JP6953045B1 - 金属構造体および複合部材、ならびに複合部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上500μm以下であり、前記第1形状および前記第2形状が前記凸部である場合は、前記凸部の基端部の径が1μm以上500μm以下であり、前記第1形状と第2形状は、3次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする。
図1(a)は、本発明を適用した実施形態1の金属構造体10の斜視図であり、図1(b)および図1(c)は、金属構造体10の部分断面図である。図2は、図1の金属構造体10を備える複合部材1の断面図である。図2に示すように、本発明を適用した複合部材1は、金属構造体10と、金属構造体10の表面を覆う樹脂部20を備える。
2面12と交差する方向に延びている。図1(a)に示す金属構造体10は、第2面12が矩形であるため、第1面11を4面備える。第1面11は平坦面であるが、第2面12は、上方に向かって僅かに膨らむ形状に湾曲している。
金属構造体10は、3Dプリンタを用いて製造される。3Dプリンタの造形方式は、パウダーベット方式、もしくは、バインダージェット方式である。パウダーベット方式では、金属粉末を成形台に1層分敷き詰めてレーザーや電子ビームを照射して必要な部分を溶かして固化させる工程を多層分繰り返して行う。これにより、固化した金属を積層して立体形状の金属構造体を造形する。バインダージェット方式では、金属粉末の層にバインダー(液体結合剤)を噴射して結合させながら積層して立体形状の金属構造体を造形し、造形後にバインダーを除去する。なお、パウダーベット方式もしくはバインダージェット方式以外の造形方式の3Dプリンタを用いて金属構造体10を製造することもできる。
使用するが、その際、第1面11における第1形状14の3次元形状および配置と、第2面12における第2形状15の3次元形状および配置を設定して3次元形状データを作成する。第1形状14および第2形状15の3次元形状は、上記のように、アンダーカット形状に設定される。第1形状14と第2形状15の3次元形状および配置は、3Dプリンタによって精密にコントロールされる。第1形状14の孔径および第2形状15の孔径(開口径)は、1μm以上500μm以下の範囲で設定することができる。
図3は、図2の複合部材1の製造方法の説明図であり、インサート成形用の金型30に金属構造体10を位置決めした状態を模式的に示す図である。インサート成形用の金型30は、第1型31および第2型32を備える。第1型31と第2型32の間には、キャビティCが形成される。図3に示す金型30の例では、キャビティCに樹脂材料を充填するためのゲートGが第1型31に設けられている。ゲートGは、第2面12と対向する。
以上のように、実施形態1の金属構造体10は3Dプリンタにより製造されるため、樹
脂との接合面13の一部である第1面11に、形状の揃った微細孔(第1形状14)を規則的に配列できる。また、樹脂との接合面の一部である第2面12に、形状の揃った微細孔(第2形状15)を規則的に配列できる。3Dプリンタにより製造することで、第1形状14および第2形状15の3次元形状および単位面積当たりの孔数を精密にコントロールすることができる。
(1)第1形状14と第2形状15は、図1(b)、図1(c)に示すような深さ方向に長い楕円形の断面形状の孔に限定されるものではない。例えば、円形の断面形状の孔であってもよく、円形よりもさらに浅い断面形状の孔であってもよい。また、第1形状14と第2形状15は、三角形や矩形、あるいは、5角形などの多角形の平面形状の孔であってもよい。3Dプリンタによって製造することにより、孔形状を精密にコントロールすることができる。
実施形態1では、第1形状14および第2形状15は、いずれも平面形状が円形の孔であるが、樹脂が流れる方向による成形収縮率の違いを考慮して、孔の平面形状を設定することもできる。図4は、変形例の第1形状18が形成された第1面11の部分拡大図である。第1面11は、XZ面に平行な平面、もしくは、YZ面に平行な平面である。変形例の第1形状18は、第1面11において、Z方向およびX方向(Y方向)に等間隔で規則的に配列される。第1形状18は、Z方向の孔径D3がX方向の孔径D4よりも小さく、X方向(Y方向)に長い長孔形状である。
図5(a)は、本発明を適用した実施形態2の金属構造体10Aの斜視図であり、図5(b)および図5(c)は、金属構造体10Aの部分断面図である。図6は、図1の金属構造体10Aを備える複合部材2の断面図である。図6に示すように、本発明を適用した複合部材2は、金属構造体10Aと、金属構造体10Aに接合される樹脂部20Aを備える。
される。図6に示すように、複合部材2の側面2aは、第1面11を樹脂で覆った面であり、複合部材2の上面(天面)2bは、第2面12を樹脂で覆った面である。第1形状14および第2形状15は、微細な孔である。第1形状14と第2形状15の断面形状は、実施形態1と同様にアンダーカット形状である。
実施形態2の金属構造体10Aは、実施形態1と同様に、3Dプリンタにより製造されており、第1面11と第2面12は、実施形態1と同様に、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境に対応する接合強度となるように、各面における微細孔の密度(単位面積当たりの孔数)が最適化される。従って、実施形態1と同様の作用効果を得ることができる。
図8(a)は、本発明を適用した実施形態3の金属構造体10Bの斜視図であり、図8(b)は、金属構造体10Bの断面図(図8(a)のA−A位置で切断した断面図)である。図8(c)は第1面11の部分断面図であり、図8(d)は第2面12の部分断面図である。金属構造体10Bは、樹脂との接合面13を構成する第1面11および第2面12を備える。
ィCに面しており、第3面46には図示しないスライド型が当接している。第1面11にはスライドピン35がX方向に当接して排出孔45を塞ぐ。
実施形態3の金属構造体10Bは、実施形態1、2と同様に、3Dプリンタにより製造されており、樹脂に接合される第1面11と第2面12は、第1形状14と第2形状15の単位面積当たりの孔数が異なる。従って、実施形態1、2と同様に、各面の樹脂との接合強度を、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境に対応する接合強度とすることができる。例えば、図9に示す金型30Bによってインサート成形を行う場合には、第2面12は、MD方向と直交する面になるので、第2面12における第2形状15の単位面積当たりの孔数を、第1面11における第1形状14の単位面積当たりの孔数よりも多く設定することにより、成形収縮率の違いに応じて樹脂との接合強度を最適化することができる。
図10(a)は、本発明を適用した実施形態4の金属構造体10Cの斜視図である。図10(a)では、金属構造体10Cの一部を切断してその断面構成を示している。金属構造体10Cは、樹脂との接合面13を構成する第1面11および第2面12を備える。図10(b)は第1面11の部分断面図であり、図10(c)は第2面12の部分断面図である。
実施形態4の金属構造体10Cは、実施形態1−3と同様に、3Dプリンタにより製造されており、樹脂に接合される第1面11と第2面12は、第1形状14と第2形状15の単位面積当たりの孔数が異なる。従って、実施形態1、2と同様に、各面の樹脂との接合強度を、各面に接合される樹脂の成形収縮率、あるいは、各面が受ける負荷や設置環境等に対応する接合強度とすることができる。
(1)実施形態1−4において、樹脂との結合強度を高めるための第1形状14および第2形状15は、いずれも孔であるが、凸部であってもよい。図11は、変形例の第1形状61および第2形状62を備える接合面13の部分断面図である。図11(a)は、第1面11の部分断面図であり、図11(b)は、第2面12の部分断面図である。また、図11(c)は、第1面11に樹脂部20が接合された状態を示す部分断面図であり、図11(d)は、第2面12に樹脂部20が接合された状態を示す部分断面図である。
Claims (10)
- 樹脂部に接合される金属構造体であって、
前記樹脂部に接合される接合面を備え、
前記接合面は、第1面、および、前記第1面とは異なる方向を向く第2面を備え、
前記第1面には、同一寸法の第1形状が規則的に配列され、
前記第2面には、同一寸法の第2形状が規則的に配列され、
前記第1形状と前記第2形状は、前記樹脂部に設けられたアンカー部が入り込んで前記樹脂部との接合強度を高める孔または前記樹脂部に食い込んで前記樹脂部との接合強度を高める凸部であり、
前記第1形状および前記第2形状が前記孔である場合は、前記孔の開口径が1μm以上500μm以下であり、
前記第1形状および前記第2形状が前記凸部である場合は、前記凸部の基端部の径が1μm以上500μm以下であり、
前記第1形状と第2形状は、3次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする金属構造体。 - 前記第1形状と前記第2形状は、断面形状がアンダーカット形状の前記孔、または、前記基端部の径が外径の最大値よりも大きい前記凸部であることを特徴とする請求項1に記載の金属構造体。
- 前記接合面の裏側に設けられた中空部または凹部と、
前記中空部または前記凹部に配置される構造体と、を備え、
前記構造体は、ラティス構造体、ハニカム構造体、およびリブ構造体のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の金属構造体。 - 請求項1から3の何れか一項に記載の金属構造体と、
前記接合面に接合されることにより前記金属構造体と一体化された前記樹脂部と、を備え、前記第1形状と前記第2形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなる前記アンカー部を備え、
前記第1形状と前記第2形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする複合部材。 - 前記樹脂部はウエルド部を備え、
前記第1面および前記第2面のうちで前記孔または前記凸部の単位面積当たりの数が多い面は、前記ウエルド部に接合されることを特徴とする請求項4に記載の複合部材。 - 請求項4または5に記載の複合部材の製造方法であって、
前記金属構造体を3Dプリンタによって製造する金属構造体製造工程と、
前記金属構造体を配置した金型内に樹脂材料を充填して前記金属構造体と一体化した樹脂部を成形するインサート成形工程と、を行うことを特徴とする複合部材の製造方法。 - 前記インサート成形工程では、前記第2面が前記金型に前記樹脂材料を充填するゲートと対向し、前記第1面が前記金型内に樹脂材料が充填されるときの前記樹脂材料の流れ方向であるMD方向に沿う面となるように、前記金属構造体を前記金型内に位置決めすることを特徴とする請求項6に記載の複合部材の製造方法。
- 前記第1形状は、前記MD方向の径が前記MD方向と交差する方向の径よりも小さい形状であることを特徴とする請求項7に記載の複合部材の製造方法。
- 第1面、および、前記第1面とは異なる方向を向く第2面を備える表面を有し、
前記第1面には、同一寸法の第1形状が規則的に配列され、
前記第2面には、同一寸法の第2形状が規則的に配列され、
前記第1形状と前記第2形状は、断面形状がアンダーカット形状の孔または基端部の径が外径の最大値よりも大きい凸部であり、
前記第1形状および前記第2形状が前記孔である場合は、前記孔の開口径が1μm以上500μm以下であり、
前記第1形状および前記第2形状が前記凸部である場合は、前記凸部の基端部の径が1μm以上500μm以下であり、
前記第1形状と第2形状は、3次元形状と単位面積当たりの数の少なくとも一方が異なることを特徴とする金属構造体。 - 請求項9に記載の金属構造体と、
前記金属構造体と一体化された樹脂部と、を備え、
前記第1面および前記第2面は、前記樹脂部と接合される接合面であり、
前記第1形状と前記第2形状が前記孔である場合は、前記樹脂部は、前記孔に入り込んだ樹脂からなるアンカー部を備え、
前記第1形状と前記第2形状が前記凸部である場合は、前記樹脂部に前記凸部が食い込んでいることを特徴とする複合部材。
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