(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車部品や建築部材などの部品に使用される軽量で剛性が高い複合体を提供する。【解決手段】塗装素形材２の表面に有機樹脂層５が被覆されてあり、前記有機樹脂層の一部あるいは全体が熱可塑性プラスチック３と混合している熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体１である。その複合体は、接合領域を加圧した状態で、前記の熱可塑性プラスチックと有機樹脂層の融点以上の温度で、かつ有機樹脂層と熱可塑性プラスチックが酸化や分解しないような式（１）に示す全入熱量を付与した後、前記の融点未満になるまで加圧保持して作製する。全入熱量＝均熱温度（℃）×均熱時間（ｓ）・・・・・式（１）【選択図】図１
2019136975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチックと塗装素形材を有する複合体であって、塗装素形材の表面に有機樹脂層が被覆されてあり、前記有機樹脂層の一部あるいは全体が熱可塑性プラスチックと混合していることを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項２】
熱可塑性プラスチックと、表面に有機樹脂層を被覆している塗装素形材と、ホットメルトフィルムを有する複合体であって、ホットメルトフィルムが熱可塑性プラスチックの樹脂層と塗装素形材表面の有機樹脂層の各々の樹脂層の一部あるいは全体と混合していることを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項３】
塗装素形材の表面に被覆されている有機樹脂層が酸変性ポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項４】
塗装素形材の表面に被覆されている有機樹脂層がポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項５】
塗装素形材は鉄鋼材料や非鉄金属、熱硬化性プラスチックである請求項１〜２のいずれかに記載の熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項６】
塗装素形材と熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が加工された形状でことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項７】
塗装素形材と熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が平板形状であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
【請求項８】
熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法において、接合領域を加圧した状態で、前記の熱可塑性プラスチックと有機樹脂層の融点以上の温度で、かつ有機樹脂層と熱可塑性プラスチックが酸化や分解しないような式（１）に示す全入熱量を付与した後、前記の有機樹脂層と熱可塑性プラスチックの融点未満になるまで接合領域の加圧状態を保持することを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法。
全入熱量＝均熱温度（℃）×均熱時間（ｓ）・・・・・式（１）
【請求項９】
ホットメルトフィルムを熱可塑性プラスチックと塗装素形材との間に挿入して接合する方法において、接合領域を加圧した状態で、前記の熱可塑性プラスチックと有機樹脂層とホットメルトフィルムの融点以上の温度で、かつ有機樹脂層と熱可塑性プラスチックとホットメルトフィルムが酸化や分解しないような式（１）に示す全入熱量を付与した後、前記の有機樹脂層と熱可塑性プラスチックとホットメルトフィルムの融点未満になるまで接合領域の加圧状態を保持することを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法。
全入熱量＝均熱温度（℃）×均熱時間（ｓ）・・・・・式（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品や建築部材などの部品に使用される熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の骨格部品や車体部品に関しては、燃費向上や電動化などの理由から様々な物質を混合したプラスチック素材が使用されるようになってきた。また、スマートフォンやタブレットなどの携帯型情報端末機器にも、軽量化を目的としてプラスチック製部品が多くなっている。このようなプラスチックを素材とした部品は、プラスチック自体の剛性が低いために厚肉化する必要があり、これによって加工の難易度が上がって設計自由度が低下したり、組み込まれる最終製品の寸法が大きくなるという問題がある。
【０００３】
また、建築部材に関しては、耐震性向上の観点から、特に屋根部材の軽量化が求められている。しかし、屋根部材は積雪や台風に対する剛性を確保する必要があり、その剛性確保が優先的に行われているため鉄鋼材料の適用が多く、軽量化を達成するまでには至っていない。この建築部材に軽量化目的でプラスチック製部材を適用しようとしても、剛性の観点から自動車や携帯型情報端末機器の場合と同じような問題が発生する。  
【０００４】
上記の問題に対して近年では、プラスチックと金属材料を複合化することが提案されている。前記の複合体を製造する方法としては、特許文献１に示すように金属材の表面粗さを大きくした後に熱融着し、金属材とプラスチックをアンカー効果によって接合する方法が提案されている。しかし、この方法では、素材の表面粗さを大きくしても加工した後に表面の凹凸寸法が変化するため、加工後でなければ適用することができず、おのずと製造工程が増えてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のプラスチック製部品を扱う上での問題を解決するため、プラスチックと塗装素形材との複合体として剛性と軽量化を実現できることを見出して完成したものである。ここで塗装素形材とは、鉄鋼材料や非鉄材料、熱硬化性プラスチックが素材であり、形状は限定されず、板状やコイル状、加工製品などが該当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１０８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来方法の問題を解消してプラスチックと塗装素形材との複合体を実現している。本発明の複合体は、プラスチックとして熱可塑性プラスチックを用い、それと鉄鋼材料などを素材とした塗装素形材を接合した複合体である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
熱可塑性プラスチックは、加熱することで樹脂部分が軟質化するため、この軟質化状態にすることで絞り加工などの塑性加工を実現することができるとともに、塗装素形材の表面に接合用処理層を設ければ熱融着も可能となる。つまりは、特許文献１のような金属材の表面に凹凸を付与する工程を省略することができる。
上記のような特徴を持つ本発明の内容は以下の通りである。
（１）熱可塑性プラスチックと塗装素形材を有する複合体であって、塗装素形材の表面に有機樹脂層が被覆されてあり、前記有機樹脂層の一部あるいは全体が熱可塑性プラスチックと混合していることを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（２）熱可塑性プラスチックと、表面に有機樹脂層を被覆している塗装素形材と、ホットメルトフィルムを有する複合体であって、ホットメルトフィルムが熱可塑性プラスチックの樹脂層と塗装素形材表面の有機樹脂層の各々の樹脂層の一部あるいは全体と混合していることを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（３）塗装素形材の表面に被覆されている有機樹脂層が酸変性ポリプロピレンを含むことを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（４）塗装素形材の表面に被覆されている有機樹脂層がポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含むことを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（５）塗装素形材は鉄鋼材料や非鉄金属、熱硬化性プラスチックである熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（６）塗装素形材と熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が加工された形状でことを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（７）塗装素形材と熱可塑性プラスチックの少なくともどちらか一方が平板形状であることを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体。
（８）熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法において、接合領域を加圧した状態で、前記の熱可塑性プラスチックと有機樹脂層の融点以上の温度で、かつ有機樹脂層と熱可塑性プラスチックが酸化や分解しないような式（１）に示す全入熱量を付与した後、前記の有機樹脂層と熱可塑性プラスチックの融点未満になるまで接合領域の加圧状態を保持することを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法。
（９）ホットメルトフィルムを熱可塑性プラスチックと塗装素形材との間に挿入して接合する方法において、接合領域を加圧した状態で、前記の熱可塑性プラスチックと有機樹脂層とホットメルトフィルムの融点以上の温度で、かつ有機樹脂層と熱可塑性プラスチックとホットメルトフィルムが酸化や分解しないような式（１）に示す全入熱量を付与した後、前記の有機樹脂層と熱可塑性プラスチックとホットメルトフィルムの融点未満になるまで接合領域の加圧状態を保持することを特徴とする熱可塑性プラスチックと塗装素形材の接合方法。
全入熱量＝均熱温度（℃）×均熱時間（ｓ）・・・・・式（１）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、様々な種類の塗装素形材が接合されていても、その密着性に優れた熱可塑性プラスチックと塗装素形材との複合体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の複合体の一例に係る断面図である。
【図２】本発明の複合体のその他の例に係る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．複合体
本発明の複合体は、一方面あるいは両面に有機樹脂層を形成した塗装素形材と熱可塑性プラスチックを塗装素形材の樹脂層と熱可塑性プラスチックの樹脂層とで接合している。
【００１２】
図１は、本発明の複合体の一例である。複合体１は、図１に示したように、塗装素形材２、熱可塑性プラスチック３を有する。塗装素形材２は、素形材４と有機樹脂層５を有する。複合体１では、有機樹脂層５と熱可塑性プラスチック３の樹脂層が融着することで接合しており、有機樹脂層５の一部あるいは全体で可塑性プラスチック３の樹脂層と混合している。
【００１３】
図２は、本発明の複合体のその他の例である。複合体１は、図２に示したように、塗装素形材２、熱可塑性プラスチック３を有しているが、塗装素形材２の有機樹脂層５と熱可塑性プラスチック３の樹脂層の間にホットメルトフィルム６を挿入し、ホットメルトフィルム６と塗装素形材２の有機樹脂層５と熱可塑性プラスチック３の樹脂層が融着することで接合しており、ホットメルトフィルム６が熱可塑性プラスチック３の樹脂層と塗装素形材表面の有機樹脂層５の各々の樹脂層の一部あるいは全体と混合している。
【００１４】
２．塗装素形材
本発明の塗装素形材２は、素形材４と有機樹脂層５を含む。有機樹脂層５は、素形材４の表面に形成されている。また、塗装素形材２の形状は、特に限定されず、平板や絞り形状などの加工形状でも良い。素形材４表面への有機樹脂層５の被覆方法も、特に限定されず、ロールコート法やカーテンフロー法、スピンコート法、スプレー法、浸漬引き上げ法などを適用できる。
【００１５】
素形材４の材質は、特に限定されない。例えば、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、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ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、特殊鋼などの鉄鋼材料やアルミニウム合金や銅合金、マグネシウム合金、チタンなどの非鉄金属材料、熱硬化性プラスチックが含まれる。
【００１６】
３．有機樹脂層
有機樹脂層５は、有機樹脂を含有する層であり、塗装素形材２と熱可塑性プラスチック３との密着性を向上させる。有機樹脂層５は、素形材４の表面に形成されている。有機樹脂層５が熱可塑性プラスチック３の樹脂層に融着することで強固に密着される。
【００１７】
有機樹脂層５の有機樹脂の種類は、素形材４と水素結合する官能基（水素結合性官能基）を有し、ホットメルトフィルム６に対する融着性を有するものであれば、特に限定されない。前記の水素結合性官能基の例には、カルボキシル基およびアミノ基が含まれる。水素接合性官能基を有し、ホットメルトフィルム６との融着性も有する樹脂としては、酸変性ポリプロピレン系樹脂やポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂があり、これらは特に融着性が高い。また、その他にポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが含まれる。これらの樹脂は、単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００１８】
４．熱可塑性プラスチック
熱可塑性プラスチック３は、板状だけでなく絞り形状などの加工形状としても良い。また、種類としては、熱可塑性能があれば、特に限定されない。例えば、酸変性ポリプロピレン系樹脂やポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂などが含まれる。これらの樹脂は、単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。
【００１９】
５．ホットメルトフィルム
ホットメルトフィルム６の種類は、熱可塑性樹脂組成物の延伸または押出し成形などの既存方法で作製され、加熱により溶融して種々の部材と接合力を発現する成分で構成されるフィルムまたはシート状のものであれば、特に限定されない。例えば、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系などが適用できる。
【００２０】
６．接合方法
接合方法は、熱可塑性プラスチック３、有機樹脂層５、ホットメルトフィルム６の融点以上の温度で、かつ有機樹脂層５、熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６が酸化や分解しないような全入熱量を付与した後、前記の有機樹脂層５、熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６の融点未満になるまで接合領域の加圧状態を保つ工程である。ここで、全入熱量は、以下の式（１）で定義したが、これは、加熱時の均熱温度と均熱時間を変化させることによって、接合領域の熱可塑性プラスチック３、有機樹脂層５、ホットメルトフィルム６の酸化や分解の状態が変化することを見出したためである。具体的には、全入熱量が高すぎると酸化や分解が進み過ぎてしまい、接合強度が低下する現象が発生する。
全入熱量＝均熱温度（℃）×均熱時間（ｓ）・・・・・式（１）
また、前記の融点は、熱可塑性プラスチック３、有機樹脂層５、ホットメルトフィルム６の何れかの最も高い融点で設定する。これは、熱可塑性プラスチック３、有機樹脂層５、ホットメルトフィルム６を互いに混合させるためである。さらに、前記の加圧は、熱可塑性プラスチック３が変形しない加圧力に設定することが好ましく、加熱後の接合部分における剥離を防止するために有機樹脂層５、熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６の何れかの最も低い融点未満となるため加圧状態を保持する。
【００２１】
接合時の加熱方法としては、前記の条件を設定できれば特に限定しない。熱風を与える方法やレーザ光による加熱、通電加熱や炉内加熱などで加熱した状態の押し付け工具を用いる方法、超音波接合方法などが使用できる。このうち、熱風を与える方法やレーザ光による加熱方法では、加圧を付加する別の工具で塗装素形材２、熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６を加圧して加熱する場合や、塗装素形材２の自重を用いる場合の加圧方法を適用することができる。さらにレーザ光による加熱では、熱可塑性プラスチック３やレーザ光の種類によって、レーザ光を熱可塑性プラスチック３が透過することができる場合は、熱可塑性プラスチック３側からレーザ光を入射しても良い。
【実施例】
【００２２】
１．塗装金属素形材の作製
（１）素形材
素形材４として、片面当りのめっき付着量が４５ｇ／ｍ２の溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板を使用した。このめっき鋼板の基材は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）である。また、この素形材４の寸法は、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、板厚１．６ｍｍである。
【００２３】
（２）有機樹脂塗料の調製
有機樹脂のエマルジョン、ポリエチレンワックスおよび架橋剤を水に添加して不揮発成分が２０質量％の有機樹脂塗料を調製した。有機樹脂のエマルジョンには、ウレタン系樹脂のエマルジョン、ポリプロピレン系樹脂のエマルジョン（アデカボンタイターＨＵＸ−３８６：株式会社ＡＤＥＫＡ）を用いた。ウレタン系樹脂のエマルジョンには、市販のポリカーボネートユニットを含有するポリウレタン樹脂のエマルジョンを用いた。ポリプロピレン系樹脂のエマルジョンには、市販の酸変性ポリプロピレン樹脂エマルジョン（ハードレンＮＺ−１００５：東洋紡株式会社）を用いた。
【００２４】
（３）有機樹脂層の形成
前記の素形材４を液温４０℃、ｐＨ１２のアルカリ脱脂水溶液（ＳＤ−２７０：日本ペイント株式会社）に１分間浸漬して、表面を脱脂した。次いで、脱脂した素形材４の表面に上記（２）で調製した有機樹脂塗料をロールコーターで塗布し、到達温度が１５０℃となるように熱風乾燥機で乾燥させて、有機樹脂層５を形成した。有機樹脂層５の付着量は、有機樹脂塗料の種類に係わらず約１．２ｇ／ｍ２であった。こうして、塗装素形材２を得た。
【００２５】
２．ホットメルトフィルムの種類
ホットメルトフィルム６としては、ポリウレタン系で厚さが７０μｍ、融点が１１０℃のＳＨＭ１０７−ＰＵＲ（シーダム株式会社）を用いた。
【００２６】
３．塗装素形材と熱可塑性プラスチックとの接合方法
接合方法としては、加熱した金型によって加熱および加圧する熱融着方法とした。上下の金型寸法は、幅１２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、高さ２０ｍｍの矩形状である。表１に接合に供したサンプルと融点を示す。寸法が厚さ１ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍの熱可塑性プラスチック３と、上記「１．」で作製した塗装素形材２を用い、塗装素形材２の長手方向の一端側の幅１００ｍｍ、長さ３０ｍｍの領域に熱可塑性プラスチック３を設置して熱融着した。熱融着時の加圧力は、１ＭＰａとし、ホットメルトフィルム６を熱可塑性プラスチック３と塗装素形材２の間に挿入して接合する場合の加圧力も前記の値と同じとした。その他の条件は塗装素形材２の有機樹脂層５や熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６の組み合わせによって変更した。
【００２７】
【表１】
2019136975.tif 000003
【００２８】
４．接合領域の評価方法
表２に上記の「１．」〜「３．」で作製した複合体１に関する塗装素形材２の有機樹脂層５、熱可塑性プラスチック３、ホットメルトフィルム６の組み合わせと、加熱温度と均熱時間の条件を示す。各々の複合体１の接合力は、塗装素形材２と熱可塑性プラスチック３を把持し、互いに逆向きに速度１００ｍｍ／分で引っ張り、破断したときの強度を測定した。強度が１．０ｋＮ未満は「×」、強度が１．０ｋＮ以上を「○」とし、「○」を合格とした。また、接合領域における樹脂部分の酸化や分解の状態を、フーリエ変換赤外分光光度計で全反射法を用いて分析を行い、酸化や分解していない状態を「Ｇ」、酸化や分解している状態を「Ｎ」として表２で区分した。
【００２９】
【表２】
2019136975.tif 000004
【００３０】
５．接合領域の評価結果
上記「５．」で評価した接合強度と、接合領域における樹脂部分の酸化や分解の状態も表２に示した。本発明の実施例の複合体１は、何れも十分な接合強度を示し、接合領域における樹脂部分の酸化や分解も発生していない状態であった。これに対して比較例の複合体は、接合領域における樹脂部分の酸化や分解が進んでおり、強度１．０ｋＮ未満で不合格であった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の複合体は、優れた接合力を有していることから、自動車部品や建築部材などの軽量化や剛性が求められる部品に好適である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・複合体
２・・・塗装素形材
３・・・熱可塑性プラスチック
４・・・素形材
５・・・有機樹脂層
６・・・ホットメルトフィルム
【図１】
2019136975.tif 000005
【図２】
2019136975.tif 000006