JP7389336B2

JP7389336B2 - 金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法

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Publication number: JP7389336B2
Application number: JP2019219610A
Authority: JP
Inventors: 豊薬師神; 進之助西島; 教昌三浦
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP2021088114A

Description

本発明は、金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法に関する。

金属素形材は、自動車をはじめとする多種多様な工業製品の製造に用いられている。金属素形材に熱可塑性樹脂組成物の成形体である樹脂材が接合した接合体は、金属のみからなる部品よりも軽量であり、且つ、樹脂のみからなる部品よりも強度が高い。そのため、当該接合体は、携帯電話機やパーソナルコンピューター等の電子機器等にも使用されている。また、建築資材として外壁等にも用いられている（特許文献１参照）。

特開２０１７－１１４１１１号公報

しかし、上記従来技術は、加熱板で加熱した鋼板で樹脂を挟みこんで加熱及び加圧を行う。その後、一旦除荷され、別の冷却板で加圧及び冷却を行う。このため、接合工程で一旦除荷される時間があり、除荷によって加熱された鋼板が反り、接合部のはく離が生じて未接合となる可能性がある。また、加熱時と冷却時とで２台以上のプレス機構が必要である。
一方、一般的な加熱プレス装置では、加熱と冷却を同一装置で行うものがある。このような装置は、加熱された装置を冷却する時間がかかる。さらに、冷却後、再度装置を加熱する時間がかかるので生産性が悪い。
本発明は、加圧状態で行う複数の工程を有する場合であっても、効率よく製造可能な金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、金属素形材と樹脂材とが接合された接合体を製造する方法であって、前記金属素形材と前記樹脂材とを積層して未接合状態の積層体を作製する積層工程と、前記積層体を高融点フィルムの内部に配置するフィルム内配置工程と、前記高融点フィルムの内部を真空引きすることで、前記積層体を加圧する真空引き工程と、前記積層体を接合して接合体を作製する接合工程と、前記接合体から前記高融点フィルムを除去するフィルム除去工程と、を備える、金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法を提供する。

前記金属素形材は前記樹脂材と接合される面に有機樹脂層を有し、前記接合工程は、加熱工程を備え、前記加熱工程において前記有機樹脂層を溶融することで前記金属素形材と前記樹脂材とを熱溶着させることが好ましい。

前記接合工程は、前記加熱工程の後に冷却工程を備えることが好ましい。

加圧状態で行う複数の工程を有する場合であっても、効率よく製造可能な金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法を提供することができる。

金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態に係る、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法について説明する。実施形態に係る製造方法は、表面に有機樹脂層３が設けられた金属素形材１と樹脂材２とを重ねて、金属素形材１における有機樹脂層３が設けられた表面と樹脂材２の表面とが対向して接合された接合体１０を作製するものである。
なお、金属素形材１と樹脂材２とが接合しているとは、両者が密着して、容易に剥離しない状態、例えば、樹脂材２を下向きにして接合体１０を持ち上げても、樹脂材２が自重で剥離することがないことを意味する。

図１は、実施形態に係る、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法を説明する図である。

（積層工程）
図１（ａ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法における積層工程を説明する図である。積層工程において、２枚の金属素形材１の間に樹脂材２を配置して、位置合わせを行い、未接合状態の積層体１０Ａを作製する。

（金属素形材１）
金属素形材１は、少なくとも樹脂材２と接する表面に有機樹脂層３を有する。金属素形材１を構成する金属の種類は、特に限定されない。例えば、上記金属の種類は、鉄であってもよいし、鉄以外の金属であってもよいし、合金であってもよい。金属素形材１の例には、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板（オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、フェライト・マルテンサイト二相系を含む）、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板等の金属素形材１や、そのプレス加工品、あるいは、アルミダイカスト、亜鉛ダイカスト等の鋳造・鍛造物や、切削加工、粉末冶金等により成形された各種金属部材等が含まれる。金属素形材１は、必要に応じて、脱脂、酸洗等の公知の塗装前処理が施されていてもよい。

（有機樹脂層３）
有機樹脂層３は、金属素形材１と樹脂材２との密着性を向上させる。有機樹脂層３の樹脂として、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリウレタン、アクリル系樹脂、アクリル・スチレン系樹脂、酢酸ビニル、ＥＶＡ（エチレンー酢酸ビニル共重合）、エステル系樹脂を使用することができる。

（樹脂材２）
樹脂材２は、特に限定されない。樹脂材２は、樹脂からなる成形体や部材を含む。樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、等を含むものに適用できる。

（フィルム内配置工程）
図１（ｂ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法におけるフィルム内配置工程を説明する図である。フィルム内配置工程において、金属素形材１の間に樹脂材２を配置して、位置合わせが行われた積層体１０Ａを、袋状の高融点フィルム４内に配置する。配置方法は、袋状の高融点フィルム４を用意して、その中に積層体１０Ａを入れてもよいし、積層体１０Ａの上下にそれぞれシート状の高融点フィルム４を配置し、積層体１０Ａを囲むように上下の高融点フィルム４を溶着させることにより、積層体１０Ａの外周を高融点フィルム４で覆ってもよい。
なお、高融点フィルム４とは、金属素形材１の有機樹脂層３と樹脂材２との溶着温度（有機樹脂層３を構成する樹脂の融点）よりも融点の高い材料により構成されたフィルムを示す。高融点フィルム４は、例えばバギングフィルムである。

（真空引き工程）
図１（ｃ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法における真空引き工程を説明する図である。真空引き工程において、真空引きにより高融点フィルム４内を真空引きする。これにより、金属素形材１と樹脂材２とが加圧状態で保持され、位置合わせされた金属素形材１と樹脂材２とが、以後の工程においてずれることがない。

（接合工程）
接合工程は加熱工程と、搬送工程と、冷却工程とを含む。
（加熱工程）
図１（ｄ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法における加熱工程を説明する図である。加熱工程において、高融点フィルム４内に保持された積層体１０Ａを、加熱プレート１１上に配置し、金属素形材１を加熱する。加熱によって、金属素形材１における樹脂材２との接合面に設けられた有機樹脂層３と、樹脂材２とが溶融する。なお、この際、高融点フィルム４は溶融しない。

（搬送工程）
図１（ｅ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法における搬送工程を説明する図である。搬送工程において、加熱プレート１１から冷却プレート１２へと積層体１０Ａを搬送する。この際、有機樹脂層３はまだ溶融したままであるが、金属素形材１と樹脂材２とは位置合わせされた状態で加圧されているので、位置がずれることがない。

（冷却工程）
図１（ｆ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法における冷却工程を説明する図である。冷却工程において、積層体１０Ａを冷却プレート１２上に配置し、冷却する。冷却によって、溶融した有機樹脂層３と樹脂材２とが硬化し、金属素形材１と樹脂材２と接合された接合体１０が製造される。

（フィルム除去工程）
図１（ｇ）は、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法におけるフィルム除去工程を説明する図である。フィルム除去工程において、接合体１０の外周から高融点フィルム４を除去する。
以上のような実施形態に係る、金属素形材１と樹脂材２との接合体１０の製造方法により、接合体１０が製造される。

以上、実施形態によると、接合工程において、加熱後に無負荷の状況にならないので、金属素形材１及び樹脂材２の反りによる接合不良が生じることがない。
実施形態では、有機樹脂層３を備える金属素形材１を用いるので、樹脂材２との接合に接着剤を用いる必要がない。このため、接着剤の塗布及び乾燥の時間が不要であり、短時間で接合体１０を製造することができる。
一般的な熱ラミネート処理ラインによって接合体１０を製造可能であるため特段の設備を製造ラインに組み込む必要がない。
また、実施形態の製造方法によると、加熱工程、搬送工程、冷却工程において加圧された状態が継続されるので、それぞれの工程での位置合わせが不要である。
以上、実施形態の製造方法によると、より短時間、且つより低コストで、接合体１０を製造することができる。

１金属素形材
２樹脂材
３有機樹脂層
４高融点フィルム
１０接合体
１０Ａ積層体

Claims

金属素形材と樹脂材とが接合された接合体を製造する方法であって、
前記金属素形材と前記樹脂材とを積層して未接合状態の積層体を作製する積層工程と、
前記積層体を高融点フィルムの内部に配置するフィルム内配置工程と、
前記高融点フィルムの内部を真空引きすることで、前記積層体を加圧する真空引き工程と、
前記積層体を接合して接合体を作製する接合工程と、
前記接合体から前記高融点フィルムを除去するフィルム除去工程と、
を備え、
前記接合工程は、加熱工程を備え、
前記加熱工程は、前記高融点フィルム内に保持された前記積層体を、加熱プレート上に配置し、前記金属素形材を加熱する、金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法。
前記金属素形材は前記樹脂材と接合される面に有機樹脂層を有し、
前記加熱工程において前記有機樹脂層を溶融することで前記金属素形材と前記樹脂材と
を熱溶着させる、
請求項１に記載の金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法。
前記接合工程は、前記加熱工程の後に冷却工程を備える、
請求項２に記載の金属素形材と樹脂材との接合体の製造方法。