JP2022134077A - 複合部材 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂に接合される金属構造体を軽量化するとともに、樹脂の温度上昇を抑制する。【解決手段】複合部材１は、車両、飛行機、船舶などの駆動部を備える移動体の部品であり、高温になる部位に使用される。複合部材１は、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体１０Ａと、金属構造体１０Ａの表面を覆う樹脂部２０Ａを備える。金属構造体１０Ａは、樹脂に接合される第１部分４０と、第１部分４０の裏側に形成される凹部４１に配置される第２部分４２を備えており、第２部分はラティス構造体である。金属構造体１０Ａは３Ｄプリンタにより製造されるため、製品輪郭面を構成する第１部分４０と格子状の第２部分４２とを一体に形成することができ、従来の製造方法では製造が困難であった複雑な構造の金属構造体１０Ａを製造できる。【選択図】図２

Description

本発明は、金属構造体に樹脂を接合した複合部材に関する。

車両、飛行機、船舶等の部品として、金属に樹脂を接合した複合部材が用いられている。例えば、部品の軽量化のため金属製から樹脂製への変更を行うにあたって、樹脂では強度を確保できない場合に、金属に樹脂を接合した複合部材が用いられている。この種の複合部品は、例えば、金属製のインサート部材（金属構造体）を金型内に配置して射出成形を行うインサート成形により製造される。

特許文献１には、この種の複合部材として、金属の表面に樹脂コーティング層を接合した金属樹脂接合体が記載される。特許文献１の金属樹脂接合体は、金属と樹脂との密着度を高めるために、ブラスト処理、研磨処理、エッチング処理等によって金属の表面に微細な凹凸を形成して粗面化している。

また、特許文献２には、多孔質の金属部材と樹脂とをインサート部材によって一体化させて複合部材を製造することが記載される。多孔質金属の表面の孔に樹脂が入り込むことによってアンカー効果が発揮され、金属と樹脂との密着度が高まる。

国際公開第２０１９／１１６８７９号 特開２００１－３４７５４０号公報

金属と樹脂とを接合した複合部材は、樹脂の軟化点、融点、あるいはそれ以上の熱源が近くにある環境で使用される場合に、耐熱性が低い樹脂が高温になり、悪影響が発生することが懸念される。例えば、数百度の熱が断続的に加わるような使用状況では、樹脂への悪影響が懸念される。

上記の点に鑑みて、本発明の課題は、軽量で、且つ、樹脂の温度上昇を抑制できる複合部材を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた凹部を備える第１部分と、前記凹部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記凹部の内面に接続される第２部分と、を有し、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。
あるいは、本発明は、駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、前記第１部分は、前記金属構造体の
外殻部であり、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。
また、本発明は、駆動部を備える移動体の排気ダクト、ギアボックス、およびハンドルレバーのいずれかとして使用される複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、前記第１部分は、前記金属構造体の外殻部であり、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化して軽量化することができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、第１部分の裏側に細かく区画された空気層を設けることができるので、断熱性を高めることができる。従って、樹脂側への熱伝達を抑制でき、樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、複雑な構造によって放熱性を高めることができるので、樹脂の温度上昇を抑制できる。従って、熱による樹脂への悪影響を抑制できる。さらに、第２部分は金属の構造体であるため、強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

また、本発明によれば、前記第１部分に設けられた凹部または中空部に前記第２部分が配置される。従って、第１部分を薄肉化して軽量化できるので、金属構造体の軽量化を図ることができる。

本発明において、前記第１部分は、前記中空部に連通する開口部を備え、前記樹脂部は、前記開口部に連通する孔を備える構成を採用することができる。このようにすると、複合部材の表面の孔から中空部に流体を流すことができる。従って、内側から金属構造体を冷却して樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、樹脂部を成形するインサート成形工程において、樹脂材料から発生するガスを中空部に逃がすことができる。従って、第１部分に接合される樹脂の成形不良を抑制できる。

この場合に、前記開口部が、３Ｄプリンタによって前記金属構造体を製造する製造工程において前記中空部に残留する金属材料を排出するための排出孔である場合には、３Ｄプリンタによる製造工程でできる排出孔を利用して樹脂材料から発生するガスを中空部に逃がすことができる。従って、第１部分に接合される樹脂の成形不良を抑制できる。

本発明において、前記開口部を複数備え、前記複数の開口部は、前記中空部に流体を流入させる流入孔と、前記中空部から前記流体を流出させる流出孔と、を備え、前記第２部分は、前記中空部を流れる流体に接触して冷却効率を高める放熱部であることが好ましい。このようにすると、表面積の大きい第２部分が流体に接触して放熱性を高めることができるので、冷却効率を高めることができる。従って、樹脂の温度上昇を抑制できる。

本発明において、前記開口部に配置される多孔体またはメッシュ構造体を備えることが好ましい。このようにすると、中空部に異物が入り込むことを防止あるいは抑制できる。

本発明において、前記接合面には、前記樹脂部を形成する樹脂が入り込む微細孔または微細凸部が設けられていることが好ましい。このようにすると、樹脂の接合強度を高めることができる。また、３Ｄプリンタによって微細孔または微細凸部を形成する場合には、微細孔または微細凸部の形状および配置を精密にコントロールすることができる。これにより、樹脂との接合強度を部位に応じて最適化することができる。

次に、本発明は、駆動部を備える移動体の排気ダクトまたは配管部材として使用される
複合部材であって、筒部と、前記筒部の内側に設けられた中空部と、を備える筒状の金属構造体と、前記筒部の外周面を覆うとともに前記外周面に接合される樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記筒部の外周面を構成する金属層であって、前記樹脂部が接合される接合面を備える第１部分と、前記中空部を囲むとともに前記筒部の内周面を構成する金属層である第３部分と、前記第１部分と前記第３部分との間に配置される第２部分と、を備え、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。

上記の複合部材の製造方法は、金属構造体を３Ｄプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹脂部を成形するインサート成形工程と、を行うものとすることができる。

本発明によれば、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化して軽量化することができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、複雑な構造の第２部分を第１部分の裏側に一体に形成することができる。これにより、第１部分の裏側に細かく区画された空気層を設けることができるので、断熱性を高めることができる。従って、樹脂側への熱伝達を抑制でき、樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、複雑な構造によって放熱性を高めることができるので、樹脂の温度上昇を抑制できる。従って、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材の耐熱性を高めることができる。さらに、第２部分は金属の構造体であるため、強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

本発明の複合部材において、前記移動体は、車両、飛行機、および船舶のいずれかである。本発明の複合部材は、このような用途に使用することが想定される。

前記複合部材は、高温になる部位に使用される。例えば、前記複合部材は、数百度で所定時間強度を保つ。

例えば、本発明の複合部材は、モーターなどの熱源回りの部品として使用される。

本発明によれば、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化して軽量化することができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、第１部分の裏側に細かく区画された空気層を設けることができるので、断熱性を高めることができる。従って、樹脂側への熱伝達を抑制でき、樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、複雑な構造によって放熱性を高めることができるので、樹脂の温度上昇を抑制できる。従って、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材の耐熱性を高めることができる。さらに、第２部分は金属の構造体であるため、強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

本発明を適用した実施形態１の金属構造体の斜視図である。 図１の金属構造体を備える複合部材の断面図である。 図２の複合部材の製造方法の説明図である。 実施形態２の金属構造体の斜視図および複合部材の断面図である。 図４の金属構造体を備える複合部材の製造方法の説明図である。 実施形態３の金属構造体の斜視図および複合部材の断面図である。

以下に説明する複合部材の実施形態は、いずれも、車両、飛行機、船舶など移動体の部
品である。この種の移動体は駆動部を備えており、複合部材は、高温になる部位に使用される。例えば、複合部材は、オーバーヒート時に数百度になることが想定される部位に使用される。そのため、複合部材は、数百度で所定時間強度を保つように設計される。より具体的には、モーターなどの熱源回りの部品（例えば、ギアボックス）、排気ダクト、ハンドルレバー、ディスクブレーキキャリパーなどが想定される。なお、本発明を適用した複合部材は、車両、飛行機、船舶などの部品に限定されるものではなく、他の用途での使用も可能である。

本発明を適用した複合部材は、３Ｄプリンタにより製造される金属構造体と、インサート成形により金属構造体に接合され金属構造体と一体化される樹脂部を備える。金属構造体は、例えば、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。なお、他の金属によって金属構造体を形成してもよい。以下、図面を参照して、金属構造体および複合部材の実施形態を説明する。

＜実施形態１＞
図１（ａ）は、本発明を適用した実施形態１の金属構造体１０Ａの斜視図であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、金属構造体１０Ａの部分断面図である。図２は、図１の金属構造体１０Ａを備える複合部材１の断面図である。図２に示すように、複合部材１は、金属構造体１０Ａと、金属構造体１０Ａの表面を覆う樹脂部２０Ａを備える。樹脂部２０Ａは、複合部材１の製品輪郭面に配置される。

本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向である。図１、図２では、図の上下に合わせて、Ｚ方向を便宜的に上下方向とする。なお、実際の複合部材１の使用態様では、Ｚ方向と上下方向（鉛直方向）とが一致していなくてもよい。

金属構造体１０Ａは、樹脂部２０Ａに接合される第１部分４０と、第１部分４０の裏側（樹脂部２０Ａとは反対側）に形成される凹部４１と、凹部４１に配置される第２部分４２を備える。第１部分４０は、樹脂部２０Ａに接合される接合面１３を備える。また、第１部分４０は、Ｙ方向の側面である第３面４３と、第２面１２とは反対側を向く第４面４４を備えており、凹部４１は、第３面４３および第４面４４に開口する。第３面４３および第４面４４は、樹脂に接合されない面である。

接合面１３は、第１面１１および第２面１２を備える。第１面１１は、金属構造体１０ＡのＸ方向の側面である。第２面１２は、金属構造体１０Ａの上面（天面）であり、Ｚ方向を向いている。第１面１１には多数の第１微細孔１４が規則的に配列され、第２面１２には多数の第２微細孔１５が規則的に配列される。従って、接合面１３は多孔質の面である。

実施形態１では、第１微細孔１４と第２微細孔１５は同一形状の孔である。図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、第１微細孔１４と第２微細孔１５の断面形状は、開口部の径Ｄ１よりも内径の最大値Ｄ２の方が大きいアンダーカット形状である。第１面１１における第１微細孔１４の配置間隔Ｐ１は、第２面１２における第２微細孔１５の配置間隔Ｐ２よりも大きい。従って、金属構造体１０Ａは、第２面１２の方が第１面１１よりも単位面積当たりの孔数が多い。

第１微細孔１４および第２微細孔１５には、インサート成形の際に樹脂が入り込み、アンカー部１６（図２参照）が形成される。微細孔が密に配置される面、言い換えれば、単位面積当たりの孔数が大きい面の方が、アンカー部１６の数が多いため、樹脂との接合強度が高い。従って、第１面１１よりも第２面１２の方が樹脂との接合強度が高い。

第２部分４２はラティス構造体である。図１、図２に示すように、第２部分４２は、第１部分４０の裏面（すなわち、凹部４１の内面）に接続される格子状の金属部分４２ａと、金属部分４２ａによって区画される隙間４２ｂを備える。従って、第２部分４２は、内部に空気層を備える。

（金属構造体の製造方法）
金属構造体１０Ａは、３Ｄプリンタを用いて製造される。３Ｄプリンタの造形方式は、パウダーベット方式、もしくは、バインダージェット方式である。パウダーベット方式では、金属粉末を成形台に１層分敷き詰めてレーザーや電子ビームを照射して必要な部分を溶かして固化させる工程を多層分繰り返して行う。これにより、固化した金属を積層して立体形状の金属構造体を造形する。バインダージェット方式では、金属粉末の層にバインダー（液体結合剤）を噴射して結合させながら積層して立体形状の金属構造体を造形し、造形後にバインダーを除去する。なお、パウダーベット方式もしくはバインダージェット方式以外の造形方式の３Ｄプリンタを用いて金属構造体１０Ａを製造することもできる。

３Ｄプリンタによる金属構造体１０Ａの製造工程では、金属構造体１０Ａの３次元形状データを使用するが、その際、凹部４１に配置する第２部分４２（ラティス構造体）の３次元形状を設定して３次元形状データを作成する。また、第１面１１における第１微細孔１４の３次元形状および配置と、第２面１２における第２微細孔１５の３次元形状および配置を設定して３次元形状データを作成する。第１微細孔１４と第２微細孔１５の３次元形状および配置は、３Ｄプリンタによって精密にコントロールされる。第１微細孔１４の孔径および第２微細孔１５の孔径は、１μｍ以上５００μｍ以下の範囲で設定することができる。また、第２部分４２（ラティス構造体）の３次元形状も、３Ｄプリンタによって精密にコントロールされる。

（複合部材の製造方法）
図３は、図２の複合部材１の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型３０Ａに金属構造体１０Ａを位置決めした状態を模式的に示す図である。金型３０Ａは、第１型３１および第２型３２と、スライド型３４を備える。第１型３１は、上方に湾曲した形状の第２部分４２（ラティス構造体）に沿う形状で上方に突出した型面３３を備える。キャビティＣに樹脂材料を充填するためのゲートＧは、第１型３１に設けられている。

インサート成形工程では、図３に示すように、金属構造体１０ＡをキャビティＣに配置し、第４面４４をゲートＧに対向する第１型３１の型面に当接させる。また、スライド型３４を第３面４３に当接させる。しかる後に、ゲートＧから樹脂材料をキャビティＣに充填し、硬化させて樹脂部２０Ａを成形する。このとき、第１微細孔１４および第２微細孔１５に樹脂材料が入り込み、アンカー部１６が形成される。これにより、第１面１１および第２面１２（すなわち、接合面１３）が樹脂部２０Ａに接合される。また、スライド型３４が第３面４３に当接しているので、凹部４１には樹脂材料が流入しない。従って、第２部分４２が樹脂で覆われることはない。

図３に示す例では、第１型３１と第２型３２は、Ｚ方向に対向する。金属構造体１０Ａの第１面１１はＹＺ平面に平行である。第２面１２はＸＹ平面に沿う湾曲面であって、ゲートＧと対向する。ここで、ゲートＧからキャビティＣに樹脂材料が充填されるときの樹脂の流れ方向をＭＤ（Machine Direction）方向、樹脂の流れに直角な方向をＴＤ（Transverse Direction）方向とするとき、ＭＤ方向はＺ方向であり、Ｘ方向およびＹ方向はＴＤ方向である。従って、図３に示す例では、第１面１１はＭＤ方向に沿う面であり、第２面１２は、ＭＤ方向に直交する面である。

射出成形において、ＭＤ方向の成形収縮率は、ＴＤ方向の成形収縮率よりも小さい。従って、図３に示す金型３０Ａによってインサート成形を行う場合には、第２面１２に接合される樹脂は、第１面１１に接合される樹脂よりも成形収縮率が大きい。金属構造体１０Ａは、第２面１２の方が、第１面１１よりも単位面積当たりの孔数が多く、アンカー部１６が密に形成される。つまり、金属構造体１０Ａは、樹脂の成形収縮率の違いに起因する樹脂の密着度の違いをアンカー部１６の量によって補うことができる。

（実施形態１の主な作用効果）
実施形態１では、金属構造体１０Ａが３Ｄプリンタにより製造されるため、樹脂部２０Ａに接合される第１部分４０と、格子状のラティス構造体である第２部分４２とを一体に形成することができる。３Ｄプリンタを用いることで、従来の製造方法では製造が困難であった複雑な構造の金属構造体１０Ａを製造できる。

第２部分４２は、格子状の金属部分４２ａによって細かく区画された隙間４２ｂを備えており、空気層を備えているので、断熱性が高い。従って、樹脂部２０Ａへの熱伝達を抑制できる。また、第２部分４２に沿って流体を流した場合には、流体と金属部分４２ａとの接触面積が大きいため、放熱性が高い。従って、樹脂部２０Ａの温度上昇を抑制できる。よって、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材１の耐熱性を高めることができる。

金属構造体１０Ａは、樹脂が接合される部分（第１部分４０）が製品輪郭形状であり、その裏面は複雑な構造体（ラティス構造体）を備えている。すなわち、第１部分４０の裏側に凹部４１が設けられており、凹部４１に第２部分４２が配置される。従って、第１部分４０を薄肉化して軽量化することができ、金属構造体１０Ａの軽量化を図ることができる。また、第２部分４２は金属製のラティス構造体であるため、強度を確保できる。従って、複合部材１の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

金属構造体１０Ａは、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。従って、樹脂部２０Ａへの熱伝導を減らすことができ、樹脂部２０Ａの温度上昇を抑制できる。よって、複合部材１の耐熱性を高めることができる。

金属構造体１０Ａにおける樹脂部２０Ａとの接合面１３には、樹脂が入り込む第１微細孔１４および第２微細孔１５が形成されているので、インサート成形によりアンカー部１６が形成され、金属構造体１０Ａと樹脂部２０Ａとの接合強度を高めることができる。３Ｄプリンタにより製造することで、第１微細孔１４および第２微細孔１５の孔形状および配置を精密にコントロールすることができる。従って、樹脂部２０Ａとの接合強度を部位に応じて最適化することができる。

（変形例）
（１）第２部分４２は、ラティス構造体とは異なる構造であってもよい。例えば、ハニカム構造体、リブ構造体、あるいは、多孔質体であってもよい。これらの構造は、いずれも、規則的に配置される金属部分と、金属部分によって区画される隙間を備えている。従って、細かく区画された空気層を有しており、断熱性が高い。よって、樹脂部２０Ａへの熱伝達を抑制できるため、樹脂部２０Ａの温度上昇を抑制できる。

（２）接合面１３に形成する微細孔の形状および配置は、上記と異なっていてもよい。例えば、第１微細孔１４と第２微細孔１５の形状が異なり、単位面積当たりの孔数が異なっていてもよい。また、第１面１１と第２面１２における微細孔の形状および配置が同一であってもよい。あるいは、第１面１１と第２面１２の一部あるいは全部に微細孔が形成さ
れていなくてもよい。また、微細孔の代わりに、同程度の大きさの微細凸部を接合面に形成することもできる。この場合には、微細凸部が樹脂に食い込むアンカー部として機能するので、樹脂との接合強度を高めることができる。

＜実施形態２＞
図４（ａ）は、本発明を適用した実施形態２の金属構造体１０Ｂの斜視図であり、図４（ｂ）は、金属構造体１０Ｂを備える複合部材２の断面図（図４（ａ）のＡ－Ａ位置で切断した断面図）である。複合部材２は、金属構造体１０Ｂと、金属構造体１０Ｂの表面を覆う樹脂部２０Ｂを備える。金属構造体１０Ｂは、実施形態１と同様に３Ｄプリンタを用いて製造される。

金属構造体１０Ｂは、樹脂部２０Ａに接合される第１部分４７と、第１部分４７の内側（樹脂部２０Ｂとは反対側）に形成される中空部４８と、中空部４８に配置される第２部分４９を備える。第１部分４７は、金属構造体１０Ｂの外殻部である。第１部分４７は、樹脂部２０Ｂに接合される接合面１３を備える。

接合面１３は、第１面１１および第２面１２と、第３面４６を備える。第１面１１は、金属構造体１０ＢのＸ方向の両端に設けられた半円状の湾曲面である。第２面１２は、ＸＹ面に沿う平坦面であり、第３面４６は、ＸＺ面に沿う平坦面である。図４（ａ）では図示を省略しているが、実施形態１と同様に、接合面１３には多数の微細孔が形成されている。従って、接合面１３は多孔質の面である。

第１部分４７は、中空部４８に連通する排出孔４５（開口部）を備える。排出孔４５は、第１面１１の中央に開口する。排出孔４５は、３Ｄプリンタによって金属構造体１０Ｂを製造する金属構造体製造工程において、中空部４８から成形材料である金属粉末を排出するための孔である。

第２部分４９はラティス構造体である。第２部分４９は、第１部分４７の裏面（すなわち、中空部４８の内面）に接続される格子状の金属部分４９ａと、金属部分４９ａによって区画される隙間４９ｂを備える。従って、第２部分４９は、内部に空気層を備える。

図５は、図４（ｂ）の複合部材２の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型３０Ｂに金属構造体１０Ｂを位置決めした状態を模式的に示す図である。金型３０Ｂは、第１型３１および第２型３２と、スライドピン３５を備える。第１型３１および第２型３２には、それぞれ、キャビティＣに樹脂材料を充填するためのゲートＧが設けられている。スライドピン３５はＸ方向の両側から金属構造体１０Ｂに当接して排出孔４５を塞ぐ。

２箇所のゲートＧは、それぞれ、金属構造体１０Ｂの第２面１２とＺ方向に対向する。ゲートＧは、第２面１２のＸ方向の中央に位置する。排出孔４５は、金属構造体１０ＢのＸ方向の両端に位置しており、ゲートＧから最も離れている。従って、樹脂材料の流れの末端位置に排出孔４５が位置する。スライドピン３５の先端と、排出孔４５の縁とが当接する当接部には、樹脂材料から発生するガスは通過可能で、且つ、樹脂材料は通過できない程度の隙間が存在する。従って、金属構造体１０Ｂを金型３０Ｂ内に配置して樹脂材料を充填するインサート成形工程において、樹脂材料から発生するガスを中空部４８に逃がすことができる。

図５に示すように、金属構造体１０Ｂを金型３０Ｂ内に配置してインサート成形を行うことより、金属構造体１０Ｂと、金属構造体１０Ｂの接合面１３に接合される樹脂部２０Ｂを備える複合部材２が製造される。接合面１３に形成された微細孔には、インサート成形の際に樹脂が入り込んでアンカー部が形成される。完成した複合部材２の樹脂部２０Ｂ
は、金属構造体１０Ｂの排出孔４５に連通する孔２１を備える。孔２１は、スライドピン３５の反転形状である。孔２１の内側には、スライドピン３５に当接した排出孔４５の縁が露出している。

（実施形態２の主な作用効果）
実施形態２では、実施形態１と同様に金属構造体１０Ｂが３Ｄプリンタにより製造されるため、樹脂部２０Ｂに接合される第１部分４７と、格子状のラティス構造体である第２部分４９とを一体に形成することができる。３Ｄプリンタを用いることで、従来の製造方法では製造が困難であった複雑な形状の金属構造体１０Ｂを製造できる。

第２部分４９は、格子状の金属部分４９ａによって細かく区画された隙間４９ｂを備えている。また、第１部分４７は、Ｘ方向の両端に２箇所の排出孔４５を備えており、中空部４８に連通する開口部を備えている。そして、樹脂部２０Ｂは、排出孔４５に連通する孔２１を備えている。従って、中空部４８の内部に流体を流すことができるので、内側から金属構造体１０Ｂを冷却することができる。このとき、第２部分４９は中空部４８を流れる流体との接触面積が大きいので、放熱部として機能する。従って、冷却効率を高めることができ、樹脂の温度上昇を抑制できる。よって、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材２の耐熱性を高めることができる。

例えば、複合部材２を輸送機などの移動体の部品として用いる場合には、金属構造体１０Ｂの排出孔４５および樹脂部２０Ｂの孔２１を移動方向の前方側に向けるようにすると、輸送機の移動時に中空部４８を通過する流体の流れを発生させることができるので、複合部材２を冷却することができる。実施形態２の金属構造体１０Ｂは、複数の排出孔４５（開口部）を備えており、Ｘ方向の両端に排出孔４５が１つずつ開口する。従って、一方の排出孔４５を流入孔とし、他方の排出孔４５を流出孔として、中空部４８に流体を流すことができる。

金属構造体１０Ｂは、樹脂が接合される部分（第１部分４７）が製品輪郭形状であり、裏面は複雑な構造体（ラティス構造体）を備えている。すなわち、第１部分４７の裏側（内側）に中空部４８が設けられており、中空部４８に第２部分４９が配置される。従って、金属構造体１０Ｂの軽量化を図ることができる。また、第２部分４９は金属製のラティス構造体であるため、強度を確保できる。従って、複合部材２の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

実施形態１と同様に、金属構造体１０Ｂは、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。従って、樹脂部２０Ｂへの熱伝導を減らすことができ、樹脂部２０Ｂの温度上昇を抑制できる。よって、複合部材２の耐熱性を高めることができる。また、接合面１３には、樹脂が入り込む微細孔（図示省略）が形成されているので、インサート成形によりアンカー部が形成される。従って、金属構造体１０Ｂと樹脂部２０Ｂとの接合強度が高い。なお、微細孔の形状や配置は、実施形態１と同様に、部位に応じて、適宜設定可能である。また、接合面１３の一部あるいは全部に微細孔を形成しなくてもよいし、微細孔の代わりに微細凸部を形成してもよい。

また、実施形態２の金属構造体１０Ｂは、３Ｄプリンタによる製造工程で金属材料の排出に用いられる排出孔４５を利用し、中空部４８に樹脂ガスを逃がすことができるので、気泡等の成形不良を抑制できる。また、排出孔４５は、ゲートＧから最も遠い樹脂材料の流れの末端位置に配置されるので、排出孔４５から中空部４８に樹脂材料が入り込み難い。よって、中空部４８が樹脂材料によって塞がれることを避けることができる。

（変形例）
（１）実施形態２の金属構造体１０Ｂにおいて、排出孔４５から中空部４８に異物が入ることを防止あるいは抑制するため、排出孔４５にメッシュ構造体あるいは細かい孔を備える多孔体を配置することもできる。メッシュ構造体あるいは多孔体の開口幅は、例えば、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内にすることができる。

（２）第２部分４９は、ラティス構造体とは異なる構造であってもよい。例えば、ハニカム構造体、リブ構造体、あるいは、多孔質体であってもよい。これらの構造は、いずれも、規則的に配置される金属部分と、金属部分によって区画される隙間を備えている。従って、細かく区画された空気層を有しており、断熱性が高い。よって、樹脂部２０Ｂへの熱伝達を抑制でき、樹脂部２０Ｂの温度上昇を抑制できる。また、中空部４８に流体を流す場合には、これらの構造体を放熱部として機能させることができる。従って、冷却効率を高めることができる。

＜実施形態３＞
図６（ａ）は、本発明を適用した実施形態３の金属構造体１０Ｃの斜視図である。図６（ａ）では、金属構造体１０Ｃの一部を切断してその断面構成を示している。図６（ｂ）は、金属構造体１０Ｃを備える複合部材３の断面図である。複合部材３は、金属構造体１０Ｃと、金属構造体１０Ｃの表面を覆う樹脂部２０Ｃを備える。金属構造体１０Ｃは、実施形態１、２と同様に３Ｄプリンタを用いて製造される。

金属構造体１０Ｃは、断面形状が矩形の筒部５１と、筒部５１の内側に設けられた中空部５２を備える。筒部５１は、樹脂部２０Ａに接合される第１部分５３と、第１部分５３の内側に配置される多孔質状の第２部分５４と、第２部分５４の内側に配置される第３部分５５を備える。第２部分５４（多孔質体）は金属構造体１０Ｃの外面に露出していない。第２部分５４は、規則的に配置される多数の孔５４ｂと、孔５４ｂを区画する規則的な構造体である金属部分５４ａを備える。

第１部分５３は、筒部５１の外周面であり、樹脂部２０Ｃに接合される接合面１３を備える。図６（ａ）では図示を省略しているが、接合面１３には多数の微細孔が形成されている。従って、接合面１３は多孔質の面である。第３部分５５は、中空部５２の内周面である。筒部５１の端面５６および中空部５２の内周面は、樹脂に接合されない面である。

インサート成形工程では、金属構造体１０Ｃを金型内に配置し、筒部５１の端面５６にスライド型を当接させて金型内に樹脂を充填する。これにより、樹脂部２０Ｃが成形され、金属構造体１０Ｃの接合面１３に樹脂部２０Ｃが接合される。接合面１３に形成された微細孔には、インサート成形の際に樹脂が入り込んでアンカー部が形成される。

（実施形態３の主な作用効果）
実施形態３では、実施形態１、２と同様に金属構造体１０Ｃが３Ｄプリンタにより製造されるため、金属層の間に多孔質体である第２部分５４が挟まれた構造の金属構造体１０Ｃを製造できる。このような構造は、従来の製造方法では製造が困難であるが、３Ｄプリンタを用いれば製造が可能である。

第２部分５４は多孔質であり、空気層を備えているので、断熱性が高い。従って、樹脂部２０Ｃへの熱伝達を抑制できる。例えば、複合部材３を配管部材として用いた場合に、内部を流れる流体の熱が樹脂部２０Ｃに伝わりにくい。従って、樹脂部２０Ｃの温度上昇を抑制できる。よって、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材３の耐熱性を高めることができる。

複合部材３は、樹脂が接合される面が製品輪郭面であり、内部に複雑な構造体（多孔質体）を備えている。従って、筒部５１を軽量化することができ、金属構造体１０Ｃの軽量化を図ることができる。また、第２部分５４は金属の構造体（金属部分５４ａ）を備えているため、強度を確保できる。従って、複合部材３の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。

実施形態１、２と同様に、金属構造体１０Ｃは、チタン、インコネル（登録商標）、ステンレス鋼、銅、あるいはこれらの金属の合金などの熱伝導性が低い金属からなる。従って、樹脂部２０Ｃへの熱伝導を減らすことができ、樹脂部２０Ｃの温度上昇を抑制できる。よって、複合部材３の耐熱性を高めることができる。また、接合面１３には、樹脂が入り込む微細孔（図示省略）が形成されているので、インサート成形によりアンカー部が形成される。従って、金属構造体１０Ｃと樹脂部２０Ｃとの接合強度が高い。なお、微細孔の形状や配置は、実施形態１、２と同様に、部位に応じて、適宜設定可能である。また、接合面１３の一部あるいは全部に微細孔を形成しなくてもよいし、微細孔の代わりに微細凸部を形成することもできる。

（変形例）
（１）第２部分５４は、多孔質体とは異なる構造であってもよい。例えば、ラティス構造体、ハニカム構造体、あるいはリブ構造体、であってもよい。これらの構造は、いずれも、規則的に配置される金属部分と、金属部分によって区画される隙間を備えている。従って、細かく区画された空気層を有しており、断熱性が高い。よって、強度を確保しつつ、樹脂部２０Ｃへの熱伝達を抑制できるため、樹脂部２０Ａの温度上昇を抑制できる。

（その他の変形例）
実施形態１－３において、樹脂部にウエルド部が形成される場合に、ウエルド部と金属構造体との接合強度を高めることが好ましい。例えば、実施形態２のように複数のゲートＧから樹脂材料を充填する場合、樹脂材料の合流部にウエルド部が形成される。ウエルド部に接合される面には、他の面よりも微細孔あるいは微細凸部の数を多く設定するか、あるいは、微細孔あるいは微細凸部の形状を、結合強度が高い形状にする。これにより、ウエルド部の補強効果を高めることができる。

１…複合部材、２…複合部材、１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ…金属構造体、１１…第１面、１２…第２面、１３…接合面、１４…第１微細孔、１５…第２微細孔、１６…アンカー部、１７…第３面、１８…第１微細孔、２０Ａ…樹脂部、３０Ａ、３０Ｂ…金型、３１…第１型、３２…第２型、３３…型面、３４…スライド型、３５…スライドピン、４０…第１部分、４１…凹部、４２…第２部分、４２ａ…金属部分、４２ｂ…隙間、４３…第３面、４４…第４面、４５…排出孔、４６…第３面、４７…第１部分、４８…中空部、４９…第２部分、４９ａ…金属部分、４９ｂ…隙間、５１…筒部、５２…中空部、５３…第１部分、５４…第２部分、５４ａ…金属部分、５４ｂ…隙間、５５…第３部分、５６…端面、Ｃ…キャビティ、Ｇ…ゲート

上記の課題を解決するために、本発明は、駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた凹部を備える第１部分と、前記凹部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記凹部の内面に接続される第２部分と、を有し、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。
あるいは、本発明は、駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、前記第１部分は、前記金属構造体の外殻部であり、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであり、前記第１部分は、前記中空部に連通する開口部を備え、前記樹脂部は、前記開口部に連通する孔を備えることを特徴とする。
また、本発明は、駆動部を備える移動体の排気ダクト、ギアボックス、およびハンドルレバーのいずれかとして使用される複合部材であって、金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、前記第１部分は、前記金属構造体の外殻部であり、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造
体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであり、前記第１部分は、前記中空部に連通する開口部を備え、前記樹脂部は、前記開口部に連通する孔を備えることを特徴とする。

また、本発明によれば、複合部材の表面の孔から中空部に流体を流すことができる。従って、内側から金属構造体を冷却して樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、樹脂部を成形するインサート成形工程において、樹脂材料から発生するガスを中空部に逃がすことができる。従って、第１部分に接合される樹脂の成形不良を抑制できる。

本発明を適用した実施形態１の金属構造体の斜視図である。 図１の金属構造体を備える複合部材の断面図である。 図２の複合部材の製造方法の説明図である。 実施形態２の金属構造体の斜視図および複合部材の断面図である。 図４の金属構造体を備える複合部材の製造方法の説明図である。 参考形態の金属構造体の斜視図および複合部材の断面図である。

＜参考形態＞
図６（ａ）は、参考形態の金属構造体１０Ｃの斜視図である。図６（ａ）では、金属構造体１０Ｃの一部を切断してその断面構成を示している。図６（ｂ）は、金属構造体１０Ｃを備える複合部材３の断面図である。複合部材３は、金属構造体１０Ｃと、金属構造体１０Ｃの表面を覆う樹脂部２０Ｃを備える。金属構造体１０Ｃは、実施形態１、２と同様に３Ｄプリンタを用いて製造される。

（参考形態の主な作用効果）
以上のように、参考形態の金属構造体１０Ｃは、駆動部を備える移動体の排気ダクトまたは配管部材として使用される複合部材であって、筒部と、前記筒部の内側に設けられた中空部と、を備える筒状の金属構造体と、前記筒部の外周面を覆うとともに前記外周面に接合される樹脂部と、を有し、前記金属構造体は、前記筒部の外周面を構成する金属層であって、前記樹脂部が接合される接合面を備える第１部分と、前記中空部を囲むとともに前記筒部の内周面を構成する金属層である第３部分と、前記第１部分と前記第３部分との間に配置される第２部分と、を備え、前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする。参考形態では、実施形態１、２と同様に金属構造体１０Ｃが３Ｄプリンタにより製造されるため、金属層の間に多孔質体である第２部分５４が挟まれた構造の金属構造体１０Ｃを製造できる。このような構造は、従来の製造方法では製造が困難であるが、３Ｄプリンタを用いれば製造が可能である。すなわち、金属構造体１０Ｃを３Ｄプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹脂部を成形するインサート成形工程と、を行うものとすることができる。

参考形態の複合部材３は、樹脂部に金属構造体を接合するので、部材の一部を樹脂化して軽量化することができる。また、金属構造体を備えているので、強度を確保できる。さらに、複雑な構造の第２部分を第１部分の裏側に一体に形成することができる。これにより、第１部分の裏側に細かく区画された空気層を設けることができるので、断熱性を高めることができる。従って、樹脂側への熱伝達を抑制でき、樹脂の温度上昇を抑制できる。あるいは、複雑な構造によって放熱性を高めることができるので、樹脂の温度上昇を抑制できる。従って、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材の耐熱性を高めることができる。さらに、第２部分は金属の構造体であるため、強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。すなわち、第２部分５４は多孔質であり、空気層を備えているので、断熱性が高い。従って、樹脂部２０Ｃへの熱伝達を抑制できる。例えば、複合部材３を配管部材として用いた場合に、内部を流れる流体の熱が樹脂部２０Ｃに伝わりにくい。従って、樹脂部２０Ｃの温度上昇を抑制できる。よって、熱による樹脂への悪影響を抑制でき、複合部材３の耐熱性を高めることができる。

（その他の変形例）
実施形態１、２および参考形態において、樹脂部にウエルド部が形成される場合に、ウエルド部と金属構造体との接合強度を高めることが好ましい。例えば、実施形態２のように複数のゲートＧから樹脂材料を充填する場合、樹脂材料の合流部にウエルド部が形成される。ウエルド部に接合される面には、他の面よりも微細孔あるいは微細凸部の数を多く
設定するか、あるいは、微細孔あるいは微細凸部の形状を、結合強度が高い形状にする。これにより、ウエルド部の補強効果を高めることができる。

Claims (9)

1. 駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、
   金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、
   前記金属構造体は、
   前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた凹部を備える第１部分と、
   前記凹部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記凹部の内面に接続される第２部分と、を備え、
   前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする複合部材。
2. 駆動部を備える移動体の部品として使用され、駆動時に数百度になる複合部材であって、
   金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、
   前記金属構造体は、
   前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、
   前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、
   前記第１部分は、前記金属構造体の外殻部であり、
   前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする複合部材。
3. 駆動部を備える移動体の排気ダクト、ギアボックス、およびハンドルレバーのいずれかとして使用される複合部材であって、
   金属構造体と、前記金属構造体の表面を覆う樹脂部と、を有し、
   前記金属構造体は、
   前記樹脂部が接合される接合面および前記接合面の裏側に設けられた中空部を備える第１部分と、
   前記中空部に配置されるとともに前記樹脂部とは反対側から前記中空部の内面に接続される第２部分と、を備え、
   前記第１部分は、前記金属構造体の外殻部であり、
   前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする複合部材。
4. 前記第１部分は、前記中空部に連通する開口部を備え、
   前記樹脂部は、前記開口部に連通する孔を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の複合部材。
5. 前記開口部を複数備え、
   前記複数の開口部は、前記中空部に流体を流入させる流入孔と、前記中空部から前記流体を流出させる流出孔と、を備え、
   前記第２部分は、前記中空部を流れる流体に接触して冷却効率を高める放熱部であることを特徴とする請求項４に記載の複合部材。
6. 前記移動体の排気ダクト、ギアボックス、およびハンドルレバーのいずれかとして使用されることを特徴とする請求項１または２に記載の複合部材。
7. 駆動部を備える移動体の排気ダクトまたは配管部材として使用される複合部材であって、
   筒部と、前記筒部の内側に設けられた中空部と、を備える筒状の金属構造体と、
   前記筒部の外周面を覆うとともに前記外周面に接合される樹脂部と、を有し、
   前記金属構造体は、
   前記筒部の外周面を構成する金属層であって、前記樹脂部が接合される接合面を備える第１部分と、
   前記中空部を囲むとともに前記筒部の内周面を構成する金属層である第３部分と、
   前記第１部分と前記第３部分との間に配置される第２部分と、を備え、
   前記第２部分は、多孔質体、ラティス構造体、リブ構造体、およびハニカム構造体のいずれかであることを特徴とする複合部材。
8. 前記移動体は、車両、飛行機、および船舶のいずれかであることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の複合部材。
9. 前記接合面には、前記樹脂部を形成する樹脂が入り込む微細孔または微細凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の複合部材。

Images