厚１ｍｍのアルミニウム板を用いること、加工工程Ｓ２０において複数の溝４０をプレス加工で形成すること、及び接合工程Ｓ３０において金属部材３０に接合した樹脂部材８０をＰＰ樹脂により成形することが予め決まっており、これらを考慮して設計工程Ｓ１０を実行する。以下において、実施の形態１又は２と共通する事項の説明を省略する。
【００２０】
実施の形態３にかかる設計工程Ｓ１０を説明する。工程Ｓ１１において、プレス加工ではアンダーカット形状を加工することが不可能なため、各溝が奥が狭い溝４３である複数の溝を設定し、複数の溝の形状要素として粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃを規定する。工程Ｓ１２において、アルミニウム−ＰＰ樹脂の系を対象として、各形状要素の水準を振って金属部材に複数の溝を形成し、複数の溝に樹脂が充填されるように樹脂部材を形成し、樹脂部材と金属部材との間の接合強度を測定する。これにより、各形状要素と接合強度の関係を示すデータを取得する。
【００２１】
図５を参照して、工程Ｓ１２で取得されたデータは、粗さＲｚと接合強度Ｆの関係、角度θと接合強度Ｆの関係、幅Ｗと接合強度Ｆの関係、深さＤと接合強度Ｆの関係、及び間隔Ｃと接合強度Ｆの関係を示す。尚、幅Ｗが１００μｍ以下では幅Ｗが増加すると接合強度Ｆが増加するが、幅Ｗが１００μｍ以上では幅Ｗが増加すると接合強度Ｆが減少するため、幅Ｗは最適値１００μｍを持つ。
【００２２】
工程Ｓ１３において、工程Ｓ１２で取得したデータを重回帰分析し、形状要素と接合強度の関係式を作成する。下記の式（２）及び（３）は、工程Ｓ１３で作成した関係式である。
【数２】
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【数３】
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式（２）及び（３）を用いて、粗さＲｚ、幅Ｗ、深さＤ、角度θ、及び間隔Ｃの値から接合強度Ｆの値を求めることができる。
【００２３】
工程Ｓ１４において、接合強度Ｆの目標値（必要強度）を１ＭＰａと設定して、形状要素が満たすべき関係式を作成する。形状要素が満たすべき関係式は、下記の式（４）及び（５）となる。
【数４】
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【数５】
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【００２４】
工程Ｓ１５において、工程Ｓ１４で作成した関係式に基づいて、形状要素の値を順次決定する。ここで、最適値を持つ形状要素や、加工法又は加工対象によって値の範囲が制限される形状要素を先に決定することが好ましい。例えば、幅Ｗは、最適値である１００μｍと決定する。プレス加工では大きい凹凸を形成することが困難なため、粗さＲｚを５μｍと決定する。加工対象の板厚が薄く且つプレス加工は塑性加工であるため、深さＤを大きくすることは困難である。したがって、深さＤを１００μｍと決定する。
【００２５】
次に、上で決定した値を工程Ｓ１４で作成した関係式に代入して、下記の式（６）を得る。
【数６】
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式（６）に基づいて、接合強度Ｆが目標値（１ＭＰａ）以上となるように、間隔Ｃ及び角度θの値を決定する。具体的には、図６に示すように、式（６）から間隔Ｃ及び角度θに対する接合強度Ｆの等高線を作成する。図６より、間隔Ｃを１２０μｍ、角度θを２２°と決定する。
【００２６】
工程Ｓ１５で決定した形状要素の設計値に基づいてプレス加工を行って金属部材３０に複数の溝４０を形成し（加工工程Ｓ２０）、金属部材３０と接合した樹脂部材８０をＰＰ樹脂により成形した（接合工程Ｓ３０）。形状要素の設計値及び実測値は図７に示すとおりであった。接合強度の実測値が１．２６ＭＰａ（引き抜き荷重）であったので、目標の接合強度を達成することができた。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、アンカー形状を形成する加工方法はプレス加工に限定されず、レーザー加工のような他の加工方法を用いることができる。
【符号の説明】
【００２８】
３０  金属部材
４０  複数の溝
４１〜４３  溝
８０  樹脂部材
【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】
2017001317.tif 000013
【図６】
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【図７】
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