JP5458529B2 - 接合方法および一体化成形品 - Google Patents
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[文献1]R.F.Fedors,Polym.Eng.Sci.,14(2),147(1974)
[文献2]向井淳二及び金城徳幸著「技術者のための実学高分子」(講談社,1981年10月1日発行)第66〜87頁(2)。
これらの用途群を例示すると、以下のようになる。
本発明の接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、各種ギヤー、各種ケース、センサー、LEDランプ、コネクター、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント配線板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、ディスプレー、FDDキャリッジ、シャーシ、HDD、MO、モーターブラッシュホルダー、パラボラアンテナ、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA、ポータブルMD、ミュージックプレイヤー、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー等の電気・電子機器製品、またはその部品、部材、筐体に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、例えば、電話、ファクシミリ、コピー機、タイプライター、ワードプロセッサー等の事務製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、筐体、VTR、コピー機、テレビ、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、電子レンジ、音響機器、掃除機、トイレタリー用品、レーザーディスク、コンパクトディスク、照明、冷蔵庫、エアコン等の家電製品、またはその部材および筐体に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、X線カセッテなどの医療機器製品またはその部品および部材に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、モーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、エアクリーナーボックス、レゾネーター、インテークマニホールド、スタビライザー、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、CNGタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ATブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、バルクヘッド、フレーム、サブフレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ドライブシャフト、ホイール、ホイールカバー、フェンダー、ドアミラー、ルームミラー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、トランクフード、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュール等の二輪車を含む自動車部品、または自動車部材および外板に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ等の航空機部品、または部材および外板に好ましく用いられる。
また、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、防音パネル、断熱パネルに挙げられるパネル等の建材用部材または部品に好ましく用いられる。
さらに、接合方法を用いて接合された一体化成形品は、各種ラケット、ゴルフクラブシャフト、ヨット、ボード、スキー用品、釣り竿、自転車などのスポーツ関連部品、部材および人工衛星関連部品、パチンコ、スロットマシン、ゲーム機などの遊技または娯楽製品部品、部材および筐体、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの光学機器、精密機械関連部品、部材および筐体等に好ましく用いられる。
製造された繊維強化複合材料板より、端部の開口部全体を含む10mm角のサンプルを切り出し、その断面を湿式研磨し、端部断面観察用のサンプル1とした。
研磨したサンプル1の端部断面の板厚T×幅500μmの範囲を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9500(コントローラー部)/VK−9510(測定部)((株)キーエンス製)を使用して拡大倍率400倍で撮影した。本発明の実施例において、表面と他方の表面の距離を板厚Tとして測定した。
評価方法1と同様の範囲の画像において、繊維強化複合材料板の開口部の最端部を間口とし、その間口の高さをh1、開口部において最大高さをh2として測定し、h1<h2の関係が成り立っているか確認した。
評価方法1で撮影した画像において、観察アプリケーションVK−H1V9を使用して繊維強化複合材料板の端部に存在する開口部の間口から開口部の最も離れた位置までの距離を測定した。このLが0.1mm以上であるか確認した。
評価方法1で撮影した画像において、接合部の長さを測定した。このとき、「長さ」とは、本発明の構成をより明確にするために用いられる用語であって、例えば、図3模式断面図における7a−7b間の長さを意図しているが、繊維強化複合材料板1は図3の模式断面図に垂直な方向に所定の長さを有する立体であるため、繊維強化複合材料板1の断面は、当該「線」の集合体により形成されていることとなる。さらに、評価方法1と同様の方法で強化繊維2の断面積が強化繊維2の最小断面積の150%以下となるようなサンプルを作成し、開口部の表面に存在する熱可塑性樹脂の長さを測定した。これらの長さと式(2)より、接合部に対する熱可塑性樹脂の割合を算出した。
図14示した繊維強化樹脂複合材料板1と熱可塑性樹脂からなる部材(II)11が一体化された成形品12より、一体化された部分の端部が図15で示されるLa=45mm、Lb=7mm、b=15mmのサンプルを切出して、図15に示す熱可塑性樹脂からなる部材(II)11の点線部分を削り取り、図15のような形状にしたサンプルを引張試験装置"インストロン"(登録商標)5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)の上下に取り付けたチャックで固定し、引張速度1.6mm/分で評価サンプル数nを5として評価を行った。この時の最大破断荷重P、繊維強化複合材料板1の板厚Tと幅bと式(3)より成形品の接着強度を算出した。
(実施例1−1:繊維強化複合材料板A1)
熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合(Wf)で67%のプリプレグ(東レ(株)製トレカプリプレグP3052S−12)から、所定の大きさ有する長方形のプリプレグシート13を10枚、共重合ポリアミド樹脂(東レ(株)製"アミラン"(登録商標)CM8000、ポリアミド6/66/610/612共重合体、融点128℃)製フィルム(厚み50μm)を1枚切り出した。図16において、これら20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14が、斜視図をもって示される。
実施例で製造した繊維強化複合材料板を評価方法1〜3で評価した。結果は表1に示す。
図14に示される成形品A2を製造する。端部に開口部を有する繊維強化複合材料板A1を射出成形用金型(図示せず)にインサートした。マトリックス樹脂がポリアミド系樹脂からなり、炭素繊維含有率が重量割合(Wf)で20%の長繊維ペレット(東レ(株)製TLP1146S)を用意した。このペレットを用いて、図14の熱可塑性樹脂からなる部材11のような形状を有する射出成形材を射出成形にて形成させ、一体化成形品A2を製造した。射出成形は、日本製鋼所(株)製J350EIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は280℃とした。実施例で製造した一体化成形品を評価方法4で評価した。結果を表1に示す。
(実施例2−1:繊維強化複合材料板B1)
繊維方向が上から[90/0/90/0/90/シート/90/0/90/0/90]となるように、前記実施例1−1と同じプリプレグシート10枚と共重合ポリアミド製シート(厚み1.4mm)1枚を下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形・加工を行い、端部に開口部を有した平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料B1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板B1を射出成形用金型にインサートし、成形品B2を製造した。
(実施例3−1:繊維強化複合材料板(C1)
マトリックス樹脂が共重合ポリアミド樹脂(東レ(株)製"アミラン"(登録商標)CM8000、ポリアミド6/66/610/612共重合体、融点128℃)で、一方向に配列された多数本の炭素繊維からなる強化繊維群からなり、強化繊維の含有量が、重量割合(Wf)で67%の熱可塑プリプレグシート16から、所定の大きさ有する長方形の熱可塑プリプレグシート16を10枚切り出した。図17において、これら10枚の熱可塑プリプレグシート16が、斜視図をもって示される。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板C1を射出成形用金型にインサートし、成形品C2を製造した。
(実施例4−1:繊維強化複合材料板D1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が0.4mm、h2が0.8mm、Lが3mmとなるように開口部を2つ形成させた平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料板D1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板D1を射出成形用金型にインサートし、成形品D2を製造した。
(実施例5−1:繊維強化複合材料板(E1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が1mm、h2が1.6mm、Lが1.53mmとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料E1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板E1を射出成形用金型にインサートし、成形品E2を製造した。
(実施例6−1:繊維強化複合材料板F1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が1mm、h2が2mm、Lが1.2mmとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料F1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板F1を射出成形用金型にインサートし、成形品F2を製造した。
(実施例7−1:繊維強化複合材料板G1)
繊維方向が上から[90/0/90/0/90/90/0/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例3−1と同じ10枚の熱可塑プリプレグシート16を下から順次積層した。前記実施例3−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が1mm、h2が1.6mm、Lが1.53mmとなるような開口部の断面形状が五角形の開口部を形成させた平均の厚み2.4mmの繊維強化複合材料G1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板E1を射出成形用金型にインサートし、成形品G2を製造した。
(実施例8−1:繊維強化複合材料板H1)
繊維方向が上から[90/0/90/0/90/90/0/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例3−1と同じ20枚の熱可塑プリプレグシート16を下から順次積層した。前記実施例3−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が1mm、h2が2mm、Lが1.2mmとなるような開口部の断面形状が円状の開口部を形成させた平均の厚み1.20mmの繊維強化複合材料H1を製造した。
(実施例8−2:成形品H2)
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板E1を射出成形用金型にインサートし、成形品H2を製造した。
(比較例1−1:繊維強化複合材料板I1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形し、平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料板I1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板H1を射出成形用金型にインサートし、成形品I2を製造した。
(比較例2−1:繊維強化複合材料板J1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が1mm、h2が1mm、Lが3mmとなるように開口部を形成させた平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料板J1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板D1を射出成形用金型にインサートし、成形品J2を製造した。
(比較例3−1:繊維強化複合材料板K1)
繊維方向が上から[90/0/90/フィルム/0/90/90/0/フィルム/90/0/90]s(sは[]内を対称積層とする意味)となるように、前記実施例1−1と同じ20枚のプリプレグシート13と4枚のフィルム14を、下から順次積層した。前記実施例1−1と同じ条件で成形した繊維強化複合材料板の端部に、NC加工機を使用して開口部のh1が0.1mm、h2が1mm、Lが3mmとなるように開口部を形成させた平均の厚み2.6mmの繊維強化複合材料板K1を製造した。
前記実施例1−2と同じ要領で、前記繊維強化複合材料板D1を射出成形用金型にインサートし、成形品K2を製造した。
2 強化繊維
3 マトリックス樹脂
4a 部材(II)を構成する熱可塑性樹脂
4b 開口部に存在する熱可塑性樹脂
4c 繊維強化複合材料板(I)を構成する熱可塑性樹脂
5a 繊維強化複合材料板の一方の表面
5b 繊維強化複合材料板の他方の表面
6 端部
7 交点
8 開口部
9 繊維強化複合材料板(I)の厚み方向の二等分線
10 コア層
11 熱可塑性樹脂(B)からなる部材(II)
12 一体化成形品
13 プリプレグシート
14 フィルム
15 積層体
16 熱可塑プリプレグシート
Claims (16)
- 連続した強化繊維からなる繊維強化複合材料板(I)の端部に開口部を設け、該開口部に、熱可塑性樹脂(A)からなる部材(II)の端部を結合させる接合方法であって、前記開口部は、繊維強化複合材料板(I)を構成する連続した強化繊維からなる繊維強化樹脂部に形成され、該開口部の間口高さh1と該開口部の最大高さh2とが、h1<h2の関係を満たすものであり、前記開口部に前記部材(II)を構成する熱可塑性樹脂(A)を溶融させた状態で充填させることで、前記開口部と前記部材(II)の端部とを結合させる接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)の端部に設けられた開口部の表面の少なくとも一部に熱可塑性樹脂(B)を存在させる、請求項1に記載の接合方法。
- 前記開口部の間口高さh1が0.1mm以上である、請求項1または2に記載の接合方法。
- 前記開口部の奥行きLが、0.1mm以上の大きさである、請求項1〜3のいずれかに記載の接合方法。
- 前記開口部の断面形状が多角形または円状である、請求項1〜4のいずれかに記載の接合方法。
- 前記開口部が独立した孔形状であって1つの端部において2つ以上の開口部が存在する、請求項1〜5のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板の板厚Tが0.3〜30mmである、請求項1〜6のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)を構成するマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂(C)である、請求項1〜7のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材(II)が繊維強化熱可塑性樹脂である、請求項1〜8のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項1〜9のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材(II)を構成する熱可塑性樹脂(A)が、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、およびポリアリーレンスルフィド樹脂から選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂である、請求項1〜10のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)に含まれる強化繊維の重量含有量Wfが5〜75重量%である、請求項1〜11のいずれかに記載の接合方法。
- 前記部材(II)に含まれる強化繊維の重量含有量Wfが5〜75重量%である、請求項10〜12のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)に対して、前記部材(II)を構成する熱可塑性樹脂(A)を射出成形することによって、該部材(II)をインサート成形またはアウトサート成形する、請求項1〜13のいずれかに記載の接合方法。
- 前記繊維強化複合材料板(I)と前記部材(II)を、請求項1〜14のいずれかに記載の接合方法を用いて接合した一体化成形品
- 請求項15に記載の一体化成形品が、電気・電子機器、オフィスオートメーション機器、家電機器、医療機器、自動車部品、航空機部品および建材のいずれかに用いられるものである一体化成形品。
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