JP6355405B2 - 複合成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合成形品及びその製造方法に関する。

近年、自動車、電気製品、産業機器等をはじめとした分野では、二酸化炭素の排出量削減、製造コストの削減等の要請に応えるため、金属成形品の一部を樹脂成形品に置き換える動きが広がっている。これに伴い、樹脂成形品と金属成形品とを一体化した複合成形品が広く普及している。これに限らず、同種又は異種の材料からなる成形品を一体化した複合成形品も広く普及している。

一の成形品と他の成形品とを一体化した複合成形品の製造方法として、例えば、次のようなものが提案されている。特許文献１には、一方の樹脂にガラスファイバー等の充填剤を混入して成形し、他方の樹脂を接着する面に薬品、プラズマ、炎等の処理を施して厚さ０．数μｍ〜数１０μｍの樹脂を除去した後、前記他方の樹脂を接着する面に前記他方の樹脂を接して充填、成形し、接着させることが提案されている。また、特許文献２には、一方の樹脂成形品の表面に電磁放射線を照射することで該表面にナノ構造を形成し、その後、該表面に他方の樹脂成形品を接して充填、成形し、一体化させることが提案されている。

特開平０１−１２６３３９号公報 特表２０１１−５２９４０４号公報

しかしながら、一の成形品と他の成形品とを接合したときの強度に関し、さらなる改良の余地がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、より高い接合強度を有する樹脂成形品を提供することである。

本発明者らは、上記のような課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、繊維状無機充填剤を含有する樹脂成形品の樹脂を一部除去し、繊維状無機充填剤が側面より突出して露出された溝を形成するとともに、この樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を溝に配し、溝をかしめる方向に応力を加え、上記未硬化材料を硬化することで、溝で露出する繊維状無機充填剤が溝付き樹脂成形品及び他の成形品の破壊を抑えるアンカーの役割を果たすとともに、他の成形品が溝でかしめられるため、結果として複合成形体の強度が著しく高まることを見出した。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明は、繊維状無機充填剤が側面より突出して露出された溝を有する溝付き樹脂成形品と、前記溝に接する凸部を有する他の成形品とを備え、前記凸部が前記溝でかしめられている複合成形品である。

（２）また、本発明は、繊維状無機充填剤を含有する樹脂成形品から樹脂の一部除去を行い、前記繊維状無機充填剤が側面より突出して露出された溝を形成し、溝付き樹脂成形品を得る溝形成工程と、前記樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を前記溝に配し、前記溝をかしめる方向に応力を加える未硬化材料供給工程と、前記未硬化材料を硬化する硬化工程とを含む、複合成形品の製造方法である。

（３）また、本発明は、前記未硬化材料供給工程が、前記溝を有する面が現れるように前記溝付き樹脂成形品を射出成形型に入れ、前記樹脂の熱変形温度以上の温度で前記未硬化材料を射出圧入し、前記溝に配する未硬化材料射出工程を含む、（２）に記載の複合成形品の製造方法である。

（４）また、本発明は、前記樹脂の一部除去がレーザの照射により行われる、（２）又は（３）に記載の複合成形品の製造方法である。

本発明によると、溝で露出する繊維状無機充填剤が溝付き樹脂成形品及び他の成形品の破壊を抑えるアンカーの役割を果たすとともに、他の成形品を溝でかしめることができるため、結果として複合成形体の強度が著しく高まる。

本発明の複合成形品１の概略拡大断面の模式図である。 溝付き樹脂成形品１０の概略拡大断面の模式図である。 多重成形によって複合成形品１を得るときの概略説明図である。 溝付き樹脂成形品について、溝を有する面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大したときの写真である。 実施例に係る複合成形品を接合面で破壊した後、接合部破壊面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大したときの写真である。 実施例に係る複合成形品を接合面で破壊した後、溝部断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大したときの写真である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。

＜複合成形品１＞
図１は本発明の複合成形品１の概略拡大断面の模式図である。複合成形品１は、溝付き樹脂成形品１０と、溝に接する凸部を有する他の成形品２０とを備える。溝付き樹脂成形品１０は、繊維状無機充填剤が側面より突出して露出された溝を有する。そして、他の成形品２０の凸部は、溝付き樹脂成形品１０の溝でかしめられている。

〔溝付き樹脂成形品１０〕
図２は、溝付き樹脂成形品１０の概略拡大断面模式図である。溝付き樹脂成形品１０は、繊維状無機充填剤１１を含有する。また、溝付き樹脂成形品１０は、繊維状無機充填剤１１が側面より突出し露出された溝１２を有する。

［樹脂］
樹脂の種類は、レーザの照射等により除去され、結果として溝１２を形成でき、複合成形品１を得る際に、他の成形品２０の凸部を溝１２でかしめることができるものであれば、特に限定されるものではなく、熱可塑性であってもよいし、熱硬化性であってもよい。樹脂の好適な材質として、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等が挙げられる。

レーザの照射により樹脂を一部除去するにあたり、レーザの吸収を調整する手法として、樹脂にレーザを吸収する配合剤の種類や添加量を調整することが挙げられる。このような配合剤としては、顔料や染料といったものが用いられ、カーボンブラックが効果的である。

［繊維状無機充填剤１１］
繊維状無機充填剤１１は、樹脂成形品の樹脂の一部を除去することにより溝１２を形成する際に、繊維状無機充填剤１１が溝付き樹脂成形品１０に形成される溝において溝の側面より突出し露出されるものであれば、特に限定されない。

繊維状無機充填剤１１として、ガラス繊維、炭素繊維、ウィスカー繊維、等を挙げることができ、単独もしくは混合して用いることが出来る。繊維状であれば、繊維状無機充填剤１１が複合成形品１から脱落することを防止し、繊維状無機充填剤１１が溝付き樹脂成形品１０及び他の成形品２０の分離を抑えるアンカーの役割を果たす。中でもガラス繊維が本願発明においては好適に用いられる。

また、繊維状以外のガラスフレーク、マイカ、タルク、ガラスビーズなどの無機充填剤やその他の添加剤や改質剤などが、本発明の効果の発現を妨げない程度に配合されていても構わない。

溝１２で露出する無機充填剤１１が溝付き樹脂成形品１０及び他の成形品２０の破壊を抑えるアンカーの役割を果たすにあたり、溝１２においては、樹脂の一部が除去されることにより形成される凹凸の山１３どうしを繊維状無機充填剤１１が好適に架けていることが好ましい。

繊維状無機充填剤１１の含有量は特に限定されるものでないが、樹脂１００重量部に対して５重量部以上８０重量部以下であることが好ましい。５重量部未満であると、繊維状無機充填剤１１が溝１２で露出したとしても、この繊維状無機充填剤１１が溝付き樹脂成形品１０及び他の成形品２０の破壊を抑えるアンカーの役割を十分に果たせない可能性がある。８０重量部を超えると、繊維状無機充填剤１１と溝１２に配された他の成形品との係止効果が十分に発揮できない場合がある点で好ましくない。

繊維状無機充填剤１１を含有する樹脂材料の市販品として、ガラス繊維入りＰＰＳ（製品名：ジュラファイドＰＰＳ １１４０Ａ１，ポリプラスチックス社製）、ガラス繊維入りＰＰＳ（製品名：ジュラファイドＰＰＳ １１４０Ａ７，ポリプラスチックス社製）、ガラス繊維・無機フィラー入りＰＰＳ（製品名：ジュラファイドＰＰＳ ６１６５Ａ７，ポリプラスチックス社製）、ガラス繊維入りＰＢＴ（製品名：ジュラネックス ３３００、ポリプラスチックス社製）等を挙げることができる。

［溝１２］
樹脂成形品１０の表面には溝１２が形成されている。溝１２では、繊維状無機充填剤１１が露出されている。そして、樹脂の一部除去により溝１２を形成するとともに溝の少なくとも表面側において側面から露出し溝に照射されるレーザを一部遮蔽する繊維状無機充填剤の一部を除去することにより、溝１２の側面１２ａから繊維状無機充填剤１１を溝側面より突出した状態で露出させることができる。繊維状無機充填剤１１の少なくとも一部を除去することで、溝１２に露出する繊維状無機充填剤によるレーザの遮蔽効果が減ることで、溝の深くまでレーザが効果的に照射出来るため、溝をより深くすることができ、これにより、他の樹脂成形品と複合成形したときのアンカー効果を高めることができる。また、他の成形品と一体化して複合成形品を得る際、少なくとも表面側において露出する繊維状充填剤の端部を突出する状態で一部を除去しとりわけ溝の中央部の繊維状無機充填剤を除去することで、流動状態にある他の成形品の溝への入り込みを容易にし、溝が深くとも高いアンカー効果を得ることができる。

ところで、本発明は、溝付き樹脂成形品１０の溝１２を有する面を接触面として他の成形品２０と一体化して複合成形品１を製造するところ、この複合成形品１において繊維状無機充填剤１１は露出されていない。本明細書では、複合成形品１において繊維状無機充填剤１１が露出していない場合であっても、複合成形品１から他の成形品２０を取り除いた態様において溝１２から繊維状無機充填剤１１が露出していれば、「溝１２において繊維状無機充填剤１１が露出されている」ものとする。

他の樹脂成形品と複合成形したときに溝の側面から無機充填剤が突出して露出することで十分なアンカー効果がより効果的に得られる点で、溝１２の長手方向は、繊維状無機充填剤１１の長手方向とは異なることが好ましい。

樹脂成形品１０の表面に形成される溝１２は、複数の溝１２を設けることにより、アンカーの効果がより高まる。溝１２を複数形成する際、これら複数の溝１２は、各々の溝が個別に形成されたものであってもよいし、一筆書きの要領で複数の凹凸からなる溝が一度に形成されたものであってもよい。溝の間隔は広くとっても良いが、溝幅より狭い方が溝に挟まれた山部が変形しかしめ易くなるので好ましい。

複数の溝１２は両端が繋がった溝１２を等高線のように並べて設けても良いし、交差しない縞状に形成されても、溝１２が交差する格子状に形成されてもよい。溝１２を格子状に形成する場合は、溝１２の長手方向が繊維状無機充填剤の長手方向とは異なる斜格子状に形成することが好ましい。また、溝１２を格子状に形成する場合、溝１２の形状はひし形状であっても良い。

溝１２の長さは特に限定されるものでなく、溝１２が短い場合、開口部の形状は四角形であってもよいし、丸形や楕円形であってもよい。アンカー効果を得るためには、溝１２は長い方が好ましい。

また、溝１２の深さＤについても特に限定されるものではないが、より高いアンカー効果を得られる点で、溝１２の深さは深い方が好ましく、深さＤが浅いと、溝１２で他の成形品２０と接合して複合成形品１を形成する際に、溝１２に露出する繊維状無機充填剤１１と他の成形品２０との間に十分なアンカー効果を生じないことから、溝付き樹脂成形品１０と他の成形品２０とを強固に密接できないことがある。

〔他の成形品２０〕
図１に戻り、他の成形品２０について説明する。他の成形品２０は、未硬化状態の場合に、繊維状無機充填剤１１が露出された溝１２に入ることが可能なものであれば特に限定されるものでなく、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂等）、ゴム、接着剤、金属等のいずれであってもよい。

本発明では、他の成形品２０は、溝１２に接する凸部を有し、この凸部は、溝１２でかしめられている。凸部が溝１２でかしめられることにより、溝における密着性が高まる。また、高いアンカー効果を得るため、凸部は、溝１２の内部において、繊維状無機充填剤１１を囲むように配置されることが好ましい。

＜複合成形品１の製造方法＞
本発明に係る複合成形品１の製造方法は、繊維状無機充填剤１１を含有する樹脂成形品から樹脂の一部除去を行い、繊維状無機充填剤１１が側面より突出して露出された溝１２を形成し、溝付き樹脂成形品１０を得る溝形成工程と、樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を溝１２に配し、溝１２をかしめる方向に応力を加える未硬化材料供給工程と、未硬化材料を硬化する硬化工程とを含む。

図３は、多重成形によって複合成形品１を得るときの概略説明図である。まず、図３の（１）に示すように、１次樹脂を１次成形し、溝付き樹脂成形品予備体１０’を作製する。続いて、図３の（２）に示すように、予備体１０’の表面の少なくとも一部に対し、樹脂の部分的除去を行い、溝１２を形成する。これによって、溝付き樹脂成形品１０が作製される。

続いて、図３の（３）に示すように、溝付き樹脂成形品１０を金型（図示せず）に入れ、この金型の内部に、溝１２を有する面を接触面として、未硬化材料（他の成形品２０を構成する材料の未硬化物であり、２次樹脂のほか、ゴム、接着剤、金属等が挙げられる。）を封入する。そして、未硬化材料を硬化する。図３の（２）が上記溝形成工程に相当し、図３の（３）が上記未硬化材料供給工程及び上記硬化工程に相当する。

〔溝形成工程〕
溝形成工程は、繊維状無機充填剤１１を含有する樹脂成形品から樹脂の一部除去を行い、繊維状無機充填剤１１が側面より突出して露出された溝１２を形成し、溝付き樹脂成形品１０を得る工程である。溝を形成する手法は特に限定されるものでないが、例えば、繊維状無機充填剤１１を含有する樹脂成形品にレーザの照射を行い、樹脂を部分的に除去することが挙げられる。なお、この手法は一例であり、レーザ以外の樹脂の部分除去手段を用いても構わない。

レーザの照射は、照射対象材料の種類や組成、レーザ装置の出力等をもとに設定される。

〔未硬化材料供給工程〕
未硬化材料供給工程は、樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を溝１２に配し、溝１２をかしめる方向に応力を加える工程である。この工程は、溝付き樹脂成形品１０の一部を変形させて、他の成形品２０の凸部を溝１２でかしめることができるものであれば、特に限定されるものではないが、射出成形による多重成形法が好ましく用いられる。

多重成形の例として、溝１２を有する面が現れるように溝付き樹脂成形品１０を射出成形型に入れ、樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を射出圧入し、溝１２に配する未硬化材料射出工程が挙げられる。

射出圧は、溝に入り込み、溝の側面より突出して露出された繊維状無機充填剤を囲んで、繊維状無機充填剤とのアンカー効果を発揮できるだけの射出圧及び充填後の保圧であればよい。

射出速度は、射出圧入の際に、溝に未硬化材料が入り込み溝をかしめることができる射出速度であればよい。

〔硬化工程〕
硬化工程は、未硬化材料供給工程で供給した未硬化材料を硬化する工程である。これら溝形成工程、未硬化材料供給工程及び硬化工程を経ることで、多重成形による硬化性樹脂との複合成形品１が得られる。また、同様に、上記未硬化材料を加熱溶融した熱可塑性樹脂とすることにより、多重成形による熱可塑性樹脂との複合成形品１が得られる。この際、溝付き樹脂成形品を構成する樹脂の軟化温度もしくはガラス転移温度以上で２次樹脂を金型に射出注入することにより、溝への２次樹脂の充填と、溝を形成する樹脂成形品の一部に応力をかけて変形させかしめることができる。

以下、本発明を予備試験例及び実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

〔溝付き樹脂成形品〕
ガラス繊維入りポリブチレンテレフタレート（製品名：ジュラネックス（登録商標）ＰＢＴ ３３１６，ウィンテックポリマー社製）を下記（ジュラネックスにおける射出成形の条件）に記載の条件で射出成形した射出成形品に、照射回数が１０回になるように、射出成形品の表面に対して垂直方向から斜格子状に照射した。レーザの発振波長は１．０６４μｍ、最大定格出力は１３Ｗ（平均）とし、出力は９０％、周波数は４０ｋＨｚ、走査速度は１０００ｍｍ／ｓとした。これにより、溝幅が１００μｍで格子状の溝付き樹脂成形品を得た。

（ジュラネックスにおける射出成形の条件）
予備乾燥：１４０℃、３時間
シリンダ温度：２５０℃
金型温度：６０℃
射出速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ
保圧：８０ＭＰａ（８００ｋｇ／ｃｍ^２）

〔複合成形品の製造〕
上記溝付き樹脂成形品について、レーザの照射によって形成された溝を有する面を接触面として射出成形用金型にインサートし、ポリアセタール樹脂（製品名：ジュラコン（登録商標）ＰＯＭ Ｍ９０−４４，ポリプラスチックス社製）を下記（ジュラコンにおける射出成形の条件）に記載の条件で射出成形した。これにより、実施例に係る複合成形品を得た。

（ジュラコンにおける射出成形の条件）
予備乾燥：８０℃、３時間
シリンダ温度：１９０℃
金型温度：８０℃
射出速度：１６ｍｍ／ｓｅｃ
保圧：８０ＭＰａ（８００ｋｇ／ｃｍ^２）

〔評価〕
上記の溝付き樹脂成形品について、溝を有する面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大観察した。また、実施例に係る複合成形品を接合面で破壊した後、接合部破壊面及び溝部断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で拡大観察した。いずれも倍率は１００倍とした。結果を図４〜図６及び表１に示す。

図４〜図６及び表１から、異材質の組合せであっても、溝に露出する無機充填剤と他の成形品とのアンカー効果と、樹脂成形品によるかしめ効果により強固に接合していることが明らかである。また、溝部の樹脂成形品と他の成形品との接合状態によれば、溝部で樹脂成形品と他の成形品の界面に隙間は見られず、溝部で高いシール性が得られることは明白である。

１ 複合成形品
１０ 溝付き樹脂成形品
１１ 繊維状無機充填剤
１２ 溝
１２ａ 溝の側面
１３ 山
２０ 他の成形品

Claims (4)

1. 繊維状無機充填剤の一部は端部が側面より突出して露出し、一部は山部どうしに架かっている溝を有する溝付き樹脂成形品と、前記溝に接する凸部を有する他の成形品とを備え、前記凸部が前記溝でかしめられている複合成形品。
2. 繊維状無機充填剤を含有する樹脂成形品から樹脂の一部除去を行い、前記繊維状無機充填剤の一部は端部が側面より突出して露出し、一部は山部どうしに架かっている溝を形成し、溝付き樹脂成形品を得る溝形成工程と、
   前記樹脂の熱変形温度以上の温度で未硬化材料を前記溝に配し、前記溝をかしめる方向に応力を加える未硬化材料供給工程と、
   前記未硬化材料を硬化する硬化工程とを含む、複合成形品の製造方法。
3. 前記未硬化材料供給工程は、前記溝を有する面が現れるように前記溝付き樹脂成形品を射出成形型に入れ、前記樹脂の熱変形温度以上の温度で前記未硬化材料を射出圧入し、前記溝に配する未硬化材料射出工程を含む、請求項２に記載の複合成形品の製造方法。
4. 前記樹脂の一部除去がレーザの照射により行われる、請求項２又は３に記載の複合成形品の製造方法。