JP2017065025A - 複合成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】 より高強度な接合構造を有する複合成形体を提供すること。
【解決手段】第１部材本体２２と第１接合部分２４とを有する第１部材２０と、第２部材本体３２と第２接合部分３４とを有する第２部材３０とからなる複合成形体である。第２部材接合部分３４は、貫通孔表面被覆部３４１と、貫通孔充填部３４２と、貫通孔裏面被覆部３４３とが連続して形成される。そして、貫通孔裏面被覆部３４３と貫通孔表面被覆部３４３がアンカーとなって、第１部材と、第２部材との強度な接合を可能とする。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、たとえば繊維強化プラスチックと、熱可塑性樹脂とからなる複合成形体に関する。

繊維強化プラスチックは、樹脂に炭素繊維等の強化用繊維材を混入させて成型したものであり、軽量でかつ高強度であるので、近年自動車や航空機等の幅広い分野で使用されている。このような、繊維強化プラスチックは繊維束からなる織布に樹脂を含浸させたものや、同一方向に配列した繊維束からなる面材同士を互いの繊維配列方向が異なるように積層したものに樹脂を含浸させて硬化させたものが知られている。

しかしながら、繊維強化プラスチックは複雑な成形が困難であるため、パソコンなどの筐体等、複雑な形状に成形する必要があるものに利用する場合には、加工が困難であり、コストが嵩む等の問題が生じている。

また、パソコンや携帯電話等の電子機器は、無線通信機能を付帯させるためアンテナを配置する必要がある。そして、多くの場合は筐体内部にアンテナが配置される。

しかしながら、筐体全面に繊維強化プラスチックを利用した場合は、電波の通りが悪く、無線通信性能が劣化するという問題が生じている。

このような問題を解決するために、特許文献１には、繊維強化プラスチックの一部に熱可塑性絶縁基材を突合せ接合で結合し、繊維強化プラスチックと熱可塑性絶縁基材とを一体にした筐体が示されている（特許文献１）。しかしながら、これらの接合方法は接合強度が十分でなく、また接合部に規則的な曲線形状を施す等の複雑な加工処理が必要であるという課題があった。

特開２０１１−１６５２０６

本発明は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、より高強度な接合構造を有する複合成形体および複合成形体の製造方法を提供することである。

上述の課題を解決するために、本発明に係る複合成形体は、
繊維強化プラスチックからなる第１部材と、
熱可塑性樹脂からなる第２部材と、を有する複合成形体であって、
前記第１部材は、
前記第１部材の本体と、
前記第１部材に形成されて、前記第２部材に接合される第１接合部分と、を有し、
前記第２部材は、
前記第２部材の本体と、
前記第２部材に形成されて、前記第１接合部分に接合される第２接合部分と、を有し、
前記第１接合部分は、
少なくとも１つ以上の表裏面を貫通する貫通孔を有し、
前記第２接合部分は、
前記貫通孔の表面を覆う貫通孔表面被覆部と、前記貫通孔に充填される貫通孔充填部と、前記貫通孔の裏面を覆う貫通孔裏面被覆部と、を有し、
前記貫通孔表面被覆部と、前記貫通孔充填部と、前記貫通孔裏面被覆部とが連続して、前記第２部材の本体に一体に形成されている。

また、本発明に係る複合成形体の製造方法は、
表裏面を貫通する貫通孔が形成された第１部材を準備する工程と、
第１部材を金型に設置する工程と、
第２部材を射出形成する工程と、
第２部材を硬化させる工程と、
を有する。

図１は、本発明の一実施形態に係る複合成形体の外面を示す平面図である。 図２Ａは、図１における断面線II−IIに沿う要部断面図である。 図２Ｂは、図１における断面線II−IIに沿う要部断面図である。 図２Ｃは、図１における断面線II−IIに沿う要部断面図である。 図２Ｄは、図１における断面線II−IIに沿う要部断面図である。 図３は、図１に示す複合成形体の製造方法を表すフローチャート図である。

以下、本発明の一実施形態に係る複合成形体の説明を図面に基づき行う。

第１実施形態
図１に示すように、本実施形態に係る複合成形体は、たとえばノートパソコンの裏側をカバーする筐体１０などとして用いられる。この筐体１０は、平板状で逆凸形状の第１部材２０と、第１部材２０の周囲を囲む平板状で外径が四角形の第２部材３０とからなる。

第１部材２０は、繊維強化プラスチックからなり、たとえば炭素繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ガラス長繊維強化プラスチック等で構成される。第２部材３０は、熱可塑性樹脂からなり、特に限定されないが、たとえばポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタールなどで構成される。

筐体１０の内部には、アンテナなどの無線通信機能を有する部分が配置されることがある。本実施形態では、アンテナなどの無線通信機能を有する部分に対応する部分が、第２部材３０で構成されるように、第２部材３０には、電磁波通過部４０および４２が形成される。電磁波通過部４０および４２の大きさおよび位置は特に限定されない。

第１部材２０の外周には、周方向に沿って略等間隔に複数の貫通孔２６が形成される。貫通孔２６の数は特に限定されないが、接合部の形状に合わせて、たとえば直線部分毎に、１つ以上形成されることが好ましい。貫通孔２６は、後述するように、第２部材３０によって充填され、貫通孔２６の表裏面は第２部材３０によって被覆されることになるので、貫通孔２６は筐体１０の外面１０１には表れない。

図２Ａに示すように、第１部材２０は、第１部材本体２２と、第１接合部分２４とからなり、第１部材本体２２と第１接合部分２４との境界部分には、複合成形体の内面１０２において段差が形成されている。第１接合部分２４は、第１部材２０の外周部に形成され、貫通孔２６を有する。

第２部材３０は、第２部材本体３２と第２接合部分３４とからなる。第２接合部分３４は第２部材３０の内周部に形成され、第１接合部分２４と接合している。

第２接合部分３４は、第２部材３０が貫通孔２６の内部に充填している貫通孔充填部３４２と、第２部材が貫通孔２６の表裏面を被覆している貫通孔表面被覆部３４１および貫通孔裏面被覆部３４３とからなる。貫通孔表面被覆部３４１と、貫通孔充填部３４２と、貫通孔裏面被覆部３４３とは連続して形成される。さらに貫通孔表面被覆部３４１と、第２部材本体３２とが連続していることから、第２部材本体３２と、貫通孔表面被覆部３４１と、貫通孔充填部３４２と、貫通孔裏面被覆部３４３と、が連続して一体に形成されて第２部材３０を構成している。

貫通孔表面被覆部３４１は、内面側に段差状に凹んだ第１接合部分２４の外表面を被覆し、第１部材本体２２の外面と、第２接合部分の外面とが面一になるよう形成されている。貫通孔裏面被覆部３４３の外径ｄ２は貫通孔２６の内径ｄ１よりも大きく形成される。

ここで、貫通孔表面被覆部３４１が第１接合部分２４の表面を被覆する長さＬ１は特に限定されないが、貫通孔２６の内径ｄ１よりも大きい。長さＬ１の上限は、特に限定されないが、長すぎても材料の無駄になるので、好ましくは貫通孔２６の内径ｄ１の２倍〜５倍以下程度である。

貫通孔２６の内径ｄ１の下限は、成形時に、第２部材３０を構成する熱可塑性樹脂が入り込める程度であり、その上限は、特に限定されないが、たとえば図１に示す筐体１０の最小幅Ｗ０の１／５以下である。貫通孔裏面被覆部３４３の外径ｄ２の大きさは貫通孔２６の内径ｄ１の１．１倍以上が好ましく、その上限は、Ｌ１以下程度が好ましい。

本実施形態では、第１部材本体２２の厚みＴ１よりも、第２部材本体３２の厚みＴ２が厚く構成してある。第１部分本体２２は、その厚みＴ１が薄くても、繊維強化プラスチックで構成されるために、高強度であり、何ら問題が無く、全体としてのトータル重量を軽くすることも可能である。

次に、図１および図２Ａに示す筐体１０の製造方法について説明する。図３は、図１に示す筐体１０の製造方法を示すフローチャート図である。まずはステップＳ０１に示すように、貫通孔２６が形成された繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる第１部材２０を準備する。ここで、第１部材２０としては、ＦＲＰ成形後に、たとえばボール盤やマシニングセンタを用いたドリル加工や、レーザー加工、ウォータージェット加工によって貫通孔２６を形成しても良いし、既に貫通孔２６が形成された繊維強化プラスチックを準備しても良い。なお、ＦＲＰの成形は、公知の方法によって行われる。

次にステップＳ０２に示すように、貫通孔２６が形成された第１部材を金型に設置する。使用する金型は、貫通孔裏面被覆部３４３、貫通孔表面被覆部３４１および第２部材本体３２に相当する空間を有する金型である。

そして、ステップＳ０３に示すように、前記金型内に熱可塑性樹脂である第２部材３０を注入して、前記貫通孔２６の内部に第２部材３０を充填させ、前記貫通孔２６の表裏面を前記第２部材３０で被覆させる。これにより、第２部材本体３２と、前記貫通孔表面被覆部３４１と、前記貫通孔充填部３４２と、前記貫通孔裏面被覆部３４３とが、前記第２部材３０によって連続して形成される。最後に、ステップＳ０４に示すように、第２部材３０を冷却して硬化させる。

このように製造されて上述された構成をもつ筐体１０は、第１接合部分２４と第２接合部分３４とによって接合される。貫通孔裏面被覆部３４３の直径ｄ２は貫通孔２６の直径ｄ１よりも大きいため、貫通孔裏面被覆部３４３が貫通孔２６に引っかかることによって、貫通孔裏面被覆部３４３がアンカーとして作用する。

したがって、筐体１０は、接着剤による接合やボルト等による金属結合等と比較して、第１部材２０と第２部材３０との接合に関する信頼性が高く、より高強度な接合部を有する。さらに、このような高強度な接合部を有する筐体１０を製造する際に、第１部材２０を複雑に加工する必要はなく、第１部材２０に貫通孔を開ける加工のみで実現が可能であり、製造が容易であり、コストを抑えることが可能となる。

第２実施形態
図２Ｂに示す実施形態に係る筐体１０ａは、第１実施形態に係る筐体１０の変形例である。本実施形態では、第１部材２０ａは、第１部材本体２２ａと、第１接合部分２４ａとからなり、第１部材本体２２ａと第１接合部分２４ａとの境界部分には、複合成形体の内面１０２ａにおいて段差が形成されることなく、同一平面状になっている。第１接合部分２４ａは、第１部材２０ａの外周部に形成され、貫通孔２６ａを有する。

第２部材３０ａは、第２部材本体３２ａと第２接合部分３４ａとからなる。第２接合部分３４ａは第２部材３０ａの内周部に形成され、第１接合部分２４ａと接合している。

第２接合部分３４ａは、第２部材３０ａが貫通孔２６ａの内部に充填している貫通孔充填部３４２ａと、第２部材３０ａが貫通孔２６ａの表裏面を被覆している貫通孔表面被覆部３４１ａおよび貫通孔裏面被覆部３４３ａとからなる。貫通孔表面被覆部３４１ａと、貫通孔充填部３４２ａと、貫通孔裏面被覆部３４３ａとは連続して形成される。

さらに貫通孔表面被覆部３４１ａと、第２部材本体３２ａとが連続していることから、第２部材本体３２ａと、貫通孔表面被覆部３４１ａと、貫通孔充填部３４２ａと、貫通孔裏面被覆部３４３ａと、が連続して一体に形成されて第２部材３０ａを構成している。

貫通孔表面被覆部３４１ａは、第１接合部分２４ａの外表面を、所定長さＬ１で被覆している。所定長さＬ１は、図２Ａに示す長さＬ１と同等である。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、第１部材２０ａの内面が面一で形成され、複合成形体の内面１０２ａが、貫通孔裏面被覆部３４３ａを除いて面一に形成される。

本実施形態では、貫通孔表面被覆部３４１ａの一方の端部が、外面１０１ａにおいて、段差を形成するようになっている。すなわち、第１実施形態においては筐体の外面１０１は面一に形成されるが、本実施形態では筐体１０ａの外面１０１ａには段差が形成される。

本実施形態におけるその他の構成は第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

第３実施形態
図２Ｃに示す実施形態に係る筐体１０ｂは、第１実施形態に係る筐体１０の変形例である。本実施形態では、第１部材２０ｂは、第１部材本体２２ｂと、第１接合部分２４ｂとからなり、第１部材本体２２ｂと第１接合部分２４ｂとの境界部分には、複合成形体の内面１０２ｂにおいて段差が形成されることなく、同一平面状になっている。ただし、第１部材本体２２ｂと第１接合部分２４ｂとの境界部分には、複合成形体の外面１０１ｂにおいて段差が形成され、第１接合部分２４ｂの厚みは、第１部材本体２２ｂの厚みＴ１よりも薄く形成してある。なお、第１接合部分２４ｂは、第１部材２０ｂの外周部に形成され、貫通孔２６ｂを有する。

第２部材３０ｂは、第２部材本体３２ｂと第２接合部分３４ｂとからなる。第２接合部分３４ｂは第２部材３０ｂの内周部に形成され、第１接合部分２４ｂと接合している。

第２接合部分３４ｂは、第２部材３０ｂが貫通孔２６ｂの内部に充填している貫通孔充填部３４２ｂと、第２部材３０ｂが貫通孔２６ｂの表裏面を被覆している貫通孔表面被覆部３４１ｂおよび貫通孔裏面被覆部３４３ｂとからなる。貫通孔表面被覆部３４１ｂと、貫通孔充填部３４２ｂと、貫通孔裏面被覆部３４３ｂとは連続して形成される。

さらに貫通孔表面被覆部３４１ｂと、第２部材本体３２ｂとが連続していることから、第２部材本体３２ｂと、貫通孔表面被覆部３４１ｂと、貫通孔充填部３４２ｂと、貫通孔裏面被覆部３４３ｂと、が連続して一体に形成されて第２部材３０ｂを構成している。

貫通孔表面被覆部３４１ｂは、外面１０１ｂで凹んだ第１接合部分２４ｂの外面を、所定長さＬ１で被覆している。所定長さＬ１は、図２Ａに示す長さＬ１と同等である。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、第１部材２０ｂの内面が面一で形成され、内面１０２ｂが、貫通孔裏面被覆部３４３ｂを除いて面一である。さらに、第１部材２０ｂの外面と、第２部材３０ｂの外面が面一に形成され、第１実施形態とは異なり、第１部材本体２２ｂの厚みＴ１が第２部材本体３２ｂの厚みＴ２と同じ厚みである。本実施形態におけるその他の構成は第１実施形態と同様であり、同様な作用効果を奏する。

第４実施形態
図２Ｄに示す実施形態に係る筐体１０ｃは、第１実施形態に係る筐体１０の変形例である。本実施形態では、第１部材２０ｃは、第１部材本体２２ｃと、第１接合部分２４ｃとからなり、第１部材本体２２ｃと第１接合部分２４ｃとの境界部分には、複合成形体の内面１０２ｃにおいて段差が形成されている。また、第１部材本体２２ｃと第１接合部分２４ｃとの境界部分には、複合成形体の外面１０１ｃにおいても段差が形成され、第１接合部分２４ｃの厚みは、第１部材本体２２ｃの厚みＴ１よりも薄く形成してある。なお、第１接合部分２４ｃは、第１部材２０ｃの外周部に形成され、貫通孔２６ｃを有する。

第２部材３０ｃは、第２部材本体３２ｃと第２接合部分３４ｃとからなる。第２接合部分３４ｃは第２部材３０ｃの内周部に形成され、第１接合部分２４ｃと接合している。

第２接合部分３４ｃは、第２部材３０ｃが貫通孔２６ｃの内部に充填している貫通孔充填部３４２ｃと、第２部材３０ｃが貫通孔２６ｃの表裏面を被覆している貫通孔表面被覆部３４１ｃおよび貫通孔裏面被覆部３４３ｃとからなる。貫通孔表面被覆部３４１ｃと、貫通孔充填部３４２ｃと、貫通孔裏面被覆部３４３ｃとは連続して形成される。

さらに貫通孔表面被覆部３４１ｃと第２部材本体３２ｃとが連続していると共に、貫通孔裏面被覆部３４３ｃと第２部材本体３２ｃとが連続していることから、第２部材本体３２ｃと、貫通孔表面被覆部３４１ｃと、貫通孔充填部３４２ｃと、貫通孔裏面被覆部３４３ｃと、が連続して一体に形成されて第２部材３０ｃを構成している。

貫通孔表面被覆部３４１ｃは、外面１０１ｃで凹んだ第１接合部分２４ｃの外面を、所定長さＬ１ａで被覆している。また、貫通孔裏面被覆部３４３ｃは、内面１０２ｃで凹んだ第１接合部分２４ｃの内面を、所定長さＬ１ｂで被覆している。所定長さＬ１ａと所定長さＬｂとは、図２Ａに示す長さＬ１と同等であり、同じであることが好ましいが、必ずしも同一である必要はない。

本実施形態では、第１実施形態とは異なり、第１部材本体２２ｃの厚みＴ１が第２部材本体３２ｃの厚みＴ２と同じ厚みである。また、本実施形態では、第２接合部分３４ｃを構成する貫通孔表面被覆部３４１ｃが第２部材本体３２ｃと連続に形成されるだけでなく、第２接合部分３４ｃを構成する貫通孔裏面被覆部３４３ｃも第２部材本体３２ｃと連続に形成される。すなわち、第２部材本体３２ｃと、貫通孔表面被覆部３４１ｃと、貫通孔充填部３４２ｃと、貫通孔裏面被覆部３４３ｃとが、第１接合部分２４ｃの端部を覆い囲むように連続して形成される。それによって、より強度の接合構造を有することができる。

第４実施形態におけるその他の構成は第１実施形態に係る筐体１０と同様であり、同様な作用効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々に改変することができる。たとえば上述した実施形態では、本発明の複合成形体を、ノートパソコンの裏側をカバーする筐体として用いたが、それに限定されることはなく、携帯電話やテレビなどのカバー、あるいはその他の電子機器、あるいは電子機器以外にも利用されることができる。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・筐体
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ・・・外面
１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ・・・内面
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ・・・第１部材
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ・・・第１部材本体
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ・・・第１接合部分
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ・・・貫通孔
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・第２部材
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ・・・第２部材本体
３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ・・・第２接合部分
３４１，３４１ａ，３４１ｂ，３４１ｃ・・・貫通孔表面被覆部
３４２，３４２ａ，３４２ｂ，３４２ｃ・・・貫通孔充填部
３４３，３４３ａ，３４３ｂ，３４３ｃ・・・貫通孔裏面被覆部
４０，４２・・・電磁波通過部

Claims (1)

1. 繊維強化プラスチックからなる第１部材と、
   熱可塑性樹脂からなる第２部材と、
   を有する複合成形体であって、
   前記第１部材は、
   前記第１部材の本体と、
   前記第１部材に形成されて、前記第２部材に接合される第１接合部分と、を有し、
   前記第２部材は、
   前記第２部材の本体と、
   前記第２部材に形成されて、前記第１接合部分に接合される第２接合部分と、を有し、
   前記第１接合部分は、
   少なくとも１つ以上の表裏面を貫通する貫通孔を有し、
   前記第２接合部分は、
   前記貫通孔の表面を覆う貫通孔表面被覆部と、前記貫通孔に充填される貫通孔充填部と、前記貫通孔の裏面を覆う貫通孔裏面被覆部と、を有し、
   前記貫通孔表面被覆部と、前記貫通孔充填部と、前記貫通孔裏面被覆部とが連続して、前記第２部材の本体に一体に形成されていることを特徴とする複合成形体。

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