JP2004249681A - インサート成形方法及び金型 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保する。
【解決手段】金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際の金属インサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールする。
【選択図】 図２
【解決手段】金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際の金属インサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インサート部品を樹脂にて包埋する射出インサート成形に関し、詳しくは、金型内に設置されたインサート部品を加熱する、特に樹脂の融点もしくは軟化点以上に加熱する、インサート成形法及びそれに使用する金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インサート成形は異種材料の一体化のために有効な手段であり、電機・電子部品、自動車部品等の製造に利用されている。しかし、金属インサートと樹脂界面の密着は通常の成形法では充分ではなく抜け落ちや界面からの気体・液体の漏れの原因となってしまう。
このような欠点を改善するために、金属表面の粗化処理や接着フイルムを塗布する方法、あるいはインサート部品を予熱する等の方法が提案されている。
前者の場合にはインサート部品の前処理工程によるコストアップの問題がある。後者の場合には予熱工程が必要なことや周辺環境条件によって樹脂流入時の温度分布が不均一になる等の問題があった。
【０００３】
金属性インサートの場合、予熱しておいても金型に設置し樹脂を射出するまでに急速に温度低下するため、インサートの温度を金型内で十分な温度に保持することが出来ず、更に、樹脂の加工温度が高くなると、予熱温度も高くする必要があり、インサートの温度管理はさらに困難となる。また高温のインサートを金型に挿入する場合は、人手で行うことは困難であり、ロボットが必要になるなど、設備投資が必要になる。
【０００４】
このために、種々のインサート部品を加熱する種々の成形方法が検討されている。
例えば、液晶ポリマーのインサート成形方法では、金属またはセラミック製の部品を予め加熱保持しておく方法であり、インサート部品は金型に装着される前あるいは装着後に電気ヒーター、電磁誘導加熱、火炎などの熱源により直接あるいは熱媒体などを通じて間接的に加熱され、加熱終了後短時間内に樹脂を充填する方法が開示されている（特許文献１参照。）。しかし、この技術では、熱容量の小さい薄片の金属端子等では、樹脂充填時まで、所定の温度を確保することが難しい。特に温度コントロールを行えないので、十分な密着性を安定して得ることはできないという問題がある。
また、インサート射出成形用金型において、通気孔が形成された網目構造などのインサートを使用して固定金型から移動金型に熱媒体を流通させる回路を形成させ、インサート物を樹脂の加熱変形温度以上に加熱して樹脂を射出し、金型の冷却時に熱媒体の温度を徐々に下げる方法が開示されている（例えば特許文献２参照。）。しかし、この技術では、金型まで加熱、冷却する必要があり、付帯設備が大きくなったり、熱効率が悪いという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−３１０９２４号公報（請求項１、４ページ左上欄〜右上欄）
【特許文献２】
特開平１１−１０５０７６号公報（請求項５〜１１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加熱されたインサート部品を使用して樹脂を射出するインサート成形において、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保する成形方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、インサートを金型内で直接加熱する手段と必要に応じて冷却する手段を設けた構造とすることにより、所定温度範囲に、所定時間コントロールしながら樹脂を射出し、冷却することが可能になり、かかる問題点を解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明の第１は、インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形において、金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際のインサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールすることを特徴とするインサート成形法を提供する。
本発明の第２は、インサート部品が金属インサート部品であり、金属インサート部品を金型内で加熱する方法が、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱する方法であることを特徴とする本発明の第１に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第３は、インサート部品を金型内で加熱する方法が、インサート部品を金型内にセットした発熱体により加熱する方法であることを特徴とする本発明の第１に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第４は、発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である本発明の第３に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第５は、金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、該金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱することを特徴とするインサート成形法を提供する。
本発明の第６は、さらに、冷却用媒体配管を併設して樹脂冷却工程で、インサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする本発明の第１〜５のいずれかに記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第７は、インサート部品の表面を粗化処理したことを特徴とする本発明の第１〜６のいずれかに記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第８は、インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金型において、金型内に発熱体が設けられ、インサート成形時にインサート部品を発熱体により加熱することを特徴とするインサート成形用金型を提供する。
本発明の第９は、発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である本発明の第８に記載のインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１０は、金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金属製金型において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金属インサート部品と接触する金型部分が金属インサート部品と電気絶縁された構造にして、インサート成形時に金属インサート部品の両端部に通電して加熱することを特徴とするインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１１は、電気絶縁された構造部分が、金型に対して断熱性を有することを特徴とする本発明の第１０に記載のインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１２は、さらに、冷却用媒体配管が併設され、樹脂冷却工程でインサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする本発明の第８〜１１のいずれかに記載のインサート成形用金型を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
インサート部品
本発明で使用するインサート部品は、材質には特に制限はなく、金属製でもセラミック製、炭素製、その他の無機物製などの非金属製でもよい。
金属インサート部品は、材質には特に制限はなく、銅、アルミ、鉄などの金属、燐青銅、ステンレスなどの合金、異種金属の貼合わせ体、これらのメッキ処理品などが挙げられる。ステンレスは、マルテンサイト系、オーステナイト系などが挙げられる。なお、炭素製などの導電性材料の場合には、金属製インサート部品と同様に扱うこともできる。
金属インサート部品の形状には、特に制限はないが、通電して直接加熱する場合には、一つの金属インサート部品の両端が成形品の外部に露出しているものが好ましく、さらに好ましくは外部に突出しているものであり、例えば電気・電子部品の端子などが挙げられる。但し、必要に応じて、成形後、成形品外へ突出している部分を切り取ってもよい。
金属インサート部品が、成形品の外部に露出していない場合には、金属インサート部品の両端部に無接点給電などにより通電して、電気的に加熱することができる。
非金属製のインサート部品の場合には、上記の両端が成形品の外部に露出している形状にして、端部、好ましくは両端部を発熱体に嵌め込むなどして接触させ、伝熱により加熱できる構造とする。
インサート部品は、表面を粗化処理して樹脂との密着を良くするようにしてもよい。粗化処理の程度は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で表して、８以上、好ましくは８〜１５、特に１０以上である。粗化処理は、磨きによっても、メッキやエッチングなどにより多孔質状にして得てもよい。
【００１０】
インサート部品の加熱
インサート部品の加熱温度は、樹脂と接する際の樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内であることが好ましい。加熱温度が樹脂の融点（結晶性樹脂）もしくは軟化点（非晶性樹脂）よりも余りに低すぎる場合には、樹脂とインサート部品の密着性が低下し、余りに高すぎる場合には、樹脂が変質したり分解したりして樹脂とインサート部品の密着性が低下するので好ましくない。インサート部品の加熱温度は、樹脂と接する際の樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内で、樹脂の特性に応じた適当な範囲に設定することが好ましい。
金属インサート部品の加熱時間は、樹脂の射出前１．０秒以内〜金属インサート部品の周囲に充填されるまでの間である。
樹脂が金属インサート部品の周囲に充填される前に、金属インサート部品の温度が上記温度より低下すると、樹脂と金属インサート部品との間の密着が不十分になりやすいという問題がある。
【００１１】
加熱方法
インサート部品の加熱方法としては、金属インサート部品に通電して直接加熱する方法、及び／又は、金型内にセットした発熱体により間接的に加熱する方法などが挙げられる。
金属インサート部品に通電して直接加熱する方法は、金属インサート部品の電気抵抗に応じて、電圧及び電流を調節して、ジュール熱により加熱する方法である。電流は直流でも交流でも構わない。また、ペルチエ効果を有する異種金属の貼合わせ体を用いた金属インサート部品の場合には、加熱にも、両端に加える極性を逆転して、冷却にも使用できる。
通電して直接加熱する方法では、熱容量が小さいために、金属インサート部品の温度コントロールが容易である。
【００１２】
金属製、非金属製を問わず、インサート部品の端部、好ましくは両端部を発熱体に接触させ、伝熱等により、間接的に加熱する。
発熱体により間接的に加熱する方法としては、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体により加熱する方法が挙げられる。金型と電気絶縁されたヒータにより加熱する方法としては、シース線ヒータなどを金型内に埋め込んだり、ヒータの埋め込まれた加熱板を金型表面に取り付ける方法などが例示される。
熱媒体により加熱する方法としては、金型内に熱媒体流路を設け、所定の温度の熱媒体を外部から供給し、排出させる方法が挙げられる。熱媒体としては、特に制限はなく、油、水、空気、窒素、燃焼ガスなどの流体が挙げられ、蒸気の場合には液体への凝縮伝熱でもよい。これらは、インサート部品の加熱工程と、成形品の冷却工程で、熱媒体から冷却用媒体に切り替えて使用することもできる。
上記間接加熱する方法では、金属インサート部品の一端が成形品から露出していればよく、金属インサート部品の形状が自由にできる利点がある。
【００１３】
成形品
本発明で得られるインサート成形品（成形品と略す。）の形状の一例を、図１に示す。インサート成形品１は、少なくとも一つのインサート部品２及び樹脂９からなり、図１では、インサート部品２の両端部３および４が成形品１の外に突出している。また、図１では、インサート部品２が２本設けられているが、その形状、数、大きさ、向き、対称性などには特に制限はない。
【００１４】
金型
（ｉ）金属インサート部品に通電して直接加熱する方法に使用する金型としては、例えば図２に示す構造のものが挙げられる。
図２において、金型１０は、固定型１１および可動型１２からなり、金型キャビティ１３に樹脂が射出充填され、インサート成形品１が得られる。図２の例では、成形品１では、一つの金属インサート部品２の両端部３および４が成形品外へ突出しており、両端３および４に通電して金属インサート部品２が加熱される。このため、金属インサート部品２は、両端部３および４側において固定型１１および可動型１２側に、支持ブロック３１及び３２に設けられた通電用接点５および６に接触し、また金型と電気的に絶縁されるように、金型キャビテイに絶縁体７および８が設けられる。通電用接点５および６はリード線１８を介して外部電源へ接続される。
図２では、上記通電用接点５および６は固定型１１および可動型１２に穴２１および２２を設けて金型外から挿入して設置し、ソケット状の通電用接点に金属インサート部品の端部が挿入される構造にしてあるが、設け方は、これに制限されるものではない。また、絶縁体７および８は、金型キャビテイと通電用接点の間で金属インサート部品が金型と接触しないように設けられればよく、絶縁体７および８は、穴２１および２２の底まで延長していても途中までの長さであってもよい。
さらに、図２では、必要に応じて成形品を冷却するために、冷却用媒体を供給し排出するための流路４１及び４２が備えられている（排出流路は図示していないが、支持ブロック３１及び３２の側面に設けられた溝や隙間等でもよい。）。冷却用媒体としては、上記の気体や液体などの熱媒体が挙げられ、温度が異なるだけで、同じ種類のものを使用することもできる。
【００１５】
（ｉｉ）金属インサート部品を金型内にセットした発熱体により間接的に加熱する方法に使用する金型としては、例えば図３に示す構造のものが挙げられる。
図３では、図２おけるソケット状の通電用接点５および６が発熱体１５および１６で置換された構造のものであり、発熱体１５および１６の熱伝導により、金属インサート部品２全体を所定の温度に加熱する。発熱体１５および１６はリード線１８および１９を介して外部電源へ接続される。
また、熱媒体を使用して加熱する例としては、例えば図４に示す構造のものが挙げられる。図４では、固定型１１および可動型１２の金属インサート部品の端部３および４と接触するキャビティ面の直下近傍に加熱用熱媒体の流路６１および６２が設けられる。流路６１および６２は、成形品１の冷却工程において、冷却用媒体を供給し排出するための流路として使用してもよい。
なお、前述したように、間接的に加熱する方法では、端部３および４の少なくとも一方が設けられていればよいが、金属インサート部品の形状により両側に設けることが可能な場合には、加熱、冷却を効率よく行うことができる。
【００１６】
樹脂
インサート成形で使用する樹脂としては、インサート成形に使用することが可能な樹脂であれば制限はないが、熱可塑性樹脂が好ましい。これらは、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーアロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ−４−メチル−ペンテン−１等ポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、（メタ）アクリル樹脂、セルロース系樹脂、エラストマー等が挙げられる。
エンジニアリング樹脂としては、ナイロン６、同６，６、同１２、同６，１２のような各種脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルフォン（ＰＳｕ）、ポリイミド（ＰＩ）、各種液晶ポリエステル、弗素樹脂等が挙げられる。
その他、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ヒドロキシカルボン酸もしくはその環状化合物からの脂肪族ポリエステル、さらにはこれらがジイソシアネートなどにより分子量が増加した脂肪族ポリエステル等の生分解性樹脂などであってもよい。
上記樹脂には、各種の樹脂添加剤や充填剤を含んでいてもよい。
【００１７】
成形方法
本発明の成形方法の第１は、図２に示す構造などの金型を使用して、金属インサート部品と電気絶縁された金型内で金属インサート部品に通電して金属インサート部品を加熱して、加熱後又は加熱中に樹脂を充填する方法である。この第１の方法により、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、極めて簡便に、金属インサート部品を加熱することができる。
本発明の成形方法の第２は、図２〜４に示す構造などの金型を使用して、金型内で金属インサート部品を直接又は間接的に加熱することにより、樹脂と接する際の金属インサート部品の温度を、樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールしながら、樹脂を充填する方法である。この第２の方法により、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、金属インサート部品を所定の温度、所定の時間、加熱することができるので、金属インサート部品−樹脂間の優れた密着性を有する成形品が得られる。
【００１８】
図５に、金属インサート部品を、通電により直接加熱し、外部エアにより強制冷却した場合の金属インサート部品の温度コントロールの状態を示す。縦軸は金属インサート部品の加熱温度、横軸は、経過時間を示す。
加熱温度及び時間は、金属インサート部品の通電時間及び／又は電力量（抵抗が一定であれば電圧の調節）によって、コントロールすることができる。
【００１９】
樹脂の充填は、金属インサート部品が前記所定の温度範囲に到達した後、開始されることが好ましく、充填中は所定の温度範囲内に保持されることが好ましい。前記所定の温度範囲に到達する前や、所定の温度範囲内に保持される時間が短すぎると、樹脂と金属インサート部品との間の密着が不十分になりやすい。
図６に、本発明の方法である、ヒータによる間接加熱方法に基づき、金属インサート部品を加熱した場合の金属インサート部品の表面温度変化を実線で示す。図６で、点線は非加熱の金属インサート部品を使用した場合であり、一点鎖線は金属インサート部品を４５０℃に予熱したものを金型に設置後、金型を閉じて樹脂を充填した場合の温度変化の状態を示す。なお、金型温度５０℃、樹脂にベクトラＡ１３０を使用し、樹脂温度３００℃に設定し、金属インサート部品の表面に熱電対を貼り付けて、温度測定を行った。
図６で、横軸は成形経過時間（秒）、縦軸はインサート部品の表面温度（℃）を示す。本発明では、例えば３．５秒でインサート部品の加熱を開始し、約３４０℃に加熱された時点で樹脂の充填を開始し、約６秒で充填を終了すると共に冷却を開始し、約９秒後に成形品を取り出した。
従来の方法では、インサート部品の温度を所定の温度範囲に保つことができず、樹脂充填開始時に温度を必要以上に高くしたりしなければならなかったり、樹脂のキャビティ内への充填固化と共に樹脂の融点未満もしくは軟化点未満となってインサート部品−樹脂間の密着性が十分でなくなったりする。
【００２０】
冷却工程
成形品の冷却工程では、通常の金型温度コントロール方法にて冷却される。例えば、ヒータ、水、油などの冷却用媒体を使用して温度調節される。また、成形サイクル短縮や間接加熱のヒータ寿命を延ばすために、金型内に冷却用媒体の配管を設けることも有効である。
【００２１】
用途
本発明により得られたインサート成形品は、電機・電子部品、自動車部品等に広く使用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例では、図１に斜視図、図７に上面図を示すインサート成形品を、図２に示す金型を使用して通電により直接加熱して成形するか、又は図３に示す金型を使用してヒータにより間接加熱して成形した。
なお、金属インサート部品は、金属板をプレス打ち抜きして得られたものをそのまま使用し、特別な表面処理は行っていない。
比較例では、上記金属インサート部品を未加熱又は予備加熱して、成形した。
樹脂としては、ポリプラスチック（株）社製、フォートロンＰＰＳ６１６５Ａ６（融点２８０℃）又はベクトラＡ１３０（融点２８０℃）を使用した。
【００２３】
直接加熱：タイマー付き電気回路に、金属インサート部品（長さ３０ｍｍ、巾５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）の両端を結合して、金属インサート部品の両端に１００Ｖ、３秒間通電して加熱した。
間接加熱：図３に示すようなヒータをタイマー付き電気回路に結合して、ヒータに金属インサート部品（長さ３０ｍｍ、巾５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）の両端を差し込んで、ヒータを１００Ｖ、５秒間通電して加熱し、熱伝導により金属インサート部品を加熱した。
金属インサート部品の表面に熱電対を貼り付けて、温度測定を行い、加熱温度は通電時間により調節した。
【００２４】
得られた成形品は、成形後４８Ｈｒｓ以上常温下に放置して、図８に示す試験方法により、水で満たした加圧用容器の上部に成形品を載せ、蓋を締めて成形品を加圧用容器に密着させた後、配管によりエアー加圧を行い、成形品のインサート部品と樹脂の界面からの水洩れの有無により気密性を測定し、インサート部品−樹脂間の密着性を評価した。結果を表１及び２に示す。
なお、試験成形品に水道水から持ち込まれる気泡が付着するのを避けるため、予め界面活性剤を塗布し、エア洩れの有無が確実に観察できるようにした。
水道水温度：常温、 エア圧：０．１ＭＰａ、 エア加圧時間：１ｍｉｎ
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、金属インサート部品−樹脂間の優れた密着性を有するインサート成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例又は比較例に係るインサート成形品の斜視図である。
【図２】本発明に係る通電直接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図３】本発明に係るヒータ間接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図４】本発明に係る熱媒体間接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図５】本発明に係るインサート部品の温度コントロールの状態を示すグラフである。
【図６】従来技術に係る予熱インサート部品の温度変化を示すグラフである。
【図７】実施例又は比較例に係るインサート成形品の上面図である。
【図８】インサート成形品の気密性を測定する試験装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ インサート成形品
２ （金属）インサート部品
３ （金属インサート部品の）端部
４ （金属インサート部品の）端部
５ 通電用接点
６ 通電用接点
７ 絶縁体
８ 絶縁体
９ 樹脂
１０ 金型
１１ 固定型
１２ 可動型
１３ 金型キャビティ
１５ 発熱体
１６ 発熱体
１８ リード線
１９ リード線
２１ 穴
２２ 穴
３１ 支持ブロック
３２ 支持ブロック
４１ 流路
４２ 流路
６１ 流路
６２ 流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、インサート部品を樹脂にて包埋する射出インサート成形に関し、詳しくは、金型内に設置されたインサート部品を加熱する、特に樹脂の融点もしくは軟化点以上に加熱する、インサート成形法及びそれに使用する金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インサート成形は異種材料の一体化のために有効な手段であり、電機・電子部品、自動車部品等の製造に利用されている。しかし、金属インサートと樹脂界面の密着は通常の成形法では充分ではなく抜け落ちや界面からの気体・液体の漏れの原因となってしまう。
このような欠点を改善するために、金属表面の粗化処理や接着フイルムを塗布する方法、あるいはインサート部品を予熱する等の方法が提案されている。
前者の場合にはインサート部品の前処理工程によるコストアップの問題がある。後者の場合には予熱工程が必要なことや周辺環境条件によって樹脂流入時の温度分布が不均一になる等の問題があった。
【０００３】
金属性インサートの場合、予熱しておいても金型に設置し樹脂を射出するまでに急速に温度低下するため、インサートの温度を金型内で十分な温度に保持することが出来ず、更に、樹脂の加工温度が高くなると、予熱温度も高くする必要があり、インサートの温度管理はさらに困難となる。また高温のインサートを金型に挿入する場合は、人手で行うことは困難であり、ロボットが必要になるなど、設備投資が必要になる。
【０００４】
このために、種々のインサート部品を加熱する種々の成形方法が検討されている。
例えば、液晶ポリマーのインサート成形方法では、金属またはセラミック製の部品を予め加熱保持しておく方法であり、インサート部品は金型に装着される前あるいは装着後に電気ヒーター、電磁誘導加熱、火炎などの熱源により直接あるいは熱媒体などを通じて間接的に加熱され、加熱終了後短時間内に樹脂を充填する方法が開示されている（特許文献１参照。）。しかし、この技術では、熱容量の小さい薄片の金属端子等では、樹脂充填時まで、所定の温度を確保することが難しい。特に温度コントロールを行えないので、十分な密着性を安定して得ることはできないという問題がある。
また、インサート射出成形用金型において、通気孔が形成された網目構造などのインサートを使用して固定金型から移動金型に熱媒体を流通させる回路を形成させ、インサート物を樹脂の加熱変形温度以上に加熱して樹脂を射出し、金型の冷却時に熱媒体の温度を徐々に下げる方法が開示されている（例えば特許文献２参照。）。しかし、この技術では、金型まで加熱、冷却する必要があり、付帯設備が大きくなったり、熱効率が悪いという問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−３１０９２４号公報（請求項１、４ページ左上欄〜右上欄）
【特許文献２】
特開平１１−１０５０７６号公報（請求項５〜１１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加熱されたインサート部品を使用して樹脂を射出するインサート成形において、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、インサート部品−樹脂間の優れた密着性を確保する成形方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、インサートを金型内で直接加熱する手段と必要に応じて冷却する手段を設けた構造とすることにより、所定温度範囲に、所定時間コントロールしながら樹脂を射出し、冷却することが可能になり、かかる問題点を解決し得ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明の第１は、インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形において、金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際のインサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールすることを特徴とするインサート成形法を提供する。
本発明の第２は、インサート部品が金属インサート部品であり、金属インサート部品を金型内で加熱する方法が、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱する方法であることを特徴とする本発明の第１に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第３は、インサート部品を金型内で加熱する方法が、インサート部品を金型内にセットした発熱体により加熱する方法であることを特徴とする本発明の第１に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第４は、発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である本発明の第３に記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第５は、金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、該金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱することを特徴とするインサート成形法を提供する。
本発明の第６は、さらに、冷却用媒体配管を併設して樹脂冷却工程で、インサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする本発明の第１〜５のいずれかに記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第７は、インサート部品の表面を粗化処理したことを特徴とする本発明の第１〜６のいずれかに記載のインサート成形法を提供する。
本発明の第８は、インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金型において、金型内に発熱体が設けられ、インサート成形時にインサート部品を発熱体により加熱することを特徴とするインサート成形用金型を提供する。
本発明の第９は、発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である本発明の第８に記載のインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１０は、金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金属製金型において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金属インサート部品と接触する金型部分が金属インサート部品と電気絶縁された構造にして、インサート成形時に金属インサート部品の両端部に通電して加熱することを特徴とするインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１１は、電気絶縁された構造部分が、金型に対して断熱性を有することを特徴とする本発明の第１０に記載のインサート成形用金型を提供する。
本発明の第１２は、さらに、冷却用媒体配管が併設され、樹脂冷却工程でインサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする本発明の第８〜１１のいずれかに記載のインサート成形用金型を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
インサート部品
本発明で使用するインサート部品は、材質には特に制限はなく、金属製でもセラミック製、炭素製、その他の無機物製などの非金属製でもよい。
金属インサート部品は、材質には特に制限はなく、銅、アルミ、鉄などの金属、燐青銅、ステンレスなどの合金、異種金属の貼合わせ体、これらのメッキ処理品などが挙げられる。ステンレスは、マルテンサイト系、オーステナイト系などが挙げられる。なお、炭素製などの導電性材料の場合には、金属製インサート部品と同様に扱うこともできる。
金属インサート部品の形状には、特に制限はないが、通電して直接加熱する場合には、一つの金属インサート部品の両端が成形品の外部に露出しているものが好ましく、さらに好ましくは外部に突出しているものであり、例えば電気・電子部品の端子などが挙げられる。但し、必要に応じて、成形後、成形品外へ突出している部分を切り取ってもよい。
金属インサート部品が、成形品の外部に露出していない場合には、金属インサート部品の両端部に無接点給電などにより通電して、電気的に加熱することができる。
非金属製のインサート部品の場合には、上記の両端が成形品の外部に露出している形状にして、端部、好ましくは両端部を発熱体に嵌め込むなどして接触させ、伝熱により加熱できる構造とする。
インサート部品は、表面を粗化処理して樹脂との密着を良くするようにしてもよい。粗化処理の程度は、十点平均粗さ（Ｒｚ）で表して、８以上、好ましくは８〜１５、特に１０以上である。粗化処理は、磨きによっても、メッキやエッチングなどにより多孔質状にして得てもよい。
【００１０】
インサート部品の加熱
インサート部品の加熱温度は、樹脂と接する際の樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内であることが好ましい。加熱温度が樹脂の融点（結晶性樹脂）もしくは軟化点（非晶性樹脂）よりも余りに低すぎる場合には、樹脂とインサート部品の密着性が低下し、余りに高すぎる場合には、樹脂が変質したり分解したりして樹脂とインサート部品の密着性が低下するので好ましくない。インサート部品の加熱温度は、樹脂と接する際の樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内で、樹脂の特性に応じた適当な範囲に設定することが好ましい。
金属インサート部品の加熱時間は、樹脂の射出前１．０秒以内〜金属インサート部品の周囲に充填されるまでの間である。
樹脂が金属インサート部品の周囲に充填される前に、金属インサート部品の温度が上記温度より低下すると、樹脂と金属インサート部品との間の密着が不十分になりやすいという問題がある。
【００１１】
加熱方法
インサート部品の加熱方法としては、金属インサート部品に通電して直接加熱する方法、及び／又は、金型内にセットした発熱体により間接的に加熱する方法などが挙げられる。
金属インサート部品に通電して直接加熱する方法は、金属インサート部品の電気抵抗に応じて、電圧及び電流を調節して、ジュール熱により加熱する方法である。電流は直流でも交流でも構わない。また、ペルチエ効果を有する異種金属の貼合わせ体を用いた金属インサート部品の場合には、加熱にも、両端に加える極性を逆転して、冷却にも使用できる。
通電して直接加熱する方法では、熱容量が小さいために、金属インサート部品の温度コントロールが容易である。
【００１２】
金属製、非金属製を問わず、インサート部品の端部、好ましくは両端部を発熱体に接触させ、伝熱等により、間接的に加熱する。
発熱体により間接的に加熱する方法としては、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体により加熱する方法が挙げられる。金型と電気絶縁されたヒータにより加熱する方法としては、シース線ヒータなどを金型内に埋め込んだり、ヒータの埋め込まれた加熱板を金型表面に取り付ける方法などが例示される。
熱媒体により加熱する方法としては、金型内に熱媒体流路を設け、所定の温度の熱媒体を外部から供給し、排出させる方法が挙げられる。熱媒体としては、特に制限はなく、油、水、空気、窒素、燃焼ガスなどの流体が挙げられ、蒸気の場合には液体への凝縮伝熱でもよい。これらは、インサート部品の加熱工程と、成形品の冷却工程で、熱媒体から冷却用媒体に切り替えて使用することもできる。
上記間接加熱する方法では、金属インサート部品の一端が成形品から露出していればよく、金属インサート部品の形状が自由にできる利点がある。
【００１３】
成形品
本発明で得られるインサート成形品（成形品と略す。）の形状の一例を、図１に示す。インサート成形品１は、少なくとも一つのインサート部品２及び樹脂９からなり、図１では、インサート部品２の両端部３および４が成形品１の外に突出している。また、図１では、インサート部品２が２本設けられているが、その形状、数、大きさ、向き、対称性などには特に制限はない。
【００１４】
金型
（ｉ）金属インサート部品に通電して直接加熱する方法に使用する金型としては、例えば図２に示す構造のものが挙げられる。
図２において、金型１０は、固定型１１および可動型１２からなり、金型キャビティ１３に樹脂が射出充填され、インサート成形品１が得られる。図２の例では、成形品１では、一つの金属インサート部品２の両端部３および４が成形品外へ突出しており、両端３および４に通電して金属インサート部品２が加熱される。このため、金属インサート部品２は、両端部３および４側において固定型１１および可動型１２側に、支持ブロック３１及び３２に設けられた通電用接点５および６に接触し、また金型と電気的に絶縁されるように、金型キャビテイに絶縁体７および８が設けられる。通電用接点５および６はリード線１８を介して外部電源へ接続される。
図２では、上記通電用接点５および６は固定型１１および可動型１２に穴２１および２２を設けて金型外から挿入して設置し、ソケット状の通電用接点に金属インサート部品の端部が挿入される構造にしてあるが、設け方は、これに制限されるものではない。また、絶縁体７および８は、金型キャビテイと通電用接点の間で金属インサート部品が金型と接触しないように設けられればよく、絶縁体７および８は、穴２１および２２の底まで延長していても途中までの長さであってもよい。
さらに、図２では、必要に応じて成形品を冷却するために、冷却用媒体を供給し排出するための流路４１及び４２が備えられている（排出流路は図示していないが、支持ブロック３１及び３２の側面に設けられた溝や隙間等でもよい。）。冷却用媒体としては、上記の気体や液体などの熱媒体が挙げられ、温度が異なるだけで、同じ種類のものを使用することもできる。
【００１５】
（ｉｉ）金属インサート部品を金型内にセットした発熱体により間接的に加熱する方法に使用する金型としては、例えば図３に示す構造のものが挙げられる。
図３では、図２おけるソケット状の通電用接点５および６が発熱体１５および１６で置換された構造のものであり、発熱体１５および１６の熱伝導により、金属インサート部品２全体を所定の温度に加熱する。発熱体１５および１６はリード線１８および１９を介して外部電源へ接続される。
また、熱媒体を使用して加熱する例としては、例えば図４に示す構造のものが挙げられる。図４では、固定型１１および可動型１２の金属インサート部品の端部３および４と接触するキャビティ面の直下近傍に加熱用熱媒体の流路６１および６２が設けられる。流路６１および６２は、成形品１の冷却工程において、冷却用媒体を供給し排出するための流路として使用してもよい。
なお、前述したように、間接的に加熱する方法では、端部３および４の少なくとも一方が設けられていればよいが、金属インサート部品の形状により両側に設けることが可能な場合には、加熱、冷却を効率よく行うことができる。
【００１６】
樹脂
インサート成形で使用する樹脂としては、インサート成形に使用することが可能な樹脂であれば制限はないが、熱可塑性樹脂が好ましい。これらは、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーアロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ−４−メチル−ペンテン−１等ポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、（メタ）アクリル樹脂、セルロース系樹脂、エラストマー等が挙げられる。
エンジニアリング樹脂としては、ナイロン６、同６，６、同１２、同６，１２のような各種脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルフォン（ＰＳｕ）、ポリイミド（ＰＩ）、各種液晶ポリエステル、弗素樹脂等が挙げられる。
その他、脂肪族ジカルボン酸、脂肪族ジオール、脂肪族ヒドロキシカルボン酸もしくはその環状化合物からの脂肪族ポリエステル、さらにはこれらがジイソシアネートなどにより分子量が増加した脂肪族ポリエステル等の生分解性樹脂などであってもよい。
上記樹脂には、各種の樹脂添加剤や充填剤を含んでいてもよい。
【００１７】
成形方法
本発明の成形方法の第１は、図２に示す構造などの金型を使用して、金属インサート部品と電気絶縁された金型内で金属インサート部品に通電して金属インサート部品を加熱して、加熱後又は加熱中に樹脂を充填する方法である。この第１の方法により、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、極めて簡便に、金属インサート部品を加熱することができる。
本発明の成形方法の第２は、図２〜４に示す構造などの金型を使用して、金型内で金属インサート部品を直接又は間接的に加熱することにより、樹脂と接する際の金属インサート部品の温度を、樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールしながら、樹脂を充填する方法である。この第２の方法により、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、金属インサート部品を所定の温度、所定の時間、加熱することができるので、金属インサート部品−樹脂間の優れた密着性を有する成形品が得られる。
【００１８】
図５に、金属インサート部品を、通電により直接加熱し、外部エアにより強制冷却した場合の金属インサート部品の温度コントロールの状態を示す。縦軸は金属インサート部品の加熱温度、横軸は、経過時間を示す。
加熱温度及び時間は、金属インサート部品の通電時間及び／又は電力量（抵抗が一定であれば電圧の調節）によって、コントロールすることができる。
【００１９】
樹脂の充填は、金属インサート部品が前記所定の温度範囲に到達した後、開始されることが好ましく、充填中は所定の温度範囲内に保持されることが好ましい。前記所定の温度範囲に到達する前や、所定の温度範囲内に保持される時間が短すぎると、樹脂と金属インサート部品との間の密着が不十分になりやすい。
図６に、本発明の方法である、ヒータによる間接加熱方法に基づき、金属インサート部品を加熱した場合の金属インサート部品の表面温度変化を実線で示す。図６で、点線は非加熱の金属インサート部品を使用した場合であり、一点鎖線は金属インサート部品を４５０℃に予熱したものを金型に設置後、金型を閉じて樹脂を充填した場合の温度変化の状態を示す。なお、金型温度５０℃、樹脂にベクトラＡ１３０を使用し、樹脂温度３００℃に設定し、金属インサート部品の表面に熱電対を貼り付けて、温度測定を行った。
図６で、横軸は成形経過時間（秒）、縦軸はインサート部品の表面温度（℃）を示す。本発明では、例えば３．５秒でインサート部品の加熱を開始し、約３４０℃に加熱された時点で樹脂の充填を開始し、約６秒で充填を終了すると共に冷却を開始し、約９秒後に成形品を取り出した。
従来の方法では、インサート部品の温度を所定の温度範囲に保つことができず、樹脂充填開始時に温度を必要以上に高くしたりしなければならなかったり、樹脂のキャビティ内への充填固化と共に樹脂の融点未満もしくは軟化点未満となってインサート部品−樹脂間の密着性が十分でなくなったりする。
【００２０】
冷却工程
成形品の冷却工程では、通常の金型温度コントロール方法にて冷却される。例えば、ヒータ、水、油などの冷却用媒体を使用して温度調節される。また、成形サイクル短縮や間接加熱のヒータ寿命を延ばすために、金型内に冷却用媒体の配管を設けることも有効である。
【００２１】
用途
本発明により得られたインサート成形品は、電機・電子部品、自動車部品等に広く使用することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例では、図１に斜視図、図７に上面図を示すインサート成形品を、図２に示す金型を使用して通電により直接加熱して成形するか、又は図３に示す金型を使用してヒータにより間接加熱して成形した。
なお、金属インサート部品は、金属板をプレス打ち抜きして得られたものをそのまま使用し、特別な表面処理は行っていない。
比較例では、上記金属インサート部品を未加熱又は予備加熱して、成形した。
樹脂としては、ポリプラスチック（株）社製、フォートロンＰＰＳ６１６５Ａ６（融点２８０℃）又はベクトラＡ１３０（融点２８０℃）を使用した。
【００２３】
直接加熱：タイマー付き電気回路に、金属インサート部品（長さ３０ｍｍ、巾５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）の両端を結合して、金属インサート部品の両端に１００Ｖ、３秒間通電して加熱した。
間接加熱：図３に示すようなヒータをタイマー付き電気回路に結合して、ヒータに金属インサート部品（長さ３０ｍｍ、巾５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）の両端を差し込んで、ヒータを１００Ｖ、５秒間通電して加熱し、熱伝導により金属インサート部品を加熱した。
金属インサート部品の表面に熱電対を貼り付けて、温度測定を行い、加熱温度は通電時間により調節した。
【００２４】
得られた成形品は、成形後４８Ｈｒｓ以上常温下に放置して、図８に示す試験方法により、水で満たした加圧用容器の上部に成形品を載せ、蓋を締めて成形品を加圧用容器に密着させた後、配管によりエアー加圧を行い、成形品のインサート部品と樹脂の界面からの水洩れの有無により気密性を測定し、インサート部品−樹脂間の密着性を評価した。結果を表１及び２に示す。
なお、試験成形品に水道水から持ち込まれる気泡が付着するのを避けるため、予め界面活性剤を塗布し、エア洩れの有無が確実に観察できるようにした。
水道水温度：常温、 エア圧：０．１ＭＰａ、 エア加圧時間：１ｍｉｎ
【００２５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の成形設備を用い、大幅な設備投資を伴わずに、金属インサート部品−樹脂間の優れた密着性を有するインサート成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例又は比較例に係るインサート成形品の斜視図である。
【図２】本発明に係る通電直接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図３】本発明に係るヒータ間接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図４】本発明に係る熱媒体間接加熱する方法に使用する金型及びインサート成形品の一例の断面図である。
【図５】本発明に係るインサート部品の温度コントロールの状態を示すグラフである。
【図６】従来技術に係る予熱インサート部品の温度変化を示すグラフである。
【図７】実施例又は比較例に係るインサート成形品の上面図である。
【図８】インサート成形品の気密性を測定する試験装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
１ インサート成形品
２ （金属）インサート部品
３ （金属インサート部品の）端部
４ （金属インサート部品の）端部
５ 通電用接点
６ 通電用接点
７ 絶縁体
８ 絶縁体
９ 樹脂
１０ 金型
１１ 固定型
１２ 可動型
１３ 金型キャビティ
１５ 発熱体
１６ 発熱体
１８ リード線
１９ リード線
２１ 穴
２２ 穴
３１ 支持ブロック
３２ 支持ブロック
４１ 流路
４２ 流路
６１ 流路
６２ 流路
Claims (12)
- インサート部品を熱可塑性樹脂により包埋する射出インサート成形において、金型内でインサート部品を加熱することにより、樹脂と接する際のインサート部品の温度を、熱可塑性樹脂の融点もしくは軟化点以上の温度範囲内に、所定時間、コントロールすることを特徴とするインサート成形法。
- インサート部品が金属インサート部品であり、インサート部品を金型内で加熱する方法が、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱する方法であることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形法。
- インサート部品を金型内で加熱する方法が、インサート部品を金型内にセットした発熱体により加熱する方法であることを特徴とする請求項１に記載のインサート成形法。
- 発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である請求項３に記載のインサート成形法。
- 金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金型を金属インサート部品と電気絶縁される構造にして、該金属インサート部品の両端部に通電して、金型内の金属インサート部品を加熱することを特徴とするインサート成形法。
- さらに、冷却用媒体配管を併設して樹脂冷却工程で、インサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインサート成形法。
- インサート部品の表面を粗化処理したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインサート成形法。
- インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金型において、金型内に発熱体が設けられ、インサート成形時にインサート部品を発熱体により加熱することを特徴とするインサート成形用金型。
- 発熱体が、金型と電気絶縁されたヒータ、電磁誘導加熱ヒータ又は熱媒体である請求項８に記載のインサート成形用金型。
- 金属インサート部品を樹脂により包埋する射出インサート成形に使用される金属製金型において、金属インサート部品の両端部を成形品外に露出させるとともに、金属インサート部品と接触する金型部分が金属インサート部品と電気絶縁された構造にして、インサート成形時に金属インサート部品の両端部に通電して加熱することを特徴とするインサート成形用金型。
- 電気絶縁された構造部分が、金型に対して断熱性を有することを特徴とする請求項１０に記載のインサート成形用金型。
- さらに、冷却用媒体配管が併設され、樹脂冷却工程でインサート部品及び発熱体を急冷却することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のインサート成形用金型。
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