金属複合接合体のシール構造及びその製造方法
【課題】金属複合接合体のシール構造及びその製造方法において、気液体が洩れ難くなり、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料との高い気密性及び液密性を確保できること。
【解決手段】金属部材２が異種部材３と接触する接合境界面４の範囲において、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの１０本〜１００本の気密性保持溝５が形成され、射出成形金型内にセットされて異種部材３が射出成形される。これによって、溶融状態の異種部材３が気密性保持溝５に入り込んで、金属部材２と異種部材３とが隙間なく接合され、金属複合接合体１が得られ、接合境界面の気密性を確保できる。
【解決手段】金属部材２が異種部材３と接触する接合境界面４の範囲において、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの１０本〜１００本の気密性保持溝５が形成され、射出成形金型内にセットされて異種部材３が射出成形される。これによって、溶融状態の異種部材３が気密性保持溝５に入り込んで、金属部材２と異種部材３とが隙間なく接合され、金属複合接合体１が得られ、接合境界面の気密性を確保できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い気密性及び液密性を有する金属材料と非金属性の合成樹脂材料等の異種材料との金属複合接合体のシール構造及びその製造方法に関するものであり、特に、金属材料の表面処理をすることで気密性を確保した金属複合接合体のシール構造及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パソコン、電子手帳、ビデオカメラ等に代表される携帯用電子機器の普及は目覚ましく、これらの電子機器の筺体（ハウジング）には、電子機器内部への湿気や雨水の侵入を防止するための気密性及び液密性が要求される。
また、自動車等の車両にも、エンジン制御系、操舵系、駆動系、空調系等の電子制御ユニット（ＥＣＵ）や、各種センサ、アクチュエータ等の電子機器が多数搭載されるようになっており、これらの車載用電子機器の筺体についても、同様に気密性及び液密性が必要とされる。
【０００３】
このような携帯用電子機器や車載用電子機器の筺体については、小型化・軽量化・低コスト化及び形状設計の自由度等の要請があることから、従来から合成樹脂を主体とした製品が用いられていたが、最近は、更なる筺体の薄型化の要請によって、アルミニウム合金等の軽金属が筺体の材料として使われている。
ここで、筺体内部に収納される電子基板等を筺体に固定するための保持部材、ねじボス等の合成樹脂製の部材を筺体内に設置するために、金属製の筺体と合成樹脂部品との高い気密性及び液密性を有する接合方法が必要となっていた。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、アルミニウム合金と合成樹脂の強固な金属複合組付体を得ることを目的として、アルミニウム合金の表面粗さが１μｍ〜１０μｍで、１μｍ四方当たり０．０３μｍ〜０．１μｍ径の第１凹部が１０個〜５０個あり、０．０１μｍ〜０．０３μｍ径の第２凹部が５０個〜５００個あり、その表面は厚さが１μｍ〜２μｍの酸化アルミニウム化合物層で覆われ、樹脂組成物が前記第１凹部及び前記第２凹部まで侵入した状態で硬化して強固に結合しているアルミニウム合金と樹脂組成物の複合体の発明について開示している。
しかし、上記特許文献１に記載の技術においては、アルミニウム合金をアルカリエッチングした後に、更にｐＨ１０．０〜ｐＨ１１．５に調整した一水和ヒドラジン水溶液で微細エッチングする必要があるため、生産性が悪くコスト高となるとともに、有害なヒドラジンを使用するため廃液処理工程が必須となるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２においては、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高いレーザ加工技術を利用して、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料とを極めて高い接着性をもって接合することを目的として、ある走査方向について金属表面をレーザスキャニング加工する工程と、その走査方向とクロスする別の走査方向について金属表面をレーザスキャニング加工する工程とを含む金属表面のレーザ加工方法の発明について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９２５１４号公報
【特許文献２】特許第４０２０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載の技術においては、接合剥離強度の向上については明らかにされているが、金属材料と非金属からなる合成樹脂材料等からなる異種材料との気密性については一切検討されておらず、金属材料と合成樹脂材料を始めとする異種材料との気密性を確保した金属複合接合体のシール構造を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであって、金属材料と、この金属材料と物性が異なる異種材料との接合境界面における気体、液体が非常に漏れ難くなって高い気密性及び液密性を確保することができる金属複合接合体のシール構造及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、金属材料の金属部材と、前記金属材料と物性が異なる異種材料の異種部材とを接合した金属複合接合体の前記金属部材と前記異種部材との接合境界面において、該接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することによって気密性を確保するものである。
【００１０】
ここで、金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等がある。
また、異種材料としては、合成樹脂、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等の非金属材料や、金属材料ではあるが、金属部材に使用した金属材料と種類は同じだが溶融時の粘度等の物性が異なるものや、金属部材に使用した金属材料とは種類が異なる金属材料がある。
更に、接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向とは、直角方向が望ましいが、直角方向に限定されるものではなく、接合境界面の気密性を必要とする方向に対して角度を有していればよく、好ましくは４５度から９０度の範囲であればよい。また、接合境界面の気密性を必要とする方向とは、気体、液体の存在が許容できる空間（気密構造外）と、気体、液体の存在が許容できない空間（気密構造内）が接合境界面にて繋がっていて、この接合境界面における気密構造の内外方向を意味する。
【００１１】
請求項２の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記金属部材に前記異種部材を射出成形することで溶融接合したものである。
ここで、本発明を実施する際の合成樹脂材料としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂には更に汎用樹脂、エンジニアリング・プラスチック（以下、「エンプラ」ともいう）、スーパー・エンジニアリング・プラスチック（以下、「スーパーエンプラ」ともいう）がある。また、前記異種材料としては、部品の一部であっても、全体であってもよい。
【００１２】
請求項３の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記気密性保持溝の形成をレーザ加工としたものである。
ここで、レーザ加工法を実施するためのレーザ光発振装置としては、ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ４（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）レーザ、ＣＯ2 レーザ、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等である。
【００１３】
請求項４の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内、より好ましくは５μｍ〜２０μｍの深さであり、前記気密性保持溝同士の間隔は２０μｍ〜２００μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５００μｍ範囲内のピッチである。
【００１４】
請求項５の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法は、金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造の製造方法であって、前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせるものである。
【００１５】
請求項６の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記異種材料は、合成樹脂材料とし、前記接合工程は前記合成樹脂材料の射出成形工程としたものである。
【００１６】
請求項７の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記気密性保持溝形成工程は、前記金属材料のレーザ加工工程としたものである。
【００１７】
請求項８の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記気密性保持溝は、前記所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、前記所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内、より好ましくは５μｍ〜２０μｍの範囲内としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、金属材料の金属部材と、前記金属材料と物性が異なる異種材料の異種部材とを接合したときの前記金属部材と前記異種部材との対向する接合境界面におけるシール構造である。その構造とは、前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成した後、異種部材と溶融接合した構造になっている。
【００１９】
このように前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を設け、この気密保持溝に異種部材を溶融させて入り込ませることで気体または液体等の流体が前記接合境界面の気密性を必要とする方向に流動することを妨げることができる。さらに気密保持溝は気密性を必要とする方向に複数形成されているため、より確実に流体の流動を阻止し気密性を確保することができる。
特に、金属材料と異種材料との組み付けの際に形成される面が接合境界面の気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、接合面積が広くなるから気密性保持溝が形成されないものと比較して接合境界面における気体、液体が侵入するための経路が形成されなくなるから、気体、液体が流動し難くなって気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００２０】
このようにして、接合境界面における気体、液体が流動するための経路を断つことによって、気体、液体等の流体が非常に流れなくなって、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料との高い気密性及び液密性を確保することができる金属複合接合体となる。
【００２１】
請求項２の発明に係る金属複合接合体のシール構造においては、異種材料は合成樹脂材料であり、異種部材の接合は合成樹脂材料の射出成形であることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、流動性が高い合成樹脂材料によって気密性保持溝内に合成樹脂材料が容易に入り込むため、より簡便に前記接合境界面の気密性を確保することができる。
【００２２】
請求項３の発明に係る金属複合接合体のシール構造においては、気密性保持溝の形成がレーザ加工であることから、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加えて、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高くなり、より低コストで金属複合接合体を量産することができる。
【００２３】
請求項４の発明に係る金属複合接合体のシール構造にける気密性保持溝は、所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内であり、所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内であることから、請求項１乃至請求項３に係る発明の効果に加えて、より優れた気密性を低コストで得ることができる。
【００２４】
本発明者は、より優れた気密性を得ることができる気密性保持溝のピッチ及び深さについて、鋭意実験研究を重ねた結果、所定ピッチを２０μｍ〜２００μｍの範囲内とし、所定深さを２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることによって、金属材料と異種材料との接合境界面においてより優れた気密性が得られることを見出したものである。
【００２５】
即ち、気密性保持溝の所定ピッチが２０μｍ未満であると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となり、一方、気密性保持溝の所定ピッチが２００μｍを超えるとピッチが大きすぎて気密性保持溝の本数が限られるため優れた気密性を得ることが困難となる。
また、気密性保持溝の所定深さが２μｍ未満であると深さが小さすぎて異種部材との接合状態によっては接合境界面に隙が生じる可能性が残るため優れた気密性を得ることが困難となる。一方、気密性保持溝の所定深さが３０μｍを超えると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となる。
したがって、気密性保持溝のピッチは２０μｍ〜２００μｍの範囲内、深さは２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００２６】
なお、所定ピッチが５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、所定深さが５μｍ〜２０μｍの範囲内であることによって、より確実にかつ低コストで優れた気密性が得られるため、より好ましい。
【００２７】
請求項５の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、まず気密性保持溝形成工程で金属材料と異種材料との接合境界面において金属材料の表面に、接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って所定ピッチで所定数の環状の気密性保持溝が形成され、続いて接合工程で気密性保持溝が形成された金属材料の表面に異種材料が接合される。
これによって、金属材料と異種材料との接合面が接合境界面の気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、気密性保持溝が形成される前と比較して接合境界面における気体、液体が侵入するための経路が飛躍的に長くなるため、気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００２８】
このようにして、接合境界面における気体、液体が侵入するための経路を閉ざすことによって、気体、液体が非常に流れ難くなって、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料との高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００２９】
請求項６の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、異種材料は合成樹脂材料であり、接合工程は合成樹脂材料の射出成形工程であることから、請求項５に係る発明の効果に加えて、流動性が高い合成樹脂材料の特長によって気密性保持溝内に合成樹脂材料が入り、金属材料と異種材料とがより緻密に接合されるとともに、射出成形によって接合されることから、金属複合体を量産することが可能となる。
【００３０】
請求項７の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、気密性保持溝形成工程が金属材料のレーザ加工工程であることから、請求項５または請求項６に係る発明の効果に加えて、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高い金属複合接合体のシール構造の製造方法となり、より低コストで金属複合接合体を量産することができる。
【００３１】
請求項８の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、気密性保持溝は、所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内であり、所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内であることから、請求項５乃至請求項７に係る発明の効果に加えて、より優れた気密性を低コストで得ることができる金属複合接合体のシール構造の製造方法となる。
【００３２】
本発明者は、より優れた気密性を得ることができる気密性保持溝のピッチ及び深さについて、鋭意実験研究を重ねた結果、所定ピッチを２０μｍ〜２００μｍの範囲内とし、所定深さを２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることによって、金属材料と異種材料との接合境界面においてより優れた気密性が得られることを見出したものである。
【００３３】
即ち、気密性保持溝の所定ピッチが２０μｍ未満であると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となり、一方、気密性保持溝の所定ピッチが２００μｍを超えるとピッチが大き過ぎて優れた気密性を得ることが困難となる。
また、気密性保持溝の所定深さが２μｍ未満であると深さが小さ過ぎて優れた気密性を得ることが困難となり、一方、気密性保持溝の所定深さが３０μｍを超えると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となる。
したがって、気密性保持溝のピッチは２０μｍ〜２００μｍの範囲内、深さは２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００３４】
なお、所定ピッチが５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、所定深さが５μｍ〜２０μｍの範囲内であることによって、より確実にかつ低コストで優れた気密性が得られるため、より好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造を金属材料と異種材料とに分けて示す試料の模式的な斜視図、（ｂ）は金属複合体の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造を構成する金属材料のレーザ加工前の表面粗さを示す測定データ、（ｂ）はレーザ加工後の表面粗さを示す測定データである。
【図４】図４は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の気密性試験の方法を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｃ）は本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法を実施するためには、金属材料と、合成樹脂等の異種材料と、金属材料の表面に気密性保持溝を形成する方法とが必要となる。
【００３７】
ここで、金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等を用いることができるが、軽量化を目的とする用途には、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン等の軽金属及びそれらの合金が好ましい。
【００３８】
また、異種材料としては、合成樹脂、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等があるが、成形性とコストと軽量性の点からは合成樹脂材料が好ましい。
合成樹脂材料としては、汎用樹脂、エンプラ、スーパーエンプラ等の熱可塑性樹脂、及び熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３９】
汎用樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等がある。
エンプラとしては、ポリアミド（ナイロン等）、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン等がある。
スーパーエンプラとしては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等がある。
そして、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等がある。
【００４０】
更に、気密性保持溝を形成する方法としては、レーザ加工、放電加工、フライス等の切削加工等があるが、加工効率及び設計の自由度の点からはレーザ加工（レーザ表面処理）が好ましい。
レーザ加工に用いられるレーザ光発振装置としては、ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ４（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）レーザ、ＣＯ2 レーザ、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等があるが、金属材料を加工するものであることから、波長１．０６４μｍのＹＶＯ４レーザ、波長１．０６４μｍのＹＡＧレーザ、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザ等を用いることが好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法の具体的な構成について試料を用いた実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
［実施例１］
まず、本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法の実施例１について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００４３】
最初に、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の構成について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本実施例１に係る金属複合接合体１の試料は、金属部材２としてアルミニウム合金２ａと、異種部材３としての合成樹脂材料３ａからなる複合体である。本実施例１においては、金属部材２としてアルミニウム合金２ａを使用し、合成樹脂材料３ａとして具体的には、スーパーエンプラである融点２８０℃のポリフェニレンスルフィド（以下、「ＰＰＳ」とも略する。）を用いた。
【００４４】
図１（ａ）に示されるように、金属部材２としてのアルミニウム合金材２ａは、長さ３５ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３ｍｍの直方体の試料とした。合成樹脂材としてのＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材からなる異種部材３との接合境界面４において、接合境界面４の気密性を必要とする方向Ｌと垂直に交差する方向Ｓに沿って１周する気密性保持溝５が気密性を必要とする方向Ｌに複数本形成されている。
図１（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材２ａがＰＰＳ材の異種部材３が溶融接合（本実施例１では金属部材２をインサートし射出成形によって異種部材３と一体化している。）することで、本実施例１に係る金属複合接合体１が構成される。
【００４５】
この実施例の試料は、電子機器の筺体（ハウジング）を構成する一部としての判断するものであるが、本発明を実施する場合には、この実施例の試料の形態に拘束されるものではなく、また、電子機器の筺体に限定されるものではなく、コネクター或いは開閉蓋、プリント基板等の部品とすることもできる。
本発明の金属複合接合体のシール構造は、接合させた金属部材２と異種部材３との対向する接合境界面４の接合に有効である。
【００４６】
次に、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法について、図２の製造フローチャートを参照して説明する。
【００４７】
図２に示されるように、まず、金属部材２としてのアルミニウム合金２ａが、図１（ａ）に示される形状及び大きさを有するアルミニウム合金材２ａに切削加工される切削加工工程が実施され（ステップＳ１）、次に表面に付着した切削油等が洗浄されて（ステップＳ２）、乾燥される（ステップＳ３）。
続いて、長さ３５ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３ｍｍの直方体の試料の四面の全周に連続して一周するレーザ加工による表面処理が施されるレーザ加工工程が実施される（ステップＳ４）。このステップＳ４のレーザ加工工程は、気密性保持溝形成工程に相当する。
なお、試料の四面のレーザ加工による表面処理は、連続して一周することが好ましいが、一部が切れていてもよい。しかし、気密性を必要とする方向に対して、気密性保持溝５の当該切れ目が一直線状にならないようにする必要がある。また、螺旋状とするのも好ましくない。
念のため付言すると、本実施の形態のアルミニウム合金材２ａは、気密性が必要とされる方向Ｌの中心軸に沿って回転するようにチャックで保持し、アルミニウム合金材２ａの４面に対して連続してレーザを一周毎に照射し、計５０回の気密性保持溝５を形成したもので、１００μｍピッチで深さ１０μｍの５０本の気密性保持溝５となっている。
【００４８】
即ち、アルミニウム合金材２ａがＰＰＳ材からなる合成樹脂材料３ａに対向する部分である接合境界面４の範囲において、一面ごとに５０回のレーザスキャンが行われて、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの５０本の気密性保持溝５が形成される。なお、４面に行う５０回のレーザスキャンは、５０本の環状の気密性保持溝５となる。
本実施例の試料の作成においては、レーザ光発振装置としては、キーエンス製のＹＶＯ４レーザ・ＭＤ−Ｖ９９００Ａ型（波長１．０６４μｍ・出力１３Ｗ）を用いて、レーザパワー８０％、スキャンスピード８０ｍｍ／ｓ、四面加工時間３６．２秒の加工条件で実施した。
【００４９】
レーザ加工工程の前後のアルミニウム合金材２ａの表面状態について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）はレーザ加工前のアルミニウム合金材２ａの表面粗さを示すデータである。レーザ加工前のアルミニウム合金材２ａは、極めて平滑な表面を有していることが分かる。これに対して、レーザ加工後のアルミニウム合金材２ａの表面粗さを示す図３（ｂ）から明らかなように、レーザ加工によって、深さ１５μｍ〜２０μｍの気密性保持溝５が形成されている。また、レーザ加工の場合には、切削した溝の金属が試料の上面で最大＋２０μｍの変化があり、気密性保持溝５の材料が溶射されたかの如く、切削加工面の上に肉盛りされていることが分かる。したがって、気密性保持溝５の溝の深さが実質的に大きくなっているから、金属部材２を異種部材３に一体に射出成形する際には、当該表面積が大きいので接合性が良好であった。
【００５０】
更に、図２において、接合工程でレーザ加工された金属部材２としてのアルミニウム合金材２ａが射出成形金型内にセットされ、合成樹脂材料３ａが射出されて開口３ｂを含む異種部材３が形成される（ステップＳ５）。この射出成形によって合成樹脂材料３ａの開口３ｂにアルミニウム合金材２ａが接合され、気密性及び液密性が必要とされる方向（即ち、連続して一周する気密性保持溝５に垂直に交差する方向）に沿った接合面が細かい凹凸の連続する面となって、本実施例１に係る金属複合接合体１の接合境界面４が得られる。
【００５１】
このように、接合境界面４を気密性が必要とされる方向Ｌにのみ連続して個々に一周する複数の凹凸とすることで気密性は良好になる。その理由を以下に述べる。
金属部材２に気密性保持溝５を一本形成すると気密性保持溝５の深さ方向である立面の２面と底面の１面の計３面が異種部材３との接合境界面４に新たな境界面として気密性が必要とされる方向に追加されることになる。そして立面の２面は底面及び気密性保持面５を形成する金属部材２の表面とは方向が異なっている。そして、気密性保持溝５は気密性が必要とされる方向Ｌに複数本形成されている。したがって、新たな境界面が６面以上、そのうち金属部材２の表面とは方向が異なる立面は４面以上が新たに接合境界面４に形成されていることになる。このように金属部材２と異種部材３との接合面を多く配することで、仮に接合面中１面の密着性が悪くなり流体の侵入が発生したときでも、他の多くの気密性保持溝５で形成される境界面が流体の侵入を阻止し、気密性の確保が可能となる。特に、本発明においては、接合境界面４の方向Ｌが立面の方向と底面及び金属部材２の表面方向が異なるようになっている。言い換えれば、連続した凹凸面になっている。このように接合境界面４の方向を繰り返し変えることにより、仮に、一方向に接合境界面４の密着性を悪化させる原因があったとしても他方向の接合境界面４の密着性は維持ができ、その結果、気密性を確保できるような構造になっている。また、気密性が必要とされる方向Ｌに対し接合境界面４を凹凸形状にすることで接合面積が増して接合力が向上することも気密性確保に役立っている。
【００５２】
特に、レーザ加工の場合には、切削した気密性保持溝５の金属が厚さ方向の変化となって現れ、気密性保持溝５の材料が溶射されたかの如く切削加工面の上に肉盛りされているから、気密性保持溝５の溝の深さが実質的に大きくなり、接合される面積が広くなり、かつ、金属部材２と異種部材３との接合境界面４は接合されて、流体の移動が阻止とれるから、より良好なシール性が得られる。金属複合接合体１の気密性について、図４に示されるような気密性試験装置１０を用いて試験を実施した。
【００５３】
即ち、気密容器本体１１の上部開口部１２に金属複合接合体１をセットして、その上から押圧板１３を乗せ、金属複合接合体１の下にパッキン１４及びＯリング１５をセットして複数本のボルト１６で締め付けた。そして、下部開口部１７から圧縮空気を注入することによって、金属複合接合体１の金属部材２と異種部材３との間からの空気洩れの有無を確認した。
結果は、０．５ＭＰａの圧縮空気を３０秒間注入しても空気洩れは全くなく、金属複合接合体１の金属部材２と異種部材３とは、極めて高い気密性及び液密性を保持して接合されていることが明らかである。
【００５４】
このようにして、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５が形成される前と比較して接合境界面４における気密性の高い接合が得られるとともに、金属部材２と異種部材３との接合境界面４の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２の表面全周に所定ピッチで所定数の環状の気密性保持溝５を形成し、その気密性保持溝５との組み合わせ数を多くしているから、仮に、一分の密着性が維持できなくなっていても、気密性を必要とする方向の気密性保持溝５が複数設けてあるから、複数の気密性保持溝５が幾段にも形成され、接合境界面４の高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００５５】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造について、図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）に示されるように、本実施例２に係る金属複合接合体１Ａは、合成樹脂材料としての平板状のポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）材からなる異種部材３Ａを、２枚の平板状の金属部材２Ａとしてのアルミニウム合金材２ａが貫通した構成を有している。
そして、２枚の平板状のアルミニウム合金材２ａの四面には、それぞれ周囲に環状に、連続して気密性保持溝５Ａがレーザ加工によって形成されている。
図５（ａ）に示されるように、アルミニウム合金材２ａからなる金属部材２Ａが射出成形されるＰＰＳ材からなる異種部材３Ａと一体に接合されることによって、本実施例２に係る金属複合接合体１Ａが構成される。
【００５６】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２Ａが射出成形金型内にセットされてＰＰＳ材からなる異種部材３Ａと接触する部分である接合境界面４Ａの範囲において、接合境界面４Ａの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンを行い、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ａが形成される。
【００５７】
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２Ａが射出成形金型内にセットされてＰＰＳ材が噴出されて異種部材３Ａと一体に成形されて接合する接合工程が実施される。
これによって、金属部材２Ａと異種部材３Ａとの気密性を必要とする方向に沿って金属部材２Ａの接合境界面における表面を一周する気密性保持溝５Ａを、気密性を必要とする方向に所定のピッチで複数形成している。このように気密性保持溝５Ａの数を多くしているから、仮に、少しの気体または液体の侵入に対しても、残りの他の気密性保持溝５Ａ等によって気密性を必要とする方向に遮蔽するから、接合境界面４Ａの気密性を確保できる本実施例２に係る金属複合接合体１Ａが得られる。
【００５８】
このようにして、本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ａが形成される前と比較して接合境界面４Ａにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入するための経路が遮断され、気体、液体が非常に洩れ難くなって、金属部材２Ａと異種部材３Ａとの高い気密性及び液密性を確保することができる。なお、実施例１及び実施例２ではアルミニウム合金の金属部材２、２Ａを射出成形金型に予めインサートさせた後、異種部材３、３Ａとして合成樹脂材のＰＰＳ材を射出成形して一体に接合させた金属複合接合体１、１Ａであるが、この方法は、金属部材にステンレス等の溶融温度が高い材料を、異種部材に溶融温度が金属部材より低いアルミニウム等を用いて実施例１及び実施例２と同様に金属部材を金型にインサートさせた後異種材料を流し込むダイキャスティングにも適用できる。
【００５９】
［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造について、図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ｂ）に示されるように、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂは、円筒状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｂの内部に、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｂが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる異種部材２Ｂの外周面には、気密性保持溝５Ｂがレーザ加工によって形成されている。
図５（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｂが射出成形金型内にセットされ、ＰＰＳ材からなる異種部材３Ｂを射出成形して一体に接合することによって、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂが構成される。
【００６０】
即ち、金属部材２Ｂが異種部材３Ｂと接触する部分である接合境界面４Ｂの範囲において、接合境界面４Ｂの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンを行い、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｂが形成される。
次に、レーザ加工された金属部材２Ｂが異種部材３Ｂとされる接合工程が実施される。そして、レーザ加工された金属部材２Ｂが射出成形金型内にセットされて異種部材３Ｂが射出成形される、所謂インサート成形である樹脂成形工程が実施される。なお、レーザ加工条件及び射出成形条件は、上記実施例１と同様とした。
これによって、溶融状態の異種部材３Ｂが気密性保持溝５Ｂに入り込んで、金属部材２Ｂと異種部材３Ｂとが隙間なく接合され、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂが得られる。
【００６１】
このようにして、本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｂが形成される前と比較して接合境界面４Ｂにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入するための経路がなくなるので、気体、液体が非常に洩れ難くなって、金属部材２Ｂと異種部材３Ｂとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６２】
［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ａ）を参照して説明する。
図６（ａ）に示されるように、本実施例４に係る金属複合接合体１Ｃは、合成樹脂材料としての平板状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃの２箇所の貫通穴６Ｃに、２枚の平板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃが途中まで挿入された構成を有している。
そして、２枚の平板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃの四面には、それぞれ気密性保持溝５Ｃがレーザ加工によって形成されている。
図６（ａ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＣがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃと一体化することによって、本実施例４に係る金属複合接合体１Ｃが構成される。
【００６３】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＣがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃと接触する部分である接合境界面４Ｃの範囲において、接合境界面４Ｃの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｃが形成されおり、金属部材２Ｃが異種部材３Ｃと接触する部分である接合境界面４Ｃの範囲において、金属部材２Ｃの表裏を接合境界面４Ｃの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｃを形成している。
【００６４】
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃが射出成形金型内にセットされ、ＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃが射出成形され接合工程が実施される。
このようにして、本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｃが形成される前と比較して接合境界面４Ｃにおける気密性の高い接合が得られ、気体、液体が侵入できなくなるから、気体、金属材料からなる金属部材２Ｃと異種部材３Ｃとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６５】
［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ｂ）を参照して説明する。
図６（ｂ）に示されるように、本実施例５に係る金属複合接合体１Ｄは、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｄの中心に設けられた貫通穴６Ｄを塞ぐように、円板状の合成樹脂材料としてのＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｄの中心に設けられた貫通穴６Ｄの周囲には、気密性保持溝５Ｄがレーザ加工によって同心円状に形成されている。
図６（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＤがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄと重ね合わせて超音波振動、マイクロ波等を付与して、金属部材２Ｄに異種部材３Ｄを溶融させて接合して一体化することによって、本実施例５に係る金属複合接合体１Ｄが構成される。
【００６６】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＤがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄと接触する部分である接合境界面４Ｄの範囲において、接合境界面４Ｄの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って同心円状にレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｄが形成されている。
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２ＤにＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄを重ね合わせて、超音波振動によって機械的加熱またはマイクロ波を加えることにより金属部材２Ｄを加熱し、または金属部材２Ｄを直接ヒーター等の熱源によって加熱することで異種部材３Ｄの接合境界面が溶融し、金属部材２Ｄに異種部材３Ｄが接合されて接合工程が実施される。
これによって、金属部材２Ｄと異種部材３Ｄは隙間がなく接合され、金属複合接合体１Ｄが得られる。
【００６７】
このようにして、本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｄが形成される前と比較して接合境界面４Ｄにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入できなくなるから、金属部材２Ｄと異種部材３Ｄとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６８】
［実施例６］
次に、本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ｃ）を参照して説明する。
図６（ｃ）に示されるように、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅは、合成樹脂材料としての円板状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｅの中心に設けられた貫通穴６Ｅを塞ぐように、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｅが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｅの一面には、貫通孔６Ｅより大きな径を有する気密性保持溝５Ｅがレーザ加工によって同心円状に形成されている。
図６（ｃ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＥがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｅと一体に接合されることによって、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅが構成される。この事例も、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの接合は、異種部材３Ｅの上面に金属部材２Ｅを載置し、振動溶着によって異種部材３Ｅの金属部材２Ｅ に接する部分を溶融し、接合境界面４Ｅを隙間なく接着した事例である。
【００６９】
即ち、金属部材２Ｅが異種部材３Ｅと接触する部分である組付境界面４Ｅの範囲において、接合境界面４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する円状の気密性保持溝５Ｅが、気密性を必要とする方向に同心円になるように１００μｍピッチで、５μｍ〜１５μｍの深さにレーザスキャンされて形成される。次に、レーザ加工された金属部材２Ｅが異種部材３Ｅの上に実施例６と同様に金属部材２Ｅが加熱されることで異種部材３Ｅの接合境界面が溶融し、気密性保持溝５Ｅに充填されることで接合が成される。
これによって、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＥとＰＰＳ材３からなる異種部材Ｅとが隙間なく接合され、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅが得られる。
【００７０】
このとき、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの、接合境界面４Ｅの気密性を必要とする方向に交差する方向に沿って、即ち流体が流動する方向に対し遮蔽する方向に沿って金属部材２Ｅの接合境界面の表面を一周する気密性保持溝５Ｅを気密性を必要とする方向、即ち、流体が流動する方向に所定の間隔で形成し、その配設数を多くしているから、複数の気密接保持溝５Ｅが幾段にも形成されることで流体の流動を阻止でき、仮に少しの気密性保持溝５Ｅに気体または液体の侵入が生じても、他の気密性保持溝５Ｅの接合面によって気密性を確保できる。
このようにして、本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｅが形成される前と比較して接合境界面４Ｅにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入する経路がなくなるから、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００７１】
本実施例に係る金属複合接合体のシール構造においては、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと非金属からなる異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを組み付けた金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのシール構造であって、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおいて、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に所定ピッチで所定深さの環状の気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを複数形成し、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを接合することによって、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅに気密性を持たせた。
【００７２】
本発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法において、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを接合した金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのシール構造の製造方法であって、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおいて、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの接合境界面に所定深さの気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを、気密性を必要とする方向に所定のピッチで形成する気密性保持工程と、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅが形成された金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを接合する接合工程からなるものである。
【００７３】
前述の密接させた金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの接合境界面に周状の気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを気密性を必要とする方向に沿って所定ピッチで複数形成し、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅに異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを溶融させて侵入させることで接合するため、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を確保できる。
特に、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの接合の際に形成される面が接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、接合面積が大きくなり、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅが形成される前と比較して接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおける気体、液体が侵入するための経路が形成されなくなるから、気体、液体が流動し難くなって気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００７４】
上記各実施例においては、金属材料としてアルミニウム合金を使用した場合のみについて説明したが、金属材料としてはこれに限られるものではなく、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等を用いることができる。
【００７５】
また、上記各実施例においては、異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとして合成樹脂材料であるポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を使用した場合のみについて説明したが、異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとしては合成樹脂材料に限られるものではなく、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等や、金属部材に使用された金属材料以外の金属材料を用いることもできる。
【００７６】
更に、上記各実施例においては、合成樹脂材料としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を使用した場合のみについて説明したが、合成樹脂材料としてはこれに限られるものではなく、ＰＰＳ以外のスーパーエンプラを始めとする熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００７７】
また、上記各実施例においては、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを形成する方法として波長１．０６４μｍのＹＶＯ４レーザを用いたレーザ加工法による場合についてのみ説明したが、レーザ加工法に用いられるレーザ光発振装置としてはＹＶＯ４レーザに限られるものではなく、波長１．０６４μｍのＹＡＧレーザ、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザを始めとして、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等の各種のレーザ光発振装置を用いることができる。
更に、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを形成する方法についても、レーザ加工法に限られるものではない。
【００７８】
本発明を実施するに際しては、金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのその他の部分の材質、構成、形状、数量、大きさ、接続関係、製造方法等についても、金属複合接合体のシール構造の製造方法のその他の工程についても、上記各実施例に限定されるものではない。
【００７９】
本発明を実施する場合は、射出成形工程を接合工程とすることができる。例えば、図２において、レーザ加工されたアルミニウム合金材２ａが射出成形金型内にセットされて合成樹脂材料３ａが射出成形される、所謂、インサート成形である射出成形工程（接合工程）が実施される（ステップＳ５）。射出成形条件としては、樹脂温度３００℃〜３４０℃、射出圧力２００ＭＰａ、保圧力８０ＭＰａで実施できた。
なお、ＰＰＳ（融点２８０℃）からなる合成樹脂材料３ａの射出成形は、樹脂温度が３００℃〜３４０℃の範囲内、射出圧力が１００ＭＰａ〜２５０ＭＰａの範囲内、保圧力が３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内で実施されることが好ましい。
【００８０】
これによって、図１に示すように、溶融状態の合成樹脂材料３ａが気密性保持溝５に入り込んで、アルミニウム合金材２ａと合成樹脂材料３ａとが接合され、気密性及び液密性が必要とされる方向（即ち、気密性保持溝５に垂直に交差する方向）に沿った接合面が細かい凹凸の連続する面となって、本実施例１に係る金属複合接合体１が得られる。
得られた金属複合接合体１の気密性について、図４に示されるような気密性試験装置１
０を用いて試験を実施したが、結果は、上記実施例と同様であった。
【００８１】
即ち、上記実施例では、接合について特定していないが、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの接合工程は、射出成形等の融着できる接合手段であればよい。
【００８２】
何れにせよ、合成樹脂等の異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの特徴である軽量化、絶縁性、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの特性である高強度、導電性、電磁波のシールド性とを適切に組み合わせれば、効率的に自動車部品や、電子部品等の要求機能を満足させる金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅを設計、製作することができる。しかし、通常、電子部品では、吸湿した外気、雨の浸入、自動車部品においては冷却用オイルの洩れ防止のために気密性、液密性を持った複合化技術が要求されている。従来方法では接着剤を用いていたが、マスキングー塗布一接着部位への圧接一加熱冷却等の工程が必要とされていたが、本発明では不要となり工程の短縮が図れる。
【００８３】
したがって、設計自由度が高く、流体に対して効率的に気密性、液密性を持たせる金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと非金属からなる異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを組み付けた金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅが得られ、幅広い応用及びその展開が可能となる。
【００８４】
なお、本発明の実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な適正値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 金属複合接合体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ 金属部材
２ａ アルミニウム合金材料
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 異種部材
３ａ 合成樹脂材料
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ 接合境界面
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ 気密性保持溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い気密性及び液密性を有する金属材料と非金属性の合成樹脂材料等の異種材料との金属複合接合体のシール構造及びその製造方法に関するものであり、特に、金属材料の表面処理をすることで気密性を確保した金属複合接合体のシール構造及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パソコン、電子手帳、ビデオカメラ等に代表される携帯用電子機器の普及は目覚ましく、これらの電子機器の筺体（ハウジング）には、電子機器内部への湿気や雨水の侵入を防止するための気密性及び液密性が要求される。
また、自動車等の車両にも、エンジン制御系、操舵系、駆動系、空調系等の電子制御ユニット（ＥＣＵ）や、各種センサ、アクチュエータ等の電子機器が多数搭載されるようになっており、これらの車載用電子機器の筺体についても、同様に気密性及び液密性が必要とされる。
【０００３】
このような携帯用電子機器や車載用電子機器の筺体については、小型化・軽量化・低コスト化及び形状設計の自由度等の要請があることから、従来から合成樹脂を主体とした製品が用いられていたが、最近は、更なる筺体の薄型化の要請によって、アルミニウム合金等の軽金属が筺体の材料として使われている。
ここで、筺体内部に収納される電子基板等を筺体に固定するための保持部材、ねじボス等の合成樹脂製の部材を筺体内に設置するために、金属製の筺体と合成樹脂部品との高い気密性及び液密性を有する接合方法が必要となっていた。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、アルミニウム合金と合成樹脂の強固な金属複合組付体を得ることを目的として、アルミニウム合金の表面粗さが１μｍ〜１０μｍで、１μｍ四方当たり０．０３μｍ〜０．１μｍ径の第１凹部が１０個〜５０個あり、０．０１μｍ〜０．０３μｍ径の第２凹部が５０個〜５００個あり、その表面は厚さが１μｍ〜２μｍの酸化アルミニウム化合物層で覆われ、樹脂組成物が前記第１凹部及び前記第２凹部まで侵入した状態で硬化して強固に結合しているアルミニウム合金と樹脂組成物の複合体の発明について開示している。
しかし、上記特許文献１に記載の技術においては、アルミニウム合金をアルカリエッチングした後に、更にｐＨ１０．０〜ｐＨ１１．５に調整した一水和ヒドラジン水溶液で微細エッチングする必要があるため、生産性が悪くコスト高となるとともに、有害なヒドラジンを使用するため廃液処理工程が必須となるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２においては、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高いレーザ加工技術を利用して、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料とを極めて高い接着性をもって接合することを目的として、ある走査方向について金属表面をレーザスキャニング加工する工程と、その走査方向とクロスする別の走査方向について金属表面をレーザスキャニング加工する工程とを含む金属表面のレーザ加工方法の発明について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９２５１４号公報
【特許文献２】特許第４０２０９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２に記載の技術においては、接合剥離強度の向上については明らかにされているが、金属材料と非金属からなる合成樹脂材料等からなる異種材料との気密性については一切検討されておらず、金属材料と合成樹脂材料を始めとする異種材料との気密性を確保した金属複合接合体のシール構造を得ることができないという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであって、金属材料と、この金属材料と物性が異なる異種材料との接合境界面における気体、液体が非常に漏れ難くなって高い気密性及び液密性を確保することができる金属複合接合体のシール構造及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、金属材料の金属部材と、前記金属材料と物性が異なる異種材料の異種部材とを接合した金属複合接合体の前記金属部材と前記異種部材との接合境界面において、該接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することによって気密性を確保するものである。
【００１０】
ここで、金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等がある。
また、異種材料としては、合成樹脂、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等の非金属材料や、金属材料ではあるが、金属部材に使用した金属材料と種類は同じだが溶融時の粘度等の物性が異なるものや、金属部材に使用した金属材料とは種類が異なる金属材料がある。
更に、接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向とは、直角方向が望ましいが、直角方向に限定されるものではなく、接合境界面の気密性を必要とする方向に対して角度を有していればよく、好ましくは４５度から９０度の範囲であればよい。また、接合境界面の気密性を必要とする方向とは、気体、液体の存在が許容できる空間（気密構造外）と、気体、液体の存在が許容できない空間（気密構造内）が接合境界面にて繋がっていて、この接合境界面における気密構造の内外方向を意味する。
【００１１】
請求項２の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記金属部材に前記異種部材を射出成形することで溶融接合したものである。
ここで、本発明を実施する際の合成樹脂材料としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂には更に汎用樹脂、エンジニアリング・プラスチック（以下、「エンプラ」ともいう）、スーパー・エンジニアリング・プラスチック（以下、「スーパーエンプラ」ともいう）がある。また、前記異種材料としては、部品の一部であっても、全体であってもよい。
【００１２】
請求項３の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記気密性保持溝の形成をレーザ加工としたものである。
ここで、レーザ加工法を実施するためのレーザ光発振装置としては、ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ４（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）レーザ、ＣＯ2 レーザ、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等である。
【００１３】
請求項４の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内、より好ましくは５μｍ〜２０μｍの深さであり、前記気密性保持溝同士の間隔は２０μｍ〜２００μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５００μｍ範囲内のピッチである。
【００１４】
請求項５の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法は、金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造の製造方法であって、前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせるものである。
【００１５】
請求項６の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記異種材料は、合成樹脂材料とし、前記接合工程は前記合成樹脂材料の射出成形工程としたものである。
【００１６】
請求項７の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記気密性保持溝形成工程は、前記金属材料のレーザ加工工程としたものである。
【００１７】
請求項８の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法の前記気密性保持溝は、前記所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内、より好ましくは５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、前記所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内、より好ましくは５μｍ〜２０μｍの範囲内としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明に係る金属複合接合体のシール構造は、金属材料の金属部材と、前記金属材料と物性が異なる異種材料の異種部材とを接合したときの前記金属部材と前記異種部材との対向する接合境界面におけるシール構造である。その構造とは、前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成した後、異種部材と溶融接合した構造になっている。
【００１９】
このように前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って前記金属部材の表面に一周する気密保持溝を設け、この気密保持溝に異種部材を溶融させて入り込ませることで気体または液体等の流体が前記接合境界面の気密性を必要とする方向に流動することを妨げることができる。さらに気密保持溝は気密性を必要とする方向に複数形成されているため、より確実に流体の流動を阻止し気密性を確保することができる。
特に、金属材料と異種材料との組み付けの際に形成される面が接合境界面の気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、接合面積が広くなるから気密性保持溝が形成されないものと比較して接合境界面における気体、液体が侵入するための経路が形成されなくなるから、気体、液体が流動し難くなって気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００２０】
このようにして、接合境界面における気体、液体が流動するための経路を断つことによって、気体、液体等の流体が非常に流れなくなって、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料との高い気密性及び液密性を確保することができる金属複合接合体となる。
【００２１】
請求項２の発明に係る金属複合接合体のシール構造においては、異種材料は合成樹脂材料であり、異種部材の接合は合成樹脂材料の射出成形であることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、流動性が高い合成樹脂材料によって気密性保持溝内に合成樹脂材料が容易に入り込むため、より簡便に前記接合境界面の気密性を確保することができる。
【００２２】
請求項３の発明に係る金属複合接合体のシール構造においては、気密性保持溝の形成がレーザ加工であることから、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加えて、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高くなり、より低コストで金属複合接合体を量産することができる。
【００２３】
請求項４の発明に係る金属複合接合体のシール構造にける気密性保持溝は、所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内であり、所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内であることから、請求項１乃至請求項３に係る発明の効果に加えて、より優れた気密性を低コストで得ることができる。
【００２４】
本発明者は、より優れた気密性を得ることができる気密性保持溝のピッチ及び深さについて、鋭意実験研究を重ねた結果、所定ピッチを２０μｍ〜２００μｍの範囲内とし、所定深さを２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることによって、金属材料と異種材料との接合境界面においてより優れた気密性が得られることを見出したものである。
【００２５】
即ち、気密性保持溝の所定ピッチが２０μｍ未満であると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となり、一方、気密性保持溝の所定ピッチが２００μｍを超えるとピッチが大きすぎて気密性保持溝の本数が限られるため優れた気密性を得ることが困難となる。
また、気密性保持溝の所定深さが２μｍ未満であると深さが小さすぎて異種部材との接合状態によっては接合境界面に隙が生じる可能性が残るため優れた気密性を得ることが困難となる。一方、気密性保持溝の所定深さが３０μｍを超えると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となる。
したがって、気密性保持溝のピッチは２０μｍ〜２００μｍの範囲内、深さは２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００２６】
なお、所定ピッチが５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、所定深さが５μｍ〜２０μｍの範囲内であることによって、より確実にかつ低コストで優れた気密性が得られるため、より好ましい。
【００２７】
請求項５の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、まず気密性保持溝形成工程で金属材料と異種材料との接合境界面において金属材料の表面に、接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って所定ピッチで所定数の環状の気密性保持溝が形成され、続いて接合工程で気密性保持溝が形成された金属材料の表面に異種材料が接合される。
これによって、金属材料と異種材料との接合面が接合境界面の気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、気密性保持溝が形成される前と比較して接合境界面における気体、液体が侵入するための経路が飛躍的に長くなるため、気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００２８】
このようにして、接合境界面における気体、液体が侵入するための経路を閉ざすことによって、気体、液体が非常に流れ難くなって、金属材料と合成樹脂材料等の異種材料との高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００２９】
請求項６の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、異種材料は合成樹脂材料であり、接合工程は合成樹脂材料の射出成形工程であることから、請求項５に係る発明の効果に加えて、流動性が高い合成樹脂材料の特長によって気密性保持溝内に合成樹脂材料が入り、金属材料と異種材料とがより緻密に接合されるとともに、射出成形によって接合されることから、金属複合体を量産することが可能となる。
【００３０】
請求項７の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、気密性保持溝形成工程が金属材料のレーザ加工工程であることから、請求項５または請求項６に係る発明の効果に加えて、処理工程が少なく自動化が容易で生産性が高い金属複合接合体のシール構造の製造方法となり、より低コストで金属複合接合体を量産することができる。
【００３１】
請求項８の発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法においては、気密性保持溝は、所定ピッチが２０μｍ〜２００μｍの範囲内であり、所定深さが２μｍ〜３０μｍの範囲内であることから、請求項５乃至請求項７に係る発明の効果に加えて、より優れた気密性を低コストで得ることができる金属複合接合体のシール構造の製造方法となる。
【００３２】
本発明者は、より優れた気密性を得ることができる気密性保持溝のピッチ及び深さについて、鋭意実験研究を重ねた結果、所定ピッチを２０μｍ〜２００μｍの範囲内とし、所定深さを２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることによって、金属材料と異種材料との接合境界面においてより優れた気密性が得られることを見出したものである。
【００３３】
即ち、気密性保持溝の所定ピッチが２０μｍ未満であると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となり、一方、気密性保持溝の所定ピッチが２００μｍを超えるとピッチが大き過ぎて優れた気密性を得ることが困難となる。
また、気密性保持溝の所定深さが２μｍ未満であると深さが小さ過ぎて優れた気密性を得ることが困難となり、一方、気密性保持溝の所定深さが３０μｍを超えると気密性保持溝の形成が困難になってコスト高となる。
したがって、気密性保持溝のピッチは２０μｍ〜２００μｍの範囲内、深さは２μｍ〜３０μｍの範囲内とすることが好ましい。
【００３４】
なお、所定ピッチが５０μｍ〜１５０μｍの範囲内であり、所定深さが５μｍ〜２０μｍの範囲内であることによって、より確実にかつ低コストで優れた気密性が得られるため、より好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造を金属材料と異種材料とに分けて示す試料の模式的な斜視図、（ｂ）は金属複合体の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】図３（ａ）は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造を構成する金属材料のレーザ加工前の表面粗さを示す測定データ、（ｂ）はレーザ加工後の表面粗さを示す測定データである。
【図４】図４は本発明の実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の気密性試験の方法を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図、（ｃ）は本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法を実施するためには、金属材料と、合成樹脂等の異種材料と、金属材料の表面に気密性保持溝を形成する方法とが必要となる。
【００３７】
ここで、金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等を用いることができるが、軽量化を目的とする用途には、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン等の軽金属及びそれらの合金が好ましい。
【００３８】
また、異種材料としては、合成樹脂、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等があるが、成形性とコストと軽量性の点からは合成樹脂材料が好ましい。
合成樹脂材料としては、汎用樹脂、エンプラ、スーパーエンプラ等の熱可塑性樹脂、及び熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００３９】
汎用樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等がある。
エンプラとしては、ポリアミド（ナイロン等）、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン等がある。
スーパーエンプラとしては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等がある。
そして、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等がある。
【００４０】
更に、気密性保持溝を形成する方法としては、レーザ加工、放電加工、フライス等の切削加工等があるが、加工効率及び設計の自由度の点からはレーザ加工（レーザ表面処理）が好ましい。
レーザ加工に用いられるレーザ光発振装置としては、ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ４（Ｎｄ：ＹＶＯ4 ）レーザ、ＣＯ2 レーザ、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等があるが、金属材料を加工するものであることから、波長１．０６４μｍのＹＶＯ４レーザ、波長１．０６４μｍのＹＡＧレーザ、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザ等を用いることが好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法の具体的な構成について試料を用いた実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
［実施例１］
まず、本発明に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法の実施例１について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００４３】
最初に、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の構成について、図１を参照して説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本実施例１に係る金属複合接合体１の試料は、金属部材２としてアルミニウム合金２ａと、異種部材３としての合成樹脂材料３ａからなる複合体である。本実施例１においては、金属部材２としてアルミニウム合金２ａを使用し、合成樹脂材料３ａとして具体的には、スーパーエンプラである融点２８０℃のポリフェニレンスルフィド（以下、「ＰＰＳ」とも略する。）を用いた。
【００４４】
図１（ａ）に示されるように、金属部材２としてのアルミニウム合金材２ａは、長さ３５ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３ｍｍの直方体の試料とした。合成樹脂材としてのＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材からなる異種部材３との接合境界面４において、接合境界面４の気密性を必要とする方向Ｌと垂直に交差する方向Ｓに沿って１周する気密性保持溝５が気密性を必要とする方向Ｌに複数本形成されている。
図１（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材２ａがＰＰＳ材の異種部材３が溶融接合（本実施例１では金属部材２をインサートし射出成形によって異種部材３と一体化している。）することで、本実施例１に係る金属複合接合体１が構成される。
【００４５】
この実施例の試料は、電子機器の筺体（ハウジング）を構成する一部としての判断するものであるが、本発明を実施する場合には、この実施例の試料の形態に拘束されるものではなく、また、電子機器の筺体に限定されるものではなく、コネクター或いは開閉蓋、プリント基板等の部品とすることもできる。
本発明の金属複合接合体のシール構造は、接合させた金属部材２と異種部材３との対向する接合境界面４の接合に有効である。
【００４６】
次に、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法について、図２の製造フローチャートを参照して説明する。
【００４７】
図２に示されるように、まず、金属部材２としてのアルミニウム合金２ａが、図１（ａ）に示される形状及び大きさを有するアルミニウム合金材２ａに切削加工される切削加工工程が実施され（ステップＳ１）、次に表面に付着した切削油等が洗浄されて（ステップＳ２）、乾燥される（ステップＳ３）。
続いて、長さ３５ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３ｍｍの直方体の試料の四面の全周に連続して一周するレーザ加工による表面処理が施されるレーザ加工工程が実施される（ステップＳ４）。このステップＳ４のレーザ加工工程は、気密性保持溝形成工程に相当する。
なお、試料の四面のレーザ加工による表面処理は、連続して一周することが好ましいが、一部が切れていてもよい。しかし、気密性を必要とする方向に対して、気密性保持溝５の当該切れ目が一直線状にならないようにする必要がある。また、螺旋状とするのも好ましくない。
念のため付言すると、本実施の形態のアルミニウム合金材２ａは、気密性が必要とされる方向Ｌの中心軸に沿って回転するようにチャックで保持し、アルミニウム合金材２ａの４面に対して連続してレーザを一周毎に照射し、計５０回の気密性保持溝５を形成したもので、１００μｍピッチで深さ１０μｍの５０本の気密性保持溝５となっている。
【００４８】
即ち、アルミニウム合金材２ａがＰＰＳ材からなる合成樹脂材料３ａに対向する部分である接合境界面４の範囲において、一面ごとに５０回のレーザスキャンが行われて、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの５０本の気密性保持溝５が形成される。なお、４面に行う５０回のレーザスキャンは、５０本の環状の気密性保持溝５となる。
本実施例の試料の作成においては、レーザ光発振装置としては、キーエンス製のＹＶＯ４レーザ・ＭＤ−Ｖ９９００Ａ型（波長１．０６４μｍ・出力１３Ｗ）を用いて、レーザパワー８０％、スキャンスピード８０ｍｍ／ｓ、四面加工時間３６．２秒の加工条件で実施した。
【００４９】
レーザ加工工程の前後のアルミニウム合金材２ａの表面状態について、図３を参照して説明する。
図３（ａ）はレーザ加工前のアルミニウム合金材２ａの表面粗さを示すデータである。レーザ加工前のアルミニウム合金材２ａは、極めて平滑な表面を有していることが分かる。これに対して、レーザ加工後のアルミニウム合金材２ａの表面粗さを示す図３（ｂ）から明らかなように、レーザ加工によって、深さ１５μｍ〜２０μｍの気密性保持溝５が形成されている。また、レーザ加工の場合には、切削した溝の金属が試料の上面で最大＋２０μｍの変化があり、気密性保持溝５の材料が溶射されたかの如く、切削加工面の上に肉盛りされていることが分かる。したがって、気密性保持溝５の溝の深さが実質的に大きくなっているから、金属部材２を異種部材３に一体に射出成形する際には、当該表面積が大きいので接合性が良好であった。
【００５０】
更に、図２において、接合工程でレーザ加工された金属部材２としてのアルミニウム合金材２ａが射出成形金型内にセットされ、合成樹脂材料３ａが射出されて開口３ｂを含む異種部材３が形成される（ステップＳ５）。この射出成形によって合成樹脂材料３ａの開口３ｂにアルミニウム合金材２ａが接合され、気密性及び液密性が必要とされる方向（即ち、連続して一周する気密性保持溝５に垂直に交差する方向）に沿った接合面が細かい凹凸の連続する面となって、本実施例１に係る金属複合接合体１の接合境界面４が得られる。
【００５１】
このように、接合境界面４を気密性が必要とされる方向Ｌにのみ連続して個々に一周する複数の凹凸とすることで気密性は良好になる。その理由を以下に述べる。
金属部材２に気密性保持溝５を一本形成すると気密性保持溝５の深さ方向である立面の２面と底面の１面の計３面が異種部材３との接合境界面４に新たな境界面として気密性が必要とされる方向に追加されることになる。そして立面の２面は底面及び気密性保持面５を形成する金属部材２の表面とは方向が異なっている。そして、気密性保持溝５は気密性が必要とされる方向Ｌに複数本形成されている。したがって、新たな境界面が６面以上、そのうち金属部材２の表面とは方向が異なる立面は４面以上が新たに接合境界面４に形成されていることになる。このように金属部材２と異種部材３との接合面を多く配することで、仮に接合面中１面の密着性が悪くなり流体の侵入が発生したときでも、他の多くの気密性保持溝５で形成される境界面が流体の侵入を阻止し、気密性の確保が可能となる。特に、本発明においては、接合境界面４の方向Ｌが立面の方向と底面及び金属部材２の表面方向が異なるようになっている。言い換えれば、連続した凹凸面になっている。このように接合境界面４の方向を繰り返し変えることにより、仮に、一方向に接合境界面４の密着性を悪化させる原因があったとしても他方向の接合境界面４の密着性は維持ができ、その結果、気密性を確保できるような構造になっている。また、気密性が必要とされる方向Ｌに対し接合境界面４を凹凸形状にすることで接合面積が増して接合力が向上することも気密性確保に役立っている。
【００５２】
特に、レーザ加工の場合には、切削した気密性保持溝５の金属が厚さ方向の変化となって現れ、気密性保持溝５の材料が溶射されたかの如く切削加工面の上に肉盛りされているから、気密性保持溝５の溝の深さが実質的に大きくなり、接合される面積が広くなり、かつ、金属部材２と異種部材３との接合境界面４は接合されて、流体の移動が阻止とれるから、より良好なシール性が得られる。金属複合接合体１の気密性について、図４に示されるような気密性試験装置１０を用いて試験を実施した。
【００５３】
即ち、気密容器本体１１の上部開口部１２に金属複合接合体１をセットして、その上から押圧板１３を乗せ、金属複合接合体１の下にパッキン１４及びＯリング１５をセットして複数本のボルト１６で締め付けた。そして、下部開口部１７から圧縮空気を注入することによって、金属複合接合体１の金属部材２と異種部材３との間からの空気洩れの有無を確認した。
結果は、０．５ＭＰａの圧縮空気を３０秒間注入しても空気洩れは全くなく、金属複合接合体１の金属部材２と異種部材３とは、極めて高い気密性及び液密性を保持して接合されていることが明らかである。
【００５４】
このようにして、本実施例１に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５が形成される前と比較して接合境界面４における気密性の高い接合が得られるとともに、金属部材２と異種部材３との接合境界面４の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２の表面全周に所定ピッチで所定数の環状の気密性保持溝５を形成し、その気密性保持溝５との組み合わせ数を多くしているから、仮に、一分の密着性が維持できなくなっていても、気密性を必要とする方向の気密性保持溝５が複数設けてあるから、複数の気密性保持溝５が幾段にも形成され、接合境界面４の高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００５５】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造について、図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）に示されるように、本実施例２に係る金属複合接合体１Ａは、合成樹脂材料としての平板状のポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）材からなる異種部材３Ａを、２枚の平板状の金属部材２Ａとしてのアルミニウム合金材２ａが貫通した構成を有している。
そして、２枚の平板状のアルミニウム合金材２ａの四面には、それぞれ周囲に環状に、連続して気密性保持溝５Ａがレーザ加工によって形成されている。
図５（ａ）に示されるように、アルミニウム合金材２ａからなる金属部材２Ａが射出成形されるＰＰＳ材からなる異種部材３Ａと一体に接合されることによって、本実施例２に係る金属複合接合体１Ａが構成される。
【００５６】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２Ａが射出成形金型内にセットされてＰＰＳ材からなる異種部材３Ａと接触する部分である接合境界面４Ａの範囲において、接合境界面４Ａの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンを行い、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ａが形成される。
【００５７】
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２Ａが射出成形金型内にセットされてＰＰＳ材が噴出されて異種部材３Ａと一体に成形されて接合する接合工程が実施される。
これによって、金属部材２Ａと異種部材３Ａとの気密性を必要とする方向に沿って金属部材２Ａの接合境界面における表面を一周する気密性保持溝５Ａを、気密性を必要とする方向に所定のピッチで複数形成している。このように気密性保持溝５Ａの数を多くしているから、仮に、少しの気体または液体の侵入に対しても、残りの他の気密性保持溝５Ａ等によって気密性を必要とする方向に遮蔽するから、接合境界面４Ａの気密性を確保できる本実施例２に係る金属複合接合体１Ａが得られる。
【００５８】
このようにして、本発明の実施例２に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ａが形成される前と比較して接合境界面４Ａにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入するための経路が遮断され、気体、液体が非常に洩れ難くなって、金属部材２Ａと異種部材３Ａとの高い気密性及び液密性を確保することができる。なお、実施例１及び実施例２ではアルミニウム合金の金属部材２、２Ａを射出成形金型に予めインサートさせた後、異種部材３、３Ａとして合成樹脂材のＰＰＳ材を射出成形して一体に接合させた金属複合接合体１、１Ａであるが、この方法は、金属部材にステンレス等の溶融温度が高い材料を、異種部材に溶融温度が金属部材より低いアルミニウム等を用いて実施例１及び実施例２と同様に金属部材を金型にインサートさせた後異種材料を流し込むダイキャスティングにも適用できる。
【００５９】
［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造について、図５（ｂ）を参照して説明する。図５（ｂ）に示されるように、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂは、円筒状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｂの内部に、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｂが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる異種部材２Ｂの外周面には、気密性保持溝５Ｂがレーザ加工によって形成されている。
図５（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｂが射出成形金型内にセットされ、ＰＰＳ材からなる異種部材３Ｂを射出成形して一体に接合することによって、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂが構成される。
【００６０】
即ち、金属部材２Ｂが異種部材３Ｂと接触する部分である接合境界面４Ｂの範囲において、接合境界面４Ｂの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンを行い、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｂが形成される。
次に、レーザ加工された金属部材２Ｂが異種部材３Ｂとされる接合工程が実施される。そして、レーザ加工された金属部材２Ｂが射出成形金型内にセットされて異種部材３Ｂが射出成形される、所謂インサート成形である樹脂成形工程が実施される。なお、レーザ加工条件及び射出成形条件は、上記実施例１と同様とした。
これによって、溶融状態の異種部材３Ｂが気密性保持溝５Ｂに入り込んで、金属部材２Ｂと異種部材３Ｂとが隙間なく接合され、本実施例３に係る金属複合接合体１Ｂが得られる。
【００６１】
このようにして、本発明の実施例３に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｂが形成される前と比較して接合境界面４Ｂにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入するための経路がなくなるので、気体、液体が非常に洩れ難くなって、金属部材２Ｂと異種部材３Ｂとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６２】
［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ａ）を参照して説明する。
図６（ａ）に示されるように、本実施例４に係る金属複合接合体１Ｃは、合成樹脂材料としての平板状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃの２箇所の貫通穴６Ｃに、２枚の平板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃが途中まで挿入された構成を有している。
そして、２枚の平板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃの四面には、それぞれ気密性保持溝５Ｃがレーザ加工によって形成されている。
図６（ａ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＣがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃと一体化することによって、本実施例４に係る金属複合接合体１Ｃが構成される。
【００６３】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＣがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃと接触する部分である接合境界面４Ｃの範囲において、接合境界面４Ｃの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｃが形成されおり、金属部材２Ｃが異種部材３Ｃと接触する部分である接合境界面４Ｃの範囲において、金属部材２Ｃの表裏を接合境界面４Ｃの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿ってレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｃを形成している。
【００６４】
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｃが射出成形金型内にセットされ、ＰＰＳ材からなる異種部材３Ｃが射出成形され接合工程が実施される。
このようにして、本発明の実施例４に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｃが形成される前と比較して接合境界面４Ｃにおける気密性の高い接合が得られ、気体、液体が侵入できなくなるから、気体、金属材料からなる金属部材２Ｃと異種部材３Ｃとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６５】
［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ｂ）を参照して説明する。
図６（ｂ）に示されるように、本実施例５に係る金属複合接合体１Ｄは、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｄの中心に設けられた貫通穴６Ｄを塞ぐように、円板状の合成樹脂材料としてのＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｄの中心に設けられた貫通穴６Ｄの周囲には、気密性保持溝５Ｄがレーザ加工によって同心円状に形成されている。
図６（ｂ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＤがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄと重ね合わせて超音波振動、マイクロ波等を付与して、金属部材２Ｄに異種部材３Ｄを溶融させて接合して一体化することによって、本実施例５に係る金属複合接合体１Ｄが構成される。
【００６６】
即ち、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＤがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄと接触する部分である接合境界面４Ｄの範囲において、接合境界面４Ｄの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って同心円状にレーザスキャンして、１００μｍピッチで深さ５μｍ〜１５μｍの気密性保持溝５Ｄが形成されている。
次に、レーザ加工されたアルミニウム合金材からなる金属部材２ＤにＰＰＳ材からなる異種部材３Ｄを重ね合わせて、超音波振動によって機械的加熱またはマイクロ波を加えることにより金属部材２Ｄを加熱し、または金属部材２Ｄを直接ヒーター等の熱源によって加熱することで異種部材３Ｄの接合境界面が溶融し、金属部材２Ｄに異種部材３Ｄが接合されて接合工程が実施される。
これによって、金属部材２Ｄと異種部材３Ｄは隙間がなく接合され、金属複合接合体１Ｄが得られる。
【００６７】
このようにして、本発明の実施例５に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｄが形成される前と比較して接合境界面４Ｄにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入できなくなるから、金属部材２Ｄと異種部材３Ｄとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００６８】
［実施例６］
次に、本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造について、図６（ｃ）を参照して説明する。
図６（ｃ）に示されるように、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅは、合成樹脂材料としての円板状のＰＰＳ材からなる異種部材３Ｅの中心に設けられた貫通穴６Ｅを塞ぐように、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｅが接合された構成を有している。
そして、円板状のアルミニウム合金材からなる金属部材２Ｅの一面には、貫通孔６Ｅより大きな径を有する気密性保持溝５Ｅがレーザ加工によって同心円状に形成されている。
図６（ｃ）に示されるように、かかるアルミニウム合金材からなる金属部材２ＥがＰＰＳ材からなる異種部材３Ｅと一体に接合されることによって、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅが構成される。この事例も、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの接合は、異種部材３Ｅの上面に金属部材２Ｅを載置し、振動溶着によって異種部材３Ｅの金属部材２Ｅ に接する部分を溶融し、接合境界面４Ｅを隙間なく接着した事例である。
【００６９】
即ち、金属部材２Ｅが異種部材３Ｅと接触する部分である組付境界面４Ｅの範囲において、接合境界面４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する円状の気密性保持溝５Ｅが、気密性を必要とする方向に同心円になるように１００μｍピッチで、５μｍ〜１５μｍの深さにレーザスキャンされて形成される。次に、レーザ加工された金属部材２Ｅが異種部材３Ｅの上に実施例６と同様に金属部材２Ｅが加熱されることで異種部材３Ｅの接合境界面が溶融し、気密性保持溝５Ｅに充填されることで接合が成される。
これによって、アルミニウム合金材からなる金属部材２ＥとＰＰＳ材３からなる異種部材Ｅとが隙間なく接合され、本実施例６に係る金属複合接合体１Ｅが得られる。
【００７０】
このとき、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの、接合境界面４Ｅの気密性を必要とする方向に交差する方向に沿って、即ち流体が流動する方向に対し遮蔽する方向に沿って金属部材２Ｅの接合境界面の表面を一周する気密性保持溝５Ｅを気密性を必要とする方向、即ち、流体が流動する方向に所定の間隔で形成し、その配設数を多くしているから、複数の気密接保持溝５Ｅが幾段にも形成されることで流体の流動を阻止でき、仮に少しの気密性保持溝５Ｅに気体または液体の侵入が生じても、他の気密性保持溝５Ｅの接合面によって気密性を確保できる。
このようにして、本発明の実施例６に係る金属複合接合体のシール構造及びその製造方法においては、気密性保持溝５Ｅが形成される前と比較して接合境界面４Ｅにおける気密性の高い接合が得られるとともに、気体、液体が侵入する経路がなくなるから、金属部材２Ｅと異種部材３Ｅとの高い気密性及び液密性を確保することができる。
【００７１】
本実施例に係る金属複合接合体のシール構造においては、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと非金属からなる異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを組み付けた金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのシール構造であって、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおいて、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に所定ピッチで所定深さの環状の気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを複数形成し、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを接合することによって、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅに気密性を持たせた。
【００７２】
本発明に係る金属複合接合体のシール構造の製造方法において、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを接合した金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのシール構造の製造方法であって、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおいて、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの接合境界面に所定深さの気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを、気密性を必要とする方向に所定のピッチで形成する気密性保持工程と、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅが形成された金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを接合する接合工程からなるものである。
【００７３】
前述の密接させた金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの対向する接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの接合境界面に周状の気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを気密性を必要とする方向に沿って所定ピッチで複数形成し、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅに異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを溶融させて侵入させることで接合するため、接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を確保できる。
特に、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとの接合の際に形成される面が接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅの気密性を必要とする方向に沿って凹凸が連続する面となり、接合面積が大きくなり、気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅが形成される前と比較して接合境界面４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅにおける気体、液体が侵入するための経路が形成されなくなるから、気体、液体が流動し難くなって気密性及び液密性が大幅に向上する。
【００７４】
上記各実施例においては、金属材料としてアルミニウム合金を使用した場合のみについて説明したが、金属材料としてはこれに限られるものではなく、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム合金、鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、ベリリウム、ベリリウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等を用いることができる。
【００７５】
また、上記各実施例においては、異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとして合成樹脂材料であるポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を使用した場合のみについて説明したが、異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとしては合成樹脂材料に限られるものではなく、天然ゴム及び合成ゴムを含むエラストマー等や、金属部材に使用された金属材料以外の金属材料を用いることもできる。
【００７６】
更に、上記各実施例においては、合成樹脂材料としてポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を使用した場合のみについて説明したが、合成樹脂材料としてはこれに限られるものではなく、ＰＰＳ以外のスーパーエンプラを始めとする熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【００７７】
また、上記各実施例においては、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを形成する方法として波長１．０６４μｍのＹＶＯ４レーザを用いたレーザ加工法による場合についてのみ説明したが、レーザ加工法に用いられるレーザ光発振装置としてはＹＶＯ４レーザに限られるものではなく、波長１．０６４μｍのＹＡＧレーザ、波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザを始めとして、エキシマレーザ、アルゴンレーザ等の各種のレーザ光発振装置を用いることができる。
更に、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの表面に気密性保持溝５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを形成する方法についても、レーザ加工法に限られるものではない。
【００７８】
本発明を実施するに際しては、金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅのその他の部分の材質、構成、形状、数量、大きさ、接続関係、製造方法等についても、金属複合接合体のシール構造の製造方法のその他の工程についても、上記各実施例に限定されるものではない。
【００７９】
本発明を実施する場合は、射出成形工程を接合工程とすることができる。例えば、図２において、レーザ加工されたアルミニウム合金材２ａが射出成形金型内にセットされて合成樹脂材料３ａが射出成形される、所謂、インサート成形である射出成形工程（接合工程）が実施される（ステップＳ５）。射出成形条件としては、樹脂温度３００℃〜３４０℃、射出圧力２００ＭＰａ、保圧力８０ＭＰａで実施できた。
なお、ＰＰＳ（融点２８０℃）からなる合成樹脂材料３ａの射出成形は、樹脂温度が３００℃〜３４０℃の範囲内、射出圧力が１００ＭＰａ〜２５０ＭＰａの範囲内、保圧力が３０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内で実施されることが好ましい。
【００８０】
これによって、図１に示すように、溶融状態の合成樹脂材料３ａが気密性保持溝５に入り込んで、アルミニウム合金材２ａと合成樹脂材料３ａとが接合され、気密性及び液密性が必要とされる方向（即ち、気密性保持溝５に垂直に交差する方向）に沿った接合面が細かい凹凸の連続する面となって、本実施例１に係る金属複合接合体１が得られる。
得られた金属複合接合体１の気密性について、図４に示されるような気密性試験装置１
０を用いて試験を実施したが、結果は、上記実施例と同様であった。
【００８１】
即ち、上記実施例では、接合について特定していないが、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの接合工程は、射出成形等の融着できる接合手段であればよい。
【００８２】
何れにせよ、合成樹脂等の異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅの特徴である軽量化、絶縁性、金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅの特性である高強度、導電性、電磁波のシールド性とを適切に組み合わせれば、効率的に自動車部品や、電子部品等の要求機能を満足させる金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅを設計、製作することができる。しかし、通常、電子部品では、吸湿した外気、雨の浸入、自動車部品においては冷却用オイルの洩れ防止のために気密性、液密性を持った複合化技術が要求されている。従来方法では接着剤を用いていたが、マスキングー塗布一接着部位への圧接一加熱冷却等の工程が必要とされていたが、本発明では不要となり工程の短縮が図れる。
【００８３】
したがって、設計自由度が高く、流体に対して効率的に気密性、液密性を持たせる金属部材２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅと非金属からなる異種部材３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅとを組み付けた金属複合接合体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅが得られ、幅広い応用及びその展開が可能となる。
【００８４】
なお、本発明の実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な適正値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【符号の説明】
【００８５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 金属複合接合体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ 金属部材
２ａ アルミニウム合金材料
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 異種部材
３ａ 合成樹脂材料
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ 接合境界面
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ 気密性保持溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造であって、
前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせたことを特徴とする金属複合接合体のシール構造。
【請求項２】
前記異種部材の前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記金属部材に前記異種部材を射出成形することで溶融接合されていることを特徴とする請求項１に記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項３】
前記気密性保持溝は、レーザ加工法によって形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項４】
前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内の深さであり、かつ２０μｍ〜２００μｍの範囲内のピッチで複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項５】
金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造の製造方法であって、
前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成する気密性保持溝形成工程と、
前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせる接合工程と
を具備することを特徴とする金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項６】
前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記接合工程は前記合成樹脂材料の射出成形工程であることを特徴とする請求項５に記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項７】
前記気密性保持溝形成工程は、前記金属材料のレーザ加工工程であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項８】
前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内の深さであり、かつ、２０μｍ〜２００μｍの範囲内のピッチで複数形成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１つに記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項１】
金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造であって、
前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成し、前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせたことを特徴とする金属複合接合体のシール構造。
【請求項２】
前記異種部材の前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記金属部材に前記異種部材を射出成形することで溶融接合されていることを特徴とする請求項１に記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項３】
前記気密性保持溝は、レーザ加工法によって形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項４】
前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内の深さであり、かつ２０μｍ〜２００μｍの範囲内のピッチで複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の金属複合接合体のシール構造。
【請求項５】
金属材料の金属部材と前記金属材料とは物性が異なる異種材料の異種部材とを接合し、前記金属材料と前記異種材料との対向する接合境界面を有する金属複合接合体のシール構造の製造方法であって、
前記金属部材の表面に前記接合境界面の気密性を必要とする方向と交差する方向に沿って一周する気密性保持溝を、前記接合境界面の気密性を必要とする方向に複数形成する気密性保持溝形成工程と、
前記金属部材と前記異種部材とを溶融接合することにより、前記接合境界面に気密性を持たせる接合工程と
を具備することを特徴とする金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項６】
前記異種材料は合成樹脂材料であり、前記接合工程は前記合成樹脂材料の射出成形工程であることを特徴とする請求項５に記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項７】
前記気密性保持溝形成工程は、前記金属材料のレーザ加工工程であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【請求項８】
前記気密性保持溝は、２μｍ〜３０μｍの範囲内の深さであり、かつ、２０μｍ〜２００μｍの範囲内のピッチで複数形成されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１つに記載の金属複合接合体のシール構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４０６８５（Ｐ２０１１−２４０６８５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７１６５（Ｐ２０１０−１１７１６５）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００１００７８０）アイシン化工株式会社 (171)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００１００７８０）アイシン化工株式会社 (171)
【Ｆターム（参考）】
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