JPWO2005051630A1 - インサート部材を有するモールド部材及びその製法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこでこのような解決手段として、インサート部材と同等な線膨張係数を持つ樹脂を使用しクラックを回避する方法がある。
また、インサート部材をインサートモールドせずに、後工程によりエポキシ材等の接着剤でモールド品とインサート部材を硬化接着し一体化する方法も採られている。
また、予め軟質材でインサート部材を1次モールドし、次にその1次モールド品をインサート部材として2次モールドするものがある。
特開平5−124058号公報では、樹脂内にガスを注入し、インサート品の周辺の一部に空間部を形成させる構成が開示されている。
インサート部材をインサートモールドせず、予めモールドしたモールド品に後工程で一体化する方法ではインサート部材の位置精度においてインサートモールド品に比べ必然的に精度は悪くなり、バラツキの少ない高位置精度を必要とするモールド製品には適用できなかった。更には、後工程が必要となることから生産性でもコスト高となる。
予めインサート部材を1次モールドし、次にその1次モールド品をインサート部材として2次モールドするものでは、1次モールド品の樹脂は2次モールド品の樹脂の収縮力を緩和させるように軟質な材料を使用し、多重成形であることから成形金型費及び成形費もコスト高になる。
樹脂内にガスをモールド充填し、インサート部材の周辺の一部に空間部を形成させるものは、空間の大きさや位置は樹脂の粘度に非常に左右され、流動的であり、安定した空間を確実に所望するインサート部材の外周,角部,突起部,段差部の近傍に設けることが難しかった。空間部が適切な大きさで、且つ、適切な位置に形成されているかを外観からは容易に判断することは出来ない。更に空間の大きさによりインサート品とモールド品との間にがたやずれを有することになるため、位置精度を必要とするインサート成形品には適用できなかった。
本発明は上記課題を解決するために、インサート部材の大きさに制限なく、容易に安価な製造方法で、安定した位置精度にインサート一体モールドした部材を提供することにある。また、熱履歴においてもクラックなど破損することなく樹脂本来の特性を維持できるモールド部材及びそれを用いた製品を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明においては、少なくとも樹脂で形成されるモールド部材と、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料からなるインサート部材がモールド部材にインサートされ、インサート部材の外周にあるモールド部材に空隙を設けたことを特徴とする。
インサート部材の外周にあるモールド部材の空隙は、モールド部材の樹脂の収縮力及び歪みを吸収して緩和できるような構成とした。この空隙は、インサート部材の角部,突起部,段差部の近傍に設けたことに特徴がある。
更に、インサート部材の外周にあるモールド樹脂部に空隙を設けると同時に、インサート部材の外周部に空隙無くモールド樹脂とインサート部材を連続モールドした個所も合わせて設けたことに特徴がある。
モールド樹脂とインサート部材を連続モールドした個所にインサート部材とモールド部材が互いに勘合する構造を設けることで、勘合部位がインサート部材の動きを拘束できることを特徴とする。このインサート部材とモールド部材が勘合する構造は、丸形状のインサート部材であることを特徴とする。
また、インサート部材の外周部にインサート部材とモールド金型が互いに勘合する構造を設けて、インサート部材の位置決めを容易にすることを特徴とする。
また、少なくとも樹脂で形成されるモールド部材と、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料からなる部品がモールド部材にインサートされ、インサート部材の外周にあるモールド部材の樹脂部に空隙を設けた領域と、インサート部材の外周部に空隙を設けずモールド樹脂とインサート部材が連続してモールドされた領域とを有することを特徴とする。
本発明のモールド部材は、成形後に繰り返し発生する熱履歴においても破損することなく、インサート部材の位置精度を高精度に保持することができる。
第2図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、インサート部材近傍部分斜視図。
第3図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、インサート部材斜視図。
第4図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、インサート部材近傍部分正面図。
第5図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、インサート部材近傍部分断面図。
第6図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、樹脂収縮時のインサート部材近傍部分正面図。
第7図は、本発明にかかる第1実施例のモールドケースにおける、樹脂収縮時のインサート部材近傍部分断面図。
第8図は、本発明にかかる第3実施例のインサート部材付きモールド部材における、正面図。
第9図は、本発明にかかる第3実施例のインサート部材付きモールド部材における、断面図。
第10図は、本発明にかかる第4実施例のインサート部材付きモールド部材における、正面図。
第11図は、本発明にかかる第4実施例のインサート部材付きモールド部材における、断面図。
第12図は、本発明にかかる第2実施例のインサート部材斜視図。
第13図は、本発明にかかる第2実施例のインサート部材付きモールドケースにおける、インサート部材近傍部分正面図。
第14図は、インサート部材付きモールドケースにおける、インサート部材近傍部分斜視図。
第15図は、インサート部材付きモールドケースにおける、インサート部材近傍部分正面図。
第16図は、インサート部材付きモールドケースにおける、インサート部材近傍部分断面図。
第17図は、エポキシ材によるインサート部材付きモールドケースのインサート部材近傍部分断面図。
第18図は、多重モールドによるインサート部材付きモールドケースのインサート部材近傍部分断面図。
第19図は、ガス注入方式によるインサート部材付きモールドケースのインサート部材近傍部分断面図。
第17図に示す構造では、インサート部材をインサートモールドせず、予めモールドしたモールド品に後工程でインサート部材をモールド品にセットし、インサート部材とモールド品の間に設けられている空間にエポキシ材の接着剤を塗布する。塗布したモールド製品本体はエポキシ硬化させるための熱処理が施され、硬化したエポキシ材によりインサート部材と樹脂は強固に接着し一体化する構造となっている。しかし、後から一体化する方法ではインサート部材の位置精度においてインサートモールド品に比べ必然的に精度は悪くなり、バラツキの少ない高位置精度を必要とするモールド製品には適用できなかった。更には、後工程が必要となることから生産性でもコスト高となる。
一方、第18図に示す構造では、予めインサート部材を1次モールドし、次にその1次モールド品をインサート部材として2次モールドする。尚、1次モールド品の樹脂は2次モールド品の樹脂の収縮力を緩和させる為、軟質な材料を使用している。しかし、多重成形であることから成形金型費及び成形費もコスト高になる。
第19図は樹脂内にガスをモールド充填する途中に注入口から注入し、インサート部材の周辺の一部に空間部を形成させる構成となっている。しかし、空間の大きさや位置は樹脂の粘度に非常に左右されるため、流動的であり安定した空間を確実に所望するインサート部材の外周,角部,突起部,段差部の近傍に設けることが難しかった。
また、空間部が適切な大きさで且つ、適切な位置に形成されているかを外観からは容易に判断することは出来ない。更に空間の大きさによりインサート品とモールド品との間にがたやずれを有することになるため、位置精度を必要とするインサート成形品には適用できなかった。
本発明の実施例を、以下図面を使用して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例のみに限定されることなく用いられる。
第1図中の4はインサート部材近傍部をあらわし、7は外部と電気的入出力信号を取交すためのコネクタ接続口、8はモールドケース本体1に他の部品を組立てる際の挿入口をあらわす。
第2図はその部分の部分拡大図を示し、第3図はその時のインサート部材2a,2b形状を示す。
また、インサート部材近傍部4を上面から見た正面図を第4図にあらわし、その時の樹脂1aとインサート部材2a,2bの断面図を第5図に示す。
尚、第3図のインサート部材2a,2bには上面10,コーナ,角部11,外周側面12それぞれを有している。
空隙部3a,3b,3c,3dはインサート部材2a,2bの外周側面12特にコーナ,角部11に設置しており、空隙部3a,3b,3c,3d形状は予めモールドケース本体1のモールド金型の駒で製作する。その駒の空隙部3a,3b,3c,3d形状の内側にはインサート部材2a,2bをインサートする形状が彫り込まれており、空隙部3a,3b,3c,3d形状とインサート部材2a,2bのコーナ,角部11及び外周側面12の合わせ面は密接している。これによりインサートモールド後、インサート部材2a,
2bのコーナ,角部11及び外周側面12に隣接して空隙部3a,3b,3c,3dが形成される。また、同時に空隙部3a,3b,3c,3dそれぞれの間に樹脂1aとインサート部材2a,2bを連続モールドした樹脂押え部9a,9b,9c,9dも合わせて形成される。尚、インサート部材2a,2bと樹脂押え部9a,9b,9c,9dの間に空隙は無い。
通常、冷熱時に樹脂は収縮するため樹脂内部に線膨張係数の異なるインサート部材があると、樹脂の収縮が拘束され樹脂内部に収縮応力が働き歪みが発生し、場合によってはクラックにいたる。第4図の空隙部3a,3b,3c,3dは樹脂1aの収縮時、第6図,第7図のように収縮樹脂部13a,13b,13c,13dがインサート部材2a,2b側に収縮するため、空隙部3a,3b,3c,3dは樹脂内部の収縮応力及び歪みを吸収して緩和することが出来る。
歪みを吸収して緩和する空隙部3a,3b,3c,3d形状においては、特に限定されないがインサートされるインサート部材2a,2bの板厚方向に樹脂を包み込む。しかし、少なくともインサート部材上面10などの片面を露出させる必要があり、インサート部材2a,2bの外周側面12に対し複数に分割し、所望する位置に設置する。空隙部3a,3b,3c,3dはインサート部材2a,2bの外周側面12に密接に配置し、インサート部材2a,2bの形状に沿って一様に設ける。これは、厚み方向においては板厚と同じ深さ、好ましくは板厚以上に大きく設定する。尚、空隙部3a,3b,3c,3dの幅方向はインサート部材2a,2bと樹脂1aの線膨張係数差を十分回避できる大きさが設定されていればよい。インサート部材2a,2bの外周側面12に対する空隙部3a,3b,3c,3dの設置割合は高いほど緩和効果があり、樹脂押え部9a,9b,9c,9dは必要最小限で設置するのが好ましい。更に空隙部3a,3b,3c,3dを収縮応力集中するインサート部材2a,2bのコーナ,角部11に設けることで、歪みを吸収して緩和するのに最も高い効果を得ることが出来る。
尚、コーナ,角部11の収縮応力集中部はインサート部材2a,2bの形状により、発生する樹脂の収縮力の歪み量を事前に把握できるため、応力緩和に必要な大きさの空隙部3a,3b,3c,3dを予めモールド金型に設定することができ、所望する位置に容易に且つ、精密に精度良く配置することが可能である。
また、このような空隙は金型形状で決めるためインサート部材の形状,配列,個数に制約を受けず、比較的自由に設計し配置することも容易に可能である。
更には、空隙部3a,3b,3c,3dを配置するには、必然的に金型とインサート部材2a,2bは密接に精度良く合わせることになるため、インサート部材2a,2bの金型への位置決めも高精度となり、結果的にはモールド後のモールドケースにおいて、インサート部材2a,2bの位置精度を高精度に保持することが可能となる。
樹脂押え部9a,9b,9c,9dは、インサート部材2a,2bの外周側面12に複数箇所配置するもので、インサート部材2a,2bに対して、同じ大きさで対称的に設置させていることが好ましい。
同じ大きさの樹脂押え部9a,9b,9c,9dが対称的に設置されることにより、樹脂押え部9a,9b,9c,9dの収縮力はインサート部材2a,2bに対し、互いに打ち消し合う方向に働き、好ましくは互いの収縮力の向きが一直線上であればインサート部材2a,2bに変則的な応力を発生させることもない。結果的にインサート部材2a,2bのインサートモールド後における、冷熱収縮時の位置ずれを抑制することが可能となる。
本発明品のモールドケース本体1の製造方法としては、特に限定されないが、モールドケース本体1の要求される冷熱耐久性により樹脂の材質は、一般の汎用樹脂から特殊樹脂まで幅広く選択することが出来る。また、金型内にインサートされるインサート部材の材質としては、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料等、特に限定されない。更に形状においても角形,丸形,多角形,扇形,半円形,球形,円柱形,パイプ形,異形のブロック形、等自由に選択できる。
ここで本発明について、更なる詳細を第14図〜第19図で説明する。第14図〜第16図は本発明の上記空隙が設けられていない構成であり、インサート部材42a,42bの外周側面がほぼ全面にわたり樹脂41aに包み込まれている。この状態で冷熱時の樹脂41a収縮はインサート部材42a,42bで拘束される為、樹脂41a内部に収縮応力による歪みが増大し、樹脂41aが耐えきれず第15図中のようなクラック45が発生し、樹脂41aの破壊にいたる。尚、第15図中の44a,44b,44c,44d,44eはインサート部材42a,42bをモールド金型にセットするためのインサート押え部を示す。
よって、これを回避する一つの手段としてインサート部材と同等な線膨張係数を持つ樹脂を使用しクラックを回避する方法がある。しかし、インサート部材と同等な線膨張係数を持つ特殊樹脂材は汎用樹脂材に比べ高コストになる問題があった。
また、第17図の様にインサート部材52a,52bをインサートモールドせずに、後工程によりエポキシ材53の接着剤で樹脂51aとインサート部材52a,52bを硬化接着し一体化する方法も採られているが、後から一体化する方法ではインサート部材52a,52bの位置精度においてインサートモールドに比べ必然的に精度は悪くなり、バラツキの少ない高位置精度を必要とするモールド部材には適用できなかった。更には、後工程が必要となることから生産性でもコスト高となっていた。
他にも、第18図にあらわすように予め軟質材63でインサート部材62a,62bを1次モールドし、次にその1次モールド品をインサート部材として樹脂61aで2次モールドするものがある。しかし、この方法も多重成形であることから成形金型費及び成形費がコスト高になる問題があった。
その他、第19図のように樹脂71a内にガスをモールド充填する途中に注入口73から注入し、インサート部材72a,72bの周辺の一部に空間部74を形成させる方法がある。しかし、空間部74の大きさや位置は樹脂71aの粘度に非常に左右されるため、流動的であり安定した空間部74を確実に所望するインサート部材72a,72bの外周,角部,突起部,段差部の近傍に設けることが難しかった。
以上のような問題点を回避する手段として本発明を開発した。
金型と互いに勘合する位置決め凹部15a,15bの形状は特に限定されないが、円形の単純凹凸であるば容易に精度良く設置することが可能であり、また位置決め凹部15a,15bにより金型に精度良くセットできる。よってインサート部材14a,14b外周と空隙部17a,17b,17c,17dを形成する金型が精度良く密接しなくてもインサートモールドが可能であり、インサート部材14a,14b外周の寸法バラツキを薄肉樹脂16a,16b,16c,16dが吸収することができるため、インサート部材14a,14bの位置精度及びインサート作業性の向上が図れる。尚、薄肉樹脂16a,16b,16c,16dの厚みにおいても特に限定はされないが0.5mm〜1.0mm程度が好ましく、冷熱時の樹脂内部の収縮応力による歪みは、インサート部材14a,14b外周に近接して空隙部17a,17b,17c,17dが設置してあるため、実施例1と同様に緩和可能である。
樹脂勘合凹部25a,25bはインサート部材22と樹脂21aを空隙なく密着させるため、インサート部材22の位置ずれ防止となる。樹脂勘合凹部25a,25bの形状は特に限定されないが、円形の単純凹凸でよい。尚、本発明を用いることで冷熱時の樹脂内部の収縮応力による歪みを吸収して緩和できると同時に第8図にように、複数のインサート部材22を規則的な位置に精度良く配置させることが可能であることから磁性体部品のインサートモールド品が製作できる。
空隙部28及び樹脂押え部29は実施例1〜3と同様に、冷熱時の樹脂内部の収縮応力による歪みを吸収して緩和できる。また、樹脂勘合凹部30の形状は特に限定されないが円形等の単純凹凸でよく、凹凸が円筒状のインサート部材27と樹脂26aを強固に固定することができるため、シャフト等をインサートモールドした回転体のモールド品を製作できる。
本発明によれば、モータなどの回転体を形成するものや回転体を用いて角度や位置,変位をセンシングするセンサなどに適用される。例えば、自動車分野における流入空気量を調整するスロットル弁(バルブ)やそこに取り付けられるスロットルポジションセンサ,アクセル開度を検出するアクセル開度センサなどである。また、本発明の課題を解決するものであれば、上記の列記した製品に限定されることなく適用できる。
本発明のモールド部材は、以上のように構成されるので、成形後に繰り返し発生する熱履歴においても破損することなく、インサート部材の位置精度を高精度に保持することが出来るため、以下のような効果がある。
空隙は予めモールド金型に設定することができるため、収縮応力による歪みを吸収して緩和するに効果的な空隙を、所望する位置に容易に且つ、精密に精度良く配置することが可能である。また、空隙の形状,配列,個数に制約を受けず、比較的自由に設計し配置することもできる。
モールド部材の樹脂材質や金型内にインサートされる、インサート部材の材質及び形状や大きさ、更には部品点数においても特に制約はなく、自由に設計及び選択でき、容易に一回で同時一体インサートモールド出来るため、生産性が良く安価に製造することが可能であり、また設計の自由度の向上が大幅に図れる。
インサート部材をインサートモールド後、インサート部材の外周側面部に、所望する大きさの空隙が配置されていることを外観で容易に判断できるため、部材出荷時の出荷検査においても信頼性の向上が図れる。
従来のインサート部材に比べ、インサート部材と樹脂の密着部位が少なくなるため、廃棄時の分別回収が容易であり、大幅なリサイクル性が図れる。
また、インサート部材と樹脂の密着部位を少なく自由に設計出来るため、本来樹脂の射出充填圧及び温度に絶えられないセンサ類や無機質材,ガラス,基板回路等のインサートモールドが可能になる。
その他、複数のインサート部材が同時一体インサートモールド出来ることにより、インサート部材間及び相対位置間において、高精度に配置することが可能であり、高精度を必要とする磁気回路モールド部材を実現できる。
更にモールド上もしくはモールド内に、外部との電気信号を行うための外部入出力端子を接地配線させ、内部に制御回路もしくはプリント回路基板を配置させることにより、制御用樹脂モールド部材を実現できる。
Claims (13)
- 少なくとも樹脂で形成されるモールド部材と、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料からなるインサート部材が前記モールド部材にインサートされ、前記インサート部材の外周にある前記モールド部材の樹脂部に空隙を設けたことを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。
- 請求項1において、
前記インサート部材の外周にある前記樹脂部の空隙は、前記インサート部材の角部,突起部,段差部の近傍に設けたことを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 少なくとも樹脂で形成されるモールド部材と、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料からなる部品が前記モールド部材にインサートされ、前記インサート部材の外周にある前記モールド部材の樹脂部に空隙を設けた領域と、前記インサート部材の外周部に空隙を設けずモールド樹脂とインサート部材が連続してモールドされた領域とを有することを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。
- 請求項3において、
前記空隙は、前記インサート部材の角部,突起部,段差部の近傍に設けたことを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項3において、
前記インサート部材の外周部に空隙を設けずモールド樹脂とインサート部材が連続してモールドされた領域にインサート部材とモールド樹脂が互いに勘合することを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項4において、
前記インサート部材の外周部に空隙を設けずモールド樹脂とインサート部材が連続してモールドされた領域にインサート部材とモールド樹脂が互いに勘合することを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項1において、
前記インサート部材の外周部にインサート部材とモールド金型が互いに勘合する構造を設けたことを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項2において、前記インサート部材の外周部にインサート部材とモールド金型が互いに勘合する構造を設けたことを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。
- 請求項1において、前記モールド部材上もしくは前記モールド部材内に外部との電気信号を行うための外部入出力端子を有していることを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。
- 請求項2において、
前記モールド部材上もしくは前記モールド部材内に外部との電気信号を行うための外部入出力端子が接地配線されていることを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項1において、
前記モールド部材の内部に制御回路もしくはプリント回路基板が配置されていることを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 請求項2において、
前記モールド部材の内部に制御回路もしくはプリント回路基板が配置されていることを特徴とするインサート部材を有するモールド部材。 - 少なくとも樹脂で形成されるモールド樹脂と、金属,セラミックス,樹脂、あるいはこれらの材料を組み合わせた複合材料からなるインサート部材とを有し物理量を検出するセンサであって、前記インサート部材は、前記モールド部材に設けられた空隙周囲にインサートされていることを特徴とするセンサ。
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