JP2019202672A

JP2019202672A - 樹脂‐金属複合部材の製造方法

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Publication number: JP2019202672A
Application number: JP2018099638A
Authority: JP
Inventors: 直哉松岡; Naoya Matsuoka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-05-24
Also published as: JP7066106B2

Abstract

【課題】射出プレス法において、熱可塑性樹脂の漏れがなく確実に溶接領域を確保できる樹脂‐金属複合部材の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の樹脂‐金属複合部材の製造方法は、周縁部の少なくとも一部にメタルフランジを備える。そして、少なくとも可動型と固定型とを有する金型内に金属シートをセットするセット工程と、上記可動型を上記金属シートに当接させる第１の型閉じ工程と、上記固定型と上記金属シートとの間に熱可塑性樹脂を射出する射出工程と、上記金型を閉じ切る第２の型閉じ工程と、を備えており、上記金属シートが、その周縁部の少なくとも一部に上記固定型に向けて屈曲した屈曲部を有し、上記第２の型閉じ工程が、上記屈曲部をさらに折り曲げて塑性変形させる処理を含むため、熱可塑性樹脂の漏れがなくメタルフランジを形成できる。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂‐金属複合部材の製造方法に係り、更に詳細には、他の金属部材などと溶接可能なメタルフランジを有する樹脂‐金属複合部材の製造方法に関する。

自動車部品においては、樹脂材と金属材との複合体を用いて車両重量の軽量化が図られている。特許文献１の特開２０１０−１４９５１１号公報には、射出成形法や圧縮成形などによって、流動助剤が添加された熱可塑性樹脂をアルミニウム基材に付与し、熱可塑性樹脂とアルミニウム基材とを接合するハイブリット設計の軽量部材の製造方法が記載されている。

特開２０１０−１４９５１１号公報

しかしながら、射出成形法で成形する場合は、射出圧によって熱可塑性樹脂をキャビティに充填するため、熱可塑性樹脂が強化繊維を含む場合や薄肉部を形成する場合は、高い射出圧が要求され、キャビティ全体に熱可塑性樹脂を行渡らせることが困難である。

射出成形法や圧縮成形法に代えて、射出プレス成形法を用いれば、溶融した流動性が高い熱可塑性樹脂をキャビティ全体に行わたらせ、熱可塑性樹脂と金属シートとを強固に接合させることができる。

しかし、射出プレス成形法では、金型内に熱可塑性樹脂を射出した後に金型を閉じてプレスするため、プレスしろの分だけ金型が開いた状態で熱可塑性樹脂を射出する必要があり、金型内に配置した金属シートを固定することができない。

したがって、金型内で金属シートが射出された熱可塑性樹脂に押されて移動し易く、金属シートの所望の位置に熱可塑性樹脂を付与することが困難であり、溶接領域に熱可塑性樹脂が漏れてしまう。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、射出プレス法において、熱可塑性樹脂の漏れがなく確実に溶接領域を確保できる樹脂‐金属複合部材の製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、予め屈曲させた金属シートによって射出された熱可塑性樹脂をせき止めることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の樹脂‐金属複合部材の製造方法は、周縁部の少なくとも一部にメタルフランジを備える樹脂‐金属複合部材の製造方法である。
そして、少なくとも可動型と固定型とを有する金型内に金属シートをセットするセット工程と、
上記可動型を上記金属シートに当接させる第１の型閉じ工程と、
上記固定型と上記金属シートとの間に熱可塑性樹脂を射出する射出工程と、
上記金型を閉じ切る第２の型閉じ工程と、を備え、
上記金属シートが、その周縁部の少なくとも一部に上記固定型に向けて屈曲した屈曲部を有し、
上記第２の型閉じ工程が、上記屈曲部をさらに折り曲げ塑性変形させる処理を含むことを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、金属シートを予め屈曲させて射出された熱可塑性樹脂をせき止めることしたため、熱可塑性樹脂の漏れがなく溶接領域を確保できる樹脂‐金属複合部材の製造方法を提供することができる。

本発明の製造工程を示す図である。金属プレートの一例を示す断面図である。金属プレートの他の一例を示す断面図である。脚部の傾斜を説明する部分拡大図である。脚部が中折れした状態を説明する部分拡大図である。曲げ溝を有する固定型を説明する部分拡大図である。排出溝を有する固定型を説明する部分拡大図である。樹脂‐金属複合部材を溶接した状態を示す断面図である。

本発明の樹脂‐金属複合部材の製造方法について詳細に説明する。
上記製造方法は、周縁部の少なくとも一部にメタルフランジを備え、該メタルフランジが樹脂で覆われずに金属が露出して、他の金属部材などと溶接による接合が可能な、樹脂‐金属複合部材を製造する方法である。

上記製造方法は、少なくとも可動型と固定型とを有する金型を用いて、射出プレス法により上記複合部材を製造する。
具体的には、図１に示すように、金型内に金属シートをセットするセット工程ａと、上記可動型を上記金属シートに当接させる第１の型閉じ工程ｂと、上記固定型と上記金属シートとの間に熱可塑性樹脂を射出する射出工程ｃと、上記金型を閉じ切り、上記金属シートの上記屈曲部をさらに折り曲げて塑性変形させる第２の型閉じ工程ｄと、を備える。

＜金属シート＞
まず、本発明の樹脂‐金属複合部材の製造方法で用いる金属シートについて説明する。
上記金属シート１は、周縁部の少なくとも一部に屈曲部１２を有し、該屈曲部によって脚部１３が形成されている。そして、上記脚部１３によって熱可塑性樹脂２をせき止め、メタルフランジ１１への熱可塑性樹脂２の付着を防止する。
なお、上記熱可塑性樹脂２は、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維を含んでいてもよい。

図２、図３に金属シートの模式的な断面図を示す。
図２に示す金属シート１は、メタルフランジ１１の内側の屈曲部１２から固定型に向けて斜め内側方向に脚部１３が形成されている。金属シート１が、図２に示すように、予めメタルフランジ１１が形成された形状である場合は、後述する第２の型閉じ工程において必ずしも屈曲部１２を折り返す必要はない。上記脚部１３またはメタルフランジ１は溶接などにより形成できる。

また、図３に示す金属シート１は、メタルフランジ１１の端部に固定型に向けて屈曲した屈曲部１２を有し、該屈曲部１２から固定型に向けて斜め内側方向に脚部１３が形成されている。
図３に示す金属シート１を用いる場合は、後述する第２の型閉じ工程で屈曲部１２から１８０°折り返し、上記脚部１３を本体部１４に密着させてメタルフランジ１１を形成する。

図２、図３中、αで示す屈曲部１２の内角は、金属シート１の形状にもよるが９０°未満であることが好ましい。
図４に示すように、脚部１３が矢印で示すプレス方向に対して傾斜していれば、屈曲部１２の内角が９０°以上であっても屈曲部１２から折り曲げることができるが、屈曲部１２の内角が９０°未満であることで屈曲部１２から１８０°折り返して脚部１３と本体部１４とを密着させることができる。

上記金属シート１の厚さは、射出プレス成形のプレス圧、例えば１０ＭＰａ〜３０ＭＰａで塑性変形させて折り返すことができれば特に制限はなく、金属シート１の硬さなどにもよるが、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

０．３ｍｍ未満では、射出圧に耐えられず、図５に示すように屈曲部１２から曲がらずに脚部１３の途中から折れ曲がることがあり、３ｍｍを越えると、金属シート１の折り曲げに高いプレス圧が要求され、金属シートと当接する箇所の金型が摩耗し易くなる。

上記メタルフランジ１１の長さ、すなわち、金属シート１の端部から熱可塑性樹脂が付与されている箇所までの長さは、１０ｍｍ以上であることが好ましい。

メタルフランジ１１の長さが１０ｍｍ未満では、溶接しろが少なく溶接が困難であるだけでなく、溶接の熱によって熱可塑性樹脂が熱分解し金属シートから剥がれやすくなり、熱可塑性樹脂と金属シートとの接合強度が低下する。また、外力が加わったときに、熱可塑性樹脂が付与されている箇所とメタルフランジとの境界に応力が集中して熱可塑性樹脂が剥離しやすくなる。

また、上記脚部の長さは、３０ｍｍ以下であることが好ましい。脚部１３の長さが長すぎると、図５に示すように、屈曲部１２から曲がらずに射出圧によって脚部１３の途中から折れ曲がり、屈曲部１２の内側に熱可塑性樹脂２が溜まって脚部１３を折り返せなくなることがある。

上記金属シート１は少なくとも上記固定型に当接する端部が面取りされていることが好ましい。金属シートの１端部が面取りされ、丸みを帯びていることで、金型に対する攻撃性が低下し、金型の摩耗を防止できるだけでなく、折り曲げが容易になる。

上記金属シート１は、少なくとも固定型側の表面に凹凸を有することが好ましい。固定型側の表面に表面凹凸を有することで、熱可塑性樹脂２との接合面積が大きくなって強固に接合することができる。

上記金属シートとしては、アルミニウムやアルミニウム合金の他、スチールの金属シートを使用できる。

＜第１の型閉じ工程＞
上記第１の型閉じ工程は、金型を途中まで閉じて、上記可動型３を上記金属シート１に当接させる処理を含む。可動型３を金属シート１に当接させることで、該金属シート１が可動型３と固定型４とで挟み金型内に固定できる。

したがって、後述する射出工程において、金属シート１が射出された熱可塑性樹脂２に押されて金型内を移動することが防止され、金属シート１の脚部１３と相俟って熱可塑性樹脂２の漏れを防止できる。

上記第１の型閉じ工程が、上記金属シート１を弾性変形させる処理を含むことが好ましい。可動型３で金属シート１を固定型４に押さえつけ、金属シート１を完全に折り返さない状態で弾性変形させることで、金属シート１と金型との当接力が大きくなり、高い射出圧であっても熱可塑性樹脂２の漏れを防止できる。

上記第１の型閉じ工程後、後述する射出工程前に、上記金型を介して上記金属シート１を加熱する加熱工程を備えることが好ましい。
上記金属シート１が温められることで、金属シート１と接触する熱可塑性樹脂２の温度低下が低減されて金属シート１との密着性が高まり、また、金属シート１が表面凹凸を有する場合は、上記凹凸の内部に熱可塑性樹脂２が入り込んで接合強度が高くなる。

例えば、ナイロン６を２５０℃〜３００℃で射出する場合は、金型の平均温度を８０℃〜１５０℃にすることで熱可塑性樹脂を接合できる。

＜射出工程＞
上記射出工程は、熱可塑性樹脂２を上記固定型４と上記金属シート１との間に射出する処理を含む。このとき、金属シート１が可動型３と固定型４とで固定されていないと、射出圧によって金属シート１が可動型３に押し付けられて、金属シート１と固定型４との間に隙間が生じ、該隙間から熱可塑性樹脂が２漏れてメタルフランジ１１を覆ってしまう。

本発明においては、金型に固定された金属シート１が屈曲して脚部１３を形成しており、該脚部１３によって射出された熱可塑性樹脂２をせき止めるため、熱可塑性樹脂２の漏れを防止できる。

射出工程において、上記金型の温度は、可動型３の周縁部がその中心部よりも高く、固定型４の周縁部がその中心部よりも低いことが好ましい。

固定型４の中心部が高いことで、射出した熱可塑性樹脂２が冷え難く流動性を保つため、キャビティの隅々まで熱可塑性樹脂２を充填し易くなる。
また、固定型４の周縁部の温度が低いことで、屈曲部付近で熱可塑性樹脂２の流動性が低下し、屈曲部１２の内側に熱可塑性樹脂２が入り込み難くなり、金属シート１を折り返し易くなる。

さらに、金属シート１の屈曲部１２に当接する可動型３の周縁部の温度が中心部よりも高いことで、屈曲部１２の内側に熱可塑性樹脂２が入り込んだとしても、熱可塑性樹脂２の流動性が高いため、後述する第２の型閉じ工程において、屈曲部１２の内側から熱可塑性樹脂２を排出して金属シート１を折り返し易くなる。

上記射出工程は、後述する第２の型閉じ工程と並行して行うことができる。
具体的には、上記第２の型閉じ工程において、型が閉じるにつれて上記射出工程での射出圧を上昇させる。

射出工程と第２の型閉じ工程と並行して行うことで、型が閉じるにつれて増加する金属シート１と金型との密着力に応じて射出圧を上昇させることができ、熱可塑性樹脂２の射出圧に抗して金属シート１の位置ずれを防止でき、熱可塑性樹脂２の漏れを防止できる。

＜第２の型閉じ工程＞
上記第２の型閉じ工程は、上記金属シート１の上記屈曲部１２をさらに折り曲げて塑性変形させる処理を含む。
上記金型を完全に閉じ切り、金属シート１と共に熱可塑性樹脂２をプレスすることで、熱可塑性樹脂２がキャビティ全体に充填され、熱可塑性樹脂２と金属シート１とを直接接合させると共に、金属シート１の屈曲部１２を折り曲げて溶接領域となるメタルフランジを形成する。

上記固定型４は、脚部１３の先端と当接する箇所に曲げ溝４１を備えることができる。
図６に示すように、固定型４に曲げ溝４１が形成されていることで、固定型４に当接する脚部１３の先端が、内側に誘導されて、金属シート１の屈曲部１２を折り曲げ易くなる。

また、上記固定型４は、上記第２の型閉じ工程で屈曲部１２を折り返して形成されるメタルフランジ１１の内側に排出溝４２を備えることができる。
図７に示すように、メタルフランジ１１の内側に排出溝４２を有することで、熱可塑性樹脂２が屈曲部１２の内側に入り込んだとしても、入り込んだ熱可塑性樹脂２の逃げ道ができ、屈曲部１２の内側から熱可塑性樹脂２が排出され易くなる。

また、図７に示すように、上記排出溝４２が内側に向けて斜めに掘った溝であると、熱可塑性樹脂２が脚部１３に向けて流れるときは、熱可塑性樹脂２が上記排出溝４２に入り難く、屈曲部１２の内側から排出されて流れの方向が転回したときに、熱可塑性樹脂２が上記排出溝４２に入り易くなる。

固定型４が上記排出溝４２を有する場合の上記射出工程で射出する熱可塑性樹脂２の体積は、
下記（式）で表される。

ＣＶ ≧ ＰＶ＞（ＣＶ−ＲＶ）・・・（式）

但し、上記式中、ＰＶは射出工程で射出する熱可塑性樹脂の体積を表わし、ＣＶは上記第２の型閉じ工程後に形成されるキャビティの体積を表わし、ＲＶは上記排出溝の体積を表わす。

上記排出溝４２を有しない場合は、第２の型閉じ工程後に形成されるキャビティの体積分だけ熱可塑性樹脂２を射出すればショートショットとなることはない。
ある。

上記排出溝４２を有する場合は、第２の型閉じ工程後に形成されるキャビティの体積（ＣＶ）が、排出溝４２を有しない場合に比して、排出溝（ＲＶ）の分だけ大きくなるため、排出溝４２を有しない場合のキャビティの体積（ＣＶ−ＲＶ）分よりも多くの熱可塑性樹脂２を射出する必要がある。

また、図７に示すように、上記排出溝（ＲＶ）のすべてに熱可塑性樹脂２を充填する必要はないため、第２の型閉じ工程後に形成されるキャビティの体積（ＣＶ）と同じ体積の熱可塑性樹脂２を必ずしも射出する必要はない。

本発明の樹脂‐金属複合部材の製造方法によれば、メタルフランジ１１が形成され、溶接による他の金属部材との接合が可能である。
したがって、図８に示すような、熱可塑性樹脂を金属プレートで挟んだサンドイッチ構造にすることができ、ボディサイドパネル、リアフェンダー、ダッシュパネルなどの骨格部材の他、ドアパネルやバックドアパネルなどの製造に好ましく適用できる。

１金属シート
１１メタルフランジ
１２屈曲部
１３脚部
１４本体部
２熱可塑性樹脂
３可動型
４固定型
４１曲げ溝
４２排出溝
５溶接部

Claims

周縁部の少なくとも一部にメタルフランジを備える樹脂‐金属複合部材の製造方法であって、
少なくとも可動型と固定型とを有する金型内に金属シートをセットするセット工程と、
上記可動型を上記金属シートに当接させる第１の型閉じ工程と、
上記固定型と上記金属シートとの間に熱可塑性樹脂を射出する射出工程と、
上記金型を閉じ切る第２の型閉じ工程と、を備え、
上記金属シートが、その周縁部の少なくとも一部に上記固定型に向けて屈曲した屈曲部を有し、
上記第２の型閉じ工程が、上記屈曲部をさらに折り曲げ塑性変形させる処理を含むことを特徴とすることを特徴とする複合部材の製造方法。
上記第２の型閉じ工程が、上記屈曲部を折り返す処理を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の複合部材の製造方法。
上記屈曲部の内角が９０°未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合部材の製造方法。
上記第１の型閉じ工程が、上記金属シートを弾性変形させる処理を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記射出工程と、上記第２の型閉じ工程と、を並行して行い、
上記射出工程が、金型が閉じるにつれて射出圧を上昇させる処理を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記金属シートが、少なくとも上記固定型に当接する端部が面取りされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記固定型が、上記金属シートの端部と当接する箇所に曲げ溝を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記第１の型閉じ工程後上記射出工程前に、
さらに、上記金型を介して上記金属シートを加熱する加熱工程を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記射出工程における上記金型の温度が、上記可動型の周縁部がその中心部よりも高く、上記固定型の周縁部がその中心部よりも低いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。
上記固定型が、上記第２の型閉じ工程で形成されるメタルフランジの内側に排出溝を備え、
上記射出工程で射出する上記熱可塑性樹脂の量が、下記（式）を満たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。

ＣＶ ≧ ＰＶ＞（ＣＶ−ＲＶ）・・・（式）

但し、上記式中、ＰＶは射出工程で射出する熱可塑性樹脂の体積を表わし、ＣＶは上記第２の型閉じ工程後に形成されるキャビティの体積を表わし、ＲＶは上記逃げ溝の体積を表わす。
上記金属シートが、少なくとも固定型側の表面に凹凸を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の複合部材の製造方法。