JP3732711B2

JP3732711B2 - 複層積層金属板の製造方法

Info

Publication number: JP3732711B2
Application number: JP2000097676A
Authority: JP
Inventors: 斉田代; 裕二田中; 匡人倉光
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001277271A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚の金属板の間に樹脂層をもつ複層積層金属板の製造方法に関する。本発明により製造された複層積層金属板は、建材、家電製品、浴槽、自動車外板などに利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
地球資源の節約及び大気汚染の低減という観点から、自動車燃費の向上を図るために車体重量の軽量化が行われている。例えばエンジンなどでは、鋳鉄からアルミニウム合金への転換が行われている。また各種自動車部品においては、金属からプラスチックやセラミックスへの転換も多く行われている。
【０００３】
また金属の長所を生かしつつ軽量とするために、金属と樹脂とを積層した複層積層鋼板なども利用されている。そして単なる積層鋼板を用いるばかりでなく、その表面に様々な加工を施すことにより特性を高める工夫も行われている。
【０００４】
例えば特開平２−７８５４１号公報には、２枚の金属板間に樹脂層が介在された複合金属板の少なくとも一方の金属板の表面に複数の凹部を形成するとともにその裏面に凸部を形成した複合金属板が提案されている。このように凹凸を形成することにより、複合金属板のスポット溶接性を改善することができる。
【０００５】
また特開平４−３０３６４２号公報には、２枚の金属板間に樹脂層が介在された複合金属板の少なくとも一方の金属板の表面に微少な凹部を規則的に形成することが提案されている。このように規則的な凹部を形成することにより、摺動性が改善されプレス加工時の成形性が向上する。
【０００６】
さらに特開昭５７−１５６２４６号公報には、２枚の金属板間に樹脂層が介在されたラミネート鋼板において、２枚の金属板の少なくとも一方にエンボス金属板を用いることが提案されている。このようにエンボス加工された金属板を用いることで、剛性を高めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の外板には厚さ約１ｍｍ程度の鋼板が用いられているが、これ以上薄くすると強度面で不具合が生じるため、他の軽量化手段を考える必要がある。そこで自動車外板においても、上記したようなラミネート鋼板を利用することが考えられる。ところが一般のラミネート鋼板においては、中間樹脂層の存在により成形加工性が鋼板のみに比べて劣り、またコストも高いため、これらのラミネート鋼板を自動車外板に採用することは困難であるのが現状である。
【０００８】
例えば２枚の鋼板の間に中空あるいは中実の樹脂板を接合したラミネート鋼板を所定形状にプレス成形した場合、樹脂層の厚さのために、外側と内側の鋼板の変形量に差が生じる。そのためその差によって樹脂層に内部応力が発生し、成形後にその内部応力によって鋼板に反りが生じるという問題がある。したがって、このようなラミネート鋼板を用いて精度の高い成形を行うことは困難であり、自動車外板への採用は困難である。
【０００９】
上記不具合は、樹脂層と鋼板との接合強度が大きい場合に発生し、接合強度が小さければ上記不具合を回避することができる。しかし接合強度が小さいと、樹脂層と鋼板との間で層間剥離が生じるという問題がある。
【００１０】
また仮に成形が可能となったとしても、自動車外板などに用いるには強度に不足する。そしてさらなる軽量化の要請もあるために、ラミネート鋼板の金属板をさらに薄肉化することが望まれているが、薄肉とすれば強度の低下はさらに大きなものとなる。そこで従来の技術で例示したように、表面に凹凸形状をもつラミネート鋼板を用いれば、ビード状の凸部などを補強リブとして機能させることで強度を高めることができる。
【００１１】
しかしながら従来のラミネート鋼板では、上記したように成形性が悪い。また補強リブを形成できたとしても、その反対側表面には凹部が形成されるため、外観品質が要求される部位には使用することができない。したがってラミネート鋼板の表面に補強リブなどを形成する場合には、上記した公報にも開示されているように、予め金属板に補強リブを形成しそれを樹脂層と積層して製造する必要がある。しかしこの場合には、金属板を予め成形する工程が必要となり、コストが益々増大してしまう。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、軽量であるとともに高強度であり、かつ低コストの複層積層金属板とすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の複層積層金属板の製造方法の特徴は、重ねられた２枚の金属板の間に挟持された液状樹脂を該金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
金型の型面には凹部が形成されており、金型で金属板を押圧することで液状樹脂が圧縮され、その結果生じる液状樹脂の静水圧によって、金属板の一部を凹部内へ入り込ませて金属板に凸部を形成し、次いで液状樹脂を固化させることにある。
【００１４】
また本発明のもう一つの複層積層金属板の製造方法の特徴は、重ねられた２枚の金属板の間に挟持された熱可塑性樹脂製のシートが加熱溶融された溶融樹脂を金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
金型の型面には凹部が形成されており、金型で金属板を押圧することで溶融樹脂が圧縮され、その結果生じる溶融樹脂の静水圧によって、金属板の一部を凹部内へ入り込ませて金属板に凸部を形成し、次いで溶融樹脂を固化させることにある。
【００１５】
さらにもう一つの複層積層金属板の製造方法の特徴は、２枚の金属板の間に熱可塑性樹脂層が接合された積層金属板を用意し、熱可塑性樹脂層の所定部分を溶融させた溶融樹脂を金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
金型の型面には凹部が形成されており、金型で金属板を押圧することで溶融樹脂が圧縮され、その結果生じる溶融樹脂の静水圧によって、金属板の一部を凹部内へ入り込ませて金属板に凸部を形成し、次いで溶融樹脂を固化させることにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の複層積層金属板の製造方法では、重ねられた２枚の金属板の間に液状樹脂を挟持した状態で加圧成形する。このとき金型の型面の少なくとも一方に凹部を形成しておく。すると加圧力によって液状樹脂が圧縮され、静水圧によって少なくとも一方の金属板が押圧されて型面の凹部内へ入り込み、所定形状への成形と同時に凸部が形成される。そして液状樹脂が固化することによって、２枚の金属板はそれぞれ固化した樹脂と接合する。
【００１７】
したがって得られた複層積層金属板は、少なくとも一表面に凸部を有しているので強度が向上し、金属板の厚さを薄くすることができる。これにより軽量で強度の高い複層積層金属板となり、自動車外板などにも適用が可能となる。
【００１８】
金型の両方の型面に凹部を形成しておけば、表裏両面に凸部を形成することができる。また一方の型面にのみ凹部を形成しておき、他方の型面は平坦形状としておけば、一方の金属板のみに凸部を形成することができ、他方の金属板の表面は平坦となるので、自動車外板など高い意匠性が必要な部位にも用い得る複層積層金属板を製造することができる。
【００１９】
そして成形時には液状樹脂は自由に変形できるため、外側と内側の金属板の変形量に差が生じても固化して形成された樹脂層には内部応力が残留しない。したがって成形後に金属板に反りが生じることがないので、精度の高い成形が可能となる。さらに金属板への溶着強度が大きな樹脂を選択することにより層間剥離も生じない。
【００２０】
また本発明のもう一つの複層積層金属板の製造方法では、重ねられた２枚の金属板の間に熱可塑性樹脂製のシートを介在させ、シートを加熱して溶融樹脂とした後に加圧成形している。このとき金型の型面の少なくとも一方に凹部を形成しておく。すると加圧力によって溶融樹脂が圧縮され、静水圧によって少なくとも一方の金属板が押圧されて凹部内へ入り込み、凸部が形成される。そして溶融樹脂が固化することによって、２枚の金属板はそれぞれ固化した樹脂と接合し、少なくとも一方の表面に凸部をもつ複層積層金属板が得られる。
【００２１】
金型の両方の型面に凹部を形成しておけば、表裏両面に凸部を形成することができる。また一方の型面にのみ凹部を形成しておき、他方の型面は平坦形状としておけば、一方の金属板のみに凸部を形成することができ、他方の金属板の表面は平坦となるので、自動車外板など高い意匠性が必要な部位にも用い得る複層積層金属板を製造することができる。
【００２２】
そして成形時には溶融樹脂は自由に変形できるため、外側と内側の金属板の変形量に差が生じても固化して形成された樹脂層には内部応力が残留しない。したがって成形後に金属板に反りが生じることがないので、精度の高い成形が可能となる。さらに金属板への溶着強度が大きな樹脂を選択することにより層間剥離も生じない。
【００２３】
さらにもう一つの複層積層金属板の製造方法では、２枚の金属板の間に熱可塑性樹脂層が接合された積層金属板を用意し、熱可塑性樹脂層の所定部分を溶融させた状態で加圧成形している。このとき所定部分に対応する金型の型面の少なくとも一方に凹部を形成しておく。すると加圧力によって溶融樹脂が圧縮され、静水圧によって少なくとも一方の金属板が押圧されて凹部内へ入り込み、凸部が形成される。
【００２４】
金型の両方の型面に凹部を形成しておけば、表裏両面に凸部を形成することができる。また一方の型面にのみ凹部を形成しておき、他方の型面は平坦形状としておけば、一方の金属板のみに凸部を形成することができ、他方の金属板の表面は平坦となるので、自動車外板など高い意匠性が必要な部位にも用い得る複層積層金属板を製造することができる。
【００２５】
したがって本発明の製造方法により得られた複層積層金属板は、接合強度及び寸法精度が高い。また表面の凸部を突条とすれば、その突条が補強リブとして機能するので十分な強度を有し、自動車外板にも適用が可能である。さらに押出成形工程や接着剤による接合工程が不要となるため、安価な複層積層金属板とすることができる。
【００２６】
液状樹脂としては熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のどちらも利用できる。例えば液状エポキシ樹脂と液状ポリアミド樹脂の混合物などの液状樹脂を２枚の金属板の間に配置して成形し、その後に連続して反応硬化させることで固化させることができる。また例えばエポキシ樹脂の硬化剤をマイクロカプセル化して混合しておけば、可使時間が延長され成形時の圧力でマイクロカプセルが破壊されることで反応固化させることができる。しかし熱硬化性樹脂では反応に時間がかかったりして工数が多大となる場合があるので、熱可塑性樹脂を加熱溶融した液状樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
また液状樹脂を２枚の金属板の間に供給するには、押出法などで供給してもよいし、熱可塑性樹脂であればその粉末やチップを２枚の金属板の間に散布し、それを加熱して溶融させることもできる。しかしながら、押出法や散布溶融法では工数が多大となるので、本発明のもう一つの製造方法のように熱可塑性樹脂製のシートを用いることが特に望ましい。
【００２８】
重ねられた２枚の金属板の間に熱可塑性樹脂製のシートを介在させるには、単にシートを２枚の金属板で挟んでもよいし、本発明のもう一つの製造方法のように予め熱可塑性樹脂がサンドイッチ状に２枚の金属板の間に積層された市販の積層金属板を用いることもできる。そしてシートを加熱して溶融させるには、シートを直接加熱する方法、金属板を加熱する方法、あるいは金型を加熱する方法などを採用することができる。
【００２９】
金属板の材質としては、鉄、鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅など特に制限されないが、自動車外板として用いる場合には鋼板が用いられる。
【００３０】
また本発明の製造方法を行う際に、溶融樹脂が流動して板厚が変化するのを抑制するために、溶融粘度が比較的高い（望ましくはＡＳＴＭＤ１２３２３０℃ ２．１６ｋｇにおけるＭＩが１〜１０）熱可塑性樹脂を用いることが望ましい。このような熱可塑性樹脂としては、ＰＰ，ＰＡ，ＰＳ，ＰＢＴ，ＰＰＥ，ＰＰＯ，ＡＢＳ，ＡＥＳ及びそれらのアロイなどが例示される。また熱可塑性樹脂中に、必要に応じてタルク，ガラス繊維，エラストマなどの充填材を含有してもよい。
【００３１】
また熱可塑性樹脂としては、金属板と大きな強度で溶着するものが望ましい。このようにするには、上記した熱可塑性樹脂のマレイン化など公知の技術を利用することができる。
【００３２】
本発明のもう一つの製造方法に用いられる積層金属板としては、市販のラミネート鋼板などを用いることができる。そして溶融される所定部分とは、凸部を形成する表面に対応する部分でもよいが、周縁部の全周を除く部分を溶融させることが望ましい。このように周縁部の全周を溶融させない状態で加圧成形すれば、周縁部の樹脂によってシールされているため溶融樹脂の漏れを防止することができ、静水圧による成形を一層確実に行うことができる。
【００３３】
静水圧により凸部を成形する場合、液状樹脂又は溶融樹脂が金属板の外部へ漏れないようにして加圧圧縮する必要がある。このようにするには、２枚の金属板の周縁部全周を加圧して、両金属板が近接したビート部を形成しておけばよい。また上記したようにシート又は熱可塑性樹脂層の周縁部以外を溶融させることも好ましい。あるいは２枚の金属板の周縁部端面を金型の型面に当接させ、型面でシールして液状樹脂又は溶融樹脂が金属板の外部へ漏れないようにすることもできる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１に本実施例の製造方法を示す。先ず厚さ０．２ｍｍの２枚の鋼板１，２と、２枚の鋼板１，２に挟持されたポリプロピレンとポリフェニレンエーテルのアロイからなる０．８ｍｍの樹脂層３とからなるラミネート鋼板（図１ａ）を用意し、全周を加熱して周縁部の樹脂層３を溶融させ、全周を加締めた後に冷却して、全周を１周するビート部１０を形成した（図１ｂ）。
【００３６】
次に、上型４０及び下型４１を用意し、ビート部１０をもつラミネート鋼板の一方の鋼板１の表面からヒータにて加熱し、樹脂層３を１７０℃に加熱して溶融させ、直ちに上型４０及び下型４１の間に配置して６ＭＰａの圧力で加圧圧縮した（図１ｃ）。上型４０及び下型４１の型面はそれぞれ滑らかな曲面に形成され、下型４１の型面には溝４２が形成されている。
【００３７】
これにより溶融状態の樹脂層３は圧縮され、ビート部１０によってシールされているため、静水圧によって鋼板２が型面の溝４２内に押圧されて、突条２０が形成された。突条２０内には溶融樹脂が充填されている。その状態で溶融樹脂を冷却固化した。その後、ビート部１０の内側で接断してビート部１０を除去し、所定形状の複層積層鋼板が得られた。
【００３８】
得られた複層積層鋼板は、全体の厚さが０．５〜０．６ｍｍであり、圧縮によって素材のラミネート鋼板より薄くなっている。そして図２に示すように鋼板２の表面には突条２０をもち、突条２０が補強リブとして機能する。また他方の鋼板１は凹部のない平坦な表面を維持している。したがってドア、ボンネット、ラゲージドアなどの自動車外板として好適に利用することができる。
【００３９】
（実施例２）
本実施例では、図３に示すように上型４０及び下型４１の型面にそれぞれ溝４２をもつ金型を用いたこと以外は実施例１と同様である。
【００４０】
本実施例の製造方法では、鋼板１及び鋼板２のそれぞれの表面に突条２０が形成され、強度が一層向上した複層積層鋼板が得られた。
【００４１】
（実施例３）
本実施例では、金型の所定部分にヒータを埋設しておき、金型からの伝熱によって実施例１と同様のラミネート鋼板の周縁部以外を加熱して、周縁部以外の樹脂層３が溶融した状態で実施例１と同様にして加圧圧縮した。ラミネート鋼板の周縁部に存在する固化状態の樹脂層３により、内部の溶融樹脂の漏れがシールされているので、実施例１のようにビート部１０を形成しなくても円滑に静水圧による成形が完了し、実施例１と同様の突条２０をもつ複層積層鋼板が得られた。
【００４２】
【発明の効果】
すなわち本発明の複層積層金属板の製造方法によれば、成形と同時に補強リブなどの凸部を容易に形成することができ、軽量でありながら強度が高い複層積層金属板を安価に製造することができる。また凸部を一表面の金属板のみに形成することができるので、他表面の金属板の表面を平坦とすることができ、強度と外観品質とが両立した軽量な複層積層金属板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の複層積層金属板の製造方法を示す工程説明図である。
【図２】本発明の一実施例の複層積層金属板の製造方法で製造された複層積層金属板の斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例の複層積層金属板の製造方法において、加圧成形直前の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２：鋼板３：樹脂層１０：ビート部
１０：突条（凸部）４０：上型４１：下型
４２：溝

Claims

重ねられた２枚の金属板の間に挟持された液状樹脂を該金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で該金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
前記金型の型面には凹部が形成されており、前記金型で前記金属板を押圧することで前記液状樹脂が圧縮され、その結果生じる前記液状樹脂の静水圧によって、前記金属板の一部を前記凹部内へ入り込ませて前記金属板に凸部を形成し、次いで前記液状樹脂を固化させることを特徴とする複層積層金属板の製造方法。
重ねられた２枚の金属板の間に挟持された熱可塑性樹脂製のシートが加熱溶融された溶融樹脂を該金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で該金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
前記金型の型面には凹部が形成されており、前記金型で前記金属板を押圧することで前記溶融樹脂が圧縮され、その結果生じる前記溶融樹脂の静水圧によって、前記金属板の一部を前記凹部内へ入り込ませて前記金属板に凸部を形成し、次いで前記溶融樹脂を固化させることを特徴とする複層積層金属板の製造方法。
２枚の金属板の間に熱可塑性樹脂層が接合された積層金属板を用意し、該熱可塑性樹脂層の所定部分を溶融させた溶融樹脂を該金属板の外部に漏らさずに、一対の金型の型面で該金属板を押圧し、その押圧によって生じる加圧力によって加圧成形する複層積層金属板の製造方法であって、
前記金型の型面には凹部が形成されており、前記金型で前記金属板を押圧することで前記溶融樹脂が圧縮され、その結果生じる前記溶融樹脂の静水圧によって、前記金属板の一部を前記凹部内へ入り込ませて前記金属板に凸部を形成し、次いで前記溶融樹脂を固化させることを特徴とする複層積層金属板の製造方法。