JP2007276295A - 積層板部材の製造方法及び積層板部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度（剛性）を維持しつつ成形不良の発生を未然に防止できる積層板部材の製造方法を提供する。
【解決手段】 第１の金属板部材２と第２の金属板部材３との間に樹脂層４が介在されてなる素板１を用意し、その素板１における第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とを、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される特定部位Ｐにおいて、レーザ溶接により、樹脂層４を貫通させて接合する。これにより、成形に際して、樹脂層４の貫通孔部分１５を、樹脂層４の破断部分として、成形に伴う第１，第２の金属板部材２，３の伸びに追従させる。その一方、樹脂層４が貫通孔部分１５を有していても、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とを溶接部１０により連結することに基づき、当該積層板部材９の強度（剛性）を維持する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、積層板部材の製造方法及び積層板部材に関する。

積層板部材には、軽量性、制振性等の特性を付与すべく、第１の金属板部材と第２の金属板部材との間に樹脂層を介在させたものが知られている。このような積層板部材は、特許文献１に示すように、異なる特性を有するもの同士をレーザ溶接にて結合したりして、その特性が有効に利用されている。

ところで、上記積層板部材に対しては、一般に、上記のように互いに接合して利用する他に、そのもの自体に所定の成形が行われる。
特開平８−５２５８１号公報

しかし、上記積層板部材においては、樹脂層は、その伸び性が第１，第２の金属板部材の伸び性に対して格段に小さくなっており、そのような積層板部材を成形した場合、例えば、プレス成形を行った場合には、第１，第２の金属板部材の塑性変形に対して、樹脂層が追従して伸びないため、積層板部材のうち、その成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、しわが発生し、成形不良が生じるおそれがある。また、第１の金属板部材と第２の金属板部材とは、樹脂層を介して接着されるのみであるため、成形時に、第１の金属板部材と第２の金属板部材との間にすべりが生じ、この点からも、成形不良が生じるおそれがある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、その第１の技術的課題は、成形不良の発生を未然に防止できる積層板部材の製造方法を提供することにある。
第２の技術的課題は、成形不良の発生を未然に防止できる積層板部材を提供することにある。

前記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
素板として、第１の金属板部材と第２の金属板部材との間に樹脂層が介在されてなるものを用意し、
前記第１の金属板部材と前記第２の金属板部材とを、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、前記樹脂層を貫通させて接合する、
ことを特徴とする積層板部材の製造方法とした構成としてある。この構成により、樹脂層を貫通する部分が、樹脂層の破断部分として、成形に伴う第１，第２の金属板部材の伸びに追従して拡がることになり、第１，第２の金属板部材の伸びが樹脂層により阻害されることが抑制される。その一方、第１の金属板部材と第２の金属板部材とが接合されることから、樹脂層の貫通により破断部分が存在していても、当該積層板部材の強度（剛性）を維持でき、さらには、第１，第２の金属板部材の間に生じる相対的なすべり等の影響を低減できる。

請求項１の好ましい態様として、樹脂層が、補強繊維を含んでいる構成としてある。この構成により、補強繊維は、積層板部材の軽量化を図りつつ剛性を向上させる一方で、その剛直な性質に基づき、成形時に、第１，第２の金属板部材の変形に対して反発し、成形性を阻害することになるが、その補強繊維は、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、第１，第２の金属板部材の接合に伴い、切断されることになり、成形の際、補強繊維の反発力を低減させて、成形性の低下を抑制できる。

請求項１の好ましい態様として、接合が点状に行われる構成としてある。この構成により、第１の金属板部材と第２の金属板部材とを接合した際に形成される金属の加工硬化を受ける部分を少なくして、金属板部材の伸び性が低下することを抑制できることになり、成形性の低下を抑えることができる。

請求項１の好ましい態様として、接合が、高エネルギビームを用いた溶接である構成としてある。この構成により、電気伝導性の低い樹脂層が介在しているにもかかわらず、簡単に第１，第２の金属板部材を接合できる。

請求項１の好ましい態様として、成形が、プレス加工による絞り成形である構成としてある。この構成により、成形が、プレス加工による絞り成形であっても、成形不良を低減させて適正に成形を行うことができる。

請求項１の好ましい態様として、第１，第２の金属板部材は、鋼鉄材料からなる構成としてある。この構成により、第１，第２の金属板部材を鋼鉄材料として、積層板部材の必要な強度と軽量化とを両立させる場合であっても、その積層板部材を適正に成形を行うことができる。

請求項１の好ましい態様として、第１，第２の金属板部材は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金材料からなる構成としてある。この構成により、第１，第２の金属板部材をアルミニウム若しくはアルミニウム合金材料として、積層板部材の必要な強度と軽量化とを両立させる場合であっても、その積層板部材を適正に成形を行うことができる。

前記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項８に係る発明）においては、
第１の金属板部材と第２の金属板部材との間に樹脂層が介在されてなる積層板部材において、
前記第１の金属板部材と前記第２の金属板部材とが、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、前記樹脂層を貫通して接合されている構成としてある。この構成により、前記請求項１と同様の作用を生じる。

本発明によれば、強度（剛性）を維持しつつ、成形不良の発生を未然に防止できる積層板部材の製造方法及び積層板部材を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る製造方法を開始に当たって、先ず、素板(素材）１が用意される。この素板１には、一般的な積層板部材が用いられており、その素板１は、図１に示すように、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３との間に樹脂層４を介在させた積層構造とされ、それらは、一体化されている。

前記第１、第２の金属板部材２，３としては、鋼鉄材料からなるもの、アルミニウム若しくはアルミニウム合金材料からなるもの、その他軽量金属(例えばMg合金）等が適宜、選択して使用される。そのうち、鋼鉄材料に関しては、鉄（Fe)−炭素（C)系２元合金で、炭素含有量が０．０２〜２．１４mass％であるもの、成形性や剛性の向上のために、鉄や炭素の他に意識的に他の成分を添加したものが含まれる。この第１、第２の金属板部材２，３の材料の選択態様としては、同種材料を用いる態様(例えば、第１，第２の金属板部材のいずれも鋼板とする態様等）、異種材料を用いる態様（例えば、第１金属板部材を鋼板、第２の金属板部材をアルミニウム合金とする態様等）のいずれでも採り得るが、本実施形態においては、第１，第２の金属板部材２，３のいずれにも鋼板が用いられている。

前記樹脂層４は、一般的な樹脂(例えばエポキシ樹脂）を用いることにより、第１，第２の金属板部材２，３に対応させて一定厚みの板状に形成されている。この樹脂層４の一方の板面には接着剤層５を介して第１の金属板部材２の板面が接着され、樹脂層４の他方の板面には接着剤層５を介して第２の金属板部材３の板面が接着されている。この両接着剤層５としては、樹脂層４自体の接着性に着目して該樹脂層４の厚み方向両側部分を利用してもよく、また、樹脂層４の両板面(又は第１，第２の金属板部材２の板面）に接着剤を塗布して形成してもよい。この樹脂層４内には、本実施形態においては、補強繊維６が含有されている。補強繊維６は、荷重の入力方向に対して垂直になるように配設されており、本実施形態においては、図２に示すように、補強繊維６をもって格子状のシート体７が形成され、そのシート体７が、樹脂層４内において、そのシート面を樹脂層４の厚み方向に向けるように配設されている。このような補強繊維６としては、ガラス繊維、天然繊維等、種々のものを用いることができる。

次に、このような素板１において、図３に示すように、後の作業として行われる成形を考慮して、特定部位Ｐが特定される。この特定部位Ｐは、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなると予想される部位であり、この特定部位Ｐにおいては、第１，第２の金属板部材２，３の伸び量と樹脂層４(補強繊維６）の伸び量との違いに基づき成形不良を起こすおそれがあることから、後述の処理を的確に行うべく、その特定部位Pが予め特定される。

上記成形には、その成形により素板１が伸ばされる部分を有することになる限り、種々のものが含まれる。具体的には、プレス加工による絞り成形等が対象となる。上記特定部位Ｐの特定は、対象成形に応じて決定されることになるが、例えばプレス加工による絞り成形を行う場合には、その成形によりくぼみ壁ないしは円筒壁となる側壁部分１７(図７，図８参照）に相当する部分が特定部位Ｐとなる。

次に、前記特定部位Ｐにおいて、図４，図５に示すように、樹脂層４及び接着剤層５を貫通させて第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とが直接、接合される。後の成形作業で、特定部位Ｐにおいて、第１，第２の金属板部材２，３が伸びるとしても、その伸びに樹脂層４(補強繊維６）及び接着剤層５の貫通孔部分１５を、破断部分として追従させ（拡がらせ）、第１，第２の金属板部材２，３の伸び性と樹脂層４(補強繊維６）の伸び性との違いに基づく成形不良を未然に防止するためである。このとき、樹脂層４及び接着剤層５は貫通孔部分１５を有する状態となるが、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とが直接、接合されることになることから、樹脂層４及び接着剤層５が貫通孔部分１５を有していても、当該積層板部材の強度（剛性）は維持される。またこのとき、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とが直接、接合されることに基づき、第１，第２の金属板部材２，３間に生じる相対的なすべり等の影響も低減できることになる。

上記第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とを接合する手段としては、溶接（レーザ溶接、スポット溶接等）、摩擦攪拌接合等が用いられる。そのうち、溶接を用いる場合には、図５に示すように、溶接部１０が、樹脂層４及び接着剤層５を貫通して、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とを連結することになる。その溶接としては、図４に示すように、高エネルギビーム、例えばレーザ８を用いたレーザ溶接が好ましい。電気伝導性の低い樹脂層４が介在しているにもかかわらず、簡単に第１，第２の金属板部材２，３を接合できるからである。また、溶接は、溶接部分が点状に行われること（点接合）が好ましい。加工硬化を受ける部分を少なくして、第１，第２の金属板部材２，３の伸び性が低下することを抑制し、成形性の低下を抑えるためである。

以上の製造工程を終えると、図５に示すように、実施形態に係る積層板部材９を得る。この積層板部材９は、プレス加工による絞り成形(成形不良の未然防止）を考慮して、特定部位Ｐにおいてレーザ溶接を行ったものであり、その特定部位Ｐにおいては、前述の如く、溶接部１０が、第１の金属板部材２と第２の金属板部材３との間を跨ってそれらを連結していると共に、樹脂層４及び接着剤層５を貫通している。この場合、樹脂層４及び接着剤層５の貫通孔部分１５に関しては、溶接に伴う熱の状況に応じ、樹脂層４と溶接部１０とが、直接、接触している態様(図５参照）から、溶接部１０の周囲における樹脂層４(補強繊維６）が溶解、気化して、樹脂層４に、溶接部１０の周囲においても空間部分１１が形成された態様(図６参照）まで生じることになる。

したがって、このような積層板部材９に対して、例えばプレス加工による絞り成形を行えば、図７，図８に示すように、積層板部材９に、成形部１６において、くぼみ壁ないしは円筒壁となる側壁部分１７が形成され、その側壁部分１７に溶接部１０が位置することになる。そして、その絞り成形に際しては、樹脂層４(補強繊維６）及び接着剤層５における溶接部１０が貫通する部分ないしは空間部分１１(貫通孔部分１５）が、最も大きくなる特定部位Ｐの伸びに対して追従して、成形不良を防止する。その一方、溶接部１０が第１の金属板部材２と第２の金属板部材３とを連結することから、樹脂層４(補強繊維６）及び接着剤層５において、上記貫通孔部分１５が存在していても、積層板部材９の強度(剛性）は維持され、また、第１，第２の金属板部材２，３間に生じる相対的なすべり等の影響は低減される。

この場合、貫通孔部分１５の態様として、少なくとも溶接部１０が貫通する部分が存在すれば、絞り成形が行われても、第１，第２の金属板部材２，３の伸びに追従して拡がり、成形不良を未然に防止することができるが、貫通孔部分１５の態様として、空間部分１１も存在すれば（さらにはその空間部分１１が大きくなれば）、第１，第２の金属板部材２，３に対する樹脂層４(補強繊維６）の追従性は高まることになり、上記効果は大きくなる。

また、本実施形態においては、溶接部１０（特定部位Ｐ）が、積層板部材９の２個所において設けられているが、その溶接部１０は、図９に示すように、両溶接部１０のいずれもがパンチ１２の押圧面１２ａの下方領域内に臨むように位置させるよりも、図１０に示すように、両溶接部１０のいずれもがパンチ１２の押圧面１２ａの下方領域の外側であってプレス加工時にパンチ１２の側面が各溶接部１０に隣り合うことになるように位置させておく方が好ましい。図９に示すように溶接部１０を位置させた場合には、パンチ１２の押圧面１２ａと溶接部１０とが接触して溶接部１０周りの変形が小さくなり、全体としての成形性が悪くなる一方、図１０に示すように溶接部１０を位置させた場合には、パンチ１２の押圧面１２ａと溶接部１０とが当たらず伸び易くなるからである。尚、図９、図１０において、符号１３はダイである。

このような積層板部材９は、例えば、自動車のフロアパネル、ダッシュロアパネル、スペアタイヤ収納部、バッテリカバー、ルーフパネル、車室と荷室との隔壁パネル（画成パネル）等を成形するための成形素材として、用いることができる。

実施形態に係る積層板部材を製造するための素板（一般的な積層板部材）の構造を説明する説明図。 補強繊維により形成された格子状のシート体を示す平面図。 実施形態に係る製造工程として、素板において、特定部位を特定する工程を説明する説明図。 実施形態に係る製造工程として、レーザ溶接を行っている工程を説明する説明図。 実施形態に係る製造方法により得られた積層板部材の構造を説明する説明図。 実施形態に係る積層板部材において、樹脂層に溶接部の周囲において形成される溶解部分を説明する説明図。 実施形態に係る積層板部材を用いて絞り成形を行って形成された絞り成形品を示す斜視図。 図７のＡ−Ａ線断面図。 絞り成形に際して、実施形態に係る積層板部材における溶接部等の位置を説明する説明図。 絞り成形に際して、実施形態に係る積層板部材における溶接部等の好ましい位置を説明する説明図。

符号の説明

１ 素板(一般の積層板部材）
２ 第１の金属板部材
３ 第２の金属板部材
４ 樹脂層
６ 補強繊維
７ シート体
８ レーザ
９ 積層板部材
１０ 溶解部分
１５ 貫通孔部分
Ｐ 特定部位

Claims (8)

1. 素板として、第１の金属板部材と第２の金属板部材との間に樹脂層が介在されてなるものを用意し、
   前記第１の金属板部材と前記第２の金属板部材とを、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、前記樹脂層を貫通させて接合する、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記樹脂層が、補強繊維を含んでいる、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記接合が、点状に行われる、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記接合が、高エネルギビームを用いた溶接である、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記成形が、プレス加工による絞り成形である、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記第１，第２の金属板部材は、鋼鉄材料からなる、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記第１，第２の金属板部材は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金材料からなる、
   ことを特徴とする積層板部材の製造方法。
8. 第１の金属板部材と第２の金属板部材との間に樹脂層が介在されてなる積層板部材において、
   前記第１の金属板部材と前記第２の金属板部材とが、成形に伴って伸びる伸び量が他の部位よりも大きくなることが予想される部位において、前記樹脂層を貫通して接合されている、
   ことを特徴とする積層板部材。
   
   

Images