JP2014018994A - 射出成形金型 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの樹脂部材が射出成形により接合されて一体化された射出成形品を製造するにあたり、接合部を均一な寸法にて得ることができる射出成形金型を提供するものである。
【解決手段】第１の樹脂材料からなる部材１をキャビティ内にインサートし、第２の樹脂部材を充填する射出成形金型２において、金型２のインサート部キャビティの非接合部側Ｈ１寸法は製品設計値とし、接合部側Ｈ２寸法はＨ１より大きくなっており、第２の樹脂部材が充填される金型寸法Ｈ３をＨ２より大きくすることを特徴とする射出成形金型。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方の熱可塑性樹脂部材の側端面に対し、他方の熱可塑性樹脂部材を形成する熱可塑性樹脂が射出成形されることにより、双方の熱可塑性樹脂部材が一体化せしめられてなる成形品を得るための射出成形金型に関する。本発明の射出成形金型は、得られる射出成形品の寸法が均一であり、かつ、その量産性に優れている。本発明の射出成形金型にて得られる射出成形品は、軽量で、かつ、高剛性、高強度が要求される電気・電子機器の筐体の形成材料として好ましく用いられる。

パーソナルコンピューター、電話などの電気・電子機器のモバイル化に代表されるように、近年のユーザーニーズの一般的傾向として、製品が小型・軽量であり、かつ、薄肉、高強度、高剛性などの機械的特性を有することが強く要求されている。例えば、電気・電子機器の筐体の場合、軽量であるとともに、外部から荷重がかかった場合に、筐体の少なくとも一部が撓んで内部部品と接触し内部部品が破損したり、筐体自体が破壊したりすることがないようにする必要がある。しかしながら、金属などの高剛性、高強度の部材は、比重が高いため、製品重量が大きくなりやすい問題を有する。この問題を回避するため、筐体を形成する材料として、軽量で、かつ、量産性に優れている樹脂部材が用いられることが多くなってきた。

樹脂部材で筐体を製造する場合、多様なニーズに対応するため、例えば、剛性や軽量性などに関する異なる機能や特性を有する複数の樹脂部材を射出成形により一体化することにより、筐体を形成する各部で筐体に必要な機能を分担させた筐体の製造方法が採用されている。特許文献１には、炭素繊維を含む熱硬化性樹脂部材に、熱可塑性樹脂の不織布などからなる接着層を介在させて、ガラス繊維を含む熱可塑性樹脂部材を射出成形することにより、両部材を接合し一体化して、接合部の強度や量産性に優れた電子機器筐体を製造する技術が開示されている。

しかしながら、この技術では、２つの樹脂部材間の接着界面に熱可塑性樹脂からなる接着層が必要であるので、材料コストが嵩むばかりか、製品の基本肉厚に対して熱可塑性樹脂からなる接着層という余分の厚みが存在し、かつ、２つの樹脂部材をそれらの厚み方向に重ねて合わせる必要がある。そのため、この技術は、当該製品の更なる薄肉化には不向きであるという問題を有していた。また、この技術は、熱硬化性樹脂部材と熱可塑性樹脂部材とを接合することを意図した技術であるため、２つの熱可塑性樹脂部材同士の接合に適用することは困難であった。

２つの熱可塑性樹脂部材同士を接合する例として、特許文献２には、剛性に富む硬質の熱可塑性樹脂板と、柔軟性に富む軟質の熱可塑性樹脂とを成形金型内でインサート成形して一体化して、自動車用内装部品等に好適な複合樹脂成形品を製造する技術が開示されている。この技術を用いると、特許文献１に開示されている技術のように接着のための余分の厚みが存在することなく、製品の基本肉厚を維持した状態で、かつ、表面における樹脂不足による欠陥（ドロップ）の少ない成形品を得ることができる。

しかし、この技術では、射出成形に当って、硬質樹脂板の端縁部に設けられたテーパー状の板厚除変部の先端においてバリが発生しやすいという問題がある。成形品にバリが発生すると、そのバリを除去するための工程を付加する必要があり、量産性に劣る。

また、この技術で射出成形される成形品は、２つの樹脂部材の内の一方の樹脂部材が他方の樹脂部材により下側から全面的に支持されているため、この他方の樹脂部材は、成形品の厚みを満たしていない。そのため、双方の樹脂の成形収縮の差によって成形品にソリが発生しやすいという問題がある。

これらの従来技術の課題を解決する方法として、特許文献３では、２つの樹脂部材が、射出成形により接合されて一体化された射出成形品が開示されている。この２つの樹脂部材は、接着のための余分の厚みを有することがないため成形品が薄肉であるとともに、成形品が高強度を有し、かつ、高い量産性を有するとともに、表面における樹脂不足（ドロップ）や樹脂過剰（バリ）が殆ど発生しない射出成形品が得られるものであった。

しかし、特許文献３の射出成形品において、その接合部平行方向の寸法が射出成形時の熱変形により均一にならないことがあり、本成形品と組み合わせる他の部品との勘合に問題が発生し解決策の立案が急務となっていた。

特開２００８−３４８２３号公報 特開２００８−５５７６４号公報 国際公開２０１１／０８６９５９号公報

本発明の目的は、上記した従来技術にて２つの樹脂部材が、射出成形により接合されて一体化された射出成形品において、接合部を均一な寸法にて得ることができる射出成形金型を提供することにある。

上記課題を解決するための射出成形金型は、次の通りである。

第１の樹脂材料からなる部材１をキャビティ内にインサートし、第２の樹脂部材を充填する射出成形金型２において、金型２のインサート部キャビティの非接合部側における平行方向の寸法Ｈ１を製品設計値とし、接合部側における平行方向の寸法Ｈ２をＨ１より大きくしてなり、第２の樹脂部材が充填される金型キャビティの平行方向の寸法Ｈ３をＨ２より大きくすることを特徴とする。

射出成形金型２に形成する平行方向の寸法Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、
Ａ＝（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１
Ｂ＝（Ｈ３−Ｈ１）／Ｈ１
０．７≦Ａ／Ｂ≦０．９
の関係を満足することが好ましい。

この射出成形金型１のＨ２の寸法部からＨ３の寸法部に変化するまでの垂直方向の寸法Ｗ１は、第２の樹脂部材が充填される金型キャビティの垂直方向の寸法Ｗ２の５％から２０％であることが好ましい。

上記第１の樹脂材料は繊維強化熱可塑性樹脂であり、電波透過性能を有することが好ましい。

上記第２の樹脂材料は繊維強化熱可塑性樹脂であり、強化繊維に炭素繊維を使用していることが好ましい。

この射出成形金型によれば、２つの熱可塑性樹脂部材が、射出成形により接合されて一体化された均一な寸法を持つ射出成形品を得ることができる。

本発明に係る射出成形金型にインサートする部材の一実施態様の概略平面図である。 本発明に係る射出成形金型キャビティの一実施態様の概略平面図である。 本発明から得られる射出成形品の一実施態様の概略平面図である。

図１は、射出成形金型にあらかじめインサートされる第１の樹脂部材からなる部材１である。接合部平行方向寸法Ｈ１１は非接合部側寸法、Ｈ１２は接合部側寸法であり、部材１は既に成形されており、Ｈ１１の寸法は第２の樹脂部材の収縮の影響を受けないため、製品設計値とするが、Ｈ１２は第２の樹脂部材の収縮の影響を受ける分だけ大きくする必要があり、それぞれの寸法は射出成形金型のインサート部キャビティ寸法と同じであることが好ましく、かつ、Ｈ１１とＨ１２は直線で結ばれ、台形形状となっていることが好ましい。

図２は、射出成形金型２に設けたキャビティ形状を示す平面図である。接合部平行方向寸法である金型寸法Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は次に示す式（３）を満たすことが好ましい。
Ａ＝（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１ ・・・（１）
Ｂ＝（Ｈ３−Ｈ１）／Ｈ１ ・・・（２）
０．７≦Ａ／Ｂ≦０．９ ・・・（３）

（１）式は部材１が収縮しないため、第２の樹脂部材本来の成形収縮率が部材１により阻害され、実際に発揮される収縮率である。（２）式は第２の樹脂部材本来の成形収縮率である。（３）式は（１）式と（２）式の関係性であり、実際の成形品は電子機器筐体を想定している。

また、Ｈ２の寸法部からＨ３の寸法部に変化するまでの垂直方向寸法Ｗ１は第２の樹脂部材が充填される寸法Ｗ２の５％から２０％であり、部材１の剛性、第２の樹脂部材のもつ成形収縮率に起因し、かつ、直線で結ばれていることが好ましい。

本射出成形品における第１の樹脂部材からなる部材１および金型内に射出される第２の樹脂部材に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、液晶ポリエステル等のポリエステル系樹脂や、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリブチレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂や、スチレン系樹脂を用いることができる。

更には、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＵ）樹脂、変性ＰＳＵ樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリケトン（ＰＫ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、フッ素系樹脂等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体などの熱可塑性樹脂成分が、単独または２種類以上ブレンドされた樹脂を用いることができる。

熱可塑性樹脂成分としては、耐熱性、耐薬品性の観点から、ＰＰＳ樹脂が、成形品外観、寸法安定性の観点から、ポリカーボネート樹脂やスチレン系樹脂が、成形品の強度や耐衝撃性の観点から、ポリアミド樹脂が好ましく用いられる。

熱可塑性樹脂部材の用途等に応じ、熱可塑性樹脂に、後述する導電性繊維や非導電性繊維といった強化繊維が加えられていて良い。また、熱可塑性樹脂は、耐衝撃性向上のために、ゴム成分などの他のエラストマーを含有しても良いし、種々の機能を与えるために、他の充填材や添加剤を含有しても良い。かかる充填材や添加剤としては、例えば、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、カップリング剤などがある。

第１の樹脂部材と第２の樹脂部材は、同一の樹脂成分を含んでいることが好ましい。ここでいう同一成分とは、樹脂成分中に同一の樹脂グループに属する樹脂成分が３乃至１００％含まれていることを云う。

第１の樹脂部材は、熱可塑性樹脂自体が非導電性であることが多いため、特段の成分を加えなくとも非導電性部材とすることもできるが、筐体としての剛性を高める観点から非導電性繊維を強化繊維として含有させることが好ましい。

非導電繊維としては、例えば、ガラス繊維や、アラミド樹脂、ＰＢＯ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂などの有機繊維や、シリコンカーバイト、シリコンナイトライドなどの無機繊維がある。これらの繊維は、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などの表面処理が施されていても良い。また、これらの絶縁性繊維は、１種類を単独で用いても良いし、２種類以上を併用しても良い。これらの導電性繊維の中でも、特に電波透過性、比剛性、コストの観点から、ガラス繊維が好ましく用いられる。

第２の樹脂部材を導電性部材とするためには、部材中に導電性物質を加えれば良いが、筐体としての剛性を高める観点から、導電性繊維を強化繊維として含有させることが好ましい。

導電性繊維としては、例えば、アルミニウム繊維、黄銅繊維、ステンレス繊維などの金属繊維や、ポリアクリロニトリル系、レーヨン系、リグニン系、ピッチ系の炭素繊維（黒鉛繊維を含む）がある。これらの繊維は、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、添加剤の付着処理などの表面処理が施されていても良い。また、これらの導電性繊維は、１種類を単独で用いても良いし、２種類以上を併用しても良い。これらの導電性繊維の中でも、筺体の軽量性や剛性を高める観点から、炭素繊維が好ましく用いられる。

第１の樹脂部材における非導電性繊維および第２の樹脂部材における導電性繊維は、それぞれの部材に、その重量当たり、好ましくは１０乃至８０質量％、より好ましくは１２乃至７５質量％、さらに好ましくは１５乃至７０質量％の割合で含有されているようにする。１０重量％を下回ると得られる製品の剛性が不足し変形しやすくなることがあり、また、８０質量％を上回ると熱可塑性樹脂の流動性が著しく低下し、成形が困難となることがある。

［実施例１］
インサート部品として、東レ（株）製ＴＣＰ１２０６Ｇ５０（ナイロン６６／６Ｉ／６共重合マトリックス、ガラス繊維含有量５０重量％）を用いて、射出成形機により溶融射出して、第１の樹脂部材を得た。得られた第１の樹脂部材は、Ｈ１１＝３４０．０３ｍｍ、Ｈ２１＝３４０．４０ｍｍであった。

次いで、射出成形金型のキャビティ内寸法をＨ１＝３４０．００ｍｍ、Ｈ２＝３４０．３６ｍｍ、Ｈ３＝３４０．５１ｍｍ、Ａ／Ｂ＝０．７ｍｍ、Ｗ１／Ｗ２＝０．０５（５％）にて作成した金型のキャビティ内に、得られた第１の樹脂部材を固定し、型締めを行い、東レ（株）製長繊維ペレットＴＬＰ１１４６Ｓ（ポリアミド樹脂マトリックス、炭素繊維含有量２０重量％）を、射出成形機から溶融射出して、第２の樹脂部材を形成して、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材が一体化した射出成形品を得た。

射出成形品Ｃの寸法はＨ３１＝３４０．０３ｍｍ、Ｈ３２＝３３９．９９ｍｍ、Ｈ３３＝３３９．９８ｍｍであり均一な寸法の成形品を得ることができた。

［実施例２］
射出成形金型のキャビティ内寸法をＨ１＝３０９．００ｍｍ、Ｈ２＝３０９．４１ｍｍ、Ｈ３＝３０９．４６ｍｍ、Ａ／Ｂ＝０．９ｍｍ、Ｗ１／Ｗ２＝０．０５とし、インサート部品である第１の樹脂部材は、Ｈ１１＝３０９．０２ｍｍ、Ｈ２１＝３０９．４３ｍｍである以外は、実施例１と同様にして射出成形品を得た。

得られた射出成形品の寸法はＨ３１＝３０９．０２ｍｍ、Ｈ３２＝３０９．０３ｍｍ、Ｈ３３＝３０９．０１ｍｍであり均一な寸法の成形品を得ることができた。

［比較例１］
射出成形金型のキャビティ内寸法をＨ１＝３４０．００ｍｍ、Ｈ２＝３４０．００ｍｍ、Ｈ３＝３４０．００ｍｍ、Ｗ１／Ｗ２＝０．０５とし、インサート部品である第１の樹脂部材は、Ｈ１１＝３４０．００ｍｍ、Ｈ２１＝３４０．００ｍｍである以外は、実施例１と同様にして射出成形品を得た。

得られた射出成形品の寸法はＨ３１＝３４０．００ｍｍ、Ｈ３２＝３３９．５８ｍｍ、Ｈ３３＝３３９．４７ｍｍであり均一な寸法の成形品を得ることができなかった。

［比較例２］
射出成形金型のキャビティ内寸法をＨ１＝３０９．００ｍｍ、Ｈ２＝３０９．４６ｍｍ、Ｈ３＝３０９．４６ｍｍ、Ｗ１／Ｗ２＝０．０５とし、インサート部品である第１の樹脂部材は、Ｈ１１＝３０９．０１ｍｍ、Ｈ２１＝３０９．４８ｍｍである以外は、実施例１と同様にして射出成形品を得た。

得られた射出成形品の寸法はＨ３１＝３０９．０１ｍｍ、Ｈ３２＝３０９．１８ｍｍ、Ｈ３３＝３０９．００ｍｍであり均一な寸法の成形品を得ることができなかった。

実施例および比較例における試験結果を表１にまとめて示す。

本発明の射出成形品は、異なる２つの熱可塑性樹脂部材を、余剰厚みが存在することなく、いわば同一厚み内で、薄肉性を高めて高強度で接合し、かつ、高い量産性で、樹脂不足（ドロップ）やバリの少ない射出成形品であり、かつ、寸法が均一である。この射出成形品は、電子機器や自動車分野の筐体の構成部品として好ましく用いられる。特に、筐体としての電波透過性能の確保という点を鑑みると、ノートパソコンや携帯電話などの小型電子機器向けの筐体に好適に利用できる。

１：部材
２：金型
Ｈ：接合部平行方向寸法
Ｗ：接合部垂直方向寸法

Claims (5)

1. 第１の樹脂材料からなる部材１をキャビティ内にインサートし、第２の樹脂部材を充填する射出成形金型２において、金型２のインサート部キャビティの非接合部側Ｈ１寸法は製品設計値とし、接合部側Ｈ２寸法はＨ１より大きくなっており、第２の樹脂部材が充填される金型寸法Ｈ３をＨ２より大きくすることを特徴とする射出成形金型。
2. 金型２のＨ１、Ｈ２、Ｈ３の寸法は式Ｃの関係を満足することを特徴とする請求項１記載の射出成形金型。
   式Ａ：Ａ＝（Ｈ２−Ｈ１）／Ｈ１
   式Ｂ：Ｂ＝（Ｈ３−Ｈ１）／Ｈ１
   式Ｃ：０．７≦Ａ／Ｂ≦０．９
3. 金型２のＷ１の寸法がＷ２の寸法の５％から２０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形金型。
4. 第１の樹脂材料が繊維強化熱可塑性樹脂であり、電波透過性能を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の射出成形金型。
5. 第２の樹脂材料が繊維強化熱可塑性樹脂であり、強化繊維に炭素繊維を使用していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の射出成形金型。

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