CN102712172B - 复合构件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在小的厚度下仍具有高刚度的复合构件，所述复合构件易于连接到目标对象上。复合构件(1A)包含金属基材(10A)、树脂成形体(11)和覆盖所述金属基材(10A)的一个表面的树脂膜层(12)。所述金属基材(10A)是通过对具有50μm以上厚度的平板材料进行压制成形而形成的塑性成形材料。使用所述树脂成形体(11)的构成树脂将所述金属基材(10A)和所述树脂膜层(12)接合到一起。所述复合构件(1A)包含所述金属基材(10A)，由此可以在较小的厚度下仍具有优异的强度和刚度。所述复合构件(1A)包含所述树脂成形体(11)。在所述树脂成形体(11)中可以容易地形成连接到目标对象上的连接部分。由此，所述复合构件(1A)具有优异的安装加工性。所述复合构件(1A)包含所述树脂膜层(12)，由此具有优异的设计性能。

Description

复合构件
技术领域
本发明涉及金属和树脂的复合构件，所述复合构件适用于部件如电装置和电子装置的壳体。特别地，本发明涉及即使在小的厚度下仍具有高刚度的复合构件，所述复合构件易于连接到装置等的主体上。
背景技术
至今，通常将轻质树脂用作构成部件如移动的电装置和电子装置的壳体的材料，所述移动的电装置和电子装置为例如便携式电话、膝上型计算机和数字照相机。树脂构件因为可以容易地提供颜色和图案且因为可以容易地形成各种形状而具有优异的设计性能。
同时，作为构成诸如壳体的部件的材料，已经对重量轻且比强度和比刚度优异的镁合金进行了研究。由镁合金构成的部件主要是通过压铸法或触变成型法制造的铸造材料(符合美国试验与材料学会(ASTM)标准的AZ91合金)。近年来，已经使用通过对由可锻的镁合金构成的板进行压制成形而制造的部件，所述可锻的镁合金由符合ASTM标准的AZ31合金代表。专利文献1公开了一种通过对由与AZ91相对应的镁合金构成的压延板进行压制成形而制造的压制材料。
由镁合金等构成的金属构件具有比树脂构件更优异的强度和刚度，由此易于降低其厚度。此外，可以对金属构件进行期望的喷漆或专利文献1中所述的表面加工以实现更好的设计性能。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本特开2009-120877号公报
发明内容
技术问题
然而，在常规构件中，难以进一步降低厚度并促进构件到目标对象如装置和其他部件的主体上的连接，并同时保持高强度和刚度。
树脂构件可通过金属成型如注射成型形成并由此形状自由度高。用于将构件连接到目标对象上而构造的连接部分如爪部分、螺栓孔用轮毂和螺纹孔的轮毂可以容易地形成。由此，通过将爪部分钩在或安装到目标对象中或通过使用夹住构件如螺栓和螺杆能够容易地将树脂构件连接到目标对象上。此外，在树脂构件中，为了提高强度和刚度而构造的局部厚部分如轮毂和加强部(rib)易于形成。然而，在树脂构件中，难以在保持高强度和刚度的同时降低各构件的整体厚度。
同时，与树脂构件相比，金属构件难以形成连接部分如爪部分和螺栓孔。具体地，通过单纯的成形方法如压制成形难以形成连接部分。通过例如压铸能够粗略形成连接部分。然而，为了调节形状，必须实施另一种加工如切割。因此，用于制造包含连接部分的金属构件的方法导致生产率低且收率差。根据该观点，难以将金属构件连接到目标对象上。
此外，关于金属构件，与树脂构件相比，通常难以形成轮毂和加强部。现在，建立无线电通信的电装置和电子装置正在增加。在具有这种功能的装置的情况中，壳体优选包含不屏蔽电磁波的非金属部分。另外，仍需要开发喷漆之外的技术，与喷漆相比，所述技术能够对应各种设计，且特别地能够易于实施。
因此，本发明的目的是提供一种即使在小的厚度下仍具有高刚度并具有优异设计性能和安装加工性的复合构件。
解决问题的手段
在本发明中，通过形成金属和树脂的复合结构而实现所述目的，所述复合结构包含树脂膜层。本发明的复合构件包含金属基材、树脂成形体和覆盖所述金属基材表面的至少一部分的树脂膜层。特别地，在所述复合构件中，所述金属基材的至少一部分具有50μm以上的厚度且所述树脂成形体的至少一部分接合到所述金属基材和所述树脂膜层中的至少一种上。
本发明的复合构件包含金属基材和树脂成形体两者，由此与单独的树脂构件的情况相比，即使在小的厚度下仍具有高强度和刚度。特别地，在本发明的复合构件中，所述金属基材的至少一部分具有50μm以上的大厚度。由此，与例如当在树脂构件上配置具有纳米级厚度的金属薄膜时相比，能够确保高强度和刚度。
此外，在本发明的复合构件中，可以容易地在树脂成形体中形成连接部分如爪部分或螺栓孔。由此，适当使用夹住构件如螺栓易于将复合构件连接到目标对象上，且所述复合构件具有优异的安装加工性。
而且，在本发明的复合构件中，能够将具有期望设计(例如颜色和图案)的树脂膜用作树脂膜层以装饰所述复合构件。由此，本发明的复合构件具有优异的设计性能。另外，将树脂膜恰好接合到金属基材上，从而提供具有优异设计性能的复合构件。因此，本发明的复合构件具有优异的生产率。
下面将对本发明进行更详细的说明。
[金属基材]
(构造和形状)
例如，金属基材具有任意形状，所述形状具有其中所述部分的至少一部分具有50μm(0.05mm)以上厚度的部分。金属基材的典型实例是具有基本均匀厚度的板状材料。金属基材的其他实例包括各自具有部分不同的厚度的材料如具有合适的形状以及突起和凹入的数目的板状材料和具有合适的形状以及突起和凹入的数目的穿孔板状材料；以及具有期望的三维构造的材料即具有方括号形横截面、L形横截面和圆筒形的材料。具有突起和弯曲部分的材料能够具有提高的强度和刚度。具有突起、凹入和通孔的材料能够具有各种设计。
金属基材的厚度越大，复合构件的强度和刚度越高。由此，金属基材优选具有厚度为0.1mm以上且更优选0.5mm以上的部分。然而，金属基材在复合构件中的比例更高，导致整个复合构件的重量增大。由此，在金属基材可具有厚的部分(厚度超过2mm的部分)时，大部分金属基材(当金属基材在平面图中的最大面积为100面积%时，超过50面积%)优选具有2mm以下且更优选约0.3mm～约1.5mm的厚度。
此外，一个复合构件可包含多个金属基材。可将各个金属基材结合到树脂成形体和树脂膜层中的至少一个上以一体地形成单个复合构件。对于一个复合构件，需要多个部分具有改进的强度并在一些情况中提供电磁屏蔽。在这种构造中，能够分别配置多个金属基材以满足上述要求。此外，在这种构造中，可实现重量的下降和构件强度的提高。
(制造方法)
通过各种步骤如铸造、挤出、压延、锻造和压制(典型地为弯曲加工和拉伸)能够制造金属基材。关于制造，可适当使用已知的制造条件。所得金属基材的构造的实例包括铸造材料、挤出材料、压延材料、锻造材料、压制材料、进行了塑性成形的其他材料以及提高对这些材料进行选自热处理、研磨、整平、切割、防腐蚀处理和专利文献1中所述的表面加工中的至少一种处理而得到的经处理材料。在金属基材为铸造材料的情况中，可容易地形成任何三维形状。通过对铸造材料进行塑性成形如挤出、压延、锻造或压制而得到的金属基材因加工硬化而具有更高的强度和刚度。进行了研磨、整平、表面加工等的金属基材具有优异的设计性能。进行了防腐蚀处理的金属基材具有优异的耐腐蚀性。此外，实施热处理，由此得到均匀组成并消除因塑性成形而造成的应变。切割提供具有预定的尺寸和厚度的金属基材。金属基材可适当制造并使用以具有预定的形状和构造。
(机械强度)
[杨氏模量]
在金属基材具有40GPa以上杨氏模量的情况中，金属基材不易扭曲并即使在较小的厚度下仍具有高刚度。杨氏模量主要由金属材料的类型决定。当对给定的金属进行塑性成形如压延时，金属的杨氏模量倾向于提高。选择具有50GPa以上且甚至100GPa以上杨氏模量的金属材料并选择金属基材的构造导致复合构件即使在较小的金属基材厚度下仍具有高刚度。
[0.2%弹性极限应力]
在金属基材具有150MPa以上0.2%弹性极限应力的情况中，即使在较小的厚度下仍不易发生凹陷和变形，从而能够在长时间内保持预定形状。所述0.2%弹性极限应力主要由金属材料的类型决定。当对给定的金属进行塑性成形如压延时，金属的0.2%弹性极限应力倾向于提高。选择具有200GPa以上且甚至250GPa以上0.2%弹性极限应力的金属材料并选择金属基材的构造导致复合构件即使在较小的金属基材厚度下仍具有高刚度。
[热膨胀系数]
在金属基材由均匀材料构成的情况中，如果发生局部温度差，则金属基材会发生局部翘曲。由此，优选以使得由均匀材料构成的金属基材的最高温度区域与最低温度区域之间的温度差为50℃以下、优选15℃以下、更优选5℃以下且最优选为使得基本在整个金属基材上获得均匀温度的温度的方式在树脂成形体的形成期间对材料的温度进行控制。上述温度控制能够抑制在成形之后所得复合构件的变形。
为了实现上述温度控制，例如在用于使得金属基材、树脂成形体和树脂膜一体化的模具中，在其中放置金属基材的模具部件上配置冷却手段。将所述冷却手段配置在金属基材直接接触或通过树脂膜层接触的模具区域(下文中称作“特定区域”)中，由此导致金属基材的整个表面温度均匀，从而抑制局部温度的升高。冷却手段的具体实例如下：所述特定区域的表面由高热导率材料如铜或铜合金构成；在所述特定区域上配置由高热导率材料构成的构件；以及配置循环机构，所述循环机构使冷冻剂在由高热导率材料构成的部分中循环。或者，为了实现上述温度控制，例如可在模具的特定区域上或在整个模具上配置诸如加热器的加热手段并对金属基材的整个表面进行均匀加热。可以根据金属基材、树脂膜层和树脂成形体的材料来适当选择冷却温度、加热温度、冷却区域和加热区域。
在8×10-6/K以上的金属基材的热膨胀系数下，当将构件从容纳金属基材、树脂成形体和树脂膜的模具中放出时，所述金属基材不易翘曲，由此易于保持预定形状。热膨胀系数主要由金属材料的类型决定。在选择具有10×10-6/K以上且甚至20×10-6/K以上热膨胀系数的金属的情况中，即使在较小的厚度的金属基材下，所得复合构件仍易于保持其预定形状。
(组分)
构成金属基材的金属材料的类型的具体实例包括纯镁、镁合金、纯钛、钛合金、纯铝、铝合金、纯铁和铁合金(包括钢和不锈钢)。所述金属各自满足40GPa以上的杨氏模量、150MPa以上的0.2%弹性极限应力和8×10-6/K以上的热膨胀系数并具有高刚度。由此，不易发生诸如翘曲的凹陷和变形，并在长时间内易于保持预定形状。所述变形等不易发生，从而能够在长时间内保持基于金属基材的设计(例如通过专利文献1中所述的表面加工制造的设计)。
特别地，在金属基材的至少一部分由纯镁、镁合金、纯钛和钛合金中的至少一种构成的情况中，所述金属基材能够满足进一步降低厚度的要求，因为这些金属的强度和刚度优异。此外，纯镁、镁合金、纯钛和钛合金比铁和铁合金更轻。因此，配置由所述金属构成的金属基材可制得轻质复合构件。
特别地，镁和镁合金具有高比强度和高比刚度。因此，配置由镁或镁合金构成的金属基材导致复合构件具有高强度和高刚度。作为镁，可例示含Mg和杂质的镁。镁合金的实例包括各自以0.01质量%～20质量%的总量含有选自Al、Zn、Mn、Si、Ca、Sr、Y、Cu、Ag、Sn、Li、Zr和稀土元素(不包括Y)中的至少一种元素且剩余物为Mg和杂质的镁合金。特别地，含Al镁合金具有优异的耐腐蚀性和优异的机械性能如强度，并由此是优选的。含Al镁合金的实例包括AZ基合金(Mg-Al-Zn基合金，Zn：0.2质量%～1.5质量%)、AM基合金(Mg-Al-Mn基合金，Mn：0.15质量%～0.5质量%)、As基合金(Mg-Al-Si基合金，Si：0.6质量%～1.4质量%)、Mg-Al-RE(稀土元素)基合金，AX基合金(Mg-Al-Ca基合金，Ca：0.2质量%～6.0质量%)和AJ基合金(Mg-Al-Sr基合金，Sr：0.2质量%～7.0质量%)，其符合美国试验与材料学会(ASTM)标准。各自具有大于7.5质量%且12质量%以下的Al含量的含Al镁合金的实例包括Mg-Al-Zn基合金如AZ80合金、AZ81合金和AZ91合金；以及Mg-Al-Mn基合金如AM100合金，其具有更高的耐腐蚀性并由此是优选的。可使用具有已知组成的镁合金。当使用由镁合金构成并具有进行了防腐蚀处理如化学转化处理或阳极氧化处理的表面的金属基材时，耐腐蚀性提高。在这种情况下，所得复合构件包含配置在防腐蚀层上的树脂膜层。
钛可含有Ti和杂质。钛合金的实例包括各种合金在JIS H4600(2007)中规定的含有6质量%的铝-4质量%的钒-剩余物为钛和杂质的合金。
或者，金属基材的至少一部分可以由选自纯铝、铝合金、纯铁和铁合金中的至少一种金属构成。通常，纯铝、铝合金、铁、铁合金在塑性成形如压延或压制中具有优异的成形性，由此易于提供具有期望形状的塑性成形材料。纯铝和铝合金的重量轻。因此，配置由纯铝或铝合金构成的金属基材可获得轻质复合构件。作为纯铝，可使用含Al和杂质的铝。可使用的铝合金的实例包括JIS H 4000(2006)等中规定的各种合金如A1050、A5052和A5083。纯铁和铁合金通常具有优异的强度。因此，配置由纯铁或铁合金构成的金属基材可获得高强度的复合构件。作为纯铁，可使用含Fe和杂质的铁。可使用的铁合金的实例包括作为碳和铁的合金的钢；还含有Ni和Cr的不锈钢如SUS304和SUS316，其为铁合金的典型实例；以及各种合金如SS400和S45C。
金属基材可由单种金属构成或可由不同种金属构成。在任意情况中，金属基材都可以由单一部材形成。或者，如上所述，可配置多种金属基材。在金属基材由不同种金属所构成的单一部材形成的情况中，通过焊接、钎焊或加压焊接可将金属的亚部材一体化。在配置由不同种金属构成的金属基材的情况中，能够表达基于不同金属材料的设计，由此导致具有优异的设计性能的复合构件。
[树脂成形体]
(形状)
树脂成形体可以根据预期用途而具有任意形状。具体地，树脂成形体可充当构成复合构件的主要外观的主要部分。或者，可将树脂成形体用于复合构件的一部分。其实例包括连接部分如爪部分、螺栓孔和螺纹孔；加强部分如加强部；为了形成期望设计而构造的设计部分；以及用于无线电通信的非金属部分。特别地，其中至少一部分树脂成形体充当连接部分的复合构件可容易地连接到目标对象如电装置或电子装置的主体上。此外，在复合构件的情况中，与在金属基材上形成连接部分时相比，可容易地形成连接部分。
树脂成形体可具有任意尺寸和任意厚度。即使当例如树脂成形体处于薄板状体形式时，包含上述金属基材的复合构件仍具有优异的刚度。
此外，单个复合构件可包含多个树脂成形体。能够将各树脂成形体接合到金属基材和树脂膜层中的至少一种上以一体地形成一个复合构件。
(形成方法)
通过各种方法如注射成型、转移成型、铸造成型、挤出成型和焊接可形成树脂成形体。可与树脂成形体的形成一起将金属基材和树脂膜层一体化。因此，本发明的复合构件具有优异的生产率。可将已知的形成条件适当用于上述形成。
(成分)
树脂成形体可由热塑性树脂、热固性树脂和橡胶材料中的至少一种树脂构成。树脂的实例包括聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂、酚醛树脂和硅树脂。橡胶材料的实例包括天然橡胶；和合成橡胶如异戊二烯橡胶、苯乙烯橡胶、腈橡胶、氯丁二烯橡胶、丙烯酸类橡胶、硅橡胶和聚氨酯橡胶。可以考虑到例如复合构件的刚度、强度、硬度、耐腐蚀性、耐久性和耐热性来适当选择树脂成形体中包含的树脂。构成树脂可包含由例如金属或非金属材料如陶瓷材料和色母(color batch)构成的填料以提高诸如刚度的机械性能并实现更好的设计性能。
树脂成形体可由单种树脂构成或可由不同种树脂构成。在任意情况中，树脂成形体都可由单一部材形成。或者，如上所述，可配置多个树脂成形体。在树脂成形体由不同种树脂所构成的单一部材形成的情况中，可以通过例如将树脂的亚部材依次成形为一体来制造所述树脂成形体。或者，可以通过单独形成树脂的亚部材并然后将它们接合成一体来制造树脂成形体。
[树脂膜层]
(整体结构)
典型地，覆盖金属基材的至少一部分的树脂膜层构成复合构件外观的至少一部分。作为构成树脂膜层的树脂膜，例如可适当使用由丙烯酸类树脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂、聚丙烯酸丁酯树脂、乙烯-丙烯酸类共聚物树脂或乙烯-乙酸乙烯酯-丙烯酸类共聚物树脂构成的丙烯酸类膜。所述丙烯酸类膜具有如下特征：(1)关于透明丙烯酸类树脂，所述丙烯酸类树脂具有高透明度；(2)所述丙烯酸类树脂对热和光具有高抵抗性，从而即使当例如在户外使用所述丙烯酸类树脂时褪色程度和光泽的下降仍然低；和(3)所述丙烯酸类树脂具有优异的耐污性。因此，所得复合构件具有优异的外观。此外，所述丙烯酸类膜还在加工如深拉伸期间具有优异的成形性并由此能够适当用于制造本发明的复合构件。所述丙烯酸类膜优选具有50μm以上的厚度以充分保持耐候性等。从降低复合构件的厚度考虑，所述丙烯酸类膜优选具有500μm以下的厚度。因此，可以容易地使用厚度为约70μm～约200μm的丙烯酸类膜。还可使用商购可获得的丙烯酸类膜。
在树脂膜层由例如有色的不透明树脂膜形成的情况中，使用具有期望颜色和图案的树脂膜可获得更好的设计性能。同时，在树脂膜层具有30%以上可见光透过率的情况中，能够看到底部金属基材，由此导致复合构件具有优异的金属质感和更好的设计性能。更高的可见光透过率会提高金属质感。树脂膜层优选具有50%以上并特别优选70%以上的可见光透过率。特别地，使用高透过率丙烯酸类膜，具体地具有约90%可见光透过率的丙烯酸类膜，更易于导致金属质感的表现。通过将树脂膜层从复合构件上剥离或通过切割将树脂膜层从复合构件除去并然后进行分析能够研究树脂膜的可见光透过率。
如上所述，树脂膜层可具有由单种材料构成的单层结构或可具有多层结构。例如，可使用包含充当基础部分的上述丙烯酸类膜并在所述基础部分的至少一部分上包含选自具有期望图形或图案的印刷层、为了表现金属光泽而构造的薄层、为了保护所述薄层和印刷层而构造的保护层以及为了将这些层粘合在一起而构造的胶粘剂层中的至少一个层的树脂膜。在使用具有多层结构的树脂膜的情况中，从厚度的降低和膜的制造性考虑，所述树脂膜优选具有2000μm以下的总厚度。特别地，能够容易地使用具有约70μm～约200μm总厚度的树脂膜。可使用商购可获得的具有多层结构的树脂膜。
印刷层包含树脂粘合剂和着色油墨并能够通过印刷方法如胶版印刷法、凹版印刷法或丝网印刷法形成。树脂粘合剂的实例包括树脂如聚乙烯类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂、丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、聚乙烯醇缩醛类树脂、聚酯聚氨酯类树脂、纤维素酯类树脂和醇酸类树脂。着色油墨的实例包括含有充当着色剂的期望颜色的颜料和染料的油墨。包含印刷层的树脂膜层的使用可以与各种设计相对应。
可以通过例如蒸发法如真空蒸发法、溅射法、或离子镀法或电镀法而容易地形成所述薄层。用于所述薄层的材料的实例包括金属如铝、镍、金、铂、铬、铁、铜、锡、铟、银、钛、铅、锌和锗；所述金属的合金；所述金属的非金属化合物如硫化锌、氟化镁、氧化锡和铟锡氧化物；和非金属化合物如二氧化硅。使用包含由金属构成的薄层的树脂膜层导致表现金属光泽和金属质感。例如，即使在树脂成形体上配置包含由金属构成的薄层的树脂膜层，仍可以容易地表现金属质感。在金属基材上配置包含由金属构成的薄层的树脂膜层的情况中，能够保护所述金属基材。在构成所述薄层的材料与构成金属基材的材料不同的情况中，复合构件因不同类型的金属而具有更好的设计性能。使用包含由上述化合物构成的薄层的树脂膜层，导致可见光透过率提高、表现荧光颜色并提高膜的硬度。
能够使用的保护膜的实例包括上述丙烯酸类膜、聚丙烯膜、热塑性弹性体膜、聚碳酸酯膜、聚酰胺膜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯膜、丙烯腈-苯乙烯膜、聚苯乙烯膜和聚氨酯膜。
为了对由金属构成的薄层和保护层进行粘合而构造的胶粘剂层的材料的实例包括树脂如双组份可固化聚氨酯树脂、热固性聚氨酯树脂、三聚氰胺类树脂、纤维素酯类树脂、含氯的橡胶类树脂、含氯的乙烯基类树脂、丙烯酸类树脂、环氧类树脂和乙烯基类共聚物树脂。可以通过涂布方法如凹版涂布法、辊涂法或逗号涂布法；或印刷方法如凹版印刷法或丝网印刷法来形成胶粘剂层。作为为了将其他层粘合在一起而构造的胶粘剂层，可适当使用适用于构成各个层的材料的适当胶粘剂。
(通孔)
本发明的实施方案提供一种构造，其中树脂膜层包含多个通孔且其中所述各个通孔的外接圆的直径为5mm以下。
通过将树脂膜接合到金属基材的至少一部分或树脂成形体上来形成树脂膜层。如果在接合时不在树脂膜与金属基材或树脂成形体之间充分进行脱气，则形成气泡，由此导致外观差。同时，在树脂膜具有微小通孔的情况中，易于实施脱气以抑制气泡的形成，由此导致复合构件具有良好外观。通孔可具有任意形状。所述形状的典型实例是圆形。可使用的形状的其他实例包括椭圆形；多边形如三角形、矩形和五边形；以及任意其他形状。通孔数可根据脱气所需要的数目来选择。此外，可使用通孔的任意构造。在整个树脂膜上均匀配置通孔而不是将通孔局部配置在树脂膜的一部分中的情况中，可均匀进行脱气并抑制树脂膜强度的下降。
在各个通孔的外接圆直径过小时，不易进行脱气。外接圆的直径超过5mm导致树脂膜的强度下降。特别地，在外接圆的直径为约5μm～约100μm时，可充分实施脱气并易于形成通孔。因此，这种树脂膜应易于使用。在树脂膜还充当金属基材用防腐蚀层的情况中，在各个通孔的外接圆直径过大时，例如作为造成腐蚀的因素的水会通过通孔而与金属基材接触，由此导致金属基材的耐腐蚀性下降。因此，在覆盖金属基材的树脂膜层的一部分还充当防腐蚀层的情况中，各个外接圆的直径优选为100μm以下。为了提高耐腐蚀性，优选更小的直径。尽管所述直径能够小于0.1μm，但是认为0.1μm以上的直径是易于使用的。在如上所述树脂膜层还充当防腐蚀层的情况中，通孔数目过大，导致耐腐蚀性下降。由此，在树脂膜层的覆盖金属基材的部分中通孔密度(每单位面积上的数目)优选为30个/mm2～500个/mm2。或者，在树脂膜层的覆盖金属基材的部分中通孔的面积比例优选为1%～70%。同时，在树脂膜层的覆盖树脂成形体的部分中配置各自具有约5mm直径的通孔的情况中，通孔与耐腐蚀性无关。因此，直径可超过100μm。这种相对大的通孔中的至少一个通孔可充当图案(例如点图案)。
[其他构造]
(油漆层)
本发明的实施方案提供其中在树脂膜层的至少一部分上还配置油漆层的构造。
在充当基底层的树脂膜层上还配置油漆层，由此提高强度、刚度和硬度并提高耐水性。此外，配置油漆层可导致保护金属基材和树脂成形体。而且，配置图形或图案与树脂膜层不同的油漆层能够导致设计性能更好。所述树脂膜层充当基底层，因此，待喷漆的表面平滑。由此，与在金属基材的表面上直接喷漆的情况相比，可容易并均匀地进行喷漆，由此导致复合构件具有优异的表面品质和更好的设计性能。
可将有色不透明油漆、有色透明油漆和无色透明油漆中的任意油漆用于所述油漆。在有色不透明油漆的情况中，看不到底部树脂膜层和金属基材。然而，使用具有期望颜色和图案的油漆层导致复合构件具有更好的设计性能。用于油漆和下述胶粘剂中的术语“透明”是指可见光透过率为30%以上。
(胶粘剂层)
本发明的实施方案提供其中在插入在金属基材与树脂膜层之间的至少一部分上配置胶粘剂层的构造。
通过使得树脂成形体的构成树脂的一部分充当胶粘剂，能够将构成树脂膜层的树脂模粘合到金属基材上。然而，通过使用另一种胶粘剂，能够更确保将树脂模和金属基材粘合在一起。作为胶粘剂，可使用有色的不透明胶粘剂。在配置胶粘剂、树脂模和油漆层的情况中，当它们(包括油漆层)全部是有色透明或无色透明时，能够良好地表现金属基材的金属质感以提供具有高金属质感的复合构件。当在金属基材与树脂膜层之间完全配置胶粘剂层时，可提供高接合强度。
[比重]
本发明的复合构件整体具有5以下的比重且重量轻。由此，能够将复合构件适当用于例如要求重量轻的移动装置的部件。为了实现所述比重，可适当选择复合构件中的金属基材的比例和材料类型或树脂成形体的比例。例如，在金属基材由具有高比重的不锈钢(比重：约8)构成的情况中，金属基材的比例相对减少(树脂成形体的比例相对提高)导致复合构件整体具有5以下的比重。特别地，在金属基材由例如纯镁、镁合金、纯铝或铝合金的轻质金属构成的情况中，即使金属基材在复合构件中的比例相对高，所得复合构件仍整体具有3以下且甚至2以下的比重。
发明效果
本发明的复合构件即使在小的厚度下仍具有高刚度，并具有优异的设计性能。
附图说明
[图1]图1(I)是根据实施方案1的复合构件的示意性横截面图，且图1(II)～1(V)是显示复合构件的制造方法的说明图。
[图2]图2(I)是根据实施方案2的复合构件的示意性横截面图，且图2(II)和(III)是显示复合构件的制造方法的说明图。
[图3]图3(I)是根据实施方案3的复合构件的示意性横截面图，且图3(II)和(III)是显示复合构件的制造方法的说明图。
[图4]图4(I)是根据实施方案4的复合构件的示意性横截面图，且图4(II)是根据实施方案5的复合构件的示意性横截面图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施方案进行说明。在图中，相同元件用相同标号表示。
<实施方案1>
参考图1对根据实施方案1的复合构件1A进行说明。
[复合构件]
复合构件1A是一种层压结构，其包含板状金属基材10A、树脂成形体11和部分覆盖所述板状金属基材10A的表面的树脂膜层12。树脂成形体11的一部分接合到树脂膜层12和金属基材10A上以形成为一体。
本实施方案中所示的复合构件1A具有方括号形横截面并包含底面部和从所述底面部的边缘向上延伸的一对短端部，所述短端部相对配置。所述复合构件1A整体具有均匀的厚度(厚度：1.0mm)。所述底面部具有250mm的宽度和300mm的长度。所述短端部各自具有250mm的宽度和5mm的高度。下面对各个元件进行更详细的说明。
金属基材10A是通过对具有0.5mm厚度(≥50μm)和240mm宽度的镁合金平板材料进行压制成形以将所述板材弯曲成方括号形(底面部的尺寸：240mm宽×300mm长，各个短端部的尺寸：240mm宽×1mm高)而形成的塑性成形材料(压制材料)。此处，按如下准备上述平板材料：对由具有与AZ91合金相当的Al含量(Al含量：8.3质量%～9.5质量%)的镁合金构成的双辊铸造材料进行压延，并对所得压延板进行温热整平以提供平板材料(杨氏模量：45GPa，0.2%弹性极限应力：260GPa，热膨胀系数：25×10-6/K)。为了制造所述平板材料，可使用已知的条件。在温热整平之后，可实施各种处理，例如研磨处理；表面加工如金刚石切割、发线切割(hairline cut)、腐蚀、喷砂以及期望文字或图形如标识的印刷和刻印；以及防腐蚀处理。实施表面加工，由此导致金属基材10A具有更好的金属质感。
所述树脂成形体11是为了覆盖具有方括号形的金属基材10A的整个表面(内表面)而形成的方括号形体。此处，树脂成形体的构成材料由聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂的聚合物合金(PC-ABS)构成，所述聚合物合金以10质量%的量含有BN(氮化硼)填料。通过如下所述的注射成型而形成树脂成形体11。覆盖金属基材表面的部分的厚度均匀且为0.5mm。最大厚度(此处为相对的短端部对中各个短端部的厚度)为1.0mm。在树脂成形体具有轮毂和加强部的情况中，轮毂和加强部各自可具有超过1.0mm的厚度。在本实施方案中，以使得包含加强部(未示出)的复合构件1A整体具有约1.4比重的方式形成树脂成形体。通过将复合构件的构成元件的总质量除以复合构件的体积来确定整个复合构件的比重。各构成元件的质量能够通过分解复合构件而测得或者能够通过由相应构成元件的体积与相应构成元件的比重的乘积进行计算而确定。
复合构件1A的形状仅是实例且可适当进行改变。例如，在金属基材和树脂成形体各自具有方括号形横截面的情况中，复合构件1A的构造的实例包括其中从底面部向上延伸的金属基材的短端部的高度等于从底面部向上延伸的树脂成形体的短端部的高度的构造；其中复合构件整体包含从底面部的整个外围边缘向上延伸的短端部的构造(典型地，矩形箱形构件)；其中金属基材和树脂成形体中的至少一种包含从底面部的整个外围边缘向上延伸的短端部的构造；其中金属基材的底面部的长度比树脂成形体的底面部的长度更短且其中在从底面部向上延伸的金属基材的短端部与从底面部向上延伸的树脂成形体的短端部之间存在间隙的构造；以及其中金属基材和树脂成形体中的至少一种在上述间隙中包含轮毂和加强部的构造。
所述树脂膜层12由树脂膜形成。此处，使用具有150μm厚度的无色透明聚甲基丙烯酸甲酯膜。配置树脂膜层12以覆盖方括号形复合材料的整个表面(外表面)，所述复合材料包含方括号形金属基材10A和与所述金属基材10A的相对短端部对连续的树脂成形体11的短端部。使用树脂成形体11的构成树脂对树脂膜层12进行粘合。
如上所述，利用无色透明树脂膜层12覆盖金属基材10A的外表面，由此充分表现金属基材10A自身的金属质感并导致复合构件1A具有优异的金属质感。利用树脂成形体11覆盖金属基材10A的内表面和端面，并利用树脂膜层12覆盖外表面；因此，金属基材10A具有优异的耐腐蚀性。
在复合构件1A中，底面部和各个短端部中的部分具有三层层压结构，其包含树脂膜层12、金属基材10A和树脂成形体11。剩余物由树脂成形体11和树脂膜层12形成。即，复合构件1A包含由树脂单独构成的部分。
[制造方法]
例如，按下述能够制造包含上述构造的复合构件1A。
如图1(II)中所示，在第一模具100上配置构成树脂膜层12的树脂膜120。然后，以使得沿模具100的空腔放置树脂膜120的方式将第二模具101压靠在树脂膜120上。
然后，如图1(III)中所示，将第二模具101与第一模具100分离。将金属基材10A配置在树脂膜120的预定位置处。
然后，将第二模具101向第一模具100移动以形成使用模具100和101两者制造树脂成形体11所使用的空间，如图1(IV)中所示。此处，制备了具有足以形成具有预定尺寸的树脂膜层12的尺寸的树脂膜120。当以邻近方式配置模具100和101两者时，如图1(IV)中所示，通过模具100和101两者可部分保持树脂膜120。即，在树脂成形体11的形成期间，通过模具100和101两者来保持树脂膜120。由此，在树脂成形体11的成形期间，树脂膜120不会发生位移，从而能够在高准确度下形成复合构件1A。
通过注射成型可将用于形成树脂成形体11的构成树脂注入到由模具100和101两者限定的空间内以形成树脂成形体11。同时，使用构成树脂将金属基材10A、树脂膜120和树脂成形体11一体地粘合在一起。在将构成树脂固化之后，将模具100和101打开。对树脂膜120进行适当切割以提供包含树脂膜层12的复合构件1A。
可将胶粘剂(未示出)涂布到金属基材10A的表面上，然后将具有胶粘剂的金属基材10A配置在布置在模具100上的树脂膜120的预定位置处。或者，如图1(V)中所示，可以预先利用胶粘剂(未示出)将树脂膜120粘合到金属基材10A上。在将树脂膜120和金属基材10A的一体化中间体配置在模具100上之后，可形成树脂成形体11。可将胶粘剂涂布到金属基材10A和树脂膜120中的任意物体上。在使用胶粘剂的情况中，制造包含配置在金属基材与树脂膜层之间的胶粘剂层(未示出)的复合构件。在按上述使用胶粘剂的情况中，在树脂成形体11的形成期间，金属基材10A和树脂膜120基本不会发生位移，由此导致复合构件具有优异的位置准确度。此外，具有胶粘剂层的复合构件在金属基材与树脂膜层之间具有优异的粘合，由此抑制了树脂膜的分离。还可将使用胶粘剂的这些构造应用于下述实施方案中。
[有利效果]
与由树脂单独构成的树脂构件相比，具有上述构造的复合构件1A即使在小的厚度(实施方案1A的最大厚度：1.0mm)下，仍具有高刚度和高强度。由此，在复合构件1A中，不易发生凹陷和变形，从而在长时间内能够保持预定形状。特别地，在复合构件1A中，金属基材10A包含通过压制成形形成的弯曲部分并由此具有高刚度。因此，复合构件1A具有优异的刚度。此外，在复合构件1A中，将轻质镁合金用作金属基材10A的构成金属，从而使得复合构件1A整体具有2以下的低比重。
在树脂成形体11的部分如图1(I)中所示的由树脂单独构成的、通过虚线圆包围的部分中可容易地形成连接部分如爪部分、螺栓孔或螺纹孔。包含连接部分的复合构件易于在使用或不使用螺栓或螺杆的条件下连接到预定目标对象上并由此具有优异的安装加工性。此外，复合构件包含由树脂单独构成的非金属部分(不导电部分)并由此适用于建立无线电通信等的电装置和电子装置的部件。
复合构件1A包含充当装饰构件的树脂膜层12并由此具有高品质的外观和优异的设计性能。具有优异设计性能的这种构造可容易地形成。由此，复合构件1A还具有优异的生产率。另外，树脂膜层12还充当金属基材10A的防腐蚀层和表面保护层。因此，复合构件1A能够在长时间内保持优异的外观。
<实施方案2和3>
参考图2对根据实施方案2的复合构件1B进行说明。参考图3对根据实施方案3的复合构件1C进行说明。复合构件1B和1C中的各构件的基本构造与根据实施方案1的复合构件1A相同，仅金属基材10B和10C的形状不同。此处，对不同点进行描述，并省略了其他的构造和有利效果的说明。
与根据实施方案1的金属基材10A不同，包含在复合构件1B中的金属基材10B是未进行压制成形的平板材料。将所述平板材料用于金属基材10B。由此，金属基材10B具有如下优势和优异的经济性：(1)所述金属基材可容易地制造并由此具有优异的生产率；和(2)所述金属基材具有简单的形状并由此在复合构件的制造中易于配置在模具上。
包含在复合构件1C中的金属基材10C是与根据实施方案1的金属基材10A类似的方括号形压制材料。金属基材10C包含底面部中的圆形通孔10h且不同之处在于，通孔10h填充有树脂成形体11C的构成树脂。使用包含通孔10h的金属基材10C可提高金属基材10C和树脂成形体11C之间的接合面积并提高树脂膜层12(树脂膜120)和树脂成形体11C之间的接合面积，由此提高金属基材10C、树脂膜层12和树脂成形体11C间的粘附。通过配置多个通孔、提高通孔的开口面积或改变通孔的形状，易于提高粘附。由此，例如能够省略上述胶粘剂。通孔10h内部的一部分由树脂单独构成。在复合构件1C中，可以容易地形成这种由树脂单独构成的部分。由树脂单独构成的部分可用作如上所述的不导电部分或者可用作设计。此外，通孔10h的存在可降低金属基材10C在复合构件1C中的比例。由此，在该构造中，可实现复合构件重量的下降。在金属基材中形成的通孔的形状、数目、尺寸等能够根据粘附和设计而适当选择。
可以与根据实施方案1的复合构件1A一样地制造复合构件1B和1C。即，将树脂膜120和金属基材10B或金属基材10C配置在第一模具100上。将树脂成形体11或树脂成形体11C的构成树脂注入由模具100和101限定的空间中，然后固化以将金属基材10B或金属基材10C、树脂膜120和树脂成形体11或树脂成形体11C一体化，由此制造复合构件1B或1C。
<实施方案4>
参考图4(I)对根据实施方案4的复合构件1D进行说明。在实施方案1～3的各个实施方案中，对其中树脂成形体是单一连续部件的构造进行了说明。此外，在实施方案1～3的各个实施方案中，对其中将树脂成形体接合到金属基材和树脂膜层两者上的构造进行了说明。同时，复合构件1D包含多个树脂成形体11D1、11D2和11D3。此外，在复合构件1D中，将树脂膜层12仅接合到金属基材10D的表面上。不将树脂成形体11D1、11D2和11D3接合到树脂膜层12上。
能够将树脂成形体11D1、11D2和11D3用于不同应用中。例如，能够将树脂成形体11D1用作其中形成爪部分、螺纹孔或螺栓孔(图4(I)中的螺栓孔)的连接部分中，并可以将树脂成形体11D2和11D3用作为了提高复合构件1D的刚度而构造的加强部。这一点对于下述实施方案5同样正确。
可以基本与根据实施方案1的复合构件1A一样地制造复合构件1D。然而，准备了具有适当形状的模具，所述适当形状使得在复合构件1D的预定位置处形成期望形状的树脂成形体11D1、11D2和11D3。使用胶粘剂将树脂膜和金属基材10D一体化。如上所述，能够实现其中在金属基材10D的期望部分处独立配置多个树脂成形体的构造，由此在复合构件的设计中提供高灵活度。
除了金属基材、树脂成形体和树脂膜层的上述接合状态和树脂成形体的形状之外，根据实施方案4的复合构件1D与根据实施方案1的复合构件1A相同。省略了上述不同点之外的构造和有利效果的说明。这一点对于下述实施方案5同样正确。
<实施方案5>
参考图4(II)对根据实施方案5的复合构件1E进行说明。复合构件1E包含多个金属基材10E1和10E2。将金属基材10E1和10E2中的各种金属基材和树脂成形体11E的表面接合到树脂膜层12上。然而，金属基材10E1和10E2与树脂成形体11不接合到一起。
可以基本与根据实施方案1的复合构件1A一样地制造复合构件1E。然而，准备了适当的模具，使得在树脂膜的预定位置处形成期望形状的树脂成形体11E。使用胶粘剂将树脂膜与金属基材10E1和10E2一体化。如上所述，能够实现其中多个金属基材10E1和10E2与树脂成形体11E在树脂膜层12上一体化并单独配置的构造，由此在复合构件的设计中提供高灵活度。在实施方案5中，能够与实施方案4中一样地配置多个树脂成形体。
<实施方案6>
作为构成根据实施方案1～5中各个实施方案的树脂膜层的树脂膜，能够使用包含多个微小通孔(未示出)的树脂膜。例如，在使用其中在树脂膜的整个表面上均匀配置多个通孔的树脂膜的情况中，所述通孔各自的外接圆具有100μm以下的直径，当将树脂膜与金属基材接合在一起时，能够在其间充分实施脱气。由此可有效抑制在其间包含气泡并减少因存在气泡而造成的外观差的发生。特别地，在使用其中通孔在树脂膜中的面积比例为约1%～约10%的树脂膜且其中利用树脂膜对金属基材的表面进行覆盖的情况中，能够在不降低金属基材的耐腐蚀性的条件下抑制气泡的形成。
在树脂膜层的覆盖树脂成形体的部分中，通孔与耐腐蚀性无关。由此，可提高通孔的尺寸和面积比例。例如，在将通孔尺寸提高至各通孔的外接圆具有2mm以下直径的程度的情况中，可更容易地实施脱气。如上所述，可以根据树脂膜所覆盖的对象而改变通孔的尺寸、形状和面积比例。使用例如防水性透气膜等的制造条件能够形成通孔。可将商购可获得的穿孔膜用作构成树脂膜层的树脂膜。
<实施方案7>
在实施方案1～6中的各个实施方案中，使用由与AZ91合金相对应的镁合金构成的金属基材。或者，可使用具有其他组成的镁合金。可使用纯镁。能够代替镁合金使用的材料的实例包括钛和钛合金(例如其具有90GPa～150GPa的杨氏模量、700MPa～1500MPa的0.2%弹性极限应力和5×10-6/K～30×10-6/K的热膨胀系数)；铝和铝合金(例如其具有50GPa～500GPa的杨氏模量、50MPa～500MPa的0.2%弹性极限应力和5×10-6/K～30×10-6/K的热膨胀系数)；以及铁和铁合金(例如其具有100GPa～250GPa的杨氏模量、400MPa～1200MPa的0.2%弹性极限应力和5×10-6/K～30×10-6/K的热膨胀系数)。尽管将压制材料用作金属基材，但是还可使用例如铸造材料、压延材料、锻造材料、通过对所述材料进行各种处理如热处理而得到的经处理材料。
<实施方案8>
在实施方案1～7中的各个实施方案中，已经对其中金属基材在整个金属基材上具有基本均匀厚度的构造进行了说明。或者，金属基材可具有部分不同的厚度。例如，金属基材可具有突起或凹入。所述突起可充当例如强化的加强部。所述凹入可充当例如设计或可用于减轻重量。
<实施方案9>
在实施方案1～8中的各个实施方案中，已经对包含无色透明树脂膜层的构造进行了说明。或者，可使用有色透明树脂膜层或包含由金属或化合物构成的薄层的树脂膜层以与各种设计相对应。可适当将商购可获得的膜用于树脂膜。
<实施方案10>
在实施方案1～9中的各个实施方案中，已经对其中复合构件的外观的一部分由树脂膜层构成的构造进行了说明。或者，可使用其中复合构件还包含配置在树脂膜层的至少一部分上的油漆层的构造。另外配置油漆层可提高复合构件的耐水性和硬度。在以部分配置油漆层的方式配置油漆层和树脂膜层的情况中，可表现由两个层形成的设计。
在不背离本发明主旨的条件下能够对上述实施方案进行适当改进。本发明不限于上述构造。特别地，复合构件的整体尺寸与各元件的尺寸和厚度仅是实例且能够进行适当改变。例如，金属基材可具有部分不同的厚度。此外，例如可使用其中将金属基材的一部分夹在一对树脂膜之间的构造。即，树脂膜层不仅可以布置在金属基材的一个表面上，还可以布置在金属基材的两个表面上。
工业实用性
本发明的复合构件能够适当用于各种电装置和电子装置的部件、特别是移动或小型电装置和电子装置的壳体；以及在各种领域中需要具有高强度和高刚度的部件。
附图标记
1A、1B、1C、1D、1E：复合构件
10A、10B、10C、10D、10E1、10E2：金属基材
10h：通孔
11、11C、11D1、11D2、11D3、11E：树脂成形体
12：树脂膜层
100、101：模具
120：树脂膜

Claims (8)

1.一种复合构件，包含：
金属基材；树脂成形体；和覆盖所述金属基材表面的至少一部分的树脂膜层，
其中所述金属基材的至少一部分具有50μm以上的厚度，
所述树脂成形体的至少一部分接合到所述金属基材和所述树脂膜层中的至少一种材料上，
复合构件具有方括号形横截面并包含底面部和从所述底面部的边缘向上延伸的一对短端部，所述短端部相对配置，以及
超过50面积％的金属基材具有0.3mm～1.5mm的厚度，
其中所述树脂膜层由丙烯酸类膜构成，且所述树脂膜层的可见光透过率为30％以上。
2.如权利要求1所述的复合构件，其中一部分金属基材具有超过2mm的厚度。
3.如权利要求1或2所述的复合构件，其中所述树脂膜层包含多个通孔，且
其中所述通孔各自的外接圆具有100μm以下的直径。
4.如权利要求1或2所述的复合构件，还包含在所述树脂膜层的至少一部分上的油漆层。
5.如权利要求1或2所述的复合构件，其中所述金属基材的至少一部分由纯镁和镁合金中的至少一种材料构成。
6.如权利要求1或2所述的复合构件，其中所述金属基材的至少一部分由纯钛和钛合金中的至少一种材料构成。
7.如权利要求1或2所述的复合构件，其中胶粘剂层配置在插入到所述金属基材与所述树脂膜层之间的至少一部分上。
8.如权利要求1或2所述的复合构件，其中所述金属基材的至少一部分由选自纯铝、铝合金、铁和铁合金中的至少一种金属构成。
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