JPH01182035A - 電気抵抗溶接可能な樹脂積層型複合金属板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属板を両外層とし熱可塑性樹脂を中間層す
る三層構造の電気抵抗溶接可能な樹脂積層型複合金属板
の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば自動車のオイルパンやダッシュパネルなどのよう
に振動を受ける部材には振動を減衰させる各種の制振金
属板が用いられている。このような制振金属板として近
年金属板を両外層とし熱可塑性樹脂を中間層とする樹脂
積層型複合金属板が熱可塑性樹脂の粘弾性による優れた
制振効果を有することから使用されるようになってきた
が、中間層に用いられる熱可塑性樹脂が電気不良導体で
あって両金属板間を絶縁した状態にするので、そのまま
では加工時に両金属板間やこの樹脂積層型複合金属板と
他の金属材料とを電気抵抗溶接によって接合することが
難しく、種々の工夫が必要であった。

しかしながら、例えば自動車の組立て工程中などで溶接
に種々の工夫を必要とするのでは、設備的にも経済的に
も困難を伴う。そのため近年冷延鋼板等と同様に電気抵
抗溶接の可能な複合型制振金属板を製造することの要求
が高く、種々の試みがなされている［例えば、篠崎正夫
ら、川崎製鉄技報Ｖｏ１．１６．　Ｎｎ４　、　ｐ２８
８　（１９８４）コ。

このような従来の技術の中で代表的な製造方法をそれに
よって得られる樹脂積層型複合金属板の断面を模式的に
示す第３図により説明する。

この従来の製造方法によれば、中間層の厚さに相当する
粒径を有する導電性フィラー８例えばグラファイトや金
属粉末などを熱可塑性樹脂４中に分散せしめて中間層７
を構成せしめ、両金属板２゜２間に電気的な短絡回路を
形成せしめて電気抵抗溶接可能な樹脂積層金属板６とし
たものである。

しかしながら、導電性フィラー８は一般にその粒径が均
一ではなくて成る範囲に分布しているため、そして導電
性フィラー８の分散状態が不均一であるである場合には
更にその影響が加わるため、第３図に示す如く電気抵抗
溶接する際に、溶接用電極９，９が当接する所定の溶接
部位以外の部位に短絡回路が生じ、そこに集中的に電流
が流れて熱により変色したりスパークが生じて穴があく
場合があって、信頼性に乏しかった。このように従来の
技術には種々な欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記従来技術の欠点がなく、溶接時に何らの特
別な工夫を要せずに所望の任意の個所を常に良好に電気
抵抗溶接することのできる樹脂積層型複合金属板の製造
方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためには、中間層の両面に接する金
属板間の短絡回路をこの中間層の全域に亘って均一に且
つ緻密に形成させることが必要であるが、その方法の構
成は中間層が主として熱可塑性樹脂から成るものである
だけに極めて解決困難な課題であった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは上記課題を解決すべく種々検討した結果、
熱可塑性樹脂を電導性皮膜で所定範囲だけ被覆した粉粒
体の状態で金属板間に介在せしめて加熱・圧着すること
により上記課題を解決できること、及び熱可塑性樹脂粉
粒体を電導性皮膜で被覆するに先立って予め減圧下での
低温プラズマ処理を施しておくことによって層間接着力
をより一層高めた樹脂積層型複合金属板が得られること
を究明して、本発明を完成した。

〔構成の説明〕

以下、図面によって本発明方法を詳細に説明する。

第１図は本発明方法によって得られた電気抵抗溶接可能
な樹脂積層型複合金属板を模式的に示す断面説明図、第
２図は本発明方法によって得られた電気抵抗溶接可能な
樹脂積層型金属板と他の金属材料とを電気抵抗溶接する
ときの位置関係の１例を示す断面説明図である。

先ず請求項１及び２に記載の発明を説明する。

本発明方法において用いる熱可塑性樹脂４としては、従
来の樹脂積層型複合金属板に使用されてきたもので良く
、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリエステル、ポリ弗化ビニリデン、エチレン−
テトラフルオロエチレンコポリマー、塩化ビニル、エチ
レン−ビニル酢酸共重合体（ＥＶＡ）などが示される。

更にまた近年開発されたポリマーアロイと呼ばれる樹脂
（数種のポリマーを組み合わせたもの）の中には優れた
制振性能を有する熱可塑性樹脂が多数見られ、これらの
中から適当なものを選んで使用することもできる。−船
釣に言えば、熱可塑性樹脂４としては粘弾性及び接着力
が高い程好ましいが、一方では耐熱性等も考慮すべきで
、従ってどの熱可塑性樹脂を使用するかは製造しようと
する複合金属板の用途により選定すれば良い。例えば、
雰囲気温度が余り高くない環境で使用するものである場
合は、安価で接着力に富んだマレイン酸などで変性した
ポリエチレンを使用することが出来る。

これらの熱可塑性樹脂４（ポリマーアロイを含む）は粉
粒体（粉体又は粒体）の形状で次の被覆処理を行われる
が、金属との接着性が良好でない熱可塑性樹脂について
は、被覆処理に先立って予め接着力増強処理を施すこと
が好ましく、これについては後記する。

熱可塑性樹脂の粉粒体（以下、樹脂粉粒体と略称するこ
とある）の大きさは粒径として中間層以下の粒径を有す
るものが適当であり、このような粉粒体は一般的な市販
品として入手容易である。

樹脂粉粒体を被覆する導電性皮膜の材質としては、電気
の良導体であれば良く、鉄、銅、アルミニウム、ニッケ
ル、銀、金などの金属が挙げられる。

これらの導電性の材料から成る皮膜で樹脂粉粒体を被覆
する方法としては、前記金属を蒸発源とする真空蒸着法
が挙げられる。形成する導電性皮膜の導電率は高い方が
望ましく、また次記するように被覆面積を制御する必要
のあることを考慮すると真空蒸着法が好ましい。

このようにして樹脂粉粒体を導電性皮膜により被覆する
に際して重要なことは、樹脂粉粒体の表面積に対する被
覆面積の割合（以下、被覆割合と言うことがある）を２
０％以上で８５％未満の範囲とすることである。被覆割
合が８５％より大きい場合は、この粉粒体を両金属板２
，２間に介在せしめて加熱・圧着によって中間層３を形
成させたときに、粉粒体同士の接着や中間層３と金属板
２との接着が阻害されて不完全となり、得られた複合金
属板の曲げ加工等において、中間層３と金属板２との間
に剥離等の重大欠陥を呈するものとなる。

また、被覆割合が２０％より小さい場合は、中間層３に
おける網目状回路の形成が不完全となって本発明の目的
は達成されない。

粉粒体に対する真空蒸発法の適用方法及び被覆割合を調
節する方法は、被塗物である粉粒体を撹拌しながら、例
えば振動板上において粉粒体を振動させながらコーティ
ングを行い、蒸着時間を変化させることにより被覆割合
を調整することにより行えば良い。なお被覆割合の測定
は、光学顕微鏡などで観察する方法によればよい。

上記の如くにして導電性皮膜で一定範囲内の被覆割合で
被覆された樹脂粉粒体（以下、被覆樹脂粉粒体と略称す
ることがある）を２枚の金属板２゜２の間に介在せしめ
加熱・圧着することにより、被覆樹脂粉粒体を熱融着し
て樹脂層すなわち中間層３を形成せしめる。加熱温度は
使用する熱可塑性樹脂の融点より６０〜１５０℃高い温
度範囲が適当である。加熱・圧着の方法としてはホット
プレス。

加熱挟圧ロールを用いる方法などが挙げられる。

金属板２としては、従来の樹脂積層型複合金属板に使用
されてきたものと同じく電気抵抗溶接が可能なものなら
良く、例えば鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板
、銅めっき鋼板、ステンレス鋼板、銅めっきステンレス
鋼板、アルミ板などが挙げられる。以上の如く請求項１
及び２に記載の発明は実施される。

次に、請求項３及び４に記載の発明を説明する。

上記請求項１及び２に記載の発明方法を実施するに際し
、例えば粘弾性が優れているので使用しようとする熱可
塑性樹脂が金属板との接着性に劣っている場合や、熱可
塑性樹脂の接着性を一層高めて使用しようとする場合は
、樹脂粉粒体に被覆処理を行うのに先立って、予め次の
ように接着力増強処理を施しておく。

すなわち、樹脂粉粒体に減圧下で行う低温プラズマ処理
を施して、樹脂粉粒体の表面に窒素や酸素を導入して極
性基を生成せしめ、金属板との接着力が増強しようとす
るのである。低温プラズマ処理は室温近傍で処理が行え
るため、樹脂粉粒体を扱う場合でも溶融の恐れがない。

窒素、酸素の導入量は、処理対象の熱可塑性樹脂の種類
や接着力と得ようとする接着力とによって異なるから、
場合に応じて予備テストにより定めるのが良いが、多く
の場合０．５〜１５原子％が適当である。導入量が少な
すぎると充分な接着力は得られず、多すぎても効果の割
には時間を要して不適である。窒素。

酸素の導入量はＸ線光電子分光分析法などにより定量出
来る。

低温プラズマ処理に用いる気体は、プラズマ中で重合体
を形成しないものならよく、例えば空気。

酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。減
圧程度は１ｏ−３トル（Ｔｏｒｒ）〜１０トルが適当で
ある。圧が１０トルより高いとプラズマ状態の気体温度
が高くなって樹脂粉粒体の形状を維持して行う処理には
不適であり、圧が１０−３トルよりも低いと気体温度が
低すぎて樹脂粉粒体の表面を充分に改善することが難し
い。上記減圧範囲の中でも特に１０−２トル〜５トルが
放電状態の安定性の上からも好ましい。放電に用いる電
源としては、直流。

交流のいずれでも良いが、１３．５６ＭＨｚの高周波電
源による場合は放電の高い安定性が得られるので好まし
い。

本発明の樹脂積層型複合材料を構成する各層の厚みにつ
いては使用目的を考慮して適宜選択決定すれば良いが、
−船釣には中間層を２０〜３００Ｉ！ｍ好ましくは３０
〜２００Ｉｊｎとし、両外層を０．０１−１０ｍｍ好ま
しくは０．０５〜５戸とする。なお両外層は各々が同一
の厚さであっても異なる厚さであっても良い。

上記の如くにして予め接着力増強処理を施した樹脂粉粒
体は、これを出発原料として以降は前記請求項１及び２
に記載の発明方法と全く同様に、導電性皮膜により被覆
処理を施して両金属板２゜２間に介在せしめ、加熱・圧
着して樹脂積層型複合金属板とするのである。

〔発明の作用及び効果〕

本発明方法により得られる樹脂積層複合金属板１は、第
１図に示す如く両金属板２，２を電気的に短絡させる網
目状回路５をその中間層３に均−且つ緻密に有している
。このような網目状回路５の存在は樹脂積層型複合金属
板の断面を光学顕微鏡で観察することにより確認するこ
とができる。

この網目状回路５によって、第１図に示す如くこの樹脂
積層型複合金属板１の両金属板２，２同士を溶接するた
めや、第２図に示す如くこの樹脂積層型複合金属板２と
他の金属材料１０とを溶接するために、溶接用電極９，
９を所望の任意の個所に当てがって電気抵抗溶接を実施
しても、前記従来の樹脂積層型複合金属板では避けるこ
とのできなかった溶接部位以外のスパーク現象による金
属板２の変色や穴あきを全く生ぜしめず、極めて良好に
溶接することができるのである。

上記の如く本発明方法によれば、電気不良導体である熱
可塑性樹脂を中間層３とする樹脂積層型複合金属板１で
ありながら、熱可塑性樹脂の粘弾性による優れた制振性
能と任意の個所での電気抵抗溶接可能な優れた性能とを
両立させることが可能となる。このような本発明方法は
、これら両性能を必要とする自動車用部材や建築材料の
分野などで貢献するところ大なるものがある。

〔実施例及び比較例〕

次に実施例、比較例により本発明方法を更に具体的に説
明する。

実施例１〜６．比較例１〜４ 低密度ポリエチレン（出光石油化学製「モアチック」）
の粉末（平均粒径１５０声）及び接着性低密度ポリエチ
レン（出光石油化学製［ポリタックＭ６００Ｊ　）の粉
末（平均粒径１５０声）を用いこれらの粉末樹脂の表面
を真空蒸着法（条件：室温。

真空度：　１０−’　トル以下）により被覆部での厚さ
が５００人程度にアルミニウムを被覆した。蒸着時間を
変えることにより、被覆割合の異なる４水準の被覆樹脂
粉粒体を調製した。被覆割合は光学顕微鏡で測定した。

これらの被覆樹脂粉粒体を０．６ｍｍ厚さの鋼板（材質
５ｐｃｃ）間の全面に均一に介在せしめ、ホットプレス
を用いて２３００Ｃ，１０ｋｇ／ａ＋ｔの条件で加熱・
圧着した。加熱・圧着の際にスペーサーを用い、中間層
の厚さを３００ｔｌｒｎとした。このようにして得られ
た樹脂積層型複合金属板の中間層を前記したように断面
を光学顕微鏡で観察して調べたところ、網目状回路が生
じていた。また中間層の鋼板との層間接着力を示す引張
剪断強度をＪＩＳ　Ｋ−６８５０に準じて測定した。

次に、この複合金属板１を第２図に示す如く他の金属材
（鋼板：材質５ＰＣＣ）　１０と重ねて、次の溶接条件 溶接電流：　１００ＯＯＡ 溶接時間＝１５サイクル 加圧カニ　２５０ｋｇ チップ径：５ｍ で１００回のダイレクトスポット溶接を行い、溶接部位
以外でスパークが生じた回数を調査して電気抵抗溶接可
能な程度を評価した。また溶接部１点当りの引張り剪断
強度を測定した。結果を第１表に示す。

以下余白 ＝１５一 実施例７〜９．比較例５〜６ 実施例１〜３と同じ低密度ポリエチレン粉末に対しアル
ミニウムを真空蒸着を行う前に、予め次の条件 放電形式：容量結合（電極間隔６０ｍ）放電周波数：　
１３．５６ＭＨｚ 放電出カニ　１００Ｗ 気　　　　体：アルゴン 圧　　　　　力＝０．１トル（Ｔｏｒｒ）処理時間＝３
分間 極性基導入量：酸素１０ＡＴ％ （Ｘ線光電子分光分析法にて定量） で低温プラズマ処理を施した後、これを出発原料として
実施例１〜３．比較例１〜２と同様に樹脂積層型複合金
属板を製造し評価した。結果を第２表に示す。

比較例３ 実施例４〜６と同じ接着性低密度ポリエチレンに、平均
粒度２００声のグラファイトを２０重量％分散させた後
、実施例１〜３．比較例１〜２と同様の０．６ｎｎ厚さ
の鋼板間にこの樹脂を介在させ、ホットプレスを用い加
熱・圧着して、樹脂積層型試料複合金属板を製造した。

加熱・圧着に際してはスペーサーを用い中間層の厚さを
３００／ｌａとした。

こうして得た複合金属板を実施例４〜６と同様に評価を
行った結果を第３表に示す。

以下余白 上記各表の結果から、本発明方法によって得られる樹脂
積層型金属板（実施例１〜９）はいずれも電気抵抗溶接
に際して、従来技術による樹脂積層型複合金属板（比較
例７）で観察されたような多頻度のスパークはｉＩ！察
されず、そして溶接部は充分な引張り剪断強度を有して
いた。

また、両金属板との接着性能の比較的劣る低密度ポリエ
チレンを原料とする場合でも、その接着力を増強させた
いときは予め低温プラズマ処理を施しておくことにより
接着力を著しく向上させることができ、この処理が非常
に有効であることが昌　判った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によって得られた樹脂積層型複合金
属板を模式的に示す断面説明図、第２図は本発明方法に
よって得られた樹脂積層型金属板と他の金属材料とを電
気抵抗溶接するときの位置関係の１例を示す断面説明図
、第３図は従来方法によって得られた樹脂積層型金属複
合板の断面を模式的に示す説明図である。 １・・・本発明方法により得られた樹脂積層型複合金属
板 ２・・・金属板 ３・・・中間層 ４・・・熱可塑性樹脂 ５・・・網目状回路 ６・・・従来技術により得られた樹脂積層型複合金属板 ７・・・中間層 ８・・・導電性フィラー ９・・・溶接用電極 １０・・・他の金属材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱可塑性樹脂粉粒体の表面積の２０％以上８５％未
   満を導電性皮膜により被覆してこれを金属板間に介在せ
   しめ、加熱・圧着により該熱可塑性樹脂粉粒体を熱融着
   して樹脂層を形成せしめることを特徴とする電気抵抗溶
   接可能な樹脂積層型複合金属板の製造方法。 ２　導電性皮膜による被覆を金属を蒸発源とする真空蒸
   着法により行う請求項１に記載の電気抵抗溶接可能な樹
   脂積層型複合金属板の製造方法。 ３　熱可塑性樹脂粉粒体に１０＾−＾３トル以上１０ト
   ル未満の減圧下で低温プラズマ処理を施した後、その表
   面積の２０％以上８５％未満を導電性皮膜により被覆し
   てこれを金属板間に介在せしめ、加熱・圧着により該熱
   可塑性樹脂粉粒体を熱融着して樹脂層を形成せしめるこ
   とを特徴とする電気抵抗溶接可能な樹脂積層型複合金属
   板の製造方法。 ４　導電性皮膜による被覆を金属を蒸発源とする真空蒸
   着法により行う請求項３に記載の電気抵抗溶接可能な樹
   脂積層型複合金属板の製造方法。