JP2019171683A - 接合構造体及び接合構造体の射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材と被接合部材とを好適に接合させることができる接合構造体等を提供する。【解決手段】貫通穴７が形成される基材５と、熱可塑性樹脂を含む射出成形材を用いて構成され、基材５に接合される被接合部材６と、を備え、被接合部材６は、基材５の貫通穴７と係合するアンカー部１１を有し、貫通穴７は、被接合部材６側から基材５側へ向かう貫通方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面８を含む穴側テーパ部７ｂを有し、アンカー部１１は、穴側テーパ面８と相補的な形状となるアンカー側テーパ面１２を含むアンカー側テーパ部１１ｂを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、基材に被接合部材を接合させた接合構造体及び接合構造体の射出成形方法に関するものである。

従来、接合構造体として、樹脂を含有する板状体と、板状体の端部に接合される端部構造体と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１）。板状体には、貫通穴が形成されており、端部構造体は、貫通穴を通じて外面側に立ち上がる凸部を有している。

特開２０１７−１２０６号公報

ここで、特許文献１の端部構造体を射出成形により形成する場合、端部構造体を形成する材料としては、例えば、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂を用いて射出成形により端部構造体を成形する場合、成形後の端部構造体は、熱収縮する可能性がある。端部構造体が熱収縮すると、端部構造体の貫通穴における部位も熱収縮することから、貫通穴と端部構造体の凸部との接合力が小さいものなってしまう。

そこで、本発明は、基材と被接合部材とを好適に接合させることができる接合構造体及び接合構造体の射出成形方法を提供することを課題とする。

本発明の接合構造体は、貫通穴が形成される基材と、熱可塑性樹脂を含む射出成形材を用いて射出成形されることで、前記基材に接合される被接合部材と、を備え、前記被接合部材は、前記基材の前記貫通穴と係合するアンカー部を有し、前記貫通穴は、前記被接合部材側から前記基材側へ向かう貫通方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面を含む穴側テーパ部を有し、前記アンカー部は、前記穴側テーパ面と相補的な形状となるアンカー側テーパ面を含むアンカー側テーパ部を有することを特徴とする。

この構成によれば、射出成形材が冷やされると、アンカー部のアンカー側テーパ面が、貫通穴の穴側テーパ面に当接した状態で、アンカー部が貫通方向に収縮する。このため、アンカー部が収縮することで、基材と被接合部材との締結力を発揮させることができるため、基材と被接合部材とを好適に接合させることができる。なお、基材は、材料は問わず、金属であってもよいし、複合材であってもよい。また、被接合部材は、射出成形材を用いるのであればなんでもよく、樹脂材であってもよいし、樹脂を含む複合材であってもよい。さらに、貫通穴は、貫通方向から見た平面視において、多角形となる角穴であってもよいし、丸穴、長穴であってもよい。

また、前記貫通方向に対する前記穴側テーパ面の傾斜角度をθとすると、前記傾斜角度θは、４５°以下であることが、好ましい。

この構成によれば、傾斜角度θを４５°以下とすることで、貫通方向におけるアンカー部の収縮を大きくすることができる。

また、前記貫通方向に対する前記穴側テーパ面の傾斜角度をθとすると、前記傾斜角度θは、２°以上であることが、好ましい。

この構成によれば、傾斜角度θを２°以上とすることで、貫通穴からのアンカー部の抜けを抑制することができる。

また、前記貫通方向における前記アンカー側テーパ部の高さをＨとし、前記アンカー側テーパ部の外側の最外径をＤとすると、Ｈ÷Ｄ≦０．４５となっていることが、好ましい。

この構成によれば、アンカー部のアンカー側テーパ部の大きさを適切な大きさとすることができる。

また、前記貫通穴は、前記被接合部材側に設けられる穴側ストレート部と、前記穴側ストレート部に連なる前記穴側テーパ部とを有し、前記穴側ストレート部と前記穴側テーパ部とが連なる部位は、所定の曲率半径となる曲面となっていることが、好ましい。

この構成によれば、穴側ストレート部と穴側テーパ部とが連なる部位を曲面とすることで、応力集中を緩和することができる。

また、前記被接合部材は、前記基材に接合される被接合面を有する部材であり、前記貫通穴は、前記被接合面と対向する部位に形成されることが、好ましい。

この構成によれば、射出成形材を用いて、被接合部材の被接合面上にアンカー部を形成することができる。なお、被接合部材は、例えば、複数のリブからなるフレーム部材であってもよいし、基材を覆う平板であってもよく、被接合部材の形状については、特に限定されない。例えば、被接合部材がフレーム部材であり、リブ上にアンカー部を形成する場合、アンカー部を適切に形成するために、貫通穴は、複数のリブが交差する面積の広いリブ交点に設けてもよい。また、貫通方向から見た平面視において、貫通穴の形状を、リブよりも面積の広い長穴となる形状に形成してもよい。

本発明の接合構造体の射出成形方法は、基材に貫通穴を形成する貫通穴形成工程と、前記貫通穴が形成された前記基材を、成形型の内部に配置する基材配置工程と、前記成形型の内部に、射出成形材を充填する充填工程と、前記基材と、前記射出成形材が硬化することで前記基材に接合された被接合部材とからなる接合構造体を、前記成形型から離型する離型工程と、を備え、前記貫通穴形成工程では、前記被接合部材側から前記基材側へ向かう貫通方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面を有する穴側テーパ部を含むように、前記貫通穴を形成することを特徴とする。

この構成によれば、基材と被接合部材とが強固に接合した接合構造体を形成することができる。

図１は、本実施形態の接合構造体の断面を示す模式図である。 図２は、本実施形態の接合構造体を示す平面図である。 図３は、Ｙ方向ひずみと応力集中係数と角度θとの関係を示すグラフである。 図４は、本実施形態の接合構造体の射出成形に関するフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［本実施形態］
本実施形態の接合構造体１は、基材５に対して、射出成形により被接合部材６を接合することで形成される構造体である。ここで、基材５は、樹脂が含浸した繊維基材を複数積層して形成される複合積層体である。本実施形態では、基材５として複合積層体に適用して説明するが、基材５は、複合積層体に特に限定されず、例えば、金属または樹脂等を用いて構成してもよい。

図１は、本実施形態の接合構造体の断面を示す模式図である。図２は、本実施形態の接合構造体を示す平面図である。図１及び図２に示すように、基材５は、板状に形成された複合積層体であり、複合積層体に含まれる樹脂は、熱可塑性樹脂が適用されている。また、基材５には、板厚方向に貫通して形成される貫通穴７が設けられている。この貫通穴７は、射出成形時において射出成形材が充填されることで、後述する被接合部材６のアンカー部１１が形成される。なお、図１では、基材５の板厚方向をＹ方向とし、Ｙ方向に直交する方向をＺ方向としている。

貫通穴７は、被接合部材６側（図１の上側）に設けられる穴側ストレート部７ａと、被接合部材６とは反対側（図１の下側）に設けられる穴側テーパ部７ｂと、を含んで形成されている。貫通穴７は、穴側ストレート部７ａと穴側テーパ部７ｂとが連通することで形成される。

穴側ストレート部７ａは、板厚方向（貫通方向）から見た平面視において、その形状が円形状となっている。つまり、穴側ストレート部７ａは、中空の円柱形状に形成されており、その軸方向が板厚方向となっている。

穴側テーパ部７ｂは、板厚方向から見た平面視において、その形状が円形状となっている。穴側テーパ部７ｂは、被接合部材６側から基材５側へ向かう板厚方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面８を有する部位となっている。穴側テーパ面８は、貫通方向に対して所定の傾斜角度θ分だけ傾斜して形成されている。つまり、穴側テーパ部７ｂは、中空の円錐台形状に形成されており、その軸方向が板厚方向となっており、穴側ストレート部７ａと同軸上に設けられている。

また、貫通方向に沿って切った断面において、穴側ストレート部７ａと穴側テーパ部７ｂとが連なる部位の内周面は、所定の曲率半径となる曲面となっている。換言すれば、穴側ストレート部７ａと穴側テーパ部７ｂとが連なる部位は、屈曲する角部を有しない形状となっている。

次に、被接合部材６について説明する。図１及び図２に示すように、被接合部材６は、射出成形材を用いて、基材５に接合させて形成されている。射出成形材は、例えば、強化繊維を含む樹脂が用いられ、樹脂は、熱可塑性樹脂が適用されている。被接合部材６は、射出成形時において再溶融される基材５の表面の樹脂と接合することで、基材５に接合される。なお、射出成形材は、熱可塑性樹脂を含むものであれば、いずれであってもよい。

被接合部材６は、複数のリブ１０とアンカー部１１とを含むフレーム部材となっている。なお、本実施形態では、被接合部材６としてフレーム部材を適用したが、この構成に限定されない。被接合部材６は、基材５を覆う平板であってもよく、形状については、特に限定されない。図２に示すように、複数のリブ１０は、基材５の板面内において、トラス状（三角形状）に組まれている。リブ１０は、基材５と対向する面が、基材５に接合される被接合面１０ａとなっている。アンカー部１１は、リブ１０の被接合面１０ａ上に突出して形成され、射出成形時において、被接合面１０ａに対向する基材５の貫通穴７に射出成形材が充填されることで形成される。このため、アンカー部１１は、貫通穴７と相補的な形状となっている。

アンカー部１１は、被接合部材６側（図１の上側）に設けられるアンカー側ストレート部１１ａと、被接合部材６とは反対側（図１の下側）に設けられるアンカー側テーパ部１１ｂと、を含んで形成されている。アンカー部１１は、アンカー側ストレート部１１ａとアンカー側テーパ部１１ｂとが連なることで形成される。

アンカー側ストレート部１１ａは、基材５の板厚方向（貫通方向）から見た平面視において、その形状が円形状となっている。つまり、アンカー側ストレート部１１ａは、中実の円柱形状に形成されており、その軸方向が板厚方向となっている。

アンカー側テーパ部１１ｂは、被接合部材６側から基材５側へ向かう板厚方向に向かって拡がるように傾斜するアンカー側テーパ面１２を有する部位となっている。アンカー側テーパ面１２は、貫通方向に対して所定の傾斜角度θ分だけ傾斜して形成されている。つまり、アンカー側テーパ部１１ｂは、中実の円錐台形状に形成されており、その軸方向が板厚方向となっており、アンカー側ストレート部１１ａと同軸上に設けられている。

また、貫通方向に沿って切った断面において、アンカー側ストレート部１１ａとアンカー側テーパ部１１ｂとが連なる部位の外周面は、所定の曲率半径となる曲面となっている。換言すれば、アンカー側ストレート部１１ａとアンカー側テーパ部１１ｂとが連なる部位は、屈曲する角部を有しない形状となっている。そして、このアンカー部１１の外周面は、貫通穴７の内周面と対向している。

次に、図１及び図２を参照して、貫通穴７及びアンカー部１１の形状について詳細に説明すると共に、図３を参照して、アンカー部１１に発生するＹ方向ひずみ及び応力集中について説明する。図３は、その横軸が傾斜角度θ（角度θ）となっており、左の縦軸が板厚方向におけるアンカー部１１のひずみ（Ｙ方向ひずみ）となっており、右の縦軸が応力集中係数αとなっている。

貫通穴７において、貫通方向に対する穴側テーパ面８の傾斜角度θは、２°以上４５°以下となっている。換言すれば、アンカー部１１において、貫通方向に対するアンカー側テーパ面１２の傾斜角度θは、２°以上４５°以下となっている。図３に示すように、傾斜角度θは、４５°よりも大きい場合、アンカー部１１は、板厚方向（Ｙ方向）におけるひずみが、つまり、Ｙ方向における収縮が、０．４５％程度と小さく、また、角度変化による収縮変化も小さいものとなっている。このため、穴側テーパ面８及びアンカー側テーパ面１２は、傾斜角度θを４５°以下とすることで、貫通方向におけるアンカー部１１の収縮を大きなものとしている。また、アンカー側テーパ面１２の傾斜角度θは、２°よりも小さくしてしまうと、アンカー部１１が貫通穴７から抜けてしまう可能性がある。このため、穴側テーパ面８及びアンカー側テーパ面１２は、傾斜角度θを２°以上とすることで、貫通方向におけるアンカー部１１の貫通穴７からの離脱を規制している。

また、貫通方向におけるアンカー側テーパ部１１ｂの高さをＨとし、アンカー側テーパ部１１ｂの基材５側（図１の下側）の最外径をＤとすると、Ｈ÷Ｄ≦０．４５となっている。ここで、アンカー側テーパ部１１ｂの高さＨは、その一端が、アンカー側ストレート部１１ａの外周面の面内方向と、アンカー側テーパ部１１ｂのアンカー側テーパ面１２の面内方向とが交差する点となっており、その他端が、アンカー側テーパ部１１ｂの外側の下端面となっている。また、アンカー側テーパ部１１ｂの最外径Ｄは、Ｄ≦４ｍｍとなっている。これは、射出成形時において、アンカー部１１に発生するボイドまたはクラック等を抑制するためである。

また、図３に示すように、アンカー側ストレート部１１ａとアンカー側テーパ部１１ｂとが連なる部位を屈曲する角部にする場合、すなわち、所定の曲率半径Ｒがゼロとなる場合（Ｒ／ｄ＝０の場合）、応力集中係数αは、傾斜角度θが大きくなるにつれて、過渡的に大きくなってしまう。このため、本実施形態では、アンカー側ストレート部１１ａとアンカー側テーパ部１１ｂとが連なる部位において、応力集中を緩和すべく、所定の曲率半径となる曲面としている。

次に、図２を参照して、基材５に形成する貫通穴７について説明する。上記したように、貫通穴７は、板厚方向（貫通方向）から見た平面視において円形状とした。しかしながら、貫通穴７は、つまり、穴側ストレート部７ａ及び穴側テーパ部７ｂは、この形状に限定されず、例えば、楕円形、長円形等を含む長穴形状に形成してもよい。また、貫通穴７を形成する位置は、被接合部材６の被接合面１０ａと対向する基材５の部位となっており、本実施形態では、リブ１０上となっている。具体的に、貫通穴７は、複数のリブ１０が交差する面積の広いリブ交点１０ａに設けてもよい。また、リブ１０よりも広い幅となる長穴形状の貫通穴７を、被接合部材６のリブ１０上に形成してもよい。

次に、図４を参照して、接合構造体１を射出成形する射出成形方法について説明する。図４は、本実施形態の接合構造体の射出成形に関する工程を示す図である。この射出成形方法では、固定型２１及び可動型２２からなる成形型を備える射出成形装置を用いて、接合構造体１を射出成形している。

接合構造体１を射出成形する場合、先ず、基材５に対して、上記した貫通穴７を形成する（ステップＳ１１：貫通穴形成工程）。つまり、貫通穴形成工程Ｓ１１では、穴側ストレート部７ａ及び穴側テーパ部７ｂを含む貫通穴７を形成する。続いて、貫通穴７が形成された基材５を、成形型の内部に配置する（ステップＳ１２：基材配置工程）。基材配置工程Ｓ１２では、成形されるリブ１０上に、貫通穴７が位置するように、基材５を配置する。

この後、成形型の内部に射出成形材を充填する（ステップＳ１３：充填工程）。充填工程Ｓ１３では、加熱された射出成形材が基材５に接触することで、基材５の表面が再溶融し、基材５と射出成形材とが接合する。充填工程Ｓ１３後、冷却した射出成形材が硬化することで、リブ１０を含む被接合部材６が成形され、基材５に被接合部材６が接合した接合構造体１が成形される。この後、成形型から接合構造体１を離型する（ステップＳ１４：離型工程）。

以上のように、本実施形態によれば、射出成形材が冷やされると、アンカー側テーパ面１２が穴側テーパ面８に当接した状態で、アンカー部１１が貫通方向に収縮する。これにより、基材５と被接合部材６との締結力を発揮させることができるため、基材５と被接合部材６とを好適に接合させることができる。よって、基材５と被接合部材６とが強固に接合した接合構造体１を成形することができる。

また、本実施形態によれば、傾斜角度θを４５°以下とすることで、貫通方向におけるアンカー部１１の収縮を適切に発生させることができる。

また、本実施形態によれば、傾斜角度θを２°以上とすることで、貫通穴７からのアンカー部１１の抜けを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、アンカー側テーパ部１１ｂを、Ｈ÷Ｄ≦０．４５とすることで、アンカー側テーパ部１１ｂの大きさを適切な大きさとすることができる。

また、本実施形態によれば、穴側ストレート部７ａと穴側テーパ部７ｂとが連なる部位を曲面とすることで、応力集中を緩和することができる。

また、本実施形態によれば、被接合部材６のリブ１０上にアンカー部１１を好適に形成することができ、リブ１０とアンカー部１１との接触面積を適切に確保することができる。

なお、本実施形態において、貫通穴７は、穴側ストレート部７ａを含む構成となっていたが、穴側ストレート部７ａを省いた構成であってもよく、穴側テーパ部７ｂのみの構成であってもよい。

１ 接合構造体
５ 基材
６ 被接合部材
７ 貫通穴
７ａ 穴側ストレート部
７ｂ 穴側テーパ部
８ 穴側テーパ面
１０ リブ
１０ａ リブ交点
１１ アンカー部
１１ａ アンカー側ストレート部
１１ｂ アンカー側テーパ部
１２ アンカー側テーパ面
２１ 固定型
２２ 可動型

Claims (7)

1. 貫通穴が形成される基材と、
   熱可塑性樹脂を含む射出成形材を用いて射出成形されることで、前記基材に接合される被接合部材と、を備え、
   前記被接合部材は、前記基材の前記貫通穴と係合するアンカー部を有し、
   前記貫通穴は、前記被接合部材側から前記基材側へ向かう貫通方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面を含む穴側テーパ部を有し、
   前記アンカー部は、前記穴側テーパ面と相補的な形状となるアンカー側テーパ面を含むアンカー側テーパ部を有することを特徴とする接合構造体。
2. 前記貫通方向に対する前記穴側テーパ面の傾斜角度をθとすると、
   前記傾斜角度θは、４５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
3. 前記貫通方向に対する前記穴側テーパ面の傾斜角度をθとすると、
   前記傾斜角度θは、２°以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造体。
4. 前記貫通方向における前記アンカー側テーパ部の高さをＨとし、前記アンカー側テーパ部の外側の最外径をＤとすると、
   Ｈ÷Ｄ≦０．４５となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の接合構造体。
5. 前記貫通穴は、前記被接合部材側に設けられる穴側ストレート部と、前記穴側ストレート部に連なる前記穴側テーパ部とを有し、
   前記穴側ストレート部と前記穴側テーパ部とが連なる部位は、所定の曲率半径となる曲面となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の接合構造体。
6. 前記被接合部材は、前記基材に接合される被接合面を有する部材であり、
   前記貫通穴は、前記被接合面と対向する部位に形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の接合構造体。
7. 基材に貫通穴を形成する貫通穴形成工程と、
   前記貫通穴が形成された前記基材を、成形型の内部に配置する基材配置工程と、
   前記成形型の内部に、射出成形材を充填する充填工程と、
   前記基材と、前記射出成形材が硬化することで前記基材に接合された被接合部材とからなる接合構造体を、前記成形型から離型する離型工程と、を備え、
   前記貫通穴形成工程では、前記被接合部材側から前記基材側へ向かう貫通方向に向かって拡がるように傾斜する穴側テーパ面を有する穴側テーパ部を含むように、前記貫通穴を形成することを特徴とする接合構造体の射出成形方法。

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