JP2009126126A - 金属インサート樹脂複合成形品の製造方法及び金属インサート樹脂複合成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】
製造が容易で、かつ過酷な環境変化の中でも部品内部の電気回路や電気接点等を保護するのに充分な気密性の確保、クリープ防止を図ることのできる金属インサート樹脂複合成形品を安価に製造する方法を提供する。
【解決手段】 予め金属部品表面をシランカップリング剤で処理した後、フェノール樹脂成形材料を用いて成形することを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品の製造方法であり、前記シランカップリング剤が、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランであることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属部品がインサートされた樹脂複合成形品の製造方法及び金属インサート樹脂複合成形品に関する。

電気・自動車分野を中心に、幅広い産業分野で金属部品をインサート成形した樹脂複合成形部品が使用されている。このような樹脂複合成形部品は種々あり、金属部品をインサートする目的も製品の機能・用途などによっても異なるが、例えば、自動車に使用されるスピードセンサー等の各種センサー部品や家電製品等に使用されるボタン式スイッチ部品などが挙げられる。これらの用途では、金属端子を射出成形用金型にインサートし、樹脂で一体成形される。周知のように自動車部品は過酷な環境下で使用され、特に電気・電子部品は水分や湿気などの影響を受け易いため、それらが容易に内部に侵入しないようにする必要がある。しかしながら、金属と樹脂は一般的に接着が困難であり、金属のインサート成形では、金属・樹脂間の接着性は殆ど得られず、金属と樹脂との界面を通して水分や湿気が容易に内部に侵入してしまう。

さらに、自動車エンジンの補機あるいはカムシャフトを駆動するためのベルトあるいはタイミングベルトに所望の張力を付与するためのプーリとしては、軸受一体型合成樹脂プーリが広く使用されている。合成樹脂プーリは金属プーリに比べて軽量化およびコストの低減化を図ることができるが、反面、合成樹脂製のプーリ本体と転がり軸受の外輪との結合強度が問題となることも多い。
つまり、合成樹脂と金属との線膨張係数の相違から、高温時の合成樹脂の膨張によって、プーリ本体と外輪との結合強度が低くなると、プーリ本体と外輪とが相対的な滑り（クリープ） を生じる可能性がある。クリープが起こると、プーリとしての動力伝達機能が損なわれる。さらには、摩擦による異常発熱を生じて、合成樹脂が溶融したり、軸受を損傷したりする虞もある。
そこで、クリープ防止の対策として、例えば、外輪の外周面に凹溝を設けた構造とするもの等が知られている（ 例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００３−０６５４２４号公報 特開２００２−３７２１３１号公報

そこで本発明の目的は、製造が容易で、かつ過酷な環境変化の中でも部品内部の電気回路や電気接点等を保護するのに充分な気密性の確保、クリープ防止を図ることのできる金属インサート樹脂複合成形品を安価に製造する方法を提供することにある。

本発明者は、かかる状況に鑑み鋭意検討の結果、金属部品がインサートされた樹脂接合成形品を製造する方法であって、予めインサートされる金属表面をシランカップリング剤で処理した後、フェノール樹脂成形材料を用いて成形することにより、金属・樹脂間で高い接合力を有する金属樹脂接合成形品が容易に得られることを見出し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明は、
［１］ 金属部品がインサートされた樹脂複合成形品を製造する方法であって、予め金属部品表面をシランカップリング剤で処理した後、フェノール樹脂成形材料を用いて成形することを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品の製造方法、
［２］ 前記シランカップリング剤が、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランである［１］項に記載の金属インサート樹脂複合成形品の製造方法、
［３］ 金属部品がインサートされた樹脂複合成形品であって、前記金属部品とフェノール樹脂とはシランカップリング剤で結合されていることを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品、
［４］ 前記シランカップリング剤が、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランである［３］項に記載の金属インサート樹脂複合成形品、
［５］ 金属インサート樹脂複合成形品が樹脂プーリである［１］又は［２］項記載の金属インサート樹脂複合成形品の製造方法、
［６］ 金属インサート樹脂複合成形品が樹脂プーリである［３］又は［４］項記載の金属インサート樹脂複合成形品、
である。

本発明の金属インサート成形を行うことで、従来の金属インサート成形に比べ金属インサートおよびフェノール樹脂界面の結合強度が強化される。このため、自動車用部品、汎用機械用部品、家庭電化製品用部品及びその周辺機器用部品等に好適に適用されるものである。

以下に、本発明の具体的構成について詳しく述べる。
本発明で用いられるインサート金属の材質には特に制限はないが、通常アルミニウム、銅、黄銅、鉄、ニッケル、錫、亜鉛、コバルト、ジルコニウム及びこれらを組み合わせた公知の材料が用いられる。中でもアルミニウム、鉄が好適に用いられる。

本発明でインサートされる金属表面は、シランカップリング剤処理の前に、化学薬品等を使用して金属表面を化学的に粗化する、所謂、一般的にケミカルエッチングで前処理を行っても良いし、サンドブラスト処理や液体ホーニング処理などの物理的な手段により金属表面を粗化する物理的粗化を行ったりしても良い。

本発明に用いるシランカップリング剤は特に制限はないが、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基およびこれらの誘導体の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランであることが好ましく、１分子中に有機質および無機質と結合しうる異種の反応性基を有することにより、アルコキシ基の加水分解によって生成するシラノール基と無機質表面の水酸基との間に化学的な結合が形成され、本発明の効果を向上させることができる。

本発明に使用されるシランカップリング剤の官能基は、好ましくはフェノール樹脂との反応性の高いアミノ基、エポキシ基およびこれらの誘導体が望ましい。
本発明に使用されるシランカップリング剤のアルコキシ基としては特に制限は無いが、メトキシ基、エトキシ基およびこれらの誘導体が考えられる。

かかる化合物の具体例としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランなどのエポキシ基含有アルコキシシラン化合物、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシランなどのメルカプト基含有アルコキシシラン化合物、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシシラン、γ−（２−ウレイドエチル）アミノプロピルトリメトキシシランなどのウレイド基含有アルコキシシラン化合物、γ−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジメトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルエチルジエトキシシラン、γ−イソシアナトプロピルトリクロロシランなどのイソシアナト基含有アルコキシシラン化合物、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基含有アルコキシシラン化合物、およびγ−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−ヒドロキシプロピルトリエトキシシランなどの水酸基含有アルコキシシラン化合物などが挙げられる。なかでも、エポキシ基やアミノ基を有するアルコキシシランとメルカプト基を有するアルコキシシランを併用することが特に好ましい。

かかるシランカップリング剤処理液の濃度としては、０．０５〜５０重量％の範囲が通常選択され、０．１〜２０重量％の範囲が好ましい。
処理液は、水溶液でも良いが、シランカップリング剤の溶解性を上げる意味で、エタノール、メタノール、アセトンなどの水溶性有機溶剤を併用しても良い。かかる溶剤を併用する場合の割合は、１〜７０重量％の範囲が選択され、５〜３０重量％の範囲が好ましい。

また用いられる水溶液のｐＨに特に制限は無いが、エポキシ系シランカップリング剤を用いる場合には、ｐＨ３〜６の範囲に調製することが好ましい。
本発明の成形材料で用いられるフェノール樹脂としては特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などが挙げられ、これらを単独、又は併用して用いることができる。ノボラック型フェノール樹脂を用いる場合は、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを配合し、通常フェノール樹脂１００重量部に対して１５〜２０重量部の割合で使用する。

以下に本発明の実施例について説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［樹脂の調製］
実施例および比較例に用いた各配合成分は以下の通りである。
（１）レゾール型フェノール樹脂：住友ベークライト（株）製 Ｒ−２５
（２）ノボラック型フェノール樹脂：住友ベークライト（株）製 Ａ−１０８２Ｇ
（３）ガラス繊維：日本板硝子社製チョップドストランド、繊維長３ｍｍ、繊維径１１μｍ
（４）炭酸カルシウム：日東粉化社製ＳＳ８０、平均粒径２．６μｍ
（５）クレー：白石工業（株） カオブライト
（６）硬化助剤：秩父石灰工業(株)製 消石灰
（７）離型剤：日本油脂(株)製 ステアリン酸
（８）着色剤：三菱化学株製 カーボンブラック＃７５０Ｂ

実施例及び比較例で用いたフェノール樹脂成形材料は、前記各配合成分を以下の比率で混合したものを用いた。
（１）レゾール型フェノール樹脂： ２５重量部
（２）ノボラック型フェノール樹脂： １１重量部
（３）ガラス繊維： ４重量部
（４）炭酸カルシウム： ３６重量部
（５）クレー： ２０重量部
（６）硬化助剤： ２重量部
（７）離型剤： １重量部
（８）着色剤： １重量部

［試験片の調整］
実施例１及び比較例１〜３で作製した、アルミおよびフェノール樹脂間の接着強さを測定するための接着強さ試験片の形状を図１及び２に示す。試験片の両端から３０ｍｍがつかみ部分である。

［実施例１］
試験片のアルミ板表面をサンドペーパーで所望の面粗さとし、さらにアルミ板表面にシランカップリング剤（３−アミノプロピルトリエトキシシラン ＝ 信越シリコーン社製 ＫＢＥ−９０３）を８重量％、エタノール８８重量％をイオン交換水４重量％で希釈した水溶液を準備し、上記試験片をこの溶液中に室温で１０分間浸漬後、室温で３０分乾燥した。その後、前記フェノール樹脂成形材料５ｇをアルミ板間に挟み、圧縮成形により接着強さ試験片を成形した。
成形にはマルシチ（株）社製 ＭＦ−０３７を用いた。成形条件は、熱板温度１７５℃、硬化時間６０秒、成形圧力８ＭＰａである。

［比較例１〜３］
比較例１〜３では、アルミ板表面をサンドペーパーで３水準の所望の面粗さとした後、シランカップリング剤を用いず、前記フェノール樹脂成形材料（住友ベークライト社製 レゾール型フェノール樹脂成形材料）をアルミ板間に挟み、実施例１と同様にして圧縮成形により接着強さ試験片を成形した。

［接合力の測定］引張試験機としてオートグラフＡＧ５００を使用し、引張速度２ｍｍ／分、チャック間距離１００ｍｍとして、２３℃で前記の方法で得られた接着強さ試験片の引き剥がし試験を行い、アルミ板およびフェノール樹脂間の接着強さを測定した。
表面粗さと接着強さの測定結果を表１に示す。
接着強さ試験結果より、従来から知られているようにアルミ板表面粗さを変えた比較例１〜３よりもシランカップリング剤をアルミ板表面に塗布した実施例の接着強さは大幅に向上することが分かった。

以上説明したように、本発明の金属部品がインサートされた樹脂複合成形品は優れた接合力を有しており、電気、電子部品あるいは自動車電装部品などの電気部品用途に特に有用であり、その他にも種々の広い分野に適用することができる。

本発明における接着性試験（引張剪断試験）に供する試験片の概略斜視図である。 本発明における接着性試験（引張剪断試験）に供する試験片の断面図である。

符号の説明

１ 接着剤
２ アルミ板
ａ ４０ｍｍ
ｂ ２５ｍｍ
ｃ ０．３ｍｍ
ｄ １００ｍｍ
ｅ １．５ｍｍ

Claims (6)

1. 金属部品がインサートされた樹脂複合成形品を製造する方法であって、予め金属部品表面をシランカップリング剤で処理した後、フェノール樹脂成形材料を用いて成形することを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品の製造方法。
2. 前記シランカップリング剤が、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランである請求項１に記載の金属インサート樹脂複合成形品の製造方法。
3. 金属部品がインサートされた樹脂複合成形品であって、前記金属部品とフェノール樹脂とはシランカップリング剤で結合されていることを特徴とする金属インサート樹脂複合成形品。
4. 前記シランカップリング剤が、ビニル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、メタクリル基の中から選ばれた少なくとも１種の官能基と、アルコキシ基とを有するアルコキシシランである請求項３に記載の金属インサート樹脂複合成形品。
5. 金属インサート樹脂複合成形品が樹脂プーリである請求項１又は２記載の金属インサート樹脂複合成形品の製造方法。
6. 金属インサート樹脂複合成形品が樹脂プーリである請求項３又は４記載の金属インサート樹脂複合成形品。

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