JP2015214137A - 金属インサート部品、該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法、及び高周波誘導加熱のモニタリング方法と加熱温度把握方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気密性を確保し、かつ耐久性に優れた樹脂材料と金属材料からなるインサートモールドを行うため、前記樹脂と前記金属との接合に高周波誘導加熱を利用するときに必要とされる樹脂と金属インサート接触部分の温度（粘度）を制御するために好適な接合継手構造を有する金属インサート部品、該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法、及び前記樹脂成型品の製造方法で利用できる高周波誘導加熱のモニタリング方法と加熱温度把握方法を提供する。【解決手段】高周波誘導加熱によって局部的な加熱を行うための突起部分４を有し、該突起部分４は、金属材部品１の直径若しくは長径よりも大きい直径若しくは長さで、少なくとも外周部分が切れ間のないループ形状を描くように形成される金属インサート部品１。【選択図】図２

Description

本発明は、高周波誘導加熱により金属と樹脂との接合面に存在する樹脂を溶融させ、接合の密着性又は接着性を高めることができる金属インサート部品、該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法、及び前記樹脂成型品の製造方法に利用できる高周波誘導加熱のモニタリング方法と加熱温度把握方法に関する。

金属部品と樹脂とを接合する方法に関しては、特許文献１で提案されているように、金属表面に化学的エッチング処理を施し微細な凹凸を設け、この凹凸にインサートモールド時に溶融した樹脂を浸入させ樹脂が冷却硬化した後形成されるアンカー（投錨）の効果により樹脂と金属を物理的に接合させる方法や、特許文献２で提案されているように高周波加熱により金属・樹脂接合面の樹脂を溶融させ接合させる方法等が提案されている。

国際公開第２００８／０４７８１１号 特開平５−２３７９３４号公報

前記特許文献１に開示されているアンカー効果を利用する方法は、十分にその作用を発揮するために、樹脂射出成型時に溶融した樹脂の温度（粘度）と射出成型時の圧力を適正に制御する必要があるが、成型時の熱と圧力とを積極的かつ正確に調整することは困難である。これは、樹脂成型作業時の成形機ノズル内樹脂温度と金型内部各部分の樹脂温度が正確に一致しないことが一般常識として知られていることからも容易に想像できる。

また、前記特許文献２に開示されている、高周波加熱により金属・樹脂接合面の樹脂を溶融させ結合させる方法は、高周波加熱による熱により樹脂が軟化・溶融し、樹脂層の一部が接合面の外側に押し出されることで残留応力を解消するのに好適な構成となっている。しかしながら、この方法は単純な形状の金属・樹脂接合面の表面部分を一様に加熱する構成であり、加熱部を特定することが難しく、効率的な加熱を行うために接合を必要とする部位を選択的に加熱するという観点については何等考慮されていない。

本発明の目的は、気密性を確保し、かつ耐久性に優れた樹脂材料と金属材料からなるインサートモールドを行うため、前記樹脂と前記金属との接合に高周波誘導加熱を利用するときに必要とされる樹脂と金属インサート接触部分の温度（粘度）を制御するために好適な接合継手構造を有する金属インサート部品、該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法、及び前記樹脂成型品の製造方法に利用できる高周波誘導加熱のモニタリング方法と加熱温度把握方法を提供することにある。

本発明の構成は以下の通りである。
［１］本発明は、金属材部品がインサート成型された樹脂成型品において高周波誘導加熱により樹脂との密着性又は接着性を高めるために使用される前記金属材部品からなる金属インサート部品であって、前記金属材部品が、前記高周波誘導加熱によって局部的な加熱を行うための突起部分を有し、該突起部分が、前記金属材部品の直径若しくは長径よりも大きい直径若しくは長さで、少なくとも外周部分が切れ間のないループ形状を描くように形成されることを特徴とする金属インサート部品を提供する。
［２］本発明は、前記突起部分が、円形、楕円形又は多角形の断面を有する環形状、算盤球形状、及びひし形、多角形、円形又は楕円形の平面形状の何れかの形状で形成されることを特徴とする前記［１］に記載の金属インサート部品を提供する。
［３］本発明は、前記突起部分において、中心及びその近傍部が前記金属材部品を構成する金属材料で内実されているか、若しくは開孔されていることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の金属インサート部品を提供する。
［４］本発明は、前記金属材部品の表面に樹脂材との接合を促すための表面処理が施されていることを特徴とする前記［１］〜［３］の何れか一項に記載の金属インサート部品を提供する。
［５］本発明は、前記樹脂材との接合を促すための表面処理が前記突起部分だけに施されたことを特徴とする前記［４］に記載の金属インサート部品を提供する。
［６］本発明は、金属材部品がインサート成型された樹脂成型品の製造方法であって、前記［１］〜［５］の何れか一項に記載の金属インサート部品を用いて、射出成型、圧縮成形又はトランスファー成形によって樹脂成型を行う工程、前記金属材部品に形成された前記突起部分に高周波誘導装置の高周波誘導コイルを近づけて誘導加熱を行う工程、及び冷却工程を有することを特徴とする樹脂成型品の製造方法を提供する。
［７］本発明は、前記樹脂成型品が配線カプラ形態のコネクタ形状を有し、前記［１］〜［５］の何れか一項に記載の金属インサート部品をリード端子として使用することを特徴とする前記［６］に記載の樹脂成型品の製造方法を提供する。
［８］本発明は、前記樹脂成型品が電気・電子部品の冷却用ヒートシンクとして使用される樹脂成型品であり、前記［１］〜［５］の何れか一項に記載の金属インサート部品を前記ヒートシンクの金属材部品として使用することを特徴とする請求項６に記載の樹脂成型品の製造方法を提供する。
［９］本発明は、前記金属材部品がインサート成型された樹脂成型品において、前記金属インサート部品が有する前記突起部分の周囲に存在する成型樹脂の外面に、前記高周波誘導加熱用の高周波誘導コイルを配置するための凹みを設けることを特徴とする前記［６］〜［８］の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法を提供する。
［１０］本発明は、前記金属インサート材部品が有する前記突起部分の最短距離表面と前記成型樹脂の外面に設けられた前記凹みの底部との距離が ６ｍｍ以下であることを特徴とする前記［９］に記載の樹脂成型品の製造方法を提供する。
［１１］本発明は、前記［６］〜［１０］の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法において高周波誘導加熱のモニタリングを行う方法であって、前記樹脂成型品の外部で、前記金属インサート部品の高周波誘導加熱効果が最も大きく得られる前記突起部分の部位の近い位置に配置する高周波誘導コイルから発生する磁力線による磁束を感知し、該磁束のプローブ信号を高周波発振器に帰還させて前記高周波発信器の出力値を制御することを特徴とする高周波誘導加熱のモニタリング方法を提供する。
［１２］本発明は、前記［６］〜［１０］の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法において前記高周波誘導加熱によって前記金属材部品に形成した前記突起部分を加熱させるときの温度範囲を最適化するための温度把握方法であって、前記金属材部品の一部が露出するように前記金属材部品の両側側面を樹脂でインサート成型した試料を用いて、前記試料の長手方向の一端から局部的に加熱し、該加熱した熱が前記試料の長手方向の他端に向けて熱伝導するときに観測される温度勾配を計測する工程と、前記加熱後の試料を分解し、前記試料の長手方向において樹脂の溶融状態を観測することによって良好な接合状態が得られた点を確認する工程と、前記試料の長手方向で計測された温度勾配と前記良好な接合状態が得られた点とを対比することによって、前記良好な接合状態が得られた点の加熱温度範囲を推定する工程とを有し、前記推定した加熱温度範囲に基づいて、前記突起部分を加熱させるときの前記高周波誘導加熱条件を調整することを特徴とする高周波誘導加熱の温度把握方法を提供する。

本発明のインサート金属部品は、高周波誘導加熱工程を施すときに金属材部品に形成した突起部分で選択的に効率的な加熱を行うことができるため、樹脂の過剰な流動やボイド発生等を抑制させながら、金属と樹脂との接合面に存在する樹脂を溶融させ、接合の密着性又は接着性を高めることができる。それによって、従来の金属インサート構造を有する樹脂成型品と比べて、樹脂成型品の気密性を大幅に向上でき、信頼性の高い各種インサート成形品を製造することができる。

また、金属材部品がインサート成型された樹脂成型品に高周波誘導加熱を施すときに、本発明の高周波誘導加熱のモニタリング方法及び温度把握方法を利用することによって、金属と樹脂との密着性又は接着性を向上するための高周波誘導加熱の最適条件を見出すことができるだけでなく、その調整を適切に行うことができる。

簡単な構成のインサートモールド部品外観の例を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面及びＡ’−Ａ’断面をそれぞれ示す図である。 誘導加熱の原理を模式的に示す図である。 誘導加熱の原理を模式的に示すための別の図である。 誘導加熱の原理で磁束分布等を示す図である。 図１及び図２に示す金属部品１の一例を示す斜視図である。 図６の別の例を示す図である。 図６の別の例を示す図である。 図１とは別のインサートモールド部品の外観形状例を示す図である。 図９のＣ−Ｃ断面及びＣ’−Ｃ’断面をそれぞれ示す図である。 図１０の（ｂ）に示すタイプの例として挙げた電磁ポンプのプランジャーケースの断面図である。 高周波誘導加熱原理における距離と加熱効率の関係についての概念図である。 図９とは別のインサートモールド部品の外観形状例を示す図である。 図１３の断面Ｄ−Ｄ図である。 図１４に示す溝部９の近傍を拡大した図である。 図１３とは別のインサートモールド部品の外観形状例を示す図である。 図１６のＥ−Ｅ断面図である。 金属材部品に形成した突起部分の一部に表面処理を施した本発明の金属インサート部品の例を示す図である。 金属材部品に形成した突起部分の全体及びその周辺部分に表面処理を施した本発明の金属インサート部品の例を示す図である。 本発明で使用する金属部品１が複数本ある概略図である。 図２０とは別のインサートモールド部品の外観形状例を示す図である。 本発明の金属インサート部品を配線カプラ形態のコネクタ形状へ適用した樹脂成型品の外観概略図及び矢視Ｆより見た図である。 本発明の金属インサート部品を配線カプラ形態の別のコネクタ形状へ適用した樹脂成型品の外観概略図、矢視Ｆより見た図及びＧ−Ｇ断面図である。 本発明で使用する金属部品１０１の別の形状例を示す図である。 本発明で使用する金属部品１０１の別の形状例を示す図である。 本発明で使用する金属部品１０１の別の形状例を示す図である。 本発明の金属インサート部品を冷却用ヒートシンクの金属材部品として適用した樹脂成型品の外観概略図及びＨ−Ｈ断面図である。 本発明の高周波誘導加熱のモニタリング方法を実施するときの好適な構成を示す図である。 本発明の高周波誘導加熱の温度把握方法に用いる試験片の外観を示す図である。 図２９の平面図である。 図３０のＩ−Ｉ断面及び該断面線における温度分布概念を示す図である。 機器接続ブロックを示す図である。

以下、図を用いて、本発明の実施形態による金属材料と樹脂材料とのインサートモールド構成及び各部分の作用について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は簡単な構成のインサートモールド部品外観の例を示している。図１に示すインサートモールド部品は金属材部品１と樹脂部品２からなっていて、金属材部品１が樹脂部品２を貫通しており、図１の（ａ）及び（ｂ）は、金属材部品１としてそれぞれ棒材及びパイプ材を有するインサートモールド部品の外観を示す図である。

図２の（ａ）及び（ｂ）は、図１の（ａ）及び（ｂ）に示すＡ−Ａ及びＡ’−Ａ’のそれぞれに対応する断面図であり、高周波誘導加熱時の各部位の位置関係を示している。図２において、図１と同じ符号は、図１と同一の部位を示す。
金属材部品１には環状突起部分４が設けられていて、樹脂部品２の外部に高周波誘導コイル３が配置されている。本実施形態において、環状突起部分４は、高周波誘導加熱によって局所的な加熱を行うための突起部分として設けるものであり、金属材部品１の直径若しくは長径よりも大きい直径若しくは長さで形成される。ここで、金属材部品１の長径とは、例えば、金属材部品１の断面形状が多角形である場合、前記多角形の最も長い辺又は対角線のそれぞれの長さを意味する。前記コイル３に図示されない高周波発振器の出力電流が印加されると前記環状部と前記コイル３の最短距離表面５が加熱される。この原理を図３から図５を用いて説明する。

図３は、高周波誘導加熱原理の基本的な説明図である。高周波発振器６の出力電流をコイル３に印加すると磁束７が発生し、該磁束７内に、例えば金属を置いた場合（図３には金属は図示されていない）、該金属内部にうず電流が発生し該電流によるジュール熱が発生する。

図４は前記コイル３の内側に前記環状部４の形状を簡素化して表現した金属材４０１を置いた状態を示している。

図５は、図４のＢ−Ｂ断面を示していて、コイル３への高周波電流印加による金属材４０１の誘導電流印加解析結果を示している。図５において、コンターの濃淡は高周波誘導加熱による温度上昇分布を示していて、濃い部分程、温度上昇が高い部分を示す。磁束７は前記コイル３を取り巻くように発生し、磁束７の作用は、金属材４０１中では前記コイル３に近い部分に集中する。
また、通常コイル３は中空になっていて該コイル３自身の冷却のために、冷却水を流通させる。

図６に、図１の（ａ）及び図２の（ａ）に示す棒材からなる金属材部品１の一例を斜視図で示す。前記金属材部品１が円筒状であり、前記環状突起部分４が円弧形状で構成されている。
図７は図６の別の例を示す。前記金属材部品１が四角柱形状であり、前記環状突起部分４が円筒形状の例である。本実施の形態においては、図７に示す四角柱等の多角形の断面を有する角柱形状の他にも、円形状であっても良い。
図８は図６の別の例を示す。前記金属材部品１が円筒状であり前記環状突起部分４が算盤球形状の例である。
本実施の形態においては、金属材部品１が棒材に代えてパイプ材からなるものであっても、図６、図７及び図８に示すものと同じ形状を有することができる。

本発明では、高周波誘導による前記渦電流が環状突起部分４の外周で途切れることなく流れるために、突起部分に相当する環状部４の外周部分が切れ間のないループ形状を描くように、金属材部品１の直径若しくは長径よりも大きい直径若しくは長さで形成されることを要件としている。ここで、環状突起部分４に相当する部分が、仮に、突起ではなく、金属材部品１の直径若しくは長径よりも小さい直径若しくは長さで形成された場合には、高周波誘導による磁束が直径若しくは長径が相対的に大きな金属材部品１のエッジ部分に集中し、該エッジ部分で加熱が加速されるため形状としては不適である。したがって、図６に示す形状に限らず、図７及び図８で示した金属材部品１と環状突起部分４の各形状の何れの組合せも本発明の前記要件が成立しており、前記要件さえ満たせば、その組合せは問わない。

＜実施の形態２＞
図９に、図１で説明した例と異なり、コイル３の別の配置例を示すためにインサートモールド部品の外観形状の例を示す。図９の（ａ）及び（ｂ）は、金属材部品１としてそれぞれ棒材及びパイプ材を有するインサートモールド部品の外観形状を示す図である。
本実施の形態では、図１の場合と同様に金属材部品１が樹脂部品２を貫通しているが、前記樹脂部品２の外周の一部に凹み部８が設けられている。

図１０の（ａ）及び（ｂ）は、図９の（ａ）及び（ｂ）に示すＣ−Ｃ及びＣ’−Ｃ’のそれぞれに対応する断面図である。図からも明らかなように、図１及び図２の例に対して、図９及び図１０の例では高周波誘導コイル３と環状突起部分４の最短距離表面５との距離（Ｌ）が短縮された構成になっている。
図１０の（ａ）に示すタイプのインサートモールド部品は、例えば、筐体外部から筐体内部に金属材部品１を通して通電を行う場合で、筐体内部へ水や油の侵入を防止するための用途に適用することができる。
他方、図１０の（ｂ）に示すタイプのインサートモールド部品は、筐体（タンク）内部に水や油等の液体（又は流体）が存在し、パイプ材からなる金属材部品１の内部を前記液体（又は流体）が通過するときに金属材部品１と樹脂部品２との密着性を向上させ、筐体（タンク）内部の気密性を確保する必要がある用途に適用が可能である。この用途としては、例えば、図１１に示すように電磁ポンプのブランジャーケース（パイプ）が挙げられる。図１１に示す電磁ポンプのブランジャーケース（パイプ）は、駆動コイルによってプランジャーを往復駆動させることによって、逆止弁が備えられたパイプの内部に液体を通過させ、前記液体を筐体（タンク）外部へ吐出させる機能を有する。

次に、図１２を用いて、高周波誘導コイル３と環状突起部分４の最短距離表面５との距離（Ｌ）が短縮された場合の効果を説明する。図１２は一般に知られている高周波誘導加熱の原理である。横軸に高周波誘導加熱におけるコイルと被加熱物との距離（Ｌ）をとり、縦軸に加熱効率をとったグラフである。グラフから前記距離の２乗に反比例し加熱効率が低下する現象が読み取れる。つまり、コイルと被加熱物との距離（Ｌ）を減少させることにより、目標とする被加熱物の到達温度が一定ならば、少ない印加電力で温度上昇を達成できることを示していて、これは、エネルギーの効率化ひいては省エネルギーに寄与するものである。

また、高周波誘導コイル３と環状突起部分４の最短距離表面５との距離（Ｌ）の上限及び下限値の設定に対しては、次に述べる制約により決定されるものである。
上限値は、前記加熱効率と高周波発振器の出力能力により決まり、６ｍｍ程度が限度となる。当然のことながら大出力の発信器を持ってすればこれより長い距離でも加熱することが出来るが、加熱を必要としない部分の温度上昇を避けるだけでなく、エネルギーの効率化の視点からも推奨されない。
下限値については、本提案が樹脂材内部の金属材を高周波誘導加熱し、樹脂材と金属材接触面で樹脂材を加熱し軟化・溶融させることを目的としているので、前記樹脂材の肉厚は該樹脂材が溶出しない範囲となり、樹脂材の種類と加熱熱量（加熱時間）との組み合わせ条件によるが１ｍｍ程度が限度となる。これ以上前記距離が短くなると溶出しないまでも樹脂外面の膨らみ等の不具合が発生することになる。

＜実施の形態３＞
図１３は、図９で説明した例とは異なり、金属材部品１と樹脂部品２との間に溝部９を設けた構成である。
図１４は、図１３の断面Ｄ−Ｄを示す。
図１４は、図１０で説明したものと同様に、金属材部品１が樹脂部品２の内部にインサートモールドされている。本例では環状突起部分４の近傍に溝部９を設けている。該溝部９の作用について、図１５を用いて説明する。

図１５は図１４の溝部９近傍を拡大した図で、コイル３により高周波誘導加熱作業実施後の状態を示している。コイル３への高周波電流印加により環状突起部分４の温度が上昇し、ついで樹脂部２が溶融し溝部９に溶出し溶融痕１０が生じる。このことが意味するところは、溶融痕１０が存在する加工品は該高周波電流印加による加熱作業が適切に行われた証とみることができる。したがって、溶融痕１０の存在をもって工程完了の証明とすることができる。つまり、溶融痕１０の有無確認により製造工程における作業もれの有無の判断ができるということである。これは非常に簡単な判別方法であり特別な費用を発生させず確実な該判断ができる。

図１６は、図１３で説明した金属材部品１と樹脂部品２との間の溝部９について異なった形状例を示しており、図７で説明した外周の一部に凹み８が形成されている。
図１７は、図１６のＥ−Ｅ断面を示す。この例では、図１６に示す凹み部８に相当する部分の円筒状形状が、円弧状の凹み８０１で構成された例である。

＜実施の形態４＞
図１８に請求項４項及び５項についての形態例を示す。
前記環状部４にハッチングで示す塗布部４aに表面処理が施されたものである。
一般に樹脂と金属との接合では環境温度変化に伴う線膨張係数差による接合部分の破壊が問題になるが、本塗布形態とすることにより樹脂と金属との接続部分が前記塗布部４aのほぼ１点に限られるので前記線膨張係数差による接合部分の破壊に関わる応力が低減できるという効果がある。この接合部分の幅は概略１ｍｍ以上あれば実用となる。

図１９は図１８に対して表面処理が広範囲な例である。
この場合塗布範囲は４bの範囲となる。この例が成立するためには前記樹脂と金属との線膨張係数差が少ない場合である。本発明において表面処置を施す部分は、図１８及び図１９に示す部分に限定されず、金属材部品の他の部分、必要に応じて金属材部品の全体であっても良い。

本実施形態で行う表面処理は、少なくとも突起部分に相当する環状部４ａ又は４ｂにおいて樹脂との接着性又は密着性を向上させるために施すものである。この表面処理は公知の既存の種々の技法を用いて行うことが可能である。例えば、金属インサート部品の表面に、特定のトリアジン化合物と、該特定のトリアジン化合物と化学反応が可能な有機化合物とを含む密着剤を用いて接着層を形成するＴＲＩ Ｓｙｓｔｅｍ（株式会社東亜電化の登録商標、住所：岩手県盛岡市玉山区渋民字岩鼻２０−７）と称される表面処理技術によって表面処理を施すことができる。この表面処理技術は、金属表面に前記の接着層として機能する化成膜層を形成し、成形時の熱と圧力により発生する化学変化により金属と樹脂とを化学的に結合させることができる手段である。本発明は、トリアジン化合物を用いる前記の表面処理方法の他にも、シラン系、チタニウム系又はアルミニウム系のカップリング剤を用いて金属インサート部品を表面処理する方法を採用しても良い。金属材部品１がアルミニウムの場合は、陽極酸化による表面粗化を表面処理方法として適用することもできる。また、図１８及び図１９に示すように、環状部４ａ又は４ｂに表面処理を施す場合は、表面処理剤を必要な箇所だけ部分的に塗布する方法の他にも、表面処理する部分だけを露出し、それ以外はマスキングする方法を採用することもできる。

＜実施の形態５＞
図２０は、これまで述べてきた、樹脂部品２にインサートモールドされている内部の金属部品１が複数本で構成されている例である。
図２１は、前記樹脂部品２の外周形状が略四角形をしている例である。
図２０及び図２１には具体的に図示されていないが、図１４と同じように、２本の金属部品１は途中に環状突起部分４が形成されている。

本実施の形態において、金属インサート部品は、図２０及び図２１に示す２本に限らず、必要に応じて３本以上を有する樹脂成型品を成型することができる。

本実施の形態の効果を、図２０に示す形状例を用いて具体的に検証した。インサートモールド時に使用する樹脂としてはポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）樹脂を使用した。気密性評価の結果、金属材部品１からなる金属インサート部品を樹脂にインサートしたのみの状態では、気密性を確保できた樹脂成型品の割合は３０％であったが、樹脂成型品の外面から金属材部品１の環状突起部分４に相当する位置に高周波誘導加熱工程を施すことによって、気密性を確保できた樹脂成型品の割合が６０％に向上した。

一方、比較例として、環状突起部分４が形成されていない金属材部品を用いて図２０に示すものと同じ形状の樹脂成型品をインサートモールドした。このようにして得られた樹脂成型品を用い、高周波誘導加熱工程を施した後、前記と同様の気密性評価を行った。比較例の樹脂成型品は、金属材部品の付近の温度を本実施の形態の場合と同じにするために高周波誘導加熱温度を３０℃以上高くする必要があったため、金属材部品１に接触している樹脂に微小ボイドの発生が観測された。気密性評価の結果は、気密性を確保できた樹脂成型品の割合が４０％であり、高周波誘導加熱工程を施しても気密性を向上させる効果が十分に得られなかった。環状突起部分４が形成されていない金属材部品の構造では高周波誘導加熱の条件を調整しても、金属と樹脂との接合面で樹脂の溶融を最適条件で行うことが難しく、両者の接合面に存在する微小ボイド等によって密着性又は接着性を向上させる効果がほとんど得られなかったため、気密性を確保できなかったものと考えている。

さらに、前記実施の形態４に従って、環状突起部分４を形成した金属材部品１にトリアジン化合物を用いる前記の表面処理方法を適用し、図２０に示す形状の樹脂成型品についてインサートモールドを行い、該樹脂成型品の外面から、金属材部品１の環状突起部分４に相当する位置に高周波誘導加熱工程を施した後の気密性評価を行った。その結果、表面処理を行った金属材部品１を使用する場合は、気密性を確保できた樹脂成型品の割合が９０％であり、前記の表面未処理の金属材部品を使用する場合の６０％と比べて、高い気密性が得られることが分かった。このように、本実施の形態によれば、表面未処理の金属インサート部品を使用した場合でも、高周波誘導加熱工程を施すことによって、樹脂モールド品の気密性を向上することができ、さらに、金属インサート部品の表面処理を行うことによって、気密性の大幅な向上を図ることができる。

上記の実施の形態では、樹脂としてポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）樹脂を使用したが、ＰＰＳに代えて、液晶性ポリエステル（ＬＣＰ）樹脂を使用したときの気密性評価結果を次に示す。

図２０に示す形状を有する樹脂成型品をＬＣＰ樹脂によってインサートモールドを行い、前記と同じ方法で、本発明の効果を具体的に検証した。気密性評価の結果、金属材部品１からなる金属インサート部品を樹脂にインサートしたのみの状態では、気密性が確保できた樹脂成型品の割合は２０％であったが、樹脂成型品の外面から、金属材部品１の環状突起部分４に相当する位置に高周波誘導加熱工程を施すことによって、気密性を確保できた樹脂成型品の割合が８０％に向上した。さらに、環状突起部分４を形成した金属材部品１にトリアジン化合物を用いる前記の表面処理方法を適用した金属材部品を使用することによって、気密性を確保できた樹脂成型品の割合が９０％と、気密性をやや向上できることが分かった。

このように、ＬＣＰ樹脂の場合は、前記のＰＰＳ樹脂と比べて、本発明による効果が顕著に現れることが確認された。ＬＣＰ樹脂は、融点が高くモールド成形が難しく、モールド成型後ではＰＰＳ樹脂と比べて気密性がやや劣るが、環状突起部分４に相当する位置に施す高周波誘導加熱工程によって、金属インサート部品とＬＣＰ樹脂との密着性又は接着性の大幅な向上を図ることができる。これは、高周波誘導加熱によって、ＬＣＰ樹脂と金属インサート部品との物理的なアンカー効果（投錨効果）が確実に得られるだけでなく、ＬＣＰ樹脂が有する極性基による化学的な結合も寄与しているためと考えられる。

＜実施の形態６＞
図２２は、本発明の金属インサート部品を配線カプラ形態のコネクタ形状へ適用した樹脂成型品を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ樹脂成型品の外観図及び矢視Ｆより見た図を示す。図２２の（ｂ）には、金属材部品１０１の一例として、突起部分４０２が円形で、且つ、その中心及びその近傍部が開孔されているものを点線で示している。

図２２に示すように、金属材部品１０１が樹脂部品２にインサートモールドされており、樹脂部品２の外面から突起部分４０２に相当する位置に向けて高周波誘導コイル３を当てて、突起部分４０２のそれぞれの位置に応じて移動しながら加熱を行う。突起部分４０２に相当する位置は、コネクタ形状の設計仕様を反映する図面から容易に把握することができる。そのため、コネクタ形状の基準点を決め、高周波誘導加熱時に固定されたその基準点からの距離（又は寸法）に従って、高周波誘導コイル３を突起部分４０２に相当する位置に自動的に移動させて配置することができる。

図２２には、高周波誘導加熱法の例として、突起部分４０２の一つだけを加熱するような形状を示しているが、本実施の形態においては、複数の突起部分４０２を同時に高周波誘導加熱できるように、加熱部に相当するコイル部分が直列に複数個配列された高周波誘導コイルを使用することができる。また、高周波誘導コイル３を複数個用意し、並列に配置することによって突起部分４０２の複数を同時に加熱する方法を採用しても良い。

本実施の形態では、図２２に示すコネクタ形状の樹脂部品２の外表面において、突起部分４０２に相当する位置が外側から容易に認識できるように、突起部分４０２に相当する位置に目印となるような突起又は微小な溝や孔を形成しても良い。これらの突起、溝又は孔は、金型構造のわずかな変更によって、樹脂モールド時に樹脂成型品の外表面に同時に形成することができる。また、成型後の樹脂成型品の外表面に、新たに突起、溝又は孔を形成しても良いし、印刷やレーザ等を用いて印字等の方法によって目印を付けても良い。

図２３は、配線カプラ形態の別のコネクタ形状を示す図であり、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に、それぞれ樹脂成型品の外観概略図、矢視Ｆより見た図及びＧ−Ｇ断面図を示す。
金属材部品１０１が樹脂部品２にインサートモールドされており、前記樹脂部２の外面には凹み部８０２が設けられている。

図２３の（ｂ）は、図２３の（ａ）を矢視Ｆより見たものであるが、破線で示されているように、複数本の金属部品１０１が樹脂部品２の内部にインサートモールドされている。金属材部品１０１に設けられた環状部４０２の同軸部に凹み部８０２が設けられている。

図２３の（ｃ）は、図２３の（ｂ）のＧ−Ｇ断面を示しているが、樹脂部品２内部に金属材部品１０１がインサートモールドされていて、突起部分４０２と同軸に凹み部８０２が設けられていて、凹み部８０２にコイル３が嵌合され高周波誘導加熱作業が行われる。高周波誘導加熱の原理・作用等はこれまで説明してきたものと同様である。

図２４、図２５及び図２６に金属材部品１０１の別の形状例を示す。
図２４の例は突起部分４０２がひし形の平面形状の例で、図２５の例は突起部分４０２が四角形の平面形状の例であり、中心及びその近傍部が開孔されている。また、図２６では突起部分４０２が円形でかつ中心部分が開孔されておらず、金属材料で内実されている平面形状の例である。本実施の形態では、高周波誘導による前記渦電流が突起部分４０２の外周で途切れることなく流れるために、突起部分に相当する突起部分４０２の外周部分が切れ間のないループ形状を描くように形成されることを要件としているので、これら図２４、図２５及び図２６で示した突起部分４０２の各形状が何れの組合せであっても成立する。

突起部分４０２の中心及びその近傍部が開孔された金属材部品を金属インサート部品として使用する場合は、樹脂成型時に突起部分４０２の中心及びその近傍部にも樹脂が流動し、前記金属インサート部品に樹脂貫通部が形成される。この樹脂貫通部は金属と樹脂との接合強度を高める効果があるため、金属インサート部品の引抜き強度や樹脂成型品の気密性をより一層高めたい場合には、図２２〜図２５に示すような中心及びその近傍部が開孔された金属インサート部品を使用することができる。

図２４、図２５及び図２６には突起部分４０２として、それぞれひし形、四角形及び円形の平面形状の例を示したが、それらの他にも、多角形又は楕円形の平面形状であっても良い。また、本実施の形態の突起部分４０２としては、平面形状だけでなく、図６〜図８に示すように、それぞれの形状を断面形状として有する環状で形成した突起部分も含まれる。また、本実施の形態では配線カプラ形状を用いて発明の構成を説明したが、樹脂材中に金属部品がインサートモールドされている、例えば電力伝達用の金属バスバーが樹脂材中にインサートモールドされているもの等についても本例と同様に成立する。

＜実施の形態７＞
図２７は、本発明の金属インサート部品を冷却用ヒートシンクの金属材部品として適用した樹脂成型品を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ樹脂成型品の外観概略図及びＨ−Ｈ断面図を示す。図２７の（ａ）及び（ｂ）に示すように、冷却用ヒートシンク樹脂成型品１１は、内部表面に冷却ピンフィン１２の群を３箇所備え、周辺部分の途中に環状突起部分４０２を有する金属材部品１０１と、樹脂部品２とからなり、金属材部品１０１が樹脂部品２の内部にインサートモールドされている。

図２７には、冷却ピンフィン１２の構成として、金属材部品１０１の内部３箇所にそれぞれ群集して備える例を示しているが、本実施の形態は図２７に示す構造に限定されない。また、金属材部品１０１の構造も図２７の（ｂ）に示すものに限定されず、図２７の（ｃ）に示すように、環状突起部分４０２を金属材部品１０１の最外周に設けることもできる。

図２７に示す冷却用ヒートシンク樹脂成型品１１は、インサートモールド後、樹脂外面から環状突起部分４０２に相当する位置に向けて高周波誘導コイル３を当てて、突起部分４０２の位置に応じて外周を移動しながら加熱を行うことができる。また、金属材部品１０１の周囲に形成された突起部分４０２の全体を一括で同時に高周波誘導加熱できるように、突起部分４０２の形状に合わせた高周波誘導コイルを用いて加熱を行っても良い。

＜実施の形態８＞
次に、本実施の形態で、本発明による高周波誘導加熱のモニタリング方法及び該モニタリング方法を実施するときの好適な構成を図２８を用いて説明する。

図５で説明したようにコイル３の周りに発生する磁束７により作用により前記金属材４０１が加熱される。ここで、予め該磁束の分布と前記金属材４０１の加熱度合との関係が把握できていれば、磁束７の状態（強度）の観測結果から前記金属材４０１の加熱度合を推定することができる。従って、本実施の形態では磁束７の内部に磁束検出のためのピックアップコイル１３を設け、検出器１４により検出し検出された磁束によるプローブ信号の結果を発振器６にフィードバックするような構成とすることで精度の高い加熱を行うことができるようになる。

＜実施の形態９＞
前記の実施の形態８では、精度の高い加熱を行うためのモニタリング方法について述べたが、各種樹脂に対する加熱温度を幾らにすればよいかという問題が残る。そこで、図２９〜図３２を用いて前記加熱温度の把握方法を説明する。

図２９は、前記加熱温度の把握に用いる試験片の外観を示す。金属板４０３の一部が露出部４０３aで樹脂材２０１から露出するような構成となっている。

図３０は図２９の平面図である。
Ｐ点を局部的に加熱すると金属板４０３の熱伝導特性により図３０の右方向に熱が伝わる。図中のコンターは熱の伝わりについての概念を示している。

図３１は図３０のＩ−Ｉ断面及び該断面線における温度分布を示す。
金属板４０３のＰ部を局所的に加熱すると図中下段のグラフに示されるように前記Ｐ部から離れるのに従い金属板４０３の温度は低下する特性を示す、この現象は熱力学でよく知られている温度勾配現象である。
このようにして、金属板４０３中に加熱点Ｐの温度から金属板４０３の右端温度までの温度範囲で各種温度条件を作り出すことができる。
前記のようにして加熱点Ｐ部を加熱した後、前記樹脂材２０１と金属板４０３を分解観察することで接合状態が良い点Ｑを確認することができる。図中下段のグラフで接合状態が良い点Ｑに対応する該グラフ縦軸の温度範囲を特定することができる。この温度範囲が前記加熱温度を幾らにすればよいかという問題に対する答えとなる。

図３２に実際の前記加熱温度の把握方法に用いる各機器接続ブロック図を示す。
金属板４０３を俯瞰する位置にサーモカメラ１５を設置し、露出部４０３aの温度を測定する。このとき測定値のうち加熱点Ｐの値を発振器６にフィードバックすることで発振器６から加熱コイル１６へ出力を制御し前記加熱点Ｐの温度を調整する。また、前記サーモカメラ１５で得られた信号はコンピューター１７により処理され、表示・記録される。

以上のように、本発明のインサート金属部品は、高周波誘導加熱工程を施すときに金属材部品に形成した突起部分を選択的に加熱することができるため、金属と樹脂との接合面に存在する樹脂の特定部分だけを効率的に溶融させることによって、接合の密着性又は接着性を従来以上に高めることができる。それによって、従来の金属インサート部品を有する樹脂成型品と比べて、樹脂成型品の気密性を大幅に向上でき、信頼性の高い各種インサート成形品を製造することができる。また、本発明で使用する高周波誘導加熱は、本発明の高周波誘導加熱のモニタリング方法及び温度把握方法を利用することによって最適条件を容易に見出すことができるだけでなく、その調整を適切に行うことができるため、本発明の樹脂成型品の製造において金属と樹脂との密着性又は接着性を向上するための有効な方法として樹脂成型品の製造方法に役立てることができる。さらに、本発明の高周波誘導加熱のモニタリング方法及び温度把握方法は、本発明の突起部分を有する金属インサート部品だけでなく、従来構造の金属インサート部品を有する樹脂成型品にも適用できるため、その有用性は極めて広い。

１ 金属材部品
２ 樹脂部品
３ 高周波誘導コイル
４ 環状突起部分
５ 環状部とコイルの最短距離表面
６ 高周波発振器
７ 磁束
８ 凹み部
９ 溝部
１０ 溶融痕
１１ 冷却用ヒートシンク樹脂成型品
１２ 冷却用ピンフィン
１３ ピックアップコイル
１４ 検出器
１５ サーモカメラ
１６ 加熱コイル
１７ コンピューター
１０１ 金属材部品
２０１ 樹脂材
４０１ 金属材
４０２ 突起部分
４０３ 金属板
４０３a 露出部
８０１ 円弧状の凹み
８０２ 凹み部

Claims (12)

1. 金属材部品がインサート成型された樹脂成型品において高周波誘導加熱により樹脂との密着性又は接着性を高めるために使用される前記金属材部品からなる金属インサート部品であって、前記金属材部品は、前記高周波誘導加熱によって局部的な加熱を行うための突起部分を有し、該突起部分は、前記金属材部品の直径若しくは長径よりも大きい直径若しくは長さで、少なくとも外周部分が切れ間のないループ形状を描くように形成されることを特徴とする金属インサート部品。
2. 前記突起部分は、円形、楕円形又は多角形の断面を有する環形状、算盤球形状、及びひし形、多角形、円形又は楕円形の平面形状の何れかの形状で形成されることを特徴とする請求項１に記載の金属インサート部品。
3. 前記突起部分は、中心及びその近傍部が前記金属材部品を構成する金属材料で内実されているか、若しくは開孔されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属インサート部品。
4. 前記金属材部品の表面に樹脂材との接合を促すための表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の金属インサート部品。
5. 前記樹脂材との接合を促すための表面処理が前記金属材部品に形成された突起部分だけに施されたことを特徴とする請求項４に記載の金属インサート部品。
6. 金属材部品がインサート成型された樹脂成型品の製造方法であって、請求項１〜５の何れか一項に記載の金属インサート部品を用いて、射出成型、圧縮成形又はトランスファー成形によって樹脂成型を行う工程、前記金属材部品に形成された前記突起部分に高周波誘導装置の高周波誘導コイルを近づけて誘導加熱を行う工程、及び冷却工程を有することを特徴とする樹脂成型品の製造方法。
7. 前記樹脂成型品が配線カプラ形態のコネクタ形状を有し、請求項１〜５の何れか一項に記載の金属インサート部品をリード端子として使用することを特徴とする請求項６に記載の樹脂成型品の製造方法。
8. 前記樹脂成型品が電気・電子部品の冷却用ヒートシンクとして使用される樹脂成型品であり、請求項１〜５に何れか一項に記載の金属インサート部品を前記ヒートシンクの金属材部品として使用することを特徴とする請求項６に記載の樹脂成型品の製造方法。
9. 前記金属材部品がインサート成型された樹脂成型品は、前記金属インサート部品が有する前記突起部分の周囲に存在する成型樹脂の外面に、前記高周波誘導加熱用の高周波誘導コイルを配置するための凹みを設けることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法。
10. 前記金属インサート材部品が有する前記突起部分の最外周表面と前記成型樹脂の外面に設けられた前記凹みの底部との距離が6ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の樹脂成型品の製造方法。
11. 請求項６〜１０の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法において高周波誘導加熱のモニタリングを行う方法であって、
    前記樹脂成型品の外部で、前記金属インサート部品の高周波誘導加熱効果が最も大きく得られる前記突起部分の部位に近い位置に配置する高周波誘導コイルから発生する磁力線による磁束を感知し、該磁束のプローブ信号を高周波発振器に帰還させて前記高周波発信器の出力値を制御することを特徴とする高周波誘導加熱のモニタリング方法。
12. 請求項６〜１０の何れか一項に記載の樹脂成型品の製造方法において、前記高周波誘導加熱によって前記金属材部品に形成した前記突起部分を加熱させるときの温度範囲を最適化するための温度把握方法であって、
    前記金属材部品の一部が露出するように前記金属材部品の両側側面を樹脂でインサート成型した試料を用いて、前記試料の長手方向の一端から局部的に加熱し、該加熱した熱が前記試料の長手方向の他端に向けて熱伝導するときに観測される温度勾配を計測する工程と、
    前記加熱後の試料を分解し、前記試料の長手方向において樹脂の溶融状態を観測することによって良好な接合状態が得られた点を確認する工程と、
    前記試料の長手方向で計測された温度勾配と前記良好な接合状態が得られた点とを対比することによって、前記良好な接合状態が得られた点の加熱温度範囲を推定する工程とを有し、
    前記推定した加熱温度範囲に基づいて、前記突起部分を加熱させるときの前記高周波誘導加熱条件を調整することを特徴とする高周波誘導加熱の温度把握方法。

Images