KR20240056830A

KR20240056830A - 금속 부재 및 금속 수지 접합체 그리고 그것들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20240056830A
Application number: KR1020247012042A
Authority: KR
Inventors: 유스케 니시코리; 마사노리 엔도; 히로키 이케다; 유타 엔도
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2024-04-30
Also published as: WO2023063271A1; CN118076459A; JP2023059627A; US20240383224A1

Abstract

높은 접합 강도를 갖고, 또한 충분한 기밀성을 구비한 금속 수지 접합체 및 그것을 얻기 위한 금속 부재를 제공한다. 금속제의 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면에 형성된 요철부를 갖는 마킹 패턴을 구비하고, 상기 마킹 패턴은, 1개의 연속한 직선 또는 곡선으로 이루어지고, 복수의 상기 마킹 패턴은, 서로 인접하여 병주하도록 형성되어 있고, 복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75가 되는 관계를 갖는 금속 부재이며, 이 금속 부재의 표면에 성형된 수지 성형체를 구비한 금속 수지 접합체이다.

Description

금속 부재 및 금속 수지 접합체 그리고 그것들의 제조 방법

본 발명은, 특정의 접합면을 구비한 금속 부재 및 당해 금속 부재와 수지 성형체의 접합체, 그리고 그것들의 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 자동차의 각종 센서 부품, 가정 전화 제품 부품, 산업 기기 부품 등의 분야에서는, 방열성이나 도전성이 매우 높은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리 기재나, 방열성이 높고, 또한, 타금속과 비교하여 경량의 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 기재 등의 금속제 재료와, 절연 성능이 높고, 경량이면서도 저렴한 수지 성형체를 일체로 접합한 금속 수지 접합체가 폭넓게 사용되게 되고, 또한, 그 용도가 확대되고 있다.

그리고, 종래에 있어서는, 이와 같은 이종 재질인 금속제 재료와 수지 성형체를 서로 일체적으로 접합한 금속 수지 접합체를 제조하기 위한 공업적으로 적합한 방법으로서, 금속제 재료를 사출 성형용 금형 내에 인서트하고, 이 인서트된 금속제 재료의 표면을 향하여 용융된 열가소성 수지를 사출하고, 열가소성 수지의 사출 성형에 의해 수지 성형체를 성형할 때 동시에 금속제 재료와 수지 성형체 사이를 접합하는 방법이 개발되어, 보다 저렴하게, 또한, 접합 강도를 보다 향상시키기 위한 몇 가지 방법이 제안되어 있다.

예를 들어, 본 발명자들에 의하면, 금속 기재의 표면에 특정의 처리를 행함으로써, 금속 기재의 표면에 산소를 함유하는 산소 함유 피막을 형성하고, 이 형성된 산소 함유 피막을 통해, 수지 성형체를 접합하는 기술을 제안해 왔다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3). 이들 기술은, 그 이전에 있어서 제안되어 있던 표면 처리 기술에서 문제가 되었던 금속 부품이나 장치의 부식이나, 혹은, 주변의 환경의 오염의 우려가 적은 방법이며, 일정한 접합 강도나 기밀성이 얻어지는 것이었다. 그러나, 산소 함유 피막을 형성하기 위해 수화 산화물 피막이나 아연 함유 피막을 형성하는 습식 처리하는 경우에는, 매크로 요철부가 형성되지 않으므로 수지 접합체의 접합 강도가 불충분하기 때문에, 처리 방법의 한층 더한 개선의 여지가 있었다. 이에 반해, 특허문헌 1 내지 3의 방법에 있어서 레이저광을 사용한 경우에는, 매크로 요철부를 형성할 수 있는 점에서 유리하기는 하지만, 레이저 발진기 고유의 스폿 직경(빔 직경)에 대하여, 조사 간격(피트 폭)이 동등하거나 혹은 작아지는 조건에서 실시되었다. 이 경우, 소정의 매크로 요철부가 형성되지 않아, 결과적으로, 접합 강도의 저하를 야기하고, 기밀성 담보도 곤란해지는 케이스가 있었기 때문에, 이것에 대해서도 한층 더한 개선의 여지가 있었다.

한편, 전술한 대로, 금속 수지 접합체를 형성하는 방법으로서, 금속제 재료의 표면을 레이저광으로 처리하는 기술이 몇 가지 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 4에서는, 금속/수지 복합 구조체에 대하여, 금속 부재의 표면 상의 평행 관계에 있는 임의의 3직선부, 및 당해 3직선부와 직교하는 임의의 3직선부로 이루어지는 합계 6직선부에 대하여, JIS B0601에 준거하여 측정되는 표면 조도를 측정하여, 표면 조도가 절단 레벨 20％ 평가 길이 4㎜에 있어서의 조도 곡선의 부하 길이율(Rmr)이 30％ 이하인 직선부를 1직선 이상 포함하도록 하는 것이 기재되어 있다. 즉, 금속 부재의 표면에, 예리한 코너가 있는 요철 형상이 형성됨으로써, 높은 접합 강도에 더하여, 기밀성이나 수밀성이 우수하게 되는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에서는, 이종 재료와 금속 재료가 접합된 계면에 있어서, 레이저 스캐닝 가공 시에 금속 표면에 복수의 홈부를 갖는 접합부가 형성되도록 하고, 이 접합부에 대하여, 홈부에 대하여 수직 방향으로 절단한 단면에서 보아, 홈부에 있어서의 홈 폭을 W, 홈 깊이를 H, 레이저 스캐닝 가공 시에 형성되는 홈부 면적을 A, 및, 레이저 스캐닝 가공 시에 홈부의 양쪽 측변의 면 상에 형성되는 버로 이루어지는 볼록부 면적을 B, C로 하였을 때, 이들의 면적비가 소정의 범위로 되도록 하는 것이 기재되어 있다. 즉, 금속 성형체에 형성되는 세공에 대하여, 금속 성형체의 표면으로부터의 홈 폭이, 금속 성형체의 표면으로부터 깊어져 감에 따라서 거의 동일한 폭인 경우에, 기밀성을 충족시킬 수 있는 것으로 하고 있다. 또한, 레이저 스캐닝 가공 시의 음각량 및 음각한 질량 부분이, 홈부 주변의 볼록부(버) 형상으로서 밀착성의 향상에 기여하는 것을 기재하고 있다.

또한, 특허문헌 6에서는, 금속 표면에 대하여, 하나의 주사 방향으로 레이저 스캐닝하는 공정과, 그것에 크로스하는 주사 방향으로 레이저 스캐닝하는 공정에 의해, 금속 표면에 대하여 수지와 접합하기 위한 접합부를 형성하기 위한 레이저 가공 조건이 개시되어 있다. 이에 의해, 당해 접합부를 요철 형상으로 하면서도, 적합하게는, 그 일부를, 볼록부끼리가 연결되어 아치상으로 되고 하부에 구멍이 뚫려 있는 「브리지 형상」으로서 형성하거나, 혹은, 볼록부가 「오버행」하여 버섯상·삼나무상으로 형성하거나 함으로써, 접합부에 있어서 이종 재료와의 앵커 효과를 높일 수 있다고 되어 있다.

일본 특허 제6004046호 공보 일본 특허 제6017675호 공보 일본 특허 제6387301호 공보 일본 특허 제5714193호 공보 일본 특허 제5816763호 공보 일본 특허 제4020957호 공보

특허문헌 4에서는, 금속 부재의 표면의 요철 형상의 예리성에 대하여 주목하고 있고, 특허문헌 5에서는, 금속 재료에 형성되는 세공과 버의 형상에 대하여 주목이 이루어져 있지만, 모두 기밀성을 확보하기 위한 한층 더한 어프로치가 요구되고 있다. 또한, 특허문헌 6에서는, 반드시 크로스하는 2개의 방향에 대하여 레이저 스캐닝할 필요가 있기 때문에, 가공 시간이 너무 길게 걸린다고 하는 점에서 개선의 여지가 있고, 더하여, 적합한 형상으로 하고 있는 「브리지 형상」의 하부에는 레이저 미조사부(미처리부)가 존재하기 때문에, 접합 강도 및 기밀성이 저하될 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 높은 접합 강도를 갖고 충분한 기밀성을 담보할 수 있는 금속 수지 성형체 및 그것을 얻기 위한 금속 부재 그리고 그와 같은 금속 수지 성형체 및 금속 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 금속제의 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면에 형성된 요철부를 갖는 마킹 패턴을 구비하고,

상기 마킹 패턴은, 1개의 연속한 직선 또는 곡선으로 이루어지고,

복수의 상기 마킹 패턴은, 서로 인접하여 병주하도록 형성되어 있고,

복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75가 되는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 부재.

[2] 복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부의 산술 평균 조도 Ra와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 2.5≤Rsm/Ra≤9.5가 되는 관계를 갖는 [1]에 기재된 금속 부재.

[3] 상기 금속 기재의 표면에는, 상기 마킹 패턴의 중앙부에 있어서 표면으로부터 깊이 방향을 향하여 오목상으로 형성되는 오목부와, 상기 마킹 패턴의 주변부에 있어서 표면으로부터 높이 방향을 향하여 볼록상으로 형성되는 볼록부로 이루어지는 상기 요철부가 형성되어 있고,

상기 금속 부재의 표면에 있어서, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴에 각각 포함되는 상기 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되어 있어, 상기 금속 기재가 노출되는 미처리부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 금속 부재.

[4] 상기 금속은, 알루미늄, 구리, 철 또는 이들의 각 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 금속 부재.

[5] [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 금속 부재와, 상기 금속 부재의 표면에 성형된 수지 성형체를 구비하고,

상기 금속 부재와 상기 수지 성형체는, 상기 마킹 패턴의 상기 요철부에 수지가 들어간 상태에서 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 수지 접합체.

[6] 상기 수지 성형체는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 것임을 특징으로 하는 [5]에 기재된 금속 수지 접합체.

[7] 금속제의 금속 기재의 표면에의 레이저광의 조사에 의해, 상기 금속 기재의 표면에 상기 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하는 요철부를 갖는 마킹 패턴을 형성하는 조사 공정을 구비하고,

상기 금속 기재의 표면에 복수의 상기 마킹 패턴이 형성된 금속 부재를 제조하는 금속 부재의 제조 방법이며,

상기 조사 공정에 있어서, 인접하는 부위로의 상기 레이저광의 조사에 의해, 서로 인접하여 병주하는 복수의 상기 마킹 패턴을 형성하고,

복수의 상기 마킹 패턴의 상기 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75가 되는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 부재의 제조 방법.

[8] 복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부의 산술 평균 조도 Ra와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 2.5≤Rsm/Ra≤9.5가 되는 관계를 갖는 [7]에 기재된 금속 부재의 제조 방법.

[9] 상기 금속 기재의 표면에는, 상기 레이저광이 조사된 개소의 상기 금속이 상기 레이저광의 조사 중심부로부터 외측을 향하여 확산됨으로써 형성되는 오목부와, 상기 오목부로부터 확산된 상기 금속이 상기 오목부의 주위에 집적됨으로써 형성되는 볼록부로 이루어지는 상기 요철부가 형성되어 있고,

상기 금속 부재의 표면에 있어서, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴에 각각 포함되는 상기 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되어 있어, 상기 레이저광의 조사 전의 상기 금속 기재가 노출되는 미처리부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 [7] 또는 [8]에 기재된 금속 부재의 제조 방법.

[10] 상기 금속은, 알루미늄, 구리, 철 또는 이들의 각 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 [7] 내지 [9] 중 어느 것에 기재된 금속 부재의 제조 방법.

[11] [7] 내지 [10] 중 어느 것에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 금속 부재의 표면에, 수지 성형체를 형성하는 수지 성형 공정을 구비하고,

상기 금속 기재와 상기 수지 성형체가 접합된 금속 수지 접합체를 제조하는 금속 수지 접합체의 제조 방법이며,

상기 수지 성형 공정에서는, 상기 금속 부재와 상기 수지 성형체를, 상기 마킹 패턴의 상기 요철부에 수지가 들어간 상태에서 접합시키는 것을 특징으로 하는 금속 수지 접합체의 제조 방법.

[12] 상기 수지 성형 공정에 있어서, 상기 금속 부재 상에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 수지 조성물을 사용하여 성형하는 것을 특징으로 하는 [11]에 기재된 금속 수지 접합체의 제조 방법.

본 발명의 금속 부재 및 금속 수지 접합체는, 금속 부재와 수지 성형체의 접합 강도 및 기밀성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 레이저광의 빔 직경과 조사 간격의 관계를 도시하는 모식도이다.
도 2는 금속 부재의 오목부의 x축 성분과 y축 성분을 최대 높이 조도 Rz와 평균 간격 Rsm으로 정리한 양태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 실시예 5의 금속 부재에 대하여, 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향으로 측정한 조도 곡선이다.
도 4는 실시예 5의 금속 부재에 수지 성형체를 접합한 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 접합 단면의 관찰 결과(200배)이다.
도 5는 비교예 7의 금속 부재에 대하여, 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향으로 측정한 조도 곡선이다.
도 6은 비교예 7의 금속 부재에 수지 성형체를 접합한 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 접합 단면의 관찰 결과(200배)이다.
도 7의 (a)는 평판상의 금속 기재의 일단에 접합면을 형성한 양태를 도시하는 것이며, 도 7의 (b)는 그 접합면에 있어서의 마킹 패턴의 일례(줄무늬 모양)를 도시하는 것이다.
도 8의 (a)는 원반상의 금속 기재에 있어서, 그 개구부에 가선을 두르는 것처럼 접합면을 형성한 양태를 도시하는 것이며, 도 8의 (b)는 그 접합면에 있어서의 마킹 패턴의 일례(동심원 모양)를 도시하는 것이다.
도 9는 접합 강도 평가(1)(전단 시험)의 개요를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 접합 강도 평가(2)(전단 시험)의 개요를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 금속 수지 접합체의 기밀성의 평가의 개요를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 금속 수지 금속 접합체의 기밀성의 평가의 개요를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 접합 강도 평가의 금속 수지 접합체의 개요를 도시하기 위한 도면이다.
도 14는 기밀성의 평가의 금속 수지 접합체의 개요를 도시하기 위한 도면이다.
도 15는 실시예 10에 관한, 접합 강도 평가의 금속 수지 금속 접합체의 개요를 도시하기 위한 도면이다.
도 16은 실시예 10에 관한, 기밀성의 평가의 금속 수지 금속 접합체의 개요를 도시하기 위한 도면이다.
도 17은 비교예 4에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)이다.
도 18은 비교예 9에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)이다.
도 19는 실시예 5에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)이다.

이하, 본 발명의 금속 부재, 금속 수지 접합체에 대하여, 그 제조 방법과 함께 상세하게 설명한다. 본 발명의 이하에 설명하는 구성 요소는, 일부 또는 전부를 적절히 조합할 수 있다.

[1. 금속 부재 및 금속 수지 접합체]

본 발명의 금속 부재는, 금속제의 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면에 형성된 요철부를 갖는 마킹 패턴을 구비하고 있고, 이 금속 부재는, 그 표면에 접합 대상물을 접합시켜 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 금속 수지 접합체는, 금속 부재와, 금속 부재의 표면에 수지 성형체를 구비하고 있다.

[1-1. 금속 부재]

<금속 기재>

우선, 본 발명의 금속 부재에 사용하는 금속제의 금속 기재에 대해서는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 구리 기재나, 철 또는 철 합금으로 이루어지는 철 기재나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 알루미늄 기재 등, 소재는 제한되는 것은 아니고, 이것을 사용하여 형성되는 금속 수지 접합체의 용도나 그 용도에 요구되는 강도, 내식성, 가공성 등의 다양한 물성에 기초하여 정할 수 있다. 또한, 원하는 형상으로 적절히 가공하여 얻어지는 가공재, 나아가 이들 가공재를 적절히 조합하여 얻어지는 조합재 등을 들 수 있다. 또한, 사용하는 용도에도 의하지만, 통상은 그 두께가 0.3㎜ 내지 10㎜ 정도의 것을 사용한다. 통상, 금속 기재의 표면에는, 산화 피막이 형성되어 있다. 산화 피막은, 대기 중에서 자연스럽게 형성되는 자연 산화 피막이어도 되고, 양극 산화에 의해 형성되는 양극 산화 피막이어도 된다. 또한, 열간 압연에 의해 형성되는 압연 산화 피막이어도 된다.

<접합 대상물>

금속 부재와의 접합 대상물로서는, 금속 부재와 접합 가능한 재료이면 특별히 한정되지는 않는다. 접합 대상물은, 금속 부재를 형성하는 금속 기재의 융점보다도 낮은 온도에서 접합 가능한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 접합 대상물은, 적합하게는, 수지 재료로 이루어지는 수지 성형체이다. 수지 성형체에 대해서는 후술한다.

<접합면>

금속 부재에 접합 대상물을 접합시키기 위해, 금속 부재는 접합면을 갖는다. 이 접합면을 형성함에 있어서, 금속 기재의 일면의 일부만이어도 되고, 일면의 전부나, 혹은, 양면의 일부 또는 전부 등이어도 되고, 사용하는 용도 등에 따라서, 필요한 부분에 접합면이 형성되면 된다. 또한, 접합면의 형상, 크기, 배치 등에 대해서도 특별히 한정되지는 않는다. 조합재 등의 경우에 있어서도 마찬가지이다. 또한, 본 개시에 있어서, 「접합면」이란, 금속 기재와 수지의 접합이 예정되어 있는 영역이며, 수지와의 접합을 위해 금속 기재의 표면에 소정의 처리가 실시된 영역을 호칭하는 것으로 한다. 이에 대해, 금속 기재와 수지가 접합된 영역을 「접합부」로 호칭하여 구별한다.

<마킹 패턴>

마킹 패턴은, 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하여 금속 기재의 표면에 형성되지만, 조사 공정에서의 마킹 패턴의 형성 원리는 대략 다음과 같다. 즉, 금속 기재에 레이저 조사가 행해지면, 레이저 조사에 의한 에너지에 의해 금속 기재가 용융·확산·증발되지만, 조사 중심부로부터 외측을 향하여 금속이 확산·증발되어 천공됨으로써 그 공간이 오목부의 기초가 되고, 그 오목부의 양측(양옆)의 레이저가 조사되지 않는 부분이 볼록부의 기초가 된다. 그것과 동시에, 용융된 금속 부분은 일부 또는 전부가 산화되어 금속 산화물이 되고, 이것이 오목부가 되는 조사부의 주변에 확산되어 퇴적되어 고화됨으로써, 볼록부가 형성된다. 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 마킹 패턴의 각각에 포함되는 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 볼록부가 형성되어 있는 것이 바람직하고, 금속 부재의 표면에 있어서는, 후술하는 레이저 미조사부에 상당하는 금속 기재의 노출부(미처리부)가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 금속 산화물로 이루어지는 퇴적물은, 오목부와 볼록부를 덮어 피막상으로 형성된다. 이와 같이, 금속 기재의 표면에 형성된 금속 산화물로 이루어지는 퇴적물에 의해, 요철부의 요철 형상을 형성하는 금속 용융층이 형성된다. 즉, 마킹 패턴은, 레이저광의 조사 궤적에 있어서 이와 같은 요철부(요철 형상)를 갖는 금속 산화물로 이루어지는 퇴적물(금속 용융층)이, 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하여 존재함으로써 형성되어 있다. 레이저 조사가 서로 인접하여 행해지는 경우에는, 오목부와 볼록부가 인접하여 반복되는 반복 구조를 갖게 된다.

또한, 마킹 패턴에 있어서의 이와 같은 금속 용융층의 형성 상태의 확인 방법으로서는, 예를 들어, 알칼리 에칭 처리에 의해 금속 용융층을 용해시킴으로써, 용해되지 않는 금속 기재로 판별하여 확인할 수 있다. 또한, 금속 산화물은 적어도 다소의 부분적 이온성을 갖고 있어, 금속 산화물의 신성 표면에는 금속 이온(Al³⁺)과 산화물 이온(O^2-)이 존재하고 있다. 정전적 중화성으로부터, 공기 중의 수분과 반응함으로써, 금속 용융층의 표면에 존재하는 금속 산화물의 수산기화가 발생하여, 금속 용융층의 표면은 수산기로 덮이게 된다. 마킹 패턴에 있어서의 금속 용융층의 최표층에는, 수산기를 함유하는 수산기 함유 피막이 형성된다.

여기서, 상기한 대로, 금속 부재에 레이저 조사를 받지 않는 레이저 미조사부(미처리부)가 존재하고 있는 경우에는, 레이저 미조사부에는 마킹 패턴이 존재하고 있지 않고, 요철부를 형성하는 금속 용융층도 존재하고 있지 않다. 통상, 레이저 미조사부에는, 산화 피막이 형성되어 있다. 레이저 미조사부는, 요철부를 갖지 않으므로, 통상은 평탄하기 때문에, 그 부분에 수지 등을 접합하면 요철부에 기인하는 기계적 접합에 의한 접합 강도의 향상을 기대할 수 없고, 또한, 평탄하기 때문에 공극도 발생하기 쉽기 때문에 기밀성의 향상도 기대할 수 없다. 따라서, 접합면에 레이저 미조사부가 잔존하고 있고, 접합면의 전체에 마킹 패턴이 형성되어 있지 않은 경우에는, 요철부를 형성하는 금속 용융층이 존재하지 않기 때문에, 금속 수지 접합체의 접합 강도가 저하되어, 접합 계면에서의 파괴가 일어날 우려가 있다. 그 때문에, 본 발명에 있어서는, 금속 부재에 있어서의 접합면의 전체면에 걸쳐 마킹 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 미조사부에는 상기한 수산기 함유 피막도 존재하지 않기 때문에, 수산기에 기인하는 화학적 접합에 의한 상호 작용의 발휘도 기대할 수 없다.

마킹 패턴은, 상기한 대로, 레이저광의 조사를 받아 금속 기재가 천공됨으로써 발생하는 오목부와, 레이저광의 조사에 의해 발생한 금속 산화물의 퇴적물로 이루어지는 볼록부로 이루어지는 구조를 갖고 있다. 이와 같은 요철부는, 금속 부재의 표면 또는 단면을, 예를 들어 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)을 사용하여 관찰함으로써 확인할 수 있다. 요철부의 구조에 대해서는 후기한다.

본 발명이 있어서, 마킹 패턴은 1개의 연속한 선으로 이루어지도록 한다. 즉, 마킹 패턴은, 연속하지 않고 도중에 끊어지거나, 2개 이상의 선이 교차하거나 하지 않는 것이 바람직하다. 마킹 패턴은, 직선으로 이루어지는 것이어도 되고, 곡선으로 이루어지는 것이어도 되고, 또는, 직선과 곡선을 조합하여 이루어지는 것이어도 된다. 이와 같은 마킹 패턴의 복수가 서로 인접하여 병주하도록 형성되고, 게다가, 그것에 의해 소정의 요철부가 마련됨으로써, 본 발명에 관한 금속 부재의 접합면을 형성한다. 즉, 복수의 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이 하기의 관계식 (1)을 충족시키도록 한다. 구체적으로는, 금속 기재의 표면에의 레이저광의 조사에 의해, 그 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하는 요철부를 갖는 마킹 패턴을 형성하는 조사 공정에 있어서, 인접하는 부위로의 레이저광의 조사에 의해 서로 인접하여 병주하는 복수의 마킹 패턴을 형성하였을 때, 그것들 마킹 패턴의 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이 관계식 (1)을 충족시키도록 한다.

45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75 … (1)

여기서, 요철의 최대 높이 조도 Rz와 요철의 평균 간격 Rsm은, 모두 JIS B 0601-2001에 준거하여 측정되는 표면 조도이며, Rz는, 기준 길이마다의 최저 곡저로부터 최대 산정까지의 높이(최고 높이)를 나타내고, Rsm은, 조도 곡선이 평균점과 교차하는 교점으로부터 구한 산곡-주기의 간격의 평균값(조도 곡선 요소의 평균 길이)을 나타낸다. 본 발명에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저광의 궤적(6)과, 당해 레이저와 인접하여 조사되는 다른 레이저광의 궤적(6')이 병주하도록 하여, 2 이상의 마킹 패턴을 형성하였을 때, 이들 마킹 패턴의 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향(2)(주사 방향(3)에 직교하는 방향)으로 형성되는 오목부에 주목한다.

상세하게는, 도 2에 도시한 바와 같이, 오목부의 형상을 삼각형에 근사한 경우에, 당해 삼각형의 저면과 빗변으로 이루는 각도가 각도 θ가 된다. 구체적으로는, 오목부의 형상을, 오목부의 최심점을 정점으로 하여, 오목부의 양측에 위치하는 각 볼록부의 정상부 부근을 금속 기재의 표면에 대하여 평행하게 되도록 연결한 저면과, 정점과 저면의 양단부를 연결한 2개의 빗변을 구비하는, 삼각형으로 근사할 수 있다. 또한, 정점으로부터 저변을 향하여 수직인 선분을 삼각형의 높이 방향으로 그은 경우에, 이 선분에 의해 오목부를 근사한 삼각형을 2분할 수 있다. 각도 θ는, 이 편측의 삼각형의 저면과 빗변에서 이루는 각도를 나타내고 있다. 이와 같이, 오목부를 x축 성분과 y축 성분으로 분리하면, Rz/(Rsm/2)=tanθ가 되어, 형성되는 오목부를 각도 θ로 정리할 수 있다. 즉, 오목부의 x축 성분의 요소는 표면 조도 Rsm으로서 측정한 결과를 사용하여, 오목부의 y축 성분의 요소는 표면 조도 Rz로서 측정한 결과를 사용하여 정리할 수 있다.

상기 관계식 (1)에 있어서의 (180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))는, 도 2에 도시한 바와 같이 오목부의 각도 θ를 나타낸다. 각도 θ가 작은 경우에는, 오목부를 근사한 삼각형의 정점의 각도가 커져, 오목부가 얕고 완만한 형상이 되는 경향이 있다. 또한, 각도 θ가 큰 경우에는, 오목부를 근사한 삼각형의 정점의 각도가 작아져, 오목부가 깊고 뾰족해진 형상이 되는 경향이 있다.

최대 높이 조도 Rz와 평균 간격 Rsm으로 나타내어지는 각도 θ가 하한값 이상임으로써, 오목부의 개구부의 폭에 대하여 오목부의 깊이가 과도하게 작아져, 오목부가 얕은 형상이 되어, 오목부에 수지가 유입되어도 금속 부재와 수지의 상호 작용이 약해지는 형상이 되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 최대 높이 조도 Rz와 평균 간격 Rsm으로 나타내어지는 각도 θ가 상한값 이하임으로써, 오목부의 개구부의 폭에 대하여 오목부의 깊이가 과도하게 커져, 오목부가 깊이 방향을 향하여 급준하게 좁아지는 극세한 형상이 되어, 오목부의 심부까지 수지가 유입되기 어려워져 버리는 형상이 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 오목부의 심부까지 수지가 유입됨으로써 홈과 수지 사이에 발생하는 공극의 발생을 억제하여, 오목부의 심부에서도 수지와의 화학적 접합이 유지됨으로써, 기밀성이 향상되기 쉬워진다. 이와 같이, 최대 높이 조도 Rz를 이용함으로써, 가장 깊은(가장 뾰족해진) 형상의 오목부의 각도 θ를 평가하여, 이 오목부에 기인하여 발생할 수 있는 접합 강도의 저하나 기밀성의 결여를 평가할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 바람직하게는 복수의 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 요철부의 산술 평균 조도 Ra와, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 또한 하기의 관계식 (2)를 충족시키는 것이 좋다.

2.5≤Rsm/Ra≤9.5 … (2)

앞의 관계식 (1)에 있어서의 최대 높이 조도 Rz는, 요철부에 있어서의 최대 높이와 최대 깊이의 차에 주목하기 때문에, 일부의 최댓값을 평가하는 것이다. 최대 높이 조도 Rz만에 의한 평가를 행한 경우에는, 범위 내에 존재하는 가장 높은 볼록부와 가장 낮은 볼록부의 형상을 평가할 수 있지만, 그것들 이외의 요철 형상을 반영한 평가를 행할 수 없다. 이에 반해, 산술 표면 조도 Ra는 전체의 조도를 평가하는 것이기 때문에, 범위 내에 존재하는 가장 높은 볼록부와 가장 낮은 볼록부와의 그 이외의 부분도 포함하여 형상을 평가할 수 있다. 따라서, 최대 높이 조도 Rz와 산술 표면 조도 Ra를 포함한 관계식 (2)를 이용함으로써, 요철부에 있어서의 부분적인 문제까지 평가하는 것이 가능해진다. 또한, 산술 표면 조도 Ra에 대해서도 JIS B 0601-2001에 준거하여 측정되는 표면 조도이다.

산술 표면 조도 Ra는, 요철부에 의한 요철의 크기를 나타내고 있는 것에 대하여, 조도 곡선 요소의 평균 길이 Rsm은, 요철부에 의한 요철의 길이(간격)를 나타내고 있다. 즉, 요철의 x축 성분의 요소는 표면 조도 Rsm으로서 측정한 결과를 사용하여, 요철의 y축 성분의 요소는 산술 표면 조도 Ra로서 측정한 결과를 사용함으로써도 정리할 수 있다. Rsm/Ra가 작은 경우에는, 요철의 크기에 대하여 요철의 간격이 상대적으로 작아, 요철이 조밀하게 형성되어 있는 경향이 있다. 혹은, Rsm/Ra가 작은 경우에는, 요철의 간격에 대하여 요철의 크기가 상대적으로 커서, 요철의 변화가 커져 있어, 가늘고 긴 형상의 오목부가 형성되어 있는 경향이 있다. 또한, Rsm/Ra가 큰 경우에는, 요철의 크기에 대하여 요철의 간격이 상대적으로 커서, 요철이 비교적 성기게 형성되어 있는 경향이 있다. 또한, Rsm/Ra가 큰 경우에는, 요철의 간격에 대하여 요철의 크기가 상대적으로 작아, 요철의 변화가 작아져 있어, 얕은 형상의 오목부가 형성되어 있는 경향이 있다.

또한, 복수의 마킹 패턴이 이격하여 형성됨으로써 금속 부재에 미조사부가 존재하고 있는 경우에는, 마킹 패턴의 요철 형상 사이에 놓인 금속 기재에서 유래되는 미조사부에 의한 평탄 부분이 존재하게 된다. 복수의 마킹 패턴이 서로 인접하여 형성됨으로써 금속 부재에 미조사부가 잔존하고 있지 않는 경우에는, 마킹 패턴에 의한 요철부가 반복하여 존재하고 있음으로써, 산술 표면 조도 Ra가 커지는 경향이 있다. 이에 반해, 미조사부가 존재하고 있는 경우에는, 요철부에 더하여, 평탄 부분이 포함되는 것에 의한 영향을 받아, 산술 표면 조도 Ra가 작아지는 경향이 있다. 따라서, 미조사부가 존재하고 있는 경우에는, Rsm/Ra가 커지는 경향이 있다.

Rsm/Ra가 하한값 이상임으로써, 오목부의 개구부의 폭에 대하여 오목부의 깊이가 과도하게 커져, 오목부가 깊이 방향을 향하여 급준하게 좁아지는 극세한 형상이 되어, 오목부의 심부까지 수지가 유입되기 어려워, 기밀성이 저하되기 쉬운 형상이 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, Rsm/Ra가 상한값 이하임으로써, 오목부의 개구부의 폭에 대하여 오목부의 깊이가 과도하게 작아져, 오목부가 얕은 형상이 되어, 오목부에 수지가 유입되어도 금속 부재와 수지의 상호 작용이 약해지는 형상이 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, Rsm/Ra가 상한값 이하임으로써, 요철부가 이격하여 형성되어, 요철부 사이에 금속 기재가 노출된 미처리부가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 일례로서, 도 3에는, 후술하는 실시예 5의 금속 부재에 대하여, 레이저광의 조사에 의해 형성된 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향으로 측정한 조도 곡선이 도시되어 있다. 또한, 도 5에는, 동일하게 비교예 7의 금속 부재에 대한 조도 곡선이 도시되어 있다. 이 중, 도 3에 도시한 실시예 5의 조도 곡선에 대하여, 도 4에는, 실제로 실시예 5의 금속 부재에 수지 성형체를 접합한 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 접합 단면의 관찰 결과(200배)가 도시되어 있다. 또한, 도 6에는, 실제로 비교예 7의 금속 부재에 수지 성형체를 접합한 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 접합 단면의 관찰 결과(200배)가 도시되어 있다.

이들 접합 단면의 관찰 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 모두 마킹 패턴의 중앙부에 있어서 표면으로부터 깊이 방향을 향하여 오목상으로 형성된 오목부와, 마킹 패턴의 주변부에 있어서 표면으로부터 높이 방향을 향하여 볼록상으로 형성된 볼록부로 이루어지는 요철부를 구비하고 있다.

이 중, 비교예 7에 관한 금속 부재의 요철부(도 6)에서는, 인접하는 오목부 사이에 레이저광이 조사되지 않은 금속 기재의 미처리부가 노출되어 있다. 그것에 반해, 실시예 3에 관한 금속 부재의 요철부(도 4)에서는, 레이저광의 조사에 의해 형성된 오목부와, 인접하는 좌우 양측의 오목부로부터 확산된 금속 기재 유래의 금속이 오목부의 주위에 집적되어, 각각에 의해 형성되는 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 3의 금속 부재에서는, 레이저광이 조사되지 않은 금속 기재의 미처리부가 형성되어 있지 않다.

그리고, 도 3에 도시한 실시예 3의 금속 부재의 조도 곡선에 의하면, 상기의 관계식 (1)에 있어서의 (180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))는 72(즉 각도 θ=72°)이며, 본 발명의 관계식 (1)을 만족시킨다. 또한, 상기의 관계식 (2)에 있어서의 Rsm/Ra는 2.6이며, 이 관계식 (2)에 대해서도 만족시킨다. 한편, 도 5에 도시한 비교예 7의 금속 부재의 조도 곡선에서는, (180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))는 44(즉 각도 θ=44°)이며, 본 발명의 관계식 (1)을 충족시키지 않는다. 또한, 관계식 (2)에 있어서의 Rsm/Ra는 9.7이며, 이 관계식 (2)에 대해서도 충족시키지 않는다. 특히, 도 5의 조도 곡선에는, 레이저광의 미조사부의 존재가 나타나 있고, 이와 같은 최대 높이 조도 Rz와 평균 간격 Rsm과 산술 표면 조도 Ra의 조합에 의해 미조사부의 검지가 가능해지는 것을 알 수 있다.

본 발명에 있어서, 금속 부재의 마킹 패턴은, 수지 성형체와의 접합면을 형성하는 것이며, 특히 복수의 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서의 요철부를 상술한 관계식 (1)이나 (2)에 의해 특정하는 것이다. 그 때문에, 이들 식을 구성하는 최대 높이 조도 Rz, 평균 간격 Rsm, 및, 산술 표면 조도 Ra에 대하여, 각각을 수치 범위에서 규정하는 것은 어렵고, 특별히 제한은 되지 않지만, 지금까지 얻어진 수많은 금속 부재에 있어서의 요철부의 경향과, 수지 성형체와의 접합 강도나 기밀성의 관점에서, 다음과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 최대 높이 조도 Rz는 50㎛ 이상, 250㎛ 이하인 것이 좋다. 또한, 평균 간격 Rsm은 60㎛ 이상, 400㎛ 이하인 것이 좋다. 또한, 산술 표면 조도 Ra는 10㎛ 이상, 40㎛ 이하인 것이 좋다.

<수산기 함유 피막>

전술한 바와 같이, 마킹 패턴에 있어서의 금속 용융층의 최표층에는, 수산기를 함유하는 수산기 함유 피막이 형성되기 때문에, 접합면에는, 수산기 함유 피막이 전체면에 걸쳐 형성되어 있는 것이 좋다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「접합면의 전체면」이란, 반드시 접합면의 표면적의 100％에만 한정되는 것은 아니고, 미조사부에 의해 수산기 함유 피막으로 덮여 있지 않은 면이 매우 미소의 스폿적으로 존재하고 있는 경우를 배제하는 것은 아니다. 접합면은, 바람직하게는 90％ 이상, 보다 바람직하게는 95％ 이상이 수산기 함유 피막으로 덮여 있는 것이 좋다.

수산기 함유 피막은, 글로 방전 발광 분석법(Glow discharge optical emission spectrometry: GD-OES)에 의해, 금속 부재의 표층 부근에 존재하는 수산기를 검출함으로써 확인할 수 있다. 구체적으로는, 먼저, GD-OES를 사용하여, 금속 부재의 접합면에 있어서의 두께 방향에 대하여, 금속 기재를 구성하는 주 금속 및 수산기에서 유래되는 발광 강도(V)를 측정한다. 계속해서, 주 금속에서 유래되는 발광 강도의 적산값(면적)으로부터, 금속 기재를 구성하는 주 금속의 검출량을 산출한다. 또한, 수산기에서 유래되는 발광 강도의 적산값으로부터, 수산기의 검출량을 측정한다. 또한, 주 금속의 검출량과 수산기의 검출량의 합계량에 대한, 수산기의 검출량의 비율을, 수산기 존재율로서 산출한다. GD-OES에 의해 얻어지는 발광 스펙트럼 중, 281㎚ 및 309㎚에 나타나는 피크를, 수산기에서 유래되는 피크로 한다. GD-OES에 의한 금속 부재의 표층 부근의 발광 강도의 측정은, 표면으로부터 200㎚의 깊이까지의 측정을 행하면 된다. 구체적으로는, 금속 기재를 구성하는 주 금속의 원소 및 수산기에서 유래되는 발광 강도가 검출되고 나서, 주 금속의 원소에 대응하는 200㎚의 스퍼터링에 요하는 시간이 경과할 때까지의 범위를 측정한다. 이 측정의 범위(시간)는, 측정 대상이 되는 주 금속 원소를 고순도로 포함하는 표준 시료의 스퍼터링 레이트(㎛/min)를 미리 측정함으로써 파악할 수 있다. GD-OES를 이용하여 발광 강도를 측정함으로써, 금속 부재의 최표층에 존재하는 성분뿐만 아니라, 수지와의 접합에 기여할 수 있는, 어느 정도의 깊이까지 존재하는 성분을 검출하여 평가를 행할 수 있다.

수산기 존재율은, 바람직하게는 4％ 이상, 보다 바람직하게는 5％ 이상, 더욱 바람직하게는 6％ 이상, 특히 바람직하게는 7％ 이상이다. 수산기 존재율이 상기 하한값 이상임으로써, 금속 부재의 표면 부근에 존재하는 수산기가 증가되어, 수지 성형체에 포함되는 관능기와의 작용이 강해짐으로써, 금속 수지 접합체의 기밀성이 향상되는 경향이 있고, 또한 이때, 금속 수지 접합체의 접합 강도도 향상되는 경향이 있다. 수산기 존재율의 상한은 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 70％ 이하, 보다 바람직하게는 50％ 이하, 더욱 바람직하게는 40％ 이하, 특히 바람직하게는 30％ 이하이다. 수산기 존재율은, 수산기의 형성 방법에 의해 변화된다. 예를 들어, 금속 기재가 레이저 처리를 받은 경우에 비해, 금속 기재가, 온수 혹은 열수에 의한 수화 산화물 처리; 화성 처리; 징케이트 처리; 등의 습식 처리를 받은 경우의 쪽이 높아지는 경향이 있다. 레이저 처리에 의해 수산기 함유 피막이 형성되는 경우에는, 수산기 존재율은, 바람직하게는 30％ 이하, 보다 바람직하게는 20％ 이하, 더욱 바람직하게는 15％ 이하, 특히 바람직하게는 10％ 이하이다.

수산기 함유 피막은, 금속 기재를 구성하는 금속에 따라서, 예를 들어 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 산화수산화알루미늄(AlO(OH)), 수산화구리(Cu(OH)₂), 수산화철(II)(Fe(OH)₂), 산화수산화철(III)(FeO(OH)) 등의 금속 기재를 구성하는 금속의 수산화물(금속 수산화물), 또는 금속 기재를 구성하는 금속의 산화수산화물(금속 산화수산화물)을 포함하고 있다. 또한, 수산기 함유 피막은, 금속 기재를 구성하는 금속에 따라서, 예를 들어 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화구리(I)(Cu₂O), 산화구리(II)(CuO), 산화철(II)(FeO), 산화철(II, III)(Fe₃O₄), 산화철(III)(Fe₂O₃) 등의 금속 기재를 구성하는 금속의 산화물(금속 산화물)을 포함하고 있어도 된다.

상술한 바와 같이, 금속 기재의 표면에는, 레이저 조사에 기인하여 형성되는 금속 산화물이 조사부의 주변에 퇴적된 퇴적물이 피막상으로 형성되어 있다. 이와 같은 퇴적물로 이루어지는 금속 용융층은, 상기한 대로의 금속 산화물로서 산소를 함유하고 있다. 금속 용융층은, 최표층에 수산기를 갖는 수산기 함유 피막을 갖고 있다.

<미세 요철부>

본 발명에 있어서의 금속 부재는, 요철부를 갖는 마킹 패턴을 구비하고 있고, 거시적으로는 상술한 바와 같은 오목부와 볼록부가 교호로 연속하여 형성되어 있다. 그리고, 레이저 조사에 의해 형성된 이와 같은 요철부를 「매크로 요철부」라 하면, 그 매크로 요철부의 표면에는 「미세 요철부」를 갖고 있다고 생각된다.

미세 요철부는, ㎚ 오더 사이즈의 요철 형상을 갖는 구조체이며, 수산기 함유 피막의 표면의 매크로 요철부 상에 형성되어 있다. 미세 요철부는, 레이저 조사에 의해 수산기 함유 피막을 갖는 금속 용융층이 형성되었을 때, 수산기 함유 피막의 표면에 형성된다. 미세 요철부는, 금속 부재의 표면 또는 단면을, 예를 들어 주사 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써 확인할 수 있다.

미세 요철부는, 10㎚ 내지 50㎚의 나노 사이즈의 미세한 개구부가 형성되어 있음과 함께, 그 막 두께가 10㎚ 내지 1000㎚인 미세한 구조를 갖는다. SEM에 의한 관찰을 행한 경우, 미세 요철부는, 상기 사이즈의 미세한 개구부를 갖는 해면상의 구조체로서 관찰된다. 미세 요철부는, 수산기 함유 피막과 마찬가지로, 금속 수산화물 또는 금속 산화수산화물을 포함하고 있다. 또한, 미세 요철부는, 수산기 함유 피막과 마찬가지로, 금속 산화물을 포함하고 있어도 된다.

[1-2. 수지 성형체]

이어서, 소정의 접합면을 갖는 금속 부재에 대하여, 접합 대상물로서 적합하게 사용되는 수지 성형체에 대하여 설명한다. 수지 성형체는 수지 조성물을 금속 부재 표면에 성형시킴으로써 형성할 수 있다. 수지 성형체는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하고 있다.

열가소성 수지로서는, 용도에 따라서 적절히 공지의 것으로부터 선택할 수 있지만, 예를 들어 폴리아미드계 수지(PA6, PA66 등의 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드), 폴리스티렌, ABS 수지, AS 수지 등의 스티렌 단위를 포함하는 공중합체, 폴리에틸렌, 에틸렌 단위를 포함하는 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 단위를 포함하는 공중합체, 그 밖의 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리카르보네이트계 수지, 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아세탈계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지를 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상으로 사용할 수 있다. 이 중에서도, 수지 성형 시의 유동성이 높아 오목부에 들어가기 쉬운 것 등의 이유로부터, 폴리아미드계 수지, 폴리페닐렌술피드계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

열경화성 수지로서는, 용도에 따라서 적절히 공지의 것으로부터 선택할 수 있지만, 예를 들어 요소 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조르시놀 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 비닐우레탄을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상으로 사용할 수 있다. 이 중에서도, 반응 경화형 접착제는 수산기 함유 피막과의 상성이 좋아, 반응 면적이 커지는 것에 수반하여 높은 접합 강도가 얻어지는 것 등의 이유로부터, 에폭시 수지계, 아크릴 수지계, 우레탄 수지계를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 수지 성형체로서, 예를 들어 접착제를 사용할 수도 있다. 접착제로서는, 상술한 열가소성 수지 혹은 열경화성 수지, 또는 그 밖의 엘라스토머 또는 고무를 포함하고, 접착성을 나타내는 화합물을 사용할 수 있다. 접착제로서는, 용도에 따라서 적절히 공지의 것으로부터 선택할 수 있지만, 예를 들어 건조 고화형 접착제로서, 아크릴 수지계 에멀션형, 고무계 라텍스형, 아세트산비닐 수지계 용제형, 비닐 공중합 수지계 용제형, 고무계 용제형 등을 들 수 있고, 또한, 반응 경화형 접착제로서, 에폭시 수지계, 우레탄 수지계, 변성 실리콘 수지계의 것 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상으로 사용할 수 있다. 이 중에서도, 반응 경화형 접착제는 수산기 함유 피막과의 상성이 좋아, 반응 면적이 커지는 것에 수반하여 높은 접합 강도가 얻어지는 것 등의 이유로부터, 에폭시 수지계, 아크릴 수지계, 우레탄 수지계를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있고, 예를 들어 스티렌계 엘라스토머, 염화비닐계 엘라스토머, 올레핀계 엘라스토머, 우레탄계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 니트릴계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머를 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 각각의 수지(수지 조성물)에 있어서는, 금속 부재와의 사이의 밀착성, 기계적 강도, 내열성, 치수 안정성(내변형, 휨 등), 전기적 성질 등의 성능을 보다 개선하기 위해, 섬유상, 분립상, 판상 등의 충전제나, 각종 엘라스토머 성분을 첨가할 수 있다.

또한, 수지(수지 조성물)에는, 일반적으로 첨가되어도 되는 공지의 첨가제, 즉 난연제, 염료나 안료 등의 착색제, 산화 방지제나 자외선 흡수제 등의 안정제, 가소제, 윤활제, 활제, 이형제, 결정화 촉진제, 결정 핵제 등을, 요구되는 성능이나 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에 있어서, 적절히 첨가할 수 있다.

[1-3. 금속 수지 접합체]

금속 수지 접합체는, 수지가 금속 부재 표면의 접합면(매크로 요철부, 미세 요철부)에 들어간 상태에서 성형되고, 접합면을 통해 금속 부재와 수지 성형체가 일체적으로 접합되어 있다. 금속 부재 및 수지 성형체를 각각 1개씩 사용하여 접합시켜도 되고, 혹은, 그것들 중 어느 것 또는 양쪽을 복수 사용하여 접합시켜도 되고, 나아가, 그것들의 복수의 세트를 임의로 적층시킨 양태여도 되고, 용도에 따라서 적절히 결정할 수 있다.

예를 들어, 금속 수지 접합체는, 금속 부재와 수지 성형체가, 적층 또는 연속하여 배치된 상태에서 접합되어 있는 금속-수지 접합체여도 된다. 또는, 금속 수지 접합체는, 금속 부재와 수지 성형체와 금속 부재가, 이 순으로 적층 또는 연속하여 배치된 상태에서 접합되어 있는 금속-수지-금속 접합체여도 된다. 또는, 금속 수지 접합체는, 수지 성형체와 금속 부재와 수지 성형체가, 이 순으로 적층 또는 연속하여 배치된 상태에서 접합되어 있는 수지-금속-수지 접합체여도 된다.

금속 수지 접합체가, 수지 성형체를 통해 2 이상의 금속 부재를 접합하는 금속-수지-금속 접합체인 경우에는, 금속 부재 사이에 놓인 상태에서 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 성형한 수지 성형체를 구비하는 것이어도 된다. 또는, 열가소성 수지 혹은 열경화성 수지 등을 포함하는 접착제를 수지 성형체로서 사용하여, 금속 부재가 접착제를 통해 접합된 것이어도 된다.

[2. 금속 부재 및 금속 수지 접합체의 제조 방법]

본 발명의 금속 부재의 제조 방법은, 금속제의 금속 기재의 표면에의 레이저광의 조사에 의해, 상기 금속 기재의 표면에 상기 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하는 요철부를 갖는 마킹 패턴을 형성하는 조사 공정을 구비하여, 금속 기재의 표면에 복수의 상기 마킹 패턴이 형성된 금속 부재를 얻는다. 본 발명의 금속 수지 접합체의 제조 방법은, 금속 부재의 표면에 수지 성형체를 접합시키는 수지 성형 공정을 구비하고 있다.

[2-1. 금속 부재의 제조 방법]

<준비 공정>

본 발명의 금속 부재의 제조 방법에서는, 조사 공정에 앞서서, 금속 기재의 표면의 전처리로서, 탈지 처리, 에칭 처리, 데스 매트 처리, 화학 연마 처리, 및 전해 연마 처리 등의 전처리를 실시하는 준비 공정을 구비하고 있어도 된다.

<조사 공정>

본 발명은, 금속제의 금속 기재의 표면에 레이저광을 조사하는 처리(이하, 단순히 「레이저 처리」 등이라 함)를 실시한다. 레이저 처리에 의해, 접합 대상물과의 접합면을 형성시켜, 본 발명에 관한 금속 부재를 얻는다. 여기서, 레이저로서는, 공지의 레이저를 사용할 수 있지만, 본 발명과 같이 스폿적으로 금속 기재를 가공하는 것에 적합하기 때문에, 펄스 발진 레이저를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 YAG 레이저, YVO₄ 레이저, 반도체 레이저, 파이버 레이저를 사용하는 것이 좋다.

이 레이저 처리에 의해 금속 기재에 소정의 요철부를 가진 마킹 패턴을 형성하는 원리는 대략 다음과 같다. 즉, 레이저 조사에 의한 에너지에 의해 금속 기재가 용융·증발되지만, 증발에 의해 천공됨으로써 그 공간이 오목부의 기초가 되고, 그 오목부의 양측(양옆)의 레이저가 조사되지 않는 부분이 볼록부의 기초가 된다. 그것과 동시에, 용융된 금속 부분은 일부 또는 전부가 산화되어 금속 산화물이 되고, 이것이 오목부가 되는 조사부의 주변에 퇴적됨으로써, 볼록부가 형성된다. 금속 산화물로 이루어지는 퇴적물은, 오목부와 볼록부를 덮어 피막상으로 형성된다. 이와 같이, 금속 기재의 표면에 형성된 금속 산화물로 이루어지는 퇴적물에 의해, 매크로 요철부의 요철 형상을 형성하는 금속 용융층이 형성된다. 또한, 금속 산화물은 적어도 다소의 부분적 이온성을 갖고 있어, 금속 산화물의 신성 표면에는 금속 이온(Al³ ⁺)과 산화물 이온(O^2-)이 존재하고 있다. 정전적 중화성으로부터, 공기 중의 수분과 반응함으로써, 금속 용융층의 표면에 존재하는 금속 산화물의 수산기화가 발생하여, 금속 용융층의 표면이 수산기로 덮이게 된다. 이와 같이 하여 금속 기재에 매크로 요철부가 형성됨과 함께, 그 금속 용융층의 최표층에는 수산기를 함유하는 수산기 함유 피막이 형성된다. 또한, 이 수산기 함유 피막에 주목하면, 거시적으로 오목부와 볼록부가 교호로 연속하여 형성된 매크로 요철부와, 그 매크로 요철부의 표면에 형성된 미세 요철부를 갖고 있다.

또한, 금속 기재에 레이저 조사를 받지 않는 레이저 미조사부가 존재하고 있는 경우에는, 레이저 미조사부에는 금속 용융층이 존재하고 있지 않고, 수산기 함유 피막도 존재하고 있지 않다. 통상, 레이저 미조사부에는, 산화 피막이 형성되어 있다. 레이저 미조사부는, 수산기 함유 피막을 갖지 않기 때문에, 수산기에 기인하는 화학적 접합에 의한 기밀성의 향상이 발생하지 않는다. 또한, 레이저 미조사부가 평탄한 경우에는, 매크로 요철부에 기인하는 기계적 접합에 의한 접합 강도의 향상이 보이지 않는다. 따라서, 접합면에 레이저 미조사부가 잔존하고 있어, 접합면의 전체에 수산기 함유 피막이 형성되어 있지 않은 경우에는, 금속 수지 접합체의 기밀성 및 접합 강도가 저하된다.

본 발명에 있어서, 금속 기재의 표면에 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하는 요철부를 갖는 마킹 패턴을 형성함에 있어서, 그 마킹 패턴은 1개의 연속한 선으로 이루어지도록 한다. 마킹 패턴은, 직선으로 이루어지는 것이어도 되고, 곡선으로 이루어지는 것이어도 되고, 또는, 직선과 곡선을 조합하여 이루어지는 것이어도 된다. 그리고, 금속 부재의 접합면 내에 있어서, 인접하는 부위로의 레이저광의 조사에 의해, 서로 인접하여 병주하는 복수의 마킹 패턴이 형성되도록 한다. 접합면 내에 형성하는 마킹 패턴의 형상에 대해서는 특별히 제한되지는 않지만, 일례로서 다음과 같은 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 7의 (a)는 평판상의 금속 기재(1)의 일단에 접합면(1a)을 형성한 양태를 도시하는 것이며, 이 접합면(1a)에는, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 직선의 마킹 패턴(16a, 16b, 16c) 등이 복수 그려져, 전체로 줄무늬 모양의 마킹 패턴(16)이 형성되어 있다. 또한, 도 8 (a)는 중심에 개구부(12)를 가진 원반상의 금속 기재(11)에 있어서, 그 개구부(12)에 가선을 두르는 것처럼 접합면(11a)을 형성한 양태를 도시하는 것이며, 이 접합면(11a)에는, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 원형의 마킹 패턴(17a, 17b) 등이 복수 그려져, 전체로 동심원상의 마킹 패턴(17)이 형성된 것이다. 여기서, 도 7, 도 8에 있어서, 레이저광의 조사에 의한 마킹 패턴의 주사 방향(3)과, 복수의 마킹 패턴의 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향(2)은, 각각 도시한 대로이다. 또한, 물론, 1개1개의 마킹 패턴의 병주의 방법이나 형상, 크기 등에 대해서는 이들에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에서는, 서로 인접하는 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 마킹 패턴에 각각 포함되는 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되도록 하는 것이 좋다. 그 중에서도, 바람직하게는 레이저광의 조사 전의 금속 기재가 그대로 노출된 미처리부가 금속 부재의 표면에 존재하지 않도록 하는 것이 좋다.

<레이저 처리 조건>

본 발명은, 상술한 바와 같은 소정의 요철부를 가진 마킹 패턴을 형성하기 위해, 다음과 같은 점을 고려한 레이저 처리 조건으로 설정하는 것이 바람직하다.

레이저 처리는, 단위 면적당의 레이저광의 조사 에너지(이후, 「에너지 밀도」라고도 칭함)의 영향을 받는다. 에너지 밀도는, 레이저 처리의 대상이 되는 대상물(워크)에 있어서, 레이저광이 조사되는 레이저 피조사부가, 단위 면적과 단위 시간당 받는 레이저 출력을 나타낸다. 에너지 밀도(J/㎟)는, 레이저광의 출력W(W), 레이저광의 주사 횟수 N(회), 레이저광의 조사 간격 C(㎜), 레이저광의 주사 속도 V(㎜/s), 레이저 피조사부에 있어서의 레이저광의 조사 방향과 직행하는 길이 Length, 레이저 피조사부에 있어서의 레이저광의 조사 방향과 평행인 폭 Width로부터, 하기 식 (A1)에 의해 나타내어진다.

에너지 밀도=(((Length/C)×Width×N)/V)×W)/(Length×Width) … 식 (A1)

식 (A1)을 변형하면 이하의 식 (A2)가 얻어진다. 에너지 밀도는, 식 (A2)에 의해 산출할 수 있다.

에너지 밀도=(W×N)/(C×V) … 식 (A2)

에너지 밀도는, 바람직하게는 0.5J/㎟ 이상이다. 에너지 밀도가 증가되면, 레이저 처리를 받은 금속 기재의 표면에 마킹 패턴이 생겨, 수산기를 갖는 미세 요철부가 형성되기 쉬워진다. 또한, 소정의 수산기 존재율을 갖는 수산기 함유 피막이 형성되기 쉬워진다. 또한, 에너지 밀도가 증가되면, 금속 기재의 표면에 형성되는 매크로 요철부의 오목부가 깊게 형성되어, 레이저 처리 후의 금속 부재의 표면 조도가 커지는 경향이 있다. 또한, 금속 기재를 구성하는 금속의 융점이 높고, 열확산이 클수록, 금속 기재가 레이저광에 의한 작용을 받기 어려워지는 경향이 있다. 상술한 사정을 고려하여, 에너지 밀도는, 레이저 처리의 대상이 되는 금속에 맞추어 변경하는 것이 바람직하다.

알루미늄을 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 0.5J/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 1J/㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5J/㎟ 이상이다. 또한, 알루미늄을 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 5J/㎟ 이하, 보다 바람직하게는 4J/㎟ 이하, 더욱 바람직하게는 3J/㎟ 이하이다.

철을 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 1J/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 2J/㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 3J/㎟ 이상이다. 또한, 철을 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 10J/㎟ 이하, 보다 바람직하게는 8J/㎟ 이하, 더욱 바람직하게는 6J/㎟ 이하이다.

구리를 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 2J/㎟ 이상, 보다 바람직하게는 4J/㎟ 이상, 더욱 바람직하게는 6J/㎟ 이상이다. 또한, 구리를 주 금속으로 하는 금속 기재에 대하여 레이저 처리를 행하는 경우에는, 에너지 밀도는, 바람직하게는 20J/㎟ 이하, 보다 바람직하게는 15J/㎟ 이하, 더욱 바람직하게는 10J/㎟ 이하이다.

에너지 밀도가 상기 하한값 이상임으로써, 레이저 처리를 받은 금속 부재의 표면에 마킹 패턴이 그려져, 수산기를 갖는 미세 요철부가 형성되기 쉬워진다. 또한, 소정의 수산기 존재율을 갖는 수산기 함유 피막이 형성되기 쉬워진다. 따라서, 수산기를 갖는 미세 요철부 및 수산기 함유 피막에 의해, 금속 수지 접합체의 기밀성 및 접합 강도가 향상되기 쉬워진다. 또한, 에너지 밀도가 상기 하한값 이상임으로써, 금속 기재의 표면에 형성되는 매크로 요철부의 오목부의 깊이(L)가 커지는 경향이 있다. 따라서, 매크로 요철부에 수지 성형체가 들어감으로써, 매크로 요철부와 수지 성형체의 기계적 접합(앵커 효과)이 발휘됨으로써, 접합 강도가 향상되기 쉬워진다. 에너지 밀도가 상기 상한값 이하임으로써, 금속 기재의 표면에 형성되는 매크로 요철부의 오목부의 깊이(L)가 과도하게 커지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 매크로 요철부의 오목부의 심부에까지 수지 성형체가 들어갈 수 있어, 매크로 요철부의 전체에서 금속 부재의 수산기와 수지 성형체와의 관능기와의 화학적 접합이 발휘됨으로써, 기밀성이 향상되기 쉬워진다. 또한, 매크로 요철부의 볼록부의 구조가 가늘고 길어 뾰족해진 형상이 되는 것을 방지하여, 볼록부가 꺾이는 것 등에 의한 기계적 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 금속 수지 접합체가 파단될 때 금속 부재에서의 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

레이저 처리에 있어서의 레이저 조건(레이저 처리 조건)은, 상술한 에너지 밀도를 달성하도록 적절히 설정하면 된다. 레이저 처리 조건의 파라미터로서는, 레이저광의 출력(W), 레이저광의 주파수(kHz), 레이저광의 빔 직경(㎛), 레이저광의 조사 간격(㎛), 레이저광의 주사 속도(㎜/s), 레이저광의 주사 횟수(회)를 들 수 있다. 여기서, 주사 횟수란, 동일한 조사 궤적을 따라서 레이저광을 반복하여 조사하는 횟수를 말한다. 또한, 레이저광의 빔 직경과 조사 간격의 관계에 대하여, 앞의 도 1을 참조하여 설명한다. 레이저광의 조사 간격이란, 대상물에 조사되는 하나의 레이저광의 궤적(6)과, 당해 레이저와 인접하여 조사되는 다른 레이저광의 궤적(6') 사이의 간격을 말한다. 보다 구체적으로는, 레이저광의 조사 간격은, 당해 하나의 레이저광의 궤적(6)에 있어서의 주사 방향(3)과 직행하는 방향 중 어느 한쪽측의 단부와, 당해 다른 레이저광의 궤적(6')에 있어서의 당해 하나의 레이저광과 동일한 측의 단부 사이의 거리를 말한다. 펄스 레이저를 조사한 경우에는, 레이저광의 궤적은, 개개의 레이저 펄스에 의해 형성되는 세공이 연속한 궤적으로서 나타난다. 이 경우, 레이저광의 조사 간격(5)은, 연속하는 세공에 의해 형성되는 레이저광의 궤적 사이에 놓인 영역의 폭과, 빔 직경(4)의 크기를 더한 길이에 상당한다.

레이저 처리의 대상이 되는 금속 기재의 주 금속이 알루미늄, 철, 구리인 경우에 대하여, 레이저 처리 조건의 예를 표 1에 나타낸다.

[2-2. 금속 수지 접합체의 제조 방법]

금속 수지 접합체는, 수지 조성물을 원료로 하여, 금속 부재 표면에 수지 성형체를 성형시킴으로써 제조한다.

여기서, 수지 조성물의 성형(수지 성형체의 형성) 방법으로서는, 사용되는 수지에 맞추어 적절히 바람직한 성형 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 열가소성 수지를 사용하는 경우에는, 금속 부재 상에 열가소성 수지를 포함하는 조성물을 사출 성형함으로써 수지 성형체를 일체적으로 접합시켜 금속 수지 접합체로서 얻는 것이나, 혹은, 사출 성형으로 미리 수지 성형체로서 얻은 후에, 얻어진 수지 성형체를 금속 부재 표면에 레이저 용착, 진동 용착, 초음파 용착, 핫 프레스 용착, 열판 용착, 비접촉 열판 용착 또는 고주파 용착 등의 수단을 사용한 열압착에 의해 일체적으로 접합시키는 방법 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.

또한, 예를 들어 열경화성 수지를 사용하는 경우에는, 금속 부재 상에 열경화성 수지를 포함하는 조성물의 사출 성형하는 것에 의해 수지 성형체를 일체적으로 접합시켜 금속 수지 접합체로서 얻는 것이나, 혹은, 소정의 점도로 조정한 조성물을 금속 부재 상에 도포하거나 하고 나서 일체적으로 가열·가압하는 압축 성형하는 방법 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다.

또한, 접착제를 사용하는 경우에는, 금속 부재 상에 도포하고, 건조시켜 경화시킬 수 있지만, 필요에 따라 가온 등의 조작을 행해도 상관없으며, 사용하는 접착제에 맞는 성형 조건을 채용할 수 있다.

[3. 작용 효과]

종래부터, 금속 수지 접합체의 접합 강도를 높이기 위해, 금속제 재료를 레이저광으로 처리하였을 때 소정의 개구 직경 및 깊이를 갖는 매크로 요철부를 형성함으로써, 수지가 들어감으로써 기계적인 상호 작용을 일으키기 쉬운 구조를 형성하는 것이 유효하다고 되어 있다. 또한, 해당 레이저 처리에 의해 발생하는 금속 기재의 용융부가 산소를 함유하는 산소 함유 피막이며, 이 산소 함유 피막이 접합 강도의 발현에 기여하는 것이 알려져 있었다. 본 발명자들이 상세하게 검토한 결과, 레이저 처리에 의해 형성되는 요철부를 갖는 마킹 팬에서의 오목부를 소정의 형상으로 제어하는 것이 효과적이라는 지견을 얻었다. 즉, 마킹 팬에 있어서의 오목부의 형상이, 최대 높이 조도 Rz와 평균 간격 Rsm으로 나타내어지는 각도 θ가 소정의 범위 내에 있음으로써, 오목부의 심부까지 수지가 유입되어 오목부와 수지 사이에 발생하는 공극의 발생을 억제함과 함께, 수지와 작용하는 산소 함유 피막의 표면적이 증가되어, 금속 부재와 수지에 의한 상호 작용이 충분히 발휘되는 오목부를 갖는 단면 형상이 되기 때문에, 접합 강도와 기밀성이 향상된다.

실시예

이하, 실시예, 비교예 및 시험예에 기초하여, 본 발명의 적합한 실시 형태를 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이것에 의해 한정되어 해석되는 것도 아니다.

[평가 방법]

<접합 단면의 평가>

수지 성형체를 접합하기 전의 금속 부재, 또는 금속 수지 접합체를 두께 방향으로 절단하여, 에폭시 수지에 매립한 후, 습식 연마를 행하여, 접합 단면 평가용의 샘플을 제작하였다. 접합 단면 평가용의 샘플에 대하여, 두께 방향 단면을 주사형 전자 현미경(니혼덴시제, JSM-7200F)에 의해 배율 100 내지 500배로 관찰하였다.

<접합 강도의 평가(1)(전단 시험)>

금속 수지 접합체의 접합 강도의 평가를, ISO19095에 준한 전단 강도의 측정에 의해 행하였다. 구체적으로는 도 9에 도시한 바와 같이, 금속 부재(8)와 수지 성형체(7)를 접합한 금속 수지 접합체(9)를 전용 지그(10)에 고정하고, 10㎜/min의 속도로, 접합면에 대하여 평행인 방향으로 전단력이 가해지도록 하중을 인가하여, 금속 부재와 수지 성형체 사이의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하였다. 금속 수지 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다.

또한, 전단 시험을 행한 후의 금속 부재측의 파단면을 눈으로 보아 관찰하여, 파단 형태를 확인하였다. 수지 성형체에서 모재 파괴가 발생한 경우를 수지 파괴인 것으로 하여 ○로 판단하였다. 한편, 금속 부재와 수지 성형체의 계면 파괴가 발생한 경우에는 계면 파괴인 것으로 하여 ×로 판단하였다.

<접합 강도의 평가(2)(전단 시험)>

금속 수지 금속 접합체의 접합 강도의 평가를, JIS K 6850을 참고로 한 전단 강도의 측정에 의해 행하였다. 구체적으로는 도 10에 도시한 바와 같이, 2매의 금속 부재(8 및 8')를, 후술하는 열경화성 접착제를 사용하여 접합한 금속 수지 금속 접합체(11)를 전용 지그(10)에 고정하고, 5㎜/min의 속도로, 접합면에 대하여 평행인 방향으로 전단력이 가해지도록 하중을 인가하여, 접착제를 통한 금속 부재끼리의 접합체의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하였다. 금속 수지 금속 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다.

또한, 전단 강도의 평가 후의 파단면을 눈으로 보아 관찰하여, 파단 형태를 확인하였다. 접착제에서 응집 파괴가 발생하여, 접합부 전체에 접착제가 남아 있었던 경우에는, 수지 파괴인 것으로 하여 ○로 판단하였다. 금속 부재와 접착제의 계면 파괴가 발생한 경우에는 계면 파괴인 것으로 하여 ×로 판단하였다.

<기밀성의 평가>

금속 수지 접합체, 또는 금속 수지 금속 접합체의 기밀성의 평가를, 에어 누설 시험에 의해 행하였다. 구체적으로는 도 11에 도시한 바와 같이, 금속 부재(8)와 수지 성형체(7)를 접합한 금속 수지 접합체(9)를 전용 기밀성 지그(15)에 클램프하여 고정한 상태에서, 에어를 최대로 정압 0.5㎫까지 인가하여, 1분간 유지하였다. 그 후, 에어 누설의 유무를 눈으로 보아 확인하였다. 또는, 도 12에 도시한 바와 같이, 2매의 금속 부재(8 및 8')를, 후술하는 열경화성 접착제를 사용하여 접합한 금속 수지 금속 접합체(11)를 전용 기밀성 지그(15)에 클램프하여 고정한 상태에서, 에어를 최대로 정압 0.5㎫까지 인가하여, 1분간 유지하였다. 그 후, 에어 누설의 유무를 눈으로 보아 확인하였다. 상술한 전용 기밀성 지그(15)에서는, 금속 수지 접합체(9), 또는 금속 수지 금속 접합체(11)를, O-링(13)을 개재 장착한 상태에서 상하로부터 고정 지그 사이에 끼워 넣어 고정하고 있다. 금속 수지 접합체(9), 또는 금속 수지 금속 접합체(11)를 사이에 두고, 전용 기밀성 지그(15)의 상측의 개방부에는 물(12)이 존재하고 있고, 전용 기밀성 지그(15)의 하측의 밀폐부에는 공기가 존재하고 있다. 통기관(14)을 통해 밀폐부에 에어를 인가함으로써, 접합 계면으로부터 기포가 발생하는지 여부를 기서로 하여, 금속 수지 접합체(9), 또는 금속 수지 금속 접합체(11)를 통해, 개방부측에 에어가 누설되는지 여부를 확인할 수 있다. 평가 시간 내에 있어서 에어 누설이 없는 경우에는 합격인 것으로 하여 ○로 하고, 에어 누설이 관찰된 경우에는 불합격인 것으로 하여 ×로 하였다.

<접합면의 표면 조도의 평가>

얻어진 금속 부재의 접합면의 표면 조도로서, 키엔스사제 원 샷 3D 형상 측정기 VR-3200을 사용하여, 전술한 최대 높이 조도 Rz, 평균 간격 Rsm, 및 산술 평균 조도 Ra를 측정하였다. 측정은, 3600×2800㎛의 측정 범위에 있어서, 배율 80배, 컷오프 λs 없음, 컷오프 λc 없음으로 하여, 기준 길이수 1의 조건에서 측정 개수 41개를 측정하여 평균값을 산출하였다. 그때, 레이저광의 줄무늬 모양상의 궤적과, 측정기의 투광 렌즈로부터 조사되는 줄무늬상의 광이, 직각으로 교차하는 위치 관계가 되도록 하여 측정을 행하였다. 즉, 인접하는 부위로의 상기 레이저광의 조사에 의해 형성된 마킹 패턴에 대하여, 서로 인접하여 병주하는 복수의 마킹 패턴의 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm과, 요철부의 산술 평균 조도 Ra를 측정하였다. 구체적으로는, 후술하는 알루미늄 판재 등으로 이루어지는 접합 강도 평가용의 금속 수지 접합체를 형성하는 금속 부재에서는, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 줄무늬 모양으로 이루어지는 레이저광의 조사 궤적에 대하여, 상기 측정 범위에 있어서, 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향(2)으로 41개의 측정을 행하여, 각 표면 조도의 평균값을 산출하였다. 또한, 알루미늄 원반 등으로 이루어지는 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체를 형성하는 금속 부재에서는, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같은 동심원상의 레이저광의 조사 궤적에 대하여, 마찬가지로, 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향(2)으로 41개의 측정을 행하여, 각 표면 조도의 평균값을 산출하였다.

[실시예 1]

<금속 부재의 제작>

스테인리스 판재(SUS304)로부터 두께 1.5㎜×폭 18㎜×길이 45㎜의 직사각 형상의 SUS 판재를 준비하였다. 또한, SUS 판재에 구멍을 뚫어, 두께 2㎜×외경 Φ55㎜×내경 Φ20㎜의 원환상의 SUS 원반을 준비하였다. 그리고, 각각 금속 기재로서 준비하였다.

다음으로, 이들 SUS 판재 및 SUS 원반의 각각의 피가공면에 대하여, 이하의 조건에서 레이저 조사하는 레이저 처리를 행하여, 수지 성형체와의 접합면을 형성하였다. 여기서, SUS 판재에서는, 도 7에서 도시한 바와 같이, 한쪽의 주면측의 긴 쪽 방향의 단부에 있어서, 긴 쪽 방향으로 10㎜×짧은 쪽 방향으로 18㎜의 직사각 형상의 영역에 레이저를 줄무늬 모양으로 조사하여, 접합 강도 평가용의 금속 수지 접합체를 얻기 위한 금속 부재로 하였다. 또한, SUS 원반에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 내측으로부터 동심원상으로 폭 2.0㎜의 원환상의 영역에 레이저 조사하여, 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체를 얻기 위한 금속 부재로 하였다. 또한, 이들 레이저 처리 조건은, 이하의 표 2에 정리하여 나타냈다.

<레이저 처리 조건>

·장치: 키엔스사제, 3Axis Fiber 레이저 마커(형식: MDF-5200, 최대 출력 50W)

·레이저광 파장: 1090㎚

·발신 방식: 펄스

·출력: 85％(42.5W)

·주파수: 60kHz

·빔 직경: 60㎛

·조사 간격: 90㎛

·주사 속도: 340㎜/s

·주사 횟수(조사 횟수): 1회

<수지 성형체의 접합, 금속 수지 접합체의 제작>

상기와 같이 하여 접합면이 형성된 각 금속 부재(레이저 처리 후의 SUS 판재 및 SUS 원반)를, 사출 성형기(닛세이 쥬시 고교제, FNX1103-18A)를 사용하여, ISO19095에 준거하여 제작한 금형 내에 각각 인서트 후, 이들에 대하여, 열가소성 수지로서 폴리페닐렌술피드(PPS)(폴리플라스틱사제, 상품명: 듀라파이드, 그레이드: 1150MF1)를 사용하여, 이것을 수지 온도 320℃, 금형 온도 150℃, 사출 속도 30㎜/s, 보압 80㎫로 사출 성형하였다. 그것에 의해, 수지 성형체의 두께가 3㎜×폭 10㎜×길이 45㎜의 직사각 형상이며, SUS 판재와 수지 성형체의 직사각 형상의 접합부의 접합 면적이 5㎜×10㎜인, SUS 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7)의 접합체(금속 수지 접합체(9), 도 13)를 제작하였다. 또한, 수지 성형체가 두께 2㎜×Φ24㎜의 원반상이며, SUS 원반의 내경 측면과의 원환상의 접합부의 접합 폭이 2.0㎜, 접합 면적이 138.2㎟인, 알루미늄 원반(금속 부재)(8)과 수지 성형체(7)의 접합체(금속 수지 접합체(9), 도 14)를 제작하였다. 또한, 어느 금속 수지 접합체 모두 샘플수(N수) 3으로 제작하였다.

<평가>

본 실시예 1에 관한 각 금속 부재(레이저 처리 후의 SUS 판재)에 대하여, 상술한 방법에 의해 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm, 및, 요철부의 산술 평균 조도 Ra를 측정하여, 관계식 (1)에 있어서의 『(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))』(즉 『각도 θ』)와, 관계식 (2)에 있어서의 『Rsm/Ra』를 구하였다. 이들 결과를 표 3에 정리하여 나타낸다. 또한, 접합 강도의 평가에 사용되는 판재와, 기밀성의 평가에 사용되는 원반은, 마찬가지의 레이저 처리 조건에서 레이저 처리를 행하였다. 이 때문에, 판재에 대하여 측정한, 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm, 및, 요철부의 산술 평균 조도 Ra, 그리고 접합 단면의 평가의 결과는, 원반에 있어서도 마찬가지의 결과가 된다.

또한, 이들 금속 부재를 사용하여 얻어진 금속 수지 접합체에 대하여, 접합 단면의 평가를 행하였다. 또한, 접합 강도 평가용의 금속 수지 접합체에 대하여, 전술한 접합 강도의 평가(1)에 의해, SUS 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7) 사이의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하여, 금속 수지 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다. 그때, 인장 전단 시험 후의 파단 형태를 눈으로 보아 관찰하였다. 또한, 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체에 대해서는, 전술한 기밀성의 평가에 의해, 에어 누설의 유무를 확인하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 표 3에 있어서는, 접합 상태(파단 형태)와 기밀성(에어 누설) 중 어느 쪽인가 적어도 하나에서 ×가 된 경우에는 종합 판단으로서 「×」를 부여하고 있다. 또한, 모두 ○인 경우에는 종합 판단으로서 「○」를 부여하고 있다.

[실시예 2 내지 3, 비교예 1 내지 2]

레이저 처리 조건을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 금속 부재(SUS 판재, SUS 원반)를 제작함과 함께, 평가용의 각 금속 수지 접합체를 제작하였다.

얻어진 각 금속 부재(레이저 처리 후의 SUS 판재 및 SUS 원반)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm, 및, 요철부의 산술 평균 조도 Ra를 측정하고, 관계식 (1)에 있어서의 『(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))』(즉 『각도 θ』)와, 관계식 (2)에 있어서의 『Rsm/Ra』를 구하였다. 이들 결과를 표 3에 정리하여 나타낸다. 또한, 이들 금속 부재를 사용하여 얻어진 금속 수지 접합체에 대하여, 전술한 접합 강도의 평가(1)에 의해, SUS 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7) 사이의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하여, 금속 수지 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다. 또한, 인장 전단 시험 후의 파단 형태를 눈으로 보아 관찰하였다. 또한, 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체에 대해서는, 전술한 기밀성의 평가에 의해, 에어 누설의 유무를 확인하였다. 실시예 1과 마찬가지로 결과를 표 3에 나타낸다.

[비교예 3, 실시예 4]

JIS H3100에 나타내어진 무산소동(C1020)의 압연재를 사용하여 금속 기재를 준비하고, 또한, 레이저 처리 조건을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 금속 부재(Cu 판재, Cu 원반)를 제작함과 함께, 평가용의 각 금속 수지 접합체를 제작하였다.

얻어진 각 금속 부재(레이저 처리 후의 Cu 판재 및 Cu 원반)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm, 및, 요철부의 산술 평균 조도 Ra를 측정하고, 관계식 (1)에 있어서의 『(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))』(즉 『각도 θ』)와, 관계식 (2)에 있어서의 『Rsm/Ra』를 구하였다. 이들 결과를 표 3에 정리하여 나타낸다. 또한, 이들 금속 부재를 사용하여 얻어진 금속 수지 접합체에 대하여, 전술한 접합 강도의 평가(1)에 의해, Cu 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7) 사이의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하여, 금속 수지 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다. 또한, 인장 전단 시험 후의 파단 형태를 눈으로 보아 관찰하였다. 또한, 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체에 대해서는, 전술한 기밀성의 평가에 의해, 에어 누설의 유무를 확인하였다. 실시예 1과 마찬가지로 결과를 표 3에 나타낸다.

[실시예 5 내지 9, 비교예 4 내지 9]

ISO19095에 준거하여, JIS H0001에 나타내어진 조질 기호 H34로 처리한 A5052 알루미늄 합금(A5052-H34)을 사용하여 금속 기재를 준비하고, 레이저 처리 조건을 표 2에 나타낸 대로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 금속 부재(알루미늄 판재, 알루미늄 원반)를 제작하였다.

상기와 같이 하여 접합면이 형성된 각 금속 부재(레이저 처리 후의 알루미늄 판재 및 알루미늄 원반)에 대하여, 열가소성 수지로서 폴리아미드 MXD10을 베이스 레진으로 하는 방향족 나일론(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱사제, 상품명: Reny(등록 상표), 그레이드: XL1002U)을 사용하고, 사출 조건을 수지 온도 250℃, 금형 온도 140℃, 사출 속도 30㎜/s, 보압 80㎫로 사출 성형하여, 실시예 1과 마찬가지로, 수지 성형체의 두께가 3㎜×폭 10㎜×길이 45㎜의 직사각 형상이며, 알루미늄 판재와 수지 성형체의 직사각 형상의 접합부의 접합 면적이 5㎜×10㎜인, 알루미늄 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7)의 접합체(금속 수지 접합체(9))를 제작하고, 또한, 수지 성형체가 두께 2㎜×Φ24㎜의 원반상이며, 알루미늄 원반의 내경 측면과의 원환상의 접합부의 접합 폭이 2.0㎜, 접합 면적이 138.2㎟인, 알루미늄 원반(금속 부재)(8)과 수지 성형체(7)의 접합체(금속 수지 접합체(9))를 제작하였다.

얻어진 각 금속 부재(레이저 처리 후의 알루미늄 판재 및 알루미늄 원반)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz, 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm, 및, 요철부의 산술 평균 조도 Ra를 측정하고, 관계식 (1)에 있어서의 『(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))』(즉 『각도 θ』)와, 관계식 (2)에 있어서의 『Rsm/Ra』를 구하였다. 이들 결과를 표 3에 정리하여 나타낸다. 또한, 이들 금속 부재를 사용하여 얻어진 금속 수지 접합체에 대하여, 전술한 접합 강도의 평가(1)에 의해, 알루미늄 판재(금속 부재)(8)와 수지 성형체(7) 사이의 접합부를 파괴하는 시험을 실시하여, 금속 수지 접합체가 파단되었을 때의 파단력을 인장 전단 강도(㎫)로서 구하였다. 또한, 인장 전단 시험 후의 파단 형태를 눈으로 보아 관찰하였다. 또한, 기밀성 평가용의 금속 수지 접합체에 대해서는, 전술한 기밀성의 평가에 의해, 에어 누설의 유무를 확인하였다. 실시예 1과 마찬가지로 결과를 표 3에 나타낸다.

[실시예 10]

JIS H0001에 나타내어진 조질 기호 T5로 처리한 A6063 알루미늄 합금(A6063-T5)의 중공 압출재로부터 두께 5㎜×폭 25㎜×길이 50㎜의 직사각 형상의 알루미늄 판재를 2매와, 두께 2㎜×외경 Φ55㎜×내경 Φ20㎜의 원환상의 알루미늄 원반과, 두께 2㎜×외경 Φ24㎜의 원 형상의 알루미늄 원반을, 각각 금속 기재로서 잘라내어 준비하였다.

다음으로, 레이저 처리의 조건을 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 레이저 조사하여, 접합면을 형성하였다. 또한, 2매의 알루미늄 판재에서는, 한쪽의 주면 측의 긴 쪽 방향의 단부에 있어서, 긴 쪽 방향으로 6㎜×짧은 쪽 방향으로 25㎜의 직사각 형상의 영역에 각각 레이저 조사하였다. 접합면의 조사 면적은, 180㎟였다. 또한, 원환상의 알루미늄 원반에서는, 내측으로부터 폭 2.0㎜의 원환상의 영역에 레이저 조사하였다. 또한, 원 형상의 알루미늄 원반에서는, 외주측으로부터 폭 2.0㎜의 원환상의 영역에 레이저 조사하였다. 접합면의 조사 면적은, 138㎟였다.

상기와 같이 하여 접합면이 형성된 각 금속 부재(레이저 처리 후의 알루미늄 판재 및 알루미늄 원반)에 대하여, 수지로서 열경화성 접착제(1액 가열 경화형 에폭시 접착제)(쓰리엠 재팬 가부시키가이샤사제, 상품명: 스카치·웰드(등록 상표) SW2214)를 사용하여, 접착제의 두께가 0.2㎜가 되도록 SUS 와이어로 조정하여 접합면에 도포하였다. 접착제의 도포 후, 2매의 알루미늄 판재끼리를 접합하여, 0.01㎫의 압력을 가하고, 시험편 온도가 150℃에 도달한 후에 30분 가열한 접착 조건에서, 2매의 알루미늄 판재의 직사각 형상의 접합부의 접합 면적이 6㎜×25㎜인, 접착제를 통한 알루미늄 판재(금속 부재)(8 및 8')의 접합체(알루미늄 판재와 수지 성형체와 알루미늄 판재의 접합체)(금속 수지 금속 접합체(11), 도 15)를 제작하였다. 또한, 접착제의 도포 후, 원환상의 알루미늄 원반과 원 형상의 알루미늄 원반을 접합하고, 마찬가지의 접착 조건에서, 원환상의 알루미늄 원반과 원 형상의 알루미늄 원반의 원환상의 접합부의 접합 폭이 2.0㎜, 접합 면적이 138.2㎜2인, 접착제를 통한 원환상의 알루미늄 원반(금속 부재)(8)과 원 형상의 알루미늄 원반(금속 부재)(8')의 접합체(원환상의 알루미늄 원반과 수지 성형체와 원 형상의 알루미늄 원반의 접합체)(금속 수지 금속 접합체(11), 도 16)를 제작하였다.

[검토]

표 3에 나타내어져 있는 대로, 관계식 (1)의 하한값 미만인 비교예 1 내지 8에서는, 계면 파괴를 나타내어 접합 강도에서 불량을 나타냈다. 이 중, 비교예 4 내지 9에서는, 기밀성의 평가에서도 불합격(×)이었다. 또한, 관계식 (1)의 상한값 초과인 비교예 9에서는, 접합 강도의 점에서는 문제가 없었지만, 기밀성의 평가가 불합격이었다.

여기서, 도 17에는, 비교예 4에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)가 도시되어 있다. 이 단면 SEM 화상에 포함되는 오목부에 대하여, 각 오목부의 최심점의 각도 θ를 측정하여 평균값을 취한바, 단면 SEM 관찰에 의해 얻어진 금속 부재의 오목부에 있어서의 각도 θ=43°가 되었다. 이 각도는, 최대 높이 조도 Rz와 요철부에 의해 나타내어지는 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ=38°에 가까운 값을 나타내고 있어, Rz와 Rsm에 의해, 오목부의 각도 θ를 평가할 수 있는 것이 뒷받침되었다. 또한, 비교예 4에서는, 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ가 하한값을 하회함으로써, 가장 깊은 형상의 오목부라도, 개구부의 폭에 대하여 오목부가 얕은 형상으로 되어, 금속 부재와 수지의 상호 작용이 약해지는 형상이 됨으로써, 계면 파괴가 발생하였다고 생각된다.

또한, 도 18에는, 비교예 9에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)가 도시되어 있다. 이것에 의하면, 단면 SEM 관찰에 의해 얻어진 금속 부재의 오목부에 있어서의 각도 θ=80°가 되었다. 이 각도는, 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ=76°와 가까운 값을 나타내고 있어, Rz와 Rsm에 의해, 오목부의 각도 θ를 평가할 수 있는 것이 뒷받침되었다. 또한, 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ가 상한값을 상회함으로써, 가장 깊은 형상의 오목부에 있어서, 개구부의 폭에 대하여 오목부가 깊은 형상으로 되어, 오목부의 심부까지 수지가 유입되기 어려워짐으로써 공극이 발생하여, 기밀성이 저하되었다고 생각된다.

또한, 비교예 4에서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 레이저 미조사부(미처리부)가 존재하고 있었다. 비교예 4에서는, 레이저 미조사부의 영향에 의해, 기밀성 및 접합 강도가 저하되었다고 생각된다. 또한, 이 결과로부터, 요철부의 산술 평균 조도 Ra와 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm에 의해 나타내어지는 관계식 (2)에 의해 구해지는 Rsm/Ra가 상한값을 상회한 경우에, 금속 부재의 표면에 미조사부가 존재하는 것을 평가할 수 있는 것이 뒷받침되었다. 또한, 비교예 4에서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 오목부가 얕고 완만한 형상으로 되어 있고, 비교예 9에서는, 도 18에 도시된 바와 같이, 오목부가 깊고 가늘고 긴 형상으로 되어 있었다. 이들 결과로부터, 관계식 (2)에 의해 구해지는 Rsm/Ra에 의해, 오목부의 형상을 평가할 수 있는 것이 뒷받침되었다.

관계식 (1)을 충족시키는 실시예 1 내지 10에서는, 모두 접합 강도, 기밀성 모두 양호한 결과를 나타냈다. 이 중, 도 19에는, 실시예 5에서 얻어진 금속 수지 접합체의 SEM에 의한 단면의 관찰 결과(500배)가 도시되어 있다. 이것에 의하면, 단면 SEM 관찰에 의해 얻어진 금속 부재의 오목부에 있어서의 각도 θ=66°로 되어 있었다. 이 각도는, 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ=72°에 가까운 값을 나타내고 있어, Rz와 Rsm에 의해, 오목부의 각도 θ를 평가할 수 있는 것이 뒷받침되었다. 또한, 관계식 (1)에 의해 구해진 각도 θ가 소정의 범위를 만족시킴으로써, 가장 깊은 형상의 오목부가, 개구에 대하여 깊이가 과도하게 작거나 크거나 하지 않아, 금속 부재와 수지에 의한 상호 작용이 충분히 발휘되어 접합 강도가 우수하고, 게다가 기밀성도 우수한 것이 얻어졌다고 생각된다. 또한, 실시예 5에서는, 도 19에 도시한 바와 같이, 서로 인접하는 마킹 패턴에 각각 포함되는 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되어, 금속 기재가 노출된 미처리부가 형성되어 있는 양태도 보이지 않았다. 이들의 것으로부터, 실시예에 관한 금속 수지 접합체에서는, 관계식 (2)에 의해 구해지는 Rsm/Ra가 상한값을 하회함으로써, 미처리부가 형성되어 있지 않은 형상으로 되어 있다고 생각된다.

1: 금속 기재
2: 마킹 패턴 조사 궤적(주행 방향)에 대하여 직교하는 방향
3: 주사 방향
4: 빔 직경
5: 조사 간격
6(6'): 레이저광의 궤적
7: 수지 성형체
8(8'): 금속 부재
9: 금속 수지 접합체
10: 전단 시험용의 전용 지그
11: 금속 수지 금속 접합체
12: 물
13: O-링
14: 에어 취입용의 관
15: 전용 기밀성 지그
16, 17: 마킹 패턴

Claims

금속제의 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면에 형성된 요철부를 갖는 마킹 패턴을 구비하고,
상기 마킹 패턴은, 1개의 연속한 직선 또는 곡선으로 이루어지고,
복수의 상기 마킹 패턴은, 서로 인접하여 병주하도록 형성되어 있고,
복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75가 되는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제1항에 있어서,
복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부의 산술 평균 조도 Ra와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 2.5≤Rsm/Ra≤9.5가 되는 관계를 갖는, 금속 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 기재의 표면에는, 상기 마킹 패턴의 중앙부에 있어서 표면으로부터 깊이 방향을 향하여 오목상으로 형성되는 오목부와, 상기 마킹 패턴의 주변부에 있어서 표면으로부터 높이 방향을 향하여 볼록상으로 형성되는 볼록부로 이루어지는 상기 요철부가 형성되어 있고,
상기 금속 부재의 표면에 있어서, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴에 각각 포함되는 상기 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되어 있어, 상기 금속 기재가 노출되는 미처리부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속은, 알루미늄, 구리, 철 또는 이들 각 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 금속 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 금속 부재와, 상기 금속 부재의 표면에 성형된 수지 성형체를 구비하고,
상기 금속 부재와 상기 수지 성형체는, 상기 마킹 패턴의 상기 요철부에 수지가 들어간 상태에서 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 수지 접합체.
제5항에 있어서,
상기 수지 성형체는, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 것임을 특징으로 하는 금속 수지 접합체.
금속제의 금속 기재의 표면에의 레이저광의 조사에 의해, 상기 금속 기재의 표면에 상기 레이저광의 조사 궤적을 따라서 연속하는 요철부를 갖는 마킹 패턴을 형성하는 조사 공정을 구비하고,
상기 금속 기재의 표면에 복수의 상기 마킹 패턴이 형성된 금속 부재를 제조하는 금속 부재의 제조 방법이며,
상기 마킹 패턴은, 1개의 연속한 직선 또는 곡선으로 이루어지고,
상기 조사 공정에 있어서, 인접하는 부위로의 상기 레이저광의 조사에 의해, 서로 인접하여 병주하는 복수의 상기 마킹 패턴을 형성하고,
복수의 상기 마킹 패턴의 상기 조사 궤적에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부에 의한 요철의 최대 높이 조도 Rz와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 45≤(180/π)×Arctan(Rz/(Rsm/2))≤75가 되는 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 부재의 제조 방법.
제7항에 있어서,
복수의 상기 마킹 패턴의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향에 있어서, 상기 요철부의 산술 평균 조도 Ra와, 상기 요철부에 의한 요철의 평균 간격 Rsm이, 2.5≤Rsm/Ra≤9.5가 되는 관계를 갖는, 금속 부재의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 금속 기재의 표면에는, 상기 레이저광이 조사된 개소의 상기 금속이 상기 레이저광의 조사 중심부로부터 외측을 향하여 확산됨으로써 형성되는 오목부와, 상기 오목부로부터 확산된 상기 금속이 상기 오목부의 주위에 집적됨으로써 형성되는 볼록부로 이루어지는 상기 요철부가 형성되어 있고,
상기 금속 부재의 표면에 있어서, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴 사이에 놓이는 영역에는, 서로 인접하는 상기 마킹 패턴에 각각 포함되는 상기 볼록부끼리가 접촉하여 일체화되도록 형성되어 있어, 상기 레이저광의 조사 전의 상기 금속 기재가 노출되는 미처리부가 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 금속 부재의 제조 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속은, 알루미늄, 구리, 철 또는 이들 각 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 금속 부재의 제조 방법.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 금속 부재의 표면에, 수지 성형체를 형성하는 수지 성형 공정을 구비하고,
상기 금속 기재와 상기 수지 성형체가 접합된 금속 수지 접합체를 제조하는 금속 수지 접합체의 제조 방법이며,
상기 수지 성형 공정에서는, 상기 금속 부재와 상기 수지 성형체를, 상기 마킹 패턴의 상기 요철부에 수지가 들어간 상태에서 접합시키는 것을 특징으로 하는 금속 수지 접합체의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 수지 성형 공정에 있어서, 상기 금속 부재 상에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 수지 조성물을 사용하여 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 수지 접합체의 제조 방법.