JP2020011386A - 複合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮射出成形により金属材と樹脂との複合部材を高い生産性で製造する方法を提供する。【解決手段】複合部材３０の製造方法では、第１及び第２型１１，１２を近接させることにより、成形型１０の型内に型締め前段階の密閉空間を形成し、その過程で、金属材３１を、第１及び第２型１１，１２間で受ける押圧により、第１の部材概略形状に変形させて一次成形する。密閉空間における金属材３１の第１型１１側に溶融樹脂３２を射出する。溶融樹脂３２を、第１及び第２型１１，１２を型締めすることにより圧縮して、成形型１０の型内に形成するキャビティ１４内に流動させて行き渡らせる。その過程で、金属材３１を、溶融樹脂３２の流動により受ける押圧により、第２の部材概略形状に変形させて二次成形するとともに、溶融樹脂３２と複合させる。【選択図】図５

Description

本発明は、複合部材の製造方法に関する。

軽量化とともに、補強や電磁波シールドといった機能付加を図る目的から、金属材と樹脂とを複合した複合部材が広く用いられている。そして、かかる複合部材の製造方法として、金型内のキャビティに、所定形状に成形した金属材をセットし、そこに溶融樹脂を射出する射出成形が広く知られている（例えば特許文献１〜４）。

特開平４−２３８０１４号公報 特開平６−３３４３７７号公報 特開２０１１−１４０１５８号公報 特開２０１１−１４３６８３号公報

本発明の課題は、圧縮射出成形により金属材と樹脂との複合部材を高い生産性で製造する方法を提供することである。

本発明は、金属材と樹脂との複合部材の製造方法であって、
型閉めすると型内に前記複合部材の形状のキャビティを形成する第１及び第２型を有する成形型を型開き状態として、前記第１及び第２型間に、金属材をセットする金属材セットステップと、
前記金属材セットステップで前記第１及び第２型間に前記金属材をセットした状態から、前記第１及び第２型を近接させることにより、前記成形型の型内に型締め前段階の密閉空間を形成し、その過程で、前記金属材を、前記第１及び第２型間で受ける押圧により、第１の部材概略形状に変形させて一次成形する一次成形ステップと、
前記一次成形ステップで前記成形型の型内に形成した前記密閉空間における前記金属材の前記第１型側に、溶融樹脂を射出する樹脂射出ステップと、
前記樹脂射出ステップで前記成形型の型内の前記密閉空間に射出した前記溶融樹脂を、前記第１及び第２型を型締めすることにより圧縮して、前記成形型の型内に形成する前記キャビティ内に流動させて行き渡らせ、その過程で、前記金属材を、前記溶融樹脂の流動により受ける押圧により、第２の部材概略形状に変形させて二次成形するとともに、前記溶融樹脂と複合させる圧縮成形ステップと、
を含む。

本発明は、前記金属材の前記第１型側の表面に、前記樹脂との密着性を高める表面処理が施されていることが好ましい。

本発明によれば、金属材を予め製造する複合部材に合わせた形状に成形しておく必要がなく、圧縮射出成形のいわゆるワンショットにより、金属材と樹脂との複合部材が得られるので、高い生産性で複合材料を製造することができる。

実施形態に係る複合部材の製造方法で用いる成形型の型開き状態を示す断面図である。 実施形態に係る複合部材の製造方法で用いる成形型の型締め状態を示す断面図である。 金属材セットステップの説明図である。 一次成形ステップの第１の説明図である。 一次成形ステップの第２の説明図である。 樹脂射出ステップの説明図である。 圧縮成形ステップの説明図である。 部材回収ステップの説明図である。 実施形態に係る複合部材の製造方法の変形例の圧縮成形ステップの説明図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係る複合部材の製造方法では、いわゆる圧縮射出成形法により、金属材と樹脂との複合部材を製造する。そして、実施形態に係る複合部材の製造方法は、金属材セットステップ、一次成形ステップ、樹脂射出ステップ、圧縮成形ステップ、及び部材回収ステップを含む。

＜金属材セットステップ＞
図１Ａ及びＢは、実施形態に係る複合部材の製造方法で用いる成形型１０を示す。

この成形型１０は、相互に対向するように設けられるとともに、各々が板状に形成された固定型１１（第１型）及び可動型１２（第２型）を有する。固定型１１の可動型１２側の中央部には、断面台形状に形成された凹部１１１が設けられているとともに、更にその中央部に、厚さ方向に貫通するように形成された射出ゲート１１２が設けられている。可動型１２の固定型１１側には、固定型１１を内嵌めして収容するための凹状の固定型収容部１２１が設けられているとともに、更にその中央部に、固定型１１の凹部１１１に対応するように断面台形状に形成された凸部１２２が設けられている。固定型１１及び可動型１２間には、それらの相対的な移動を案内するばね式クランプ等のガイド部１３が設けられている。

成形型１０は、固定型１１が、射出ゲート１１２が射出ノズル２１に接続されるように射出成形機２０に取り付けられ、可動型１２が射出成形機２０の型移動部２２に取り付けられる。そして、成形型１０は、可動型１２が、型移動部２２により、固定型１１から最も離間した型開き状態となる型開き位置と、固定型収容部１２１に固定型１１を収容して固定型１１に最も近接した型締め状態となる型締め位置との間で移動可能に構成されている。また、成形型１０は、可動型１２が型締め位置に位置付けられ、固定型１１及び可動型１２を型閉めすると、型内に複合部材の形状のキャビティ１４を形成するように構成されている。

金属材セットステップでは、図２に示すように、型移動部２２により可動型１２を移動させて型開き位置に位置付け、成形型１０を型開き状態として、固定型１１及び可動型１２間に、金属材３１をセットする。

金属材３１は、膜状乃至板状であることが好ましい。金属材３１の厚さは、概ね１０μｍ以上１ｍｍ以下程度であるが、遮断したい電磁波ノイズの周波数などの複合部材に付与する機能や射出成形機２０の型締め圧等を考慮して適宜設定すればよい。金属材３１の材質としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉄、ニッケル、アルミニウム、金、銀、銅、及びこれらのうちの２種以上の合金等が挙げられるが、複合部材に付与する機能に基づいて適宜選択すればよい。

例えば、近年、従来自動車のエンジンの動力で駆動していたエンジン冷却用のウォーターポンプ、パワーステアリング用のオイルポンプ、エアーコンディショナー用のコンプレッサー等を電気モータで駆動する動向が認められ、加えて、ハイブリッド自動車や電気自動車では、インバータ冷却用のウォーターポンプ、バッテリー冷却用の電動ファン、駆動モータ冷却用のウォーターポンプ等を電気モータで駆動することが行われる。そして、これらの電気モータでは、電磁波ノイズによる電子制御機器の誤作動を阻止するため、電磁波シールド機能が高いことが望まれる。また、ＥＣＵなどの電子制御機器でも、同様に、電磁波シールド機能が高いことが望まれる。

このことから、製造する複合部材が、これらの電気モータのカバーや電子制御機器の筐体である場合には、金属材３１の材質は、電磁波シールド機能の高い鉄、アルミニウム、金、銀、銅、又はこれらのうちの２種以上の合金であることが好ましい。また、後述の一次及び二次成形による変形容易性の観点からは、金属材３１の厚さは薄いことが好ましく、薄い厚さで高い電磁波シールド機能を得る観点からは、金属材３１の材質は鉄又は鉄を含む合金であることがより好ましい。金属材３１の材質が鉄又は鉄を含む合金である場合、その厚さが例えば１００μｍ以下であっても、高い電磁波シールド機能を得ることができる。

金属材３１の少なくとも固定型１１側の表面、つまり、後述の溶融樹脂との複合面には、樹脂との密着性を高める表面処理が施されていることが好ましい。かかる表面処理としては、例えば、エッチング処理やレーザ加工処理などの表面粗面化処理、塗料の下地処理のようにリン酸亜鉛被膜で被覆するリン酸亜鉛処理などの表面被覆処理等が挙げられる。このような表面処理が金属材３１に施されていると、製造する複合部材において、金属材３１と樹脂との密着性が高められ、そのため金属材３１に外部から与えられた振動エネルギーを、樹脂において有効に減衰させることができ、それによって優れた制震性及び騒音抑制性を得ることができる。

＜一次成形ステップ＞
一次成形ステップでは、金属材セットステップで固定型１１及び可動型１２間に金属材３１をセットした状態から、型移動部２２により可動型１２を移動させて固定型１１及び可動型１２間を近接させることにより、成形型１０の型内に型締め前段階の密閉空間１５を形成する。

一次成形ステップでは、その過程で、まず、図３Ａに示すように、固定型１１を可動型１２の固定型収容部１２１に収容し、このとき、固定型１１及び可動型１２間のせん断により、一成形分の金属材３１を切り取る。また、可動型１２の凸部１２２の頂部が金属材３１に当接して固定型１１側に押圧する。そして、図３Ｂに示すように、密閉空間１５を縮小させるとともに、金属材３１を、固定型１１及び可動型１２間で受ける押圧により、固定型１１側に凸である第１の部材概略形状に変形させて一次成形する。

金属材３１の一次成形は、密閉空間１５の形成前に開始されても、また、密閉空間１５の形成後に開始されても、どちらでもよい。

＜樹脂射出ステップ＞
樹脂射出ステップでは、図４に示すように、一次成形ステップで成形型１０の型内に形成した密閉空間１５における金属材３１の固定型１１側に、射出成形機２０のノズル２１から射出ゲート１１２を介して溶融樹脂３２を射出する。

射出材料の樹脂３２としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。射出材料の樹脂３２は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、製造する複合部材に耐熱性が求められる場合には、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、及びポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のうちの１種又は２種以上を含むことがより好ましい。なお、射出材料の樹脂３２は、射出成形に用いられるフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。また、射出材料の樹脂３２は、コスト削減の観点から、リサイクル樹脂を含むことが好ましい。

溶融樹脂３２の射出は、可動型１２の移動を停止して金属材３１の一次成形を完了した後に開始しても、また、可動型１２を移動させて金属材３１を一次成形しながら同時進行的に行っても、どちらでもよい。

＜圧縮成形ステップ＞
圧縮成形ステップでは、図５に示すように、樹脂射出ステップで成形型１０の型内の密閉空間１５に射出した溶融樹脂３２を、型移動部２２により可動型１２を更に固定型１１側に移動させて固定型１１及び可動型１２を型締めすることにより圧縮して、成形型１０の型内に形成するキャビティ１４内に流動させて行き渡らせる。

圧縮成形ステップでは、その過程で、金属材３１を、溶融樹脂３２の流動により受ける押圧により、可動型１２の表面に沿うように、第２の部材概略形状に変形させて二次成形するとともに、溶融樹脂３２と複合させて複合部材３０を成形する。したがって、金属材３１の第２の部材概略形状は、第１の部材概略形状から、それよりも複合部材３０により近い形状に形成される。

溶融樹脂３２の圧縮は、溶融樹脂３２の射出を完了後に開始しても、また、溶融樹脂３２の射出をしながら同時進行的に行っても、どちらでもよい。

＜部材回収ステップ＞
部材回収ステップでは、成形型１０を冷却して溶融樹脂３２を固化させた後、図６に示すように、型移動部２２により可動型１２を移動させて型開き位置に位置付け、固定型１１及び可動型１２間を離間させて型開き状態として、成型物の複合部材３０を取り出して回収する。

得られる複合部材３０は、中央部に膨出部３３を有する薄肉部材である。複合部材３０は、膨出部３３の凸側が樹脂３２で形成されているとともに、凹側の表面が金属材３１で被覆されている。この複合部材３０では、金属材３１により補強されているので、樹脂単独で形成する場合に比べて、樹脂部分の厚さを薄肉に形成することができ、それによってコスト削減を図ることができる。

複合部材３０の回収後には、金属材３１を移動させ、再び金属材セットステップに戻り、繰り返し複合部材３０の製造を行う。

以上の構成の実施形態に係る複合部材３０の製造方法によれば、金属材３１を予め製造する複合部材３０に合わせた形状に成形しておく必要がなく、圧縮射出成形のいわゆるワンショットにより、金属材３１と樹脂３２との複合部材３０が得られるので、高い生産性で複合材料３０を製造することができる。

なお、上記実施形態では、固定型１１に凹部１１１及び可動型１２に凸部１２２がそれぞれ形成された成形型１０を用い、膨出部３３の凸側が樹脂３２で形成されているとともに、凹側の表面が金属材３１で被覆された複合部材３０を製造するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、図７に示すように、固定型１１に凸部１１３及び可動型１２に凹部１２３がそれぞれ形成された成形型１０を用い、膨出部３３の凹側が樹脂３２で形成されているとともに、凸側の表面が金属材３１で被覆された複合部材３０を製造するものであってもよい。

本発明は、複合部材の製造方法の技術分野について有用である。

１０ 成形型
１１ 固定型（第１型）
１１１ 凹部
１１２ 射出ゲート
１１３ 凸部
１２ 可動型（第２型）
１２１ 固定型収容部
１２２ 凸部
１２３ 凹部
１３ ガイド部
１４ キャビティ
１５ 密閉空間
２０ 射出成形機
２１ ノズル
２２ 型移動部
３０ 複合部材
３１ 金属材
３２ （溶融）樹脂
３３ 膨出部

Claims (2)

1. 金属材と樹脂との複合部材の製造方法であって、
   型閉めすると型内に前記複合部材の形状のキャビティを形成する第１及び第２型を有する成形型を型開き状態として、前記第１及び第２型間に、金属材をセットする金属材セットステップと、
   前記金属材セットステップで前記第１及び第２型間に前記金属材をセットした状態から、前記第１及び第２型を近接させることにより、前記成形型の型内に型締め前段階の密閉空間を形成し、その過程で、前記金属材を、前記第１及び第２型間で受ける押圧により、第１の部材概略形状に変形させて一次成形する一次成形ステップと、
   前記一次成形ステップで前記成形型の型内に形成した前記密閉空間における前記金属材の前記第１型側に、溶融樹脂を射出する樹脂射出ステップと、
   前記樹脂射出ステップで前記成形型の型内の前記密閉空間に射出した前記溶融樹脂を、前記第１及び第２型を型締めすることにより圧縮して、前記成形型の型内に形成する前記キャビティ内に流動させて行き渡らせ、その過程で、前記金属材を、前記溶融樹脂の流動により受ける押圧により、第２の部材概略形状に変形させて二次成形するとともに、前記溶融樹脂と複合させる圧縮成形ステップと、
   を含む複合部材の製造方法。
2. 請求項１に記載された複合部材の製造方法において、
   前記金属材の前記第１型側の表面に、前記樹脂との密着性を高める表面処理が施されている複合部材の製造方法。

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