JP6400399B2 - Composite structure of metal and reinforced fiber thermoplastic resin and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、金属と強化繊維熱可塑性樹脂を一体化して、高強度と軽量化を図った金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法に関する。更に詳しくは、所望の形状に成形された強化繊維熱可塑性樹脂製の構造部材と、強化繊維熱可塑性樹脂製の構成部材の所望の位置に設置される金属製の構造部材とを一体化した金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin obtained by integrating a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin to achieve high strength and light weight, and a method for producing the same. More specifically, a metal in which a structural member made of a reinforced fiber thermoplastic resin molded into a desired shape and a metal structural member installed at a desired position of a structural member made of reinforced fiber thermoplastic resin are integrated. And a reinforced fiber thermoplastic resin composite structure and a method for producing the same.
炭素繊維強化熱硬化性樹脂は、強化材に炭素繊維を用いた強化繊維樹脂(強化プラスチック)であり、鉄の1/4〜1/5と軽量ながら、十分な剛性を有している材料として知られている。この炭素繊維強化熱硬化性樹脂は、ゴルフクラブのシャフト、釣り竿等から実用化され、高剛性でありながら軽量化が求められる航空機等の構成部材にも使用されている。この炭素繊維強化熱硬化性樹脂からなる構成部材は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたシート(プリプレグ)を、加圧可能なオートクレーブと呼ばれている窯内等で、高温高圧化で焼き固めるオートクレープ法などにより成形されている。 Carbon fiber reinforced thermosetting resin is a reinforced fiber resin (reinforced plastic) that uses carbon fiber as a reinforcing material, and is a material that has sufficient rigidity while being 1/4 to 1/5 that of iron. Are known. This carbon fiber reinforced thermosetting resin has been put to practical use from golf club shafts, fishing rods, and the like, and is also used in components such as aircraft that are required to be lightweight while being highly rigid. This component made of carbon fiber reinforced thermosetting resin is a high temperature and pressure increase in a kiln called autoclave that can pressurize a sheet (prepreg) in which carbon fiber is impregnated with thermosetting resin. Molded by the autoclave method, etc.
しかしながら、炭素繊維に含浸させる樹脂材料が熱硬化性樹脂になっているため、加熱することにより固化し、再加熱しても軟化することがない。また、オートクレーブ法等では構成部材の成形にかかる時間が長くなることが多いので生産性が低く、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることもできないなどの問題が生じており、非常に高価なものとなっている。そのため、炭素繊維強化熱硬化性樹脂からなる構成部材は、例えば、量産車のような自動車の構成部材としては採用されることがなかった。 However, since the resin material impregnated into the carbon fiber is a thermosetting resin, it is solidified by heating and does not soften even when reheated. In addition, the autoclave method, etc., often takes a long time to mold the components, so the productivity is low, and there are problems such as waste materials and defective products cannot be re-formed and recycled. It is expensive. Therefore, a constituent member made of carbon fiber reinforced thermosetting resin has not been adopted as a constituent member of an automobile such as a mass-produced car.
そのため、量産車の構造部材に採用可能なものとして、熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化熱可塑性樹脂の開発が進められている。この炭素繊維強化熱可塑性樹脂は、加熱後、プレス装置の金型にセットし、型締めプロセスで成形する高速スタンピング成形等が可能であり、成形時間も数分以下と従来より短縮が可能である。また、再加熱することにより部品の接合やリサイクルすることが可能とされている。 Therefore, development of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin using a thermoplastic resin as a matrix has been promoted as a material that can be used as a structural member of a mass-produced vehicle. This carbon fiber reinforced thermoplastic resin can be set in a die of a press machine after heating, and can be formed by a high-speed stamping molding by a clamping process, and the molding time can be shortened to a few minutes or less than before. . Further, it is possible to join and recycle parts by reheating.
用途に従い、いろいろな形状に成形された炭素繊維強化熱可塑性樹脂製の構造部材は、組み立てられて製品化されていく。すなわち、製品として完成するためには、金属製の構造部材と同様に、各構造部材同士を組み合わせ、締結、固定したりしなければならない。そのため、この炭素繊維強化熱可塑性樹脂の接合に関する技術は、いろいろ研究開発が進められ、種々の提案がされている。特許文献に従って、炭素繊維強化熱可塑性樹脂の接合に関する従来の技術について説明を行う。 Depending on the application, structural members made of carbon fiber reinforced thermoplastic resin molded into various shapes are assembled and commercialized. That is, in order to be completed as a product, the structural members must be combined, fastened, and fixed in the same manner as the metallic structural members. For this reason, various researches and developments and various proposals have been made on techniques for joining carbon fiber reinforced thermoplastic resins. A conventional technique related to joining of carbon fiber reinforced thermoplastic resins will be described in accordance with patent literature.
例えば、炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂であるCFRTP材を融着する方法であって、CFRTP材への電圧印加と、加圧とを実施して部分的に溶融させ、電圧印加を停止し、CFRTP材の接合部を冷却して融着する方法に関する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、少なくとも一方が炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体である一対の接合物を、抵抗溶着を利用して接合する方法に関する技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。 For example, a method of fusing a CFRTP material, which is a thermoplastic resin reinforced with carbon fiber, applying a voltage to the CFRTP material and applying pressure to partially melt, stopping the voltage application, A technique related to a method for cooling and fusing a joint portion of a CFRTP material is known (for example, see Patent Document 1). There is also known a technique related to a method of joining a pair of joined articles, at least one of which is a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite, using resistance welding (see, for example, Patent Document 2).
さらに、熱可塑性樹脂をマトリックス(母材)とする炭素繊維複合材料と金属とを接合させてなる接合部材を製造する方法であって、金属表面に凹凸形状を形成させる工程と、熱可塑性樹脂層を設ける工程と、熱可塑性樹脂層を溶融させることで金属と炭素繊維複合材料とを接合させる接合方法に関する技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。また、熱可塑性樹脂をマトリックスとした炭素繊維強化複合材料に金属部材への付加をインサート成形により行う接合部材の接合方法に関する技術が知られている(例えば、特許文献4参照)。 Furthermore, a method of manufacturing a joining member formed by joining a carbon fiber composite material using a thermoplastic resin as a matrix (base material) and a metal, and forming a concavo-convex shape on the metal surface, and a thermoplastic resin layer And a technique relating to a joining method for joining a metal and a carbon fiber composite material by melting a thermoplastic resin layer is known (for example, see Patent Document 3). In addition, a technique relating to a joining method of joining members in which a carbon fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin as a matrix is added to a metal member by insert molding is known (for example, see Patent Document 4).
さらに、主構造材と、少なくとも一枚の繊維強化材層が積層され、主構造材の面に接着される補強部材とから構成される接着構造部材であって、補強部材の主構造体と接着される面に溝が加工された溝加工部を有する接着構造部材に関する技術が知られている(例えば、特許文献5参照)。 Furthermore, an adhesive structure member comprising a main structural material and a reinforcing member in which at least one fiber reinforcing material layer is laminated and bonded to the surface of the main structural material, and bonded to the main structure of the reinforcing member A technique relating to an adhesive structure member having a groove processing portion in which a groove is processed on a surface to be processed is known (for example, see Patent Document 5).
しかしながら、特許文献1、2の技術は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体からなる接合物または類似するものを接合する技術であり、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合体と金属とを接合することができないものである。特許文献3の技術は、熱可塑性樹脂層と金属表面との接合力を強化するためには、有機物の薄層を設ける工程を含む必要がある技術であった。また、熱可塑性樹脂層を有することで、剛性が低下するおそれもあった。特許文献4の技術は、炭素繊維複合材料でインサート成形を行うと、複雑な形状に形成されているキャビティ全体に炭素繊維複合材料が充填されないおそれがあり、高精度で、信頼性の高い射出成形を行えないおそれが生じた。また、特許文献5の技術は、優れた接着強度を発現するための溝加工部を加工する工程が必要であり、生産性の低下が生じてしまうという問題点が生じている。
このように、特許文献1〜5の技術は、金属製の構造部材と強化繊維熱可塑性樹脂(炭素繊維強化熱可塑性樹脂)製の構造部材とを一体に強固に固着するには、まだ課題があり、改良の余地が残されているものであった。
However, the techniques of
As described above, the techniques of
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、金属製の構造部材と強化繊維熱可塑性樹脂製の構造部材とを強固に固着することにより、軽量化と高剛性化が図れ、組立作業等が容易な金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve such problems and achieves the following object.
The object of the present invention is to firmly fix a metal structural member and a structural member made of a reinforced fiber thermoplastic resin to reduce the weight and increase the rigidity, and facilitate the assembly work and the like with the metal and the reinforced fiber heat. The object is to provide a composite structure of a plastic resin and a method for producing the same.
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明1の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体は、
所望の形状に形成され、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第1の構成部材と、前記第1の構成部材の所望の位置に設置され、一方の側に開口部が形成された構造部材であって、内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理が施された金属製の第2の構成部材と、前記第1の構成部材と前記第2の構成部材との間に設けられ、他方の面及び側面が前記第2の構成部材の前記処理が施された前記内周部の表面に一体に固着されるとともに、一方の面が前記第1の構成部材の前記熱可塑性樹脂と一体に固着される熱可塑性樹脂製の接合樹脂部材とからなり、前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
The composite structure of the metal of the
A first component member made of a fiber reinforced thermoplastic resin formed in a desired shape and containing a reinforcing fiber in a thermoplastic resin, and installed at a desired position of the first component member, and opened on one side One or more types of treatment selected from primer application, surface treatment by laser, surface treatment by mechanical treatment, and surface treatment by chemical treatment on the inner peripheral surface Is provided between the second component member made of metal, the first component member, and the second component member, and the other surface and side surface of the second component member is the second component member. The surface of the inner peripheral portion is integrally fixed, and one surface is composed of a bonding resin member made of a thermoplastic resin and fixed integrally with the thermoplastic resin of the first component member, The second component member has the side surface of the other surface. A slope more the one side expands, wherein the one having the inclination angle in a range of less than 15 ° or 90 ° to one side.
本発明2の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第1の構成部材を所望の形状に形成する第1工程と、一方の側に開口部が形成された金属製の第2の構成部材を所望の形状に成形する第2工程と、前記第2の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理を施す第3工程と、金型内にインサートされた前記第2の構成部材の前記内周部に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記処理が施された前記内周部の表面に前記接合樹脂部材の他方の面及び側面が一体に固着した金属樹脂部材を製造する第4工程と、前記第1の構成部材の所望の位置に前記金属樹脂部材を設置し、前記第1の構成部材に前記金属樹脂部材を他方の側から熱圧着し、部分的に溶融した前記第1の構成部材の熱可塑性樹脂と前記接合樹脂部材の一方の面とを一体に固着する第5工程とからなり、前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであり、前記金属樹脂部材は、前記第2の構成部材の前記一方の面より前記接合樹脂部材が所定量突出するように形成され、前記第5工程で熱圧着する時に、前記突出している部分が溶け代となっているものであることを特徴とする。
The method for producing a composite structure of a metal and a fiber reinforced thermoplastic resin of the present invention 2 ,
A first step of forming a first component member made of fiber reinforced thermoplastic resin, in which a reinforced fiber is contained in a thermoplastic resin, into a desired shape, and a second metal member having an opening formed on one side A second step of forming the constituent member into a desired shape, and a surface of the inner peripheral portion of the second constituent member by applying primer, surface treatment by laser, surface treatment by mechanical treatment, and surface by chemical treatment A third step of performing one or more treatments selected from the treatments, and injecting and filling the thermoplastic resin composition of the bonding resin member into the inner peripheral portion of the second component member inserted into the mold. A fourth step of manufacturing a metal resin member in which the other surface and the side surface of the bonding resin member are integrally fixed to the surface of the inner peripheral portion subjected to the treatment; and a desired position of the first component member The metal resin member is installed on the first component member. The metal resin member is thermocompression-bonded from the other side, and consists of a fifth step of fixing the thermoplastic resin of the first component member partially melted and one surface of the bonding resin member together, In the second component member, the side surface is an inclined surface whose one surface side is wider than the other surface side, and has an inclination angle within a range of 15 ° or more and less than 90 ° with respect to the one surface. The metal resin member is formed such that a predetermined amount of the bonding resin member protrudes from the one surface of the second component member, and protrudes when thermocompression bonding is performed in the fifth step. It is characterized in that the portion is a melting allowance.
本発明3の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製の第1の構成部材を所望の形状に形成する第1工程と、一方の側に開口部が形成された金属製の第2の構成部材を所望の形状に成形する第2工程と、前記第2の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理を施す第3工程と、前記第1の構成部材の所望の位置に、前記第1の構成部材に前記第2の構成部材の一方の面を当接させ、金型内にセットする第4工程と、前記金型を閉じ、前記第1の構成部材と前記第2の構成部材の前記内周部とから形成される空間部に、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記熱可塑性樹脂組成物が冷却される過程で、前記接合樹脂部材の一方の面と前記第1の構成部材、及び、前記接合樹脂部材の他方の面及び側面と前記処理が施された前記第2の構成部材の前記内周部とを一体に固着する第5工程とからなり、前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するとともに、前記熱可塑性樹脂組成物を前記空間部に注入するための穴が少なくとも一つ以上形成されており、前記第5の工程は、前記穴を介して、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填する工程であることを特徴とする。
The method for producing a composite structure of a metal and a fiber-reinforced thermoplastic resin of the present invention 3 ,
A first step of forming a first component member made of fiber reinforced thermoplastic resin, in which a reinforced fiber is contained in a thermoplastic resin, into a desired shape, and a second metal member having an opening formed on one side A second step of forming the constituent member into a desired shape, and a surface of the inner peripheral portion of the second constituent member by applying primer, surface treatment by laser, surface treatment by mechanical treatment, and surface by chemical treatment A third step of performing one or more processes selected from the processes; and bringing one surface of the second component member into contact with the first component member at a desired position of the first component member. The fourth step of setting in the mold, the mold is closed, and the space of the first constituent member and the inner peripheral portion of the second constituent member is heated in the bonding resin member. A plastic resin composition is injected and filled, and the thermoplastic resin composition is cooled. The one surface of the bonding resin member and the first component member, the other surface and side surface of the bonding resin member, and the inner peripheral portion of the second component member subjected to the treatment. And the second component member is a slope whose one surface side is wider than the other surface side, and is 15 ° or more with respect to the one surface. In addition to having an inclination angle within a range of less than 90 °, at least one hole for injecting the thermoplastic resin composition into the space is formed, and the fifth step is performed through the hole. And a step of injecting and filling the thermoplastic resin composition of the bonding resin member.
本発明4の金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、本発明2又は3ににおいて、前記強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする。 The method for producing a composite structure of a metal and a fiber-reinforced thermoplastic resin according to the fourth aspect of the present invention is the second or third aspect of the present invention, wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber.
本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体は、軽量、高剛性で、成形加工が容易な強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材に、他の複合構造体との組立等を容易にするための金属製の第2の構造部材を、容易に、強固に固着することができる。言い換えると、この複合構造体は、主な部位が強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材からなるものであって、軽量、高剛性の構造体とすることができる。また、第2の構造部材は、金属製の構造部材であり、組み立てて製品化するために、連結、結合等を行う部分(部位)を機械加工等で容易に形成することができる。すなわち、この複合構造部材は、従来の全体が金属製の構造部材に比べ軽量化が図れ、従来の全体が金属製の構造部材とほぼ同じような作業で製品を組み立て、製造することができる。 The composite structure of the metal and the reinforced fiber thermoplastic resin of the present invention is a lightweight, high-rigidity first structural member made of reinforced fiber thermoplastic resin that can be easily molded, and other composite structures. The metal second structural member for facilitating the process can be easily and firmly fixed. In other words, the composite structure has a main portion made of the first structural member made of the reinforced fiber thermoplastic resin, and can be a lightweight and highly rigid structure. Further, the second structural member is a metallic structural member, and a part (part) for performing connection, coupling, or the like can be easily formed by machining or the like in order to assemble and commercialize the second structural member. That is, this composite structural member can be reduced in weight as compared with a conventional structural member made of metal, and a product can be assembled and manufactured in substantially the same manner as the conventional structural member made of metal.
さらに、第1の構造部材は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製であり、所望の形状に成形するための時間の短縮、生産性の向上が図れ、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることも容易である。また、この複合構造体は、金属製の第2の構造部材が、第1の構造部材に一体に固着されているため、複合構造体同士の結合が、従来の金属製の構造体と同様に、ボルト等の締結部材で締結することができ、組立作業が容易である。例えば、量産車のような自動車のような低価格の製品にも採用することができ、車両重量が削減でき、燃料使用量の減少を図ることができる。 Furthermore, the first structural member is made of a fiber reinforced thermoplastic resin in which a reinforced fiber is contained in a thermoplastic resin, and the time for molding into a desired shape can be reduced and the productivity can be improved. It is also easy to re-mold and recycle defective products. Further, in this composite structure, the second structural member made of metal is integrally fixed to the first structural member, so that the composite structure is bonded to the same structure as the conventional metal structure. It can be fastened with a fastening member such as a bolt, and the assembly work is easy. For example, it can also be used in low-priced products such as automobiles such as mass-produced vehicles, so that vehicle weight can be reduced and fuel consumption can be reduced.
本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法は、強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材と金属製の第2の構造部材とを、接合樹脂部材を介して、一体に、強固に固着している。第2の構造部材には、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理が施されており、接合樹脂部材と強固に固着する。第1の構造部材のマトリックス(母材)である熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材または射出された接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物と接触する部位(部分)が部分的に溶融した後冷却する過程で、第1構造部材の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材とが一体になり強固に固着する。また、第1の構造部材は、成形加工が容易で、安価で製造することができる。このような製造方法により、軽量化と高剛性化が図れた金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を、生産性を向上させて製造することができる。 In the method for producing a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin of the present invention, a first structural member made of reinforced fiber thermoplastic resin and a second structural member made of metal are bonded via a bonding resin member. It is firmly fixed as a unit. The second structural member has been subjected to at least one treatment selected from primer coating, laser surface treatment, surface treatment by mechanical treatment, and surface treatment by chemical treatment. It adheres firmly. In the thermoplastic resin that is the matrix (base material) of the first structural member, the heated bonding resin member or the portion (portion) that comes into contact with the thermoplastic resin composition of the injected bonding resin member is partially melted. In the process of post-cooling, the thermoplastic resin and the bonding resin member of the first structural member are integrated and firmly fixed. Further, the first structural member can be easily formed and can be manufactured at low cost. By such a manufacturing method, a composite structure of a metal and a fiber reinforced thermoplastic resin, which can be reduced in weight and increased in rigidity, can be manufactured with improved productivity.
次に、本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法の実施の形態について、図面に基づき説明を行う。 Next, an embodiment of a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体を示す図であって、(a)は外観図、(b)は(a)をB−B線で切断した断面図である。図2は、本発明の第1の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程(工程)を模式的に示した説明図、図3は、強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材と金属樹脂部材とを、固着する前の状態を示す説明図、図4は、第1の構造部材と金属樹脂部材とを、熱圧着により強固に固着している状態を模式的に示した説明図である。なお、この実施の形態の説明では、強化繊維熱可塑性樹脂を、炭素繊維強化熱可塑性樹脂を例にして説明を行う。 FIG. 1 is a view showing a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin of the present invention, where (a) is an external view, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB. is there. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a process (step) in which a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin is manufactured in the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing a state before the first structural member made of a plastic resin and the metal resin member are fixed, and FIG. 4 is a diagram in which the first structural member and the metal resin member are firmly fixed by thermocompression bonding. It is explanatory drawing which showed typically the state which is. In the description of this embodiment, the reinforced fiber thermoplastic resin will be described by taking a carbon fiber reinforced thermoplastic resin as an example.
〔第1の実施の形態〕
図1に基づいて、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体について説明を行う。
金属と、熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有されている炭素繊維強化熱可塑性樹脂(Cabon Fiber Reinforced Thermo Plastics;以下、CFRTPと記載する。)の複合構造体(以下、複合構造体と記載する。)1は、自動車、航空機等を構成するための構造部材(構造部品)である。例えば、現状、金属で製造されている金属製の構造部材(構造部品)に相当するものであり、金属製の構造部材と同等、ほぼ同等の強度、剛性が要求される構造部材である。
[First Embodiment]
Based on FIG. 1, the composite structure of a metal and a carbon fiber reinforced thermoplastic resin will be described.
A composite structure of a metal and a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (hereinafter referred to as CFRTP) in which carbon fiber is contained in a thermoplastic resin (hereinafter referred to as a composite structure).
複合構造体1は、所望の形状に成形されたCFRTP製の第1の構造部材(以下、CFRTP製部材と記載する。)11と、CFRTP製部材11の所望の位置に設けられている金属製の第2の構造部材(以下、金属製部材と記載する。)12と、CFRTP製部材11と金属製部材12とを一体に固着するための熱可塑性樹脂からなる接合樹脂部材13とから構成されている。
The
複合構造体1の金属製部材12は、他の複合構造体と、ボルト等の公知の締結部材で締結され、複合構造体同士を容易に組み立てられるようにするものであり、図示はしていないが、例えば、ねじ穴、取付部、ボルト穴等からなる締結部、結合部等が形成されているものである。このようにすることで、いろいろな形状に形成されている複合構造体1と他の複合構造体とが、容易に、かつ、強固に締結され、生産性の低下を生じさせない。
図2から4に基づいて、第1の実施の形態における金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法について説明を行う。
The
Based on FIGS. 2 to 4, a method for producing a composite structure of a metal and a carbon fiber reinforced thermoplastic resin in the first embodiment will be described.
〔CFRTP製部材〕
CFRTP製部材11は、CFRTP素材11aを所定の大きさに形成し、所望の形状に形成する。CFRTP素材11aは、熱可塑性樹脂〔例えば、PP(ポリプロピレン)、PA(ポリアミド)〕に炭素繊維が60%以下含有されたものであるとよい。CFRTP素材11aを所望の形状に形成するには、CFRTP素材11aを所定の温度に加熱した後、所望の形状に形成されている金型内にCFRTP素材11aを挿入し、金型でプレス成形し所定の形状のCFRTP製成形部材を製造する熱プレス法(例えば、スタンピング成形法)が多く採用されている。このスタンピング成形に関する技術は公知な技術(例えば、特開2012−213946号公報参照)であり、この実施の形態の説明では詳細な説明を省略する。その後、CFRTP製成形部材は、外周面等にトリミング加工等が施され、所望の形状のCFRTP製部材11に製造される〔図2の工程(a),(b)〕。
[CFRTP members]
The
〔金属製部材〕
本発明で対象とする金属製部材12は、主にアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、銅合金等の軽合金と、鋼材、ステンレス鋼である。所定の厚みの板状の金属素材を所望の大きさに切断する。所望の大きさに切断された金属素材を所望の形状に形成する。この金属製部材12は、上面(他方の側に位置する他方の面12b)側よりCFRTP製部材11と固着される底面(一方の側に位置する一方の面12a)側のほうが大きい面積を有するように形成されたものであり、底面(一方の面12a)側には開口部が形成されている。この金属製部材12は、側面が、上面(他方の面12b)側より底面(一方の面12a)側が拡がっているとともに、底面に対して所定の傾斜角度αを有する斜面になっている。例えば、CFRTP製部材11に接合される金属製部材12の底面(一方の面12a)に対して、15°以上90°未満の範囲の傾斜角度αを有する斜面になっている。このような、成形はプレス成形により容易に行うことができ、この実施の形態の金属製部材12は、断面視略台形形状をしたものであって、底面側が開口している〔図2の工程(c),(d)〕。なお、金属製部材は、例えば、円錐台状または略円錐台状の構造部材、角錐台状または略角錐台状の構造部材等であればよい。すなわち、金属製部材は、前述した傾斜角度αを有する側面を有する断面視略台形形状のものであればよい。
[Metal parts]
The
金属製部材12は、断面視略台形形状の内周部12cの表面に熱可塑性樹脂と容易に接合できる処理が施されている〔図2の工程(e)〕。これら金属製部材12の内周部12cの表面に何らの処理も施さない状態で熱可塑性樹脂組成物を射出成形したとしても充分な接合力を得られない場合が多い。特に、高信頼性が要求される場合には不十分である。従って、本発明においては、金属製部材12の内周部12cの表面にエッチング処理を施し、これにより接合力を高めている。本発明者らは、金属合金と樹脂とを強い接合力で一体化すべくエッチング手法を開発しており、これらの技術は一部開示されている。〔例えば、特開2007−301972号公報、WO2004/041532(A1)、特許第3954379号公報等参照〕。
The
〔アルミニウム合金の例〕
その概要をアルミニウム合金を例に説明する。アルミニウム合金として規格化されたものが使用されるが、製品化するために板状の素材からプレス加工が施され、所望の形状に成形する。その加工された形状物の表面には、油脂類や微細な塵が付着しているおそれがあり、アルミニウム脱脂剤で洗浄する。
[Example of aluminum alloy]
The outline will be described by taking an aluminum alloy as an example. A standardized aluminum alloy is used, but in order to produce a product, it is pressed from a plate-shaped material and formed into a desired shape. There is a possibility that oils and fats and fine dust may adhere to the surface of the processed shape, and the surface is washed with an aluminum degreasing agent.
〔化学エッチング〕
次に、アルミニウム合金の内周部12cの表面に化学エッチング処理を施す。これは、本発明における必須の処理ではないものの、これを行うことでアルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂組成物との接合がより効果的なものとなる。具体的には、アルミニウム合金を塩基性水溶液(pH>7)に浸漬し、その後に水洗する。塩基性水溶液に用いる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ソーダ灰、又はアンモニア等である。この処理を行うことでアルミニウム合金表面は、水素を放ちつつアルミン酸イオンになって溶解し、アルミニウム合金表面は削られて、エッチングが行われ新しい面になる。
[Chemical etching]
Next, a chemical etching process is performed on the surface of the inner
〔化成処理〕
次に、化学エッチングを施したアルミニウム合金表面に化成処理(内面表面処理)を施す〔図2の工程(e)〕。これは、本発明における必須の処理である。具体的には、アルミニウム合金をアンモニア、ヒドラジン及び/又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する。この処理を行うことで、アルミニウム合金表面を微妙に浸して微細凹凸を形成し、窒素含有化合物を吸着させるのである。3〜10%のヒドラジン一水和物水溶液を40℃〜70℃とし、これにアルミニウム合金を数分浸漬した後、水洗する方法が好ましい。臭気が無く、扱いも容易だからである。
[Chemical conversion treatment]
Next, chemical conversion (inner surface treatment) is performed on the chemically etched aluminum alloy surface [step (e) in FIG. 2]. This is an essential process in the present invention. Specifically, the aluminum alloy is immersed in an aqueous solution of ammonia, hydrazine and / or a water-soluble amine compound. By performing this treatment, the surface of the aluminum alloy is finely immersed to form fine irregularities, and the nitrogen-containing compound is adsorbed. A method in which a 3 to 10% hydrazine monohydrate aqueous solution is set to 40 ° C. to 70 ° C. and the aluminum alloy is immersed in the solution for several minutes and then washed with water is preferable. This is because it has no odor and is easy to handle.
なお、金属製部材12は、内周部12cの表面に、プライマー(下塗り材)を塗布する内面表面処理が施されたものであってもよい。また、金属製部材12は、内周部12cの表面が所望の表面あらさの凹凸面になるように、レーザ加工により表面処理加工(内面表面処理)が施されたものであってもよい。さらに、金属製部材12は、切削加工、研削加工等等による機械的処理により、内周部12cの表面が所望の表面あらさの凹凸面になるように表面処理(内面表面処理)が施されたものであってもよい。また、金属製部材12は、内周部12cの表面が化学的処理による表面処理(内面表面処理)が施されたものであってもよい。さらに、これらの表面処理から選択される1種以上の処理を行ったものであってもよい。すなわち、金属製部材12は、内周部12cの表面に、接合樹脂部材13との接合を強固にするための表面処理を施してあればよい。
In addition, the
〔金属製部材と接合樹脂部材との接合〕
次に、このように化成処理のされたアルミニウム合金表面に対して、接合樹脂部材13の組成物である結晶性の熱可塑性樹脂組成物(以下、接合樹脂組成物と記載)を射出成形させる。その接合樹脂組成物は、ポニフェニレンスフィド(以下、「PPS」という。)又は、ポリブチレンテレフタレート(以下、「PBT」という。)を主成分とするものを用いる。また、フィラーを含有させることは、機械的特性を改善し、アルミニウム合金形状物と接合樹脂組成物との線膨張率を一致させるという観点から非常に重要である。繊維フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される1種以上を用いると良く、粉末型フィラーとしては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される1種以上を用いると良い。
[Bonding of metal members and bonding resin members]
Next, a crystalline thermoplastic resin composition (hereinafter referred to as a bonding resin composition) that is a composition of the
金属製部材12は、内周部12cの表面を化成処理した後、金型(図示せず)内にインサートされる。所定の温度に加熱されるとともに所定の圧力に加圧された接合樹脂組成物が金型のキャビティ内に射出、充填される。充填された接合樹脂組成物が冷却され接合樹脂部材13となる過程で、金属製部材12の内周部12cの表面と、接合樹脂部材13の他方の面及び側面が強固に接合され、金属製部材12と接合樹脂部材13とが一体化された金属樹脂部材14が製造される〔図2の工程(f)〕。なお、金属樹脂部材14は、接合樹脂部材13が金属製部材12の底面の端面(開口部側端面)より所定量a(例えば、0.3mm)分、下方に突出するように形成されている。この突出するように形成された部位(部分)は、CFRTP製部材11と金属樹脂部材14とを熱圧着装置20による熱圧着で一体に固着するときの接合樹脂部材13の溶け代となるものである。
The
〔CFRTP製部材と金属樹脂部材との固着〕
所望の形状に成形されたCFRTP製部材11には、所定の位置に金属樹脂部材14が一体に固着される。この所定の位置とは、複合構造体1を組み付ける際の結合位置に相当するものである。
[Fixing of CFRTP member and metal resin member]
A
CFRTP製部材11を基台25上に載置、固定する。CFRTP製部材11の所望の位置に金属樹脂部材14を載置するとともに、熱圧着ヘッド21を被せる。熱圧着ヘッド21には、ヒーター24が内蔵されている。熱圧着ヘッド21により、接合樹脂部材13を溶融させるための所定の温度(例えば、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂の融点より+20〜30℃高い温度)に加熱するとともに、接合樹脂部材13と、部分的に溶融しているCFRTP製部材11のマトリックス(母材)である熱可塑性樹脂とが冷却される過程で一体化するように所定の圧力Pを加える〔図2の工程(g)〕。これらの制御は、熱圧着制御装置22で行われる。所定の温度に加熱された接合樹脂部材13は、溶融状態になるとともに、この熱をCFRTP製部材11側に熱伝導する。CFRTP製部材11の熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材13と接触している部位及びその近傍が部分的に溶融する。ヒーター24による加熱を停止し、冷却されることで、溶融状態にあった接合樹脂部材13と、CFRTP部材11の熱可塑性樹脂の部分的に溶融した部位とは一体となって固化し、CFRTP部材11の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材13の一方の面とが一体となり強固に固着される。すなわち、CFRTP製部材11と金属製部材12とは、接合樹脂部材13を介して一体に強固に固着される。また、金属製部材12の底面がCFRTP製部材11の上面に当接するように固着されること、金属製部材12が接合樹脂部材13により中実状態になっていること、金属樹脂部材14が底面(金属樹脂部材14の固着面となる金属製部材12の一方の側に位置する一方の面12a)側の面積が大きくなるように形成されていること、金属製部材12の側面が所定の角度を有する斜面に形成されていることなどで強固に固着されることになる。言い換えると、CFRTP製部材11と金属製部材12とが、接合樹脂部材13を介して強固に一体化されている。このような構成にすることにより、金属製部材12に形成され、ボルト等締結部材によって他の構造部材と締結されている締結部(図示せず)側から荷重が作用した場合でも、接合樹脂部材13を介して一体に固着している部分に問題が発生することがないようにしている。
The
熱圧着ヘッド21とCFRTP製部材11とは、3次元方向に、相対的に、移動、位置決めを行うことができる構成になっている。例えば、熱圧着ヘッド21には、図示しない移動、位置決めが容易に行うことができる軸移動装置が設けられており、CFRTP製部材11に対して、熱圧着ヘッド21が、3次元方向に、相対的に、移動、位置決めを行うことができる構成になっている。すなわち、CFRTP製部材11に対して金属製部材12を所望の位置に位置決めして固着することができる構成となっている。
The
この複合構造体1は、軽量、高剛性で、成形加工が容易なCFRTP製部材11に、他の複合構造体との組立等を容易にするための金属製部材12を、容易に、強固に固着することができる。言い換えると、この複合構造体1は、主な部位がCFRTP製部材11からなるものであって、軽量、高剛性の構造体とすることができる。また、金属製部材12は金属加工等が容易な金属製の部材であり、組み立てて製品化するために、連結、結合等を行う部分(部位)を機械加工等で容易に形成することができる。すなわち、この複合構造部材1は、従来の全体が金属製の構造部材に比べ軽量化が図れ、従来の全体が金属製の構造部材とほぼ同じような作業で製品を組み立て、製造することができる。
This
さらに、CFRTP部材11は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有された繊維強化熱可塑性樹脂製であり、所望の形状に成形するための時間の短縮、生産性の向上が図れ、廃棄材料や不良品を再成形してリサイクルすることも容易である。また、この複合構造体1は、金属製部材12が、CFRTP部材11に一体に固着されているため、複合構造体1同士の結合が、従来の金属製の構造体と同様に、ボルト等の締結部材で締結することができ、組立作業が容易である。例えば、量産車のような自動車のような低価格の製品にも採用することができ、この複合構造体を採用すると、車両重量が削減でき、燃料使用量の減少を図ることができる。
Furthermore, the
この複合構造体1の製造方法は、CFRTP部材11と金属製部材12とを、接合樹脂部材13を介して、一体に、強固に固着している。金属製部材12には、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理が施されており、接合樹脂部材13と強固に固着する。CFRTP部材11の熱可塑性樹脂は、加熱された接合樹脂部材13との接触部位(部分)が部分的に溶融した後、冷却される過程で、CFRTP部材11の熱可塑性樹脂と接合樹脂部材13とが一体になり強固に固着する。また、第1の構造部材は、成形加工が容易で、安価で製造することができる。このような製造方法により、軽量化と高剛性化が図れた金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を、生産性を向上させて製造することができ、普及拡大が図れる。
In the method for manufacturing the
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態における金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法について、図5〜7に従って説明を行う。図5は、第2の実施の形態において、金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体が製造される過程(工程)を模式的に示した説明図、図6は、第2の実施の形態において、金型を閉じた状態を示す説明図、図7は、第2の実施の形態において、強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材と金属製の第2の構造部材との間に形成されたキャビティ(空間部)に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出している状態を示す説明図である。
[Second Embodiment]
The composite structure of a metal and a carbon fiber reinforced thermoplastic resin and the manufacturing method thereof in the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a process (step) in which a composite structure of a metal and a reinforced fiber thermoplastic resin is manufactured in the second embodiment, and FIG. 6 is a diagram showing the second embodiment. FIG. 7 is an explanatory view showing a state in which the mold is closed, and FIG. 7 is a view between the first structural member made of reinforced fiber thermoplastic resin and the second structural member made of metal in the second embodiment. It is explanatory drawing which shows the state which has inject | poured the thermoplastic resin composition of the joining resin member to the formed cavity (space part).
この第2の実施の形態の金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体とその製造方法は、前述した第1の実施の形態に対して、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体を製造する製造工程の一部が異なるものであって、金属と炭素繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体としては同一、または、ほぼ同一のものである。第2の実施の形態について、製造方法の異なる工程の部分を中心にして説明を行う。なお、この第2の実施の形態の説明では、第1の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付与して詳細な説明を省略する。 The composite structure of metal and carbon fiber reinforced thermoplastic resin and the manufacturing method thereof according to the second embodiment is a composite structure of metal and carbon fiber reinforced thermoplastic resin compared to the first embodiment described above. A part of the manufacturing process for manufacturing is different, and the composite structure of metal and carbon fiber reinforced thermoplastic resin is the same or almost the same. The second embodiment will be described with a focus on the different steps of the manufacturing method. In the description of the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
CFRTP素材11aをスタンピング成形で所望の形状に形成してCFRTP製部材11を製造する。CFRTP製部材11にトリミング加工等を施す〔図5の工程(a),(b)〕。金属素材を所望の大きさに切断した後、切断された金属素材をプレス成形により所望の形状に形成して金属製部材12を製造する〔図5の工程(c),(d)〕。金属製部材12の内周部12cの表面に内面表面処理を施す〔図5の工程(e)〕。これらの各工程は、第1の実施の形態と同一である。また、金属製部材12には、接合樹脂部材13の熱可塑性樹脂組成物をキャビティ(空間部)15に射出、充填するための穴16(図6参照)が少なくとも一つ以上形成されている。
A
一方の金型31と他方の金型32とからなる金型30に、CFRTP製部材11、金属製部材12をセットし、金型30を閉じる。CFRTP製部材11と金属製部材12との間に形成されるキャビティ15に、ノズル33から接合樹脂組成物(接合樹脂部材13の熱可塑性樹脂組成物)が射出、充填され、いわゆるインサート成形が行われる。このとき、接合樹脂組成物は、所定の温度(例えば、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂の融点より+20〜30℃高い温度)に加熱され、所定の射出圧力でキャビティ15内に射出、充填されることになる。そのため、接合樹脂部材13の他方の面及び側面と金属製部材12の表面処理が施された内周部12cの表面とは、充填された接合樹脂組成物が冷却して接合樹脂部材13となる過程で強固に固着する。また、CFRTP製部材11は、接合樹脂組成物が充填されたとき、マトリックス(母材)である熱可塑性樹脂が、充填された接合樹脂組成物と接触している部位及びその近傍が部分的に溶融する。そして、充填された接合樹脂組成物が冷却され接合樹脂部材13となる過程において、接合樹脂組成物と部分的に溶融したCFRTP部材の熱可塑性樹脂とは一体に固化する。言い換えると、接合樹脂部材13の一方の面とCFRTP製部材11とは、充填された接合樹脂組成物と部分的に溶融した熱可塑性樹脂とが冷却されて固化する過程で、一体に強固に固着される〔図5の工程(h)〕。すなわち、CFRTP製部材11と金属製部材12とは、接合樹脂部材13を介して一体に強固に固着される。
A
また、金属製部材12の底面(一方の面12a)がCFRTP製部材11の上面に当接して固着されること、金属製部材12が接合樹脂部材13により中実状態になっていること、接合樹脂部材13、金属製部材12の固着面となる底面(一方の面12a)側の面積が大きくなるように形成されていること、金属製部材12の側面が所定の角度を有する斜面に形成されていることなどで強固に固着される。言い換えると、CFRTP製部材11と金属製部材12とが、接合樹脂部材13を介して強固に一体化されている。このような構成にすることにより、金属製部材12に形成され、ボルト等締結部材によって他の構造部材と締結されている締結部(図示せず)側から荷重が作用した場合でも、接合樹脂部材13を介して一体に固着している部分に問題が発生しないようにしている。
Further, the bottom surface (one
金型30を開いて、一体に固着された複合構造体1を取り出す。なお、この金型は、複合構造体1が小さいものであれば、1回の射出成形でCFRTP製部材11に複数の金属製部材12が一体に形成された複合構造体1を製造できるものとするとよい。また、CFRTP製部材11が大型の場合には、CFRTP製部材11と金型30とを相対移動可能な構成にし、金型30とCFRTP製部材11とを相対移動させながらCFRTP製部材11に一つ又は複数の金属製部材12を固着させるとよい。例えば、CFRTP製部材11を移動台上に載置固定し、金型30に対してCFRTP製部材11を相対移動させながら、前述した固着作業を行って複合構造体1を製造するとよい。この第2の実施の形態の複合構造体1とその製造方法は、前述した第1の実施の形態とほぼ同様な効果を呈することになる。
The
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内で変更が可能なことはいうまでもない。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材を炭素繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材で説明を行っているが、熱可塑性樹脂に他の種類の繊維が含有されたもの(例えば、ガラス繊維強化熱可塑性樹脂製構造部材)であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment, and can be changed within the range which does not deviate from the objective of this invention, and the meaning. . For example, a fiber reinforced thermoplastic resin structural member is described as a carbon fiber reinforced thermoplastic resin structural member, but a thermoplastic resin containing other types of fibers (for example, glass fiber reinforced thermoplastic resin). Resin structural member).
1…金属と強化繊維熱可塑性樹脂の複合構造体
11…強化繊維熱可塑性樹脂製の第1の構造部材(炭素繊維強化熱可塑性樹脂製の第1の構造部材,CFRTP製部材)
12…金属製の第2の構造部材(金属製部材)
13…接合樹脂部材
14…金属樹脂部材
20…熱圧着装置
21…熱圧着ヘッド
22…熱圧着制御装置
30…金型
31…一方の金型
32…他方の金型
DESCRIPTION OF
12 ... Metal second structural member (metal member)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の構成部材の所望の位置に設置され、一方の側に開口部が形成された構造部材であって、内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理が施された金属製の第2の構成部材と、
前記第1の構成部材と前記第2の構成部材との間に設けられ、他方の面及び側面が前記第2の構成部材の前記処理が施された前記内周部の表面に一体に固着されるとともに、一方の面が前記第1の構成部材の前記熱可塑性樹脂と一体に固着される熱可塑性樹脂製の接合樹脂部材とからなり、
前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するものである
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体。 A first component member made of a fiber reinforced thermoplastic resin formed into a desired shape and containing a reinforced fiber in a thermoplastic resin;
A structural member that is installed at a desired position of the first component member and has an opening formed on one side thereof, the surface of the inner peripheral portion being coated with primer, surface treatment with laser, surface by mechanical treatment A second component member made of metal that has been subjected to at least one treatment selected from a treatment and a surface treatment by chemical treatment;
It is provided between the first component member and the second component member, and the other surface and side surface are integrally fixed to the surface of the inner peripheral portion where the treatment of the second component member is performed. And one surface is made of a thermoplastic resin bonding resin member fixed integrally with the thermoplastic resin of the first component member,
In the second component member, the side surface is an inclined surface whose one surface side is wider than the other surface side, and has an inclination angle within a range of 15 ° or more and less than 90 ° with respect to the one surface. A composite structure of a metal and a fiber-reinforced thermoplastic resin characterized by being a thing.
一方の側に開口部が形成された金属製の第2の構成部材を所望の形状に成形する第2工程と、
前記第2の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理を施す第3工程と、
金型内にインサートされた前記第2の構成部材の前記内周部に接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記処理が施された前記内周部の表面に前記接合樹脂部材の他方の面及び側面が一体に固着した金属樹脂部材を製造する第4工程と、
前記第1の構成部材の所望の位置に前記金属樹脂部材を設置し、前記第1の構成部材に前記金属樹脂部材を他方の側から熱圧着し、部分的に溶融した前記第1の構成部材の熱可塑性樹脂と前記接合樹脂部材の一方の面とを一体に固着する第5工程とからなり、
前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するものであり、
前記金属樹脂部材は、前記第2の構成部材の前記一方の面より前記接合樹脂部材が所定量突出するように形成され、前記第5工程で熱圧着する時に、前記突出している部分が溶け代となっているものである
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。 A first step of forming a first component member made of a fiber reinforced thermoplastic resin in which a reinforced fiber is contained in a thermoplastic resin into a desired shape;
A second step of forming a second metal component having an opening on one side into a desired shape;
Thirdly, the surface of the inner peripheral portion of the second component member is subjected to at least one process selected from primer application, laser surface treatment, surface treatment by mechanical treatment, and surface treatment by chemical treatment. Process,
The thermoplastic resin composition of the bonding resin member is injected and filled into the inner peripheral portion of the second component member inserted into the mold, and the bonding resin is applied to the surface of the inner peripheral portion subjected to the treatment. A fourth step of manufacturing a metal resin member in which the other surface and side surfaces of the member are integrally fixed;
The metal component member is installed at a desired position of the first component member, the metal component member is thermocompression-bonded to the first component member from the other side, and the first component member is partially melted. And a fifth step of integrally fixing the thermoplastic resin and one surface of the bonding resin member,
In the second component member, the side surface is an inclined surface whose one surface side is wider than the other surface side, and has an inclination angle within a range of 15 ° or more and less than 90 ° with respect to the one surface. Is,
The metal resin member is formed such that a predetermined amount of the bonding resin member protrudes from the one surface of the second component member, and when the thermocompression bonding is performed in the fifth step, the protruding portion is a melting allowance. A method for producing a composite structure of a metal and a fiber-reinforced thermoplastic resin, characterized in that:
一方の側に開口部が形成された金属製の第2の構成部材を所望の形状に成形する第2工程と、
前記第2の構成部材の内周部の表面に、プライマー塗布、レーザによる表面処理、機械的処理による表面処理、及び、化学的処理による表面処理から選択される1種以上の処理を施す第3工程と、
前記第1の構成部材の所望の位置に、前記第1の構成部材に前記第2の構成部材の一方の面を当接させ、金型内にセットする第4工程と、
前記金型を閉じ、前記第1の構成部材と前記第2の構成部材の前記内周部とから形成される空間部に、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填し、前記熱可塑性樹脂組成物が冷却される過程で、前記接合樹脂部材の一方の面と前記第1の構成部材、及び、前記接合樹脂部材の他方の面及び側面と前記処理が施された前記第2の構成部材の前記内周部とを一体に固着する第5工程とからなり、
前記第2の構成部材は、前記側面が、前記他方の面側より前記一方の面側が拡がる斜面であって、前記一方の面に対して15°以上90°未満の範囲内の傾斜角度を有するとともに、前記熱可塑性樹脂組成物を前記空間部に注入するための穴が少なくとも一つ以上形成されており、
前記第5の工程は、前記穴を介して、接合樹脂部材の熱可塑性樹脂組成物を射出、充填する工程である
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。 A first step of forming a first component member made of a fiber reinforced thermoplastic resin in which a reinforced fiber is contained in a thermoplastic resin into a desired shape;
A second step of forming a second metal component having an opening on one side into a desired shape;
Thirdly, the surface of the inner peripheral portion of the second component member is subjected to at least one process selected from primer application, laser surface treatment, surface treatment by mechanical treatment, and surface treatment by chemical treatment. Process,
A fourth step of bringing one surface of the second component member into contact with the first component member at a desired position of the first component member and setting the mold in a mold;
The mold is closed, and a thermoplastic resin composition of a bonding resin member is injected and filled into a space formed by the inner peripheral portion of the first component member and the second component member, and the heat In the process of cooling the plastic resin composition, one surface of the bonding resin member and the first component member, and the other surface and side surface of the bonding resin member and the second surface subjected to the treatment. The fifth step of integrally fixing the inner peripheral portion of the component member,
In the second component member, the side surface is an inclined surface whose one surface side is wider than the other surface side, and has an inclination angle within a range of 15 ° or more and less than 90 ° with respect to the one surface. And at least one hole for injecting the thermoplastic resin composition into the space is formed,
The fifth step is a step of injecting and filling the thermoplastic resin composition of the bonding resin member through the hole. A method for producing a composite structure of metal and fiber reinforced thermoplastic resin.
前記強化繊維は、炭素繊維である
ことを特徴とする金属と繊維強化熱可塑性樹脂の複合構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the composite structure of the metal and fiber reinforced thermoplastic resin as described in Claim 2 or 3 ,
The method for producing a composite structure of a metal and a fiber-reinforced thermoplastic resin, wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber.
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