(57)【要約】【課題】物性の異なる２種以上のアルミニウム合金同志を液処理後射出成形により一体化するアルミニウム合金と樹脂の複合体とその製造技術の提供。【解決手段】物性の異なる２種以上のアルミニウム合金形状物１，２，３，４，５，６，７に各々特殊液処理を施し、乾燥し、射出成形金型にインサートする。この射出成形金型にＰＢＴ系又はＰＰＳ系樹脂を射出することにより、アルミニウム合金形状物同志は熱可塑性樹脂組成物８により強固に安定的に接着する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金に合成樹脂を射出成形させ複合製品を製造する方法であって、
物性の異なる２種以上のアルミニウム合金を個別に形状加工を行なう工程と、
前記各形状加工されたアルミニウム合金形状物を個別に水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬する処理を行なう工程と、
前記各アルミニウム合金形状物を組み合わせ射出成形金型にインサートする工程と、
前記各アルミニウム合金形状物のインサートされた前記射出成形金型にポリブチレンテレフタート系、又はポリフェレンスルフィド系の熱可塑性樹脂組成物を射出する工程と
からなることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１項に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金の一方のアルミニウム合金は溶接に適さないか、又は溶接部の許容応力が低くく溶接効率の悪いアルミニウム合金の種類であり、他方のアルミニウム合金は溶接可能なアルミニウム合金の種類であることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項３】
請求項２項に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法において、
前記一方のアルミニウム合金の種類は日本工業規格でＡ２０００、Ａ６０００、Ａ７０００番台から選択される１種のアルミニウム合金種であり、他方のアルミニウム合金の種類は日本工業規格でＡ１０００、３０００、５０００、６０００番台から選択される１種のアルミニウム合金であることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項４】
請求項１項に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金の一方のアルミニウム合金は熱伝導率が優れていてプレス加工がし易い１０００番系のアルミ合金の種類であり、他方のアルミニウム合金は熱伝導率が優れているがプレス加工はやや困難な日本工業規格のＡ６０００番系アルミニウム合金の種類であることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項５】
請求項１項に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法において、
前記水溶性アミン系化合物は、ヒドラジン、アンモニア、水溶性アミン化合物から選択される１種以上であることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法。
【請求項６】
アルミニウム合金に合成樹脂を射出成形させて製造するアルミニウム合金の複合体であって、
所定の形状に加工された後水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬した物性の異なる２種以上のアルミニウム合金形状物と、
前記各アルミニウム合金形状物を射出成形金型にインサートした後、この射出成形金型に射出されるポリブチレンテレフタート系又はポリフェレンスルフィド系の熱可塑性樹脂組成物と
からなるアルミニウム合金と樹脂の複合体。
【請求項７】
請求項６に記載のアルミニウム合金と樹脂の複合体において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金形状物の一方のアルミニウム合金形状物は溶接に適さないか、又は溶接部の許容応力が低くく溶接効率の悪いアルミニウム合金形状物の種類であり、他方のアルミニウム合金形状物は溶接可能なアルミニウム合金形状物の種類であることを特徴とするアルミニウム合金と樹脂の複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家電機器の筐体等に用いられるアルミニウム合金と樹脂の複合体とその製造方法に関する。更に詳しくは、アルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂を一体化した複合体とその製造方法に関し、特に家電製品、医療機器、車両用構造部品、車両搭載用品、建築資材の部品、その他の構造用部品、機械部品や外装用部品等に用いられるアルミニウム合金と樹脂の複合体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属と樹脂を一体化する技術は、自動車、家庭電化製品、産業機器等の部品製造等の広い分野から求められており、このために多くの接着剤が開発されている。この中には非常に優れた接着剤がある。常温、又は加熱により機能を発揮する接着剤は、金属と合成樹脂を一体化する接合等にも使われ、この方法は現在では一般的な技術である。
【０００３】
しかしながら、接着剤を使用しないで接着させる方法も従来から種々研究されてきた。アルミニウムやその合金である軽金属類あるいはステンレスなど鉄合金類に対しては、接着剤の介在なしで高強度のエンジニアリング樹脂を一体化する方法であるが、例えば、金属側に樹脂成分を射出する等の成形と同時に接着する方法は、まだ本格的に実用化されている段階ではない。
【０００４】
これに関連し、実用化のため、本発明者らは鋭意研究開発を進めてきた。その結果、水溶性アミン系化合物の水溶液にアルミ合金形状物を浸漬してからポリブチレンテレフタレート樹脂（以下ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド樹脂（以下ＰＰＳ）を主成分とする熱可塑性樹脂組成物と高温高圧下で接触させると特異的に接着力が生じることを見出し、この技術を確立した。
【０００５】
これに関わる技術について同一出願人は、射出によりアルミニウム合金と樹脂を一体化させる構造物とその技術を提案している（特許文献１，２，３参照）。又、金属表面をケミカルエッチングしてから金型にインサートし、射出成形する方法も知られている（特許文献４参照）。アルミニュームは合金化で、本来の物性である優れた展伸性、電導性、熱伝導性に加え、高強度化、高耐食性化、快削性化などが可能であり広い分野で用いられている。
【０００６】
特に今後、環境問題や石油資源の問題から、将来は省資源に結びつく分野の技術が主役になるとみられるが、この場合も車両等の軽量化にアルミニウム合金の適用が期待されている。更に、社会の流れは健康志向であり、市街地の活性化が望まれ、又健康な高齢者が急増しているという現実は無視できない。これらに適用した分野の創生技術が望まれる。
【０００７】
例えば、アルミ合金を存分に使用した軽量の自転車、電気アシスト自転車等は有望な技術向上分野の対象である。これらの現状製品の中には、溶接で結合したもの、接着により結合したもの等があるが、異なる物性をもつものを組み合わせ剛性を有する構造物とする結合技術は確立されていない。即ち、溶接に不向きなものの組み合わせ、鋳物と板との組み合わせ、接着を上まわる強度を必要とするものの組み合わせ等の結合である。従って現状においては、種々のニーズに応える多様化した製品の製造には限界があり、限定されたものしか製造されていない。
【特許文献１】特開２００３−１０３５６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１７０５３１号公報
【特許文献３】特開２００３−０７０６３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２２５３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、前記公知の技術を使用してその効果を確かめるべく各種アルミニウム合金に関する詳細実験を繰り返した。アルミニウム合金は添加金属の種類や量によって大きく性質が変わり、大分類で展伸用合金、具体的には日本工業規格（ＪＩＳ）表示でＡ１０００番代からＡ７０００番代までのアルミニウム合金と鋳造用アルミニウム合金の２種がある。
【０００９】
アルミニウム合金には、鉄、銅、マグネシューム、マンガン、珪素、クロム、その他が適宜含有されている。これらの成分を含むアルミニウム合金は、含有成分がそれぞれ異なり物性が違ってくるので、同じエッチング処理や、同じ水溶性アミン系化合物水溶液での処理をしていても同じ射出接着力を示さない。
【００１０】
本発明者らは鋭意研究し、使用頻度が高くなると思われるＡ１０８５、Ａ１０５０、Ａ１１００、Ａ２０１７、Ａ２０２４、Ａ３００３、Ａ５０５２、Ａ５０５６、Ａ５０６２、Ａ６０６１、Ａ６０６３、Ａ７０７５の各展伸用アルミニウム合金、及び鋳造用アルミニウム合金のＡＤＣ１２についてその各々についての最適処理法を見出した。後述するように、これらのうち展伸用アルミニウム合金に対しＰＢＴ、ＰＰＳの射出接着でせん断破断力が１４．７〜１９．６ＭＰａ（１５０〜２００Ｋｇｆ／ｃｍ２）、ＡＤＣ１２に対しても９．８〜１４．７ＭＰａ（１００〜１５０Ｋｇ／ｃｍ２）という強い接着力の確保に成功した。  
【００１１】
射出接着の対象としたこれらアルミニウム合金は、その物性が多様化している。例えば純アルミニウム系の日本工業規格のＡ１０００番代のアルミニウム合金は抗張力低く（純度９９．８５％以上のＡ１０８５で６８．６ＭＰａ（７００Ｋｇｆ／ｃｍ２）程度）柔らかいが熱伝導率は非常に高い（Ａ１０８５で２３０Ｗ／ｍ℃）。又、Ａ２０１７（ジュラルミン）、Ａ２０２４（超ジュラルミン）、Ａ７０７５（超々ジュラルミン）は硬く高強度（Ａ７０７５の抗張力は５３９．４ＭＰａ（５５００Ｋｇ／ｃｍ２））であるが、溶接に向かず、熱伝導度も純アルミニウムの６割程度である。
【００１２】
又、Ａ６０６３のアルミニウム合金は抗張力が２３５．４ＭＰａ（２４００Ｋｇｆ／ｃｍ２）で中程度の強さがあり、熱伝導率は２００Ｗ／ｍ℃で純アルミニウム系に近い。溶接も出来るが溶接部の強度は低く溶接効率は低い。又、Ａ５０５２のアルミニウム合金は抗張力２５９．９ＭＰａ（２６５０Ｋｇｆ／ｃｍ２）と前者と同程度の強さがあり溶接も可能であるが、熱伝導率は１４０Ｗ／ｍ℃と純アルミニウムの６割程度である。
【００１３】
構造物の例をとると、現在のアルミニウム合金製自転車のフレーム構造はパイプ材の溶接で出来ている。即ち、溶接可能で展伸可能な合金で強度の高い物、Ａ５０５２やＡ６０６３のアルミニウム合金を主に使うことになる。フレーム構造にＡ７０７５のアルミニウム合金が使用可能なら計算上は重量が６割くらいになるが、溶接が出来ないのが問題である。
【００１４】
又、ノートブックパソコンでは、小型化と高性能化でＣＰＵの発生熱を円滑に放熱する技術が重要になってきている。現在、ＣＰＵと放熱ファンの間を肉厚純銅やヒートパイプで繋ぎ熱移動を行っている。ヒートパイプは通路が直線的でないと効果が下がるので設計上の制約がある。又、具体的に言えば、純銅は熱伝導率が４１０Ｗ／ｍ℃あり極めて高いが、銅の密度８．９５ｇ／ｃｍ３である。アルミニウム合金の密度２．７ｇ／ｃｍ３を勘案すれば、重量当たりの熱伝導率は純銅よりアルミニウム合金（Ａ１０８５）の方が倍近く優れていることになる。
【００１５】
このようなことから前述のアルミニウム合金を使用する技術は各分野に適用が可能である。本発明は上述のような技術背景のもとに開発されたものであり、下記の目的を達成する。本発明の目的は、物性の異なる２種以上のアルミニウム合金と熱可塑性樹脂を強固に一体化した複合体とその製造技術の提供にある。本発明の他の目的は、軽量化し、量産可能に構成し、低コストにした複合体とその製造技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記目的を達成するため次の手段を採る。
本発明１のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法は、
アルミニウム合金に合成樹脂を射出成形させ複合製品を製造する方法であって、
物性の異なる２種以上のアルミニウム合金を個別に形状加工を行なう工程と、
前記各形状加工されたアルミニウム合金形状物を個別に水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬する処理を行なう工程と、
前記各アルミニウム合金形状物を組み合わせ射出成形金型にインサートする工程と、
前記各アルミニウム合金形状物のインサートされた前記射出成形金型にポリブチレンテレフタート系、又はポリフェレンスルフィド系の熱可塑性樹脂組成物を射出する工程とからなることを特徴とする。
【００１７】
本発明２のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法は、本発明１において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金の一方のアルミニウム合金は溶接に適さないか、又は溶接部の許容応力が低くく溶接効率の悪いアルミニウム合金の種類であり、他方のアルミニウム合金は溶接可能なアルミニウム合金の種類であることを特徴とする。
【００１８】
本発明３のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法は、本発明２において、
前記一方のアルミニウム合金の種類は日本工業規格でＡ２０００、Ａ６０００、Ａ７０００番台から選択される１種のアルミニウム合金種であり、他方のアルミニウム合金の種類は日本工業規格でＡ１０００、３０００、５０００、６０００番台から選択される１種のアルミニウム合金であることを特徴とする。
【００１９】
本発明４のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法は、本発明１において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金の一方のアルミニウム合金は熱伝導率が優れていてプレス加工がし易い１０００番系のアルミ合金の種類であり、他方のアルミニウム合金は熱伝導率が優れているがプレス加工はやや困難な日本工業規格のＡ６０００番系アルミニウム合金の種類であることを特徴とする。
【００２０】
本発明５のアルミニウム合金と樹脂の複合体の製造方法は、
前記水溶性アミン系化合物は、ヒドラジン、アンモニア、水溶性アミン化合物から選択される１種以上であることを特徴とする。
【００２１】
本発明６のアルミニウム合金と樹脂の複合体は、
アルミニウム合金に合成樹脂を射出成形させて製造するアルミニウム合金の複合体であって、
所定の形状に加工された後水溶性アミン系化合物の水溶液に浸漬した物性の異なる２種以上のアルミニウム合金形状物と、
前記各アルミニウム合金形状物を射出成形金型にインサートした後、この射出成形金型に射出されるポリブチレンテレフタート系又はポリフェレンスルフィド系の熱可塑性樹脂組成物とからなる。
【００２２】
本発明７のアルミニウム合金と樹脂の複合体は、本発明６において、
前記物性の異なる２種以上のアルミニウム合金形状物の一方のアルミニウム合金形状物は溶接に適さないか、又は溶接部の許容応力が低くく溶接効率の悪いアルミニウム合金形状物の種類であり、他方のアルミニウム合金形状物は溶接可能なアルミニウム合金形状物の種類であることを特徴とする。
【００２３】
以下、前述した本発明のアルミニウム合金と樹脂の複合体とその製造方法についてその手段を詳述する。アルミニウム合金をポリブチレンテレフタート系（ＰＢＴ系）又はポリフェレンスルフィド系（ＰＰＳ系）の熱可塑性樹脂組成物を射出成形する技術は、前述の特許文献に記載されているので、これに関わる技術の詳細説明は省略する。
〔アルミニウム合金形状物〕
【００２４】
アルミニウム合金は、１０００〜７０００番系のもの、またダイキャストグレードの各種のものが使用できる。最初に各アルミニウム合金材料をその材料に対して求められる原形に近い形状にすべく押し出し成形、鋳造、鍛造や機械加工する。実際には板、棒、パイプ、異形押し出し品等がアルミニウム加工会社から市販されているので、多くは市販品であるこれらの部品をもとに加工することになる。
【００２５】
具体的には、接合、切断、穴あけ、切削、鍛造や圧縮、曲げ、絞り、研磨等の加工であり、又、溶接、鋸加工、ドリル加工、フライス加工、放電加工、鍛造、プレス加工、研削加工、研磨加工、サンドブラスト、手磨き等あらゆる手段で射出成形での射出成形金型へのインサート用として必要な形状に仕上げられる。必要な形状に加工されたアルミニウム合金形状物は、接着すべき面に汚れがなく、厚く酸化や水酸化されていないことが必要である。なお、本発明でいう「溶接効率」とは、同一、又は異種のアルミニウム合金形状物を溶接で接合した溶接部分の引張り、圧縮、せん断等の許容応力、安全率、継手効率等を意味する。「溶接効率」が良いとは、許容応力が高い、安全率が低い、継手効率が高いことを意味し、「溶接効率」が悪いとは、許容応力が低い、安全率が高い、継手効率が低いことを意味する。
【００２６】
長期間の放置で表面に錆等の存在があると思われるものは研磨して取り除くことが必要である。又、ＡＤＣ１２等の鋳造用アルミニウム合金を使用し鋳造で形状化したものは、表面層での組成が内部組成と異なっているうえに表面組成が均一でないのが普通である。従って、この材料については、研磨等で組成が均一でない表層を予め除いておく必要がある。
【００２７】
又、これらのアルミニウム合金形状物を先にアルマイト化、ベーマイト化して使用するときは、接着に関係ない箇所を特定の塗料で塗装しておき、それを苛性ソーダ水溶液に浸漬して表皮を溶かすことでアルミ合金の地肌を再び出してから以下に示す液処理をして作業を進めることができる。
〔脱脂洗浄工程〕
【００２８】
アルミニウム合金形状物の表面には、通常、加工油や指脂が付いているので、脱脂し水洗浄することが好ましい。油の付着量が大きいものは脱脂工程を２段にする。市販のアルミニウム用脱脂剤水溶液に水洗を挟んで２段脱脂する方法でもよく、トリクレンなどの有機溶剤で洗浄して油分の大部分を取り除きその後に脱脂剤水溶液による脱脂をしてもよい。市販のアルミニウム合金用脱脂剤を使う場合、これを水に溶解し指定された温度と時間で、多くは６０〜８０℃で５分前後、アルミニウム合金形状物をこの溶解水に浸漬するのが好ましい。
【００２９】
市販脱脂剤はアルミニウム合金をエッチングするタイプとエッチングしないタイプがあるが、本発明ではエッチングしないタイプの方が好ましい。理由は、脱脂・洗浄工程の後に以下に述べるエッチング工程が設定してあるからである。各アルミニウム合金によるエッチングの微調節は後の工程で行う方が制御し易い。脱脂槽での浸漬が終わったものは水洗をして脱脂剤を落とす。この脱脂洗浄工程は、アルミニウム合金形状物の表面に油、油脂等が付着していなければ、省くことができる。
〔液処理工程〕
【００３０】
液処理は、前処理と本処理の２段階に分けられる。前処理で使用する浸漬用液は酸性、塩基性、又はその双方の水溶液である。塩基性液としては、０．５〜３％の水酸化アルカリ金属水溶液、特に苛性ソーダ水溶液を３５〜４０℃に温度制御して使うことが好ましい。酸性液としては、０．５〜５％のハロゲン水素酸、弗化水素酸誘導体、硝酸が使用できる。特に塩酸、硝酸、又は１水素２弗化アンモニュームの水溶液を３５〜４０℃に温度制御して使うことが好ましい。
【００３１】
これらの使い分けは合金内の組成によるので、個々には実際に試験をして最適の方法を選ぶことになる。何れにせよ、酸性液、塩基性液に数分浸漬して予めエッチングして表層を化学的に削り取るのが前処理の趣旨である。水洗して次の本処理に廻す。前処理を終了したアルミニウム合金形状物をアンモニア、ヒドラジン、又は水溶性アミン化合物の水溶液に浸漬する。
【００３２】
この浸漬処理がアルミニウム合金を射出接着可能な状態にする肝心な工程で、本処理と称することとする。前処理で得たアルミ合金形状物を更に超微細にエッチングし同時にこれらアミン系化合物を吸着させるのがこの工程の目的である。使用するのは広い意味のアミン化合物であり、アンモニア、ヒドラジン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、エタノールアミン、アリルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アニリン、その他のアミン類が含まれる。
【００３３】
これらの内、特にヒドラジンが好ましい。理由は臭気が小さいこと、低濃度で有効なこと、安価なこと、等の量産時を考慮すべきことからによる。浸漬は、４０〜８０℃、特に好ましくは５０〜７０℃で行い、濃度は使用する化合物によって異なるが、ヒドラジンの場合は１水和ヒドラジンとして２〜１０％濃度、特に好ましくは３〜５％の水溶液が好ましく、浸漬時間は３０〜９０秒が好ましい。この浸漬後、水洗し、４０〜９０℃で熱風乾燥する。
〔熱可塑性樹脂組成物〕
【００３４】
次に本発明で使用する熱可塑性樹脂組成物について述べる。この熱可塑性樹脂組成物はＰＢＴ、又はＰＰＳを主成分として使用できる。ＰＢＴ、ＰＰＳ単独のポリマーだけでなくこれらとポリカーボネート（以下ＰＣ）とのポリマーコンパウンド、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（以下ＡＢＳ）とのポリマーコンパウンド、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴ）とのポリマーコンパウンド、ポリスチレン（以下ＰＳ）とのポリマーコンパウンド、ポリアミドとのポリマーコンパウンド、が使用でき、ＰＢＴとＰＰＳのポリマーコンパウンドも使用できる。
【００３５】
又、フィラーの含有は、アルミニウム合金形状物と熱可塑性樹脂組成物との線膨張率を一致させるという観点から非常に重要である。フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他これらに類する高強度繊維が良い。  又、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、ガラス、タルク、粘土、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物、その他類する樹脂充填用無機フィラーを含有した熱可塑性樹脂組成物であることが非常に好ましい。アルミニウム合金の線膨張率（２．４×１０−５℃−１程度）に樹脂のそれを合わせるために、フィラーの含量はコンパウンド全体の２５〜５０％、好ましくは３０〜４０％である。
【００３６】
又、インサート成形後のアルミニウム合金の冷却縮みと熱可塑性樹脂組成物の成形収縮の関係でいえば、線膨張率が金属中最大のグループに属するアルミニウム合金であっても冷却縮みは樹脂の成形収縮より小さい。従って、フィラーを大量に含めても結晶性樹脂であるＰＢＴでは成形収縮率はやや大きいので、非晶性の樹脂を加えることで更に成形収縮率を下げることができる。その意味で、前記したポリマーコンパウンドにするのは効果的である。
【００３７】
適切なＰＢＴ、ＰＰＳ系の熱可塑性樹脂組成物を使うことで、アルミ合金と一体化した後での温度衝撃サイクル試験（例えば−４０℃と＋８５℃間を数百サイクル繰り返す試験）でも接着力が低下しないことが確かめられている。
〔インサート射出成形〕
【００３８】
射出成形金型を用意し、金型を開いて液処理済みのアルミニウム合金形状物をインサートし、金型を閉め、前記の熱可塑性樹脂組成物を射出し、射出後に金型を開き離型する。大量生産では、インサートにロボットを使用すると、作業が安定し、早く行なうことができ効果的である。金型温度、射出温度は高い方が良い結果が得られるが無理に上げる必要はない。
【００３９】
前記の熱可塑性樹脂組成物を使う従来の通常の射出成形時とほぼ同様の条件で十分な接着効果がでる。接着力を上げるためには、ガスを十分逃がして障害をなくした上で、高温高圧の溶融樹脂をアルミニウム合金形状物の表面に確実に接触させることが必要である。そのため、金型構成の段階でガス抜き対策が十分行われることが肝要である。
〔作用〕
【００４０】
本発明によれば、異なる物性の２種以上のアルミニウム合金形状物を、インサートによるＰＢＴ、ＰＰＳを含む熱可塑性樹脂組成物の射出成形で一体的に強固に接着することができる。特に、溶接に適するアルミニウム合金と溶接不可であるが高強度を有するアルミニウム合金とをも前記熱可塑性樹脂組成物で一体化できるため、全体として優れた物性を有する複合体としての構造物が軽量を維持しつつ入手可能になる。
【００４１】
例えば、溶接可能なアルミニウム合金としてＡ５０５２のアルミニウム合金を選び、溶接困難であるが高強度のアルミニウム合金として超々ジュラルミン（Ａ７０７５）を使うとする。溶接工程を終えた複雑形状のＡ５０５２のアルミニウム合金を取り付け部の部材とし、Ａ７０７５のアルミニウム合金を棒やパイプの単純形状の梁部材として用意し、簡易的に組み上げた後に射出成形金型にインサートし、ＰＢＴ、又はＰＰＳ系前記熱可塑性樹脂を射出接着して一体化すれば、より軽量で強固な構成の合理的な構造物ができる。この構造物は、ロボットの腕や足、移動機械の部材、あるいは自転車フレーム、自動車や航空機の椅子やドア、家電機器、その他多くの分野の軽量化、高強度構造物化に適用が可能である。
【発明の効果】
【００４２】
以上詳記したように、本発明は、異なる物性を有する２種以上のアルミニウム合金形状物を表面の液処理後、組み合わせて金型にインサートし、ＰＢＴ、又はＰＰＳ系樹脂の熱可塑性樹脂組成物で射出成形して一体化することを実現した。この結果、その構造物を軽量化することができ、高強度の構造物とすることができ、さらに量産可能に構成することができた。更に、製造工程の簡素化により低コスト化が図られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
アルミニウム合金の形状物による構造物の強度試験等を種々行った。その効果を実施例において確認したので、本発明の実施の形態を実施例に代えて説明する。
実施例では、物性の異なるアルミニウム合金を２種で説明しているが、３種以上であってもよい。又、この実施の形態は、実施例に限定されないことはいうまでもない。本発明の技術は、前述のようにあらゆる分野に適用可能である。
【実施例１】
【００４４】
図１から図３は、実施例１の構造物を示すものである。図１は物性の異なる２種のアルミニウム合金形状物を結合した状態を示す断面図で、図２は図１のＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線で切断したときの断面図である。図の形状のものは、市販の５ｍｍ厚の日本工業規格のＡ５０５２アルミニウム合金板、及び外径３０ｍｍ内径２４ｍｍのＡ５０５２アルミニウム合金パイプを購入し、それぞれＡ５０５２アルミニウム合金板形状物１及びＡ５０５２アルミニウム合金パイプ形状物２としたものである。図１に示すようにＡ５０５２アルミニウム合金パイプ形状物２の外周の一部にＡ５０５２アルミニウム合金板形状物１の端部１ａを溶接した。
【００４５】
市販のアルミニウム脱脂剤「ＮＥ−６（メルテックス社製）」を１５％濃度で水に溶かし７５℃とした。この水溶液が入ったアルミニウム脱脂槽に前記溶接されたアルミニウム合金形状物を５分間浸漬し水洗し、４０℃の１％塩酸水溶液が入った槽に１分浸漬し水洗した。続いて４０℃の１％苛性ソーダ水溶液が入った槽に１分浸漬し水洗した。次いで４０℃の１％塩酸水溶液を入れた槽に１分浸漬し水洗し、６０℃の２．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第１ビドラジン処理槽に１分浸漬し、４０℃の０．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第２ビトセラジン処理槽に０．５分浸漬し水洗した。これを４０℃で１５分間、６０℃で５分程度温風乾燥した後、乾燥空気下に保存した。
【００４６】
一方、前述の溶接されたアルミニウム合金形状物と物性の異なる市販の５ｍｍ厚の日本工業規格のＡ７０７５アルミニウム合金板を購入し加工を施し、Ａ７０７５アルミニウム合金板形状物３とした。図１に示すように端部３ａをクリスマスツリー状の段付き形状に機械加工した。アルミニウム脱脂剤「ＮＥ−６」を１５％濃度で水に溶かし７５℃としたものを入れた槽にこのＡ７０７５アルミニウム合金板形状物３を５分間浸漬し水洗し、４０℃の１０％苛性ソーダ水溶液を入れた槽に１分浸漬し水洗した。
【００４７】
続いて４０℃の１％１水素２弗化アンモニューム水溶液を入れた槽に１分浸漬し水洗し、４０℃の３％硝酸水溶液を入れた槽に２分浸漬し水洗した。続いて６０℃の２．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液に１分浸漬し、４０℃の０．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液に０．５分浸漬し水洗した。これを４０℃で１５分間、６０℃で５分間程度温風乾燥した後、乾燥空気下に保存した。
【００４８】
これらの処理済みのＡ５０５２アルミニウム合金板形状物１、及びＡ５０５２アルミニウム合金パイプ形状物２の溶接された形状物と、前述したＡ７０７５のアルミニウム合金板形状物３の端部３ａをＡ５０５２アルミニウム合金板形状物１の切り欠き部に挿入した状態で射出成形金型にインサートした。その射出成形金型を閉じた後に、２０％のガラス繊維、２０％のガラス粉、４８％のＰＢＴ、１２％のポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＥＴ」という。）からなるＰＢＴ系樹脂コンパウンドの熱可組成樹脂組成物８を射出した。なお、射出成形にあたって、パイプ部２が射出圧で潰されることのないように外径２３．５ｍｍの円筒状物９を臨時的に中子として挿入して成形した。
【００４９】
射出成形金型の温度は１２０℃、ノズルの射出温度は２７０℃で実施した。その結果、図１に示すように一体化された構造物を得た。両端を引張試験機に固定し引張試験をしたところ１６６７１．９Ｎ（１，７００Ｋｇｆ）でも破壊されなかった。尚、Ａ７０７５アルミニウム合金板形状物３の断面形状寸法は、１０ｍｍ×５ｍｍである。仮に全てをＡ５０５２のみのアルミニウム合金で形成すれば、前述の断面形状寸法を当てはめると、抗張力は１２７４９．１Ｎ（１，３００Ｋｇｆ）程度と計算される。従って、この両者の比較から、本発明の構成の抗張力の方が強くなることを確認した。
【実施例２】
【００５０】
図４、図５は、実施例２の構造物を示すものである。市販の１ｍｍ厚の日本工業規格のＡ１０８５のアルミニウム合金板とＡ６０６３アルミニウム合金板を購入し、各々を図４に示す形状にプレス切断・加工し、Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物４及びＡ６０６３アルミニウム合金板形状物５とした。Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物４は、プレスされて枠型の構成であるが、実施例１に示したＡ５０５２アルミニウム合金板形状物１の液処理法と全く同じ方法で液処理し乾燥した。
【００５１】
Ａ６０６３アルミニウム合金板形状物５は、脱脂水洗後、温度４０℃に保った１％濃度の１水素２弗化アンモニューム水溶液が入った浸漬槽に１分浸漬した後に水洗し、温度４０℃の３％硝酸水溶液が入った浸漬槽に１分浸漬し水洗した。続いて温度６０℃の２．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第１ヒドラジン処理槽に１分浸漬し、４０℃の０．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第２ヒドラジン処理槽に０．５分浸漬し水洗した。これを温度４０℃で１５分間、温度６０℃で５分間温風乾燥した後、乾燥空気下に保存した。
【００５２】
得られた物性の異なる２種のアルミニウム合金形状物、即ち、Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物４とＡ６０６３アルミニウム合金板形状物５とを組み合わせ、射出成形金型にインサートして、熱可塑性樹脂組成物８（ガラス繊維２０％、ガラス粉末２０％、ＰＢＴ４８％、ＰＣ１２％）を射出した。射出成形金型は１２０℃とし、射出温度は２７０℃であった。これで図５に示す一体化された構造物を得た。
これはノートブックパソコンの下ケースの底板に適用できるものである。ＣＰＵからの発熱を、ファンを使用した放熱だけでなく底板にも分散させて放熱することを狙った物である。Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物４は、柔らかくプレス成形がし易い物性を有している。一方、Ａ６０６３アルミニウム合金板形状物５は、Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物４ほどではないが熱伝導率が高く強度も高い物性を有している。
【００５３】
しかし、Ａ６０６３アルミニウム合金板形状物５は硬く、プレス加工は不可能ではないものの加工した場合は精度が定まらない。そこで熱伝導率を高く保ちつつ、加工困難なＡ６０６３アルミニウム合金板形状物５は平板のままで、相手と接着させるようにして相互に良い特性を生かした構造物としたものである。
【実施例３】
【００５４】
図６ないし図８は、実施例３の構造物を示すものである。図６に示すアルミニウム合金形状物は、市販のダイカスト用アルミニウム合金である日本工業規格のＡＤＣ１２塊を入手し鋳造とＮＣフライス盤によって機械加工されたＡＤＣ１２形状物６である。軸受け形状部となる中空の穴６ａのある部品で、取り付け面が平坦部を構成しているものである。一方、図７に示すＡ５０５２アルミニウム合金板形状物７は、市販の１ｍｍ厚のＡ５０５２アルミニウム合金板を図に示す形状にプレス切断した形状物である。
ＡＤＣ１２形状物６は、まず実施例１に示したと同じ方法で脱脂し、４０℃の１０％苛性ソーダ水溶液を入れた浸漬槽に２分浸漬し水洗し、４０℃の１％濃度１水素２弗化アンモニューム水溶液を入れた浸漬槽に１分浸漬し水洗した。続いて、温度４０℃の３％硝酸水溶液を入れた槽に２分浸漬し水洗し、温度６０℃の２．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第１ビドラジン処理槽に１分浸漬し、４０℃の０．５％濃度の１水和ヒドラジン水溶液を入れた第２ヒドラジン処理槽に０．５分浸漬し水洗した。
これを温度４０℃で１５分間、６０℃で５分間温風乾燥した後、乾燥空気下に保存した。一方、Ａ５０５２アルミニウム合金板形状物７は実施例１で示したと全く同じ方法で液処理し乾燥し、乾燥空気下に保存した。得られた物性の異なる２種のアルミニウム合金形状物、即ち、ＡＤＣ１２形状物６とＡ５０５２アルミニウム合金板形状物７を組み合わせて、各々射出成形金型にインサートして、熱可塑性樹脂組成物８（ガラス繊維２０％、ガラス粉末２０％、ＰＢＴ４８％、ＰＣ１２％）を射出した。
射出成形金型は１２０℃とし、射出温度は２７０℃であった。図８は図６及び図７で示す物性の異なる２種のアルミニウム合金形状物、即ち、ＡＤＣ１２形状物６とＡ５０５２アルミニウム合金板形状物７を組み合わせてインサートし、熱可塑性樹脂組成物により一体化された構造物を示している。この構造物は蝶番等の構造物に適用できるものである。
ＡＤＣ１２形状物６の取り付け面に当たる底部をＡ５０５２アルミニウム合金板形状物７の面に対応させ、ＡＤＣ１２形状物６周囲を熱可組成樹脂組成物で覆う状態とする。軸受け形状部をＡＤＣ１２鋳造品に機械加工を施して形成し、アルミニウム合金板形状物７とこのＡＤＣ１２形状物６とを樹脂で射出成形接着し強化したものである。この場合は、一般に行われているネジ止め等の点接着ではなく、面接着によっているので、強固な一体化品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、実施例１の構成で、２種のアルミニウム合金形状物の結合状態を示す断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、実施例２の構成で、２種のアルミニウム合金形状物を示した外観図である。
【図５】図５は、図４のアルミニウム合金形状物の結合状態を示す断面図である。
【図６】図６は、実施例３の構成で、ＡＤＣ１２形状物を示す外観図である。
【図７】図７は、Ａ５０５２アルミニウム合金形状物を示す外観図である。
【図８】図８は、図６及び図７のアルミニウム合金形状物の結合状態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…Ａ５０５２アルミニウム合金板形状物
２…Ａ５０５２アルミニウム合金パイプ形状物
３…Ａ７０７５アルミニウム合金板形状物
４…Ａ１０８５アルミニウム合金板形状物
５…Ａ６０６３アルミニウム合金板形状物
６…ＡＤＣ１２形状物
７…Ａ５０５２アルミニウム合金板形状物
８…熱可組成樹脂組成物
９…射出成形時の保護具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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