特開 2020-199526 接合方法及びその方法で形成される成形部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-199526(P2020-199526A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】接合方法及びその方法で形成される成形部材

(51)【国際特許分類】

   B21D 47/00 20060101AFI20201120BHJP

   B21D 47/04 20060101ALI20201120BHJP

   B29C 65/48 20060101ALI20201120BHJP

   B21D 22/20 20060101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   B21D47/00 Z

   B21D47/04

   B29C65/48

   B21D22/20 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-108088(P2019-108088)

(22)【出願日】2019年6月10日

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100197561

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 三喜男

(72)【発明者】

【氏名】山口 紘次朗

(72)【発明者】

【氏名】高橋 克典

(72)【発明者】

【氏名】森脇 幹文

(72)【発明者】

【氏名】中井 正規

(72)【発明者】

【氏名】市原 浩一郎

(72)【発明者】

【氏名】冨永 泰裕

(72)【発明者】

【氏名】氏平 直樹

【テーマコード（参考）】

4E137

4F211

【Ｆターム（参考）】

4E137AA02

4E137BA01

4E137BA05

4E137BB01

4E137BC04

4E137CA09

4E137CA30

4E137DA01

4E137EA01

4E137EA27

4E137GA00

4F211AB18

4F211AD03

4F211AD04

4F211AD16

4F211TA03

4F211TN44

(57)【要約】      （修正有）

【課題】複合材料と被成形部材に形状を与えながら、複合材料と被成形部材を接合する方法、及びその方法で形成される成形部材を提供する。
【解決手段】ダイス（１４）とパンチ（１８）を対向して配置し、ダイス側からパンチ側に向かって複合材料（１１２）と被成形部材（１１０）を配置し、パンチをダイスに押し付けるように接近させることで複合材料と被成形部材に所定形状を付与する。この複合材料は０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有する。一方、ダイスの複合材料に対向する面とパンチの被成形部材に対向する面には所定形状に対応する加工形状（１６，２０）が付与されている。接近時に、ダイスとパンチの加工形状が複合材料と被成形部材にそれぞれ付与されることで所定形状が形成され、複合材料と被成形部材が接合されることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイスとパンチを対向して配置し、
前記ダイス側から前記パンチ側に向かって複合材料と被成形部材を配置し、前記パンチを前記ダイスに押し付けるように接近させることで前記複合材料と前記被成形部材に所定形状を付与する成形方法であって、
前記複合材料は０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
前記ダイスの前記複合材料に対向する面と前記パンチの前記被成形部材に対向する面には前記所定形状に対応する加工形状が付与されており、
前記接近時に、
前記ダイスと前記パンチの前記加工形状が前記複合材料と前記被成形部材にそれぞれ付与されることで前記所定形状が形成され、
前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする方法。

【請求項2】

前記複合材料は、
第１の部材と第２の部材と補強部材を有し、
前記補強部材が前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、
前記第１の部材と前記第２の部材が前記補強部材を挟んだ状態で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記複合材料が０．０１ｍｍから０．２ｍｍまでの厚みを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

接着剤が前記複合材料と前記被成形部材との間に配置されることで、
前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記接着剤は熱硬化性接着剤であって、
前記ダイス又は前記パンチが前記熱硬化性接着剤に熱を与えることで、前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかに記載の方法において使用される前記複合材料を接合することで、形成された成形部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合方法及びその方法で形成される成形部材に関する。

【背景技術】

【0002】

繊維強化プラスチック及び熱硬化性樹脂を含む補強部材と金属材料とを接着し、補強された構造体を得る加工法が特許文献１に提案されている。例えば、熱硬化性樹脂に熱を与える金型を用いることで、補強部材は、予め成形された金属材料に接着される。この加工法から得られた構造体は高い機械的強度を有している。そのため、例えば車両の構造部品は、この方法でプレス成形されることで高い機械的強度を得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６００５０８６号

【0004】

一方、加工に必要な工程数をできる限り最小にすることで、加工に必要な時間を減縮したいという要請がある。したがって、母材と補強部材の成形及び接合は同時に行われることが好ましい。しかし、補強部材が有する厚みが大きいほど、母材に与えられる形状に対応して、補強部材を同時に成形することは難しい。また、重量最適化のために、補強部材はできる限り軽量であることが好ましい。そのため、接合される補強部材が容易に変形可能で、また軽量であるように、接合される補強部材が有する厚みは１ｍｍ以下であることが好ましい。

【0005】

さらに、機械的強度以外の材料特性、例えば大きな減衰能を母材に与えたいという要請がある。この要請に対し、補強部材と粘弾性素材を挟んだ状態で２つの部材を接合することで、大きな減衰能を有する複合材料が得られる。この複合材料を補強部材として母材と共に成形及び接合することで、形成される成形部材は大きな減衰能を得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで、本発明は、複合材料と被成形部材に形状を与えながら、複合材料と被成形部材を接合する方法、及びその方法で形成される成形部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的を達成するために、請求項１に係る実施形態の方法は、
ダイスとパンチを対向して配置し、
前記ダイス側から前記パンチ側に向かって複合材料と被成形部材を配置し、前記パンチを前記ダイスに押し付けるように接近させることで前記複合材料と前記被成形部材に所定形状を付与する成形方法であって、
前記複合材料は０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
前記ダイスの前記複合材料に対向する面と前記パンチの前記被成形部材に対向する面には前記所定形状に対応する加工形状が付与されており、
前記接近時に、
前記ダイスと前記パンチの前記加工形状が前記複合材料と前記被成形部材にそれぞれ付与されることで前記所定形状が形成され、
前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする。

【0008】

請求項２に係る実施形態の方法は、
前記複合材料が、
第１の部材と第２の部材と補強部材を有し、
前記補強部材が前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置され、
前記第１の部材と前記第２の部材が前記補強部材を挟んだ状態で接合されていることを特徴とする。

【0009】

請求項３に係る実施形態の方法は、
前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含むことを特徴とする。

【0010】

請求項４に係る実施形態の方法は、
前記複合材料が０．０１ｍｍから０．２ｍｍまでの厚みを有することを特徴とする。

【0011】

請求項５に係る実施形態の方法は、
接着剤が前記複合材料と前記被成形部材との間に配置されることで、
前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする。

【0012】

請求項６に係る実施形態の方法は、
前記接着剤が熱硬化性接着剤であって、
前記ダイス又は前記パンチが前記熱硬化性接着剤に熱を与えることで、前記複合材料と前記被成形部材が接合されることを特徴とする。

【0013】

請求項７に係る実施形態の成形部材は、
請求項１〜６のいずれかに記載の方法において使用される前記複合材料を接合することで形成される。

【発明の効果】

【0014】

本願の請求項１に記載の発明によれば、複合材料と被成形部材に形状を与えながら、複合材料と被成形部材を接合する方法を提供できる。複合材料が有する厚みが小さいため、被成形部材と共に形状を与えることが容易である。

【0015】

本願の請求項２に記載の発明によれば、被成形部材が有するいずれかの材料特性、例えば機械的強度又は減衰能を向上させる方法を提供できる。

【0016】

本願の請求項３に記載の発明によれば、高い機械的強度と大きな弾性率を有する補強部材を備える複合材料を被成形部材に接合する方法を提供できる。

【0017】

本願の請求項４に記載の発明によれば、形状を容易に与えられる複合材料を被成形部材に接合する方法を提供できる。

【0018】

本願の請求項５に記載の発明によれば、複合材料と被成形部材を容易に接着する方法を提供できる。

【0019】

本願の請求項６に記載の発明によれば、ダイス又はパンチからの熱が熱硬化性接着剤を硬化させることで、複合材料と被成形部材に形状を与えながら、複合材料と被成形部材を容易に接着する方法を提供できる。

【0020】

本願の請求項７に記載の発明によれば、いずれかの材料特性、例えば機械的強度又は減衰能が向上した成形部材を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る、プレス成形装置のパンチがダイスから離れている状態を示す概略図である。

【図2】図１の円ＩＩの部分拡大図である。

【図3】図１に示す状態から、プレス成形装置のパンチがダイスに接近し、複合材料と被成形部材の形状付与と接着が行われた状態を示す概略図である。

【図4】図３の円ＩＶの部分拡大図である。

【図5】他の実施形態に係る、第１の部材と第２の部材が補強部材を挟んだ状態で、第１の部材を第２の部材に衝突させることで、第１の部材、第２の部材、及び補強部材が接合された状態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る成形方法の実施形態を、その成形方法から得られる成形部材と共に説明する。

【0023】

［１．成形装置］
図１は、本発明の実施形態に係るプレス成形装置１００の概略構成を示す。プレス成形装置１００は、複合材料と被成形部材に形状を与えながら、複合材料と被成形部材を接合する成形装置である。

【0024】

［１．１：成形装置の概要］
図１に示すように、プレス成形装置１００は、概略、下部構造１０と、該下部構造１０の上に配置された上部構造１２を有する。

【0025】

下部構造１０は、図１の手前側から奥側に向かって伸びる、上向きの凹形状を略中央部に有する直方体形状の剛性の高いダイス１４を備える。このダイス１４は、該ダイス１４の上面に配置される後述する被成形部材１１０と複合材料１１２に所定の形状を与える、上向きに凹形状の型部１６と、該被成形部材１１０の端部を固定する治具（例えばバイス）を有する（図示せず）。

【0026】

上部構造１２は、図１の手前側から奥側に向かって伸びる、下向きの凸形状を略中央部に有する直方体形状の剛性の高いパンチ１８を備える。このパンチ１８は、該パンチ１８の下方に配置される被成形部材１１０と複合材料１１２に所定の形状を与える、下向きに凸形状の型部２０を有する（図示せず）。

【0027】

パンチ１８は、図示しないパンチホルダによって保持されている。パンチホルダは、空圧式又は油圧式の昇降装置２２に連結されている。したがって、パンチ１８は、昇降装置２２の駆動に基づいて、図１に示す上昇位置と後述する図３に示す下降位置との間を移動するように構成されている。

【0028】

上述した実施形態において、パンチ１８は、パンチ１８の内部に設けられている伝熱部２４を備える。この伝熱部２４は、型部２０に沿う下向きの凸形状２６と、パンチ１８の下面に沿って左右に伸びる形状２８Ｒ，２８Ｌを有する。また、伝熱部２４は左右の端部で電源３０に電気的に接続され、後述する熱硬化性接着剤１１４が硬化できる高温を発するように構成されている。

【0029】

［１．２：成形方法］
図１を参照して、上述の構成を有するプレス成形装置１００を用いた成形方法の一例を説明する。実際の成形にあたって、図の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の被成形部材１１０はダイス１４の上面に配置される。実施形態において、図の手前側から奥側に向かって伸びるプレート状の複合材料１１２が被成形部材１１０の上面の略中央部に載せられる。また、熱硬化性接着剤１１４が被成形部材１１０と複合材料１１２との間で、複合材料１１２の下面全体に塗布されている。

【0030】

図２に示すように、複合材料１１２は被成形部材１１０の上面から上方に向かって順番に第１の部材１１６、補強部材１１８及び第２の部材１２０を有する。実施形態において、第１の部材１１６は図の手前側から奥側に向かって伸びるプレート状の部材である。この第１の部材１１６と被成形部材１１０との間で、電食が容易に発生しないように、第１の部材１１６と被成形部材１１０の材質は同じであることが好ましい。補強部材１１８は綱又は紐のような複数のストランドからなり、図の手前側から奥側に向かって配置され、第１の部材１１６の上面におけるダイス１４の型部１６に対応する、二点鎖線で示される領域１２２（図１参照）内に載せられる。また、熱硬化性接着剤１２４が補強部材１１８を覆うように、第１の部材１１６の上面全体に塗布されている。第２の部材１２０は、図の手前側から奥側に向かって伸びるプレート状の部材で、熱硬化性接着剤１２４に上方から接着している。実施形態では、第１の部材１１６の幅は第２の部材１２０の幅と同一又はほぼ同一である。したがって、第１の部材１１６は、その全面が補強部材１１８と熱硬化性接着剤１２４を挟んで第２の部材１２０のほぼ全面に対向している。

【0031】

上述のように被成形部材１１０及び複合材料１１２を配置した状態で昇降装置２２が駆動することで、パンチ１８はダイス１４に向かって下降する。その結果、被成形部材１１０及び複合材料１１２は、パンチ１８によりダイス１４に押し付けられることで変形する（図３及び図４参照）。このとき、型部１６，２０に対応する下向きの凸形状１２６，１２８が被成形部材１１０及び複合材料１１２に付与される。

【0032】

また、パンチ１８が複合材料１１２に接触しているとき、伝熱部２４はパンチ１８と複合材料１１２を介して熱硬化性接着剤１１４に熱を与える。その結果、熱硬化性接着剤１１４は硬化し、被成形部材１１０と複合材料１１２は接合する。

【0033】

上述の方法で被成形部材１１０と複合材料１１２が接合することにより、成形部材１３０が得られる。

【0034】

上述した実施形態において、例えば、被成形部材１１０は鉄から構成される。一方、複合材料１１２の第１の部材１１６は、約０．３ｍｍの厚みを有する鉄のプレートで構成される。補強部材１１８は、多数のカーボンファイバ（単繊維）を束ねた長繊維束の多数のフィラメントからなる約０．２ｍｍの径を有するトウを複数並列配置して構成される。第２の部材１２０は、約０．３ｍｍの厚みを有するアルミニウムのプレートで構成される。この場合、複合材料１１２は約０．８ｍｍの厚みを有する。第１の部材１１６と補強部材１１８と第２の部材１２０が有する厚み又は径を適宜調整することで、複合材料１１２の厚みは０．０１ｍｍ〜１ｍｍの間、好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍの間で調整される。

【0035】

上述の構成を有する複合材料１１２は、補強部材１１８と熱硬化性接着剤１２４が有する弾性率によって、他の部品に接合されることで該部品の減衰能を向上させる効果を有する。したがって、被成形部材１１０と複合材料１１２が接合することにより得られる成形部材１３０は大きな減衰能を有する。

【0036】

上述した実施形態において、被成形部材１１０と複合材料１１２の第１の部材１１６は、鉄以外の金属材料、例えばアルミニウム又は樹脂であってもよい。電食が容易に生じないように、被成形部材１１０と複合材料１１２の第１の部材１１６の材質は同一であることが好ましい。また、複合材料１１２の補強部材１１８は、カーボンファイバ以外の繊維材料、例えばガラス繊維であってもよい。

【0037】

また、鉄のプレートからなる第１の部材１１６とアルミニウムのプレートからなる第２の部材１２０は約０．３ｍｍの厚みをそれぞれ有しているが、約０．０８ｍｍの厚みをそれぞれ有してもよい。また、補強部材１１８のトウは約０．０５ｍｍの径を有してもよい。この場合、複合材料１１２は約０．２ｍｍの厚みを有する。複合材料１１２が有する厚みが小さければ、被成形部材１１０がさらに微細な形状を有している場合でも、複合材料１１２は被成形部材１１０に容易に接合され得る。

【0038】

第１の部材１１６と第２の部材１２０、及び被成形部材１１０と複合材料１１２が接合するように、熱硬化性接着剤１１４，１２４が用いられているが、他の接着剤、例えば感圧型接着剤（粘着剤）が用いられてもよい。この場合、接着剤を加熱する必要はなく、上部構造１２は、伝熱部２４、凸形状２６、形状２８Ｒ，２８Ｌ、及び電源３０を必要としない。

【0039】

［１．３：他の実施形態］
上述した実施形態において、第１の部材１１６と第２の部材１２０が熱硬化性接着剤１２４により接合することで、複合材料１１２が得られる。一方、熱硬化性接着剤１２４ではなく、例えば爆発圧接などにより、第１の部材２１０と第２の部材２１２が補強部材２１４を挟んだ状態で、第１の部材２１０と第２の部材２１２を接合することで複合材料２１６を得てもよい（図５参照）。この場合、第１の部材２１０と第２の部材２１２の接合界面には特徴的な波状模様２１８が表れる。また、複合材料２１６は、他の部品に接合されることで該部品の機械的強度（耐力（破壊強度）と剛性（変形強度、ヤング率）の両方を含む。）を向上させる効果を有する。したがって、被成形部材と複合材料２１６が接合することにより得られる成形部材は大きな機械的強度を有する。

【0040】

上述した実施形態において、被成形部材１１０と複合材料１１２は熱硬化性接着剤１１４により接合するが、例えばパンチ１８が加える圧力による圧入で接合されてもよい。

【0041】

上述した実施形態において、複合材料１１２は被成形部材１１０の上面の略中央部に載せられているが、パンチ側に配置されていてもよい。この場合、複合材料が落下しないように、治具（例えば上下に摺動可能なホルダ）が複合材料の端部を支持していることが好ましい。

【0042】

上述した実施形態において、被成形部材１１０と複合材料１１２はダイス１４側からパンチ１８側に向かって順番に配置されているが、パンチ側からダイス側に向かって順番に、すなわち逆転して配置されてもよい。

【符号の説明】

【0043】

１４：ダイス
１６，２０：加工形状（型部）
１８：パンチ
１１０：被成形部材
１１２：複合材料
１２６，１２８：所定形状（凸形状）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】