JP2023156887A - 金属樹脂複合体を製造するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属樹脂複合体を製造するための装置および方法において、樹脂材の意図しない箇所への漏出を抑制する。【解決手段】装置５０は、金属板１０および樹脂材２０をプレス成形して金属樹脂複合体１を製造するためのものである。装置５０は、金属板１０および樹脂材２０を挟み込む上型１１０および下型１２０を備える。上型１１０および下型１２０によって樹脂材２０を配置するためのキャビティＣが設けられる。上型１１０および下型１２０が閉じられた際に上型１１０と金属板１０とが設計上干渉してキャビティＣを封止するように、上型１１０と下型１２０との距離ｄ２３は金属板１０の厚みｔよりも小さく設定されている。キャビティＣを封止しつつ上型１１０が撓むことによって距離ｄ２３を金属板１０の厚みｔまで拡大しながらプレス成形を実行する。【選択図】図５

Description

本発明は、金属樹脂複合体を製造するための装置および方法に関する。

金属部材および熱硬化性を有する樹脂材をプレス成形して金属樹脂複合体を製造するための装置が知られている（例えば特許文献１）。

特開２０２０－１０４４１１号公報

金属樹脂複合体をプレス成形する場合、樹脂材のみをプレス成形する場合と比べて上型と下型の隙間を閉じることが難しい。その結果、金型の上型と下型との隙間を通じて樹脂材が意図しない箇所に漏出するおそれがある。そのような樹脂材の漏出は、例えば、後の組立工程でのスポット溶接不良、金型のその他の隙間への樹脂材流入による金型固着、または、樹脂材の充填圧不足による未充填などの問題につながる。

本発明は、金属樹脂複合体を製造するための装置および方法において、樹脂材の意図しない箇所への漏出を抑制することを課題とする。

本発明の第１の態様は、
金属部材および樹脂材をプレス成形して金属樹脂複合体を製造するための装置であって、
前記金属部材および前記樹脂材を挟み込む上型および下型を備え、
前記上型および前記下型によって前記樹脂材を配置するためのキャビティが設けられ、
前記プレス成形の際に前記上型および前記金属部材が設計上干渉して前記キャビティを封止するように前記上型と前記下型との距離は前記金属部材の厚みよりも部分的に小さく設定され、
前記キャビティを封止しつつ前記上型が撓むことによって前記距離を前記金属部材の厚みまで拡大しながら前記プレス成形を実行する、装置を提供する。

この構成によれば、上型および下型が閉じられた際に上型と金属部材が設計上干渉するほど金属部材が上型と下型とに強く挟み込まれ、樹脂材をキャビティ内に堅固に封止する。そのため、キャビティからの樹脂材の漏出を抑制でき、樹脂材の意図しない箇所への漏出を抑制できる。樹脂材の漏出を抑制することで、キャビティにおける樹脂材の充填圧が高まり、樹脂材の安定した成形を実現できる。従って、安定した品質の金属樹脂複合体を製造できる。また、上記設計上の干渉は、プレス成形の際に上型の撓み（弾性変形）により上記距離が前記金属部材の厚みまで拡大されるため、実際の干渉（めりこみ）となるわけでない。

前記金属樹脂複合体は、長手方向に垂直な断面において、水平方向に延びる底壁部と、前記底壁部の両端から立ち上がる側壁部と、前記側壁部から水平方向外側に延びるフランジ部とを有してもよく、
前記上型は、前記断面において、前記底壁部を成形する第１成形上面と、前記側壁部を成形する第２成形上面と、前記フランジ部を成形する第３成形上面とを有してもよく、
前記下型は、前記断面において、前記底壁部を成形する第１成形下面と、前記側壁部を成形する第２成形下面と、前記フランジ部を成形する第３成形下面とを有してもよい。

この構成によれば、金属樹脂複合体の断面形状がハット形に成形される。ハット形の金属樹脂複合体は、汎用性が高く様々な用途に使用できる。

前記上型は、前記第１成形上面および前記第２成形上面を構成するパンチ部と、前記第３成形上面を構成する保持部とを有し、
前記パンチ部と前記保持部は、別体であり、前記上型の撓みを可能にするように少なくとも部分的に上下方向に間隔を空けて配置されてもよい。

この構成によれば、上型および下型が閉じられた際に上記間隔が狭まることによってパンチ部が保持部に近づくように上型が撓むことができる。その結果として、第２成形上面が第２成形下面から離れるように上型が撓むことができる。よって、上記設計上の干渉を解消しながらプレス成形を実行できる。これにより、上型、下型、および金属部材への過負荷を抑制できる。

前記下型には、前記断面において、溝が前記第２成形上面に隣接して設けられてもよい。

この構成によれば、上型および下型が閉じられた際に溝によって第２成形上面が第２成形下面から離れるように上型が容易に撓むことができるため、上記設計上の干渉を解消しながらプレス成形を実行できる。これにより、上型、下型、および金属部材への過負荷を抑制できる。

前記溝の内側面は、前記第２成形下面と平行に配置されてもよい。

この構成によれば、第２成形上面と溝との間の肉厚を均等にできるため、当該部分の強度を一定にできる。仮に、当該部分の肉厚に差があると、当該部分が割れたり撓まなかったりするおそれがある。また、第２成形上面に段差などの非平坦部がある場合でも、上記肉厚をある程度揃えることはできる。

前記装置は、前記溝に挿入されるスペーサをさらに備えてもよい。

この構成によれば、スペーサによって第２成形上面が過度に撓むことを抑制し、即ち上記距離が過度に広がることを抑制できる。従って、上型および下型と金属部材との間で生じる加圧力が過度に低減することを抑制でき、樹脂材をキャビティ内に堅固に封止できる。

前記スペーサの幅は、前記断面において、前記溝の幅と前記干渉の大きさとの差に等しくてもよい。

この構成によれば、スペーサによって上記距離が金属部材の厚みより大きく広がることを抑制できる。従って、上型および下型と金属部材との間で生じる加圧力が必要以上に低減することを抑制でき、樹脂材をキャビティ内に一層堅固に封止できる。

前記保持部は、前記溝内に配置され、前記溝の内面から水平方向に間隔を空けて配置される台座部を有してもよい。

この構成によれば、台座部によって上記距離が過度に広がることを抑制できる。従って、上型および下型と金属部材との間で生じる加圧力が過度に低減することを抑制でき、樹脂材をキャビティ内に堅固に封止できる。

水平方向の前記間隔は、前記断面において、前記干渉の大きさに等しくてもよい。

この構成によれば、台座部によって上記距離が金属部材の厚みより大きく広がることを抑制できる。従って、上型および下型と金属部材との間で生じる加圧力が過度に低減することを抑制でき、樹脂材をキャビティ内に一層堅固に封止できる。

前記干渉の大きさは、０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であってもよい。また、前記第２成形下面は、鉛直方向から５°以下で傾斜しており、前記干渉の大きさは、０．２ｍｍ以上かつ０．６ｍｍ以下であってもよい。また、前記第２成形下面は、鉛直方向から５°より大きく傾斜しており、前記干渉の大きさは、０．４ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であってもよい。

これらの構成によれば、高精度の製造を実現できる干渉の大きさを具体的に規定できる。特に、第２成形下面の傾斜角度に応じて干渉の大きさを好適に設定できる。詳細には、成形下死点前０～５ｍｍ程度で上記距離が金属部材の厚みと概略等しくなる。従って、上型、下型、および金属部材への過負荷を抑制できる。

前記第２成形上面には、段差が設けられてもよい。

この構成によれば、樹脂材がキャビティから漏出するためには、上型の段差を越えて流動する必要があるため、樹脂材の漏出を抑制できる。従って、樹脂材のキャビティにおける充填圧を高め、品質を高めることができる。

本発明の第２の態様は、
金属部材および樹脂材をプレス成形して金属樹脂複合体を製造するための方法であって、
前記樹脂材を配置するためのキャビティを形成する上型および下型であって、前記プレス成形の際に前記上型および前記金属部材が設計上干渉して前記キャビティを封止するように前記上型と前記下型との距離は前記金属部材の厚みよりも部分的に小さく設定されている前記上型および前記下型を準備し、
前記上型および前記下型によって前記金属部材および前記樹脂材を挟み込み、
前記キャビティを封止しつつ前記上型が撓むことによって前記距離を前記金属部材の厚みまで拡大しながら前記金属部材および前記樹脂材を前記プレス成形により一体化する
ことを含む、方法を提供する。

この方法によれば、上型および下型が閉じられた際に上型と金属部材とが干渉するほど金属部材が上型と下型とに強く挟み込まれ、樹脂材をキャビティ内に堅固に封止する。そのため、キャビティからの樹脂材の漏出を抑制でき、樹脂材の意図しない箇所への漏出を抑制できる。樹脂材の漏出を抑制することで、キャビティにおける樹脂材の充填圧が高まり、樹脂材の安定した成形を実現できる。従って、安定した品質の金属樹脂複合体を製造できる。また、上記設計上の干渉は、プレス成形の際に上型の撓み（弾性変形）により上記距離が拡大されるため、実際の干渉（めりこみ）となるわけでない。

前記方法は、前記金属部材および前記樹脂材を前記プレス成形により一体化する前に前記金属部材のみをハット形にプレス成形することをさらに含んでもよい。

この方法によれば、金属部材を単独でプレス成形するので成形精度を向上できる。また、ハット形の金属樹脂複合体は、汎用性が高く様々な用途に使用できる。

本発明によれば、金属樹脂複合体を製造するための装置および方法において、樹脂材の意図しない箇所への漏出を抑制できる。

金属樹脂複合体の断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第１工程を示す断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第２工程を示す断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第３工程を示す断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第４工程を示す断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第５工程を示す断面図。 第１実施形態における金属樹脂複合体なしで上型および下型を閉じた状態を示す断面図。 図７の破線円ＶＩＩＩの部分を拡大して示す断面図。 図７の第１変形例を示す断面図。 図９の破線円Ｘの部分を拡大して示す断面図。 図７の第２変形例を示す断面図。 図１１の破線円ＸＩＩの部分を拡大して示す断面図。 他の変形例における金属樹脂複合体を製造するための方法の第５工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第１工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第２工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第３工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第４工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体を製造するための方法の第５工程を示す断面図。 第２実施形態における金属樹脂複合体なしで上型および下型を閉じた状態を示す断面図。 図１９の破線円ＸＸの部分を拡大して示す断面図。 他の変形例における金属樹脂複合体を製造するための方法の第２工程を示す断面図。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態として、金属樹脂複合体を製造するための装置および方法について説明する。

（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態で製造される金属樹脂複合体１は、金属板（金属部材）１０と、樹脂材２０とを含んでいる。金属樹脂複合体１は、長手方向に垂直な断面においてハット形をしている。詳細には、ハット形状を有する金属板１０の内面（凹面）に樹脂材２０が固着されることによって金属樹脂複合体１が構成されている。ただし、金属樹脂複合体１の形状は、ハット形に限定されず、任意の形状であり得る。

金属樹脂複合体１は、水平方向に延びる底壁部２と、底壁部２の両端から立ち上がる側壁部３と、側壁部３から水平方向外側に延びるフランジ部４とを有している。底壁部２は金属板１０と樹脂材２０とからなり、側壁部３は金属板１０と樹脂材２０とからなり、フランジ部４は金属板１０のみからなる。底壁部２からフランジ部４に向かって側壁部３の途中で、樹脂材２０が端面２０ａにて終端している。

図２～６を参照して、本実施形態における金属樹脂複合体１を製造するための装置５０および方法について説明する。図面では、水平方向をＸ方向として示し、鉛直方向（上下方向または高さ方向）をＹ方向として示す。

本実施形態では、図２～６に示す第１～５工程を順に実行する中で２回のプレス成形を実行する。図２～４に示す第１～３工程で１回目のプレスを実行し、図４～６に示す第３～６工程で２回目のプレスを実行する。なお、本実施形態では、１回目と２回目のプレスを同一の金型１００で実行するが、１回目と２回目のプレスを別の金型で実行してもよい。また、金属樹脂複合体１を１つずつ生産してもよく、即ち１回目のプレスと２回目のプレスとを連続的に実行してもよい。代替的には、必要枚数の金属板１０の成形（１回目のプレス）を繰り返し実行した後に金属板１０と樹脂材２０との一体化成形（２回目のプレス）を繰り返し実行してもよい。なお、詳細を後述するように樹脂材２０を金属板１０上に設置する時間があるため、この時間を短縮する観点からは後者の方が好ましい。

本実施形態における金属樹脂複合体１を製造するための装置５０は、金型１００と、金型１００を駆動する駆動部１３０と、金型１００を加熱する加熱部１４０とを有している。なお、駆動部１３０および加熱部１４０は、プレス成形を実行可能な公知のものを使用でき、詳細を図示することなく概念図として図２にのみ示し、図３以降での図示を省略する。

金型１００は、金属板１０および樹脂材２０をプレス成形して金属樹脂複合体１を製造するものである。金型１００は、金属板１０および樹脂材２０を挟み込む上型１１０と下型１２０とを有している。本実施形態では、上型１１０がパンチとして構成され、下型１２０がダイとして構成されている。上型１１０は駆動部１３０によって鉛直方向に移動可能であり、即ち下型１２０に対して接近および離反可能に構成されている。ただし、駆動部１３０による金型１００の駆動態様については特に限定されず、駆動部１３０は上型１１０および下型１２０の少なくとも一方を鉛直方向に移動させるものであり得る。

上型１１０は、底壁部２（図１参照）を成形する第１成形上面１１１と、側壁部３（図１参照）を成形する第２成形上面１１２と、フランジ部４（図１参照）を成形する第３成形上面１１３とを有している。本実施形態では、第１成形上面１１１および第３成形上面１１３は水平面として構成されており、第２成形上面１１２は第１成形上面１１１および第３成形上面１１３を接続するとともに鉛直方向から傾斜して構成されている。

本実施形態では、第２成形上面１１２に段差１１２ａが設けられている。段差１１２ａは、第１成形上面１１１から第３成形上面１１３に向かって１段上がるように設けられている。なお、段差１１２ａの数は２段以上であってもよいし、段差１１２ａは必要に応じて省略され得る。

本実施形態では、上型１１０は、第１成形上面１１１および第２成形上面１１２を構成するパンチ部１１０ａと、第３成形上面１１３を構成する保持部１１０Ｂとを有している。パンチ部１１０ａと保持部１１０ｂは、別体であり、上下方向に間隔を空けて配置されている。パンチ部１１０ａと保持部１１０ｂは、水平方向の中央部において当接するとともにねじ１１０ｃによって固定されている。

パンチ部１１０ａは、図示の断面において、概略等脚台形状の外形を有している。パンチ部１１０ａの下面は、第１成形上面１１１を含んでいる。パンチ部１１０ａの側面は、第２成形上面１１２を含んでいる。パンチ部１１０ａの上面は、分離面１１４を含んでいる。分離面１１４はパンチ部１１０ａの上面の水平方向両端に設けられ、水平方向中央部ではパンチ部１１０ａの上面と保持部１１０ｂの下面は当接し、ねじ１１０ｃによって互いに固定されている。

分離面１１４には、第２成形下面１２２が第２成形上面１１２から離れるように撓むことを可能にする溝１１５が、第２成形上面１１２に隣接して（例えば数ｍｍ程度離れて）設けられている。溝１１５を利用した上型１１０の撓みの詳細については後述する。溝１１５は、鉛直方向に分離面１１４から第１成形上面１１１近傍までの深さを有している。なお、溝１１５は、必要に応じて省略され得る。

保持部１１０ｂは、図示の断面において、概略平板状の外形を有している。保持部１１０ｂの下面は、分離面１１６と、分離面１１６の水平方向外側に配置された第３成形上面１１３とを含んでいる。保持部１１０ｂの分離面１１６は、パンチ部１１０ａの分離面１１４と上下方向に間隔を空けて対向して配置されている。

下型１２０は、底壁部２（図１参照）を成形する第１成形下面１２１と、側壁部３（図１参照）を成形する第２成形下面１２２と、フランジ部４（図１参照）を成形する第３成形下面１２３とを有している。本実施形態では、第１成形下面１２１および第３成形下面１２３は水平面として構成されており、第２成形下面１２２は第１成形下面１２１および第３成形下面１２３を接続するとともに鉛直方向から傾斜して構成されている。第１成形下面１２１は第１成形上面１１１と対向して配置され、第２成形下面１２２は第２成形上面１１２と対向して配置され、第３成形下面１２３は第３成形上面１１３と対向して配置されている。

図２に示す第１工程では、加熱部１４０によって上型１１０および下型１２０を加熱し、温間プレス可能に準備する。また、成形前の平板状の金属板１０を下型１２０の上に載置する。ここで、金属板１０の成形（１回目のプレス）は、温間または冷間のいずれで実行されてもよい。ただし、前述のように１回目のプレスと２回目のプレスとを連続的に実行する場合には、生産効率の観点から、金属板１０の成形（１回目のプレス）も温間プレスで実行することが好ましい。

図３に示す第２工程では、上型１１０を下降させ、金属板１０を上型１１０と下型１２０によって挟み込んで概ねハット形にプレス成形する。上型１１０と下型１２０が閉じられた状態において、第１～２成形上面１１１～１１２と第１～２成形下面１２１～１２２（詳細には金属板１０）との間には、樹脂材２０を充填するためのキャビティＣが設けられている。

上型１１０と下型１２０が閉じられた状態において、第１成形上面１１１と第１成形下面１２１との間の距離ｄ１は金属板１０の厚みｔよりも大きい（ｄ１＞ｔ）。第３成形上面１１３と第３成形下面１２３との間の距離ｄ３は金属板１０の厚みｔと概略等しい（ｄ３＝ｔ）。段差１１２ａの下方における第２成形上面１１２と第２成形下面１２２との間の距離ｄ２１は、金属板１０の厚みｔよりも大きい（ｄ２１＞ｔ）。段差１１２ａの上方における第２成形上面１１２と第２成形下面１２２との間の距離ｄ２２は、金属板１０の厚みｔに対して概略等しい（ｄ２２＝ｔ）。距離ｄ２２が金属板１０の厚みｔに対して等しくなっていることで、後工程における樹脂材２０の充填圧を高めることができる。なお、詳細を後述するように、本工程では、距離ｄ２２は、第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が撓んでいることにより、撓み前の設計寸法よりも大きくなっている。換言すると、設計上、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に上型１１０と金属板１０とが設計上干渉してキャビティＣを封止するように、上型１１０と下型１２０との距離は金属板１０の厚みよりも部分的に小さく設定されている。本工程では、樹脂材２０（図４～６参照）は未だ充填されておらず、金属板１０のみを上型１１０と下型１２０とによって挟み込む。

図４に示す第３工程では、上型１１０を上昇させる。このとき、上型１１０の上記撓みは元に戻っており、金属板１０は最終形状（図１参照）に近い概略ハット形に成形されている。上型１１０の上昇後、金属板１０上に必要な寸法に裁断したシート状の樹脂材２０（プリグレグともいう。）を載置する。本実施形態では、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）法と称される成形法によって、当該樹脂材２０を高温高圧下で硬化させる（後述する第４工程参照）。本実施形態では、樹脂材２０として、樹脂にガラス繊維や炭素繊維を含侵させた繊維強化樹脂（FRP：Fiber Reinforced Plastic）を使用する。また、本実施形態では、樹脂材２０は、熱硬化性を有している。本工程では、樹脂材２０は未だ加熱されておらず、即ち硬化していない。なお、樹脂材２０は、シート状である必要はなく、任意の形状をとり得る。

図５に示す第４工程では、上型１１０を下降させ、金属板１０と樹脂材２０とを上型１１０と下型１２０とによって挟み込んで完全なハット形にプレス成形する。このとき、前述の上型１１０と金属板１０との設計上の干渉によって、樹脂材２０をキャビティＣ内に封止する。当該設計上の干渉は、後述するように上型１１０が撓むことによって実際の干渉（めりこみ）を伴うことなく金属板１０と樹脂材２０とを一体化するプレス成形が実行される。このようにして、ＳＭＣ法によって、必要な寸法に裁断した樹脂材２０を金型１００に投入し、高温高圧下で硬化させる。本実施形態では、キャビティＣは、上型１１０と下型１２０（詳細には金属板１０）とによって挟み込まれて形成される段差１１２ａより下方の空間をいう。樹脂材２０は、キャビティＣにて加熱され、キャビティＣから漏出することなく硬化する。このとき、樹脂材２０は、端面２０ａにて段差１１２ａに当接している。

図６に示す第５工程では、上型１１０を上昇させる。金属板１０は、最終形状（本実施形態ではハット形）に成形され、金属板１０の上面（ハット形の凹面）には樹脂材２０が固着され、金属樹脂複合体１が形成されている。なお、上型１１０の上記撓みは、その弾性によって元の形状に復元する。

図７は、本実施形態における金属樹脂複合体１なしで上型１１０および下型１２０を閉じた状態を示す断面図である。図８は、図７の破線円ＶＩＩＩの部分を拡大して示す断面図である。図７，８を参照して、前述の上型１１０の撓みについて説明する。

本実施形態では、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に上型１１０と金属板１０とが設計上干渉してキャビティＣ（図５参照）を封止するように、上型１１０と下型１２０との距離ｄ２３は金属板１０の厚みｔ（図３参照）よりも小さく設定されている（ｄ２３＜ｔ）。当該設計上の干渉の大きさは、例えば０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であり得る。上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際に第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が撓み、第２工程（図３参照）および第４工程（図５参照）では、距離ｄ２３は金属板１０の厚みｔ（距離ｄ２２）まで拡大される（図８の破線参照）。詳細には、距離ｄ２２は、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際の第２成形下面１２２の上端（フィレット部がある場合はフィレット部を除く）と第２成形上面１１２との距離である。距離ｄ２３は、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟むことなく閉じられた際の第２成形下面１２２の上端（フィレット部がある場合はフィレット部を除く）と第２成形上面１１２との距離である。また、分離面１１４と分離面１１６との間隔ｄ４は、第２成形下面１２２が第２成形上面１１２から離れるように上型１１０が撓むことができる程度の大きさであり、例えば数ｍｍ程度である。

本実施形態によれば、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に上型１１０と金属板１０が設計上干渉するほど金属板１０が上型１１０と下型１２０とに強く挟み込まれ、樹脂材２０をキャビティＣ内に堅固に封止する。そのため、キャビティＣからの樹脂材２０の漏出を抑制でき、樹脂材２０の意図しない箇所（例えばフランジ部４等）への漏出を抑制できる。樹脂材２０の漏出を抑制することで、キャビティＣにおける樹脂材２０の充填圧が高まり、樹脂材２０の安定した成形を実現できる。従って、安定した品質の金属樹脂複合体１を製造できる。また、上記設計上の干渉は、プレス成形の際に上型１１０の撓み（弾性変形）により距離ｄ２３が金属板１０の厚みｔまで拡大されるため、実際の干渉（めりこみ）となるわけでない。

また、本実施形態では、金属樹脂複合体１の断面形状がハット形に成形される。ハット形の金属樹脂複合体１は、汎用性が高く様々な用途に使用できる。

また、本実施形態では、パンチ部１１０ａと保持部１１０ｂは、別体であり、上下方向に間隔ｄ４を空けて配置されている。従って、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に間隔ｄ４が狭まることによってパンチ部１１０ａが保持部１１０ｂに近づくように上型１１０が撓むことができる。その結果として、第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が撓むことができる。よって、上記設計上の干渉を解消しながらプレス成形を実行できる。これにより、上型１１０、下型１２０、および金属板１０への過負荷を抑制できる。

また、本実施形態では、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に溝１１５によって第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が容易に撓むことができるため、上記設計上の干渉を解消しながらプレス成形を実行できる。これにより、上型１１０、下型１２０、および金属板１０への過負荷を抑制できる。なお、溝１１５が設けられていない場合でも上型１１０自体が有するわずかな弾性によって上型１１０は一定程度撓むことができる。

また、樹脂材２０がキャビティＣから漏出するためには、上型１１０の段差１１２ａを越えて流動する必要があるため、樹脂材２０の漏出を抑制できる。従って、樹脂材２０のキャビティＣにおける充填圧を高め、品質を高めることができる。

図８を参照して、好ましくは、第２成形下面１２２が鉛直方向から５°以下で傾斜している場合（θ≦５°）、上記設計上の干渉の大きさ（ｔ－ｄ２３）は０．２ｍｍ以上かつ０．６ｍｍ以下である。また好ましくは、第２成形下面１２２が鉛直方向から５°より大きく傾斜している場合（θ＞５°）、上記設計上の干渉の大きさ（ｔ－ｄ２３）は０．４ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である。第２成形下面１２２の傾斜角度θに応じて上記設計上の干渉の大きさをこのように設定することで、成形下死点前０～５ｍｍ程度で第２成形下面１２２と第２成形上面１１２との距離ｄ２２が金属部材の厚みｔと概略等しくなる。従って、上型１１０、下型１２０、および金属板１０への過負荷を抑制できる。

図９は、図７の第１変形例を示す断面図である。図１０は、図９の破線円Ｘの部分を拡大して示す断面図である。

第１変形例では、装置５０は、溝１１５に挿入される金属製のスペーサ１１７を有している。スペーサ１１７は、溝１１５の深さと概略同じ長さを有している。また、スペーサ１１７の幅Ｗ１は、図示の断面において、自然状態（撓み前）の溝１１５の幅Ｗ２と前述の干渉の大きさ（ｔ－ｄ２３）との差に等しい。これにより、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際に上型１１０は第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように前述の干渉の大きさ（ｔ－ｄ２３）だけ撓み（図１０の破線参照）、スペーサ１１７の幅Ｗ１と、撓み後の溝１１５の幅Ｗ２とが等しくなる。即ち、スペーサ１１７が溝１１５の両内側面１１５ａ，１１５ａと当接し、上型１１０がそれ以上撓むことを抑制できる。

第１変形例によれば、スペーサ１１７によって第２成形上面１１２が過度に撓むことを抑制し、即ち距離ｄ２３が金属板１０の厚みｔより大きく広がることを抑制できる。従って、上型１１０および下型１２０と金属板１０との間で生じる加圧力が必要以上に低減することを抑制でき、樹脂材２０をキャビティＣ内に一層堅固に封止できる。

図１１は、図７の第２変形例を示す断面図である。図１２は、図１１の破線円ＸＩＩの部分を拡大して示す断面図である。

第２変形例では、溝１１５の内側面１１５ａは、第２成形上面１１２と平行に延びている。その結果、第２成形上面１１２と溝１１５との間の上下方向における肉厚差は、上記実施形態および第１変形例と比べて減少している。なお、スペーサ１１７は、第１変形例と同じものである。

第２変形例によれば、第２成形上面１１２と溝１１５との間の上下方向における肉厚差を減少できるため（当該部分の肉厚をある程度揃えることができるため）、当該部分の強度差を減少できる。仮に、当該部分に著しく肉厚差があると、当該部分が割れたり撓まなかったりするおそれがある。

図１３を参照して、他の変形例における金属樹脂複合体１を製造するための装置５０および方法について説明する。

本変形例では、金属樹脂複合体１は、底壁部２に突起２ａを有している。突起２ａは、樹脂材２０からなり、鉛直上方に細長く延びている。また、第１成形上面１１１には、突起２ａに相補的な形状を有する凹部１１１ａが形成されている。凹部１１１ａは、第１成形上面１１１において下方へ開口している。

樹脂材２０を突起２ａのように細長く成形する場合には十分な充填圧が求められるが、ここでは前述の設計上の干渉によって樹脂材２０の充填圧を高めているため、突起２ａのような細長い形状も安定して成形できる。

（第２実施形態）
図１４～２０を参照して、第２実施形態における金属樹脂複合体１を製造するための装置５０および方法について説明する。本実施形態では、上型１１０の形状が第１実施形態とは異なる。これに関する構成以外は、第１実施形態の構成と同様である。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

本実施形態では、図１４～１８に示す第１～５工程を順に実行する中で２回のプレス成形を実行する。図１４～１６に示す第１～３工程で１回目のプレスを実行し、図１６～１８に示す第３～６工程で２回目のプレスを実行する。なお、本実施形態では、１回目と２回目のプレスを同一の金型１００で実行するが、１回目と２回目のプレスを別の金型で実行してもよい。

本実施形態では、第１実施形態の２つの溝１１５（図２参照）が水平方向に繋がった１つの溝１１８として形成されている。溝１１８は、図示の断面において、溝底を構成する内底面１１８ａと、内底面１１８ａの水平方向両端から立ち上がる内側面１１８ｂとを有している。簡単には、パンチ部１１０ａは、図示の断面において概略Ｕ字形をしている。

保持部１１０ｂは、溝１１８内に配置され、溝１１８の内側面１１８ｂから水平方向に間隔ｄ５（図１４，１６参照）を空けて配置される台座部１１９を有している。簡単には、保持部１１０ｂは、図示の断面において概略Ｔ字形をしている。

台座部１１９は、下面を構成する底面１１９ａ、底面１１９ａの水平方向両端から立ち上がるとともに分離面１１６まで連続した側面１１９ｂとを有している。台座部１１９の側面１１９ｂと、溝１１８の内側面１１８ｂとは、水平方向に間隔ｄ５を空けて対向して配置されている。例えば、間隔ｄ５は、第１実施形態の設計上の干渉の大きさ（ｔ－ｄ２３）に等しい。また、台座部１１９の底面１１９ａと、溝１１８の内底面１１８ａとは、当接して配置されている。

ねじ１１０ｃは、第１成形上面１１１から台座部１１９内で終端するように配置されている。ねじ１１０ｃの下面と第１成形上面１１１は、面一になっている。

本実施形態では、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際に第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が撓み、第２工程（図１５参照）および第４工程（図１７参照）では、台座部１１９の側面１１９ｂと、溝１１８の内側面１１８ｂとが当接する。即ち、上記間隔ｄ５（図１４，１６参照）はゼロになる。

図１９は、本実施形態における金属樹脂複合体１なしで上型１１０および下型１２０を閉じた状態を示す断面図である。図２０は、図１９の破線円ＸＸの部分を拡大して示す断面図である。

本実施形態では、上型１１０および下型１２０が閉じられた際に上型１１０と金属板１０とが設計上干渉してキャビティＣ（図１７参照）を封止するように、上型１１０と下型１２０との距離ｄ２３は金属板１０の厚みｔ（図１４参照）よりも小さく設定されている（ｄ２３＜ｔ）。当該設計上の干渉の大きさは、例えば０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であり得る。上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際に第２成形上面１１２が第２成形下面１２２から離れるように上型１１０が撓み、第２工程（図１５参照）および第４工程（図１７参照）では、距離ｄ２３は金属板１０の厚みｔに概略等しい距離ｄ２２まで拡大される（図２０の破線参照）。詳細には、距離ｄ２２は、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟んで閉じられた際の第２成形下面１２２の上端（フィレット部がある場合はフィレット部を除く）と第２成形上面１１２との距離である。距離ｄ２３は、上型１１０および下型１２０が金属板１０を挟むことなく閉じられた際の第２成形下面１２２の上端（フィレット部がある場合はフィレット部を除く）と第２成形上面１１２との距離である。また、分離面１１４と分離面１１６との間隔ｄ４は、第２成形下面１２２が第２成形上面１１２から離れるように上型１１０が撓むことができる程度の大きさであり、例えば数ｍｍ程度である。

本実施形態によれば、台座部１１９によって上型１１０と下型１２０との距離ｄ２３が金属板１０の厚みより大きく広がることを抑制できる。従って、上型１１０および下型１２０と金属板１０との間で生じる加圧力が過度に低減することを抑制でき、樹脂材２０をキャビティＣ内に堅固に封止できる。台座部１１９は、第１実施形態の第１，２変形例におけるスペーサ１１７（図９～１２参照）と同じ役割を果たしているともいえる。ただし、本実施形態では、台座部１１９は保持部１１０ｂと一体であるため、スペーサ１１７のような別部材を用意する必要はない。

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態や変形例の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

また、樹脂材２０として熱可塑性樹脂にガラス繊維または炭素繊維を含侵させたものを使用してもよい。この場合、樹脂材２０を加熱して軟化させた状態で金型１００に投入する。そして、金型１００内において金属板１０上で冷却して硬化させることで金属樹脂複合体１を製造する。

また、金属樹脂複合体１において、金属板１０と樹脂材２０との間に接着層を設けてもよい。この場合、接着層を設けることで、金属部材１０と樹脂材２０とを強固に一体成形することができる。

また、図２１を参照して、第２工程（１回目のプレス）で金属板１０を完全なハット形にプレス成形してもよい。この場合、金属板１０を完全なハット形にプレス成形するように完全なハット形の成形面を有している上型１１０Ａを使用する。代替的には、１回目のプレスと２回目のプレスで同じ上型を使用してもよい。

１ 金属樹脂複合体
２ 底壁部
３ 側壁部
４ フランジ部
１０ 金属板（金属部材）
２０ 樹脂材
２０ａ 端面
５０ 装置
１００ 金型
１１０，１１０Ａ 上型
１１０ａ パンチ部
１１０ｂ 保持部
１１０ｃ ねじ
１１１ 第１成形上面
１１１ａ 凹部
１１２ 第２成形上面
１１２ａ 段差
１１３ 第３成形上面
１１４ 分離面
１１５ 溝
１１５ａ 内側面
１１６ 分離面
１１７ スペーサ
１１８ 溝
１１８ａ 内底面
１１８ｂ 内側面
１１９ 台座部
１１９ａ 底面
１１９ｂ 側面
１２０ 下型
１２１ 第１成形下面
１２２ 第２成形下面
１２３ 第３成形下面
１３０ 駆動部
１４０ 加熱部
Ｃ キャビティ

Claims (15)

1. 金属部材および樹脂材をプレス成形して金属樹脂複合体を製造するための装置であって、
   前記金属部材および前記樹脂材を挟み込む上型および下型を備え、
   前記上型および前記下型によって前記樹脂材を配置するためのキャビティが設けられ、
   前記プレス成形の際に前記上型および前記金属部材が設計上干渉して前記キャビティを封止するように前記上型と前記下型との距離は前記金属部材の厚みよりも部分的に小さく設定され、
   前記キャビティを封止しつつ前記上型が撓むことによって前記距離を前記金属部材の厚みまで拡大しながら前記プレス成形を実行する、装置。
2. 前記金属樹脂複合体は、長手方向に垂直な断面において、水平方向に延びる底壁部と、前記底壁部の両端から立ち上がる側壁部と、前記側壁部から水平方向外側に延びるフランジ部とを有し、
   前記上型は、前記断面において、前記底壁部を成形する第１成形上面と、前記側壁部を成形する第２成形上面と、前記フランジ部を成形する第３成形上面とを有し、
   前記下型は、前記断面において、前記底壁部を成形する第１成形下面と、前記側壁部を成形する第２成形下面と、前記フランジ部を成形する第３成形下面とを有している、請求項１に記載の装置。
3. 前記上型は、前記第１成形上面および前記第２成形上面を構成するパンチ部と、前記第３成形上面を構成する保持部とを有し、
   前記パンチ部と前記保持部は、別体であり、前記上型の撓みを可能にするように少なくとも部分的に上下方向に間隔を空けて配置されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記下型には、前記断面において、溝が前記第２成形上面に隣接して設けられている、請求項３に記載の装置。
5. 前記溝の内側面は、前記第２成形上面と平行に配置されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記溝に挿入されるスペーサをさらに備える、請求項４または請求項５に記載の装置。
7. 前記スペーサの幅は、前記断面において、前記溝の幅と前記干渉の大きさとの差に等しい、請求項６に記載の装置。
8. 前記保持部は、前記溝内に配置され、前記溝の内面から水平方向に間隔を空けて配置される台座部を有している、請求項４または請求項５に記載の装置。
9. 水平方向の前記間隔は、前記断面において、前記干渉の大きさに等しい、請求項８に記載の装置。
10. 前記干渉の大きさは、０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記第２成形下面は、鉛直方向から５°以下で傾斜しており、
    前記干渉の大きさは、０．２ｍｍ以上かつ０．６ｍｍ以下である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２成形下面は、鉛直方向から５°より大きく傾斜しており、
    前記干渉の大きさは、０．４ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下である、請求項１０に記載の装置。
13. 前記第２成形上面には、段差が設けられている、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
14. 金属部材および樹脂材をプレス成形して金属樹脂複合体を製造するための方法であって、
    前記樹脂材を配置するためのキャビティを形成する上型および下型であって、前記プレス成形の際に前記上型および前記金属部材が設計上干渉して前記キャビティを封止するように前記上型と前記下型との距離は前記金属部材の厚みよりも部分的に小さく設定されている前記上型および前記下型を準備し、
    前記上型および前記下型によって前記金属部材および前記樹脂材を挟み込み、
    前記キャビティを封止しつつ前記上型が撓むことによって前記距離を前記金属部材の厚みまで拡大しながら前記金属部材および前記樹脂材を前記プレス成形により一体化する
    ことを含む、方法。
15. 前記金属部材および前記樹脂材を前記プレス成形により一体化する前に前記金属部材のみをハット形にプレス成形することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

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