特開 2022-187795 めっきされた金属と樹脂との複合部材の製造方法および複合部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022187795

(43)【公開日】2022-12-20

(54)【発明の名称】めっきされた金属と樹脂との複合部材の製造方法および複合部材

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/14 20060101AFI20221213BHJP

【ＦＩ】

B29C45/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021095975

(22)【出願日】2021-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(71)【出願人】

【識別番号】801000049

【氏名又は名称】一般財団法人生産技術研究奨励会

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】梶原 優介

(72)【発明者】

【氏名】木村 文信

(72)【発明者】

【氏名】陳 偉彦

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 由華

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 幸徳

(72)【発明者】

【氏名】山口 英二

【テーマコード（参考）】

4F206

【Ｆターム（参考）】

4F206AA34

4F206AD03

4F206AD27

4F206AD28

4F206AD33

4F206AH18

4F206AR12

4F206AR13

4F206JA07

4F206JB12

4F206JF05

4F206JL02

4F206JM04

4F206JN11

(57)【要約】

【課題】母材と樹脂とを接合してなる複合部材において、母材を構成し得る材料のバリエーションを広げること。
【解決手段】複合部材の製造方法（Ｍ１０）は、母材（１１）と、母材（１１）を覆う金属被膜（１２）と、金属被膜（１２）の表面に接合された樹脂（樹脂部材１３）と、を含む複合部材（１０）の製造方法であって、金属被膜（１２）の表面を覆う酸化膜（自然酸化膜）を除去する除去工程（Ｓ１２）と、前記表面に熱水処理を施す熱水処理工程（Ｓ１３）と、前記表面に樹脂を接合する接合工程（Ｓ１４）と、を含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材と、当該母材の少なくとも一部を覆う金属被膜と、当該金属被膜の表面に接合された樹脂と、を含む複合部材の製造方法であって、
前記金属被膜の表面を覆う酸化膜を除去する除去工程と、
前記除去工程を実施された前記表面に熱水処理を施す熱水処理工程と、
前記熱水処理工程を実施された前記表面に樹脂を接合する接合工程と、を含む、
ことを特徴とする複合部材の製造方法。

【請求項2】

前記除去工程は、前記表面に対してブラスト加工を施す工程であり、
当該ブラスト加工において、噴射材の粒子径は、１０μｍ以上７１０μｍ以下であり、且つ、噴射圧力は、０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合部材の製造方法。

【請求項3】

前記除去工程は、前記表面に対して酸処理を施す工程である、
ことを特徴とする請求項１に記載の複合部材の製造方法。

【請求項4】

前記熱水処理工程において、水の温度は、５０℃以上１００℃以下であり、且つ、処理時間は、１０秒以上１００分以下である、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の複合部材の製造方法。

【請求項5】

前記熱水処理工程において、水の電気伝導度は、０．０５μＳ／ｃｍ以上１０μＳ／ｃｍ以下である、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の複合部材の製造方法。

【請求項6】

母材と、
当該母材の少なくとも一部を覆う金属被膜であって、当該金属被膜を構成する金属の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかにより構成された針状構造が表面に設けられている金属被膜と、
当該金属被膜の表面に接合された樹脂と、を備えている、
ことを特徴とする複合部材。

【請求項7】

前記表面の算術平均傾斜は、０．１０以上０．６０以下である、
ことを特徴とする請求項６に記載の複合部材。

【請求項8】

前記表面の二乗平均平方根傾斜は、０．２０以上０．７０以下である、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の複合部材。

【請求項9】

前記針状構造を含む前記水酸化物および酸化物の少なくとも何れかからなる層の厚みは、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である、
ことを特徴とする請求項６～８の何れか１項に記載の複合部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、母材と、母材の少なくとも一部を覆う金属被膜と、金属被膜の表面に接合された樹脂と、を含む複合部材に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、表面にアルミ水酸化膜が形成されたアルミ部材と、前記アルミ水酸化膜が形成された前記アルミ部材の表面に直接接触する樹脂部材と、を備える複合部材に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１の図１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１３１４９２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、特許文献１の技術を採用する場合、母材を構成する材料は、アルミニウムに限定される。

【0005】

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、母材と樹脂とを接合してなる複合部材において、母材を構成し得る材料のバリエーションを広げることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る複合部材の製造方法は、母材と、当該母材の少なくとも一部を覆う金属被膜と、当該金属被膜の表面に接合された樹脂と、を含む複合部材の製造方法である。本複合部材の製造方法は、前記金属被膜の表面を覆う酸化膜を除去する除去工程と、前記除去工程を実施された前記表面に熱水処理を施す熱水処理工程と、前記熱水処理工程を実施された前記表面に樹脂を接合する接合工程と、を含む。

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の第６の態様に係る複合部材は、母材と、当該母材の少なくとも一部を覆う金属被膜であって、当該金属被膜を構成する金属の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかにより構成された針状構造が表面に設けられている金属被膜と、当該金属被膜の表面に接合された樹脂と、を備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、母材と樹脂とを接合してなる複合部材において、母材を構成し得る材料のバリエーションを広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る複合部材の斜視図である。

【図2】図１に示した複合部材の断面図である。

【図3】図１に示した接合領域であって、樹脂を接合する前の状態の接合領域のＳＥＭ画像である。上段のＳＥＭ画像は、倍率が２０，０００倍であり、下段のＳＥＭ画像は、倍率が４０，０００倍である。

【図4】図１に示した複合部材の一変形例の断面図である。

【図5】左図は、本発明の第２の実施形態に係る複合部材の製造方法のフローチャートである。右図は、左図に示した複合部材の製造方法に含まれる各工程を実施したあとの接合領域の断面図である。

【図6】図５の左図に示した複合部材の製造方法に含まれる除去工程の変形例のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る複合部材１０について、図１～図４を参照して説明する。図１は、複合部材１０の斜視図である。図２は、複合部材１０の断面図であって、図１に示したＡ－Ａ’線に沿った断面図である。図３は、複合部材１０の接合領域１２２であって、樹脂部材１３を接合する前の状態の接合領域１２２の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。上段のＳＥＭ画像は、倍率が２０，０００倍であり、下段のＳＥＭ画像は、倍率が４０，０００倍である。なお、樹脂部材１３を接合する前の状態とは、図５に示した熱水処理工程Ｓ１３を実施し、且つ、図５に示した接合工程Ｓ１４を実施していない状態を意味する。なお、熱水処理工程Ｓ１３および接合工程Ｓ１４を含む複合部材の製造方法Ｍ１０については、第２の実施形態において後述する。

【0011】

図１に示すように、複合部材１０は、母材１１と、金属被膜１２と、樹脂部材１３と、を備えている。

【0012】

＜母材および金属被膜＞
図１に示すように、母材１１は、板状に成形されている。本実施形態においては、母材１１を構成する材料としてハイテン鋼を用いる。ただし、母材１１を構成する材料は、ハイテン鋼に限定されず、用途に応じて適宜選択することができる。母材１１を構成する材料は、金属、ガラス、セラミック、および樹脂の何れであってもよい。すなわち、複合部材１０において、母材１１は、発明の名称に記載されためっきされた金属に限定されない。

【0013】

本実施形態において、図１に示すように、母材１１を構成する一対の主面のうち一方の主面には、金属被膜１２が形成されている。すなわち、本実施形態において、母材１１の一部である一方の主面は、金属被膜１２により覆われている。ただし、母材１１のうち金属被膜１２により覆われている領域は、後述する樹脂部材１３が接合される領域である接合領域１２２を包含していればよく、母材１１の表面の一部であってもよいし、母材１１の表面の全部であってもよい。

【0014】

本実施形態においては、金属被膜１２を構成する材料として亜鉛を採用している。また、本実施形態においては、母材１１の一方の主面に対して、めっき法を用いて金属被膜１２を形成している。ただし、金属被膜１２を構成する材料は、金属であればよく亜鉛に限定されない。なお、金属被膜１２を構成する材料は、めっき法を用いて金属被膜１２を形成可能な材料であることが好ましい。また、母材１１の一方の主面に対して金属被膜１２を形成する方法は、めっき法に限定されない。すなわち、複合部材１０において、金属被膜１２は、発明の名称に記載されためっきあるいはめっき膜に限定されない。

【0015】

以上のように、本実施形態では、母材１１および金属被膜１２として、亜鉛めっきされたＳＰＦＣ７８０と呼ばれるハイテン鋼板を用いている。金属被膜１２の厚みは限定されないが、典型的には１μｍ以上５０μｍ以下である。本実施形態においては、金属被膜１２の厚みを２５μｍとする。

【0016】

＜樹脂部材＞
図１に示すように、樹脂部材１３は、直方体状に成形されている。本実施形態においては、樹脂部材１３を構成する材料としてポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用いる。ただし、樹脂部材１３を構成する材料は、樹脂であればＰＰＳ樹脂に限定されず、用途に応じて適宜選択することができる。樹脂部材１３を構成する材料は、ＰＰＳ樹脂以外に、エンジニアリングプラスチックであってもよいし、スーパーエンジニアリングプラスチックであってもよいし、ガラス繊維や炭素繊維などを含む繊維強化プラスチックであってもよい。また、樹脂部材１３を構成する材料は、接着剤として好適な樹脂であってもよい。接着剤として好適な樹脂の一例としては、エポキシ樹脂が挙げられる。

【0017】

＜接合領域＞
以下において、金属被膜１２の主面１２１を主面１２１の法線方向から見た場合に、金属被膜１２と樹脂部材１３とが重なる領域を接合領域１２２と呼ぶ。図１においては、接合領域１２２を仮想線（二点鎖線）で図示している。

【0018】

第２の実施形態において図５を参照して説明するが、主面１２１の接合領域１２２を含む領域には、ブラスト加工を用いた除去工程Ｓ１２と、熱水処理工程Ｓ１３とが施されている。

【0019】

ブラスト加工を用いた除去工程Ｓ１２を接合領域１２２に施すことによって、接合領域１２２の表面に生じていた自然酸化膜は除去され、さらに、接合領域１２２の表面にはマイクロサイズの凹凸構造１２３が形成される（図２参照）。

【0020】

また、除去工程Ｓ１２のあとに熱水処理工程Ｓ１３を実施することによって、接合領域１２２の凹凸構造１２３の表面には亜鉛の水酸化物および酸化物により構成された針状構造１２４が形成される（図２参照）。ただし、針状構造１２４は、亜鉛の水酸化物および酸化物により構成されていてもよいし、亜鉛の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかにより構成されていてもよい。なお、接合領域１２２の凹凸構造１２３の表面に形成された針状構造１２４の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図３に示す。上段のＳＥＭ画像は、倍率が２０，０００倍であり、下段のＳＥＭ画像は、倍率が４０，０００倍である。

【0021】

亜鉛の水酸化物と亜鉛の酸化物とを比較した場合、亜鉛の水酸化物のほうが樹脂に対する濡れ性が高い。したがって、針状構造１２４が亜鉛の水酸化物および酸化物により構成されていている場合、針状構造１２４における水酸化物の割合を高めることによって、金属被膜１２と樹脂部材１３との間における接合強度を高めることができる。

【0022】

樹脂部材１３は、その一部が接合領域１２２に重なるように射出成形されることによって、接合領域１２２に対して接合されている。樹脂部材１３を構成する樹脂が接合領域１２２に射出されたとき、その樹脂は流動性を有している。したがって、流動性を有する樹脂は、熱水処理工程Ｓ１３により生成された針状構造の隙間に充填され、射出された樹脂は、やがて硬化する（図２参照）。
このように、複合部材１０においては、母材１１の少なくとも一部が金属被膜１２により覆われており、金属被膜１２の主面１２１の少なくとも一部である接合領域１２２に硬化した樹脂である樹脂部材１３が接合されている。そのため、母材１１を構成する材料は、表面の一部を金属被膜１２で覆うことができる材料であればよい。すなわち、母材１１の材料は、めっき法により表面に金属被膜１２を形成可能な材料であればよい。したがって、母材１１を構成する材料は、特許文献１のようにアルミニウムに限定されないので、複合部材１０においては、母材を構成し得る材料のバリエーションを広げることができる。また、複合部材１０においては、母材１１の主面の少なくとも一部が金属被膜１２により覆われている場合であっても、特許文献１の技術の場合と同様にアンカー効果を得ることができるので、金属被膜１２と樹脂部材１３との間における接合強度を、特許文献１の技術の場合と同程度まで高めることができる。

【0023】

（算術平均傾斜および二乗平均平方根傾斜）
接合領域１２２において、主面１２１の算術平均傾斜ＲΔａは、０．１０以上０．６０以下である、ことが好ましく、０．１５以上０．５５以下である、ことがより好ましく、０．１７以上０．５０以下である、ことが特に好ましい。また、接合領域１２２において、主面１２１の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑは、０．２０以上０．７０以下である、ことが好ましく、０．２５以上０．６５以下である、ことがより好ましく、０．２７以上０．６０以下である、ことが特に好ましい。

【0024】

算術平均傾斜ＲΔａおよび二乗平均平方根傾斜ＲΔｑは、いずれも、狭い空間にどれだけ傾斜があるかを示す指標として用いられる。

【0025】

算術平均傾斜ＲΔａが小さくなるほど接合強度は小さくなりやすい。算術平均傾斜ＲΔａが０．１０以上である場合、１２ＭＰａ程度の実用的な接合強度を得ることができ、算術平均傾斜ＲΔａが０．１５以上である場合、２０ＭＰａ程度の更に実用的な接合強度を得ることができる。特に、算術平均傾斜ＲΔａが０．１７以上である場合には、自動車等の構造部品の溶接にも十分な接合強度を得ることができる。また、算術平均傾斜ＲΔａが０．６０以下であれば、ブラスト加工による除去工程Ｓ１２の実施が可能である。特に、算術平均傾斜ＲΔａが０．５５以下である場合、ブラスト可能による除去工程Ｓ１２の実施が容易であり、算術平均傾斜ＲΔａが０．５０以下である場合、ブラスト加工による粗面化が更に容易である。

【0026】

二乗平均平方根傾斜ＲΔｑの場合も同様に、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが小さくなるほど接合強度は小さくなりやすい。二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．２０以上である場合、１２ＭＰａ程度の実用的な接合強度を得ることができ、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．２５以上である場合、２０ＭＰａ程度の更に実用的な接合強度を得ることができる。特に、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．２７以上である場合には、自動車等の構造部品の溶接にも十分な接合強度を得ることができる。また、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．７０以下であれば、ブラスト加工による除去工程Ｓ１２の実施が可能である。特に、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．６５以下である場合、ブラスト加工による除去工程Ｓ１２の実施が容易であり、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．６０以下である場合、ブラスト加工による除去工程Ｓ１２の実施が更に容易である。

【0027】

（水酸化物および酸化物からなる層の厚み）
針状構造１２４を含む水酸化物および酸化物からなる層の厚みｔ（図２参照）は、５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態において、厚みｔは、５００ｎｍである。

【0028】

厚みｔが５０ｎｍ未満である場合、実用的な接合強度を得ることが難しい。これは、得られるアンカー効果が小さいためである。一方、厚みｔが２０００ｎｍを上回る場合、水酸化物および酸化物の少なくとも何れかの構造は、針状構造の代わりに多孔質構造をとりやすくなる。その場合、樹脂が多孔質構造の内部に浸透しにくくなるため、実用的な接合強度を得ることが難しい。これも、得られるアンカー効果が小さいためである。したがって、厚みｔが５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることにより、水酸化物および酸化物の構造を、アンカー効果を得るための好適な針状構造にすることができる、結果として、接合強度を高めることができる。

【0029】

厚みｔが１００ｎｍ未満である場合、アンカー効果が十分でなく、実用的な接合強度が得られにくい。また、厚みｔが１０００ｎｍを上回る場合、水酸化物の膜が脆くなることから荷重がかかった時に水酸化物の膜が破断しやすい。したがって、厚みｔが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることにより、実用的な接合強度を担保するとともに、荷重により生じ得る水酸化物の膜の破断を生じ難くすることができる。

【0030】

＜複合部材の用途＞
複合部材１０の用途としては、例えば、自動車用の構造用のメンバー（例えば、サスペンションメンバー）や電機部品などがあげられる。

【0031】

複合部材１０を構造用のメンバーの一部として用いる場合、母材１１および金属被膜１２として亜鉛めっきされたハイテン鋼板を用い、樹脂部材１３を構成する材料としてはエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックなどを用いることが好ましい。

【0032】

また、複合部材１０を電機部品の一部として用いる場合、端子などの金属製の部品を樹脂でモールドしたものが考えられる。この場合、母材１１および金属被膜１２として表面にめっき処理を施した銅を用い、樹脂部材１３を構成する材料としてＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、及びＰＰＡ（ポリフタルアミド）樹脂の何れかを用いることが好ましい。

【0033】

単純に金属製（例えば銅製）の端子を樹脂でモールドしただけでは、金属と樹脂との界面に隙間が生じやすく、その隙間から大気中の湿気などが侵入しやすい。モータや、パワーコントロールユニットなどの電機部品は、湿気を嫌う。そのため、従来は、湿気の侵入を抑制するために、エポキシ樹脂などを用いて、端子と樹脂との界面をさらに封止していた。複合部材１０、アンカー効果により銅と樹脂との界面に隙間が生じにくいので、エポキシ樹脂などを用いた封止を省略することができる。すなわち、端子などの金属製の部品を樹脂でモールドするだけで、モードルの内部を封止でき、かつ、気密性を高めることができる。

【0034】

＜変形例＞
複合部材１０の変形例である複合部材２０について、図４を参照して説明する。図４は、複合部材１０の一変形例である複合部材２０の断面図である。

【0035】

複合部材１０においては、金属被膜１２の接合領域１２２に対して、射出成形により成形した樹脂部材１３を接合していた。複合部材２０では、２組のハイテン鋼板である、母材１１Ａおよび金属被膜１２Ａと、母材１１Ｂおよび金属被膜１２Ｂと、を用いる。母材１１Ａおよび金属被膜１２Ａと、母材１１Ｂおよび金属被膜１２Ｂとは、何れも、複合部材１０の母材１１および金属被膜１２と同様に構成されている。

【0036】

そのうえで、複合部材２０においては、金属被膜１２Ａにおける接合領域１２２Ａと、金属被膜１２Ｂにおける接合領域１２２Ｂとの間に、接着剤として機能する樹脂部材１３を介在させることによって、金属被膜１２Ａと樹脂部材１３とを接合し、且つ、金属被膜１２Ｂと樹脂部材１３とを接合している。

【0037】

このように、複合部材２０は、２組の複合部材１０である複合部材１０Ａ，１０Ｂであって、共通する樹脂部材１３を有する複合部材１０Ａ，１０Ｂにより構成されているともいえる。このように構成された複合部材２０も、本発明の範疇に含まれる。

【0038】

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る複合部材の製造方法Ｍ１０について、図５および図６を参照して説明する。図５の左図は、複合部材の製造方法Ｍ１０のフローチャートである。図５の右図は、左図に示した複合部材の製造方法Ｍ１０に含まれる各工程Ｓ１１～Ｓ１４を実施したあとの接合領域１２２の断面図である。なお、図５の右図においては、接合領域１２２の符号「１２２」の図示を省略している。符号「１２２」については、図２の断面図に図示している。図６は、製造方法Ｍ１０に含まれる除去工程Ｓ１２の変形例である除去工程Ｓ１２Ａのフローチャートである。

【0039】

また、以下においては、複合部材の製造方法Ｍ１０のことを単に製造方法Ｍ１０と称する。製造方法Ｍ１０は、第１の実施形態において説明した複合部材１０を製造するために好適に用いることができる。複合部材１０は、母材１１と、母材１１の少なくとも一部を覆う金属被膜１２と、金属被膜１２の表面の少なくとも一部である接合領域１２２に接合された樹脂部材１３と、を含む複合部材である。

【0040】

本実施形態では、複合部材１０を製造するものとして製造方法Ｍ１０を説明する。第１の実施形態において説明したように、母材１１としてハイテン鋼板を用いる。

【0041】

図５に示すように、製造方法Ｍ１０は、めっき工程Ｓ１１と、除去工程Ｓ１２と、熱水処理工程Ｓ１３と、接合工程Ｓ１４と、を含んでいる。

【0042】

＜めっき工程＞
めっき工程Ｓ１１は、母材１１の一方の主面にめっき法を用いて金属被膜１２を形成する工程である（図５の右図における「Ｓ１１」の断面図参照）。

【0043】

本実施形態においては、母材１１の一部である一方の主面を、金属被膜１２により覆う。ただし、母材１１のうち金属被膜１２により覆われる領域は、図１に示した接合領域１２２を包含していればよく、母材１１の表面の一部であってもよいし、母材１１の表面の全部であってもよい。

【0044】

本実施形態においては、金属被膜１２を構成する材料として亜鉛を採用している。ただし、金属被膜１２を構成する材料は、金属であればよく亜鉛に限定されない。なお、金属被膜１２を構成する材料は、めっき法を用いて金属被膜１２を形成可能な材料であることが好ましい。ただし、母材１１の一方の主面に対して金属被膜１２を形成する方法は、めっき法に限定されない。その場合、工程Ｓ１１は、めっき工程ではなく金属被膜形成工程といえる。

【0045】

なお、母材１１の表面にあらかじめ金属被膜１２が形成されている金属板（たとえば亜鉛めっきされたハイテン鋼板）を製造方法Ｍ１０の出発材料として用いる場合には、めっき工程Ｓ１１を省略することができる。

【0046】

＜除去工程＞
母材１１および金属被膜１２が長時間（たとえば３日より長い期間）に亘って大気中に放置されていた場合、金属被膜１２の主面１２１には、自然酸化膜が形成される場合が多い。除去工程Ｓ１２は、金属被膜１２の表面である主面１２１を覆う自然酸化膜を除去する工程である。なお、自然酸化膜は、酸化膜の一態様である。

【0047】

本実施形態においては、除去工程Ｓ１２において、自然酸化膜を除去するためにブラスト加工を用いる。ブラスト加工を用いることによって、自然酸化膜を除去しつつ、前記表面にマイクロサイズの凹凸構造１２３を形成することができる（図５の右図における「Ｓ１２」の断面図参照）。したがって、金属活性が高く、後述する熱水処理工程Ｓ１３を実施することにより高いアンカー効果が得られる主面１２１が得られる。

【0048】

ブラスト加工において、噴射材の粒子径は、１０μｍ以上７１０μｍ以下である、ことが好ましく、２０μｍ以上５００μｍ以下である、ことがより好ましく、３０μｍ以上３００μｍ以下である、ことが特に好ましい。また、噴射圧力は、０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下である、ことが好ましく、０．３ＭＰａ以上１．５ＭＰａ以下である、ことがより好ましく、０．５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下である、ことが特に好ましい。

【0049】

金属被膜１２の主面１２１に、金属被膜１２を構成する金属（本実施形態では亜鉛）の自然酸化膜が形成されている場合に、噴射材の粒子径が１０μｍ以上であることにより、主面１２１にマイクロサイズの凹凸構造１２３を形成することができる。また、噴射材の粒子径が３００μｍ以下であることにより、ブラスト加工に起因して金属被膜１２が破損する可能性を低減することができる。噴射材の粒子径として１０μｍ以上７１０μｍ以下を採用する場合、噴射圧力として０．０５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下を採用することにより、ブラスト加工により自然酸化膜を除去することができ、且つ、主面１２１にマイクロサイズの凹凸構造１２３を形成することができ、且つ、金属被膜１２が破損する可能性を低減することができる。金属の酸化膜は、樹脂に対する濡れ性が低い場合が多い。したがって、自然酸化膜を除去したあとに熱水処理を実施することによって、複合部材１０における接合強度を、特許文献１の技術の場合と同程度まで高めることができる。なお、適切ではない条件でブラスト加工を実施した場合に生じ得る金属被膜１２の破損の例としては、噴射材が金属被膜１２を貫通すること、および、金属被膜１２が母材１１の主面から剥離することが挙げられる。なお、ブラスト加工におけるこの条件は、金属被膜１２の厚みが１μｍ以上５０μｍ以下である場合に好適である。金属被膜１２の厚みが１μｍ以上であることにより、マイクロサイズの凹凸構造１２３を形成しつつ、金属被膜１２が破損する可能性を確実に低減することができる。なお、５０μｍという厚みは、めっき法を用いて作製された金属被膜１２の厚みの典型的な上限値である。

【0050】

（除去工程の変形例）
なお、除去工程Ｓ１２の一変形例である除去工程Ｓ１２Ａにおいては、自然酸化膜を除去するために、ブラスト加工の代わりに酸処理を用いることもできる（図６参照）。除去工程Ｓ１２Ａは、超音波洗浄工程Ｓ１２１と、酸処理工程Ｓ１２２とを含んでいる。

【0051】

超音波洗浄工程Ｓ１２１は、金属被膜１２の主面１２１を超音波洗浄する工程である。

【0052】

酸処理工程Ｓ１２２は、主面１２１に対して酸処理を施す工程である。なお、酸処理は、酸洗いとも呼ばれる。本変形例では、酸処理において用いる酸性溶液として塩酸を用いる。ただし、酸処理において用いる酸性溶液は、塩酸に限定されず適宜選択することができる。

【0053】

酸処理を用いて自然酸化膜を除去した金属被膜１２の主面１２１は、ブラスト加工を用いて自然酸化膜を除去した主面１２１と比較して、凹凸のサイズが小さくなりやすい。そのため、金属被膜１２の膜厚が薄い場合であっても金属被膜１２を破損することなく自然酸化膜を除去することができる。

【0054】

＜熱水処理工程＞
熱水処理工程Ｓ１３は、除去工程Ｓ１２を実施された主面１２１に対して熱水処理を施す工程である。熱水処理工程Ｓ１３を実施することによって、主面１２１を構成する亜鉛が以下の化学式ように水酸化あるいは酸化される。その結果、凹凸構造１２３が形成されている主面１２１には、金属被膜１２を構成する亜鉛の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかにより構成された針状構造が形成される（図５の右図における「Ｓ１３」の断面図参照）。針状構造については、第１の実施形態において説明したように、図３に示している。

【0055】

Ｚｎ＋２Ｈ_２Ｏ→Ｚｎ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２
Ｚｎ（ＯＨ）_２→ＺｎＯ＋Ｈ_２Ｏ

【0056】

熱水処理工程Ｓ１３において用いる水の温度は、５０℃以上１００℃以下である、ことが好ましく、６０℃以上９５℃以下である、ことがより好ましく、７０℃以上９０℃以下である、ことが特に好ましい。また、熱水処理における処理時間は、１０秒以上１００分以下である、ことが好ましく、３０秒以上８０分以下である、ことがより好ましく、１分以上６０分以下である、ことが特に好ましい。

【0057】

熱水処理工程Ｓ１３において用いる水の温度が５０℃未満である場合、金属被膜を構成する金属の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかが十分に成長しない。そのため、得られるアンカー効果が小さくなるため接合強度を高めることが難しい。また、１００℃以下の熱水は、大気圧下で得ることができるので、容易に実現することができる。

【0058】

また、熱水処理工程Ｓ１３における処理時間が１０秒未満である場合、金属被膜１２を構成する金属（本実施形態においては亜鉛）の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかが十分に成長しない。そのため、得られるアンカー効果が小さくなるため接合強度を高めることが難しい。また、金属被膜１２を構成する金属の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかからなる層の厚みｔ（図２参照）は、処理時間が１００分を超えるあたりから飽和する傾向にあることが分かった。したがって、処理時間を１００分以下に定めることによって、熱水処理を効率的に実施することができる。

【0059】

また、熱水処理工程Ｓ１３において用いる水の電気伝導度は、０．０５μＳ／ｃｍ以上１０μＳ／ｃｍ以下である、ことが好ましく、０．０８μＳ／ｃｍ以上５μＳ／ｃｍ以下である、ことがより好ましく、０．１μＳ／ｃｍ以上１μＳ／ｃｍ以下である、ことが特に好ましい。

【0060】

水の電気伝導度が高いことは、熱水に含まれている不純物（特に金属イオン）の濃度が高いことを意味する。水の電気伝導度が１０μＳ／ｃｍを上回っている場合（すなわち不純物の濃度が高すぎる場合）、熱水処理により形成される亜鉛の水酸化物および酸化物の少なくとも何れかの形状および大きさの再現性が低下しやすくなる。その結果、複合部材１０における接合強度が低下しやすくなる。

【0061】

また、水の電気伝導度が低くなればなるほど、上述した接合強度は上昇する。ただし、接合強度は、電気伝導度が０．０５μＳ／ｃｍを下回るあたりから飽和する傾向にあることが分かった。したがって、水の電気伝導度における好ましい範囲の下限値を０．０５μＳ／ｃｍに定めることによって、熱水に含まれている不純物を除去するためのコストが無駄になるのを防ぐことができる。

【0062】

＜接合工程＞
接合工程Ｓ１４は、熱水処理工程Ｓ１３を実施された接合領域１２２の表面に樹脂部材１３を接合する工程である。本実施形態では、射出成形法を用いて、樹脂部材１３の一部が接合領域１２２に重なるように、樹脂部材１３を成形する。樹脂部材１３を構成する樹脂が接合領域１２２に射出されたとき、その樹脂は流動性を有している。したがって、流動性を有する樹脂は、熱水処理工程Ｓ１３により生成された針状構造の隙間に充填され、射出された樹脂は、やがて硬化する（図５の右図における「Ｓ１４」の断面図参照）。したがって、複合部材１０においては、母材１１の主面の少なくとも一部が金属被膜１２により覆われている場合であっても、特許文献１の技術の場合と同様にアンカー効果を得ることができるので、金属被膜１２と樹脂部材１３との間における接合強度を、特許文献１の技術の場合と同程度まで高めることができる。

【0063】

接合工程Ｓ１４において接合領域１２２の表面に樹脂部材１３を接合する手法は、射出成形法に限定されず、例えば、誘導加熱圧着成形法であってもよいし、プレス成形法であってもよい。また、図４を参照して複合部材２０について説明したように、エポキシ樹脂などの接着剤として機能する樹脂を用いる方法であってもよい。

【0064】

〔付記事項〕
本発明は上述した第１の実施形態および第２の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0065】

〔第１の実施例および第２の実施例〕
本発明の第１の実施例および第２の実施例について、その効果を第１の実験例および第２の実験例と比較しながら説明する。

【0066】

第１の実施例、第２の実施例、第１の実験例、および第２の実験例では、複合部材を製造する出発原料として亜鉛めっきされたハイテン鋼板を用いた。したがって、母材１１は、ハイテン鋼板であり、金属被膜１２を構成する材料は、亜鉛である。なお、亜鉛からなる金属被膜１２の膜厚は、２５μｍである。

【0067】

第１の実施例では、図５に示した製造方法Ｍ１０を実施することにより複合部材１０を製造した。すなわち、除去工程Ｓ１２においてはブラスト加工を用いて自然酸化膜を除去した。また、ブラスト加工における条件は、噴射材の粒子径として１０６～１２５μｍを採用し、且つ、噴射圧力として１．０ＭＰａを採用した。熱水処理工程Ｓ１３における熱水処理の条件は、水の温度として７５℃を採用し、処理時間として４０分を採用した。その結果、針状構造１２４を含む水酸化物および酸化物からなる層の厚みｔ（図２参照）は、５００ｎｍであった。また、接合工程Ｓ１４においては、熱水処理工程Ｓ１３を行った金属被膜１２の接合領域１２２に対して、射出成形法を用いて、ＰＰＳ樹脂製の樹脂部材１３を直接接合した。射出成形の条件としては、金型温度として１４０℃を採用し、樹脂温度として２６０℃を採用し、射出速度として１０ｍｍ／秒を採用し、保持圧力として５０ＭＰａを採用し、保持時間として１０秒間を採用した。

【0068】

第２の実施例では、製造方法Ｍ１０をベースにして、除去工程Ｓ１２の代わりに図６に示した除去工程Ｓ１２Ａを実施した。すなわち、第２の実施例では、金属被膜１２の表面に形成された自然酸化膜を除去するために酸処理を用いた。この酸処理においては、ハイテン鋼板を浸漬する塩酸溶液として濃度が１０％である塩酸溶液を用いた。また、酸処理の処理時間を１０秒とした。

【0069】

第１の実験例においては、第１の実施例をベースにして熱水処理工程Ｓ１３を省略した。同様に、第２の実験例においては、第２の実施例をベースにして熱水処理工程Ｓ１３を省略した。

【0070】

このように構成した第１の実施例、第２の実施例、第１の実験例、および第２の実験例を用いて製造された複合部材を用いて、接合強度（せん断強度）をＩＳＯ １９０９５に準拠した試験方法で測定した。

【0071】

以下の表１に、第１の実施例、第２の実施例、第１の実験例、および第２の実験例のポイントと、各複合部材におけるせん断強度とを示す。

【0072】

【表1】

熱水処理工程Ｓ１３を実施した第１の実施例および第２の実施例においては、各複合部材においていずれも２５ＭＰａ以上となるせん断強度が得られた。

【0073】

ブラスト加工を用いて自然酸化膜を除去し、熱水処理工程Ｓ１３を省略した第１の実験例においては、複合部材において１４ＭＰａのせん断強度が得られた。このせん断強度は、第１の実施例により得られた３１ＭＰａというせん断強度と比較して著しく低かった。

【0074】

酸処理を用いて自然酸化膜を除去し、熱水処理工程Ｓ１３を省略した第２の実験例においては、接合工程Ｓ１４を実施した直後にハイテン鋼板から樹脂部材が剥離した。すなわち、第２の実験例を用いて製造した複合部材においては、接合不良がみられた。

【0075】

〔第３の実施例および第４の実施例〕
第１の実施例および第２の実施例をベースにして、接合工程Ｓ１４において射出成形法の代わりにプレス成形法を用いた実施例を第３の実施例および第４の実施例とする。第３の実施例および第４の実施例におけるプレス成形においては、炭素繊維強化熱可塑性樹脂（東レコーテックス製のＣＦＲＴＰ）製の樹脂部材１３を金属被膜１２の接合領域１２２に対して直接接合した。プレス成形の条件としては、成形温度として２２０℃を採用し、成形圧力として５ＭＰａを採用し、保持時間として５分間を採用した。

【0076】

また、第３の実施例および第４の実施例の各々をベースにして、熱水処理工程Ｓ１３を省略したものを、それぞれ、第３の実験例および第４の実験例とした。

【0077】

このように構成した第３の実施例、第４の実施例、第３の実験例、および第４の実験例を用いて製造された複合部材を用いて、接合強度（せん断強度）をＪＩＳ Ｋ６８５０「引張せん断接着強さ試験」を参考にした試験方法で測定した。なお、接合領域１２２の幅は２５ｍｍであり、接合領域１２２の長さは１２．５ｍｍである。

【0078】

以下の表２に、第３の実施例、第４の実施例、第３の実験例、および第４の実験例におけるせん断強度を示す。

【0079】

【表2】

熱水処理工程Ｓ１３を実施した第３の実施例および第４の実施例においては、各複合部材においていずれも２５ＭＰａ以上となるせん断強度が得られた。

【0080】

ブラスト加工を用いて自然酸化膜を除去し、熱水処理工程Ｓ１３を省略した第３の実験例においては、複合部材において１６ＭＰａのせん断強度が得られた。このせん断強度は、第３の実施例により得られた３２ＭＰａというせん断強度と比較して著しく低かった。

【0081】

酸処理を用いて自然酸化膜を除去し、熱水処理工程Ｓ１３を省略した第４の実験例においては、接合工程Ｓ１４を実施した直後にハイテン鋼板から樹脂部材が剥離した。すなわち、第４の実験例を用いて製造した複合部材においては、接合不良がみられた。

【符号の説明】

【0082】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 複合部材
１１，１１Ａ，１１Ｂ 母材
１２，１２Ａ，１２Ｂ 金属被膜
１２１ 主面
１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ 接合領域
１２３ 凹凸構造
１２４ 針状構造
１３ 樹脂部材（樹脂）
２０ 複合部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】