特許 5774246 金属成形体の粗面化方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5774246

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】金属成形体の粗面化方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20150820BHJP

   B29C 45/14 20060101ALI20150820BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 A

   B29C45/14

【請求項の数】7

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2015-27513(P2015-27513)

(22)【出願日】2015年2月16日

(62)【分割の表示】特願2014-15162(P2014-15162)の分割

【原出願日】2014年1月30日

(65)【公開番号】特開2015-142943(P2015-142943A)

(43)【公開日】2015年8月6日

【審査請求日】2015年3月9日

(31)【優先権主張番号】特願2013-63670(P2013-63670)

(32)【優先日】2013年3月26日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2013-149092(P2013-149092)

(32)【優先日】2013年7月18日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2013-264914(P2013-264914)

(32)【優先日】2013年12月24日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】501041528

【氏名又は名称】ダイセルポリマー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002901

【氏名又は名称】株式会社ダイセル

(74)【代理人】

【識別番号】100087642

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100098408

【弁理士】

【氏名又は名称】義経 和昌

(72)【発明者】

【氏名】池田 大次

(72)【発明者】

【氏名】朝見 芳弘

【審査官】 川崎 良平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１０１６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０８２３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９０６７１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２９Ｃ ４５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射することで前記金属成形体の表面を粗面化する、金属成形体の粗面化方法。

【請求項2】

前記金属成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、直線、曲線およびこれらの組み合わせからなる線が形成されるようにレーザー光を連続照射する、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。

【請求項3】

前記金属成形体の表面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
直線、曲線およびこれらの組み合わせからなる線が形成されるようにレーザー光を連続照射し、
レーザー光を複数回連続照射して１本の直線または１本の曲線を形成する、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。

【請求項4】

前記金属成形体の表面に対して、２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
複数本の直線、複数本の曲線およびこれらの組み合わせからなる線が形成されるようにレーザー光を連続照射し、
前記複数本の直線、または前記複数本の曲線が、それぞれ０．００５〜１ｍｍの範囲で等間隔に形成されるようにレーザー光を連続照射する、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。

【請求項5】

前記金属成形体の接合面に対して、２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射するとき、
複数本の直線、複数本の曲線およびこれらの組み合わせからなる線が形成されるようにレーザー光を連続照射し、
前記複数本の直線、または前記複数本の曲線が、それぞれ０．００５〜１ｍｍの範囲で等間隔に形成されたものを１群として、各群の間隔が０．０１〜１ｍｍの範囲で等間隔になるように複数群形成されるようにレーザー光を連続照射する、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。

【請求項6】

前記レーザー光を連続照射するとき、下記要件（Ａ）、（Ｂ）であるときの加工時間が０．１〜３０秒の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程である、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。
（Ａ）レーザー光の照射速度が２０００〜１５０００mm／sec
（Ｂ）金属成形体の接合面の面積が１００mm²

【請求項7】

前記レーザー光を連続照射するとき、
連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、
レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積（π・〔スポット径／２〕²）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm²）が０．２〜１０Ｗ／μm²の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程である、請求項１記載の金属成形体の粗面化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属成形体と樹脂成形体からなる複合成形体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

各種部品の軽量化の観点から、金属代替品として樹脂成形体が使用されているが、全ての金属部品を樹脂で代替することは難しい場合も多い。そのような場合には、金属成形体と樹脂成形体を接合一体化することで新たな複合部品を製造することが考えられる。
しかしながら、金属成形体と樹脂成形体を工業的に有利な方法で、かつ高い接合強度で接合一体化できる技術は実用化されていない。

【0003】

特許文献１には、金属表面に対して、一つの走査方向にレーザースキャニングする工程と、それにクロスする走査方向にレーザースキャニングする工程を含む、異種材料（樹脂）と接合するための金属表面のレーザー加工方法の発明が記載されている。
特許文献２には、特許文献１の発明において、さらに複数回重畳的にレーザースキャニングするレーザー加工方法の発明が開示されている。

【0004】

しかしながら、特許文献１、２の発明は、必ずクロスする２つの方向に対してレーザースキャンする必要があるため、加工時間が長く掛かりすぎるという点で改善の余地がある。
さらにクロス方向へのレーザースキャンにより十分な表面粗し処理ができることから、接合強度は高くできることが考えられるが、表面粗さ状態が均一にならず、金属と樹脂との接合部分の強度の方向性が安定しないおそれがあるという問題がある。
例えば、１つの接合体はＸ軸方向への剪断力や引張強度が最も高いが、他の接合体は、Ｘ軸方向とは異なるＹ軸方向への剪断力や引張強度が最も高く、さらに別の接合体は、Ｘ軸およびＹ軸方向とは異なるＺ軸方向への剪断力や引張強度が最も高くなるという問題が発生するおそれがある。
製品によっては（例えば、一方向への回転体部品や一方向への往復運動部品）、特定方向への高い接合強度を有する金属と樹脂の複合体が求められる場合があるが、特許文献１、２の発明では前記の要望には十分に応えることができない。

【0005】

また接合面が複雑な形状や幅の細い部分を含む形状のものである場合（例えば星形、三角形、ダンベル型）には、クロス方向にレーザースキャンする方法では、部分的に表面粗し処理が不均一になる結果、充分な接合強度が得られないことも考えられる。

【0006】

特許文献３には、金属表面にレーザー光を照射して凹凸を形成し、凹凸形成部位に樹脂、ゴム等を射出成形する電気電子部品の製造方法が記載されている。
実施形態１〜３では、金属長尺コイル表面にレーザー照射して凹凸を形成することが記載されている。そして、段落番号１０では、金属長尺コイル表面をストライプ状や梨地状に荒らすこと、段落番号１９では、金属長尺コイル表面をストライプ状、点線状、波線状、ローレット状、梨地状に荒らすることが記載されている。
しかし、段落番号２１、２２の発明の効果に記載されているとおり、レーザー照射をする目的は、金属表面に微細で不規則な凹凸を形成し、それによりアンカー効果を高めるためである。特に処理対象が金属長尺コイルであることから、どのような凹凸を形成した場合でも、必然的に微細で不規則な凹凸になるものと考えられる。
よって、特許文献３の発明は、特許文献１、２の発明のようにクロス方向にレーザー照射して表面に微細な凹凸を形成する発明と同じ技術的思想を開示しているものである。

【0007】

特許文献４は、金属成形体と樹脂成形体からなる複合成形体の製造方法の発明である。金属成形体の接合面に対して、一方向又は異なる方向に直線及び／又は曲線からなるマーキングを形成するようにレーザースキャンする工程であり、各直線及び／又は各曲線からなるマーキングが互いに交差しないようにレーザースキャンする工程を有している。図６から図９には、四角形、円形、楕円形、三角形のマーキングパターンが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４０２０９５７号公報

【特許文献2】特開２０１０−１６７４７５号公報

【特許文献3】特開平１０−２９４０２４号公報

【特許文献4】国際公開２０１２／０９０６７１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従来技術の方法は、いずれもレーザーをパルス波（非連続波）で照射する方法であることから、加工速度が遅くなるという課題があった。

【0010】

本発明は、加工速度を高めることができ、かつ異なる方向の接合強度も高めることができる複合成形体の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、課題の解決手段として、
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の接合面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する工程、
前工程においてレーザー光が照射された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記樹脂成形体となる樹脂を射出成形する工程を有している、複合成形体の製造方法を提供する。
また本発明は、課題の他の解決手段として、
金属成形体と樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の接合面に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する工程、
前工程においてレーザー光が照射された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、少なくとも前記接合面と前記樹脂成形体となる樹脂を接触させた状態で圧縮成形する工程を有している、複合成形体の製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明の複合成形体の製造方法によれば、加工速度を高めることができ、その結果、加工時間を短縮することができ、さらに金属成形体と樹脂成形体の接合強度も高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の複合成形体の厚さ方向の断面図（部分拡大図を含む）。

【図2】本発明の他実施形態である複合成形体の厚さ方向の断面図。

【図3】レーザー光の連続照射パターンの説明図。

【図4】別実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。

【図5】さらに別実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。

【図6】一実施形態であるレーザー光の連続照射パターンの説明図。

【図7】（ａ）は図６に示すＤ−Ｄ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｂ）は図６に示すＤ−Ｄ間の矢印方向から見たときの別実施形態の断面図。

【図8】（ａ）は図６に示すＡ−Ａ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｂ）は図６に示すＢ−Ｂ間の矢印方向から見たときの断面図、（ｃ）は図６に示すＣ−Ｃ間の矢印方向から見たときの断面図。

【図9】射出成形を実施するときの複合成形体の製造方法の説明図。

【図10】実施例１でレーザーを連続照射した後の金属成形体表面のＳＥＭ写真。

【図11】実施例２でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図12】実施例３でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図13】実施例４でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図14】実施例５でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図15】実施例６でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図16】比較例２でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図17】接合面に平行方向に引っ張ったときのせん断接合強度（Ｓ１）を測定するための測定方法の説明図。

【図18】射出成形を実施するときの複合成形体の製造方法の説明図。

【図19】製造された複合成形体の斜視図。

【図20】図１９の複合成形体の引張り接合強度（Ｓ２）の測定方法の説明図。

【図21】圧縮成形を実施するときの複合成形体の製造方法の説明図。

【図22】圧縮成形で製造された複合成形体の斜視図。

【図23】接合面に垂直方向に引っ張ったときの引張り接合強度（Ｓ２）を測定するための測定方法の説明図。

【図24】実施例１０で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図25】実施例１１で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図26】実施例１２で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図27】実施例１５で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図28】実施例１６でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図29】実施例１６で得た複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図30】実施例１７でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図31】実施例２１でレーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【図32】実験例１のエネルギー密度と溝深さとの関係を示すグラフと、複合成形体の厚さ方向断面のＳＥＭ写真。

【図33】実験例１のエネルギー密度と溝幅との関係を示すグラフと、レーザーを連続照射した後の金属成形体の接合面のＳＥＭ写真。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の製造方法で得られる複合成形体１は、図１に示すように、金属成形体１０と樹脂成形体２０が金属成形体の接合面１２において接合されたものである。

【0015】

以下、複合成形体１の製造方法を工程ごとに説明する。
最初の工程では、金属成形体１０の接合面１２に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する。
この工程では、接合面１２に対して高い照射速度でレーザー光を連続照射することで、ごく短時間で接合面１２を粗面にすることができる。図１の接合面１２（部分拡大図）は、粗面にされた状態が誇張されて図示されている。

【0016】

連続波レーザーの照射速度は、２０００〜２０，０００mm／secが好ましく、２，０００〜１８，０００mm／secがより好ましく、２，０００〜１５，０００mm／secがさらに好ましい。
連続波レーザーの照射速度が前記範囲であると、加工速度を高めることができ（即ち、加工時間を短縮することができ）、接合強度も高いレベルに維持することができる。

【0017】

この工程では、下記要件（Ａ）、（Ｂ）であるときの加工時間が０．１〜３０秒の範囲になるようにレーザー光を連続照射することが好ましい。
（Ａ）レーザー光の照射速度が２０００〜１５０００mm／sec
（Ｂ）金属成形体の接合面の面積が１００mm²
要件（Ａ）、（Ｂ）であるときの加工時間を上記範囲内にするとき、接合面１２の全面を粗面にする（粗面化する）ことができる。

【0018】

レーザー光の連続照射は、例えば次のような方法を適用することができるが、接合面１２を粗面化できる方法であれば特に制限されるものではない。
（I）図３、図４に示すように、接合面（例えば長方形とする）１２の一辺（短辺または長辺）側から反対側の辺に向かって１本の直線または曲線が形成されるように連続照射し、これを繰り返して複数本の直線または曲線を形成する方法。
（II）接合面の一辺側から反対側の辺に向かって連続的に直線または曲線が形成されるように連続照射し、今度は逆方向に間隔をおいての直線または曲線が形成されるように連続照射することを繰り返す方法。
（III）接合面の一辺側から反対側の辺に向かって連続照射し、今度は直交する方向に対して連続照射する方法。
（IV）接合面に対してランダムに連続照射する方法。

【0019】

（I）〜（IV）の方法を実施するとき、レーザー光を複数回連続照射して１本の直線または１本の曲線を形成することもできる。
同じ連続照射条件であれば、１本の直線または１本の曲線を形成するための照射回数（繰り返し回数）が増加するほど接合面１２に対する粗面化の程度が大きくなる。

【0020】

（I）、（II）の方法において、複数本の直線または複数本の曲線を形成するとき、それぞれの直線または曲線が０．００５〜１ｍｍの範囲（図３に示すｂ１の間隔）で等間隔に形成されるようにレーザー光を連続照射することができる。
このときの間隔は、レーザー光のビーム径（スポット径）よりも大きくなるようにする、また、このときの直線または曲線の本数は、金属成形体１０の接合面の面積に応じて調整することができる。

【0021】

（I）、（II）の方法において、複数本の直線または複数本の曲線を形成するとき、それぞれの直線または曲線が０．００５〜１ｍｍの範囲（図３、図４に示すｂ１の間隔）で等間隔に形成されるようにレーザー光を連続照射することができる。
そして、これらの複数本の直線または複数本の曲線を１群として、これを複数群形成することができる。
このときの各群の間隔は０．０１〜１ｍｍの範囲（図４に示すｂ２の間隔）で等間隔になるようにすることができる。
なお、図３、図４に示す連続照射方法に代えて、図５に示すように、連続照射開始から連続照射終了までの間、中断することなく連続照射する方法も実施することができる。

【0022】

レーザー光の連続照射は、例えば次のような条件で実施することができる。
出力は４〜４０００Ｗが好ましく、５０〜２５００Ｗがより好ましく、１００〜２０００Ｗがさらに好ましく、２５０〜２０００Ｗがさらに好ましい。
ビーム径（スポット径）は５〜２００μmが好ましく、５〜１００μmがより好ましく、１０〜１００μmがさらに好ましく、１１〜８０μmがさらに好ましい。
さらに出力とスポット径の組み合わせの好ましい範囲は、レーザー出力とレーザー照射スポット面積（π・〔スポット径／２〕²）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm²）より選択することができる。
エネルギー密度（Ｗ／μm²）は、０．１Ｗ／μm²以上が好ましく、０．２〜１０Ｗ／μm²がより好ましく、０．２〜６．０Ｗ／μm²がさらに好ましい。
エネルギー密度（Ｗ／μm²）が同じであるとき、出力（Ｗ）が大きい方がより大きなスポット面積（μm²）に対してレーザー照射できることになるため、処理速度（１秒当たりのレーザー照射面積；mm²／sec）が大きくなり、加工時間も短くすることができる。
波長は３００〜１２００nmが好ましく、５００〜１２００ｎｍがより好ましい。
焦点位置は-１０〜+１０ｍｍが好ましく、−６〜＋６ｍｍがより好ましい。

【0023】

連続波レーザーの照射速度、レーザー出力、レーザービーム径（スポット径）およびエネルギー密度との好ましい関係は、連続波レーザーの照射速度が２，０００〜１５，０００mm／secであり、レーザー出力が２５０〜２０００Ｗ、レーザービーム径（スポット径）が１０〜１００μmであり、前記レーザー出力とスポット面積（π・〔スポット径／２〕²）から求められるエネルギー密度（Ｗ／μm²）が０．２〜１０Ｗ／μm²の範囲である。

【0024】

金属成形体１０の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができる。例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウムまたはその合金、銅、マグネシウムおよびそれらを含む合金から選ばれるものを挙げることができる。
金属成形体１０の接合面１２は、図１に示すような平面でもよいし、図２に示すような曲面でもよいし、平面と曲面の両方を有しているものでもよい。

【0025】

連続波レーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、ＹＡＧレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。

【0026】

本発明の複合成形体の製造方法では、金属成形体の接合面１２に対して、連続波レーザーを使用して２０００mm／sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射しているため、レーザー光が連続照射された部分は粗面化される。
このときの金属成形体の接合面１２の状態の一実施形態を図６〜図８により説明する。
図６に示すとおり、レーザー光（例えば、スポット径１１μm）を連続照射して多数の線（図面では３本の線６１〜６３を示している。各線の間隔は５０μm程度。）を形成することで粗面化することができる。１本の直線への照射回数は１〜１０回が好ましい。
このとき、粗面化された接合面１２を含む金属成形体１０の表層部は、図７（ａ）、図８（ａ）〜（ｃ）に示すようになっている。なお、「金属成形体１０の表層部」は、表面から粗面化により形成された開放孔（幹孔または枝孔）の深さ程度までの部分である。
なお、１本の直線への照射回数が１０回を超える回数である場合には、粗面化のレベルをより高めることができ、複合成形体１において金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合強度を高めることができるが、合計照射時間が長くなる。このため、目的とする複合成形体１の接合強度と製造時間との関係を考慮して、１本の直線への照射回数を決めることが好ましい。１本の直線への照射回数が１０回を超える回数であるとき、好ましくは１０回超〜５０回以下、より好ましくは１５〜４０回、さらに好ましくは２０〜３５回である。

【0027】

粗面化された接合面１２を含む金属成形体１０の表層部は、図７、図８に示すように、接合面１２側に開口部３１のある開放孔３０を有している。
開放孔３０は、厚さ方向に形成された開口部３１を有する幹孔３２と、幹孔３２の内壁面から幹孔３２とは異なる方向に形成された枝孔３３からなる。枝孔３３は、１本または複数本形成されていてもよい。
なお、複合成形体１において金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合強度が維持できるのであれば、開放孔３０の一部が幹孔３２のみからなり、枝孔３３がないものでもよい。

【0028】

粗面化された接合面１２を含む金属成形体１０の表層部は、図７、図８に示すように、接合面１２側に開口部のない内部空間４０を有している。
内部空間４０は、トンネル接続路５０により開放孔３０と接続されている。

【0029】

粗面化された接合面１２を含む金属成形体１０の表層部は、図７（ｂ）に示すように、複数の開放孔３０が一つになった開放空間４５を有していてもよいし、開放空間４５は、開放孔３０と内部空間４０が一つになって形成されたものでもよい。一つの開放空間４５は、一つの開放孔３０よりも内容積の大きなものである。
なお、多数の開放孔３０が一つになって溝状の開放空間４５が形成されていてもよい。

【0030】

図示していないが、図８（ａ）に示すような２つの内部空間４０同士がトンネル接続路５０で接続されていてもよいし、図７（ｂ）に示すような開放空間４５と、開口孔３０、内部空間４０、他の開放空間４５がトンネル接続路５０で接続されていてもよい。

【0031】

内部空間４０は、全てが開放孔３０および開放空間４５の一方または両方とトンネル接続路５０で接続されているものであるが、複合成形体１において金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合強度が維持できるのであれば、内部空間４０のうちの一部が開放孔３０および開放空間４５と接続されていない閉塞状態の空間であってもよい。

【0032】

このようにレーザー光を連続照射したときに図７、図８で示されるような開放孔３０、内部空間４０などが形成される詳細は不明であるが、所定速度以上でレーザー光を連続照射したとき、金属成形体表面に一旦は孔や溝が形成されるが、溶融した金属が盛り上がって蓋をしたり、堰き止めたりする結果、開放孔３０、内部空間４０、開放空間４５が形成されるものと考えられる。
また、同様に開放孔３０の枝孔３３やトンネル接続路５０が形成される詳細も不明であるが、一旦形成された孔や溝の底部付近に滞留した熱によって、孔や溝の側壁部分が溶融する結果、幹孔３２の内壁面が溶融して枝孔３３が形成され、さらに枝孔３３が延ばされてトンネル接続路５０が形成されるものと考えられる。
なお、連続波レーザーに代えてパルスレーザーを使用したときには、金属成形体の接合面には開放孔や溝が形成されるが、開口部を有していない内部空間と、前記開放孔と前記内部空間を接続する接続通路は形成されない。

【0033】

次の工程では、粗面化された金属成形体１０の接合面１２を含む部分と樹脂成形体２０を一体化させる。
この工程では、
前工程においてレーザー光が照射された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、前記樹脂成形体となる樹脂を射出成形する工程、または
前工程においてレーザー光が照射された金属成形体の接合面を含む部分を金型内に配置して、少なくとも前記接合面と前記樹脂成形体となる樹脂を接触させた状態で圧縮成形する工程、
のいずれかの方法を適用することができる。
その他、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の成形方法として使用される公知の成形方法
も適用することができる。
熱可塑性樹脂を使用した場合には、溶融した樹脂に圧力などをかけることで、金属成形体に形成された孔や溝やトンネル接続路内に樹脂を入り込ませた後、樹脂を冷却固化させることで複合成形体を得られる方法であればよい。射出成形や圧縮成形のほか、射出圧縮成形などの成形方法も使用することができる。
熱硬化性樹脂を使用した場合には、液状或いは溶融状態の樹脂に圧力などをかけることで、金属成形体に形成された孔や溝やトンネル接続路内に樹脂を入り込ませた後、樹脂を熱硬化させることで複合成形体を得られる成形方法であればよい。射出成形や圧縮成形のほか、トランスファー成形などの成形方法も使用することができる。

【0034】

圧縮成形法を適用するときは、例えば、型枠内に接合面１２が露出された状態で（接合面が表側になった状態で）金属成形体１０を配置し、そこに熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂（但し、プレポリマー）を入れた後で、圧縮する方法を適用することができる。
なお、射出成形法と圧縮成形法で熱硬化性樹脂（プレポリマー）を使用したときは、後工程において加熱などをすることで熱硬化させる。

【0035】

この工程で使用する樹脂成形体の樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のほか、熱可塑
性エラストマーも含まれる。
熱可塑性樹脂は、用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。例えば、ポリアミド系樹脂（ＰＡ６、ＰＡ６６等の脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド）、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。

【0036】

熱硬化性樹脂は、用途に応じて公知の熱硬化性樹脂から適宜選択することができる。例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レソルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ビニルウレタンを挙げることができる。

【0037】

熱可塑性エラストマーは、用途に応じて公知の熱可塑性エラストマーから適宜選択することができる。例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。

【0038】

これらの熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマーには、公知の繊維状充填材を配合することができる。
公知の繊維状充填材としては、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維等を挙げることができる。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
無機繊維としては、ガラス繊維、玄武岩繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化ケイ素繊維等を挙げることができる。
金属繊維としては、ステンレス、アルミニウム、銅等からなる繊維を挙げることができる。
有機繊維としては、ポリアミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維、ジアミンとジカルボン酸のいずれか一方が芳香族化合物である半芳香族ポリアミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維）、ポリビニルアルコール繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリエステル繊維（全芳香族ポリエステル繊維を含む）、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリイミド繊維、液晶ポリエステル繊維などの合成繊維や天然繊維（セルロース系繊維など）や再生セルロース（レーヨン）繊維などを用いることができる。

【0039】

これらの繊維状充填材は、繊維径が３〜６０μmの範囲のものを使用することができるが、これらの中でも、例えば金属成形体１０の接合面１２が粗面化されて形成される開放孔３０などの開口径より小さな繊維径のものを使用することが好ましい。繊維径は、より望ましくは５〜３０μm、さらに望ましくは７〜20μmである。
このような開放孔３０などの開口径より小さな繊維径の繊維状充填材を使用したときには、金属成形体の開放孔３０などの内部に繊維状充填材の一部が張り込んだ状態の複合成形体が得られ、金属成形体と樹脂成形体の接合強度が高められるので好ましい。
熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー１００質量部に対する繊維状充填材の配合量は５〜２５０質量部が好ましい。より望ましくは、２５〜２００質量部、さらに望ましくは４５〜１５０質量部である。

【0040】

本発明の製造方法により得られた複合成形体１は、図７および図８に示すような金属成形体１０が有している開放孔３０、内部空間４０、トンネル接続路５０、開放空間４５内に、樹脂成形体２０を形成する樹脂が入り込んだ状態で一体にされている。
開放孔３０と（幹孔３２と枝孔３３）開放空間４５の内部には、それぞれの開口部分から樹脂が入り込んでおり、内部空間４０の内部には、開放孔３０や開放空間４５の開口部から入り込んだ樹脂がトンネル接続路５０を通って入り込んでいる。
このため、本発明の製造方法により得られた複合成形体１は、開放孔３０や開放空間４５内のみに樹脂が入り込んだ複合成形体と比べると、図１において金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合面１２に対して、金属成形体１０の端部を固定した状態で樹脂成形体２０を平行方向（図１のＸ方向）に引っ張ったときのせん断接合強度（Ｓ１）と、金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合面１２に対して垂直方向（図１のＹ方向）に引っ張ったときの引張り接合強度（Ｓ２）の両方が高くなる。

【実施例】

【0041】

実施例１〜６、比較例１〜３
実施例および比較例は、図９に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の接合面１２の全面（40mm²の広さ範囲）に対して、表１に示す条件でレーザー光を連続照射した。
実施例１〜５、比較例１〜３は図３に示すようにレーザー光を連続照射し、実施例６は図４に示すようにレーザー光を連続照射した。
次に、処理後の金属成形体を使用して、下記の方法で射出成形して、実施例および比較例の図１７に示す複合成形体を得た。

【0042】

図１０は、実施例１の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍、700倍、2500倍）である。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１１は、実施例２の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１２は、実施例３の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１３は、実施例４の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１４は、実施例５の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１５は、実施例６の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。接合面が粗面化され、小さな凹部が形成された状態が確認できた。
図１６は、比較例２の連続波レーザーによる連続照射後における金属成形体の接合面のＳＥＭ写真（100倍、500倍である）。照射速度が１０００mm／secであることから、接合面の粗面化が十分になされていなかった。

【0043】

＜射出成形＞
樹脂：GF60%強化PA66樹脂（プラストロンPA66−GF60−01（L７）：ダイセルポリマー（株）製），ガラス繊維の繊維長：１１ｍｍ
樹脂温度：３２０℃
金型温度：１００℃
射出成形機：ファナック製ROBOSHOT S2000i100B）

【0044】

〔引張試験〕
実施例および比較例の図１７に示す複合成形体を用い、引張試験を行ってせん断接合強度（Ｓ１）を評価した。結果を表１に示す。
引張試験は、金属成形体１０側の端部を固定した状態で、金属成形体１０と樹脂成形体２０が破断するまで図１７に示すＸ方向（図１のＸ方向であり、接合面１２に対して平行方向）に引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：オリエンテック社製テンシロン（UCT−1T）
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

【0045】

【表1】

【0046】

実施例１と比較例１との対比から確認できるとおり、実施例１では１／５０の加工時間で、より高い接合強度の複合成形体が得られた。
工業的規模で大量生産することを考慮すれば、加工時間の短縮ができる（即ち、製造に要するエネルギーも低減できる）実施例１の製造方法の工業的価値は非常に大きなものである。
実施例１と実施例２、３との対比から確認できるとおり、実施例２、３のようにレーザー照射の繰り返し回数を増加させることで接合強度を高めることができるが、その場合であっても、比較例１〜３と比べると加工時間を短縮することができた。
実施例１〜３と実施例４〜６との対比から確認できるとおり、実施例４〜６のようにレーザーの照射速度を高めたときにはよりせん断接合強度（Ｓ１）（図１、図１７のＸ方向への接合強度）を高めることができた。

【0047】

実施例７〜９、比較例４〜６
実施例および比較例は、図１８に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の接合面１２の全面（90mm²の広さ範囲）に対して、表２に示す条件でレーザー光を連続照射した。
その後、実施例１〜６、比較例１〜３と同様に実施して、図１９に示す複合成形体を得た。
得られた複合成形体について、図１で示すＹ方向（図２０のＹ方向）に相当する引張り接合強度（Ｓ２）を次の方法にて測定した。
引張試験は、図２０に示すように、金属成形体１０側の治具７０により固定した状態で、金属成形体１０と樹脂成形体２０が破断するまで図２０のＹ方向（図１のＹ方向であり、接合面１２に対して垂直方向）に引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：オリエンテック社製テンシロン（UCT−1T）
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

【0048】

【表2】

【0049】

表２の実施例７〜９（接合面１２の面積90mm²）は表１の実施例１〜３（接合面１２の面積40mm²）に対応するものであるが、接合面１２の面積が２．２５倍となっている。
しかし、表２の比較例４〜６との対比から明らかなとおり、本願発明の製造方法を適用することにより、金属成形体１０と樹脂成形体２０の接合面１２（面積90mm²）に対して垂直方向（図１のＹ方向）に引っ張ったときの引張り接合強度（Ｓ２）も高くできることが確認できた。

【0050】

実施例１０〜１５、比較例７〜９
実施例および比較例は、図２１に示す金属成形体（アルミニウム：A5052）の接合面１２の全面（40mm²の広さ範囲）に対して、表３に示す条件でレーザーを連続照射した。
実施例１０〜１４、比較例８、９は図３に示すようにレーザー光を連続照射し、実施例１５は図４に示すようにレーザー光を連続照射し、比較例７は図５に示すようにレーザー光を連続照射した。
次に、処理後の金属成形体を使用して、下記の方法で圧縮成形して、実施例および比較例の複合成形体を得た。

【0051】

＜圧縮成形＞
金属成形体１０を接合面１２が上になるように型枠内（テフロン製）に配置し、接合面１２上に樹脂ペレットを加えた。その後、型枠を鉄板で挟みこみ、下記条件で圧縮して、図２２に示す複合成形体を得た。
樹脂ペレット：PA66樹脂（2015B，宇部興産（株）製）
温度：２８５℃
圧力：１MPa（予熱時）、１０MPa
時間：２分間（予熱時）、３分間
成形機：東洋精機製作所製圧縮機（mini test press-10）

【0052】

〔引張試験〕
実施例および比較例の複合成形体を用い、引張試験を行って引張り接合強度（Ｓ２）を評価した。結果を表３に示す。
引張試験は、次のようにして実施した。
図２３に示すように、複合成形体の樹脂成形体２０の露出面に対して、アルミニウム板７２ａとその面に対して垂直方向に固定された引張部７３ａからなる治具７４ａを接着剤７１ａにより固着した。
同様に図２３に示すように、複合成形体の金属成形体１０の露出面に対して、アルミニウム板７２ｂとその面に対して垂直方向に固定された固定部７３ｂからなる治具７４ｂを接着剤７１ｂにより固着した。
固定部７３ｂを固定した状態で、下記条件にて引張部７３ａを引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：テンシロン
引張速度：５mm／min
チャック間距離：１６mm

【0053】

〔内部空間の観察方法〕
開口部を有していない内部空間の有無を確認した。以下にその方法を示す。
複合成形体の接合面１２を含む接合部において、レーザー照射方向に対して垂直方向（図６のA-A、B-B、C-C方向）にランダムに３箇所切断し、それぞれの表層部の断面部を走査型電子顕微鏡（SEM）で無作為に３点観察した。
SEM観察写真（５００倍）において内部空間の有無を確認できた場合、その個数を数えた。なお、内部空間の最大径が10μm以下のものは除外した。
内部空間の個数（９箇所での平均値）を示した（表３）。
また、内部空間を微小部X線分析（EDX）で分析し、樹脂が内部空間まで侵入していることを確認した。
SEM：日立ハイテクノロジーズ社製 S-3400N
EDX分析装置：アメテック（旧エダックス・ジャパン）社製 Apollo XP
また、図２のように複合成形体の金属面が曲面の場合には、曲面の接線に対して垂直方向にサンプルを切断することで、同様の測定が可能である。
なお、顕微レーザラマン分光測定装置を用いても樹脂が内部空間まで侵入していることを確認できる。

【0054】

【表3】

【0055】

実施例１０〜１５は、金属成形体１０を接合面１２に対して、それぞれ実施例１〜６と同様にしてレーザー光を連続照射したものであるから、金属成形体１０を接合面１２の表面は、それぞれ実施例１〜６において示したＳＥＭ写真（図１０〜図１５）と同様のものとなる。

【0056】

図２４は、実施例１０の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図６のＡ〜Ｃの断面図）。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
図２４からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
このため、実施例１０の複合成形体は、接合面１２に対して垂直方向に引っ張ったとき（図１のＹ方向）の引張り接合強度（Ｓ２）が高くなっている。

【0057】

図２５は、実施例１１の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図６のＡ〜Ｃの断面図）。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
図２５からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
このため、実施例１１の複合成形体は、接合面１２に対して垂直方向に引っ張ったとき（図１のＹ方向）の引張り接合強度（Ｓ２）が高くなっている。

【0058】

図２６は、実施例１２の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である（図６のＡ〜Ｃの断面図）。
図２６からは厚さ方向に形成された複数の孔と、複数の独立した空間が確認でき、それらは全て黒く見えることから、樹脂が侵入していることが確認できる。
厚さ方向に形成された孔は、開放孔３０の幹孔３２に相当する孔と認められる。
独立した空間は、幹孔３２の内壁面から幹孔３２の形成方向とは異なる方向に延ばされた枝孔３３の断面であるか、内部空間４０であると認められる。
そして、内部空間４０であるとすると、内部に樹脂が侵入していることから、開放孔３０とトンネル接続路５０で接続されているものと考えられる。
このため、実施例１２の複合成形体は、接合面１２に対して垂直方向に引っ張ったとき（図１のＹ方向）の引張り接合強度（Ｓ２）が高くなっている。

【0059】

図２７は、実施例１５の複合成形体の厚さ方向への断面のＳＥＭ写真である。
相対的に白く見える部分が金属成形体１０であり、相対的に黒く見える部分が樹脂成形体２０である。
金属成形体１０には、多数の開放孔３０が形成されていることが確認できる。
このため、実施例１５の複合成形体は、接合面１２に対して垂直方向に引っ張ったとき（図１のＹ方向）の引張り接合強度（Ｓ２）が高くなっている。

【0060】

実施例１６〜１８
実施例７〜９（表２）と同様にして、図１８に示す金属成形体（表４に示す金属）の接合面１２の全面（90mm²の広さ範囲）に対して、表４に示す条件でレーザー光を連続照射した。
その後、実施例１〜６、比較例１〜３と同様に実施して、図１９に示す複合成形体を得た。
得られた複合成形体について、図１で示すＹ方向（図２０のＹ方向）に相当する引張り接合強度（Ｓ２）を次の方法にて測定した。
引張試験は、図２０に示すように、金属成形体１０側の治具７０により固定した状態で、金属成形体１０と樹脂成形体２０が破断するまで図２０のＹ方向（図１のＹ方向であり、接合面１２に対して垂直方向）に引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：オリエンテック社製テンシロン（UCT−1T）
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

【0061】

実施例１９〜２１
図２１に示す金属成形体（表４に示す金属）の接合面１２の全面（40mm²の広さ範囲）に対して、表４に示す条件でレーザーを連続照射した。
レーザー光は図３に示すように連続照射した。
次に、処理後の金属成形体を使用して、実施例１０〜１５と同様に圧縮成形して複合成形体を得た。
引張試験と内部空間の観察方法は、実施例１０〜１５と同様に実施した。

【0062】

【表4】

【0063】

実施例１６は、表２の実施例７〜９と比べると、繰り返し回数が多いため、加工時間は長くなったが、引張り接合強度（Ｓ２）は高くなった（図２８、図２９）。
実施例１７（ＳＵＳ３０４）は、表２の実施例９（アルミニウム）と比べると、レーザー照射速度を遅くして加工時間は長くなったが、引張り接合強度（Ｓ２）は高くなった（図３０）。
実施例１８（ＳＵＳ３０４，ＧＦ入りのＰＰ）は、実施例１７（ＳＵＳ３０４，ＧＦ入りのＰＡ）と比べると、同じ条件であるが、引張り接合強度（Ｓ２）は低くなった。
実施例１９は、表３の実施例１０〜１２と比べると、繰り返し回数が多いため、加工時間は長くなったが、引張り接合強度（Ｓ２）は高くなった。
実施例２０（ＳＵＳ３０４）、実施例２１（ＳＵＳ３０４；図３１）は、表３の実施例１３（アルミニウム）と比べると、レーザー照射速度を遅くして繰り返し回数を増加させたため、加工時間は長くなったが、引張り接合強度（Ｓ２）は高くなった。

【0064】

実験例１
実施例１と同様にして、アルミニウム表面にレーザー照射したときのエネルギー密度と溝の深さの関係（図３２）、エネルギー密度と溝の幅の関係（図３３）を試験した。
その結果、エネルギー密度が０．３Ｗ／μm²付近において、明確な違いが認められた。

【0065】

実施例２２〜３５
実施例７〜９（表２）と同様にして、図１８に示す金属成形体（表５に示す金属）の接合面１２の全面（90mm²の広さ範囲）に対して、表５に示す条件でレーザー光を連続照射した。
その後、実施例１〜６、比較例１〜３と同様に実施して、図１９に示す複合成形体を得た。
得られた複合成形体について、図１で示すＹ方向（図２０のＹ方向）に相当する引張り接合強度（Ｓ２）を次の方法にて測定した。
引張試験は、図２０に示すように、金属成形体１０側の治具７０により固定した状態で、金属成形体１０と樹脂成形体２０が破断するまで図２０のＹ方向（図１のＹ方向であり、接合面１２に対して垂直方向）に引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：オリエンテック社製テンシロン（UCT−1T）
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

【0066】

【表5】

【0067】

実施例３６〜４２
実施例７〜９（表２）と同様にして、図１８に示す金属成形体（表６に示す金属）の接合面１２の全面（90mm²の広さ範囲）に対して、表６に示す条件でレーザー光を連続照射した。
その後、実施例１〜６、比較例１〜３と同様に実施して、図１９に示す複合成形体を得た。
得られた複合成形体について、図１で示すＹ方向（図２０のＹ方向）に相当する引張り接合強度（Ｓ２）を次の方法にて測定した。
引張試験は、図２０に示すように、金属成形体１０側の治具７０により固定した状態で、金属成形体１０と樹脂成形体２０が破断するまで図２０のＹ方向（図１のＹ方向であり、接合面１２に対して垂直方向）に引っ張った場合の接合面１２が破壊されるまでの最大荷重を測定した。
＜引張試験条件＞
試験機：オリエンテック社製テンシロン（UCT−1T）
引張速度：５mm／min
チャック間距離：５０mm

【0068】

【表6】

【符号の説明】

【0069】

１ 複合成形体
１０ 金属成形体
１２ 接合面
２０ 樹脂成形体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図32】

【図33】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】