JP7156009B2 - Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material - Google Patents
Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material Download PDFInfo
- Publication number
- JP7156009B2 JP7156009B2 JP2018242403A JP2018242403A JP7156009B2 JP 7156009 B2 JP7156009 B2 JP 7156009B2 JP 2018242403 A JP2018242403 A JP 2018242403A JP 2018242403 A JP2018242403 A JP 2018242403A JP 7156009 B2 JP7156009 B2 JP 7156009B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- horn
- resin material
- metal material
- resin
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
本発明は、塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a composite of a coated metal material and a resin material.
近年、自動車業界においては、軽量化の要求に対応して樹脂の利用が進んでいる。樹脂材に置き換えるだけでなく、金属板と樹脂材との複合体も適用されている。そのため、当該複合体の製造において、金属板と樹脂材とを効率よく接合することが求められている。 In recent years, in the automobile industry, the use of resins has been increasing in response to the demand for weight reduction. In addition to replacing resin materials, composites of metal plates and resin materials are also being applied. Therefore, in manufacturing the composite, it is required to efficiently join the metal plate and the resin material.
接合方法として超音波振動を利用した超音波接合方法が知られている。超音波接合方法には、ホーンとアンビルとを備えた超音波接合装置が使用される。2つの部材を重ねた被接合材は、一方の部材側にホーンを接触させ、他方の部材側をアンビルで支持する。そして、2つの部材を密着させた状態で、ホーンを介して超音波振動を被接合材へ付与することにより、接合界面に摩擦熱が発生して接合界面が加熱され、被接合材を接合することができる。 An ultrasonic bonding method using ultrasonic vibration is known as a bonding method. An ultrasonic bonding apparatus having a horn and an anvil is used for the ultrasonic bonding method. In the material to be joined in which two members are superimposed, a horn is brought into contact with one member side, and the other member side is supported by an anvil. Then, while the two members are in close contact with each other, ultrasonic vibration is applied to the materials to be bonded through a horn, thereby generating frictional heat at the bonding interface, heating the bonding interface, and bonding the materials to be bonded. be able to.
金属材と樹脂材という異種材料からなる2つの部材を接合する方法に関して、本出願人は、金属材として塗装金属素形材を使用し、超音波振動の振幅や加圧保持時間などを制御することにより、良好な接合強度を有する複合体を製造できる方法を提案した(特許文献1)。 Regarding the method of joining two members made of dissimilar materials such as a metal material and a resin material, the present applicant uses a coated metal material as the metal material and controls the amplitude of ultrasonic vibration, the pressure holding time, etc. The inventors have proposed a method for producing a composite having good bonding strength (Patent Document 1).
金属材同士の接合に超音波接合方法を適用する場合、図6に示すように、上板41及び下板42からなる被接合材がホーン43とアンビル44との間で保持される。被接合材に対して、上板43側に配置されたホーン43により加圧46が行われるとともに、超音波振動が付与される。超音波の振動方向に関しては、ホーン43の長手方向に対して垂直方向である横振動方向48の超音波振動が付与される。被接合材は、接合界面48に沿った水平方向で振動し、接合界面48に摩擦が生じる。その摩擦により接合界面近傍に加熱域45が形成され、接合に必要な発熱が得られる。特許文献1には、塗装金属素形材と樹脂材との接合に横振動を適用し、金属材における摩擦発熱を利用した接合方法が記載されている。
When applying the ultrasonic bonding method to the bonding of metal materials, as shown in FIG. A
樹脂材同士を超音波接合するときは、樹脂材における横振動の伝播性が低いため、縦振動の超音波振動が適用される。例えば、特許文献2の図6には、上ケースと下ケースとの超音波溶着方法として、上ケースにおいて突起部(溶着リブ)を設けて、下ケースに接触させた後、ホーンから上ケースに縦振動を付与することにより、溶着リブを溶融して、上ケースと下ケースとを溶着することが記載されている。特許文献2は、縦振動により突起部と下ケースとを摩擦させて、その発熱を接合に利用したものである。
When resin materials are ultrasonically bonded to each other, longitudinal ultrasonic vibration is applied because the transmissibility of lateral vibration in resin materials is low. For example, in FIG. 6 of
超音波振動を伝達する工具であるホーンは、被接合材へ超音波振動を確実に伝達して良好な接合を行うため、ホーンの先端を被接合材の表面に押しつけて圧力を加えている。そのため、接合後の複合体は、ホーンと接触した表面にホーンの圧痕が残存することを避けられない。 A horn, which is a tool for transmitting ultrasonic vibrations, applies pressure by pressing the tip of the horn against the surfaces of the materials to be bonded in order to reliably transmit the ultrasonic vibrations to the materials to be bonded and perform good bonding. For this reason, it is inevitable that the bonded composite will have impressions of the horn remaining on the surface in contact with the horn.
このホーンの圧痕は、被接合材の用途によっては、製品の外観を損なう原因となり得る。塗装金属素形材と樹脂材との複合体は、その外面側に塗装金属鋼板を配することがあるため、塗装金属鋼板の意匠性を低下させないように、ホーンの圧痕を回避できる超音波接合方法が求められている。特許文献1には、このようなホーンの圧痕に関する課題が記載されていない。また、特許文献2には、塗装金属素形材と樹脂材との接合方法を示唆する記載が見当たらない。
The impressions of the horn may impair the appearance of the product depending on the application of the material to be joined. Composites of painted metal materials and resin materials may have painted metal steel sheets on the outer surface side, so ultrasonic bonding that can avoid horn impressions so as not to reduce the design of the painted metal steel sheets. A method is needed. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 does not describe such a problem regarding the indentation of the horn. Moreover, in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、塗装金属素形材と樹脂材との複合体を超音波接合により製造する方法において、塗装金属素形材の表面にホーンの圧痕が形成されるのを回避し、良好な外観を有する複合体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to provide a method for producing a composite that avoids the formation and has a good appearance.
発明者らは、検討した結果、樹脂材側にホーンを配置し、ホーンにより縦振動方向の超音波振動を被接合体へ付与することにより、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とが良好に接合することができることを見出して、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は、以下のものを提供する。 As a result of investigations, the inventors have found that by placing a horn on the resin material side and applying ultrasonic vibration in the longitudinal vibration direction to the object to be joined by the horn, the coated metal material and the resin material are in good contact. The present invention has been completed by discovering that it is possible to join to . Specifically, the present invention provides the following.
(1)本発明は、ホーンとアンビルとを備えた超音波接合装置により、金属素形材における少なくとも一方の表面に有機樹脂層を有する塗装金属素形材と樹脂材とが接合された複合体を製造する方法であって、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを重ねて、前記塗装金属素形材における有機樹脂層が設けられた表面と樹脂材の表面とが対向した被接合体を準備すること、前記被接合体を前記ホーンと前記アンビルとの間に保持し、前記樹脂材の側に前記ホーンを配置し、前記塗装金属素形材の側に前記アンビルを配置すること、前記ホーンを前記樹脂材の表面に対して加圧するとともに、前記ホーンにより縦振動方向の超音波振動を前記被接合体へ付与して、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを接合させること、
を含み、前記ホーンは、前記塗装金属素形材と前記樹脂材との接合界面に対して、当該ホーンの先端と前記接合界面との距離を、0.3mm以上、1.2mm以下に保持する、塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法である。
(1) The present invention provides a composite in which a painted metal material having an organic resin layer on at least one surface of the metal material and a resin material are bonded by an ultrasonic bonding apparatus equipped with a horn and an anvil. wherein the painted metal material and the resin material are laminated so that the surface of the painted metal material provided with the organic resin layer faces the surface of the resin material. holding the object to be joined between the horn and the anvil, placing the horn on the side of the resin material, and placing the anvil on the side of the painted metal stock; The horn is pressed against the surface of the resin material, and ultrasonic vibration in a longitudinal vibration direction is applied to the object to be joined by the horn to join the coated metal material and the resin material. ,
and the horn maintains a distance of 0.3 mm or more and 1.2 mm or less between the tip of the horn and the joint interface with respect to the joint interface between the coated metal material and the resin material. and a method of manufacturing a composite of a coated metal material and a resin material.
(2)本発明は、前記超音波振動の振幅は、30μm以上、80μm以下である、(1)に記載の塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法である。 (2) The present invention is the method for producing a composite of a coated metal material and a resin material according to (1), wherein the amplitude of the ultrasonic vibration is 30 μm or more and 80 μm or less.
(3)本発明は、前記超音波振動を停止した後、前記ホーンで前記被接合体を加圧した状態を0.1s以上で保持する、(1)または(2)に記載の塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法である。 (3) The coated metal element according to (1) or (2), wherein after the ultrasonic vibration is stopped, the state in which the object to be joined is pressed by the horn is maintained for 0.1 s or more. A method for manufacturing a composite of a profile and a resin material.
本発明によれば、塗装金属素形材の表面にホーンの圧痕が存在せず、良好な外観を有する、塗装金属素形材と樹脂材との複合体を得ることができる。また、本発明によれば、樹脂材同士の超音波接合処理において使用される突起部(特許文献2参照)のような被接合構造を準備する必要がないため、接合の作業性が向上する。 According to the present invention, it is possible to obtain a composite of a painted metal material and a resin material that does not have horn impressions on the surface of the painted metal material and has a good appearance. Moreover, according to the present invention, since it is not necessary to prepare a structure to be joined such as a protrusion (see Patent Document 2) used in ultrasonic joining of resin materials, workability of joining is improved.
以下、本発明に係る実施形態について説明する。本発明は、以下の説明に限定されるものではない。 An embodiment according to the present invention will be described below. The invention is not limited to the following description.
本実施形態は、ホーンとアンビルとを備えた超音波接合装置により、金属素形材における少なくとも一方の表面に有機樹脂層を有する塗装金属素形材と樹脂材とが接合された複合体を製造する方法である。本実施形態に係る製造方法は、(1)前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを重ねて、前記塗装金属素形材における有機樹脂層が設けられた表面と樹脂材の表面とが対向した被接合体を準備すること、(2)前記被接合体を前記ホーンと前記アンビルとの間に保持し、前記樹脂材の側に前記ホーンを配置し、前記塗装金属素形材の側に前記アンビルを配置すること、(3)前記ホーンを前記樹脂材の表面に対して加圧するとともに、前記ホーンにより前記被接合体の厚み方向に振動する超音波振動を前記被接合体へ付与して、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを接合させることを含む。この製造方法によって得られた複合体は、塗装金属素形材の表面にホーンの圧痕が形成されず、良好な外観を有するので、多くの用途に適用することができる。 This embodiment manufactures a composite in which a coated metal material having an organic resin layer on at least one surface of the metal material and a resin material are bonded by an ultrasonic bonding apparatus equipped with a horn and an anvil. It is a way to The manufacturing method according to the present embodiment includes the steps of: (1) stacking the painted metal material and the resin material so that the surface of the painted metal material provided with the organic resin layer and the surface of the resin material face each other; (2) holding the body between the horn and the anvil, with the horn on the side of the resin material and the side of the painted metal blank; (3) pressing the horn against the surface of the resin material, and applying ultrasonic vibration to the object to be bonded in the thickness direction of the object to be bonded by the horn; and joining the coated metal preform and the resin material. The composite obtained by this manufacturing method has good appearance without horn impressions on the surface of the coated metal blank, and can be applied to many applications.
(被接合体の準備)
本実施形態に係る製造方法は、塗装金属素形材と樹脂材とを重ねて、塗装金属素形材における有機樹脂層が設けられた表面と樹脂材の表面とが対向した被接合体を作製する。図1に超音波振動を開始する前の被接合材の態様を示す。図1に示すように、塗装金属素形材1は、金属素形材1における少なくとも一方の表面に有機樹脂層3を有する。後記する超音波接合処理によって、有機樹脂層3を介して塗装金属素形材1と樹脂材4とが接合される。そのため、超音波接合処理に供される被接合体5は、塗装金属素形材1における表面と樹脂材4とが対向するように重ねた形態とすることが好ましい。
(Preparation of object to be bonded)
In the manufacturing method according to the present embodiment, a coated metal material and a resin material are layered to produce an object to be joined in which the surface of the coated metal material provided with the organic resin layer faces the surface of the resin material. do. FIG. 1 shows the state of the materials to be joined before the ultrasonic vibration is started. As shown in FIG. 1 , the coated
(ホーン及びアンビルによる保持)
本実施形態に係る製造方法は、ホーンとアンビルとを備える超音波接合装置が用いられる。ホーンは、振動発生部(図示を省略する。)で生成された超音波振動を被接合体へ伝達するための治具であり、ホーンの先端を被接合材の表面に接触させて使用される。アンビルは、被接合体を支持するための治具である。図1に示すように、被接合体5は、ホーン21とアンビル22との間に保持される。その際、樹脂材4の側にホーン21を配置し、塗装金属素形材1の側にアンビル22を配置する。超音波接合装置のホーンを樹脂材の側に配置するので、後記する超音波接合を行っても、塗装金属素形材1の表面にホーンの圧痕が生じない。そのため、接合後の複合体は、その外面に塗装金属素形材を配する場合であっても、外観を損なう畏れがない。樹脂材の表面を接触したホーンは、樹脂材を押圧して塗装金属素形材と樹脂材とを密着させることが好ましい。
(Holding by horn and anvil)
The manufacturing method according to the present embodiment uses an ultrasonic bonding apparatus including a horn and an anvil. The horn is a jig for transmitting ultrasonic vibrations generated by a vibration generator (not shown) to the object to be joined, and is used by bringing the tip of the horn into contact with the surface of the object to be joined. . The anvil is a jig for supporting the objects to be joined. As shown in FIG. 1, the article to be joined 5 is held between a
(超音波接合処理)
本実施形態に係る製造方法は、ホーンを樹脂材の表面に押し付けて加圧するとともに、ホーンから樹脂材へ縦振動方向の超音波振動が付与され、被接合体に対して超音波接合処理が施される。具体的には、ホーンによる加圧が所定の加圧力に達した時点で、超音波振動を付与するための加振を開始することが好ましい。図2は、加振を開始した後の、超音波接合が進行する形態を示したものである。ホーン21の長手方向に沿って振動する縦振動方向24の超音波振動(本明細書では、「縦振動」ということもある。)が被接合材5へ付与される。
(Ultrasonic bonding process)
In the manufacturing method according to the present embodiment, the horn is pressed against the surface of the resin material to apply pressure, and the horn imparts ultrasonic vibration in the longitudinal vibration direction to the resin material, and the object to be bonded is subjected to ultrasonic bonding treatment. be done. Specifically, it is preferable to start applying the ultrasonic vibration when the pressure applied by the horn reaches a predetermined pressure. FIG. 2 shows a form in which ultrasonic bonding progresses after starting vibration. Ultrasonic vibration in a longitudinal vibration direction 24 (also referred to herein as “longitudinal vibration”) that vibrates along the longitudinal direction of the
ホーン21の先端に接する樹脂材4の領域は、縦振動24による摩擦に起因して発熱し、樹脂が加熱され、部分的に軟化及び溶融した領域11が形成される。当該領域を以下、「軟化域」という。ホーン21は、一定の加圧力で樹脂材を下方へ加圧23が行われているので、軟化域11の形成にともない、速やかに下降を開始し、ホーン21の先端が樹脂材4中に埋没する。それにより、ホーン21は、樹脂材4と有機樹脂層3との接合界面12へ接近し、ホーン先端の軟化域11も接合界面12へ接近する。
A region of the
ホーン21が接合界面12に接近すると、接合界面12は、接近した軟化域11の熱が伝播されて加熱されるとともに、ホーン21の超音波振動による摩擦熱によって加熱される。その結果、樹脂材4と有機樹脂層3とが局所的に溶け合った界面層が形成される。
When the
超音波振動を所定時間で付与した後、加振を停止し、加圧を所定時間で持続することにより、接合層が凝固して密着した接合部が形成される。 After the ultrasonic vibration is applied for a predetermined period of time, the application of vibration is stopped, and the pressure is continued for a predetermined period of time, whereby the bonding layer is solidified to form a bonded portion.
すなわち、本実施形態は、次の2つのプロセスにより進行する。
(i)縦振動によりホーン先端の近傍に軟化域を形成し、ホーンを樹脂材中で迅速に下降させて接合界面へ接近させるプロセス
(ii)ホーンの先端を接合界面から所定の距離に置いた位置で、軟化域による加熱及び超音波振動の摩擦による加熱によって、接合界面を加熱するプロセス
That is, this embodiment proceeds through the following two processes.
(i) A process in which a softened region is formed in the vicinity of the tip of the horn by longitudinal vibration, and the horn is rapidly lowered in the resin material to approach the joint interface. (ii) The tip of the horn is placed at a predetermined distance from the joint interface. The process of heating the joint interface at the position, by heating by the softening zone and by heating by the friction of ultrasonic vibrations
本実施形態は、図3に示すように、ホーン21の先端が塗装金属素形材1と樹脂材4との接合界面12に対して、所定の距離13を置いて保持することが好ましい。接合界面12は、塗装金属素形材1の有機樹脂層4と樹脂材4とが密着している。接合界面12は、軟化域11による加熱及びホーン21の超音波振動による摩擦熱によって、樹脂材4と有機樹脂層3とが接合した界面層が形成される。ホーン先端が接合界面に接近し過ぎると、軟化域による加熱及び超音波振動による摩擦熱が樹脂材及び有機樹脂層に過度の影響を及ぼし、有機樹脂層の被覆状態に損傷を招く恐れがある。他方、ホーン先端と接合界面とが過度に離れていると、樹脂材及び有機樹脂層を十分に加熱することができないので、良好な接合層が得られない。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is preferable that the tip of the
以上の観点から、接合界面とホーン先端と接合界面との距離は、0.3mm以上、1.2mm以下であることが好ましい。当該距離は、超音波振動の振幅条件に応じて適切な範囲を選定できる。例えば、振幅が30~40μmであるときは、距離は0.3mmが好ましい。振幅が50~80μmであるときは、距離は0.6~1.2mmが好ましい。 From the above point of view, the distance between the bonding interface, the tip of the horn and the bonding interface is preferably 0.3 mm or more and 1.2 mm or less. An appropriate range can be selected for the distance according to the amplitude conditions of the ultrasonic vibration. For example, when the amplitude is 30-40 μm, the distance is preferably 0.3 mm. When the amplitude is 50-80 μm, the distance is preferably 0.6-1.2 mm.
(超音波振動の振幅)
超音波振動の振幅が小さ過ぎると、ホーン先端の軟化域が十分に形成されず、良好な接合部が得られない。他方、振幅が大き過ぎると、一度接合したとしても過度の振動付与によって接合箇所が破壊される恐れがある。そのため、超音波振動の振幅は、20μm以上、80μm以下の範囲が好ましい。
(amplitude of ultrasonic vibration)
If the amplitude of the ultrasonic vibration is too small, the softened area at the tip of the horn will not be sufficiently formed, and a good joint will not be obtained. On the other hand, if the amplitude is too large, even if the joint is once made, there is a risk that the joint will be destroyed due to the application of excessive vibration. Therefore, the amplitude of ultrasonic vibration is preferably in the range of 20 μm or more and 80 μm or less.
ホーン先端が曲率を設けた形状であると、ホーン先端が樹脂材中を下降する際、樹脂を排除して沈降し易いので、短時間で接合界面へ接近することができる。 When the tip of the horn has a curved shape, the tip of the horn tends to eject the resin and sink when it descends in the resin material, so that the joining interface can be approached in a short period of time.
(超音波振動の加振時間)
本実施形態では、超音波振動の付与する加振時間は、振幅、加圧力、塗装鋼板の膜厚などの条件に応じて、適宜選択できる。加振時間が過少であると、十分な軟化域と摩擦熱が得られないので、接合強度が低下する。加振時間が過大であると、一時接合されても振動により離れる。そのため、適した範囲で加振することが好ましく、例えば、0.2~0.6秒の範囲を挙げることができる。
(Excitation time of ultrasonic vibration)
In the present embodiment, the vibration time for applying ultrasonic vibration can be appropriately selected according to conditions such as the amplitude, applied pressure, and film thickness of the coated steel sheet. If the vibration time is too short, a sufficient softening region and frictional heat cannot be obtained, resulting in a decrease in bonding strength. If the vibration time is too long, even if they are temporarily joined, they will separate due to vibration. Therefore, it is preferable to apply vibration within a suitable range, for example, a range of 0.2 to 0.6 seconds.
(ホーン保持時間)
本実施形態では、超音波振動の付与を停止した後、ホーンで被接合体を加圧した状態を0.1s以上で保持することが好ましい。加振停止と同時に押圧状態を解除すると、接合部の冷却時に緻密な組織を形成できないので、十分な接合強度が得られない。
(Horn holding time)
In the present embodiment, it is preferable that the state in which the object to be bonded is pressed by the horn is maintained for 0.1 s or longer after the application of the ultrasonic vibration is stopped. If the pressing state is released at the same time as the vibration is stopped, a dense structure cannot be formed during the cooling of the joint, and sufficient joint strength cannot be obtained.
(超音波振動の加圧力)
振動開始時は、ホーンにより一定以上の加圧力で被溶接体を押圧して加圧することが好ましい。当該加圧により、ホーンを樹脂材中に短時間で沈降させて接合界面へ接近させることができる。また、塗装金属素形材と樹脂材とを密着させて、接合界面の加熱による接合に寄与する。他方、加圧力が過度に大きいと、加圧装置に負担が掛かり、また、被接合体の表面におけるホーン圧痕が大きくなるので、過度の加圧は好ましくない。加圧力としては、例えば、20~300Nの荷重を使用できる。
(Pressure of ultrasonic vibration)
At the start of vibration, it is preferable that the horn presses the object to be welded with a certain pressure or more. The pressurization can cause the horn to settle in the resin material in a short period of time to approach the bonding interface. In addition, the coated metal material and the resin material are brought into close contact with each other, contributing to bonding by heating the bonding interface. On the other hand, if the pressure is excessively large, the pressure device will be burdened and the horn impression on the surface of the object to be joined will be large, so excessive pressure is not preferable. A load of 20 to 300 N, for example, can be used as the pressurizing force.
(塗装金属素形材)
本実施形態で使用される塗装金属素形材は、金属素形材の表面の片面または両面に有機樹脂層が設けられている。金属素形材を構成する金属の種類は、特に限定されない。たとえば、上記金属の種類は、鉄であってもよいし、鉄以外の金属であってもよいし、合金であってもよい。金属素形材の例には、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、Zn-Al合金めっき鋼板、Zn-Al-Mg合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板(オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、フェライト・マルテンサイト二相系を含む)、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板などの金属板や、そのプレス加工品、あるいは、アルミダイカスト、亜鉛ダイカストなどの鋳造・鍛造物や、切削加工、粉末冶金などにより成形された各種金属部材などが含まれる。金属素形材は、必要に応じて、脱脂、酸洗などの公知の塗装前処理が施されていてもよい。
(painted metal material)
The painted metal material used in this embodiment has an organic resin layer on one or both surfaces of the metal material. The type of metal that constitutes the metal material is not particularly limited. For example, the metal may be iron, a metal other than iron, or an alloy. Examples of metal materials include cold rolled steel sheets, galvanized steel sheets, Zn-Al alloy plated steel sheets, Zn-Al-Mg alloy plated steel sheets, aluminum plated steel sheets, stainless steel sheets (austenitic, martensitic, ferritic, (including ferrite and martensite two-phase systems), aluminum plates, aluminum alloy plates, copper plates, and other metal plates, pressed products, aluminum die-casts, zinc die-casts, and other castings and forgings, cutting, powder metallurgy Various metal members etc. molded by etc. are included. If necessary, the metal preform may be subjected to known pre-painting treatments such as degreasing and pickling.
有機樹脂層は、金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性を向上させる。有機樹脂層の樹脂として、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、ポリウレタン、アクリル系樹脂、アクリル・スチレン系樹脂、酢酸ビニル、EVA(エチレンー酢酸ビニル共重合)、エステル系樹脂を使用することができる。 The organic resin layer improves the adhesion between the metal preform and the molded article of the thermoplastic resin composition. As the resin for the organic resin layer, olefin resin such as polypropylene, polyurethane, acrylic resin, acrylic/styrene resin, vinyl acetate, EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer), and ester resin can be used.
有機樹脂層の膜厚は、0.2μm以上であることが好ましい。有機樹脂皮膜の膜厚が0.2μm未満の場合、金属素形材表面を均一に覆うことができないことがある。これにより、膜厚が0.2μm未満の有機樹脂層を有する複合体は、金属素形材と樹脂材との間に微細な隙間が生じるおそれがある。微細な空隙が生じると、前述の複合体における封止性が、低下するおそれがある。一方、有機樹脂膜の膜厚の上限値は、特に制限されないが、10μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。有機樹脂層の膜厚を10μm超としても、著しい性能向上は認められず、また、生産性の観点およびコストの観点からも不利である。 The film thickness of the organic resin layer is preferably 0.2 μm or more. When the film thickness of the organic resin film is less than 0.2 μm, it may not be possible to uniformly cover the surface of the metal material. As a result, in a composite having an organic resin layer with a film thickness of less than 0.2 μm, minute gaps may occur between the metal preform and the resin material. If minute voids are generated, the sealing performance of the aforementioned composite may be degraded. On the other hand, the upper limit of the film thickness of the organic resin film is not particularly limited, but is preferably 10 μm or less, more preferably 3 μm or less. Even if the film thickness of the organic resin layer exceeds 10 μm, no significant improvement in performance is observed, and it is also disadvantageous from the viewpoint of productivity and cost.
(樹脂材)
本実施形態で使用される樹脂材は、とくに限定されない。樹脂材は、樹脂からなる成形体や部材を含む。樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、等を含むものに適用できる。
(resin material)
The resin material used in this embodiment is not particularly limited. Resin materials include moldings and members made of resin. Resins that can be used include polyethylene resins, polypropylene resins, polybutylene terephthalate resins, polyamide resins, polyphenylene sulfide resins, acrylonitrile-butadiene-styrene resins, polyvinyl chloride resins, polycarbonate resins, and the like.
(複合体)
本実施形態に係る製造方法によって、塗装金属素形材と樹脂材とを接合した複合体が得られる。複合体の外面として塗装金属素形材を選定した場合であっても、塗装金属素形材の面にはホーン圧痕が残存していない。そのため、良好な外観が求められる多くの用途に適する。
(complex)
By the manufacturing method according to the present embodiment, a composite is obtained by bonding the painted metal material and the resin material. Even when the painted metal stock is selected as the outer surface of the composite, no horn impression remains on the surface of the painted metal stock. Therefore, it is suitable for many applications where good appearance is required.
(剪断引張強度)
本実施形態では、複合体が単位面積当りの剪断引張強度が10MPa以上であると好ましい。本明細書では、当該剪断引張強度(単位:Pa)は、剪断引張試験で得られたピーク荷重(単位:N)を、ホーンが被接合体に接触する面積(mm2)で除して、その単位面積当たりの剪断強度として算出された数値を意味する。また、本明細書では、当該剪断引張強度を、「接合強度」ということもある。塗装金属素形材と樹脂材との複合体は、その剪断引張強度が10MPa以上であると、軽量化を求められる多くの用途で使用に適する。
(shear tensile strength)
In this embodiment, the composite preferably has a shear tensile strength of 10 MPa or more per unit area. In this specification, the shear tensile strength (unit: Pa) is obtained by dividing the peak load (unit: N) obtained in the shear tensile test by the area (mm 2 ) where the horn contacts the object to be joined. It means a numerical value calculated as shear strength per unit area. In addition, in this specification, the shear tensile strength is sometimes referred to as "joint strength". Composites of painted metal preforms and resin materials having a shear tensile strength of 10 MPa or more are suitable for use in many applications requiring weight reduction.
以下、実施例について説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Examples are described below. The invention is not limited to the following examples.
図4に示すように、有機樹脂層2を有する塗装金属素形材1と樹脂材4とを積み重ねた試験を作製した。試験体は、塗装金属素形材1における有機樹脂層2が設けられた表面と樹脂材4の表面とが対向したものである。
As shown in FIG. 4, a test was prepared by stacking a painted
具体的には、塗装金属素形材の金属素形材として、質量%で、C:0.033%、Si:0.003%、Mn:0.17%、P:0.012%、S:0.02%、Cr:0.03%、Cu:0.01%、残部Feの組成を有する鋼材を基材とした溶融Zn-Al-Mg合金めっき鋼板(ZAM(90C)(登録商標)、日新製鋼株式会社製)を用いた。 Specifically, as a metal material of the painted metal material, in mass%, C: 0.033%, Si: 0.003%, Mn: 0.17%, P: 0.012%, S : 0.02%, Cr: 0.03%, Cu: 0.01%, and the balance Fe. , Nisshin Steel Co., Ltd.) was used.
塗装金属素形材1は、板厚0.6mmの基材2の両面に、ウレタン系樹脂からなる膜厚2μmの有機樹脂層3を有している。塗装金属素形材1は、長さ75mmおよび幅25mmの寸法に切断された。樹脂材4は、長さ75mm、幅25mmおよび厚さ3mmの板状品であり、樹脂材4の樹脂として、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製の「ユーピロン(登録商標)GPN2030DF」のポリカーボネート樹脂(PC)を用いた。塗装金属素材1と樹脂材4は、図4に示すように、両者が長手方向に20mmの部分で重なるように積み重ねて、接合試験に供した。
The
試験体の超音波接合は、試験体における樹脂材の側にホーンを配置し、塗装金属素形材の側をアンビルで支持して超音波接合試験を行った。ホーンは、その断面が5mm×10mmの矩形状であり、その先端形状がR5mmの曲率を有するものを使用した。試験体のほぼ中央にホーンを配した。試験体をホーンとアンビルの間に挟んで加圧し、所定の加圧力に達したときに縦振動方向の超音波振動の加振を開始した。ホーン先端が、樹脂材と有機樹脂層との接合界面位置から所定の距離にある位置に達したとき、その位置で停止させた。所定の加振時間を終了した後、加圧を所定時間で保持した。その後、加圧を除荷し、接合された試験体を得た。 For the ultrasonic bonding of the test piece, a horn was placed on the resin material side of the test piece, and the coated metal material side was supported by an anvil. The horn used had a rectangular cross section of 5 mm×10 mm and a tip shape with a radius of curvature of 5 mm. A horn was placed almost in the center of the specimen. The test piece was pressed between the horn and the anvil, and when a predetermined pressure was reached, ultrasonic vibration in the longitudinal direction was started. When the tip of the horn reached a position at a predetermined distance from the bonding interface position between the resin material and the organic resin layer, it was stopped at that position. After the predetermined vibration time was completed, the pressurization was maintained for a predetermined time. After that, the pressure was released to obtain a joined test piece.
超音波接合試験の条件は、次のとおりである。超音波振動の振幅を20~80μmの間で変化させ、超音波振動の周波数を20kHz、超音波振動の加振時間を0.3s、振動開始時の加圧力を50N、加振停止後のホーンの保持時間を0.1sとした。ホーン先端と接合界面との距離を0.3~1.5mmの範囲で変化させた。 The conditions of the ultrasonic bonding test are as follows. The amplitude of ultrasonic vibration is changed between 20 and 80 μm, the frequency of ultrasonic vibration is 20 kHz, the vibration time of ultrasonic vibration is 0.3 s, the applied pressure at the start of vibration is 50 N, and the horn after vibration is stopped. was set to 0.1 s. The distance between the tip of the horn and the joint interface was changed in the range of 0.3 to 1.5 mm.
(接合性の評価)
接合された試験体は、図5に示すような引張試験装置を用いて、引張り速度5mm/minで引張り試験を行い、試験体が破断するピーク荷重を求めた。試験体の破断位置を目視で観察し、破断面をSEMで観察した。
(Evaluation of bondability)
The bonded specimens were subjected to a tensile test at a tensile speed of 5 mm/min using a tensile testing apparatus as shown in FIG. 5, and the peak load at which the specimens broke was determined. The fracture position of the specimen was visually observed, and the fracture surface was observed with an SEM.
試験体は、塗装金属素形材1の側を上側治具33で固定され、樹脂材4の側を下側治具34で固定された。塗装金属素形材1は、接合部と反対側の一端が上側治具33から突出するように固定し、当該突出した一端を上側つかみ部31で把持した。樹脂材4は、その全体を下側治具34で固定し、下側つかみ部32で把持した。これにより、樹脂材4が下側つかみ部32で潰されるのを防止できる。引張試験装置に試験体を取り付ける際は、引張荷重の中心軸と塗装鋼板の板厚中心軸とがほぼ一致するように試験体を把持した。
The specimen was fixed with an
試験体の接合部の面積は、ホーンの接触面積に対応すると考えられることから、試験体の剪断引張強度の指標として、引張試験により求めたピーク荷重(N)をホーンの接触面積で除した数値を用いて、これを試験体の接合強度(MPa)とした。本実施例では、ホーンの断面形状が5mm×10mmの矩形であるので、ホーンの接触面積を50mm2とした。 Since the joint area of the specimen is considered to correspond to the contact area of the horn, the peak load (N) obtained from the tensile test is divided by the contact area of the horn as an indicator of the shear tensile strength of the specimen. was used as the bonding strength (MPa) of the specimen. In this embodiment, since the cross-sectional shape of the horn is a rectangle of 5 mm×10 mm, the contact area of the horn is set to 50 mm 2 .
接合性の評価は、接合強度に基づいて行った。接合強度が10MPa以上であった場合は、接合性が良好である(○)と判定し、接合強度が10MPa未満であった場合または接合自体が不可であった場合は、接合性が不良である(×)であると判定した。その結果を表1に示す。 Bondability was evaluated based on bond strength. If the bonding strength is 10 MPa or more, the bondability is determined to be good (○), and if the bonding strength is less than 10 MPa or the bonding itself is impossible, the bondability is poor. It was determined to be (×). Table 1 shows the results.
実施例で得られた複合体は、有機樹脂層を有する塗装金属素形材と樹脂材との接合において、いずれも、樹脂材の側にホーンを配置して超音波接合されたものであるから、樹脂材の表面にホーン圧痕が形成されなかった。そして、塗装金属素形材と樹脂材との複合体を製造する方法において、表1に示すように、ホーン先端と接合界面との距離を0.3~1.2mmの範囲で選定することにより、接合強度が10MPa以上である良好な接合性を有する複合体が得られた。また、超音波振動の振幅として、30~80μmの範囲から選定できることを確認できた。 The composites obtained in the examples were ultrasonically bonded with a horn placed on the resin material side in the bonding of the painted metal preform having the organic resin layer and the resin material. , no horn impression was formed on the surface of the resin material. Then, in the method of manufacturing the composite of the coated metal material and the resin material, as shown in Table 1, by selecting the distance between the tip of the horn and the joint interface in the range of 0.3 to 1.2 mm, , a composite having good bondability with a bonding strength of 10 MPa or more was obtained. It was also confirmed that the amplitude of ultrasonic vibration can be selected from the range of 30 to 80 μm.
1 塗装金属素形材
2 金属素形材
3 有機樹脂層
4 樹脂材
5 被接合体
11 軟化域
12 接合界面
13 ホーン先端と接合界面との距離
21 ホーン
22 アンビル
23 加圧
24 振動方向(縦振動)
31 上側つかみ部
32 下側つかみ部
33 上側治具
34 下側治具
41 上板
42 下板
43 ホーン
44 アンビル
45 加熱域
46 加圧
47 振動方向(横振動)
48 接合界面
1 Painted
31
48 bonding interface
Claims (3)
前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを重ねて、前記塗装金属素形材における有機樹脂層が設けられた表面と樹脂材の表面とが対向した被接合体を準備すること、
前記被接合体を前記ホーンと前記アンビルとの間に保持し、前記樹脂材の側に前記ホーンを配置し、前記塗装金属素形材の側に前記アンビルを配置すること、
前記ホーンにより前記被接合体に対して加圧するとともに、前記ホーンにより縦振動方向の超音波振動を前記被接合体へ付与して、前記塗装金属素形材と前記樹脂材とを接合させること、
を含み、
前記ホーンは、前記塗装金属素形材と前記樹脂材との接合界面に対して、当該ホーンの先端と前記接合界面との距離を、0.3mm以上、1.2mm以下に保持する、
塗装金属素形材と樹脂材との複合体の製造方法。 A method for manufacturing a composite in which a painted metal material having an organic resin layer on at least one surface of the metal material and a resin material are bonded by an ultrasonic bonding apparatus equipped with a horn and an anvil, ,
Preparing an object to be joined in which the surface of the painted metal material and the resin material are laminated so that the surface of the painted metal material provided with the organic resin layer and the surface of the resin material face each other;
holding the object to be joined between the horn and the anvil, locating the horn on the side of the resin material and locating the anvil on the side of the painted metal stock;
pressing the object to be joined by the horn and applying ultrasonic vibration in a longitudinal vibration direction to the object to be joined by the horn to join the coated metal material and the resin material;
including
The horn maintains a distance of 0.3 mm or more and 1.2 mm or less between the tip of the horn and the bonding interface with respect to the bonding interface between the coated metal material and the resin material.
A method for manufacturing a composite of a coated metal material and a resin material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018242403A JP7156009B2 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018242403A JP7156009B2 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020104287A JP2020104287A (en) | 2020-07-09 |
JP7156009B2 true JP7156009B2 (en) | 2022-10-19 |
Family
ID=71447740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018242403A Active JP7156009B2 (en) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7156009B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020119220A1 (en) * | 2020-07-21 | 2022-01-27 | Plasmatreat Gmbh | Process for manufacturing a pressure-welded component |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000185752A (en) | 1998-12-21 | 2000-07-04 | Fabrica Toyama Corp | Partially welded container and method for welding |
JP2018114670A (en) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 日新製鋼株式会社 | Method for producing composite body of coated steel sheet and resin material |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56139918A (en) * | 1980-04-04 | 1981-10-31 | Inoue Japax Res Inc | Method for bonding together metal and rubber or resin |
-
2018
- 2018-12-26 JP JP2018242403A patent/JP7156009B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000185752A (en) | 1998-12-21 | 2000-07-04 | Fabrica Toyama Corp | Partially welded container and method for welding |
JP2018114670A (en) | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 日新製鋼株式会社 | Method for producing composite body of coated steel sheet and resin material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020104287A (en) | 2020-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu et al. | Microstructure, welding mechanism, and failure of Al/Cu ultrasonic welds | |
US10399175B2 (en) | Systems and methods for improving weld strength | |
EP2679330A1 (en) | Method for bonding metal member and resin member | |
JP5468350B2 (en) | Dissimilar metal plate joining method | |
JP4770661B2 (en) | Friction spot welding method | |
US8397976B2 (en) | Method for cohesively bonding metal to a non-metallic substrate using capacitors | |
JP4591547B2 (en) | CONNECTED BODY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
JP2017109496A (en) | Method for producing metal-resin joined body | |
US20070187469A1 (en) | Friction stir weld bonding of metal-polymer-metal laminates | |
CN103521937A (en) | Joining of two parts by means of a combination of electrical resistance welding and friction welding | |
US20200101519A1 (en) | Ultrasonically Assisted Self-Piercing Riveting | |
JP7156009B2 (en) | Manufacturing method of composite of coated metal material and resin material | |
JP2009090354A (en) | Joining device, joining method and metal-joined body | |
JP7159730B2 (en) | Composite manufacturing method | |
JP2018114670A (en) | Method for producing composite body of coated steel sheet and resin material | |
Born et al. | Ultrasonically welded aluminium foams/sheet metal–joints | |
JP2013139048A (en) | Method of joining material to be joined | |
Thapliyal | Ultrasonic welding—a modern welding technology for metals and plastics | |
JP2008212984A (en) | Method and structure of friction spot joining | |
JP2002096180A (en) | Ultrasonic welding machine | |
JP7188121B2 (en) | Welding equipment | |
JPH07164172A (en) | Method for lap joining of metallic sheet | |
JP2014166646A (en) | Solid-phase welding method for metal workpiece | |
JP6488584B2 (en) | Carbon fiber reinforced thermoplastic resin molded product and metal welded joint | |
JP4064111B2 (en) | Ultrasonic pressure welding method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20200901 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210810 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220527 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220607 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220624 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220919 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7156009 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |