KR101115817B1

KR101115817B1 - 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101115817B1
Application number: KR1020087028540A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 나리토미; 나오키 안도
Original assignee: 다이세이 플라스 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2012-03-09
Also published as: EP2020284A4; KR20090009891A; JPWO2007138641A1; CN101448618B; US20090117401A1; HK1130229A1; CN101448618A; EP2020284A1; EP2020284B1; US8231982B2; WO2007138641A1

Abstract

금속 형상물과 열가소성 수지 형상물을 사출 성형에 의해 일체로 접합(사출 접합)시킨 복합체에 있어서, 금속 형상물에 대한 열가소성 수지 형상물의 수직 정밀도의 향상을 도모한 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법이다. 금속과 수지의 복합체(40)는 금속 형상물(20)과, 이 금속 형상물(20)의 일방의 면에 사출 성형으로 일체로 접합되는 열가소성 수지 형상물로 이루어진다. 열가소성 수지 형상물은 대좌(42)와, 이 대좌(42)로부터 입설된 보스부(41)를 구비한 것이다. 대좌(42)에 2개의 탕구를 개재하여 연통하고, 사출 게이트(45)로부터 사출되고 용융되어 있는 열가소성 수지를 보스부(41)로 유입시키는 탕도(43)를 설치하고, 상기 사출 게이트(45)로부터 사출된 상기 열가소성 수지가, 상기 탕구(47)로부터 보스부(41)의 대향하는 부위로 거의 균등하게 유입, 충전하도록 하였다. 이에 의해, 보스부(41)가 금속 형상물(20)에 대해서 수직으로 사출 접합할 수 있도록 하였다.

금속 형상물, 열가소성, 사출 성형, 복합체, 수직

Description

금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법{COMPOSITE OF METAL WITH RESIN AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 전자 기기의 케이스(case), 가전 기기의 케이스, 구조(構造)용 부품, 기계 부품 등에 이용되는 금속 형상물과 입설(立設) 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을 일체로 접합한 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 각종 기계 가공으로 만들어진 금속 형상물에 입설(立設) 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을 사출 성형에 의해 강고하게 일체로 접합함과 아울러, 금속 형상물에 대한 입설 성형체의 수직 정밀도의 향상을 도모한 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법에 관한 것이다.　

금속과 수지를 일체화하는 기술은 자동차, 가정 전자 제품, 산업 기기 등의 부품 제조 등의 넓은 분야에서 요구되고 있고, 이 때문에 많은 접착제가 개발되고 있다. 이 중에는 매우 뛰어난 접착제가 있다. 상온, 또는 가열에 의해 기능을 발휘하는 접착제는 금속과 합성 수지를 일체화하는 접합에 사용되고, 이 방법은 현재는 일반적인 기술이다.

그렇지만, 접착제를 사용하지 않는 보다 합리적인 접합 방법이 없는지 종래부터 연구되어 왔다. 마그네슘, 알루미늄이나 그 합금인 경금속류, 스테인레스 강(stainless steel) 등 철계 금속류에 대해서, 접착제의 개재 없이 고강도의 엔지니어링(engineering) 수지를 일체화하는 방법으로서, 예를 들면 본 발명자들이 개발한 금속 형상물을 금형에 인서트(insert)하고, 이것에 열가소성 수지를 사출하여 양자를 일체로 접합하는 방법(이하, 「사출 접합」법이라고 한다)이 있다. 이 「사출 접합」법은 본 발명자들의 오랜 세월의 연구에 의해 개발된 것이고, 그 내용은 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또, 금속 형상물에 특수 유기 화합물을 사용하여 유기 도금하고 표면을 유기질상으로 덮고, 이것을 사출 성형 금형에 인서트하여 열가소성 수지를 사출 접합하는 방법도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

또한, 알루미늄 합금에 양극 산화하는 방법을 행한 후에, 금형에 인서트하고 열가소성 수지를 열프레스(heat press)하여 수지와 알루미늄 합금을 접합하는 방법도 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

본 발명자들이 개발한 「사출 접합」법에서, 알루미늄 합금에 PBT 수지 또는 PPS 수지를 사출 접합으로 일체화한 것은, 파단하려고 하면 전단력으로 19.6～29.4MPa(200～300Kgf/cm²)이나 필요하게 될 정도로 강고하게 접합하였다. 그 때문에 이 「사출 접합」법이 각종 기기, 각종 부품의 제조 등의 여러 가지 분야에서 이용되는 것이 기대되고 있다. 그래서, 본 발명자들은 다종다양의 부품, 제품을 「사출 접합」법으로 일체화시키고 제조하는 것을 시도하고 있다. 그 결과, 종래의 수지 성형의 기술로 사출 접합시키면 문제점이 생기는 일이 있었다. 금속 형상물에 일체 화되는 열가소성 수지의 형상에는 보스(boss), 리브(rib) 등 여러 가지 것이 있다. 예를 들면, 판 형상 기반 위에 나사 체결용의 구멍 뚫린 보스가 있는 경우, 알루미늄 합금 형상물을 금형에 인서트(insert)하여 기반부로서 사용하면서 보스를 사출 성형하면, 보스는 반드시 사출 게이트(injection gate) 흔적이 있는 방향으로 기울어 버리는 문제점이 생겼다. 이 나사 체결 보스는 수직으로 입설되어 있지 않으면 조립한 것에 문제를 생기게 할 우려가 있었다. 또, 리브의 사출 접합에서도 마찬가지의 문제가 생겼다.

종래 기술에서 사출 접합시킨 경우에 발생한 문제점에 대해서, 더 구체적으로 도 17, 18에 기초하여 설명을 한다.

도 17은 종래 기술에서 알루미늄 합금편(금속 형상물)(20)에 보스부, 대좌(pedestal) 등을 가지는 열가소성 수지 형상체가 사출 접합된 복합체(100)의 사시도, 도 18은 복합체(100)의 정면도이고, 보스부(101)의 수직 정밀도에 오차가 생긴 것을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

시판되는 1mm 두께의 A5052 알루미늄 합금판을 구입하고, 복수의 40mm×60mm의 직사각형 편으로 절단하였다. 스테인레스강 철사로 짜서 그것을 용융 염화비닐 수지에 침지하여 완전히 염화비닐 수지로 커버(cover)한 침지 지그(jig)를 만들고, 이 안에 방금 전의 알루미늄 합금편이 다수 넣어지도록 하였다.

시판되는 알루미늄용 탈지제 15%를 용해시킨 수용액을 탈지조에 넣어 70℃로 하고, 여기에 알루미늄 합금편을 넣은 침지 지그를 5분간 침지하고, 다음에 수세조에 침지하고 세정하였다. 이어서 1% 염산 수용액을 넣고 40℃로 한 예비 산세조에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 세정하였다.

이어서 1% 가성 소다 수용액을 넣고 40℃로 한 알칼리 에칭조(etching bath)에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 수세하였다. 다음에 1% 염산 수용액을 넣고 40℃로 한 중화조에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 세정하였다. 그 후 4% 농도의 일수화 히드라진 수용액을 넣고 60℃로 한 본 처리조에 1분 침지하고, 다른 수세조에서 침지하고 세정하였다. 침지 지그 채 온풍 건조기에 넣고 40℃에서 15분, 60℃에서 5분 두어 건조시켰다. 침지 지그로부터 알루미늄 합금편을 꺼내고 알루미늄박에 싸서 보관하였다.

도 17에 나타낸 것 같은 복합체(100)를 사출 접합으로 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 140℃로 가열한 금형에 상기한 침지 처리, 세정 처리 등 전처리가 된 알루미늄 합금편(20)을 인서트하고, PPS 수지(폴리페닐렌설파이드 수지) 「상품명 SGX120(토소사 제조)」을 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(105)로부터 사출하는 방법으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(100)를 사출 성형하였다. PPS 수지는 탕도(runner)(103), 대좌(102)를 개재하여 보스부(boss part)(입설 성형체)(101)로 유입, 충전시켰다. 구멍(104)은 보스부(101)에 형성된 구멍이다. 일체화한 복합체(100)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭(徐冷)하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

그 후, 복합체(100)의 보스부(101)를 잘 보면 상부측이 사출 게이트(105) 흔적의 쪽으로 기울어져 있었다. 이 기울기량을 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심 위치를 기준으로 하여 보스 정상부측 중심 위치의 오차(δ)를 계측 하였다. 이 오차(δ)는 ＋0.20mm～＋0.27mm였다. 보스부(101)의 높이(h)는 15mm이다. 보스부(101) 중심에 대하여 사출 게이트(105) 흔적측의 방향을 ＋방향으로서 표시하면, 보스부(101)는 (＋0.20mm～＋0.27mm)/15mm 사출 게이트측으로 기울어져 있다고 하는 문제점이 있었다(도 18 참조).

사출 성형 기술의 분야에서, 높이가 높은 보스부 등의 부품을 성형하는 방법에 있어서, 이 성형 부품의 수직 정밀도를 향상시키기 위한 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조). 이 기술은 아웃서트(outsert) 성형에 관한 것으로, 구멍이 뚫린 기판에 수지재의 보스의 저부가 기판을 사이에 두도록 성형되어 일체화하는 것이고, 수지재의 흐름, 수지재의 배향성을 규제하는 규제 수단을 구비하고, 높이가 높은 보스 등의 부품의 수직 정밀도를 개선시키는 것이다. 그렇지만, 이 방법은 아웃서트 성형에서는 매우 적합한 것일지도 모르지만, 특허문헌 1에 나타낸 것 같은 사출 접합에는 어울리지 않는 방법이었다. 즉, 상기한 「사출 접합」법에서는 항상, 고온 고압의 수지류가 미세 오목부가 있는 금속 표면에 접촉하는 것이 요구되고 있고, 특허문헌 4의 기술과 같이 규제 수단으로 수지재의 흐름 등을 규제하는 방법을 채용할 수가 없다. 바꾸어 말하면, 특허문헌 4의 기술에서는 특허문헌 1의 「사출 접합」법에서 얻어진 것 같은 높은 접합력을 얻을 수가 없고, 기판을 수지로 사이에 두도록 성형하여 일체화하고 있는 것이다. 또, 특허문헌 4의 기술에 의한 아웃서트 성형으로 일체화된 것은, 기판에 대한 부품의 수직 정밀도가 아직도 불충분한 것이기도 하였다.

즉, 열가소성 수지의 흐름의 기세를 줄이지 않고 금속 표면과 접하고, 금속 형상물에 보스, 리브 등 입설 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화시키는 방법에 있어서, 금속 형상물에 대한 입설 성형체의 수직 정밀도가 소망의 정밀도 범위 내에 들어가도록 하는 기술은 존재하지 않고, 조급히 개발하는 것이 요망되고 있었다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 2003－251654호 공보

특허문헌 2: 일본 특허공개 2000－160392호 공보

특허문헌 3: WO2004/055248 A1

특허문헌 4: 일본 특허공개 1995－156195호 공보

본 발명자들은 상기한 「사출 접합」법에 의한 금속 형상물과 열가소성 수지 형상물의 일체화의 기술의 개발, 보급 등을 위해서, 오랜 세월 열심히 노력을 쌓아 오고 있다. 본 발명은 상기한 것과 같은 「사출 접합」법에 있어서의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이고, 다음의 목적을 달성한다.

본 발명의 목적은, 금속 형상물과, 입설 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을 사출 접합에 의해 일체화시킨 금속과 수지의 복합체에 있어서, 금속 형상물에 대한 입설 성형체의 수직 정밀도를 향상시킨 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 다음의 수단을 취한다.

본 발명 1의 금속과 수지의 복합체는, 전처리된 금속 형상물과, 이 금속 형상물의 일방의 면에 사출 성형으로 일체로 접합되는 열가소성 수지 형상물로 이루어지는 금속과 수지의 복합체로서, 상기 열가소성 수지 형상물은 대좌와, 이 대좌로부터 입설된 입설 성형체를 구비한 것이고, 상기 대좌에 2개 이상의 탕구(gate)를 개재하여 연통하고, 사출 게이트로부터 사출되고 용융되어 있는 열가소성 수지를 상기 입설 성형체에 유입시키는 탕도(runner)를 설치하고, 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 직선에 대해서, 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 상기 사출 게이트로부터 사출된 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명 2의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1에 있어서, 상기 탕도는 분기부에 의해 도중에서 두 갈래로 분기되어 있는 것이고, 상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것이고, 상기 탕구로부터 유출하는 상기 열가소성 수지의 수지류의 방향을 이용하여, 상기 제1의 직선과 직교하고 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제2의 직선의 방향에 있어서, 상기 사출 게이트로부터 먼 측의 상기 입설 성형체로 우선적으로 유입하기 쉽게 되도록 유도하고, 상기 제1의 직선 및 상기 제2의 직선에 대해서, 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명 3의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1에 있어서, 상기 탕도는 도중에서 두 갈래로 분기되고, 상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제1의 직선 및 이 제1의 직선과 직교하는 제2의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것이고, 상기 제1의 직선 및 상기 제2의 직선에 대해서, 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명 4의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 3에 있어서, 상기 탕도가 상기 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명 5의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1에 있어서, 상기 사출 게이트 및 상기 탕도는 각각 한 쌍 형성되어 있는 것이고, 거의 대칭으로 형성되어 있는 한 쌍의 상기 탕구로부터 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 한 쌍의 상기 사출 게이트로부터 사출된 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다. 　

본 발명 6의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1에 있어서, 상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것이고, 상기 대좌와 상기 탕구의 연통부 근방에 절결부(切缺部)가 형성되어 있고, 상기 절결부는 상기 열가소성 수지의 수지류를 이용하여, 상기 제1의 직선과 직교하는 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제2의 직선의 방향에 있어서, 상기 입설 성형체의 상기 사출 게이트로부터 먼 측으로 우선적으로 유입하기 쉽게 유도하고 있는 것이고, 상기 제1의 직선 및 상기 제2의 직선에 대해서, 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명 7의 금속과 수지의 복합체는, 전처리된 금속 형상물과, 이 금속 형상물의 일방의 면에 사출 성형으로 일체로 접합되는 열가소성 수지 형상물로 이루어지는 금속과 수지의 복합체로서, 상기 열가소성 수지 형상물은 대좌와, 이 대좌로부터 입설된 입설 성형체를 구비한 형상이고, 상기 대좌의 밑부분의 외주선에 접해 있도록, 또한 상기 대좌와 연통 가능하게 설치되고, 사출 게이트로부터 사출되고 용융되어 있는 열가소성 수지를 상기 입설 성형체로 유입시키는 탕도를 구비하고, 상기 열가소성 수지가 상기 입설 성형체로 회전 운동하면서 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명 8의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1 내지 7에 있어서, 상기 입설 성형체가 보스(boss)인 것을 특징으로 한다.

본 발명 9의 금속과 수지의 복합체는, 본 발명 1 내지 7에 있어서, 상기 입설 성형체가 리브(rib)인 것을 특징으로 한다.

본 발명 10의 금속과 수지의 복합체의 제조 방법은, 본 발명 1 내지 7에 기재된 금속과 수지의 복합체의 제조 방법으로서, 전처리를 한 금속 형상물을 일방의 사출 성형용 금형 및/또는 타방의 사출 성형용 금형에 인서트(insert)하고, 상기 일방의 사출 성형용 금형과 상기 타방의 사출 성형용 금형을 고정하여, 대좌와, 이 대좌로부터 입설된 입설 성형체를 구비한 열가소성 수지 형상물을, 상기 금속 형상물에 일체로 접합하기 위한 캐비티(cavity)를 형성하고, 상기 사출 성형용 금형의 사출 게이트로부터 상기 캐비티에 상기 열가소성 수지를 사출하고, 상기 열가소성 수지를, 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 직선에 대해서, 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 시간당의 유입량이 거의 균등하게 되도록 유입시키고, 또는 상기 열가소성 수지를 회전시키면서 유입시키고, 상기 금속 형상물의 일방의 면에 상기 열가소성 수지를 사출 성형에 의해 일체로 접합한 것을 특징으로 한다.

이하, 제조 방법의 공정을 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

［금속 형상물 및 그 액처리 방법］

본 발명의 금속과 수지의 복합체로서는, 금속 형상물(알루미늄 합금)을 액처리하고, 사출 성형 금형에 인서트(insert)(삽입)하여 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)계 수지나 PPS(폴리페닐렌설파이드)계 수지를 사출하고, 일체로 접합한 것이면 좋다.

본 발명의 금속재료로서는 알루미늄 합금이 매우 적합하고, 그 알루미늄 합금은 JIS 규격으로 A1000～A7000번계의 것, 또 JIS 규격으로 주조용 등급으로 된 각종 합금을 사용할 수 있다. 금속 형상물은 절단 가공, 절삭 가공, 휨 가공, 드로잉(drawing) 가공, 연삭 가공, 연마 가공, 톱 가공, 프레이즈(fraise) 가공, 방전 가공, 드릴(drill) 가공, 프레스(press) 가공 등에 의해, 사출 성형에서의 인서트용으로서 필요한 형상, 구조로 가공된다.

필요한 형상, 구조로 가공된 금속 형상물은 접착해야 할 면이 두껍게 산화나 수산화되어 있지 않은 것이 필요하고, 장기간의 자연 방치로 표면에 녹의 존재가 분명한 것도 연마 가공하여 없애는 것이 필요하다. 금속 가공 공정에서 남은 표면의 유층, 손가락 기름기, 더러운 것 등을 제거하기 위해, 시판되는 알루미늄용 탈지제를 물에 용해하여 50～70℃로 한 탈지액에 수분 침지하고 수세한다. 이어서 농도 수%의 희박한 산이나 염기의 수용액에 순차 침지하여 수세하고 알루미늄 합금 표면을 용해하여 화학적으로 에칭(etching)하고, 새로운 깨끗한 금속면으로 되도록 한다. 이어서, 이 알루미늄 합금 형상물을 암모니아, 히드라진, 또는 수용성 아민계 화합물의 수용액에 침지한다. 이 침지 공정은 전 공정까지에서 얻은 알루미늄 합금 형상물의 표면을 무수한 20～50nm 직경의 초미세 오목부로 덮게 하는 초미세 에칭을 행함과 아울러, 알루미늄 합금 표면에 이들 아민계 화합물을 흡착시키는 것이 목적이다. 이 침지를 끝낸 알루미늄 합금 형상물을 잘 수세하고, 온풍 건조기 내에 넣어 건조시킨다. 접합에 관계하는 부위는 손으로 접촉하지 않도록 하여 알루미늄박에 싸서 폴리에틸렌 봉지에 넣어 봉하고 보관한다.

다음에, 본 발명의 사출 접합에서 사용하는 열가소성 수지로서는, PBT계 수지, PPS계 수지가 매우 적합하지만 다른 열가소성 수지라도 좋다. 그러나, 열가소성 수지로서 공통되는 요점은, 금속의 선팽창률에 열가소성 수지의 선팽창률을 맞출 필요가 있다고 하는 것이다. PBT계의 수지 조성물로서는, 폴리머(polymer)분으로서 PBT 단독 폴리머, PBT와 폴리카보네이트(PC)의 폴리머 컴파운드(polymer compound), PBT와 ABS(아크릴로니트릴?부타디엔?스티렌) 수지의 폴리머 컴파운드, PBT와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 폴리머 컴파운드, PBT와 폴리스티렌(PS)의 폴리머 컴파운드 등을 사용할 수 있다. 그리고 이들 폴리머에 더하여, 전체의 20～40%의 필러(filler)를 포함하는 조성물인 것이 바람직하다. 필러의 함유는 알루미늄 합금 형상물과 열가소성 수지 조성물의 선팽창률을 일치시킨다고 하는 관점에서 매우 중요하다. 필러에는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 기타 이들에 유사한 고강도 섬유에 더하여, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 실리카, 탈크, 점토, 탄소 섬유나 아라미드 섬유의 분쇄물, 기타 유사한 수지 충전용 무기 필러도 포함된다. 필러를 포함하지 않는 경우라도 강고하게 접합하고, 알루미늄 합금 형상물에 접합한 PBT계 수지 조성물이나 PPS계 수지 조성물을 제거하는데는 매우 강한 힘이 필요하다. 그렇지만 일체화된 복합체를 온도 사이클(cycle) 시험에 걸면, 사이클을 거듭함으로써 급속히 접착 강도가 저하된다.

이것은 알루미늄 합금과 PBT계 수지 조성물이나 PPS계 수지 조성물의 선팽창률의 차가 무시할 수 없는 것을 나타내고 있다. 일반적으로 금속 형상물보다 열가소성 수지 조성물 쪽이 선팽창률이 수배 크고 무시할 수 없는 것이다. 알루미늄 합금의 선팽창률은 전체 금속종 중에서 최대 레벨(level)이고 수치로서는 2.4～2.5×10^-5/℃이다. 일방의 열가소성 수지, 예를 들면 필러를 포함하지 않는 PBT 수지의 선팽창률은 7～8×10^-5/℃이고, 알루미늄 합금의 선팽창률의 3배 정도나 된다. 그 외의 많은 열가소성 수지도 선팽창률은 5～9×10^-5/℃의 범위이고, PBT 수지의 경우와 동일하게 필러의 종류와 그 함유율을 잘 선택하면 선팽창률은 알루미늄 합금에 꽤 가까운 값으로 할 수 있다.

수지에 관한 또 하나의 과제는, 열가소성 수지 조성물에 성형 수축이 있다는 것이다. 필러를 포함하지 않는 열가소성 수지 조성물의 성형 수축률은 작은 것이라도 0.6% 정도나 되지만, 필러를 20～40% 포함함으로써 많은 열가소성 수지 조성물에서 0.3～0.5%로 줄일 수가 있다. 그렇지만, 선팽창률이 금속 중에서 최대로 가까운 알루미늄 합금에서도 그 냉각 수축, 예를 들면 사출시부터 실온까지 100℃ 정도 차가워짐으로서 약 0.2%의 수축은 열가소성 수지 조성물의 성형 수축률보다 작고, 차이가 있다. 이것은 어떻게로도 하기 어렵고, 금형으로부터 이형하여 시간이 지나 열가소성 수지가 자리잡아 오면, 계면에 내부 뒤틀림이 생기고 약간의 충격으로 계면 파괴가 일어나 벗겨져 버릴 가능성이 있다. 그러나, 사출 접합력이 강한 케이스, 예를 들면 특허문헌 1의 방법에 따라 사출 성형한 일체화품은, 수일 이내에 고온(PBT 수지의 경우는 150℃ 정도)에 1시간 정도 방치하면, 남아 있던 내부 뒤틀림은 해소시킬 수가 있다. 따라서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물에 관해서 중요한 사항은, 필러를 함유시켜 열가소성 수지의 선팽창률을 금속 수준으로 내리는 것이다.

다음에 본 발명의 인서트 사출 성형 방법에 대해서 설명한다. 사출 성형 금형을 준비하고, 금형을 열어 그 안에 전처리 등을 한 금속 형상물을 인서트하고, 금형을 닫고, 열가소성 수지를 사출하고, 금형을 열고 이형한다. 사출 조건은 사용하는 열가소성 수지 자체의 특성에 맞추는 것이 매우 적합하다. 이 사출 성형시에 주의할 것은 금형 온도를 조금 높게 하는 것이다. 열가소성 수지의 형상이 간신히 성형할 수 있을 것 같은 성형 조건에서는 열가소성 수지의 외주부가 접합에 이르는 활력을 가질 수 없다.

［보스부, 대좌부의 형상］

종래 기술에서 사출 접합에 의해 일체화시킨 복합체(100)의 보스부(101)(도 17 참조)가, 사출 게이트 흔적이 있는 방향으로 기울어져 있는 원인에 대해서, 컴퓨터에 의한 유동 해석 등의 분석을 반복하여 여러 가지 검토하였다. 그 결과, 보스의 크기, 구멍 직경, 대좌의 크기(직경)나 두께를 바꾸어도 수지를 전체 충전했을 때의 최고 온도 위치는 보스의 중심축으로부터 사출 게이트 흔적이 있는 방향으로 항상 어긋나 있었다. 따라서, 충전 후의 냉각이나 이형 후의 방랭(放冷)에 있어서도 최고 온도 위치에서 가장 수지 밀도가 낮아지기 쉽고, 여기를 중심으로 수축되는 것으로 생각되었다.

따라서, 보스의 수직 정밀도를 고정밀도로 사출 성형하는데는, 수지를 전체 충전했을 때의 최고 온도 위치를 보스 중심으로 옮기는 것이 필요하다. 본 발명에서는 이하의 방법으로 문제점의 해결을 도모하였다.

(1) 대면하는 2방향으로부터 열가소성 수지를 보스부에 동시 충전시킨다.

(2) 보스부에 충전되는 열가소성 수지의 유입 동작 중에 회전 동작을 가한다.

본 발명의 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법의 이점은, 금속 형상물의 일방의 면에 입설 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을 사출 접합하여 일체화시키는 것을 용이하게 행할 수 있다는 것이다. 즉, 열가소성 수지의 흐름의 기세를 줄이지 않고 사출 접합에 의한 일체화를 행하고 있으므로, 강고한 접합력이 얻어짐과 아울러, 금속 형상물에 대해서 열가소성 수지 형상물을, 입설 성형체의 수직 정밀도를 고정밀도로 할 수가 있다. 예를 들면, 종래 기술에서 발생한, 입설 성형체가 사출 게이트 흔적측으로 경사지는 것 같은 일이 생기지 않는다. 그를 위해, 알루미늄 판재 등 금속으로 소정의 금속 형상물을 만들고, 이것을 사출 성형 금형에 인서트하고, 입설 성형체를 가지는 열가소성 수지 형상물을, 금속 형상물에 대한 입설 성형체의 수직 정밀도를 걱정하는 일 없이 하나 또는 복수의 입설 성형체를 사출 접합으로 일체화시킬 수가 있다.

본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 금속과 수지의 복합체는, 각종 전자 기기, 부품을 용이하게, 생산성 좋게 제작하는 것을 가능하게 한다. 또, 이 복합체에 의한 전자 기기, 부품 등은 경량, 고정밀도로, 전자 기기 등 제조 공정의 간소화, 고능률화에도 효과를 발휘하는 것이다.

도 1은 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(40)의 사시도이다.

도 2는 복합체(40)의 평면도이다.

도 3 (A), (B), (C)는 복합체(40)를 성형하기 위한 금형 및 공정을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

도 4는 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(50)의 사시도이다.

도 5는 복합체(50)의 평면도이다.

도 6 (A), (B), (C)는 복합체(50)를 성형하기 위한 금형 및 공정을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

도 7은 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합 체(30)의 사시도이다.

도 8은 복합체(30)의 평면도이다.

도 9는 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(60)의 사시도이다.

도 10은 복합체(60)의 평면도이다.

도 11은 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(70)의 사시도이다.

도 12는 복합체(70)의 평면도이다.

도 13은 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(80)의 사시도이다.

도 14는 복합체(80)의 평면도이다.

도 15는 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(90)의 사시도이다.

도 16은 복합체(90)의 평면도이다.

도 17은 금속 형상물에 열가소성 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(100)의 사시도이다.

도 18은 복합체(100)의 정면도이고, 보스부의 수직 정밀도에 오차가 생긴 것을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 실시예로 대신하여 설명한다.

［실시예 1］

도 1은 금속 형상물에 입설 성형체(보스부)를 가지는 열가소성 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화한 복합체(40)의 사시도, 도 2는 복합체(40)의 평면도, 도 3 (A), (B), (C)는 금속 형상물에 열가소성 수지를 사출 접합으로 일체화시킨 복합체(40)를 성형하기 위한 금형 및 공정을 모식적으로 나타낸 설명도이다. 도 3 (A)는 금형을 연 상태를 나타내는 설명도, 도 3 (B)는 금형을 닫은 상태를 나타내는 설명도, 도 3 (C)는 금형에 열가소성 수지를 사출한 상태를 나타내는 설명도이다.

시판되는 1mm 두께의 A5052 알루미늄 합금판을 구입하여 복수의 40mm×60mm의 직사각형 편으로 절단하였다. 알루미늄 합금편(이하, 알루미늄편이라고 기재한다)에는 전처리로서 다음과 같은 액처리를 하였다. 스테인레스강(stainless steel) 철사로 짜서 그것을 용융 염화비닐 수지에 침지하여 완전히 염화비닐 수지로 커버(cover)한 침지 지그(jig)를 만들고, 이 안에 절단한 알루미늄편이 다수 넣어지도록 하였다.

시판되는 알루미늄용 탈지제 15%를 용해한 수용액을 탈지조에 넣어 70℃로 하고, 여기에 알루미늄편을 넣은 침지 지그를 5분간 침지하고, 다음에 수세조에 침지하고 세정하였다. 이어서 1% 염산 수용액을 넣고 40℃로 한 예비 산세조에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 세정하였다.

이어서 1% 가성 소다 수용액을 넣고 40℃로 한 알칼리 에칭조(etching bath)에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 수세하였다. 다음에 1% 염산 수용액을 넣고 40℃로 한 중화조에 1분 침지하고, 다른 수세조에 침지하고 세정하였다. 그 후 4% 농도의 일수화 히드라진 수용액을 넣고 60℃로 한 본 처리조에 1분 침지하고, 다른 수세조에서 침지하고 세정하였다. 침지 지그 채 온풍 건조기에 넣고 40℃에서 15분, 60℃에서 5분 두어 건조시켰다. 침지 지그로부터 알루미늄편을 꺼내고 알루미늄박에 싸서 보관하였다.

이 알루미늄편(20)의 상부에, 도 1에 나타내는 것 같은 입설 성형체(보스부(boss part))를 가지는 열가소성 수지 형상물(이하, 수지 형상물이라고 기재한다)을 사출 접합으로 일체화하는 것으로 하여 도 3 (A), (B), (C)에 나타내는 금형(10)을 제작하였다. 금형(10)은 일방의 금형(11), 타방의 금형(15)으로 구성되어 있다. 일방의 금형(11)과 타방의 금형(15)의 사이에는 수지가 사출되는 캐비티(cavity)(25)가 형성되어 있다. 이 캐비티(25)의 소정의 위치에는 알루미늄편(20)이 인서트(insert) 가능하게 되어 있다. 즉, 일방의 금형(11)과 타방의 금형(15)을 떼어놓은 상태에서, 알루미늄편(20)을 소정의 위치에 인서트한다(도 3 (A) 참조). 일방의 금형(11)과 타방의 금형(15)를 닫고 캐비티(25)를 형성한다(도 3 (B) 참조). 이 때, 금형(10)은 140℃로 가열되어 있는 것이 바람직하다.

열가소성 수지인 PPS 수지 「상품명 SGX120(토소사 제조)」(이하, 수지라고 기재한다)을, 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(45)로부터 캐비티(25)로 사출한다. 이 방법으로 알루미늄편(20)에 보스부(입설 성형체)(41)를 가지는 금속과 수지의 형상물인 복합체(40)를 사출 성형하였다(도 3 (C) 참조). 이 실시예 1에서는 약 20개의 복합체(40)를 사출 성형하였다. 또한, 구멍(44)은 보스부(41)에 형성되고 알루미늄편을 바닥으로 하는 구멍이다. 탕도(runner)(43)는 분기부(46)에서 2방향으 로 분기되고, 탕구(gate)(47, 47)에서 대좌(pedestal)(42)와 연통하고 있다. 탕구(47)와 보스부(41)의 중심을 연결하는 2개의 직선이 교차하고 있는 각도(C1)는 약 80～180°가 바람직하다. 또, 탕도(43)의 폭(w1)이 분기부(46)와 보스부(41)의 외주의 사이의 폭(w2)보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 실시예 1의 복합체(40)에서는 이 각도(C1)는 약 100°의 각도로 되어 있다. 또, 대좌(42)의 직경(D)은 12mm, 탕도(43)의 폭(w1)은 2mm, 분기부(46)와 보스부(41)의 외주면의 사이의 폭(w2)은 1mm로 하고 있다. 또한, 보스부의 상부 직경(d)을 4mm, 구멍(44)의 내경을 2mm로 하고, 보스부(41) 외주면의 기울기(C)는 약 2°의 경사를 가지도록 하고 있다. 높이(h)는 15mm, 대좌(42)의 높이(t)는 1mm이다.

사출 게이트(45)의 중심 위치와 보스부(41)의 중심 위치를 연결하는 직선 Y－Y를 기준으로 하여 보스부(41) 등의 형상을 생각해 본다. 도 2에 나타내듯이 위에서 보아, 보스부(41), 대좌(42), 탕도(43), 탕구(47) 등은 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 따라서, 직선 Y－Y의 좌우 방향(도 2)에서는 수지가 대좌(42), 보스부(41)의 대향하는 부위로 균등 또는 거의 균등하게 양측으로부터 유입 가능하게 되어 있다. 다음에, 직선 Y－Y와 직교하는 직선 X－X를 기준으로 하여 생각해 본다. 위에서 보아 보스부(41), 대좌(42)는 대칭인 형상으로 되어 있지 않다. 일방에서, 수지의 흐름은 탕구(47)로부터 도 2의 상방측을 향하는 방향으로 되어 있다. 즉, 수지는 도 2의 상방측으로 유입하기 쉽게 되어 있다. 또, 폭(w2)과 폭(w1)의 관계는 w1＞w2와 같이 되어 있다. 본 실시예 1에서는 이것을 이용하여, 직선 X－X의 상하 방향(도 2)에 있어서, 수지가 대좌(42), 보스부(41) 등의 대향하 는 부위로 균등 또는 거의 균등하게 양측으로부터 유입하도록 하고 있다. 바꾸어 말하면, 보스부의 밑부분에 있어서, 사출 게이트에 가까운 측으로부터 수지가 유입하기 시작하는 것에 의한 치우침의 발생을 방지하기 위해, 탕도(43), 분기부(46) 등의 형상에 개량을 가하고, 사출 게이트(45)로부터 먼 측으로 우선하여 수지류가 가도록 유도하고 있다. 결과적으로, 보스부(41)로 수지가 유입하는 단위 시간당의 유입량의 밸런스(balance)를 잡아, 보스부(41)의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등한 양으로 되도록 하고 있다. 또한, 분기부, 탕도 등은 이 형상, 치수에 한정되는 것은 아니다. 즉, 직선 X－X 및 직선 Y－Y에 대해서 수지가 균등 또는 거의 균등하게 유입, 충전할 수가 있는 형상 등의 것이면 좋은 것은 말할 필요도 없다. 　

사출 게이트(45)로부터 사출된 수지는 분기부(46)에서 분기된 2개의 탕도(43, 43), 탕구(47, 47), 대좌(42)를 개재하여 보스부(41)로 유입한다. 수지는 보스부(41)의 대향하는 부위로 직선 X－X의 방향 및 직선 Y－Y의 방향에 대해서 균등 또는 거의 균등하게 양측으로부터 유입, 충전된다. 그 때문에, 복합체(40)에서는 용융된 수지가 보스부(41)의 대향하는 부위로 균등 또는 거의 균등하게 유입, 충전되어 간다. 그 때문에, 보스부(41)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등의 최고 온도 위치가 보스부(41)의 중심 근방에 위치하게 되었다. 그 후, 일체화된 복합체(40)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

보스부가 경사져 있지 않다고 눈으로 확인할 수 있었지만, 그것을 더 확인하 기 위해서, 보스부(41)의 수직 정밀도를 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심에 대한 보스 정상부측 중심의 오차(δ)(도 18 참조)를 계측하였다. 오차(δ)는 ＋0.01mm～＋0.04mm이고, 기울기량은 (＋0.01mm～＋0.04mm)/15mm이고 고정밀도였다. 종래 기술에서 생긴, 사출 게이트 흔적측으로 보스부(41)가 경사지는 것 같은 일은 생기지 않았다. 　

［실시예 2］

도 4는 금속 형상물에 보스부 등을 가지는 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화시킨 복합체(50)의 사시도, 도 5는 복합체(50)의 평면도, 도 6 (A), (B), (C)는 금속 형상물에 열가소성 수지를 사출 접합으로 일체화시킨 복합체(50)를 성형하기 위한 금형 및 공정을 모식적으로 나타낸 설명도이다. 도 6 (A)는 금형을 연 상태를 나타내는 설명도, 도 6 (B)는 금형을 닫은 상태를 나타내는 설명도, 도 6 (C)는 금형에 열가소성 수지를 사출한 상태를 나타내는 설명도이다.

또한, 이 실시예 2 이하의 설명에서는 실시예 1과 동일한 부위에는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명을 생략하고 있다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하고 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에, 도 4, 5에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화시킨 복합체(50)를 성형하는 것으로 하여 도 6 (A), (B), (C)에 나타내는 것 같은 금형(10a)을 제작하였다. 금형(10a)은 일방의 금형(11a), 타방의 금형(15a)으로 구성되어 있다. 일방의 금형(11a)과 타방의 금형(15a)의 사이에는 수지가 사출되는 캐비티(25a)가 형성되어 있다. 이 캐비티(25a)의 소정의 위치에는 알루미늄 편(20)이 인서트 가능하게 되어 있다. 즉, 일방의 금형(11a)과 타방의 금형(15a)을 떼어놓은 상태에서, 알루미늄편(20)을 소정의 위치에 인서트한다(도 6 (A) 참조). 일방의 금형(11a)과 타방의 금형(15a)를 닫아 캐비티(25a)를 형성한다(도 6 (B) 참조). 이때, 금형(10a)은 140℃로 가열되어 있는 것이 바람직하다.

이 실시예 2에서는 2개의 사출 게이트(55a, 55b)로부터 동일한 타이밍(timing)으로 캐비티(25a)에 유입하도록 사출 게이트(55a, 55b)에 이르는 러너(runner) 등의 형상을 대칭의 것으로 하고 있다. 또, 위에서 보아, 사출 게이트(55a), 보스부(51) 중심 및 사출 게이트(55b)를 연결하는 직선에 대해서 보스부(51), 탕도(53a, 53b), 탕구(57a, 57b), 대좌(52) 등이 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 또한, 사출 게이트(55a), 보스부(51) 중심 및 사출 게이트(55b)를 연결하는 직선과 직교하는 직선에 대해서도 보스부(51), 탕도(53a, 53b), 탕구(57a, 57b), 대좌(52) 등이 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다.

140℃로 한 금형(10a)에 알루미늄편(20)을 소정의 위치에 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(55a, 55b)로부터 사출 성형한다. 이 방법으로 알루미늄편(20)에 보스부(51)를 가지는 금속과 수지의 형상물인 복합체(50)를 성형하였다. 이 실시예 2에서는 약 20개의 복합체(50)를 사출 성형하였다. 또한, 구멍(54)은 보스부(51)에 형성되고 알루미늄편을 바닥으로 하는 구멍이다. 사출 게이트(55a, 55b)로부터 사출된 수지는 대칭의 위치에 있는 2개의 탕도(53a, 53b), 탕구(57a, 57b), 대좌(52)를 개재하여 보스부(51)로 유입한다. 보스부(51)로 수지가 유입하는 단위 시간당의 유입량의 밸런스(balance)를 잡고 있다. 따라서, 용융된 수지가 보스부(51)의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등한 양으로 되도록 유입, 충전된다. 이에 의해, 보스부(51)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등의 최고 온도 위치가 보스부(51)의 중심 근방에 위치하게 되었다. 그 후, 일체화된 복합체(50)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

보스부(51)가 경사져 있지 않다고 눈으로 확인할 수 있었지만, 그것을 더 확인하기 위해서, 보스부(51)의 수직 정밀도를 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심 위치에 대한 보스 정상부측 중심 위치의 오차(δ)를 계측하였다. 오차(δ)는 －0.03mm～＋0.03mm이고, 기울기량은 (－0.03mm～＋0.03mm)/15mm이고 고정밀도였다. 종래 기술에서 생긴, 사출 게이트 흔적측으로 보스부(51)가 경사지는 것 같은 일은 생기지 않았다.

［실시예 3］

도 7은 금속 형상물에 수지 형상물이 사출 접합된 복합체(30)의 사시도, 도 8은 복합체(30)의 평면도이다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하여 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에 도 7, 8에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화시킨 복합체(30)를 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 금형은 실시예 1과 거의 동일한 것이고 설명을 생략한다. 140℃로 한 금형에 상기 알루미늄편(20)을 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트로부터 사출하는 방법으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(30)를 사출 성형하였다. 또한, 구멍(34)은 보스부(31) 에 형성되고 알루미늄편(20)을 바닥으로 하는 구멍이다.

탕도(33)는 탕구(37, 37)에서 대좌(32)와 연통하고 있다. 탕도(33)와 대좌(32)가 연통하는 부위 근방에 절결부(36, 36)를 형성하여 탕구(37)가 설치된 것이다. 이 실시예 3의 복합체(30)에서는 예를 들면, 절결부(36)의 치수가 각각 w3=3mm, w4=3mm, w5=4mm로 형성되어 있다. 또, 탕도(33)의 폭(w6)은 2mm로 되어 있다. 절결부(36)와 보스부(31) 외주면의 사이의 폭은 탕도(33)의 폭(w6)보다 작은 것이 바람직하다. 　

사출 게이트(35)의 중심 위치와 보스부(31)의 중심 위치를 연결하는 직선 Y－Y를 기준으로 하여 보스부(31) 등의 형상을 생각해 본다. 도 8에 나타내듯이 위에서 보아, 보스부(31), 대좌(32), 탕도(33), 탕구(37) 등은 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 따라서, 직선 Y－Y의 좌우 방향(도 8)에서는, 수지가 대좌(32), 보스부(31)의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등하게 유입해 간다. 다음에, 직선 Y－Y와 직교하는 직선 X－X를 기준으로 하여 생각해 본다. 위에서 보아 보스부(31), 대좌(32)는 대칭인 형상으로 되어 있지 않다. 일방에서, 수지의 흐름은 탕도(33)로부터 도 8의 상방측을 향하는 방향으로 되어 있다. 즉, 수지는 도 8의 상방측으로 유입하기 쉽게 되어 있다. 또, 절결부(36, 36)에 의해 도 8의 하부측으로 수지는 유입하기 어렵게 되어 있다. 아무것도 하지 않으면, 보스부로는 사출 게이트(35)에 가까운 측(도 8의 하부측)으로부터 수지가 유입하기 쉽게 되어 버리지만, 본 실시예 3에서는 사출 게이트(35)로부터 먼 측(도 8의 상방측)으로 수지를 흐르기 쉽게 유도하여, 결과적으로 보스부(31)로 유입하는 수지의 단위 시간당의 유입량의 밸런스를 잡고 있다. 그것으로, 보스부(31)의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등한 양으로 되도록 수지를 유입시키는 것이다.

본 실시예 3에서는 이것을 이용하여, 직선 X－X의 상하 방향(도 8)에 있어서, 수지가 대좌(32), 보스부(31) 등의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등하게 유입하도록 하고 있다. 또한, 탕도, 절결부 등은 이 형상, 치수에 한정되는 것은 아니다. 즉, 직선 X－X 및 직선 Y－Y에 대해서 수지가 균등 또는 거의 균등하게 유입, 충전할 수가 있는 형상 등의 것이면 좋은 것은 말할 필요도 없다.

사출 게이트(35)로부터 사출된 수지는 탕도(33), 탕구(37, 37), 대좌(32)를 개재하여 보스부(31)로 유입한다. 이 실시예 3의 복합체(30)에서는 수지류, 절결부(37) 등에 의해, 수지가 대좌(32)의 사출 게이트(35)에 가까운 측(사출 게이트측)보다 대좌(32)의 반사출 게이트측으로 유입하기 쉬운 형상으로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 대좌(32)의 반사출 게이트측으로 수지가 직진하기 쉬운 탕도(33), 대좌(32), 절결부(36)의 형상으로 되어 있고, 보스부(31)의 사출 게이트측, 반사출 게이트측으로 수지가 균등 또는 거의 균등하게 유입하도록 하고 있다. 이에 의해, 대좌(32)로 유입한 수지는 직선 X－X의 방향 및 직선 Y－Y의 방향에 대해서 균등 또는 거의 균등하게 보스부(31)의 대향하는 부위로 양측으로부터 유입, 충전된다. 이에 의해, 보스부(31)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등의 최고 온도 위치가 보스부(31)의 중심에 위치하게 되었다. 일체화된 복합체(30)를 170℃로 한 열풍 건 조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

보스부(31)가 경사져 있지 않다고 눈으로 확인할 수 있었지만, 그것을 더 확인하기 위해서, 보스부(31)의 수직 정밀도를 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심 위치에 대한 보스 정상부측 중심 위치의 오차(δ)를 계측하였다. 오차(δ)는 －0.01mm～＋0.05mm이고, 기울기량은 (－0.01mm～＋0.05mm)/15mm이고 고정밀도였다. 종래 기술에서 생긴, 사출 게이트 흔적측으로 보스부(31)가 경사지는 것 같은 일은 생기지 않았다.

［실시예 4］

도 9는 금속 형상물에 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(60)의 사시도, 도 10은 복합체(60)의 평면도이다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하여 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에, 도 9, 10에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화된 복합체(60)를 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 금형은 실시예 1과 거의 동일한 것이고 설명을 생략한다. 또, 본 실시예 6은 실시예 1의 각도(C1)가 180°로 된 것이라고도 할 수 있다.

140℃로 가열한 금형에 상기 알루미늄편(20)을 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(65)로부터 사출하는 형식으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(60)를 사출 성형하였다. 또한, 구멍(64)은 보스부(61)에 형성되고 알루미늄편(20)을 바닥으로 하는 구멍이다. 또, 탕도(63)는 분기부(66)에서 2방향으로 분기되고, 탕구(67, 67)에서 대좌(62)와 연통하고 있다. 사출 게이트(65)의 중심 위치와 보스부(61)의 중심 위치를 연결하는 직선 및 이 직선과 직교하는 직선의 양방에 대해서, 탕구(67), 대좌(62), 보스부(61) 등이 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 본 실시예 4의 복합체(60)에서는 예를 들면, 탕도(63)의 외주 반경(r)이 10mm, 탕도(63)의 폭(w8)이 2mm, 분기부(66)의 폭(w7)이 2mm, 탕구(67) 근방의 폭(w9)이 3mm로 형성되어 있다. 또한, 탕도의 직경, 폭 등은 이 형상, 치수에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 탕구, 탕도 등이 대칭인 형상으로, 보스부의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등하게 유입할 수 있는 것이면 좋다. 사출 게이트(65)로부터 사출된 수지는 분기부(66)에서 2방향으로 분기된 탕도(63, 63), 탕구(67, 67), 대좌(62)를 개재하여 보스부(61)로 유입한다. 대좌(62)로 유입한 수지는 균등 또는 거의 균등하게 보스부(61)의 대향하는 부위로 양측으로부터 유입, 충전된다. 결과적으로, 보스부(61)로 수지가 유입하는 단위 시간당의 유입량의 밸런스를 잡아, 보스부(61)의 대향하는 부위로 양측으로부터 균등 또는 거의 균등한 양으로 되도록 하고 있다. 이에 의해, 보스부(61)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등의 최고 온도 위치가 보스부(61)의 중심에 위치하게 되었다. 일체화된 복합체(60)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

보스부(61)가 경사져 있지 않다고 눈으로 확인할 수 있었지만, 그것을 더 확인하기 위해서, 보스부(61)의 수직 정밀도를 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심 위치에 대한 보스 정상부측 중심 위치의 오차(δ)를 계측하였다. 오차(δ)는 －0.05mm～＋0.01mm이고, 기울기량은 (－0.05mm～＋0.01mm)/15mm이고 고 정밀도였다. 종래 기술에서 생긴, 사출 게이트 흔적측으로 보스부(61)가 경사지는 것 같은 일은 생기지 않았다.

［실시예 5］

도 11은 금속 형상물에 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(70)의 사시도, 도 12는 복합체(70)의 평면도이다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하여 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에 도 11, 12에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화된 복합체(70)를 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 금형은 실시예 1과 거의 동일한 것이고 설명을 생략하고 있다.

140℃로 가열한 금형에 상기 알루미늄편(20)을 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(75)로부터 사출하는 형식으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(70)를 사출 성형하였다. 또한, 구멍(74)은 보스부(71)에 형성된 구멍이다. 탕도(73)는 대좌(72)의 외주선에 접하도록 구성되어 탕구(77)에서 대좌(72)와 연통하고 있다. 이 실시예 5의 복합체(70)에서는 예를 들면, 탕도(73)의 폭(w10)이 3mm로 되어 있다. 또, 탕도(73)와 대좌(72)의 사이에는 절결부(74)가 형성되어 있다. 예를 들면, 이 절결부(74) 등의 치수는 각각 w11=1.5mm, w12=7.5mm, w13=2mm와 같이 되어 있다. 또, 대좌(72)의 높이(t1)는 1.5mm이다. 또한, 탕도, 절결부 등은 이 형상, 치수에 한정되는 것은 아니다. 즉, 수지가 회전 운동하면서 보스부로 유입, 충전할 수가 있는 형상 등의 것이면 좋은 것은 말할 필요도 없다.

사출 게이트(75)로부터 사출된 수지는 상기 보스부(71)의 밑부분의 대좌(72) 의 외주선에 접해 있도록 형성된 탕도(73), 탕구(77), 대좌(72)를 개재하여 보스부(71)로 원형의 대좌(72)의 접선 방향으로부터 유입한다. 또, 탕도(73)와 대좌(72)의 사이에는 절결부(74)가 형성되어 있는 것, 용융된 수지에 수지류가 있는 것 등에 의해, 탕구(77)로부터 유입한 수지가 회전 운동하기 쉽게 구성되어 있다. 대좌(72)로 유입한 수지는 회전 운동하면서 대좌(72), 보스부(71)로 유입, 충전된다. 이에 의해, 보스부(71)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등의 최고 온도 위치가 보스부(71)의 중심에 위치하게 되었다. 일체화된 복합체(70)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다.

보스부(71)가 경사져 있지 않다고 눈으로 확인할 수 있었지만, 그것을 더 확인하기 위해서, 보스부(71)의 수직 정밀도를 3차원 측정기로 계측하였다. 즉, 보스 저부측 중심 위치에 대한 보스 정상부측 중심 위치의 오차(δ)를 계측하였다. 오차(δ)는 －0.10mm～－0.02mm이고, 기울기량은 (－0.10mm～－0.02mm)/15mm이고 고정밀도였다. 종래 기술에서 생긴, 사출 게이트 흔적측으로 보스부(71)가 경사지는 것 같은 일은 생기지 않았다.

［실시예 6］

도 13은 금속 형상물에 복수의 입설 성형체가 늘어서 있는 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(80)의 사시도, 도 14는 복합체(80)의 평면도이다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하여 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에, 도 13, 14에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화된 복합체(80)를 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 실시예 6의 알루미늄 편(20) 상부의 수지 베이스부(base part)(88)의 치수는 예를 들면, a1=50mm, b1=30mm, t2=1mm였다. 또, 보스부(81a, 81b)는 a2=15mm, a3=20mm, a4=15mm, b2=15mm의 간격을 가지고 늘어서 있다.

140℃로 가열한 금형에 알루미늄편(20)을 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(85)로부터 사출하는 방법으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(80)를 사출 성형하였다. 사출 게이트(85)로부터 사출된 수지는 수지 베이스부(88) 상을 흐른다. 보스부(81a)로는 탕도(83a, 83b), 탕구(87a, 87b), 대좌(82)를 개재하여 수지가 유입한다. 보스부(81b)로는 수지가 탕도(83c, 83d), 탕구(87c, 87d)를 개재하여 보스부(81b)로 직접 유입한다. 실시예 6의 탕도(83a, 83b)의 형상은 예를 들면, w14=4mm, w15=3mm, h1=1.5mm였다. 또, 탕도(83c, 83d)의 형상은 예를 들면, w16=2mm, w17=3mm였다. 탕도(83a, 83b), 탕구(87a, 87b), 대좌(82), 보스부(81a)는 탕구(87a), 보스부(81a) 중심 및 탕구(87b)를 통과하는 직선 Q－Q 및 이 직선 Q－Q와 직교하는 직선 P－P의 양방에 대해서 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 또, 탕도(83c, 83d), 탕구(87c, 87d), 보스부(81b)도 탕도(87c), 보스부(81b) 중심 및 탕구(87d)를 통과하는 직선 및 이 직선과 직교하는 직선의 양방에 대해서 대칭 또는 거의 대칭인 형상으로 되어 있다. 즉, 보스부(81a, 81b)의 대향하는 부위로, 수지가 균등 또는 거의 균등하게 양측으로부터 유입, 충전할 수가 있도록 되어 있다. 이에 의해, 보스부(81a, 81b)에 수지가 전체 충전되었을 때, 수지 등 최고 온도 위치가 보스부(81a, 81b)의 중심에 위치하게 되었다.

일체화된 복합체(80)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부 의 뒤틀림을 해소하였다. 이 복합체(80)를 눈으로 보아 판단한 결과, 보스부(81a, 81b)의 기울음은 거의 확인할 수가 없었다.

［실시예 7］

도 15는 금속 형상물에 수지 형상물이 사출 접합으로 일체화된 복합체(90)의 사시도, 도 16은 복합체(90)의 평면도이다.

실시예 1과 동일한 액처리를 하여 알루미늄편(20)을 제작하였다. 이 알루미늄편(20)의 상부에 도 15, 16에 나타내는 것 같은 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화된 복합체(90)를 성형하는 것으로서 금형을 만들었다. 실시예 7의 알루미늄편(20) 상의 수지 베이스부의 치수는 예를 들면, a5=50mm, b3=30mm, t2=1mm였다. 또, 보스부(91a, 91b)는 a6=15mm, a7=20mm, a8=15mm, b4=15mm의 간격을 가지고 늘어서 있다.

140℃로 가열한 금형에 알루미늄편(20)을 인서트하고, 수지를 사출 온도 310℃에서 사출 게이트(95a, 95b)로부터 사출하는 방법으로 사출 접합하였다. 약 20개의 복합체(90)를 사출 성형하였다. 수지 베이스부(98)와 대좌(92a)의 사이에는 분기부(96a, 96b)의 원호 형상의 긴 구멍이 형성되어 있다. 분기부(긴 구멍)(96a, 96b)의 폭(w19)은 예를 들면 2mm, 대좌(92a)의 직경(D)은 12mm이다. 2개의 분기부(96a, 96b)의 사이가 탕도(93a, 93b)를 형성하고, 이 탕도(93a, 93b)와 대좌(92a)가 연통하는 부분이 탕구(97a, 97b)로 된다. 탕도(93c, 93d)의 폭(w18)은 예를 들면 3mm로 되어 있다. 마찬가지로 수지 베이스부(98)와 대좌(92b)의 사이에는 원호 형상의 분기부(96c, 96d)의 긴 구멍이 형성되어 있다. 2개의 분기부(96c, 96d)의 사이가 탕도(93c, 93d)를 형성하고, 이 탕도(93c, 93d)와 대좌(92b)가 연통하는 부분이 탕구(97c, 97d)로 된다. 또, 탕도(93a, 93b), 탕구(97a, 97b), 대좌(92a), 보스부(91a)는 탕구(97a), 보스부(91a) 중심 및 탕구(97b)를 통과하는 직선 P－P 및 이 직선 P－P와 직교하는 직선 Q－Q에 대해서 대칭 또는 거의 대칭인 형상을 하고 있다. 마찬가지로 탕도(93c, 93d), 탕구(97c, 97d), 대좌(92b), 보스부(91b)는 탕구(97c), 보스부(91b) 중심 및 탕구(97d)를 통과하는 직선 및 이 직선에 직교하는 직선에 대해서 대칭 또는 거의 대칭인 형상을 하고 있다.

사출 게이트(95)로부터 사출된 수지는 수지 베이스부(98)로 유입된다. 수지 베이스부(98)로 유입한 수지는 탕도(93a, 93b), 탕구(97a, 97b)를 개재하여 대좌(92a), 보스부(91a)로 유입한다. 마찬가지로 수지 베이스부(98)로 유입한 수지는 탕도(93c, 93d), 탕구(97c, 97d)를 개재하여 대좌(92b), 보스부(91b)로 유입한다. 보스부(91a, 91b)의 대향하는 부위로 수지가 균등 또는 거의 균등하게 유입, 충전된다. 이에 의해, 수지가 보스부(91a, 91b)에 전체 충전되었을 때의 최고 온도 위치가 보스부(91a, 91b)의 중심에 위치하게 되었다.

일체화된 복합체(90)를 170℃로 한 열풍 건조기에 1시간 넣고 서랭하여 내부의 뒤틀림을 해소하였다. 이 복합체(90)를 눈으로 보아 판단한 결과, 기울음은 거의 확인할 수가 없었다.

이상, 본 발명의 실시의 형태를 설명했지만, 이것에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 또, 입설 성형체를 보스부(boss part)로 설명하고 있지만, 리브부(rib part) 등 입설 성형체, 금속 형상물에 입설되는 다른 형상의 것이라도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 본 발명의 목적, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 형상, 치수의 것에 적용할 수 있는 것도 말할 필요도 없다.

또한, 금속 형상물에 행하는 전처리는 침지 처리, 세정 처리 등의 액처리로 설명을 하고 있지만, 금속 형상물에 특수 유기 화합물을 사용하여 유기 도금하여 표면을 유기질상으로 덮는 처리, 알루미늄 합금(금속 형상물)을 양극 산화하는 처리 등을 하는 것 등이라도 좋다. 즉, 어떠한 전처리가 된 금속 형상물에 수지 형상물을 사출 접합으로 일체화시킨 금속과 수지의 복합체라면 좋은 것은 말할 필요도 없다. 또, 금속 형상물은 알루미늄 이외의 금속 재료에 의한 형상물이라도 좋다.

본 발명의 금속과 수지의 복합체와 그 제조 방법은, 전자 기기, 가전 기기, 전기 제품, 산업용 부품, 산업용 기기, 자동차 등에 이용되는 케이스, 부품, 기기와 그 제조 등에 이용할 수가 있다.

Claims

전처리된 금속 형상물과, 이 금속 형상물의 일방의 면에 사출 성형으로 일체로 접합되는 열가소성 수지 형상물로 이루어지는 금속과 수지의 복합체로서,

상기 열가소성 수지 형상물은 대좌와, 이 대좌로부터 입설된 입설 성형체를 구비한 것이고,

상기 대좌에 2개 이상의 탕구를 개재하여 연통하고, 사출 게이트로부터 사출되고 용융되어 있는 열가소성 수지를 상기 입설 성형체로 유입시키는 탕도를 설치하고,

상기 입설 성형체의 중심과 상기 사출 게이트의 중심을 연결하는 제1의 직선을 기준으로 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 또, 상기 제1의 직선과 직교하고 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제2의 직선을 기준으로 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 상기 사출 게이트로부터 사출된 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항에 있어서,

상기 탕도는 분기부에 의해 도중에서 두 갈래로 분기되어 있는 것이고,

상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것이고,

상기 탕구로부터 유출하는 상기 열가소성 수지의 수지류의 방향을 이용하여, 상기 제2의 직선의 방향에 있어서, 상기 사출 게이트로부터 먼 측의 상기 입설 성형체로 우선적으로 유입하기 쉽게 되도록 유도하는 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항에 있어서,

상기 탕도는 도중에서 두 갈래로 분기되고,

상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 제1의 직선 및 상기 제2의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제3항에 있어서,

상기 탕도가 상기 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항에 있어서,

상기 사출 게이트 및 상기 탕도는 각각 한 쌍 형성되어 있는 것이고,

대칭으로 형성되어 있는 한 쌍의 상기 탕구로부터 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 한 쌍의 상기 사출 게이트로부터 사출된 상기 열가소성 수지를 단위 시간당의 유입량이 균등하게 되도록 유입하여 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항에 있어서,

상기 탕구 및 상기 입설 성형체는 위에서 보아 상기 제1의 직선에 대해서 대칭인 형상으로 형성되어 있는 것이고,

상기 대좌와 상기 탕구의 연통부 근방에 절결부가 형성되어 있고,

상기 절결부는 상기 열가소성 수지의 수지류를 이용하여, 상기 제2의 직선의 방향에 있어서, 상기 입설 성형체의 상기 사출 게이트로부터 먼 측으로 우선적으로 유입하기 쉽게 유도하고 있는 것인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
삭제
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입설 성형체가 보스인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 입설 성형체가 리브인 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 금속과 수지의 복합체를 제조하기 위한 방법으로서,

전처리를 한 금속 형상물을 일방의 사출 성형용 금형 및/또는 타방의 사출 성형용 금형에 인서트하고,

상기 일방의 사출 성형용 금형과 상기 타방의 사출 성형용 금형을 고정하여, 대좌와, 이 대좌로부터 입설된 입설 성형체를 구비한 열가소성 수지 형상물을, 상기 금속 형상물에 일체로 접합하기 위한 캐비티를 형성하고,

상기 사출 성형용 금형의 사출 게이트로부터 상기 캐비티에 상기 열가소성 수지를 사출하고,

상기 열가소성 수지를, 상기 입설 성형체의 중심과 상기 사출 게이트의 중심을 연결하는 제1의 직선을 기준으로 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 또, 상기 제1의 직선과 직교하고 상기 입설 성형체의 중심을 통과하는 제2의 직선을 기준으로 상기 입설 성형체의 대향하는 부위로, 단위 시간당의 유입량이 균등하게 되도록 유입시키고,

상기 금속 형상물의 일방의 면에 상기 열가소성 수지를 사출 성형에 의해 일체로 접합한 것을 특징으로 하는 금속과 수지의 복합체의 제조 방법.