JP6385417B2 - 複合成形品の成形方法および成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、金属部品をインサートして樹脂を射出し該金属部品と樹脂が一体化した複合成形品を得る複合成形品の成形方法、およびその成形用金型に関するものである。

金属部品と樹脂とからなる複合成形品は、色々な分野で利用されている。例えば自動車用の部品は、強度が要求されると共に軽量化が要求されているが、強度が必要な部分に金属部品が適用され、他の部分が軽量な樹脂からなる複合成形品が利用されている。複合成形品は射出成形により成形することができ、金型に金属部品をインサートして型締めし、金型に樹脂を射出する。そうすると金属部品と樹脂が一体化した複合成形品が得られる。複合成形品は、金属部品と樹脂の接合強度が重要である。そこで金属部品は、その表面にトリアジンジチオール処理等の表面処理を施して樹脂との親和性を高めたり、あるいは金属部品の表面にメッキ処理等を施して多孔質被膜を形成して樹脂がそれらの孔に入り込んでアンカー効果が得られるようにし、必要な接合強度が得られるようにしている。

特開２００４−２４３７２９号公報

特許文献１には金属部品と樹脂の接合強度を高めることができる複合成形方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、その表面が予めトリアジンジチオール処理された金属部品を金型にインサートする。金型を型締めして射出するが、このときスクリュを前後に往復的に駆動して樹脂を振動させるようにする。そうすると、樹脂の振動により金属部品と樹脂とが密に接合し、結果的に接合強度が高い複合成形品が得られる。

接合強度を高めるには、射出成形において樹脂の圧力を高くすることが有効であることが周知である。例えば、金属部品の表面に多孔質被膜が形成されている場合には、樹脂がこの多孔質被膜の隙間に浸透し、それによって樹脂がアンカー効果により接合される。接合強度は多孔質被膜の隙間に樹脂が浸透される度合いが高いほど大きくなる。従って、樹脂圧力が高いほど多孔質被膜の隙間に浸透してアンカー効果が大きくなり十分な接合強度が得られる。

特許文献１に記載の方法は、射出成形においてスクリュを前後に往復運動させ、それによって樹脂に振動を与え、それによって接合強度が高くなるようになっている。しかしながら、具体的な振動の周波数の記載がないので、実施が難しい。また、比較的高い周波数の振動を与える場合、スクリュの駆動をその周波数で制御しなければならず、制御が困難であるという問題もある。これに対して、射出成形において樹脂の圧力を高くする方法は、スクリュを複雑に駆動する必要がなく、実施は容易である。「発明を実施するための形態」において説明するが、本発明者等は接合強度を高めるには保圧工程における樹脂圧力が重要であることを見いだした。保圧工程において高い樹脂圧力を印加させれば高い接合強度が得られる。ところで、スクリュによって印加される樹脂の圧力は射出ノズル、金型内のスプル、ランナ等の樹脂流路を経由してキャビティ内に印加されるので、小径の樹脂流路において圧力損失が大きい。そうすると保圧工程においてキャビティ内に十分大きい樹脂圧力を作用させるためには、大型の射出成形機が必要になり、コストが大きいという問題がある。

本発明は、上記したような問題点を解決した複合成形品の成形方法および成形用金型を提供することを目的とし、具体的には、比較的小型の射出成形機であってもインサート品である金属部品と樹脂の接合強度が高くすることができる、複合成形品の成形方法、およびそのような成形方法が実施できる成形用金型を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、金属部品を金型にインサートし、型締めして樹脂を射出して金属部品と樹脂が一体化した複合成形品を成形する成形方法を対象とする。そして本発明によると、保圧工程において金型に設けられているプランジャをパーティングラインと並行に駆動してその先端部をランナ内に侵入させる。これによってランナ内の容積を減少させて、樹脂圧力を大きくするように構成する。

かくして、請求項１記載の発明は、上記目的を達成するために、金属部品を金型にインサートし、型締めして樹脂を射出して前記金属部品と樹脂が一体化した複合成形品を成形するとき、保圧工程において所定のプランジャを前記金型のパーティングラインと並行に駆動して前記プランジャの先端部を前記金型のランナ内に侵入させ、それによって前記ランナ内の容積を減少させて、前記金型のキャビティ内の樹脂圧力を大きくすることを特徴とする複合成形品の成形方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、金属部品がインサートされ、型締めされ、樹脂が射出されると複合成形品が成形されるようになっている成形用金型であって、前記成形用金型には、パーティングラインと並行に駆動されるプランジャが設けられ、保圧工程において前記プランジャが駆動されるとその先端部が液密的にランナ内に侵入して、前記ランナ内の容積が減少し、それによって前記金型のキャビティ内の樹脂圧力が大きくなるようになっていることを特徴とする複合成形品の成形用金型として構成される。

以上のように、本発明は、金属部品を金型にインサートし、型締めして樹脂を射出して金属部品と樹脂が一体化した複合成形品を成形する成形方法を対象としている。そして、保圧工程において所定のプランジャを金型のパーティングラインと並行に駆動してプランジャの先端部を金型のランナ内に侵入させ、それによってランナ内の容積を減少させて、金型のキャビティ内の樹脂圧力を大きくするように構成されている。後で詳しく説明するように、複合成形品は保圧工程において樹脂圧力を大きくすると、金属部品と樹脂の接合強度が大きくなるが、本発明によると保圧工程において樹脂の圧力を大きくしているので接合強度が大きい複合成形品が得られる。そして本発明によると、保圧工程において樹脂圧力は、射出装置のスクリュを駆動するのではなく、ランナ内の容積を減少させることによって大きくしている。つまり金型内のキャビティに近い位置であるランナ内で直接樹脂圧力を大きくしている。そうすると射出ノズル、スプル等の樹脂流路において発生する圧力損失がなく、効率よくキャビティ内の樹脂圧力を大きくすることができる。キャビティ内の樹脂圧力を高くするために、格別に大型の射出装置を使用する必要もない。つまり本発明の成形方法は、比較的小型で安価な射出成形機であっても、接合強度が高い複合成形品が得られる。

本発明の実施の形態に係る複合成形品の成形用金型の正面断面図である。 その（ア）〜（ウ）は、本発明の実施の形態に係る成形用金型を使用して複合成形品を成形する各工程を示す、成形用金型の正面断面図で、その（エ）は成形された複合成形品の正面断面図である。 その（ア）は、アルミプレートと樹脂とからなる試験用複合成形品の斜視図であり、その（イ）は試験用複合成形品を引っ張り試験したときのアルミプレートを示す平面図であり、その（ウ）は、金属部品と樹脂からなる複合成形品を成形するときの保圧工程における樹脂圧力と、金属部品と樹脂の接合強度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。金属部品と樹脂とからなる複合成形品を成形する本発明の実施の形態に係る成形用金型１は、図１に示されているように、第１の金型２と、第２の金型３とから構成されている。図には型締装置は示されていないが、型締装置の固定盤に第１の金型２が、そして可動盤に第２の金型３が取付けられている。つまり第１の金型２が固定側金型２、第２の金型３が可動側金型３ということができる。

固定側金型２には、スプル５とランナ部６が形成され、背面から射出装置のノズル８がスプル５に当接している。可動側金型３には、そのパーティングラインにランナ部１０とコールドプラグキャッチャー１１が形成されている。従って成形用金型１が型締めされると、ランナ部６、１０からランナ６、１０が構成され、コールドプラグキャッチャー１１がランナ６、１０内においてスプル５に対応する位置に配置されることになる。可動側金型３には、複合成形品成形用の凹部１３が設けられており、この凹部１３に金型部品をインサートして、成形用金型１を型締めすると、樹脂を射出するためのキャビティが形成される。このキャビティにはランナ６、１０がゲート１５を介して接続されている。

本実施の形態に係る成形用金型１には、樹脂圧力を大きくするための機構が設けられている。具体的には、可動側金型３にランナ内に進退自在なプランジャ１６が設けられている。プランジャ１６は、油圧シリンダ１７によって駆動されるようになっており、油圧シリンダ１７を駆動するとプランジャ１６の先端部が液密的にランナ内に侵入して、侵入した体積だけランナ６、１０内の容積を小さくして樹脂圧力を大きくすることができる。なお、ランナ６、１０はこのようにプランジャ１６を侵入させることができるように、比較的その容積が大きく形成されている。

本実施の形態に係る成形用金型１を使用して、金属部品と樹脂とからなる複合成形品を成形する方法を説明する。図２の（ア）に示されているように、型開きされている状態の成形用金型１において、可動側金型３の凹部１３に、金型部品１９をインサートする。金型部品１９には予め表面処理により多孔質被膜が形成されており、樹脂がこの多孔質被膜に浸透してアンカー効果により樹脂と金属部品１９とが接合されるようになっている。油圧シリンダ１７を駆動してプランジャ１６は後退させておき、成形用金型１を型締めする。そうすると金型部品１９と凹部１３、固定側金型２のパーティングラインとからキャビティが形成される。射出工程を実施する。すなわち図示されない射出装置を駆動する。そうすると、図２の（イ）に示されているように、射出ノズル８から樹脂が射出され、樹脂はスプル５、ランナ６、１０を経由してゲート１５からキャビティに充填される。射出工程を完了する。保圧工程において、図２の（ウ）に示されているように、油圧シリンダ１７を駆動する。そうするとプランジャ１６の先端部がランナ６、１０内に侵入する。この侵入したプランジャ１６の体積の分だけランナ６、１０内の容積が減少し、それによって樹脂が圧縮されて樹脂圧力が大きくなる。この樹脂圧力がキャビティ内に作用し、樹脂は金属部品１９の多孔質被膜の隙間に浸透する。キャビティ内の樹脂が冷却固化したら、油圧シリンダ１７を駆動してプランジャ１６を後退させる。型開きすると、金属部品１９と樹脂２０とからなる複合成形品２１が得られる。

射出成形により金属部品と樹脂とからなる複合成形品を成形するとき、保圧工程における樹脂圧力と、金属部品と樹脂の接合強度の関係を調べるため実験を行った。
実験内容：図３の（ア）に示されているような、長方形状のアルミプレート２５と、円柱樹脂２６とからなる試験用複合成形品２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを３個、次のようにして射出成形により得た。アルミプレート２５は事前に表面処理を施してその表面に多孔質被膜を形成し、１２０℃に調整した金型内にアルミプレート２５をインサートし、樹脂を射出して第１〜３の試験用複合成形品２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを成形した。第１〜３の試験用複合成形品２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃは、それぞれ保圧工程における樹脂圧力を変えて成形した。すなわち第１の試験用複合成形品２７Ａは、保圧工程における樹脂圧力を７５ＭＰａとし、第２、３の試験用複合成形品２７Ｂ、２７Ｃはそれぞれ保圧工程における樹脂圧力を１００ＭＰａ、１４０ＭＰａとした。成形により得た第１〜３の試験用複合成形品２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃについて、符号Ｘ、Ｙで示されるようにアルミプレート２５と円柱樹脂２６とに引っ張り力を作用させて、アルミプレート２５から円柱樹脂２６を引き剥がす引っ張り試験を実施した。円柱樹脂２６が引き剥がされたアルミプレート２５には、図３の（イ）に示されているように、樹脂片２６’、２６’が残った。これらは円柱樹脂２６が破断してその一部が残存したものである。円柱樹脂２６が接合していた全体部分２９に比して、樹脂片２６’、２６’の占める面積を割合で算出したところ、第１〜３の試験用複合成形品２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃは、それぞれ１４％、５２％、７７％であった。
考察：図３の（イ）に示されているアルミプレート２５において、円柱樹脂２６が接合していた全体部分２９のうち、金属表面が露出している部分３０は、円柱樹脂２６が完全にアルミプレート２５から剥離した部分である。この部分３０は、アルミプレート２５の表面の多孔質被膜に樹脂が十分に浸透しておらず、アンカー効果が十分に得られなかった部分であると言える。これに対して樹脂片２６’、２６’が残った部分は、多孔質被膜に樹脂が十分に浸透して大きなアンカー効果が得られ、その結果円柱樹脂２６の途中で破断が生じた。実験の結果から、保圧工程において樹脂圧力を大きくすればするほど、引っ張り試験後にアルミプレート２５に残存する樹脂片２６’、２６’の面積が大きくなることが分かった。保圧工程において樹脂圧力が大きいほど、アルミプレート２５の表面の多孔質被膜に樹脂が十分に浸透し、それによって大きなアンカー効果が得られたと言える。アルミプレート２５と円柱樹脂２６の接合強度は、アンカー効果が大きいほど大きい。複合成形品を成形するときの、保圧工程における樹脂圧力と接合強度の関係は図３の（ウ）のようになることが推定される。以上の実験から、金属部品と樹脂とからなる複合成形品を射出成形により得るとき、金属部品と樹脂の接合強度を大きくするには保圧工程において樹脂圧力を大きくすることが重要であることが確認できた。

本実施の形態に係る成形用金型１は色々な変形が可能である。本実施の形態においては、成形用金型１にはプランジャ１６が設けられ、保圧工程においてプランジャ１６を駆動してランナ６、１０の容積を小さくするようになっているが、他の手段でランナ６、１０の容積を小さくするようにしてもよい。例えば、ランナ６、１０の内壁を円柱穴状に形成し、この円柱穴内に摺動自在にピストンが侵入するようにしてもよい。

１ 成形用金型 ２ 固定側金型
３ 可動側金型 ６ ランナ部
８ 射出ノズル １０ ランナ部
１３ 凹部 １６ プランジャ
１７ 油圧シリンダ ２１ 複合成形品

Claims (2)

1. 金属部品を金型にインサートし、型締めして樹脂を射出して前記金属部品と樹脂が一体化した複合成形品を成形するとき、保圧工程において所定のプランジャを前記金型のパーティングラインと並行に駆動して前記プランジャの先端部を前記金型のランナ内に侵入させ、それによって前記ランナ内の容積を減少させて、前記金型のキャビティ内の樹脂圧力を大きくすることを特徴とする複合成形品の成形方法。
2. 金属部品がインサートされ、型締めされ、樹脂が射出されると複合成形品が成形されるようになっている成形用金型であって、
   前記成形用金型には、パーティングラインと並行に駆動されるプランジャが設けられ、保圧工程において前記プランジャが駆動されるとその先端部が液密的にランナ内に侵入して、前記ランナ内の容積が減少し、それによって前記金型のキャビティ内の樹脂圧力が大きくなるようになっていることを特徴とする複合成形品の成形用金型。

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