JP2018039166A - 複合部材および複合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材としてアルミニウム材を用いた場合に、樹脂被膜とアルミニウム材との接合力を高く維持することができる複合部材および複合部材の製造方法を提供する。【解決手段】ステアリングシャフト３を構成するロアーシャフト１３の端部１７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材４１と、該アルミニウム基材４１の表面に形成され、酸素を含む酸素含有被膜４３と、該酸素含有被膜４３の表面に接合され、樹脂からなる樹脂接合体４５と、を有する。樹脂接合体４５は、酸素含有被膜４３の表面に、アルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されている。【選択図】図７

Description

本発明は、複合部材および複合部材の製造方法に関する。

従来から、金属部材の外周面を樹脂被膜で覆った複合部材が公知である（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された複合部材は、ステアリングシャフトを構成するシャフト部材であり、このシャフト部材の下側の端部は、金属部材として鋼材を用い、この鋼材の外周面を樹脂被膜で被覆している。ここで、金属部材として鋼材を用いるのは、樹脂被膜と鋼材との接合力を高くするためである。

特開昭５５−２４２９０号公報

しかしながら、近年は重量を軽減するために、ステアリングシャフトを鋼材からアルミニウム製に変更する傾向にある。しかしながら、樹脂被膜とアルミニウム材との接合力は、樹脂被膜と鋼材との接合力よりも低くなるおそれがある。

本発明は、前記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、金属部材としてアルミニウム材を用いた場合に、樹脂被膜とアルミニウム材との接合力を高く維持することができる複合部材および複合部材の製造方法を提供することである。

本発明に係る複合部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、該アルミニウム基材の表面に形成され、酸素を含む酸素含有被膜と、該酸素含有被膜の表面に接合され、樹脂からなる樹脂接合体と、を有する。前記樹脂接合体は、前記酸素含有被膜の表面に、前記アルミニウム基材の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されている。

本発明に係る複合部材の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材の表面に、酸素を含む酸素含有被膜を形成する被膜形成工程と、この酸素含有被膜の表面に、アルミニウム基材の周方向に沿って環状に繋がった樹脂接合体を形成する樹脂形成工程と、を有する。

本発明によれば、金属部材としてアルミニウム材を用いた場合であっても、樹脂被膜とアルミニウム材との接合力が高い複合部材を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るステアリングシャフトを備えたステアリングシステムの側面図である。 図２は、図１のステアリングシャフトの側面図である。 図３は、図２のステアリングシャフトを分解した側面図である。 図４は、図３のロアーシャフトを示す側面図である。 図５は、図３のアッパーシャフトを示す側面図である。 図６は、図４のＡ−Ａ線による断面図である。 図７は、図６のＢ部を拡大した断面図である。 図８は、図５のＣ−Ｃ線による断面図である。 図９は、実施例で作製したアルミニウム樹脂接合体を示す概略図である。 図１０は、アルミニウム樹脂接合体における接合部のせん断強度を測定する方法を示す概略図である。 図１１は、実施例１，２のアルミニウム樹脂接合体におけるせん断強度の測定結果を示すグラフである。 図１２は、実施例１のアルミニウム基材における酸素含有被膜を示す写真である。 図１３は、実施例１のアルミニウム樹脂接合体の断面を示す写真である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図１を参照して、本発明の実施形態に係るステアリングシャフトを備えたステアリングシステムの構成を説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るステアリングシステム１は、斜め下方に向けて延在するステアリングシャフト３と、自動車の車体部材４にブラケット５を介して結合されるステアリング本体７と、ステアリング本体７に設けられて回動可能に保持されるステアリングホイール９と、を備える。ステアリング本体７には、上下方向に搖動可能なチルトレバー１１が設けられる。

図２，３に示すように、ステアリングシャフト３は、下側に配置されるロアーシャフト１３（第１シャフト）と、上側に配置されるアッパーシャフト１５（第２シャフト）と、から構成される。なお、本発明では、ロアーシャフト１３（第１シャフト）が複合部材となる。ロアーシャフト１３における上端の端部１７をアッパーシャフト１５における下端の端部１９の挿通孔２０（図８を参照）に挿入することにより、ロアーシャフト１３およびアッパーシャフト１５の端部同士１７，１９が図２の矢印Ｓ方向に沿って摺動可能に組み付けられる。このように、本発明に係るステアリングシャフト３は、車両が衝突してステアリングシャフト３に荷重が入力された場合に、ロアーシャフト１３とアッパーシャフト１５とが互いに摺動してステアリングシャフト３の全体の長さが短くなることで衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収ステアリングである。

図４に示すように、ロアーシャフト１３（第１シャフト）は、長手方向の下端に配置されたジョイント部２１と、ジョイント部２１から斜め上方に向けて延びる円筒状の本体部２３と、本体部２３の上端に配置された端部１７と、から一体に構成されている。

ジョイント部２１は、アルミニウム材を鍛造して作成され、側方から見た場合にＵ字状に形成されている。

本体部２３は、アルミニウム材を押出成形で成形した円筒体であり、本体部２３と端部１７とは一体になっている。また、ジョイント部２１は、例えば摩擦圧接によって本体部２３に接合される。

端部１７は、アルミニウム材を押出成形で成形した円筒体の表面に酸素含有被膜および樹脂接合体を設けたものであり、図６に示すように、外周面が第１の凹凸部２５に形成されている。この端部１７の詳細な構造については後述する。

図５に示すように、アッパーシャフト１５（第２シャフト）は、長手方向の上端に配置されたジョイント部２７と、ジョイント部２７から斜め下方に向けて延びる円筒状の本体部２９と、本体部２９の下端に配置された端部１９と、から一体に構成されている。

ジョイント部２７は、アルミニウム材を鍛造して作成され、側方から見た場合にＵ字状に形成されている。

本体部２９は、アルミニウム材を押出成形で成形した円筒体であり、本体部２９と端部１９とは一体になっている。また、ジョイント部２７は、例えば摩擦圧接によって本体部２９に接合される。なお、本体部２９は、アルミニウム材を押出成形したのち、機械加工をして形成してもよい。さらには、本体部２９は、アルミニウム材を押出成形したのち、引抜加工をして形成してもよい。

端部１９は、アルミニウム材を押出成形で成形した円筒体であり、図８に示すように、内周面３１が第２の凹凸部３３に形成されている。この第２の凹凸部３３は、ロアーシャフト１３の第１の凹凸部２５に対応する形状に形成されており、第２の凹凸部３３は第１の凹凸部２５に係合される。なお、端部１９は、アルミニウム材を押出成形したのち、機械加工をして形成してもよい。さらには、端部１９は、アルミニウム材を押出成形したのち、引抜加工をして形成してもよい。

図６，７に示すように、ロアーシャフト１３の上側の端部１７は、円筒状に形成されており、内方には中空部３５が形成され、外周面３７は、第１の凹凸部２５に形成されている。第１の凹凸部２５は、径方向断面が径方向の外側に突出する断面円弧状の凸部３９と、周方向に隣接する凸部同士３９，３９の間に設けられて径方向の内側にへこむ断面円弧状の凹部４０と、からなる。つまり、凸部３９は、周方向に沿って等間隔に複数設けられており、凹部４０も周方向に沿って等間隔に複数設けられている。以下に、ロアーシャフト１３の上側の端部１７の断面構造を詳細に説明する。

ロアーシャフト１３の上側の端部１７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材４１と、アルミニウム基材４１の表面に形成され、酸素を含む酸素含有被膜４３と、酸素含有被膜４３の表面に接合され、樹脂からなる樹脂接合体４５と、から構成されている。樹脂接合体４５は、酸素含有被膜４３の表面に、アルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されている。なお、本実施形態では、アルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って連続して酸素含有被膜４３が形成され、樹脂接合体４５もアルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って酸素含有被膜４３の表面上に連続して繋がって形成されている。

図８に示すように、アッパーシャフト１５の下側の端部１９は、円筒状に形成されており、内周面３１は、第２の凹凸部３３に形成されている。この第２の凹凸部３３は、ロアーシャフト１３の第１の凹凸部２５に係合する形状に形成されている。具体的には、径方向断面が径方向の内側に突出する断面円弧状の複数の凸部４７と、周方向に隣接する前記凸部同士４７，４７の間に設けられて径方向の外側にへこむ断面円弧状の凹部４９と、からなる。また、凸部４７は、周方向に沿って等間隔に複数設けられており、凹部４９も周方向に沿って等間隔に複数設けられている。なお、アッパーシャフト１５の外周面５１は、断面円形状に形成されており、内方には挿通孔２０が形成されている。

次いで、図７に示すロアーシャフト１３の上側の端部１７の製造方法（具体的には、酸素含有被膜４３および樹脂接合体４５の形成方法）について説明する。

まず、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材４１を押出成形によって図６に示す円筒状の形状に成形する（アルミニウム基材４１の成形工程）。

次に、図７に示すように、アルミニウム基材４１の表面に、後述する方法で酸素を含む酸素含有被膜４３を形成する（被膜形成工程）。

そして、この酸素含有被膜４３の表面に、後述する方法で、アルミニウム基材４１の周方向に沿って環状に繋がった樹脂接合体４５を形成する（樹脂形成工程）。これにより、図７に示す酸素含有被膜４３および樹脂接合体４５を得ることができる。

＜酸素含有被膜および樹脂接合体＞
次に、本実施形態に係る酸素含有被膜４３および樹脂接合体４５について、詳細に説明する。

上述のように、ロアーシャフト１３の上側の端部１７の表面に樹脂接合体４５を設けることにより、他の部材であるアッパーシャフト１５の下側の端部１９との間で摺動が生じる場合の摩耗の低減、並びに摩擦抵抗の低減及び調整を行うことができる。また、熱伝導率の調整、電気抵抗値の調整、及び外観色調の調整も行うことができる。ただ、アルミニウム基材４１に樹脂接合体４５を直接接合させたとしても、材質の違いにより十分な接合力を得ることが難しい。そのため、本実施形態では、アルミニウム基材４１の表面に酸素含有被膜４３を設け、さらに酸素含有被膜４３の表面に樹脂接合体４５を接合させている。このような構成により、アルミニウム基材４１と樹脂接合体４５との接合力を高め、上記効果を容易に得ることが可能となる。

アルミニウム基材４１に設けられる酸素含有被膜４３は、アルミニウム基材４１と樹脂接合体４５との密着性を高めるものであれば、特に限定されない。具体的には、酸素含有被膜は、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用いた亜鉛被膜形成処理で得られ、亜鉛元素を含有する被膜とすることができる。

酸素含有被膜を形成するための亜鉛被膜形成処理としては、アルミニウム基材の表面に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛鉄（ＺｎＦｅＯ）、酸化亜鉛アルミニウム（ＺｎＡｌＯ）等、亜鉛元素と共に酸素を含有する被膜を形成する方法であればよい。これにより、酸素含有被膜と樹脂接合体との間を強固に接合することが可能となる。

亜鉛被膜形成処理に用いる亜鉛イオン含有アルカリ水溶液において、アルカリ金属水酸化物（ＭＯＨ）と亜鉛イオン（Ｚｎ^２＋）とを質量比（ＭＯＨ／Ｚｎ^２＋）が１以上１００以下であることが好ましい。また、当該質量比は、２以上２０以下であることがより好ましく、３以上１０以下であることが特に好ましい。そして、当該亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を、常温でアルミニウム基材の表面に接触させることにより、アルミニウム基材の表面に酸素を含む亜鉛含有被膜を形成することができる。

亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中のアルカリ源（アルカリ金属水酸化物）は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウムからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。また、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液中の亜鉛イオン源は、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、過酸化亜鉛、塩化亜鉛、硫酸亜鉛及び硝酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることが好ましい。

亜鉛イオン含有アルカリ水溶液において、アルカリ金属水酸化物の濃度は、１０ｇ／Ｌ以上１０００ｇ／Ｌ以下であることが好ましく、５０ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。また、亜鉛イオン濃度は、１ｇ／Ｌ以上２００ｇ／Ｌ以下であることが好ましく、１０ｇ／Ｌ以上１００ｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。亜鉛イオン含有アルカリ水溶液の組成を上記の範囲内にすることにより、アルミニウム基材の表面ではアルミニウムと亜鉛イオンとが置換反応を起こし、アルミニウムは溶解し、亜鉛イオンは微細粒として析出する。その結果、アルミニウム基材の表面に亜鉛元素を含有する酸素含有被膜を形成することができる。すなわち、アルミニウムは溶解しながら凹部を形成し、この凹部内に亜鉛が析出し、亜鉛元素を含有する酸素含有被膜が形成される。

また、アルミニウム基材に設けられる酸素含有被膜は、アルミニウム被膜形成処理に由来し、アルミニウム化合物を含む被膜であることも好ましい。なお、アルミニウム化合物としては、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＡｌＯ（ＯＨ）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＰＯ_４）、Ａｌ_２（ＨＰＯ_４）_３及びＡｌ（Ｈ_２ＰＯ_４）_３からなる群より選ばれる少なくとも一つを挙げることができる。

このような酸素含有被膜を形成するためのアルミニウム被膜形成処理としては、温水浸漬処理、水蒸気処理、リン酸処理及び陽極酸化処理からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。温水浸漬処理は、アルミニウム基材を、５０℃以上の温水に６０秒以上浸漬する処理である。水蒸気処理は、アルミニウム基材を、０．１ＭＰａ以上で１分間以上の加圧条件下の水蒸気雰囲気中に晒す処理である。リン酸処理は、アルミニウム基材をリン酸系水溶液中に３０秒〜３０分間浸漬した後に、８０〜４００℃の熱風で３０秒〜３０分間乾燥させる処理である。なお、リン酸系水溶液としては、リン酸イオン、リン酸一水素イオン及びリン酸二水素イオンからなる群より選ばれる少なくとも一つを０．１〜１００ｇ／Ｌの範囲で含有するものを挙げることができる。

また、酸素含有被膜は、アルミニウム被膜形成処理に由来し、アルミニウム元素に結合した水酸基と、シラノール基との水素結合を含む被膜や、アルミニウム被膜形成処理に由来するＡｌ−Ｏ−Ｓｉの結合を含む被膜であることも好ましい。

このような酸素含有被膜を形成するための処理としては、シランカップリング処理及びシリカ処理の少なくとも一方を用いることができる。シランカップリング処理としては、０．１〜１００ｇ／Ｌのシランカップリング剤を含有する溶液中に、アルミニウム基材を３０秒〜３０分間浸漬した後に、８０〜４００℃の熱風で３０秒〜３０分間乾燥させる処理とすることができる。また、シリカ処理としては、０．１〜１００ｇ／Ｌのコロイダルシリカを含有する溶液中に、アルミニウム基材を３０秒〜３０分間浸漬した後に、８０〜４００℃の熱風で３０秒〜３０分間乾燥させる処理とすることができる。

なお、上述の温水浸漬処理、水蒸気処理、リン酸処理、陽極酸化処理、シランカップリング処理及びシリカ処理は、いずれか一種の処理のみを行い、アルミニウム基材の表面に酸素含有被膜を形成してもよい。また、これらの処理を組み合わせ、アルミニウム基材の表面に必要な酸素含有被膜を形成してもよい。

また、アルミニウム基材に設けられる酸素含有被膜は、レーザー処理により表面に形成された被膜であることも好ましい。

このような酸素含有被膜を形成するためのレーザー処理は、アルミニウム基材の表面付近を、アルミニウム基材の溶融温度以上まで加熱して酸化させる。これにより、アルミニウム基材の表面付近に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を生成し、酸化アルミニウムを含む酸素含有被膜を形成することができる。なお、当該レーザー処理は、例えば、レーザーエッチング装置等を用いて行うことができる。

酸素含有被膜が形成されたアルミニウム基材に関し、その最表面から３μｍの深さまでの表層において、酸素量は０．１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。また、当該酸素量は、０．５質量％以上１５質量％以下であることがより好ましく、１質量％以上１０質量％以下であるのが特に好ましい。酸素量が０．１質量％未満の場合、アルミニウム基材と樹脂接合体との間の接合強度が不十分となる可能性がある。また、酸素量が２０質量％を超える酸素含有被膜は、製造上の困難が伴う。なお、アルミニウム基材の最表面から３μｍの深さまでの表層における酸素量は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により測定することができる。

また、酸素含有被膜が形成されたアルミニウム基材に関し、当該酸素含有被膜が陽極酸化被膜である場合、その最表面から３μｍの深さまでの表層において、酸素量は１質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。また、当該酸素量は、１０質量％以上６０質量％以下であることがより好ましく、２５質量％以上５５質量％以下であることが特に好ましい。酸素量が１質量％未満の場合、被膜が薄くなりすぎて均一な被膜を形成することが難しくなる恐れがある。また、酸素量が７０質量％を超える酸素含有被膜は、製造上の困難が伴う。

酸素含有被膜が形成されたアルミニウム基材に関し、表面の酸素含有被膜は親水性であることが好ましい。具体的には、酸素含有被膜の表面において、水滴の接触角が７０°以下であることが好ましく、１０°以上５０°以下であることがより好ましく、５°以上４０°以下であることが特に好ましい。酸素含有被膜における水滴の接触角が７０°を超えると、表面の疎水化により樹脂接合体との接合力が低下する虞がある。

酸素含有被膜は、その最表層にヒドロキシル基（ＯＨ基）を有することが好ましい。酸素含有被膜の最表層にＯＨ基が存在することにより、後述する熱可塑性樹脂組成物中の熱可塑性樹脂及び／又は添加剤がＯＨ基と水素結合することが可能となる。また、熱可塑性樹脂及び／又は添加剤がＯＨ基と脱水縮合する置換基を有する場合、熱可塑性樹脂及び／又は添加剤と酸素含有被膜のＯＨ基との脱水縮合反応により、エステル結合を形成することが可能となる。

本実施形態において、樹脂接合体を構成する樹脂としては、少なくとも熱可塑性樹脂を含有する熱可塑性樹脂組成物であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂に加え、添加剤を含有することも好ましい。なお、熱可塑性樹脂組成物は、繰返し単位中及び／又は末端に非共有電子対を持つ元素を有する熱可塑性樹脂、及び非共有電子対を持つ元素を含む添加剤のいずれか一方又は双方を含有することがより好ましい。熱可塑性樹脂及び／又は添加剤が非共有電子対を持つ元素を含む場合、酸素含有被膜との相互作用により、接合力を高めることが可能となる。

熱可塑性樹脂及び／又は添加剤が有する非共有電子対を持つ元素は、硫黄、酸素及び窒素からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。なお、非共有電子対を持つ元素は、熱可塑性樹脂の繰返し単位の主鎖に含まれていてもよく、また側鎖に含まれていてもよい。

熱可塑性樹脂組成物に含有される熱可塑性樹脂としては、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）やサルフォン系樹脂等の硫黄原子を含有する樹脂が挙げられる。また、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル系樹脂や、液晶ポリマー、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂等の酸素原子を含有する樹脂等が挙げられる。さらに、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の窒素原子を含有する樹脂等が挙げられる。この中でも、樹脂接合体としては、ポリアミド１２を用いることが好ましい。

熱可塑性樹脂組成物に含まれ得る添加剤は、熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂以外の物質をいう。なお、非共有電子対を持つ元素を有する添加剤は、特に制限されるものではない。つまり、添加剤は、熱可塑性樹脂組成物の成形性及び加工性、熱可塑性樹脂組成物を成形して得られる樹脂接合体の特性等を考慮して、様々な目的で添加される。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、離型剤、可塑剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、帯電防止剤、染料、顔料、滑剤、シランカップリング剤、フィラー、エラストマー等を例示することができる。

非共有電子対を持つ元素を有する添加剤としては、非共有電子対を持つ元素が酸素であって炭素−酸素結合を有するものであることが好ましく、また炭素−酸素結合を有する添加剤がカルボニル化合物であることがより好ましい。具体的には、添加剤としては、カルボン酸類、エステル類、及びアミド類からなる群より選ばれる一種又は二種以上の化合物であることが好ましい。

本実施形態の樹脂接合体の製造方法は、特に限定されない。例えば、酸素含有被膜を有するアルミニウム基材に対し、射出成形により熱可塑性樹脂組成物を接触させることで、樹脂接合体を得ることができる。また、まず熱可塑性樹脂組成物の射出成形により樹脂接合体を形成し、得られた樹脂接合体をアルミニウム基材の酸素含有被膜に一体的に接合してもよい。なお、樹脂接合体と酸素含有被膜との接合は、レーザー溶着、振動溶着、超音波溶着、ホットプレス溶着、熱板溶着、非接触熱板溶着、又は高周波溶着等の熱圧着により行うことができる。

なお、本実施形態では、ロアーシャフトの一部である上側の端部のみに酸素含有被膜および樹脂接合体を設けたが、アルミニウム基材の表面全体に酸素含有被膜を形成し、得られたアルミニウム基材の必要な箇所にのみ樹脂接合体を接合してもよい。あるいは、コスト性を考慮して、アルミニウム基材の表面の一部のみに酸素含有被膜を形成し、得られたアルミニウム基材の必要な箇所に樹脂接合体を接合してもよい。なお、アルミニウム基材の表面の一部に酸素含有被膜を形成する際には、酸素含有被膜を形成する部分以外の部分を、マスキングテープ等でマスキングした後に酸素含有被膜を形成する処理を行い、最後にマスキングテープ等を除去すればよい。

本実施形態では、必要により、酸素含有被膜を形成する前にアルミニウム基材の表面の前処理を行ってもよい。前処理としては、例えば、脱脂処理、エッチング処理、デスマット処理、化学研磨処理、及び電解研磨処理からなる群より選ばれる少なくとも一つを行うことができる。

前処理として行う脱脂処理としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、界面活性剤等からなる通常の脱脂浴を用いて行うことができる。処理条件としては、通常、浸漬温度が１５℃以上５５℃以下、好ましくは２５℃以上４０℃以下であって、浸漬時間が１分以上１０分以下、好ましくは３分以上６分以下である。

前処理として行うエッチング処理としては、通常、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液が用いられる。そして、アルカリ水溶液を用いる場合には、濃度が２０ｇ／Ｌ以上２００ｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｇ／Ｌ以上１５０ｇ／Ｌ以下のものを用いる。そして、浸漬温度が３０℃以上７０℃以下、好ましくは４０℃以上６０℃以下であり、処理時間が０．５分以上５分以下、好ましくは１分以上３分以下の条件で浸漬処理を行う。

また、エッチング処理としては、硫酸−リン酸混合水溶液等の酸水溶液も用いることができる。そして、硫酸−リン酸混合水溶液を用いる場合には、硫酸濃度が１０ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下で、リン酸濃度が１０ｇ／Ｌ以上１２００ｇ／Ｌ以下、好ましくは３０ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌのものを用いる。そして、浸漬温度が３０℃以上１１０℃以下、好ましくは５５℃以上７５℃以下であり、浸漬時間が０．５分以上１５分以下、好ましくは１分以上６分以下の条件で浸漬処理を行う。

前処理として行うデスマット処理としては、例えば１〜３０％濃度の硝酸水溶液からなるデスマット浴を用いることができる。そして、浸漬温度が１５℃以上５５℃以下、好ましくは２５℃以上４０℃以下であり、浸漬時間が１分以上１０分以下、好ましくは３分以上６分以下の処理条件で浸漬処理を行う。

なお、前処理として行う化学研磨処理や電解研磨処理については、従来公知の方法を採用することができる。

本実施形態におけるアルミニウム基材と樹脂接合体との間の接合メカニズムは、実験から次のように推測される。なお、本実施形態のアルミニウム基材及び樹脂接合体が他のメカニズムにより接合していたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けることはない。

まず、アルミニウム基材の表面に酸素含有被膜を有する、複数の表面処理済アルミニウム基材を形成した。そして、一部の表面処理済アルミニウム基材については、射出成形により、その表面にカルボニル基（Ｃ＝Ｏ）を有するポリアミド１２（ＰＡ１２）を接合した。

また、残りの表面処理済アルミニウム基材については、まず、１００℃に保持した電気炉中でステアリン酸を揮発させ、その中に表面処理済アルミニウム基材を２４時間暴露した。これにより、酸素含有被膜の上にステアリン酸の単分子膜を有するステアリン酸処理済アルミニウム基材を作製した。さらに、ステアリン酸処理済アルミニウム基材の表面に、射出成形によりＰＡ１２を接合した。そして、ステアリン酸処理による接合強度の違いを測定した。

その結果、ステアリン酸処理を行ったアルミニウム基材の接合強度は、ステアリン酸処理を行わなかったアルミニウム基材の接合強度に比べて明確に低下していた。

ステアリン酸は親水基であるカルボキシル基（ＣＯＯＨ）と疎水基であるアルキル基（Ｃ_１７Ｈ_３５）とを併せ持ち、１分子の厚みをもつ単分子膜を形成する性質がある。ステアリン酸処理を行った場合には、アルミニウム基材の酸素含有被膜とステアリン酸のカルボキシル基側が化学結合してしまい、アルキル基側がＰＡ１２と接触する。そのため、アルミニウム基材とＰＡ１２の化学結合を阻害され、接合強度が低下したものと考えられる。

また、ステアリン酸処理後のアルミニウム基材に水滴を垂らし、その接触角を測定すると、接触角は１２０°に近くなり、液滴はほぼ球形になった。このことは、ステアリン酸のアルキル基側がアルミニウム基材の最表層側に偏在していることを裏付ける結果である。

以上から、酸素含有被膜と樹脂接合体との間において、酸素含有被膜の酸素と樹脂中のカルボニル基との間に化学的な結合が生じ、この化学的な結合による作用がアルミニウム基材と樹脂接合体との間の接合強度を高めているものと考えられる。

＜効果＞
以上説明したように、本発明の実施形態に係るステアリングシャフト３によれば、以下の作用効果が得られる。

（１）複合部材となるロアーシャフト１３（第１シャフト）の端部１７は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材４１と、該アルミニウム基材４１の表面に形成され、酸素を含む酸素含有被膜４３と、該酸素含有被膜４３の表面に接合され、樹脂からなる樹脂接合体４５と、を有する。樹脂接合体４５は、酸素含有被膜４３の表面に、アルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されている。

このように、樹脂接合体４５は、アルミニウム基材４１の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されている。したがって、樹脂接合体４５は酸素含有被膜４３を介してアルミニウム基材４１を周囲から締め付けるため、樹脂接合体４５のアルミニウム基材４１への付着力（結合力）が大きくかつ確実になる。

以下、具体的に説明する。まず、製造工程において、樹脂接合体４５を設ける前は、アルミニウム基材４１の表面には酸素含有被膜４３が形成されている。そして、酸素含有被膜４３が形成されたアルミニウム基材４１を金型にセットする。次いで、溶融した高温の樹脂を金型内に注入すると、金型とアルミニウム基材４１との間のキャビティに溶融樹脂が流れ込む。すると、酸素含有被膜４３を介してアルミニウム基材４１の全周に亘って溶融樹脂が充填される。この状態で、溶融樹脂およびアルミニウム基材４１が冷却されると、溶融樹脂が硬化して収縮することにより、酸素含有被膜４３を介してアルミニウム基材４１を外周から締め付ける。このように、樹脂接合体４５は、常時、酸素含有被膜４３を介してアルミニウム基材４１を外周から締め付ける物理的な締結力が作用する。よって、軽量化のために金属部材としてアルミニウム基材４１を用いて場合でも、樹脂接合体４５のアルミニウム基材４１への付着力（結合力）を大きくすることができる。

また、アルミニウム基材４１の表面には酸素含有被膜４３が形成されているため、アルミニウム基材４１と樹脂接合体４５との接合力を高めることができる。

（２）ロアーシャフト１３を構成するアルミニウム基材４１は、図６に示すように筒状体に形成されているため、ロアーシャフト１３の質量が軽減される。なお、ロアーシャフト１３を柱状体に形成してもよい。柱状体にすることによって、ロアーシャフト１３の強度が向上するという効果がある。

（３）ロアーシャフト１３（第１シャフト）の端部１７を筒状に形成されたアッパーシャフト１５（第２シャフト）の端部１９の挿通孔２０に挿入することにより、ロアーシャフト１３およびアッパーシャフト１５の端部同士１７，１９が摺動可能に組み付けられて構成されたステアリングシャフト３について、ロアーシャフト１３の端部１７は、アルミニウム基材４１の表面に酸素含有被膜４３および樹脂接合体４５を形成して構成される。

このように、ロアーシャフト１３およびアッパーシャフト１５の端部同士１７，１９は互いに摺動するため、摺動によって摩耗が生じやすい部位にも樹脂接合体４５を強固に付着させることができる。

（４）ロアーシャフト１３（第１シャフト）の端部１７の外周面３７は、端部１７の周方向に沿っていく場合に端部１７の径方向の外側および内側に起伏する第１の凹凸部２５に形成され、アッパーシャフト１５（第２シャフト）の端部１９の内周面３１は、ロアーシャフト１３の第１の凹凸部２５に係合する第２の凹凸部３３に形成されている。

ロアーシャフト１３の端部１７とアッパーシャフト１５の端部１９とは、第１の凹凸部２５および第２の凹凸部３３で係合されるため、アッパーシャフト１５を回転させるトルクをロアーシャフト１３に確実に伝達することができる。

（５）ロアーシャフト１３（第１シャフト）の第１の凹凸部２５は、径方向断面が径方向の外側に突出する断面円弧状の複数の凸部３９と、周方向に隣接する凸部同士３９，３９の間に設けられて径方向の内側にへこむ断面円弧状の凹部４０と、からなる。

このように、ロアーシャフト１３の第１の凹凸部２５は、断面形状が比較的に単純であるため、機械加工を施して第１の凹凸部２５を形成する場合は、機械加工の作業性が容易になる。

（６）樹脂接合体４５を形成する樹脂は、ポリアミド１２である。ポリアミド１２は、アミド基の水素結合により優れた強靭性、耐衝撃性、柔軟性を示すため、ロアーシャフト１３の端部１７とアッパーシャフト１５の端部１９との間の摺動により生じる摩耗を抑制することができる。

（７）酸素含有被膜４３は、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用いた亜鉛被膜形成処理で得られた亜鉛元素を含有した被膜である。このように、酸素含有被膜４３を亜鉛含有被膜とすることにより、酸素含有被膜と樹脂接合体との間を強固に接合することが可能となる。

（８）複合部材となるロアーシャフト１３（第１シャフト）の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材４１の表面に、酸素を含む酸素含有被膜４３を形成する被膜形成工程と、この酸素含有被膜４３の表面に、アルミニウム基材４１の周方向に沿って環状に繋がった樹脂接合体４５を形成する樹脂形成工程と、を有する。このような被膜形成工程及び樹脂形成工程により、酸素含有被膜４３の表面に、接合力が高い樹脂接合体４５を容易に形成することができる。

前述のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、酸素含有被膜４３は、アルミニウム基材４１の全周に亘って連続して形成しているが、全周のうち一部に酸素含有被膜４３が形成されていなくてもよい。また、ロアーシャフト１３の本体部２３および端部１７は、円筒体に形成したが、内方が中実状に形成された円柱体であってもよい。また、ロアーシャフト１３の上端の端部１７およびアッパーシャフト１５の下端の端部１９は、ともに係合されて摺動可能であればよく、例えばそれぞれ角筒状に形成してもよい。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
まず、市販のアルミニウム板材（６０６１−Ｔ６；板厚２.０mm）から縦４０ｍｍ横４０ｍｍの大きさのアルミニウム基材を切り出した。また、被膜形成処理剤として、水酸化ナトリウム濃度が１００ｇ／Ｌで酸化亜鉛濃度が２５ｇ／Ｌ（Ｚｎ^２＋として２０ｇ／Ｌ）の亜鉛イオン含有ナトリウム水溶液を調製した。次に、この亜鉛イオン含有ナトリウム水溶液中に上記のアルミニウム基材を室温下に３分間浸漬し、その後水洗し、表面に亜鉛元素を含有する酸素含有被膜が形成されたアルミニウム基材を作製した。

次に、熱可塑性樹脂としてポリアミド１２（宇部興産株式会社製、商品名：ＵＢＥＳＴＡ（登録商標）３０１４Ｕ）を用い、射出成形により、図９に示す試験用のアルミニウム樹脂接合体２００を作製した。具体的には、上述のように表面処理を行ったアルミニウム基材を射出成形機の金型内にセットし、金型温度１５０℃、樹脂温度３２０℃、射出速度１００ｍｍ／s、保圧５０ＭＰａ、保圧時間３秒の射出成形条件で、ポリアミド１２の射出成形を行った。これにより、図９に示すように、５ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの大きさのポリアミド成形体２０２を成形した。さらに、ポリアミド成形体２０２を５ｍｍ×１０ｍｍの面積でアルミニウム基材２０１の亜鉛含有被膜上に接合させた。

［実施例２］
アルミニウム基材として、実施例１と同じアルミニウム板材を使用した。次に、アルミニウム基材を、３０ｗｔ％の硝酸水溶液に常温で５分間浸漬した後に、イオン交換水で十分に水洗した。さらに、５ｗｔ％水酸化ナトリウム溶液に５０℃で１分間浸漬した後に水洗し、３０ｗｔ％硝酸水溶液に常温で３分間浸漬した後に水洗した。次に、９１℃の熱水で５分間浸漬させる水和処理をすることにより、アルミニウム基材の表面にアルミニウム化合物（ＡｌＯ（ＯＨ））を含む酸素含有被膜を形成した。これ以外は、実施例１と同様にして、試験用のアルミニウム樹脂接合体２００を作製した。

［評価］
実施例１，２で得られたアルミニウム樹脂接合体に関し、ポリアミド成形体のせん断強度を測定した。具体的には、図１０に示すように、実施例１，２で得られたアルミニウム樹脂接合体２００におけるアルミニウム基材２０１を冶具２１０に固定し、ポリアミド成形体２０２の上端にその上方から１ｍｍ／ｍｉｎ.の速度で荷重２１１を印加した。このように、アルミニウム基材２０１とポリアミド成形体２０２との間の接合部分を破壊する方法で、アルミニウム樹脂接合体の接合部のせん断強度を評価した。

せん断強度の測定結果を図１１に示す。図１１に示すように、酸素含有被膜上にポリアミド成形体を接合することにより、高いせん断強度が得られることが分かる。

図１２では、実施例１における、酸素含有被膜が形成されたアルミニウム基材の表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示している。図１２に示すように、粒子状の酸素含有被膜２０３がアルミニウム基材の表面全体を被覆していることが分かる。図１３では、実施例１のアルミニウム樹脂接合体２００の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示している。図１３に示すように、ポリアミド成形体２０２が酸素含有被膜２０３に密着していることが分かる。さらに、ポリアミド成形体２０２の一部が酸素含有被膜２０３の内部に侵入し、アンカー部２０４を形成していることが分かる。このように、酸素含有被膜２０３を設けることにより、上述の化学結合に加え、アンカー部２０４による物理的結合によっても接合力が増加することが分かる。

以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

１３ ロアーシャフト（第１シャフト）（複合部材）
１５ アッパーシャフト（第２シャフト）
１７，１９ 端部
２０ 挿通孔
２５ 第１の凹凸部
３１ 内周面
３３ 第２の凹凸部
３７ 外周面
３９ 凸部
４０ 凹部
４１ アルミニウム基材
４３ 酸素含有被膜
４５ 樹脂接合体

Claims (9)

1. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、該アルミニウム基材の表面に形成され、酸素を含む酸素含有被膜と、該酸素含有被膜の表面に接合され、樹脂からなる樹脂接合体と、を有し、
   前記樹脂接合体は、前記酸素含有被膜の表面に、前記アルミニウム基材の周方向の全周に亘って環状に繋がって形成されたことを特徴とする複合部材。
2. 請求項１に記載の複合部材であって、
   前記アルミニウム基材は、筒状体または柱状体に形成されたことを特徴とする複合部材。
3. 請求項１または２に記載の複合部材であって、
   第１シャフトの端部を筒状に形成された第２シャフトの端部の挿通孔に挿入することにより、第１および第２シャフトの端部同士が摺動可能に組み付けられて構成されたステアリングシャフトについて、
   前記第１シャフトの端部は、前記アルミニウム基材の端部の表面に前記酸素含有被膜および樹脂接合体を形成して構成されることを特徴とする複合部材。
4. 請求項３に記載の複合部材であって、
   前記第１シャフトの端部の外周面は、当該端部の周方向に沿っていく場合に端部の径方向の外側および内側に起伏する第１の凹凸部に形成され、
   前記第２シャフトの端部の内周面は、前記第１シャフトの第１の凹凸部に係合する第２の凹凸部に形成されたことを特徴とする複合部材。
5. 請求項４に記載の複合部材であって、
   前記第１シャフトの前記第１の凹凸部は、径方向断面が径方向の外側に突出する断面円弧状の複数の凸部と、周方向に隣接する前記凸部同士の間に設けられて径方向の内側にへこむ断面円弧状の凹部と、からなることを特徴とする複合部材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合部材であって、
   前記樹脂接合体を形成する樹脂は、ポリアミド１２であることを特徴とする複合部材。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合部材であって、
   前記酸素含有被膜は、亜鉛イオン含有アルカリ水溶液を用いた亜鉛被膜形成処理で得られた亜鉛元素を含有した被膜であることを特徴とする複合部材。
8. アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム基材の表面に、酸素を含む酸素含有被膜を形成する被膜形成工程と、
   この酸素含有被膜の表面に、アルミニウム基材の周方向に沿って環状に繋がった樹脂接合体を形成する樹脂形成工程と、
   を有することを特徴とする複合部材の製造方法。
9. 請求項８に記載された製造方法を用いて作製したことを特徴とする複合部材。