JPH11104859A - 複合材の接合方法 - Google Patents

複合材の接合方法

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JPH11104859A
JPH11104859A JP9286017A JP28601797A JPH11104859A JP H11104859 A JPH11104859 A JP H11104859A JP 9286017 A JP9286017 A JP 9286017A JP 28601797 A JP28601797 A JP 28601797A JP H11104859 A JPH11104859 A JP H11104859A
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joining
composite material
synthetic resin
intervening
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Tomonori Yamaguchi
知典 山口
Hiroyuki Kawabata
博之 川端
Naoshi Yasuoka
直志 安岡
Shigetoshi Jogan
茂利 成願
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Showa Aluminum Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材薄板と合成樹脂層が積層された積層複
合材において、合成樹脂層同士のピンホールのない接合
と共に金属材同士を完全に接合する生産性の高い、かつ
簡易な積層複合材の接合方法の提供。 【解決手段】 合成樹脂と金属をラミネートした複合材
同士を合成樹脂面同士を重ねて接合する方法において、
これら複合材の接合面に該複合材の金属１、３と接合で
きる介在金属材５を介在させ、合成樹脂層２、４を接合
すると共に前記複合材の金属同士１、３を介在金属材５
を介して金属接合する複合材の接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂及び金属
薄板（金属薄板とは、金属箔及びシート：５ミクロン〜
約２ｍｍくらいの厚さの金属材を意味する。）、特にア
ルミニウム薄板とをラミネートした複合材であって、こ
れの接合においてそれぞれの金属材同士を介在金属材を
介して間接的に接合する接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融接合可能な材料同士の接合はこれま
で普通に行われてきたが、金属薄板、特にアルミニウム
材（本発明においてはアルミニウムまたはその合金を、
両者一括して「アルミニウム材」という。）に合成樹脂
をラミネートまたは塗装した積層複合材（本発明におい
てはこのような積層した複合材を指す。）においては、
通常は合成樹脂層を接合または熱硬化して接合すること
はあっても、それぞれの金属層同士を同時に接合する技
術はこれまで開発されていなかった。金属は一般に加工
が容易であり、強度が大きく、中でもアルミニウムは軽
量であり、加工しやすく、安価で容易に入手でき、重量
の割りには適度な強度を有しているので、構造材、容
器、外装材、建築材、電気器具、事務機などに広く使用
されている。しかし金属材は一般に耐食性に欠け、酸化
されたり、腐食したり問題の多い材料である。このよう
な材料の弱点を、熱可塑性プラスチックなどを被覆する
ことにより耐食性を付与した複合材が広く使用されてい
る。このような材料の１例として、アルミニウム材を圧
延した薄板または箔（以下アルミニウム材薄板とい
う。）に、合成樹脂、特にポリエチレンまたはポリプロ
ピレンを積層した複合材あるいは合成樹脂をコートした
複合材を利用した製品が多数見いだされる。
【０００３】これら複合材同士の接合形式を見ると、そ
のほとんどは接合するのは合成樹脂層同士であって、金
属材同士を接合したものはもちろん、この合成樹脂層同
士及び金属材同士を同時に接合したものは見当たらな
い。もしそれぞれの層同士が接合したものが必要な時
は、通常金属材同士をあらかじめ接合した後で、合成樹
脂コーティングするかあるいはライニングするなどの方
法によるしか方法はなかった。金属材の中でも融点の低
いアルミニウムと熱可塑性プラスチックからなる積層複
合材においても、熱可塑性プラスチックの融点において
はアルミニウム材は溶融接合が不可能であり、逆にアル
ミニウム材の溶融接合条件においては熱可塑性プラスチ
ックが熱分解を受けるなどの問題があってこの課題の解
決はほとんど不可能とされ、検討されていなかったもの
と思われる。
【０００４】各種の複合材を用いた容器（ケース）ある
いは電気部品、電子部品などの電気的接合において、外
側材の金属（その表面に塗装することはある。）層同士
の完全な接合と、耐食材（あるいは絶縁材）として内面
に積層された合成樹脂層の完全な接合がなされているこ
との要求があり、この接合を行うための技術の開発、コ
ストダウン、生産性の向上の必要性が出てきた。特に合
成樹脂の軟化点以上の高温において機械的強度が必要な
場合、合成樹脂の破壊強度以上の機械的強度が必要とさ
れる場合、あるいは内容物と容器またはケースの材料と
の反応による内容物の汚染のない容器、例えば食品、医
薬品、化粧品などの容器、リチウム二次電池のケース
や、各種の電子器材のケースなどの製造において、高生
産性で行うには自動接合ラインでこれを行う必要があ
り、このためには金属材と合成樹脂からなる積層複合材
においての、それぞれの材料の層同士を同一の工程（合
成樹脂層同士及び金属材薄板同士の接合が２段で行われ
るものも含む。）において接合する方法の開発が待たれ
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属材薄板
と合成樹脂層が積層された積層複合材において、合成樹
脂層同士のピンホールのない接合と共に金属材同士を完
全に接合する生産性の高い、かつ簡易な積層複合材の接
合方法の開発を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１） 合成
樹脂と金属をラミネートした複合材同士を合成樹脂面同
士を重ねて接合する方法において、これら複合材の接合
面に該複合材の金属と接合できる介在金属材を介在さ
せ、合成樹脂層を接合すると共に前記複合材の金属同士
を介在金属材を介して金属接合することを特徴とする複
合材の接合方法、（２） 複合材の接合面にあらかじめ
介在金属材をセットし、接合して介在金属材を固定化し
た後に金属同士を超音波接合する上記（１）記載の複合
材の接合方法、（３） 複合材の接合面にあらかじめ介
在金属材をセットし、アンビルおよび／または超音波ホ
ーンを加熱して超音波接合すると同時に接合する上記
（１）記載の複合材の接合方法、
【０００７】（４） 複合材の接合面にあらかじめ介在
金属材をセットし、プレス荷重１００ｋｇｆ／ｍｍ2 な
いし２００ｋｇｆ／ｍｍ2 において冷間圧接し、金属同
士を介在金属材を介して金属接合させその後ヒートシー
ルにより合成樹脂層を接合する上記（１）記載の複合材
の接合方法、（５） 複合材の接合面にあらかじめ介在
金属材をセットし、複合材の合成樹脂の融点ないし融点
＋５０℃の温度に加熱した金型を用い、プレス荷重２０
ｋｇｆ／ｍｍ2 ないし２００ｋｇｆ／ｍｍ2 において冷
間圧接し、金属同士を介在金属材を介して金属接合する
上記（１）または（４）に記載の複合材の接合方法、
（６） 介在金属材の金属が複合材の金属と接合可能な
ものであり、かつメッシュ状、ラスメタル状、パンチン
グメタル状、線状、棒状、粒状または粉末状である上記
（１）〜（５）のいずれかに記載の複合材の接合方法、
（７） 介在金属材がメッシュ状、ラスメタル状または
パンチングメタル状である時、メッシュ目が接合幅より
小さく、かつ気孔率が３０％以上ある上記（７）記載の
複合材の接合方法、及び（８） 合成樹脂と金属をラミ
ネートした複合材の接合面が、合成樹脂層同士がが接合
されていると共に、前記複合材の金属同士を該複合材の
金属と接合できる介在金属材を介して金属接合された構
造を有することを特徴とする複合材の接合構造、を開発
することにより上記の目的を達成した。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下合成樹脂層として合成樹脂フ
ィルムを、また金属層としてアルミニウム箔を使用しラ
ミネートした複合材を代表として取り上げて説明する
が、複合材を構成する合成樹脂層はフィルムのみならず
塗布した複合材であってもよく、また金属材としては厚
さ５ミクロン〜約２ｍｍの、アルミニウム、銅、ニッケ
ルなど金属容器の材料として使用可能なものであれば本
発明の材料として使用できる。本発明に使用するアルミ
ニウム材としては、一般に使用目的、特に容器のサイズ
などにより変わるが、一般的にはコスト、加工性などの
面から、厚さ３０μｍ〜２ｍｍ程度のアルミニウム材薄
板が用いられる。合成樹脂層の厚さは、加工性の点を考
慮すると２０μｍ〜１．５ｍｍ程度の厚さのポリプロピ
レン、ポリエチレン、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリア
ミド、などのフィルムをドライラミネート、押出ラミネ
ート、ヒートラミネートしたものであり、特に好ましい
ものとしてポリプロピレンフィルムをラミネートしたも
のが用いられる。この合成樹脂層としてはアルミニウム
材に影響を与えない条件において、溶融接合可能な融点
を有する材料であり、加熱、加圧により、合成樹脂同士
が完全に接合されると共に、アルミニウム材の超音波接
合を妨害しないものであればその材質は問わない。特に
複合材容器用材料としての好ましい組み合わせとして
は、アルミニウム材（箔または薄板）と、比較的低温で
溶融接合が容易なポリエチレン、ポリプロピレンなどの
合成樹脂からなる複合材である。
【０００９】このような複合材の接合に使用する介在金
属材は、通常は複合材の金属材と同一金属材を用いるこ
とがトラブルなく接合できるので好ましいが、材質的に
は複合材の金属材と金属接合可能な材料であればその種
類は限定する必要がない。形状としてはメッシュ状、ラ
スメタル状、パンチングメタル状、線状、棒状、粒状、
粉末状など各種の形状の金属材を使用できる。ラスメタ
ルとしては介在金属材からなるネットをそのままあるい
は巻いた状態で使用する。線状あるいは棒状（針金）の
場合においては接合面の幅よりは細いものを接合面に沿
って１重、あるいは２重以上に並べて使用する。粒状、
粉末状（アトマイズ粉、フレーク粉などある。）でも接
合面に接合幅より細く散布して使用できるが、できれば
あらかじめ接合面にセットできる形状に予備成形して用
いることが生産性を高く維持できる。特に好ましい介在
金属材としては、接合面の幅よりは狭く、複合材の合成
樹脂厚さの３０〜３００％、好ましくは５０〜１５０％
程度の厚さを有し、空隙率が３０％以上あるメッシュ
状、ラスメタル状、ぱんちんぐメタル状（巻いたもので
も同様）である。
【００１０】このような複合材を用いて金属接合をした
複合材容器を製造する場合には、合成樹脂面同士を重ね
て接合するが、とりあえず説明の簡便のためフランジ付
容器本体と蓋体を接合する場合（両面を窪ませて接合す
る時は容器本体同士の接合となる。）について説明す
る。この拡大断面を図１に示す。アルミニウム箔１及び
合成樹脂２をラミネートした複合材からなる容器本体Ａ
のフランジと、同じアルミニウム箔３及び合成樹脂をラ
ミネートした複合材からなる蓋材を接合する際に、接合
面のフランジ部に、あらかじめ介在金属材５を容器本体
Ａのフランジ部にセットし、これに蓋材Ｂをかぶせ、一
度加熱して接合面に介在金属材を接合すると共に固定化
した後、超音波ホーン及びアンビルの間で加圧しながら
超音波接合する。
【００１１】この場合の超音波接合の条件としては、複
合材の金属材の種類、合成樹脂の種類及び厚さなどによ
り変わるが、金属材がアルミニウム箔の場合下記の範囲
を若干超える場合もあるが、おおよそ周波数２０〜４０
ｋＨｚ、振幅８〜３０μｍ、静加圧力４〜１０ｋｇｆ／
ｃｍ2 、最大出力６００〜２０００Ｗ程度で行うことが
できる。
【００１２】また別の方法として、超音波ホーンおよび
／またはアンビルをあらかじめ加熱して置き、フランジ
部に介在金属材をセットした後、ただちに接合すると同
時に超音波接合することによってもよい。この場合の介
在金属材は、空隙率が３０％以上あると複合材の合成樹
脂がこの空隙部分に逃げるため、接合の加圧力を小さく
しても接合が完全に行くので好ましい。
【００１３】超音波接合でなく接合する方法として、冷
間圧接あるいは熱間圧接によっても同様に介在金属材を
介しての複合材の金属同士の接合が可能である。この場
合の接合条件としては、超音波接合と同様に、フランジ
部に介在金属材をセットし、次いでプレス荷重２０ｋｇ
ｆ／ｍｍ2 〜２００ｋｇｆ／ｍｍ2 とし、冷間圧接すれ
ば良い。合成樹脂層のヒートシールは冷間圧接の前また
は後で行い、合成樹脂層を完全に接合することが必要で
ある。この場合、金型をあらかじめ複合材の合成樹脂の
融点〜融点＋５０℃の範囲の温度に加熱して置き、プレ
スすれば同時に接合も可能である。この場合の介在金属
材の種類、形状などは超音波接合と同様であってよい。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）容器本体として、厚さ１２μｍのポリエチ
レンテレフタレートフィルム（以下単に「ＰＥＴ」とい
う。）／厚さ５０μｍのアルミニウム箔（「Ａｌ」とい
う。）／厚さ５０μｍのキャストポリプロピレンフィル
ム（「ＣＰＰ」という。）の複合材を、フランジ幅１０
ｍｍ、横６５ｍｍ、縦５０ｍｍ（いずれもフランジを含
めたサイズ）、深さ２０ｍｍの形状の形状に成形し、蓋
材としてＰＥＴ（９μｍ）／Ａｌ（５０μｍ）／ＣＰＰ
（５０μｍ）の複合材を用い、介在金属材としてアルミ
ニウムメッシュ（径：０．１４ｍｍφ、空隙率：４０
％）を用いた。容器本体にプロピレンカーボネート：５
ｇを入れた後、ホーンの接触面が梨地仕上されている超
音波接合機を用い、接合幅４ｍｍ、周波数４０ＫＨｚ、
圧力６ｋｇｆ／ｃｍ2 、７００Ｗの条件で超音波接合し
た。気密性を評価するため６０℃の雰囲気下に１週間放
置した後その重量変化を調べたところ、まったく重量減
少は認められなかった。
【００１５】（実施例２）実施例１と同じ形状の容器
を、容器本体の構成材として厚さ３０μｍの延伸ナイロ
ンフィルム（「ＯＮ」という。）／Ａｌ（４５μｍ）／
ＣＰＰ（３０μｍ）の複合材を、また蓋材として、ＯＮ
（３０μｍ）／Ａｌ（３０μｍ）／ＣＰＰ（３０μｍ）
の複合材を用いて製造した。この場合介在金属材として
アルミニウムメッシュ（径０．１ｍｍφ、空隙率：５０
％）を用いた。まず、プロピレンカーボネート：５ｇを
入れ、接合面に介在金属材をフランジ間に挿入してから
２１０℃、２ｋｇ／ｃｍ2 、１ｓｅｃでヒートシール
し、次いで実施例１と同一の超音波接合機を用い同条件
で超音波接合した。実施例１と同条件で気密性を評価し
たところ、重量減少はまったく認められなかった。
【００１６】（比較例１）実施例２と同一の容器を用
い、プロピレンカーボネートを入れ、介在金属材を使用
せずに２１０℃、２ｋｇｆ／ｃｍ2 、１ｓｅｃの条件で
ヒートシールした。超音波接合はしなかった。この容器
を実施例１と同条件で気密性を評価したところ、１００
ｍｇの減少が検出され、密閉度が低かった。
【００１７】（実施例３）フランジ幅１０ｍｍ、横１５
０ｍｍ、縦１２０ｍｍ（いずれもフランジを含めたサイ
ズ）、深さ１５ｍｍの容器を、容器本体の構成材として
ＰＥＴ（２５μｍ）／Ａｌ（５００μｍ）／ＣＰＰ（６
０μｍ）の複合材を、また蓋材として、ＰＥＴ（２５μ
ｍ）／Ａｌ（３００μｍ）／ＣＰＰ６０μｍ）の複合材
を用いて製造した。この場合介在金属材としてアルミニ
ウム線（径０．３ｍｍφ、３本を接合部が重ならないよ
うに、並列に置いた。）を用いた。まず、プロピレンカ
ーボネート：５ｇを入れ、接合面に介在金属材をフラン
ジ間挿入してから金型温度２００℃、１５０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 の圧力で熱間圧接した。実施例１と同条件で気密性
を評価したところ、重量減少はまったく認められなかっ
た。
【００１８】実施例１〜３で得られた容器をそれぞれ２
０個取り、その接合面の剥離強度を測定したところ、表
１に示すような結果を得た。
【表１】
【００１９】
【発明の効果】本発明の複合材の接合方法は、複合材の
金属層同士を介在金属材を介して金属接合するものであ
り、接合に際して複合材の合成樹脂を剥離する必要もな
く、複合材をそのままで接合できる。更にあらかじめ接
合してから超音波接合するかあるいは超音波ホーン、ア
ンビルあるいはプレス金型などを加熱しておくことによ
り金属層同士を接合すると同時に接合をすることもでき
る。これらの接合方法は、比較的簡単でありかつ生産性
の高い方法であるため、容器に適用する時は低コストの
積層複合容器を得ることができる。この製造方法により
得られる複合容器は、金属層同士が確実に接合されてい
るため、高温度においても接合強度の低下のない、光に
対しても遮光性を持ち、合成樹脂層に対して透過性の強
い酸素、水分などに対しても、耐透過性のある、気密性
の高い密閉容器を製造することができる。このため、こ
れらの成分との反応性の高い写真、電子材製造用などの
薬品、食品、化学品、医薬品などのための長期保存用容
器、腐食性物品などのための容器、リチウム電池などの
ケースとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合材の接合方法の拡大断面図。
【符号の説明】
Ａ 容器本体 Ｂ 蓋体材 １ アルミニウム箔 ２ 合成樹脂 ３ アルミニウム箔 ４ 合成樹脂 ５ 介在金属材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成願 茂利 大阪府堺市海山町６丁224番地昭和アルミ ニウム株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合成樹脂と金属をラミネートした複合材
    同士を合成樹脂面同士を重ねて接合する方法において、
    これら複合材の接合面に該複合材の金属と接合できる介
    在金属材を介在させ、合成樹脂層を接合すると共に前記
    複合材の金属同士を介在金属材を介して金属接合するこ
    とを特徴とする複合材の接合方法。
  2. 【請求項２】 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材
    をセットし、接合して介在金属材を固定化した後に金属
    同士を超音波接合する請求項１記載の複合材の接合方
    法。
  3. 【請求項３】 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材
    をセットし、アンビルおよび／または超音波ホーンを加
    熱して超音波接合すると同時に接合する請求項１記載の
    複合材の接合方法。
  4. 【請求項４】 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材
    をセットし、プレス荷重１００ｋｇｆ／ｍｍ2 ないし２
    ００ｋｇｆ／ｍｍ2 において冷間圧接し、金属同士を介
    在金属材を介して金属接合させその後ヒートシールによ
    り合成樹脂層を接合する請求項１記載の複合材の接合方
    法。
  5. 【請求項５】 複合材の接合面にあらかじめ介在金属材
    をセットし、複合材の合成樹脂の融点ないし融点＋５０
    ℃の温度に加熱した金型を用い、プレス荷重２０ｋｇｆ
    ／ｍｍ2 ないし２００ｋｇｆ／ｍｍ2 において冷間圧接
    し、金属同士を介在金属材を介して金属接合する請求項
    １または請求項４に記載の複合材の接合方法。
  6. 【請求項６】 介在金属材の金属が複合材の金属と接合
    可能なものであり、かつメッシュ状、ラスメタル状、パ
    ンチングメタル状、線状、棒状、粒状または粉末状であ
    る請求項１〜５のいずれかに記載の複合材の接合方法。
  7. 【請求項７】 介在金属材がメッシュ状、ラスメタル状
    またはパンチングメタル状である時、メッシュ目が接合
    幅より小さく、かつ気孔率が３０％以上ある請求項６記
    載の複合材の接合方法、
  8. 【請求項８】 合成樹脂と金属をラミネートした複合材
    の接合面が、合成樹脂層同士がが接合されていると共
    に、前記複合材の金属同士を該複合材の金属と接合でき
    る介在金属材を介して金属接合された構造を有すること
    を特徴とする複合材の接合構造。
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