JPWO2016098167A1 - 表面処理装置、表面処理方法、および表面処理された樹脂成形品 - Google Patents

Abstract

所定の接着強度を発現させることができる表面処理装置、表面処理方法、および表面処理された樹脂成形品を提供する。表面処理装置（１０）は、樹脂成形品（１５０）を構成している樹脂（１５２）と同じ種類の材料によって形成された複数の粒子（１００）と、粒子を樹脂成形品に投射する投射部（１１０）と、を備え、樹脂成形品の表面を粗面化する。

Description

本発明は、表面処理装置、表面処理方法、および表面処理された樹脂成形品に関する。

近年、軽量化等の観点から、様々な自動車部品が樹脂成形品によって形成されている。車体等で用いられる比較的大きな自動車部品等は、複数の樹脂成形品同士を接着して形成される。この場合、接着の前処理として、樹脂成形品同士の接着部の表面に例えばブラスト加工が施される。ブラスト加工では、加工対象物に向かって粒子が投射される。

接着部の表面に粒子が投射されることによって、接着部の表面が粗面化され、接着面積が増大する。そのため接着強度が向上する（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−２４８１９６号公報

しかしながら、ガラスまたはアルミナ等、樹脂成形品とは異なる材料によって形成された粒子が吹き付けられ、樹脂成形品の表面にめり込んでそのまま残存すると、樹脂成形品同士を接着した際、これらと材質の異なる粒子が樹脂成形品の間に介在することとなる。

樹脂成形品同士は、接着強度を確保するため、好ましくは、樹脂成形品を構成している樹脂と同材の接着剤によって接着される。従って、これらと異なる材料によって形成された粒子は、樹脂成形品および接着剤に対し、接着を妨げる異物となる。このため、本来想定する所定の接着強度が得られなくなる虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、所定の接着強度を発現させることができる表面処理装置、表面処理方法、および表面処理された樹脂成形品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理装置である。本発明の表面処理装置は、樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された複数の粒子と、粒子を樹脂成形品に投射する投射部と、を備える。

上記目的を達成するための本発明は、樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理方法である。本発明の表面処理方法は、樹脂成形品に対し、当該樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された粒子を複数投射する。

上記目的を達成するための本発明は、表面の少なくとも一部が粗面化された樹脂成形品である。本発明の表面処理された樹脂成形品においては、樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された粒子が、粗面化された表面に残っている。

本発明にあっては、樹脂成形品に対し、これを構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された粒子が投射されるため、投射された粒子が樹脂成形品の表面に残存しても樹脂成形品およびこれを構成している樹脂と同種材の接着剤に対して異物とならない。従って、本発明は、所定の接着強度を発現させることができる。

実施形態の表面処理装置の概略構成を示す図である。 実施形態の繊維強化樹脂成形品の概略構成を示す断面図である。 繊維強化樹脂成形品が成形型によって成形される様子を模式的に示す断面図である。 繊維強化樹脂成形品の表面に粒子を投射した後の状態を示す断面図である。 繊維強化樹脂によって形成された車体部品の例を示す斜視図である。 図５の車体部品を接合して構成された車体を示す斜視図である。 表面が粗面化された繊維強化樹脂成形品同士の接着部の断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。

図１に示すように、実施形態の表面処理装置１０は、複数の粒子１００と、ブラストガン１１０（投射部）と、高圧供給源１２０と、ホッパー１３０と、回収槽１４０（回収部）と、を備える。表面処理装置１０は、繊維強化樹脂成形品１５０（樹脂成形品）の表面を粗面化する。

ブラストガン１１０は、粒子１００が吹き出るノズル１１１を有する。ブラストガン１１０には、流路１１２および流路１１３が形成されている。流路１１２は、例えば可撓性を有する管を介して、高圧供給源１２０と連通している。流路１１３は、例えば可撓性を有する管を介して、ホッパー１３０と連通している。流路１１２と流路１１３とは合流し、ノズル１１１に連通する。

ブラストガン１１０は、例えば移動装置（不図示）によって、繊維強化樹脂成形品１５０の面に沿って移動可能である。ブラストガン１１０を移動させる移動装置は、例えばロボットアームである。作業者がブラストガン１１０を移動させてもよい。

高圧供給源１２０は、例えば、コンプレッサまたは工場内圧縮空気供給源等である。高圧供給源１２０からノズル１１１へと流れる圧縮ガスによって、粒子１００は加速する。

ホッパー１３０は、ブラストガン１１０に供給される複数の粒子１００を収容する収容部である。ホッパー１３０には、流路１１３に連通する開口部１３１が設けられている。

ホッパー１３０内の粒子１００は、高圧供給源１２０からの圧縮ガスがノズル１１１へと流れるのにともない、開口部１３１から流路１１３を通じてノズル１１１へと引き込まれる。粒子１００は、加速されてノズル１１１の先端から飛び出す。

回収槽１４０は、繊維強化樹脂成形品１５０の下に配置される。回収槽１４０は、箱形形状を有する。回収槽１４０の側壁は、繊維強化樹脂成形品１５０のまわりを囲む。

粒子１００が繊維強化樹脂成形品１５０に当って生じる破材１０１は、回収槽１４０内に落ちる。破材１０１は、粒子１００が当ることによって繊維強化樹脂成形品１５０から削り取られた小片である。

また、繊維強化樹脂成形品１５０に当って飛び散る粒子１００も回収槽１４０内に落ちる。

図２に示すように、繊維強化樹脂成形品１５０は、繊維基材１５１と、マトリックス樹脂１５２（樹脂成形品を構成している樹脂）と、を有する。マトリックス樹脂１５２は、繊維基材１５１の上に形成されるとともに、繊維基材１５１に含浸されている。

繊維強化樹脂成形品１５０は、例えば、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法によって形成されるが、これに限定されない。

図３に示すように、ＲＴＭ成形法では、一対の成形型１６０が形成するキャビティ１６１に繊維基材１５１が設置され、型締め後、そこに液状の樹脂が注入される。樹脂は、キャビティ１６１に連通するランナー１６２を通じて注入される。注入された樹脂は、繊維基材１５１を形成している繊維１５３の間の隙間、および繊維基材１５１と成形型１６０との間の隙間に入り込む。キャビティ１６１内で樹脂は硬化する。

本実施形態では、繊維強化樹脂成形品１５０の面方向全体において、繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されているが、本発明はこれに限定されない。繊維基材１５１の上の一部だけに、マトリックス樹脂１５２が形成されてもよい。この場合、例えば、キャビティ１６１の一部を溝状に形成し、キャビティ１６１のそれ以外の箇所は繊維基材１５１と接するように形成しておけばよい。繊維基材１５１の上に形成されたマトリックス樹脂１５２の厚みは、例えば１００μｍである。

繊維１５３は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等である。繊維基材１５１は、繊維１５３を織るまたは編むことによってシート状に形成されるが、これに限定されない。繊維基材１５１は、繊維１５３が一方向に配向されたシート状の一方向材であってもよい。

繊維強化樹脂成形品１５０は、成形型１６０から取り出された後、表面処理装置１０によって表面処理される。表面処理装置１０は、繊維基材１５１の上のマトリックス樹脂１５２に対して複数の粒子１００を投射し、表面のマトリックス樹脂１５２を荒らす。

図４に示すように、投射された複数の粒子１００のうちのいくつかは、マトリックス樹脂１５２にめり込み、粗面化された繊維強化樹脂成形品１５０の表面にそのまま残る。

表面処理装置１０は、ブラストガン１１０を移動させつつ、繊維強化樹脂成形品１５０の表面の所望の範囲を粗面化する。繊維強化樹脂成形品１５０において粗面化される箇所は、他の繊維強化樹脂成形品１５０と接着される接着部である。繊維強化樹脂成形品１５０のうち接着部だけにおいて繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２を形成してもよい。

繊維強化樹脂成形品１５０は、接着部に塗布される接着剤によって、他の繊維強化樹脂成形品１５０と接着される。接着部の表面が粗面化されることによって接着面積が増大するため、接着強度が向上する。

例えば図５に示すように、繊維強化樹脂によって形成された骨格部品１７１同士、および骨格部品１７１と外板部品１７２とが接着剤によって互いに接着され、図６に示すように自動車の車体１７０が形成される。この場合、接着の前処理として、各部品同士の接着部の表面が粗面化されることによって、各部品同士の接着強度を向上させることができる。

図７に示すように、接着部において、一の繊維強化樹脂成形品１５０と他の繊維強化樹脂成形品１５０とは、粗面化されたマトリックス樹脂１５２に塗布された接着剤１８０を介して接着される。繊維強化樹脂成形品１５０は、粒子１００がマトリックス樹脂１５２から除去されることなく残ったままの状態で接着される。

マトリックス樹脂１５２、接着剤１８０、および粒子１００は、同じ種類の材料によって形成されている。ここでは、同じ種類の材料とは、同じ官能基（エポキシ基等）を有する材料であり、官能基が同じことで、相互に異物とはならない。それらを形成する材料は、例えば、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂である。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態では、繊維強化樹脂成形品１５０の表面のマトリックス樹脂１５２に対し複数の粒子１００が投射される結果、投射された複数の粒子１００のうちのいくつかが、表面のマトリックス樹脂１５２にめり込んでそのまま残る。

粒子１００は、マトリックス樹脂１５２と同じ種類の材料（例えば、エポキシ樹脂系等）によって形成されているため、マトリックス樹脂１５２と同じ電気的極性を有する。また、接着強度確保のため、マトリックス樹脂１５２と同じ種類の材料（例えば、エポキシ樹脂系等）によって形成された接着剤１８０が使用され、従って、粒子１００は、接着剤１８０とも同じ材料によって形成されており、同じ電気的極性を有する。

よって、投射された粒子１００が繊維強化樹脂成形品１５０同士の接着面に残存しても、粒子１００は、マトリックス樹脂１５２および接着剤１８０に対し、接着の妨げとなる異物とならない。従って、本実施形態によれば、所定の接着強度を発現させることができる。

本実施形態と異なり、粒子１００がマトリックス樹脂１５２と異なる材料によって形成されている場合、表面の粒子１００は異物となるため、除去する必要がある。

これに対し、本実施形態では、粒子１００が、マトリックス樹脂１５２と同じ種類の材料によって形成されているため、残存する粒子１００を除去する必要がなく、従って作業工程を簡単にできる。

また、マトリックス樹脂１５２と粒子１００とが同じ電気的極性を有するため、粒子１００がマトリックス樹脂１５２に投射された際、静電気の発生が抑制される。そのためアースをとる必要がなく、従って、装置構成を簡単にできる。

繊維基材１５１およびマトリックス樹脂１５２のうち、繊維基材１５１は、マトリックス樹脂１５２に比べ、高い耐切削性を有する。このため、マトリックス樹脂１５２と同じ種類の材料によって形成された粒子１００が、繊維強化樹脂成形品１５０に投射されると、繊維基材１５１の切削は抑制される一方、マトリックス樹脂１５２が選択的に切削される。このため、粒子１００の投射にともなう繊維基材１５１の損傷ひいては破断が防止され、従って繊維基材１５１の強度低下を防ぐことができる。

さらに、繊維基材１５１の強度低下が抑制されることによって、繊維強化樹脂成形品１５０同士の接着部に負荷がかかった際、接着部で破断が生じ難くなるため、接着強度の低下も防止できる。

粒子１００は、繊維基材１５１の上に形成されたマトリックス樹脂１５２に投射されるため、繊維基材１５１は、マトリックス樹脂１５２によって粒子１００から保護される。従って、繊維基材１５１の強度低下を防止できる。

回収槽１４０内に回収された破材１０１は、マトリックス樹脂１５２から生成されたものであり、粒子１００と同じ種類の材料によって形成されている。そのため、破材１０１を粒子１００として利用できる。その結果、粒子１００の増量と実質的に同等の効果が得られるため、破材１０１を回収することによって、投射回数を増やすことができる。

破材１０１としては、粗面化の際に生じる小片だけでなく、例えば、繊維強化樹脂成形品１５１をトリミングする際に生じるマトリックス樹脂１５２の切り屑、ランナー１６２内で硬化して形成された無駄なマトリックス樹脂１５２、およびマトリックス樹脂１５２によって形成されたバリ等も利用できる。これらを回収すれば、より投射回数を増やすことができる。

小さな破材１０１は、そのまま用いてもよいが、破材１０１が例えば粒子１００に比べて大きい場合、破材１０１は粉砕することによって細かくされる。例えば、ホッパー１３０内にスクリューが設けられていれば、破材１０１がホッパー１３０内に投入されると同時に粉砕され、その後、すぐにブラストガン１１０へと供給される。これと異なり、表面処理装置１０とは別の装置によって破材１０１を粉砕してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。

例えば、実施形態の繊維強化樹脂成形品１５０では、繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されているが、本発明はこれに限定されない。繊維基材１５１の上にマトリックス樹脂１５２が形成されることなく繊維１５３が表面に露出し、かつ繊維１５３同士の間の隙間にマトリックス樹脂１５２が形成された繊維強化樹脂成形品を本発明は含む。

また、樹脂成形品は、繊維強化樹脂成形品１５０のような複合材料からなる成形品に限定されず、樹脂のみからなる成形品を含む。

１０ 表面処理装置、
１００ 粒子、
１１０ ブラストガン（投射部）、
１１１ ノズル、
１１２ 流路、
１１３ 流路、
１２０ 高圧供給源、
１３０ ホッパー、
１３１ 開口部、
１４０ 回収槽（回収部）、
１５０ 繊維強化樹脂成形品（樹脂成形品）、
１５１ 繊維基材、
１５２ マトリックス樹脂（樹脂成形品を構成している樹脂）、
１５３ 繊維、
１６０ 成形型、
１６１ キャビティ、
１６２ ランナー、
１７０ 自動車の車体、
１７１ 骨格部品、
１７２ 外板部品、
１８０ 接着剤。

Claims (14)

1. 樹脂成形品の表面を粗面化する表面処理装置であって、
   前記樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された複数の粒子と、
   当該粒子を前記樹脂成形品に投射する投射部と、を備える、表面処理装置。
2. 前記樹脂成形品として、繊維基材および当該繊維基材に含浸されたマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形品が用いられ、前記粒子は、前記マトリックス樹脂と同じ種類の材料によって形成されている、請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記繊維基材上の少なくとも一部に前記マトリックス樹脂が形成されており、前記投射部は、当該繊維基材上のマトリックス樹脂に対して前記粒子を投射する、請求項２に記載の表面処理装置。
4. 前記樹脂成形品の前記樹脂から生じる破材を回収する回収部を有する、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載の表面処理装置。
5. 前記粒子は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載の表面処理装置。
6. 樹脂成形品に対し、当該樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された粒子を複数投射して、前記樹脂成形品の表面を粗面化する、表面処理方法。
7. 前記樹脂成形品として、繊維基材および当該繊維基材に含浸されたマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形品を用い、前記マトリックス樹脂と同じ種類の材料によって形成された前記粒子を、前記繊維強化樹脂成形品に対して投射する、請求項６に記載の表面処理方法。
8. 前記繊維基材上の少なくとも一部に形成された前記マトリックス樹脂に対して前記粒子を投射する、請求項７に記載の表面処理方法。
9. 前記樹脂成形品の前記樹脂から生じた破材を回収する、請求項６〜請求項８のうちのいずれか１つに記載の表面処理方法。
10. 前記粒子は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項６〜請求項９のうちのいずれか１つに記載の表面処理方法。
11. 表面の少なくとも一部が粗面化された樹脂成形品であって、
    当該樹脂成形品を構成している樹脂と同じ種類の材料によって形成された粒子が、前記粗面化された表面に残っている、表面処理された樹脂成形品。
12. 繊維基材および当該繊維基材に含浸されたマトリックス樹脂を含み、前記粒子は、前記マトリックス樹脂と同じ種類の材料によって形成されている、請求項１１に記載の表面処理された樹脂成形品。
13. 前記繊維基材上の少なくとも一部に前記マトリックス樹脂が形成されており、当該マトリックス樹脂の表面が粗面化されている、請求項１２に記載の表面処理された樹脂成形品。
14. 前記同じ種類の材料とは、同じ官能基を有する材料であることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のうちのいずれか１つに記載の表面処理装置または表面処理方法または樹脂成形品