具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。本发明不限定于下述实施方式。下述实施方式是作为例子而提出的，未意图限定发明的范围。新的实施方式能够利用其他各种形态进行实施，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。

(1)金属树脂接合体30

首先，对通过本实施方式的制造方法制造的金属树脂接合体30进行说明。如图1所示，金属树脂接合体30具备：包含热塑性树脂的合成树脂部件10和包含金属的金属部件20，其是将合成树脂部件10的表面(以下有时将该表面称为“树脂接合面”)12和金属部件20的表面(以下有时将该表面称为“金属接合面”)22接合而得到的。

(2)合成树脂部件10

合成树脂部件10是：将热塑性树脂成型为块状、板状或线状等规定的形状得到的部件。另外，合成树脂部件10可以为热塑性树脂的涂膜、或者包含热塑性树脂制的粘接剂的粘接层。作为构成合成树脂部件10的热塑性树脂的具体例，可以举出：聚丙烯树脂(PP树脂)、聚缩醛树脂(POM树脂)、聚苯硫醚树脂(PPS树脂)、聚醚醚酮树脂(PEEK)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯树脂(ABS树脂)、聚乙烯树脂(PE树脂)、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(PBT树脂)、尼龙66(PA66)等聚酰胺树脂(PA树脂)、环氧树脂、液晶聚合物(LCP树脂)、改性聚苯醚树脂(改性PPE)、反应型软质聚丙烯系树脂(茂金属系反应型TPO树脂)等。另外，合成树脂部件10可以为在如上所述的热塑性树脂中配合碳纤维得到的碳纤维强化热塑性树脂(CFRTP)、或者在如上所述的热塑性树脂中配合玻璃纤维、滑石粉等补强材料、阻燃材料、防劣化剂、弹性体成分等得到的物质。

(3)金属部件20

金属部件20是：将金属成型为块状、板状或线状等规定形状得到的部件。作为构成金属部件20的金属，没有特别限定，可以使用各种金属。例如，作为构成金属部件20的金属，可以使用：铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)等。另外，金属部件20可以由铜合金、铁合金(铁钢材)、铝合金、不锈钢、钛合金、镍合金、铬合金等包含2种以上金属的合金构成。

金属部件20的形状可以根据用途等而设为所期望的形状。金属部件20的成型方法可以应用任意方法，可以使用：将熔融的金属等流入所期望的形状的模具的铸造、利用工作机械等的切削加工、利用压制机械等的冲压加工等。

另外，金属部件20可以在金属接合面22形成有氧化膜(金属氧化物)。氧化膜可以为在金属的表面自然形成的自然氧化膜。另外，氧化膜可以为通过利用氧化剂的表面处理、利用阳极氧化的电解处理、等离子氧化处理、含氧气体中的加热氧化处理等在金属部件20的表面所形成的膜。

作为优选的方案，氧化膜可以为在空气等含氧气体的气氛下将金属部件20的表面迅速加热而在金属部件20的表面所形成的膜。迅速加热时的每1分钟的金属部件20的表面的上升温度优选为构成金属部件20的金属的熔点温度以上。通过像这样将金属部件20的表面迅速加热，能够在金属部件20的表面形成致密的氧化膜。并且，通过将金属部件20的表面迅速加热，使得氧化膜的表面产生微裂纹，与合成树脂部件10之间的接合面积增大。

应予说明，可以通过激光加热、感应加热或电阻加热等各种方法而将金属部件20的表面迅速加热，不过，从加热时的升温速度较快、温度控制容易的方面考虑，优选通过照射激光而将金属部件20的表面加热来形成氧化膜。

另外，对于金属部件20，可以进行在金属接合面22设置凹凸形状的粗糙化处理。粗糙化处理可以采用各种方法。例如，可以通过激光照射、化学蚀刻、压制加工来使金属接合面22粗糙化。

作为优选的方案，可以在含氧气体的气氛下，将金属部件20的表面迅速加热，在金属部件20的表面形成氧化膜，并且，通过使氧化膜的表面产生微裂纹而将金属接合面22粗糙化。

(4)金属树脂接合体30的制造方法

金属树脂接合体30如下得到，即，对上述(2)中记载的合成树脂部件10和上述(3)中记载的金属部件20进行第一工序和第二工序，由此得到金属树脂接合体30。本实施方式中，采用图2及图3所示的接合装置50进行第一工序及第二工序，制造金属树脂接合体30。

接合装置50具备：工作台51，其供金属部件20载放；加热装置52，其对载放于工作台51的金属部件20进行感应加热；以及压制装置53，其将合成树脂部件10加压接合于金属部件20。

加热装置52具备与电源装置(未图示)连接的感应加热线圈，当从电源装置输入驱动电源时，由感应加热线圈产生磁场，从而对载放于工作台51的金属部件20的金属接合面22进行感应加热。

压制装置53具备：棒54，其由陶瓷等绝缘体形成；以及加压部55，其使棒54移动而将合成树脂部件10按压于金属部件20。如图2所示，棒54可以插入于加热装置52所具有的感应加热线圈的中空部分，并配置成与合成树脂部件10对置。加压部55具备：利用电动气动调节器进行控制的气压缸、或弹簧式加压器等，能够对使合成树脂部件10与棒54一同移动的速度和将合成树脂部件10按压于金属部件20时的压力进行控制。

对于采用接合装置50制造金属树脂接合体30，首先，在存在气体的气氛下，按金属接合面22与此后设置的合成树脂部件10对置的方式将金属部件20载放在工作台51之上。通过加热氧化处理等在金属部件20的表面形成有氧化膜的情况、或通过粗糙化处理而将金属部件20的表面粗糙化的情况下，按所形成的氧化膜或经粗糙化的表面与此后设置的合成树脂部件10对置的方式配置金属部件20。

接下来，按树脂接合面12与载放于工作台51的金属部件20的金属接合面22空开间隔地对置的方式配置合成树脂部件10。金属部件20的金属接合面22与合成树脂部件10的树脂接合面12之间的间隔设定为例如0.001mm～10mm。

接下来，按夹着合成树脂部件10而与金属部件20的金属接合面22对置的方式配置加热装置52。图2所示的情况下，将加热装置52配置于合成树脂部件10的上方，在加热装置52与金属部件20之间配置合成树脂部件10。

接下来，执行将合成树脂部件10的树脂接合面12暴露于加热到第一温度T1的气体中的第一工序。

具体而言，向加热装置52供给驱动电源，由设置于加热装置52的感应加热线圈产生磁场，对金属部件20的金属接合面22进行加热。此时，对向加热装置52供给的驱动电源或设置于加热装置52的感应加热线圈的位置等进行调整，以使金属部件20的金属接合面22达到第一温度T1。

随着如上所述的金属部件20的加热，处于金属部件20与合成树脂部件10之间的气体被加热到第一温度T1。由此，与金属部件20的金属接合面22对置的合成树脂部件10的树脂接合面12暴露于被加热到第一温度T1的气体中，合成树脂部件10的树脂接合面12达到第一温度T1。加热装置52将金属部件20的金属接合面22加热规定时间S1(例如、1～10秒钟)来执行如上所述的第一工序，然后，结束第一工序，进入第二工序。

当第一工序结束后，继续执行第二工序，因此，加热装置52将金属部件20的加热停止或减少加热量，进行降温(冷却)，直至树脂接合面12、金属接合面22及其周围(金属部件20与合成树脂部件10之间的气体)的温度达到第二温度T2。然后，于第二温度T2将合成树脂部件10和金属部件20接合。

亦即，第二工序中，于比第一温度T1低的温度(第二温度T2)，压制装置53使合成树脂部件10以规定的速度V移动而使其冲撞金属部件20。此时，合成树脂部件10的与棒54的前端对应的位置被猛地按压于金属部件20，以规定的压力P按压于金属部件20规定时间S2。由此，得到合成树脂部件10的树脂接合面12和金属部件20的金属接合面22局部接合(点接合)的金属树脂接合体30。然后，结束第二工序。

此处，第一温度T1是：构成合成树脂部件10的热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度Tf以上的温度。应予说明，合成树脂部件10由在热塑性树脂中配合有碳纤维、玻璃纤维、滑石粉等补强材料的树脂形成的情况下，构成合成树脂部件10的热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度Tf是：不含补强材料的热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度Tf。

第一温度T1的上限值可以设为构成合成树脂部件10的热塑性树脂的分解温度以下、亦即比热塑性树脂开始气化的温度低的温度。举出一例，可以使第一温度T1的上限值为1000℃。优选为，可以将第一温度T1的上限值设定为比构成合成树脂部件10的热塑性树脂的熔点Tm高20℃的温度。

另外，第二温度T2为比第一温度T1低的温度即可，优选为构成合成树脂部件10的热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度Tf以上。第二温度T2优选为比构成合成树脂部件10的热塑性树脂的熔点Tm低的温度。第一温度T1与第二温度T2的温度差优选为1℃以上20℃以下。

应予说明，本说明书中，热塑性树脂的熔点Tm是：依据JIS K7121并采用差示扫描热量测定器以每分钟10℃的升温速度进行测定的值。举出代表性的热塑性树脂的熔点，聚丙烯树脂为168℃，尼龙66为265℃，聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂为232～267℃，聚苯硫醚树脂为280℃。

另外，热塑性树脂的载荷下挠曲温度Tf是：利用依据JIS K7191的方法所测定的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度。举出代表性的热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度Tf，聚丙烯树脂为57～65℃，尼龙66为66～68℃，聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂为58℃，聚苯硫醚树脂为105℃。

应予说明，第一工序优选在空气等含氧气体中执行。亦即，优选在含氧气体的气氛下将金属接合面22及树脂接合面12加热到第一温度T1，并将金属接合面22及树脂接合面12暴露于被加热到第一温度T1的含氧气体中。

如果在含氧气体的气氛下执行第一工序，则合成树脂部件10的树脂接合面12与含氧气体中包含的氧发生反应，由此在合成树脂部件10的树脂接合面12生成能够与碱性或两性的氧化物进行中和反应而发生化学键合的官能团。

通常，金属部件20的表面被氧化并由包含金属氧化物的氧化膜被覆，因此，在树脂接合面12生成的官能团通过范德华力或氢键而与金属部件20的金属接合面22所存在的金属氧化物键合。此外，将合成树脂部件10和金属部件20以加热及加压状态进行接合，由此树脂接合面12的官能团与金属部件20的金属氧化物发生中和反应(脱水缩合)而形成共价键。

举出在树脂接合面12生成的官能团的一例，具有通过构成合成树脂部件10的热塑性树脂的氧化分解而生成的羧基(－COOH)、羰基(－CO－)、羟基(－OH)中的至少任一种。构成合成树脂部件10的热塑性树脂为聚苯硫醚树脂(PPS)这样的包含硫原子(杂原子)的树脂的情况下，作为树脂接合面12所具有的官能团，除了包括羧基、羰基、羟基以外，还可以包括：磺基(－SO₃H)、磺酰基(－SO₂－)、硫烷基(－SH)、二硫基(－SS－)等这样的包含杂原子的官能团。

举出通过金属部件20与合成树脂部件10的接合而发生的中和反应的一例，树脂接合面12具有作为官能团的羧基(R－COOH)且金属部件20由2价金属构成的情况下，发生下式(1)那样的中和反应。

2(R－COOH)+MeO＝2(R－COO)－Me+H₂O↑···(1)

应予说明，式(1)中，R为构成合成树脂部件10的热塑性树脂的主链，Me为构成金属部件20的金属。

另外，在含氧气体的气氛下执行第一工序的情况下，第二温度T2优选为：合成树脂部件10的树脂接合面12所具有的官能团和在金属部件20的金属接合面22所形成的金属氧化物能够通过中和反应而形成共价键的温度。另外，第二温度T2优选为：将通过中和反应而产生的水从反应体系中除去的温度。第二温度T2根据官能团及金属氧化物的种类而发生变化，因此，很难无差别地确定，不过，从通过中和反应而产生的水容易被除去的方面考虑，更优选为100℃以上。

另外，第二工序中，将合成树脂部件10按压于金属部件20时的压力P优选为构成合成树脂部件10的热塑性树脂的压缩屈服应力以上的压力。该压力P根据构成合成树脂部件10的热塑性树脂而发生变化，因此，很难无差别地确定，优选为10～100MPa。

另外，第二工序中，使合成树脂部件10冲撞金属部件20时的合成树脂部件10的移动速度V没有特别限定，可以设定为50～150mm/sec。将合成树脂部件10按压于金属部件20的时间S2没有特别限定，可以设定为1～10秒钟。

另外，本实施方式中，对压制装置53将合成树脂部件10朝向金属部件20移动的情形进行了说明，不过，也可以使金属部件20朝向合成树脂部件10移动。

另外，本实施方式中，对将金属部件20和合成树脂部件10局部接合的情形进行了说明，不过，可以将合成树脂部件10和金属部件20在较宽的范围内进行接合。另外，接合部位的平面形状也可以为点状、线状、面状等任意的形状。

(5)效果

为了将合成树脂部件10和金属部件20牢固地接合，需要使构成合成树脂部件10的热塑性树脂和构成金属部件20的金属材料接近到数nm左右，使得热塑性树脂和金属材料发生化学反应。本实施方式的金属树脂接合体30的制造方法中，将合成树脂部件10的树脂接合面12暴露于加热到载荷下挠曲温度Tf以上的第一温度T1的气体中，使位于树脂接合面12的热塑性树脂的粘度降低后，将树脂接合面12和金属接合面22接合。因此，本实施方式中，即便在金属接合面22具有微少的凹凸，树脂接合面12也会追随该凹凸而变形，容易在热塑性树脂与金属材料之间发生化学反应，能够将合成树脂部件10和金属部件20牢固地接合。

并且，本实施方式中，可以将树脂接合面12附近局部加热而将合成树脂部件10和金属部件20接合，无需将合成树脂部件10整体加热到高温，因此，能够抑制合成树脂部件10变形。

另外，本实施方式中，可以在将合成树脂部件10的树脂接合面12和金属部件20的金属接合面22的温度降温到比第一温度T1低的第二温度T2之后，将树脂接合面12和金属接合面22接合。像这样降温到第二温度T2之后进行接合的情况下，能够进一步抑制在将合成树脂部件10与金属部件20接合时发生合成树脂部件10变形。

另外，本实施方式中，第二温度T1可以设为比构成合成树脂部件10的热塑性树脂的熔点Tm低的温度。像这样，第二温度T2为比热塑性树脂的熔点Tm低的温度的情况下，能够进一步抑制将合成树脂部件10与金属部件20接合时发生的合成树脂部件10变形。

另外，本实施方式中，可以在将合成树脂部件10和金属部件20空开间隔地对置配置的状态下对金属部件20进行加热。这种情况下，能够利用金属部件20的热将处于合成树脂部件10与金属部件20之间的气体加热到第一温度T1，可以通过简便的构成而将树脂接合面12暴露于加热到第一温度T1的气体中。此外，可以在第一工序之后连续地进行将合成树脂部件10和金属部件20接合的第二工序，能够短时间地制造金属树脂接合体30。

另外，本实施方式中，加热装置52可以通过感应加热对金属部件20进行加热。这种情况下，容易对金属部件20的所期望位置局部地进行加热。特别是，通过加热装置52对夹着合成树脂部件10而对置的金属部件20进行感应加热，容易将金属部件20的金属接合面22附近局部加热。因此，能够容易地控制与合成树脂部件10的树脂接合面12接触的气体的温度，并且，即便像金属部件20为中空形状的部件的情形或金属部件20的体积较大的情形那样，通过摩擦接合或激光焊接很难接合的情况下，在本实施方式中，也能够得到牢固地接合的金属树脂接合体30。

另外，本实施方式中，可以在将树脂接合面12和金属接合面22的温度降温到比第一温度T1低的第二温度T2之后，使将合成树脂部件10按压于金属部件20时的压力P为：构成合成树脂部件10的热塑性树脂的压缩屈服应力以上的压力。这种情况下，无需使用模具就能够将合成树脂部件10与金属部件20接合，并且，能够使生产节拍时间(从将合成树脂部件10和金属部件20接合至得到可实用的强度为止的时间)为短时间。

另外，本实施方式中，可以在含氧气体中执行第一工序。这样的情况下，在合成树脂部件10的树脂接合面12生成能够与碱性或两性的氧化物发生中和反应而化学键合的官能团。在树脂接合面12所生成的官能团通过偶极子相互作用而与金属部件20的金属接合面22所存在的金属氧化物接合，并且，通过与金属部件20的金属氧化物发生中和反应(脱水缩合)而形成共价键。因此，在含氧气体中执行第一工序的情况下，能够将合成树脂部件10和金属部件20更进一步牢固地接合。

另外，本实施方式中，可以执行将金属部件的表面粗糙化的工序。这种情况下，可以通过锚固效果而将合成树脂部件10和金属部件20更进一步牢固地接合。

另外，如果像本实施方式这样将合成树脂部件10朝向金属部件20按压的棒54插入并透过对金属部件20进行加热的加热装置52的感应加热线圈的中空部分，则即便在合成树脂部件10与金属部件20的接合面积较小的情况下，也能够将该接合部分可靠地加热、加压。

另外，本实施方式中，通过使压制装置53的棒54的前端形状变小，能够使合成树脂部件10与金属部件20的接合面积变小，能够将合成树脂部件10和金属部件20简单地局部接合。如果将合成树脂部件10和金属部件20局部接合，则即便合成树脂部件10与金属部件20之间的线膨胀系数不同，热膨胀时在金属树脂接合体30产生的力也不易集中于接合部分，能够得到热耐久性优异的金属树脂接合体30。另外，像回收利用时那样特意将合成树脂部件10从金属部件20剥离的情况下，通过使力集中于局部的接合部分，能够比较简单地剥离。亦即，本实施方式的制造方法中，能够简单地制造热耐久性及回收利用性优异的金属树脂接合体30。

(实施例)

制作实施例1～16、比较例1～8的金属树脂接合体(试验片)，以便具体地示出上述实施方式的效果。

实施例1～16中，在空气中实施上述(4)的制造方法，制作金属树脂接合体。亦即，将合成树脂部件的表面暴露于加热到热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度以上的第一温度T1的气体中，然后，于第二温度T2施加20MPa的压力，同时将合成树脂部件的表面和金属部件的表面接合，由此，制作实施例1～16的试验片。应予说明，实施例1～16中，接合用的合成树脂部件及金属部件的种类、第一温度T1及第二温度T2如表1及表2所示。

比较例1～8中，在空气中，将合成树脂部件的表面暴露于加热到低于热塑性树脂的施加1.8MPa载荷时的载荷下挠曲温度的温度ta的气体中，然后，于温度tb施加20MPa的压力，同时将合成树脂部件的表面和金属部件的表面接合，由此制作比较例1～8的试验片。所使用的金属部件、合成树脂部件、温度ta及温度tb如表3所示。

实施例1～16及比较例1～8中使用的金属部件的尺寸、合成树脂部件的尺寸、合成树脂部件与金属部件的接合面积(重叠面积)如下。

·金属部件的尺寸：12mm×35mm×1.6mm

·合成树脂部件的尺寸：12mm×50mm×1.5mm

·金属部件与合成树脂部件的接合面积：10mm×5mm

另外，表1～3中的金属部件及树脂部件的详细情形如下。

·PP树脂：NOVATEC PP(注册商标)HG30U

·PA66树脂：Leona 1300S

·PBT树脂：TORAYCON(注册商标)1101G-X54

·PPS树脂：SUSTEEL(注册商标)SGX120

·CFRTP树脂：TORELINA(注册商标)A630T-30V

·PEEK树脂：VICTREX PEEK 450G(注册商标)

·Al：对表面实施了阳极氧化处理的A1050

·Fe：通过激光照射以1秒钟加热到Fe的熔点1535℃以上而对表面实施了氧化及粗糙化处理的SPCC

·SUS304：通过激光照射以1秒钟加热到SUS304的熔点1450℃以上而对表面实施了氧化及粗糙化处理的SUS304

·Ti：通过激光照射以1秒钟加热到Ti的熔点1668℃以上而对表面实施了氧化及粗糙化处理的2类纯钛材料

针对实施例1～16及比较例1～8的金属树脂接合体，评价接合强度和树脂厚度的变化率。各评价方法如下。

·接合强度：利用JIS K 6850中规定的试验方法，如上所述变更金属部件的尺寸、合成树脂部件的尺寸、合成树脂部件与金属部件的接合面积，其他条件参照该标准，采用拉伸试验机(今田制作所、NV301－NA)，以拉伸速度10mm/min、测定温度25℃进行测定。

·树脂厚度的变化率：对接合金属部件之前的合成树脂部件的厚度th1和接合金属部件之后的合成树脂部件的厚度th2进行测定，合成树脂部件的厚度的减少量(th1-th2)除以厚度th1，计算出树脂厚度的变化率((th1-th2)/th1))。应予说明，接合金属部件之后的合成树脂部件的厚度th2为在合成树脂部件与金属部件接合时施加压力的部位所测定的合成树脂部件的厚度。

结果如表1～表3所示。

表1

表2

表3

由表1～表3所示的结果可知：实施例1～16中，能够抑制合成树脂部件的变形且得到高接合强度。特别是，使将合成树脂部件的树脂接合面和金属部件的金属接合面接合时的温度为比构成合成树脂部件的热塑性树脂的熔点Tm低的温度的实施例9～16中，能够保持高接合强度且大幅抑制合成树脂部件的变形。

符号说明

10…合成树脂部件、12…树脂接合面、20…金属部件、22…金属接合面、30…金属树脂接合体、50…接合装置、51…工作台、52…加热装置、53…压制装置、54…棒、55…加压部。