TW201345645A - 金屬元件之製造方法以及複合成形體 - Google Patents

Abstract

〔課題〕本發明係提供以雷射在金屬元件的表面形成粗糙面，使金屬元件與樹脂元件的密著性提高的技術，還有使金屬元件與樹脂元件的密著性提高的技術。〔解決手段〕在以雷射在金屬表面形成並排的粗糙面，再與樹脂元件接合之製造金屬元件的方法中，調整與鄰近粗糙面的間隔與形成粗糙面之凹凸的深度。具體言之，相鄰的粗糙面的間隔調整為250μm以下，且形成前述粗糙面的凹凸的深度調整為50μm以下。

Description

金屬元件之製造方法以及複合成形體

本發明係有關於與樹脂元件接合的金屬元件的製造方法，以及包括以該製造方法製造之金屬元件與樹脂元件的複合成形體。

金屬和合金等的金屬元件，與熱可塑性樹脂組合物所構成之樹脂元件一體化而成的複合成形體，習知已應用於儀表板周邊的扶手箱等的汽車內裝元件和引擎周邊產品，和內裝元件，數位相機和手機等的電子裝置的介面連接部，電源端子部等的與外界接觸的元件。

金屬元件與樹脂元件一體化的方法，可舉例如在金屬元件側的接合面上形成微小凹凸之以定錨(anchor)效果接合的方法，使用接著劑和雙面膠接著的方法和，在金屬元件及/或樹脂元件設置摺疊片和鉤子等的固定元件，使用該固定元件將兩者固定的方法，使用螺絲等接合的方法。上述方法中，在金屬元件型成微小凹凸的方法和使用接著劑的方法，以複合成形體的設計自由度的觀點來說是有效的。

特別是在金屬元件的表面加工形成為小凹凸的方法，不使用高價的接著劑而較為有利。在金屬元件的表面加工形成為小凹凸的方法可舉例如專利文獻1所記載的方法。

【先行技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】特開2010-167475號公報

上述專利文獻1所記載的方法，因為是以雷射在金屬元件的表面形成粗糙面，能夠在上述表面所希望的範圍形成粗糙面，且作業簡便，係為有效的方法之一。

但是，前述的數位相機和手機等的電子裝置的介面連接部，與電源端子部等的外界接觸的元件，因近年來可攜式電子裝置須包括防水機能的標準，在該等外界接觸元件會有水從金屬與樹脂的界面侵入的問題。此外，電子裝置在製造過程必須經過(焊錫步驟)，在此過程使用的金屬氧化膜去除劑會傳到金屬與樹脂的界面，而導致基板汙染的問題。

為了解決上述問題，藉由雷射在金屬元件表面形成粗糙面而一體化金屬元件與樹脂元件，兩者間的更密著性是必要的，因此金屬與樹脂的界面的密著性，特別是氣密性提高是當務之急。

本發明之目的為提供以雷射在金屬元件的表面形成粗糙面，使金屬元件與樹脂元件的密著性提高的技術中，使金屬元件與樹脂元件的密著性更加提高的技術。

本發明人等為了解決上述問題仔細重覆研究。其 結果，發現在以雷射在金屬表面形成並排的粗糙面，再與樹脂元件接合之製造金屬元件的方法中，調整與鄰近粗糙面的間隔之形成粗糙面之凹凸的深度，與樹脂元件與金屬元件的密著性之間有相關聯，而完成本發明。更具體言之，本發明是提供下者。

(1)金屬元件之製造方法，其特徵在於：以雷射在金屬表面形成並排的粗糙面，再與樹脂元件接合，其中相鄰的粗糙面的間隔是250μm以下，且形成前述粗糙面的凹凸的深度是50μm以下。

(2)如(1)所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是由在融點+30℃的溫度測定時，剪斷速度1000/秒的溶融黏度500Pa．s以下的熱可塑性樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是10μm以上50μm以下。

(3)如(1)或(2)所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是以聚乙烯硫化物樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是10μm以上50μm以下。

(4)如(1)或(2)所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是由液晶性樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是20μm以上50μm以下。

(5)如(1)到(4)中任一項所述之金屬元件之製造方法，將其中前述形成粗面之凹凸的深度，前述樹脂元件與前述金屬元件的密著性的相關性，以前述深度為橫座標，前述密著性為橫座標所表示的圖示表示時，以前述密著性之極大值附近的條件製造之。

(6)一種複合成形體，包括以(1)到(5)中任一項所述之方法製造的金屬元件；及包含前述粗面，前述金屬元件之表面的至少一部份上形成有樹脂元件。

根據本發明之製造方法製得的金屬元件，與樹脂元件一體化，同時與樹脂元件的密著性非常高。

1‧‧‧栓

2‧‧‧栓

3‧‧‧栓

第1圖係繪示金屬表面的雷射之照射方法的具體例。

第2圖係表示在金屬表面形成之凹凸的深度，與金屬元件與樹脂元件之密著性的相關關係的圖表。

第3圖係繪示實施例使用之金屬元件的模式圖，(a)是平面圖，(b)是側面圖。

第4圖繪示複合成形體之形狀的模式圖，(a)是平面圖，(b)是MM剖面圖，(c)是底面圖。

第5圖係繪示配置固定治具於複合成形體的模式圖。

第6圖係說明密著性之評價方法的圖。

第7圖係繪示評價例1、2之金屬元件與樹脂元件之密著性的相關關係的圖表。

以下說明本發明之實施型態。再者，本發明不限定於下列實施型態。

<金屬元件的製造方法>

本發明之製造方法是在金屬表面以雷射形成粗糙面，且粗 糙面並排。在金屬表面形成粗糙面的條件，是相鄰的粗糙面的間隔在250μm以下，形成粗糙面的凹凸的深度是50μm以下為條件而調整之。

首先，說明形成粗糙面之前的金屬元件。構成金屬元件的金屬材料可舉例如鋁、鎂、不銹鋼等。又，金屬元件較佳是由金屬合金所構成。金屬材料的表面可以是以陽極氧化處理等的表面處理和塗裝。

本發明可依照用途等而使用成型為期望的形狀的金屬元件。例如，將溶融金屬等流入期望的形狀的模型中，而得到期望形狀的金屬元件。又，為了成型金屬元件為期望的形狀，亦可使用以工作機械等切削加工。

如上述製得的金屬元件的表面上，使用雷射形成粗糙面。形成粗糙面的位置，和粗糙面之範圍的大小，可考慮形成樹脂元件的位置等而決定之。

本發明是使用雷射在金屬元件表面形成粗糙面。具體言之，是照射雷射光，將金屬表面溝渠加工以及使其融溶再凝固為條件而加工粗糙面。本實施型態，是以脈衝波的雷射光照射的情況為範例而說明之，如第1(a)圖所記載，照射雷射光於金屬表面。雷射照射的部分形成粗糙面。第1圖中的白色箭頭表示雷射的掃描方向。

又，第1(a)圖係繪示形成並排般粗糙面之雷射的照射方法。如第1(a)圖所記載之照射方法時，兩個粗糙面約略平行。粗糙面並排方向之脈衝的中心間距離，是以相鄰粗糙面的間隔(本發明書中相鄰粗糙面的間隔稱為「斜線寬」)。如第 1(a)圖所示的場合，斜線寬度是一定的，本發明將斜線寬度調整為250μm以下。更佳的斜線寬度的範圍是100μm以上250μm以下。

再者，如第1(b)圖所示，亦可不以約略平行照射雷射。如第1(b)圖所示的場合，斜線寬度就未必一定，若斜線寬度之至少一部分是250μm以下也可。一部分斜線寬度在上述範圍的話，藉由調整後述之凹凸的深度的組合，斜線寬度在250μm以下的部分，使金屬元件與樹脂元件的密著性提升，整體而言的金屬元件與樹脂元件的密著性也能提高。但是，為使上述密著性非常優異，上述斜線寬度的最大值較佳是調整在250μm以下。

又，如第1(c)圖所示，雷射光亦可不以直線狀照射。上述場合，與第1(b)圖的場合同樣地，斜線寬度未必一定，斜線寬度之至少一部分是在250μm以下，斜線寬度的最大值250μm以下的話，與第1(b)圖的場合相同。

又，粗糙面的數量沒有特別限制。粗糙面的數量為3以上的場合，任一個相鄰的粗糙面的斜線寬度至少一部分是在250μm以下的話即可。

如上述並排形成粗糙面，如第1(d)圖所示，亦可複數個粗糙面互相交叉。

如上所述，是照射雷射光於金屬表面，本發明更較佳的照射方法是如第1(e)圖所示，以既定的方向並排形成粗糙面，與上述既定的方向不同的方向並排使粗糙面交叉，而照射雷射光的方法。最好的照射方法，是上述交叉的角度略為 90°。有上述照射方法。又，雷射光的光點(SPOT)直徑(如第1圖所示，雷射光之照射範圍是圓的場合，表示照射範圍的圓的直徑)，較佳是200μm以下，更佳為60~130μm。

形成上述的粗糙面的時候，形成粗糙面之凹凸的深度調整為50μm以下。調整為50μm以下的方法，可藉由在照射一次雷射光的位置上，重覆二次、三次照射雷射光(掃描次數的調整)，調整雷射光的光點直徑，調整雷射光的輸出，調整雷射光的頻率數，調整雷射光的掃描速度等來調整。具體的條件，可依照構成金屬元件的金屬材料的種類等而有所不同，可對應金屬材料的種類而採用適當的較佳條件。

凹凸的深度，則採用使用雷射顯微鏡檢定的值。又，如上述，在雷射光交叉照射的場合，此時交叉的部分與未交叉的部分比較，形成更深的凹凸。有這樣交叉的部份的場合，在交叉的部份以上述方法測定凹凸的深度。

如上述，在本發明可調整斜線寬度與粗糙面的凹凸深度在特定的範圍。第2圖係繪示形成於金屬表面的凹凸的深度，與金屬元件與樹脂元件的密著性的相關關係的傾向。如第2圖所示，若斜線寬度在上述範圍內，凹凸的深度為橫軸，金屬元件與樹脂元件的密著性為縱軸，來表示凹凸的深度與密著性的相關關係時，密著性具有極大值。再者，如第2圖所示，縱軸的負方向側有良好的密著性，正方向側則有不良的密著性，下方凸起的曲線部分的極值即為密著性的極大值。

密著性高的條件，也就是金屬表面的凹凸，是在上述密著性極大值附近而調整凹凸的深度，而製造金屬元件為 較佳。具體言之，決定需求之可達成密著性的凹凸深度的範圍(容許範圍)，以該凹凸的深度範圍形成粗糙面於金屬表面。在此，需求的密著性，視用途等而有所不同，必須考慮用途等而決定。

又，預先導出上述相關關係，導出較佳之凹凸的大小的範圍亦可。較佳凹凸的範圍是已知的場合，亦可在其範圍調整凹凸的深度。

<複合成形體的製造方法>

本發明之複合成形體可使用以上述方法製造的金屬元件而製造之。本發明之複合成形體，包括上述金屬元件，與形成於金屬元件之表面的至少一部分的樹脂元件。

首先，簡單說明樹脂元件。構成樹脂元件的材料沒有特別限制，可使用習知含有熱可塑性樹脂的熱可塑性組合物。再者，熱可塑性樹脂組合物中，熱可塑性樹脂之外只含有微量的雜質等，亦包含由實質的熱可塑性樹脂構成的場合。

熱可塑性樹脂可舉例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈/苯乙烯(AS)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)、丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、熱可塑性樹脂(泛用工程樹脂)如聚酰胺(PA)、聚縮醛(POM)、超高分子量聚乙烯(UHPE)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、玻璃纖維-聚酯(GF-PET)、甲基戊烯樹脂(TPX)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)、熱可塑性樹脂(超級工程樹脂)如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合樹脂(LCP)、鐵氟龍玻纖布(PTFE)、聚醚醯亞銨樹脂(PEI)、芳香族聚酯(PAR)、聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、 聚酰胺酰亞胺(PAI)、熱硬化性樹脂如酚醛樹脂、尿素樹脂、美耐皿樹脂、不飽和聚苯乙烯、醇酸樹脂、環氧樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯、彈性體如熱可塑性彈性體和橡膠如苯乙烯‧丁二烯系、聚烯烴系、聚氨酯系、聚酯系、聚醯胺系、1,2-聚丁二烯，聚氯化乙烯系、離聚物樹脂(ionomer)。還可舉例如熱可塑性樹脂中添加玻璃纖維，和聚合物合金等。

又，在不大幅影響本發明之效果的範圍，用以賦予期望的物性，亦可含有前述玻璃纖維為代表之習知各種無機‧有機填充劑、難燃劑、紫外線吸收劑、熱穩定劑、光穩定劑、著色劑、碳顆粒、離型劑、可塑劑等的添加劑。

熱可塑性樹脂之中，為了得到更佳密著性，可使用添加習知的填充劑、添加劑於熱可塑性樹脂，以融點+30℃的溫度測定，剪斷速度1000/秒的溶融黏度500Pa‧s以下的熱可塑性樹脂組合物。

以此觀點，較佳是使用聚苯硫醚樹脂(PPS)聚醚醚酮樹脂(PEEK)、液晶聚合樹脂(LCP)等熱可塑性樹脂，特別較佳是使用聚苯硫醚樹脂(PPS)、液晶聚合樹脂(LCP)。

樹脂元件所含有的熱可塑性樹脂的種類，會因粗糙面的凹凸得較佳深度而有若干差異。例如，使用聚苯硫醚樹脂的場合，凹凸的深度較佳是10μm以上50μm以下。又使用液晶聚合樹脂的場合，凹凸的深度較佳是20μm以上50μm以下。

複合成形體的製造方法的具體工程沒有特別限制，只要能在溶融熱可塑性樹脂組合物上形成粗面的凹凸，使 樹脂元件與金屬元件一體化者即可。

例如，可舉例如將形成粗糙面的金屬元件，配置在射出成型用模型內，射出溶融狀態的熱可塑性樹脂組合物於射出成型用模型內，而製造樹脂元件與金屬元件的複合成形體之方法。射出成形的條件沒有特別限制，可配合熱可塑性樹脂組合物的物性等，設定適合、較佳的條件。又，轉移成形、壓縮成形等方法亦是將樹脂元件與金屬元件一體化的形成複合成形體的有效方法。

其他範例可舉例如預先射出成形法等的一般成形方法製造樹脂元件，在將形成粗糙面的金屬元件與樹脂元件在期望的接合位置連接，對其連接面施加熱源，使樹脂元件的連接面附近溶融，而製造樹脂元件與金屬元件的複合成形體之方法。

<複合成形體>

本發明之複合成形體，如上述，包括金屬元件與樹脂元件。形成於金屬元件的表面上的凹凸因為可以調整為提升與樹脂元件的密著性，因此本發明的複合成形體，樹脂元件與金屬元件的密著性強。

如上所述，因樹脂元件與金屬元件的密著性強，本發明之複合式形體，適用於必須保持內部為密氣狀態的用途，例如本發明之複合成形體，適用於易受溼度和水分影響的電器．電子元件等內部的複合成形體。特別是在要求高程度的防水功能的領域，例如在河流、游泳池、滑雪場、溫泉等地方，適用為此能抵擋水分和濕氣的侵入導致故障的電器或者電子 設備。例如，可有用作為內部包括樹脂製造的螺栓和保持元件等的電器．電子設備用框架。在此所謂電器．電子設備用框架，除了手機之外，可舉例如相機、錄影一體型相機、數位相機等攜帶用影像電子機器的框架、筆記型電腦、口袋型電腦、電子計算機、電子日記、PDC、PHS、手機等的攜帶用情報或通訊端末的框架、MD、卡式隨身聽、收音機等的攜帶用音響電子設備的框架、液晶TV．螢幕、電話、傳真機、手持掃描器等的家庭化電子設備的框架等。

實施例

以下以實施例以及比較例具體說明本發明，但本發明不限定於該等實施例。

<材料>

金屬元件：磷青銅膜厚2μm的金電鍍的金屬元件熱可塑性樹脂組合物1：聚苯硫醚樹脂(PPS)(Polyplastics公司製造、「FORTRON 1140V1」)

樹脂的融點：280℃、融點+30℃、剪斷速度1000/秒的溶融黏度：452Pa．s

熱可塑性樹脂2：液晶性樹脂(LCP)(Polyplastics公司製造、「VECTRA S475」)

樹脂的融點：352℃、融點+30℃、剪斷速度1000/秒的溶融黏度：28Pa．s

實施例使用的金屬元件具有如第3圖所示的形狀。第3(a)圖顯示平面圖，第3(b)圖顯示側面圖。第3(a)圖中的斜線表示形成粗糙面的部分。

<評價例1>

以下所示是評價例一，進行對金屬元件的製造，複合成形體的製造以及金屬元件與樹脂元件之密著性的評價。

[粗糙面的形成]

粗糙面的形成是使用Cobra Electrox公司製造的{雷射類型：繼續波/Qswich付Nd：YAG、發振波長：1.064μm、最大定格輸出：20W(平均)}。雷射光的光點直徑調整為130μm。

金屬元件的表面與樹脂元件接合的部分上，使以既定方向約略平行的複數個並排粗糙面，與相對於上述既定方向90°迴轉的方向約略平行的複數個並排粗糙面交叉，以網絡狀形成粗糙面。又，以雷射顯微鏡(Keyence公司製造、「VK-9510」)測定交叉部分之凹凸的深度。粗糙面形成的條件之一的斜線寬度與凹凸的深度的關係以表1表示之。形成粗糙面的部分是如第3(a)圖所示之斜線的部分。

[複合成形體之製造]

如上述所述配置形成粗糙面的金屬元件於射出成型用的模型內，使用直立型射出成型機：Sodick TR-40VR，以下列條件在模型內射出熱可塑性樹脂組合物，而製造複合成形體。複合成形體的形狀如第4圖所示。第4(a)圖是平面圖，第4(b)圖是MM剖面圖，第4(c)圖是底面圖。如第4圖所示，複合成形體的上面存在6個凹部。

[氣密性的評價]

進行下列氣密性評價作為密著性評價

評價是使用Cosmo股份有限公司製造DP Gauge Model DP-330BA微差壓計(精密度±0.03kPa，差壓範圍100kPa)。具體的評價方法如下所述。首先，將上下2個部位分開的固定治具的內部空間，如第5圖所示般配置複合成形體。接著，將此樣品連接至評價裝置。評價裝置全體的概略圖示於的6圖。差壓計、樣品、空白(blank)如第6圖般配置，使用管線相連接。又，固定治具在上側的部位以管線連接。從這個管線吹送空氣至固定治具內，壓力會施加於6個凹部上。於是從凹部的底部的樹脂元件與金屬元件的邊界，樹脂元件與金屬元件接合部位剝離，固定治具的下側會有空氣漏出。又，空白是在維持樹脂 元件與金屬元件的接合的狀態下，用以確認上述凹部壓力的。樹脂元件與金屬元件的接合部位產生空隙時，空白的壓力與樣品的壓力之間產生差異，而能評價樹脂元件與金屬元件的密著狀態。

栓1關閉，栓2、3打開，空氣流入裝置內，整體的壓力加壓至450kPa。之後，關閉栓2、3，該等關閉的時間點為0分，30秒後、1分鐘後、2分鐘後、3分鐘後、4分鐘後、5分鐘後，以差壓計測定固定治具內的壓力變化量。評價的環境是23℃，50RH%。

從3分鐘後的壓力變化量與5分鐘後的壓力變化量，可導出空氣從金屬元件與樹脂元件之間漏出的速度之漏出速度。該漏出速度是用作為金屬元件與樹脂元件的密著性的指標。又，評價是使用以相同條件製造的相異樣品3個的漏出速度的平均。

凹凸的深度與露出速度的關係列於表3。凹凸的深度為橫軸，漏出速度為縱軸，第7圖表示上述深度與上述漏出速度的相關關係。再者，3個樣品顯示有機乎相同的舉動(表中的數值是平均值)。

<評價例2>

使用的熱可塑性樹脂組合物，從熱可塑性樹脂組合物1(PPS)變更為熱可塑性樹脂組合物2(LCP)，進行同樣的評價。

金屬元件由於是使用與評價例1說明的相同，在此省略說明。

[複合成形體的製造]

與評價例1同樣的方法，製造複合成形體。製造複合成形體時的製造條件如下表4所示。

[氣密性的評價]

與評價例1同樣的方法，進行氣密性的評價。凹凸的深度與漏出速度的關係如表5。凹凸的深度為橫軸，漏出速度為縱軸，第4圖表示上述深度與上述漏出速度的相關關係。再者，3個樣品顯示有機乎相同的舉動(表中的數值是平均值)。

從評價例1以及評價例2的結果，可確認漏出速度與凹凸深度的相關關係。也就是說，密著性與凹凸的深度之間是有相關聯的。因此，可決定凹凸的深度在50μm以下是最佳最適合的條件。

<評價例3>

在金屬形成粗糙面時的條件，除了變更為以下的凹凸深度外，與評價例1記載的方法同樣地製造金屬元件。粗糙面的凹凸的深度亦以同樣方法測定並列於表6。

[複合成形體的製造]

使用PPS，以表2所列的條件，使用條件7~條件12的金屬元件製造複合成形體。使用LCP，以表4所列的條件，使用 條件10~條件12的金屬元件製造複合成形體。

[氣密性的評價]

以與評價例1同樣的方法進行氣密性的評價。首先，使用PPS的樣品，使用條件7~條件9的金屬元件的場合的評價，將相同的樣品2個分別進行氣密性評價。結果示於表7。

2個樣品，漏出速度與凹凸深度的相關關係是同樣的。又，斜線寬度120μm之場合顯示與上述相關關係有相同的傾向。

接著，評價使用PPS的樣品，使用條件10~條件12的金屬元件的場合，將相同的樣品準備3個分別進行氣密性的評價。結果示於表8。

接著，評價使用LCP的樣品，使用條件10~條件12的金屬元件的場合，將相同的樣品準備2個分別進行氣密性 的評價。結果示於表9。

斜線寬度變大時，確認沒有漏出速度與凹凸深度之間的相關關係。也就是說，未發現氣密性與凹凸之深度之間的相關關係。

Claims (6)

1. 一種金屬元件之製造方法，以雷射在金屬表面形成粗糙面，使該粗糙面並排，再與樹脂元件接合，其特徵在於：相鄰的粗糙面的間隔是250μm以下，且形成前述粗糙面的凹凸的深度是50μm以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是由在融點+30℃的溫度測定時，剪斷速度1000/秒的溶融黏度500Pa．s以下的熱可塑性樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是10μm以上50μm以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是以聚乙烯硫化物樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是10μm以上50μm以下。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之金屬元件之製造方法，其中前述樹脂元件是由液晶性樹脂組合物所構成，前述凹凸的深度是20μm以上50μm以下。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之金屬元件之製造方法，其中前述形成粗糙面之凹凸的深度，前述樹脂元件與前述金屬元件的密著性的相關性，可以前述深度為橫座標，前述密著性為縱座標所表示的圖示，以前述密著性之極大值附近的條件製造之。
6. 一種複合成形體，包括：以如申請專利範圍第1或2項中任一項所述之金屬元件之製造方法製造的金屬元件；及 包含前述粗糙面，前述金屬元件之表面的至少一部份上形成有樹脂元件。