JP7202978B2 - 接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
接合体1は、車両に搭載される操舵装置や緩衝装置の一部品であり、例えば、操舵装置においてラック軸を収容するラックカバーや緩衝装置においてシリンダの外筒に適用可能である。
図1に示すように、接合体1は、金属材料により形成された金属部品2と、樹脂材料により形成され金属部品2に接合される樹脂部品3と、を備えている。金属部品2は、ダイカストにより製造され、樹脂部品3は、例えば熱可塑性樹脂により形成されている。
金属部品2は、接合体1で骨格を成す役割を有する一方で、樹脂部品3は、金属部品2の外表面に配置され配線等を支持する役割を有する部品である。
接合部4は、樹脂部品3が接合する部位である。接合部4の上面には、上方に突出しつつ階段状に形成された凸部4aが形成されている。
凸部4aは、樹脂部品3との接合面積を大きくするためのものであり、凸部4aの頂部4bが樹脂部品3内に入り込んでいる。
保護部5は、接合部4に隣接しており、接合部4の周囲を囲っている(図1において接合部4の一端側と他端側にある保護部のみを図示)。
次に、第1実施形態の接合体1の製造方法について説明する。第1実施形態では、接合方式として溶着を例にとって説明する。
第1実施形態における接合体1の製造方法は、金属部品2と樹脂部品3を準備する準備工程と、金属部品2に接合部4を形成する接合部形成工程と、接合部4に樹脂部品3を溶着にて接合させる接合工程と、を含んでいる。
準備工程において、ダイカスト用アルミニウム合金を材料とし、ダイカストにより金属部品2を製造する。
ダイカスト用アルミニウム合金としては、ADC1材、ADC3、ADC5、ADC6、ADC10、ADC10Z、ADC12、ADC12Z、ADC14が挙げられる。
図2に示すように、ダイカストにより金属部品2を製造する際、金属部品2の一端部2aの外表面2b側に、接合部4及び保護部5を形成するための凹部2cを形成しておく。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン(PE),ポリプロピレン(PP),ポリフェニレンスルファイド(PPS),ポリエーテルケトン(PEEK)などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
また、樹脂部品3は、下面3a(接合部4と接合する接合面)が平面に形成されたものを準備する(図5参照)。
なお、本発明における樹脂部品3は、熱可塑性樹脂内に繊維を含んだ繊維強化樹脂シートを材料としてもよい。
接合部形成工程は、金属部品2の凹部2cに肉盛り部7を形成する肉盛り部形成工程と、肉盛り部7にレーザを照射して成形する成形工程と、を含んでいる。
線材6は、展伸用アルミニウム合金を用いている。展伸用アルミニウム合金としては、例えば、1000系、3000系、5000系、6000系のアルミニウム合金が挙げられる。このうち、5000系のアルミニウム合金は、耐食性に優れるので好適である。また、第1実施形態では展伸用アルミニウム合金を線状(棒状)にした線材6を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、粉末状のアルミニウム合金を用いてもよい。粉末状のアルミニウム合金については第5実施形態で後に詳しく説明する。
肉盛り部7は、金属部品2の外表面2bよりも外側(上側)に突出するように形成する。
図4に示すように、肉盛り部7のうち保護部5を構成する部位には、レーザを照射して平坦面とし、保護部5と金属部品2の外表面2bとに段差が生じないようにしている。
肉盛り部7のうち接合部4を構成する部位には、中央部よりも端部を多く除去して凸部4aを形成する。また、レーザ照射ユニット8を移動させて(図4の矢印A参照)、凸部4aの外形を階段状に形成する。
また、本工程において、凸部4aの上面にさらにレーザを照射し、微細な凹凸を形成する。この凹凸によれば、接合工程で溶融した樹脂が微細な凹凸内に入り込んで固着強度が向上する。なお、この微細加工は、レーザの照射以外にエッチング処理によって形成してもよい。
図5に示すように、接合工程は、樹脂部品3の下面(接合面)3aを接合部4の凸部4aの頂部4bに当接させた状態で、外的加熱装置により樹脂部品3と接合部4が圧縮するような荷重を加えながら樹脂部品3の下面3aを溶融させ、樹脂部品3と接合部4を溶着する工程である。
具体的に説明すると、超音波溶着機は、電気エネルギを機械的振動エネルギに変換し、その機械的振動をホーン10を介して部品に伝達して部品同士の接触面で摩擦熱を発生させる装置である。また、超音波溶着機は、上記振動機能の他に、ホーン10に当接する部品(樹脂部品3)を加圧し、樹脂部品3と接合部4が圧縮するような荷重を生成している。なお、本工程において、金属部品2を載置台11に載せて固定する。
そして、ホーン10の加圧力により凸部4aの頂部4bが溶融した部位(下面3aの中央部)に圧入されると、図6に示すように、凸部4aの頂部4bの周囲が下面3aと接触する。このように、第1実施形態では、樹脂部品3の下面3aは、中央部から端部側に向って次第に溶融するようになっている。
また、接合部4を支持する金属部品2の一端部2aは、保護部5により保護されている。よって、金属部品2の一端部2aが腐食して接合部4ごと樹脂部品3が金属部品2から分離する、ということを長期間に亘って防止することができる。
また、接合部4及び保護部5は、金属部品2と同じアルミニウム合金で形成され、電蝕が生じ難い。
また、本実施形態の接合工程によれば、樹脂部品3の下面3aにおいて中央部から端部に向って順に溶融するため、樹脂部品3と接合部4との間に介在する空気は周囲に逃げ易い。よって、溶着部位に空気が残留し難く、接合部4に対する樹脂部品3の溶着強度が高い。
第2実施形態における接合体1の製造方法は、金属部品2と樹脂部品3を準備する準備工程と、金属部品2に接合部4を形成する接合部形成工程と、接合部4に樹脂部品3を溶着させる接合工程と、を含んでいる。なお、第2実施形態の準備工程と接合部形成工程は、第1実施形態の準備工程と接合部形成工程と同じであるため、説明を省略する。
図7に示すように、第2実施形態の接合工程において、外的加熱装置は、樹脂部品3を接合部4に向って押圧する加圧装置20と、接合部4を発熱させるための高周波誘導装置とを備えている。また、第2実施形態では、固定用治具22によって浮いた状態で金属部品2が固定されている。
加圧装置20は、樹脂部品3の上面を押圧し、樹脂部品3の下面3aと接合部4の凸部4aとを圧縮するような荷重をかけるための装置である。
高周波誘導装置は、環状のコイル部21を備え、コイル部21内の中心に接合部4を配置し、電磁誘導により接合部4に渦電流を発生させて発熱させる装置である。
よって、高周波誘導装置を起動させてコイル部21に電流を流すと、接合部4が電磁誘導により発熱する。これによれば、発熱する接合部4を押し付けられた樹脂部品3の下面3aが溶融し、凸部4aが溶融した部位に圧入する。そして、下面3aの全てが溶融し、凸部4aの全てが下面3aに圧入したら、高周波誘導装置を停止させる。これにより溶融した樹脂が凝固し、樹脂部品3と接合部4とが溶着し、接合体1が完成する。
第3実施形態における接合体31の製造方法は、金属部品32と樹脂部品3を準備する準備工程と、金属部品32に接合部34を形成する接合部形成工程と、接合部34に樹脂部品3を溶着させる接合工程と、を含んでいる。なお、第3実施形態の接合工程は、第1実施形態の接合工程と同じであるため、説明を省略する。
また、接合部形成工程の肉盛り部形成工程において、金属部品32の外表面32aに肉盛り部を形成する。そして、図8に示すように、接合部形成工程の成形工程で、肉盛り部の形状を凸部34aに形成する。つまり、第3実施形態の接合部34は、凸部34aそのものにより構成されている。
また、接合部34は、金属部品32と同じアルミニウム合金であり、電蝕が生じ難い。
また、接合部34が凸部34aとなっていることから、溶着部位に空気が残留し難く、接合部34に対する樹脂部品3の溶着強度が高い。
また、接合部は、凸部を備えるようになっているが、接合面が単なる平面となっている接合部であってもよい。
第4実施形態は、接合部形成工程において、肉盛り部形成工程で肉盛り部を所定形状に形成し、肉盛り部の一部を除去する成形工程を不要とした点で、第1実施形態と相違する。なお、第4実施形態における接合部形成工程以外の工程は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第1実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図10は、第4実施形態における接合部形成工程を説明する図面である。
第4実施形態の接合部形成工程では、保護部5を形成する領域Aと、接合部4を形成する領域Bとで、加工条件を変化させることで、1回の加工(レーザクラッディング加工)で所定形状の保護部5及び接合部4を形成している。変化させる加工条件としては、例えば、レーザ照射ユニット8から照射するレーザーの出力、レーザーの移動速度、線材6の供給量等が挙げられる。
例えば、領域Bでは、領域Aよりも、レーザーの出力および線材6の供給量を多くするとともに、レーザーの移動速度を遅くすることで、凸部4aを保護部5よりも高く肉盛りすることができる。また、領域B内でさらに加工条件を変化させることにより、凸部4aの中央部を縁部よりも高く肉盛りすることができる。
なお、第4実施形態では、保護部5の上面が金属部品2の上面よりも高くなっているが、図4に示す第1実施形態のように、保護部5の上面と金属部品2の上面とを面一に形成してもよい。
第5実施形態は、接合部形成工程において線材6ではなく粉末状のアルミニウム合金を供給している点で、第1~第4実施形態と相違する。なお、第5実施形態は、アルミニウム合金が粉末状である点以外は、他の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第1実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図11は、第5実施形態における接合部形成工程を説明する図面である。
粉体63を基材として形成された接合部4(凸部4a)の表面には、線材6を基材とした場合よりも微細な凹凸が形成されている。また、保護部5の表面にも微細な凹凸が形成されている。この微細な凹凸によって樹脂部品3(図1参照)に対するアンカー効果が高まるので、接合部4に樹脂部品3を強固かつ安定して接合することができる。
第6実施形態は、接合工程において金型内に接合部4をインサートした状態で樹脂部品3を射出成型することにより、接合部4に樹脂部品3を接合する点で、第1~第4実施形態と相違する。なお、第6実施形態は、接合工程以外は、他の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、第1実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図12は、第6実施形態における接合工程を説明する図面である。
2,32 金属部品
3 樹脂部品
4,34 接合部
4a 凸部
5 保護部
6 線材
7 肉盛り部
8 レーザ照射ユニット
10 ホーン
10Z ADC
20 加圧装置
21 コイル部
Claims (4)
- 金属部品と樹脂部品との接合体を製造する接合体の製造方法であり、
ダイカストにより製造されたアルミニウム合金製の前記金属部品を準備する準備工程と、
展伸用アルミニウム合金を溶着させて前記金属部品に接合部を形成する接合部形成工程と、
前記樹脂部品を前記接合部に接合する接合工程と、
を含むことを特徴とする接合体の製造方法。 - 前記接合部形成工程は、前記接合部を形成するとともに、前記接合部の周囲に前記展伸用アルミニウム合金を溶着させて前記金属部品の腐食を抑制する保護部を形成することを特徴とする請求項1の接合体の製造方法。
- 前記接合部の接合面は、縁部よりも中央部が前記樹脂部品側に突出していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の接合体の製造方法。
- 金属部品と樹脂部品との接合体を製造する接合体の製造方法であり、
ダイカストにより製造されたアルミニウム合金製の前記金属部品を準備する準備工程と、
展伸用アルミニウム合金を溶着させて前記金属部品に接合部を形成する接合部形成工程と、
金型内に前記接合部をインサートした状態で前記樹脂部品を射出成型することにより、前記接合部に前記樹脂部品を接合する接合工程と、
を含むことを特徴とする接合体の製造方法。
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WO2015046448A1 (ja) | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 株式会社Uacj | 撹拌係止接合方法及び接合体 |
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