JP3467471B2 - 金属インサート樹脂複合成形品の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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に関する。

【０００２】

【従来の技術】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。
前者の例では、一般的に巻き線したコイルボビンなどと
共に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。このとき、金属端子は成形品の内・外
部とを電気的に接続する働きがあるため、金属端子の一
部は樹脂成形品表面から露出するように成形される。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、特に熱可塑性樹脂を用いた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。このため、従来から、金属端子と樹脂の境界
部に後加工で熱硬化性接着剤を塗布したり、ゴム状のプ
ロテクト部品を組み付けてシールするなどの対策手段が
取られてきた。

【０００３】一方、後者の例では、フープ状の銅製リー
ドフレームを射出成形用金型に順送しインサートし、樹
脂で連続一体成形される。次に、外部露出した端子部の
曲げ加工、トリミング、組立て等が順次行われ、完成し
たスイッチ部品は最終的にプリント回路基板等にハンダ
付けされ、家電製品等の一部を構成することになる。こ
のようなスイッチ部品の製造過程における問題点の一つ
に、ハンダ付け工程でのフラックスのスイッチ内部侵入
がある。即ち、ハンダの付着性向上剤として事前に金属
端子部に塗布されたハンダフラックスが、ハンダ時の熱
で低粘度化し、その一部が金属と樹脂の界面を伝わって
スイッチ内部接点を汚染して電気的接触不良を生じるこ
とがある。このため、従来は端子の付け根部分にフッ素
系撥水剤等を予め塗布した上でハンダ付けを行なうこと
で、フラックスの侵入防止を図っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の例に共通する問
題点は、水分や湿気等の外的影響から部品内部の電気回
路や電気接点等を保護するために、部品の組立て工程の
中で二次的加工やシール部材等の保護部品の取付けが必
要な点であり、生産工程を煩雑化して製品のコストアッ
プの要因になっていた。この問題の根本原因は、元来、
熱可塑性樹脂とインサートに用いる銅などの金属との間
に強い化学的相互作用（化学結合等）を得ることは困難
であるという点にあり、従って単に射出成形金型内に熱
溶融した樹脂を流し込んでインサート金属を被覆して
も、成形品の冷却過程やその後の使用環境変化の中で樹
脂／金属界面に極めて微細な隙間が生じてしまうことを
防ぐことは実質上困難であった。

【０００５】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を確保できる、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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる状況
に鑑み鋭意検討の結果、予め金属部品表面をケミカルエ
ッチングし、次にこの金属部品を射出成形機の金型にイ
ンサートして熱可塑性樹脂材料を用いて射出成形するこ
とにより、初期の気密性確保は勿論のこと、冷熱サイク
ルテスト等の過酷な環境劣化試験後においても高い気密
性を維持する複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。

【０００７】即ち、本発明は、金属部品がインサートさ
れ、金属部品が樹脂部分より突出している樹脂複合成形
品を製造する方法であって、予め銅、銅合金、アルミニ
ウム、アルミニウム合金の何れかからなる金属部品表面
をケミカルエッチングし、次にこの金属部品を射出成形
機の金型にインサートしてポリアセタール樹脂、ポリエ
チレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレー
ト樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド
樹脂、液晶性ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シン
ジオタクチックポリスチレン樹脂及びポリシクロヘキサ
ンジメチレンテレフタレート樹脂からなる群の中から選
ばれた少なくとも１種以上の樹脂を主成分とする熱可塑
性樹脂材料を用いて射出成形することを特徴とする、金
属部品が樹脂部分より突出している樹脂／金属界面が、
気密性を有する金属インサート樹脂複合成形品の製造方
法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的構成につ
いて詳しく述べる。先ず、本発明で使用する金属部品の
表面をケミカルエッチングする方法について説明する。
金属表面を合成化学薬品等を用いてケミカルエッチング
する方法については、金属の種類や処理する目的に応じ
て種々の方法があり、今日様々な産業分野で利用されて
いる。その主な用途分野としては、プリント基板の製造
過程において、銅箔と熱硬化性エポキシ樹脂との接着力
を高めるために行われる銅箔のエッチング処理や、装飾
・防錆等を目的とした金属部品の塗装工程において、金
属素材に対する塗料の密着性を高めるために、塗装前処
理として予め金属表面を微細粗化させる目的で行われる
エッチング処理、等が挙げられる。エッチング方法に関
する具体例を挙げると、前者の分野では、例えば特開平
１０−９６０８８号公報や特開平１０−５６２６３号公
報で公開されているものがある。一方、後者の分野で
は、例えば特開平４−３２５８５号公報や特開平４−３
２５８３号公報で公開されているものがある。本発明に
おいて用いるケミカルエッチングの方法は特に限定され
るものではなく、インサートする金属の材質や形状、要
求性能等に応じて、所望により従来法の何れもが選択で
きる。

【０００９】本発明においては、予め上記のような方法
で、ケミカルエッチングした金属インサート部品が用い
られるが、そのインサート部品が電気回路の一部をな
す、例えば電気端子のようなものである場合、インサー
ト金属としては銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウ
ム合金等が好適に用いられる。その際、金属インサート
部品の表面は、ケミカルエッチングによる表面粗化を阻
害しない程度に、ケミカルエッチングの前又は／及び後
に、メッキ等により一部又は全部が被覆処理されていて
もかまわない。

【００１０】一方、熱可塑性樹脂に関しては、周知の通
り、その成形加工工程で、熱によりポリマーの一部分解
等の挙動を除けば、一般的に架橋等の化学的反応性は殆
ど示さず、且つ冷却過程での収縮挙動等の影響もあり、
ケミカルエッチングした金属部品を熱可塑性樹脂を用い
てインサート成形しても、プリント基板等の分野で利用
されるケミカルエッチングした銅箔と熱硬化性樹脂との
組合せで得られるような密着性改善効果や、金属塗装の
分野で利用されるケミカルエッチングした金属素材に対
する塗料の密着性改善効果、等は殆ど認められず、これ
まで熱可塑性樹脂の金属インサート成形においてケミカ
ルエッチングが利用されることはなかった。にもかかわ
らず、後述する本発明の実施例で示すように、気密性に
関しては著しい改善効果が見出されたことから、熱可塑
性樹脂を用いてケミカルエッチングした金属部品をイン
サート成形した際の良好な気密性発現には、樹脂／金属
界面での密着力以外のメカニズムがあるものと考えられ
る。このメカニズムに関しては、本発明者の研究によれ
ば、金属表面をケミカルエッチングにより微細粗化する
ことで金属の表面積が増大し、即ち金属／樹脂界面の面
積増大により、界面を伝わって気体や液体が部品内部に
侵入する際の圧力伝達損失が大きくなることで、実用上
必要な気密性が確保されるためと推定される。

【００１１】次に、本発明で使用する熱可塑性樹脂材料
について説明する。本発明で使用する熱可塑性樹脂と
は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロ
ニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、ポリ塩化
ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹
脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレン
サルファイド樹脂、液晶性ポリエステル樹脂、ポリイミ
ド樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリシ
クロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂等をあげる
ことが出来、更に好ましくは、成形加工が容易で、かつ
電気的・機械的特性に優れるポリアセタール樹脂、ポリ
ブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレ
ート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミ
ド樹脂、液晶性ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シ
ンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリシクロヘキサ
ンジメチレンテレフタレート樹脂からなる群の中から選
ばれた少なくとも１種以上の樹脂を主成分とする熱可塑
性樹脂が好適に用いられる。

【００１２】本発明で用いる熱可塑性樹脂材料として
は、上記熱可塑性樹脂に加え、気密性を悪化させない範
囲において、従来公知の各種無機・有機充填剤、難燃
剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤、着
色剤、カーボンブラック、加工助剤、核剤、離型剤、可
塑剤等の添加剤を含有せしめたものであっても勿論かま
わない。

【００１３】次に、上記ケミカルエッチングした金属部
品を上記熱可塑性樹脂材料を用いてインサート成形する
ためには、一般的に射出成形装置が用いられる。本発明
で使用する射出成形装置は特殊なものではなく、一般に
市販されている射出成形機を用いることができる。本発
明における成形方法、成形条件に関して特に制限等はな
いが、インサート成形における一般常識として、溶融樹
脂がインサート金属としっかり接触し、保圧力が十分に
かかるように条件を調整することが望ましい。

【００１４】

【実施例】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。

【００１５】実施例において、樹脂成形に用いたインサ
ート金属部品の形状を図１に、この金属部品を射出成形
用金型にインサートして熱可塑性樹脂で射出成形するこ
とにより得られた樹脂成形品の形状を図２に示す。ま
た、上記樹脂成形品を使用して行なった気密性評価にお
ける試験装置の概略図を図３に示す。更に、実施例にお
いて、気密性の評価に用いた方法は以下の通りである。 (1) 気密性試験 評価用サンプルとして図２に示す樹脂成形品を使用し、
図３に示す試験装置を用いて気密性の評価を行った。先
ず、評価サンプルのセット方法は、耐圧気密容器の金属
製容器部に樹脂成形品をゴム製Ｏリングを介してセット
し、次に金属製上蓋部で樹脂成形品を挟み込むように固
定する（容器部と上蓋部にはそれぞれ雄雌ネジが切って
あり、これにより固定する）。この耐圧気密容器を水槽
に投入し、所望の圧力に達するまで圧縮エアーバルブを
徐々に開放して耐圧気密容器内の圧力を上げていき、金
属インサート部からのエアー漏れの有無を確認した。所
定の圧力をかけて１分間の静置状態においてエアー漏れ
が無ければ、当該圧力下での気密性はＯＫと判定した。
試験は0.1 MPa から開始し、ＯＫであれば順次0.1MPa
ずつ上げていき、最大0.6 MPa まで試験を行った。初期
状態の気密性試験で0.6 MPa でＯＫであったサンプルに
ついては、次に記す耐ヒートショック性試験を所定サイ
クル行った後、同様に気密性試験を実施した。なお、試
験はn ＝５のサンプルで行った。 (2) 耐ヒートショック性試験 市販のヒートショック試験装置を使用し、（−40℃×２
hr〜150 ℃×２hr）を１サイクルとし、20サイクル毎に
樹脂成形品を槽内から取り出して上記気密性試験を行
い、耐ヒートショック性の評価とした。 実施例１ 図１に示す形状の銅製のインサート部品の表面を、下記
組成のエッチング液Ａ（水溶液）に１分間浸漬して防錆
皮膜除去を行い、次に下記組成のエッチング液Ｂ（水溶
液）に５分間浸漬して金属部品表面をエッチングした。 ・エッチング液Ａ（温度20℃） 過酸化水素 ２６ｇ／Ｌ 硫酸 ９０ｇ／Ｌ ・エッチング液Ｂ（温度25℃） 過酸化水素 ８０ｇ／Ｌ 硫酸 ９０ｇ／Ｌ ベンゾトリアゾール ５ｇ／Ｌ 塩化ナトリウム ０．２ｇ／Ｌ 次に、このインサート部品を射出成形用金型にセット
し、ガラス繊維30重量％（ここで、「重量％」は質量百
分率のことを意味する。以下同じ）及び炭酸カルシウム
30重量％を含有するポリフェニレンサルファイド樹脂を
使用し、表１に示す成形条件にて射出成形を行い、図２
に示す形状の評価用サンプルを得て、上記気密性試験を
行った。結果を表３に示す。 実施例２ 成形用樹脂として、ガラス繊維15重量％及びガラスフレ
ーク15重量％を含有するポリブチレンテレフタレート樹
脂を使用し、表２に示す成形条件にて射出成形を行った
他は、実施例１と同様にして評価用サンプルを作製し、
上記気密性試験を行った。結果を表３に示す。 実施例３ 図１に示す形状のアルミニウム製のインサート部品の表
面を、下記組成のアルカリ脱脂液（水溶液）に５分間浸
漬して脱脂処理を行い、次に下記組成のエッチング液Ｃ
（水溶液）に３分間浸漬して金属部品表面をエッチング
した。 ・アルカリ脱脂液（温度40℃） ＡＳ−１６５Ｆ（荏原ユージライト製） ５０ｍｌ／Ｌ ・エッチング液Ｃ（温度40℃） ＯＦ−９０１（荏原ユージライト製） １２ｇ／Ｌ 水酸化マグネシウム ２５ｇ／Ｌ 次に、このインサート部品を射出成形用金型にセット
し、ガラス繊維30重量％及び炭酸カルシウム30重量％を
含有するポリフェニレンサルファイド樹脂を使用し、表
１に示す成形条件にて射出成形を行い、図２に示す形状
の評価用サンプルを得て、上記気密性試験を行った。結
果を表３に示す。 実施例４ 成形用樹脂として、ガラス繊維15重量％及びガラスフレ
ーク15重量％を含有するポリブチレンテレフタレート樹
脂を使用し、表２に示す成形条件にて射出成形を行った
他は、実施例３と同様にして評価用サンプルを作製し、
上記気密性試験を行った。結果を表３に示す。 比較例１〜２ 銅製のインサート部品をケミカルエッチング処理しなか
った他は、実施例１〜２と同様にして評価用サンプルを
作製し、上記気密性試験を行った。結果を表３に示す。 比較例３〜４ アルミニウム製のインサート部品をケミカルエッチング
処理しなかった他は、実施例３〜４と同様にして評価用
サンプルを作製し、上記気密性試験を行った。結果を表
３に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】

【発明の効果】以上の説明及び実施例により明らかなよ
うに、本発明の方法により得られる金属インサート樹脂
成形品は、樹脂／金属界面の気密性が極めて高く、かつ
過酷な環境に曝されてもその優れた気密性を保持できる
ため、長期に渡って信頼性の高い製品が提供可能にな
る。従って、本発明の製造方法により作製される樹脂複
合成形品は、自動車用の各種センサー部品、家電機器用
各種スイッチ部品、各種産業機器用コンデンサー部品等
を始めとして、幅広い分野における金属インサート樹脂
部品に好適に使用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例で用いた、インサート金属部品の形状
を示す図で、(a) は上面図、(b) は正面図である。

【図２】 実施例で用いた、インサート金属部品に熱可
塑性樹脂材料を射出成形することにより得られた樹脂成
形品の形状を示す図で、(a) は上面図、(b)は斜視図で
ある。

【図３】 実施例で行なった気密性評価における試験装
置の概略図であり、(a) は全体図、(b) は耐圧気密容器
の拡大断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 77:00 Ｂ２９Ｋ 77:00 81:00 81:00 105:22 105:22 705:02 705:02 705:10 705:10 Ｂ２９Ｌ 31:34 Ｂ２９Ｌ 31:34 (56)参考文献 特開2000−176962（ＪＰ，Ａ) 特開2000−127199（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−216182（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−142110（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−245871（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−93519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−175494（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属部品がインサートされ、金属部品が
   樹脂部分より突出している樹脂複合成形品を製造する方
   法であって、予め銅、銅合金、アルミニウム、アルミニ
   ウム合金の何れかからなる金属部品表面をケミカルエッ
   チングし、次にこの金属部品を射出成形機の金型にイン
   サートしてポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタ
   レート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフ
   ェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、液晶性ポ
   リエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シンジオタクチック
   ポリスチレン樹脂及びポリシクロヘキサンジメチレンテ
   レフタレート樹脂からなる群の中から選ばれた少なくと
   も１種以上の樹脂を主成分とする熱可塑性樹脂材料を用
   いて射出成形することを特徴とする、金属部品が樹脂部
   分より突出している樹脂／金属界面が、気密性を有する
   金属インサート樹脂複合成形品の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の製造方法により作成され
   た、電気回路装置の一部をなす樹脂複合成形品。
3. 【請求項３】 金属部品が、電気接続端子としての機能
   を有する請求項２記載の樹脂複合成形品。
4. 【請求項４】 センサー、スイッチ及びコンデンサーの
   何れかの構成部品である請求項２又は３記載の樹脂複合
   成形品。