JP7076011B2

JP7076011B2 - 樹脂成型体および樹脂成型体の製造方法

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Publication number: JP7076011B2
Application number: JP2020561277A
Authority: JP
Inventors: 克英大橋; 喜一田邉; 拓也五十嵐; 夫知朗石坂
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: CN113165239A; JPWO2020129632A1; WO2020129632A1; CN113165239B

Description

本発明は、樹脂成型体の構造とその製造方法に係り、特に、車載電子制御装置（ＥＣＵ）の樹脂筐体に適用して有効な技術に関する。

自動車の電子制御ブロックは、エンジンの状態や運転環境など必要とされる情報を検知する各種センサ、それらのセンサから得た各種情報を瞬時に演算処理し、最適制御情報を出力するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）、及びその最適制御情報に従い駆動するアクチュエータ（駆動装置）から構成されており、それらの連携によって各電子制御システムの最適な制御が行われる。

電装化が進む中で自動車一台当たりのＥＣＵ搭載数が増えているが、搭載数の増加は部材コストや車両重量の増加に直結することから、ＥＣＵの数や重さを抑える動きが出てきている。そのため、従来、ＥＣＵのハウジング（筐体）には、耐熱性や耐久性を考慮して、アルミニウム合金によるアルミダイカスト品が多く用いられてきたが、強化材としてガラス繊維を含んだガラス繊維強化樹脂の使用も増えている。また、システムの一部にＥＣＵを組み込む機電一体化による小型軽量化、一台当たりの搭載数を抑えるための機能統合化も検討されている。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「溶融材料が接合する部分であって、少なくとも一方の溶融材料の一部へ他方の溶融材料が入り込むための凹部を形成するための溶融流れ制限手段を設けるウェルドライン補強方法」が開示されている。

特開昭６３－２２１０２３号公報

ところで、ＥＣＵの樹脂筐体を金型を用いて射出成型で形成する場合、通常は溶融樹脂の合流部にウエルドライン（以下、単にウェルドとも称する）と呼ばれる接合痕が現れる。多点ゲートウェルドラインを持つ成形品や溶融樹脂が２か所以上に分岐して再び合流する箇所（例えば穴やボス、インサートなど）には必ず発生するもので、強度の差はあるものの、一般的な方法では完全に避けるのは困難である。

上記特許文献１では、ウェルドラインを波型にするインサート部品を用いてインサート部品ごと一体に成形するため、インサート部品と樹脂との間にウェルドラインが２本形成される。（樹脂／インサート部品／樹脂の各界面）
上述したように、車載ＥＣＵにおいては、機電一体の要請などから厳しい動作環境に置かれるため、特許文献１の技術では、成形時のインサート部品と樹脂との温度差による熱膨張等の不一致や、成形終盤で樹脂の温度が冷えた場合の当該部品間の引張応力等により成形体の強度や平坦性、気密水密性が低下し、ＥＣＵの信頼性を低下させる可能性がある。

また、射出成型する際に、波型のインサート部品の位置決めが必要なため、金型に位置決めのためのピンや穴を設ける必要があり、成型後の樹脂成型体の後加工も必要になる。

そこで、本発明の目的は、射出成型により形成される樹脂成型体において、強度及び信頼性に優れた樹脂成型体とその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、第１の屈曲部と、前記第１の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第２の屈曲部と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部を繋ぐ第１の直線部と、前記第２の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第３の屈曲部と、前記第２の屈曲部と前記第３の屈曲部を繋ぐ第２の直線部と、前記第３の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第４の屈曲部と、前記第３の屈曲部と前記第４の屈曲部を繋ぐ第３の直線部と、を有するウェルドが形成されており、射出成型時のゲート痕を少なくとも２つ有し、前記ウェルドが前記ゲート痕の間に形成されており、前記第１の屈曲部と前記第３の屈曲部の頂点は、前記ゲート痕の間を結ぶ直線に対して略垂直な第１の直線上に配置され、前記第２の屈曲部と前記第４の屈曲部の頂点は、前記ゲート痕の間を結ぶ直線に対して略垂直な第２の直線上に配置されていることを特徴とする。

また、本発明は、（ａ）金型のキャビティに、複数の屈曲部を有する可動入れ子を配置するステップと、（ｂ）前記（ａ）工程の後、少なくとも２つのゲートから前記キャビティに溶融樹脂を注入するステップと、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記溶融樹脂の硬化前に前記可動入れ子を前記キャビティから引き抜くステップと、（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記可動入れ子を引き抜いた後に生じる隙間に前記溶融樹脂を流動させ、複数の屈曲形状を有するウェルドを形成するステップ、を有することを特徴とする。

本発明によれば、射出成型により形成される樹脂成型体において、強度及び信頼性に優れた樹脂成型体とその製造方法を実現することができる。

これにより、車載ＥＣＵの信頼性向上を図ることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１に係る樹脂成型体（ＥＣＵ蓋体）の上面図である。図１のＡ部詳細を示す拡大図である。図１のＡ部詳細を示す拡大図である。本発明の実施例２に係る樹脂成型体の製造方法（製造工程）を示す図である。図４に続く樹脂成型体の製造方法（製造工程）を示す図である。図５に続く樹脂成型体の製造方法（製造工程）を示す図である。図６に続く樹脂成型体の製造方法（製造工程）を示す図である。本発明の効果の一例を示す図である。本発明の実施例３に係る屈曲型部品（中子）を示す図である。図９の変形例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

図１から図３を参照して、本発明の実施例１の樹脂成型体について説明する。図１は、樹脂成型体の一例として示すＥＣＵのハウジング（筐体）の蓋体の上面図である。図２は、図１のＡ部詳細を示す拡大図であり、ＥＣＵ蓋体に形成されたウェルド（ライン）の様子を示している。図３は、ＥＣＵ蓋体におけるウェルド（ライン）の位置を明確にするために、図２に補助線（ａ－ａ，ｂ－ｂ，ｃ－ｃ，ｄ－ｄ）を追加した図である。

図１に示すように、本実施例のＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１は、主要な構成として、複数の（ここでは、５個の）ゲート痕２～６と、各ゲート痕の間に形成されているウェルド（ライン）７～１１を有している。

ゲート痕２～６は、後述する実施例２の製造方法を用いて樹脂成型体を形成した場合に、ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１の表面に残る溶融樹脂の樹脂流入口（ゲート）の痕跡である。

また、ウェルド（ライン）７～１１は、金型に設けられた複数の樹脂流入口（ゲート）からキャビティ（空洞）へそれぞれ溶融樹脂が注入された場合に、キャビティ内で溶融樹脂の合流部に形成される接合痕である。

図１において、例えば、ゲート痕２に対応する金型の樹脂流入口（ゲート）から注入された溶融樹脂と、ゲート痕３に対応する金型の樹脂流入口（ゲート）から注入された溶融樹脂とのキャビティ内で合流部に形成される接合痕はウェルド（ライン）７となる。

射出成型において、ウェルド（ライン）は、本来、成形品の外観上および強度の面からも好ましくない成形不具合の１つである。例えば、ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１に圧力（応力）を付加して破壊強度試験を行った場合、通常は、強度的に弱いウェルド（ライン）からクラックや割れが発生しやすい。

特に、ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１のように複数点のゲートが用いられる大型成形品では、樹脂の合流地点であるウェルドラインが複数形成される。ウェルドラインでは、ガラス繊維等の強化材が合流ラインに沿って直線的に配向するため、ウェルドラインに直線的に強化材が介在しない部位ができ、強度が著しく低下する。例えば、ウェルドが無い領域と、ウェルドがストレートライン状に形成された領域とでは、樹脂成型体の曲げ強度が約４０％低下する。

従って、このウェルド（ライン）部分の強度を上げることが、ＥＣＵの信頼性を向上するうえで重要な課題となる。

そこで、本実施例のＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１では、図２に示すように、ウェルド部の強度を向上させるために、一直線に応力が集中するのを避けるように、ウェルド（ライン）１０が屈曲して形成されている。ウェルド（ライン）１０は、対向流ウェルドが発生する部分に形成されており、ウェルド（ライン）１０とウェルド界面が同一の形状となっている。

つまり、ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１には、第１の屈曲部（図２の最上部の屈曲部）と、第１の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第２の屈曲部（図２の上から２番目の屈曲部）と、第１の屈曲部と第２の屈曲部を繋ぐ第１の直線部と、第２の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第３の屈曲部（図２の上から３番目の屈曲部）と、第２の屈曲部と前記第３の屈曲部を繋ぐ第２の直線部と、第３の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第４の屈曲部（図２の上から４番目の屈曲部）と、第３の屈曲部と第４の屈曲部を繋ぐ第３の直線部と、を有するウェルド（ライン）１０が１本のみ形成されている。

また、ウェルド（ライン）１０の各屈曲部の内側には、当該屈曲部の凸方向に配列されたガラス繊維等の強化材１２を備えている。

ここで、図３に示すように、ウェルド（ライン）１０の第１の屈曲部（図３の最上部の屈曲部）と第３の屈曲部（図３の上から３番目の屈曲部）の頂点は、ゲート痕５，６の間を結ぶ直線（ａ－ａ）に対して略垂直な第１の直線（ｂ－ｂ）上に配置されており、第２の屈曲部（図３の上から２番目の屈曲部）と第４の屈曲部（図３の上から４番目の屈曲部）の頂点は、ゲート痕５，６の間を結ぶ直線（ａ－ａ）に対して略垂直な第２の直線（ｄ－ｄ）上に配置されている。

また、第１の直線部、第２の直線部、第３の直線部は、ゲート痕５，６の間を結ぶ直線（ａ－ａ）と略平行に配置されている。

また、本実施例のＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１は、図３に示すように、射出成型時に形成されるゲート痕を少なくとも２つ有しており（符号５，６）、ウェルド（ライン）１０はゲート痕５，６の間に形成されている。

また、図３において、各屈曲部の仮想中心角は、１８０度以上となるように各屈曲部が形成されている。

以上のように構成することで、一直線に応力が集中するのを避けることができ、ウェルド（ライン）１０の強度（接合強度）を向上することができる。

次に、図４から図８を参照して、実施例１で説明した樹脂成型体の製造方法について説明する。図４は、本実施例の樹脂成型体の製造方法（製造工程）を示す図である。図４の上図は、本実施例における樹脂の射出成型に用いられる金型１５と屈曲型部品２１を示しており、図４の下図は、Ｂ部の詳細を示している。図５から図７は、図４に続く製造工程を順に示している。

先ず、図４に示すように、上型１３と下型１４からなる金型１５を準備する。上型１３と下型１４の間には、溶融樹脂が流入されて成型品が形成されるキャビティ（空洞）１６が設けられている。キャビティ（空洞）１６には、屈曲したウェルド（ライン）１０を形成するための屈曲型部品（中子）２１が配置されている。この屈曲型部品（中子）２１は、図４の下図に示すように、Ｓ字波形状または蛇腹形状を有している。

なお、屈曲型部品（中子）２１は、キャビティ（空洞）１６内において、ウェルドが発生すると予想される位置（通常は、キャビティ（空洞）１６の中央）に配置するのが好適である。

上型１３には金型１５内に溶融樹脂を注入するための樹脂注入口１７、および注入された溶融樹脂の流路となる樹脂流路（スプール）１８が設けられている。また、上型１３と下型１４の間には、同じく注入された溶融樹脂の流路となる樹脂流路（ランナー）１９が設けられている。樹脂流路（ランナー）１９とキャビティ（空洞）１６との間には、キャビティ（空洞）１６への溶融樹脂の樹脂流入口となるゲート２０が複数（ここでは、２個）設けられている。

次に、図５に示すように、ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）１の材料となる溶融樹脂を樹脂注入口１７から金型１５内へ注入する。樹脂注入口１７から注入された溶融樹脂は、図５中の矢印（樹脂の流れ）に示すように、樹脂流路（スプール）１８、２系統の樹脂流路（ランナー）１９、２つの樹脂流入口（ゲート）２０を順に通過し、キャビティ（空洞）１６内に注入される。

キャビティ（空洞）１６内に注入された溶融樹脂は、キャビティ（空洞）１６内の屈曲型部品（中子）２１まで到達すると、図５の下図に示すように、屈曲型部品（中子）２１の各屈曲部の間に流れ込む。この際、各屈曲部の間に配置された強化材１２を覆いながら、溶融樹脂が各屈曲部の間に流入する。

続いて、図６に示すように、キャビティ（空洞）１６内に流入された溶融樹脂が固化する前に、キャビティ（空洞）１６から屈曲型部品（中子）２１を抜き取る。屈曲型部品（中子）２１が抜き取られた後のキャビティ（空洞）１６内には、溶融樹脂が充填されていない隙間２２ができる。キャビティ（空洞）１６内に流入された溶融樹脂は、この隙間２２の形状（つまり、屈曲型部品（中子）２１の形状）に沿って、隙間２２を埋めるように流入する。

最後に、図７に示すように、キャビティ（空洞）１６内に溶融樹脂が完全充填されて、溶融樹脂が固化することで、ウェルド１０が形成される。

以上説明したように、本実施例の樹脂成型体の製造方法では、ウェルドが発生する位置において、予め金型１５内の製品となる部分（キャビティ１６）に屈曲した型部品（屈曲型部品２１）を挿入しておく。金型１５内の製品となる部分（キャビティ１６）に溶融樹脂が流れ込んで屈曲した型部品（屈曲型部品２１）に接した段階で、その型部品（屈曲型部品２１）を抜き取る。そして、屈曲した型部品（屈曲型部品２１）の抜けた空間部分（隙間２２）に溶融樹脂が流れ込んで、樹脂同士が互いに合流し、屈曲したウェルド（溶融樹脂同士の接合部）を１本のみ有する１部品のモールド成型体となる。

つまり、本実施例の樹脂成型体の製造方法は、（ａ）金型のキャビティに、複数の屈曲部を有する可動入れ子を配置するステップと、（ｂ）前記（ａ）工程の後、少なくとも２つのゲートから前記キャビティに溶融樹脂を注入するステップと、（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記溶融樹脂の硬化前に前記可動入れ子を前記キャビティから引き抜くステップと、（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記可動入れ子を引き抜いた後に生じる隙間に前記溶融樹脂を流動させ、複数の屈曲形状を有するウェルドを形成するステップを有している。

また、上記の可動入れ子は、第１の屈曲部と、第２の屈曲部と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部を繋ぐ第１の直線部と、を有している。そして、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部の仮想中心角は、１８０度以上となるように設定されている。

また、上記の可動入れ子は、第３の屈曲部と、第４の屈曲部と、前記第３の屈曲部と前記第４の屈曲部を繋ぐ第２の直線部と、をさらに有し、前記第１の屈曲部と前記第３の屈曲部の頂点は、前記ゲート間を結ぶ直線に対して略垂直な第１の直線上に配置され、前記第２の屈曲部と前記第４の屈曲部の頂点は、前記ゲート間を結ぶ直線に対して略垂直な第２の直線上に配置されている。

本実施例によれば、図６に示すように、樹脂成型体の製造途中にインサート部材である屈曲型部品２１を抜き取るため、特許文献１のように完成品（樹脂成型体）にインサート部材が含まれることなく、樹脂成型体を形成することができる。

図８に、本発明の効果の一例を示す。本願発明者らの検討によれば、特許文献１のようにインサート部品を完成品（樹脂成型体）に使用した場合の曲げ強度は３０％強であり、従来のようにウェルドをストレートラインとした場合の曲げ強度は６０％程度であるのに対し、本発明（ウェルドＳ字ライン）では曲げ強度を８０％まで向上することができる。

これにより、オーバーモールドとの収縮差が生じないため、樹脂成型体の平坦性及び水密気密性を向上することができる。

また、特許文献１のようなインサート成形に比べて界面（樹脂／インサート部品／樹脂の各界面）が減るため、温度サイクル他の寿命試験によるクラック耐性が向上する。

また、車載電子制御装置（ＥＣＵ）の樹脂筐体の要求仕様である２００Ｎ以上の破壊強度に耐えられるようになる。

また、ウェルドの強度向上により、車載電子制御装置（ＥＣＵ）の小型・軽量化ができ、設計裕度が拡がる。

また、樹脂成型体の薄肉品では、位置決めピン等が必要なインサート成形は難しいが、本実施例の製造方法を用いることで、薄肉品においてもウェルド部（形状）を屈曲可能に形成することができ、ウェルド強度を向上することができる。

図９及び図１０を参照して、本発明の実施例３の樹脂成型体および樹脂成型体の製造方法について説明する。実施例２では、図４の下図に示すように、Ｓ字波形状または蛇腹形状の屈曲型部品（中子）２１を用いる例を説明したが、ウェルド（ライン）に一直線に応力が集中するのを避けることができればよく、屈曲型部品（中子）２１の形状を図９に示すような台形波型の屈曲型部品（中子）２１を用いることもできる。

さらに、図１０に示すような三角波型の屈曲型部品（中子）２１とすることも可能である。

本実施例においても、実施例２と同様に、一直線に応力が集中するのを避けることができ、ウェルド（ライン）１０の強度（接合強度）を向上することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ＥＣＵ蓋体（樹脂成型体）
２，３，４，５，６…ゲート痕
７，８，９，１０，１１…ウェルド（ライン）
１２…強化材
１３…上型
１４…下型
１５…金型
１６…キャビティ（空洞）
１７…樹脂注入口
１８…樹脂流路（スプール）
１９…樹脂流路（ランナー）
２０…樹脂流入口（ゲート）
２１…屈曲型部品（Ｓ字波型）
２２…（屈曲型部品２１を抜いた後の）隙間
２３…屈曲型部品（台形波型）
２４…屈曲型部品（三角波型）

Claims

第１の屈曲部と、
前記第１の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第２の屈曲部と、
前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部を繋ぐ第１の直線部と、
前記第２の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第３の屈曲部と、
前記第２の屈曲部と前記第３の屈曲部を繋ぐ第２の直線部と、
前記第３の屈曲部の屈曲方向とは反対に屈曲する第４の屈曲部と、
前記第３の屈曲部と前記第４の屈曲部を繋ぐ第３の直線部と、を有するウェルドが形成されており、
射出成型時のゲート痕を少なくとも２つ有し、
前記ウェルドが前記ゲート痕の間に形成されており、
前記第１の屈曲部と前記第３の屈曲部の頂点は、前記ゲート痕の間を結ぶ直線に対して略垂直な第１の直線上に配置され、
前記第２の屈曲部と前記第４の屈曲部の頂点は、前記ゲート痕の間を結ぶ直線に対して略垂直な第２の直線上に配置されている樹脂成型体。
請求項１に記載の樹脂成型体であって、
前記各屈曲部の内側に、当該屈曲部の凸方向に配列された強化材を備える樹脂成型体。
請求項１に記載の樹脂成型体であって、
前記ウェルドは、対向流ウェルドが発生する部分に形成されている樹脂成型体。
請求項１に記載の樹脂成型体であって、
前記各屈曲部の仮想中心角は、１８０度以上である樹脂成型体。
請求項１に記載の樹脂成型体であって、
前記ウェルドは、ウェルドラインとウェルド界面が同一の形状である樹脂成型体。
請求項１に記載の樹脂成型体であって、
前記ウェルドは、Ｓ字波形状、蛇腹形状、台形波形状、三角波形状のいずれかである樹脂成型体。
以下の工程を有する樹脂成型体の製造方法；
（ａ）金型のキャビティに、複数の屈曲部を有する可動入れ子を配置するステップと、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、少なくとも２つのゲートから前記キャビティに溶融樹脂を注入するステップと、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記溶融樹脂の硬化前に前記可動入れ子を前記キャビティから引き抜くステップと、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記可動入れ子を引き抜いた後に生じる隙間に前記溶融樹脂を流動させ、複数の屈曲形状を有するウェルドを形成するステップ。
請求項７に記載の樹脂成型体の製造方法であって、
前記可動入れ子は、第１の屈曲部と、第２の屈曲部と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部を繋ぐ第１の直線部と、を有する樹脂成型体の製造方法。
請求項８に記載の樹脂成型体の製造方法であって、
前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部の仮想中心角は、１８０度以上である樹脂成型体の製造方法。
請求項８に記載の樹脂成型体の製造方法であって、
前記可動入れ子は、第３の屈曲部と、第４の屈曲部と、前記第３の屈曲部と前記第４の屈曲部を繋ぐ第２の直線部と、をさらに有し、
前記第１の屈曲部と前記第３の屈曲部の頂点は、前記ゲート間を結ぶ直線に対して略垂直な第１の直線上に配置され、
前記第２の屈曲部と前記第４の屈曲部の頂点は、前記ゲート間を結ぶ直線に対して略垂直な第２の直線上に配置されている樹脂成型体の製造方法。