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2018 年度 実績報告書

微細表面構造を利用した金属-樹脂直接接合の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17J00345
研究機関東京大学

研究代表者

門屋 祥太郎  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
キーワード金属・樹脂直接接合 / 射出成形 / 陽極酸化処理 / インサート成形
研究実績の概要

自動車や電子デバイスの軽量化需要などを背景に,金属と樹脂の接合技術が広く求められるようになっている.特に金属表面粗化と樹脂射出成形からなる成形接合と呼ばれる手法は,材料選択性の高さなどから大きな注目を集めている.本研究では,成形接合において金属表面構造のサイズが接合強度や樹脂の転写状態に与える影響を明らかにすることを目的としている.
(1) 陽極酸化処理による大径構造の作製:前年度までに,陽極酸化処理を用いて数十ナノメートル程度の構造を形成し,樹脂成形条件と接合強度の関係などを評価した.さらに大きなサイズの構造について評価するために,陽極酸化処理とエッチング処理を併用することで最大で300ナノメートル程度の構造を作製した.
(2) 射出成形条件による接合強度変化の評価:(1)で作製した大径構造を用いて接合実験を行ったところ,20MPa前後の引張せん断強度が得られた.また,樹脂射出速度と接合強度の間に負の相関があることが明らかとなった.これはこれまで数十ナノメートルの構造のみで見られていた傾向と同じであり,数百ナノメートルまでといった広い範囲でも同じ傾向があることを示した.
(3) 走査透過型電子顕微鏡(STEM)による接合界面の分析:成形品の接合部分をSTEMを用いて分析し,樹脂転写状態や化学結合性を評価した.まずマイナス100度程度の低温状態でイオンミリング法を用いることで接合部分の薄片試料を作製した.STEMによる観察で,金属表面構造の孔径と同程度の深さまで樹脂が転写されていることが明らかとなった.また元素分析等の結果では,陽極酸化皮膜と樹脂の間には化学結合は認められなかった.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] PBT-anodized aluminum alloy direct joining: Characteristic injection speed dependence of injected polymer replicated into nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Kadoya Shotaro、Kimura Fuminobu、Kajihara Yusuke
    • 雑誌名

      Polymer Testing

      巻: 75 ページ: 127~132

    • DOI

      10.1016/j.polymertesting.2019.02.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tester for tensile shear evaluation of metal?polymer single lap joints2018

    • 著者名/発表者名
      Kadoya Shotaro、Kimura Fuminobu、Kajihara Yusuke
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 54 ページ: 321~326

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2018.06.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of molding conditions on injection molded direct joining under various surface fine-structuring2018

    • 著者名/発表者名
      Kimura Fuminobu、Kadoya Shotaro、Kajihara Yusuke
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 101 ページ: 2703~2712

    • DOI

      10.1007/s00170-018-3154-8

    • 査読あり
  • [学会発表] 高速・高射出圧成形によって生じる金属-樹脂直接接合強度低下の評価2019

    • 著者名/発表者名
      門屋祥太郎,木村文信,梶原優介
    • 学会等名
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] ブラスト処理金属/樹脂直接接合における金属表面性状と接合強度の関係2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木豪太,木村文信,門屋祥太郎,堀江永有太,山口英二,梶原優介
    • 学会等名
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] Studying the mechanical interlocking effect of Injection Molded Direct Joining samples2019

    • 著者名/発表者名
      Shuaijie Zhao, Fuminobu Kimura, Shotaro Kadoya, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      2019年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] 陽極酸化ナノ構造を利用した異材接合における接合強度の射出速度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      門屋祥太郎,木村文信,梶原優介
    • 学会等名
      第29回プラスチック成形加工学会年次大会
  • [学会発表] 樹脂転写が金属-樹脂接合の強度に与える影響の評価2018

    • 著者名/発表者名
      門屋祥太郎,木村文信,梶原優介
    • 学会等名
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] Relationship between surface texture and joining strength in blast-assisted metal-polymer direct joining2018

    • 著者名/発表者名
      Gota Suzuki, Fuminobu Kimura, Shotaro Kadoya, Eiji Yamaguchi, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      The 17th International Conference on Precision Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal-polymer direct joining via polymer replication into nanoscale metal surface structures2018

    • 著者名/発表者名
      Shotaro Kadoya, Fuminobu Kimura, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      Asian Workshop on Polymer Processing 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Studying the relation among injection molding conditions, the penetration depth and joining strength for injection molded direct joining samples2018

    • 著者名/発表者名
      Shuaijie Zhao, Shotaro Kadoya, Fuminobu Kimura, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      Asian Workshop on Polymer Processing 2018
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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