JP5576614B2 - 薄膜状インサート成形品の製造方法、および薄膜状インサート成形品 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜状のインサート成形品の製造方法と、前記方法により得られる薄膜状インサート成形品に関する。薄膜状のインサート成形品は、プラスチックシート製の扁平な埋設体と、埋設体の外面を覆う薄膜状のシール体とで構成してあり、携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラなどの、選択スイッチや制御スイッチなどのスイッチ操作部材として適用される。

例えば、携帯電話機に適用されるスイッチ構造においては、防水機能を備えたスイッチ操作部材を使用することがあり、そこでは、プラスチック製の扁平なスイッチボタンの外面をシール体（防水皮膜）で覆ってスイッチ操作部材を構成している。この種のシール体は、ゴムや熱可塑性エラストマーを素材とする射出成形品で形成することができ、必要があればシール体を成形する過程でスイッチボタンをインサート固定して両者を一体化できる。

本発明に関して、金型に装填した埋設体を、ピンの押圧力と真空吸着力とで固定することが特許文献１に公知である。そこでは、一群の半導体素子が縦横等間隔おきに固定された基板を埋設体にして、半導体素子の外面を樹脂封止する。基板の全体は半導体素子が実装された側へ向かって突弧状に湾曲している。この湾曲形状を矯正するために、下型に装填した基板（埋設体）をプッシュピンで押さえて、湾曲した基板を金型に密着させている。さらに、下型に密着した基板を真空圧で吸着保持している。

特開２００１−２４６６４０号公報（段落番号００３７〜００３８、図１）

小型化や薄型化が強く要求される携帯電話機やデジタルカメラにおいては、スイッチ操作部材でさえも当然に薄型化することが求められる。しかし、ゴムや熱可塑性エラストマーを素材にして薄膜状のシール体を確実に成形することは難しい。シール体の厚みが薄くなると、成形空間における樹脂の流動性が極端に低下して充填不良に陥るからである。射出圧力を高くして充填不良を防ぐことは可能であるが、それにも限界があり、シール体の膜厚が約０．５ｍｍ未満になると、やはり充填不良に陥ってしまう。また、射出圧力が高くなるほど、不必要な部分や隙間にまで溶融樹脂が入り込んで成形不良やバリを生じる不利もある。

シール体の成形時に埋設体をインサート固定すると、単独で成形したシール体に埋設体を接着するなどの手間を省くことができる。しかし、埋設体の形成素材によっては、高温で高圧の溶融樹脂によって埋設体の一部が溶けたり、変形したりする。また、埋設体とシール体の接着性も問題となり、両者の接着強度が小さいと、シール体がスイッチボタンの表面から浮き離れて耐久性が損なわれてしまう。

特許文献１の樹脂封止基板においては、金型に装填した基板を、ピンの押し付け力と真空吸着力とで固定して基板を金型に密着させる。しかし、基板の周縁をプッシュピンで押さえたのち、湾曲する基板の板面を真空吸着するので、基板の全体を樹脂封止する程度に粗く位置決めしているに過ぎない。これは、基板の周縁をプッシュピンで押さえる際と、湾曲する基板の板面を真空吸着する際とに、それぞれ基板がずれ動く余地があり、基板を成形空間に対して精密に位置決めできないからである。また、流動特性が低いエラストマー樹脂を素材にする限り、薄膜状のシール体を成形することはできない。

本発明の目的は、成形困難な薄膜状のシール体を確実に成形でき、しかも埋設体をシール体の成形時に的確にインサート固定して、薄膜状インサート成形品の薄型化を実現でき、同時に耐久性を向上できる薄膜状インサート成形品の製造方法と、薄膜状インサート成形品を提供することにある。

本発明に係る製造方法においては、可動金型１２の装填部１９・２０に装填した埋設体２を、真空圧で装填部１９・２０に吸着固定する準備過程と、可動金型１２を固定金型１１に接合して、埋設体２を固定金型１１に設けた押えピン１４・１５で装填部１９・２０に押し付けて密着固定する型閉じ過程と、埋設体２に臨んで形成される成形空間１３に液状のシリコーンゴムを射出したのち、シリコーンゴムを所定温度に加熱硬化させて、薄膜状のシール体１を形成する成形過程とを含む。成形過程において、液状のシリコーンゴムを成形空間１３に充満させ、同時にシリコーンゴムの一部を装填部１９・２０と埋設体２の周側面との間の隙間に浸入させる。以て、埋設体２の装填部１９・２０との接合面を除く外表面がシール体１で覆われる状態で、埋設体２をシール体１にインサート固定する。

上記の準備過程において、位置決め治具で予め位置決め保持された複数個の埋設体２Ａ・２Ｂを装填部１９・２０に装填して、各埋設体２Ａ・２Ｂを真空圧で吸着固定する。さらに、型閉じ過程において、各埋設体２Ａ・２Ｂを専用の押えピン１４・１５で装填部１９・２０に押し付け固定する。

本発明に係る薄膜状インサート成形品は、液状のシリコーンゴムを素材にして射出成形される薄膜状のシール体１と、シール体１の下面側にインサート固定される、上下面と周側面を有する扁平状の埋設体２とを備えている。前記シール体１は、埋設体２の上面を覆うインサート部３と、インサート部３の周囲に広がる面状のシール壁４と、該インサート部３の下面側に形成された周回壁とを一体に備えている。以て、埋設体２が、その上面がインサート部３で覆われるとともに、その周側面が周回壁に覆われた状態で、シール体1にインサート固定されており、かかるインサート固定状態において、該埋設体２の下面がシール体１に覆われずに露出していることを特徴とする。

シール体１は、易接着性の液状のシリコーンゴムを素材にして形成する。埋設体２は、ポリカーボネート、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ＦＲＰのいずれかひとつを素材にして扁平に形成する。

埋設体２は、環状の第１操作体２Ａと、第１操作体２Ａの中央穴に配置される第２操作体２Ｂとで構成する。第１操作体２Ａの内周面を覆う周回壁６と、第２操作体２Ｂの外周面を覆う周回壁７との外端どうしを、インサート部３に形成されるヒンジ壁９を介して連続させる。

本発明の製造方法においては、薄膜状のシール体１に、扁平な埋設体２をインサート固定して薄膜状インサート成形品を得る。成形に際しては、シール体１の成形素材として流動性に優れた液状のシリコーンゴムを用いることにより、成形空間１３への成形材の充填を確実化して、薄膜状のシール体１を的確に成形する。しかし、液状のシリコーンゴムを用いた射出成形では、新たな問題を生じる。流動性が高い液状のシリコーンゴムはごく小さな隙間であっても浸入し皮膜やバリが形成されてしまう。

本発明では、必要な部分へはシリコーンゴムを浸入させながら、上記のような不必要なシリコーンゴムの浸入を避けて成形を行なう。詳しくは、成形過程において、成形空間に充填されたシリコーンゴムの一部を、装填部１９・２０と埋設体２の周側面との間の隙間に浸入させて、埋設体２をシール体１と強固に一体化する。その一方で、準備過程において装填部１９・２０に装填した埋設体２を真空圧で吸着固定し、さらに、型閉じ過程において先の埋設体２を押えピン１４・１５で装填部１９・２０に押し付けて密着固定する。このように、埋設体２を押えピン１４・１５で押圧固定すると、扁平な埋設体２の面壁の微少な反り変形を矯正して、埋設体２を装填部１９・２０の内底に隙間のない状態で密着させることができる。したがって、シリコーンゴムが埋設体２と装填部１９・２０の内底との間に浸入するのを確実に防止して、不要な皮膜やバリが形成されるのを解消できる。以上のように本発明の製造方法によれば、成形困難な薄膜状のシール体１を確実に成形できるのはもちろん、埋設体２をシール体１の成形時に的確にインサート固定して、薄膜状インサート成形品の薄型化を実現できることとなる。

埋設体２が複数個の埋設体２Ａ・２Ｂで構成してある場合には、複数個の埋設体２Ａ・２Ｂを装填部１９・２０に装填して、各埋設体２Ａ・２Ｂを真空圧で吸着固定する。このとき、複数個の埋設体２Ａ・２Ｂを位置決め治具で予め位置決め保持しておくことにより、装填部１９・２０に対する埋設体２Ａ・２Ｂの装填を正確に行なえる。さらに、型閉じ過程において、各埋設体２Ａ・２Ｂを専用の押えピン１４・１５で装填部１９・２０に押し付け固定することにより、シリコーンゴムの浸入を各埋設体２Ａ・２Ｂごとに確実に阻止できる。したがって、成形過程においては、複数個の埋設体２Ａ・２Ｂの必要な部分のみを成形膜で覆ってシール体１と一体に固定でき、複数個の埋設体２Ａ・２Ｂを備えた薄膜状インサート成形品を常に安定した状態で的確に製造できる。

本発明の薄膜状インサート成形品においては、シール体１を構成するインサート部３と、インサート部３の下面に形成される周回壁とが埋設体２を覆う状態で、埋設体２を薄膜状のシール体１にインサート固定するので、インサート成形品の全体厚みを小さくできる。具体的には、インサート成形品の全体の厚みを、薄膜状のシール体１の厚み寸法と、扁平な埋設体２の厚み寸法の合計値として薄型化を実現でき、例えば薄型化が強く要求される携帯電話機に適用するのに好適な、薄膜状インサート成形品が得られる。また、埋設体２の外面を覆うインサート部３と、その下面に形成される周回壁とで埋設体２を覆うので、シール体１と埋設体２との接触面積を大きくでき、その分だけ埋設体２をシール体に対してより強固な構造でインサート固定して耐久性を向上できる。なお、インサート部３の周囲に広がる面状のシール壁４は、シール機能を発揮して液滴の浸入や塵埃の侵入を防止する。

インサート部３と周回壁５・６・７で埋設体２を覆うようにすると、扁平な埋設体２の片面を除く表面をインサート部３と周回壁５・６・７とで覆うことができる。したがって、両者２・３の接触面積をさらに大きくして、埋設体２のインサート強度を向上できる。周回壁５・６・７で埋設体２の周側面を受け止めることにより、埋設体２がシール体１に対してずれ動くのを規制できる利点もある。

易接着性の液状のシリコーンゴムを素材にしてシール体１を形成すると、とくに埋設体２がポリカーボネート、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ＦＲＰのいずれかで形成してある場合に、シール体１と埋設体２とを成形の過程で接着させて、さらに強固に一体化できる。また、埋設体２の扁平面において、シール体１のインサート部３を接着し一体化できるので、長期使用時にインサート部３が埋設体２から分離するのを阻止して、薄膜状インサート成形品の耐久性をさらに向上できる。

環状の第１操作体２Ａ周回壁６と、第２操作体２Ｂ周回壁７の外端どうしをヒンジ壁９を介して連続させると、各操作体２Ａ・２Ｂの厚み方向の動きをヒンジ壁９で吸収して、両操作体２Ａ・２Ｂを明確に個別に操作することができる。したがって、スイッチ操作部材として使用するのに好適な薄膜状インサート成形品が得られれる。

型閉じ過程における埋設体の固定状態を示す成形用金型の縦断面図である。 薄膜状インサート成形品の斜視図である。 薄膜状インサート成形品を反転した状態の斜視図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 可動金型の斜視図である。 準備過程における埋設体の装填状態を示す成形用金型の縦断面図である。 成形過程における樹脂流動状態を示す成形用金型の縦断面図である。 薄膜状インサート成形品の別の実施例を示す断面図である。

（実施例） 図１ないし図７は本発明に係る薄膜状インサート成形品の実施例を示す。図２および図３において薄膜状インサート成形品は、シリコーンゴムを素材にして射出成形される薄膜状のシール体１と、シール体１の内面にインサート固定される扁平状の埋設体２とで構成する。シール体１は、埋設体２の上外面を覆うインサート部３と、インサート部３の周囲に広がる面状のシール壁４とを一体に備えた長方形状の薄膜からなり、その厚み寸法は０．１５ｍｍである。シール体１の前後寸法は３０ｍｍ、左右寸法は４５ｍｍである。インサート部３の下面側には、リング状の周回壁（成形膜）５・６・７が、インサート部３と一体に形成される。図４に示すように、最も内側の周回壁７と、この内周壁７に隣接する内周壁６とは僅かな隙間８を介して内外に対向しており、両周回壁６・７の上端（外端）どうしはヒンジ壁９を介して繋がっている。ヒンジ壁９は、インサート部３の壁面の一部を占めている。

埋設体２は、ドーナツ状（無端環状）の扁平な第１操作体（埋設体）２Ａと、第１操作体（埋設体）２Ａの中央穴に配置される扁平な第２操作体２Ｂとで構成する（図５参照）。両操作体２Ａ・２Ｂは、厚みが０．２ｍｍのプラスチックシートを打ち抜いて形成してあり、第１操作体２Ａの外直径寸法は２１ｍｍ、第２操作体２Ｂの直径寸法は６ｍｍである。プラスチックシートは、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ＦＲＰ（ガラス繊維強化熱硬化性プラスチック）を素材にして形成することができ、この実施例ではポリカーボネート製のシートで両操作体２Ａ・２Ｂを形成した。なお、必要があれば、ステンレス鋼、アルミニウム、鋼板などの金属薄板を打ち抜いて、あるいは薄板ガラスを用いて両操作体２Ａ・２Ｂを形成することができる。その場合には、両操作体２Ａ・２Ｂの表面をプライマー処理して、シール体１の両操作体２Ａ・２Ｂに対する接着性を向上することができる。また、易接着性を備えていないシリコーンゴムでシール体１を成形する場合にも、埋設体２の表面を予めプライマー処理しておくことにより、同様にシール体１の接着性を向上することができる。

上記のシール体１は射出成形法によって形成され、成形の過程で埋設体２をインサート固定する。図１および図６に示すように成形用の金型は、上側の固定金型１１と、下側の可動金型１２とで構成する。固定金型１１の下面には成形空間１３が凹み形成してあり、固定金型１１の内部には埋設体２を固定する押えピン１４・１５が、成形空間１３に突出する状態で設けてある。各押えピン１４・１５は、それぞればね１６で押し下げ付勢してある。押えピン１４・１５は、第１操作体２Ａおよび第２操作体２Ｂに対応して設けてあり、第１操作体２Ａは、その周縁寄りの４箇所が４個の押えピン１４で固定される。また、第２操作体２Ｂは、その中央が１個の押えピン１５で固定される。

可動金型１２の上面には、第１操作体２Ａと第２操作体２Ｂを収容する装填部１９・２０が凹み形成してあり、両装填部１９・２０はリング状の区分壁２１で区分してある。可動金型１２の内部には、図示していない真空源と通路を介して連通するチャンバー２２と、チャンバー２２と各装填部１９・２０とを連通する吸引口２３とが形成してある。図５に示すように、第１操作体２Ａを収容する装填部１９の内底には、８個の吸引口２３が投間隔おきに開口してあり、第２操作体２Ｂを収容する装填部２０の内底の中央には１個の吸引口２３が開口してある。

前者装填部１９の内径および外径は、第１操作体２Ａの内径および外径よりごく僅かに小さく形成してあり、同様に後者装填部２０の直径は、第２操作体２Ｂの直径よりごく僅かに小さく形成してある。具体的には、各操作体２Ａ・２Ｂと各装填部１９・２０との寸法差は０．３ｍｍに設定してある。各図においては、理解を容易にするために、先の寸法差に相当する隙間を誇張して表現している。

シール体１は準備過程と、型閉じ過程と、成形過程と、型開き過程を経て成形され、成形素材として、流動性に富み、低圧成形が可能で、埋設体２に対して易接着性を備えているシリコーンゴムを使用する点に特徴がある。

準備過程では、図示していない位置決め治具に、第１操作体２Ａと第２操作体２Ｂを装填して、両操作体２Ａ・２Ｂを位置決めする。この状態の、位置決め治具を自動装填装置で可動金型１２にあてがって、位置決めされた両操作体２Ａ・２Ｂを対応する装填部１９・２０に嵌め込む。図６に示すように、各装填部１９・２０に装填された操作体２Ａ・２Ｂは、それぞれチャンバー２２および吸引口２３を介して各装填部１９・２０に作用する真空圧で吸着固定される。

型閉じ過程では、可動金型１２を固定金型１１に接合して成形空間１３を封止するが、その途中に押えピン１４・１５が両操作体２Ａ・２Ｂに接当して、図１に示すように両操作体２Ａ・２Ｂを装填部１９・２０に押し付け固定する。押えピン１４・１５で押圧された各操作体２Ａ・２Ｂは、その面壁の微少な反り変形等が矯正されて、装填部１９・２０の内底に隙間のない状態で密着する。

成形過程では、温度が２５〜３０℃の液状のシリコーンゴムを射出して成形空間１３に充満させる。液状のシリコーンゴムは高度の流動性を備えており、したがって、成形空間の厚みが０．１５ｍｍとごく小さいにもかかわらず、低い射出圧でシリコーンゴムを成形空間１３を確実に充満できる。さらにシリコーンゴムの一部は、図７に示すように装填部１９・２０と両操作体２Ａ・２Ｂの周側面との間の隙間に浸入する。このとき、シリコーンゴムが装填部１９・２０の内底と各操作体２Ａ・２Ｂとの間に浸入するのを防ぐために、型閉じ過程において各操作体２Ａ・２Ｂを押えピン１４・１５で各装填部１９・２０に密着固定している。因みに、液状のシリコーンゴムは３μｍ前後の隙間に浸入できるので、両操作体２Ａ・２Ｂの周縁と各装填部１９・２０との密着部分に隙間が生じるのを避ける必要があり、最悪の場合でも、先の隙間を３μｍ未満にしなければならない。

リコーンゴムの充填後に、固定金型１１および可動金型１２を、図示していないヒーターで１２０〜１５０℃に加熱して、その状態を所定時間保持することによりシリコーンゴムを硬化させる。

型開き過程では、可動金型１２を固定金型１１から分離して、インサート成形品を成形空間１３から取り出す。得られたインサート成形品は、埋設体２がシール体１の下面側にインサート固定されて、各操作体２Ａ・２Ｂの装填部１９・２０との接合面を除く外表面がシール体１で覆われている。具体的には、両操作体２Ａ・２Ｂの外端面がインサート部３で覆われ、両操作体２Ａ・２Ｂの周側面がインサート部３に連続する周回壁５・６・７で覆われている。各周回壁５・６・７は、先に説明した装填部１９・２０と両操作体２Ａ・２Ｂの周側面との間の隙間に浸入したシリコーンゴムで形成されている。

得られた薄膜状インサート成形品は、図２に示すようにそのインサート部３に、押えピン１４の抜き跡が４個と、押えピン１５の抜き跡が１個形成されている。薄膜状インサート成形品はスイッチ操作部材として使用され、両操作体２Ａ・２Ｂを押圧操作することにより接点端子をオン操作する。例えば、中央の第２操作体２Ｂのみを押圧操作して、対応する接点端子をオン操作できる。このとき、ヒンジ壁９が第２操作体２Ｂの押圧動作を吸収するので、第１操作体２Ａ側の接点端子がオン状態に切り換わることはない。また、リング状の第１操作体２Ａの前端、後端、右側端、左側端のいずれかひとつの部分を押圧操作して、対応する接点端子をオン操作できる。その場合にも、ヒンジ壁９およびシール壁４が第１操作体２Ａの押圧動作を吸収するので、操作部位以外の接点端子がオン状態に切り換わることはない。

図８は、本発明に係る薄膜状インサート成形品の別の実施例を示す。そこでは、区分壁２１を省略して、１個の装填部１９に両操作体２Ａ・２Ｂを同心状に装填してインサート固定した。そのため、両操作体２Ａ・２Ｂはリング状の周回壁６を間にして内外に隣接する。他は先の実施例と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付して、その説明を省略する。

上記の実施例では、埋設体２が第１操作体２Ａと第２操作体２Ｂで構成してある場合について説明したが、埋設体２は１個の操作体で構成することができる。さらに２以上の操作体で埋設体２を構成することができる。シール体１を透明なシリコーンゴムで成形する場合には、上面に印刷表示を施した埋設体２をシール体１の内面にインサート固定してもよい。埋設体２の外形形状は、三角形、四角形、楕円形など任意形状に形成でき、周回壁５・６・７の形状も埋設体２の外形の変化に対応して任意形状に形成できる。

埋設体２はその周側面の全体を無端状の周回壁５・６・７で覆うのが好ましいが、必要があれば周方向へ断続する周回壁（成形膜）で覆ってもよい。その場合の、周回壁（成形膜）の厚み寸法は、埋設体２の機能を損なわない限り、任意の値に設定することができる。

１ シール体
２ 埋設体
２Ａ 第１操作体
２Ｂ 第２操作体
３ インサート部
４ シール壁
１１ 固定金型
１２ 可動金型
１３ 成形空間
１４・１５ 押えピン
１９・２０ 装填部

Claims (5)

1. 可動金型の装填部に装填した埋設体を、真空圧で前記装填部に吸着固定する準備過程と、
   可動金型を固定金型に接合して、前記埋設体を前記固定金型に設けた押えピンで前記装填部に押し付けて密着固定する型閉じ過程と、
   前記埋設体に臨んで形成される成形空間に液状のシリコーンゴムを射出したのち、シリコーンゴムを所定温度に加熱硬化させて、薄膜状のシール体を形成する成形過程とを含む薄膜状インサート成形品の製造方法であって、
   前記成形過程において、液状のシリコーンゴムを前記成形空間に充満させ、同時にシリコーンゴムの一部を前記装填部と前記埋設体の周側面との間の隙間に浸入させて、
   前記埋設体の前記装填部との接合面を除く外表面が前記シール体で覆われる状態で、前記埋設体を前記シール体にインサート固定することを特徴とする薄膜状インサート成形品の製造方法。
2. 準備過程において、位置決め治具で予め位置決め保持された複数個の埋設体を前記装填部に装填して、前記各埋設体を真空圧で吸着固定し、
   型閉じ過程において、前記各埋設体を専用の押えピンで前記装填部に押し付け固定する請求項１に記載の薄膜状インサート成形品の製造方法。
3. 液状のシリコーンゴムを素材にして射出成形される薄膜状のシール体と、前記シール体の下面側にインサート固定される、上下面と周側面を有する扁平状の埋設体とを備えており、
   前記シール体は、前記埋設体の上面を覆うインサート部と、前記インサート部の周囲に広がる面状のシール壁と、該インサート部の下面側に形成された周回壁とを一体に備えており、
   前記埋設体が、その上面が前記インサート部で覆われるとともに、その周側面が前記周回壁に覆われた状態で、前記シール体にインサート固定されており、かかるインサート固定状態において、該埋設体の下面が前記シール体に覆われずに露出していることを特徴とする薄膜状インサート成形品。
4. 前記シール体が、易接着性の液状のシリコーンゴムを素材にして形成されており、
   前記埋設体が、ポリカーボネート、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、変性ポリフェニレンエーテル、ＦＲＰのいずれかひとつを素材にして扁平に形成してある請求項３に記載の薄膜状インサート成形品。
5. 前記埋設体が、環状の第１操作体と、前記第１操作体の中央穴に配置される第２操作体とで構成されており、
   前記第１操作体の内周面を覆う前記周回壁と、第２操作体の外周面を覆う前記周回壁との外端どうしが、前記インサート部に形成されるヒンジ壁を介して連続している請求項３または４に記載の薄膜状インサート成形品。

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