2020 Fiscal Year Annual Research Report
成形接合メカニズム解明のための状態制御金型による樹脂特性コントロール
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19K14859
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
木村 文信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10739311)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金属樹脂接合 / 射出成形 / 金型温度制御 / 微細構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微細構造が表面に形成された金属片と射出成形樹脂が，樹脂成形時に金型内で直接接合される．射出成形による流動中の樹脂状態が接合の発現に大きな影響を与えると考えられる．本研究では，接合発現のメカニズム解明やプロセスの高効率化を目指し，射出成形中の流動樹脂の物理状態を能動的に変化させる成形手法を検討した．樹脂状態として特に温度に着目し，温度を変化させる手法として，射出成形パラメータを変化させることに加えて，状態を制御できる金型を用いることを提案した．
制御する金型の状態として温度分布を考え，それを動的に制御することを検討した．小型のヒータを型内に複数配置することで，型表面近傍のみの温度を高速に変化（急加熱）でき，温度分布も変化できる構成を設計した．そして，これらの構成を実現できる金型を，本研究の最初に開発した．
開発した金型を用いて，まずは型温を動的に変化させたときの接合特性への影響を調査した．樹脂が流動している間のみ高温にするという制御を行うことで，従来よりも高い接合強度を得ることができた．また，従来は高接合強度を得られないような射出成形条件であっても高接合強度を得ることができ，プロセスの高効率化にも成功することができた．
次に温度分布の影響を調査した．金型内にセットする金属片近傍と樹脂が流動する部分で温度の高低差をつけると，金属片近傍の温度の接合への寄与が支配的となるということが明らかになった．樹脂流動部ではなく金属片近傍の温度が，金属／樹脂の界面温度に大きな影響を及ぼし，界面の温度が接合の発現に重要であることが示唆された．
そして，温度の高低差がつくように動的に変化させた際の，接合強度への影響を調査した．その結果，金属片近傍のみを一時的に高温にするだけで高い接合強度が得られることが分かり，より高効率なプロセスが実現できる可能性を示した．
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