WO2019065301A1

WO2019065301A1 - 樹脂接合体及びその製造方法

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Publication number: WO2019065301A1
Application number: PCT/JP2018/034134
Authority: WO
Inventors: 鴫原智彦; 橋本晴也
Original assignee: 本田技研工業株式会社
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN111194259A; CN111194259B

Abstract

互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材（１４）と第２樹脂部材（１６）とを接合して樹脂接合体（１０）を得る樹脂接合体の製造方法は、エラストマ（１２）介在工程と、接合工程とを有する。エラストマ（１２）介在工程では、第１樹脂部材（１４）の第１接合面（２２）と第２樹脂部材（１６）の第２接合面（２８）の間に、熱可塑性のエラストマ（１２）を溶融した状態で介在させる。接合工程では、第１接合面（２２）と前記第２接合面（２８）の間に介在させたエラストマ（１２）と、エラストマ（１２）の熱により溶融した第１接合面（２２）及び第２接合面（２８）とを固化させることで、第１樹脂部材（１４）と第２樹脂部材（１６）とを接合する。

Description

樹脂接合体及びその製造方法

　本発明は、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合した樹脂接合体及びその製造方法に関する。

　一般的な接着剤を用いて第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合する樹脂接合体の製造方法では、該接着剤を硬化させる時間が必要になるため、樹脂接合体の製造効率を向上させることが困難である。そこで、例えば、特開２００５－１１９０５１号公報には、接着剤を用いることに代えて、レーザ溶着により第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合する樹脂接合体の製造方法が開示されている。

　この製造方法では、当接させた第１樹脂部材と第２樹脂部材との間に生じる隙間にエラストマを充填し、空気が侵入することを抑制した状態でレーザ溶着を行う。具体的には、レーザ光に対して透過性がある第１樹脂部材と、該レーザ光に対して吸収性がある第２樹脂部材とを、互いの間にエラストマを介在させた状態で当接させ、第１樹脂部材側からレーザ光を照射する。第１樹脂部材及びエラストマを透過したレーザ光が第２樹脂部材の表面で吸収されることにより、該表面近傍で熱が発生する。この熱がエラストマ及び第１樹脂部材に伝達されることで、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合される。

　上記のようにレーザ溶着を行って樹脂接合体を得る方法は、第１樹脂部材がレーザ光に対して透過性を示さない材料からなる場合、及び第２樹脂部材がレーザ光に対して吸収性を示さない材料からなる場合の何れにも適用することができない。また、レーザ光を照射するための設備が必要となる分、樹脂接合体の製造コストが高騰してしまう。

　本発明の主たる目的は、材料の設計自由度を高めること、製造コストを低減すること、及び製造効率を向上させることができる樹脂接合体及びその製造方法を提供することにある。

　本発明の一実施形態によれば、互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合して樹脂接合体を得る樹脂接合体の製造方法であって、前記第１樹脂部材の第１接合面と前記第２樹脂部材の第２接合面の間に、熱可塑性のエラストマを溶融した状態で介在させるエラストマ介在工程と、前記第１接合面と前記第２接合面の間に介在させた前記エラストマと、前記エラストマの熱により溶融した前記第１接合面及び前記第２接合面とを固化させることで、前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とを接合する接合工程と、を有する樹脂接合体の製造方法が提供される。

　この樹脂接合体の製造方法では、エラストマ介在工程において、第１接合面と第２接合面との間に介在させた溶融したエラストマの熱によって、第１接合面と第２接合面とを溶融させることができる。このようにして溶融させた部分を接合工程において固化させることで、第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合して樹脂接合体を得ることができる。従って、レーザ光や一般的な接着剤を用いることなく第１接合面及び第２接合面を接合することができる。

　このため、レーザ光に対して透過性又は吸収性を示すか否かに関わらず、種々の材料からなる第１樹脂部材と第２樹脂部材を接合して樹脂接合体を得ることができる。つまり、材料の設計自由度を高めることができる。また、互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材と第２樹脂部材であっても、品質に優れた樹脂接合体を得ることができる。

　第１樹脂部材と第２樹脂部材の線膨張係数が異なる場合、樹脂接合体の温度変化によって、第１樹脂部材と第２樹脂部材の接合界面に線膨張係数の差に応じた応力が生じるため、樹脂接合体の変形や、第１接合面と第２接合面の剥離が生じ易くなる。しかしながら、上記のようにして得られる樹脂接合体では、第１接合面と第２接合面との間にエラストマが介在する。このため、上記の応力が生じても、エラストマが伸縮することによって、樹脂接合体に変形が生じることや、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが剥離することを抑制でき、樹脂接合体の高品質化を図ることができる。

　また、レーザ光を照射するための設備を不要とすることができる分、樹脂接合体の製造装置を簡素化することや、製造コストを低減することができる。

　さらに、上記のようにして溶融した部分を固化させるのに要する時間は、一般的な接着剤を硬化させる時間より短いため、速やかに樹脂接合体を得ることができる。つまり、樹脂接合体の製造効率を向上させることができる。

　上記の樹脂接合体の製造方法において、前記エラストマ介在工程では、前記第１樹脂部材に比して熱変形が生じ難い前記第２樹脂部材の前記第２接合面に溶融した前記エラストマを供給した後、前記エラストマを介して前記第２接合面と前記第１接合面を対向させることで、互いの間に溶融した前記エラストマを介在させることが好ましい。この場合、第２接合面を介して第２樹脂部材に熱が伝達する分、温度が低下したエラストマに対して、第１樹脂部材の第１接合面を接触させることができるため、第１樹脂部材に変形が生じることを抑制できる。

　また、第１接合面とエラストマが接触した後は、該第１接合面と第２接合面との間でエラストマが押圧されて流動するため、第１接合面及び第２接合面とエラストマとの接触面積が増大する。これに伴い、エラストマの温度が低下することによっても、第１樹脂部材の熱変形を効果的に抑制することができる。その結果、寸法精度に優れた樹脂接合体を得ることが可能になる。

　上記の樹脂接合体の製造方法において、前記第１樹脂部材及び前記第２樹脂部材の樹脂材料をポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方とし、前記エラストマをオレフィン系エラストマとすることが好ましい。この場合、第１樹脂部材及び第２樹脂部材の樹脂材料とエラストマの組成とが近いため、該エラストマを介して、第１接合面と第２接合面とが一層高強度に接合された樹脂接合体を得ることができる。

　本発明の別の一実施形態によれば、互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合した樹脂接合体であって、前記第１樹脂部材及び前記第２樹脂部材の樹脂材料は、ポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方であり、前記第１樹脂部材の第１接合面と前記第２樹脂部材の第２接合面の間に、熱可塑性のオレフィン系エラストマが介在している樹脂接合体が提供される。

　この樹脂接合体は、レーザ光や一般的な接着剤を用いることなく得ることができる。このため、第１樹脂部材及び第２樹脂部材として、レーザ光に対して透過性又は吸収性を示すか否かに関わらず種々のものを選択することができ、材料の設計自由度を高めることができる。しかも、互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材と第２樹脂部材を選択した場合であっても、第１接合面と第２接合面との間にエラストマが介在することにより、線膨張係数の差に基づく樹脂接合体の変形や剥離が生じることを抑制できる。また、レーザ光を照射するための設備を不要とすることができる分、樹脂接合体の製造装置を簡素化することや、製造コストを低減することができる。さらに、接着剤を硬化させる時間や工程を不要とすることができるため、樹脂接合体の製造効率を向上させることができる。

　しかも、第１樹脂部材及び第２樹脂部材の樹脂材料とエラストマの組成とが近いため、該エラストマを介して、第１接合面と第２接合面とを高強度に接合することができる。

本発明の第１実施形態に係る樹脂接合体の概略断面図である。本発明の第１実施形態に係る樹脂接合体の製造方法におけるエラストマ介在工程を説明する説明図である。本発明の第２実施形態に係る樹脂接合体の概略断面図である。本発明の第２実施形態に係る樹脂接合体の製造方法におけるエラストマ介在工程として、第２接合面に溶融したエラストマを供給する様子を説明する説明図である。

　本発明に係る樹脂接合体及びその製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

　図１に示すように、第１実施形態に係る樹脂接合体１０は、エラストマ１２を介して接合された第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６とからなる。なお、樹脂接合体１０は、様々な用途のものに適用することができ、該用途に応じた様々な形状とすることができる。

　第１樹脂部材１４は、第１平板部１８と、該第１平板部１８の周縁部に立設された第１立設部２０とを有する。また、第１平板部１８の第１立設部２０が立設された側の面２２ａ、及び第１立設部２０の内壁面２２ｂが第１接合面２２になっている。第１樹脂部材１４の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、耐衝撃性を向上させる観点等から、樹脂材料がポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方であり、強化繊維がタルク繊維である繊維強化樹脂から形成されることが好ましい。

　第２樹脂部材１６は、第２平板部２４と、該第２平板部２４の周縁部に立設された第２立設部２６とを有し、上記の第１樹脂部材１４の内側に配置される。この際に、第１接合面２２と対向する面、すなわち、第２平板部２４の第２立設部２６が立設された側と反対の面２８ａ、及び第２立設部２６の外壁面２８ｂが第２接合面２８になっている。

　第２樹脂部材１６の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、強度を向上させる観点等から、樹脂材料がポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方であり、強化繊維がガラス繊維である繊維強化樹脂から形成されることが好ましい。第２樹脂部材１６の線膨張係数は、第１樹脂部材１４の線膨張係数と異なる大きさである。また、第２樹脂部材１６は、第１樹脂部材１４よりも熱変形が生じ難くなっている。

　エラストマ１２は、第１接合面２２と第２接合面２８との間に介在する。また、エラストマ１２は、熱可塑性であり、第１樹脂部材１４及び第２樹脂部材１６の樹脂材料に近い組成からなる。第１樹脂部材１４及び第２樹脂部材１６の樹脂材料がポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方である場合、エラストマ１２は、オレフィン系エラストマであることが好ましい。このように、エラストマ１２と、第１樹脂部材１４と、第２樹脂部材１６との材料をそれぞれ設定することにより、エラストマ１２を介して、第１接合面２２と第２接合面２８とを一層高強度に接合することが可能になる。

　樹脂接合体１０は、基本的には上記のように構成される。以下、図２を併せて参照しつつ、第１実施形態に係る樹脂接合体の製造方法について、上記の樹脂接合体１０を得る場合を例に挙げて説明する。この製造方法では、先ず、第１接合面２２と第２接合面２８とが間隔をおいて対向するように、第１樹脂部材１４の内側に第２樹脂部材１６を配置し、第１接合面２２と第２接合面２８との間に空間を形成する。

　次に、図２に示すように、例えば、公知の供給装置３０を用いて、上記の空間にエラストマ１２を溶融した状態で供給することで、第１接合面２２と第２接合面２８との間に溶融したエラストマ１２を介在させるエラストマ介在工程を行う。これによって、エラストマ１２の熱を第１接合面２２及び第２接合面２８に伝達させることができるため、該第１接合面２２及び第２接合面２８を溶融させることができる。第１接合面２２と第２接合面２８との間の全体にエラストマ１２が介在するまで、上記の空間にエラストマ１２を供給した後、供給装置３０によるエラストマ１２の供給を停止する。

　次に、図１に示すように、第１接合面２２と第２接合面２８の間に介在させたエラストマ１２と、該エラストマ１２の熱により溶融した第１接合面２２及び前記第２接合面２８とを固化させることで、第１樹脂部材１４と前記第２樹脂部材１６とを接合する接合工程を行う。これによって、第１接合面２２と第２接合面２８との間にエラストマ１２が介在した樹脂接合体１０を得ることができる。この樹脂接合体１０では、第１樹脂部材１４及び第２樹脂部材１６の各々の樹脂材料の分子鎖と、エラストマ１２の分子鎖とが互いにかみ合うことによって、第１接合面２２と第２接合面２８とがエラストマ１２を介して良好に接着されている。

　樹脂接合体１０及び第１実施形態に係る製造方法は、以下の効果を奏する。上記の通り、溶融したエラストマ１２の熱によって、第１接合面２２と第２接合面２８とを溶融させることができるため、レーザ光や一般的な接着剤を用いることなく第１接合面２２及び第２接合面２８を接合することができる。

　従って、レーザ光に対して透過性又は吸収性を示すか否かに関わらず、種々の材料からなる第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６を接合して樹脂接合体１０を得ることができる。つまり、材料の設計自由度を高めることができる。また、互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６であっても、品質に優れた樹脂接合体１０を得ることができる。

　第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６の線膨張係数が異なる場合、樹脂接合体１０の温度変化によって、第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６の接合界面に線膨張係数の差に応じた応力が生じる。この樹脂接合体１０では、第１接合面２２と第２接合面２８との間にエラストマ１２が介在するため、上記の応力が生じても、エラストマ１２が伸縮する。これによって、樹脂接合体１０に変形が生じることや、第１樹脂部材１４と第２樹脂部材１６とが剥離することを抑制でき、樹脂接合体１０の高品質化を図ることができる。

　また、レーザ光を照射するための設備を不要とすることができる分、樹脂接合体１０の製造装置を簡素化することや、製造コストを低減することができる。

　さらに、上記のようにして溶融した部分を固化させるのに要する時間は、一般的な接着剤を硬化させる時間より短いため、速やかに樹脂接合体１０を得ることができる。つまり、樹脂接合体１０の製造効率を向上させることができる。

　以下、図３及び図４を参照しつつ、第２実施形態に係る樹脂接合体４０及びその製造方法について説明する。なお、図３及び図４に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては、同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

　図３に示すように、樹脂接合体４０は、車両（不図示）のテールゲートの構成部材であり、エラストマ１２を介して接合されたアウタパネル４２（第１樹脂部材）とインナパネル４４（第２樹脂部材）とからなる。なお、樹脂接合体４０は、テールゲートの構成部材に限定されるものではなく様々な用途のものに適用することができ、該用途に応じた様々な形状とすることができる。

　図４に示すように、アウタパネル４２は、上記の第１樹脂部材１４と同様の材料から形成することができ、インナパネル４４に対向する対向面４２ａに、位置決め用の複数の凸部４６が設けられている。また、アウタパネル４２の対向面４２ａの外周縁部には、周方向に間隔をおいて２箇所の第１接合面４８が設けられている。なお、第１接合面４８が設けられる箇所や個数は、特に限定されるものではなく、例えば、アウタパネル４２の対向面４２ａの外周縁部を周回するように第１接合面４８を設けてもよい。

　インナパネル４４は、上記の第２樹脂部材１６と同様の材料から形成することができ、アウタパネル４２の凸部４６に臨む部位に、該凸部４６が嵌合される凹部５０が設けられている。またインナパネル４４は、アウタパネル４２の第１接合面４８に臨む部位に、第２接合面５２が設けられている。

　樹脂接合体４０は、基本的には上記のように構成される。以下、第２実施形態に係る樹脂接合体の製造方法について、上記の樹脂接合体４０を得る場合を例に挙げて説明する。この製造方法におけるエラストマ介在工程では、先ず、図４に示すように、アウタパネル４２に比して熱変形が生じ難いインナパネル４４の第２接合面５２に対し、溶融した状態のエラストマ１２を、供給装置３０を用いて供給する。これによって、第２接合面５２上に溶融したエラストマ１２からなるビードを形成する。

　上記のようにして第２接合面５２に供給したエラストマ１２が固化する前に、例えば、不図示のロボット等の搬送手段を用いて、凸部４６と凹部５０とが嵌合するように位置合わせしたアウタパネル４２とインナパネル４４とを重ね合わせる。このようにして第２接合面５２上のエラストマ１２に第１接合面４８を当接させた状態で、アウタパネル４２及びインナパネル４４に対して、第１接合面４８と第２接合面５２とが接近する方向に荷重を加える。これによって、エラストマ１２を流動させながら、第１接合面４８と第２接合面５２との間に介在させることができる。

　以降は、第１実施形態に係る製造方法と同様に、接合工程を行うことにより、図３に示すように、第１接合面４８と第２接合面５２との間にエラストマ１２が介在した樹脂接合体４０を得ることができる。

　第２実施形態に係る製造方法は、上記の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、上記の通り、第２実施形態に係る製造方法のエラストマ介在工程では、第２接合面５２を介してインナパネル４４に熱が伝達する分、温度が低下したエラストマ１２に対して、アウタパネル４２の第１接合面４８を当接させることができる。これによって、アウタパネル４２に熱変形が生じることを抑制できる。

　また、第１接合面４８とエラストマ１２が接触した後は、該第１接合面４８と第２接合面５２との間でエラストマ１２が押圧されて流動するため、第１接合面４８及び第２接合面５２とエラストマ１２との接触面積が増大する。これに伴い、エラストマ１２の温度が低下することによっても、アウタパネル４２の熱変形を効果的に抑制することができる。その結果、寸法精度に優れた樹脂接合体４０を得ることが可能になる。

　第２実施形態に係る製造方法では、例えば、供給装置３０によってエラストマ１２を供給する箇所を調整すること、ビードの形状や体積を調整すること、アウタパネル４２及びインナパネル４４に対して第１接合面４８と第２接合面５２とが接近する方向に加える荷重の大きさを調整すること等によって、アウタパネル４２及びインナパネル４４の所望の箇所に選択的にエラストマ１２を介在させて、樹脂接合体４０を得ることができる。

　本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

　例えば、上記の第２実施形態に係る製造方法では、インナパネル４４の第２接合面５２に対し、溶融した状態のエラストマ１２を供給することとしたが、特にこれには限定されない。アウタパネル４２の第１接合面４８に対し、溶融した状態のエラストマ１２を供給してもよいし、第１接合面４８及び第２接合面５２の両方に対し、溶融した状態のエラストマ１２を供給してもよい。

１０、４０…樹脂接合体　　　　　　　　　　１２…エラストマ
１４…第１樹脂部材　　　　　　　　　　　　１６…第２樹脂部材
１８…第１平板部　　　　　　　　　　　　　２０…第１立設部
２２、４８…第１接合面　　　　　　　　　　２２ａ…面
２２ｂ…内壁面　　　　　　　　　　　　　　２４…第２平板部
２６…第２立設部　　　　　　　　　　　　　２８、５２…第２接合面
２８ａ…面　　　　　　　　　　　　　　　　２８ｂ…外壁面
３０…供給装置　　　　　　　　　　　　　　４２…アウタパネル
４２ａ…対向面　　　　　　　　　　　　　　４４…インナパネル
４６…凸部　　　　　　　　　　　　　　　　５０…凹部

Claims

　互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材（１４、４２）と第２樹脂部材（１６、４４）とを接合して樹脂接合体（１０、４０）を得る樹脂接合体（１０、４０）の製造方法であって、
　前記第１樹脂部材（１４、４２）の第１接合面（２２、４８）と前記第２樹脂部材（１６、４４）の第２接合面（２８、５２）の間に、熱可塑性のエラストマ（１２）を溶融した状態で介在させるエラストマ（１２）介在工程と、
　前記第１接合面（２２、４８）と前記第２接合面（２８、５２）の間に介在させた前記エラストマ（１２）と、前記エラストマ（１２）の熱により溶融した前記第１接合面（２２、４８）及び前記第２接合面（２８、５２）とを固化させることで、前記第１樹脂部材（１４、４２）と前記第２樹脂部材（１６、４４）とを接合する接合工程と、
　を有することを特徴とする樹脂接合体（１０、４０）の製造方法。
　請求項１記載の樹脂接合体（４０）の製造方法において、
　前記エラストマ（１２）介在工程では、前記第１樹脂部材（４２）に比して熱変形が生じ難い前記第２樹脂部材（４４）の前記第２接合面（５２）に溶融した前記エラストマ（１２）を供給した後、前記エラストマ（１２）を介して前記第２接合面（５２）と前記第１接合面（４８）を対向させることで、互いの間に溶融した前記エラストマ（１２）を介在させることを特徴とする樹脂接合体（４０）の製造方法。
　請求項１又は２記載の樹脂接合体（１０、４０）の製造方法において、
　前記第１樹脂部材（１４、４２）及び前記第２樹脂部材（１６、４４）の樹脂材料をポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方とし、前記エラストマ（１２）をオレフィン系エラストマとすることを特徴とする樹脂接合体（１０、４０）の製造方法。
　互いに線膨張係数が異なる第１樹脂部材（１４、４２）と第２樹脂部材（１６、４４）とが接合した樹脂接合体（１０、４０）であって、
　前記第１樹脂部材（１４、４２）及び前記第２樹脂部材（１６、４４）の樹脂材料は、ポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも何れか一方であり、
　前記第１樹脂部材（１４、４２）の第１接合面（２２、４８）と前記第２樹脂部材（１６、４４）の第２接合面（２８、５２）の間に、熱可塑性のオレフィン系エラストマ（１２）が介在していることを特徴とする樹脂接合体（１０、４０）。