JP6828343B2

JP6828343B2 - Dissimilar material joint

Info

Publication number: JP6828343B2
Application number: JP2016186768A
Authority: JP
Inventors: 英二奥村; 章中込; 徳雄川中
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: JP2018051775A

Description

本発明は、異材接合体に関する。 The present invention relates to a dissimilar materials bonded body.

樹脂材を金属材と接合して得られる異材接合体を使用することにより、本来は金属材のみによって形成されていた部品の一部を樹脂材に置き換えることができるため、部品の軽量化を実現したり部品の加工性を改善したりすることができる。従来は、射出成形技術を使用して樹脂材を金属材と接合することによって異材接合体を製造している（例えば、特許文献１乃至４を参照）。 By using a dissimilar material joint obtained by joining a resin material with a metal material, it is possible to replace some of the parts that were originally formed only with the metal material with the resin material, thus reducing the weight of the parts. It is possible to improve the workability of parts. Conventionally, a dissimilar material joint is manufactured by joining a resin material to a metal material using an injection molding technique (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

国際公開第２０１３／１４６９００号International Publication No. 2013/146900 特開２０１６−１２９９４２号公報JP-A-2016-129942 特開２０１６−０５５５３９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-055539 特開２０１６−０４３４１３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-043413

しかしながら、従来の異材接合体は必ずしも樹脂材と金属材とを強固に接合することができているとは言えず、更なる信頼性と耐久性とを要求される用途に従来の異材接合体を使用することは非常に困難であると言わざるを得ない。 However, it cannot be said that the conventional dissimilar material joints can firmly bond the resin material and the metal material, and the conventional dissimilar material joints can be used for applications requiring further reliability and durability. I have to say that it is very difficult to use.

従って、本発明の目的は、従来よりも樹脂材を金属材と強固に接合することができる異材接合体を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a dissimilar material joint body capable of firmly bonding a resin material to a metal material as compared with the conventional case.

樹脂材を金属材と接合して得られる異材接合体であって、前記樹脂材は、樹脂と繊維とを含有しており、前記金属材は、表面に凹部を有しており、少なくとも一部の前記繊維は、前記凹部の内側領域と外側領域とを横断するように配置されており、長手方向を前記凹部の深度方向と一致させるように配向されている異材接合体を提供する。 A dissimilar material bonded body obtained by joining a resin material to a metal material, wherein the resin material contains a resin and a fiber, and the metal material has a recess on the surface, and at least a part thereof. The fibers of the above are arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess, and provide a dissimilar joint body oriented so that the longitudinal direction coincides with the depth direction of the recess .

少なくとも一部の前記繊維は、一部を前記凹部の内側領域に入り込ませるように配置されていることが望ましい。 It is desirable that at least some of the fibers are arranged so that some of them enter the inner region of the recess.

樹脂材を金属材と接合して得られる異材接合体であって、前記樹脂材は、樹脂と繊維とを含有しており、前記金属材は、表面に凹部を有しており、少なくとも一部の前記繊維は、前記凹部の内側領域と外側領域とを横断するように配置されており、前記凹部は、浅部が深部よりも狭窄されている異材接合体を提供する。 A dissimilar material bonded body obtained by joining a resin material to a metal material, wherein the resin material contains a resin and a fiber, and the metal material has a recess on the surface, and at least a part thereof. The fibers are arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess, and the recess provides a dissimilar joint in which the shallow portion is narrower than the deep portion.

本発明によれば、従来よりも樹脂材を金属材と強固に接合することができる異材接合体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dissimilar material joint body capable of firmly bonding a resin material to a metal material as compared with the conventional case.

本発明の実施の形態に係る異材接合体の構造図である。It is a structural drawing of the dissimilar material joint which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る異材接合体の製造方法の流れ図である。It is a flow chart of the manufacturing method of the dissimilar material bonded body which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

先ず、異材接合体を説明する。 First, a dissimilar material joint will be described.

図１に示す通り、本発明の実施の形態に係る異材接合体１００は、樹脂材１０１を金属材１０２と接合して得られる。樹脂材１０１は、樹脂１０３と繊維１０４とを含有している。即ち、樹脂材１０１は、樹脂１０３の各種特性を繊維１０４によって強化した繊維強化樹脂によって形成されている。樹脂１０３と繊維１０４の組み合わせは、樹脂材１０１としての要求特性に従って自由に選択することができる。樹脂１０３としては、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、若しくはアクリル樹脂等の汎用プラスチック、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、若しくは環状ポリオレフィン樹脂等のエンジニアリングプラスチック、又はポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、非晶ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、若しくはポリエーテルイミド樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミノアミド樹脂又はポリエステル樹脂が挙げられる。繊維１０４としては、例えば、無機繊維又は合成繊維を使用することができる。無機繊維としては、例えば、金属繊維、炭素繊維、又は珪酸塩繊維が挙げられる。合成繊維としては、例えば、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエステル繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリエーテルエステル繊維、アラミド繊維又はポリウレタン繊維が挙げられる。また繊維１０４として、例えば天然繊維（セルロース繊維を含む）を使用することもできる。金属材１０２は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス、チタン、又は他の合金によって形成されている。樹脂材１０１と金属材１０２の組み合わせも、異材接合体１００としての要求特性に従って自由に選択することができる。 As shown in FIG. 1, the dissimilar material joint 100 according to the embodiment of the present invention is obtained by joining the resin material 101 with the metal material 102. The resin material 101 contains the resin 103 and the fibers 104. That is, the resin material 101 is formed of a fiber-reinforced resin in which various properties of the resin 103 are reinforced by the fibers 104. The combination of the resin 103 and the fiber 104 can be freely selected according to the required characteristics of the resin material 101. As the resin 103, for example, a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used. Examples of the thermoplastic resin include general-purpose plastics such as polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, polyvinyl acetate resin, polyurethane resin, acrylonitrile butadiene styrene resin, acrylonitrile styrene resin, acrylic resin, and polyamide resin. Engineering plastics such as polyacetal resin, polycarbonate resin, polyphenylene ether resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, or cyclic polyolefin resin, or polyphenylene sulfide resin, polytetrafluoroethylene resin, polysulfone resin, polyether sulfone resin, amorphous Examples thereof include super engineering plastics such as polyarylate resin, liquid crystal polymer resin, polyether ether ketone resin, polyimide resin, polyamide imide resin, and polyether imide resin. Examples of the thermosetting resin include phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, polyaminoamide resin and polyester resin. As the fiber 104, for example, an inorganic fiber or a synthetic fiber can be used. Examples of the inorganic fiber include metal fiber, carbon fiber, and silicate fiber. Examples of the synthetic fiber include polyamide fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyvinylidene chloride fiber, polyvinyl chloride fiber, polyester fiber, polyacrylonitrile fiber, polyolefin fiber, polyether ester fiber, aramid fiber or polyurethane fiber. Further, as the fiber 104, for example, a natural fiber (including a cellulose fiber) can be used. The metal material 102 is made of, for example, aluminum, copper, iron, stainless steel, titanium, or other alloy. The combination of the resin material 101 and the metal material 102 can also be freely selected according to the required characteristics of the dissimilar material joint 100.

金属材１０２は、表面に凹部１０５を有している。凹部１０５は、例えば、金属材１０２の表面にレーザを照射することによって形成されている。但し、凹部１０５の形成方法は任意であり、例えば機械加工、もしくは化学薬品等の腐食作用を利用したエッチングによっても形成可能である。その一方で、レーザによる形成方法は、高精度の凹部１０５を比較的容易に形成できるため好ましい。 The metal material 102 has a recess 105 on its surface. The recess 105 is formed, for example, by irradiating the surface of the metal material 102 with a laser. However, the method of forming the recess 105 is arbitrary, and it can also be formed by, for example, machining or etching using the corrosive action of chemicals or the like. On the other hand, the laser forming method is preferable because the highly accurate recess 105 can be formed relatively easily.

また、凹部１０５は、繊維１０４の繊維径以上の大きさの開口を有しており、繊維１０４の一部を凹部１０５の内側領域に入り込ませることができるようになっている。更に、凹部１０５は、浅部１０６が深部１０７よりも狭窄されている。浅部１０６が深部１０７よりも狭窄されていることによって、凹部１０５の内側領域に入り込ませた繊維１０４の一部が凹部１０５に引っ掛かり易くなり、樹脂材１０１を金属材１０２と強固に接合することができるようになる。また、凹部１０５は、溝形状に形成されていても良いし、孔形状に形成されていても構わない。凹部１０５を溝形状に形成する場合は、応力に対抗するために応力が印加される方向と垂直に溝を形成することが望ましい。なお、凹部１０５は、繊維１０４の端部が少なくとも凹部１０５の深さの１／２の深さまで入り込めるような大きさに形成されることが望ましい。繊維１０４の端部が少なくとも凹部１０５の深さの１／２の深さまで入り込むことによって、繊維１０４の一部を凹部１０５に確実に引っ掛けることができるため、樹脂材１０１を金属材１０２とより強固に接合することができるようになる。 Further, the recess 105 has an opening having a size equal to or larger than the fiber diameter of the fiber 104, so that a part of the fiber 104 can enter the inner region of the recess 105. Further, in the recess 105, the shallow portion 106 is narrower than the deep portion 107. Since the shallow portion 106 is narrower than the deep portion 107, a part of the fibers 104 that have entered the inner region of the recess 105 is easily caught in the recess 105, and the resin material 101 is firmly bonded to the metal material 102. Will be able to. Further, the recess 105 may be formed in a groove shape or may be formed in a hole shape. When the recess 105 is formed in a groove shape, it is desirable to form the groove perpendicular to the direction in which the stress is applied in order to counter the stress. It is desirable that the recess 105 is formed in such a size that the end portion of the fiber 104 can be inserted to a depth of at least 1/2 of the depth of the recess 105. Since the end portion of the fiber 104 penetrates to a depth of at least 1/2 of the depth of the recess 105, a part of the fiber 104 can be reliably hooked on the recess 105, so that the resin material 101 is stronger than the metal material 102. You will be able to join to.

少なくとも一部の繊維１０４は、凹部１０５の内側領域と外側領域とを横断するように配置されている。特に、樹脂材１０１に含まれる複数の繊維１０４のうち、少なくとも一部の繊維１０４は、一部が凹部１０５の内側領域に入り込み、残部が凹部１０５の外側領域に位置するように配置されている。例えば、少なくとも一部の繊維１０４の一端部、両端部、および両端部間の中央部の少なくとも一部の三つの部位のうち、一つまたは二つの部位を凹部１０５の内側領域に入り込ませ、残りの部位を凹部１０５の外側領域に位置させるように、少なくとも一部の繊維１０４を配置することができる。図１は一端部のみを凹部１０５の内側領域に入り込ませた例を示す。しかしながら図示しないが、それら三つの部位のうちの一つまたは二つの部位を、単独でもしくは複合的に組み合わせて、凹部１０５の内側領域に入り込ませることが可能である。少なくとも一部の繊維１０４が長手方向を凹部１０５の深度方向と一致させるように配向されているのも望ましい。少なくとも一部の繊維１０４が凹部１０５の内側領域と外側領域とを横断するように配置されていることによって、樹脂材１０１と金属材１０２との接合界面と平行に応力が印加された時に少なくとも一部の繊維１０４が樹脂材１０１と金属材１０２との剥離を阻害する効果（アンカー効果）を発揮するため、樹脂材１０１を金属材１０２と強固に接合することができるようになる。 At least some of the fibers 104 are arranged so as to traverse the inner and outer regions of the recess 105. In particular, of the plurality of fibers 104 contained in the resin material 101, at least a part of the fibers 104 is arranged so as to partially enter the inner region of the recess 105 and the rest to be located in the outer region of the recess 105. .. For example, one or two of at least one or two of at least one end, both ends, and at least a part of the central portion between the ends of the fiber 104 are allowed to enter the inner region of the recess 105, and the rest. At least some of the fibers 104 can be arranged so that the site is located in the outer region of the recess 105. FIG. 1 shows an example in which only one end portion is inserted into the inner region of the recess 105. However, although not shown, it is possible to allow one or two of these three sites to enter the inner region of the recess 105, either alone or in combination. It is also desirable that at least some of the fibers 104 are oriented so that the longitudinal direction coincides with the depth direction of the recess 105. By arranging at least a part of the fibers 104 so as to cross the inner region and the outer region of the recess 105, at least one when stress is applied parallel to the bonding interface between the resin material 101 and the metal material 102. Since the fiber 104 of the portion exerts an effect (anchor effect) of inhibiting the peeling of the resin material 101 and the metal material 102, the resin material 101 can be firmly bonded to the metal material 102.

次に、異材接合体の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a dissimilar material joint will be described.

図２に示す通り、本発明の実施の形態に係る異材接合体の製造方法Ｍ１００は、凹部形成工程Ｓ１０１と、抄造素形体形成工程Ｓ１０２と、異材接合体製造工程Ｓ１０３と、を含んでいる。凹部形成工程Ｓ１０１においては、好ましくは金属材１０２の表面にレーザを照射することによって、金属材１０２の表面に凹部１０５を形成する。抄造素形体形成工程Ｓ１０２においては、第一に、繊維１０４を溶媒と分散混合して得られる分散混合液を金属材１０２の表面に供給する。第二に、分散混合液を脱水することによって金属材１０２の表面に繊維のみを残す。第三に、繊維１０４を圧縮することによって少なくとも一部の繊維１０４を凹部１０５の内側領域と外側領域とを横断するように配置して抄造素形体を形成する。異材接合体製造工程Ｓ１０３においては、第一に、抄造素形体に樹脂１０３を含浸する。第二に、樹脂１０３を硬化することによって金属材１０２の表面に樹脂材１０１を形成すると共に樹脂材１０１を金属材１０２と接合して異材接合体１００を得る。即ち、異材接合体の製造方法Ｍ１００においては、従来のように予め樹脂１０３と繊維１０４とを混合した繊維強化樹脂を金属材１０２の表面に供給して硬化するのではなく、繊維１０４と樹脂１０３とを別々に金属材１０２の表面に供給して樹脂材１０１を形成する。従って、少なくとも一部の繊維１０４を確実に凹部１０５の内側領域と外側領域とを横断するように配置することができるため、樹脂材１０１を金属材１０２と強固に接合することができるようになる。 As shown in FIG. 2, the method M100 for manufacturing a dissimilar material joint according to the embodiment of the present invention includes a recess forming step S101, a manufacturing element form forming step S102, and a dissimilar material joint manufacturing step S103. In the recess forming step S101, the recess 105 is formed on the surface of the metal material 102, preferably by irradiating the surface of the metal material 102 with a laser. In the papermaking element forming step S102, first, a dispersion mixed solution obtained by dispersing and mixing the fibers 104 with a solvent is supplied to the surface of the metal material 102. Second, only the fibers are left on the surface of the metal material 102 by dehydrating the dispersion mixture. Third, by compressing the fibers 104, at least a part of the fibers 104 is arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess 105 to form a papermaking body. In the dissimilar material joint manufacturing step S103, first, the paper machine is impregnated with the resin 103. Second, the resin 103 is cured to form the resin material 101 on the surface of the metal material 102, and the resin material 101 is joined to the metal material 102 to obtain a dissimilar material bonded body 100. That is, in the method M100 for producing a dissimilar material joint, the fiber 104 and the resin 103 are not cured by supplying the fiber reinforced resin in which the resin 103 and the fiber 104 are mixed in advance to the surface of the metal material 102 as in the conventional case. And separately are supplied to the surface of the metal material 102 to form the resin material 101. Therefore, since at least a part of the fibers 104 can be surely arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess 105, the resin material 101 can be firmly bonded to the metal material 102. ..

なお代替的に、熱可塑性の繊維強化樹脂を用いた異材接合体の製造方法も可能である。この場合、抄造素形体形成工程Ｓ１０２および異材接合体製造工程Ｓ１０３を行う代わりに、熱可塑性の繊維強化樹脂をホットプレスにより加熱溶融させて金属材１０２の表面に押し付けると共に凹部１０５内に圧入充填し、このときに、繊維強化樹脂に含まれる少なくとも一部の繊維１０４を凹部１０５の内側領域と外側領域とを横断するように配置する。その後、繊維強化樹脂に含まれる樹脂１０３を硬化することによって金属材１０２の表面に樹脂材１０１を形成すると共に樹脂材１０１を金属材１０２と接合して異材接合体１００を得る。 Alternatively, a method for producing a dissimilar material joint using a thermoplastic fiber reinforced resin is also possible. In this case, instead of performing the abstract material forming step S102 and the dissimilar material joining manufacturing step S103, the thermoplastic fiber reinforced resin is heated and melted by hot pressing and pressed against the surface of the metal material 102 and press-fitted into the recess 105. At this time, at least a part of the fibers 104 contained in the fiber reinforced resin is arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess 105. After that, the resin 103 contained in the fiber reinforced resin is cured to form the resin material 101 on the surface of the metal material 102, and the resin material 101 is joined to the metal material 102 to obtain a dissimilar material bonded body 100.

以上の通り、従来よりも樹脂材を金属材と強固に接合することができる異材接合体を提供することができる。 As described above, it is possible to provide a dissimilar material joint body capable of firmly bonding the resin material to the metal material as compared with the conventional case.

１００異材接合体
１０１樹脂材
１０２金属材
１０３樹脂
１０４繊維
１０５凹部
１０６浅部
１０７深部
Ｍ１００異材接合体の製造方法
Ｓ１０１凹部形成工程
Ｓ１０２抄造素形体形成工程
Ｓ１０３材接合体製造工程 100 Dissimilar material joint 101 Resin material 102 Metal material 103 Resin 104 Fiber 105 Recess 106 Shallow part 107 Deep part M100 Manufacturing method of dissimilar material S101 Recessed material forming step S102 Subsection element forming step S103 Material joining body manufacturing process

Claims

It is a dissimilar material joint obtained by joining a resin material with a metal material.
The resin material contains resin and fiber, and
The metal material has a recess on the surface and has a recess.
The different material is characterized in that at least a part of the fibers is arranged so as to cross the inner region and the outer region of the recess and are oriented so that the longitudinal direction coincides with the depth direction of the recess. Joined body.

The dissimilar material joint according to claim 1, wherein at least a part of the fibers is arranged so as to allow a part of the fibers to enter the inner region of the recess.

It is a dissimilar material joint obtained by joining a resin material with a metal material.
The resin material contains resin and fiber, and
The metal material has a recess on the surface and has a recess.
At least some of the fibers are arranged so as to traverse the inner and outer regions of the recess.
The shallow part of the recess is narrower than the deep part.
A dissimilar material joint characterized by that.