JP2013103472A - Insert molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インサート成形体に関する。 The present invention relates to an insert molded body.
インサート成形法は、樹脂の特性と金属、無機固体等(以下、金属、無機固体等をインサート部材という場合がある。)の素材の特性を生かすために、樹脂部材とインサート部材とを複合化する成形法である。この成形法で得られるインサート成形体は、自動車部品や電気・電子部品、OA機器部品等として使用されている。 In the insert molding method, a resin member and an insert member are combined to take advantage of the properties of the resin and the properties of the metal, inorganic solid, etc. (hereinafter, metal, inorganic solid, etc. may be referred to as insert members). It is a molding method. Insert molded bodies obtained by this molding method are used as automobile parts, electrical / electronic parts, OA equipment parts, and the like.
しかしながら、インサート成形体は、成形直後の樹脂部材の割れ、使用中の温度変化による樹脂部材の割れが問題になる場合がある。これらの問題は、樹脂の膨張率や収縮率と、インサート部材の膨張率や収縮率とが異なることに起因する。 However, the insert molded body may have a problem of cracking of the resin member immediately after molding and cracking of the resin member due to temperature change during use. These problems are caused by the fact that the expansion rate and contraction rate of the resin are different from the expansion rate and contraction rate of the insert member.
上記の樹脂部材の割れの問題を解消するための方法として、特定の樹脂組成物から構成される樹脂部材をインサート部材上に形成する方法がある。例えば、上記のような割れの問題を生じにくくさせる樹脂組成物として、ポリブチレンテレフタレート樹脂に特定の耐衝撃性付与剤、無機充填剤及び芳香族エステル化物を配合した樹脂組成物が開示されている(特許文献1参照)。 As a method for solving the above-described problem of cracking of the resin member, there is a method of forming a resin member composed of a specific resin composition on the insert member. For example, a resin composition in which a specific impact resistance imparting agent, an inorganic filler, and an aromatic esterified compound are blended with a polybutylene terephthalate resin is disclosed as a resin composition that makes it difficult to cause the above-described cracking problem. (See Patent Document 1).
ところで、上記のような樹脂部材が割れる問題は、樹脂部材に脆弱部が形成されている場合に生じやすい。ここで、脆弱部とはウエルド部等の強度が弱い部分を指す。脆弱部が形成されないようにインサート成形体を製造できればよいが、ウエルド部等の脆弱部が樹脂部材に形成されることを回避できない場合も多い。 By the way, the above-mentioned problem that the resin member breaks is likely to occur when a fragile portion is formed in the resin member. Here, the weak part refers to a weak part such as a weld part. Although it is only necessary to manufacture the insert molded body so that the weak part is not formed, it is often impossible to avoid formation of the weak part such as the weld part in the resin member.
特許文献1に記載の方法によれば、インサート成形体における樹脂部材の割れの問題が起こり難くなる。しかし、樹脂部材に脆弱部が形成されている場合に、特許文献1に記載の樹脂組成物を使用しても、樹脂部材の割れの問題が生じる可能性もあると考えられる。
According to the method described in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インサート成形体を構成する樹脂部材に脆弱部が形成されている場合であっても、インサート成形体が温度変化のある環境に曝されることによって生じる、樹脂部材の割れの問題を解消する技術を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The purpose of the present invention is to change the temperature of the insert molded body even when the fragile portion is formed in the resin member constituting the insert molded body. An object of the present invention is to provide a technique for solving the problem of cracking of a resin member caused by exposure to a certain environment.
本発明者らは、以上の課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、機械的強度が局所的に弱い脆弱部を有する樹脂部材とインサート部材とを備えるインサート成形体において、上記脆弱部の近傍に応力集中部を形成することで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above problems. As a result, in an insert molded body including a resin member having a weak portion with a weak mechanical strength and an insert member, the above problem can be solved by forming a stress concentration portion in the vicinity of the weak portion, The present invention has been completed. More specifically, the present invention provides the following.
(1) 樹脂部材と、インサート部材と、を備え、前記樹脂部材は、局所的に機械的強度が弱い脆弱部と、前記脆弱部の近傍に形成される応力集中部とを有するインサート成形体。 (1) An insert molded body that includes a resin member and an insert member, and the resin member has a weak portion having locally weak mechanical strength and a stress concentration portion formed in the vicinity of the weak portion.
(2) 前記応力集中部は、薄肉部である(1)に記載のインサート成形体。 (2) The insert molded body according to (1), wherein the stress concentration portion is a thin portion.
(3) 前記応力集中部は、前記脆弱部を囲むように複数形成される(1)又は(2)に記載のインサート成形体。 (3) The insert molded body according to (1) or (2), wherein a plurality of the stress concentration portions are formed so as to surround the fragile portion.
(4) 前記脆弱部は、前記樹脂部材の表面から所定の深さ位置に存在し、前記応力集中部は、前記表面に形成される凹部であり、前記凹部の底は、前記脆弱部が存在する前記深さ位置よりも深い位置に存在する(1)から(3)のいずれかに記載のインサート成形体。 (4) The fragile portion is present at a predetermined depth from the surface of the resin member, the stress concentration portion is a recess formed in the surface, and the fragile portion is present at the bottom of the recess. The insert molded body according to any one of (1) to (3), which exists at a position deeper than the depth position.
(5) 前記脆弱部は、ウエルド部又は溶着部である(1)から(4)のいずれかに記載のインサート成形体。 (5) The insert molding according to any one of (1) to (4), wherein the weakened portion is a weld portion or a welded portion.
本発明によれば、インサート成形体を構成する樹脂部材に脆弱部が形成されている場合であっても、インサート成形体が温度変化のある環境に曝されることによって生じる、樹脂部材の割れの問題を抑制することができる。 According to the present invention, even when a fragile portion is formed in the resin member constituting the insert molded body, the resin molded member is not cracked by being exposed to an environment with a temperature change. The problem can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
<第一実施形態>
本発明のインサート成形体について、図1を用いて説明する。インサート成形体1は、樹脂部材10とインサート部材11とを備える。インサート成形体1は、樹脂部材10とインサート部材11とが一体化したものを指し、インサート部材11上に、どのように樹脂部材10が形成されていてもよい。インサート部材11上に樹脂部材10が形成されていれば、樹脂部材10とインサート部材11とが所定の密着力で接合されていることになる。このように樹脂部材10とインサート部材11とが接合されていれば、インサート成形体1が温度変化のある環境に曝された場合に、インサート部材の膨張収縮挙動と樹脂部材の膨張収縮挙動とが相違することによる、樹脂部材1の割れが生じる可能性がある。上記の通り、樹脂部材10とインサート部材11とが接合していれば、上記割れの問題が生じ、本発明の適用対象となる。なお、図1に示す通り、本実施形態では、円柱状のインサート部材11の周囲を樹脂部材10が覆うように一体化されたインサート成形体1を例に説明する。
<First embodiment>
The insert molded body of the present invention will be described with reference to FIG. The insert molded
樹脂部材10は、熱可塑性樹脂組成物から構成される。熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を必須成分として含む樹脂組成物である。使用可能な熱可塑性樹脂の種類は特に限定されず、従来公知のものを使用することができる。例えば、ポリアセタール系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアリーレンサルファイド系樹脂、液晶性樹脂、オレフィン系樹脂等を挙げることができる。また、複数の熱可塑性樹脂を用いてもよい。特に熱可塑性樹脂としてポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド等を使用した場合に、上記割れの問題が生じやすい。しかし、本発明によれば、このような樹脂を採用しても、上記割れの問題を抑えることができる。
The
また、熱可塑性樹脂組成物には、必須成分である熱可塑性樹脂以外に、無機充填剤等の強化剤、酸化防止剤、安定剤、顔料、核剤等の一般的な添加剤を含有させることができる。例えば、ガラスファイバー、炭酸カルシウム、タルク等の成分が樹脂部材10に含まれると、上記割れの問題が生じやすい。しかし、本発明によれば、これらの成分が樹脂部材10に含まれていたとしても、上記割れの問題を抑えることができる。
In addition to the essential thermoplastic resin, the thermoplastic resin composition contains a general additive such as a reinforcing agent such as an inorganic filler, an antioxidant, a stabilizer, a pigment, and a nucleating agent. Can do. For example, when components such as glass fiber, calcium carbonate, and talc are included in the
樹脂部材10は、上記の通り、インサート部材11と接合していればよいため、樹脂部材10の形状は、特に限定されないが、本実施形態においては筒状である。樹脂部材10は、筒状の内壁面でインサート部材11と接合している。
Since the
樹脂部材10は、機械的強度が局所的に弱い脆弱部101と、上記脆弱部の近傍に形成される応力集中部102とを有する。
The
脆弱部101は樹脂部材10内で機械的強度が弱い部分を指す。機械的強度が弱いとは、他の部分よりも、小さい応力で割れが生じる部分を指す。例えば、ウエルド部、溶着部、応力集中部、ゲート部等を例示することができる。これらの部分は、樹脂部材10の他の部分より材料自体の強度が劣る部分であり、このような脆弱部の存在は、流動解析、断面観察という方法で確認することができる。なお、本実施形態では、ウエルド部(図1に一点鎖線で示す)が、脆弱部101である。
The
後述する通り、本発明の効果は、脆弱部101の近傍に応力集中部102を形成することで奏するため、脆弱部の形状、大きさ、種類等は特に限定されない。
As will be described later, since the effect of the present invention is achieved by forming the
なお、樹脂部材10が複数の脆弱部101を有してもよく、複数の脆弱部は同じ種類の脆弱部であっても、異なる種類の脆弱部であってもよい。
The
応力集中部102は、樹脂部材10内で、樹脂部材10の内部に発生した応力や、樹脂部材10に対して外部から加えられた応力が集中しやすい部分を指す。例えば、薄肉部、コーナー部等が挙げられる。薄肉部には、切り欠き部等のように意図的に形成した凹部のみならず、傷部等の意図せずに形成されたものも含む。切り欠きの形状についても特に限定されない。
The
本実施形態における応力集中部102は、脆弱部101であるウエルド部を挟むように、脆弱部101に略平行に2箇所存在する。また、インサート成形体を正面から視た場合に、応力集中部102の両端の位置と脆弱部の両端の位置とは略一致している。
The
後述する通り、本発明は、応力集中部102を脆弱部101の近傍に形成することで、本発明の効果を奏する。このため、脆弱部101と応力集中部102との関係が、本発明の特徴の一つである。以下、脆弱部101と応力集中部102との関係について説明する。
As will be described later, the present invention produces the effect of the present invention by forming the
応力集中部102は、脆弱部101の近傍に形成される。脆弱部101と応力集中部102とが離れすぎると、本発明の効果を奏さないため、脆弱部101の近傍に応力集中部102を形成する必要がある。
The
「近傍」とは、脆弱部101と応力集中部102との間の距離が近いことを指す。ここで、「脆弱部101と応力集中部102との間の距離」とは、脆弱部101上の各点から、応力集中部102までのそれぞれの最小距離を指す。このように脆弱部101の各点で考える必要があるのは、樹脂部材10の割れは点を起点に生じるからである。
“Nearby” indicates that the distance between the
どの程度、脆弱部101と応力集中部102とが離れていれば「近傍」に該当するかは、熱可塑性樹脂の種類や、脆弱部の種類等によって異なる。また、インサート成形体1の用途によっても異なる。用途が異なれば、樹脂部材10に発生する応力が異なるからである。より具体的には、発生する応力が異なると、脆弱部101にかかる応力のうち許容応力(脆弱部101が割れない最大の応力)を超える分が異なるから、応力集中部を形成することで緩和する必要がある応力の量も異なるからである。このように「近傍」とは、用途や使用する熱可塑性樹脂等によって異なるが、以下のようにして、応力集中部102の位置を決めることができる。
The extent to which the
応力集中部102を脆弱部101の近傍に形成するのは、樹脂部材10の内部に応力が発生した場合や、樹脂部材10に対して外部から応力が加えられた場合に、応力を応力集中部102に集中させて、脆弱部101にかかる応力を小さくすることで、脆弱部101の割れを防ぐためである。したがって、脆弱部101にかかる応力を小さくできる距離が、「近傍」にあたる。
The
「脆弱部にかかる応力を小さくできる距離」とは、例えば、以下の手順で導出することができる。先ず、応力集中部102を形成していないインサート成形体1について、脆弱部101に発生する応力を、従来公知の一般的なソフトウェア等を用いて導出する。また、脆弱部101が割れない最大の応力(本明細書において、許容応力という場合がある)も併せて従来公知のソフトウェア等を用いて導出する。ここで、脆弱部101に発生する応力、許容応力は、特定の条件(熱可塑性樹脂の種類、インサート成形体の用途等が特定のものに決まった条件)のもとで導出される。つまり、応力集中部102の好適な位置に大きな影響を与えるパラメータのほとんどが特定された状態で上記の応力を導出する。
The “distance that can reduce the stress applied to the fragile portion” can be derived, for example, by the following procedure. First, with respect to the insert molded
次いで、応力集中部102を形成したインサート成形体1について、同様に、脆弱部101に発生する応力を導出する。脆弱部101に発生する応力が、許容応力以下になるまで、脆弱部101と応力集中部102とを近づける。つまり、脆弱部101に発生する応力を、許容応力以下にすることができる応力集中部の位置が、「近傍」に該当する。
Next, the stress generated in the
応力集中部の形状、大きさについても、上記の「近傍」に該当するように、熱可塑性樹脂の種類や用途に応じて適宜設定する必要がある。つまり、応力集中部102の形成の仕方によって応力集中部102が脆弱部101に近づいたり、遠ざかったりする。このため、応力集中部102の形成の仕方は、樹脂部材10の割れに影響を与えるので、応力集中部102の形状についても、樹脂部材10が割れないようにする観点から決めることが好ましい。応力集中部102の形状の決め方を、以下に説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜のために、円柱状のインサート成形体1の側面のみを用いて説明する。
The shape and size of the stress concentration portion also needs to be appropriately set according to the type and application of the thermoplastic resin so as to correspond to the above “neighborhood”. That is, the
図2は、インサート成形体1の正面図の模式図である。(a)と(b)とでは、応力集中部102の、応力集中部102が延びる方向の長さが異なる。
FIG. 2 is a schematic diagram of a front view of the insert molded
インサート成形体1の正面図におけるウエルド部の一端をα、他端をβとする。図2(a)に示すように、応力集中部102を形成すれば、図2(b)に示すように応力集中部102を形成する場合と比較して、脆弱部101の所定の位置から、応力集中部102までの距離の最大値が小さくなる。(a)のように、脆弱部101におけるいずれの位置も、応力集中部102の近傍になるように、応力集中部102を形成することで、本発明の効果を奏しやすくなる。
One end of the weld in the front view of the insert molded
以上の通り、応力集中部の位置や形状は、脆弱部の割れを抑える観点から決められる。脆弱部が点である場合には、応力集中部の位置のみを考えればよいが、脆弱部が線や面で構成される場合には、脆弱部における各点の近傍に応力集中部を形成する必要がある。このため、脆弱部が線や面で構成される場合には、脆弱部の形状も考慮して、脆弱部の割れを防ぐように、応力集中部を形成する必要がある。具体的には、図1に示すように線状の脆弱部101の場合には、その線を挟み、且つその線に沿うように応力集中部を形成することが好ましい。脆弱部が面で構成される場合には、面の外周を囲うように、応力集中部を形成することが好ましい。このようにすれば、脆弱部の一部が応力集中部から離れてしまうことにより、樹脂部材に割れが発生することを抑えることができるからである。
As described above, the position and shape of the stress concentration portion are determined from the viewpoint of suppressing cracking of the fragile portion. If the fragile part is a point, only the position of the stress concentration part needs to be considered, but if the fragile part is composed of lines or surfaces, a stress concentration part is formed near each point in the fragile part. There is a need. For this reason, when a weak part is comprised by a line or a surface, it is necessary to form the stress concentration part so that the shape of a weak part may also be considered and the crack of a weak part may be prevented. Specifically, in the case of the linear
続いて、脆弱部の強度と応力集中部の強度との関係について説明する。脆弱部、応力集中部のいずれもが、インサート成形体が温度変化のある環境に曝された場合に、割れやすい部分に該当する。脆弱部は材料自体の強度が低いからであり、応力集中部は他の部分よりも応力がかかりやすく壊れやすいからである。しかし、応力集中部と比較して、脆弱部の方が割れやすいことも多く、本発明は、脆弱部が応力集中部よりも割れやすい場合に有効である。「脆弱部が応力集中部よりも割れやすい場合」とは、許容応力を従来公知のソフトウェアを用いて解析することで求めることができる。 Next, the relationship between the strength of the fragile portion and the strength of the stress concentration portion will be described. Both the fragile portion and the stress concentration portion correspond to portions that are prone to cracking when the insert molded body is exposed to an environment with temperature changes. This is because the weak portion has a low strength of the material itself, and the stress concentration portion is more susceptible to stress than the other portions and is easily broken. However, the fragile part is often more easily cracked than the stress concentrated part, and the present invention is effective when the fragile part is more easily cracked than the stress concentrated part. “When the fragile portion is more easily cracked than the stress concentration portion” can be obtained by analyzing the allowable stress using conventionally known software.
インサート部材11は、少なくとも一部の表面インサート部材11は、従来からインサート成形体に用いられる一般的なものを使用することができる。つまり、インサート部材11を構成する材料は、金属、無機材料、有機材料のいずれであってもよい。具体的には、鋼、鋳鉄、ステンレス、アルミ、銅、金、銀、真鍮等の金属、熱伝導性のセラミックや炭素材等が挙げられる。また、表面に金属の薄膜が形成された金属等もインサート部材11として使用可能である。金属の薄膜としては、例えばメッキ処理(湿式メッキ処理、乾式メッキ処理等)により形成される薄膜を例示することができる。なお、インサート部材11とは金属、無機材料等の単体のみならず複数の金属や樹脂等を有する複合体のことをいう場合もある。
As the
インサート部材11を構成する材料は、例えば、用途、樹脂部材を構成する樹脂材料の熱膨張率等の物性を考慮して、適宜好ましい材料を選択することができる。
As the material constituting the
インサート部材11を製造するための成形方法は特に限定されないが、例えば、金属の場合には、従来公知の工作機械による切削加工等の加工、ダイキャスト、射出成形、プレス打ち抜き等の型鋳造等の方法により、所望の形状のインサート部材を製造することができる。
The molding method for manufacturing the
インサート成形体1の製造方法は、特に限定されず、一般的な方法を採用することができる。例えば、インサート部材を金型内に配置して、金型内に溶融状態の熱可塑性樹脂組成物を流し込む方法を挙げることができる。
The manufacturing method of the insert molded
本発明の効果について、図3を用いて説明する。図3(a)は図1のMM断面の模式図である。図3(b)は応力集中部102が形成されていない場合のMM断面の模式図である。点Xは脆弱部101であり、紙面を貫く方向に延びる。
The effect of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic view of the MM cross section of FIG. FIG. 3B is a schematic diagram of the MM cross section when the
図3に示すように、白抜き矢印の指す方向に応力がかかった場合について説明する。白抜き矢印の長さは、応力の大きさを表すとする。応力集中部102が形成されていない場合、図3(b)に示す通り、脆弱部101には大きな応力がかかる。これに対して、応力集中部102が形成されている場合、脆弱部101にかかる応力の一部が、応力集中部102にかかる。その結果、脆弱部101にかかる応力が小さくなる。脆弱部101にかかる応力が小さくなると、脆弱部101での割れの発生を抑えたり、遅らせたりすることができる。
A case where stress is applied in the direction indicated by the white arrow as shown in FIG. 3 will be described. The length of the open arrow represents the magnitude of the stress. When the
本実施形態においては、図2に示す通り、複数の応力集中部102が樹脂部材10に形成されている。応力がかかる方向に応力集中部102が存在すれば、応力集中部102が、脆弱部101にかかるその方向の応力の一部を取り除くことができる。したがって、複数の応力集中部102が形成されていれば、より多くの方向からの応力を減少させることができる。その結果、脆弱部にかかる応力をより抑えることができるため、脆弱部の割れをより抑えることができる。例えば、本実施形態においては、脆弱部101を挟むように応力集中部102を形成しているため、左右両方向からの応力を低減することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a plurality of
本実施形態において、応力集中部102は、線状の脆弱部10を挟むように形成され、脆弱部101のいずれの点においても応力集中部102に挟まれた状態になっている。このため、脆弱部101を構成する線分のいずれの位置においても、応力集中部102の存在により、脆弱部101のいずれの位置にかかる応力も軽減される。
In the present embodiment, the
<第二実施形態>
本発明のインサート成形体の第二実施形態につき、図4を参照しながら説明する。図4は第二実施形態のインサート成形体1Aを模式的に示した図であり、(a)斜視図であり、(b)NN断面図であり、(c)は(b)の一部の拡大図である。なお、第二実施形態以降の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
<Second embodiment>
A second embodiment of the insert molded body of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view schematically showing the insert molded
本実施形態のインサート成形体1Aは、脆弱部101Aに応力が集中しやすい構成、脆弱部101Aが溶着部である構成において、第一実施形態と異なる。
The insert molded
図4に示すように、本実施形態のインサート成形体1Aは、箱状の樹脂部材10Aと、箱状の樹脂部材1Aの内部に配置されるインサート部材11Aとを有する。
As shown in FIG. 4, the insert molded
本実施形態の樹脂部材10Aは蓋部とケース部とから構成されている。ケース部の上面には、開口が存在し、この開口の縁には階段状の段差部が形成されている。樹脂部材10Aはこの段差部と蓋部の裏面の外周とを溶着してなる。このように形成される溶着部が本実施形態の脆弱部101Aにあたる。また、蓋部の側面と段差部との間には、隙間103Aが形成される。ケース部の上面からの隙間103Aの深さはdである。
The
また、ケース部の上面には上記開口を囲むように、複数の凹部が形成されている。この複数の凹部が応力集中部102Aである。ケース部の上面からの応力集中部102Aの深さはDであり、深さDの大きさは、深さdと略一致するか、又は深さdを超える。
A plurality of concave portions are formed on the upper surface of the case portion so as to surround the opening. The plurality of recesses are
本実施形態のインサート成形体の製造方法は特に限定されないが、例えば、インサート部材11Aを金型内に配置し、金型内に溶融状態の熱可塑性樹脂組成物を射出して、インサート部材11Aと樹脂部材10Aのケース部分との一体化物を製造し、次いで、射出成形法等により製造した樹脂部材10Aの蓋部と上記一体化物とを、振動溶着法、超音波溶着法等の従来公知の溶着法を用いて溶着する。
Although the manufacturing method of the insert molded body of this embodiment is not particularly limited, for example, the
第二実施形態のインサート成形体1Aによれば、上述した第一実施形態のインサート成形体1の効果を奏する他、以下効果を奏する。
According to the insert molded
本実施形態においては、脆弱部101Aに応力が集中しやすい。このような場合であっても、脆弱部101Aの近傍に応力集中部102Aを設けることで、インサート成形体の内部に応力が発生した場合に、脆弱部101Aにかかる応力を抑えることができる。
In the present embodiment, stress tends to concentrate on the
特に、応力集中部102Aの深さDが、隙間103Aの深さより深いか、又は略一致することで、脆弱部101Aにかかる応力の一部を応力集中部にかけることができる。その結果、脆弱部101Aにかかる応力が小さくなり、脆弱部101Aが割れ難くなる。
In particular, when the depth D of the
<実施例1>
樹脂部材の形成にポリフェニレンサルファイド樹脂組成物(ポリプラスチックス社製、「フォートロン(登録商標)1140A6」)を用い、インサート部材として鉄を用いる場合のインサート成形体について、以下のシミュレーションを行った。各材料の主な物性は、以下の通りであるとした。
(ポリフェニレンサルファイド樹脂)
曲げ弾性率:10,010MPa
ポアソン比:0.40
線膨張係数:3.0×10−5(1/℃)
(鉄)
曲げ弾性率:206,000MPa
ポアソン比:0.29
線膨張係数:1.17×10−5(1/℃)
<Example 1>
The following simulation was performed on an insert molded body using a polyphenylene sulfide resin composition (manufactured by Polyplastics, “Fortron (registered trademark) 1140A6”) for forming the resin member, and using iron as the insert member. The main physical properties of each material are as follows.
(Polyphenylene sulfide resin)
Flexural modulus: 10,010 MPa
Poisson's ratio: 0.40
Linear expansion coefficient: 3.0 × 10 −5 (1 / ° C.)
(iron)
Flexural modulus: 206,000 MPa
Poisson's ratio: 0.29
Linear expansion coefficient: 1.17 × 10 −5 (1 / ° C.)
実施例1のシミュレーションにおいては、図5に示すインサート成形体を想定した。図5は、実施例1で想定したインサート成形体を模式的に示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)はOO断面図である。図5に示すように、実施例1で想定したインサート成形体は、箱状の樹脂部材の内部に直方体状のインサート部材が存在する。 In the simulation of Example 1, the insert molded body shown in FIG. 5 was assumed. FIG. 5 is a diagram schematically showing the insert molded body assumed in Example 1, (a) is a perspective view, and (b) is an OO cross-sectional view. As shown in FIG. 5, the insert molded body assumed in Example 1 has a rectangular parallelepiped insert member inside a box-shaped resin member.
樹脂部材の上面には開口と、円環状のスリットが形成されている。上記開口は樹脂部材の上面を貫通している。また、開口は途中からテーパー状になっており、図5(b)に示すような方向からの断面視において、インサート成形体の内部へ向かうほど先細り形状となる。この開口を閉じるように円柱状の蓋が設けられる。この蓋も上記ポリフェニレンサルファイド樹脂から構成されているとする。蓋は図5に示すように、途中からテーパー状になっており、蓋のテーパー状の部分を構成する傾斜面と、開口のテーパー状の部分を構成する傾斜面とが超音波溶着されているとする。この超音波溶着により形成される溶着部が、実施例1のインサート成形体における脆弱部にあたる。また、蓋と樹脂部材の上面との間には、樹脂部材の上面から溶着部まで延びる、円環状の隙間が形成されている。この隙間の底は応力が集中しやすい部分でもある。即ち、実施例1のインサート成形体では、脆弱部に応力が集中しやすい。上記隙間が延びる方向における、隙間の深さは1.5mmである。 An opening and an annular slit are formed on the upper surface of the resin member. The opening penetrates the upper surface of the resin member. In addition, the opening is tapered from the middle, and in a cross-sectional view from the direction as shown in FIG. 5B, the opening becomes tapered toward the inside of the insert molded body. A cylindrical lid is provided to close the opening. It is assumed that this lid is also made of the polyphenylene sulfide resin. As shown in FIG. 5, the lid is tapered from the middle, and an inclined surface constituting the tapered portion of the lid and an inclined surface constituting the tapered portion of the opening are ultrasonically welded. And The welded part formed by this ultrasonic welding corresponds to the fragile part in the insert molded body of Example 1. An annular gap extending from the upper surface of the resin member to the welded portion is formed between the lid and the upper surface of the resin member. The bottom of this gap is also a portion where stress tends to concentrate. That is, in the insert molded body of Example 1, stress tends to concentrate on the fragile portion. The depth of the gap in the direction in which the gap extends is 1.5 mm.
上記円環状のスリットは、上記円環状の隙間が延びる方向に、略平行に延びる。実施例1においては、スリットの深さD1が1mmのインサート成形体、1.5mmのインサート成形体、2mmのインサート成形体、0mmのインサート成形体(スリットが形成されていない場合)の4通りでシミュレーションを行った。ここで、シミュレーションとは、樹脂流動解析(CAE解析)を指す。なお、シミュレーションの条件は23℃〜−40℃の範囲での昇温(昇温速度30℃/分)、降温(降温速度30℃/分)の繰り返しである。
The annular slit extends substantially parallel to the direction in which the annular gap extends. In Example 1, there are four types: an insert molded body having a slit depth D1 of 1 mm, an insert molded body of 1.5 mm, an insert molded body of 2 mm, and an insert molded body of 0 mm (when no slit is formed). A simulation was performed. Here, simulation refers to resin flow analysis (CAE analysis). The simulation conditions are repetition of temperature increase (
具体的には、脆弱部である溶着部、応力集中部の任意の点(スリット無しのインサート成形体では溶着部以外の部分の任意の点)における発生応力をシミュレーションにより導出した。導出結果を表1に示した。表1に示す溶着部の発生応力は、溶着面において最も発生応力が高い点の発生応力である。
表1に示すように、脆弱部である溶着部の近傍に、応力集中部を形成することで、脆弱部にかかる応力が小さくなることが確認された。 As shown in Table 1, it was confirmed that the stress applied to the fragile portion is reduced by forming the stress concentration portion in the vicinity of the welded portion which is the fragile portion.
また、表1から、応力集中部であるスリットの深さと、脆弱部に発生する応力とが関係していることが確認された。より具体的には、スリットの深さが、脆弱部であり且つ応力が集中しやすい位置の深さよりも深くなると、脆弱部に発生する応力を大幅に低減できることが確認された。 Moreover, it was confirmed from Table 1 that the depth of the slit which is a stress concentration part and the stress which generate | occur | produces in a weak part are related. More specifically, it has been confirmed that when the depth of the slit is deeper than the depth of the position where the stress is likely to concentrate, the stress generated in the weak portion can be significantly reduced.
<実施例2>
実施例2のインサート成形体における樹脂部材は、実施例1のインサート成形体における樹脂部材と同じ材料から構成され、実施例2のインサート成形体における金属部材は、実施例1のインサート成形体における金属部材と同じ材料から構成されるとしてシミュレーションを行った。
<Example 2>
The resin member in the insert molded body of Example 2 is made of the same material as the resin member in the insert molded body of Example 1, and the metal member in the insert molded body of Example 2 is the metal in the insert molded body of Example 1. The simulation was performed assuming that the material is the same as that of the member.
図6は、実施例2のインサート成形体を模式的に示す斜視図である。図6に示すように、実施例2のインサート成形体における金属部材は、断面が先端の尖った涙型の円柱状であり、この円柱状の金属部材の側面を囲むように樹脂部材が形成される。 FIG. 6 is a perspective view schematically showing the insert molded body of Example 2. FIG. As shown in FIG. 6, the metal member in the insert molded body of Example 2 is a teardrop-shaped column with a sharp cross section, and a resin member is formed so as to surround the side surface of the columnar metal member. The
樹脂部材の内部には面形状のウエルド部が形成される(図6の一点鎖線で囲まれる範囲)。実施例2のインサート成形体においては、ウエルド部が脆弱部にあたる。 A surface-shaped weld is formed inside the resin member (a range surrounded by a one-dot chain line in FIG. 6). In the insert molded body of Example 2, the weld portion corresponds to the fragile portion.
実施例2では6種類の金属部材を用い、それぞれの金属部材を用いたインサート成形体について下記のシミュレーションを行った。なお、いずれの金属部材も断面が略涙型の円柱状である。6種類の金属部材を用いたインサート成形体のそれぞれの平面図について図7(a)〜(f)に示した。図7(a)〜(d)に示す金属部材は、金属部材の側面に、上記金属部材の高さ方向(上記円柱状の高さ方向)に延びる溝部が形成されている。(a)の上記溝部は、上記高さ方向の断面が半径0.5mmの円の半円であり、(b)では(a)と同様の形状の溝部が(a)の場合よりもウエルドから遠い位置に形成されており、(c)では(a)、(b)の場合と同様の形状の溝部が同様の位置に形成され、さらにこれら二つの溝部の間にもう一つ溝部が形成されている。(d)では側面を広範囲に浅く削るように形成された溝部を有する。(e)では溝部が存在しない。(f)では、金属部材の側面に、上記金属部材の高さ方向に延びる半円柱状(底面の半円の半径0.5mm)の凸部が形成されている。上記の金属部材の側面に形成される溝部や凸部は、応力集中部にあたる。 In Example 2, six types of metal members were used, and the following simulation was performed on the insert molded body using each metal member. Each metal member has a cylindrical shape with a substantially tear-shaped cross section. Each plan view of the insert molded body using six kinds of metal members is shown in FIGS. In the metal member shown in FIGS. 7A to 7D, a groove portion extending in the height direction of the metal member (the columnar height direction) is formed on the side surface of the metal member. The groove in (a) is a semicircle with a cross section in the height direction having a radius of 0.5 mm. In (b), the groove having the same shape as in (a) is more welded than in (a). In (c), a groove having the same shape as in (a) and (b) is formed in the same position, and another groove is formed between these two grooves. ing. In (d), it has a groove part formed so that a side surface may be sharply cut in a wide range. In (e), there is no groove. In (f), a convex portion having a semi-cylindrical shape (a radius of 0.5 mm of a semicircle at the bottom surface) extending in the height direction of the metal member is formed on the side surface of the metal member. The groove part and convex part formed in the side surface of said metal member correspond to a stress concentration part.
また、各インサート成形体における、金属部材の略涙型の先端(尖った部分)の半径(高さ方向の断面視における先端の半径)をRとし、高さ方向の断面視における先端から樹脂部材の側面までの最短距離をLとして、表2、3に示す条件のインサート成形体を実施例2で用いた。 Further, in each insert molded body, the radius (the radius of the tip in the sectional view in the height direction) of the substantially tear-shaped tip (pointed portion) of the metal member in each insert member is R, and the resin member starts from the tip in the sectional view in the height direction. The shortest distance to the side surface was set to L, and an insert molded product having the conditions shown in Tables 2 and 3 was used in Example 2.
表2、3に示す6種類のインサート成形体を想定して、実施例1と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション結果を表2に示した。
表2の結果から、Lが短くなったり、Rが小さくなったりするとウエルド部に応力が集中しやすくなることが確認された。 From the results in Table 2, it was confirmed that when L becomes shorter or R becomes smaller, stress tends to concentrate on the weld.
表3の結果から、脆弱部であるウエルド部付近に、応力集中部である溝部や凹部を設けることで、ウエルド部にかかる応力を低減できることが確認された。 From the results in Table 3, it was confirmed that the stress applied to the welded portion can be reduced by providing a groove or a concave portion that is a stress concentration portion in the vicinity of the welded portion that is a fragile portion.
評価例1及び評価例7をもとに、下記のヒートショック試験条件で、実際にヒートショック試験を行い、平均破壊サイクル数(10個のインサート成形体を用いた)を測定した。測定結果を表4に示す。
(ヒートショック試験条件)
温度条件:−40℃〜180℃
判定方法:目視でのクラック発生観察
(Heat shock test conditions)
Temperature conditions: -40 ° C to 180 ° C
Judgment method: Visual observation of crack occurrence
表4の結果から、シミュレーション結果と同様に、実際のインサート成形体を用いたヒートサイクル試験においても、インサート成形体が温度変化のある環境に曝されることによって生じる、樹脂部材の割れの問題が解消されることが確認出来る。 From the results in Table 4, as in the simulation results, even in the heat cycle test using the actual insert molded body, there is a problem of cracking of the resin member caused by the insert molded body being exposed to an environment with a temperature change. It can be confirmed that it is resolved.
1 インサート成形体
10 樹脂部材
101 脆弱部
102 応力集中部
103 隙間
11 インサート部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記樹脂部材は、機械的強度が局所的に弱い脆弱部と、前記脆弱部の近傍に形成される応力集中部とを有するインサート成形体。 A resin member and an insert member,
The said resin member is an insert molding which has a weak part where mechanical strength is locally weak, and a stress concentration part formed in the vicinity of the said weak part.
前記応力集中部は、前記表面に形成される凹部であり、
前記凹部の底は、前記脆弱部が存在する前記深さ位置よりも深い位置に存在する請求項1から3のいずれかに記載のインサート成形体。 The fragile portion is present at a predetermined depth from the surface of the resin member,
The stress concentration portion is a recess formed on the surface,
The insert molded body according to any one of claims 1 to 3, wherein a bottom of the concave portion exists at a position deeper than the depth position where the fragile portion exists.
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