【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この発明は、積層板本来の特徴を生かしつつ溶
接可能とした積層板に関する。
２枚の金属板（以下、スキン）とそれらの間に
介在する合成樹脂層（以下、コア）からなる三層
構造の積層板は近時、自動車関係をはじめ、建
材、家電の分野に広く利用されるようになつた。
かかる三層構造の積層板が、一枚板に較べ軽量で
あり、同じ重量でより高い剛性が確保し得るから
である。一例を挙げれば、スキン材として0.2mm
厚の鋼板を、コア材として0.4mm厚の合成樹脂を
用いて全厚0.8mmとした積層鋼板は、同一厚さの
鋼板に較べ剛性の点では同等であるにも拘わら
ず、重量的には約45％も軽い。剛性を考慮した軽
量化の程度は、この種の積層板の場合、スキン厚
さ一定の条件下では、コアの厚さの増加につれ大
きくなる。軽量化という利点の他にもこの種の積
層板は、金属単体ものより制振性にすぐれ、また
合成樹脂材に較べれば表面が疵つきにくく美観が
良好、などの特徴を有している。
ところが、このすぐれた積層板にも、実用上、
唯一大きな不利がある。すなわち、コアに使用さ
れる合成樹脂が電気に対し絶縁体であることか
ら、一般に積層板は、抵抗溶接が全く不可能であ
り、このため組立時の接合は、ボルト締、接着剤
などの手段によるざるを得ず、作業性、組立コス
トの点で不利が大きい。
積層板のかかる不利を解消すべく、従来より、
両スキン間に通電性をもたせる方法が種々提案さ
れている。第１図に示す如く、コア２中に電気伝
導性たる金属粉末３を混合、含有せしめるという
のが、なかでも最も有望視されるものであるが、
この方法では、両スキン１，１間の通電性を確実
に得るためには、スキン１と金属粉末３、またコ
ア中の金属粉末３どおしがそれぞれ確実に接触し
合つている必要があり、これにはコアの全体積の
60〜80％という、きわめて大きな部分を金属粉末
が占めるようにしなければならず、こうなると、
積層板本来の軽量というメリツトが大きく減殺さ
れ、しかもその上積層板の剥離強度も著しい低下
が避けられない。
本発明の目的は、溶接が可能であり、しかも積
層板本来の軽量である特徴が維持できるのみなら
ず、十分な剥離強度が得られる積層板を提供する
ことにある。
すなわち本発明の要旨とするところは、三層構
造の積層板において、コア中に金属繊維を体積比
で３〜30％混合、含有せしめたことを特徴とする
積層板、にある。
コア材中への電気伝導性混合物として、例えば
炭素鋼、ステンレス鋼、その他、銅やアルミニウ
ム等の金属繊維を採用すれば、従来の金属粉末の
場合のように多量使用するまでもなく、両スキン
間に通電性を付与することができることが、本発
明者らの実験により確認された。したがつて、金
属繊維使用の場合は、コア中に占める合成樹脂そ
のものの割合を、従来の金属粉末の場合に較べ格
段に高めることが可能となり、このため積層板本
来の軽量という特徴が損われたり、剥離強度の低
下を来たしたりするのを可及的に回避することが
できるのである。
本発明積層板の最も好ましい一実施例として
は、第２図の縦断面図に示すものが挙げられる。
すなわち、両スキン１，１間にあるコア２中に、
該コアの厚みｔより格段に細くかつ長い金属繊維
４の多数が互いに絡まり合つて錯綜したような状
態で混在している。このような混在状態としたと
き、本発明の積層板はとりわけ実用性の高いもの
となる。つまり、同図の如き構造では、両スキン
１，１間の通電性確保に必要な、コア中の金属繊
維の量が最も低くなり、したがつて金属繊維混合
による積層板本来のすぐれた性質（軽量であるこ
と、剥離強度等）の劣化を最小限に止め得るので
ある。
この他、本発明積層板の実施例としては、第３
図に示すようなものが考えられる。比較的太径で
短か目、具体的にはコアの厚みt2の1.5〜５倍程
度の長さの金属繊維４を使用し、その多数をコア
２中に、それらがランダムな方向性をもつて存在
するような状態に混合させたものであるが、これ
でも、従来の金属粉末３を使用したもの（第１図
参照）に較べれば、軽量であること、剥離強度に
関する積層板本来の性能を維持するのに可成り有
利なものと云える。さらに、本例のように金属繊
維が比較的短い場合には、繊維の長さ方向の形状
が直線よりも、略円弧状である方がコア中で金属
繊維がランダムかつ互いに絡まり合つて錯綜した
状態で分布するためには望ましい。
本発明積層板に使用する金属繊維は、その種類
を問わない。先に述べたような、スチールフアイ
バーをはじめとする何れの繊維の使用も許容され
る。ただ、金属繊維の径については、後述する製
造時の圧着によりスキン１に圧痕が付くのを回避
する意味から、スキンの厚みt1、コアの厚みt2の
うち何れか小さい方の1/2以下とするのが好まし
い。つまり、スキン厚t1＜コア厚t2の場合には、
スキンの方の厚みt1の1/2以下とし、逆にスキン
厚t1＞コア厚t2のときには、コアの方の厚みt2の
1/2以下に設定するということである。このよう
な径設定により、スキンへの圧痕は確実に避けら
れるものである。また、金属繊維の長さとして
は、少なくとも、コア厚t2より長くしないと両ス
キン１，１間をつないでその間に通電性を与える
という役目を果し得ないから、コア厚より大きく
することが必要なのは敢えて云う迄もない。第２
図，第３図に掲げたうちの何れを採用するか、等
の条件を考慮して、都度適当に決めればよい。
本発明において、金属繊維のコア中に占める割
合（体積比）は３〜30％の範囲に限定した。第４
図イ，ロとして、この体積比と剥離強度、スポツ
ト溶接性のそれぞれとの関係を例示する実験結果
を示した。剥離強度は、積層板（スキン：冷延鋼
板（0.2mm厚）、コア：ポリプロピレン（0.4mm
厚）、金属繊維：0.08mm径、10〜30mm長）につい
てJISZ3136に準拠して試験を行なつた結果であ
り、スポツト溶接性については、同種の２枚の積
層板（同上）どおしを20点スポツト溶接してナゲ
ツト形成個数を調べ、その個数の全点数（20点）
に対する比率で示した。
同図に明かなように、完全にスポツト溶接可能
とするためには、金属繊維の体積比を少なくとも
３％とする必要があり、また金属繊維混入による
剥離強度の低下を40％以内に抑えるためには、同
じく体積比30％を越えないようにしなければなら
ない。本発明において、金属繊維の占める割合を
体積比で３〜30％としたのは、まさに上記の理由
による。
本発明積層板のスキンとしては、炭素鋼鋼板を
はじめ、ステンレス鋼板、銅板、アルミニウム板
など、電気伝導体たる金属板であれば何れでも採
用できる。
コアの合成樹脂としても、従来よりこの種積層
板に用いられてきた各種熱可塑性樹脂の何れを使
用してもよい。例を挙げれば、ポリプロピレン、
塩化ビニル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、シ
アノアクリレート、ポリアミド、ポリエーテル、
接着性ポリオレフインおよびそれらの変性体や複
合体などがある。
本発明積層板は、原理的には、通常どおり、２
枚のスキン材とコア材をホツトプレスにより加熱
下で圧着するホツトプレス法、または帯状のスキ
ン材２枚とコア材を連続的に供給し、これらをロ
ールに通して圧着するロール圧着法、の何れかで
製造できる。本発明積層板の場合はただ、予めコ
ア材中に金属繊維を混在せしめる工程が付加され
るだけである。
次に本発明の実施例について詳述する。
A1：本発明積層板（第２図図示例）
スキン：0.2mm厚の冷延鋼板
コアの合成樹脂：ポリプロピレン（0.4mm厚）
金属繊維：0.08mm、径10〜30mm長の低炭素鋼繊
維
コア中に占める金属繊維の割合（体積比）：５
％
製造法：ホツトプレス法（温度230℃、圧力20
Kgf/cm2）
A2：本発明積層板（第３図図示例）
スキン材、コア材、製造法：同上
金属繊維：0.15mm径、１〜２mm長の略々円弧状
の低炭素鋼繊維
コア中に占める金属繊維の割合（体積比）：３
％
Ｂ：従来例（コア材中に金属粉末を含有するも
の）
スキン、コア、製造法：同上
金属粉末：低炭素鋼
コア中に占める金属粉末の割合（体積比）：60
％（溶接可能とするに必要な最小限度）
Ｃ：通常の積層板
スキン、コア、製造法：同上
Ｄ：冷延鋼板（JIS SPCC）
厚さ：0.8mm（A1〜Ｃの積層板の全厚と同一）
上記A1〜Ｄの積層板または冷延板について、
重量を比較したのが第１表である。
The present invention relates to a laminate that can be welded while taking advantage of the inherent characteristics of the laminate. Laminated sheets with a three-layer structure consisting of two metal plates (hereinafter referred to as skins) and a synthetic resin layer interposed between them (hereinafter referred to as core) have recently been widely used in the fields of automobiles, building materials, and home appliances. It started to be done.
This is because such a three-layer laminated plate is lighter than a single plate, and can ensure higher rigidity with the same weight. For example, 0.2mm as a skin material.
A laminated steel plate with a total thickness of 0.8 mm using a 0.4 mm thick synthetic resin as the core material has the same stiffness as a steel plate of the same thickness, but it weighs less. Approximately 45% lighter. In the case of this type of laminate, the degree of weight reduction in consideration of rigidity increases as the core thickness increases under the condition that the skin thickness is constant. In addition to the advantage of being lightweight, this type of laminate has better vibration damping properties than a single metal, and its surface is less susceptible to scratches and has a better appearance than synthetic resin materials. However, even with this excellent laminate, there are problems in practical use.
There is only one major disadvantage. In other words, since the synthetic resin used for the core is an electrical insulator, it is generally impossible to resistance weld laminates at all, so joining during assembly must be done by means such as bolting or adhesives. This has a big disadvantage in terms of workability and assembly cost. In order to eliminate the disadvantages of laminates, conventionally,
Various methods have been proposed for providing electrical conductivity between both skins. As shown in FIG. 1, the most promising method is to mix and contain electrically conductive metal powder 3 in the core 2.
In this method, in order to ensure electrical conductivity between the skins 1 and 1, it is necessary that the skin 1 and the metal powder 3 as well as the metal powder 3 in the core are in reliable contact with each other. , which includes the total volume of the core
It is necessary to ensure that the metal powder occupies a very large proportion, 60 to 80%, and in this case,
The inherent light weight of the laminate is greatly diminished, and furthermore, the peel strength of the laminate inevitably decreases significantly. An object of the present invention is to provide a laminate that can be welded, maintains the inherent lightness of the laminate, and has sufficient peel strength. That is, the gist of the present invention is a laminate having a three-layer structure, characterized in that the core contains 3 to 30% by volume of metal fibers mixed therein. If carbon steel, stainless steel, or other metal fibers such as copper or aluminum are used as the electrically conductive mixture in the core material, there is no need to use a large amount as in the case of conventional metal powder, and both skins can be mixed. Experiments conducted by the present inventors have confirmed that it is possible to impart electrical conductivity between the two. Therefore, when using metal fibers, it is possible to significantly increase the proportion of the synthetic resin itself in the core compared to when using conventional metal powders, which impairs the inherent lightweight characteristics of the laminate. This makes it possible to avoid as much as possible the occurrence of deterioration or deterioration in peel strength. The most preferred embodiment of the laminate of the present invention is the one shown in the longitudinal sectional view of FIG.
That is, in the core 2 between the skins 1, 1,
A large number of metal fibers 4, which are much thinner and longer than the thickness t of the core, are intertwined with each other and intermingled in a complicated state. In such a mixed state, the laminate of the present invention becomes particularly practical. In other words, in the structure shown in the figure, the amount of metal fibers in the core required to ensure electrical conductivity between both skins 1, 1 is the lowest, and therefore the excellent properties of the laminate due to the metal fiber mixture ( It is lightweight, and deterioration in peel strength, etc.) can be kept to a minimum. In addition, as an example of the laminate of the present invention, the third
Something like the one shown in the figure can be considered. Metal fibers 4 with a relatively large diameter and short length, specifically, a length of about 1.5 to 5 times the core thickness t2 , are used, and a large number of them are placed in the core 2, and they are randomly oriented. However, compared to the conventional one using metal powder 3 (see Figure 1), it is lighter and has the inherent properties of the laminate in terms of peel strength. This can be said to be quite advantageous in maintaining performance. Furthermore, when the metal fibers are relatively short as in this example, it is better to have a substantially arc-like shape in the longitudinal direction of the fibers than a straight line because the metal fibers are randomly entangled and intertwined with each other in the core. Desirable for distribution in states. The metal fibers used in the laminate of the present invention can be of any type. The use of any fiber is acceptable, including steel fibers, as described above. However, the diameter of the metal fiber is set to 1/2 of the smaller of the skin thickness t 1 and the core thickness t 2 in order to avoid indentation on the skin 1 due to crimping during manufacturing, which will be described later. The following is preferable. In other words, if skin thickness t 1 < core thickness t 2 ,
The thickness of the skin side should be less than 1/2 of the thickness t 1. Conversely, when the skin thickness t 1 > core thickness t 2 , the thickness of the core side should be less than 1/2 of the thickness t 1 .
This means setting it to 1/2 or less. By setting the diameter in this manner, impressions on the skin can be reliably avoided. In addition, the length of the metal fiber must be at least longer than the core thickness, since it cannot fulfill its role of connecting the two skins 1 and providing electrical conductivity between them unless it is longer than the core thickness t2. It goes without saying that this is necessary. Second
Which of the methods listed in Figures 1 and 3 should be adopted can be decided on a case-by-case basis, taking into consideration conditions such as. In the present invention, the proportion (volume ratio) of the metal fiber in the core is limited to a range of 3 to 30%. Fourth
Figures A and B show experimental results illustrating the relationship between this volume ratio, peel strength, and spot weldability. The peel strength is measured using a laminate (skin: cold-rolled steel plate (0.2 mm thick), core: polypropylene (0.4 mm thick).
These are the results of tests conducted in accordance with JISZ3136 on metal fibers (diameter: 0.08 mm, length: 10 to 30 mm), and regarding spot weldability, two laminates of the same type (same as above) were tested. Check the number of nuggets formed by spot welding 20 points, and calculate the total number of points (20 points).
It is expressed as a ratio to As is clear from the figure, in order to make spot welding possible completely, the volume ratio of metal fibers needs to be at least 3%, and in order to suppress the drop in peel strength due to the inclusion of metal fibers to within 40%. Similarly, the volume ratio must not exceed 30%. In the present invention, the reason why the proportion of metal fibers is set to 3 to 30% by volume is precisely for the above reason. As the skin of the laminate of the present invention, any metal plate that is an electrical conductor can be used, such as a carbon steel plate, a stainless steel plate, a copper plate, an aluminum plate, etc. As the synthetic resin for the core, any of the various thermoplastic resins conventionally used in this type of laminate may be used. For example, polypropylene,
Vinyl chloride, acrylic resin, methacrylic resin, cyanoacrylate, polyamide, polyether,
These include adhesive polyolefins and their modified products and composites. In principle, the laminate of the present invention has two
Either the hot press method, in which two sheets of skin material and core material are crimped under heat using a hot press, or the roll crimping method, in which two strips of skin material and core material are continuously supplied, and they are passed through a roll and crimped. It can be manufactured by In the case of the laminate of the present invention, only a step of pre-mixing metal fibers into the core material is added. Next, embodiments of the present invention will be described in detail. A 1 : Laminated board of the present invention (example shown in Figure 2) Skin: 0.2 mm thick cold rolled steel sheet Core synthetic resin: Polypropylene (0.4 mm thick) Metal fiber: 0.08 mm, low carbon steel fiber with a diameter of 10 to 30 mm long Ratio of metal fibers in the core (volume ratio): 5
% Manufacturing method: Hot press method (temperature 230℃, pressure 20℃)
Kgf/cm 2 ) A 2 : Laminated board of the present invention (example shown in Figure 3) Skin material, core material, manufacturing method: Same as above Metal fiber: Low carbon steel fiber approximately arc-shaped with a diameter of 0.15 mm and a length of 1 to 2 mm. Ratio of metal fibers in the core (volume ratio): 3
% B: Conventional example (core material containing metal powder) Skin, core, manufacturing method: Same as above Metal powder: Ratio of metal powder in low carbon steel core (volume ratio): 60
% (minimum required to make it weldable) C: Ordinary laminate Skin, core, manufacturing method: Same as above D: Cold rolled steel plate (JIS SPCC) Thickness: 0.8mm (all laminates of A 1 to C Same as thickness) Regarding the laminates or cold-rolled plates of A 1 to D above,
Table 1 shows a comparison of weights.
【表】
本発明の積層板A1，A2は、冷延鋼板Ｄに対す
る軽量化率がそれぞれ41、43％となつており、コ
ア中に混合物のない通常の積層板Ｃに較べても、
軽量という点において殆んど遜色がないと云え
る。これに対し、コア中に溶接可能とするに必要
な最小限の金属粉を含む従来例Ｂは、上記軽量化
率が18％ときわめて低い値となつており、冷延板
に対する積層板の有利性が著しく損われているの
が分る。
第２表として、上記A1〜Ｃの積層板につい
て、Ｔ型剥離試験（JISZ3136に準拠）を行なつ
て層間剥離強度を調査した結果を示す。[Table] The laminates A 1 and A 2 of the present invention have a weight reduction rate of 41% and 43%, respectively, compared to the cold-rolled steel plate D, and even compared to the normal laminate C without a mixture in the core.
It can be said that there is almost no inferiority in terms of light weight. On the other hand, in conventional example B, which contains the minimum amount of metal powder necessary to make it weldable in the core, the weight reduction rate is extremely low at 18%, which shows the advantages of laminates over cold-rolled sheets. I can see that my sexuality is severely impaired. Table 2 shows the results of a T-peel test (based on JIS Z3136) conducted on the laminates A 1 to C to investigate the interlayer peel strength.
【表】
本発明の積層板A1，A2は、通常の積層板Ｃに
比較して略同等の剥離強度を備えるものであつ
た。しかし溶接可能とした従来の積層板Ｂは、剥
離強度の点で著しく劣つていた。
第３表は、前記A1，A2およびＢの溶接可能型
の積層板について、溶接性を調査した。調査は、
各々同種の積層板を２枚用意し、スボツト溶接
（チツプ先端径６mmφ、40mmR球頭、電流8000A、
加圧力150Kg、通電時間0.1秒）を行い、その溶接
部の静的強度を測定する方法によつた。なお、同
表には、0.4mm厚の冷延鋼板どうしを上記同様の
条件で溶接した場合についても併記した。[Table] The laminates A 1 and A 2 of the present invention had approximately the same peel strength as the normal laminate C. However, the conventional weldable laminate B was significantly inferior in terms of peel strength. Table 3 shows the weldability of the weldable laminates A 1 , A 2 and B mentioned above. The investigation is
Prepare two laminates of the same type, and do spot welding (chip tip diameter 6mmφ, 40mm R ball head, current 8000A,
The static strength of the welded joint was measured using a welding force of 150 kg and a current application time of 0.1 seconds. In addition, the same table also shows the case where cold rolled steel plates with a thickness of 0.4 mm were welded together under the same conditions as above.
【表】
溶接性については、本発明の積層板A1，A2は
勿論のこと、金属粉末使用の従来例Ｂも、きわめ
て良好であつた。しかも、これらのスポツト溶接
後の静的強度は、冷延鋼板の場合よりもむしろ高
い値を示している。
以上の説明から明らかなように本発明の積層板
は、溶接が完全に可能であり、しかも通常の溶接
不可能な積層板と較べても剥離強度、重量の点で
殆んど遜色がなく、すなわち本発明は、積層板本
来のすぐれた特徴を損うことなく、その組立・施
工性を冷延板並みに向上させることができるもの
であつて、その実用性は著しく高い。[Table] Regarding the weldability, not only the laminates A 1 and A 2 of the present invention but also the conventional example B using metal powder were extremely good. Furthermore, the static strength after spot welding is higher than that of cold-rolled steel sheets. As is clear from the above description, the laminate of the present invention is completely weldable, and is almost comparable in peel strength and weight to normal non-weldable laminates. That is, the present invention can improve the ease of assembly and workability of a laminate to the same level as that of a cold-rolled board without impairing the original excellent features of the laminate, and its practicality is extremely high.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は、コア中に金属粉末を混入した従来の
可溶接型の積層材の内部構造を示す縦断面図、第
２図は本発明の積層板について最も好ましい一例
を示す縦断面図、第３図は本発明積層板の他の実
施例を示す同上図、第４図イ，ロは合成樹脂に対
する金属繊維の体積比と積層板の剥離強度、溶接
性との関係を示す図、である。図中、
１：スキン、２：コア、３：金属粉末、４：金
属繊維。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the internal structure of a conventional weldable laminate in which metal powder is mixed in the core; FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the most preferred example of the laminate of the present invention; Figure 3 is the same figure as above showing another example of the laminate of the present invention, and Figures 4A and 4B are diagrams showing the relationship between the volume ratio of metal fiber to synthetic resin, peel strength of the laminate, and weldability. . In the figure, 1: skin, 2: core, 3: metal powder, 4: metal fiber.