JP2001158060A - 複層積層金属板とその製造方法及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量であるとともに低コストの複層積層金属板
とする。 【解決手段】重ねられた２枚の金属板１の間にそのガラ
ス転移温度以上にされた溶融樹脂２を介在させ、２枚の
金属板１を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動させるこ
とで溶融樹脂２の見かけの体積を増大させ、その状態で
溶融樹脂２を固化させて中空樹脂層２１を形成するとと
もに、中空樹脂層２１を２枚の金属板にそれぞれ溶着す
る。溶融樹脂２内部に端面から空気が侵入して気泡２０
が形成される。これによって中空樹脂層２１は見掛け比
重が小さくなり軽量となる。また中空樹脂層２１を再び
溶融してプレス成形すれば、中空樹脂層２１に内部応力
が発生しないので金属板１の反りなどが生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚の金属板の間
に樹脂層をもつ複層積層金属板とその製造方法及びその
複層積層金属板を用いた成形方法に関する。本発明の複
層積層金属板は、建材、家電製品、浴槽、自動車外板な
どに利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】地球資源の節約及び大気汚染の低減とい
う観点から、自動車燃費の向上を図るために車体重量の
軽量化が行われている。例えばエンジンなどでは、鋳鉄
からアルミニウム合金への転換が行われている。また各
種自動車部品においては、金属からプラスチックやセラ
ミックスへの転換も多く行われている。

【０００３】また金属の長所を生かしつつ軽量とするた
めに、金属と樹脂とを積層した複合材料も開発されてい
る。例えば特開平２−２４１７３４号公報には、押出成
形により形成された中空状の樹脂板と金属板とを接着剤
で接合した金属樹脂接合板が提案されている。このよう
な複合材料によれば、金属板によって強度や耐熱性など
が確保されるとともに、中空状の樹脂板によって軽量化
を図ることができる。

【０００４】なお、中実の樹脂板と２枚の金属板とをサ
ンドイッチ状に積層した金属樹脂接合板や、２枚の金属
板の間で発泡樹脂を発泡させることで発泡層を形成した
金属樹脂接合板なども知られている。これらの金属樹脂
接合板によっても、樹脂板あるいは発泡層によって軽量
化を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動車の外板には厚さ
約１ｍｍ程度の鋼板が用いられているが、これ以上薄く
すると強度面で不具合が生じるため、他の軽量化手段を
考える必要がある。そこで自動車外板においても、上記
したような金属樹脂接合板を利用することが考えられ
る。ところが上記の金属樹脂接合板においては、成形加
工性あるいはコストなどの面で鋼板に劣るため、これら
の金属樹脂接合板を自動車外板に採用することは困難で
あるのが現状である。

【０００６】例えば２枚の鋼板の間に中空あるいは中実
の樹脂板を接合した金属樹脂接合板を所定形状にプレス
成形した場合、樹脂層の厚さのために、外側と内側の鋼
板の変形量に差が生じる。そのためその差によって樹脂
層に内部応力が発生し、成形後にその内部応力によって
鋼板に反りが生じるという問題がある。したがって、こ
のような金属樹脂接合板を用いて精度の高い成形を行う
ことは困難であり、自動車外板への採用は困難である。

【０００７】上記不具合は、樹脂層と鋼板との接合強度
が大きい場合に発生し、接合強度が小さければ上記不具
合を回避することができる。しかし接合強度が小さい
と、樹脂層と鋼板との間で層間剥離が生じるという問題
がある。

【０００８】さらに特開平２−２４１７３４号公報に開
示の方法では、金属樹脂接合板の製造に押出工程と接合
工程とが必要であり、工数が多大であるため得られる金
属樹脂接合板は高コストとなる。また発泡層を形成する
方法でも、発泡剤を用いる分だけ高コストとなる。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その第１の目的は軽量であるとともに低コ
ストの複層積層金属板とすることにある。

【００１０】そして本発明の第２の目的は、成形後の金
属板の反りや層間剥離が生じない金属樹脂接合板とする
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の複層積層金属板の特徴は、重ねられた２枚の金属板
と、２枚の金属板の間にそのガラス転移温度又は融点以
上に加熱された溶融樹脂を介在させ２枚の金属板を厚さ
方向に互いに離れる方向へ移動させることで溶融樹脂の
見かけの体積を増大させその状態で溶融樹脂を固化させ
ることで形成され２枚の金属板にそれぞれ溶着した中空
樹脂層と、からなることにある。

【００１２】また本発明の複層積層金属板の製造方法の
特徴は、重ねられた２枚の金属板の間にそのガラス転移
温度又は融点以上にされた溶融樹脂を介在させ、２枚の
金属板を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動させること
で溶融樹脂の見かけの体積を増大させ、その状態で溶融
樹脂を固化させて中空樹脂層を形成するとともに中空樹
脂層を２枚の金属板にそれぞれ溶着することにある。

【００１３】さらに本発明の複層積層金属板の成形方法
の特徴は、重ねられた２枚の金属板と、２枚の金属板の
間にそのガラス転移温度又は融点以上に加熱された熱可
塑性樹脂を介在させ２枚の金属板を厚さ方向に互いに離
れる方向へ移動させることで熱可塑性樹脂の見かけの体
積を増大させその状態で熱可塑性樹脂を固化させること
で形成され２枚の金属板にそれぞれ溶着した中空樹脂層
と、からなる複層積層金属板を中空樹脂層のガラス転移
温度以上に加熱した状態で型成形し、中空樹脂層が固化
後に離型することにある。

【００１４】また本発明のもう一つの複層積層金属板の
成形方法の特徴は、重ねられた２枚の金属板の間にその
ガラス転移温度又は融点以上にされた溶融樹脂を介在さ
せ、２枚の金属板を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動
させることで溶融樹脂の見かけの体積を増大させ、続い
て２枚の金属板の間に見かけの体積が増大した溶融樹脂
を挟持した状態で型成形し、溶融樹脂が固化後に離型す
ることにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の複層積層金属板の製造方
法では、重ねられた２枚の金属板の間にそのガラス転移
温度又は融点以上に加熱された溶融樹脂を介在させ、２
枚の金属板を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動させる
ことで溶融樹脂の見かけの体積を増大させ、その状態で
溶融樹脂を固化させることで中空樹脂層を形成してい
る。すなわち、２枚の金属板を厚さ方向に互いに離れる
方向へ移動させることで溶融樹脂の見かけの体積を増大
させることによって、溶融樹脂内部に空気が侵入して気
泡が形成される。また場合によっては真空気泡も形成さ
れる。これによって樹脂層の見掛け比重が小さくなり、
軽量の中空樹脂層が形成される。

【００１６】また中空樹脂層は２枚の金属板にそれぞれ
溶着して接合しているので、金属板への溶着強度が大き
な樹脂を選択することにより、層間剥離が生じない複層
積層金属板とすることができる。さらに押出成形工程や
接着剤による接合工程が不要となるため、複層積層金属
板を安価に製造することができる。

【００１７】そして本発明の複層積層金属板では、中空
樹脂層中の気泡により中空樹脂層は所定厚さを維持する
ことができ、１枚の金属板と同様の成形加工が可能であ
る。また中空樹脂層の存在により軽量であるとともに断
熱性及び衝撃吸収性に優れ、かつ表出する金属板による
高剛性を維持している。そして中空樹脂層に形成されて
いるストラクチュアルウェブにより柔軟性も付与され、
曲げあるいは捻れの力に対しては同一厚さの金属板と比
較して遜色がない。

【００１８】さらに本発明の複層積層金属板の成形方法
によれば、上記した本発明の複層積層金属板を、中空樹
脂層のガラス転移温度又は融点以上に加熱した状態で型
成形している。すなわち成形時には中空樹脂層は自由に
変形できるため、外側と内側の金属板の変形量に差が生
じても中空樹脂層に内部応力が残留しない。したがって
成形後に金属板に反りが生じることがないので、精度の
高い成形が可能となる。さらに金属板への溶着強度が大
きな樹脂を選択することにより層間剥離も生じないの
で、自動車外板にも適用が可能である。

【００１９】また、もう一つの複層積層金属板の成形方
法によれば、本発明の複層積層金属板の製造と成形とを
連続して行っている。したがって上記の成形方法に比べ
て熱エネルギーを有効利用することができ、コストが一
層低減されるとともに生産性が向上する。

【００２０】本発明の複層積層金属板の製造方法及び成
形方法において、２枚の金属板の間にガラス転移温度又
は融点以上に加熱された溶融樹脂を介在させるには、２
枚の金属板の間に溶融樹脂を注入してもよいし、１枚の
金属板上に溶融樹脂を供給しもう一枚の金属板を重ねて
圧縮してもよい。さらに、予め熱可塑性樹脂が中実のサ
ンドイッチ状に２枚の金属板の間に積層された積層金属
板を加熱して溶融させることもできる。この場合は公知
の金属樹脂接合板を用いることができる。

【００２１】また２枚の金属板を厚さ方向に互いに離れ
る方向へ移動させるには、例えば磁力吸着や真空吸着を
用いて行うことができる。２枚の金属板の移動距離は、
溶融前の中実樹脂の厚さを１００％として１０５〜５０
０％の範囲とすることが望ましい。１０５％未満である
と気泡の形成量が少なすぎて軽量化が困難となるととも
に得られる複層積層金属板の柔軟性などに不足し、５０
０％を超えると複層積層金属板の強度が不足する。

【００２２】金属板の材質としては、鉄、鋼、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金、銅など特に制限されない
が、自動車外板として用いる場合には鋼板が用いられ
る。

【００２３】中空樹脂層を構成する樹脂としては、熱硬
化性樹脂及び熱可塑性樹脂のどちらも利用できる。例え
ばエポキシ樹脂とポリアミド樹脂の混合物などの液状樹
脂を２枚の金属板の間に配置し、２枚の金属板を厚さ方
向に互いに離れる方向へ移動させた後に反応硬化させて
中空樹脂層を形成することができる。しかし熱硬化性樹
脂では反応に時間がかかったりして工数が多大となる場
合がある。また製造された複層積層金属板は、中空樹脂
層の加熱溶融が困難であるので、請求項３に記載の成形
方法に供することは困難である。したがって中空樹脂層
を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂が好ましい。な
お請求項４に記載の成形方法であれば、硬化前は液状の
熱硬化性樹脂を用いることができる。

【００２４】また本発明の成形方法を行う際に、中空樹
脂層が流動化して板厚が変化するのを抑制するために、
溶融粘度が比較的高い（望ましくはＡＳＴＭ Ｄ１２３
２３０℃ ２．１６ｋｇにおけるＭＩが１〜１０）熱
可塑性樹脂を用いることが望ましい。このような熱可塑
性樹脂としては、ＰＰ，ＰＡ，ＰＳ，ＰＢＴ，ＰＰＥ，
ＰＰＯ，ＡＢＳ，ＡＥＳ及びそれらのアロイなどが例示
される。また熱可塑性樹脂中に、必要に応じてタルク，
ガラス繊維，エラストマなどの充填材を含有してもよ
い。

【００２５】また熱可塑性樹脂としては、金属板と大き
な強度で溶着するものが望ましい。このようにするに
は、上記した熱可塑性樹脂のマレイン化など公知の技術
を利用することができる。さらに、溶融粘度の高い熱可
塑性樹脂の表裏面にポリイミドなど金属板との溶着強度
の大きな熱可塑性樹脂からなる接合樹脂層を形成した複
層樹脂を用いることも好ましい。また予め金属板表面に
ポリイミド、エポキシなどを塗布しておき、金属板との
接合強度を高めることもできる。なお複層樹脂を用いる
場合、ポリイミドなどの接合樹脂層の厚さは０．００５
ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００２６】中空樹脂層をそのガラス転移温度又は融点
以上に加熱するには、電気炉中などに配置して金属板を
介しての熱伝導により加熱することができる。高周波誘
導加熱などを利用してもよい。なお加熱温度は、中空樹
脂層を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度又は融点
以上であればよい

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２８】（実施例１）図１に本実施例の製造方法を
示す。先ず厚さ０．２ｍｍの２枚の鋼板１を重ねた状態
で、ヒーターにて２００℃に予熱した（図１ａ）。次い
で２枚の鋼板１の間隔を０．３ｍｍとし、その間に鋼板
１との接着性を改善したポリプロピレンとポリフェニレ
ンエーテルのアロイからなる温度２２０℃の溶融樹脂２
を押し出し、全体が均一な厚さ（０．７ｍｍ）となるよ
うにロールにて加圧した（図１ｂ）。

【００２９】続いて溶融樹脂２がポリプロピレンの融点
（１６０℃）以上にある状態で、キャタピラ構造の吸着
ブロック３を用いて２枚の鋼板１を厚さ方向に互いに離
れる方向へ移動させ、鋼板１どうしの間隔を０．６ｍｍ
とした。このとき端面開口部から空気が溶融樹脂２中に
侵入し、内部に気泡２０が形成されるとともに、気泡２
０どうしの間にストラクチュアルウェブが形成された
（図１ｃ）。

【００３０】その状態で溶融樹脂２を冷却固化すること
により、２枚の鋼板１に溶着し気泡２０をもつ中空樹脂
層２１が形成された。得られた複層積層鋼板は、曲げ及
び捻れ変形に対して厚さ１ｍｍの鋼板と同等の強度を有
し、自動車外板として十分利用できるものであった。

【００３１】なお上記実施例においては、キャタピラ構
造の吸着ブロック３を用いているが、ロール形状のブロ
ックを用いれば、長い鋼板であっても連続的に中空樹脂
層２１を形成することが可能である。

【００３２】ところで、樹脂層をもつサンドイッチ構造
の積層鋼板をプレス加工する場合、図２に示すような現
象が生じることが知られている。すなわち図２ａに示す
積層鋼板を型内で図２ｂに示すように曲げ加工すると、
樹脂層２００においては内側の鋼板１０１側よりも外側
の鋼板１００側の方に大きな引張応力が作用する。その
ため樹脂層２００には内部応力が発生し、その内部応力
は厚さ方向で大きさが異なっている。したがって成形品
を離型すると、図２ｃに示すように樹脂層２００の内部
応力によって鋼板１００，１０１に反りが発生する。こ
れは一般にかもめ折れと称されている。

【００３３】そこで本実施例では、上記で得られた複層
積層鋼板を高周波を用いて ℃に加熱し、中空樹脂
層２１を溶融状態とした。そしてプレス型に配置して図
２のようにプレス成形を行い、中空樹脂層２が冷却固化
後に成形品を離型した。

【００３４】本実施例の成形方法においては、中空樹脂
層２１が溶融状態で成形されるため、内側の鋼板１と外
側の鋼板１の変形量に差が生じても中空樹脂層２１には
影響が及ばず、固化後に中空樹脂層２１には内部応力が
残留しない。したがって成形後に鋼板１に反りが生じる
ことがなく、精度高い成形を行うことができた。

【００３５】

【発明の効果】すなわち本発明の複層積層金属板によれ
ば、同等厚さの金属板と同等の剛性を有しつつ軽量であ
る。したがって自動車外板などに用いれば、車体を軽量
化でき燃費の低減を図ることができる。そして本発明の
製造方法によれば、この複層積層金属板を小さな工数で
用意に製造することができ、安価に製造することができ
る。

【００３６】また本発明の成形方法によれば、成形後の
金属板の変形を皆無とすることができ、形状精度の高い
成形体を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の複層積層金属板の製造方法
を示す工程説明図である。

【図２】従来の樹脂層をもつサンドイッチ構造の積層金
属板をプレス加工した場合の形状変化を示す説明図であ
る。

【符号の説明】 １：金属板 ２：溶融樹脂 ３：吸着ブ
ロック ２０：気泡 ２１：中空樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚谷 政継 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田中 裕二 東京都千代田区有楽町１丁目１番２号 旭 化成工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F100 AB01A AB01B AB03 AK01C AK07 BA03 BA06 BA10A BA10B BA13 DJ02C EC032 EJ302 GB32 JL03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重ねられた２枚の金属板と、２枚の該金
   属板の間にそのガラス転移温度又は融点以上に加熱され
   た溶融樹脂を介在させ２枚の該金属板を厚さ方向に互い
   に離れる方向へ移動させることで該溶融樹脂の見かけの
   体積を増大させその状態で該溶融樹脂を固化させること
   で形成され２枚の該金属板にそれぞれ溶着した中空樹脂
   層と、からなることを特徴とする複層積層金属板。
2. 【請求項２】 重ねられた２枚の金属板の間にそのガラ
   ス転移温度又は融点以上にされた溶融樹脂を介在させ、
   ２枚の該金属板を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動さ
   せることで該溶融樹脂の見かけの体積を増大させ、その
   状態で該溶融樹脂を固化させて中空樹脂層を形成すると
   ともに該中空樹脂層を２枚の該金属板にそれぞれ溶着す
   ることを特徴とする複層積層金属板の製造方法。
3. 【請求項３】 重ねられた２枚の金属板と、２枚の該金
   属板の間にそのガラス転移温度又は融点以上に加熱され
   た熱可塑性樹脂を介在させ２枚の該金属板を厚さ方向に
   互いに離れる方向へ移動させることで該熱可塑性樹脂の
   見かけの体積を増大させその状態で該熱可塑性樹脂を固
   化させることで形成され２枚の該金属板にそれぞれ溶着
   した中空樹脂層と、からなる複層積層金属板を該中空樹
   脂層のガラス転移温度以上に加熱した状態で型成形し、
   該中空樹脂層が固化後に離型することを特徴とする複層
   積層金属板の成形方法。
4. 【請求項４】 重ねられた２枚の金属板の間にそのガラ
   ス転移温度又は融点以上にされた溶融樹脂を介在させ、
   ２枚の該金属板を厚さ方向に互いに離れる方向へ移動さ
   せることで該溶融樹脂の見かけの体積を増大させ、続い
   て２枚の該金属板の間に見かけの体積が増大した該溶融
   樹脂を挟持した状態で型成形し、該溶融樹脂が固化後に
   離型することを特徴とする複層積層金属板の成形方法。