JP6026366B2 - 補強方法及び補強装置 - Google Patents

Description

本発明は、補強方法及び補強装置に関する。

自動車のフェンダー、ルーフ等の自動車用外装部品は、一般に、鉄鋼等の金属板で形成されている。前記金属板は、燃費向上、生産コスト低減のために、肉薄に形成されて軽量化することが検討されている。

しかし、前記金属板を肉薄にすると所要の剛性を得られないことがあるので、該金属板の片面に樹脂製のリブ材を補強部材として設けた複合構造体とすることにより剛性を確保することが考えられる。前記金属板の補強方法としては、従来、加熱装置で加熱した金属板を搬送ロボットでリブ成形押圧装置へ搬送し、該リブ成形押圧装置において、溶融樹脂を吐出してリブ材に成形し、該リブ材を該金属板の表面に押圧ローラで押圧して前記複合構造体を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１１−１６２７５号公報

しかしながら、従来の補強方法は、溶融樹脂から成形した前記リブ材を前記押圧ローラで前記金属板に押圧して前記複合構造体を形成するために、該リブ材の形状によっては該リブ材の成形機構が複雑になるとともに、該リブ材を冷却して固化する必要があり該複合体の形成速度が低くなるという不都合がある。また、従来の補強方法は、加熱された前記金属板の温度が前記搬送ロボットによる搬送中に低下し、前記リブ材の溶着不良が発生することがあるという不都合がある。

そこで、図５に示すように、熱可塑性樹脂製長尺状成形体からなる補強部材Ｐを連続供給しながら、肉薄の金属板Ｍの表面に１対の押圧ローラ２１，２１で押圧して溶着することが考えられる。このとき、補強部材Ｐは、電熱ヒータ管２２及び第１のホットエア噴射機２３で溶着可能に加熱されている。また、金属板Ｍは、第２のホットエア噴射機２４で加熱されている。そして、前記溶着の後に、冷却エア噴射機２５で金属板Ｍ及び補強部材Ｐを冷却することにより、金属板Ｍの片面に補強部材Ｐを設けた複合構造体を形成する。補強部材Ｐは、長尺状成形体であるので、必要に応じてカッタ２６で所定の長さに切断される。

しかし、図５の装置による補強方法によれば、金属板Ｍが肉薄であることから第２のホットエア噴射機２４による加熱で変形し易く、得られる複合構造体の外観を損ねる虞がある。

そこで、本発明は、金属板等の被補強部材の変形を防止しつつ、該被補強部材に補強部材を溶着することができる補強方法及び装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の補強方法は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強方法であって、熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部と、該補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなり磁性体を含有する当接部とを備える該補強部材を供給する工程と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する工程と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に溶着する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の補強方法では、まず、供給される補強部材の当接部を誘導加熱によって加熱する。このとき、前記当接部は、磁性体が含有されることにより、前記誘導加熱に伴って加熱されて溶着可能にされる。次に、前記当接部が加熱された前記補強部材を前記被補強部材に溶着することにより、該補強部材と前記被補強部材とが一体化されて該被補強部材を補強することができる。

本発明の補強方法によれば、前記誘導加熱によって前記補強部材の前記当接部は加熱されるものの前記被補強部材は全く加熱されないので、該被補強部材の変形を防止することができる。

ここで、前記補強部材は、前記熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部を備えるので、前記当接部が誘導加熱されて溶着可能にされたときに、該補強部により形状を維持することができる。一方、前記当接部は前記補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなるので、前記のように加熱されて溶着可能にされたときに、柔軟に変形することができ、前記被補強部材に容易かつ確実に溶着することができる。

尚、本発明の補強方法において、前記補強部材は、所定の長さを備えるものであってもよく、長尺体であってもよい。

また、前記当接部は前記補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなるので、前記補強部材と前記被補強部材との膨張率の差を吸収して、該補強部材が該被補強部材から剥離することを防止することができる。しかし、前記磁性体が前記当接部全体に均一に含有されていると、前記補強部材が前記被補強部材に溶着される際に、柔軟になった該当接部が前記補強部に押圧され、該補強部材と該被補強部材との膨張率の差を吸収するために十分な厚さを確保できなくなることがある。

そこで、本発明の補強方法において、前記当接部は、前記補強部側よりも前記被補強部材側に前記磁性体を多く含むことが好ましい。この結果、前記当接部は、前記のように誘導加熱されたときに、前記磁性体の含有量が多い前記被補強部材側ではより柔軟になり変形しやすくなるが、相対的に該磁性体の含有量が少ない前記補強部側では前記被補強部材側より変形しにくくなる。

従って、前記当接部は、前記補強部材と前記被補強部材との膨張率の差を吸収するために十分な厚さを確保することができ、該補強部材が該被補強部材から剥離することを確実に防止することができる。

また、前記補強部材は、前記熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部を備えるので、前記当接部が前記被補強部材に溶着される際に、該被補強部材に対して十分な形状追随性を得ることができないことがある。

そこで、本発明の補強方法において、前記補強部は内部に未硬化の熱硬化性樹脂層を含むことが好ましい。前記補強部は内部に未硬化の熱硬化性樹脂層を含むことにより適度な柔軟性を得ることができ、前記補強部材の形状を維持しつつ、前記被補強部材に対して十分な形状追随性を得ることができる。

前記熱硬化性樹脂層は、後工程の例えば塗装工程等において加熱されることにより硬化させることができ、前記補強部材に所要の強度を付与することができる。

本発明の補強装置は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強装置であって、熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部と、該補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなり磁性体を含有する当接部とを備える該補強部材を供給する供給手段と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する誘導加熱手段と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする。

本発明の補強装置は、まず、前記誘導加熱手段が、前記供給手段によって供給される補強部材の当接部を加熱する。このとき、前記当接部は、磁性体が含有されることにより、前記誘導加熱に伴って加熱されて溶着可能にされる。次に、前記押圧手段が、前記当接部が加熱された前記補強部材を前記被補強部材に押圧する。これにより、前記当接部が前記被補強部材に溶着され、この結果、該補強部材と前記被補強部材とが一体化されて該被補強部材を補強することができる。

ここで、前記補強部材は、前記当接部が誘導加熱されて溶着可能にされたときに、前記補強部により形状を維持することができると共に、前記補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなる前記当接部が柔軟に変形することができる。従って、本発明の補強装置によれば、前記補強部材を前記被補強部材に容易かつ確実に溶着することができる。

また、本発明の補強装置によれば、前記誘導加熱手段は、前記補強部材の前記当接部を加熱するものの前記被補強部材を全く加熱しないので、該被補強部材の変形を防止することができる。

本発明の実施形態の補強装置の構成を示す側面図。 本発明の実施形態の補強方法に用いられる補強部材の第１の態様を示す断面図。 本発明の実施形態の補強方法に用いられる補強部材の第２の態様を示す断面図。 本発明の実施形態の補強方法に用いられる補強部材の第３の態様を示す断面図。 先行技術の補強装置の構成を示す側面図。

図１に示す本実施形態の補強装置１は、自動車用外装部品に用いられる例えば厚さ０．７ｍｍの鉄鋼製の金属板Ｍを被補強部材として用い、その片面に熱可塑性樹脂からなる補強部材Ｐ１を溶着することにより補強する装置である。

補強部材Ｐ１は、図２に示すように補強部Ｐａと当接部Ｐｂとの二層構造の長尺状成形体からなり、該当接部Ｐｂが金属板Ｍに当接して溶着される。補強部Ｐａは、例えばグラスファイバーを２０質量％含有するナイロン６等の熱可塑性樹脂の成形体からなる。一方、当接部Ｐｂは、例えば、補強部Ｐａより柔軟性の高いスチレン系エラストマー等の熱可塑性樹脂の成形体からなり、磁性体Ｆが分散されている。磁性体Ｆは、例えばフェライト系ＳＵＳ、鉄鋼、軟鉄、鋼鉄、ニッケル等からなり、直径８０〜１５０μｍ、長さ１〜３ｍｍの繊維状であり、当接部Ｐｂ全体に対して３０〜６０質量％含有されている。

補強部材Ｐ１は、例えば、次のようにして得ることができる。まず、ペレット状のスチレン系エラストマーと繊維状の磁性体Ｆとを混合した混合物を溶融して棒状に押出成形する。次に、得られた押出成形体を裁断して得られた第１のペレットと、グラスファイバーを含むナイロン６からなる第２のペレットとをそれぞれ溶融する。次に、上下に重ねて設けられた２つのダイの一方から第１のペレットを溶融した第１の溶融樹脂を板状に押出成形するとともに、第１の溶融樹脂の押出成形体の上に、他方のダイから第２のペレットを溶融した第２の溶融樹脂を板状に押出成形する。この結果、スチレン系エラストマー及び磁性体Ｆの混合物からなる板状の押出成形体の上に、グラスファイバーを含むナイロン６からなる板状の押出成形体が積層され、その後冷却して固化することにより、補強部Ｐａと当接部Ｐｂとの二層構造の長尺状成形体からなる補強部材Ｐ１を得ることができる。

補強装置１は、ボビンＢに巻回された長尺状成形体の補強部材Ｐ１を中継ローラＲを介して引き出し、補強部材Ｐ１を、その始端側から末端側に向かって順に、ジグＪに載置された金属板Ｍの片面に溶着することにより金属板Ｍを補強する。補強装置１は、筐体２内に収容されていて、図示しないロボットにより金属板Ｍの上方において任意の位置に移動可能である。筐体２には、補強部材Ｐ１を内部に供給する供給口２ａと、補強部材Ｐ１が排出される排出口２ｂとが設けられている。

補強装置１は、供給口２ａに近い側から遠い側へ順に、ボビンＢに巻回された補強部材Ｐ１を引き出して筐体２内に連続供給する１対の送りローラ３と、補強部材Ｐ１の当接部Ｐｂを誘導加熱によって加熱する誘導加熱機４と、補強部材Ｐ１を所定の位置で切断するカッタ５と、筐体２の底部に設けられ、排出口２ｂから排出された補強部材Ｐ１を金属板Ｍに押圧する１対の押圧ローラ６とを備える。また、補強装置１は、誘導加熱機４の下方の筐体２の底部に設けられ、金属板Ｍの表面を脱脂洗浄する大気プラズマ洗浄機７を備える。

次に、補強装置１による金属板Ｍの補強方法を説明する。まず、ボビンＢに巻回された長尺状成形体の補強部材Ｐ１を中継ローラＲを介して送りローラ３で引き出し、誘導加熱機４のコイル４ａの内方へ連続供給する。このとき、補強部材Ｐ１は、当接部Ｐｂが金属板Ｍに対向するように供給される。

次に、誘導加熱機４によって補強部材Ｐ１を誘導加熱する。このとき、補強部材Ｐ１の当接部Ｐｂは、磁性体Ｆを含有する熱可塑性樹脂からなることにより、前記誘導加熱によって磁性体Ｆが発熱し、該発熱によって当接部Ｐｂ全体が加熱されて溶着可能な状態になる。

次に、当接部Ｐｂが加熱された補強部材Ｐ１を、大気プラズマ洗浄機７によって脱脂洗浄された金属板Ｍと押圧ローラ６，６との間に供給する。このとき、金属板Ｍと押圧ローラ６との間に送り込まれる角度を小さくすることにより、補強部材Ｐ１、特に加熱された前記当接部Ｐｂにおいて前記角度の曲げによって生じる応力を低減することができる。

次に、当接部Ｐｂが加熱された補強部材Ｐ１を押圧ローラ６で金属板Ｍの表面に押圧する。このとき、前記誘導加熱によって当接部Ｐｂが溶着可能に加熱されているので、金属板Ｍを加熱しなくても当接部Ｐｂを金属板Ｍの片面に溶着することができ、補強部材Ｐ１と金属板Ｍとを一体化して金属板Ｍを補強することができる。

そして、金属板Ｍに溶着された補強部材Ｐ１の長さが金属板Ｍの補強すべき所定の長さに近づいたとき、カッタ５で補強部材Ｐ１を切断することにより補強部材Ｐ１の供給が停止する。また、切断された補強部材Ｐ１を押圧ローラ６，６で押圧して補強部材Ｐ１の末端まで金属板Ｍに溶着することにより、金属板Ｍが所定の長さの補強部材Ｐ１により補強される。

補強装置１は、図示しないロボットを介して長尺状成形体の補強部材Ｐ１の始端側から末端側に向かって移動するとともに金属板Ｍの幅方向に移動しながら、上記の動作を繰り返し行う。

本実施形態の補強装置１によれば、前記誘導加熱によって補強部材Ｐ１の当接部Ｐｂは加熱されるものの金属板Ｍは全く加熱されないので、金属板Ｍの変形を防止することができる。

また、本実施形態の補強装置１によれば、補強部材Ｐ１の当接部Ｐｂが金属板Ｍに溶着可能な程度に加熱されていればよく、補強部Ｐａ及び金属板Ｍを加熱する必要がないので、金属板Ｍの補強に要するエネルギーを低減することができる。また、補強装置１全体において加熱されるのは当接部Ｐｂだけであり、当接部Ｐｂ自体は小さいために短時間で冷却されるので、冷却設備を設ける必要がなく、装置構成を簡単なものにすることができる。

本実施形態では、補強部Ｐａと当接部Ｐｂとを備える補強部材Ｐ１を用いるものとして説明しているが、補強部材Ｐ１に代えて、図３に示す補強部材Ｐ２を用いるようにしてもよい。

補強部材Ｐ２は、補強部材Ｐ１と同一の補強部Ｐａと当接部Ｐｂとを備えると共に、当接部Ｐｂは、金属板Ｍ側に配置された当接層Ｐｃと、当接層Ｐｃと補強部Ｐａとの間に配置された中間層Ｐｄとを備えている。当接層Ｐｃと中間層Ｐｄとは、例えばスチレン系エラストマー等の同一の熱可塑性樹脂からなるが、当接層Ｐｃが例えば全体に対して３０〜６０質量％の磁性体Ｆを含むのに対し、中間層Ｐｄは磁性体Ｆを全く含んでいない。

この結果、補強部材Ｐ２では、当接部Ｐｂは、補強部Ｐａ側よりも金属板Ｍ側に磁性体Ｆを多く含む構成となっている。尚、磁性体Ｆとしては、補強部材Ｐ１の場合と同一の材料を用いることができる。

補強部材Ｐ１では、金属板Ｍに溶着される際に、柔軟になった当接部Ｐｂが補強部Ｐａを介して押圧ローラ６，６に押圧される。この結果、当接部Ｐｂが、補強部材Ｐ１と金属板Ｍとの膨張率の差を吸収するために十分な厚さを確保できなくなることがある。

しかし、補強部材Ｐ２によれば、前記のように誘導加熱されたときに、磁性体Ｆを含む当接層Ｐｃはより柔軟になり変形しやすくなるが、磁性体Ｆを全く含まない中間層Ｐｄは当接層Ｐｃより変形しにくくなる。従って、補強部材Ｐ２は、当接部Ｐｂにより、金属板Ｍとの膨張率の差を吸収するために十分な厚さを確保することができ、金属板Ｍから剥離することを確実に防止することができる。

補強部材Ｐ２は、例えば、次のようにして得ることができる。まず、ペレット状のスチレン系エラストマーと繊維状の磁性体Ｆとを混合した混合物を溶融して棒状に押出成形する。次に、得られた押出成形体を裁断して得られた第１のペレットと、スチレン系エラストマーのみからなる第２のペレットと、グラスファイバーを含むナイロン６からなる第３のペレットとをそれぞれ溶融する。

次に、上下に重ねて設けられた３つのダイの１つから第１のペレットを溶融した第１の溶融樹脂を板状に押出成形する。これと同時に、第１の溶融樹脂の押出成形体の上に、第２のダイから第２のペレットを溶融した第２の溶融樹脂を板状に押出成形し、第２の溶融樹脂の押出成形体の上に、第３のダイから第３のペレットを溶融した第３の溶融樹脂を板状に押出成形する。この結果、スチレン系エラストマー及び磁性体Ｆの混合物からなる板状の押出成形体の上に、スチレン系エラストマーのみからなる板状の押出成形体が積層され、さらにその上にグラスファイバーを含むナイロン６からなる板状の押出成形体が積層される。

そして、得られた積層体を冷却して固化することにより、補強部Ｐａと中間層Ｐｄと当接層Ｐｃとの三層構造の長尺状成形体からなる補強部材Ｐ２を得ることができる。

さらに、本実施形態では、補強部材Ｐ１に代えて、図４に示す補強部材Ｐ３を用いるようにしてもよい。補強部材Ｐ３は、補強部材Ｐ１と同一の補強部Ｐａと当接部Ｐｂとを備えると共に、補強部Ｐａは内部に未硬化の熱硬化性樹脂層Ｐｅを含んでいる。

補強部材Ｐ１は、前記熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部Ｐａを備えるので、当接部Ｐｂが金属板Ｍに溶着される際に、金属板Ｍに対して十分な形状追随性を得ることができないことがある。しかし、補強部材Ｐ３によれば、補強部Ｐａが内部に未硬化の熱硬化性樹脂層Ｐｅを含むことにより適度な柔軟性を得ることができ、その形状を維持しつつ、金属板Ｍに対して十分な形状追随性を得ることができる。

熱硬化性樹脂層Ｐｅは、後工程の例えば塗装工程等において加熱されることにより硬化させることができ、補強部材Ｐ３に所要の強度を付与することができる。

補強部材Ｐ３は、例えば、次のようにして得ることができる。まず、ペレット状のスチレン系エラストマーと繊維状の磁性体Ｆとを混合した混合物を溶融して棒状に押出成形する。次に、得られた押出成形体を裁断して得られた第１のペレットと、グラスファイバーを含むナイロン６からなる第２のペレットとをそれぞれ溶融する。

次に、上下に重ねて設けられた２つのダイの一方から第１のペレットを溶融した第１の溶融樹脂を板状に押出成形すると共に、第１の溶融樹脂の押出成形体の上に、第２のダイから第２のペレットを溶融した第２の溶融樹脂を、長さ方向に延在する空洞部を内部に有する板状に押出成形する。この結果、スチレン系エラストマー及び磁性体Ｆの混合物からなる板状の押出成形体の上に、グラスファイバーを含むナイロン６からなり、長さ方向に延在する空洞部を内部に有する板状の押出成形体が積層される。

そして、得られた積層体を冷却して固化し、例えば該積層体の一端から前記空洞部に未硬化の熱硬化性樹脂を充填することにより、補強部Ｐａと当接部Ｐｂとの二層構造の長尺状成形体からなり、補強部Ｐａ内部に未硬化の熱硬化性樹脂層Ｐｅを含む補強部材Ｐ３を得ることができる。

また、本実施形態では、長尺状成形体からなる補強部材Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を溶着可能に加熱した後に、金属板Ｍに溶着する工程で該補強部材Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を所定の長さに切断するようにしている。しかし、本実施形態では、予め所定の長さに切断された成形体からなる補強部材Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を溶着可能に加熱し、金属板Ｍに溶着するようにしてもよい。

また、本実施形態では、補強部材Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が溶着される被補強部材として金属板Ｍを用いているが、金属板Ｍに代えて樹脂製の板材を用いるようにしてもよい。

１…補強装置、 ３…供給手段、 ４…誘導加熱手段、 ５…切断手段、 ６…押圧手段、 Ｆ…磁性体、 Ｍ…金属板、 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…補強部材。

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強方法であって、
   熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部と、該補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなり磁性体を含有する当接部とを備える該補強部材を供給する工程と、
   誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する工程と、
   該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に溶着する工程とを備えることを特徴とする補強方法。
2. 請求項１記載の補強方法において、前記当接部は、前記補強部側よりも前記被補強部材側に前記磁性体を多く含むことを特徴とする補強方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の補強方法において、前記補強部は内部に未硬化の熱硬化性樹脂層を含むことを特徴とする補強方法。
4. 熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強装置であって、
   熱可塑性樹脂の成形体からなる補強部と、該補強部よりも柔軟性の高い熱可塑性樹脂の成形体からなり磁性体を含有する当接部とを備える該補強部材を供給する供給手段と、
   誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する誘導加熱手段と、
   該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする補強装置。