特許ウォッチ

公開番号2024148648
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023061974
出願日2023-04-06
発明の名称樹脂セラミックス直接接合方法及び樹脂セラミックス接合体並びに樹脂セラミックス部材
出願人株式会社ヒロテック,国立大学法人大阪大学
代理人弁理士法人IPRコンサルタント
主分類B29C 65/44 20060101AFI20241010BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】接着剤を用いることなくセラミックス材と樹脂材を直接接合する簡便な方法であって、被接合材のサイズ及び形状に制限されることなく適用可能であり、湿式工程を含まず、均質かつ高強度な接合部を大量かつ高効率に製造することができるセラミックス材と樹脂材の直接接合方法を提供する。また、セラミックス材と樹脂材が強固に直接接合されたセラミックス樹脂接合体及び当該セラミックス樹脂接合体を有する屋根部材及び外壁部材も提供する。
【解決手段】セラミックス材と樹脂材を直接接合する方法であって、酸化性雰囲気下においてセラミックス材の表面にレーザを照射し、表面改質領域を形成する第一工程と、表面改質領域に樹脂材を当接させ、被接合界面を形成する第二工程と、外部加熱手段によって被接合界面を昇温して接合を達成する第三工程と、を有すること、を特徴とするセラミックス樹脂直接接合方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
セラミックス材と樹脂材を直接接合する方法であって、
酸化性雰囲気下において前記セラミックス材の表面にレーザを照射し、表面改質領域を形成する第一工程と、
前記表面改質領域に前記樹脂材を当接させ、被接合界面を形成する第二工程と、
外部加熱手段によって前記被接合界面を昇温して接合を達成する第三工程と、を有すること、
を特徴とするセラミックス樹脂直接接合方法。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記表面改質領域に酸化物粒子凝集体を形成させること、
を特徴とする請求項１に記載のセラミックス樹脂直接接合方法。
【請求項３】
前記第一工程における前記レーザにパルスレーザを用いること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス樹脂直接接合方法。
【請求項４】
前記樹脂材をフッ素樹脂材とすること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス樹脂直接接合方法。
【請求項５】
前記第三工程において、前記被接合界面に接合圧力を印加すること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス樹脂直接接合方法。
【請求項６】
セラミックス材と樹脂材が直接接合されたセラミックス樹脂接合体であって、
接合部において、前記セラミックス材と前記樹脂材が酸化物層を介して一体となっていること、
を特徴とするセラミックス樹脂接合体。
【請求項７】
前記酸化物層が酸化物粒子凝集体からなること、
を特徴とする請求項６に記載のセラミックス樹脂接合体。
【請求項８】
前記樹脂材をフッ素樹脂材とすること、
を特徴とする請求項６又は７に記載のセラミックス樹脂接合体。
【請求項９】
ＪＩＳ－Ｚ０２３７に基づく９０度剥離試験で前記樹脂材の母材破断となること、
を特徴とする請求項６又は７に記載のセラミックス樹脂接合体。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載のセラミックス樹脂接合体を有し、
屋根部材又は外壁部材として使用されること、
を特徴とするセラミックス樹脂部材。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は樹脂材とセラミックス材とを接合する方法及び当該接合方法によって得られる樹脂セラミックス接合体並びに当該樹脂セラミックス接合体を有する樹脂セラミックス部材に関し、より具体的には、接着剤や機械的締結等を用いることなく、樹脂材とセラミックス材とを強固に直接接合する方法及び当該接合方法によって得られる樹脂セラミックス接合体並びに当該樹脂セラミックス接合体を有する樹脂セラミックス部材に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、異種材を適材適所に配置するマルチマテリアル構造が注目されており、異なる素材を接合するための接合技術が盛んに検討されている。ここで、異材接合のなかでもセラミックスと樹脂は電子結合や物性等が大きく異なることから、良好な接合界面を形成させることができず、接着剤の物理的吸着力や化学的吸着力により接合を達成するのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、接着剤を用いる場合、接着剤が濡れ広がるために接合領域が限定される精密な接合には不向きであることに加え、接合強度が被接合面の状態（表面粗さ等）に大きく影響されるという問題がある。更に、接着剤の硬化に必要な時間が生産性を律速すると共に、接着剤の状態維持や管理が難しい等の課題が存在する。加えて、接合界面の強度及び信頼性は接着剤の特性に依存し、セラミックスや樹脂の特性を十分に活用した接合体を得ることができない。
【０００４】
これに対し、例えば、特許文献１（特開２０２１－１９５４１９号公報）においては、「被着材の表面に、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、スチリル基、（メタ）アクリロイル基、イソシアナト基及びアルケニル基からなる群より選ばれる１種以上の官能基を有する官能基付き被着材面（Ａ）と、樹脂の表面に、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、スチリル基、（メタ）アクリロイル基、イソシアナト基及びアルケニル基からなる群より選ばれる１種以上の官能基を有する官能基付き樹脂面（Ｂ）とが、直接接合されてなり、前記官能基付き被着材面（Ａ）及び前記官能基付き樹脂面（Ｂ）の少なくともいずれかが、二次元単分子構造と三次元多分子構造とが混在してなり、前記被着材が、ガラス及びセラミックスのうちの少なくともいずれかである、接合体。」が開示されている。
【０００５】
上記特許文献１に記載の接合体においては、直接接合された被着材面（Ａ）と樹脂面（Ｂ）とは、両面の官能基同士が、化学結合、水素結合及びファンデルワールス力による結合の少なくともいずれかによる結合力が生じている。このため、前記被着材（ガラス及び／又はセラミックス）と樹脂とを、従来のような接着剤を使用することなく、十分な接合強度で接合させることができる、とされている。
【０００６】
また、特許文献２（特開２０２２－１４１１２号公報）においては、「ゴムの表面に、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、スチリル基、（メタ）アクリロイル基、イソシアナト基、及びアルケニル基からなる群より選ばれる１種以上の官能基を有する、官能基付きゴム面Ａと、金属、ガラス、セラミック、樹脂及びゴムからなる群から選択される少なくとも１種の被着材の表面に、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、スチリル基、（メタ）アクリロイル基、イソシアナト基、及びアルケニル基からなる群より選ばれる１種以上の官能基を有する、官能基付き被着材面Ｂを、直接接合してなり、前記官能基付きゴム面Ａ及び前記官能基付き被着材面Ｂの少なくとも一方に、二次元の単分子構造と三次元の多分子構造が混在してなる、接合体。」が開示されている。
【０００７】
上記特許文献２に記載の接合体においては、官能基付きゴム面Ａと官能基付き被着材面Ｂを直接接合してなる接合面では、官能基同士の化学結合、水素結合、ファンデルワールス力による結合が生じている。これらの結合力により、ゴムと金属、ガラス、セラミック、樹脂及びゴムからなる群から選択される少なくとも１種の被着材を、接着剤を使用することなく、十分な接合強度で接合することができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２１－１９５４１９号公報
特開２０２２－１４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１に記載の接合体においては、被着材面（Ａ）と樹脂面（Ｂ）の両方の表面に特定の官能基を有することが必須となっており、適用できる被接合材が限定される。また、特定の官能基を付与するために浸漬法やスプレー塗布法等により官能基付与処理を施すことが必要な場合もあり、接合工程が煩雑になる。加えて、接合を達成するためには、被着材面（Ａ）の官能基と樹脂面（Ｂ）の官能基との距離を約０．３ｎｍ以内に接近させる必要があるとされており、接合工程に緻密な制御が要求される。
【００１０】
また、前記特許文献２に記載の接合体は一方の被接合材がゴムに限られることに加え、ゴム面Ａと被着材面Ｂの両方の表面に特定の官能基を有することが必須となっており、前記特許文献１の場合と同様に、適用できる被接合材が限定されることに加えて接合工程が煩雑となる。更に、接合を達成するためには、ゴムの表面の官能基とセラミックス等の表面の官能基を３オングストローム以内に近づけることが必要とされており、接合工程に緻密な制御が要求される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許