JP2007331201A - アウトサート成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】金属材料と成形樹脂を射出成形により接着を行う場合において、従前よりもそれらの接着領域における接着強度を著しく向上させることのできるアウトサート成形品を提供すること。
【解決手段】溶融させた成形樹脂を所望の成形体２の形状に固化させながら金属板５上に接着させて射出成形されたアウトサート成形品１であって、前記成形体２は、前記金属板５との対向面に、該成形体２の接着領域となる枠部３と、非接着領域となる枠内部４とが形成されており、前記枠部３を以て金属板５上に接着されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属板の板に成形樹脂を接着させたアウトサート成形品に関し、特に、前記接着を射出成形によって行なうアウトサート成形品に関する。

近年、金属材料と成形樹脂の射出成形による接着技術の開発、実用化が勧められている（インサート成形について、例えば、特許文献１、２参照）。この開発においては、成形条件による前記金属材料と成形樹脂との接着強度を向上させることが１つの研究課題、すなわち、解決すべき問題点であった。

この問題の解決策の１つとして、金属材料の接着面にトリアジンチオール系表面処理剤を用いた化学処理を施し、金属表面の結合反応性を整え、成形樹脂の接着強度を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−２４９８８２号公報 特開２００４−２４３７２９号公報 特開平６−３９８７６号公報

しかしながら、この方法において作成された成形品においても、成形樹脂の成形体に生じるヒケやソリ等（以下、ヒケ等という）が原因となって金属材料と成形樹脂との接着面が剥離し易く、その接着強度を十分に得られないことがあった。

ヒケの場合を例にとって簡単に説明すると、ヒケは、樹脂の体積収縮（等温ＰＶＴ特性）に依存する挙動であり、射出成形工程内における各部位の時刻歴的な履歴、すなわち、射出時の溶融状態から保圧工程、冷却工程の固化状態に至る間に発生する。つまり、金型内に充填された溶融樹脂は、金型表面を通じ冷却固化される。この成形体の外表面から固化が進む冷却固化（保圧・冷却）の過程において、設定射出条件（保圧圧力／時間）により、ＰＶＴ特性に伴う体積変化（体積収縮）を補うことができないとき、成形体表面に位置する樹脂が溶融状態にある内部の樹脂の体積収縮に伴う引っ張り（収縮力）により、成形体の外形にヒケを生じさせる。このように、ヒケが生じる場合の収縮力が前記金属材料と成形樹脂との接着界面にも作用し、成形樹脂の剥離を助長させることがあった。金型温度分布差に伴い面収縮差や成形体厚差に依存する収縮差、冷却時間差で発生するソリについても同様であり、ソリが発生する場合の収縮力が前記金属材料と成形樹脂との接着界面にも作用し、成形樹脂の剥離を助長させることとなる。

そこで、発明者は、金属材料に接着される成形樹脂の成形体に生じるヒケ等を原因とする成形樹脂の剥離を防止できる加工を施すことで、前述の金属板を化学処理する方法による接着効果と相俟って、成形樹脂の接着強度をより向上させることができることを見出し、その効果を確認した。

従って、本発明の目的は、金属材料と成形樹脂を射出成形により接着を行う場合において、従前よりもそれらの接着領域における接着強度を著しく向上させることのできるアウトサート成形品を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明のアウトサート成形品は、溶融させた成形樹脂を所望の成形体の形状に固化させながら金属板上に接着させて射出成形されたアウトサート成形品であって、前記成形体は、前記金属板との対向面に、該成形体の接着領域となる枠部と、非接着領域となる枠内部とが形成されており、前記枠部を以て金属板上に接着されている点を特徴とする。

前記枠内部は、前記対向面において前記枠部よりも凹ませて形成されている点を特徴とする。

さらに、前記金属板には、トリアジン系表面処理剤を用いた表面処理が施されていることを特徴とする。

本発明のアウトサート成形品によれば、成形樹脂からなる成形体がその接着領域となる枠部を以て金属板に接着されることにより、金属板との対向面における内周縁に形成された接着領域の接着強度や、接着面積当たりの接着強度を高めることができるので、仮に、成形時において成形体の外形にヒケ等を生じさせる過分な体積収縮が生じたとしても、その収縮応力に耐えることが可能となり、成形体が縁部から剥離してしまうような不具合を減少させることが可能となる。

具体的には、前記枠内部を前記対向面において前記枠部よりも凹ませて形成することで、簡単に、前記枠部を接着領域とし、前記枠内部を非接着領域として作用させることができる。また、前記枠内部をねじ穴等に利用可能に形成してもよい。

また、前記金属板にトリアジン系表面処理剤を用いた表面処理が施されていれば、その表面処理による接着効果と相俟って、成形樹脂の接着強度をより向上させることができる。

次に、本実施形態のアウトサート成形品の基本的構成について説明する。

本実施形態のアウトサート成形品は、溶融させた成形樹脂を所望の成形体の形状に固化させながら金属板上に接着させて射出成形されたアウトサート成形品であって、前記成形体は、前記金属板との対向面に、該成形体の接着領域となる、前記対向面における枠部と、非接着領域となる、前記枠部により囲繞された枠内部とが形成されており、前記枠部を以て金属板上に接着されている。なお、アウトサート成形の方法は公知の方法であるので、その説明は省略する。

ここで、前記金属板としては、後述するトリアジン系表面処理剤を用いた表面処理の関係からは、例えば、純銅、脱酸素銅、黄銅、リン青銅等の銅系金属、キュプロニッケル、ニッケル等のニッケル系金属等からなる平板を用いることが望ましい。トリアジン系表面処理剤は、銅またはその合金等の銅系金属やニッケル系金属との反応性が強いためである。よって、このような銅系金属あるいはニッケル系金属以外の材料からなる金属板を用いる場合には、その表面に予め銅やニッケルのめっき処理を施しておくことが望ましい。

ここで、前記金属板の接着面は、トリアジン系表面処理剤を用いた公知の表面処理が施されている。その表面処理について簡単に説明すれば、例えば、洗浄処理した純銅板をモノナトリウム塩を用いて微調整したトリアジントリチオール塩水溶液（濃度１ｍｍｏｌ／Ｌ）に３０秒浸漬する。その後、浸漬させた前記純銅板を蒸留水とメタノールで５回、さらにエーテルで２回洗浄し、次いでドライヤで嵌挿させて、銅板表面にトリアジントリチオール金属塩の被膜が形成されたトリアジントリチオール処理銅板を得る。このように、金属表面に形成されたトリアジントリチオール金属塩の被膜を介することにより、種々の樹脂等を金属板に結合させることができる。

なお、トリアジントリチオール金属塩をマイナスに帯電可能な１，１０−ジアミノデカン等の反応化合物を、前記トリアジントリチオール金属塩に吸着若しくは反応させることにより、金属表面をマイナスに帯電させ、酸化を抑制することができ、金属表面の反応性を向上させた状態を保持することができる（特開２００１−２００３７４号公報参照）。

また、前記成形樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等の熱可塑性のエンジニアリングプラスチック樹脂を用いることができる。

そして、前記成形体は、金属板に対向する対向面の外周縁に枠部が形成されており、その枠部に囲繞された枠内部は、前記対向面において前記枠部よりも成形体の厚み方向に凹ませて形成されている。よって、前記成形体は、金属板の平面に対し、前記枠部を接着領域として用いることにより、前記トリアジントリチオール金属塩の被膜を介して金属板に接着されている。一方の前記枠内部は非接着領域として用いる。

このようにして、金属板に対して成型樹脂の射出成形からなる成形体が接着されたアウトサート成形体は、金属板との対向面における内周縁に形成された接着領域の接着強度や、接着面積当たりの接着強度が高められていることで、ヒケ等が発生するような収縮応力に耐えることが可能となり、成形体が縁部から剥離してしまうような不具合を減少させることが可能となる。

特に、前記非接着領域となる枠内部を凹状に凹ませ、高さ方向の肉厚を小さくすることにより、ヒケ等を生じさせる過分な収縮力の発生を抑止することができるので、成形体が金属板から剥離するような不具合を未然に防止することができる。

なお、本実施形態のような構成を有するアウトサート成形品の接着強度が増すシステムについては、非接着領域において、成形樹脂と金属板との接着界面、すなわち接着領域へ作用する樹脂剤の体積収縮による影響を、吸収、緩和させることができるためであると考えられる。

よって、前記枠内部を構成する凹部は、該成形体の成形時における収縮中心に対応する前記対向面の領域、すなわち、前記収縮中心からの仮想垂線が前記対向面に交差する点（便宜的に収縮中心点という）を含む領域として形成されていることが望ましい。前述のように、非接着領域は、成形体が収縮する際に、成形樹脂と金属板との接着界面、すなわち接着領域への体積収縮による影響を吸収・緩和させるように作用することとなるが、仮に、前記収縮中心点が前記枠部に位置するとすれば、接着領域として作用する枠部に作用する成形時の収縮応力を前記非接触領域によって吸収・緩和させることが期待できず、この部分において剥離が生じ易くなるためである。

また、前記非接着領域の面積については、接着領域に対する収縮応力の吸収・緩和に関しては広いほど効果的であるが、前記接着領域の接着強度との兼ね合いによる。

以下では、金属板の平面に接着される最も一般的な外形円柱状とされた成形体を接着させたアウトサート成形品を例にして、前述した構成を有するアウトサート成形品の効果確認を行なうとともに、非接着領域の面積と接着領域の接着強度との関係について説明する。

このアウトサート成形品１の成形体２は、図１に示すように、接着時における金属板２との対向面に、肉厚の周壁からなる円状の枠部３と、前記枠部３により囲繞された領域が円形凹状に形成された枠内部４とを有する。この場合において、前記枠部３は金属板５に対する接着領域となり、前記枠内部４は非接着領域となる。なお、前記枠部３の中心点は該成形体２の前記金属板５に対する対向面における中心点と同軸上に位置している。

ここで、前記成形体２の金属板５に対向する面における枠部３を構成する周壁の肉厚を変化させ（換言すれば、枠内部４の円形凹状の非接着領域の径寸法を変化させることになる）、接着領域の面積と接着強度および接着面積あたりの接着強度を測定する試験を行った。

具体的には、図２に示すように、直径寸法８ｍｍφ、高さ７ｍｍの外形円柱状とされた成形体２の金属板５に対向する面に非接着領域として凹状に形成された枠内部４の深さ寸法を０．５ｍｍとされ、径寸法（ｍｍφ）をそれぞれ０ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍとされたる９つの試料を用意し、前述の接着強度を測定した。

今回は０．５ｍｍの深さ寸法で行ったが、ヒケは成形体の厚さ方向の収縮で起こるので、深さ寸法が大きい方が成形体の厚さが薄くなり有利である。設計が可能であれば、円柱状（または形状は自由）の抜き穴としても良い。

前記金属板５としては、０．７ｍｍ厚とされ、円柱状の成形体２を接着可能な平面を有する黄銅板に、トリアジントリチオール金属塩の被膜を形成する公知の化学処理、および、前記トリアジントリチオール金属塩をマイナスに帯電可能な反応化合物を、前記トリアジントリチオール金属塩に吸着若しくは反応させて金属表面をマイナスに帯電させる化学処理（特開２００１−２００３７４号公報参照）を施したものを使用した。

前記成形体２を構成する成形樹脂としてはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂であるジュラネックス３３０ＨＲ（ポリプラスチックス株式会社製：商品名）を用い、射出成形の成形条件としては、樹脂温度２４０℃、金型温度１００℃、射出圧力１５０ＭＰａ、射出時間２〜３ｓｅｃとした。なお、前記ジュラネックス３３０ＨＲの熱膨張係数は、２×１０^−５／ｋである。

そして、円柱状の成形体２に形成する円形凹状の枠内部４は、その内径寸法（ｍｍφ）を確保するべく、同じ直径寸法（ｍｍφ）のピン部材（不図示）を黄銅板５に穿設させた孔部６へ成形体２の反形成面側から嵌挿させておき、射出成形後に前記ピン部材を除去することで凹状に形成した。これにより、前記成形体２の黄銅板５に対向する面に、非接続領域としての円形凹状の枠内部４と、接続領域としての枠部３を形成することができる。なお、前記孔部６および円形凹状の枠内部４をねじ穴等として利用する場合には、ねじ穴としての寸法等を予め考慮して前記孔部６および円形凹状の枠内部４を形成することで、従前は射出成形後の成形体２に施していた穿孔などの別の加工を省略することも可能となる。

このようにして成形されたアウトサート成形品１における前記成形体２と黄銅板５との接着強度は、前記アウトサート成形品１の黄銅板５を治具に固定し、黄銅板５に対して垂直方向に前記成形体２を引っ張り、その接着強度（引っ張り強度）を測定した。

その結果を下表にまとめ、図３には、枠内部４の径寸法変化に伴う成形体２の接着強度の変化、図４には、枠内部４の径寸法変化に伴う成形体２の接着面積に対する接着強度の変化を示す。

これらの測定結果から、成形体２の黄銅板５との対向面に非接着領域を形成しない場合（試料１）に比べ、成形体２の黄銅板５との対向面に接着領域を形成する（試料２乃至９）方が接着強度が増すことが確認された。試料１と試料２の結果を比べてもわかるように、０．５ｍｍφの径寸法であっても、非接着領域としての枠内部４を形成することで接着強度を向上させることができている。そして、８ｍｍφの円柱状とされた成形体２は、非接着領域としての枠内部４の径寸法を３〜６ｍｍφとした場合に高い接着強度を得ることができるという結果から、接着面積が成形体２の前記黄銅板５との対向面の面積における４４〜８６％程度となるように構成されていることが望ましいことがわかった。

なお、この数値範囲は、成形体２の黄銅板５との対向面の平面形状の如何に拘わらず、接着部に働く成形樹脂の収縮応力を吸収・緩和させて、接着強度を向上させることができる数値範囲である。

このように、本実施形態の構成を備えたアウトサート成形品１は、黄銅板５と成形体２との接着強度に関する明らかな効果を得られることが立証された。

また、成形樹脂が有する熱膨張係数による前述の効果に相違があるかどうかを確認した。

以下の表２には、成形樹脂として、前記ジュラネックス３３０ＨＲに代えて、熱膨張係数が４×１０^−５／ｋであるジュラネックス３１０５Ａ（ポリプラスチックス株式会社製：商品名）を用い、前述の接着強度の測定試験を行った結果をまとめ、同様に、表３は、熱膨張係数が９×１０^−５／ｋであるジュラネックス６３００Ｂ（ポリプラスチックス株式会社製：商品名）を用い、前述の接着強度の測定試験を行った結果をまとめている。そして、図５および図６には、これらの成形体２の接着強度の変化を示す。

この実験の結果、熱膨張係数を異ならせる３種のポリブチレンテレフタレート樹脂であっても、枠内部４の径寸法の変化に対し、接着強度は類似した変化を示すことがわかった。

すなわち、熱膨張係数に大きく影響されることなく、本実施形態のように、黄銅板５との対向面に接着領域としての枠部３と非接着領域としての凹状の枠内部４とを形成し、前記枠部３を以て、トリアジン系の表面処理剤で表面処理等を施した黄銅板５に接着させたアウトサート成形品１は、それらの接着領域における接着強度を従前のアウトサート成形品１よりも著しく向上させることができることが立証された。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、非接着領域は、図７に示すように、接着領域と面一に形成されていてもよい。この場合であっても、接着面積を減らし、金属板との対向面における内周縁に形成された接着領域の接着面積当たりの接着強度を高めることで、ヒケ等が発生するような収縮力の作用に耐えることができ、成形体が剥離してしまうような不具合を減少させることが可能となる。

本実施形態のアウトサート成形品における成形体の金属板対向面の形状および寸法を示す底面図 本実施形態のアウトサート成形品の要部断面形状および寸法を示す縦断面図 ＰＢＴ樹脂（ジュラネックス３３０ＨＲ：熱膨張係数２×１０^−５／ｋ）を用いた成形体の枠内部の径寸法変化に伴う接着強度の変化を示すグラフ ＰＢＴ樹脂（ジュラネックス３３０ＨＲ：熱膨張係数２×１０^−５／ｋ）を用いた成形体の枠内部の径寸法変化に伴う成形体の接着面積に対する接着強度の変化を示すグラフ ＰＢＴ樹脂（ジュラネックス３１０５Ａ：熱膨張係数４×１０^−５／ｋ）を用いた成形体の枠内部の径寸法変化に伴う接着強度の変化を示すグラフ ＰＢＴ樹脂（ジュラネックス６３００Ｂ：熱膨張係数９×１０^−５／ｋ）を用いた成形体の枠内部の径寸法変化に伴う接着強度の変化を示すグラフ 別の実施形態のアウトサート成形品の要部断面形状および寸法を示す縦断面図

符号の説明

１ アウトサート成形品
２ 成形体
３ 枠部
４ 枠内部
５ 金属板（黄銅板）
６ 孔部

Claims (3)

1. 溶融させた成形樹脂を所望の成形体の形状に固化させながら金属板上に接着させて射出成形されたアウトサート成形品であって、前記成形体は、前記金属板との対向面に、該成形体の接着領域となる枠部と、非接着領域となる枠内部とが形成されており、前記枠部を以て金属板上に接着されていることを特徴とするアウトサート成形品。
2. 前記枠内部は、前記対向面において前記枠部よりも凹ませて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアウトサート成形品。
3. 前記金属板には、トリアジン系表面処理剤を用いた表面処理が施されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のアウトサート成形品。
   

Images