JP5928816B2 - インサート成形用金型、射出成形方法、及び樹脂成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
射出成形を行う際、金型とワイヤケーブルとの隙間から溶融した樹脂が漏れると、その樹脂が硬化し、バリが発生することがある。
それを防ぐため、ワイヤケーブルを金型によって溶融樹脂の圧力以上の圧力で押さえることが考えられる。しかし、この場合、ワイヤケーブルは、金型から印加される圧力及び金型の熱によって被覆部が変形しにくいものを採用することになる。
一方、圧力及び熱によって被覆部が変形しやすいワイヤケーブルを採用する場合、特許文献1に記載された方法のように、射出成形を行う前に、熱収縮チューブ又は耐熱テープなどの保護部品を用いてワイヤケーブルを保護しておくことが考えられる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ワイヤケーブルの負担を軽減することの可能なインサート成形用金型、射出成形方法、及び樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。
これにより、射出成形時において、溶融樹脂が第2空間の途中で流動を停止するように第2空間の断面積と長さを設定することで、支持部とワイヤケーブルとの隙間から樹脂が漏れ出すことなく、バリの発生を抑制することができる。
また、射出成形時において、溶融樹脂が第2空間の途中で流動を停止するので、ワイヤケーブルに対する支持部の押圧力を低減することが可能である。したがって、インサート成形用金型の押圧力によるワイヤケーブルの負担、およびその金型からワイヤケーブルへ伝わる熱によるワイヤケーブルの負担を軽減することができる。
さらに、支持部は、第2空間の中央にワイヤケーブルの被覆部が位置するように被覆部を支持するので、被覆部の全周に樹脂を設けることが可能である。したがって、このインサート成形用金型を用いることで、被覆部の周囲に設けられた樹脂の剥離を防ぐことができる。
また、上記特許文献1に記載の方法のようにワイヤケーブルを保護する保護部品を使用しないので、製造工程を簡素にし、製造コストを低減することができる。
なお、第1空間を有する第1金型部、第2空間を有する第2金型部、および支持部は、一体で構成されていてもよく、または別体で構成されていてもよい。
これにより、ワイヤケーブルの被覆部の周囲に設けられる樹脂の長さまたは肉厚を制御することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるインサート成形用金型等を図1〜図3に示し、それにより成形された樹脂成形品を図4に示す。
本実施形態のインサート成形用金型1は、電子部品のリード線2とワイヤケーブル3の導体4との接続箇所、並びにワイヤケーブル3の被覆部5を熱硬化性樹脂によりインサート成形することに用いられる。なお、全ての図において、電子部品の本体は省略している。
図1〜図3では、第1金型部10、11と第2金型部20、21との境界、および第2金型部20、21と支持部30、31との境界を概念的に一点鎖線で示しているが、第1金型部10、11、第2金型部20、21および支持部30、31は一体で構成してもよく、または別体で構成してもよい。
第2金型部20、21は、第2空間200を有する。第2空間200は、第1空間100よりも断面積が小さく形成され、第1空間100に連通している。第2空間200は、インサートされるワイヤケーブル3の被覆部5を収容可能であり、被覆部5の周囲に樹脂を充填可能である。
第2空間200は、次に示す式1に基づき、射出成形時に、溶融樹脂が第2空間200の途中で流動を停止することの可能な断面積および長さに設定されている。
hは、オーバーフロー部の肉厚(mm)。
Pは、第1空間100の溶融樹脂の圧力(Pa)。
μは、第2空間200を流れる溶融樹脂の粘度(Pa・s)。
tは、第1空間100に充填された溶融樹脂が第2空間200に流れ始めてから、第2空間200でその溶融樹脂が硬化するまでの時間(s)。
例えば、オーバーフロー部の肉厚hが0.01mm、第1空間100の溶融樹脂の圧力Pが5000Pa、第2空間200を流れる溶融樹脂の粘度μが10Pa・s、第1空間100に充填された溶融樹脂が第2空間200に流れ始めてから第2空間200でその溶融樹脂が硬化するまでの時間tが3sのとき、オーバーフロー長Lは3.5mmである。
その場合、第2金型部20、21は、第2空間200の内壁とワイヤケーブル3の被覆との間の距離を0.01mmに設定し、かつ、第2空間200の全長を3.5mmよりも長く設定する。
まず、上金型6と下金型7を開き、その間に電子部品のリード線2とワイヤケーブル3とを設置する。リード線2と導線との接続箇所、および、ワイヤケーブル3の被覆部5から導線が突出した個所は第1空間100に位置する。このとき、電子部品のリード線2とワイヤケーブル3の導線とは、はんだ又は溶接などにより接続されている。
なお、第1金型は、電子部品のリード線2と共に電子部品の本体を第1空間100に収容する構成としてもよい。
ワイヤケーブル3の被覆部5は第1空間100と第2空間200に位置する。
射出成形では、ゲート13から第1空間100に供給する溶融樹脂8の圧力P、樹脂粘度μ、及び溶融樹脂8の硬化時間tを調整する。これにより、第2空間200に充填される樹脂の長さ、即ちオーバーフロー長Lが設定される。
上下金型6、7は、設定温度を保ったまま、樹脂の硬化時間tが経過するまで保圧する。その硬化時間tが経過した後、上金型6と下金型7とを型開きする。
(1)第1実施形態では、インサート成形用金型1は、第1空間100、第2空間200および支持部30、31を備える。射出成形時において、溶融樹脂8が流動抵抗により第2空間200の途中で流動を停止するように第2空間200の断面積と長さを設定することで、支持部30、31とワイヤケーブル3との隙間から樹脂が漏れ出すことなく、バリの発生を抑制することができる。
(3)第1実施形態では、支持部30、31は、第2空間200の中央にワイヤケーブル3の被覆部5が位置するように被覆部5を支持する。そのため、オーバーフロー部9が被覆部5の全周に設けられるので、オーバーフロー部9の剥離を防ぐことができる。
これにより、オーバーフロー部9の肉厚hまたはオーバーフロー長Lを制御することができる。
(5)第1実施形態では、射出成形に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂である。
金型を加熱して樹脂を硬化させる熱硬化性樹脂の射出成形において、インサート成形用金型1は、金型の熱によるワイヤケーブル3の負担、及び金型の押圧力によるワイヤケーブル3の負担を軽減することに好適である。
エポキシ樹脂の高い接着性により、オーバーフロー部9が被覆部5から剥離することを防ぐことができる。
本発明の第2実施形態によるインサート成形用金型を図5〜図8に示す。また、熱硬化性樹脂による加熱時間と樹脂粘度との関係を示すグラフを図9に示し、熱可塑性樹脂による加熱時間と樹脂粘度との関係を示すグラフを図10に示す。
なお、以下複数の実施形態において、上述した第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
以下、図5〜図8及び図11では、第2金型部20、21と支持部30、31との境界を概念的に一点鎖線で示しているが、これらは一体で構成してもよく、または別体で構成してもよい。
さらに、第2実施形態では、第2金型部20、21を冷却することの可能な冷却手段を備えている。冷却手段は、例えば、第2金型部20、21に設けられた図示しない液体流路に冷却液を流す冷却装置40である。
或いは、冷却手段は、例えば、第1金型部10、11を加熱する第1加熱装置41と第2金型部20、21を加熱する第2加熱装置42のうち、第2加熱装置42の加熱温度のみを低下させることである。
まず、上金型6と下金型7を開き、その間に電子部品のリード線2とワイヤケーブル3とを設置した後、上金型6と下金型7を閉じる。
次に、図6に示すように、図示しない射出ユニットで加熱溶融した樹脂を第1金型部10、11のゲート13から第1空間100へ射出注入する。このとき、上金型6と下金型7とは、第1加熱装置41および第2加熱装置42により、使用される熱硬化性樹脂の射出成形に適した温度に加熱されている。
そのため、図7の一点鎖線αの箇所で、第2空間200を流れる溶融樹脂8の粘度μが大きくなる。
これにより、図8に示すように、第2空間200を流れる溶融樹脂8は、流動抵抗により、所定のオーバーフロー長Lで停止する。
上下金型6、7は、設定温度を保ったまま、樹脂の硬化時間tが経過するまで保圧する。その硬化時間tが経過した後、上金型6と下金型7とを型開きし、樹脂成形品を取り出す。
図9では、実線Aに示すように、時刻t0から時刻t1まで熱硬化性樹脂を一定の温度(例えば170℃)で加熱している。そして、時刻t1以降、樹脂をそのままの温度で加熱し続けた場合を破線Bに示し、時刻t1以降、樹脂を急加熱した場合を一点鎖線Cに示し、時刻t1以降、樹脂を急冷した場合を実線Dに示している。
続いて、時刻t1以降も、樹脂をそのままの温度(例えば170℃)で加熱し続けると、破線Bに示すように、樹脂粘度は次第に大きくなり、時刻t4で樹脂は硬化する。すなわち、熱硬化性樹脂を一定の温度で加熱した場合の硬化時間は、時刻t0から時刻t4で示される。
したがって、熱硬化性樹脂を用いた射出成形において、樹脂を一定の温度で加熱し続けた場合の硬化時間(t0−t4)よりも、途中で樹脂を急加熱した場合の硬化時間(t0−t3)の方が短い。さらに、途中で樹脂を急加熱した場合の硬化時間(t0−t4)よりも、途中で樹脂を急冷した場合の硬化時間(t0−t2)の方が短い。
図10では、実線Eに示すように、時刻t0から時刻t10まで熱硬化性樹脂を一定の温度で加熱している。そして、時刻t10以降、樹脂をそのままの温度で加熱し続けた場合を破線Fに示し、時刻t10以降、樹脂を急加熱した場合を一点鎖線Gに示し、時刻t10以降、樹脂を急冷した場合を実線Hに示している。
続いて、時刻t10以降も、樹脂をそのままの温度で加熱し続けると、破線Fに示すように、樹脂粘度は変化せず、溶融状態のままである。
他方、時刻t0から時刻t10まで、樹脂を一定の温度で加熱し、時刻t10以降急冷すると、実線Hに示すように、粘度が急激に大きくなり、時刻t11で樹脂は硬化する。
したがって、熱可塑性樹脂を用いた射出成形では、樹脂を急冷することで、短時間で硬化させることが可能である。
(1)第2実施形態では、第2金型部20、21を冷却することの可能な冷却手段を備える。
これにより、射出成形時において、第2空間200を流れる溶融樹脂8の粘度を大きくすることが可能になる。そのため、溶融樹脂8の流動抵抗が大きくなり、第2空間200で確実に溶融樹脂8の流動を止めることができる。
例えば、エポキシ樹脂の場合、成形温度から50℃程度温度を下げることで、樹脂粘度が10倍程度となり、オーバーフロー長Lを1/3程度とすることができる。
(2)第2実施形態では、第2金型部20、21は、第1金型部10、11よりも熱伝導率の高い材料で形成されている。これにより、第2金型部20、21の放熱性を高め、第2金型部20、21の冷却効率を高めることができる。
(3)第2実施形態では、射出成型時に第2金型部20、21を冷却する。これにより、第2空間200を流れる溶融樹脂8の粘度を上げ、オーバーフロー長Lを制御することができる。したがって、第2空間200の長さを短くし、インサート成形用金型を小型化することができる。また、オーバーフロー長Lを短くし、オーバーフロー部の剥離を防ぐことができる。
本発明の第3実施形態によるインサート成形用金型を図11に示す。
第3実施形態では、第1金型部10、11と第2金型部20、21との間に遮熱部43を備えている。遮熱部43は、第1金型部10、11および第2金型部20、21よりも熱伝導率の小さい材料から形成され、第1金型部10、11と第2金型部20、21との間の熱伝導を抑制するものである。
これにより、第1金型部10、11と第2金型部20、21とに温度勾配をつけることが可能になるので、第1金型部10、11の温度を低下させることなく、第2金型部20、21のみの温度を低下させることができる。そのため、射出成形時において、第2空間200を流れる溶融樹脂8の粘度を大きくし、第2空間200の途中で確実に溶融樹脂8の流動を止めることができる。したがって、オーバーフロー長Lを制御することができる。
本発明の第4実施形態によるインサート成形用金型を図11に示す。
第4実施形態では、熱輸送部材および冷却ファン44を備えている。
熱輸送部材は、一端が第2金型部20、21に取り付けられ、他端が外気に露出している。熱輸送部材は、例えばヒートパイプ45である。また、熱輸送部材は、例えば、熱伝導率の高い金属から形成された棒状部材であってもよい。
冷却ファン44は、矢印Xのように、ヒートパイプ45に向けて送風し、熱輸送部材の周囲に空気の流れを作る。
ヒートパイプ45は、第2金型部20、21側にある作動液が熱を吸収して蒸発すると、その蒸気が空洞48を通り、ヒートパイプ45の第2金型部20、21と反対側へ移動する。そこで冷却ファン44の風により冷却された蒸気は凝集して液体となり、ウィック47を伝わり、再び第2金型部20、21側に移動する。これにより、第2金型部20、21の熱がヒートパイプ45により放熱され、第2金型部20、21が冷却される。
上述した実施形態では、熱硬化性樹脂を用いた射出成形に用いられるインサート成形用金型について説明した。これに対し、他の実施形態では、インサート成形用金型は、熱可塑性樹脂を用いた射出成形に用いるものであってもよい。
上述した実施形態では、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用した。これに対し、他の実施形態では、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、尿素樹脂またはケイ素樹脂など、種々の樹脂を使用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
3 ・・・ワイヤケーブル
4 ・・・導体
5 ・・・被覆部
10,11・・・第1金型部
20,21・・・第2金型部
30,31・・・支持部
100 ・・・第1空間
200 ・・・第2空間
Claims (12)
- ワイヤケーブル(3)を樹脂モールドするインサート成形用金型(1)において、
前記ワイヤケーブルの有する導体(4)および被覆部(5)の周囲に樹脂を充填することの可能な第1空間(100)を有する第1金型部(10,11)と、
前記第1空間に連通すると共に前記第1空間よりも断面積が小さく形成され、前記被覆部の周囲に樹脂を充填することの可能な第2空間(200)を有する第2金型部(20,21)と、
前記第2空間の前記第1空間と反対側に設けられ、前記ワイヤケーブルの前記被覆部が前記第2空間の中央に位置するように前記被覆部を支持する支持部(30,31)と、を備えることを特徴とするインサート成形用金型。 - 前記第2金型部の有する前記第2空間は、射出成形時に、溶融樹脂(8)が前記第2空間の途中で流動を停止することの可能な断面積および長さに設定されていることを特徴とする請求項1に記載のインサート成形用金型。
- 前記射出成形に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載のインサート成形用金型。
- 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項3に記載のインサート成形用金型。
- 前記第2金型部を冷却することの可能な冷却手段(40,42)を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のインサート成形用金型。
- 前記第2金型部は、前記第1金型部よりも熱伝導率の高い材料であることを特徴とする請求項5に記載のインサート成形用金型。
- 前記第1金型部と前記第2金型部との間に遮熱部(43)を備えることを特徴とする請求項5または6に記載のインサート成形用金型。
- 前記第2金型部に熱輸送部材(45)を備えることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のインサート成形用金型。
- 前記熱輸送部材の周囲に空気の流れを作る冷却ファン(44)を備えることを特徴とする請求項8に記載のインサート成形用金型。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のインサート成形用金型を用いた射出成形方法において、
前記第1金型部に設けられたゲートから前記第1空間に供給する溶融樹脂の圧力(P)、樹脂粘度(μ)、または溶融樹脂の硬化時間(t)を調整し、前記第2空間に充填される樹脂の長さ(L)または肉厚(h)を設定することを特徴とする射出成形方法。 - 前記第2金型部を冷却し、前記第2空間に充填される樹脂の長さを調整することを特徴とする請求項10に記載の射出成形方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のインサート成形用金型を用いて樹脂成形品を製造する樹脂成形品の製造方法であって、
前記ワイヤケーブルが有する前記導体および前記被覆部が前記第2空間に位置し、前記被覆部から露出した導体が前記第1空間に位置し、前記支持部により前記被覆部が支持されるように前記インサート成形用金型の内側に前記ワイヤケーブルを設置する工程と、
前記第1金型部に設けられたゲートから前記第1空間へ溶融樹脂を供給することにより、前記ワイヤケーブルの前記導体および前記被覆部をモールドする樹脂本体部(50)を前記第1空間により形成し、前記樹脂本体部から延びて前記ワイヤケーブルの前記被覆部の周囲を覆うオーバーフロー部(9)を前記第2空間により形成する工程と、を含むことを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
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