| 研究課題/領域番号 |
16K06026
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| 研究機関 | 金沢工業大学 |
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研究代表者 |
瀬戸 雅宏 金沢工業大学, 工学部, 講師 (90367459)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 射出成形 / 異種材料接合 / 融着 / アンカー効果 / CFRP |
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| 研究実績の概要 |
地球環境問題，省資源化を背景に，特に自動車分野では低燃費化および軽量化の取り組みが積極的に行われている．低燃費化の取り組みにおいてはエンジンの高効率化やハイブリッド・電気自動車の開発により使用燃料の削減が行われている．一方，軽量化においては，金属部品の樹脂化やCFRPならびに樹脂発泡成形等の技術により樹脂部品自体の軽量化が行われている．しかしながら，構造部品やエンジン周辺部品では，強度・耐熱性の観点から樹脂部品単体での使用が難しい問題がある．そのため，樹脂と金属などの異種材料を接合して部品として使用するマルチマテリアル化が検討されている．
その背景のもと，研究代表者らはこれまで，樹脂成形と異種材料との接合を同時に行う技術開発を行ってきた．具体的には射出成形において，樹脂と金属材料との接合強さに与える諸条件の影響を明らかにし，接合強さ向上のために成形条件指針を提案した．本研究では，これまでの射出成形における接合技術を発展させ，射出樹脂と樹脂部品との樹脂―樹脂接合技術の開発を目的とする．今期は，射出成形においてCFRP成形品との接合を目的とし，CFRP成形品との接合方法の基礎検討と射出成形金型の検討を行った．CFRP成形品の接合では，接合部のクロス材を交互に積層し，接合強さに与えるクロス材積層方法の影響ならびにクロス材接合部の樹脂の状態を明らかにした．その結果，クロス材の積層方法が接合強さに大きく影響を与えるが，さらなる接合強さの向上には，クロス材界面における樹脂同士の接合強さの向上も重要であることがわかった．一方，射出金型の検討では，昨年度の検討において樹脂同士の接合ではインサート樹脂を局所的に溶融させることが必要であることから，金型内にヒータを埋設する方法を検討し，その設計，製作を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では，射出成形金型に樹脂部品をインサートし，射出樹脂の成形との接合を同時に行う樹脂―樹脂接合技術の開発を目的としている．接合コンセプトとしては，樹脂インサート成形品の接合部表面を射出樹脂の熱量で局所的に溶融させ融着させる．融着による樹脂-樹脂接合においてどの程度の接合強さが得られるかを検討するため，ポットプレス成形においてポリプロピレン樹脂，ポリアミド樹脂，熱可塑性CFRPを融着させ接合強さを検討してきた，その結果，同一樹脂では高い接合強さが得られたが，異種材料同士の接合強さは最大で3MPa程度であった．
これまでの研究の結果から，射出成形における融着接合において，被接合材表面の十分な溶融は射出樹脂の熱量のみでは難しいことが明らかとなった．そのため，射出成形金型内にヒータを設置し，局所的にインサート材を加熱して溶融させて融着を促進する方法を検討した．計画では従来の金型を応用し，カセットのみ新たに製作して実験を行う予定であったが，モールドベースの再設計，製作も必要となり，今期は，金型の再設計，製作を実施したことから，進捗がやや遅れた．一方，次年度実施予定であったCFRP積層材接合の予備検討を前倒しで実施した．具体的には，熱可塑性CFRP積層材において，接合部のCFクロス材を交互に積層し，ホットプレスによってクロス材界面の樹脂融着させた．その結果，接合部のクロス材積層方法によって接合強さ並びに曲げ強度等の特性が大きく変化し，接合部の無い成形品と比べて曲げ強さで80％程度の強度が得られた．また，CFRP接合部におけるクロス材の一部に射出樹脂を含侵させることで接合強さを向上できる可能性を見出した．このことから，次年度は射出成形において樹脂成形とCFRP成形品の接合を同時に行う方法を検討する．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度では，射出成形金型にインサートされた樹脂成形品表面の一部を射出された樹脂材料の熱量で溶融させ，射出樹脂とインサート材を融着させる樹脂―樹脂接合技術を検討するため，金型のカセットブロックの設計検討を実施した．本接合技術では，これまでの研究の結果，インサート材の局所的な溶融を補充するため，金型キャビティにヒータを埋設する必要があった．設計検討の結果，モールドベースの不具合やヒータおよびセンサー等の設置により，モールドベースの再設計が必要となり，当該年度において設計製作を行った．平成30年度においては，本金型を用いて，当初の計画から遅れていた射出成形におけるインサート樹脂成形品との接合技術および接合強さに与える諸条件の影響を検討する．また，当初30年度に実施予定であったCFRP成形品をインサート材とした射出成形樹脂との接合技術においては，その予備検討を29年度に実施し，CFRPインサート材のクロス材の一部に射出樹脂を含浸させて接合する可能性を見出した．平成30年度においては，設計製作した金型および一部にヒータを埋設したカセットブロックを用いて，熱可塑性CFRP成形品の一部を溶融させて射出成形樹脂と融着させ，その接合強さに与える樹脂材料，諸条件の影響を検討する．また，CF基材への射出成形樹脂含浸を促進させて，前述の融着による接合に加えてCF基材とのアンカー効果による接合を施し，アンカー効果と融着の相乗効果による接合強さ向の検討とそのメカニズム，課題を明らかにする．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度では，前年度に確認検討した接合部の局所溶融を用いた樹脂―樹脂接合技術の結果を反映させて，これまでの金型モールドベースを流用し．新たにヒータおよびセンサーを埋設できるカセットブロックを設計製作し，上記の樹脂―樹脂接合技術を検討する計画であった．しかしながら，モールドベース自体の不具合に加えて，ヒータ及びセンサーを埋設するにあたって，モールドベースの再設計が必要となった．そのため，平成29年度では，新たにモールドベールを設計製作した．以上の理由から当初計画であったカセットブロック製作費用をさらに30年度に見送ったため，予算計画に差異が生じた．
金型モールドベースの設計，製作は完了しすでに納入されている．そのため，カセットブロックおよびヒータ周辺機器，センサー類の購入を迅速に進め，研究計画の進捗を加速させる．また，前倒しで検討した熱可塑性CFRPの射出成形による接合においても．上記の金型およびカセットブロックを有効に活用し，その接合メカニズムおよび接合強さ向上の検討をすすめ，研究に有効な予算執行につとめる．
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