JP2009051131A - Composite body of metal and resin, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属と樹脂の複合体およびその製造方法に関する。詳しくは、射出成形により一体化された金属と樹脂の複合体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite of metal and resin and a method for producing the same. Specifically, the present invention relates to a metal / resin composite integrated by injection molding and a method for manufacturing the same.
金属と樹脂とを一体化する技術として、エッチング処理やサンドペーパ研磨により金属表面に微細な凹部を形成し、溶融樹脂を該凹部に充填することで機械的なアンカー効果により金属と樹脂とを接合することが行われている。 As a technology that integrates metal and resin, a fine recess is formed on the metal surface by etching or sandpaper polishing, and the metal and resin are joined by a mechanical anchor effect by filling the recess with molten resin. Things have been done.
しかし、この方法では形成された凹部の形状、深さ及び個数などを制御しにくいため、接合強度は小さく、バラツキも大きくなり易いという問題がある。そのため所望の接合強度を安定して保証することができなかった。 However, this method has a problem in that it is difficult to control the shape, depth, number, and the like of the formed recesses, so that the bonding strength is small and the variation tends to be large. Therefore, the desired bonding strength cannot be stably guaranteed.
特許文献1には、金属表面にアンカーロック部を形成しておき、溶融状態の樹脂をこのアンカーロック部の周囲で固化一体化する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique in which an anchor lock portion is formed on a metal surface, and a molten resin is solidified and integrated around the anchor lock portion.
しかし、この方法では金属表面へアンカーロック部を突出形成する必要があるため、多大な加工工数が必要となり、生産性に劣るという問題があった。
本発明は、上記の問題点を解決しようとするものであり、所望の接合強度を有する金属と樹脂との複合体及びその製造方法を提供するものである。 The present invention is intended to solve the above-described problems, and provides a composite of a metal and a resin having a desired bonding strength and a method for producing the same.
本発明の金属と樹脂の複合体は、金属基材表面に溶融した樹脂組成物を射出して一体化した金属と樹脂の複合体であって、金属基材は、その金属基材表面に軸線が金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している複数の傾斜穴を有し、樹脂組成物は、前記傾斜穴に充填された該樹脂組成物の樹脂凸部を一体的に有することを特徴とする。 The composite of metal and resin of the present invention is a composite of metal and resin that is integrated by injecting a molten resin composition onto the surface of the metal substrate, and the metal substrate has an axis line on the surface of the metal substrate. Has a plurality of inclined holes inclined at a predetermined angle with respect to the normal to the surface of the metal substrate, and the resin composition integrally has resin convex portions of the resin composition filled in the inclined holes. It is characterized by that.
本発明の金属と樹脂の複合体において、傾斜穴はその傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群で構成されていることが望ましく、また、傾斜穴はその傾斜穴の先端部で互いに連通していてもよい。 In the metal / resin composite of the present invention, it is desirable that the inclined hole is composed of a plurality of inclined hole groups having different inclination directions, and the inclined holes are in communication with each other at the tip of the inclined hole. Also good.
また、本発明の金属と樹脂の複合体において、傾斜穴の内周面に接着剤をさらに備えることもできる。 In the metal / resin composite of the present invention, an adhesive may be further provided on the inner peripheral surface of the inclined hole.
本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法は、所定形状に加工された金属基材の表面に、軸線がこの金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している傾斜穴を形成する傾斜穴形成工程と、傾斜穴を形成した金属基材を射出成形金型にインサートするインサート工程と、インサートされた金属基材と一体化させるために射出成形金型に溶融した樹脂組成物を射出する射出工程とを備え、金属基材と樹脂組成物とを一体化させることを特徴とする。 In the method for producing a composite of a metal and a resin according to the present invention, an inclined hole whose axis is inclined at a predetermined angle with respect to a normal to the surface of the metal base is formed on the surface of the metal base processed into a predetermined shape An inclined hole forming step, an insert step of inserting the metal base material having the inclined hole into the injection mold, and a resin composition melted in the injection mold for integration with the inserted metal base material. An injection step of injecting, and integrating the metal substrate and the resin composition.
このような本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法において、傾斜穴形成工程は、放電加工、レーザのスポット照射加工、ドリル切削加工、あるいは塑性加工のうち少なくともいずれかの加工工程を含むことが望ましい。 In such a method for producing a composite of metal and resin according to the present invention, the inclined hole forming step includes at least one of electric discharge machining, laser spot irradiation machining, drill cutting machining, or plastic machining. Is desirable.
本発明の金属と樹脂の複合体は、樹脂組成物に一体的に形成されている樹脂凸部が金属基材に角度をもって進入して形成されているので、樹脂凸部の機械的なアンカー効果により強固で安定した接合強度を有する。そして、この樹脂凸部の大きさや数、分布形態などを設計事項として管理することができるので、所望の接合強度を保証することができる。 Since the resin convex part integrally formed in the resin composition is formed by entering the metal base material at an angle, the metal / resin composite of the present invention has a mechanical anchor effect of the resin convex part. It has a stronger and stable bonding strength. And since the magnitude | size of this resin convex part, a number, a distribution form, etc. can be managed as a design matter, desired joining intensity | strength can be ensured.
また、傾斜穴をその傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群で構成することにより、接合強度の方向性がなくなり、より安定した接合強度を有する複合体とすることができる。さらに、傾斜穴同士が傾斜穴先端で連通している場合や、傾斜穴の内周面に接着剤を備える場合には、傾斜穴に形成された樹脂組成物の樹脂凸部が傾斜穴から容易に抜けることがなく、高い接合強度を保証することができる。 In addition, by forming the inclined hole with a plurality of inclined hole groups having different inclination directions, the directionality of the bonding strength is lost, and a composite having more stable bonding strength can be obtained. Furthermore, when the inclined holes communicate with each other at the tip of the inclined hole, or when an adhesive is provided on the inner peripheral surface of the inclined hole, the resin convex portion of the resin composition formed in the inclined hole is easily formed from the inclined hole. It is possible to guarantee a high bonding strength.
本発明の金属と樹脂の複合体の製造方法によれば、従来のインサート成形前に金属基材に傾斜穴を形成する傾斜穴形成工程を付加するだけなので、従来のラインを大幅に変更する必要がなく、また、生産性を低下させることがない。また、本発明によれば、どのような金属素材と樹脂素材の組み合わせであっても所望の接合強度を有する金属と樹脂の複合体を得ることができる。 According to the method for producing a composite of a metal and a resin of the present invention, it is only necessary to add an inclined hole forming step for forming an inclined hole in a metal base before conventional insert molding, so that the conventional line needs to be significantly changed. And there is no reduction in productivity. Further, according to the present invention, a metal / resin composite having a desired bonding strength can be obtained regardless of the combination of any metal material and resin material.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の複合体の断面を模式的に示す。複合体10は、金属基材12に樹脂組成物14を接合した接合体であり、樹脂組成物14は、金属基材12の表面に積層した樹脂本体14aと、この樹脂本体14aに一体的に形成され金属基材12内に保持される複数の樹脂凸部14bとからなる。樹脂凸部14bは、金属基材12表面に設けられた複数の傾斜穴16に溶融樹脂組成物を充填して冷却することにより樹脂本体14aと一体的に形成されている。
FIG. 1 schematically shows a cross section of the composite of the present invention. The
傾斜穴16は、その軸線Lが金属基材12表面の垂線Hに対して所定の角度α傾斜して形成されている。このため、樹脂本体14aは、一体的に形成され金属基材12内に保持されている樹脂凸部14bの機械的なアンカー効果により金属基材12に強固に接合されることになる。
The
ここで、傾斜穴16は、樹脂本体14aの形状や樹脂材料の強度、金属基板12の穿設箇所などにより適宜形成すればよいが、その開口径dは概ね0.05〜1mm、深さhは概ね0.5〜5mmにするとよい。 開口径dが0.05mm未満では、溶融樹脂を確実に充填することができない。一方、1mmを越えて大きな穴は金属基材の強度を低下させることがあるので望ましくない。深さhは開口径dとの関係で適切に選択することが望ましく、h/dを3〜20程度とするとよい。h/dが3未満では樹脂本体14aに作用する荷重の方向や傾斜角度αによっては樹脂凸部14bが傾斜穴16から抜ける場合があり、一方、20を越えて深い穴は金属基材の厚さによる制約や形成方法による制約などの問題があるので適当ではない。h/dは5〜10がより好ましい。
Here, the
また、樹脂凸部14bのアンカー効果を確かなものとするために、傾斜角度αは90°未満でできるだけ大きい方が望ましい。しかし、傾斜穴の大きさやその形成の容易さなどを考慮して、20〜60°が適当である。さらに好ましくは、30〜50°である。
Moreover, in order to ensure the anchor effect of the resin convex
ところで、傾斜穴16の軸線L方向についての接合強度は、樹脂凸部14bと傾斜穴16との嵌合力のみであるので、全ての傾斜穴16を同一角度αで同一方向に形成すると、樹脂凸部14bのアンカー効果が期待できなくなる。そこで、傾斜穴16は、その傾斜方向が異なる複数の傾斜穴群として構成されていることが望ましい。 図1で示す複合体10は、金属基材12表面の垂線Hを基準にして軸線Lの傾斜角が−αの傾斜穴16aと+αの傾斜穴16bとの傾斜穴群から構成されている。このように構成することで金属基材12と樹脂組成物14との接合をより確かなものとすることができる。 また、図2に示すように、傾斜方向の異なる傾斜穴同士16c、16dをその先端で連通させて形成し、樹脂凸部同士が一体化したアンカー14cとすることも好ましい。このような一体化したアンカー14cを多数設けることにより、樹脂本体14aに作用する荷重の方向や傾斜穴16の傾斜角度によらず、アンカー14cは傾斜穴16から抜けることがない。従って、より強固な接合強度を有する複合体とすることができる。さらに、金属基材12表面や傾斜穴の内表面にウレタン系やエポキシ系の接着剤を塗布した後に溶融樹脂を充填すれば、樹脂凸部14bと傾斜穴16との嵌合力に接着剤の接着力が付加されるので、さらに一層強固な接合強度を得ることができる。
By the way, the bonding strength in the direction of the axis L of the
以上のように、本発明では、金属基材12の表面に形成した傾斜穴16に溶融樹脂を充填して形成された樹脂凸部14bの機械的なアンカー効果により樹脂と金属との接合強度を得るようにしている。傾斜穴16の大きさ(開口径d、深さh)、傾斜角度α、個数、或いは接合面における分布形態等は予め設計項目として設定することができる。従って、本発明によれば、所望の接合強度を有する樹脂と金属との複合体10を設計することができる。
As described above, in the present invention, the bonding strength between the resin and the metal is increased by the mechanical anchor effect of the
以上の構成を有する本発明の複合体10は、次のようにして得ることができる。
The
まず、所定の金属素材を成形して所望形状の金属基材を得る。金属素材には特に制約はなく、アルミニウム等の軽金属やスチール、ステンレスなど、電子機器や家電製品の筺体や部品、或いは構造用部品や機械部品などとして通常用いられる金属素材を適用することができる。これらの金属素材にフライス加工、ドリル加工、プレス加工、研削加工、研磨加工など周知の金属加工を施して、射出成形でのインサート用として必要な形状や構造を有する金属基材12を得る。
First, a predetermined metal material is formed to obtain a metal substrate having a desired shape. There is no particular limitation on the metal material, and a metal material that is usually used as a housing or a part of an electronic device or a household electrical appliance, a structural part, a machine part, or the like, such as a light metal such as aluminum, steel, or stainless steel can be applied. These metal materials are subjected to well-known metal processing such as milling, drilling, pressing, grinding, and polishing to obtain a
次に、この金属基材12の表面に上述の傾斜穴16を形成する。傾斜穴16を穿設するに先立って、前加工として図3に示すように、傾斜穴16の軸線Lに対して垂直の面(以後、斜面という)18aを持つV形溝(凹部)18を傾斜穴穿設箇所に形成するとよい。このようなV形溝18を形成することで金属基材12の平滑な水平面12aに傾斜穴16を容易に且つ精度よく穿設することができる。この前加工は、金属基材12の成形と同時に、或いは成形に続けてコイニングなどのプレス加工、又は切削加工などの周知の方法を適宜採用すればよい。
Next, the
続いて、このV形溝18の斜面18aに対して垂直に放電加工、ドリル穴加工、プレス穴加工或いはレーザ加工の内のいずれかの方法で所望の傾斜穴16を形成する。この時、複数個の傾斜穴16を形成するが、これら複数の傾斜穴のうち少なくとも1個は他の傾斜穴と軸線の傾斜方向が異なるように形成するとよい。また、傾斜穴の大きさや形状は同一である必要はなく、形成する傾斜穴毎に異なっていてもよい。
Subsequently, a desired
なお、この後、傾斜穴を穿設した金属基材表面に接着剤を塗布してもよい。傾斜穴の内周面に接着剤が十分付着するように、接着剤としては、ウレタンやエポキシなどの液体を用い、スプレー塗布するとよい。このとき、液体が傾斜穴を塞がないように液体の粘度を低く調整することが望ましい。 Thereafter, an adhesive may be applied to the surface of the metal base material having the inclined holes. The adhesive may be spray-coated using a liquid such as urethane or epoxy so that the adhesive sufficiently adheres to the inner peripheral surface of the inclined hole. At this time, it is desirable to adjust the viscosity of the liquid to be low so that the liquid does not block the inclined hole.
次いで、このように多数の傾斜穴16を有する金属基材12を所定の射出成形金型に挿入して金型を閉め、金属基材12と射出成形金型との間に形成されたキャビティに溶融した樹脂組成物を射出する。溶融樹脂の射出条件には特に制約はなく、通常の射出成形と同様の条件で実施すればよい。しかし、射出する樹脂組成物の種類や傾斜穴の大きさなどによっては、金型温度や射出温度あるいは射出圧力などをやや高めに設定するとよい。これは、溶融樹脂の流動性を高めて樹脂組成物を傾斜穴内部に確実に充填し、設計通りの樹脂凸部14bを形成するためである。
Next, the
本発明において、溶融樹脂として用いられる樹脂組成物は、通常の射出成形に用いられる熱可塑性樹脂組成物を用いることができる。例えば、ポリアミド(PA)、ポリブチレンレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニルサルファイド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS樹脂)、ポリスチレン(PS)等のポリマーやそれらを複合したポリマーコンパウンド等を好適に使用することができる。 In the present invention, the resin composition used as the molten resin may be a thermoplastic resin composition used in normal injection molding. For example, polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyphenyl sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), acrylonitrile butadiene styrene resin ( A polymer such as ABS resin) or polystyrene (PS) or a polymer compound obtained by combining them can be preferably used.
また、所望に応じてフィラーを含有させることも好ましい。フィラーとしては、通常用いられるガラス繊維などの高強度繊維やタルクなどの粉砕物を例示することができるが、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、粘土、などの球状或いは粒状の粉砕物が好適である。このようなフィラーを含有させることで、樹脂組成物の強度や熱膨張率等を調整することができる。 Moreover, it is also preferable to contain a filler as desired. Examples of fillers include commonly used high-strength fibers such as glass fibers and pulverized products such as talc, but spherical or granular pulverized products such as calcium carbonate, silica, talc, and clay are suitable. By including such a filler, the strength, thermal expansion coefficient, and the like of the resin composition can be adjusted.
前述のように、樹脂と金属との複合材において、従来はその接合強度を所望の値になるように設計することはできなかった。しかし、本発明では所望の接合強度が得られるように、傾斜穴16の大きさ(開口径d、深さh)、傾斜角度α、個数、或いは接合面における分布形態等を設定することができる。以下にその設計の具体例を示し本発明をさらに詳しく説明する。
As described above, in the composite material of resin and metal, conventionally, it has not been possible to design the bonding strength to a desired value. However, in the present invention, the size (opening diameter d, depth h), the inclination angle α, the number of the
図4は、携帯電話などの筺体の部分斜視図であり、金属製の筺体22に樹脂製のボス24を接合した複合体20を示す。ビス止め用のボス24は、筺体を形成するアルミニウム成形体22の平面部に射出成形により接合されている。ここで、アルミニウム成形体22の素材は圧延法で得られた厚さ1mmのJISA1050−H24成形用純アルミニウム材である。また、ボス24は、ガラス繊維20%、炭素繊維10%含有PBT/PC(PBT約90%+PC約10%、三菱レイヨン社製「タフペットS」を射出してアルミニウム成形体と一体化したものである。ボス24は底面(接合面)の直径A:8mm、上面の直径B:4mmで高さCが8mmの円錐台形状であり、中心に直径D:2mm、深さE:5mmのねじ穴26を備えている。このような構成の金属と樹脂との複合体20について、トルク測定用のねじ山付き測定端をねじ穴26へねじ込んでトルクが200Ncm以上の接合強度を保証する。
FIG. 4 is a partial perspective view of a housing such as a mobile phone, and shows a composite 20 in which a
以上の条件で設計した複合体20の一例を図5に示す。(a)は接合面の平面図、(b)はX−X断面図である。 An example of the composite 20 designed under the above conditions is shown in FIG. (A) is a top view of a joint surface, (b) is XX sectional drawing.
アルミニウム成形体22表面において、ボス24の底面中心から半径3mmの円周上に、開口径d:0.3mm、深さh:1.0mm、傾斜角度α:30°の傾斜穴26を等間隔で12個穿設する。その後通常の方法でインサート成形して「タフペットS」を傾斜穴26に充填して12個の樹脂凸部24bを形成する。
On the surface of the aluminum molded
上記は一例であり、傾斜穴の開口径dを大きくして樹脂凸部を太くすることにより樹脂凸部の数を減らしてもよいし、反対に、傾斜穴の開口径dを小さくして樹脂凸部を細くし、その分樹脂凸部の数を増やしてもよい。なお、このような傾斜穴は公知の放電加工方法(例えば、特開2002−1617号公報)により形成するとよい。 The above is an example, and the number of the resin protrusions may be reduced by increasing the opening diameter d of the inclined holes and making the resin protrusions thicker. You may make a convex part thin and may increase the number of resin convex parts by that much. Such an inclined hole may be formed by a known electric discharge machining method (for example, JP-A-2002-1617).
本発明は、電子機器の筺体、家電機器の筺体、構造用部品、機械部品、車両用構造部品、車両搭載用品、建築資材の部品、その他の構造用部品や外装用部品などに用いられる金属と樹脂の複合体に好適に用いることができる。 The present invention relates to a metal used for a housing of an electronic device, a housing of a household electrical appliance, a structural component, a mechanical component, a structural component for a vehicle, a vehicle-mounted product, a component of a building material, another structural component, an exterior component, and the like. It can be suitably used for a resin composite.
10、20:複合体 12:金属基材 14:樹脂組成物 14a:樹脂本体 14b:樹脂凸部 16:傾斜穴 22:アルミニウム成形体22 24:ボス
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記金属基材は、該記金属基材表面に軸線が該金属基材表面の垂線に対して所定の角度傾斜している複数の傾斜穴を有し、
前記樹脂組成物は、前記傾斜穴に充填された樹脂凸部を有することを特徴とする金属と樹脂の複合体。 A metal-resin composite in which a molten resin composition is injected and integrated on the surface of a metal substrate,
The metal substrate has a plurality of inclined holes whose axis is inclined at a predetermined angle with respect to the normal of the metal substrate surface on the metal substrate surface,
The resin composition has a resin protrusion filled in the inclined hole, and is a composite of metal and resin.
前記傾斜穴を形成した前記金属基材を射出成形金型にインサートするインサート工程と、
前記インサートされた金属基材と一体化させるために前記射出成形金型に熱可塑性樹脂組成物を射出する射出工程とを備え、
前記金属基材と前記熱可塑性樹脂組成物とを一体化させることを特徴とする金属と樹脂の複合体の製造方法。 An inclined hole forming step of forming an inclined hole on the surface of the metal base material processed into a predetermined shape; an insert step of inserting the metal base material formed with the inclined hole into an injection mold;
An injection step of injecting a thermoplastic resin composition into the injection mold for integration with the inserted metal substrate,
A method for producing a composite of a metal and a resin, wherein the metal substrate and the thermoplastic resin composition are integrated.
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