JPH06334305A

JPH06334305A - 金属射出による導電性回路の形成方法

Info

Publication number: JPH06334305A
Application number: JP14568193A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nakagawa; 中川威雄; Hiroyuki Noguchi; 野口裕之
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1993-05-25
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】射出成形によって導電性回路を容易に形成し
得る技術を提供する。【構成】樹脂を射出成形した後、この樹脂製射出成形
品の溝内に導電性金属を射出成形することにより、導電
性回路を形成する。射出成形機を使用し、手動式、或い
は高圧式又は高速式の空圧式又は油圧式シリンダーを用
いて金属を射出形成するのが望ましい。また溝内を減圧
し、加圧又は杞憂心充填することもできる。ノズル先端
と金型の間に、中心に穴を有する樹脂製シートを介在さ
せて射出漏れ及び熱損失防止を図るのが望ましい。導電
性金属としてハンダ或いは低融点金属又は合金がある。
回路に代えて導電性の結線部も形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性回路の形成技術に
関し、より詳しくは、樹脂及び金属の射出成形による導
電性回路の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子・
電気機械の多くの配線はワイヤーハーネス又はプリント
配線によつて行われている。ワイヤーハーネスは長さの
異なる電線を束ねたものであり、その準備とその後の結
線はなかなかやっかいであり、生産合理化の障害となっ
ている。また、プレント配線は年々多層化・高密度化が
進行しているものの、立体的曲面での配線が困難であ
り、ワイヤーハーネスの代わりはできないことも多い。
もし、三次元的な立体配線がより生産性の高い方法で実
現すれば、配線作業の問題はかなり解決される。

【０００３】このような事情のもとで、本発明者は、先
に、電線製造及び配線形成を同時に行う技術を開発し
た。すなわち、樹脂の射出成形における２色又は多色成
形法を利用し、その１色分に導電性プラスチックを使用
してプラスチック成形体内に立体配線する技術である。
この技術では、電線として使用できる高導電性を持つ樹
脂材料の開発が必要であり、樹脂中に銅短繊維と銅粉
と、それらを結合するハンダを混入した導電性複合材料
を開発した。しかし、ワイヤーハーネスの代替として
は、未だ導電性が不十分であり、また金属フィラーの混
入量を増すことにより、射出成形における流動性を劣化
させ、結果として細線の配線が不可能であった。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、射出成形によって導電性回路を容易に形成し得る技
術を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、樹脂を射出成形した後、この
樹脂製射出成形品の溝内に導電性金属を射出成形するこ
とにより、導電性回路、結線部などの導電性パターンを
形成することを特徴としている。

【０００６】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【作用】

【０００７】本発明による導電性回路等の形成には、図
１に示すように樹脂の２色成形の手法を利用し、１色目
で樹脂を射出成形し、２色目で溶融金属を射出成形す
る。

【０００８】すなわち、まず、三次元立体形状品のプラ
スチック射出成形を通常通り方法で行う。この成形品は
筺体のように製品の外箱状のものであっても、また内部
機械部品であってもかまわない。プラスチック成形品表
面には予め導電性回路用の溝を同時に形成しておく。こ
の溝は、例えば、金型コア側表面上に矩形断面の突起を
設けることで形成できる。

【０００９】次に、プラスチック成形品の凹面と平坦な
金型のコア型表面で形成される溝形状の空間ができるの
で、この溝内に低融点金属等の溶融金属の射出を行うこ
とにより、金属の導電性回路がプラスチック成形品表面
又は内部に形成される。

【００１０】回路形成においては、できるだけ回路断面
を小さく、更に回路長を長くとることが好ましい。一般
に溶融金属の液相から固相への温度範囲は狭く、また比
熱も低く熱伝導も良いので、射出成形時の金属の温度を
融点以上に保つ必要がある。そのためには、金属に接す
るコア型の温度を金属の融点以上に保つことにより、金
属の流動性を維持することができる。このような条件下
では、必ずしも射出成形やダイカスト成形のように、金
属を加圧しなくても、溝空間を減圧するだけで金属が十
分流動する。溝内を減圧した後、加圧又は吸引充填して
成形することができる。勿論、溝内を減圧せずとも加圧
又は吸引充填して成形してもよい。

【００１１】溶融金属用の射出成形機としては、プラス
チックの射出成形に使用される一般の射出成形機では溶
融金属の射出成形が困難であるため、ダイカスト成形機
類似のプランジャータイプの射出成形機を使用するのが
望ましい。手動式、或いは高圧式又は高速式の空圧式又
は油圧式シリンダーを使用すればよい。

【００１２】図２は空圧式射出成形機の構造の一例を示
したものである。エアーシリンダー(シリンダー径：
例、１２５mmφ又は８３mmφ)のパンチをヒータ付きポ
ット(例、内径１０mmφ)に押し込むことにより、ポット
内の溶融金属がポット先端のノズルから金型内に射出さ
れる構成となっている。図３はノズル部分の拡大図で、
樹脂板(例、４mm厚さ)を収納した下金型(キャビティ型)
に上金型が型締めされている。

【００１３】溶融金属の射出成形の際、ポットの先端か
ら溶融した金属が漏れないようにシールするため、及び
／又は、金型に熱を奪われないようにするために、図３
に示すように、ノズル先端と金型との間に、射出成形時
に破れ易くするために中心に穴又は切込みを有する樹脂
シート(例、テフロンシート)、或いは比較的柔らかなも
のからなるシート(例、アルミニウム、銅など)を挾むの
が望ましい。金属漏れがない場合(例、ノズルの構造自
体が開閉機を備えている場合)や、射出成形の圧力でシ
ートが破れる場合にはそのような手段は不要である。シ
ートでなくブロック状のものを挟んでもよく、或いはそ
のブロックを射出成形機のノズル又は金型に固定しても
よい。また、射出成形時にポット上部からの溶融金属の
射出漏れを防止するためにシール材(例、ＡＢ樹脂)を少
量投入するのが望ましい。

【００１４】導電性金属としては特に制限されないが、
溶融金属に対する樹脂の耐熱温度、回路の耐熱性等々を
考慮して、ハンダ或いは比較的融点の低い金属又は合金
を選定するのが良い。例えば、電気回路のハンダ付けに
使用されている一般的な共晶ハンダ(Ｓn６１.９％−Ｐb
３８.１％：融点１８３℃)や、更に低融点のビスマス系
合金などが挙げられる。

【００１５】樹脂としては、アクリル樹脂、ベークライ
ト等々、適当なものを選択して使用できる。より軟化点
の高い樹脂を使用すれば更に金型温度を上げることがで
きる。また、より高い耐熱性を持つエンジニアリングプ
ラスチックも使用できる。

【００１６】なお、２色成形のほか、３色成形の手法に
よる工程を採用すれば、回路を樹脂内部に形成すること
も、三次元的に交差させることも可能である。また、場
合によっては樹脂の成形品に切削により溝を形成しても
よい。

【００１７】次に本発明の実施例を示す。

【００１８】

【実施例】

【００１９】上金型として表面に凸状の突起を有するコ
ア金型を使用し、通常の方法により樹脂を射出成形し、
次いで、溶融金属の射出成形には、図２に示すプランジ
ャータイプの射出成形機を使用し、３種類のシリンダー
を使用した。手動シリンダーと、高圧射出用及び高速射
出用の空圧シリンダーである。

【００２０】

【実施例１】

【００２１】本例は低融点金属として共晶ハンダの射出
成形における金型温度、射出溝断面積の影響を調らべた
例である。実験条件を表１及び表２に示す。アクリル樹
脂の耐熱温度の関係から金型温度を１００℃以下とし
た。

【００２２】図４は、手動式射出成形機を使用した場合
の共晶ハンダの流動長と金型温度の関係を示したもので
ある。金型温度を１００℃としても、６種類の溝形状と
も流動長の飛躍的な伸びは見られないものの、金型温度
を上げることにより流動長さを長くすることができる。
溝形状の影響については、同じ溝断面積で溝幅０.５mm
×溝深さ１.０mmの方が□０.７mm溝よりも３割程度流動
長が伸びている。これは、前者の方が金型との接触部分
が少なく、凝固しにくいためである。

【００２３】図５は、手動式及び２種類の空圧式射出シ
リンダーを使用し、射出溝断面積と流動長の関係を示し
たものである。比較的細い溝形状では、高圧式及び高速
式の場合の流動長はほぼ同じであるが、１.０mm角以上
では射出圧力の影響が現われている。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【実施例２】

【００２７】本例は、共晶ハンダより高い流動性が期待
できる表３に示すビスマス系合金を使用して、射出実験
を行った例である。金型温度を合金の融点より１０℃程
高くすることにより、□０.３mm溝では極く僅かな加圧
で、また□０.５mm溝においては溶融金属の自重により
溝の全長(１８０cm)が流れきった。

【００２８】図６に□０.５mm溝を無加圧で１８０cm流
動した試料を示す。図７はアクリル樹脂基板にビスマス
系合金(融点９１℃)をリードフレーム状に射出した回路
で、線幅０.３mm、深さ０.３mmの矩形断面で、ピッチ幅
０.２mmであり、端部の詳細図を図８に示す。図９はベ
ークライト基板にビスマス系合金(融点１３０℃)を射出
した回路で、線幅０.３mm、深さ０.３mm、長さ３５０mm
である。このビスマス系合金の比抵抗は１０^-5Ω・cmで
ある。

【００２９】

【表３】

【００３０】以上の説明では、回路の形成について示し
たが、コネクタなど導電性の結線部も成形できることは
云うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
金属の射出成形によって回路、結線部などの導電性回路
状パターンを一工程で容易に形成できるので、生産性が
高く配線作業の簡略化に寄与する効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による導電性回路状パターンの
形成概念を示す図で、（ｂ）は溝が形成された樹脂板を
示している。

【図２】空圧式射出成形機の構造例を示す図である。

【図３】ノズル部分の拡大図である。

【図４】共晶ハンダの流動長と金型温度の関係を示す図
であり、溝形状(溝幅×溝深さ)と溝断面積は、□が１.
０×１.５mmと１.５mm²、○が１.０×１.０mmと１.０mm
²、△が０.５×１.０mmと０.５mm²、▲が１.０×０.７m
mと０.７mm²、■が０.７×０.７mmと０.４９mm²、●が
０.５×０.５mmと０.２５mm²の場合である。

【図５】共晶ハンダの流動長と溝断面積の関係を示す図
である。

【図６】□０.５mm溝を無加圧で１８０cm流動した回路
を示す図である。

【図７】アクリル樹脂基板にビスマス系合金(融点９１
℃)をリードフレーム状に射出して得られた回路を示す
図である。

【図８】図７の回路の端部の詳細図である。

【図９】ベークライト基板にビスマス系合金(融点１３
０℃)を射出して得られた回路を示す図である。

【符号の説明】

１上金型(１色目：凸形状のコア金型、２色目：平坦
な金型) ２下金型(キャビティ型) ３樹脂４金属(回路状パターン）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂を射出成形した後、この樹脂製射出
成形品の溝内に導電性金属を射出成形することにより、
導電性回路を形成することを特徴とする金属射出による
導電性回路の形成方法。
【請求項２】射出成形機を使用し、空圧式又は油圧式
シリンダーを用いて金属を射出形成する請求項１に記載
の方法。
【請求項３】溝内を減圧し、加圧又は吸引充填成形す
る請求項１に記載の方法。
【請求項４】ノズル先端と金型の間に、シート又はブ
ロックを介在させて射出漏れ又は熱損失防止を図る請求
項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】導電性金属がハンダ或いは低融点金属又
は合金である請求項１、２、３又は４に記載の方法。
【請求項６】回路に代えて導電性の結線部を形成する
請求項１、２、３、４又は５に記載の方法。