JP7492333B2 - 複合成形品および溝付き樹脂成形品 - Google Patents
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Description
本発明は、複合成形品およびこの複合成形品を形成するための溝付き樹脂成形品に関する。
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、特許文献１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。
特許文献２には、ガラス繊維を含有する第１樹脂成形品の接合面にレーザにより溝を形成し、その接合面に第２樹脂を射出成型することで複合成形品とする技術が提案されている。
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。特に、樹脂成形品にガラス繊維等の無機充填剤が含まれていない場合に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、樹脂成形品にガラス繊維等の無機充填剤が含まれていない場合であっても、他の成形品と接合したときの強度をよりいっそう高めることの可能な複合成形品を提供することである。
本発明の目的は、下記によって達成された。
１） 部材Ａと樹脂Ｂにより一体化している複合成形品であって、該部材Ａは内部に管を有し、該管は、部材Ａと該樹脂Ｂとの接合部に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、該管内には該樹脂Ｂが存在している複合成形品。
２） 内部に管を有する部材Ａであって、該管は成形品表面に存在する少なくとも２か所の孔と通じている成形品。
３） 前記少なくとも２か所の孔は、成形品が有する一つの面に存在する、前記２記載の成形品。
４） 前記２および３記載の成形品の製造方法であって、該管および孔をレーザ照射によって形成する成形品の製造方法。
１） 部材Ａと樹脂Ｂにより一体化している複合成形品であって、該部材Ａは内部に管を有し、該管は、部材Ａと該樹脂Ｂとの接合部に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、該管内には該樹脂Ｂが存在している複合成形品。
２） 内部に管を有する部材Ａであって、該管は成形品表面に存在する少なくとも２か所の孔と通じている成形品。
３） 前記少なくとも２か所の孔は、成形品が有する一つの面に存在する、前記２記載の成形品。
４） 前記２および３記載の成形品の製造方法であって、該管および孔をレーザ照射によって形成する成形品の製造方法。
本発明では、内部に管を有しその管が部材の接合部にある２か所の孔と通じることで通管孔を形成している部材Ａに対し、その通管孔を埋めるように別の樹脂Ｂを流し込むことで、部材Ａに対し樹脂Ｂからなる部分が環状のフックのような効果を発揮し、より強固に接合する複合成形品とすることができる。
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＞
本発明の複合成形品は、部材Ａと樹脂Ｂにより一体化している複合成形品であって、該部材Ａは内部に管を有し、その管が接合部に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、そしてその管には樹脂Ｂが存在していることを特徴とする。
本発明の複合成形品は、部材Ａと樹脂Ｂにより一体化している複合成形品であって、該部材Ａは内部に管を有し、その管が接合部に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、そしてその管には樹脂Ｂが存在していることを特徴とする。
＜部材Ａ＞
≪内部に存在する管≫
本発明の部材Ａは、内部に管が存在しており、その管の開口部は部材Ａの接合部である表面に存在する２か所以上の孔と通じている。図１および２は、部材Ａの内部に有する管を示している。
≪内部に存在する管≫
本発明の部材Ａは、内部に管が存在しており、その管の開口部は部材Ａの接合部である表面に存在する２か所以上の孔と通じている。図１および２は、部材Ａの内部に有する管を示している。
管は少なくとも２か所が、部材Ａが有する接合部に存在する孔と通じていればよく、図２で示すように３か所以上であってもよい。
本発明の隣り合う孔の径は、０．１～３ｍｍであることが好ましい。孔のピッチは、０．２～３ｍｍであり、好ましくは０．５～１ｍｍである。なお、管の径は、孔の径とほぼ同じである。
管の長さは、０．２～４０ｍｍであり、好ましくは０．２～２０ｍｍである。第１成形品内部に存在する管の深さは、孔の存在する接合部から０．１～２ｍｍであり、０．１～１ｍｍであることが好ましい。
部材Ａは、レーザ照射により溝を形成できるものであれば特に限定されない。例えば熱可塑性樹脂として、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）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。部材Ａは熱硬化性樹脂であってもよいし、金属やセラミックであってもよい。
≪レーザ照射による孔および管の形成方法≫
本発明の接合部となる部材Ａ表面にレーザの照射を行い、樹脂を部分的に除去することで、複数の孔を形成することができ、レーザ照射角度の違う少なくとも２か所の孔を部材Ａの内部で連結することによって管が得られる。
本発明の接合部となる部材Ａ表面にレーザの照射を行い、樹脂を部分的に除去することで、複数の孔を形成することができ、レーザ照射角度の違う少なくとも２か所の孔を部材Ａの内部で連結することによって管が得られる。
レーザの照射は、照射対象材料の種類やレーザ装置の出力等をもとに設定されるが、部材に適度のエネルギーを照射して溝を形成しないと、設定どおりの幅や深さの溝を形成することが難しかったりするため、複数回に分けて行うことが好ましい。
管の長さは、レーザ照射の角度、レーザ照射する位置によって適宜定めることができる。例えば、図１に示すように、２か所の孔を離して形成すると長い管を形成することができる。また図２に示すように３か所以上の孔を連結させることで、さらに管を長くすることができる。
部材Ａが熱可塑性樹脂では、レーザの吸収を向上させるために色素、染料等のレーザ吸収剤を添加することもできる。レーザ吸収剤としては、カーボンブラックが好ましい。
部材Ａが熱可塑性樹脂では、レーザの吸収を向上させるために色素、染料等のレーザ吸収剤を添加することもできる。レーザ吸収剤としては、カーボンブラックが好ましい。
なお、孔、管の表面のラマン分光分析によって、樹脂の炭化層が存在することが確認できれば、孔、管がレーザ光照射によって形成されたものであると判断することができる。
＜複合成形品＞
図３および４は本発明の複合成形品の概略拡大断面の模式図である。図３では、ほぼ一定間隔で孔が形成され、その孔の２か所が連結することによって管が形成され、その管内に樹脂Ｂが存在している。図４では、内部にランダムに形成した孔を有する第１成形品の管に樹脂Ｂが存在している。
図３および４は本発明の複合成形品の概略拡大断面の模式図である。図３では、ほぼ一定間隔で孔が形成され、その孔の２か所が連結することによって管が形成され、その管内に樹脂Ｂが存在している。図４では、内部にランダムに形成した孔を有する第１成形品の管に樹脂Ｂが存在している。
≪樹脂Ｂ≫
樹脂Ｂは、射出成形可能な樹脂であれば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の種類は特に問わない。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）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。
樹脂Ｂは、射出成形可能な樹脂であれば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂の種類は特に問わない。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）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を挙げることができる。
＜複合成形品の形成方法＞
本発明の複合成形品は、成形によって得られる。ここで成形方法としては、熱板溶着、プレス加工、接着、塗装、メッキ、印刷等が挙げられるが、二重成形であることが好ましい。
本発明の複合成形品は、成形によって得られる。ここで成形方法としては、熱板溶着、プレス加工、接着、塗装、メッキ、印刷等が挙げられるが、二重成形であることが好ましい。
二重成形の場合、部材Ａを金型に入れ、この金型の内部に、孔を有する面を接合面として、樹脂Ｂを封入する。その際樹脂Ｂは管にも入り込み、この状態で冷却することにより複合成形品を形成することができる。
二重成形は、樹脂Ｂを金型内部に封入する際の圧力により、管の内部まで充填することが容易である。管内部まで樹脂Ｂが充填されることにより、樹脂Ｂが環状となり、単に孔が掘られた状態よりもより強固な接合力を発揮する。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、特に断りの無い限り、測定は２３℃５０％ＲＨの雰囲気下で行った。
＜実施例１＞
実施例において使用した材料は下記のとおりである。
≪部材Ａ≫
ＰＢＴ：ポリプラスチックス社製 ジュラネックス２００２ ＥＤ３００２
≪樹脂Ｂ≫
ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラネックスＭ４５０－４４ ＣＦ２００１
実施例において使用した材料は下記のとおりである。
≪部材Ａ≫
ＰＢＴ：ポリプラスチックス社製 ジュラネックス２００２ ＥＤ３００２
≪樹脂Ｂ≫
ＰＯＭ：ポリプラスチックス社製 ジュラネックスＭ４５０－４４ ＣＦ２００１
＜部材Ａの作製＞
≪試験片の作製≫
部材Ａは、ＡＳＴＭ Ｄ２５６のアイゾット試験片形状（Ｗ１２．７×Ｄ６．４×Ｌ６３．５ｍｍ）で作製した。
部材Ａを、下記成形条件で、ＡＳＴＭのアイゾット試験片金型に射出成形した。
ＰＢＴ：シリンダー温度２６０℃、金型温度８０℃
≪試験片の作製≫
部材Ａは、ＡＳＴＭ Ｄ２５６のアイゾット試験片形状（Ｗ１２．７×Ｄ６．４×Ｌ６３．５ｍｍ）で作製した。
部材Ａを、下記成形条件で、ＡＳＴＭのアイゾット試験片金型に射出成形した。
ＰＢＴ：シリンダー温度２６０℃、金型温度８０℃
ついでレーザ照射装置にて、照射径８０μｍレーザにより接合部に対して所定の角度（接合部の垂直方向に対して６０°および１２０°）から２か所の孔を形成し、図１の形状（ピッチ１．７ｍｍ）の部材Ａを作製した（図５および６）。
比較例１として、接合部に垂直（９０°）にレーザ照射で孔を形成した部材Ａを作製した。
比較例１として、接合部に垂直（９０°）にレーザ照射で孔を形成した部材Ａを作製した。
≪レーザ照射条件≫
レーザ波長 ：１０６４ｎｍ
レーザ照射径：８０μｍ
照射機 ：キーエンス社製レーザ マーカー ＭＤ－Ｘ１５２０
レーザ出力 ：２２．５Ｗ
照射速度 ：２０ｍｍ／ｓ
レーザ波長 ：１０６４ｎｍ
レーザ照射径：８０μｍ
照射機 ：キーエンス社製レーザ マーカー ＭＤ－Ｘ１５２０
レーザ出力 ：２２．５Ｗ
照射速度 ：２０ｍｍ／ｓ
＜複合成形品の作製＞
上記で作製した試験片を、ＡＳＴＭ曲げ試験片金型を用い、樹脂Ｂよりシリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃の条件にて二重成形を行い、図７のようなＡＳＴＭの曲げ試験片（１２．７×６．４×１２７ Ｄ７９０）ｍｍを作製した。接合部の断面積は、８１．３ｍｍ２（１２．７×６．４ｍｍ）である。
上記で作製した試験片を、ＡＳＴＭ曲げ試験片金型を用い、樹脂Ｂよりシリンダー温度１９０℃、金型温度８０℃の条件にて二重成形を行い、図７のようなＡＳＴＭの曲げ試験片（１２．７×６．４×１２７ Ｄ７９０）ｍｍを作製した。接合部の断面積は、８１．３ｍｍ２（１２．７×６．４ｍｍ）である。
＜接合強度測定＞
作製した複合成形品試料について、万能試験機を用いて、ＡＳＴＭの曲げ試験片の引張破壊強度を測定し、接合部の断面積より引張応力を算出した。結果を表１に示す。
破壊速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ/
試験機 ：島津製作所製万能試験機 ＡＧ－２０ｋＮＸＤｐｌｕｓ
作製した複合成形品試料について、万能試験機を用いて、ＡＳＴＭの曲げ試験片の引張破壊強度を測定し、接合部の断面積より引張応力を算出した。結果を表１に示す。
破壊速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ/
試験機 ：島津製作所製万能試験機 ＡＧ－２０ｋＮＸＤｐｌｕｓ
表１から、第１成形品に管を有する本発明は、接合強度が改善されていることが分かる。
１ 部材Ａ
２ 孔
３ 管
４ 接合部
５ 複合成形品
６ 樹脂Ｂ
Ｐ 引張試験の張力方向
２ 孔
３ 管
４ 接合部
５ 複合成形品
６ 樹脂Ｂ
Ｐ 引張試験の張力方向
Claims (4)
- 部材Ａと樹脂Ｂにより一体化している複合成形品であって、前記部材Ａは内部に管を有し、前記管は、前記部材Ａと前記樹脂Ｂとの接合部に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、前記部材Ａは熱可塑性樹脂であり、前記管は、前記接合部の垂直方向に対して６０°及び１２０°の角度を有しており、前記管内には前記樹脂Ｂが存在している複合成形品。
- 内部に管を有する部材Ａからなる成形品であって、前記部材Ａは熱可塑性樹脂であり、前記管は成形品表面に存在する少なくとも２か所の孔と通じており、前記管は、前記成形品表面の垂直方向に対して６０°及び１２０°の角度を有しており、
前記管はレーザ照射により形成されている、複合成形品に用いられる成形品。 - 請求項２に記載の成形品の製造方法であって、前記成形品表面の垂直方向に対して６０°及び１２０°の角度でレーザを照射して、前記管および前記孔を形成する成形品の製造方法。
- 前記管の長さは０．２～４０ｍｍであり、前記孔の径の大きさは０．１～３ｍｍである、請求項１に記載の複合成形品。
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