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PRODUCTION METHOD OF RESIN-METAL JOINED ARTICLE AND RESIN-METAL JOINED ARTICLE meetings

Patent code P170014147
File No. 1862
Posted date May 24, 2017
Application number P2016-197812
Publication number P2018-058279A
Date of filing Oct 6, 2016
Date of publication of application Apr 12, 2018
Inventor
  • (In Japanese)細井 厚志
  • (In Japanese)川田 宏之
  • (In Japanese)阿部 暉
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title PRODUCTION METHOD OF RESIN-METAL JOINED ARTICLE AND RESIN-METAL JOINED ARTICLE meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain sufficient joining strength without using joining members such as bolts and rivets or adhesives when joining various resins and aluminum materials.
SOLUTION: The method of manufacturing a resin-metal joined article 10 according to the present invention is to sequentially carry out a nano spike array fabricating step of fabricating a nano spike array 13 consisting of plural acicular protrusions 13A protruding on the surface of an aluminum material 11, a silane coupling treatment step of carrying out the silane coupling treatment on the surface of the aluminum material 11 where the nano spike array 13 is formed, and a joining step of joining the aluminum material 11 and a resin 21 by solidifying the resin 21 in molten state after entering a gap S formed between the respective protrusions 13A.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

炭素繊維と樹脂の複合材として炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が知られており、このCFRPとしては、母材に熱硬化性樹脂を用いた熱硬化性のCFRPの他に、母材に熱可塑性樹脂を用いた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック(CFRTP)がある。これらCFRPは、軽量且つ高強度であるため、航空機や自動車等の部品として広く用いられている。特に、自動車分野では、適材適所に種々の材料を採用するマルチマテリアル化がなされる傾向があり、成形性の観点から熱可塑性樹脂を母材としたCFRTPが用いられている。当該CFRTPは、保管や量産性に優れており、後加工も容易でリサイクル可能等の理由から、製造コストが安価となる。

これらCFRPが航空機や自動車等の部品の材料として用いられる際には、金属材料からなる他の部品との接合が必要になる。例えば、航空機では、CFRP製の部品とアルミニウム製の部品との接合に、ボルトやリベット等の接合部材が多く用いられる。しかしながら、このような接合部材を用いた接合は、ボルトやリベット自体の重量が嵩み、CFRPを用いることによる軽量化のメリットを阻害する要因となるばかりか、ボルト孔が損傷発生の起点となり易く、近年では、これらCFRP等の樹脂とアルミニウム材の接合をボルトレス化することが求められている。

ところで、特許文献1~3には、ボルトやリベット等の接合部材を用いずに、CFRPと金属とを接合する様々な手法が開示されている。すなわち、特許文献1には、金属表面にナノメートルオーダの微細凹凸を設けた上で、当該金属表面とCFRPとをエポキシ系接着剤を用いて接着する方法が開示されている。また、特許文献2には、金属表面にトリアジンチオール誘導体を含有する層を形成した上で、当該層とCFRP間に熱可塑性樹脂層を更に設け、熱可塑性樹脂層を溶融させることで、金属とCFRPを接合する方法が開示されている。更に、特許文献3には、1000~100000本の単繊維を含有する短冊状の繊維束からなる炭素繊維を40~80重量%含有した熱可塑性樹脂と、接合面の面粗度が1~100μmとなる金属とを振動溶着する方法が開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、樹脂金属接合体の製造方法及び樹脂金属接合体に係り、特に、ボルトやリベット等の接合部材を用いることなく、熱可塑性若しくは熱硬化性の炭素繊維強化樹脂とアルミニウム材とを接合する樹脂金属接合体の製造方法及び樹脂金属接合体に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
樹脂とアルミニウム材を接合してなる樹脂金属接合体の製造方法において、
前記アルミニウム材の表面に多数突出する針状の突起からなるナノスパイクアレイを作製するナノスパイクアレイ作製工程と、前記各突起の間に形成された隙間に溶融状態の前記樹脂を侵入させてから固化することで、前記アルミニウム材と前記樹脂を接合する接合工程とを順に行うことを特徴とする樹脂金属接合体の製造方法。

【請求項2】
 
前記ナノスパイクアレイ作製工程では、前記アルミニウム材を陽極酸化処理することで、当該アルミニウム材の表面にポーラス構造のポーラスアルミナを形成した後、エッチング処理により前記ポーラスアルミナを除去することで、前記アルミニウム材の新たな表面に前記ナノスパイクアレイを形成することを特徴とする請求項1記載の樹脂金属接合体の製造方法。

【請求項3】
 
前記ナノスパイクアレイ作製工程と前記接合工程との間に、前記ナノスパイクアレイが形成された前記アルミニウム材の表面にシランカップリング処理を行うシランカップリング処理工程を行い、
前記接合工程では、シランカップリング処理後の前記アルミニウム材の表面に前記樹脂を接合することを特徴とする請求項1又は2記載の樹脂金属接合体の製造方法。

【請求項4】
 
前記樹脂は、母材に熱可塑性樹脂を用いた熱可塑性炭素繊維強化樹脂であり、
前記接合工程では、加熱によって溶融状態となった前記樹脂の接合部分と、前記ナノスパイクアレイが形成された前記アルミニウム材の接合部分とを相互に接近させる方向に押圧するホットプレス処理により、前記各接合部分が接合されることを特徴とする請求項1、2又は3記載の樹脂金属接合体の製造方法。

【請求項5】
 
樹脂とアルミニウム材の接合体において、
前記樹脂に接合する前記アルミニウム材の接合部分には、平面視で多数散在する錐体状の突起が形成され、当該各突起の間に前記樹脂が入り込むことで、前記樹脂と前記アルミニウム材とが噛み合った状態で接合していることを特徴とする樹脂金属接合体。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2016197812thum.jpg
State of application right Published
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