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JP2009298144A - Bonded composite article of a plurality of metallic shaped bodies, and method for production thereof - Google Patents

Bonded composite article of a plurality of metallic shaped bodies, and method for production thereof Download PDF

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JP2009298144A
JP2009298144A JP2009117389A JP2009117389A JP2009298144A JP 2009298144 A JP2009298144 A JP 2009298144A JP 2009117389 A JP2009117389 A JP 2009117389A JP 2009117389 A JP2009117389 A JP 2009117389A JP 2009298144 A JP2009298144 A JP 2009298144A
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Japan
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metal
aqueous solution
composite
joined
shape
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Application number
JP2009117389A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Narutomi
正徳 成富
Naoki Ando
直樹 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taisei Purasu Co Ltd
Original Assignee
Taisei Purasu Co Ltd
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    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a bonded composite article of a plurality of metallic shaped bodies which are integrated by injecting a resin composition to the metallic shaped bodies to bond them. <P>SOLUTION: The surface of the bonding parts of a plurality of metallic shaped bodies 11 and 12 has a roughness of a micron order formed by chemical etching, a superfine uneven shape including partition projections or grooved recesses of 10-500 nm in height or depth and width when viewed by an electron microscope and of ≥10 nm in length in a period of 10 to several hundreds nm over the whole surface are formed, and a thin layer is provided with a metal oxide or a metallic phosphorus oxide on the edge part of the above uneven shape. A sealed space 19 between the opposed faces of the metallic shaped bodies is sealed by a frame 15. A resin composition 4 is injected into the sealed space to bond the metallic shaped bodies to form the bonded composite article 26. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、運輸機械、電気機器、医療機器、一般機械、その他の機器等に使用される、複数金属形状物の接合複合体に関する。特に、自転車、自動車、航空機、移動型ロボット等の移動機械、医療、電子機器等に使用される構造部品、筐体等の複数金属形状物の接合複合体とその製造方法に関する。更に詳しくは、金属の基礎的部品に関し、異なる種類の金属を含め複数の金属形状物を機械的強度の高く結晶性樹脂組成物により射出接合させた、複数金属形状物の接合複合体とその製造方法に関する。   The present invention relates to a joined composite of a plurality of metal shapes used for transportation machinery, electrical equipment, medical equipment, general machinery, other equipment, and the like. In particular, the present invention relates to a bonded composite of a plurality of metal shapes such as structural parts and cases used in mobile machines such as bicycles, automobiles, airplanes, and mobile robots, medical equipment, and electronic devices, and a manufacturing method thereof. More specifically, regarding a basic metal part, a bonded composite of a plurality of metal shapes obtained by injection-bonding a plurality of metal shapes including different kinds of metals with a crystalline resin composition having high mechanical strength, and production thereof Regarding the method.

金属と合成樹脂を一体化する技術は、自動車、家庭電化製品、産業機器等の部品製造業等の広い産業分野から求められており、このために多くの接着剤が開発されている。この中には非常に優れた接着剤が提案されている。例えば、常温、又は加熱により機能を発揮する接着剤は、金属と合成樹脂を一体化する接合に使用され、この接合方法は現在では一般的な接合技術となっている。   Technology for integrating metal and synthetic resin is required from a wide range of industrial fields such as automobiles, home appliances, parts manufacturing industries such as industrial equipment, and many adhesives have been developed for this purpose. Among these, very good adhesives have been proposed. For example, an adhesive that exhibits a function at room temperature or by heating is used for joining to integrate a metal and a synthetic resin, and this joining method is now a common joining technique.

しかしながら、接着剤を使用しない、より合理的な接合方法も従来から研究されてきた。マグネシウム、アルミニウムやその合金である軽金属類、又、ステンレス鋼等の鉄合金類に対し、接着剤の介在なしで、高強度のエンジニアリング樹脂を一体化させる方法がその一例である。例えば、本発明者等は、予め射出成形金型内にインサートしていたエッチングの施された金属形状物に、溶融樹脂を射出して樹脂部分を成形すると同時に、その成形品と金属形状物とを接合(固着)する方法(以下、「射出接合」という。)を提案した。   However, more rational joining methods that do not use an adhesive have been studied. An example is a method of integrating a high-strength engineering resin into magnesium, aluminum, light metals such as alloys thereof, and iron alloys such as stainless steel without using an adhesive. For example, the present inventors inject a molten resin into an etched metal shape previously inserted into an injection mold and mold the resin portion. Proposed a method (hereinafter referred to as “injection joining”) for joining (adhering) to each other.

この接合技術は、例えばアルミニウム合金に対し、ポリブチレンテレフタレート樹脂(以下、「PBT」という。)、又はポリフェニレンサルファイド樹脂(以下、「PPS」という。)を、射出接合させる一体化技術である(例えば、特許文献1参照)。又、他にアルミニウム材の陽極酸化皮膜に大きめの穴を設け、この穴に合成樹脂体を食い込み結着させた状態に接合する技術も開示されている(例えば、特許文献2参照)。   This joining technique is an integrated technique in which, for example, polybutylene terephthalate resin (hereinafter referred to as “PBT”) or polyphenylene sulfide resin (hereinafter referred to as “PPS”) is injection-bonded to an aluminum alloy (for example, , See Patent Document 1). In addition, there is also disclosed a technique in which a large hole is provided in an anodized film of an aluminum material and a synthetic resin body is bitten into the hole and bonded (see, for example, Patent Document 2).

特許文献1の提案におけるこの射出接合の原理は、以下に示すようなものである。アルミニウム合金形状物を、水溶性アミン系化合物の希薄水溶液に浸漬させる、即ちアルミニウム合金形状物を水溶液の弱い塩基によって微細にエッチングさせるものである。又、この浸漬処理では、アルミニウム合金形状物表面に、アミン系化合物分子の吸着が同時に起こることが分かった。この処理がなされたアルミニウム合金形状物を射出成形金型にインサートし、溶融した熱可塑性樹脂を高圧で射出させる。   The principle of this injection joining in the proposal of Patent Document 1 is as shown below. The aluminum alloy shaped product is immersed in a dilute aqueous solution of a water-soluble amine compound, that is, the aluminum alloy shaped product is finely etched by a weak base of the aqueous solution. Further, it has been found that in this immersion treatment, adsorption of amine compound molecules occurs simultaneously on the surface of the aluminum alloy shaped article. The aluminum alloy shaped article subjected to this treatment is inserted into an injection mold, and a molten thermoplastic resin is injected at a high pressure.

このとき、熱可塑性樹脂と、アルミニウム合金形状物表面に吸着していたアミン系化合物分子が遭遇することで発熱する。この発熱とほぼ同時に、この熱可塑性樹脂は低温の金型温度に保たれたアルミニウム合金形状物に接して急冷されるが、発熱現象が生じるので、このために結晶化しつつ固化しようとする樹脂は、固化が遅れて溶融状態を維持し、超微細なアルミニウム合金形状物面上の凹部に潜り込むことになる。溶融樹脂は、この凹部に潜り込んだ後固化する。このことにより、アルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂は、樹脂がアルミニウム合金形状物表面から剥がれることなく強固に接合(以下、固着とも言う。)する。   At this time, heat is generated by encountering the thermoplastic resin and amine compound molecules adsorbed on the surface of the aluminum alloy shaped article. Almost simultaneously with this heat generation, this thermoplastic resin is rapidly cooled in contact with the aluminum alloy shape maintained at a low mold temperature, but since a heat generation phenomenon occurs, the resin to be solidified while crystallizing for this reason As a result, solidification is delayed and the molten state is maintained, and the material enters the recess on the surface of the ultrafine aluminum alloy shaped article. The molten resin is solidified after entering the recess. Thus, the aluminum alloy shaped article and the thermoplastic resin are firmly joined (hereinafter also referred to as fixation) without the resin being peeled off from the surface of the aluminum alloy shaped article.

即ち、アミン系化合物分子と溶融樹脂との発熱反応が生じていることで、強固な射出接合ができる。実際、アミン系化合物と発熱反応できるPBT、PPS等がこのアルミニウム合金と射出接合ができることを確認している。なお、予めケミカルエッチングした金属部品を、射出成形機の射出成形金型にインサートして、熱可塑性樹脂材料を用いて射出成形すること自体の技術も知られている(例えば、特許文献3参照。)。これには形状条件が含まれているものの、やはり射出接合に関する技術の一つである。又、各種金属に関わる表面処理技術は、本出願人の先願発明である特許文献8〜13に詳述されている。   That is, since the exothermic reaction between the amine compound molecules and the molten resin occurs, strong injection joining can be performed. In fact, it has been confirmed that PBT, PPS, and the like that can react exothermically with amine compounds can be injection-bonded with the aluminum alloy. In addition, a technique of inserting a metal part that has been chemically etched in advance into an injection mold of an injection molding machine and injection molding using a thermoplastic resin material is also known (see, for example, Patent Document 3). ). Although this includes shape conditions, it is still one of the techniques related to injection joining. Further, surface treatment techniques relating to various metals are described in detail in Patent Documents 8 to 13, which are the prior inventions of the present applicant.

特開2004−216425号公報JP 2004-216425 A WO2004−055248 A1WO2004-055248 A1 特開2001−225352号公報JP 2001-225352 A PCT/JP2007/073526PCT / JP2007 / 073526 PCT/JP2007/070205PCT / JP2007 / 070205 PCT/JP2007/074749PCT / JP2007 / 0774749 PCT/JP2007/075287PCT / JP2007 / 075287 PCT/JP2008/54539PCT / JP2008 / 54539 PCT/JP2008/57309PCT / JP2008 / 57309 PCT/JP2008/056820PCT / JP2008 / 056820 PCT/JP2008/57131PCT / JP2008 / 57131 PCT/JP2008/57922PCT / JP2008 / 57922 特願2007−140072号Japanese Patent Application No. 2007-140072

本発明者等による特許文献1の技術原理は、アルミニウム合金類においては明確な効果を示すが、アルミニウム合金以外の金属においても、一定の効果があることが確認されている(特許文献8〜13参照)。本発明者等は、アルミニウム合金への硬質樹脂の射出接合に関して、研究開発、及びその改良を進める中で、新たな技術を見出した。即ち、アミン系化合物の金属部品表面への化学吸着なしに、要するに特段の発熱反応等の何らかの特異な化学反応の助力を得ることなしに、強力な固着力を示す射出接合が可能な条件を見出した。   The technical principle of Patent Document 1 by the present inventors shows a clear effect in aluminum alloys, but it has been confirmed that there is a certain effect also in metals other than aluminum alloys (Patent Documents 8 to 13). reference). The inventors of the present invention have found a new technique in the course of research and development and improvement of injection joining of a hard resin to an aluminum alloy. In other words, we found the conditions that enable injection joining that shows strong adhesion without chemisorption of amine compounds on the surface of metal parts, in other words, without obtaining the assistance of any specific chemical reaction such as a special exothermic reaction. It was.

それには少なくとも2つ条件が必要である。一つは、硬い高結晶性樹脂を使用すること、即ちPPS、PBT、芳香族ポリアミド等を使用することであるが、これだけでは不十分であり、これらを射出接合に合わせて、更に改良した組成物にして使用する必要がある。他の条件は、金属合金側に求められる条件であり、金属部品の表層が適当な粗度(表面粗さ)形状を有しており、且つ表面が硬いことである。この粗度形状について概要を述べると、1〜10μm周期(本発明でいう「ミクロンオーダー周期」という。)の凹凸があって、且つ、少なくともその凹部の内壁面に、数十〜数百nm周期の微細凹凸がある二重凹凸型の粗度構造であることである。そしてこの粗度をなす表面が、金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層になっていること、即ち、高硬度のセラミック質になっていることである。   This requires at least two conditions. One is to use a hard, highly crystalline resin, that is, to use PPS, PBT, aromatic polyamide, etc., but this is not sufficient, and these are further improved in composition for injection joining. It is necessary to use it. The other conditions are those required on the metal alloy side, in which the surface layer of the metal part has an appropriate roughness (surface roughness) shape and the surface is hard. An outline of the roughness shape is as follows. There are irregularities with a period of 1 to 10 μm (referred to as “micron order period” in the present invention), and at least on the inner wall surface of the concave part, a period of several tens to several hundreds of nm. This is a double concavo-convex roughness structure with fine irregularities. And the surface which makes this roughness is that it is a thin layer of a metal oxide or a metal phosphate, that is, it is a high-hardness ceramic material.

この薄層の厚さは十〜数十nmもあれば十分であり、自然酸化層に耐食性があるような金属種では、自然酸化層より厚めになっているのが好ましい。又、マグネシウム合金や一般鋼材のように自然酸化層に十分な耐食性がない金属種では、化成処理等を実施して生地金属とは異なる金属種の酸化物、リン酸化物等の表面層とすることが好ましい。要するに、表層を金属よりも高硬度のセラミック質にすることが必要条件である。高硬度のセラミック質にするために、例えば、銅合金を基材とした形状物を使用する場合、酸性とした過酸化水素水溶液に浸漬すると、銅は酸化されて銅イオンとなり、その結果、浸漬条件を適当にすると、基材は数μm周期の凹凸の粗度に化学エッチングされる。   The thickness of this thin layer is sufficient if it is 10 to several tens of nanometers, and it is preferable that the metal species having a corrosion resistance in the natural oxide layer is thicker than the natural oxide layer. In addition, in the case of a metal species that does not have sufficient corrosion resistance in the natural oxide layer, such as magnesium alloy and general steel material, the surface layer is made of an oxide or phosphor oxide of a metal species different from the base metal by performing a chemical conversion treatment or the like. It is preferable. In short, it is a necessary condition that the surface layer is made of a ceramic material having a hardness higher than that of the metal. For example, when using a shape based on a copper alloy to make a high-hardness ceramic material, when immersed in an aqueous hydrogen peroxide solution made acidic, copper is oxidized to copper ions, resulting in immersion If the conditions are appropriate, the base material is chemically etched to a roughness of several μm.

次に、化学エッチングされた銅合金形状物を、強塩基性とした亜塩素酸ナトリウム水溶液に浸漬すると、銅は酸化するが銅イオンは溶解できないため、その表面は酸化第2銅薄層で覆われる。この表面を電子顕微鏡で観察すると、数十〜数百nm径の凹部(開口部)が数百nm周期で存在する微細凹凸面で覆われていることが分かった。酸化第2銅の薄層はセラミック質であるから、この処理を終わった銅合金形状物は前記した条件を満たしたことになる。   Next, when the chemically etched copper alloy shaped product is immersed in a strongly basic sodium chlorite aqueous solution, copper is oxidized but copper ions cannot be dissolved. Therefore, the surface is covered with a thin cupric oxide layer. Is called. When this surface was observed with an electron microscope, it was found that recesses (openings) having a diameter of several tens to several hundreds of nanometers were covered with fine uneven surfaces having a period of several hundred nanometers. Since the thin layer of cupric oxide is ceramic, the copper alloy shape after this treatment satisfies the above-mentioned conditions.

次に、この銅合金形状物を、射出成形金型にインサートして樹脂を射出した場合を想定し、射出接合の状況を説明する。射出接合時の射出成形金型の温度は、120〜140℃程度に設定する。射出成形金型内にインサートされた銅合金形状物は、射出する樹脂の融点(PBTでは温度250℃程度、PPSでは温度300℃程度)より、100℃以上低い温度に保たれているので、射出された溶融樹脂は、射出成形金型内のスプルー、ランナ等の流路に入って急冷され、銅合金部品に接触した時点では、融点以下になっている可能性が高い。   Next, assuming the case where this copper alloy shaped article is inserted into an injection mold and resin is injected, the state of injection joining will be described. The temperature of the injection mold at the time of injection joining is set to about 120 to 140 ° C. The shape of the copper alloy inserted in the injection mold is maintained at a temperature 100 ° C. or more lower than the melting point of the resin to be injected (temperature of about 250 ° C. for PBT and temperature of about 300 ° C. for PPS). The molten resin that has entered the flow path of the sprue, runner, etc. in the injection mold is rapidly cooled and is likely to be below the melting point when it comes into contact with the copper alloy part.

しかしながら、どのような結晶性樹脂でも、溶融状態から急速に冷却されて融点以下になった場合、融点以下の温度になった直後、即ちゼロ時間で結晶化固化するわけでなく、極短時間ではあるが融点以下の溶融状態、即ち、過冷却状態の時間がある。合金形状物の表面上の粗度が、ミクロンオーダーである場合、即ち凹部の内径が1〜10μm程度の場合、過冷却から最初の結晶、即ち微結晶が生じるまでの限られた時間内に、その凹部内に侵入できる可能性があり、凹部深さが凹部径の半分程度であれば、その凹部に侵入後に微結晶がいっせいに生じて粘度が急上昇しても、その凹部の底まで樹脂流が達する可能性がある。言い方を変えれば、生じた高分子微結晶群の数密度がまだ小さい場合には、内径が数μmの大きな凹部ならその樹脂はその凹部内に十分に侵入する。   However, in any crystalline resin, when it is rapidly cooled from the molten state and becomes below the melting point, it does not crystallize and solidify immediately after the temperature becomes below the melting point, that is, in zero hours. There is a time for a molten state below the melting point, that is, a supercooled state. When the roughness on the surface of the alloy shape is on the order of microns, that is, when the inner diameter of the recess is about 1 to 10 μm, within a limited time from the supercooling to the formation of the first crystal, that is, the microcrystal, If the depth of the recess is about half of the diameter of the recess, the resin flow to the bottom of the recess even if microcrystals are generated after entering the recess and the viscosity rapidly increases. May reach. In other words, if the number density of the resulting polymer microcrystal group is still small, the resin sufficiently penetrates into the concave portion if the concave portion has a large inner diameter of several μm.

更に言えば、金属合金上のミクロンオーダー凹部の内壁には、数十〜数百nm径の微細凹凸が形成されている。例えば、純銅系の銅合金について正確に言うと、微細凹凸があると言うよりも、100nm径程度の穴状凹部が無数に点在した独特な微細凹凸面が観察される。ミクロンオーダー凹部内に侵入した樹脂流は、この約100nm径の微細開口部にも進入し得ると考えられる。そして、その後に凹部内部に進入した樹脂は、微結晶と成長した結晶、及び結晶群の隙間を埋める非晶性固体で全固化する。   Furthermore, fine irregularities having a diameter of several tens to several hundreds of nanometers are formed on the inner walls of the micron-order concave portions on the metal alloy. For example, to say exactly about pure copper-based copper alloy, rather than having fine unevenness, a unique fine uneven surface having innumerable hole-like recesses with a diameter of about 100 nm is observed. It is considered that the resin flow that has entered the micron-order concave portion can also enter this fine opening having a diameter of about 100 nm. After that, the resin that has entered the inside of the recess is completely solidified with an amorphous solid that fills the gap between the crystallites and the grown crystals and the crystal group.

要するに、ミクロンオーダーの凹部の中で結晶化固化した樹脂は、内壁面にある微細開口部に僅か根を突っ込んだ形になると推定され、微細開口部を成す金属表層が酸化銅、即ちセラミック質の硬い表層であると、凹部内に形成された樹脂の引っかかりにより、強固に接合された形態となり、容易にはがれることのない構成となる。樹脂側も金属側も硬度が高いので、固化した樹脂部を強制的に金属合金部から引き剥がそうとした場合でも、固化した樹脂は凹部から抜け難くなるのである。即ち射出接合力を高くすることになる。   In short, it is presumed that the resin crystallized and solidified in the micron-order recesses has a shape with a slight root protruding into the fine opening on the inner wall surface, and the metal surface layer forming the fine opening is made of copper oxide, that is, ceramic. If it is a hard surface layer, it will be in the form which was firmly joined by the catch of the resin formed in the recessed part, and will not be easily peeled off. Since both the resin side and the metal side have high hardness, even when the solidified resin portion is forced to be peeled off from the metal alloy portion, the solidified resin is difficult to escape from the recess. That is, the injection joining force is increased.

本発明では、射出する樹脂組成物の改良も重要な要素である。即ち、本発明で使用する樹脂組成物は、射出成形され溶融状態から融点以下の温度に急冷されたとき、結晶化する速度を遅くするようにした樹脂組成物である。この樹脂組成物の使用で、より強い射出接合力を生むことになる。溶融している樹脂が冷却して結晶化するとき、この結晶化を遅らせる機能を有する樹脂とすることが、射出接合に適する樹脂組成物の条件となる。本発明者等は、前述した条件を考慮し、前述のように銅合金形状物等を化学エッチングし、更に酸化処理等の表面処理によって、この表層をセラミックス質化することで、これに硬質の結晶性樹脂を射出接合させ、接合力を高め高接合性を得ることを見出した(特許文献5参照)。   In the present invention, improvement of the resin composition to be injected is also an important factor. That is, the resin composition used in the present invention is a resin composition that slows the crystallization rate when it is injection molded and rapidly cooled from the molten state to a temperature below the melting point. By using this resin composition, a stronger injection joining force is produced. When the molten resin is cooled and crystallized, a resin composition having a function of delaying the crystallization is a condition of a resin composition suitable for injection joining. In consideration of the above-mentioned conditions, the present inventors chemically etched the copper alloy shaped material as described above, and further converted the surface layer into a ceramic material by surface treatment such as oxidation treatment. It has been found that a crystalline resin is injection-bonded to increase the bonding force and obtain high bondability (see Patent Document 5).

前述した射出接合の理論的な説明の中には、金属の種類を制限する内容がない。このことは、即ち、少なくともあらゆる金属、金属合金に対して同様な表面形状、表面層の物性があれば、射出接合用に改良したPBT、PPS等の結晶性樹脂を使用して、射出接合できることを示したものである。それ故、本発明者等は、銅合金に続いてチタン合金、ステンレス鋼、そして一般鋼材についても、同様の射出接合が実施できることを実証した。なお、特許文献3には、化学エッチングした銅線を、射出成形金型にインサートしてPPSを射出し、PPS製の円盤状物の中心部を銅線数本が突き抜けた形状のリード線付き電池蓋を作成する方法が記載されている。   There is no content that restricts the type of metal in the theoretical description of the injection joining described above. This means that, at least for all metals and metal alloys, if there is a similar surface shape and surface layer properties, injection bonding can be performed using a crystalline resin such as PBT or PPS improved for injection bonding. Is shown. Therefore, the present inventors have demonstrated that the same injection joining can be performed on a titanium alloy, a stainless steel, and a general steel material following a copper alloy. In Patent Document 3, a chemically etched copper wire is inserted into an injection mold, PPS is injected, and a lead wire having a shape in which several copper wires penetrate through the center of a PPS disk-shaped object is provided. A method of making a battery lid is described.

この化学エッチングによる銅線の表面への凹凸(粗度)の形成により、電池内に発生するガスの内圧が上昇しても、ガスがリード線部から漏れないということが特徴として記載されている。この特許文献3に記載された技術は、一見すると前述した射出接合と類似した技術のようであるが、この技術は本発明者等が詳細に説明した射出接合技術ではなく、一般の射出成形技術の延長線上の技術であり、金属表面には本発明で認識したような表面状態、形状を得るような処理はなされていない。単に、金属の線膨張率と樹脂の成形収縮率の違いを利用した技術であり、且つガス漏れを最小にするために、金属と樹脂間の凹凸を増加させて、ラビリンス効果を出すようにしたものである。   It is described as a feature that even if the internal pressure of the gas generated in the battery rises due to the formation of irregularities (roughness) on the surface of the copper wire by this chemical etching, the gas does not leak from the lead wire portion. . At first glance, the technique described in Patent Document 3 seems to be similar to the above-described injection joining, but this technique is not an injection joining technique described in detail by the present inventors, but a general injection molding technique. The metal surface is not processed to obtain the surface state and shape as recognized in the present invention. It is a technology that simply uses the difference between the linear expansion coefficient of the metal and the molding shrinkage ratio of the resin, and in order to minimize gas leakage, the unevenness between the metal and the resin is increased to produce a labyrinth effect. Is.

金属製の棒状物質が貫通した形で周囲部に樹脂を射出成形した場合、成形品を射出成形金型から離型し放冷すると、金属製棒部は樹脂成形品部から締め付けられる形になる。何故なら、金属の線膨張率は大きくてもアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅、銅合金等の1.7〜2.5×10−5−1であり、射出成形金型から取り出して室温まで冷えたとしても、線膨張率×百数十℃程度でその縮み具合は0.2〜0.3%に過ぎない。しかし、一方の樹脂類は、成形収縮率がPPSで1%程度、硝子繊維入りPPSで0.5%もあり、フィラーを増やした樹脂であっても必ず射出成形後は金属部品より樹脂部の方が大きく熱収縮するのである。 When resin is injection-molded around the metal rod-like substance, the metal rod part is tightened from the resin molded part when the molded product is released from the injection mold and allowed to cool. . This is because even if the linear expansion coefficient of the metal is large, it is 1.7 to 2.5 × 10 −5 ° C. −1 of aluminum alloy, magnesium alloy, copper, copper alloy, etc. Even if it cools, the degree of shrinkage is only 0.2 to 0.3% at a linear expansion coefficient x a few tens of degrees Celsius. However, one of the resins has a molding shrinkage of about 1% for PPS and 0.5% for PPS with glass fiber, and even with a resin with an increased filler, the resin part is always better than the metal part after injection molding. The heat shrinks more.

従って、中心部に金属部品が配置されて、しかも樹脂部を突き抜けている形状品をインサートによる射出成形で製作すれば、樹脂部の成形後の熱収縮による締め付け効果で、金属部が抜け難い一体化品を製造することができる。このように、熱収縮を利用して金属と樹脂の一体化品を製造する方法は、従来から知られている方法であり、類似成形品として石油ストーブの取手等がある。円形断面の直径が2mm程度の鉄製の太い針金を、射出成形金型にインサートし耐熱性樹脂等を射出している。   Therefore, if a metal part is arranged at the center and a shape that penetrates the resin part is manufactured by injection molding with an insert, the metal part is difficult to come off due to the tightening effect due to thermal shrinkage after molding of the resin part. Chemical products can be manufactured. As described above, a method for producing an integrated product of metal and resin using heat shrinkage is a conventionally known method, and there is a handle of an oil stove as a similar molded product. A thick iron wire having a circular cross section of about 2 mm in diameter is inserted into an injection mold to inject a heat resistant resin or the like.

針金にはギザギザの凹凸(ローレット加工)を形成し、樹脂がこれに固定され移動しないようにしている。特許文献3は、凹凸加工をローレット加工等により、物理的加工法から化学的加工法に代えてスマートにし、且つ凹凸具合をやや微細にしたこと、及び樹脂側に硬質で、しかも結晶性のある樹脂を多用してグリップする効果を上げたのが特徴である。本発明者等が為した射出接合に関する発明群では、全てにわたって樹脂の抱き付き効果、即ち外周から針金を締め付ける効果は必要としない。   The wire is formed with knurled irregularities (knurling) so that the resin is fixed to this and does not move. Patent Document 3 discloses that the uneven processing is made smart by replacing the physical processing method with the chemical processing method by knurling, etc., and the unevenness is made slightly fine, and the resin side is hard and has crystallinity. It is characterized by the effect of gripping by using a lot of resin. The invention group relating to injection joining performed by the present inventors does not require the resin hugging effect, that is, the effect of tightening the wire from the outer periphery.

本発明は、前述の複数の金属形状物について、各々の金属形状物同士を、硬質樹脂の射出接合による一体化を可能にするものである。例えば一般鋼材の線膨張率は1.0〜1.1×10−5−1程度であり、前述したアルミニウム合金、銅合金等の半分程度である。鉄鋼材は、アルミニウム合金等に比し軽量金属ではないが、軽合金と同様に樹脂との一体化を図ると、その接合に伴なう複合体の利用範囲は広い。このことを考慮し鉄鋼材においても、本発明に関連する技術の適用が可能である。 The present invention enables integration of each of the above-mentioned plurality of metal shapes by injection molding of a hard resin. For example, the linear expansion coefficient of a general steel material is about 1.0 to 1.1 × 10 −5 ° C.− 1, which is about half that of the aluminum alloy and copper alloy described above. Steel materials are not lightweight metals compared to aluminum alloys and the like, but if they are integrated with resin in the same way as light alloys, the range of use of the composites associated with the joining is wide. Considering this, the technique related to the present invention can be applied to steel materials.

一般鋼材は、比重が7.9程度である。硬度、強度共に強く、且つ安価である素材である。耐腐食性は十分ではないが、この弱点が克服できればその応用性は大きい。それ故、複合化技術が確立されると、各種電子電気機器、医療機器、車両搭載機器、その他の一般機械等の部品、筐体として広い分野で使用できる。次に、本発明に関わる発明理論を説明する。前述の接合技術に関わる事項は全て本発明者等によるが、これらの接合の原理は、比較的単純な接合理論に因っている。アルミニウム合金に適用した例で説明する。   General steel has a specific gravity of about 7.9. It is a material that is both hard and strong and inexpensive. Although corrosion resistance is not sufficient, if this weakness can be overcome, its applicability is great. Therefore, once the composite technology is established, it can be used in a wide variety of fields as parts and casings for various electronic and electrical equipment, medical equipment, on-vehicle equipment, and other general machines. Next, the invention theory relating to the present invention will be described. All the matters related to the above-mentioned joining technique are based on the present inventors, but the principle of these joining is based on a relatively simple joining theory. An example applied to an aluminum alloy will be described.

アルミニウム合金の射出接合に関して、本発明者等はその接合理論を「NMT」(Nano molding technology)理論仮説と銘々し、あらゆる金属合金の射出接合に関しては、「新NMT」理論仮説と銘々した。より広義に使用できる「新NMT」について、提案者である本発明者の1人、安藤直樹が唱える理論的な仮説は、以下の通りである。即ち、強力な接合力ある射出接合を得るために、金属合金側と射出樹脂側の双方に各々条件があり、まず金属側については以下に示す条件が必要である。即ち、金属合金側には3条件が必要である。   Regarding the injection joining of aluminum alloys, the present inventors named the joining theory as the “NMT” (Nano molding technology) theory hypothesis, and the “new NMT” theory hypothesis for the injection joining of all metal alloys. The theoretical hypothesis advocated by Naoki Ando, one of the inventors of the present invention, about the “new NMT” that can be used in a broader sense is as follows. That is, in order to obtain injection joining with a strong joining force, there are conditions on both the metal alloy side and the injection resin side, and the following conditions are necessary on the metal side. That is, three conditions are necessary on the metal alloy side.

第1条件は、化学エッチング手法によって、1〜10μm周期の凹凸でその凹凸高低差がその周期の半分程度まで、即ち0.5〜5μmである粗面になっていることである。ただ工業的には、前記粗面(ある表面粗さを有する面)で、正確に全表面を覆うことはバラツキがあり一定しない化学反応による形成は容易ではない。具体的な粗面は、粗度計(表面粗さ計)で見た場合に、0.2〜20μm範囲の不定期な周期の凹凸で、且つその最大高低差が0.2〜5μm範囲である粗さ曲線が描けること、又は、走査型プローブ顕微鏡で走査解析して、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:2001(ISO 4287)」でいう平均周期、即ち表面粗さ曲線の平均長さ(山谷平均間隔,RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmである粗度面(ある表面粗さを有する面)であれば、前述した粗度条件を実質的に満たしたものと考えている。   The first condition is that the unevenness of the unevenness with a period of 1 to 10 μm is rough by chemical etching technique, and the unevenness height difference is about half of the period, that is, 0.5 to 5 μm. However, industrially, it is not easy to form the entire surface with the rough surface (a surface having a certain surface roughness) by a chemical reaction that is uneven and uneven. A specific rough surface, when viewed with a roughness meter (surface roughness meter), has irregular irregularities in the range of 0.2 to 20 μm, and the maximum height difference is in the range of 0.2 to 5 μm. A certain roughness curve can be drawn, or by scanning analysis with a scanning probe microscope, the average period according to “JIS B 0601: 2001 (ISO 4287)” of the Japanese Industrial Standard (JIS), that is, the average of the surface roughness curve If it is a roughness surface (surface having a certain surface roughness) having a length (an average interval between peaks and valleys, RSm) of 0.8 to 10 μm and a maximum height roughness (Rz) of 0.2 to 5 μm, it is described above. It is considered that the roughness condition was substantially satisfied.

本発明者等は、理想とする粗面の凹凸周期が前記したように1〜10μmであるので、分かり易い言葉として「ミクロンオーダーの粗度ある表面」と称した。更に酸化処理等を加えてその凹部内壁面に10nm以上、好ましくは50nm周期の微細凹凸面があること、これが第2条件である。更に、金属合金に前述した粗面を成すのがセラミック質、具体的には自然酸化層よりも厚い金属酸化物、又は金属リン酸化物の薄層であること、これが第3条件である。   The inventors of the present invention have referred to as “a surface having a roughness on the order of microns” as an easy-to-understand word because the ideal rough surface irregularity period is 1 to 10 μm as described above. Furthermore, the second condition is that an oxidation treatment or the like is added and the inner wall surface of the recess has a fine uneven surface with a period of 10 nm or more, preferably 50 nm. Further, the third condition is that the above-mentioned rough surface of the metal alloy is a ceramic material, specifically, a metal oxide thicker than the natural oxide layer or a thin layer of metal phosphorous oxide.

一方、射出樹脂側においては、次の条件を有する。射出する樹脂側の条件は、硬質の結晶性樹脂であって、これらに適切な別ポリマーをコンパウンドする等で、急冷時での結晶化速度を遅くした、即ちタイムラグを発生する組成物が使用できる。実際には、結晶性の硬質樹脂であるPBT、又はPPSに加えて、適切な別ポリマー及びガラス繊維等をコンパウンドした樹脂組成物が最適であり、これを使用できる。これらを使用して、一般の射出成形機、射出成形金型で射出接合できるが、この過程を本発明者が命名した前述の「新NMT」仮説に従って説明する。   On the other hand, the injection resin side has the following conditions. The condition of the resin to be injected is a hard crystalline resin, and a composition that generates a time lag can be used by slowing down the crystallization speed at the time of quenching by compounding another polymer suitable for them. . Actually, in addition to PBT or PPS which is a crystalline hard resin, a resin composition in which an appropriate other polymer and glass fiber are compounded is optimal, and this can be used. These can be used for injection joining with a general injection molding machine or injection mold, and this process will be described according to the above-mentioned “new NMT” hypothesis named by the present inventor.

射出された前述の溶融樹脂は、融点よりも150℃程度温度が低い射出成形金型内に導かれるが、この射出成形金型のスプルー、ランナ等の流路で、冷やされ融点以下の温度になっているとみられる。即ち、溶融した結晶性樹脂が急冷された場合、この溶融樹脂が融点以下になったとしても、これがゼロ時間で結晶が生じ固体化しない。要するに、融点以下ながら溶融している状態、即ち過冷却状態がごく短時間あることである。前述したように、特殊なコンパウンドをしたPBT、又はPPSでは、この過冷却時間が少し長くできたと考えており、この現象を利用して、この過冷却時間の間に、大量の微結晶が生じることによる粘度の急上昇が起こる前に、ミクロンオーダーの金属表面の凹部に、その微結晶が侵入できるようになった。侵入後も冷却されるので、これに伴ない微結晶の数が急激に増えて粘度は急上昇する。   The injected molten resin is introduced into an injection mold whose temperature is lower by about 150 ° C. than the melting point, and is cooled in a flow path such as a sprue or runner of the injection mold to a temperature below the melting point. It seems to have become. That is, when the melted crystalline resin is rapidly cooled, even if the melted resin has a melting point or lower, crystals are generated and do not solidify in zero hours. In short, it is in a melted state below the melting point, that is, a supercooled state for a very short time. As described above, PBT or PPS with a special compound thinks that this supercooling time has been made a little longer, and this phenomenon is used to generate a large amount of microcrystals during this supercooling time. Before the viscosity suddenly increases, the microcrystals can penetrate into the recesses on the metal surface of micron order. Since it cools even after intrusion, the number of microcrystals increases rapidly with this, and a viscosity rises rapidly.

しかし、凹部の奥底まで樹脂が到達できるか否かは、凹部の大きさや形状に依存すると推定される。本発明者等の実験結果では、金属種を選ばず、1〜10μm径の凹部、又1〜10μm周期の粗度の凹部で、深さや高低差が周期の半分程度であれば、凹部の結構奥まで侵入するようであった。更に、その凹部内壁面が、前述した第2条件のようにミクロの目で見て、ザラザラ面であればその微細凹凸の隙間にも一部樹脂が侵入し、その結果、樹脂側に引き抜き力が負荷されても引っかかって抜け難くなるようである。このザラザラ面が第3条件のように金属酸化物であれば、この硬度が高いのでスパイクのような引っ掛かりが効果的になる。   However, it is estimated that whether the resin can reach the bottom of the recess depends on the size and shape of the recess. In the experiment results of the present inventors, the metal type is not selected, and a recess having a diameter of 1 to 10 μm, or a recess having a roughness of 1 to 10 μm, and having a depth or a height difference of about half of the period is fine. It seemed to invade deeper. Furthermore, if the inner wall surface of the recess is rough, as seen from the second condition described above, a part of the resin also enters the gaps between the fine irregularities, and as a result, the pulling force on the resin side It seems that even if it is loaded, it will become difficult to pull out. If the rough surface is a metal oxide as in the third condition, this hardness is high, so that a hook like a spike is effective.

又、接合そのものは樹脂成分と金属合金表面の問題であるが、樹脂組成物に強化繊維や無機フィラーが含まれていると、樹脂全体の線膨張率を金属合金に近づけられるので、接合後の接合力維持が容易になる。このような仮説に従って、例えばマグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼等に、PBT、又はPPS系樹脂を射出接合したものは、せん断破断力で200〜300Kgf/cm(約20〜30N/mm=20〜30MPa)以上、引っ張り破断力でも300〜400Kgf/cm(30〜40MPa)以上となり、金属と樹脂の強い一体化物になることが確認されている。 The bonding itself is a problem of the resin component and the surface of the metal alloy. However, if the resin composition contains reinforcing fibers or inorganic fillers, the linear expansion coefficient of the entire resin can be made close to that of the metal alloy, so It becomes easy to maintain the bonding force. According to such a hypothesis, for example, a magnesium alloy, a copper alloy, a titanium alloy, stainless steel or the like obtained by injection-bonding a PBT or PPS resin with a shear breaking force of 200 to 300 kgf / cm 2 (about 20 to 30 N / mm 2 = 20 to 30 MPa) or more, and even the tensile breaking force is 300 to 400 Kgf / cm 2 (30 to 40 MPa) or more, and it has been confirmed that a strong integrated body of metal and resin is obtained.

本発明者等は、「新NMT」理論仮説が、多くの金属合金の射出接合で実証できたことで正しいものと考えているが、この仮説は高分子物理化学の基礎的な部分に関連する推論が基本になっており、本来は多数の化学者、科学者等の検証も必要とする。例えば、急冷時の溶融した結晶性樹脂について、独自に判断しているが、実際に結晶化速度が低下しているのかどうか、高分子物理学の側面からは、従来殆ど論議されていない。本発明者等はこの推論は正しいと思っているが真正面から実証したわけではない。   The present inventors believe that the “new NMT” theoretical hypothesis is correct because it can be demonstrated by injection joining of many metal alloys, but this hypothesis relates to the basic part of polymer physical chemistry. Inference is the basis, and verification by a large number of chemists and scientists is essential. For example, the melted crystalline resin at the time of rapid cooling is uniquely determined, but from the viewpoint of polymer physics, whether or not the crystallization speed actually decreases has been hardly discussed. The present inventors think that this inference is correct, but it has not been verified from the front.

即ち、この射出接合は、高温高圧下での高速反応であり直接的な測定ができない。又、仮説は接合について、全くの物理的なアンカー効果説を唱えており、従来常識から若干逸脱している。本発明者等の知る限りでは、現行の接合に関する専門家が編集した各種の著作物には、接合したときの接合力に関しては、化学的要因で説明する記述の方が多い。再度、金属と樹脂の射出接合について、重要な条件を本発明者の2件の仮説から纏めて記載する。即ち、強い射出接合力を得るための条件である。   That is, this injection joining is a high-speed reaction under high temperature and high pressure and cannot be directly measured. Moreover, the hypothesis advocates a completely physical anchor effect theory about joining, and deviates slightly from conventional common sense. As far as the present inventors know, in various works edited by current bonding experts, there are many descriptions explaining the bonding force when bonded by chemical factors. Again, important conditions for injection joining of metal and resin are summarized from the two hypotheses of the present inventors. That is, this is a condition for obtaining a strong injection joining force.

第1の仮説(以下、「NMT」と称す。)は、元々、アルミニウム合金しか対象でなかったが、
(a)表面に化学エッチングで得られた20〜80nmの非定期な周期の微細凹凸があること。その微細凹部で表面全面が覆われていること。
(b)その表面は自然酸化層よりも厚い金属酸化物層で覆われており、且つ、アンモニア、ヒドラジン、水溶性アミン系化合物から選ばれる1種以上が化学吸着していること。
(c)樹脂としてPBT、PPS、ポリアミド系樹脂等の結晶性樹脂が使用できるが、好ましくは、急冷時の結晶化速度を遅くなるように、組成を改良した組成物を使用すること、等が条件である。
The first hypothesis (hereinafter referred to as “NMT”) was originally only for aluminum alloys,
(A) The surface has fine irregularities with an irregular period of 20 to 80 nm obtained by chemical etching. The entire surface is covered with the fine recesses.
(B) The surface is covered with a metal oxide layer thicker than the natural oxide layer, and at least one selected from ammonia, hydrazine, and a water-soluble amine compound is chemisorbed.
(C) Crystalline resins such as PBT, PPS, and polyamide-based resins can be used as the resin. Preferably, a composition with an improved composition is used so that the crystallization rate during quenching is reduced. It is a condition.

又、第2の仮説(以下「新NMT」と称す)では、
(1)化学エッチング手法によって1〜10μm周期の凹凸で、その凹凸高低差がその周期の半分程度、即ち0.5〜5μmまでである粗面になっていること。ただ実際には、前記粗面で全表面を覆うことは、バラツキある化学反応では難しく、具体的には、旧来型の粗度計で見た場合に、0.2〜20μm範囲の不定期な周期の凹凸で、且つその最大高低差が0.2〜10μm範囲である粗さ曲線が描けることである。
In the second hypothesis (hereinafter referred to as “new NMT”),
(1) It is a rough surface with unevenness of 1 to 10 μm cycle by chemical etching method, and the unevenness height difference is about half of the cycle, that is, 0.5 to 5 μm. However, in actuality, it is difficult to cover the entire surface with the rough surface by a chemical reaction with variation. Specifically, when viewed with a conventional roughness meter, it is irregular in the range of 0.2 to 20 μm. A roughness curve having a period unevenness and a maximum height difference of 0.2 to 10 μm can be drawn.

又は、最新型の走査型プローブ顕微鏡で、その表面を走査解析して、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:2001(ISO 4287)」でいう平均周期、即ち粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmである粗度面であれば、前記で示した粗度条件を実質的に満たすと見ている。本発明者等は、理想とする粗面の凹凸周期が前記したように1〜10μmであるので、本発明では分かり易い言葉として「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」と称した。   Or, the surface of the surface is scanned and analyzed with the latest scanning probe microscope, and the average period according to “JIS B 0601: 2001 (ISO 4287)” of the Japanese Industrial Standard (JIS), that is, the average length of the roughness curve. A roughness surface with (RSm) of 0.8 to 10 μm and a maximum height roughness (Rz) of 0.2 to 5 μm is considered to substantially satisfy the roughness condition described above. As described above, the present inventors have referred to the “surface having a roughness on the order of microns” as an easy-to-understand term because the ideal rough surface irregularity period is 1 to 10 μm as described above.

(2)その表面が、(セラミック質で)十分硬く化学的に安定で、且つ滑り止めのように10〜500nmの非定期な周期の微細凹凸があること。別の言い方では、前記の大きな凹凸の凹部内壁面が電子顕微鏡で見て凹凸が激しい言わばザラザラ面であること。
(3)樹脂として高硬度の結晶性樹脂組成物が使用でき、特に、急冷時の結晶化速度が遅くなるように改良された樹脂組成物を使用すること、が条件である。
(2) The surface is sufficiently hard (chemically) and chemically stable, and has fine irregularities with an irregular period of 10 to 500 nm such as anti-slip. In other words, the inner wall surface of the concave portion with the large unevenness is a rough surface when the unevenness is severe as viewed with an electron microscope.
(3) A crystalline resin composition having a high hardness can be used as the resin, and in particular, a resin composition improved so as to slow down the crystallization rate during rapid cooling is a condition.

本発明者は、前記の「NMT」仮説をアルミニウム合金に関して実証し、「新NMT」仮説をアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼、鋼材で実証した。本発明は、これらの技術背景にもとづく技術として考慮している。別の言い方では、複数の前述の金属形状物について「新NMT」技術を実証したものである。本発明は、前述の技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、複数の金属形状物に対して、樹脂組成物を射出接合して一体化し、強固な接合力が得られるようにした複数金属形状物の接合複合体とその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、複数の金属形状物の複合体を大量生産可能にし、生産効率を向上させた複数金属形状物の接合複合体とその製造方法を提供することにある。
The inventor has verified the “NMT” hypothesis for aluminum alloys, and the “new NMT” hypothesis for aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, titanium alloys, stainless steels, and steel materials. The present invention is considered as a technique based on these technical backgrounds. In other words, the “new NMT” technology has been demonstrated for a plurality of the aforementioned metal shapes. The present invention has been made based on the above technical background and achieves the following object.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bonded composite of a plurality of metal shapes and a method for manufacturing the same, which are obtained by injection-bonding and integrating a resin composition to a plurality of metal shapes to obtain a strong bonding force. There is to do.
Another object of the present invention is to provide a bonded composite of a plurality of metal shapes, which can be mass-produced, and a production method thereof.

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明の主とする複数金属形状物の接合複合体の要旨は、
化学エッチングによるミクロンオーダーの粗度を有する表面であり、且つ前記表面は、高さ又は深さ、幅、及び長さを有する凸部又は凹部で、全面に存在する超微細凹凸形状であり、且つ前記表面が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層を有している金属形状物と、複数の前記金属形状物の対向面間に、密封空間を区画し、且つ複数の前記金属形状物を定位置に位置決めし、固定するための構造体と、前記密封空間に溶融した樹脂を射出して、前記超微細凹凸形状に侵入して複数の前記金属形状物を接合させて互いに一体化した結晶性樹脂組成物とからなる。
前記接合複合体において、複数の前記金属形状物は、異種金属の金属形状物であるとよい。
The present invention takes the following means in order to achieve the object.
The gist of the joined composite of a plurality of metal shapes as a main component of the present invention is as follows.
A surface having a roughness on the order of microns by chemical etching, and the surface is a convex or concave portion having a height or depth, width, and length, and has an ultra fine uneven shape existing on the entire surface, and A metal space having a thin layer of metal oxide or metal phosphate on the surface and a facing space between the plurality of metal shapes and a sealed space, and a plurality of the metal shapes A structure for positioning and fixing in a fixed position and a crystal in which a molten resin is injected into the sealed space, enters the ultra-fine uneven shape, joins the plurality of metal shapes, and is integrated with each other It consists of a functional resin composition.
In the joined composite, the plurality of metal shapes may be metal shapes of dissimilar metals.

前記超微細凹凸形状は、複数の金属種にほぼ共通して言えること、電子顕微鏡観察で、前記高さ又は前記深さ、及び幅が10〜500nmで、前記長さが10nm以上の前記凸部又は前記凹部が10〜数百nm周期であると良い。
又は、前記超微細凹凸形状は、複数の金属種にほぼ共通して言えること、電子顕微鏡観察で、前記高さ又は前記深さが10〜500nmで、前記長さが10〜350nmの前記凸部又は前記凹部が10〜500nm周期であると良い。
The ultra-fine concavo-convex shape can be said to be almost common to a plurality of metal species, and the height or the depth and the width are 10 to 500 nm and the length is 10 nm or more by electron microscope observation. Or the said recessed part is good in it being a period of 10 to several hundred nm.
Or, the ultra-fine concavo-convex shape can be said to be almost common to a plurality of metal types, and the height or the depth is 10 to 500 nm and the length is 10 to 350 nm as observed with an electron microscope. Or the said recessed part is good in it being a 10-500 nm period.

本発明の複数金属形状物の接合複合体の製造方法の要旨は、
金属形状物に、化学エッチングによるミクロンオーダーの粗度を有する表面であり、且つ前記表面は、高さ又は深さ、幅、及び長さを有する凸部又は凹部で、全面に存在する超微細凹凸形状であり、且つ前記表面が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層を形成する工程と、複数の前記金属形状物の対向面間に、密封空間を区画し、且つ複数の前記金属形状物を定位置に位置決めする工程と、前記密封空間に溶融した樹脂を射出して、前記超微細凹凸形状に侵入して複数の前記金属形状物を互いに一体化させる結晶性樹脂組成物により接合する工程とからなっている。
前記製造方法において、複数の前記金属形状物は、異種金属の金属形状物であると良い。
The gist of the manufacturing method of the joined composite of multiple metal shapes of the present invention is as follows:
The surface of the metal shape has a micron-order roughness by chemical etching, and the surface is a convex or concave portion having a height or depth, width, and length, and an ultra fine irregularity existing on the entire surface. And forming a thin layer of metal oxide or metal phosphate on the surface, and defining a sealed space between the opposing surfaces of the plurality of metal shapes, and a plurality of the metal shapes And a step of injecting a molten resin into the sealed space and joining with a crystalline resin composition that penetrates into the ultra-fine uneven shape and integrates the plurality of metal shapes with each other It is made up of.
In the manufacturing method, the plurality of metal shapes may be metal shapes of different metals.

金属形状物を各金属合金毎に示した本発明の内容は、本発明の請求項の各項に従っており、請求項に関わる手段の詳細な説明については、各請求項を参照することとし、その内容の記載は省略する。以下これらを構成する手段の要素について詳細に説明する。   The contents of the present invention showing the metal shape for each metal alloy are in accordance with the respective claims of the present invention, and the detailed description of the means related to the claims is to be referred to the respective claims. Description of the contents is omitted. The elements of the means constituting these will be described in detail below.

〔金属合金部品/求められる表面処理〕
本発明に使用する被着物の金属合金の表面形状、状態、条件等は、前述の「NAT(Nano Adhesion Technology)」理論仮説に従っている。「NAT」理論は、本発明者の一人である安藤が仮説を立てて提案したものである。詳細は前記の特許文献等にも記述している。本発明の理解を容易にするために、表面処理に関わる「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」の定義付けを含めて、「NAT」理論仮説の骨子を、以下更に詳しく説明する。
[Metal alloy parts / Required surface treatment]
The surface shape, state, conditions, etc. of the metal alloy of the adherend used in the present invention are in accordance with the above-mentioned “NAT (Nano Adhesion Technology)” theoretical hypothesis. The “NAT” theory was proposed by Ando, one of the inventors, with a hypothesis. Details are also described in the above-mentioned patent documents. In order to facilitate understanding of the present invention, the essence of the “NAT” theoretical hypothesis, including the definition of “surface with a micron order roughness” related to surface treatment, will be described in more detail below.

金属合金として、アルミニウム合金の例を中心にその基本構成を以下説明する。「NAT」は、本発明者が過去の熱可塑性樹脂を用いた射出接合技術の発明の考え方を引き継いだ「新NMT」理論仮説についてまず述べる。「新NMT」理論仮説で、被接合材である金属合金に要求した表面状態を言うと、(1)ケミカルエッチングによって得られる粗度面(ある表面粗さを有する面)、即ち1〜10μm周期の凹凸で、その凹凸高低差がその周期の半分程度、即ち0.5〜5μmまでである粗面(表面粗さ面)であることが第一に言えることである。これは、射出成形が射出成形金型内に数百〜千気圧の高圧の溶融樹脂の押し込みではありながら、この融点より百数十℃低い金型内に流入し急冷されて結晶化して固化しつつある樹脂にとって、何とか流入できる凹部の直径が1〜10μmであることに拠っている。   The basic configuration of the metal alloy will be described below with a focus on the example of an aluminum alloy. “NAT” will first describe the “new NMT” theoretical hypothesis that the present inventor has inherited the idea of the invention of injection joining technology using a thermoplastic resin in the past. According to the "new NMT" theoretical hypothesis, the surface state required for the metal alloy as the material to be joined is described as follows: (1) Roughness surface obtained by chemical etching (surface having a certain surface roughness), that is, a period of 1 to 10 μm First, it can be said that it is a rough surface (surface roughness surface) whose unevenness difference is about half of the period, that is, 0.5 to 5 μm. This is because the injection molding is the injection of a high-pressure molten resin of several hundred to 1,000 atmospheres into the injection mold, but it flows into the mold a few tens of degrees Celsius lower than this melting point and is rapidly cooled to crystallize and solidify. It depends on the diameter of the recessed part which can somehow flow in for the resin which is going to be 1-10 micrometers.

ただし、実際にはこの粗面で、完全に金属合金表面を100%覆うことはバラツキある化学反応では難しく、具体的には、表面粗さ測定器で測定した場合に、0.2〜20μm範囲の不定期な周期の凹凸で、且つその最大高低差が0.2〜10μm範囲である粗さ曲線が描けること、又は、最新の走査型プローブ顕微鏡で自動解析して、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:2001(ISO 4287)」でいう粗さ曲線の平均長さ(RSm)が、0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜10μmである粗度面であれば、前述した粗度条件を満たしたものと考えている。本発明者等は、理想とする粗面の凹凸周期が前記したように1〜10μmであるので、分かり易い技術用語として、本発明では「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」と定義している。   However, in reality, it is difficult to completely cover the surface of the metal alloy with this rough surface by a chemical reaction with variation. Specifically, when measured with a surface roughness measuring instrument, the range is 0.2 to 20 μm. A roughness curve with irregular irregularities and a maximum height difference of 0.2 to 10 μm can be drawn, or it can be automatically analyzed with the latest scanning probe microscope, Japan Industrial Standard (JIS) Roughness in which the average length (RSm) of the roughness curve referred to in “JIS B 0601: 2001 (ISO 4287)” is 0.8 to 10 μm and the maximum height roughness (Rz) is 0.2 to 10 μm. If it is a surface, it is considered that the roughness condition described above was satisfied. As described above, the present inventors define an ideal rough surface unevenness period of 1 to 10 μm, and as an easy-to-understand technical term, this invention defines “a surface having a roughness on the order of microns”. .

又、更に(2)その表面を電子顕微鏡レベルに拡大して見ると、10〜500nm周期の微細凹凸面、最も好ましくは40〜50nm周期の微細凹凸面を有しており、且つ(3)その表面はその金属合金の通常の自然酸化層より厚いか、又はより丈夫な金属酸化物、又は金属リン酸化物の薄層、即ち、セラミック質の薄層で覆われていることを求めた。この金属合金側に必要な前記3条件を、前述したように、アルミニウム合金を含めてマグネシウム合金、チタン合金、銅合金、ステンレス鋼、鋼材等の全てについて各々得ることができ、ポリフェニレンサルファイド系樹脂の射出接合で、20〜40MPaと強い金属と硬質樹脂間のせん断破断力と、引っ張り破断力を得た。   Further, (2) when the surface is enlarged to the electron microscope level, it has a fine uneven surface with a period of 10 to 500 nm, most preferably a fine uneven surface with a period of 40 to 50 nm, and (3) The surface was required to be thicker than the normal natural oxide layer of the metal alloy or covered with a stronger metal oxide, or a thin layer of metal phosphate, ie a ceramic thin layer. As described above, the three conditions necessary for this metal alloy side can be obtained for all of magnesium alloys, titanium alloys, copper alloys, stainless steels, steel materials, etc. including aluminum alloys. By injection joining, a shear breaking force between 20 to 40 MPa, a strong metal and a hard resin, and a tensile breaking force were obtained.

要するに、射出接合に関して、前述した3条件が金属側に必要であるとの仮説は正しいことが明らかにできた。その時点で本発明者等は、射出接合以外に当然ながら接着剤の接合(接着)に関しても、この仮説は効果があるはずと予期したのである。被着材に求められる条件は理論から言えば、金属非金属を選ばぬが、実証したのは金属合金類だけであるので、一応被着材を狭義に金属合金類として説明している。本発明者等が「NAT」に基づき実証した金属合金種は、構造用金属、実用金属としてアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼、鉄鋼材の6種である。これらの実証金属は、実際に使用されている主要金属であり、本発明者等は、前述のように仮説は正しいと理解している。   In short, it has been clarified that the hypothesis that the above-mentioned three conditions are necessary on the metal side regarding injection joining is correct. At that time, the present inventors anticipated that this hypothesis should be effective not only for injection bonding but also for bonding of adhesive (adhesion). Theoretically, the conditions required for the adherend are not limited to metal non-metals, but since only metal alloys have been demonstrated, the adherend is described as a metal alloy in a narrow sense. The metal alloy types that the present inventors have verified based on “NAT” are six types of structural metals and practical metals such as aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, titanium alloys, stainless steels, and steel materials. These demonstration metals are the main metals actually used, and the present inventors understand that the hypothesis is correct as described above.

「NAT」理論で被着材に求める条件を再度確認する。即ち、(1)化学エッチングによるミクロンオーダーの粗度があり、且つ(2)その表面は電子顕微鏡観察でみて10nm周期以上の微細凹凸、好ましくは50nm周期程度の微細凹凸があり、且つ(3)その表面がセラミック質、即ち金属酸化物、金属リン酸化物等の薄層で覆われていることである。そして、このような被着材に、熱硬化性の接着樹脂(エポキシ樹脂等)を使用して、接合系を作ったときに効果が大きいとしており、その理由は前記したように完全なアンカー効果論に因っている。   Check again the conditions required for the adherend by “NAT” theory. That is, (1) there is a roughness on the order of microns by chemical etching, and (2) the surface has fine irregularities with a period of 10 nm or more, preferably fine irregularities with a period of about 50 nm as seen by electron microscope observation, and (3) The surface is covered with a thin layer of ceramic material, that is, metal oxide, metal phosphate, or the like. And, it is said that the effect is great when a joining system is made by using a thermosetting adhesive resin (epoxy resin, etc.) for such an adherend, and the reason is that the complete anchor effect as described above. It is based on the theory.

更に、前記要点を具体論で説明する。まず(1)で言うミクロンオーダーの粗度とは、具体的には1〜10μm周期の非定期的な凹凸で、且つ凹凸の深さや高低差がその半分程度以下、即ち最大で0.5μm〜5μm程度のことである。本発明において、これを「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」と定義した。又、この粗度測定は、最新の走査型プローブ顕微鏡で行うのが好ましい。昨今の走査型プローブ顕微鏡は、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:’01,ISO 4287:’97/ISO 1302:’02」で言う、粗さ曲線の平均長さ(RSm)、最大高さ粗さ(Rz)等を自動的に計算して粗度を数値化している。   Further, the above points will be described in concrete terms. First, the roughness on the micron order referred to in (1) is specifically irregular irregularities with a period of 1 to 10 μm, and the depth and height difference of the irregularities is about half or less, that is, 0.5 μm to It is about 5 μm. In the present invention, this is defined as “a surface having a roughness on the order of microns”. This roughness measurement is preferably performed with the latest scanning probe microscope. The recent scanning probe microscope has an average length (RSm) of the roughness curve, as described in “JIS B 0601: '01, ISO 4287: '97 / ISO 1302: '02” of Japanese Industrial Standard (JIS). The height roughness (Rz) and the like are automatically calculated to quantify the roughness.

この走査型プローブ顕微鏡使用での数値で好ましい粗度の範囲は、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5.0μmである。但し、走査型プローブ顕微鏡は、凹凸周期、即ち山谷間隔は全く異なった数値を示す場合がある。走査型プローブ顕微鏡は、計算ソフトで小さすぎる凹凸周期はパスするようにセットされているが、プローブ先端の鋭さが向上するにつけ平均長さ(RSm)が実情よりも細かい凹凸を拾い過ぎて実情を表していない場合もある。このような場合を見い出すために、計算数値だけを見るのではなく、走査型プローブ顕微鏡が出すこともできる粗さ曲線グラフを目視検査して平均長さ(RSm)の値を再確認する必要がある。   The preferable roughness ranges in numerical values when using this scanning probe microscope are as follows: the average length (RSm) of the roughness curve is 0.8 to 10 μm, and the maximum height roughness (Rz) is 0.2 to 5.0 μm. It is. However, in the scanning probe microscope, the uneven period, that is, the interval between the peaks and valleys may show completely different values. The scanning probe microscope is set up to pass an irregular period that is too small in the calculation software, but the average length (RSm) picks up the irregularities finer than the actual condition to improve the sharpness of the probe tip. It may not be represented. In order to find such a case, it is necessary to re-confirm the value of the average length (RSm) by visually inspecting a roughness curve graph that can be obtained by a scanning probe microscope, instead of looking only at the calculated numerical value. is there.

又、走査型プローブ顕微鏡が使用できず、従来型の粗度計(表面粗さ計)で、粗さ曲線グラフを描いた場合は、グラフを目視検査し、個々の表面粗さの平均長さ(山谷間隔(凹凸周期))の全てが0.2〜20μmの範囲内の不定なものでほぼ占められており、個々の山谷高低差がほぼ全て0.2〜5μm範囲内に含まれる状況にあれば、実際には前記したものとほぼ同じであった。この目視検査法は、走査型プローブ顕微鏡での自動計算が信頼できないと判断した場合にも使用できる。本発明では、前記の粗度(表面粗さ)を「ミクロンオーダーの粗度」という技術用語で表した。   In addition, when a scanning probe microscope cannot be used and a roughness curve graph is drawn with a conventional roughness meter (surface roughness meter), the graph is visually inspected and the average length of each surface roughness is measured. All of the (valley interval (irregularity period)) is almost occupied by indefinite ones in the range of 0.2 to 20 μm, and the individual mountain valley height differences are almost all contained in the range of 0.2 to 5 μm. If present, it was actually almost the same as described above. This visual inspection method can also be used when it is determined that automatic calculation with a scanning probe microscope is not reliable. In the present invention, the roughness (surface roughness) is represented by the technical term “roughness on the order of microns”.

次に、前記粗度を得るために行う「化学エッチング」について述べる。化学エッチング以外にも理想とする表面形状を形成できる可能性のある方法はあるが、本発明は「化学エッチング」を適用することとした。例えば、他の方法として、光化学レジストを塗布し、可視光線、紫外線等を使って行うような高度の超微細加工法を使用すれば、ミクロンオーダーの粗度であれば目的とする凹凸面が実現可能となる。しかし、化学エッチングとは、全面腐食性を有する酸塩基水溶液に、金属合金を浸漬した後、これを水洗するだけの操作であるから、操作が簡単である上に、結果的に接着接合が特に好ましい結果をもたらすのである。   Next, “chemical etching” performed to obtain the roughness will be described. In addition to chemical etching, there is a method that can form an ideal surface shape, but in the present invention, “chemical etching” is applied. For example, as an alternative method, if an advanced ultra-fine processing method is applied, such as applying a photochemical resist and using visible light, ultraviolet rays, etc., the desired uneven surface can be realized if the roughness is on the order of microns. It becomes possible. However, chemical etching is an operation that involves simply immersing a metal alloy in an acid-base aqueous solution that has corrosive properties on the entire surface, and then washing the metal alloy with water. It produces a favorable result.

即ち、化学エッチングを適切な条件で行うと、適当な凹凸周期、適当な凹部の深さが得られるだけでなく、得られる凹部の形は単純形状とならず、凹部の多くでその一部がアンダー構造になる。アンダー構造とは、凹部を開口部と穴側で見た場合に、穴内部が開口部より広くなっている形状である。従って、仮にこの穴に固化する液体を封入して固化させた後は、液体の固化により開放口より固化形状は大きくなっているので、いわゆる錨効果で取り出し不可能となる。アンダー構造が接合(接着)に適している理由である。   That is, when chemical etching is performed under appropriate conditions, not only an appropriate uneven period and an appropriate recess depth can be obtained, but the shape of the obtained recess is not a simple shape, and many of the recesses are partly part of them. Under structure. The under structure is a shape in which the inside of the hole is wider than the opening when the recess is viewed on the opening and the hole side. Accordingly, after the liquid to be solidified is sealed and solidified in the hole, the solidified shape becomes larger than the opening due to the solidification of the liquid, so that it cannot be taken out due to a so-called wrinkle effect. This is why the under structure is suitable for bonding (adhesion).

次に、(2)で言う微細凹凸面を、言葉と数値で表現するのは非常に難しいが、単的に言えば、ミクロの目で見て「ザラザラである」ことであり、最も単純に数値化して述べれば、10nm以下の周期の凹凸であると細か過ぎて、ザラザラではなくむしろ円滑であり、350nm以上であるとザラザラが雑すぎ、凹凸周期数が少なくなるので接合力が低下する。以上のように多数の実験から得た結果から、通常の接合の使用に関しては、40〜50nm周期の微細凹凸面が最もアンカー効果が発揮されるようであった。50nm周期の凹凸面とミクロンオーダー粗度との関係を図3に示す。図3は、複数の金属基材部20a,20bに金属酸化物薄膜又は金属リン酸化物薄膜21を介して、結晶性樹脂組成物22が射出接合され、硬化した状態を部分的に模式的に示した断面図である。   Next, it is very difficult to express the fine uneven surface in (2) with words and numerical values, but simply speaking, it is “gritty” with the microscopic eyes. If expressed numerically, the unevenness with a period of 10 nm or less is too fine and not smooth, but rather smooth, and if it is 350 nm or more, the unevenness is too coarse and the number of uneven periods is reduced, so that the bonding force is reduced. As described above, from the results obtained from a large number of experiments, with regard to the use of normal bonding, the fine uneven surface with a period of 40 to 50 nm seems to exhibit the anchor effect most. FIG. 3 shows the relationship between the uneven surface with a period of 50 nm and the micron order roughness. FIG. 3 is a partial schematic view of a state in which a crystalline resin composition 22 is injection-bonded to a plurality of metal base material portions 20a and 20b via a metal oxide thin film or a metal phosphate thin film 21 and cured. It is sectional drawing shown.

その接合(固着)状態を具体的、且つ理想的イメージを敢えて描き図3に示したが、その表面は長さ50nm(A)の周期で山谷(凹凸)があり、高さ20〜50nm(B)程度の壁や突起のあるものが、幅2〜3μmの凹凸(C)で複数群を成して、全体が繰り返し形成された微細凹凸面である。実際は、図3に示すような理論化した微細凹凸面を電子顕微鏡観察からは見出せない。その形状はランダムで複雑な形状であり多種多彩である。又、金属種、またその合金種で異なり、使用する表面処理工程でも異なる。   A concrete and ideal image of the bonded (adhered) state is drawn and shown in FIG. 3, and the surface has a valley (unevenness) with a period of 50 nm (A) and a height of 20 to 50 nm (B ) A surface having a certain level of wall and protrusions is a fine uneven surface formed repeatedly by forming a plurality of groups of unevenness (C) having a width of 2 to 3 μm. Actually, the theoretical fine uneven surface as shown in FIG. 3 cannot be found by observation with an electron microscope. Its shape is random and complicated, and it has a wide variety. Moreover, it differs depending on the metal type and its alloy type, and also on the surface treatment process used.

電子顕微鏡観察で視覚的に言えば、「ミクロの目で見てザラザラ面」、言葉で言えば、「高さ又は深さ及び幅が10〜500nmで、長さが10nm以上の仕切り状凸部、又は溝状凹部が10〜数百nm周期で、全面に存在する超微細凹凸形状」、又は「高さ又は深さが10〜500nmで、径が10〜500nmの凸部又は凹部が10〜数百nm周期で全面に存在する超微細凹凸形状」の表現となる。前述したように、10nm以下の凹凸では、その隙間に侵入し難く、その意味でザラザラと言うよりは円滑面であり好ましくなく、又、500nm以上の周期の凹凸では、アンカーとして引っかかる箇所の密度が小さいので、接合力が低下する。最も好ましいのは、粗度で決まる大きな凹部の直径や周期にもよるが、50nm周期での微細凹凸が最も好ましい結果となるが、30〜350nmでも非常に強い接合力を示すことは可能である。   Visually speaking with an electron microscope, it is “a rough surface as seen with a microscopic eye”. In other words, “a partition-like convex part having a height or depth and width of 10 to 500 nm and a length of 10 nm or more. Or a groove-like recess having a period of 10 to several hundreds of nanometers, and an extremely fine uneven shape existing on the entire surface, or “a height or depth of 10 to 500 nm and a diameter of 10 to 500 nm. This is an expression of “ultra-fine concavo-convex shape existing on the entire surface with a period of several hundred nm”. As described above, in the unevenness of 10 nm or less, it is difficult to enter the gap, and in that sense, the surface is not smooth and is not preferable, and in the unevenness with a period of 500 nm or more, the density of the portion to be caught as an anchor is low. Since it is small, the bonding force decreases. Most preferably, although it depends on the diameter and period of the large recess determined by the roughness, fine unevenness with a period of 50 nm is the most preferable result, but it is possible to show a very strong bonding force even at 30 to 350 nm. .

なお、前述した(1)及び(2)の表現から外れるものがある。チタン合金の一部であるが、これについてはチタン合金の項で詳細に説明する。前記(3)で言う金属酸化物、金属リン酸化物等の薄層とは、多くの金属合金種に於いては、その金属自身の酸化物がなす表面層で良いが、実際に「NAT」理論で求めているのはセラミック質レベルの硬質の表面層である。要するに、(2)の電子顕微鏡観察でいうザラザラ面が、前記(3)の硬質物で出来ていれば、ザラザラ面は前記(1)でいう大きな凹部(粗面)に侵入して、固化した接合樹脂をスパイクの突起で繋ぎとめ、接合樹脂に抜け力がかかっても、この凹部から抜け出せなく出来るのである。   There are some that deviate from the expressions (1) and (2). This is a part of the titanium alloy, which will be described in detail in the section of titanium alloy. The thin layer such as metal oxide and metal phosphorous oxide referred to in the above (3) may be a surface layer formed by an oxide of the metal itself in many metal alloy types. The theory requires a hard surface layer at the ceramic level. In short, if the rough surface in the electron microscope observation in (2) is made of the hard material in (3), the rough surface penetrates into the large concave portion (rough surface) in (1) and solidifies. Even if the bonding resin is held together by spike protrusions and a pulling force is applied to the bonding resin, the bonding resin cannot be pulled out from the recess.

このことが、従来にない強固な接合(接着)力を生じさせている。金属合金基材が被着材のとき、金属が通常の条件で、保有する自然酸化膜よりも厚い金属酸化物層であることが望ましい。又、必要であれば意図的に酸化処理を行い、金属酸化物層を適度の厚みにしたものも好ましい。但し、厚さは数十nmまでのナノオーダーの厚さを言っており、アルミニウム合金に為す陽極酸化(アルマイト化)のように、十数μm〜数十μmある金属酸化物層のレベルではない。むしろXRD(X線回折分析器)で、酸化物結晶が検出されるほど厚くした場合には、接合力は反って悪化するようである。   This produces a strong bonding (adhesion) force that has not been achieved in the past. When the metal alloy base material is an adherend, it is desirable that the metal be a metal oxide layer that is thicker than the natural oxide film it possesses under normal conditions. Moreover, the thing which performed the oxidation process intentionally if necessary and made the metal oxide layer moderate thickness is also preferable. However, the thickness refers to a nano-order thickness up to several tens of nanometers, and is not at the level of a metal oxide layer having a thickness of several tens to several tens of μm, such as anodic oxidation (alumite) for an aluminum alloy. . Rather, when the oxide crystal is made thick enough to be detected by an XRD (X-ray diffraction analyzer), the bonding force seems to be deteriorated.

この理由は、厚い金属酸化物層になった場合、基材の金属相との接合力が接着剤接合の接合力よりも劣ることになるからである。又、特にマグネシウム合金、一般鋼材等の場合であるが、表面の金属酸化物層は酸化マグネシウム、酸化鉄等ではなく、酸化マンガン、酸化クロム、リン酸亜鉛、その他の耐食性も備えたセラミック質であるのが好ましい。これはマグネシウム、鋼材等の自然酸化膜に強い耐食性がないことに対する防護措置であり、自身の酸化物膜に耐食性があるような金属合金種では他金属の酸化物膜で覆う必要はない。   This is because, when a thick metal oxide layer is formed, the bonding force with the metal phase of the substrate is inferior to that of adhesive bonding. Also, especially in the case of magnesium alloy, general steel materials, etc., the metal oxide layer on the surface is not magnesium oxide, iron oxide, etc., but is made of ceramics with manganese oxide, chromium oxide, zinc phosphate, and other corrosion resistance. Preferably there is. This is a protective measure against the fact that natural oxide films such as magnesium and steel do not have strong corrosion resistance, and it is not necessary to cover them with an oxide film of another metal in the case of a metal alloy type whose own oxide film has corrosion resistance.

各金属種によって、前記の条件を充たすために行う表面処理方法は異なる。それら表面処理法は、いずれも前記NAT条件である(1)、(2)及び(3)を満たすためのものである。アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼、一般鋼材等について、本発明者等が行った具体的方法は、前述の特許文献1〜6に示している。但し、これら特許に開示した表面処理方法以外であっても、前記「NAT」理論仮説を充たすことは可能である。更に、非金属、及び前記金属種以外で接着剤接合を行うに於いても、前記「NAT」理論仮説が示す表面形状にすれば、非常に強固な接合力が得られる。何故なら、仮説とは言いながら、既に多数の実証例があるからである。以下、具体的方法を開発済みの各種金属合金の接合処理形態について述べる。   The surface treatment method performed for satisfying the above conditions varies depending on each metal species. These surface treatment methods are all for satisfying the NAT conditions (1), (2) and (3). Specific methods performed by the present inventors for aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, titanium alloys, stainless steel, general steel materials, etc. are shown in the aforementioned Patent Documents 1-6. However, it is possible to satisfy the “NAT” theoretical hypothesis even if the surface treatment method is not disclosed in these patents. Furthermore, even when performing adhesive bonding using non-metals and other than the above metal species, if the surface shape indicated by the “NAT” theoretical hypothesis is used, a very strong bonding force can be obtained. This is because there are already many empirical examples, albeit hypotheses. A description will now be given of the bonding treatment forms of various metal alloys for which specific methods have been developed.

〔アルミニウム合金部品〕
本発明で使用するアルミニウム合金は、日本工業規格(JIS)に規定される展伸用アルミニウム合金のA1000番台〜7000番台の耐食アルミニウム合金、高力アルミニウム合金、耐熱アルミニウム合金等の全ての合金、及びADC1〜12種(ダイキャスト用アルミニウム合金)等の鋳造用アルミニウム合金が使用できる。形状物としては、鋳造用合金等であれば、ダイキャスト法で形状化された部品、またそれを更に機械加工して形状を整えた部品が使用できる。さらに、展伸用合金では、中間材である板材その他、又それらをプレス加工などの機械加工を加えて形状化した部品も使用できる。
[Aluminum alloy parts]
Aluminum alloys used in the present invention are all alloys such as A1000 series to 7000 series corrosion resistant aluminum alloys, high strength aluminum alloys, heat resistant aluminum alloys, etc. Cast aluminum alloys such as ADC1-12 (die cast aluminum alloy) can be used. As the shape, if it is an alloy for casting or the like, it is possible to use a part shaped by a die-cast method, or a part that is further machined to adjust its shape. Further, as the wrought alloy, it is also possible to use a plate material which is an intermediate material, or a part which is formed by applying mechanical processing such as press working.

〔アルミニウム合金部品の表面処理/前処理〕
アルミニウム合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や油脂を除去するのが好ましい。具体的には、本発明に特有な脱脂処理は必要ではなく、市販のアルミニウム合金用脱脂材を、薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して得られた水溶液を用意し、これに浸漬し水洗するのが好ましい。要するに、アルミニウム合金で行われている常法の脱脂処理でよい。脱脂材の製品によって異なるが、一般的な市販品では、濃度5〜10%として液温を50〜80℃とし5〜10分間浸漬した後、これを水洗する。
[Surface treatment / pretreatment of aluminum alloy parts]
It is preferable that the aluminum alloy part is first immersed in a degreasing tank to remove oils and oils adhered by machining. Specifically, the degreasing treatment unique to the present invention is not necessary, and an aqueous solution obtained by putting a commercially available degreasing material for aluminum alloy into hot water at a concentration as specified by the drug manufacturer is prepared and immersed in this. It is preferable to wash with water. In short, a conventional degreasing treatment performed with an aluminum alloy may be used. Although it differs depending on the product of the degreasing material, in a general commercial product, the concentration is 5 to 10%, the liquid temperature is 50 to 80 ° C., and the product is immersed for 5 to 10 minutes.

これ以降の前処理工程は、アルミニウム合金に珪素が比較的多く含まれる合金と、これらの成分の少ない合金とで扱いが異なる。珪素分が少ない合金、即ち、A1050、A1100、A2014、A2024、A3003、A5052、A7075等の展伸用アルミニウム合金では、以下のような処理方法が好ましい。即ち、アルミニウム合金部品を酸性水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗し、アルミニウム合金部品の表層に、酸成分を吸着させるのが、次のアルカリエッチングを再現性よく進める上で好ましい。この処理は、予備酸洗工程といってよいが、使用液は、硝酸、塩酸、硫酸等、安価な鉱酸の1%〜数%濃度の希薄水溶液が使用できる。次に、強塩基性水溶液に浸漬した後、これを水洗して、エッチング処理を行う。   Subsequent pretreatment steps are handled differently for an alloy containing a relatively large amount of silicon in an aluminum alloy and an alloy containing a small amount of these components. For alloys with low silicon content, ie, aluminum alloys for drawing such as A1050, A1100, A2014, A2024, A3003, A5052, and A7075, the following treatment methods are preferred. That is, after the aluminum alloy part is immersed in an acidic aqueous solution for a short time, it is preferably washed with water and the acid component is adsorbed on the surface layer of the aluminum alloy part in order to proceed the next alkali etching with good reproducibility. This treatment may be referred to as a preliminary pickling step, but a dilute aqueous solution having a concentration of 1% to several percent of an inexpensive mineral acid such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid or the like can be used. Next, after being immersed in a strongly basic aqueous solution, this is washed with water and etched.

このエッチングにより、アルミニウム合金表面に残っていた油脂、汚れ等がアルミニウム合金表層と共に剥がされる。この剥がれと同時に、この表面にはミクロンレベルの粗度、即ち、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:‘01(ISO4287:’97/ISO1302:‘02)」で言えば、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5.0μmである。これらの数値は、昨今の走査型プローブ顕微鏡にかければ、自動的に計算をしてくれる形になっている。ただ、細かい凹凸を自動で省く前記の自動計算法は、算出された表面粗さ曲線の平均長さRSm値が、実情を表さない場合もある。   By this etching, fats and oils, dirt, etc. remaining on the surface of the aluminum alloy are peeled off together with the surface layer of the aluminum alloy. Simultaneously with this peeling, the surface has a micron level roughness, that is, a roughness curve according to “JIS B 0601: '01 (ISO4287: '97 / ISO1302: '02)” of Japanese Industrial Standards (JIS). The average length (RSm) is 0.8 to 10 μm, and the maximum height roughness (Rz) is 0.2 to 5.0 μm. These numbers are automatically calculated if they are applied to a modern scanning probe microscope. However, in the above automatic calculation method that automatically omits fine irregularities, the calculated average length RSm value of the surface roughness curve may not represent the actual situation.

より正しくは、この凹凸具合を、走査型プローブ顕微鏡が出力することができる粗さ曲線を目視検査して、平均長さ(RSm)の値を再確認する必要がある。又、前記粗さ曲線を目視検査して、0.2〜20μm範囲の不定期な周期で、高低差が0.2〜5μm範囲の粗さ状況にあれば、実際は前記とほぼ同じである。この目視検査法は、自動計算が信頼できないと判断した場合、目視検査で判断が簡単にできるので好ましい。要するに、本発明で定義した技術用語で言えば「ミクロンオーダーの粗度を有する表面」にする。   More precisely, it is necessary to re-check the value of the average length (RSm) by visually inspecting the roughness of the roughness curve that can be output by the scanning probe microscope. In addition, when the roughness curve is visually inspected and the roughness is in the range of 0.2 to 5 μm with irregular intervals in the range of 0.2 to 20 μm, the actual situation is almost the same as described above. This visual inspection method is preferable because it can be easily determined by visual inspection when it is determined that automatic calculation is not reliable. In short, in terms of technical terms defined in the present invention, the “surface having a micron-order roughness” is used.

この表面を、ミクロンオーダーの粗度(表面粗さ)にする。使用液は、1%〜数%濃度の苛性ソーダ水溶液を温度30〜40℃にして、数分浸漬して処理するのが好ましい。次に、再度、薄い鉱酸水溶液等の酸性水溶液に浸漬した後、これを水洗し、ナトリウムイオンを除き前処理を終えるのが好ましい。本発明者等はこれを中和工程と呼んでいる。この酸性水溶液として、数%濃度の硝酸水溶液が特に好ましい。一方、珪素分の多いADC10、ADC12等の鋳造用アルミニウム合金では、以下の工程を経るのが好ましい。   This surface has a micron order roughness (surface roughness). The working solution is preferably treated by immersing a caustic soda aqueous solution having a concentration of 1% to several percent at a temperature of 30 to 40 ° C. for several minutes. Next, after dipping again in an acidic aqueous solution such as a thin mineral acid aqueous solution, it is preferably washed with water to remove sodium ions and finish the pretreatment. The inventors refer to this as a neutralization step. As this acidic aqueous solution, a nitric acid aqueous solution having a concentration of several percent is particularly preferable. On the other hand, for casting aluminum alloys such as ADC10 and ADC12 having a high silicon content, the following steps are preferably performed.

即ち、アルミニウム合金の表面から油脂類を除去する脱脂工程の後、前述した工程と同様に予備的に酸洗し、苛性ソーダ水溶液、1水素2弗化アンモニウム水溶液等でエッチングするのが好ましい。このエッチングに於いて、銅分、珪素分等は溶解せずに、微粒子の黒色スマット(以下、汚れ状物を鍍金業界では「スマット」と呼ぶのでこれに倣う。)となり、アルミニウム合金表面に付着する。よって、このスマットを溶かして剥がすべく、次に数%濃度の硝酸水溶液に浸漬するのが好ましい。   That is, after the degreasing step of removing fats and oils from the surface of the aluminum alloy, it is preferable to perform pickling in the same manner as described above, and to etch with a caustic soda aqueous solution, an aqueous hydrogen difluoride ammonium solution, or the like. In this etching, copper, silicon, etc. are not dissolved, but become fine black smut (hereinafter referred to as “smut” in the metal plating industry) and adhere to the aluminum alloy surface. To do. Therefore, in order to melt and remove the smut, it is then preferable to immerse in a nitric acid aqueous solution having a concentration of several percent.

この浸漬で、銅スマットは溶解されるが、珪素スマットは溶解せずアルミニウム合金表面から僅かに浮く。特に、使用した合金がADC12のように珪素分が多量に含まれた合金であると、硝酸水溶液に浸漬しただけでは、珪素スマットがアルミニウム合金基材の表面に付着し続け、これは剥がし切れない。それ故、次に超音波をかけた水槽内に浸漬して、超音波洗浄し、珪素スマットを物理的に引き剥がすのが好ましい。これで全てのスマットが剥がれ落ちるわけではないが、実用上は十分である。これで前処理を終えても良いが、再度、希薄硝酸水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。これで前処理を終える。   By this immersion, the copper smut is dissolved, but the silicon smut is not dissolved and floats slightly from the surface of the aluminum alloy. In particular, if the alloy used is an alloy containing a large amount of silicon, such as ADC12, the silicon smut continues to adhere to the surface of the aluminum alloy substrate simply by dipping in an aqueous nitric acid solution, which cannot be completely peeled off. . Therefore, it is preferable that the silicon smut is physically peeled off by immersing in a water tank to which ultrasonic waves are applied, and ultrasonically cleaning. This does not remove all the smut, but it is sufficient for practical use. The pretreatment may be completed with this, but it is preferable to immerse it again in a dilute nitric acid aqueous solution for a short time and then wash it with water. This completes the preprocessing.

〔アルミニウム合金部品の表面処理/本処理〕
前処理を終えたアルミニウム合金部品は、最終処理である以下のような表面処理、即ち本処理を行う。前処理を終えたアルミニウム合金部品を、水和ヒドラジン、アンモニア、及び水溶性アミン化合物のいずれか1つ以上を含む水溶液に浸漬した後、これを水洗して、更に温度70℃以下で乾燥する。この処理は、前処理の最終処理で行う脱ナトリウムイオン処理によって表面がやや変化し、その粗度(表面粗さ)は保たれるが、その表面がやや円滑になることに対しての復活策でもある。
[Surface treatment of aluminum alloy parts / Main treatment]
The aluminum alloy part that has undergone the pretreatment is subjected to the following surface treatment, which is the final treatment, that is, the main treatment. The pre-treated aluminum alloy part is immersed in an aqueous solution containing any one or more of hydrated hydrazine, ammonia, and a water-soluble amine compound, then washed with water and further dried at a temperature of 70 ° C. or lower. This treatment is a revival measure against a slight change in the surface due to the sodium removal ion treatment performed in the final treatment of the pretreatment, and the roughness (surface roughness) is maintained, but the surface becomes slightly smoother. But there is.

即ち、この本処理は、水和ヒドラジン水溶液等の弱塩基性水溶液に、短時間浸漬して超微細エッチングし、表面を10〜100nm径で同等高さ、又は深さの凹部若しくは突起のある超微細凹凸面に覆うようにするものである。言いかえると、ミクロンオーダーの凹凸の凹部内壁面に、40〜50nm周期の微細凹凸が多数を占めるように形成する。この表面状態は、電子顕微鏡写真で見た感覚を視覚的に言えば、ザラザラ度の高い面に仕上げるのが好ましい。又、水洗後の乾燥温度を例えば100℃以上の高温にすると、仮に乾燥機内が密閉的であると沸騰水とアルミニウム間で水酸化反応が生じ、表面が変化してベーマイト層が生じる。   In other words, this treatment is performed by immersing in a weakly basic aqueous solution such as a hydrated hydrazine aqueous solution for a short time and performing ultrafine etching, and the surface has a 10-100 nm diameter with an equivalent height or depth of recesses or protrusions. It is intended to cover a fine uneven surface. In other words, it is formed so that a large number of fine irregularities having a period of 40 to 50 nm occupy on the inner wall surface of the concave and convex of micron order. This surface state is preferably finished to a surface having a high roughness when the sensation seen in the electron micrograph is visually stated. Further, when the drying temperature after washing with water is set to a high temperature of 100 ° C. or higher, for example, if the inside of the dryer is sealed, a hydroxylation reaction occurs between boiling water and aluminum, and the surface changes to form a boehmite layer.

これは丈夫で好ましい表層ではなく、べーマイト化を防ぐ必要がある。乾燥機内の湿度状況は乾燥機の大きさや換気の様子だけでなく、投入するアルミニウム合金の量にも影響される。その意味で表面のベーマイト化を防ぐには、どのような投入条件であれ、90℃以下、好ましくは70℃以下で温風乾燥するのが良好な結果を再現性よく得る上で好ましい。70℃以下で乾燥した場合、XPSによる表面元素分析で、アルミニウムのピークからアルミニウム(3価)しか検出できず、市販のA5052、A7075アルミニウム合金板材等のXPS分析では、検出できるアルミニウム(0価)はない。   This is not a strong and preferable surface layer, and it is necessary to prevent boehmite formation. The humidity in the dryer is affected not only by the size and ventilation of the dryer, but also by the amount of aluminum alloy that is introduced. In this sense, in order to prevent boehmite formation on the surface, it is preferable to dry with warm air at 90 ° C. or lower, preferably 70 ° C. or lower, whatever the input conditions, in order to obtain good results with good reproducibility. When dried at 70 ° C. or lower, surface element analysis by XPS can detect only aluminum (trivalent) from the peak of aluminum, and aluminum (zero valent) that can be detected by XPS analysis of commercially available A5052, A7075 aluminum alloy sheet materials, etc. There is no.

XPS分析は、金属表面から1〜2nm深さまでに存在する元素が検出できるので、この結果から、水和ヒドラジン、アミン系化合物等の水溶液に浸漬した後、これを水洗して、更に温風乾燥することで、アルミニウム合金が持っていた本来の自然酸化層(1nm厚さ程度の酸化アルミニウム薄層)が、本処理でより厚くなったことが確認できた。少なくとも自然酸化層と異なって、2nm以上の厚さのあることが判明した。即ち、アルゴンイオンビーム等でエッチングしてから、XPS分析をすれば10〜100nm程度のより深い位置での分析が可能であるが、ビーム自体の影響で深層のアルミニウム原子の価数が変化する可能性もあるとのことで、これ以降の解析は行わなかった。   XPS analysis can detect elements existing at a depth of 1 to 2 nm from the metal surface. From this result, after immersing in an aqueous solution of hydrated hydrazine, amine compound, etc., this is washed with water and further dried with warm air Thus, it was confirmed that the original natural oxide layer (a thin aluminum oxide layer having a thickness of about 1 nm) that the aluminum alloy had became thicker by this treatment. It has been found that, unlike at least the natural oxide layer, it has a thickness of 2 nm or more. In other words, if XPS analysis is performed after etching with an argon ion beam or the like, analysis at a deeper position of about 10 to 100 nm is possible, but the valence of aluminum atoms in the deep layer may change due to the influence of the beam itself. The analysis was not performed after this.

セラミック質が厚いと、極限状態では物性の差異で破断するおそれがある。そのことから、金属酸化物層は薄い方が好ましく、更に、その金属酸化物はアモルファスか微結晶状態のセラミック質であると基材との接合が好ましい。即ち、接合物のせん断破断力を50〜100MPaレベルのものにするには、酸化金属層を必要以上に厚くしない方がよく、従って未封孔アルマイトの使用は好ましくない。   If the ceramic material is thick, it may break due to a difference in physical properties in the extreme state. Therefore, it is preferable that the metal oxide layer is thin, and further, the metal oxide is preferably bonded to the substrate if it is an amorphous or microcrystalline ceramic material. That is, in order to obtain a shear fracture strength of the bonded product at a level of 50 to 100 MPa, it is better not to make the metal oxide layer thicker than necessary. Therefore, it is not preferable to use unsealed alumite.

超微細エッチング
以下、本発明でいう超微細エッチングについて、更に詳細に述べる。水和ヒドラジン、アンモニア、又は水溶性アミンの水溶液で、pH9〜10の弱塩基性水溶液に適当な温度、適当な時間だけ浸漬すると、その表面は直径10〜100nmの超微細凹凸形状で全面が覆われたものとなる。数平均(電子顕微鏡観察で観察された範囲の平均値)の直径で言えば、50nm程度である。又、逆の言い方をすれば、表面に直径10〜100nmの超微細凹凸形状を得るためには、最適なpH、温度、時間を選択すると良いことが容易に理解される。
Ultrafine etching Hereinafter, the ultrafine etching referred to in the present invention will be described in more detail. When immersed in an aqueous solution of hydrated hydrazine, ammonia, or a water-soluble amine in a weakly basic aqueous solution having a pH of 9 to 10 for an appropriate temperature and for an appropriate time, the entire surface is covered with an ultra-fine irregular shape with a diameter of 10 to 100 nm. It will be broken. In terms of the diameter of the number average (average value of the range observed by electron microscope observation), it is about 50 nm. In other words, it can be easily understood that the optimum pH, temperature, and time may be selected in order to obtain an ultra fine uneven shape with a diameter of 10 to 100 nm on the surface.

本発明者等が予想している最も好ましい超微細凹凸の周期、又や超微細凹凸部の直径は、約50nm程度であろうと経験的に考えている。その理由は、10nm周期の凹凸ならザラザラ面(電子顕微鏡観察でいう。)というよりも、凹凸具合が微細に過ぎて粘性ある接着剤にとっては円滑面であり、又、100nm以上であればザラザラ面というには大まか過ぎて引っかかるイメージがない。尚、本発明でいう「数平均」とは、統計的に検証できる程度の総和平均という程度ではない、20個以内のサンプルを抽出した程度の平均値をいう。   It has been empirically considered that the most preferable period of the ultra-fine irregularities predicted by the present inventors and the diameter of the ultra-fine irregularities will be about 50 nm. The reason for this is that if the irregularity has a period of 10 nm, it is a smooth surface for an adhesive that has a fine irregularity and is viscous rather than a rough surface (referred to by electron microscope observation). In other words, there is no image that is too rough. The “number average” in the present invention is not a total average that can be statistically verified, but an average value that is obtained by extracting 20 or less samples.

約50nmは、実験結果から得た経験的感覚からの数値である。ただ50nm周期を目指すとしても、化学反応でそのような規律正しいものが出来るはずがなく、バラついたものになる。電子顕微鏡観察写真を見て、数値化するとすればその結果から、直径10〜100nmで同等の深さ又は高さの凹部又は凸部で、ほぼ100%全面が覆われた超微細凹凸形状面ということになる。実際、直径10〜20nmの凹凸が表面の大部分を占める場合、又、逆に直径100nm以上の凹凸が多くを占めるような場合も接合力は劣ったものとなった。   About 50 nm is a numerical value from an empirical feeling obtained from the experimental results. However, even if aiming for a 50 nm period, such a disciplined chemical reaction cannot be made, and it will vary. If an electron microscopic observation photograph is seen and converted into a numerical value, the result indicates that the surface is an ultra-fine uneven shape with almost 100% of the entire surface covered with a concave or convex portion having a diameter of 10 to 100 nm and an equivalent depth or height. It will be. Actually, when the unevenness having a diameter of 10 to 20 nm occupies most of the surface, and conversely, the unevenness having a diameter of 100 nm or more occupies a large amount, the bonding strength was inferior.

超微細エッチングの実験例
即ち、このような大きさの凹部や凸部で、アルミニウム合金を覆うようにするには試行錯誤した実験による浸漬条件を探索する必要がある。一水和ヒドラジンの3.5%濃度の60℃の水溶液で言うと、A5052、A7075材の浸漬では浸漬時間を2分間程度が最適であり、この浸漬時間による表面は10〜100nm直径、数平均では直径40〜50nmの凹部で全面が覆われる。しかしながら、4分間浸漬した場合、凹部の直径が拡大して80〜200nmのものとなり、これらの凹部の直径の数平均値では100nm径を超えるように急拡大し、凹部の底部にも更に凹部が発生してその構造が複雑化する。
In order to cover an aluminum alloy with a concave or convex portion having such a size, that is, an ultrafine etching experimental example , it is necessary to search for immersion conditions based on trial and error experiments. Speaking of an aqueous solution of monohydric hydrazine of 3.5% concentration at 60 ° C., the immersion time of about 2 minutes is optimal for the immersion of A5052 and A7075 material, and the surface by this immersion time has a diameter of 10 to 100 nm, number average Then, the entire surface is covered with a recess having a diameter of 40 to 50 nm. However, when immersed for 4 minutes, the diameter of the recesses expands to 80 to 200 nm, the number average value of the diameters of these recesses rapidly expands to exceed 100 nm diameter, and there are further recesses at the bottom of the recesses. Occurs and the structure becomes complicated.

更に、8分間浸漬すると、横穴状の侵食も進んでややスポンジ状になり、更に深い凹部が繋がって谷や峡谷状に変化する。16分間浸漬すると、目視でもアルミニウム合金が元の金属色からやや褐色かかっており、可視光線の吸収具合が変化し始めたことが分かる。ちなみに前記の条件で、浸漬時間が1分間のときは、電子顕微鏡写真で10〜40nm径の凹部が観察され、これらの数平均直径は25〜30nmの凹部であった。更に、0.5分間の浸漬であると、表面を覆う凹部直径は、10〜30nmであり、これらの数平均直径で言えば、25nm程度で浸漬時間1分間の場合と大差ない。   Further, when immersed for 8 minutes, the erosion of the horizontal hole progresses to become slightly sponge-like, and deeper recesses are connected to change into a valley or a canyon shape. When immersed for 16 minutes, it can be seen that the aluminum alloy is slightly brownish from the original metallic color, and the absorption of visible light has begun to change. By the way, when the immersion time was 1 minute under the above-mentioned conditions, concave portions having a diameter of 10 to 40 nm were observed in an electron micrograph, and these number average diameters were concave portions of 25 to 30 nm. Furthermore, when the immersion is performed for 0.5 minutes, the diameter of the concave portion covering the surface is 10 to 30 nm. In terms of these number average diameters, the immersion time is about 25 nm, which is not much different from the case of the immersion time of 1 minute.

そして浸漬時間0.5分間のものと、浸漬時間1分間のものの電子顕微鏡写真をよく見比べてみると、凹部の深さは0.5分間浸漬したものが1分間浸漬したものより明らかに浅い様子であった。要するに、弱塩基性水溶液中のアルミニウム合金A5052、及びA7075では、何故か20〜25nm周期で侵食が始まり、まずこれが直径20nm程度の凹部を作り、この凹部の深さが直径と同レベルまで深くなったら、その後は凹部の縁が侵食され凹部直径の拡大となり、凹部の内部の不定方向への侵食が始まることが分かった。   And if you look closely at the electron micrographs of the immersion time of 0.5 minutes and the immersion time of 1 minute, the depth of the recess is clearly shallower than the one immersed for 1 minute. Met. In short, in aluminum alloys A5052 and A7075 in a weakly basic aqueous solution, for some reason, erosion begins with a period of 20 to 25 nm, and first, this creates a recess with a diameter of about 20 nm, and the depth of this recess becomes as deep as the diameter. Thereafter, the edge of the recess was eroded and the diameter of the recess was enlarged, and it was found that erosion in an indefinite direction inside the recess started.

そのように侵食された場合、最も接着剤接合に適した単純で、且つ丈夫な侵食具合は、アルミニウム合金A7075、及びA5052のとき、3〜5%一水和ヒドラジン水溶液(60℃)浸漬の場合で、ほぼ2分間であった。アンモニア水の場合は、ヒドラジン水溶液よりもpHが低く、水溶液を常温(15℃から25℃)より、高温にするとアンモニアの揮発が激しくなる。それ故に、アンモニア水では高濃度、低温での浸漬処理となり、25%濃度程度の最も濃いアンモニア水を常温で使用する場合も、15〜20分の浸漬時間が必要となる。逆に、水溶性アミン類の多くは、ヒドラジン水溶液よりも強い塩基性水溶液となるので、より短時間での処理となる。   When so eroded, the simple and strong erosion suitable for adhesive bonding is 3-5% monohydric hydrazine aqueous solution (60 ° C.) immersion in aluminum alloys A7075 and A5052. It was almost 2 minutes. In the case of ammonia water, the pH is lower than that of the hydrazine aqueous solution, and when the aqueous solution is heated from room temperature (15 ° C. to 25 ° C.), the volatilization of ammonia becomes intense. Therefore, the ammonia water is immersed at a high concentration and a low temperature, and even when the most concentrated ammonia water of about 25% concentration is used at room temperature, an immersion time of 15 to 20 minutes is required. On the contrary, many water-soluble amines become a basic aqueous solution stronger than the hydrazine aqueous solution, so that the treatment is performed in a shorter time.

量産処理では、浸漬時間が長過ぎても短きに過ぎても作業の安定性が失われる。その意味で微細エッチング水溶液として、最適浸漬時間を数分にできる水和ヒドラジンが実際の使用には適しているといえる。何れの場合も、水和ヒドラジン、アンモニア、又は水溶性アミンの水溶液への浸漬の後、数%濃度の過酸化水素水溶液に浸漬した場合に、接合力が向上する合金種があった。表面の酸化金属層の厚さが厚くなっていることが想定されるが、厚さ2nm以上について分析が難しく解明していない。   In mass production processing, the stability of work is lost when the immersion time is too long or too short. In that sense, it can be said that hydrated hydrazine, which can have an optimum immersion time of several minutes, is suitable for practical use as a fine etching aqueous solution. In either case, there was an alloy type that improved the bonding strength when immersed in an aqueous solution of hydrogen peroxide having a concentration of several percent after immersion in an aqueous solution of hydrated hydrazine, ammonia, or a water-soluble amine. Although it is assumed that the thickness of the metal oxide layer on the surface is large, analysis is difficult and difficult for thicknesses of 2 nm or more.

〔マグネシウム合金部品〕
本発明に使用するマグネシウム合金は、日本工業規格(JIS)に規定される展伸用マグネシウム合金のAZ31B等の合金、及びAZ91D等の鋳造用マグネシウム合金等が使用できる。鋳造用マグネシウム合金であれば、砂型、金型、ダイカスト法等で形状化した部品、またそれを更に機械加工して形状を整えた部品が使用できる。さらに、展伸用合金では、中間素材である板材、棒材、管材等を、プレス加工、切削加工、研削加工等の機械加工を加えて、形状化した部品、フレーム等に使用できる。
[Magnesium alloy parts]
As the magnesium alloy used in the present invention, an alloy such as AZ31B, which is a magnesium alloy for extension specified in Japanese Industrial Standard (JIS), a magnesium alloy for casting such as AZ91D, or the like can be used. If it is a magnesium alloy for casting, the part shape | molded by the sand mold, the metal mold | die, the die-casting method, etc., and the part which machined it further and adjusted the shape can be used. Further, with the wrought alloy, it is possible to use intermediate materials such as plates, rods, pipes, etc. by applying mechanical processing such as pressing, cutting, grinding, etc. to shaped parts, frames, and the like.

〔マグネシウム合金部品の表面処理/化学エッチング〕
マグネシウム合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤、指脂等を除くことが好ましい。具体的には、市販のマグネシウム合金用脱脂材を、その薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入して水溶液を用意し、これに浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。通常の市販品では、濃度5〜10%として液温を50〜80℃とし、この液の中に5〜10分間浸漬する。
[Surface treatment / chemical etching of magnesium alloy parts]
It is preferable that the magnesium alloy parts are first immersed in a degreasing tank to remove oils, finger grease and the like adhered by machining. Specifically, it is preferable that a commercially available degreased material for magnesium alloy is poured into hot water at a concentration specified by the drug manufacturer to prepare an aqueous solution and immersed in it, and then washed with water. In a normal commercial product, the liquid temperature is 50 to 80 ° C. with a concentration of 5 to 10%, and the liquid is immersed in this liquid for 5 to 10 minutes.

次に、酸性水溶液に短時間浸漬して水洗し、マグネシウム合金の化学エッチングを行う。脱脂工程で除き切れなかった汚れを含め、このマグネシウム合金の表層が剥がされ、同時にミクロンオーダーの粗度、即ち、走査型プローブ顕微鏡観察測定による日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:2001」で言えば、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が1〜10μm、粗さ曲線要素の最大粗さ高さ(Rz)が0.2〜5μmである凹凸具合、又、従来型の粗度計を使用するコンピュータ計算を挟まない測定法で言えば、0.5〜20μm範囲の不定期な周期で高低差が0.2〜5μm範囲の粗さ(粗度)曲線を有する粗度(表面粗さ)にする。   Next, the magnesium alloy is chemically etched by being immersed in an acidic aqueous solution for a short time and washed with water. The surface layer of this magnesium alloy, including dirt that could not be removed in the degreasing process, was peeled off, and at the same time the roughness on the order of microns, that is, Japanese Industrial Standard (JIS) “JIS B 0601: 2001” measured by scanning probe microscope observation measurement. In terms of roughness, the average length (RSm) of the roughness curve is 1 to 10 μm, the maximum roughness height (Rz) of the roughness curve element is 0.2 to 5 μm, and the conventional roughness In terms of measurement methods that do not involve computer calculations using a meter, the roughness (surface) has a roughness (roughness) curve with a height difference of 0.2 to 5 μm at irregular intervals in the range of 0.5 to 20 μm. (Roughness).

使用液としては、1%〜数%濃度のカルボン酸、鉱酸等の水溶液、特にクエン酸、マロン酸、酢酸、硝酸等の水溶液が好ましい。このエッチングでは、通常マグネシウム合金に含まれるアルミニウム、亜鉛等は、溶解せず黒色のスマットとして、マグネシウム合金表面に付着残存する。従って、弱塩基性水溶液に浸漬して、アルミニウムスマットを溶解して除き、次に強塩基水溶液に浸漬して、亜鉛スマットを溶解して除去するのが好ましい。これで前処理を終える。   The working solution is preferably an aqueous solution of carboxylic acid, mineral acid or the like having a concentration of 1% to several percent, particularly an aqueous solution of citric acid, malonic acid, acetic acid, nitric acid or the like. In this etching, aluminum, zinc, and the like usually contained in the magnesium alloy do not dissolve and remain on the surface of the magnesium alloy as black smut. Accordingly, it is preferable to immerse in a weakly basic aqueous solution to dissolve and remove the aluminum smut, and then soak in a strong basic aqueous solution to dissolve and remove the zinc smut. This completes the preprocessing.

〔マグネシウム合金部品の表面処理/本処理〕
前処理を終えたマグネシウム合金部品を、化成処理する。即ち、マグネシウムはイオン化傾向の非常に高い金属であるので、空気中の湿気と酸素による酸化速度が他の金属に比べて速い。マグネシウム合金には、自然酸化膜が形成されるが、耐食性の点から見て十分強いものではない。又、通常の環境下でも、自然酸化膜から拡散した水分子、酸素等で酸化腐食が進行する。それ故、通常のマグネシウム合金部品は、クロム酸、重クロム酸カリ等の水溶液に浸漬して、この表面を酸化クロムの薄層で全面を覆う(クロメート処理と呼ばれる)か、又はリン酸を含むマンガン塩の水溶液に浸漬して、リン酸マンガン系化合物で全表面を覆う処理を行って、腐食防止処置を行う。これらの処置をマグネシウム業界では化成処理と呼んでいる。
[Surface treatment of magnesium alloy parts / main treatment]
The magnesium alloy part that has been pretreated is subjected to chemical conversion treatment. That is, since magnesium is a metal having a very high ionization tendency, the oxidation rate by moisture and oxygen in air is faster than other metals. Although a natural oxide film is formed on the magnesium alloy, it is not strong enough from the viewpoint of corrosion resistance. Even under normal circumstances, oxidative corrosion proceeds due to water molecules, oxygen, etc. diffused from the natural oxide film. Therefore, ordinary magnesium alloy parts are immersed in an aqueous solution of chromic acid, potassium dichromate or the like, and this surface is covered with a thin layer of chromium oxide (called chromate treatment) or contains phosphoric acid. It is immersed in an aqueous solution of a manganese salt, and a treatment for covering the entire surface with a manganese phosphate compound is performed to prevent corrosion. These treatments are called chemical treatments in the magnesium industry.

要するに、マグネシウム合金に行う化成処理とは、金属塩を含む水溶液に、マグネシウム合金を浸漬して、その表面を金属酸化物及び/又は金属リン酸化物の薄層で覆う処理を言う。最近では、6価のクロム化合物を使用するクロメート型の化成処理は、そのクロム化合物が環境汚染等の問題で難点があり、この化成処理は行われていない。ノンクロメート処理と言われるクロム以外の金属塩を使用した化成処理、実際は前記したリン酸マンガン系の化成処理、又は珪素系の化成処理が行われる。本発明ではそれらと異なり、弱酸性とした過マンガン酸カリの水溶液を、化成処理用水溶液として使用するのが特に好ましい。この場合、表面を覆う皮膜(化成皮膜という。)は、二酸化マンガンとなる。   In short, the chemical conversion treatment performed on the magnesium alloy is a treatment in which the magnesium alloy is immersed in an aqueous solution containing a metal salt and the surface thereof is covered with a thin layer of metal oxide and / or metal phosphate. Recently, the chromate-type chemical conversion treatment using a hexavalent chromium compound has been difficult due to problems such as environmental contamination of the chromium compound, and this chemical conversion treatment has not been performed. A chemical conversion treatment using a metal salt other than chromium, referred to as a non-chromate treatment, in fact, the above-described manganese phosphate chemical conversion treatment or silicon chemical conversion treatment is performed. In the present invention, it is particularly preferable to use a weakly acidic potassium permanganate aqueous solution as the chemical conversion treatment aqueous solution. In this case, a coating covering the surface (referred to as a chemical conversion coating) is manganese dioxide.

具体的な本処理法としては、前処理を終えたマグネシウム合金部品を非常に希薄な酸性水溶液に短時間浸漬した後に、これを水洗処理により、前処理で洗浄し切れず残存しているナトリウムイオンを中和して除き、次に化成処理用水溶液に浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。希薄な酸性水溶液として、クエン酸、マロン酸等の0.1〜0.3%の水溶液が好ましく、この水溶液の常温付近で1分間程度浸漬するのが好ましい。化成処理用水溶液としては、過マンガン酸カリを1.5〜3%、酢酸を1%前後、酢酸ナトリウムを0.5%前後含む水溶液を、温度40〜50℃で使用するのが好ましく、浸漬時間は1分間程度が好ましい。これらの浸漬処理により、マグネシウム合金は、二酸化マンガンの化成皮膜で覆われたものとなり、その表面形状は、ミクロンオーダーの大きな粗度があり、且つ電子顕微鏡で観察するとナノオーダーの超微細凹凸のあるものとなる。   Specifically, this treatment method involves immersing the pre-treated magnesium alloy part in a very dilute acidic aqueous solution for a short time, and then washing it with water, so that the remaining sodium ions remain unwashed in the pre-treatment. It is preferable to neutralize and remove, and then immerse it in an aqueous solution for chemical conversion treatment and then wash it with water. As the dilute acidic aqueous solution, a 0.1 to 0.3% aqueous solution such as citric acid or malonic acid is preferable, and it is preferable to immerse the aqueous solution in the vicinity of room temperature for about 1 minute. As an aqueous solution for chemical conversion treatment, an aqueous solution containing potassium permanganate 1.5 to 3%, acetic acid about 1% and sodium acetate about 0.5% is preferably used at a temperature of 40 to 50 ° C. The time is preferably about 1 minute. By these immersion treatments, the magnesium alloy is covered with a chemical conversion film of manganese dioxide, and the surface shape has a large roughness on the order of microns, and when observed with an electron microscope, there are nano-order ultra-fine irregularities. It will be a thing.

〔銅合金部品〕
本発明に使用する銅合金は、日本工業規格(JIS3000系)に規定されるC1020、C1100等の純銅系合金、C2600系の黄銅合金、C5600系の銅白系合金、その他のコネクター用の鉄系を含む各種用途に開発された銅合金等、全ての銅合金等が対象である。更に、中間材である板材、条、管、棒、線等の塑性加工製品、その他、又それらを切削加工、温間プレス加工、鍛造加工等の機械加工を加えて形状化した部品等が対象である。
[Copper alloy parts]
The copper alloys used in the present invention are pure copper alloys such as C1020 and C1100, C2600 brass alloys, C5600 copper white alloys, and other iron alloys for connectors specified in Japanese Industrial Standards (JIS 3000 series). All copper alloys, etc., such as copper alloys developed for various uses are included. In addition, plastic products such as intermediate plates, strips, tubes, rods, wires, etc., and other parts that have been shaped by machining such as cutting, warm pressing, forging, etc. It is.

〔銅合金部品の表面処理/前処理/化学エッチング〕
銅合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して機械加工で付着した油剤や指脂を除くのが好ましい。具体的には、市販の銅合金用脱脂材を、薬剤メーカーの指定通りの濃度で水に投入して水溶液を用意し、この水溶液に浸漬した後、これを水洗する方法も使用できるが、市販の銅合金用の脱脂用液の使用よりも、市販の鉄用、ステンレス用、アルミニウム用等の脱脂剤、更には工業用、一般家庭用の中性洗剤を溶解した水溶液を使用する方が好ましい。具体的な脱脂処理は、市販の脱脂剤、中性洗剤等を数%〜5%濃度で水に溶解し、この水溶液の温度を50〜70℃とし、この水溶液に5〜10分間浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。市販されている銅合金用脱脂剤を避ける理由は、銅合金用のものには既に銅分を酸化溶解する成分が含まれており、後で行うエッチング工程と重なって反って処理調節が複雑になるからである。
[Surface treatment / pretreatment / chemical etching of copper alloy parts]
It is preferable that the copper alloy part is first immersed in a degreasing tank to remove oils and finger grease adhered by machining. Specifically, a commercially available degreasing material for copper alloy is poured into water at a concentration specified by the drug manufacturer to prepare an aqueous solution, immersed in this aqueous solution, and then washed with water. Rather than using a degreasing solution for copper alloys, it is preferable to use an aqueous solution in which a commercially available degreasing agent for iron, stainless steel, aluminum and the like, and industrial and general household neutral detergents are dissolved. . A specific degreasing treatment involves dissolving a commercially available degreasing agent, neutral detergent, etc. in water at a concentration of several to 5%, setting the temperature of this aqueous solution to 50 to 70 ° C., and immersing it in this aqueous solution for 5 to 10 minutes. This is preferably washed with water. The reason for avoiding commercially available degreasing agents for copper alloys is that the components for copper alloys already contain a component that oxidizes and dissolves the copper content, and the process adjustment is complicated by overlapping with the etching process to be performed later. Because it becomes.

次に、温度40℃前後に保った数%濃度の苛性ソーダ水溶液に短時間浸漬した後に、こを水洗し、予備塩基洗浄するのが好ましい。次に、室温程度、又は温度25℃程度に保った過酸化水素と硫酸を含む水溶液に、銅合金部品を浸漬した後、これを水洗して化学エッチングとする処理方法が好ましい。温度20℃ないし常温(15℃から25℃)付近の、硫酸、過酸化水素を共に数%含む水溶液が好ましい。浸漬時間は合金種によって異なるが数分〜20分である。これらの工程で殆どの銅合金で、前記したようなミクロンオーダーの粗度、即ち、0.2〜20μmの周期的な凹凸を有し、且つその凹凸の最大高低さが0.2〜10μm程度、又、走査型プローブ顕微鏡で解析して、日本工業規格(JIS)の「JIS B 0601:2001(ISO 4287)」でいう粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜10μmである、粗度面を有する銅合金になる。   Next, after immersing in a several percent concentration aqueous caustic soda solution kept at a temperature of around 40 ° C. for a short time, it is preferably washed with water and pre-base washed. Next, a treatment method in which the copper alloy part is immersed in an aqueous solution containing hydrogen peroxide and sulfuric acid kept at about room temperature or about 25 ° C. and then washed with water to perform chemical etching is preferable. An aqueous solution containing several percent of both sulfuric acid and hydrogen peroxide at a temperature of 20 ° C. to normal temperature (15 ° C. to 25 ° C.) is preferable. Although the immersion time varies depending on the alloy type, it is several minutes to 20 minutes. Most copper alloys in these processes have a roughness on the order of microns as described above, that is, periodic irregularities of 0.2 to 20 μm, and the maximum height of the irregularities is about 0.2 to 10 μm. In addition, when analyzed with a scanning probe microscope, the average length (RSm) of the roughness curve referred to as “JIS B 0601: 2001 (ISO 4287)” of Japanese Industrial Standard (JIS) is 0.8 to 10 μm, the maximum A copper alloy having a roughness surface with a height roughness (Rz) of 0.2 to 10 μm is obtained.

しかしながら、特に純銅系の銅合金部品を化学エッチングした場合、凹凸周期が一般に大きくて粗面は、凹凸周期が10μmを超える場合がある。この理由は、金属結晶が大きくて結晶粒界から始まるエッチングが、大雑把な凹部を作ってしまうためと思われる。このような場合の対策の1つとして、前記の化学エッチングを温度50℃程度の高温で行うことである。反応速度が急速に上がり、結晶粒界以外の箇所もエッチングされて、目的とするミクロンオーダー粗度が得られる。   However, especially when pure copper-based copper alloy parts are chemically etched, the uneven period is generally large, and the rough surface may have an uneven period exceeding 10 μm. The reason for this seems to be that the metal crystal is large and etching starting from the crystal grain boundary creates rough recesses. One countermeasure in such a case is to perform the chemical etching at a high temperature of about 50 ° C. The reaction rate is rapidly increased, and portions other than the crystal grain boundaries are etched to obtain the desired micron-order roughness.

しかし、この化学エッチング方法は、反応が激しくて液への銅合金の投入量が多いと発熱が激しくて温度制御が難しくなること、銅分がエッチング液に溶け出して、化学エッチング液中に銅イオンが増え出すと、この銅イオンが触媒になるのか明確ではないが、銅合金部品である浸漬物を取り除いても、過酸化水素の分解が進むという危険性がある。それ故に、純銅系の銅合金部品については、他の方法を後述する。なお、純銅系以外の銅合金部品では、金属結晶粒径が小さく、エッチング液を温度25℃前後に保つことで安全に処理できる。このことから、高温になる夏場のことや、浸漬物の量が多くなることを考えると、化学エッチング槽には、温度を安定的に保つため冷却ラインを設置しておくと安全である。   However, in this chemical etching method, if the reaction is intense and a large amount of copper alloy is added to the liquid, heat generation becomes intense and temperature control becomes difficult, and the copper content dissolves into the etching liquid. When ions increase, it is not clear whether this copper ion will be a catalyst, but there is a risk that decomposition of hydrogen peroxide proceeds even if the immersion material, which is a copper alloy part, is removed. Therefore, other methods for pure copper-based copper alloy parts will be described later. In addition, in copper alloy parts other than pure copper type | system | group, a metal crystal grain diameter is small and it can process safely by keeping etching liquid temperature around 25 degreeC. For this reason, considering the summertime when the temperature is high and the amount of immersion material increases, it is safe to install a cooling line in the chemical etching tank in order to keep the temperature stable.

〔銅合金部品の表面処理/表面硬化処理〕
前処理を終えた銅合金部品を酸化する。電子部品業界では、黒化処理と呼ばれている方法がある。本発明で実施する酸化は、その目的と酸化程度が異なるものの工程そのものは同じである。化学的に言えば、銅合金の表面層を強塩基性下で酸化剤によって酸化する。銅原子を酸化剤でイオン化した場合に周りが強塩基性であると、水溶液に溶解せず黒色の酸化第2銅になる。銅合金製部品を、ヒートシンク、発熱材部品等として使用する場合、輻射熱の放熱、吸熱の効率を上げるために表面を黒色化する処理がされるが、この処理を銅を使用する電子部品業界では黒化処理という。
[Surface treatment / surface hardening treatment for copper alloy parts]
The pre-treated copper alloy part is oxidized. In the electronic component industry, there is a method called blackening treatment. Although the oxidation performed in the present invention is different in its purpose and degree of oxidation, the process itself is the same. Chemically speaking, the surface layer of the copper alloy is oxidized with an oxidizing agent under strong basicity. If copper atoms are ionized with an oxidizing agent and the surroundings are strongly basic, they will not be dissolved in the aqueous solution and will become black cupric oxide. When copper alloy parts are used as heat sinks, heat generating material parts, etc., the surface is blackened to increase the efficiency of heat dissipation and heat absorption, but this process is used in the electronic parts industry that uses copper. This is called blackening treatment.

本発明の銅合金部品の表面処理でも、この黒化処理法が利用できる。但し、前述したように、本発明の黒化処理法の目的は、ある粗度を有した銅合金部品に、硬質で、且つナノオーダーの超微細凹凸を有した表面を形成することにあるので、放熱、吸熱等のために黒色化することが目的ではない。しかしながら、特殊なものは必要ではなく、市販されている黒化剤を、その市販メーカーの指示する濃度、温度で使用できるが、その場合に必要とされる浸漬時間は、所謂、前述した黒化処理より短時間である。実際には、得られた銅合金部品を電子顕微鏡によりその表面を観察して、浸漬時間を調整することになる。本発明者等は、亜塩素酸ナトリウムを5%前後、苛性ソーダを10%前後含む水溶液を、温度60〜70℃として使用するのを好ましいとした。その場合の浸漬時間は、0.5〜1分間程度が好ましい。これらの操作により、銅合金は酸化第2銅の薄層で覆われたものとなる。   This blackening treatment method can also be used for the surface treatment of the copper alloy component of the present invention. However, as described above, the purpose of the blackening treatment method of the present invention is to form a hard and nano-sized surface with ultra-fine irregularities on a copper alloy part having a certain roughness. It is not intended to blacken for heat dissipation, heat absorption, and the like. However, a special one is not necessary, and a commercially available blackening agent can be used at a concentration and temperature specified by the commercial manufacturer. The soaking time required in this case is the so-called blackening described above. It takes less time than processing. Actually, the surface of the obtained copper alloy part is observed with an electron microscope, and the immersion time is adjusted. The present inventors preferred to use an aqueous solution containing about 5% sodium chlorite and about 10% caustic soda at a temperature of 60 to 70 ° C. In this case, the immersion time is preferably about 0.5 to 1 minute. By these operations, the copper alloy is covered with a thin layer of cupric oxide.

純銅系の場合、その微細表面形状は、電子顕微鏡観察で言うと、直径、又は長径と短径の平均値が20〜150nmの孔開口部が100〜300nmの非定期な間隔で、全表面に存在する超微細凹凸形状となっている。要するに、この表面硬化処理を行うと、微細凹凸形成と表面硬化の双方が同時に得られる。又、前記の処理液への浸漬時間を2〜3分間のように長くすると、表面硬化処理が長くなり、返って接合力を弱くし、好ましくない。一方、純銅系でない銅合金では、直径又は長径短径の平均値が10〜200nmの凸部が混ざり合って、全表面に存在する超微細凹凸形状は、直径10〜150nmの粒径物又は不定多角形状物等が連なり一部融け合って積み重なった形状の超微細凹凸でほぼ全面が覆われた形状になる。   In the case of a pure copper system, the fine surface shape, when observed with an electron microscope, is a diameter or an average value of a major axis and a minor axis of 20 to 150 nm, and pore openings having an irregular interval of 100 to 300 nm on the entire surface. It has an ultra-fine uneven shape. In short, when this surface hardening treatment is performed, both formation of fine irregularities and surface hardening can be obtained simultaneously. Further, if the immersion time in the treatment liquid is increased to 2 to 3 minutes, the surface hardening treatment becomes longer, and the joining force is weakened. On the other hand, in a copper alloy that is not pure copper-based, convex portions having an average value of 10 to 200 nm in diameter or major axis and minor axis are mixed, and the ultra fine irregular shape existing on the entire surface is a particle having a diameter of 10 to 150 nm or indefinite. It becomes a shape in which almost the entire surface is covered with ultra-fine irregularities of a shape in which polygonal objects and the like are joined together and partially stacked.

〔銅合金部品の表面処理/繰り返し処理〕
前記した純銅系銅合金のエッチングでは、金属結晶粒界から銅の侵蝕が起こるのが確実な模様であり、前記したように結晶粒径の特に大きいもの、即ち、無酸素銅(C1020)、タフピッチ銅(C1100)では、前記化学エッチングと表面硬化処理をしただけでは、安定して強い接合力を発揮することができない。要するに、ミクロンオーダーの粗度が予期したように出来難いので、このような場合の処置法を次のように行った。
[Surface treatment / repeated treatment of copper alloy parts]
In the etching of the pure copper-based copper alloy described above, it is a sure pattern that copper erosion occurs from the metal crystal grain boundary, and as described above, those having a particularly large crystal grain size, that is, oxygen-free copper (C1020), tough pitch, etc. With copper (C1100), it is not possible to stably exert a strong bonding force only by performing the chemical etching and surface hardening treatment. In short, since the roughness on the order of microns is difficult to achieve as expected, the treatment method in such a case was performed as follows.

一旦、表面硬化処理(黒化)を終えた後のものを、再度エッチング液に短時間浸漬して再エッチングし、その後に再度の黒化をする方法である。結果的に、この処理方法で得られるミクロンオーダーの粗度周期は、10μm程度かそれ以下に近づけられてほぼ予期したものとなり、且つ、微細凹凸の様子は電子顕微鏡観察によると、繰り返し処理をしない場合と変らないものとなった。   In this method, once the surface hardening treatment (blackening) is finished, the surface is again immersed in an etching solution for a short time and reetched, and then blackened again. As a result, the micron-order roughness cycle obtained by this processing method is almost expected to be close to 10 μm or less, and the appearance of fine irregularities is not repeatedly processed according to observation with an electron microscope. It became the same as the case.

〔チタン合金部品〕
本発明に使用するチタン合金は、日本工業規格(JIS)で規定される純チタン系合金、α型チタン合金、β型チタン合金、α−β型チタン合金等、全てのチタン合金が対象である。チタン合金部品としては、機械材料の中間材である板材、管材、角材等の中間素材、及びこれらを冷間プレス、温間プレス加工、鍛造加工、切削加工、研削加工等の方法による機械加工を加えて形状化して得られた形状部品、筐体等に使用できる。
[Titanium alloy parts]
Titanium alloys used in the present invention are all titanium alloys such as pure titanium alloys, α-type titanium alloys, β-type titanium alloys, α-β-type titanium alloys and the like specified by Japanese Industrial Standards (JIS). . Titanium alloy parts include intermediate materials such as plate materials, pipe materials, and square materials, which are intermediate materials of mechanical materials, and these are machined by methods such as cold pressing, warm pressing, forging, cutting and grinding. In addition, it can be used for shaped parts, cases and the like obtained by shaping.

〔チタン合金部品の表面処理〕
チタン合金部品は、まず脱脂槽に浸漬して、機械加工で付着した油剤、指脂等を除くのが好ましい。具体的には、特別なものではなく市販されている鉄用脱脂剤、ステンレス用脱脂剤、アルミニウム合金用脱脂材、マグネシウム合金用脱脂剤等を、その薬剤メーカーの指定通りの濃度で湯に投入した温水溶液を用意し、これに浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。更には、市販されている工業用中性洗剤で、数%濃度の水溶液を作成し、これを温度60℃前後にして浸漬した後、これを水洗するのも好ましい。次に、塩基性水溶液に浸漬して水洗し、予備塩基洗浄することが好ましい。
[Surface treatment of titanium alloy parts]
It is preferable that the titanium alloy part is first immersed in a degreasing tank to remove oils, finger grease and the like adhered by machining. Specifically, commercially available iron degreasing agents, stainless steel degreasing agents, aluminum alloy degreasing agents, magnesium alloy degreasing agents, etc., are poured into hot water at concentrations specified by the drug manufacturer. It is preferable to prepare the warm aqueous solution and immerse it in this, and then wash it with water. Furthermore, it is also preferable to prepare an aqueous solution with a concentration of several percent with a commercially available industrial neutral detergent, soak it at a temperature of around 60 ° C., and then wash it with water. Next, it is preferable to immerse in a basic aqueous solution and wash with water, followed by preliminary base cleaning.

次に、還元性の酸の水溶液に浸漬して、化学エッチングするのが好ましい。具体的には、蓚酸、硫酸、弗化水素酸等が、チタン合金を全面腐食させ得る還元性酸として使用できる。このうちエッチング速度が速いのは弗化水素酸であるが、弗化水素酸は万が一にも肌に触れると骨に至り、奥深い痛みが数日続くことがある。このような問題点から、この酸は使用しない方が好ましい。好ましいのは、安全な扱いができる弗化水素酸の半中和物の1水素2弗化アンモニウムである。1水素2弗化アンモニウムの1%前後の水溶液を、温度50〜65℃として使用し数分間浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。更には、1%前後の1水素2弗化アンモニウムと数%〜十数%の硫酸を含む水溶液を、温度40〜65℃として使用し、これに数分間浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。   Next, it is preferable to perform chemical etching by dipping in an aqueous solution of a reducing acid. Specifically, oxalic acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid or the like can be used as a reducing acid capable of corroding the titanium alloy entirely. Of these, hydrofluoric acid has the highest etching rate. However, hydrofluoric acid may lead to bone when touched, and deep pain may continue for several days. From such problems, it is preferable not to use this acid. Preference is given to ammonium hydrofluoride, a half-neutralized hydrofluoric acid which can be handled safely. It is preferable to use an aqueous solution of about 1% ammonium difluoride at a temperature of 50 to 65 ° C. and immerse it for several minutes, and then wash it with water. Further, an aqueous solution containing about 1% ammonium difluoride and several percent to tens of percent sulfuric acid is used at a temperature of 40 to 65 ° C., immersed in this for several minutes, and then washed with water. preferable.

1水素2弗化アンモニウム水溶液による化学エッチングは、ミクロンオーダーの粗度を得るために行ったが、電子顕微鏡観察、最新分析機器等による観察では、化学エッチング後の水洗と乾燥により、チタン合金表面は、独特な形状の微細凹凸形状となり、且つ、全表面は酸化チタン薄層で覆われたものとなることが分かった。要するに、特段の微細エッチング工程、表面酸化工程等を不要とすることができる。次に、1水素2弗化アンモニウム水溶液でエッチングし、水洗し、乾燥した純チタン系のチタン合金「KS40(株式会社神戸製鋼所(日本国、兵庫県)製)」の分析例を示す。   Chemical etching with 1 hydrogen difluoride ammonium fluoride solution was performed to obtain micron-order roughness. However, in the observation with an electron microscope and the latest analytical equipment, the surface of the titanium alloy was washed and dried after chemical etching. It turned out that it became the micro uneven | corrugated shape of a unique shape, and the whole surface was covered with the titanium oxide thin layer. In short, special fine etching processes, surface oxidation processes, and the like can be eliminated. Next, an analysis example of a pure titanium-based titanium alloy “KS40 (manufactured by Kobe Steel, Ltd., Hyogo Prefecture, Japan)” that has been etched with an aqueous solution of ammonium difluoride and washed with water and dried will be shown.

走査型プローブ顕微鏡による走査解析結果の例であると、チタン合金表面上で20μm角の正方形面積内を走査して、粗さ曲線の平均長さ(RSm,平均凹凸周期)が1.5〜3μm、最大高さ粗さ(Rz)は0.5〜1.5μm程度のものが得られた。ここでは、高さ及び幅が10〜300nm、長さが10nm以上の山状又は連山状凸部が10〜350nmの周期で、全面に存在する非常にユニークで独特な超微細凹凸形状が示された。又、XPS分析によると、大きな酸素、チタンのピークが得られ、表面の化合物は明らかに酸化チタンであることが分かった。ただ、表面色調は暗褐色であり、チタン(3価)酸化物か、又はチタン(3価)とチタン(4価)の混合酸化物の薄膜と判断された。   In the example of the scanning analysis result by the scanning probe microscope, the average length of the roughness curve (RSm, average uneven period) is 1.5 to 3 μm by scanning a 20 μm square area on the titanium alloy surface. A maximum height roughness (Rz) of about 0.5 to 1.5 μm was obtained. Here, a very unique and unique ultra-fine concavo-convex shape present on the entire surface with a period of 10 to 350 nm in height and width of 10 to 300 nm and a length of 10 nm or more is shown. It was. According to XPS analysis, large oxygen and titanium peaks were obtained, and the surface compound was clearly titanium oxide. However, the surface color tone was dark brown and was judged to be a titanium (trivalent) oxide or a mixed oxide thin film of titanium (trivalent) and titanium (tetravalent).

即ち、エッチング前は、金属色であり表面はチタンの自然酸化層であるが、1水素2弗化アンモニウム水溶液でエッチングした後は、自然酸化層でない暗色の酸化チタン層に変化した。この酸化チタン層をアルゴンイオンビームで十〜数十nmエッチングし、エッチング後の面をXPS分析することで、チタン酸化物層の厚さを確認した。この厚さは、明らかに自然酸化層の厚さより厚く、1水素2弗化アンモニウム水溶液による純チタン系のチタン合金エッチング品では50nm以上とみられた。   That is, before etching, it was a metal color and the surface was a natural oxidation layer of titanium, but after etching with an aqueous solution of 1 hydrogen difluoride ammonium, it changed to a dark titanium oxide layer that was not a natural oxidation layer. This titanium oxide layer was etched by 10 to several tens of nm with an argon ion beam, and the thickness of the titanium oxide layer was confirmed by XPS analysis of the etched surface. This thickness was clearly greater than the thickness of the natural oxide layer, and it was found to be 50 nm or more in a pure titanium-based titanium alloy etched product with an aqueous solution of 1 hydrogen difluoride ammonium fluoride.

しかも、形成された酸化チタン層の表面から内部に向かって、チタンイオンの価数が減少しており、その表面の4価、又は3価と4価の混合状態から内部に向かって2価が増え、更に2価が減って0価の金属に至ることが判明した。形成されている酸化膜は、単純なチタン酸化物層でなく、チタン価数が表面から連続的に減ってゼロ価に達する連続変化層である。別の表現では、酸素が表面から染み込んだように、表面は濃く内部に向かって薄くなる連続変化層である。このような金属酸化膜では、金属相との間にはっきりした境がないため、酸化膜層と金属基材間の接合力は非常に強力で、その境界での引き剥がし破壊に関しては不安のないことが予期できる。   In addition, the valence of titanium ions decreases from the surface of the formed titanium oxide layer to the inside, and the divalence from the tetravalent state of the surface or a mixed state of trivalent and tetravalent to the inside is reduced. It was found that the divalent value further increased, leading to a zero-valent metal. The formed oxide film is not a simple titanium oxide layer but a continuously changing layer in which the titanium valence continuously decreases from the surface and reaches zero. In other words, the surface is a continuously changing layer that becomes thicker and thinner towards the interior, as oxygen penetrates from the surface. In such a metal oxide film, since there is no clear boundary between the metal phase, the bonding force between the oxide film layer and the metal substrate is very strong, and there is no concern about peeling and breaking at the boundary. I can expect that.

純チタン系チタン合金以外の、チタン合金の具体的な処理法は前記と同様であるが、還元性の強酸水溶液によるエッチング時に生じる発生期の水素ガスによって、少量添加物として含まれている他金属が還元されて不溶物、いわゆるスマット、を生じることがある。スマットの多くは、その後に数%濃度の硝酸水溶液に浸漬することで、溶解除去することができる。但し、珪素スマットは、硝酸水溶液に溶解せず遊離するだけなので、超音波をかけた水中で剥がすのが好ましい。   Other than the pure titanium-based titanium alloy, the specific treatment method of the titanium alloy is the same as described above, but other metals contained as a small amount of additive by the nascent hydrogen gas generated during etching with a reducing strong acid aqueous solution. May be reduced to produce insoluble matter, so-called smut. Most of the smut can be dissolved and removed by immersing in a nitric acid aqueous solution having a concentration of several percent. However, since the silicon smut is not dissolved in the aqueous nitric acid solution and is only released, it is preferably peeled off in ultrasonic water.

電子顕微鏡写真によると、ここにはチタン合金らしい微細凹凸がない綺麗な山か丘の斜面状部分も観察されるが、枯葉のような形状の独特の形状が観察された。これら表面の全体像は、前述したNAT仮説で主張する条件(2)の10nm以上の凹凸周期の微細凹凸面、好ましくは50nm周期の凹凸面、というイメージではなく、もっと周期は大きい。ただし、この微細凹凸面自体は、滑らかである。しかしながら、表面円滑なドーム状部は別として、枯葉形状部は薄くて湾曲しており、所定の硬度があれば本発明者等が意図とするスパイク形状そのものとなる。   According to an electron micrograph, a beautiful slope of a mountain or hill without fine irregularities like a titanium alloy is observed here, but a unique shape like a dead leaf was observed. The overall image of these surfaces is not the image of the fine irregular surface having an irregularity period of 10 nm or more, preferably the irregular surface having a period of 50 nm, which is the condition (2) claimed in the NAT hypothesis described above. However, the fine uneven surface itself is smooth. However, apart from the dome-shaped portion having a smooth surface, the dead leaf-shaped portion is thin and curved, and if it has a predetermined hardness, it becomes the spike shape itself intended by the present inventors.

前述したNAT仮説で、本発明者が主張している条件(2)とはやや異なるが、条件(2)が求めている役割に合致する形状であると言える。ただ、このスパイク形状は大きくて、NATで求めている条件(1)のミクロンオーダーの粗度にも関係してくるので、敢えて粗度についても明確に規定しておいた方が判りやすい。即ち、走査型プローブ顕微鏡で見て、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が1〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が1〜5μmである粗度があるものが好ましい。   In the NAT hypothesis described above, although it is slightly different from the condition (2) claimed by the present inventor, it can be said that the shape matches the role required by the condition (2). However, this spike shape is large and relates to the micron-order roughness of the condition (1) required by NAT, so it is easier to understand if the roughness is clearly defined. That is, as viewed with a scanning probe microscope, it is preferable that the roughness curve has an average length (RSm) of 1 to 10 [mu] m and a maximum height roughness (Rz) of 1 to 5 [mu] m.

又、NAT条件(2)からやや外れて微細凹凸周期が大きいので、10万倍の電子顕微鏡写真では表面の全体像を掴むことができない。全体像の表面観察は、1万倍以下の倍率写真を撮って観察した。即ち、1万倍電子顕微鏡写真でみると、少なくとも10〜20μm角以上の面積を見ることである。それによれば、円滑なドーム状形状と、湾曲した枯葉状形状の双方が観察できる。更に、チタンとアルミニウムを含むチタン合金については、化学エッチングにより形成され、走査型プローブ顕微鏡でみて、粗さ曲線の平均長さ(RSm)が0.8〜10μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.2〜5μmである粗度を有する表面であり、且つこの表面は、1万倍電子顕微鏡でみて、10μm角の面積内に円滑なドーム状形状と、枯葉状の複雑な形状の双方が観察される微細凹凸形状であり、且つ表面が主としてチタンとアルミニウムを含む金属酸化物薄層であるα―β型チタン合金製の金属形状物が好ましい。   Further, since the fine irregularity period is slightly out of the NAT condition (2), the whole surface image cannot be grasped with an electron micrograph of 100,000 times. The entire surface was observed by taking a magnification photograph of 10,000 times or less. That is, it is to see an area of at least 10 to 20 μm square when viewed with a 10,000 times electron micrograph. According to this, both a smooth dome shape and a curved dead leaf shape can be observed. Further, a titanium alloy containing titanium and aluminum is formed by chemical etching, and when viewed with a scanning probe microscope, the average length (RSm) of the roughness curve is 0.8 to 10 μm, and the maximum height roughness (Rz). Is a surface having a roughness of 0.2 to 5 μm, and this surface has both a smooth dome-like shape within a 10 μm square area and a complex shape of a dead leaf shape as viewed with a 10,000 × electron microscope. A metal shape made of an α-β type titanium alloy having a fine irregular shape in which the surface is observed and a surface of which is a metal oxide thin layer mainly containing titanium and aluminum is preferable.

〔ステンレス合金部品〕
本発明でいうステンレス鋼とは、鉄にクロム(Cr)を加えたCr系ステンレス鋼、又はニッケル(Ni)をクロム(Cr)と組合せて添加した鋼であるCr−Ni系ステンレス鋼、その他のステンレス鋼と呼称される公知の耐食性鉄合金が対象である。日本工業規格(JIS)等で規格化されているSUS405、SUS429、SUS403等のCr系ステンレス鋼、SUS301、SUS304、SUS305、SUS316等のCr−Ni系ステンレス鋼である。
[Stainless steel alloy parts]
The stainless steel in the present invention is a Cr-based stainless steel obtained by adding chromium (Cr) to iron, or a Cr-Ni-based stainless steel added by combining nickel (Ni) with chromium (Cr). A known corrosion-resistant iron alloy called stainless steel is the object. Cr-based stainless steels such as SUS405, SUS429, and SUS403, and Cr—Ni-based stainless steels such as SUS301, SUS304, SUS305, and SUS316 that are standardized by Japanese Industrial Standards (JIS) and the like.

〔ステンレス鋼の化学エッチング〕
各種ステンレス鋼は、耐食性を向上すべく開発されたものであるから耐薬品性は明確に記録されている。ステンレス鋼の腐食には、全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類が知られているが、全面腐食を生じる薬品種を選んで試行錯誤し、適当なエッチング剤を選ぶことができる。文献の記録(例えば「化学工学便覧(化学工学会編集)」)によれば、ステンレス鋼全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、ハロゲン化金属塩等の水溶液で、全面腐食するとの記録がある。多くの薬剤に耐食性あるステンレス鋼の残された弱点は、ハロゲン化物に腐食されることであるが、炭素含有量を減らしたステンレス鋼、モリブデンを添加したステンレス鋼等ではその弱点が小さくなっている。
[Chemical etching of stainless steel]
Since various stainless steels have been developed to improve corrosion resistance, chemical resistance is clearly recorded. There are known types of corrosion of stainless steel, such as general corrosion, pitting corrosion, fatigue corrosion, etc., but it is possible to select an appropriate etching agent by selecting a chemical type that causes general corrosion and trial and error. According to literature records (for example, “Chemical Engineering Handbook (edited by the Chemical Engineering Society)”), stainless steel in general is corroded entirely with aqueous solutions of hydrohalic acid such as hydrochloric acid, sulfurous acid, sulfuric acid, and metal halides. There is a record. The remaining weakness of stainless steel that is corrosion resistant to many chemicals is that it is corroded by halides, but the weakness is reduced in stainless steel with reduced carbon content, stainless steel with molybdenum added, etc. .

しかし、基本的には前述した水溶液で、全面腐食を起こすのでステンレス鋼の種類によってその浸漬条件を変化させればよい。更には、焼き鈍し等で硬度を下げ、構造的に言えば金属結晶粒径を大きくしたものは、結晶粒界が少なくなっており、意図的に全面腐食させるのが困難になる。このような場合は、浸漬条件を変えて腐食が進行するような条件にするだけでは、化学エッチングが意図したレベルまで中々進まず、何らかの添加剤を加えるなど工夫が必要である。何れにせよ、前処理として前記したように1〜10μmの周期単位の凹凸があり、凹凸高低差が周期の半分程度になった粗度面が大部分を占めるようにすることを目的として化学エッチングする。   However, basically, the above-mentioned aqueous solution causes overall corrosion, so the immersion conditions may be changed depending on the type of stainless steel. Furthermore, when the hardness is lowered by annealing or the like, and structurally speaking, the metal crystal grain size is increased, the crystal grain boundary is reduced, and it is difficult to intentionally corrode the entire surface. In such a case, it is necessary to devise such as adding some additive without changing the immersion condition to a level at which the corrosion progresses by simply changing the immersion condition so that the corrosion proceeds. In any case, as described above, as a pretreatment, there is unevenness of 1 to 10 μm in periodic units, and chemical etching is performed for the purpose of occupying most of the roughness surface where the unevenness height difference is about half of the period. To do.

具体的に言えば、まず市販の一般的なステンレス鋼用の脱脂剤、鉄用の脱脂剤、アルミニウム合金用脱脂剤、又は市販の一般向け中性洗剤を入手し、脱脂剤メーカーの説明書に記載された指示通りの水溶液の濃度、又は数%濃度の水溶液にして、温度を40〜70℃として5〜10分間浸漬した後、これを水洗する。これは言わば脱脂工程である。次に数%濃度の苛性ソーダ水溶液に短時間浸漬して水洗し、表面に塩基性イオンを吸着させるのが好ましい。この操作で次の化学エッチングが再現性よく進むからである。これは言わば予備塩基洗浄工程である。   Specifically, first, obtain a commercially available general degreasing agent for stainless steel, a degreasing agent for iron, a degreasing agent for aluminum alloy, or a commercially available neutral detergent, and add it to the manufacturer's instructions. The aqueous solution has a concentration of several percent as indicated, or an aqueous solution having a concentration of several percent, and is immersed for 5 to 10 minutes at a temperature of 40 to 70 ° C., and then washed with water. This is a degreasing process. Next, it is preferable that basic ions are adsorbed on the surface by immersing in a caustic soda aqueous solution of several percent concentration for a short time and washing with water. This is because the next chemical etching proceeds with good reproducibility by this operation. This is a so-called preliminary base washing step.

次に、エッチング工程に入る。SUS304であれば、10%濃度程度の硫酸水溶液を温度60〜70℃として、これに数分間浸漬することが好ましく、これでミクロンオーダーの粗度が得られる。又、SUS316では、10%濃度程度の硫酸水溶液を温度60〜70℃として、この中に5〜10分浸漬するのが好ましい。ハロゲン化水素酸、例えば塩酸水溶液もエッチングに適しているが、この水溶液を高温化すると、酸の一部が揮発し周囲の鉄製構造物を腐食する恐れがあるほか、局所的に排気しても排気ガスに何らかの処理が必要になる。その意味で、硫酸水溶液の使用がコスト面で好ましい。ただし、ステンレス鋼材によっては、硫酸単独の水溶液では全面腐食の進行が遅すぎる場合がある。このような場合、硫酸水溶液にハロゲン化水素酸、又はその誘導体等を添加して、化学エッチングすることは効果的である。   Next, the etching process is started. In the case of SUS304, it is preferable to immerse a sulfuric acid aqueous solution of about 10% concentration at a temperature of 60 to 70 ° C. for several minutes, thereby obtaining a micron-order roughness. Moreover, in SUS316, it is preferable to immerse a sulfuric acid aqueous solution of about 10% concentration at a temperature of 60 to 70 ° C. for 5 to 10 minutes. Hydrohalic acid, such as aqueous hydrochloric acid, is also suitable for etching, but if this aqueous solution is heated to high temperatures, part of the acid may volatilize and corrode surrounding iron structures. Some treatment is required for the exhaust gas. In that sense, the use of an aqueous sulfuric acid solution is preferable in terms of cost. However, depending on the stainless steel material, the progress of overall corrosion may be too slow with an aqueous solution of sulfuric acid alone. In such a case, it is effective to perform chemical etching by adding hydrohalic acid or a derivative thereof to a sulfuric acid aqueous solution.

〔ステンレス鋼の表面硬化処理〕
前記の化学エッチングの後に、十分水洗することでその表面は自然酸化し、腐食に耐える表層に再度戻るために、特に別途の硬化処理を行う必要がない。しかし、表面の金属酸化物層を厚くしっかりとしたものにするべく、酸化性の酸、例えば硝酸等の酸化剤、即ち、硝酸、過酸化水素、過マンガン酸カリ、塩素酸ナトリウム等の水溶液に浸漬し、水洗するのが好ましい。エポキシ系接着剤の接合試験にかけて接合力の高いものを選び、その上で同じものを電子顕微鏡観察し微細凹凸が存在すること、その形状を確認するのが好ましい。
[Surface hardening of stainless steel]
After the chemical etching, the surface is naturally oxidized by sufficiently washing with water and returns to the surface layer that is resistant to corrosion. Therefore, it is not necessary to perform a separate curing process. However, in order to make the metal oxide layer on the surface thick and firm, an oxidizing acid such as nitric acid such as nitric acid, that is, an aqueous solution of nitric acid, hydrogen peroxide, potassium permanganate, sodium chlorate, etc. It is preferable to immerse and wash with water. It is preferable to select an adhesive having a high bonding strength through an epoxy adhesive bonding test, and then observe the same with an electron microscope to confirm the presence of fine irregularities and its shape.

勿論、先に電子顕微鏡観察をしてから接合試験にかけてもよい。何れにせよ、数十nm〜百nm周期の微細凹凸、特に好ましいのは、50nm程度の周期の微細凹凸形状がしっかり形成された微細構造表面を有するステンレス鋼では、高い接合力を有する。実際に、SUS304ステンレス鋼を硫酸水溶液で化学エッチングした例を示す。適切な化学エッチングにより、前記したような粗度面が得られ、これは粗度計(表面粗さ計)、走査型プローブ顕微鏡等での観察で確認できるが、更に化学エッチングされた表面を電子顕微鏡観察すると、非常に独特な超微細凹凸形状を有した面で覆われていることが分かる。要するに、ステンレス鋼では、上記のような化学エッチングだけで微細エッチングも同時に為される。   Of course, the bonding test may be performed after first observing with an electron microscope. In any case, fine irregularities with a period of several tens to hundreds of nanometers, particularly preferably stainless steel having a fine structure surface on which fine irregularities with a period of about 50 nm are firmly formed have high bonding strength. An example in which SUS304 stainless steel is actually chemically etched with a sulfuric acid aqueous solution is shown. By the appropriate chemical etching, the roughness surface as described above can be obtained. This can be confirmed by observation with a roughness meter (surface roughness meter), a scanning probe microscope, etc. When observed with a microscope, it can be seen that the surface is covered with a very unique ultra-fine irregular shape. In short, in stainless steel, fine etching is simultaneously performed only by chemical etching as described above.

又、この超微細凹凸形状で覆われたステンレス鋼をXPS分析すると、酸素、鉄の大きなピークと、ニッケル、クロム、炭素、モリブデンの小さなピークが認められた。要するに、表面は通常のステンレス鋼と全く同じ組成金属の酸化物であり、同様の耐食面で覆われているとみられた。又、前記還元性酸水溶液によるエッチングの後、硝酸水溶液、過酸化水素水溶液等に浸漬して、金属酸化物層を強固に形成するべく追加処理も行ったが、電子顕微鏡写真での外観の観察、接着剤による接合力の試験でも、この処理の付加によっても明確な差異は認められなかった。   Further, when XPS analysis was performed on the stainless steel covered with the ultra-fine irregularities, large peaks of oxygen and iron and small peaks of nickel, chromium, carbon and molybdenum were recognized. In short, the surface was an oxide of the same composition metal as that of ordinary stainless steel, and it was considered that the surface was covered with the same corrosion-resistant surface. In addition, after etching with the reducing acid aqueous solution, additional treatment was performed to immerse in a nitric acid aqueous solution, hydrogen peroxide aqueous solution, etc. to form a metal oxide layer firmly, but the appearance was observed with an electron micrograph. Even in the test of the bonding strength with an adhesive, no clear difference was observed even with the addition of this treatment.

〔一般鋼材部品〕
本発明でいう一般鋼材とは、冷間圧延鋼材(以下、「SPCC」という。)、熱間圧延鋼材(以下、「SPHC」という。)、自動車構造用熱間圧延鋼板材(以下、「SAPH」という。)、自動車加工用熱間圧延高張力鋼板材(以下、「SPFH」という。)等、大量に機械部品用に使用されている鋼材が含まれる。これらの多くは、プレス加工用鋼板でもある。又、切削加工、研削加工等の狭義の機械加工用の構造用部材として、使用される一般構造用鋼材も含まれる。日本工業規格(JIS)の「SS400」などがこれに当たる。その他の鋳造用鉄材、一般用軟鉄材等も使用できる。
[General steel parts]
The general steel materials referred to in the present invention are cold rolled steel materials (hereinafter referred to as “SPCC”), hot rolled steel materials (hereinafter referred to as “SPHC”), hot rolled steel plates for automobile structures (hereinafter referred to as “SAPH”). ”), Hot-rolled high-tensile steel plate material for automobile processing (hereinafter referred to as“ SPFH ”) and the like, which are used in large quantities for machine parts. Many of these are also steel plates for press working. Further, general structural steel materials used as structural members for machining in the narrow sense such as cutting and grinding are also included. The Japanese Industrial Standard (JIS) “SS400” is one example. Other casting iron materials, general-purpose soft iron materials, and the like can also be used.

〔鉄鋼材の化学エッチング〕
腐食には全面腐食、孔食、疲労腐食等の種類があるが、全面腐食を生じさせる薬品種を選んで腐食の試行錯誤を行い、適当な化学エッチング剤を選ぶことができる。文献の記録(例えば「化学工学便覧(化学工学会編集)」)によれば、鉄材、鋼材の全般は、塩酸等ハロゲン化水素酸、亜硫酸、硫酸、及びこれらの塩等の水溶液で、全面腐食するとの記録がある。炭素、クロム、バナジウム、モリブデン、その他の少量添加物の添加量次第で、その腐食速度や腐食形態は変化するが、基本的には前述した水溶液で全面腐食を起こさせることができる。従って、鋼材の種類によってその浸漬条件を変化させればよい。
[Chemical etching of steel materials]
There are various types of corrosion, such as general corrosion, pitting corrosion, fatigue corrosion, etc., but it is possible to select an appropriate chemical etching agent through trial and error of corrosion by selecting a chemical type that causes general corrosion. According to records in the literature (for example, “Chemical Engineering Handbook (edited by the Chemical Engineering Society)”), iron and steel materials are generally corroded with aqueous solutions of hydrohalic acid such as hydrochloric acid, sulfurous acid, sulfuric acid, and their salts. There is a record. Depending on the amount of addition of carbon, chromium, vanadium, molybdenum, and other minor additives, the corrosion rate and the form of corrosion change, but basically, the above-mentioned aqueous solution can cause overall corrosion. Therefore, what is necessary is just to change the immersion conditions with the kind of steel materials.

具体的に言えば、前述のSPCC、SPHC、SAPH、SPFH、SS等は、その各々について、市販されている鉄鋼材用の脱脂剤、ステンレス鋼用の脱脂剤、アルミニウム合金用脱脂剤、更には、市販の一般向け中性洗剤を入手し、脱脂剤メーカーの説明書に記載された指示通りの水溶液の濃度、又は数%濃度の水溶液にして、これを温度を40〜70℃として、この水溶液に5〜10分浸漬した後、これを水洗する(脱脂工程)。次に、次の化学エッチングの再現性よくするために、希薄な苛性ソーダ水溶液に短時間浸漬した後、これを水洗するのが好ましい。この工程は言わば予備塩基洗浄工程である。   Specifically, the above-mentioned SPCC, SPHC, SAPH, SPFH, SS, etc., for each of them, are commercially available degreasing agents for steel materials, degreasing agents for stainless steel, degreasing agents for aluminum alloys, , Obtain a commercially available neutral detergent, change the concentration of the aqueous solution as indicated in the instructions of the degreasing agent manufacturer, or an aqueous solution with a concentration of several percent, and set the temperature to 40 to 70 ° C. After being immersed in 5-10 minutes, this is washed with water (degreasing process). Next, in order to improve the reproducibility of the next chemical etching, it is preferable to immerse it in a dilute caustic soda aqueous solution for a short time and then wash it with water. This step is a preliminary base washing step.

次に、SPCCであれば、10%濃度程度の硫酸水溶液を温度50℃として、これに数分間浸漬してエッチングするのが好ましい。これは、ミクロンオーダーの粗度を得るためのエッチング工程である。SPHC、SAPH、SPFH、SSでは、前者より硫酸水溶液の温度を上げて実施するのが好ましい。ハロゲン化水素酸、例えば塩酸水溶液もエッチングに適しているが、この水溶液を使用すると、酸の一部が揮発し、周囲の鉄製構造物を腐食する恐れがあるほか、局所的に排気しても排気ガスに何らかの処理が必要になる。その意味で、硫酸を主体とした水溶液の使用がコスト面で好ましい。   Next, in the case of SPCC, it is preferable to etch by immersing a sulfuric acid aqueous solution of about 10% concentration at a temperature of 50 ° C. for several minutes. This is an etching process for obtaining a micron-order roughness. In SPHC, SAPH, SPFH, and SS, it is preferable to increase the temperature of the sulfuric acid aqueous solution from the former. Hydrohalic acid, such as aqueous hydrochloric acid, is also suitable for etching, but if this aqueous solution is used, part of the acid may volatilize, corrode surrounding iron structures, and even if locally exhausted Some treatment is required for the exhaust gas. In that sense, the use of an aqueous solution mainly composed of sulfuric acid is preferable in terms of cost.

前記エッチングだけで、同時に数十nm〜数百nmの微細凹凸も同時達成される。しかもその表面は、自然酸化層だけだが結構硬く、そのまま接着剤による接合(固着)しても強力な接合力が得られる。しかしながら、この接合はやはり環境に弱い。おそらく、界面端部から酸素と水蒸気が侵入し鋼材の接合表面を変化させる(錆びさせる)ものとみられる。これに対し、前記エッチングを為して水洗した後で、アンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン類の薄い水溶液に数分浸漬した後、これを水洗することが第1の対策である。これら広義のアミン類は、前記鋼材表面に化学吸着して鋼材の酸化反応を抑制し接合物の接合力の維持に役立つことが分かった。   By the etching alone, fine unevenness of several tens nm to several hundreds nm is simultaneously achieved. Moreover, although the surface is only a natural oxide layer, it is quite hard, and a strong bonding force can be obtained even if it is bonded (fixed) with an adhesive as it is. However, this bond is still weak to the environment. Probably, oxygen and water vapor enter from the edge of the interface and change (rust) the joining surface of the steel material. On the other hand, it is a first countermeasure that the etching is followed by washing with water, then immersing in a thin aqueous solution of ammonia, hydrazine, or water-soluble amines for several minutes and then washing with water. It has been found that these broadly defined amines are chemisorbed on the surface of the steel material to suppress the oxidation reaction of the steel material and are useful for maintaining the joining force of the joint.

〔鉄鋼材の表面処理2:化成処理による方法〕
前記の化学エッチングの後で水洗し、引き続いてクロム、マンガン、亜鉛等を含む酸や塩の水溶液に浸漬して水洗すると、鋼材表面がクロム、マンガン等の金属酸化物、又はリン酸亜鉛等の金属リン酸化物で覆われて、耐食性を向上させることができる。これは鉄合金、鋼材の耐食性向上の方法としてよく知られている方法であり、本発明でもこれを利用できる。少なくとも前述したアミン吸着法よりは接合の寿命を長く保てるものと判断できる。
[Surface treatment of steel materials 2: Method by chemical conversion treatment]
Washing with water after the chemical etching, and then immersing in an aqueous solution of acid or salt containing chromium, manganese, zinc, etc. and washing with water, the steel material surface is made of metal oxides such as chromium, manganese, or zinc phosphate. Corrosion resistance can be improved by covering with metal phosphorous oxide. This is a well-known method for improving the corrosion resistance of iron alloys and steel materials, and can be used in the present invention. It can be determined that the bonding life can be kept longer than at least the amine adsorption method described above.

なお、本発明でいう化成処理の真の目的は、完全と言えるような耐食性の確保ではなく、接合性の強化にあるので既存の方法と若干異なることとなる。即ち、接合工程までの期間に少なくとも支障を生じることがなく、接合後は一体化物に対してそれなりの耐食措置を施すことになる。例えば、塗装等をしておいて、接合部分に経時的な支障を生じ難いレベルにすることである。要するに、化成皮膜を厚くした場合には、耐食性の観点からは好ましいが、接合性から好ましくないのである。化成皮膜は必要であるが厚きに過ぎると接合力は反って低下する、というのが本発明者等の見解である。   The true purpose of the chemical conversion treatment referred to in the present invention is not to ensure complete corrosion resistance, but to strengthen the bondability, so it differs slightly from existing methods. In other words, at least there is no problem in the period up to the joining step, and after joining, appropriate corrosion resistance measures are applied to the integrated product. For example, by painting or the like, it is possible to make a level at which it is difficult to cause a trouble with time at the joint portion. In short, when the chemical conversion film is made thick, it is preferable from the viewpoint of corrosion resistance, but not preferable from the viewpoint of bondability. The present inventors believe that the chemical conversion film is necessary, but if it is too thick, the bonding force is warped and decreases.

具体的な実施方法について言えば、化成処理液に数%濃度の三酸化クロムの水溶液、弱酸性に調整した数%濃度の過マンガン酸カリの水溶液、弱リン酸酸性に調整した亜鉛塩の水溶液が好ましく使用できた。水溶液を温度45〜60℃にして、前記鋼材を0.5〜数分浸漬し、水洗し、乾燥する処理方法が好ましい。   Speaking of specific implementation methods, the chemical conversion solution is an aqueous solution of chromium trioxide having a concentration of several percent, an aqueous solution of potassium permanganate having a weak acidity adjusted to weak acidity, and an aqueous solution of zinc salt adjusted to weak phosphoric acidity. Can be preferably used. A treatment method in which the temperature of the aqueous solution is 45 to 60 ° C., the steel material is immersed for 0.5 to several minutes, washed with water, and dried is preferable.

〔鉄鋼材の表面処理3:シランカップリング剤〕
耐食性、耐候性を鋼材に与えるために為す処理法として、多くの特許が出願されており、その中にシランカップリング剤を吸着させる方法が開示されている。シランカップリング剤は、親水性基と撥水性基を分子内に持たせた化合物であり、その希薄な水溶液に鋼材を浸漬し、水洗して乾燥させると、親水性のある鋼材表面にシランカップリング剤の親水性基側が吸着し、その結果として鋼材全体をシランカップリング剤の撥水基側が覆う形となる。
[Surface treatment of steel material 3: Silane coupling agent]
Many patents have been filed as treatment methods for imparting corrosion resistance and weather resistance to steel materials, and methods for adsorbing a silane coupling agent are disclosed therein. A silane coupling agent is a compound having a hydrophilic group and a water repellent group in its molecule. When a steel material is immersed in a dilute aqueous solution, washed with water and dried, a silane cup is formed on the surface of the hydrophilic steel material. The hydrophilic base side of the ring agent is adsorbed, and as a result, the entire steel material is covered with the water repellent base side of the silane coupling agent.

シランカップリング剤が吸着したままエポキシ系接着剤を作用させた場合、硬化した接着剤と鋼材表面が作る数十nmレベルのごく薄い間隙内に水分子が浸入した場合でも、鋼材を覆うシランカップリング剤の撥水基群により、水分子が鋼材に近づくことが抑制される可能性がある。接合力が長期に亘って維持されるかどうかは、試験を長期に亘って実施しなければその効果は確認できないが、少なくとも前記の化成処理を実施し、加えて本シランカップリング剤により浸漬処理を行っても接合力に悪影響はなかった。従って前記化成処理に追加して本シランカップリング処理を行うことは好ましいことではないかと判断される。   When an epoxy adhesive is allowed to act with the silane coupling agent adsorbed, even if water molecules enter a very thin gap of several tens of nanometers created by the hardened adhesive and the steel surface, the silane cup covers the steel. The water repellent group of the ring agent may suppress water molecules from approaching the steel material. Whether the bonding force is maintained over a long period of time cannot be confirmed unless the test is performed over a long period of time, but at least the chemical conversion treatment described above is performed, and in addition, the silane coupling agent is used for the immersion treatment. There was no adverse effect on the bonding strength even when the test was performed. Therefore, it is judged that it is preferable to perform the silane coupling treatment in addition to the chemical conversion treatment.

〔結晶性樹脂組成物/PPS〕
PPS樹脂組成物について述べる。樹脂分組成として、PPSが70〜97質量%及びポリオレフィン系樹脂が3〜30質量%を含む樹脂分組成物からなる場合、特に接合力に優れた複合体を得ることが出来る。ポリオレフィン系樹脂が3質量%以下の場合、ポリオレフィン系樹脂を含めたことによる射出接合力向上への効果が不確かなものとなる。一方、ポリオレフィン系樹脂が30質量%以上の場合も同様となる。又、ポリオレフィン系樹脂を30質量%以上添加したPPS樹脂は、射出成形機の射出筒内でのポリオレフィン系樹脂の熱分解が影響して、ガス発生量が異常に大きくなり射出成形そのものが困難になる。
[Crystalline resin composition / PPS]
The PPS resin composition will be described. When the resin composition is composed of a resin composition containing 70 to 97% by mass of PPS and 3 to 30% by mass of polyolefin resin, a composite having particularly excellent bonding strength can be obtained. When the polyolefin resin is 3% by mass or less, the effect of improving the injection joining force due to the inclusion of the polyolefin resin is uncertain. On the other hand, the same applies when the polyolefin resin is 30% by mass or more. In addition, PPS resin to which more than 30% by mass of polyolefin resin is added is affected by the thermal decomposition of the polyolefin resin in the injection cylinder of the injection molding machine, resulting in an abnormally large gas generation amount, making injection molding itself difficult. Become.

PPS成分としては、PPSと称される範疇に属するものであればよく、その中でも樹脂組成物部品とする際の成形加工性に優れることから直径1mm、長さ2mmのダイスを装着した高化式フローテスターにて、測定温度315℃、荷重98N(10Kgf)の条件下、測定した溶融粘度が100〜30000ポイズであるものであることが好ましい。又、PPSはアミノ基やカルボキシル基等で置換したものや、重合時にトリクロロベンゼン等で共重合したものであってもよい。さらに、PPSとしては、直鎖状のものであっても、分岐構造を導入したものであっても、不活性ガス中で加熱処理を施したものであってもかまわない。   Any PPS component may be used as long as it belongs to a category called PPS. Among them, a high-kneading type equipped with a die having a diameter of 1 mm and a length of 2 mm because of excellent molding processability when making a resin composition part. It is preferable that the melt viscosity measured by a flow tester is 100 to 30000 poise under the conditions of a measurement temperature of 315 ° C. and a load of 98 N (10 Kgf). PPS may be substituted with an amino group, a carboxyl group or the like, or may be copolymerized with trichlorobenzene or the like during polymerization. Furthermore, the PPS may be linear, introduced with a branched structure, or heat-treated in an inert gas.

さらに、PPSは、加熱硬化前又は後に脱イオン処理(酸洗浄や熱水洗浄など)、あるいはアセトンなどの有機溶媒による洗浄処理を行うことによってイオン、オリゴマーなどの不純物を低減させたものであってもよいし、重合反応終了後に酸化性ガス中で加熱処理を行って硬化を進めたものであってもよい。ポリオレフィン系樹脂としては、通常ポリオレフィン系樹脂として知られているエチレン系樹脂、プロピレン系樹脂等であり、市販のものであってもよい。その中でも、特に接合性に優れた複合体を得ることが可能となることから、無水マレイン酸変性エチレン系共重合体、グリシジルメタクリレート変性エチレン系共重合体、グリシジルエーテル変性エチレン共重合体、エチレンアルキルアクリレート共重合体等であることが好ましい。   Furthermore, PPS is a product in which impurities such as ions and oligomers are reduced by performing a deionization process (such as acid cleaning or hot water cleaning) before or after heat curing or a cleaning process using an organic solvent such as acetone. Alternatively, it may be one that has been cured by heat treatment in an oxidizing gas after completion of the polymerization reaction. Examples of the polyolefin resin include ethylene resins and propylene resins that are generally known as polyolefin resins, and may be commercially available. Among them, since it becomes possible to obtain a composite having particularly excellent bonding properties, maleic anhydride modified ethylene copolymer, glycidyl methacrylate modified ethylene copolymer, glycidyl ether modified ethylene copolymer, ethylene alkyl An acrylate copolymer or the like is preferable.

この無水マレイン酸変性エチレン系共重合体としては、例えば無水マレイン酸グラフト変性エチレン重合体、無水マレイン酸−エチレン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体等をあげることができ、その中でも特に優れた複合体が得られることからエチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体であることが好ましい。エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体の具体的例示としては、「ボンダイン(アルケマ社(仏国)製)」等があげられる。   Examples of the maleic anhydride-modified ethylene copolymer include maleic anhydride graft-modified ethylene polymer, maleic anhydride-ethylene copolymer, ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer. Among them, an ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer is preferable because a particularly excellent composite can be obtained. Specific examples of the ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer include “Bondyne (manufactured by Arkema (France))” and the like.

このグリシジルメタクリレート変性エチレン系共重合体としては、グリシジルメタクリレートグラフト変性エチレン重合体、グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体を挙げることができ、その中でも特に優れた複合体が得られることから、グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体であることが好ましい。グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体の具体例としては、「ボンドファースト(住友化学株式会社製)」等があげられる。グリシジルエーテル変性エチレン共重合体としては、例えばグリシジルエーテルグラフト変性エチレン共重合体、グリシジルエーテル−エチレン共重合体をあげることができ、エチレンアルキルアクリレート共重合体の具体例としては、「ロトリル(アルケマ社製)」等があげられる。   Examples of the glycidyl methacrylate-modified ethylene copolymer include glycidyl methacrylate graft-modified ethylene polymer and glycidyl methacrylate-ethylene copolymer, and among them, particularly excellent composites can be obtained. A copolymer is preferred. Specific examples of the glycidyl methacrylate-ethylene copolymer include “Bond First” (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.). Examples of the glycidyl ether-modified ethylene copolymer include glycidyl ether graft-modified ethylene copolymer and glycidyl ether-ethylene copolymer. Specific examples of the ethylene alkyl acrylate copolymer include “Lotryl (Arkema Co., Ltd.). Manufactured) ”and the like.

本発明の複合体において、金属形状物に対し樹脂組成物との接合性がより優れたものとなることを考慮すると、樹脂組成物はPPSが70〜97質量%及びポリオレフィン系樹脂が3〜30質量%を含む樹脂分合計100質量%に対し、さらに多官能性イソシアネート化合物を0.1〜6質量%及び/又はエポキシ樹脂を1〜25質量%を配合してなるものが好ましい。多官能性イソシアネート化合物は、市販の非ブロック型、ブロック型のものが使用できる。   In the composite of the present invention, considering that the bonding property with the resin composition is more excellent with respect to the metal shape, the resin composition has a PPS of 70 to 97% by mass and a polyolefin resin of 3 to 30. What mix | blends 0.1-6 mass% of polyfunctional isocyanate compounds and / or 1-25 mass% of epoxy resins with respect to the resin part total 100 mass% containing mass% is preferable. As the polyfunctional isocyanate compound, commercially available non-block type and block type compounds can be used.

この多官能性非ブロック型イソシアネート化合物としては、例えば4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、ビス(4−イソシアネートフェニル)スルホン等が例示される。又、多官能性ブロック型イソシアネート化合物としては、分子内に2個以上のイソシアネート基を有し、そのイソシアネート基を揮発性の活性水素化合物と反応させて、常温では不活性としたものが例示される。   Examples of this polyfunctional non-blocked isocyanate compound include 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylpropane diisocyanate, toluene diisocyanate, phenylene diisocyanate, bis (4-isocyanatophenyl) sulfone, and the like. Examples of the polyfunctional block type isocyanate compound include those having two or more isocyanate groups in the molecule and inactive at room temperature by reacting the isocyanate group with a volatile active hydrogen compound. The

多官能性ブロック型イソシアネート化合物の種類は特に規定したものではなく、一般的には、アルコール類、フェノール類、ε−カプロラクタム、オキシム類、活性メチレン化合物類等のブロック剤によりイソシアネート基がマスクされた構造を有する。この多官能性ブロック型イソシアネートとしては、例えば「タケネート(三井武田ケミカル株式会社(日本国東京都)製)」等が挙げられる。エポキシ樹脂としては、一般にビスフェノールA型、クレゾールノボラック型等として知られているエポキシ樹脂を用いることができ、ビスフェノールA型エポキシ樹脂としては、例えば「エピコート(ジャパンエポキシレジン株式会社(日本国東京都)製)」等が挙げられる。又、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、「エピクロン(DIC株式会社(日本国東京都)製)」等があげられる。   The type of the polyfunctional blocked isocyanate compound is not particularly specified, and generally the isocyanate group is masked by a blocking agent such as alcohols, phenols, ε-caprolactam, oximes, and active methylene compounds. It has a structure. As this polyfunctional block type isocyanate, for example, “Takenate (manufactured by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan)” and the like can be mentioned. As the epoxy resin, an epoxy resin generally known as a bisphenol A type, a cresol novolak type or the like can be used. As the bisphenol A type epoxy resin, for example, “Epicoat (Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (Tokyo, Japan)” Manufactured) ”and the like. Examples of the cresol novolac type epoxy resin include “Epiclon” (manufactured by DIC Corporation (Tokyo, Japan)).

〔結晶性樹脂組成物/PBT〕
次に、PBT樹脂組成物について述べる。より好ましいのは前記した充填材だけでなく、樹脂分組成として、3〜30質量%のPET及び/又はポリオレフィン系樹脂を含み、これに70〜97質量%のPBTの組成を有する場合である。PBTを主成分、PET及び/又はポリオレフィン系樹脂を従成分として、含むPBT系樹脂組成物は射出接合力に優れる。ここでいうポリオレフィン系樹脂とは、PPSの項で述べたものと同じである。
[Crystalline resin composition / PBT]
Next, the PBT resin composition will be described. More preferably, not only the above-described filler but also 3 to 30% by mass of PET and / or polyolefin-based resin as a resin component composition, which has a composition of 70 to 97% by mass of PBT. A PBT resin composition containing PBT as a main component and PET and / or polyolefin resin as a subsidiary component is excellent in injection joining force. The polyolefin resin here is the same as that described in the section of PPS.

PET及び/又はポリオレフィン系樹脂成分が5〜20質量%の場合に、最も接合力が高くなるが、3〜5質量%、20〜30質量%でもそれほど接合力は低下しない。しかし、30質量%以上であると接合力への効果が低くなり、且つ、PET成分が25質量%以上の場合は、PBT間のエステル交換反応が射出成形機内の高温下で進み易くなり、樹脂自体の強度が低下するおそれが生じる。又、ポリオレフィン系樹脂成分が30質量%以上の場合は、ガスの発生が増加し成形性が悪化し易い。   When the PET and / or polyolefin-based resin component is 5 to 20% by mass, the bonding force is the highest, but the bonding force is not significantly reduced even at 3 to 5% by mass and 20 to 30% by mass. However, if it is 30% by mass or more, the effect on the bonding force is low, and if the PET component is 25% by mass or more, the transesterification reaction between the PBTs easily proceeds at a high temperature in the injection molding machine, and the resin There exists a possibility that the intensity | strength of itself may fall. Further, when the polyolefin resin component is 30% by mass or more, the generation of gas increases and the moldability tends to deteriorate.

〔複合体の製造/射出接合〕
本発明の複合体の製造方法は、金属形状物を射出成形金型にインサートして樹脂組成物を射出し複合体を製造する射出成形法が基本であり、以下のように行う。射出成形用金型を用意し、この射出成形金型を開いて、その一方に前述の処理により得られた金属形状物をインサートする。又、構成が簡素な場合は、複数金属形状物の一方に射出用のゲートを構成する穴を設け、複数の金属形状物が対向して位置決めされたとき、この穴から直接樹脂を内部の空間に射出する形態であってもよい。この場合、射出成形のノズル体を金属形状物に押し付け樹脂組成物を射出させるような構成となる。通常の場合、金属形状物を射出成形金型内にインサート後射出成形金型を閉じ、PBT、PPS系等の熱可塑性樹脂組成物を射出し、固化した後に射出成形金型を開き、即ち離型して複合体取り出す。
[Manufacture of composite / injection bonding]
The manufacturing method of the composite of the present invention is basically an injection molding method in which a metal shape is inserted into an injection mold and a resin composition is injected to manufacture the composite, and is performed as follows. An injection mold is prepared, this injection mold is opened, and a metal shape obtained by the above-described processing is inserted into one of the molds. In addition, when the configuration is simple, a hole that constitutes an injection gate is provided in one of the plurality of metal-shaped objects, and when the plurality of metal-shaped objects are positioned to face each other, resin is directly passed through the hole to the internal space. It may be in the form of injection. In this case, the injection molding nozzle body is pressed against the metal shape to inject the resin composition. In a normal case, after the metal shape is inserted into the injection mold, the injection mold is closed, a thermoplastic resin composition such as PBT or PPS is injected and solidified, and then the injection mold is opened, that is, separated. Mold to remove the complex.

次に、射出条件について説明する。射出成形金型の温度としては、特に固化後樹脂強度への影響が少なく、複合体の生産効率に優れることからPBT系樹脂、PPS系樹脂等では、温度100℃以上が好ましく、より好ましくは温度120℃以上であるとよい。射出温度、射出圧、射出速度は、特に通常の射出成形と変わらないが、強いて言えば、射出速度と射出圧は高目にすることが好適である。   Next, the injection conditions will be described. As the temperature of the injection mold, the temperature is preferably 100 ° C. or more, more preferably PBT resin, PPS resin, etc., because there is little influence on the resin strength after solidification and the composite production efficiency is excellent. It is good that it is 120 degreeC or more. Although the injection temperature, injection pressure, and injection speed are not particularly different from those of ordinary injection molding, it is preferable to increase the injection speed and injection pressure.

〔適用〕
本発明を種々の分野に適用することにより、従来接合の難しかった部品への接合性の向上、効率化、適用範囲の拡大等が図られ、例えば電子電気機器、家電機器等の筐体、本体、部品等での耐腐食性向上、自動車関連の部品の大量生産を可能とし、製造合理化に結びつく。複数の金属形状物の接合は、同種金属同士であってもよく、異種金属同士であってもよい。特に異種金属同士の接合複合体は、あらゆる分野での適用範囲が広い。その結果、電子電気機器、その他多くの分野でケースや部品の性能向上、生産性の向上に大きく寄与することができる。
〔Apply〕
By applying the present invention to various fields, it is possible to improve bondability to parts that have been difficult to join in the past, improve efficiency, expand the scope of application, and the like. This will improve the corrosion resistance of parts, and enable mass production of automobile-related parts, leading to streamlined manufacturing. The joining of the plurality of metal shaped objects may be the same kind of metals or different kinds of metals. In particular, a bonded composite of dissimilar metals has a wide range of applications in all fields. As a result, it can greatly contribute to the improvement of the performance of the case and parts and the improvement of productivity in electronic and electrical equipment and many other fields.

以上詳記したように、本発明の接合複合体は、複数の金属形状物が樹脂組成物を介し容易に剥がれることなく強固に一体化されたものとなる。産業の基材となる各種金属形状物に対して、即ち所定の形状に加工し、所定の表面処理を施した金属形状物を定位置に位置決めして、PBTが70〜97質量%とPET及び/又はポリオレフィン系樹脂が30〜3質量%を含む樹脂分組成を有する熱可塑性樹脂組成物、又はPPSが70〜97質量%とポリオレフィン系樹脂3〜30質量%を含む樹脂分組成を有する熱可塑性樹脂組成物を強く射出し、結合性の強力な両者の一体化した接合複合体を製造することができる。これにより、適用できる産業分野が広まり、特に異種金属が接合された複合体を求められる分野の大量生産に非常に効果のある接合複合体となった。   As described in detail above, the bonded composite according to the present invention is obtained by firmly integrating a plurality of metal shaped objects without being easily peeled off via the resin composition. With respect to various metal shapes used as industrial base materials, that is, a metal shape processed into a predetermined shape and subjected to a predetermined surface treatment is positioned at a fixed position, PBT is 70 to 97% by mass, Thermoplastic resin composition having a resin composition containing 30 to 3% by mass of a polyolefin resin, or thermoplastic resin having a resin composition containing 70 to 97% by mass of PPS and 3 to 30% by mass of a polyolefin resin By strongly injecting the resin composition, it is possible to produce a joint composite in which both have strong bonding properties. As a result, the applicable industrial field has become widespread, and in particular, it has become a bonded composite that is very effective for mass production in fields where composites bonded with dissimilar metals are required.

又、複数金属形状物の接合複合体の製造方法では、複数の金属形状物を射出接合法で接合することが可能となり、複数金属形状物の接合複合体を容易に製造することができるようになった。特に、異種金属が接合された複合体を求められる分野において、大量生産可能に、接合複合体を製造することが可能となった。   Moreover, in the manufacturing method of the joining composite body of a multiple metal shape thing, it becomes possible to join a several metal shape object by the injection | emission joining method, and can manufacture the joining composite body of a multiple metal shape object easily. became. In particular, it has become possible to produce a bonded composite in a field that requires a composite bonded with dissimilar metals so that it can be mass-produced.

図1は、単体の金属片と結晶性樹脂組成物を射出成形するための射出成形金型を模式的に示した構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an injection mold for injection molding a single metal piece and a crystalline resin composition. 図2は、単体の金属片と結晶性樹脂組成物を射出成形により得られた複合体を模式的に示した構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a composite obtained by injection molding a single metal piece and a crystalline resin composition. 図3は、本発明の表面処理を複数の金属形状物に結晶性樹脂組成物を施し接合させる理論構成(NAT理論)を示す模式的部分断面図である。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing a theoretical configuration (NAT theory) in which a crystalline resin composition is applied to a plurality of metal shaped objects by surface treatment of the present invention and bonded. 図4は、アルミニウム合金板に鋼材部品を枠体を介して樹脂により接合させる構成を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration in which a steel part is joined to an aluminum alloy plate with a resin through a frame. 図5は、図4の平面図である。FIG. 5 is a plan view of FIG. 図6は、鋼材部品とアルミニウム合金板とを樹脂により接合させた接合複合体を示す部分外観図である。FIG. 6 is a partial external view showing a joined composite in which a steel part and an aluminum alloy plate are joined by a resin. 図7は、図4の変形例で鋼材部品の接合面が凸状態になっている例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example in which the joining surface of the steel part is in a convex state in the modification of FIG. 図8は、アルミニウム合金板に溝を設けて枠体で位置決めし鋼材部品を樹脂により接合させた構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration in which a groove is formed in an aluminum alloy plate, positioned by a frame, and steel parts are joined by a resin. 図9は、アルミニウム合金板に溝を設け段差のある枠体を挿入し鋼材部品を樹脂により接合させた構成を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration in which a groove is provided in an aluminum alloy plate, a frame having a step is inserted, and steel parts are joined by resin. 図10は、アルミニウム合金板に段差溝を設けて鋼材部品を直接樹脂により接合させた構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration in which a stepped groove is provided in an aluminum alloy plate and steel parts are directly joined by resin. 図11は、銅製部品とアルミニウム合金製部品による接合複合体を示す部分外観図である。FIG. 11 is a partial external view showing a bonded composite body made of a copper part and an aluminum alloy part. 図12は、アルミニウム合金製部品に銅製部品を樹脂により接合させる構成を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration in which a copper part is bonded to an aluminum alloy part with a resin.

以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。本発明の対象とする複合体は複数の金属同士を樹脂により接合させた接合複合体であるが、発明の理解を容易にするため、本実施の形態例では簡素な例として、先に単体の金属形状物と樹脂組成物の接合について説明する。なお、図1、図2は基本的な実施の形態例を示す図で、前述のように単体の金属と樹脂の接合状態を示すものである。図1は、射出成形金型10を模式的に示した断面図である。図1は、射出成形金型10を閉じて射出成形している状態を示している。図2は、射出成形金型10で成形された金属と樹脂の複合体7を示す外観図である。この射出成形金型10は、可動側型板2と固定側型板3で構成され、固定側型板3側にピンポイントゲート5、ランナー等からなる樹脂射出部が構成されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The composite that is the subject of the present invention is a bonded composite in which a plurality of metals are bonded to each other by a resin. However, in order to facilitate understanding of the invention, in this embodiment, as a simple example, The joining of the metal shape and the resin composition will be described. FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a basic embodiment, and show a joining state of a single metal and a resin as described above. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an injection mold 10. FIG. 1 shows a state where the injection mold 10 is closed and injection molding is performed. FIG. 2 is an external view showing a composite 7 of metal and resin molded by the injection mold 10. The injection mold 10 includes a movable side mold plate 2 and a fixed side mold plate 3, and a resin injection portion including a pinpoint gate 5 and a runner is formed on the fixed side mold plate 3 side.

複合体7の成形は次のように行う。先ず可動側型板2を開いて、固定側型板3との間に形成されるキャビティに金属片1をインサートする。インサートした後、可動側型板2を閉じて図1の射出前の状態にする。次にピンポイントゲート5を介して溶融した樹脂組成物4を金属片1がインサートされたキャビティに射出する。射出されると樹脂組成物4は金属片1と接合し金属片1以外のキャビティを埋め樹脂成形され、金属片1と樹脂組成物4(金属と樹脂)とが一体となった複合体7が得られる。   The composite 7 is molded as follows. First, the movable side mold plate 2 is opened, and the metal piece 1 is inserted into a cavity formed between the movable side mold plate 3 and the fixed side mold plate 3. After the insertion, the movable side template 2 is closed to the state before injection in FIG. Next, the molten resin composition 4 is injected through the pinpoint gate 5 into the cavity in which the metal piece 1 is inserted. When injected, the resin composition 4 is bonded to the metal piece 1 to fill the cavity other than the metal piece 1 and is resin-molded, and the composite 7 in which the metal piece 1 and the resin composition 4 (metal and resin) are integrated is formed. can get.

複合体7は、金属片1と樹脂組成物4との接合面6を有しており、この接合面6の面積は5mm×10mmである。即ち、接合面6の面積は0.5cmである。以下に示す実施の形態例は、この接合面の面積を同一ベースにして強度を得ている。又、測定等に使用した機器類は以下に示したものである。又、図1、図2に示す複合体は、接合強度を確認するための試験のし易い形状としているが、産業界で使用されるあらゆる形状のものに適用されることはいうまでもない。 The composite 7 has a joint surface 6 between the metal piece 1 and the resin composition 4, and the area of the joint surface 6 is 5 mm × 10 mm. That is, the area of the joint surface 6 is 0.5 cm 2 . In the embodiment described below, the strength is obtained with the area of the joint surface as the same base. The equipment used for the measurement etc. is shown below. Moreover, although the composite body shown in FIG. 1 and FIG. 2 is made into the shape which is easy to test for confirming joining strength, it cannot be overemphasized that it applies to the thing of all the shapes used in industry.

(a)X線表面観察(XPS観察)
数μm径の表面を深さ1〜2nmまでの範囲で構成元素を観察する形式のESCA「AXIS−Nova(クラトス/株式会社島津製作所(日本国京都府)製)」を使用した。
(b)電子顕微鏡観察
SEM型の電子顕微鏡「JSM−6700F(日本電子株式会社(日本国東京都)製)」を使用し1〜2KVにて観察した。
(c)走査型プローブ顕微鏡観察
「SPM−9600(株式会社島津製作所製)」を使用した。
(d)複合体の接合強度の測定
引っ張り試験機「モデル1323(アイコーエンジニアリング株式会社(日本国大阪府)製)」を使用し、引っ張り速度10mm/分でせん断破断力を測定した。
(A) X-ray surface observation (XPS observation)
An ESCA “AXIS-Nova (Kuratos / Shimadzu Corporation (Kyoto Prefecture, Japan))” that observes constituent elements on a surface with a diameter of several μm in a depth range of 1 to 2 nm was used.
(B) Electron Microscope Observation Using an SEM type electron microscope “JSM-6700F (manufactured by JEOL Ltd. (Tokyo, Japan))”, observation was performed at 1 to 2 KV.
(C) Scanning probe microscope observation “SPM-9600 (manufactured by Shimadzu Corporation)” was used.
(D) Measurement of Bonding Strength of Composite Material Using a tensile tester “Model 1323 (manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd. (Osaka, Japan))”, the shear breaking strength was measured at a pulling speed of 10 mm / min.

次に、樹脂組成物の調整例について説明する。
〔調整例1(PPS組成物の調製例)〕
攪拌機を装備する50リットルオートクレーブに、NaS・2.9HOを6,214g、及びN−メチル−2−ピロリドン17,000g仕込み、窒素気流下攪拌しながら徐々に205℃まで昇温して、1,355gの水を留去した。この系を140℃まで冷却した後、p−ジクロロベンゼン7,160gとN−メチル−2−ピロリドン5,000gを添加し、窒素気流下に系を封入した。この系を2時間かけて225℃に昇温し、225℃にて2時間重合させた後、30分間かけて250℃に昇温し、さらにこの温度250℃にて3時間重合を行った。重合終了後、室温(大気温)まで冷却し、ポリマーを遠心分離機により分離した。固形分を温水でポリマーを繰り返し洗浄し100℃で一昼夜乾燥することにより、溶融粘度が280ポイズのPPS(以下、PPS(1)と記す。)を得た。なお、このPPSは、特殊なものではなく市販されているPPSであっても良い。
Next, adjustment examples of the resin composition will be described.
[Preparation Example 1 (Preparation Example of PPS Composition)]
A 50 liter autoclave equipped with a stirrer was charged with 6,214 g of Na 2 S · 2.9H 2 O and 17,000 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and gradually heated to 205 ° C. while stirring under a nitrogen stream. 1,355 g of water was distilled off. After cooling the system to 140 ° C., 7,160 g of p-dichlorobenzene and 5,000 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added, and the system was sealed under a nitrogen stream. This system was heated to 225 ° C. over 2 hours, polymerized at 225 ° C. for 2 hours, then heated to 250 ° C. over 30 minutes, and further polymerized at this temperature of 250 ° C. for 3 hours. After completion of the polymerization, the mixture was cooled to room temperature (atmospheric temperature), and the polymer was separated by a centrifuge. The polymer was washed repeatedly with warm water and dried at 100 ° C. for a whole day and night to obtain a PPS having a melt viscosity of 280 poise (hereinafter referred to as PPS (1)). The PPS is not a special one and may be a commercially available PPS.

このPPS(1)を、更に窒素雰囲気下250℃で3時間硬化を行い、PPS(以下、PPS(2)と記す。)を得た。得られたPPS(2)の溶融粘度は、400ポイズであった。得られたPPS(2)を6.0kgと、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体「ボンダインTX8030(アルケマ社製)」を1.5kg、エポキシ樹脂「エピコート1004(ジャパンエポキシレジン株式会社(日本国東京都)製)」を0.5kgを、あらかじめタンブラーにて均一に混合した。   The PPS (1) was further cured at 250 ° C. for 3 hours under a nitrogen atmosphere to obtain PPS (hereinafter referred to as PPS (2)). The resulting PPS (2) had a melt viscosity of 400 poise. 6.0 kg of the obtained PPS (2), 1.5 kg of ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer “Bondyne TX8030 (manufactured by Arkema)”, epoxy resin “Epicoat 1004 (Japan Epoxy Resin) 0.5 kg "(manufactured by Tokyo, Japan)" was previously mixed uniformly with a tumbler.

その後、二軸押出機「TEM−35B(東芝機械株式会社(日本国静岡県)製)」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91(日本板硝子株式会社(日本国東京都))製)」を、サイドフィーダーから添加量が20質量%となるように供給しながら、シリンダー温度300℃で溶融混練してペレット化したPPS組成物(1)を得た。得られたPPS組成物(1)を温度175℃で5時間乾燥した。   Then, with a twin screw extruder “TEM-35B (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd. (Shizuoka, Japan))”, glass fiber “RES03-TP91” (Nippon Sheet Glass Co., Ltd. (Japan) with an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm was used. PPS composition (1) obtained by melt-kneading and pelletizing at a cylinder temperature of 300 ° C. was fed from a side feeder so that the addition amount was 20% by mass. The obtained PPS composition (1) was dried at a temperature of 175 ° C. for 5 hours.

〔調整例2(PPS組成物の調製)〕
調整例1で得られたPPS(1)を、酸素雰囲気下の温度250℃で、3時間硬化を行いPPS組成物(以下、PPS(3)と記す。)を得た。得られたPPS(3)の溶融粘度は、1800ポイズであった。得られたPPS(3)を5.98kgと、ポリエチレン「ニポロンハード8300A(東ソー株式会社(日本国東京都)製)」0.02kgとを、予めタンブラーにて均一に混合した。
[Preparation Example 2 (Preparation of PPS composition)]
The PPS (1) obtained in Preparation Example 1 was cured at a temperature of 250 ° C. in an oxygen atmosphere for 3 hours to obtain a PPS composition (hereinafter referred to as PPS (3)). The resulting PPS (3) had a melt viscosity of 1800 poise. 5.98 kg of the obtained PPS (3) and 0.02 kg of polyethylene “Nipolon Hard 8300A (manufactured by Tosoh Corporation (Tokyo, Japan))” were uniformly mixed in advance with a tumbler.

その後、二軸押出機「TEM−35B」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91」を、サイドフィーダーから添加量が40質量%となるように供給しながら、シリンダー温度300℃で溶融混練してペレット化したPPS組成物(2)を得た。得られたPPS組成物(2)を、温度175℃で5時間乾燥した。   Thereafter, the glass fiber “RES03-TP91” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm is supplied from the side feeder with a twin-screw extruder “TEM-35B” while the addition amount is 40% by mass. A PPS composition (2) pelletized by melt-kneading at a temperature of 300 ° C. was obtained. The obtained PPS composition (2) was dried at a temperature of 175 ° C. for 5 hours.

〔調整例3(PPS組成物の調製)〕
調整例1で得られたPPS(2)を7.2kgと、グリシジルメタクリレート−エチレン共重合体「ボンドファーストE(住友化学株式会社製)」を0.8kgを、予めタンブラーにて均一に混合した。その後、二軸押出機「TEM−35B」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91」を、サイドフィーダーから添加量が20質量%となるように供給しながら、シリンダー温度300℃で溶融混練して、ペレット化したPPS組成物(3)を得た。得られたPPS組成物(3)を、温度175℃で5時間乾燥した。
[Preparation Example 3 (Preparation of PPS composition)]
7.2 kg of PPS (2) obtained in Preparation Example 1 and 0.8 kg of glycidyl methacrylate-ethylene copolymer “Bond First E” (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were previously mixed uniformly with a tumbler. . Thereafter, the glass fiber “RES03-TP91” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm is fed from the side feeder with a twin-screw extruder “TEM-35B” while the addition amount is 20% by mass. It was melt-kneaded at a temperature of 300 ° C. to obtain a pelletized PPS composition (3). The obtained PPS composition (3) was dried at a temperature of 175 ° C. for 5 hours.

〔調整例4(PPS組成物の調製)〕
調整例1で得られたPPS(2)を4.0kgと、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体「ボンダインTX8030(アルケマ社製)」を4.0kgを、予めタンブラーにて均一に混合した。その後、二軸押出機「TEM−35B」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91」を、サイドフィーダーから添加量が20質量%となるように供給しながら、シリンダー温度300℃で溶融混練して、ペレット化したPPS組成物(以下、PPS組成物(4)と記す。)を得た。得られたPPS組成物(4)を、温度175℃で5時間乾燥した。
[Preparation Example 4 (Preparation of PPS composition)]
In a tumbler, 4.0 kg of PPS (2) obtained in Preparation Example 1 and 4.0 kg of ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer “Bondyne TX8030 (manufactured by Arkema)” Mix evenly. Thereafter, the glass fiber “RES03-TP91” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm is fed from the side feeder with a twin-screw extruder “TEM-35B” while the addition amount is 20% by mass. The mixture was melt-kneaded at a temperature of 300 ° C. to obtain a pelletized PPS composition (hereinafter referred to as PPS composition (4)). The obtained PPS composition (4) was dried at a temperature of 175 ° C. for 5 hours.

〔調整例5(PBT組成物の調整)〕
PBT樹脂「トレコン1100S(東レ株式会社(日本国東京都)製)」を4.5kgと、PET樹脂「TR−4550BH(帝人化成株式会社(日本国東京都)製)」0.5kgを、タンブラーにて均一に混合した。その後、二軸押出機「TEM−35B」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91」をサイドフィーダーから添加量が30質量%となるように供給しながら、シリンダー温度270℃で溶融混練し、ペレット化したPBT組成物(以下、PBT組成物(1)と記す。)を得た。得られたPBT組成物(1)を、140℃で3時間乾燥した。
[Example 5 of adjustment (adjustment of PBT composition)]
4.5 kg of PBT resin “Torcon 1100S (Toray Industries, Inc., Tokyo, Japan)” and 0.5 kg of PET resin “TR-4550BH (Teijin Chemicals, Inc., Tokyo, Japan)”, tumbler And mixed uniformly. Thereafter, in the twin screw extruder “TEM-35B”, while supplying glass fiber “RES03-TP91” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm from the side feeder so that the addition amount becomes 30% by mass, the cylinder temperature A PBT composition (hereinafter referred to as PBT composition (1)) that was melt-kneaded at 270 ° C. and pelletized was obtained. The obtained PBT composition (1) was dried at 140 ° C. for 3 hours.

〔調整例6(PBT組成物の調製)〕
PBT樹脂「トレコン1401X31(東レ株式会社製)」を6.0kgと、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体「ボンダインTX8030(アルケマ社製)」を0.7kg、エポキシ樹脂「エピコート1004(ジャパンエポキシレジン株式会社製)」を0.15kgをあらかじめタンブラーにて均一に混合した。その後、二軸押出機「TEM−35B(東芝機械株式会社製)」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91(日本板硝子株式会社製)」をサイドフィーダーから添加量が30質量%となるように供給しながら、シリンダー温度270℃で溶融混練してペレット化したPBT組成物(以下、PBT組成物(2)と記す。)を得た。得られたPBT組成物(2)を150℃で5時間乾燥した。
[Preparation Example 6 (Preparation of PBT composition)]
6.0 kg of PBT resin “Torcon 1401X31 (manufactured by Toray Industries, Inc.)”, 0.7 kg of ethylene-acrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer “Bondyne TX8030 (manufactured by Arkema)”, epoxy resin “Epicoat” 1005 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) "was uniformly mixed with 0.15 kg in advance using a tumbler. Then, in a twin screw extruder “TEM-35B (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.)”, glass fiber “RES03-TP91 (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.)” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm is added from the side feeder. The PBT composition (hereinafter referred to as PBT composition (2)) obtained by melt-kneading and pelletizing at a cylinder temperature of 270 ° C. was supplied. The obtained PBT composition (2) was dried at 150 ° C. for 5 hours.

〔調整例7(PBT組成物の調整)〕
PBT樹脂「トレコン1401X31(東レ株式会社製)」を6.0kgと、PET樹脂「TR−4550BH(帝人化成株式会社製)」を0.5kg、エチレン−アクリル酸エステル−無水マレイン酸三元共重合体「ボンダインTX8030(アルケマ社製)」を0.5kg、エポキシ樹脂「エピコート1004(ジャパンエポキシレジン株式会社製)」を0.1kgを、予めタンブラーにて均一に混合した。その後、二軸押出機「TEM−35B(東芝機械株式会社製)」にて、平均繊維径9μm、繊維長3mmのガラス繊維「RES03−TP91(日本板硝子株式会社製)」を、サイドフィーダーから添加量が30質量%となるように供給しながら、シリンダー温度270℃で溶融混練してペレット化したPBT組成物(以下、PBT組成物(3)と記す。)を得た。得られたPBT組成物(3)を、温度150℃で5時間乾燥した。
[Adjustment Example 7 (adjustment of PBT composition)]
6.0 kg of PBT resin “Torcon 1401X31 (Toray Industries, Inc.)”, 0.5 kg of PET resin “TR-4550BH (Teijin Chemicals)”, ethylene-acrylic ester-maleic anhydride 0.5 kg of the combined “Bondyne TX8030 (manufactured by Arkema)” and 0.1 kg of the epoxy resin “Epicoat 1004 (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)” were uniformly mixed in advance with a tumbler. Then, glass fiber “RES03-TP91 (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.)” having an average fiber diameter of 9 μm and a fiber length of 3 mm is added from the side feeder with a twin screw extruder “TEM-35B (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.)”. A PBT composition (hereinafter referred to as PBT composition (3)) that was melt-kneaded and pelletized at a cylinder temperature of 270 ° C. was obtained while supplying the amount to be 30% by mass. The obtained PBT composition (3) was dried at a temperature of 150 ° C. for 5 hours.

図3は前述のとおり、金属基材部20a,20bに、金属酸化物薄膜又は金属リン酸化物薄膜21を介して結晶性樹脂組成物22が接合され硬化した状態を、部分的に模式的に示した断面図である。次に、鋼材とアルミニウム合金との接合による複合体構造の実施の形態例について説明する。図4、図5は、異なる金属の接合部材として、ベースのアルミニウム合金板11にL型の鋼材部品12を接合(固着)させる構成を示している。図5は、図4の平面図である。アルミニウム合金板11の接合面13と鋼材部品12の接合面14は、前述のとおりの表面処理をしておく。本例の構成は、アルミニウム合金板11は大きい部材とし、この一部にL型の鋼材部品12が接合されるものとする。   FIG. 3 is a partial schematic view of the state in which the crystalline resin composition 22 is bonded and cured to the metal base portions 20a and 20b via the metal oxide thin film or the metal phosphate thin film 21, as described above. It is sectional drawing shown. Next, a description will be given of an embodiment of a composite structure by joining a steel material and an aluminum alloy. 4 and 5 show a configuration in which an L-shaped steel material part 12 is joined (fixed) to a base aluminum alloy plate 11 as a joining member of different metals. FIG. 5 is a plan view of FIG. The joint surface 13 of the aluminum alloy plate 11 and the joint surface 14 of the steel material part 12 are subjected to surface treatment as described above. In the configuration of this example, the aluminum alloy plate 11 is a large member, and an L-shaped steel part 12 is joined to a part thereof.

接合は、前述した結晶性樹脂組成物(以下、「樹脂組成物4」という。)を射出して行う。本例の構成においては、図1に示すような射出成形金型10は使用していない。アルミニウム合金板11の接合面13には、鋼材部品12の取り付け箇所に枠体15を取り付けている。この枠体15は、合成樹脂製であり、その形状は周囲が囲繞形態をなし、アルミニウム合金板11の接合面13の所定位置に、一時的に固定、又は係止するようになっている。図4に示した例は、アルミニウム合金板11の接合面13に、貫通孔、又は底がある小穴16を設け、この小穴16に枠体15のボス17が挿入されることで位置決めがなされている。   The bonding is performed by injecting the above-described crystalline resin composition (hereinafter referred to as “resin composition 4”). In the configuration of this example, an injection mold 10 as shown in FIG. 1 is not used. On the joint surface 13 of the aluminum alloy plate 11, a frame 15 is attached at the attachment location of the steel material part 12. The frame body 15 is made of synthetic resin, and the shape of the frame body 15 is a surrounding shape, and is temporarily fixed or locked at a predetermined position of the joining surface 13 of the aluminum alloy plate 11. In the example shown in FIG. 4, a small hole 16 having a through hole or a bottom is provided in the joint surface 13 of the aluminum alloy plate 11, and positioning is performed by inserting a boss 17 of the frame 15 into the small hole 16. Yes.

枠体15の内側には段差部18が設けられ、この段差部18に鋼材部品12の接合面14側が載置され、鋼材部品12は、この枠体15に対し段差部18を介して位置決め設置される。従って、鋼材部品12は、枠体15を介してアルミニウム合金板11の接合面13に位置決めされる。鋼材部品12が、枠体15の段差部18に設置されたとき、この鋼材部品12とアルミニウム合金板11との間に空間が区画され形成される。即ち、鋼材部品12とアルミニウム合金板11との間に、枠体15を挟んで密封された空間部19が形成される。この密封された空間部19は、射出成形のキャビティとなる。   A step portion 18 is provided inside the frame body 15, and the joining surface 14 side of the steel material part 12 is placed on the step portion 18. The steel material component 12 is positioned and installed with respect to the frame body 15 via the step portion 18. Is done. Therefore, the steel material part 12 is positioned on the joint surface 13 of the aluminum alloy plate 11 through the frame body 15. When the steel part 12 is installed in the step portion 18 of the frame 15, a space is defined and formed between the steel part 12 and the aluminum alloy plate 11. That is, a space portion 19 is formed between the steel material part 12 and the aluminum alloy plate 11 and sealed with the frame body 15 interposed therebetween. This sealed space 19 becomes a cavity for injection molding.

又、鋼材部品12には、樹脂射出のゲートをなす通し小穴23が設けられている。更に枠体15の鋼材部品12挿入側の開口縁部24は面取りがなされ、鋼材部品12が挿入しやすいようにしている。このような構成のもとに、例えば鋼材部品12をロボット等により搬送し、アルミニウム合金板11の定位置に枠体15を介して位置決めしセットする。この鋼材部品12が位置決めセットされると、自動的にアルミニウム合金板11との間に密封した空間部19が形成される。   Further, the steel material part 12 is provided with a through hole 23 which forms a gate for resin injection. Further, the opening edge 24 on the insertion side of the steel part 12 of the frame 15 is chamfered so that the steel part 12 can be easily inserted. Under such a configuration, for example, the steel part 12 is transported by a robot or the like, and positioned and set at a fixed position of the aluminum alloy plate 11 via the frame 15. When the steel material part 12 is positioned and set, a sealed space 19 is automatically formed between the steel part 12 and the aluminum alloy plate 11.

次に、樹脂組成物射出用のノズル体25が、鋼材部品12の貫通孔である通し小孔23位置に位置決めし押圧する。この押圧により鋼材部品12は、枠体15に固定されることになる。この状態で、前述の樹脂組成物4を、ノズル体25を介してゲートをなす通し小孔23を通して、密封されている空間部19へ射出する。この樹脂組成物4は、前述したように結晶性樹脂組成物である。射出後ノズル体25が離脱し、樹脂組成物4が固化すると、樹脂組成物4はアルミニウム合金板11と鋼材部品12の各接合面13,14に接合(固着)され、この2つの金属は樹脂組成物4とともに一体化され、図6に示す接合複合体26となる。このとき枠体15も接合され一体化するが、剥離して取り外してもよいが複合体として支障がなければ一体化させたままでもよい。   Next, the nozzle body 25 for injecting the resin composition is positioned and pressed at the position of the through hole 23 which is a through hole of the steel material part 12. The steel part 12 is fixed to the frame 15 by this pressing. In this state, the above-described resin composition 4 is injected through the nozzle body 25 into the sealed space 19 through the through hole 23 that forms a gate. This resin composition 4 is a crystalline resin composition as described above. When the nozzle body 25 is detached after injection and the resin composition 4 is solidified, the resin composition 4 is bonded (fixed) to the bonding surfaces 13 and 14 of the aluminum alloy plate 11 and the steel material part 12, and these two metals are resin. It is integrated with the composition 4 to form a joined composite 26 shown in FIG. At this time, the frame body 15 is also joined and integrated. However, the frame body 15 may be peeled off and removed, but may be integrated if there is no problem as a composite.

このようにして、複数の金属形状物の接合複合体26を容易に製造することができる。この複合体は、樹脂組成物4にある程度の厚みを有して、2つの金属を対向させて接合させる構成であるが、ある程度の厚みを持たせたことで、図7に示すように、鋼材部品12の接合面14が平坦でなく凹凸のある部品であっても接合が可能である。図7の鋼材部品12は、接合面14に凸状体27が設けられた部品としている。この凸状体27が空間部19に張り出すことになる。   In this way, a joined composite 26 of a plurality of metal shaped objects can be easily manufactured. This composite has a structure in which the resin composition 4 has a certain amount of thickness and two metals are opposed to each other and bonded to each other. However, as shown in FIG. Even if the joining surface 14 of the component 12 is not flat and has unevenness, the joining is possible. 7 is a component in which a convex body 27 is provided on the joint surface 14. This convex body 27 protrudes into the space 19.

凸状体がアルミニウム合金板11側にあっても同様である。このことは、従来接着のように、相手接合面に合わせて接合面を平坦にするような工程は、不要で省略することができることを意味する。鋼材部品12を高さ方向と平面上の位置決めのみを行って、密封の空間部19が確保されれば、容易に複数の金属形状物を接合することができる。このように、枠体15を設けて位置決めを正確にできるようにしたので、人手によらずロボット等により自動搬送で能率よく接合させることができる。   The same applies when the convex body is on the aluminum alloy plate 11 side. This means that a process for flattening the bonding surface in accordance with the mating bonding surface as in conventional bonding is unnecessary and can be omitted. If the steel material part 12 is only positioned in the height direction and on the plane and the sealed space 19 is secured, a plurality of metal shaped objects can be easily joined. As described above, since the frame body 15 is provided so that the positioning can be performed accurately, it can be efficiently joined by automatic conveyance by a robot or the like without depending on human hands.

この構成は、大量生産に大きく寄与し生産効率を向上させるととなる。枠体15の材質を樹脂としているが、その性質は問わない。密封の空間部19を形成できるものであればなんでもよい。枠体15の開口縁部24を面取り形状としたが、エラストマー材であれば弾性変形させて鋼材部品12を挿入させることも可能である。次に他の実施の形態について説明する。図8は、アルミニウム合金板30側に溝31を設け、この溝31を覆う状態で鋼材部品32を直接載置する形態である。   This configuration greatly contributes to mass production and improves production efficiency. Although the material of the frame 15 is made of resin, its property is not limited. Any device can be used as long as the sealed space portion 19 can be formed. Although the opening edge 24 of the frame 15 has a chamfered shape, if it is an elastomer material, the steel material part 12 can be inserted by being elastically deformed. Next, another embodiment will be described. FIG. 8 is a form in which a groove 31 is provided on the aluminum alloy plate 30 side and the steel part 32 is directly placed in a state of covering the groove 31.

この場合も位置決めのための枠体33を、アルミニウム合金板30に設置する。この枠体33は鋼材部品32の位置を定める機能があればよいので、囲繞された枠体33である必要はなく、部分的形状のものでよく面取りされていればよい。この例の場合は、鋼材部品32とアルミニウム合金板30との間のみに空間部34を構成する。鋼材部品32が大きく接合面35が広い部品の場合に有効で、その場合はアルミニウム合金板30に部分的に溝31を設けて、鋼材部品32を部分的に接合させる構成になる。   Also in this case, the positioning frame 33 is installed on the aluminum alloy plate 30. Since the frame body 33 only needs to have a function of determining the position of the steel material part 32, the frame body 33 does not need to be the enclosed frame body 33, and may have a partial shape and be chamfered. In the case of this example, the space 34 is formed only between the steel part 32 and the aluminum alloy plate 30. This is effective when the steel part 32 is large and the joining surface 35 is wide. In this case, the aluminum alloy plate 30 is partially provided with the grooves 31 so that the steel part 32 is partially joined.

図8の例では、溝31の数は2箇所である。この例の場合は、高さ方向の位置調整はできないが、鋼材部品32の接合面35に、凹凸があっても溝位置にあるものは部分的に許容できる。又、接合用の溝31をアルミニウム合金板30に設けることで説明したが、鋼材部品32の接合面35側に溝を設けるようにしてもよい。又、図に示すようにゲートをなす通し小孔36はアルミニウム合金板30側に設けてもよい。図8の例は、この通し小孔36を介して樹脂組成物4を空間部34に射出し接合複合体としている。   In the example of FIG. 8, the number of the grooves 31 is two. In the case of this example, the position adjustment in the height direction cannot be performed, but even if the joining surface 35 of the steel material part 32 has irregularities, it can be partially allowed to be in the groove position. Further, although the description has been given by providing the joining groove 31 in the aluminum alloy plate 30, the groove may be provided on the joining surface 35 side of the steel part 32. Further, as shown in the drawing, the through hole 36 forming the gate may be provided on the aluminum alloy plate 30 side. In the example of FIG. 8, the resin composition 4 is injected into the space 34 through the through small holes 36 to form a bonded composite.

図9は、アルミニウム合金板40の溝41に枠体42を設けた例である。この枠体42は囲繞形態をなし、図4の場合と同様に枠体42に段差部43を設けている。段差部43を設けたことで、前述と同様に、鋼材部品44とアルミニウム合金板40との間に、枠体42を介して空間部45を構成し、この空間部45に樹脂組成物4を射出し接合させる。この例の場合は、鋼材部品44が丸物部材であると有効である。鋼材部品44の高さ調整は、段差部43の形状によって決めることができる。   FIG. 9 is an example in which a frame body 42 is provided in the groove 41 of the aluminum alloy plate 40. The frame body 42 has a surrounding shape, and a stepped portion 43 is provided on the frame body 42 as in the case of FIG. By providing the stepped portion 43, a space portion 45 is formed between the steel component 44 and the aluminum alloy plate 40 via the frame body 42, and the resin composition 4 is placed in the space portion 45 in the same manner as described above. Inject and join. In the case of this example, it is effective that the steel part 44 is a round member. The height adjustment of the steel material part 44 can be determined by the shape of the stepped portion 43.

図10は、アルミニウム合金板50に設けられた段差溝に、直接鋼材部品51を挿入して接合させる構成例である。鋼材部品51を段差溝の段差部52に載置し、鋼材部品51の接合面53とアルミニウム合金板50の段差溝底面54との間に空間部55を形成し、この空間部55に樹脂組成物4を射出し2つの金属を接合し一体化する。この例の場合は、枠体を必要とせず、枠体のない密封の空間部55を形成し、複数の金属形状物を定位置に位置決めする構造体は、アルミニウム合金板50の段差溝縁部56となる。この段差溝縁部56は面取りされていることが好ましい。   FIG. 10 is a configuration example in which the steel material part 51 is directly inserted into and joined to the step groove provided in the aluminum alloy plate 50. The steel part 51 is placed on the step part 52 of the step part groove, and a space part 55 is formed between the joining surface 53 of the steel part part 51 and the step groove bottom face 54 of the aluminum alloy plate 50, and the resin composition is formed in the space part 55. The object 4 is injected and the two metals are joined and integrated. In the case of this example, a frame body is not required, a sealed space portion 55 without a frame body is formed, and a structure body that positions a plurality of metal shaped objects in a fixed position is a step groove edge portion of the aluminum alloy plate 50. 56. The step groove edge 56 is preferably chamfered.

図11、12は、異種の金属形状物の接合複合体として、アルミニウム合金製部品であるケース体71に、銅製部品(例えば、ヒートシンク)72を接合(固着)させる構成を示している。図11は、部分外観図であり、図12は断面図である。ケース体71の接合面と銅製部品72の接合面には、前述のとおりの表面処理をしておく。
この形態では、ケース体71側に溝を設け、この溝を覆う状態で銅製部品72を直接載置している。接合は、前述した樹脂組成物4を射出して行う。又、ケース体71は、板材の折り曲げ加工、絞り加工等で製作されているとよい。
FIGS. 11 and 12 show a configuration in which a copper part (for example, a heat sink) 72 is joined (fixed) to a case body 71 which is an aluminum alloy part as a joined composite of different kinds of metal shapes. FIG. 11 is a partial external view, and FIG. 12 is a cross-sectional view. The joint surface of the case body 71 and the joint surface of the copper part 72 are subjected to surface treatment as described above.
In this embodiment, a groove is provided on the case body 71 side, and the copper part 72 is directly placed so as to cover the groove. Bonding is performed by injecting the resin composition 4 described above. The case body 71 may be manufactured by bending a plate material, drawing, or the like.

位置決めのための枠体75が、ケース体71に設置される。この枠体75は銅製部品72の位置を定める機能があればよいので、囲繞された枠体75であってもよいが、囲繞しないものであってもよい。この形態の場合は、銅製部品72とケース体71との間に密封された空間部(溝)を構成する。この形態の空間部の数は2箇所である。この空間部が射出成形のキャビティとなる。
ケース体71の接合面には、銅製部品72の取り付け箇所に枠体75を取り付けている。この枠体75は、合成樹脂製であり、所定位置に、貫通穴、又は止まり穴である小穴を設け、この小穴に枠体75のボスが挿入されることで位置決めがなされている。又、図に示すようにゲートをなす通し小孔76はケース体71に設けられている。ノズル体(図示せず)を介してゲートをなす通し小孔76を通して樹脂組成物4を空間部に射出し接合複合体としている。
A frame body 75 for positioning is installed on the case body 71. Since the frame 75 only needs to have a function of determining the position of the copper part 72, the frame 75 may be an enclosed frame 75, but may not be enclosed. In the case of this form, a sealed space (groove) is formed between the copper part 72 and the case body 71. There are two spaces in this form. This space becomes a cavity for injection molding.
On the joint surface of the case body 71, a frame body 75 is attached to a place where the copper part 72 is attached. The frame body 75 is made of synthetic resin, and a small hole that is a through hole or a blind hole is provided at a predetermined position, and positioning is performed by inserting a boss of the frame body 75 into the small hole. Further, as shown in the figure, a through hole 76 forming a gate is provided in the case body 71. The resin composition 4 is injected into the space through a small hole 76 that forms a gate through a nozzle body (not shown) to form a bonded composite.

なお、接合用の空間部(溝)をケース体71に設けることで説明したが、銅製部品72の接合面側に溝を設けるようにしてもよい。溝の数は2以外であってもよい。このように一体化させると、ケース体71の中の熱源に銅製部品(ヒートシンク)72を近づけそこから熱を移動させることができる。   In addition, although demonstrated by providing the space part (groove) for joining in the case body 71, you may make it provide a groove | channel in the joining surface side of the copper components 72. FIG. The number of grooves may be other than two. When integrated in this way, the copper part (heat sink) 72 can be brought close to the heat source in the case body 71 and heat can be moved therefrom.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されることはない。本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態において、複数の金属形状物を鋼材部品とアルミニウム合金板を例に説明したが、鋼材、アルミニウム合金以外に、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼によってもよく、又、同種、異種を問わないこともいうまでもない。更に、本発明対象の接合複合体は、3種以上の金属形状物を組み合わせて射出接合した接合複合体としてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. Needless to say, changes can be made without departing from the scope and spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, a plurality of metal shapes have been described by taking steel parts and aluminum alloy plates as examples, but in addition to steel materials and aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, titanium alloys, and stainless steel may be used. Needless to say, it doesn't matter whether it is the same or different. Furthermore, the joined composite of the present invention may be a joined composite obtained by combining three or more kinds of metal shapes and injection joining them.

1…金属片
2…可動側型板
3…固定側型板
4…樹脂組成物
5…ピンポイントゲート
6…接合面
7…複合体
10…射出成形金型
11…アルミニウム合金板
12…鋼材部品
15…枠体
19…空間部
26…接合複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal piece 2 ... Movable side template 3 ... Fixed side template 4 ... Resin composition 5 ... Pinpoint gate 6 ... Joining surface 7 ... Composite 10 ... Injection molding die 11 ... Aluminum alloy plate 12 ... Steel component 15 ... Frame 19 ... Space 26 ... Joint composite

Claims (22)

化学エッチングによるミクロンオーダーの粗度を有する表面であり、且つ前記表面は、高さ又は深さ、幅、及び長さを有する凸部又は凹部で、全面に存在する超微細凹凸形状であり、且つ前記表面が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層(21)を有している金属形状物(11,12)と、
複数の前記金属形状物の対向面間に、密封空間(19)を区画し、且つ複数の前記金属形状物を定位置に位置決めし、固定するための構造体(15)と、
前記密封空間に溶融した樹脂を射出して、前記超微細凹凸形状に侵入して複数の前記金属形状物を接合させて互いに一体化した結晶性樹脂組成物(4)と
からなる複数金属形状物の接合複合体。
A surface having a roughness on the order of microns by chemical etching, and the surface is a convex or concave portion having a height or depth, width, and length, and has an ultra fine uneven shape existing on the entire surface, and A metal shaped article (11, 12) having a thin layer (21) of metal oxide or metal phosphate on the surface;
A structure (15) for partitioning a sealed space (19) between opposing surfaces of the plurality of metal shaped objects, and positioning and fixing the plurality of metal shaped objects in place;
A plurality of metal shaped objects comprising a crystalline resin composition (4) injecting molten resin into the sealed space, intruding into the ultra-fine uneven shape and joining the plurality of metal shaped objects together Bonding complex.
請求項1に記載された複数金属形状物の接合複合体において、
複数の前記金属形状物は、異種金属の金属形状物である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined composite of multiple metal shapes according to claim 1,
The plurality of metal shapes are metal shapes of dissimilar metals. A joint composite of a plurality of metal shapes.
請求項1又は2に記載された複数金属形状物の接合複合体において、
前記超微細凹凸形状は、電子顕微鏡観察で、前記高さ又は前記深さ、及び幅が10〜500nmで、前記長さが10nm以上の前記凸部又は前記凹部が10〜数百nm周期である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined composite of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
The ultra-fine concavo-convex shape has an interval of 10 to several hundreds of nanometers when the height or depth and width are 10 to 500 nm and the length is 10 nm or more. A bonded composite of a plurality of metal shaped objects.
請求項1又は2に記載された複数金属形状物の接合複合体において、
前記超微細凹凸形状は、電子顕微鏡観察で、前記高さ又は前記深さが10〜500nmで、前記長さが10〜350nmの前記凸部又は前記凹部が10〜500nm周期である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined composite of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
The ultra-fine uneven shape is characterized in that the height or the depth is 10 to 500 nm and the length or the recess is 10 to 350 nm, and the length or the recess is a cycle of 10 to 500 nm, as observed with an electron microscope. A multi-metal joint composite.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、アルミニウム合金製であり、
前記超微細凹凸形状は、
前記化学エッチングのための強塩基性水溶液に浸漬することにより形成されたものであり、且つ
前記強塩基性水溶液に浸漬後、ヒドラジン、アンモニア、及び水溶性アミン化合物から選ばれる1種以上を含む水溶液への浸漬処理によって、厚さ2nm以上の酸化アルミニウム薄層を有したものであり、且つ
10〜100nm径の凹部で全面が覆われているものである
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of an aluminum alloy,
The ultra fine uneven shape is
An aqueous solution formed by immersing in a strong basic aqueous solution for chemical etching, and containing at least one selected from hydrazine, ammonia, and a water-soluble amine compound after being immersed in the strong basic aqueous solution Joining a plurality of metal objects having a thin aluminum oxide layer having a thickness of 2 nm or more by being immersed in the surface and covered with a recess having a diameter of 10 to 100 nm Complex.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、マグネシウム合金製であり、
前記超微細凹凸形状は、
前記化学エッチングのための酸性水溶液に浸漬することにより形成されたものであり、且つ
前記酸性水溶液に浸漬後、過マンガン酸アルカリ金属塩水溶液への浸漬処理によって形成されたマンガン酸化物の薄層表面を有したものであり、且つ
5〜20nm径で20〜200nm長さの棒状物が無数に錯綜した形で覆われているものである
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of a magnesium alloy,
The ultra fine uneven shape is
A thin layer surface of manganese oxide formed by immersing in an acidic aqueous solution for chemical etching, and formed by immersing in an aqueous alkali metal permanganate solution after immersing in the acidic aqueous solution A multi-metal shaped joint composite comprising: a rod-like material having a diameter of 5 to 20 nm and a length of 20 to 200 nm covered with an infinite number of complex shapes.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、銅又は銅合金製であり、
前記超微細凹凸形状は、
前記化学エッチングのための酸化剤を含む強酸性水溶液に浸漬処理することによって形成されたものであり、且つ
前記強塩基性水溶液に浸漬後、酸化剤を含む強塩基性水溶液への浸漬処理によって形成された主として酸化第2銅の薄層であり、且つ
直径又は長径短径の平均が20〜150nmの孔開口部が100〜300nm周期で全面に存在するものである
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of copper or a copper alloy,
The ultra fine uneven shape is
It is formed by immersing in a strong acidic aqueous solution containing an oxidizing agent for chemical etching, and formed by immersing in a strongly basic aqueous solution containing an oxidizing agent after being immersed in the strong basic aqueous solution. A multi-metal shape, characterized in that it is a thin layer of cupric oxide that is mainly formed and has hole openings having an average diameter or major axis and minor axis of 20 to 150 nm on the entire surface with a period of 100 to 300 nm. Bonding complex of objects.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、銅又は銅合金製であり、
前記超微細凹凸形状は、
前記化学エッチングのための酸化剤を含む強酸性水溶液に浸漬することによって形成されたものであり、且つ
前記強塩基性水溶液に浸漬後、酸化剤を含む強塩基性水溶液への浸漬処理によって形成された主として酸化第2銅の薄層であり、且つ
直径又は長径短径の平均が10〜200nmの凸部が混ざり合って全面に存在するものである
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of copper or a copper alloy,
The ultra fine uneven shape is
It is formed by immersing in a strong acidic aqueous solution containing an oxidizing agent for chemical etching, and is formed by immersing in a strong basic aqueous solution containing an oxidizing agent after being immersed in the strong basic aqueous solution. In addition, it is a thin layer of cupric oxide, and a convex portion having an average diameter or major axis and minor axis of 10 to 200 nm is mixed and exists on the entire surface. body.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、チタン合金製であり、
前記超微細凹凸形状は、
弗化水素系化合物を含む強酸性水溶液に浸漬することにより、酸化チタンの薄層で覆われたものであり、且つ
高さ及び幅が10〜350nm、長さが10nm以上の山状又は連山状凸部が10〜350nm周期で全面に存在するものであり、且つ
前記表面が主としてチタン酸化物の薄層である管状のチタン合金部品である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of a titanium alloy,
The ultra fine uneven shape is
It is covered with a thin layer of titanium oxide by being immersed in a strongly acidic aqueous solution containing a hydrogen fluoride compound, and has a mountain shape or a mountain shape having a height and width of 10 to 350 nm and a length of 10 nm or more. A joint composite of multiple metal shapes, wherein the convex portions are present on the entire surface with a period of 10 to 350 nm, and the surface is a tubular titanium alloy part in which the surface is mainly a thin layer of titanium oxide.
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、ステンレス鋼製であり、
前記超微細凹凸形状は、
還元性強酸水溶液に浸漬することにより形成された薄層のステンレス鋼酸化物であり、且つ
直径20〜70nmの粒径物又は不定多角形状物が積み重なった形状である溶岩台地の斜面のガラ場状のような超微細凹凸形状でほぼ全面が覆われている
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of stainless steel,
The ultra fine uneven shape is
Galvanic field on the slope of a lava plateau, which is a thin-layer stainless steel oxide formed by dipping in a reducing strong acid aqueous solution, and is a shape in which particles having a diameter of 20 to 70 nm or indefinite polygonal shapes are stacked. A multi-metal shaped joint composite characterized in that almost the entire surface is covered with an ultra-fine uneven shape such as
請求項1又は2に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物の一つは、鋼材製であり、
前記超微細凹凸形状は、
還元性強酸水溶液に浸漬することによる前記化学エッチング後に形成された薄層の自然鋼材酸化物であり、且つ
前記電子顕微鏡による観察で、高さ50〜150nm、奥行き80〜500nmで幅が数百〜数千nmの階段が無限段に続いた形状の超微細凹凸形状でほぼ全面が覆われている表面である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 or 2,
One of the metal shapes is made of steel,
The ultra fine uneven shape is
A thin-layer natural steel material oxide formed after the chemical etching by dipping in a reducing strong acid aqueous solution, and, when observed by the electron microscope, has a height of 50 to 150 nm, a depth of 80 to 500 nm and a width of several hundred to A bonded composite of multi-metallic objects, characterized in that the surface is almost entirely covered with an ultra-fine concavo-convex shape in which a step of several thousand nm follows an infinite step.
請求項11に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記自然酸化膜薄層は、前記表面がアンモニア、ヒドラジン、及び水溶性アミンから選択される1種以上が吸着した鉄の自然酸化膜薄層である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joint composite of multiple metal shapes according to claim 11,
The natural oxide film thin layer is a natural oxide film thin layer of iron on which one or more kinds selected from ammonia, hydrazine, and water-soluble amine are adsorbed on the surface. body.
請求項11に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記自然酸化膜薄層は、前記表面がクロム、マンガン、及び亜鉛から選択される1種の酸化物、又はリン酸化物の薄層である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joint composite of multiple metal shapes according to claim 11,
The natural oxide film thin layer is a thin layer of one oxide or phosphor oxide whose surface is selected from chromium, manganese, and zinc.
請求項1ないし13から選択される1項に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記結晶性樹脂組成物は、ポリフェニレンサルファイド樹脂を主成分とする樹脂組成物である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 selected from claims 1 to 13,
The crystalline resin composition is a resin composition containing a polyphenylene sulfide resin as a main component.
請求項1ないし13から選択される1項に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記結晶性樹脂組成物は、ポリブチレンテレフタレート樹脂を主成分とする樹脂組成物である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joined complex of multiple metal shapes according to claim 1 selected from claims 1 to 13,
The crystalline resin composition is a resin composition containing a polybutylene terephthalate resin as a main component. A joined composite of multiple metal shapes.
請求項14に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記結晶性樹脂組成物は、前記ポリフェニレンサルファイド樹脂が70ないし97質量%、ポリオレフィン系樹脂が3ないし30質量%である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
The joined composite of multiple metal shapes according to claim 14,
The crystalline resin composition comprises 70 to 97% by mass of the polyphenylene sulfide resin and 3 to 30% by mass of a polyolefin-based resin.
請求項15に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記結晶性樹脂組成物は、前記ポリブチレンテレフタレート樹脂が70ないし97質量%、ポリエチレンテレフタレート及び/又はポリオレフィン系樹脂が3ないし30質量%である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
The joined composite of multiple metal shapes according to claim 15,
The crystalline resin composition comprises 70 to 97% by mass of the polybutylene terephthalate resin and 3 to 30% by mass of polyethylene terephthalate and / or polyolefin-based resin.
請求項14ないし17から選択される1項に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記結晶性樹脂組成物は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他強化繊維、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、粘土、及びガラス粉から選ばれる1種以上の20〜60質量%の充填材が含まれている樹脂組成物である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
In the joining composite_body | complex of the multiple metal shape object of 1 selected from Claims 14 thru | or 17,
The crystalline resin composition is filled with 20 to 60% by mass of at least one selected from glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, other reinforcing fiber, calcium carbonate, magnesium carbonate, silica, talc, clay, and glass powder. A bonded composite of multi-metal shapes, characterized by being a resin composition containing a material.
請求項1ないし18から選択される1項に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記金属形状物は、前記空間に前記結晶性樹脂組成物を射出させるためのゲートが設けられている
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
The joined composite of multiple metal shapes according to claim 1 selected from claim 1 to claim 18,
The metal shaped article is provided with a gate for injecting the crystalline resin composition in the space. A joined complex of a plurality of metal shaped articles.
請求項1ないし19から選択される1項に記載の複数金属形状物の接合複合体において、
前記構造体は、囲繞形態をなし、複数の前記金属形状物との間に挟まれ前記密封空間を設けるように構成した
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体。
The joined composite of multiple metal shapes according to claim 1 selected from claims 1 to 19,
The said structure is comprised in the shape of an enclosure, and was comprised between the said some metal shape thing, and was comprised so that the said sealed space might be provided. The joining composite_body | complex of the metal shape thing characterized by the above-mentioned.
金属形状物(11,12)に、化学エッチングによるミクロンオーダーの粗度を有する表面であり、且つ前記表面は、高さ又は深さ、幅、及び長さを有する凸部又は凹部で、全面に存在する超微細凹凸形状であり、且つ前記表面が金属酸化物又は金属リン酸化物の薄層(21)を形成する工程と、
複数の前記金属形状物の対向面間に、密封空間(19)を区画し、且つ複数の前記金属形状物を定位置に位置決めする工程と、
前記密封空間に溶融した樹脂を射出して、前記超微細凹凸形状に侵入して複数の前記金属形状物を互いに一体化させる結晶性樹脂組成物により接合する工程と
からなる複数金属形状物の接合複合体の製造方法。
The metal shape (11, 12) is a surface having a roughness on the order of microns by chemical etching, and the surface is a convex or concave portion having a height or depth, width and length, and is entirely on the surface. A step of forming a thin layer (21) of a metal oxide or metal phosphate, wherein the surface has an ultra-fine uneven shape and the surface is a metal oxide or a metal phosphate;
Partitioning a sealed space (19) between opposing surfaces of the plurality of metal shaped objects, and positioning the plurality of metal shaped objects in place;
Injecting molten resin into the sealed space and joining with a crystalline resin composition that penetrates into the ultra fine uneven shape and integrates the plurality of metal shapes with each other. A method for producing a composite.
請求項21に記載された複数金属形状物の接合複合体の製造方法において、
複数の前記金属形状物は、異種金属の金属形状物である
ことを特徴とする複数金属形状物の接合複合体の製造方法。
In the manufacturing method of the joining composite_body | complex of the multiple metal shape object described in Claim 21,
The plurality of metal shapes are metal shapes of dissimilar metals. A method of manufacturing a joined complex of metal shapes.
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