JP2016132198A - アルミニウム系複合材及びその製造方法 - Google Patents

アルミニウム系複合材及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的簡単な方法で、アルミニウム系の金属板に所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材を強固に接合させることができ、安価でかつ良質の複合材を得ることができるアルミニウム系複合材、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム系複合材１は、アルミニウム系の金属板５と、樹脂基材７と、これらの間に設けられ、樹脂基材７と同種の、又はそれに対して親和性を有する合成樹脂から成る樹脂シート６と、を備え、樹脂基材７は、金属板５の樹脂シート６を設けた面側に射出成形されることによって金属板５に接合されている。また、アルミニウム系複合材１の製造方法は、準備したアルミニウム系の金属板５の一方の面に樹脂シート６を熱圧によって接着し、それを金型Ｍにセットし、樹脂シート６と同種の、又はそれに対して親和性を有する合成樹脂を金型Ｍに射出することにより、金属板５に樹脂基材７を接合した状態に成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の内装部品や楽器、家具、家電製品などに用いられ、アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板に所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材が接合したアルミニウム系複合材及びその製造方法に関する。
従来、アルミニウム系の金属板と合成樹脂とを接合したアルミニウム系複合材として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このアルミニウム系複合材を製造する場合にはまず、アルミニウム系の金属板に、所定条件で交流電解処理を施すことにより、金属板の表面に所定の酸化被膜を形成する。次いで、この酸化被膜を有する金属板を、所定の金型内にセットし、その金型内に合成樹脂を射出する。これにより、金属板の表面に合成樹脂が接合したアルミニウム系複合材が得られる。
また、上記の金属板に接合される合成樹脂として、多種の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられている。具体的には、熱可塑性樹脂として、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンスルファイド、芳香族ポリエーテルケトン、ポリスチレン、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、熱可塑性ポリイミドなどが挙げられている。また、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドなどが挙げられている。
特開２０１４−２８４５４号公報
しかし、引用文献１におけるアルミニウム系複合材の製造方法では、金属板の表面に酸化被膜を形成する際に、多くの条件、具体的には、電解溶液のｐＨ、温度及び溶存アルミニウム濃度、並びに周波数、電流密度、電解時間などについて、それぞれの規定条件を満たした上で、電解処理を行う必要がある。そのため、アルミニウム系複合材の製造工程において、金属板の表面処理が煩雑であり、手間がかかってしまう。
また、引用文献１には、アルミニウム系の金属板に接合可能な合成樹脂として、多種の合成樹脂が挙げられているが、合成樹脂の種類によっては、金属板に対する親和性が異なり、それにより、金属板と合成樹脂との接合の度合が異なっている。特に、ＡＢＳ樹脂などは、耐衝撃性、剛性及び成形性が優れているとともに、比較的安価な合成樹脂であるものの、上述した従来の表面処理を施したアルミニウム系の金属板との接合の強度や全体的な均一性に関しては十分とは言えない。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、比較的簡単な方法で、アルミニウム系の金属板に所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材を強固に接合させることができ、安価でかつ良質の複合材を得ることができるアルミニウム系複合材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板と、この金属板の一方の面側に設けられた所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材と、金属板と樹脂基材を接合するために、金属板と樹脂基材との間に設けられ、樹脂基材と同種の、又は樹脂基材を構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成るシート状の樹脂シートと、を備え、樹脂基材は、樹脂シートが設けられた金属板の一方の面側に、所定種類の合成樹脂が射出成形されることによって、金属板に接合されていることを特徴とする。
この構成によれば、アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板の一方の面側に、所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材が、これと同種の、又は樹脂基材を構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成る樹脂シートを介して接合されている。このように、合成樹脂製の樹脂シートが、金属板と樹脂基材の間に介在するので、例えば木質材を介在させる場合に比べて、使用時の周囲の温度、湿度などの環境や、木質材そのものの導管、厚み、表面状態のばらつきなどに影響を受けることなく、金属板と樹脂基材との接合を安定して保持することができる。また、上記の樹脂基材は、樹脂シートが設けられた金属板の一方の面側に射出成形されることによって、金属板に接合されている。樹脂基材と樹脂シートは、互いに同種の、又は親和性を有する合成樹脂で構成されているので、射出成形時の両者の親和性が高く、したがって、樹脂基材を金属板にしっかりと接合することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のアルミニウム系複合材において、樹脂基材は、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂から成ることを特徴とする。
一般に、ＡＢＳ樹脂は、比較的安価で、耐衝撃性、剛性及び成形性などの特性が優れているので、このような特性を有するＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂を、樹脂基材の材料として採用することにより、安価でかつ良質のアルミニウム系複合材を得ることができる。なお、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂として、ＡＢＳ樹脂のみで構成されるものはもちろん、例えばＰＣ／ＡＢＳなどを採用することが可能である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のアルミニウム系複合材において、樹脂シートは、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成ることを特徴とする。
この構成によれば、樹脂シートの材料として、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂を採用することにより、安価でかつ良質のアルミニウム系複合材を得ることができる。
請求項４に係る発明は、アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板を準備する金属板準備工程と、準備した金属板の一方の面に、所定種類の合成樹脂から成るシート状の樹脂シートを熱圧することによって接着する樹脂シート接着工程と、樹脂シートが接着された金属板を、所定の金型内にセットし、金型内に、樹脂シートと同種の、又は樹脂シートを構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂を射出することにより、合成樹脂から成る樹脂基材を金属板の一方の面に接合した状態に成形する樹脂射出成形工程と、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、上記のアルミニウム系の金属板を準備し、その金属板の一方の面に、所定種類の合成樹脂から成るシート状の樹脂シートを熱圧することによって接着する。熱圧による接着工程では一般に、樹脂シート全体に対し、熱及び圧力を均等にかけながら行うことができるので、上記の樹脂シート全体を金属板に均一な状態でしっかりと接着することができる。その後、樹脂シートが接着された金属板を所定の金型内にセットし、その金型内に樹脂シートと同種の、又は樹脂シートを構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂を射出する。金型に射出された合成樹脂は、高温で溶融した状態であるので、その合成樹脂が同種の、又は親和性を有する樹脂シートに接することによって、互いに融合するように一体化する。その結果、射出された合成樹脂により、その合成樹脂から成る樹脂基材を金属板に均一にかつ強固に接合させることができる。このように、本発明の製造方法によれば、合成樹脂を金型内に射出する前に、樹脂シートを金属板に熱圧によって接着するという、比較的簡単な方法で、樹脂基材が金属板に均一にかつ強固に接合された良質な複合材を得ることができる。
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のアルミニウム系複合材の製造方法において、樹脂基材は、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂から成ることを特徴とする。
この構成によれば、樹脂基材の材料として、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂を採用することにより、前述した請求項２と同様、安価でかつ良質のアルミニウム系複合材を得ることができる。
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載のアルミニウム系複合材の製造方法において、樹脂シートは、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成ることを特徴とする。
この構成によれば、樹脂シートの材料として、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂を採用することにより、前述した請求項３と同様、安価でかつ良質のアルミニウム系複合材を得ることができる。
（ａ）は、本発明の実施形態によるアルミニウム系複合材を適用した自動車用内装パネルを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の内装パネルの製造方法を順に示す図である。 図２に続く製造方法を順に示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるアルミニウム系複合材を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。同図に示すように、このアルミニウム系複合材１は、正面形状が矩形状のものであり、表面側（図１（ｂ）の上側）から順に、トップコート層２、木質化粧板３、接着層４、アルミ板５（金属板）、樹脂シート６、及び樹脂基材７で構成され、一体に形成されている。換言すると、アルミ板５の表面側に、トップコート層２、木質化粧板３及び接着層４が設けられる一方、アルミ板５の裏面側に、樹脂シート６及び樹脂基材７が設けられている。
アルミ板５は、アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成り、正面形状が矩形状で、比較的薄い所定の厚さ（例えば０．１〜１．０ｍｍ）を有している。
アルミ板５の表面側に設けられた木質化粧板３は、メープルやウォルナットなどの無垢の木材を薄くスライスした突き板で構成されており、天然の木材に特有の木目模様を有している。そして、この木質化粧板３は、フェノール樹脂含浸紙から成る接着層４を介して、アルミ板５の表面に接着されている。
トップコート層２は、ポリエステル又はポリウレタンなどから成る透明な樹脂塗膜で構成されており、木質化粧板３の表面に塗布されることによって被膜を形成し、その木質化粧板３の見栄えを確保しながら保護する役割を果たしている。
一方、アルミ板５の裏面側に設けられた樹脂シート６及び樹脂基材７はいずれも、ＡＢＳ樹脂で構成されている。樹脂シート６は、非常に薄い所定の厚さ（例えば０．１５〜０．２５ｍｍ）を有するシート状に形成されたものであり、後述するように、射出成形される樹脂基材７との間に介在することにより、アルミ板５と樹脂基材７とを強固に接合する役割を果たしている。
次に、図２及び図３を参照しながら、上記アルミニウム系複合材１の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、製造すべきアルミニウム系複合材１の形状及びサイズに応じて、上述した厚さを有する矩形状のアルミ板５を準備する（金属板準備工程）。またこの場合、アルミ板５に、電解又は浸漬などによる表面処理を施してもよい。これにより、アルミ板５の表裏面に、多数の微細な凹部を有する酸化被膜が形成される。また、このアルミ板５と同じサイズの矩形状に形成され、前述した木質化粧板３、接着層４及び樹脂シート６を準備する。
次に、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、アルミ板５の表面側（図２では上側）に、接着層４を介して木質化粧板３を熱圧することによって接着するとともに、アルミ板５の裏面側（図２では下側）に、樹脂シート６を熱圧することによって接着する（樹脂シート接着工程）。これらの熱圧による接着工程では、接着すべき材料同士を重ね合わせた状態で、図示しないホットプレス機を用い、所定の条件（例えば、温度：１２０〜１５０℃、圧力：１２０〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ2、及びプレス時間：５〜１５分）にて、アルミ板５の表裏面にそれぞれ、木質化粧板３及び樹脂シート６を接着させる。この場合、木質化粧板３及び樹脂シート６の全体に対し、熱及び圧力を均等にかけながら接着工程を行えるので、木質化粧板３及び樹脂シート６を、アルミ板５の表裏面にしっかりと接着することができる。なお、アルミ板５の表裏面に対し、木質化粧板３及び樹脂シート６をそれぞれ順に接着させる他、両者３及び６を同時に接着させることも可能である。
次いで、図２（ｄ）に示すように、木質化粧板３及び樹脂シート６が接着されたアルミ板５を、金型Ｍにセットし、その金型Ｍの注入口Ｍｉから、アルミ板５の裏面側、すなわち樹脂シート６側に、溶融したＡＢＳ樹脂を所定の圧力で射出し、それを冷却することによって硬化させることにより、前記樹脂基材７を成形する（樹脂射出成形工程）。この工程における射出時には、高温で溶融した状態のＡＢＳ樹脂が、ＡＢＳ樹脂製の樹脂シート６に接することによって、その樹脂シート６と融合するように一体化する。加えて、樹脂シート６は、射出されたＡＢＳ樹脂に比べて体積が大幅に小さいため、冷却時の収縮量が非常に少なく、したがって、アルミ板５との強固な接着を良好に維持することができる。
その後、樹脂基材７が射出成形された成形品（図３（ａ）参照）を、金型Ｍから取り出し、図３（ｂ）に示すように、塗装機Ｐを用いて、木質化粧板３の表面全体に、透明な合成樹脂（ポリエステル又はポリウレタンなど）によるトップコート塗装を施す。これにより、図３（ｃ）に示すように、木質化粧板３の表面にトップコート層２が形成され、アルミニウム系複合材１の製造が完了する。
以上詳述したように、本実施形態のアルミニウム系複合材１によれば、アルミ板５の裏面側に、ＡＢＳ樹脂から成る樹脂基材７が、これと同種の合成樹脂であるＡＢＳ樹脂から成る樹脂シート６を介して接合されている。このように、ＡＢＳ樹脂製の樹脂シート６が、アルミ板５とＡＢＳ樹脂製の樹脂基材７との間に介在するので、例えば木質材を介在させる場合に比べて、使用時の周囲の温度、湿度などの環境や、木質材そのものの導管、厚み、表面状態のばらつきなどに影響を受けることなく、アルミ板５と樹脂基材７との接合を安定して保持することができる。また、射出成形される樹脂基材７と樹脂シート６は、互いに同種の合成樹脂で構成されているので、射出成形時の両者の親和性が高く、したがって、樹脂基材７をアルミ板５にしっかりと接合することができる。
また、本実施形態のアルミニウム系複合材１の製造方法によれば、準備したアルミ板５の裏面に、ＡＢＳ樹脂製の樹脂シート６を熱圧することによって接着する。この熱圧による接着工程では、樹脂シート６の全体に対し、熱及び圧力を均等にかけながら行うことができるので、樹脂シート６全体をアルミ板５に均一な状態でしっかりと接着することができる。また、金型Ｍに射出されたＡＢＳ樹脂は、高温で溶融した状態であるので、そのＡＢＳ樹脂が樹脂シート６に接することによって、互いに融合するように一体化する。その結果、射出されたＡＢＳ樹脂により、そのＡＢＳ樹脂から成る樹脂基材７をアルミ板５に均一にかつ強固に接合させることができる。このように、本実施形態の製造方法によれば、ＡＢＳ樹脂を金型Ｍ内に射出する前に、樹脂シート６をアルミ板５に熱圧によって接着するという、比較的簡単な方法で、樹脂基材７がアルミ板５に均一にかつ強固に接合されるとともに、安価でかつ良質のアルミニウム系複合材１を得ることができる。
なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。実施形態では、樹脂シート６及び樹脂基材７を構成する合成樹脂として、ＡＢＳ樹脂を例示したが、他の適当な種類の合成樹脂を採用することも可能である。例えば、樹脂シート６について、ＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂、具体的には、ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＳ樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル（アクリル））、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、又はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などを採用することが可能である。また、樹脂基材７については、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂、例えば、ＰＣ／ＡＢＳのようなＡＢＳ樹脂とその他の樹脂を混合した樹脂材料を採用することも可能である。
また、例えば、樹脂シートを用いずに、アルミ板に合成樹脂を直接、射出成形する場合において、アルミ板と成形された樹脂基材との接合が不十分なときには、その合成樹脂と同種の樹脂シートを用いて、前述した製造方法を実行することにより、アルミ板とその合成樹脂から成る樹脂基材とを強固に接合した良質のアルミニウム系複合材が得られることがある。
また、実施形態で示したアルミニウム系複合材１の細部の構成、及び製造方法における細部の手順や条件などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。
１ アルミニウム系複合材
２ トップコート層
３ 木質化粧板
４ 接着層
５ アルミ板（金属板）
６ 樹脂シート
７ 樹脂基材
Ｍ 金型
Ｍｉ 金型の注入口
Ｐ 塗装機

Claims (6)

  1. アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板と、
    この金属板の一方の面側に設けられた所定種類の合成樹脂から成る樹脂基材と、
    前記金属板と前記樹脂基材を接合するために、当該金属板と当該樹脂基材との間に設けられ、前記樹脂基材と同種の、又は当該樹脂基材を構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成るシート状の樹脂シートと、
    を備え、
    前記樹脂基材は、前記樹脂シートが設けられた前記金属板の前記一方の面側に、前記所定種類の合成樹脂が射出成形されることによって、当該金属板に接合されていることを特徴とするアルミニウム系複合材。
  2. 前記樹脂基材は、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂から成ることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム系複合材。
  3. 前記樹脂シートは、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム系複合材。
  4. アルミニウム又はそれを主成分とする合金から成るアルミニウム系の金属板を準備する金属板準備工程と、
    前記準備した金属板の一方の面に、所定種類の合成樹脂から成るシート状の樹脂シートを熱圧することによって接着する樹脂シート接着工程と、
    前記樹脂シートが接着された前記金属板を、所定の金型内にセットし、当該金型内に、前記樹脂シートと同種の、又は当該樹脂シートを構成する合成樹脂に対して親和性を有する合成樹脂を射出することにより、当該合成樹脂から成る樹脂基材を前記金属板の前記一方の面に接合した状態に成形する樹脂射出成形工程と、
    を備えていることを特徴とするアルミニウム系複合材の製造方法。
  5. 前記樹脂基材は、ＡＢＳ樹脂を含む合成樹脂から成ることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム系複合材の製造方法。
  6. 前記樹脂シートは、ＡＢＳ樹脂、又はＡＢＳ樹脂に対して親和性を有する合成樹脂から成ることを特徴とする請求項４又は５に記載のアルミニウム系複合材の製造方法。
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