JP2005067111A - 複合体部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硬質形状物に対するポリアミド系樹脂との一体化を図った複合体部材を作る。
【解決手段】金属等の硬質形状物１にエポキシ系インキ等のウレタン硬化型コート材３を塗布硬化させる。このウレタン硬化型コート材３を塗布硬化された硬質形状物を射出成形金型にインサートし、ポリアミド系樹脂組成物２を射出させ一体化させる。硬質形状物１に予め１次コーティングを行っておくと、尚一層接着性の効果を高められる。射出成形を行うことは生産性が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器等の筐体、部品、に用いられる金属部材、樹脂部材、あるいは木製品等の硬質部材に熱可塑性樹脂組成物を射出成形し一体化された複合体部材とその製造技術に関する。更に詳しくは、硬質部材にポリアミド系樹脂組成物を射出成形し一体化された複合体部材とその製造技術に関する。

金属と硬質樹脂を一体化する技術は多方面で使用されている。例えば、電子機器、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で求められており、時に接着技術を中心に一体化技術が開発されている。通常は、例えば、金属形状物等と合成樹脂の形状物を接着剤によって一体化することが多い。この一体化の方法を射出成形によって行うと生産性が向上し合理的である。その技術も種々開示されている（例えば、特許文献１参照）。射出成形が可能な形状物を接着剤の使用で一体化すると、量産の場合は著しく工数を要し、又不良率が高くなり問題となる。これらの点で、射出成形による一体化は、接着性が安定しており、製造上の諸条件の変化を気にしなくてよい。

この射出成形の技術については、ポリカーボネート樹脂（以下「ＰＣ」という）やＡＢＳ樹脂（以下「ＡＢＳ」という）などの熱可塑性樹脂の成形品に特殊インキを印刷硬化させ、これを射出成形金型にインサートした後で熱可塑性ポリエステルエラストマー（以下「ＴＰＥ」という）組成物を射出することにより、印刷層とＴＰＥ組成物部分を反応接着させるものがある。これは、ＰＣやＡＢＳとＴＰＥ組成物を一体化するもので、同一出願人の提案している技術である。更に、金属形状物に特殊インキや塗料を印刷又は塗布して硬化し、射出成形金型にインサートし、ＴＰＥを射出させ一体化させる技術も同一出願人が提案している（例えば、特許文献２参照）。更に、金属にポリアミド樹脂を密着させる技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−１０３５６３号公報 特開２００３−８２４９４号公報 特開２００２−１０５３３３号公報

前述のように、ＰＣやＡＢＳに対するＴＰＥの射出接着技術と、金属に対するＴＰＥの射出接着技術は既に公知である。しかしながら、金属を含む硬質形状物に対する硬質の熱可塑性樹脂組成物の射出成形は不十分であり、又、接着剤等による接着方法は工数を要し能率的でない。射出成形の多くは単に樹脂を射出させるのみであり、例えば金属の基板に半導体素子を封止するなど絶縁性向上等のために利用されている。接着性をよくするための処置はなされていない。本発明はこれら従来の技術の問題点を解決し開発されたものであり、以下の目的を達成する。

本発明の目的は、金属等の硬質形状物とポリアミド系樹脂組成物との接着性をよくし一体化させた複合体部材とその製造技術の提供にある。
本発明の他の目的は、金属等の硬質形状物とポリアミド系樹脂組成物との接着の安定性を図り、量産可能で生産能率の向上を図った複合体部材とその製造技術の提供にある。

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の複合体部材は、硬質形状物と、この硬質形状物に塗布硬化されたウレタン硬化型コート材と、このウレタン硬化型コート材を塗布硬化された硬質形状物に射出成形金型を介して射出されるポリアミド系樹脂組成物とからなり、前記硬質形状物に前記ポリアミド系樹脂組成物が射出成形により一体化することを特徴としている。

本発明２の複合体部材は、本発明１において、前記硬質形状物は、前記ウレタン硬化型コート材を塗布硬化される前に洗浄がなされコート材を一層以上塗布硬化されている形状物であることを特徴としている。

本発明３の複合体部材は、本発明１において、前記硬質形状物は、硬化済みエポキシ樹脂製形状物であり、エポキシ系インキで塗布硬化された後ウレタン硬化型インキで塗布硬化される形状物であることを特徴としている。
本発明４の複合体部材の製造方法は、形状物に合成樹脂を一体化する製造方法であって、硬質形状物にウレタン硬化型コート材を塗布硬化させる工程と、前記ウレタン硬化型コート材の塗布硬化された前記硬質形状物を射出成形金型にインサートする工程と、前記硬質形状物をインサート後前記射出成形金型にポリアミド系樹脂組成物を射出する工程とからなり、前記硬質形状物と前記ポリアミド系樹脂組成物とを一体化することを特徴としている。

本発明５の複合体部材の製造方法は、本発明４において、前記ウレタン硬化型コート材を塗布硬化させる工程の前に、前記硬質形状物はコート材を一層以上塗布硬化されることを特徴としている。

以下、前述した本発明の複合体部材とその製造方法についてその手段を詳述する。
〔硬質形状物〕
対象となる硬質形状物の材質は、金属、樹脂製品、木製品、その他の硬質形状物である。金属としては、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉄、ステンレス、亜鉛等と、これらの合金類が使用できる。これらの金属は、一般に塗料、インキ等との接着力が弱い。従って、コーティングする場合は、脱脂と適当な化学エッチングを行ってからコーティングすることが好ましい。コート材として各種金属に適した塗料やインキが市販されているので、これらを１次コーティングとして利用することができる。本発明でいう１次コーティングは、ウレタン硬化型コート材を塗布硬化させる前のコーティング工程をいう。

又、前述のように、前もって金属を化学エッチングしておくとプラスチック用のインキ、例えば、１液性アクリル樹脂系のインキや塗料も１次コート材として使用することができる。更に、硬質形状物の材質が熱硬化性樹脂の場合も一般にコート材の接着力は弱い。従って、予め表面をシボ加工しておくとかあるいはブラストして表面を粗くし、コート材が接着し易い措置を行うことが好ましい。又、熱硬化性樹脂がエポキシ系樹脂である場合、最初に塗布する１次コーティングは、エポキシ系塗料又はインキが好ましい。フェノール系樹脂である場合はフェノール系コート材でコーティングするのが好ましい。

一方、硬質形状物の材質が熱可塑性樹脂の場合は、一般にコート材の接着力は強い。１次コート材として最終コート材と同じウレタン硬化型コート材を塗布硬化するか、又は生地である熱可塑性樹脂製形状物にクラックなどのダメージを与え難い１液性アクリル樹脂系コート材を１次コート材として塗布した後に、最終コート材であるウレタン硬化型コート材を塗布硬化させるのが好ましい。木製品その他の硬質形状物である場合、可能な限り高い接着力のあるコート材を選択し、１次コーティングのコート材とする。

〔ウレタン硬化型コート材〕
ウレタン硬化型コート材は、主液と硬化剤とからなる２液性のものが好ましい。硬化剤はポリイソシアネート系化合物である系が好ましい。１次コート材がウレタン硬化型コート材である場合、この１次コート材は最終コート材と同種類の材料であるから、そのまま最終コーティングのコート材として兼用することができる。実際の塗布工程においては、コート材は主液、硬化剤、溶剤の３者をよく混合したものを使用し、塗布後に焼き付け硬化を行うが、射出成形における射出での接着力を高めるために次のことを行う。

即ち、焼付けが十分過ぎてこのウレタン硬化型コート層が高硬化度となったときは、射出での接着力が低下する。このため、焼付け条件は、そのコート材メーカーが指定する条件付近で行うことが好ましい。焼付け条件をこれより厳しくすることは好ましくない。また、このコート材を塗布するときの環境も関係する。例えば、冬季で湿度が１５％以下の乾燥状態の雰囲気では、溶剤に０．５〜１．０％程度の水分を含ませてコート材を調整し使用するのが好ましい。

低湿度では、空気中の水分による硬化剤（ポリイソシアネート）と水分との反応が殆ど起こらず、主液との硬化が理想的に生じる結果、熱風乾燥機内での塗膜硬化が通常より進行するからである。射出成形による接着を起こさせる要素は、コート層硬化の不完全さであることが推測される。仮説であるが硬化度が不完全で未硬化のポリマー部や未反応の硬化剤が残存しているコート層、又は水分と反応した為に片方がポリマー部と反応できないままである硬化剤が残るコート層、これらのコート層と高温高圧の溶融ポリアミド樹脂が接触すると、親和性を生むものと推測される。

〔ポリアミド樹脂組成物〕
コーティングと焼付けが完了すると射出成形金型にインサートし、ポリアミド樹脂組成物を射出する。次にそのポリアミド樹脂組成物について以下述べる。主成分は６ナイロン（登録商標）、６６ナイロン、ＭＸＤ６ナイロン等のポリアミド樹脂である。樹脂組成物として、インサートされる硬質形状物に線膨張率を合わせる。線膨張率が大きく異なると、仮に接着しても時間の経過による温度変化で内部歪が蓄積し、遂には剥がれてしまうことになる。金属、熱硬化性樹脂、木材の線膨張率は通常熱可塑性樹脂より小さい。例えば、金属で最も大きい線膨張率のアルミニウム系合金でも２．２〜２．５×１０^-5℃^-1である。一方のナイロン樹脂の線膨張率は、６〜８×１０^-5℃^-1と大きい。このため繊維系のフィラーの混入が行われ、例えばガラス繊維等を混入させている。その他無機系の粉末フィラーの添加であってもよい。線膨張率を３×１０^-5℃^-1以下にすればよい。加えて成形収縮率が０．４〜０．５％であることが好ましい。

フィラーの混入は、ポリアミド系樹脂組成物の線膨張率を硬質形状物並に近づけるためと、成型後の収縮率を小さくするためである。目的とする一体化品を得るのに生産性、コスト等の観点からメリットがあるので射出成形を用いる場合が多いが、この場合は前述のように成形収縮率も重要で、成形収縮率は小さい方が好ましい。このために、ポリアミド系樹脂は、単独では成形収縮率が大きいので、非晶性ポリマーを含ませて成形収縮率を小さくする。

フィラーの含有は、硬質形状物とポリアミド系樹脂組成物との線膨張率を一致させるという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必要である。効果を高めるため、炭酸カルシューム、炭酸マグネシューム、シリカ、タルク、ガラス、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させたものが好ましい。

〔成形／射出成形〕
ポリアミド系樹脂組成物を硬質形状物の表面に一体化する最も効果的な方法は、生産性、成形の容易性等の観点から言えばやはり射出成形方法である。即ち、射出成形金型を用意し、金型を開いてその一方に前述のウレタン硬化型コート材によるコーティングの完了した硬質形状物を金型にインサートし、射出成形金型を閉め、前記のポリアミド系樹脂組成物をキャビテイに射出し、その後射出成形金型を開き離型する方法である。これにより、硬質形状物とポリアミド系樹脂組成物とは一体に接着される。

〔作用〕
本発明によれば、金属等の硬質形状物と、ポリアミド系樹脂組成物とを、インサートによる射出成形法で容易に一体化することができる。これを可能にしたのは、基本的にインサートする硬質形状物に前もってウレタン硬化型コート材を塗布硬化したことにある。このコーティングされた面に高温高圧で溶融したポリアミド系樹脂組成物が接触することで、コーティングされた塗膜とポリアミド系樹脂が接着する。更に、インサートされた硬質形状物に適したコート材を予め塗布しておき、最後にウレタン硬化型コート材を塗布すれば、複層コーティングとなって強い接着力を生じさせるために有効である。

コート材を予め硬質形状物に塗布硬化させるのは１次コーティングになるが、このコーティングを行っておくことで硬質形状物とウレタン硬化型コート材との接着性をよくするのである。従って、複層コーティングにより、硬質形状物とウレタン硬化型コート材及びポリアミド系樹脂組成物が相互に接着力を増し、複合体部材の一体化を強固にする。

以上、詳記したように、本発明の複合体部材とその製造方法は、金属等の硬質形状物に対するポリアミド系樹脂組成物の接着性をよくし一体化させる技術である。一体化された複合体部材は、容易に剥がれることのない安定した接着性のある部材となった。この方法によって製造された複合体部材は、特に電子機器、電気機器の部品軽量化に有効である。又、射出成形金型による射出成形によっているので、接着性が安定し、量産効果のあり、従来に比し短時間で高能率に製造ができる。

実施の形態として具体的な適用例は種々考えられる。特に電子機器に適用する例は種類も多く、量産効果も大きい。具体的な実施形態は次の実施例で示すこととする。

硬質形状物にマグネシウム合金を適用した例である。厚さ１ｍｍのマグネシウム合金製板を１００ｍｍ×２５ｍｍに切断し試験片１を作成した。図１に示す形態で構成し、ポリアミド系樹脂２を以下に説明する方法でこの試験片１に接着させ、引っ張り力を計測し接着効果を確認する試験をした。最初に切断した試験片１を超音波をかけたアセトン液に１分浸漬してその表面を脱脂し、次に４０℃の１％塩酸水溶液に１５秒浸漬してエッチングし水洗し、８０℃で１０分置いて乾燥した。この試験片１にアクリル系１液性インキ「ＨＩＴ黒（十条ケミカル社製）」を印刷し風乾した。

次にウレタン硬化型２液性インキ「ＶＩＣ白（セイコーアドバンス社製）」の主液と所定量の硬化剤、及び適当量の１％含水シクロヘキサノンを混合して得たインキで上塗り印刷をし、９０℃で１時間硬化させた。この試験片１を射出成形金型にインサートし、ガラス繊維を含む６６ナイロン樹脂（登録商標）のコンパウンド「ノバミッド３０２１Ｇ３０（三菱エンジニアリングプラスチックス社製）」２を射出した。出来上がった一体化物を引っ張り試験したところ４．６Ｎ（４５Ｋｇf（１６Ｋｇf／ｃｍ²））でせん断破断した。

硬質形状物にアルミニューム合金を適用した例である。厚さ１ｍｍのアルミニューム合金（Ａ５０５２）板を１００ｍｍ×２５ｍｍに切断しの試験片１を作成した。この試験片１を超音波をかけたアセトンに１分浸漬して脱脂し、次に１％塩酸水溶液に４０℃で１分浸漬し水洗し、１％苛性ソーダ水溶液に４０℃で１分浸漬して水洗した。更に１％塩酸水溶液に４０℃で１分浸漬して水洗した。これを８０℃の温風下に１０分置いて乾燥した。

この試験片１の片側にアクリル系１液性インキ「ＨＩＴ黒」を印刷して風乾した。次にウレタン硬化系２液性インキ「ＳＧ７４０白」の主液と所定量の硬化剤、及び適当量の１％含水シクロヘキサノンを混合して得たインキで上塗り印刷をし、９０℃で１時間硬化させた。このアルミニューム合金板を射出成形金型にインサートし、ガラス繊維を含む６ナイロン樹脂のコンパウンド「ノバミッド１０１３Ｇ３０１」２を射出した。出来上がった一体化物を引っ張り試験したところ３．９Ｎ（３８Ｋｇf（１３Ｋｇf／ｃｍ²））でせん断破断した。

硬質形状物にステンレスを適用する。厚さ１ｍｍの３０６ステンレス板材でを１００ｍｍ×２５ｍｍに切断し試験片１を作成した。この試験片１を超音波をかけたアセトンに１分浸漬して脱脂し、１０％塩酸水溶液に３０℃で５分浸漬し水洗し、１％苛性ソーダ水溶液に４０℃で０．５分浸漬して水洗した。これを８０℃の温風下に１０分置いて乾燥した。このステンレス板材の片側にエポキシ系１液性インキ「＃１６９０（セイコーアドバンス社製）」を印刷し１５０℃で１時間焼き付けた。

次にアクリル系１液性インキ「ＨＩＴ黒」を印刷して風乾し、次いでウレタン硬化型２液性インキ「ＳＧ７４０白」の主液と所定量の硬化剤、及び適当量の１％含水シクロヘキサノンを混合して得たインキで上塗り印刷をし、９０℃で１時間硬化させた。このステンレス板材を射出成形金型にインサートし、ガラス繊維を含む６ナイロン樹脂のコンパウンド「ノバミッド１０１３Ｇ３０１」２を射出した。出来上がった一体化物を引っ張り試験したところ３．４Ｎ（３３Ｋｇf（１１Ｋｇf／ｃｍ²））でせん断破断した。

硬質形状物に銅を適用する。厚さ１ｍｍの銅板材を１００ｍｍ×２５ｍｍに切断し試験片１を作成した。この銅板材を超音波をかけたアセトンに１分浸漬して脱脂し２８％濃度のアンモニア水に３０分浸漬して水洗した。乾燥後、ウレタン硬化型２液性インキ「ＶＩＣ（セイコーアドバンス社製）」に指定硬化剤と０．５％含水の溶剤シクロヘキサノンを混合してインキとし、前記の銅板材に印刷し９０℃で１時間焼付けした。この銅板材を金型にインサートし、ガラス繊維を含むＵＬ規制でＶ０グレードとしたＭＸＤ６ナイロン樹脂のコンパウンド「レニー２５０２Ｈ（三菱エンジニアリングプラスチックス社製）」２を射出した。出来上がった一体化物を引っ張り試験したところ４．４Ｎ（４３Ｋｇf（１５Ｋｇf／ｃｍ²））でせん断破断した。

硬質形状物に真鍮を適用する。厚さ１ｍｍの真鍮板を１００ｍｍ×２５ｍｍに切断し試験片１を作成した。この真鍮板を中性洗剤で洗浄水洗した後、２８％濃度のアンモニア水に３０分浸漬し水洗し乾燥した。乾燥後、ウレタン硬化型２液性インキ「ＶＩＣ」に指定硬化剤と０．５％含水の溶剤シクロヘキサノンを混合してインキとし、この真鍮板に印刷し９０℃で１時間焼付けした。その後は実施例４と同様に、射出成形金型にインサートし全く同じ成形条件で、同じ樹脂２を射出して接着させた。２日後に引っ張り破断試験をしたところ３．１Ｎ（３０Ｋｇ（１０Ｋｇ／ｃｍ²））で破断した。

硬質形状物にＰＢＴ樹脂を適用する。射出成形によりフィラー３０％以上含むＰＢＴ樹脂「タフペットＰＢＴ／Ｇ１０３０（三菱レイヨン社製）」で成形した１ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍの板状物を成形して試験片１を作成した。このＰＢＴ樹脂板を中性洗剤で洗浄し水洗して乾燥した後、塗料「ポリナール８００Ｎ白（大橋化学社製）」を印刷し１００℃で１時間焼き付けた。更に、ウレタン硬化型２液性インキ「ＶＩＣ黒」に指定硬化剤と０．５％含水の溶剤シクロヘキサノンを混合してインキとし、前記のＰＢＴ樹脂板に重ね印刷し１００℃で１時間焼付けした。その後は実施例４と全く同様に射出成形金型にインサートし全く同じ成形条件で、同じ樹脂２を射出成形により接着した。２日後に引っ張り破断試験をしたところ５．５Ｎ（５４Kgｆ）で破断した。

硬質形状物にアルミニューム合金を適用する。厚さ１ｍｍのＡ１１００（ＪＩＳ）アルミニューム合金板材を１００ｍｍ×２５ｍｍに切断して試験片１を作成した。これをアルマイトメーカー（福井電化工業株式会社）に依頼して着色アルマイト化した。アルマイト層の厚さは約２０μｍであった。これを超音波をかけたアセトンに１分浸漬して脱脂し、水洗して８０℃で１０分置いて乾燥した。このアルマイト化したアルミニューム合金にウレタン硬化型２液性インキ「ＶＩＣ黒」の主液と所定量の硬化剤、及び適当量の１％含水シクロヘキサノンを混合して得たインキで上塗り印刷をし、８５℃で１時間硬化させた。このアルミニューム合金板材を射出成形金型にインサートし、実施例４と同様に同じ樹脂を射出した。出来上がった一体化物を引っ張り試験したところ４．９Ｎ（４８Ｋｇｆ（１６Ｋｇｆ／ｃｍ²））でせん断破断した。

図２にエポキシ樹脂で作成されたメモリーステイック用の記憶媒体である集積回路チップ４とそれを保持するカバー材５を模式的に示したものである。従来は集積回路チップ４とカバー材５を全く別途に作成し、接着剤で双方を接着して製造していたが、本試験においては、射出成形金型に集積回路チップ４をインサートした後、カバー材５用の材質の樹脂原料を射出し一体化した。ます集積回路チップ４に一次コーチィングとして、エポキシ硬化型の１液性インキ「＃１４００黒」を印刷し１２０℃で１時間硬化した。

次にアクリル系１液性インキ「ＨＩＴ白」で印刷風乾し、ウレタン硬化型２液性インキ「ＳＧ７４０白」の主液と所定量の硬化剤、及び適当量の１％含水シクロヘキサノンを混合して得たインキで上塗り印刷をし、９０℃で１時間硬化させた。このチップを金型にインサートし、実施例４と同様にして同じ樹脂を射出した。出来上がった形状物のチップ上面にセロテープを貼り付けて引き剥がしたがチップは剥がれることがなかった。

図１は、本発明の実施例１〜６の試験形態を示す説明図である。 図２は、本発明の実施例７の試験形態を示す説明図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１…試験片
２…ポリアミド系樹脂組成物
３…ウレタン硬化型コート材
４…集積回路チップ
５…カバー材

Claims (5)

1. 硬質形状物と、
   この硬質形状物に塗布硬化されたウレタン硬化型コート材と、
   このウレタン硬化型コート材を塗布硬化された硬質形状物に射出成形金型を介して射出されるポリアミド系樹脂組成物とからなり、
   前記硬質形状物に前記ポリアミド系樹脂組成物が射出成形により一体化された複合体部材。
2. 請求項１に記載の複合体部材において、
   前記硬質形状物は、前記ウレタン硬化型コート材を塗布硬化される前に洗浄がなされコート材を一層以上塗布硬化されている形状物であることを特徴とする複合体部材。
3. 請求項１に記載の複合体部材において、
   前記硬質形状物は、硬化済みエポキシ樹脂製形状物であり、エポキシ系インキで塗布硬化された後ウレタン硬化型インキで塗布硬化される形状物であることを特徴とする複合体部材。
4. 形状物に合成樹脂を一体化する製造方法であって、
   硬質形状物にウレタン硬化型コート材を塗布硬化させる工程と、
   前記ウレタン硬化型コート材の塗布硬化された前記硬質形状物を射出成形金型にインサートする工程と、
   前記硬質形状物をインサート後前記射出成形金型にポリアミド系樹脂組成物を射出する工程とからなり、
   前記硬質形状物と前記ポリアミド系樹脂組成物とを一体化することを特徴とする複合体部材の製造方法。
5. 請求項４に記載の複合体部材の製造方法において、
   前記ウレタン硬化型コート材を塗布硬化させる工程の前に、前記硬質形状物はコート材を一層以上塗布硬化されることを特徴とする複合体部材の製造方法。
   

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