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技術 アルミニウム樹脂複合積層板

出願人 三菱アルミニウム株式会社三菱ケミカルインフラテック株式会社
発明者 山本正博
出願日 2016年5月16日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-097694
公開日 2017年11月24日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-205886
状態 特許登録済
技術分野 積層体(2)
主要キーワード 輸送機材 プレス成型用 発泡合成樹脂層 複合積層板 発泡性樹脂層 有底角筒 JIS規格 三次元加工
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図面 (7)

課題

成形性をさらに向上させて、成形後に良好な外観特性が得られるアルミニウム樹脂複合積層板を提供する。

解決手段

アルミニウム樹脂複合積層板は、発泡倍率が1.5倍から10倍で板厚が1mm以上10mm以下の発泡合成樹脂層の両面に、アルミニウム板材が積層されてなり、アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第1アルミニウム板材は、引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下とされ、アルミニウム板材のうちの他方面に配置される第2アルミニウム板材は、引張強さが150MPa以上610MPa以下であって第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、耐力が120MPa以上500MPa以下であって第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、伸びが2.5%以上18%以下であって第1アルミニウム板材よりも小さく設けられている。

概要

背景

近年、様々な用途に用いられている板状部材においては素材の軽量化が大きな課題であり、自動車分野に留まらず鉄道車両航空機船舶及びその他輸送機材家電製品、IT関連部材、及び住宅からビル等の外内壁材までもが軽量化を求められている。一例として、自動車では車両部品に用いられる鋼板の一部をアルミニウム板樹脂板、CFRP炭素繊維強化プラスチック)板に置換することが検討されている。更に、用途によっては軽量性だけでなく、制振性遮音性断熱性など付加的性能が求められることが多く、そのような要求に応えるための板材料の一つとして、二枚のアルミニウム板の間に合成樹脂層を挟んで積層したアルミニウム樹脂複合積層板を用いることが提案されている。

例えば、特許文献1には、二枚のアルミニウム合金板の間に発泡性樹脂層が設けられた積層板が開示されている。また、特許文献2には、特許文献1で挙げられた積層板をヒートインシュレータなど、三次元形状で、かつ熱線遮蔽性に優れた軽量な熱線遮蔽カバーに適用した例が開示されている。さらに、特許文献2には、積層板に対する成形加工の方法としては、張出成形絞り成形曲げ成形などのプレス成形曲げ加工が可能であり、成型加工の後に加熱して樹脂層発泡させることが記載されている。

特許文献3には、熱可塑性樹脂層アルミニウム材とが積層され、そのアルミニウム材の表層において、表面側に小径が形成された多孔性アルミニウム酸化皮膜層が設けられ、素地側にバリア型アルミニウム酸化皮膜層が設けられ、アルミニウム材と熱可塑性発泡樹脂層との接合部に、熱可塑性発泡樹脂層と同一成分非発泡樹脂層が、多孔性アルミニウム酸化皮膜層上に、かつその表面から小孔内部に向かって形成されたアルミニウム材/熱可塑性発泡樹脂層の複合材が開示されている。そして、特許文献3には、このような構成とすることにより、密着性成形性に優れる複合材となると記載されている。

また、特許文献4には、プレス成形時に外側となるアルミニウム板に内側となるアルミニウム板よりも高い強度の材料を用い、しかも外側のアルミニウム板厚を内側のアルミニウム板厚と同等若しくは厚くしたアルミニウム及びアルミニウム合金プレス成型用複合板が開示されている。特許文献4には、外側及び内側のアルミニウム板の強度を相対的に見た場合、外側に高強度材を用い、内側に低強度材と用いるとともに、外側の板厚を内側の板厚と同等若しくは厚くすることで、プレス成形時に割れの発生を防止でき、プレス成形性に優れたアルミニウム製複合板となると記載されている。

概要

成形性をさらに向上させて、成形後に良好な外観特性が得られるアルミニウム樹脂複合積層板を提供する。アルミニウム樹脂複合積層板は、発泡倍率が1.5倍から10倍で板厚が1mm以上10mm以下の発泡合成樹脂層の両面に、アルミニウム板材が積層されてなり、アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第1アルミニウム板材は、引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下とされ、アルミニウム板材のうちの他方面に配置される第2アルミニウム板材は、引張強さが150MPa以上610MPa以下であって第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、耐力が120MPa以上500MPa以下であって第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、伸びが2.5%以上18%以下であって第1アルミニウム板材よりも小さく設けられている。

目的

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、三次元成形品をプレス成形によって製造する際の成形性をさらに向上させて、成形後に良好な外観特性が得られるアルミニウム樹脂複合積層板を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

発泡倍率が1.5倍以上10倍以下で板厚が1mm以上10mm以下の発泡合成樹脂層の両面に、アルミニウム板材が積層されてなり、前記アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第1アルミニウム板材は、引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下とされ、前記アルミニウム板材のうちの他方面に配置される第2アルミニウム板材は、引張強さが150MPa以上610MPa以下であって前記第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、耐力が120MPa以上500MPa以下であって前記第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、伸びが2.5%以上18%以下であって前記第1アルミニウム板材よりも小さく、板厚が前記第1アルミニウム板材よりも大きく設けられていることを特徴とするアルミニウム樹脂複合積層板

請求項2

前記第1アルミニウム板材の板厚が0.1mm以上0.3mm以下であり、前記第2アルミニウム板材の板厚が0.25mm以上0.5mm以下であり、前記第2アルミニウム板材の板厚が前記第1アルミニウム板材の板厚よりも1.5倍以上大きく形成されていることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム樹脂複合積層板。

請求項3

前記発泡合成樹脂層は、ポリエチレン樹脂ポリプロピレン樹脂ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ABS樹脂ポリ塩化ビニル樹脂メタクリル樹脂ポリエチレンテレフタレート樹脂ポリカーボネートのいずれかからなることを特徴とする請求項1又は2に記載のアルミニウム樹脂複合積層板。

技術分野

0001

本発明は、アルミニウム板材合成樹脂層とを積層してなるアルミニウム樹脂複合積層板に関する。

背景技術

0002

近年、様々な用途に用いられている板状部材においては素材の軽量化が大きな課題であり、自動車分野に留まらず鉄道車両航空機船舶及びその他輸送機材家電製品、IT関連部材、及び住宅からビル等の外内壁材までもが軽量化を求められている。一例として、自動車では車両部品に用いられる鋼板の一部をアルミニウム板樹脂板、CFRP炭素繊維強化プラスチック)板に置換することが検討されている。更に、用途によっては軽量性だけでなく、制振性遮音性断熱性など付加的性能が求められることが多く、そのような要求に応えるための板材料の一つとして、二枚のアルミニウム板の間に合成樹脂層を挟んで積層したアルミニウム樹脂複合積層板を用いることが提案されている。

0003

例えば、特許文献1には、二枚のアルミニウム合金板の間に発泡性樹脂層が設けられた積層板が開示されている。また、特許文献2には、特許文献1で挙げられた積層板をヒートインシュレータなど、三次元形状で、かつ熱線遮蔽性に優れた軽量な熱線遮蔽カバーに適用した例が開示されている。さらに、特許文献2には、積層板に対する成形加工の方法としては、張出成形絞り成形曲げ成形などのプレス成形曲げ加工が可能であり、成型加工の後に加熱して樹脂層発泡させることが記載されている。

0004

特許文献3には、熱可塑性樹脂層アルミニウム材とが積層され、そのアルミニウム材の表層において、表面側に小径が形成された多孔性アルミニウム酸化皮膜層が設けられ、素地側にバリア型アルミニウム酸化皮膜層が設けられ、アルミニウム材と熱可塑性発泡樹脂層との接合部に、熱可塑性発泡樹脂層と同一成分非発泡樹脂層が、多孔性アルミニウム酸化皮膜層上に、かつその表面から小孔内部に向かって形成されたアルミニウム材/熱可塑性発泡樹脂層の複合材が開示されている。そして、特許文献3には、このような構成とすることにより、密着性成形性に優れる複合材となると記載されている。

0005

また、特許文献4には、プレス成形時に外側となるアルミニウム板に内側となるアルミニウム板よりも高い強度の材料を用い、しかも外側のアルミニウム板厚を内側のアルミニウム板厚と同等若しくは厚くしたアルミニウム及びアルミニウム合金プレス成型用複合板が開示されている。特許文献4には、外側及び内側のアルミニウム板の強度を相対的に見た場合、外側に高強度材を用い、内側に低強度材と用いるとともに、外側の板厚を内側の板厚と同等若しくは厚くすることで、プレス成形時に割れの発生を防止でき、プレス成形性に優れたアルミニウム製複合板となると記載されている。

先行技術

0006

国際公開第2010/029955号公報
国際公開第2010/029946号公報
特開2012−25145号公報
特開平4‐43027号公報
特開2013‐116475号公報
特開2014‐18854号公報

発明が解決しようとする課題

0007

ところで、例えば特許文献5又は6に開示されているように、従来から金属単体で形成された金属板を成形する際に、しわや割れ等の発生を防止し、さらには成形後のスプリングバックを低減させるための成形方法が提案されている。ところが、特許文献5又は6と同様の方法により特許文献1〜4に記載されるような複合積層板を成形した場合では、二次元形状あるいは若干の深さの三次元形状の製品にプレス成形する場合は有用であるが、より深く複雑な形状に成形すると、アルミニウム板材の表面に微細凹凸を含む肌荒れやしわ、割れ等の発生を防止することができず、外観不良を引きおこすことが問題となっている。また、特許文献4に記載されている複合積層板としても、難易度の高い三次元形状を成形する際には、割れ等の発生を防止することが難しく、安定した成形を行うことができない。特に車両の外板に用いられる複合板の場合は、肌荒れ等のない良好な表面であることが求められ、さらなる改善が望まれる。また特許文献1または2のように成形後に芯材樹脂を発泡させることによって成形性を確保しようとする試みもあるが、成形後の樹脂発泡において積層板寸法の変化や歪みが生じやすく、他部品との組立て時の障害になるおそれが大きい。

0008

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、三次元成形品をプレス成形によって製造する際の成形性をさらに向上させて、成形後に良好な外観特性が得られるアルミニウム樹脂複合積層板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

0009

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板は、発泡倍率が1.5倍以上10倍以下で板厚が1mm以上10mm以下の発泡合成樹脂層の両面にアルミニウム板材が積層されてなり、前記アルミニウム板材のうちの一方面に配置される第1アルミニウム板材は、引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下とされ、前記アルミニウム板材のうちの他方面に配置される第2アルミニウム板材は、引張強さが150MPa以上610MPa以下であって前記第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、耐力が120MPa以上500MPa以下であって前記第1アルミニウム板材よりも10MPa以上大きく、伸びが2.5%以上18%以下であって前記第1アルミニウム板材よりも小さく、板厚が前記第1アルミニウム板材よりも大きく設けられている。

0010

このアルミニウム樹脂複合積層板は、芯材である発泡合成樹脂層を挟んで両側に配置されるアルミニウム板材(第1アルミニウム板材、第2アルミニウム板材)の剛性が異なり、成形加工においては変形能が異なる。したがって、板面の一方側に凸面を有し、反対側に凹面を有する三次元形状への成形加工、例えば絞り成形や張出プレス成形などにおいては、成形方向と板面の向きを適切に選ぶことにより、成形性を格段に高めることができる。
この場合、発泡合成樹脂層の発泡倍率が1.5倍未満では制振性、遮音性、断熱性の面で不十分であり、逆に10倍を超えると均一安定な発泡状態が得られなくなり、アルミニウム樹脂複合積層板の加工において局部変形による割れ、しわなどの不具合を引き起こす。また発泡合成樹脂層の板厚が1mm以下では制振性等の性能が不十分であるとともに、アルミニウム樹脂複合積層板の成形加工が非常に困難となる。板厚が10mmを超えるとやはり成形加工が困難となり肌荒れなどの外観異常を引き起こしやすい。

0011

また、このアルミニウム樹脂複合積層板を三次元成形する際には、強度、剛性の大きい第2アルミニウム板材を凸面となる側(通常、外面側)に、変形容易な第1アルミニウム板材を凸面の反対側である凹面となる側(内面側)となるように配置して成形することで、良好な成形性を確保しつつ、外面が平滑で意匠性に優れる三次元成形品を得ることができる。

0012

また、第1アルミニウム板材の引張強さが100MPa未満または耐力が80MPa未満では加工割れが発生しやすくなり、また引張強さが200MPaを超えたり、耐力が180MPaを超えると加工性が劣り、アルミニウム樹脂複合積層板の限界絞り深さの低下や、発泡合成樹脂層との剥離などの不良が問題となる。また、第1アルミニウム板材の伸びが3%未満であると加工性が不足し割れが発生しやすく、伸びが27%を超えると局部しわが発生しやすくなる。
これに対して、第2アルミニウム板材の引張強さが150MPa未満あるいは耐力が120MPa未満では、加工割れの問題や、耐凹みなどの外面特性が劣る。また、第2アルミニウム板材の引張強さが610MPaを超える、あるいは耐力が500MPaを超えるとアルミニウム樹脂複合積層板が難加工となり、加工不良が増加したりプレス成形工程が多段となり煩雑となるおそれがある。さらに、第2アルミニウム板材の伸びが2.5%未満であると加工性が不足し割れが発生しやすく、伸びが18%を超えると局部しわが発生しやすくなる。また、第2アルミニウム板材と第1アルミニウム板材の引張強さの差、または耐力の差が10MPa未満であると、三次元加工成形において成形性が低下する。なお、耐力は、0.2%耐力を表す。

0013

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板において、前記第1アルミニウム板材の板厚が0.1mm以上0.3mm以下であり、前記第2アルミニウム板材の板厚が0.25mm以上0.5mm以下であり、前記第2アルミニウム板材の板厚が前記第1アルミニウム板材よりも1.5倍以上大きく形成されているとよい。

0014

第1アルミニウム板材の板厚が0.1mm未満では十分な剛性が得られず成形不良を起こし易い。逆に第1アルミニウム板材の板厚が0.3mmを超えると所望の成形深さが得られない。また、第2アルミニウム板材の板厚が0.25mm未満では加工割れを起こし易く、耐凹みなど外面要求特性も不足する。また、第2アルミニウム板材の板厚が0.5mmを超えると加工困難となり成形性が低下する。さらに、第2アルミニウム板材の板厚が第1アルミニウム板材の板厚の1.5倍未満の大きさでは、三次元加工成形において成形性が低下する。
このようなアルミニウム板材を組み合わせたアルミニウム樹脂複合積層板とすることにより、肌荒れや割れ等の成形不良を確実に防止して、車体や車両部品等、幅広い範囲において用いられる良好な三次元成形品を得ることができる。

0015

本発明のアルミニウム樹脂複合積層板において、前記発泡合成樹脂層は、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリスチレン樹脂(PS)、AS樹脂、ABS樹脂ポリ塩化ビニル樹脂PVC)、メタクリル樹脂PMMA)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリカーボネート(PC)のいずれかから選択して用いるのが良い。

0016

これらの熱可塑性樹脂をアルミニウム板材との芯材である発泡合成樹脂層に用いることで、三次元成形において加工追従性に優れ、アルミニウム板材との剥離や芯材割れを起こしにくいアルミニウム樹脂複合積層板が得られる。また、このように構成されるアルミニウム樹脂複合積層板を温間成形する場合においては、上記の樹脂のうち、耐熱温度が70℃以上200℃以下のものを選択することがさらに好ましく、これによりさらに温間三次元成形性に優れたアルミニウム樹脂複合積層板とすることができる。
なお、この場合の耐熱温度とは、例えば、外力を受けない状態で樹脂製品が変形・変質しないでその機能が保てる温度である。

0017

また、このアルミニウム樹脂複合積層板を常温で成形しても良好な成形品を得ることができるが、金型及びアルミニウム樹脂複合積層板を加温して成形すると、より円滑に成形することができる。この場合において、材料、金型を発泡合成樹脂層の荷重たわみ温度以上、さらには耐熱温度以上融点に近い温度まで加温して温間成形することで、プレス成形時に材料を円滑に流動させることができ、しわ等を生じさせることなく、複雑な三次元形状の製品が得られる。この際、加温されることによって発泡合成樹脂層が溶融して両側のアルミニウム板材の間から流出しないようにするために、発泡合成樹脂層を構成する樹脂の融点よりも低い温度に加温すること、すなわち発泡合成樹脂層の樹脂溶出温度よりも低い温度で加熱することが好ましい。

発明の効果

0018

本発明によれば、複雑な三次元形状の製品を肌荒れや割れ等を生じることなく成形することができ、外面が平滑で意匠性の優れた三次元成形品を得ることができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の一実施形態のアルミニウム樹脂複合積層板の断面図である。
図1のアルミニウム樹脂複合積層板をプレス成形金型に設置して、ブランクホルダーとダイとの間にアルミニウム樹脂複合積層板の外周部を挟持してしわ押さえ力を付与した状態を示す断面図である。
プレス成形金型の半断面図であり、図2に示す状態からアルミニウム樹脂複合積層板を移動させて、アルミニウム樹脂複合積層板とパンチとを当接させた当接開始点を説明するものである。
プレス成形金型の半断面図であり、図3に示す状態からアルミニウム樹脂複合積層板をさらに移動させて、アルミニウム樹脂複合積層板の内側に変形を生じさせた状態を説明するものである。
プレス成形金型の半断面図であり、図4に示す状態からアルミニウム樹脂複合積層板をさらに移動させて、アルミニウム樹脂複合積層板の外側に変形を生じさせた状態を説明するものである。
プレス成形金型の半断面図であり、図5に示す状態から最終深さに到達するまでアルミニウム樹脂複合積層板を移動させた状態を表すものである。

0020

以下、本発明に係るアルミニウム樹脂複合積層板及びこれを用いた三次元成形品の製造方法の実施形態を説明する。
本発明の三次元成形品としては、有底円筒有底角筒等の筒状成形品、一方を開口した箱状成形品、ドーム状成形品などであり、その一方(通常、外面側)が凸面となり、他方(内面側)が凹面となっている。なお、その凸面の一部に若干の範囲で凹面を有する形状も含まれる。
アルミニウム樹脂複合積層板10は、図1に模式的に図示したように、発泡合成樹脂層13の両面にそれぞれアルミニウム板材11,12が積層された構成である。以下では、その一方面(三次元成形における凹面となる側)のアルミニウム板材を第1アルミニウム板材11、他方面(三次元成形における凸面となる側)のアルミニウム板材を第2アルミニウム板材12とする。

0021

<第1アルミニウム板材>
第1アルミニウム板材11は、引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下とされ、板厚が0.1mm以上0.3mm以下に形成されている。例えば、第1アルミニウム板材11は、銅(Cu)を0.01質量%以上0.03質量%以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる。ただし、上記の機械的性質を満たすものであれば、目的とされる三次元成形加工品の形状、それに伴う細部加工度や外観特性、耐食性、その他の要求特性により、合金成分はこれに限定されるものではなく、また材料調質も適宜選定されうる。

0022

第1アルミニウム板材11は、引張強さが100MPa未満または耐力が80MPa未満では加工割れが発生しやすくなり、また引張強さが200MPaを超えたり、耐力が180MPaを超えると加工性が劣り、アルミニウム樹脂複合積層板の限界絞り深さの低下や、発泡合成樹脂層13との剥離などの不良が問題となる。また、第1アルミニウム板材11の伸びが3%未満であると加工性が不足し割れが発生しやすく、伸びが27%を超えると局部しわが発生しやすくなる。

0023

なお、この第1アルミニウム板材11では、必要な強度を保ちつつ変形能を高める目的で銅を少量添加する。マグネシウム(Mg)の添加では、強度向上には寄与するが成形性は劣る。銅の添加は、強度を向上させるとともに成形性も向上させる効果がある。ただし、過度の銅の添加は、腐食が生じやすくなるため注意が必要である。このため、銅の含有量を0.01質量%以上0.03質量%以下とした。銅の含有量が0.01質量%未満では強度、剛性が不足し、0.03質量%を超えると割れ等の成形不良が生じ易くなる。日本工業規格JIS規格)で一部の1000系アルミニウムが該当する。

0024

そして、第1アルミニウム板材11の引張強さが100MPa以上200MPa以下、耐力が80MPa以上180MPa以下、伸びが3%以上27%以下であると、アルミニウム樹脂複合積層板10において、第2アルミニウム板材12の強度、剛性とのバランスがとれ、三次元成形品を歩留まりよく成形することができる。引張強さ、耐力、伸びの値は、所定の最終製品厚さまで冷間圧延した板に対して、調質焼鈍(または安定化焼鈍)と呼ばれる最終焼鈍を施すことにより調整することができる。

0025

この第1アルミニウム板材11の板厚は、第2アルミニウム板材12の板厚よりも小さく、0.1mm以上0.3mm以下とされる。第1アルミニウム板材11の板厚が0.1mm未満では十分な剛性が得られず成形不良を起こし易い。逆に第1アルミニウム板材11の板厚が0.3mmを超えると所望の成形深さが得られないおそれが生じる。

0026

<第2アルミニウム板材>
第2アルミニウム板材12は、引張強さが150MPa以上610MPa以下、耐力が120MPa以上500MPa以下、伸びが2.5%以上18%以下とされ、引張強さが第1アルミニウム板材11よりも10MPa以上大きく、耐力が第1アルミニウム板材11よりも10MPa以上大きく、伸びが第1アルミニウム板材11よりも小さいものであって、板厚が0.25mm以上0.5mm以下であり、第1アルミニウム板材11の板厚よりも1.5倍以上大きく形成されている。例えば、第2アルミニウム板材12は、マグネシウムを1.5質量%以上1.8質量%以下、銅を0.01質量%以下含有し、残部がアルミニウム及び不可避不純物からなる。ただし、上記の機械的性質及び第1アルミニウム板材11との関係を満たすものであれば、目的とされる三次元成形加工品の形状、それに伴う細部の加工度や外観特性、耐食性、その他の要求特性により、合金成分はこれに限定されるものではなく、また材料調質も適宜選定されうる。

0027

第2アルミニウム板材12は、引張強さが150MPa未満、あるいは耐力が120MPa未満では、加工割れの問題や、耐凹みなどの外面特性が劣る。また、第2アルミニウム板材12の引張強さが610MPaを超える、あるいは耐力が500MPaを超えるとアルミニウム樹脂複合積層板10が難加工となり、加工不良が増加したりプレス成形工程が多段となり煩雑となるおそれがある。また、第2アルミニウム板材12の伸びが2.5%未満であると加工性が不足し割れが発生しやすく、伸びが18%を超えると局部しわが発生しやすくなる。また、第2アルミニウム板材12と第1アルミニウム板材11の引張強さの差、または耐力の差が10MPa未満であると、三次元加工成形において成形性が低下する。

0028

なお、マグネシウムは、アルミニウム中に固溶することで高い固溶硬化の効果を有し、材料の強度を大きくして、アルミニウム板材の剛性を高める効果がある。マグネシウム含有量が1.5質量%未満では、強度、剛性を高める効果が不足し、1.8質量%を超えると、三次元成形が困難になる。銅も、アルミニウム中に固溶することで、材料の強度を高める効果があるが、含有量が0.01質量%を超えると、強度のばらつきが大きくなって成形性を損なう。

0029

第2アルミニウム板材12の引張強さが150MPa以上610MPa以下、耐力が120MPa以上500MPa以下、伸びが2.5%以上18%以下であると、所望の強度、剛性を維持しながら、肌荒れや割れ等の成形不良の発生を有効に防止することができ、また、スプリングバックも小さく、成形した三次元形状を保持することができる。第2アルミニウム板材12についても第1アルミニウム板材11同様、引張強さ、耐力、伸びの値は、所定の最終製品厚さまで冷間圧延した板に対して、調質焼鈍(または安定化焼鈍)と呼ばれる最終焼鈍を施すことにより調整することができる。

0030

第2アルミニウム板材12の板厚は、強度、剛性を持たせるために、上述したように0.25mm以上0.5mm以下とされる。第2アルミニウム板材12の板厚が0.25mm未満では加工割れを起こし易く、耐凹みなど外面要求特性も不足する。0.5mmを超えると加工困難となり成形性が低下する。この場合、第2アルミニウム板材12の板厚は第1アルミニウム板材11の板厚よりも1.5倍以上大きくすることが重要である。第2アルミニウム板材12の板厚が第1アルミニウム板材11の1.5倍未満の大きさでは、成形加工の際に発泡合成樹脂層13の凹凸を第1アルミニウム板材11が吸収する効果が不足して、外面側の第2アルミニウム板材12に変形(肌荒れ)やしわが生じる原因となる。三次元成形品を第2アルミニウム板材12が外面側となるように配置して成形する場合に、外面の肌荒れや割れ等の発生を防止して、良好な表面状態に成形することができる。

0031

<発泡合成樹脂層>
発泡合成樹脂層13は、発泡倍率1.5以上10倍以下で板厚が1mm以上10mm以下とされる。発泡合成樹脂層13の発泡倍率が1.5倍未満では制振性、遮音性、断熱性の面で不十分であり、逆に10倍を超えると均一安定な発泡状態が得られなくなり、アルミニウム樹脂複合積層板10の加工において局部変形による割れ、しわなどの不具合を引き起こす。また発泡合成樹脂層13の板厚が1mm以下では制振性等の性能が不十分であるとともに、アルミニウム樹脂複合積層板10の成形加工が非常に困難となる。発泡合成樹脂層13の板厚が10mmを超えるとやはり成形加工が困難となり肌荒れなどの外観異常を引き起こしやすい。
具体的には、発泡合成樹脂層13を形成する合成樹脂の種類は、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリスチレン樹脂(PS)、AS樹脂、ABS樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリカカーボネート(PC)のいずれかから選択して用いるのが良い。さらに、発泡合成樹脂層13の耐熱温度は70℃以上であることが望ましく、さらに高難度の三次元成形を行う際には、金型及び材料(アルミニウム樹脂複合積層板10)を140℃程度までに加温して成形する温間成形を行う場合があるので、発泡合成樹脂層13の耐熱温度は110℃以上であるのが好ましい。

0032

<アルミニウム樹脂複合積層板の特性及び製造方法>
このように構成される両アルミニウム板材11,12及び発泡合成樹脂層13を積層してなるアルミニウム樹脂複合積層板10全体としては、引張強さが15MPa以上150MPa以下、耐力が10MPa以上130MPa以下、伸びが2.5%以上27%以下であるとよく、三次元形状の製品を安定した形状で成形することができる。さらに望ましくは、アルミニウム樹脂複合積層板10の伸びが17.5%以上であると成形性の面で好ましい。

0033

このアルミニウム樹脂複合積層板10は、発泡合成樹脂層13、両アルミニウム板材11,12をそれぞれ用意し、これらを接着層を介して積層することにより、製造される。接着層は、芯材の発泡合成樹脂層13の材質と同系の樹脂を主成分とするものを選定することが、必要な接着性を確保するうえで好ましい。例えば、芯材となる発泡合成樹脂層13をポリプロピレンで構成する場合は、ポリプロピレンが主成分の接着剤等により接着層を構成することが好適である。この場合、両側のアルミニウム板材11,12と芯材である発泡合成樹脂層13との密着性が増し、三次元成形加工時やその後の使用時においてアルミニウム板材11,12と発泡合成樹脂層13との界面における剥離を抑制することができる。
そして、このような接着剤を発泡合成樹脂層13の両面又は両アルミニウム板材11,12の片面に塗布し、両アルミニウム板材11,12の間に発泡合成樹脂層13を挟み、これらをホットプレスホットロールにより加圧・加熱することにより、発泡合成樹脂層13の両面に接着層を介してアルミニウム板材11,12を一体に積層する。

0034

<三次元成形品の製造>
このようにして得られたアルミニウム樹脂複合積層板10を用いて三次元成形品を製造する場合、例えば図2図6に示すように、プレス用金型100を用いる。プレス用金型100は、成形後の三次元成形品の底面と略同形状の成形孔21を有するダイ20と、成形孔21と略同形状の貫通孔31を有するブランクホルダー30と、三次元成形品の底部を絞ることが可能な柱状形状のパンチ40とを備えるものである。

0035

まず、このプレス用金型100のブランクホルダー30上に、アルミニウム樹脂複合積層板10の第2アルミニウム板材12が成形品の外面となるように配置する。このとき、成形品の深さが小さい場合には常温で成形するが、複雑な形状の成形品である場合、金型の表面及びアルミニウム樹脂複合積層板10を予め加温して、温間成形を行う。温間成形の温度としては、高いほど成形には有利であるが、発泡合成樹脂層13を形成する合成樹脂の融点未満、例えば発泡合成樹脂層13を融点150℃、耐熱温度120℃のポリプロピレンで形成した場合には、ポリプロピレンの融点未満で耐熱温度以上とされ、すなわち、発泡合成樹脂層13の樹脂が溶出してしまう温度よりも低い温度とされる。なお、温間成形の温度は、成形品の形状、温度バラツキ等に応じて適宜設定される。

0036

そして、図2から図6に順に示すように、ブランクホルダー30上にアルミニウム樹脂複合積層板10を配置した後、ダイ20を下降移動させ、アルミニウム樹脂複合積層板10に絞り成形を施すことにより三次元形状の成形品を製造する。
まず、図2に示すように、アルミニウム樹脂複合積層板10の外周部を、ブランクホルダー30とダイ20との間に挟持してしわ押さえ力Fを付与する。しわ押さえ力Fは、アルミニウム樹脂複合積層板10の発泡合成樹脂層13に変形を生じさせない範囲の低圧に保持する。この際、ブランクホルダー30とダイ20とは予め加温されているので、ブランクホルダー30とダイ20との間にアルミニウム樹脂複合積層板10の外周部が挟まれることにより加熱される。これにより、アルミニウム樹脂複合積層板10の内部に存在する歪みが取り除かれ、外周部が平坦化される。

0037

次に、ブランクホルダー30とダイ20との間にアルミニウム樹脂複合積層板10の外周部を挟持してしわ押さえ力Fを保持した状態でアルミニウム樹脂複合積層板10を下降移動させることにより、図3図6に順に示すように、ダイ20とパンチ40との間でアルミニウム樹脂複合積層板10に絞り成形を施し、図6に示す三次元成形品10Aを成形する。
このとき、アルミニウム樹脂複合積層板10は、大きい加工となる曲げ部分で、芯材である発泡合成樹脂層13が凹凸状に変形し易い。このアルミニウム樹脂複合積層板10においては、外面側に配置される第2アルミニウム板材12が内面側に配置される第1アルミニウム板材11より厚く形成され、強度、剛性も第1アルミニウム板材11より高く、これに対して、内面側に配置される第1アルミニウム板材11は板厚が小さく、変形が容易であるので、発泡合成樹脂層13に生じる凹凸が成形品の内面側の第1アルミニウム板材11の変形により吸収される。

0038

詳述すると、図3に示すようにアルミニウム樹脂複合積層板10をパンチ40に当接させてから、図4に示すようにアルミニウム樹脂複合積層板10をさらに下降移動させたアルミニウム樹脂複合積層板10の変形開始直後では、強度、剛性の低い第1アルミニウム板材11と発泡合成樹脂層13のみが変形する。そして図5に示すように、アルミニウム樹脂複合積層板10をさらに下降移動させると、強度、剛性の高い第2アルミニウム板材12が変形し、凸面が形成される。このように、アルミニウム樹脂複合積層板10においては、変形量の大きい曲げ部分において、強度、剛性が低い第1アルミニウム板材11を変形させた後で、第1アルミニウム板材11よりも強度、剛性が高い第2アルミニウム板材12を変形させることができることから、外面側の第2アルミニウム板材12に肌荒れや割れが発生することが防止される。また、温間成形することにより、さらに成形性が向上し、表面を平滑にすることができる。

0039

表1に示すように、第1アルミニウム板材(A)及び第2アルミニウム板材(B)と発泡合成樹脂層とを表1に示す組み合わせで、アルミニウム樹脂複合積層板の試料を製造した。第1アルミニウム板材(A)と第2アルミニウム板材(B)の機械的特性は、JIS−Z2241の5号試験片を作製して引張試験を行い、引張強さ、0.2%耐力および伸びを測定した。なお、発泡合成樹脂層の材料には、表1に示す種々の種類ものを選び、発泡倍率、板厚も変動させた。また、接着剤(接着層)としては、発泡合成樹脂層を形成する合成樹脂の種類と同系の主成分の接着剤を用いた。

0040

0041

得られたアルミニウム樹脂複合積層板の試料について、成形性を角筒絞り試験により評価した。この角筒絞り試験における成形温度は、各々の発泡合成樹脂層の耐熱温度よりも10℃以上20℃以下の範囲の高い温度とし、さらに融点以下の温度に制御した。その他の成形速度潤滑などの条件は一定にして実施した。また、本試験では、一辺が40mmの正方形である角筒絞り(ダイコーナーR=3mm)について、絞り比が2.3の容器を、成形速度2mm/秒、しわ押さえ力5kNの条件により、絞り深さ30mmにて角筒絞り試験を実施した。

0042

このときの成形品の寸法精度(絞り深さ寸法精度)を評価するため、目標絞り深さと成形品の絞り深さとの差分(目標絞り深さ−成形品絞り深さ)を測定し、差分が2mm未満であった場合を「◎」、2mm以上5mm未満であった場合を「○」、5mm以上10mm未満であった場合を「△」、10mm以上であった場合を「×」と判定した。さらに成形品外観を観察し、外面の「肌荒れ」、「樹脂剥れ」、「発泡樹脂均一度、」「樹脂の溶出」について成形品を評価した。それぞれ5個の成形品において、5個とも良好だった場合を「◎」、5個中4個又は3個良好であった場合を「〇」、5個中2個良好であった場合を「△」、5個中良好であったのが1個又は0個の場合を「×」とした。合否の判定は、実製品形状・サイズでの成形性との相関から、「◎」「○」「△」を合格、「×」を不合格と判定した。
結果を表2に示す。なお、比較例35のアルミニウム樹脂複合積層板については、成形ができず、各評価を行えなかったことから、結果を全て「×」とした。

0043

0044

この表2の結果からわかるように、実施例1〜32のアルミニウム樹脂複合積層板においては、角筒深絞り成形において、概ね良好な成形性を示す。これに対して比較例33〜45では、十分な成形性が得られず、実成形への適用が困難であり、三次元成形用の積層板として好ましくない。

実施例

0045

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

0046

10アルミニウム樹脂複合積層板
13発泡合成樹脂層
11 第1アルミニウム板材(凹面となる側のアルミニウム板材)
12 第2アルミニウム板材(凸面となる側のアルミニウム板材)
100プレス用金型
21成形孔
20 ダイ
30ブランクホルダー
40 パンチ

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