JP2017019189A - Method for producing composite molding - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a composite molding formed of a metal molding and a thermoplastic molding which dispenses with insert molding.SOLUTION: There is provided a method for producing a composite molding 1 formed by joining a metal molding 10 and a thermoplastic resin molding 20 which includes the steps of: roughening a joint surface 12 between the metal molding 10 and the thermoplastic resin molding 20; heating the roughened joint surface 12 of the metal molding 20 to a temperature equal to or higher than 50°C from a thermal deformation temperature (ISO 75 and load of 1.8 MPa) of a thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin molding 20; and bonding the roughened joint surface 12 of the metal molding 10 and the thermoplastic resin molding 20, wherein the step of roughening the joint surface 12 of the metal molding 10 is a step of irradiating the joint surface 12 with a laser beam and roughening the joint surface 12.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体からなる複合成形体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a composite molded body comprising a metal molded body and a thermoplastic resin molded body.

各種部品の軽量化の観点から、金属代替品として樹脂成形体が使用されているが、全ての金属部品を樹脂で代替することは難しい場合も多い。そのような場合には、金属成形体と樹脂成形体を接合一体化することで新たな複合部品を製造することが考えられる。
金属成形体と樹脂成形体を工業的に有利な方法で、かつ高い接合強度で接合一体化する方法として、特許文献1、2の発明が知られている。
From the viewpoint of reducing the weight of various parts, resin molded bodies are used as metal substitutes, but it is often difficult to substitute all metal parts with resin. In such a case, it is conceivable to manufacture a new composite part by joining and integrating the metal molded body and the resin molded body.
The inventions of Patent Documents 1 and 2 are known as methods for joining and integrating a metal molded body and a resin molded body with an industrially advantageous method and with high bonding strength.

特許文献1の発明は、金属成形体の接合面に連続波レーザーを照射することで粗面化した後、金型内に前記金属成形体の接合面を置いた状態でインサート成形などをすることで、金属成形体と樹脂成形体の複合成形体を製造する方法である。
特許文献2の発明は、金属成形体の接合面にパルス波レーザーを照射することで粗面化した後、金型内に前記金属成形体の接合面を置いた状態でインサート成形などをすることで、金属成形体と樹脂成形体の複合成形体を製造する方法である。
In the invention of Patent Document 1, after the surface of the metal molded body is roughened by irradiating the continuous wave laser, insert molding or the like is performed in a state where the surface of the metal molded body is placed in a mold. In this method, a composite molded body of a metal molded body and a resin molded body is manufactured.
In the invention of Patent Document 2, after the surface of the metal molded body is roughened by irradiating a pulse wave laser, insert molding or the like is performed in a state where the surface of the metal molded body is placed in a mold. In this method, a composite molded body of a metal molded body and a resin molded body is manufactured.

特許第5701414号公報Japanese Patent No. 5701414 特開2013−52669号公報JP2013-52669A

本発明は、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体を接合一体化するとき、上記従来技術のようなインサート成形を使用しないで一体化する、複合成形体の製造方法を提供することを課題とする。   This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the composite molded object which integrates, without using insert molding like the said prior art, when joining and integrating a metal molded object and a thermoplastic resin molded object. .

本発明は、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の熱可塑性樹脂成形体との接合面を粗面化する工程、
前記金属成形体の粗面化された接合面が前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度(ISO75,荷重1.8MPa)から50℃以上になるように加熱する工程、
前記金属成形体の粗面化された接合面と前記熱可塑性樹脂成形体を圧着する工程を有している、複合成形体の製造方法を提供する。
The present invention is a method for producing a composite molded body in which a metal molded body and a thermoplastic resin molded body are joined,
A step of roughening the joint surface of the metal molded body with the thermoplastic resin molded body,
Heating the roughened joint surface of the metal molded body so that the thermal deformation temperature (ISO75, load 1.8 MPa) of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin molded body is 50 ° C. or higher;
Provided is a method for producing a composite molded body, comprising a step of pressure-bonding the roughened joint surface of the metal molded body and the thermoplastic resin molded body.

本発明の製造方法によれば、従来技術の複合成形体の製造方法のインサート成形工程が不要になるため、金属成形体と接合する熱可塑性樹脂成形体は予め所望形状で所望外観(模様)のものを使用することができるほか、金属成形体の形状、大きさなどの選択範囲も広くなる。   According to the manufacturing method of the present invention, the insert molding step of the conventional manufacturing method of the composite molded body is not required, and therefore the thermoplastic resin molded body to be joined to the metal molded body has a desired shape and a desired appearance (pattern) in advance. In addition to being able to use, the selection range of the shape and size of the metal molded body is widened.

本発明の複合成形体の製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the composite molded object of this invention. 実施例で使用したアルミニウム板の斜視図。The perspective view of the aluminum plate used in the Example. 本発明の複合成形体の製造方法において、粗面化工程で連続波レーザーの照射を実施するときの照射方法の説明図。In the manufacturing method of the composite molded object of this invention, explanatory drawing of the irradiation method when implementing continuous wave laser irradiation by a roughening process.

本発明の複合成形体の製造方法を図1により説明する。
図1(a)、(b)に示すとおり、第1工程にて、金属成形体10の熱可塑性樹脂成形体20との接合面12を粗面化する。
The method for producing the composite molded body of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the first step, the joint surface 12 of the metal molded body 10 with the thermoplastic resin molded body 20 is roughened.

金属成形体10の金属は特に制限されるものではなく、用途に応じて公知の金属から適宜選択することができるが、熱可塑性樹脂成形体20を構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度よりも十分に高い融点を有しているものである。
金属成形体10の金属としては、例えば、鉄、各種ステンレス、アルミニウム、亜鉛、チタン、銅、マグネシウムおよびそれらを含む合金、タングステンカーバイド、クロミウムカーバイドなどのサーメットから選ばれるものを挙げることができ、これらの金属に対して、アルマイト処理、めっき処理などの表面処理を施したものにも適用できる。
金属成形体10の形状も特に制限されるものではなく、複合成形体の用途に応じて選択することができ、平面、曲面、平面と曲面の組み合わせなどから選択することができる。
金属成形体10の大きさも特に制限されるものではなく、複合成形体の用途に応じて選択することができ、例えば、既設の固定された状態の金属成形体も適用対象となる。
The metal of the metal molded body 10 is not particularly limited, and can be appropriately selected from known metals according to the application, but is sufficiently higher than the thermal deformation temperature of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin molded body 20. It has a high melting point.
Examples of the metal of the metal molded body 10 include those selected from cermets such as iron, various stainless steels, aluminum, zinc, titanium, copper, magnesium and alloys containing them, tungsten carbide, chromium carbide, and the like. It can also be applied to those subjected to surface treatment such as alumite treatment and plating treatment on the above metal.
The shape of the metal molded body 10 is not particularly limited, and can be selected according to the application of the composite molded body, and can be selected from a plane, a curved surface, a combination of a plane and a curved surface, and the like.
The size of the metal molded body 10 is not particularly limited, and can be selected according to the use of the composite molded body. For example, an existing fixed metal molded body is an application target.

接合面12の粗面化方法は特に制限されず、連続波レーザーの照射、パルス波レーザーの照射、エッチング、サンドブラスト、切削加工などの公知の方法を適用することができるが、連続波レーザーの照射、パルス波レーザーの照射による粗面化方法が好ましい。
金属成形体10の接合面12を連続波レーザーの照射により粗面化するときは、特許文献1に記載のとおり、金属成形体の接合面に対して、連続波レーザーを使用して2000mm/sec以上の照射速度でレーザー光を連続照射する方法を適用することができる。
金属成形体10の接合面12をパルス波レーザーの照射により粗面化するときは、特許文献2に記載のレーザースキャン方法を適用することができる。
The surface roughening method of the joint surface 12 is not particularly limited, and a known method such as continuous wave laser irradiation, pulse wave laser irradiation, etching, sand blasting, or cutting can be applied. A roughening method by irradiation with a pulsed laser is preferred.
When the bonding surface 12 of the metal molded body 10 is roughened by irradiation with a continuous wave laser, as described in Patent Document 1, a continuous wave laser is used for the bonded surface of the metal molded body to 2000 mm / sec. A method of continuously irradiating laser light at the above irradiation speed can be applied.
When the joining surface 12 of the metal molded body 10 is roughened by irradiation with a pulse wave laser, the laser scanning method described in Patent Document 2 can be applied.

金属成形体10の接合面12を連続波レーザーの照射により粗面化するときは、次の照射条件で実施することができる。
連続波レーザーの照射速度は、2000〜20,000mm/secが好ましく、2,000〜18,000mm/secがより好ましく、2,000〜15,000mm/secがさらに好ましい。
出力は4〜4000Wが好ましく、50〜2500Wがより好ましく、100〜2000Wがさらに好ましく、250〜2000Wがさらに好ましい。
ビーム径(スポット径)は5〜200μmが好ましく、5〜100μmがより好ましく、10〜100μmがさらに好ましい。
さらに出力とスポット径の組み合わせの好ましい範囲は、レーザー出力とレーザー照射スポット面積(π・〔スポット径/2〕2)から求められるエネルギー密度E1(W/μm2)より選択することができる。
エネルギー密度E1(W/μm2)は、0.1W/μm2以上が好ましく、0.2〜10W/μm2がより好ましい。
エネルギー密度E1(W/μm2)が同じであるとき、出力(W)が大きい方がより大きなスポット面積(μm2)に対してレーザー照射できることになるため、処理速度(1秒当たりのレーザー照射面積;mm2/sec)が大きくなり、加工時間も短くすることができる。
波長は300〜1200nmが好ましく、500〜1200nmがより好ましい。
焦点位置は-10〜+10mmが好ましく、−6〜+6mmがより好ましい。
When the joint surface 12 of the metal molded body 10 is roughened by irradiation with a continuous wave laser, it can be performed under the following irradiation conditions.
The irradiation speed of the continuous wave laser is preferably 2000 to 20,000 mm / sec, more preferably 2,000 to 18,000 mm / sec, and further preferably 2,000 to 15,000 mm / sec.
The output is preferably 4 to 4000 W, more preferably 50 to 2500 W, further preferably 100 to 2000 W, and further preferably 250 to 2000 W.
The beam diameter (spot diameter) is preferably 5 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm, and still more preferably 10 to 100 μm.
Furthermore, the preferable range of the combination of the output and the spot diameter can be selected from the energy density E1 (W / μm 2 ) obtained from the laser output and the laser irradiation spot area (π · [spot diameter / 2] 2 ).
Energy density E1 (W / μm 2) is preferably from 0.1 W / [mu] m 2 or more, 0.2~10W / μm 2 is more preferable.
When the energy density E1 (W / μm 2 ) is the same, the larger the output (W), the larger the spot area (μm 2 ) can be laser-irradiated, so the processing speed (laser irradiation per second ) (Area; mm 2 / sec) is increased, and the processing time can be shortened.
The wavelength is preferably from 300 to 1200 nm, more preferably from 500 to 1200 nm.
The focal position is preferably −10 to +10 mm, more preferably −6 to +6 mm.

連続波レーザーは公知のものを使用することができ、例えば、YVO4レーザー、ファイバーレーザー(好ましくはシングルモードファイバーレーザー)、エキシマレーザー、炭酸ガスレーザー、紫外線レーザー、YAGレーザー、半導体レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、He−Neレーザー、窒素レーザー、キレートレーザー、色素レーザーを使用することができる。これらの中でもエネルギー密度が高められることから、ファイバーレーザーが好ましく、特にシングルモードファイバーレーザーが好ましい。   A known continuous wave laser can be used, for example, YVO4 laser, fiber laser (preferably single mode fiber laser), excimer laser, carbon dioxide laser, ultraviolet laser, YAG laser, semiconductor laser, glass laser, ruby. Lasers, He—Ne lasers, nitrogen lasers, chelate lasers, and dye lasers can be used. Among these, since the energy density is increased, a fiber laser is preferable, and a single mode fiber laser is particularly preferable.

連続波レーザーの照射で1本の直線を形成するとき、1回の照射でもよいし、複数回繰り返して照射してもよい。
1本の直線に繰り返し照射するときは、双方向照射と一方向照射を選択することができる。
双方向放射は、1本のライン(溝)を形成するとき、ライン(溝)の第1端部から第2端部に連続波レーザーを照射した後、第2端部から第1端部に連続波レーザーを照射して、その後は、第1端部から第2端部、第2端部から第1端部というように繰り返し連続波レーザーを照射する方法である。
一方向照射は、第1端部から第2端部への一方向の連続波レーザー照射を繰り返す方法である。
When a single straight line is formed by irradiation with a continuous wave laser, the irradiation may be performed once or repeated a plurality of times.
When repeatedly irradiating a single straight line, bidirectional irradiation and unidirectional irradiation can be selected.
When forming one line (groove), bidirectional radiation irradiates a continuous wave laser from the first end of the line (groove) to the second end, and then from the second end to the first end. In this method, the continuous wave laser is irradiated, and thereafter, the continuous wave laser is repeatedly irradiated from the first end to the second end and from the second end to the first end.
Unidirectional irradiation is a method of repeating unidirectional continuous wave laser irradiation from the first end to the second end.

連続波レーザーの照射の繰り返し回数(パス回数)は、接合面12の粗面化の状態に応じて調整することができる。
粗面化された接合面は、特許文献1の図7、図8、実施例のSEM写真に示すような孔や溝が形成された状態になる。形成された孔または溝の深さは、接合面12から約50〜500μmの範囲である。
また、レーザー照射時に、必要に応じて金属の酸化防止や処理の効率化(処理時間の短縮化)などを目的にアシストガスを噴射することもできる。
The number of repetitions (passes) of continuous wave laser irradiation can be adjusted according to the roughened state of the bonding surface 12.
The roughened bonding surface is in a state in which holes and grooves as shown in FIGS. 7 and 8 of Patent Document 1 and SEM photographs of Examples are formed. The depth of the formed hole or groove is in the range of about 50 to 500 μm from the bonding surface 12.
Further, at the time of laser irradiation, an assist gas can be injected as required for the purpose of preventing metal oxidation and improving processing efficiency (reducing processing time).

次に、第2工程(図1(c))にて、金属成形体10の粗面化された接合面12が熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度(ISO75,荷重1.8MPa)から50℃以上になるように加熱する。
加熱方法は金属成形体10の大きさや形状に応じて選択することができる。
金属成形体10が小さなものや薄いものであれば、金属成形体10自体をオーブン中に入れて全体を加熱したり、ホットプレートの上に金属成形体10を置いて加熱したりすることができる。
金属成形体10が大きなものや長いもので、オーブン中で加熱できないものであれば、ガスバーナーなどで粗面化された接合面12を中心として加熱することができる。
加熱温度は、前記熱可塑性樹脂の熱変形温度から50℃以上(熱変形温度が100℃であれば、150℃以上)であればよいが、好ましくは前記熱変形温度よりも50〜200℃高い温度範囲になるように加熱する。前記温度範囲であると、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体の接合強度が高くなり、熱可塑性樹脂成形体の形状も保持できるので好ましい。
図1(c)では、加温装置が内蔵された下部プレス板50上に金属成形体10を置いて加熱している。
Next, in the second step (FIG. 1 (c)), the roughened joint surface 12 of the metal molded body 10 has a heat distortion temperature (ISO75, load 1.8) of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin molded body. To 50 ° C. or higher.
The heating method can be selected according to the size and shape of the metal molded body 10.
If the metal molded body 10 is small or thin, the metal molded body 10 itself can be placed in an oven and heated as a whole, or the metal molded body 10 can be placed on a hot plate and heated. .
If the metal molded body 10 is large or long and cannot be heated in an oven, it can be heated around the joint surface 12 roughened with a gas burner or the like.
The heating temperature may be 50 ° C. or more (if the heat deformation temperature is 100 ° C., 150 ° C. or more) from the heat deformation temperature of the thermoplastic resin, but is preferably 50 to 200 ° C. higher than the heat deformation temperature. Heat to a temperature range. The above temperature range is preferable because the bonding strength between the metal molded body and the thermoplastic resin molded body is increased and the shape of the thermoplastic resin molded body can be maintained.
In FIG.1 (c), the metal forming body 10 is placed and heated on the lower press board 50 in which the heating apparatus was incorporated.

次に、第3工程にて、図1(d)、(e)に示すとおり、前工程で加熱されている金属成形体10の粗面化された接合面12と熱可塑性樹脂成形品20の接合面22を圧着する。
圧着方法としては、例えば、
金属成形体10を接合面12が上になるように作業台(好ましくは加熱装置を有する作業台)上に固定して、接合面12に熱可塑性樹脂成形体20の接合面22を合わせた状態で、熱可塑性樹脂成形体20側からプレスする方法、
金属成形体10の接合面12と熱可塑性樹脂成形体20の接合面22を合わせた状態で、下部プレス(好ましくは加熱装置を有するプレス)側の金属成形体10と上部プレス側の熱可塑性樹脂成形体20の両方からプレスする方法、
を適用することができる。
その他、金属成形体10と熱可塑性樹脂成形体20を水平方向に対向配置させた状態で、一方からまたは両方からプレスする方法を適用することもできる。
図1(d)では、所定の温度に加温した下部プレス板50上に金属成形体10を置いて、金属成形体10を所定の温度に加温した後、接合面12に熱可塑性樹脂成形体20を置き、その後、図1(e)では、金属成形体10側の下部プレス板50と熱可塑性樹脂成形体20側の上部プレス板51で上下方向から圧力を加えている。
Next, in the third step, as shown in FIGS. 1D and 1E, the roughened joint surface 12 of the metal molded body 10 heated in the previous step and the thermoplastic resin molded product 20 The joining surface 22 is crimped.
As a crimping method, for example,
A state in which the metal molded body 10 is fixed on a work table (preferably a work table having a heating device) so that the bonding surface 12 faces upward, and the bonding surface 22 of the thermoplastic resin molded body 20 is aligned with the bonding surface 12. Then, a method of pressing from the thermoplastic resin molded body 20 side,
In a state where the joint surface 12 of the metal molded body 10 and the joint surface 22 of the thermoplastic resin molded body 20 are combined, the metal molded body 10 on the lower press (preferably a press having a heating device) side and the thermoplastic resin on the upper press side. A method of pressing from both of the molded bodies 20,
Can be applied.
In addition, it is also possible to apply a method of pressing from one or both in a state where the metal molded body 10 and the thermoplastic resin molded body 20 are arranged to face each other in the horizontal direction.
In FIG. 1 (d), the metal molded body 10 is placed on the lower press plate 50 heated to a predetermined temperature, the metal molded body 10 is heated to a predetermined temperature, and then a thermoplastic resin molding is formed on the joining surface 12. After the body 20 is placed, in FIG. 1E, pressure is applied from above and below with the lower press plate 50 on the metal molded body 10 side and the upper press plate 51 on the thermoplastic resin molded body 20 side.

このように加熱された金属成形体10の接合面12に熱可塑性樹脂成形体20の接合面22を圧着すると、接合面12の熱により接合面22の熱可塑性樹脂が溶融する。
接合面12と接合面22が圧着されているため、溶融した熱可塑性樹脂は、金属成形体10の接合面12に形成されている孔内部や溝内部に入り込む。
その後、圧着状態を開放して冷却する方法、または圧着状態を維持したままで冷却する方法を適用することで、金属成形体10の接合面12の孔内部や溝内部に入り込んだ熱可塑性樹脂が固化するため、金属成形体10と熱可塑性樹脂成形体20は、高い接合強度で一体化される。
圧着状態を維持したままで冷却する方法を適用するときは、図1(e)の状態にて下部プレス板50による加温を停止して、自然冷却、送風冷却する方法のほか、上部プレス板51として冷却装置を内蔵したものを使用して冷却することもできる。
When the bonding surface 22 of the thermoplastic resin molded body 20 is pressure-bonded to the bonded surface 12 of the metal molded body 10 thus heated, the thermoplastic resin of the bonding surface 22 is melted by the heat of the bonding surface 12.
Since the joining surface 12 and the joining surface 22 are pressure-bonded, the molten thermoplastic resin enters the inside of the hole or groove formed in the joining surface 12 of the metal molded body 10.
Then, by applying a method of cooling by releasing the pressure-bonded state or a method of cooling while maintaining the pressure-bonded state, the thermoplastic resin that has entered the inside of the hole or groove of the joint surface 12 of the metal molded body 10 is obtained. In order to solidify, the metal molded body 10 and the thermoplastic resin molded body 20 are integrated with high joint strength.
When applying the method of cooling while maintaining the pressure-bonded state, in addition to the method of stopping the heating by the lower press plate 50 in the state of FIG. Cooling can also be performed using a cooling device 51 as a built-in device.

熱可塑性樹脂成形体20で使用する熱可塑性樹脂は、用途に応じて公知の熱可塑性樹脂から適宜選択することができる。
例えば、酢酸セルロースなどのセルロースエステル(但し、可塑剤を含む)、ポリアミド系樹脂(PA6、PA66などの脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド)、ポリスチレン、ABS樹脂、AS樹脂などのスチレン単位を含む共重合体、ポリエチレン、エチレン単位を含む共重合体、ポリプロピレン、プロピレン単位を含む共重合体、その他のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を挙げることができる。
The thermoplastic resin used in the thermoplastic resin molded body 20 can be appropriately selected from known thermoplastic resins depending on the application.
For example, cellulose ester such as cellulose acetate (including a plasticizer), polyamide resin (aliphatic polyamide such as PA6 and PA66, aromatic polyamide), polystyrene, ABS resin, co-polymer containing styrene units such as AS resin Polymers, polyethylene, copolymers containing ethylene units, polypropylene, copolymers containing propylene units, other polyolefins, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polycarbonate resins, acrylic resins, methacrylic resins, polyester resins, Examples thereof include polyacetal resins and polyphenylene sulfide resins.

また、熱可塑性樹脂に代えて熱可塑性エラストマーを使用することもできる。熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ニトリル系エラストマー、ポリアミド系エラストマーを挙げることができる。   Moreover, it can replace with a thermoplastic resin and can also use a thermoplastic elastomer. Examples of the thermoplastic elastomer include styrene elastomers, vinyl chloride elastomers, olefin elastomers, urethane elastomers, polyester elastomers, nitrile elastomers, and polyamide elastomers.

これらの熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーには、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、有機繊維などの公知の繊維状充填材、公知の樹脂用添加剤などを配合することができる。   These thermoplastic resins and thermoplastic elastomers can be blended with known fibrous fillers such as carbon fibers, inorganic fibers, metal fibers, and organic fibers, and known additives for resins.

熱可塑性樹脂成形体20は、用途に応じて、少なくとも表面(接合面22を除いた面)に所望の模様を有しているものを使用することができる。
前記模様は、熱可塑性樹脂成形体20の表面に印刷されているものでもよいし、内部から表面まで同じ模様が形成されているものでもよい。
前記模様は、各種模様のほか、各種文字、図形、絵、漫画、写真、色分け(例えば、グラデーションをつけた色分け)、これらの組み合わせなども含む。
上記した特許文献1、2の発明では、金属成形体と樹脂成形体はインサート成形法または圧縮成形法(樹脂ペレットを使用した圧縮成形法)により接合一体化されているため、接合前の樹脂成形体に模様を形成しておくことはできない。
本発明の製造方法では、金属成形体10と熱可塑性樹脂成形体20を圧着させることで一体化させるため、予め熱可塑性樹脂成形体20の所望の模様(最終製品の外観に現れる模様)を形成しておくことができるため、得られた複合成形体の用途をより広い範囲から選択できるようになる。
As the thermoplastic resin molded body 20, one having a desired pattern on at least the surface (the surface excluding the joining surface 22) can be used depending on the application.
The said pattern may be printed on the surface of the thermoplastic resin molding 20, and the same pattern may be formed from the inside to the surface.
In addition to various patterns, the patterns include various characters, figures, pictures, cartoons, photographs, color classification (for example, color classification with gradation), and combinations thereof.
In the inventions of Patent Documents 1 and 2 described above, the metal molded body and the resin molded body are joined and integrated by an insert molding method or a compression molding method (a compression molding method using resin pellets). Patterns cannot be formed on the body.
In the manufacturing method of the present invention, since the metal molded body 10 and the thermoplastic resin molded body 20 are integrated by pressure bonding, a desired pattern (pattern that appears in the appearance of the final product) of the thermoplastic resin molded body 20 is formed in advance. Therefore, the use of the obtained composite molded body can be selected from a wider range.

実施例1〜6
(第1工程:図1(a)、(b))
作業台(鋼板)上に図2に示すアルミニウム(A5052)板10(縦4mm、横10mm、長さ50mm)を置き、図3に示す装置にて表1に示す条件で連続波レーザーを照射して、接合面12(4×10mm)を粗面化した。
なお、図1に示す金属成形体10は、実施例で使用したアルミニウム板に限定されるものではないため、図1に示す金属成形体10と図2に示すアルミニウム板の寸法は一致していない。
Examples 1-6
(First step: FIGS. 1A and 1B)
An aluminum (A5052) plate 10 (4 mm long, 10 mm wide, 50 mm long) shown in FIG. 2 is placed on a work table (steel plate), and a continuous wave laser is irradiated under the conditions shown in Table 1 using the apparatus shown in FIG. Thus, the joint surface 12 (4 × 10 mm) was roughened.
The metal molded body 10 shown in FIG. 1 is not limited to the aluminum plate used in the examples, so the dimensions of the metal molded body 10 shown in FIG. 1 and the aluminum plate shown in FIG. 2 do not match. .

レーザー照射装置(図2)
100:シングルモードファイバーレーザーの先端部
101:光学ヘッド
102:fcレンズ
103:fθレンズ
104:保護レンズ
d1:ファイバー径
d2:スピット径
f1:fcレンズの焦点距離
f2:fθレンズの焦点距離
Laser irradiation device (Figure 2)
100: Single-mode fiber laser tip
101: Optical head
102: fc lens
103: fθ lens
104: protective lens d1: fiber diameter d2: spit diameter f1: focal length of fc lens f2: focal length of fθ lens

(シングルモードファイバーレーザー)
発振器:IPG-Ybファイバー,YLR-300-SM(IPG製)
光学ヘッド:LXD30+ARGES社のSQUIRREL(fc=80mm/fθ=100mmまたはfc=80mm/fθ=163mm)
出力:274W
ファイバー径:9μm
最小スポット径:11μm
スポット面積:9.93516×10-7cm2
最大走行速度:13330mm/sec
(Single mode fiber laser)
Oscillator: IPG-Yb fiber, YLR-300-SM (IPG)
Optical head: LXD30 + ARGES SQUIRREL (fc = 80mm / fθ = 100mm or fc = 80mm / fθ = 163mm)
Output: 274W
Fiber diameter: 9μm
Minimum spot diameter: 11 μm
Spot area: 9.93516 × 10 -7 cm 2
Maximum traveling speed: 13330mm / sec

実施例1、2、4〜6は、金属成形体10の表面に焦点を結ぶようにし(焦点はずし距離が±0mm)、実施例3は、金属成形体10の内部に焦点を結ぶようにした(焦点はずし距離が-0.05mm)。
実施例1〜4は、fc=80mm/fθ=100mmのレンズの組み合わせを使用し、実施例5、6は、fc=80mm/fθ=163mmのレンズの組み合わせを使用した。
実施例4は、ノズル(ノズル形状7mm×3mm楕円形)を使用して、アシストガスとして圧縮空気(圧力0.3MPa)を供給しながらレーザー照射した。
Examples 1, 2, 4 to 6 are focused on the surface of the metal molded body 10 (the defocus distance is ± 0 mm), and Example 3 is focused on the inside of the metal molded body 10. (Defocus distance is -0.05mm).
In Examples 1 to 4, a lens combination of fc = 80 mm / fθ = 100 mm was used, and in Examples 5 and 6, a lens combination of fc = 80 mm / fθ = 163 mm was used.
In Example 4, laser irradiation was performed using a nozzle (nozzle shape: 7 mm × 3 mm oval) while supplying compressed air (pressure 0.3 MPa) as an assist gas.

Figure 2017019189
Figure 2017019189

(第2工程:図1(c))
加熱装置を備えた180℃に加温されたプレス板上に粗面化された接合面12が上になるように金属成形体を置き、表2に示す条件で接合面12が180℃になるまで加熱した。
(Second step: FIG. 1 (c))
A metal molded body is placed on a press plate heated to 180 ° C. equipped with a heating device so that the roughened bonding surface 12 faces up, and the bonding surface 12 becomes 180 ° C. under the conditions shown in Table 2. Until heated.

(第3工程:図1(d)、(e))
金属成形体10の粗面化された接合面12と酢酸セルロース系樹脂[酢酸セルロースと可塑剤などを含むもの;品名;セルブレンEC210,ダイセルポリマー(株)製,熱変形温度(ISO75,荷重1.8MPa)66℃]を多色押出成形より作成した柄物シートから切出して製作した板(縦4mm、横10mm、長さ50mm)20の接合面22を合わせた状態で、プレス圧力1MPa、プレス時間60秒で上下方向からプレスした。
なお、金属成形体と酢酸セルロース系樹脂板とのプレス作業は室温(20〜25℃)で実施したが、プレス時間は60秒であるから、プレス終了時まで金属成形体が酢酸セルロース樹脂の熱変形温度から50℃以上高い温度であることは自明である。
その後、プレスした状態で加熱を停止し、室温になるまで自然冷却して複合成形体1を得た。複合成形体のセルロース系樹脂の板の柄模様は、ほとんど変化することなくプレス成形前とほぼ同様の柄模様であった。
(Third step: FIGS. 1D and 1E)
Roughened joint surface 12 of metal molded body 10 and cellulose acetate resin [including cellulose acetate and plasticizer, etc .; product name; Celbrene EC210, manufactured by Daicel Polymer Co., Ltd., heat distortion temperature (ISO75, load 1.8 MPa) ) 66 ° C.] from a patterned sheet prepared by multi-color extrusion molding, with the joint surface 22 of the plate (4 mm long, 10 mm wide, 50 mm long) 20 produced together, a press pressure of 1 MPa, a press time of 60 seconds Was pressed from above and below.
In addition, although the press operation of the metal molded body and the cellulose acetate-based resin plate was performed at room temperature (20 to 25 ° C.), since the pressing time is 60 seconds, the metal molded body is heated by the cellulose acetate resin until the end of pressing. It is obvious that the temperature is 50 ° C. or more higher than the deformation temperature.
Thereafter, heating was stopped in the pressed state, and the mixture was naturally cooled to room temperature to obtain a composite molded body 1. The pattern of the cellulose resin plate of the composite molded body was almost the same as that before press molding with almost no change.

得られた複合成形体は、金属成形体の表面に熱可塑性樹脂成形体が密着していることが確認できた。
なお、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体が高い接合強度で接合されていることは、特許文献1の圧縮成形法を適用した実施例10〜15(表3)に示す引張接合強度からも自明である。
It was confirmed that the obtained composite molded body was in close contact with the surface of the metal molded body.
The fact that the metal molded body and the thermoplastic resin molded body are bonded with high bonding strength is obvious from the tensile bonding strength shown in Examples 10 to 15 (Table 3) to which the compression molding method of Patent Document 1 is applied. It is.

本発明の複合成形体の製造方法は、公知の金属成形体に対して適用することで、金属成形体と熱可塑性樹脂成形体の複合成形体にすることができる。
例えば、日用品、調理器具、スポーツ用品、家具、OA機器、通信機器、各種電気製品、自転車部品、自動二輪車部品、自動車などの車両部品、内装品、外装品、建材などで使用している金属成形体に対して適用することで、熱可塑性樹脂成形体との複合成形体にすることができる。
また、本発明の複合成形体の製造方法は、既存または建設中の建築物で使用している金属成形体(壁、梁、柱など)のような大きな固定物に対して適用することで、接着剤を使用することなく金属成形体の表面を模様のある熱可塑性樹脂シートで被覆したり、ねじなどを使用することなく金属成形品に模様のある熱可塑性樹脂成形品(例えば、物を掛けるためのフック、カーテンレール、板(棚)、網かご、棒、枠、柱)を固定したりすることもできる。
By applying the method for producing a composite molded body of the present invention to a known metal molded body, a composite molded body of a metal molded body and a thermoplastic resin molded body can be obtained.
For example, metal molding used in daily necessities, cooking utensils, sports equipment, furniture, OA equipment, communication equipment, various electrical products, bicycle parts, motorcycle parts, automobile parts such as automobiles, interior parts, exterior parts, building materials, etc. By applying to a body, it can be set as a composite molded body with a thermoplastic resin molded body.
In addition, the method for producing a composite molded body of the present invention is applied to a large fixed object such as a metal molded body (wall, beam, column, etc.) used in an existing or under construction building, The surface of the metal molded body is covered with a patterned thermoplastic resin sheet without using an adhesive, or a patterned thermoplastic resin molded article (for example, a product is hung on a metal molded article without using screws, etc.) Hooks, curtain rails, plates (shelves), mesh baskets, bars, frames, pillars) can be fixed.

1 複合成形体
10 金属成形体
12 接合面(粗面化された接合面)
20 熱可塑性樹脂成形体
22 接合面
1 Composite Molded Body 10 Metal Molded Body 12 Joint Surface (Roughened Joint Surface)
20 Thermoplastic resin molding 22 Bonding surface

Claims (4)

金属成形体と熱可塑性樹脂成形体が接合された複合成形体の製造方法であって、
前記金属成形体の熱可塑性樹脂成形体との接合面を粗面化する工程、
前記金属成形体の粗面化された接合面が前記熱可塑性樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度(ISO75,荷重1.8MPa)から50℃以上になるように加熱する工程、
前記金属成形体の粗面化された接合面と前記熱可塑性樹脂成形体を圧着する工程を有している、複合成形体の製造方法。
A method for producing a composite molded body in which a metal molded body and a thermoplastic resin molded body are joined,
A step of roughening the joint surface of the metal molded body with the thermoplastic resin molded body,
Heating the roughened joint surface of the metal molded body so that the thermal deformation temperature (ISO75, load 1.8 MPa) of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin molded body is 50 ° C. or higher;
The manufacturing method of a composite molded object which has the process of crimping | bonding the roughened joint surface of the said metal molded object, and the said thermoplastic resin molded object.
前記金属成形体の接合面を粗面化する工程が、前記接合面に対してレーザー光を照射して粗面化する工程である、請求項1記載の複合成形体の製造方法。   The method for producing a composite molded body according to claim 1, wherein the step of roughening the joint surface of the metal molded body is a step of roughening the joint surface by irradiating a laser beam. 前記金属成形体の接合面を粗面化する工程が、前記接合面に対して連続波レーザー光を照射して粗面化する工程であり、
前記連続波レーザー光を照射する工程が、
連続波レーザーの照射速度が2,000〜15,000mm/secであり、
レーザー出力が250〜2000W、レーザービーム径(スポット径)が10〜100μmであり、
前記レーザー出力とスポット面積(π・〔スポット径/2〕2)から求められるエネルギー密度E1(W/μm2)が0.2〜10W/μm2の範囲になるようにレーザー光を連続照射する工程である、請求項1または2記載の複合成形体の製造方法。
The step of roughening the joint surface of the metal formed body is a step of roughening by irradiating the joint surface with continuous wave laser light,
The step of irradiating the continuous wave laser beam comprises:
The irradiation speed of the continuous wave laser is 2,000-15,000 mm / sec,
The laser output is 250 to 2000 W, the laser beam diameter (spot diameter) is 10 to 100 μm,
The laser power and spot area energy density obtained from ([pi · [spot diameter / 2] 2) E1 (W / μm 2 ) is continuously irradiated with the laser beam to be in the range of 0.2~10W / [mu] m 2 The manufacturing method of the composite molded object of Claim 1 or 2 which is a process.
前記熱可塑性樹脂成形体が少なくとも表面に所望の模様を有しているものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合成形体の製造方法。   The method for producing a composite molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin molded body has a desired pattern at least on a surface thereof.
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