(57)【要約】【課題】本発明は、所望の接合強度を有する金属と樹脂との複合体及びその製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の金属と樹脂の複合体は、金属基材表面に溶融した樹脂組成物を射出して一体化した金属と樹脂の複合体１０であって、金属基材１２は、その金属基材表面に軸線Ｌが金属基材表面の垂線Ｈに対して所定の角度α傾斜している複数の傾斜穴１６を有し、樹脂組成物１４は、前記傾斜穴１６に充填された該樹脂組成物の樹脂凸部１４ｂを一体的に有し、金属基材１２と樹脂組成物１４とは樹脂凸部１４ｂの機械的なアンカー効果により強固に接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材表面に溶融した樹脂組成物を射出して一体化した金属と樹脂の複合体であって、
前記金属基材は、該記金属基材表面に軸線が該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有し、
前記樹脂組成物は、前記傾斜穴に充填された樹脂凸部を有することを特徴とする金属と樹脂の複合体。
【請求項２】
前記傾斜穴は傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群で構成されている請求項１に記載の金属と樹脂の複合体。
【請求項３】
前記傾斜穴は該傾斜穴の先端部で互いに連通している請求項１又は２に記載の金属と樹脂の複合体。
【請求項４】
前記傾斜穴の内周面に接着剤をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の金属と樹脂の複合体。
【請求項５】
所定形状に加工された金属基材の表面に傾斜穴を形成する傾斜穴形成工程と
前記傾斜穴を形成した前記金属基材を射出成形金型にインサートするインサート工程と、
前記インサートされた金属基材と一体化させるために前記射出成形金型に熱可塑性樹脂組成物を射出する射出工程とを備え、
前記金属基材と前記熱可塑性樹脂組成物とを一体化させることを特徴とする金属と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項６】
前記前記傾斜穴の内周面に接着剤を塗布する塗布工程をさらに備える請求項５に記載の金属と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項７】
前記傾斜穴形成工程は、放電加工、レーザのスポット照射加工、ドリル切削加工、あるいは塑性加工のうちいずれかの加工工程を含む請求項５または６に記載の金属と樹脂の複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と樹脂の複合体およびその製造方法に関する。詳しくは、射出成形により一体化された金属と樹脂の複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属と樹脂とを一体化する技術として、エッチング処理やサンドペーパ研磨により金属表面に微細な凹部を形成し、溶融樹脂を該凹部に充填することで機械的なアンカー効果により金属と樹脂とを接合することが行われている。
【０００３】
しかし、この方法では形成された凹部の形状、深さ及び個数などを制御しにくいため、接合強度は小さく、バラツキも大きくなり易いという問題がある。そのため所望の接合強度を安定して保証することができなかった。
【０００４】
特許文献１には、金属表面にアンカーロック部を形成しておき、溶融状態の樹脂をこのアンカーロック部の周囲で固化一体化する技術が開示されている。
【０００５】
しかし、この方法では金属表面へアンカーロック部を突出形成する必要があるため、多大な加工工数が必要となり、生産性に劣るという問題があった。
【特許文献１】特開２００６−３４１５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決しようとするものであり、所望の接合強度を有する金属と樹脂との複合体及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の金属と樹脂の複合体は、金属基材表面に溶融した樹脂組成物を射出して一体化した金属と樹脂の複合体であって、金属基材は、その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有し、樹脂組成物は、前記傾斜穴に充填された該樹脂組成物の樹脂凸部を一体的に有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の金属と樹脂の複合体において、傾斜穴はその傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群で構成されていることが望ましく、また、傾斜穴はその傾斜穴の先端部で互いに連通していてもよい。
【０００９】
また、本発明の金属と樹脂の複合体において、傾斜穴の内周面に接着剤をさらに備えることもできる。
【００１０】
本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法は、所定形状に加工された金属基材の表面に、軸線がこの金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している傾斜穴を形成する傾斜穴形成工程と、傾斜穴を形成した金属基材を射出成形金型にインサートするインサート工程と、インサートされた金属基材と一体化させるために射出成形金型に溶融した樹脂組成物を射出する射出工程とを備え、金属基材と樹脂組成物とを一体化させることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法において、傾斜穴形成工程は、放電加工、レーザのスポット照射加工、ドリル切削加工、あるいは塑性加工のうち少なくともいずれかの加工工程を含むことが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属と樹脂の複合体は、樹脂組成物に一体的に形成されている樹脂凸部が金属基材に角度をもって進入して形成されているので、樹脂凸部の機械的なアンカー効果により強固で安定した接合強度を有する。そして、この樹脂凸部の大きさや数、分布形態などを設計事項として管理することができるので、所望の接合強度を保証することができる。
【００１３】
また、傾斜穴をその傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群で構成することにより、接合強度の方向性がなくなり、より安定した接合強度を有する複合体とすることができる。さらに、傾斜穴同士が傾斜穴先端で連通している場合や、傾斜穴の内周面に接着剤を備える場合には、傾斜穴に形成された樹脂組成物の樹脂凸部が傾斜穴から容易に抜けることがなく、高い接合強度を保証することができる。
【００１４】
本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法によれば、従来のインサート成形前に金属基材に傾斜穴を形成する傾斜穴形成工程を付加するだけなので、従来のラインを大幅に変更する必要がなく、また、生産性を低下させることがない。また、本発明によれば、どのような金属素材と樹脂素材の組み合わせであっても所望の接合強度を有する金属と樹脂の複合体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に本発明の複合体の断面を模式的に示す。複合体１０は、金属基材１２に樹脂組成物１４を接合した接合体であり、樹脂組成物１４は、金属基材１２の表面に積層した樹脂本体１４ａと、この樹脂本体１４ａに一体的に形成され金属基材１２内に保持される複数の樹脂凸部１４ｂとからなる。樹脂凸部１４ｂは、金属基材１２表面に設けられた複数の傾斜穴１６に溶融樹脂組成物を充填して冷却することにより樹脂本体１４ａと一体的に形成されている。
【００１７】
傾斜穴１６は、その軸線Ｌが金属基材１２表面の垂線Ｈに対して所定の角度α傾斜して形成されている。このため、樹脂本体１４ａは、一体的に形成され金属基材１２内に保持されている樹脂凸部１４ｂの機械的なアンカー効果により金属基材１２に強固に接合されることになる。
【００１８】
ここで、傾斜穴１６は、樹脂本体１４ａの形状や樹脂材料の強度、金属基板１２の穿設箇所などにより適宜形成すればよいが、その開口径ｄは概ね０．０５〜１ｍｍ、深さｈは概ね０．５〜５ｍｍにするとよい。  開口径ｄが０．０５ｍｍ未満では、溶融樹脂を確実に充填することができない。一方、１ｍｍを越えて大きな穴は金属基材の強度を低下させることがあるので望ましくない。深さｈは開口径ｄとの関係で適切に選択することが望ましく、ｈ／ｄを３〜２０程度とするとよい。ｈ／ｄが３未満では樹脂本体１４ａに作用する荷重の方向や傾斜角度αによっては樹脂凸部１４ｂが傾斜穴１６から抜ける場合があり、一方、２０を越えて深い穴は金属基材の厚さによる制約や形成方法による制約などの問題があるので適当ではない。ｈ／ｄは５〜１０がより好ましい。
【００１９】
また、樹脂凸部１４ｂのアンカー効果を確かなものとするために、傾斜角度αは９０°未満でできるだけ大きい方が望ましい。しかし、傾斜穴の大きさやその形成の容易さなどを考慮して、２０〜６０°が適当である。さらに好ましくは、３０〜５０°である。
【００２０】
ところで、傾斜穴１６の軸線Ｌ方向についての接合強度は、樹脂凸部１４ｂと傾斜穴１６との嵌合力のみであるので、全ての傾斜穴１６を同一角度αで同一方向に形成すると、樹脂凸部１４ｂのアンカー効果が期待できなくなる。そこで、傾斜穴１６は、その傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群として構成されていることが望ましい。  図１で示す複合体１０は、金属基材１２表面の垂線Ｈを基準にして軸線Ｌの傾斜角が−αの傾斜穴１６ａと＋αの傾斜穴１６ｂとの傾斜穴群から構成されている。このように構成することで金属基材１２と樹脂組成物１４との接合をより確かなものとすることができる。  また、図２に示すように、傾斜方向の異なる傾斜穴同士１６ｃ、１６ｄをその先端で連通させて形成し、樹脂凸部同士が一体化したアンカー１４ｃとすることも好ましい。このような一体化したアンカー１４ｃを多数設けることにより、樹脂本体１４ａに作用する荷重の方向や傾斜穴１６の傾斜角度によらず、アンカー１４ｃは傾斜穴１６から抜けることがない。従って、より強固な接合強度を有する複合体とすることができる。さらに、金属基材１２表面や傾斜穴の内表面にウレタン系やエポキシ系の接着剤を塗布した後に溶融樹脂を充填すれば、樹脂凸部１４ｂと傾斜穴１６との嵌合力に接着剤の接着力が付加されるので、さらに一層強固な接合強度を得ることができる。
【００２１】
以上のように、本発明では、金属基材１２の表面に形成した傾斜穴１６に溶融樹脂を充填して形成された樹脂凸部１４ｂの機械的なアンカー効果により樹脂と金属との接合強度を得るようにしている。傾斜穴１６の大きさ（開口径ｄ、深さｈ）、傾斜角度α、個数、或いは接合面における分布形態等は予め設計項目として設定することができる。従って、本発明によれば、所望の接合強度を有する樹脂と金属との複合体１０を設計することができる。
【００２２】
以上の構成を有する本発明の複合体１０は、次のようにして得ることができる。
【００２３】
まず、所定の金属素材を成形して所望形状の金属基材を得る。金属素材には特に制約はなく、アルミニウム等の軽金属やスチール、ステンレスなど、電子機器や家電製品の筺体や部品、或いは構造用部品や機械部品などとして通常用いられる金属素材を適用することができる。これらの金属素材にフライス加工、ドリル加工、プレス加工、研削加工、研磨加工など周知の金属加工を施して、射出成形でのインサート用として必要な形状や構造を有する金属基材１２を得る。
【００２４】
次に、この金属基材１２の表面に上述の傾斜穴１６を形成する。傾斜穴１６を穿設するに先立って、前加工として図３に示すように、傾斜穴１６の軸線Ｌに対して垂直の面（以後、斜面という）１８ａを持つＶ形溝（凹部）１８を傾斜穴穿設箇所に形成するとよい。このようなＶ形溝１８を形成することで金属基材１２の平滑な水平面１２ａに傾斜穴１６を容易に且つ精度よく穿設することができる。この前加工は、金属基材１２の成形と同時に、或いは成形に続けてコイニングなどのプレス加工、又は切削加工などの周知の方法を適宜採用すればよい。
【００２５】
続いて、このＶ形溝１８の斜面１８ａに対して垂直に放電加工、ドリル穴加工、プレス穴加工或いはレーザ加工の内のいずれかの方法で所望の傾斜穴１６を形成する。この時、複数個の傾斜穴１６を形成するが、これら複数の傾斜穴のうち少なくとも１個は他の傾斜穴と軸線の傾斜方向が異なるように形成するとよい。また、傾斜穴の大きさや形状は同一である必要はなく、形成する傾斜穴毎に異なっていてもよい。
【００２６】
なお、この後、傾斜穴を穿設した金属基材表面に接着剤を塗布してもよい。傾斜穴の内周面に接着剤が十分付着するように、接着剤としては、ウレタンやエポキシなどの液体を用い、スプレー塗布するとよい。このとき、液体が傾斜穴を塞がないように液体の粘度を低く調整することが望ましい。
【００２７】
次いで、このように多数の傾斜穴１６を有する金属基材１２を所定の射出成形金型に挿入して金型を閉め、金属基材１２と射出成形金型との間に形成されたキャビティに溶融した樹脂組成物を射出する。溶融樹脂の射出条件には特に制約はなく、通常の射出成形と同様の条件で実施すればよい。しかし、射出する樹脂組成物の種類や傾斜穴の大きさなどによっては、金型温度や射出温度あるいは射出圧力などをやや高めに設定するとよい。これは、溶融樹脂の流動性を高めて樹脂組成物を傾斜穴内部に確実に充填し、設計通りの樹脂凸部１４ｂを形成するためである。
【００２８】
本発明において、溶融樹脂として用いられる樹脂組成物は、通常の射出成形に用いられる熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリスチレン（ＰＳ）等のポリマーやそれらを複合したポリマーコンパウンド等を好適に使用することができる。
【００２９】
また、所望に応じてフィラーを含有させることも好ましい。フィラーとしては、通常用いられるガラス繊維などの高強度繊維やタルクなどの粉砕物を例示することができるが、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、粘土、などの球状或いは粒状の粉砕物が好適である。このようなフィラーを含有させることで、樹脂組成物の強度や熱膨張率等を調整することができる。
【００３０】
前述のように、樹脂と金属との複合材において、従来はその接合強度を所望の値になるように設計することはできなかった。しかし、本発明では所望の接合強度が得られるように、傾斜穴１６の大きさ（開口径ｄ、深さｈ）、傾斜角度α、個数、或いは接合面における分布形態等を設定することができる。以下にその設計の具体例を示し本発明をさらに詳しく説明する。
【００３１】
図４は、携帯電話などの筺体の部分斜視図であり、金属製の筺体２２に樹脂製のボス２４を接合した複合体２０を示す。ビス止め用のボス２４は、筺体を形成するアルミニウム成形体２２の平面部に射出成形により接合されている。ここで、アルミニウム成形体２２の素材は圧延法で得られた厚さ１ｍｍのＪＩＳＡ１０５０−Ｈ２４成形用純アルミニウム材である。また、ボス２４は、ガラス繊維２０％、炭素繊維１０％含有ＰＢＴ／ＰＣ（ＰＢＴ約９０％＋ＰＣ約１０％、三菱レイヨン社製「タフペットＳ」を射出してアルミニウム成形体と一体化したものである。ボス２４は底面（接合面）の直径Ａ：８ｍｍ、上面の直径Ｂ：４ｍｍで高さＣが８ｍｍの円錐台形状であり、中心に直径Ｄ：２ｍｍ、深さＥ：５ｍｍのねじ穴２６を備えている。このような構成の金属と樹脂との複合体２０について、トルク測定用のねじ山付き測定端をねじ穴２６へねじ込んでトルクが２００Ｎｃｍ以上の接合強度を保証する。
【００３２】
以上の条件で設計した複合体２０の一例を図５に示す。（ａ）は接合面の平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
【００３３】
アルミニウム成形体２２表面において、ボス２４の底面中心から半径３ｍｍの円周上に、開口径ｄ：０．３ｍｍ、深さｈ：１．０ｍｍ、傾斜角度α：３０°の傾斜穴２６を等間隔で１２個穿設する。その後通常の方法でインサート成形して「タフペットＳ」を傾斜穴２６に充填して１２個の樹脂凸部２４ｂを形成する。
【００３４】
上記は一例であり、傾斜穴の開口径ｄを大きくして樹脂凸部を太くすることにより樹脂凸部の数を減らしてもよいし、反対に、傾斜穴の開口径ｄを小さくして樹脂凸部を細くし、その分樹脂凸部の数を増やしてもよい。なお、このような傾斜穴は公知の放電加工方法（例えば、特開２００２−１６１７号公報）により形成するとよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電子機器の筺体、家電機器の筺体、構造用部品、機械部品、車両用構造部品、車両搭載用品、建築資材の部品、その他の構造用部品や外装用部品などに用いられる金属と樹脂の複合体に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の複合体を説明する断面模式図である。
【図２】傾斜穴を連通させて得られる複合体の断面を示す模式図である。
【図３】傾斜穴穿設の前加工を説明する金属基材の概略断面図である。
【図４】金属製の筺体に樹脂製のボスを接合した複合体を示す斜視図である。
【図５】図４の接合態様を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０、２０：複合体  １２：金属基材  １４：樹脂組成物  １４ａ：樹脂本体  １４ｂ：樹脂凸部  １６：傾斜穴  ２２：アルミニウム成形体２２  ２４：ボス
【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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