2016 Fiscal Year Research-status Report
表面微細構造を利用した金属・樹脂直接接合の接合力発現メカニズムの解明
| Project/Area Number |
15K17946
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
木村 文信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10739311)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 金属・樹脂直接接合 / 射出成形 / 表面微細構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
特殊な表面処理によって表面に微細構造が形成された金属ワークを，金型内に設置して射出成形を行うことで，成形樹脂が金属ワークと接合されることが知られており，新しい接合技術として注目されているが，接合メカニズムが十分に説明できないために実用化が進んでいない．本研究では，接合が形成される際の条件が接合特性に与える影響を調べることで，メカニズムの解明に取り組んでいる．当該年度は，新しい表面処理手法および新しい処理表面の評価手法の検討を行った．また，有限要素法（FEM）による解析や疲労試験の検討を通して接合サンプルの評価手法確立を目指した．
新しい表面処理として陽極酸化処理や電解液ジェット加工を利用して，より多様な表面微細構造を形成できるようにした．また，表面の形状を計測・分析する手法をいくつか検討し，触針式の表面形状測定器から得られた三次元形状データを用いることで，接合強度と相関の高いパラメータを抽出できることを確認した．前年度までに取り組んでいた処理手法も含めて，処理手法間の違いも広範囲に比較できるため，形状と化学的な状態などを切り分けて評価できる可能性も示唆した．また，三次元形状データを基に接合界面における金属・樹脂の局所的な近似モデルを作成し，FEMシミュレーションを行った．シミュレーション結果を通して，サイズのオーダが異なる２種類の微細構造を有すことで接合強度が高くなるという，実サンプルと同様の傾向を示すことを確認した．
加えて，加工条件が接合サンプルの耐久性に与える影響を調べるため，疲労試験を新しい接合評価手法として検討した．前年度に得られた引張試験機に関する知見を基に，接合サンプルに適した疲労試験機の設計・開発を行い，その基本的な性能の確認を行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度で確立させた基盤技術を用いた検討・調査を引き続き実施しつつ，本年度は表面処理手法や評価手法を新たに提案し，その有用性を確認した．これにより，前年度に示した研究方針に従いながら，より幅の広い調査ができるようになった．また，本年度より始めたシミュレーションを通して，接合に寄与する要素を確認できた．以上から，本研究課題の解決に向かって順調に進んでいると考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究によっておおよそ確立した，サンプル作製時の条件コントロールやサンプル評価手法といった基盤技術を用いて，接合メカニズムの解明を検討する．サンプル作製における加工条件を細かく変化させて大量な条件を用意し，その影響を評価していくことで，接合に寄与する因子を明らかにする．また，接合界面の様子を観察・分析することで，様々な条件によってどのような状態が生じるかを把握する．これら基に精度の良い接合モデルを作成し，シミュレーションを行うことで，接合メカニズムの理解を深めるとともに接合の特性予測手法の確立を目指す．
|
| Causes of Carryover |
本年度は，新しい表面処理手法の開発などを行ったため，サンプル作製が少量に留まった．大量に作製する必要がある加工条件の影響調査などの実施回数が少なかったため，接合サンプル作成に必要な材料費にかかる部分が削減できた．次年度はこれまでに開発した手法を用いて実験回数を増やすことを予定しており，これまで以上に大量の材料消費が見込まれるため，本年度削減できた費用を次年度で消費する計画に変更した．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度までに確立した手法を用いて，接合サンプルを作製する実験の回数を増やすことを予定しており，材料費など実験に必要となる消耗品にかかる費用を多く見積もっている．また，接合界面の観察も多く行うことを予定しており，設備使用料なども予算に計上している．
また，次年度が最終年度となるため，研究成果をまとめて公表する機会が増える．従って学会の参加費・旅費や論文の投稿費も本年度までよりも多めに計上している．
|
