JP5240584B2 - 電気部品又は電子部品の樹脂部品を結合する方法及び電気又は電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、色、形状及び機能において異なる電気装置及び電子装置、特にモジュール、好ましくは多極ピンソケットコネクタを組み立てる方法に関する。また、この発明は、この方法によって製造された製品を包含する。本発明に係る方法について、ポリマーハウジングを有するモジュラー部品は、結果として劣化しない、耐熱性、耐寒性及び防水性を有する部品の接着剤を有する新しい接着剤又はポリマー溶接法によって結合される。特に、本発明は、電気部品又は電子部品、特に多極ピン及びソケットコネクタの２つ以上の樹脂部品を接続する方法、この方法において組み立てられた製品及びこれらの使用に関する。

現在利用可能な電気装置及び部品の樹脂又はポリマーハウジングは、ポリマー、例えばポリアミド６（ＰＡ６）又はポリアミド６．６（ＰＡ６．６）、又はポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）のようなポリテレフタレートからなる。

一般的なハウジングにおいて、特に樹脂ハウジング、多極ピンソケットコネクタは、射出成形法において製造される。同一の接続点を有する多数の機能及びカラーバリエーションにおいて特別な目的の設計及び大量生産のために、異なる色及び機能を有するモジュールは、先に製造される。個々のモジュールは、できる限り短い加工時間を有する工程において組み立てられる。

現在用いられている樹脂部品を結合するためのクリックロックシステムは、樹脂部品間の結合強度について限界がある。樹脂部品を結合させるために、適当な接着剤、例えばアクリル接着剤又はポリウレタンベース接着剤は、多くの場合、十分な接着特性を有しているが、それらは、非常にゆっくりと硬化するので、生産速度及び処理量について問題が生じる。また、ハウジングの接着剤及びポリマー材料は、異なる熱膨張率を有するので、装置が気候上の変化に晒されたときに、接着剤の剥離が生じるという問題も生じる。

当業者に公知である樹脂部品の別の結合方法について、当業者は、例えば、溶剤による冷間溶接又は熔解ポリマーによる射出溶接のような方法について知っている。しかしながら、頻繁なストレス下で生じる割れの分析は、接着層におけるクラックを示しており、組み立てられた樹脂部品間に結合の不具合を生じる。

前もって製造された樹脂部品を組み立てる際の生じる別の問題は、種々のノルマや基準によって最終製品の寸法に関する要求を維持することである。

そのため、機能や色に関する部品の変化性を制限するために、樹脂部品間の接着層の厚さを変化させることによって寸法における必要な相違に対応することが望まれる。しかしながら、溶剤による冷間溶接は、それぞれの樹脂部品の接触面の膨張のみを生じるが、特定の中間空間の満たすことがない。一方で、従来の接着方法は、接着層が厚い場合に結合力に問題が生じる。現在使用されている接着剤は、高い接着力を有し、２つの表面間の薄い層として強力な接着力を生じることを目的としている。もし接着層が厚いならば、接着材料の低い結合力のために、特に気候的及び／若しくは機械的ストレスが存在する場合に、クラックが接着層において生じる可能性がある。

上述した方法の他にも、いろいろな熱可塑性溶接方法が、例えば高周波溶接、振動溶接、レザー発振溶接及びスピン溶接等、従来技術において発展した。これらの方法は、溶接状態及び工程パラメータの広い範囲で本当に適しているが、これらの方法のすべてにおいて、接触表面領域においてエネルギーの放出がある。当該樹脂材料の溶解は、原則的に制御可能であるが、やはり２つの決定的な不具合がある。一つは、エネルギー放出が、結晶質及び非晶質の熱可塑性材料の間の比率に影響するので、当該製品が使用される場合、熱及び／若しくは機械的負荷の下において、内部ストレスがその材料に生じることであり、もう一つは、添加剤が接触表面での溶解材料の流れを助長するために要求されるが、それが好ましくない第２の効果、例えば前記材料の滑り特性又は絶縁性の変化を生じることである。

特許文献１は、振動、超音波、赤外線及び加熱素子溶接における結果を改善するために、高い結晶質ポリアミドと半芳香族非晶質ポリアミドの特定の混合物を使用することを開示する。特許文献２は、溶接の最適な結果を達成するための芳香族及び脂肪族ポリアミドの最適な比率を開示する。特許文献３は、注型用樹脂を製造するために、半結晶質ポリアミドとともに選択された熱可塑性ポリアミド共重合体を使用することを開示する。これらの引例は、芳香族及び結晶質熱可塑性樹脂の混合物の利点を利用するものであるが、当該材料は、少なくとも２つの異なるポリマーからなるので、それらをリサイクルする場合に非常にコストがかかるという不具合がある。

特許文献４は、異なる軟化点を有するポリアミドを使用し、且つ溶接の間溶解物のずり粘性を向上させる添加物を使用することに利点があることを開示する。特許文献５は、振動溶接のための最適な表面形状及び接触面の最適な表面構造を開示する。

ＷＯ ９５／２６８６８ Ａ１ ＵＳ ２００２／１４３１１７ Ａ１ ＥＰ ０ ０７０ ００１ Ａ１ ＥＰ １ ２５４ ９１９ Ａ１ ＵＳ ４，９１９，９８７ Ａ

これらの引例すべては、エネルギーの放出が最終製品の熱履歴及び結晶性材料に対する芳香族の比率についてあまり良くない効果を有することを開示している。

冷間溶接方法は、樹脂加工工業、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）管材料の組み立てにおいて、又は不織布ＰＶＣ床材間の継ぎ目の製造に使用される。しかしながら、その方法は、電気及び電子部品の分野において使用するには、最適な樹脂材料ではない。特にこれらの方法は、ポリアミド又はポリテレフタレートなどの熱可塑性樹脂材料について、また注型樹脂部品、特に噴射成型樹脂部品の組み立てについて適していない。尚、ポリアミドが熱の効果に対して敏感に且つきわどく反応することが知られていること、及び熱履歴が最終製品の材料特性に顕著な効果を有することが記されるべきである。

そのため、この発明は、電気部品又は電子部品、特に多極ピンソケットコネクタの樹脂部品の結合のための有効な方法を最適にする作業に基づいており、その方法は、上述した従来技術の方法の不利益点を完全に避けることができるか、少なくともそれらを減少させることができるものである。

出願人は、電気又は電子部品、特に多極ピンソケットコネクタの樹脂部品が、接着工程において、結合される樹脂部品を構成する樹脂と適合する接着剤を選択して使用することによって、有効に接着されることを発見した。この発明の他の利点は、従属請求項の目的である。

本願発明の他の目的は、本願発明の方法によって得られた製品であり、それは、本願発明による方法において結合された樹脂部品、特にモジュラー部品（例えば、ハウジング部品）を有する。

特に、本願発明の範囲内では、接着剤は、ポリマーを含むかポリマーからなる結合される樹脂と同一又は類似するポリマーに基づいて使用される。

本願発明の具体例において、それら自体（例えば、モジュラー又はハウジングの共通部品）と結合される樹脂部品は、同一の、又は類似の、又は少なくともお互いに適合性のあるポリマーからなり、その接着剤は、結合される樹脂部品のポリマーと同一又は類似するポリマーに基づくように選択されるものである。

本願発明に係る方法は、いくつかの例において下記に示されるように、多くの利点を生じる。

本願発明によって選択された接着剤が、結合される樹脂部品の樹脂又はポリマーと、特に結合される樹脂部品と同一又は類似するポリマーに基づく樹脂又はポリマーと適合性があるように選択されるので、引っ張り力のない接着が達成される。言い換えると、結合される樹脂部品の接触面と接着層の間の内部張力が最小値まで減少されるか又は無くなるものである。

類似又は同一であるポリマー材料が、一方で接着剤、他方で結合される樹脂部品を作るために使用されるので、それは、その物理化学的且つ機械的特性に関して同一の又は同じような作用を有する同じようなポリマー構造を得るものである。気候上及び／若しくは機械的ストレス下において、同一又は類似するポリマー材料は、同じように反応するので、極限状態においてですら張力がかかるのを避けることができる。

さらに、一方で本願発明によって選択された接着剤の類似するポリマーの使用、他方で接続される電気又は電子部品の樹脂部品は、明らかな簡略化及びこれらの部品を製造するための材料の減少を生じる。このように、分解及び再利用が著しく簡略化できるものである。また、極端な負荷下（例えば、温度、天候及び／若しくは機械的負荷）における接着の耐久性及び安定性は、これによって著しく改善される。

一方で使用される接着剤に関する類似したポリマー材料、他方で結合される樹脂部品により、実質的に同質の安定結合又は同質接着が、接着及び接着剤の硬化後に得られる。この接着の安定性によって、接着接続の被害の質に関係なく広い範囲で、接着剤の塗布量又は厚さを変化させることができる。これによって、結合される樹脂部品の接触面の愛大の接着層の厚さを広い範囲で変化させることができ、特に例えば異なる用法、ノルマ、基準等の特定の寸法を維持することについて、目標とされるように電気部品又は電子部品の寸法を変化又は調節することができる。

本願発明による方法は、熱可塑性樹脂、例えばポリアミド又はポリエステル、特にポリテレフタレート（例えば、ポリエチレンテレフタレートＰＥＴ、ポリブチレンテレフタレートＰＢＴ又はそれらの共重合体又は混合物等）からなるポリマーハウジングを有する組み立て又はモジュールの電気接続を可能にする。本願発明によって使用される接着剤は、結合される樹脂部品と同じ基礎ポリマーから選択されることが望ましく、これによって材料の簡単な再利用を可能にする。接着材料の既存の選択の結果として、耐久性のある接着剤及び接着点の領域において永続的な粘着力及び結合力が確保される。

本願発明は、特定の実施例によって下記に示されるが、本願の目的に関して如何なる制限も受けず、むしろ本願発明の一般的な概念を示すものである。

本願発明の範囲では、例えば、射出成形工法によって製造された電気装置又は電子装置のための樹脂ハウジングは、開放金型に熱可塑性材料を鋳造することによって、又はポリマーハウジングを形成するための従来の方法によって接着される。

複数部品からなる樹脂ハウジングのポリマー材料は、例えば、ＰＡ−４（アミノブタン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−６（ε−カプロラクタムに基づくポリマー）、ＰＡ−７（アミノ−７−ヘプタン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−８（カプリルラクタムに基づくポリマー）、ＰＡ−９（アミノ−９−ノナン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−１０（アミノ−１０−デカン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−１１（アミノ−１１−ウンデカン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−１２（ラウリルラクタムに基づくポリマー）、ＰＡ−４．６（テトラメチレンジアミン及びアジピン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−６．６（ヘキサメチレンジアミン及びアジピン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−６．９（ヘキサメチレンジアミン及び酢酸に基づくポリマー）、ＰＡ−６．１０（ヘキサメチレンジアミン及びセバシン酸に基づくポリマー）、ＰＡ−６．１２（ヘキサメチレンジアミン及びドデカン酸に基づくポリマー）のようなポリアミド、又はＰＡ−６．６／６（ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸及びセバシン酸に基づくコポリマー）のようなコポリマー及びそれらの誘導体からなる熱可塑性材料である。

電気部品又は電子部品の樹脂ハウジングのための材料の第２群は、ポリエステル、例えばテレフタル酸（１，４−ベンゼンジカルボン酸）のようなジカルボン酸に基づくもの、そのポリマー又はポリエステル（例えば、ポリテレフタレート）、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びそれらのコポリマー又は混合物である。

本発明の一つの実施の形態によれば、結合されるポリアミドハウジング部品のための選択された接着剤は、結合されるハウジング材料の形態学的特性と非常に類似する形態学的特性を有するポリアミドである。接着剤を製造するために、このポリマーは、高極性有機酸若しくは高極性無機酸又は適当な溶媒、例えばレソルシノール（オルト−ジヒドロキシベンゼン）のいずれかに溶解される。この場合、接着剤のためのポリマー材料の濃度は、２重量％以上であり、最高で８０重量％である。この場合の好ましい濃度は、１８重量％〜３５重量％である。選択された溶剤は、作業条件下において高い揮発性を有し、特に０℃〜１００℃の範囲内の沸点を有しなければならない。

本願発明に係る接着工程の第１の実施例において、蟻酸が、極性有機酸として使用される。選択されたポリアミドの濃度は、２３重量％〜３０重量％の範囲内である。前記接着剤は、第１の製造工程において製造される。この工程において、キサン又はガール粉のような増粘剤が、長い期間にわたる接着溶液を安定化させ、構成要素の沈殿を防止するために、０．０１重量％〜０．２重量％の間の濃度において任意に必要とされる。さらに、添加剤、好ましくはポリマーハウジング部品の材料と同じ材料からなる添加剤が、例えば色素、フィラー又は難燃性物として、接着剤に付加される。接着又は溶接工程の間、温度は１５℃〜３０℃の間に設定される。結合されるハウジング部品の間の特定の中間空間の充填は、例えば結合される２つのハウジング部品の一つの表面に接着剤のスポット添加によって実行され、小さい圧力、特に０．１〜２０N/m²の範囲内の圧力下で部品がお互いに圧接される。２５℃の接着剤の動的粘度は、５００〜４０，０００ｍPa・sの範囲内、好ましくは８０００〜２５，０００ｍPa・sの範囲内で選択されるものである。

本願発明の第２の実施例において、前記ポリアミドは粉砕、好ましくは−１９６℃（例えば、液体窒素冷却グラインダーにおいて）で冷凍粉砕される。粉砕後のポリアミドの平均粒子サイズは、０．１〜５０μｍの範囲内である。このポリアミド粉は、ガラス、ＰＴＦＥ、フッ素化オレフィン又はセラミックのカートリッジを有する室に充填され、そのカートリッジは、例えばしっかりと装着された攪拌機を有する混合装置に装着される。第２の室は、溶剤で満たされる。接着作業のはじめに、２つの室が、お互いに接続される。室の中身は、前記混合装置によって全体的に混合される。この場合、接着剤は、自然に、例えば同じ場所同じ位置で生じるので、安定性は要求されない。

本願発明の第３の実施例において、前もって製造され又は自然に生じた接着剤は、接続される樹脂部品の接触面の間の中間空間に注入される。

本願発明の第４の実施例において、ハウジング部品の接触面は、約８０℃〜１１０℃の最大温度まで予め加熱される。これによって接着剤を硬化させる加工時間を十分に減少させることができる。

別の実施例５において、ハウジング材料は、ポリエステル、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）からなる。この場合、接着剤と同じ化学的合成物のポリマー材料が、高極性有機溶剤、例えばヘキサフルオロプロパノールに溶解され、その接着剤ポリマーの濃度は、接着剤の総重量に対して、０．２〜５０重量％の範囲内、好ましくは２０〜３５重量％の範囲内で変化可能である。加工温度は、０〜１１０℃の範囲内である。

上述したすべての実施例において、前記接着層は、硬化した接着層について、０．０００１〜５ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．３ｍｍの範囲内で変化可能である。

本願発明による方法で製造され又は組み立てられた樹脂部品は、広い温度範囲、例えば−９０℃〜９０℃の温度範囲で、著しい温度安定性があることを証明している。組み立てられた部品は、長い加熱老化期間、例えば８０℃の収納で１４日間及び−９０℃〜８０℃の範囲の気候変化のシミュレーションの後もそれらの引張強さ及び曲げ強さを維持する。機械的負荷（２００Ｎ）下の破壊試験において、唯一の割れは、極端な負荷で材料のハウジングに見られ、接着領域には見られなかった。

特に、動的示差熱測定によるガラス転移温度の測定は、接着されたハウジングの接触面及び接着層について同様の結果を与える。当該ＤＳＣ曲線は、ほとんど同じであり、それは、ハウジング材料と硬化した接着剤が同様の結晶性を有するという見解を支持する。

本願発明の方法は、電気又は電子部品を組み立てる時に、高い製造処理量及び短い加工時間で電気又は電子部品の樹脂部品の十分な接着を可能にする。この理由に関して、製造使用について特に適している。

接着層の最も可能性の高い接着剤の効果を確保するために、使用される接着溶液又は分散液における接着ポリマーの濃度は、請求項において特定された濃度の下方又は上方に行くべきではない。十分な接着力は、特定された最も低い濃度より下方では十分に達成されない。さらに、その濃度があまりにも低い場合には、同じように所望されない大量の極性溶剤により、非結晶性の個々のポリマー鎖への結晶相の変質が存在することになる。他方で、その特定された濃度が超えた場合、接着又は結合作業において、ポリマーハウジングの接触面で、前記非晶質且つ結晶性ポリマー繊維との反応において溶液中の残った非晶質且つ結晶相の再編成が存在することになる。

本願発明による方法は、特にモジュラーの個々の部品、特に電気又は電子部品の樹脂ハウジングの個々の部品、好ましくは多極ピンソケットコネクタの接着又は結合に特に適している。そのようなコネクタは、出願人による公報ＤＥ３８００８４６Ａ１及びＤＥ１０２００４００９０７１Ａ１に示されており、これによって、その適切な開示内容は、引例によって全体として組み込まれる。いままでは、そのようなコネクタ、特にプラグストリップ及び嵌め合いプラグストリップの個々のモジュール又はハウジング部品は、クリックロック接続方法によってお互いに接続されていた。本願発明による方法は、第1に、特に高い製造処理量及び高い再生産性で実行される産業上可能な接着工程によって、これらの部品の信頼性のある結合を可能にする。別の樹脂層の厚さ及び別の適用方法で本願発明によって結合された製品での本出願人によって実行された実験において、サンプルの連続する熱負荷（７０℃の熱負荷で７２時間）の後ですら、対応する機械的負荷試験において結合された接触面には、いかなるひび、割れ等を見出すことがなかった。せいぜいひびが、接着領域ではなく、ハウジング材料それ自体で発達する。出願人によって実行されたテストは、本願発明のよる方法の性能を印象的に確認するものであった。

本願発明の他の目的は、本願発明による方法によって得られた個々の樹脂部品からなる電気又は電子部品、いわゆる接着されたピンソケットコネクタであり、又はそれらのモジュール（例えば、プラグストリップ又は嵌合プラグストリップ）である。

特に、好ましくは多極ピンソケットコネクタの形である電気又は電子部品が、本願発明の目的であり、それぞれの場合の部品は、お互いに結合された２つ以上の樹脂部品、特にハウジング部品のような個々のモジュールを有し、前記樹脂部品は、接着工程における接着剤によって結合され、該接着剤は結合される樹脂部品を具備する樹脂と適合するように選択されるものである。

Claims (12)

1. ポリアミド又はポリテレフタレートからなる多極ピンソケットコネクタである電気又は電子部品を構成する複数のハウジング部品が、接着工程において、接着剤が接着されるハウジング部品の接触面に塗布された後お互いに圧接されて接続される方法において、
   前記接着剤が、前記ハウジング部品の材料と同一のポリアミド又はポリテレフタレートと、０〜１００℃の沸点を有する揮発性の溶剤とによって構成され、接着剤のためのポリアミド又はポリテレフタレート濃度が１８重量％〜３５重量％であること、且つ、
   前記溶剤が高極性有機酸若しくは高極性無機酸であることを特徴とする方法。
2. 前記高極性有機酸が蟻酸であることを特徴とする請求項1記載の方法。
3. ２５℃の接着剤が、５００〜４０，０００ｍＰａ・ｓの動的粘度を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記接着剤は、接着剤の添加直前に、ポリアミドと溶剤とを混合することによって製造されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. ０．１〜５０μｍの範囲内の粒子サイズまで冷凍粉砕された接着剤ポリマーを、溶剤と接触させて混合することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
6. 色素、フィラー若しくは難燃性物としての添加剤が、接着剤に添加され、接着剤の付加的な成分は、結合されるハウジング部品と適合するように選択され、さらに、前記添加剤が、結合されるハウジング部品の成分と同一となるように付加されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 該方法における接着又は溶接工程の温度は、１５〜３０℃に設定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記ハウジング部品の接触面が、約８０〜１１０℃の最大温度まで加熱されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
9. 前記ハウジング部品の接触面が、０．１〜２０N/m ²の圧力で圧接されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記接着剤が、結果として生じる接着層の厚さが０．０００１〜５ｍｍとなるような量で塗布されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
11. 硬化した接着層と、結合されたハウジング部品は、類似する結晶性及び／若しくは形態及び／若しくはガラス転移温度を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
12. それぞれがポリアミドからなり、複数のハウジング部品を有する部品において、前記ハウジング部品の結合が、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法によって形成されることを特徴とする電気又は電子部品。