JP7632127B2 - Complex - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体に関する。 The present invention relates to a composite body in which a resin part and a metal part are joined at opposing joining surfaces.
軽量化且つ低コスト化を目的に、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この種の複合体として、例えば、金属部(メタルシート)上に、樹脂部として炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)からなる補強部材(リブ)をプレス形成する自動車部品が検討されている。これらの複合体による部品は、加熱した熱可塑性樹脂とメタルシートとを金型内で一体形成することで製造される。
2. Description of the Related Art For the purpose of reducing weight and cost, a composite body in which a resin part and a metal part are joined at opposing joining surfaces is known (see, for example, Patent Document 1).
As an example of this type of composite, an automobile part is being considered in which a reinforcing member (rib) made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) as a resin part is press-formed on a metal part (metal sheet). These composite parts are manufactured by integrally forming heated thermoplastic resin and a metal sheet in a mold.
しかし、この種の複合体において、相互に対向する接合面の密着性を十分に維持できないと、自動車部品の構造体として必要な強度を発揮できないという問題がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合した複合体において、樹脂部と金属部との相互に対向する接合面の密着性(垂直引張強度)をより向上(密着性の改善)させ得る複合体および複合体の製造方法を提供することを課題とする。
However, if the adhesiveness between the opposing joining surfaces of this type of composite cannot be maintained sufficiently, the composite cannot exhibit the strength required for the structure of an automobile part.
The present invention has been made with a focus on such problems, and has an object to provide a composite in which a resin part and a metal part are joined at opposing joint surfaces, and a method for manufacturing the composite that can further improve (improve adhesion) the adhesion (vertical tensile strength) of the opposing joint surfaces of the resin part and the metal part.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合体は、樹脂部と金属部とが相互に対向する接合面で接合された複合体であって、前記金属部は、当該金属部の接合面にそれぞれ開口する一対の傾斜溝を有するとともに、該一対の傾斜溝が、当該金属部内で相互に近づく傾斜構造を構成しており、前記樹脂部の接合面は、前記金属部の接合面に前記一対の傾斜溝の溝内部を充填した状態で接合されている。 In order to solve the above problems, a composite according to one aspect of the present invention is a composite in which a resin part and a metal part are joined at mutually opposing joint surfaces, the metal part has a pair of inclined grooves that each open into the joint surface of the metal part, and the pair of inclined grooves form an inclined structure that approaches each other within the metal part, and the joint surface of the resin part is joined to the joint surface of the metal part in a state in which the insides of the pair of inclined grooves are filled.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る複合体の製造方法は、樹脂部と金属部とを相互に対向する接合面で接合して複合体を製造する方法であって、前記金属部の接合面に、当該接合面にそれぞれ開口するとともに当該金属部内で相互に近づく一対の傾斜溝を形成する溝形成工程と、前記溝形成工程で前記金属部に形成された前記一対の傾斜溝の内部を充填するように前記樹脂部の接合面を前記金属部の接合面に接合する接合工程と、を含む。 In order to solve the above problem, a method for manufacturing a composite according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a composite by joining a resin part and a metal part at their mutually opposing joining surfaces, and includes a groove forming process for forming a pair of inclined grooves on the joining surface of the metal part, each of which opens onto the joining surface and approaches each other within the metal part, and a joining process for joining the joining surface of the resin part to the joining surface of the metal part so as to fill the interiors of the pair of inclined grooves formed in the metal part in the groove forming process.
本発明によれば、樹脂部と金属部との相互に対向する接合面の密着性をより向上させることができる。 The present invention can further improve the adhesion between the opposing joint surfaces of the resin part and the metal part.
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。実施形態の複合体は、金属部と樹脂部とが相互に対向する接合面で接合された複合体である。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態ないし実施態様は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし実施態様に特定するものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The composite of the embodiment is a composite in which a metal part and a resin part are joined at their mutually opposing joining surfaces. The drawings are schematic. Therefore, it should be noted that the relationship between thickness and planar dimensions, ratios, etc. are different from the actual ones, and the drawings also include parts in which the relationship and ratio of dimensions are different from each other.
Furthermore, the embodiments and implementations described below are examples of devices and methods for embodying the technical ideas of the present invention, and the technical ideas of the present invention do not limit the materials, shapes, structures, arrangements, etc. of the components to the embodiments and implementations described below.
[複合体]
まず、本発明の第一実施形態に係る複合体とその金属部の第一態様について説明する。
図1に示すように、第一態様の金属部10は、例えば板厚が1mm程度のアルミ合金製(例えばA5052)のメタルシートである。
この金属部10は、同図のX方向に沿って、接合面11に垂直に複数個所に形成された第一の垂直溝40と、同図のY方向に沿って複数個所に形成されて、接合面11にそれぞれ開口する一対の傾斜溝30a、30bと、を有する。
[Complex]
First, a first aspect of the composite body according to the first embodiment of the present invention and its metal part will be described.
As shown in FIG. 1, the
This
第一の垂直溝40、および、一対の傾斜溝30a、30bは、金属部10の裏面側には貫通しないように、金属部10の厚さ方向の途中部分の位置までパルスレーザ処理により格子状をなすように形成されている。
同図の例では、パルスレーザ処理により形成される溝幅Wは、第一の垂直溝40、および、一対の傾斜溝30a、30bともに例えば50μmである。また、第一の垂直溝40の厚さ方向Zでの溝深さd1は、例えば50μmであり、また、一対の傾斜溝30a、30bの厚さ方向Zでの溝深さd2は、例えば50μmである。
The first
In the example shown in the figure, the groove width W formed by the pulse laser treatment is, for example, 50 μm for both the first
ここで、第一態様金属部10において、一対の傾斜溝30a、30bは、同図(b)に示すように、金属部10の厚さ方向Zであって溝の延在方向と直交する方向に沿った断面視において、金属部10の表面側に向かって広がるV字形状に形成されてV字溝31を構成している。
特に、第一態様での一対の傾斜溝30a、30bは、第一の垂直溝40との交差部において、金属部10内で相互に連通してトンネル構造Tを構成している。これにより、一対の傾斜溝30a、30bの間の部分に、逆三角形状をなす引掛部(アンカ)60が形成されている。
Here, in the first
In particular, the pair of
また、左右一対の傾斜溝30a、30bは、図1(c)のB-B'断面に示すように、第一の垂直溝40との交差部以外の部分では、左右一対の傾斜溝30a、30b相互は連通しておらず、一対の傾斜溝30a、30bの組によって、一対の傾斜溝30a、30bそれぞれが、50μmの深さで形成され金属部10内で相互に近づく傾斜構造を構成している。
As shown in the B-B' cross section of FIG. 1(c), the pair of left and right
そして、第一実施形態の複合体1は、図2に示すように、第一態様の金属部10に形成された一対の傾斜溝30a、30bが構成する、V字溝31のトンネル構造Tの内部を充填するように樹脂部20の接合面21が金属部10の接合面11に接合されている。第一実施形態の複合体1を構成する樹脂部20としては、例えば炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)を好適に用いることができる。なお、同図中の符号hは、レーザ処理で金属が溶融または昇華した後に凝固した盛り上がり部分を示している(他の図において同様)。
As shown in FIG. 2, in the
[複合体の製造方法]
次に、上記第一実施形態に係る複合体1の製造方法について説明する。
第一実施形態に係る複合体1を製造するには、まず、金属部10の接合面11に対して凹凸形成加工をレーザ処理で行う。第一実施形態に係る複合体1においては、金属部10としてアルミ(A5052)製の薄板材を用いている。
[Method of manufacturing the composite]
Next, a method for producing the
To manufacture the
また、第一実施形態に係る複合体1においては、パルスレーザ処理によって、上記金属部10の接合面11に、少なくとも、当該接合面11にそれぞれ開口するとともに当該金属部10内で相互に近づく一対の傾斜溝30a、30bを形成する(溝形成工程)。
In addition, in the
なお、パルスレーザ処理の条件としては、例えば、レーザ装置としてキーエンス製レーザマーカMD-F5200(波長:1090nm、出力:30Wから50W、パルス周波数:60kHz以上)を用いることができる。 The pulsed laser processing conditions can be, for example, a laser device such as a Keyence Laser Marker MD-F5200 (wavelength: 1090 nm, output: 30 W to 50 W, pulse frequency: 60 kHz or higher).
ここで、第一実施形態に係る複合体1の製造方法では、まず、金属部10の接合面11に対して第一の垂直溝40を複数条形成する。第一の垂直溝40は、図3に示すように、パルスレーザの走査方向をX方向とし、このX方向において、パルスレーザ処理によって溝幅Wが50μmで、溝深さ50μmをねらい目とするとともに、隣接する他の第一の垂直溝40とのY方向での離隔ピッチPを例えば200μmとして複数条形成する(垂直溝形成工程)。
Here, in the manufacturing method of the composite 1 according to the first embodiment, first, multiple first
次いで、左右一対の傾斜溝30a、30bのうち、まず、一方の傾斜溝30aを金属部10の接合面11に形成する。一方の傾斜溝30aは、図4に示すように、パルスレーザの走査方向をY方向とするとともに、パルスレーザの照射軸線の方向を斜め(例えばθ=45°)に設定する。
そして、パルスレーザ処理によって、このY方向での斜め照射により、一方の傾斜溝30aを、溝幅Wが50μmであって溝深さd1が50μmをねらい目とするとともに、隣接する他の傾斜溝30aとのX方向での離隔ピッチPを例えば400μmとして複数条形成する。
Next, of the pair of left and right
Then, by using a pulsed laser process to obliquely irradiate the laser in the Y direction, multiple
続いて、図5に示すように、他方の傾斜溝30bについても、一方の傾斜溝30aと同様にして、溝幅Wが50μmであって溝深さd1が50μmをねらい目とするとともに、隣接する他の傾斜溝30bとの離隔ピッチPを例えば400μmとして金属部10の接合面11に複数条形成する(傾斜溝形成工程)。
Next, as shown in FIG. 5, the other
但し、他方の傾斜溝30bにおいて、パルスレーザの照射軸線の傾斜方向は、上記一方の傾斜溝30aに対して金属部10内で相互に近づくように、垂直な中心線を挟んで傾斜溝30aとは対称となる照射位置にて、反対の側から斜め(例えばθ=45°)にパルスレーザ処理を行えるように設定する。
However, in the other
これにより、図5(c)に網掛けで示すように、本実施形態に係る複合体の製造方法により、図1(c)のB-B'断面にも示したように、第一の垂直溝40との交差部以外の部分(図1の符号Sの箇所)では、金属部10内で相互に近づく傾斜構造を構成するように、左右一対の傾斜溝30a、30bがそれぞれ50μmの深さで形成される。
As a result, as shown by the hatching in FIG. 5(c), by the manufacturing method of the composite according to this embodiment, in the portion other than the intersection with the first vertical groove 40 (the portion indicated by the symbol S in FIG. 1), a pair of left and right
そして、図5(b)に網掛けで示すように、本実施形態に係る複合体の製造方法により、図1(b)のA-A'断面にも示したように、左右一対の傾斜溝30a、30bと横溝40との交差部(図1の符号Cの箇所)では、先に形成されている深さd1の50μmの横溝40の部分にて、更に50μmの深さd2でパルスレーザが照射される。
As shown by the hatched portion in FIG. 5(b), by the method for manufacturing a composite body according to this embodiment, as also shown in the A-A' cross section in FIG. 1(b), at the intersection of the pair of left and right
そのため、更に50μmの深さに彫り込まれて、都合100μmほどの深さの溝が形成される。これにより、一対の傾斜溝30a、30b相互が連通するトンネル構造Tが形成されるとともに、一対の傾斜溝30a、30b同士の間の位置に、V字溝31による逆三角形状をなす引掛部(アンカ)60が形成される。
Therefore, the groove is carved to a depth of an additional 50 μm, resulting in a groove with a total depth of about 100 μm. As a result, a tunnel structure T is formed in which the pair of
換言すると、図5において、第一実施形態に係る複合体1の製造方法では、A-A'断面の位置では、B-B'断面の位置よりも50μm深い位置で斜めに溝が掘られるので一対の傾斜溝30a、30b同士が相互に連通する。
これにより、第一実施形態に係る複合体1の製造方法では、一対の傾斜溝30a、30bを形成しつつ、引掛部60を形成することによって垂直方向での引張強度を増すことができる金属部10の表面加工を効率良く行うことができる。
In other words, in Figure 5, in the manufacturing method of the composite 1 according to the first embodiment, a groove is dug diagonally at a
As a result, in the manufacturing method of the
特に、第一実施形態に係る複合体1の製造方法では、このような複数段階のパルスレーザの照射手順によって、第一の垂直溝40との交差部以外の部分では、図5(c)に示すように、一対の傾斜溝30a、30b同士が金属部10内でつながらないように肉を残すことができる。そのため、第一の垂直溝40と一対の傾斜溝30a、30bとの協働によるV字溝31および引掛部60の形成時に、金属部10の接合面11から引掛部60を外さずに残すことができる。
In particular, in the manufacturing method of the composite 1 according to the first embodiment, such a multi-stage pulsed laser irradiation procedure allows the pair of
次いで、上記溝形成工程で金属部10に形成されたV字溝31のトンネル構造Tおよび一対の傾斜溝30a、30bの傾斜構造の溝内部を充填するように樹脂部20の接合面21を金属部10の接合面11に接合する(接合工程)。本実施形態の複合体1の接合工程では、加熱した樹脂部20と上記金属部10とを不図示の射出成形機によってその金型内で一体形成することで製造される。
Next, the joining
上記接合工程で樹脂部20として接合(被覆)する樹脂材としては、例えばPA6+CF長繊維(カーボン繊維)40wt%、ダイセルポリマー製プラストロン、を例示できる。また、上記接合工程で樹脂部20の射出成形による接合(被覆)条件としては、射出圧:117MPa、金型温度:140℃、射出スクリュー温度(樹脂温度):280℃を例示できる。
これにより、図2に示したように、樹脂部20は、上記金属部10に形成されたトンネル構造Tの内部を充填した状態で一体化される。以下、トンネル構造Tの内部に充填された樹脂を充填樹脂22とも呼称する。
Examples of the resin material to be bonded (covered) as the
2, the
なお、第一実施形態の複合体1において、金属部10の接合面11に形成する溝の態様として、例えば、各溝の溝幅(W)は250μm以下程度に設定でき、各溝の溝深さ(d1,d2)は50μm~250μm程度または金属部10の板厚の24%以下程度に設定できる。また、溝幅と溝深さとの比(W/d1 or d2)は0.1~5.5程度に設定でき、隣り合う溝と溝との間隔Pは200μm~400μm程度に設定できる。
In the
また、例えば、一対の傾斜溝30a、30b若しくは第一の垂直溝40の溝の延在パターン(パルスレーザの走査パターン)は、一の方向(X)およびこれとは交差する他の方向(Y)に沿って形成される場合に、単純な直線パターンに限定されず、曲線的なパターンや直線と曲線とを組み合わせたパターンを採用できる。
Furthermore, for example, when the groove extension pattern (pulse laser scanning pattern) of the pair of
また、直線的なパターンの列についても互いに並行に限らず、斜めのものを含むパターンであってもよい。また、一の方向(X)とこれとは交差する他の方向(Y)との溝の交差する角度についても直角に限らず、例えば、45°~90°程度の範囲で適宜に設定できる。他の実施形態若しくは他の態様において同様である。 The rows of linear patterns are not limited to being parallel to each other, and may be diagonal. The angle at which the grooves intersect in one direction (X) and another direction (Y) that intersects with the X direction is not limited to being a right angle, and can be set appropriately within the range of, for example, about 45° to 90°. The same applies to other embodiments or aspects.
[作用効果]
次に、第一実施形態に係る複合体1の作用効果について説明する。
ここで、図15に従来型の一例を示すように、従来、金属部110と樹脂部120との複合体100では、接合面の密着性(垂直引張強度)を向上させるために、金属部110の接合面111に、接合面111に対して面直の縦溝150と面直の横溝140とを交差させて格子状に形成している。
このような従来の構成では、金属部10と樹脂部20相互の密着性を十分に維持できなければ、例えば自動車部品の構造体として必要な強度を発揮できない。そのため、垂直方向での引張強度が低い金属部110と樹脂部120との密着性を向上(密着性の改善)する上で未だ検討の余地がある。
[Action and Effect]
Next, the effects of the
As shown in an example of a conventional type in Figure 15, conventionally, in a composite 100 of a
In such a conventional configuration, if the mutual adhesion between the
このような課題に対し、本願発明者らは、この種の複合体では、接合面の垂直方向への引張時に、金属部の接合面およびその近傍において溝壁面での摩擦力(同図(d)の下向きの白抜き矢印)が支配的に作用する点に着目した。つまり、現状、この摩擦力による接合強度が垂直方向の力Fcに対して不足しており、これを増やすことで接合面の密着性(垂直引張強度)をより向上(密着性の改善)させ得る。 In response to this issue, the inventors of the present application focused on the fact that in this type of composite, when tension is applied perpendicular to the joint surface, the frictional force (downward white arrow in FIG. (d)) at the groove wall surface acts predominantly on the joint surface of the metal part and in its vicinity. In other words, the joint strength due to this frictional force is currently insufficient relative to the perpendicular force Fc, and by increasing this, it is possible to further improve (improve adhesion) the adhesion of the joint surface (perpendicular tensile strength).
しかし、溝壁面での摩擦力を向上させる方策として、横溝140や縦溝150の溝深さを深くすれば摩擦力は増やせるもののその分のレーザ処理時間も大きく増加する。溝間隔を狭くして溝の形成数を増やす等の方策においても同様である。また、単に溝の深さを深くする方策では、金属部の板厚の制限から溝の深さも自ずと制限される。
However, while increasing the depth of the
これに対し、上述したように、第一実施形態の複合体1およびその製造方法では、図1(c)に示したように、金属部10の接合面11にそれぞれ開口する一対の傾斜溝30a、30bを設け、樹脂部20の接合面21を、金属部10の接合面11に一対の傾斜溝30a、30bの溝内部を充填樹脂22で充填した状態で接合している[技術1、技術10]。
In contrast, as described above, in the
第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、金属部10と樹脂部20相互の接合面に、少なくとも、一対の傾斜溝30a、30bによる傾斜構造の溝を設けたので、後述するシミュレーションでの対比にも示すように、垂直溝のみによる構成と比較して、少なくとも、一対の傾斜溝30a、30bが金属部10内で相互に近づく傾斜構造の係合効果により、垂直方向への引張時に、剥離に対する抵抗力をより向上(垂直引張強度の一層の向上)させることができる。
According to the first embodiment of the
特に、第一実施形態の複合体1では、図1(b)に示したように、金属部10は、その接合面11にそれぞれ開口する一対の傾斜溝30a、30bが、当該金属部10内で相互に連通するトンネル構造Tを構成している[技術2]。
In particular, in the
また、第一実施形態の複合体1の製造方法によれば、金属部10の接合面11に対し、溝形成工程でのパルスレーザ処理により、一対の傾斜溝30a、30bによるV字溝31が連通するトンネル構造Tを形成し、さらに、接合工程において、樹脂部20をトンネル構造Tの内部を充填樹脂22で充填した状態で接合している[技術11]。
In addition, according to the manufacturing method of the
これにより、第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、金属部10と樹脂部20相互の接合面に、逆三角形状の引掛部(アンカ)60を設けることで、トンネル構造Tによるアンカ効果により、接合面の垂直方向への引張時に、剥離に対する抵抗力をより一層向上(垂直引張強度のより一層の向上)させることができる。そのため、金属部10からの樹脂部20の剥離をより確実に防止または抑制できる。よって、金属部10と樹脂部20との密着性をより一層向上できる。
As a result, according to the
さらに、第一実施形態の複合体1およびその製造方法において、トンネル構造Tは、金属部10の厚さ方向Zに沿った断面形状において、一対の傾斜溝30a、30bが接合面11の表面側に向かって広がるV字形状に形成されたV字溝をなしている[技術3]。
そのため、第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、パルスレーザ加工による照射軸を斜めに設定するだけで、所望のV字溝およびトンネル構造を容易に形成できる。
Furthermore, in the
Therefore, according to the
また、第一実施形態の複合体1およびその製造方法において、上記トンネル構造Tは、金属部10の接合面11での一の方向(X)に沿って当該接合面11に面直に形成された第一の垂直溝40と、一の方向(X)とは交差する他の方向(Y)に沿ってV字形状をなして形成された一対の傾斜溝30a、30bと、の交差する部分によってV字溝31からなるトンネル構造Tを他の方向(Y)に離隔して複数の箇所に形成している[技術4、技術12]。
In the first embodiment of the
第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、一対の傾斜溝30a、30bと第一の垂直溝40との交差部に、相互の協働による段階的な溝加工手順によって、効率良く所望の引掛部(アンカ)60を形成できる(図1(b)のA-A'断面)。さらに、第一の垂直溝40との交差部以外の部分では、一対の傾斜溝30a、30b同士は連通しない非連通部を上記傾斜構造として同時に形成できる。
According to the first embodiment of the
よって、第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、一対の傾斜溝30a、30bによるV字溝31の連通構造を形成時に、引掛部60を金属部10の接合面11から外さずに残す非連通構造を同時形成できる(図1(b)のB-B'断面)。
したがって、パルスレーザ処理での複数の溝によるトンネル構造Tを形成しつつ、引掛部60を金属部10の接合面11から外さずに残すように加工する上で好適であり、引掛部(アンカ)60により、垂直引張強度を向上させるための複合体およびその製造方法として好適である。
Therefore, according to the first embodiment of the
Therefore, it is suitable for processing the
また、第一実施形態の複合体1およびその製造方法によれば、V字溝31で形成されるトンネル構造Tが、第一の垂直溝40の底部よりも深い位置に形成されるため、引掛部(アンカ)60のアンカ効果をより確実に発揮させて、垂直引張強度をより向上させる上で好適である。
In addition, according to the first embodiment of the
なお、第一実施形態の複合体1およびその製造方法に示したように、Y方向において、レーザ加工による照射角を斜めにして接合面11に形成された左右一対の斜溝30a、30bに対し、X方向の第一の垂直溝40が接合面11に面直に形成されていることが好ましい。このような構成であれば、金属部10と樹脂部20との密着性をより向上させつつ、せん断引張強度を維持し且つ処理時間の増加を抑制する上で好適である。
As shown in the first embodiment of the
[対比検討試験の結果]
次に、トンネル構造Tによる引掛部のアンカ効果の見積もり(対比検討試験)について図6を参照しつつ説明する。
なお、同図において、[従来例]とは、図15に示した上述の態様に基づく試験結果である。同様に、[本発明 第一実施形態]は図1の第一態様の試験結果であり、[本発明 第二実施形態]は図7の第二態様の試験結果、[比較例]は図8に示す態様での試験結果にそれぞれ対応している。比較する各例の溝幅や溝深さは同じとしている。
[Comparative test results]
Next, an estimation (comparative examination) of the anchor effect of the hook portion by the tunnel structure T will be described with reference to FIG.
In this figure, "Conventional Example" refers to the test results based on the above-mentioned embodiment shown in Fig. 15. Similarly, "First embodiment of the present invention" corresponds to the test results for the first embodiment in Fig. 1, "Second embodiment of the present invention" corresponds to the test results for the second embodiment in Fig. 7, and "Comparative Example" corresponds to the test results for the embodiment shown in Fig. 8. The groove width and groove depth of each example being compared are the same.
ここで、各複合体の対比検討のポイントについて説明する。
対比検討の骨子は、各複合体の金属部での単位面積当たりに形成された複数条の溝の構成の差異と、その差異による垂直引っ張り強度およびせん断強度を比較すること、および、その強度を得るために形成する複数条の溝の形成時間とを対比検討することにある。なお、ここでは定性把握を目的とするので、計算の詳細な式や複合体の構成材料の仔細なせん断強度や破断強度および係数等を含む製品情報に係る説明は省略する。
Here, the key points for comparing the various complexes will be explained.
The gist of the comparative study is to compare the differences in the configuration of the multiple grooves formed per unit area in the metal part of each composite, the vertical tensile strength and shear strength resulting from these differences, and to compare the formation time of the multiple grooves formed to obtain that strength. Note that, since the purpose here is to obtain a qualitative understanding, explanations related to product information, including detailed formulas for calculations and detailed shear strength, breaking strength, and coefficients of the composite's constituent materials, will be omitted.
対比する構成の概要は、[従来例]では、同図15(a)に示すように、単位面積当たりに、縦・横に格子状の9条の垂直溝が形成されている点である。また、[本発明 第一実施形態]では、図1(a)に示すように、単位面積当たりに、縦・横に格子状の9条の溝が形成され、うち4条の横溝が垂直溝、5条の縦溝が傾斜構造+トンネル構造を構成する傾斜溝の点である。 The outline of the configurations being compared is that in the [conventional example], as shown in FIG. 15(a), nine vertical grooves are formed in a lattice pattern vertically and horizontally per unit area. In the [first embodiment of the present invention], as shown in FIG. 1(a), nine grooves are formed in a lattice pattern vertically and horizontally per unit area, of which four horizontal grooves are vertical grooves and five vertical grooves are slanted grooves that form a slanted structure + tunnel structure.
同様に、[本発明 第二実施形態]では、図7(a)に示すように、縦・横に交差する7条の溝が形成され、うち2条の横溝が垂直溝、5条の縦溝が傾斜構造のみを構成する傾斜溝の点である。さらに、[比較例]では、図8(a)に示すように、縦・横に交差する7条の垂直溝が形成されている点である。
このような溝の構成において、9条の溝を形成する時間に対する7条の溝の形成時間は約77%となる。また、垂直溝の形成時間に対する傾斜溝の形成時間は約120%を要する。ただし、傾斜溝の形成時間に、レーザヘッドまたは処理対象部品を斜めに設置する作業時間は含まない。
Similarly, in the second embodiment of the present invention, as shown in Fig. 7(a), seven grooves are formed crossing vertically and horizontally, of which two horizontal grooves are vertical grooves and five vertical grooves are inclined grooves that only constitute the inclined structure.Furthermore, in the comparative example, as shown in Fig. 8(a), seven vertical grooves are formed crossing vertically and horizontally.
In this groove configuration, the time required to form seven grooves is approximately 77% of the time required to form nine grooves. Also, the time required to form the inclined grooves is approximately 120% of the time required to form the vertical grooves. However, the time required to form the inclined grooves does not include the time required to set the laser head or the part to be processed at an angle.
以上の溝の構成に鑑み図6(a)を参照すると、[従来例]と比べて、[本発明 第一実施形態]では、同じ9条の溝数において、垂直引張強度が大幅に向上することがわかる。また、溝数を7条に減らした場合、[比較例]では垂直引張強度が大きく低下するのに対し、[本発明 第二実施形態]では、[従来例]に近い垂直引張強度が維持されていることがわかる。 In view of the above groove configuration, referring to FIG. 6(a), it can be seen that the vertical tensile strength is significantly improved in the first embodiment of the present invention compared to the conventional example, with the same number of nine grooves. In addition, when the number of grooves is reduced to seven, the vertical tensile strength is significantly reduced in the comparative example, whereas the vertical tensile strength is maintained close to that of the conventional example in the second embodiment of the present invention.
同様に、図6(b)を参照すると、[従来例]と比べて、[本発明 第一実施形態]では、縦・横(0°、90°)ともに、[従来例]と同程度のせん断引張強度を維持できることがわかる。また、溝数を7条に減らした場合、[比較例]ではせん断引張強度が大きく低下するのに対し、[本発明 第二実施形態]では、[比較例]よりもせん断引張強度が高いことがわかる。 Similarly, referring to FIG. 6(b), it can be seen that compared to the conventional example, the first embodiment of the present invention can maintain the same level of shear tensile strength in both the vertical and horizontal directions (0°, 90°) as the conventional example. In addition, when the number of grooves is reduced to seven, the shear tensile strength of the comparative example is significantly reduced, whereas the second embodiment of the present invention has a higher shear tensile strength than the comparative example.
同様に、図6(c)を参照すると、溝側面の表面積当たりに換算した垂直引張強度を対比すると、[従来例]と比べて、[本発明 第一実施形態]が大幅に向上することは勿論、[比較例]は[従来例]と同等であるのに対し、[本発明 第二実施形態]では、[従来例]よりも大きく向上していることがわかる。 Similarly, referring to FIG. 6(c), when comparing the vertical tensile strength converted per surface area of the groove side, it can be seen that not only is the [First embodiment of the present invention] significantly improved compared to the [Conventional example], but the [Comparative example] is equivalent to the [Conventional example], while the [Second embodiment of the present invention] is significantly improved over the [Conventional example].
このように、[本発明 第一実施形態]においては、トンネル構造Tの引掛部60のアンカ効果による接合面の密着性(垂直引張強度)の向上がはっきりと認められる。また、せん断引張強度と処理時間について、従来の複合体と本発明に係る複合体とで、せん断方向での引張強度に有意差はほとんどなく、また、レーザ加工による処理時間の差も小さい(1.2倍程度)といえる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the improvement in adhesion (vertical tensile strength) of the joint surface due to the anchor effect of the
また、[本発明 第二実施形態]においては、トンネル構造Tを有しないことから、[本発明 第一実施形態]には及ばないものの、少なくとも傾斜構造を有することによって、[比較例]よりも、垂直引張強度およびせん断引張強度をいずれも高くできるといえる。 In addition, since the second embodiment of the present invention does not have a tunnel structure T, it does not reach the level of the first embodiment of the present invention. However, by having at least a sloped structure, it can be said that both the normal tensile strength and the shear tensile strength can be made higher than the comparative example.
以上説明したように、第一実施形態に係る複合体1によれば、金属部10と樹脂部20との密着性を改善(密着性の更なる向上)できる。なお、本発明に係る樹脂部と金属部との複合体およびその製造方法は、上記第一実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
As described above, the
例えば、第一実施形態に係る複合体1の製造方法では、金属部10の接合面11への溝加工方法として、パルスレーザ処理を用いた例を示したが、これに限らず、本発明の作用効果を奏する溝加工が可能であれば、種々の加工方法を採用できる。
例えば、レーザ処理についてもパルスレーザ処理に限定されない。但し、本発明の作用効果を奏するようなトンネル構造若しくは傾斜溝構造を形成する上では、パルスレーザ処理を用いて金属部10の接合面11に溝加工を施すことが好ましい。但し、例えば化成処理を施す場合、接合面以外には処理痕跡を形成しないで、金属部10の接合面11のどの場所でも所期性能が安定するように溝を加工する上では、本発明の例で示したような直交する格子状の溝や45°のV字溝の加工は不可能であり、意図した形状を処理効率良く加工することは極めて困難である。
For example, in the manufacturing method of the composite 1 according to the first embodiment, an example of using pulsed laser processing as a method for processing grooves on the joining
For example, the laser treatment is not limited to pulse laser treatment. However, in order to form a tunnel structure or an inclined groove structure that achieves the effects of the present invention, it is preferable to use pulse laser treatment to process grooves on the
また、例えば、トンネル構造Tおよびその形成方法は、上述した[技術4、技術12]の例に限定されない。
例えば金属部10の溝構造の他の態様として、図9に示すように、金属部10の接合面11での一の方向(X)に沿って接合面10に面直に形成された第一の垂直溝40を設け、左右一対の傾斜溝30a、30bによるV字溝31は、一の方向(X)とは交差する他の方向(Y)に沿って第一の垂直溝40の形成位置には形成することなく他の方向に離隔して複数箇所に形成できる[技術5]。
Furthermore, for example, the tunnel structure T and the method for forming the same are not limited to the above-mentioned examples of [
For example, as another aspect of the groove structure of the
このような構成であれば、各V字溝31のトンネル構造Tが一の方向(X)において分割されて複数の箇所に形成されると共に、一の方向(X)に交差する他の方向(Y)には第一の垂直溝40が形成される。そのため、このような構成であっても、パルスレーザ処理による各V字溝31の形成時に、トンネル構造Tの引掛部60を金属部10の接合面11から脱落させないように残すことができる。
With this configuration, the tunnel structure T of each V-
また、例えば、金属部10の溝構造の他の態様として、図10に示すように、トンネル構造Tは、金属部10の接合面11での一の方向(X)に沿って当該一の方向(X)に離隔してV字形状をなして複数箇所に形成された左右一対の傾斜溝30a、30bによる第一のV字溝31と、一の方向(X)とは交差する他の方向(Y)に沿って第一のV字溝31の形成位置には形成されることなく他の方向(Y)に離隔してV字形状をなして複数箇所に形成された左右一対の傾斜溝41a、41bによる第二のV字溝42と、によって形成できる[技術6]。
Also, for example, as another embodiment of the groove structure of the
このような構成であっても、パルスレーザ処理による各V字溝31、42の形成時に、引掛部60を金属部10の接合面11から外さずに残すことができる。そして、各V字溝31、42の引掛部60のアンカ効果により、垂直引張強度を向上させることができる。
Even with this configuration, when forming each V-
さらに、図11に示すように、同図の実施形態に係る複合体の金属部では、第一実施形態の構成に加えて、V字溝31のトンネル構造Tの延在方向(Y)に沿って、更に、第二の垂直溝50を形成した点が相違する[技術7]。
このような構成であれば、一の方向とこれに交差する他の方向の両方ともに垂直溝が形成されるので、垂直引張強度を向上させるとともに、第二の垂直溝50の部分でレーザ処理時間の短縮と、アンカ効果による強度の発現程度とを適宜に調節できる。よって、処理時間の短縮と垂直引張強度の向上とを両立させる上で好適である。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the metal part of the composite according to the embodiment of the figure is different in that, in addition to the configuration of the first embodiment, a second
With this configuration, vertical grooves are formed in both one direction and the other direction intersecting therewith, so that the vertical tensile strength is improved, and the laser processing time can be shortened and the degree of strength development due to the anchor effect can be appropriately adjusted in the portion of the second
また、上記第一の実施形態に係る複合体1では、第一の垂直溝40とV字溝31とは、金属部10の接合面11において相互に直交して格子状に設けられる例を示したがこれに限定されない。但し、第一の垂直溝40とV字溝31とが、金属部10の接合面11において80°~100°の範囲内の角度で交差して形成されることは好ましい[技術8]。
In addition, in the
第一の垂直溝40とV字溝31とを略直交(80°~100°の範囲内の角度)に交差させれば、複合体を効率良く製造するとともに、金属部10と樹脂部20との接合面全体に亘って均一に垂直引張強度を向上させる上で好適である。
If the first
また、例えば第一実施形態に係る複合体1では、左右一対の傾斜溝30a、30bによりV字溝31を形成した例を示したが、これに限らず、一対の溝が、金属部内で相互に連通するトンネル構造を構成していれば、種々の態様を採用できる。また、金属部内で相互に近づく傾斜構造において同様である。
例えば、左右一対の傾斜溝30a、30bによりV字溝31を形成する場合にあっても、上記第一の実施形態に係る複合体1では、一対の傾斜溝30a、30bによるV字溝31のVの内角が、θ=45°(±5%)に形成されている例を示したがこれに限定されない。但し、一対の傾斜溝30a、30bによるV字溝31のVの内角(θ)が、40°~50°の範囲内の角度に形成されていることは好ましい[技術9]。
In addition, for example, in the
For example, even when the V-shaped
つまり、図12に示すV字溝部分の模式図において、同図(b)に示すように、V字形状のトンネル構造TにおけるVの角度(θ)が、略45°(±5%)に形成されていれば、垂直引張強度を向上させる上で好適である。また、見積もりによると、θ=45°(±5%)であれば、溝の長さの制約を受けずに垂直引張強度を向上させることができる。 In other words, in the schematic diagram of the V-groove portion shown in FIG. 12, as shown in FIG. 12(b), if the angle (θ) of the V in the V-shaped tunnel structure T is formed to be approximately 45° (±5%), this is suitable for improving the vertical tensile strength. Also, according to estimates, if θ = 45° (±5%), the vertical tensile strength can be improved without being restricted by the length of the groove.
これに対し、図12(a)に示すように、V字形状のトンネル構造TにおけるVの角度(θ)が40°よりも小さくなると、引掛部60の角度が浅くなり、引っ掛かりによる抵抗力が弱くなり、図13に示すように、垂直引張強度を向上させる上で不十分になるおそれがある。なお、図12(a)の例は、θ=35°の例である。
また、図12(c)に示すように、V字形状のトンネル構造TにおけるVの角度(θ)が50°よりも大きくなると、引掛部(アンカ)60の角度が急になり、レーザ加工の処理時間がより長くかかる。また、金属部10の板厚が1mm程度以下の薄板の場合には、図13(b)に示すように、溝の深さが深く、金属部10の裏面にレーザが貫通するおそれがあり、また、レーザが貫通しない場合であっても金属部10の強度が弱くなるおそれがある。なお、図12(c)の例は、θ=60°の例である。
なお、図13の垂直引張強度の向上代が図6と一致しないのは、V字溝の部分のみをシミュレーションしているためと考えている。いいかえると、他に、溝を斜めにすることで、V字溝を形成しなくても、垂直引張時に溝側面で引っ掛かりが生じて、強度の向上効果を期待できる。図13では、この他の効果を考慮していないためである。
In contrast, as shown in Fig. 12(a), when the angle (θ) of the V in the V-shaped tunnel structure T is smaller than 40°, the angle of the
Also, as shown in Fig. 12(c), when the angle (θ) of the V in the V-shaped tunnel structure T is greater than 50°, the angle of the hook portion (anchor) 60 becomes steeper, and the laser processing time becomes longer. Also, when the
The reason why the improvement in the vertical tensile strength in Fig. 13 does not match that in Fig. 6 is believed to be because only the V-groove portion was simulated. In other words, by making the grooves inclined, even if no V-groove is formed, the groove side surface can be caught during vertical tension, and the strength can be improved. This is because Fig. 13 does not take into account this other effect.
1 複合体
10 金属部
11 (金属部の)接合面
20 樹脂部
21 (樹脂部の)接合面
22 充填樹脂
30a、30b 傾斜溝
31 第一のV字溝
40 第一の垂直溝
41a、41b 傾斜溝
42 第二のV字溝
50 第二の垂直溝
60 引掛部(アンカ)
100 従来の複合体
T トンネル構造
X 一の方向
Y 他の方向
Z 厚さ方向
REFERENCE SIGNS
100: Conventional composite T: Tunnel structure X: One direction Y: Other direction Z: Thickness direction
Claims (10)
前記金属部は、当該金属部の接合面にそれぞれ開口する一対の傾斜溝を有するとともに、該一対の傾斜溝が、当該金属部内で相互に近づく傾斜構造を構成しており、
前記樹脂部の接合面は、前記金属部の接合面に前記一対の傾斜溝の溝内部を充填した状態で接合されており、
前記一対の傾斜溝は、前記金属部内で相互に連通するトンネル構造を構成している複合体。 A composite body in which a resin part and a metal part are joined at opposing joining surfaces,
the metal portion has a pair of inclined grooves each opening on a joint surface of the metal portion, and the pair of inclined grooves form an inclined structure in which they approach each other within the metal portion;
a joint surface of the resin portion is joined to a joint surface of the metal portion in a state where the insides of the pair of inclined grooves are filled ,
A composite body in which the pair of inclined grooves form a tunnel structure that communicates with each other within the metal portion .
前記トンネル構造は、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って前記第一の垂直溝の形成位置には形成されることなく前記他の方向に離隔する複数の前記V字溝によって形成されている請求項2に記載の複合体。 a first vertical groove formed perpendicular to the joining surface along one direction of the joining surface of the metal portion;
The composite of claim 2, wherein the tunnel structure is formed by a plurality of the V-shaped grooves spaced apart in another direction intersecting the one direction without being formed at the formation position of the first vertical groove.
前記金属部の接合面に、当該接合面にそれぞれ開口するとともに当該金属部内で相互に近づく一対の傾斜溝を形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程で前記金属部に形成された前記一対の傾斜溝の内部を充填するように前記樹脂部の接合面を前記金属部の接合面に接合する接合工程と、を含み、
前記溝形成工程は、前記金属部内で前記一対の傾斜溝を相互に連通させてなるトンネル構造を形成する複合体の製造方法。 A method for producing a composite by joining a resin part and a metal part at opposing joining surfaces, comprising the steps of:
a groove forming step of forming a pair of inclined grooves on a joining surface of the metal part, the inclined grooves each opening on the joining surface and approaching each other within the metal part;
a joining process of joining a joining surface of the resin part to a joining surface of the metal part so as to fill the insides of the pair of inclined grooves formed in the metal part in the groove forming process ,
The groove forming step is a manufacturing method for a composite body, in which a tunnel structure is formed by connecting the pair of inclined grooves to each other within the metal part .
前記金属部の接合面での一の方向に沿って当該接合面に垂直な垂直溝を形成する垂直溝形成工程と、
該垂直溝形成工程の後に、前記一の方向とは交差する他の方向に沿って且つ前記他の方向に離隔して複数の箇所に前記一対の傾斜溝を形成する傾斜溝形成工程と、
を含む請求項9に記載の複合体の製造方法。 The groove forming step includes:
a vertical groove forming step of forming a vertical groove perpendicular to the joining surface along one direction on the joining surface of the metal part;
a tilted groove forming step of forming the pair of tilted grooves at a plurality of locations along another direction intersecting the one direction and spaced apart from each other in the other direction, after the vertical groove forming step;
A method for producing the complex according to claim 9 , comprising:
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